JP5871269B2

JP5871269B2 - スパイラル管押出成形方法及びスパイラル管押出成形機

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Publication number: JP5871269B2
Application number: JP2012075539A
Authority: JP
Inventors: 満小浦場
Original assignee: Lixil Corp
Current assignee: Lixil Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN104203442B; WO2013145815A1; CN104203442A; JP2013202664A

Description

本発明は、スパイラル管押出成形方法及びスパイラル管押出成形機に関する。

螺旋溝を形成したスパイラル管の押出成形方法として、例えば下記特許文献１は、ポートホールダイスのマンドレル先端にボルトによって、裁頭円錐形にして、裁頭の径小側をビレット側に、円錐底面の径大側を押出方向に向けて側面をテーパー面とするプラグを回転自在に配置するとともに該プラグ表面のテーパー面に管材内周面成形用にして螺旋形の成形突条を配置し、管材をマンドレルとダイキャップの間で直進方向に押出成形し、裁頭円錐形のプラグの長手方向中間位置でその螺旋形の成形突条を管材の内周面に強制接触させて該管材の進行に伴って該プラグを強制回転するとともに管材の内周面に成形突条による長手方向に螺旋状をなす螺旋溝を連続成形するものとされる。

特開２００９−２２０１５３号公報

この場合、内周面に一連の螺旋溝を形成したスパイラル管を押出成形することができ、エアコンディショナーや冷凍機の熱交換器用伝熱管、床暖房の排熱用配管等として、従前の銅管に代えて、例えばアルミ乃至アルミ合金の管を用いた低コストにして量産性に優れたスパイラル管を提供することができる。

しかし乍ら、一方で、テーパー面の表面に螺旋形をなす成形突条を形成した裁頭円錐形のプラグを用いることによって、該プラグの製作が煩雑化すること、裁頭円錐形のプラグに、そのテーパー面長手方向中間位置で管材内周面を接触させることから、比較的径大のスパイラル管には用い得ても、例えば１ｃｍ以下のように径小の内径を有するスパイラル管の押出成形には必ずしも適したものとはいえないこと、直進する管材内周面をプラグの螺旋形をなす成形突条に強制接触させてプラグを強制回転するとともに管材内周面に螺旋溝を成形するため、プラグの回転に伴なって管材がトルクを受けるため、管材の螺旋溝成形部分がプラグ回転方向に連れ回りするように回転する結果、管材の押出方向先端を牽引するプラーを回転する必要が生じるし、管材の巻取り機を設置したものにあっては、同じく巻取り機を管材の回転に応じて回転する必要が生じるから、押出成形後の管材処理が煩雑化すること、管材の進行に応じてプラグの回転を行うため、螺旋溝のねじれ角が小さくなる傾向を招き、ねじれ角を大きくするように押出速度を早めると管材の形状が崩れたりする押出不良を招く傾向があり、従って、比較的径大にしてねじれ角の比較的小さな管材の押出成形をなし得ても、径小にしてねじれ角の大きな管材の押出成形には適当であるとはいえないこと等の問題点が残されている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、その解決課題とするところは、径小にしてねじれ角の大きな管材を含めて、可及的簡易にして高精度なスパイラル管を確実に押出成形することができるとともに螺旋溝の成形に際して管材の回転を防止し得るようにしたスパイラル管押出成形方法を提供するにあり、また、該スパイラル管の押出成形に好適に用いられるスパイラル管押出成形機を提供するにある。

上記課題に沿って本発明は、管材の押出成形に際して、その内周面成形用の雄型ベアリングを押出方向先端に固定したマンドレルと、該雄型ベアリングを囲繞するように管材の外周面成形用の雌型ベアリングを配置したダイを備えるとともにこれらマンドレル及びダイの双方を強制回転し、該強制回転下で管材を直進方向に押出成形し、その内外周面の一方又は双方に長手方向の螺旋溝を連続形成するようにすることによって、径小にしてねじれ角の大きな管材を含めて、可及的簡易にして高精度なスパイラル管を確実に押出成形し得るようにしたものであって、即ち、請求項１に記載の発明を、管材押出方向先端に管材内周面成形用の雄型ベアリングを有して回転自在に配置したマンドレルと、該雄型ベアリングの管材押出方向外側でその長手方向全部又は一部を囲繞する管材外周面成形用の雌型ベアリングを有して同じく回転自在に配置したダイを備えるとともに上記雄型ベアリング及び／又は雌型ベアリングに成形突条を配置し、上記マンドレル及びダイ双方の強制回転下で管材を直進方向に押出成形して管材内外周面一方又は双方に管材長手方向に螺旋状をなす螺旋溝を連続形成することを特徴とするスパイラル管押出成形方法としたものである。

請求項２に記載の発明は、上記に加えて、雄型ベアリング及び／又は雌型ベアリングの螺旋溝を形成する成形突条を、押出方向に平行な多数直線の突条によるものとして該成形突条の形成を可及的簡易且つ確実に行い得るものとするように、これを、上記雄型ベアリング及び／又は雌型ベアリングに配置した成形突条を、管材押出方向に向けて平行多数の直線突条によって形成してなることを特徴とする請求項１に記載のスパイラル管押出成形方法としたものである。

請求項３に記載の発明は、同じく上記に加えて、上記マンドレルとダイの強制回転を相互に同速乃至異速の逆方向に行うことによって、マンドレルとダイに生じるトルクを相殺して管材の直進性を確実に確保するとともに成形突条の回転に伴う螺旋溝におけるねじれ角を非回転のものに比して可及的に拡大してねじれ角の大きな、即ち、高密度配置の螺旋溝を効率よく形成し得るものとするように、これを、上記マンドレルとダイの強制回転を、同速乃至異速の逆方向に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパイラル管押出成形方法としたものである。

請求項４に記載の発明は、同じく上記に加えて、マンドレルとダイの逆方向の強制回転を同速に行うことによって、上記成形突条の回転に伴う螺旋溝のねじれ角を非回転のものに比して倍増するように拡大し、螺旋溝の配置密度を可及的に大とするように、これを、上記マンドレルとダイの逆方向の強制回転を、同速に行うことを特徴とする請求項３に記載のスパイラル管押出成形方法としたものである。

請求項５に記載の発明は、同じく上記に加えて、スパイラル管を、エアコンディショナー、冷凍機の熱交換器用伝熱管乃至床暖房の排熱用配管等に好適に使用可能の熱交換用内面螺旋溝付き管材を簡易且つ確実に得られるものとするように、これを、上記マンドレルの雄型ベアリングの外周に成形突条を配置することによって、管材を熱交換用内面螺旋溝付き管材とすることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のスパイラル管押出成形方法としたものである。

請求項６に記載の発明は、上記スパイラル管を押出成形するに好適に用いられるスパイラル管押出成形機を提供するように、これを、管材押出方向先端に管材内周面成形用の雄型ベアリングを有して回転自在に配置したマンドレルと、該雄型ベアリングの管材押出方向外側でその長手方向全部又は一部を囲繞する管材外周面成形用の雌型ベアリングを有して同じく回転自在に配置したダイと、上記雄型ベアリング及び／又は雌型ベアリングに配置した成形突条と、上記マンドレル及びダイ双方を強制回転する駆動手段を備えてなることを特徴とするスパイラル管押出成形機としたものである。

本発明はこれらをそれぞれ発明の要旨として上記課題解決の手段としたものである。

本発明は以上のとおりに構成したから、請求項１に記載の発明は、管材の押出成形に際して、その内周面成形用の雄型ベアリングを押出方向先端に固定したマンドレルと、該雄型ベアリングを囲繞するように管材の外周面成形用の雌型ベアリングを配置したダイを備えるとともにこれらマンドレル及びダイの双方を強制回転し、該強制回転下で管材を直進方向に押出成形し、その内外周面の一方又は双方に長手方向の螺旋溝を連続形成するようにすることによって、径小にしてねじれ角の大きな管材を含めて、可及的簡易にして高精度なスパイラル管を確実に押出成形し得るようにしたスパイラル管押出成形方法を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、上記に加えて、雄型ベアリング及び／又は雌型ベアリングの螺旋溝を形成する成形突条を、押出方向に平行な多数直線の突条によるものとして該成形突条の形成を可及的簡易且つ確実に行い得るものとすることができる。

請求項３に記載の発明は、同じく上記に加えて、上記マンドレルとダイの強制回転を相互に同速乃至異速の逆方向に行うことによって、マンドレルとダイに生じるトルクを相殺して管材の直進性を確実に確保するとともに成形突条の回転に伴う螺旋溝におけるねじれ角を非回転のものに比して可及的に拡大してねじれ角の大きな、即ち、高密度配置の螺旋溝を効率よく形成し得るものとすることができる。

請求項４に記載の発明は、同じく上記に加えて、マンドレルとダイの逆方向の強制回転を同速に行うことによって、上記トルクの打ち消しとねじれ角を成形突条の回転に伴う螺旋溝のねじれ角を非回転のものに比して倍増するように拡大し、螺旋溝の配置密度を可及的に大とすることができる。

請求項５に記載の発明は、同じく上記に加えて、スパイラル管を、エアコンディショナー、冷凍機の熱交換器用伝熱管乃至床暖房の排熱用配管等に好適に使用可能の熱交換用内面螺旋溝付き管材を簡易且つ確実に得られるものとすることができる。

請求項６に記載の発明は、上記スパイラル管を押出成形するに好適に用いられるスパイラル管押出成形機を提供することができる。

スパイラル管押出成形機の概要を示す側面図である。マンドレルとダイによる螺旋溝形成の状態を示す部分拡大図である。内面螺旋溝付き管材の例を示す縦断面図である。外面螺旋溝付き管材の例を示す縦断面図である。内外両面螺旋溝付き管材を示す縦断面図である。他の例の内外両面螺旋溝付き管材の例を示す縦断面図である。

以下図面の例に従って本発明を更に具体的に説明すれば、図中１は、内周面に螺旋溝１１を形成して内面螺旋溝付管材としたスパイラル管、２は該スパイラル管１を押出成形するスパイラル管押出成形機であり、上記スパイラル管１は該押出成形機２を用いて、管材押出方向先端に管材内周面成形用の雄型ベアリング２３１を有して回転自在に配置したマンドレル２３と、該雄型ベアリング２３１の管材押出方向外側でその長手方向全部又は一部を囲繞する管材外周面成形用の雌型ベアリング２４１を有して同じく回転自在に配置したダイ２４を備えるとともに上記雄型ベアリング２３１及び／又は雌型ベアリング２４１に成形突条２５を配置し、上記マンドレル２３及びダイ２４双方の強制回転下で管材を直進方向に押出成形して管材内外周面一方又は双方に管材長手方向に螺旋状をなす螺旋溝１１を連続形成する押出成形方法によって、これを量産し得るようにしてある。

本例にあって上記内面螺旋溝付き管材１は、例えば図３に示すように、上記マンドレル２３の雄型ベアリング２３１の外周に成形突条２５を配置することによって、管材によって形成したスパイラル管１を熱交換用のものとしてある。即ち、本例の管材は、マンドレル２３の雄型ベアリング２３１とダイ２４の雌型ベアリング２４１のうち、前者のマンドレル２３の雄型ベアリング２３１に上記成形突条２５を配置する一方、ダイ２４の雌型ベアリング２４１を、該成形突条２５を配置することなく平滑面とすることによって、断面中空円形の管材の内周面に上記螺旋溝１１を形成し、外周面を平滑な円筒面をなすようにしてある。

上記成形突条２５は、これを、管材押出方向に向けて平行多数の直線突条によって形成してあり、該直線突条によって、上記管材長手方向に螺旋状をなす螺旋溝１１を形成するのは、該成形突条２５を備えたマンドレル２３を強制回転することによってこれを行うものとしてある。即ち、該マンドレル２３を回転すると、直進方向に押出成形される管材は、その内周面に成形突条位置でマンドレルの回転に伴うトルクを受けて、これがマンドレル２３の回転方向につれ回りするように回転することになるところ、該管材の押出成形に際して上記マンドレル２３とともに管材外周面を成形するダイ２４の双方を強制回転して、該強制回転下の押出成形とすることによってマンドレル２３回転のトルクをダイ２４の回転によって相殺するように打ち消して、直進方向に進行する管材の直進性を確保するようにしてある。これによって押出成形した管材は、押出成形機２の前方（押出方向先端側）に向けて回転することなく直進した状態の押出成形をなし得るようにしてある。

上記逆方向の強制回転は、これを、同速乃至異速の逆方向に行うものとして、上記トルクの有効な相殺とこれによる管材直進性の確実な確保を行うようにしてあり、本例にあって、該逆方向の強制回転は、これを、同速に行うものとすることによって、トルクの相殺と管材直進性の確保に加えて、上記成形突条２５の回転に伴う螺旋溝１１のねじれ角を、非回転のものに比して倍増するように拡大して螺旋溝１１の配置密度を可及的に大とし、本例の熱交換用内面螺旋溝付き管材としたスパイラル管１として、その熱交換効率を可及的に向上したものとしてある。

強制回転は逆方向に行うことが必要であるところ、その回転速度は同速とすることが好ましいが、該回転速度は、押出成形する管材、即ち、スパイラル管１の径や断面形状、押出成形機２におけるベアリング２３１、２４１の加熱温度や表面状態等によって管材の内外における押出成形の抵抗差が変化するために、該抵抗差を吸収して上記トルクの相殺と管材直進性を確保する上で、一方を早く、他方を遅くして異速とするように調整することが必要となる場合がある。一般に、異速とする回転速度は、内周面に数十の溝数とする内周螺旋溝付き管材にあって、押出成形機２のマンドレル２３とダイ２４のベアリング２３１、２４１長さを同等とした場合、数％〜２０％程度の回転速度の差とするように調整すればよく、抵抗差が比較的小さいとき、該回転速度の差は、これを１０％程度以下とするのが好ましい。このように内外の押出成形の抵抗差に応じて、マンドレル２３とダイ２４を異速とすることによって、上記トルク相殺、管材直進性、ねじれ角を有効に確保することができる場合がある。

実験によれば、３０トンプレスの押出成形機を用いてアルミ乃至アルミ合金、例えばアルミ純度９９．７％以上のＡ１０７０アルミ合金を、ダイス温度及びビレット加熱温度４５０〜５００℃の押出条件で押出成形して、図３の断面形状の内面螺旋溝付き管材、即ち、外径９．５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、溝数５０、溝高さ０．３ｍｍ、溝幅０．２７ｍｍのスパイラル管１を押出成形するについて、例えば、ラム速２ｍｍ／ｓでマンドレル、ダイを６０ｒｐｍの同速で逆方向に回転したとき、螺旋溝のねじれ角は１２．２°、ラム速２ｍｍ／ｓでマンドレル、ダイを１２０ｒｐｍの同速で回転したとき、螺旋溝のねじれ角は２９．９°、ラム速４ｍｍ／ｓでマンドレル、ダイを６０ｒｐｍの同速で回転したとき、螺旋溝のねじれ角は６°、ラム速４ｍｍ／ｓでマンドレル、ダイを１２０ｒｐｍの同速で回転したとき、螺旋溝のねじれ角は１２．９°であった。このとき、管材１の先端をプラーで牽引したが、管材の回転が全くないため、いずれも図示する断面形状のように長手方向に変形や歪のない美麗な形状のものであった。因みに上記条件下にあって、マンドレルとダイは、これを５０乃至１２０ｒｐｍ程度の回転数の逆回転とするのが、螺旋溝のねじれ角を比較的大きく確保する上で有効であると認められる。

図１及び図２に示すように押出成形機２は、上記押出成形方法用のものとして、管材押出方向先端に管材内周面成形用の雄型ベアリング２３１を有して回転自在に配置したマンドレル２３と、該雄型ベアリング２３１の管材押出方向外側でその長手方向全部又は一部を囲繞する管材外周面成形用の雌型ベアリング２４１を有して同じく回転自在に配置したダイ２４と、上記雄型ベアリング２３１及び／又は雌型ベアリング２４１、本例にあっては雄型ベアリング２３１に配置した成形突条２５を備えるとともに上記マンドレル２３及びダイ２４双方を強制回転する駆動手段３を備えたものとしてあり、特にアルミ乃至アルミ合金用のものとしてある。

押出成形機２は、コンテナ２１のビレット収容部に加熱したアルミビレット２６を収容し、該アルミビレット２６中央の透孔にマンドレル２３を貫通配置した状態で、ダミーブロック２２１を介してラム（ステムといってもよい）２２によって該アルミビレット２６を加圧することによって、上記マンドレル２３の雄型ベアリング２３１とダイ２４の雌型ベアリング２４１によって螺旋溝付き管材を、図示省略のテーブル上に向けて押出成形し、該テーブルの押出方向先端に配置した巻き取り機の管材交差方向回転自在のホイール２７に巻き取るようにしてある。

本例にあって、押出成形機２は、その上記雄型ベアリング２３１を有するマンドレル２３、雌型ベアリング２４１を有するダイ２４を、それぞれ長尺鋼材乃至ブロック鋼材に放電加工を施すことによって、これらマンドレル２３、ダイ２４に各ベアリング２３１、２４１を一体成形したものとしてある。例えば、マンドレル２３に別体に形成した雄型ベアリング２３１を螺着配置することも可能であるが、場合によって、押出成形時に雄型ベアリング２３１が加圧力を受けて変形する等のトラブルが生じる可能性が残るから、加圧力を常時受けることになるマンドレル２３やダイ２４は、これらを上記のように一体成形したものとすることが好ましい。

ダイ２４の雌型ベアリング２４１は、マンドレル２３の雄型ベアリング２３１の外側でその全部又は一部を囲繞するように配置して、その配置の位置関係とするものとしてあるところ、雄型ベアリング２３１と雌型ベアリング２４１はこれらを同一長さとして、その位置関係を相互に対面した全部囲繞の状態とするように囲繞配置し、また、雄型ベアリング２３１と雌型ベアリング２４１を異長とした場合、雄型ベアリング２３１の先端が雌型ベアリング２４１より短寸、即ち、ラム２２側に位置するように一部囲繞の状態とするように囲繞配置することが好ましい。一方、該異長とした一部囲繞の状態とするについて、雄型ベアリング２３１の先端が雌型ベアリング２４１より押出方向に突出するように配置すると、押出成形した管材における螺旋溝１２の長手方向に向けたねじり角が小さくなる傾向を招くので、かかる囲繞配置は、これを避けるようにすることが好ましい。

雄型ベアリング２３１を有するマンドレル２３及び雌型ベアリング２４１を有するダイ２４の逆方向の強制回転は、本例にあって電動モーター３によって、これを行うものとしてある。本例の電動モーター３は、該マンドレル２３及びダイ２４にそれぞれ設置して該マンドレル２３及びダイ２４を単独に回転駆動自在とするように押出成形機２に一対配置してあり、該各電動モーター３の各回転速度をコントロールすることによって、マンドレル２３及びダイ２４の同速乃至異速の回転を行い且つ一方の電動モーター３の回転方向を機械的に変換することによって双方を逆方向に回転するようにして、上記同速乃至異速にして逆方向の強制回転行うようにしてある。

図４乃至図６は、他の例にかかる管材、即ちスパイラル管１の例を示すもので、図４及び図５は、上記内周面の螺旋溝に代えて、図４において多数にして数十、特に５０本とし、図５において少数にして９０度の角度位置に、特に４本として、外周面に螺旋溝１１を配置した外面螺旋溝付き管材の例、図６は、上記内面螺旋溝１１に加えて、外周面に各多数の螺旋溝１１を配置した内外両面螺旋溝付き管材とした例である。外周面に螺旋溝１１を形成するときは、上記に準じてダイの雌型ベアリング２４１に同様に成形突条２５、特に管材押出方向に向けて平行多数の直線突条を配置し、また、内周面に螺旋溝を形成しないときは、マンドレル２３の雄型ベアリング２３１を平滑面とすればよく、また、図４及び図５の押出成形は、上記図３のものに準じてこれを行えばよい。

図示した例は以上のとおりとしたが、本発明の実施に当って、スパイラル管、その管材、螺旋溝、マンドレル、雄型ベアリング、ダイ、雌型ベアリング、成形突条、必要に応じて用いる直線突条、駆動手段等の各具体的形状、構造、材質、これらの関係、これらに対する付加等は、上記発明の要旨に反しない限り様々な形態のものとすることができる。

１スパイラル管
１１螺旋溝
２押出成形機
２１コンテナ
２２ラム
２２１ダミーブロック
２３マンドレル
２３１雄型ベアリング
２４ダイ
２４１雌型ベアリング
２５成形突条
２６アルミビレット
２７ホイール
３電動モーター

Claims

管材押出方向先端に管材内周面成形用の雄型ベアリングを有して回転自在に配置したマンドレルと、該雄型ベアリングの管材押出方向外側でその長手方向全部又は一部を囲繞する管材外周面成形用の雌型ベアリングを有して同じく回転自在に配置したダイを備えるとともに上記雄型ベアリング及び／又は雌型ベアリングに成形突条を配置し、上記マンドレル及びダイ双方の強制回転下で管材を直進方向に押出成形して管材内外周面一方又は双方に管材長手方向に螺旋状をなす螺旋溝を連続形成することを特徴とするスパイラル管押出成形方法。
上記雄型ベアリング及び／又は雌型ベアリングに配置した成形突条を、管材押出方向に向けて平行多数の直線突条によって形成してなることを特徴とする請求項１に記載のスパイラル管押出成形方法。
上記マンドレルとダイの強制回転を、同速乃至異速の逆方向に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパイラル管押出成形方法。
上記マンドレルとダイの逆方向の強制回転を、同速に行うことを特徴とする請求項３に記載のスパイラル管押出成形方法。
上記マンドレルの雄型ベアリングの外周に成形突条を配置することによって、管材を熱交換用内面螺旋溝付き管材とすることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のスパイラル管押出成形方法。
管材押出方向先端に管材内周面成形用の雄型ベアリングを有して回転自在に配置したマンドレルと、該雄型ベアリングの管材押出方向外側でその長手方向全部又は一部を囲繞する管材外周面成形用の雌型ベアリングを有して同じく回転自在に配置したダイと、上記雄型ベアリング及び／又は雌型ベアリングに配置した成形突条と、上記マンドレル及びダイ双方を強制回転する駆動手段を備えてなることを特徴とするスパイラル管押出成形機。