(57)【要約】    【課題】  製造工程における素管の破断を防止し、溝成形性が優れた内面溝付管及びそ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が配置されたタンデム方式の製造装置を使用し、素管１を加工するロール転造法において、保持ダイス３における加工率Ｄ１を１９％以下、それ以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における加工率Ｄ２を夫々１０％以下、且つ総加工率ＤＴを３５％以下にする。【選択図】    図１
2005103602.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を縮径加工しながら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、前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工における前記金属管の加工率Ｄ１が１９％以下であり、前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における前記金属管の加工率Ｄ２が夫々１０％以下であり、且つ最終縮径加工後の総加工率ＤＴが３５％以下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】
前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における前記金属管の加工率Ｄ２が１乃至５％であり、且つ前記総加工率ＤＴが３０％以下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る縮径加工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】
前記保持ダイス、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供給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。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内面溝付管の製造方法により製造され、引張強さが４３０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする内面溝付管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面溝付管及びその製造方法に関し、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及びそ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、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接又は高周波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、溶製後の鋳塊から直接管を成形し、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、前記素管を抽伸することにより、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、管の抽伸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抽伸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３０，０００ｒｐｍ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、抽伸速度の上限値は約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４５,０００ｒｐｍが限界であり、従って、抽伸速度は約９０ｍ／分が限界である。このため、ボール転造法においては、管の抽伸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、素管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、管の抽伸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、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２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３は図２に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図であり、図４は図３に示すＡ−Ａ線による断面図である。図２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３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４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２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、管の抽伸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、管の抽伸速度を向上させ、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し、溝成形性が優れた内面溝付管及びそ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】
本願第１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を縮径加工しながら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、前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工における前記金属管の加工率Ｄ１が１９％以下であり、前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における前記金属管の加工率Ｄ２が夫々１０％以下であり、且つ最終縮径加工後の総加工率ＤＴが３５％以下であることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工における前記金属管の加工率Ｄ１を１９％以下にし、前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における前記金属管の加工率Ｄ２を夫々１０％以下にし、且つ最終縮径加工後の総加工率ＤＴを３５％以下にすることにより、前記金属管を引き抜くための引き抜き応力を前記金属管の引張り強さより小さくすることができる。これにより、前記金属管を破断することなく加工することができる。
【００２３】
前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における前記金属管の加工率Ｄ２が１乃至５％であり、且つ前記総加工率ＤＴが３０％以下であることが好ましい。これにより、引き抜き荷重がより低くなるため、ロール押し付け荷重を高くすることができ、溝成形が向上する。
【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る縮径加工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、０乃至９０°の範囲であることが好ましい。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。
【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】
前記保持ダイス、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供給することができる。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。
【００２８】
本願第２発明に係る内面溝付管は、前述の内面溝付管の製造方法により製造され、引張強さが４３０Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする。本発明においては、管の破断がより発生しにくくなり、ロール押し付け荷重を高くすることができるため、溝成形性が向上する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工における加工率Ｄ１を１９％以下とし、前記保持ダイス及び前記保持プラグによる縮径加工以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における加工率Ｄ２を夫々１０％以下にし、且つ総加工率ＤＴを３５％以下にすることにより、引き抜き荷重を管の引張強さ以下にすることができるため、管を破断させずに加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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２乃至４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。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、潤滑油が供給されている。なお、この製造装置における上記以外の構成は、図２乃至４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のＨ材が使用され、特に、ＪＩＳ  Ｈ  ３３００で規定されているＣ１２０１及びＣ１２２０等が好適である。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、管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、保持プラグ２及び保持ダイス３による加工率Ｄ１を１９％以下にし、転造部７ａ及び７ｂ並びにサイジングダイス８ａ及び８ｂによる加工率Ｄ２を夫々１０％以下にし、且つ素管１の総加工率ＤＴを３５％以下にする。本実施形態における加工率とは、縮径加工後における素管１の断面積減少率を示し、縮径加工前の断面積をＳ１、縮径加工又は縮径及び圧延加工後の断面積をＳ２とすると、下記数式１により求められる。
【００３９】
【数１】
2005103602.tif 000003
【００４０】
なお、総加工率ＤＴは、加工前の素管１の断面積を断面積Ｓ１とし、最終縮径加工後の内面溝付管の断面積を断面積Ｓ２として、上記数式１により求められる。なお、断面積Ｓ１及び断面積Ｓ２は、例えば、加工前後の素管１の質量及び外径を測定して夫々の単位質量を求め、この単位質量を比重で除することにより求められる。
【００４１】
即ち、図１に示すタンデム方式の製造装置の場合、加工前の素管１の断面積をＳａ、保持ダイス３により縮径加工された直後の断面積をＳｂとすると、断面積Ｓａから断面積Ｓｂへの減少率（保持ダイス３による加工率Ｄ１）を１９％以下にする。また、ワークロール１６ａにより縮径及び圧延加工された直後の断面積をＳｃ、サイジングダイス８ａにより縮径加工された直後の断面積をＳｄ、ワークロール１６ｂにより縮径及び圧延加工された直後の断面積をＳｅ、サイジングダイス８ｂにより縮径加工された（最終縮径加工）直後の断面積をＳｆとすると、断面積Ｓｂから断面積Ｓｃへの減少率（ワークロール１６ａによる加工率Ｄ２）、断面積Ｓｃから断面積Ｓｄへの減少率（サイジングダイス８ａによる加工率Ｄ２）、断面積Ｓｄから断面積Ｓｅへの減少率（ワークロール１６ｂによる加工率Ｄ２）及び断面積Ｓｅから断面積Ｓｆへの減少率（サイジングダイス８ｂによる加工率Ｄ２）の全てを１０％以下にする。更に、断面積Ｓａから断面積Ｓｆへの減少率（素管１の総加工率ＤＴ）を３５％以下にする。
【００４２】
ロール転造法における素管１の引き抜き応力をＴとし、サイジングダイス８ｂを通過直後の内面溝付管１９の引張強さをσｂとすると、引き抜き応力Ｔが引張強さσｂより大きいときに管が破断する。そこで、管の破断を防ぐためには、引き抜き応力Ｔを内面溝付管１９の引張強さσｂより小さくすればよい。素管１の引き抜き応力Ｔは、各ダイス及びワークロールにおける応力ｆｎの和であり、この応力ｆｎは各ダイス及びワークロールにおける潤滑状態、加工率及びワークロールの周速度等に依存する。そこで、引き抜き応力Ｔを小さくするためには、各縮径加工工程における加工率並びに各ダイス及びワークロールにおける潤滑状態の適正化が有効である。しかしながら、潤滑状態を工夫しても加工率によっては管が破断することがある。そこで、本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、保持プラグ２及び保持ダイス３による縮径加工における素管１の加工率Ｄ１を１９％以下にし、保持プラグ２及び保持ダイス３による縮径加工以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における加工率Ｄ２を夫々１０％以下にし、総加工率ＤＴを３５％以下にする。
【００４３】
総加工率ＤＴが３５％を超えると、保持ダイス３及びサイジングダイス８ａ及び８ｂにおける摩擦力が増大して引き抜き応力Ｔが大きくなる。これにより、引き抜き応力Ｔが内面溝付管１９の引張強さσｂを上回るため、管の破断が生じる。また、転造部７ａ及び７ｂにおいて、１０％を超える加工率で縮径加工を行うためには、ワークロール１６ａ及び１６ｂの径を大きくする必要がある。ワークロールの径が大きくなると、素管１とワークロールとが接触する長さが長くなるため、素管１とワークロール１６ａ及び１６ｂとの間に働く摩擦力が増加する。これにより、引き抜き応力Ｔが増加して、各ダイス及びワークロール通過後に管が破断しやすくなる。また、保持ダイス３において１９％を超える加工率で縮径加工した場合、又はサイジングダイス８ａ及び８ｂにおいて１０％を超える加工率で縮径加工した場合は、引き抜き応力Ｔが増加して、各ダイス通過後に管が破断しやすくなる。ここで、保持プラグ２及び保持ダイス３による縮径加工以外の各縮径加工における加工率Ｄ２及び総加工率ＤＴを変えた場合の加工状況を下記表１に示す。
【００４４】
【表１】
2005103602.tif 000004
【００４５】
表１に示すように、加工率Ｄ２が１０％以下であっても総加工率ＤＴが３５％を超えると破断が発生し、総加工率ＤＴが３５％以下であっても加工率Ｄ２が１０％を超えていると破断が発生する。よって、本実施形態の内面溝付管の製造方法においては、保持プラグ２及び保持ダイス３による縮径加工以外の各縮径加工又は縮径及び圧延加工における加工率Ｄ２を１０％以下にし、且つ素管１の総加工率ＤＴを３５％以下にする。更に望ましくは、加工率Ｄ２が１乃至５％であり、且つ総加工率ＤＴが３０％以下である。これにより、引き抜き応力Ｔをより低減することができるため、管が破断させることなく、溝成形性を向上させることができる。
【００４６】
なお、本実施形態の内面溝付管においては、管の引張強さを４３０Ｎ／ｍｍ２以上にすることにより、より大きなロール押し付け荷重での加工が可能になるため、溝成形性が向上する。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。本発明の実施例として、図１に示すタンデム圧延方式の製造装置及び圧延ロールが１段のシングル方式の製造装置により、加工率Ｄ１、加工率Ｄ２及び総加工率ＤＴを変えて長さ２０００ｍの内面溝付管を製造した。その際の加工条件を下記表２乃至４に示す。
【００４８】
【表２】
2005103602.tif 000005
【００４９】
【表３】
2005103602.tif 000006
【００５０】
【表４】
2005103602.tif 000007
【００５１】
上記表２乃至４に示す条件で製造した場合の断面積減少率（加工率）及び破断の有無を調べた。その結果を下記表５及び表６に示す。なお、下記表６には引き抜き荷重（引き抜き応力）及び管の引張強さ（破断応力）も併せて示す。
【００５２】
【表５】
2005103602.tif 000008
【００５３】
【表６】
2005103602.tif 000009
【００５４】
表５及び表６に示すように、加工率Ｄ１が１９％を超え、加工率Ｄ２が１０％を超え、更に総加工率ＤＴが３５％を超えている比較例１、比較例２及び比較例４の内面溝付管、並びに加工率Ｄ２は１０％以下であるが加工率Ｄ１が１９％を超え、総加工率ＤＴも３５％を超えている比較例３及び比較例５の内面溝付管は、管の引張り強さは４３０Ｎ／ｍｍ２以上であるが、引き抜き応力が管の引張り強さを超えたため、加工中に管が破断した。一方、加工率Ｄ１が１９％以下、加工率Ｄ２が１０％以下、総加工率ＤＴが３５％以下で製造され、且つ引張り強さが４３０Ｎ／ｍｍ２以上である実施例１乃至４の内面溝付管は、引張り強さ以下の引き抜き応力で加工することができたため、管が破断することなく２０００ｍの長さの管を加工することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【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】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３】図２に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
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
【図１】
2005103602.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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