JP6902932B2 - 内面螺旋溝付多重捻り管とその製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器の伝熱管等に用いられる内面螺旋溝付多重捻り管とその製造方法および製造装置に関する。

従来から、管内において内側流路とその周囲に配置された外側の複数の流路間で、内側と外側を流れる冷媒間で熱交換を行なう管式熱交換器が知られている。
特許文献１には、ヒートポンプ式の熱源機においてコストの増加を抑制しつつ熱交換性能の向上を図った二重管式熱交換器が開示されている。

特開２０１６−９９０７５号公報

二重管式熱交換器の課題に、高コスト化を抑制し且つ熱交換性能を高めるといった要望を満足することが挙げられる。熱交換性能向上には二重管式熱交換器の長さを長くすることで実現可能であるが、一方で熱交換器が大型化するとともに、材料費の増加でコストが高くなるといった問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、長手方向に溝形状および捻り角の寸法精度が高い内面螺旋溝付管を複数螺旋状に接触させた構造が得られ、熱交換効率の優れた生産性に優れる内面螺旋溝付多重捻り管を提供し、その製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管は、内面に長さ方向に沿う複数の螺旋溝が周方向に間隔をおいて形成された金属製の内面螺旋溝付管が複数本、螺旋状に撚り合わされることを特徴とする。
本発明の内面螺旋溝付多重捻り管において、前記撚り合わされる個々の螺旋管に一定の捻り周期が形成されることが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付多重捻り管において、前記撚り合わされる個々の螺旋管の内面に形成されている螺旋溝の捻り角が個々の螺旋管の中心軸線に対し５〜８０゜に設定されることが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付多重捻り管において、前記内面螺旋溝付管がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることが好ましい。

本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法は、内面に長さ方向に沿う複数の溝が周方向に間隔をおいて形成された素管を複数本束ねて巻き出し側キャプスタンにその接線方向から巻き付けつつ、前記巻き出し側キャプスタンを前記接線の軸回りに回転させることにより、前記巻き出し側キャプスタンから前記束ねた素管を前記軸回りに回転させながら前記接線の延長方向に巻き出す素管巻き出し工程と、巻き出された前記素管を引抜きダイスに通して縮径しながら捻りを付与して内面螺旋溝付多重捻り管とする捻り引抜き工程を備えることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法は、長さ方向に沿う溝として内面に直線溝を有する素管を用いることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法は、長さ方向に沿う溝として内面螺旋溝を有する素管を用いることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法は、前記引抜きダイスによる縮径率を５〜４０％とすることを特徴とする。

本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法は、前記巻き出し側キャプスタンに前記束ねた素管を巻き始める位置と前記巻き出し側キャプスタンから前記引抜きダイス側に前記束ねた素管を送り始める位置を前記巻き出し側キャプスタンの回転軸と平行な方向にずらすことにより、前記巻き出し側キャプスタンと前記引抜きダイスとの間を前記束ねた素管の捻り加工領域とすることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法は、前記引抜きダイスに前記束ねた素管を通して前記束ねた素管を捻りつつ縮径する際、前記束ねた素管に前方張力と後方張力を付加することを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法は、前記引抜きダイスを通過した前記内面螺旋溝付多重捻り管を引き抜き側キャプスタンに巻き付けることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法は、前記引き抜き側キャプスタンから巻き出した前記内面螺旋溝付多重捻り管を第２の引抜きダイスで整形することができる。

本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置は、内面に長さ方向に沿う複数の溝が周方向に間隔をおいて形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の素管を接線方向から束ねた状態で巻き付け自在とする巻き出し側キャプスタンと、この巻き出し側キャプスタンを前記接線の軸心回りに回転させる回転手段と、前記巻き出し側キャプスタンから巻き出される前記束ねた素管を通して縮径と捻りを行う引抜きダイスを備えることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置は、前記巻出し側キャプスタンに前記束ねた素管を巻き始める位置と前記巻出し側キャプスタンから前記引抜きダイス側に前記束ねた素管を送り始める位置が、前記巻出し側キャプスタンの回転軸と平行な方向にずらされ、前記巻出し側キャプスタンの巻出し位置と前記引抜きダイスとの間が前記素管の捻り加工領域とされたことを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置は、前記巻き出し側キャプスタンの前段側に前記束ねた素管に前方張力を付与する前方張力付加手段が設けられ、前記引抜きダイスの後段側に前記内面螺旋溝付多重捻り管に後方張力を付与する後方張力付加手段が設けられたことを特徴とする。

本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置は、前記引抜きダイスの後段側に前記内面螺旋溝付多重捻り管を巻き付けて巻出す引き抜き側キャプスタンが設けられたことを特徴とする先のいずれかに記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置。
本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置は、前記引き抜き側キャプスタンの後段側に前記内面螺旋溝付多重捻り管を整形する第２の引抜きダイスが設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、内面に長さ方向に沿う複数の螺旋溝が周方向に間隔をおいて形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の内面螺旋溝付管を複数本、螺旋状に撚り合わせた構造の従来にない内面螺旋溝付多重捻り管を提供することができる。

本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の第一実施形態を示す斜視図。 同実施形態の内面螺旋溝付多重捻り管を示す断面図。 同製造装置の全体構成を示す側面図。 同製造装置の全体構成を示す平面図。 同製造装置の巻き出し側キャプスタンに対し素管を巻き付けて巻き出した状態を示す平面図。 同製造装置に供給される素管の一例を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は横断面図。 前記素管を捻り引抜き加工して得られる内面螺旋溝付管の一部を切り開いた展開図。 実施例において製造された内面螺旋溝付多重捻り管の一例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。

以下、本発明に係る内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置とそれを用いた内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態の内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置Ａ（図３〜図５参照）は、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝１ａが周方向に間隔をおいて複数形成された素管１（図６参照）を複数本束ね、一定の捻りを生じさせ、内面に螺旋溝２ａを有する内面螺旋溝付管２（図１、図２参照）を複数本撚線構造とした内面螺旋溝付多重捻り管３を製造できる装置である。

図３は本実施形態の製造装置Ａの全体構造の側面を示し、図４は製造装置Ａの全体構造の平面を示す。
この製造装置Ａは、内面に直線溝１ａ（図６参照）が形成された素管１の束を図３、図４に示すようにコイル状に巻き取った状態に保持する巻き出し側キャプスタン５と、この巻き出し側キャプスタン５から巻き出される素管束１Ａを巻き出し側キャプスタン５とともに回転する回転手段６を備えている。また、製造装置Ａは、巻き出し側キャプスタン５から送り出された素管束１Ａを通す引抜きダイス７と、引抜きダイス７を通って捻り加工と引抜き加工がなされた内面螺旋溝付多重捻り管３を巻き付けながら送り出す引き抜き側キャプスタン９を備えている。

素管１は例えば図６に示すように内面に長さ方向に沿って直線溝１ａが複数形成され、内周方向に隣接する直線溝１ａ、１ａの間にフィン１ｂが形成されている。素管１は金属製の管体からなり、例えば外径３〜２０ｍｍ程度、より具体的には３〜１２ｍｍ程度の外径に形成されている。

本実施形態において、素管１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いることができる。素管１にアルミニウム合金を用いる場合は、そのアルミニウム合金に特に制限はなく、ＪＩＳで規定される１０５０、１１００、１２００等の純アルミニウム系、あるいは、これらにＭｎを添加した３００３に代表される３０００系のアルミニウム合金等を適用できる。また、前記以外にＪＩＳに規定されている５０００系〜７０００系のアルミニウム合金のいずれかを用いて管式熱交換器１０を構成しても良く、ＪＩＳに規定されていないアルミニウム合金を用いても良いのは勿論である。
なお、素管１については銅系合金あるいはステンレス鋼などの鉄系合金から形成されていてもよい。本発明で用いる素管１は引抜きダイスにより引抜きが可能な材料であれば適用可能であるので、アルミニウム系合金、銅系合金あるいは鉄系合金など、他の金属や合金からなる管を用いて本発明を実施しても良い。

巻き出しキャプスタン５は、図３に示すように離間して前後に立設された鋼材からなる支柱部材１０、１１の上端部に取り付けられた軸受け部１２に軸回りに回転自在に水平に支持された中空軸部１３に支持されている。なお、この中空軸部１３の長さ方向の延長線に沿って巻き出し側キャプスタン５とダイス７と引き抜き側キャプスタン９が順次配置され、素管１の束が中空軸部１３、巻き出し側キャプスタン５、引抜きダイス７、引き抜き側キャプスタン９の順に移動されて加工される。このため、以下の説明において素管束１Ａの移動方向に沿って上流側を前段側、下流側を後段側と適宜呼称しつつ説明する。

中空軸部１３は支柱部材１０の上端部と支柱部材１１の上端部にそれぞれ設けられている軸受け部材１０ａ、１１ａに支持されて水平に設けられ、その一端１３ａを支柱部材１０の上端部から上流側外部に突出させ、その他端１３ｂを支柱部材１１の上端部から下流側外部に突出させて水平に、かつ、軸回りに回転自在に支持されている。中空軸部１３の他端側に中空軸部１３に対し斜め方向に隣接して延在する一対の第１支持フレーム１５が設けられ、その先端部１５ａによって巻き出し側キャプスタン５が支持されている。
中空軸部１３の他端側には中空軸部１３に対し斜め方向に延在するように第２支持フレーム１６が設けられ、第２支持フレーム１６の先端側に延設された延長フレーム１７に錘体１８が取り付けられている。第１支持フレーム１５と第２支持フレーム１６は中空軸部１３の他端１３ｂに対しＶ字型に配置されるように接続され、中空軸部１３の軸回りの回転によって第１支持フレーム１５と第２支持フレーム１６はＶ字型に支持されたまま回転される。

巻き出し側キャプスタン５の円盤部５ａはその中心部を第１支持フレーム１５とその先端部１５ａによって回転自在に支持されている。また、中空軸部１３の中心軸の延長線を巻き出し側キャプスタン５の外周縁の接線と近似するように巻き出し側キャプスタン５が第１支持フレーム１５によって支持されている。このため、中空軸部１３の回転に伴い巻き出し側キャプスタン５が旋回すると、中空軸部１３の中心軸の延長線の周囲を周回するように巻き出し側キャプスタン５が回転する。また、同様に中空軸部１３の回転に伴い錘体１８も中空軸部１３の中心軸の延長線の周囲を周回するように回転する。
巻き出し側キャプスタン５において、円盤部５ａの外周縁に沿って素管１を巻き付けることができるように構成されている。

例えば、図３に示すように巻き出し側キャプスタン５が最も下方位置になるように中空軸部１３を回転させた場合、巻き出し側キャプスタン５の最上部の若干上方を中空軸部１３の中心軸の延長線が通過する。あるいは、巻き出し側キャプスタン５が最も上方位置になるように中空軸部１３を回転させた場合、巻き出し側キャプスタン５の最下部の若干下方を中心軸部１３の中心軸部の延長線が通過する。
なお、中空軸部１３の一端１３ａ側の開口部には素管１を必要本数束ねた状態で挿入可能な大きさの入口部１３ｃが形成され、中空軸部１３の他端１３ｂ側の開口部には先の素管束１Ａを引き出し可能な出口部１３ｄが形成されている。

このため、中空軸部１３の内部を通過させた素管束１Ａを巻き出し側キャプスタン５の外周の接線に沿うように導入して巻き出し側キャプスタン５の外周に巻き掛けることができるとともに、巻き出し側キャプスタン５の外周に例えば１周分巻き付けた素管束１Ａを巻き出し側キャプスタン５の外周から巻き出して引抜きダイス７側に導出することができる。
この巻き出し側キャプスタン５に対する素管束１Ａの巻き付け状態と巻き出し状態の一例を図５に簡略的に示しておく。図５においてＣは巻き出し側キャプスタン５に巻き付けられる前段側の素管束１Ａの軸心を示し、Ｃ１は巻き出し側キャプスタン５から巻き出された素管束１Ａの軸心を示している。なお、図５では巻き出し側キャプスタン５を円盤ドラムと見立ててその概形のみ表示している。

中空軸部１３の他端側にはＶ字型に第１のフレーム１５と第２のフレーム１６が延出され、それらの先端側に巻き出し側キャプスタン５と錘体１８が取り付けられているが、錘体１８と巻き出し側キャプスタン５の重量および取付位置は、それらが回転した場合に、重量バランスの均衡がとれる位置とされている。即ち、中空軸部１３の回転により錘体１８と巻き出し側キャプスタン５が旋回した場合、両者の回転モーメントのバランスが均衡し、両者の回転に伴う振動が可能な限り小さくなるように巻き出し側キャプスタン５と錘体１８のそれぞれの重量と取付位置が調整されている。

支柱部材１０の上部と支柱部材１１の上部の間に支持板２０が架設され、支持板２０に駆動モーター２１が取り付けられ、駆動モーター２１の出力軸２１ａに無端ベルトなどの動力伝達装置２２が接続されている。この動力伝達装置２２はその上方に位置する中空軸部１３の一端側に接続されていて、駆動モーター２１の出力軸２１ａの回転により中空軸部１３を回転駆動することができる。
この駆動モーター２１と動力伝達装置２２と中空軸部１３により巻き出し側キャプスタン５と錘体１８を一体に回転させる構成であり、駆動モーター２１と動力伝達装置２２と中空軸部１３により、巻き出し側キャプスタン５を回転駆動する回転手段６が構成されている。

中空軸部１３の出口部１３ｄに対し下流側に巻き出し側キャプスタン５が設けられているが、その更に下流側に引抜きダイス７が支柱部材２３に支持されて設けられている。引抜きダイス７の設置位置は、図４に示すように中空軸部１３の出口部１３ｄと同等高さにダイス孔が配置され、中空軸部１３の出口部１３ｄと引抜きダイス７との中間に位置する巻き出し側キャプスタン５の外周縁上端部はパスラインが一致されている。引抜きダイス７はこの例では支柱部材２３の上端部に中空の支持架台２４を介し取り付けられている。また、支持架台２４の上方には引抜きダイス７のダイス孔に潤滑油を供給するためのタンク２６とフレキシブル供給管２７が設置されている。

引抜きダイス７は、素管束１Ａを挿通させるダイス孔を有しており、素管束１Ａの外径を減少させる空引きを行う。引抜きダイス７における縮径率は５〜４０％程度に設定される。縮径率が小さ過ぎる場合は引抜きによる効果が乏しく、大きな捻り角を得ることが難しいので、５％以上とするのが好ましい。一方、縮径率が大きくなり過ぎると加工限界で素管１に破断を生じ易くなるので、４０％以下とするのが好ましい。
また、素管束１Ａがダイス孔を通過する際、巻き出し側キャプスタン５が回転されるので、素管束１Ａは引抜きダイス７のダイス孔によって縮径されると同時に捻りが付与される。このため、素管束１Ａは捻りが付加されて図１、図２に示す内面螺旋溝付多重捻り管３に加工される。

引抜きダイス７の下流側に支柱部材２３に支持されて引き抜き側キャプスタン９が設けられ、引き抜き側キャプスタン９は支柱部材２３に支持された水平軸２８を介し鉛直向きに設置され、回転自在に支持されている。引き抜き側キャプスタン９の最上部は引抜きダイス７のダイス孔の位置と同等高さに設置され、その外周面に沿って引抜きダイス７で加工された内面螺旋溝付多重捻り管３が巻き付けられるようになっている。
支柱部材２３において引き抜き側キャプスタン９を取り付けた側と反対側に回転駆動用の駆動モーター２５の出力軸２５ａが水平軸２８に直接連結するように設置され、駆動モーター２５によって引き抜き側キャプスタン９を回転駆動できるように構成されている。

次に、以上説明のように構成された製造装置Ａを用いて、内面螺旋溝付多重捻り管３を製造する方法について説明する。
予め、押出により、図６に示すように、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝１ａが周方向に間隔をおいて形成された素管１を作製する（素管押出工程）。
図３〜図５に示す製造装置Ａに対し素管束１Ａを供給するには、必要本数の素管１を束ねた後、素管束１Ａの先端側を中空軸部１３の入口部１３ｃから中空軸部１３に挿通し、中空軸部１３の出口部１３ｄから素管束１Ａを引き出し、巻き出し側キャプスタン５の外周に沿って図５に示すように１周分巻き付け、巻き出し側キャプスタン５から巻き出した素管束１Ａを引抜きダイス７のダイス孔に挿通し、引抜きダイス７のダイス孔を通過させた素管束１Ａを引き抜き側キャプスタン９に１周分以上巻き付け、引き抜き側キャプスタン９の下流側まで素管束１Ａを引き出す。これらの操作は内面螺旋溝付多重捻り管の製造開始前の準備段階の操作となる。

この準備作業の後、素管束１Ａの先端側と後端側に図４に示すようにそれぞれ筒型の拘束具３１を被せ、拘束具３１の周壁に複数形成されているねじ孔に蝶ネジ３１ａを螺合して素管束１Ａの先端側と後端側を拘束する。次に、図４に示すように素管束１Ａの先端側の拘束具３１に張力調整用のコイルバネを備えたバネばかり型の張力調整具３２を接続し、素管束１Ａの後端側の拘束具３１に張力調整用のコイルバネを備えたバネばかり型の張力調整具３３を接続する。

この状態から素管束１Ａの加工を開始する。加工開始とともに順次、素管束１Ａを一定の速度で移動させて中空軸部１３を通過させ、巻き出し側キャプスタン５に巻き付ける（巻き出し工程）。素管束１Ａを引抜きダイス７に通すための引抜き力は駆動モーター２５により回転させる引き抜き側キャプスタン９の回転力により与えられる。
巻き出し側キャプスタン５から巻き出した素管束１Ａを引抜きダイス７を通過させて引き抜き側キャプスタン９に巻き付け、引き抜き側キャプスタン９から一定の速度で巻き出す。これらの動作を開始すると同時に中空軸部１３を所定速度で回転させ、巻き出し側キャプスタン５と錘体１８を回転駆動する（捻り引抜き工程）。

また、張力調整具３２、３３の張力を監視しながら、素管束１Ａが巻き出し側キャプスタン５に巻き付けられる場合の後方張力を一定になるように調整する。更に、引き抜き側キャプスタン９から素管束１Ａが引き出される場合の前方張力を一定になるように調整する。
前方張力の安定的な付加のためには、張力調整具３２の下流側に巻き取りローラーやウインチ装置などの引張り装置を配置し、一定の速度で張力調整具３２を牽引できるように調整することが好ましい。また、後方張力の安定的な付加のためには、張力調整具３３の上流側に巻き出しローラーなどの巻き出し装置を配置し、一定の速度で張力調整具３３を繰り出しできるように調整することが好ましい。
あるいは、張力調整具３２、３３を略してこれらの位置に巻き出し用のローラーと巻取用のローラーを配置し、これらのローラーにブレーキ機構や速度調整機構を内蔵し、素管束１Ａの先端側に所望の前方張力を付加し、素管束１Ａの後端側に所望の後方張力を付加できるように構成することが大量生産を行う上では好ましい。

引抜きダイス７を中心として下流側の素管束１Ａに適切な後方張力を付加しつつ上流側の素管束１Ａに適切な後方張力を付加しながら巻き出し側キャプスタン５から引抜きダイス７のダイス孔に素管束を通過させると同時に巻き出し側キャプスタン５を回転させることでダイス孔を通過する素管束１Ａに引抜きと捻りを同時に作用させる。
通常、３〜２０ｍｍ程度、あるいは３〜１２ｍｍ程度などの外径のアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる薄肉の素管１に対し、捻り力のみを作用させると容易に座屈するか破断する。この製造装置Ａでは捻り力の作用と同時に引抜き力を作用させて捻り力による破断を抑制しながら引き抜くので、上述のサイズの細径の素管１の束であっても、破断を生じさせることなく捻りを付加できる。

この場合、捻りにより素管束１Ａには円周接線方向にせん断応力が作用し捻り角（リード角）が付与されるが、せん断応力が座屈応力を超えた場合に座屈が生じる。しかし、引抜き加工による素管束長手方向への引張り応力により、せん断応力を低減できるため、素管束１Ａの座屈の発生を抑制できる。このため上述のサイズの素管束１Ａに対し５゜〜８０゜程度の大きな捻り角を付与しても素管束１Ａを座屈あるいは破断させることなく捻り加工することができる。

図３に示すように巻き出し側キャプスタン５の頂上位置と引抜きダイス７のダイス孔において素管束１Ａの接触位置との間の長さＬの領域が素管束１Ａの加工域とされる。製造装置Ａにあってはこの加工域の長さＬを極力短くしているので、大きな捻り角を素管束１Ａに与えても、各素管１に破断を生じることなく５゜〜８０゜程度まで捻りを付与することができる。

素管束１Ａは巻き出し側キャプスタン５に１周分巻き付けられることにより、図６に示すように巻き始め側の軸心Ｃから巻き出し側キャプスタン５の外周に沿って若干ずれた軸心Ｃ１に沿って送り出される。
引抜きダイス７のダイス孔を素管束１Ａが通過する場合、素管束１Ａの中心とダイス孔の中心の位置合わせを行い、素管束１Ａに余計な応力が作用しないようにするためには、巻き出し側キャプスタン５から巻き出された側の軸心Ｃ１を回転中心として軸心Ｃ１の周周りに巻き出し側キャプスタン５が回転するように、中空軸部１３の位置関係と第１支持フレーム１５の位置関係と巻き出し側キャプスタン５の位置関係を合わせることが好ましい。
素管束１Ａの中心とダイス孔の中心の位置合わせを行っていることにより、ダイス孔を通過する素管束１Ａに大きな捻りを付加し、捻り角の大きな加工を施しても素管束１Ａを破断することなく加工ができる。

なお、巻き出し側キャプスタン５を回転させるための回転中心は中空軸部１３の軸心と一致するが、この軸心は引抜きダイス７のダイス孔の中心と位置合わせされ、この軸心に沿って素管束１Ａの中心が移動する必要がある。このため、巻き出し側キャプスタン５に巻き掛けられる前の素管束１Ａは前記軸心から若干ずれた位置にあって回転する。このため、巻き出し側キャプスタン５に巻き付けられる前の素管束１Ａは中空軸部１３の内部において偏心回転することとなるが、中空軸部１３の内径はこの偏心回転を吸収するだけの値に設定されているので、素管束１Ａの回転に支障はない。

以上説明した加工を行うことで引抜きダイス７を通過する素管束１Ａに大きな捻りを付与することができる結果、複数本、例えば３本の素管１をそれぞれ螺旋状に捻り、内面に螺旋溝２ａを有する内面螺旋溝付管２（図１、図２参照）を複数本撚線状とした内面螺旋溝付多重捻り管３を製造することができる。
この内面螺旋溝付多重捻り管３においては、所定のピッチで３本の内面螺旋溝付管２が撚線化されている。また、内面螺旋溝付管２の内部に形成されている内面螺旋溝２ａにおいても撚線化された内面螺旋溝付管２のピッチと同程度のピッチを有する内面螺旋溝２ａとされている。内面螺旋溝付多重捻り管３において３本の内面螺旋溝付管２は頂角が丸く加工された略三角形型に加工され、３本撚り合わされた横断面において３本の内面螺旋溝付管２が形成する外周の輪郭が円形に近い形状とされている。

また、上述の製造方法によれば、内面螺旋溝付多重捻り管３においては撚線化されている内面螺旋溝付管２の捻り角（内面螺旋溝付多重捻り管３の中心軸線に対する内面螺旋溝付管２の捻り角）は５゜〜４０゜程度まで製造可能となる。内面螺旋溝付管２のピッチについては、素管束１Ａが引抜きダイス７を通過する際の引抜き速度と巻き出し側キャプスタン５の回転数との相対により決定される。従って、素管束１Ａの引抜き速度と巻き出し側キャプスタン５の回転数を一定にしておけば、長さ方向に沿って一定の捻り角で一定のピッチを有する内面螺旋溝付多重捻り管３を得ることができる。
また、引抜き速度と回転数の関係を周期的に変更するならば、長さ方向にピッチと捻り角が周期的に変化する内面螺旋溝付多重捻り管３を得ることができる。

以上説明のように製造された図１、図２に示す構成の内面螺旋溝付多重捻り管３であるならば、内面螺旋溝付管２に異なる温度の冷媒あるいは熱媒を流した場合、異なる温度の冷媒どうしあるいは熱媒どうし、または、冷媒と熱媒との間で熱交換ができる。
この場合、冷媒や熱媒は内面螺旋溝２ａの存在により内面螺旋溝付管２との間で効率の良い熱交換がなされるとともに、隣接する内面螺旋溝付管２の相互間でも効率の良い熱交換がなされる。
このため、例えば、本実施形態の内面螺旋溝付多重捻り管３を自動車用コンデンサとエバポレータを接続する伝熱管に適用するならば、効率の良い熱交換機能を備えた伝熱管を備えた構造を実現できる。

本実施形態の製造装置Ａにおいて、中空軸部１３の前段側に素管束１Ａをある程度まとまった形状に整形する予備整形用のダイスを設けても良い。本実施形態のように３本の素管１を束ねる場合、巻き出し側キャプスタン５の外周において３本の素管１の巻き付け安定性を取り難い場合に、素管束１Ａを揃える程度の加工度の低い塑性加工を行って素管束１Ａを整形し、整形後の素管束を引抜きダイス７に通すこともできる。

また、本実施形態の製造装置Ａにおいて、素管束１Ａを構成する素管１を予め内面螺旋溝付管としておき、３本あるいは複数本の内面螺旋溝付管を束ねて引抜きダイス７に通過させて縮径と捻りを同時に付与し、内面螺旋溝付多重捻り管を構成しても良い。

本実施形態の製造装置Ａは、素管束１Ａを加工することができるが、１本の素管を捻り加工することもできる。例えば、製造装置Ａを用いて１本の素管１に対し縮径加工と捻り加工を同時に付与することで、図７に示すような直管状でありかつ内面螺旋溝３０ａを備えた内面螺旋溝付管３０を得ることができる。内面螺旋溝付管３０の内周側に隣接する内面螺旋溝３０ａの間には螺旋フィン３０ｂが形成される。
これら内面螺旋溝３０ａと螺旋フィン３０ｂの捻り角θは巻き出し側キャプスタン５の回転速度に応じて例えば５゜〜４０゜程度まで製造可能となる。
図７に示す構造の内面螺旋溝付管３０においてその周壁を切り開いて平面状に展開した場合、管の内周長さａに対し、内面螺旋溝３０ａあるいは螺旋フィン３０ｂの１周期分の長さｂとした場合、ａ、ｂを２辺とする三角形の１つの頂角が示すように捻り角（リード角）θが規定される。

製造装置Ａは１本の内面螺旋溝付管３０も製造することができるので、この内面螺旋溝付管３０を３本束ねて上述のように引抜きダイス７を通過させて捻り引抜き加工を施し、内面螺旋溝付多重捻り管を製造しても良い。
引抜きダイス７のダイス孔を通過する場合に引抜きと捻りを精密に加えつつ加工することで５゜〜８０゜程度の捻り角の内面螺旋溝付多重捻り管を製造できるが、素管１を構成するアルミニウム合金の組成によっては伸びが低く、破断する恐れがある。このような場合は、一度に目的の大きな捻り角に加工するのではなく、２回や３回に分けて徐々に加工することもできるし、１本の内面螺旋溝付管にある程度捻りを付加した後、複数本束ねて捻り引抜き加工しても良い。このように複数回の加工に分けることで破断のおそれを低くしながら、大きな捻り角の内面螺旋溝付多重捻り管３を加工することができる。

また、引き抜き側キャプスタン９の下流側に更に整形用の引抜きダイスを設けて内面螺旋溝付多重捻り管３の真円度を高めるための仕上げ引抜きを行っても良い。

外径４．９ｍｍ、内径３．７６ｍｍの内面に直線溝が形成されたＡ３００３合金３本を素管に用いて内面螺旋溝付多重捻り管の製造を行なった。
出発材には、外径１０．０ｍｍ、肉厚０．５７ｍｍ、フィン高さ０．２９ｍｍ、フィン頂角１０°、内面溝数３６個の内面直線溝付管を使用し、引抜き速度１．０ｍ／ｍｉｎ、引抜きダイス孔径φ５．０ｍｍの条件で引抜き加工した。
その後、作製した３本の素管を引抜ダイス孔径φ７．６ｍｍ、引抜き速度１．０ｍ／ｍｉｎの条件で図３、図４に示す構成の装置を用い、捻り引抜き加工を行なった。

まず、加工域長さと巻き出し側キャプスタンの公転速度を上げて限界捻り角（座屈を生じないで捻れる最大捻り角）の関係を把握し、加工域長さを１６０ｍｍ、後方張力を５〜２０ｋｇとして上記の条件で作製したところ、図１、図２に示すような断面が略三角形の３本の内面螺旋溝付管を螺旋状に撚線化し、内面螺旋溝付多重捻り管を製造することができた。
図８に、上述の条件で製造した試料の斜視図（図８（Ａ）参照）とその断面図（図８（Ｂ）参照）を示す。上述の如く径の小さな薄肉のアルミニウム合金製の素管であっても破断することなく３本を撚線化し、内面に螺旋溝を備えた内面螺旋溝付多重捻り管を製造することができた。

Ａ…製造装置、１…素管、１Ａ…素管束、１ａ…直線溝、１ｂ…フィン、２…内面螺旋溝付管、２ａ…螺旋溝、３…内面螺旋溝付多重捻り管、５…巻き出し側キャプスタン、５ａ…円盤部、６…回転手段、７…引抜きダイス、９…引き抜き側キャプスタン、１０ａ、１１ａ…軸受け部、１２…軸受け部、１３…中空軸部、１３ａ…一端、１３ｂ…他端、１３ｃ…入口部、１３ｄ…出口部、１５…第１支持フレーム、１６…第２支持フレーム、１７…延長フレーム、１８…錘体、２０…支持板、２１、２５…駆動モーター、２１ａ、２５ａ…出力軸、２２…動力伝達装置、２３…支柱部材、２４…支持架台、２６…タンク、２７…フレキシブル供給管、２８…水平軸、３０…内面螺旋溝付管、３０ａ…螺旋溝、３０ｂ…螺旋フィン、３１…筒部材、３１ａ…蝶ネジ、３２…張力調整具（前方張力付加手段）、３３…張力調整具（後方張力付加手段）。

Claims (18)

1. 内面に長さ方向に沿う複数の螺旋溝が周方向に間隔をおいて形成された金属製の内面螺旋溝付管が複数本、螺旋状に撚り合わされたことを特徴とする内面螺旋溝付多重捻り管。
2. 前記撚り合わされた個々の螺旋管に一定の捻り周期が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の内面螺旋溝付多重捻り管。
3. 前記撚り合わされた個々の螺旋管の内面に形成されている螺旋溝の捻り角が個々の螺旋管の中心軸線に対し５〜８０゜に設定されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内面螺旋溝付多重捻り管。
4. 前記内面螺旋溝付管がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付多重捻り管。
5. 内面に長さ方向に沿う複数の溝が周方向に間隔をおいて形成された金属製の素管を複数本束ねて巻き出し側キャプスタンにその接線方向から巻き付けつつ、前記巻き出し側キャプスタンを前記接線を軸として軸回りに回転させることにより、前記巻き出し側キャプスタンから前記束ねた素管を前記軸回りに回転させながら前記接線の延長方向に巻き出す素管巻き出し工程と、巻き出された前記素管を引抜きダイスに通して縮径しながら捻りを付与して内面螺旋溝付多重捻り管とする捻り引抜き工程を備えることを特徴とする内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
6. 長さ方向に沿う溝として内面に直線溝を有する素管を用いることを特徴とする請求項５に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
7. 長さ方向に沿う溝として内面螺旋溝を有する素管を用いることを特徴とする請求項５に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
8. 前記引抜きダイスによる縮径率を５〜４０％とすることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
9. 前記巻き出し側キャプスタンに前記束ねた素管を巻き始める位置と前記巻き出し側キャプスタンから前記引抜きダイス側に前記束ねた素管を送り始める位置を前記巻き出し側キャプスタンの回転軸と平行な方向にずらすことにより、前記巻き出し側キャプスタンと前記引抜きダイスとの間を前記束ねた素管の捻り加工領域とすることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
10. 前記引抜きダイスに前記束ねた素管を通して前記束ねた素管を捻りつつ縮径する際、前記束ねた素管に前方張力と後方張力を付加することを特徴とする請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
11. 前記引抜きダイスを通過した前記内面螺旋溝付多重捻り管を引き抜き側キャプスタンに巻き付けることを特徴とする請求項５〜請求項１０のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
12. 前記引き抜き側キャプスタンから巻き出した前記内面螺旋溝付多重捻り管を第２の引抜きダイスで整形することを特徴とする請求項１１に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
13. アルミニウム又はアルミニウム合金からなる素管を用いることを特徴とする請求項５〜請求項１２のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造方法。
14. 内面に長さ方向に沿う複数の溝が周方向に間隔をおいて形成された金属製の素管を接線方向から束ねた状態で巻き付け自在とする円盤型の巻き出し側キャプスタンと、この巻き出し側キャプスタンを前記接線を軸として軸回りに回転させる回転手段と、前記巻き出し側キャプスタンから巻き出される前記束ねた素管を通して縮径と捻りを行う引抜きダイスを備えることを特徴とする内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置。
15. 前記巻き出し側キャプスタンに前記束ねた素管を巻き始める位置と前記巻き出し側キャプスタンから前記引抜きダイス側に前記束ねた素管を送り始める位置が、前記巻き出し側キャプスタンの回転軸と平行な方向にずらされ、前記巻き出し側キャプスタンの巻出し位置と前記引抜きダイスとの間が前記素管の捻り加工領域とされたことを特徴とする請求項１４に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置。
16. 前記巻き出し側キャプスタンの前段側に前記束ねた素管に前方張力を付与する前方張力付加手段が設けられ、前記引抜きダイスの後段側に前記内面螺旋溝付多重捻り管に後方張力を付与する後方張力付加手段が設けられたことを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置。
17. 前記引抜きダイスの後段側に前記内面螺旋溝付多重捻り管を巻き付けて巻出す引き抜き側キャプスタンが設けられたことを特徴とする請求項１４〜請求項１６のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置。
18. 前記引き抜き側キャプスタンの後段側に前記内面螺旋溝付多重捻り管を整形する第２の引抜きダイスが設けられたことを特徴とする請求項１７に記載の内面螺旋溝付多重捻り管の製造装置。

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