(57)【要約】【課題】伝熱性能が高い螺旋状波形溝付管、その溝付管を用いた熱交換器、及び前記溝付管を少ない加工工数で容易に成形加工できる螺旋状波形溝付管の製造方法を得る。【解決手段】円管の外周面１０に、該円管の長手方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部１１と、その溝部の底部長手方向に断続的に形成された前記円管の径方向の外側変形部（窪み１２）と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられ、前記円管の内周面２０には前記溝部に対応する螺旋状波形の突条部２１と、その突条部に形成された前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部（突部２２）と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられたことを特徴とする螺旋状波形溝付管である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円管の外周面に、該円管の長手方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部長手方向に断続的に形成された前記円管の径方向の外側変形部と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられ、前記円管の内周面には前記溝部に対応する螺旋状波形の突条部と、その突条部に形成された前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられたことを特徴とする螺旋状波形溝付管。
【請求項２】
前記外側変形部は、前記溝部の底部を前記円管の中心方向に凹ませた窪みからなることを特徴とする請求項１記載の螺旋状波形溝付管。
【請求項３】
前記窪みは、上面視形状が、円形状、楕円形状、底部がフラットな楕円形状、または非対称の楕円形状で成ることを特徴とする請求項２記載の螺旋状波形溝付管。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れかに記載の螺旋状波形溝付管を用いた熱交換器。
【請求項５】
所定位置に保持されるワークとしての円管の外周部に少なくとも一つ配設され、該円管の管軸方向に対して所定角度傾斜された軸の周りに回転自在に保持されたローラーからなっていて、その外周面から径方向に突出された周方向に少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、前記円管の外周面に押付けた状態で、前記円管の管軸方向に転動させることで、前記円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に前記円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、が形成された螺旋状波形溝付管を得る螺旋状波形溝付管の製造方法。
【請求項６】
予め用意された、前記突起の形状が互いに異なる複数の前記加工ツールの中から、任意に選択された前記加工ツールを用いるようにしたことを特徴とする請求項５記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
【請求項７】
前記加工ツールにおける前記突起のピッチまたは数を変更することで、前記窪みの前記円管１周あたりの形成数を調整するようにしたことを特徴とする請求項５または請求項６記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
【請求項８】
前記円管の外周部に、複数の前記加工ツールを配設し得るように構成し、該複数の加工ツールの内の少なくとも１つの前記加工ツールは、前記突起を設けていない周方向に一様な外周面を有するものを用いることを特徴とする請求項５から請求項７までの何れかに記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
【請求項９】
前記突起が設けられた複数の前記加工ツールを前記円管の外周部に配設すると共に、前記加工ツールによって前記円管の外周面にそれぞれ形成される複数の前記溝部における、前記窪みの前記管軸方向の位置が、隣り合う前記溝部の間で位相差をもって形成されるように、前記加工ツールにおける前記突起の回転方向の位置を複数の前記加工ツールの間でずらすことを特徴とする請求項５から請求項７までの何れかに記載の螺旋状波形溝付管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばヒートポンプ式給湯機等の熱交換器用の伝熱管などとして用いられる螺旋状波形溝付管、熱交換器、及び螺旋状波形溝付管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機、給湯機などの熱交換器に設けられる伝熱管には、平滑管の他に螺旋曲線に沿って形成された溝付管（例えば、特許文献１参照）や、管外表面に凹みを設けることで管内面に突起が形成された管などがある。例えば、熱交換器として、金属製円管の管外表面に形成された少なくとも一条の螺旋曲線に沿って断続的に管外表面に凹み（窪み）の列を設け、凹み形成に伴って管内面に、底面及び任意の高さにおける横断面形状が円形・楕円形または非対称楕円形曲線を成し、その横断面積が高さ方向に減少する突起列が形成されるような加工を施した伝熱管を用いた熱交換器がある（例えば、特許文献２参照）。
なお、特許文献２には、管外表面に凹みの列が、管内表面にはその凹みに基づく突起列が、何れも螺旋曲線４に沿って形成されたものが開示されているが、螺旋曲線４はロール１０の軌跡を破線で示した仮想的なものであって、凹みの列、または突起列以外のものは示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２６９１６号公報（図１）
【特許文献２】特開昭６１−２８０３９０号公報（図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
伝熱管の伝熱性能を向上させるためには、螺旋状波形溝付管における溝部に断続的に凹みないしは窪み（以下、「窪み」という）を形成することで管内の伝熱面積を増加させ、また管内に流れる流体に一層の乱れを誘起させて高い伝熱性能を得ることができることが考えられる。
このような、断続的な窪みを有する螺旋状波形溝付管は、例えば、円管にローラー状加工ツールを用いて、先ず螺旋状の溝を形成し、その後、螺旋状の溝部分に歯車状のロールを押付けることで、溝部分に窪みの列が形成できるように考えられるが、螺旋溝の周期と歯車状のロールの窪みの周期を合わせるのは困難で、特に長尺管の場合は精度の高い周期調整が必要となるため、困難さが更に増すという問題があった。また、螺旋状溝付管の溝部分に窪みの形成位置を選択的に決めることが困難である上、加工工程は二段階となるため、品質や歩留まりが悪く、コストアップ要因となる問題があった。
また、螺旋溝が設けられておらず、窪みのみが螺旋状に形成された円管を利用して、後から窪みに沿って螺旋溝加工を付けることも考えられるが、窪みの螺旋周期と螺旋溝の周期を合わせることは困難であり、かつ窪み部分を選択的に形成することも困難であるなどの問題があって、従来技術では実現されていなかった。
【０００５】
この発明は、前記のような実情に鑑みなされたもので、螺旋状波形の溝部分に、溝方向に断続的な窪みなどの径方向の変形部分を設けることにより管内の伝熱面積が増大され、管内に流れる流体に乱れを誘起させて高い伝熱性能が得られるようにした螺旋状波形溝付管、その溝付管を用いた熱交換器、及び前記溝付管を少ない加工工数で容易に成形加工できる螺旋状波形溝付管の製造方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る螺旋状波形溝付管は、円管の外周面に、該円管の長手方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部長手方向に断続的に形成された前記円管の径方向の外側変形部と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられ、前記円管の内周面には前記溝部に対応する螺旋状波形の突条部と、その突条部に形成された前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられたことを特徴とするものである。
また、この発明に係る熱交換器は、円管の外周面に、該円管の長手方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部長手方向に断続的に形成された前記円管の径方向の外側変形部と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられ、前記円管の内周面には前記溝部に対応する螺旋状波形の突条部と、その突条部に形成された前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられた螺旋状波形溝付管を用いたものである。
また、この発明に係る螺旋状波形溝付管の製造方法は、所定位置に保持されるワークとしての円管の外周部に少なくとも一つ配設され、該円管の管軸方向に対して所定角度傾斜された軸の周りに回転自在に保持されたローラーからなっていて、その外周面から径方向に突出された周方向に少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、前記円管の外周面に押付けた状態で、前記円管の管軸方向に転動させることで、前記円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に前記円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、が形成された螺旋状波形溝付管を得るようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の螺旋状波形溝付管は、円管の内周面に、外周面の溝部に対応する螺旋状波形の突条部と、その突条部に形成された外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部とからなる円管の径方向に２段の変形部分が、円管の長手方向に設けられていることにより、管内の伝熱面積が増大されると共に、管内に流れる流体に乱れを誘起させて高い伝熱性能が得られる。
また、この発明の螺旋状波形溝付管を用いた熱交換器によれば、円管の内周面に、外周面の溝部に対応する螺旋状波形の突条部と、その突条部に形成された外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部とからなる円管の径方向に２段の変形部分が円管の長手方向に設けられていることにより、管内の伝熱面積が増大されると共に、管内に流れる流体に乱れを誘起させて高い伝熱性能が得られることで、熱交換効率に優れた熱交換器が得られる。
また、この発明の螺旋状波形溝付管の製造方法によれば、ローラー状の外周面から径方向に突出された周方向に少なくとも一つの突起を有する加工ツールを、円管の外周面に押付けた状態で円管の管軸方向に転動させることで、円管の外周面に、管軸方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部と、その溝部の底部を更に円管の中心方向に断続的に凹ませた前記突起に対応する複数の窪みと、が形成された螺旋状波形溝付管を得るようにしたので、螺旋状波形の溝部の形成とその溝部への窪み形成とを一括加工することができ、加工工数が削減され加工コストも抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図。
【図２】図１に示す螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された円形状の窪みを示す要部詳細図で、（ａ）は外面図、（ｂ）はＡ−Ａ線における断面端面図。
【図３】図１に示す螺旋状波形溝付管の製造方法におけるローラー外周部に突起が設けられた加工ツールを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図。
【図４】図３に示された加工ツールの突起部分を示す図で、（ａ）は突起の上面図、（ｂ）は突起部分の正面図。
【図５】本発明の実施の形態１に係る螺旋状波形溝付管の製造方法の要部を概念的に示す図であり、（ａ）はワークに対する加工ツールの位置関係を説明する図、（ｂ）は加工ツールの回転軸とワークの管軸方向の関係を説明する平面図。
【図６】本発明の実施の形態２に係る螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、（ａ）は外面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線における断面端面図。
【図７】図６の変形例になる、楕円形で底部がフラットな窪みを示す要部詳細図で、（ａ）は外面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線における断面端面図。
【図８】図６の他の変形例になる、非対称の楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、（ａ）は外面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線における断面端面図。
【図９】図６に示された楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、（ａ）は突起の上面図、（ｂ）は突起部分の正面図。
【図１０】図７に示された楕円形で底部がフラットな窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、（ａ）は突起の上面図、（ｂ）は突起部分の正面図。
【図１１】図８に示された非対称の楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、（ａ）は突起の上面図、（ｂ）は突起部分の正面図。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る螺旋状波形溝付管の製造方法を示す説明図。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図。
【図１５】本発明の実施の形態４に係る螺旋状波形溝付管の展開図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図２は図１に示す螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された円形状の窪みを示す要部詳細図で、（ａ）は外面図、（ｂ）はＡ−Ａ線における断面端面図である。なお、図１に示す螺旋状波形溝付管１は管内部に冷媒を通流して管外部の媒体との間で熱交換を行う熱交換器、例えば空気調和器、ヒートポンプ給湯機などの伝熱管として用いられるものである。
図１の螺旋状波形溝付管１は、図の左半部に示す外周面１０に、ここでは四条の螺旋曲線に沿って螺旋状波形の連続的な溝部１１が形成され、かつその溝部１１の底部分には、円管の径方向への外側変形部としての、長手方向に断続的な窪み１２の列が形成されている。螺旋曲線は螺旋状波形溝付管１の管軸Ｏ方向に沿って少なくとも一条形成される。
【００１０】
図１の右半部に示すように、管壁を隔てた内周面２０には、外周面１０の溝部１１に対応する螺旋状波形の突条部２１と、その突条部２１の尾根部分における外周面１０の窪み１２に対応した位置に、円管の径方向への内側変形部としての、断続的な突部２２の列が形成されている。これによって、本発明の円管の内周面２０には、突条部２１と突部２２からなる径方向に二段の凹凸状の変形部分が設けられている。なお、溝部１１、窪み１２、突条部２１、及び突部２２は、何れも他の領域との境界部分を含めて滑らかな曲線をもって形成されている。特に、溝部１１及び突条部２１は管軸Ｏ方向（長手方向）及び周方向の何れの断面形状も波形状に形成されている。
【００１１】
ここでは、窪み１２は円形状の窪み１２Ａ、突部２２は円形状（立体的には円球体の一部）の突部２２Ａとして形成されているが、形状は特に限定されない。外周面１０の窪み１２は、溝部１１の底部長手方向に断続的に形成された、円管の径方向の外側変形部として構成すればよく、内周面２０の突部２２は、突条部２１に形成された、前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な径方向の内側変形部として構成されればよい。また、窪み１２と突部２２は径方向への変形を逆にしても良い。
【００１２】
前記のように外周面１０に形成された螺旋状波形の溝部１１に、断続的に形成された窪み１２の列、及び内周面２０の突条部２１に断続的に形成された突部２２、ここでは円形状の突部２２Ａの列が設けられた螺旋状波形溝付管１は熱交換器の伝熱管として用いられる。管内に流れる流体は螺旋状波形溝付管１に形成された螺旋状波形の溝部１１に対応する突条部２１によって、流路断面積が増減する変化に伴い流体の流れが大きく攪乱され伝熱促進効果が得られる。更に、内周面２０に突出形成された突部２２により流路断面積が細かく変動するだけでなく、熱交換する表面積も増加する。そして、突部２２によって流体の流れが局所的に加減速され、また旋回流が発生し、更に伝熱促進効果が向上する。
【００１３】
次に、図１に示す螺旋状波形溝付管１の製造方法について、図３から図５を参照して説明する。なお、図３は図１に示す螺旋状波形溝付管の製造方法におけるローラー外周部に突起が設けられた加工ツールを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。図４は図３に示された加工ツールの突起部分を示す図で、（ａ）は突起の上面図、（ｂ）は突起部分の正面図である。図５は本発明の実施の形態１に係る螺旋状波形溝付管の製造方法の要部を概念的に示す図であり、（ａ）はワークに対する加工ツールの位置関係を説明する図、（ｂ）は加工ツールの回転軸とワークの管軸方向の関係を説明する平面図である。
【００１４】
図３、図４に示すように、加工ツール４は、円管１００の外表面１１０へ押し付けて塑性変形させ、外表面１１０に螺旋状波形の溝部１１を形成するために、外周面の断面が略半円状の円盤形のローラー状に形成されており、加えて、そのローラー外周部４ａには、溝部１１の底部を更に円管１００の中心方向に断続的に凹ませた窪み１２を形成するための、周方向に所定間隔で径方向に突出された複数（８個）の突起５、ここでは図４に示すように円形の突起５Ａが設けられている。加工ツール４の外径や厚み、及び突起５の形状やピッチは後述するように適宜に設定することができる。なお、突起５は周方向に少なくとも１つ設けられる。
【００１５】
図５（ａ）において、ワークである円管１００は、円管保持用のチャックの爪３により回転不能かつ管軸Ｏの方向に従動移動可能に保持されている。加工ツール４は管軸Ｏの周りに少なくとも１つ以上、ここでは４つ配置される。複数個の加工ツール４を管軸Ｏの周りに配置する場合は、相互に均等な角度、ここでは９０度で円管１００を囲むように配置される。なお、円管１００としては、例えば工業材料として市販されている銅系の管材、アルミニウム系の管材などから所望により適宜選択して用いることができる。
【００１６】
ローラー状の加工ツール４は、円管１００に対して管軸Ｏに直交する方向において、管軸Ｏと加工ツール４との相対位置を維持した状態で、円管１００の周りに図示していない鼓動装置によって回転駆動される。それに伴い、加工ツール４は円管１００の未加工部である外表面１１０へ、少なくとも一条、ここでは４条の螺旋曲線に沿って押圧しつつ従動的に転動され、外表面１１０に螺旋状波形の溝部１１を形成すると同時に、その螺旋状波形の溝部１１の底部に断続的な窪み１２の列が形成される。加工ツール４の転動によって得られた螺旋状波形溝付管１の外周面１０に形成された溝部１１と窪み１２は、径方向に２段の変形部分を構成している。
【００１７】
加工ツール４の回転駆動の方向は、図５（ａ）の矢印Ｒで示すように、４つの加工ツール４の中心部に形成された円管１００が挿通される開口部（図示省略）に対して、チャックの爪３による管保持部が存在しない側（図の右側）に、成形された螺旋状波形溝付管１が伸長していく回転方向とする。
円管１００とその円管１００の周りに、ここでは９０度の等角度で設置された加工ツール４との位置関係は、４つの加工ツール４が何れも、図５（ｂ）に示す平面視の管軸Ｏ方向に対して予め設定された所定の傾斜角度θで傾斜保持され、図５（ｂ）の姿勢に対して側面方向から見たときの管軸Ｏの方向に対して平行な加工ツール傾斜軸Ｏ４にて回転自在に支持されるように配設され、さらに、各加工ツール４は円管１００の径方向に対して所望の押付け寸法に移動及び固定可能に保持されている。
【００１８】
前記傾斜角度θによって、図５（ａ）に示す螺旋状波形の溝ピッチＰ１１が定められる。複数個の加工ツール４を配置している場合は、各加工ツール４が何れも同一傾斜角度θを持つことで、その傾斜角度θに相当した螺旋状波形の溝ピッチＰ１１を設定することができる。溝部１１の螺旋状波形の形状は、ローラー外周部４ａの表面形状によって定められる。表面形状がＲ形状を持ったり平面形状を持ったりすることで、円管１００に波形で様々な溝形状を作り出すことができる。その溝加工と同時に、加工ツール４が持つ突起５がその溝部１１に、窪み１２を一括成形にて持たせることができる。
【００１９】
図１の溝部１１に形成された窪み１２のピッチは、図３に示したローラー外周部４ａに突設された突起５の円周方向の突起ピッチＰ５によって定められる。突起５の周方向の数は特に限定されず、例えば１個でもよく、９個以上でもよい。図２（ｂ）に示す円形状の窪み１２Ａの深さＤ１２は、図３のローラー外周部４ａに備えられた突起５の突起高さＨ５を所望の寸法に調節することで定めることができる。
図１に示す内周面２０の突条部２１と突部２２の列は、外周面１０の螺旋状波形の溝部１１と窪み１２の列の二段形成に伴って作られるため、突部２２の円周方向ピッチは窪み１２が形成される円周ピッチと同様のピッチに定まる。また、図２に示した円形状の突部２２Ａの高さＨ２２は、窪み１２Ａの深さＤ１２が所定の高さで形成されることで高さ寸法が定まる。
【００２０】
次に、本実施の形態１に係る製造方法について説明する。円管１００の未加工部をチャックの爪３によって係止している状態で、突起５（５Ａ）を有する加工ツール４による加工部に対して、円管１００の未加工部と、成形加工済みの螺旋状波形溝付管１の何れの方向からも管軸Ｏ方向における能動的な駆動力は発生させていない。前述の状態で円管１００に対して、図５（ａ）の矢印Ｒ方向に加工ツール４を捩る方向に相対的な回転駆動力を与えると、円管１００の周りに所定の傾斜角度θがついた加工ツール傾斜軸Ｏ４で回転する加工ツール４が、円管１００の外表面１１０に円管１００の中心方向へ押し込まれることで螺旋状波形の溝部１１と窪み１２を同時に一括で径方向に二段の変形部分を形成しつつ、加工ツール傾斜軸Ｏ４の周りに従動回転され、円管１００を図５（ａ）の矢印Ｈ方向に進行させる力が生じる。
【００２１】
チャックの爪３によって回転方向に対して固定された円管１００の未加工部は、管軸Ｏ方向に沿って所定距離移動可能な状態で保持され、回転方向には拘束されているので、ローラー状の加工ツール４の矢印Ｒ方向への回転に伴って発生する円管１００を図５（ａ）の矢印Ｈ方向に進行する推進力によって、未加工部はチャックの爪３と共に矢印Ｈ方向に移動していく。チャックの爪３の管軸Ｏ方向の位置が加工ツール４の図示省略している保持駆動機構に干渉する手前まで成形を続けることで、チャックの爪３の初期固定位置と前記保持駆動機構の設置位置との距離で決まる所定長の螺旋状波形溝付管１を連続的に成形加工できる。なお、長尺のものが必要な場合は、例えばチャックの爪３を一端開放して円管１００を掴む位置を初期固定位置に戻して掴み直すことで、あるいは爪３の管軸Ｏ方向の移動可能範囲を広げ、爪３による把持位置と前記保持駆動機構との間に円管１００の振れ止め機構を設けること、等で容易に対応できる。
【００２２】
上記のように、実施の形態１の螺旋状波形溝付管の製造方法は、ワークとしての円管の外周面１１０に、該円管の管軸Ｏ方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜された加工ツール傾斜軸Ｏ４の周りに回転自在に保持された円盤状のローラーからなり、そのローラー外周部４ａから径方向に突出された突起５を有する加工ツール４を、円管１００の外周面に押付ける一方、円管の管軸Ｏ方向における加工ツール４によって成形が進行する側に位置する未加工部を回転不能かつ管軸方向にのみ移動可能に係止して、円管１００と加工ツール４の支軸（図示省略）との間に相対的な捻り駆動力を与えることで、加工ツール４が従動的に転動されて円管の外周面１１０に、管軸方向に沿う螺旋状波形状の溝部１１と、その溝部１１の底部を更に円管の中心方向に断続的に凹ませた突起５に対応する複数の窪み１２と、が１工程で形成された螺旋状波形溝付管１を得るようにしたものである。
【００２３】
本発明では、チャックの爪３による円管１００の保持部分は、円管１００の管軸Ｏ方向における加工ツール４による成形加工部に対して、円管１００の未加工部を、回転不能かつ管軸Ｏ方向にのみ従属移動可能な状態で係止しているだけで、チャックの爪３と加工ツール４との間に管軸Ｏ方向の駆動力を持たない機構としているため、螺旋状波形の溝部１１が成形されていく際に、正規な螺旋状波形状から外れた形状に押し潰される力が働くことなく、形状が良好な螺旋状波形溝付管１を製作することができる。また、円管１００の未加工部側に円管保持用のチャックの爪３を設けたことで、加工直後の螺旋状波形の溝部１１形状の管肉には、座屈させるまでの力が及ばないため、管の捩り潰れを支えるためのマンドレルを管内部に挿入しなくても円管１００への押し込み量が大きい螺旋状波形の溝部１１と窪み１２の列と、内周面２０への突条部２１と突部２２の列を形成することが可能となる。
【００２４】
また、加工ツール４のローラー外周部４ａに設けた突起５のピッチ及び数を制御して、外周面１０の窪み１２及び内周面２０の突部２２におけるピッチ及び円管１周あたりの突部２２の形成数を調整することで、管内を流れる流体の圧損と熱交換する表面積を必要に応じて加減調整することができ、伝熱性能を調節することができる。また、ローラー外周部４ａに突起５を持つローラー状の加工ツール４であることにより、螺旋状波形の溝周期と窪み周期を調整することなく、突起５付きの加工ツールを交換することで自在に突起数量を可変して螺旋状波形溝付管をつくることができる。
【００２５】
また、前記加工方法によれば、螺旋状波形溝付管１は、外周面１０に螺旋状波形の溝部１１を形成すると同時に、その溝部１１に断続的な窪み１２が形成され、同時に内周面２０には、溝部１１に対応する突条部２１と、その突条部２１からさらに管中心方向に突出された突部２２を一括で二段形成し、内周面２０の突部２２の横断面形状においては滑らかな円弧の波形形状を有し、螺旋状波形の溝部１１に倣った螺旋曲線方向に沿って内周面２０に突部２２の断続的な列が形成される。溝部１１と窪み１２及び突条部２１と突部２２は、容易に一括加工することができるので、加工工数の削減及び加工コストの削減に優れた効果が得られる。また、螺旋状波形の溝部１１は、円管１００の周りに配設する加工ツール４の数を変えることで、任意に一つ以上形成することができる。
【００２６】
また、本実施の形態１の螺旋状波形溝付管１は、上記製造方法によって製造された、円管の外周面１０に、該円管の長手方向に沿う少なくとも一条の螺旋状波形の溝部１１と、その溝部の底部長手方向に断続的に形成された窪み１２でなる円管の径方向の外側変形部と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられ、円管の内周面２０には溝部１１に対応する螺旋状波形の突条部２１と、その突条部に形成された、前記外側変形部に対応する長手方向に断続的な突部２２でなる径方向の内側変形部と、からなる径方向に２段の変形部分が設けられていることにより、管内の伝熱面積が増大されると共に、管内に流れる流体に螺旋状波形の突条部２１による流体の乱れだけでなく、突部２２にて流体の乱れを更に一層誘起させることができるので、高い伝熱性能が得られる。
【００２７】
また、本実施の形態１の熱交換器は、上記製造方法によって製造された螺旋状波形溝付管１を伝熱管として用いたものであり、該熱交換器によれば、管内を流れる流体は螺旋状波形溝付管１の溝部１１に対応する突条部２１により流路断面積の変化に伴って流体の流れが攪乱され、更に突条部２１に形成された管軸方向または突条部２１の方向に断続的な突部２２により熱交換する表面積が増加し、流体の流れが局所的に加減速及び旋回流が発生することで、伝熱促進効果が得られる。
【００２８】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る螺旋状波形溝付管の溝部とその溝部に形成された楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、（ａ）は外面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線における断面端面図である。図７は図６の変形例になる、楕円形で底部がフラットな窪みを示す要部詳細図で、（ａ）は外面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線における断面端面図である。図８は図６の他の変形例になる、非対称の楕円形状の窪みを示す要部詳細図で、（ａ）は外面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線における断面端面図である。図９は図６に示された楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、（ａ）は突起の上面図、（ｂ）は突起部分の正面図である。図１０は図７に示された楕円形で底部がフラットな窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、（ａ）は突起の上面図、（ｂ）は突起部分の正面図である。図１１は図８に示された非対称の楕円形状の窪みを形成する加工ツールの突起部分を概念的に示す図で、（ａ）は突起の上面図、（ｂ）は突起部分の正面図である。
【００２９】
なお、本実施の形態２は、螺旋状波形の溝部１１の底部に断続的に設けた窪み１２の上面視の形状を、実施の形態１の円形状に対して、楕円形状、楕円形状で底部がフラットな形状（楕円体の短軸部分の頂部をフラットにしたときの楕円体の上半部のような形状、または富士山状の形状）、または非対称な楕円形状（ないしは卵形状）となるように、加工工程で選択的に変更し得るようにしたものである。なお、窪み１２の形状に応じて円管の内周面に形成される突部２２の形状が変わることは言うまでもない。
【００３０】
実施の形態１では、外周面１０に形成された螺旋状波形の溝部１１に選択的かつ断続的に形成された窪み１２の形状は、図２に示す円形状（立体的には球形の一部）の窪み１２Ａであるが、本実施の形態２では他の任意形状として、図６に示す楕円形状の窪み１２Ｂ、図７に示す底部がフラットな楕円形状の窪み１２Ｃ、または図８に示す非対称楕円形状の窪み１２Ｄとしたものである。これらの窪み１２の形状に対応して内周面２０の突部２２の形状が定まる。実施の形態１の突部２２の形状は、図２に示すような円形状の突部２２Ａとして定まるが、本実施の形態２ではそれぞれ、図６に示す楕円形状の突部２２Ｂ、図７に示す富士山形の突部２２Ｃ、図８に示す非対称楕円形状の突部２２Ｄとして形成される。
【００３１】
上記のとおり、螺旋状波形溝付管１の螺旋状波形の溝部１１に形成される窪み１２の形状と内周面２０の突部２２の形状は、加工ツール４の突起５の形状によって決まる。実施の形態１での加工ツール４のローラー外周部４ａにある突起５の形状は図４に示した円形の突起５Ａを用いることで図２に示す円形状の窪み１２Ａと円形状の突部２２Ａが加工できるが、実施の形態２では他の任意形状として図９に示す楕円形状の突起５Ｂを用いることで図６に示す楕円形状の窪み１２Ｂと楕円形状の突部２２Ｂができ、図１０に示す富士山形の突起５Ｃを用いることで図７に示す底部がフラットな楕円形状の窪み１２Ｃと富士山形の突部２２Ｃができ、図１１に示す非対称形状の突起５Ｄを用いることで図８に示す非対称楕円形状の窪み１２Ｄと非対称楕円形状の突部２２Ｄを形成できる。
【００３２】
なお、ローラー外周部４ａの突起５の形状においては、角部などのエッジ部分を尖った形状とすることは避け、例えばＲ０．３ｍｍ以上の曲面を付けることにより、加工ツール４の回転力の負荷を軽減し、かつ円管１００への窪み１２（１２Ａ〜１２Ｄ）の加工形成の抵抗を低減させることができる。
【００３３】
上記のように実施の形態２によれば、外周面１０に形成された螺旋状波形の溝部１１に選択的かつ断続的に形成された、楕円形状の窪み１２Ｂ、底部がフラットな楕円形状の窪み１２Ｃ、非対称楕円形状の窪み１２Ｄなど、種々の窪み１２の列、（内周面２０では窪み１２の形状に対応した種々の突部２２（２２Ｂ〜２２Ｄ）の列を有する螺旋状波形溝付管１、及びその螺旋状波形溝付管１を用いた熱交換器を得ることができる。このように、加工ツール４のローラー外周部４ａの突起形状を自在に形成し調整することで、内周面の突部２２の形状を決めることができる。また、内周面の突部２２の形状を調節することで、熱交換性能及び圧損を調節することができる。
なお、窪み１２や突部２２の形状は例示したものに限定されるものではなく、例えば、周方向に複数の凹凸を有する形状や、窪み１２に代えて、凸部の形状をした変形部を構成しても同様の効果が得られる。
【００３４】
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図１３は本発明の実施の形態３に係る螺旋状波形溝付管の製造方法を示す説明図である。なお、本実施の形態３は、ローラー状の加工ツールとして、突起５を設けた加工ツール４、突起５を設けていない加工ツール４Ａの双方を用いることで、一つの管に、窪み１２を有する螺旋状波形の溝部１１と窪みの無い螺旋状波形の溝部１１Ｅの両方が形成された螺旋状波形溝付管１Ａを得るようにしたものである。
【００３５】
図１２に示す、実施の形態３の螺旋状波形溝付管１Ａは、図１３に示すように、突起５を持つ加工ツール４と、突起が設けられていないローラー状の加工ツール４Ａを図示省略している加工装置に管軸Ｏの周りに等角度で２つずつ取り付け、円管１００の外表面に押し付け、図５に示した実施の形態１と同様に複数条（４つ）の螺旋曲線に沿って押圧しつつ転動させることで、外周面１０に断続的な窪み１２の列が有る螺旋状波形の溝部１１と、窪み１２の列が無い螺旋状波形の溝部１１Ｅが形成される。なお、内周面２０には、管軸Ｏ方向に断続的な突部２２を有する突条部２１と、突部２２をもたない突条部２１Ｅが形成される。
【００３６】
前記のような実施の形態３によれば、螺旋状波形溝付管１Ａにおける窪み１２と突部２２の形成数を溝単位で調整することができる。突部２２の形成数を調整することで、管内を流れる流体の圧損と熱交換する表面積を必要に応じて加減調整できるので、伝熱性能を調節することができるという更なる効果が得られる。
【００３７】
実施の形態４．
図１４は本発明の実施の形態４に係る螺旋状波形溝付管を示す部分断面図、図１５は本発明の実施の形態４に係る螺旋状波形溝付管の展開図である。なお、この実施の形態４は螺旋状波形の溝部に設ける窪み１２（従って内周面の突部２２）を、円管の回転円周方向に位相差を持たせて配置するようにしたものである。なお、製造に用いる加工装置の要部は実施の形態１に係る図５と同様であるので、図５も参照して説明する。なお、図１５において、横軸は管軸Ｏの方向、縦軸は螺旋状波形溝付管１Ｂの周方向の角度（下端部を０度としたとき上端部は３６０度）、斜めの破線は前述の４条の螺旋状波形の曲線（溝部１１Ａ〜１１Ｄ）の延在方向をそれぞれ表わしている。
【００３８】
図１４に示す螺旋状波形溝付管１Ｂは、ワークである円管１００の周囲に９０度の角度で４つ設けられた加工ツール４の突起５のワークに対する転写位置を、回転円周方向に位相差を持たせた状態で配置させ、加工ツール４を円管１００の外表面１１０に押し付け、複数条、ここでは４条の螺旋曲線に沿って押圧しつつ転動させることで、管外表面部に螺旋状波形の溝部１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ及び１１Ｄ）が形成されると共に、位相をずらす如く配置された窪み１２の列が位相差を有して形成される。位相をずらす如く配置された窪み１２の位相差Ｆは、ここでは図１５に示す展開図の通り約４５度である。
【００３９】
図１５に示すように、この例では、溝部１１Ｂと溝部１１Ｄに対応する対角上に配設された２つの加工ツール４の突起５は円管１００の外表面に同時に押し付けられ、それぞれの溝部１１Ｂ、及び溝部１１Ｄにそれぞれ突起５が転写されて窪み１２が同時に形成される。一方、溝部１１Ａと溝部１１Ｃに対応する対角上に配設された他の２つの加工ツール４の突起５は、円管１００が管軸方向に所定寸法移動された時点の外表面における溝部１１Ａ、溝部１１Ｃに対して、円管１００が回転方向に４５度回転された位置で同時に押し付けられて、同様に突起５がそれぞれ転写されて、双方の溝部に窪み１２が同時に形成される。以降、円管１００に対する加工ツール４の相対的な捩り方向の回転駆動によって、溝部１１の形成と、窪み１２の形成が４つの螺旋曲線に沿うように連続的に行われ、図１４に示す、窪み１２（従って内周面の突部２２）の、円管の回転円周方向に対する位置が、位相差Ｆが４５度となるように形成された螺旋状波形溝付管１Ｂが得られる。
【００４０】
上記のように、実施の形態４においては、螺旋状波形溝付管１Ｂの周方向に隣り合う溝部１１（溝部１１Ａ〜１１Ｄ）の窪み１２（または内周面２０の周方向に隣り合う突条部２１の突部２２）の位置が、管軸Ｏの方向に位相をずらす如く配列できるように構成したので、流体の流れが更に撹乱されることが期待でき、それにより、伝熱の促進が図られ、熱交換効果に優れた螺旋状波形溝付管１Ｂ、または熱交換器（図示省略）が得られる効果がある。
【００４１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組合せたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１、１Ａ、１Ｂ  螺旋状波形溝付管、１００  円管、１１０  外表面、１０  外周面、１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ）、１１Ｅ  溝部、１２  窪み、
１２Ａ  円形状の窪み、１２Ｂ  楕円形状の窪み、
１２Ｃ  底部がフラットな楕円形状の窪み、１２Ｄ  非対称楕円形状の窪み、
２０  内周面、２１、２１Ｅ  突条部、２２  突部、２２Ａ  円形状の突部、
２２Ｂ  楕円形状の突部、２２Ｃ  富士山形の突部、２２Ｄ  非対称楕円形状の突部、
３  爪、４  加工ツール、４ａ  ローラー外周部、５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ  突起、Ｄ１２  窪みの深さ、Ｆ  位相差、Ｈ５  突起高さ、Ｈ２２  突部の高さ、
Ｐ５  突起ピッチ、Ｐ１１  溝ピッチ、Ｏ  管軸、Ｏ４  加工ツール傾斜軸、
θ  傾斜角度。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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