JP3749166B2 - 内面潤滑油及びこれを使用する内面溝付管の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調機器の熱交換器等に使用される伝熱管として好適な内面溝付管の内面加工時に使用する内面潤滑油及びこの内面潤滑油を使用する内面溝付管の製造方法に関し、特に、冬季においても安定して内面溝付管の内面加工を行うことができる内面潤滑油及びこれを使用する内面溝付管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、「エネルギーの使用の合理化に関する法律」、所謂省エネ法の改正に伴い、空調機器においてもエネルギー消費効率を大幅に向上させることが求められている。内面溝付管は空調機器の空冷熱交換器に組み込む伝熱管として広く使用されており、空調機器の高性能化のために内面溝付管の伝熱性能を向上させることが要求されている。内面溝付管の伝熱性能を向上させるためには、管内面に形成されるフィンの高さを高くすることが有効である。なお、内面溝付管においては、溝と溝との間がフィンになる。一方、フィンを高くすることにより内面溝付管の質量が増加するため、フィンの山頂角及びフィン先端の曲率半径を小さくし、フィンをスリム化して内面溝付管の軽量化を図ることも求められている。
【０００３】
内面溝付管の製造方法には、シームレス管に転造加工を施して内面溝を形成する方法と、予め溝が形成された条材を幅方向に丸めて端縁同士を溶接することにより管に成形する方法との２種類の方法がある。このうち、前者は後者と比較してコストの点で優れている。
【０００４】
シームレス管に転造加工を施して内面溝付管を製造する方法を以下に説明する。シームレス管である素管の内部にプラグ及びこのプラグに連結軸により回転可能に連結された溝付プラグを挿入する。溝付プラグの外面には螺旋状の溝が形成されている。また、素管の外面にはダイスを接触させ、前記プラグを前記ダイスに係合させる。また、素管の外面における溝付プラグに整合する位置には、複数の転造ボールを設ける。この転造ボールは遊星回転しながら素管の外面を押圧し、素管の内面を溝付プラグに押圧するものである。素管は引抜かれることにより前記ダイスと前記プラグとにより縮径加工され、引き続き遊星回転する転造ボールにより溝付プラグに押圧される。これにより、溝付プラグの外面に形成されている溝が素管の内面に転写され、フィンが形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。前述のようにフィンの高さが高く、山頂角及び先端の曲率半径が小さい内面溝付管は、フィンの形成工程において溝付プラグに印加される負荷が大きいため製造が困難である。このため、素管を引抜くことにより素管の内面にフィンを形成する加工（以下、抽伸加工という）の条件を精密に調製する必要がある。
【０００６】
しかしながら、前述のようなフィンの高さが高く山頂角及び先端の曲率半径が小さい内面溝付管を冬季に製造する場合は、フィン形成条件を最適と思われる条件に調製しても、夏季に製造する場合と比較して、抽伸加工開始時にはフィンの高さが低く、抽伸加工の進行に伴って形成されるフィンの高さが徐々に高くなるという問題点がある。この結果、夏季に製造する場合と同じ条件で冬季に抽伸加工を行うと、抽伸加工開始時において製造された内面溝付管のフィンの高さが不足して不良材となることがある。また、抽伸加工開始時に適正なフィン高さが得られるように抽伸加工条件を調節すると、抽伸加工の途中で材料破断を生じることがある。この結果、冬季には内面溝付管の歩留まりが大きく低下してしまう。従来、前記問題点の原因は不明であった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、冬季に転造加工により内面溝付管を製造する場合において、形成されるフィンの高さが抽伸加工中に変動することを抑制できる内面溝付管の製造方法及びこの製造方法において使用する内面潤滑油を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内面潤滑油は、銅又は銅合金からなる素管を縮径加工するダイスと、前記素管の内部に配置されると共に前記ダイスにより係止されるプラグと、前記素管の進行方向の下流側にて前記プラグに回転自在に連結され外面に溝が形成された溝付プラグと、前記素管の外側に配置され前記素管の周方向に回転する複数個の転造ボール又は前記素管に転接する転造ロールとを設け、前記素管を引き抜くことにより、前記ダイスにより前記素管を縮径加工した後、前記転造ボール又は前記転造ロールにより前記素管の内面を前記溝付プラグに押し付けて、前記溝付プラグの溝形状を前記素管の内面に転写し、前記素管の内面に管軸直交断面における高さが０．２０ｍｍ以上、管軸直交断面における山頂角が２０°以下、管軸直交断面における先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以下であるフィンを形成する内面溝付管の製造に使用される内面潤滑油において、温度が５℃であるときの動粘度が１００乃至７０００ｃＳｔであることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度を１００乃至７０００ｃＳｔとすることにより、管軸直交断面におけるフィン高さが０．２０ｍｍ以上、管軸直交断面におけるフィン山頂角が２０°以下、管軸直交断面におけるフィン先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以下である内面溝付管を冬季に製造する場合において、内面潤滑油がプラグを素管の抽伸方向に押圧する力（以下、後方押圧力という）を抑制することができる。これにより、内面潤滑油の消費に伴って後方押圧力が変動することを抑制し、プラグ及びダイスによる前記素管の縮径後の肉厚が変動することを抑制できる。この結果、形成されるフィンの高さが抽伸加工の進行に伴って変動することを抑制でき、抽伸加工の途中において素管が破断することを防止できる。
【００１０】
また、前記内面潤滑油は脂肪酸エステルを０．１乃至１５質量％含有することが好ましい。これにより、前記内面溝付管を夏季に製造する場合において、前記内面潤滑油の動粘度の低下により、プラグと素管との間及び溝付プラグと素管との間において内面潤滑油の油膜が薄くなることを防止することができる。この結果、この油膜の薄膜化に起因するプラグ及び溝付プラグの磨耗の促進を抑制することができる。
【００１１】
更に、前記内面潤滑油は炭素数が６乃至１３であるアルコールを０．１乃至１５質量％含有することが好ましい。これにより、脂肪酸エステルを含有する場合と同様に、前記内面溝付管を夏季に製造する場合において、プラグと素管との間及び溝付プラグと素管との間において油膜が薄くなることを防止することができ、プラグ及び溝付プラグの磨耗を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る内面溝付管の製造方法は、銅又は銅合金からなる素管を縮径加工するダイスと、前記素管の内部に配置されると共に前記ダイスにより係止されるプラグと、前記素管の進行方向の下流側にて前記プラグに回転自在に連結され外面に溝が形成された溝付プラグと、前記素管の外側に配置され前記素管の周方向に回転する複数個の転造ボール又は前記素管に転接する転造ロールとを設け、前記素管を引き抜くことにより、前記ダイスにより前記素管を縮径加工した後、前記転造ボール又は前記転造ロールにより前記素管の内面を前記溝付プラグに押し付けて、前記溝付プラグの溝形状を前記素管の内面に転写し、前記素管の内面に管軸直交断面における高さが０．２０ｍｍ以上、管軸直交断面における山頂角が２０°以下、管軸直交断面における先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以下であるフィンを形成する内面溝付管の製造方法において、温度が５℃であるときの動粘度が１００乃至７０００ｃＳｔである内面潤滑油を使用することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例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、本実施例の内面溝付管の製造方法に使用する製造装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、銅又は銅合金からなるシームレス管である素管１の内部にプラグ２を挿入する。このプラグ２の形状は、管供給側（抽伸方向上流側）の外径を素管１の内径よりやや小さくし、管引抜き側（抽伸方向下流側）の外径を管供給側の外径よりも小さくする。プラグ２には連結軸４を介してほぼ円柱形の溝付プラグ５を連結する。溝付プラグ５の外周面には、素管１の内周面に形成すべき形状の溝５ａが形成されている。溝付プラグ５は連結軸４を軸として自在に回転することができる。
【００１４】
また、プラグ２と整合する位置における素管１の外面には、プラグ２と共に素管１を縮径加工するダイス３を配置する。更に、溝付プラグ５に整合する位置の素管１の外面には、複数個の転造ボール６を素管１の管軸を中心として管周方向に公転回転可能に配設する。各転造ボール６は自転することができ、各転造ボール６は素管１の外面に転接しながら遊星回転することができる。なお、転造ボール６は転造ロール（図示せず）に置き換えることもできる。更にまた、転造ボール６の抽伸方向下流側には、内面に溝が形成された素管１の外径を所定の寸法に縮径加工する仕上ダイス７を設ける。また、素管１の内部におけるプラグ２の上流側には、内面潤滑油８を注入する。
【００１５】
内面潤滑油８は、例えば、ポリブテン又はポリアルキレングリコールを基油とする潤滑油であり、脂肪酸エステル又は炭素数が８であるアルコール（以下、Ｃ８アルコールという）を０．１乃至１５質量％含有している。また、内面潤滑油８の５℃における動粘度は１００乃至７０００ｃＳｔである。なお、内面潤滑油の動粘度は、例えば、基油の分子量を変えることにより制御することができる。
【００１６】
次に、本実施例における内面溝付管の製造方法について説明する。本実施例においては、雰囲気温度が５℃である条件下で内面溝付管を製造する。先ず、図１に示すように、素管１を抽伸方向に引抜くことにより、素管１をプラグ２及びダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１を、素管１の外面を遊星回転する転造ボール６によって押圧することにより縮径すると共に、素管１の内面を溝付プラグ５の外周面に押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ５の溝５ａが転写され、フィン９が形成される。このとき、内面潤滑油８は素管１とプラグ２との間及び素管１と溝付プラグ５との間に油膜を形成し、これらの間の潤滑性を確保する。この後、内面にフィン９が形成された素管１は仕上ダイス７により更に縮径されて、内面溝付管１０となる。
【００１７】
内面溝付管１０において、フィン９は管内面において螺旋状に形成されており、フィン９の高さは０．２０ｍｍ以上、山頂角は２０°以下、先端の曲率半径は０．０５ｍｍ以下である。このフィン９の高さ、山頂角及び先端の曲率半径は、いずれも管軸直交断面において測定した値である。なお、本発明においては、フィンが延びる方向と内面溝付管の内面における管軸方向に平行な方向とのなす角度、即ちフィンのリード角は特に規定しないが、本発明は、例えば、リード角が５乃至４０°である前記形状のフィンを有する内面溝付管の製造に好適に適用することができる。
【００１８】
以下、本実施例の効果について説明する。本発明者等は、前述の内面溝付管を冬季に製造する際に、抽伸加工の進行に伴って形成されるフィンの高さが変動するという問題点を解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、以下に示す知見を得た。以下、前記問題点の原因について説明する。
【００１９】
図１に示すように、内面溝付管１０を製造する際には、予め内面潤滑油８が素管１の内部におけるプラグ２の上流側に一定量注入されている。素管１を抽伸方向に引抜くと、内面潤滑油８は素管１の内面との間に働く摩擦力により、抽伸方向へ移動する。この内面潤滑油８の移動により、内面潤滑油８はプラグ２の上流側の端部を抽伸方向に押圧する。この内面潤滑油８がプラグ２を押圧する力（後方押圧力）の大きさは、下記数式１に示すダルシー・ワイスバッハの式より与えられる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
但し、Ｐは後方押圧力の大きさ（Ｐａ）、λは素管の内壁と内面潤滑油との間の摩擦係数、Ｌは内面潤滑油と素管内壁との接触長さ（ｍ）、ｄは素管の内径（ｍ）、Ｖは素管の抽伸速度（ｍ／秒）、ρは内面潤滑油の密度（ｋｇ／ｍ３）である。なお、λは下記数式２により与えられる。また、素管１の内部におけるプラグ２の上流側の内面潤滑油８の量をＱ（ｍ３）、素管１の内部における管軸直交面積をＡｉ（ｍ２）とすると、Ｌは下記数式３により与えられる。Ｒｅはレイノルズ数（無次元数）、νは内面潤滑油の動粘度（Ｓｔ＝ｍ２・ｓ−１）である。
【００２２】
【数２】
【００２３】
【数３】
【００２４】
前記数式１及び２に示されているように、後方押圧力Ｐは内面潤滑油の動粘度ν、潤滑油と管内壁の接触長さＬ及び抽伸速度Ｖに比例する。即ち、内面潤滑油の動粘度νが大きいと、後方押圧力Ｐも大きくなる。内面潤滑油の動粘度は温度によって変化し、一般に雰囲気温度が低いほど内面潤滑油の温度も低くなるため動粘度は高くなる。従って、雰囲気温度が低いほど後方押圧力は大きくなる。
【００２５】
また、図１に示す内面潤滑油８は、素管１とプラグ２との隙間及び素管１と溝付プラグ５との隙間を通して徐々に抽伸方向に移動して消費されるため、加工時間が経過するに従って、プラグ２の後方（上流側）に注入されている内面潤滑油８の量Ｑも徐々に減少し、内面潤滑油８と素管１の内壁との接触長さＬも徐々に減少する。その結果、数式１より、後方押圧力Ｐは加工時間の増加に伴って減少する。
【００２６】
図２は、横軸に素管内におけるプラグの上流側に注入されている内面潤滑油の量をとり、縦軸に素管の抽伸力に対する後方押圧力の比をとって、本実施例において内面潤滑油の量が後方押圧力に及ぼす影響を示すグラフ図である。なお、図２の横軸においては、内面潤滑油の量を左から右に移動するに従って内面潤滑油の量が減少するように示している。これは、抽伸加工が進行するに従って内面潤滑油の量が減少するため、図２の横軸において左から右に移動するに従って抽伸加工時間が経過していることを示すためである。図２は従来の一般的な内面潤滑油を使用して内面溝付管を製造する場合の後方押圧力の変化を示し、線１１は内面潤滑油の温度が低温（０乃至１０℃）の場合を示し、線１２は内面潤滑油の温度が高温（３０乃至４０℃）の場合を示している。図２より、内面潤滑油の温度が低温である場合、即ち内面潤滑油の動粘度が高い場合（線１１）は、内面潤滑油の温度が高温である場合、即ち内面潤滑油の動粘度が低い場合（線１２）と比較して後方押圧力が大きく、また、後方押圧力は、内面潤滑油量の変化に伴って大きく変化することがわかる。即ち、抽伸加工開始時には内面潤滑油の量が多いため後方押圧力が大きく、抽伸加工の進行に伴って内面潤滑油の量が減少するため、後方押圧力も減少する。
【００２７】
図３は、横軸に後方押圧力と抽伸力との比をとり、縦軸にダイス３（図１参照）通過前後における素管１の肉厚の変化量をとって、本実施例において後方押圧力が素管の肉厚に及ぼす影響を示すグラフ図である。なお、図３の縦軸において、変化量が正の値である場合は素管の肉厚が増加していることを示し、変化量が負である場合は素管の肉厚が減少していることを示す。図３に示すように、後方押圧力が小さい場合は、ダイス３による縮径加工により素管１の肉厚は若干増加する。そして、（後方押圧力／抽伸力）比が十分に小さい範囲１３においては、素管１の肉厚変化量がほぼ一定値となり安定する。これに対して、後方押圧力がある程度以上大きいと素管が肉厚方向に塑性変形し、ダイス３通過後の素管１の肉厚はダイス３通過前よりも減少する。図２に示すように、抽伸加工の進行に伴って後方押圧力は減少するため、ダイス３通過後の素管１の肉厚は、抽伸加工開始時には薄く、抽伸加工の進行に伴って厚くなる。
【００２８】
図４は図１における溝付プラグ５付近の構成を示す拡大断面図である。図４に示すように、溝付プラグ５と転造ボール６との間の間隔ｔは一定である。この間隔ｔの値が、抽伸加工（溝付加工）後の管の底肉厚、即ち、管底部１ａの厚さになる。溝付プラグ５と転造ボール６との間に流入した素管１を構成する材料のうち、管底部１ａを構成しない材料がフィン９を構成する材料になる。管底部１ａの厚さは一定（ｔ）であるため、ダイス３通過後の素管１の肉厚が厚ければ、溝付プラグ５と転造ボール６との間に流入する材料が多くなり、フィン９の高さが高くなる。一方、ダイス３通過後の素管１の肉厚が薄ければ、溝付プラグ５と転造ボール６との間に流入する材料が不足するため、フィン９の高さが低くなる。
【００２９】
従来、転造加工に使用する内面潤滑油の５℃における動粘度は２００００乃至３６０００ｃＳｔ程度である。このように内面潤滑油の動粘度が高い場合、図２の線１１に示すように、抽伸加工開始時においては後方押圧力が大きく、加工時間が増大すると共に素管１（図１参照）の内部におけるプラグ２の上流側に保持されている内面潤滑油の量が減少し、後方押圧力が小さくなる。これにより、図３に示すように、ダイス３通過後の素管１の肉厚は抽伸加工開始時には薄く、抽伸加工の進行に伴って厚くなっていく。このため、図４に示すように、フィン９の高さは抽伸加工開始時には低く、抽伸加工の進行に伴って高くなっていく。内面溝付管の製造においては、抽伸加工開始時にはフィン９の高さが低いため、転造ボールと溝付プラグとの間隔を小さくする等の手段により、フィン９の高さが高くなるような条件に設定する必要がある。しかしながら、この場合、抽伸加工の進行に伴って素管１の肉厚が厚くなり、転造ボールと溝付プラグとの間隙に許容範囲を超える量の材料が供給されるようになる。この結果、素管１に対する加工率が高くなり過ぎ、素管１の抽伸破断に至る。
【００３０】
本実施例においては、内面潤滑油として、温度が５℃における動粘度は１００乃至７０００ｃＳｔである潤滑油を使用しているため、加工開始時における後方押圧力が小さい。このため、プラグ２の上流側に保持されている内面潤滑油の量が減少しても、後方押圧力の変化が少ない。従って、ダイス３通過後における素管１の肉厚の変動が小さく、フィン９の高さの変動も小さい。また、素管１の肉厚の変動が小さいため、転造加工中に素管１が破断することがない。以下、本発明の各構成要件における数値限定理由について説明する。
【００３１】
温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度：１００乃至７０００ｃＳｔ
前述の如く、内面潤滑油の動粘度が高すぎる場合には、抽伸加工の進行に伴ってフィンの高さが変動して不良材となったり、抽伸加工の途中で材料破断を生じたりする。図３に示すように、（後方押圧力／抽伸力）比を範囲１３内、即ち、０．１２以下に制御すれば、ダイス３通過前後の肉厚変化量はほぼ一定値となり肉厚変動を抑えられる。
【００３２】
図５は、横軸に内面潤滑油の動粘度をとり、縦軸に（後方押圧力／抽伸力）比をとって、本実施例の抽伸加工開始時における内面潤滑油の動粘度と後方押圧力との関係を示すグラフ図である。図５に示すように、内面潤滑油の動粘度を７０００ｃＳｔ以下にすれば、抽伸加工開始時の（後方押圧力／抽伸力）比を０．１２以下に制御することができる。図２に示すように、抽伸加工の進行に伴って（後方押圧力／抽伸力）比は減少していくため、抽伸加工開始時の（後方押圧力／抽伸力）比を０．１２以下にすれば、抽伸加工中の（後方押圧力／抽伸力）比も０．１２以下に制御でき、ダイス３通過後の肉厚変動を抑制できる。従って、温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度は７０００ｃＳｔ以下とする。一方、温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度が１００ｃＳｔ未満であると、雰囲気温度が高くなった場合、例えば夏季に内面溝付管を製造する場合に、内面潤滑油の動粘度が低くなりすぎる。この結果、素管とプラグとの間及び素管と溝付プラグとの間における内面潤滑油の油膜の厚さが薄くなりすぎ、プラグ及び溝付プラグの磨耗が促進される。このため、形成されるフィンの高さが抽伸加工の進行に伴って低くなる。従って、温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度は１００乃至７０００ｃＳｔとする。
【００３３】
内面潤滑油における脂肪酸エステル又は炭素数が６乃至１３であるアルコールの含有量：０．１乃至１５質量％
前述の如く本発明においては、低温（５℃）での内面潤滑油の動粘度を１００乃至７０００ｃＳｔと低く抑えている。一般に潤滑油の動粘度は雰囲気温度が上昇すると低下するため、高温での内面潤滑油の動粘度は１００乃至７０００ｃＳｔよりも更に低下する。動粘度が低くなりすぎると、素管とプラグとの間及び素管と溝付プラグとの間における油膜の厚さが薄くなりすぎ、プラグ及び溝付プラグの磨耗が促進される。このため、内面潤滑油の動粘度の低下を補うために、内面潤滑油に油性剤を添加することが望ましい。油性剤には例えば脂肪酸エステル及びアルコールがある。内面潤滑油に脂肪酸エステル又はアルコールを添加すると、その極性基がプラグ及び溝付プラグ等の金属表面に物理的吸着膜を形成し、この物理的吸着膜に内面潤滑油を誘導する。この効果を油性効果という。但し、アルコールにおいては、炭素数が６未満では潤滑性がなく、また炭素数が１３より多いと、内面溝付管の管内に残る油量が多くなる。残留する油量が多いと、空調機器の膨張弁及びキャピラリーチューブ等を閉塞させる原因となる。また、脂肪酸エステル又はアルコールの含有量は、０．１質量％未満では前記油性効果が十分でなく、プラグ及び溝付プラグが磨耗し、形成されるフィンの高さが抽伸加工の進行に伴って低くなる。このため、抽伸加工終了時のフィン高さが抽伸加工開始時のフィン高さよりも低くなる。一方、脂肪酸エステル又は前記アルコールを、１５質量％を超えて添加しても油性効果が飽和し、内面潤滑油のコストのみが増加する。従って、内面潤滑油における脂肪酸エステル又は炭素数が６乃至１３であるアルコールの含有量は０．１乃至１５質量％であることが好ましい。
【００３４】
管軸直交断面における内面溝付管のフィンの高さ：０．２０ｍｍ以上
管軸直交断面におけるフィンの高さが０．２０ｍｍ未満では内面溝付管の伝熱性能が不十分となる。また、管軸直交断面におけるフィンの高さが０．２０ｍｍ未満であれば、溝付加工におけるメタルフローが良好であるため、フィンの形成が比較的容易である。このため、内面潤滑油の動粘度が大きく後方押圧力が大きい場合においても、所定の高さのフィンを得ることができる。また、抽伸加工時間の増加と共にダイスによる縮径加工後の素管の肉厚が増加しても、転造ボールと溝付プラグとの間隔によって決まる許容範囲から外れることがなく、素管が抽伸破断することがない。従って、本発明においては、形成するフィンの高さを管軸直交断面において０．２０ｍｍ以上とする。
【００３５】
管軸直交断面における内面溝付管のフィンの山頂角：２０°以下
管軸直交断面におけるフィンの山頂角が２０°を超えると、フィンが厚くなり内面溝付管の質量が増加する。また、管軸直交断面におけるフィンの山頂角が２０°を超えると、溝付加工におけるメタルフローが良好でありフィンの形成が比較的容易であるため、内面潤滑油の動粘度が大きく後方押圧力が大きい場合においても、所定の形状のフィンが得られる。また、加工時間の増加と共にダイスによる縮径加工後の素管の肉厚が増加しても許容範囲から外れることがなく、素管が抽伸破断することがない。従って、本発明においては、形成するフィンの山頂角を管軸直交断面において２０°以下とする。
【００３６】
管軸直交断面における内面溝付管のフィン先端の曲率半径：０．０５ｍｍ以下
管軸直交断面におけるフィンの先端の曲率半径が０．０５ｍｍを超える場合においても、フィンが厚くなり内面溝付管の質量が増加する。また、溝付加工時のメタルフローが良好であり、フィンの形成が比較的容易であるため、内面潤滑油の動粘度が大きく後方押圧力が大きい場合においても、所定の形状のフィンが得られる。また、加工時間の増加と共にダイスによる縮径加工後の素管の肉厚が増加しても許容範囲から外れず、素管が抽伸破断することがない。従って、本発明においては、形成するフィンの先端の曲率半径を管軸直交断面において０．０５ｍｍ以下とする。
【００３７】
なお、本実施例においては上述のように、低温において動粘度が低い内面潤滑油を使用して後方押圧力の変化を抑制したが、抽伸加工中の動粘度が所定の範囲となるように内面潤滑油の温度を制御して後方押圧力の変化を抑制してもよい。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例の効果について、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。
【００３９】
試験例１
本試験例は内面潤滑油の温度が低温（０乃至１０℃）となる条件において内面溝付管を製造した試験例である。前述の本発明の実施例において示した方法により、内面溝付管を製造した。形成するフィン形状の狙い値を表１に示した。このとき、内面潤滑油には表２に示す潤滑油を使用した。なお、内面潤滑油の動粘度は基油の分子量を変えることにより変化させた。表２には内面潤滑油の基油及び５℃における動粘度を示した。前述の内面溝付管の製造において、抽伸加工開始時及び約５０００ｍ加工した後の抽伸加工終了時のフィン高さを測定した。測定結果を表２に示す。この測定値と表１に示す狙い値との差が表１に示す許容差以下であれば合格である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
表２に示すＮｏ．４、５、１０、１１、１２は請求項１に記載の発明の実施例である。実施例Ｎｏ．４、５、１０、１１、１２においては、５℃における動粘度（以下、単に動粘度という）が１００乃至７０００ｃＳｔである内面潤滑油を使用したため、抽伸加工開始時及び抽伸加工終了時の双方において、フィン高さが表１に示す狙い値から許容差の範囲内にあり、フィン形状が良好であった。
【００４３】
これに対して、Ｎｏ．１乃至３、６乃至９及び１３は比較例である。比較例Ｎｏ．１、２、７、９は、内面潤滑油の動粘度が７０００ｃＳｔを超え高かったため、抽伸加工開始時のフィン高さが低かった。また、比較例Ｎｏ．３及び８においては、内面潤滑油の動粘度が７０００ｃＳｔを超えていたが、抽伸加工条件を抽伸加工開始時にフィン高さが０．２２ｍｍになるように調製し、無理にフィンを成形した。この結果、抽伸加工の途中で管が破断した。更に、比較例Ｎｏ．６及び１３は、動粘度が１００ｃＳｔ未満であり低かったため、溝付プラグが磨耗し、抽伸加工終了時のフィン高さが極めて低くなった。
【００４４】
試験例２
本試験例は内面潤滑油の温度が高温（３０乃至４０℃）となる条件において内面溝付管を製造した試験例である。前述の本発明の実施例において示した方法により、内面溝付管を製造した。形成するフィン形状の狙い値は表１に示す形状とした。このとき、内面潤滑油には、表３に示す潤滑油を使用した。なお、内面潤滑油の動粘度は基油の分子量を変えることにより変化させた。表３には内面潤滑油の基油及び含有させた油性剤の種類と含有量並びに５℃及び３５℃における動粘度を示した。前述の内面溝付管の製造において、抽伸加工開始時及び約５０００ｍ加工した後の抽伸加工終了時のフィン高さを測定した。測定結果を表３に示す。この測定値と表１に示す狙い値との差が表１に示す許容差以下であれば合格である。
【００４５】
【表３】
【００４６】
表３に示すＮｏ．１６乃至１８並びに２２乃至２４は、請求項２又は３に記載の発明の実施例である。実施例Ｎｏ．１６乃至１８並びに２２乃至２４においては、５℃における動粘度が１００乃至７０００ｃＳｔの範囲にあり、且つ、脂肪酸エステル又はＣ８アルコールを０．１乃至１５質量％含有する内面潤滑油を使用した。本試験例においては雰囲気温度が３５℃と高いため、３５℃における動粘度は低い値となっている。しかしながら、内面潤滑油に油性剤として脂肪酸エステル又はＣ８アルコールを０．１乃至１５質量％の範囲で添加しているため、動粘度の低下を補うことができ、抽伸加工終了時のフィン高さは抽伸加工開始時のフィン高さと比較して殆ど減少しなかった。このため、抽伸加工開始時及び抽伸加工終了時の双方において、フィン高さの測定値と表１に示す狙い値との差が許容差の範囲内にあり、フィン形状が良好であった。
【００４７】
これに対して、Ｎｏ．１４、１５、１９、２０、２１、２５は比較例である。比較例Ｎｏ．１４、１５、２０、２１においては、内面潤滑油に油性剤を全く添加しないか、又は０．１質量％未満しか添加しなかったため、溝付プラグが磨耗し、抽伸加工終了時のフィン高さが大幅に減少した。また、比較例Ｎｏ．１９及び２５においては、油性剤の添加量が１５質量％を超えており、実施例Ｎｏ．１６乃至１８並びに２２乃至２４と比較して内面潤滑油のコストが高かったが、フィン高さは前述の実施例Ｎｏ．１６乃至１８並びに２２乃至２４と同様であった。
【００４８】
なお、前述の試験例１及び２においては、内面潤滑油の基油としてポリブテン又はポリアルキレングリコールを使用したが、内面潤滑油の基油はこれらに限定されず、他の成分を基油とする内面潤滑油を使用してもよい。また、試験例１及び２においては、ポリブテンを基油とする内面潤滑油には油性剤として脂肪酸エステルを添加し、ポリアルキレングリコールを基油とする内面潤滑油には油性剤としてＣ８アルコールを添加する例を示したが、ポリブテンを基油とする内面潤滑油にＣ８アルコールを添加し、ポリアルキレングリコールを基油とする内面潤滑油に脂肪酸エステルを添加してもよい。又は、ポリブテン又はポリアルキレングリコールを基油とする内面潤滑油に脂肪酸エステル及びＣ８アルコールの双方を添加してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、冬季に転造加工により内面溝付管を製造する場合において、形成されるフィンの高さが加工の進行に伴って変動することを抑制することができる。このため、加工中に管が破断することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における内面溝付管の製造装置の構成を示す断面図である。
【図２】横軸に素管内におけるプラグの上流側に注入されている内面潤滑油の量をとり、縦軸に素管の抽伸力に対する後方押圧力の比をとって、本実施例において内面潤滑油の量が後方押圧力に及ぼす影響を示すグラフ図である。
【図３】横軸に後方押圧力と抽伸力との比をとり、縦軸にダイス通過前後における素管の肉厚の変化量をとって、本実施例において後方押圧力が素管の肉厚に及ぼす影響を示すグラフ図である。
【図４】図１における溝付プラグ付近の構成を示す拡大断面図である。
【図５】横軸に内面潤滑油の動粘度をとり、縦軸に（後方押圧力／抽伸力）比をとって、本実施例の抽伸加工開始時における内面潤滑油の動粘度と後方押圧力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１；素管
１ａ；管底部
２；プラグ
３；ダイス
４；連結軸
５；溝付プラグ
５ａ；溝
６；転造ボール
７；仕上ダイス
８；内面潤滑油
９；フィン
１０；内面溝付管
１１；線（内面潤滑油の温度が低温（０乃至１０℃）の場合）
１２；線（内面潤滑油の温度が高温（３０乃至４０℃）の場合）
１３；範囲
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調機器の熱交換器等に使用される伝熱管として好適な内面溝付管の内面加工時に使用する内面潤滑油及びこの内面潤滑油を使用する内面溝付管の製造方法に関し、特に、冬季においても安定して内面溝付管の内面加工を行うことができる内面潤滑油及びこれを使用する内面溝付管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、「エネルギーの使用の合理化に関する法律」、所謂省エネ法の改正に伴い、空調機器においてもエネルギー消費効率を大幅に向上させることが求められている。内面溝付管は空調機器の空冷熱交換器に組み込む伝熱管として広く使用されており、空調機器の高性能化のために内面溝付管の伝熱性能を向上させることが要求されている。内面溝付管の伝熱性能を向上させるためには、管内面に形成されるフィンの高さを高くすることが有効である。なお、内面溝付管においては、溝と溝との間がフィンになる。一方、フィンを高くすることにより内面溝付管の質量が増加するため、フィンの山頂角及びフィン先端の曲率半径を小さくし、フィンをスリム化して内面溝付管の軽量化を図ることも求められている。
【０００３】
内面溝付管の製造方法には、シームレス管に転造加工を施して内面溝を形成する方法と、予め溝が形成された条材を幅方向に丸めて端縁同士を溶接することにより管に成形する方法との２種類の方法がある。このうち、前者は後者と比較してコストの点で優れている。
【０００４】
シームレス管に転造加工を施して内面溝付管を製造する方法を以下に説明する。シームレス管である素管の内部にプラグ及びこのプラグに連結軸により回転可能に連結された溝付プラグを挿入する。溝付プラグの外面には螺旋状の溝が形成されている。また、素管の外面にはダイスを接触させ、前記プラグを前記ダイスに係合させる。また、素管の外面における溝付プラグに整合する位置には、複数の転造ボールを設ける。この転造ボールは遊星回転しながら素管の外面を押圧し、素管の内面を溝付プラグに押圧するものである。素管は引抜かれることにより前記ダイスと前記プラグとにより縮径加工され、引き続き遊星回転する転造ボールにより溝付プラグに押圧される。これにより、溝付プラグの外面に形成されている溝が素管の内面に転写され、フィンが形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。前述のようにフィンの高さが高く、山頂角及び先端の曲率半径が小さい内面溝付管は、フィンの形成工程において溝付プラグに印加される負荷が大きいため製造が困難である。このため、素管を引抜くことにより素管の内面にフィンを形成する加工（以下、抽伸加工という）の条件を精密に調製する必要がある。
【０００６】
しかしながら、前述のようなフィンの高さが高く山頂角及び先端の曲率半径が小さい内面溝付管を冬季に製造する場合は、フィン形成条件を最適と思われる条件に調製しても、夏季に製造する場合と比較して、抽伸加工開始時にはフィンの高さが低く、抽伸加工の進行に伴って形成されるフィンの高さが徐々に高くなるという問題点がある。この結果、夏季に製造する場合と同じ条件で冬季に抽伸加工を行うと、抽伸加工開始時において製造された内面溝付管のフィンの高さが不足して不良材となることがある。また、抽伸加工開始時に適正なフィン高さが得られるように抽伸加工条件を調節すると、抽伸加工の途中で材料破断を生じることがある。この結果、冬季には内面溝付管の歩留まりが大きく低下してしまう。従来、前記問題点の原因は不明であった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、冬季に転造加工により内面溝付管を製造する場合において、形成されるフィンの高さが抽伸加工中に変動することを抑制できる内面溝付管の製造方法及びこの製造方法において使用する内面潤滑油を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内面潤滑油は、銅又は銅合金からなる素管を縮径加工するダイスと、前記素管の内部に配置されると共に前記ダイスにより係止されるプラグと、前記素管の進行方向の下流側にて前記プラグに回転自在に連結され外面に溝が形成された溝付プラグと、前記素管の外側に配置され前記素管の周方向に回転する複数個の転造ボール又は前記素管に転接する転造ロールとを設け、前記素管を引き抜くことにより、前記ダイスにより前記素管を縮径加工した後、前記転造ボール又は前記転造ロールにより前記素管の内面を前記溝付プラグに押し付けて、前記溝付プラグの溝形状を前記素管の内面に転写し、前記素管の内面に管軸直交断面における高さが０．２０ｍｍ以上、管軸直交断面における山頂角が２０°以下、管軸直交断面における先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以下であるフィンを形成する内面溝付管の製造に使用される内面潤滑油において、温度が５℃であるときの動粘度が１００乃至７０００ｃＳｔであることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度を１００乃至７０００ｃＳｔとすることにより、管軸直交断面におけるフィン高さが０．２０ｍｍ以上、管軸直交断面におけるフィン山頂角が２０°以下、管軸直交断面におけるフィン先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以下である内面溝付管を冬季に製造する場合において、内面潤滑油がプラグを素管の抽伸方向に押圧する力（以下、後方押圧力という）を抑制することができる。これにより、内面潤滑油の消費に伴って後方押圧力が変動することを抑制し、プラグ及びダイスによる前記素管の縮径後の肉厚が変動することを抑制できる。この結果、形成されるフィンの高さが抽伸加工の進行に伴って変動することを抑制でき、抽伸加工の途中において素管が破断することを防止できる。
【００１０】
また、前記内面潤滑油は脂肪酸エステルを０．１乃至１５質量％含有することが好ましい。これにより、前記内面溝付管を夏季に製造する場合において、前記内面潤滑油の動粘度の低下により、プラグと素管との間及び溝付プラグと素管との間において内面潤滑油の油膜が薄くなることを防止することができる。この結果、この油膜の薄膜化に起因するプラグ及び溝付プラグの磨耗の促進を抑制することができる。
【００１１】
更に、前記内面潤滑油は炭素数が６乃至１３であるアルコールを０．１乃至１５質量％含有することが好ましい。これにより、脂肪酸エステルを含有する場合と同様に、前記内面溝付管を夏季に製造する場合において、プラグと素管との間及び溝付プラグと素管との間において油膜が薄くなることを防止することができ、プラグ及び溝付プラグの磨耗を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る内面溝付管の製造方法は、銅又は銅合金からなる素管を縮径加工するダイスと、前記素管の内部に配置されると共に前記ダイスにより係止されるプラグと、前記素管の進行方向の下流側にて前記プラグに回転自在に連結され外面に溝が形成された溝付プラグと、前記素管の外側に配置され前記素管の周方向に回転する複数個の転造ボール又は前記素管に転接する転造ロールとを設け、前記素管を引き抜くことにより、前記ダイスにより前記素管を縮径加工した後、前記転造ボール又は前記転造ロールにより前記素管の内面を前記溝付プラグに押し付けて、前記溝付プラグの溝形状を前記素管の内面に転写し、前記素管の内面に管軸直交断面における高さが０．２０ｍｍ以上、管軸直交断面における山頂角が２０°以下、管軸直交断面における先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以下であるフィンを形成する内面溝付管の製造方法において、温度が５℃であるときの動粘度が１００乃至７０００ｃＳｔである内面潤滑油を使用することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例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、本実施例の内面溝付管の製造方法に使用する製造装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、銅又は銅合金からなるシームレス管である素管１の内部にプラグ２を挿入する。このプラグ２の形状は、管供給側（抽伸方向上流側）の外径を素管１の内径よりやや小さくし、管引抜き側（抽伸方向下流側）の外径を管供給側の外径よりも小さくする。プラグ２には連結軸４を介してほぼ円柱形の溝付プラグ５を連結する。溝付プラグ５の外周面には、素管１の内周面に形成すべき形状の溝５ａが形成されている。溝付プラグ５は連結軸４を軸として自在に回転することができる。
【００１４】
また、プラグ２と整合する位置における素管１の外面には、プラグ２と共に素管１を縮径加工するダイス３を配置する。更に、溝付プラグ５に整合する位置の素管１の外面には、複数個の転造ボール６を素管１の管軸を中心として管周方向に公転回転可能に配設する。各転造ボール６は自転することができ、各転造ボール６は素管１の外面に転接しながら遊星回転することができる。なお、転造ボール６は転造ロール（図示せず）に置き換えることもできる。更にまた、転造ボール６の抽伸方向下流側には、内面に溝が形成された素管１の外径を所定の寸法に縮径加工する仕上ダイス７を設ける。また、素管１の内部におけるプラグ２の上流側には、内面潤滑油８を注入する。
【００１５】
内面潤滑油８は、例えば、ポリブテン又はポリアルキレングリコールを基油とする潤滑油であり、脂肪酸エステル又は炭素数が８であるアルコール（以下、Ｃ８アルコールという）を０．１乃至１５質量％含有している。また、内面潤滑油８の５℃における動粘度は１００乃至７０００ｃＳｔである。なお、内面潤滑油の動粘度は、例えば、基油の分子量を変えることにより制御することができる。
【００１６】
次に、本実施例における内面溝付管の製造方法について説明する。本実施例においては、雰囲気温度が５℃である条件下で内面溝付管を製造する。先ず、図１に示すように、素管１を抽伸方向に引抜くことにより、素管１をプラグ２及びダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１を、素管１の外面を遊星回転する転造ボール６によって押圧することにより縮径すると共に、素管１の内面を溝付プラグ５の外周面に押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ５の溝５ａが転写され、フィン９が形成される。このとき、内面潤滑油８は素管１とプラグ２との間及び素管１と溝付プラグ５との間に油膜を形成し、これらの間の潤滑性を確保する。この後、内面にフィン９が形成された素管１は仕上ダイス７により更に縮径されて、内面溝付管１０となる。
【００１７】
内面溝付管１０において、フィン９は管内面において螺旋状に形成されており、フィン９の高さは０．２０ｍｍ以上、山頂角は２０°以下、先端の曲率半径は０．０５ｍｍ以下である。このフィン９の高さ、山頂角及び先端の曲率半径は、いずれも管軸直交断面において測定した値である。なお、本発明においては、フィンが延びる方向と内面溝付管の内面における管軸方向に平行な方向とのなす角度、即ちフィンのリード角は特に規定しないが、本発明は、例えば、リード角が５乃至４０°である前記形状のフィンを有する内面溝付管の製造に好適に適用することができる。
【００１８】
以下、本実施例の効果について説明する。本発明者等は、前述の内面溝付管を冬季に製造する際に、抽伸加工の進行に伴って形成されるフィンの高さが変動するという問題点を解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、以下に示す知見を得た。以下、前記問題点の原因について説明する。
【００１９】
図１に示すように、内面溝付管１０を製造する際には、予め内面潤滑油８が素管１の内部におけるプラグ２の上流側に一定量注入されている。素管１を抽伸方向に引抜くと、内面潤滑油８は素管１の内面との間に働く摩擦力により、抽伸方向へ移動する。この内面潤滑油８の移動により、内面潤滑油８はプラグ２の上流側の端部を抽伸方向に押圧する。この内面潤滑油８がプラグ２を押圧する力（後方押圧力）の大きさは、下記数式１に示すダルシー・ワイスバッハの式より与えられる。
【００２０】
【数１】
但し、Ｐは後方押圧力の大きさ（Ｐａ）、λは素管の内壁と内面潤滑油との間の摩擦係数、Ｌは内面潤滑油と素管内壁との接触長さ（ｍ）、ｄは素管の内径（ｍ）、Ｖは素管の抽伸速度（ｍ／秒）、ρは内面潤滑油の密度（ｋｇ／ｍ３）である。なお、λは下記数式２により与えられる。また、素管１の内部におけるプラグ２の上流側の内面潤滑油８の量をＱ（ｍ３）、素管１の内部における管軸直交面積をＡｉ（ｍ２）とすると、Ｌは下記数式３により与えられる。Ｒｅはレイノルズ数（無次元数）、νは内面潤滑油の動粘度（Ｓｔ＝ｍ２・ｓ−１）である。
【００２２】
【数２】
【数３】
前記数式１及び２に示されているように、後方押圧力Ｐは内面潤滑油の動粘度ν、潤滑油と管内壁の接触長さＬ及び抽伸速度Ｖに比例する。即ち、内面潤滑油の動粘度νが大きいと、後方押圧力Ｐも大きくなる。内面潤滑油の動粘度は温度によって変化し、一般に雰囲気温度が低いほど内面潤滑油の温度も低くなるため動粘度は高くなる。従って、雰囲気温度が低いほど後方押圧力は大きくなる。
【００２５】
また、図１に示す内面潤滑油８は、素管１とプラグ２との隙間及び素管１と溝付プラグ５との隙間を通して徐々に抽伸方向に移動して消費されるため、加工時間が経過するに従って、プラグ２の後方（上流側）に注入されている内面潤滑油８の量Ｑも徐々に減少し、内面潤滑油８と素管１の内壁との接触長さＬも徐々に減少する。その結果、数式１より、後方押圧力Ｐは加工時間の増加に伴って減少する。
【００２６】
図２は、横軸に素管内におけるプラグの上流側に注入されている内面潤滑油の量をとり、縦軸に素管の抽伸力に対する後方押圧力の比をとって、本実施例において内面潤滑油の量が後方押圧力に及ぼす影響を示すグラフ図である。なお、図２の横軸においては、内面潤滑油の量を左から右に移動するに従って内面潤滑油の量が減少するように示している。これは、抽伸加工が進行するに従って内面潤滑油の量が減少するため、図２の横軸において左から右に移動するに従って抽伸加工時間が経過していることを示すためである。図２は従来の一般的な内面潤滑油を使用して内面溝付管を製造する場合の後方押圧力の変化を示し、線１１は内面潤滑油の温度が低温（０乃至１０℃）の場合を示し、線１２は内面潤滑油の温度が高温（３０乃至４０℃）の場合を示している。図２より、内面潤滑油の温度が低温である場合、即ち内面潤滑油の動粘度が高い場合（線１１）は、内面潤滑油の温度が高温である場合、即ち内面潤滑油の動粘度が低い場合（線１２）と比較して後方押圧力が大きく、また、後方押圧力は、内面潤滑油量の変化に伴って大きく変化することがわかる。即ち、抽伸加工開始時には内面潤滑油の量が多いため後方押圧力が大きく、抽伸加工の進行に伴って内面潤滑油の量が減少するため、後方押圧力も減少する。
【００２７】
図３は、横軸に後方押圧力と抽伸力との比をとり、縦軸にダイス３（図１参照）通過前後における素管１の肉厚の変化量をとって、本実施例において後方押圧力が素管の肉厚に及ぼす影響を示すグラフ図である。なお、図３の縦軸において、変化量が正の値である場合は素管の肉厚が増加していることを示し、変化量が負である場合は素管の肉厚が減少していることを示す。図３に示すように、後方押圧力が小さい場合は、ダイス３による縮径加工により素管１の肉厚は若干増加する。そして、（後方押圧力／抽伸力）比が十分に小さい範囲１３においては、素管１の肉厚変化量がほぼ一定値となり安定する。これに対して、後方押圧力がある程度以上大きいと素管が肉厚方向に塑性変形し、ダイス３通過後の素管１の肉厚はダイス３通過前よりも減少する。図２に示すように、抽伸加工の進行に伴って後方押圧力は減少するため、ダイス３通過後の素管１の肉厚は、抽伸加工開始時には薄く、抽伸加工の進行に伴って厚くなる。
【００２８】
図４は図１における溝付プラグ５付近の構成を示す拡大断面図である。図４に示すように、溝付プラグ５と転造ボール６との間の間隔ｔは一定である。この間隔ｔの値が、抽伸加工（溝付加工）後の管の底肉厚、即ち、管底部１ａの厚さになる。溝付プラグ５と転造ボール６との間に流入した素管１を構成する材料のうち、管底部１ａを構成しない材料がフィン９を構成する材料になる。管底部１ａの厚さは一定（ｔ）であるため、ダイス３通過後の素管１の肉厚が厚ければ、溝付プラグ５と転造ボール６との間に流入する材料が多くなり、フィン９の高さが高くなる。一方、ダイス３通過後の素管１の肉厚が薄ければ、溝付プラグ５と転造ボール６との間に流入する材料が不足するため、フィン９の高さが低くなる。
【００２９】
従来、転造加工に使用する内面潤滑油の５℃における動粘度は２００００乃至３６０００ｃＳｔ程度である。このように内面潤滑油の動粘度が高い場合、図２の線１１に示すように、抽伸加工開始時においては後方押圧力が大きく、加工時間が増大すると共に素管１（図１参照）の内部におけるプラグ２の上流側に保持されている内面潤滑油の量が減少し、後方押圧力が小さくなる。これにより、図３に示すように、ダイス３通過後の素管１の肉厚は抽伸加工開始時には薄く、抽伸加工の進行に伴って厚くなっていく。このため、図４に示すように、フィン９の高さは抽伸加工開始時には低く、抽伸加工の進行に伴って高くなっていく。内面溝付管の製造においては、抽伸加工開始時にはフィン９の高さが低いため、転造ボールと溝付プラグとの間隔を小さくする等の手段により、フィン９の高さが高くなるような条件に設定する必要がある。しかしながら、この場合、抽伸加工の進行に伴って素管１の肉厚が厚くなり、転造ボールと溝付プラグとの間隙に許容範囲を超える量の材料が供給されるようになる。この結果、素管１に対する加工率が高くなり過ぎ、素管１の抽伸破断に至る。
【００３０】
本実施例においては、内面潤滑油として、温度が５℃における動粘度は１００乃至７０００ｃＳｔである潤滑油を使用しているため、加工開始時における後方押圧力が小さい。このため、プラグ２の上流側に保持されている内面潤滑油の量が減少しても、後方押圧力の変化が少ない。従って、ダイス３通過後における素管１の肉厚の変動が小さく、フィン９の高さの変動も小さい。また、素管１の肉厚の変動が小さいため、転造加工中に素管１が破断することがない。以下、本発明の各構成要件における数値限定理由について説明する。
【００３１】
温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度：１００乃至７０００ｃＳｔ
前述の如く、内面潤滑油の動粘度が高すぎる場合には、抽伸加工の進行に伴ってフィンの高さが変動して不良材となったり、抽伸加工の途中で材料破断を生じたりする。図３に示すように、（後方押圧力／抽伸力）比を範囲１３内、即ち、０．１２以下に制御すれば、ダイス３通過前後の肉厚変化量はほぼ一定値となり肉厚変動を抑えられる。
【００３２】
図５は、横軸に内面潤滑油の動粘度をとり、縦軸に（後方押圧力／抽伸力）比をとって、本実施例の抽伸加工開始時における内面潤滑油の動粘度と後方押圧力との関係を示すグラフ図である。図５に示すように、内面潤滑油の動粘度を７０００ｃＳｔ以下にすれば、抽伸加工開始時の（後方押圧力／抽伸力）比を０．１２以下に制御することができる。図２に示すように、抽伸加工の進行に伴って（後方押圧力／抽伸力）比は減少していくため、抽伸加工開始時の（後方押圧力／抽伸力）比を０．１２以下にすれば、抽伸加工中の（後方押圧力／抽伸力）比も０．１２以下に制御でき、ダイス３通過後の肉厚変動を抑制できる。従って、温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度は７０００ｃＳｔ以下とする。一方、温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度が１００ｃＳｔ未満であると、雰囲気温度が高くなった場合、例えば夏季に内面溝付管を製造する場合に、内面潤滑油の動粘度が低くなりすぎる。この結果、素管とプラグとの間及び素管と溝付プラグとの間における内面潤滑油の油膜の厚さが薄くなりすぎ、プラグ及び溝付プラグの磨耗が促進される。このため、形成されるフィンの高さが抽伸加工の進行に伴って低くなる。従って、温度が５℃であるときの内面潤滑油の動粘度は１００乃至７０００ｃＳｔとする。
【００３３】
内面潤滑油における脂肪酸エステル又は炭素数が６乃至１３であるアルコールの含有量：０．１乃至１５質量％
前述の如く本発明においては、低温（５℃）での内面潤滑油の動粘度を１００乃至７０００ｃＳｔと低く抑えている。一般に潤滑油の動粘度は雰囲気温度が上昇すると低下するため、高温での内面潤滑油の動粘度は１００乃至７０００ｃＳｔよりも更に低下する。動粘度が低くなりすぎると、素管とプラグとの間及び素管と溝付プラグとの間における油膜の厚さが薄くなりすぎ、プラグ及び溝付プラグの磨耗が促進される。このため、内面潤滑油の動粘度の低下を補うために、内面潤滑油に油性剤を添加することが望ましい。油性剤には例えば脂肪酸エステル及びアルコールがある。内面潤滑油に脂肪酸エステル又はアルコールを添加すると、その極性基がプラグ及び溝付プラグ等の金属表面に物理的吸着膜を形成し、この物理的吸着膜に内面潤滑油を誘導する。この効果を油性効果という。但し、アルコールにおいては、炭素数が６未満では潤滑性がなく、また炭素数が１３より多いと、内面溝付管の管内に残る油量が多くなる。残留する油量が多いと、空調機器の膨張弁及びキャピラリーチューブ等を閉塞させる原因となる。また、脂肪酸エステル又はアルコールの含有量は、０．１質量％未満では前記油性効果が十分でなく、プラグ及び溝付プラグが磨耗し、形成されるフィンの高さが抽伸加工の進行に伴って低くなる。このため、抽伸加工終了時のフィン高さが抽伸加工開始時のフィン高さよりも低くなる。一方、脂肪酸エステル又は前記アルコールを、１５質量％を超えて添加しても油性効果が飽和し、内面潤滑油のコストのみが増加する。従って、内面潤滑油における脂肪酸エステル又は炭素数が６乃至１３であるアルコールの含有量は０．１乃至１５質量％であることが好ましい。
【００３４】
管軸直交断面における内面溝付管のフィンの高さ：０．２０ｍｍ以上
管軸直交断面におけるフィンの高さが０．２０ｍｍ未満では内面溝付管の伝熱性能が不十分となる。また、管軸直交断面におけるフィンの高さが０．２０ｍｍ未満であれば、溝付加工におけるメタルフローが良好であるため、フィンの形成が比較的容易である。このため、内面潤滑油の動粘度が大きく後方押圧力が大きい場合においても、所定の高さのフィンを得ることができる。また、抽伸加工時間の増加と共にダイスによる縮径加工後の素管の肉厚が増加しても、転造ボールと溝付プラグとの間隔によって決まる許容範囲から外れることがなく、素管が抽伸破断することがない。従って、本発明においては、形成するフィンの高さを管軸直交断面において０．２０ｍｍ以上とする。
【００３５】
管軸直交断面における内面溝付管のフィンの山頂角：２０°以下
管軸直交断面におけるフィンの山頂角が２０°を超えると、フィンが厚くなり内面溝付管の質量が増加する。また、管軸直交断面におけるフィンの山頂角が２０°を超えると、溝付加工におけるメタルフローが良好でありフィンの形成が比較的容易であるため、内面潤滑油の動粘度が大きく後方押圧力が大きい場合においても、所定の形状のフィンが得られる。また、加工時間の増加と共にダイスによる縮径加工後の素管の肉厚が増加しても許容範囲から外れることがなく、素管が抽伸破断することがない。従って、本発明においては、形成するフィンの山頂角を管軸直交断面において２０°以下とする。
【００３６】
管軸直交断面における内面溝付管のフィン先端の曲率半径：０．０５ｍｍ以下
管軸直交断面におけるフィンの先端の曲率半径が０．０５ｍｍを超える場合においても、フィンが厚くなり内面溝付管の質量が増加する。また、溝付加工時のメタルフローが良好であり、フィンの形成が比較的容易であるため、内面潤滑油の動粘度が大きく後方押圧力が大きい場合においても、所定の形状のフィンが得られる。また、加工時間の増加と共にダイスによる縮径加工後の素管の肉厚が増加しても許容範囲から外れず、素管が抽伸破断することがない。従って、本発明においては、形成するフィンの先端の曲率半径を管軸直交断面において０．０５ｍｍ以下とする。
【００３７】
なお、本実施例においては上述のように、低温において動粘度が低い内面潤滑油を使用して後方押圧力の変化を抑制したが、抽伸加工中の動粘度が所定の範囲となるように内面潤滑油の温度を制御して後方押圧力の変化を抑制してもよい。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例の効果について、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。
【００３９】
試験例１
本試験例は内面潤滑油の温度が低温（０乃至１０℃）となる条件において内面溝付管を製造した試験例である。前述の本発明の実施例において示した方法により、内面溝付管を製造した。形成するフィン形状の狙い値を表１に示した。このとき、内面潤滑油には表２に示す潤滑油を使用した。なお、内面潤滑油の動粘度は基油の分子量を変えることにより変化させた。表２には内面潤滑油の基油及び５℃における動粘度を示した。前述の内面溝付管の製造において、抽伸加工開始時及び約５０００ｍ加工した後の抽伸加工終了時のフィン高さを測定した。測定結果を表２に示す。この測定値と表１に示す狙い値との差が表１に示す許容差以下であれば合格である。
【００４０】
【表１】
【表２】
表２に示すＮｏ．４、５、１０、１１、１２は請求項１に記載の発明の実施例である。実施例Ｎｏ．４、５、１０、１１、１２においては、５℃における動粘度（以下、単に動粘度という）が１００乃至７０００ｃＳｔである内面潤滑油を使用したため、抽伸加工開始時及び抽伸加工終了時の双方において、フィン高さが表１に示す狙い値から許容差の範囲内にあり、フィン形状が良好であった。
【００４３】
これに対して、Ｎｏ．１乃至３、６乃至９及び１３は比較例である。比較例Ｎｏ．１、２、７、９は、内面潤滑油の動粘度が７０００ｃＳｔを超え高かったため、抽伸加工開始時のフィン高さが低かった。また、比較例Ｎｏ．３及び８においては、内面潤滑油の動粘度が７０００ｃＳｔを超えていたが、抽伸加工条件を抽伸加工開始時にフィン高さが０．２２ｍｍになるように調製し、無理にフィンを成形した。この結果、抽伸加工の途中で管が破断した。更に、比較例Ｎｏ．６及び１３は、動粘度が１００ｃＳｔ未満であり低かったため、溝付プラグが磨耗し、抽伸加工終了時のフィン高さが極めて低くなった。
【００４４】
試験例２
本試験例は内面潤滑油の温度が高温（３０乃至４０℃）となる条件において内面溝付管を製造した試験例である。前述の本発明の実施例において示した方法により、内面溝付管を製造した。形成するフィン形状の狙い値は表１に示す形状とした。このとき、内面潤滑油には、表３に示す潤滑油を使用した。なお、内面潤滑油の動粘度は基油の分子量を変えることにより変化させた。表３には内面潤滑油の基油及び含有させた油性剤の種類と含有量並びに５℃及び３５℃における動粘度を示した。前述の内面溝付管の製造において、抽伸加工開始時及び約５０００ｍ加工した後の抽伸加工終了時のフィン高さを測定した。測定結果を表３に示す。この測定値と表１に示す狙い値との差が表１に示す許容差以下であれば合格である。
【００４５】
【表３】
表３に示すＮｏ．１６乃至１８並びに２２乃至２４は、請求項２又は３に記載の発明の実施例である。実施例Ｎｏ．１６乃至１８並びに２２乃至２４においては、５℃における動粘度が１００乃至７０００ｃＳｔの範囲にあり、且つ、脂肪酸エステル又はＣ８アルコールを０．１乃至１５質量％含有する内面潤滑油を使用した。本試験例においては雰囲気温度が３５℃と高いため、３５℃における動粘度は低い値となっている。しかしながら、内面潤滑油に油性剤として脂肪酸エステル又はＣ８アルコールを０．１乃至１５質量％の範囲で添加しているため、動粘度の低下を補うことができ、抽伸加工終了時のフィン高さは抽伸加工開始時のフィン高さと比較して殆ど減少しなかった。このため、抽伸加工開始時及び抽伸加工終了時の双方において、フィン高さの測定値と表１に示す狙い値との差が許容差の範囲内にあり、フィン形状が良好であった。
【００４７】
これに対して、Ｎｏ．１４、１５、１９、２０、２１、２５は比較例である。比較例Ｎｏ．１４、１５、２０、２１においては、内面潤滑油に油性剤を全く添加しないか、又は０．１質量％未満しか添加しなかったため、溝付プラグが磨耗し、抽伸加工終了時のフィン高さが大幅に減少した。また、比較例Ｎｏ．１９及び２５においては、油性剤の添加量が１５質量％を超えており、実施例Ｎｏ．１６乃至１８並びに２２乃至２４と比較して内面潤滑油のコストが高かったが、フィン高さは前述の実施例Ｎｏ．１６乃至１８並びに２２乃至２４と同様であった。
【００４８】
なお、前述の試験例１及び２においては、内面潤滑油の基油としてポリブテン又はポリアルキレングリコールを使用したが、内面潤滑油の基油はこれらに限定されず、他の成分を基油とする内面潤滑油を使用してもよい。また、試験例１及び２においては、ポリブテンを基油とする内面潤滑油には油性剤として脂肪酸エステルを添加し、ポリアルキレングリコールを基油とする内面潤滑油には油性剤としてＣ８アルコールを添加する例を示したが、ポリブテンを基油とする内面潤滑油にＣ８アルコールを添加し、ポリアルキレングリコールを基油とする内面潤滑油に脂肪酸エステルを添加してもよい。又は、ポリブテン又はポリアルキレングリコールを基油とする内面潤滑油に脂肪酸エステル及びＣ８アルコールの双方を添加してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、冬季に転造加工により内面溝付管を製造する場合において、形成されるフィンの高さが加工の進行に伴って変動することを抑制することができる。このため、加工中に管が破断することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における内面溝付管の製造装置の構成を示す断面図である。
【図２】横軸に素管内におけるプラグの上流側に注入されている内面潤滑油の量をとり、縦軸に素管の抽伸力に対する後方押圧力の比をとって、本実施例において内面潤滑油の量が後方押圧力に及ぼす影響を示すグラフ図である。
【図３】横軸に後方押圧力と抽伸力との比をとり、縦軸にダイス通過前後における素管の肉厚の変化量をとって、本実施例において後方押圧力が素管の肉厚に及ぼす影響を示すグラフ図である。
【図４】図１における溝付プラグ付近の構成を示す拡大断面図である。
【図５】横軸に内面潤滑油の動粘度をとり、縦軸に（後方押圧力／抽伸力）比をとって、本実施例の抽伸加工開始時における内面潤滑油の動粘度と後方押圧力との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１；素管
１ａ；管底部
２；プラグ
３；ダイス
４；連結軸
５；溝付プラグ
５ａ；溝
６；転造ボール
７；仕上ダイス
８；内面潤滑油
９；フィン
１０；内面溝付管
１１；線（内面潤滑油の温度が低温（０乃至１０℃）の場合）
１２；線（内面潤滑油の温度が高温（３０乃至４０℃）の場合）
１３；範囲
Claims (6)
- 銅又は銅合金からなる素管を縮径加工するダイスと、前記素管の内部に配置されると共に前記ダイスにより係止されるプラグと、前記素管の進行方向の下流側にて前記プラグに回転自在に連結され外面に溝が形成された溝付プラグと、前記素管の外側に配置され前記素管の周方向に回転する複数個の転造ボール又は前記素管に転接する転造ロールとを設け、前記素管を引き抜くことにより、前記ダイスにより前記素管を縮径加工した後、前記転造ボール又は前記転造ロールにより前記素管の内面を前記溝付プラグに押し付けて、前記溝付プラグの溝形状を前記素管の内面に転写し、前記素管の内面に管軸直交断面における高さが０．２０ｍｍ以上、管軸直交断面における山頂角が２０°以下、管軸直交断面における先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以下であるフィンを形成する内面溝付管の製造に使用される内面潤滑油において、温度が５℃であるときの動粘度が１００乃至７０００ｃＳｔであることを特徴とする内面潤滑油。
- 脂肪酸エステルを０．１乃至１５質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の内面潤滑油。
- 炭素数が６乃至１３であるアルコールを０．１乃至１５質量％含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内面潤滑油。
- 銅又は銅合金からなる素管を縮径加工するダイスと、前記素管の内部に配置されると共に前記ダイスにより係止されるプラグと、前記素管の進行方向の下流側にて前記プラグに回転自在に連結され外面に溝が形成された溝付プラグと、前記素管の外側に配置され前記素管の周方向に回転する複数個の転造ボール又は前記素管に転接する転造ロールとを設け、前記素管を引き抜くことにより、前記ダイスにより前記素管を縮径加工した後、前記転造ボール又は前記転造ロールにより前記素管の内面を前記溝付プラグに押し付けて、前記溝付プラグの溝形状を前記素管の内面に転写し、前記素管の内面に管軸直交断面における高さが０．２０ｍｍ以上、管軸直交断面における山頂角が２０°以下、管軸直交断面における先端の曲率半径が０．０５ｍｍ以下であるフィンを形成する内面溝付管の製造方法において、温度が５℃であるときの動粘度が１００乃至７０００ｃＳｔである内面潤滑油を使用することを特徴とする内面溝付管の製造方法。
- 前記内面潤滑油が、脂肪酸エステルを０．１乃至１５質量％含有することを特徴とする請求項４に記載の内面溝付管の製造方法。
- 前記内面潤滑油が、炭素数が６乃至１３であるアルコールを０．１乃至１５質量％含有することを特徴とする請求項４又は５に記載の内面溝付管の製造方法。
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