(57)【要約】【課題】拡管プラグの提供。【解決手段】内周面に複数の内面フィンが形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる伝熱管の拡管工程に用いる拡管プラグであって、軸部と、その先端側に形成される砲弾形状であり外周に軸部の長手方向に対して傾斜する傾斜溝を備えたヘッド部と、を有し、傾斜溝は、溝深さが０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、溝幅が０．０５ｍｍ以上であり内面フィンの頂部幅より狭く、互いに隣り合う溝同士の距離が０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であり、軸部の長手方向に対する傾斜溝の傾斜角が１０°以上、８５°以下である拡管プラグ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に複数の内面フィンが形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる伝熱管の拡管工程に用いる拡管プラグであって、
軸部と、その先端側に形成される砲弾形状であり外周に前記軸部の長手方向に対して傾斜する傾斜溝を備えたヘッド部と、を有し、
前記傾斜溝は、
溝深さが０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、
溝幅が０．０５ｍｍ以上であり前記内面フィンの頂部幅より狭く、
互いに隣り合う溝同士の距離が０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であり、
前記軸部の長手方向に対する前記傾斜溝の傾斜角が１０°以上、８５°以下である拡管プラグ。
【請求項２】
前記傾斜溝が螺旋状に形成された螺旋溝である請求項１に記載の拡管プラグ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の拡管プラグであって、
前記内面フィンが前記伝熱管の長さ方向に対して平行に延びる伝熱管の拡管を行う拡管プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡管プラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に空調機や冷凍機のフィンチューブ式の熱交換器には冷媒を流すための伝熱管が使用されている。この伝熱管として、管内に微細なフィン（内面フィン）を形成した伝熱管を使用することで、従来の平滑管と比較して管内伝熱特性が飛躍的に向上することが知られている。
【０００３】
このような伝熱管を使用して熱交換器を製造する際には、まず、伝熱管を挿通するための孔が予め形成された例えばアルミニウム合金製の多数の放熱フィンを、伝熱管の長さ方向に沿って所定のピッチで重なるように並べる。次に、伝熱管を前記各放熱フィンの孔内に挿通する。さらに、伝熱管内に拡管プラグを押込み伝熱管を拡管し、伝熱管の外径を放熱フィンの孔径より大きくする。これによって伝熱管の外周と放熱フィンの孔の内周面とを密着させる。
【０００４】
このような拡管工程では、伝熱管と拡管プラグの摩擦力を軽減するために潤滑油が用いられる。しかしながら、伝熱管として内面フィンが形成されている場合には、潤滑油が内面フィン間の溝に逃げてしまい、拡管プラグと当接する内面フィンの頂部に潤滑油の膜が十分に形成されないことがある。潤滑が十分に行われないと、内面フィンの倒れが顕著となったり、拡管荷重が大きくなり伝熱管の座屈が発生したりする虞がある。
【０００５】
特許文献１には、銅製内面フィン付金属管（伝熱管）の拡管プラグとして、外周上に円周方向に刻まれた潤滑油溜め用の外周溝が設けたものが開示されている。このような拡管プラグは、外周溝に溜まっている潤滑油に内面フィンが触れて潤滑されながら拡管される。これにより、拡管プラグと伝熱管の当接部８が油切れを起こすことがなく摩擦力を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１１７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、銅資源の枯渇などの背景から、伝熱管として軽量で安価なアルミニウム又はアルミニウム合金から形成する要求が高まっている。
特許文献１に記載の拡管プラグによる拡管工程は、従来の銅あるいは銅合金製の伝熱管を用いた場合であれば、加工上問題を生じる虞は低かったが、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製の伝熱管を用いる場合、以下に説明する課題が新たに発生することがわかった。
【０００８】
アルミニウムあるいはアルミニウム合金製の伝熱管は、銅あるいは銅合金製の伝熱管に比べ、拡管の際に拡管プラグにアルミニウムの凝着が発生し易く、拡管荷重が増大するので拡管プラグの破損あるいは伝熱管そのものの破損を引き起こす問題があった。拡管荷重が増大する原因の１つは、拡管プラグに対し銅よりもアルミニウムの方が親和性が高いことに起因している。
【０００９】
また、内面フィンを備えた伝熱管をアルミニウムあるいはアルミニウム合金から構成した場合、拡管時に内面フィンが潰されて変形する問題を生じる虞があった。
伝熱管の内面フィンが潰れるか変形すると、熱交換効率が低下するので、熱交換器としての性能が低下する。内面フィンに倒れが生じると伝熱管を所定の外径になるまで管を拡管できず伝熱管と放熱フィンの孔との間の密着性が低下し、強度が損なわれる。さらに伝熱管と放熱フィンとの間の熱交効率が低下する。
【００１０】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製の伝熱管を拡管して熱交換器を構成する場合に好適な拡管プラグを用いて行う伝熱管の拡管方法であり、拡管時の摩擦力を低減し、伝熱管内面の溝の変形を抑制しつつ拡管できる方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の拡管プラグは、内周面に複数の内面フィンが形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる伝熱管の拡管工程に用いる拡管プラグであって、軸部と、その先端側に形成される砲弾形状であり外周に前記軸部の長手方向に対して傾斜する傾斜溝を備えたヘッド部と、を有し、前記傾斜溝は、溝深さが０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、溝幅が０．０５ｍｍ以上であり前記内面フィンの頂部幅より狭く、互いに隣り合う溝同士の距離が０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であり、前記軸部の長手方向に対する前記傾斜溝の傾斜角が１０°以上、８５°以下である。
また、この拡管プラグは、前記傾斜溝が螺旋状に形成された螺旋溝であってもよい。
また、この拡管プラグは、前記内面フィンが前記伝熱管の長さ方向に対して平行に延びる伝熱管の拡管工程に適用できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、拡管プラグのヘッド部に、傾斜溝が形成されていることによって、傾斜溝内に潤滑油を溜めることができる。したがって、伝熱管にこの拡管プラグを挿入する拡管工程において、ヘッド部と伝熱管の当接部である内面フィンの頂部に、常に潤滑油が供給され、油切れを起こすことがない。これにより、拡管工程における当接部の摩擦力を軽減できる。
また、潤滑油を溜める溝が螺旋状に形成されており、内面フィンの頂部にヘッド部が当接すると、内面フィンの延在方向に対し溝が斜めに配置される。したがって、ヘッド部を伝熱管に押し込んでいくと、傾斜溝に溜まった潤滑油が、傾斜方向に沿って流れながら当接部に供給される。したがって、潤滑油の供給がスムーズに行われ当接部の摩擦力を効果的に低減できる。
摩擦力を軽減することで、拡管プラグの挿入に要する力（拡管荷重）が低減され、伝熱管の座屈を抑制できる。さらに、内面フィンを倒そうとする力が減少するため内面フィンの倒れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態である拡管プラグを示し、図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は側面模式図である。
【図２】図１の拡管プラグにより拡管される伝熱管の例を示し、図２（ａ）横断面図であり、図２（ｂ）は横断面の一部の拡大図であり、図２（ｃ）は頂部の両側に曲線部を有する場合の内面フィンの拡大図であり、図２（ｄ）は曲線部を有さない場合の内面フィンの拡大図である。
【図３】図１の拡管プラグにより伝熱管を拡管して熱交換器を組み立てる状態を説明するための斜視図である。
【図４】図１の拡管プラグにより伝熱管を加工する拡管工程を示す部分断面図である。
【図５】実施形態の第１の変形例の拡管プラグの斜視図を示す。
【図６】実施形態の第２の変形例の拡管プラグの斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態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。
【００１５】
＜拡管プラグ＞
図１（ａ）は本発明に係る一実施形態の拡管プラグ１を示す斜視図である。また、図１（ｂ）は、この拡管プラグ１のヘッド部３の側面模式図である。
この拡管プラグ１は、後段において図２を基に説明する伝熱管１１の拡管を行うために用いることができる。
図１（ａ）に示すように、拡管プラグ１は、軸部２とその先端側に一体形成されたヘッド部３とからなる。軸部２の後端側にはねじ軸２ａが形成されている。拡管プラグ１は、ねじ軸２ａの部分に対し、嵌合自在なねじ穴を有する図示略の延長ロッドをねじ接合して拡管プラグ１を延長できる。
【００１６】
図１（ｂ）に側面模式図として示すように、ヘッド部３は、砲弾形状をなして軸部２より径が大きくなるように膨出形成されている。このヘッド部３の外周には、複数の螺旋溝５（傾斜溝５）が形成されている。
ヘッド部３は、平坦面をなす先端部３ａと、軸部２と接続される後端部３ｄとを有している。また、先端部３ａと後端部３ｄの間には、最大径部３ｃが形成されている。ヘッド部３の横断面は、直径Ｄ１の先端部３ａから直径Ｄ２の最大径部３ｃにかけて徐々に大きくなっている。また、最大径部３ｃから後端部３ｄにかけては、徐々に小さくなっていく。
【００１７】
ヘッド部３において、先端部３ａから最大径部３ｃまでは、前面拡管部６とされる。また、最大径部３ｃから後端部３ｄまでは、後面拡管部７とされる。即ち、ヘッド部３は、最大径部３ｃを境に先端側が前面拡管部６、後端側が後面拡管部７とされる。
先端部３ａの直径Ｄ１は、拡管対象である伝熱管１１の最小内径β（図２（ａ）参照）より小さい径に形成されており伝熱管１１の内径にスムーズに挿入できる。
【００１８】
前面拡管部６は、拡管プラグ１を伝熱管１１に挿入する際に、伝熱管１１を径方向外側に押し広げて拡管する役割を果たす。前面拡管部６は、先端部３ａから最大径部３ｃまでを曲率半径Ｒ１で接続する曲面である。なお、前面拡管部６は、一様な曲率の曲面であってもよくまた、２つ以上の曲率半径を有する曲面が接続されていてもよい。
【００１９】
前面拡管部６の曲率半径Ｒ１は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。前面拡管部６の曲率半径Ｒ１を５ｍｍ以上とすることで、内面フィン１２の倒れを抑制できる。また、前面拡管部６の曲率半径Ｒ１が、３０ｍｍを超える場合は、拡管荷重が大きくなり、拡管工程において伝熱管１１が座屈する懸念が高まる。したがって、前面拡管部６の曲率半径Ｒ１は３０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
ヘッド部３の最大径部３ｃより後方には、後面拡管部７が形成されている。後面拡管部７は、曲率半径Ｒ２を有する曲面である。後面拡管部７は、拡管プラグ１を伝熱管１１から引き抜く際に（引抜工程において）、弾性変形分だけ縮径した伝熱管１１を再度径方向外側に押し広げて引抜をスムーズにさせる役割を果たす。加えて、把持治具によるクランプによって、縮径した伝熱管１１の開口部１１ａ（図３参照）の近傍を再度拡管する役割を果たす。
【００２１】
この再度拡管される伝熱管１１の開口部１１ａは、拡管と縮径を経ているため、加工硬化が起こっている。したがって、後面拡管部７の曲率半径Ｒ２を適切に設定しない場合は、引抜工程において、伝熱管１１に過度に引張応力が加わり、伝熱管１１の破断が起こる。また、この引抜工程において、過度の引張応力が加わると、伝熱管１１自身が伸長しその際に径方向に引けが生じる。即ち、拡管した伝熱管１１が縮径されてしまう。
このような現象を防ぐために、後面拡管部７の曲率半径Ｒ２は、１０ｍｍ以下とすることが好ましい。１０ｍｍ以下とすることで、伝熱管１１に過度な引張応力が加わることを抑制できる。
【００２２】
ヘッド部３には、螺旋状の溝５（螺旋溝５）が複数形成されている。この螺旋溝５には潤滑油を溜めることができ、拡管工程において伝熱管１１との摩擦力を軽減させる。
なお、この螺旋溝５の回転方向は限定されない。即ち、挿入方向に対し右回転するように形成されていても左回転するように形成されていてもよい。また、この螺旋溝５は、本実施形態のような多重螺旋に限らず、ひとつながりの螺旋溝であってもよい。
【００２３】
以下、螺旋溝５について、必要に応じて図２の伝熱管１１の構成を参照しながら説明を行う。
この螺旋溝５は、溝深さが０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、溝幅Ａが０．０５ｍｍ以上であり伝熱管１１の内面フィン１２の頂部幅ｊより狭く、互いに隣り合う溝同士の距離Ｂ（溝間距離Ｂ）が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、螺旋のリード角θ（傾斜角θ）が１０°以上８５°以下である。
【００２４】
螺旋溝５の深さは、０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とされる。螺旋溝５の深さが０．０５ｍｍに満たない場合は、潤滑油を十分に溜めることができず、潤滑効果を十分に得ることができない。また、０．５ｍｍを超える螺旋溝５は、製造上加工が困難である。
【００２５】
螺旋溝５の溝幅Ａは、０．０５ｍｍ以上であり、前記内面フィン１２の頂部幅ｊより狭いことが好ましい。溝幅Ａが０．０５ｍｍに満たない場合は、潤滑油を十分に溜めることができず、潤滑効果を十分に得ることができない。また、溝幅Ａが内面フィン１２の頂部幅ｊの大きさを超えると、ヘッド部３の挿入時に、螺旋溝５が内面フィン１２に引っかかるように押し倒し、内面フィン１２が倒れてしまう虞がある。また、螺旋溝５が内面フィン１２を押し倒すことを確実に抑制するためには、溝幅Ａを内面フィン１２の頂部幅ｊに対し７５％以下とすることが好ましい。
【００２６】
溝間距離Ｂは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とされる。溝間距離Ｂが、０．５ｍｍに満たない螺旋溝５は、製造上加工が困難である。加えて、溝間距離Ｂを０．５ｍｍ未満とすると、ヘッド部３と、伝熱管１１の内面フィン１２の接触面積が小さくなるために、面圧が大きくなり、内面フィン１２の倒れが顕著になる。
溝間距離Ｂが１．５ｍｍを超えると溝同士の距離が大きすぎるため、拡管プラグ１の外周と伝熱管１１の内周の当接部８（図４参照）において、溝同士の間を通過する過程で油切れを起こし、摩擦力が大きくなる。したがって、潤滑効果を十分に得ることができない。
【００２７】
螺旋溝５のリード角θは、１０°以上８５°以下であることが好ましい。
この螺旋溝５は、潤滑油を溜めることができる。したがって、伝熱管１１にこの拡管プラグ１を挿入する拡管工程において、ヘッド部３に対し当接する内面フィン１２の頂部１２ａに、常に潤滑油が供給され、油切れを起こすことがない。これにより、拡管工程における当接部８（図４参照）の摩擦力を軽減できる。特に、溝を螺旋状に形成した螺旋溝５とすることで、拡管工程において内面フィン１２に対し螺旋溝５が斜めに配置される。したがって、ヘッド部３を伝熱管１１に押し込んでいくと、螺旋溝５に溜まった潤滑油が、螺旋方向に沿って流れながら当接部８に供給される。したがって、潤滑油の供給がスムーズに行われ当接部８の摩擦力を効果的に低減できる。摩擦力を低減することで、拡管荷重を抑制し、拡管工程における伝熱管１１の座屈を抑制できるのみならず、内面フィン１２の倒れを抑制できる。
リード角θが８５°を超えると、上述したような、潤滑油が螺旋に沿って流れて、当接部８に効率よく供給される効果が低くなり、摩擦力低減効果が低くなる。
リード角θ（傾斜角θ）が１０°未満であると、螺旋溝５が内面フィン１２を倒しやすくなり、内面フィン１２の倒れが顕著となりやすい。また、リード角θが１０°〜７０°の範囲では、潤滑油を螺旋に沿って流す効果が飽和するため、７０°以上としても良い。
【００２８】
図１（ａ）に示す拡管プラグ１において、軸部２は、強度の高い鋼材、例えば、ＪＩＳ規定ＳＣＭ４３５で示されるクロムモリブデン鋼からなる。また、ヘッド部３は超硬合金から一体形成されている。ヘッド部３は軸部２に対しカシメ加工により結合されているか、銀ろう等を用いたろう付け手段により結合されている。
【００２９】
ヘッド部３を構成する超硬合金としては、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素の炭化物をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの鉄系金属で焼結した超硬合金を用いることができる。一例として、ＷＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−Ｔａ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｔａ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−Ｎｉ系合金、ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金などを適宜用いることができる。
一例としてＷＣ粒子にＣｏを５〜１７質量％添加した超硬合金においてＨＲＣ８５〜９５の範囲を得ることができるので、本実施形態の拡管プラグ１の構成材料に適用することができる。上述の超硬合金としてＪＩＳＶ１０、Ｖ２０、Ｖ３０、Ｖ４０、Ｖ５０、Ｖ６０などで規定されている種類の超硬合金を利用することができる。
【００３０】
拡管プラグ１とともに拡管時に用いる潤滑油は、特に図示はしていないが、引火点１００℃以下、動粘度１．０ｍｍ２／Ｓ（ａｔ４０℃）以上の潤滑油を用いることが好ましい。
この条件に用いることができる潤滑油として例示するならば、ダフニーパンチオイルＡＦ−２Ａ（出光興産製：動粘度１．３７ｍｍ２／Ｓ）を挙げることができる。
【００３１】
＜伝熱管＞
図２（ａ）〜（ｄ）に、本実施形態の拡管プラグ１によって拡管される伝熱管１１の拡管前の断面図とその一部を拡大した拡大図を示す。
伝熱管１１の内周面には、中心に向いて突出する内面フィン１２が複数形成されている。内面フィン１２は、伝熱管１１の長さ方向全長に渡り延在するように、伝熱管１１の内周面周方向に所定の間隔で複数隣接形成されている。内面フィン１２は周方向に沿って例えば、３０〜７２個形成されている。また、内面フィン１２は、伝熱管１１の長さ方向に対して平行に延在している。拡管前の伝熱管１１の外径α１は、例えば３ｍｍ〜１０ｍｍであり、拡管プラグ１が挿入され３％〜８％の拡管率で拡管され伝熱管１１の外径（図４に示すα２）は、例えば３．１ｍｍ〜１０．８ｍｍとされる。
伝熱管１１は、例えば銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金を押出加工することでこのような断面形状を得ることができる。
【００３２】
内面フィン１２は、伝熱管１１の横断面において、伝熱管１１の中心に向く平坦な頂部１２ａとこの頂部１２ａを挟むように延在する傾斜部１２ｂ、１２ｂとを有する横断面視等脚台形状に形成されている。これらの内面フィン１２は、伝熱管１１の内周面の周方向に所定の間隔で複数形成されているので、隣接する内面フィン１２、１２の間にフィン溝１４が形成されている。
内面フィン１２の高さｈは例えば０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍ程度とされる。伝熱管１１の底肉厚ｔ（フィン溝１４に対応する部分の肉厚）は０．３〜０．８ｍｍ程度とされる。また、内面フィン１２の頂部１２ａの幅ｊ（頂部幅ｊ）は、０．０７以上、０．２５ｍｍ以下とされる。
【００３３】
図２（ｃ）に、内面フィン１２の形状として傾斜部１２ｂ、１２ｂと頂部１２ａとを滑らかに結ぶ曲線部１２ｃ、１２ｃが形成されている場合の内面フィン１２の拡大図を示す。このような内面フィン１２において、頂部幅ｊは、曲線部１２ｃ、１２ｃの傾斜部１２ｂ側の起点同士を直線で結んだ線の長さとして定義される。
また、図２（ｄ）に、上記曲線部１２ｃを有さない内面フィン１２の拡大図を示す。このような内面フィン１２において、頂部幅ｊは、頂部１２ａの長さとして定義される。
【００３４】
伝熱管１１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いることができる。伝熱管１１にアルミニウム合金を用いる場合は、そのアルミニウム合金に特に制限はなく、ＪＩＳで規定される１０５０、１１００、１２００等の純アルミニウム系、あるいは、これらにＭｎを添加した３００３に代表される３０００系のアルミニウム合金等を適用できる。勿論、これら以外にＪＩＳに規定されている５０００系〜７０００系のアルミニウム合金のいずれかを用いて伝熱管１１を構成しても良い。
【００３５】
アルミニウム又はアルミニウム合金は、銅合金に比べて強度に劣る。したがって、耐圧強度の面から伝熱管１１の底肉厚ｔを銅合金で形成した伝熱管の底肉厚と比較して厚くする必要がある。底肉厚ｔが厚いアルミニウム及びアルミニウム合金からなる伝熱管１１を拡管しようとすると、拡管荷重が大きくなる。これにより、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる伝熱管１１は、拡管工程において座屈が発生しやすくなる。
本実施形態の拡管プラグ１を用いることで、拡管プラグ１と伝熱管１１の摩擦力を軽減し拡管荷重を低くすることができる。したがって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる伝熱管１１においても、座屈を抑制できる。
【００３６】
＜伝熱管の別の例＞
本実施形態の拡管プラグ１は、上述した伝熱管１１の他に、内面フィン２２が螺旋状に形成された螺旋溝付伝熱管を用いてもよい。螺旋溝付伝熱管において、上述した伝熱管１１と異なる点は、内面フィンが螺旋溝付伝熱管の内周面に沿ってその長さ方向に、一定のリード角で螺旋を描くように形成されている点である。
螺旋溝付伝熱管の内面に形成されている複数の内面フィンは全ての内面フィンが同じピッチで螺旋状に形成されていて、内面フィンの間に形成されているフィン溝についても螺旋溝付伝熱管の内部において所定のピッチで螺旋を描くように、即ち螺旋溝状に形成されている。
内面フィンを螺旋溝付伝熱管の長さ方向に対し螺旋状に形成することで、螺旋溝付伝熱管に冷媒が流れる際、冷媒との熱交換効率を良好にすることができる。
本実施形態の拡管プラグ１は、長手方向に対し螺旋状に形成された内面フィンを備えた螺旋溝付伝熱管であっても、座屈及び内面フィン２２の倒れを抑制しつつ拡管できる。
【００３７】
＜拡管工程＞
図３に本発明の一実施形態である拡管プラグ１を用いた熱交換器の製造方法を示す。
この製造方法は、所定間隔に平行に並設する複数のフィン材１５（放熱フィン）に形成された挿通孔１５ａに伝熱管１１を通した状態で、伝熱管１１に拡管プラグ１を挿入して拡管し伝熱管１１の外周をフィン材１５の挿通孔１５ａの内径部に密着させて熱交換器を製造する方法である。
【００３８】
以下にこの拡管工程の具体的な手順について説明する。
まず、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製のフィン材１５を複数重ねてフィン集合体１６を構成する。各フィン材１５において伝熱管１１を挿通する予定位置には、挿通孔１５ａが形成されている。これらの挿通孔１５ａが一直線状に並ぶように各フィン材１５を配置する。
また、伝熱管１１をＵ字状に曲げてヘアピンパイプを構成しておく。これにより伝熱管１１の開口部１１ａは、一側にそろえられ他側にＵ字部１１ｂが形成される。このペアピンパイプ（伝熱管１１）を必要本数フィン集合体１６の挿通孔１５ａに挿通する。各伝熱管１１の開口部１１ａはフィン集合体１６の一側に揃えておく。
【００３９】
この状態において各伝熱管１１の開口部１１ａから拡管プラグ１を強制的に押し込む。
これによって、開口部１１ａから順にヘッド部３の外周面に沿って伝熱管１１の拡管が行われる。ヘッド部３が開口部１１ａより内側に完全に入ったところ（図４参照）で、開口部１１ａ近傍の伝熱管１１外周を把持治具でクランプする。ここまで（把持治具によるクランプを行うまで）の拡管工程は、伝熱管１１の長手方向に対し圧縮力が加わる押込み式（縮み式）の拡管工程と呼ばれる。
【００４０】
把持治具によるクランプ工程以降も、ヘッド部３が伝熱管１１のＵ字部１１ｂ近傍に到達するまでヘッド部３を強制的に押込む。このとき、把持治具により伝熱管１１の開口部１１ａが固定（クランプ）されているため、伝熱管１１には長手方向に対し引張力が加わる。このように、クランプ工程以降の拡管工程は伝熱管１１に引張力が加わり吊下げ式（縮みレス式）の拡管工程と呼ばれる。
【００４１】
押込み式、吊下げ式の拡管工程において、拡管プラグ１のヘッド部３が伝熱管１１を押し広げて塑性変形させて伝熱管１１を拡管できる。拡管された伝熱管１１はフィン材１５の挿通孔１５ａを押し広げるようにフィン材１５に結合するので、伝熱管１１をフィン材１５に機械的に接合できる。
【００４２】
次に、把持治具によるクランプを解除しこの拡管プラグ１を引き抜く。この工程は引抜工程と呼ばれる。吊下げ式の拡管工程が終了した時点で、伝熱管１１には拡管が行われている。したがって、引抜工程は伝熱管１１の塑性変形を行わない。ただし、把持治具によるクランプを経ることによって、伝熱管１１の開口部１１ａの近傍は縮径されている。したがって引抜工程では、開口部１１ａの拡管を再度行うことになる。
以上の工程を経て、拡管工程が完了する。拡管プラグ１を挿入することで、伝熱管１１の外径は、拡管前外径α１から拡管後外径α２に拡管される。
【００４３】
以上説明した拡管処理を行う場合、伝熱管１１の内面に当接してこれを押し広げるヘッド部３の表面に螺旋溝５が形成され、この螺旋溝５に潤滑油が溜められているため、摩擦力を低減できる。また、この溝５が螺旋状であることで、効率よく潤滑油が効果的に当接部８に供給され摩擦力低減の効果が高められている。
また、拡管プラグ１は伝熱管１１の内面に形成されている複数の内面フィン１２に当接しつつ内面フィン１２を含めて伝熱管１１を拡管するので、拡管時に内面フィン１２が変形し倒れる虞がある。しかしながら、潤滑油によって内面フィン１２とヘッド部３の摩擦力が低減されているため、内面フィン１２の倒れを極力少なくできる。
内面フィン１２の倒れを少なくすることで、拡管後の伝熱管１１の外径を均一になるように拡管できるので、フィン材１５と伝熱管１１の接合時の密着強度を高めることができる。このため、伝熱管１１とフィン材１５との熱伝導性を良好として優れた熱交換性能を維持することができる。
加えて、潤滑油の働きにより、伝熱管１１がアルミニウムの凝着を起こしやすいアルミニウムあるいはアルミニウム合金製であったとしても、凝着を抑制できる。
【００４４】
このような拡管プラグ１は、潤滑油の油切れを起こすことがないため、多数の伝熱管１１を拡管加工したとしても、耐摩耗性の低下が少なく寿命を長くできる。
【００４５】
＜拡管プラグの変形例＞
以上に、実施形態の拡管プラグ１について説明したが、拡管プラグ１の形状は、上述したものに限定されるものではない。以下に、適用可能な拡管プラグを変形例として説明する。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４６】
図５に上述した実施形態の第１変形例としての拡管プラグ１Ａを示す。
第１変形例の拡管プラグ１Ａは、図１に示す拡管プラグ１と比較して、螺旋状に形成された溝５Ａ（傾斜溝５Ａ）が、一定の隙間を開けて間欠的に形成されている点が異なる。
傾斜溝５Ａの溝深さ、溝幅、互いに隣り合う溝同士の距離、軸部２の長手方向に対する傾斜溝５Ａの傾斜角θ（拡管プラグ１のリード角θに相当）は、上述した拡管プラグ１と同様である。
第１変形例の拡管プラグ１Ａは、ヘッド部３を伝熱管に押し込んでいくことで傾斜溝に溜まった潤滑油が、傾斜方向に沿って流れながら当接部に供給できる。これにより、潤滑油の供給がスムーズに行われるため当接部の摩擦力を効果的に低減できる。加えて、傾斜溝５Ａは、一定区画で傾斜溝５Ａが区画されているために、各傾斜溝５Ａの内部で潤滑油が保持されるため、挿入を進めるにしたがって、挿入方向に対して前方に位置する傾斜溝５Ａ内の潤滑油が不足することがない。
【００４７】
図６に第２変形例としての拡管プラグ１Ｂを示す。
第２変形例の拡管プラグ１Ｂは、図１に示す拡管プラグ１と比較して、傾斜溝５Ｂが蛇行して設けられている点が異なる。傾斜溝５Ｂの溝深さ、溝幅、互いに隣り合う溝同士の距離、軸部２の長手方向に対する傾斜溝５Ｂの傾斜角θ（拡管プラグ１のリード角θに相当）は、上述した拡管プラグ１と同様である。
傾斜溝５Ｂをこのように形成した場合であっても、上述した拡管プラグ１と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を示しつつ本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
図１に示す形状であり、ヘッド部長さ７．３ｍｍ、ヘッド部最大径６．０ｍｍ、前面拡管部の曲率半径１０．０ｍｍ、後面拡管部の曲率半径７．５ｍｍ、軸部長さ３６．３ｍｍ、軸部外径５．５ｍｍ、ねじ軸部長さ１０ｍｍ、ヘッド部がＶＭ４０相当の超硬合金（ＨＲＡ９０）からなり、軸部がＪＩＳ規定ＳＣＭ４３５からなる拡管プラグを用いて拡管を行った。
また、ヘッド部には、表１に示す溝深さ、溝幅、互いに隣り合う溝同士の距離、リード角の螺旋溝を形成した。ただし、サンプルＮｏ．４２、Ｎｏ．５０の拡管工程は、溝を備えていない拡管プラグにより行った。
【００５０】
拡管用の伝熱管として、表２に示す外径、底肉厚、内面フィンを有する伝熱管Ａと伝熱管Ｂとを用意した。伝熱管Ａは、ストレート管であり、伝熱管Ｂは、内面フィンがリード角３０°の螺旋状に形成されている螺旋溝付伝熱管である。伝熱管Ａ、伝熱管Ｂは、ともに、ＪＩＳ３００３合金からなる。
【００５１】
前記構成の拡管プラグにより前記構成の伝熱管を拡管し外径７．４ｍｍとした。
拡管の際、伝熱管を潤滑油（ダフニーパンチオイルＡＦ−２Ａ：出光興産製：動粘度１．３７ｍｍ２／Ｓ）に浸漬後、直ちに拡管した。
表１に拡管荷重（Ｎ）、内面フィン高さ減少率（％）、拡管率（％）を示す。
【００５２】
表１の評価項目における、内面フィン高さ減少率とは、｛（拡管前フィン高さ−拡管後フィン高さ）／拡管前フィン高さ｝×１００の式で計算される値を示す。なお、これら個々の高さは、ＣＣＤカメラを用いた各管の断面撮像の結果を用いて算出できる。内面フィンに倒れが生じると高さ減少率も大きくなる。したがって、倒れが生じるかどうかの指標として内面フィン高さ減少率を用いることができる。
【００５３】
【表１】
2015150566.tif 000003
【００５４】
【表２】
2015150566.tif 000004
【００５５】
表１に示す結果から、様々な組み合わせの拡管プラグと伝熱管を用いた拡管工程のうち、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３４の拡管工程においては、拡管荷重、及び内面フィンの高さ減少率を抑えることができていることがわかる。これに対して、Ｎｏ．３５〜Ｎｏ．５０の拡管工程においては、拡管荷重が高いか、又は内面フィンの減少率が大きくなっている。
特に、拡管荷重が高くなっている場合は、潤滑油による潤滑が不足していることが原因と考えられる。螺旋溝を適切に形成することで、拡管工程における潤滑性を十分に確保できることが確認された。
【００５６】
拡管プラグに螺旋溝（傾斜溝）を形成することで、拡管工程において螺旋溝に溜まった潤滑油が螺旋方向（傾斜方向）に沿って流れながら当接部に供給される。即ち拡管プラグの周方向にスムーズに潤滑油が供給され潤滑油切れが起こりにくくなる。
伝熱管が螺旋溝付伝熱管である場合（伝熱管Ｂ）には、伝熱管の内面に螺旋状に形成された内面フィンが潤滑油を周方向に供給する役割を担うことができるため、螺旋溝のない拡管プラグを使用しても潤滑油切れが比較的起こりにくい。これに対し、伝熱管がストレート管である場合（伝熱管Ａ）には、伝熱管自体に潤滑油をスムーズに供給させる役割を果たすことができないため、螺旋溝を有さない拡管プラグを使用すると潤滑油切れがより顕著となる。したがって、ストレート管の伝熱管の拡管工程において螺旋溝を有する拡管プラグを使用することは、螺旋溝付伝熱管の拡管工程で使用する場合と比較して、より顕著な効果が表れる。
【００５７】
以上に、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及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、及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。
【符号の説明】
【００５８】
１、１Ａ、１Ｂ…拡管プラグ、２…軸部、３…ヘッド部、３ａ…先端部、３ｃ…最大径部、３ｄ…後端部、５…螺旋溝（溝、傾斜溝）、５Ａ、５Ｂ…傾斜溝、６…前面拡管部、７…後面拡管部、８…当接部、１１…伝熱管、１２…内面フィン、１２ａ…頂部、１２ｂ…傾斜部、Ａ…溝幅、Ｂ…溝間距離、ｈ…高さ、ｊ…頂部幅、ｔ…底肉厚、θ…リード角（傾斜角）
【図１】
2015150566.tif 000005
【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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