JP2019005794A - フィンチューブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属管に金属帯を電気抵抗溶接するための高周波電流が一般的に入手容易な電源で出力可能で且つ無線のコントロール周波数帯と干渉しない程度の高周波電流であり、金属管と金属帯の少なくとも一方が透磁率が低くて電流の表皮効果を得にくい材料からなる場合であっても、その金属管の外周面に金属帯を電気抵抗溶接してフィンチューブを製造可能な製造方法を提供する。【解決手段】フィンチューブの製造方法は、高周波電流が金属管１０１と金属帯１１２とを流れることで生じる熱により金属管１０１の外周面に溶接した金属帯１１２を螺旋状に成形してフィン１０２を形成するフィン形成工程を備え、フィン形成工程では、磁束を集めることで周囲の高周波電流の密度を高める効果を有する軟磁性体１０を前記効果が金属管１０１と金属帯１１２との接触位置１５０に及ぶ範囲内に配置した上で金属管１０１に高周波電流を生じさせる。【選択図】図１

Description

本発明は、フィンチューブの製造方法に関する。

従来、熱交換器等に用いられるフィンチューブが知られている。このフィンチューブは、金属管と、その金属管の周りに巻き付くように設けられた螺旋状のフィンとを有する。このようなフィンチューブを製造するための製造装置の一例が下記特許文献１に開示されている。

下記特許文献１に開示されたフィンチューブの製造装置は、金属管の外周にフィンとなる薄い肉厚の金属帯を螺旋状に巻き付け、その金属帯の内縁を金属管の外周面に加熱溶着するものである。具体的には、このフィンチューブ製造装置は、金属管の外周面に接触する第１通電子と、金属帯の内縁に接触する第２通電子と、それらの第１及び第２通電子に接続されて当該第１通電子と当該第２通電子との間で高周波交流電流を流す電源とを有する。電源は、１ＭＣ〜１０ＭＣの範囲内の非常に高い周波数の交流電流を供給するものである。このフィンチューブ製造装置では、第１通電子と第２通電子との間で金属管の外周面及び金属帯の内縁を通って高周波交流電流が流れることにより、金属管の外周面及び金属帯の内縁が加熱され、金属管の外周面に接触した金属帯の内縁がその金属管の外周面に溶着されるようになっている。

特公昭４５−１３７０１号公報

前記の従来のフィンチューブ製造装置では、１ＭＣ〜１０ＭＣの高い周波数の交流電流を金属管及び金属帯に流して金属管の外周面及び金属帯の内縁において高い表皮効果を得ることにより、その金属管の外周面及び金属帯の内縁を溶接のために加熱しているが、高周波電流の中でも１ＭＣ〜１０ＭＣの範囲の周波数を持つものは極めて高い周波数の電流であり、そのような高周波電流を出力可能な電源は特殊な電源であって、一般的に入手することは困難である。このため、現実的には、前記のような製造装置を用意してその製造装置でフィンチューブを製造することは困難である。

また、仮に１ＭＣ〜１０ＭＣの範囲の周波数の交流電流を出力可能な電源を入手できて、その電源を用いたフィンチューブ製造装置を用意できた場合であっても、１ＭＣ〜１０ＭＣの範囲の周波数の高周波電流は、無線のコントロール周波数帯に干渉するため、無線コントロールを採用している周囲の設備に誤動作等のトラブルを発生させる虞がある。

もう少し低い周波数の高周波電流、例えば３００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲の高周波電流を出力する電源であれば一般的に入手が容易であり、また、このような周波数の高周波電流は無線のコントロール周波数帯と干渉することもないが、この場合には、電流の周波数に応じて得られる表皮効果が低くなるため、その替わりに金属管と金属帯の材料として高い表皮効果を得られる高透磁率のものを採用する必要がある。しかしながら、熱伝導率が高くて熱交換器用のフィンチューブの材料として好適なアルミニウムや銅などの金属は透磁率が低いため、金属管と金属帯の少なくとも一方がこのような金属からなる場合には、前記のような３００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲の高周波電流を金属管と金属帯に流したとしても、その金属管の外周面に金属帯を電気抵抗溶接することが困難であり、フィンチューブを製造できない。

本発明の目的は、金属管に金属帯を電気抵抗溶接するための高周波電流が一般的に入手容易な電源で出力可能で且つ無線のコントロール周波数帯と干渉しない程度の高周波電流であり、金属管と金属帯の少なくとも一方が透磁率が低くて電流の表皮効果を得にくい材料からなる場合であっても、その金属管の外周面に金属帯を電気抵抗溶接してフィンチューブを製造可能な製造方法を提供することである。

本発明により提供されるのは、円筒状の金属管とその金属管に螺旋状に巻き付けられて溶接された金属帯からなるフィンとを有するフィンチューブを製造するための方法であって、前記金属帯の幅方向の一方の端縁部が前記金属管の外周面へ接近して所定の接触位置でその金属管の外周面に接触するように前記金属帯を案内する案内工程と、前記金属管と前記金属帯のうち少なくとも前記金属管に高周波電流を生じさせてその高周波電流が当該金属管を流れることで生じる熱により前記金属帯の前記一方の端縁部を前記接触位置で前記金属管の外周面に溶接することと、前記金属管をその軸心回りに回転させながらその軸心に沿って移動させることとにより、前記金属管の外周面に溶接した前記金属帯を螺旋状に成形して前記フィンを形成するフィン形成工程と、を備え、前記フィン形成工程では、磁束を集めることで周囲の高周波電流の密度を高める効果を有する軟磁性体をその軟磁性体の前記効果が前記接触位置に及ぶ範囲内に配置した上で前記金属管に高周波電流を生じさせるものである。

このフィンチューブの製造方法では、フィン形成工程で金属管に高周波電流を生じさせるときに、軟磁性体が磁束を集めてその周囲の高周波電流の密度を高める効果が前記接触位置に及ぼされる。このため、金属管に生じさせる高周波電流が、１ＭＣ以上の極めて高い周波数のものではなく、それよりも周波数が低くて一般的に入手容易な電源で出力可能で且つ無線のコントロール周波数帯と干渉しない程度の高周波電流であることにより、大きな表皮効果が得られない場合であっても、前記接触位置に流れる高周波電流の集中度を高めることができる。このため、金属管と金属帯の少なくとも一方が透磁率が低くて電流の表皮効果を得にくい材料からなる場合であっても、その金属管の外周面に金属帯を電気抵抗溶接してフィンチューブを製造することができる。

前記フィンチューブの製造方法において、前記フィン形成工程では、前記金属管の外周面のうち前記接触位置に対応する部位に加えて、前記金属帯の前記一方の端縁部のうち前記接触位置で前記金属管の外周面に接触する部位にも高周波電流を生じさせてもよい。

こうすれば、前記接触位置において金属管の外周面に金属帯の一方の端縁部をより有効に電気抵抗溶接することができる。

この場合において、前記フィン形成工程では、前記金属管の回転方向と逆向きに前記接触位置から離れた位置で前記金属管の外周面に接触する金属管接触電極と、前記金属帯の前記一方の端縁部を前記金属管の外周面に接近させるために前記金属帯を移動させる向きと逆向きに前記接触位置から前記一方の端縁部に沿って離れた位置で当該一方の端縁部に接触する金属帯接触電極と、前記金属管接触電極と前記金属帯接触電極に接続された電源とを用いて、前記金属管の外周面上において前記金属管接触電極と前記接触位置とを最短距離で結ぶ経路と前記金属帯の前記一方の端縁部のうち前記金属帯接触電極と前記接触位置との間の部分とを通って高周波電流が流れるように前記電源から前記金属管接触電極と前記金属帯接触電極を通じて前記金属管及び前記金属帯に高周波電流を流すことが好ましい。

こうすれば、高周波電流による表皮効果に加えて、金属管の外周面上の前記経路を流れる高周波電流と金属帯の一方の端縁部の前記部分を流れる高周波電流との間での近接効果により、金属管の外周面上の前記経路を流れる高周波電流の集中度をより高めることができるとともに、金属帯の一方の端縁部の前記部分に高い集中度で高周波電流を流すことができる。このため、前記接触位置において金属管の外周面に金属帯の一方の端縁部をより有効に電気抵抗溶接することができる。

また、前記フィンチューブの製造方法において、前記フィン形成工程では、前記金属管の周りを囲むコイルであって前記金属管の外周面との間に間隔をあけて配置したものと、前記コイルに接続された電源とを用いて、前記電源から前記コイルに高周波電流を流すことで電磁誘導により前記金属管に高周波電流を生じさせてもよい。

金属管の外周面に接触する電極を通じて金属管に高周波電流を流す場合には、電極が金属管の外周面に対して摺接することにより摩耗し、当該電極の煩雑な交換作業が必要であるが、前記の電磁誘導によれば、金属管の外周面に金属帯を溶接するための高周波電流を金属管に非接触で生じさせることができる。このため、前記のような電極の煩雑な交換作業を不要とすることができる。

この場合において、前記軟磁性体として、前記金属管の外周面と前記コイルの内周面との間で前記金属管の周りを囲む筒状のものを用いることが好ましい。

こうすれば、電磁誘導によって金属管に高周波電流を生じさせるときに発生する磁束が金属管の周りの筒状の軟磁性体に集まり、その結果、金属管の外周面のうち軟磁性体によって周りを囲まれた部位に流れる高周波電流の集中度が高められてその高周波電流によって生じる熱により接触位置での金属管の外周面への金属帯の溶接を有効に行うことができる。

前記フィンチューブの製造方法において、前記軟磁性体として、０．０００１Ωｃｍ以上の抵抗率を有するものを用いることが好ましい。

０．０００１Ωｃｍ以上の抵抗率は、フィンチューブを製造するために一般的に用いられる金属管及び金属帯の材料の抵抗率よりも十分に高い抵抗率であるため、この抵抗率を有する軟磁性体を用いることによって、当該軟磁性体に高周波電流が流れるのを抑制できる。このため、当該軟磁性体に電流が流れて当該軟磁性体が発熱した場合に生じる当該軟磁性体の磁束集中機能の低下を防ぐことができる。

また、前記軟磁性体として、０．００１Ｈ／ｍ以上の透磁率を有するものを用いることが好ましい。

０．００１Ｈ／ｍ以上の透磁率は、フィンチューブを製造するために一般的に用いられる金属管及び金属帯の材料の透磁率よりも確実に高い透磁率であるため、この透磁率を有する軟磁性体を用いることによって、金属管に高周波電流を生じさせるときに生じる磁束を当該軟磁性体に確実に集めることができる。

また、前記軟磁性体として、代表的な材料であるソフトフェライトからなるものを用いることが好ましい。

また、前記金属帯として、アルミニウムと銅のいずれか一方からなるものを用いることが好ましい。

アルミニウム及び銅は、いずれも熱伝導率が高く、熱交換器に用いるフィンチューブのフィンの材料として好適な代表的な金属であるが、透磁率が低くて表皮効果を得にくいため、このようなアルミニウム又は銅を材料とした金属帯は金属管に電気抵抗溶接しにくいが、当該製造方法によれば、このようなアルミニウムと銅のいずれか一方からなる金属帯を金属管の外周面に溶接可能であり、熱交換効率の高いフィンチューブを製造できる。

以上説明したように、本発明のフィンチューブの製造方法によれば、金属管に金属帯を電気抵抗溶接するための電流発生装置の電源が一般的に入手が容易な高周波交流電源であって無線のコントロール周波数帯と干渉しない程度の高周波電流を出力するものであり、金属管と金属帯の少なくとも一方が熱伝導率は高いが透磁率が低くて電流の表皮効果を得にくい材料からなる場合であっても、その金属管の外周面に金属帯を電気抵抗溶接してフィンチューブを製造することができる。

本発明の第１実施形態によるフィンチューブの製造方法で用いるフィンチューブ製造装置がフィンチューブを製造している状態を側方から見た図である。 図１に示したフィンチューブ製造装置のうち金属管と金属帯との接触位置近傍を上方から見た図である。 図１に示したフィンチューブ製造装置のうち金属管と金属帯との接触位置近傍を金属管の軸心に沿った移動方向の後側から前側へ向かって見た図である。 金属管への金属帯の溶接に使用する電力に対する軟磁性体の体積の比と比較例の溶接速度に対する実施例の溶接速度の比との相関関係を示す図である。 接触位置と軟磁性体との間の距離と比較例の溶接速度に対する実施例の溶接速度の比との相関関係を示す図である。 本発明の第２実施形態によるフィンチューブの製造方法で用いるフィンチューブ製造装置がフィンチューブを製造している状態を側方から見た図である。 図６に示したフィンチューブ製造装置のうち金属管と金属帯との接触位置近傍を金属管の軸心に沿った移動方向の後側から前側へ向かって見た図である。

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。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるフィンチューブの製造方法は、熱交換器に用いられるフィンチューブ１００であって円筒状の金属管１０１とその金属管１０１に螺旋状に巻き付けられて溶接された金属帯１１２からなるフィン１０２とを有するものを製造するための方法である。図１は、この第１実施形態によるフィンチューブの製造方法で用いるフィンチューブ製造装置１がフィンチューブ１００を製造している状態を側方から見た図である。なお、この図１では、後述の接触位置１５０周辺の構成を簡略化して見やすくするため、後述の支持装置４及び軟磁性体１０の図示を省略している。

金属管１０１は、例えばステンレス鋼によって形成された円筒管である。この金属管１０１内の空間が熱交換の対象の流体を流通させる流路となる。金属管１０１は、その軸心を中心とした円筒状の外周面を有する。

フィン１０２は、金属管１０１の外周面上に設けられており、金属管１０１の軸心を中心軸とした螺旋状を呈している。このフィン１０２は、フィンチューブ１００の伝熱面積を大きくして、金属管１０１内の空間を流通する流体とフィンチューブ１００の外側の気体や液体等との熱交換効率を向上させる。

フィン１０２は、金属管１０１の周りに当該金属管１０１の軸心を中心とした螺旋状に巻き付けられてその金属管１０１の外周面に溶接された金属帯１１２からなる。金属帯１１２の材料としては、高い熱伝導率を有する反面、１５×１０^−７Ｈ／ｍ以下の低い透磁率を有することにより表皮効果を得にくい金属が用いられる。また、金属管１０１への溶接しやすさを考慮して、１２００℃以下の融点を有する金属が金属帯１１２の材料として用いられる。具体的には、金属帯１１２の材料として、前記のような条件を満たす例えばアルミニウム又は銅が用いられる。

金属帯１１２は、薄い板体であり、例えば１ｍｍ以下の厚みと数ｃｍ程度の均一な幅とを有する。金属帯１１２は、その幅方向の一方の端縁である内縁部１１２ａと、幅方向の他方の端縁である外縁部１１２ｂとを有する。この金属帯１１２の内縁部１１２ａが金属管１０１の外周面に溶接されるとともに、当該金属帯１１２がその幅方向において金属管１０１の外周面から外側へ突出するように金属管１０１に螺旋状に巻き付けられることによって、その金属帯１１２からなるフィン１０２が形成されている。

以上のようなフィンチューブ１００を製造するための当該第１実施形態によるフィンチューブ製造装置１（以下、単に製造装置１と称する）は、金属管１０１をその軸心回りに回転させながらその軸心に沿って移動させつつ、金属帯１１２の内縁部１１２ａが金属管１０１の外周面に接近して所定の接触位置１５０でその金属管１０１の外周面に接触するように当該金属帯１１２を案内し、その金属帯１１２の内縁部１１２ａを当該内縁部１１２ａが金属管１０１の外周面に接触した点（接触位置）でその外周面に電気抵抗溶接し、その外周面に溶接された金属帯１１２を金属管１０１の軸心回りの回転及び軸心に沿った移動により螺旋状に成形することでフィン１０２を形成するものである。以下、この製造装置１の具体的な構成について説明する。

製造装置１は、金属管駆動装置２（図１参照）と、支持装置４（図２参照）と、スクイズロール６と、電流発生装置８（図１参照）と、軟磁性体１０（図２及び図３参照）と、を備えている。

金属管駆動装置２は、金属管１０１をその軸心が略水平方向に延びる姿勢で保持するとともに、当該金属管１０１の周りに金属帯１１２を巻き付けるために、当該金属管１０１をその軸心回りに回転させながらその軸心に沿って移動させる装置である。この金属管駆動装置２は、金属管１０１の軸方向における一端を保持する保持部１４（図１参照）と、その保持部１４を金属管１０１の軸心に一致する軸回りに回転可能となるように支持する装置本体１６と、その装置本体１６に設けられていて保持部１４を前記軸回りに回転させる図略の回転駆動装置と、装置本体１６に設けられていて当該装置本体１６を金属管１０１の軸方向に移動させる移動装置１８とを有する。保持部１４が金属管１０１を保持した状態で前記回転駆動装置がその保持部１４を前記軸回りに一定の回転速度で回転させつつ、移動装置１８が装置本体１６を金属管１０１の軸方向に一定の回転速度で移動させることで、金属管駆動装置２は、金属管１０１をその軸心回りに回転させながらその軸心に沿って移動させるようになっている。

支持装置４（図２参照）は、スクイズロール６と、電流発生装置８の後述の金属管接触電極３２及び金属帯接触電極３４と、軟磁性体１０とを支持するためのものである。支持装置４は、金属管駆動装置２にセットされる金属管１０１の側方に配設される。この支持装置４は、所定の場所に据え付けられる支持台２２と、その支持台２２上に設けられた支持軸２３、クランプ２４及び図略の電極支持部とを有する。

支持軸２３は、スクイズロール６が回転可能となるように当該スクイズロール６を支持するものである。支持軸２３は、スクイズロール６と同心となるように当該スクイズロール６を貫通しており、それによって、スクイズロール６がその軸心回りに回転可能となっている。支持軸２３は、金属管１０１の軸心に対して僅かに傾いて延びている。

クランプ２４は、後述するように軟磁性体１０を挟み込んで保持するものである。このクランプ２４は、軟磁性体１０が着脱可能となるように当該軟磁性体１０を保持している。このため、クランプ２４に保持させた軟磁性体１０を交換可能となっている。

図略の電極支持部は、電流発生装置８の後述する金属管接触電極３２及び金属帯接触電極３４を支持するものである。

スクイズロール６は、金属管１０１の回転に伴って上から下へ移動してきた金属帯１１２の内縁部１１２ａが金属管１０１の外周面に接近してその金属管１０１の側部に位置する接触位置１５０でその金属管１０１の外周面に接触するように当該金属帯１１２を案内するとともに、その金属帯１１２が当該金属帯１１２の厚み方向にぶれないようにその厚み方向への当該金属帯１１２の移動を制限する。このスクイズロール６によって金属帯１１２が案内されることにより、金属帯１１２の内縁部１１２ａは、前記接触位置１５０で当該金属管１０１の外周面に押し付けられるようになっている。

スクイズロール６は、軸６ａと、第１円板６ｂと、第２円板６ｃとを有する。

軸６ａは、金属管１０１の軸心に対して僅かに斜めに傾いている。この軸６ａは、スクイズロール６の回転の中心となるものであり、当該軸６ａの軸心を中心としてスクイズロール６が回転可能となるように支持装置４の支持軸２３によってスクイズロール６が支持されている。

第１円板６ｂは、円形の板体であり、軸６ａの軸心に当該第１円板６ｂの中心が一致するようにその軸６ａの一端に取り付けられている。第２円板６ｃは、第１円板６ｂよりも小径の円形の板体であり、軸６ａの軸心に当該第２円板６ｃの中心が一致するように軸６ａの前記一端と反対側の端に取り付けられている。第２円板６ｃは、金属管１０１の軸心に沿った移動方向において第１円板６ｂに対して後側で第１円板６ｂと平行に配置されている。第１円板６ｂと第２円板６ｃとの間には、軸６ａの長さ分に相当する隙間が設けられている。スクイズロール６は、この第１円板６ｂと第２円板６ｃとの間の隙間に金属帯１１２を受け入れ、その受け入れた金属帯１１２の厚み方向への移動を第１円板６ｂと第２円板６ｃとで制限するようになっている。

電流発生装置８は、金属管１０１及び金属帯１１２にその金属管１０１の外周面上及び金属帯１１２の内縁部１１２ａを流れる高周波交流電流を発生させる装置である。具体的には、この電流発生装置８は、１ＭＣよりも低くて無線コントロールの周波数帯と干渉しない周波数、例えば３００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲内の周波数の高周波電流を金属管１０１及び金属帯１１２に生じさせる。この電流発生装置８は、金属管接触電極３２と、金属帯接触電極３４と、電源３６とを有する。

金属管接触電極３２は、前記図略の電極支持部によって支持されて、金属管１０１の軸心回りの回転方向と逆向きに接触位置１５０から所定距離だけ離れた位置で金属管１０１の外周面に接触している。金属管接触電極３２は、金属管１０１の外周面に接触することでその金属管１０１との間で通電可能となっている。金属管接触電極３２は、金属管１０１がその軸心回りに回転しつつその軸心に沿って移動するのに伴って当該金属管１０１の外周面が当該金属管接触電極３２に対して摺動するのを許容するようにその金属管１０１の外周面に接触している。

金属帯接触電極３４は、前記図略の電極支持部によって支持されて、金属管１０１の回転に伴って金属帯１１２が移動する方向と逆向きに接触位置１５０から内縁部１１２ａに沿って所定距離だけ離れた位置、すなわち接触位置１５０から内縁部１１２ａに沿って上側に所定距離だけ離れた位置で金属帯１１２に接触している。この金属帯接触電極３４は、金属帯１１２の内縁部１１２ａ及びその内縁部１１２ａから僅かに当該金属帯１１２の幅方向内側に及ぶ範囲に接触しており、その範囲のうち金属管１０１の軸心に沿った移動方向と逆側を向く面に接触している。金属帯接触電極３４は、金属帯１１２に接触することでその金属帯１１２との間で通電可能となっている。金属帯接触電極３４は、金属帯１１２が移動するのに伴ってその金属帯１１２の前記逆側を向く面が当該金属帯接触電極３４に対して摺動するのを許容するようにその金属帯１１２の前記逆側を向く面に接触している。

電源３６は、導線を介して金属管接触電極３２と金属帯接触電極３４とに接続されている。電源３６は、高周波交流電源であり、導線を介して金属管接触電極３２と金属帯接触電極３４に高周波電流を出力する。この電源３６は、１ＭＣ未満の周波数の高周波電流を出力するものであり、好ましくは３００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの範囲内の周波数の高周波電流を出力するものである。すなわち、電源３６は、一般的に入手可能な程度の高周波数の交流電流を出力する電源である。この電源３６から金属管接触電極３２と金属帯接触電極３４に高周波電流が出力されることにより、金属管接触電極３２と金属帯接触電極３４との間で接触位置１５０を経由するように金属管１０１の外周面上及び金属帯１１２の内縁部１１２ａを通って高周波電流が流れるようになっている。

軟磁性体１０は、金属管１０１及び金属帯１１２に高周波電流が流れるときに生じる磁束を集めることで当該軟磁性体１０の周囲の高周波電流の密度を高める効果を有するものである。この軟磁性体１０は、金属管１０１及び金属帯１１２の抵抗率よりも高い抵抗率を有するとともに、金属管１０１及び金属帯１１２の透磁率よりも高い透磁率を有する。具体的には、軟磁性体１０は、０．０００１Ωｃｍ以上の抵抗率と０．００１Ｈ／ｍ以上の透磁率を有するものである。例えば、軟磁性体１０は、酸化鉄の焼結体であるソフトフェライトからなり、約０．０００４Ωｃｍの抵抗率と、約０．００１５Ｈ／ｍの透磁率とを有する。

軟磁性体１０は、磁束を集めてその周囲の高周波電流の密度を高める当該軟磁性体１０の効果が前記接触位置１５０に及ぶ範囲内に配置されている。具体的には、軟磁性体１０は、金属管１０１の径方向において前記接触位置１５０の外側でその接触位置１５０に隣接するように配置されている。具体的には、軟磁性体１０は、前記接触位置１５０から僅かな間隔をあけて配置されており、詳しくは前記接触位置１５０と当該軟磁性体１０との間の間隔が最も小さい所で７ｍｍ以下になる位置に配置されている。

軟磁性体１０が前記のような抵抗率を有することから当該軟磁性体１０自体にはほぼ電流が流れず、また、当該軟磁性体１０は残留磁気も小さいという性質を持つことから、当該軟磁性体１０に磁束が集まることによって当該軟磁性体１０の周囲に電流が集中し、その結果、前記接触位置１５０に流れる高周波電流の集中度が高められるようになっている。

また、軟磁性体１０の形状は、四角柱、より具体的には直方体である。例えば、軟磁性体１０は、約９．５ｍｍ四方の矩形断面と約１９．１ｍｍの高さを有する柱状体である。この軟磁性体１０は、支持台２２に設けられた前記クランプ２４によってその高さ方向の両側から挟み込まれることにより、前記の位置に保持されるとともに、当該軟磁性体１０の側面が金属帯１１２の厚み方向における一方の面、具体的には、軟磁性体１０は、金属帯１１２のうち金属管１０１の軸心に沿った移動方向において後側を向く面に接触している。軟磁性体１０は、スクイズロール６の第２円板６ｃと金属管１０１との間のスペースに配置されている。

次に、本発明の第１実施形態によるフィンチューブの製造方法について説明する。この製造方法では、前記のような構成の製造装置１を用意し、この製造装置１を用いてフィンチューブ１００を製造する。

まず、製造装置１の金属管駆動装置２の保持部１４に金属管１０１を保持させるとともに、金属帯１１２の先端をスクイズロール６の第１円板６ｂと第２円板６ｃとの間の隙間に上から挿入する。

そして、スクイズロール６により金属帯１１２の内縁部１１２ａが金属管１０１の外周面へ接近して接触位置１５０でその金属管１０１の外周面に接触するように金属帯１１２を案内すると案内工程と、電流発生装置８により金属管１０１及び金属帯１１２に高周波電流を生じさせてその高周波電流が金属管１０１及び金属帯１１２を流れることで生じる熱により金属帯１１２の内縁部１１２ａを接触位置１５０で金属管１０１の外周面に溶接することと、金属管駆動装置２により金属管１０１をその軸心回りに一定の回転速度で回転させながらその軸心に沿って一定の速度で移動させることとにより、金属管１０１の外周面に溶接した金属帯１１２を螺旋状に成形してフィン１０２を形成するフィン形成工程と、を行う。

具体的に、電流発生装置８の電源３６が高周波電流を出力することにより、金属管接触電極３２と金属帯接触電極３４との間で前記接触位置１５０を経由するように金属管１０１の外周面上及び金属帯１１２の内縁部１１２ａを通って流れる高周波電流が金属管１０１及び金属帯１１２に生じる。この高周波電流は、金属管１０１の外周面のうち金属管接触電極３２と前記接触位置１５０とを最短距離で結ぶ経路と、金属帯１１２のうち金属帯接触電極３４と前記接触位置１５０との間の内縁部１１２ａとに集中して流れる。これは、高周波電流の表皮効果と、金属管１０１の外周面上の前記経路と金属帯１１２の内縁部１１２ａとが近接していることによる近接効果とに起因するものである。

そして、このように金属管１０１及び金属帯１１２に高周波電流が流れるときに磁束が発生し、その磁束は軟磁性体１０に集まる。これにより、金属管１０１及び金属帯１１２のうちで軟磁性体１０の周囲に流れる電流の密度が高くなる。その一方で、軟磁性体１０は高い抵抗率を有することから、軟磁性体１０自体にはほぼ電流が流れない。その結果、金属管１０１及び金属帯１１２に流れる高周波電流のうち軟磁性体１０に隣接する接触位置１５０を通って流れる高周波電流の集中度が高められる。

そして、前記のように金属管１０１及び金属帯１１２に高周波電流が流れることによって生じる熱で接触位置１５０において金属帯１１２の内縁部１１２ａが金属管１０１の外周面に溶接され、その外周面に溶接された金属帯１１２が金属管駆動装置２による金属管１０１の軸回りの回転及びその軸心に沿った移動により螺旋状に成形される。この螺旋状に成形された金属帯１１２がフィン１０２となる。

以上のようにして、金属管１０１とその金属管１０１の周りに螺旋状に巻き付けられて当該金属管１０１の外周面に溶接されたフィン１０２とからなるフィンチューブ１００が製造される。

当該第１実施形態によるフィンチューブの製造方法では、フィン１０２の形成工程で金属管１０１及び金属帯１１２に高周波電流を生じさせるときに、軟磁性体１０が磁束を集めてその周囲の高周波電流の密度を高める効果が接触位置１５０に及ぼされる。このため、金属管１０１及び金属帯１１２に生じさせる高周波電流が、１ＭＣ以上の極めて高い周波数のものではなく、それよりも周波数が低くて一般的に入手容易な高周波交流電源によって出力可能で且つ無線のコントロール周波数帯と干渉しない程度の高周波電流であることにより、大きな表皮効果が得られない場合であっても、接触位置１５０に流れる高周波電流の集中度を高めることができる。このため、透磁率が低くて電流の表皮効果を得にくい金属材料からなる金属帯１１２を金属管１０１の外周面に電気抵抗溶接してフィンチューブ１００を製造することができる。

また、この第１実施形態によるフィンチューブの製造方法では、高周波電流が金属管１０１の外周面のうち金属管接触電極３２と接触位置１５０とを最短距離で結ぶ経路とその経路に近接する金属帯１１２の内縁部１１２ａの金属帯接触電極３４と接触位置１５０との間の部分とを通って流れる。このため、高周波電流による表皮効果に加えて、金属管１０１の外周面上の前記経路を流れる高周波電流と金属帯１１２の内縁部１１２ａの前記部分を流れる高周波電流との間での近接効果により、金属管１０１の外周面上の前記経路を流れる高周波電流の集中度をより高めることができるとともに、金属帯１１２の内縁部１１２ａの前記部分を流れる高周波電流の集中度をより高めることができる。このため、接触位置１５０において金属管１０１の外周面に金属帯１１２の内縁部１１２ａをより有効に溶接できる。

また、この第１実施形態では、軟磁性体１０が金属管１０１及び金属帯１１２の抵抗率よりも十分に高い０．０００１Ωｃｍ以上の抵抗率を有するため、金属管１０１及び金属帯１１２に高周波電流を生じさせたときに軟磁性体１０には高周波電流が流れるのを抑制できる。このため、軟磁性体１０に電流が流れて当該軟磁性体１０が発熱した場合に生じる当該軟磁性体１０の磁束集中機能の低下を防ぐことができる。

また、軟磁性体１０は、０．００１Ｈ／ｍ以上の透磁率を有しており、この透磁率は、フィンチューブ１００を製造するために一般的に用いられる金属管１０１及び金属帯１１２の材料の透磁率よりも十分に高い透磁率である。このため、金属管１０１及び金属帯１１２に高周波電流を生じさせるときに発生する磁束を当該軟磁性体１０に確実に集めることができる。

また、この第１実施形態では、熱伝導率が高いアルミニウム又は銅からなる金属帯１１２でフィン１０２を形成しているため、熱交換器に用いるフィンチューブ１００のフィン１０２として良好な熱交換効率をもたらすものを形成することができる。なお、アルミニウム及び銅はいずれも透磁率が低くて表皮効果を得にくいため、このようなアルミニウム又は銅からなる金属帯１１２は、従来の電気抵抗溶接を用いた製造方法では１ＭＣ以上の極めて高い周波数の高周波電流でなければ金属管１０１の外周面に溶接することが困難であるが、当該第１実施形態による製造方法では、前記の軟磁性体１０による磁束の集中効果に起因する接触位置１５０への高周波電流の集中度の向上効果により、このようなアルミニウム又は銅からなる金属帯１１２を金属管１０１の外周面に良好に電気抵抗溶接することが可能である。

次に、軟磁性体１０の体積が金属管１０１への金属帯１１２の溶接速度に与える影響について調べた実験１と、接触位置１５０と軟磁性体１０との間の距離が金属管１０１への金属帯１１２の溶接速度に与える影響について調べた実験２とについて説明する。

（実験１）
この実験１では、第１実施形態による製造装置１、すなわち軟磁性体１０を備える製造装置１を用いてフィンチューブ１００を製造する実施例と、軟磁性体１０を備えていないこと以外は実施例で用いた製造装置１と同様の製造装置を用いてフィンチューブ１００を製造する比較例とについて、それぞれ、金属管１０１に対する金属帯１１２の溶接速度を測定した。

具体的に、実施例及び比較例の両方において、金属管１０１はカーボン鋼からなるものを用い、金属帯１１２は冷間圧延鋼板もしくは熱間圧延鋼板からなるものを用いた。また、実施例及び比較例の両方において、電流発生装置８の電源３６が出力する高周波電流の周波数を３７０ｋＨｚ〜３９０ｋＨｚの範囲内の特定の周波数に設定した。また、実施例では、軟磁性体１０として０．０３Ωｃｍの抵抗率及び０．００１５Ｈ／ｍの透磁率を有するものを用い、その軟磁性体１０を当該軟磁性体１０と接触位置１５０との間の最短距離が４ｍｍになるように配置した。また、実施例では、体積が異なる複数の軟磁性体１０をそれぞれ用いた場合について金属管１０１への金属帯１１２の溶接速度を測定した。また、比較例では、軟磁性体１０を設けていないこと以外は実施例と同じ条件で金属管１０１への金属帯１１２の溶接速度を測定した。

そして、体積が異なる軟磁性体１０をそれぞれ用いた実施例の複数の場合で測定した溶接速度の比較例で測定した溶接速度に対する比を求めるとともに、実施例の前記複数の場合で金属管１０１への金属帯１１２の溶接に使用する電力、すなわち電源３６から出力されて消費される電力に対する軟磁性体１０の体積の比を求めた。このようにして求めた、実施例の前記複数の場合の使用電力に対する軟磁性体１０の体積の比と、比較例の溶接速度に対する実施例の前記複数の場合の溶接速度の比との対応関係が、図４に示されている。

この図４から判るように、前記使用電力に対する軟磁性体１０の体積の比が大きくなるほど、溶接速度を高めることができる傾向にある。そして、前記使用電力に対する軟磁性体１０の体積の比を２０以上にすることで、軟磁性体１０を設けていない比較例に比べて約１．３５倍以上の溶接速度が得られ、軟磁性体１０を設けることによる著しい溶接速度の向上効果が得られることが判った。

（実験２）
この実験２では、前記実験１と同様、軟磁性体１０を備える製造装置１を用いてフィンチューブを製造する実施例と、軟磁性体１０を備えていないこと以外は実施例で用いた製造装置１と同様の製造装置を用いてフィンチューブ１００を製造する比較例とについて、それぞれ、金属管１０１に対する金属帯１１２の溶接速度を測定した。

実施例及び比較例の両方において、金属管１０１及び金属帯１１２の材料、及び、高周波電流の周波数は、前記実験１と同様のものを採用した。また、この実験２の実施例で用いた軟磁性体１０の抵抗率及び透磁率は、前記実験１の実施例で用いた軟磁性体１０の抵抗率及び透磁率と同様である。一方、この実験２では、実施例で用いる軟磁性体１０の体積は１７２４ｍｍ^３とした。そして、実施例では、接触位置１５０と軟磁性体１０との間の最短距離が異なる複数の場合について金属管１０１への金属帯１１２の溶接速度をそれぞれ測定した。また、比較例では、軟磁性体１０を設けていないこと以外は実施例と同じ条件で金属管１０１への金属帯１１２の溶接速度を測定した。

そして、比較例で測定した溶接速度に対する接触位置１５０と軟磁性体１０との間の最短距離が異なる実施例の複数の場合で測定した溶接速度の比を求めた。図５には、接触位置１５０と軟磁性体１０との間の最短距離と前記のように求めた溶接速度の比との対応関係が示されている。

この図５から判るように、接触位置１５０と軟磁性体１０との間の最短距離が７ｍｍよりも大きくなると溶接速度が急激に低下する傾向にある一方、その最短距離を７ｍｍ以下にすることで高い溶接速度を保つことができる。具体的には、軟磁性体１０を設けた実施例において接触位置１５０と軟磁性体１０との間の最短距離を７ｍｍ以下にすることで、軟磁性体１０を設けていない比較例に比べて約１．３倍以上の溶接速度が得られることが判った。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態によるフィンチューブの製造方法で用いる製造装置１がフィンチューブ１００を製造している途中の状態を側方から見た図である。この図６では、前記第１実施形態の図１と同様、接触位置１５０周辺の構成を簡略化して見やすくするため、支持装置４及び軟磁性体１０の図示を省略している。

この第２実施形態による製造装置１は、電磁誘導加熱により金属管１０１を加熱することでその金属管１０１の外周面に金属帯１１２の内縁部１１２ａを溶接するように構成されている。すなわち、この第２実施形態による製造装置１は、電磁誘導により金属管１０１に高周波電流を生じさせ、その高周波電流が金属管１０１を流れることで発生する熱により金属帯１１２の内縁部１１２ａを金属管１０１の外周面に溶接するように構成されている。そして、この第２実施形態による製造装置１では、金属管１０１の外周面と金属帯１１２の内縁部１１２ａとが接触する接触位置１５０に隣接した位置で金属管１０１の周りを囲む軟磁性体４４により前記電磁誘導の際に生じる磁束を集めることで、接触位置１５０において金属管１０１の外周面上を流れる高周波電流の集中度を高めるようになっている。

具体的に、この第２実施形態による製造装置１は、金属管駆動装置２と、図略の支持装置と、スクイズロール６と、電流発生装置４２と、軟磁性体４４と、を備えている。

この第２実施形態による製造装置１の金属管駆動装置２及びスクイズロール６の構成は、前記第１実施形態による製造装置１の金属管駆動装置２及びスクイズロール６の構成と同様である。

電流発生装置４２は、電磁誘導により金属管１０１に高周波電流を生じさせる装置である。この電流発生装置４２は、誘導加熱用のコイル４６と、電源４８とを有する。

コイル４６は、金属管１０１の軸心に沿った移動方向において接触位置１５０の後側に隣接した位置で金属管１０１の周りを囲み、その金属管１０１の外周面と当該コイル４６の内周面との間に隙間が設けられるように配置されている。

電源４８は、前記第１実施形態における電源３６と同様の高周波交流電源であり、コイル４６に接続されている。この電源４８は、金属管１０１に電磁誘導によって高周波電流を生じさせるようにコイル４６に高周波電流を流す。

軟磁性体４４は、コイル４６による電磁誘導の際に生じる磁束を当該軟磁性体４４に集め、それによって接触位置１５０において金属管１０１の外周面上を流れる高周波電流の集中度を高めるものである。

この軟磁性体４４は、前記第１実施形態の軟磁性体１０と同様の材料からなり、前記第１実施形態の軟磁性体１０と同様の物性を有する。この軟磁性体４４は、金属管１０１の外径よりも大きい内径を有する円筒状を呈し、金属管１０１と同心となるように配置されるとともに、金属管１０１の外周面とコイル４６の内周面との間で金属管１０１の周りを囲んでいる。軟磁性体４４は、その軸心の延びる方向においてコイル４６の同方向の長さよりも僅かに大きい長さを有する。軟磁性体４４は、金属管１０１の軸心に沿った移動方向において接触位置１５０の後側に隣接して配置されている。

次に、この第２実施形態によるフィンチューブの製造方法について説明する。

この第２実施形態によるフィンチューブの製造方法では、前記のように電磁誘導により金属管１０１に高周波電流を生じさせるように構成された製造装置１を用意し、その製造装置１によってフィンチューブ１００を製造する。

このフィンチューブ１００の製造の際、前記第１実施形態と同様に、金属管駆動装置２により金属管１０１をその軸心回りに一定の回転速度で回転させながらその軸心に沿って一定の速度で移動させるとともに、スクイズロール６によって案内された金属帯１１２の内縁部１１２ａが接触位置１５０において金属管１０１の外周面に押し付けられる。

そして、電源４８からコイル４６に高周波電流が流されることで、電磁誘導により金属管１０１のうちコイル４６の径方向内側に位置する部位に高周波電流が生じる。この高周波電流が金属管１０１を流れることによって生じる熱により、接触位置１５０において金属帯１１２の内縁部１１２ａが金属管１０１の外周面に溶接される。

このとき、電磁誘導で生じる磁束が軟磁性体４４に集まり、その結果、金属管１０１の外周面のうち当該軟磁性体４４によって周りを囲まれた部位に流れる高周波電流の集中度が高まる。それに伴い、コイル４６及び軟磁性体４４に隣接する接触位置１５０において金属管１０１の外周面上を流れる高周波電流の集中度も高まり、接触位置１５０における金属管１０１の外周面への金属帯１１２の溶接が有効に行われる。

この第２実施形態によるフィンチューブの製造方法の前記以外の構成は、前記第１実施形態によるフィンチューブの製造方法と同様である。

この第２実施形態によるフィンチューブの製造方法では、金属管１０１の外周面に金属帯１１２を電気抵抗溶接するための高周波電流を、電磁誘導により金属管１０１に非接触で生じさせることができる。金属管１０１の外周面に接触する電極と金属帯１１２に接触する電極とを通じて、電気抵抗溶接のための高周波電流を金属管１０１及び金属帯１１２に流す場合には、それらの電極が金属管１０１及び金属帯１１２に摺接することで摩耗し、それらの電極の煩雑な交換作業が必要になるが、この第２実施形態の製造方法では、前記のように非接触で金属管１０１に高周波電流を生じさせてその金属管１０１の外周面に金属帯１１２を電気抵抗溶接できるため、前記のような電極の煩雑な交換作業を不要とすることができる。

また、この第２実施形態では、円筒状の軟磁性体４４が金属管１０１の外周面とコイル４６の内周面との間に配置されて金属管１０１の周りを囲んでいるため、電磁誘導によって金属管１０１に高周波電流を生じさせるときに発生する磁束が金属管１０１の周りの円筒状の軟磁性体４４に集まる。その結果、金属管１０１の外周面のうち軟磁性体４４によって周りを囲まれた部位に流れる高周波電流の集中度が高められる。このため、その高周波電流によって生じる熱により当該部位に隣接する接触位置１５０での金属管１０１の外周面への金属帯の溶接を有効に行うことができる。

この第２実施形態のフィンチューブの製造方法によって得られる前記以外の効果は、前記第１実施形態のフィンチューブの製造方法によって得られる効果と同様である。

なお、本発明によるフィンチューブの製造方法は、前記実施形態のようなものに必ずしも限定されない。本発明によるフィンチューブの製造方法に例えば以下のような構成を採用することが可能である。

例えば、金属管と金属帯との接触位置に隣接して配置する軟磁性体は、必ずしもソフトフェライトからなるものに限定されない。具体的には、当該軟磁性体は、０．０００１Ωｃｍ以上の抵抗率と０．００１Ｈ／ｍ以上の透磁率とを有するのであれば、ソフトフェライト以外の材料からなるものであってもよい。

１ フィンチューブ製造装置
６ スクイズロール
８、４２ 電流発生装置
１０、４４ 軟磁性体
３２ 金属管接触電極
３４ 金属帯接触電極
３６、４８ 電源
１００ フィンチューブ
１０１ 金属管
１０２ フィン
１１２ 金属帯

Claims (9)

1. 円筒状の金属管とその金属管に螺旋状に巻き付けられて溶接された金属帯からなるフィンとを有するフィンチューブを製造するための方法であって、
   前記金属帯の幅方向の一方の端縁部が前記金属管の外周面へ接近して所定の接触位置でその金属管の外周面に接触するように前記金属帯を案内する案内工程と、
   前記金属管と前記金属帯のうち少なくとも前記金属管に高周波電流を生じさせてその高周波電流が当該金属管を流れることで生じる熱により前記金属帯の前記一方の端縁部を前記接触位置で前記金属管の外周面に溶接することと、前記金属管をその軸心回りに回転させながらその軸心に沿って移動させることとにより、前記金属管の外周面に溶接した前記金属帯を螺旋状に成形して前記フィンを形成するフィン形成工程と、を備え、
   前記フィン形成工程では、磁束を集めることで周囲の高周波電流の密度を高める効果を有する軟磁性体をその軟磁性体の前記効果が前記接触位置に及ぶ範囲内に配置した上で前記金属管に高周波電流を生じさせる、フィンチューブの製造方法。
2. 前記フィン形成工程では、前記金属管の外周面のうち前記接触位置に対応する部位に加えて、前記金属帯の前記一方の端縁部のうち前記接触位置で前記金属管の外周面に接触する部位にも高周波電流を生じさせる、請求項１に記載のフィンチューブの製造方法。
3. 前記フィン形成工程では、前記金属管の回転方向と逆向きに前記接触位置から離れた位置で前記金属管の外周面に接触する金属管接触電極と、前記金属帯の前記一方の端縁部を前記金属管の外周面に接近させるために前記金属帯を移動させる向きと逆向きに前記接触位置から前記一方の端縁部に沿って離れた位置で当該一方の端縁部に接触する金属帯接触電極と、前記金属管接触電極と前記金属帯接触電極に接続された電源とを用いて、前記金属管の外周面上において前記金属管接触電極と前記接触位置とを最短距離で結ぶ経路と前記金属帯の前記一方の端縁部のうち前記金属帯接触電極と前記接触位置との間の部分とを通って高周波電流が流れるように前記電源から前記金属管接触電極と前記金属帯接触電極を通じて前記金属管及び前記金属帯に高周波電流を流す、請求項２に記載のフィンチューブの製造方法。
4. 前記フィン形成工程では、前記金属管の周りを囲むコイルであって前記金属管の外周面との間に間隔をあけて配置したものと、前記コイルに接続された電源とを用いて、前記電源から前記コイルに高周波電流を流すことで電磁誘導により前記金属管に高周波電流を生じさせる、請求項１に記載のフィンチューブの製造方法。
5. 前記軟磁性体として、前記金属管の外周面と前記コイルの内周面との間で前記金属管の周りを囲む筒状のものを用いる、請求項４に記載のフィンチューブの製造方法。
6. 前記軟磁性体として、０．０００１Ωｃｍ以上の抵抗率を有するものを用いる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィンチューブの製造方法。
7. 前記軟磁性体として、０．００１Ｈ／ｍ以上の透磁率を有するものを用いる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィンチューブの製造方法。
8. 前記軟磁性体として、ソフトフェライトからなるものを用いる、請求項６又は７に記載のフィンチューブの製造方法。
9. 前記金属帯として、アルミニウムと銅のいずれか一方からなるものを用いる、請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィンチューブの製造方法。

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