JP2008036640A - 内面溝付管の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溝付加工性等に優れる内面溝付管の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】内面溝付管の製造装置において、フローティングプラグ４と溝付プラグ５の間に、素管１ａの引抜き方向に沿ってワイパー９、引抜き装置８、中間整形ダイス１１を設ける。また、内面溝付管の製造方法において、素管１ａの引抜き時におけるフローティングダイス２に負荷される荷重Ｆの最大値と最小値の差が５００Ｎ以下となるようにする。さらに、フローティングダイス２に取り付けられたロードセル２１により、フローティングダイス２に負荷される荷重Ｆを検出し、素管１ａを引抜きながら前記荷重Ｆの経時的変化を電気信号に変換して制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重Ｆの経時的変化を抑制するように引抜き装置８に信号を送信し、前記引抜き装置８が前記信号によりプーリ８１の回転トルクを制御しつつプーリ８１に動力を伝達するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機や空調機等の熱交換器用の伝熱管に使用される内面溝付管の製造方法
とその製造装置に関するものである。

従来、内面に螺旋状の多数の溝を有する継ぎ目のない小径な内面溝付管を加工するには、例えば転造加工が採用されている。すなわち、金属製の素管内に、フローティングプラグと当該フローティングプラグへロッドを介して回転自在に連結された溝付プラグとを挿入し、前記素管を、前記フローティングプラグよりも前記溝付プラグが下流に位置する状態で管軸方向に沿って連続的に引抜き、前記フローティングプラグとフローティングダイスとにより前記素管を縮径しながら、前記溝付プラグの位置で、前記素管の周囲を高速で公転しつつ遊転して当該素管を前記溝付プラグへ押圧する複数の加工ボールにより、前記素管の内周面に管軸に対して所定のねじれ角を有する多数の溝を平行に加工するものである。

近年、熱交換器の小型化、高効率化の要求に対応するため、内面溝付管の肉厚を薄くし、あるいは内面溝を深くし、溝のねじれ角を大きくして性能を向上させている。しかし前記の製造方法では、管の引抜き時において塑性変形抵抗及び摩擦抵抗により管が破断することがあった。

管の引抜き時において、補助引抜き装置を配置することで塑性変形抵抗及び摩擦
抵抗を低減した例がある（例えば、特許文献１）。

特開平１１−７１１号公報

しかし、金属管の引抜き時にベルトの移動により、接触部のうち金属管と接触する数が
周期的に変化するため、補助引抜き装置が発生する引抜力は周期的に変化する。前記引抜
力が周期的に変化し、その変化量が大きくなると、内面溝付管の内面フィン寸法が長手方
向でばらついてしまい、拡管時にアルミフィンとの密着不足が発生し熱交換性能が低下し
てしまう。

また前記特許文献１の発明の変形例において、補助引抜き装置の入り側に金属管表面の
油膜を除去する洗浄装置が設けられている。前記洗浄装置には洗浄液が入っており、この
洗浄液により金属管表面に付着している、引抜きダイスで使用する潤滑油を除去している
。これにより、ベルトと金属管の摩擦力が大きくなり、金属管の引抜き力を低減すること
ができる、とある。しかし、金属管が表面に付着した洗浄液が乾燥する前に補助引抜き装
置と接触すると、前記洗浄液によりベルトと金属管の摩擦力が低下して滑りが生じてしま
い、補助引抜き装置の役割を果たさない（滑りが発生したところでは引抜き力が変化し、内面溝付管の内面フィン寸法が変化する）という問題が発生する。また、金属管の表面に付着した異物は洗浄液では除去できないため、補助引抜き及び次工程の溝付加工において金属管表面に傷が付いてしまう。これはアルミ放熱フィンを固定する際の拡管工程において割れの原因になる。

また、補助引抜き装置により金属管に圧力が負荷され、断面が扁平形状になるので、次
工程の溝付加工において、溝付が不均一になるという問題が生じる。

また、補助引抜き装置を使用することにより内面溝が深く溝のねじれ角の大きい内面溝付管の加工が可能となったが、その長尺加工においては、溝付プラグの摩耗の進行により塑性変形抵抗や摩擦抵抗が増加して、加工途中で破断する場合があった。

本発明は前記問題を解決することを目的とするものであり、金属管表面の潤滑油と異物
の除去を容易にし、かつ、金属管断面の扁平化と加工途中における破断を防止することが
できる内面溝付管の製造装置及びその製造方法を提供するものである。

本発明の課題は以下の手段により実現される。
［１］素管の引抜き方向に沿って、フローティングダイスと、内部に前記素管の外表面を押圧する押圧用工具が前記素管の内径方向に移動するように設けられている加工ヘッドを順に設置し、内部にフローティングプラグと当該フローティングプラグへ回転自在に連結された溝付プラグとを挿入した前記素管を、前記フローティングダイスと前記加工ヘッドに通して引抜きながら、前記フローティングダイスと前記フローティングプラグとにより縮径し、前記溝付プラグの位置で、前記加工ヘッドの内へ前記素管の外周に接触するように配置され当該加工ヘッドの回転に伴い回転する複数の前記押圧用工具により前記フローティングダイスと前記フローティングプラグとにより縮径された素管を前記溝付プラグに押圧して当該素管の内面に多数の微細な溝を形成する装置であって、前記素管の引抜き方向に沿って、前記フローティングプラグの下流側に前記縮径された素管を引抜く引抜き装置を設け、前記フローティングプラグと前記引抜き装置との間にワイパーを設け、前記引抜き装置と前記溝付プラグとの間に中間整形ダイスを設けたことを特徴とする内面溝付管の製造装置。
［２］［１］記載の装置を用いた内面溝付管の製造方法であって、前記素管の引抜き時における前記フローティングダイスに負荷される荷重Ｆの最大値と最小値の差が５００Ｎ以下であることを特徴とする内面溝付管の製造方法。
［３］［１］記載の装置を用いた内面溝付管の製造方法であって、前記フローティングダイスに取り付けられたロードセルにより、前記フローティングダイスに負荷される荷重Ｆを検出し、前記素管を引抜きながら前記荷重Ｆの経時的変化を電気信号に変換して制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重Ｆの経時的変化を抑制するように前記引抜き装置に信号を送信し、前記引抜き装置が前記信号により当該引抜き装置のプーリの回転トルクを制御しつつ当該プーリに動力を伝達することを特徴とする内面溝付管の製造方法。
［４］［１］記載の装置を用いた内面溝付管の製造方法であって、前記フローティングダイスに取り付けられたロードセルにより、前記フローティングダイスに負荷される荷重Ｆを検出し、前記素管を引抜きながら前記荷重Ｆの経時的変化を電気信号に変換して制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重Ｆの経時的変化を抑制するように前記引抜き装置に信号を送信し、前記引抜き装置が前記信号により当該引抜き装置のプーリに押し付け力を伝達することを特徴とする内面溝付管の製造方法。
［５］［２］乃至［４］のいずれかに記載の内面溝付管の製造方法であって、前記素管の引抜き方向に沿って前記溝付プラグの下流側に設けられた巻取り装置に負荷される荷重ＦＬを検出し、前記素管を引抜きながら前記荷重ＦＬの経時的変化を電気信号に変換して制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重ＦＬの経時的変化を抑制するように前記引抜き装置に信号を送信することにより、引抜き速度と前記引抜き装置のパッドの挟み付け荷重を制御することを特徴とする内面溝付管の製造方法。
［６］前記引抜き装置のパッドのパッド溝の曲率半径Ｒと、前記フローティングダイスと前記フローティングプラグとにより縮径された素管の外径Ｄｂとの関係を、Ｋ_１＝Ｒ／（Ｄｂ／２）としたとき、Ｋ_１の値は１．０以上１．０５以下であり、前記パッドにより素管を締め付ける際の締め付け比Ｋ_２を、パッド深さＨを用いてＫ_２＝｛２πＲ−４（Ｒ−Ｈ）｝／（πＤｂ）としたとき、Ｋ_２の値は０．９８以上１．０未満であることを特徴とする、［２］乃至［５］にいずれか記載の内面溝付管の製造方法。
［７］前記中間整形ダイスにおける外径縮径率は、前記中間整形ダイスの内径Ｄｄを用いて、Ｋ_３＝（Ｄｂ−Ｄｄ）／Ｄｂとしたとき、Ｋ_３の値は０．００１以上０．１以下であることを特徴とする、［２］乃至［６］にいずれか記載の内面溝付管の製造方法。

本発明は、引抜き装置と金属管の接触部の形状を特定すること及び引抜き装置における引抜力の変化量を少なくすることで、内面溝付管の内面フィン寸法のばらつきを抑制し、引抜き装置と金属管の接触部における滑り及び金属管断面形状の扁平化を抑制できる。またワイピング装置を設置することで、引抜き装置と金属管の接触部における滑り及び異物傷を防止できる。さらに、引抜き装置の後に中間整形ダイスを設置することで、金属管断面形状を、真円に近い状態に回復させることができる。また巻取り装置に負荷される荷重すなわち整形ダイスによる整形後の内面溝付管にかかる負荷の経時変化を抑制させることによって加工中の破断がなくなる。よって産業上顕著な効果を奏する。

図１、図２を参照しながら、本発明に係る内面溝付管の製造装置の好ましい実施形態を説明する。図１は本発明に係る内面溝付管１の製造装置の一実施形態を示す断面図、図２は図１で使用されているパッド８３の一実施形態を示す断面図である。

ここで、内面溝付管１として加工される前の素管について、フローティングダイス２を通過する前の部分を素管１ａ、フローティングダイス２と引抜き装置８との間の部分を素管１ｂ、引抜き装置８と中間整形ダイス１１との間の部分を素管１ｃ、中間整形ダイス１１と加工ヘッド３との間の部分を素管１ｄとそれぞれ定義する。なお、フローティングダイス２、加工ヘッド３、引抜き装置８、中間整形ダイス１１の詳細な説明は後述する。

素管１ａの引抜き方向に沿って、フローティングダイス２と当該フローティングダイス２に対して独立した加工ヘッド３とが、順に設置されている。加工ヘッド３よりもさらに引抜き方向下流側には、整形ダイス７が設置されている。さらにその引抜き方向下流側には巻取り装置（図示せず）が設置されており、加工された内面溝付管１が矢印（Ｌ_１）の方向に引き抜かれて巻き取られる。

本実施形態において、加工ヘッド３は、図１に示すように、その内部の断面半円状のボール保持溝３１内に複数のボール（押圧用工具）６を自転及び公転自在に、かつ前記ボール６が素管１ｄの内径方向に移動して素管の外表面を押圧するように設けたものである。
前記ボール保持溝３１の断面形状は、前記半円状の他、図７（イ）に示すような左右対称の三角形状、図７（ロ）に示すような左右非対称の三角形状など、ボール６の自転及び公転を阻害せず、かつボール６を素管１ｄの内径方向に移動させる形状であれば任意である。
図１及び図７（イ）、（ロ）に示した加工ヘッド３は、素管１ｄの周囲に容易に配設できるように、引抜き方向（Ｌ_１方向）に２分割されている。ボール６の押込み（内径方向移動）深さは２分割体３ａ、３ｂ間に挟むスペーサ３２の厚みを変えることで容易に調整できる。スペーサ３２の厚みが厚いほどボールの押込み深さは浅くなる。分割体３ａ、３ｂは連結部材（図示せず）により一体に保持される。

加工ヘッド３には、図８に示すような内部に回転自在な押圧ローラー（押圧用工具）３３を設けたものも適用できる。図８で３４は押圧ローラー収納ケース、３５は押圧ローラーの回転軸である。押圧ローラー３３は収納ケース３４が軸回転することで素管１ｄの周りを公転する。押圧ローラー３３の押し込み深さはスペーサ３２の厚みを変えて調節する。スペーサ３２が厚いほど押し込み深さは深くなる。

なお、図１、図７、図８に示されるスペーサ３２は、例えば金属、セラミック等の硬質材料で形成されるが、これに限られず、油圧制御されるようなものであってもよい。

素管１ａには銅、その合金、アルミニウム又はその合金等の熱伝導性のよい金属管が使用され、素管１ａ内にはフローティングプラグ４と当該フローティングプラグ４へプラグロッド５１を介して回転自在に連結された溝付プラグ５を挿入する。前記素管１ａを、前記フローティングダイス２と加工ヘッド３に通して引抜きながら、加工ヘッド３を回転させる。素管１ａは、引抜きに伴って前記フローティングダイス２とフローティングプラグ４とにより縮径される。次いで、溝付プラグ５の位置で前記加工ヘッド３の回転に伴って素管１ｄの周りを公転しつつ自転する複数のボール６により、素管１ｄの外周面を溝付プラグ５の表面へ押圧し、当該素管１ｄの内面に溝付プラグ５の周面の溝５０を転写することにより、内面に多数の微細な溝１０を形成する。その後下流側の整形ダイス７により整形されるとともに縮径され、内面溝付管１を製造する。

この実施形態の製造装置において、溝付プラグ５の周面には微細な多数の溝５０が平行
に形成されているので、前記のように製造される内面溝付管１の内面には溝１０が形成さ
れる。

本実施形態の製造装置では、フローティングダイス２の後の溝付加工部前部に引抜き力と引抜き速度を調整できる引抜き装置８を設けて溝付加工部前部の素管１ｃにかかる負荷と整形ダイス７にて整形後に内面溝付管１にかかる負荷を調整できるようにし、引抜き装置８の前部にはワイパー９を、後部には中間整形ダイス１１を設けている。

引抜き装置８は一対のベルト８０により素管１ｂを引き抜く。前記ベルト８０は上下、
あるいは左右に配置される。ベルト８０はプーリ８１、８２により支持され、素管１ｂと
接触しプーリ８１、８２の回転により移動されるようになっている。前記ベルト８０はル
ープ状に形成されている。
ベルト８０の外周面にはパッド８３が取り付けられており、パッド８３を素管１ｃに両
側から押し付けて挟み付け、ベルト８０を回転させることにより素管１ｃを引抜いている
。

フローティングダイス２にはロードセル２１が取り付けられており、フローティングダ
イス２に負荷される荷重Ｆを検出することができる。素管１ａの引抜き時には前記荷重Ｆ
は周期的に変化する。これはベルト８０の移動により、素管１ｂと接触するパッド８３の
数が周期的に変化することに起因する。素管１ｂと接触するパッド８３が多いときは前記
荷重Ｆが大きくなり、逆に素管１ｂと接触するパッド８３が少ないときは前記荷重Ｆが小
さくなる。

前記荷重Ｆの周期的変化の変化量が大きくなると、内面溝付管１の内面フィン寸法が長
手方向でばらつくので、拡管時にアルミフィンとの密着不良が発生してしまう。前記荷重
Ｆの変化量は５００Ｎ以下であれば、内面フィン寸法のばらつきを抑えることができ、拡
管時における割れ及びアルミフィンとの密着不足を防止できる。なお、前記荷重Ｆの変化
量は少なければ少ないほど良い。

前記荷重Ｆの周期的変化を防止する方法としては、パッド８３の形状を限定する方法と
、引抜き装置８でのプーリ８１の回転トルクあるいはパッド８３の押し付け力を制御する
方法がある。

プーリ８１の回転トルク制御は以下のように行う。すなわち図１において、フローティングダイス２に取り付けられたロードセル２１により、フローティングダイス２に負荷される荷重Ｆを検出し、素管１ａを引抜きながら前記荷重Ｆの経時的変化を電気信号に変換して図示しない制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重Ｆの経時的変化を抑制するように引抜き装置８に信号を送信し、前記引抜き装置８は前記信号によりプーリ８１の回転トルクを制御しつつプーリ８１に動力を伝達する。

パッド８３の押し付け力制御は以下のように行う。すなわち図１において、フローティ
ングダイス２に取り付けられたロードセル２１により、フローティングダイス２に負荷さ
れる荷重Ｆを検出し、素管１ａを引抜きながら前記荷重Ｆの経時的変化を電気信号に変
換して図示しない制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重Ｆの経時的変化を抑制するよう
に引抜き装置８に信号を送信し、前記引抜き装置８は前記信号によりプーリ８１、８２に
押し付け力を伝達する。

なお、前記引抜き装置８でのプーリ８１の回転トルクあるいはパッド８３の押し付け力
を制御することは、それぞれ単独で行っても良いし、両方を同時に行っても良い。

前記パッド８３は、フローティングダイス２による縮径加工後の素管１ｂの外径に合わ
せて、素管１ｂと接触させる円弧状のパッド溝８４を有する。前記パッド溝８４は曲率半
径Ｒの曲面を有する。

前記素管１ｂの外径Ｄｂと、前記パッド溝８４の曲率半径Ｒとの関係を、Ｋ_１＝Ｒ／（Ｄｂ／２）としたとき、Ｋ_１の値を１．０以上１．０５以下とする。これはパッド部での滑りの発生を防止し前記荷重Ｆを安定させることで内面溝付管１の内面フィン寸法の変化を抑制することと、素管１ｂの変形防止のためである。Ｋ_１が１．０未満（すなわち、パッド溝の曲率半径Ｒが素管１ｂの外半径Ｄｂ／２より小さい）であると、素管１ｂがパッド溝８４に入り込まないか、仮に強く押し込んでパッド溝８４に入ったとしても素管１ｂの表面に傷が発生し、次いで引抜き装置８を通過した素管１ｃをパッドから引き離すのに負荷がかかるため、荷重Ｆが安定せず、内面溝付管１の内面フィン寸法の変化が増大するという問題が発生する。Ｋ_１が１．０５を超えるとパッド部での扁平が大きくなるという問題が生じる。好ましいＫ_１の値は、１．０１以上１．０３である。

前記パッド８３により素管１ｂを締め付ける際の締め付け比Ｋ_２を、Ｋ_２＝｛２πＲ−４（Ｒ−Ｈ）｝／（πＤｂ）と定義する。すなわち、締め付け比Ｋ_２は素管１ｂの外周と、パッド８３の円弧部の２倍の長さとの比である。ここでＨは図２に示されるパッド８３のパッド深さである。前記締め付け比Ｋ_２は０．９８以上１．０未満とする。締め付け比Ｋ_２を小さくするほど大きな引抜き力を得られるが、０．９８未満であると素管１ｃの変形は大きくなり（パッドで挟み付けた箇所には凹みが残り）、溝付プラグ５によって均一に溝付けができないという問題が生じる。また、締め付け比Ｋ_２が１．０を超えると必要な引抜き力が得られない。また締め付け比Ｋ_２を１．０に設定したパッドを使用すると、工具の加工公差によっては安定して引抜けないことがある。好ましいＫ_１の値は、０．９９０以上０．９９９以下である。

前記パッド８３は金属、樹脂等金属素管１ａより硬質なものからなる。好ましくは工具
鋼製である。

ワイパー９は、素管１ｂの外表面に付着した油膜や異物も除去するという効果を有する。ワイパー９が無い場合、油膜や異物により、引抜き装置８で滑りが生じてしまい、素管１ｃの引抜きが安定せず、また断面形状が安定しないため、溝５０の寸法がばらつくという問題が生じてしまう。前記ワイパー９は、素管１ｂの外径Ｄｂよりも小さい径の穴が配置され、前記穴に素管１ｂを通過させる。前記ワイパー９は油膜及び異物の除去効果の点からゴムからなることが好ましい。

中間整形ダイス１１は引抜き装置８で扁平した素管１ｃの断面形状を真円に近い形状に戻す効果を有する。前記素管１ｃの形状に応じて、前記中間整形ダイス１１の径はフローティングダイス２の径と同じか小さくする。中間整形ダイス１１における外径縮径率は、中間整形ダイス１１の内径Ｄｄを用いてＫ_３＝（Ｄｂ−Ｄｄ）／Ｄｂとしたとき、Ｋ_３の値は０．００１以上０．１以下が好ましい。Ｋ_３が０．００１未満であると、素管１ｃの扁平が大きいと形状が回復せずに扁平状のままとなり、溝５０の寸法が安定しない（円周上での内面フィン寸法もばらつき、拡管後も扁平状のままでアルミフィンとの密着が不足する）という問題が生じる。逆にＫ_３が０．１を超えると、中間整形ダイス１１による加工負荷が大きくなり、巻取り装置前で加工された内面溝付管１が破断する可能性が生じる。また、素管１ｄの内表面は微細な凹凸ができて荒れた状態になり、そのまま溝付加工を行うと加工された内面溝付管の内表面には微細なヒゲ状の割れとして多数残ってしまい、その部分の入り込んだ内面加工油の除去は難しいので管内残油量の多い内面溝付管となってしまう。管内残油量が多くなるとロウ付け不良を起こしたり、エアコンの作動油（コンプレッサー油）と反応して性能を低下させたりする恐れがあるため管内残油量は少ないほど良く、上限が決められている。中間整形ダイス１１における外径縮径率Ｋ_３は、好ましくは０．００１以上０．０５以下である。前記中間整形ダイス１１は金属、セラミック等の金属素管１ａの材質より硬質なものからなる。好ましくは超硬合金製である。

本実施形態において、巻取り装置に負荷される荷重ＦＬを検出し、素管１ａを引抜きながら前記荷重ＦＬの経時的変化を電気信号に変換して制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重ＦＬの経時的変化を抑制するように引抜き装置８に信号を送信することにより、引抜き速度とパッドの挟み付け荷重を制御することが好ましい。

巻取り装置に負荷される荷重（すなわち、内面溝付管１にかかる負荷）の制御は以下のように行う。すなわち図１において、巻取り装置に負荷される荷重ＦＬを検出し、素管１ａを引抜きながら前記荷重ＦＬの経時的変化を電気信号に変換して図示しない制御部へ入力し、前記制御部は引抜き装置８に信号を送信し、前記荷重ＦＬの経時的変化を抑制するように引抜き速度とパッドの挟み付け荷重を調整する。

引抜き装置８の速度比とパッド８３の挟み込み荷重を設定することにより、巻取り装置にかかる荷重を所定の値に制御できる。以下に説明する。

引抜き装置８での荷重制御について、図４のように溝付け加工部での荷重変動の影響を除外するため空引きの状態で素管１ａの引抜きを行った。素管１ａの外径は１４．０ｍｍで肉厚は０．４０ｍｍ、フローティングダイス２の外径は１０．９ｍｍとした。引抜き装置８の負荷調整はまずパッド８３の押し付け力を設定し、素管１ｃにかかる負荷を軽減させる場合は引抜き装置８の引抜き速度を素管１ｃの巻取り装置（図示せず）の引抜き速度より早めで同調させ、逆に素管１ｃにかかる負荷を増加させる場合は引抜き装置８の引抜き速度を素管１ｃの巻取り装置の引抜き速度よりも遅く設定して同調させることにより行った。

素管１ａはフローティングダイス２で縮径されワイパー９を通って引抜き装置８に入り、巻取り装置で巻き取られる。実験では巻取り装置の巻取り速度を一定として、それに対する引抜き装置８の引抜き速度比とパッドの挟み込み荷重（引抜き装置８で引抜ける荷重）を変化させ、フローティングダイス２と巻取り装置部にかかる荷重測定を行った。実験Ａはパッドの挟み込み荷重（引抜き装置８で引抜ける荷重）をフローティングダイス２にかかる荷重と同じになるように設定した場合であり、実験Ｂではパッドの挟み込み荷重（引抜き装置８で引抜ける荷重）を実験Ａ比で０．８、実験Ｃではパッドの挟み込み荷重（引抜き装置８で引抜ける荷重）を実験Ａ比で１．２に設定した。

図５に結果を示す。横軸に引抜き装置８の巻取り装置に対する速度比を、縦軸は巻取り装置にかかる荷重をフローティングダイス２にかかる荷重を１として比較表示したものである。実験Ａ、実験Ｂ、実験Ｃいずれも引抜き装置８の速度比が速くなるほど巻取り装置にかかる荷重が低くなっていた。実験Ｂの引抜き速度比が大きいところで巻取り装置にかかる荷重が変化しなくなっているのは引抜き装置８で引き抜ける荷重の上限を超えたからである。また引抜き装置８の引抜き速度比が同じでもパッド８３の挟み込み荷重（＝引抜き装置で引抜ける荷重）が変わると巻取り装置にかかる荷重が変わっておりパッド８３の挟み込み荷重が大きいほど巻取り装置にかかる荷重が大きくなっていた。これはパッド８３の挟み込み荷重が大きいほど管を引き抜く方向には抵抗となる荷重がかかるからである。

図６に荷重制御のプロセスを示す。巻取り装置では巻取り速度と巻取り装置にかかる荷
重を設定し検出する。引抜き装置８では引抜き速度とパッド８３の挟み付け荷重を検出す
る。巻取り装置と引抜き装置８から検出された信号は演算装置に入り巻取り装置にかかる
荷重と設定値との差を読み、設定値に近付く引抜き装置８の引抜き速度とパッド８３の挟
み込み圧力の設定値を演算する。演算された信号は制御部に送られ、制御部から新たに引
抜き速度とパッド８３の挟み付け荷重の設定値の信号が引抜き装置８に送られる。引抜き
装置８での制御は引抜き速度比での制御を優先し、それでも不可能な場合（引抜き装置で
引抜くのに必要な荷重が大きい時）はパッド８３の挟み付け圧力を制御して行うようにし
た。ただし巻取り装置にかかる荷重を０にしてしまうと引抜き装置８と巻取り装置の間の
管がたるんだ状態になることがあり、この状態で溝付け加工を行う場合、管内の溝付プラ
グ５に対してまっすぐに通らないことになり、素管内面に形成される内面フィンの寸法が
ばらつくので好ましくない。引抜き装置８により引抜き後において管のたるみを無くすた
め、荷重が若干かかっているようにするのが好ましい。また引抜き装置８で設定する引抜
き速度比が大きい時ほどたるみが発生した時のたるみ量が大きい傾向があるため、速度比
は１．２以下にすることが好ましい。

本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲に於いて、さまざまな態様で実施できる。

以下に本発明の実施例とその効果を詳細に説明する。

（実施例１）
図１に示した本発明の一実施形態である製造装置で加工した内面溝付管１の実験結果を表１に示した。実験に使用した溝付プラグ５は外径１０．０ｍｍ、溝数５０、溝深さ０．２５ｍｍ、溝頂角１５度、ねじれ角５０度である。素管１ａの外径は１４．０ｍｍで肉厚は０．４０ｍｍ、フローティングダイス２の外径は１０．９ｍｍとした。引抜き装置８の負荷調整はまずパッド８３の押し付け力を設定し、内面溝付管１の巻取り駆動装置（図示せず）の負荷を軽減させる場合は引抜き装置８の引抜き速度を内面溝付管１の巻取り駆動装置（図示せず）の引抜き速度より早めで同調させ、逆に内面溝付管１の巻取り駆動装置（図示せず）の負荷を増加させる場合は引抜き装置８の引抜き速度を内面溝付管１の巻取り駆動装置（図示せず）の引抜き速度よりも遅く設定して同調させることにより行った。前記巻取り駆動装置は整形ダイス７の後に配置される。溝付加工実験は内面溝付管の加工長さ３０００ｍを上限として実施した。次いで拡管によりアルミフィン（放熱フィン）に密着させた。それらの加工実験における内面溝付管１の総肉厚（管の外側から内面フィンの頂点までの高さ）のばらつきと加工実験の状況を評価した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明例は良好な内面溝付管が得られた。これに対し、従来例１は引抜き装置８が無いため、管が破断してしまった。従来例２はワイパー９と中間整形ダイスがないので荷重Ｆの変化と素管の扁平が大きくなってしまい、また荷重ＦＬの制御が無いので徐々に負荷が増加し加工途中で破断した。比較例１はワイパー９と中間整形ダイス１１がないので荷重Ｆの変化と素管の扁平が大きくなってしまい、総肉厚が長手方向でばらついた。比較例２はワイパー９が無いため荷重Ｆの変化が大きくなってしまい、総肉厚が長手方向でばらついた。比較例３は中間整形ダイス１１が無いため素管は扁平状のままで総肉厚が円周上でばらついた。比較例４は荷重制御により荷重Ｆを意図的に大きく変化させたものであるが長手方向で総肉厚のばらつきが大きくなった。比較例１、２、３、４ではいずれもアルミフィンとの密着不良が発生した。

（実施例２）
パッド８３の形状に関して引抜き時の滑り出し荷重Ｆｂ及び溝付け加工性の実験を行った。実験は図３のように表２のパット溝８４を有するパッド８３を２枚一組で素管１ｂを１０００Ｎ〜１００００Ｎの挟み込み荷重Ｆａで挟み付けた後、素管１ｂをチャック９６で固定し矢印Ｆｂの方向に引抜き、素管１ｂが滑り出す時の滑り出し荷重Ｆｂを測定した。本発明例１の滑り出し荷重Ｆｂを１００として比較表記した。ここで滑り出し荷重Ｆｂとは使用するパッドの限界引抜き力であり、この数値が高いほど滑りが発生せずに安定して引き抜けることになる。溝付け加工性の評価は図１の引抜き装置８に取り付けるパッド８３を順次取り替えて行い、内面フィン寸法の確認を行った。問題無いものは○で示した。表２に実験結果を示す。

表２から明らかなように、締め付け比が小さくなるほど滑り出し荷重比が大きくなり、本発明例は滑り出し荷重比が高くかつ溝付け加工性が良好であった。これに対し、比較例５は締め付け比が大きいため、滑り荷重が低く溝付け加工時には引抜き装置で僅かな引抜き力しか得られないため管が破断してしまった。比較例６は締め付け比Ｋ_２が小さいため、素管１ｂの外面にパッドで挟んだ際の凹み跡が大きく残り中間整形ダイスでも修正はできず円周上で内面フィンの寸法がばらついてしまった。比較例７はＫ_１が小さいためパッドから素管を引き離すのに負荷かかかり、荷重が安定せず内面フィン寸法が長手方向でばらついてしまった。比較例８、９はＫ_１が大きいため締め付け比Ｋ_２を小さくするにはパッドの深さＨを浅くしなければならずその場合素管１ｂの扁平は大変大きくなる。扁平が大きい素管では中間整形ダイス部で素管が座屈してしまい溝付け加工ができなかった。

（実施例３）
中間整形ダイス１１の外径縮径率Ｋ_３を変化させて、溝付加工性と管内の残油量の確認を行った。その他の条件は実施例１と同様とした。溝付加工性は良好を◎、問題無い場合を○、不良（管破断）を×と示した。管内残油量は良好を◎、不良を×と示した。表３に結果を示す。

表３から明らかなように、本発明例は優れた溝付加工性を有し、また管内残油量も少なかった。これに対し、比較例１０、１１は中間整形ダイス１１での外径縮径率Ｋ_３が大きいため、管内残油量が多くなってしまった。比較例１２は中間整形ダイス１１での外径縮径率Ｋ_３が大きいため、溝付加工性に劣り、管内残油量が多くなってしまった。

本発明に係る内面溝付管の製造装置の一実施形態を示す断面図である。 図１で使用されているパッドの一実施形態を示す断面図である。 本発明の実施例に係る荷重の測定方法の概略図である。 本発明の実施例に係る荷重の測定方法の概略図である。 本発明の実施例に係る荷重の測定結果である。 本発明の一実施形態に係る荷重の荷重制御のプロセス図である。 （イ）、（ロ）は図１に示した製造装置の加工ヘッドの他の実施形態を示す部分断面図である。 本発明に係る内面溝付管の製造装置の加工ヘッド部分の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 内面溝付管
１ａ 素管
１ｂ 素管
１ｃ 素管
１ｄ 素管
１０ 溝
２ フローティングダイス
２１ ロードセル
３ 加工ヘッド
３ａ、３ｂ 加工ヘッドの分割体
３１ 加工ヘッドのボール保持溝
３２ 押込み深さ調整用スペーサ
３３ 押圧ローラー
３４ 押圧ローラーの収納ケース
３５ 押圧ローラーの回転軸
４ フローティングプラグ
５ 溝付プラグ
５０ 溝
５１ プラグロッド
６ ボール
７ 整形ダイス
８ 引抜き装置
８０ ベルト
８１ プーリ
８２ プーリ
８３ パッド
８４ パッド溝
９ ワイパー
９５ ロードセル
９６ チャック
１１ 中間整形ダイス
Ｌ_１ 引抜き方向
Ｌ_２ 回転方向
Ｒ 曲率半径
Ｈ パッド深さ
Ｄｂ 素管１ｂの外径
Ｄｄ 中間整形ダイス１１の内径
Ｆａ 挟み込み荷重
Ｆｂ 滑り出し荷重
Ｆ フローティングダイス２に負荷される荷重
ＦＬ 巻取り装置に負荷される荷重（内面溝付管１にかかる負荷）

Claims (7)

1. 素管の引抜き方向に沿って、フローティングダイスと、内部に前記素管の外表面を押圧する押圧用工具が前記素管の内径方向に移動するように設けられている加工ヘッドを順に設置し、内部にフローティングプラグと当該フローティングプラグへ回転自在に連結された溝付プラグとを挿入した前記素管を、前記フローティングダイスと前記加工ヘッドに通して引抜きながら、前記フローティングダイスと前記フローティングプラグとにより縮径し、前記溝付プラグの位置で、前記加工ヘッドの内へ前記素管の外周に接触するように配置され当該加工ヘッドの回転に伴い回転する複数の前記押圧用工具により前記フローティングダイスと前記フローティングプラグとにより縮径された素管を前記溝付プラグに押圧して当該素管の内面に多数の微細な溝を形成する装置であって、前記素管の引抜き方向に沿って、前記フローティングプラグの下流側に前記縮径された素管を引抜く引抜き装置を設け、前記フローティングプラグと前記引抜き装置との間にワイパーを設け、前記引抜き装置と前記溝付プラグとの間に中間整形ダイスを設けたことを特徴とする内面溝付管の製造装置。
2. 請求項１記載の装置を用いた内面溝付管の製造方法であって、前記素管の引抜き時における前記フローティングダイスに負荷される荷重Ｆの最大値と最小値の差が５００Ｎ以下であることを特徴とする内面溝付管の製造方法。
3. 請求項１記載の装置を用いた内面溝付管の製造方法であって、前記フローティングダイスに取り付けられたロードセルにより、前記フローティングダイスに負荷される荷重Ｆを検出し、前記素管を引抜きながら前記荷重Ｆの経時的変化を電気信号に変換して制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重Ｆの経時的変化を抑制するように前記引抜き装置に信号を送信し、前記引抜き装置が前記信号により当該引抜き装置のプーリの回転トルクを制御しつつ当該プーリに動力を伝達することを特徴とする内面溝付管の製造方法。
4. 請求項１記載の装置を用いた内面溝付管の製造方法であって、前記フローティングダイスに取り付けられたロードセルにより、前記フローティングダイスに負荷される荷重Ｆを検出し、前記素管を引抜きながら前記荷重Ｆの経時的変化を電気信号に変換して制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重Ｆの経時的変化を抑制するように前記引抜き装置に信号を送信し、前記引抜き装置が前記信号により当該引抜き装置のプーリに押し付け力を伝達することを特徴とする内面溝付管の製造方法。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載の内面溝付管の製造方法であって、前記素管の引抜き方向に沿って前記溝付プラグの下流側に設けられた巻取り装置に負荷される荷重ＦＬを検出し、前記素管を引抜きながら前記荷重ＦＬの経時的変化を電気信号に変換して制御部へ入力し、前記制御部は前記荷重ＦＬの経時的変化を抑制するように前記引抜き装置に信号を送信することにより、引抜き速度と前記引抜き装置のパッドの挟み付け荷重を制御することを特徴とする内面溝付管の製造方法。
6. 前記引抜き装置のパッドのパッド溝の曲率半径Ｒと、前記フローティングダイスと前記フローティングプラグとにより縮径された素管の外径Ｄｂとの関係を、Ｋ_１＝Ｒ／（Ｄｂ／２）としたとき、Ｋ_１の値は１．０以上１．０５以下であり、前記パッドにより素管を締め付ける際の締め付け比Ｋ_２を、パッド深さＨを用いてＫ_２＝｛２πＲ−４（Ｒ−Ｈ）｝／（πＤｂ）としたとき、Ｋ_２の値は０．９８以上１．０未満であることを特徴とする請求項２乃至５にいずれか記載の内面溝付管の製造方法。
7. 前記中間整形ダイスにおける外径縮径率は、前記中間整形ダイスの内径Ｄｄを用いて、Ｋ_３＝（Ｄｂ−Ｄｄ）／Ｄｂとしたとき、Ｋ_３の値は０．００１以上０．１以下であることを特徴とする請求項２乃至６にいずれか記載の内面溝付管の製造方法。

Images