| 【発明の名称】 |
内面溝付管の加工方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】長田 卓
【住所又は居所】兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
【氏名】日名子 伸明
【住所又は居所】神奈川県秦野市平沢６５番地 株式会社神戸製鋼所秦野工場内
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| 【要約】 |
【課題】溝付プラグの局所的な摩耗が低減でき、素管内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造し得る内面溝付管の加工方法を提供する。
【解決手段】素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させて溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、転圧ボールを管軸と交差角度θで交差する中心軸を中心に回転駆動することにより、素管内面に溝形状を転写する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させて溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、転圧ボールを管軸と交差角度θで交差する中心軸を中心に回転駆動することにより、素管内面に溝形状を転写することを特徴とする内面溝付管の加工方法。
【請求項２】交差角度θが１〜２０度である請求項２に記載の内面溝付管の加工方法。
【請求項３】 素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させて溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、転圧ボールを管軸方向の配設位置を異にして管周方向に配設し、当該転圧ボールを管軸を中心に回転駆動することにより、素管内面に溝形状を転写することを特徴とする内面溝付管の加工方法。
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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、管内面に溝が形成された内面溝付管の加工方法に関し、具体的には家庭用及び業務用エアコン等の空冷式熱交換器に使用される内面溝付伝熱管の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】空冷式熱交換器の凝縮器及び蒸発器には、管内面に螺旋状の溝を形成して熱伝達効率を向上させた内面溝付管が使用されている。図８は、従来の内面溝付管の加工装置を示す管中心軸（以下管軸と称す）方向の模式的断面図である。この図８を参照して従来の内面溝付管の加工装置と加工方法について説明する。
【０００３】素管８の内部にはフローティングプラグ２が挿入されている。このフローティングプラグ２は、管供給側（図面において左側が供給側、右側が引抜き側となる。）の外径が素管８の内径よりやや小さく、管引抜き側の外径は管供給側のものよりも小さい略円錐台形である。このフローティングプラグ２と対応する位置の素管８の外面には、フローティングプラグ２と共に素管８を縮径加工する保持ダイス１が配置されている。
【０００４】また、フローティングプラグ２には連結軸４を介して略円柱形の溝付プラグ３が連結されている。この溝付プラグ３の外周面には素管８の内周面に形成すべき形状の溝が加工されている。更に、この溝付プラグ３は連結軸４を軸として自在に回転することができる。そして、この溝付プラグ３に対応する位置の素管８の外面には、複数個の転圧ボール５が管周方向に並んで配設されている。この転圧ボール５は加工リング２１に収容されて相互に適長間隔をおいて配置されており、この加工リング２１により転圧ボール５は管軸方向における所定位置に保持される。
【０００５】上記加工リング２１はモータ９の駆動軸２２に接続されている。モータ９は円筒状の駆動軸２２と、この駆動軸２２を磁場により回転させるコイル２３とを有し、コイル２３に給電することにより駆動軸２２が回転駆動され、加工リング２１を管軸と同軸上で回転駆動する。この加工リング２１の回転により、転圧ボール５は管軸を中心として管周方向に回転する。なお、モータ９の中心を素管８が通過する。また、転圧ボール５の管引抜き方向下流側には、内面にフィンを形成された素管８の外径を所定の寸法に縮管加工する仕上げダイス７が素管８に接して設けられている。
【０００６】上記のように構成された内面溝付管の加工装置を用いた従来の加工方法は以下のとおりである。フローティングプラグ２は素管８の先端内に挿入されその位置を機械的又は磁気的な手段により保持されている。そして、この状態から素管８の先端が保持ダイス１を通し仕上げダイス７へと供給され、またフローティングプラグ２の保持が開放される。この後、素管８の引抜き開始の移動に伴ってフローティングプラグ２が保持ダイス１と対応する位置まで移動する。そしてこの後の引抜きにより、素管８はフローティングプラグ２及び保持ダイス１により縮管加工され、更に後続する転圧ボール５により縮管されると共に、この転圧ボール５による圧下力を受けて素管８の内部に配置されている溝付プラグ３に押圧される。
【０００７】上記溝付プラグ３は連結軸４を介してフローティングプラグ２に連結されており、フローティングプラグ２は素管８の引抜きによる摩擦力と、保持ダイス１からの抗力とにより保持ダイス１と対応する位置に静止しているので、溝付プラグ３も転圧ボール５と対応する位置に止まっている。従って、転圧ボール５を素管８の外周面に転接して円周方向に回転駆動すると、溝付プラグ３との共働作用により、素管８の内周面に溝付プラグ３の外周面に形成されている溝形状が転写されてフィン６が形成される。このとき、溝付プラグ３は素管８を引抜くことにより、溝付プラグ３の周面に刻まれた溝により回転する。また、その内面にフィン６を形成された素管８は仕上げダイス７により縮管加工され、所望の外径を有する内面溝付管が製造される。
【０００８】ところで、上述した従来の内面溝付管の加工方法により内面溝付管を加工する場合、一般に溝付プラグ３は耐摩耗性のある超硬材で製作されているものの、加工される素管８の長さが数千メートルと長いときには、溝付プラグ３としてたとえ超硬材を使用したとしても、溝付プラグ３の溝加工部位（転圧ボール５により押圧される領域）の表面が局所的に摩耗する。このため、連続的に転造を行うと、例えば、フィン６高さが順次低くなる等の不具合が発生する。また引いては溝付プラグ３の工具寿命が短いという問題点がある。
【０００９】しかも、近年、内面溝付管は、使用機器乃至機材のコンパクト化により、一層のコンパクト化が要求されている。例えば、エアコン等の熱交換器用の内面溝付銅管では、外径６〜８ｍｍの極小径の管が主流となっており、今後フロン規制に沿った新冷媒への切替えにより、益々小径薄肉化される傾向にある。これに伴い、伝熱特性などの内面溝付管自体の性能を維持する乃至性能を向上させるために、益々溝が深くハイフィン化する傾向にある。これら小径の内面溝付管で形成されるフィンは、管外径との比で０．０２５以上のハイフィンであり、前記極小径の銅管では、例えば、管外径が７．０ｍｍに対して、フィンの山の高さを０．１８ｍｍ以上に高くする。特にこのような高いフィン形状で溝付プラグ表面の摩耗が顕著である。
【００１０】そこで、上述の如き溝付プラグの摩耗に関する問題点を改善して、本出願人は先に、転圧ボールにより素管を溝付プラグに対し押圧して素管内面に内面溝を転写形成する際に、転圧ボールを管軸方向に連続的に又は間欠的に移動させて加工する内面溝付管の加工方法を、提案した（特開平１１−１９７１１号公報）。
【００１１】上記に提案の内面溝付管の加工方法では、溝付プラグの溝加工位置が変るので、溝付プラグの局所的な摩耗が低減できるとともに、素管内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造することができるものの、転圧ボール又は溝付プラグを素管の管軸方向に移動させるための機械的あるいは電気的な装置が必要となる。
【００１２】そして、その後の開発を進める過程で、今般、溝付プラグの局所的な摩耗が低減でき、素管内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造し得る、新たな構成の内面溝付管の加工方法を開発したものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の事情を背景としてなしたものであって、その目的は、溝付プラグの局所的な摩耗が低減でき、素管内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造し得る、内面溝付管の加工方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明（請求項１）に係る内面溝付管の加工方法は、素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させて溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、転圧ボールを管軸と交差角度θで交差する中心軸を中心に回転駆動することにより、素管内面に溝形状を転写するものである。そして、この場合、交差角度θは１〜２０度であることが望ましい（請求項２）。
【００１５】上記の構成では、転圧ボールを管軸と交差角度θで交差する中心軸を中心に回転駆動することにより管内面に溝加工を行うので、溝加工中の転圧ボールの回転軌道は溝付プラグの管軸方向の異なる表面を連続的に通過し、その異なる表面を転圧ボールが押圧することから、従来のように交叉角度θ＝０度の時と異なり、溝付プラグの被押圧表面も管軸方向に幅のある表面で押圧され、結果、溝付プラグの局所的な摩耗を従来よりも低減でき、溝付プラグ全体としての寿命向上を図ることができるとともに、素管内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造することができる。この場合、交差角度θの範囲としては１〜２０度の範囲が好ましい。交差角度θが１度未満では、従来の内面溝付管の加工方法と変らず溝付プラグの局所的な摩耗の低減が期待できない。また交叉角度θが２０度を超え大きくなると、溝付プラグと転圧ボールの隙間が周方向で変動するため振動の発生や、溝加工側（隙間の狭い側）での加工過剰による素管の破断等が発生する。
【００１６】また、上記の目的を達成するために、本発明（請求項３）に係る内面溝付管の加工方法は、素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させて溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、転圧ボールを管軸方向の配設位置を異にして管周方向に配設し、当該転圧ボールを管軸を中心に回転駆動することにより、素管内面に溝形状を転写するものである。
【００１７】上記の構成では、転圧ボールを管軸方向の配設位置を異にして管周方向に配設し、当該転圧ボールを管軸を中心に回転駆動することにより管内面に溝加工を行うので、溝加工中の各転圧ボールはそれぞれ異なる回転軌道上、すなわち溝付プラグの管軸方向の異なる表面を通過押圧する。従って、溝付プラグの被押圧表面も管軸方向に幅のある表面で押圧を受け、その幅で溝を転写するので、溝付プラグの局所的な摩耗を従来よりも低減でき、溝付プラグ全体としての寿命向上を図ることができるとともに、素管内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る内面溝付管の加工方法（請求項１）を説明するための内面溝加工部の断面説明図であって、内面溝付管の加工装置全体の基本構成は、上記図８に示す従来の内面溝付管の加工装置と同じ構成である。以下の説明では従来装置と同じ構成部分は同じ符号をもって示す。
【００１９】内面溝加工部は、転圧ボール５と溝付プラグ３のみを示すが、従来同様に転圧ボール５を収容した加工リング２１と、円筒状の駆動軸２２を磁場により回転させるコイル２３を有するモータ９と、溝付プラグ３とを有して構成されている。そして、本例における内面溝加工部は、転圧ボール５の回転軌道の中心軸１０が、溝付プラグ３の中央部において管軸１１と交叉角度θで交叉するように加工リング２１とモータ９を保持する構成としたものである。
【００２０】上記構成の内面溝付管の加工装置を用いた加工方法では、転圧ボール５の回転軌道は管軸方向から見た場合、楕円軌道となっており、これにより楕円の短径側に当たる図における上側に回転してくる転圧ボール５は素管８の内面を溝付プラグ３の上側表面１２に、図における下側に回転してくる転圧ボール５は素管８の内面を溝付プラグ３の下側表面１３にそれぞれ押圧して溝を転写形成する。従って、図２に示すように、交叉角度θ、溝加工後の管外径２Ｒとすれば、素管８が押圧される溝付プラグ３の表面は、図２ｂに比較して示す従来の加工方法よりも管軸方向におよそＲ・ｔａｎθ分拡大し、溝付プラグ３の局所的な摩耗を従来よりも低減でき、溝付プラグ３全体としての寿命向上を図ることができるとともに、素管８の内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造することができる。なお、楕円の長径側に当たる図における中央部の長径は素管８の外径より大きく構成されているので、素管８の内面を溝付プラグ３に押圧することが無い。また、符号３Ａは転圧ボール５により押圧される溝付プラグ３表面における領域、符号５Ａは転圧ボール５の回転軌道をそれぞれ示す。
【００２１】因みに、以下のような条件による内面溝付加工が例示できる。
（１）素管条件材質：銅寸法：外径８．０ｍｍ、管肉厚０．３ｍｍ（２）溝付プラグ３の条件外径：７．２ｍｍ、溝数：５０、リード角：１８°（３）加工条件引抜速度：５０ｍ／分転圧ボール回転速度：２００００ｒ．ｐ．ｍ．
ボール個数：４個交叉角度：θ＝１５度【００２２】上記条件による内面溝付管の加工では、加工中の素管が押付けられる溝付プラグの表面積が従来の場合の約３倍となり、溝付プラグの工具寿命を従来の約３倍にでき、また素管の内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管の加工を長時間持続させることができる。
【００２３】図３は、本発明に係る内面溝付管の加工方法（請求項３）を説明するための内面溝加工部の断面説明図であって、この図に示す内面溝付管の加工装置全体の基本構成も、上記図１と同様に、図８に示す従来の内面溝付管の加工装置と同じ構成である。以下の説明では従来装置と同じ構成部分は同じ符号をもって示す。
【００２４】内面溝加工部は、上記図１同様に、転圧ボール５と溝付プラグ３のみを示すが、転圧ボール５を収容した加工リング２１と、円筒状の駆動軸２２を磁場により回転させるコイル２３を有するモータ９と、溝付プラグ３とを有して構成されている。そして、本例における内面溝加工部は、転圧ボール５を周方向に所定間隔で保持する円筒状のボール保持具１４の転圧ボール５の収容孔１５を、図４に示すように管軸方向にずらして設け、その収容孔１５に転圧ボール５を収容せしめて加工リング２１内にセットするとともに、円筒状ボール保持具１４の回転中心軸１６と管軸１１とを同心に設けて構成したものである。なお、従来の構成においても図示省略しているが円筒状ボール保持具が用いられており、この場合は収容孔が同一円周上に所定間隔で設けられている。
【００２５】上記構成の内面溝付管の加工装置を用いた加工方法では、４個の転圧ボール５はそれぞれ管軸方向に所定間隔ずれて設けられているので、各転圧ボール５の回転軌道も、図５に示すように４箇所構成され、これにより各転圧ボール５毎に素管８の内面を溝付プラグ３の表面に押圧して溝を転写形成する。従って、素管８が押圧される溝付プラグ３の表面は、上記図２ｂに比較して示す従来の加工方法より拡大し、溝付プラグ３の局所的な摩耗を従来よりも低減でき、溝付プラグ３全体としての寿命向上を図ることができるとともに、素管８の内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造することができる。
【００２６】図６は、本発明に係る転圧ボールの円筒状ボール保持具への別の取付け例を示す説明図であって、本例のように転圧ボール５の収容孔１５を千鳥状に設けるようにしても、上記図３の例と同様の作用効果を奏することができる。
【００２７】なお、上記図３、図６に示す例では４個の転圧ボールの場合を例としたが、本発明はこの例に限定されるものではなく、転圧ボールのボール保持具への取付けスペースにより、例えば２乃至６個程度の範囲で個数を決めることが望ましい。また、３個以上設ける場合には１つの回転軌道に２個の転圧ボール５を設けるようにしてもよい。また更に、転圧ボールの各回転軌道の管軸方向の間隔は上記例ではボール中心で０．５ｍｍを例としたが最大でも１ｍｍ以内が好ましく、間隔が広すぎると、管表面におけるボール痕ピッチが荒くなったり、内面フィンが十分に成形されないなどの問題が懸念される。
【００２８】因みに、以下のような条件による内面溝付加工が例示できる。
（１）素管条件材質：銅寸法：外径８．０ｍｍ、管肉厚０．３ｍｍ（２）溝付プラグ３の条件外径：７．２ｍｍ、溝数：５０、リード角：１８°（３）加工条件引抜速度：５０ｍ／分転圧ボール回転速度：２００００ｒ．ｐ．ｍ．
ボール個数：４個転圧ボールの円筒状ボール保持具：図７【００２９】上記条件による内面溝付管の加工では、加工中の素管を溝付プラグの４箇所で押付けて加工できるので、溝付プラグの工具寿命を従来の約４倍にでき、また素管の内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管の加工を長時間持続させることができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る内面溝付管の加工方法によれば、溝付プラグの局所的な摩耗が低減でき、引いては溝付プラグ全体としての寿命向上を図ることができ、素管内面長手方向に一様に高いフィンを有する内面溝付管を製造することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１１９９
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
【住所又は居所】兵庫県神戸市中央区脇浜町二丁目１０番２６号
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| 【出願日】 |
平成１３年８月２４日（２００１．８．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９１９６
【弁理士】
【氏名又は名称】梶 良之 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−６２６０８（Ｐ２００３−６２６０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年３月５日（２００３．３．５） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２５４４２６（Ｐ２００１−２５４４２６） |
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