JP2016032837A - 接合管体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管内部を通る流体が高圧であっても管の変形を抑えることができ、かつ、高い接合強度を有する接合管体を提供する。引張強度の異なる金属管同士を接合しても接合部に割れが発生することがなく、接合管体を安定的に量産する。【解決手段】本発明の接合管体１は、外側金属管２と、この外側金属管２に比べて低い引張強度の金属材料からなり、外側金属管２の内側に挿入された内側金属管３とがかしめられて接合されており、内側金属管３は、外面上に、管径方向の深さが０．５ｍｍ以上である内側かしめ溝３１を有する。接合管体１は、内側金属管３に内側かしめ加工用溝３１’を形成し、外側金属管２と内側金属管３とを内側かしめ加工用溝３１’が外側金属管２の内面と重なる位置に配し、外側金属管２の外面のうち、内側かしめ加工用溝３１’と重なる位置Ｐでかしめ溝を形成し、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施すことにより製造される。【選択図】図１

Description

本発明は、接合管体及びその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、引張強度が異なる異種金属管を接合した接合管体及び当該接合管体の製造方法に関する。

一般に、給湯器や空調機、冷凍機等には熱交換器が用いられている。熱交換器は、主として、屋外機に組み込まれることから、熱交換器の配管は、耐食性が高い材料であることが求められる。また、熱交換器は、コンプレッサーから供給される冷媒ガスのガス圧に耐えられるだけの耐圧性、熱交換効率を高めるための伝熱性、及び配管同士の接合性が高い材料であることも求められる。耐食性、耐圧性、伝熱性及び接合性等を考慮し、熱交換器の配管として、銅管が多く用いられる。

ところで、近年、銅の価格が高騰しており、銅に代わる材料を熱交換器の配管材料にすることが求められている。銅に代わる材料の一例として、アルミニウムが挙げられる。しかしながら、アルミニウム管は、屋外環境での耐食性の面で課題を有する。そこで、近年、銅に代わる材料として、ステンレス鋼を用いる試みがなされている。

しかしながら、一般的に、熱交換器で使用される全ての銅管がステンレス鋼管に代替されるケースは少ないため、銅管とステンレス鋼管とを連結する接合部が多く発生することとなる。接合部における高い気密性と接合強度を有するようにするため、図３２に示すように、内側金属管１０１と外側金属管１０２とを端部同士で重ね、接続体１００’を形成した後、接続体１００’をローラー支軸２００に載せ、内側金属管１０１と外側金属管１０２との重なり部１１０’に、刃先を丸くさせた刃２０１を押し当て、接続体１００’の管軸１を回転軸として接続体１００’を回転させながら内側金属管１０１と外側金属管１０２とをかしめる加工を施し、接合体を得ることが提案されている（特許文献１）。また、コンプレッサーから供給される冷媒ガスのガス圧が高い場合、内圧による接合構造体の変形を抑えるため、外側金属管１０２をステンレス鋼管にし、変形抵抗の小さい銅管を内側金属管にするのが好ましいことが示されている（特許文献２）。

特開２０１３−０６６９１１号公報 特開２０１３−１５１０１３号公報

しかしながら、銅管からなる内側金属管１０１と、ステンレス鋼管からなる外側金属管１０２とを有する接続体１００’の重なり部１１０’にかしめ加工を施して接合する際、外側金属管１０２は、大きな板厚減少が起きやすい。特に、外側金属管１０２のステンレス鋼は、加工硬化し易い性質を有することから、かしめ溝が深くなると、板厚減少の程度によっては外側金属管１０２のビード位置(かしめ加工された凹凸部の位置)で割れを生じる可能性がある。一方で、ステンレス鋼管の割れを避けるためにかしめ溝を浅くすると、
内側金属管１０１と外側金属管１０２とを十分にかしめ固定ができず、金属管同士の接合強度が良好な接合体が得られない。

このように、接合構造体の変形を抑えるために、外側金属管をステンレス鋼にし、内側金属管を銅管にしようとすると、金属管同士の重なり部におけるかしめ固定が困難であるという問題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するために、管内部を通る流体が高圧であっても管の変形を抑えることができ、かつ、良好な接合強度を有する接合管体の提供を目的とする。また、引張強度の異なる金属管同士を接合しても接合部に割れが発生することがなく、接合管体を安定的に量産する製造方法の提供を目的とする。

本発明者らは、上記のような課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、まず、外側金属管に比べて低い引張強度の金属材料からなる内側金属管に内側かしめ加工用溝を形成し、次いで、外側金属管と内側金属管とを、内側かしめ加工用溝が外側金属管の内面と重なる位置に配した後、外側金属管の外面のうち、内側かしめ加工用溝と重なる位置でかしめ溝を形成し、外側金属管と内側金属管とをかしめる加工を施すことで、上記の課題を解決できることを見出し、本発明の完成に至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

（１）本発明は、外側金属管と、前記外側金属管に比べて低い引張強度の金属材料からなり前記外側金属管の内側に挿入された内側金属管とがかしめられて接合された接合管体であって、前記内側金属管は、外面上に、管径方向の深さが０．５ｍｍ以上である内側かしめ溝を有する接合管体である。

（２）本発明は、前記外側金属管がステンレス鋼管であり、前記内側金属管が銅管である、上記（１）に記載の接合管体である。

（３）本発明は、前記外側金属管の少なくとも一方の端部に、内径が前記内側金属管の外径と略同じである拡管部が形成され、前記拡管部の基端と、前記内側金属管の一端とが接しており、前記外側金属管の外面のうち、前記内側かしめ溝と重なる位置に外側かしめ溝が形成されている、上記（１）又は（２）に記載の接合管体である。

（４）本発明は、上記（１）から（３）のいずれかに記載の接合管体を備える熱交換器である。

（５）本発明は、外側金属管に比べて低い引張強度の金属材料からなる内側金属管に内側かしめ加工用溝を形成する内側かしめ加工用溝形成工程と、前記内側かしめ加工用溝形成工程の後、前記外側金属管と前記内側金属管とを前記内側かしめ加工用溝が前記外側金属管の内面と重なる位置に配する配置工程と、前記外側金属管の外面のうち、前記内側かしめ加工用溝と重なる位置でかしめ溝を形成し、前記外側金属管と前記内側金属管とをかしめる加工を施すかしめ加工工程とを含む接合管体の製造方法である。

（６）本発明は、前記外側金属管の外面上であって、前記配置工程で前記内側金属管と重ねたときに前記内側かしめ加工用溝と重なる位置に目印を表示する目印表示工程をさらに含み、前記かしめ加工工程は、前記目印にしたがって前記かしめ溝を形成する工程である、上記（５）に記載の接合管体の製造方法である。

（７）本発明は、前記外側金属管の少なくとも一方の端部に、内径が前記内側金属管の外径と略同じである拡管部が形成されており、前記配置工程は、前記内側金属管を前記拡管部に挿入し、前記内側金属管の一端を前記拡管部の基端に突き当てる工程であり、前記かしめ加工工程は、前記拡管部の外面のうち、前記内側金属管の一端を前記拡管部の基端に突き当てたときに前記内側かしめ加工用溝と重なる位置でかしめ溝を形成し、前記外側金属管と前記内側金属管とをかしめる加工を施す工程である、上記（５）に記載の接合管体の製造方法である。

（８）本発明は、前記配置工程に先立ち、前記外側金属管に対し、前記配置工程で前記内側金属管と重ねたときに前記内側かしめ加工用溝と重なる位置に外側かしめ加工用溝を形成する外側かしめ加工用溝形成工程をさらに含み、前記配置工程は、前記内側かしめ加工用溝と前記外側かしめ加工用溝とを重ねる工程であり、前記かしめ加工工程は、前記内側かしめ加工用溝と前記外側かしめ加工用溝とが重なる位置でかしめ溝を形成する工程である、上記（５）に記載の接合管体の製造方法である。

（９）本発明は、前記外側金属管がステンレス鋼管であり、前記内側金属管が銅管である、上記（５）から（８）のいずれかに記載の接合管体の製造方法である。

（１０）本発明は、前記かしめ加工工程の後の前記内側金属管は、管径方向の深さが０．５ｍｍ以上である内側かしめ溝を有する、上記（５）から（９）のいずれかに記載の接合管体の製造方法である。

本発明によると、管内部を通る流体が高圧であっても管の変形を抑えることができ、かつ、高い接合強度を有する接合管体が得られる。また、引張強度の異なる金属管同士を接合しても接合部に割れが発生することがなく、接合管体を安定的に量産することができる。耐食性、耐圧性、伝熱性等が求められる熱交換器等の用途に適用できる。

本発明の接合管体を説明する図である。 本発明の製造方法における内側かしめ加工用溝形成工程を説明する図である。 図２の工程に続く内側かしめ加工用溝形成工程を説明する図である。 本発明の製造方法における配置工程を説明する図である。 本発明の製造方法におけるかしめ加工工程を説明する図である。 本発明の製造方法における外側かしめ加工用溝形成工程を説明する図である。 図６の工程に続く外側かしめ加工用溝形成工程を説明する図である。 実施例１に関して外側金属管の拡管加工を説明する図である。 実施例１に関して外側金属管の外側かしめ加工用溝を説明する図である。 実施例１に関して内側金属管の内側かしめ加工用溝を説明する図である。 実施例１に関して内側金属管と外側金属管との挿入嵌合を説明する図である。 実施例１に関して外側金属管と内側金属管とのかしめ加工を説明する図である。 比較例１に関して内側金属管と外側金属管との挿入嵌合を説明する図である。 引張試験において内側金属管（銅管）をチャックにより掴むために用いた冶具を説明する図である。 引張試験において外側金属管（ステンレス鋼管）をチャックにより掴むために用いた冶具を説明する図である。 実施例１に関して接合管体の断面形状を示す図である。 比較例１に関して接合管体の断面形状を示す図である。 比較例１に関して接合管体の断面形状を示す図である。 実施例１に関して本発明の接合管体の変形挙動を説明する模式図である。 比較例１に関して接合管体の変形挙動を説明する模式図である。 実施例２に関して外側金属管の拡管加工を説明する図である。 実施例２に関して外側金属管の外側かしめ加工用溝を説明する図である。 実施例２に関して内側金属管の内側かしめ加工用溝を説明する図である。 比較例２に関し、異種ステンレス鋼管の組合せでは溶接部で割れが生じることを示す写真である。 実施例２及び比較例２での引張試験の態様を説明する図である。 実施例２及び比較例２での引張試験の結果を示す図である。 実施例２に関して接合管体の断面形状を示す図である。 比較例２に関して接合管体の断面形状を示す図である。 比較例２に関して接合管体の断面形状を示す図である。 実施例２に関して本発明の接合管体の変形挙動を説明する模式図である。 比較例２に関して接合管体の変形挙動を説明する模式図である。 従来の製造方法を説明する図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

＜接合管体＞
図１は、本発明に係る接合管体１を説明するための概略模式図である。接合管体１は、外側金属管２と、この外側金属管２の内側に挿入された内側金属管３とを備え、外側金属管２及び内側金属管３は、互いにかしめられて接合されている。そして、内側金属管３は、外側金属管に比べて低い引張強度の金属材料からなり、外面上に、管径方向の深さが０．５ｍｍ以上である内側かしめ溝３１を有する。本明細書において、「引張強度」とは、外側金属管と内側金属管のそれぞれについて、ＪＩＳ Ｚ２２４１により規定される「引張強さ」をいうものとする。

＜外側金属管＞
外側金属管２の材質は、内側金属管３に比べて高い引張強度を有するものであれば特に限定されるものでなく、容易に入手でき、屋外環境での耐食性に優れることから、外側金属管２の材質は、ステンレス鋼であることが好ましい。

外側金属管２の形状は特に限定されるものでないが、内側金属管３の一端が突き当たるまで内側金属管３を挿入し、基端２２から所定の長さを計測するだけで、内側かしめ溝３１と重なる位置を容易に特定できることから、外側金属管２の少なくとも一方の端部に、内径が内側金属管３の外径と略同じである拡管部２Ｃが形成されていることが好ましい。拡管部２Ｃが形成されている場合、拡管部２Ｃの基端２２と、内側金属管３の一端３２とが接しており、外側金属管２の外面のうち、内側かしめ溝３１と重なる位置に外側かしめ溝２１が形成されている。

外側金属管２が拡管部２Ｃを有する場合、拡管部２Ｃの長手方向の長さは特に限定されるものでないが、拡管部２Ｃの長手方向の長さは１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることがより好ましい。

外側金属管２の外管本体２Ａと拡管部２Ｃとの間に形成される傾斜部２Ｂにおいて、外管本体２Ａに対するテーパー角度θは特に限定されるものでないが、該テーパー角度θは１０°以上８０°以下であることが好ましく、３０°以上６０°以下であることがより好ましい。

外管本体２Ａの外径は特に限定されるものでないが、外管本体２Ａの外径は４ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下であることがより好ましい。

外管本体２Ａの内径は特に限定されるものでないが、外管本体２Ａの内径は３ｍｍ以上８８ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることがより好ましい。

拡管部２Ｃの外径は特に限定されるものでないが、拡管部２Ｃの外径は６ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることがより好ましい。

拡管部２Ｃの内径は、内側金属管３の外径と略同じであれば特に限定されるものでないが、拡管部２Ｃの内径は５ｍｍ以上１４０ｍｍ以下であることが好ましく、１２ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることがより好ましい。

外側金属管２の肉厚は特に限定されるものでないが、外側金属管２の肉厚は０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。

外側かしめ溝２１の深さは特に限定されるものでないが、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。外側かしめ溝２１が浅すぎると、外側金属管２と内側金属管３とを十分なかしめ固定をすることができず、良好な接合強度を得られない可能性がある。外側かしめ溝２１が深すぎると、外側金属管２の変形が過多になり、金属材料の加工硬化に起因して、外側金属管２の外側かしめ溝２１が形成されたビード位置で割れを生じる可能性がある。

＜内側金属管＞
内側金属管３の材質は、外側金属管２に比べて低い引張強度を有するものであれば特に限定されるものでなく、銅、アルミニウム、及びこれらの合金等が挙げられる。屋外環境での耐食性、内側金属管３の管内を通過する冷媒ガスのガス圧に耐えられるだけの耐圧性、熱交換効率を高めるための伝熱性、及び配管同士の接合性に優れることから、内側金属管３の材質は、銅又は銅合金であることが好ましい。

内側金属管３の形状は特に限定されるものでなく、図示は省略するが、外側金属管２への挿入を行いやすくするため、少なくとも一方の端部において、外径が外側金属管２の内径と略同じである縮径部が形成されたものであってもよい。

内側金属管３の外径は、外側金属管２と重なる重なり部における外側金属管２の内径と略同じであれば特に限定されるものでないが、内側金属管３の外径は４ｍｍ以上１３９ｍｍ以下であることが好ましく、１１ｍｍ以上８９ｍｍ以下であることがより好ましい。

内側金属管３の内径は、特に限定されるものでないが、内側金属管３の内径は３ｍｍ以上１３７ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることがより好ましい。

内側金属管３の肉厚は、特に限定されるものでないが、内側金属管３の肉厚は０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。

内側金属管３は、外面上に内側かしめ溝３１を有する。内側かしめ溝３１の管径方向の深さは、０．５ｍｍ以上であり、０．６ｍｍ以上であることが好ましく、０．８ｍｍ以上であることがより好ましい。内側かしめ溝３１の管径方向の深さが浅過ぎ０．５ｍｍ未満であると、外側金属管２と内側金属管３とを十分にかしめ固定することができず、良好な接合強度を得られない可能性があるため、好ましくない。

内側かしめ溝３１の深さの上限は、特に限定されないが、溝が深すぎると、外側金属管２の変形量が過多になり、内側かしめ溝３１が形成されたビード位置での割れを招く可能性がある。そのため、内側かしめ溝３１の深さは、５ｍｍ以下であることが好ましく、４ｍｍ以下であることがより好ましい。

ところで、以下の製造方法で説明するとおり、本発明の接合管体１は、あらかじめ、内側金属管３に内側かしめ加工用溝（図３の符号３１’）を形成されている。次いで、外側金属管２と内側金属管３とを、内側かしめ加工用溝３１’が外側金属管２の内面と重なる位置に配した後、外側金属管２の外面のうち、内側かしめ加工用溝３１’と重なる位置でかしめ溝を形成し、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施すことによって両方の金属管同士が接合されたものである。
それに対し、従来のように、単に外側金属管２と内側金属管３とを挿入嵌合し、かしめ加工を施すと、かしめ工具と内側金属管３とで挟持されて拘束状態にある外側金属管３は、圧延加工を受けるような変形挙動によって板厚減少が生じる。かしめ溝２１が深くなりすぎると、外側金属管２のビード位置で割れを生じる場合がある。そのため、従来の接合管体、例えば、外側金属管と、この外側金属管に比べて低い引張強度の金属材料からなり外側金属管の内側に挿入された内側金属管とが、かしめられて接合した接合管体は、内側かしめ溝の深さが０．５ｍｍ未満のように浅い凹溝を呈することになる。

＜熱交換器＞
本発明の熱交換器は、上記の接合管体１を備えるので、耐食性、耐圧性、伝熱性及び接合性に優れた熱交換器を提供できる。

＜接合管体の製造方法＞
以下、図２〜図７を参照しながら、本発明に係る接合管体１の製造方法について説明する。本発明に係る製造方法は、外側金属管２に比べて低い引張強度の金属材料からなる内側金属管３に内側かしめ加工用溝３１’を形成する内側かしめ加工用溝形成工程（図２及び図３）と、この内側かしめ加工用溝形成工程の後、外側金属管２と内側金属管３とを内側かしめ加工用溝３１’が外側金属管２の内面と重なる位置に配する配置工程（図４）と、外側金属管２の外面のうち、内側かしめ加工用溝３１’と重なる位置Ｐでかしめ溝（図１の外側かしめ溝２１及び内側かしめ溝３１）を形成し、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施すかしめ加工工程（図５）とを含む。

＜内側かしめ加工用溝形成工程＞
図２及び図３は、上記内側かしめ加工用溝形成工程を説明するための概略断面図である。内側かしめ加工用溝形成工程は、内側金属管３に内側かしめ加工用溝３１’を形成する工程である。

内側かしめ加工用溝３１’を形成する手法は、特に限定されないが、例えば、転造法等が挙げられる。転造法は、ロール支軸４０に内側金属管３を載置し、刃先を丸くした刃５０を内側金属管３の外面に押し当てて、内側金属管３を管軸方向に回転させながら内側かしめ加工用溝３１’を形成する手法である。

内側かしめ加工用溝３１’の管径方向の深さは、特に限定されるものでないが、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、０．８ｍｍ以上２ｍｍ以下であることがより好ましい。内側かしめ加工用溝３１’が浅すぎると、外側金属管２と内側金属管３とを十分にかしめ固定することができず、良好な接合強度を得られない可能性がある。内側かしめ加工用溝３１’が深すぎると、外側金属管２のビード位置で割れを生じる可能性がある。

内側かしめ加工用溝３１’を形成する位置は、特に限定されるものでないが、内側金属管３の端部から５ｍｍ以上９５ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましく、１０ｍｍ以上９０ｍｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。

＜配置工程及びかしめ加工工程＞
図４は、上記配置工程を説明するための概略模式図である。配置工程は、内側かしめ加工用溝形成工程の後、外側金属管２と内側金属管３とを内側かしめ加工用溝３１’が外側金属管２の内面と重なる位置に配する工程である。

図５は、上記かしめ加工工程を説明するための概略模式図である。かしめ加工工程は、外側金属管２の外面のうち、内側かしめ加工用溝３１’と重なる位置Ｐでかしめ溝（図１の外側かしめ溝２１及び内側かしめ溝３１）を形成し、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施す工程である。

外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施す手法として、内側かしめ加工用溝３１’を形成する手法と同様の手法が挙げられる。

ところで、本発明では、かしめ加工工程において外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施す際、外側金属管２の外面のうち、内側かしめ加工用溝３１’と重なる位置Ｐでかしめ溝を形成することから、位置Ｐの場所を具体的に特定できるようにする必要がある。このことから、配置工程及びかしめ加工工程の具体的態様として、複数種類の態様が挙げられる。

（第１の態様）
第１の態様は、外側金属管２の外面上であって、配置工程で内側金属管と重ねたときに内側かしめ加工用溝３１’と重なる位置に目印を表示する目印表示工程をさらに含む態様である。この態様では、位置Ｐの場所を目印から特定できるため、かしめ加工工程では、上記目印にしたがってかしめ溝を形成すればよい。

目印を表示する手法は、塗布、印刷またはシール貼付等の手段により位置Ｐにマーキングして位置Ｐの場所を特定できる態様であれば、特に限定されるものでない。

（第２の態様）
第２の態様は、外側金属管２として、少なくとも一方の端部に、内径が内側金属管３の外径と略同じである拡管部２Ｃが形成されたものを用いる態様である。この態様では、配置工程において、内側金属管３を拡管部２Ｃに挿入し、内側金属管３の一端を拡管部２Ｃの基端に突き当てることで、内側金属管３を一意の位置に配置できる。内側金属管３の内側かしめ加工用溝３１’の位置は、あらかじめ計測して特定できるので、外側金属管２において拡管部２Ｃの外面のうち、内側金属管３の一端を拡管部２Ｃの基端２２に突き当てたときに内側かしめ加工用溝３１’と重なる位置Ｐも容易に特定できる。そのため、かしめ加工工程では、位置Ｐでかしめ溝を形成し、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施せばよい。

（第３の態様）
図６及び図７は、第３の態様を説明するための概略模式図である。第３の態様は、配置工程に先立ち、外側金属管２に対し、配置工程で内側金属管３と重ねたときに内側かしめ加工用溝３１’と重なる位置に外側かしめ加工用溝２１’を形成する外側かしめ加工用溝形成工程をさらに含む態様である（図６）。この態様では、配置工程において、外側金属管２内に内側金属管３を挿入して、内側かしめ加工用溝３１’と外側かしめ加工用溝２１’とが重ねる位置に到達すると、両者の溝が確実に係合する。そのため、かしめ加工工程では、内側かしめ加工用溝３１’と外側かしめ加工用溝２１’とが重なる位置Ｐでかしめ溝を形成すればよい（図７）。

外側かしめ加工用溝２１’を形成する手法として、内側かしめ加工用溝３１’を形成する手法と同様の手法が挙げられる。

外側かしめ加工用溝２１’の管径方向の深さは、特に限定されるものでないが、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。外側かしめ加工用溝２１’が浅すぎると、外側金属管２と内側金属管３との位置合わせの役割をなさない可能性がある。外側かしめ加工用溝２１’が深すぎると、内側金属管３を外側金属管２に嵌め込めない可能性がある。

上記第１から第３の態様は、位置Ｐの場所を具体的に特定できるようにするための例であり、本発明は、これらの態様に何ら限定されるものではない。また、これら第１から第３の態様は、いずれか一の態様を選択してもよいし、複数の態様を選択してもよい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。

＜試験例１＞
〔実施例１〕
外側金属管２として、外径３２．０ｍｍ、板厚１．２ｍｍ、長さ１００ｍｍのＳＵＳ３０４のステンレス鋼管を用いた。内側金属管３として、外径３２．５ｍｍ、板厚２．３ｍｍ、長さ１００ｍｍの銅管を用いた。外側金属管の引張強度は６７２Ｎ／ｍｍ^２、内側金属管の引張強度は２１０Ｎ／ｍｍ^２であった。

上述した第３の態様により接合管体を製造した。まず、図８に示すように、外側金属管２の一端から３０ｍｍまでの箇所を、外径３３．０ｍｍ、テーパー角度３０°を有する金型でプレスし、拡管加工した。続いて、転造法を用いて、図９に示すように、拡管部２Ｃの基端２２から２０ｍｍの位置に、全周にわたって深さ０．２ｍｍの外側かしめ加工用溝２１’を設けた。

続いて、転造法を用いて、図１０に示すように、内側金属管３の一端から２０ｍｍの位置に、全周にわたって深さ０．８ｍｍの内側かしめ加工用溝３１’を設けた。

続いて、図１１に示すように、内側金属管３を外側金属管２の拡管部２Ｃに挿入し、外側かしめ加工用溝２１’と内側かしめ加工用溝３１’とが重なり合う位置に到達すると、両者の溝は確実に係合した。そして、図１２に示すように、外側かしめ加工用溝２１’に刃先を丸くした刃５０を押し当て、外側金属管２と内側金属管３との接続体を管軸方向に回転させながら、外側金属管３のかしめ溝における外径が３１ｍｍになるまでかしめ溝を形成することで、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施して、実施例１に係る接合管体１を得た。

〔比較例１〕
外側金属管及び内側金属管として、実施例１と同じステンレス鋼管及び銅管を用いた。

まず、図８に示すように、外側金属管２の一端から３０ｍｍまでの箇所を、外径３３．０ｍｍ、テーパー角度３０°を有する金型でプレスし、拡管加工した。

続いて、図１３に示すように、内側金属管３を外側金属管２の拡管部に挿入し、内側金属管３の一端を拡管部の基端に突き当てた。そして、拡管部２Ｃの基端から２０ｍｍの位置に刃先を丸くした刃５０を押し当て、外側金属管２と内側金属管３との接続体を管軸方向に回転させながら、外側金属管３の外径が３１ｍｍになるまでかしめ溝を形成することで、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施して、比較例１に係る接合管体６０を得た。

〔評価〕
接合管体の接合強度を評価するため、実施例１と比較例１で製作した接合管体（長さ約１７０ｍｍ）のそれぞれについて引張試験を行った。接合管体のかしめ溝が引張試験機の２つのチャックのほぼ中央となるように配置した。また、引張試験中に接合管体が延びながら楕円形に潰れるのを防止するため、図１４及び図１５に示す冶具を使用した。図１４は、内側金属管３（銅管）を掴むために用いた冶具であり、φ２７．８ｍｍの円筒形の曲面を内側金属管３の内面側に差込み、φ３２．０ｍｍの円筒形の曲面をチャックで掴んだ。図１５は、外側金属管２（ステンレス鋼管）を掴むために用いた冶具であり、φ２９．５ｍｍの円筒形の曲面を外側金属管２の内面側に差込み、φ３２．０ｍｍの円筒形の曲面をチャックで掴んだ。引張速度は１０ｍｍ／分とし、荷重−ストローク曲線を計測した。実施例１、比較例１とも、かしめ部の破断時に、荷重がピーク値に達した。このピーク値から接合強度を得た。

実施例１の接合管体１は、接合強度が１７．３２ｋＮであり、比較例１に係る接合管体は、接合強度が１５．０４ｋＮであった。実施例１の接合管体１は、比較例１の接合管体６０に比べて、接合強度が約１３％も向上した。このように、実施例１では、内側金属管の外面上に管径方向の深さが０．５ｍｍ以上の内側かしめ溝を有することから、外側金属管とのかしめ加工により良好な接合強度を有する接続管体が得られた。また、ビード位置に割れ等の欠陥が生じることなく、かしめ加工を施すことができた。

上記の実施例１では、第３の態様による接合方法を用いたが、第１の態様または第２の態様によっても、同様に接合強度の向上した接合管体を得られた。内側かしめ加工用溝を形成した内側金属管と、外側金属管とを重ねて、外側金属管の外面に前記内側かしめ加工用溝と重なる位置でかしめ溝を形成するように、両者の金属管をかしめる加工を施すことによって、接合強度に優れた接合管体を製造することができた。

本発明で接合強度が向上した理由を考察するため、実施例１及び比較例１に係る接合管体１及び６０において、かしめ溝を含む断面形状を写真撮影した（倍率：１０倍）。図１６は、その写真に基づいて、実施例１に係る接合管体１の断面形状を示す模式図であり、図１７は、同様に、比較例１に係る接合管体６０の断面形状を示す模式図であり、図１８は、図１７に続く模式図である。

図１６と図１７とを比べると、実施例１に係る接合管体１（図１６）は、内側金属管３の外面上に形成されている内側かしめ溝３１の深さが相対的に深い。一方、比較例１に係る接合管体６０（図１７）は、内側金属管３の外面上に形成されている内側かしめ溝３１’の深さが相対的に浅い。このことから、比較例１に係る接合管体６０は、内側金属管３の内側かしめ溝３６の深さが浅いため、図１８に示すように、比較的早い段階で外側金属管２が破断したものと考えられる。

図１９は、実施例１に係る接合管体１の変形挙動を説明するための模式図であり、図２０は、比較例１に係る接合管体６０の変形挙動を説明するための模式図である。図１９に示すように、実施例１に係る接合管体１において、外側金属管２のかしめ加工を受ける部位は、内側金属管３の内側かしめ加工用溝３１との間に空隙があり、かしめ工具と内側金属管３との間で挟持された拘束状態になく、板厚方向にはかしめ工具による圧縮力（Ｆ１）だけを受ける。そのため、かしめ加工時の応力状態としては、張り出し加工よりも曲げ加工の割合が大きくなり、すなわち、外側金属管２は、かしめ加工時には、内側かしめ加工用溝３１内で折り曲げ加工を受けるような変形挙動が可能となる。その結果、実施例１の接合管体１では、板厚減少が抑制されたものと考えられる。

それに対し、比較例１に係る接合管体６０では、図２０に示すように、外側金属管２は、かしめ工具と内側金属管３との間で挟持された拘束状態にあるので、板厚方向にはかしめ工具による圧縮力（Ｆ１）と、内側金属管３から受ける圧縮力（Ｆ２）との総和が加わり、かしめ加工時の応力状態としては、張出し加工の割合が大きくなる。そのため、外側金属管２は、圧延のような変形挙動を示すことより、大きな板厚減少が生じたものと考えられる。

＜試験例２＞
〔実施例２〕
次に、供試材として、引張強度が異なる複数の金属管を用いた。表１に示すとおり、供試材は、ステンレス鋼管Ａ〜Ｃ（ＳＵＳ鋼管Ａ〜Ｃ）、銅管（Ｃｕ管）及びアルミニウム管（Ａｌ管）の５種類である。これらの金属管の引張強度は、ＳＵＳ鋼管Ａが最も大きく、次にＳＵＳ鋼管Ｂが大きく、次にＳＵＳ鋼管Ｃが大きく、次にＣｕ管が大きい。そして、Ａｌ管の引張強度が最も小さい。また、これらの金属管の外径は１２．７ｍｍであり、長さは２００ｍｍである。ＳＵＳ鋼管Ｂ（ＳＵＳ３０４）、Ｃｕ管には、実施例１の金属管とは別の市販材を用いた。

そして、外側金属管２及び内側金属管３の組合せは、表２に示すとおりとした。

上述した第３の態様により接合管体を製造した。まず、図２１に示すように、外側金属管２の一端から３０ｍｍまでの箇所を、外径１２．９ｍｍ、テーパー角度３０°を有する金型でプレスし、拡管加工した。続いて、転造法を用いて、図２２に示すように、拡管部２Ｃの基端２２から２０ｍｍの位置に、全周にわたって深さ０．２ｍｍの外側かしめ加工用溝２１’を設けた。

続いて、転造法を用いて、図２２に示すように、内側金属管３の一端から２０ｍｍの位置に、全周にわたって深さ０．５ｍｍの内側かしめ加工用溝３１’を設けた。

続いて、図２３に示すように、内側金属管３を外側金属管２の拡管部２Ｃに挿入し、外側かしめ加工用溝２１’と内側かしめ加工用溝３１’とが重なり合う位置に到達すると、両者の溝は確実に係合した。そして、実施例１と同じ手法にて、外側かしめ加工用溝２１’に刃先を丸くした刃５０を押し当て、外側金属管２と内側金属管３との接続体を管軸方向に回転させながら、外側金属管３のかしめ溝における外径が１２ｍｍになるまでかしめ溝を形成することで、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施して、実施例２に係る接合管体１を得た。

〔比較例２〕
外側金属管２及び内側金属管３として、実施例２と同じステンレス鋼管及び銅管を用いた。そして、外側金属管２と内側金属管３との組合せは、実施例２と同様、１０通りの組合せとした。

まず、図２１に示すように、外側金属管２の一端から３０ｍｍまでの箇所を、外径１２．９ｍｍ、テーパー角度３０°を有する金型でプレスし、拡管加工した。

続いて、比較例１と同様の手法にて、内側金属管３を外側金属管２の拡管部に挿入し、内側金属管３の一端を拡管部の基端に突き当てた。そして、拡管部２Ｃの基端から２０ｍｍの位置に刃先を丸くした刃５０を押し当て、外側金属管２と内側金属管３との接続体を管軸方向に回転させながら、外側金属管３の外径が１２ｍｍになるまでかしめ溝を形成することで、外側金属管２と内側金属管３とをかしめる加工を施した。この際、ステンレス鋼管どうしの組合せであるサンプル２−５については、図２４に示すように、溶接部で割れが生じたため、２種の金属管を接合することができなかった。サンプル２−１及び２−２についても同様であった。一方、他のサンプルについては、比較例２に係る接合管体６０が得られた。

〔評価〕
接合管体の接合強度を評価するため、実施例２と比較例２で製作した接合管体（長さ約３７０ｍｍ）のそれぞれについて引張試験を行った。図２５は、引張試験機（符号省略）に接合管体１を配置したときの模式図である。引張試験機は、接合管体１を固定するための油圧チャック５５Ａ，５５Ｂを備える。この引張試験機において、接合管体１のかしめ溝２１，３１を、引張試験機の油圧チャック５５Ａ，５５Ｂのほぼ中央となるように配置する。そして、引張試験中に接合管体１が延びながら楕円形に潰れるのを防止するため、外側金属管２と内側金属管３のうち、油圧チャック５５によって拘束される部分に、φ１０．７×５０ｍｍの内金型５６を挿入する。この引張試験において、引張速度は１０ｍｍ／分とし、荷重−ストローク曲線を計測した。実施例２、比較例２とも、かしめ部の破断時に、荷重がピーク値に達した。このピーク値から接合強度を得た。その結果を図２６に示す。

上述したとおり、ステンレス鋼管どうしの組合せであるサンプル２−１，２−２及び２−５については、比較例２のサンプルでは溶接部に割れが生じたため、２種の金属管を接合できず、接合強度を測定しなかった。そのため、図２６には、これらの比較例２のサンプルは測定グラフが示されていない。他のサンプルについてはいずれも、図２６に示すように、実施例２の接合管体１は、比較例２の接合管体６０に比べ、接合強度が２０％程度高かった。また、比較例２では接合できなかったステンレス鋼管どうしの接合においても、実施例２ではビード位置に割れ等の欠陥が生じることなく、高い強度を有する接合管体１が得られた（サンプル２−１，２−２及び２−５）。このように、実施例２では、内側金属管３の外面上に管径方向の深さが０．５ｍｍ以上の内側かしめ溝３１を有することから、外側金属管２とのかしめ加工により良好な接合強度を有する接続管体が得られた。また、ビード位置に割れ等の欠陥が生じることなく、かしめ加工を施すことができた。

上述したように、接合管体の接合強度は、破断時の引張荷重から測定されることから、管材の引張強度（ＴＳ，単位：Ｎ／ｍｍ^２）×管の断面積（単位：ｍｍ^２）の大きさに比例すると考えられる。管の外径が異なっていても、管材の引張強度（ＴＳ）は、ほぼ一定であるため、接合強度は、管の断面積に依存するといえる。ここで、図２６によると、試験例２の接合強度は、最大でも１３ｋＮ程度であり、ＳＵＳ鋼管Ｂ（ＳＵＳ３０４）と銅管との組み合わせであるサンプル２−６については、実施例２において６ｋＮ程度である。それに対し、試験例１のＳＵＳ鋼管Ｂと銅管との組み合わせでは、実施例１の接合強度が１７．３２ｋＮ、比較例１の接合強度が１５．０４ｋＮである。このように、試験例２の接合強度は、試験例１の接合強度に比べて低い値を示している。これは、試験例２における管の外径が試験例１に比べて細いために、管の断面積が小さいことに起因すると考えられる。

上記の実施例２では、第３の態様による接合方法を用いたが、第１の態様または第２の態様によっても、同様に接合強度の向上した接合管体を得られた。内側かしめ加工用溝を形成した内側金属管と、外側金属管とを重ねて、外側金属管の外面に前記内側かしめ加工用溝と重なる位置でかしめ溝を形成するように、両者の金属管をかしめる加工を施すことによって、接合強度に優れた接合管体を製造することができた。

本発明で接合強度が向上した理由を考察するため、実施例２及び比較例２に係る接合管体１及び６０において、かしめ溝を含む断面形状を写真撮影した（倍率：１０倍）。図２７は、その写真に基づいて、実施例２に係る接合管体１の断面形状を示す模式図であり、図２８は、同様に、比較例１に係る接合管体６０の断面形状を示す模式図であり、図２９は、図２８に続く模式図である。

図２７と図２８とを比べると、実施例２に係る接合管体１（図２７）は、内側金属管３の外面上に形成されている内側かしめ溝３１の深さが相対的に深く、外側管２のかしめ部の板厚減少が小さい。一方、比較例２に係る接合管体６０（図２８）は、内側金属管３の外面上に形成されている内側かしめ溝３１’の深さが相対的に浅く、外側管２のかしめ部の板厚減少が大きい。このことから、比較例２に係る接合管体６０は、図２９に示すように、比較的早い段階で外側金属管２が破断したものと考えられる。

図３０は、実施例２に係る接合管体１の変形挙動を説明するための模式図であり、図３１は、比較例２に係る接合管体６０の変形挙動を説明するための模式図である。図３０に示すように、実施例２に係る接合管体１において、外側金属管２のかしめ加工を受ける部位は、内側金属管３の内側かしめ加工用溝３１との間に空隙があり、かしめ工具と内側金属管３との間で挟持された拘束状態になく、板厚方向にはかしめ工具による圧縮力（Ｆ１）だけを受ける。そのため、かしめ加工時の応力状態として、外側金属管２は内側かしめ加工用溝３１内で折り曲げ加工を受けるような変形挙動となる。その結果、実施例２の接合管体１では、板厚減少が抑制されたものと考えられる。

それに対し、比較例２に係る接合管体６０では、図３１に示すように、外側金属管２は、かしめ工具と内側金属管３との間で挟持された拘束状態にあるので、板厚方向にはかしめ工具による圧縮力（Ｆ１）と、内側金属管３から受ける圧縮力（Ｆ２）との総和が加わる。すなわち、かしめ加工時の応力状態としては、圧延加工を受けるような変形挙動となる。その結果、比較例の接合管体６０では、大きな板厚減少が生じたものと考えられる。

１ 接合管体
２ 外側金属管
２１ 外側かしめ溝
２２ 拡管部基端
３ 内側金属管
３１ 内側かしめ溝
３２ 一端
４０ ロール支軸
５０ 刃
Ｐ 重なる位置

Claims (10)

1. 外側金属管と、前記外側金属管に比べて低い引張強度の金属材料からなり前記外側金属管の内側に挿入された内側金属管とがかしめられて接合された接合管体であって、
   前記内側金属管は、外面上に、管径方向の深さが０．５ｍｍ以上である内側かしめ溝を有する接合管体。
2. 前記外側金属管はステンレス鋼管であり、前記内側金属管は銅管である、請求項１に記載の接合管体。
3. 前記外側金属管の少なくとも一方の端部に、内径が前記内側金属管の外径と略同じである拡管部が形成され、
   前記拡管部の基端と、前記内側金属管の一端とが接しており、
   前記外側金属管の外面のうち、前記内側かしめ溝と重なる位置に外側かしめ溝が形成されている、請求項１又は２に記載の接合管体。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の接合管体を備える熱交換器。
5. 外側金属管に比べて低い引張強度の金属材料からなる内側金属管に内側かしめ加工用溝を形成する内側かしめ加工用溝形成工程と、
   前記内側かしめ加工用溝形成工程の後、前記外側金属管と前記内側金属管とを前記内側かしめ加工用溝が前記外側金属管の内面と重なる位置に配する配置工程と、
   前記外側金属管の外面のうち、前記内側かしめ加工用溝と重なる位置でかしめ溝を形成し、前記外側金属管と前記内側金属管とをかしめる加工を施すかしめ加工工程とを含む接合管体の製造方法。
6. 前記外側金属管の外面上であって、前記配置工程で前記内側金属管と重ねたときに前記内側かしめ加工用溝と重なる位置に目印を表示する目印表示工程をさらに含み、
   前記かしめ加工工程は、前記目印にしたがって前記かしめ溝を形成する工程である、請求項５に記載の接合管体の製造方法。
7. 前記外側金属管の少なくとも一方の端部に、内径が前記内側金属管の外径と略同じである拡管部が形成されており、
   前記配置工程は、前記内側金属管を前記拡管部に挿入し、前記内側金属管の一端を前記拡管部の基端に突き当てる工程であり、
   前記かしめ加工工程は、前記拡管部の外面のうち、前記内側金属管の一端を前記拡管部の基端に突き当てたときに前記内側かしめ加工用溝と重なる位置でかしめ溝を形成し、前記外側金属管と前記内側金属管とをかしめる加工を施す工程である、請求項５に記載の接合管体の製造方法。
8. 前記配置工程に先立ち、前記外側金属管に対し、前記配置工程で前記内側金属管と重ねたときに前記内側かしめ加工用溝と重なる位置に外側かしめ加工用溝を形成する外側かしめ加工用溝形成工程をさらに含み、
   前記配置工程は、前記内側かしめ加工用溝と前記外側かしめ加工用溝とを重ねる工程であり、
   前記かしめ加工工程は、前記内側かしめ加工用溝と前記外側かしめ加工用溝とが重なる位置でかしめ溝を形成する工程である、請求項５に記載の接合管体の製造方法。
9. 前記外側金属管はステンレス鋼管であり、前記内側金属管は銅管である、請求項５から８のいずれかに記載の接合管体の製造方法。
10. 前記かしめ加工工程の後の前記内側金属管は、管径方向の深さが０．５ｍｍ以上である内側かしめ溝を有する、請求項５から９のいずれかに記載の接合管体の製造方法。