JPH10166033A - 内面螺旋フィン付金属管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アルミニウムのような変形抵抗の小さい金属で
あってもフィンの頂部が分断された伝熱特性に内面螺旋
フィン付管を容易に得ることのできる方法を提供するこ
とにある。 【解決手段】金属素材１を回転するホイール２の溝３内
に供給して該ホイール２の外周に接するシューブロック
４内の集合室５に送り、該集合室５の端に設けたダイス
６部から押出す方法であって、先端部に溝部８を有する
マンドレル７の前記先端部を、前記シューブロック４の
外部より該シューブロック４を貫通させて前記ダイス６
部分に臨ませ、そのマンドレル７の前記溝部８の先端側
に、外周に複数の凸部を有する加工プラグ２０を設け、
管押出し時に前記マンドレル７を外部駆動により回転さ
せて押出される金属管の内面に前記溝部８で所定のフィ
ンを形成させ、前記加工プラグ２０の凸部で前記フィン
の頂部を分断させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内面螺旋フィン付
管、特に内面螺旋フィンの頂部が分断された形の金属管
を回転ホイール式押出機を用いて製造する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】空調用熱交換器に使用される伝熱管とし
ては、機器の性能向上を目的として管の内面に細かい螺
旋状のフィンを設けた銅管が多く使用されているが、フ
ィンの頂部が分断された形のものも提案されている。

【０００３】そのような内面螺旋フィン付管を製作する
方法としては、金属管をダイスを用いた引抜き加工と加
工プラグを用いた転造加工を併用した方法が提案されて
いる。その加工方法を図３を用いて説明する。

【０００４】原管である銅管１１内に、外周に細かい螺
旋溝を設けた第１の加工プラグ１２と、該加工プラグと
は独立して自由に回転できるもう一つの第２の加工プラ
グ２０を挿入する。第１の加工プラグ１２はタイロッド
１３によりフローティングプラグ１４と連結され、第１
の加工プラグ１２に働く前進力はフローティングプラグ
１４を介してダイス１５で受けるようになっている。第
１の加工プラグ１２はタイロッド１３に対して回転自在
となっている。また第２の加工プラグ２０は第１の加工
プラグと独立して自由に回転できるように連結部１８を
介して第１の加工プラグ１２に連結されている。また、
第１の加工プラグ１２が位置する外周には外部駆動によ
り銅管外面を公転する鋼球１６を押付けることで銅管１
１を圧迫する。銅管１１の回りを公転する鋼球１６は自
由に自転する構造となっている。銅管１１の引抜きと鋼
球１６の圧迫により銅材が第１の加工プラグ１２の螺旋
溝部へ流れ込み、第１の加工プラグ１２を螺旋溝のリー
ド角に応じて回転させる。このようにして圧迫後の銅管
１７の内面に加工プラグ１２の螺旋溝が転写され、引続
き第２の加工プラグ２０の外周に形成された凸部により
フィンの頂部が細かに分断されるので、銅管１７の内面
にフィンの頂部が分断された形の内面螺旋フィン付管１
９が製造される。

【０００５】このようにして製造された内面螺旋フィン
付銅管の外面には鋼球１６の押込み模様が形成され寸法
精度が悪いこともあって、多くの場合、この後ダイス２
１を用いて空引きすることで仕上げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法を
アルミニウムのような変形抵抗の小さい金属に適用とよ
うとした場合、転造加工時の金属の流れが引抜き長手方
向となり加工プラグの溝部への充満が難しいため、伝熱
特性が優れているフィン形状として銅管に採用されてい
る、フィンの付根幅が狭く、フィ高さが大きい、いわゆ
るスリムフィンの加工は難しい。また、転造加工での引
抜き力は転造加工後の管が受けることになるため、転造
加工部での加工力が大きい場合には、引抜き中に管が破
断に至る場合がある。従って、アルミニウムのような破
断荷重の小さい金属では転造加工での強加工によるフィ
ン形状の改善は難しい。

【０００７】本発明の目的は、アルミニウムのような変
形抵抗の小さい金属からなるものであっても、フィンの
頂部が分断された伝熱特性に内面螺旋フィン付管を容易
に得ることのできる方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、回転ホ
イール式押出機を使用し、管成形のためのマンドレル部
に溝を設けると共に、その溝部の先端側に少なくとも１
つの加工プラグを設置し、管押出し時に前記マンドレル
を外部駆動により回転させるようにしたことにある。

【０００９】回転ホイール式押出機は、基本的には外周
にリング状に溝を設けたホイールと、このホイールの外
周に接し、前記内部に前記溝に通じた集合室を有するシ
ューブロックとからなり、前記ホイールが回転した状態
において前記溝に金属素材を連続的に供給することで、
該金属材料を前記シューブロックの集合室に設けたダイ
ス部から押出す形式のものである。

【００１０】本発明においては、そのような押出機の前
記ダイス部に、先端部の外周に複数の溝を設けたマンド
レルの前記先端部をシューブロックの外部より該シュー
ブロックを貫通させて臨ませ、そのマンドレルの前記溝
部の先端側に、外周に複数の凸部を有する加工プラグを
設け、管押し出し時に前記マンドレルを外部駆動により
回転させて押出される金属管の内面に前記溝部で所定の
フィンを形成させ、前記加工プラグの凸部で前記フィン
の頂部を分断することを特徴とするもので、マンドレル
の回転を調節することでリード角が大きく伝熱特性の良
好な形状の内面フィンを容易に形成することができ、結
果的に前記フィンの頂部が分断された伝熱特性のよい内
面螺旋フィン付管を容易に形成することができる。

【００１１】なお、本発明はアルミニウム、アルミニウ
ム合金だけでなく、銅及び銅合金等からなる管について
も同様に適用することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る製造方法の実
施の形態を図を参照して説明する。

【００１３】図１は本発明の第１の実施形態に係る方法
の概略を示す。装置は外周にリナグ状の溝３を有する回
転ホイール２と、この回転ホイール２の外周に接し、内
部に前記溝３に通じた集合室５を有するシューブロック
４と、このシューブロック４を外部から貫通し、先端部
を前記集合室５に設けたダイス６部のベアリング部９に
臨ませたマンドレル７とからなり、マンドレル７はその
先端部に連結部１８を介して加工プラグ２０が設けら
れ、外部の駆動力により所定の速度で回転できるように
なっている。

【００１４】マンドレル７の先端部外周には所定の断面
形状の複数の溝８が所定のピッチでストレートまたは螺
旋状に形成されている。また、加工プラグ２０の外周に
は所定の断面形状の複数の凸部が所定のピッチで形成さ
れており、その凸部の高さは前記溝部の深さ以下となっ
ている。この加工プラグ２０はその軸となる連結部１８
がマンドレル７の内部を通って保持され、外部の駆動力
でマンドレル７とは異なる速度で回転できるようになっ
ている。

【００１５】このような装置の構成において、ホイール
２を所定の速度で回転させ、線状の金属素材１、例えば
アルミニウム製の荒引線を所定の位置から回転ホイール
２の溝部３に連続的に供給することで、金属素材１はホ
イール２との摩擦力によってシューブロック４の集合室
５に送られる。集合室５内の金属材料は摩擦熱と変形熱
により変形抵抗が小さくなっている。更に集合室５内の
圧力増加により集合室５に設けたダイス６とマンドレル
７の先端部との隙間から矢印方向に押出されて金属管１
０となる。このとき、マンドレル７を所定の速度で回転
させると共に、連結部１８をマンドレル７とは異なる速
度で回転させることで、押出される金属管１０の内面に
は螺旋状の所定のフィンが連続的に形成され、続く加工
プラグ２０部においてその頂部が加工プラグ２０の凸部
により分断され、押出された金属管は所定の内面螺旋フ
ィン付管として形成される。

【００１６】回転ホイール式押出機による押出しは、基
本的には金属材料が高温高圧となる押出しであり、マン
ドレル７の溝部８における溝への材料の充満は完全であ
るから、所定の断面形状を持ったフィンが形成される。

【００１７】マンドレル７の溝部８に形成された溝をス
トレート溝にするか、螺旋溝とするかは、材料の加工性
による。ストレート溝を使用した場合は、マンドレル７
の回転数と押出し速度の比を変えることで螺旋状フィン
のリード角を変えることが可能である。従って、種々の
リード角の仕様に対して１種類のストレート溝で対応す
ることができる。

【００１８】基本的には剪断抵抗の小さい純アルミニウ
ム系、例えばＡ１０５０、Ａ１０７０のような１０００
番台のものはストレート溝を持ったマンドレルを使用で
きる場合が多い。一方、剪断抵抗の大きい合金、例えば
Ａ３００３、Ａ６０６３のような３０００番台、６００
０番台のものは螺旋フィンのリード角に応じた螺旋溝の
リード角を持つマンドレルを使用する方が製造上のトラ
ブルが少なくてなるであろう。剪断抵抗が大きい場合、
マンドレルの回転による管内面側のメタルフローが管外
面側に影響して押出された管全体が捩じられる。同様の
理由により、押出し管が捩じられる減少は、素材材質だ
けでなく、内面螺旋フィンの条数、螺旋フィンのリード
角、フィン高さ、管平均肉厚等の条件によって発生す
る。従って、マンドレルの溝をストレート溝とするか、
螺旋溝とするかは、内面螺旋フィン付管の総合的な加工
性により選択する必要がある。

【００１９】押出し速度（ｖ）とマンドレルの回転数
（Ｎ）の関係は次の式による。

【００２０】Ｎ＝１０００・ｔａｎα÷（πＤ）×ｖ Ｎ：マンドレル回転数（rpm ） α：マンドレルの溝角度（度） Ｄ：マンドレルの溝あり部の外径（mm） ｖ：押出し速度（m/min ） 上記の条件で内面フィンを加工しながら加工プラグ２０
をマンドレル７とは異なる速度で回転させることでフィ
ンの頂部を分断することができる。

【００２１】図２は、本発明の第２の実施形態に係る方
法の概略を示す。第２の形態は、上下に回転ホイール２
が設置され、各ホイール２には線状の素材１、例えばア
ルミニウム製の荒引線を受ける溝３が夫々１本ずつ形成
され、夫々の溝３に線状の素材１が供給されるようにな
っているが、シューブロック４は１つでその集合室５は
夫々の溝３に通じている。上下のホイール２に夫々供給
された各素材１は変形を受けながら加熱され、集合室５
へ送られる。集合室５へ送られた材料は一体となり、押
出し圧力の増加と共にダイス６とマンドレル７の溝部８
との隙間から管１０となって押出されるが、マンドレル
７を強制的に回転させることで、内面螺旋フィン付管と
なり、続く加工プラグ２０部においてフィンが分断され
ることは第１の実施態様と同様である。

【００２２】第２の態様の場合、２本の素材１を用いて
いるため、素材１の太さによっては素材１の供給量を多
くできるため、押出し速度を向上させ、内面螺旋フィン
付管１０を能率よく得ることができる。

【００２３】この第２の実施形態の応用として、１つの
回転ホイールに２本のリング状の溝を設け、シューブロ
ックの集合室を力学的に対称に各溝と通じさせて押出加
工する形態も採用することができる。

【００２４】尚、前記した実施の形態はいずれも加工プ
ラグ２０を強制的に回転させているが、この加工プラグ
２０はマンドレル７に対して回転が自由になるように保
持してもよいし、回転が起こらないように固定してもよ
い。加工プラグ２０における凸部をストレートにしてマ
ンドレルに対して固定すれば、フィン頂部の分断された
部分はストレート溝をつけるように分断することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば次のような効果が得られる。 (1) 回転ホイール式押出機を使用する方法であるから、
マンドレルの溝部周りの材料の変形抵抗が高温で小さく
なり、さらに高圧が作用し、アルミニウム材のような変
形抵抗の小さな素材でもマンドレル溝部への充満が完全
となり、アルミニウム材でも伝熱特性の良好なフィン形
状を持つ内面螺旋フィン付管を容易に得ることができ
る。

【００２６】(2) マンドレルを強制的に回転させる一
方、マンドレルの溝部の先端側に加工プラグを設けてフ
ィンの頂部を分断させるため、リード角の大きなフィン
を有する内面螺旋フィン付管であって、そのフィンの頂
部が分断されたものを容易に得ることができる。

【００２７】(3) 荒引線等から直接内面フィン付管を製
造でき、その製造過程で特別冷却等の処理を施さない限
り得られた製品は質別の軟質材であるため、素材原価、
焼鈍原価等の大幅な低減が可能で、伝熱特性に優れた内
面螺旋フィン付管を安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の第１の実施形態に係る装置の概
略を示す説明図。

【図２】本発明の方法の第２の実施形態に係る装置の概
略を示す説明図。

【図３】従来の製造法の加工方法を示す説明図。

【符号の説明】

１ 金属素材 ２ ホイール ３ 溝 ４ シューブロック ５ 集合室 ６ ダイス ７ マンドレル ８ 溝部 ９ ダイスベアリング部 １０ 内面螺旋フィン付管 １８ 連結部 ２０ 加工プラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外木 達也 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属素材を回転するホイールの溝内に供給
   して該ホイールの外周に接するシューブロック内の集合
   室に送り、該集合室に設けたダイス部から押出す方法で
   あって、先端部に溝部を有するマンドレルの前記先端部
   を、前記シューブロックの外部より該シューブロックを
   貫通させて前記ダイス部分に臨ませ、そのマンドレルの
   前記溝部の先端側に外周に複数の凸部を有する加工プラ
   グを設け、管押し出し時に前記マンドレルを外部駆動に
   より回転させて押出される金属管の内面に前記溝部で所
   定のフィンを形成させ、前記加工プラグの凸部で前記フ
   ィンの頂部を分断させることを特徴とする内面螺旋フィ
   ン付金属管の製造方法。
2. 【請求項２】加工プラグがマンドレルとは別に回転でき
   ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方
   法。
3. 【請求項３】１つの溝を設けた１つのホイールを使用
   し、マンドレルをホイール外周の接線方向に配置して押
   出すことを特徴とする請求項１ないし３のいずれが１に
   記載の方法。
4. 【請求項４】２つのホイールを対向させて配置し、金属
   素材を前記ホイールの各々に設けた溝に夫々供給し、マ
   ンドレルを対向するホイールの中間に配置して押出すこ
   とを特徴とする請求項１ないし３に記載のいずれか１に
   記載の方法。
5. 【請求項５】１つのホイールに２つの溝を設けたホイー
   ルを使用し、前記溝の各々に金属素材を供給し、前記の
   各々に通じた１つの集合室から金属素材を押出すことを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の方
   法。
6. 【請求項６】金属素材がアルミニウム又はアルミニウム
   合金であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
   か１に記載の方法。