JPH0970612A - 二重溝付伝熱管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非共沸冷媒の沸騰促進に適した二重溝付伝熱
管を高速度で製造する方法を提供する。 【解決手段】 外周に溝を設けた２個のプラグ21,22 を
金属管20内に配し、前記プラグ21,22 を配した位置の金
属管20の外側位置に１列目と２列目のボール31,32 をそ
れぞれ遊星回転させながら押付けて、金属管20内面に二
重溝を形成する方法において、前記１列目と２列目のボ
ール31,32 を、前記１列目と２列目のボール31,32 の外
側に配したそれぞれのフランジ54,55 と、ボール31,32
同士の間隔を規定するボール保持器51,52 とにより把持
する。 【効果】 １列目と２列目のボール31,32 を、前記１列
目と２列目のボール31,32 の外側にそれぞれ配したフラ
ンジ54,55 と、ボール31,32 同士の間隔を規定するボー
ル保持器51,52 とにより把持するので、各々のボール3
1,32 がしっかりと把持される。従って、良好な形状の
二重溝付伝熱管が高速度で製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機や空調機等
の熱交換器用等に使用される二重溝付伝熱管を高速度で
引抜加工する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍機やルームエアコン等の空調機用の
熱交換器に使用される伝熱管は、管内にフレオンガス
（フレオンは炭化水素のフルオルクロル置換体類に対す
るデュポン社の商品名）等の冷媒を流し、前記冷媒を蒸
発又は凝縮させて管外を流れる流体との間で熱交換を行
うものである。前記伝熱管には、図６に示すように内面
に微細な溝27を多数形成して伝熱特性を高めた内面溝付
伝熱管が多用されている。ところで、冷媒には、従来よ
りフレオンＲ22、Ｒ12が用いられているが、これらはオ
ゾン層を破壊する為、環境保全の上から全廃する計画が
進められている。フレオンＲ22、Ｒ12の代替品には、オ
ゾン層に影響を及ぼさないフレオンＲ32、Ｒ134a、Ｒ12
5 等が挙げられている。特にこれら冷媒を混合した [Ｒ
32／Ｒ134a／Ｒ125]や [Ｒ32／Ｒ125]等の混合冷媒は、
従来のフレオンＲ22等に近い冷却能力を有し、しかも不
燃性の為、代替品として高い評価を得ている。

【０００３】前述の混合冷媒には、共沸冷媒と非共沸冷
媒とがあり、前記の [Ｒ32／Ｒ134a／Ｒ125]や [Ｒ32／
Ｒ125]等の混合冷媒は非共沸冷媒である。共沸冷媒は、
液化開始温度（露点）と液化終了温度（沸点）とが同一
で、単一冷媒と同じ挙動を示すので特に問題はないが、
非共沸冷媒は、液化開始温度と液化終了温度が異なる
為、冷媒が蒸発又は凝縮する際に、液相側に高沸点成分
が濃縮し、気相側に低沸点成分が濃縮する。この濃度差
が拡散抵抗や熱抵抗を惹起して、蒸発又は凝縮での熱伝
達率を低下させる。このようなことから、非共沸冷媒を
用いる沸騰型伝熱管では、図７に示すように、二重に溝
25,26 を形成（キャビティ構造）し、冷媒の乱流効果を
活発化して沸騰を促進させた二重溝付伝熱管が開発され
た（特開平1-317637）。

【０００４】ところで、前記二重溝付伝熱管は、溝を二
重に加工する為、引抜加工の際の摩擦抵抗や塑性変形抵
抗が、単一溝（図６）の場合に較べて２倍になり、引抜
加工を高速度で行えないという問題があった。この対策
として、２つの溝付プラグに設けられる螺旋状突起を軸
線に対する傾きが同一方向で角度が異なるものとし、押
圧部材をロールからボールに替えて、管に加わる抵抗を
軽減する方法が（特開昭57-36016) 応用された。この方
法は、図８に示すように、金属管10をダイス11とフロー
ティングプラグ12により縮径し、次にこの縮径された金
属管20内に、外周に螺旋溝を彫った２個のプラグ21,22
を配し、外側からボール31,32 を遊星回転させながら押
付けて引抜き、最後に仕上げダイス59を通して二重溝付
伝熱管28に加工するものである。前記方法におけるボー
ル31,32 の把持方法は、図９に示すように、スペーサー
70で相互の間隔が規定されたボール31,32 に、外側から
円錐面を有する部材71〜73の前記円錐面を押付けてなさ
れていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の二重溝
付伝熱管の製造方法では、金属管20は、第１の溝加工に
より硬化し、しかも表面にボール31の跡が残る。この
為、第２の溝加工ではボール32は金属管20の表面を不規
則に転動して暴れ出し、この暴れは、部材71〜73の円錐
面だけでは抑え切れず、この為形成される内面溝の形状
が不均一になり、伝熱特性が低下した。更に、ボールの
遊星回転（公転）を速めて高速引抜きを行おうとする
と、ボールに働く遠心力が大きくなってボールの暴れは
益々酷くなり、このボールの暴れが大きな摩擦抵抗とな
って管が破断するという問題があった。本発明の目的
は、高速度で引抜加工が行える二重溝付伝熱管の製造方
法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】本発明は、所定方向に引抜
かれている金属管内に、外周面に多数の溝を設けた溝付
プラグを２個、引抜方向に、順に、回転自在に保持さ
せ、前記金属管の前記プラグを保持させた２箇所の外周
面に、それぞれ１列目と２列目のボールを配し、前記１
列目と２列目のボールを、遊星回転させながら前記金属
管の外周面に押圧させて、前記金属管の内面に二重溝を
形成する方法において、前記１列目と２列目のボール
を、前記１列目と２列目のボールの外側にそれぞれ配し
たフランジと、ボール同士の間隔を規定するボール保持
器とにより把持することを特徴とする二重溝付伝熱管の
製造方法である。

【０００７】本発明では、１列目と２列目のボールを、
前記１列目と２列目のボールの外側にそれぞれ配したフ
ランジと、ボール同士の間隔を規定するボール保持器と
により把持するので、ボールの暴れを十分防止できる。
従って、向きが管軸に対して異なる二重溝を高速度で形
成できる。更に、本発明では、１列目のボールと２列目
のボールの引抜方向にかかる力を１個のボール保持器で
受けるので加工ヘッドが小型化し又軽量化して、加工ヘ
ッド回転用の駆動モーターの消費電力の節減等が計れ
る。

【０００８】本発明において、ボール保持器に開けられ
た２列目のボールの穴62の角度θを40〜90度にして穴62
の壁部の内面又は表面端部を厚くすることにより、その
破損を確実に防止できる。又ボール32と穴62とのクリア
ランスＣを0.50mm以下にすることにより、ボール32の暴
れをより確実に防止できる（図２参照）。

【０００９】ボール保持器にボールをしっかり押しつけ
てボールの暴れを抑えるには、溝加工時にボール１個に
掛かる引抜方向の力を、径方向にかかるボール１個当た
りの遠心力よりも十分大きくする必要がある。エアコン
等で通常使用されている外径10〜6mm の二重溝付伝熱管
を、本発明により高速度で製造する場合、１列目と２列
目のボール総数を４〜６個、ボール径を 6〜15ｍｍ、溝
付プラグの外径を 5〜12ｍｍ、溝深さを 0.1〜0.3 ｍｍ
とするのが適当である。

【００１０】本発明において、１列目と２列目のボール
総数が４個未満では、引抜加工中に金属管の軸が振れて
溝加工が困難になる。他方、ボールは引抜力によりボー
ル保持器に把持されるもので、ボール数があまり多くな
るとボール１個当たりに掛かる引抜応力が小さくなり、
遠心力がこれに勝るようになるとボールが暴れ出す。従
って１列目と２列目のボール総数は４〜６個が好まし
い。１列目と２列目のボールの配分数は、溝加工力の大
きい方に多くするのが効果的である。溝加工力は溝の深
さ、数等に左右される。ボール総数が４個の場合、２個
ずつ配分するのと、１個と３個に配分するのとの２通り
あるが、後者の方が、金属管の軸芯が３個のボールで確
実に保持されて引抜加工中軸ぶれが起き難いというメリ
ットがある。

【００１１】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）図１イは、本発明の二重溝付伝熱管の製造
方法の実施例を示す説明図である。外径13mmの銅管10を
ダイス11とフローティングプラグ12とにより縮径し、次
に、縮径された銅管20の内側に第１と第２の２個の外周
溝付プラグ（以下プラグと略記する）21,22 を配し、そ
の外側から遊星回転する１列目のボール31と２列目のボ
ール32をそれぞれ押圧して、銅管内面に二重溝を形成
し、最後に仕上げダイス（図示せず）を通して所定の外
径に仕上げる。前記の第１と第２の２個のプラグ21,22
は、フローティングプラグ12の先にマンドレル13で一体
に結合して支持した。１列目と２列目のボール31,32
は、それぞれボール保持器51、52の穴に遊嵌されてい
る。ボール保持器52は加工ヘッド53に、ベアリング54を
介して回転自在に取付けられている。前記加工ヘッド53
の端部には第１と第２の円筒状のフランジ54,55 が２個
取付けられ、前記円筒状フランジ54,55 の内面にそれぞ
れ１列目と２列目のボール31,32 が接して、その径方向
への動きが抑えられている。１列目と２列目のボール3
1,32 の引抜方向への動きはボール保持器52により抑え
られている。

【００１２】ここで、円筒状のフランジ54,55 の内周面
は、引抜方向に僅かに縮径されており、フランジ54,55
を軸方向に移動させることにより、フランジ54,55 と銅
管20との距離を微調整してボール31,32 による銅管20へ
の押圧力を調整する。フランジ54,55 を軸方向に移動さ
せるには、ライナー56,57 の厚みを変えて行う。図１ロ
はＡ−Ａ矢視図である。２列目の２個のボール32は第２
のボール保持器52にあけられた穴62に嵌まり込んで銅管
20を挟んで対向配置されている。１列目のボール部分
は、２列目のボール部分と同じ構成なので説明を省略す
る。

【００１３】ここで、加工ヘッド53を回転させると、ボ
ール31,32 は銅管20の回りを遊星回転する。この状態で
銅管20を引抜くと、１列目のボール31により第１の溝が
形成され、次に２列目のボール32により第２の溝が形成
される。

【００１４】図１に示した方法により、外径9.53mmの二
重溝付伝熱管を製造した。第１プラグには、外径9.8 ｍ
ｍ、溝数70、ねじれ角度25度（ねじれ方向は左）、溝深
さ0.10ｍｍのものを用いた。第２プラグには、外径9.5
ｍｍ、溝数50、ねじれ角度10度（ねじれ方向は右）、溝
深さ0.20ｍｍのものを用いた。ボールには外径14.0ｍｍ
のものを使用し、溝加工中の２列目のボールと第２保持
器の穴とのクリアランスＣは 0.1ｍｍ、穴角度θは60度
にした（図２参照）。１列目と２列目のボールの数は種
々に変化させた。

【００１５】製造した伝熱管の内面溝の形状は、図４に
示すように、溝25，26の向きが管軸に対して異なるもの
である。第１の溝加工で高さ0.20ｍｍのフィン24と溝25
を形成し、第２の溝加工でフィン24を間欠的に潰して前
記溝26を形成した。溝加工に要する力は第１溝加工の方
が第２溝加工より大きかった。

【００１６】（実施例２）図３は、本発明の第２の実施
例を示すボール保持方法の説明図である。この方法で
は、１列目のボール31と２列目のボール32を１個のボー
ル保持器58により保持し、且つこのボール保持器58によ
り引抜方向へのボール31,32 の動きを抑えている。その
他は図１と同じである。

【００１７】図３に示した方法によりボールを把持し
て、外径が 6.5ｍｍφの二重溝付伝熱管を製造した。銅
管には、外径10ｍｍのものを用いた。第１プラグには、
外径7.6 ｍｍ、溝数50、ねじれ角度20度（ねじれ方向は
右）、溝深さ0.20ｍｍのものを用い、第２プラグには、
外径7.2 ｍｍ、溝数20、ねじれ角度20度（ねじれ方向は
左）、溝深さ0.30ｍｍのものを用いた。ボール径は１列
目が 7.0ｍｍ、２列目が6.5 ｍｍとした。

【００１８】（比較例１）図９に示した従来法によりボ
ールを把持し、その他は、実施例１と同じ方法により、
二重溝付伝熱管を製造した。

【００１９】前記各々の方法により製造した二重溝付伝
熱管について、内面溝形状と外観を調査した。結果を表
１に示す。

【００２０】

【表１】 ＊：○良好、△やや不良、×不良。

【００２１】表１より明らかなように、本発明例品 (N
o.1〜5)は、いずれも、内面溝形状と外観が良好であっ
た。ボールの１列目と２列目の配置数は、溝加工力の大
きい１列目にボールを多く配した４−２(No.1)の方が、
２−４(No.2)より安定して引抜きが行えた。ボール総数
を７個（４−３）にして同様の製造を行ったが、ボール
１個当たりに掛かる引抜応力が低下した為、外観及び引
抜安定性が若干低下した。これに対し、従来品は、公転
速度が２万rpm で引抜速度が40m/min.と遅い場合(No.6)
でも、内面溝形状と外観がやや不良となり、ボールの公
転速度と引抜速度をそれぞれ３万rpm と50m/min.に速め
た場合(No.7)では、２列目のボールの暴れが酷くなって
内面溝形状と外観がともに不良となった。更に、ボール
数を少なくした場合(No.8)は、金属管が破断した。尚、
本発明では、１列目のボールと２列目のボールの引抜方
向にかかる力を１個のボール保持器で受けるので加工ヘ
ッドが小型化し又軽量化して、加工ヘッド回転用モータ
ーの消費電力が節減された。

【００２２】（実施例３）実施例１において、ボール保
持器の穴の形状を種々に変化させて二重溝付伝熱管を製
造した。結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２より明らかなように、ボール保持器の
穴角度が40〜90度、クリアランスが0.1〜0.5 mmのもの
(No.10〜13,15)は、穴壁端部が破損したりせず、又ボー
ルの自転も良好になされた。しかし、No.9,14 は、穴角
度θが小さすぎ又は大きすぎた為、穴壁内面側又は表面
側端部が薄くなって一部破損し、又No.16 はクリアラン
スが狭くボールの自転が若干阻害され、No.17 はクリア
ランスが大きすぎてボールが若干暴れた。しかし、いず
れも得られた伝熱管の品質には実用上特に問題はなかっ
た。

【００２５】本発明方法により製造したNo.1の二重溝付
伝熱管に非共沸冷媒 [Ｒ32／Ｒ134a／Ｒ125]を入れて管
内蒸発熱伝達率を測定した。その結果、図５に示すよう
に、従来の単一溝の内面溝付管にＲ−22を入れたものよ
り高い伝熱特性を示した。

【００２６】

【効果】以上に述べたように、本発明によれば、非共沸
冷媒の沸騰促進に適した二重溝付伝熱管を高速度で製造
することができ、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二重溝付伝熱管の製造方法の第１の実
施例を示す説明図である。

【図２】ボール保持器の穴とボールとの接触部分の説明
図である。

【図３】本発明の二重溝付伝熱管の製造方法の第２の実
施例を示すボール保持方法の説明図である。

【図４】二重溝付伝熱管の溝の向きが管軸に対して異な
る内面溝の斜視図である。

【図５】本発明方法により製造した二重溝付伝熱管の管
内蒸発熱伝達率と冷媒流速との関係図である。

【図６】単一溝付伝熱管の内面溝の斜視図である。

【図７】二重溝付伝熱管の斜視図である。

【図８】従来の二重溝付伝熱管の製造方法の説明図であ
る。

【図９】従来の二重溝付伝熱管の製造方法のボール部分
の説明図である。

【符号の説明】

10…………金属管 11…………ダイス 12…………フローティングプラグ 13…………マンドレル 20…………縮径された金属管 21,22 ……外周溝付プラグ 24…………フィン 25,26,27…溝 28…………二重溝付伝熱管 31…………１列目のボール 32…………２列目のボール 51,52,58…ボール保持器 53…………加工ヘッド 54,55 ……フランジ 56,57 ……ライナー 59…………仕上げダイス 61,62 ……ボール保持器に開けられた穴 70…………スペーサー 71,72,73…円錐面を有する部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定方向に引抜かれている金属管内に、
   外周面に多数の溝を設けた溝付プラグを２個、引抜方向
   に、順に、回転自在に保持させ、前記金属管の前記プラ
   グを保持させた２箇所の外周面に、それぞれ１列目と２
   列目のボールを配し、前記１列目と２列目のボールを、
   遊星回転させながら前記金属管の外周面に押圧させて、
   前記金属管の内面に二重溝を形成する方法において、前
   記１列目と２列目のボールを、前記１列目と２列目のボ
   ールの外側にそれぞれ配したフランジと、ボール同士の
   間隔を規定するボール保持器とにより把持することを特
   徴とする二重溝付伝熱管の製造方法。
2. 【請求項２】 ボール保持器を２個用い、第１のボール
   保持器により、１列目のボール同士の間隔を規定し、第
   ２のボール保持器により、２列目のボール同士の間隔を
   規定するとともに、１列目と２列目のボールを把持する
   ことを特徴とする請求項１記載の二重溝付伝熱管の製造
   方法。
3. 【請求項３】 １列目と２列目のボールの合計数が４〜
   ６個であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
   の二重溝付伝熱管の製造方法。