JP2009101405A - 高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚肉で内面溝の捩れ角度が高い内面溝付伝熱管を製造できる高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法を提供する。
【解決手段】得ようとする管外径より大径の生地管２の内側にフローティングプラグ８と該フローティングプラグ８に連結された溝付プラグ９を配し、生地管２の外側には生地管２の引き抜き方向に沿って引抜ダイス３と押圧手段４とロータリスエージャ６を順に配し、生地管２を引き抜くことにより、引抜ダイス３で生地管２を縮管すると共に該縮管された生地管２内にフローティングプラグ８を係止させ、溝付プラグ９の位置で押圧手段４により生地管２を押圧して生地管２の内面に溝を転写し、その生地管２をロータリスエージャ６で増肉縮管する。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚肉で内面溝の捩れ角度が高い内面溝付伝熱管を製造できる高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法に関する。

ＣＯ２給湯器などに用いられる内面溝付伝熱管は、内面に複数のらせん状の内面溝を有する。

従来、内面溝付伝熱管の製造方法は、得ようとする管外径より大径の生地管を用意し、生地管の内側にフローティングプラグと溝付プラグを配置する一方、生地管の外側には、生地管の引き抜き方向に沿って引抜ダイスと押圧手段を配置しておき、生地管を一定速度で引き抜くと共に押圧することにより、内面溝の形成と縮管（縮径とも言う）を行うようになっている。

具体的には、図５に示されるように、従来の製造装置５１は、生地管２の引き抜き方向に沿って先頭引抜ダイス３、押圧手段４、中間引抜ダイス５、上がり引抜ダイス７を順に配置してなる。

各引抜ダイス３，５，７は、内径が大きい入口と内径が小さい出口を有し、入口出口間が生地管を縮管するためのテーパ状空洞あるいはラッパ状空洞になっている。先頭引抜ダイス３、中間引抜ダイス５、上がり引抜ダイス７は、各々出口の内径が異なり、順次、出口の内径が小さくなるよう配置される。

押圧手段４は、生地管２の外周を押圧するための複数のボール又はロールを有する。

フローティングプラグ８は、先頭引抜ダイス３のテーパ状空洞に対抗するテーパ状錐部を有し、そのテーパ状錐部の最大外径は先頭引抜ダイス３の出口より大きい。溝付プラグ９は、円柱の周囲に生地管２に形成させたい内面溝の雌雄逆型となるらせん溝を形成したものである。

フローティングプラグ８と溝付プラグ９は、これらよりも径の細いタイロット１０で同軸に連結される。フローティングプラグ８と溝付プラグ９をタイロット１０で連結した連結体を生地管２内に配置する。この連結体は生地管２内で生地管２の軸周りに回転自在となる。後述するように先頭引抜ダイス３において生地管２内にフローティングプラグ８が係止されるので、そのときの溝付プラグ９の位置に押圧手段４がくるように、タイロット１０の長さ又は先頭引抜ダイス押圧手段間距離を調整する。

生地管２は、中空で内面が円滑（溝がない）なものであり、材料としては伝熱性に優れる銅管等が用いられる。

この製造装置５１において、フローティングプラグ８と溝付プラグ９をタイロット１０で連結した連結体を生地管２内に配置した状態で、生地管２を図中に矢印で示す引き抜き方向に引き抜くと、先頭引抜ダイス３によって生地管２が縮管される。このとき、テーパ状錐部が先頭引抜ダイス３の出口より径が大きいため、テーパ状錐部が先頭引抜ダイス３内の位置で係止され、フローティングプラグ８は、引き抜き方向の位置が固定される。

フローティングプラグ８の引き抜き方向の位置が固定されたことにより、溝付プラグ９も引き抜き方向の位置が固定される。その溝付プラグ９の位置において、押圧手段４が生地管２の周りを公転しつつ生地管を径方向内方に押圧する。この押圧力によって、生地管２の内面には、溝付プラグ９の溝が転写され、内面溝（又はフィン）が形成される。

その後、生地管２は、中間引抜ダイス５、上がり引抜ダイス７を順次通過することにより、段階的に縮管される。

以上の工程により、内面溝付伝熱管が製造される。

ここで、図６により、内面溝付伝熱管の諸元を内面溝付伝熱管の構造と共に説明しておく。

図６（ａ）に示されるように、内面溝付伝熱管６１は、内面に複数のらせん状の内面溝６２を有する。内面溝６２は、中空部の径が大きい、いわゆる谷の部分を言う。これに対して伝熱管本体（肉の部分）６３の厚みが厚い山の部分はフィン６４と呼ぶ。図６（ａ）は簡略化した図であり、内面溝６２が直線的に描かれている。この内面溝６２が管軸Ｓに対してなす角度βを捩れ角度と言う。

内面溝６２の底からフィン６４の頂部までの径方向距離を溝の深さＨと言い、隣り合うフィン６４の側面間の距離を内面溝６２の幅Ｗと言う。

特開平５−００７９２０号公報 特開平５−３２９５２９号公報 特開平６−０１５３４５号公報 「塑性加工技術シリーズ１１ 回転加工」コロナ社２１８頁〜２２２頁

内面溝付伝熱管を高耐圧とするには、内面溝付伝熱管を厚肉にするのがよい。

従来の内面溝付伝熱管の製造方法において、厚肉な内面溝付伝熱管を製造する場合、生地管に肉厚の厚い生地管を用いる。あるいは、いったん製造した内面溝付伝熱管を円弧ダイスにより縮径して増肉する方法もある。

しかしながら、図５に示した従来の製造装置において、肉厚の厚い生地管２を用いて厚肉な内面溝付伝熱管を製造しようとすると、押圧手段４からの押圧力が生地管２の内面まで伝わりにくく、深い内面溝が形成できず、また、高捩れ角度の内面溝が形成できない。

一方、内面溝付伝熱管を円弧ダイスにより縮径して増肉する方法では、肉厚の増加量が僅かであるため、高耐圧化の効果は極めて低い。また、生地管が長手方向に大きく伸びるため、内面溝の捩れ角度が減少し、内面溝付伝熱管の伝熱性能を悪化させてしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、厚肉で内面溝の捩れ角度が高い内面溝付伝熱管を製造できる高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、得ようとする管外径より大径の生地管の内側にフローティングプラグと該フローティングプラグに連結された溝付プラグを配し、生地管の外側には生地管の引き抜き方向に沿って引抜ダイスと押圧手段とロータリスエージャを順に配し、生地管を引き抜くことにより、上記引抜ダイスで生地管を縮管すると共に該縮管された生地管内に上記フローティングプラグを係止させ、上記溝付プラグの位置で上記押圧手段により生地管を押圧して生地管の内面に溝を転写し、その生地管を上記ロータリスエージャで増肉縮管するものである。

上記押圧手段と上記ロータリスエージャの間に中間引抜ダイスを配し、上記押圧手段を出た生地管を上記中間引抜ダイスで縮管してから上記ロータリスエージャに通してもよい。

上記ロータリスエージャよりも引き抜き方向に上がり引抜ダイスを配し、上記ロータリスエージャを出た生地管を上がり引抜ダイスで縮管してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）厚肉な内面溝付伝熱管を製造できる。

（２）内面溝の捩れ角度が高い内面溝付伝熱管を製造できる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明の高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法を実施する製造装置１は、生地管２の引き抜き方向に沿って先頭引抜ダイス３、押圧手段４、中間引抜ダイス５、ロータリスエージャ６、上がり引抜ダイス７を順に配置してなる。

各引抜ダイス３，５，７と押圧手段４は、図５に示した従来のものと同じなので説明は省略する。フローティングプラグ８、溝付プラグ９、タイロット１０についても、図５に示した従来のものと同じなので説明は省略する。生地管２も図５に示した従来のものと同じ肉厚の薄いものである。

ロータリスエージャ６は、周方向に分割形成された複数の分割ダイスをその周囲に配置された複数のローラで交互に押すことにより、生地管を縮管するものである。ロータリスエージャ６は、従来公知のものであり、例えば、非特許文献１に開示されたものを用いることができる。

図１の製造装置１によれば、得ようとする管外径より大径の生地管２の内側にフローティングプラグ８とフローティングプラグ８に連結された溝付プラグ９とを配し、生地管２の外側には生地管２の引き抜き方向に沿って先頭引抜ダイス３と押圧手段４と中間引抜ダイス５とロータリスエージャ６と上がり引抜ダイス７を順に配する。

生地管２を引き抜くことにより、先頭引抜ダイス３で生地管２を縮管すると共に該縮管された生地管２内にフローティングプラグ８を係止させる。この状態で、溝付プラグ９の位置で押圧手段４により生地管２を径方向に押圧して生地管２の内面に溝を転写する溝転写工程と、この溝転写工程により内面溝が形成された生地管２を中間引抜ダイス５と上がり引抜ダイス７に通して所定の外形寸法にまで縮管（空引き）する縮管工程と、その縮管工程中の中間引抜ダイス５と上がり引抜ダイス７との間にあるロータリスエージャ６で生地管２を増肉縮管する増肉縮管工程（スエージング）とを行う。これにより、厚肉な内面溝付伝熱管、すなわち高耐圧内面溝付伝熱管が製造される。

ここで、増肉縮管とは、外径を小さくしつつ肉厚を厚くすることを言う。図１の矢印Ａの箇所に着目すると、ロータリスエージャ６の入口における生地管２の外径に比べ、ロータリスエージャ６の出口における生地管２の外径は、小さくなっている。また、ロータリスエージャ６の入口における生地管２の肉厚に比べ、ロータリスエージャ６の出口における生地管２の肉厚は厚くなっている。

非特許文献１に記載されたロータリスエージャにあっては、バッカーの頂面に形成されたカム面がローラーと転がり接触することによって、ダイスが被加工材方向に前進運動して被加工材を半径方向に圧縮するもので、ダイスによる加圧力が解除されている間に微少量ずつ被加工材を軸方向に送る。

本発明者は、このロータリスエージャにおいて、圧縮変形時の材料流れを素材入口に向かって生じないよう条件を設定して加工を行うことにより、増肉縮管を実現させた。

次に、本発明の効果を説明する。

図２及び図３に、あらかじめ外径がφ７ｍｍで肉厚０．３１ｍｍに形成されている高耐圧内面溝付伝熱管を試料とし、この試料を従来技術の空引きと本発明の製造方法によりスエージングで縮管あるいは増肉縮管した場合の内面形状の変化を表すグラフを示す。図２は、横軸を内面溝付伝熱管あるいは高耐圧内面溝付伝熱管の外径、縦軸を断面寸法（肉厚と溝深さ）としたグラフであり、このグラフは縮管時あるいは増肉縮管時の断面寸法の変化を表す。図３は、横軸を内面溝付伝熱管あるいは高耐圧内面溝付伝熱管の外径、縦軸を内面溝の捩れ角度としたグラフであり、このグラフは縮管時あるいは増肉縮管時の捩れ角度の変化を表す。

図２において、●と▲は、本発明の製造方法による結果を示し、○と△は従来の製造方法による結果を示す。これによると、本発明の製造方法で増肉縮管を行うと、肉厚が厚くなることが分かる。

図３において、●は、本発明の製造方法による結果を示し、○は従来の製造方法による結果を示す。これによると、本発明の製造方法で増肉縮管を行うと、捩れ角度の減少の度合いが小さくなることが分かる。

図４に、従来と本発明の製造方法による内面溝付伝熱管あるいは高耐圧内面溝付伝熱管の断面写真を示すと共に、図７にこれらの写真の模写を示す。すなわち、図４（ａ）、図７（ａ）は加工前の内面溝付伝熱管の断面を示し、図２，３の外径７ｍｍの●，○，▲，△に対応する。図４（ｂ）、図７（ｂ）、図４（ｃ）、図７（ｃ）は、本発明の製造方法により、ロータリスエージャ６を用いる縮管工程を行って製造した高耐圧内面溝付伝熱管の断面を示し、図２，３の外径６ｍｍ，５ｍｍの●，▲に対応する。図４（ｄ）、図７（ｄ）、図４（ｅ）、図７（ｅ）は、従来の製造方法により、ロータリスエージャ６を用いる縮管工程を行わずに製造した内面溝付伝熱管の断面を示し図２，３の外径６ｍｍ，５ｍｍの○，△に対応する。

図４、図７から分かるように、本発明で製造した高耐圧内面溝付伝熱管は、従来のものに比べて肉厚が厚い。

以上説明したように、本発明によれば、内面溝を転写形成した生地管をロータリスエージャで増肉縮管するようにしたので、肉厚の薄い生地管を使用して厚肉な内面溝付伝熱管を製造できる。このように、本発明では肉厚の薄い生地管を使用するので、溝付プラグからの溝の転写が容易となり、かつ、増肉縮管においては生地管が長手方向に伸びないので、内面溝の捩れ角度が高い内面溝付伝熱管を製造できる。

なお、図１の製造装置では、中間引抜ダイス、上がり引抜ダイスを用いたが、得ようとする管外径と元の生地管の外径との差に応じてこれらの引抜ダイスを適宜省略あるいは増やすことができる。

本発明の高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法を実施する製造装置を示す側面図である。 縮管時あるいは増肉縮管時の断面寸法の変化を表すグラフである。 縮管時あるいは増肉縮管時の捩れ角度の変化を表すグラフである。 従来と本発明の製造方法による内面溝付伝熱管あるいは高耐圧内面溝付伝熱管の断面図であり、図４（ａ）は縮管加工をしない内面溝付伝熱管の断面、図４（ｂ）、図４（ｃ）は本発明により加工をした高耐圧内面溝付伝熱管の断面、図４（ｄ）、図４（ｅ）は従来技術により加工をした内面溝付伝熱管の断面を示す。 従来の内面溝付伝熱管の製造装置を示す側面図である。 内面溝付伝熱管の諸元を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は横断面部分図である。 図７（ａ）〜図７（ｅ）は、図４（ａ）〜図４（ｅ）の模写図である。

符号の説明

１ 製造装置
２ 生地管
３ 先頭引抜ダイス
４ 押圧手段
５ 中間引抜ダイス
６ ロータリスエージャ
７ 上がり引抜ダイス
８ フローティングプラグ
９ 溝付プラグ
１０ タイロット

Claims (3)

1. 得ようとする管外径より大径の生地管の内側にフローティングプラグと該フローティングプラグに連結された溝付プラグを配し、生地管の外側には生地管の引き抜き方向に沿って引抜ダイスと押圧手段とロータリスエージャを順に配し、生地管を引き抜くことにより、上記引抜ダイスで生地管を縮管すると共に該縮管された生地管内に上記フローティングプラグを係止させ、上記溝付プラグの位置で上記押圧手段により生地管を押圧して生地管の内面に溝を転写し、その生地管を上記ロータリスエージャで増肉縮管することを特徴とする高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法。
2. 上記押圧手段と上記ロータリスエージャの間に中間引抜ダイスを配し、上記押圧手段を出た生地管を上記中間引抜ダイスで縮管してから上記ロータリスエージャに通すことを特徴とする請求項１記載の高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法。
3. 上記ロータリスエージャよりも引き抜き方向に上がり引抜ダイスを配し、上記ロータリスエージャを出た生地管を上がり引抜ダイスで縮管することを特徴とする請求項１又は２記載の高耐圧内面溝付伝熱管の製造方法。

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