JP2006212661A - 内面溝付管の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 溝の不完全な形成や、管外面の傷を生じることなく、金属管の内面溝付加工の速度を向上した内面溝付管製造装置。
【解決手段】 縮管の工程で金属管１の内壁に溝付加工プラグ５を密接させ、管内壁に溝を形成する内面溝付管製造装置において、管の外側からの押圧手段として複数のロール１６Ａないし１６Ｆを用い、各ロールが、金属管１の軸に平行な軸と斜めに交わるように配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は内面溝付管の製造装置に関し、特に金属管の内面に螺旋状の溝を設けるための加工の速度を向上した内面溝付管の製造装置に関する。

金属管の内面に螺旋状の溝を設けた内面溝付管は、空気調和機や冷凍機の熱交換器に有用である。このような内面溝付管を製造するため、金属管の内面に溝を形成させる装置として、特許文献１、同２、同３に記載されているように、金属管の外側を押圧し、管内に挿入された溝付加工プラグに管壁を押し付けて、金属管の内面に溝を形成させるものが知られている。

図７は、特許文献２に記載された従来の内面溝付管の製造装置を示す。加工すべき金属管１の管内には、外面に溝４を有する溝付加工プラグ５が挿入され、溝付加工プラグ５はタイロッド３によりフローティングプラグ２と連結されている。これらは管内で一体となって自由に回転できる。金属管１に沿ってダイス７および同８が設けられていて、これらを通して金属管１を、ダイス７からダイス８への方向に引き抜くと、縮管（管径の縮小）が行われる。

この際、ダイス７で縮管された金属管１（１ａとする）の内径よりも大きいフローティングプラグ２は、ダイス７の位置の管内に留まるから、タイロッド３によりフローティングプラグ２に連結された溝付加工プラグ５も、管内での位置が決まる。ちょうどこの溝付加工プラグ５の停止位置で金属管１の外周に、押圧手段すなわちロール６Ａ，６Ｂが設けられている。ロール６Ａ，６Ｂの外側（金属管１から見て）には、それらを金属管１に向かって押すバックアップロール６Ｃ，６Ｄが設けられている。ロール６Ａ，６Ｂは、バックアップロール６Ｃ，６Ｄにより金属管１に向かって押されながら、自転しつつ金属管１の外周で公転するので、金属管１を内側へ向かって圧迫し、管壁の内側が溝付加工プラグ５の外面に押し付けられて、溝４に対応する形状のフィン９が形成される。フィン９の間の部分が管内面の溝となる（溝付加工プラグ５は溝４の代わりに突起部を有してもよく、この場合には金属管１の内面には対応する形状の溝が形成される。本発明では、加工プラグに溝を有するもので代表して記載する）。

溝付加工された金属管１ｂは、ダイス８でさらに縮管され、内面溝付管１ｃとなる。前述したように、ロール６Ａ，６Ｂは、それ自身回転（自転）しながら、金属管の周りを回転（公転）する。

金属管の周りを回転する押圧手段としてロールの代わりにボールも用いられている（例えば特許文献１）。押圧手段としてボールを用いて溝付加工するとき、ボールが管の内壁と溝付加工プラグの接触面に有効に作用する範囲は比較的限定される。この範囲を、ここでは便宜上作用領域と呼ぶ。ボールの作用領域は、ボールが加重なしに金属管に接する接点を中心とする、小さい半径の円になる。この円の半径を、ここでは便宜上作用半径と呼ぶ。作用半径は、他の条件が同じ場合、ボールの直径とともに大きくなる。

ボールが金属管の回りを公転するのに伴い、作用領域も金属管の回りを回転する。金属管が引き抜きとともに長さ方向に移動するから、ボールも作用領域も、金属管の外周を螺旋状の軌跡を描いて移動する（相対的に）。ボールの作用半径をｒとすれば、移動する作用領域の軌跡の幅は２ｒに等しい。

図８（Ａ）ないし（Ｃ）は、ボールと金属管の相対的移動と、ボールの作用領域及びその軌跡の関係を示す。以下、図８により説明する。ボールの１公転の間に引き抜きにより金属管が移動する距離を加工ピッチと呼ぶ（ボールが１個の場合）。これは、上述の作用領域が描く螺旋状の軌跡のピッチでもある。加工ピッチｐがボールの作用領域の幅２ｒより小さければ、作用領域の螺旋状の軌跡のピッチはその幅より小さいから、螺旋状の軌跡は前の周回のそれと一部重なる（図８（Ａ））。逆にｐ＞２ｒであると、螺旋状の作用領域の各ピッチの間には隙間ができる（図８（Ｃ））。これは、金属管内面に溝付加工されない部分が生じる恐れがある。従って、内面溝付加工の品質を保つには、ボールの公転速度と引き抜き速度の関係を考慮する必要がある。ｐ＝２ｒであるとき、螺旋状の作用領域は１ピッチ前のそれにちょうど接して、重なりもせず、隙間もできない（図８（Ｂ））。このような加工ピッチの最大許容値Pを、ここでは限界加工ピッチと称する。P＝２ｒであるから、ボール等の押圧手段の作用領域を大きくすれば、限界加工ピッチPは大きくなる。ボールが金属管の回りを単位時間にＲ回公転するとすれば、金属管に対して単位時間に相対移動する距離すなわち加工速度ｖは、ボールの１公転あたりの相対移動距離すなわち加工ピッチｐと、公転速度Ｒとの積Ｒｐに等しい。

内面溝付加工のコストを低減するためには加工速度（加工しつつ単位時間に引き抜く距離）を増大させることが望まれる。加工速度ｖを大きくするには、加工ピッチｐを大きくするか、ボールの公転速度Ｒを大きくする必要がある。ボールの公転速度を余り大きくすると、加工された金属管の表面に傷がつくので限度がある。それ故、加工速度をさらに大きくするためには、加工ピッチを大きくすることが必要である。

加工ピッチには、前述のように、管内面にもれなく溝付加工を行うための限界が存在する。限界加工ピッチを大きくするには、押圧手段の作用領域を大きくすればよい。押圧手段として、管の長さ方向に軸をもつロールを用いると、ボールよりも作用領域を大きくすることができ、有利である。ロール６Ａ，６Ｂの側面（金属管との接触面）の加工上流側の端が尖っていると、加工された金属管の外側に傷を生じ、管の品質を損なうので、この箇所の角をなくすよう、断面を円弧状にすることが行われている（図７参照）。
特開平５−７９２０号 特開平５−３２９５２９号 特開平６−１５３４５号

しかし、押圧手段としてロールを用いる場合、ロールが金属管を押圧する際反作用を受けるため、ロールの加工上流側の端に外側へ開く方向（管から遠ざかる方向）の力が働き、ロール軸がその方向に傾いて、ロールの下流側での金属管への押し込み量が上流側より大きくなる現象が起きやすい。

図９でこの現象を説明する。（Ａ）はロール軸の傾きがない状態を、（Ｂ）はロール軸が傾いた状態を、それぞれ示す。金属管の管壁７１に、金属管と平行な軸Ｙをもつロール７６の、外面が接触している。矢印ａで示す方向に金属管を引き抜くと、ロール７６の上流端７６ａは管壁７１を管の内側（図の下方）へ押圧する際、反作用で管の外側（図の上方）への力を受け、幾らか浮き上がる。軸Ｙは上流側で管の外側へ、下流側で管の内側へと傾いて軸Ｙ‘のようになり、金属管の管壁７１はこれに対応した変形を受ける。すなわち、下流端７６ｂが当たる部分の管壁７１は、上流端７６ａが当たる部分よりも深く内側に変形する。こうして生じた管壁７１のへこみは加工後に管外面の螺旋状の筋となって現れる。ロールの軸の傾きによって管外面に傷がつく現象は、加工速度を上げるにつれ顕著になる。

ロールの軸の傾きを防ぐために、ロールの軸又はその延長を軸受けで保持することも行われるが、ロールの回転速度が大きくなると軸のブレが生じ、結局、加工速度の大きな向上は得られない。

また、ロールの軸のぶれの対策として、押圧ロールの外側にバックアップロールを設けることも行われるが、バックアップロール自体にも同様のぶれの現象が生じるため、有効な対策とはならなかった。

従って、本発明の目的は、管内壁の溝の不完全な形成や、管外面の傷を生じることなく、金属管の内面溝付加工の速度を向上できる、内面溝付管の製造装置を提供することにある。

上記目的を達するため、本発明の内面溝付管の製造装置は、金属管の内部に保持された、外周面に溝を有する溝付加工プラグと、この溝付加工プラグが保持された位置の金属管の外周に当接して回転し、金属管を外側から内側に向かって押圧する複数のロールとを具え、これら複数のロールの押圧により金属管の内壁に溝付加工プラグの外周面を密接させるとともに、金属管を長さ方向へ強制移動させることにより金属管の内壁に連続した溝を形成する、内面溝付管製造装置において、複数のロールは、それぞれの軸が金属管の軸と平行な軸に対して所定の角度を有して配置されることを特徴とする。

複数のロールは、その軸で保持するよりも、円筒形の内面から成る保持手段により回転可能に保持されて、金属管の外周を公転することが好ましい。この保持手段は、各ロールの軸方向の移動を阻止する構造を有し、各ロールの軸方向の中央部が金属管に接するように、各ロールを保持することが好ましい。

金属管を囲むロール群の外側に、各ロールに接して回転することができ、回転に伴い中心軸が金属管の軸を中心とする円軌道に沿って移動するような、複数のバックアップロールを具えてもよい。

本発明の内面溝付管製造装置は、溝付加工プラグの位置の金属管の外周に当接して回転し、金属管を外側から押す押圧手段として、ロールを用いているので、ボールに比して押圧手段としての有効作用面積が大きいから、管内壁の溝の不完全な形成を起こさずに加工速度を大きくできる。特に、複数のロールを、それぞれの軸が金属管の軸と平行な軸に対して所定の角度を有するように配置したことにより、加工の際ロールの両端付近が金属管の外面に触れないようにできるから、管外面に傷を生じることが避けられ、有効作用面積の大きいロールの利点を生かして、内面溝付加工の速度を向上することができる。

[第１の実施の形態]
（内面溝付管製造装置の全体の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る内面溝付管製造装置の主要部を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は破断断面図である。装置は金属管１を縮管するためのダイ７およびダイ８を具え、金属管１がそれらの開口部（図中に破線で示す）に通されている。ダイ７とダイ８の中間の位置で、金属管１の外周に等間隔に６個のロール１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆが設けられている。図１（Ａ）では煩雑を避けるため、そのうちの２個、ロール１６Ａおよび１６Ｂのみを示している。ロール１６Ａ等は金属管１の内面溝付加工のための押圧手段で、金属管１の外周に当接しつつ回転（自転および公転）する。図１（Ａ）に示すように、ロール１６Ａ，１６Ｂの軸はそれぞれ金属管１の軸ｘ−ｘに平行でなく、角度θだけ傾いている。図示されないが、ロール１６Ｃないし１６Ｆも同様である。

図１（Ｂ）は、内面溝付管製造装置の金属管内部の部材以外を、図１（Ａ）中の軸ｘ―ｘに沿った面で切断した破断断面図である。金属管１の管内には、外面に溝４を有する溝付加工プラグ５が挿入され、溝付加工プラグ５はタイロッド３によりフローティングプラグ２と連結されている。これらは管内で一体となって自由に回転できる。

（内面溝付管製造装置の動作）
縮管のため金属管１をダイス７からダイス８への方向に引き抜く際、ダイス７で縮管された金属管１ａの内径よりも大きいフローティングプラグ２は、ダイス７の位置の管内に留まるから、タイロッド３でフローティングプラグ２に連結された溝付加工プラグ５の管内での位置が決まる。ちょうどこの溝付加工プラグ５の停止位置で金属管１の外周に、ロール１６Ａないし１６Ｆの側面が押し当てられている。金属管１の管壁はロール１６Ａないし１６Ｆにより内側へ向かって圧迫され、管壁の内側が溝付加工プラグ５の外面に押し付けられて、溝４に対応する形状のフィン９が形成される。フィン９の間の部分が管内面の溝となる。溝付加工された金属管１ｂは、ダイス８でさらに縮管され、内面溝付管１ｃとなる。ロール１６Ａないし１６Ｆは図２に示す保持部に収容されており、それ自身回転（自転）しながら、金属管１の周りを回転（公転）する。

（内面溝付管製造装置の細部の構成）
図２は保持部の断面を示す。保持部２０は、金属管１を通すための開口部を有するケーシング２１と、それに収められたロールホルダー２２、バックアップリング２３、固定板２４，２５から成る。ロール１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆは、図３に示す構造の円筒形のロールホルダー２２により、脱落しないように、しかし回転可能に保持されている。ロールホルダー２２に回転可能に保持されたロール１６Ａ等は、バックアップリング２３によって外側から囲まれ、金属管１との距離が規制される。ロールホルダー２２は、軸方向への移動が固定板２４，２５により阻止されている。バックアップリング２３および固定板２４，２５はケーシング２１に、それらを貫通する圧入ピン２８により、必要に応じて取り外し可能に固定されている。保持部２０は、図示されない駆動手段（モータ）により金属管１の回りを回転する。

図３はロールホルダー２２の構造を示し、（Ａ）は側面、（Ｂ）は線分Ｚ―Ｚに沿った断面、（Ｃ）はロールを除いた状態の断面を、それぞれ示す。ロールホルダー２２は円筒形で、開口部２７Ａ，２７B，２７Ｃ，２７Ｄ，２７Ｅ，２７Ｆを有する。開口部２７Ａ等は、ロールホルダー２２の厚さより大きい直径をもつ円筒の内面で形成され、この中にロール１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆがはめ込まれ、ロール１６Ａ等の一方の側面は金属管１側に、他の側面は反対側に、それぞれ一部露出している。ロール１６Ａ等は開口部２７Ａ等の中で自由に回転でき、しかもそれから脱落することはない。

[第２の実施の形態]
ロールホルダーの構造を変更した以外は、基本的に第１の実施の形態と同じである。第１の実施の形態では、６個のロールを収容するロールホルダー２２は、その厚さより大きい内径をもつ円筒面で形成された、両側面に貫通部をもつ開口部２７Ａ等を有したが、本形態ではロールホルダー４２は、その厚さより小さい内径をもつ円筒面で形成された空洞４７Ａ，４７B，４７Ｃ，４７Ｄ，４７Ｅ，４７Ｆを有する。空洞４７Ａ等は円筒形のロールホルダー４２の内側のみに貫通部をもち、外側には貫通していない。これに対応してロール１６Ａ等はロールホルダー４２の内側のみに露出し、金属管１の外周を押圧しつつ回転する。

図４はロールホルダー４２の構造を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は軸Z―Z（金属管の軸に一致）を含む断面の、ロールを除いた断面図、（Ｃ）は空洞内部だけの断面図である。図５は、3箇所の切り口でのロールホルダー４２の軸Ｚ−Ｚに垂直の断面を示し、（Ａ）は図４の線分A−A、（Ｂ）は線分B−B、（Ｃ）は線分C−Cに、それぞれ沿った断面図である。円筒形のロールホルダー４２はその内側のみに側面が貫通した空洞４７Ａ，４７B，４７Ｃ，４７Ｄ，４７Ｅ，４７Ｆを有する。空洞４７Ａ等は、ロールホルダー４２の厚さより小さい内径をもつ円筒面で形成されており、その中にロール１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆが回転可能に収容されている。ロール１６Ａ等はロールホルダー４２の内側のみに貫通部から露出している。空洞４７Ａ等の中でロール１６Ａ等は、その両端をスラスト軸受４８，４９で支持され、長さ方向に移動しないようにストッパー５１，５２が設けられている。

図６は第２の実施の形態で用いるロール保持部（金属管１とも）の、金属管１の軸ｘ−ｘを含む断面を示す。保持部４０は、金属管１を通すための開口部を有するケーシング４１と、それに収められたロールホルダー４２、バックアップリング４３、固定板４４，４５から成る。ロールホルダー４２にはロール１６Ａ等が、図４および図５に示す構造により回転可能に保持されている。ロールホルダー４２は、外側を囲むバックアップリング２３により金属管１の軸ｘ−ｘからの（半径方向）変位が阻止され、固定板４４，４５により軸ｘ−ｘ方向での移動が阻止されている。バックアップリング４３および固定板４４，４５はケーシング４１に、それらを貫通する圧入ピン４６により、必要に応じて取り外し可能に固定されている。保持部４０全体は、図示しない駆動手段（モータ）により金属管１の回りを回転する。

〔第３の実施の形態〕
第２の実施の形態で、ロール１６Ａ等の両端の中心部に円柱状の突起を設ける。これにより、スラスト軸受４８，４９へのはめ込みが容易になる。

〔第４の実施の形態〕
第２の実施の形態においてバックアップリング２３の代わりに、金属管に向かって付勢されたバックアップロールを用いることもできる。

〔実施例〕
第１の実施形態において、金属管１として外径１２．７ｍｍの軟質銅管を用い、その中に外径１０ｍｍで、深さ約０．１ｍｍの溝を多数持つ溝付加工プラグ５を挿入した。６個のロール１６Ａないし１６Ｆとして外径５ｍｍ、長さ８ｍｍのロールを用いた。ロール１６Ａ等は、金属管１の軸に対してθ＝３０度傾斜させた。溝付加工プラグ５の外面の溝に対応して、金属管１の内面には高さ０．１ｍｍのフィンが形成され、その間に同じ深さの溝が形成される。押圧手段として５個のロールを用い、それらの軸を金属管と平行に配置した従来の装置に比べ、加工ピッチを１．５倍にし、加工速度を約２倍に向上することができた。

本発明の第１の実施の形態に係る内面溝付管製造装置の主要部を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は破断断面図。 第１の実施の形態における保持部の断面図。 第１の実施の形態におけるロールホルダーの構造を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）はロールを除いた断面図。 第２の実施の形態におけるロールホルダーの構造を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はロールを除いた断面図、（Ｃ）は空洞内部だけの断面図。 第２の実施の形態におけるロールホルダーの断面図。（Ａ）は図４（Ａ）の線分A−Aに、（Ｂ）は線分B−Bに、（Ｃ）は線分C−Cに、それぞれ沿った断面を示す。 第２の実施の形態におけるロール保持部の断面図。 従来の内面溝付管の製造装置の破断断面図。 ボールと金属管の相対的移動とボールの作用領域及びその軌跡の関係を示す説明図。 ロールの下流側の端の押し込み量が上流側より大きくなる現象の説明図。

符号の説明

１ 金属管
１ａ 縮管された金属管
１ｂ 溝付加工された金属管
１ｃ 内面溝付管
２ フローティングプラグ
３ タイロッド
４ 溝
５ 溝付加工プラグ
６Ａ，６Ｂ ロール
６Ｃ，６Ｄ バックアップロール
７ ダイス
８ ダイス
９ フィン
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ ロール
２０ 保持部
２１ ケーシング
２２ ロールホルダー
２３ バックアップリング
２４，２５ 固定板
２７Ａ，２７B，２７Ｃ，２７Ｄ，２７Ｅ，２７Ｆ 開口部
２８ 圧入ピン
４０ 保持部
４１ ケーシング
４２ ロールホルダー
４３ バックアップリング
４４，４５ 固定板
４６ 圧入ピン
４７Ａ，４７B，４７Ｃ，４７Ｄ，４７Ｅ，４７Ｆ 空洞
４８，４９ スラスト軸受
５１，５２ ストッパー
７１ 管壁
７６ ロール
７６ａ 上流端
７６ｂ 下流端
ｒ ボールの作用半径
ｐ 加工ピッチ
P 加工ピッチの最大許容値、限界加工ピッチ

Claims (6)

1. 金属管の内部に保持された、外周面に溝を有する溝付加工プラグと、この溝付加工プラグが保持された位置の前記金属管の外周に当接して回転し、前記金属管を外側から内側に向かって押圧する複数のロールとを具え、前記複数のロールの押圧により前記金属管の内壁に前記溝付加工プラグの前記外周面を密接させるとともに、前記金属管を長さ方向へ強制移動させることにより前記金属管の内壁に連続した溝を形成する、内面溝付管製造装置において、
   前記複数のロールは、それぞれの軸が前記金属管の軸と平行な軸に対して所定の角度を有して配置されることを特徴とする、内面溝付管の製造装置。
2. 前記複数のロールは、各ロールを回転可能に保持する保持手段によって前記金属管の外周を公転する、請求項１の内面溝付管の製造装置。
3. 前記保持手段が、前記各ロールを収容する円筒形の複数の空洞を具える、請求項２の内面溝付管の製造装置。
4. 前記保持手段は前記各ロールの軸方向の移動を阻止する手段を具え、前記各ロールの軸方向の中央部が前記金属管に接するように前記各ロールを保持する、請求項２または３の内面溝付管の製造装置。
5. 前記複数の空洞が、前記各ロールの軸方向において閉塞され、前記各ロールの軸方向の移動が阻止される、請求項３または４の内面溝付管の製造装置。
6. 前記保持手段は、前記金属管の外周を公転するケーシングに取り外し可能に収容される、請求項２ないし５いずれかの内面溝付管の製造装置。

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