JPH11285764A - クロス溝付管の製造方法およびその装置ならびにクロス溝付管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のクロス溝付管の製造方法においては、
生産性が低いという問題点があった。 【解決手段】 クロス溝付管５０を製造するための方法
であって、表面に螺旋状に形成された凸条と、該凸条の
少なくとも一部において凸条の延在方向と交差する方向
に形成された凹所と、を有するマンドレルを準備し、こ
のマンドレルを使用して管に対して転造加工を行って、
主山５１ａおよび主谷５１ｂからなる主溝５１と、副山
５２ａおよび副谷５２ｂからなる副溝５２と、が内面に
形成されたクロス溝付管５０を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クロス溝付管の製
造方法およびその装置に関するものであり、また、クロ
ス溝付管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器等において使用する伝熱管にお
いては、熱交換特性を向上させるために内面に螺旋状の
溝が形成された溝付管が使用されることがある。このよ
うな溝付管は、例えば転造加工を利用して製造すること
ができる。この方法を実現するための金属管内外面加工
装置の一例は、特許第２５９０５６８号公報に開示され
ている。

【０００３】図５は、上記公報記載の図であり、図にお
いて、符号１は金属管の一例としての銅管、２は銅管１
を縮径するための縮径装置、２０は金属管内外面加工機
を示している。縮径装置２と金属管内外面加工機２０と
により、金属管内外面加工装置が構成されている。

【０００４】縮径装置２は、銅管１に圧接するテーパ穴
（引抜孔）３ａを有するダイス３と、このダイス３のテ
ーパ穴３ａに対応する位置において銅管１内に浮遊する
フローティングプラグ４と、を備えている。このフロー
ティングプラグ４は、図に示すように、大径部４ａと、
テーパ部４ｂと、小径のロッド部４ｃと、が順に連接さ
れてなるものである。そして、このプラグ４のロッド部
４ｃの先端には、ロッド部４ｃに対して同軸にマンドレ
ル１０が設けられている。

【０００５】マンドレル１０は、円筒状に形成されたも
のであり、その外周面には、螺旋状の凸条１０ａが形成
されている。このマンドレル１０は、プラグ４と一体回
転可能とされており、軸受部材１２により軸方向位置が
規制されている。

【０００６】金属管内外面加工機２０は、マンドレル１
０を構成要素の１つとして備えるものであり、銅管１の
内面に螺旋状の溝を形成するためのものである。

【０００７】金属管内外面加工機２０は、銅管１をマン
ドレル１０に圧接する転造ボール（回転体）２１と、転
造ボール２１の径方向の力を保持する径方向保持部材
（外側支持体）２２と、を備えている。

【０００８】転造ボール２１は、径方向保持部材２２内
に複数配置されており、径方向保持部材２２は、第１の
枠体２３および第２の枠体２４によって挟持されてい
る。また、径方向保持部材２２は、超硬合金で形成され
た内リング２５と、この内リング２５をバックアップす
るための外リング２６と、により構成されている。

【０００９】第１および第２の枠体２３、２４には、そ
れぞれ、大径凹部２３ａ、２４ａが形成されているとと
もに、これら大径凹部２３ａ、２４ａの内側に小径凹部
２３ｂ、２４ｂが形成されている。そして、小径凹部２
３ｂ、２４ｂには、転造ボール２１の軸方向位置を規制
する第１および第２の軸方向保持部材２７、２８が、そ
れぞれ設けられている。これら軸方向保持部材２７、２
８は、環状に形成されており、その内径が、縮径装置２
により縮径された銅管１の外径よりも十分大きく形成さ
れている。また、第１の枠体２３には、第１の軸方向保
持部材２７の内周面に連続する径とされた貫通孔２３ｃ
が形成されており、この貫通孔２３ｃの縮径装置２側に
は、縮径装置２側に向けて拡径するテーパ面２３ｄが連
接されている。一方、第２の枠体２４の小径凹部２４ｂ
の内側には、貫通孔２４ｃが形成されており、この貫通
孔２４ｃには、転造ボール２１で転造された銅管１の外
周面を整形する整形ダイス２９が嵌合されている。この
整形ダイス２９は、当板２９ａにより軸方向後段側（図
において右側）への移動が規制されるようになってい
る。

【００１０】なお、図において、符号３０は、転造ボー
ル２１に潤滑油を供給するためのノズルを示している。

【００１１】上記のように構成された金属管内外面加工
装置においては、金属管内外面加工機２０が回転駆動さ
れる。この際、フローティングプラグ４が挿入された銅
管１を、ダイス３のテーパ穴３ａおよび金属管内外面加
工機２０の軸心に通して、後段方向（図において右側）
に引っ張ると、フローティングプラグ４のテーパ部４ｂ
がダイス３のテーパ穴３ａに保持され、これにより、フ
ローティングプラグ４の位置が定まる。これとともに、
マンドレル１０に対応する銅管１の外周において、転造
ボール２１が公転するようになる。このため、ダイス３
およびフローティングプラグ４によって銅管１が縮径さ
れ、さらに、転造ボール２１によって銅管１がマンドレ
ル１０の外周面に圧接されて、銅管１の内周面に螺旋状
の溝が転造形成される。そして、さらに後段側に位置す
る整形ダイス２９によって、銅管１の外周面が整えられ
る。

【００１２】ところで、上記のような溝付管の熱交換特
性をさらに向上させることを目的として、上記の螺旋状
の溝（主溝）に対して、この溝に対して交差するととも
にこの溝と同程度の深さを有する付加的な溝（副溝）を
付加することが行われることがある。

【００１３】このようなクロス溝付管を製造するには、
以下のような２つの方法が考えられる。

【００１４】第１の方法としては、図６に示すように、
螺旋状に凸条が形成されたマンドレル１０を使用して１
回目の転造を行い、焼鈍の後、先とは逆向きの螺旋状に
凸条が形成されたマンドレル１０’を使用して２回目の
転造を行うという方法である。ここで、１回目の転造の
後に焼鈍を行うのは、１回目の転造により、管に加工硬
化が生じるためである。

【００１５】第２の方法としては、図７に示すように、
螺旋状に凸条が形成された前方マンドレル１０と逆向き
の螺旋状に凸条が形成された後方マンドレル１０’とが
連結されたマンドレル１１を準備し、このマンドレル１
１を使用して転造を行うという方法である。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のクロス溝付管の製造方法の第１方法においては、転
造工程が２回必要であることにより、通常の溝付管の製
造と比較して、大幅に生産性が低下するという問題点が
あった。

【００１７】上記従来のクロス溝付管の製造方法の第２
方法においては、転造工程は１回で済むものの、マンド
レル１０による転造によって、管に加工硬化が生じてし
まうことにより、マンドレル１０’による転造速度を大
きくすることができないという問題点があった。そのた
め、管の引っ張り速度を、通常の溝付管の製造と比較し
て、大幅に遅くするしかなく、結局、第１方法の場合と
同様に、大幅に生産性が低下することとなる。

【００１８】また、上記のような主溝と副溝との深さが
同程度のクロス溝付管であると、主溝をなす主山と副溝
をなす副山との間に深い峡谷部が形成されることとな
る。このような深い峡谷部が存在する場合には、伝熱媒
体の凝縮時に、深い峡谷部に液だまりが生じてしまい、
凝縮液の流動性が低下して、結局、凝縮特性が悪くなっ
てしまうという問題があった。

【００１９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、生産性を損なうことなくクロス溝付管を製造し得る
クロス溝付管の製造方法を提供することを目的とする。
また、そのようなクロス溝付管の製造装置を提供するこ
とを目的とする。さらに、本発明は、蒸発特性を向上さ
せ得るとともに凝縮特性を維持し得るクロス溝付管を提
供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のクロス溝
付管の製造方法においては、クロス溝付管を製造するた
めの方法であって、表面に螺旋状に形成された凸条と、
該凸条の少なくとも一部において前記凸条の延在方向と
交差する方向に形成された凹所と、を有するマンドレル
を準備し、該マンドレルを使用して管に対して転造加工
を行ってクロス溝付管を得ることを特徴としている。請
求項２記載のクロス溝付管の製造装置においては、後方
に引かれる管を絞り加工するための引抜孔を有するダイ
スと、このダイスの後方において前記管の外周面に沿っ
て円環状に配列された複数の回転体と、これら円環状に
配置された複数の回転体の外側において各回転体を前記
管の前記外周面に沿って周方向に転動可能に支持するよ
うに配置されかつ前記管の軸線を中心として回転駆動さ
れて各回転体を前記管の外周面に圧接させるとともに各
回転体を前記管の前記外周面に沿って転がす外側支持体
と、前記ダイスの前記引抜孔と対応する位置で前記管の
内部に支持されたフローティングプラグと、このフロー
ティングプラグの後端に回転自在に連結され各回転体と
対応する位置で管の内部に支持されたマンドレルとを具
備して、クロス溝付管を製造するための装置であって、
前記マンドレルは、表面に螺旋状に形成された凸条と、
該凸条の少なくとも一部において前記凸条の延在方向と
交差する方向に形成された凹所と、を有していることを
特徴としている。請求項３記載のクロス溝付管の製造装
置においては、請求項２記載のクロス溝付管の製造装置
において、前記凸条の高さが１００〜２５０μｍであ
り、前記凹所の深さが５〜２０μｍであることを特徴と
している。請求項４記載のクロス溝付管においては、内
面に螺旋状に形成されるとともに主山および主谷から構
成された主溝と、前記主谷の少なくとも一部において前
記主谷の延在方向と交差する方向に形成された副山を有
して構成された副溝と、を備え、前記副山の高さは、前
記主山の高さよりも低いことを特徴としている。請求項
５記載のクロス溝付管においては、請求項４記載のクロ
ス溝付管において、前記主山の高さが１００〜２５０μ
ｍであり、前記副山の高さが５〜２０μｍであることを
特徴としている。

【００２１】請求項１記載の発明によると、表面に凸条
と凹所とが形成されたマンドレルを使用して転造加工が
行われる。この場合、主に凸条にしたがってマンドレル
が回転するので、管の引っ張り速度を落とす必要がな
い。よって、加工速度を落とすことなく、１回の転造加
工を行うだけでクロス溝付管の製造が行われる。請求項
２記載の発明によると、回転体によって管がマンドレル
の外周面に圧接されて、管の内面に螺旋状の溝が転造形
成される。この場合、マンドレルは、表面に螺旋状に形
成された凸条を有しているので、凸条の一部に凹所が形
成されていても、管内面に対する接触性（食いつき）が
良く、管の引っ張り速度を落とす必要がない。よって、
加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけ
でクロス溝付管の製造が行われる。請求項３記載の発明
によると、凸条の高さが１００〜２５０μｍであり、凹
所の深さが５〜２０μｍである。凹所の深さが比較的浅
いことにより、凹所を形成したにしても、マンドレルの
管内面に対する接触性（食いつき）がそれほど低下する
ことはない。したがって、管の引っ張り速度を落とす必
要がなく転造加工を行うことができ、よって、加工速度
を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけでクロス
溝付管の製造が行われる。請求項４記載の発明による
と、主溝に加えて、副山を有する副溝が設けられてい
る。よって、伝熱媒体の蒸発時には、副山に案内させた
効率的な蒸発が起こることとなり、蒸発特性が向上す
る。また、副溝をなす副山の高さが、主溝をなす主山の
高さよりも低いものとされている。よって、主山と副山
との間には浅い谷部しか存在せず、伝熱媒体の凝縮時
に、液だまりが生じることがない。したがって、凝縮特
性が低下することがない。請求項５記載の発明による
と、主山の高さが１００〜２５０μｍであり、副山の高
さが５〜２０μｍであることにより、伝熱媒体の蒸発時
に副山に案内させた効率的な蒸発を起こさせることがで
きて蒸発特性を向上させ得るとともに、かつ、副山の高
さがそれほど高くないことにより、主山と副山との間に
は浅い谷部しか形成せず、これにより伝熱媒体の凝縮時
に液だまりを生じさせず、凝縮特性を低下させることが
ない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００２３】本発明によるクロス溝付管の製造装置は、
縮径装置２と金属管内外面加工機２０とから構成される
上記金属管内外面加工装置と同様の構成を有しており、
同様の構成については、説明を省略する。

【００２４】本発明によるクロス溝付管の製造装置と、
上記金属管内外面加工装置とが、本質的に相違するの
は、マンドレルの構成である。

【００２５】図１には、本発明のクロス溝付管の製造装
置において使用されるマンドレル４０の一実施形態を示
している。

【００２６】マンドレル４０は、図１におけるＡ部分の
拡大図である図２に示すように、表面に螺旋状に形成さ
れた凸条４１と、この凸条４１において凸条４１の延在
方向と直交する方向に形成された凹所４２と、を有して
構成されている。この場合、凸条の高さが１００〜２５
０μｍとされ、凹所の深さが５〜２０μｍとされている
ことが好ましい。

【００２７】本発明のクロス溝付管の製造装置は、上記
金属管内外面加工装置の場合と同様にして使用される。

【００２８】すなわち、転造ボール２１によって銅管１
がマンドレル４０の外周面に圧接されて、銅管１の内面
に、凸条４１に対応した螺旋状の主溝が転造形成され
る。これとともに、銅管１の内面に、凹所４２に対応し
た副溝が転造形成される。

【００２９】図３には、このようにして形成された、例
えば銅製のクロス溝付管５０を示している。クロス溝付
管５０の内面には、図３におけるＢ部分の拡大図である
図４に示すように、主溝５１と副溝５２とが形成されて
いる。

【００３０】主溝５１は、管内面において螺旋状に形成
されている。すなわち、螺旋状に形成された主山５１ａ
と、主山５１ａどうしの間に位置する主谷５１ｂと、か
ら構成されている。主山５１ａの高さＨは、マンドレル
４０の凸条４１の高さに対応しており、例えば１００〜
２５０μｍとされている。

【００３１】副溝５２は、主谷５１ｂにおいて主谷５１
ｂの延在方向と直交する方向に形成された副山５２ａ
と、副山５２ａどうしの間に位置する副谷５２ｂと、か
ら構成されている。副山５２ａの高さｈは、マンドレル
４０の凹所４１の深さに対応しており、例えば５〜２０
μｍとされている。

【００３２】上記構成を有するクロス溝付管５０を伝熱
管として使用した場合には、主溝５１に加えて、副山５
２ａを有する副溝５２が設けていることにより、伝熱媒
体の蒸発時には、副山５２ａに案内させた効率的な蒸発
（図４において矢印Ｃで示している）を起こさせること
ができ、蒸発特性を向上させることができる。また、副
溝５２をなす副山５２ａの高さを、主溝５１をなす主山
５１ａの高さよりも低いものとしていることにより、主
山５１ａと副山５２ａとの間には浅い谷部（すなわち、
浅い副谷５２ｂ）しか形成せず、伝熱媒体の凝縮時に、
液だまりを生じさせることがない。したがって、凝縮特
性を低下させることがない。

【００３３】副山５２ａが低すぎると蒸発特性の向上効
果が小さくなることから、また、副山５２ａが高すぎる
と伝熱媒体の凝縮時に液だまりを生じさせてしまうこと
から、副山５２ａの高さｈは、例えば５〜２０μｍとさ
れることが好ましい。

【００３４】また、クロス溝付管の製造装置におけるマ
ンドレル４０に関しては、凹所４２の深さが浅すぎる
と、副山５２ａが小さくなって蒸発特性の向上効果が小
さくなることから、また、凹所４２の深さが深すぎる
と、管内面に対する接触性（食いつき）を損なうため、
凹所４２の深さは、例えば５〜２０μｍとされることが
好ましい。

【００３５】上記のように構成されたクロス溝付管の製
造装置であると、凸条４１の高さが１００〜２５０μｍ
であり、凹所４２の深さが５〜２０μｍである。凹所４
２の深さが比較的浅いことにより、凹所４２を形成した
にしても、マンドレル４０の管内面に対する接触性（食
いつき）を、さほど低下させることがない。したがっ
て、管の引っ張り速度を落とす必要がなく転造加工を行
うことができ、よって、加工速度を落とすことなく、１
回の転造加工を行うだけでクロス溝付管５０の製造を行
うことができる。

【００３６】また、上記のようなクロス溝付管の製造方
法であると、表面に凸条４１と凹所４２とが形成された
マンドレル４０を使用して転造加工を行う。この場合、
主に凸条４１にしたがってマンドレル４０が回転するの
で、管の引っ張り速度を落とす必要がない。すなわち、
加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行うだけ
でクロス溝付管５０の製造を行うことができる。

【００３７】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、以下の形態とすることもできる。 ａ）管として銅管を適用対象とすることに代えて、アル
ミニウム管等、転造加工の可能な他の任意の管を適用対
象とすること。 ｂ）マンドレル４０に関して、凸条４１の直交方向に凹
所４２を形成することに代えて、凸条４１の延在方向に
対して任意の角度をもって凹所４２を形成すること。 ｃ）マンドレル４０に関して、凸条４１全体にわたって
凹所４２を形成することに代えて、凸条４１の一部にお
いてのみ凹所４２を形成すること。 ｄ）クロス溝付管５０に関して、主谷５１ｂの直交方向
に副山５２ａを形成することに代えて、主谷５１ｂの延
在方向に対して任意の角度をもって副山５２ａを形成す
ること。 ｅ）クロス溝付管５０に関して、主谷５１ｂ全体にわた
って副山５２ａを形成することに代えて、主谷５１ｂの
一部においてのみ副山５２ａを形成すること。

【００３８】

【発明の効果】本発明のクロス溝付管の製造方法および
その装置ならびにクロス溝付管によれば、以下の効果を
奏する。請求項１記載のクロス溝付管の製造方法によれ
ば、表面に凸条と凹所とが形成されたマンドレルを使用
して転造加工が行われる。この場合、主に凸条にしたが
ってマンドレルが回転するので、管の引っ張り速度を落
とす必要がない。すなわち、加工速度を落とすことな
く、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管の製造を
行うことができる。請求項２記載のクロス溝付管の製造
装置によれば、回転体によって管をマンドレルの外周面
に圧接して、管の内面に螺旋状の溝を転造形成すること
ができる。この場合、マンドレルは、表面に螺旋状に形
成された凸条を有しているので、凸条の一部に凹所が形
成されているにしても、管内面に対する接触性（食いつ
き）が良く、管の引っ張り速度を落とす必要がない。よ
って、加工速度を落とすことなく、１回の転造加工を行
うだけでクロス溝付管の製造を行うことができる。請求
項３記載のクロス溝付管の製造装置によれば、凸条の高
さが１００〜２５０μｍであり、凹所の深さが５〜２０
μｍである。凹所の深さが比較的浅いことにより、凹所
を形成したにしても、マンドレルの管内面に対する接触
性（食いつき）を、さほど低下させることがない。した
がって、管の引っ張り速度を落とす必要がなく転造加工
を行うことができ、よって、加工速度を落とすことな
く、１回の転造加工を行うだけでクロス溝付管の製造を
行うことができる。請求項４記載のクロス溝付管によれ
ば、主溝に加えて、副山を有する副溝が設けていること
により、伝熱媒体の蒸発時には、副山に案内させた効率
的な蒸発を起こさせることができ、蒸発特性を向上させ
ることができる。また、副溝をなす副山の高さを、主溝
をなす主山の高さよりも低いものとしていることによ
り、主山と副山との間には浅い谷部しか形成せず、伝熱
媒体の凝縮時に、液だまりを生じさせることがない。し
たがって、凝縮特性を低下させることがない。請求項５
記載のクロス溝付管によれば、主山の高さが１００〜２
５０μｍであり、副山の高さが５〜２０μｍであること
により、伝熱媒体の蒸発時に副山に案内させた効率的な
蒸発を起こさせることができて蒸発特性を向上させ得る
とともに、かつ、副山の高さがそれほど高くないことに
より、主山と副山との間には浅い谷部しか形成せず、こ
れにより伝熱媒体の凝縮時に液だまりを生じさせず、凝
縮特性を低下させることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のクロス溝付管の製造装置において使
用されるマンドレルの一実施形態を示す斜視図である。

【図２】 図１におけるＡ部分の拡大図である。

【図３】 本発明に基づいて製造されたクロス溝付管の
一例を示す斜視図である。

【図４】 図３におけるＢ部分の拡大図である。

【図５】 溝付管の製造装置の一例を示す断面図であ
る。

【図６】 クロス溝付管の製造方法の従来例を示す概念
図である。

【図７】 クロス溝付管の製造方法の他の従来例を示す
概念図である。

【符号の説明】

１ 銅管（管） ３ ダイス ３ａ テーパ穴（引抜孔） ４ フローティングプラグ ２１ 転造ボール（回転体） ２２ 径方向保持部材（外側支持体） ４０ マンドレル ４１ 凸条 ４２ 凹所 ５０ クロス溝付管 ５１ 主溝 ５１ａ 主山 ５１ｂ 主谷 ５２ 副溝 ５２ａ 副山

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クロス溝付管を製造するための方法であ
   って、 表面に螺旋状に形成された凸条と、該凸条の少なくとも
   一部において前記凸条の延在方向と交差する方向に形成
   された凹所と、を有するマンドレルを準備し、 該マンドレルを使用して管に対して転造加工を行ってク
   ロス溝付管を得ることを特徴とするクロス溝付管の製造
   方法。
2. 【請求項２】 後方に引かれる管を絞り加工するための
   引抜孔を有するダイスと、このダイスの後方において前
   記管の外周面に沿って円環状に配列された複数の回転体
   と、これら円環状に配置された複数の回転体の外側にお
   いて各回転体を前記管の前記外周面に沿って周方向に転
   動可能に支持するように配置されかつ前記管の軸線を中
   心として回転駆動されて各回転体を前記管の外周面に圧
   接させるとともに各回転体を前記管の前記外周面に沿っ
   て転がす外側支持体と、前記ダイスの前記引抜孔と対応
   する位置で前記管の内部に支持されたフローティングプ
   ラグと、このフローティングプラグの後端に回転自在に
   連結され各回転体と対応する位置で管の内部に支持され
   たマンドレルとを具備して、クロス溝付管を製造するた
   めの装置であって、 前記マンドレルは、表面に螺旋状に形成された凸条と、
   該凸条の少なくとも一部において前記凸条の延在方向と
   交差する方向に形成された凹所と、を有していることを
   特徴とするクロス溝付管の製造装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のクロス溝付管の製造装置
   において、 前記凸条の高さが１００〜２５０μｍであり、前記凹所
   の深さが５〜２０μｍであることを特徴とするクロス溝
   付管の製造装置。
4. 【請求項４】 内面に螺旋状に形成されるとともに主山
   および主谷から構成された主溝と、前記主谷の少なくと
   も一部において前記主谷の延在方向と交差する方向に形
   成された副山を有して構成された副溝と、を備え、 前記副山の高さは、前記主山の高さよりも低いことを特
   徴とするクロス溝付管。
5. 【請求項５】 請求項４記載のクロス溝付管において、 前記主山の高さが１００〜２５０μｍであり、前記副山
   の高さが５〜２０μｍであることを特徴とするクロス溝
   付管。