JP3599092B2

JP3599092B2 - 内面溝付管及びそれを加工する転造ヘッド

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Publication number: JP3599092B2
Application number: JP24401599A
Authority: JP
Inventors: 伸明日名子; 主税佐伯; 守石川; 清憲小関; 卓長田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP2001066085A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器に使用される内面に溝を形成した内面溝付管及びそれを加工する転造ヘッドに関し、特に、管外面のリップルの変動を小さくし、熱交換器における管とフィンプレートとの密着性及び熱伝達性能を高めた内面溝付管及びそれを加工する転造ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内面溝付管は熱交換器用の伝熱管として使用され、熱交換器はルームエアコン、パッケージエアコン、冷凍ショーケース、冷蔵庫、オイルクーラ及びラジエータ等の種々の分野において利用されている。この熱交換器には、伝熱管として、管内面に螺旋状の複数個の突起（以下、フィンという。）を有して熱伝達効率を向上させた銅又は銅合金製の内面溝付管が組み込まれている。即ち、熱交換器においては、プレス加工で製造された複数枚のアルミニウム製フィンプレート（以下、フィンプレートという。）を相互間に適長間隔をおいて平行に配置し、各フィンプレートに設けた孔にヘアピン状にＵ字形に曲げた内面溝付管を挿入し、その後内面溝付管を拡管することにより、フィンプレートと内面溝付管とを密着させて一体に結合し、組み立てられる。このとき、内面溝付管は、通常マンドレルの先端に内面溝付管の内径より大きい押し広げ工具（以下、ビュレットという。）を取り付け、このビュレットを内面溝付管内に圧入することにより内面溝付管を拡管して内面溝付管とフィンプレートとの密着性を高め、これにより内面溝付管とフィンプレートとを機械的に接合している。
【０００３】
このような内面溝付管の製造方法としては、先ず、素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールにより順次縮径加工すると共に、素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを配置し、管内のフローティングプラグを管肉を介して管外の保持ダイスに係合させて溝付プラグを転圧ボール配設位置に位置させる。そして、転圧ボールを溝プラグの周りに遊星回転させると、素管が溝付プラグに押圧され、素管の内面に溝付プラグの溝形状が転写される。
【０００４】
図６は従来の溝加工装置を示す模式的断面図である（特開平１１−１９７１２号公報）。この従来の溝加工装置４１はモータの駆動軸に直接連結されモータの回転駆動に伴って管周方向に回転する筒状の転圧ボール支持部材４２と、支持部材４２と複数個のボールベアリング５９を介して支持部材４２の内側に同軸的に配置され転圧ボール６０を回転可能に係止する筒状の転圧ボール拘束部材４３とから構成されている。なお。拘束部材４３は支持部材４２に相対的に回転可能である。
【０００５】
支持部材４２においては、モータの駆動軸に筒状の連結部材４４が接続されており、この連結部材４４に前記駆動軸から離隔する方向に接して筒状のベアリング支持部材４５が設けられている。ベアリング支持部材４５の内面にはボールベアリング５９のベアリング球４９と外側で接する外輪５０が固定されている。また、外輪５０と連結部材４４との間には転圧ボール６０の位置を調節するためのシム５６が設けられている。更に、ベアリング支持部材４５に連結部材４４から離隔する方向に接して筒状のボール回転部材である加工リング４６が設けられている。加工リング４６の内面には転圧ボール６０が接して配設されており、素管から転圧ボール６０への抗力が加工リング４６により抑えられる。また、加工リング４６にベアリング支持部材４５から離隔する方向に接して筒状の補強部材４７が設けられている。そして、複数個のネジ穴が同軸同径で補強部材４７から連結部材４４の途中まで設けられており、このネジ穴にボルト５５を嵌挿することによって、連結部材４４、ベアリング支持部材４５、加工リング４６及び補強部材４７が一体化され支持部材４２が形成されている。
【０００６】
一方、拘束部材４３においては、ボールベアリング５９のベアリング球４９の内側に内輪５１が設けられている。そして、内輪５１の内側には拘束治具５７により筒状の第１遊動部材５２が接続されている。更に、転圧ボール６０の個数と同数の穴が等間隔で設けられた筒状の係止部５３が第１遊動部材５２に固定されている。この穴に転圧ボール６０が回転可能に係止され、転圧ボール６０の管軸方向へのずれが防止される。そして、係止部５３に加工リング４６及び補強部材４７と接する筒状の第２遊動部材５４が接続されている。こうして、第１遊動部材５２、第２遊動部材５４及び係止部５３により拘束部材が形成されている。
【０００７】
このように構成された溝加工装置４１を使用した従来の溝加工方法は以下のとおりである。素管は転圧ボール６０により縮管されると共に、この転圧ボール６０による圧下力を受けて素管の内部に配置されている溝付プラグに押圧される。このとき、モータを回転駆動すると、モータの駆動軸に直接連結された支持部材４２も同じ回転速度で管周方向に回転する。そして、加工リング４６の内面との摩擦力により転圧ボール６０もほぼ同一の回転速度で管の周りに公転運動する。このとき、素管から転圧ボール６０に抗力が働くが、加工リング４６により転圧ボール６０の管軸と直交する方向へのずれは防止される。そして、溝付プラグが転圧ボール６０と整合する位置にあるので、転圧ボール６０を素管の外周面に転接して管周方向に回転駆動すると、溝付プラグとの共働作用により、素管の内周面にフィンが形成される。このとき、溝付プラグは管を引抜くことにより、溝付プラグの周面に刻まれた溝により回転する。
【０００８】
この従来技術によれば、転圧ボール６０と溝付プラグとの共働作用により素管の内面に容易にフィンを形成することができる。
【０００９】
このように素管から内面溝付管が転造されると、管外面がボールにより加圧されるため、内面溝付管の管外面に螺旋状に延びるように凹凸模様（以下、リップルという。）が形成される。
【００１０】
内面溝付管は転造後、管の径が２０％程度縮径され、更に、熱交換器に組まれる際に５％程度拡管される。従来、転造及び縮径後の内面溝付管の管外面に形成されるリップルはピッチの大きいものと小さいものとがあって不揃いであり、また、リップルの高さは約１０μｍと比較的大きいものとなっている。内面溝付管は２０％程度縮径されると、内面溝付管が軸方向に延びるためにピッチは大きくなるが、縮径の前後でピッチは不揃のままであり、リップルの高さは縮径によって若干低くなる。また、熱交換器に組まれる際の拡管により管の径が５％程度大きくなる。これにより、管は長手方向に若干縮みピッチは拡管前より若干小さくなるが、拡管前後でピッチは不揃いのままである。また、リップル高さは拡管によって変化しないため拡管前後で同じ高さである。
【００１１】
近時、地球環境問題の観点から省エネルギに対応するため、熱交換器の伝熱性能の向上が強く求められるようになってきた。そのため、熱交換器を構成する内面溝付管に対しては、ハイフィン化、フィンの山頂角の鋭角化、多溝化及び小径化などの要求がより一層強まっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、環境問題対策、省エネルギ化又は冷媒の変化等のため、上述したような内面溝付管の内面に成形する溝に対する要求を達成しようとすると、加工された内面溝付管の管外面に発生するリップルのピッチが不揃いであったり、リップル高さの増大及び変動等の現象が起こりやすくなる。
【００１３】
管外面に形成されているリップルのピッチが不揃いで、リップル高さが高いと、熱交換器の製造時、拡管して内面溝付管とフィンプレートとを密着させる際、管外面のリップルのピッチが揃っていないため、内面溝付管のフィンプレートへの挿入性が低下し、密着性が悪くなる。密着性が悪いと熱伝達性能が低下するだけでなく、その隙間に水又はゴミ等が入りやすくなる。水が入ると管が腐食されやすくなり、また、ゴミ等が入ると熱伝達性能が更に低下するという問題点がある。
【００１４】
また、リップルのピッチが不揃いであったり、リップル高さが高い管は、管を曲げる半径が小さくなると、そのヘアピントップ部においてリップルに沿った割れ又は腐食が生じやすくなるという問題点がある。
【００１５】
更に、小径化に対応するため縮径率を大きくすると、リップル高さは小さくなるが、管自体の成形量が増すため、管の内側に形成されているフィンが割れてしまい、縮径によってはリップル高さを低くすることはできない。
【００１６】
従って、予め内面溝付管の管外面に発生するリップルの高さを低くすると共にその変動を小さくし、成形性を安定させるためには管を転造加工する際に形成されるリップルのピッチの幅を揃え、高さを低くしなければならない。転造加工する際の転造速度を遅くすると、このような問題点をある程度解決することはできるが内面溝付管の生産性を低下させる。
【００１７】
また、従来の加工装置は、装置の連結部材と加工装置を固定するボルトが回転により塑性変形をし、そのためにヘッドの締め付けが緩むためヘッドが偏芯してモータから外れ、ヘッドが破損する虞があり、また、ヘッドの偏芯によって管外面に形成されるリップルのピッチが不揃いになる。このために転圧ボールが公転する回転数には上限があるという問題点があった。
【００１８】
更に、従来の転造装置は組み合わせの工具のため、組み立て精度の限界があり、各工具の製作誤差が累積してしまい、上述のような不具合の原因となるという問題点があった。
【００１９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、熱交換器に組み込まれる際にフィンとの密着性が高く、伝熱性能を高めることができると共に、内面溝の高速転造が可能な内面溝付管及びそれを加工する転造ヘッドを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内面溝付管は、管内面に溝を有する内面溝付管において、転圧ボールと、前記転圧ボールを収納し素管の周りに回転可能に保持する一体成形されたケースと、前記ケースを前記素管と同軸的に回転駆動する駆動軸と、を備え、前記ケースが前記転圧ボールを収納する部分から外方に延出して前記駆動軸の端部にボルトにより固定されるフランジ部を備えた転造ヘッドを使用し、前記素管内に配置された溝付プラグと、前記素管外に配置された複数個の転圧ボールとの間で前記素管を挟圧することにより前記素管の内面に前記溝付プラグの溝形状が転写されて形成されたものであり、内面溝加工時に管外面に螺旋状に延びるように形成されたリップルは、隣接するリップル間のピッチの平均値を平均ピッチＰ_ave、前記ピッチの最大値を最大ピッチＰ_max、前記ピッチの最小値を最小ピッチＰ_minとすると、前記ピッチのバラツキ率Ｔ＝（Ｐ_max−Ｐ_min）／Ｐ_aveは０．２乃至１．０であり、前記リップルの高さの平均値である平均リップル高さｈ_aveが５μｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
なお、前記リップルのピッチとは、リップルを構成する凹凸の山頂間の距離である。また、前記リップルの高さとは、前記凹凸の山頂と溝底との間の距離である。
【００２２】
また、この内面溝付管は燐脱酸銅、無酸素銅又は銅合金により製造することができる。
【００２３】
更に、外径が４乃至１２ｍｍであることが好ましい。
【００２４】
本発明においては、内面溝付管の転造時に発生する管外面のリップルの変動が小さいため、熱交換器に組まれる際に、管とフィンプレートとの密着性が高い。従って、フィンプレートと内面溝付管との間にゴミ又は水等が入らないため熱交換器の熱伝達率を高め、腐食を防止することができる。
【００２５】
本発明に係る内面溝付管を加工する転造ヘッドは、素管内に配置された溝付プラグと、素管外に配置された複数個の転圧ボールとの間で素管を挟圧することにより前記素管の内面に前記溝付プラグの溝形状を転写して内面溝付管を加工する転造ヘッドにおいて、一体成形されたケースと、このケース内に収納され前記転圧ボールを前記素管の周りに回転可能に保持し前記転圧ボールと共に前記素管を中心として回転するリング状の保持部材と、前記ケース内に収納固定されその内面に前記転圧ボールが転動する加工リングと、前記ケース内に収納され内輪が前記保持部材に固定され外輪が前記ケース内面に固定されたボールベアリングと、前記ケースを前記素管と同軸的に回転駆動する駆動軸と、前記ケースの外面の位置を前記駆動軸に対して規制して前記ケースと前記駆動軸との間の中心を合わせる芯出部材と、を有し、前記ケースは前記転圧ボール、前記保持部材、前記ボールベアリング及び前記加工リングを収納する部分から外方に延出して前記駆動軸の端部にボルトにより固定されるフランジ部を有することを特徴とする。
【００２６】
本発明においては、転圧ボール、保持部材、ボールベアリング及び加工リングを収納するケースを一体成形すると共に、この収納部から延出するフランジ部を駆動軸にボルトにより固定するのでケースの剛性が高いと共に、転造ヘッドの強度を担うケースを駆動軸に直接固定することができるので、転造時のヘッドのガタを防止することができる。更に、芯出部材によりケースの外面の位置を駆動軸に対して規制してケースと駆動軸との間の中心を合わせて芯出した後、この芯出部材によりケースを駆動軸の半径方向に支持するから、転造時のヘッドのずれを防止することができる。また、転造ヘッドを固定するボルトを短くでき、転造ヘッドの剛性が高いため、ボルトが塑性変形しにくく、高速転造しても、転造ヘッドの偏芯を防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決するべく、鋭意実験研究を重ねた結果、ハイフィン成形のために押圧公転するボールにより銅管外面を強加工すると、銅管内に配設されている溝プラグと銅管内面との接触圧力が強くなり、プラグが欠損、摩耗及び変形すると共に、ボールにおいても摩耗及び変形が大きくなることが分かった。そのため、溝付け加工時にボールと管外面との接触状態が変動するためボールの自転・公転の軌道が乱れ、管外面のピッチが乱れると共に、強加工によりリップルが深く形成される。
【００２８】
また、溝付け転造加工をする溝プラグ、転造ボール及び縮径ダイス等を収納した転造加工ヘッドはそのヘッドに回転駆動力を付与するモータに取り付けられているが、これらの加工精度、取付精度及び取付構造により発生する振動又は偏芯等によってリップルの高さの変動が生じることが分かった。
【００２９】
そして、このようなリップル高さの増大及び変動並びにリップルのピッチの不揃い等が、転造加工用ヘッドの高速回転転造において、ヘッドモータの芯ずれである偏芯により遠心力でボルトが塑性変形し、転造中の工具破損及びヘッドの偏芯を増大させていることが原因であることを見い出した。リップルが不揃いであったり、リップルの変動が大きいと、内面溝付管を熱交換器に組む際、内面溝付管のフィンプレートの挿入性が悪化し、密着性が低下してしまう。
【００３０】
本願発明者等はこのようなリップルの変動は伝熱管の小径化により溝付け加工後の縮径率を高くして管の外径を小さくしても、管は長手方向に伸びるがリップルの深さ及びピッチのバラツキは殆ど変化させることはできないため、転造加工時にリップルのピッチの変動及びリップル高さを抑制しなければならないということに想到した。
【００３１】
以下、本発明の実施例に係る内面溝付管について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は内面溝付管の管外面に形成されるリップルの形状を説明する模式図である。
【００３２】
図１に示すように、転造加工時に内面溝付管２０の管外面に螺旋状に延びるように形成された凹凸模様がリップルである。リップルのピッチＰとは、この凹凸模様の隣り合う凸部２１の山頂部２２間の距離である。また、リップル高さｈとは、隣り合う凹部２３の底部２４を結んだ線分を線分Ｌとしたとき、凹部２３の間の凸部２１の頂点２２と線分Ｌとの距離である。このような形状のリップルのピッチＰのバラツキ率Ｔとは、リップルが形成されている内面溝付管２０の管外面における管軸方向の距離Ｘ間におけるピッチＰの平均値を平均ピッチＰ_ａｖｅ、距離Ｘ間に含まれるピッチＰの最大値を最大ピッチＰ_ｍａｘ、距離Ｘ間に含まれるピッチＰの最小値を最小ピッチＰ_ｍｉｎとしたとき、下記の数式で表される。
【００３３】
【数１】
Ｔ＝（Ｐ_ｍａｘ−Ｐ_ｍｉｎ）／Ｐ_ａｖｅ
【００３４】
また、平均リップル高さｈ_ａｖｅとは距離Ｘ間に含まれるリップルの高さｈの平均値である。
【００３５】
バラツキ率Ｔが１．０より大きいと内面溝付管２０を熱交換器に組む際にフィンプレートに挿入する挿入性が低下し、フィンプレートとの密着性が悪くなるため伝熱性能が低下するだけでなく、その隙間に水等が入ると腐食の原因となる。また、成形性も低下し、特にヘアピントップ部においてリップルに沿った割れ又は腐食が発生しやすくなる。バラツキ率Ｔは小さい方が好ましいが、バラツキ率Ｔが１．０以下であれば十分な成形性が得られ、逆にバラツキ率をあまり低く押さえようとすると転造速度が低速となり、生産性が著しく悪化する。従ってバラツキ率Ｔは０．２乃至１．０が望ましい。なお、この内面溝付管は燐脱酸銅、無酸素銅又は銅合金等よりその径が４乃至１２ｍｍ程度の大きさに製造されるが、生産性良くバラツキ率を抑えることができればバラツキ率Ｔは０．２より低くてもよい。
【００３６】
また、バラツキ率Ｔが高いことと同様に、リップル高さが高いと熱交換器に組まれる際の管の挿入性が悪くなり、伝熱性能を低下させる。また、ヘアピントップ部においてリップルに沿った割れ及び腐食等の問題発生頻度が高くなる。一方、リップルの高さ平均が５μｍ以下であれば熱交換器性能への影響がほとんどない。従って、平均リップル高さｈ_ａｖｅは５μｍ以下とする。
【００３７】
このように管外面に発生するリップルの変動がない内面溝付管であれば、内面溝付管を熱交換器に組む際の内面溝付管のフィンプレートへの挿入性が向上し、フィンとの密着性がよくなる。密着性が良いと熱伝達性能が向上するだけでなく、その隙間に水又はゴミ等が入らず、管が腐食されない。また、リップルのピッチが揃っていると、管を曲げてもリップルに沿った割れ又は腐食が生じにくく、高品質の内面溝付管を得ることができる。
【００３８】
次に、本発明の実施例に係る内面溝付管を加工する転造ヘッドについて添付の図面を参照して具体的に説明する。図２は本発明の実施例に係る内面溝付管を加工する転造ヘッドを示す模式的断面図である。図２に示すように、転造ヘッド１は、素管内に配置された溝付プラグと、素管外に配置された複数個の転圧ボール５との間で素管を挟圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状転写する。この転造ヘッド１は、押出加工等によって一体成形されたケース７内にモータの回転駆動に伴って周方向に回転する筒状の転圧ボール支持部材３と、支持部材３と複数個のボールベアリング４を介して支持部材３の内側に同軸的に配置され転圧ボール５を素管の周りに回転可能に保持し転圧ボール５と共に素管を中心として回転するリング状の保持部材６とが収納されている。
【００３９】
モータの駆動軸本体の先端には駆動軸連結部材１４が固定されて、この連結部材１４に転造ヘッド１のケース７が取り付けられている。ケース７の内側ではボールベアリング４のベアリング球１５と外側で接する外輪１７が固定されている。また、外輪１７と連結部材１４との間には転圧ボール５の位置を調節するためのシム８が設けられている。更に、ケース７内に納められ、連結部材１４と離隔する方向には筒状のボール回転部材である加工リング１０が設けられている。加工リング１０の内面には転圧ボール５が接して配設されており素管から転圧ボール５への抗力が加工リング１０により受けられる。
【００４０】
一方、保持部材６においては、ボールベアリング４のベアリング球１５の内側に内輪１６が設けられている。そして、内輪１６の内側には拘束治具１１により筒状の遊動部材１２が接続されている。更に、転圧ボール５の個数と同数の穴が等間隔で設けられた筒状の係止部１３が遊動部材１２に固定されている。この穴に転圧ボール５が回転可能に係止され、転圧ボール５の管軸方向へのずれが防止される。そして、係止部１３は遊動部材１２と離隔する方向にてケース７と接続されている。
【００４１】
こうして、転圧ボール５及び加工リング１０等から構成される転圧ボール支持部材３、ベアリング４並びに保持部材６がケース７に収納され一体化されている。このケース７は、これらの部材を収納する部分から外方に延出して成形されており、その延出したフランジ部１８と駆動軸連結部材１４が重ねられている。そして、ケース７に複数個のネジ穴が同軸同径でケース７から連結部材１４の途中まで設けられており、このネジ穴にボルト２を嵌挿することによって駆動軸連結部材１４にケース７が固定されている。また、ケース７のフランジ部１８の側面にはボルト２の長手方向に対して垂直の方向から、ケース７を駆動軸の半径方向に支持する芯出部材９が設けられている。この芯出部材９により、ケース７の外面の位置を前記駆動軸に対して規制してケース７と前記駆動軸との間の中心を合わせることができる。
【００４２】
このように構成された転造ヘッドを使用した溝加工方法は以下のとおりである。素管は転圧ボール５により縮管されると共に、この転圧ボール５による圧下力を受けて素管の内部に配置されている溝付プラグに押圧される。このとき、モータを回転駆動すると、モータの駆動軸に直接連結されたケース７も同じ回転速度で管周方向に回転する。即ち、ケース７内に納められた加工リング１０、転圧ボール５及びベアリング４等が回転する。そして、加工リング１０の内面との摩擦力により転圧ボール５もほぼ同一の回転速度で管の周りに公転運動する。このとき、素管から転圧ボール５に抗力が働くが、加工リング１０により転圧ボール５の管軸と直交する方向へのずれは防止される。そして、溝付プラグが転圧ボール５と整合する位置にあるので、転圧ボール５を素管の外周面に転接して管周方向に回転駆動すると、溝付プラグとの共働作用により、素管の内周面にフィンが形成される。このとき、溝付プラグは管を引抜くことにより、溝付プラグの周面に刻まれた溝により回転する。
【００４３】
この転造ヘッド１は、ケース７が一体成形されているため転造ヘッド１の剛性を高めることができる。また、転造ヘッド１を構成する工具をケース７に納め、ケースのフランジ部とモータの駆動軸を固定するようにしたので、従来例のように、ボルトで連結部材から転圧ボールを回転させる加工リングまでを固定する必要がなくなり、これによりケース７と連結部材１４とを固定するボルト２の非拘束部の長さｄを従来例と比べて格段に短くすることができるため、ボルトが塑性変形することを防ぐことができる。従って、転造ヘッド１のモータとヘッドとの芯ずれ及びモータと転造ヘッド１との固定部における緩みが生じ難くなると共に遠心力による工具変形を受け難くし、転造速度及びそれに合わせて転圧ボール５が公転する回転数を上げることができる。これにより、高速転造してもボルト２が塑性変形せず、ヘッド部分が偏芯しないため、転造加工される内面溝付管の管外面に形成されるリップルの変化量、即ちピッチのバラツキ率及びリップル高さを抑えることができる。これによりコンストダウンを図った高速加工技術を確立でき、製品品質の安定化を図ることができる。
【００４４】
【実施例】
第１実施例
次に、本発明の実施例に係る内面溝付管について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００４５】
先ず、内面に表１に示す形状のフィンを有する内面溝付管を転造加工する。その際、内面溝付管の管外面に形成されるリップルのピッチ及び高さを制御した。そして、異なるリップルのピッチ及び高さを有する内面溝付管において、その生産性及び熱交換器性能を評価した。一般に、加工ピッチは同一の転造速度では回転数が多いほどリップルのピッチが小さくなることからピッチの大きさではなくピッチのバラツキ率Ｔを使用して生産性及び熱交換器性能を評価した。管外径は６ｍｍ及び７ｍｍのものを使用した。
【００４６】
ピッチの測定方法としては、先ず、管の管軸方向に外表面の表面粗さを５００ｍｍ程度、表面粗さ計でＲ補正して測定する。次に、測定した粗さ曲線を使用してリップルの山頂部に相当する粗さ曲線の凸部を３１個連続して選び、隣り合う凸部の間隔を測定する。この隣り合う凸部の間隔がリップルのピッチＰである。そして合計３０個のピッチＰを求め、ピッチＰの大きさの平均値Ｐ_ａｖｅを求めた。３０個のピッチの最大値を最大ピッチＰ_ｍａｘとし、最小値を最小ピッチＰ_ｍｉｎとした。
【００４７】
リップルの高さｈの測定方法は、ピッチ測定に使用した粗さ曲線でリップルの底部に相当する凹部を３１個連続して選び、隣り合う凹部同士の底部を直線で結ぶ。そして、隣り合う凹部に挟まれた凸部の頂点と、凹部同士を結んだ線分との距離をリップル高さｈとし、求めた３０個のリップル高さｈの平均を平均リップル高さｈ_ａｖｅとする。
【００４８】
その後、これらの内面溝付管を使用して熱交換器を組み立て、熱交換器性能の評価を行った。図３は、熱交換器を示す模式図である。図３に示すように、プレス加工で製造された複数枚のアルミニウム製フィンプレート３１を相互間に適長間隔をおいて平行に配置し、各フィンプレート３１に設けた孔にヘアピン状にＵ字形に曲げた内面溝付管３２を挿入し、その後内面溝付管３２を拡管することにより、フィンプレート３１と内面溝付管３２とを密着させて一体に結合し、組み立てた。表２に熱交換器性能の測定条件を、表３に熱交換器条件を示す。熱交換器性能は冷媒としてＲ２２を使用し、表２に示す測定条件を使用し、表３に示す熱交換器条件で測定を行った。熱交換器性能の評価は、比較例１を１００として、比較評価をした。比較評価の結果９５以下のものは不良とした。
【００４９】
表４に実施例及び比較例のリップルの形状に対する評価結果を示す。生産性及び熱交換器性能が共に良好であるものを総合評価が良好とし、○で示し、生産性又は熱交換性能のいずれか一方でも不良なものは総合評価を不良とし、×で示した。
【００５０】
【表１】

【００５１】
【表２】

【００５２】
【表３】

【００５３】
【表４】

【００５４】
実施例１乃至１０においては、リップルのバラツキ率Ｔ及びリップル高さｈが適切であるので、生産性が良く、また熱交換器性能にも優れている。また、実施例１０及び実施例１１においては、内面溝付管の外径が６ｍｍと細くなっているが、リップルの形状が適切であるので優れた生産性及び熱交換器性能を有する。
【００５５】
比較例１においては、リップルのピッチのバラツキ率Ｔが本発明範囲の下限未満であるので、転造加工速度が低速となり生産性が著しく低下した。
【００５６】
比較例２においては、リップルのピッチのバラツキ率Ｔが本発明範囲の上限を超えているので、熱交換器性能が低下した。
【００５７】
比較例３においては、リップルの高さｈが本発明範囲の上限を超えているので熱交換器性能が低下した。
【００５８】
比較例４においては、リップルの高さｈが本発明範囲の上限を超えているため熱交換器性能が低下した。
【００５９】
第２実施例
以下、本発明の実施例に係る内面溝付管を加工する転造ヘッドについて、従来例と比較して具体的に説明する。
【００６０】
図２に示す内面溝付管を加工する転造ヘッド及び図６に示す従来の転造ヘッドを使用して、転造前後における偏芯量の差及び転造された内面溝付管の管外面に形成されたリップルのバラツキ率Ｔに及ぼす回転数の影響を調べた。表５に使用した転造ヘッドの主要寸法等を示す。
【００６１】
【表５】

【００６２】
図４は、転造加工後（転造長さ４０００ｍ）の偏芯量差に及ぼす回転数の影響を示すグラフ図であって、図５は、同じく、転造加工後のリップルのバラツキ率Ｔに及ぼす回転数の影響を示すグラフ図である。なお、内面溝付管の長手方向に平行な５０ｍｍ当たりの平均ピッチＰ_ａｖｅ、最大ピッチＰ_ｍａｘ及び最小ピッチＰ_ｍｉｎを求め、数式１よりバラツキ率Ｔを求めた。
【００６３】
なお、偏芯量は、加工ヘッドにダイヤールゲージを接触させた状態でモータを手動回転させて測定した。偏芯量の差は、４０００ｍの転造加工を行った後の偏芯量から転造加工前の偏芯量を引いた値とした。
【００６４】
図４に示すように、回転数４００００ｒｐｍまで高速回転した場合でも本実施例の加工偏芯量の差は０．０２ｍｍ以下となっており極めて偏芯量が小さい。一方、従来の転造ヘッドにおいては加工偏芯量の差は０．１ｍｍ以上であり、破損の恐れがあった。
【００６５】
また、図５に示すように、本実施例の転造ヘッドを使用して素管を転造加工するとボールの回転数が増しても、転造された内面溝付管の管外面に形成されるリップルのバラツキ率Ｔは殆ど変化がなく、リップルのピッチが揃っていることを示している。一方、従来の転造ヘッドにより転造加工したものは回転数と共にリップルのバラツキ率が大きくなっており、リップルのピッチが揃っていないことが分かる。
【００６６】
次に、偏芯量０．０５ｍｍのときに生じる遠心力がボルトに働いた場合の転造加工中における転造ヘッドのボルトの塑性変形解析を行った。その解析結果を表６に示す。なお、表６には、転圧ボールの回転数が２００００ｒｍｐ及び４００００ｒｍｐのときの転造工具に働く遠心力並び最大主応力の測定値とそのときのボルトの塑性変形量が示してある。
【００６７】
【表６】

【００６８】
表６に示すように、本実施例においてはヘッドに固定するボルトの非拘束長さｄを従来例の１／４以下の長さに短くし、遠心力による塑性変形を防止するためにケースの剛性を高めることができるため、転圧ボールの回転数が２００００ｒｐｍにおいてはボルトの塑性変形量は従来の約１／７０に、転圧ボールの回転数が４００００ｒｐｍにおいてはボルトの塑性変形量は従来の約１／５０に低減することができ、このことにより高速回転転造時に転造加工ヘッドの偏心が増大することを抑止することができることがわかる。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明に係る内面溝付管によれば、素管から転造加工により内面溝付管を成形するときに形成される管外面のリップルの形状を、平均ピッチＰ_ａｖｅ、最大ピッチＰ_ｍａｘ、最小ピッチＰ_ｍｉｎとしたとき、ピッチのバラツキ率Ｔ＝（Ｐ_ｍａｘ−Ｐ_ｍｉｎ）／Ｐ_ａｖｅは０．２乃至１．０、平均リップル高さｈ_ａｖｅが５μｍ以下に規制することにより、生産性及び熱交換器性能に優れた内面溝付管を得ることができる。これによりアルミニウム等のフィンとの密着性が良い内面溝付管を提供できるため安定して高性能の伝熱性能を発揮する熱交換器を生産することが可能となる。
【００７０】
また、本発明に係る内面溝付管を加工する転造ヘッドによれば、ケースが一体成形されていると共に、ヘッドの根元でヘッドをモータの連結部材にボルトにより固定するので、加工ヘッドを構成する工具を一体成形されたケースに収納して剛性を高め、ヘッドを固定するボルトの拘束部長さを短くすることでボルトが塑性変形しにくい。また、芯出部材を設けることによりモータとヘッドの芯ずれを生じ難くすることができる。従って、遠心力による工具変形を受けにくくすることができ、この転造ヘッドを使用して内面溝付管を高速転造しても転造ヘッドの偏芯を押さえることができ、高速転造しても成形される内面溝付管の管外面のリップルのピッチが揃い、生産性良く高性能の内面溝付管を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内面溝付管の管外面に形成されるリップルの形状を説明する模式図である。
【図２】本発明の実施例に係る内面溝付管を加工する転造ヘッドを示す模式的断面図である。
【図３】熱交換器を示す模式図である。
【図４】転造加工後（転造長さ４０００ｍ）の偏芯量差に及ぼす回転数の影響を示すグラフ図である。
【図５】転造加工後のリップルのバラツキ率Ｔに及ぼす回転数の影響を示すグラフ図である。
【図６】従来の溝加工装置を示す模式的断面図である。
【符号の簡単な説明】
１；転造ヘッド
２、５５；ボルト
３、４２；支持部材
４、５９；ベアリング
５、６０；転圧ボール
６、４３；保持部材
７；ケース
８、５６；シム
９；芯出部材
１０、４６；加工リング
１１、５７；拘束治具
１２、５２、５４；遊動部材
１３、５３；係止部
１４、４４；連結部材
１８；フランジ部
４５；ベアリング支持部材
４７；補強部材
４９；ベアリング球
５０；外輪
５１；内輪

Claims

管内面に溝を有する内面溝付管において、転圧ボールと、前記転圧ボールを収納し素管の周りに回転可能に保持する一体成形されたケースと、前記ケースを前記素管と同軸的に回転駆動する駆動軸と、を備え、前記ケースが前記転圧ボールを収納する部分から外方に延出して前記駆動軸の端部にボルトにより固定されるフランジ部を備えた転造ヘッドを使用し、前記素管内に配置された溝付プラグと、前記素管外に配置された複数個の転圧ボールとの間で前記素管を挟圧することにより前記素管の内面に前記溝付プラグの溝形状が転写されて形成されたものであり、内面溝加工時に管外面に螺旋状に延びるように形成されたリップルは、隣接するリップル間のピッチの平均値を平均ピッチＰ_ave、前記ピッチの最大値を最大ピッチＰ_max、前記ピッチの最小値を最小ピッチＰ_minとすると、前記ピッチのバラツキ率Ｔ＝（Ｐ_max−Ｐ_min）／Ｐ_aveは０．２乃至１．０であり、前記リップルの高さの平均値である平均リップル高さｈ_aveが５μｍ以下であることを特徴とする内面溝付管。
燐脱酸銅、無酸素銅又は銅合金からなることを特徴とする請求項１に記載の内面溝付管。
外径が４乃至１２ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内面溝付管。
素管内に配置された溝付プラグと、素管外に配置された複数個の転圧ボールとの間で素管を挟圧することにより前記素管の内面に前記溝付プラグの溝形状を転写して内面溝付管を加工する転造ヘッドにおいて、一体成形されたケースと、このケース内に収納され前記転圧ボールを前記素管の周りに回転可能に保持し前記転圧ボールと共に前記素管を中心として回転するリング状の保持部材と、前記ケース内に収納固定されその内面に前記転圧ボールが転動する加工リングと、前記ケース内に収納され内輪が前記保持部材に固定され外輪が前記ケース内面に固定されたボールベアリングと、前記ケースを前記素管と同軸的に回転駆動する駆動軸と、前記ケースの外面の位置を前記駆動軸に対して規制して前記ケースと前記駆動軸との間の中心を合わせる芯出部材と、を有し、前記ケースは前記転圧ボール、前記保持部材、前記ボールベアリング及び前記加工リングを収納する部分から外方に延出して前記駆動軸の端部にボルトにより固定されるフランジ部を有することを特徴とする内面溝付管を加工する転造ヘッド。