(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管と該金属管に巻き付けられる金属帯材とによって構成されるフィンチューブであって、金属帯材の内周端部が金属管の外面に形成された螺旋状凹溝内に嵌合して巻き付けられてなるフィンチューブまたは前記金属管の前記螺旋状凹溝が形成された外面に対応する内面に螺旋状突出部が形成されてなるフィンチューブにおいて、前記螺旋状に巻き付けられた金属帯材は、少なくとも内周端部が波形に形成されるとともに、該内周端部において形成された波形の幅が金属管外面に形成された螺旋状凹溝の溝幅とほぼ等しく形成されてなることを特徴とするフィンチューブ。
【請求項２】
金属管と該金属管に巻き付けられる金属帯材とによって構成されるフィンチューブの製造方法であって、金属管の外面に螺旋状凹溝および／または金属管の内面に前記螺旋状凹溝に対応する螺旋状突出部を形成し、前記螺旋状凹溝に金属帯材の内周端部を嵌合して巻き付けて形成するフィンチューブの製造方法において、前記金属帯材の少なくとも内周端部を波形に形成するとともに、該波形の幅とほぼ等しい溝幅の螺旋状凹溝を金属管の外面に形成し、該螺旋状凹溝に前記波形を嵌合して巻き付ける工程を含むことを特徴とするフィンチューブの製造方法。
【請求項３】
金属帯材の板面が金属管の外面と直交する方向に位置するようにして、該金属管の外面に金属帯材を螺旋状に巻き付け、該金属帯材の内周端部を前記金属管の外面に密接し、次いで前記金属帯材の外周端部から前記金属管の中心軸線方向に対して径方向に圧接し、該圧接により前記金属管の外面には螺旋状に巻き付けられた金属帯材によって螺旋状凹溝が、また金属管の内面には該螺旋状凹溝に対応して螺旋状突出部が形成されると同時に、前記螺旋状凹溝に金属帯材の内周端部が嵌合されることを特徴とするフィンチューブの製造方法。
【請求項４】
前記金属帯材を前記金属管の外面に螺旋状に巻き付ける際に、該金属管を回転させて金属帯材を金属管の外面に圧接することにより該金属管の管壁に塑性加工に伴う螺旋状凹溝を形成させると同時に該螺旋状凹溝に金属帯材を嵌合して巻き付けることを特徴とする請求項３記載のフィンチューブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、食品の鮮度を保って保存する冷凍冷蔵庫、化学設備の反応塔等に広く利用されているフィンチューブとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、食品の鮮度を保って保存する冷凍冷蔵庫、化学設備の反応塔等には、金属管の外周に転造処理により螺旋状フィンを一体に成形して設けたフィンチューブや、金属管に直接フィンを巻き付けるフィン巻付機を用いてフィンを巻き付けられた金属管をろう材浴中に浸漬し、ろう付けして得たフィンチューブ、さらには、金属管の外周面に螺旋状フィンの内周端部を連続してろう付けまたは溶接して得たフィンチューブ等が多く利用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフィンチューブは上記のようにして形成されているものであって、金属管の内部を流れる加熱流体から伝達された熱を金属管に蓄積させることなく、外部に対して迅速に放散する作用を持たせているものである。
しかしながら、その製造に際しては、製品完成までに長時間を要し、また、加熱流体から金属管に伝達される熱伝導速度も充分でないため、これら諸点に関する改善が望まれていた。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決して、放熱効果が高いとともに、製作所要時間が短縮され、かつ高強度のフィンチューブおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の課題を解決するため、研究、開発を重ねた結果、簡便な処理方法を採用することにより目的を達成した。
以下にその詳細を示す。
【０００６】
本発明に係るフィンチューブは、金属管と該金属管に巻き付けられる金属帯材とによって構成されるフィンチューブであって、金属帯材の内周端部が金属管の外面に形成された螺旋状凹溝内に嵌合して巻き付けられてなるフィンチューブまたは前記金属管の前記螺旋状凹溝が形成された外面に対応する内面に螺旋状突出部が形成されてなるフィンチューブにおいて、前記螺旋状に巻き付けられた金属帯材は、少なくとも内周端部が波形に形成されるとともに、該内周端部において形成された波形の幅が金属管外面に形成された螺旋状凹溝の溝幅とほぼ等しく形成されてなることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によるフィンチューブでは、少なくとも長手方向の両端部において金属管に固着され、かつ前記螺旋状凹溝を塑性加工により形成するとともに、該螺旋状凹溝の底面には凹凸を形成することもできる。
【０００８】
また、本発明に係るフィンチューブの製造方法は、金属管と該金属管に巻き付けられる金属帯材とによって構成されるフィンチューブの製造方法であって、金属管の外面に螺旋状凹溝および／または金属管の内面に前記螺旋状凹溝に対応する螺旋状突出部を形成し、前記螺旋状凹溝に金属帯材の内周端部を嵌合して巻き付けて形成するフィンチューブの製造方法において、前記金属帯材の少なくとも内周端部を波形に形成するとともに、該波形の幅とほぼ等しい溝幅の螺旋状凹溝を金属管の外面に形成し、該螺旋状凹溝に前記波形を嵌合して巻き付ける工程を含むことを特徴とするものである。
この場合、前記金属管の外面の螺旋状凹溝と内面の螺旋状突出部とを同時に形成することが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明では、前記金属管と前記螺旋状凹溝に嵌合して巻き付けられた金属帯材の少なくとも長手方向の両端部において前記金属管と固着されたり、金属管の外面に形成された螺旋状凹溝に対応して、金属管の内面に螺旋状突出部を形成してフィンチューブを製造したり、或いは前記金属管を回転させながら前記螺旋状凹溝に金属帯材を嵌合して巻き付けるたり、さらには金属管の外面に螺旋状凹溝を形成する場合、前記金属管の外面に形成された螺旋状凹溝の底面に凹凸を形成することもできる。
【００１０】
さらにまた、前記フィンチューブを形成する場合、金属帯材の板面が金属管の外面と直交する方向に位置するようにして、該金属管の外面に金属帯材を螺旋状に巻き付け、該金属帯材の内周端部を前記金属管の外面に密接し、次いで前記金属帯材の外周端部から前記金属管の中心軸線方向に対して径方向に圧接し、該圧接により前記金属管の外面には螺旋状に巻き付けられた金属帯材によって螺旋状凹溝が、また金属管の内面には該螺旋状凹溝に対応して螺旋状突出部が形成されると同時に、前記螺旋状凹溝に金属帯材の内周端部が嵌合されることがより好ましい。
この場合、前記金属帯材を前記金属管の外面に螺旋状に巻き付ける際に、該金属管を回転させて金属帯材を金属管の外面に圧接することにより該金属管の管壁に塑性加工に伴う螺旋状凹溝を形成させると同時に該螺旋状凹溝に金属帯材を嵌合して巻き付けると一層好ましい。
また、前記金属管と嵌合して巻き付けられた螺旋状の金属帯材の少なくとも長手方向の両端部において前記金属管と固着することもできる。
【００１１】
本発明は、金属管の外面に螺旋状凹溝を形成し、該螺旋状凹溝に金属帯材の内周端部を嵌合して巻き付け、金属管と嵌合して巻き付け、好ましくは金属帯材の長手方向の両端部において螺旋状金属帯材と金属管とを一体にろう付け、溶接およびカシメ等の適宜の手段により固着するか、あるいは前記螺旋状凹溝と金属帯材の内周端部とを全体に亘って一体にろう付けまたは溶接してフィンチューブを形成するととともに、金属管の内面に螺旋状突出部を形成してなるため、金属管内面を流動する流体に乱流を形成させ、これにより流体から金属管への熱伝達度を高めて、結果的にフィンチューブの放熱効果を高くさせる。
なお、金属帯材を金属管の外面に螺旋状に巻き付ける際に、前記金属管を回転させて、該金属帯材の外周端部から前記金属管の中心軸線方向に対して径方向に、金属帯材を金属管の外面に圧接し、必要に応じさらに該金属管の回転による金属帯材の巻き付け方向とは反対方向に該金属帯材を強く引張ることにより、該金属管の管壁に塑性加工に伴う螺旋状凹溝を形成させると同時に該螺旋状凹溝に金属帯材を嵌合して巻き付けると効率的である。
このようにして、本発明ではフィンチューブ製作に要する時間を従来に比して著しく短縮させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付図面について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、図２は図１の実施例の側面断面図、図３は本発明に係る方法を説明する図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、図４は本発明の他の実施例の螺旋状凹溝に沿った部分断面図、図５は本発明のさらに他の実施例の方法を示す説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線上の部分断面図、図６は図５の方法の工程を示す拡大断面図で、（ａ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ線上の部分断面図、（ｂ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ線上の部分断面図、（ｃ）は図５（ｂ）のＣ−Ｃ線上の部分断面図、図７は本発明のさらに別の実施例を示す図で、（ａ）は部分波形の実施例の一部断面斜視図、（ｂ）は全体波形の実施例の一部断面斜視図、図８は金属帯材同士を重合せて当該部分に切込みを入れその部分を外側に曲げて止める方法を示す斜視図、図９は金属帯材の末端部を金属管上で管軸と平行に折曲げ、金属管に外嵌した金属バンドで前記折曲げた屈曲部を挟みスポット溶接し、その後かしめ止めする方法を示す斜視図であって、１は鉄、ステンレス、銅、真鍮、アルミニウム等からなる金属管、２は金属管１の外面に螺旋状に形成された凹溝、３は前記螺旋状凹溝２に嵌合して巻き付けられ前記金属管１と同一の材質等からなる金属帯材、４は該金属帯材３の内周端部、５ａ、５ｂはその両端部、６は金属管１の内面に形成された螺旋状の突出部である。
【００１３】
このようなフィンチューブを製造するには、図３に示すように予めその外面に螺旋状の凹溝２を形成され、また好ましくはその内面にも螺旋状の突出部６を形成された金属管１を回転させながら金属帯材３の内周端部４を該螺旋状凹溝２に嵌合するよう巻き付けて形成したり、或いは図５および図６に示すように金属管１を回転させながら前記金属管の外面に金属帯材３を螺旋状に巻き付けるに際し、金属帯材３の外周端部から少なくとも２つの押圧ローラ７（図５においては２個の押圧ローラ７と１個のガイドローラ７′が図示されているが、図６にはこれらローラは省略させている）を用いて前記金属管１の中心軸線方向に対して径方向（矢印（イ）方向）に圧接し、必要に応じさらに該金属管１の回転による金属帯材３の巻き付け方向とは反対方向で金属管１の外周面の接線方向（矢印（ロ）方向）に該金属帯材３を強く引張ることにより、前記金属管１の管壁を塑性加工してその外面には螺旋状凹溝２が、また金属管の内面には該螺旋状凹溝に対応して螺旋状突出部６が形成されると同時に、該金属帯材３を該螺旋状の凹溝２に嵌合して形成する。
【００１４】
このようにして螺旋状凹溝２に嵌合するよう巻き付けられた金属帯材３は、螺旋状凹溝２にその内周端部４が嵌合しているため金属帯材３が金属管１に対して軸方向の位置ズレを発生しないが、さらに位置ズレを防止して強固に固着するためには、次いで金属帯材３の両端部５ａ、５ｂを金属管１に対してろう付けまたは溶接により固着したり、或いは例えば図８に示すごとく、金属帯材３の端部５ａ、５ｂをその手前の螺旋状巻き付け部に相重ね、その重合部８に切込み８ａを入れ、この切込み８ａによって作られた複数の切片８ｂをその付根部より交互に外側に湾曲せしめたり、図示しないが重合部８を単にスポット溶接したり、または図９に示すごとく、金属帯材３の端部５ａ、５ｂを金属管１上で管軸と平行に折曲げて屈曲部５ｃを形成し、該金属管１に外嵌した金属バンド９で前記屈曲部５ｃをサンドイッチ状に挟み、屈曲部５ｃ挟持部をスポット溶接９ｂして屈曲部５ｃと一体化するとともに、金属バンド５の金属管１の外嵌部をかしめ９ａにて当該バンドを金属管１に固着する方法を用いることができる。また必要に応じ金属帯材３の内周端部４の全体に亘って金属管１の螺旋状凹溝２内にろう付けまたは溶接することもできる。
【００１５】
なお、前記螺旋状凹溝２の底面には図４のように軸方向の筋や梨地等からなる凹凸を設けると金属帯材３の位置ズレを防止できるので好ましい。さらに、図６のように螺旋状に巻き付けられた金属帯材３を、（ａ）のようにその外周端部が直線状に、またその内周端部４が波形に形成するか、或いは（ｂ）のように幅手方向（金属帯材を巻き付けた時は高さ方向）全体に亘って波形とするとともに、その内周端部４において形成された波形の幅が金属管１の外面に形成された螺旋状凹溝２の溝幅とほぼ等しく形成すると、凹溝２内で金属帯材３が安定し、また熱伝達面積が増大するとともに、熱伝達が確実になるため放熱効果が一層向上するので好ましい。
【００１６】
なお、前記波形は金属帯材３の幅手方向の一部または全部に予めギア加工等しておき、前記のように圧接、および所望に応じ引張りにより金属管１に螺旋状凹溝２を形成すると同時に該凹溝に金属帯材３を嵌合して巻き付ける際に、この嵌合、巻き付けとともに、形成できる。すなわち、前記ギア加工部分は金属帯材３の巻き付け時に伸び率の違いによって皺状に塑性変形して波形となる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
外径が１２．７ｍｍで、肉厚が１．０ｍｍ、長さが４ｍの鋼管からなる金属管１の外面に、螺旋状にピッチが４ｍｍで、深さが０．３ｍｍ、幅が０．５５ｍｍの螺旋状凹溝２を形成する。一方厚さが０．５ｍｍで、板幅が６ｍｍの鋼からなる金属帯材３を、前記螺旋状凹溝２に該金属帯材３の内周端部４が嵌合するよう金属管１を回転させながら巻き付け、金属管１の凹溝２に嵌合して巻き付けられた金属帯材３の長手方向の両端部５ａ、５ｂにおいて螺旋状の金属帯材３と金属管１とを一体にろう付けにより固着してフィンチューブを形成した。得られたフィンチューブはフィンの強度も高く、放熱効果も満足の行くものであった。
【００１８】
［実施例２］
外径が６．４ｍｍで、肉厚が０．５ｍｍ、長さが６ｍの銅管からなる金属管１の外面に、ロールなどを用いてピッチが３ｍｍで、深さが０．５ｍｍ、幅が０．５５ｍｍの螺旋状凹溝２を形成すると同時に、該螺旋状凹溝２に対応して、金属管１の内面に突出高さが０．５ｍｍの螺旋状突出部６を塑性加工により形成する。一方厚さが０．５ｍｍで、板幅が７ｍｍの鋼からなる金属帯材３を、該金属帯材３の内周端部４が前記螺旋状凹溝２に嵌合するよう巻き付け、巻き付けられた金属帯材３の長手方向の両端部５ａ、５ｂを金属管１に図８のように固着した他は実施例１と同様にしてフィンチューブを製作した。その結果は製作所要時間が少なく、放熱効果も満足の行くものであった。
【００１９】
［実施例３］
図４に示すように、金属管１の外面に螺旋状凹溝２を形成する場合、前記螺旋状凹溝２の底面に高低差０．１ｍｍの筋条の凹凸を形成し、次いで軸方向の筋からなる凹凸を底面に有する螺旋状凹溝２に金属帯材３の内周端部４を嵌合して巻き付け、巻き付けられた金属帯材３の長手方向の両端部５ａ、５ｂを金属管１に図９のように固着した他は実施例１と同様にしてフィンチューブを製作した。得られたフィンチューブは高強度を有するとともに、放熱効果も満足の行くものであった。
【００２０】
［実施例４］
金属帯材３の板面が金属管１の外面と直交する方向に位置するようにして、外径１５ｍｍ、肉厚０．９ｍｍのＳＴＫＭ１１Ａからなる金属管１の外面に、該金属管１を回転させながら板幅９ｍｍ、厚さ０．９ｍｍのＳＰＨＣからなる金属帯材３をピッチ４．０ｍｍで螺旋状に巻き付ける際に、該金属帯材３の内周端部４を前記金属管１の外面に密接し、図５のように前記金属帯材３の外周端部８から前記金属管１の中心軸線方向に対して径方向（矢印（イ）方向）に２個のロール７を用いて強く圧接する。この金属帯材３の圧接により、前記金属管１の管壁が塑性加工して外面には螺旋状凹溝２が、また金属管１の内面には該螺旋状凹溝２に対応して螺旋状突出部６が形成されると同時に、金属管１の外面に形成された螺旋状凹溝２に金属帯材３の内周端部４が嵌合して巻き付けられることになる。その後、少なくとも、金属管１と嵌合した螺旋状の金属帯材３の長手方向の両端部５ａ，５ｂにおいて、螺旋状金属帯材３と金属管１とを一体に溶接して固着しフィンチューブを形成した。この場合、製作所要時間は極めて短縮され、かつ放熱効果も満足の行くものであった。
【００２１】
［実施例５］
外径が２７．０ｍｍで、肉厚が０．７ｍｍ、長さ３ｍｍのＳＵＳ  ３０４Ｌからなる金属管１の外面に、厚さが１．０ｍｍ、板幅が１０ｍｍの、予め幅手方向の８ｍｍに亘ってギア加工されたＳＵＳ  ３０４からなる金属帯材３をピッチ６．０ｍｍで螺旋状に巻き付けるに際して、実施例４と同様に金属管１の中心軸線方向に対して径方向（矢印（イ）方向）に２個のロール７を用いて強く圧接するとともに、金属管１の回転による金属帯材３の巻き付け方向とは反対方向でかつ該金属管１の外周面の接線方向（矢印（ロ）方向）に金属帯材３を強く引張る。この金属帯材３の圧接と引張りにより、前記金属管１の管壁が塑性加工して外面には螺旋状凹溝２が、また金属管１の内面に該螺旋状凹溝２に対応して螺旋状突出部６が形成されると同時に、金属管１の外面に形成された螺旋状凹溝２に螺旋状金属帯材３の内周端部４が嵌合するとともに、金属帯材３のギア加工された内周端部４側が金属帯材３の伸び率の違いにより変形して図７（ａ）のように波形となる。この形成された波形の幅は同時に形成された螺旋状凹溝２の溝幅とほぼ等しくなる。その後、金属帯材３の少なくとも長手方向の両端部５ａ，５ｂを仮付溶接にて固定し、内周端部４を全長に亘りＮｉろう付けしてフィンチューブを製作した。その結果はいずれも製作所要時間が少なく、金属管に対する金属帯材の位置ズレもなく、放熱効果も満足の行くものであった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、金属管の外面に螺旋状凹溝を形成し、この螺旋状凹溝に金属帯材を嵌合して巻き付け金属管と金属帯材とを一体に形成するので、螺旋状の金属帯材のピッチにバラツキがなく、また金属管内部に設けた螺旋状突出部によって、金属管の内部を移動する流体に旋回力を与えて乱流を生じさせたことにより金属管内表面での境界層を薄くしたことにより、放熱効果が一層効果的となったフィンチューブの製作が可能になった。
また、螺旋状の金属帯材と金属管とを一体にする際に、好ましくは金属管と螺旋状の金属帯材の少なくとも長手方向の両端部において金属管と固着することとしたので、従来方法に比して著しく少ない製作所要時間で製品仕上げを可能にするととともに、高強度で、かつ放熱効果も満足の行くフィンチューブを提供することを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】図１の実施例の側面断面図である。
【図３】本発明に係る方法を説明する図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】本発明の他の実施例の螺旋状凹溝に沿った部分断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例の方法を示す説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線上の部分断面図である。
【図６】図５の方法の工程を示す拡大断面図で、（ａ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ線上の部分断面図、（ｂ）は図５（ｂ）のＢ−Ｂ線上の部分断面図、（ｃ）は図５（ｂ）のＣ−Ｃ線上の部分断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例を示す図で、（ａ）は部分波形を示す実施例の一部断面斜視図、（ｂ）は全体波形を示す実施例の一部断面斜視図である。
【図８】金属帯材同士を重合せて当該部分に切込みを入れその部分を外側に曲げて止める方法を示す斜視図である。
【図９】金属帯材の末端部を金属管上で管軸と平行に折曲げ、金属管に外嵌した金属バンドで前記折曲げた屈曲部を挟みスポット溶接して止める方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  金属管
２  螺旋状凹溝
３  金属帯材
４  内周端部
５ａ  長手方向の一端部
５ｂ  長手方向の他端部
６  螺旋状突出部
７  ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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