JP2018091609A - 伝熱管、熱交換器および伝熱管の製造方法 - Google Patents

伝熱管、熱交換器および伝熱管の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】成形性、その中でも熱交換器組立のUベンド挿入のための拡管性に優れたアルミニウム製の伝熱管を提供する。【解決手段】押出加工により成形された素管に捻り加工を付与して製造されたアルミニウム製の伝熱管10であって、内周面に螺旋状に形成された複数のフィンを有し、外周面10aに螺旋状のウエルドラインWLが形成された、伝熱管10。【選択図】図5

Description

本願発明は、成形性に優れる伝熱管とそれを用いた熱交換器および伝熱管の製造方法に関する。
エアコン等に使用される一般的なフィンアンドチューブタイプの熱交換器には、銅や銅合金など銅系の材料を用いた伝熱管が使用されているが、近年の銅地金価格の高騰を受けて、より安価で且つ軽量化およびリサイクル性に優れるアルミニウム合金への材料置換が進んでいる。アルミニウム合金による伝熱管には、内面に直溝を有した押出加工より製造された特許文献1に示す伝熱管が挙げられるが、押出による管が使用されている。
特開2016−28219号公報
アルミニウム合金を用いた押出による伝熱管の製造方法として、直溝を有した伝熱管を製造する方法にポートホール押出法がある。ポートホール押出法は、マンドレルとダイスとがブリッジにより連結状態とされ、これらの間に形成される複数のポート穴を経由してアルミニウム合金素材を押し出して素管を形成する方法である。アルミニウム合金素材はポート穴で分断された後に合流し、再び溶着して一体化するため、ウエルドラインと呼ばれる複数の溶着部が伝熱管の長さ方向に沿って直線状に形成される。
一般に空調機や冷凍機のフィンアンドチューブタイプ熱交換器は、等ピッチで並べられたアルミニウム製の放熱板の孔に予めヘアピン曲げした伝熱管を挿通し、その内径よりも径の大きい拡管プラグを挿入・拡管することで、伝熱管と放熱板とを接合させる。そして、ヘアピン曲げした伝熱管の管端をフレア加工で拡管し径を拡げ、そこに予め曲げ加工を施してあるUベンド管を嵌合しろう付けして組立製造されるが、その製造過程において、ウエルドラインに未溶着部があるとフレア加工の際に拡管した管端に割れが発生し、ろう付け不良の原因になる。
ウエルドラインは、その接合界面において相互に十分な拡散が得られていれば強度的に問題は無いが、仮に、不十分で未溶着な場合には接合強度が低い。後者の場合には、伝熱管に加工を行なった際にそれら未溶着の部位を起点に割れや破断を生じ成形不良の原因になりやすく、溶着が不十分な場合には前述したフレア加工時に拡管した管の端部に割れを生じやすい。
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、成形性、その中でも熱交換器組立のUベンド挿入のための拡管性に優れたアルミニウム製の伝熱管の提供を目的とする。
本願発明の伝熱管は、アルミニウム製の伝熱管であって、内周面に螺旋状に形成された複数のフィンを有し、外周面に螺旋状のウエルドラインが形成されている。
また、上述の伝熱管において、管表層のウエルドラインのリード角が8°以上である、構成を採用してもよい。
更に、上述の伝熱管において、管表層のウエルドラインが不連続であり、連続した部分のウエルドラインの長さが5mm以下である、構成を採用してもよい。
また、本発明の一態様である熱交換器は、上記の伝熱管と、前記伝熱管に結合された放熱板と、を備える熱交換器である。
そして、上述の伝熱管の製造方法は、内周面に長さ方向に沿う複数の直線溝が形成された素管を縮径するとともに捻りを付与して中間捻り管を形成する第1の捻り引抜き工程と、前記中間捻り管を縮径するとともに捻りを付与する第2の捻り引抜き工程と、前記引抜き工程の後に引抜きによって縮径する空引き工程と、を有し、各工程の合計の縮径率が、30%以上であり、各工程の縮径率は、25%以下であり、前記空引き工程の後に、400℃以上の高温で4h以上の熱処理工程を行う、構成としてもよい。
本願発明によれば、ウエルドラインを生じた押出素管に引抜と捻りの強加工を行ない、その後に高温で熱処理を行なうことで、ウエルドラインの拡散を促進し、その部位の接合をより赤めたことにより、伝熱管を熱交換器に組み付けする際の加工において、成形性に優れたアルミニウム製の伝熱管とそれを用いた熱交換器およびその製造方法を提供できるものである。
実施形態の熱交換器の正面図である。 実施形態の熱交換器の部分斜視図である。 実施形態の伝熱管の横断面図である。 実施形態の伝熱管の縦断面図である。 実施形態の伝熱管の側面図である。 実施形態の製造方法における素管(直線溝付管)の縦断面図である。 実施形態の製造方法における素管(直線溝付管)の斜視図である。 実施形態の製造方法において捻り工程を行う製造装置を示す正面図である。 図8における矢印IX方向から見た浮き枠の平面図である。 伝熱管の外周部のレーザー顕微鏡による撮像画像であり、(a)はウエルドラインが残留した部分であり、(b)はウエルドライン消失部である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
[熱交換器]
図1および図2は、実施形態の熱交換器80の概略図である。
熱交換器80は、冷媒を通過させるチューブとして伝熱管81を蛇行させて設け、この伝熱管81の周囲に複数のアルミニウム製の放熱板82を平行に配設した構造である。伝熱管81は、平行に配設した放熱板82を貫通するように設けた複数の挿通孔を通過するように設けられている。
熱交換器80において伝熱管81は、放熱板82を直線状に貫通する複数のU字状の主管81Aと、隣接する主管81Aの隣り合う端部開口同士をU字形のエルボ管81Bで接続してなる。また、放熱板82を貫通している伝熱管81の一方の端部側に冷媒の入口部87aが形成され、伝熱管81の他方の端部側に冷媒の出口部87bが形成されることで熱交換器80が構成されている。
[伝熱管]
次に上述の熱交換器80の製造に用いられる拡管前の伝熱管10について具体的に説明する。
図3は実施形態の伝熱管10の横断面図であり、図4は縦断面図である。また、図5は、伝熱管10の側面図である。
本実施形態の伝熱管10は、押出素管の捻り加工材である。伝熱管10は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いることができる。伝熱管10にアルミニウム合金を用いる場合は、その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できる。また、これら以外にJISに規定されている5000系〜7000系のアルミニウム合金のいずれかを用いて伝熱管10を構成しても良い。なお、本明細書において「アルミニウム」とは、アルミニウム合金および純アルミニウムからなるものを包含する概念とする。
伝熱管10は、横断面の外形状が円形の管材である。伝熱管10の外周面(管表層)10aの直径は、例えば、4mm以上20mm以下である。伝熱管10の内周面10bには、長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数のフィン3が設けられている。フィン3の間には、フィン3の先端と比較して内径が大きく形成された螺旋溝4が形成されている。
本実施形態において、フィン3は、30個〜60個設けられている。フィン3の高さ(すなわち半径方向の寸法)は、0.1mm以上0.3mm以下である。また、伝熱管10の底肉厚β(すなわち、螺旋溝4の底部に対応する伝熱管10の厚さ)は、0.2mm以上0.8mm以下である。フィン3の頂角(フィン3の側面同士のなす角)は、10°〜30°である。
図3に示すように、伝熱管10の外周面10aには、周方向に沿って等間隔で並ぶ4つのウエルドラインWLが設けられている。また、図5に示すように、ウエルドラインWLは、伝熱管10の外周面10aに螺旋状に形成されている。ウエルドラインWLは、押出加工を行う際に素材同士が合流して溶着した部分である。ウエルドラインWLは、外周面10aから内周面10b側に向かう深さ方向に延びている。
なお、ウエルドラインWLの数は、4つに限られない。ウエルドラインWLは、押出加工において装置内に収容したビレットを複数の流路に分けて圧送し合流させた部分に形成される。したがって、押出装置内の流路の数に応じてウエルドラインWLの数が決まる。
本実施形態において、伝熱管の外表面に螺旋状に形成されたウエルドラインWLのリード角θ2は、8°以上である。後段において説明するように、本実施形態の伝熱管10は、直線状のフィン3と直線状のウエルドラインWLとを備える素管10B(図6参照)に捻り加工を付与することにより形成されている。
従来の伝熱管においては、ウエルドラインが伝熱管の長手方向に沿って直線的に形成されているために、フレア加工の際に管端に亀裂が生じると、長手方向に沿って亀裂が進展しやすく、伝熱管全体を使用することができなくなっていた。本実施形態の伝熱管10によれば、ウエルドラインWLは、螺旋状に形成されていることにより、フレア加工の際に仮に管端に割れを生じたとしても、その割れが伝播しづらく、欠陥になる大きな割れの発生を抑制できる。このような効果は、ウエルドラインWLのリード角θ2を、8°以上とすることで、顕著に奏することができる。
本実施形態において、螺旋状のウエルドラインWLは、長さ方向に沿って間欠的に形成されている。言い換えると、ウエルドラインWLは、不連続に形成されており、ウエルドラインWLには、部分的に途切れた部分が設けられている。上述したように、ウエルドラインWLは、押出加工を行った際の素材同士の溶着部に沿って形成される。このため、伝熱管10は、ウエルドラインWLの組織は、他の部分と異なる組織となる。本実施形態の伝熱管10は、後段に説明するように、押出加工で形成した素管に対して引抜きと捻りを繰り返して付与して製造され、熱処理されることで解消される。ウエルドラインWLは、複数回の加工が付与されることで周囲の組織と混ざり合い、境界が曖昧となる。これにより、ウエルドラインWLは、部分的に消失し、間欠的となる。
本実施形態によれば、ウエルドラインWLが間欠的に形成されている。また、ウエルドラインWLが消失している部分は、周囲の組織と混ざって均一化されている。このために、ウエルドラインWLに沿う伝熱管10の強度を高めることができる。これにより、フレア加工などの際に割れを生じ難い加工性に優れる伝熱管10を提供できる。
間欠的に形成されたそれぞれのウエルドラインWLの長さ(すなわち、連続した部分のウエルドラインWLの長さ)は、5mm以下であることが好ましい。それぞれのウエルドラインWLの長さをそれぞれ5mm以下とすることで、ウエルドラインWLによる割れの発生と伝播を効果的に抑制できる。なお、ウエルドラインWLの長さとは、伝熱管10の円筒面状の外周面10aにおける三次元的な長さである。
伝熱管10を、8%苛性ソーダ水溶液に20秒浸漬させてエッチングすると、ウエルドラインWLは、表面上に白いスジ状に浮き上がる。また、白いスジ状の部位は、溶着部であるために他の部位に比べてエッチングのされ方に違いがあり、細かいピットを生じている。この状態で、ウエルドラインWLでは、光が散乱されスジ状の部位として識別できる。
図10は、伝熱管10の外周部のレーザー顕微鏡による撮像画像であり、図10(a)はウエルドラインが残留した部分であり、図10(b)はウエルドライン消失部である。図10に示すように、エッチングすることにより伝熱管の外周部の細かいピットが顕在化する。図10(a)に示すように、外周面をレーザー顕微鏡により観察すると、ウエルドラインには、径が10μm以上のピットが形成されている。一方で、図10(b)に示すように、ウエルドライン消失部では、径が10μm以上のピットが、わずかしか形成されていない。
本明細書において、レーザー顕微鏡による観察視野180μm×250μmの範囲の観察において、径が10μm以上のピットが30個以上含まれる部分をウエルドラインWLと定義するものとする。したがって、径が10μm以上のピットの数が30個未満である部分では、ウエルドラインWLが消失しているとみなす。
また、本実施形態によれば、伝熱管10の内周面10bに長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数のフィン3が設けられている。内周面10bに螺旋状のフィン3を形成することにより、伝熱管10とその内部を流れる冷媒液との熱交換効率を高めることができる。螺旋状のフィン3を備えた伝熱管10は、押出加工により長さ方向に直線状に延びるフィンを形成した素管10Bに捻りを付与することで形成できる。また、捻りを付与することにより、ウエルドラインWLを螺旋状に形成することができ、フレア加工で割れを生じ難い伝熱管10を提供することができる。
図4に示すように、フィン3はリード角θ1の螺旋状に形成されている。一方で、図5に示すように、ウエルドラインWLは、リード角θ2の螺旋状に形成されている。αを内周長とし、βを底肉厚としたとき、フィン3のリード角θ1とウエルドラインWLのリード角θ2は、以下の関係を満たす。
上記式によれば、ウエルドラインWLのリード角θ2は、上記の式から、フィン3のリード角θ1より大きくなる。これは、フィン3のリード角θ1およびウエルドラインWLのリード角θ2の基準となる面が外周面と内周面が、肉厚差に起因して異なっていることに由来する。
[製造方法]
以下、本願発明に係る伝熱管10の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。伝熱管10の製造方法は、押出成形工程と捻り工程をこの順で含む。
<押出成形工程>
まず、押出成形工程について説明する。
図6は、押出成形工程により成形された素管(直線溝付管)10Bの縦断面図であり、図7は、素管10Bの斜視図である。
アルミニウム材料からなるビレットを押出成形することにより、図7に示すように、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝4Bが周方向に間隔をおいて形成された素管10Bを製造(直線溝付管押出工程)する。押出成型工程により成形された素管10Bには、素管10Bの長さ方向に直線状に延びる4つのウエルドラインWLが形成される。4つのウエルドラインWLは、素管10Bの周方向に沿って等間隔(90°間隔)に位置する。
<捻り工程>
次に、捻り工程について説明する。
捻り工程は、引抜きを行いながら上述の素管10Bに捻りを付与することで、ウエルドラインWL、フィン3Bおよび直線溝4Bを螺旋状とする工程である。
なお、本明細書において、捻りを付与する前の管材(すなわち上述の素管10B)を「直線溝付管」と呼ぶ。また、捻りを付与した後の管材(すなわち上述の伝熱管10)を「内面螺旋溝付管」と呼ぶ。また、直線溝付管から内面螺旋溝付管に至る過程において、内面螺旋溝付管と比較して半分程度の捻りが付与された中間形成品を「中間捻り管」と呼ぶ。更に、本明細書の「管材」とは、直線溝付管、中間捻り管および内面螺旋溝付管の上位概念であり、製造工程の段階を問わず、加工対象となる管を意味する。
本明細書において、「前段」および「後段」とは、管材の加工順序に沿った前後関係(すなわち、上流および下流)を意味し、装置内の各部位の配置を意味するものではない。
管材は内面螺旋溝付管の製造装置において、前段(上流)側から後段(下流)側に搬送される。前段に配置される部位は、必ずしも前方に配置されるとは限らず、後段に配置される部位は、必ずしも後方に配置されるとは限らない。
<引抜き捻り工程および空引き工程を行う製造装置>
図8は、直線溝付管(素管)10Bに2回の捻りを付与して内面螺旋溝付管(伝熱管)10を製造する製造装置Aを示す正面図である。まず、製造装置Aについて説明した後に、製造装置Aを用いた捻り工程および空引き工程について説明する。
製造装置Aは、公転機構30と、浮き枠34と、巻き出しボビン(第1のボビン)11と、第1のガイドキャプスタン18と、第1の引抜きダイス1と、第1の公転キャプスタン21と、公転フライヤ23と、第2の公転キャプスタン22と、第2の引抜きダイス2と、第2のガイドキャプスタン61と、巻き取りボビン(第2のボビン)71と、を備える。
以下、各部の詳細について詳細に説明する。
(公転機構)
公転機構30は、前方シャフト35Aおよび後方シャフト35Bを含む回転シャフト35と、駆動部39と、前方スタンド37Aと、後方スタンド37Bと、を有している。
公転機構30は、回転シャフト35並びに、回転シャフト35に固定された第1の公転キャプスタン21、第2の公転キャプスタン22および公転フライヤ23を回転させる。
また、公転機構30は、回転シャフト35と同軸上に位置し回転シャフト35に支持される浮き枠34の静止状態を維持する。これにより、浮き枠34に支持された巻き出しボビン11、第1のガイドキャプスタン18および第1の引抜きダイス1の静止状態を維持する。
前方シャフト35Aおよび後方シャフト35Bは、ともに内部が中空の円筒形状を有する。前方シャフト35Aと後方シャフト35Bは、ともに公転回転中心軸C(第1引抜ダイスのパスライン)を中心軸とする同軸上に配置されている。前方シャフト35Aは、前方スタンド37Aに軸受36を介し回転自在に支持され、前方スタンド37Aから後方(後方スタンド37B側)に向かって延びている。同様に、後方シャフト35Bは、後方スタンド37Bに軸受を介し回転自在に支持され、後方スタンド37Bから前方(前方スタンド37A側)に向かって延びている。前方シャフト35Aと後方シャフト35Bとの間には、浮き枠34が架け渡されている。
駆動部39は、駆動モータ39cと直動シャフト39fとベルト39a、39d、プーリ39b、39eとを有している。駆動部39は、前方シャフト35Aおよび後方シャフト35Bを回転させる。
駆動モータ39cは、直動シャフト39fを回転させる。直動シャフト39fは、前方スタンド37Aおよび後方スタンド37Bの下部において前後方向に延びている。
前方シャフト35Aの前方の端部35Abは、前方スタンド37Aを貫通した先端にプーリ39bが取り付けられている。プーリ39bは、ベルト39aを介し直動シャフト39fと連動する。同様に、後方シャフト35Bの後方の端部35Bbは、後方スタンド37Bを貫通した先端にプーリ39eが取り付けられ、ベルト39dを介し直動シャフト39fと連動する。これにより、前方シャフト35Aおよび後方シャフト35Bは、公転回転中心軸Cを中心に同期回転する。
回転シャフト35(前方シャフト35Aおよび後方シャフト35B)には、第1の公転キャプスタン21、第2の公転キャプスタン22および公転フライヤ23が固定されている。回転シャフト35が回転することで、回転シャフト35に固定されたこれらの部材は、公転回転中心軸Cを中心に公転回転する。
(浮き枠)
浮き枠34は、回転シャフト35の前方シャフト35Aおよび後方シャフト35Bの互いに向かい合う端部35Aa、35Baに軸受34aを介し支持されている。また、浮き枠34は、巻き出しボビン11、第1のガイドキャプスタン18および第1の引抜きダイス1を支持する。
図9は、図8における矢印IX方向から見た浮き枠34の平面図である。図8、図9に示すように、浮き枠34は、上下に開口する箱形状を有する。浮き枠34は、前後に対向する前方壁34bおよび後方壁34cと、左右に対向するとともに前後方向に延びる一対の支持壁34dと、を有する。
前方壁34bおよび後方壁34cには貫通孔が設けられ、それぞれ前方シャフト35Aおよび後方シャフト35Bの端部35Aa、35Baが挿入されている。端部35Aa、35Baと前方壁34bおよび後方壁34cの貫通孔との間には、軸受34aが介在する。これにより、浮き枠34には、回転シャフト35(前方シャフト35Aおよび後方シャフト35B)の回転が伝達され難い。浮き枠34は、回転シャフト35が回転状態にあっても地面Gに対する静止状態を保つ。なお、公転回転中心軸Cに対し浮き枠34の重心を偏らせる錘を設けて浮き枠34の静止状態を安定させてもよい。
図9に示すように、一対の支持壁34dは、巻き出しボビン11、第1のガイドキャプスタン18および第1の引抜きダイス1を左右方向(図9紙面中の上下方向)両側に配置されている。一対の支持壁34dは、巻き出しボビン11を保持するボビン支持シャフト12および第1のガイドキャプスタン18の回転軸J18を回転可能に支持する。また、支持壁34dは、図示略のダイス支持体を介し第1の引抜きダイス1を支持する。
(巻き出しボビン)
巻き出しボビン11には、直線溝4Bが形成された直線溝付管10B(図6参照)が巻き付けられている。巻き出しボビン11は、直線溝付管10Bを巻き出して後段に供給する。
巻き出しボビン11は、ボビン支持シャフト12に着脱可能に取り付けられている。
図9に示すように、ボビン支持シャフト12は、回転シャフト35と直交する方向に延びている。また、ボビン支持シャフト12は、浮き枠34に自転回転可能に支持されている。なお、ここで自転回転とは、ボビン支持シャフト12自身の中心軸を中心として回転することを意味する。ボビン支持シャフト12は、巻き出しボビン11を保持し、巻き出しボビン11の供給方向に自転回転することで、巻き出しボビン11の管材5の繰り出しを補助する。
巻き出しボビン11は、巻き付けられた直線溝付管10Bを全て供給した際に取り外され、他の巻き出しボビンに交換される。取り外された空の巻き出しボビン11は、直線溝付管10Bを形成する押出装置に取り付けられ、再び直線溝付管10Bが巻き付けられる。巻き出しボビン11は、浮き枠34に支持され公転回転しない。したがって、巻き出しボビン11に直線溝付管10Bが乱巻されていても支障なく供給を行うことができ、巻き直しを行うことなく使用できる。また、巻き出しボビン11の重量により製造装置Aにおいて管材5に捻りを付与するための公転回転の回転数は制限されない。したがって、巻き出しボビン11に長尺の管材5が巻き付けることができる。これにより、長尺の管材5に対して、捻りを付与することができ、製造効率を高めることができる。
ボビン支持シャフト12には、ブレーキ部15が設けられている。ブレーキ部15は、浮き枠34に対するボビン支持シャフト12の自転回転に制動力を与える。すなわち、ブレーキ部15は、巻き出しボビン11の巻き出し方向の回転を規制する。ブレーキ部15による制動力により、巻き出し方向に搬送される管材5には、後方張力が付加される。ブレーキ部15としては、例えば、制動力としてのトルク調節が可能なパウダーブレーキ又はバンドブレーキを採用できる。
(第1のガイドキャプスタン)
第1のガイドキャプスタン18は、円盤形状を有している。第1のガイドキャプスタン18には、巻き出しボビン11から繰り出された管材5が1周巻き掛けられる。第1のガイドキャプスタン18の外周の接線方向は、公転回転中心軸Cと一致する。第1のガイドキャプスタン18は、管材5を第1の方向D1に沿って公転回転中心軸C上に誘導する。
第1のガイドキャプスタン18は、自転回転自在に浮き枠34に支持されている。また第1のガイドキャプスタン18の外周には、自転回転自在のガイドローラ18bが並んで配置されている。本実施形態の第1のガイドキャプスタン18は、自身が自転回転するとともにガイドローラ18bが転動するが、何れか一方が回転すれば、管材5をスムーズに搬送できる。なお、図9において、ガイドローラ18bの図示は省略されている。
図9に示すように、第1のガイドキャプスタン18と巻き出しボビン11との間には、管路誘導部18aが設けられている。管路誘導部18aは、例えば管材5を囲むように配置された複数のガイドローラである。管路誘導部18aは、巻き出しボビン11から供給される管材5を第1のガイドキャプスタン18に誘導する。
なお、第1のガイドキャプスタン18に代えて、巻き出しボビン11と第1の引抜きダイス1との間にトラバース機能を有する誘導管を設けてもよい。誘導管を設ける場合には、巻き出しボビン11と第1の引抜きダイス1との距離を短くすることができ、工場内のスペースを有効活用できる。
(第1の引抜きダイス)
第1の引抜きダイス1は、管材5(直線溝付管10B)を縮径する。第1の引抜きダイス1は、浮き枠34に固定されている。第1の引抜きダイス1は、第1の方向D1を引抜き方向とする。第1の引抜きダイス1の中心は、回転シャフト35の公転回転中心軸Cと一致する。また、第1の方向D1は、公転回転中心軸Cと平行である。
第1の引抜きダイス1には、浮き枠34に固定された潤滑油供給装置9Aにより潤滑油が供給される。これにより第1の引抜きダイス1における引抜力を軽減できる。
第1の引抜きダイス1を通過した管材5は、浮き枠34の前方壁34bに設けられた貫通孔を介して、前方シャフト35Aの内部に導入される。
(第1の公転キャプスタン)
第1の公転キャプスタン21は、円盤形状を有している。第1の公転キャプスタン21は、中空の前方シャフト35Aの内外を径方向に貫通する横孔35Acに配置されている。第1の公転キャプスタン21は、円盤の中心を回転軸J21として、回転シャフト35(前方シャフト35A)の外周部に固定された支持体21aに自転回転が自在な状態で支持されている。
第1の公転キャプスタン21は、外周の接線の1つが公転回転中心軸Cと略一致する。
第1の公転キャプスタン21には、公転回転中心軸C上の第1の方向D1に搬送される管材5が一周以上、巻き掛けられる。第1の公転キャプスタン21は、管材5を巻き掛けて前方シャフト35Aの内部から外部に引き出して公転フライヤ23に誘導する。
第1の公転キャプスタン21は、公転回転中心軸Cの周りを前方シャフト35Aとともに公転回転する。公転回転中心軸Cは、第1の公転キャプスタン21の自転回転の回転軸J21と直交する方向に延びている。管材5は、第1の公転キャプスタン21と第1の引抜きダイス1との間で捻りが付与される。これにより、管材5は、直線溝付管10Bから中間捻り管10Cとなる。
第1の公転キャプスタン21とともに、前方シャフト35Aには駆動モータ20が設けられている。駆動モータ20は、第1の公転キャプスタン21を管材5の巻き掛け方向(搬送方向)に駆動回転する。これにより、第1の公転キャプスタン21は、管材5に第1の引抜きダイス1を通過するための前方張力を付与する。
第1の公転キャプスタン21および駆動モータ20は、前方シャフト35Aの公転回転中心軸Cに重心が位置するように公転回転中心軸Cに対して互いに対称の位置に配置されることが好ましい。これにより、前方シャフト35Aの回転のバランスを安定させることができる。なお、第1の公転キャプスタン21と駆動モータ20の重量差が大きい場合は、錘を設けて重心を安定させてもよい。
(公転フライヤ)
公転フライヤ23は、第1の引抜きダイス1と第2の引抜きダイス2との間で、管材5の管路を反転させる。公転フライヤ23は、第1の引抜きダイス1の引抜き方向である第1の方向D1に搬送される管材5を反転させ、搬送方向を第2の引抜きダイス2の引抜き方向である第2の方向D2に向ける。より具体的には、公転フライヤ23は、第1の公転キャプスタン21から第2の公転キャプスタン22に管材5を誘導する。
公転フライヤ23は、複数のガイドローラ23aとガイドローラ23aを支持するガイドローラ支持体(図示略)とを有する。ここでは、煩雑さを解消するためガイドローラ支持体の図示を省略するが、ガイドローラ支持体は、回転シャフト35に支持されている。ただし、フライヤの構造についてガイドローラは必須ではなく、単に管が通過するための板状の構造で、それに通過させるためのリングを取り付けた形状のものでも良い。このリングは板形状の部材に設けられても良い。このリングの一部はこの板形状の部材の一部で構成されてもよい。板形状の部材はガイドローラ支持体と同様に回転シャフト35に支持されてもよい。
ガイドローラ23aは、公転回転中心軸Cに対し外側に湾曲する弓形状を形成して並んでいる。ガイドローラ23a自身が転動して管材5をスムーズに搬送する。公転フライヤ23は、公転回転中心軸Cを中心として、浮き枠34並びに浮き枠34内に支持された第1の引抜きダイス1および巻き出しボビン11の周りを回転する。
公転フライヤ23の一端は、公転回転中心軸Cに対し第1の公転キャプスタン21の外側に位置している。また、公転フライヤ23の他端は、中空の後方シャフト35Bの内外を径方向に貫通する横孔35Bcを通過して後方シャフト35Bの内部に延びている。公転フライヤ23は、第1の公転キャプスタン21に巻き掛けられて外側に繰り出された管材5を後方シャフト35B側に誘導する。また、公転フライヤ23は、管材5を後方シャフト35Bの内部において、第2の方向D2に沿って公転回転中心軸C上に繰り出す。
なお、本実施形態の公転フライヤ23は、ガイドローラ23aにより管材5を搬送するものであるとして説明した。しかしながら公転フライヤ23を、弓状に形成した帯板から形成して、管材5を帯板の一面を滑動させて搬送してもよい。
また、図8において、管材5がガイドローラ23aの外側を通過する場合を例示した。
しかしながら、公転フライヤ23の回転速度が速い場合には、管材5が遠心力により公転フライヤから脱線するおそれがある。このような場合は、管材5の外側に更にガイドローラ23aを設けることが好ましい。
公転フライヤ23と同等の重量を有し前方シャフト35Aから後方シャフト35Bに延びて公転フライヤ23と同期回転するダミーフライヤを複数設けてもよい。これにより、回転シャフト35の回転を安定させることができる。
(第2の公転キャプスタン)
第2の公転キャプスタン22は、第1の公転キャプスタン21と同様に、円盤形状を有する。第2の公転キャプスタン22は、後方シャフト35Bの端部35Bbの先端に設けられた支持体22aに自転回転が自在な状態で支持されている。また、第2の公転キャプスタン22の外周には、自転回転自在のガイドローラ22cが並んで配置されている。本実施形態の第2の公転キャプスタン22は、自身が自転回転するとともにガイドローラ22cが転動するが、何れか一方が回転すれば、管材5をスムーズに搬送できる。
第2の公転キャプスタン22は、外周の接線の1つが公転回転中心軸Cと略一致する。
第2の公転キャプスタン22には、公転回転中心軸C上の第2の方向D2に搬送される管材5が一周以上、巻き掛けられる。第2の公転キャプスタン22は、巻き掛けられた管材を公転回転中心軸C上の第2の方向D2に繰り出す。
第2の公転キャプスタン22は、公転回転中心軸Cの周りを後方シャフト35Bとともに公転回転する。公転回転中心軸Cは、第2の公転キャプスタン22の自転回転の回転軸J22と直交する方向に延びている。第2の公転キャプスタン22から繰り出された管材5は、第2の引抜きダイス2において縮径される。第2の引抜きダイス2は、地面Gに対し静止しているため、第2の公転キャプスタン22と第2の引抜きダイス2との間で、管材5に捻りを付与できる。これにより、管材5は、中間捻り管10Cから内面螺旋溝付管10となる。
第2の公転キャプスタン22を支持する支持体22aは、公転回転中心軸Cに対し第2の公転キャプスタン22と対称の位置に錘22bを支持する。錘22bは、後方シャフト35Bの回転のバランスを安定させる。
(第2の引抜きダイス)
第2の引抜きダイス2は、第2の公転キャプスタン22の後段に配置される。第2の引抜きダイス2は、反対の第2の方向D2を引抜き方向とする。第2の方向D2は、公転回転中心軸Cと平行な方向である。第2の方向D2は、第1の引抜きダイス1の引抜き方向である第1の方向D1と反対である。管材5は、第2の方向D2に沿って第2の引抜きダイス2を通過する。第2の引抜きダイス2は、第2の引抜きダイス2は、地面Gに対して静止している。第2の引抜きダイス2の中心は、回転シャフト35の公転回転中心軸Cと一致する。
第2の引抜きダイス2は、例えば図示略のダイス支持体を介して架台62に支持されている。また、第2の引抜きダイス2には、架台62に取り付けられた潤滑油供給装置9Bにより潤滑油が供給される。これにより第2の引抜きダイス2における引抜力を軽減できる。
第2の引抜きダイス2における縮径および捻り付与により、管材5は、中間捻り管10Cから内面螺旋溝付管10となる。
(第2のガイドキャプスタン)
第2のガイドキャプスタン61は、円盤形状を有している。第2のガイドキャプスタン61の外周の接線方向は、公転回転中心軸Cと一致する。第2のガイドキャプスタン61には、公転回転中心軸C上の第2の方向D2に搬送される管材5が一周以上、巻き掛けられる。
第2のガイドキャプスタン61は、回転軸J61を中心に架台62に回転可能に支持されている。また、第2のガイドキャプスタン61の回転軸J61は、駆動モータ63と駆動ベルト等を介し接続されている。第2のガイドキャプスタン61は、駆動モータ63により、管材5の巻き掛け方向(搬送方向)に駆動回転する。なお、駆動モータ63は、トルク制御可能なトルクモータを用いることが好ましい。
第2のガイドキャプスタン61が駆動することによって管材5には、前方張力が付与される。これにより管材5は、第2の引抜きダイス2における加工に必要な引抜き応力が付与され前方に搬送される。
<仕上げ引抜きダイス>
仕上げ引抜きダイス7は、第2のガイドキャプスタン61と巻き取りボビン71との間に位置する。仕上げ引抜きダイス7は、管材5を仕上げ整形する。仕上げ引抜きダイス7は、第1および第2の引抜きダイス1、2を通過した管材5のスキンパス用に設けられる。仕上げ引抜きダイス7による空引き工程(仕上げ引抜き工程)では、引抜きによる断面の変化は少なく、表面および寸法が仕上げ整形されるとともに管材5の真円度を回復する。また、空引き工程では、管材5の底肉厚の不均一さを低減させる。
なお、仕上げ引抜きダイス7は、第2の引抜きダイス2と巻き取りボビン71との間であれば、何れの位置に設けられていてもよい。
(巻き取りボビン)
巻き取りボビン71は、管材5の管路の終端に設けられ、管材5を回収する。巻き取りボビン71の前段には、誘導部72が設けられている。誘導部72は、トラバース機能を有し管材5を巻き取りボビン71に整列巻きさせる。
巻き取りボビン71は、ボビン支持シャフト73に着脱可能に取り付けられている。ボビン支持シャフト73は、架台75に支持され、駆動モータ74に駆動ベルト等を介し接続されている。巻き取りボビン71は、駆動モータ74により駆動回転され、管材5を弛ませることなく巻き取る。巻き取りボビン71は、管材5が十分に巻き付けられた場合に取り外され、他の巻き取りボビン71に付け替えられる。
<捻り工程>
上述した内面螺旋溝付管の製造装置Aを用いて、内面螺旋溝付管10を製造する方法について説明する。
まず、予備工程として、直線溝付管10Bを巻き出しボビン11にコイル状に巻き付ける。更に、巻き出しボビン11を製造装置Aの浮き枠34にセットする。また、巻き出しボビン11から管材5(直線溝付管10B)を繰り出して、予め直線溝付管10Bの管路をセットする。具体的には、管材5を、第1のガイドキャプスタン18、第1の引抜きダイス1、第1の公転キャプスタン21、公転フライヤ23、第2の公転キャプスタン22、第2の引抜きダイス2、第2のガイドキャプスタン61、巻き取りボビン71の順に、通過させて、セットする。
内面螺旋溝付管10の製造工程において、管材の搬送経路に沿って説明する。
まず、巻き出しボビン11から管材5を順次繰り出していく。
次に、巻き出しボビン11から繰り出された管材5を、第1のガイドキャプスタン18に巻き掛ける。第1のガイドキャプスタン18は、管材5を公転回転中心軸C上に位置する第1の引抜きダイス1のダイス孔に誘導する(第1の誘導工程)。
次に、管材5を第1の引抜きダイス1に通過させる。更に、第1の引抜きダイス1の後段で管材5を第1の公転キャプスタン21に巻き掛けて前記回転軸の周りを回転させる。
これにより、管材5を縮径するとともに捻りを付与する(第1の捻り引抜き工程)。
第1の捻り引抜き工程において、管材5には第1の公転キャプスタン21を駆動する駆動モータ20により、前方張力が付与される。また、同時に管材5には巻き出しボビン11のブレーキ部15により後方張力が付与される。このため、管材5に適度な張力を付与することが可能となり、管材5に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。
管材5は、第1の引抜きダイス1に通された後に、公転回転する第1の公転キャプスタン21に巻き掛けられる。管材5は、第1の引抜きダイス1により縮径されるとともに、第1の公転キャプスタン21により捻りを付与される。これにより、管材5(直線溝付管10B)の内面の直線溝4B(図6参照)に捻りが付与され内面に螺旋溝4が形成される。第1の捻り引抜き工程により直線溝付管10Bは、中間捻り管10Cとなる。中間捻り管10Cは、内面螺旋溝付管10の製造工程における中間段階の管材であり、内面螺旋溝付管10の螺旋溝4より浅い捻り角の螺旋溝が形成された状態である。
第1の捻り引抜き工程において、管材5には、捻りが付与されると同時に引抜きダイスによる縮径が行われる。すなわち、管材5は、捻りと縮径との同時加工による複合応力が付与させる。複合応力下においては、捻り加工のみを行う場合と比較して管材5の降伏応力が小さくなり、管材5の座屈応力に達する前に、管材5に大きな捻りを付与できる。これにより、管材5の座屈の発生を抑制しつつ大きな捻りを付与できる。
第1の引抜きダイス1の前段には、第1のガイドキャプスタン18が設けられており管材5の回転が規制されている。すなわち、管材5は、第1の引抜きダイス1の前段で、捻り方向の変形が拘束されている。管材5には、第1の引抜きダイス1と第1の公転キャプスタン21との間で捻りが付与される。すなわち、第1の捻り引抜き工程において、管材5に捻りが付与される領域(加工域)は、第1の引抜きダイス1と第1の公転キャプスタン21との間に制限される。
加工域の長さと、限界捻り角(座屈を生じないで捻ることができる最大捻り角)の関係には、相関関係があり、加工域を短くすることで、大きな捻り角を付与しても座屈が生じにくい。第1のガイドキャプスタン18を設けることで、第1の引抜きダイス1の前段で捻りが付与されることがなく、加工域を短く設定できる。また、第1の引抜きダイス1と第1の公転キャプスタン21との距離を近づけることで加工域を短く設定し、座屈を生じさせずに管材5に大きな捻りを付与できる。
第1の引抜きダイス1による管材5の縮径率は、2%以上とすることが好ましい。限界捻り角と縮径率の間には相関が認められ、引抜き時の縮径率を大きくするにつれて限界捻り角が大きくなる傾向が認められる。すなわち、縮径率が小さ過ぎる場合は引抜きによる効果が乏しく、大きな捻り角を得ることが難しいので、2%以上とするのが好ましい。なお、同様の理由から縮径率を5%以上とすることがより好ましい。
一方で、縮径率が大きくなり過ぎると加工限界で破断を生じ易くなるので、25%以下とするのが好ましい。
次に、公転フライヤ23に管材5を巻き掛けて、管材5の搬送方向を公転回転中心軸C上の第2の方向D2に向ける。更に、第2の公転キャプスタン22に管材5を巻き掛けて、管材5を第2の引抜きダイス2に導入する(第2の誘導工程)。これにより、管材5の搬送方向は、第1の方向D1から第2の方向D2に反転し、第2の引抜きダイス2の中心に合わせられる。公転フライヤ23は、浮き枠34の周りを公転回転中心軸Cを中心として回転する。なお、第1の公転キャプスタン21、公転フライヤ23および第2の公転キャプスタン22は、公転回転中心軸Cを中心として同期回転する。したがって、第1の公転キャプスタン21から第2の公転キャプスタン22の間で、管材5は相対的に回転せず捻りが付与されない。
次に、第2の公転キャプスタン22とともに回転する管材5を第2の引抜きダイス2に通過させる。これにより、管材5を縮径するとともに捻りを付与し、螺旋溝4の捻り角を更に大きくする(第2の捻り引抜き工程)。第2の捻り引抜き工程により中間捻り管10Cは、内面螺旋溝付管10となる。
第2の捻り引抜き工程において、管材5には第2のガイドキャプスタン61を駆動する駆動モータ63により、前方張力が付与される。駆動モータ63としては、トルク制御可能なトルクモータを用いた場合、第2のガイドキャプスタン61は、管材5に付与する前方張力を調整できる。第2のガイドキャプスタン61により前方張力を調整することで、第2の捻り引抜き工程において管材5に適度な張力を付与することが可能となる。これにより、管材5に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。
管材5は、公転回転する第2の公転キャプスタン22に巻き掛けられた後に第2の引抜きダイス2を通過する。管材5は、第2の引抜きダイス2により縮径されるとともに、第2の公転キャプスタン22により管材5に捻りを付与される。これにより、管材5の内面の螺旋溝4に更に大きな捻りが付与され、螺旋溝4の捻り角が大きくなる。第2の捻り引抜き工程により中間捻り管10Cは、内面螺旋溝付管10となる。
第2の引抜きダイス2の前段では、第2の公転キャプスタン22に管材5が巻き掛けられている。第2の引抜きダイス2の後段では、第2のガイドキャプスタン61が設けられ管材5の回転が規制されている。すなわち、管材5は第2の引抜きダイス2の前後で、捻り方向の変形が拘束されており、第2の公転キャプスタン22と第2のガイドキャプスタン61との間で、管材5に捻りが付与される。すなわち、第2の捻り引抜き工程において、管材5に捻りが付与される領域(加工域)は、第2の公転キャプスタン22と第2の引抜きダイス2との間に制限される。上述したように、加工域を短くすることで、大きな捻り角を付与しても座屈が生じにくい。第2のガイドキャプスタン61を設けることで、第2の引抜きダイス2の後段で捻りが付与されることがなく、加工域を短く設定できる。
なお、本実施形態において、第2の公転キャプスタン22は、後方スタンド37Bの後方(第2の引抜きダイス2側)に設けられているが、第2の公転キャプスタン22は、前方スタンド37Aと後方スタンド37Bとの間に位置していてもよい。しかしながら、第2の公転キャプスタン22を、後方スタンド37Bに対し後方に配置して第2の引抜きダイス2に近づけることで、第2の捻り引抜き工程における加工域を短くすることができる。これにより、座屈の発生をより効果的に抑制できる。
第2の捻り引抜き工程において、第1の捻り引抜き工程と同様に、捻りと縮径とが行われて、管材5には複合応力が付与させる。これにより、管材5の座屈応力に達する前に、管材に座屈の発生を抑制しつつ大きな捻りを付与できる。
第2の引抜きダイス2による管材5の縮径率は、第1の捻り引抜き工程と同様に、2%以上(より好ましくは5%以上)25%以下とすることが好ましい。
なお、第1の引抜きダイス1において、大きな縮径(例えば縮径率30%以上の縮径)を行うと管材5が加工硬化するために、第2の引抜きダイス2での大きな縮径を行うことが困難になる。したがって、第1の引抜きダイス1の縮径率と第2の引抜きダイス2の縮径率との合計は、4%以上50%以下とすることが好ましい。
<空引き工程>
次に、管材5を仕上げ引抜きダイス7に通過させる(仕上げ引抜き工程)。管材5は、仕上げ引抜きダイス7を通過することで、表面が整形されるとともに底肉厚の偏肉が低減される。また、管材5に若干のつぶれ等の変形が生じていた場合でも、この仕上げ引抜き工程を経ることにより、その変形も修正して、所定の真円度の内面螺旋溝付管5Rとすることができる。なお、仕上げ引抜きダイス7の引抜き荷重に対して管材5を搬送させる力は、巻き取りボビン71に設けられた駆動モータ74により付与される。
また、捻り引抜き工程(第1の捻り引抜き工程および第2の捻り引抜き工程)の後段で、空引き工程を行うことで、表面性状および形状が安定した伝熱管を製造できる。空引き工程における管材5の縮径率は、25%以下とすることが好ましい。さらに、第1の引抜き工程、第2の引抜き工程および空引き工程の縮径率の合計は、30%以上とすることが好ましい。
<回収工程>
次に、管材5は、巻き取りボビン71に巻き付けられ回収される。巻き取りボビン71は、駆動モータ74により、管材5の搬送速度と同期して回転することで、管材5を弛みなく巻き取ることができる。
以上の工程を経て、製造装置Aを用いて、内面螺旋溝付管10を製造することができる。
<熱処理工程>
次に、熱処理工程について説明する。
熱処理工程は、前述の捻り工程(強加工)の後に行われる。熱処理工程は、400℃以上の高温で4h以上行ない、熱処理による拡散でウエルドラインの接合強度が増加する。
本実施形態の捻り工程によれば押出成形工程において形成された直線状のウエルドラインWLが螺旋状となる。これにより、内圧の上昇に対して亀裂が生じにくいウエルドラインWLを形成することができる。
また、本実施形態の捻り工程によれば複数回の捻りを繰り返す。これにより、押出成形工程で形成されたウエルドラインWLは、周囲の組織と混ざり合って境界が曖昧となる。これにより、ウエルドラインWLを部分的に消失させて間欠的に形成でき、結果として耐圧性能の高い伝熱管10を製造できる。
本実施形態の製造方法によれば、直線溝付管10Bに直接的に捻りを付与することで、ウエルドラインWLとフィン3とを同時に螺旋状且つ間欠的にすることが可能となる。これにより、ウエルドラインWLを螺旋状に且つ間欠的に形成することによる耐圧性の向上の効果と、螺旋状のフィン3による熱交換率の向上の効果と、を同時に達成する内面螺旋溝付管10を製造できる。
本実施形態の製造方法によれば、押出加工により成形された素管5に捻りと引抜加工を付与した後に熱処理(O材化工程)を行なうことで、押出で素管5に生じたウエルドラインWLの拡散接合をより強固にして接合強度を高めることができる。
本実施形態の製造方法によれば、各工程(第1の引抜き工程、第2の引抜き工程および空引き工程)の合計の縮径率が30%以上である。縮径率を30%以上とすることで、大きな捻りを付与できる。また、本実施形態の製造方法によれば、各工程の縮径率は、25%以下である。各工程の縮径率が25%以下であることで、加工硬化を抑制し後工程での縮径をスムーズに行うことができる。
本実施形態の捻り工程によれば、捻りと同時に縮径を行っているため、出発材と最終製品の外径および断面積が異なる。また、管材に捻りと縮径の複合応力を付与する為に、捻り加工に必要なせん断応力を低減させることが可能となり、管材5の座屈応力に達する前に、管材5に大きな捻りを付与できる。したがって、リード角θ1の大きなフィン3を有するとともに、底肉厚が薄い伝熱管を、座屈を生じさせることなく製造することができる。内面螺旋溝付管10は、リード角θ1を大きくすることで熱交換効率を高めることができる。また、内面螺旋溝付管10は、底肉厚を薄くすることで、軽量化するとともに材料費を低減して安価とすることができる。すなわち、本実施形態によれば、軽量、安価かつ熱交換効率の高い内面螺旋溝付管10を製造できる。
本実施形態の捻り工程によれば、直線溝付管10Bに対して捻りを付与するとともに、縮径を行うため、座屈発生を抑制しつつ大きな捻り角を付与できる。なお、本実施形態において、最終品である内面螺旋溝付管10の外径に対し、素材となる直線溝付管10Bの外径は1.1倍以上である。
本実施形態の捻り工程によれば、第1の引抜きダイス1と第2の引抜きダイス2との間で第1の公転キャプスタン21により、管材5に捻りを付与している。更に、第1の引抜きダイス1と第2の引抜きダイス2との引抜き方向が反転している。これにより、第1の捻り引抜き工程と、第2の捻り引抜き工程における、捻り方向を一致させて、管材5に捻りを付与できる。また、管材5の管路の始端である巻き出しボビン11と管路の終端である巻き取りボビン71を公転回転させる必要がない。ラインの速度は、回転速度に依存するため、重量物である巻き出しボビン11又は巻き取りボビン71を回転させない本実施形態の捻り工程では、回転速度を容易に高めることができる。すなわち、本実施形態によれば容易にライン速度を高速化できる。
更に、本実施形態において、巻き出しボビン11を公転回転させることがないため、巻き出しボビン11に長尺の直線溝付管10B(管材5)を巻き付けることができる。このため、本実施形態の捻り工程によれば、巻き出しボビン11を付け替えることがなく、一気通貫で長尺の管材5に捻りを付与することができる。すなわち、本実施形態によれば内面螺旋溝付管10の大量生産が容易となる。
本実施形態の捻り工程は、少なくとも2回の捻り引抜き工程を経て管材5に捻りを付与するものである。このため、各段階の捻り引抜き工程で付与する捻り角を積み上げて大きな捻り角を付与することができる。
本実施形態の捻り工程によれば、第1の捻り引抜き工程および前記第2の捻り引抜き工程において、管材5に前方張力と後方張力が付与される。前方張力は、第2のガイドキャプスタン61により管材5に付与され、後方張力は、巻き出しボビン11を制動するブレーキ部15によって管材5に付与される。これにより、加工対象の管材5に適切な張力を安定して付与することができる。管材5の管路に弛みが無く、直線溝付管10Bが芯ずれせずに引抜きダイスに入るため、管材5に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。
本実施形態において、第1の引抜きダイス1および第2の引抜きダイス2ダイス孔の中心は、公転回転中心軸C上に位置している。これにより、ダイス孔を通過する管材5をダイス孔に対して直線的に配置できるため、管材5を均一に縮径して、捻り付与時の座屈を抑制できる。なお、第1の引抜きダイス1および第2の引抜きダイス2において、管材5が正常に縮径できる範囲であれば、公転回転中心軸Cに対するダイス孔の位置ズレは許容される。
なお、本実施形態において、巻き出しボビン11が浮き枠34に支持され、巻き取りボビン71が地面Gに設置されているものとして説明した。しかしながら、巻き出しボビン11と巻き取りボビン71のうち何れが浮き枠34に支持されていてもよい。すなわち、図8において、巻き出しボビン11と巻き取りボビン71とを入れ替えて配置してもよい。この場合には、管材5の搬送経路が反転する。また、第1の引抜きダイス1および第2の引抜きダイス2が入れ替えて配置されるとともに、搬送方向に沿ってそれぞれの引抜きダイス1、2の引抜き方向を反転させて配置する。更に、引抜きダイス1、2の前後に位置するキャプスタンにおいて、引抜きダイスの後段に位置するキャプスタンを管材の巻き掛け方向(搬送方向)に駆動させ、引抜きダイスにおける引抜力に抗する前方張力を与える。
(拡管性評価)
ウエルドラインの健全性を確かめる試験として、頂角60度円錐(材質SS400)をパイプに押し込む方法で拡管試験を行う。パイプは長さ40mm切り出し、外径6.35mm、底肉厚0.55mm、条数45条、フィン高さ0.24mm、フィン底幅0.23mm、フィン頂角25°で、リード角を0から15°まで変量した試料を用いた。端面は旋盤を使用して平滑に仕上げた。拡管試験時には円錐のパイプと接触する面には牛脂を刷毛にて塗り付け、焼き付き発生による結果のバラツキを抑えた。
以上の条件において、伝熱管に割れが生じた時点での拡管荷重(伝熱管の長さ方向に沿って円錐に加えた力)および押込み量を測定した。
表1に示すように、ウエルドラインを螺旋状とした場合には、直線状の場合と比較して、拡管荷重および押込み量が大きくなっていた。より具体的には、ウエルドラインを螺旋状とした場合には、押込み量を3mm以上とすることができた。
以上に、本願発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本願発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本願発明は実施形態によって限定されることはない。
1…第1の引抜きダイス、2…第2の引抜きダイス、3,3B…フィン、4…螺旋溝、4B…直線溝、5…管材、10…内面螺旋溝付管(伝熱管),81…拡張管(伝熱管)、10a…外周面(管表層)、10b…内周面、10B…直線溝付管(素管)、10C…中間捻り管、23…公転フライヤ、80…熱交換器、82…放熱板、82a…挿通孔、WL…ウエルドライン、D1…第1の方向、D2…第2の方向

Claims (5)

  1. アルミニウム製の伝熱管であって、
    内周面に螺旋状に形成された複数のフィンを有し、
    外周面に螺旋状のウエルドラインが形成されている、
    伝熱管。
  2. 管表層のウエルドラインのリード角が8°以上である、
    請求項1に記載の伝熱管。
  3. 管表層のウエルドラインが不連続であり、連続した部分のウエルドラインの長さが5mm以下である、
    請求項1又は2に記載の伝熱管。
  4. 請求項1〜3の何れか一項に記載の伝熱管と、前記伝熱管に結合された放熱板と、を備える、
    熱交換器。
  5. 請求項1〜3の何れか一項に記載の伝熱管の製造方法であって、
    内周面に長さ方向に沿う複数の直線溝が形成された素管を縮径するとともに捻りを付与して中間捻り管を形成する第1の捻り引抜き工程と、
    前記中間捻り管を縮径するとともに捻りを付与する第2の捻り引抜き工程と、
    前記引抜き工程の後に引抜きによって縮径する空引き工程と、を有し、
    各工程の合計の縮径率が、30%以上であり、各工程の縮径率は、25%以下であり、
    前記空引き工程の後に、400℃以上の高温で4h以上の熱処理工程を行う、
    伝熱管の製造方法。
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