JP5064749B2 - 内面溝付管の製造方法，製造装置及び内面溝付管 - Google Patents

Description

本発明は空調機や冷凍機等の熱交換器に組み込まれる内面溝付管（伝熱管）の製造方法と、その製造装置及び前記製造方法により製造された内面溝付管に関するものである。

空調機や冷凍機等の熱交換器には、管内面に管軸に対して所定のリード角（ねじれ角）をもつ多数の平行な溝が形成された銅又は銅合金製の内面溝付管が用いられている。
この種の内面溝付管は、以下のように転造加工部を有する製造装置（転造加工法）により製造される。
前記製造装置は、銅又は銅合金からなる素管に対して一定方向へ連続的に引抜く引抜き手段を備え、当該引抜き手段による引抜き方向に沿って、縮径加工部，転造加工部及び仕上げダイス（整形ダイス）を順に備えている。
縮径加工部では、縮径ダイスと前記素管内に挿入されたフローティングプラグとにより前記素管を縮径する。
転造加工部では、前記フローティングプラグへ回転自在に連結され外周面に螺旋状の平行な多数の溝を有する溝付プラグと、当該溝付プラグ側へ押圧された状態で前記素管の外周を遊転しつつ遊星回転する複数のボール又はロールからなる転造工具とにより、前記素管内へ前記溝付プラグの溝に沿った多数のフィンを転写する。
フィンが転写された管は、仕上げダイスに通してさらに縮径される。

ところで、ルームエアコンに代表される空調機や冷凍機には、近年の地球環境問題を背景として一層の高性能化，省エネルギー化が求められているため、これらに使用される内面溝付管にもさらなる高性能化が要請されている。
内面溝付管の一層の高性能化には、例えば管内面のフィンをシャープに高く（０．２〜０．４ｍｍ）かつ密に形成し（後記特許文献１）、フィンリード角を３０〜６０度とすることが有効である（後記特許文献２）ことが知られている。
また、最近内面溝付管の製造コストを極力抑えるため、ルームエアコン等へ一般的に使用されているＲ４１０ａ冷媒に対して、耐圧強度を確保できる最小限度の肉厚（溝底肉厚）ｔで内面溝付管を製造することが要請されている。このＲ４１０ａ冷媒を使用する場合、冷媒の設計作動圧力にもよるが、内面溝付管の外径を４〜７ｍｍ程度と想定すると、管の肉厚ｔは設計上０．１８ｍｍ以上とする必要があると考えられる。他方、所定以上の伝熱性能を発揮させるためフィンの高さｈは少なくとも０．１５ｍｍは必要（後記特許文献２）であるから、内面溝付管はフィン高さｈと肉厚ｔとの比ｈ／ｔが１．２以下であるのが好ましい。

前記のような構成の内面溝付管を前記従来方法で製造すると、素管金属材料の加工(変形）効率が極めて低く、管の破断を避けるためには加工速度（引抜き速度）を内面フィンの形状やリード角に応じて極端に落とさなければならず、生産性に問題があった。
特に、熱交換器の製造現場に供給される内面溝付管は、１０００ｍ以上の長さのものを円筒状に整列多層巻き（レベルワウンドコイル：ＬＷＣ）形態に仕上げるのが好ましい。しかし、前記高性能構成であって前記のように極めて長尺の内面溝付管は、前記製造方法による加工時に、素管に加わる加工力が素管の破断強度よりも若干低いかほぼ同等になって、加工設備の振動その他のわずかな外因により素管が破断し易いため、生産性よく製造することは極めて困難であった。

前記構成の内面溝付管を生産性よく製造するために、種々の工夫がなされている。
その第１は、例えばフィンリード角の大きい内面溝付管の加工性（フィンの加工性）を向上させるため、フィンの根元部（溝底部）に大きいＲ部(凹部）を形成することである（後記特許文献２）。
しかし、上記フィン根元のＲ部は管の伝熱性能には寄与せず、全体の平均肉厚が厚くなって金属材料を多く必要とするので、内面溝付管の製造コストを増大させる。

その第２は、前記縮径加工部と転造加工部との間に補助引抜き装置を設置し、この補助引抜き装置により加工時に素管へ補助的引抜き力を付与する製造方法である（後記特許文献３）。
前記補助引抜き装置は、それぞれプーリに保持された状態で素管を挟み、かつ、前記素管の引抜き方向に沿って回転する一対の無端状のタイミングベルトを備え、一方のタイミングベルトは押圧手段により前記素管へ押付けられる。また、各タイミングベルトの素管への接触面には、当該素管が押し込まれる円弧状断面の溝が形成されている。
前記製造方法は、前記補助引抜き装置を、縮径ダイスの出側における素管移動速度の１．０倍以上となる速度で素管を引っ張るように制御する（整形ダイスの出側の引抜き力は低減する。）ことにより、管の破断（断管）を防止しようとするものである。
しかし、加工済み管の引抜き力を低減させることはできるが、補助引抜き装置の制御は引抜き速度基準による制御であるため、管に対する全体の引抜き力の変動幅は大きく、加工中の管の破断を防止するのには不十分である。特に、加工開始段階や加工終了段階のように加工速度が大きく変動し易い領域における引抜き力の変動は大きく、管の破断や折れが発生し易い。
特開２００３−１６６７９４号公報 特開２００４−２３０４５０号公報 特開平１１−０００７１１号公報

本発明の課題は、伝熱性能の優れた前記のようなフィン構成の内面溝付管における生産性の改善にあり、その目的とするところは、高さが高くかつリード角の大きい内面フィンを有する内面溝付管を、より生産性よく製造することができる製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、本発明に係る製造方法を円滑かつ確実に実施することができる内面溝付管の製造装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、本発明に係る製造方法により製造された管であって、伝熱性能を一層高めた内面溝付管を提供することにある。

本発明に係る内面溝付管の製造方法は、前記課題を解決するため、
素管に対して一定方向へ引抜き力を連続的に付与し、
縮径ダイスと前記素管内に挿入されたフローティングプラグとにより前記素管を縮径する縮径工程と、
前記フローティングプラグへ回転自在に連結され外周面に螺旋状の平行な多数の溝を有する溝付プラグと、当該溝付プラグ側へ押圧された状態で前記素管の外周を遊転しつつ遊星回転する複数のボール又はロールからなる転造工具とにより、前記素管内へ前記溝付プラグの溝に沿った多数のフィンを転写する転造工程とを含み、
前記引抜き力を検出しながら、その検出値に基づいて前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御するにあたり、
前記転造工程よりも引抜き方向下流側において、加工済みの内面溝付管を巻き取る巻取りドラムを兼ねた引抜き手段により前記素管に対して引抜き力を付与し、当該引抜き手段のトルクを測定するか、或いは、
前記転造工程よりも引抜き方向下流側において、引抜き方向へ移動しつつある加工済みの内面溝付管の外周面へ管軸に向けて荷重を付与し、当該部分の管軸の変位量と当該荷重の大きさとの関係に基づくかの何れかによって、
前記引抜き力を検出することを最も主要な特徴としている。

本発明に係る内面溝付管の製造装置は、前記課題を解決するため、
素管に対して一定方向へ引抜き力を連続的に付与する引抜き手段と、
縮径ダイスと前記素管内に挿入されたフローティングプラグとにより前記素管を縮径する縮径加工部と、
前記縮径加工部よりも素管の引抜き方向下流側に設置され、前記フローティングプラグへ回転自在に連結され外周面に螺旋状の平行な多数の溝を有する溝付プラグと、当該溝付プラグ側へ押圧された状態で前記素管の外周を遊転しつつ遊星回転する複数のボール又はロールからなる転造工具とにより、前記素管内へ前記溝付プラグの溝に沿った多数のフィンを転写する転造加工部と、
前記引抜き力を検出する引抜き力検出手段と、
前記引抜き力検出手段の検出値に基づいて、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御する制御手段とを備え、
前記引抜き手段は前記転造加工部よりも引抜き方向下流側に設置されて加工済みの内面溝付管を巻き取る巻取りドラムを兼ねており、前記引抜き力検出手段は前記巻取り手段を回転させるモータへの電流を検出する電流計であり、当該電流計の検出値から前記引抜き手段のトルクを演算するか、或いは、
前記引抜き力検出手段は、前記転造加工部よりも引抜き方向下流側において、引抜き方向へ移動しつつある加工済みの内面溝付管の外周面へ管軸に向けて押付けられた荷重測定器と、当該押付け部分における前記管軸の押付け方向への変位量を検出する変位計とを含むか、又は
前記縮径部と転造加工部は前記素管の引抜き方向に沿って可動に設けられた可動台の上に設置され、前記引抜き力検出手段は前記可動台の素管引抜き方向への荷重を測定する荷重測定器である
かの３つの内の何れかによって、前記引抜き力を検出することを最も主要な特徴としている。

本発明に係る内面溝付管は、前記課題を解決するため、前記本発明に係る製造方法により製造され、内面に管軸に対して４０〜６０度のリード角をもつ多数のフィンを有し、フィン高さｈが０．２０ｍｍ以上であって、前記フィン高さｈと隣合うフィン間の溝底肉厚ｔとの比ｈ／ｔが１．２以下であることを最も主要な特徴としている。

本発明に係る内面溝付管の製造方法によれば、管に対する引抜き力を検出しながら、その検出値に基づいて前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御するので、加工中管に対する引抜き力の変動幅をより小さくすることができる。そのため、高さが高くかつリード角の大きい内面フィンを有する内面溝付管を、より生産性よく製造することが可能になる。

本発明に係る内面溝付管の製造装置によれば、管に対する引抜き力を検出する引抜き力検出手段と、前記引抜き力検出手段の検出値に基づいて、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御する制御手段とを備えたので、前記本発明に係る製造方法を円滑かつ確実に実施することができる。

本発明に係る内面溝付管はによれば、内面に管軸に対して４０〜６０度のリード角をもつ多数のフィンを有し、フィン高さｈが０．２０ｍｍ以上であって、前記フィン高さｈと隣合うフィン間の溝底肉厚ｔとの比ｈ／ｔが１．２以下であるので、伝熱性能を一層高めた内面溝付管を提供することができる。

第１実施形態
図１は本発明に係る内面伝熱管の製造装置の第１実施形態と、当該製造装置を用いた製造方法を説明するための部分断面図である。
この製造装置は、金属製の素管１に対して一定方向へ引抜き力を連続的に付与する引抜き手段２と、素管１の引抜き方向（図の左側から右方向）に沿って順に設置された縮径加工部３、転造加工部４及び整形ダイス５を備え、さらに力検出手段７、及び制御手段６を具備している。

前記縮径加工部３は、縮径ダイス３０と前記素管１内に挿入されたフローティングプラグ３１とにより前記素管１を縮径する。
前記転造加工部４は、フローティングプラグ３１へロッド３１ａを介して回転自在に連結され外周面に螺旋状の平行な多数の溝を有する溝付プラグ４０と、当該溝付プラグ４０側へ押圧された状態で前記素管１の外周を遊転しつつ遊星回転する複数のボール又はロールからなる転造工具４１とにより、素管１内へ前記溝付プラグ４０の溝に沿った多数のフィン１ｂを転写する。
整形ダイス５では、転造加工部４で内面にフィン１ｂが加工された素管１をさらに縮径するとともに所定の外径となるように整形し、内面に管軸に対して所定のリード各βを有する多数のフィンが形成された内面溝付管１ａを仕上げる。
前記の連続した製造工程において、引抜き力検出手段７により素管１に対する引抜き力（引抜き力の変動量を含む。以下同じ。）を連続的に検出し、当該検出値に基づいて制御手段６により前記素管１に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御する。
以上の構成は、請求項９及び請求項１と対応している。

この実施形態においては、引抜き手段２は転造加工部４よりも引抜き方向下流側に設置されていて、加工済みの内面溝付管１ａを巻き取る巻取りドラムを兼ねており、前記引抜き力検出手段７は前記巻取り手段２を回転させるモータＭ１への電流を検出する電流計であり、当該電流計の検出値から前記引抜き手段２のトルクを演算するように構成されている（請求項１０，２と対応）。
制御手段６は、制御部６０、入力部６１、演算部６２及び図示しない出力部（表示装置やプリンター等を含む）を備えており、制御手段６には入力部６１から引抜き力の目標範囲（目標制御範囲又は範囲のない目標制御値。好ましくは目標制御値。）が入力される。
電流計である引抜き力検出手段７の検出信号（電気信号）は演算部６２へ入力され、この入力信号に基づいて前記演算部６２で引抜き手段２のトルクが演算される。

転造加工部４における転造工具４１は素管１の管軸を中心として等角度間隔に配置された複数のボールであり、これらのボールは、引抜き方向下流側へ向けて拡大した急角度の円錐面を有するリング状の加工ヘッド４２内へ保持されている。
各ボールは、ベアリング４３とともに加工ヘッド４２内の出側へ設置されたリング状の押圧部材４４と、加工ヘッド４２の前記円錐面とにより、管軸方向（溝付プラグ４０側）へ押付けられている。符号４５は、押圧部材４４を介して各ボールに対し圧力を付与する加圧手段である。
この実施形態における制御手段６の制御部６０は、検出された前記トルクに基づいて、前記加圧手段４５を介して転造工具４１の前記素管１への押圧力を加減することにより、素管１に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御する。（請求項１４、６と対応）。
上記制御では、前記押圧力の増減に応じて引抜き力は増減する。
前記管の製造中他の条件（素管１の引抜き速度や転造工具４１の遊星回転数）は、一定又は一定範囲内に保たれるよう制御される。
この実施形態において、引抜き手段２を兼ねた巻取りドラムに巻き取られた加工済みの内面溝付管１ａは、図示しないバスケットその他の収容部に収容され、円筒状の整列多層巻き状に巻き直される。

第１実施形態の製造装置を用いた前記製造方法によれば、加工中に素管１の引抜き力の変動幅を狭い範囲内に抑制することができるので、管１の引抜き速度を極端に抑えることなく、かつ、管１の破断や折れを防止しつつ後記のような高性能の内面溝付管を生産性よく製造することができる。
すなわち、前記の製造方法により、図８で示すように、内面に管軸に対して４０〜６０度のリード角β(図１）をもつ多数のフィン１ｂを有し、フィン高さｈが０．２０ｍｍ以上であって、フィン高さｈと隣合うフィン間の溝底肉厚ｔとの比ｈ／ｔが１．２以下である高性能の内面溝付管１ａが、工業的な引抜き速度により製造される。

第１実施形態では、素管１に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御するため、前記のように転造工具４１の素管１への押圧力を加減する構成を採用したが、これに代えて、モータＭ１を介して素管１の引抜き速度を加減するように構成することができる。（請求項５，１３と対応。）
上記制御では、引抜き速度の増減に応じて引抜き力は増減する。
上記管の製造中他の条件（転造工具４１の素管１への押圧力や転造工具４１の遊星回転数）は一定又は一定範囲内に保たれるよう制御される。

第２実施形態
図２は本発明に係る内面伝熱管の製造装置の第２実施形態と、当該製造装置を用いた製造方法を説明するための部分断面図である。
この実施形態において、引抜き力検出手段７は、転造加工部４よりも引抜き方向下流側において、引抜き方向へ移動しつつある加工済みの内面溝付管１ａの外周面へ管軸に向けて押付けられた荷重測定器７０と、当該押付け部分における前記押付け方向への管軸の変位量を検出する変位計７１とを備えている。変位計７１は、荷重測定器７０の押付けによる素管１の管軸の押付け方向への変位量を検出するのであるから、その検出ヘッドが前記押付け方向と直交する方向から素管１の管軸へ向く状態に設置される。
この実施形態では、移動中の内面溝付管１ａ外周部へ管軸に向けて押付けられている荷重測定器７０はその検出荷重（押付け圧力）を、前記変位計７１は検出した管軸の変位量を、それぞれ電気信号に変換して出力し、これらの電気信号が入力された制御手段６の演算部６２により、前記荷重と変位量との関係から素管１への引抜き力が演算される。（請求項１１，３と対応）。
具体的な検出方法としては、荷重測定器７０の管１ａへの押付け力を一定に保って管１ａの管軸変位量の変動から引抜き力を検出するか、あるいは、管軸変位量を一定に保って荷重測定器７０の検出荷重の変動から引抜き力を検出するのが好ましい。

この実施形態では、前記のように検出された引抜き力に基づき、転造加工部４の加工ヘッド４２を回転させる回転伝達手段４６（プーリとベルト）のモータＭ２を通じて、転造工具４１の遊星回転速度（回転数）を加減することにより、素管１に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御する。（請求項１４，６と対応）。
上記制御では、転造工具４１の遊星回転速度の増減に応じて引抜き力は増減する。
前記管の製造中他の条件（素管１の引抜き速度、転造工具４１の素管１への押圧力）は、一定又は一定範囲内に保たれるよう制御される。

第２実施形態における他の構成や作用効果は第１実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。

第３実施形態
図３は本発明に係る内面伝熱管の製造装置の第３実施形態と、当該製造装置を用いた製造方法を説明するための部分断面図である。
この実施形態において、縮径加工部３には、縮径ダイス３０の回転させるための回転伝達手段(プーリとベルト）３３とモータＭ３を含む回転駆動手段３２が設けられている。
そして、第２実施形態の装置と同様な引抜き力検出手段７により引抜き力を検出し、当該検出値に基づいて、制御手段６の制御部６０により、前記回転駆動手段３２のモータＭ３を通じて縮径ダイス３０の回転を制御することにより、素管１に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御する。（請求項１５，７と対応）。
すなわち、縮径ダイス３０を回転させ（引抜き力は停止時よりも減少する）又は停止させ（引抜き力は回転時よりも増加する）、あるいはその回転速度(回転数）を加減することにより制御するのである。この場合、回転速度が速くなると引抜き力が減少し、回転速度が遅くなると引抜き力が増加する。
前記管の製造中他の条件（素管１の引抜き速度、転造工具４１の素管１への押圧力や遊星回転数）は一定又は一定範囲内に保たれるよう制御される。
この実施形態における他の構成や作用効果は第１実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。

第４実施形態
図４は本発明に係る内面伝熱管の製造装置の第４実施形態と、当該製造装置を用いた製造方法を説明するための部分断面図である。
この実施形態では、引抜き手段２を除く製造装置は機枠９へ取り付けられており、この機枠９はレール９１へ素管１の引抜き方向に沿って可動に載置された可動台９０の上に設置されている。
可動台９０には、当該可動台９０の素管引抜き方向への荷重を測定する荷重測定器７０により構成された引抜き力検出手段７が取り付けられ、この検出手段７が検出した荷重は電気信号に変換されて制御手段６へ素管１の引抜き力として入力される。すなわち、素管１への引抜き力は、機枠９及び可動台９０を介して検出手段７である荷重測定器７０で検出される。（請求項１２，４と対応）。
なお、この実施形態では後記のように補助引抜き装置８が設置されているが、当該装置８は補助的引抜き力を素管１へ付与しかつ引抜き力を制御する手段として設置されているものであるから、例えば図１〜図３のような製造装置であって、引抜き手段２及び引抜き力検出手段７を除いた部分を同様な機枠に取り付け、これを前記可動台９０へ設置しても実施することができる。

この実施形態では、前記縮径加工部３と前記転造加工部４との間には、それぞれ少なくとも一対のプーリ８１，８１に保持された状態で素管１を挟み、かつ、素管１の引抜き方向に沿って回転する一対の無端状のベルト８０，８０を含む補助引抜き装置８が設置されている。
前記補助引抜き装置８は、少なくとも一方のベルト８０（この実施形態では両方のベルト８０，８０）を前記素管１に押付ける押圧手段８３を備えており、各ベルト８０，８０は、押圧手段８３により素管１を押圧した状態でモータＭ４により素管１の引抜き方向へ回転し、当該素管１へ補助的引抜き力を付与する。
制御手段６の制御部は、前記ベルト８０の素管への押圧力又は各ベルト８０の回転速度を制御して前記補助引抜き力を加減することにより、前記素管１に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御する。（請求項１６，８と対応）。
すなわち、荷重測定器７０では補助引抜き装置８の補助引抜き力を除いた引抜き力が検出されるが、補助引抜き力が減少すると引抜き手段２の負荷が増大して荷重測定器７０の測定値が大きくなる。これに伴って、制御部６の制御により補助引抜き力が増大すると引抜き手段２の負荷が減少し荷重測定器７０の測定値は小さくなる。当該測定値が所定値以下になると、制御部６により補助引抜き力が減少方向へ制御されるので、この繰り返しにより引抜き力が目標範囲内におさまるように制御される。
前記管の製造中他の条件（素管１の引抜き速度、転造工具４１の素管１への押圧力や遊星回転数）は一定又は一定範囲内に保たれるよう制御される。

この実施形態において、各ベルト８０を保持するそれぞれの対のプーリ８１，８１は、それぞれ機枠９に対して素管１の方向へ往復スライド可能に設置された各対の保持板８４，８４へ取り付けられている。そして、前記押圧手段８３は、各対の保持板８４，８４を素管１の方向へ加圧することにより、各ベルト８０を前記素管１へ調整可能に押付けるように構成してある。

前記各ベルト８０，８０には、それらの素管１への接触面側へ前記のような回転に支障がない状態に多数のパッド８２が長さ方向へ並ぶように取り付けられており、これらのパッド８２には、図５で示すように補助引抜き装置８の設置部分を移動する素管１が適合して嵌る寸法で円弧状のガイド溝８２ａがそれぞれ形成されている。
各パッド８２の材質は素管１の材質よりも硬質のものが選ばれ、好ましくは工具鋼が使用される。材質が工具鋼である場合、前記ガイド溝８２ａの曲率半径／素管半径は１．０〜１．００５（好ましくは１．００１〜１．００３）であるのが好ましい。

この実施形態における他の構成や作用効果は第１実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。

転造加工部の変形形態
図６は、本発明に係る製造装置における転造加工部４の変形形態を示す部分断面図である。
各転造工具４１はロールであり、素管１の引抜き方向上流側へ僅かに広がるように傾斜した円錐状内面を有する加工ヘッド４２内へ、それぞれホルダ４１ａへ回転自在に保持された状態で、等角度の間隔で取り付けられている。
各ホルダ４１ａの外周面と加工ヘッド４２の円錐状内面との間には楔状のスペーサ４１ｂが、加工ヘッド４２の入口方向からそれぞれ挿入されており、ベアリング４３及び押圧部材４４を介して各スペーサ４１ｂを図示しない加圧手段により加工ヘッド４２内へ押し込むことにより、各ロールを素管１の外周面へ押圧している。
なお、加工ヘッド４２の向きは図の逆向き（右向き）でも実施できる。

転造加工部の他の変形形態
図７は、本発明に係る製造装置における転造加工部４の他の変形形態を示す部分断面図である。
転造加工部４の加工ヘッド４２は、素管１が中心を通過しかつ小さな間隙を介して並ぶように配置された二つ割状のリング４２ａ，４２ｂから構成され、一方のリング４２ａはリング状の回転伝達手段４５の内面ヘ固定され、他方のリング４２ｂは回転伝達手段４５の内面へ、素管１の管軸方向へのみ可動な状態に取り付けてある。
各リング４２ａ，４２ｂの相対面内側には、中心方向に向かって広がる状態の円錐状内面を有し、複数のボールからなる転造工具４１は、両方の円錐状内面と素管１の外周面へ接触しかつ等角度間隔に並ぶようにリング４２ａ、４２ｂの相対面間に配置されている。
一方の可動なリング４２ｂを、ベアリング４３及び押圧部材４４を介して図示しない加圧手段により他方の固定側リング４２ａへ押し付けることにより、各ボールを素管１の外周面へ押圧している。
なお、リング４２ａ，４２ｂの位置関係は図の逆でも実施できる。

その他の実施形態
前記各実施形態において、引抜き力検出手段７と引抜き力の制御対象（素管に対する引抜き速度、転造工具の素管への押圧力、転造工具の遊星回転速度、縮径ダイスの回転、補助引抜き装置の素管への補助的引抜き力等）との組み合わせは限定的なものではなく、いずれの組み合わせでも実施することができる。

試験例１
表１で示すように、管（仕上り管）外径、溝底肉厚及びフィンリード角をそれぞれ一定とし、溝数（フィン数）とフィン高さがそれぞれ異なるサンプル管Ｎｏ．１〜５を製造した。
他方表２で示すように、管外径、溝底肉厚、溝数及びフィン高さをそれぞれ一定とし、フィンリード角がそれぞれ異なるサンプル管Ｎｏ．４，６〜１１（但し、表１のサンプル管Ｎｏ．４はそのまま表２に併記）を試作した。
なお、管材質はりん脱酸銅である。

前記各サンプル管を、それぞれ水平に設置した二重管式熱交換器サンプルの内管として挿入し、それらのサンプル内へ冷媒（Ｒ４１０ａ）を流すとともに、外管と内管の間の二重管部に冷却水を冷媒に対して対抗流となるように流し、冷却水と冷媒とで熱交換させることにより、冷媒を冷却させた。
そのときの熱交換量から、冷媒の質量流速３００ｋｇ／m²ｓｅｃにおける管内熱（凝縮熱）伝達率を算出（管自体の熱伝達率も含めて管外面積基準で算出）し、それらを表１，２へ併記した。

表１

表２

表１のように、溝数４４以上において、フィン高０．２ｍｍ未満の領域ではフィン高さの増大に伴う管内熱伝達率の増加割合が大きく、フィン高さが０．２ｍｍを超える領域ではフィン高さの増大に伴う管内熱伝達率の増加割合は小さくなる傾向を示した。
また、表２のように、フィンリード角４０度未満の領域ではリード角の増大に伴う管内熱伝達率の増加割合が大きく、リードが角４０度を超える領域ではリード角の増大に伴う管内熱伝達率の増加割合は小さくなる傾向を示し、リード角が６０度を越えると管内熱伝達率はリード角増大によっても変化がないことが判明した。
これらのことは、小径で高い伝熱性能の内面溝付管は、フィン高さが０．２ｍｍ以上でフィンリード角が４０〜６０度であって、しかも生産性よく（引抜き速度を落とさないで）製造されることが必要であることを示している。

試験例２
本発明方法では、管の引抜き力が常に一定となるように制御されるのが望ましいが、種々の条件により実際の引抜き力の値は一定にはならず所定の範囲内で変動する。
そこで、第１実施形態の製造装置を用い、外径１１ｍｍ、肉厚０．２５ｍｍのりん脱酸銅管を素管として、前記サンプル管Ｎｏ．２を、引抜き速度４０ｍ／ｍｉｎ、引抜き力目標値１７００Ｎに設定して引抜き試験（仕上げ管長さ１０００ｍｍ）を行なった。
第１例は管の引抜き力目標値のみを設定して引抜き力を制御しないで、第２例は引抜き力の制御幅目標をややラフ（制御幅は目標値の±１０％以下を目指す）にして、第３例は引抜き力制御幅目標を最小にして（制御幅は目標値の±３％以下を目指す）、それぞれ引抜き試験を行なった。引抜き力は、転造工具への押圧力を加減することにより制御した。
それらの管引抜き試験中の引抜き力の実際の変動幅を、巻取りドラムのモータの出力を測定（電流計による）し、その変動幅を連続的に測定してグラフ化出力した。その結果、引抜き力無制御の第１例では図９で示すように変動幅が極めて大きかったが、第２例では図１０で示すように変動幅±１０以内を、第３例では図１１で示すように変動幅±３％以内をそれぞれ達成することができた。

次に、外径１１ｍｍ、肉厚０．２７〜０．３１ｍｍのりん脱酸銅管を素管とし、長さ２０００ｍの前記サンプル管Ｎｏ．３，４，５，８，９，１０（各サンプル管Ｎｏ．１，２，６，７は管形態が単純で引抜き力制御無しで製造することができ、また、Ｎｏ．１１は本発明方法によっても生産性よく製造することが実験上困難であったので外した。）を、第１〜第４実施形態の製造装置を用いた製造方法と、特許文献３の公報記載の試作製造装置を用いた製造方法とにより、それぞれ各５サンプル製造した。それらの結果を表３〜８に示した。
ここで素管の肉厚を変化させたのは、内面溝付管の肉厚を一定値（ここでは０．２０ｍｍ）として溝深さを変化させた場合には製造し易くなるためであり、その値は、サンプル管Ｎｏ．３の素管では０．２７ｍｍ、サンプル管Ｎｏ．４，８，９，１０の素管では０．２９ｍｍ、サンプル管Ｎｏ．５の素管では０．３１ｍｍとした。実際にはこの値に拘わらず、素管の内径は適宜変化させることができる。
なお、各表の結果欄における「○」は円滑に引抜き内面溝付管を製造できたことを、「×」は引抜き開始後備考に記載の長さ前後で断管したことを、「△」は、断管はしなかったが溝付管の長手方向または径方向における肉厚変動、凹み、亀裂などが一部に発生したサンプルがあったことをそれぞれ示している。

この実施例において、第１実施形態の装置を用いた各製造例では、転造工具の素管への押圧力を加減することにより引抜き力を制御した。
第２実施形態の装置を用いた各製造例では、転造工具の遊星回転速度（回転数）を加減することにより引抜き力を制御した。
第３実施形態の装置を用いた各製造例では、縮径ダイスの回転を制御することにより引抜き力を制御した。
第４実施形態の製造装置を用いた各製造例では、補助引抜き装置の引抜き力を１０００Ｎに設定するとともに、全体としての引抜き力目標値は各表記載のとおりに設定し、補助引抜き装置の補助引抜き力を加減（ベルトの回転速度を制御）することにより引抜き力を制御した。
また、特許文献３の公報記載の試作製造装置では、補助引抜き装置において素管に１０００Ｎの引抜き力を付与するように設定し、当該補助引抜き装置を、縮径ダイスの出側における素管移動速度の１．１倍となる速度で素管を引っ張るように制御し、全体としての引抜き力を各表記載のとおりに設定するとともに引抜き力制御は行なわなかった。

表３

表４

表５

表６

表７

表８

以上表３〜８で示したように、本発明方法の実施例によれば、小径でフィン高さが０．２ｍｍ以上かつフィンリード角が４０度以上の高性能の内面溝付管を、生産性よく製造することができた。ただし、表５，８で見られるように、比較的小径の管で管内面形態が厳しい（フィン高さ，フィンリード角ともに相対的に高い値である）場合には、引抜き力目標値に対して制御幅を最小にするように精確な制御が必要である。
なお、前記実施例では本発明方法にける引抜き力の具体的な制御手段全部の実施例は記載されていないが、前記各実施形態で説明した他の具体的な引抜き力制御手段によっても、実験上前記実施例と同様な効果を達成することができたのでそれらは割愛した。
また、管の引抜き速度を加減することにより引抜き力が目標値になるように制御する場合、引抜き速度の基準値を設定しておくが、引抜き力制御のためには引抜き速度を加減する。この方法によっても、引抜き速度を一時的に加減した場合、検出引抜き力により当該引抜き速度はさらに加減されて設定基準値近傍の値に戻るので、内面溝付管を１０００ｍ以上引抜く間の平均的な引抜き速度は前記基準値をほぼ達成することができる。

本発明に係る内面溝付管製造装置の第１実施形態と、当該製造装置を用いた製造方法を説明するための部分断面図である。 本発明に係る内面溝付管製造装置の第２実施形態と、当該製造装置を用いた製造方法を説明するための部分断面図である。 本発明に係る内面溝付管製造装置の第３実施形態と、当該製造装置を用いた製造方法を説明するための部分断面図である。 本発明に係る内面溝付管製造装置の第４実施形態と、当該製造装置を用いた製造方法を説明するための部分断面図である。 第４実施形態の製造装置における補助引抜き装置のベルトパッドの拡大断面図である。 本発明に係る製造装置における転造加工部の変形形態を示す部分断面図である。 本発明に係る製造装置における転造加工部の他の変形形態を示す部分断面図である。 本発明に係る製造方法によって製造された内面溝付管を説明するための引抜き管の部分拡大断面図である。 引抜き力無制御状態で引抜き試験を行なった場合の引抜き力の実際の変動幅を連続的に測定してグラフ化出力した線図である。 本発明方法の一形態により引抜き力を制御しつつ引抜き試験を行なった場合の引抜き力の実際の変動幅を連続的に測定してグラフ化出力した線図である。 本発明方法の一形態により引抜き力を制御しつつ引抜き試験を行なった場合の引抜き力の実際の変動幅を連続的に測定してグラフ化出力した別の線図である。

符号の説明

β リード角
１ 素管
１ａ 内面溝付管
１ｂ フィン
２ 引抜き手段
３ 縮径部
３０ 縮径ダイス
３１ フローティングプラグ
３１ａ ロッド
３２ 回転駆動手段
３３ 回転伝達手段
４ 転造加工部
４０ 溝付プラグ
４１ 転造加工具
４１ａ ホルダ
４１ｂ スペーサ
４２ 加工ヘッド
４２ａ，４２ｂ リング
４３ ベアリング
４４ 押圧部材
４５ 加圧手段
４６ 回転伝達手段
５ 整形ダイス
６ 制御手段
６０ 制御部
６１ 入力部
６２ 演算部
７ 引抜き力検出手段
７０ 荷重測定器
７１ 変位計
８ 補助引抜き装置
８０ ベルト
８１ プーリ
８２ パッド
８２ａ ガイド溝
８３ 押圧手段
８４ 保持版
９ 機枠
９０ 可動台
９１ レール
Ｍ１〜Ｍ４ モータ

Claims (13)

1. 素管に対して一定方向へ引抜き力を連続的に付与し、
   縮径ダイスと前記素管内に挿入されたフローティングプラグとにより前記素管を縮径する縮径工程と、
   前記フローティングプラグへ回転自在に連結され外周面に螺旋状の平行な多数の溝を有する溝付プラグと、当該溝付プラグ側へ押圧された状態で前記素管の外周を遊転しつつ遊星回転する複数のボール又はロールからなる転造工具とにより、前記素管内へ前記溝付プラグの溝に沿った多数のフィンを転写する転造工程とを含み、
   前記引抜き力を検出しながら、その検出値に基づいて前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御するにあたり、
   前記転造工程よりも引抜き方向下流側において、加工済みの内面溝付管を巻き取る巻取りドラムを兼ねた引抜き手段により前記素管に対して引抜き力を付与し、当該引抜き手段のトルクを測定するか、或いは、
   前記転造工程よりも引抜き方向下流側において、引抜き方向へ移動しつつある加工済みの内面溝付管の外周面へ管軸に向けて荷重を付与し、当該部分の管軸の変位量と当該荷重の大きさとの関係に基づくかの何れかによって、
   前記引抜き力を検出する
   ことを特徴とする内面溝付管の製造方法。
2. 前記素管の引抜き速度を加減することにより、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御することを特徴とする、請求項１に記載の内面溝付管の製造方法。
3. 前記転造工具の素管への押圧力又は／及び前記転造工具の遊星回転速度を加減することにより、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御することを特徴とする、請求項１に記載の内面溝付管の製造方法。
4. 前記縮径ダイスを回転可能に構成するとともに当該縮径ダイスの回転を制御することにより、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御することを特徴とする、請求項１に記載の内面溝付管の製造方法。
5. 前記縮径工程よりも引抜き方向下流側かつ前記転造工程より引抜き方向上流側において、素管に対し補助的引抜き力を付与しながら、当該補助的引抜き力を加減することにより、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御することを特徴とする、
   請求項１に記載の内面溝付管の製造方法。
6. 素管に対して一定方向へ引抜き力を連続的に付与する引抜き手段と、
   縮径ダイスと前記素管内に挿入されたフローティングプラグとにより前記素管を縮径する縮径加工部と、
   前記縮径加工部よりも素管の引抜き方向下流側に設置され、前記フローティングプラグへ回転自在に連結され外周面に螺旋状の平行な多数の溝を有する溝付プラグと、当該溝付プラグ側へ押圧された状態で前記素管の外周を遊転しつつ遊星回転する複数のボール又はロールからなる転造工具とにより、前記素管内へ前記溝付プラグの溝に沿った多数のフィンを転写する転造加工部と、
   前記引抜き力を検出する引抜き力検出手段と、
   前記引抜き力検出手段の検出値に基づいて、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御する制御手段とを備え、
   前記引抜き手段は前記転造加工部よりも引抜き方向下流側に設置されて加工済みの内面溝付管を巻き取る巻取りドラムを兼ねており、前記引抜き力検出手段は前記巻取り手段を回転させるモータへの電流を検出する電流計であり、当該電流計の検出値から前記引抜き手段のトルクを演算するか、或いは、
   前記引抜き力検出手段は、前記転造加工部よりも引抜き方向下流側において、引抜き方向へ移動しつつある加工済みの内面溝付管の外周面へ管軸に向けて押付けられた荷重測定器と、当該押付け部分における前記管軸の押付け方向への変位量を検出する変位計とを含むか、又は
   前記縮径部と転造加工部は前記素管の引抜き方向に沿って可動に設けられた可動台の上に設置され、前記引抜き力検出手段は前記可動台の素管引抜き方向への荷重を測定する荷重測定器である
   かの３つの内の何れかによって、前記引抜き力を検出する
   ことを特徴とする内面溝付管の製造装置。
7. 前記制御手段は、前記素管の引抜き速度を加減することにより前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御することを特徴とする、請求項６に記載の内面溝付管の製造装置。
8. 前記制御手段は、前記転造工具の素管への押圧力又は／及び前記転造工具の遊星回転速度を加減することにより、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御することを特徴とする、請求項６に記載の内面溝付管の製造装置。
9. 前記縮径加工部には前記縮径ダイスを回転させるモータを含む回転駆動手段を設け、前記制御手段は、前記回転駆動手段を通じて前記縮径ダイスの回転を制御することにより、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御することを特徴とする、請求項６に記載の内面溝付管の製造装置。
10. 前記縮径加工部と前記転造加工部との間に、それぞれ少なくとも一対のプーリに保持された状態で前記素管を挟み、かつ、前記素管の引抜き方向に沿って回転する一対の無端状のベルトを含む補助引抜き装置を設置し、
    前記補助引抜き装置は少なくとも一方のベルトを前記素管に押付ける押圧手段を備え、
    前記制御手段は、前記ベルトの素管への押圧力又は各ベルトの回転速度を制御して前記補助引抜き装置による素管への補助引抜き力を加減することにより、前記素管に対する引抜き力を目標範囲内に収まるように制御することを特徴とする、請求項６に記載の内面溝付管の製造装置。
11. 前記請求項１〜５のいずれかの内面溝付管の製造方法により製造され、内面に管軸に対して４０〜６０度のリード角をもつ多数のフィンを有し、フィン高さｈが０．２０ｍｍ以上であって、前記フィン高さｈと隣合うフィン間の溝底肉厚ｔとの比ｈ／ｔが１．２以下であることを特徴とする内面溝付管。
12. 長さが１０００ｍ以上であることを特徴とする、請求項１１に記載の内面溝付管。
13. 円筒状に整列多層巻きされていることを特徴とする、請求項１２に記載の内面溝付管。