JPH08174044A - 細径内面溝付き伝熱管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造コストを抑制し、空引抽伸時において生
ずる管内面の山部の破断又は倒れを防止すると共に、生
産性を向上させることができる熱交換効率の高い細径内
面溝付き伝熱管の製造方法を提供する。 【構成】 先ず、外径を５乃至８ｍｍ、溝深さを０．１
乃至０．２ｍｍ、管軸に対する溝のねじれ角を５乃至２
５°、管軸に対して直角な断面における山頂角を５０乃
至８０°及び溝ピッチを０．２９乃至０．８ｍｍとなる
内面溝付き管を形成する。その後、前記内面溝付き管の
外径を３乃至５ｍｍに空引抽伸することにより細径内面
溝付き管を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空調機又は冷凍機等にお
ける熱交換器の伝熱管として使用され、銅又はアルミニ
ウム等からなり、高効率で溝を形成することができる熱
交換効率が高い細径内面溝付き伝熱管の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、空調機又は冷凍機等においては、
省エネルギー及び省スペースが要求されている。そのた
め、空調機等の熱交換器に使用される伝熱管は熱効率が
高いことが求められており、一般に管内面において螺旋
状又は管軸方向に平行に連続する多数の溝を形成した伝
熱管が使用されている。また、省エネルギーの推進を図
るため、伝熱管を密に配置し、熱交換効率を高めること
ができる等の利点を有する細径伝熱管が求められてい
る。

【０００３】従来、内面溝付き管の製造は、内面平滑
管、所謂素管においてその内面に溝付きプラグを挿入
し、管の外周面にボールを遊星回転させて、縮径又は押
圧することにより管内面に溝を形成する。その後、所定
の外径となるように、内面に溝を形成した管をその外径
より小さい孔のダイスにより縮径する。

【０００４】外径が５ｍｍ以下である細径内面溝付き管
を製造する方法として、溝付きプラグ等の工具を小さく
することにより溝を形成する方法（特開平５−２４５５
２９号）と、外径の大きい内面溝付き管を製作した後、
その管を別工程として空引抽伸することにより、所望す
る管外径に形成する方法（特開平４−２６６４１７号）
とがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−２４５５２９号の方法では、使用する工具及び内面
に溝を形成する管は、一般に使用されるものとは異なり
特殊なものであるため製造コストが上昇する。また前記
管は細径であるため、転造時において次のような製造欠
陥を生じる場合がある。図５は内面溝付き管の山部の破
断を示す模式図である。この図５に示すように、溝底部
１０を両側から挟む山部９において空引抽伸時の引張応
力が山部９の引張強さを超えて作用すると、破断２８が
生じる。この破断２８は次のようにして発生する。図７
は内面溝付き管の空引抽伸時において、前記管に作用す
る引張応力の大きさを示す模式図である。つまり、この
図７に示すように、肉厚部３０と山部３１とからなる内
面溝付き管１１をダイス１３にとおして抽伸加工をする
ことにより細径内面溝付き管１２とする。ダイス１３に
より加工する工程において前記管１１にはＣ−Ｃ断面に
おいて一種の曲げによる引張応力３２が作用する。この
引張応力３２は管の内部になるほど大きいため、山部３
１に作用する引張応力３２が山部３１が耐え得る最大の
引張応力、即ち引張強さを超える場合に破断が生じる。
このような製造欠陥により、生産性が著しく低下してし
まう。

【０００６】なお、製造欠陥には次のようなものもあ
る。図６は管のまくれ込みを示す模式図である。この図
６に示すように、内面溝付き管を製造する場合に、管の
外周面がささくれた状態となるまくれ込み２９が生じる
場合もある。

【０００７】特開平４−２６６４１７号に示す方法では
上述のような管の外周面のまくれ込みを防止したり、ま
た管の外周面のくぼみの発生を防止することはできる
が、生産性の向上を図るために溝形成時の加工速度又は
空引抽伸速度を上げると、次のような製造欠陥を生ずる
場合がある。図４は内面溝付き管の山部の倒れを示す模
式図である。つまり、この図４が示すように、空引抽伸
速度が速すぎたり、転造加工時おいて溝付きプラグの溝
角度が小さすぎるため、溝付きプラグの回転が十分では
なくメタルフローに片寄りがでたりすると、山部９の山
頂角の２等分線２５と、その延長線と管外周との交点に
おける接線２６とがなす角度は直角とならずに、いくら
か傾斜した倒れ角２７となる。従って、空引抽伸時にお
いて管内面の山部に以上のような倒れ又は破断が生じる
場合があるため、特開平４−２６６４１７号に示す製造
方法では、それによる内面溝付き管の溝形状のばらつき
は大きくなり、また前記管の性能も低下してしまう。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、製造コストを抑制し、空引抽伸時において
生ずる管内面の山部の破断又は倒れを防止すると共に、
生産性を向上させることができる熱交換効率が高い細径
内面溝付き伝熱管の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る細径内面溝
付き伝熱管の製造方法は、外径を５乃至８ｍｍ、溝深さ
を０．１乃至０．２ｍｍ、管軸に対する溝のねじれ角を
５乃至２５°、管軸に直角する断面における山頂角を５
０乃至８０°及び溝ピッチを０．２９乃至０．８ｍｍと
なる内面溝付き管を形成する工程と、前記内面溝付き管
の外径を３乃至５ｍｍに空引抽伸する工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】本願発明者等は熱交換効率の高い細径内面溝付
き伝熱管を開発すべく種々の実験研究を行った。その結
果、外径が３〜５ｍｍである細径内面溝付き管では、そ
の溝深さを０．０８〜０．１８ｍｍ、管軸に対する直角
断面の１つの溝部の断面積が０．０１〜０．０５ｍｍ²
である場合において、高い性能を有することを知見し
た。このような細径内面溝付き管を直接製造することは
困難であるため、本発明ではその前段階として、所定の
内面溝付き管を製作し、その管に対し抽伸加工を施すこ
とにより上述した高性能の細径内面溝付き管を製造する
方法を示すものである。以下、細径内面溝付き管を製造
する前段階である内面溝付き管の構成及び各寸法限定理
由について説明する。

【００１１】図１は内面溝付き管の断面形状の一部を示
す模式図である。この図１に示すように、内面溝付き管
１１は溝部のない素管であったものを溝付け工具により
その内部に溝が形成されたものである。つまり、前記工
具により溝部及び山部が転造により形成され、山部９に
挟まれた溝部が管軸方向に一定の傾斜をもって管の一端
から他端へと直線状に延びており、このような溝が管内
周面に複数形成されている。

【００１２】また、図１に示す外径１は、管１１をその
管軸に対して直角に切断した場合の最大径であり、溝深
さ３は、山部９の頂点から溝底部１０までの距離であ
り、山頂角５は、山部９の山頂の角度であり、溝ピッチ
８は、隣接する山部９において夫々の山頂角５の２等分
線と管１１の外周面との夫々の交点間の距離であり、溝
部の断面積７は、隣接する山部９、溝底部１０及び山部
９の頂点を結んだ直線とで囲まれる面積である。

【００１３】次に、内面溝付き管における各寸法の限定
理由について説明する。

【００１４】外径：５乃至８ｍｍ 素管の外径が５ｍｍ未満である場合、このような管に溝
を形成するには直径が５ｍｍ未満の極めて小さな工具が
必要となり、その製作は困難である。また、外径５ｍｍ
未満の素管自体を直接製作することも極めて困難であ
る。一方、内面溝付き管の外径が８ｍｍを超える場合、
空引抽伸時における断面積減少率が大きくなり、山部に
作用する引張応力が大きくなる。そのため、その引張応
力が前記管の引張強さを超えると山部において破断が発
生してしまう。従って、内面溝付き管の外径は５乃至８
ｍｍとする。

【００１５】溝深さ：０．１乃至０．２ｍｍ 内面溝付き管を空引抽伸すると、その山部の高さは減少
する。そのため、前記管の溝深さが０．１ｍｍ未満であ
ると、細径内面溝付き管で必要とされる溝深さを形成す
ることができない。一方、内面溝付き管の溝深さが０．
２ｍｍを超えていると、空引抽伸時において作用する曲
げ応力は山部の頂点部分に最も大きな引張応力が作用
し、その引張応力が前記管の引張強さを超えると山部に
おいて破断が発生してしまう。従って、内面溝付き管の
溝深さは０．１乃至０．２ｍｍとする。

【００１６】溝のねじれ角：５乃至２５° 図３（ａ）は内面溝付き管を示す斜視図であり、（ｂ）
は前記管の展開を示す模式図である。図３（ａ）に示す
内面溝付き管１１を展開線２１に沿って前記管１１を切
断し、展開方向２０ａ及び２０ｂの矢印に従って展開し
たものが図３（ｂ）に示す模式図である。この図３
（ｂ）に示す山部の山頂線２３と管軸２２とのなす角度
が溝のねじれ角２４である。

【００１７】このねじれ角を５°未満とすると、素管に
対して溝付け加工を行う場合、山部が非対称となる場合
があり、そのような内面溝付き管を空引抽伸すると、山
部の倒れが生じてしまう。一方、ねじれ角が２５°を超
えると、溝付け加工時において、溝付け工具の引き抜き
力が増大するため、管自体の破断が生じやすくなってし
まう。従って、内面溝付き管の溝のねじれ角は５乃至２
５°とする。

【００１８】なお、溝のねじれ角の上限を１０°とし
て、溝付け加工時のねじれ角を５〜１０°の範囲で行う
と、溝付け加工における加工速度を前記範囲以外のねじ
れ角で行う場合より２０〜４０％速くすることができ、
生産性を極めて向上させることができる。

【００１９】山部の山頂角：５０乃至８０° 内面溝付き管の山部の山頂角を５０°未満とすると、空
引抽伸時において山部に作用する引張応力が増大するこ
とにより山部が破断する場合がある。一方、山部の山頂
角が８０°を超えると、溝底部の幅が小さくなり、空引
抽伸後の細径内面溝付き管において所定の溝部の断面積
を得ることができない。従って、内面溝付き管の山部の
山頂角は５０乃至８０°とする。

【００２０】溝ピッチ：０．２９乃至０．８ｍｍ 内面溝付き管の溝ピッチを０．２９ｍｍ未満とすると、
空引抽伸後の細径内面溝付き管における溝底部の幅が小
さくなり、所定の溝部断面積を得ることができない。一
方、溝ピッチが０．８ｍｍを超えると、逆に溝底部の幅
が大きくなり、所定の溝部断面積より大きくなってしま
う。従って、内面溝付き管の溝ピッチは０．２９乃至
０．８ｍｍとする。

【００２１】以上のような寸法範囲の内面溝付き管に対
して、次のように抽伸加工を施す。図２は内面溝付き管
の抽伸加工を示す模式図である。また、図２（ｂ）は内
面溝付き管１１におけるＡ−Ａ断面の断面形状を示す模
式図であり、（ｃ）は細径内面溝付き管１２におけるＢ
−Ｂ断面の断面形状を示す模式図である。この図２に示
すように、（ｂ）に示すような断面形状を有する内面溝
付き管１１をダイス１３にとおすことにより、（ｃ）に
示すような断面形状を有する所定の細径内面溝付き管１
２を製造することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、本発明の特
許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先
ず、本実施例では外径９．５２ｍｍ及び肉厚０．３０ｍ
ｍ、外径１１．２ｍｍ及び肉厚０．３０〜０．３３ｍｍ
並びに外径１２．７ｍｍ及び肉厚０．３８ｍｍのリン脱
酸銅管（Ｈ３３００ Ｃ１２２０）を焼鈍した後、内面
溝付け加工装置により溝付け加工を行い、下記表１に示
す形状を有する空引抽伸前の内面溝付き管を製作した。

【００２３】

【表１】

【００２４】次に、上記表１の各内面溝付き管を抽伸速
度６０ｍ／分により抽伸し、外径４ｍｍ又は５ｍｍに縮
径して、管の形状の測定及び溝の状態を観察した。その
結果を下記表２に示す。

【００２５】なお、下記表２の山破断及び山倒れは、夫
々が生じて細径内面の溝形状が不良である場合は「×」
を、逆にそのような製造欠陥が生じず良好な溝形状が形
成された場合は「○」により示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】上記表２に示すように、実施例Ｎｏ１〜４
については、請求項の範囲内であるため、空引抽伸後の
内面溝形状は所定の形状のものが形成されており、山部
の破断又は変形等の製造欠陥は生じていない。なお、実
施例Ｎｏ２とＮｏ４とはねじれ角以外は全く同じ形状寸
法を有する内面溝付き管であり、抽伸後の結果について
も全く同様の結果を示している。しかし、実施例Ｎｏ２
のねじれ角は１０°と実施例Ｎｏ４の２５°に比べ半分
以下の値であるため、実施例Ｎｏ２の溝付け加工速度は
実施例Ｎｏ４のそれに比べ５０％増加することができ、
生産性の向上を図ることができた。

【００２８】次に、比較例Ｎｏ１〜８について説明す
る。比較例Ｎｏ１については、空引抽伸前の内面溝付き
管の外径が所定値より大きく、それにも拘わらず空引抽
伸により外径を５ｍｍまで縮径した結果、空引抽伸後の
管において山部に破断が生じた。

【００２９】比較例Ｎｏ２については、空引抽伸前の内
面溝付き管の山頂角が所定値より小さいため、空引抽伸
により外径を４ｍｍまで縮径した結果、空引抽伸後の管
において山部に破断が生じた。

【００３０】比較例Ｎｏ３については、空引抽伸前の内
面溝付き管の溝のねじれ角が所定値より小さいため、空
引抽伸により外径を４ｍｍまで縮径した結果、空引抽伸
後の管において山部に倒れが生じた。

【００３１】比較例Ｎｏ４については、空引抽伸前の内
面溝付き管の山頂角が所定値より大きいため、空引抽伸
後の管において溝底部の幅が狭くなり、所定の溝部断面
積を得ることができなかった。

【００３２】比較例Ｎｏ５については、空引抽伸前の内
面溝付き管の溝ピッチが所定値より小さいため、比較例
Ｎｏ４と同様に、所定の溝部断面積を得ることができな
かった。

【００３３】比較例Ｎｏ６については、空引抽伸前の内
面溝付き管のピッチが所定値より大きいため、空引抽伸
後の管において溝底部の幅が広くなり、所定の溝部断面
積が得られなかった。

【００３４】比較例Ｎｏ７については、空引抽伸前の内
面溝付き管の溝深さが所定値より大きいため、空引抽伸
後の管において山部に破断が生じた。

【００３５】比較例Ｎｏ８については、空引抽伸前の内
面溝付き管の溝深さが所定値より小さいため、空引抽伸
後の管において所定の溝深さが得られなかった。

【００３６】なお、本実施例及び比較例における空引抽
伸方法は、溝付け加工後に別工程で１枚のダイスにより
１回のみ空引抽伸を行ったものであるが、総合した外径
減少率、即ち空引抽伸前の管外径と数回の空引抽伸を行
った後の最終的な管外径との比が変わらなければ、２回
以上の空引抽伸を行ってもよい。また、ダイスを直列に
２個以上設置して抽伸を行ってもよい。更に、管の引き
抜き力が管の破断力を超えない範囲であれば、溝付き加
工と空引抽伸を連続して行うこともできる。

【００３７】本実施例及び比較例では銅管を使用した
が、本発明では銅以外に銅合金又はアルミニウム等の異
種金属管であっても適用可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空引抽伸前の管軸直角断面形状を所定範囲に限定するこ
とにより、従来の設備をそのまま使用できるため、製造
コストを上昇させることがなく、空引抽伸時に生ずる山
部の破断又は倒れを抑制すると共に熱交換効率が高い細
径内面溝付き管を効率よく製造するができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内面溝付き管の断面形状の一部を示す模式図で
ある。

【図２】内面溝付き管の抽伸加工を示す模式図並びに前
記加工前及び後の前記管の断面形状を示す模式図であ
る。

【図３】内面溝付き管を示す斜視図及び前記管の展開を
示す模式図である。

【図４】内面溝付き管の山部の倒れを示す模式図であ
る。

【図５】内面溝付き管の山部の破断を示す模式図であ
る。

【図６】内面溝付き管の外周面のまくれ込みを示す模式
図である。

【図７】内面溝付き管の空引抽伸時における引張応力の
大きさを示す模式図である。

【符号の説明】

１；内面溝付き管の外径 ２；内径 ３；溝深さ ４；肉厚の厚さ ５；山部の山頂角 ６；溝部の幅 ７；溝部断面積 ８；溝ピッチ ９，２３，３１；山部 １０；溝底部 １１；空引抽伸前の内面溝付き管 １２；空引抽伸後の内面溝付き管 １３；空引ダイス ２０ａ，２０ｂ；内面溝付き管の展開方向 ２１；展開線 ２２；管軸 ２４；溝のねじれ角 ２５；山頂角の２等分線 ２６；外周面の接線 ２７；倒れ角 ２８；山部の破断部 ２９；まくれ込み ３０；肉厚部 ３２；引張応力の分布

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外径を５乃至８ｍｍ、溝深さを０．１乃
   至０．２ｍｍ、管軸に対する溝のねじれ角を５乃至２５
   °、管軸に直角する断面における山頂角を５０乃至８０
   °及び溝ピッチを０．２９乃至０．８ｍｍとなる内面溝
   付き管を形成する工程と、前記内面溝付き管の外径を３
   乃至５ｍｍに空引抽伸する工程とを有することを特徴と
   する細径内面溝付き伝熱管の製造方法。