(57)【要約】【課題】  フローティングプラグの引き抜き方向への荷重を抑制し、安定した内面溝付管の加工を可能にする内面溝付管の製造方法及び装置を提供する。【解決手段】  溝付プラグ５は、外周部に溝４を有し、金属管１に挿入されて金属管１の内面に溝切り加工をする。溝付プラグ５及びフローティングプラグ１２は密着させた状態でタイロッド１３に取り付けられ、金属管１内に挿入される。溝付プラグ５及びフローティングプラグ１２に対峙させて、金属管１の外側に押圧手段６が配置される。金属管１の引き抜きに連動させて、押圧手段６は金属管１を押圧しながら回転する。押圧手段６の内側でフローティングプラグ１２が引き止められることで、フローティングプラグの引き抜き方向への荷重が抑制され、押圧手段以前で肉厚が減少することはなく、押圧手段による安定した内面溝加工が可能になり、断管が防止される。【選択図】        図１
2005138149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管にフローティングプラグ及び溝付プラグを内挿し、前記溝付プラグの設置位置で前記金属管を押圧手段により管外から押圧しながら前記金属管を引き抜き、前記溝付プラグの外周面に設けられている溝形状を前記金属管内に転写する内面溝付管の製造方法において、
前記フローティングプラグを前記押圧手段に対峙する位置で引き止めることを特徴とする内面溝付管の製造方法。
【請求項２】
前記押圧手段の前段に引抜ダイスを配置し、前記引抜ダイスにより前記押圧手段による縮径より大なる縮径を前記金属管に施すことを特徴とする請求項１記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項３】
前記金属管の前記押圧手段の前後における縮径率
（１−Ｄ１／Ｄ０）×１００（％）
（但し、Ｄ０は前記押圧手段による押圧前の前記金属管の外径、Ｄ１は前記押圧手段による押圧後の前記金属管の外径）が、１５％以下であることを特徴とする請求項１記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項４】
被加工管に挿入されて、外周部に設けられた溝により前記被加工管の内面に前記溝に応じた溝を形成する溝付プラグと、
前記被加工管に内挿されるタイロッドと、
前記溝付プラグに密着させて前記溝付プラグと共に前記タイロッドに固定されるフローティングプラグと、
前記溝付プラグ及び前記フローティングプラグに対峙させて前記被加工管の外側に配置されると共に前記被加工管の引き抜き操作に連動させて前記被加工管を押圧しながら回転する押圧手段とを備えることを特徴とする内面溝付管製造装置。
【請求項５】
前記フローティングプラグは、そのアプローチ部に前記溝付プラグの溝に連通する溝が形成されていることを特徴とする請求項４記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項６】
前記押圧手段に先行して前記金属管の縮径を行う引抜ダイスが、前記押圧手段の前段に設けられていることを特徴とする請求項４又は５記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項７】
前記押圧手段で溝付加工された前記金属管を縮径する中間ダイス又は上がりダイスが、前記押圧手段の後方に設置されていることを特徴とする請求項４又は６記載の内面溝付管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機や冷凍機などの熱交換器に用いられる内面溝付管の製造方法及び装置に関し、特に、溝付プラグとフローティングプラグを用いて金属管内に溝加工を施す際、フローティングプラグから受ける荷重による金属管の肉厚の減少を防止し、安定した溝付き加工を可能にする内面溝付管の製造方法及び装置を提供することにある。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機や冷凍機などの熱交換器には、通常、複数の伝熱管を所定間隔にして平行配置し、或いは１本の伝熱管を蛇行配置し、両端を冷媒の共通の入口と出口にし、伝熱管内に相変化する冷媒を流動させ、管外流体との熱交換を行うことで、冷媒の蒸発あるいは凝縮が行われる。例えば、ルームエアコンなどの熱交換器の伝熱管には、管内での冷媒の蒸発や凝縮による熱伝導を促進するために、螺旋状の溝が管内面に連続的に形成された内面溝付管が用いられている。
【０００３】
このような内面溝付管は、得ようとする管外径に比べて大径の中空管を用意し、管の内側に溝付プラグ、溝加工プラグ、フローティングプラグ等を配置し、管の外側に所定間隔にダイス、加工球、引き抜き部等を配置し、中空管を一定速度で搬送することにより、中空管の段階的な縮管が行われ、最終的には、管内面に多数の螺旋状の溝が形成され、かつ所望の肉厚、内径及び外径に加工された内面溝付管が得られる（例えば、特許文献１，２，３参照。）。
【０００４】
図５は、従来の内面溝付管製造装置の構成を示す。原管としての金属管１（平滑金属管）には伝熱性に優れる内面が平滑な銅管等が用いられる。内面溝付管製造装置は、フローティングプラグ２と、タイロッド（連結棒）３と、溝４を有する溝付プラグ（加工プラグ）５と、押圧手段６と、引抜ダイス（中間ダイス）７、引抜ダイス（上がりダイス）８と、引抜ダイス（保持ダイス）９とを備えて構成されている。
【０００５】
溝付プラグ５は、タイロッド３を介してフローティングプラグ２に接続され、この状態で金属管１内に回転自在に配置されている。押圧手段６には、複数のボール又はロールが用いられ、金属管１を挟んで溝付プラグ５に対向配置され、金属管１の外周面を押圧する。引抜ダイス７，８は、溝付プラグ５の後段に順次配置され、金属管１を段階的に縮管加工する。
【０００６】
金属管１内にフローティングプラグ２及び溝付プラグ５を挿入した状態で、図５の矢印で示す引抜方向に金属管１を引き抜くと、引抜ダイス９によって金属管１が縮管されるため、フローティングプラグ２は引抜ダイス９の内側位置で係止する。同時に、溝付プラグ５も引抜き方向における位置が固定され、押圧手段６の内側に配置された状態になる。この状態で、押圧手段６が金属管１の周りを公転することにより、押圧手段６による押圧力によって金属管１の内面には溝付プラグ５の溝４に応じた溝（又はフィン）が形成される。その後、所定の外径に仕上げる引抜ダイス７，８を順次通過する過程で金属管１の内面に溝１０が形成されることにより、内面溝付管１１が製造される。
【０００７】
金属管１の内面に形成された溝１０と管軸は、所定のリード角βを成しており、このリード角βを有することで、液化した冷媒が溝１０に沿って流れたときに環状流となり、このとき、管内面の壁面の液膜が薄くなり、伝熱特性が向上する。
【特許文献１】特開平５−００７９２０号公報
【特許文献２】特開平５−３２９５２９号公報
【特許文献３】特開平６−０１５３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図５に示す従来の内面溝付管製造装置によると、フローティングプラグ２を引抜ダイス９で引き止めているが、フローティングプラグ２には、連結棒３を介して金属管１の内面と溝付プラグ５の間の摩擦力などにより引抜方向に荷重がかかっているため、フローティングプラグ２、金属管１、及び引抜ダイス９を介し、その引抜ダイス受け（図示せず）に荷重が付与される。このことにより引抜ダイス９を通過する金属管１は、フローティングプラグ２からの荷重により、肉厚減少を生じ易くなるという問題がある。
【０００９】
この肉厚減少が、その後段にある押圧手段６による内面溝加工に影響を与え、溝付き加工の寸法変化及び加工の安定性を阻害する要因となる。特に、加工が難しい溝形状では、加工の成否を左右することになる。また、肉厚減少が生じ所定の溝深さに達しない場合、引抜ダイスの交換や調整などが必要になるため、生産性が阻害される。以上は、保持ダイス部でフローティングプラグ２を引き止めている特許文献１〜３の構成においても同様に問題となる。
【００１０】
また、金属管の肉厚が厚い場合、加工により金属管の内径が小さくなると、断管が生じ易くなる。この理由について、図６を参照して説明する。
【００１１】
図６は、図５の溝付管加工装置のフローティングプラグ２及び引抜ダイス部９と金属管１との接触部の詳細（図５のＡ部の詳細）を示す。図６の（ａ）は金属管１の肉厚が通常の場合であり、図６の（ｂ）は厚肉の場合である。
【００１２】
図６に示すように、溝付プラグ５及び溝４による摩擦力によって、連結棒３にはＦの力が生じている。この力Ｆは、フローティングプラグ２を通して引抜ダイス９に伝達される。ここで、フローティングプラグ２の最大径をＤｐ、引抜ダイス９の内径をＤｂとすると、金属管１の肉厚が通常の場合、Ｄｐ＞Ｄｂとなり、その差Ｇは図６の（ａ）のようになる。
【００１３】
しかし、金属管１が厚肉の場合、Ｄｐ＜Ｄｂとなることがある。ＤｐとＤｂの差Ｇ１の部分に大きな剪断力が作用し、断管し易くなる。Ｄｐ＜Ｄｂとならないまでも、Ｄｐ≒Ｄｂでも受圧面積の減少により面圧が高くなり、金属管１の変形が大きくなり、断管し易くなる。
【００１４】
従って、本発明の目的は、フローティングプラグの引き抜き方向への荷重を抑制し、安定した内面溝付管の加工を可能にする内面溝付管の製造方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の目的を達成するため、第１の特徴として、金属管にフローティングプラグ及び溝付プラグを内挿し、前記溝付プラグの設置位置で前記金属管を管外から押圧手段で押圧しながら前記金属管を引き抜き、前記溝付プラグの外周面に設けられている溝形状を前記金属管内に転写する内面溝付管の製造方法において、前記フローティングプラグを前記押圧手段に対峙する位置で引き止めることを特徴とする内面溝付管の製造方法を提供する。
【００１６】
この方法によれば、フローティングプラグは、押圧手段によって引き止められるため、金属管は、押圧手段以前で肉厚が減少することはなく、押圧手段による安定した内面溝加工が可能になり、断管を防止することができる。
【００１７】
本発明は、上記の目的を達成するため、第２の特徴として、外周部に溝切り部を有し、被加工管に挿入されて前記被加工管の内面に溝を形成する溝付プラグと、前記被加工管に内挿されるタイロッドと、前記溝付プラグに密着させて前記溝付プラグと共に前記タイロッドに固定されるフローティングプラグと、前記溝付プラグ及び前記フローティングプラグに対峙させて前記被加工管の外側に配置されると共に前記被加工管の引き抜き操作に連動させて前記被加工管を押圧しながら回転する押圧手段とを備えることを特徴とする内面溝付管製造装置を提供する。
【００１８】
この構成によれば、フローティングプラグが押圧手段の近傍に配置され、フローティングプラグは、押圧手段によって引き止められるため、金属管は、押圧手段より以前で肉厚が減少することはなく、押圧手段による安定した内面溝加工が可能になり、断管を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の内面溝付管の製造方法及び装置によれば、金属管の肉厚滅少及び断管の発生が防止されるので、内面溝付管の生産性及び加工性の向上が可能になる。生産性の向上によって製造コストを低下でき、加工する金属管の肉厚を変動させる要因がなくなることで、加工の安定性が向上し、品質の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る内面溝付管製造装置の構成を示す。溝付加工対象の金属管１には、熱伝導特性に優れる銅管等が用いられる。溝付管加工装置は、溝切り部としての溝４を有する溝付プラグ（加工プラグ）５と、押圧手段６と、引抜ダイス（中間ダイス）７、引抜ダイス（上がりダイス）８と、引抜ダイス（保持ダイス）９と、フローティングプラグ１２と、タイロッド１３とを備えて構成されている。
【００２１】
タイロッド１３には、溝付プラグ５とフローティングプラグ１２が、間隔をおかずに密着状態にして外嵌されている。図１においては、図５で用いていた引抜ダイス９を用いていない。このため、フローティングプラグ１２は押圧手段６の内側に位置するように配置されている。溝付プラグ５も、押圧手段６の内側に位置するように配置されている。そして、フローティングプラグ１２及び溝付プラグ５は、金属管１内に回転自在に配置されている。
【００２２】
押圧手段６は、ボール又はロールを用いて構成され、金属管１を挟んで溝付プラグ５に対向配置されることにより、金属管１の外周面を押圧する。引抜ダイス７は、溝付プラグ５の後段に配置され、引抜ダイス８は、引抜ダイス７の後段に配置されている。金属管１は、押圧手段６、引抜ダイス７、及び引抜ダイス８により、段階的に縮管加工される。
【００２３】
次に、図１の構成の溝付管加工装置の動作について説明する。フローティングプラグ１２と溝付プラグ５を密着させた状態で、かつ、溝付プラグ５を回転可能な状態にして、フローティングプラグ１２と溝付プラグ５がタイロッド１３に取り付けられ、これらは金属管１内に挿入される。そして、図示せぬ管引き抜き機構により、金属管１を図示の矢印方向へ連続的に引き抜きをすると、フローティングプラグ１２は押圧手段６の内側位置で引き止められる。
【００２４】
フローティングプラグ１２が押圧手段６で引き止められることで、溝付プラグ５の軸方向の位置が定まる。この状態に於いて、押圧手段６は、フローティングプラグ１２の直後に配置されている溝付プラグ５を金属管１を介して押圧し、金属管１の内面に溝４が転写された状態の溝１０を形成する。押圧手段６と溝付プラグ５によって内面に溝が付与された金属管１４は、引抜ダイス７，８を順次通過することにより、所望の外径の内面溝付管１１が製造される。尚、引抜ダイス７，８は、いずれか１つでもよい。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００２６】
図１の構成において、金属管１には、外径９．００ｍｍ、肉厚０．３９ｍｍの軟質の銅管を用いた。フローティングプラグ１２は、最大径が８．２ｍｍ、テーパー部の全角３０°とした。溝付プラグ５は外径が７．５ｍｍである。溝４は、溝数が６０、溝深さが０．２１ｍｍ、溝４の捩れ角度が３０°である。押圧手段６は、外径１１．１１ｍｍのボールを用いた。また、引抜ダイス７は７．５ｍｍ径、引抜ダイス８は７．０ｍｍ径である。
【００２７】
上記の仕様によるフローティングプラグ１２と溝付プラグ５をタイロッド１３で連結させ、金属管１の管内に挿入した。押圧手段６は、図示せぬモーターの回転シャフトなどに取り付けられ、このシャフト内に金属管１を通す構造になっている。モーターは、回転数が５，０００ｒｐｍ、引抜速度が９ｍ／分となるように設定されている。押圧手段６の押し込み（押圧）を調整し、内面溝加工後の金属管１４の外径が８．０５ｍｍとなる様に溝加工を施し、内面溝深さ０．２ｍｍの内面溝付管１１を製造した。
【００２８】
本発明者らは、種々の径の金属管１を用いて内面溝付管１１を試作した。その結果、金属管１の外径を大きくし、外径９．５２５ｍｍの銅管を用いたところ、金属管１が捩じられ、断管が発生し、溝付き加工ができない状態になった。
【００２９】
金属管１に捩れが発生し、加工が不可能になるのは、押圧手段６の直径、加工ピッチ等により異なることが判明した。そして、本発明者らは、押圧手段６に１１．１１〜１４．２９ｍｍの直径のボールを用い、加工ピッチを０．４ｍｍ以下にした場合、押圧手段６の前後における金属管１の外径縮径率が、概ね１５％以上になると加工不可能になることを見い出した。金属管１の縮径率は次式で表される。
【００３０】
（１−Ｄ１／Ｄ０）×１００（％）
（但し、Ｄ０は前記押圧手段の前段の前記金属管の外径、Ｄ１は前記押圧手段による押圧後の前記金属管の外径。）
図２は、本発明に係る内面溝付管の製造方法を示す。図中、「Ｓ」はステップを表している。まず、押圧手段６の押圧力が設定される（Ｓ１０１）。ついで、溝付プラグ５及びフローティングプラグ１２を装着したタイロッド１３を金属管１に挿入し、更に押圧手段６を回転させると共に金属管１の引き抜きを開始し内面溝付加工を開始する（Ｓ１０２）。金属管１の引き抜き及び押圧手段６による押圧を開始すると同時に、押圧手段６に設けられた管径計測センサ、演算装置、及び制御装置（いずれも図示せず）により、上記した縮径率（％）が内面溝付加工の実施中に算出される（Ｓ１０３）。
【００３１】
縮径率（％）が算出され、算出した縮径率が予め設定した設定値、例えば１５％を越えたことが判定されると（Ｓ１０４）、縮径率が所定値内に戻されるように押圧手段６の押圧力が低減されるように押圧値の変更が行われる。この変更された押圧設定値によって押圧手段６が駆動され、溝付プラグ５と押圧手段６による溝切り加工が行われる（Ｓ１０５）。金属管１の所定長に対する溝切り加工が終了したか否かが判定され、終了（Ｙｅｓ）が判定されれば内面溝付管の製造は終了し、末終了が判定されれば、処理はＳ１０３に戻され、上記した処理が繰り返し実行される。
【００３２】
図３は、本発明に係る内面溝付管製造装置の他の実施の形態を示す。図３の内面溝付管製造装置の構成が図１と異なるところは、押圧手段６の前段に金属管１を縮径する引抜ダイス９を設けたところにある。引抜ダイス９を設けたことにより、内面溝加工に最適な外径の金属管１とすることが容易となり、加工状態による微調整が容易になる。
【００３３】
図４は、本発明に係る内面溝付管製造装置の更に他の実施の形態を示す。図４の内面溝付管製造装置は、フローティングプラグ１２のアプローチ部に溝４を有しない図１の内面溝付管製造装置に比べ、フローティングプラグ１２のアプローチ部に溝４１を設けたことにより、溝１０を深く形成することができる。図４の内面溝付管製造装置は、図１の内面溝付管製造装置において、フローティングプラグ１２と溝付プラグ５を一体化し、溝４をフローティングプラグ１２のアプローチ部まで延長した状態にし、前記アプローチ部に溝４１を形成したところに特徴がある。この内面溝付管製造装置では、押圧手段６がフローティングプラグ１２のアプローチ部をも押圧することで、アプローチ部に設けた溝４１に金属管１の内壁の材料が流れ込み、金属管１の内面に溝１０が形成される。
【００３４】
以上説明した通り、上記した本発明に係る各実施の形態によれば、フローティングプラグ１２を押圧手段６の配設位置で受け止める構成にしたので、溝付プラグとフローティングプラグを用いた金属管内の溝加工に際し、金属管１に作用する引抜き方向への荷重を抑えることが可能になり、フローティングプラグから受ける引抜き方向への荷重に起因する金属管１の肉厚減少を防ぐことができ、溝加工の加工性を改善することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る内面溝付管製造装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る内面溝付管の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る内面溝付管製造装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る内面溝付管製造装置の更に他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】従来の内面溝付管製造装置の構成を示す断面図である。
【図６】図５の溝付管加工装置のフローティングプラグ及び引抜ダイス部と金属管との接触部の詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  金属管
２  フローティングプラグ
３  タイロッド
４  溝
５  溝付プラグ
６  押圧手段
７，８，９  引抜ダイス
１０  溝
１１  内面溝付管
１２  フローティングプラグ
１３  タイロッド
１４  金属管
【図１】
2005138149.tif 000003
【図２】
2005138149.tif 000004
【図３】
2005138149.tif 000005
【図４】
2005138149.tif 000006
【図５】
2005138149.tif 000007
【図６】
2005138149.tif 000008