JP2706339B2 - 内面加工伝熱管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、冷凍機や空調機器等の熱交換器に使用され
る内面加工伝熱管の製造方法に関するものであり、特
に、内部で冷媒を沸騰又は凝縮させ、管外の流体との間
で熱交換を行なう沸騰型又は凝縮型の内面加工伝熱管の
製造方法に関するものである。

「従来の技術」 第７図のように、中心にロッド21を取付けたフローテ
ィングプラグ２と、ロッド21の先端に回転自在に保持さ
れ、外周に軸心に対して所定のねじれ角を有する螺線状
の溝を多数形成した溝付きプラグ３とを金属製の管材１
内の所定位置に挿入し、管材１を図の右方向に引抜きな
がら、フローティングプラグ２と縮径ダイス４との共働
により管材１を縮径し、前記溝付きプラグ３の位置で管
材１の外周を遊星回転するロールからなる複数の転造工
具５により、前記管材１を溝付きプラグ３の表面に押圧
して縮径しつつ当該管材１の内面に多数の溝10を加工
し、この管材１を図示しない仕上げダイスで空引きして
伝熱管を製造する技術は、例えば特開昭54−37059号
（特公昭61−59806号）公報で開示されているように公
知である。

また、管材１の内面に前述ような溝10を形成した後、
前記溝付きプラグ３及び転造工具５と同様な手段によ
り、前記管材１内に前記溝10と交叉する図示しない他の
多数の溝を形成する技術も公知である。

第７図で説明した従来の内面加工伝熱管の製造方法及
び製造装置より、管材１の内面に溝10を形成する過程を
第８図及び第９図を参照して説明すると、複数の転造工
具５はその公転と管材１の引抜きにより当該管材１に対
して螺線軌跡を描いて圧接される。第８図で示すよう
に、一の転造工具により溝付きプラグ３の表面に管材１
を押圧するとき、被押圧部における管材１の部分Ａ〜Ｃ
では、溝付きプラグ３表面の凹凸が管材１の内面に転写
され易いように、溝付きプラグ３の溝深さｄに対する金
属の押込み量が引抜方向に沿って徐々に大きくなり、管
材１の部分Ａ〜Ｅにおいて前記押込み量は一定かつ最大
になる。

これにより、第９図で拡大して示すように、管材１内
には、溝付きプラグ３の表面に対して転造工具５が当該
管材１を押圧する全長さＬ（転造工具５による管材１の
被押圧部における管材１とプラグ３表面との接触長さ）
において、管材１の引抜方向後端部で溝付きプラグ３表
面の凹凸が不十分（不完全）に転写された部分L1と、こ
れに連続して当該凹凸が十分（完全）に転写された部分
L2とが形成される。

第８図における管材１の部分Ａ〜Ｅは、第９図におけ
る管材１内の凸条11の部分11a〜11eに対応するが、第９
図のように、管材１内に形成され始めた凸条11の部分11
a〜11cでは管材１の引抜方向イに沿って上り傾斜した状
態になり、これに隣接する溝10の形成され始めの部分は
逆に引抜方向イに沿って下り傾斜した状態になる。そし
て、溝付きプラグ３の設置位置において、一の転造工具
５が管材１を押圧した後、これに連続して遊星回転する
次の転造工具が管材を押圧する間に管材１が引抜かれる
距離、すなわち転造ピッチＰが、一の転造工具５によっ
て溝付きプラグ３の表面の凹凸が十分に（完全）転写さ
れる長さL2よりも小さいために、一の転造工具５により
管材１内を凸条11及び溝10が不充分に転写されたL1部分
を、連続する次の転造工具が管材１を押圧することにな
り、その結果前記不充分な転写部分L1もL2の部分同様に
十分な転写に形成される。

すなわち、このように一定方向へ移動する管材１に対
し、溝付きプラグ３上で同じ部分を複数の転造工具が遊
星回転しながら繰返し押圧するため、全体としてプラグ
３の凹凸が管材１の長手方向へ完全に転写されて管材１
内面に同一断面の溝10及び凸条11が連続して形成され
る。

溝10と凸条11の断面形状は、プラグ３の外周に形成さ
れる溝の断面形状によって定まるが、これらの断面形状
についても種々の工夫がなされている。

「発明が解決しようとする課題」 空調機用熱交換器類に対しては、近年ヒートポンプ式
エアコンの普及に伴なって高性能化や小型軽量化の要求
が強くなっているが、第７図の従来の方法及び装置によ
っては、管の内面に特定形状の溝と凸条が交互に形成さ
れるだけであり、伝熱性能の向上には限界がある。

また、二組の溝付きプラグ３と転造工具５とによって
管内面に溝及び凸条を形成するのは、管材に対する引抜
荷重が大きくなり、引抜速度を極端に遅くしなければ管
材が破断するので、製造コストが高くなる。

本発明の目的は、既存の製造装置を大きく改造するこ
となく、製造コストも第７図のような既存の方法及び装
置に比較して高くならず、しかも、従来の内面溝加工管
に比べはるかに伝熱性能のよい伝熱管を製造する方法を
提供することにある。

「課題を解決するための手段」 本発明に係る内面加工伝熱管の製造方法は、前述の目
的を達成するため、外周に多数の溝を形成した溝付きプ
ラグを管材内の所定位置に挿入し、前記管材を管軸に沿
い一定方向へ移動させながら、前記溝付きプラグの位置
で前記管材の外周を当該外周面に接触しつつ遊星回転す
るロール又はボールよりなる複数の転造工具により、前
記管材を外周から前記溝付きプラグ表面に押圧して当該
管材内に凹凸を加工する伝熱管の製造方法において、前
記溝付きプラグの表面における一の転造工具による管材
の押圧に連続して後続の次の転造工具が管材を押圧する
間に管材が移動する距離、すなわち転造ピッチＰの、一
の転造工具により溝付きプラグ表面に管材を押圧する全
長さＬと、一の転造工具の押圧により溝付きプラグ表面
の凹凸が管材に対して十分に転写される長さL2とが、L2
＜Ｐ＜Ｌの式の範囲に設定された状態で前記管材を移動
させることを特徴としている。

前記溝付きプラグは、適当な手段によりその管軸方向
に対する位置を微調整できるように構成するのが好まし
い。

「作用」 本発明に係る製造方法によれば、溝付きプラグの表面
において、一の転造工具により管材を押圧する全長さＬ
と、一の転造工具により管材内に溝付きプラグ表面の凹
凸が十分に転写される長さL2と、一の転造工具が管財を
押圧してから連続する次の転造工具が管材を押圧する間
に管材が移動する距離、すなわち転造ピッチＰとが、L2
＜Ｐ＜Ｌの式の範囲に設定された状態で前記管材を移動
させるので、第９図において、一の転造工具で溝付きプ
ラグ表面の凹凸が管材の内面へ不充分に転写された部分
L1が最終的に一部残り、その結果、管材の内面に形成さ
れる各溝の間には、長手方向に沿い上部に同一方向に傾
斜（管材の移動方向に上り傾斜）した傾斜部を有する所
定長の隆起部が繰返し形成され、前記各溝の底部には、
前記傾斜部との隣接部分毎に当該隆起部の傾斜部とは反
対方向に傾斜する傾斜面が長手方向に沿って繰返し形成
される。

すなわち、管の内面が微細な無数の凹凸になり、この
凹凸によって伝熱性能を向上させ、かつ、隆起部と溝底
部に繰返し形成される傾斜により、管内の圧力損失は従
来の内面溝加工品とほとんど変わらない伝熱管が製造さ
れる。

「実施例」 第１図は本発明方法の実施例を説明するための製造装
置の一例を示す断面図である。

カップ状の固定台41の内部には、開放端を一部突出さ
せてカップ状のダイスホルダ42が挿入され、このダイス
ホルダ42内には、金属製の管材１を通す縮径ダイス４が
固定されている。

ダイスホルダ42の開放端外周部にはねじ43が形成さ
れ、この開放端外周部にナット状のストッパ40をねじ締
め、このストッパ40によってダイスホルダ42が固定台41
から脱出しないように構成されている。

縮径ダイス４内には、管材１内に挿入された状態のフ
ローティングプラグ２が設けられ、このフローティング
プラグ２の軸心に固定されたロッド21には、フローテン
グプラグ２の前方（管材１の引抜方向イに沿う前方）に
位置するように、外周に管軸に対してねじれ角18度の多
数の螺線状の溝31を有する溝付きプラグ３が回転自在に
保持されている。

前記溝付きプラグ３の設置位置には、管材１の外周を
その外周面に押圧接触して遊星回転するロールよりなる
三個の転造工具５が等角度間隔に設けられているが、こ
の実施例においては、各転造工具５により溝付きプラグ
３表面に管材１を押圧する長さ、すなわち、一の転造工
具５で管材１を溝付きプラグ３表面へ押圧する全長さＬ
が2.1mm、前記一の転造工具５で溝付きプラグ３表面の
凹凸を管材１の内面へ十分に転写する長さL2が0.8mm、
不充分に転写される長さL1が1.3mm、プラグ３表面にお
いて一の転造工具５が管材１を押圧してから次の転造工
具５が押圧するまでに管材が移動する距離、すなわち転
造ピッチＰが2mmとなるように、転造工具５の公転数、
管材の引抜速度、及び溝付きプラグ３と転造工具５の位
置関係が設定してある。

前記ダイスホルダ42の開放端部のねじ43と、これにね
じ着けたストッパ40とはプラグ３の軸方向の位置を微調
整する微動調整手段4aを構成しており、ナット状のスト
ッパ40を回すことによりプラグ３が軸方向に微動させ、
前記の接触長さｌを調整することができる構造である。
この微動調整手段4aは他の構造であってもよい。

前記製造装置においては、転造工具５の設置位置の前
方（管材１の引抜き方向前方）に図示しない空引きダイ
スを設ける。

管材１が縮径することを要しない程度のものであれ
は、フローティングプラグ２及び縮径ダイス４は不用で
あり、この場合、ロッド21の端部を管材１外にある図示
しない部材に支持させる。

図示しない引抜機により、鋼製の管材１を第１図の矢
印イの方向へ定速で引抜きながら、フローティングプラ
グ２と縮径ダイス４との共働により管材１を縮径し、こ
の縮径された管材１を前記転造ピッチで公転する転造工
具５と溝付きプラグ３とによってさらに縮径すると同時
に、内面へ断面における溝数60、管軸に対する溝のねじ
れ角18度の溝加工を行ない、図示しない空引きダイスで
空引きして外径9.35mmの内面加工伝熱管を製造した。

第２図で拡大して示すように、この伝熱管６の内面の
溝60相互の間には、頂部における最大肉厚が約0.45mmで
あって、溝60に沿い上部に同一方向に傾斜（製造時の管
材１の引抜方向イに上り傾斜）した傾斜部62を有するほ
ぼ一定長さｌの隆起部61が繰返し形成され、前記各溝60
の底部には、前記隆起部61における傾斜部61との隣接部
分毎に、傾斜部62とは反対方向に傾斜する傾斜面63が長
手方向に沿い繰返し形成された。

最大溝底肉厚tmaxは0.3mm、最小溝底肉厚tminは0.25m
mであった。

隆起部61相互間の段部と溝60における傾斜面63相互の
段部が形成される軌跡は、管軸に対して螺線状になって
いる。

この実施例の製造方法によって製造した伝熱管と、従
来の製造方法による内面溝加工伝熱管（外径9.53mm、溝
数60、溝のねじれ角18度、溝深さ0.2mm）とを、それぞ
れ二重管式熱交換器に組込んで管内の蒸発熱伝達率と凝
縮熱伝達率とを測定したところ第４図及び第５図のよう
な結果を得た。この結果によると、前記実施例の製造方
法で製造した伝熱管は、従来の方法で製造した内面溝加
工伝熱管に比較して、蒸発性能で約60％、凝縮性能で約
40％それぞれ性能が向上している。

また、管内の圧力損失を比較したが、前記従来の方法
で製造した内面加工伝熱管とはほとんど変らなかった。

転造ピッチＰを前記実施例と同様に設定し、管材１の
被押圧部におれる溝付きプラグ３と管材１との接触長さ
（一の転造工具５による全押圧長さ）Ｌを変化させて同
様なサイズの伝熱管を製造したところ、この長さＬにお
いてプラグ３表面の凹凸が十分かつ完全に転写される長
さL2と、最大溝底肉厚tmaxと最小溝底肉厚tminの差との
関係は第４図のとおりであり、他の条件を一定にした場
合、管材１に対するプラグ３と転造工具５との押圧部長
さを微調整することによって、隆起部61や溝60の段部の
サイズを選択することができる。

また、量産時においては、プラグ３の軸方向への位置
を微調整して前記押圧部長さを調整することにより、管
の内面に安定した無数の凹凸を加工し続けることができ
る。

一の転造工具の押圧によって溝付きプラグ３表面の凹
凸を十分に転写される長さL2をゼロ又はゼロに近くなる
ように設定すると、第３図のように、隆起部61の傾斜部
62及び溝60の傾斜面63を階段状に連続した状態に形成す
ることができる。

なお、本発明に係る製造方法は、前記実施例のみに限
定されることなく、特許請求の範囲において適宜変更し
て実施することができる。

「発明の効果」 本発明に係る伝熱管の製造方法によれば、管内の圧力
損失をさ程増大させないで伝熱性能のより優れた内面加
工伝熱管を製造することができ、しかも、従来の装置を
わずかに改良するのみで低コストで製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造方法の一例を説明するため製
造装置の部分断面図、第２図は本発明実施例の方法で製
造した伝熱管の部分拡大展開斜視図、第３図は本発明方
法で製造した伝熱管の他の例を示す部分拡大展開斜視
図、第４図及び第５図は本発明実施例の方法で製造した
伝熱管と、従来の方法で製造した伝熱管との伝熱性能を
比較した線図、第６図は本発明実施例の方法によって伝
熱管を製造する場合において、内面の溝の最大溝底肉厚
と最小溝底肉厚の差と、管材内面に溝付きプラグ表面の
凹凸が十分かつ完全に転写される長さL2との関係を示す
線図、第７図は従来の製造方法を説明するための装置を
示す断面図、第８図は従来の方法で伝熱管を製造する際
に、内面に均一な溝及び凸条が形成される過程を示す部
分拡大断面図、第９図は従来の方法及び装置で管材内に
形成されはじめる溝及び凸条を示した部分拡大斜視図で
ある。 図中主要符号の説明 １は管材、２はフローティングプラグ、３は外周に多数
の溝を有するプラグ、４は縮径用のダイス、4aは微動調
整手段、40はストッパ、42はダイスホルダ、５は転造工
具、６は伝熱管、60は溝、61は隆起部、62は傾斜部、63
は傾斜面、Ｐは溝付きプラグの表面における一の転造工
具による管材の押圧に連続して後続の次の転造工具が管
材を押圧する間に管材が移動する距離、すなわち転造ピ
ッチ、Ｌは一の転造工具により溝付きプラグ表面に管材
を押圧する全長さ、L1は一の転造工具の押圧により溝付
きプラグ表面の凹凸が管材に対して不充分に転写される
長さ、L2は一の転造工具の押圧により溝付きプラグ表面
の凹凸が管材に対して十分に転写される長さを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−309320（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−155511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−175485（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周に多数の溝を形成した溝付きプラグを
   管材内の所定位置に挿入し、前記管材を管軸に沿い一定
   方向へ移動させながら、前記溝付きプラグの位置で前記
   管材の外周を当該外周面に接触しつつ遊星回転するロー
   ル又はボールよりなる複数の転造工具により、前記管材
   を外周から前記溝付きプラグ表面に押圧して当該管材内
   に凹凸を加工する伝熱管の製造方法において、前記溝付
   きプラグの表面における一の転造工具による管材の押圧
   に連続して後続の次の転造工具が管材を押圧する間に管
   材が移動する距離、すなわち転造ピッチＰと、一の転造
   工具により溝付きプラグ表面に管材を押圧する全長さＬ
   と、一の転造工具の押圧により溝付きプラグ表面の凹凸
   が管材に対して十分に転写される長さL2とが、L2＜Ｐ＜
   Ｌの式の範囲に設定された状態で前記管材を移動させる
   ことを特徴とする、内面加工伝熱管の製造方法。
2. 【請求項２】前記溝付きプラグの管軸方向に対する位置
   を微調整できる微動調整手段を備えた、請求項１に記載
   の内面加工伝熱管の製造方法。