JPH0270338A - スパイラルフィン付き金属管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主としてタララシャスクリュチューブ等として
用いるスパイラルフィン付き金属管の製遣方法に関する
。

〔従来の技術〕

−ｉにスパイラルフィン付き金属管のフィンの形成方法
としては、フィンを溶接固定する方法、或いはフィンを
転造成形する方法が従来知られている。

第８図はスパイラルフィンを溶接固定により形成する従
来の方法（特開昭５８−９７１５号）を示す斜視図であ
り、金属素管Ｐ。の外周にスパイラルフィンを構成する
帯状材１６の幅方向−側縁を所定ピッチで螺旋形に巻き
付けつつ溶接固定してスパイラルフィン１５を形成する
ようになっている。

第９図（イ）はスパイラルフィンを転造形成する従来の
方法（塑性と加工Ｖｏ１．１０　　Ｎａ２Ｏ２１９６９
−１０）を示す模式的正面図、第９図（ロ）は第９図（
イ）のＩＸ−ＩＸ線による拡大断面図であり、金属素管
Ｐ０の外周に３箇の圧延ロール２１，２２．２３を圧接
転動せしめてスパイラルフィン２５を形成するようにな
っている。

圧延ロール２１，２２．２３はいずれも一本の軸に薄肉
円板状であって外周部断面形状を樹状に薄＜シたデイス
クロールを数１０個装着して構成してあり、金属素管Ｐ
０の外面に略Ｕ字状の溝を肉厚方向の圧下力にて形成し
、その際の溝表面に直交する方向に働く力により深さを
増大させながら、この溝加工により押し退けられた金属
を上記圧延ロール２１、２２．２３間の隙間に移動させ
ることにより、スパイラルフィン２５を形成する。

第１０図（イ）は従来におけるスパイラルフィンを転造
成形する他の方法（特開昭６２−１２４０２３号）の模
式的正面図、第１０図（ロ）は第１０図（イ）のｘ−Ｘ
線による拡大断面図であり、内部にマンドレルバ−３６
を通した金属素管Ｐ０を、周面に複数条の環状溝３４を
備えた３個の圧延ロール３１．３２．３３を有する傾斜
圧延機を用いて熱間圧延し、環状溝３４の内側に向けて
メタルフローを生ぜしめ、スパイラルフィンを転造成形
するようになっている。

ところで一般にクラッシャスクリュチューブ用のスパイ
ラルフィンは所定のフィン高さ、フィンピッチ、フィン
倒れ角度が必要とされる。

このため第１の方法を適用してタラノシュスクリュチュ
ーブを製造しようとする場合、帯状材１６を傾斜状態で
溶接せねばならず、作業能率が掻めで悪い。

また第２の方法はデイスクロールで押し退けた金属をデ
イスクロール間で立上らせる構成となっているため、フ
ィンピッチを大きく、またフィン底部を平坦な面に形成
するのが難しい。更に第３の方法はフィンの高さ、フィ
ンピッチについては比較的設定が容易に行い得るが、フ
ィン倒れ角度についての設定については考慮されていな
い。

なお、スパイラルフィンの倒れ角度を設定する方法とし
ては従来第１Ｉ図、第１２図に示す如き方法が知られて
いる。

第１１図は金属素管Ｐ０の外周面に形成したスパイラル
状の溝又はねし山部を所定の倒れ角度に設定する従来の
方法を示す説明図であり、先ず第１１図（イ）に示す如
く、金属素管Ｐ０の外周に機械加工等によって側面を溝
底面と直交する位置から夫々θ１．θ１だけ傾斜した台
形状のねし山部４５を形成した後、鼓形ロール４７をね
し山部４５の頂面及び一方のテーパ面４５ａに転接せし
めて、第１１図（ロ）に示す如くテーパ面４５ａを負の
傾斜角をもつよう成形するようになっている。

しかしこの方法では螺旋形のねし山部４５を形成する工
程と、このねじ山部４５の側面４５ａを所定角度に設定
する工程の２工程を必要とするという問題があった。

第１２図は沸騰伝熱管を製造する従来方法の説明図であ
り、図示しないマンドレルを挿入した金属素管Ｐ０の外
周にスペーサで隔てられた複数個のディスクを備えたロ
ーラ５１を圧接軸動せしめるようになっている。ローラ
５１における各ディスクは金属素管Ｐ０の出側に向かう
に従って金属素管周面に対する傾斜角度が大きくなる押
圧面５１ａを備えており、金属素管Ｐ。の入側寄りでス
パイラルフィン５５を形成した後、これを押圧面５１ａ
にて順次傾斜湾曲せしめ、最終的には内部に閉じられた
小孔を形成して沸騰伝熱管を製造する方法である。

しかしこの方法はスパイラルフィンの形成とごの傾斜を
同時的に行い得るが、形成されるスパイラルフィン５５
間の間隔が第９図に示す場合と同様に狭く、スパイラル
フィン底部間の広い、換言すればスパイラルフィン間隔
を太き（することが出来ず、またスパイラルフィンの傾
斜角度はローラ状ディスクの押圧面５１ａの角度設定に
よって行っており、正確な角度設定が出来ない等の問題
があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは中実金属棒又は金属管を傾斜圧延
機を用いて熱間で穿孔、又は拡径圧延することによって
大きいピンチの高いスパイラルフィンを管外周面に対し
所要の１頃斜角度で成形し得るようにしたスパイラルフ
ィン付き金属管の製造方法を提供するにある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明に係るスパイラルフィン付き金属管の製造方法は
、中実金属棒又は金属管のパスラインに対する圧延ロー
ルにおける環状溝の深さ方向角度を、中実金属棒又は金
属管の入側寄りでは略垂直とし、出側寄りでは傾斜せし
めた圧延ロールを備えた傾斜圧延機を用いて熱間で穿孔
、又は拡径圧延する。

〔作用〕

本発明方法にあってはこれによって一工程で、所定の高
さ、ピンチ、倒れ角度を有するスパイラルフィンの成形
が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明に係るスパイラルフィン付き金属管の製
造方法（以下本発明方法という）の実施状態を示す模式
的正面図（圧延ロールの溝は省略して表しである）、第
２図は第１図の［１−ＩＩ線による拡大断面図であり、
図中Ｂは素材たる断面円形の中実金属棒、１０は中実金
属棒Ｂのパスラインに臨ませて配設した傾斜圧延機を示
している。

傾斜圧延機１０はパスラインＸ−Ｘ線側りに３等配され
た位置に３個の圧延ロール１．　２．　３を備え、また
パスラインｘ−ｇ、１に沿ってマンドレル６ａに支持さ
れたプラグ６を備えている。

各圧延ロール１，２．３は夫々その両端部を支持されて
おり、図示しない駆動源にて同方向（矢符ａ、ｂ、ｃ方
向）に回転駆動されるようになっている。

各圧延ｌ１ｌ−ル１．２．３は夫々同一の面角α１α２
を人、出側に夫々有し、その軸心線は同側の軸端が周方
向の同じ側に向けて傾斜（パスラインに対するロール軸
心線の傾斜角度βを傾斜角という）せしめられ、また同
側の軸端がパスラインＸ−Ｘ線側に向けて接近又は離反
するように傾斜（パスラインに対するロール軸心線の交
叉角度Ｔを交叉角といい、パスラインに対してロール軸
心線が出側で離反する方向の角度Ｔを正と定義する）せ
しめられている。

そして圧延ロール１，２．３の外周面には環状溝４が複
数、例えば５条乃至７条が軸長方向に適長離隔して周方
向に切られており、形成される溝は各圧延ロール１．２
．３間で位相が中実金属棒Ｂの回転に対して１２０°ず
つずれている。この環状溝４の加工については一体物の
ロール外周に溝を切削形成してもよいし、或いはデイス
クロールとスペーサとを組み合わせて１本の軸に軸支し
て環状溝を形成してもよい。この環状溝４の形成位置、
形成間隔等については第２図に一部示すように圧延ロー
ル間相互で異なっており、また各圧延ロール１．２．３
においても間隔２幅、深さ、倒れ角度を中実金属棒Ｂの
入側から出側に向けて夫々異ならせである。

形成すべきスパイラルフィンの高さ８間隔、倒れ角度及
びプラグ形状に応じて、環状溝４の位置。

間隔及び溝深さ方向に対する環状溝４の角度が定まり、
またこれらと関係した圧延ロール１．２゜３の前記角度
α、β、γ等が決定される。環状溝４の形成位置、深さ
については傾斜圧延中のスパイラルメタルフロー及び圧
延ロール溝の隙間にて形成されていくフィン側へのメタ
ルフローを勘案して、被圧延材の入側から出側に向けて
適宜変化せしめである。

そして第２図に示すように中実金属棒Ｂの入側寄りに形
成されている環状溝４はパスラインＸ−Ｘに対する環状
溝４の深さ方向角度は略直角であるのに対し、出側部り
に形成される環状溝４ｂは、パスラインＸ−Ｘに対する
深さ方向角度は垂直でなく、斜めになっている。

なお、この環状溝４ｂの深さ方向と圧延ロール軸とのな
す角は、製造したいスパイラルフィンの倒れ角度及び圧
延ロール１，２．３の交叉角Ｔに基づいて設定される。

これによって１つの圧延ロールから出たスパイラルフィ
ンは次の圧延ロールの環状溝４に導かれ、順次直立状態
のスパイラルフィンが成形され、出側部ではこのスパイ
ラルフィンが押し倒されて所定の倒れ角度をもつスパイ
ラルフィン５が形成される。

プラグ６は砲弾型であって、基端部をマント、レル６ａ
の先端に支持されており、中実金属棒１３及びスパイラ
ルフィン付き金属管ＰのパスラインＸＸ上に配設されて
いる。

而して断面円形の中実金属棒Ｂを所定温度に加熱した後
、前述した如き構成をなす傾斜型の穿孔圧延機に矢符ｄ
方向から給送し、圧延ロール１゜２．３間に噛み込ませ
る。圧延ロール１，２．３に噛み込まれた中実金属棒Ｂ
は軸心線口りに回転されつつ軸長方向に移動される、所
謂螺進移動せしめられ、その表面に順次スパイラルフィ
ン５が形成されてゆき、一方軸心線に沿ってプラグ６が
貫入せしめられるとプラグ６によって内面側から中実金
属棒Ｂの半径方向へ歪成分が付与されることとなり、容
易に圧延ロールｌ、２．３における環状溝４の深さ方向
へと金属が流動し、スパイラルフィン５の外径は中実金
属棒Ｂの外径より大きくなるように成形せしめられる。

中実金属棒Ｂの直径に対するスパイラルフィン付き金属
管Ｐのスパイラルフィン外径の比（拡管比という）は通
常安定操業を継続するうえで１．５以下とすることが望
ましい。

なお拡管比が１．５を越えるバススケジュールではプラ
グ径が大きくなり、通過抵抗が高くなって圧延終了の際
の材料の尻抜けが安定せず、スパイラルフィンの損傷を
招くことがあり、またスパイラルフィン外周の周方向の
延伸が過大となって加工性の悪い材料ではフィン周縁部
に割れ等のトラブルが発生することに因る。

以上の場合は圧延ロール数が３個の場合につき詳述した
が、圧延ロール数が４個の場合も、４個の圧延ロールを
パスライン周りに４等配し、溝の加工を各圧延ロール間
で中実金属棒の回転に対し、位相を９０”ずつずらせて
形成することにより、同様の方法が達成できる。

ところで５個以上の圧延ロールにて傾斜圧延機を構成す
る場合には、中実金属棒の径に対し圧延ロールの径が幾
何学的な問題上あまり大きくできないので圧延ロール軸
を両端にて支持することが困難となる。また圧延ロール
軸の径が小さいので、ロール軸の剛性も低下し、材料温
度変動に起因する寸法変動が大きくなる。更に圧延ロー
ル径が小さいので、圧延速度が遅くなって充分な生産能
率が得られなくなる。以上のような理由により、傾斜圧
延機を構成する圧延ロールの個数は４個以下に限定する
。

第３図は本発明の他の実施例を示す模式的正面図（圧延
ロールの溝を省略して示す）、第４図は第３図のＩＶ−
ＩＶ線における拡大断面図、第５図はこの傾斜圧延機に
て用いる２個のガイ１°シユの斜視図であり、図中第１
．２図に示す番号と同番号同符号のものは同一部分を示
す。

傾斜圧延機は通常のマンネスマン式継目無管製造用設備
（ピアサ）と同様に、パスラインの周りの２等配の位置
に配設された２個の圧延ロールｌ。

２と、その相互間に配設されたガイドシュ８ａ　、　８
ｂとプラグ６とを備えている。２個の圧延ロール１゜２
の外周面には環状溝４が、またガイドシュ８ａ８ｂの表
面には溝９が形成されている。

圧延ロール１，２には中実金属棒Ｂの回転方向に対し、
１８０゛位相をずらせて環状溝４が形成されている。一
方ガイドシュ８ａ、８ｂには、中実金属棒Ｂが圧延され
ていく過程において漸次形成されていくスパイラルフィ
ンのスパイラル進行方向に合わせた溝９が形成されてお
り、前の圧延ロールから出たスパイラルフィンが隣りの
ガイドシュの溝に進入した際に潰されずに、次の圧延ロ
ールの溝に進入していくようになっている。

そして第１〜２図に示す場合と同様に圧延機入側寄りに
形成されている環状溝４にあってはその深さ方向がパス
ラインＸ−Ｘに略垂直となるように、また出側寄りに形
成される環状溝４ｂは、その深さ方向がパスラインｘ−
Ｘに垂直でなく、斜めになっている。

而して中実金属棒Ｂを穿孔圧延しながら、圧延ロール１
．２．３の環状溝４に金属を充満させてスパイラルフィ
ンを徐々に形成してゆき、形成されたスパイラルフィン
を出側寄りで環状溝４ｂにより管軸方向に押し倒すこと
によって、所要角度傾いたスパイラルフィン５を有する
スパイラルフィン付き金属管を容易に製造することがで
きる。

第６図は本発明の更に池の実施状態を示す模式的平面図
（圧延ロールの溝を省略して示す）、第７図は第６図の
■−■線による拡大断面図であり、図中筒１．２図と同
番号、同符号のものは同一部分を示す。

図においてＰ。は、中心部に小径の下孔５ｂが穿設され
た圧延ずべき材料としての金属素管であり、本実施例で
は圧延材としてこの金属素管Ｐ０を使用する。なお圧延
ロール１，２．３の外周面に形成される環状溝４につい
ては、第１．２図に示す場合と同一である。

金属素管Ｐ。を図示しない加熱炉にて所定温度（例えば
中炭素鋼の場合１２００”　）にまで加熱した後、矢符
ｄ方向から傾斜圧延殿へ移送され、該傾斜圧延機により
金属素管Ｐ０は第７図に示す如く穿孔拡径圧延される。

即ち、傾斜圧延機にて金属素管Ｐ０の圧延が開始される
と、金属素管Ｐ。は圧延ロールｌ、２゜３に噛み込まれ
て周方向の３個所で圧延されると共に、プラグ６によっ
て下孔８が拡径されて穿孔圧延される。ぞして金属素管
Ｐ０の金属はその径方向５流動し、各圧延ロールｌ、２
．３の環状溝４に充満する結果、金属素管Ｐ０から所望
の高さ。

ピンチ、倒れ角度を有するスパイラルフィン５が得られ
る。

なお、金属素管Ｐ０の下孔８の径はプラグ６の最大径の
Ａ以下とすることが望ましい。なぜなら、下孔８の径が
大きくなると、管軸心より半径方向への歪成分が十分付
与されず、管肉が圧延ロール溝に充満せず、高いスパイ
ラルフィンの製造が難くなるからである。

なお、第３．　４．　５図に示す場合において、被圧延
材として中実金属棒Ｂに代えて金属素管Ｐ０を用いても
全く同様にスパイラルフィン付き金属管を製造できるこ
とは言うまでもない。

また、複数条のスパイラルフィンを形成する場合も、単
条のスパイラルフィンを形成する場合も、ロール設計法
は基本的には同じであるが、１条の場合は被圧延材が１
回転する毎に各圧延ロールの環状溝４が１ピンチ進むよ
うに設計するのに対し、２条、３条の場合には被圧延材
が１回転する毎に各圧延ロールの環状溝４が夫々２ピツ
チ、３ピッチ進むように設計される。勿論、圧延ロール
の傾斜角βは圧延の進行ピッチに応じて適宜設定せしめ
られる。

この場合、同時に複数条のスパイラルフィンを形成する
ことができるので、生産速度が速くなり、生産能率が飛
躍的に向上する。

またスパイラルフィン付き金属管を製造するにあたり、
プラグ６の溶損が著しくなることがあるが、複数条のス
パイラルフィンを並列して同時に形成すれば圧延ロール
が同じ回転数であっても、圧延速度を２倍、３倍・・・
とすることができるので、圧延時間を１／２．１／３・
・・に短縮することができ、プラグと被圧延材との接触
時間が短く、プラグ寿命を長くすることができる。

以下具体的な数値例を揚げて説明する。

〔数値例１〕 ５４５Ｃ製の円形断面を有する中実金属棒（外径７０ａ
ｍ）を熱間圧延によって製造し、これを第１．　２図に
示す如き周面に複数個の環状溝４を形成した圧延ロール
３個を有する傾斜圧延機を用いて下記の如き寸法仕様の
スパイラルフィン付き金属管を製造した。

フィンピッチ：５０１ フィン外径　：９０膿烏 フィン間の底部直径：５０１重 内径　　　　：３６龍 フィン倒れ角度：管軸に対し６０°　（つまり垂直なフ
ィンを３０゛顛けた状態） このときの傾斜圧延機の条件、特に圧延ロールの条件を
示すと以下の如くである。

ロール材質：　ＳＣＭ４４０ ロール入口圧下面角αｌ　：３゜ ロール傾斜角β：１６゜ ロール出口逃げ面角α２　：２゜ ロール交叉角γ：２゜ 傾斜圧延機出側ロール端面の環状溝の角度＝３０゜ロー
ル最大部直径；２００醜− 中実金属棒加熱温度：　１１５０°Ｃ その結果、上記スパイラルフィン付き管が容易に製造で
きた。

〔数値例２〕 〔数値例１〕と同様の寸法仕様を有するスパイラルフィ
ン付き金属管を第３〜５図に示す如き２個の圧延ロール
を備えた傾斜圧延機を用いて製造した。このときの傾斜
圧延機の条件、特に圧延ロールの条件を示すと以下の如
くである。

ロール材質：　ＳＣＭ４４０ ロール入口圧下面角α、　　：　　３．５゜ロール（頃
斜角β：１６゜ ロール出口逃げ面角α２：　　３．５゜ロール交叉角Ｔ
：２′ ガイドシュ：プレートガイドシュ　（溝を有する）ロー
ル最大部直径：　　５００ｍｍ この結果〔数値例１〕と同様のスパイラルフィン付き金
属管を製造できた。

なお、第２〜５図に示す如き２個の圧延ロールを備える
傾斜圧延機の場合には圧延ロール径の幾何学的な制限が
ないのでロール径を大きくすることができ（２００重ｍ
→５００ｍｍ）、圧延速度を向上することが容易となる
。一方、ガイドシュ８ａ、８ｂによる被圧延材料の保持
が必要なことから被圧延材料とガイドシュ８ａ、８ｂの
摩擦のため被圧延材の材質によっては工具底や焼付きが
発生することがあり、第１．２図に示す場合と第３〜５
図に示す場合とでは一長一短がある。

〔数値例３〕 〔数値例１〕と同様の寸法仕様を有するスパイラルフィ
ン付き金属管を得べく外径７０龍、内径１０龍の小孔を
有する金属素管（５４５Ｃ製）を第６，７図に示す如き
傾斜圧延機を用いて製造した。

勿論、ロール設計する際には小孔のあることを考慮して
、溝ピンチを圧延機入側から出側に向けて変化せしめた
。

その結果、数値例１．２と同様の効果が得られた。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明方法にあっては中実金属棒又は金属素
管の外周に深さ方向角度を代えた圧延ロールを圧接転造
せしめつつプラグを軸心線に沿って貫入せしめることに
より、スパイラルフィンを転造形成すると同時的にこの
スパイラルフィンを管軸方向に対して傾斜せしめること
が一工程で可能となり、高い製造能率が得られるなど本
発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す模式的正面図、第
２図は第１図のｎ−ｎ線による拡大断面図、第３図は本
発明の他の実施状態を示す模式的正面図、第４図は第３
図のＩＶ−ＩＶ線による拡大室断面図、第５図はガイド
シュの拡大斜視図、第６図は本発明の更に他の実施状態
を示す模式的正面図、第７図は第６図の■−■線による
拡大縦断面図、第８．９．１０図は従来におけるスパイ
ラルフィンの形成方法の説明図、第１１図、　１２図は
従来におけるスパイラルフィンの倒れ角度の設定態様を
示す説明図である。 １．２．３・・・圧延ロール　４・・・環状溝　５・・
・スパイラルフィン　６・・・プラグ　７・・・環状溝
８ａ、８ｂ・・・ガイドシュ　９・・・溝　Ｂ・・・中
実金属棒Ｐ０・・・金属素管　Ｐ・・・スパイラルフィ
ン付き金属管 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫？ 弔 図 ＋＋１＋ 弔 図 一一、５ 弔 図 令 弟 図 弔 図 図 図 図 （イ） 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外周面の周方向に複数個の環状溝を有する３又は４
   個の圧延ロール及び穿孔用プラグを有する傾斜圧延機を
   用いて中実金属棒又は金属管を熱間にて穿孔又は拡径圧
   延し、スパイラルフィン付き金属管を製造する方法にお
   いて、 中実金属棒又は金属管のパスラインに対す る前記各圧延ロールの環状溝の深さ方向角度を、中実金
   属棒又は金属管の入側寄りでは略垂直とし、出側寄りで
   は所定角度傾斜せしめた圧延ロールを用いて入側寄りで
   管軸に対して直交させた状態にスパイラルフィンを形成
   した後、出側寄りでこれを管軸に対し傾斜せしめること
   を特徴とするスパイラルフィン付き金属管の製造方法。 ２、外周面の周方向に複数個の環状溝を有する一対の圧
   延ロール、パスラインと対向する側に溝を有する一対の
   ガイドシュ及び穿孔用プラグを備えた傾斜圧延機を用い
   て中実金属棒又は金属管を熱間にて穿孔又は拡径圧延し
   、スパイラルフィン付き金属管を製造する方法において
   、 中実金属棒又は金属管のパスラインに対す る前記圧延ロールの環状溝及びガイドシュの溝夫々の深
   さ方向角度を、中実金属棒又は金属管の入側寄りでは略
   垂直に、また出側寄りでは所定角度傾斜せしめた圧延ロ
   ール及びガイドシュを用いて入側寄りで管軸に対し直立
   させた状態にスパイラルフィンを形成した後、出側寄り
   でこれを管軸に対し傾斜せしめることを特徴とするスパ
   イラルフィン付き金属管の製造方法。