JP4100919B2 - 継目無し内面溝付伝熱管の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調機器等に使用される熱交換器に組み込まれる伝熱管として好適な継目無し内面溝付伝熱管の製造方法に関し、特に、内面に形成された溝のリード角が大きい継目無し内面溝付伝熱管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化を抑制するために、火力発電所が排出する二酸化炭素を削減することが求められており、空調機器においても、消費電力の低減への取組みがなされている。空調機器に使用される熱交換器に組み込まれている内面溝付伝熱管の管内熱伝達率を改善することも、その取組みのひとつである。
【０００３】
内面溝付管の管内熱伝達率を向上させる手段として、例えば、特開平９−４２８８１号公報に記載されているように、管の内面に形成されている溝のリード角、即ち、溝が延びる方向と管軸方向との間の角度を大きくする方法がある。これにより、特に凝縮性能が向上する。
【０００４】
内面溝付管には、継目無し内面溝付管及び内面溝付溶接管がある。このうち、生産性において、継目無し内面溝付管は内面溝付溶接管よりも優れている。
【０００５】
図１は、継目無し内面溝付伝熱管の製造装置の構成及び製造方法を示す断面図である。継目無し内面溝付伝熱管（以下、内面溝付管という）の製造装置について説明する。図１に示すように、銅からなる素管１の内部に、フローティングプラグ２が挿入されている。フローティングプラグ２の形状は、管供給側（上流側）の外径が素管１の内径よりやや小さく、管引抜き側（下流側）の外径は管供給側の外径よりも小さくなっている。フローティングプラグ２と整合する位置における素管１の外面には、フローティングプラグ２と共に素管１を縮径加工する保持ダイス３が配置されている。また、フローティングプラグ２には連結軸４を介してほぼ円柱形の溝付プラグ５が連結されている。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が加工されている。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。そして、この溝付プラグ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が素管１の管軸を中心として管円周方向に公転回転可能に配設されている。また、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。溝付プラグ５及び転造ボール６は転造部７を構成する。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、転造部７の管引抜き方向下流側には、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げダイス８が設けられている。
【０００６】
次に、内面溝付管の製造方法について説明する。先ず、素管１をフローティングプラグ２及び保持ダイス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の外側を遊星回転する転造ボール６又は転造ロール（以下、まとめて転造ボール６という）によって押圧することによって縮径すると共に、溝付プラグ５に押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ５の溝が転写される。このとき、溝付プラグ５は、素管１の内面に自らが形成した溝に沿って自転する。通常、溝付プラグ５の自転の向きと転造ボール６の公転の向きとは相互に逆の向きである。但し、特開平１０−２５８３０７号公報に記載されているように、溝付プラグ５の溝が欠損しやすい場合は、溝付プラグ５の自転の向きと転造ボール６の公転の向きとを相互に同じとして溝付プラグ５の欠損を防止する場合もある。
【０００７】
また、このとき、溝付プラグ５は連結軸４を介してフローティングプラグ２に連結されており、フローティングプラグ２は素管１の引抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に静止しているため、溝付プラグ５も転造ボール６と整合する位置に停止している。
【０００８】
次に、転造部７を通過した内面に溝が形成された素管１は、仕上げダイズ８により更に縮径され、所定の外径を有する内面溝付管９となる。
【０００９】
前述のような方法で製造される内面溝付管９において、内面に形成されている溝のリード角を大きくするためには、以下の方法がある。
【００１０】
第１の方法は、溝付プラグ５の外周面に形成されている溝のリード角η１を大きくする方法である。溝付プラグ５のリード角η１を大きくすることにより、内面溝付管９のリード角η２を大きくすることができる。但し、内面溝付管９は、仕上げダイス８により縮径されると同時に、長手方向へ伸ばされるため、仕上げダイス８を通過した後の内面溝付管９のリード角η２は、溝付プラグ５のリード角η１よりも小さくなってしまう。外径７ｍｍの内面溝付管の場合、η１を３５°としても、η２は、例えば１８°になってしまう。このため、溝付プラグ５のリード角η１は、製品である内面溝付管９のリード角η２の設計値よりもかなり大きめにしておく必要がある。
【００１１】
内面溝付管９のリード角η２を大きくする第２の方法は、仕上げダイス８による管の縮径率を小さくする方法である。管の縮径率を小さくすることにより、管が長手方向に伸びる割合も小さくなり、溝付プラグ５のリード角η１と内面溝付管９のリード角η２との差を小さくすることができ、製品（内面溝付管９）においてより大きなリード角を得ることができる。
【００１２】
【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。溝付プラグ５のリード角η１を大きくする方法においては、このリード角η１を過度に大きくすると、溝形成時に素管１に印加される負荷が大きくなり、材料破断が発生し内面溝付管が製造できなくなるという問題点がある。具体的には、内面溝付管９のリード角η２を２５°以上にしようとすると抽伸破断が発生し易くなる。特に、外径が７．５ｍｍ以下の内面溝付管において２５°以上のリード角η２を得ようとする場合及び外径が７．５ｍｍより大きく１１ｍｍ以下の内面溝付管において３０°以上のリード角η２を得ようとする場合においては、従来の方法では、溝付プラグ５のリード角η１を約４５°又はそれ以上にする必要があり、抽伸破断が多発する。このため、このような内面溝付管は製造不可能又は生産性及び歩留まりが著しく低下するため極めて製造困難となる。
【００１３】
また、仕上げダイス８による管の縮径率を小さくする方法においては、仕上げダイス８に挿入される前の素管１の管径を小さくしておく必要があるが、これにより、溝加工部（転造部７）において管が細くなり、管の断面積が小さくなる。その結果、管の抽伸方向の強度が低下するため、引抜き力が同じであっても管が破断し易くなる。このため、溝加工部における管径には下限界がある。また、保持ダイス３に挿入される前の素管１も細くする必要があるため、素管１を製造する工程において伸数が増え、製造コストの上昇につながる。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溝付プラグのリード角を大きくすることなく、また管の抽伸破断を起こすことなく、リード角が大きい継目無し内面溝付伝熱管を生産性よく製造することができる継目無し内面溝付伝熱管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る継目無し内面溝付伝熱管の製造方法は、素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が２５°以上である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであり、管内面における前記転造ボール又は転造ロールの圧痕の軌跡が、管内面の展開図において管軸方向に直交する方向に対し、管内面の溝と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜することを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、転造ボール又は転造ロールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じにするため、素管が転造ボール又は転造ロールの公転によってねじられることにより生じる素管の回転の向きと溝付プラグの自転の向きとが同じになり、素管と溝付プラグとの間の相対回転数が小さくなる。これにより、素管に印加される抽伸力が小さくなるため、仕上げダイスによる縮径加工に伴うリード角の減少を抑制することができ、結果として、リード角が大きい継目無し内面溝付伝熱管を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る他の継目無し内面溝付伝熱管の製造方法は、素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が３０°以上であり、前記仕上げダイスによる縮径後の外径が７．５ｍｍより大きく１１ｍｍ以下である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであることを特徴とする。
【００１８】
また、前記ダイスはアプローチ角が２３乃至３０°のストレートダイスであり、前記フローティングプラグのアプローチ角は前記ダイスのアプローチ角よりも１乃至３°小さい。
【００１９】
溝付プラグは素管が加工方向に引き抜かれることにより自転するが、リード角が大きくなるにつれて回転し難くなる。一方、素管は転造ボール又は転造ロールの公転によりねじられる。溝付プラグの自転の向きと転造ボール又は転造ロールの公転の向きとが同じ向きである場合、素管が転造ボール又は転造ロールによってねじられることにより、溝付プラグをダイスに向かう方向に押戻す力が発生する。このため、溝付プラグは転造ボール又は転造ロールの配設位置に入り難くなり、溝付プラグが転造加工中に前記配設位置からダイス側に移動する溝付プラグの抜け、及び溝付プラグが素管内を前進して前記配設位置に位置したり素管内を後退して前記配設位置から外れたりすることによる溝付プラグの振動を生じることがある。溝付プラグの抜け又は振動が発生すると、素管のねじれが発生する。
【００２０】
本発明においては、ダイス及びフローティングプラグのアプローチ角を前述の範囲に規定することにより、素管内面とフローティングプラグとの間の摩擦力を増加させ、溝付プラグの抜け及び振動を防止することができる。
【００２１】
更に、前記フローティングプラグは前記ダイスに係合する円錐部と前記連結軸を回転自在に軸支するベアリングとを有し、このベアリングの直径が前記溝付プラグの外径の１００．１乃至１０９．０％であり、前記ベアリングの長さが２乃至４ｍｍである。これにより、素管内面とベアリングとの間に摩擦力を発生させ、溝付プラグの抜け及び振動を防止することができる。
【００２２】
更にまた、前記仕上げダイスによる縮径後の内面溝付管の外径の前記溝付プラグの外径に対する比を０．８５以上とする。溝付加工後の縮径率を小さくすることにより、縮径後における溝付管のリード角の減少量が小さくなる。その分、溝付プラグのリード角を小さくし、溝付プラグを回転し易くすることができ、溝付プラグの抜け及び振動を抑制することができる。
【００２３】
更にまた、前記転造ボール又は転造ロールの数が奇数であることが好ましい。従来より、内面溝付管を抽伸する際に、溝付プラグのランド部が欠損して、製品が不良になったり、欠損した際の衝撃で抽伸途中に破断したりすることがある。特に、フィンが高い場合にはランド部の欠損が頻発するが、さらにリード角を大きくすると、ランド部が欠損する頻度がより増加する。転造ボール又は転造ロールの数を奇数とすることにより、各転造ボール又は各転造ロールが素管に与える力の作用線が相互に一致しなくなり、溝付プラグに印加される力を分散することができる。この結果、溝付プラグのランド部の欠損が発生し難くなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明者等は前記課題を解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、転造ボールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じ向きにすることにより、仕上げダイスによる縮径加工に伴うリード角の減少を抑制できることを見出した。即ち、溝付プラグのリード角η１が一定であるとき、仕上げダイスにより縮径された後の内面溝付管のリード角η２は、転造ボールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じ向きとする場合の方が、逆の向きとする場合よりも大きくなることを見出した。
【００２５】
従来の技術の項で説明したように、従来にも、溝付プラグの欠損を防止するために、転造ボールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じ向きにすることは行われていた。しかしながら、これらの回転の向きの関係が縮径後の溝のリード角に影響を及ぼすことは知見されていなかった。本発明者等は、転造ボールの公転の向きと溝付プラグの自転の向きとの関係が溝付プラグのリード角η１と縮径後の内面溝付管のリード角η２との関係に影響を及ぼすことを知見し、この知見に基づいて本発明を完成した。
【００２６】
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。先ず、本発明の第１の実施例について説明する。本実施例に係る内面溝付管の製造方法においては、図１に示す製造装置を使用する。
【００２７】
図１に示すように、先ず、素管１をフローティングプラグ２及び保持ダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１が、外周面に溝が形成されている溝付プラグ５及び転造ボール６からなる転造部７に搬送される。素管１の外側を遊星回転する転造ボール６が素管１の外面を押圧することによって、素管１を縮径すると共に、素管１の内面に挿入されている溝付プラグ５に押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ５の溝が転写される。このとき、溝付プラグ５は、素管１の内面に自らが形成した溝に沿って自転する。転造ボール６の公転の向きは、溝付プラグ５の自転の向きと同じ向きとする。
【００２８】
また、このとき、溝付プラグ５は連結軸４を介してフローティングプラグ２に連結されており、フローティングプラグ２は素管１の引抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に静止しているため、溝付プラグ５も転造ボール６と整合する位置に停止している。
【００２９】
次に、転造部７を通過し内面に溝が形成された素管１は、仕上げダイス８により更に縮径され、所定の外径を有する内面溝付管９となる。
【００３０】
このようにして製造された内面溝付管９は、内面にリード角２５°以上の螺旋状の溝を有し、外径は、例えば５．０乃至７．５ｍｍである。
【００３１】
次に、本実施例の動作について図１を参照して説明する。転造部７において、素管１は、転造ボール６の公転によって周方向にねじられて回転する。素管１が回転することによって、溝付プラグ５は素管１の内面から、転造ボール６の公転の向きに力を受ける。素管１が抽伸されることによって、転造部７には常に新しい素管１が供給されるため、転造部７において素管１は連続的に回転し、素管１が溝付プラグ５に対して転造ボール６の公転の向きに加える力は連続的に作用する。即ち、溝付プラグ５は、常に転造ボール６の公転の向きに力を受けている。
【００３２】
また、溝付プラグ５には長手方向に働く力も存在し、その力の大きさは、転造ボール６の公転の向きと溝付プラグ５の自転の向きとの関係（以下、回転の向きの関係という）が同じ向きである場合と逆の向きである場合とで異なる。
【００３３】
転造ボール６の公転の向きが溝付プラグ５の自転の向きに対して逆である場合、即ち、回転の向きの関係が逆の場合は、溝付プラグ５を「おねじ」、転造ボール６の公転によって連続的にねじられる素管１を「めねじ」と想定すると、「おねじ」と「めねじ」とが互いに逆の向きに回転しているため、「めねじ」の位置を固定して考えた場合、「おねじ」は抽伸方向に進もうとする。実際には、「おねじ」（溝付プラグ５）の位置は、保持ダイス３とフローティングプラグ２との係合によって固定されているために、溝付プラグ５は抽伸方向に進むことはできず、溝付プラグ５には抽伸方向の力が作用する。「おねじ」の回転数をＲ１、「めねじ」の回転数をＲ２とすると、「おねじ」に対する「めねじ」の相対回転数は（Ｒ１＋Ｒ２）となる。
【００３４】
これに対して、回転の向きの関係が同じである場合は、「おねじ」に対する「めねじ」の相対回転数は（Ｒ１−Ｒ２）となり、相対回転数は、上述の回転の向きの関係が逆の場合よりも小さくなる。溝付プラグ５を抽伸方向へ引き込む力は相対回転数に対して単調増加の関係にあるため、溝付プラグを抽伸方向へ引き込む力は、回転の向きの関係が同じである場合の方が、回転の向きの関係が逆の場合よりも小さくなる。
【００３５】
溝付プラグ５に働く長手方向の力、即ち、溝付プラグ５を抽伸方向へ引き込む力は連結軸４によってフローティングプラグ２に伝わり、フローティングプラグ２を引き込む力になり、全体の抽伸力の一部となっている。従って、回転の向きの関係が逆の場合より同じ場合の方が、抽伸力が小さくなる。
【００３６】
また、図１に示すように、素管１は転造部７を通過した後、仕上げダイス８によって、縮径される。このとき、素管１は長手方向に伸びるため、縮径前よりもリード角が小さくなる。
【００３７】
縮径率が一定である場合、抽伸力が大きいほど、長手方向へ伸びる割合が大きくなる。その結果、内面溝付管９のリード角は小さくなる。換言すると、抽伸力を小さくすることができれば、縮径前後のリード角の変化を抑制でき、内面溝付管９においてより大きなリード角を得ることができる。
【００３８】
このように、回転の向きの関係を同じにすることにより、抽伸力が小さくなり、より大きなリード角を得ることができる。また、素管１を小径化しても、抽伸力が小さいため破断し難くなる。従って、転造ボール６の公転の向きを溝付プラグ５の自転の向きと同じにすると共に、素管１を小径化して仕上げダイス８による縮径率を小さくすることにより、仕上げダイス８による縮径後のリード角をより大きくすることができる。
【００３９】
なお、従来の内面溝付管と同じリード角の溝を形成する場合、本実施例の方法によれば従来よりも溝付プラグ５のリード角を小さくでき、抽伸破断が生じ難くなる。
【００４０】
また、転造ボール６により素管１の管外面を押圧することにより管内面に転造ボール６の圧痕の軌跡が形成されるが、転造ボール６の公転の向きを溝付プラグ５の回転の向きと一致させることにより、この転造ボール６の圧痕の軌跡が、管内面の展開図において管軸方向に直交する方向（管軸直交方向）に対し、管内面の溝と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜する。これにより、以下の理由により、蒸発性能を向上させることができる。
【００４１】
冷媒の蒸発時において、管壁表面には僅かではあるが、転造ボールの圧痕の軌跡に沿う流れが生じる場合がある。これは、圧痕表面の凹凸における表面張力によって冷媒液が濡れ広がるものである。図２（ａ）乃至（ｃ）は転造ボール６の圧痕の軌跡に沿う冷媒の流れを示す展開図であり、（ａ）は管の内面における圧痕の軌跡の位置を示し、（ｂ）は圧痕の軌跡が管軸直交方向に対して溝と逆の向きに傾いている場合を示し、（ｃ）は圧痕の軌跡が管軸直交方向に対して溝と同じ向きに傾いている場合を示す。図２（ａ）に示すように、内面溝付伝熱管９の管内面には、螺旋状の溝１３及び転造ボール６（図１参照）の圧痕の軌跡１４が形成されている。溝１３と管内面における管軸方向に平行な線１５とのなす角度のうち小さい角度、即ちリード角ηは２５°以上である。また、転造ボール６の圧痕の軌跡１４は管軸直交方向に対して溝１３と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜している。圧痕の軌跡１４と管の内面における管軸方向と直交する線１０とのなす角を角度αとする。
【００４２】
転造ボール６の公転の向きを溝付プラグ５の自転の向きに対して逆にすると、図２（ｂ）に示すように、圧痕の軌跡１４は線１０に対して溝１３と逆の向きに傾く。圧痕の軌跡１４が線１０に対して溝１３と逆の向きに傾いている場合又は圧痕の軌跡１４が線１０と平行である場合、即ち、角度αが０°以下の場合は、圧痕の軌跡１４に沿って管頂部へ上昇しようとする冷媒液の流れは冷媒ガスの流れに対して順方向ではないため存在できない。また、冷媒の流れの方向が図２（ｂ）に示す冷媒の流れの方向に対して逆の方向である場合においても、溝１３に沿う冷媒の流れの方向と圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の流れの方向とのなす角度が鈍角になるため、圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の流れは生じない。
【００４３】
これに対し、転造ボール６の公転の向きを溝付プラグ５の自転の向きに対して同じにすると、図２（ｃ）に示すように、圧痕の軌跡１４が線１０に対して溝１３と同じ向きに傾く。圧痕の軌跡１４が線１０に対して溝１３と同じ向きに傾いている場合、即ち、角度αが０°を超える場合は、圧痕の軌跡１４に沿う冷媒液の流れは冷媒ガスの流れに対して順方向の流れとなり、且つ、溝１３に沿う冷媒の流れの方向と圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の流れの方向とのなす角度が鋭角になるため、圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の管頂部へ向かう流れが存在でき、冷媒液が管側部まで濡れ広がることができ、蒸発熱伝達率を向上させることができる。また、冷媒の流れの方向が図２（ｃ）に示す冷媒の流れの方向に対して逆の方向である場合においては、圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の流れは一旦管底部に向かい、管底部を通過した後に管頂部へ向かう流れとなる。
【００４４】
一方、製造上の限界から、αは１０°以下である。なお、凝縮時においては冷媒液の温度が高いため、冷媒液の表面張力は蒸発時の約３０％、粘度は約６０％に低下し、圧痕の軌跡に沿う流れは発生しない。従って、この流れが凝縮熱伝達率を低下させることはない。なお、管側部とは管の内面における管頂部と管底部の中央部の近傍をいう。
【００４５】
このように、本実施例の内面溝付管９は、リード角が２５°以上であるため凝縮性能が優れていると共に、転造ボール６の圧痕の軌跡１４が管軸直交方向に対して溝１３と同じ向きに傾いているため蒸発性能も良好である。
【００４６】
なお、本実施例においては、図１に示すように、素管１を溝付プラグ５に押圧する手段として転造ボール６を使用する例を示したが、転造ボール６の替わりに、回転軸が素管１の中心軸と実質的に平行になるように配置された複数個の転造ロールを使用し、転造ボール６と同様に、転造ロールを素管１の周りに公転させることにより素管１を溝付プラグ５に押圧することとしてもよい。
【００４７】
また、本発明は、リード角が２５°を超える内面溝付管の製造方法であるが、リード角が２５°より小さい内面溝付管を製造する場合においても、本発明の製造方法を適用することにより、抽伸力を軽減し、抽伸破断を防止でき、歩留まりを向上させることができる。また抽伸力が軽減するため、従来よりも高速で抽伸することができ、生産性が向上する。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３は本実施例にて使用する内面溝付伝熱管の製造装置を示す断面図であり、図４は図３に示す製造装置のフローティングプラグを示す断面図であり、図５（ａ）はダイスのアプローチ角の定義を示す断面図であり、（ｂ）はフローティングプラグのアプローチ角及びベアリングの長さ及び直径の定義を示す側面図である。
【００４９】
図３に示すように、本実施例にて使用する内面溝付伝熱管の製造装置は、図１に示す製造装置と異なり、フローティングプラグ２ａは、円筒部２ｂ、円錐部２ｃ及びベアリング２ｄから形成されており、抽伸方向上流側からこの順に配置されている。
【００５０】
図４に示すように、フローティングプラグ２ａ内にはフローティングプラグ２ａをその軸方向に貫通する空洞部１６が設けられており、空洞部１６内には連結軸４の端部が挿入されている。なお、ベアリング２ｄとはフローティングプラグ２ａにおけるストレート部分をいう。一般に、フローティングプラグ２ａのようにベアリングを設けたプラグを浮きプラグという。
【００５１】
図５（ａ）に示す角度ａはダイス３のアプローチ角であり、図５（ｂ）に示す角度ｂはフローティングプラグ２ａのアプローチ角であり、Ｌはベアリングのお長さであり、Ｗはベアリング２ｄの直径である。本実施例においては、ダイス３のアプローチ角ａは２３乃至３０°であり、好ましくは２５乃至２９°である。また、フローティングプラグ２ａのアプローチ角ｂは、ダイス３のアプローチ角ａよりも１乃至３°小さくなっている。従って、フローティングプラグ２ａのアプローチ角ｂは２０乃至２９°であり、好ましくは２３乃至２７°である。更に、ベアリング２ｄの長さＬは２乃至４ｍｍであり、ベアリング２ｄの直径Ｗは溝付プラグ５（図３参照）の外径の１００・１乃至１０９・０％である。
【００５２】
更にまた、仕上げダイス８により縮径された後の内面溝付管９の外径が、溝付プラグ５の外径の０．８５倍以上になるように、溝付プラグ５の外径が設定されている。更にまた、本実施例においては、転造ボール６の個数は奇数であり、例えば３個である。本実施例の内面溝付伝熱管の製造装置における上記以外の構成は、前述の第１の実施例における内面溝付伝熱管の製造装置の構成と同じである。
【００５３】
本実施例においては、図３に示す製造装置を使用して内面溝付管を製造する。このとき、ダイス３のアプローチ角ａ及びフローティングプラグ２ａのアプローチ角ｂが上記範囲に設定されているため、素管１の内面とフローティングプラグ２ａの円錐部２ｃとの間の摩擦力が大きい。このため、フローティングプラグ２ａがダイス３に係合する位置に配置され、これにより、フローティングプラグ２ａに連結軸４を介して連結されている溝付プラグ５が転造ボール６の配設位置に位置する。この結果、溝付プラグ５の抜け及び振動の発生を抑制することができる。また、フローティングプラグ２ａに所定の大きさのベアリング２ｄが設けられているため、素管１の内面とベアリング２ｄとの間に摩擦力を発生させることができ、フローティングプラグ２ａをダイス３に係合する位置に配置し、溝付プラグ５が転造ボール６に相当する位置からずれないようにする効果が更に増大する。これにより、より一層、溝付プラグ５の抜け及び振動の発生を抑制することができる。更にまた、本実施例においては溝付プラグ５を小径化し、仕上げダイス８による縮径後の内面溝付管９の外径を溝付プラグ５の外径０．８５倍以上としている。これにより、仕上げダイス８による縮径率が小さくなるので、縮径後における内面溝付管９のリード角の減少量が小さくなる。従って、その分溝付プラグ５のリード角を小さくすることができる。この結果、溝付プラグ５が回転し易くなり、溝付プラグ５の抜け及び振動の発生を抑えることができる。
【００５４】
また、本実施例においては、転造ボール６の数を３個としている。図６（ａ）及び（ｂ）は転造ボールが素管を介して溝付プラグに及ぼす力を示す管軸直交断面図であり、図７（ａ）乃至（ｄ）は素管の内面に形成された溝の移動によって溝付プラグに及ぼす力を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は部分断面図であり、（ｃ）は溝付プラグのリード角が小さい場合を示す模式図であり、（ｄ）は溝付プラグのリード角が大きい場合を示す模式図である。図８はランド部が欠損した溝付プラグを示す断面図である。
【００５５】
図６（ａ）に示すように、溝付加工時には、転造ボール６が素管１の外面を押圧して、素管１の内面を溝付プラグ５の外面に押し付ける。溝付プラグ５の外面は、ランド部５ａとこのランド部５ａ間の溝部５ｂからなる。溝加工時に溝付プラグ５のランド部５ａに作用する力には、▲１▼図６（ａ）に示すような素管１の管壁を介して転造ボール６が溝付プラグ５のランド部５ａの側面を押す力、▲２▼図６（ｂ）に示すような転造ボール６が素管１の管壁を溝付プラグの溝部５ｂに押し付けることにより、溝部５ｂを広げるような力、▲３▼図７（ａ）に示すように、素管１の内面に形成された溝が抽伸方向に移動することによって、ランド部５ａの側面を押す力Ａがある。なお、この力Ａの方向は、ランド部５ａが延びる方向に対して、ランド部５ａのリード角ηだけ傾いている。従って、この力Ａにおけるランド部５ａに垂直な成分Ｂの大きさは、Ｂ＝Ａ×ｓｉｎηとなる。このため、図７（ｃ）及び（ｄ）に示すように、力Ａの大きさが等しくても、リード角ηが大きいほど力Ｂは大きくなる。
【００５６】
上記▲１▼〜▲３▼に示す３種類の力の合力がランド部５ａに作用する。このランド部５ａの根元に働く合力が溝付プラグ５の引張強さを超えたとき、図８に示すように、ランド部５ａの根元に欠損１８が発生し、溝付プラグ５が欠損する。前述の如く、ランド部５ａのリード角ηが大きくなると、ランド部５ａの側面に作用する力の成分▲３▼が増えるため、ランド部５ａが欠損し易くなる。
【００５７】
本実施例においては、ランド部５ａの根元に働く力を減らすために、前述の▲２▼の力に着目した。図９（ａ）及び（ｂ）は転造ボールが素管及び溝付プラグに及ぼす力の方向を示す管軸直交断面図であり、（ａ）は転造ボールが４個の場合であり、（ｂ）は転造ボールが３個の場合である。図９（ａ）に示すように、従来、転造ボール６の数は４個であり、４個の転造ボール６は溝付プラグ５の中心から見て約９０°間隔で素管１の外面に転接するように配置されている。即ち、２対の転造ボール６は溝付プラグ５及び素管１を挟んで夫々対向して配置されている。このため、前記２対の転造ボール６においては、転造ボール６が溝付プラグ５を押す力の作用線１９が相互に一致し、１個の転造ボールが溝付プラグ５を押圧する力の２倍の力が、溝付プラグ５におけるランド部５ａに局所的に作用している。図９（ｂ）に示すように、本実施例においては、転造ボール６の数を３個とし、溝付プラグ５の中心から見て約１２０°間隔で素管１の外面に転接するように配置することによって、転造ボール６が溝付プラグ５に印加する力の作用線１９が相互に一致しなくなり、転造ボール６が溝付プラグ５に印加する力が分散する。これにより、ランド部５ａに局所的に作用する力が軽減する。この結果、従来よりもランド部５ａの欠損を抑制することができる。本実施例は、溝付プラグのリード角が４０°以上であり、溝付プラグの溝深さが０．２２ｍｍ以上である場合に、特に効果が大きい。
【００５８】
なお、本実施例においては転造ボールの数を３個としたが、転造ボールの数が奇数であれば上記効果が得られる。従って、転造ボールの数は５個又は７個以上の奇数でもよい。本実施例における上記以外の効果は、前述の第１の実施例における効果と同様である。
【００５９】
以下、本発明の各構成要素の数値限定理由について説明する。
【００６０】
仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角：２５°以上
伝熱管として使用される内面溝付管においては、管内部において、凝縮時には冷媒液で濡れていない乾いた面で冷媒ガスを凝縮させ、凝縮した冷媒液は速やかに凝縮位置から排出されることが好ましい。溝のリード角が大きい場合には、冷媒液が溝に沿って管内面を上昇し難いため、管頂部付近を乾いた状態に保つことができる。また、管頂部付近で凝縮した冷媒液は速やかに管頂部から排出される。内面溝付管における溝のリード角が２５°以上であれば、前記効果が大きく、凝縮熱伝達率が向上する。従って、本発明においては、溝のリード角を２５°以上とする。より好ましくは３０°以上である。
【００６１】
ダイスのアプローチ角：２３乃至３０°
本実施例においては、ダイス及びフローティングプラグのアプローチ角を小さくし、ダイスとフローティングプラグとの間の摩擦力を増やすことにより、溝付プラグを転造ボールの配設位置に位置させ、溝付プラグの抜け及び振動を防止する。ダイスのアプローチ角が２３°未満であると、ダイスと素管との間の摩擦力が増加し、素管の引き細りが発生するため、素管の肉厚が薄くなり、素管が破断する可能性がある。一方、ダイスのアプローチ角が３０°よりも大きいと、ダイスと素管との間の摩擦力が小さくなり、このため、素管がフローティングプラグを拘束する力が低減し、溝付プラグの抜け及び振動が生じることがある。従って、ダイスのアプローチ角は２３乃至３０°とすることが好ましい。より好適には、２５乃至２９°である。
【００６２】
ダイスのアプローチ角からフローティングプラグのアプローチ角を減じた値：１乃至３°
前記値が１°未満であると、ダイスの内面（ダイスのアプローチ面）と素管の外面及び素管の内面とフローティングプラグの外面（フローティングプラグのアプローチ面）が面接触するようになるため、素管の引き細りが発生して素管の肉厚が薄くなり、素管が破断する可能性がある。一方、前記値が３°より大きいと、ダイスとフローティングプラグとの間において素管の壁の断面形状がクサビ状となる。このため、素管の肉厚が薄くなり、素管が破断する可能性がある。従って、ダイスのアプローチ角からフローティングプラグのアプローチ角を減じた値は１乃至３°であることが好ましく、２°程度であることがより好ましい。従って、フローティングプラグのアプローチ角は２０乃至２９°であることが好ましく、２３乃至２７°であることがより好ましい。
【００６３】
ベアリングの直径：溝付プラグの外径の１００．１乃至１０９．０％
ベアリングの直径が溝付プラグの外径の１００．１％未満であると、このベアリングを通過した後の素管の内面と溝付プラグとの接触面積が増え、溝付プラグを押し戻す向きの力が大きくなる。この結果、溝付プラグの抜け及び振動が生じ易くなる。一方、ベアリングの直径が溝付プラグの外径の１０９．０％より大きいと、ベアリングを通過した後の素管の内径と溝付プラグの外径との差異が大きくなり過ぎ、転造加工時に素管に転造ボールによって拘束されない部分が生じ、この部分にたわみが発生することがある。素管にたわみが発生すると、溝付プラグの溝部によって素管の内面に成形されたフィンが、一旦溝付プラグの溝部から離れた後、溝付プラグのランド部に接触して潰されてしまう。このため、素管の内面に所定の形状のフィンを形成することができなくなる可能性がある。従って、ベアリングの直径は溝付プラグの外径の１００．１乃至１０９．０％であることが好ましい。
【００６４】
ベアリングの長さ：２乃至４ｍｍ
ベアリングの長さが２ｍｍ未満であると、ベアリングと素管内面との接触面積が小さくなり、十分な摩擦力が得られないため、溝付プラグの抜け及び振動が発生し易くなる。一方、ベアリングの長さが４ｍｍを超えると、ベアリングと素管内面との接触面積が大きくなりすぎ、摩擦力が大きくなって引き細りにより素管の肉厚が減少し、素管の破断を生じやすくなる。従って、ベアリングの長さは２乃至４ｍｍであることが好ましい。
【００６５】
仕上げダイスによる縮径後における内面溝付管の外径の前記溝付プラグの外径に対する比：０．８５以上
図１０（ａ）は横軸に溝付プラグのリード角をとり、縦軸に溝付プラグを押し戻す力の大きさをとって、溝付プラグのリード角が前記押し戻す力に与える影響を示す模式的グラフ図であり、（ｂ）は横軸に仕上げダイスによる縮径後における内面溝付管の外径の前記溝付プラグの外径に対する比（以下、（製品外径／溝付プラグ外径）比ともいう）をとり、縦軸に溝付プラグのリード角をとって、仕上げダイスによる縮径後の内面溝付管において、一定のリード角を得る場合における溝付プラグのリード角と前記（製品外径／溝付プラグ外径）比との関係を示す模式的グラフ図である。図１０（ａ）に示すように、溝付プラグのリード角が大きくなるに従い、溝付プラグを押し戻す力が増加し、溝付プラグのリード角がβより大きくなると、前記押戻す力は溝付プラグの抜け及び振動が発生する領域３１に入り、溝付プラグの抜け及び振動が発生することがある。また、図１０（ｂ）に示すように、溝付プラグのリード角をβ以下とするためには、（製品外径／溝付プラグ外径）比の値を０．８５以上とすることが必要である。前記比の値が０．８５未満では、前記効果が得られない。このように、溝付プラグを小径化し、（製品外径／溝付プラグ外径）比の値を０．８５以上とすることにより、溝付加工後の管の縮径率が小さくなるので、縮径後における内面溝付管のリード角の減少量が小さくなる。このため、溝付プラグのリード角を小さくすることができ、溝付プラグを回転し易くすることができる。この結果、溝付プラグの抜け及び振動を抑制できる、従って、前記比の値は０．８５以上とすることが好ましい。
【００６６】
【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。
【００６７】
第１試験例
前述の第１の実施例に示した方法により表１に示す内面溝付管を製造した。これらの内面溝付管の凝縮熱伝達率を測定することにより、単管伝熱性能を評価した。表１に示すＮｏ．１乃至５は、外径が７ｍｍの内面溝付管を製造した場合、Ｎｏ．６乃至１０は、外径が８ｍｍの内面溝付管を製造した場合である。なお、表１において、転造ボールの公転の向きが溝付プラグの自転の向きと比較して同じ向きの場合を「回転の向き：順」、逆の場合を「回転の向き：逆」と表記した。
【００６８】
図１１は、内面溝付伝熱管の凝縮熱伝達率を測定する試験装置の構成を示す模式図である。この試験装置により得られた伝熱量から、管内熱伝達率を計算した。測定条件を表２に示す。
【００６９】
図１１に示すように、この試験装置には試験部２０及びバイパス部２１が設けられている。試験部２０は内面溝付伝熱管の凝縮熱伝達率を測定するものであり、バイパス部２１は試験部２０に供給する冷媒を所定の条件に調節するものであり、試験部２０とバイパス部２１とは並列に連結されている。試験部２０は２重管構造となっており内管２２と外管２３とが設けられている。内管２２には供試管となる内面溝付管を使用し、外管２３には平滑銅管を使用する。試験部２０の両側にはヒーター２４が設けられ、片方のヒーター２４と試験部２０との間には膨張弁２５が連結されている。更に、試験部２０には試験部２０に水を供給するための水槽２６が連結されている。一方、バイパス部２１には、バイパス凝縮器２７、膨張弁２８、バイパス蒸発器２９及びコンプレッサー３０がこの順に環状に連結され、独立した冷凍サイクルを構成している。
【００７０】
図１１に示す試験装置においては、コンプレッサー３０が駆動することにより、バイパス凝縮器２７、膨張弁２８、バイパス蒸発器２９及びコンプレッサー３０からなる冷凍サイクルに冷媒を流し、冷媒を所定の条件に調節する。そして、この条件が調節された冷媒を試験部２０の内管２２内に流す。一方、水槽２６より内管２２と外管２３との間の環状部に水を供給し、この水と前記冷媒との間で熱交換させて、水の出入口温度差から伝熱量を測定する。また、内管２２の冷媒出入口の差圧も計測する。このとき、冷媒の圧力及び冷媒流量等が所定の条件になるように、バイパス凝縮器２７及びバイパス蒸発器２９に流す水流量、膨張弁２５及び２８の開度並びにヒーター２４の出力を調節する。
【００７１】
管内熱伝達率は、管内熱伝達率をαｉ、総括熱伝達率をＫｏ、管外熱伝達率をαｏ、管壁熱抵抗をＲ、供試管の内径をＤｉ、供試管の外径をＤｏとするとき、下記数式１により表される。
【００７２】
【数１】
αｉ＝１／（１／Ｋｏ−１／αｏ−Ｒ）／（Ｄｉ／Ｄｏ）
【００７３】
なお、管外熱伝達率αｏはＭｏｎｒａｄ−Ｐｅｌｔｏｎ式により求めることができる。また、総括熱伝達率Ｋｏは、伝熱量をＱ、管外表面積をＡｏ、冷媒と水との間の対数平均温度差をΔＴｍとするとき、下記数式２により表される。
【００７４】
【数２】
Ｋｏ＝Ｑ／（Ａｏ×ΔＴｍ）
【００７５】
【表１】
【００７６】
【表２】
【００７７】
表１において、Ｎｏ．１乃至３は比較例である。比較例Ｎｏ．１においては、従来の方法と同様に、転造ボールの公転の向きと溝付プラグの自転の向きとの関係、即ち、回転の向きの関係を逆とし、リード角η１が４２°の溝付プラグを使用して内面にリード角η２が２３°の溝が形成された内面溝付管を製造した。比較例Ｎｏ．１における仕上げダイスの縮径比及び製造した内面溝付管の凝縮熱伝達率を１とし、外径が７ｍｍである他の内面溝付管、即ち、Ｎｏ．２乃至５における仕上げダイスの縮径比及び凝縮熱伝達率の基準とした。
【００７８】
比較例Ｎｏ．２においては、回転の向きの関係を逆とし、リード角η２が２６°の内面溝付管を製造しようとした。外径が７ｍｍでリード角η２が２６°の内面溝付管を作製するためには、溝付プラグのリード角η１を４５°にする必要があるが、この条件では管が抽伸破断を起こし、内面溝付管を製造できなかった。
【００７９】
比較例Ｎｏ．３においては、回転の向きの関係を逆とし、溝付プラグの外径を小さくして、仕上げダイスにおける縮径率を小さくしたが、これも抽伸破断が発生し内面溝付管を製造できなかった。
【００８０】
これに対して、表１に示すＮｏ．４及び５は本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．４は、回転の向きの関係を順として製造したもので、比較例Ｎｏ．１と同じリード角η１が４２°の溝付プラグを使用して、リード角η２が２８°の製品（内面溝付管）が得られた。また、リード角を大きくしたことにより、従来よりも凝縮熱伝達率が向上した。
【００８１】
実施例Ｎｏ．５は実施例Ｎｏ．４の条件に加えて、縮径率を小さくしたものであり、抽伸破断を生じることなくリード角η２が３１°の内面溝付管が得られた。また、リード角を更に大きくすることができたため、凝縮熱伝達率が更に向上した。
【００８２】
表１に示すＮｏ．６乃至８は、外径が８ｍｍの内面溝付管の比較例である。比較例Ｎｏ．６においては、従来の方法と同様に回転の向きの関係を逆とし、リード角η１が４２°の溝付プラグを使用して内面にリード角η２が３０°の溝を有する内面溝付管を製造した。比較例Ｎｏ．６における仕上げダイスの縮径比及び製造した内面溝付管の凝縮熱伝達率を１とし、外径が８ｍｍの他の内面溝付管、即ち、Ｎｏ．７乃至１０における仕上げダイスの縮径比及び凝縮熱伝達率の基準とした。
【００８３】
比較例Ｎｏ．７においては、回転の向きの関係を逆とし、リード角η２が３２°の内面溝付管を製造しようとした。外径が８ｍｍでリード角η２が３２°の内面溝付管を製造するためには、溝付プラグのリード角η１を４５°にする必要があるが、この条件では管が抽伸破断を起こし、内面溝付管を製造できなかった。
【００８４】
比較例Ｎｏ．８においては、回転の向きの関係を逆とし、溝付プラグの外径を小さくして、仕上げダイスでの縮径率を小さくしたが、これも抽伸破断が発生し内面溝付管を製造できなかった。
【００８５】
Ｎｏ．９及び１０は本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．９は、回転の向きの関係を順として製造したもので、比較例Ｎｏ．６と同じリード角η１が４２°の溝付プラグにより、リード角η２が３５°の内面溝付管が得られた。また、リード角を大きくしたため、従来よりも凝縮熱伝達率が向上した。
【００８６】
実施例Ｎｏ．１０は実施例Ｎｏ．９の条件に加えて、縮径率を小さくしたものであり、抽伸破断を生じることなくリード角η２が３９°の内面溝付管が得られた。また、リード角を更に大きくすることができたため、実施例Ｎｏ．９よりも凝縮熱伝達率が更に向上した。
【００８７】
第２試験例
前記第１試験例と同様な方法により、表３に示す内面溝付管を作製し、評価した。なお、転造ボールの公転の向きは溝付プラグの自転の向きと同じとした。
【００８８】
【表３】
【００８９】
表３に示すＮｏ．１１乃至１５は、本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．１１乃至１５は、転造ボールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じとしたため、いずれも抽伸破断を起こすことなく、高リード角を有する内面溝付管を製造することができた。
【００９０】
第３試験例
以下、第３乃至第７試験例においては、前述の第２の実施例に示す方法により、図３に示す製造装置を使用して内面溝付管を製造し、各製造条件が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。本第３試験例においては、ベアリングの直径が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。表４に本試験例における転造ボールの条件を示し、表５に溝付プラグの溝形状を示す。また、表６に上記以外の製造条件を示す。表４乃至６に示す条件により、内面溝付管を製造した。その結果を表７に示す。内面溝付管の製造時に溝付プラグの抜け又は振動が発生した場合には、表７において、「抜け又は振動：有り」と記載し、溝付プラグの抜け又は振動が発生しなかった場合には、「抜け又は振動：無し」と記載した。
【００９１】
【表４】
【００９２】
【表５】
【００９３】
【表６】
【００９４】
【表７】
【００９５】
表７に示すＮｏ．１６乃至２１は本発明の実施例である。表７に示すように、実施例Ｎｏ．１８乃至２０においては、ベアリングの直径を溝付プラグの外径の１００．１〜１０９．０％としたため、溝付プラグの抜け又は振動が発生しなかった。これに対して、実施例Ｎｏ．１６及びＮｏ．１７は、ベアリングの直径を溝付プラグの外径の１００．１％未満としたため、溝付プラグの抜け又は振動が発生した。また、実施例Ｎｏ．２１は、ベアリングの直径を溝付プラグの外径の１１０％としたため、溝付プラグの抜け又は振動が発生した。
【００９６】
第４試験例
本試験例においては、ベアリングの長さが内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。本試験例における転造ボールの条件及び溝付プラグの溝形状は、夫々表４及び表５に示すとおりである。また、表８に上記以外の製造条件を示す。表４、表５及び表８に示す条件により、内面溝付管を製造した。その結果を表９に示す。
【００９７】
【表８】
【００９８】
【表９】
【００９９】
表９に示すＮｏ．２２乃至２７は本発明の実施例である。表９に示すように、実施例Ｎｏ．２３乃至２５においては、ベアリングの長さを２乃至４ｍｍとしたため、溝付プラグの抜け又は振動及び素管の破断が発生しなかった。これに対して、実施例Ｎｏ．２２は、ベアリングの長さが２ｍｍ未満であったため、溝付プラグの抜け又は振動が発生した。また、実施例Ｎｏ．２６及びＮｏ．２７は、ベアリングの長さを４ｍｍより大きくしたため、素管の破断が発生した。
【０１００】
第５試験例
本試験例においては、ダイス及びフローティングプラグのアプローチ角が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。本試験例における転造ボールの条件及び溝付プラグの溝形状は、夫々表４及び表５に示すとおりである。また、表１０に上記以外の製造条件を示す。表４、表５及び表１０に示す条件により、内面溝付管を製造した。その結果を表１１に示す。
【０１０１】
【表１０】
【０１０２】
【表１１】
【０１０３】
表１１に示すＮｏ．２８乃至３５は本発明の実施例である。表１１に示すように、実施例Ｎｏ．２８乃至３１は、ダイスのアプローチ角が２３乃至３０°であり、ダイスのアプローチ角とフローティングプラグのアプローチ角との差が１乃至３°であるため、溝付プラグの抜け又は振動が発生せず、素管の破断も発生しなかった。これに対して、実施例Ｎｏ．３２は、ダイスのアプローチ角が２１°と小さかったため、素管の破断が発生した。実施例Ｎｏ．３３は、ダイスのアプローチ角とフローティングプラグのアプローチ角との差が０．５°と小さかったため、素管の破断が発生した。実施例Ｎｏ．３４は、ダイスのアプローチ角とフローティングプラグのアプローチ角との差が３．５°と大きかったため、素管の破断が発生した。実施例Ｎｏ．３５は、ダイスのアプローチ角が３１°と大きかったため、溝付プラグの抜け又は振動及び素管の破断が発生した。
【０１０４】
第６試験例
本試験例においては、溝付プラグの外径が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。本試験例における転造ボールの条件及び溝付プラグの溝形状は、夫々表４及び表５に示すとおりである。また、表１２に上記以外の製造条件を示す。表４、表５及び表１２に示す条件により、内面溝付管を製造した。その結果を表１３に示す。
【０１０５】
【表１２】
【０１０６】
【表１３】
【０１０７】
表１３に示すＮｏ．３６乃至４２は本発明の実施例である。表１３に示すように、実施例Ｎｏ．３９乃至４２においては、（製品外径／溝付プラグ外径）比を０．８５以上としたため、溝付プラグの抜け又は振動が発生しなかった。これに対して、実施例Ｎｏ．３６乃至３８は、（製品外径／溝付プラグ外径）比が０．８５未満であったため、溝付プラグの抜け又は振動が発生した。
【０１０８】
第７試験例
本試験例においては、転造ボールの数が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。表１４に本試験例において製造した内面溝付管の溝形状を示す。本試験例においては、図３に示す製造装置を使用して、前述の第２の実施例に示す方法により内面溝付管を製造したが、このとき、転造ボール６（図３参照）の数を３乃至６個の範囲で異ならせた。転造ボールの外径は１１．１１ｍｍとした。また、溝付プラグのリード角は４２°とし、溝深さは０．２６ｍｍとした。
【０１０９】
【表１４】
【０１１０】
図１２は本試験例において製造される内面溝付管の外観を示す側面図である。図１２に示すように、内面溝付管９の外面には、転造ボールによる圧痕の軌跡３２が形成される。本試験例においては、この圧痕の軌跡３２の管軸方向におけるピッチＰが０．４ｍｍ程度になるように、転造ボールの公転数を調整した。
【０１１１】
表１５に本試験例の試験結果を示す。表１５に示す「製品長さ」とは、１個の溝付プラグにより製造できた内面溝付管の通算の長さを示し、「損傷状態」とは、内面溝付管の製造後における溝付プラグの損傷状態を示し、「ランド部欠損」とは、溝付プラグのランド部が欠損したことを示し、「磨耗」とは、溝付プラグ全体の磨耗により、素管の内面に規定の高さのフィンを形成できなくなったことを示す。試験は各条件において３回ずつ行った。なお、通常、内面溝付管を製造する場合には、製造中にフィンの高さが目標値に達しなくなったときは、溝付プラグと転造ボールとの抽伸方向における相対的な位置関係を変えて、溝付プラグの当り面を変える。これにより、溝付プラグの新しい当り面を使って内面溝付管の加工を行うことができる。しかしながら、本試験例においては、溝付プラグと転造ボールとの相対的な位置関係を変えることなく、同一の当り面を使って内面溝付管を製造した。
【０１１２】
【表１５】
【０１１３】
表１５に示すＮｏ．４３乃至５４は本発明の実施例である。表１５に示すように、例えば実施例Ｎｏ．４３においては、転造ボールの数を４個として内面溝付管の製造を行ったが、通算で８２１０ｍの長さの内面溝付管を製造した後、溝付プラグのランド部が損傷して素管が破断し、それ以上製造を続けることができなくなった。表１５に示すように、実施例Ｎｏ．４３乃至４８は転造ボールの数が偶数、即ち、４個又は６個の場合である。実施例Ｎｏ．４３乃至４８においても、内面溝付管を製造することができたが、通算長さ８０００乃至１００００ｍ程度製造した時点で、溝付プラグのランド部に欠損が発生して素管が破断した。これに対して、実施例Ｎｏ．４９乃至５４は転造ボールの数が奇数、即ち、３個又は５個の場合である。実施例Ｎｏ．４９乃至５４においては、ランド部の欠損は発生せず、通算２００００ｍ以上の長さの内面溝付管を製造することができた。
【０１１４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、溝付プラグのリード角を大きくすることなく、また管の抽伸破断を起こすことなく、リード角が大きい継目無し内面溝付伝熱管を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】継目無し内面溝付伝熱管の製造装置の構成及び製造方法を示す断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は転造ボールの圧痕の軌跡に沿う冷媒の流れを示す展開図であり、（ａ）は管の内面における圧痕の軌跡の位置を示し、（ｂ）は圧痕の軌跡が管軸直交方向に対して溝と逆の向きに傾いている場合を示し、（ｃ）は圧痕の軌跡が管軸直交方に対して溝と同じ向きに傾いている場合を示す。
【図３】本発明の第２の実施例における内面溝付伝熱管の製造装置を示す断面図である。
【図４】図３に示す製造装置のフローティングプラグを示す断面図である。
【図５】（ａ）はダイスのアプローチ角の定義を示す断面図であり、（ｂ）はフローティングプラグのアプローチ角及びベアリングの長さの定義を示す側面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は転造ボールが素管を介して溝付プラグに及ぼす力を示す管軸直交断面図である。
【図７】（ａ）乃至（ｄ）は素管の内面に形成された溝の移動によって溝付プラグに及ぼす力を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は部分断面図であり、（ｃ）は溝付プラグのリード角が小さい場合を示し模式図であり、（ｄ）は溝付プラグのリード角が大きい場合を示す模式図である。
【図８】ランド部が欠損した溝付プラグを示す断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は転造ボールが素管及び溝付プラグに及ぼす力の方向を示す管軸直交断面図であり、（ａ）は転造ボールが４個の場合であり、（ｂ）は転造ボールが３個の場合である。
【図１０】（ａ）は横軸に溝付プラグのリード角をとり、縦軸に溝付プラグを押し戻す力の大きさをとって、溝付プラグのリード角が前記押し戻す力に与える影響を示す模式的グラフ図であり、（ｂ）は横軸に（製品外径／溝付プラグ外径）比をとり、縦軸に溝付プラグのリード角をとって、仕上げダイスによる縮径後の内面溝付管において、同一のリード角を得る場合の溝付プラグのリード角と前記比との関係を示すグラフ図である。
【図１１】内面溝付伝熱管の凝縮熱伝達率を測定する試験装置の構成を示す模式図である。
【図１２】内面溝付管の外観を示す側面図である。
【符号の説明】
１；素管
２、２ａ；フローティングプラグ
２ｂ；円筒部
２ｃ；円錐部
２ｄ；ベアリング
３；保持ダイス
４；連結軸
５；溝付プラグ
６；転造ボール
７；転造部
８；仕上げダイス
９；内面溝付管
１０；管内面における管軸方向と直交する線
１３；溝
１４；転造ボールの圧痕の軌跡
１５；管内面における管軸方向に平行な線
１６；空洞部
１８；欠損
１９；力の作用線
２０；試験部
２１；バイパス部
２２；内管
２３；外管
２４；ヒーター
２５；膨張弁
２６；水槽
２７；バイパス凝縮器
２８；膨張弁
２９；バイパス蒸発器
３０；コンプレッサー
３１；溝付プラグの抜け及び振動が発生する領域
３２；圧痕の軌跡
ａ；ダイス３のアプローチ角
ｂ；フローティングプラグ２ａのアプローチ角
Ａ；ランド部側面を押す力
Ｂ；力Ａにおけるランド部５ｂに垂直な成分
Ｌ；ベアリング長さ
Ｐ；圧痕の軌跡３２の管軸方向におけるピッチ
Ｗ；ベアリング径
【発明の属する技術分野】
本発明は空調機器等に使用される熱交換器に組み込まれる伝熱管として好適な継目無し内面溝付伝熱管の製造方法に関し、特に、内面に形成された溝のリード角が大きい継目無し内面溝付伝熱管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化を抑制するために、火力発電所が排出する二酸化炭素を削減することが求められており、空調機器においても、消費電力の低減への取組みがなされている。空調機器に使用される熱交換器に組み込まれている内面溝付伝熱管の管内熱伝達率を改善することも、その取組みのひとつである。
【０００３】
内面溝付管の管内熱伝達率を向上させる手段として、例えば、特開平９−４２８８１号公報に記載されているように、管の内面に形成されている溝のリード角、即ち、溝が延びる方向と管軸方向との間の角度を大きくする方法がある。これにより、特に凝縮性能が向上する。
【０００４】
内面溝付管には、継目無し内面溝付管及び内面溝付溶接管がある。このうち、生産性において、継目無し内面溝付管は内面溝付溶接管よりも優れている。
【０００５】
図１は、継目無し内面溝付伝熱管の製造装置の構成及び製造方法を示す断面図である。継目無し内面溝付伝熱管（以下、内面溝付管という）の製造装置について説明する。図１に示すように、銅からなる素管１の内部に、フローティングプラグ２が挿入されている。フローティングプラグ２の形状は、管供給側（上流側）の外径が素管１の内径よりやや小さく、管引抜き側（下流側）の外径は管供給側の外径よりも小さくなっている。フローティングプラグ２と整合する位置における素管１の外面には、フローティングプラグ２と共に素管１を縮径加工する保持ダイス３が配置されている。また、フローティングプラグ２には連結軸４を介してほぼ円柱形の溝付プラグ５が連結されている。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が加工されている。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。そして、この溝付プラグ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が素管１の管軸を中心として管円周方向に公転回転可能に配設されている。また、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。溝付プラグ５及び転造ボール６は転造部７を構成する。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、転造部７の管引抜き方向下流側には、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げダイス８が設けられている。
【０００６】
次に、内面溝付管の製造方法について説明する。先ず、素管１をフローティングプラグ２及び保持ダイス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の外側を遊星回転する転造ボール６又は転造ロール（以下、まとめて転造ボール６という）によって押圧することによって縮径すると共に、溝付プラグ５に押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ５の溝が転写される。このとき、溝付プラグ５は、素管１の内面に自らが形成した溝に沿って自転する。通常、溝付プラグ５の自転の向きと転造ボール６の公転の向きとは相互に逆の向きである。但し、特開平１０−２５８３０７号公報に記載されているように、溝付プラグ５の溝が欠損しやすい場合は、溝付プラグ５の自転の向きと転造ボール６の公転の向きとを相互に同じとして溝付プラグ５の欠損を防止する場合もある。
【０００７】
また、このとき、溝付プラグ５は連結軸４を介してフローティングプラグ２に連結されており、フローティングプラグ２は素管１の引抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に静止しているため、溝付プラグ５も転造ボール６と整合する位置に停止している。
【０００８】
次に、転造部７を通過した内面に溝が形成された素管１は、仕上げダイズ８により更に縮径され、所定の外径を有する内面溝付管９となる。
【０００９】
前述のような方法で製造される内面溝付管９において、内面に形成されている溝のリード角を大きくするためには、以下の方法がある。
【００１０】
第１の方法は、溝付プラグ５の外周面に形成されている溝のリード角η１を大きくする方法である。溝付プラグ５のリード角η１を大きくすることにより、内面溝付管９のリード角η２を大きくすることができる。但し、内面溝付管９は、仕上げダイス８により縮径されると同時に、長手方向へ伸ばされるため、仕上げダイス８を通過した後の内面溝付管９のリード角η２は、溝付プラグ５のリード角η１よりも小さくなってしまう。外径７ｍｍの内面溝付管の場合、η１を３５°としても、η２は、例えば１８°になってしまう。このため、溝付プラグ５のリード角η１は、製品である内面溝付管９のリード角η２の設計値よりもかなり大きめにしておく必要がある。
【００１１】
内面溝付管９のリード角η２を大きくする第２の方法は、仕上げダイス８による管の縮径率を小さくする方法である。管の縮径率を小さくすることにより、管が長手方向に伸びる割合も小さくなり、溝付プラグ５のリード角η１と内面溝付管９のリード角η２との差を小さくすることができ、製品（内面溝付管９）においてより大きなリード角を得ることができる。
【００１２】
【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。溝付プラグ５のリード角η１を大きくする方法においては、このリード角η１を過度に大きくすると、溝形成時に素管１に印加される負荷が大きくなり、材料破断が発生し内面溝付管が製造できなくなるという問題点がある。具体的には、内面溝付管９のリード角η２を２５°以上にしようとすると抽伸破断が発生し易くなる。特に、外径が７．５ｍｍ以下の内面溝付管において２５°以上のリード角η２を得ようとする場合及び外径が７．５ｍｍより大きく１１ｍｍ以下の内面溝付管において３０°以上のリード角η２を得ようとする場合においては、従来の方法では、溝付プラグ５のリード角η１を約４５°又はそれ以上にする必要があり、抽伸破断が多発する。このため、このような内面溝付管は製造不可能又は生産性及び歩留まりが著しく低下するため極めて製造困難となる。
【００１３】
また、仕上げダイス８による管の縮径率を小さくする方法においては、仕上げダイス８に挿入される前の素管１の管径を小さくしておく必要があるが、これにより、溝加工部（転造部７）において管が細くなり、管の断面積が小さくなる。その結果、管の抽伸方向の強度が低下するため、引抜き力が同じであっても管が破断し易くなる。このため、溝加工部における管径には下限界がある。また、保持ダイス３に挿入される前の素管１も細くする必要があるため、素管１を製造する工程において伸数が増え、製造コストの上昇につながる。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溝付プラグのリード角を大きくすることなく、また管の抽伸破断を起こすことなく、リード角が大きい継目無し内面溝付伝熱管を生産性よく製造することができる継目無し内面溝付伝熱管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る継目無し内面溝付伝熱管の製造方法は、素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が２５°以上である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであり、管内面における前記転造ボール又は転造ロールの圧痕の軌跡が、管内面の展開図において管軸方向に直交する方向に対し、管内面の溝と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜することを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、転造ボール又は転造ロールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じにするため、素管が転造ボール又は転造ロールの公転によってねじられることにより生じる素管の回転の向きと溝付プラグの自転の向きとが同じになり、素管と溝付プラグとの間の相対回転数が小さくなる。これにより、素管に印加される抽伸力が小さくなるため、仕上げダイスによる縮径加工に伴うリード角の減少を抑制することができ、結果として、リード角が大きい継目無し内面溝付伝熱管を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る他の継目無し内面溝付伝熱管の製造方法は、素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が３０°以上であり、前記仕上げダイスによる縮径後の外径が７．５ｍｍより大きく１１ｍｍ以下である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであることを特徴とする。
【００１８】
また、前記ダイスはアプローチ角が２３乃至３０°のストレートダイスであり、前記フローティングプラグのアプローチ角は前記ダイスのアプローチ角よりも１乃至３°小さい。
【００１９】
溝付プラグは素管が加工方向に引き抜かれることにより自転するが、リード角が大きくなるにつれて回転し難くなる。一方、素管は転造ボール又は転造ロールの公転によりねじられる。溝付プラグの自転の向きと転造ボール又は転造ロールの公転の向きとが同じ向きである場合、素管が転造ボール又は転造ロールによってねじられることにより、溝付プラグをダイスに向かう方向に押戻す力が発生する。このため、溝付プラグは転造ボール又は転造ロールの配設位置に入り難くなり、溝付プラグが転造加工中に前記配設位置からダイス側に移動する溝付プラグの抜け、及び溝付プラグが素管内を前進して前記配設位置に位置したり素管内を後退して前記配設位置から外れたりすることによる溝付プラグの振動を生じることがある。溝付プラグの抜け又は振動が発生すると、素管のねじれが発生する。
【００２０】
本発明においては、ダイス及びフローティングプラグのアプローチ角を前述の範囲に規定することにより、素管内面とフローティングプラグとの間の摩擦力を増加させ、溝付プラグの抜け及び振動を防止することができる。
【００２１】
更に、前記フローティングプラグは前記ダイスに係合する円錐部と前記連結軸を回転自在に軸支するベアリングとを有し、このベアリングの直径が前記溝付プラグの外径の１００．１乃至１０９．０％であり、前記ベアリングの長さが２乃至４ｍｍである。これにより、素管内面とベアリングとの間に摩擦力を発生させ、溝付プラグの抜け及び振動を防止することができる。
【００２２】
更にまた、前記仕上げダイスによる縮径後の内面溝付管の外径の前記溝付プラグの外径に対する比を０．８５以上とする。溝付加工後の縮径率を小さくすることにより、縮径後における溝付管のリード角の減少量が小さくなる。その分、溝付プラグのリード角を小さくし、溝付プラグを回転し易くすることができ、溝付プラグの抜け及び振動を抑制することができる。
【００２３】
更にまた、前記転造ボール又は転造ロールの数が奇数であることが好ましい。従来より、内面溝付管を抽伸する際に、溝付プラグのランド部が欠損して、製品が不良になったり、欠損した際の衝撃で抽伸途中に破断したりすることがある。特に、フィンが高い場合にはランド部の欠損が頻発するが、さらにリード角を大きくすると、ランド部が欠損する頻度がより増加する。転造ボール又は転造ロールの数を奇数とすることにより、各転造ボール又は各転造ロールが素管に与える力の作用線が相互に一致しなくなり、溝付プラグに印加される力を分散することができる。この結果、溝付プラグのランド部の欠損が発生し難くなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明者等は前記課題を解決するために鋭意実験研究を重ねた結果、転造ボールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じ向きにすることにより、仕上げダイスによる縮径加工に伴うリード角の減少を抑制できることを見出した。即ち、溝付プラグのリード角η１が一定であるとき、仕上げダイスにより縮径された後の内面溝付管のリード角η２は、転造ボールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じ向きとする場合の方が、逆の向きとする場合よりも大きくなることを見出した。
【００２５】
従来の技術の項で説明したように、従来にも、溝付プラグの欠損を防止するために、転造ボールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じ向きにすることは行われていた。しかしながら、これらの回転の向きの関係が縮径後の溝のリード角に影響を及ぼすことは知見されていなかった。本発明者等は、転造ボールの公転の向きと溝付プラグの自転の向きとの関係が溝付プラグのリード角η１と縮径後の内面溝付管のリード角η２との関係に影響を及ぼすことを知見し、この知見に基づいて本発明を完成した。
【００２６】
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。先ず、本発明の第１の実施例について説明する。本実施例に係る内面溝付管の製造方法においては、図１に示す製造装置を使用する。
【００２７】
図１に示すように、先ず、素管１をフローティングプラグ２及び保持ダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１が、外周面に溝が形成されている溝付プラグ５及び転造ボール６からなる転造部７に搬送される。素管１の外側を遊星回転する転造ボール６が素管１の外面を押圧することによって、素管１を縮径すると共に、素管１の内面に挿入されている溝付プラグ５に押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ５の溝が転写される。このとき、溝付プラグ５は、素管１の内面に自らが形成した溝に沿って自転する。転造ボール６の公転の向きは、溝付プラグ５の自転の向きと同じ向きとする。
【００２８】
また、このとき、溝付プラグ５は連結軸４を介してフローティングプラグ２に連結されており、フローティングプラグ２は素管１の引抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に静止しているため、溝付プラグ５も転造ボール６と整合する位置に停止している。
【００２９】
次に、転造部７を通過し内面に溝が形成された素管１は、仕上げダイス８により更に縮径され、所定の外径を有する内面溝付管９となる。
【００３０】
このようにして製造された内面溝付管９は、内面にリード角２５°以上の螺旋状の溝を有し、外径は、例えば５．０乃至７．５ｍｍである。
【００３１】
次に、本実施例の動作について図１を参照して説明する。転造部７において、素管１は、転造ボール６の公転によって周方向にねじられて回転する。素管１が回転することによって、溝付プラグ５は素管１の内面から、転造ボール６の公転の向きに力を受ける。素管１が抽伸されることによって、転造部７には常に新しい素管１が供給されるため、転造部７において素管１は連続的に回転し、素管１が溝付プラグ５に対して転造ボール６の公転の向きに加える力は連続的に作用する。即ち、溝付プラグ５は、常に転造ボール６の公転の向きに力を受けている。
【００３２】
また、溝付プラグ５には長手方向に働く力も存在し、その力の大きさは、転造ボール６の公転の向きと溝付プラグ５の自転の向きとの関係（以下、回転の向きの関係という）が同じ向きである場合と逆の向きである場合とで異なる。
【００３３】
転造ボール６の公転の向きが溝付プラグ５の自転の向きに対して逆である場合、即ち、回転の向きの関係が逆の場合は、溝付プラグ５を「おねじ」、転造ボール６の公転によって連続的にねじられる素管１を「めねじ」と想定すると、「おねじ」と「めねじ」とが互いに逆の向きに回転しているため、「めねじ」の位置を固定して考えた場合、「おねじ」は抽伸方向に進もうとする。実際には、「おねじ」（溝付プラグ５）の位置は、保持ダイス３とフローティングプラグ２との係合によって固定されているために、溝付プラグ５は抽伸方向に進むことはできず、溝付プラグ５には抽伸方向の力が作用する。「おねじ」の回転数をＲ１、「めねじ」の回転数をＲ２とすると、「おねじ」に対する「めねじ」の相対回転数は（Ｒ１＋Ｒ２）となる。
【００３４】
これに対して、回転の向きの関係が同じである場合は、「おねじ」に対する「めねじ」の相対回転数は（Ｒ１−Ｒ２）となり、相対回転数は、上述の回転の向きの関係が逆の場合よりも小さくなる。溝付プラグ５を抽伸方向へ引き込む力は相対回転数に対して単調増加の関係にあるため、溝付プラグを抽伸方向へ引き込む力は、回転の向きの関係が同じである場合の方が、回転の向きの関係が逆の場合よりも小さくなる。
【００３５】
溝付プラグ５に働く長手方向の力、即ち、溝付プラグ５を抽伸方向へ引き込む力は連結軸４によってフローティングプラグ２に伝わり、フローティングプラグ２を引き込む力になり、全体の抽伸力の一部となっている。従って、回転の向きの関係が逆の場合より同じ場合の方が、抽伸力が小さくなる。
【００３６】
また、図１に示すように、素管１は転造部７を通過した後、仕上げダイス８によって、縮径される。このとき、素管１は長手方向に伸びるため、縮径前よりもリード角が小さくなる。
【００３７】
縮径率が一定である場合、抽伸力が大きいほど、長手方向へ伸びる割合が大きくなる。その結果、内面溝付管９のリード角は小さくなる。換言すると、抽伸力を小さくすることができれば、縮径前後のリード角の変化を抑制でき、内面溝付管９においてより大きなリード角を得ることができる。
【００３８】
このように、回転の向きの関係を同じにすることにより、抽伸力が小さくなり、より大きなリード角を得ることができる。また、素管１を小径化しても、抽伸力が小さいため破断し難くなる。従って、転造ボール６の公転の向きを溝付プラグ５の自転の向きと同じにすると共に、素管１を小径化して仕上げダイス８による縮径率を小さくすることにより、仕上げダイス８による縮径後のリード角をより大きくすることができる。
【００３９】
なお、従来の内面溝付管と同じリード角の溝を形成する場合、本実施例の方法によれば従来よりも溝付プラグ５のリード角を小さくでき、抽伸破断が生じ難くなる。
【００４０】
また、転造ボール６により素管１の管外面を押圧することにより管内面に転造ボール６の圧痕の軌跡が形成されるが、転造ボール６の公転の向きを溝付プラグ５の回転の向きと一致させることにより、この転造ボール６の圧痕の軌跡が、管内面の展開図において管軸方向に直交する方向（管軸直交方向）に対し、管内面の溝と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜する。これにより、以下の理由により、蒸発性能を向上させることができる。
【００４１】
冷媒の蒸発時において、管壁表面には僅かではあるが、転造ボールの圧痕の軌跡に沿う流れが生じる場合がある。これは、圧痕表面の凹凸における表面張力によって冷媒液が濡れ広がるものである。図２（ａ）乃至（ｃ）は転造ボール６の圧痕の軌跡に沿う冷媒の流れを示す展開図であり、（ａ）は管の内面における圧痕の軌跡の位置を示し、（ｂ）は圧痕の軌跡が管軸直交方向に対して溝と逆の向きに傾いている場合を示し、（ｃ）は圧痕の軌跡が管軸直交方向に対して溝と同じ向きに傾いている場合を示す。図２（ａ）に示すように、内面溝付伝熱管９の管内面には、螺旋状の溝１３及び転造ボール６（図１参照）の圧痕の軌跡１４が形成されている。溝１３と管内面における管軸方向に平行な線１５とのなす角度のうち小さい角度、即ちリード角ηは２５°以上である。また、転造ボール６の圧痕の軌跡１４は管軸直交方向に対して溝１３と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜している。圧痕の軌跡１４と管の内面における管軸方向と直交する線１０とのなす角を角度αとする。
【００４２】
転造ボール６の公転の向きを溝付プラグ５の自転の向きに対して逆にすると、図２（ｂ）に示すように、圧痕の軌跡１４は線１０に対して溝１３と逆の向きに傾く。圧痕の軌跡１４が線１０に対して溝１３と逆の向きに傾いている場合又は圧痕の軌跡１４が線１０と平行である場合、即ち、角度αが０°以下の場合は、圧痕の軌跡１４に沿って管頂部へ上昇しようとする冷媒液の流れは冷媒ガスの流れに対して順方向ではないため存在できない。また、冷媒の流れの方向が図２（ｂ）に示す冷媒の流れの方向に対して逆の方向である場合においても、溝１３に沿う冷媒の流れの方向と圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の流れの方向とのなす角度が鈍角になるため、圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の流れは生じない。
【００４３】
これに対し、転造ボール６の公転の向きを溝付プラグ５の自転の向きに対して同じにすると、図２（ｃ）に示すように、圧痕の軌跡１４が線１０に対して溝１３と同じ向きに傾く。圧痕の軌跡１４が線１０に対して溝１３と同じ向きに傾いている場合、即ち、角度αが０°を超える場合は、圧痕の軌跡１４に沿う冷媒液の流れは冷媒ガスの流れに対して順方向の流れとなり、且つ、溝１３に沿う冷媒の流れの方向と圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の流れの方向とのなす角度が鋭角になるため、圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の管頂部へ向かう流れが存在でき、冷媒液が管側部まで濡れ広がることができ、蒸発熱伝達率を向上させることができる。また、冷媒の流れの方向が図２（ｃ）に示す冷媒の流れの方向に対して逆の方向である場合においては、圧痕の軌跡１４に沿う冷媒の流れは一旦管底部に向かい、管底部を通過した後に管頂部へ向かう流れとなる。
【００４４】
一方、製造上の限界から、αは１０°以下である。なお、凝縮時においては冷媒液の温度が高いため、冷媒液の表面張力は蒸発時の約３０％、粘度は約６０％に低下し、圧痕の軌跡に沿う流れは発生しない。従って、この流れが凝縮熱伝達率を低下させることはない。なお、管側部とは管の内面における管頂部と管底部の中央部の近傍をいう。
【００４５】
このように、本実施例の内面溝付管９は、リード角が２５°以上であるため凝縮性能が優れていると共に、転造ボール６の圧痕の軌跡１４が管軸直交方向に対して溝１３と同じ向きに傾いているため蒸発性能も良好である。
【００４６】
なお、本実施例においては、図１に示すように、素管１を溝付プラグ５に押圧する手段として転造ボール６を使用する例を示したが、転造ボール６の替わりに、回転軸が素管１の中心軸と実質的に平行になるように配置された複数個の転造ロールを使用し、転造ボール６と同様に、転造ロールを素管１の周りに公転させることにより素管１を溝付プラグ５に押圧することとしてもよい。
【００４７】
また、本発明は、リード角が２５°を超える内面溝付管の製造方法であるが、リード角が２５°より小さい内面溝付管を製造する場合においても、本発明の製造方法を適用することにより、抽伸力を軽減し、抽伸破断を防止でき、歩留まりを向上させることができる。また抽伸力が軽減するため、従来よりも高速で抽伸することができ、生産性が向上する。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図３は本実施例にて使用する内面溝付伝熱管の製造装置を示す断面図であり、図４は図３に示す製造装置のフローティングプラグを示す断面図であり、図５（ａ）はダイスのアプローチ角の定義を示す断面図であり、（ｂ）はフローティングプラグのアプローチ角及びベアリングの長さ及び直径の定義を示す側面図である。
【００４９】
図３に示すように、本実施例にて使用する内面溝付伝熱管の製造装置は、図１に示す製造装置と異なり、フローティングプラグ２ａは、円筒部２ｂ、円錐部２ｃ及びベアリング２ｄから形成されており、抽伸方向上流側からこの順に配置されている。
【００５０】
図４に示すように、フローティングプラグ２ａ内にはフローティングプラグ２ａをその軸方向に貫通する空洞部１６が設けられており、空洞部１６内には連結軸４の端部が挿入されている。なお、ベアリング２ｄとはフローティングプラグ２ａにおけるストレート部分をいう。一般に、フローティングプラグ２ａのようにベアリングを設けたプラグを浮きプラグという。
【００５１】
図５（ａ）に示す角度ａはダイス３のアプローチ角であり、図５（ｂ）に示す角度ｂはフローティングプラグ２ａのアプローチ角であり、Ｌはベアリングのお長さであり、Ｗはベアリング２ｄの直径である。本実施例においては、ダイス３のアプローチ角ａは２３乃至３０°であり、好ましくは２５乃至２９°である。また、フローティングプラグ２ａのアプローチ角ｂは、ダイス３のアプローチ角ａよりも１乃至３°小さくなっている。従って、フローティングプラグ２ａのアプローチ角ｂは２０乃至２９°であり、好ましくは２３乃至２７°である。更に、ベアリング２ｄの長さＬは２乃至４ｍｍであり、ベアリング２ｄの直径Ｗは溝付プラグ５（図３参照）の外径の１００・１乃至１０９・０％である。
【００５２】
更にまた、仕上げダイス８により縮径された後の内面溝付管９の外径が、溝付プラグ５の外径の０．８５倍以上になるように、溝付プラグ５の外径が設定されている。更にまた、本実施例においては、転造ボール６の個数は奇数であり、例えば３個である。本実施例の内面溝付伝熱管の製造装置における上記以外の構成は、前述の第１の実施例における内面溝付伝熱管の製造装置の構成と同じである。
【００５３】
本実施例においては、図３に示す製造装置を使用して内面溝付管を製造する。このとき、ダイス３のアプローチ角ａ及びフローティングプラグ２ａのアプローチ角ｂが上記範囲に設定されているため、素管１の内面とフローティングプラグ２ａの円錐部２ｃとの間の摩擦力が大きい。このため、フローティングプラグ２ａがダイス３に係合する位置に配置され、これにより、フローティングプラグ２ａに連結軸４を介して連結されている溝付プラグ５が転造ボール６の配設位置に位置する。この結果、溝付プラグ５の抜け及び振動の発生を抑制することができる。また、フローティングプラグ２ａに所定の大きさのベアリング２ｄが設けられているため、素管１の内面とベアリング２ｄとの間に摩擦力を発生させることができ、フローティングプラグ２ａをダイス３に係合する位置に配置し、溝付プラグ５が転造ボール６に相当する位置からずれないようにする効果が更に増大する。これにより、より一層、溝付プラグ５の抜け及び振動の発生を抑制することができる。更にまた、本実施例においては溝付プラグ５を小径化し、仕上げダイス８による縮径後の内面溝付管９の外径を溝付プラグ５の外径０．８５倍以上としている。これにより、仕上げダイス８による縮径率が小さくなるので、縮径後における内面溝付管９のリード角の減少量が小さくなる。従って、その分溝付プラグ５のリード角を小さくすることができる。この結果、溝付プラグ５が回転し易くなり、溝付プラグ５の抜け及び振動の発生を抑えることができる。
【００５４】
また、本実施例においては、転造ボール６の数を３個としている。図６（ａ）及び（ｂ）は転造ボールが素管を介して溝付プラグに及ぼす力を示す管軸直交断面図であり、図７（ａ）乃至（ｄ）は素管の内面に形成された溝の移動によって溝付プラグに及ぼす力を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は部分断面図であり、（ｃ）は溝付プラグのリード角が小さい場合を示す模式図であり、（ｄ）は溝付プラグのリード角が大きい場合を示す模式図である。図８はランド部が欠損した溝付プラグを示す断面図である。
【００５５】
図６（ａ）に示すように、溝付加工時には、転造ボール６が素管１の外面を押圧して、素管１の内面を溝付プラグ５の外面に押し付ける。溝付プラグ５の外面は、ランド部５ａとこのランド部５ａ間の溝部５ｂからなる。溝加工時に溝付プラグ５のランド部５ａに作用する力には、▲１▼図６（ａ）に示すような素管１の管壁を介して転造ボール６が溝付プラグ５のランド部５ａの側面を押す力、▲２▼図６（ｂ）に示すような転造ボール６が素管１の管壁を溝付プラグの溝部５ｂに押し付けることにより、溝部５ｂを広げるような力、▲３▼図７（ａ）に示すように、素管１の内面に形成された溝が抽伸方向に移動することによって、ランド部５ａの側面を押す力Ａがある。なお、この力Ａの方向は、ランド部５ａが延びる方向に対して、ランド部５ａのリード角ηだけ傾いている。従って、この力Ａにおけるランド部５ａに垂直な成分Ｂの大きさは、Ｂ＝Ａ×ｓｉｎηとなる。このため、図７（ｃ）及び（ｄ）に示すように、力Ａの大きさが等しくても、リード角ηが大きいほど力Ｂは大きくなる。
【００５６】
上記▲１▼〜▲３▼に示す３種類の力の合力がランド部５ａに作用する。このランド部５ａの根元に働く合力が溝付プラグ５の引張強さを超えたとき、図８に示すように、ランド部５ａの根元に欠損１８が発生し、溝付プラグ５が欠損する。前述の如く、ランド部５ａのリード角ηが大きくなると、ランド部５ａの側面に作用する力の成分▲３▼が増えるため、ランド部５ａが欠損し易くなる。
【００５７】
本実施例においては、ランド部５ａの根元に働く力を減らすために、前述の▲２▼の力に着目した。図９（ａ）及び（ｂ）は転造ボールが素管及び溝付プラグに及ぼす力の方向を示す管軸直交断面図であり、（ａ）は転造ボールが４個の場合であり、（ｂ）は転造ボールが３個の場合である。図９（ａ）に示すように、従来、転造ボール６の数は４個であり、４個の転造ボール６は溝付プラグ５の中心から見て約９０°間隔で素管１の外面に転接するように配置されている。即ち、２対の転造ボール６は溝付プラグ５及び素管１を挟んで夫々対向して配置されている。このため、前記２対の転造ボール６においては、転造ボール６が溝付プラグ５を押す力の作用線１９が相互に一致し、１個の転造ボールが溝付プラグ５を押圧する力の２倍の力が、溝付プラグ５におけるランド部５ａに局所的に作用している。図９（ｂ）に示すように、本実施例においては、転造ボール６の数を３個とし、溝付プラグ５の中心から見て約１２０°間隔で素管１の外面に転接するように配置することによって、転造ボール６が溝付プラグ５に印加する力の作用線１９が相互に一致しなくなり、転造ボール６が溝付プラグ５に印加する力が分散する。これにより、ランド部５ａに局所的に作用する力が軽減する。この結果、従来よりもランド部５ａの欠損を抑制することができる。本実施例は、溝付プラグのリード角が４０°以上であり、溝付プラグの溝深さが０．２２ｍｍ以上である場合に、特に効果が大きい。
【００５８】
なお、本実施例においては転造ボールの数を３個としたが、転造ボールの数が奇数であれば上記効果が得られる。従って、転造ボールの数は５個又は７個以上の奇数でもよい。本実施例における上記以外の効果は、前述の第１の実施例における効果と同様である。
【００５９】
以下、本発明の各構成要素の数値限定理由について説明する。
【００６０】
仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角：２５°以上
伝熱管として使用される内面溝付管においては、管内部において、凝縮時には冷媒液で濡れていない乾いた面で冷媒ガスを凝縮させ、凝縮した冷媒液は速やかに凝縮位置から排出されることが好ましい。溝のリード角が大きい場合には、冷媒液が溝に沿って管内面を上昇し難いため、管頂部付近を乾いた状態に保つことができる。また、管頂部付近で凝縮した冷媒液は速やかに管頂部から排出される。内面溝付管における溝のリード角が２５°以上であれば、前記効果が大きく、凝縮熱伝達率が向上する。従って、本発明においては、溝のリード角を２５°以上とする。より好ましくは３０°以上である。
【００６１】
ダイスのアプローチ角：２３乃至３０°
本実施例においては、ダイス及びフローティングプラグのアプローチ角を小さくし、ダイスとフローティングプラグとの間の摩擦力を増やすことにより、溝付プラグを転造ボールの配設位置に位置させ、溝付プラグの抜け及び振動を防止する。ダイスのアプローチ角が２３°未満であると、ダイスと素管との間の摩擦力が増加し、素管の引き細りが発生するため、素管の肉厚が薄くなり、素管が破断する可能性がある。一方、ダイスのアプローチ角が３０°よりも大きいと、ダイスと素管との間の摩擦力が小さくなり、このため、素管がフローティングプラグを拘束する力が低減し、溝付プラグの抜け及び振動が生じることがある。従って、ダイスのアプローチ角は２３乃至３０°とすることが好ましい。より好適には、２５乃至２９°である。
【００６２】
ダイスのアプローチ角からフローティングプラグのアプローチ角を減じた値：１乃至３°
前記値が１°未満であると、ダイスの内面（ダイスのアプローチ面）と素管の外面及び素管の内面とフローティングプラグの外面（フローティングプラグのアプローチ面）が面接触するようになるため、素管の引き細りが発生して素管の肉厚が薄くなり、素管が破断する可能性がある。一方、前記値が３°より大きいと、ダイスとフローティングプラグとの間において素管の壁の断面形状がクサビ状となる。このため、素管の肉厚が薄くなり、素管が破断する可能性がある。従って、ダイスのアプローチ角からフローティングプラグのアプローチ角を減じた値は１乃至３°であることが好ましく、２°程度であることがより好ましい。従って、フローティングプラグのアプローチ角は２０乃至２９°であることが好ましく、２３乃至２７°であることがより好ましい。
【００６３】
ベアリングの直径：溝付プラグの外径の１００．１乃至１０９．０％
ベアリングの直径が溝付プラグの外径の１００．１％未満であると、このベアリングを通過した後の素管の内面と溝付プラグとの接触面積が増え、溝付プラグを押し戻す向きの力が大きくなる。この結果、溝付プラグの抜け及び振動が生じ易くなる。一方、ベアリングの直径が溝付プラグの外径の１０９．０％より大きいと、ベアリングを通過した後の素管の内径と溝付プラグの外径との差異が大きくなり過ぎ、転造加工時に素管に転造ボールによって拘束されない部分が生じ、この部分にたわみが発生することがある。素管にたわみが発生すると、溝付プラグの溝部によって素管の内面に成形されたフィンが、一旦溝付プラグの溝部から離れた後、溝付プラグのランド部に接触して潰されてしまう。このため、素管の内面に所定の形状のフィンを形成することができなくなる可能性がある。従って、ベアリングの直径は溝付プラグの外径の１００．１乃至１０９．０％であることが好ましい。
【００６４】
ベアリングの長さ：２乃至４ｍｍ
ベアリングの長さが２ｍｍ未満であると、ベアリングと素管内面との接触面積が小さくなり、十分な摩擦力が得られないため、溝付プラグの抜け及び振動が発生し易くなる。一方、ベアリングの長さが４ｍｍを超えると、ベアリングと素管内面との接触面積が大きくなりすぎ、摩擦力が大きくなって引き細りにより素管の肉厚が減少し、素管の破断を生じやすくなる。従って、ベアリングの長さは２乃至４ｍｍであることが好ましい。
【００６５】
仕上げダイスによる縮径後における内面溝付管の外径の前記溝付プラグの外径に対する比：０．８５以上
図１０（ａ）は横軸に溝付プラグのリード角をとり、縦軸に溝付プラグを押し戻す力の大きさをとって、溝付プラグのリード角が前記押し戻す力に与える影響を示す模式的グラフ図であり、（ｂ）は横軸に仕上げダイスによる縮径後における内面溝付管の外径の前記溝付プラグの外径に対する比（以下、（製品外径／溝付プラグ外径）比ともいう）をとり、縦軸に溝付プラグのリード角をとって、仕上げダイスによる縮径後の内面溝付管において、一定のリード角を得る場合における溝付プラグのリード角と前記（製品外径／溝付プラグ外径）比との関係を示す模式的グラフ図である。図１０（ａ）に示すように、溝付プラグのリード角が大きくなるに従い、溝付プラグを押し戻す力が増加し、溝付プラグのリード角がβより大きくなると、前記押戻す力は溝付プラグの抜け及び振動が発生する領域３１に入り、溝付プラグの抜け及び振動が発生することがある。また、図１０（ｂ）に示すように、溝付プラグのリード角をβ以下とするためには、（製品外径／溝付プラグ外径）比の値を０．８５以上とすることが必要である。前記比の値が０．８５未満では、前記効果が得られない。このように、溝付プラグを小径化し、（製品外径／溝付プラグ外径）比の値を０．８５以上とすることにより、溝付加工後の管の縮径率が小さくなるので、縮径後における内面溝付管のリード角の減少量が小さくなる。このため、溝付プラグのリード角を小さくすることができ、溝付プラグを回転し易くすることができる。この結果、溝付プラグの抜け及び振動を抑制できる、従って、前記比の値は０．８５以上とすることが好ましい。
【００６６】
【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。
【００６７】
第１試験例
前述の第１の実施例に示した方法により表１に示す内面溝付管を製造した。これらの内面溝付管の凝縮熱伝達率を測定することにより、単管伝熱性能を評価した。表１に示すＮｏ．１乃至５は、外径が７ｍｍの内面溝付管を製造した場合、Ｎｏ．６乃至１０は、外径が８ｍｍの内面溝付管を製造した場合である。なお、表１において、転造ボールの公転の向きが溝付プラグの自転の向きと比較して同じ向きの場合を「回転の向き：順」、逆の場合を「回転の向き：逆」と表記した。
【００６８】
図１１は、内面溝付伝熱管の凝縮熱伝達率を測定する試験装置の構成を示す模式図である。この試験装置により得られた伝熱量から、管内熱伝達率を計算した。測定条件を表２に示す。
【００６９】
図１１に示すように、この試験装置には試験部２０及びバイパス部２１が設けられている。試験部２０は内面溝付伝熱管の凝縮熱伝達率を測定するものであり、バイパス部２１は試験部２０に供給する冷媒を所定の条件に調節するものであり、試験部２０とバイパス部２１とは並列に連結されている。試験部２０は２重管構造となっており内管２２と外管２３とが設けられている。内管２２には供試管となる内面溝付管を使用し、外管２３には平滑銅管を使用する。試験部２０の両側にはヒーター２４が設けられ、片方のヒーター２４と試験部２０との間には膨張弁２５が連結されている。更に、試験部２０には試験部２０に水を供給するための水槽２６が連結されている。一方、バイパス部２１には、バイパス凝縮器２７、膨張弁２８、バイパス蒸発器２９及びコンプレッサー３０がこの順に環状に連結され、独立した冷凍サイクルを構成している。
【００７０】
図１１に示す試験装置においては、コンプレッサー３０が駆動することにより、バイパス凝縮器２７、膨張弁２８、バイパス蒸発器２９及びコンプレッサー３０からなる冷凍サイクルに冷媒を流し、冷媒を所定の条件に調節する。そして、この条件が調節された冷媒を試験部２０の内管２２内に流す。一方、水槽２６より内管２２と外管２３との間の環状部に水を供給し、この水と前記冷媒との間で熱交換させて、水の出入口温度差から伝熱量を測定する。また、内管２２の冷媒出入口の差圧も計測する。このとき、冷媒の圧力及び冷媒流量等が所定の条件になるように、バイパス凝縮器２７及びバイパス蒸発器２９に流す水流量、膨張弁２５及び２８の開度並びにヒーター２４の出力を調節する。
【００７１】
管内熱伝達率は、管内熱伝達率をαｉ、総括熱伝達率をＫｏ、管外熱伝達率をαｏ、管壁熱抵抗をＲ、供試管の内径をＤｉ、供試管の外径をＤｏとするとき、下記数式１により表される。
【００７２】
【数１】
αｉ＝１／（１／Ｋｏ−１／αｏ−Ｒ）／（Ｄｉ／Ｄｏ）
【００７３】
なお、管外熱伝達率αｏはＭｏｎｒａｄ−Ｐｅｌｔｏｎ式により求めることができる。また、総括熱伝達率Ｋｏは、伝熱量をＱ、管外表面積をＡｏ、冷媒と水との間の対数平均温度差をΔＴｍとするとき、下記数式２により表される。
【００７４】
【数２】
Ｋｏ＝Ｑ／（Ａｏ×ΔＴｍ）
【００７５】
【表１】
【表２】
表１において、Ｎｏ．１乃至３は比較例である。比較例Ｎｏ．１においては、従来の方法と同様に、転造ボールの公転の向きと溝付プラグの自転の向きとの関係、即ち、回転の向きの関係を逆とし、リード角η１が４２°の溝付プラグを使用して内面にリード角η２が２３°の溝が形成された内面溝付管を製造した。比較例Ｎｏ．１における仕上げダイスの縮径比及び製造した内面溝付管の凝縮熱伝達率を１とし、外径が７ｍｍである他の内面溝付管、即ち、Ｎｏ．２乃至５における仕上げダイスの縮径比及び凝縮熱伝達率の基準とした。
【００７８】
比較例Ｎｏ．２においては、回転の向きの関係を逆とし、リード角η２が２６°の内面溝付管を製造しようとした。外径が７ｍｍでリード角η２が２６°の内面溝付管を作製するためには、溝付プラグのリード角η１を４５°にする必要があるが、この条件では管が抽伸破断を起こし、内面溝付管を製造できなかった。
【００７９】
比較例Ｎｏ．３においては、回転の向きの関係を逆とし、溝付プラグの外径を小さくして、仕上げダイスにおける縮径率を小さくしたが、これも抽伸破断が発生し内面溝付管を製造できなかった。
【００８０】
これに対して、表１に示すＮｏ．４及び５は本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．４は、回転の向きの関係を順として製造したもので、比較例Ｎｏ．１と同じリード角η１が４２°の溝付プラグを使用して、リード角η２が２８°の製品（内面溝付管）が得られた。また、リード角を大きくしたことにより、従来よりも凝縮熱伝達率が向上した。
【００８１】
実施例Ｎｏ．５は実施例Ｎｏ．４の条件に加えて、縮径率を小さくしたものであり、抽伸破断を生じることなくリード角η２が３１°の内面溝付管が得られた。また、リード角を更に大きくすることができたため、凝縮熱伝達率が更に向上した。
【００８２】
表１に示すＮｏ．６乃至８は、外径が８ｍｍの内面溝付管の比較例である。比較例Ｎｏ．６においては、従来の方法と同様に回転の向きの関係を逆とし、リード角η１が４２°の溝付プラグを使用して内面にリード角η２が３０°の溝を有する内面溝付管を製造した。比較例Ｎｏ．６における仕上げダイスの縮径比及び製造した内面溝付管の凝縮熱伝達率を１とし、外径が８ｍｍの他の内面溝付管、即ち、Ｎｏ．７乃至１０における仕上げダイスの縮径比及び凝縮熱伝達率の基準とした。
【００８３】
比較例Ｎｏ．７においては、回転の向きの関係を逆とし、リード角η２が３２°の内面溝付管を製造しようとした。外径が８ｍｍでリード角η２が３２°の内面溝付管を製造するためには、溝付プラグのリード角η１を４５°にする必要があるが、この条件では管が抽伸破断を起こし、内面溝付管を製造できなかった。
【００８４】
比較例Ｎｏ．８においては、回転の向きの関係を逆とし、溝付プラグの外径を小さくして、仕上げダイスでの縮径率を小さくしたが、これも抽伸破断が発生し内面溝付管を製造できなかった。
【００８５】
Ｎｏ．９及び１０は本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．９は、回転の向きの関係を順として製造したもので、比較例Ｎｏ．６と同じリード角η１が４２°の溝付プラグにより、リード角η２が３５°の内面溝付管が得られた。また、リード角を大きくしたため、従来よりも凝縮熱伝達率が向上した。
【００８６】
実施例Ｎｏ．１０は実施例Ｎｏ．９の条件に加えて、縮径率を小さくしたものであり、抽伸破断を生じることなくリード角η２が３９°の内面溝付管が得られた。また、リード角を更に大きくすることができたため、実施例Ｎｏ．９よりも凝縮熱伝達率が更に向上した。
【００８７】
第２試験例
前記第１試験例と同様な方法により、表３に示す内面溝付管を作製し、評価した。なお、転造ボールの公転の向きは溝付プラグの自転の向きと同じとした。
【００８８】
【表３】
表３に示すＮｏ．１１乃至１５は、本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．１１乃至１５は、転造ボールの公転の向きを溝付プラグの自転の向きと同じとしたため、いずれも抽伸破断を起こすことなく、高リード角を有する内面溝付管を製造することができた。
【００９０】
第３試験例
以下、第３乃至第７試験例においては、前述の第２の実施例に示す方法により、図３に示す製造装置を使用して内面溝付管を製造し、各製造条件が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。本第３試験例においては、ベアリングの直径が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。表４に本試験例における転造ボールの条件を示し、表５に溝付プラグの溝形状を示す。また、表６に上記以外の製造条件を示す。表４乃至６に示す条件により、内面溝付管を製造した。その結果を表７に示す。内面溝付管の製造時に溝付プラグの抜け又は振動が発生した場合には、表７において、「抜け又は振動：有り」と記載し、溝付プラグの抜け又は振動が発生しなかった場合には、「抜け又は振動：無し」と記載した。
【００９１】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
表７に示すＮｏ．１６乃至２１は本発明の実施例である。表７に示すように、実施例Ｎｏ．１８乃至２０においては、ベアリングの直径を溝付プラグの外径の１００．１〜１０９．０％としたため、溝付プラグの抜け又は振動が発生しなかった。これに対して、実施例Ｎｏ．１６及びＮｏ．１７は、ベアリングの直径を溝付プラグの外径の１００．１％未満としたため、溝付プラグの抜け又は振動が発生した。また、実施例Ｎｏ．２１は、ベアリングの直径を溝付プラグの外径の１１０％としたため、溝付プラグの抜け又は振動が発生した。
【００９６】
第４試験例
本試験例においては、ベアリングの長さが内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。本試験例における転造ボールの条件及び溝付プラグの溝形状は、夫々表４及び表５に示すとおりである。また、表８に上記以外の製造条件を示す。表４、表５及び表８に示す条件により、内面溝付管を製造した。その結果を表９に示す。
【００９７】
【表８】
【表９】
表９に示すＮｏ．２２乃至２７は本発明の実施例である。表９に示すように、実施例Ｎｏ．２３乃至２５においては、ベアリングの長さを２乃至４ｍｍとしたため、溝付プラグの抜け又は振動及び素管の破断が発生しなかった。これに対して、実施例Ｎｏ．２２は、ベアリングの長さが２ｍｍ未満であったため、溝付プラグの抜け又は振動が発生した。また、実施例Ｎｏ．２６及びＮｏ．２７は、ベアリングの長さを４ｍｍより大きくしたため、素管の破断が発生した。
【０１００】
第５試験例
本試験例においては、ダイス及びフローティングプラグのアプローチ角が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。本試験例における転造ボールの条件及び溝付プラグの溝形状は、夫々表４及び表５に示すとおりである。また、表１０に上記以外の製造条件を示す。表４、表５及び表１０に示す条件により、内面溝付管を製造した。その結果を表１１に示す。
【０１０１】
【表１０】
【表１１】
表１１に示すＮｏ．２８乃至３５は本発明の実施例である。表１１に示すように、実施例Ｎｏ．２８乃至３１は、ダイスのアプローチ角が２３乃至３０°であり、ダイスのアプローチ角とフローティングプラグのアプローチ角との差が１乃至３°であるため、溝付プラグの抜け又は振動が発生せず、素管の破断も発生しなかった。これに対して、実施例Ｎｏ．３２は、ダイスのアプローチ角が２１°と小さかったため、素管の破断が発生した。実施例Ｎｏ．３３は、ダイスのアプローチ角とフローティングプラグのアプローチ角との差が０．５°と小さかったため、素管の破断が発生した。実施例Ｎｏ．３４は、ダイスのアプローチ角とフローティングプラグのアプローチ角との差が３．５°と大きかったため、素管の破断が発生した。実施例Ｎｏ．３５は、ダイスのアプローチ角が３１°と大きかったため、溝付プラグの抜け又は振動及び素管の破断が発生した。
【０１０４】
第６試験例
本試験例においては、溝付プラグの外径が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。本試験例における転造ボールの条件及び溝付プラグの溝形状は、夫々表４及び表５に示すとおりである。また、表１２に上記以外の製造条件を示す。表４、表５及び表１２に示す条件により、内面溝付管を製造した。その結果を表１３に示す。
【０１０５】
【表１２】
【表１３】
表１３に示すＮｏ．３６乃至４２は本発明の実施例である。表１３に示すように、実施例Ｎｏ．３９乃至４２においては、（製品外径／溝付プラグ外径）比を０．８５以上としたため、溝付プラグの抜け又は振動が発生しなかった。これに対して、実施例Ｎｏ．３６乃至３８は、（製品外径／溝付プラグ外径）比が０．８５未満であったため、溝付プラグの抜け又は振動が発生した。
【０１０８】
第７試験例
本試験例においては、転造ボールの数が内面溝付管の製造に及ぼす影響を調査した。表１４に本試験例において製造した内面溝付管の溝形状を示す。本試験例においては、図３に示す製造装置を使用して、前述の第２の実施例に示す方法により内面溝付管を製造したが、このとき、転造ボール６（図３参照）の数を３乃至６個の範囲で異ならせた。転造ボールの外径は１１．１１ｍｍとした。また、溝付プラグのリード角は４２°とし、溝深さは０．２６ｍｍとした。
【０１０９】
【表１４】
図１２は本試験例において製造される内面溝付管の外観を示す側面図である。図１２に示すように、内面溝付管９の外面には、転造ボールによる圧痕の軌跡３２が形成される。本試験例においては、この圧痕の軌跡３２の管軸方向におけるピッチＰが０．４ｍｍ程度になるように、転造ボールの公転数を調整した。
【０１１１】
表１５に本試験例の試験結果を示す。表１５に示す「製品長さ」とは、１個の溝付プラグにより製造できた内面溝付管の通算の長さを示し、「損傷状態」とは、内面溝付管の製造後における溝付プラグの損傷状態を示し、「ランド部欠損」とは、溝付プラグのランド部が欠損したことを示し、「磨耗」とは、溝付プラグ全体の磨耗により、素管の内面に規定の高さのフィンを形成できなくなったことを示す。試験は各条件において３回ずつ行った。なお、通常、内面溝付管を製造する場合には、製造中にフィンの高さが目標値に達しなくなったときは、溝付プラグと転造ボールとの抽伸方向における相対的な位置関係を変えて、溝付プラグの当り面を変える。これにより、溝付プラグの新しい当り面を使って内面溝付管の加工を行うことができる。しかしながら、本試験例においては、溝付プラグと転造ボールとの相対的な位置関係を変えることなく、同一の当り面を使って内面溝付管を製造した。
【０１１２】
【表１５】
表１５に示すＮｏ．４３乃至５４は本発明の実施例である。表１５に示すように、例えば実施例Ｎｏ．４３においては、転造ボールの数を４個として内面溝付管の製造を行ったが、通算で８２１０ｍの長さの内面溝付管を製造した後、溝付プラグのランド部が損傷して素管が破断し、それ以上製造を続けることができなくなった。表１５に示すように、実施例Ｎｏ．４３乃至４８は転造ボールの数が偶数、即ち、４個又は６個の場合である。実施例Ｎｏ．４３乃至４８においても、内面溝付管を製造することができたが、通算長さ８０００乃至１００００ｍ程度製造した時点で、溝付プラグのランド部に欠損が発生して素管が破断した。これに対して、実施例Ｎｏ．４９乃至５４は転造ボールの数が奇数、即ち、３個又は５個の場合である。実施例Ｎｏ．４９乃至５４においては、ランド部の欠損は発生せず、通算２００００ｍ以上の長さの内面溝付管を製造することができた。
【０１１４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、溝付プラグのリード角を大きくすることなく、また管の抽伸破断を起こすことなく、リード角が大きい継目無し内面溝付伝熱管を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】継目無し内面溝付伝熱管の製造装置の構成及び製造方法を示す断面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は転造ボールの圧痕の軌跡に沿う冷媒の流れを示す展開図であり、（ａ）は管の内面における圧痕の軌跡の位置を示し、（ｂ）は圧痕の軌跡が管軸直交方向に対して溝と逆の向きに傾いている場合を示し、（ｃ）は圧痕の軌跡が管軸直交方に対して溝と同じ向きに傾いている場合を示す。
【図３】本発明の第２の実施例における内面溝付伝熱管の製造装置を示す断面図である。
【図４】図３に示す製造装置のフローティングプラグを示す断面図である。
【図５】（ａ）はダイスのアプローチ角の定義を示す断面図であり、（ｂ）はフローティングプラグのアプローチ角及びベアリングの長さの定義を示す側面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は転造ボールが素管を介して溝付プラグに及ぼす力を示す管軸直交断面図である。
【図７】（ａ）乃至（ｄ）は素管の内面に形成された溝の移動によって溝付プラグに及ぼす力を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は部分断面図であり、（ｃ）は溝付プラグのリード角が小さい場合を示し模式図であり、（ｄ）は溝付プラグのリード角が大きい場合を示す模式図である。
【図８】ランド部が欠損した溝付プラグを示す断面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は転造ボールが素管及び溝付プラグに及ぼす力の方向を示す管軸直交断面図であり、（ａ）は転造ボールが４個の場合であり、（ｂ）は転造ボールが３個の場合である。
【図１０】（ａ）は横軸に溝付プラグのリード角をとり、縦軸に溝付プラグを押し戻す力の大きさをとって、溝付プラグのリード角が前記押し戻す力に与える影響を示す模式的グラフ図であり、（ｂ）は横軸に（製品外径／溝付プラグ外径）比をとり、縦軸に溝付プラグのリード角をとって、仕上げダイスによる縮径後の内面溝付管において、同一のリード角を得る場合の溝付プラグのリード角と前記比との関係を示すグラフ図である。
【図１１】内面溝付伝熱管の凝縮熱伝達率を測定する試験装置の構成を示す模式図である。
【図１２】内面溝付管の外観を示す側面図である。
【符号の説明】
１；素管
２、２ａ；フローティングプラグ
２ｂ；円筒部
２ｃ；円錐部
２ｄ；ベアリング
３；保持ダイス
４；連結軸
５；溝付プラグ
６；転造ボール
７；転造部
８；仕上げダイス
９；内面溝付管
１０；管内面における管軸方向と直交する線
１３；溝
１４；転造ボールの圧痕の軌跡
１５；管内面における管軸方向に平行な線
１６；空洞部
１８；欠損
１９；力の作用線
２０；試験部
２１；バイパス部
２２；内管
２３；外管
２４；ヒーター
２５；膨張弁
２６；水槽
２７；バイパス凝縮器
２８；膨張弁
２９；バイパス蒸発器
３０；コンプレッサー
３１；溝付プラグの抜け及び振動が発生する領域
３２；圧痕の軌跡
ａ；ダイス３のアプローチ角
ｂ；フローティングプラグ２ａのアプローチ角
Ａ；ランド部側面を押す力
Ｂ；力Ａにおけるランド部５ｂに垂直な成分
Ｌ；ベアリング長さ
Ｐ；圧痕の軌跡３２の管軸方向におけるピッチ
Ｗ；ベアリング径
Claims (8)
- 素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が２５°以上である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであり、管内面における前記転造ボール又は転造ロールの圧痕の軌跡が、管内面の展開図において管軸方向に直交する方向に対し、管内面の溝と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜し、前記ダイスはアプローチ角が２３乃至３０°のストレートダイスであり、前記フローティングプラグのアプローチ角は前記ダイスのアプローチ角よりも１乃至３°小さいことを特徴とする継目無し内面溝付伝熱管の製造方法。
- 素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が２５°以上である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであり、管内面における前記転造ボール又は転造ロールの圧痕の軌跡が、管内面の展開図において管軸方向に直交する方向に対し、管内面の溝と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜し、前記フローティングプラグは前記ダイスに係合する円錐部と前記連結軸を回転自在に軸支するベアリングとを有し、このベアリングの直径が前記溝付プラグの外径の１００．１乃至１０９．０％であり、前記ベアリングの長さが２乃至４ｍｍであることを特徴とする継目無し内面溝付伝熱管の製造方法。
- 素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が２５°以上である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであり、管内面における前記転造ボール又は転造ロールの圧痕の軌跡が、管内面の展開図において管軸方向に直交する方向に対し、管内面の溝と同じ向きに０°を超え１０°以下の角度で傾斜し、前記仕上げダイスによる縮径後の内面溝付管の外径の前記溝付プラグの外径に対する比を０．８５以上とすることを特徴とする継目無し内面溝付伝熱管の製造方法。
- 前記仕上げダイスによる縮径後の外径が５．０乃至７．５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の継目無し内面溝付伝熱管の製造方法。
- 素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が３０°以上であり、前記仕上げダイスによる縮径後の外径が７．５ｍｍより大きく１１ｍｍ以下である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであり、前記ダイスはアプローチ角が２３乃至３０°のストレートダイスであり、前記フローティングプラグのアプローチ角は前記ダイスのアプローチ角よりも１乃至３°小さいことを特徴とする継目無し内面溝付伝熱管の製造方法。
- 素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が３０°以上であり、前記仕上げダイスによる縮径後の外径が７．５ｍｍより大きく１１ｍｍ以下である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであり、前記フローティングプラグは前記ダイスに係合する円錐部と前記連結軸を回転自在に軸支するベアリングとを有し、このベアリングの直径が前記溝付プラグの外径の１００．１乃至１０９．０％であり、前記ベアリングの長さが２乃至４ｍｍであることを特徴とする継目無し内面溝付伝熱管の製造方法。
- 素管をダイス及び複数個の転造ボール又は転造ロールにより順次縮径加工すると共に、前記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、前記フローティングプラグを前記ダイスに係合させて前記溝付プラグを前記転造ボール又は転造ロールの配設位置に位置させ、前記転造ボール又は転造ロールにより素管を前記溝付プラグに押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する工程と、内面に前記溝形状が転写された素管を仕上げダイスにより順次縮径加工する工程と、を有し、前記仕上げダイスによる縮径後の溝のリード角が３０°以上であり、前記仕上げダイスによる縮径後の外径が７．５ｍｍより大きく１１ｍｍ以下である継目無し内面溝付伝熱管の製造方法において、前記転造ボール又は転造ロールの公転の向き及び前記溝付プラグの自転の向きが同じであり、前記仕上げダイスによる縮径後の内面溝付管の外径の前記溝付プラグの外径に対する比を０．８５以上とすることを特徴とする継目無し内面溝付伝熱管の製造方法。
- 前記転造ボール又は転造ロールの数が奇数であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の継目無し内面溝付伝熱管の製造方法。
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