(57)【要約】    【課題】  製造工程における素管の破断を防止することができる内面溝付管の製造方法を提供する。    【解決手段】  素管１の内部に保持プラグ２、プラグ軸４及び溝付プラグ５ａ及び５ｂを配置する。素管１の外側の溝付プラグ５ａ及び５ｂに整合する位置には、夫々ワークロール１６ａ及び１６ｂを配設し、このワークロール１６ａ及び１６ｂに転接するようにバックアップロール１８ａ及び１８ｂを配設する。更に、ワークロール１６ａとワークロール１６ｂとの間にはサイジングダイス８ａを配置し、ワークロール１６ｂより管引き抜き方向下流側にはサイジングダイス８ｂを配置する。そして、素管１を引き抜くことにより、内面溝付管１９を製造する。その際、ワークロール１６ａの周速度Ｖｒ１及びワークロール１６ｂの周速度Ｖｒ２と、サイジングダイス８ｂを通過直後の引き抜き速度Ｖｔとの比Ｒを１．２乃至５．０の範囲内にする。【選択図】    図１
2005040844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に引き抜かれる金属管の管外に配置された保持ダイス及び管内に配置され前記保持ダイスに係合する保持プラグにより前記金属管を縮径加工する工程と、前記保持プラグのプラグ軸に回転可能に軸支され外面に溝が形成された溝付プラグと前記金属管の外面に回転軸が相互に平行で前記金属管の管軸方向に直交するように配置された１対の圧延ロールとにより前記金属管を前記溝付プラグに押圧して前記金属管の内面に溝を形成する工程と、サイジングダイスにより前記金属管に縮径加工を施す工程と、を有し、前記圧延ロールの回転周速度Ｖｒと金属管の引き抜き方向の最も下流側に配置されたサイジングダイスを通過した直後の金属管の引き抜き速度Ｖｔとの速度比Ｒ（＝Ｖｒ／Ｖｔ）が１．２乃至５．０であることを特徴とする内面溝付管の製造方法。
【請求項２】
前記速度比Ｒが１．５乃至３．５であることを特徴とする請求項１に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項３】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部が前記金属管の引き抜き方向に沿って複数段配置され、前記転造部の間にはサイジングダイスが配置され、前記溝を形成する工程及び前記サイジングダイスにより縮径加工する工程が複数回行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項４】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部は金属管の引き抜き方向に２段配置され、各転造部における圧延ロール対の対向方向は相互に直交し、少なくとも一方の圧延ロール対はこの直交する基本位置からその対向方向を角度θだけ変化させることができることを特徴とする請求項３に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項５】
前記角度θは０乃至９０°の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項６】
前記圧延ロール対には、前記圧延ロールより大径の１対のバックアップロールが転接されており、このバックアップロールにより前記圧延ロールが前記金属管方向に押圧されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内面溝付管の製造方法。
【請求項７】
前記圧延ロール及び前記サイジングダイスにおける前記金属管に接する面に潤滑油を塗布することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内面溝付管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面溝付管の製造方法に関し、特に、ルームエアコン、パッケージエアコン又は自動販売機等に使用される熱交換器に組み込まれる伝熱管として好適なシームレス内面溝付管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面溝付管は、エアコンディショナ等に使用される空冷式熱交換器に組み込まれる伝熱管として使用されている。内面溝付管には、転造加工により製造されるシームレス内面溝付管及び高周波誘導溶接等により製造される溶接内面溝付管の２種類がある。溶接内面溝付管は、溶製後の鋳塊を一旦板材に成形し、この板材に溝ロールにより溝加工を施し、その後ロールフォーミングにより前記板材を円弧状に丸め、高周波誘導溶接又はＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接により管に成形することにより製造される。一方、シームレス内面溝付管は、溶製後の鋳塊に押し出し加工、圧延加工及び抽伸加工を施すことにより直接管を成形し、この管に溝加工を施すことにより製造される。このため、シームレス内面溝付管は、溶接内面溝付管よりも製造に要する工程が少なく、生産性において溶接内面溝付管よりも優れている。また、溶接内面溝付管の製造においては、生産性を向上させるために加工速度を増加すると、溶接品質の安定性が低下すると共に、高電流を加熱コイルに流すことになるため、加熱コイルの寿命が短くなる。更に、電力消費量が大きくなり、製造コストがかえって増大する。
【０００３】
シームレス内面溝付管の製造方法には、ボール転造による製造方法とロール加工による製造方法とがある。先ず、ボール転造による内面溝付管の製造方法（以下、ボール転造法という）を説明する。素材には、光輝焼鈍又はインダクションヒーターによる焼鈍により調質された焼鈍材（Ｏ材）からなる素管を使用する。この素管の内部に、外面に溝が形成された溝付プラグを挿入すると共に、前記素管の外面に転接して遊星回転する転造ボールを前記溝付プラグに対応する位置に配置する。転造ボールの遊星回転は磁気浮上式高速モータにより行う。そして、この転造ボールにより前記素管を前記溝付プラグに向けて押圧すると共に、前記素管を引き抜くことにより、溝付プラグは管軸を中心に回転し、前記素管の内面全体に前記溝付プラグの溝が転写され、溝が形成される。
【０００４】
しかしながら、前述のボール転造法には以下に示すような問題点がある。先ず、ボール転造法においては、転造ボールを高速で回転させるために磁気浮上式高速モータを使用する必要がある。この磁気浮上式高速モータは極めて高価な装置であるため、設備コストが高くつくという問題点がある。
【０００５】
また、ボール転造法において、シームレス内面溝付管の生産性を向上させ、製造コストを低減するためには、管の引き抜き速度を速くする必要がある。一方、ボール転造法において、管内面の溝成形性に影響を及ぼす因子の一つに加工ピッチ（１個のボールが１公転する間に進む素管の長さ）がある。この加工ピッチを従来と同程度にして溝成形性を維持しながら引き抜き速度を速くするためには、転造ボールの公転速度を早くする必要がある。しかしながら、通常の磁気浮上式高速モータにおいては、回転速度の上限値は約３０，０００回転／分である。このため、管の加工ピッチが１回転当たり２ｍｍである場合、引き抜き速度の上限値は約６０ｍ／分となる。現有する最高速度の磁気浮上式高速モータにおいても、回転速度は約４５,０００回転／分が限界であり、従って、引き抜き速度は約９０ｍ／分が限界である。このため、ボール転造法においては、管の引き抜き速度をあまり速くすることができず、生産性の向上にも限界がある。
【０００６】
更に、ボール転造法においては、素管として焼鈍材（Ｏ材）を使用する必要がある。これは、ボール転造法は、公転する転造ボールにより素管を管径方向に変形させるため、素管が焼鈍材のように軟質な材料によって構成されていないと、素管が十分に変形することができず、溝を形成できないためである。このため、ボール転造法によりシームレス内面溝付管の製造する場合、ボール転造を行う前に素管を焼鈍材により構成する必要があり、製造コストが高くつく。なお、溶接管を使用する場合、焼鈍を行っていない材料（Ｈ材）でも溝形成は可能であるが、溝ロールに欠損を生じやすく、かえってコストアップになるため、溝成形性の向上を考慮して、溝圧延前の素条を焼鈍材により構成することが好ましい。
【０００７】
このように、ボール転造法によるシームレス内面溝付管の製造は、溶接内面溝付管の製造よりは製造コストを低減できるものの、製造設備に磁気浮上式高速モータを設ける必要があるため設備コストが高くなり、また、管の引き抜き速度を速くすることが困難であり、製造コストの低減には限界がある。
【０００８】
更にまた、ボール転造法においては、管の材料が溝付プラグの外面に刻まれた溝に流れ込みながら管が引き抜かれるため、管の引き抜きに伴い溝付プラグが回転する。この回転により、溝付プラグの管に対する相対的な移動が潤滑に行われる。しかしながら、溝付きプラグの溝のリード角、即ち、溝付プラグの側面における軸方向に平行な直線と溝が延びる方向とのなす角度を０゜（管の引き抜き方向に平行）にすると、溝付プラグが回転しなくなり、管の破断が生じる。このため、ボール転造法においては、管内面に管軸方向に平行な溝を形成することが困難である。
【０００９】
更にまた、１個の溝付プラグの外面に相互に異なるリード角を有する複数個の溝を形成しても、溝付プラグは回転できなくなる。このため、ボール転造法により管内面に交差溝を形成することはできない。更にまた、溝付プラグの外面にリード角は等しいがピッチが異なる溝を形成した場合、この溝付プラグは管の引き抜きに伴って回転することはできる。しかしながら、転造ボールが公転する際、この公転に伴って管の材料が管周方向に移動して溝付プラグの溝に流れ込み、管内面に溝を形成するため、公転ボールが溝付プラグにおける溝が密な領域から溝が疎な領域に移動したときに、管の材料の逃げ場がなくなってしまう。この結果、管内面に形成される溝形状が不安定になったり、引き抜き荷重が変動することにより管の破断を生じたりする。
【００１０】
更にまた、転造加工を２回行うことにより、管内面に交差溝及びピッチが異なる溝を形成することが原理的に可能となるが、実際には、２回目の転造加工において溝付プラグに印加される負担が大きくなりすぎ、溝付プラグが欠損しやすくなる。このため、２回の転造加工により管内面に交差溝又はピッチが異なる溝を形成することは、実際上は極めて困難である。
【００１１】
更にまた、ボール転造法においては、管内面を管周方向において複数の領域に分割し、夫々の領域において異なる種類の溝を形成又は一部の領域にのみ溝を形成し、残りの領域には溝を形成しないことは不可能である。このように、ボール転造法においては、管の内面にリード角及びピッチが一定な単純な螺旋溝しか形成できず、管内面に形成できる溝パターンの自由度が極めて小さいという問題点がある。
【００１２】
これらの問題点を解決する手段として、ロール加工によるシームレス内面溝付管の製造方法がある（例えば、特許文献１乃至３参照。）。ロール加工によるシームレス内面溝付管の製造方法（以下、ロール転造法という）を以下に説明する。
【００１３】
図１０は従来のロール転造法によるシームレス内面溝付伝熱管の製造装置及び製造方法を示す断面図であり、図１１は図１０に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図であり、図１２は図１１に示すＡ−Ａ線による断面図である。図１０に示すように、銅又は銅合金（以下、総称して銅という）からなる素管１の内部に、保持プラグ２が挿入されている。保持プラグ２の形状は、管供給側（上流側）の外径が素管１の内径よりやや小さく、管 引き抜き側（下流側）の外径は管供給側の外径よりも小さくなっている。保持プラグ２と整合する位置における素管１の外面には、保持プラグ２と共に素管１を縮径加工する保持ダイス３が配置されている。また、保持プラグ２にはプラグ軸４を介して溝付プラグ１５が連結されている。溝付プラグ１５の外周面には、素管１の内周面に形成すべき形状の溝が加工されている。溝付プラグ１５はプラグ軸４を軸として自在に回転することができる。
【００１４】
そして、素管１の外側における溝付プラグ１５に整合する位置には、１対の圧延ロール６が素管１の外面に転接するように配設されている。各圧延ロール６は自転することができ、その回転軸の方向は素管１の管軸方向に直交している。なお、溝付プラグ１５及び圧延ロール６により転造部１７が構成されている。また、転造部１７の管 引き抜き方向下流側には、内面に溝が形成された素管１の外径を所定の寸法に縮径加工するサイジングダイス８が設けられている。
【００１５】
図１１に示すように、管引き抜き方向において、圧延ロール６の回転軸は、溝付プラグ１５の長手方向中心付近に位置している。そして、図１２に示すように、圧延ロール６の形状はロール中央部の直径がロール両端部の直径よりも小さい鼓形であり、この圧延ロール６の回転軸を含む断面において、側縁の形状が素管１の外面形状に略整合するようになっている。即ち、圧延ロール６の側面の曲率半径は素管１の外面の曲率半径と略等しくなっている。
【００１６】
次に、従来の内面溝付管の製造方法について説明する。図１０に示すように、先ず、素管１の内部における保持プラグ２の上流側に抽伸油１０を充填する。そして、素管１を保持プラグ２及び保持ダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１の外面を、この外面に転接して自転する圧延ロール６によって押圧することによって縮径すると共に、溝付プラグ１５に向けて押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ１５の溝が転写される。このとき、溝付プラグ１５はプラグ軸４を介して保持プラグ２に連結されており、保持プラグ２は素管１の 引き抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に係止しているため、溝付プラグ１５も圧延ロール６と整合する位置に停止している。次に、転造部１７を通過した内面に溝が形成された素管１は、サイジングダイス８により更に縮径されると共に管軸直交断面の形状が真円形となるように成形され、所定の外径を有する内面溝付管９となる。
【００１７】
このように、ロール転造法においては、転造ボールを使用しないため、転造ボールを回転させるための磁気浮上式高速モータが不要である。このため、設備コストを抑えることができる。また、転造ボールを使用しないため、管の引き抜き速度が転造ボールの公転速度によって決定されることがない。このため、管の引き抜き速度を向上させ、生産性を向上させることができる。
【００１８】
【特許文献１】特公平３−５８８２号公報  （第２−４頁、第１図）
【特許文献２】特開平１−９９７１３号公報  （第２−５頁、第１図）
【特許文献３】特開平４−３０２９９９号公報  （第３−４頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、前述の従来の技術には、以下に示す問題点がある。従来のロール転造法においては、溝成形性の向上、即ち、深い溝を管内面に広範囲に成形するために、圧延荷重（ロール押し付け荷重）を大きくすると、圧延ロール６及び溝付プラグ１５により素管１を拘束する力、並びに圧延ロール６と素管１との摩擦力が増大して、引き抜き荷重が増大する。そして、この引き抜き荷重が素管１の材料破断荷重を超えると、素管１が破断するという問題点がある。
【００２０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、製造工程における素管の破断を防止することができる内面溝付管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る内面溝付管の製造方法は、軸方向に引き抜かれる金属管の管外に配置された保持ダイス及び管内に配置され前記保持ダイスに係合する保持プラグにより前記金属管を縮径加工する工程と、前記保持プラグのプラグ軸に回転可能に軸支され外面に溝が形成された溝付プラグと前記金属管の外面に回転軸が相互に平行で前記金属管の管軸方向に直交するように配置された１対の圧延ロールとにより前記金属管を前記溝付プラグに押圧して前記金属管の内面に溝を形成する工程と、サイジングダイスにより前記金属管に縮径加工を施す工程と、を有し、前記圧延ロールの回転周速度Ｖｒと金属管の引き抜き方向の最も下流側に配置されたサイジングダイスを通過した直後の金属管の引き抜き速度Ｖｔとの速度比Ｒ（＝Ｖｒ／Ｖｔ）が１．２乃至５．０であることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、速度比Ｒを１．２以上にすることにより、圧延ロールと金属管との間に働く摩擦力を低減することができる。これにより、前記金属管の引き抜き荷重が低減されるため、加工中に前記金属管が破断することを防ぐことができる。また、前記速度比Ｒを５．０以下にすることにより、前記圧延ロールにより前記金属管が押し出されることにより生じる皺を低減することができる。
【００２３】
前記速度比Ｒは、１．５乃至３．５であることが好ましい。これにより、加工性が安定し、表面に皺のない内面溝付管を製造することができる。
【００２４】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部は、金属管の引き抜き方向に沿って複数段配置され、前記転造部の間にはサイジングダイスが配置され、前記溝を形成する工程及び前記サイジングダイスにより縮径加工する工程が複数回行われてもよい。これにより、金属管内面に溝をより均一に形成することができる。また、金属管の内面に複数種類の溝を形成することができる。
【００２５】
前記溝付プラグ及び前記圧延ロール対からなる転造部は、例えば、金属管の引き抜き方向に２段配置され、各転造部における圧延ロール対の対向方向は相互に直交し、少なくとも一方の圧延ロール対はこの直交する基本位置からその対向方向を角度θだけ変化させることができる。この角度θは、例えば、０乃至９０°の範囲である。これにより、金属管内面に溝をより均一に形成することができる。
【００２６】
前記圧延ロール対には、前記圧延ロールより大径の１対のバックアップロールが転接されていてもよく、このバックアップロールにより前記圧延ロールが前記金属管方向に押圧される。これにより、前記圧延ロールにより前記金属管を均一に押圧することができる。
【００２７】
前記圧延ロール及び前記サイジングダイスにおける前記金属管に接する面には、潤滑油を塗布することができる。これにより、前記圧延ロール及び前記サイジングダイスと前記金属管との間に働く摩擦力が低くなり、引き抜き荷重が低減されるため、加工中に前記金属管が破断することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ワークロールの周速度Ｖｒと、サイジングダイスを通過した直後の管の引き抜き速度Ｖｔとの速度比Ｒ（＝Ｖｒ／Ｖｔ）を１．２乃至５．０の範囲にすることにより、圧延ロールと素管との間の動摩擦係数μを低減することができる。これにより、加工中の引き抜き荷重が前記素管材料の破断荷重より低い状態に保たれるため、素管の破断を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明者等は、ロール転造法における素管破断を防止するために鋭意実験研究を行った結果、以下に示す知見を得た。一般的な抽伸加工においては、加工率の低減及び潤滑性の向上により抽伸荷重を小さくすることができるが、これらは、ロール圧延に対しては効果がない。このため、ロール転造法に適用しても十分な効果が得られず、引き抜き荷重が素管材料の破断荷重を超えて素管の破断が生じる。そこで、本発明者等は、圧延ロールの周速度を素管の引き抜き速度より速くすることにより、圧延ロールと素管との間に働く摩擦力（動摩擦係数μ）を低減することができることを見出した。これにより、引き抜き荷重を素管材料の破断荷重より小さくすることができるため、加工中の素管破断を防止することができる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係る内面溝付管の製造方法について、添付の図面を参照して具体的に説明する。本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、ロール転造法によりシームレス内面溝付伝熱管を製造する。図１は本発明の実施形態の内面溝付管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。なお、図１に示す構成要素のうち、図１０乃至１２に示す従来の装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態の内面溝付管の製造方法に使用される製造装置は、保持プラグ２に、プラグ軸４を介して溝付プラグ５ａと、この溝付プラグ５ａより小径の溝付プラグ５ｂとが連結されている。これら溝付プラグ５ａ及び５ｂは、相互に回転可能に取り付けられており、その外面には素管１の内面に形成すべき形状の溝が加工されている。また、溝付プラグ５ａ及び５ｂは、超微粒子超合金により構成されていることが好ましく、例えば、直径が０．５μｍ以下のタングステンカーバイド（ＷＣ）の微粒子を含む超微粒子合金であることがより好ましい。
【００３２】
また、素管１の外側における溝付プラグ５ａに整合する位置には相互に平行な回転軸を有する１対のワークロール（圧延ロール）１６ａが、溝付プラグ５ｂに整合する位置には相互に平行な回転軸を有する１対のワークロール１６ｂが、夫々素管１の外面に転接するように配設されている。ワークロール対１６ａ及び１６ｂは、それらの回転軸が延びる方向が素管１の管軸方向に直交し、更にワークロール対１６ａの対向方向とワークロール対１６ｂの対向方向とが相互に直交する位置（以下、この位置を基本位置という）に配置されている。そして、この製造装置においては、ワークロール対１６ａ及び１６ｂのうち少なくとも一方ワークロール対の対向方向を、前述の基本位置から角度θだけ変化させることができる。この角度θは、例えば、０乃至９０°の範囲である。また、ワークロール１６ａ及び１６ｂは自転することができ、その形状は両端部が太く中央部が細い鼓形である。なお、本製造装置においては、回転軸を含む断面において、その側面の曲率半径は素管１の外面の半径と略等しくなっており、それらの側縁形状は素管１の外面形状に略整合し、ワークロール１６ａ及び１６ｂは素管１に略均等に線接触している。
【００３３】
更に、このワークロール１６ａより大径で、ワークロール１６ａを素管１方向に押圧する１対のバックアップロール１８ａが、ワークロール１６ａに転接するように配置されている。同様に、ワークロール１６ｂより大径で、ワークロール１６ｂを素管１方向に押圧する１対のバックアップロール１８ｂが、ワークロール１６ｂに転接するように配設されている。このように、バックアップロールでワークロールを押圧することにより、素管１に均一に力を加えることができる。前述のワークロール及びバックアップロールは、例えば、超硬合金又はＳＵＪ−２等のベアリング鋼により構成することができる。なお、溝付プラグ５ａ、ワークロール対１６ａ及びバックアップロール対１８ａにより転造部７ａが形成され、溝付プラグ５ｂ、ワークロール対１６ｂ及びバックアップロール対１８ｂにより転造部７ｂが形成されている。
【００３４】
そして、１段目の転造部７ａと２段目の転造部７ｂとの間には、素管１を成形するサイジングダイス８ａが設けられており、２段目の転造部７ｂの管引き抜き方向下流側には、内面に溝が形成された素管１の外径を所定の寸法に加工するサイジングダイス８ｂが設けられている。即ち、本実施形態の内面溝付管の製造方法で使用される製造装置は、圧延ロールが２段設けられたダンデム圧延方式の装置である。また、保持ダイス３、ワークロール１６ａ及び１６ｂ並びにサイジングダイス８ａ及び８ｂの素管１に接触する面には、潤滑油が塗布されている。なお、この製造装置における上記以外の構成は、図１０乃至１２に示す従来の製造装置と同様である。
【００３５】
本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、前述の如く構成された製造装置の所定の位置に素管１を設置する。この素管１を形成する材料は、管に加工可能な金属であれば何でもよいが、例えば、伝熱性及び加工性が良好な銅又は銅合金等が使用される。また、調質は、例えば、引張強度が３５０Ｎ／ｍｍ２を超える程度のＨ材とする。次に、素管１の内部における保持プラグ２の上流側に抽伸油１０を充填する。そして、素管１に対して引き抜き方向に向かう引抜力を印加して、素管１を引き抜く。
【００３６】
これにより、素管１は保持プラグ２及び保持ダイス３により縮径された後、１段目の転造部１７ａにおいて溝付プラグ５ａ及びワークロール１６ａにより、縮径されると共に内面に溝が形成される。このとき、転造部７ａで溝付加工された素管１は、転造部７ａに設けられた溝付プラグ５ａの回転により多少ねじられる。一般に、２段目の転造部７ｂは、転造部７ａで溝が形成されない領域に溝を形成するために設置される。例えば、転造部７ａで素管１の上側及び下側の半分に溝加工が行われる場合、素管１に捻れがないのであれば、ワークロール１６ａの回転軸線と、ワークロール１６ｂの回転軸線は、素管１の引き抜き方向に垂直な断面において、９０°の角度をなしていればよい。ところが、実際には、上述のように、転造部７ａで溝付加工された素管１は、転造部７ｂの位置に達したとき、捻れにより溝の形成されていない領域がずれている。そこで、本実施形態の内面溝付管の製造方法において使用される製造装置においては、転造部７ｂにおいて転造部７ａで溝が形成されていない領域に溝を形成されるように、ワークロール対１６ａ及び１６ｂのうち少なくとも一方ワークロール対の対向方向を、前述の基本位置から角度θだけ変化させる。この角度θは、形成される溝形状及び加工条件等を考慮して、０乃至９０°の範囲内で適宜設定することができる。
【００３７】
その後、素管１はサイジングダイス８ａにより管軸直交断面が真円形になるように成形される。次に、転造部７ｂにおいて、素管１は溝付プラグ５ｂ及び１対のワークロール１６ｂにより、縮径されると共に内面に溝が形成され、サイジングダイス８ｂにより更に縮径されると共に成形され、内面溝付管１９になる。このとき、溝付プラグ５ａ及び５ｂは、プラグ軸４を介して保持プラグ２に連結されており、この保持プラグ２は素管１の引き抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に係止されているため、溝付プラグ５ａ及び５ｂもワークロール１６ａ及び１６ｂと整合する位置に停止している。
【００３８】
また、本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、サイジングダイス８ｂを通過した後の内面溝付管１９の引き抜き速度Ｖｔより、ワークロール１６ａのロール周速度Ｖｒ１及び／又はワークロール１６ｂのロール周速度Ｖｒ２を速くしている。これにより、ワークロール１６ａ及び１６ｂと素管１との間に発生する摩擦力を低減することができ、素管１の引き抜き荷重を低減することができる。この結果、加工中に素管１が破断することを確実に防止することができる。図２（ａ）はワークロールの回転軸を含み管引き抜き方向に対して垂直な断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。本実施形態におけるロール周速度とは、ワークロール１６を素管１の引き抜き方向に直交する断面で見た場合に、素管と接触する円弧部２０間の最小距離をロール接触直径とし、このロール接触直径における周速度をロール周速度とする。
【００３９】
特に、ロール周速度Ｖｒ１及びロール周速度Ｖｒ２と内面溝付管１９の引き抜き速度Ｖｔとの速度比Ｒは、１．２乃至５．０であることが好ましい。この速度比Ｒは１．５乃至３．５であることがより好ましい。
【００４０】
図３は横軸に速度比Ｒをとり、縦軸に破断発生頻度をとって、速度比Ｒと破断発生頻度との関係を示すグラフ図である。また、図４は横軸に速度比Ｒをとり、縦軸に荷重比Ｓをとって、速度比Ｒと荷重比Ｓとの関係を示すグラフ図である。更に、図５は横軸に速度比Ｒをとり、縦軸に皺発生率をとって、速度比Ｒと皺発生率との関係を示すグラフ図である。図３乃至５は、本実施形態の製造方法により、外径が１０ｍｍ、長さが２０００ｍの素管を、リード角が３°、最大溝深さが０．１ｍｍ、山頂角が１００°である螺旋形状の溝が形成された外径が７ｍｍの内面溝付管にする加工を２０回行った場合の結果であり、図３に示す破断発生頻度は、２０回加工を行ったときの破断回数より算出している。また、図４に示す荷重比Ｓは、引き抜き荷重Ｆｄと破断荷重Ｆｂとの比（Ｆｄ／Ｆｂ）であり、この荷重比Ｓが１．０を超えると破断が発生しやすくなる。更に、図５に示す皺発生率は、加工長さに対する皺が発生している長さの割合であり、この皺には軽微な皺も含まれている。なお、内面溝付管１９の引き抜き速度Ｖｔ及び引き抜き荷重Ｆｄはロードセルにより測定し、破断荷重Ｆｂは加工後の内面溝付管を使用して引張試験機により測定している。
【００４１】
図３及び図４に示すように、速度比Ｒが１．０以下では、荷重比Ｓが１．０以上になり、破断の発生頻度が９０％以上になる。これは、外乱の影響を受けるためであり、サイジングダイスの出側で最も破断が発生しやすくなる。一方、速度比Ｒが１．０を超えると、引き抜き荷重Ｆｄが急激に低下して荷重比Ｓが１．０を下回る。そして、速度比Ｒが１．２以上になると、荷重比Ｓが０．９以下になり、破断発生頻度が１５％以下になって、加工が安定する。更に、速度比Ｒが１．５以上になると、外乱による破断への影響がより低減し、破断頻度が１０％以下に低下する。
【００４２】
また、図５に示すように、速度比Ｒが５．０を超えると、皺発生率が４０．０％を超えて、成形された内面溝付管１９の表面にロールによる皺が多発する。一方、速度比Ｒを５．０以下にすると、皺発生率が４０％より低くなり、速度比Ｒを４．０以下にすると皺発生率が１０％より低くなって、皺の発生が軽微になる。更に、速度比Ｒを３．５以下にすると皺は発生しなくなる。この皺は、ロールが材料を引き抜き速度以上の速度で押し出すために生じるものであり、例えば、皺がヘアピントップになるように曲げ加工されると、管が割れる虞がある。但し、皺発生率が４０％以下であれば、皺による内面溝付管の表面の凹凸が小さいため、管の割れは発生しない。
【００４３】
図６（ａ）は速度比Ｒが２．５で製造された内面溝付管の側面図であり、図６（ｂ）はその断面図である。また、図７（ａ）は速度比Ｒが５．０で製造された内面溝付管の側面図であり、図７（ｂ）はその断面図である。更に、図８（ａ）は速度比Ｒが７．５で製造された内面溝付管の側面図であり、図８（ｂ）はその断面図である。更にまた、図９（ａ）は速度比Ｒが１０．０で製造された内面溝付管の側面図であり、図９（ｂ）はその断面図である。図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、速度比Ｒが本発明の範囲より速い７．５で加工した場合、内面溝付管の表面に軽微な凹凸が発生し、目視でも皺が確認できる。更に、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、速度比Ｒが１０．０になると、内面溝付管の表面に明らかな凹凸が発生し、目視で波状の皺が確認できるようになる。一方、速度比Ｒを本発明の範囲内の５．０にすると、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、内面溝付管の表面の凹凸がなくなり、皺の発生が軽微になる。更に、速度比Ｒが２．５の場合は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、皺は発生しない。このため、本実施形態の製造方法においては、ロール周速度Ｖｒ１及びロール周速度Ｖｒ２と内面溝付管１９の引き抜き速度Ｖｔとの速度比Ｒを１．２乃至５．０にする。
【００４４】
本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、２個の転造部を有するタンデム圧延方式の装置を使用する場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、転造部が１個のシングル圧延方式の装置を使用することもできる。また、その転造部についても、本実施形態においては、溝付きプラグ、ワークロール及びバックアップロールにより構成されている場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１０に示す従来の製造装置のように、バックアップロールを使用せずに、溝付プラグ及びワークロール（圧延ロール）により構成されていてもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。
【００４６】
第１実施例
本発明の第１実施例として、前述の実施形態において示したタンデム圧延方式の製造装置により、速度比Ｒを変えて、松葉形状の溝が形成された内面溝付管を製造した。その際の加工条件を表１に、加工後の外径及び溝形状を表２に示す。
【００４７】
【表１】
2005040844.tif 000003
【００４８】
【表２】
2005040844.tif 000004
【００４９】
速度比が本発明の範囲内である実施例１乃至８及び本発明の範囲から外れる比較例１乃至６の内面溝付管について、皺及び破断が発生したか否かを評価した。その結果を表３に示す。なお、下記表３に示す引き抜き速度Ｖｔは、図１に示すように、抽伸機２２より管引き抜き方向上流側にロードセル２１を設置し、このロードセル２１で測定した。
【００５０】
【表３】
2005040844.tif 000005
【００５１】
上記表３に示すように、速度比Ｒが本発明の範囲より小さい比較例１、比較例２、比較例４及び比較例５では、ワークロールと素管との間の動摩擦係数μが高くなり、引き抜き荷重が素管材料の破断荷重を超えて、加工中に素管が破断した。また、速度比Ｒが本発明の範囲より大きい比較例３及び比較例６では、素管の破断は発生しなかったが、ロール周速度が速いためワークロールにより材料が引き抜き方向に押し出され、内面溝付管の表面に多数の皺が発生した。一方、本発明の範囲内である実施例１乃至６においては、素管が破断することなく２０００ｍ加工することができた。特に、速度比Ｒが３．５以下である実施例１乃至３、実施例５及び実施例６においては、皺がない優れた内面溝付管を製造することができた。
【００５２】
第２実施例
本発明の第２実施例として、図１０に示すシングル圧延方式の製造装置により、速度比Ｒを変えて、管内にシングル形状の溝が形成された内面溝付管を製造した。この内面溝付管の外径及び溝形状を表４に示す。また、加工条件は前述の第１実施例と同様にした。本実施例において製造した内面溝付管を、前述の第１実施例と同様の方法で評価を行った。その結果を表５に示す。
【００５３】
【表４】
2005040844.tif 000006
【００５４】
【表５】
2005040844.tif 000007
【００５５】
上記表５に示すように、シングル圧延方式の製造装置を使用した場合においても、本実施形態の範囲内である実施例９乃至１６においては、素管が破断することなく内面溝付管を製造することができた。特に、速度比Ｒが３．５以下である実施例９乃至１１、実施例１４及び実施例１５においては、表面に皺がない内面溝付管を製造することができた。一方、速度比Ｒが本発明の範囲より小さい比較例７及び比較例８においては、ワークロールと素管との間の動摩擦係数μが大きくなり、引き抜き荷重が素管材料の破断荷重を超えたため、加工中に素管が破断した。また、速度比Ｒが本発明の範囲より大きい比較例９では、製造された内面溝付管の表面に多数の皺が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態の内面溝付管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。
【図２】（ａ）はワークロールの回転軸を含み引き抜き方向に対して垂直な断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。
【図３】横軸に速度比Ｒをとり、縦軸に破断発生頻度をとって、速度比Ｒと破断発生頻度との関係を示すグラフ図である。
【図４】横軸に速度比Ｒをとり、縦軸に荷重比Ｓをとって、速度比Ｒと荷重比Ｓとの関係を示すグラフ図である。
【図５】横軸に速度比Ｒをとり、縦軸に皺発生率をとって、速度比Ｒと皺発生率との関係を示すグラフ図である。
【図６】（ａ）は速度比Ｒが２．５で製造された内面溝付管の側面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図７】（ａ）は速度比Ｒが５．０で製造された内面溝付管の側面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図８】（ａ）は速度比Ｒが７．５で製造された内面溝付管の側面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図９】（ａ）は速度比Ｒが１０．０で製造された内面溝付管の側面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図１０】従来のロール転造法によるシームレス内面溝付管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図である。
【図１２】図１１に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１；素管
２；保持プラグ
３；保持ダイス
４；プラグ軸
５ａ、５ｂ、１５；溝付プラグ
６；圧延ロール
７ａ、７ｂ、１７；転造部
８、８ａ、８ｂ；サイジングダイス
９、１９；内面溝付管
１０；抽伸油
１１；円柱部
１２；テーパ部
１６、１６ａ、１６ｂ；ワークロール
１８ａ、１８ｂ；バックアップロール
２０；素管１と接触する円弧部
２１；ロードセル
２２；抽伸機
２３；チャック
【図１】
2005040844.tif 000008
【図２】
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【図３】
2005040844.tif 000010
【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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