| 【発明の名称】 |
クロス溝付管の製造方法およびその装置ならびにクロス溝付管 |
| 【発明者】 |
【氏名】住本 研一
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| 【要約】 |
【課題】従来のクロス溝付管の製造方法においては、生産性が低いという問題点があった。
【解決手段】クロス溝付管５０を製造するための方法であって、表面に螺旋状に形成された凸条と、該凸条の少なくとも一部において凸条の延在方向と交差する方向に形成された凹所と、を有するマンドレルを準備し、このマンドレルを使用して管に対して転造加工を行って、主山５１ａおよび主谷５１ｂからなる主溝５１と、副山５２ａおよび副谷５２ｂからなる副溝５２と、が内面に形成されたクロス溝付管５０を得る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 クロス溝付管を製造するための方法であって、表面に螺旋状に形成された凸条と、該凸条の少なくとも一部において前記凸条の延在方向と交差する方向に形成された凹所と、を有するマンドレルを準備し、該マンドレルを使用して管に対して転造加工を行ってクロス溝付管を得ることを特徴とするクロス溝付管の製造方法。
【請求項２】 後方に引かれる管を絞り加工するための引抜孔を有するダイスと、このダイスの後方において前記管の外周面に沿って円環状に配列された複数の回転体と、これら円環状に配置された複数の回転体の外側において各回転体を前記管の前記外周面に沿って周方向に転動可能に支持するように配置されかつ前記管の軸線を中心として回転駆動されて各回転体を前記管の外周面に圧接させるとともに各回転体を前記管の前記外周面に沿って転がす外側支持体と、前記ダイスの前記引抜孔と対応する位置で前記管の内部に支持されたフローティングプラグと、このフローティングプラグの後端に回転自在に連結され各回転体と対応する位置で管の内部に支持されたマンドレルとを具備して、クロス溝付管を製造するための装置であって、前記マンドレルは、表面に螺旋状に形成された凸条と、該凸条の少なくとも一部において前記凸条の延在方向と交差する方向に形成された凹所と、を有していることを特徴とするクロス溝付管の製造装置。
【請求項３】 請求項２記載のクロス溝付管の製造装置において、前記凸条の高さが１００〜２５０μｍであり、前記凹所の深さが５〜２０μｍであることを特徴とするクロス溝付管の製造装置。
【請求項４】 内面に螺旋状に形成されるとともに主山および主谷から構成された主溝と、前記主谷の少なくとも一部において前記主谷の延在方向と交差する方向に形成された副山を有して構成された副溝と、を備え、前記副山の高さは、前記主山の高さよりも低いことを特徴とするクロス溝付管。
【請求項５】 請求項４記載のクロス溝付管において、前記主山の高さが１００〜２５０μｍであり、前記副山の高さが５〜２０μｍであることを特徴とするクロス溝付管。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、クロス溝付管の製造方法およびその装置に関するものであり、また、クロス溝付管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱交換器等において使用する伝熱管においては、熱交換特性を向上させるために内面に螺旋状の溝が形成された溝付管が使用されることがある。このような溝付管は、例えば転造加工を利用して製造することができる。この方法を実現するための金属管内外面加工装置の一例は、特許第２５９０５６８号公報に開示されている。
【０００３】図５は、上記公報記載の図であり、図において、符号１は金属管の一例としての銅管、２は銅管１を縮径するための縮径装置、２０は金属管内外面加工機を示している。縮径装置２と金属管内外面加工機２０とにより、金属管内外面加工装置が構成されている。
【０００４】縮径装置２は、銅管１に圧接するテーパ穴（引抜孔）３ａを有するダイス３と、このダイス３のテーパ穴３ａに対応する位置において銅管１内に浮遊するフローティングプラグ４と、を備えている。このフローティングプラグ４は、図に示すように、大径部４ａと、テーパ部４ｂと、小径のロッド部４ｃと、が順に連接されてなるものである。そして、このプラグ４のロッド部４ｃの先端には、ロッド部４ｃに対して同軸にマンドレル１０が設けられている。
【０００５】マンドレル１０は、円筒状に形成されたものであり、その外周面には、螺旋状の凸条１０ａが形成されている。このマンドレル１０は、プラグ４と一体回転可能とされており、軸受部材１２により軸方向位置が規制されている。
【０００６】金属管内外面加工機２０は、マンドレル１０を構成要素の１つとして備えるものであり、銅管１の内面に螺旋状の溝を形成するためのものである。
【０００７】金属管内外面加工機２０は、銅管１をマンドレル１０に圧接する転造ボール（回転体）２１と、転造ボール２１の径方向の力を保持する径方向保持部材（外側支持体）２２と、を備えている。
【０００８】転造ボール２１は、径方向保持部材２２内に複数配置されており、径方向保持部材２２は、第１の枠体２３および第２の枠体２４によって挟持されている。また、径方向保持部材２２は、超硬合金で形成された内リング２５と、この内リング２５をバックアップするための外リング２６と、により構成されている。
【０００９】第１および第２の枠体２３、２４には、それぞれ、大径凹部２３ａ、２４ａが形成されているとともに、これら大径凹部２３ａ、２４ａの内側に小径凹部２３ｂ、２４ｂが形成されている。そして、小径凹部２３ｂ、２４ｂには、転造ボール２１の軸方向位置を規制する第１および第２の軸方向保持部材２７、２８が、それぞれ設けられている。これら軸方向保持部材２７、２８は、環状に形成されており、その内径が、縮径装置２により縮径された銅管１の外径よりも十分大きく形成されている。また、第１の枠体２３には、第１の軸方向保持部材２７の内周面に連続する径とされた貫通孔２３ｃが形成されており、この貫通孔２３ｃの縮径装置２側には、縮径装置２側に向けて拡径するテーパ面２３ｄが連接されている。一方、第２の枠体２４の小径凹部２４ｂの内側には、貫通孔２４ｃが形成されており、この貫通孔２４ｃには、転造ボール２１で転造された銅管１の外周面を整形する整形ダイス２９が嵌合されている。この整形ダイス２９は、当板２９ａにより軸方向後段側（図において右側）への移動が規制されるようになっている。
【００１０】なお、図において、符号３０は、転造ボール２１に潤滑油を供給するためのノズルを示している。
【００１１】上記のように構成された金属管内外面加工装置においては、金属管内外面加工機２０が回転駆動される。この際、フローティングプラグ４が挿入された銅管１を、ダイス３のテーパ穴３ａおよび金属管内外面加工機２０の軸心に通して、後段方向（図において右側）に引っ張ると、フローティングプラグ４のテーパ部４ｂがダイス３のテーパ穴３ａに保持され、これにより、フローティングプラグ４の位置が定まる。これとともに、マンドレル１０に対応する銅管１の外周において、転造ボール２１が公転するようになる。このため、ダイス３およびフローティングプラグ４によって銅管１が縮径され、さらに、転造ボール２１によって銅管１がマンドレル１０の外周面に圧接されて、銅管１の内周面に螺旋状の溝が転造形成される。そして、さらに後段側に位置する整形ダイス２９によって、銅管１の外周面が整えられる。
【００１２】ところで、上記のような溝付管の熱交換特性をさらに向上させることを目的として、上記の螺旋状の溝（主溝）に対して、この溝に対して交差するとともにこの溝と同程度の深さを有する付加的な溝（副溝）を付加することが行われることがある。
【００１３】このようなクロス溝付管を製造するには、以下のような２つの方法が考えられる。
【００１４】第１の方法としては、図６に示すように、螺旋状に凸条が形成されたマンドレル１０を使用して１回目の転造を行い、焼鈍の後、先とは逆向きの螺旋状に凸条が形成されたマンドレル１０’を使用して２回目の転造を行うという方法である。ここで、１回目の転造の後に焼鈍を行うのは、１回目の転造により、管に加工硬化が生じるためである。
【００１５】第２の方法としては、図７に示すように、螺旋状に凸条が形成された前方マンドレル１０と逆向きの螺旋状に凸条が形成された後方マンドレル１０’とが連結されたマンドレル１１を準備し、このマンドレル１１を使用して転造を行うという方法である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来のクロス溝付管の製造方法の第１方法においては、転造工程が２回必要であることにより、通常の溝付管の製造と比較して、大幅に生産性が低下するという問題点があった。
【００１７】上記従来のクロス溝付管の製造方法の第２方法においては、転造工程は１回で済むものの、マンドレル１０による転造によって、管に加工硬化が生じてしまうことにより、マンドレル１０’による転造速度を大きくすることができないという問題点があった。そのため、管の引っ張り速度を、通常の溝付管の製造と比較して、大幅に遅くするしかなく、結局、第１方法の場合と同様に、大幅に生産性が低下することとなる。
【００１８】また、上記のような主溝と副溝との深さが同程度のクロス溝付管であると、主溝をなす主山と副溝をなす副山との間に深い峡谷部が形成されることとなる。このような深い峡谷部が存在する場合には、伝熱媒体の凝縮時に、深い峡谷部に液だまりが生じてしまい、凝縮液の流動性が低下して、結局、凝縮特性が悪くなってしまうという問題があった。
【００１９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、生産性を損なうことなくクロス溝付管を製造し得るクロス溝付管の製造方法を提供することを目的とする。また、そのようなクロス溝付管の製造装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、蒸発特性を向上させ得るとともに凝縮特性を維持し得るクロス溝付管を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のクロス溝付管の製造方法においては、クロス溝付管を製造するための方法であって、表面に螺旋状に形成された凸条と、該凸条の少なくとも一部において前記凸条の延在方向と交差する方向に形成された凹所と、を有するマンドレルを準備し、該マンドレルを使用して管に対して転造加工を行ってクロス溝付管を得ることを特徴としている。請求項２記載のクロス溝付管の製造装置においては、後方に引かれる管を絞り加工するための引抜孔を有するダイスと、このダイスの後方において前記管の外周面に沿って円環状に配列された複数の回転体と、これら円環状に配置された複数の回転体の外側において各回転体を前記管の前記外周面に沿って周方向に転動可能に支持するように配置されかつ前記管の軸線を中心として回転駆動されて各回転体を前記管の外周面に圧接させるとともに各回転体を前記管の前記外周面に沿って転がす外側支持体と、前記ダイスの前記引抜孔と対応する位置で前記管の内部に支持されたフローティングプラグと、このフローティングプラグの後端に回転自在に連結され各回転体と対応する位置で管の内部に支持されたマンドレルとを具備して、クロス溝付管を製造するための装置であって、前記マンドレルは、表面に螺旋状に形成された凸条と、該凸条の少なくとも一部において前記凸条の延在方向と交差する方向に形成された凹所と、を有していることを特徴としている。請求項３記載のクロス溝付管の製造装置においては、請求項２記載のクロス溝付管の製造装置において、前記凸条の高さが１００〜２５０μｍであり、前記凹所の深さが５〜２０μｍであることを特徴としている。請求項４記載のクロス溝付管においては、内面に螺旋状に形成されるとともに主山および主谷から構成された主溝と、前記主谷の少なくとも一部において前記主谷の延在方向と交差する方向に形成された副山を有して構成された副溝と、を備え、前記副山の高さは、前記主山の高さよりも低いことを特徴としている。請求項５記載のクロス溝付管においては、請求項４記載のクロス溝付管において、前記主山の高さが１００〜２５０μｍであり、前記副山の高さが５〜２０μｍであることを特徴としている。
【００２１】請求項１記載の発明によると、表面に凸条と凹所とが形成されたマンドレルを使用して転造加工が行われる。この場合、主に凸条にしたがってマンドレルが回転するので、管の引っ張り速度を落とす必要がない。よって、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管の製造が行われる。請求項２記載の発明によると、回転体によって管がマンドレルの外周面に圧接されて、管の内面に螺旋状の溝が転造形成される。この場合、マンドレルは、表面に螺旋状に形成された凸条を有しているので、凸条の一部に凹所が形成されていても、管内面に対する接触性（食いつき）が良く、管の引っ張り速度を落とす必要がない。よって、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管の製造が行われる。請求項３記載の発明によると、凸条の高さが１００〜２５０μｍであり、凹所の深さが５〜２０μｍである。凹所の深さが比較的浅いことにより、凹所を形成したにしても、マンドレルの管内面に対する接触性（食いつき）がそれほど低下することはない。したがって、管の引っ張り速度を落とす必要がなく転造加工を行うことができ、よって、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管の製造が行われる。請求項４記載の発明によると、主溝に加えて、副山を有する副溝が設けられている。よって、伝熱媒体の蒸発時には、副山に案内させた効率的な蒸発が起こることとなり、蒸発特性が向上する。また、副溝をなす副山の高さが、主溝をなす主山の高さよりも低いものとされている。よって、主山と副山との間には浅い谷部しか存在せず、伝熱媒体の凝縮時に、液だまりが生じることがない。したがって、凝縮特性が低下することがない。請求項５記載の発明によると、主山の高さが１００〜２５０μｍであり、副山の高さが５〜２０μｍであることにより、伝熱媒体の蒸発時に副山に案内させた効率的な蒸発を起こさせることができて蒸発特性を向上させ得るとともに、かつ、副山の高さがそれほど高くないことにより、主山と副山との間には浅い谷部しか形成せず、これにより伝熱媒体の凝縮時に液だまりを生じさせず、凝縮特性を低下させることがない。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】本発明によるクロス溝付管の製造装置は、縮径装置２と金属管内外面加工機２０とから構成される上記金属管内外面加工装置と同様の構成を有しており、同様の構成については、説明を省略する。
【００２４】本発明によるクロス溝付管の製造装置と、上記金属管内外面加工装置とが、本質的に相違するのは、マンドレルの構成である。
【００２５】図１には、本発明のクロス溝付管の製造装置において使用されるマンドレル４０の一実施形態を示している。
【００２６】マンドレル４０は、図１におけるＡ部分の拡大図である図２に示すように、表面に螺旋状に形成された凸条４１と、この凸条４１において凸条４１の延在方向と直交する方向に形成された凹所４２と、を有して構成されている。この場合、凸条の高さが１００〜２５０μｍとされ、凹所の深さが５〜２０μｍとされていることが好ましい。
【００２７】本発明のクロス溝付管の製造装置は、上記金属管内外面加工装置の場合と同様にして使用される。
【００２８】すなわち、転造ボール２１によって銅管１がマンドレル４０の外周面に圧接されて、銅管１の内面に、凸条４１に対応した螺旋状の主溝が転造形成される。これとともに、銅管１の内面に、凹所４２に対応した副溝が転造形成される。
【００２９】図３には、このようにして形成された、例えば銅製のクロス溝付管５０を示している。クロス溝付管５０の内面には、図３におけるＢ部分の拡大図である図４に示すように、主溝５１と副溝５２とが形成されている。
【００３０】主溝５１は、管内面において螺旋状に形成されている。すなわち、螺旋状に形成された主山５１ａと、主山５１ａどうしの間に位置する主谷５１ｂと、から構成されている。主山５１ａの高さＨは、マンドレル４０の凸条４１の高さに対応しており、例えば１００〜２５０μｍとされている。
【００３１】副溝５２は、主谷５１ｂにおいて主谷５１ｂの延在方向と直交する方向に形成された副山５２ａと、副山５２ａどうしの間に位置する副谷５２ｂと、から構成されている。副山５２ａの高さｈは、マンドレル４０の凹所４１の深さに対応しており、例えば５〜２０μｍとされている。
【００３２】上記構成を有するクロス溝付管５０を伝熱管として使用した場合には、主溝５１に加えて、副山５２ａを有する副溝５２が設けていることにより、伝熱媒体の蒸発時には、副山５２ａに案内させた効率的な蒸発（図４において矢印Ｃで示している）を起こさせることができ、蒸発特性を向上させることができる。また、副溝５２をなす副山５２ａの高さを、主溝５１をなす主山５１ａの高さよりも低いものとしていることにより、主山５１ａと副山５２ａとの間には浅い谷部（すなわち、浅い副谷５２ｂ）しか形成せず、伝熱媒体の凝縮時に、液だまりを生じさせることがない。したがって、凝縮特性を低下させることがない。
【００３３】副山５２ａが低すぎると蒸発特性の向上効果が小さくなることから、また、副山５２ａが高すぎると伝熱媒体の凝縮時に液だまりを生じさせてしまうことから、副山５２ａの高さｈは、例えば５〜２０μｍとされることが好ましい。
【００３４】また、クロス溝付管の製造装置におけるマンドレル４０に関しては、凹所４２の深さが浅すぎると、副山５２ａが小さくなって蒸発特性の向上効果が小さくなることから、また、凹所４２の深さが深すぎると、管内面に対する接触性（食いつき）を損なうため、凹所４２の深さは、例えば５〜２０μｍとされることが好ましい。
【００３５】上記のように構成されたクロス溝付管の製造装置であると、凸条４１の高さが１００〜２５０μｍであり、凹所４２の深さが５〜２０μｍである。凹所４２の深さが比較的浅いことにより、凹所４２を形成したにしても、マンドレル４０の管内面に対する接触性（食いつき）を、さほど低下させることがない。したがって、管の引っ張り速度を落とす必要がなく転造加工を行うことができ、よって、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管５０の製造を行うことができる。
【００３６】また、上記のようなクロス溝付管の製造方法であると、表面に凸条４１と凹所４２とが形成されたマンドレル４０を使用して転造加工を行う。この場合、主に凸条４１にしたがってマンドレル４０が回転するので、管の引っ張り速度を落とす必要がない。すなわち、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管５０の製造を行うことができる。
【００３７】なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下の形態とすることもできる。
ａ）管として銅管を適用対象とすることに代えて、アルミニウム管等、転造加工の可能な他の任意の管を適用対象とすること。
ｂ）マンドレル４０に関して、凸条４１の直交方向に凹所４２を形成することに代えて、凸条４１の延在方向に対して任意の角度をもって凹所４２を形成すること。
ｃ）マンドレル４０に関して、凸条４１全体にわたって凹所４２を形成することに代えて、凸条４１の一部においてのみ凹所４２を形成すること。
ｄ）クロス溝付管５０に関して、主谷５１ｂの直交方向に副山５２ａを形成することに代えて、主谷５１ｂの延在方向に対して任意の角度をもって副山５２ａを形成すること。
ｅ）クロス溝付管５０に関して、主谷５１ｂ全体にわたって副山５２ａを形成することに代えて、主谷５１ｂの一部においてのみ副山５２ａを形成すること。
【００３８】
【発明の効果】本発明のクロス溝付管の製造方法およびその装置ならびにクロス溝付管によれば、以下の効果を奏する。請求項１記載のクロス溝付管の製造方法によれば、表面に凸条と凹所とが形成されたマンドレルを使用して転造加工が行われる。この場合、主に凸条にしたがってマンドレルが回転するので、管の引っ張り速度を落とす必要がない。すなわち、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管の製造を行うことができる。請求項２記載のクロス溝付管の製造装置によれば、回転体によって管をマンドレルの外周面に圧接して、管の内面に螺旋状の溝を転造形成することができる。この場合、マンドレルは、表面に螺旋状に形成された凸条を有しているので、凸条の一部に凹所が形成されているにしても、管内面に対する接触性（食いつき）が良く、管の引っ張り速度を落とす必要がない。よって、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管の製造を行うことができる。請求項３記載のクロス溝付管の製造装置によれば、凸条の高さが１００〜２５０μｍであり、凹所の深さが５〜２０μｍである。凹所の深さが比較的浅いことにより、凹所を形成したにしても、マンドレルの管内面に対する接触性（食いつき）を、さほど低下させることがない。したがって、管の引っ張り速度を落とす必要がなく転造加工を行うことができ、よって、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管の製造を行うことができる。請求項４記載のクロス溝付管によれば、主溝に加えて、副山を有する副溝が設けていることにより、伝熱媒体の蒸発時には、副山に案内させた効率的な蒸発を起こさせることができ、蒸発特性を向上させることができる。また、副溝をなす副山の高さを、主溝をなす主山の高さよりも低いものとしていることにより、主山と副山との間には浅い谷部しか形成せず、伝熱媒体の凝縮時に、液だまりを生じさせることがない。したがって、凝縮特性を低下させることがない。請求項５記載のクロス溝付管によれば、主山の高さが１００〜２５０μｍであり、副山の高さが５〜２０μｍであることにより、伝熱媒体の蒸発時に副山に案内させた効率的な蒸発を起こさせることができて蒸発特性を向上させ得るとともに、かつ、副山の高さがそれほど高くないことにより、主山と副山との間には浅い谷部しか形成せず、これにより伝熱媒体の凝縮時に液だまりを生じさせず、凝縮特性を低下させることがない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２６４
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外９名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２８５７６４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月１９日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−９０４６３ |
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