(57)【要約】【課題】生産性の低下を来すことなく、管内面にフィンを高く形成し得る内面溝付管の加工方法を提供する。【解決手段】素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させることにより溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、前記保持ダイスに供給する素管として、その加工工程において最終焼鈍後に冷間塑性加工が施されてなる素管を用いて管内面に溝加工を行う【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させることにより溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、前記保持ダイスに供給する素管として、その加工工程において最終焼鈍後に冷間塑性加工が施されてなる素管を用いて管内面に溝加工を行うことを特徴とする内面溝付管の加工方法。
【請求項２】
素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させることにより溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、転圧ボールにより内面フィンが成形される際の素管が、冷間加工率の実数表記Ｅ＝１．０（百分率表記の場合の１００％に相当）における耐力Ｙ１を基準として無次元化した素管素材の耐力Ｙｒ（Ｅ）を冷間加工率Ｅの関数としてＹｒ（Ｅ）＝［Ｙ（Ｅ）／Ｙ１］と表した時に、少なくとも（∂Ｙｒ／∂Ｅ）＜１を満たすように冷間塑性加工が施された後に、前記転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧して管内面に溝加工を行うことを特徴とする内面溝付管の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管内面に溝が形成された内面溝付管の加工方法に関し、具体的には家庭用及び業務用エアコン等の空冷式熱交換器に使用される内面溝付伝熱管の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空冷式熱交換器の凝縮器及び蒸発器には、管内面に螺旋状の溝を形成して熱伝達効率を向上させた内面溝付管が使用されている。図４は、従来の内面溝付管の加工装置を示す管中心軸（以下管軸と称す）方向の模式的断面図である。この図４を参照して従来の内面溝付管の加工装置と加工方法について説明する。
【０００３】
素管１Ａの内部にはフローティングプラグ２が挿入されている。このフローティングプラグ２は、管供給側（図面において左側が供給側、右側が引抜き側となる。）の外径が素管１Ａの内径よりやや小さく、管引抜き側の外径は管供給側のものよりも小さい略円錐台形である。このフローティングプラグ２と対応する位置の素管１Ａの外面には、フローティングプラグ２と共に素管１Ａを縮径加工する保持ダイス３が配置されている。
【０００４】
また、フローティングプラグ２には連結軸４を介して略円柱形の溝付プラグ５が連結されている。この溝付プラグ５の外周面には素管１Ａの内周面に形成すべき形状の溝が加工されている。更に、この溝付プラグ５は連結軸４を軸として自在に回転することができる。そして、この溝付プラグ５に対応する位置の素管１Ａの外面には、複数個の転圧ボール６が管周方向に並んで配設されている。この転圧ボール６は加工リング７に収容されて相互に適長間隔をおいて配置されており、この加工リング７により転圧ボール６は管軸方向における所定位置に保持される。
【０００５】
上記加工リング７はモータ８の駆動軸９に接続されている。モータ８は円筒状の駆動軸９と、この駆動軸９を磁場により回転させるコイル１０とを有し、コイル１０に給電することにより駆動軸９が回転駆動され、加工リング７を管軸と同軸上で回転駆動する。この加工リング７の回転により、転圧ボール６は管軸を中心として管周方向に回転する。なお、モータ８の中心を素管１Ａが通過する。また、転圧ボール６の管引抜き方向下流側には、内面にフィンが形成された素管１Ｂの外径を所定の寸法に縮管加工する仕上げダイス１１が素管１Ｂに接して設けられている。
【０００６】
上記のように構成された内面溝付管の加工装置を用いた従来の加工方法は以下のとおりである。フローティングプラグ２は素管１Ａの先端内に挿入されその位置を機械的又は磁気的な手段により保持されている。そして、この状態から素管１Ａの先端が保持ダイス３を通し仕上げダイス１１へと供給され、またフローティングプラグ２の保持が開放される。この後、素管１Ａの引抜き開始の移動に伴ってフローティングプラグ２が保持ダイス３と対応する位置まで移動する。そしてこの後の引抜きにより、素管１Ａはフローティングプラグ２及び保持ダイス３により縮管加工され、更に後続する転圧ボール６により縮管されると共に、この転圧ボール６による圧下力を受けて素管１Ａの内部に配置されている溝付プラグ５に押圧される。
【０００７】
上記溝付プラグ５は連結軸４を介してフローティングプラグ２に連結されており、フローティングプラグ２は素管１Ａの引抜きによる摩擦力と、保持ダイス３からの抗力とにより保持ダイス３と対応する位置に静止しているので、溝付プラグ５も転圧ボール６と対応する位置に止まっている。従って、転圧ボール６を素管１Ａの外周面に転接して円周方向に回転駆動すると、溝付プラグ５との共働作用により、素管１Ａの内周面に溝付プラグ５の外周面に形成されている溝形状が転写されてフィン１２が形成される。このとき、溝付プラグ５は素管１Ａを引抜くことにより、溝付プラグ５の周面に刻まれた溝により回転する。また、その内面にフィン１２が形成された素管１Ｂは仕上げダイス１１により縮管加工され、所望の外径を有する内面溝付管が製造される。
【０００８】
ところで、上記内面溝付管の製造で用いられる素管１Ａは、通常、熱間押出等により成形された太径の管に対して、管圧延工程や、フローティングプラグとダイスを用いた引抜き工程等を経て冷間で縮管加工されるが、このように縮管加工された素管１Ａは、繰り返し熱間工程の影響も含めて塑性加工を受けて加工硬化しているため、焼鈍工程を経ることが必要となる。従来では、上述の内面溝付加工における引抜荷重低減等の目的で、内面溝付加工の直前に焼鈍を行うことが一般的であった。
【０００９】
一方、冷凍機やルームエアコンなどの空調機用熱交換器に使用される伝熱管には、伝熱性能を高めるため、上述の如き内面溝付加工が施された、内面に微細な多数の螺旋状の溝を有する伝熱管が使用されている。また、その伝熱管内に流通させる冷媒としては、従来より使用されていたフレオンＲ２２、Ｒ２１などは地球のオゾン層を破壊するので全廃される方向に推移しており、オゾン層を破壊しないフレオンＲ３２、Ｒ１３４ａ、Ｒ１２５などの代替品に代りつつある。特に、これらの冷媒を混合した「Ｒ３２／Ｒ１３４ａ／Ｒ１２５」や、「Ｒ３２／Ｒ１２５」などの混合冷媒は、従来のフレオンＲ２２などに近い特性を有し、しかも不燃性であるため代替品として高く評価されている。しかしながら、「Ｒ３２／Ｒ１３４ａ／Ｒ１２５」や、「Ｒ３２／Ｒ１２５」などの混合冷媒は、従来の冷媒に比較して伝熱性能が低くなるという問題がある。
【００１０】
ところで、内面溝付管を組み込んだ熱交換器は、適当な溝条数のもとでは一般的にフィンを高く成形して内表面積を拡大することで、熱効率が向上することが知られている。従って、上記のような代替品の冷媒を用いて従来冷媒での伝熱性能を維持あるいは向上させるためには、よりフィンを高く成形することが必要となる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−２５８３０７号公報
【特許文献２】
特開２００１−４７２１３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した内面溝付加工は、管内面を塑性変形させるものであるから、管の破断や工具破損の観点からフィンを高く形成するには限界があり、また、フィンを高く形成しようとすると、製造スピードが大幅に遅くなり、生産性の低下を来す。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、生産性の低下を来すことなく、管内面にフィンを高く形成し得る内面溝付管の加工方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の目的を達成するために種種調査検討を行った。その調査検討過程において、焼鈍後の冷間加工率と機械的特性（特に耐力）との関係に着目した。すなわち、内面溝付管に適用される代表的な素材としてりん脱酸銅があるが、このりん脱酸銅の冷間加工率と耐力（σ０．２）の関係は、一般に図２に示すような傾向のあることが知られており、冷間加工率が２０〜３０％の間で勾配が変化して小さくなっている。言い換えると、冷間加工率２０％までの勾配は冷間加工率３０％以上の勾配より大きくなっている。なお、この傾向は、内面溝付加工が可能な他の銅合金や、アルミ、鋼などの他の金属素材についても同様である。以下の説明ではりん脱酸銅を例に説明する。
【００１５】
一方、内面溝付管の加工において内面フィンを成形する際には、図３に示すように、フィン１２が立ち上がるコーナー部１３、１４付近に塑性歪が集中する。ここで、図２から明らかなように、内面溝付加工に供される素管が焼鈍のまま、あるいは低い冷間加工率（２０％以下）を受けた素管では、その後の加工による耐力の増加が大きいため、前記コーナー部１３、１４付近の素材の耐力が底肉部１５の耐力に比べて大きくなる。すると、耐力の低い底肉部１５で管軸（長手）方向や管周方向への材料流動が大きくなり、フィン部１２への材料流入が阻害され、フィン１２を高く成形することが難しくなる。これに対して、内面溝付加工に供される素管が３０％以上の冷間加工率を受けた素管の場合には、その後の加工による耐力の増加が比較的小さく、コーナー部１３、１４付近と底肉部１５の耐力の差が比較的小さくなるため、フィン部１２への材料流入の阻害が緩和され、フィン１２の成形性が向上する。
【００１６】
すなわち、図２に示すような耐力の関係が把握される場合に、その耐力を冷間加工率の実数表記Ｅ＝１．０（百分率表記の場合の１００％に相当）における耐力Ｙ１（このＹ１は耐力を示す曲線の漸近線より求めてもよい。）を基準として無次元化した素管素材の耐力Ｙｒ（Ｅ）で表し、その素管素材の耐力Ｙｒ（Ｅ）を冷間加工率Ｅの関数としてＹｒ（Ｅ）＝［Ｙ（Ｅ）／Ｙ１］と表した時に、転圧ボールにより内面フィンが成形される際の素管が、少なくとも少なくとも（∂Ｙｒ／∂Ｅ）＜１を満たすように冷間塑性加工が施された後に、前記転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧して管内面に溝加工を行うと、コーナー部における塑性歪の集中による加工硬化が緩和され、フィンを高く成形できる。逆に、（∂Ｙｒ／∂Ｅ）≧１の場合には、コーナー部に塑性歪が集中し加工硬化によりフィン部への材料流入が阻害されることになる。このような考え方に基づいて本発明を完成させたもので、その構成は以下の通りである。
【００１７】
すなわち、本発明（請求項１）は、素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させることにより溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、前記保持ダイスに供給する素管として、その加工工程において最終焼鈍後に冷間塑性加工が施されてなる素管を用いて管内面に溝加工を行うことを特徴とする内面溝付管の加工方法である。なお、保持ダイスに供給する素管の最終焼鈍後の冷間塑性加工は、内面溝付管の加工と連続でもオフラインであってもよい。またその冷間塑性加工手段は、ダイスを用いた引抜き加工、あるいは管圧延加工などであってもよく、特に限定するものではない。
【００１８】
本発明（請求項２）は、素管内にフローティングプラグとこのフローティングプラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグとを挿入し、その素管を保持ダイス及び複数個の転圧ボールによって順次縮径加工すると共に、フローティングプラグを保持ダイスに係合させることにより溝付プラグを転圧ボールの配設位置に位置させ、転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧することにより素管の内面に溝付プラグの溝形状を転写する内面溝付管の加工方法において、転圧ボールにより内面フィンが成形される際の素管が、冷間加工率の実数表記Ｅ＝１．０（百分率表記の場合の１００％に相当）における耐力Ｙ１を基準として無次元化した素管素材の耐力Ｙｒ（Ｅ）を冷間加工率Ｅの関数としてＹｒ（Ｅ）＝［Ｙ（Ｅ）／Ｙ１］と表した時に、少なくとも（∂Ｙｒ／∂Ｅ）＜１を満たすように冷間塑性加工が施された後に、前記転圧ボールにより素管の内面を溝付プラグに押圧して管内面に溝加工を行うことを特徴とする内面溝付管の加工方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る内面溝付管の加工方法を説明するための内面溝加工部の模式的断面説明図である。この図に示す内面溝付管の加工装置全体の基本構成は、保持ダイス３の上流に引抜きダイス１６を設けた構成を除いて上記図４に示す従来の内面溝付管の加工装置と同じ構成であるので、装置構成の説明を割愛する。
【００２０】
この構成の内面溝付管の加工装置を用いた加工方法においては、焼鈍後の素管１７Ａが準備され、その素管１７Ａの先端内にフローティングプラグ２が挿入されその位置を機械的又は磁気的な手段により保持される。そして、この状態から素管１７Ａの先端が引抜きダイス１６と保持ダイス３を通し仕上げダイス１１へと供給され、またフローティングプラグ２の保持が開放される。この後、素管１７Ａの引抜き開始の移動に伴ってフローティングプラグ２が保持ダイス３と対応する位置まで移動する。そしてこの後の引抜きにより、素管１７Ａは引抜きダイス１６により中間素管１７Ｂに縮径加工され、この中間素管１７Ｂは引続きフローティングプラグ２及び保持ダイス３により縮管加工され、更に後続する転圧ボール６により縮管されると共に、この転圧ボール６による圧下力を受けて中間素管１７Ｂの内部に配置されている溝付プラグ５に押圧されて内面にフィン１２を有する中間素管１７Ｃに加工され、最後に、仕上げダイス１１により縮管加工されて、所望の外径を有する内面溝付管に製造される。
【００２１】
因みに、上記図１に示す加工装置を用いて下記条件で溝付加工を行った。
素管材質：銅合金（りん脱酸銅）
素管１７Ａの寸法：外径１１．１１ｍｍ、管肉厚０．３５ｍｍ
引抜きダイス：内径１０．２ｍｍ
保持ダイス：内径９．６ｍｍ
溝付プラグ：外径８．６ｍｍ、溝数５０、溝深さ０．２５ｍｍ
仕上げダイス：内径８．０ｍｍ
素管引抜速度：１０ｍ／分
転圧ボール回転数：４０００ｒ．ｐ．ｍ．
転圧ボール個数：４個
【００２２】
上記の加工では、引抜きダイスによる加工および保持ダイスによる加工を合わせ、約４０％の冷間加工を施した。製造された内面溝付管の平均フィン高さは、０．２４０ｍｍであった。なお、このときの（∂Ｙｒ／∂Ｅ）は、図２を参照すると（∂Ｙｒ／∂Ｅ）＜１である。
【００２３】
また、比較のため、焼鈍を施した外径１０．２ｍｍの素管を用い、保持ダイス以降の条件を上記条件と同じにして溝付加工試験を行った。製造された内面溝付管の平均フィン高さは、０．２２５ｍｍであって、上記本発明法で製造したものよりも低いものであった。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る内面溝付管の加工方法によれば、溝加工の際の底肉部において管軸（長手）方向や管周方向への材料流動を抑制し、フィン部への材料流入を促進して、生産性の低下を来すことなく、管内面にフィンを高く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内面溝付管の加工方法を説明するための内面溝加工部の模式的断面説明図である。
【図２】内面溝付管素材（りん脱酸銅）の冷間加工率と耐力（σ０．２）の関係を示すグラフ図である。
【図３】内面溝付管の部分拡大説明図である。
【図４】従来の内面溝付管の加工装置を示す管中心軸方向の模式的断面図である。
【符号の説明】
２：フローティングプラグ                        ３：保持ダイス
４：連結軸              ５：溝付プラグ          ６：転圧ボール
７：加工リング          ８：モータ            １１：仕上げダイス
１２：フィン        １３、１４：コーナー部      １５：底肉部
１６：引抜きダイス                            １７Ａ：素管
１７Ｂ，１７Ｃ：中間素管
【図１】
2004268114.tif 000002
【図２】
2004268114.tif 000003
【図３】
2004268114.tif 000004
【図４】
2004268114.tif 000005