(57)【要約】【課題】本発明はアルミニウム合金からなる内面螺旋溝付管を製造する方法と装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、第１、第２の引抜きダイスの間において管材の移動経路を反転させるとともに第１の引抜きダイスおよび第２の引抜きダイスのうち何れか一方の周りを回転する公転フライヤを用いて、内面溝付管を第１の引抜きダイスに通過させることで縮径加工と捻り加工を付与し中間捻り管を形成する工程と、中間捻り管を第２の引抜きダイスに通過させて縮径加工と捻り加工を付与し内面螺旋溝付管を形成する工程を有し、第１の引抜きダイスと第２の引抜きダイスの少なくとも一方において引抜き加工中のダイスを前記管材の移動方向に沿って往復前後移動することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向を引抜き方向とする第１の引抜きダイスと、前記第１の方向と反対の第２の方向を引抜き方向とする第２の引抜きダイスと、前記第１の引抜きダイスと前記第２の引抜きダイスの間において管材の移動経路を前記第１の方向から前記第２の方向に反転させるとともに前記第１の引抜きダイスおよび前記第２の引抜きダイスのうち何れか一方の周りを回転する公転フライヤと、を用いて、
内面に長さ方向に沿う複数の溝が形成された溝付管を前記第１の引抜きダイスに通過させ更に前記公転フライヤに巻き掛け公転回転させることで縮径加工と捻り加工を付与し中間捻り管を形成する第１の捻り引抜き工程と、
前記公転フライヤとともに回転する前記中間捻り管を前記第２の引抜きダイスに通過させて縮径加工と捻り加工を付与し内面螺旋溝付管を形成する第２の捻り引抜き工程とを有し、
前記第１の捻り引抜き工程と前記第２の捻り引抜き工程の少なくとも一方において引抜き加工中の引抜きダイスを前記管材の移動方向に沿って往復前後移動することを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項２】
前記管材の移動方向に沿って前記引抜きダイスを往復前後移動することにより、前記管材に形成する内面螺旋溝の捻り角を前記管材の長手方向に連続的かつ周期的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項３】
前記引き抜きダイスを備えたダイスブロックを作動軸により前記管材の移動経路に沿って往復前後移動自在に支持し、前記作動軸の他端に設けられたカムフォロアを案内して前記作動軸をその軸方向に往復移動する移動機構により前記引き抜きダイスを往復前後移動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項４】
前記管材がアルミニウム製またはアルミニウム合金製であり、前記引抜きダイスによる縮径率を２％〜４０％とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項５】
一方が巻き出しボビンであり他方が巻き取りボビンであり一方から他方に管材を搬送する第１のボビンおよび第２のボビンと、
前記第１のボビンの軸を支持する浮き枠と、
前記浮き枠を軸受を介して支持し前記浮き枠内のボビンの軸と直交する方向に回転する回転シャフトと、
前記第１のボビンと前記第２のボビンの間で前記管材の管路を反転させとともに前記回転シャフトに支持されて前記浮き枠の周りを回転する公転フライヤと、
前記管材の移動経路において前記公転フライヤの前段および後段にそれぞれ配置され、互いに引抜き方向が反対である第１の引抜きダイスおよび第２の引抜きダイスと、
前記第１の引抜きダイスと前記第２の引抜きダイスの少なくとも一方を前記管材の移動経路に沿って往復前後移動させる移動機構を備え、
前記巻き出しボビンから巻き出される前記管材が内面に長さ方向に沿う溝が形成された溝付管であり、
前記引き抜きダイスにより前記管材を螺旋溝付管に加工することを特徴とする内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項６】
前記引抜きダイスにおいて前記管材に縮径加工と捻り加工を付与して前記管材を内面螺旋溝付管に加工するとともに、前記引き抜きダイスの往復前後移動により前記螺旋溝の捻り角を前記管材の長さ方向に連続的に変化させることを特徴とする請求項５に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項７】
前記引き抜きダイスを備えたダイスブロックが作動軸により前記管材の移動経路に沿って往復前後移動自在に支持され、前記作動軸の他端に設けられたカムフォロアを案内して前記作動軸をその軸方向に往復移動する移動機構が設けられたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項８】
前記管材がアルミニウム製あるいはアルミニウム合金製であり、前記引抜きダイスによる縮径率が２％〜４０％に設定されたことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項９】
前記公転フライヤの前段および後段に前記回転シャフトに支持されて前記公転フライヤと同期回転する公転キャプスタンを備えたことを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１０】
前記第１の引抜きダイスの前段に前記浮き枠に支持され前記管材が巻き掛けられる第１のガイドキャプスタンを備え、
前記第２の引抜きダイスの後段に前記管材が巻き掛けられる第２のガイドキャプスタンを備えたことを特徴とする請求項５〜請求項９の何れか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１１】
前記第１の引抜きダイスおよび前記第２の引抜きダイスの後段に巻き掛け方向に駆動回転するキャプスタンを備え、前記キャプスタンが前記管材に前方張力を付与することを特徴とする請求項５〜請求項１０の何れか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１２】
アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる管体の内周面にその長さ方向に沿って複数の螺旋状の溝が形成され、前記複数の螺旋状の各溝の捻れ角が管体の長さ方向に沿って周期的に連続的に増減されていることを特徴とする内面螺旋溝付管。
【請求項１３】
前記複数の螺旋状の各溝の捻れ角が管体の長さ方向に沿って周期的に所定の割合で連続的に増減されていることを特徴とする請求項１２に記載の内面螺旋溝付管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の伝熱管などに用いられる内面螺旋溝付管の製造方法および製造装置と内面螺旋溝付管に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコンや給湯器用などのフィンチューブタイプの熱交換器には、冷媒を通すための伝熱管がアルミニウムフィン材に接するように設けられている。この伝熱管において、冷媒との熱交換効率を高めるために内面に螺旋溝を連続的に設けた内面螺旋溝付管が主流となっている。
従来、この種の伝熱管には主に銅合金が使用されてきた。しかしながら、軽量化、低コスト化およびリサイクル性改善への要求からアルミニウム合金からなる伝熱管の開発要求が高まっている。
また、アルミニウムの伝熱係数は銅に比べて低いうえに、アルミニウム合金からなる伝熱管は耐圧強度の面から底肉厚を銅伝熱管の倍以上に設定する必要があり、その伝熱特性は銅伝熱管に比べて若干劣る傾向にある。このため、アルミニウム合金製の伝熱管では内面溝の形状を工夫することで伝熱特性の改善を行い、特性向上を図りたいところであるが、ハイスリムフィンタイプのような従来の溝形状による特性向上では、伝熱管の拡管性のことも考えると限界がある。
【０００３】
エアコンや給湯器に用いられる熱交換器用伝熱管の内面溝形状は、冷媒側の熱移動を向上させるために、平滑管から管内面に微細溝を有した螺旋溝付管へと移行し、その後も三角溝から台形溝、さらにハイスリムフィンタイプが開発され、熱伝達率は開発当初の３倍にまで向上している。その一方で伝熱管の圧力損失の上昇は５０％程度に止められている。
【０００４】
銅合金からなる内面螺旋溝付管（伝熱管）の製造方法として、管の内面に捻り溝を転造する溝転造法が広く一般に知られている。しかしながら、アルミニウム合金からなる伝熱管では、耐圧性を高めるため底肉厚を厚く設計する必要があり、外径６ｍｍ以下程度の細径のアルミニウム合金製伝熱管を溝転造法で製造することは困難であった。また、溝転造法では溝プラグと管内面の摩擦によりアルミ滓が発生し、その除去に苦慮するといった問題もあった。このため、アルミニウム合金からなる内面螺旋溝付管を製造するには、溝転造法に代わる新たな製造方法が求められていた。
【０００５】
以上の背景において、特許文献１には、巻き取りドラムと巻き戻しドラムのうち何れか一方をクレードルで支持し、ドラム間で搬送される管材に一方のドラムの周りを回転するフライヤによって捻りを付与するアルミニウム合金製の内面螺旋溝付管の製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２４０１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の内面螺旋溝付管の製造装置では、フライヤの回転に伴い管材に捻り応力のみを付与するために、管材に座屈が生じやすい問題がある。このため、特許文献１に記載の内面螺旋溝付管の製造装置では、１０°以下の小さな捻りしか付与できないという問題があった。また、アルミニウム合金製の細管の加工を行うと座屈を生じ易い問題があった。
【０００８】
本願発明は、前述の背景に鑑みなされたもので、アルミニウム合金からなる熱伝導性に優れる内面螺旋溝付管を従来の溝転造法とは全く異なる手法で製造できる方法と装置および内面螺旋溝付管の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の方向を引抜き方向とする第１の引抜きダイスと、前記第１の方向と反対の第２の方向を引抜き方向とする第２の引抜きダイスと、前記第１の引抜きダイスと前記第２の引抜きダイスの間において管材の移動経路を前記第１の方向から前記第２の方向に反転させるとともに前記第１の引抜きダイスおよび前記第２の引抜きダイスのうち何れか一方の周りを回転する公転フライヤと、を用いて、内面に長さ方向に沿う複数の溝が形成された溝付管を前記第１の引抜きダイスに通過させ更に前記公転フライヤに巻き掛け公転回転させることで縮径加工と捻り加工を付与し中間捻り管を形成する第１の捻り引抜き工程と、前記公転フライヤとともに回転する前記中間捻り管を前記第２の引抜きダイスに通過させて縮径加工と捻り加工を付与し内面螺旋溝付管を形成する第２の捻り引抜き工程とを有し、前記第１の捻り引抜き工程と前記第２の捻り引抜き工程の少なくとも一方において引抜き加工中の引抜きダイスを前記管材の移動方向に沿って往復前後移動することを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法に関する。
【００１０】
本発明において、前記管材の移動方向に沿って前記引抜きダイスを往復前後移動することにより、前記管材に形成する内面螺旋溝の捻り角を前記管材の長手方向に連続的かつ周期的に変化させることができる。
本発明において、前記管材がアルミニウム製またはアルミニウム合金製であり、前記引抜きダイスによる縮径率を２％〜４０％とすることができる。
本発明において、前記引き抜きダイスを備えたダイスブロックを作動軸により前記管材の移動経路に沿って往復前後移動自在に支持し、前記作動軸の他端に設けられたカムフォロアを案内して前記作動軸をその軸方向に往復移動する移動機構により前記引き抜きダイスを往復前後移動することが好ましい。
【００１１】
本発明の製造装置は、一方が巻き出しボビンであり他方が巻き取りボビンであり一方から他方に管材を搬送する第１のボビンおよび第２のボビンと、前記第１のボビンの軸を支持する浮き枠と、前記浮き枠を軸受を介して支持し前記浮き枠内のボビンの軸と直交する方向に回転する回転シャフトと、前記第１のボビンと前記第２のボビンの間で前記管材の管路を反転させとともに前記回転シャフトに支持されて前記浮き枠の周りを回転する公転フライヤと、前記管材の移動経路において前記公転フライヤの前段および後段にそれぞれ配置され、互いに引抜き方向が反対である第１の引抜きダイスおよび第２の引抜きダイスと、前記第１の引抜きダイスと前記第２の引抜きダイスの少なくとも一方を前記管材の移動経路に沿って往復前後移動させる移動機構を備え、前記巻き出しボビンから巻き出される前記管材が内面に長さ方向に沿う溝が形成された溝付管であり、前記引き抜きダイスにより前記管材を螺旋溝付管に加工する機能を有することを特徴とする。
本発明において、前記引抜きダイスにおいて前記管材に縮径加工と捻り加工を付与して内面螺旋溝付管に加工するとともに、前記引き抜きダイスの往復前後移動により前記螺旋溝の捻り角を前記管材の長さ方向に連続的に変化させる機能を有することが好ましい。
本発明において、前記引き抜きダイスを備えたダイスブロックを作動軸により前記管材の移動経路に沿って往復前後移動自在に支持し、前記作動軸の他端に設けられたカムフォロアを案内して前記作動軸をその軸方向に往復移動する移動機構により前記引き抜きダイスを往復前後移動することが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記管材がアルミニウム製あるいはアルミニウム合金製であり、前記引抜きダイスによる縮径率が２％〜４０％に設定されたことが好ましい。
本発明において、前記公転フライヤの前段および後段に前記回転シャフトに支持されて前記公転フライヤと同期回転する公転キャプスタンを備えたことが好ましい。
本発明において、前記第１の引抜きダイスの前段に前記浮き枠に支持され前記管材が巻き掛けられる第１のガイドキャプスタンを備え、前記第２の引抜きダイスの後段に前記管材が巻き掛けられる第２のガイドキャプスタンを備えたことが好ましい。
本発明において、前記第１の引抜きダイスおよび前記第２の引抜きダイスの後段に巻き掛け方向に駆動回転するキャプスタンを備え、前記キャプスタンが前記管材に前方張力を付与することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る内面螺旋溝付管は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる管体の内周面にその長さ方向に沿って複数の螺旋状の溝が形成され、前記複数の螺旋状の各溝の捻れ角が管体の長さ方向に沿って周期的に連続的に増減されたことを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付管は、前記複数の螺旋状の各溝の捻れ角が管体の長さ方向に沿って周期的に一定の割合で連続的に増減されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の製造方法によれば、内面に長さ方向に沿う複数の溝を形成した溝付管に対し捻りを付与すると同時に引抜きダイスにより縮径を行う複合加工により内面螺旋溝付管を製造することができる。
管材には、捻りによるせん断応力と引抜による引張応力を同時に付与することができ、降伏条件一定のもと、これら複合応力下においては、単純に捻り加工のみを行う場合と比較して小さいせん断応力で捻りが可能になるため、管材の座屈応力に達する前に、管材に大きな捻りを付与できる。このため、従来より大きな捻り角の内面螺旋溝を備えたアルミニウム製あるいはアルミニウム合金製の内面螺旋溝付管を製造できる。
また、管材の引抜きと縮径を行っている際に引抜きダイスを管材の移動経路に沿って前後方向に往復移動させることで管材の内面に形成する螺旋溝の捻り角を管材の長さ方向に変化させることができ、管材の長さ方向に沿って所定の波長で周期的に螺旋溝の捻り角を変化させた内面螺旋溝付管を得ることができる。この内面螺旋溝付管であるならば、内部を流れる冷媒との熱交換効率を向上できる。このため、本発明に係る内面螺旋溝付管を用いることで熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。
【００１５】
本発明の製造方法においては、引抜き方向が互いに異なる第１の引抜きダイスと第２の引抜きダイスとの間で管材を公転キャプスタンにより公転回転させる。これにより、第１の引抜きダイスにおける第１の捻り引抜き工程と、第２の引抜きダイスにおける第２の捻り引抜き工程との、捻り方向を一致させて、連続して２回の捻りを付与し、内面螺旋溝に大きな捻り角を付与することができる。また、管材の管路の始端および終端を公転回転させる必要がないため、管材の移動経路の始端において管材を供給する巻き出しボビンと、管材の移動経路の終端において管材を回収する巻き取りボビンと、を設けた場合において、ボビンを公転回転する必要がない。したがって、回転速度を高めることが容易であり、ラインの高速化が可能となる。また、ボビンを公転回転させないので大型のボビンを用いることができ、生産性向上に寄与する。
すなわち、本発明の製造方法によれば、大きな捻り角を付与した内面螺旋溝付管を大量生産できる。また、本発明の製造装置によれば、大きな捻り角を付与した内面螺旋溝付管を大量生産できる。
【００１６】
本発明に係る内面螺旋溝付管は、管体の長さ方向に周期的に連続的に捻り角を変更した内面螺旋溝を有するので、内部に冷媒を流した場合に冷媒との熱交換効率の良好な内面螺旋溝付管を提供できる。このため、本発明に係る内面螺旋溝付管を用いることで熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る内面螺旋溝付管を製造する装置の第１実施形態を示す側面略図である。
【図２】同内面螺旋溝付管を製造する装置の第１実施形態を示す平面略図である。
【図３】図１における矢印II方向から見た浮き枠の平面図である。
【図４】同第１実施形態の製造装置においてダイスの移動機構を示す構成図。
【図５】図４に示す移動機構の平面図。
【図６】内面に直線溝が形成された直線溝付管を示し、図６（ａ）が正面図であり、図６（ｂ）が縦断面図である。
【図７】第１実施形態の製造装置において予備試験の結果を示すグラフ。
【図８】周期的に捻り角を変更した螺旋溝を内面に形成した内面螺旋溝付管を示す縦断面図である。
【図９】実施例において得られた螺旋溝付管の一部を切り開いた展開状態を示す写真。
【図１０】同螺旋溝付管の一部を切り開き螺旋溝に沿ってマーキングした状態を示す写真。
【図１１】内面螺旋溝付管を備えた熱交換器の一例を示し、図１１（ａ）は側面図であり、図１１（ｂ）は斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る第１実施形態の内面螺旋溝付管の製造装置とそれを用いた内面螺旋溝付管の製造方法の一例ならびに内面螺旋溝付管の一例について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
【００１９】
本明細書において、捻りを付与する前の管材を「溝付管（直線溝付管）」と呼称し、捻りを付与した後の管材を「内面螺旋溝付管」と呼称する。また、直線溝付管から内面螺旋溝付管に至る過程において、内面螺旋溝付管と比較して半分程度の捻りが付与された中間形成品を中間捻り管と呼称する。更に、本明細書の「管材」とは、直線溝付管、中間捻り管および内面螺旋溝付管の上位概念であり、製造工程の段階を問わず、加工対象となる管を意味する。
本明細書において、「前段」および「後段」とは、管材の加工順序に沿った前後関係（すなわち、上流側および下流側）を意味し、装置内の各部位の配置を意味するものではない。管材は内面螺旋溝付管の製造装置において、前段（上流）側から後段（下流）側に搬送される。前段に配置される部位は、必ずしも前方に配置されるとは限らず、後段に配置される部位は、必ずしも後方に配置されるとは限らない。
【００２０】
＜＜製造装置＞＞
図１は第１実施形態に係る内面螺旋溝付管の製造装置Ａを示す側面図である。
第１実施形態の内面螺旋溝付管の製造装置Ａは、図６（ａ）、（ｂ）に示す溝付管（直線溝付管）５Ｂに２回の縮径加工と捻り加工を付与し、図８に示す内面螺旋溝付管５Ｒを製造する装置である。図６に示すように直線溝付管５Ｂには、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝５ａが形成されている。また、直線溝付管５Ｂに捻りを付与した図８に示す内面螺旋溝付管５Ｒには、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる管体５Ａの内周面に直線溝５ａに由来する螺旋溝５ｄが形成されている。この螺旋溝５ｄは、管の長さ方向に沿ってその捻り角が連続的かつ周期的に変化されている。一例として図９、図１０に示すように内面螺旋溝付管５Ｒの周壁を切り開いて周壁を平面状に展開した場合、螺旋溝５ｄの捻り角（リード角）が内面螺旋溝付管５Ｒの長さ方向に沿って周期的に交互に連続的に増減する形態の螺旋溝が形成されている。この螺旋溝の詳細形状および製造過程については後に詳述する。
直線溝付管５Ｂ、内面螺旋溝付管５Ｒは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。また、直線溝付管５Ｂは、押出成形により製造された押出管であり、後述する巻き出しボビン１１にコイル状に巻き付けられる。
【００２１】
製造装置Ａは、公転機構３０と、浮き枠３４と、巻き出しボビン（第１のボビン）１１と、第１のガイドキャプスタン１８と、第１の引抜きダイス１と、第１の公転キャプスタン２１と、公転フライヤ２３と、第２の公転キャプスタン２２と、第２の引抜きダイス２と、第２のガイドキャプスタン６１と、巻き取りボビン（第２のボビン）７１と、引抜きダイスの移動機構９０を備える。
以下、各部の詳細について詳細に説明する。
【００２２】
＜公転機構＞
公転機構３０は、前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂを含む回転シャフト３５と、駆動部３９と、前方スタンド３７Ａと、後方スタンド３７Ｂを有している。
公転機構３０は、回転シャフト３５並びに、回転シャフト３５に固定された第１の公転キャプスタン２１、第２の公転キャプスタン２２および公転フライヤ２３を公転させる。
また、公転機構３０は、回転シャフト３５と同軸上に位置し回転シャフト３５に支持された浮き枠３４の静止状態を維持する。これにより、浮き枠３４に支持された巻き出しボビン１１、第１のガイドキャプスタン１８および第１の引抜きダイス１の静止状態を維持する。
【００２３】
前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂは、ともに内部を中空とした円筒型に形成されている。前方シャフト３５Ａと後方シャフト３５Ｂは、ともに公転回転中心軸Ｃ（第１引抜ダイスのパスライン）を中心軸とする同軸上に配置されている。前方シャフト３５Ａは、前方スタンド３７Ａに軸受３６を介し回転自在に支持され、前方スタンド３７Ａから後方（後方スタンド３７Ｂ側）に向かって延在されている。同様に、後方シャフト３５Ｂは、後方スタンド３７Ｂに軸受を介し回転自在に支持され、後方スタンド３７Ｂから前方（前方スタンド３７Ａ側）に向かって延在されている。前方シャフト３５Ａと後方シャフト３５Ｂとの間には、直方体状の浮き枠３４が架け渡されている。
【００２４】
駆動部３９は、駆動モータ３９ｃと直動シャフト３９ｆとベルト３９ａ、３９ｄ、プーリ３９ｂ、３９ｅとを有している。駆動部３９は、前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂを回転させる。
駆動モータ３９ｃは、直動シャフト３９ｆを回転させる。直動シャフト３９ｆは、前方スタンド３７Ａおよび後方スタンド３７Ｂの下部において前後方向に延在されている。
前方シャフト３５Ａの前方の端部３５Ａｂは、前方スタンド３７Ａを貫通した先端にプーリ３９ｂが取り付けられている。プーリ３９ｂは、ベルト３９ａを介し直動シャフト３９ｆと連動する。同様に、後方シャフト３５Ｂの後方の端部３５Ｂｂは、後方スタンド３７Ｂを貫通した先端にプーリ３９ｅが取り付けられ、ベルト３９ｄを介し直動シャフト３９ｆと連動する。これにより、前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂは、公転回転中心軸Ｃを中心に同期回転する。
【００２５】
回転シャフト３５（前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂ）には、第１の公転キャプスタン２１、第２の公転キャプスタン２２および公転フライヤ２３が固定されている。回転シャフト３５が回転することで、回転シャフト３５に固定されたこれらの部材は、公転回転中心軸Ｃを中心に公転回転する。
【００２６】
＜浮き枠＞
浮き枠３４は、回転シャフト３５の前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂの互いに向かい合う端部３５Ａａ、３５Ｂａに軸受３４ａを介し支持されている。また、浮き枠３４は、巻き出しボビン１１、第１のガイドキャプスタン１８および第１の引抜きダイス１を支持する。
図３は、図１における矢印II方向から見た浮き枠３４の平面図である。図１、図３に示すように、浮き枠３４は、上下に開口する箱形状を有する。浮き枠３４は、前後に対向する前方壁３４ｂおよび後方壁３４ｃと、左右に対向するとともに前後方向に延びる一対の支持壁３４ｄを有する。
【００２７】
前方壁３４ｂおよび後方壁３４ｃには貫通孔が設けられ、それぞれ前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂの端部３５Ａａ、３５Ｂａが挿入されている。端部３５Ａａ、３５Ｂａと前方壁３４ｂおよび後方壁３４ｃの貫通孔との間には、軸受３４ａが介在する。これにより、浮き枠３４には、回転シャフト３５（前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂ）の回転が伝達され難い。浮き枠３４は、回転シャフト３５が回転状態にあっても設置面Ｇに対する静止状態を保つ。なお、公転回転中心軸Ｃに対し浮き枠３４の重心を偏らせる錘を設けて浮き枠３４の静止状態を安定させてもよい。
図３に示すように、一対の支持壁３４ｄは、巻き出しボビン１１、第１のガイドキャプスタン１８および第１の引抜きダイス１を左右方向（図２紙面中の上下方向）両側に配置されている。一対の支持壁３４ｄは、巻き出しボビン１１を保持するボビン支持シャフト１２および第１のガイドキャプスタン１８の回転軸Ｊ１８を回転可能に支持する。また、支持壁３４ｄは、図示略のダイス支持体を介し第１の引抜きダイス１を支持する。
【００２８】
＜巻き出しボビン＞
巻き出しボビン１１には、直線溝５ａが形成された直線溝付管５Ｂ（図４参照）が巻き付けられている。巻き出しボビン１１は、直線溝付管５Ｂを巻き出して後段に供給する。
巻き出しボビン１１は、ボビン支持シャフト１２に着脱可能に取り付けられている。
図３に示すように、ボビン支持シャフト１２は、回転シャフト３５と直交する方向に延在されている。また、ボビン支持シャフト１２は、浮き枠３４に自転回転可能に支持されている。なお、ここで自転回転とは、ボビン支持シャフト１２自身の中心軸を中心として回転することを意味する。ボビン支持シャフト１２は、巻き出しボビン１１を回転自在に保持し、巻き出しボビン１１の供給方向に自転回転することで、巻き出しボビン１１からの管材５の繰り出しを補助する。
【００２９】
巻き出しボビン１１は、巻き付けられた直線溝付管５Ｂを全て供給した際に取り外され、他の巻き出しボビンに交換される。取り外された空の巻き出しボビン１１は、直線溝付管５Ｂを形成する押出装置に取り付けられ、再び直線溝付管５Ｂが巻き付けられる。巻き出しボビン１１は、浮き枠３４に支持され公転回転しない。したがって、巻き出しボビン１１に直線溝付管５Ｂが乱巻されていても支障なく供給を行うことができ、巻き直しを行うことなく使用できる。また、巻き出しボビン１１の重量により製造装置Ａにおいて管材５に捻りを付与するための公転回転の回転数は制限されない。したがって、巻き出しボビン１１に長尺の管材５を巻き付けることができる。これにより、長尺の管材５に対して、捻りを付与することができ、製造効率を高めることができる。
【００３０】
ボビン支持シャフト１２には、ブレーキ部１５が設けられている。ブレーキ部１５は、浮き枠３４に対するボビン支持シャフト１２の自転回転に制動力を与える。すなわち、ブレーキ部１５は、巻き出しボビン１１の巻き出し方向の回転を規制する。ブレーキ部１５による制動力により、巻き出し方向に搬送される管材５には、後方張力を付加できる。ブレーキ部１５として、例えば、制動力としてのトルク調節が可能なパウダーブレーキ又はバンドブレーキを採用できる。
【００３１】
＜第１のガイドキャプスタン＞
第１のガイドキャプスタン１８は、円盤状に形状されている。第１のガイドキャプスタン１８には、巻き出しボビン１１から繰り出された管材５が１周程度巻き掛けられる。第１のガイドキャプスタン１８の外周の接線方向は、公転回転中心軸Ｃと一致される。第１のガイドキャプスタン１８は、管材５を第１の方向Ｄ１に沿って公転回転中心軸Ｃ上に誘導する。
第１のガイドキャプスタン１８は、自転回転自在に浮き枠３４に支持されている。また第１のガイドキャプスタン１８の外周には、自転回転自在のガイドローラ１８ｂが複数並んで配置されている。本実施形態の第１のガイドキャプスタン１８は、自身が自転回転するとともにガイドローラ１８ｂが転動するが、何れか一方が回転すれば、管材５をスムーズに搬送できる。なお、図３において、ガイドローラ１８ｂの図示は省略されている。
【００３２】
図３に示すように、第１のガイドキャプスタン１８と巻き出しボビン１１との間には、管路誘導部１８ａが設けられている。管路誘導部１８ａは、例えば管材５を囲むように配置された複数のガイドローラである。管路誘導部１８ａは、巻き出しボビン１１から供給される管材５を第１のガイドキャプスタン１８に誘導する。
なお、第１のガイドキャプスタン１８に代えて、巻き出しボビン１１と第１の引抜きダイス１との間にトラバース機能を有する誘導管を設けてもよい。誘導管を設ける場合には、巻き出しボビン１１と第１の引抜きダイス１との距離を短くすることができ、工場内のスペースを有効活用できる。
【００３３】
図１に示すように、第１の引抜きダイス１と第１の公転キャプスタン２１との間の領域が管材５の加工域とされる。なお、第１の引抜きダイス１の前段には、第１のガイドキャプスタン１８が設けられており管材５の回転が規制されている。これにより、管材５は、第１の引抜きダイス１の前段で捻りが付与されず、第１の公転キャプスタン２１との間（加工域）のみで捻りが付与される。
【００３４】
第１の引抜きダイス１は、浮き枠３４の内側に固定されている。第１の引抜きダイス１は、第１の方向Ｄ１を引抜き方向とする。第１の引抜きダイス１の中心は、回転シャフト３５の公転回転中心軸Ｃと一致されている。また、第１の方向Ｄ１は、公転回転中心軸Ｃと平行である。
第１の引抜きダイス１には、浮き枠３４に固定された潤滑油供給装置９Ａにより潤滑油が供給される。これにより第１の引抜きダイス１における引抜力を軽減できる。
第１の引抜きダイス１を通過した管材５は、浮き枠３４の前方壁３４ｂに設けられた貫通孔を介して、前方シャフト３５Ａの内部側に導入される。
【００３５】
＜第１の公転キャプスタン＞
第１の公転キャプスタン２１は、円盤状に形成されている。第１の公転キャプスタン２１は、中空の前方シャフト３５Ａの周壁を部分的に貫通する横孔３５Ａｃに望むように配置されている。第１の公転キャプスタン２１は、円盤の中心を回転軸Ｊ２１として、前方シャフト３５Ａの外周部に固定された支持体２１ａによって回転自在に支持されている。
第１の公転キャプスタン２１は、外周の接線の１つが公転回転中心軸Ｃと略一致されている。第１の公転キャプスタン２１には、公転回転中心軸Ｃ上の第１の方向Ｄ１に搬送される管材５が一周以上、巻き掛けられる。第１の公転キャプスタン２１は、管材５を巻き掛けて管材５を前方シャフト３５Ａの内部側から外部側に引き出して公転フライヤ２３に誘導する。
【００３６】
第１の公転キャプスタン２１は、公転回転中心軸Ｃの周りを前方シャフト３５Ａとともに公転回転する。公転回転中心軸Ｃは、第１の公転キャプスタン２１の自転回転の回転軸Ｊ２１と直交する方向に延在されている。管材５は、第１の公転キャプスタン２１と第１の引抜きダイス１との間で捻りが付与される。これにより、管材５は、直線溝付管５Ｂから一定の傾斜を付与した内面螺旋溝を有する中間捻り管５Ｃに加工される。
第１の公転キャプスタン２１とともに、前方シャフト３５Ａの外周側には駆動モータ２０が設けられている。駆動モータ２０は、第１の公転キャプスタン２１を管材５の巻き掛け方向（搬送方向）に回転駆動する。これにより、第１の公転キャプスタン２１は、管材５に第１の引抜きダイス１を通過するための前方張力を付与する。
第１の公転キャプスタン２１および駆動モータ２０は、前方シャフト３５Ａの公転回転中心軸Ｃに重心が位置するように公転回転中心軸Ｃに対して互いに対称の位置に配置されていることが好ましい。これにより、前方シャフト３５Ａの回転のバランスを安定させることができる。なお、第１の公転キャプスタン２１と駆動モータ２０の重量差が大きい場合は、錘を設けて重心を安定させてもよい。
【００３７】
＜公転フライヤ＞
公転フライヤ２３は、第１の引抜きダイス１と第２の引抜きダイス２の間で、管材５の管路を反転させる。公転フライヤ２３は、第１の引抜きダイス１の引抜き方向である第１の方向Ｄ１に搬送される管材５を反転させ、搬送方向を第２の引抜きダイス２の引抜き方向である第２の方向Ｄ２に向ける。より具体的には、公転フライヤ２３は、第１の公転キャプスタン２１から第２の公転キャプスタン２２に管材５を誘導する。
公転フライヤ２３は、複数のガイドローラ２３ａとガイドローラ２３ａを支持するガイドローラ支持体（図示略）とを有する。ここでは、説明の煩雑さを解消するためガイドローラ支持体の図示を省略するが、ガイドローラ支持体は、回転シャフト３５に支持されている。
ガイドローラ２３ａは、公転回転中心軸Ｃに対し外側に湾曲する弓形状に形成されている。ガイドローラ２３ａ自身が転動して管材５をスムーズに搬送する。公転フライヤ２３は、公転回転中心軸Ｃを中心として、浮き枠３４並びに浮き枠３４内に支持された第１の引抜きダイス１および巻き出しボビン１１の周りを回転する。
【００３８】
公転フライヤ２３の一端は、公転回転中心軸Ｃに対し第１の公転キャプスタン２１の外側に位置されている。また、公転フライヤ２３の他端は、中空の後方シャフト３５Ｂの周壁を貫通する横孔３５Ｂｃを通過して後方シャフト３５Ｂの内側に延在されている。公転フライヤ２３は、第１の公転キャプスタン２１に巻き掛けられて外側に繰り出された管材５を後方シャフト３５Ｂの内側に誘導する。また、公転フライヤ２３は、管材５を後方シャフト３５Ｂの内部側において、第２の方向Ｄ２に沿って公転回転中心軸Ｃ上に繰り出すように案内する。
【００３９】
本実施形態の公転フライヤ２３は、複数のガイドローラ２３ａにより管材５を搬送する構成であるとして説明した。しかしながら公転フライヤ２３を、弓状に形成した帯板から形成して、管材５を帯板の一面を滑動させて搬送する構成としてもよい。
また、図１の実施形態においては、管材５がガイドローラ２３ａの外側を通過する場合を例示した。しかし、公転フライヤ２３の回転速度が速い場合には、管材５が遠心力により公転フライヤ２３から脱線するおそれがある。このような場合は、管材５の外側に更にガイドローラ２３ａを設け、管材５の脱線を防止することが好ましい。
公転フライヤ２３と同等の重量を有し前方シャフト３５Ａから後方シャフト３５Ｂに延びて公転フライヤ２３と同期回転するダミーフライヤを複数設けてもよい。これにより、回転シャフト３５の回転を安定させることができる。
【００４０】
＜第２の公転キャプスタン＞
第２の公転キャプスタン２２は、第１の公転キャプスタン２１と同様に、円盤状に形状されている。第２の公転キャプスタン２２は、後方シャフト３５Ｂの端部３５Ｂｂの先端に設けられた支持体２２ａに自転回転が自在な状態で支持されている。また、第２の公転キャプスタン２２の外周には、自転回転自在のガイドローラ２２ｃが並んで配置されている。本実施形態の第２の公転キャプスタン２２は、自身が自転回転するとともにガイドローラ２２ｃが転動するが、何れか一方が回転すれば、管材５をスムーズに搬送できる。
【００４１】
第２の公転キャプスタン２２は、外周の接線の１つが公転回転中心軸Ｃと略一致する。
第２の公転キャプスタン２２には、公転回転中心軸Ｃ上の第２の方向Ｄ２に搬送される管材５が一周以上、巻き掛けられる。第２の公転キャプスタン２２は、巻き掛けられた管材を公転回転中心軸Ｃ上の第２の方向Ｄ２に繰り出す。
第２の公転キャプスタン２２は、公転回転中心軸Ｃの周りを後方シャフト３５Ｂとともに公転回転する。公転回転中心軸Ｃは、第２の公転キャプスタン２２の自転回転の回転軸Ｊ２２と直交する方向に延在されている。第２の公転キャプスタン２２から繰り出された管材５は、第２の引抜きダイス２において縮径される。第２の引抜きダイス２は、設置面Ｇに対し静止しているため、第２の公転キャプスタン２２と第２の引抜きダイス２との間で、管材５に捻りを付与できる。これにより、管材５は、中間捻り管５Ｃから内面螺旋溝付管５Ｒとなる。
第２の公転キャプスタン２２を支持する支持体２２ａは、公転回転中心軸Ｃに対し第２の公転キャプスタン２２と対称の位置に錘２２ｂを支持する。錘２２ｂは、後方シャフト３５Ｂの回転のバランスを安定させる。
【００４２】
＜第２の引抜きダイス＞
第２の引抜きダイス２は、第２の公転キャプスタン２２の後段に配置されている。第２の引抜きダイス２は、先の第１の方向Ｄ１と反対の第２の方向Ｄ２を引抜き方向とする。第２の方向Ｄ２は、公転回転中心軸Ｃと平行な方向である。管材５は、第２の方向Ｄ２に沿って第２の引抜きダイス２を通過する。第２の引抜きダイス２は、設置面Ｇに対し静止されている。第２の引抜きダイス２の中心は、回転シャフト３５の公転回転中心軸Ｃと一致されている。
【００４３】
第２の引抜きダイス２は、以下に説明する移動機構Ｋを介し架台６２に支持されている。
架台６２の上部に金属製の支持片６４が設けられ、この支持片６４の側部に支持ブロック９０が設けられ、この支持ブロック９０の中心部を貫通するように軸受け部９０Ａが設けられ、この軸受け部９０Ａに支持されて水平方向に延在するロッド状の作動軸９１が設けられている。この作動軸９１の一端側（公転キャプスタン２２側）に金属製のダイスブロック９２が取り付けられ、このダイスブロック９２の一部に第２の引抜きダイス２が装着されている。作動軸９１は軸受け部９０Ａに支持されて自身の軸方向かつ水平方向に移動自在に支持されている。作動軸９１の他端側にはカムフォロア（カムローラ）９３が取り付けられ、このカムフォロア９３の近傍に円板型のカムホイール９４が自身の周方向に回転自在に設けられている。
カムホイール９４は水平に支持され、架台６２の上部に設けられたフレーム基板９５Ａに取り付けられた駆動モータ９５により回転自在に支持されている。
【００４４】
カムホイール９４の片面中央側に駆動主軸９４Ａが突設され、カムホイール９４の片面側であって、駆動主軸９４Ａの周囲に沿うように円周溝型のカム溝９４Ｂが形成され、カム溝９４Ｂの内周側かつ駆動主軸９４Ａの外周側に駒形の内カム９７が取り付けられている。なお、内カム９７の外周輪郭はカム溝９４Ｂに対し偏心する外郭形状とされている。
前記カムフォロア９３はカム溝９４Ｂに挿入されているが内カム９７とも接しているので、カムホイール９４が回転することでカムフォロア９３に内カム９７から偏心力が作用し、作動軸９１はその長さ方向に沿って前後に所定距離往復スライド移動される。
本実施形態では作動軸９１と軸受け部９０Ａを備えた支持ブロック９０とダイスブロック９２とカムフォロア９３とカムホイール９４と駆動モータ９５と内カム９７により移動機構Ｋが構成されている。
なお、この例では内カム９７の外周輪郭を偏心形状としたが、偏心のない円板カムでも良く、中心から円周までの距離の異なる円板カムでも差し支えない。
また、第２の引抜きダイス２には、架台６２の上部に取り付けられた潤滑油供給装置９Ｂにより潤滑油が供給される。これにより第２の引抜きダイス２における引抜力を軽減できる。
【００４５】
＜第２のガイドキャプスタン＞
第２のガイドキャプスタン６１は、円盤状に形成されている。第２のガイドキャプスタン６１の外周の接線方向は、公転回転中心軸Ｃと一致されている。第２のガイドキャプスタン６１には、公転回転中心軸Ｃ上の第２の方向Ｄ２に搬送される中間捻り管５Ｃが一周以上、巻き掛けられる。
第２のガイドキャプスタン６１は、回転軸Ｊ６１を中心に回転可能に架台６２に支持されている。また、第２のガイドキャプスタン６１の回転軸Ｊ６１は、駆動モータ６３の出力軸と駆動ベルト等を介し接続されている。第２のガイドキャプスタン６１は、駆動モータ６３により、管材５の巻き掛け方向（搬送方向）に駆動回転される。なお、駆動モータ６３は、トルク制御可能なトルクモータを用いることが好ましい。
第２のガイドキャプスタン６１を駆動することによって中間捻り管５Ｃには、前方張力が付与される。これにより中間捻り管５Ｃは、第２の引抜きダイス２における加工に必要な引抜き応力が付与され前方に搬送される。
【００４６】
＜巻き取りボビン＞
巻き取りボビン７１は、管材５の移動経路の終端に設けられ、管材５（内面螺旋溝付管５Ｒ）を回収する。巻き取りボビン７１の前段には、誘導部７２が設けられている。誘導部７２は、トラバース機能を有し管材５（内面螺旋溝付管５Ｒ）を巻き取りボビン７１に整列巻きさせる。
巻き取りボビン７１は、ボビン支持シャフト７３に着脱可能に取り付けられている。ボビン支持シャフト７３は、架台７５に支持され、駆動モータ７４の出力軸に駆動ベルト等を介し接続されている。巻き取りボビン７１は、駆動モータ７４により回転駆動され、管材５（内面螺旋溝付管５Ｒ）を弛ませることなく巻き取ることができる。巻き取りボビン７１は、管材５が十分に巻き付けられた場合に取り外され、他の巻き取りボビン７１に付け替えることができる。
【００４７】
＜＜内面螺旋溝付管の製造方法＞＞
上述した内面螺旋溝付管の製造装置Ａを用いて、内面螺旋溝付管５Ｒを製造する方法の詳細について説明する。
まず、予備工程について説明する。
押出成形により、図６に示すように、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝５ａが周方向に間隔をおいて形成された直線溝付管５Ｂを作製する（直線溝付管押出工程）。
次に、直線溝付管５Ｂを巻き出しボビン１１にコイル状に巻き付ける。更に、巻き出しボビン１１を製造装置Ａの浮き枠３４にセットする。
また、巻き出しボビン１１から管材５（直線溝付管５Ｂ）を所定長さ繰り出して、予め直線溝付管５Ｂの移動経路にセットする。具体的には、管材５を、第１のガイドキャプスタン１８、第１の引抜きダイス１、第１の公転キャプスタン２１、公転フライヤ２３、第２の公転キャプスタン２２、第２の引抜きダイス２、第２のガイドキャプスタン６１、巻き取りボビン７１の順に、通過させて、セットする。
以上の予備工程が終わった後に、内面螺旋溝付管５Ｒの製造を開始する。
【００４８】
内面螺旋溝付管５Ｒの製造工程において、管材５の移動経路に沿って説明する。
まず、巻き出しボビン１１から管材５を順次繰す。
巻き出しボビン１１から繰り出された管材５を第１のガイドキャプスタン１８に巻き掛ける。第１のガイドキャプスタン１８は、管材５を公転回転中心軸Ｃ上に位置する第１の引抜きダイス１のダイス孔に誘導する（第１の誘導工程）。
次に、管材５を第１の引抜きダイス１に通過させる。更に、第１の引抜きダイス１の後段で管材５を第１の公転キャプスタン２１に巻き掛けてその周りを周回させる。これにより、管材５を縮径するとともに捻りを付与することができ（第１の捻り引抜き工程）、管材５を中間捻り管５Ｃに加工することができる。即ち、管材５（直線溝付管５Ｂ）の内面の図６に示す直線溝５ａに捻りを付与し、一定の捻り角を有する螺旋溝を形成できる。
【００４９】
捻り付与の段階は、第１の引抜きダイス１のダイス孔と第１の公転キャプスタン２１に管材５が接触した位置との間の加工域で行われる。捻り引抜き工程を経て直線溝付管５Ｂは、中間捻り管５Ｃとなる。中間捻り管５Ｃは、内面螺旋溝付管５Ｒの製造工程における中間段階の管材であり、内面螺旋溝付管５Ｒに形成される最終目的の螺旋溝５ｄより浅い捻り角の螺旋溝が形成された状態である。
【００５０】
第１の捻り引抜き工程において、管材５には、捻りが付与されると同時に引抜きダイスによる縮径が行われる。すなわち、管材５は、捻りと縮径との同時加工による複合応力が付与させる。複合応力下においては、捻り加工のみを行う場合と比較して管材５の降伏応力が小さくなり、管材５の座屈応力に達する前に、管材５に大きな捻りを付与できる。これにより、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる管材５であっても、管材５の座屈の発生を抑制しつつ従来よりも大きな捻りを付与できる。
【００５１】
一般的に、管材に捻りを付与する際の加工域が長くなるほど座屈応力は小さくなり、その結果、わずかな捻りにおいても座屈を生じやすくなる。即ち、加工域の長さと限界捻れ角（座屈を生じないで捻れる最大捻れ角）には相関関係があり、加工域を短くすることで、大きな捻れ角を付与しても座屈が生じにくい。
捻り加工に伴う座屈の生じやすさは、捻り加工時に管材５に付与されるせん断応力と相関関係がある。捻り加工時のせん断応力は、捻り角と相関関係があるため、捻り角を大きくするに伴い、管材に付与されるせん断応力が大きくなり座屈が生じ易くなる。
【００５２】
第１の引抜きダイス１による管材５の縮径率は、それぞれ２％以上とすることが好ましい。なお縮径率は、（引抜き前の管材の外径−引抜き後の管材の外径）／引抜き前の管材の外径の百分率により求められる。
図７は、外径１０ｍｍ、内径９ｍｍのアルミニウム合金製の管材に対し、第１の引抜きダイス１で引抜きする場合の限界捻り角と縮径率の関係を調べた結果を示すグラフである。図７に示すように限界捻り角と縮径率の間には相関が認められ、引抜き時の縮径率を大きくするにつれて限界捻り角が大きくなる傾向が認められる。すなわち、縮径率が小さ過ぎる場合は引抜きによる効果が乏しく、大きな捻り角を得ることが難しいので、縮径率を２％以上とするのが好ましい。なお、同様の理由から縮径率を５％以上とすることがより好ましい。
一方で、第１の引抜きダイス１による管材５の縮径率が大きくなり過ぎると加工限界で破断を生じ易くなるので、それぞれ４０％以下とするのが好ましい。
【００５３】
第１の捻り引抜き工程において、管材５には第１の公転キャプスタン２１を駆動する駆動モータ２０により、前方張力が付与される。また、同時に管材５には巻き出しボビン１１のブレーキ部１５により後方張力が付与される。このため、管材５に適度な張力を付与することが可能となり、管材５に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。
【００５４】
次に、公転フライヤ２３に管材５を巻き掛けて、管材５の搬送方向を公転回転中心軸Ｃ上の第２の方向Ｄ２に向ける。更に、第２の公転キャプスタン２２に管材５を巻き掛けて、管材５を第２の引抜きダイス２に導入する（第２の誘導工程）。これにより、管材５の搬送方向を第１の方向Ｄ１から第２の方向Ｄ２に反転することができ、第２の引抜きダイス２の中心に位置を合わせることができる。公転フライヤ２３は、浮き枠３４の周りを公転回転中心軸Ｃを中心として回転できる。なお、第１の公転キャプスタン２１、公転フライヤ２３および第２の公転キャプスタン２２は、公転回転中心軸Ｃを中心として同期回転する。したがって、第１の公転キャプスタン２１から第２の公転キャプスタン２２の間において管材５は相対的に回転せず、捻りも付与されない。
【００５５】
次に、第２の公転キャプスタン２２とともに回転する管材５を第２の引抜きダイス２に通過させる。これにより、管材５を縮径するとともに捻りを付与し、螺旋溝５ｄの捻り角を更に大きくする（第２の捻り引抜き工程）。第２の捻り引抜き工程により中間捻り管５Ｃを内面螺旋溝付管５Ｒに加工することができる。
第２の捻り引抜き工程において、管材５には第２のガイドキャプスタン６１を駆動する駆動モータ６３により、前方張力が付与される。駆動モータ６３としては、トルク制御可能なトルクモータを用いた場合、第２のガイドキャプスタン６１は、管材５に付与する前方張力を調整できる。第２のガイドキャプスタン６１により前方張力を調整することで、第２の捻り引抜き工程において管材５に適度な張力を付与することが可能となる。これにより、管材５に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。
【００５６】
管材５は、公転回転する第２の公転キャプスタン２２に巻き掛けられた後に第２の引抜きダイス２を通過する。管材５は、第２の引抜きダイス２により縮径されるとともに、第２の公転キャプスタン２２により管材５に捻りが付与される。これにより、管材５の内面の螺旋溝５ｄに更に大きな捻りが付与され、螺旋溝５ｄの捻り角が大きくなる。第２の捻り引抜き工程により中間捻り管５Ｃは、内面螺旋溝付管５Ｒとなる。
【００５７】
第２の引抜きダイス２における縮径および捻り付与により、管材５は、中間捻り管５Ｃから内面螺旋溝付管５Ｒに加工される。また、カムホイール９４と内カム９７の回転により作動軸９１が往復スライド移動され、第２の引抜きダイス２も中間捻り管５Ｃの移動経路に沿って所定距離前後にスライド移動される。
このため、第２の引抜きダイス２において中間捻り管５Ｃに対し縮径加工と捻り加工が施される場合、中間捻り管５Ｃの移動方向沿って第２の引抜きダイス２が移動している場合は、第２の引抜きダイス２を中間捻り管５Ｃが通過する相対速度は低下し、付与する捻り角を大きくでき、中間捻り管５Ｃの移動方向と反対方向に第２の引抜きダイス２が移動している場合、第２の引抜きダイス２を中間捻り管５Ｃが通過する相対速度は向上するので、付与する捻り角を小さくできる。
このことは、第２の引抜きダイス２を通過する場合の中間捻り管５Ｃの速度を周期的かつ連続的に徐々に増減させていることを意味し、内面螺旋溝付管５Ｒに加工した場合にその内周面に形成する螺旋溝５ｄの捻り角を内面螺旋溝付管５Ｒの長さ方向に沿って周期的かつ連続的に徐々に増減させることができる。
【００５８】
参考として、中間捻り管５Ｃの移動経路に沿う移動速度を一定として第２の引抜きダイス２を固定したまま中間捻り管５Ｃに対し縮径加工と捻り加工を施す場合、内面螺旋溝の捻り角は一定値となる。この場合図６（ｂ）に示す直線溝５ａは直線溝付管５Ｂの長さ方向に対し一定の傾斜角度を有する螺旋溝となる。
これに対し、引抜きダイス２を中間捻り管５Ｃの移動方向に沿って前後に一定の周期で一定の範囲内を連続的に移動させながら中間捻り管５Ｃに対し縮径加工と捻り加工を施すと、図８に示すように管体５Ａの内周面に捻り角が周期的に増減する形状の螺旋溝５ｄを有する螺旋溝付管５Ｒを形成できる。
一例として、中間捻り管５Ｃの移動経路に沿う移動速度を一定とした場合に形成される螺旋溝の捻り角に対し、その捻り角を一定範囲内で周期的かつ連続的に増減するように波打つ形状の螺旋溝５ｄを形成できる。図８はその螺旋溝５ｄの一例を示すが、図１０は後述する実施例で製造した螺旋溝５ｄ２を示す。図１０に示す螺旋溝５ｄ２は、図８に示す螺旋溝５ｄを製造する場合よりも長い周期で引抜きダイス２を往復移動させた場合に形成された溝の一例を示す。
このように螺旋溝５ｄ、５ｄ２の溝形状は作動軸９１の移動速度と往復移動量の調整により変更できる。
【００５９】
図８〜図１０に示す構造の螺旋溝を備えた内面螺旋溝付管は、波形の螺旋溝を備えたウエーブ管と呼称できる。このウエーブ管であるならば、伝熱管として利用した場合の熱交換効率を向上できる。
例えば、伝熱管を電縫管として構成するなら、アルミニウム合金板の一面に波形の溝加工を行った後、電縫することで波形の螺旋溝を備えた電縫管を構成することが可能である。ところが、電縫管の製造ではアルミニウム合金板全長の端縁を加熱し部分溶融させて電縫するので、外径１０ｍｍ以下などの細管になると電縫した部分では溝が不連続となるので、圧力損失が大きくなる。この電縫管では冷媒低速域での熱伝達率低下が顕著であることが知られているので、電縫管を利用して仮にウエーブ管を構成したとしても、圧損が大きくなるので実用化は難しい。
この点、上述の方法によるウエーブ管であるならば、内面螺旋溝が途切れることなく連続形成されているので、周方向に冷媒の液膜の厚さを不均一にすることができ、局所的に薄膜化した部分で高い熱伝達効率を得られるので、熱特性を大きく向上できる。また、細管であっても電縫管のような大きな圧損を生じないので、電縫管に比べて冷媒流路の連続性を確保でき、圧損を大きくすることなく熱伝達性を向上できる内面螺旋溝付管５Ｒを提供できる。
【００６０】
第２の引抜きダイス２の前段では、第２の公転キャプスタン２２に管材５が巻き掛けられている。第２の引抜きダイス２の後段では、第２のガイドキャプスタン６１が設けられ管材５の回転が規制されている。すなわち、管材５は第２の引抜きダイス２の前後で、捻り方向の変形が拘束されており、第２の公転キャプスタン２２と第２のガイドキャプスタン６１との間で、管材５に捻りが付与される。すなわち、第２の捻り引抜き工程において、管材５に捻りが付与される領域（加工域）は、第２の公転キャプスタン２２と第２の引抜きダイス２との間に制限される。上述したように、加工域を短くすることで、大きな捻り角を付与しても座屈が生じにくい。第２のガイドキャプスタン６１を設けることで、第２の引抜きダイス２の後段で捻りが付与されることがなく、加工域を短く設定できる。
【００６１】
なお、本実施形態において、第２の公転キャプスタン２２は、後方スタンド３７Ｂの後方（第２の引抜きダイス２側）に設けられているが、第２の公転キャプスタン２２は、前方スタンド３７Ａと後方スタンド３７Ｂとの間に位置していてもよい。しかしながら、第２の公転キャプスタン２２を、後方スタンド３７Ｂに対し後方に配置して第２の引抜きダイス２に近づけることで、第２の捻り引抜き工程における加工域を短くすることができる。これにより、座屈の発生をより効果的に抑制できる。
【００６２】
第２の捻り引抜き工程において、第１の捻り引抜き工程と同様に、捻りと縮径とが行われて、管材５には複合応力が付与させる。これにより、管材５の座屈応力に達する前に、管材に座屈の発生を抑制しつつ大きな捻りを付与できる。
第２の引抜きダイス２に設けられる引抜きダイスによる管材５の縮径率は、第２の引抜きダイス２の第１ダイス１Ａおよび第２ダイス１Ｂと同様に、２％以上（より好ましくは５％以上）４０％以下とすることが好ましい。
なお、第１の引抜きダイス１において、大きな縮径（例えば縮径率３０％以上の縮径）を行うと管材５が加工硬化するために、第２の引抜きダイス２での大きな縮径を行うことが困難になる。したがって、第１の引抜きダイス１の縮径率と第２の引抜きダイス２の縮径率との合計は、４％以上５０％以下とすることが好ましい。
【００６３】
次に、管材５は、巻き取りボビン７１に巻き付けられ回収される。巻き取りボビン７１は、駆動モータ７４により、管材５の搬送速度と同期して回転することで、管材５を弛みなく巻き取ることができる。
以上の工程を経て、製造装置Ａを用いて、図８に示す内面螺旋溝付管５Ｒを製造することができる。
【００６４】
本実施形態の製造方法は、上述の工程を経て形成された内面螺旋溝付管５Ｒに対して、再び第１の捻り引抜き工程および第２の捻り引抜き工程を行い、更に大きな捻り角を付与してもよい。この場合には、上述の工程を経た内面螺旋溝付管５Ｒに対して熱処理（焼きなまし）を行い、Ｏ材化する。更に巻き出しボビン１１に巻き付けて、この巻き出しボビン１１を適当な縮径率を有する第１の引抜きダイスおよび第２の引抜きダイスを有する製造装置Ａに取り付ける。更に、製造装置Ａにより上述の工程と同様の工程（第１の捻り引抜き工程および第２の捻り引抜き工程）を経ることで、更に大きな捻り角を付与した内面螺旋溝付管を製造できる。
【００６５】
本実施形態の製造方法によれば、特許文献１に示す従来の製造方法と比較して、捻りと同時に縮径を行っているため、出発材と最終製品の外径および断面積が異なる。また、管材に捻りと縮径の複合応力を付与する為に、捻り加工に必要なせん断応力を低減させることが可能となり、管材５の座屈応力に達する前に、管材５に大きな捻りを付与できる。なお、特許文献１に示す製造装置では、図７における縮径率０％の５°程度の捻りを２回行うため１０°程度の捻り角の付与が限界であると考えられる。
本実施形態の製造方法によれば、直線溝付管５Ｂに対して捻りを付与するとともに、縮径を行うため、座屈発生を抑制しつつ大きな捻り角を付与できる。なお、本実施形態において、最終品である内面螺旋溝付管５Ｒの外径に対し、素材となる直線溝付管５Ｂの外径は１．１倍以上である。
【００６６】
本実施形態の製造方法によれば、第１の引抜きダイス１と第１の公転キャプスタン２１により、管材５に捻りを付与している。更に、第１の引抜きダイス１と第２の引抜きダイス２との間において引抜き方向が反転されている。これにより、第１の捻り引抜き工程と、第２の捻り引抜き工程における、捻り方向を一致させて、管材５に従来技術より大きな捻りを付与できる。また、管材５の管路の始端である巻き出しボビン１１と管路の終端である巻き取りボビン７１を公転回転させる必要がない。ラインの速度は、回転速度に依存するため、重量物である巻き出しボビン１１又は巻き取りボビン７１を公転回転させない本実施形態の製造方法では、回転速度を容易に高めることができる。すなわち、本実施形態によれば容易にラインを高速化できる。
更に、本実施形態において、巻き出しボビン１１を公転回転させることがないため、巻き出しボビン１１に長尺の直線溝付管５Ｂ（管材５）を巻き付けることができる。このため、本実施形態の製造方法によれば、巻き出しボビン１１を付け替えることがなく、一気通貫で長尺の管材５に捻りを付与することができる。すなわち、本実施形態によれば内面螺旋溝付管５Ｒの大量生産が容易となる。
【００６７】
本実施形態の製造方法は、第１の捻り引抜き工程と第２の捻り引抜き工程を経て管材５に捻りを付与するものである。このため、それぞれの捻り引抜き工程で付与する捻り角を積み上げて大きな捻り角を付与することができる。
【００６８】
本実施形態の製造方法によれば、第１の捻り引抜き工程および前記第２の捻り引抜き工程において、管材５に前方張力と後方張力が付与される。前方張力は、第２のガイドキャプスタン６１により管材５に付与され、後方張力は、巻き出しボビン１１を制動するブレーキ部１５によって管材５に付与される。これにより、加工対象の管材５に適切な張力を安定して付与することができる。管材５の移動経路に弛みが無く、直線溝付管５Ｂが芯ずれせずに引抜きダイスに入るため、管材５に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。
【００６９】
本実施形態において、第１の引抜きダイス１および第２の引抜きダイス２に設けられるダイス孔の中心は、公転回転中心軸Ｃ上に位置している。これにより、ダイス孔を通過する管材５をダイス孔に対して直線的に配置できるため、管材５を均一に縮径して、捻り付与時の座屈を抑制できる。なお、第１の引抜きダイス１および第２の引抜きダイス２において、管材５が正常に縮径できる範囲であれば、公転回転中心軸Ｃに対するダイス孔の位置ズレは許容される。
【００７０】
なお、本実施形態において、巻き出しボビン１１が浮き枠３４に支持され、巻き取りボビン７１が設置面Ｇに設置されているとして説明した。しかしながら、巻き出しボビン１１と巻き取りボビン７１のうち何れが浮き枠３４に支持されていてもよい。すなわち、図１において、巻き出しボビン１１と巻き取りボビン７１とを入れ替えて配置してもよい。この場合には、管材５の搬送経路が反転する。また、第１の引抜きダイス１および第２の引抜きダイス２を入れ替えて配置するとともに、搬送方向に沿ってそれぞれの引抜きダイス１、２の引抜き方向を反転させて配置する。更に、引抜きダイス１、２の前後に位置するキャプスタンにおいて、引抜きダイスの後段に位置するキャプスタンを管材の巻き掛け方向（搬送方向）に駆動させ、引抜きダイスにおける引抜力に抗する前方張力を与える。
【００７１】
＜＜熱交換器＞＞
図１１は、本発明に係る内面螺旋溝付管を備えた熱交換器８０の一例を示す概略図であり、冷媒を通過させるチューブとして内面螺旋溝付管８１（内面螺旋溝付管５Ｒ）を蛇行させて設け、この内面螺旋溝付管８１の周囲に複数のアルミニウム合金製のフィン材８２を平行に配設した構造である。内面螺旋溝付管８１は、平行に配設したフィン材８２を貫通するように設けた複数の透孔を通過するように設けられている。
図１１に示す熱交換器８０の構造において内面螺旋溝付管８１は、フィン材８２を直線状に貫通する複数のＵ字状の主管８１Ａと、隣接する主管８１Ａの隣り合う端部開口同士をＵ字形のエルボ管８１Ｂで図１１（ｂ）に示すように接続してなる。また、フィン材８２を貫通している内面螺旋溝付管８１の一方の端部側に冷媒の入口部８６が形成され、内面螺旋溝付管８１の他方の端部側に冷媒の出口部８７が形成されることで図１１に示す熱交換器８０が構成されている。
【００７２】
図１１に示す熱交換器８０は、フィン材８２のそれぞれに形成した透孔を貫通するように内面螺旋溝付管８１を設け、フィン材８２の透孔に挿通後、拡管プラグにより内面螺旋溝付管８１の外径を押し広げて内面螺旋溝付管８１とフィン材８２を機械的に一体化することで組み立てられている。
図１１に示す熱交換器８０に内面螺旋溝付管８１を適用することで、熱交換効率の良好な熱交換器８０を提供できる。
また、例えば、内面螺旋溝付管５Ｒの外径が１０ｍｍ以下と小さく、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる内面螺旋溝付管５Ｒを用いて熱交換器８０を構成すると、小型高性能であり、リサイクル時にフィン材８２と内面螺旋溝付管８１の分離が不要であって、リサイクル性に優れた熱交換器を提供できる。
【００７３】
以上のように、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
例えば、先の実施形態ではカムフォロア９３とカムホイール９４と内カム９７を利用して作動軸９１を往復移動させる移動機構Ｋにより第２の引抜きダイス２を往復移動させたが、第２の引抜きダイス２を移動させるための機構は先の実施形態のようなカムの構成に限らず、円筒カムや円錐カムあるいは他のカム機構でも良く、また、ギヤやラックを用いた直動機構を用いて作動軸９を往復移動させても良い。
【実施例】
【００７４】
図１〜図４に示す構成の製造装置を用い、アルミニウム合金からなる外径１０ｍｍ、内径９ｍｍの直線溝付管を加工して内面螺旋溝付管（外径７ｍｍ、内径６ｍｍ）を製造した。
管材を移動経路に沿って送る場合のライン速度を０.７５ｍ／分、浮き枠３４の回転速度を１４．３ｒｐｍ、捻り角を２０゜に設定し、第２の引抜きダイスの可動条件としてカムを５００ｒｐｍで回転し、第２の引抜きダイスの可動ピッチを±６ｍｍに設定した。
上述の条件により図１〜図４に示す製造装置で得られた内面螺旋溝付管の内面を切り開いて長方形状に添加した状態を図９に示し、同状態の螺旋溝に対しマーキングペンにより内面螺旋溝に沿って黒色ラインを描いた状態を図１０に示す。図１０に示す試料について捻り角を測定した結果、捻り角が大きい部位で２５゜、捻り角が小さい部位で１５゜あることがわかった。
【００７５】
図１０に示す黒色ラインで示す螺旋溝の状態から、この内面螺旋溝は、捻り角２０゜一定の螺旋溝に対し、増加側で最大＋５゜を増加側のピークに、減少側で最大−５゜を減少側のピークとして、それらのピーク値の間で周期的かつ連続的に２次関数的に捻り角を増減させるような捻り角を有する波形の内面螺旋溝であると説明できる。
このような内面螺旋溝を備えた管材を熱交換器などの伝熱管に用いると、内部を流れる冷媒との間で良好な効率で熱交換ができる熱交換効率の良好な熱交換器を提供できる。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ…製造装置、Ｃ…公転回転中心軸、Ｄ１…第１の方向、Ｄ２…第２の方向、Ｇ…設置面、Ｋ…移動機構、１…第１の引抜きダイス、２…第２の引抜きダイス、５…管材、５Ａ…管体、５Ｂ…直線溝付管、５Ｃ…中間捻り管、５Ｒ…内面螺旋溝付管、５ｄ…内面螺旋溝、１１…巻き出しボビン（第１のボビン）、１２、７３…ボビン支持シャフト（ボビンの軸）、１５…ブレーキ部、１８…第１のガイドキャプスタン、２０、３９ｃ、６３、７４…駆動モータ、２１…第１の公転キャプスタン、２２…第２の公転キャプスタン、２３…公転フライヤ、３０…公転機構、３４…浮き枠、３５…回転シャフト、３５Ａ…前方シャフト、３５Ｂ…後方シャフト、３７Ａ…前方スタンド、３７Ｂ…後方スタンド、６１…第２のガイドキャプスタン、６４…支持片、７１…巻き取りボビン（第２のボビン）、８０…熱交換器、８２…フィン材、９１…作動軸、９２…ダイスブロック、９３…カムフォロア、９４…カムホイール、９４Ａ…駆動主軸、９４Ｂ…カム溝、９５…モータ、９７…内カム。
【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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【図１０】
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【図１１】
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