KR20170020935A - 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

Abstract

내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 소관(11)을 코일상으로 유지한 드럼(21)으로부터 권출하여 권출측 캡스턴(22)에 휘감으면서, 드럼(21) 및 권출측 캡스턴(22)을 드럼(21)의 권축(21a)과 직교하는 축심(C)을 따라 회전시킴으로써, 권출측 캡스턴(22)으로부터 소관(11)을 축심(C) 둘레로 회전시키면서 권출하는 소관 권출 공정과, 권출된 소관(11)을 드로잉 다이스(24)에 통과시켜 축경하면서 드로잉한 후에 드로잉측 캡스턴(25)에 휘감음으로써, 소관(11)을 비틀어 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)으로 하는 드로잉 공정을 구비한다.

Description

내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법 및 제조 장치{PRODUCTION METHOD AND PRODUCTION DEVICE FOR PIPE WITH SPIRALLY GROOVED INNER SURFACE}

본 발명은 열 교환기의 전열관에 사용되는 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하는 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

본원은 2014년 7월 18일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2014-148340호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

에어컨이나 급탕기용 등의 핀 튜브 타입의 열 교환기에는, 알루미늄 핀재에 냉매를 통과시키기 위한 전열관을 삽입하여 열 교환을 행하고 있다. 전열관에는 종래 구리관이 사용되어 왔으나, 경량화, 저비용화 및 리사이클성 개선에 대한 요구로부터, 알루미늄 합금관으로의 대체가 요구되고 있다.

최근, 공조기에는 에너지 절감을 위한 전열 특성의 향상이 도모되어, 냉매의 재검토나 열 교환기의 구조 설계의 개량이 행하여지고 있다. 그 중에서, 구성 요소의 하나인 전열관도 추가적인 고성능화가 요구되고 있다. 현재는 내면에 연속된 나선 홈을 형성한 내면 홈이 형성된 관이 주류가 되어 있으며, 열 교환 효율의 향상이 도모되고 있다.

내면 나선 홈이 형성된 관의 제법으로서, 관의 내면에 비틀림 홈을 전조하면서 드로잉하는 홈 전조법(특허문헌 1)이 알려져 있다. 종래의 구리관에서는, 관의 외주로부터 고속 회전하는 볼 베어링으로 관을 관 내주에 설치한 홈이 형성된 플러그에 눌러, 관 내면에 비틀림 홈을 전조하는 홈 전조 방법이 채용되고 있었고, 내면 나선 홈이 형성된 관의 알루미늄화에도 마찬가지로 홈 전조법이 사용되려 하고 있다.

또한, 내면 나선 홈이 형성된 관의 다른 제조 방법으로서, 내면에 직선 홈을 갖는 소관(素管)을 사용하고, 이 소관을 드로잉 다이스에 들어가기 바로 앞에서 비틀면서 드로잉 다이스에서 축경하면서 드로잉하고, 소관의 축경부를 소성 유동시켜 비틀림각을 갖는 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 2 참조).

또 다른 제조 방법으로서, 내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 소관을 코일상으로 권취하고, 그 코일상 소관을 그 코일 축선 상을 따라 일정한 장력을 부하하여 직관상으로 잡아 늘임으로써, 당해 소관에 비틀림을 가하여 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 3 참조).

일본 공개특허공보 평06-190476호(A) 일본 공개특허공보 평10-166086호(A) 일본 공개특허공보 2012-236225호(A)

그러나, 알루미늄 합금을 사용한 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조함에 있어서 특허문헌 1에 나타내는 홈 전조법으로 소정의 홈 형상을 얻는 것은 곤란하다. 애초에, 알루미늄 합금은 구리 합금에 비하여 강도가 낮기 때문에, 내면 나선 홈이 형성된 관에서 내압 강도를 얻기 위하여, 구리 내면 나선 홈이 형성된 관에 비해 관의 바닥 두께를 두껍게 할 필요가 있고, 그 경우, 소성 유동하기 어려워지기 때문에, 소정의 내면 홈 형상, 그 중에서도, 핀 높이가 높고, 핀 폭이 좁은, 소위 하이슬림 타입의 핀을 전조하는 것이 곤란하여, 홈 결락 등 소성 유동 불량에 의한 결함을 일으키기 쉽다. 무리하게 가공하면 관이 좌굴되거나 파단된다. 또한, 내주측에 설치한 홈 플러그와 관 내주측의 접촉으로 알루미늄 찌꺼기가 발생하여, 가공시의 홈 형상의 정밀도를 저하시키거나, 가공 후에 제거하기가 어려워 관 내에 잔존하여 홈을 막히게 하여, 전열 특성 및 압력 손실을 크게 한다는 문제를 들 수 있다. 또한, 홈 전조법은 미리 플로팅 플러그를 삽입할 때, 관의 내주측에 홈 전조용 윤활유를 충전해 두는데, 그것이 코일의 길이 방향의 긴 거리 가공하는 동안에 윤활유의 점도가 열화·저하되어, 제조한 내면 나선 홈이 형성된 관의 바닥 두께 및 홈 형상이 길이 방향의 머리와 둔부로 변화하여, 그 홈 형상의 편차가 크다. 바닥 두께 및 홈 형상의 편차는 열 특성에 영향을 미침과 함께 핀과 내면 나선 홈이 형성된 관을 접합하는 확관에 있어서, 그 확관율에 편차를 발생시키는 원인이 된다.

이 때문에, 알루미늄 합금으로 이루어지는 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하기 위해서는 홈 전조법 이외의 제조 방법이 필요하게 된다.

앞선 특허문헌 2에 기재되어 있는 제조 장치는, 도 14에 나타내는 바와 같이 지주형의 2개의 지지 부재(100)에 의해 축 둘레로 자유롭게 회전하도록 수평으로 지지한 회전축(101)에 조출 드럼(102)을 축 지지시키고, 이 조출 드럼(102)에 코일상으로 휘감아 둔 소관(103)을 드로잉 다이스(105)를 통하여 드로잉한 후, 권취 드럼(106)에 권취하는 구성이다.

소관(103)의 내주면에는 직선 홈이 복수 형성되어 있어, 드로잉 다이스(105)를 통과한 소관(103)은 내면에 나선 홈을 갖는 내면 나선 홈이 형성된 관(108)으로 성형된다.

도 14에 있어서 110은 회전축(101)을 회전시키기 위한 모터 등의 구동 장치로서, 이 구동 장치(110)의 출력축이 무단(無端) 벨트 등의 전달 장치(111)를 통하여 회전축(101)의 단부측에 회전 구동력을 전달한다. 한편, 도 14에서는 간략화하여 기재하고 있으나, 회전축(101)은 틀상의 프레임의 일부로서 구성되며, 이 프레임의 내측에 회전축(113)에 의해 조출 드럼(102)이 자유롭게 회전하도록 지지되어 있다. 회전축(101)의 선단측에는 소관(103)을 안내하는 도시하지 않은 롤러가 설치되며, 이 롤러를 통하여 소관(103)의 이동 궤적을 변경하고, 가대(115) 위에 설치되어 있는 드로잉 다이스(105)의 드로잉 구멍에 소관(103)을 축심 맞춤한 후에 소관(103)을 드로잉할 수 있다.

도 14에 나타내는 제조 장치는, 드로잉 다이스(105)를 사용하여 소관(103)을 비틀면서 축경함으로써, 소관(103)의 축경부에 있어서 소성 유동을 일어나게 하여 큰 비틀림각의 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조할 수 있는 장치로서 알려져 있다. 그런데, 도 14에 나타내는 제조 장치에서는, 조출 드럼(102)으로부터 소관(103)을 풀어낸 위치부터, 드로잉 다이스(105)에 이르기까지의 도중에 있어서 소관(103)에 비틀림이 작용하여 좌굴되기 때문에, 큰 비틀림각의 부여가 곤란하다. 즉, 드로잉 다이스(105)의 내부측에 비틀림과 축경의 양쪽의 힘을 균형 있게 작용시키는 것이 곤란하였다. 이 때문에, 조출 드럼(102)으로부터 풀어내진 위치부터 드로잉 다이스(105)에 이르기까지의 사이, 예를 들면, 소관(103)의 이동 경로를 변경한 회전축(101)의 선단측 위치나 그 앞뒤 위치 등에 비틀림력이 집중되어, 소관(103)이 다이스(105)에 이르기 전에 쉽게 좌굴된다는 문제점을 갖고 있었다.

또한, 앞선 특허문헌 3에 기재되어 있는 제조 장치는, 내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 압출 소관에 일정한 비틀림을 발생시켜, 내면에 나선 홈을 갖는 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하는 장치로서, 그 개요를 도 16에 나타낸다.

도 16에 나타내는 제조 장치(120)는, 내면에 복수의 직선 홈에 의해 내면 핀이 형성된 압출 소관(121)을 권취 롤(122)의 원주 상에 코일상으로 권취하는 권취 수단(123)과, 코일상으로 형성된 코일상 관재(121a)를 그 코일 축선(124)의 연장 방향 전방측을 향하여 잡아 늘여, 직관상으로 성형하는 인장 수단(130)과, 인장 후의 관체의 단면 형상을 교정하는 도시하지 않은 드로잉 다이스와, 교정 후의 내면 나선 홈이 형성된 관을 가열하는 열처리 수단을 구비하고 있다. 한편, 도 16에 나타내는 제조 장치(120)는 필요로 하는 비틀림각의 크기에 맞추어 복수단 직렬 접속하여 사용된다.

제조 장치(120)에 있어서, 권취 롤(122)의 외측으로 코일상 관재(121a)를 내보내는 이송 롤(125)과 누름 롤(126)이 설치되고, 코일상 관재(121a)를 누르는 가이드판(127)이 설치되어 있다. 또한, 누름 롤(126)의 일부에 가열 히터가 내장되어, 코일상 관재(121a)를 가공에 필요한 온도(200∼300℃)로 가열할 수 있다.

인장 수단(130)에는, 코일상 관재(121a)를 척킹하여 잡아 늘이는 스트레처(128)와, 잡아 늘인 후의 관재에 장력을 부가하면서 직관상으로 성형하는 핀치 롤(129)이 복수 설치되고, 이들에 의한 가공 후, 권취 롤(131)에 내면 나선 홈이 형성된 관(132)이 권취된다.

도 16에 나타내는 제조 장치(120)에 의해 알루미늄 또는 알루미늄 합금제의 압출 소관(121)을 코일상 관재(121a)로 가공하고, 스트레처(128)에 의해 잡아 늘여 핀치 롤(129)에 의해 직관상으로 성형함으로써, 내면에 직선 홈을 구비한 압출 소관(121)을 내면에 나선 홈을 구비한 내면 나선 홈이 형성된 관(132)으로 가공하여 권취할 수 있다.

그런데, 도 16에 나타내는 제조 장치(120)에 의해 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조한 경우, 얻어지는 비틀림각은 권취 롤 직경(122)의 직경에 의존하며, 한 번의 가공으로 큰 비틀림을 부여하기 위해서는 직경을 작게 할 필요가 있다. 그러나, 작은 직경의 롤에 안이 중공인 관을 권취하면, 관이 편평해지거나 좌굴되기 때문에, 큼직한 직경으로 권취하여, 잡아 늘이는 공정을 복수회 반복할 필요가 있어, 생산적이지 않다. 또한, 롤에 권취하는 공정과 잡아 늘이는 공정에서 관이 가공 경화되므로, 이 가공 경화를 제거하기 위하여 열처리 공정이 필요하게 되어 제조 시간이 보다 길어지는 문제가 있다.

또한, 부여되는 비틀림각은 전술한 바와 같이, 권취하는 롤 직경뿐만 아니라, 그 코일상으로 권취될 때의 피치도 크게 영향을 주는데, 일정 피치의 스프링상으로 가공하기가 어렵고, 결과적으로 길이 방향에서 비틀림각의 편차가 커, 안정적인 비틀림각을 부여할 수 없다는 문제점을 들 수 있다. 그것을 복수회 반복하여 행하기 때문에, 비틀림각의 편차가 더욱 커지기 쉽다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 내면 나선 홈이 형성된 관 제조시에 그 내주에 알루미늄 찌꺼기의 발생이 없고, 또한, 길이 방향으로 홈 형상 및 비틀림각의 치수 정밀도가 높고, 또한 핀 높이가 높은 내면 나선 홈이 형성된 관이 얻어짐과 함께, 큰 비틀림각을 부여할 수 있고, 생산성이 우수한 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법은, 내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 소관을 코일상으로 유지한 드럼으로부터 권출하여 권출측 캡스턴에 휘감으면서, 이들 드럼 및 권출측 캡스턴을 드럼의 권축과 직교하는 축심을 따라 회전시킴으로써, 상기 권출측 캡스턴으로부터 상기 소관을 상기 축심 둘레로 회전시키면서 권출하는 소관 권출 공정과, 권출된 상기 소관을 드로잉 다이스에 통과시켜 축경하면서 비틀림을 부여하여 내면 나선 홈이 형성된 관으로 하는 비틀림 드로잉 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

특허문헌 2에 개시된 기술과 같이, 코일로부터 소관을 단순히 내보내, 그대로 드로잉 다이스를 통과시키는 것만으로는, 코일로부터 권출된 소관이 드로잉 다이스에 들어갈 때까지의 가공역의 거리가 길어, 그 사이에서 국부적으로 굴곡된 것처럼 비틀림이 발생하여 소관에 좌굴이 일어나기 쉽기 때문에, 큰 비틀림을 부여할 수 없다.

내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하는 경우, 드로잉 다이스 앞에서 권출측 캡스턴에 소관을 휘감고, 또한, 권출측의 드럼과 동기하여 권출측 캡스턴을 회전시키고 있으므로, 비틀림을 가하는 가공역의 축심을, 캡스턴에 휘감긴 관의 감김 수만큼, 권출 드럼으로부터의 소관 권출로로부터 캡스턴의 회전축과 평행한 방향으로 비키어 놓을 수 있음과 함께, 캡스턴에 휘감아 구속됨으로써, 소관이 비틀리는 가공역 길이를 권출측 캡스턴의 탑의 위치부터 드로잉 다이스 종단부까지로 보다 짧은 범위에서 일정하게 제어하는 것이 가능하고, 소관의 권출 속도와 권출측 캡스턴의 공전 속도(여기서의 공전이란, 상기, 가공역 축심을 중심으로 한 권출측 캡스턴의 회전을 의미한다) 및 드로잉에 의한 축경률을 제어함으로써, 소관 길이 방향으로 안정적으로 일정한 비틀림각을 부여할 수 있음과 함께, 드로잉 다이스 바로 앞의 캡스턴과 드로잉 다이스의 거리를 조정하여, 양자의 거리를 비교적 짧게 함과 함께, 축경률을 크게 함으로써, 한 번의 권출에 의한 가공으로 큰 비틀림각을 부여하였을 때에도 좌굴의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 드럼으로부터 권출할 때에, 드럼의 축의 회전에 파우더 브레이크 등의 브레이크 장치로 후방 장력을 부여함과 함께, 드로잉측 캡스턴을 설치하여 전방 장력을 부여하는 기능을 갖는다면, 소관에 적절한 장력을 안정적으로 부여할 수 있기 때문에, 소관 패스 라인에 늘어짐이 없어, 소관이 중심이 어긋나지 않고 드로잉 다이스에 들어가기 때문에, 편육의 발생이나 좌굴을 방지할 수 있다. 드로잉 다이스에 소관이 들어갈 때의 중심 어긋남에 관해서는, 드로잉 다이스 앞뒤에서 소관을 캡스턴에 구속하는 것으로도, 중심 어긋남을 억제하는 효과가 얻어지고 있다.

제조하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 비틀림각은, 소관의 드로잉 속도와 권출측 캡스턴의 공전 속도의 관계로 제어할 수 있으며, 일정한 드로잉 속도 하에, 권출측 캡스턴의 공전 속도를 높이면 비틀림각은 커진다.

한편, 전조법과 같이 보통의 둥근 관 내부에 플러그를 넣어 홈을 전조할 필요가 없기 때문에, 미리 비틀림 전의 소관 내벽에 깊은 홈을 형성해 둠으로써, 본 발명 방법에서는 핀 높이가 높고, 핀의 정각(頂角)이 작은 하이슬림 핀 타입의 관의 제조도 양호한 정밀도로 용이하게 행할 수 있음과 함께, 소관 가공 후에 관재 내면의 윤활유 세정을 필요로 하지 않아, 공정 수를 삭감할 수 있다.

직선 홈을 형성한 소관은, 예를 들면, 압출에 의해 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 일 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법에 있어서는, 상기 드로잉 다이스에 의한 축경률은 5∼40％로 해도 된다.

드로잉 가공과 비틀림 가공을 복합화하면, 좌굴을 일으키지 않고 비틀리는 최대 비틀림각(이후, 한계 비틀림각이라 칭한다)의 값이 커진다. 소관에 비틀림 가공만을 행한 경우, 소관의 원주 접선 방향으로 전단 응력이 부여되어, 소관이 비틀리는데, 그 때, 소관의 길이 방향에는 압축 응력이 작용한다. 비틀림각의 증가에 따라 이 압축 응력은 높아지고, 그 압축 응력이 좌굴을 일으키는 좌굴 응력을 상회한 경우에 좌굴에 이른다. 드로잉에는, 드로잉에 의한 소관 길이 방향으로의 인장 응력의 부여로, 이 압축 응력을 저감하는 효과가 있어, 좌굴의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명자들의 시험에서는, 축경률을 크게 할수록, 한계 비틀림각이 향상되는 결과가 얻어지고 있다.

축경률이 지나치게 작은 경우에는 드로잉에 의한 인장 응력의 효과가 작아, 큰 비틀림각을 얻기가 어려우므로, 5％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 축경률이 지나치게 커지면 소관이 파단될 우려가 있으므로, 40％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법에 있어서는, 상기 권출측 캡스턴에 상기 소관을 감기 시작하는 위치와 상기 권출측 캡스턴으로부터 상기 드로잉 다이스측으로 상기 소관을 보내기 시작하는 위치를 상기 권출측 캡스턴의 회전축과 평행한 방향으로 비키어 놓음으로써, 상기 권출측 캡스턴과 상기 드로잉 다이스 사이를 상기 소관의 비틀림 가공 영역으로 해도 된다.

또한, 본 발명의 일 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법에 있어서는, 상기 드로잉 다이스에 상기 소관을 통과시켜 상기 소관을 비틀면서 축경할 때, 상기 소관에 전방 장력과 후방 장력을 부가해도 된다.

또한, 본 발명의 일 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법에 있어서는, 상기 드로잉 다이스를 통과한 상기 내면 나선 홈이 형성된 관을 드로잉측 캡스턴에 휘감아도 된다.

또한, 본 발명의 일 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법에 있어서는, 상기 드로잉측 캡스턴으로부터 권출한 상기 내면 나선 홈이 형성된 관을 제2 드로잉 다이스로 정형해도 된다.

또한, 본 발명의 일 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법에 있어서는, 상기 드럼으로부터 권출한 상기 소관을 상기 권출측 캡스턴에 도달하기 전에 드로잉 다이스에 의해 진원상으로 정형해도 된다.

또한, 본 발명의 일 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법에 있어서는, 상기 소관이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 압출 소관이어도 된다.

본 발명의 타 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치는, 내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 소관을 유지하는 드럼과, 당해 드럼으로부터 권출한 상기 소관을 휘감으면서 권출하는 권출측 캡스턴과, 이들 드럼 및 권출측 캡스턴을 상기 드럼의 권축과 직교하는 축심을 중심으로 하여 회전하는 회전 수단과, 상기 권출측 캡스턴으로부터 권출되는 상기 소관을 통과시켜 축경과 비틀림을 행하는 드로잉 다이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 타 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치에 있어서는, 상기 권출측 캡스턴에 상기 소관을 감기 시작하는 위치와 상기 권출측 캡스턴으로부터 상기 드로잉 다이스측으로 상기 소관을 보내기 시작하는 위치가, 상기 권출측 캡스턴의 회전축과 평행한 방향으로 비키어 놓여, 상기 권출측 캡스턴의 권출 위치와 상기 드로잉 다이스 사이가 상기 소관의 비틀림 가공 영역이 되어도 된다.

또한, 본 발명의 타 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치는, 상기 드럼의 회전을 규제함으로써 상기 드로잉 다이스 바로 앞쪽의 상기 소관에 후방 장력을 부가하는 기능을 구비해도 된다.

또한, 본 발명의 타 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치에는, 상기 드로잉 다이스의 후단측에 상기 내면 나선 홈이 형성된 관을 휘감아 권출하고, 상기 내면 나선 홈이 형성된 관에 전방 장력을 부여하는 드로잉측 캡스턴이 설치되어도 된다.

또한, 본 발명의 타 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치에는, 상기 드로잉측 캡스턴의 후단측에 상기 내면 나선 홈이 형성된 관을 정형하는 제2 드로잉 다이스가 설치되어도 된다.

또한, 본 발명의 타 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치에는, 상기 권출측 캡스턴의 전단측에 상기 소관을 진원상으로 정형하는 드로잉 다이스가 설치되어도 된다.

드로잉 다이스의 앞뒤에서 각각에 캡스턴을 설치하고, 그들에 소관을 휘감으면, 비틀림을 가하는 가공역의 축심을, 권출측 캡스턴에 휘감긴 소관의 감김 수만큼, 드럼 권축 등으로부터 캡스턴의 회전축과 평행한 방향으로 비키어 놓을 수 있음과 함께, 앞뒤의 캡스턴에 휘감아 구속함으로써, 소관의 가공역 길이를 권출측 캡스턴의 탑의 위치부터 드로잉 다이스 종단부까지로 일정하게 제어하는 것이 가능함과 함께, 드로잉측 캡스턴에서 내면 나선 홈이 형성된 관을 휘감아 구속하기 때문에, 드로잉 다이스 종단부 이후, 내면 나선 홈이 형성된 관의 회전이 없어져, 권취 드럼에 무회전으로 권취할 수 있으므로, 내면 나선 홈이 형성된 관끼리의 스크래치가 없어진다.

또한, 본 발명의 타 양태인 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치에는, 상기 권출측 캡스턴 및 드로잉측 캡스턴에는, 이들 캡스턴과의 사이에서 상기 소관 또는 내면 나선 홈이 형성된 관을 두르도록 휘감는 종동 롤러가 구비되고, 당해 종동 롤러는, 상기 소관 또는 내면 나선 홈이 형성된 관의 주행로로부터 퇴피한 위치에 배치되어도 된다.

종동 롤러를 주행로로부터 퇴피시켜 배치함으로써, 캡스턴 사이의 비틀림 가공 영역을 짧게 할 수 있어, 좌굴의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 종동 롤러를 설치하는 경우, 캡스턴의 축심에 대하여 교차하는 방향으로 배치하면, 소관끼리의 겹침을 방지하는 것이 가능하여, 제작한 내면 나선 홈이 형성된 관의 표면 스크래치, 파단, 좌굴의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 사용하는 소관은 특별히 알루미늄 합금에 한정한 것은 아니며, 구리 합금 등 다른 금속도 사용하는 것이 가능하고, 압출재나 압연하여 홈을 형성한 판재를 롤 성형으로 원형으로 가공하여 접합부를 용접한 전봉관 등의 내면에 홈을 갖는 소관의 내면 홈을 사용할 수 있기 때문에, 제작한 내면 나선 홈이 형성된 관의 내면 홈 형상의 자유도가 크고 치수 정밀도가 높다.

또한, 핀 높이가 높고 핀 정각의 값이 작은 내면 나선 홈이 형성된 관이 얻어짐과 함께, 세관(세경화)에 대응할 수 있고, 35° 이상의 높은 비틀림각을 부여할 수 있다.

이들 효과는, 소관을 권출하는 드럼으로부터 소관을 직접 드로잉 다이스에 통과시키지 않고, 일단 권출측 캡스턴에 주회시키고 나서 드로잉 다이스에 통과시킴으로써, 소관의 길이 방향으로 비틀림 가공을 부하하는 영역을 짧게 설정하여, 드로잉 다이스의 가공역에 가능한 한 비틀림 가공역과 축경 가공역을 일치시킬 수 있는 것에서 기인한다.

또한, 소관을 권출하는 드럼과 소관을 주회시킨 권출측 캡스턴을 동일 축심 둘레로 동기 회전시켜 드로잉 다이스측에 권출함으로써, 드럼과 권출측 캡스턴 사이의 소관에 비틀림을 부여하지 않고 소관을 드로잉 다이스까지 도달시킬 수 있으므로, 소관의 좌굴을 억제하면서 소관의 비틀림 가공과 축경 가공을 할 수 있다.

또한, 제조한 내면 나선 홈이 형성된 관의 내면에는, 알루미늄 찌꺼기 등의 찌꺼기의 발생이 없고, 길이 방향으로 비틀림각, 핀 높이, 바닥 두께가 안정되어 있으므로, 열 교환기를 조립할 때의 확관에 악영향을 미치지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치의 일 실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 동 제조 장치의 요부 확대 설명도이다.
도 3은 동 제조 장치의 권출측 캡스턴에 대한 소관의 휘감김 상태를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 동 제조 장치에 사용되는 드로잉 다이스의 단면도이다.
도 5a는 내면에 직선 홈이 형성된 소관을 설명하는 정면도이다.
도 5b는 내면에 직선 홈이 형성된 소관을 설명하는 측단면도이다.
도 6은 내면에 나선 홈이 형성된 내면 나선 홈이 형성된 관의 단면과 일부를 전개한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7a는 본 실시형태에 따른 내면 나선 홈이 형성된 관을 구비한 열 교환기의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 7b는 본 실시형태에 따른 내면 나선 홈이 형성된 관을 구비한 열 교환기의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 8은 실시예에 있어서 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조한 경우의 가공역 길이와 한계 비틀림각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예에 있어서 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조한 경우의 드로잉시의 축경률과 한계 비틀림각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예에 있어서 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조한 경우의 권출측 캡스턴의 공전 속도와 비틀림각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시예에 있어서 제조한 내면 나선 홈이 형성된 관의 일례의 길이 방향 측정 위치와 비틀림각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예에 있어서 제조한 내면 나선 홈이 형성된 관에 있어서의 핀 정각과 핀 정폭(頂幅)을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예에 있어서 제조한 내면 나선 홈이 형성된 관에 있어서의 핀 쓰러짐각을 나타내는 설명도이다.
도 14는 드로잉 다이스를 사용하여 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하기 위한 종래 장치의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 15는 홈 전조법을 실시하기 위한 장치의 단면도이다.
도 16은 드럼의 외주에 압출 소관을 휘감고 나서 잡아 늘임으로써 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하는 장치의 일례를 나타내는 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치와 그것을 사용한 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

본 실시형태의 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치(A)는, 내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈(11a)이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 소관(11)(도 5a 및 도 5b 참조)에 일정한 비틀림을 발생시켜, 내면에 나선 홈을 갖는 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)(도 6)을 제조하는 장치이다.

이 제조 장치(A)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 내면에 직선 홈(11a)에 의해 핀(11b)이 형성된 소관(11)을 코일상으로 권취한 상태로 유지하는 드럼(21)과, 이 드럼(21)으로부터 권출되는 소관(11)을 휘감으면서, 당해 소관(11)을 권출하는 권출측 캡스턴(22)과, 이들 드럼(21) 및 권출측 캡스턴(22)을 드럼(21)의 권축(21a)과 직교하는 축심(C)을 중심으로 하여 회전하는 회전 수단(23)과, 권출측 캡스턴(22)으로부터 내보내지는 소관(11)을 통과시키는 드로잉 다이스(24)와, 드로잉 다이스(24)를 지나 내면의 직선 홈이 나선 홈이 된 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 휘감으면서 내보내는 드로잉측 캡스턴(25)과, 드로잉측 캡스턴(25)을 경유한 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 통과시키는 제2 드로잉 다이스(26)와, 이 제2 드로잉 다이스(26)를 경유한 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 휘감는 제3 캡스턴(27)과, 제3 캡스턴(27)으로부터 권출되는 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 권취하는 권취 드럼(29)을 구비하고 있다.

권출측의 드럼(이하, 권출 드럼이라 칭한다)(21)은, 권출되는 소관(11)을 상기 축심(C)을 따라 안내하기 위한 가이드 풀리(31) 및 지지축(31a)과 함께 제1 프레임(32)에 장착되어 있다. 이 경우, 권출측 드럼(21)은, 자유롭게 회전하도록 제1 프레임(32)에 지지됨과 함께, 감는 직경에 의해 브레이크력을 제어하면서 일정한 장력으로 소관(11)을 내보내도록 되어 있다. 부호 33은 권출 드럼(21), 가이드 풀리(31) 등을 일체로 덮는 커버를 나타낸다. 도 1에 나타내는 구조에서는 드럼(21)의 브레이크력은 회전축(21a)에 접속하도록 설치되어 있는 토크 조절이 자유로운 파우더 브레이크 등의 브레이크 장치(15)에 의해 발생된다.

또한, 이 제1 프레임(32)의 전단부(34) 및 후단부(35)는 상기 축심(C)을 따라 축상으로 연장되어 있고, 이들 전단부(34) 및 후단부(35)가 베어링(36)을 통하여 2개의 레그부(37)에 의해 수평으로, 또한, 축심 둘레로 자유롭게 회전하도록 지지되어, 제1 프레임(32)이 자유롭게 회전하도록 되어 있다. 제1 프레임(32)의 전단부(34)는, 레그부(37)보다 전방으로 돌출되어 있고, 그 돌출 단부에 권출측 캡스턴(22)을 유지하는 제2 프레임(38)이 고정되어 있다. 따라서, 이 제2 프레임(38)은 제1 프레임(32)에 대하여 고정 상태가 되어, 권출측 캡스턴(22)째로, 상기 축심(C)을 중심으로 하여 자유롭게 회전하도록 지지되어 있다.

제1 프레임(32)은, 드럼(21)의 회전축(21a)을 지지하는 직사각형 틀상의 주프레임(32a)과 주프레임(32a)의 일측으로부터 끝이 오므라지는 형상으로 연장 형성된 측면에서 보았을 때 등변사다리꼴상인 부프레임(32b)과, 부프레임(32b)의 선단측에 연장 형성된 축형의 전단부(34)와, 주프레임(32a)의 후단측에 연장 형성된 축형의 후단부(35)로 이루어진다.

제1 프레임(32)의 전단부(34)는, 일방의 레그부(37)보다 더욱 전방으로 돌출되어 있고, 그 돌출 단부에 권출측 캡스턴(22)을 유지하는 제2 프레임(권출측 프레임)(38)이 고정되어 있다. 따라서, 제2 프레임(38)은 제1 프레임(32)에 대하여 일체화되어, 권출측 캡스턴(22)과 함께, 수평인 축심(C)을 중심으로 하여 축심 둘레로 자유롭게 회전하도록 지지되어 있다.

또한, 제1 프레임(32)의 후단부(35)는, 레그부(37)보다 후방으로 돌출되어 있고, 그 돌출 단부의 하방에 모터 등의 구동부(39)가 설치되어 있다. 이 구동부(39)의 회전축에는 무단 벨트 등의 전달 장치(39a)의 일단이 감겨 걸려 있고, 전달 장치(39a)의 타단이 상기 후단부(35)의 돌출단에 감겨 걸려 있다. 이 때문에, 구동부(39)의 회전축의 회전력을 후단부(35)의 돌출단에 전달하여, 제1 프레임(32) 및 제2 프레임(38)을 회전할 수 있다.

이 구동부(39)에 의해 제1 프레임(32) 및 제2 프레임(38)을 일체로 회전시키는 구성으로서, 구동부(39), 양 프레임(32, 38), 베어링(36), 레그부(37) 등에 의해, 권출 드럼(21)과 권출측 캡스턴(22)을 상기 축심(C)을 중심으로 일체로 회전하는 회전 수단(23)이 구성된다.

권출측 캡스턴(22)은, 도시한 예에서는, 종동 롤러(41)를 구비하고 있고, 이 종동 롤러(41)와의 사이에서 소관(11)을 복수 턴 두르도록 휘감은 상태로 하여 다시 상기 축심(C)을 따라 내보내도록 하고 있다. 소관(11)은 캡스턴(22)에 수 둘레분 휘감김으로써, 도 3에 나타내는 바와 같이, 소관(11)은, 권출 드럼(21)으로부터의 권출로와는 캡스턴(27)의 회전축과 평행한 방향으로 어긋난 축심(후술하는 가공역의 축심)(C1)을 따라 내보내진다. 소관(11)은 수 둘레분 휘감기므로, 안정적인 장력으로 권출된다.

한편, 도 2는 도 1에 나타내는 제조 장치(A) 중, 드로잉 다이스(24)의 앞뒤에 설치되어 있는 권출측 캡스턴(22)과 드로잉측 캡스턴(25)을 주체로 하여 소관(11)과의 상대 관계를 주체로 그린 도면으로서, 도 2에서는 종동 롤러(41, 43)의 기재를 생략하고 있다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 캡스턴(22)의 정상 위치와 드로잉 다이스(24)의 출구 부분 사이의 길이(L)의 영역이 가공역이 된다.

이 경우, 종동 롤러(41)는, 상기 축심(C)(소관(11)의 주행로)으로부터 퇴피한 위치에 설치되어 있고, 도시한 예의 경우에는, 권출측 캡스턴(22)에 대하여 축심(C)(소관(11)의 주행로)과 수직이 되도록 배치되어 있다. 또한, 캡스턴(22)과 종동 롤러(41)는 평행이 아니라, 캡스턴(22)의 축심에 대하여 종동 롤러(41)의 축심이 교차하는 방향으로 배치되어 있고, 이러한 배치로 되어 있음으로써, 휘감기는 소관끼리의 겹침을 방지하여, 제작되는 내면 나선 홈이 형성된 관의 표면 스크래치, 파단, 좌굴의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 레그부(37) 안의 베어링(36) 안에, 비틀림 가공 전의 소관(11)의 진원을 회복하기 위한 드로잉 다이스(16)를 갖고 있다.

코일상으로 감긴 소관(11)은, 소관끼리의 접촉으로 편평상으로 변형되어 있다. 변형된 채의 형상으로 드로잉을 행하면, 드로잉 다이스(24)에 편평한 소관(11)이 균일하게 접촉하지 않아, 비틀림의 부여에 의해 좌굴되어 버린다. 따라서, 진원도를 장경/단경의 비가 1.2 이내가 되도록, 축경률 0.5∼3％의 드로잉을 행한다. 이 축경률은, (드로잉 전의 소관(11)의 외경-드로잉 후의 내면 나선 홈이 형성된 관의 외경)/드로잉 전의 소관의 외경의 백분율에 의해 구해진다.

드로잉 다이스(24)는, 권출측 캡스턴(22)으로부터 권출된 직후의 소관(11)을 통과시키도록 상기 축심(C1) 상에 배치된다. 구체적으로는, 드로잉측 캡스턴(25)이 권출측 캡스턴(22)과 소관(11)의 주행로를 상기 축심(C1)과 일치시킨 상태로 배치되고, 이들 양 캡스턴(22, 25) 사이에 드로잉 다이스(24)가 배치되어 있다. 드로잉측 캡스턴(25)은 모터 구동으로 회전한다. 이 경우, 드로잉측 캡스턴(25)은, 가대(42)에 지지되어 있고, 그 가대(42)의 전단부에 드로잉 다이스(24)도 일체로 고정되어 있다.

또한, 드로잉측 캡스턴(25)은, 권출측 캡스턴(22)과 마찬가지로, 종동 롤러(43)를 구비하고 있고, 이 종동 롤러(43)와의 사이에서 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 복수 턴 두르도록 휘감은 상태로 하여 상기 축심(C1)과 평행하게 내보내도록 하고 있다.

내면 나선 홈이 형성된 관(11R)은 캡스턴(25)에 수 둘레분 휘감긴다. 이 드로잉측 캡스턴(25)에 있어서, 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)은, 양 캡스턴(22, 25) 사이의 축심(C)에 대하여 캡스턴(25)의 회전축과 평행한 방향으로 어긋나게 내보내진다.

이 경우에도, 종동 롤러(43)는, 상기 축심(C1)(내면 나선 홈이 형성된 관(11R)의 주행로)으로부터 퇴피한 위치에 설치되어 있고, 드로잉측 캡스턴(25)에 대하여 축심(C1)(내면 나선 홈이 형성된 관(11R)의 주행로)과 수직이 되도록 배치되어 있다. 따라서, 이 드로잉측 캡스턴(25)과 그 상류의 권출측 캡스턴(22)의 간격이 좁아져, 그 사이에서의 소관(11)의 비틀림 가공 영역이 짧아짐으로써, 좌굴의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

드로잉 다이스(24)는, 도 4에 나타내는 바와 같이 소관(11)을 삽입 통과시키는 다이스 구멍(24a)을 갖고 있고, 소관(11)의 외경을 감소시키는 싱킹을 행한다. 그 드로잉 다이스(24)에 있어서의 축경률은 5∼40％가 된다. 축경률이 지나치게 작은 경우에는 드로잉에 의한 효과가 부족하여, 큰 비틀림각을 얻기가 어려우므로, 5％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 축경률이 지나치게 커지면 가공 한계에서 파단을 일으키기 쉬워지므로, 40％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이 실시형태에서는, 드로잉측 캡스턴(25)의 하류 위치에, 가대(44)에 지지된 제3 캡스턴(27)이 구비되어 있고, 드로잉측 캡스턴(25)과 제3 캡스턴(27) 사이에 제2 드로잉 다이스(26)가 설치되어 있다. 제3 캡스턴(27)은 모터 구동으로 회전한다. 이 제2 드로잉 다이스(26)는, 전단의 드로잉 다이스(24)를 통과함으로써 형성된 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)의 스킨 패스용으로 설치되는 것으로, 드로잉에 의한 단면의 변화는 적으며, 표면 및 치수가 마무리 정형됨과 함께 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)의 진원도가 회복된다.

제3 캡스턴(27)의 구성은 전술한 다른 캡스턴(22, 25)과 동일하며, 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)은, 종동 롤러(45)와의 사이에서 복수 턴 두르도록 휘감은 상태로 하여 권출된다. 종동 롤러(45)가 축심(C)(내면 나선 홈이 형성된 관(11R)의 주행로)으로부터 퇴피하도록 배치되고, 제3 캡스턴(27)에 대하여 축심(C)(내면 나선 홈이 형성된 관(11R)의 주행로)과 수직이 되도록 배치되어 있는 점은, 다른 종동 롤러(41, 43)와 동일하다.

권취 드럼(29)은, 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 일정한 장력으로 권취하는 것으로서, 회전을 위한 구동부(46)를 구비하고 있다.

다음으로, 이와 같이 구성한 제조 장치(A)를 사용하여, 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 제조하는 방법에 대해 설명한다.

미리, 압출에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈(11a)이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 소관(11)을 제작한다(소관 압출 공정).

그리고, 이 소관(11)을 권출 드럼(21)에 코일상으로 유지해 두고, 이 권출 드럼(21)으로부터 권출한 소관(11)을 권출측 캡스턴(22)에 휘감으면서, 회전 수단(23)에 의해 프레임(32, 38)과 일체로 권출 드럼(21) 및 권출측 캡스턴(22)을 축심(C) 둘레로 회전시킴으로써, 권출측 캡스턴(22)으로부터 소관(11)을 회전시키면서 권출한다(소관 권출 공정).

권출된 소관(11)을 드로잉 다이스(24)에 통과시킨 후에, 드로잉측 캡스턴(25)에 휘감음으로써, 소관(11)을 드로잉 가공하여 축경한다(소관 드로잉 공정). 이 소관 드로잉 공정에 의해, 소관(11)에 비틀림이 부여되어, 내면에 나선 홈이 형성된 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)이 된다.

이 경우, 비틀림에 의해 소관(11)에는 원주 접선 방향으로 전단 응력이 작용하여 비틀림각이 부여되는데, 동시에 소관(11)의 길이 방향으로는 비틀림에 따른 압축 응력이 작용하고, 그 값이 좌굴 응력을 넘은 경우에 좌굴이 일어나는데, 드로잉 가공에 의한 소관 길이 방향으로의 인장 응력에 의해, 압축 응력을 저감할 수 있기 때문에, 좌굴의 발생을 억제할 수 있다.

드로잉 다이스(24)의 앞뒤에서 각각의 캡스턴(22, 25)에 소관(11) 혹은 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 휘감고 있으므로, 드럼 권출축 및 최종 드럼 권취축과 비틀림을 가하는 가공역의 축심(C1)이, 권출측 캡스턴(22)에 휘감긴 소관(11)의 둘레 수만큼 캡스턴(22)의 회전축과 평행한 방향으로 어긋남과 함께, 앞뒤의 캡스턴(22, 25)에 휘감아 구속됨으로써, 소관(11)의 가공역 길이는 도 4에 나타내는 바와 같이, 권출측 캡스턴의 탑의 위치부터 드로잉 다이스 최종단부의 위치까지의 거리(L)로 일정하게 제어가 가능하게 된다. 가공역의 길이가 길수록, 좌굴 응력은 작아지고, 그 결과, 미소한 비틀림에 있어서도 좌굴을 일으키기 쉬워지기 때문에 캡스턴(22, 25)의 거리를 조정하여 가능한 한 그 거리를 짧게 함으로써, 큰 비틀림각을 부여하였을 때에도, 좌굴의 발생을 억제할 수 있다.

드로잉 다이스(24)의 종단부로부터 드로잉측 캡스턴(25)의 위치가 지나치게 멀어지면, 캡스턴(25)에 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 휘감고는 있지만, 그 구속력이 약해져, 드로잉 다이스(24)로부터 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)이 나온 후에도 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)이 회전하고, 그 경우, 길이 방향에서 가공역의 길이가 변화하여, 길이 방향의 비틀림각이 흐트러지는 요인이 된다.

양 캡스턴(22, 25)의 간격을 지나치게 좁게 한 경우, 드로잉 다이스(24)를 지지하는 가대(42)에 캡스턴(22, 25)이 접촉해 버리므로, 접촉하지 않는 범위에서 좁은 것이 바람직하다. 양 캡스턴(22, 25)의 직경은, 100㎜ 이상이 바람직하다. 100㎜ 미만에서는, 각각의 캡스턴(22, 25)에 휘감았을 때에 소관이 좌굴 또는 편평해질 우려가 있다. 반대로 900㎜ 이상으로 하면 전술한 바와 같이 캡스턴(22, 25)의 거리가 지나치게 넓어 좌굴을 일으키기 쉬워진다.

한편, 내면 나선 홈이 형성된 관의 비틀림각은, 권출 캡스턴(22)의 공전 속도와 소관(11)의 권출 속도의 관계에 의해 정해진다.

이 드로잉 가공에 의해 형성된 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 드로잉측 캡스턴(25)으로부터 권출하고, 제3 캡스턴(27)에 휘감으면서, 이들 양 캡스턴(25, 27) 사이에서 제2 드로잉 다이스(26)에 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 삽입 통과시킴으로써, 표면을 정형한다(마무리 드로잉 공정). 소관 드로잉 공정에 있어서 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)에 약간의 찌그러짐 등의 변형이 발생한 경우에도, 이 마무리 드로잉 공정을 거침으로써, 그 변형도 수정하여, 소정의 진원도의 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)으로 할 수 있다.

마지막으로 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)은 권취 드럼(29)에 휘감긴다(권취 공정).

권취 드럼(29)은, 드로잉측 캡스턴(25) 및 캡스턴(27)과 동기하여 모터 구동으로 회전한다.

이상과 같이, 권출측 캡스턴(22)과 드로잉측 캡스턴(25) 사이에서 일정한 장력을 부여한 상태에서 소관(11)을 회전시키면서 드로잉 가공함으로써, 좌굴을 일으키지 않고, 큰 비틀림각의 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 제조할 수 있다. 특히 내부에 플러그 등을 넣은 전조 가공을 행할 필요가 없기 때문에, 미리, 압출 가공시에 소관(11)의 내벽에 정각이 작은 높은 핀(11b)을 형성해 둠으로써, 그 핀(11b)을 찌부러뜨리지 않고 소관(11)을 비틀 수 있어, 슬림 핀 타입의 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 제조할 수 있음과 함께, 가공 후, 특히 관재의 내면의 세정을 필요로 하지 않는다.

도 7a 및 도 7b는, 본 발명에 따른 내면 나선 홈이 형성된 관을 구비한 열 교환기(80)의 일례를 나타내는 개략도로서, 냉매를 통과시키는 튜브로서 내면 나선 홈이 형성된 관(81)을 사행(蛇行)시켜 설치하고, 이 내면 나선 홈이 형성된 관(81)의 주위에 복수의 알루미늄 합금제 핀재(82)를 평행하게 배치 설치한 구조이다. 내면 나선 홈이 형성된 관(81)은, 평행하게 배치 설치한 핀재(82)를 관통하도록 설치한 복수의 투공(透孔)을 통과하도록 설치되어 있다.

도 7a 및 도 7b에 나타내는 열 교환기(80)의 구조에 있어서 내면 나선 홈이 형성된 관(81)은, 핀재(82)를 직선상으로 관통하는 복수의 U자상의 주관(81A)과, 인접하는 주관(81A)의 이웃하는 단부 개구끼리를 U자형의 엘보우관(81B)으로 도 7b에 나타내는 바와 같이 접속하여 이루어진다. 또한, 핀재(82)를 관통하고 있는 내면 나선 홈이 형성된 관(81)의 일방의 단부측에 냉매의 입구부(86)가 형성되고, 내면 나선 홈이 형성된 관(81)의 타방의 단부측에 냉매의 출구부(87)가 형성됨으로써 도 7a 및 도 7b에 나타내는 열 교환기(80)가 구성되어 있다.

도 7a 및 도 7b에 나타내는 열 교환기(80)는, 핀재(82)의 각각에 형성한 투공을 관통하도록 내면 나선 홈이 형성된 관(81)을 설치하고, 핀재(82)의 투공에 삽입 통과 후, 확관 플러그에 의해 내면 나선 홈이 형성된 관(81)의 외경을 확대하여 내면 나선 홈이 형성된 관(81)과 핀재(82)를 기계적으로 일체화함으로써 조립되어 있다.

도 7a 및 도 7b에 나타내는 열 교환기(80)에 내면 나선 홈이 형성된 관(81)을 적용함으로써, 열 교환 효율이 양호한 열 교환기(80)를 제공할 수 있다.

또한, 예를 들면, 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)의 외경이 10㎜ 이하로 작고, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어지는 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)을 사용하여 열 교환기(80)를 구성하면, 소형 고성능이며, 리사이클시에 핀재(82)와 내면 나선 홈이 형성된 관(81)의 분리가 불필요하여, 리사이클성이 우수한 열 교환기를 제공할 수 있다.

실시예

「실시예 1」

외경 10㎜, 내경 9.1㎜, 내면에 직선 홈이 형성된 3003 알루미늄 합금 소관을 사용하여 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조를 행하였다.

소관은, 외경 10㎜, 내경 9.1㎜의 3003 압출한 그대로의 재료를 사용하고, 내면의 직선 홈의 수는 45개(8°/1산)이고, 이들 직선 홈에 의해 형성되는 핀의 높이가 0.28㎜, 핀의 정각이 10°인 것을 사용하였다. 이 소관을 사용하여, 드로잉 다이스의 공경이 7.5㎜, 축경률 25％, 드로잉 속도가 5m/min인 조건으로 드로잉 가공을 행하였다.

먼저, 가공역 길이와 권출측 캡스턴의 공전 속도를 높여 한계 비틀림각(좌굴을 일으키지 않고 비틀리는 최대 비틀림각)의 관계를 조사한 결과, 도 8에 나타내는 결과가 되었다.

이 도 8에 나타내어지는 바와 같이, 양자 사이에는 상관이 관찰되며, 가공역 길이가 짧아짐에 따라 한계 비틀림각의 값은 지수함수적으로 증대되는 경향을 나타냈다. 가공역 길이 180㎜에서는 좌굴에 이르고 있지 않으며, 참고 데이터이다.

가공역 길이를 220㎜로 하여 상기의 조건으로 제작한 소관 드로잉 공정 후의 내면 나선 홈이 형성된 관은, 외경이 7.5㎜가 되고, 내면에 비틀림각이 30°인 나선 홈이 형성되어 있었다. 마무리 드로잉 공정 후에서는, 제3 드로잉 다이스를 통과시킴으로써, 비틀림각이 미소하게 작아지기 때문에, 최종적으로 외경이 7.2㎜이고, 내면 나선 홈의 비틀림각은 28°가 되었다.

또한, 내면에 스트레이트의 홈을 형성한 외경 Φ10, 내경 Φ9.1의 3003 알루미늄 합금 소관을 사용하여, 가공역 길이 220㎜, 드로잉 속도 5m/min으로, 권출측 캡스턴의 공전 속도를 변량하고, 드로잉시의 축경률이 한계 비틀림각(좌굴을 일으키지 않고 비틀리는 최대 비틀림각)에 미치는 영향을 조사한 결과, 도 9에 나타내는 결과가 되었다.

이 도 9에 나타내어지는 바와 같이, 양자 사이에는 상관이 관찰되고, 드로잉시의 축경률을 크게 함에 따라 한계 비틀림각이 커지는 경향이 관찰된다.

다음으로, 내면에 직선 홈을 형성한 외경 φ=10㎜, 내경 φ=9.1㎜의 3003 알루미늄 합금으로 이루어지는 압출 소관을 사용하고, 도 1에 나타내는 장치를 사용하여 드로잉시의 비틀림각과 권출측 프레임의 회전 속도의 관계를 조사한 결과, 도 10에 나타내는 결과가 얻어졌다.

도 10은, 가공역 길이 220㎜, 30％ 리덕션으로 외경 φ7.5㎜, 내경 φ6.6㎜, 드로잉 속도 10m/min의 조건에 있어서 비틀림각과 권출측 캡스턴 회전 속도의 관계를 나타내고 있다.

권출측 프레임의 회전 속도와 비틀림각은 비례하는 관계가 되어, 권출측 프레임의 회전 속도를 변량함으로써, 비틀림각의 변량이 가능한 것을 알 수 있었다.

「실시예 2」

다음으로, 내면에 직선 홈을 형성한 외경 φ=10㎜, 내경 φ=9.1㎜의 3003 알루미늄 합금으로 이루어지는 소관을 사용하고, 도 1에 나타내는 장치를 사용하여, 가공역 길이 220㎜, 30％ 리덕션, 드로잉 속도 10m/min, 권출측 캡스턴의 공전 속도 180rpm이며, 외경 φ7.5㎜, 내경 φ6.6㎜의 제조 조건으로, 20°의 내면 나선 홈을 갖는 길이 778m의 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하였다. 그 내면 나선 홈이 형성된 관의 일부를 길이 5m에 걸쳐 잘라내고, 잘라낸 내면 나선 홈이 형성된 관의 길이 방향에 있어서의 비틀림각의 분포를 조사하였다. 그 결과를 도 11에 나타낸다.

도 11에 나타내는 결과로부터, 도 1에 나타내는 제조 장치를 사용하여 형성한 내면 나선 홈이 형성된 관은, 길이 방향에서 안정적인 비틀림각이 부여되어 있었다. 또한, 비틀림각의 편차는, ±0.5°의 범위 내에 들어가 있어, 매우 우수한 정밀도로 관재의 길이 방향으로 균일한 비틀림각을 부여할 수 있었던 것을 알 수 있었다.

「실시예 3」

다음으로, 내면에 직선 홈을 형성한 외경 φ=10㎜, 내경 φ=9.0㎜의 3003 알루미늄 합금으로 이루어지는 압출 소관을 사용하고, 도 1에 나타내는 장치를 사용하여 25°의 내면 나선 홈을 갖는 길이 778m의 내면 나선 홈이 형성된 관을 제조하였다. 이 제조는, 드로잉 리덕션 30％, 가공역 길이 220㎜, 외경 φ7㎜의 비틀림 관을 드로잉 속도 10m/min, 권출측 캡스턴의 공전 속도 250rpm의 조건으로 제조하였다.

길이 778m의 내면 나선 홈이 형성된 관에 대해, 가공 개시 위치로부터, 길이 방향으로 10m, 195m, 389m, 584m, 775m의 각 위치에 있어서 비틀림각(°), 외경(㎜), 바닥 두께(㎜), 핀 높이(㎜), 핀 정폭(㎜), 핀 정각(°)을 측정한 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.

핀 정각이란, 도 12에 나타내는 등변사다리꼴상의 핀에 있어서, 좌우의 사변이 이루는 각도이고, 핀 정폭이란 핀 정상 부분의 폭이다. 핀 높이는 핀 바닥부부터 핀 정상부까지의 높이로 하였다.

바닥 두께란, 도 13에 나타내는 바와 같이 나선 홈(11d)의 부분에 상당하는 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)의 두께를 나타낸다. 한편, 내면 나선 홈이 형성된 관(11R)은 단면 원형이기 때문에, 정확하게는 도 13에 나타내는 바와 같이 핀(11c)의 저변의 중앙점과 핀(11c)의 정변의 중앙점끼리를 연결하는 높이(t)로서 계측하고 있다.

또한, 얻어진 내면 나선 홈이 형성된 관의 각각의 측정 위치의 부분으로부터 길이 140㎜에 걸쳐 관을 잘라내고, 잘라낸 관을 그대로 시험편으로서 사용하여, TS(인장 강도), YS(내력), EL(신장도)을 측정하였다.

표 1에 나타내는 시험 결과로부터, 도 1에 나타내는 장치로 제조한 내면 나선 홈이 형성된 관은 약 778m 길이의 내면 나선 홈이 형성된 관이어도, 그 길이 방향으로 균일한 비틀림각, 외경, 바닥 두께, 핀 높이, 핀 정폭, 핀 정각을 나타내는 것이 명백하다. 비틀림각에 대해서는, 목표 각도 25°에 대하여 ±0.5°의 범위 내에 들어가 있었다.

또한, 얻어진 내면 나선 홈이 형성된 관은 길이 방향에 대하여 TS, YS, EL의 편차도 작아, 균일하게 가공되어 있는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 또한, 재료에 관해서도 특별히 알루미늄 합금에 한정한 것은 아니고, 구리 합금 등에도 사용 가능하며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 각종 변경을 가하는 것이 가능하다.

보다 고성능의 전열관을 보다 저비용으로 공급하는 것이 가능하게 되어, 열 교환기의 고성능화, 경량화, 및 저비용화 등에 공헌할 수 있다.

A 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치
11 소관
11a 직선 홈
11b 핀
11R 내면 나선 홈이 형성된 관
21 드럼(권출측 드럼)
21a 권축
22 권출측 캡스턴
23 회전 수단
24 드로잉 다이스
24a 다이스 구멍
25 드로잉측 캡스턴
26 제2 드로잉 다이스
27 제3 캡스턴
29 권취 드럼
31 가이드 풀리
32 프레임(제1 프레임)
38 제2 프레임
C 축심(회전 수단의 축심)
C1 축심(가공역의 축심)

Claims (15)

1. 내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 소관을 코일상으로 유지한 드럼으로부터 권출하여 권출측 캡스턴에 휘감으면서, 이들 드럼 및 권출측 캡스턴을 드럼의 권축과 직교하는 축심을 따라 회전시킴으로써, 상기 권출측 캡스턴으로부터 상기 소관을 상기 축심 둘레로 회전시키면서 권출하는 소관 권출 공정과, 권출된 상기 소관을 드로잉 다이스에 통과시켜 축경하면서 비틀림을 부여하여 내면 나선 홈이 형성된 관으로 하는 비틀림 드로잉 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 드로잉 다이스에 의한 축경률은 5∼40％로 하는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 권출측 캡스턴에 상기 소관을 감기 시작하는 위치와 상기 권출측 캡스턴으로부터 상기 드로잉 다이스측으로 상기 소관을 보내기 시작하는 위치를 상기 권출측 캡스턴의 회전축과 평행한 방향으로 비키어 놓음으로써, 상기 권출측 캡스턴과 상기 드로잉 다이스 사이를 상기 소관의 비틀림 가공 영역으로 하는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 드로잉 다이스에 상기 소관을 통과시켜 상기 소관을 비틀면서 축경할 때, 상기 소관에 전방 장력과 후방 장력을 부가하는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 드로잉 다이스를 통과한 상기 내면 나선 홈이 형성된 관을 드로잉측 캡스턴에 휘감는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 드로잉측 캡스턴으로부터 권출한 상기 내면 나선 홈이 형성된 관을 제2 드로잉 다이스로 정형하는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 드럼으로부터 권출한 상기 소관을 상기 권출측 캡스턴에 도달하기 전에 드로잉 다이스에 의해 진원상으로 정형하는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소관이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 압출 소관인 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 방법.
9. 내면에 길이 방향을 따른 복수의 직선 홈이 둘레 방향으로 간격을 두고 형성된 소관을 유지하는 드럼과, 당해 드럼으로부터 권출한 상기 소관을 휘감으면서 권출하는 권출측 캡스턴과, 이들 드럼 및 권출측 캡스턴을 상기 드럼의 권축과 직교하는 축심을 중심으로 하여 회전하는 회전 수단과, 상기 권출측 캡스턴으로부터 권출되는 상기 소관을 통과시켜 축경과 비틀림을 행하는 드로잉 다이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 권출측 캡스턴에 상기 소관을 감기 시작하는 위치와 상기 권출측 캡스턴으로부터 상기 드로잉 다이스측으로 상기 소관을 보내기 시작하는 위치가, 상기 권출측 캡스턴의 회전축과 평행한 방향으로 비키어 놓여, 상기 권출측 캡스턴의 권출 위치와 상기 드로잉 다이스 사이가 상기 소관의 비틀림 가공 영역이 된 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 드럼의 회전을 규제함으로써 상기 드로잉 다이스 바로 앞쪽의 상기 소관에 후방 장력을 부가하는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드로잉 다이스의 후단측에 상기 내면 나선 홈이 형성된 관을 휘감아 권출하고, 상기 내면 나선 홈이 형성된 관에 전방 장력을 부여하는 드로잉측 캡스턴이 설치된 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 드로잉측 캡스턴의 후단측에 상기 내면 나선 홈이 형성된 관을 정형하는 제2 드로잉 다이스가 설치된 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치.
14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 권출측 캡스턴의 전단측에 상기 소관을 진원상으로 정형하는 드로잉 다이스가 설치된 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치.
15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 권출측 캡스턴 및 드로잉측 캡스턴에는, 이들 캡스턴과의 사이에서 상기 소관 또는 내면 나선 홈이 형성된 관을 두르도록 휘감는 종동 롤러가 구비되어 있고, 당해 종동 롤러는, 상기 소관 또는 내면 나선 홈이 형성된 관의 주행로로부터 퇴피한 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내면 나선 홈이 형성된 관의 제조 장치.

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