(57)【要約】【課題】簡単な機構で押出し成形することができ、しかも、管内外面に成形する螺旋状の凸部のねじれ角を大きくすることができるとともに、管を所定の寸法や形状にすることができる管材製造装置、管材製造方法、および、管材を提供することを課題とする。【解決手段】管材製造装置１０は、ビレット１２の押出し方向に設けられ、貫通孔が形成されているダイス１６と、先端が上記貫通孔とほぼ同じ位置に有るように貫通孔を挿通し、ダイス１６との間に隙間を形成する挿通部３４と、を備えている。挿通部３４の側面側には、隙間から管材Ｐが押出し成形される際に管材内面側に螺旋状の第１凸部４２を成形する第１溝部３８が成形され、貫通孔の孔壁２２には、上記隙間から管材Ｐが押出し成形される際に管材外面側に螺旋状の第２凸部４３を成形する第２溝部３９成形されている。【選択図】図１
2017131895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビレットの押出し方向に設けられ、貫通孔が形成されているダイスと、
先端が前記貫通孔とほぼ同じ位置に有るように前記貫通孔を挿通し、前記ダイスとの間に隙間を形成する挿通部材と、
を備え、
前記挿通部材の側面側には、前記隙間から管材が押出し成形される際に管材内面側に螺旋状の第１凸部を成形する第１溝が成形され、
前記貫通孔の孔壁には、前記隙間から前記管材が押出し成形される際に管材外面側に螺旋状の第２凸部を成形する第２溝が成形されていることを特徴とする管材製造装置。
【請求項２】
前記第１溝および前記第２溝として、それぞれ、複数本の螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の管材製造装置。
【請求項３】
前記挿通部材として、前記貫通孔を挿通する挿通部を一体的に有するフローテングダイを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管材製造装置。
【請求項４】
請求項１に記載の管材製造装置を用い、前記ビレットを加熱して前記隙間から押出して前記第１凸部および前記第２凸部を有する前記管材を成形することを特徴とする管材製造方法。
【請求項５】
前記管材の管材外面側に貫通孔壁面が当接する引抜きダイスで引抜加工を行うことで前記第１凸部を除去すること、
または、前記管材の管材内面側に外表面が当接する引抜きマンドレルで引抜加工を行うことで前記第２凸部を除去することにより、
管材内面側、管材外面側の一方のみに螺旋状の凸部を有する管材を成形することを特徴とする管材製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の管材製造装置で押出し成形されることで、管材内面側に螺旋状の前記第１凸部が成形され、管材外面側に螺旋状の前記第２凸部が成形されていることを特徴とする管材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に熱媒体を流す管材を製造するのに最適な管材製造装置、管材製造方法、および管材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、熱交換器では熱媒体と熱媒体を流す管材との熱交換性能を向上させるために、管の内壁に螺旋溝（突起）を付けている。このような内面螺旋溝付の管では、溝の無い管や真直な溝を有する管に比べ、熱交換性能が優れている。通常、管の材櫃としては、銅が用いられており、管材はスエジ加工や溝付き平板の電縫成形等によって製造されている（例えば、特許文献１〜４、非特許文献１参照）。
【０００３】
銅は比重が大きく、高価格である。一方、アルミニウムは比重が小さくため軽く、低価格であるため、内面螺旋溝付の管の製造が可能となれば、工業的にも利点がある。非特許文献2や特許文献5では、管の内面に螺旋溝を成形するために、回転するプラグを用いることが開示されている。一方、非特許文献3、非特許文献4や特許文献6では、管の内面に螺旋溝を成形するために、非回転のプラグを用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６６０８５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６６０３４号公報
【特許文献３】特開平１０−１６６０３６号公報
【特許文献４】特開平１０−１６６０８６号公報
【特許文献５】特開２００９−２２０１５３号公報
【特許文献６】特開２０１１−１１２５３７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】古川電工時報、第120号（平成19年9月）、pp93−94
【非特許文献２】高辻則夫他5名、塑性と加工、vol.49-578,(2008),pp58−62
【非特許文献３】村田眞他3名、塑性と加工、vol53-622,(2012),pp48-52
【非特許文献４】村田眞他2名、軽金属、vol63-4,(2013),pp135-140
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献2や特許文献5に開示されたプラグを用いる場合、押出し加工する際にプラグを自助回転可能な状態で軸方向に固定しておく必要がある。そのため、押出し方向に大きい力がプラグに加わると、プラグを自助回転可能に保持する機構が損傷する懸念があり、しかも、管内面に形成する螺旋溝の最大捩じれ角は約8度で留まっている。
【０００７】
また、非特許文献3、非特許文献4や特許文献6においては、マンドレルの先端をダイスベアリング部より出すため、内面螺旋溝付の管はダイスを出た後にマンドレルのスパイラルの突起によってさらに捩じられ、管の内面螺旋溝の角度は所定の角度とすることができる。しかし、ダイスを出た管の部分は、外周をダイスで拘束されていないため、管は所定の形状や高精度の寸法に加工することが困難である。さらに、非特許文献４に示されるように、管の内面螺旋突起の形状は、所定の寸法や形状に加工することが困難である。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な機構で押出し成形することができ、しかも、管内外面に成形する螺旋状の凸部のねじれ角を大きくすることができるとともに、管を所定の寸法や形状にすることができる管材製造装置、管材製造方法、および、管材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ビレットの押出し方向に設けられ、貫通孔が形成されているダイスと、先端が前記貫通孔とほぼ同じ位置に有るように前記貫通孔を挿通し、前記ダイスとの間に隙間を形成する挿通部材と、を備えている。前記挿通部材の側面側には、前記隙間から管材が押出し成形される際に管材内面側に螺旋状の第１凸部を成形する第１溝が成形され、前記貫通孔の孔壁には、前記隙間から前記管材が押出し成形される際に管材外面側に螺旋状の第２凸部を成形する第２溝が成形されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記第１溝および前記第２溝として、それぞれ、複数本の螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記挿通部材として、前記貫通孔を挿通する挿通部を一体的に有するフローティングダイを備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の管材製造装置を用い、前記ビレットを加熱して前記隙間から押出して前記第１凸部および前記第２凸部を有する前記管材を成形することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、前記管材の管材外面側に貫通孔壁面が当接する引抜きダイスで引抜加工を行うことで前記第１凸部を除去すること、または、前記管材の管材内面側に外表面が当接する引抜きマンドレルで引抜加工を行うことで前記第２凸部を除去することにより、管材内面側、管材外面側の一方のみに螺旋状の凸部を有する管材を成形することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１に記載の管材製造装置で押出し成形されることで、管材内面側に螺旋状の前記第１凸部が成形され、管材外面側に螺旋状の前記第２凸部が成形されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、高い押圧力が挿通部材に加えられても、挿通部材が損傷する可能性が大幅に低い。従って、螺旋状の第１凸部および第２凸部の捩じれ角が大きくなるように、挿通部材の第１溝および第２溝の捩じれ角を大きくする事が可能になり、熱伝達率を高めた管材を押出し成形で製造することが可能になる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、内外面の何れにも複数本の凸部を成形した管材を製造することができる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、簡単な構造のフローティングダイを用い、設定した捩じれ角の凸部が内外面に形成された管材を容易に製造することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、請求項１に記載の管材製造装置で、内外面の何れにも形成する螺旋状の凸部のねじれ角を大きくして熱伝達率を高めた管材を、押し出し成形で容易に短時間で製造することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、管材内面側または管材外面側のみに成形する螺旋状の凸部を有する管材を短時間で容易に製造することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、押出し成形で製造される管材で、内外面の何れにも形成する螺旋状の凸部のねじれ角を大きくして熱伝達率を高めた管材とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の管材製造装置の構成を示す正面断面図である。
【図２】図１の矢視Ａ―Ａ断面図である。
【図３】第１実施形態の管材製造装置を構成するフローティングダイの斜視図である。
【図４】図１の部分拡大図である(管材の図示を省略)。
【図５】第１実施形態の管材の斜視断面図である。
【図６】第１実施形態の管材で、（ａ）は側面断面図、（ｂ）斜視図である。
【図７】第２実施形態で、内面側のみに螺旋状の凸部を有する管材を成形することを説明する側面断面図である。
【図８】第２実施形態で製造された、内面側のみに螺旋状の凸部を有する管材を示す側面断面図である。
【図９】第２実施形態で、外面側のみに螺旋状の凸部を有する管材を成形することを説明する側面断面図である。
【図１０】第２実施形態で製造された、外面側のみに螺旋状の凸部を有する管材を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法比率等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは言うまでもない。
【００２３】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための措置や方法を例示するものであって、この発明の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【００２４】
また、第２実施形態では、すでに説明したものと同様の構成要素には同じ符号を付してその説明は省略する。
【００２５】
[第１実施形態]
まず、第１実施形態について説明する。図１〜図３に示すように、本実施形態で説明する管材製造装置（押出し成形装置）１０は、収容された押出し成形用のビレット１２を加熱可能なコンテナ１４と、コンテナ１４の押出し方向にも設けられたダイス１６と、コンテナ１４のビレット収容空間Ｓに収容されたビレット１２に上方から当該するダミーブロック１８と、ダミーブロック１８をダイス側に向けて押圧するラム２０と、を備えている。ビレット収容空間Ｓは円筒内側空間状である。
【００２６】
ダイス１６の中央には、ダイス中心軸Ｃに沿ってダイス１６の押出し方向端から押出し方向Ｆとは反対方向（図１では紙面上方向）に円筒内側状空間を形成する凹部２１と、この凹部２１とビレット収容空間Ｓとを連通させる円孔状の貫通孔２２とが形成されている。貫通孔２２の中心軸およびビレット収容空間Ｓの中心軸はダイス中心軸Ｃと同じにされている。凹部２１の内径は、後述の隙間２４から押出される管材Ｐがスムーズに押出されることを妨げない程度以上で、貫通孔２２の外径より大きくされている。
【００２７】
また、管材製造装置１０は、コンテナ１４内に入れられたフローテングダイ３０を備えている。このフローテングダイ３０は、本体部３２と、本体部３２の中央から押出し方向Ｆに延び出す挿通部３４とで構成される。本体部３２は円盤状であり、本体部３２には中心軸まわりに均等に配置された複数のビレット流動用孔３６が形成されている。フローテングダイ３０の位置については、予め設定された位置とされている。
【００２８】
挿通部３４は円柱状であり、先端３４Ｔが貫通孔２２の下端とほぼ同位置に設置する。
そして、挿通部３４はダイス１６との間に隙間２４を形成するとともに、側面側（外周側）に第１溝部３８を有する。コンテナ１４内のビレット１２が隙間２４から押出されてなる管材Ｐ（図１、図５参照）が成形される際に、管材内面側に螺旋状の第１凸部４２（図５参照）が成形される様に、この第１溝部３８には複数本の螺旋溝４０（螺旋状の溝）が形成されている。同時に、管材外周側に螺旋状の第２凸部４３（図５、図７参照）が成形されるように、ダイス１６の側面側（内周側）に第２溝部３９が付いており、第２溝部３９には複数本の螺旋溝４１（螺旋状の溝。図４参照）が形成されている。
【００２９】
この螺旋溝４０の捩じれ角θ１（図３参照）は、１０〜４０°の範囲であることが好ましい。１０°未満であると、管材Ｐと管材Ｐ内を流動する熱媒体との間の熱伝達率があまり高くない。螺旋溝４１の捩じれ角θ２（図示せず）も、同様の理由により１０〜４０°の範囲であることが好ましく、螺旋溝４０の捩じれ角θ１と同じ角にすることが好ましい。しかし、第１凸部４２の捩じれ角α１や第２凸部４３の捩じれ角α２が所定の捩じれ角に達していない場合には、螺旋溝４０の捩じれ角θ１か螺旋溝４１の捩じれ角θ２を大きくすることもある。
【００３０】
本実施形態では、隙間２４の間隔Ｇ、すなわち、挿通部３４と外周の貫通孔２２の内周との間隔Ｇは、押出し成形で製造する管材Ｐの肉厚に応じて設定されている。また、貫通孔２２のＦ側の縁部２２Ｅ（図１と図４参照）からの挿通部３４の位置、および、貫通孔２２の軸方向長さ（Ｆ方向長さ）Ｍは、ビレット１２の材質や温度、間隔Ｇ、ラムの押し圧力、挿通部３４の螺旋溝４０の捩じれ角θ１（図３参照）、ダイス１６の螺旋溝４１の捩じれ角、第１凸部４２の捩じれ角などに応じて設定されている。
【００３１】
（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果について説明する。本実施形態では、ビレットとしてアルミニウムを用いる例で説明するが、アルミニウム以外でも適応可能である。
【００３２】
まず、フローテングダイ３０をコンテナ１４内の設置位置に配置し、ビレット１２をコンテナ１４に入れて所定の温度にまで加熱する。ビレット１２としてアルミニウムを用いる場合、４５０〜５５０℃程度に加熱することが、押出し成形する観点で好ましい。
【００３３】
そして、ビレット１２が所定の温度となった状態で、ラム２０に押出し方向への押し圧力を加える。この結果、ビレット１２が塑性変形してビレット流動用孔３６を通過して本体部３２側に流動し隙間２４に到達する。そして、塑性変形して隙間２４から図５に示すような管材Ｐとなって押出される。その際、螺旋溝４０と螺旋溝４１によって管材Ｐの内外面に螺旋状の第１凸部４２と第２凸部４３が形成される。第１凸部４２の捩じれ角は主に螺旋溝４０の捩じれ角によってきまり、第２凸部４３の捩じれ角は主に螺旋溝４１の捩じれ角によってきまる。
【００３４】
このように、本実施形態では、フローテングダイ３０が一体物であり、本体部３２に対して相対移動するフローテングダイ部は形成されていない。従って、高い押し圧力が挿通部３４に加えられても、挿通部３４が損傷する可能性は従来に比べて大幅に低下する。よって、第１凸部４２と第２凸部４３の捩じれ角が大幅に大きくなるように螺旋溝４０と螺旋溝４１の捩じれ角を大きくすることが可能になる。従って、熱交換器などで熱伝達率を格段に高めた管材Ｐを押出し成形で製造することができる。また、挿通部３４および貫通孔２２の径を変えることで管材Ｐの内径や外形の寸法を変えて、管材Ｐを容易に押出し成形できる。
【００３５】
また、ビレットとしてアルミニウムを用いることにより、押出し成形がし易く、しかも管材Ｐを軽量にすることができる。
【００３６】
また、挿通部３４の側面の螺旋溝４０を複数本形成しておくことで、管材Ｐの内面に螺旋状の第１凸部４２を複数本形成することができる。ダイスの側面の螺旋溝４１を複数本形成しておくことで、管材Ｐの外面に螺旋状の第２凸部４３を複数本形成することができる。この挿通部３４の側面の螺旋溝４０の数とダイスの側面の螺旋溝４１とは、同じの場合もあるが異なる場合もある。
【００３７】
また、簡単な構造のフローテングダイ３０を用い、設定した捩じれ角α１の第１凸部４２を内面側に有するとともに設定した捩じれ角α２の第２凸部４３外面側に有する管材Ｐを、容易に製造することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、コンテナ１４内からのビレット１２の押出し方向Ｆを下方に描いた図で説明したが、本発明では押出し方向は下方には限定されない。水平方向や斜め下方に押出しても良いし、更には上方方向に押出して管材を成形することも可能である。
【００３９】
管材外径は所定の寸法にするが、後述の引抜きダイス５１（図７参照）で管材Ｐを引き抜いて管材外面側の第１凸部４３を取り除く場合には、管材外径を所定の寸法よりわずかに大きくし、この引き抜きで管材外径を設定された正確な寸法にすることもある。管材内径は所定の寸法にするが、後述の引抜きダイス５２（図９参照）で管材Ｐを引き抜いて管材内面側の第１凸部４２を取り除く場合には、管材内径を所定の寸法よりわずかに小さくし、この引き抜きで管材内径を設定された正確な寸法にすることもある。
【００４０】
なお、本実施形態では、ダイス１６の中央に凹部２１が形成され、その凹部２１よりも径が小さい貫通孔２２を形成した例で説明したが、管材Ｐが押出し成形で凹部２１を挿通して凹部２１から出てくることができる限り、凹部２１の寸法は特に限定しない。
【００４１】
また、図５では、螺旋状の第１凸部４２が８本形成されている例を描いており、これを成形できるように、図３では挿通部３４に８本の螺旋溝４０が形成されているが、第１凸部４２および螺旋溝４０の本数は特に限定せず、後述の図６、図７に示すようにもっと多く（例えば３０本）の螺旋溝４０を形成してもっと多くの第１凸部４２を形成してもよい。また、第１凸部４２の本数をもっと少なくしても（例えば２本）、第１凸部４２を成形したことによるこれらの効果が奏される。ダイス１６の螺旋溝４１の本数を変更したときに形成本数が変更される第２凸部４３についても、第１凸部４２に関する上記説明と同様である。
【００４２】
また、以上の説明では、螺旋突起状の第１凸部４２、第２凸部４３が形成された管材で説明したが、螺旋突起状でなく螺旋溝状のものを内面側および外面側に形成した管材であっても、同様の効果を奏することが可能である。
【００４３】
また、アルミニウムのビレット１２の押出し成形でなくプラスチックの押出し成形によって、内面側に螺旋溝または螺旋突起を有するプラスチック管を製造することも可能である。
【００４４】
[第２実施形態]
次に、第２実施形態について説明する。図７は、本実施形態で、外面側のみに螺旋状の凸部を有する管材を成形することを説明する側面断面図である。図８は、本実施形態で製造された、外面側のみに螺旋状の凸部を有する管材を示す側面断面図である。図９は、本実施形態で、内面側のみに螺旋状の凸部を有する管材を成形することを説明する側面断面図である。図１０は、本実施形態で製造された、外面側のみに螺旋状の凸部を有する管材を示す側面断面図である。
【００４５】
螺旋状の第１凸部４２を有する管材Ｐを製造する際、第１凸部４２の捩じれ角および管材の形状・寸法を正確かつ同時に製造するためには、第１実施形態で説明したように行うことが必要である。しかし、第１凸部４２および第２凸部４３のうち、管材の内面側または外面側の一方のみ、すなわち、第１凸部４２のみ、または第２凸部４３のみが必要となる管材もあり得る。
【００４６】
管材の内面側のみに螺旋状の凸部が必要な管材に対しては、管材Ｐの外面側の凸部（第２凸部４３）を取り除く。その場合、図７に示すように、管材Ｐの外面側に引抜きダイス５１を置き、引抜きダイス５１紙面左側、または、管材Ｐを紙面右側に引抜くことで、管材外面側の第１凸部４２を取り除けば、管材内面側の凸部（第１凸部４２）が残る。この結果、内周面側のみに螺旋状の凸部を有する管材Ｑが成形される。一例として、管材Ｐの内周側にのみ螺旋状の第１凸部４２が形成されてなる管材Ｑが得られることが確認された。
【００４７】
ここで用いる引抜きダイス５１の内径は、管材Ｐの外径とほぼ同寸法か、または管材Ｐの外径より僅かに小さい所定の寸法にする。
【００４８】
管材の外面側のみに螺旋状の凸部（第１凸部４２）が必要な管材に対しては、管材Ｐの内面側の凸部（第１凸部４２）を取り除く。その場合、図９に示すように、管材Ｐの内面側に引抜きマンドレル５２を置き、引抜きマンドレル５２を紙面右側、または、管材Ｐを紙面左側に引抜くことで、管材外面側の第２凸部４３が残る。この結果、外面側のみに螺旋状の凸部を有する管材Ｑが成形できる。一例として、管材Ｐの外周側にのみ螺旋状の凸部（第２凸部４３）が形成されてなる管材Ｒが得られることが確認された。
【００４９】
ここで用いる引抜きマンドレル５２の外径は、管材Ｐの内径とほぼ同寸法か、または管材Ｐの内径より僅かに大きい所定の寸法にする。
【符号の説明】
【００５０】
１０  管材製造装置
１２  ビレット
１４  コンテナ
１６  ダイス
２０  ラム
２４  貫通孔
３０  フローテングダイ
３４  挿通部（挿通部）
３４Ｔ  先端
３６  ビレット流動用孔
３８  第１溝部（第１溝）
３９  第２溝部（第２溝）
４０  螺旋溝（溝）
４１  螺旋溝（溝）
４２  第１凸部
４３  第２凸部
５１  引抜きダイス
５２  引抜きマンドレル
Ｆ    押出し方向
Ｐ    管材
Ｑ    管材
Ｒ    管材
【図１】
2017131895.tif 000003
【図２】
2017131895.tif 000004
【図３】
2017131895.tif 000005
【図４】
2017131895.tif 000006
【図５】
2017131895.tif 000007
【図６】
2017131895.tif 000008
【図７】
2017131895.tif 000009
【図８】
2017131895.tif 000010
【図９】
2017131895.tif 000011
【図１０】
2017131895.tif 000012