JPH09192723A

JPH09192723A - 内面溝付管の加工装置

Info

Publication number: JPH09192723A
Application number: JP8007915A
Authority: JP
Inventors: Chikara Saeki; 主税佐伯
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1997-07-29
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: US5724844A; JP3302244B2; MY114449A

Abstract

(57)【要約】【課題】各部材を軽量化すると共に耐久性を向上さ
せ、遊星型ボールダイスの高速回転を可能とし、品質を
安定させつつ内面溝付管を製造することができる内面溝
付加工装置を提供する。【解決手段】マンドレル１１の先端には溝付プラグ１
２が配置されており、溝付プラグ１２は管１０内面に接
触している。管１０外面にボール１３が接触しており、
ボール１３はボール軌道保持用外輪１４の内部に収容さ
れている。外輪１４内にはボール保持器２０が設置され
ており、ボール１３を保持している。保持筒１６及び蓋
部材１７により外輪１４は回転軸体１９に固定されてい
る。保持筒１６の内側には、軸受２１が取り付けられて
おり、軸受２１を介して支持部材２２が、保持筒１６に
回転自在に支持されている。外輪１４及び支持部材２２
はセラミック製であり、ボール保持器２０は合成樹脂製
であるため、装置全体が軽量化され、高速回転が可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エアコン等の熱交換器
等に使用される金属又は合金管の内面に溝加工を施す内
面溝付管の加工装置に関し、高速回転加工を可能とする
共に、耐久性が高く、更に品質の安定した製品を製造す
ることができる内面溝付管の加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エアコン等の熱交換器等の伝熱管
には、銅又は銅合金管等が使用されており、これらの管
には、熱交換効率を高めるため、内面に溝加工が施され
ている。このような管内面の溝加工は、通常管内に溝付
プラグを挿入した後、この溝付プラグと管外の押圧手段
とで管壁を挟圧しつつ、抽伸して実施されている。この
場合に、管を抽伸する際の摩擦を低減させ、管の破断を
防止するため、ボール、ボール軌道保持用外輪及びボー
ル保持器等により所謂遊星型ボールダイスを構成し、こ
のボールダイスを使用して管内面を溝加工する。このボ
ールダイスは、管軸の周りを旋回しつつ、管外面を押圧
する。ボールダイスと管外面との間に生じる摩擦は、こ
ろがり摩擦であるため、加工時の摩擦力が低減され、管
の破断が防止される。

【０００３】図４は従来の内面溝付管の加工装置を示す
側断面図である（実公昭６３−４７３７６号公報）。図
４に示すように、素管１０にはマンドレル１１が挿入さ
れている。マンドレル１１の先端には溝付プラグ１２が
配置されており、溝付プラグ１２は素管１０内面に接し
ている。この溝付プラグ１２には螺旋状の溝が形成され
ている。素管１０外面にボール１３が接しており、ボー
ル１３は素管１０外面に保持されている。ボール１３と
溝付プラグ１２とにより素管１０を挟圧しつつ、ボール
１３を管軸の周りに旋回させ、更に素管１０を矢印４０
で示す移動方向（抽伸方向）に抽伸することによって、
素管１０の内面に溝加工が施されるようになっている。
このため、ボール１３が旋回すると、それに応じて素管
１０が素管１０の移動方向に前進するように、溝付プラ
グ１２の溝は形成されている。なお、溝付プラグ１２に
螺旋状の溝が形成されているため、素管１０内面にも螺
旋状の溝が転写される。

【０００４】ボール１３は、短円筒状のボール軌道保持
用外輪（以下、外輪という）１４の内部に収容されてい
る。外輪１４にはテーパー状のボール軌道面１５が形成
されており、ボール軌道面１５は矢印４０の方向に拡開
されている。このボール軌道面１５にボール１３は押圧
されて、ボール１３の素管１０の半径方向に対する位置
が、適切なものとなっている。保持筒１６及び蓋部材１
７により素管１０方向に対する外輪１４の移動が規制さ
れ、外輪１４は保持筒１６及び蓋部材１７を介して、ボ
ルト１８により回転軸体１９に固定されている。回転軸
体１９は、電動機又は油圧モータ等により駆動され、高
速に回転するようになっており、この回転により、ボル
ト１８、蓋部材１７、保持筒１６及び外輪１４が管軸の
周りを回転する。外輪１４の回転により、ボール１３は
素管１０の周りを旋回し、ボール１３はボール軌道面１
５に押圧されて素管１０外面を転動回転する。外輪１４
内にボール保持器２０が設置されており、ボール保持器
２０によって、ボール１３はその円周方向に等間隔に保
持されている。ボール保持器２０のボール１３に対する
摺接位置は、ボール１３中心の旋回軌道より素管半径方
向外側、即ちボール１３の中心より外輪１４側となるよ
うに設定されている。

【０００５】保持筒１６の内側には、アンギュラコンタ
クト型玉軸受２１が取り付けられており、この軸受２１
の中空部３０（３０ａ，３０ｂ）に玉２１ａが配置され
ている。素管１０移動方向側の中空部３０ｂは、その径
が玉２１ａの径に比して小さいと共に、中空部３０ａに
比して素管１０側に設けられている。これにより、素管
１０移動方向を前側とすると、溝加工時にアンギュラコ
ンタクト型玉軸受２１の後端が素管１０から離れる方向
に傾斜する。アンギュラコンタクト型玉軸受２１を介し
て略円筒状のスラスト方向支持部材２２が、保持筒１６
に回転自在に支持されている。スラスト方向支持部材２
２の矢印４０の反対方向の面には、ボール当接面２３が
形成されており、この当接面２３がボール１３に当接し
ている。溝加工時にアンギュラコンタクト型玉軸受２１
が上述のように傾斜するため、スラスト方向支持部材２
２は、当接面２３を介して、ボール１３に素管１０移動
方向の逆方向の力を付与する。ボール当接面２３は素管
１０の半径方向に対して、矢印４０の方向に傾斜してい
る。ボール当接面２３のボール１３との当接点２４が、
前記ボール１３の中心よりも素管１０側となるように、
スラスト方向支持部材２２の内径及び外径並びにボール
当接面２３の傾斜角度は適切な値に設定されている。

【０００６】アンギュラコンタクト型玉軸受２１と回転
軸体１９との間には、スペーサ２５が挿入されており、
スペーサ２５は保持筒１６の内面に嵌着している。スペ
ーサ２５の軸方向に対する長さを変化させることによ
り、アンギュラコンタクト型玉軸受２１の軸方向に対す
る取り付け位置を変化させることができる。これによ
り、スラスト方向支持部材２２の軸方向に対する位置が
変化し、支持部材２２の当接面２３の位置が変化するた
め、ボール１３と当接面２３との当接点２４が、素管１
０の軸方向に移動し、ボール１３とテーパ状ボール軌道
面１５との接触位置を変化させることができる。こうし
て、素管１０の軸とボール１３との間の距離が変化し、
素管１０に対するボール１３の圧力が調整されると共
に、溝プラグ１２とボール１３との間の相対的な位置が
変化して、素管１０を適切な肉厚に加工することができ
る。

【０００７】なお、素管１０が内面溝付管の加工装置内
に挿入されている場合は、ボール１３は素管１０によ
り、外輪１４内に保持されるが、素管１０が挿入されて
いない場合は、ボール１３を保持する要素がないため、
ボール１３が脱落したり、がたついたりする。これを防
止するために、蓋部材１７にガイドギャップ２６が固定
されており、このガイドキャップ２６により、ボール１
３の落下が防止されている。また、ボール１３及びアン
ギュラコンタクト玉軸受２１に潤滑油を供給する必要が
あるため、回転軸体１９には給油孔２７が設けられてい
る。油圧装置（図示せず）を使用して、給油口２７によ
り強制的に潤滑油を噴射することにより、潤滑油をボー
ル１３及びアンギュラコンタクト玉軸受２１に供給す
る。

【０００８】このように構成された内面溝付管の加工装
置において、マンドレル１１を操作して、マンドレル１
１の先端の溝付プラグ１２を素管１０内に挿入する。こ
の溝付プラグ２０とボール１３とにより、素管１０を管
内及び管外から挟圧する。回転軸体１９を矢印２８の方
向に駆動装置（図示せず）により高速回転させ、回転軸
体１９の回転により、蓋部材１７、保持筒１６及び外輪
１４を管軸に周りを回転させる。外輪１４が回転するこ
とにより、ボール１３は素管１０の周りを旋回し、ボー
ル１３はボール軌道面１５に押圧されて素管１０外面を
押圧する。このようにボール１３を旋回させつつ、素管
１０を矢印４０の方向に抽伸する。そうすると、溝付プ
ラグ２０の溝形状が素管１０の内面に転写されると共
に、素管１０はボール１３に押圧され縮径される。ま
た、ボール１３に素管１０移動方向の逆方向の力が付与
されるため、この力のより素管１０は抽伸方向に前進す
る。このように、素管１０を縮径しつつ溝加工し、移動
方向に前進させることにより、素管１０が内面溝付管と
なる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術には、以下に示す問題点がある。即ち、近年、
熱交換器の性能をより一層向上させるため、内面溝付管
の小径化が要望されており、高生産性を維持しつつ、内
面溝付管を低コストで安定して製造することが求められ
ている。遊星型のボールダイスを使用して、生産性を向
上させるためには、その回転数を増大し、加工能率を向
上させる必要がある。溝加工時には、加工反力に加え、
回転による遠心力及び抽伸によるスラスト力等が加わ
り、これらの力は回転数を増大する場合に、大きな制約
となっている。

【００１０】従来の内面溝付管の加工装置では、各部材
が合金鉄、超硬合金鉄又は黄銅等比重の大きな物質で構
成されており、高速で回転させた場合（４０，０００ｒ
ｐｍ以上）は、上述の力により各部材が破損するという
問題点がある。また、質量半径が大きいため、センタリ
ングの維持が困難であり、部材の局所磨耗が発生すると
いう欠点があり、また製品の品質が安定しないという問
題点がある。

【００１１】上述の力のうち、特に遠心力は回転数及び
質量半径の２乗に比例するため、回転数を増大させるた
めには、各部材を小型化するか、又は軽量化する必要が
ある。設計的な制約を受けるため、小型は困難であり、
ボールダイスを高速回転させた場合は、加工発熱の増大
及び抽伸摩擦力の増加を伴うため、強度を損なわないよ
うに部材を軽量化することは困難である。このように、
小型化及び軽量化のいずれについても難点がある。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、各部材を軽量化すると共に耐久性を向上さ
せ、遊星型ボールダイスの高速回転を可能とし、品質を
安定させつつ内面溝付管を製造することができる内面溝
付管の加工装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る内面溝付管
の加工装置は、素管内に挿入される溝付プラグと、前記
素管の外側にて素管を嵌合すると共にその内面がボール
軌道面を形成するボール軌道保持外輪と、前記素管の外
面と前記ボール軌道面とに接し前記ボール軌道保持外輪
の回転により前記素管の外面に転動して旋回し前記溝付
プラグとの間で前記素管の管壁を挟圧して前記溝付プラ
グの溝形状を前記素管の内面に転写させるボールと、前
記ボール軌道保持外輪内に収納され前記ボールをその中
心の旋回軌道より前記素管半径方向外側にて保持するボ
ール保持器と、前記ボール軌道保持外輪に取付けられた
軸受を介して回転自在に支持され前記ボールが接するボ
ール当接面を介して前記ボールに素管移動方向の逆方向
の力を付与するボールのスラスト方向支持部材とを有す
る内面溝付管の加工装置において、前記ボール軌道保持
外輪及び前記スラスト方向支持部材はセラミックにより
形成され、前記ボール保持器は合成樹脂より形成されて
いることを特徴とする。

【００１４】前記ボール軌道面に前記素管の周方向に延
びる溝が形成されており、前記素管の管軸と前記ボール
の中心とを含む面における前記溝の曲率半径は、前記ボ
ールの半径よりも大きいことが好ましい。

【００１５】前記ボール当接面に前記素管の周方向に延
びる溝が形成されており、前記素管の管軸と前記ボール
の中心とを含む面における前記溝の曲率半径は、前記ボ
ールの半径よりも大きいことが好ましい。

【００１６】前記ボール軌道面は管軸に対して２乃至５
°の角度で前記素管の移動方向、即ち抽伸方向に拡開し
ていることが好ましい。

【００１７】前記ボール当接面は前記素管の半径方向に
対して前記素管の移動方向、即ち抽伸方向に１０乃至３
０°の角度で傾斜していることが好ましい。

【００１８】前記ボール保持器は前記ボールを保持する
貫通孔を有すると共にポリアミドイミド樹脂より形成さ
れていることが好ましい。

【００１９】前記素管の長手方向に対する前記ボール軌
道保持外輪の移動を規制して固定する前後移動固定部材
を有し、この前後移動固定部材に油排出口が設けられて
いることが好ましい。

【００２０】前記軸受を収容する収容部材を有し、この
収容部材がチタン合金より形成されていることが好まし
い。

【００２１】本発明に係る内面溝付管の加工装置におい
ては、駆動手段からの駆動力を前記ボール軌道保持外輪
に伝達する回転シャフトと、この回転シャフトに前記ボ
ール軌道保持外輪を固定する固定部材とを有し、この固
定部材がチタン合金より形成されていることが好まし
い。

【００２２】

【作用】本発明に係る内面溝付管の加工装置において
は、素管内に溝付プラグを挿入し、この溝付プラグと素
管の外面を転動して旋回するボールとにより、素管の管
壁を挟圧して、プラグの溝形状を管内面に転写させる。
この場合に、ボール保持器により外輪（ボール保持軌道
外輪）に対する素管周方向のボールの相対的移動が規制
されると共に、外輪のボール軌道面によりボールは素管
半径方向に押圧されている。また、外輪には軸受が取り
付けられ、この軸受にスラスト方向支持部材が取り付け
られており、このスラスト方向支持部材のボール当接面
によってボールは支持されている。このスラスト方向支
持部材には軸受によって、素管移動方向の逆方向の力が
付与されるため、ボールは素管移動方向の逆方向に押圧
される。このように、外輪とスラスト方向支持部材とに
よってボールに各方向の力を付与しつつ、外輪を回転さ
せて、ボールを素管の外面を転動旋回させ、ボールと溝
付プラグとにより素管の管壁を挟圧する。そうすると、
溝付プラグの溝形状が素管の内面に転写されると共に、
素管はボールに押圧されるため縮径される。また、ボー
ルの旋回により素管には抽伸方向に前進する力が付与さ
れ、更にボールにスラスト方向支持部材により素管移動
方向の逆方向に力が付与される。これにより、素管が抽
伸方向に前進する。このように、素管を縮径しつつ溝加
工すると共に、素管が前進することにより、内面溝付管
が得られる。

【００２３】装置自体を小型化して軽量化することが困
難な場合は、装置を構成する各部材の材質に、比重が小
さく、且つ強度が高いものを選択する必要がある。内面
溝付管の加工装置では、回転数の増加と共に、極めて大
きな遠心力が各部材に作用するため、特に軽量化は重要
であるが、各部材の強度が高いことに加え、各部材固有
の要求特性が満たされている必要がある。外輪及びスラ
スト方向支持部材は、耐圧縮加重性が良好であると共
に、耐摩耗性が良好であることが必要である。そこで本
発明においては、外輪及びスラスト方向支持部材をセラ
ミックにより形成する。セラミックの比重は、超硬の比
重に比して約１／３であるため、本発明の外輪及びスラ
スト方向支持部材は大幅に軽量化される。これにより、
遠心力が低減され、高速回転が可能となる。このような
セラミックとして、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ
素、サイアロン等を挙げることができる。これらの材質
は、いずれも高強度、高靱性及び耐摩耗性が優れたもの
である。

【００２４】ボール保持器は、ボールを所定の回転軌道
上に維持すると共に、各ボールを素管の周方向に対して
等間隔に維持するものである。従来の黄銅製の保持器
は、ボールとの接触によって、高温時に急激に磨耗する
という欠点があり、耐熱性が良好で、耐磨耗性が優れた
ものが要望されている。そこで、本発明においてはボー
ル保持器を合成樹脂により形成する。このようなボール
保持器は、その表面が自己潤滑性を有し、高温強度が高
いものとなると共に、その重量は黄銅製のものに比して
約１／５となる。これにより、ボールとボール保持器と
の間の摩擦が低減されることに加え、高温強度が良好で
あるため、ボール保持器の寿命が大幅に向上し、例えば
黄銅製のものに比して本発明のボール保持器の寿命は２
０倍以上となる。

【００２５】なお、このような合成樹脂としては、ポリ
アミドイミド等を挙げることができる。ポリアミドイミ
ドは単一素材で極めて高い耐熱性を有し、２５０℃の高
温に耐えることができる。また、自己潤滑性を有し、摩
擦抵抗が小さいため、ポリアミドイミドは、ボール保持
器用の素材として適切である。これ以外の素材として、
炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維及びガラス繊維等
で強化されたものを挙げることができる。これらの強化
繊維により本発明におけるボール保持器を形成すること
が可能であるが、これらの繊維はいずれも均一性に難点
があることに加え、摩擦抵抗が大きいという欠点があ
る。

【００２６】また、ボール保持器の形状は種々のものと
することができる。例えば、ボール保持器は、ボールを
保持するための貫通孔が形成されているものとすること
ができる。通常、その内径がボールの外径に比して小さ
くなるように、貫通孔は形成される。これにより、ボー
ルは素管周方向の移動が規制される。このように、単純
な貫通孔をボール保持器に設け、この貫通孔によりボー
ルの移動を規制することにより、ボールの位置精度が高
くなる。

【００２７】外輪及びスラスト方向支持部材の形状が従
来のものでは、ボールとこれらの部材との接触は点接触
となる。このためボールの加工反力と遠心力とによって
当接部分に局所加重が発生し、各部材にチッピング（局
所的な欠け）が生じ、各部材の寿命が短くなるという欠
点がある。そこで、本発明においては、この局部的な欠
けを防止するために、外輪のボール軌道面及びスラスト
方向支持部材のボール当接面に素管の周方向に延びる溝
を設けることが好ましい。この溝を設ける場合は、外輪
による圧迫と遠心力とにより、加工時にボールが弾性変
形して大きくなることを考慮し、素管の管軸とボールの
中心とを含む面における溝の曲率半径をボールの半径よ
り大きいものとする。これにより、加工時のボールの曲
率半径は、溝の曲率半径と等しくなって、ボールは溝に
線接触するようになる。これにより、局所加重が低減さ
れ、チッピングを解消することができる。

【００２８】ボールをランダムに回転させて局所磨耗を
防止するためには、外輪のボール軌道面を素管の抽伸方
向に拡開するテーパー形状とし、このテーパーの角度を
管軸に対して２乃至５°とすることが好ましい。テーパ
ーの角度が２°未満では、テーパーは、素管移動方向に
略平行であり、素管移動方向に対するボールと外輪との
相対的な位置を変化させた場合に、ボールと素管との間
の距離が殆ど変化せず、ボールの素管に対する圧下を変
化させることができない。この変化を大きくするため
に、外輪の素管移動方向の長さを長くした場合は、外輪
及び加工装置全体が大きくなり、装置の軽量化が困難と
なる。一方、テーパーの角度が５°を超えると、素管移
動方向に対するボールと外輪との位置が僅かにずれた場
合であっても、ボールと素管との間の距離が大きく変化
し、圧下を微調整することが困難となる。

【００２９】また、スラスト方向支持部材のボール当接
面は、素管の半径方向に対して素管の抽伸方向に１０乃
至３０°傾斜していることが好ましい。ボール当接面を
この角度で傾斜させることにより、ボールはボール当接
面から回転力を付与され、ランダムに回転する。これに
より、ボールの磨耗が防止される。ボール当接面の傾斜
角度が１０°未満では、ボールに対する回転力の付与が
不十分である。このため、ボールが局所的に磨耗し、ボ
ールの素管に対する圧下がランダムになり、素管の表面
に凹凸及び模様が形成される。この磨耗の磨耗量が多い
場合は、素管内面の溝形状が不良となる。一方、ボール
当接面の傾斜角とが３０°を超えた場合は、ボール当接
面が僅かに磨耗した場合であっても、ボールの軌道位置
が大きくずれてしまうため、圧下精度が低下する。

【００３０】素管の長手方向に対する外輪の移動を規制
して固定するために、前後移動固定部材が設けられてい
る場合は、この前後移動固定部材に油排出口を設けるこ
とが好ましい。この油排出口を設ける場合は、加工時の
遠心力により、油が排出されるように素管の半径方向外
側に向かって形成することが好ましい。この油排出口
は、スリット状のものであってもよく、また貫通孔等で
あってもよい。

【００３１】軸受を収容する収容部材及び外輪を固定す
る固定部材の材質は、チタン合金とすることが好まし
い。これにより、内面溝付管の加工装置をより一層軽量
化し、高速回転を可能にする。

【００３２】本発明の内面溝付管の加工装置に使用され
る金属又は合金管として、銅又は銅合金管並びにアルミ
ニウム又はアルミニウム合金管等を挙げることができ
る。銅又は銅合金管としては、例えばリン脱酸銅管を挙
げることができる。

【００３３】

【実施例】次に、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に
係る内面溝付管の加工装置を示す側断面図である。図１
において、図４と同一物には同一符号を付してその詳細
な説明は省略する。図１に示すように、ボール１３は、
短円筒状の外輪１４の内部に収容されている。外輪１４
にはテーパー状のボール軌道面１５が形成されており、
ボール軌道面１５は矢印４０の方向に拡開されている。
外輪１４はジルコニア等のセラミックから形成されてい
る。外輪１４は、保持筒１６及び蓋部材１７を介して、
回転軸体１９に固定されている。保持筒１６及び蓋部材
１７は、軽量且つ高強度なチタン合金（ＪＩＳ４６０
７）製である。また、外輪１４内にボール保持器２０が
収容されており、このボール保持器２０は自己潤滑性が
優れている共に、高温強度が高いポリアミドイミド製で
ある。ボール保持器２０には貫通孔が形成されており、
この貫通孔によりボール２０は素管１０外径方向から保
持される。また、保持筒１６がボルト１８を介して外輪
１４に固定されており、保持筒１６の内側にアンギュラ
コンタクト型玉軸受け３１が取り付けられている。この
アンギュラコンタクト型玉軸受２１を介して、略円筒状
のスラスト方向支持部材２２が保持筒１６に回転自在に
支持されている。このスラスト方向支持部材２２はジル
コニア等のセラミックで形成されている。

【００３４】図２は、ボール軌道面１５を拡大して示す
断面図である。図２に示すように、外輪１４のボール軌
道面１５には、素管１０の周方向に溝６１が形成されて
いる。素管１０の管軸とボール１３の中心とを含む面に
おける溝６１の曲率半径５２はボール１３の半径５１に
比して１０％程度大きくなっており、この溝６１により
ボール１３が外輪１４に加える衝撃的な加重を緩和す
る。また、図２に示すボール軌道面１５のテーパー角θ
₁は２乃至５°に設定されている。例えば、テーパーの
角度を２°に設定した場合に、ｔａｎ２°＝０．０３４
９２であるため、スペーサ２５の厚さを１ｍｍ変化させ
ると、ボール１３と素管１０との距離（圧下）は０．０
３４９ｍｍ変化する。従って、圧下は０．００５ｍｍ刻
みで調整する場合は、スペーサ２５の厚さを０．１４３
ｍｍずつ変化させる。

【００３５】図３は、スラスト方向支持部材２２を拡大
して示す断面図である。図３に示すように、スラスト方
向支持部材２２のボール当接面２３には、素管１０の周
方向に溝６２が形成されている。素管１０の管軸とボー
ル１３の中心とを含む面における溝６２の曲率半径５３
は、ボール１３の半径５１に比して１０％程度大きいも
のとなっている。また、ボール当接面２３は素管１０の
半径方向に対して、図１に示す矢印４０の方向に傾斜し
ており、その角度θ₂は、図３に示すように、１０乃至
３０°に設置されている。

【００３６】なお、ボール１３及びアンギュラコンタク
ト型玉軸受２１に対する潤滑油の給油は、油圧装置（図
示せず）を使用して、潤滑油を素管１０に沿って噴射さ
せることにより実施される。この場合に、ボール１３、
ボール軌道面１５、スラスト方向支持部材２２及びアン
ギュラコンタクト型玉軸受２１へ潤滑油が過剰に供給さ
れる場合があり、高速回転によって油中の固形物が沈着
する。この沈着を防止し、過剰潤滑油を排出するため
に、保持筒１６には素管１０の半径方向にスリット８が
設けられており、蓋部材１７には素管１０の半径方向に
貫通孔９が設けられている。ガイドギャップ２６には、
素管１０の周方向に沿って４カ所に油は移出用の切欠
（図示せず）が設けられており、油はこの切欠を通過し
た後、貫通孔９より外部へ排出されるようになってい
る。同様に、回転軸体１９には素管１０の半径方向に排
出孔２７ａが設けられている。これにより、加工時の遠
心力によって、スリット８、貫通孔９及び排出孔２７ａ
から過剰の潤滑油が排出される。

【００３７】また、溝付プラグ１２には螺旋状の溝が形
成されているが、この溝は直線上であってもよい。

【００３８】このように構成された内面溝付管の加工装
置において、マンドレル１１を操作して、マンドレル１
１の先端の溝付プラグ１２を素管１０内に挿入する。こ
の溝付プラグ２０とボール１３とにより、素管１０を管
内及び管外から挟圧しつつ、ボール１３を素管１０の周
りに旋回させ、素管１０を矢印４０の方向に抽伸する。
この場合に、ボール１３は、ボール保持器２０により外
輪１４に対する素管１０周方向の相対的移動が規制され
ると共に、ボール軌道面１５により素管１０半径方向に
押圧される。また、アンギュラコンタクト型玉軸受２１
の後端が素管１０から離れる方向に傾斜して、スラスト
方向支持部材２２を素管１０移動方向に逆方向に押圧
し、スラスト方向支持部材２２の当接面２３により、ボ
ール１３に素管１０移動方向の逆方向の力が付与され
る。このように、外輪１４とスラスト方向支持部材２２
とによってボール１３に各方向の力を付与しつつ、回転
軸体１９を回転させて外輪１４を回転させ、ボール１３
を素管１０の外面を転動旋回させ、ボール１０と溝付プ
ラグ１２とにより管壁を挟圧する。そうすると、溝付プ
ラグ２０の溝形状が素管１０の内面に転写されると共
に、素管１０はボール１３に押圧され縮径される。ま
た、ボール１３に素管１０抽伸方向の逆方向の力がスラ
スト方向支持部材２２により付与され、この力のより素
管１０は抽伸方向に前進する。このように、素管１０は
縮径されつつ溝加工され、抽伸方向に前進することによ
り、素管１０が内面溝付管となる。

【００３９】従来、外輪１４及びスラスト方向支持部材
２２はボール１３と点接触するため、高強度であると共
に耐久性が高いことが要求されていた。このため、これ
らの部材は超硬材により形成されていた。また、ボール
保持器２０は接触摩擦が少ない黄銅から形成され、その
他の部材は熱処理された合金鉄により形成されていた。
こららの材質はいずれも比重が大きいため、回転数を４
００００ｒｐｍ以上とすると、破損が発生したり、局所
磨耗により製品の品質が安定しないという問題があっ
た。また、小型化も限界に達していた。

【００４０】本実施例では外輪１４及びスラスト方向支
持部材２２をセラミック製とし、比重を従来の約１／３
とした。これにより、外輪１４及びスラスト方向支持部
材２２が軽量化されて、加工時の遠心力が低減され、高
速回転が可能となる。

【００４１】また、従来、ボール保持器は黄銅製であっ
たが、この保持器は重量が重く、更に摩擦による発熱で
高温となった場合に、強度が低下し、磨耗が一気に進行
するという問題点があった。本実施例ではボール保持器
２０を自己潤滑性が良好である共に、高温強度が高いポ
リアミドイミド製とする。これにより、黄銅製のボール
保持器の重量に比して、本実施例のボール保持器２０の
重量は、約１／５となる。また、自己潤滑性によりボー
ル１３とボール保持器２０との間の摩擦が低減されるこ
と、更に高温強度が高いことによって、ボール保持器２
０の寿命は黄銅製のものに比して、２０倍以上となる。
更に、ボール１３が素管の周方向に対して等間隔に維持
されるため、製品の加工リップルが低減し、極めて平滑
な外表面を得ることができる。

【００４２】本実施例では、４００００ｒｐｍ以上の高
速回転を実現するために、保持筒１６及び蓋部材１７を
従来の熱処理鋼に替えて高強度のチタン合金（ＪＩＳ４
６０７）で形成する。これにより、保持筒１６及び蓋部
材１７の重量は、従来のものに比して半減し、内面溝付
管の加工装置全体の重量を従来のものに比して半減する
ことができる。

【００４３】また、ボール軌道面１５の角度を２乃至５
°の範囲で設定する共に、ボール当接面２３の角度を１
０乃至３０°の範囲で設定する。これにより、これらの
面からボール１３に対して回転力が付与されるようにな
り、ボールの回転軌道が変化するので、局所磨耗が防止
され、安定に溝加工することが可能となる。

【００４４】更に、外輪１４の溝６１及びスラスト方向
支持部材２２の溝６２の曲率半径をボール１３の曲率半
径よりも大きいものとし、ボール１３と溝６１及び６２
との接触を、従来の点接触から面接触とするため、局所
加重を低減することができ、外輪１４及びスラスト方向
支持部材２２にチッピングが発生することを防止でき
る。これにより、セラミック製の外輪１４及びスラスト
方向支持部材２２の寿命を長くすることができる。ま
た、ボール１３とボール軌道面１５及びスラスト方向支
持部材２２との間の接触部分が増加したことにより、ボ
ール１３の回転力が増加するので、ボール１３の局所磨
耗が低減され、長期に亘って安定加工が可能となる。

【００４５】更にまた、本実施例では保持筒１６にスリ
ット８を設けると共に、蓋部材１７に貫通孔９を設けた
ため、高速回転による油中の固形物の沈着を防止するの
で、良好に溝加工を実施することができる。

【００４６】以上より、装置全体の重量が半減し、質量
半径が小さくなるため、同一寸法及び同一回転数では本
装置の遠心力は従来のもの１／４以下となる。これによ
り、６００００ｒｐｍ以上の回転数で、溝付加工するこ
とが可能である。また、ボール１３の回転軌道がランダ
ムとなるため、ボール１３の局所磨耗が低減すると共
に、ボール１３とボール保持器２０との摩擦が低減す
る。これに加え、装置全体の重量が減少したことによ
り、センタリングずれが低減され、管の表面状況が良好
となる。従って、内面溝の形状寸法の調整回数を半減
し、コンタクト率（稼働率）を改善することができる。

【００４７】本実施例の内面溝付管の加工装置を実際に
使用して、銅管に内面溝付加工を施したところ、５００
００ｒｐｍの高速回転で加工を実施することができた。
これにより、従来に比して溝加工速度が２５％向上し
た。また、各部材の寿命が延長され、品質が安定したた
めに、内面溝付管の加工装置の調整回数が低減し、従来
に比して生産性が３５％以上向上した。このように装置
の回転数が増大し、更に管材の抽伸速度が増大した場合
でも、外輪１４及びスラスト方向支持部材２２の寿命
は、従来の超硬製のものに比して２乃至３倍となった。
また、ボール保持器２０の寿命は黄銅製のものに比して
２０倍以上となった。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ボール軌道支持外輪及びスラスト方向支持部材をセラミ
ックより形成し、ボール保持器を合成樹脂より形成した
ので、高速回転が可能となり、内面溝付加工の効率が向
上すると共に、工具の耐久性が向上し、品質の安定した
内面溝付管を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る内面溝付管の加工装置を
示す側断面図である。

【図２】ボール軌道面を拡大して示す断面図である。

【図３】スラスト方向支持部材２２を拡大して示す断面
図である。

【図４】従来の内面溝付管の加工装置を示す側断面図で
ある

【符号の説明】

８；スリット９；貫通孔１０；素管１１；マンドレル１２；溝付プラグ１３；ボール１４；ボール軌道保持用外輪１５；ボール軌道面１６；保持筒１７；蓋部材１８；ボルト１９；回転軸体２０；ボール保持器２１；アンギュラコンタクト型玉軸受２１ａ；玉２２；スラスト方向支持部材２３；ボール当接面２４；当接点２５；スペーサ２６；ガイドギャップ２７；給油孔２７ａ；排出孔２８，４０；矢印３０ａ，３０ｂ；中空部５１，５２，５３；半径６１，６２；凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素管内に挿入される溝付プラグと、前記
素管の外側にて素管を嵌合すると共にその内面がボール
軌道面を形成するボール軌道保持外輪と、前記素管の外
面と前記ボール軌道面とに接し前記ボール軌道保持外輪
の回転により前記素管の外面に転動して旋回し前記溝付
プラグとの間で前記素管の管壁を挟圧して前記溝付プラ
グの溝形状を前記素管の内面に転写させるボールと、前
記ボール軌道保持外輪内に収納され前記ボールをその中
心の旋回軌道より前記素管半径方向外側にて保持するボ
ール保持器と、前記ボール軌道保持外輪に取付けられた
軸受を介して回転自在に支持され前記ボールが接するボ
ール当接面を介して前記ボールに素管移動方向の逆方向
の力を付与するボールのスラスト方向支持部材とを有す
る内面溝付管の加工装置において、前記ボール軌道保持
外輪及び前記スラスト方向支持部材はセラミックにより
形成され、前記ボール保持器は合成樹脂より形成されて
いることを特徴とする内面溝付管の加工装置。
【請求項２】前記ボール軌道面に前記素管の周方向に
延びる溝が形成されており、前記素管の管軸と前記ボー
ルの中心とを含む面における前記溝の曲率半径は、前記
ボールの半径よりも大きいことを特徴とする請求項１に
記載の内面溝付管の加工装置。
【請求項３】前記ボール当接面に前記素管の周方向に
延びる溝が形成されており、前記素管の管軸と前記ボー
ルの中心とを含む面における前記溝の曲率半径は、前記
ボールの半径よりも大きいことを特徴とする請求項１又
は２に記載の内面溝付管の加工装置。
【請求項４】前記ボール軌道面は管軸に対して２乃至
５°の角度で前記素管の移動方向に拡開していることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内面
溝付管の加工装置。
【請求項５】前記ボール当接面は前記素管の半径方向
に対して前記素管の移動方向に１０乃至３０°の角度で
傾斜していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
か１項に記載の内面溝付管の加工装置。
【請求項６】前記ボール保持器は前記ボールを保持す
る貫通孔を有すると共にポリアミドイミド樹脂より形成
されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
１項に記載の内面溝付管の加工装置。
【請求項７】前記素管の長手方向に対する前記ボール
軌道保持外輪の移動を規制して固定する前後移動固定部
材を有し、この前後移動固定部材に油排出口が設けられ
ていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項
に記載の内面溝付管の加工装置。
【請求項８】前記軸受を収容する収容部材を有し、こ
の収容部材がチタン合金より形成されていることを特徴
とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内面溝付
管の加工装置。
【請求項９】駆動手段からの駆動力を前記ボール軌道
保持外輪に伝達する回転シャフトと、この回転シャフト
に前記ボール軌道保持外輪を固定する固定部材とを有
し、この固定部材がチタン合金より形成されていること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の内
面溝付管の加工装置。