JPH05277600A - 金属管の内面加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属管の内面に高さ及び傾斜角が大きい螺旋
状フィンを比較的容易に形成することが出来る金属管の
内面加工装置を提供すること。 【構成】 加工ヘッドの回転中心から所定距離偏心させ
て同部材に回転可能なように装着した１個又は複数個切
削バイトを使用し、切削バイトを回動させて刃先を張り
出させるための操作手段を設ける。切削バイトの回動角
を規制するため、加工ヘッドの所定位置に切削バイトの
回動停止手段（ストッパ）を配設するか、複数個の切削
バイトを使用する場合は、加工ヘッドの回転中心の周囲
に所定の形状及び寸法を有する切削バイトを対称的に配
設することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属管の内面加工装
置、特に空気調和機等の熱交換器用伝熱管を製造する際
に適用して好適な金属管の内面加工装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】内面溝付管は、空気調和機等の熱交換器
用伝熱管として使用した場合、管内側熱媒に対する熱伝
達率が大幅に向上することで知られている。内面溝付管
は、例えば転造法を使用し、被加工金属管の内面に多数
の微細な螺旋状のフィン又は溝（以下纏めて「フィン」
という）を形成することによって製造するのが普通であ
るが、この方法は、フィン高さを一定以上に大きくする
ことが困難であることのほか、管軸に対するフィン傾斜
角も３０°以下のものしか製造することが出来ないとい
う実用上の限界がある。転造法の代わりに、溝付ロール
を用いて金属条帯を圧延することによってフィンを形成
した後、フィン面を内側にして金属条帯を造管し、継目
を溶接する方法も既に提案されているが、この方法は、
フィン傾斜角を９０°近辺にすることが可能であるもの
の、フィン高さを一定以上に大きくすることが出来ない
点で依然として問題がある。

【０００３】このため、フィン高さが大きい内面溝付管
を製造するには、鋤き起こし加工法を利用することが望
ましく、従来、例えば特公昭５７−４０４３７号公報又
は特公平１−５４１３５号公報に記載された方法が提案
されている。この方法は、切削バイトを被加工金属管内
に挿入して回転させながら軸方向に移動し、管内壁を鋤
き起こすことによってフィンを形成するものであるが、
そのためには、刃先の回転直径を被加工金属管の内径よ
り大きくする必要があるため、加工の都度、切削バイト
を付け換える必要があって非能率であることのほか、１
本の金属管の全長にわたる加工が終了しなければ、次の
加工に取り掛かれないという問題点がある。もっとも、
例えば特開昭５８−１７３０４３号公報記載のように、
半径方向の移動が可能な切削バイトを加工ヘッドの内部
に収納しておき、鋤き起こし加工の際、マンドレルに設
けた給油路を介して油圧を供給することより、切削バイ
トを半径方向に張り出させて鋤き起こしを行なう方法も
提案されているが、この方法は、上記問題点を解消する
ことが出来る反面、切削バイトを移動させるための複雑
な機構を狭隘な加工ヘッド内に設ける必要がある。ま
た、被加工金属管の内径が小さければ小さいほど、圧力
油の伝達やシールが困難になるなど、実用上多くの難点
があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
した従来技術の欠点を解消し、高さ及び傾斜角が大きい
螺旋状フィンを比較的容易に鋤き起こし法によって形成
することが出来る改良された金属管の内面加工装置を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、加工ヘッド
の回転中心から所定距離偏心させた位置において同ヘッ
ドに回転可能なように装着した鋤き起こし加工用切削バ
イトを使用することによって解決することが出来る。切
削バイトの刃先の張り出しは、同バイトに対して脱着自
在に設けた操作手段を外部から操作し、切削バイトを所
定角度回動せしめることによって行なう。

【０００６】切削バイトは、加工の目的に応じて１個又
は複数個使用することが可能であるが、いずれの場合
も、精密な鋤き起こし加工を行なうためには、その回動
角を正確に規制することが望ましい。切削バイトが１個
の場合の回動角の規制は、加工ヘッドの所定位置に切削
バイトの停止手段（例えばストッパ）を配設することに
よって実現することが出来る。また、切削バイトが複数
個の場合は、加工ヘッドの回転中心の周囲に所定の形状
及び寸法を有する切削バイトを対称的に配設することに
よって回動角を自己規制させることが出来る。

【０００７】

【作用】加工開始前の準備段階では、切削バイトの刃先
が被加工金属管の内壁に接触しては困るので、刃先を引
っ込めた状態で加工ヘッドを被加工管金属の内部に挿入
する。そして、内面加工を開始する場合は、外部の力で
切削バイトを操作することにより、切削バイトを回動せ
しめて刃先を張り出させた後、マンドレルを介して加工
ヘッドを回転させながら管軸方向に移動させる。この結
果、切削バイトの刃先が自動的に被加工金属管の内壁面
に食い込んで鋤き起こし加工が進行する。

【０００８】本発明の内面加工装置は、鋤き起こし加工
の途中、マンドレルを逆回転させることにより、任意の
位置で切削バイトの刃先を引っ込めることが可能であ
り、かつ、その状態で加工ヘッドを被加工金属管の別の
加工位置に移動させることが出来る。このため、本発明
の加工装置による場合は、被加工金属管の必要箇所のみ
を加工し、加工を必要としない部分は未加工のまま残す
ことが可能となる。このため、例えばシェルアンドチュ
ーブ式熱交換器用伝熱管を製造する場合は、金属管の両
端部に鋤き起こし加工を施さないで残しておくことによ
り、ローラ拡管のためのフィン除去作業を省くことが出
来て極めて好都合である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る金属管の内面加工装置を
図面に示した幾つかの実施例を参照して更に詳細に説明
する、図１乃至図４は、本発明において使用する加工ヘ
ッドの幾つかの具体例を示したものであって、各図と
も、左側のａ図は鋤き起こし加工を行なわない場合の状
態、右側のｂ図は鋤き起こし加工を行なっている場合の
状態を示す。

【００１０】図１において、１は被加工金属管、２は加
工ヘッドを夫々示す。加工ヘッド２は、マンドレル（図
示せず）の先端部に一体的に形成されており、その外径
φ_dは、被加工金属管１の内径φ_D よりも若干小さくな
るように構成されている。３は、加工ヘッド２の回転中
心より所定距離だけ偏心した位置に当該回転中心と平行
に配設したシャフトである。４は、シャフト３を介して
回動自在に加工ヘッド２に装着した断面半円形状の切削
バイトであって、その先端には刃先５が形成されてい
る。６及び７は、切削バイト４の回動角θを規制するた
めのストッパであって、図に示す如く、加工ヘッド２の
所定位置に夫々配設されている。

【００１１】ａ図の状態で、外部からマンドレル（図示
せず）を操作し、加工ヘッド２を矢印８の方向に回転さ
せながら被加工金属管１の内部に挿入した後、外部から
切削バイト４の操作手段（図示せず）を操作し、切削バ
イト４に矢印９の方向の回転モーメントを与えると、同
バイトは、シャフト３を回転中心としてストッパ７に当
たるまで回動する（ｂ図参照）。この結果、切削バイト
４の刃先５が被加工金属管１の内面に向かって張り出
し、その壁面に食い込んで鋤き起こし加工を始める。切
削バイト４の回動角θは、ストッパ７の位置をネジ止め
等によって可変とすることによって任意に変えることが
可能であり、刃先５の張出量Δｒを適宜調整して、食い
込み深さを任意に変化させることが出来る。刃先５が被
加工金属管１の内壁面に食い込んだ状態でマンドレル
（加工ヘッド２）を管軸方向に移動させると、被加工金
属管１の内面に大きな傾斜角で螺旋状フィンを連続して
形成することが出来る。鋤き起こしの反力は、加工ヘッ
ド２を介して管壁で受け止めることになるので、好まし
くない刃先の振動や揺動を抑制するため、被加工金属管
１の内径φ_D と加工ヘッド２の外径φ_d との差は、出来
るだけ小さくしておくことが望ましい。

【００１２】図２は、図１の場合に使用した断面半円形
状の切削バイト４を、加工ヘッド２の回転中心に対して
対称的に２個配置した実施例である。本例の場合も、図
１の場合と同様の手順により、両切削バイト４の刃先５
をａ図の状態からｂ図の状態に張り出させて２条フィン
の鋤き起こし加工を同時に行なうことが出来る。もっと
も、２個の切削バイト４は、夫々のシャフト３の周囲を
自由に回転しようとするが、切削バイト４の形状及び寸
法を最適化しておくことにより、両者は、互い衝合して
夫々の回動角を自己規制する結果、刃先５の張出量Δｒ
は、常に所望の値に維持することが可能である。

【００１３】本実施例の場合は、２個の切削バイト４が
対称的に配列されているため、発生する加工反力は、相
互にキャンセルされる方向に働くこととなる。このた
め、図１の実施例の場合と異なり、加工ヘッド２を介し
て被加工金属管１の内壁に加わる力は比較的小さいもの
の、安定した鋤き起こし加工を行うためには、やはり加
工ヘッド２の外径φ_d と被加工金属管１の内径φ_D との
差は、出来るだけ少なくしておくことが望ましい。

【００１４】図３及び図４は、加工ヘッド２の回転中心
に対して対称的に断面扇形状の３個又は４個の切削バイ
ト４を配置した実施例を示す。本実施例の場合も、個々
の切削バイト４の形状及び寸法を最適化しておくことに
より、図１及び図２に示した実施例の場合と同様、切削
バイト４の刃先５を引っ込めた状態で加工ヘッド２を被
加工金属管１の内部に挿入し、外力によって刃先５を張
り出させることによって所望の鋤き起こし加工を行なう
ことが出来る。切削バイト４の数は、多ければ多いほ
ど、同時に形成することが出来るフィン条数が多くな
り、実質的な加工速度（被加工管１と切削バイト４との
間の相対的な移動速度）を早めて高能率の加工を実現す
ることが出来るが、切削バイト４及びそれを保持するシ
ャフト３の寸法が小さくなって装置全体の剛性が低下し
たり、部材相互間の寸法精度の維持が難しくなったりす
るので、実用的には、２個又は３個の切削バイトを使用
することが望ましい。

【００１５】図５乃至図７は、本発明において使用する
切削バイトの形状を示したものであって、図５は１条加
工型及び２条加工型の場合の切削バイトの外観図、図６
は３条加工型の場合の切削バイトの外観図、図７は４条
加工型の場合の切削バイトの外観図を夫々示す。いずれ
の場合も、工具鋼や超硬工具材よりなる部分円筒部材又
は部分円盤部材を使用し、当該部材にシャフト３を通す
ための孔１０や刃先４等を形成する。

【００１６】図８は、２条加工型の場合における装置要
部の分解斜視図である。マンドレル１１の先端部には、
加工ヘッド２が一体的に固定されている。同ヘッドに
は、その回転中心より所定距離だけ偏心させた位置にシ
ャフト挿入孔１２が形成されており、かつ、当該回転中
心と直角方向にピン孔１３が形成されている。一方、切
削バイト４には、一端に窪み部１４を形成したシャフト
３が鑞付け等によって固定されている。このシャフト
は、切削ヘッド４を貫通して設けられており、窪み部１
４と反対側の端部には、互いに対向するような形で切欠
部１５が形成されている。切削バイト４は、シャフト３
を加工ヘッド２の孔１２に挿入し、かつ、ピン１６を孔
１３に挿入してシャフト３の窪み部１４と噛み合わせる
ことにより、シャフト３を回転中心として自由に回動す
るが軸方向に移動しないよう、加工ヘッド２に装着され
る。

【００１７】１７は、切削バイトの操作手段として機能
する棒であって、その先端には、平行部１８が形成され
ている。操作棒１７をマンドレル１１と反対側から被加
工金属管（図示せず）の内部に挿入し、先端の平行部１
８をシャフト３の切欠部１５と係合させて操作棒１７を
回動させると、シャフト３に矢印１９の方向の回転モー
メントが発生し、切削バイト５の刃先を張り出させるこ
とが出来る。次に、被加工金属管（図示せず）を固定し
た状態で、加工ヘッド２を矢印８の方向に回転させ、そ
れと同調させて同ヘッドを矢印２０の方向に移動させる
と、切削バイト４の刃先５が被加工金属管の内壁に食い
込んで加工を開始する。マンドレル１１の移動量がシャ
フト３の切欠部１５の長さを超えると、シャフト３と操
作棒１７との係合が外れるが、鋤き起こし加工が始まる
と刃先５を張り出させる方向に加工反力が作用するの
で、シャフト３と操作棒１７との係合が外れたしても特
に支障は生じない。

【００１８】鋤き起こし加工を停止する場合は、マンド
レル１１の送り（移動）を止め、矢印８と反対方向に逆
回転させると、切削バイト４は、自動的に元の状態に折
り畳まれ、その外径が被加工金属管の内径よりも小さく
なるので、未加工部を残したまま加工ヘッド２を抜き取
ったり、他の加工位置に移動させるることが可能とな
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、長尺の金属管の内壁面
に、高さが大きい螺旋状のフィンを軸線に対してほぼ直
交する方向に容易に形成することが可能となり、従来、
工業的な生産が困難であった高フィン付き内面溝付管の
製造を高能率で実現することが出来る。本発明の加工装
置は、伝熱管用の内面溝付管の製造のみならず、一般の
金属管の内面加工にも広く適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である１条フィン加工ヘ
ッドの構造を示す概念図。

【図２】本発明の第２の実施例である２条フィン加工ヘ
ッドの構造を示す概念図。

【図３】本発明の第３の実施例である３条フィン加工ヘ
ッドの構造を示す概念図。

【図４】本発明の第４の実施例である４条フィン加工ヘ
ッドの構造を示す概念図。

【図５】図１及び図２の実施例において使用する切削バ
イトの形状を示す斜視図。

【図６】図３の実施例において使用する切削バイトの形
状を示す斜視図。

【図７】図４の実施例において使用する切削バイトの形
状を示す斜視図。

【図８】２条フィン加工ヘッドを使用した本発明装置の
要部構造を示す分解斜視図。

【符号の説明】

１…被加工金属管 ２…加工ヘッド ３…シャフト ４…切削バイト ６，７…ストッパ １０…シャフト取付孔 １１…マンドレル １２…シャフト挿入孔 １３…ピン孔 １４…窪み部 １５…切欠部 １６…ピン １７…バイト操作棒

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転力及び推力を伝達するためのマンドレ
   ルと、マンドレルの先端に一体的に構成された加工ヘッ
   ドと、加工ヘッド回転中心から所定距離偏心させた位置
   において同ヘッドに回動自在に装着された１個又は複数
   個の鋤き起こし加工用切削バイトと、切削バイトを所定
   角度回動せしめてその刃先を張り出させるための操作手
   段とを少なくとも備えたことを特徴とする金属管の内面
   加工装置。
2. 【請求項２】切削バイトの回動角を規制するための停止
   手段が加工ヘッドの所定位置に配設されていることを特
   徴とする請求項１に記載の金属管の内面加工装置。
3. 【請求項３】複数個の切削バイトが加工ヘッド回転中心
   の周囲に対称的に配設されており、かつ、個々の切削バ
   イトは、隣の切削バイトと衝合することによってその回
   動角を自己規制するような形状及び寸法を有することを
   特徴とする請求項１に記載の金属管の内面加工装置。