JPS61286018A - 内面溝付管の製造方法及びその装置 - 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、伝熱管等の金属管の内面に軸方向または螺旋
状の溝を形成するための方法及びその装置に係り、特に
高速で加工して生産性を向上させることのできる内面溝
付管の製造方法及びその装置に関するものである。

「従来技術とその問題点」 近年の熱交換器分野の伝熱管に対する高性能化の要求は
、省エネルギー・省資源の観点から非常に強く、なかで
も管内面に軸方向または螺旋状の溝を有した金属管が管
内で相変化する熱交換器に多用されるようになり、低コ
ストでの供給が要望されてきている。

一般に管内面に軸方向（管軸に平行な方向）または螺旋
状の溝を有する金属管（以下、内面溝付管という）を製
造する場合には、外径の大きい素材管を抽伸して縮径、
絞り加工しつつ、絞り加工された管の内面に軸方向また
は螺旋状の連続溝を形成するようになしているが、この
ような方法では絞り加工による抵抗力と溝加工によ゛る
抵抗力とが重合され、極めて高い抽伸力を要するため破
断や発熱があり、薄肉材に加工することが難しく深い溝
の形成ができない等の欠点があった。

これはかかる内面溝付管の製造工程においては、縮径加
工における抵抗力と内面溝加工における抵抗力が上記し
たように重合され、一般の縮径のみを目的とする抽伸加
工と比べて著しく大きな抵抗力が生ずるためで、単に従
来よりある抽伸技術等を組合せただけでは抵抗力の低下
を図ることができず、抽伸力が最も低下し生産性の高い
手段を探す必要があった。

たとえば、第２図に示したのは、管１０２がアプローチ
面１１０とベアリング面１０７とを有する固定のダイス
１０５と、このダイス１０５に対応して管１０２内に収
容され上記アプローチ面１１Ｏ及びベアリング面１０７
に平行のアプローチ面１１１及びヘアリング面１０８を
有するフローティングプラグ１０６との間で縮径加工を
施した後、フローティングプラグ１０６の後部に連ｆｆ
！棒１０３によって連結された回転自在の溝付プラグ１
１２と、該溝付プラグ１１２０周りで回転しつつ管内面
を溝付プラグ１１２の外周突起１１３に揮圧する回転ロ
ーラ１１４により内面溝加工を施す如く成したものであ
る。

この場合、ダイス１０５やフローティングプラグ１１２
ののアプローチ面１１０，１１１とベア９・ング面１０
７．１０Ｂによる抵抗力によって大きな抽伸力を掛けな
ければ管を抽伸できないと共に、溝付プラグ１１２の突
起１１３を管内周に擦りつけて管の圧迫を行ってｌＲ加
工を成すものであるから、不連続突起１１３と管内周と
の摩擦力が大きく、そのため固定のダイス１０５および
フローティングプラグ１０６による大きな抽伸力の上に
、更に不連続突起１１３による抵抗力が加重されるため
、抽伸力が更に大きくなり、厚肉材の加工ができず複雑
な形状や深い溝を加工することが難しく、安定して長尺
材を加工することができなかったのである。

第３（！ｌに示したのは、他の例としてベアリング面１
０７．１０８とアプローチ面１１０，１１１を有する固
定のダイス１０５とフローティングプラグ１０６との間
で管１０２を抽伸しつつ回転ボール１１５を固定ダイス
１０５によって縮径された管に圧接し、フローティング
プラグ１０６の後端に連結された回転自在の溝付プラグ
１１２に管を押し当て、管内面に溝加工を施すようにな
したものであるが、これらいずれの場合にもアプローチ
面１１０，１１１とヘアリング面１０７，１０８による
（取分はベアリング面による）縮径減肉加工時−４７）
抵抗力が大きく、これらが重合されるため、厚肉材や深
い溝を形成することができないと共に、薄肉材の加工に
おいても固定ダイス１０５と回転′ローラｌ　］、　４
もしくは回転ボール１１５との間で管に捩れ等が発生し
て加工が難しい欠点がある。

また第２図、第３図で示した回転ローラ１１４や回転ボ
ール１１５によって縮径された管の外周には小さいリッ
プルが残り、また管の真円度も悪い、従来はこのような
溝付は後の管の成形をなすためダイスを用いて若干の縮
径加工を施し、サイジングしているが、ここでも加工抵
抗が大きく、管切れ等の問題を起こしていた。

「目的」 従って本発明は連続する縮径加工時と内面加工時、更に
所定寸法仕上時における抵抗力を最低限にし、上記した
ような従来の内面溝付管の製造方法に内在する欠点や難
点を悉く解消し、かつ高速加工を可能にし生産性を高め
んとする内面溝付管の製造方法及びその装置を提供する
ものである。

「発明の構成」 上記目的を達成するために本発明が採用する主たる手段
は、管内面に軸方向または螺旋状の溝を形成した内面溝
付管の製造方法において、ダイスとベアリング面を有し
ないフローティングプラグとの間に管を通してダイスの
アプローチ面、ベアリング面及びフローティングプラグ
のアプローチ面によって管に縮径加工を施し、続いてこ
のフローティングプラグに回転自在に連接され外面に軸
方向または螺旋状の突起を有する溝付プラグ外面に管の
周方向に回転する複数のボールを圧接することにより管
内面に溝を形成し、さらに続いて管の周方向に回転する
複数の鼓状のロールを管に押圧することにより溝付プラ
グをはずれた位置で管を圧縮することを特徴とする内面
溝付管の製造方法であり、上記方法の実施に直接使用す
る装置として管内面に軸方向または螺旋状の溝を形成し
た内面溝付管の製造装置において、アプローチ面とベア
リング面とを有するダイスと、上記ダイスに対応する管
内に収容され、上記ダイスのアプローチ面との間に管を
把持して縮径加工するアプローチ面を有し、実質的にベ
アリング面を存しないフローティングプラグと、上記フ
ローティングプラグに連接棒を介して回転自在に連結さ
れ外周面に軸方向又は螺旋状の突起を有する溝付プラグ
と、上記溝付プラグと対応する管の外側にあって管を上
記溝付プラグの突起に圧接して管内面に連続溝を形成し
つつ管軸を中心に回転する複数のボールと、内面溝付加
工後の管外周に圧接され、管軸を中心に回転する複数の
鼓状ロールと、を具備してなる内面溝付管の製造装置を
提供するものである。

「実施例」 続いて添付図面を参照して本発明を具体化した実施例に
つき詳細に説明する。第１図は本発明の一実施例であり
、内面溝付管の製造方法の実施に直接使用することので
きる加工機構の具体例を示す側断面図である。

尚以下の実施例は本発明の一具体例であり、本発明の技
術的範囲を限定する性格のものではない。

第１図の加工機構においては、第一のダイス３は機台１
０にケーシング１１及び固定金具４４によって固定され
ており、素材管２１は該ダイス３で縮径化された後、縮
径後の管２２として力Ｆの方向に引き出されている。こ
のダイス３の目的は続く第二の回転ダイス４へ素材管を
真円状にして供給するためのものである。第二の回転ダ
イス４により加工される素材管２２内にはアプローチ面
３１のみを有し、ベアリング面を有しないフローティン
グプラグ２が装着されている。従って、フローティング
プラグ２のアプローチ面３１はダイス４のアプローチ面
３２と平行であり、この場合アプローチ面３１の後端に
当たる最少径ｄはｍ径された管２３の縮径直後の内径り
より小さく決定され、実質的に管２２に接触するベアリ
ング面を有しない構造とされている。

フローティングプラグ２はその中心軸上に連接棒の一例
である軸５を貫通状に有しており、軸５の後部には軸５
の後端の軸頭部４６と前記フローティングプラグ２の後
端面との間にスラストベアリング６を介して溝付プラグ
１が回転自在に支承されている。軸５の先端部には予備
のスラストベアリング６′がナツト７によって固定され
ている。

上記第二の回転ダイス４は、ベアリング部分３３に曲率
を有し抽伸時の抵抗を低減する。

縮径された管ｚ３は、続いてこの回転ダイス４と一体に
セットされ、管周方向に自在回転する複数のボール群９
によりさらに縮径を加えられ、管内にフローティングプ
ラグ２によって保持されている溝付プラグ１との間で挟
圧され、管内面に溝を形成した管２４となる。

回転ダイス４は、管２２を縮径して管２３とする加工と
、管内に溝付プラグ１を定位置にホールドするためのフ
ローティングプラグ２による摩擦により抽伸抵抗を生じ
るが、ベアリング部分３３が曲面で構成されているため
抵抗が小さく、かつフローティングプラグ２がベアリン
グ部を持たずダイスｌとの間で減肉を行わないので抵抗
が通常の抽伸の場合より小さい、ダイス４が回転してい
ることも抵抗の減少に寄与している。

管２３は、ボール群９と溝付プラグ１との間で挟圧され
るので挟圧部分では大きな抵抗が生ずるが、ボール群９
は管２３に対して高速で周方向に移動するため、常に加
工のポイントが移動するのでこの加工における抵抗も小
さい。

回転ダイス４と管周方向に自在回転する複数のボール群
９は、それぞれ取外し及び調整自在に一体として構成部
材１３に取り付けられており、複数のボール群９０回転
半径の調整は管２３に対する周方向の回転軌道の径を変
えるか、管軸に対して回転軌道を傾斜させることにより
行う、この部材１３はベアリング１７を介して機台に固
定したマウント１２に回転自在に取りつけられ、回転伝
達のための歯車３７を外周に備えており、この歯車３７
は中間歯車１５と噛み合っている。

中間歯車１５は固定用ベース１４に回転自在に固定され
ており、回転本体１６の内歯車３５と噛み合っている。

回転本体１６はベアリング１９を介して機台１０に回転
自在に固定されており、図示しない外部動力源よりプー
リー４１を介して回転力が伝達されている。

従って回転本体１６と回転ダイス４及び複数のボール群
９の回転方向は反対となり、回転本体の内歯車３５、中
間歯車１５、回転ダイス４及び複数のボール群９を備え
た部材１３の歯車３７のそれぞれの歯数を適当に選ぶこ
とにより任意の増速比を得ることができる。この例では
回転ダイス４が回転本体１６より増速されている。

複数のボール群９によって加工された管２４は、そのま
までは表面に小さなリップルが残り、かつ寸法精度に難
点があるので、管２４の軸芯に対して適当な角度でセッ
トでき回転自在な鼓ロール８を２個以上を１組として管
２４に圧接するとともに、それを高速で回転させること
により、管２４にサイジングを加えて管外径及び管外表
面形状の改善を行う。

この鼓ロール８は、ホルダー２０にベアリング１８を介
して回転自在に固定されており、ホルダー２０は管２４
の軸芯に対して適当な角度に鼓ロールをセットできると
ともに、管２４に対する圧下量の調整機能も備え回転本
体１６に固定される。

鼓ロール８を管２４を引き出す方向に高速で回転させ、
管２４をサイジングし管２５を成形すると、ダイスによ
るサイジングの場合より大幅に抽伸力が低下し、サイジ
ングの抵抗はゼロ以下になる。

ダイス３への潤滑は図示しない潤滑油供給装置により管
２１に連続的に滴下することにより行ない、回転ダイス
４及び複数のボール群９への潤滑は口金４２より機台内
を貫通する通路４３を通して図示しない１漬油供給装置
により圧入することにより行う。

ベアリング１７を軸封型とすること、及び回転ダイス４
のケース外面に油溝３４を形成することにより、潤滑油
は回転ダイス後方の複数のボール群９と３５．３５．３
７の各歯車および鼓ロール８を潤滑し、余分な油は遠心
力により回転本体１６の外部に排出される。

前記した加工機構を用いて管の内面に溝加工をするに際
しては、まず管２１内に潤滑油を大量に入れ、続いて溝
付プラグｌをセットしたフローテイングブラグ２を加工
機構を貫通して図示していない抽伸装置のチャッキング
に達する長さまで挿入し、加工機構を容易に貫通できる
径に口付は加工し、この口付は部分を加工機構を貫通し
て抽伸装置にチャッキングし、加工機構を回転させ所定
回転数に達したら抽伸装置を作動させて連続して溝加工
を行う。

抽伸スタートした管２１は、まずダイス３により管外径
を縮小して管径を整えられ管２２となり、続いて管２２
の管内にフローティングプラグ４を保持して高速回転す
る回転ダイス４によりさらに縮径が加えられ管２３とな
り、続いて管周方向に同じく高速回転する複数のボール
群９でさらに管を縮径し、フローティングプラグ４によ
り定位置に固定されている溝付プラグ１との間で管を断
続的に挟圧して管２３の内面に溝を連続的に形成する。

溝付プラグ１は軸５にスラストベアリング６を介し回転
自在に固定されているので、１１１１１Ｍ状の溝の場合
でも管内面で自由に回転するので加工が可能である。

これらの加工における抽伸力は、回転ダイス４が高速で
回転し、かつベアリング部分が曲率で構成されているこ
とより管外面の摩擦抵抗が−小さく、管内面もフローテ
ィングプラグ４がベアリング部を持たず管に減肉を加え
ないことから抵抗が小さく、また溝加工も局部的な加工
を高速で移動しつ・つ行うことより、全体として玉引き
抽伸の場合より小さい。

溝加工による管２４の表面状況は、溝加工に使用するボ
ールの径と回転数及び抽伸スピードによりことなり、ボ
ールの径が大きい程、回転数が多い程、抽伸スピードが
遅い程その表面状況が良くなるが、ボールの径は加工す
る管の経により制約を受け、回転数は機械的強度により
制約があるので、表面状況を重視すると抽伸スピードが
犠牲となってしまう。

経済的に加工するには抽伸スピードを上げる必要があり
、そのため表面状況を何等かの方法で改善することが必
要となり、前記のようにダイスによるサイジングを試み
たが、抽伸力が大幅に増加した。

そこで本発明では、自由回転する鼓ロール８によってサ
イジングすることにより抽伸力の減少を図った。

第１図では鼓ロール８を１個しか図示していないが、２
個以上の組で構成しないと管に対する拘束が弱くサイジ
ングが困難であり、また管軸に対する角度及び鼓ロール
の径にも最適値が存在し、管軸に対する角度θとしては
１５〜４５度の範囲がよく、鼓ロールの曲率はサイジン
グしようとする管の管軸に対する角度での投影断面の楕
円の曲率よりやや小さくすることが好ましい。

第１ＦＩ！Ｊに示す例では、溝加工を行うボール群９と
鼓ロール８の回転方向が逆になるので、溝加工時に管に
作用する捩り力を緩和でき、難加工性の材料や薄肉材料
の加工も可能である。

溝加工部の回転数を上げる方法として、固定の小径中間
歯Ｎ１５を介して増速する方法を採用したことにより、
各回転部の質量が小さく軸受部の負荷が！！減でき機械
的に高速回転が可能となり、高速回転部分が露出しない
ため万−破損した場合でも危険性が小さく安全性を向上
できた。

第４図に、本考案による鼓ロールサイジングの場合（鼓
ロール８の回転方向をサイジングしようとする管を引き
出す方向にした時）とダイスサイジングの場合における
内面溝付加工時の抽伸荷重の比較を示すが、これより鼓
ロールサイジングの場合には鼓ロール部分での抽伸抵抗
が全く無くなり、逆に５〜１５ｋｇ程度抽伸力が低減し
ていることが分かる。

これは、鼓ロール自体が管に対して抽伸力を付与してい
るために、この部分では抽伸負荷を減するように作用し
ているためである。

第５図は、前記鼓ロールの回転方向をサイジングしよう
とする管を押し戻す方向とした場合の抽伸荷重を示すが
、この場合でもダイスサイジングに比較して大幅に抽伸
荷重が低減できることが分かる。

参考にダイスサイジングの場合を点線で記入しているが
、この場合の合計抽伸力は破断荷重に非常に近く不安定
な加工となる。

ダイスサイジングの場合は管に対して全面圧縮となるの
に比し、鼓ロールサイジングの場合は管に対して常に局
部圧縮となること、および摩Ｉ！Ａ抵抗が前者ではすべ
り摩擦のみであるのに対して後者はころがり摩擦が大部
分を占めることによる。

第４図、第５図に示した実験は、９．５２φの外径の管
（０，３６厚）を蝙旋角２５°、高さ０１５ｔで６５本
の不連続突起を有する溝付プラグで抽伸した場合のデー
タであり、鼓ロールの回転速度は３０００ｒｐｍ、抽伸
速度は１０ｍ／分である。

「発明の効果」 本発明は以上述べたごとく、管内面に軸方向または螺旋
状の溝を形成した内面溝付管の製造方法において、ダイ
スとベアリング面を有しないフローティングプラグとの
間に管を通してダイスのアプローチ面、ベアリング面及
びフローティングプラグのアプローチ面によって管に縮
径加工を施し、続いてこのフローティングプラグに回転
自在に連接され外面に軸方向または螺旋状の突起を有す
る溝付プラグ外面に管の周方向に回転する複数のボール
を圧接することにより管Ｐ３楠に溝を形成し、さらに続
いて管の周方向に回転する複数の鼓状のロールを管に押
圧することにより溝付ブーラグをはずれた位置で管を圧
縮することを特徴とする内面溝付管の製造方法及び管内
面に軸方向または螺旋状の溝を形成した内面溝付管の製
造装置において、アプローチ面とベアリング面とを有す
るダイスと、上記ダイスに対応する管内に収容され、上
記ダイスのアプローチ面とめ間に管を把持して縮径加工
するアプローチ面を存し、実質的にベアリング面を有し
ないフローティングプラグと、上記フローティングプラ
グに連接棒を介して回転自在に連結され外周面に軸方向
又は螺旋状の突起を育する溝付プラグと、上記溝付プラ
グと対応する管の外側にあって管を上記溝付プラグの突
起に圧接して管内面に連続溝を形成しつつ管軸を中心に
回転する複数のボールと、内面溝付加工後の管外周に圧
接され、管軸を中心に回転する複数の鼓状ロールと、を
具備してなる内面溝付管の製造装置であり、従来のよう
な内径規制のフローティングプラグのベアリング部によ
る摩ｉｌｌ抵抗が皆無であり、溝付プラグへの管の押圧
も高速回転する複数のボールにより局所加工を連続的に
行うため抵抗が小さく、さらに溝加工した管のサイジン
グを鼓状のロールを周方向に高速回転させ管を引き抜く
ように作用させつつ行うため、この部分では抽伸力が発
生するので全体の抽伸力を低減でき、さらに前記の溝加
工用の複数のボールとこの鼓状のロールの回転方向が逆
になるようにすると溝加工時に管に作用する捩りを緩和
でき、従来加工が困難であつた難加工材や薄肉材の内面
加工が可能となった。

さらに、溝付加工部分のみを高速で回転させる手段を用
いたことにより加ニスピードを上げることが可能となり
生産性が改善できるとともに、高速回転部分が露出しな
い構造のため安全性を向上できた。

また、溝付加工後の管の外径のコントロールおよび平滑
化のためにダイスを使用しないので高価なダイスを用意
する必要が無く、任意な外径を抽伸力の増加を伴わずに
得ることができる。

このように、本発明はこれまで内面溝付加工の難しかっ
た難加工材や薄肉材の加工を可能にするとともに、高い
生産性を安価な工具５装置で達成でき、長尺材の内面溝
付管の加工に極めて有利な方法及び装置を提供するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る内面溝付管の製造装置
の側断面図、第２図７第３図はそれぞれ従来の内面溝付
管の製造装置の側断面図、第４図、第５図はそれぞれ本
発明の効果を示すグラフである。 （符号の説明） １・・・溝付プラグ　　　２・・・フローティングプラ
グ３・・・ダイス　　　　　４・・・回転ダイス５・・
・軸（連接棒）　　　６．６’・・・スラスト軸受８・
・・鼓ロール　　　　９・・・ボール２１．２２，２３
．２４．２５・・・管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管内面に軸方向または螺旋状の溝を形成した内面溝
   付管の製造方法において、ダイスとベアリング面を有し
   ないフローティングプラグとの間に管を通してダイスの
   アプローチ面、ベアリング面及びフローティングプラグ
   のアプローチ面によって管に縮径加工を施し、続いてこ
   のフローティングプラグに回転自在に連接され外面に軸
   方向または螺旋状の突起を有する溝付プラグ外面に管の
   周方向に回転する複数のボールを圧接することにより管
   内面に溝を形成し、さらに続いて管の周方向に回転する
   複数の鼓状のロールを管に押圧することにより溝付プラ
   グをはずれた位置で管を圧縮することを特徴とする内面
   溝付管の製造方法。 ２、ダイスが管の周方向に高速回転する複数のボールを
   保持している回転体に取りつけられ回転体と共に回転す
   る特許請求の範囲第１項に記載した内面溝付管の製造方
   法。 ３、管の周方向に高速回転する複数のボールの方が複数
   の鼓状のロールより高速で回転する特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載した内面溝付管の製造方法。 ４、ダイスが管軸を中心として積極回転される回転ダイ
   スである特許請求の範囲第１項に記載した内面溝付管の
   製造方法。 ５、管内面に軸方向または螺旋状の溝を形成した内面溝
   付管の製造装置において、 アプローチ面とベアリング面とを有するダ イスと、 上記ダイスに対応する管内に収容され、上 記ダイスのアプローチ面との間に管を把持して縮径加工
   するアプローチ面を有し、実質的にベアリング面を有し
   ないフローティングプラグと、 上記フローティングプラグに連接棒を介し て回転自在に連結され外周面に軸方向又は螺旋状の突起
   を有する溝付プラグと、 上記溝付プラグと対応する管の外側にあっ て管を上記溝付プラグの突起に圧接して管内面に連続溝
   を形成しつつ管軸を中心に回転する複数のボールと、 内面溝付加工後の管外周に圧接され、管軸 を中心に回転する複数の鼓状ロールと、 を具備してなる内面溝付管の製造装置。