JPH0270339A - スパイラルフィン付き金属管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は傾斜圧延機を用いて中実金属棒又は金属管から
直接スパイラルフィン付き金属管を製造する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

スパイラルフィン付き金属管の主な製造方法としては第
６図に示す如き金属素管Ｐ０の外周にフィンを螺旋状に
溶接固定する方法（特開昭５８−９７１５号）、或いは
第７図（イ）、（ロ）に示す如き金素属管Ｐ６の外周面
にスパイラルフィンを転造形成する方法（塑性と加工Ｖ
ｏ１．１０　　Ｎａ１０５１９６９−１０）等が従来知
られている。

第６図は溶接によって金属素管の外周にスパイラルフィ
ンを形成する態様を示す斜視図であり、金属素管Ｐ。を
軸心回転させつつ軸長方向へ移送すると共に、その外周
面に一方の縁部が当接するように帯状材１６をスパイラ
ル状に巻き付けつつ接合部を高周波溶接する方法である
。

かかる方法によってスパイラルフィン付き金属管を製造
する場合は、帯状材１６の巻き付は加工に大きな駆動力
が必要となること、その巻き付は加工の高速化が困難で
あること、金属素管Ｐ０に巻き付けられた帯状材１６は
その外周側で引張応力が生して割れが発生し易く、逆に
内周側で圧縮応力が生じて皺、ひだ、波打ち現象が生し
易いこと、金属素管Ｐ０と帯状材１６との接合部の溶接
が確実に行われ難い等の欠点があり、得られたスパイラ
ルフィン付き金属管を伝熱管として用いる場合は前記接
合部の溶接が不確実であることに等起因して熱伝達特性
が悪い等の欠点があった。

第７図（イ）は圧延ロールによる転造によってスパイラ
ルフィン付き金属管を製造する方法の実施状態を示す正
面図、第７図（ロ）は第７図（イ）の■−■線による拡
大断面図であり、金属素管Ｐ０のパスライン周りに配し
た３個の圧延ロール２１，２２゜２３にて金属素管Ｐ０
を冷間（又は熱間）にて転造する方法である。圧延ロー
ル２Ｌ２２，２３はいずれも一本の軸に薄肉円板状であ
って外周部断面形状を楔状に薄くしたデイスクロールを
＃！ｌＩＯ個装着して構成してあり、金属素管Ｐ。の外
面に略Ｕ字状の溝を肉厚方向への圧下刃にて形成し、こ
の溝加工により押し退けられた金属を各圧延ロール２１
，２２゜２３のデイスクロール間の隙間内に移動させる
ことにより、スパイラルフィン２５を形成する。

ところで上述した如き従来方法では製造出来る伝熱管の
材質はＡｊｉ！、Ｃｕ等の如く極めて加工性の良い軟質
金属に限られており、高合金鋼、ステンレスｍ、ｖ通ｍ
についてはスパイラルフィンの形成は難しく、またこの
従来方法では管自体には殆ど延伸が生じない状態での圧
延に限られる。

なお、この方法はデイスクロールにより押し退けられた
金属に基づいてスパイラルフィンの大きさが決定される
ため、フィンの高さ、厚み、フィンピッチに制約があり
、例えばこの方法で製造できるスパイラルフィン付き金
属管はフィン溝底径カ２８ｍｍ、　　フィン高さが８．
５鶴、フィン厚さが０．５鶴であり、しかもフィン間隔
は３．５鶴程度の短いものである。

この対策として本発明者等は外周面に被圧延材の入側か
ら出側に向けて間隔が漸次広くなるように環状の溝を切
った圧延ロールを３又は４個備えた傾斜圧延機を用いて
金属素管を熱間にて延伸圧延しつつスパイラルフィンを
転造する方法につき既に提案している（特開昭６２〜１
２４０２３号）。

第８図（イ）は金属素管の外周にスパイラルフィンを転
造成形する本発明者等が提案した従来方法の正面図、第
８図（ロ）は第８図（イ）の■−■線による拡大断面図
であり、マンドレル３６をとおした金属素管Ｐ０のパス
ライン周りに臨ませて３個又は４個の圧延ロール３１，
３２．３３を配した交叉型の傾斜圧延機を用いて、金属
素管Ｐ０を熱間で延伸圧延する。各圧延ロール３１，３
２．３３にはその外周面に被圧延材である金属素管Ｐ０
の入側より出側に向けて漸次広くなる間隔で複数の環状
溝３４を形成してあり、圧延ロール３１，３２．３３を
金属素管Ｐ０の外周に圧接転造せしめることにより、環
状溝３４内に金属を充填せしめてスパイラルフィン付き
金属管を製造するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでこの方法にあってはＣｕやＡβのような軟質金
属に比べ延性の低い普通鋼やステンレス鋼でハイフィン
チューブを上述の方法を用いて製造する場合は、スパイ
ラルフィンの外径に匹敵する程度に大きな外径を有し、
内径が成品内径より若干大きな金属素管ＰＯ１換言すれ
ば外径が大きく、肉厚／外径比が例えば３０％を越える
ような厚肉管を用いる必要が生ずる。しかしこのような
外径の大きな金属素管を用いて上述の方法を実施する場
合は、その傾斜圧延時の加工エネルギが大きくなること
、また肉厚／外径比が３０％を越えるような厚肉管は現
今のマンドレルミルでは製造が不可能なことから、例え
ば切削加工にて孔加工しなけれず、金属素管の内削に工
数の大きな機械加工が必要となること、更に歩留りが低
く製造費用が大幅に嵩むという問題があった。

更にこの方法の場合圧延ロール数は５個以上になると隣
接する圧延ロール同士が互いに接触するという幾何学的
な条件によって被圧延材径、即らロール内接円径（この
場合フィン付き管のフィン溝底径）に対して圧延ロール
径を大きくできなくなる。例えば第９図（イ）に示す如
く圧延ロール数が５個の場合、圧延ロール径は被圧延材
径ｄの１．４倍以下、また第９図（ロ）に示す如（圧延
口−ル数が６個の場合、圧延ロール径は被圧延材の１．
０倍以下となり、圧延ロール数が増えるほど圧延ロール
径が大きくできなくなる。そのため圧延ロール軸を両端
にて支持することが実質上困難となり、また圧延ロール
軸径が小さくなるので圧延ロール軸の剛性が低下し、材
料温度変動に起因する寸法変動が太き（なり、更に圧延
ロール径が小さくなるので、圧延速度が遅くなって生産
能率が低くなる等の理由でロール数を４個以下にしてい
た。

本発明はかかる事情に層みなされたものであって、その
目的とするところは高いスパイラルフィンを高い生産速
度で高能率に製造し得るスパイラルフィン付き金属管の
製造方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るスパイラルフィン付き金属管の製造方法は
、圧延ロールとして外周面の周方向に複数個の環状溝を
有する圧延ロール１！、またガイドシュとして被圧延材
である中空金属棒又は金属管と対向する側に溝を有する
ガイドシュを用い中実金属棒又は金属素管の外周に１又
は複数条のスパイラルフィンを形成する。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって圧延ロール径を被圧延材
の７〜１０倍にすることが可能となり、製造速度が向上
する。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。

第１図は本発明の実施状態を示す模式的正面図（圧延ロ
ールの溝を省略して図示しである）、第２図は第１図の
ｎ−ｎ線による拡大断面図、第３図はガイドシュの斜視
図であり、図中Ｂは中実金属棒、１０は傾斜圧延機を示
している。

傾斜圧延・機ｌＯは中実金属棒Ｂのパスラインを挾んで
対向配置した２個の圧延ロール１．２及び再圧延ロール
１．２間にて夫々パスラインを挾んで対向配置した２個
のガイドシュ８ａ、　８ｂ及びパスライン上に位置して
マンドレル６ａに支持されたプラグ６を備えている。

各圧延ロール１．２は夫々両端部を軸支されており、図
示しない駆動源にて矢符ａ、ｂで示す如く同方向に回転
駆動されるようになっている。各圧延ロール１，２は第
２図に明らかな如く同一の面角α１．α２を人、出側に
有し、その軸心線は同側の軸端が周方向の同側に向くよ
う傾斜（この軸心線のパスラインに対する角度βを傾斜
角という）せしめられ、また同側の軸端がパスラインに
向けて接近又は離反するように傾斜（この軸心線のパス
ラインに対する角度γを交叉角という、ロール軸線が出
側で離反する方向γを正と定義する）せしめられている
。

各圧延ロールｌ、２の外周面には環状溝４が複数条、例
えば５条乃至７条が軸長方向に適長離隔して周方向に切
られている。この環状溝４の加工法については特に限定
するものでなく、例えば−体物の圧延ロールの外周に環
状溝４を切削形成してもよいし、或いはディスク状のロ
ールをスペーサを介在させた状態で１本の軸に軸支して
環状溝４を形成してもよい。環状溝４の形成位置１間隔
。

幅、深さ等については、第２図にその一部を示すように
圧延ロール１．２間相互で異なっており、また各圧延ロ
ール１．２においても中実金属棒Ｂの入側から出側に向
けて間隔９幅、深さを異ならせである。

形成すべきスパイラルフィンの高さ１間隔およびプラグ
６の形状に応じて、環状溝４の形成位置。

間隔が定まり、またこれらと関係した圧延ロール１．２
の前記α、β、γ等が決定される。環状溝４の形成位置
、深さについては傾斜圧延中のスパイラルメタルフロー
及びスパイラルフィンの半径方向のメタルフローを勘案
して、中実金属棒Ｂの入側から出側に向けて適宜変化せ
しめである。

一方、ガイドシュ８ａ、　８ｂについては中実金属棒Ｂ
が圧延されていく過程において漸次形成されていくスパ
イラルフィン５の高さ２幅、スパイラル進行方向に夫々
合わせた深さ７幅、方向を有する溝９が形成されており
、前の圧延ロールから出たスパイラルフィン５が隣りの
ガイドシュの溝９に進入した際にスパイラルフィン５が
潰されることなく次の圧延ロールの環状溝４内に進入し
てゆき、出側端で所望の高さ１幅、ピンチを持つスパイ
ラルフィンが得られるように設定される。

なお、通常はスパイラルフィンの仕上げ間隔。

高さは最終の数条の環状溝４で定まるから、終わりの数
条の環状溝４の溝間隔、溝深さを同しにしておくとフィ
ンの仕上がり寸法が正確になる利点がある。

また、スパイラルフィンの起立方向を、例えば管の軸と
直交する方向に形成する場合には、圧延ロール１，２の
交叉角γに合わせて環状溝４の深さ方向がパスラインＸ
−Ｘと直交するように形成し、またスパイラルフィン５
の起立方向を管軸に対して所要角度傾斜させて形成する
場合には同じく交叉角Ｔに合わせて環状溝４の深さ方向
をパスラインＸ−Ｘに対し所定の角度となるよう形成す
ることは勿論である。

プラグ６は砲弾型であって、基端部をマンドレル６ａの
先端に支持されており、中実金属棒Ｂ及び金属素管Ｐ０
のパスラインＸ−Ｘ上に配設されている。

而して上述の如く構成された傾斜圧延機によるスパイラ
ルフィン付き金属管の製造方法は先ず断面円形の中実金
属棒Ｂを所定温度に加熱した後、前記した如き傾斜（穿
孔又は拡径）圧延機に矢符方向から給送し、圧延ロール
１８２間に噛み込ませる。圧延ロール１，２は第１図に
矢符で示す如く同方向に夫々回転駆動せしめられており
、これに噛み込まれた中実金属棒Ｂはガイドシｚ８ａ、
８ｂによりパスラインＸ−Ｘ上に保持されて軸心線回り
に回転されつつ軸長方向に移動される、所謂螺進移動せ
しめられ、その軸心線に沿ってプラグ６が貫入せしめら
れる。２つの圧延ロールと２つのガイドシュによる順次
的圧延により隣りの圧延ロールの環状溝４からガイドシ
ュ８ａ、　８ｂの溝９へとスパイラルフィン５が順次的
に導入され１、またプラグ６の貫入によって中実金属棒
Ｂの内面から半径方向への歪成分が付与されることによ
り容易に環状溝４の深さ方向へと金属が流動し、スパイ
ラルフィン５の外径は環状溝４の深さに相応する大きさ
に形成されていく。

中実金属棒Ｂの直径に対するスパイラルフィン５の直径
の比（拡管比という）は通常安定操業を継続する上で１
．５以下とすることが望ましい。

拡管比を１．５以下としたのはこれを越えるバススケジ
ュールではプラグ径が大きくなり、通過抵抗が高くなっ
て民権けが安定せず、スパイラルフィン５の損傷を招く
ことがあり、またスバ・イラルフィン５の外周縁の延伸
が過大となって加工性の悪い材料ではスパイラルフィン
５の周縁部に割れ等のトラブルが発生することに因る。

第４図は本発明の他の実施状態を示す模式的正面図、第
５図は第４図のＶ−Ｖ線による拡大縦断面図であり、被
圧延材として第５図に明らかな如（中実金属棒Ｂに代え
て軸心線に沿って小孔りを穿った金属素管Ｐ０を用いで
ある。他の構成は小孔り内にプラグ６を貫入せしめてゆ
く構成を除いて第１．　３図に示す実施例と実質的に同
じであり、対応する部分には同じ番号を付して説明を省
略する。

次に本発明方法について、具体的数値を掲げて説明する
。

〔数値例１〕 ５４５Ｃ製の円形断面を有する直径７０鰭の中実金属棒
Ｂを熱間圧延によって製造し、これを周面に複数の溝を
施した圧延ロール２個及びガイドシュ２個を有する傾斜
（穿孔又は拡径）圧延機を用いて熱間で穿孔圧延し、下
記寸法のスパイラルフィン付き金属管を製造した。

フィン間隔＝２０鰭 フィン外径：８４膳− フィン間の底部直径：５４鰭 内径：４０ｍ 傾斜（穿孔）圧延機の寸法諸元は次のとおりである。

ロール材質：　ＳＣＭ４４０ ロール傾斜角βニア６ ０−ル交叉角ｒ：００ ロール最大部直径：　　５００ｍｍ ロール入口面角ニア″ ロール出口面角：１゜ ロール回転数：　２０Ｏｒ、ｐ、ｍ。

圧延速度：　０．６ｍ／秒 その結果良好なスパイラルフィン付き金属管が得られた
。一方圧延ロール数３個で上記パススケジュールを達成
しようとすると、スパイラルフィン間の底部直径を５４
鰭に設定するための圧延ロール最大部直径は３４０龍以
下としなければならず、上記圧延速度を達成するために
は圧延ロール回転数を上げる必要が生じ、機械的な振動
やベアリング寿命が短くなること等の問題が発生した。

〔数値例２〕 〔数値例１〕と同様のパススケジュールによって２条の
スパイラルフィン付き金属管を製造した。

なお傾斜角βは〔数値例１〕の場合の２倍とした。他の
条件は次のとおりである。

ロール交叉角Ｔ：０６ ０一ル回転数：　２０Ｏｒ、ｐ、ｍ。

圧延温度：　１２００°Ｃ 圧延速度：　１．２ｍ／秒 この結果圧延速度は〔数値例１〕の場合の２倍とするこ
とが出来た。

なお具体的には示さないが３条以上のスパイラルフィン
付き金属管も製造することができた。勿論このような多
条スパイラルフィンを製造する場合は被圧延材の圧延中
の進行ピンチが１条の場合の２倍若しくは３倍になるの
で進行ピンチに見合う設定段取及び圧延ロールの環状溝
及びガイドシュ溝の孔型設計を行う。この場合生産速度
は２倍若しくは３倍となり、生産能率が飛躍的に向上す
る。

〔数値例３〕 ５４５Ｃ製の外径７０ｍｍ、内径２０龍の金属素管を被
圧延材とし、〔数値例１〕と同じ寸法仕様のスパイラル
フィン付き金属管を製造した。

傾斜（穿孔又は拡径）圧延機の寸法諸元は〔数値例１〕
と同じである。ただし圧延ロールの環状溝４及びガイド
シュ８ａ、８ｂの溝９等の孔型設計は圧延中の被圧延材
の進行に合うように設定した。

その結果、良好なスパイラルフィン付き金属管が得られ
た。

〔数値例４〕 ロール交叉角Ｔを１６とし、他の条件を前述した〔数値
例１〕と同じにしてスパイラルフィン付き金属管を製造
した。環状？８４の圧延ロール軸線に対する角度はパス
ラインに対し直角となるように設定した。

なお、交叉角Ｔとして負の角度に設定した場合にも同様
の効果が得られることが確認された。

〔発明の効果〕 以上の如（本発明にあっては、２個の圧延ロールと２個
のガイドシュとを組み合わせて用いることによって圧延
ロール径を中実金属棒又は金属素管の７〜１０倍とする
ことが出来て、それだけ圧延ロール周速度を速く出来、
生産効率を大幅に高め得て生産コストの低減を図れるな
ど本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す模式的正面図、第
２図は第１図のｎ−ｎ線による拡大断面図、第３図はガ
イドシュの拡大斜視図、第４図は本発明の他の実施状態
を示す模式的正面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線による
拡大断面図、第６図は伝熱管用フィン付き金属管の従来
の製造方法を示す斜視図、第７図（イ）はスパイラルフ
ィンを転造する場合の従来の製造方法を示す模式的正面
図、第７図（ロ）は第７図（イ）の■−■徐による拡大
断面図、第８図（イ）はスパイラルフィンを転造する場
合の更に他の従来方法を示す模式的正面図、第８図（ロ
）は第８図（イ）の■−■線による拡大断面図、第９図
（イ）、（ロ）は圧延ロール数と圧延ロール径との関係
を示す説明図である。 １．２・・・圧延ロール　４・・・環状溝８ａ、　８ｂ
・・・ガイドシュ　　６・・・プラグＢ・・・中実金属
棒　Ｐ。・・・金属素管時　許　出願人　　住友金属工
業株式会社代理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫粥 図 粥 図 粥 図 弔 図 弔 図 弔 図 （イ） 弔 図 Ｄ＜１．Ｏｄ （イ） （ロ） 弔 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２個の圧延ロール、２個のガイドシュ及び穿孔用プ
   ラグを備えた傾斜圧延機により中実金属棒又は金属管を
   熱間にて穿孔又は拡径圧延し、スパイラルフィン付き金
   属管を製造する方法において、 前記圧延ロールとして外周面の周方向に複 数個の環状溝を有する圧延ロールを、またガイドシュと
   して中実金属棒又は金属管と対向する側に溝を有するガ
   イドシュを用いて中実金属棒又は金属管の外周に１又は
   複数条のスパイラルフィンを形成することを特徴とする
   スパイラルフィン付き金属管の製造方法。