JP6818536B2 - 螺旋状波形溝付管の製造方法 - Google Patents

螺旋状波形溝付管の製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、例えばヒートポンプ式給湯機等の熱交換器用の伝熱管などとして用いられる螺旋状波形溝付管、熱交換器、及び螺旋状波形溝付管の製造方法に関するものである。
空気調和機、給湯機などの熱交換器に設けられる伝熱管には、平滑管の他に螺旋曲線に沿って形成された溝付管(例えば、特許文献1参照)や、管外表面に凹みを設けることで管内面に突起が形成された管などがある。例えば、熱交換器として、金属製円管の管外表面に形成された少なくとも一条の螺旋曲線に沿って断続的に管外表面に凹み(窪み)の列を設け、凹み形成に伴って管内面に、底面及び任意の高さにおける横断面形状が円形・楕円形または非対称楕円形曲線を成し、その横断面積が高さ方向に減少する突起列が形成されるような加工を施した伝熱管を用いた熱交換器がある(例えば、特許文献2参照)。
なお、特許文献2には、管外表面に凹みの列が、管内表面にはその凹みに基づく突起列が、何れも螺旋曲線4に沿って形成されたものが開示されているが、螺旋曲線4はロール10の軌跡を破線で示した仮想的なものであって、凹みの列、または突起列以外のものは示されていない。
特開2003−126916号公報(図1) 特開昭61−280390号公報(図5)
伝熱管の伝熱性能を向上させるためには、螺旋状波形溝付管における溝部に断続的に凹みないしは窪み(以下、「窪み」という)を形成することで管内の伝熱面積を増加させ、また管内に流れる流体に一層の乱れを誘起させて高い伝熱性能を得ることができることが考えられる。
このような、断続的な窪みを有する螺旋状波形溝付管は、例えば、円管にローラー状加工ツールを用いて、先ず螺旋状の溝を形成し、その後、螺旋状の溝部分に歯車状のロールを押付けることで、溝部分に窪みの列が形成できるように考えられるが、螺旋溝の周期と歯車状のロールの窪みの周期を合わせるのは困難で、特に長尺管の場合は精度の高い周期調整が必要となるため、困難さが更に増すという問題があった。また、螺旋状溝付管の溝部分に窪みの形成位置を選択的に決めることが困難である上、加工工程は二段階となるため、品質や歩留まりが悪く、コストアップ要因となる問題があった。
また、螺旋溝が設けられておらず、窪みのみが螺旋状に形成された円管を利用して、後から窪みに沿って螺旋溝加工を付けることも考えられるが、窪みの螺旋周期と螺旋溝の周期を合わせることは困難であり、かつ窪み部分を選択的に形成することも困難であるなどの問題があって、従来技術では実現されていなかった。
この発明は、前記のような実情に鑑みなされたもので、螺旋状波形の溝部分に、溝方向に断続的な窪みなどの径方向の変形部分を設けることにより管内の伝熱面積が増大され、管内に流れる流体に乱れを誘起させて高い伝熱性能が得られるようにした螺旋状波形溝付管、その溝付管を用いた熱交換器、及び前記溝付管を少ない加工工数で容易に成形加工できる螺旋状波形溝付管の製造方法を得ることを目的としている。
この発明に係る螺旋状波形溝付管の製造方法は、ワークとしての円管の外周部に少なくとも一つ配設され、該円管の管軸方向に対して所定角度傾斜された軸の周りに回転自在に保持されたローラーを用いた螺旋状波形溝付管の製造方法であって、前記円管は、所定位置でチャックにより回転不能かつ軸方向に従属移動可能な状態で保持され、前記ローラーは外周面の断面が略半円状の円盤形であり、かつ前記ローラーの周方向に外周面から径方向に突出して設けられた少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、前記円管の外周面に押付けた状態で、前記円管の管軸方向に転動させることで、前記円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に前記円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、を同時に形成するようにしたものである。
この発明の螺旋状波形溝付管の製造方法によれば、ローラー状の外周面から径方向に突出された周方向に少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、円管の外周面に押付けた状態で円管の管軸方向に転動させることで、円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、が形成された螺旋状波形溝付管を得るようにしたので、螺旋状波形の溝部の形成とその溝部への窪み形成とを一括加工することができ、加工工数が削減され加工コストも抑えることができる。




本発明の実施の形態1に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図。 図1に示す螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はA−A線における断面端面図。 図1に示す螺旋状波形溝付管の製造方法におけるローラー外周部に突起が設けられた加工ツールを示す図で、(a)は正面図、(b)は平面図。 図3に示された加工ツールの突起部分を示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図。 本発明の実施の形態1に係る螺旋状波形溝付管の製造方法の要部を概念的に示す図であり、(a)はワークに対する加工ツールの位置関係を説明する図、(b)は加工ツールの回転軸とワークの管軸方向の関係を説明する平面図。 本発明の実施の形態2に係る螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はB−B線における断面端面図。 図6の変形例になる、楕円形で底部がフラットな窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はC−C線における断面端面図。 図6の他の変形例になる、非対称の楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はD−D線における断面端面図。 図6に示された楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図。 図7に示された楕円形で底部がフラットな窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図。 図8に示された非対称の楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図。 本発明の実施の形態3に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図。 本発明の実施の形態3に係る螺旋状波形溝付管の製造方法を示す説明図。 本発明の実施の形態4に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図。 本発明の実施の形態4に係る螺旋状波形溝付管の展開図。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図2は図1に示す螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はA−A線における断面端面図である。なお、図1に示す螺旋状波形溝付管1は管内部に冷媒を通流して管外部の媒体との間で熱交換を行う熱交換器、例えば空気調和器、ヒートポンプ給湯機などの伝熱管として用いられるものである。
図1の螺旋状波形溝付管1は、図の左半部に示す外周面10に、ここでは四条の螺旋曲線に沿って螺旋状波形の連続的な溝部11が形成され、かつその溝部11の底部分には、円管の径方向への外側変形部としての、長手方向に断続的な窪み12の列が形成されている。螺旋曲線は螺旋状波形溝付管1の管軸O方向に沿って少なくとも一条形成される。
図1の右半部に示すように、管壁を隔てた内周面20には、外周面10の溝部11に対応する螺旋状波形の突条部21と、その突条部21の尾根部分における外周面10の窪み12に対応した位置に、円管の径方向への内側変形部としての、断続的な突部22の列が形成されている。これによって、本発明の円管の内周面20には、突条部21と突部22からなる径方向に二段の凹凸状の変形部分が設けられている。なお、溝部11、窪み12、突条部21、及び突部22は、何れも他の領域との境界部分を含めて滑らかな曲線をもって形成されている。特に、溝部11及び突条部21は管軸O方向(長手方向)及び周方向の何れの断面形状も波形状に形成されている。
ここでは、窪み12は円形状の窪み12A、突部22は円形状(立体的には円球体の一部)の突部22Aとして形成されているが、形状は特に限定されない。外周面10の窪み12は、溝部11の底部長手方向に断続的に形成された、円管の径方向の外側変形部として構成すればよく、内周面20の突部22は、突条部21に形成された、前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部として構成されればよい。また、窪み12と突部22は径方向への変形を逆にしても良い。
前記のように外周面10に形成された螺旋状波形の溝部11に、断続的に形成された窪み12の列、及び内周面20の突条部21に断続的に形成された突部22、ここでは円形状の突部22Aの列が設けられた螺旋状波形溝付管1は熱交換器の伝熱管として用いられる。管内に流れる流体は螺旋状波形溝付管1に形成された螺旋状波形の溝部11に対応する突条部21によって、流路断面積が増減する変化に伴い流体の流れが大きく攪乱され伝熱促進効果が得られる。更に、内周面20に突出形成された突部22により流路断面積が細かく変動するだけでなく、熱交換する表面積も増加する。そして、突部22によって流体の流れが局所的に加減速され、また旋回流が発生し、更に伝熱促進効果が向上する。
次に、図1に示す螺旋状波形溝付管1の製造方法について、図3から図5を参照して説明する。なお、図3は図1に示す螺旋状波形溝付管の製造方法におけるローラー外周部に突起が設けられた加工ツールを示す図で、(a)は正面図、(b)は平面図である。図4は図3に示された加工ツールの突起部分を示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図である。図5は本発明の実施の形態1に係る螺旋状波形溝付管の製造方法の要部を概念的に示す図であり、(a)はワークに対する加工ツールの位置関係を説明する図、(b)は加工ツールの回転軸とワークの管軸方向の関係を説明する平面図である。
図3、図4に示すように、加工ツール4は、円管100の外表面110へ押し付けて塑性変形させ、外表面110に螺旋状波形の溝部11を形成するために、外周面の断面が略半円状の円盤形のローラー状に形成されており、加えて、そのローラー外周部4aには、溝部11の底部を更に円管100の中心方向に断続的に凹ませた窪み12を形成するための、周方向に所定間隔で径方向に突出された複数(8個)の突起5、ここでは図4に示すように円形の突起5Aが設けられている。加工ツール4の外径や厚み、及び突起5の形状やピッチは後述するように適宜に設定することができる。なお、突起5は周方向に少なくとも1つ設けられる。
図5(a)において、ワークである円管100は、円管保持用のチャックの爪3により回転不能かつ管軸Oの方向に従動移動可能に保持されている。加工ツール4は管軸Oの周りに少なくとも1つ以上、ここでは4つ配置される。複数個の加工ツール4を管軸Oの周りに配置する場合は、相互に均等な角度、ここでは90度で円管100を囲むように配置される。なお、円管100としては、例えば工業材料として市販されている銅系の管材、アルミニウム系の管材などから所望により適宜選択して用いることができる。
ローラー状の加工ツール4は、円管100に対して管軸Oに直交する方向において、管軸Oと加工ツール4との相対位置を維持した状態で、円管100の周りに図示していない鼓動装置によって回転駆動される。それに伴い、加工ツール4は円管100の未加工部である外表面110へ、少なくとも一条、ここでは4条の螺旋曲線に沿って押圧しつつ従動的に転動され、外表面110に螺旋状波形の溝部11を形成すると同時に、その螺旋状波形の溝部11の底部に断続的な窪み12の列が形成される。加工ツール4の転動によって得られた螺旋状波形溝付管1の外周面10に形成された溝部11と窪み12は、径方向に2段の変形部分を構成している。
加工ツール4の回転駆動の方向は、図5(a)の矢印Rで示すように、4つの加工ツール4の中心部に形成された円管100が挿通される開口部(図示省略)に対して、チャックの爪3による管保持部が存在しない側(図の右側)に、成形された螺旋状波形溝付管1が伸長していく回転方向とする。
円管100とその円管100の周りに、ここでは90度の等角度で設置された加工ツール4との位置関係は、4つの加工ツール4が何れも、図5(b)に示す平面視の管軸O方向に対して予め設定された所定の傾斜角度θで傾斜保持され、図5(b)の姿勢に対して側面方向から見たときの管軸Oの方向に対して平行な加工ツール傾斜軸O4にて回転自在に支持されるように配設され、さらに、各加工ツール4は円管100の径方向に対して所望の押付け寸法に移動及び固定可能に保持されている。
前記傾斜角度θによって、図5(a)に示す螺旋状波形の溝ピッチP11が定められる。複数個の加工ツール4を配置している場合は、各加工ツール4が何れも同一傾斜角度θを持つことで、その傾斜角度θに相当した螺旋状波形の溝ピッチP11を設定することができる。溝部11の螺旋状波形の形状は、ローラー外周部4aの表面形状によって定められる。表面形状がR形状を持ったり平面形状を持ったりすることで、円管100に波形で様々な溝形状を作り出すことができる。その溝加工と同時に、加工ツール4が持つ突起5がその溝部11に、窪み12を一括成形にて持たせることができる。
図1の溝部11に形成された窪み12のピッチは、図3に示したローラー外周部4aに突設された突起5の円周方向の突起ピッチP5によって定められる。突起5の周方向の数は特に限定されず、例えば1個でもよく、9個以上でもよい。図2(b)に示す円形状の窪み12Aの深さD12は、図3のローラー外周部4aに備えられた突起5の突起高さH5を所望の寸法に調節することで定めることができる。
図1に示す内周面20の突条部21と突部22の列は、外周面10の螺旋状波形の溝部11と窪み12の列の二段形成に伴って作られるため、突部22の円周方向ピッチは窪み12が形成される円周ピッチと同様のピッチに定まる。また、図2に示した円形状の突部22Aの高さH22は、窪み12Aの深さD12が所定の高さで形成されることで高さ寸法が定まる。
次に、本実施の形態1に係る製造方法について説明する。円管100の未加工部をチャックの爪3によって係止している状態で、突起5(5A)を有する加工ツール4による加工部に対して、円管100の未加工部と、成形加工済みの螺旋状波形溝付管1の何れの方向からも管軸O方向における能動的な駆動力は発生させていない。前述の状態で円管100に対して、図5(a)の矢印R方向に加工ツール4を捩る方向に相対的な回転駆動力を与えると、円管100の周りに所定の傾斜角度θがついた加工ツール傾斜軸O4で回転する加工ツール4が、円管100の外表面110に円管100の中心方向へ押し込まれることで螺旋状波形の溝部11と窪み12を同時に一括で径方向に二段の変形部分を形成しつつ、加工ツール傾斜軸O4の周りに従動回転され、円管100を図5(a)の矢印H方向に進行させる力が生じる。
チャックの爪3によって回転方向に対して固定された円管100の未加工部は、管軸O方向に沿って所定距離移動可能な状態で保持され、回転方向には拘束されているので、ローラー状の加工ツール4の矢印R方向への回転に伴って発生する円管100を図5(a)の矢印H方向に進行する推進力によって、未加工部はチャックの爪3と共に矢印H方向に移動していく。チャックの爪3の管軸O方向の位置が加工ツール4の図示省略している保持駆動機構に干渉する手前まで成形を続けることで、チャックの爪3の初期固定位置と前記保持駆動機構の設置位置との距離で決まる所定長の螺旋状波形溝付管1を連続的に成形加工できる。なお、長尺のものが必要な場合は、例えばチャックの爪3を一端開放して円管100を掴む位置を初期固定位置に戻して掴み直すことで、あるいは爪3の管軸O方向の移動可能範囲を広げ、爪3による把持位置と前記保持駆動機構との間に円管100の振れ止め機構を設けること、等で容易に対応できる。
上記のように、実施の形態1の螺旋状波形溝付管の製造方法は、該円管の管軸O方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜された加工ツール傾斜軸O4の周りに回転自在に保持された円盤状のローラーからなり、そのローラー外周部4aから径方向に突出された突起5を有する加工ツール4を、円管100の外表面110に押付ける一方、円管の管軸O方向における加工ツール4によって成形が進行する側に位置する未加工部を回転不能かつ管軸方向にのみ移動可能に係止して、円管100と加工ツール4の支軸(図示省略)との間に相対的な捻り駆動力を与えることで、加工ツール4が従動的に転動されて円管の外面110に、管軸方向に沿う螺旋状波形状の溝部11と、その溝部11の底部を更に円管の中心方向に断続的に凹ませた突起5に対応する複数の窪み12と、が1工程で形成された螺旋状波形溝付管1を得るようにしたものである。
本発明では、チャックの爪3による円管100の保持部分は、円管100の管軸O方向における加工ツール4による成形加工部に対して、円管100の未加工部を、回転不能かつ管軸O方向にのみ従属移動可能な状態で係止しているだけで、チャックの爪3と加工ツール4との間に管軸O方向の駆動力を持たない機構としているため、螺旋状波形の溝部11が成形されていく際に、正規な螺旋状波形状から外れた形状に押し潰される力が働くことなく、形状が良好な螺旋状波形溝付管1を製作することができる。また、円管100の未加工部側に円管保持用のチャックの爪3を設けたことで、加工直後の螺旋状波形の溝部11形状の管肉には、座屈させるまでの力が及ばないため、管の捩り潰れを支えるためのマンドレルを管内部に挿入しなくても円管100への押し込み量が大きい螺旋状波形の溝部11と窪み12の列と、内周面20への突条部21と突部22の列を形成することが可能となる。
また、加工ツール4のローラー外周部4aに設けた突起5のピッチ及び数を制御して、外周面10の窪み12及び内周面20の突部22におけるピッチ及び円管1周あたりの突部22の形成数を調整することで、管内を流れる流体の圧損と熱交換する表面積を必要に応じて加減調整することができ、伝熱性能を調節することができる。また、ローラー外周部4aに突起5を持つローラー状の加工ツール4であることにより、螺旋状波形の溝周期と窪み周期を調整することなく、突起5付きの加工ツールを交換することで自在に突起数量を可変して螺旋状波形溝付管をつくることができる。
また、前記加工方法によれば、螺旋状波形溝付管1は、外周面10に螺旋状波形の溝部11を形成すると同時に、その溝部11に断続的な窪み12が形成され、同時に内周面20には、溝部11に対応する突条部21と、その突条部21からさらに管中心方向に突出された突部22を一括で二段形成し、内周面20の突部22の横断面形状においては滑らかな円弧の波形形状を有し、螺旋状波形の溝部11に倣った螺旋曲線方向に沿って内周面20に突部22の断続的な列が形成される。溝部11と窪み12及び突条部21と突部22は、容易に一括加工することができるので、加工工数の削減及び加工コストの削減に優れた効果が得られる。また、螺旋状波形の溝部11は、円管100の周りに配設する加工ツール4の数を変えることで、任意に一つ以上形成することができる。
また、本実施の形態1の螺旋状波形溝付管1は、上記製造方法によって製造された、円管の外周面10に、該円管の長手方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部11と、その溝部の底部長手方向に断続的に形成された窪み12でなる円管の径方向の外側変形部と、からなる径方向に2段の変形部分が設けられ、円管の内周面20には溝部11に対応する螺旋状波形の突条部21と、その突条部に形成された、前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な突部22でなる径方向の内側変形部と、からなる径方向に2段の変形部分が設けられていることにより、管内の伝熱面積が増大されると共に、管内に流れる流体に螺旋状波形の突条部21による流体の乱れだけでなく、突部22にて流体の乱れを更に一層誘起させることができるので、高い伝熱性能が得られる。
また、本実施の形態1の熱交換器は、上記製造方法によって製造された螺旋状波形溝付管1を伝熱管として用いたものであり、該熱交換器によれば、管内を流れる流体は螺旋状波形溝付管1の溝部11に対応する突条部21により流路断面積の変化に伴って流体の流れが攪乱され、更に突条部21に形成された管軸方向または突条部21の方向に断続的な突部22により熱交換する表面積が増加し、流体の流れが局所的に加減速及び旋回流が発生することで、伝熱促進効果が得られる。
実施の形態2.
図6は本発明の実施の形態2に係る螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はB−B線における断面端面図である。図7は図6の変形例になる、楕円形で底部がフラットな窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はC−C線における断面端面図である。図8は図6の他の変形例になる、非対称の楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、(a)は外面図、(b)はD−D線における断面端面図である。図9は図6に示された楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図である。図10は図7に示された楕円形で底部がフラットな窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図である。図11は図8に示された非対称の楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、(a)は突起の上面図、(b)は突起部分の正面図である。
なお、本実施の形態2は、螺旋状波形の溝部11の底部に断続的に設けた窪み12の上面視の形状を、実施の形態1の円形状に対して、楕円形状、楕円形状で底部がフラットな形状(楕円体の短軸部分の頂部をフラットにしたときの楕円体の上半部のような形状、または富士山状の形状)、または非対称な楕円形状(ないしは卵形状)となるように、加工工程で選択的に変更し得るようにしたものである。なお、窪み12の形状に応じて円管の内周面に形成される突部22の形状が変わることは言うまでもない。
実施の形態1では、外周面10に形成された螺旋状波形の溝部11に選択的かつ断続的に形成された窪み12の形状は、図2に示す円形状(立体的には球形の一部)の窪み12Aであるが、本実施の形態2では他の任意形状として、図6に示す楕円形状の窪み12B、図7に示す底部がフラットな楕円形状の窪み12C、または図8に示す非対称楕円形状の窪み12Dとしたものである。これらの窪み12の形状に対応して内周面20の突部22の形状が定まる。実施の形態1の突部22の形状は、図2に示すような円形状の突部22Aとして定まるが、本実施の形態2ではそれぞれ、図6に示す楕円形状の突部22B、図7に示す富士山形の突部22C、図8に示す非対称楕円形状の突部22Dとして形成される。
上記のとおり、螺旋状波形溝付管1の螺旋状波形の溝部11に形成される窪み12の形状と内周面20の突部22の形状は、加工ツール4の突起5の形状によって決まる。実施の形態1での加工ツール4のローラー外周部4aにある突起5の形状は図4に示した円形の突起5Aを用いることで図2に示す円形状の窪み12Aと円形状の突部22Aが加工できるが、実施の形態2では他の任意形状として図9に示す楕円形状の突起5Bを用いることで図6に示す楕円形状の窪み12Bと楕円形状の突部22Bができ、図10に示す富士山形の突起5Cを用いることで図7に示す底部がフラットな楕円形状の窪み12Cと富士山形の突部22Cができ、図11に示す非対称形状の突起5Dを用いることで図8に示す非対称楕円形状の窪み12Dと非対称楕円形状の突部22Dを形成できる。
なお、ローラー外周部4aの突起5の形状においては、角部などのエッジ部分を尖った形状とすることは避け、例えばR0.3mm以上の曲面を付けることにより、加工ツール4の回転力の負荷を軽減し、かつ円管100への窪み12(12A〜12D)の加工形成の抵抗を低減させることができる。
上記のように実施の形態2によれば、外周面10に形成された螺旋状波形の溝部11に選択的かつ断続的に形成された、楕円形状の窪み12B、底部がフラットな楕円形状の窪み12C、非対称楕円形状の窪み12Dなど、種々の窪み12の列、(内周面20では窪み12の形状に対応した種々の突部22(22B〜22D)の列を有する螺旋状波形溝付管1、及びその螺旋状波形溝付管1を用いた熱交換器を得ることができる。このように、加工ツール4のローラー外周部4aの突起形状を自在に形成し調整することで、内周面の突部22の形状を決めることができる。また、内周面の突部22の形状を調節することで、熱交換性能及び圧損を調節することができる。
なお、窪み12や突部22の形状は例示したものに限定されるものではなく、例えば、周方向に複数の凹凸を有する形状や、窪み12に代えて、凸部の形状をした変形部を構成しても同様の効果が得られる。
実施の形態3.
図12は本発明の実施の形態3に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図13は本発明の実施の形態3に係る螺旋状波形溝付管の製造方法を示す説明図である。なお、本実施の形態3は、ローラー状の加工ツールとして、突起5を設けた加工ツール4、突起5を設けていない加工ツール4Aの双方を用いることで、一つの管に、窪み12を有する螺旋状波形の溝部11と窪みの無い螺旋状波形の溝部11Eの両方が形成された螺旋状波形溝付管1Aを得るようにしたものである。
図12に示す、実施の形態3の螺旋状波形溝付管1Aは、図13に示すように、突起5を持つ加工ツール4と、突起が設けられていないローラー状の加工ツール4Aを図示省略している加工装置に管軸Oの周りに等角度で2つずつ取り付け、円管100の外表面に押し付け、図5に示した実施の形態1と同様に複数条(4つ)の螺旋曲線に沿って押圧しつつ転動させることで、外周面10に断続的な窪み12の列が有る螺旋状波形の溝部11と、窪み12の列が無い螺旋状波形の溝部11Eが形成される。なお、内周面20には、管軸O方向に断続的な突部22を有する突条部21と、突部22をもたない突条部21Eが形成される。
前記のような実施の形態3によれば、螺旋状波形溝付管1Aにおける窪み12と突部22の形成数を溝単位で調整することができる。突部22の形成数を調整することで、管内を流れる流体の圧損と熱交換する表面積を必要に応じて加減調整できるので、伝熱性能を調節することができるという更なる効果が得られる。
実施の形態4.
図14は本発明の実施の形態4に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図15は本発明の実施の形態4に係る螺旋状波形溝付管の展開図である。なお、この実施の形態4は螺旋状波形の溝部に設ける窪み12(従って内周面の突部22)を、円管の回転円周方向に位相差を持たせて配置するようにしたものである。なお、製造に用いる加工装置の要部は実施の形態1に係る図5と同様であるので、図5も参照して説明する。なお、図15において、横軸は管軸Oの方向、縦軸は螺旋状波形溝付管1Bの周方向の角度(下端部を0度としたとき上端部は360度)、斜めの破線は前述の4条の螺旋状波形の曲線(溝部11A〜11D)の延在方向をそれぞれ表わしている。
図14に示す螺旋状波形溝付管1Bは、ワークである円管100の周囲に90度の角度で4つ設けられた加工ツール4の突起5のワークに対する転写位置を、回転円周方向に位相差を持たせた状態で配置させ、加工ツール4を円管100の外表面110に押し付け、複数条、ここでは4条の螺旋曲線に沿って押圧しつつ転動させることで、管外表面部に螺旋状波形の溝部11(11A、11B、11C及び11D)が形成されると共に、位相をずらす如く配置された窪み12の列が位相差を有して形成される。位相をずらす如く配置された窪み12の位相差Fは、ここでは図15に示す展開図の通り約45度である。
図15に示すように、この例では、溝部11Bと溝部11Dに対応する対角上に配設された2つの加工ツール4の突起5は円管100の外表面に同時に押し付けられ、それぞれの溝部11B、及び溝部11Dにそれぞれ突起5が転写されて窪み12が同時に形成される。一方、溝部11Aと溝部11Cに対応する対角上に配設された他の2つの加工ツール4の突起5は、円管100が管軸方向に所定寸法移動された時点の外表面における溝部11A、溝部11Cに対して、円管100が回転方向に45度回転された位置で同時に押し付けられて、同様に突起5がそれぞれ転写されて、双方の溝部に窪み12が同時に形成される。以降、円管100に対する加工ツール4の相対的な捩り方向の回転駆動によって、溝部11の形成と、窪み12の形成が4つの螺旋曲線に沿うように連続的に行われ、図14に示す、窪み12(従って内周面の突部22)の、円管の回転円周方向に対する位置が、位相差Fが45度となるように形成された螺旋状波形溝付管1Bが得られる。
上記のように、実施の形態4においては、螺旋状波形溝付管1Bの周方向に隣り合う溝部11(溝部11A〜11D)の窪み12(または内周面20の周方向に隣り合う突条部21の突部22)の位置が、管軸Oの方向に位相をずらす如く配列できるように構成したので、流体の流れが更に撹乱されることが期待でき、それにより、伝熱の促進が図られ、熱交換効果に優れた螺旋状波形溝付管1B、または熱交換器(図示省略)が得られる効果がある。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組合せたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1、1A、1B 螺旋状波形溝付管、100 円管、110 外表面、10 外周面、11(11A、11B、11C、11D)、11E 溝部、12 窪み、
12A 円形状の窪み、12B 楕円形状の窪み、
12C 底部がフラットな楕円形状の窪み、12D 非対称楕円形状の窪み、
20 内周面、21、21E 突条部、22 突部、22A 円形状の突部、
22B 楕円形状の突部、22C 富士山形の突部、22D 非対称楕円形状の突部、
3 爪、4、4A 加工ツール、4a ローラー外周部、5、5A、5B、5C、5D 突起、D12 窪みの深さ、F 位相差、H5 突起高さ、H22 突部の高さ、
P5 突起ピッチ、P11 溝ピッチ、O 管軸、O4 加工ツール傾斜軸、
θ 傾斜角度。




Claims (5)

  1. ワークとしての円管の外周部に少なくとも一つ配設され、該円管の管軸方向に対して所定角度傾斜された軸の周りに回転自在に保持されたローラーを用いた螺旋状波形溝付管の製造方法であって、前記円管は、所定位置でチャックにより回転不能かつ軸方向に従属移動可能な状態で保持され、前記ローラーは外周面の断面が略半円状の円盤形であり、かつ前記ローラーの周方向に外周面から径方向に突出して設けられた少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、前記円管の外周面に押付けた状態で、前記円管の管軸方向に転動させることで、前記円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に前記円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、を同時に形成する螺旋状波形溝付管の製造方法。
  2. 予め用意された、前記突起の形状が互いに異なる複数の前記加工ツールの中から、選択された前記加工ツールを用いるようにしたことを特徴とする請求項記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
  3. 前記加工ツールにおける前記突起のピッチまたは数を変更することで、前記窪みの前記円管1周あたりの形成数を調整するようにしたことを特徴とする請求項または請求項記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
  4. 前記円管の外周部に、複数の前記加工ツールを配設し得るように構成し、該複数の加工ツールの内の少なくとも1つの前記加工ツールは、前記突起を設けていない周方向に一様な外周面を有するものを用いることを特徴とする請求項から請求項の何れか1項に記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
  5. 前記突起が設けられた複数の前記加工ツールを前記円管の外周部に配設すると共に、前記加工ツールによって前記円管の外周面にそれぞれ形成される複数の前記溝部における、前記窪みの前記管軸方向の位置が、隣り合う前記溝部の間で位相差をもって形成されるように、前記加工ツールにおける前記突起の回転方向の位置を複数の前記加工ツールの間でずらすことを特徴とする請求項から請求項の何れか1項に記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
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