JP2010158699A - 金属製中空材の製造方法、同製造装置および金属製中空材 - Google Patents

Abstract

【課題】高い寸法精度を有する金属製中空材の製造方法等を提供する。
【解決手段】金属材料のビレットから中空材を押出成形する押出工程中に、前記中空材の外表面から中空部に至る貫通孔を断続的に形成する。貫通孔から中空部に外部の空気が供給されるため、中空部７１が過度に低圧になることを防止することができ、これにより薄肉であっても中空材の変形を軽減または防止して、高い寸法精度を有する金属製中空材を得ることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、金属材料を押出成形して金属製中空材を製造する方法に関する。

自動車や車両に用いられる金属製中空材は、自動車や車両を軽量化することを目的として薄肉化が求められている。

特に車両用空気調和装置の熱交換器等に用いられる金属製扁平中空材は軽量化のために従来は材料が銅合金であったものがアルミニウム合金に替わってきており、更なる軽量化と小型化、高性能化のために薄肉化が図られている。

このような熱交換器に用いられる扁平中空材としては、図１に示すような単一の中空部１１を有する扁平中空材１２や、図２に示すような複数の中空部２１を有する扁平中空材２２が知られている。

このような金属製扁平中空材は、その多くが押出成形によって長尺の押出材を得て、これを適宜切断することで製造されている。

このような金属製扁平中空材は、通常、図３に示すようなマルチフロータイプの熱交換器３１に組み立てられて使用される。

この熱交換器３１は、例えばアルミニウム製の扁平中空材３２とコルゲートフィン３３とが交互に積層配置されてろう付接合されることによりコア部が構成され、さらに扁平中空材３２の両端が中空ヘッダー３４に連通接続されてろう付されたものである。

このような熱交換器３１では、扁平中空材３２はその平坦部２３で前記コルゲートフィン３３とろう付け接合されるため、平坦部２３の平坦度が悪いとろう付け接合される面積が小さくなり、ろう付け接合部の強度が低下したり熱交換効率が低下する場合がある。

下記特許文献１には、扁平中空材の平坦部の平坦度あるいは平面度を改善する為の方法として、扁平中空材の外周側を成形する押出金型のベアリング部に対し、内周側を成形するベアリング部の長さをより長くする方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、コンフォーム押出において、マンドレルの先端部から外部に通じる孔に空気を送り込むことにより、押出された金属管の内圧が過度に低下して金属管が潰れることを防止する方法が開示されている。

特開２００３−７１５１４号公報 特開平１０−１６６０３１号公報

しかしながら、特許文献１の方法では押出金型のベアリング部長さが長くなるので、ベアリング部と押し出される金属との摩擦面積が増えて押出に大きな力が必要となり、大型の押出機が必要となるので、設備費が高くなる問題がある。

また、特許文献２の方法では、中空材の中空部の断面積が小さい形状ではマンドレルに形成できる孔も小さく、中空部への十分な空気供給量を確保することが困難な場合がある。

特に、上述した熱交換器においては小型軽量化や高性能化を目的として金属製扁平中空材の小型化、薄肉化、平面部の平坦度の向上が求められているが、上記特許文献２の方法では対応が困難である。

本発明は上述した技術背景に鑑み、高い寸法精度を有する金属製中空材の製造方法等を提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段を提供する。すなわち、
［１］金属材料のビレットから中空材を押出成形する押出工程中に、前記中空材の外表面から中空部に至る貫通孔を断続的に形成することを特徴とする金属製中空材の製造方法。

［２］前記中空材が平坦部を有する扁平中空材であり、前記貫通孔を前記扁平中空材の平坦部に形成することを特徴とする前項１に記載の金属製中空材の製造方法。

［３］前記中空材が平坦部を有する扁平中空材であり、前記貫通孔を前記扁平中空材の側面湾曲部に形成することを特徴とする前項１または２に記載の金属製中空材の製造方法。

［４］前記中空材が複数の中空部を有し、前記貫通孔を複数の中空部の各々に形成することを特徴とする前項１〜３のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。

［５］前記複数の中空部の少なくとも一部の中空部に形成される貫通孔は、他の中空部に形成される貫通孔と押出方向について異なる位置に形成されることを特徴とする前項４に記載の金属製中空材の製造方法。

［６］隣接する中空部に形成される貫通孔は、押出方向について異なる位置に形成される前項５に記載の金属製中空材の製造方法。

［７］前記貫通孔の断面積は、０．００５ｍｍ²以上であることを特徴とする前項１〜６のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。

［８］前記貫通孔の形成を押出動作を一時停止させた状態で行うことを特徴とする前項１〜７のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。

［９］前記貫通孔の形成を、ビレットを追加装填する押し継ぎ時に行うことを特徴とする前項８に記載の金属製中空材の製造方法。

［１０］前記貫通孔の形成を押出動作中に行うことを特徴とする前項１〜７のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。

［１１］前記貫通孔の形成をビレットを追加装填する押し継ぎによる押し継ぎ部に対して行うことを特徴とする前項１〜１０のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。

［１２］前記貫通孔の形成は前記中空材の外表面に突き刺す突き刺し治具によって行うことを特徴とする前項１〜１１のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。

［１３］前記中空材を受け台に接触させて支持した状態で、前記中空材に対して前記受け台の反対側から前記突き刺し治具を突き刺して貫通孔を形成することを特徴とする前項１２に記載の金属中空材の製造方法。

［１４］金属材料がアルミニウム合金である前項１〜１３のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。

［１５］中空材押出方向先端からの距離が５０〜１０００ｍの位置に外表面から中空部に至る貫通孔が形成されたことを特徴とする金属製中空材。

［１６］前項１５に記載の金属製中空材を切断した切断材をチューブとして用いた熱交換器。

［１７］金属材料のビレットから中空材を押出成形する押出装置と、
前記押出装置の押出ダイス出口から１０ｍ以内に設けられ、前記押出装置から押し出された中空材に対しその外表面から中空部に至る貫通孔を断続的に形成する貫通孔形成手段と、を備えたことを特徴とする金属製中空材の製造装置。

本発明は以下の効果を奏する。

［１］の発明によれば、中空材の外表面から中空部に至る貫通孔を断続的に形成するため、この貫通孔から外部の空気を中空部に供給して中空部が過度に負圧になることを防止することができ、これにより薄肉であっても中空材の変形を軽減または防止して、高い寸法精度を有する金属製中空材を得ることができる。

［２］の発明によれば、特に中空部と外部の圧力差による変形を受けやすい平坦部を有する扁平中空材において、貫通孔を平坦部に形成するため、小さい力で貫通孔を形成して、良好な寸法精度を有する扁平中空材を得ることができる。

［３］の発明によれば、特に中空部と外部の圧力差による変形を受けやすい平坦部を有する扁平中空材において、変形し難い側面湾曲部に貫通孔を形成するため、貫通孔を形成する力による中空材の変形を防止して、良好な寸法精度を有する扁平中空材を得ることができる。

［４］の発明によれば、中空材が有する複数の中空部の各々に貫通孔を形成するため、高い寸法精度を有する複数の中空部を有する扁平中空材を得ることが出来る。

［５］の発明によれば、複数の中空部に形成される貫通孔を押出方向について異なる位置に形成するため、複数の中空部に形成される全ての貫通孔が押出方向について同じ位置に並んで形成されることで同部位の強度低下を招く事態を未然に防止することができる。

［６］の発明によれば、隣接する中空部の貫通孔を押出方向について異なる位置に形成するため、隣接する中空部の貫通孔が押出方向について同じ位置に並んで形成されることで同部位の強度低下を招く事態を未然に防止することができる。

［７］の発明によれば、貫通孔の断面積を０．００５ｍｍ²以上としたため、貫通孔からの十分な空気の供給を行って、確実に優れた寸法精度の中空材を得ることができる。

［８］の発明によれば、貫通孔の形成を押出動作を一時停止させた状態で行うため、貫通孔の高い位置精度を得ることが出来る。

［９］の発明によれば、貫通孔の形成をビレットを追加装填する押し継ぎ時に行うため、押し継ぎ作業と貫通孔の形成を並行実施して、高い生産効率を得ることができる。

［１０］の発明によれば、貫通孔の形成を押出動作中に行うため、貫通孔の形成のために押出動作を停止させることがなく、高い生産効率を得ることができる。

［１１］の発明によれば、貫通孔の形成をビレットを追加装填する押し継ぎによる押し継ぎ部に対して行うため、押し継ぎ部を製品に採用せず除外する場合には、残る部分に形成される貫通孔を低減してその品質の向上を図ることができ、また貫通孔が形成された部分も製品に採用せず除外する場合には、押し継ぎ部に貫通孔という除外原因も含ませられるので、材料歩留まりを向上させることができる。

［１２］の発明によれば、貫通孔の形成を中空材の外表面に突き刺す突き刺し治具を用いて行うため、切子の発生を防止し、切子が飛散することに伴う不都合を未然に防止することができる。

［１３］の発明によれば、中空材を受け台に接触させて支持した状態で突き刺し治具を突き刺して貫通孔を形成するため、中空材の曲がり変形を防止しながら貫通孔を形成することができる。

［１４］の発明によれば、変形しやすいアルミニウム合金の中空材を押出成形する場合であっても、高い寸法精度を有する中空材を得ることが出来る。

［１５］の発明によれば、高い寸法精度を有する金属製中空材を得ることができ、各種用途に好適に用いることができる。

［１６］の発明によれば、高い寸法精度を有する熱交換器用扁平中空材を得ることができ、これにより熱交換器の小型化や高性能化に寄与することができる。

［１７］の発明によれば、中空材の外表面から中空部に至る貫通孔を断続的に形成するため、この貫通孔から中空部に供給して中空部が過度に低圧になることを防止することができ、これにより薄肉であっても中空材の変形を軽減または防止して、高い寸法精度を有する金属製中空材を得ることができる。

扁平中空材の一例を示す説明図である。 扁平中空材の一例を示す説明図である。 熱交換器の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる金属製中空材の製造装置の概略説明図である。 同実施形態における中空材の断面形状の説明図である。 同実施形態において押出工程が進行する各段階を示す動作説明図である。 中空材の先端を斜めに切断した状態を示す斜視図である。 切断治具として、複数のナイフを設けた工具により、中空材の複数の中空部に貫通孔を形成する場合の説明図である。 突き刺し治具を回転可能な円筒体のローラ上に形成した開口治具の説明図である。 １つの中空部対して２つの貫通孔を形成する場合の説明図である。 扁平中空材の側面湾曲部に貫通孔を形成する場合の説明図である。 押出工程で製造された扁平中空材がロールに巻き取られた状態を模式的に示した外観図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

この実施形態は、上述した熱交換器に用いられる金属製の扁平中空材（図１〜図３参照）を製造する方法および装置に関するものである。

なお、本発明における中空材とは、押出方向に垂直な面で押出材を切断した断面において、周囲が閉塞された空間（中空部）を有する形状の押出材を言う。

このような押出による中空材では、一般に、中空部は押出方向の先端以外は外部と連通しておらず、押出が進行して中空部の体積の増大すれば真空度が高まって、潰れるおそれがある。

また、本発明における扁平中空材とは、中空材であって、その断面の外周形状の縦横比が２以上、２５以下であるものを言う。

このような扁平中空材は、外周面のうち長辺側が相対的に潰れてしまいやすい傾向がある。特に、長辺が直線状の平坦部である場合に顕著である。さらに短辺が外向きに凸の曲線状の場合には、長辺側が短辺側に対して、より相対的に潰れやすくなる。

図４は、本実施形態にかかる金属製中空材の製造装置の概略説明図である。

同図に示すように、この製造装置４０は、金属材料のビレットから中空材を押出成形する押出装置５０と、押し出された中空材に貫通孔を形成する貫通孔形成手段６０とを備えている。

押出装置５０は、コンテナ５１内に収められたビレット５２を後方から押盤５３で前方に押圧し、コンテナ５１の前方に設けられた押出ダイス５４から所定の断面形状に成形された中空材（押出材）７０を押し出すようになっている。

ビレット５２の材質、すなわち押出成形される中空材７０の材質は、本実施形態では、アルミニウム合金を用いている。

押出ダイス５４は、それぞれダイス鋼などの材料によって形成された、中空材７０の中空部７１を成形する雄型５５と、中空材７０の外表面７２を成形する雌型５６との組み合わせによって構成されており、これら雄型５５と雌型５６との隙間である開口部５７から中空材７０が押し出される。

中空材７０が押出ダイス５４から押出される速度、いわゆる押出速度は、たとえば毎分５〜１５０m程度である。

図５は、本実施形態における中空材の断面形状の説明図である。

同図に示すように、この実施形態では、断面形状において縦横比が５を超える扁平中空材７０であって、４つの中空部７１…を有する多穴管を製造するものとなっている。４つの中空部７１…の間には隔壁部７３…が形成されている。

また、断面形状の長辺は直線状の平坦部７４となっており、左右両側の短辺側は外向きに凸の円弧曲線状をなす側面湾曲部７５となっている。

押出ダイス５４の雄型５５は、中空材７０の４つの中空部７１…にそれぞれ対応する４つのマンドレル部を有しており、隣接するマンドレル部の隙間が、中空材７０の隔壁部７３…を形成するものとなっている。

本発明を適用する中空材の断面形状は、中空部７１を有するものであれば、特に制限されるものではないが、本発明は、中空材７０の材質がアルミニウム合金の場合であれば、中空部７１を外部空間と隔てる壁部の肉厚が０．２５ｍｍ以下の薄いものである場合に好適に適用することができる。特に０．２０ｍｍ以下の場合には一層好適に適用することができる。一方、熱交換器に用いる場合には、冷媒の圧力に耐える耐圧性を確保するため、０．０２mm以上の肉厚を有していることが好ましい。

また、中空材７０の内部に複数の中空部７１…が存在する場合、各々の中空部を区画する柱部７３の間隔が大きいほど、負圧による変形が生じやすいため本発明を適用する対象として好ましい。具体的には、中空材の材質がアルミニウム合金の場合であれば、中空部を区画する柱部の間隔が１．５ｍｍ以上の場合に、好適に適用することができる。さらに、柱部の間隔が２ｍｍ以上ではその効果が大きく、間隔が３ｍｍ以上の場合にはその効果が非常に大きい。一方、熱交換器に用いる場合には、冷媒の流動抵抗が大きくなることを防止するため、柱部の間隔は０．５mm以上であることが望ましい。

貫通孔形成手段６０は、押出装置５０から押し出されてくる中空材７０に対し、その外表面７２から中空部７１…に至る貫通孔７６を断続的に形成するようになっている。

貫通孔形成手段６０は、この実施形態では、押出装置５０から押し出されてくる中空材７０に対して接離動作可能な開口治具６１と、中空材７０に対して開口治具７１の反対側に配置された受け台６２とを有している。

この実施形態では、開口治具６１として中空材７０の外表面７２に突き刺して貫通孔７６を形成するタイプの先端が鋭利な突き刺し治具が採用されている。

この開口治具６１は、具体的には、中空材７０の複数の中空部７１…の位置に対応する複数の突き刺しピン６３…と、この突き刺しピン６３…を中空材７０に対して接離動作させる駆動機構６４とを備えている。

この実施形態では、開口治具６１は、中空材（扁平中空材）７０の外表面７２のうち平坦部７４に突き刺され、平坦部７４に貫通孔７６を形成するようになっている。

受け台６２は、開口治具６１を突き刺す際に中空材７０を支持してその曲がり変形等を抑えるものであり、中空材７０に接触する受け台本体６５と、受け台本体６５を中空材７０に対して接離動作させる駆動機構６６とを備えている。

この実施形態では、受け台６２は、平坦部７４に貫通孔７６を形成する開口治具６１に対応して、開口治具６１が配置された面の反対側の平坦部７４に近接して、中空材７０を支持するようになっている。

このような貫通孔形成手段６０は、押出ダイス５４の出口に比較的近い位置に配置されていることが望ましい。具体的には、例えば押出ダイス５４の出口から１０m以内程度の位置である。このように押出ダイス５４から近い位置では中空材７０は押し出されたばかりで温度が高いため、中空材７０が比較的柔らかく、突き刺し治具６３を突き刺し易いからである。

このため本発明の金属製中空材の製造装置は、押出ダイス５４の出口から１０m以内に貫通孔形成手段６０を設けるのが望ましい。この位置に貫通孔形成手段６０を設ければ貫通孔形成手段に達した中空材の温度が２００〜６００℃と下がり過ぎないので突き刺し治具６３を突き刺し易いからである。

こうして貫通孔形成手段６０によって、中空材７０に貫通孔７６が形成されれば、中空材７０の各中空部７１…には貫通孔７６を通じて外部の空気が供給されるため、中空部７１…が過度に負圧に（真空に）なることが防止ないし軽減して、中空材７０が潰れてしまうことを未然に防止することができる。

このように貫通孔７６は、中空材７０の中空部７１…に外部の空気を供給するものであるため、所定の大きさを有することが求められる。具体的には、十分な空気の供給量を確保するため、貫通孔７６は０．００５ｍｍ²以上の断面積を有することが望ましい。また、貫通孔７６を形成する際に中空材７０に作用する力で中空材７０が変形することを防止する観点からは、貫通孔７６は大きすぎることは好ましくない。具体的には、貫通孔７６は５ｍｍ²以下であることが望ましい。なお、貫通孔７６の断面積とは、各貫通孔７６の軸方向と垂直な断面における面積をいう。

次に、動作手順について説明する。

図６は、押出工程が進行する各段階を示す動作説明図である。

なお本発明における押出工程は、押出装置５０から中空材７０が押し出されて移動している押出動作中だけでなく、たとえば新たなビレットを追加装填する押し継ぎを行う場合など、押出動作が一時停止された状態も含むものである。

図６（ａ）は、押出工程の開始前の状態を示している。同図に示すように、貫通孔形成手段６０は、押出装置５０の下流側に配置されている。この状態において、押出装置５０に最初のビレットがセットされ、中空材７０の押出工程が開始される。

図６（ｂ）は、押出動作が開始され、押出装置５０から中空材７０が押し出されてきた状態を示している。

図６（ｃ）は、押出装置５０から押し出されてきた中空材７０の先端７７が、貫通孔形成手段６０が設けられた位置より下流側で、所定の距離まで進んだ状態を示している。この実施形態では、この状態で、押出動作を一時停止させて中空材７０の進行を止め、貫通孔形成手段６０によって中空材７０に貫通孔７６を形成する貫通孔形成工程が行われる。

この貫通孔７６を形成する位置は、必要な空気供給量を確保できるように、中空材７０の形状、寸法や押出速度に応じて、押出方向先端からの距離（長さ）が適宜設定されるが、たとえば５０〜１０００mの長さを挙げることができる。

図６（ｄ）は、貫通孔形成工程において、まず貫通孔形成手段６０の受け台６２（受け台本体６５）を中空材７０に接近させた状態を示している。

図６（ｅ）は、貫通孔形成工程において、貫通孔形成手段６０の開口治具６１（突き刺しピン６３）を、中空材７０に対して受け台６２の反対側から突き刺して、開口治具６１の先端が中空材７０の中空部７１に達した状態を示している。

この実施形態では、受け台６２を中空材７０の下側に配置し、開口治具６１を中空材７０の上側に配置して、両者で中空材７０を上下から挟み込むようになっている。

開口治具６１は、上述したとおり、中空材７０の複数の中空部７１にそれぞれ対応する突き刺しピン６３を有しており、これら複数の突き刺しピン６３は、同時に、または順番に、対応する中空部７１…に突き刺される。

図６（ｆ）は、貫通孔形成工程において、中空材７０に突き刺された開口治具６１を引抜くことで、中空材７０に貫通孔７６を形成するとともに、受け台６２を中空材７０から離間させて、一連の貫通孔形成工程を完了した状態を示している。

このようにして、中空材７０に貫通孔７６を形成する貫通孔形成工程が完了すれば、押出動作を再開し、さらに所定の距離（長さ）だけ押し出しが行われれば、再び押出動作を一時停止させて貫通孔形成工程が行われる。

この２回目以降の貫通孔形成工程が行われるまでの押出長さ、すなわち２回目以降の貫通孔７６の押出長さ方向の間隔は、中空材先端から１番目の貫通孔までの間隔より短く設定することが好ましい。各貫通孔７６は中空材７０の先端７７の開口７８より大きな断面積を確保しにくいため、２回目移行の貫通孔よりも後で押し出される中空部へ十分な空気供給量を確保するためである。

図６（ｇ）は、押出動作を再開し、中空材７０が更に所定の距離だけ押し出され、次の貫通孔形成工程のために押出動作が一時停止された状態を示している。

その後は、このような所定の距離の押出動作と、貫通孔形成工程が繰り返し行われ、所定の間隔で貫通孔７６が形成された中空材７０が製造される。

製造された中空材７０は押出方向先端からの距離が５０〜１０００mの位置に貫通孔７６が形成された中空材となっている。貫通孔形成工程が繰り返された場合には押出方向先端からの間隔が５０〜１０００mの位置に１回目の貫通孔を、１回目の貫通孔７６から５０〜１０００mの位置に２回目の貫通孔７６が形成された中空材となっている。貫通孔形成工程が繰り返された場合には中空材押出方向先端から１回目の貫通孔７６までの間隔は、２回目以降の貫通孔７６の押出方向の間隔より短くなっているのが好ましい。

こうして製造された中空材７０は、その用途に応じて所定の長さに適宜切断される。熱交換器用のチューブとして用いられる場合には、例えば０．１〜１ｍの長さに切断して供される。

このように０．１〜１mに切断された中空材はコルゲートフィンとろう付け接合されて更にヘッダーなどと接合されることで熱交換器に構成され、中空材は冷媒が流通するチューブとなる。

なお、貫通孔７６の存在が好ましくない用途に用いられる場合には、所定の長さに切断された中空材から、貫通孔７６が存在するものを除外すればよい。貫通孔７６を形成する際に、貫通孔７６の近傍にマーキングする手段を設ければ、貫通孔７６が存在する部分を容易に識別し、その除外を確実に行うことができる。

また、貫通孔７６に溶けたろう材を流し入れる方法等によって貫通孔７６を閉じるようにしてもよい。

また、貫通孔７６は、必要な空気供給量を確保できるように、一定の間隔以内に形成することが求められるが、ビレットを追加装填する押し継ぎが行われる場合には、この押し継ぎのために押出動作が一時停止している間に、貫通孔形成工程を実行することが望ましい。このようにすると、押し継ぎ作業と貫通孔の形成を並行実施することで、貫通孔の形成のための押出動作の一時停止の回数を減らして、高い生産効率を得ることができる。

また、押し継ぎを行った場合には、中空材には元のビレットと追加装てんしたビレットの境目が含まれることになるが、このような境目部分を含んだ所定長さ部分（押し継ぎ部）は品質が不安定になる可能性があるため製品からは除外されることがある。このような場合には、貫通孔７６は押し継ぎ部に形成することが好ましい。このようにすると、押し継ぎ部であるために除外される部分に貫通孔を含ませて、材料歩留まりを向上させることができる。また、押し継ぎ部は除外するが貫通孔形成部分は製品として採用する場合であっても、押し継ぎ部以外の部分に形成される貫通孔を低減して、その品質の向上を図ることができる。

また、中空材７０の先端の開口を大きくすれば、先端の開口からの空気供給量を大きく確保できるため、先端から１番目の貫通孔７６形成位置までの距離を長くすることができる。

図７は、中空材７０の先端７７を斜めに切断した状態を示す斜視図である。このようにすると、先端７７の開口部７８の開口面積を大きく確保することができ、これにより、先端から１番目の貫通孔７６形成位置までの距離を長くして、貫通孔７６の形成回数を低減することができる。

以上の実施形態によれば、中空材７０の外表面７２から中空部７１に至る貫通孔７６を断続的に形成するため、この貫通孔７６から外部の空気を中空部７１に供給して中空部７１が過度に負圧になることを防止することができ、これにより薄肉であっても中空材７０の変形を軽減または防止して、高い寸法精度を有する金属製中空材を得ることができる。

特に、扁平中空材７０は中空部７１と外部の圧力差による変形を受けやすい平坦部７４を有するが、この平坦部７４に貫通孔７６を設けるようにしたため、扁平中空材７０を良好な寸法精度で得ることができる。

さらに、貫通孔７６を扁平中空材７０の平坦部７４に形成するため、小さい力で貫通孔を形成することができる。

また、中空材７０が有する複数の中空部７１…の各々に貫通孔７６…を形成するため、いずれの中空部７１…についても過度に負圧になることを防止することができ、これにより高い寸法精度を有する複数の中空部７１…を有する扁平中空材７０を得ることができるる。

また、貫通孔７６の形成を押出動作を一時停止させた状態で行うため、貫通孔７６の高い位置精度を得ることができる。

また、貫通孔７６の形成を行う開孔治具６１として、中空材７０の外表面７２に突き刺す突き刺し治具６３を用いるため、切子の発生を防止し、切子が飛散することに伴う不都合を未然に防止することができる。このため特に熱交換器用のチューブには好適である。

また、中空材７０を受け台６２に接触させて支持した状態で突き刺し治具６３を突き刺して貫通孔７６を形成するため、中空材７０の曲がり変形を防止しながら貫通孔７６を形成することができる。

また、貫通孔形成工程以外では、前記受け台６２を中空材７０と接触しない離れた位置に移動させているため、貫通孔形成工程時以外に、中空材７０が受け台６２に接触して傷が発生することを未然に防止することができる。

以上、本発明を具体的実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記に限定されるものではなく、以下のように適用することも可能である。

（１）上記実施形態では、貫通孔を形成する開口治具として突き刺し治具を採用したが、開口治具としては切削治具や切断治具などを用いてもよい。回転ドリルのような切削治具を用いれば、貫通孔の大きさを一定にすることができ、適切な空気供給量を確実に確保して、中空材の変形をより一層防止することができる。

（２）貫通孔の形成は、ナイフやロータリーカッターのような切断治具を用いて行ってもよい。

図８は、切断治具８０として、複数のナイフ８１を設けた工具により、中空材７０の複数の中空部７１に貫通孔７６を形成する場合の説明図である。このように切断治具８０を用いて貫通孔７６を形成する場合、中空材７０が切断治具８０と押出方向に相対移動している押出動作中に図８（ａ）から図８（ｂ）の状態になるように、切断治具８０を中空材７０に接近させて貫通孔７６を形成することが好ましい。このようにすると、中空材７０の押出による移動動作を切断に利用することができる。また、貫通孔形成時の中空材７０にかかる力が少ないので、中空材７０が変形することを容易に防止できる。

（３）貫通孔７６の形成は、刃物等による機械的手段ではなく、水ジェットやレーザービームによる加工方法により行ってもよい。

（４）開口治具は、中空材７０に対して接離方向にスライド動作する態様に限定されるものではない。

図９は、突き刺し治具９３を回転可能な円筒体のローラ９１上に形成した開口治具９０の説明図である。

この開口治具９０は、ローラ９１を中空材７０に対して接離させる駆動手段を有しており、ローラ９１を中空材７０に接近あるいは接触させた状態でローラ９１を回転させることで、ローラ９１上に形成された突き刺し治具９３をローラ９１の回転に沿って中空材７０の外表面７２に突き刺すようになっている。

このローラ９１の回転は、回転駆動手段によっても、押出動作により移動している中空材７０に接触させることでローラ９１が中空材７０の外表面７２上を転がって従動回転させることによってもよい。

突き刺し治具９３は、中空材７０の各中空部７１…に対応する複数個が円筒体のローラ９１の外周面に形成されている。この例では、各突き刺し治具９３…の形成位置は、ローラ９１の周方向について互いにずれた位置となっている。

このため、中空材７０に形成される貫通孔７６は、押出方向について互いに形成位置がずれることになる。このように、複数の中空部７１に形成される貫通孔７６を押出方向について異なる位置に形成するようにすれば、複数の中空部７１…に形成される貫通孔７６…が押出方向について同じ位置に並んで形成されることで同部位の強度低下を招く事態を未然に防止することができる。特に、隣接する中空部７１に形成される貫通孔７６は押出方向について異なる位置に形成することが好ましい。このような効果を得るためには、同図に示すように、隣接する貫通孔７６を斜めに配置する他、幅方向について奇数番目と偶数番目の貫通孔の形成位置をずらして千鳥状にするなど、種々の配置を採用することが可能である。

ローラ９１の中空材７０を挟んだ反対側には、受け台として機能する回転可能な受けローラ９２が、中空材７０に対して接離動作可能に配置されており、ローラの突き刺し治具９３で貫通孔７６を形成する際に中空材７０が曲がり変形することを防止できるようになっている。

この例によれば、貫通孔７６の形成を押出動作中に行うことができるため、貫通孔７６の形成のために押出動作を停止させることがなく、高い生産効率を得ることができる。

（５）複数の中空部７１…を有する中空材７０であっても、全ての中空部７１…に均等に貫通孔７６を形成しなくてもよい。たとえば、中空材７０を変形させやすい一部の中空部７１…に対してのみ貫通孔７６を形成するようにしてもよい。また、複数の中空部７１…毎に貫通孔７６のサイズや、形成する頻度（間隔）を異ならしめてもよい。

（６）上記実施形態では、各中空部７１…に対して、その一方の壁部（上側の壁部）にのみ貫通孔７６を形成したが、各中空部７１…に対して、押出方向について同じ位置（または近接する位置）において複数の貫通孔７６…を設けてもよい。このようにすると、各貫通孔７６…のサイズを小さく抑えて機械的強度の低下を防止しながら、必要な空気供給量を容易に確保することができる。

図１０は、１つの中空部７１に対して２つの貫通孔７６，７６を形成する場合の説明図である。

この例では、中空材７０の平坦部７４（７２）から、突き刺しピン６７によって中空材７０の表裏の外表面７２を貫く貫通孔７６を設けている。このように、平坦部７４に中空材７０全体を貫通する貫通孔７６を設けるようにすると、開孔治具の数や開口動作数に対して多くの貫通孔７６を同時に設けることができるため、開口作業の効率がよい。

図１１は、扁平中空材７０の側面湾曲部７５に貫通孔７６を形成する場合の説明図である。

扁平中空材７０の外表面７２のうち、側面湾曲部７５は平坦部７４と比べて曲率が大きいために通常は強度が高く、外側から内側への力を受けても変形し難いので、貫通孔７６を形成する力による中空材７０の変形を防止して、良好な寸法精度を有する扁平中空材７０を得ることができる。

また、この例では、中空材７０が有する突き刺しピン６８を中空材７０の一方の側面湾曲部７５から他方の側面湾曲部７５まで複数の中空部７１…を隔てる複数の隔壁７３…とともに貫くことにより、両側部の中空部７１は側面湾曲部７５，７５に形成された貫通孔７６、７６によって直接外部と連通させるとともに、内側の中空部７１，７１は中空部７１…同士を隔てる隔壁７３…に形成された貫通孔７９…によって両側部と中空部７１と連通することで間接的に外部と連通させるようになっている。

このように、複数の中空部７０を連通させる貫通孔７６…，７９…を形成するようにすると、複数の中空部７０に対する開口動作を同時に行うことができるため、開口作業の効率がよい。

図１２は、押出工程で製造された扁平中空材がロール７００に巻き取られた状態を模式的に示した外観図である。たとえば５０mを超える長さの扁平中空材であってもこのように巻き取られることで設備の設置面積は少なくて済む。

このようなロール７００に巻き取られる場合には、扁平中空材７０の平坦面７４同士は重なり合うが、側面湾曲部７５は側面が開放されている場合が多い。このため、このようにロール状に巻き取られる扁平中空材７０の場合には、閉塞されるおそれの小さい側面湾曲部７５に貫通孔７６を設けることが好ましい。

（７）上記実施形態では、押出装置５０の近くに配置した貫通孔形成手段６０により貫通孔７６を形成したが、貫通孔７６の形成は、押出装置５０の下流側であればいずれの位置で行ってもよい。

（８）粉塵が貫通孔７６から中空部７１へ入り込む可能性がある環境では、貫通孔７６は中空材７０全体を貫通させず、粉塵が中空材７０に向かうのとは逆の方向に設けるのが良い。無風に近い場合、粉塵は空中から地面へ向かって落下するので、この場合には貫通孔を中空材７０の地面側に設けるのがよい。

（９）上記実施形態では、貫通孔形成手段６０によって自動的に貫通孔７６を自動的に形成するようにしたが、貫通孔７６の形成は、作業者が手動で行ってもよい。たとえば作業者がピン等の突き刺し治具を手で持って中空材７０の外表面７２に突き刺すようにしてもよい。

（１０）上記実施形態では、金属材料としてアルミニウム合金を採用したが、本発明は押出に適した金属であればその種類は限定されない。

（１１）上記実施形態では、押出装置として直接押出装置を例示したが、本発明は中空材を押し出し成形できる押出装置であれば、任意の公知のもの、たとえば間接押出、コンフォーム押出、静水圧押出に用いられる装置等を採用することができる。また押出ダイスは１本の中空材を押し出すものであっても、複数本同時押出タイプであってもよい。金型構造も、上述したものに限らず、ポートホールダイス、ブリッジダイス、スパイダーダイス、マンドレルダイス等の任意の構造のものを採用することができる。

（１２）上記実施形態では、中空材７０として断面形状が扁平な扁平中空材を対象としたが、本発明は、扁平でない中空材７０であっても適用することができる。また、熱交換器用のチューブ材として採用する中空材７０を例示したが、中空材７０の用途は限定されない。また複数の中空部７１を有する中空材７０を例としたが、単一の中空部７１のみを有する中空材７０に適用してもよい。

本発明の効果を具体的実施例に基づいて説明する。

本発明を適用した具体的実施例として、Ａ１１００アルミニウム合金のビレットをポートホールダイスを用い、ビレット温度５００℃、ダイス温度４５０℃、押出速度１０m／minの条件にて押出工程を行った押し出された中空材７０は、押出開始後の先端から２０mの位置で順次ロール状に巻き取った。

そして、押出開始から長さ３５０mの中空材７０が押出された時点で押出動作を一時停止し、ダイスから３mに位置する扁平中空材の平坦部に、手で掴んで保持した鋼製の針を突き刺し、貫通孔７６を形成した。貫通孔７６の直径は０．１mm（断面積０．００８mm２）で各中空部に1箇所ずつ、計７箇所設けた。その後押出工程を再開し、再開後更に３５０m押出した時点で押出動作を終え、切断により長さ７００mの扁平中空材を得た。扁平中空材の外観を目視により確認したところ、長さ７００m全体にわたって扁平中空材の表面に凹みは認められなかった。

次に、上記実施例と対比する比較例について説明する。この比較例は、貫通孔７６を形成しないことの他は、上記実施例と同じ条件で押し出しを行った。この比較例では、押出開始から３５０mが押出された時点で押出工程を一旦停止した際には扁平中空材に変形は認められなかったが、その後貫通孔を設けることなく押出工程を再開し、更に３５０mを押出した時点で押出工程を終えて長さ７００mの扁平中空材を得ると、その中空材には、外観を目視確認したところ、押出工程開始から約４００mの部位から凹みの変形が見られ、６００mの部位では中空材７０の表面に深さは０．１mmの凹みであった。

この発明の金属製中空材の製造方法は、熱交換器用の扁平中空材の製造等に適用可能である。

４０ 金属製中空材の製造装置
５０ 押出装置
５２ ビレット
６０ 貫通孔形成手段
６１ 開口治具
６２ 受け台
６３ 突き刺しピン
７０ 中空材
７１ 中空部
７２ 外表面
７４ 平坦部
７５ 側面湾曲部
７６ 貫通孔

Claims (17)

1. 金属材料のビレットから中空材を押出成形する押出工程中に、前記中空材の外表面から中空部に至る貫通孔を断続的に形成することを特徴とする金属製中空材の製造方法。
2. 前記中空材が平坦部を有する扁平中空材であり、前記貫通孔を前記扁平中空材の平坦部に形成することを特徴とする請求項１に記載の金属製中空材の製造方法。
3. 前記中空材が平坦部を有する扁平中空材であり、前記貫通孔を前記扁平中空材の側面湾曲部に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の金属製中空材の製造方法。
4. 前記中空材が複数の中空部を有し、前記貫通孔を複数の中空部の各々に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。
5. 前記複数の中空部の少なくとも一部の中空部に形成される貫通孔は、他の中空部に形成される貫通孔と押出方向について異なる位置に形成されることを特徴とする請求項４に記載の金属製中空材の製造方法。
6. 隣接する中空部に形成される貫通孔は、押出方向について異なる位置に形成される請求項５に記載の金属製中空材の製造方法。
7. 前記貫通孔の断面積は、０．００５ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。
8. 前記貫通孔の形成を押出動作を一時停止させた状態で行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。
9. 前記貫通孔の形成を、ビレットを追加装填する押し継ぎ時に行うことを特徴とする請求項８に記載の金属製中空材の製造方法。
10. 前記貫通孔の形成を押出動作中に行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。
11. 前記貫通孔の形成をビレットを追加装填する押し継ぎによる押し継ぎ部に対して行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。
12. 前記貫通孔の形成は前記中空材の外表面に突き刺す突き刺し治具によって行うことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。
13. 前記中空材を受け台に接触させて支持した状態で、前記中空材に対して前記受け台の反対側から前記突き刺し治具を突き刺して貫通孔を形成することを特徴とする請求項１２に記載の金属中空材の製造方法。
14. 金属材料がアルミニウム合金である請求項１〜１３のいずれかに記載の金属製中空材の製造方法。
15. 中空材押出方向先端からの距離が５０〜１０００ｍの位置に外表面から中空部に至る貫通孔が形成されたことを特徴とする金属製中空材。
16. 請求項１５に記載の金属製中空材を切断した切断材をチューブとして用いた熱交換器。
17. 金属材料のビレットから中空材を押出成形する押出装置と、
    前記押出装置の押出ダイス出口から１０ｍ以内に設けられ、前記押出装置から押し出された中空材に対しその外表面から中空部に至る貫通孔を断続的に形成する貫通孔形成手段と、を備えたことを特徴とする金属製中空材の製造装置。

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