JP2013071176A

JP2013071176A - アルミニウム製細管の製造方法

Info

Publication number: JP2013071176A
Application number: JP2011214364A
Authority: JP
Inventors: Munehisa Takahashi; 宗尚高橋; Yasunori Hyogo; 靖憲兵庫
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-22

Abstract

【課題】押出加工方法では製造不能な細い径の細管を、押出加工方法を利用して製造する方法を提供する。
【解決手段】アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる細管を押出加工法を用いて製造するに際し、目的の直径の細管の元となる素細管２を複数、それら素細管の管壁同士をそれら素細管の長さ方向に沿って連結一体化してなる集合細管１として押出加工し、前記素細管同士の管壁部の一体化部分に沿って前記集合細管を引き裂くことで複数の細管を得ることを特徴とするアルミニウム製細管の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器用伝熱管などのアルミニウム製細管の製造方法に関する。

エアコン用の熱交換器は、主として、ヘアピン状に折曲加工した銅管からなる伝熱管と、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材からなるフィン（以下、アルミニウムフィンと略称する）とから構成されている。例えば、熱交換器の伝熱部は、Ｕ字状に折曲加工した銅管からなる伝熱管をアルミニウムフィンの貫通孔に挿通し、Ｕ字状の伝熱管内にビュレットと称される治具を挿入して拡管することにより、伝熱管とアルミニウムフィンとを密着させている。そして、このＵ字状の伝熱管の開放端を拡管してこの拡管開放部に同じくＵ字状に折曲加工したベンド管を挿入し、このベンド管をろう付けすることで銅管を接続し、熱交換器としている。

エアコン用の熱交換器は高効率化の観点から、引張強さが高く、加工性に優れ、良好な熱伝導率の金属材料から伝熱管を構成する必要がある。

従来のように銅管からエアコン用の熱交換器の伝熱部を構成する場合、銅管の組成や金属組織を改善し銅管の構成材料の組成改善、組織改善を行うことが必要であり、以下の特許文献１に記載のように組成を調整して引張強さを改善し、結晶組織の改善を行って集合組織を誘導するなどの改善策がなされてきた。

特開２００９−１０２６９０号公報

従来から、エアコン用の熱交換器の性能向上のため、伝熱部を構成する銅管はその形状や組織、組成の面で種々の改良がなされてきているが、近年の資源、エネルギー事情の高まりを背景として、東南アジア等の諸外国においてインフラ整備が急速に進められている関係から、送電線用途などとして銅の需要が急速に高まり、銅のコストが高騰し始めている。
そこで、銅よりも安価な金属で加工性に富み、熱交換器用の一部構成材料として多用されているアルミニウムを用いて伝熱管を構成しようとする試みがなされている。

アルミニウムからなる伝熱管を熱交換器に適用する場合においても、伝熱管を細径化すると、伝熱管が高耐圧化したことになるので、伝熱管を薄肉化することができる。
熱交換器の性能アップを更に図るためには、冷媒通路を狭くした場合、冷媒の流速向上に直結するので、伝熱管を細管として薄肉化することが熱交換器の内部熱伝達効率が良好になることを意味する。

しかし、上述のようにアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いてエアコン用熱交換器の伝熱管とする細管を形成しようとすると、細管が細すぎて押出装置のみでは加工が困難なので、押出加工を行った後、引き抜き加工を行って目的の最終径とした後、熱処理を行う必要があった。
例えば、現状のエアコン用熱交換器の伝熱管を製造する場合、直径数ｍｍ程度の細管とする要望があるが、押出加工のみでは直径が小さすぎて加工困難であるので、目的の直径近くまで押出加工した後、引き抜き加工を行って最終目的の数ｍｍレベルまで細径化できるが、引き抜き加工を行うと加工硬化により伝熱管が硬くなり過ぎるので、熱処理を施し、ある程度軟化させる必要が生じる。このため、アルミニウム製細管の製造工程が複雑になり、製造コストが上昇する問題がある。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、引き抜き加工や熱処理を行わなくとも、押出加工と引き裂き加工を主体として行うことで直径数ｍｍレベルの熱交換器用アルミニウム製細管を製造することができる方法の提供を目的とする。

本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる細管を押出加工法を用いて製造するに際し、目的の直径の細管の元となる素細管を複数、それら素細管の管壁同士をそれら素細管の長さ方向に沿って連結一体化してなる集合細管として押出加工し、前記素細管同士の管壁部の一体化部分に沿って前記集合細管を引き裂くことで複数の細管を得ることを特徴とする。
本発明において、前記素細管の集合細管を引き裂いて細管とする場合、各素細管の管壁どうしの接続部分を引き裂き刃によって長さ方向に切り込みつつ引き裂くことができる。

本発明によれば、１本ずつでは個別に押出加工ができないサイズの細管を複数本一体化してなる集合細管の状態で押出加工すると、押出加工するために必要な断面積を確保することができ、押出加工可能となる。複数本の素細管を管壁同士で一体化した形状の集合細管は、隣接する素細管同士の境界で引き裂くことができるので、押出加工後に引き裂き加工することで、１本ずつ個別の細管とすることができる。
集合細管を引き裂くためには、素細管の管壁同士を一体化した部分に沿って引き裂き刃を用いて切り込みつつ引き裂くことで、簡単かつ容易に目的の外径の熱交換器用アルミニウム製細管を得ることができる。

本発明に係るアルミニウム製細管を製造する場合に用いる細管集合体の斜視図。図１に示す細管集合体からアルミニウム製細管を製造する工程において用いる引き裂き刃の一例を示す説明図。図１に示す細管集合体を引き裂き刃を用いて引き裂く状態を説明する説明図。図１に示す細管集合体を引き裂いてアルミニウム製細管を製造している状態の一例を示す正面図。引き裂きにより得られたアルミニウム製細管の一例を示す斜視図。得られたアルミニウム製細管をビュレットにより拡管する状態を示す説明図。本発明に係るアルミニウム製細管を製造する場合に用いる細管集合体の他の例を示す斜視図。

以下、本発明の具体的な実施形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に制限されるものではない。
図１は本発明に係るアルミニウムまたはアルミニウム合金製の細管を製造する場合に用いる集合細管を示すもので、この集合細管１は、直径数ｍｍ、例えば、直径２〜５ｍｍ程度のパイプ状の複数の素細管２をそれらの側面の一部を連続一体化させて複数隣接配列させた形状とされている。素細管２は製造目的とする細管と略同一直径のアルミニウムまたはアルミニウム合金製の管体であり、図１に示す形態では４本の素細管２を平行に並べてそれらの側面のうち、隣接する側面の管壁部分を各素細管２の全長にわたり連続一体化して管壁接合部２ａが形成されている。隣接する素細管２、２の間に形成されている管壁接合部２ａは、素細管２の直径ｄ_１の数分の一程度、例えば１／４程度の厚さｄ_２に形成されている。

前記集合細管１は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる。本明細書ではアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる集合細管１について略称してアルミニウム製の集合細管１と称する。この集合細管１を構成するアルミニウム合金に特に制限はなく、ＪＩＳで規定される１０５０、１１００、１２００等の純アルミニウム系、あるいは、これらにＭｎを添加した３００３に代表される３０００系のアルミニウム合金等を適用することができる。勿論、これら以外にＪＩＳに規定されているアルミニウム合金のいずれかを用いて管本体２を構成しても良いのは勿論である。

以上説明の集合細管１であるならば、直径２ｍｍ、内径１．６ｍｍの素線管２が４本連結されたサイズであって、隣接する素線管２、２の間に形成されている管壁接合部２ａの厚さが０．５ｍｍ、素線管２、２の中心軸間隔が３．９７ｍｍである場合に、断面積が１８．１ｍｍ^２であり、従来より断面積が大きく、押出成形性が良好となる。

押出加工により図１に示す形状の集合細管１を得たならば、この集合細管１を水平に設置し、集合細管１の先端側において各管壁接合部２ａの位置に合わせて切り裂き刃３を設置する。
ここで用いる切り裂き刃３は、図２に示すように先端が徐々に細くなっている板状の刃先部３ａと、刃先部３ａの基端側に位置して刃先部３ａより肉厚とされた峰部３ｂとからなる。峰部３ｂの両側面側には、両側側面の中央部を最も肉薄とするように、丸底形状の凹部３ｃが形成され、各凹部３ｃは刃先部３ａに向かうにつれて順次浅くなるように形成され、刃先部３ａにおいて凹部３ｃが殆ど無くなり、刃先部３ａは平板状にされてその先端側が刃先部３ａとされている。

図２に示す構造の切り裂き刃３を３本用意し、図３に示すように集合細管１の先端の管壁接合部２ａに刃先部３ａを向けて位置合わせした後、集合細管１を切り裂き刃３側に押し出すと、３本の切り裂き刃３の刃先部３ａをそれぞれ集合細管１の管壁接合部２ａに食い込ませることができるので、そのまま集合細管１を押し進めると、図４に示すように管壁接合部２ａを集合細管１の長さ方向に４つに分断することができ、集合細管１から４本の細管５を得ることができる。
集合細管１を切り裂き刃３に対して押し出す際の押出力の一例として、押出装置を用いて押出工程により押出加工した集合細管１において、押出加工時の押出力をそのまま利用することができる。このようにすれば、押出工程で集合細管１を生産して集合細管１を押し出すと同時に、押出装置から押し出されてきた集合細管１を自動的に３本の切り裂き刃３で切り裂いて４本の細管５に加工することができる。

集合細管１を切り裂き刃３により４本の細管５とする場合、切り裂き刃３は刃先部３ａから峰部３ｂに向けて徐々に厚く形成されていて、峰部３ｂの両側面には凹部３ｃが形成されているので、図４に示すように切り裂き刃３を通過して切り裂かれて得られた細管５は峰部３ｂの厚さと凹部３ａの傾斜に応じて徐々に押し拡げられて分離される。よって、集合細管１から切り裂いた細管５を個々に分離した状態で確実に取り出すことができる。

図５に前述の工程により得られた細管５の断面構造を示すが、細管５の一側面側には切り裂き刃３により管壁接合部２ａを切り裂いて構成された平面部５ａが形成されているが、この平面部５ａは細管５の直径の数分の一程度であり、細管５の管壁を大幅に薄くするものではない。このため、熱交換器用の伝熱管に細管５を適用する場合の傷害にはならない。
なお、平面部５ａの幅が大き過ぎる場合は、細管５の管壁が薄くなり、細管５の真円度を良好に維持できなくなり、熱交換器としてアルミニウム製のフィンと組み付ける場合にフィンとの接触状態が悪化する。このため、平面部５ａの幅や割合が必要以上に大きくならないように集合細管１の素細管２，２同士の間隔、換言すると素細管２、２の間に設ける管壁接続部２ａの厚さを調整することが好ましい。

上述の如く製造された細管５は熱交換器用のアルミニウム又はアルミニウム合金製のフィンの挿通孔に挿通された後、図６に示すボール型の尖頭部６ａを軸部６ｂの先端部に有するビュレット６により拡張され、フィンに接合され、伝熱管として熱交換器に組み込まれて使用される。
このように細管５はビュレット６により拡管されて熱交換器用フィンに接合されるので、細管５の真円度はフィンとの接合強度を確実な値とするために重要なパラメータになり、引き裂き刃３により管壁接合部２ａを引き裂いて集合細管１から細管５を形成する際、バリなどの余計な部分を生じないように切り裂くことが望ましい。

本実施形態において細管５を製造する場合、図１に示す形状の集合細管１を用いたが、集合細管１は例えば図７に示す形状であっても良い。
このため、集合細管１を図７に示すように４本の素細管８の集合体として形成し、素細管８を上下左右に２本ずつ隣接するように接合した集合細管９を用いて目的を達成する構造としても良い。
素細管８を上下左右に２本ずつ隣接するように接合した集合細管９の場合、十字状に刃先部を配置した十字状の引き裂き刃を用いて上下左右に並ぶ素細管８同士の間の管壁接合部８ａに沿って集合細管９を引き裂くことができる。
勿論、図２に示す切断刃３を用いて、縦側と横側に区分けして２回の引き裂き加工することで、図７に示す集合細管８を引き裂いて目的の細管を得るようにしても良い。
図７に示す集合細管９の場合、１本の素細管８の側面に２箇所切り裂き部分が生じるので、得られた細管の真円度は図１に示す集合細管１よりも多少劣るが、管壁接合部８ａの幅をできる限り小さくしておくか、切り裂き部分の精度を高くすれば熱交換器用の伝熱管として十分使用できるアルミニウム製細管を製造することができる。

図７に示す集合細管９の場合を例に説明したように押出装置で押し出すための集合細管の形状は任意で良く、素細管の集合本数も何本でも構わない。要は、各押出装置で可能な断面積以上とすれば良く、素細管を複数本一体化した構造であればその形状は問わない。なお、切り裂き刃３にて切り裂く部分の厚さはできるだけ薄い方が望ましいので図１に示す管壁接合部２ａ、図６に示す管壁接合部８ａはできるだけ薄い構成とすることが望ましい。

Ａ３００３合金を押出加工して図１に示す形状の素線管を４本接合した集合細管を押出した。集合細管の大きさは、素細管の外径２ｍｍ、内径１．６ｍｍ、素細管の側壁同士が接合されている管壁接合部の厚さ０．５ｍｍである。
押出加工装置のダイスの出口部分から、前記集合細管が出てくる経路の途中に、カッター刃を３本、集合細管の先端側の管壁接合部に対向するように配置して上述の押出加工を行った。
集合配管が押し出される際の圧力によってカッター刃により集合細管を自動的に引き裂くことができ、外径２ｍｍの素細管を４本、押出加工と同時に得ることができた。なお、得られた４本の素細管にはバリなどの引き裂き欠陥は生じていなかった。

得られた素線管は図５に断面形状を示すように側壁の一部に幅０．５ｍｍの引き裂きに起因する平面部を有する円管状であるが、この程度の幅の平面部分を有していても、熱交換器用のフィンに接合するには問題のない幅の平面部分である。

次に、管壁接合部の厚さについて試験した。外径２ｍｍの４本の素細管を管壁接合部で一体化した集合細管であって、管壁接合部の厚さを０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍにそれぞれ設定した集合細管を作製し、それぞれの集合細管についてカッタ−により引き裂く試験を行った。押出装置から集合細管が押し出されてくる速度は５０ｍ／秒の速度である。
試験の結果、０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの管壁接合部を有する試料はバリを生じることなく切り裂き加工ができた。

この試験結果から、集合細管を用い、カッター刃で切り裂く場合の管壁接合部の厚さは素線管の円周の２０％以下であることが望ましいことが判明した。
また、現状の押出装置で図１に示す集合細管を押し出す場合、管壁接合部の厚さの最低値は外径２ｍｍの素線管の集合体である集合細管の場合、素線管の円周の２０％、管壁接合部の厚さの最低値は外径５ｍｍの素線管の集合体である集合細管の場合、素線管の円周の１０％である。

１…集合細管、２…素細管、２ａ…管壁接合部、３…切り裂き刃、３ａ…刃先部、３ｂ…峰部、３ｃ…凹部、５…細管、５ａ…平面部、６…ビュレット、８…素細管、８ａ…管壁接合部、９…集合細管。

Claims

アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる細管を押出加工法を用いて製造するに際し、目的の直径の細管の元となる素細管を複数、それら素細管の管壁同士をそれら素細管の長さ方向に沿って連結一体化してなる集合細管として押出加工し、前記素細管同士の管壁部の一体化部分に沿って前記集合細管を引き裂くことで複数の細管を得ることを特徴とするアルミニウム製細管の製造方法。
前記素細管の集合細管を引き裂いて細管とする場合、各素細管の管壁どうしの接続部分を引き裂き刃によって長さ方向に切り込みつつ引き裂くことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム製細管の製造方法。