内面螺旋溝付管の製造方法および製造装置
【課題】寸法精度が高く、且つフィン高さの高い内面螺旋溝付管が得られるとともに、細管に対応でき、生産性に優れる内面螺旋溝付管の製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】内面に長さ方向に沿う複数の直線溝１１ａが周方向に間隔をおいて形成された管材１１を、巻取りロール２１によりコイル状に巻取る巻取り工程と、その巻取りロール２１を巻取り方向と逆方向に回転させることによりコイル状の管材１１を巻取りロール２１上を滑らせて巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って少なくとも１巻分のコイル状の管材１１を送り出す送り出し工程と、巻取りロール２１上から送り出されたコイル状の管材１１を、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取ることにより、該管材に捻りを加える抜取り工程とを有する内面螺旋溝付管の製造方法。
【解決手段】内面に長さ方向に沿う複数の直線溝１１ａが周方向に間隔をおいて形成された管材１１を、巻取りロール２１によりコイル状に巻取る巻取り工程と、その巻取りロール２１を巻取り方向と逆方向に回転させることによりコイル状の管材１１を巻取りロール２１上を滑らせて巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って少なくとも１巻分のコイル状の管材１１を送り出す送り出し工程と、巻取りロール２１上から送り出されたコイル状の管材１１を、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取ることにより、該管材に捻りを加える抜取り工程とを有する内面螺旋溝付管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の伝熱管に用いられる内面螺旋溝付管を連続的に製造する方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン用熱交換器などでは、アルミニウムフィン材に冷媒を通すために伝熱管を挿入し、熱交換を行っている。近年の空調機等の開発においては、省エネに伴うユニット性能の向上、あるいは作動媒体であるＨＣＦＣ２２の代替化などの要請により、その構成要素の一つである伝熱管も更なる高性能化が求められている。現在は内面に連続した螺旋溝を設けた内面溝付管が主流となっており、熱交換効率の向上が図られている。
内面溝付管の製法として、製造ライン上で巻取り方向を軸に、その管の円周方向に回転ダイスを用いて捻りを加えながら引き抜く方法（特許文献１及び特許文献２）や、高速回転するボールベアリングで管を管内溝付きプラグに押付け、管の内面に捻れ溝を転造しながら引抜く溝転造法（特許文献３）が採用されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２４０１０８号公報
【特許文献２】特許第３４８９３５９号公報
【特許文献３】特開平６−１９０４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、捻り管自体が巻取りライン上で常に回転していることから、供給側または巻取り側のコイル状の管を、その捻れ方向と同じ方向に、捻れ速度と同調して回転させる必要があり、設備の大型化が必要であるとともに、製造速度に限界があった。また、回転ダイスの部分で、ダイスと試料との間で試料が滑ってしまい、回転を制御しても一定の捻れ角を生じさせることが難しく、長手方向での捻れ角のバラツキが大きい。
また、特許文献３では、管の内側に溝付きプラグを入れて、その内壁に転造を行うが、捻れ角を大きくした場合に、プラグと内壁との摩擦により変形抵抗が増加し、試料引抜き時に試料が破断しやすく、高さの高いフィンの転造も困難である等の問題がある。さらに、径の細い管への対応が難しくなっている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、寸法精度が高く、且つフィン高さの高い内面螺旋溝付管が得られるとともに、細管に対応でき、生産性に優れる内面螺旋溝付管の製造方法および製造装置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】
【０００６】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法は、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成された管材を、巻取りロールによりコイル状に巻取る巻取り工程と、前記巻取りロールを巻取り方向と逆方向に回転させることによりコイル状の管材を該巻取りロール上を滑らせて前記巻取りロールの軸線の延長線に沿って少なくとも１巻分の前記コイル状の管材を送り出す送り出し工程と、該巻取りロール上から送り出された前記コイル状の管材を、該巻取りロールの軸線の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取ることにより、該管材に捻りを加える抜取り工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、巻取りロールに巻き取られた管材を、その巻取りロールの軸線の延長線に沿って張力を加えながら抜き取ることで、管材に一定の捻りを生じさせることが可能である。管材が１周分捻れた時の長手方向の長さを、ここでは捻り周期と記すが、捻り周期の制御は、管材を巻き取る巻取りロールの径とその巻取りピッチに依存する。すなわち、一定の巻取りピッチで巻取りを行った場合には、巻取りに使用する巻取りロールの径が小さくなるにつれて、抜き取り時に形成されるスパイラル状に流動した管材の径が小さくなり、その結果、捻り周期が短くなる。管材の捻れ角は、捻り周期が短くなるとともに大きくなる。本発明による製造方法では、管材を巻取りロール表面の螺旋状の溝に沿って一定の間隔を保持して巻取りを行うことができるので、一定の捻れ角を有する内面螺旋溝付管を製造することができる。
また、本発明による製造方法では、管材の捻れ形成のため、主流である溝転造法のように、特に内部にプラグ等を入れて機械的に加工を行う必要がないため、予め、捻り前の押出時に管材の内壁に深い溝を形成しておくことで、そのまま寸法精度の高い内面溝が形成された細い内面螺旋状溝付管を得ることができる。
また、従来のように、回転する巻取りロールに管材を巻取りながら送り出す場合、巻取りロールの回転に応じて管材自体も回転してしまうため、抜取り側の装置を回転させる必要があり、大掛かりな装置を構成する必要があるが、本発明においては、巻取りロールを巻取り方向と逆方向に回転させることにより、巻取りロール上に巻き取られた管材が、その巻取りロール上を滑って送り出される。このように、巻取りと送り出しとを間欠的に繰り返すことで、巻取りロールの端部からコイル状の管材を開放することができ、管材自体を回転させることなく送り出すことができる。
【０００８】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法は、前記巻取り工程と、前記送り出し工程と、前記抜取り工程とを、複数回繰り返して行われる。
巻取り工程、送り出し工程、抜き取り工程を繰り返すだけなので、製造方法が比較的シンプルであり、それらの巻き取り速度および抜取り速度に応じて製造速度を速くすることが可能となり、生産性に優れている。
【０００９】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記抜取り工程は、前記巻取りロール上から該巻取りロールの軸線の延長線に沿って送り出された少なくとも１巻分の前記コイル状の管材をチャッキングし、該軸線の延長線に沿って引き延ばすチャッキング工程の後に張力を負荷して直管状に形成するとよい。
コイル状の管材を予めある程度引き延ばしておくことで、スムーズに張力を負荷することができる。
【００１０】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記巻取りロールの表面には、一定のピッチの螺旋状の溝が形成されており、前記巻取り工程では、前記巻取りロールとの間に前記管材を挟持するように回転自在に軸支された押さえロールと、前記巻取りロールとの間に前記管材を挟持し、前記巻き取りロールの螺旋状の溝に沿って前記管材の巻き取りを行うとよい。
巻取りロール上で管材が滑ることを防止でき、管材を巻取りロール表面の螺旋状の溝に沿って一定の間隔を保持して巻取りを行うことができるので、一定の捻れ角を有する内面螺旋溝付管を製造することができる。
【００１１】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記抜取り工程後に、管材の断面形状を矯正する中空孔を有する引抜きダイスによる少なくとも１回の引抜き工程と、矯正後の管材を加熱する熱処理工程とを有するとよい。
巻取り工程と抜取り工程とを繰り返すことで、管材の捻れ角は加算され大きくなっていくが、これら工程を複数回繰り返すと、巻取りロールに管材が巻き取られる際に、巻取りロール表面に管材が押し当てられることから、その管材の断面形状が徐々に扁平に潰される。断面形状の扁平率が大きくなった管材は、巻取りの際に、一部に応力が集中しやすく、その結果、座屈を生じやすくなる傾向にある。一端、座屈を生じると、その後の抜取りによる捻り加工の際、その部分にネッキングを生じ、管材の長手方向に均一に捻りを加えられなくなる。なお、ここで言う、ネッキングとは局部的に屈曲したようによじれが発生してしまうことを示す。そのため、工程を一定回数繰り返す毎に引抜き工程を行うことで、扁平した管材の真円度を回復させ、座屈が生じることを防止することができる。また、真円度の矯正後の管材を加熱することで、ひずみを除去することができ、繰り返し抜取り加工ができる。
【００１２】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記巻取り工程では、前記巻取りロールを加熱しておき、前記巻取りロールの熱により前記管材を巻取りながら加熱するとよい。
また、本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記抜取り工程では、前記管材を加熱しながら抜き取るとよい。
巻取り工程と抜取り工程とを繰り返すことで、加工硬化により管材が捻れ難くなるが、管材を加熱することで、ひずみを除去することができる。例えば、巻取り工程においては、巻取りロールの表層に、その巻取りロールの円周方向に対し垂直にシーズヒーターを配置することで、加熱することができるし、巻取りロール自体を、高温槽の中に入れておくことも可能である。後者の場合、管材の通板は、高温槽に設けた孔を用いて行われる。また、抜取り工程において管材を加熱する場合には、高速加熱が可能な高周波加熱炉またはハロゲンランプなどによる輻射熱を利用した赤外線加熱炉を使用することができる。
【００１３】
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置は、内面に長さ方向に沿う複数の直進溝が周方向に間隔をおいて形成された管材を巻取りロールにコイル状に巻き取る巻取り手段と、その巻取りロールの軸線の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら該コイル状の管材を直管状に抜き取る抜き取り手段とを備えており、前記巻取り手段は、表面に一定のピッチの螺旋状の溝が形成され、正逆転駆動可能な巻取りロールと、該巻取りロールとの間に前記管材を挟持するように回転自在に軸支された押さえロールとを備えていることを特徴とする。
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置において、前記管材の断面形状を矯正する引抜き手段と、矯正後の管材を加熱する熱処理手段とを有しているとよい。
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置において、前記抜取り手段は、前記巻取りロールの軸線の延長線に沿って間隔をおいて配置された少なくとも二対のピンチロールにより前記管材を挟持し、一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取る構成とされているとよい。
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置において、前記抜取り手段には、前記巻取りロール上から該巻取りロールの軸線の延長線に沿って送り出された少なくとも１巻分の前記コイル状の管材をチャッキングし、該軸線の延長線に沿って引き延ばすストレッチャーが設けられているとよい。
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置において、巻取り手段又は抜取り手段の少なくとも一方に、前記管材を加熱する加熱手段が設けられているとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、寸法精度が高く、且つフィン高さの高い内面螺旋溝付管が得られるととともに、細管（細径化）に対応でき、生産性に優れる内面螺旋溝付管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る内面螺旋溝付管の製造装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】内面に直線溝が形成された管材を説明する図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側断面図である。
【図３】内面螺旋溝付管を示す側断面図である。
【図４】内面螺旋溝付管の製造工程を説明する模式図である。
【図５】巻取り手段を説明する図であり、（ａ）が管材の巻取り工程、（ｂ）が巻取り後の管材の送り出し工程を示す。
【図６】内面螺旋溝付管の製造工程を説明するフローチャートである。
【図７】扁平率を説明する図である。
【図８】捻り周期を説明する図である。
【図９】捻れ角の算出方法を説明する図である。
【図１０】巻取りロール直径と捻れ角との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る内面螺旋溝付管の製造装置を用いた内面螺旋溝付管の製造方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態の内面螺旋溝付管の製造装置１００は、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝１１ａが周方向に間隔をおいて形成された管材１１（図２参照）に、一定の捻りを生じさせ、内面に螺旋溝を有する内面螺旋溝付管１１Ｒ（図３）を製造する装置である。
製造装置１００は、図１及び図４に示すように、内面に直線溝１１ａによりフィン１１ｂが形成された管材１１をコイル状に巻き取る巻取り手段２０と、その巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って一定の張力を負荷しながらコイル状に形成された管材１１を直管状に抜き取る抜取り手段３０と、管材１１の断面形状を矯正する引抜き手段４０と、矯正後の管材１１を加熱する熱処理手段５０とを有している。
【００１７】
巻取り手段２０は、図１及び図５に示すように、管材１１をコイル状に巻き取るモーター駆動の巻取りロール２１と、その巻取りロール２１との間に管材１１を挟持するように回転自在に軸支された押さえロール２４とを備えている。なお、巻取りロール２１には、駆動源である正逆転駆動可能なモーター２５が接続されている。また、回転する巻取りロール２１に対して、管材１１を軸線２６に沿ってトラバースさせるためにトラバースロール（図示略）が設けられる。
巻取りロール２１の表面には、管材１１の巻取りを案内する一定のピッチの螺旋状の溝２２が形成されている。巻取りロール２１の螺旋状の溝２２と、押さえロール２４との間に管材１１を通すことにより、巻取りロール２１上で管材１１が滑ることが防止でき、管材１１を巻取りロール２１表面の螺旋状の溝２２に沿って一定の間隔を保持して巻取りを行うことができる。また、巻取りロール２１を一定速度で回転させながら、図５（ａ）に示すように、その軸線２６に沿って管材１１をトラバースさせることによりコイル状に巻き取ることができるとともに、管材１１を少なくとも１巻分巻取った後に、巻取り方向と逆方向に回転させることにより、図５（ｂ）に示すように、巻取られた管材１１を巻取りロール２１の端部から螺旋状の溝２２の延長方向に送り出すことができる。
また、巻取りロール２１および押さえロール２４の表層には、それらロール円周方向に対し垂直にシーズヒーターが配置されている。ロール表面温度を高温にしておき、管材１１が巻取りロール２１の表面に巻き取られ、送り出されている間に、管材１１を高温に加熱することができる。これらロール２１，２４の表面温度は、ＲＴ（室温）〜３００℃が好ましい。
【００１８】
抜取り手段３０には、巻取りロール２１上から、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って送り出されたコイル状の管材１１をチャッキングし、その軸線２６の延長線に沿って引き延ばすストレッチャー３１が設けられている。また、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って間隔をおいて配置された二対のピンチロール３２が設けられており、ストレッチャー３１で引き延ばされた管材１１を、これらピンチロール３２の間で挟持し、一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取る。また、抜取り手段３０には、高速加熱が可能な高周波加熱炉または輻射熱を利用した加熱炉３３が設けられており、管材１１を加熱しながら引き延ばすことができる。
なお、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿うとは、巻取りロール２１の軸線２６の延長線上に一致することのみをいうのではなく、多少のズレは許容される。もっとも、コイル状の管材の抜取りは、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に一致して行われることが好ましい。
また、引抜き手段４０は、中空孔を有する引抜きダイスに管材を通して引抜くことにより、管材の断面形状を矯正する構成とされている。熱処理手段５０は、真円度の矯正後の管材の中間焼鈍を行う。
なお、本発明の加熱手段としては、巻取りロール２１および押さえロール２４の表面を加熱するシーズヒーターや、抜取り途中の管材１１を加熱する加熱炉３３が相当する。
【００１９】
次に、このように構成した製造装置１００を用いて、内面螺旋溝付管を製造する方法について説明する。
一定速度で回転する巻取りロール２１ａにより、内面に直線溝が形成された管材１１を巻取りロール２１ａの表面に、同一径のコイル状となるように管材１１をトラバースさせながら複数巻分巻取る。このとき、管材１１は、巻取りロール２１ａの回転によって巻取りロール２１ａの表面と、押さえロール２４との間で案内され、巻取りロール２１ａ表面の螺旋状の溝２２に沿って巻き取られていく（巻取り工程）。
巻取りロール２１ａの一端側から他端側に向けて管材１１を複数巻分巻き取った後、巻取りロール２１ａを管材１１の巻取り方向と逆方向に回転させることによりコイル状に巻き取った管材１１を巻取りロール２１ａ上を滑らせて、巻取りロール２１ａの軸線２６の延長線に沿って複数巻分送り出す（送り出し工程）。この巻取りロール２１ａを回転させる間は、管材１１の巻取りロール２１ａへの供給は停止され、巻取りロール２１ａの手前でたるませておく。なお、巻取りロール２１ａの他端側（図１では上側）から解放された管材１１は、コイル状に形成されている。このように、巻取り工程と送り出し工程とを交互に繰り返すことで、管材１１をコイル状に形成することができる。
【００２０】
次に、巻取りロール２１ａ上から解放されたコイル状の管材１１の複数巻分の一部を、ストレッチャー３１でチャッキングし、巻取りロール２１ａの軸線２６の延長線に沿って予備的な矯正を加える。直管状に近い状態まで矯正された管材は、二対のピンチロール３２間を通過し、これらピンチロール３２間で０．３ｋＮ以上の張力を負荷されながら、直管状に形成される。
ストレッチャー３１はコイル状の管材１１に予備矯正を加えた後、図１に二点鎖線で示すように元の位置に移動し、順次送り出されてくるコイル状の管材の端部をチャッキングし、予備矯正を繰り返し行う。ピンチロール３２で直管状に矯正された管材１１は、巻取りロール２１ｂにコイル状に巻き取られる。
【００２１】
このようにして巻き取られた管材１１は、巻取りロール２１ａの径と、この巻取りロール２１ａにより巻き取られる管材の巻取りピッチにより定まる捻れ角を有する螺旋溝が形成される。この捻れ角は、巻取りロールの径（巻取り径）を小さくする程大きくなり、また巻取りピッチを小さくする程大きくなる。捻れ角は、巻取りロールの径の大きさに依存するため、径の小さい巻取りロールに巻き取れば、一度に大きな捻れ角を生じさせることが可能であるが、管材の材質によっては、小径に巻き取ることが難しい。この場合、径の大きい巻取りロールに巻取り、巻取り工程と抜取り工程とを複数回繰り返すことにより管材への捻れを加算して、大きい捻れ角を有する管材を得ることができる。しかしながら、管材の材質によっては、捻れ角を大きくするために巻取り工程と抜取り工程とを繰り返すことで、加工硬化により管材が捻れにくくなる。そのため、本実施形態の加熱炉３３および巻取りロール２１のように、インラインで加熱する手段を設け、加熱された状態の管材に捻り加工を施すことや、各工程の途中で熱処理をすることにより、ひずみ除去を行うことが好ましい。なお、工程の途中で行われる熱処理は、例えば、管材に２００〜３５０℃で０．５〜４時間の中間焼鈍を行う。
【００２２】
また、より捻れ角の大きい内面螺旋溝付管を製造する際には、例えば、図６のフローチャートに示すように、巻取り工程および抜取り工程を一定回数繰り返す毎に、引抜き工程および熱処理工程を行う。
図６のフローチャートでは、Ｓ１０１〜Ｓ１０３に示すように、巻取り工程と抜取り工程との組合せからなる工程を３回繰り返した後、引抜き工程（Ｓ１０４）と熱処理工程（Ｓ１０５）を挟み、合計８回の巻取り工程と抜取り工程とが行われる（Ｓ１０１〜Ｓ１１２）。そして、巻取り工程と抜取り工程とを繰り返す毎に、管材１１には一定の捻りが加算され、捻れ角を徐々に大きくしていくことができる。
【００２３】
巻取り工程と抜取り工程とを複数回繰り返すと、巻取りロール２１ａに管材が巻き取られる際に、巻取りロール２１の表面に押し当てられることから、図７に示すように、その管材の断面形状が徐々に扁平に潰される。断面形状の扁平率が大きくなった管材は、巻取りの際に座屈を生じることがあり、その座屈を生じた管材に抜取り工程を行うと、座屈した部分で局所的に折れ曲がり（ネッキング）、管材全体に均一な捻れ角が形成された管材を得ることができない。そのため、巻取り工程と抜取り工程とを繰り返す中で、少なくとも１回の引抜き工程と、矯正後の管材を加熱する熱処理工程とを行うことが好ましい。
引抜き工程は、引抜き手段４０により引抜きダイスの中空孔に管材を通して引抜くことにより行われ、１回の引抜き工程は、管材の扁平率が１２０％以内のうちに、もとの管材の径に対し５％以上の縮小が図れるように行う。そして、熱処理工程により、真円度の矯正後の管材を加熱し、ひずみを除去する。熱処理工程は、例えば前述と同様の熱処理が行われ、矯正された管材に２００〜３５０℃で０．５〜４時間の中間焼鈍を行う。
このように、巻取り工程と抜取り工程とを繰り返して、管材の扁平率が大きくなった場合には、引抜き工程により真円度を回復させ、座屈が生じることを防止することができる。抜取り工程後に、管材の断面形状を矯正する少なくとも１回の引抜き工程を設けることで、管材の潰れを抑制し、巻取り工程と抜取り工程とを複数回工程を繰り返すことが可能となり、管材の捻れ角を大きくすることができる。
なお、扁平率とは、管材の最小径Ｙに対する最大径Ｘの比率をいう。
【００２４】
本実施形態の内面螺旋溝付管の製造方法によれば、巻取りロールに巻き取られた管材を、その巻取りロールの軸線の延長線に沿って張力を加えながら抜き取ることで、管材に一定の捻りを生じさせることができる。管材の捻れ形成のため、特に内部にプラグ等を入れて機械的に加工を行う必要がないため、予め、捻り前の押出時に管材の内壁に深い溝を形成しておくことで、そのまま寸法精度の高い内面溝が形成された細い内面螺旋状溝付管を得ることができる。
また、回転する巻取りロールに管材を巻取りながら送り出す場合、巻取りロールの回転に応じて管材自体も回転してしまうため、抜取り側の装置も回転させる必要があり、大掛かりな装置を構成する必要があるが、本発明においては、巻取りロールを巻取り方向と逆方向に回転させることにより、巻取りロール上に巻き取られた管材が、その巻取りロール上を滑って送り出される。このように、巻取りと送り出しとを間欠的に繰り返すことで、巻取りロールの端部からコイル状の管材を解放することができ、管材自体を回転させることなく送り出すことができる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
外径１０ｍｍ、内径８．５ｍｍ、内面に直線溝が形成された３００３アルミニウム合金管材を用いて内面螺旋溝付管の製造を行った。
管材は、内面の直線溝の数は４５個（８°／１山）で、これら直線溝により形成されるフィンの高さが０．２８ｍｍに形成されたものを用いた。この管材を用いて、巻取りロールの径を直径２０〜７６０ｍｍの範囲で変量し、それぞれの巻取りロールで、巻取りピッチ１５ｍｍで巻き取った後に、巻取りロールの軸線の延長線に沿って抜取りを行った。また、抜取りは、巻取りロールから３巻分送り出されたコイル状の管材の下側端部を２５０℃に加熱された加熱炉内でストレッチャーにより矯正を加えた後、ある程度、直管状に伸ばした後に、常温まで温度の下がった管材を二対のピンチロール間で１〜２ｋＮの張力を負荷しながら直管状に矯正した。また、管材の外周面には、予め、その長手方向に沿って直線状のマーキングを行い、図８に示すように、マーキングラインＬが１周分捻れた時の長手方向の長さ（捻り周期Ｂ）を計測した。捻れ角θは、図９に示すように、管材の内周の長さＡと捻り周期Ｂとにより算出した。図１０に、以上のように実施して得られた巻取りロール直径（巻取り径）と捻れ角との関係を示す。
図１０に示すように、例えば、φ１６０ｍｍの巻取り径では、１回に約３°の捻れ角を生じさせることができる。巻取り径が小さくなるにつれて捻れ角は増加し、巻取り径に応じた捻れ角を有する内面螺旋溝付管の製造が可能である。また、製造された各内面螺旋溝付管について、管の長手方向に切り開いて内面に形成された螺旋溝の周期を確認したところ、内面の螺旋溝の周期と、マーキングラインの捻り周期Ｂとは一致していた。
【００２６】
次に、上記の管材と１６０ｍｍの巻取りロールを用いて、巻取り工程と抜取り工程とを７回繰り返すことにより内面螺旋溝付管の製造を行った。
先ず、巻取りロール上に巻取りピッチ１５ｍｍで巻取りを行った後に抜取りを行い、これら巻取り工程と抜取り工程とを３回ずつ繰り返した後に、φ８ｍｍの中空孔を有する引抜きダイスで引抜きし、扁平率１１８％まで潰れた管材を再び扁平率１０３％の真円に回復させた（引抜き工程）。その後、３５０℃で４時間の中間焼鈍を行い（熱処理工程）、再度、φ１６０ｍｍの巻取りロールにより巻取りピッチ１２ｍｍで巻取りを実施した。巻取り工程と抜取り工程とを３回ずつ行った後、φ７．５ｍｍの中空孔を有する引抜きダイスで引抜きを行い、３５０℃で４時間の熱処理を行った。次いで、φ１６０ｍｍの巻取りロールにて巻取りピッチ１１．２５ｍｍで巻取りを実施し、巻取り工程と抜取り工程とを１回ずつ行った。最後にφ７ｍｍの中空孔の引抜きダイスで引抜きを行い、最終的に捻れ角２１°の内面螺旋溝付管を製造した。
巻取り速度および抜取り速度は３０ｍ／ｍｉｎとした。また、抜取り工程は、巻取りロール上から送り出された３巻分のコイル状の管材の下側端部をストレッチャーにより矯正を加え、ある程度、直管状に伸ばした後、二対のピンチロール間で１〜２ｋＮの張力を負荷しながら直管状に矯正した。
【００２７】
巻取り工程と抜取り工程とを３回ずつ繰り返す毎に、引抜き工程を行うことで、扁平した管材の真円度を回復させ、また、真円度の矯正後の管材を加熱することで、ひずみを除去することができる。これにより、さらに繰り返して巻取り工程と抜取り工程とを実施することができ、最終的に捻れ角２１°の内面螺旋溝付管を製造することができた。
【００２８】
（実施例２）
次に、外径３．５ｍｍ、内径３．０ｍｍ、内面に直線溝が形成された１１００アルミニウム合金管材を用いて、巻取り工程と抜取り工程とを複数回繰り返すことにより内面螺旋溝付管の製造を行った。
管材は、内面に直線溝が４０個（９°／１山）形成されており、これら直線溝により形成されるフィンの高さが０．２８ｍｍに形成されたものを用いた。巻取り工程は、直径７５ｍｍの巻取りロールに巻取りピッチ５．５ｍｍで行った。巻取りロールの表面は、シーズヒーターで２００℃に加熱した状態で、巻取りを行った。抜取り工程では、ストレッチャーにより、ある程度の直管にまで矯正した管材を、ハロゲンランプによる赤外線の輻射熱を利用したインライン加熱装置で２５０℃に加熱し、その後、二対のピンチロール間で０．５ｋＮの張力を負荷しながら直管状に矯正し、捻れ角７°とした。同様の工程を３回繰り返した後に、φ３ｍｍの中空孔を有する引抜きダイスで引抜きを行い、最終的にφ３ｍｍ、捻れ角２０°の内面螺旋溝付管を製造した。図６のフローチャートで言えば、Ｓ１０１〜Ｓ１０４までの工程を実施した。
【００２９】
巻取り工程と抜取り工程とを３回ずつ繰り返すことにより、捻れ角２１．５°の内面螺旋溝付管を製造することができ、最後の引抜き工程により、扁平率は１２０％から１００％に回復し、引抜き時に捻れ角がわずかに小さくなることから、最終的に捻れ角２０°の内面螺旋溝付管を製造することができた。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、複数巻分巻き取られたコイル状の管材に対して各工程を複数回繰り返すことにより内面螺旋溝付管を製造したが、これに限定されるものではない。コイル状の管材を少なくとも１巻分ごと形成して各工程を繰り返すことによっても、同様に内面螺旋溝付管を製造することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１００ 内面螺旋溝付管の製造装置
１１ 管材
１１ａ 直線溝
１１ｂ フィン
１１Ｒ 内面螺旋溝付管
２０ 巻取り手段
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 巻取りロール
２２ 螺旋状の溝
２４ 押さえロール
２５ モーター
２６ 軸線
３０ 抜取り手段
３１ ストレッチャー
３２ ピンチロール
３３ 加熱炉（加熱手段）
４０ 引抜き手段
５０ 熱処理手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の伝熱管に用いられる内面螺旋溝付管を連続的に製造する方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン用熱交換器などでは、アルミニウムフィン材に冷媒を通すために伝熱管を挿入し、熱交換を行っている。近年の空調機等の開発においては、省エネに伴うユニット性能の向上、あるいは作動媒体であるＨＣＦＣ２２の代替化などの要請により、その構成要素の一つである伝熱管も更なる高性能化が求められている。現在は内面に連続した螺旋溝を設けた内面溝付管が主流となっており、熱交換効率の向上が図られている。
内面溝付管の製法として、製造ライン上で巻取り方向を軸に、その管の円周方向に回転ダイスを用いて捻りを加えながら引き抜く方法（特許文献１及び特許文献２）や、高速回転するボールベアリングで管を管内溝付きプラグに押付け、管の内面に捻れ溝を転造しながら引抜く溝転造法（特許文献３）が採用されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２４０１０８号公報
【特許文献２】特許第３４８９３５９号公報
【特許文献３】特開平６−１９０４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、捻り管自体が巻取りライン上で常に回転していることから、供給側または巻取り側のコイル状の管を、その捻れ方向と同じ方向に、捻れ速度と同調して回転させる必要があり、設備の大型化が必要であるとともに、製造速度に限界があった。また、回転ダイスの部分で、ダイスと試料との間で試料が滑ってしまい、回転を制御しても一定の捻れ角を生じさせることが難しく、長手方向での捻れ角のバラツキが大きい。
また、特許文献３では、管の内側に溝付きプラグを入れて、その内壁に転造を行うが、捻れ角を大きくした場合に、プラグと内壁との摩擦により変形抵抗が増加し、試料引抜き時に試料が破断しやすく、高さの高いフィンの転造も困難である等の問題がある。さらに、径の細い管への対応が難しくなっている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、寸法精度が高く、且つフィン高さの高い内面螺旋溝付管が得られるとともに、細管に対応でき、生産性に優れる内面螺旋溝付管の製造方法および製造装置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】
【０００６】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法は、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成された管材を、巻取りロールによりコイル状に巻取る巻取り工程と、前記巻取りロールを巻取り方向と逆方向に回転させることによりコイル状の管材を該巻取りロール上を滑らせて前記巻取りロールの軸線の延長線に沿って少なくとも１巻分の前記コイル状の管材を送り出す送り出し工程と、該巻取りロール上から送り出された前記コイル状の管材を、該巻取りロールの軸線の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取ることにより、該管材に捻りを加える抜取り工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、巻取りロールに巻き取られた管材を、その巻取りロールの軸線の延長線に沿って張力を加えながら抜き取ることで、管材に一定の捻りを生じさせることが可能である。管材が１周分捻れた時の長手方向の長さを、ここでは捻り周期と記すが、捻り周期の制御は、管材を巻き取る巻取りロールの径とその巻取りピッチに依存する。すなわち、一定の巻取りピッチで巻取りを行った場合には、巻取りに使用する巻取りロールの径が小さくなるにつれて、抜き取り時に形成されるスパイラル状に流動した管材の径が小さくなり、その結果、捻り周期が短くなる。管材の捻れ角は、捻り周期が短くなるとともに大きくなる。本発明による製造方法では、管材を巻取りロール表面の螺旋状の溝に沿って一定の間隔を保持して巻取りを行うことができるので、一定の捻れ角を有する内面螺旋溝付管を製造することができる。
また、本発明による製造方法では、管材の捻れ形成のため、主流である溝転造法のように、特に内部にプラグ等を入れて機械的に加工を行う必要がないため、予め、捻り前の押出時に管材の内壁に深い溝を形成しておくことで、そのまま寸法精度の高い内面溝が形成された細い内面螺旋状溝付管を得ることができる。
また、従来のように、回転する巻取りロールに管材を巻取りながら送り出す場合、巻取りロールの回転に応じて管材自体も回転してしまうため、抜取り側の装置を回転させる必要があり、大掛かりな装置を構成する必要があるが、本発明においては、巻取りロールを巻取り方向と逆方向に回転させることにより、巻取りロール上に巻き取られた管材が、その巻取りロール上を滑って送り出される。このように、巻取りと送り出しとを間欠的に繰り返すことで、巻取りロールの端部からコイル状の管材を開放することができ、管材自体を回転させることなく送り出すことができる。
【０００８】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法は、前記巻取り工程と、前記送り出し工程と、前記抜取り工程とを、複数回繰り返して行われる。
巻取り工程、送り出し工程、抜き取り工程を繰り返すだけなので、製造方法が比較的シンプルであり、それらの巻き取り速度および抜取り速度に応じて製造速度を速くすることが可能となり、生産性に優れている。
【０００９】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記抜取り工程は、前記巻取りロール上から該巻取りロールの軸線の延長線に沿って送り出された少なくとも１巻分の前記コイル状の管材をチャッキングし、該軸線の延長線に沿って引き延ばすチャッキング工程の後に張力を負荷して直管状に形成するとよい。
コイル状の管材を予めある程度引き延ばしておくことで、スムーズに張力を負荷することができる。
【００１０】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記巻取りロールの表面には、一定のピッチの螺旋状の溝が形成されており、前記巻取り工程では、前記巻取りロールとの間に前記管材を挟持するように回転自在に軸支された押さえロールと、前記巻取りロールとの間に前記管材を挟持し、前記巻き取りロールの螺旋状の溝に沿って前記管材の巻き取りを行うとよい。
巻取りロール上で管材が滑ることを防止でき、管材を巻取りロール表面の螺旋状の溝に沿って一定の間隔を保持して巻取りを行うことができるので、一定の捻れ角を有する内面螺旋溝付管を製造することができる。
【００１１】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記抜取り工程後に、管材の断面形状を矯正する中空孔を有する引抜きダイスによる少なくとも１回の引抜き工程と、矯正後の管材を加熱する熱処理工程とを有するとよい。
巻取り工程と抜取り工程とを繰り返すことで、管材の捻れ角は加算され大きくなっていくが、これら工程を複数回繰り返すと、巻取りロールに管材が巻き取られる際に、巻取りロール表面に管材が押し当てられることから、その管材の断面形状が徐々に扁平に潰される。断面形状の扁平率が大きくなった管材は、巻取りの際に、一部に応力が集中しやすく、その結果、座屈を生じやすくなる傾向にある。一端、座屈を生じると、その後の抜取りによる捻り加工の際、その部分にネッキングを生じ、管材の長手方向に均一に捻りを加えられなくなる。なお、ここで言う、ネッキングとは局部的に屈曲したようによじれが発生してしまうことを示す。そのため、工程を一定回数繰り返す毎に引抜き工程を行うことで、扁平した管材の真円度を回復させ、座屈が生じることを防止することができる。また、真円度の矯正後の管材を加熱することで、ひずみを除去することができ、繰り返し抜取り加工ができる。
【００１２】
本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記巻取り工程では、前記巻取りロールを加熱しておき、前記巻取りロールの熱により前記管材を巻取りながら加熱するとよい。
また、本発明の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記抜取り工程では、前記管材を加熱しながら抜き取るとよい。
巻取り工程と抜取り工程とを繰り返すことで、加工硬化により管材が捻れ難くなるが、管材を加熱することで、ひずみを除去することができる。例えば、巻取り工程においては、巻取りロールの表層に、その巻取りロールの円周方向に対し垂直にシーズヒーターを配置することで、加熱することができるし、巻取りロール自体を、高温槽の中に入れておくことも可能である。後者の場合、管材の通板は、高温槽に設けた孔を用いて行われる。また、抜取り工程において管材を加熱する場合には、高速加熱が可能な高周波加熱炉またはハロゲンランプなどによる輻射熱を利用した赤外線加熱炉を使用することができる。
【００１３】
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置は、内面に長さ方向に沿う複数の直進溝が周方向に間隔をおいて形成された管材を巻取りロールにコイル状に巻き取る巻取り手段と、その巻取りロールの軸線の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら該コイル状の管材を直管状に抜き取る抜き取り手段とを備えており、前記巻取り手段は、表面に一定のピッチの螺旋状の溝が形成され、正逆転駆動可能な巻取りロールと、該巻取りロールとの間に前記管材を挟持するように回転自在に軸支された押さえロールとを備えていることを特徴とする。
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置において、前記管材の断面形状を矯正する引抜き手段と、矯正後の管材を加熱する熱処理手段とを有しているとよい。
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置において、前記抜取り手段は、前記巻取りロールの軸線の延長線に沿って間隔をおいて配置された少なくとも二対のピンチロールにより前記管材を挟持し、一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取る構成とされているとよい。
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置において、前記抜取り手段には、前記巻取りロール上から該巻取りロールの軸線の延長線に沿って送り出された少なくとも１巻分の前記コイル状の管材をチャッキングし、該軸線の延長線に沿って引き延ばすストレッチャーが設けられているとよい。
本発明の内面螺旋溝付管の製造装置において、巻取り手段又は抜取り手段の少なくとも一方に、前記管材を加熱する加熱手段が設けられているとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、寸法精度が高く、且つフィン高さの高い内面螺旋溝付管が得られるととともに、細管（細径化）に対応でき、生産性に優れる内面螺旋溝付管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る内面螺旋溝付管の製造装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】内面に直線溝が形成された管材を説明する図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側断面図である。
【図３】内面螺旋溝付管を示す側断面図である。
【図４】内面螺旋溝付管の製造工程を説明する模式図である。
【図５】巻取り手段を説明する図であり、（ａ）が管材の巻取り工程、（ｂ）が巻取り後の管材の送り出し工程を示す。
【図６】内面螺旋溝付管の製造工程を説明するフローチャートである。
【図７】扁平率を説明する図である。
【図８】捻り周期を説明する図である。
【図９】捻れ角の算出方法を説明する図である。
【図１０】巻取りロール直径と捻れ角との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る内面螺旋溝付管の製造装置を用いた内面螺旋溝付管の製造方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態の内面螺旋溝付管の製造装置１００は、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝１１ａが周方向に間隔をおいて形成された管材１１（図２参照）に、一定の捻りを生じさせ、内面に螺旋溝を有する内面螺旋溝付管１１Ｒ（図３）を製造する装置である。
製造装置１００は、図１及び図４に示すように、内面に直線溝１１ａによりフィン１１ｂが形成された管材１１をコイル状に巻き取る巻取り手段２０と、その巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って一定の張力を負荷しながらコイル状に形成された管材１１を直管状に抜き取る抜取り手段３０と、管材１１の断面形状を矯正する引抜き手段４０と、矯正後の管材１１を加熱する熱処理手段５０とを有している。
【００１７】
巻取り手段２０は、図１及び図５に示すように、管材１１をコイル状に巻き取るモーター駆動の巻取りロール２１と、その巻取りロール２１との間に管材１１を挟持するように回転自在に軸支された押さえロール２４とを備えている。なお、巻取りロール２１には、駆動源である正逆転駆動可能なモーター２５が接続されている。また、回転する巻取りロール２１に対して、管材１１を軸線２６に沿ってトラバースさせるためにトラバースロール（図示略）が設けられる。
巻取りロール２１の表面には、管材１１の巻取りを案内する一定のピッチの螺旋状の溝２２が形成されている。巻取りロール２１の螺旋状の溝２２と、押さえロール２４との間に管材１１を通すことにより、巻取りロール２１上で管材１１が滑ることが防止でき、管材１１を巻取りロール２１表面の螺旋状の溝２２に沿って一定の間隔を保持して巻取りを行うことができる。また、巻取りロール２１を一定速度で回転させながら、図５（ａ）に示すように、その軸線２６に沿って管材１１をトラバースさせることによりコイル状に巻き取ることができるとともに、管材１１を少なくとも１巻分巻取った後に、巻取り方向と逆方向に回転させることにより、図５（ｂ）に示すように、巻取られた管材１１を巻取りロール２１の端部から螺旋状の溝２２の延長方向に送り出すことができる。
また、巻取りロール２１および押さえロール２４の表層には、それらロール円周方向に対し垂直にシーズヒーターが配置されている。ロール表面温度を高温にしておき、管材１１が巻取りロール２１の表面に巻き取られ、送り出されている間に、管材１１を高温に加熱することができる。これらロール２１，２４の表面温度は、ＲＴ（室温）〜３００℃が好ましい。
【００１８】
抜取り手段３０には、巻取りロール２１上から、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って送り出されたコイル状の管材１１をチャッキングし、その軸線２６の延長線に沿って引き延ばすストレッチャー３１が設けられている。また、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿って間隔をおいて配置された二対のピンチロール３２が設けられており、ストレッチャー３１で引き延ばされた管材１１を、これらピンチロール３２の間で挟持し、一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取る。また、抜取り手段３０には、高速加熱が可能な高周波加熱炉または輻射熱を利用した加熱炉３３が設けられており、管材１１を加熱しながら引き延ばすことができる。
なお、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に沿うとは、巻取りロール２１の軸線２６の延長線上に一致することのみをいうのではなく、多少のズレは許容される。もっとも、コイル状の管材の抜取りは、巻取りロール２１の軸線２６の延長線に一致して行われることが好ましい。
また、引抜き手段４０は、中空孔を有する引抜きダイスに管材を通して引抜くことにより、管材の断面形状を矯正する構成とされている。熱処理手段５０は、真円度の矯正後の管材の中間焼鈍を行う。
なお、本発明の加熱手段としては、巻取りロール２１および押さえロール２４の表面を加熱するシーズヒーターや、抜取り途中の管材１１を加熱する加熱炉３３が相当する。
【００１９】
次に、このように構成した製造装置１００を用いて、内面螺旋溝付管を製造する方法について説明する。
一定速度で回転する巻取りロール２１ａにより、内面に直線溝が形成された管材１１を巻取りロール２１ａの表面に、同一径のコイル状となるように管材１１をトラバースさせながら複数巻分巻取る。このとき、管材１１は、巻取りロール２１ａの回転によって巻取りロール２１ａの表面と、押さえロール２４との間で案内され、巻取りロール２１ａ表面の螺旋状の溝２２に沿って巻き取られていく（巻取り工程）。
巻取りロール２１ａの一端側から他端側に向けて管材１１を複数巻分巻き取った後、巻取りロール２１ａを管材１１の巻取り方向と逆方向に回転させることによりコイル状に巻き取った管材１１を巻取りロール２１ａ上を滑らせて、巻取りロール２１ａの軸線２６の延長線に沿って複数巻分送り出す（送り出し工程）。この巻取りロール２１ａを回転させる間は、管材１１の巻取りロール２１ａへの供給は停止され、巻取りロール２１ａの手前でたるませておく。なお、巻取りロール２１ａの他端側（図１では上側）から解放された管材１１は、コイル状に形成されている。このように、巻取り工程と送り出し工程とを交互に繰り返すことで、管材１１をコイル状に形成することができる。
【００２０】
次に、巻取りロール２１ａ上から解放されたコイル状の管材１１の複数巻分の一部を、ストレッチャー３１でチャッキングし、巻取りロール２１ａの軸線２６の延長線に沿って予備的な矯正を加える。直管状に近い状態まで矯正された管材は、二対のピンチロール３２間を通過し、これらピンチロール３２間で０．３ｋＮ以上の張力を負荷されながら、直管状に形成される。
ストレッチャー３１はコイル状の管材１１に予備矯正を加えた後、図１に二点鎖線で示すように元の位置に移動し、順次送り出されてくるコイル状の管材の端部をチャッキングし、予備矯正を繰り返し行う。ピンチロール３２で直管状に矯正された管材１１は、巻取りロール２１ｂにコイル状に巻き取られる。
【００２１】
このようにして巻き取られた管材１１は、巻取りロール２１ａの径と、この巻取りロール２１ａにより巻き取られる管材の巻取りピッチにより定まる捻れ角を有する螺旋溝が形成される。この捻れ角は、巻取りロールの径（巻取り径）を小さくする程大きくなり、また巻取りピッチを小さくする程大きくなる。捻れ角は、巻取りロールの径の大きさに依存するため、径の小さい巻取りロールに巻き取れば、一度に大きな捻れ角を生じさせることが可能であるが、管材の材質によっては、小径に巻き取ることが難しい。この場合、径の大きい巻取りロールに巻取り、巻取り工程と抜取り工程とを複数回繰り返すことにより管材への捻れを加算して、大きい捻れ角を有する管材を得ることができる。しかしながら、管材の材質によっては、捻れ角を大きくするために巻取り工程と抜取り工程とを繰り返すことで、加工硬化により管材が捻れにくくなる。そのため、本実施形態の加熱炉３３および巻取りロール２１のように、インラインで加熱する手段を設け、加熱された状態の管材に捻り加工を施すことや、各工程の途中で熱処理をすることにより、ひずみ除去を行うことが好ましい。なお、工程の途中で行われる熱処理は、例えば、管材に２００〜３５０℃で０．５〜４時間の中間焼鈍を行う。
【００２２】
また、より捻れ角の大きい内面螺旋溝付管を製造する際には、例えば、図６のフローチャートに示すように、巻取り工程および抜取り工程を一定回数繰り返す毎に、引抜き工程および熱処理工程を行う。
図６のフローチャートでは、Ｓ１０１〜Ｓ１０３に示すように、巻取り工程と抜取り工程との組合せからなる工程を３回繰り返した後、引抜き工程（Ｓ１０４）と熱処理工程（Ｓ１０５）を挟み、合計８回の巻取り工程と抜取り工程とが行われる（Ｓ１０１〜Ｓ１１２）。そして、巻取り工程と抜取り工程とを繰り返す毎に、管材１１には一定の捻りが加算され、捻れ角を徐々に大きくしていくことができる。
【００２３】
巻取り工程と抜取り工程とを複数回繰り返すと、巻取りロール２１ａに管材が巻き取られる際に、巻取りロール２１の表面に押し当てられることから、図７に示すように、その管材の断面形状が徐々に扁平に潰される。断面形状の扁平率が大きくなった管材は、巻取りの際に座屈を生じることがあり、その座屈を生じた管材に抜取り工程を行うと、座屈した部分で局所的に折れ曲がり（ネッキング）、管材全体に均一な捻れ角が形成された管材を得ることができない。そのため、巻取り工程と抜取り工程とを繰り返す中で、少なくとも１回の引抜き工程と、矯正後の管材を加熱する熱処理工程とを行うことが好ましい。
引抜き工程は、引抜き手段４０により引抜きダイスの中空孔に管材を通して引抜くことにより行われ、１回の引抜き工程は、管材の扁平率が１２０％以内のうちに、もとの管材の径に対し５％以上の縮小が図れるように行う。そして、熱処理工程により、真円度の矯正後の管材を加熱し、ひずみを除去する。熱処理工程は、例えば前述と同様の熱処理が行われ、矯正された管材に２００〜３５０℃で０．５〜４時間の中間焼鈍を行う。
このように、巻取り工程と抜取り工程とを繰り返して、管材の扁平率が大きくなった場合には、引抜き工程により真円度を回復させ、座屈が生じることを防止することができる。抜取り工程後に、管材の断面形状を矯正する少なくとも１回の引抜き工程を設けることで、管材の潰れを抑制し、巻取り工程と抜取り工程とを複数回工程を繰り返すことが可能となり、管材の捻れ角を大きくすることができる。
なお、扁平率とは、管材の最小径Ｙに対する最大径Ｘの比率をいう。
【００２４】
本実施形態の内面螺旋溝付管の製造方法によれば、巻取りロールに巻き取られた管材を、その巻取りロールの軸線の延長線に沿って張力を加えながら抜き取ることで、管材に一定の捻りを生じさせることができる。管材の捻れ形成のため、特に内部にプラグ等を入れて機械的に加工を行う必要がないため、予め、捻り前の押出時に管材の内壁に深い溝を形成しておくことで、そのまま寸法精度の高い内面溝が形成された細い内面螺旋状溝付管を得ることができる。
また、回転する巻取りロールに管材を巻取りながら送り出す場合、巻取りロールの回転に応じて管材自体も回転してしまうため、抜取り側の装置も回転させる必要があり、大掛かりな装置を構成する必要があるが、本発明においては、巻取りロールを巻取り方向と逆方向に回転させることにより、巻取りロール上に巻き取られた管材が、その巻取りロール上を滑って送り出される。このように、巻取りと送り出しとを間欠的に繰り返すことで、巻取りロールの端部からコイル状の管材を解放することができ、管材自体を回転させることなく送り出すことができる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
外径１０ｍｍ、内径８．５ｍｍ、内面に直線溝が形成された３００３アルミニウム合金管材を用いて内面螺旋溝付管の製造を行った。
管材は、内面の直線溝の数は４５個（８°／１山）で、これら直線溝により形成されるフィンの高さが０．２８ｍｍに形成されたものを用いた。この管材を用いて、巻取りロールの径を直径２０〜７６０ｍｍの範囲で変量し、それぞれの巻取りロールで、巻取りピッチ１５ｍｍで巻き取った後に、巻取りロールの軸線の延長線に沿って抜取りを行った。また、抜取りは、巻取りロールから３巻分送り出されたコイル状の管材の下側端部を２５０℃に加熱された加熱炉内でストレッチャーにより矯正を加えた後、ある程度、直管状に伸ばした後に、常温まで温度の下がった管材を二対のピンチロール間で１〜２ｋＮの張力を負荷しながら直管状に矯正した。また、管材の外周面には、予め、その長手方向に沿って直線状のマーキングを行い、図８に示すように、マーキングラインＬが１周分捻れた時の長手方向の長さ（捻り周期Ｂ）を計測した。捻れ角θは、図９に示すように、管材の内周の長さＡと捻り周期Ｂとにより算出した。図１０に、以上のように実施して得られた巻取りロール直径（巻取り径）と捻れ角との関係を示す。
図１０に示すように、例えば、φ１６０ｍｍの巻取り径では、１回に約３°の捻れ角を生じさせることができる。巻取り径が小さくなるにつれて捻れ角は増加し、巻取り径に応じた捻れ角を有する内面螺旋溝付管の製造が可能である。また、製造された各内面螺旋溝付管について、管の長手方向に切り開いて内面に形成された螺旋溝の周期を確認したところ、内面の螺旋溝の周期と、マーキングラインの捻り周期Ｂとは一致していた。
【００２６】
次に、上記の管材と１６０ｍｍの巻取りロールを用いて、巻取り工程と抜取り工程とを７回繰り返すことにより内面螺旋溝付管の製造を行った。
先ず、巻取りロール上に巻取りピッチ１５ｍｍで巻取りを行った後に抜取りを行い、これら巻取り工程と抜取り工程とを３回ずつ繰り返した後に、φ８ｍｍの中空孔を有する引抜きダイスで引抜きし、扁平率１１８％まで潰れた管材を再び扁平率１０３％の真円に回復させた（引抜き工程）。その後、３５０℃で４時間の中間焼鈍を行い（熱処理工程）、再度、φ１６０ｍｍの巻取りロールにより巻取りピッチ１２ｍｍで巻取りを実施した。巻取り工程と抜取り工程とを３回ずつ行った後、φ７．５ｍｍの中空孔を有する引抜きダイスで引抜きを行い、３５０℃で４時間の熱処理を行った。次いで、φ１６０ｍｍの巻取りロールにて巻取りピッチ１１．２５ｍｍで巻取りを実施し、巻取り工程と抜取り工程とを１回ずつ行った。最後にφ７ｍｍの中空孔の引抜きダイスで引抜きを行い、最終的に捻れ角２１°の内面螺旋溝付管を製造した。
巻取り速度および抜取り速度は３０ｍ／ｍｉｎとした。また、抜取り工程は、巻取りロール上から送り出された３巻分のコイル状の管材の下側端部をストレッチャーにより矯正を加え、ある程度、直管状に伸ばした後、二対のピンチロール間で１〜２ｋＮの張力を負荷しながら直管状に矯正した。
【００２７】
巻取り工程と抜取り工程とを３回ずつ繰り返す毎に、引抜き工程を行うことで、扁平した管材の真円度を回復させ、また、真円度の矯正後の管材を加熱することで、ひずみを除去することができる。これにより、さらに繰り返して巻取り工程と抜取り工程とを実施することができ、最終的に捻れ角２１°の内面螺旋溝付管を製造することができた。
【００２８】
（実施例２）
次に、外径３．５ｍｍ、内径３．０ｍｍ、内面に直線溝が形成された１１００アルミニウム合金管材を用いて、巻取り工程と抜取り工程とを複数回繰り返すことにより内面螺旋溝付管の製造を行った。
管材は、内面に直線溝が４０個（９°／１山）形成されており、これら直線溝により形成されるフィンの高さが０．２８ｍｍに形成されたものを用いた。巻取り工程は、直径７５ｍｍの巻取りロールに巻取りピッチ５．５ｍｍで行った。巻取りロールの表面は、シーズヒーターで２００℃に加熱した状態で、巻取りを行った。抜取り工程では、ストレッチャーにより、ある程度の直管にまで矯正した管材を、ハロゲンランプによる赤外線の輻射熱を利用したインライン加熱装置で２５０℃に加熱し、その後、二対のピンチロール間で０．５ｋＮの張力を負荷しながら直管状に矯正し、捻れ角７°とした。同様の工程を３回繰り返した後に、φ３ｍｍの中空孔を有する引抜きダイスで引抜きを行い、最終的にφ３ｍｍ、捻れ角２０°の内面螺旋溝付管を製造した。図６のフローチャートで言えば、Ｓ１０１〜Ｓ１０４までの工程を実施した。
【００２９】
巻取り工程と抜取り工程とを３回ずつ繰り返すことにより、捻れ角２１．５°の内面螺旋溝付管を製造することができ、最後の引抜き工程により、扁平率は１２０％から１００％に回復し、引抜き時に捻れ角がわずかに小さくなることから、最終的に捻れ角２０°の内面螺旋溝付管を製造することができた。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、複数巻分巻き取られたコイル状の管材に対して各工程を複数回繰り返すことにより内面螺旋溝付管を製造したが、これに限定されるものではない。コイル状の管材を少なくとも１巻分ごと形成して各工程を繰り返すことによっても、同様に内面螺旋溝付管を製造することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１００ 内面螺旋溝付管の製造装置
１１ 管材
１１ａ 直線溝
１１ｂ フィン
１１Ｒ 内面螺旋溝付管
２０ 巻取り手段
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 巻取りロール
２２ 螺旋状の溝
２４ 押さえロール
２５ モーター
２６ 軸線
３０ 抜取り手段
３１ ストレッチャー
３２ ピンチロール
３３ 加熱炉（加熱手段）
４０ 引抜き手段
５０ 熱処理手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成された管材を、巻取りロールによりコイル状に巻取る巻取り工程と、前記巻取りロールを巻取り方向と逆方向に回転させることによりコイル状の管材を該巻取りロール上を滑らせて前記巻取りロールの軸線の延長線に沿って少なくとも１巻分の前記コイル状の管材を送り出す送り出し工程と、該巻取りロール上から送り出された前記コイル状の管材を、該巻取りロールの軸線の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取ることにより、該管材に捻りを加える抜取り工程とを有することを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項２】
前記巻取り工程と、前記送り出し工程と、前記抜取り工程とを、複数回繰り返して行われることを特徴とする請求項１記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項３】
前記抜取り工程は、前記巻取りロール上から該巻取りロールの軸線の延長線に沿って送り出された少なくとも１巻分の前記コイル状の管材をチャッキングし、該軸線の延長線に沿って引き延ばすチャッキング工程の後に張力を負荷して直管状に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項４】
前記巻取りロールの表面には、一定のピッチの螺旋状の溝が形成されており、前記巻取り工程では、前記巻取りロールとの間に前記管材を挟持するように回転自在に軸支された押さえロールと、前記巻取りロールとの間に前記管材を挟持し、前記巻き取りロールの螺旋状の溝に沿って前記管材の巻き取りを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項５】
前記抜取り工程後に、管材の断面形状を矯正する中空孔を有する引抜きダイスによる少なくとも１回の引抜き工程と、矯正後の管材を加熱する熱処理工程とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項６】
前記巻取り工程では、前記巻取りロールを加熱しておき、前記巻取りロールの熱により前記管材を巻取りながら加熱することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項７】
前記抜取り工程では、前記管材を加熱しながら抜き取ることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項８】
内面に長さ方向に沿う複数の直進溝が周方向に間隔をおいて形成された管材を巻取りロールにコイル状に巻き取る巻取り手段と、その巻取りロールの軸線の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら該コイル状の管材を直管状に抜き取る抜き取り手段とを備えており、前記巻取り手段は、表面に一定のピッチの螺旋状の溝が形成され、正逆転駆動可能な巻取りロールと、該巻取りロールとの間に前記管材を挟持するように回転自在に軸支された押さえロールとを備えていることを特徴とする内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項９】
前記管材の断面形状を矯正する引抜き手段と、矯正後の管材を加熱する熱処理手段とを有していることを特徴とする請求項８記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１０】
前記抜取り手段は、前記巻取りロールの軸線の延長線に沿って間隔をおいて配置された少なくとも二対のピンチロールにより前記管材を挟持し、一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取る構成とされていることを特徴とする請求項８又は９に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１１】
前記抜取り手段には、前記巻取りロール上から該巻取りロールの軸線の延長線に沿って送り出された少なくとも１巻分の前記コイル状の管材をチャッキングし、該軸線の延長線に沿って引き延ばすストレッチャーが設けられていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１２】
前記巻取り手段又は前記抜取り手段の少なくとも一方に、前記管材を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１】
内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成された管材を、巻取りロールによりコイル状に巻取る巻取り工程と、前記巻取りロールを巻取り方向と逆方向に回転させることによりコイル状の管材を該巻取りロール上を滑らせて前記巻取りロールの軸線の延長線に沿って少なくとも１巻分の前記コイル状の管材を送り出す送り出し工程と、該巻取りロール上から送り出された前記コイル状の管材を、該巻取りロールの軸線の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取ることにより、該管材に捻りを加える抜取り工程とを有することを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項２】
前記巻取り工程と、前記送り出し工程と、前記抜取り工程とを、複数回繰り返して行われることを特徴とする請求項１記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項３】
前記抜取り工程は、前記巻取りロール上から該巻取りロールの軸線の延長線に沿って送り出された少なくとも１巻分の前記コイル状の管材をチャッキングし、該軸線の延長線に沿って引き延ばすチャッキング工程の後に張力を負荷して直管状に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項４】
前記巻取りロールの表面には、一定のピッチの螺旋状の溝が形成されており、前記巻取り工程では、前記巻取りロールとの間に前記管材を挟持するように回転自在に軸支された押さえロールと、前記巻取りロールとの間に前記管材を挟持し、前記巻き取りロールの螺旋状の溝に沿って前記管材の巻き取りを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項５】
前記抜取り工程後に、管材の断面形状を矯正する中空孔を有する引抜きダイスによる少なくとも１回の引抜き工程と、矯正後の管材を加熱する熱処理工程とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項６】
前記巻取り工程では、前記巻取りロールを加熱しておき、前記巻取りロールの熱により前記管材を巻取りながら加熱することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項７】
前記抜取り工程では、前記管材を加熱しながら抜き取ることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
【請求項８】
内面に長さ方向に沿う複数の直進溝が周方向に間隔をおいて形成された管材を巻取りロールにコイル状に巻き取る巻取り手段と、その巻取りロールの軸線の延長線に沿って一定の張力を負荷しながら該コイル状の管材を直管状に抜き取る抜き取り手段とを備えており、前記巻取り手段は、表面に一定のピッチの螺旋状の溝が形成され、正逆転駆動可能な巻取りロールと、該巻取りロールとの間に前記管材を挟持するように回転自在に軸支された押さえロールとを備えていることを特徴とする内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項９】
前記管材の断面形状を矯正する引抜き手段と、矯正後の管材を加熱する熱処理手段とを有していることを特徴とする請求項８記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１０】
前記抜取り手段は、前記巻取りロールの軸線の延長線に沿って間隔をおいて配置された少なくとも二対のピンチロールにより前記管材を挟持し、一定の張力を負荷しながら直管状に抜き取る構成とされていることを特徴とする請求項８又は９に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１１】
前記抜取り手段には、前記巻取りロール上から該巻取りロールの軸線の延長線に沿って送り出された少なくとも１巻分の前記コイル状の管材をチャッキングし、該軸線の延長線に沿って引き延ばすストレッチャーが設けられていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【請求項１２】
前記巻取り手段又は前記抜取り手段の少なくとも一方に、前記管材を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−５６３５６（Ｐ２０１３−５６３５６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６４６６（Ｐ２０１１−１９６４６６）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
【Ｆターム（参考）】
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