JP2618084B2

JP2618084B2 - 内面溝付き管の製造方法および製造装置

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Publication number: JP2618084B2
Application number: JP2278469A
Authority: JP
Inventors: 晴夫幸野; 一郎木村; 一憲尾崎; 淳宮内
Original assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1997-06-11
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JPH04157036A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、電縫管方式による内面溝付き管の製造方法
および製造装置に係り、特に、伝熱管の溶接部近傍にお
ける薄肉化を防止するための改良に関する。

「従来の技術」この種の内面溝付き管は、例えば空調装置や冷蔵庫等
の熱交換器において、蒸発管や凝縮管等の伝熱管として
主に使用されるものであり、最近では、内面に螺旋状等
の溝を形成したものも広く市販されている。

このように内面に溝を形成した伝熱管では、溝なし伝
熱管に比して次のような利点が得られる。

伝熱管を凝縮管として使用した場合には、凝縮管内
を流れる熱媒体の蒸気を溝の間の突条部により乱流に
し、さらに突条部を凝縮核として熱媒蒸気の凝縮効果を
高め、液化を促進する。また、凝縮した熱媒液体を、溝
内における表面張力によって効率的に伝熱管の長手方向
に流し、還流効果を増す。

蒸発管として使用した場合には、内面溝のエッジが
気泡を発するための蒸発核となり、沸騰を促進して熱媒
体の気化効率が向上する。また、溝内における表面張力
によって、熱媒体が伝熱管の長手方向に流れ、伝熱管の
内面に均一に分散される。

内面溝付き管を製造する方法としては、金属管に引き
抜きまたは転造加工を施す方法が一般的であるが、本発
明者らは、これらの製造方法よりも生産性が高められる
電縫管方式の採用を検討している。

第８図は、電縫管方式による内面溝付き管の製造方法
の一例を示す図である。この方法ではまず、一定幅で長
尺の金属板条材１を溝形成ロール２および支持ロール３
により圧延し、その一面に多数の溝を形成する。

各ロール2,3の詳細を第９図に示す。溝形成ロール２
の軸方向両端部を除く外周面には、多数の突条2Aが周方
向に対して一定角度傾斜して形成されており、これら突
条2Aにより、板条材１の両端部を除く部分の表面には、
長手方向に対して傾斜した多数の溝1Aが形成される。

また、溝形成ロール２の両端には、耳部と称される両
端圧延部2Bが一定幅に亙ってそれぞれ設けられており、
これら両端圧延部2Bによって板条材１の両端には一定幅
の平坦部1Bがそれぞれ形成される。これら平坦部1Bは、
電縫工程における溶接の安定化を図るためのものであ
る。

次に、溝1Aおよび平坦部1Bが形成された板条材１は、
第８図に示すようにロール成形装置４に通され、複数対
の成形ロールにより溝形成面を内側にして管状に丸めら
れる。丸められた板条材５は電縫装置６に通され、突き
合わされた両側縁部が溶接されて管体７となる。管体７
はさらに縮径装置８に通され、所定の外径まで縮径され
て伝熱管９とされる。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上記の製造方法で成形された伝熱管に本発
明者らが耐圧試験を行なった結果、第11図に示すように
溶接部7Aの近傍、特に両端部1Bの基端部（イ）において
破裂が生じる頻度が高く、この箇所の強度が相対的に低
下していることが判明した。

本発明者らが、この現象を詳細に検討した結果、溶接
部7Aの近傍における強度低下の原因は、第10図に示すよ
うに溝形成後の板条材１の肉厚が両端部1Bの近傍におい
て相対的に小さくなることにあると判明した。

この現象は、溝の圧延加工に特有の現象であり、板条
材１の両端部の数mm幅の狭い領域に限って生じるため、
圧延ロールの撓みによる周知のロールクラウンやキャン
バとは根本的に異なると考えられる。

本発明者らが原因をさらに検討した結果、この種の溝
圧延加工では、溝形成面より平滑面の側で板条材の幅方
向に材料の延びが生じるため、板条材の幅方向両端部に
は溝形成ロール側に反り返る力が働く。この力により、
板条材の両端部が溝形成ロールに押し付けられて圧延量
が大きくなり、溝形成部の両端のみが薄肉化するものと
推測される。

「課題を解決するための手段」本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、本
発明に係る内面溝付き管の製造方法は、板条材を溝形成
ロールで圧延し、この板条材の一面の幅方向両端部を除
く部分に多数の溝を形成すると共に、前記両端部を前記
溝同士の間の厚肉部分より薄くする溝形成工程と、前記
溝を形成した板条材を溝形成面を内側にして管状に成形
し、さらに前記両端部の突き合わせ部分を溶接して管体
とする電縫工程とを具備し、前記溝形成ロールの、溝圧
延部の軸方向両端部を、それぞれ一定幅に亘って、ロー
ル両端側へ向けて徐々に外径が窄まるテーパ部としたこ
とを特徴としている。

また、本発明に係る内面溝付き管の製造装置は、板条
材を溝形成ロールで圧延し、この板条材の一面の幅方向
両端部を除く部分に多数の溝を形成すると共に、前記両
端部を前記溝同士の間の厚肉部分より薄くするための溝
形成機構と、前記溝を形成した板条材を溝形成面を内側
にして管状に成形し、さらに前記両端部の突き合わせ部
分を溶接して管体とする電縫機構とを具備し、前記溝形
成ロールの、溝圧延部の軸方向両端部が、それぞれ一定
幅に亘って、ロール両端側へ向けて徐々に外径が窄まる
テーパ部とされていることを特徴としている。

以下、本発明に係る内面溝付き管の製造方法および製
造装置を具体的に説明する。

第１図は本発明における溝形成工程の一例を示す縦断
面図であり、10は溝形成ロール、12は支持ロールであ
る。溝形成ロール10は、円筒状の溝圧延部10Aと、その
両端に同軸に固定された円板状の両端圧延部10Bとから
構成されている。

溝圧延部10Aの外周面には、全面に亙って突条14が多
数形成されている。これら突条14は互いに平行で、ロー
ル10の周方向に対して一定角度をなしている。

突条14の高さおよびピッチは、所望の溝1Aの深さおよ
びピッチに応じて決定される。具体的な数値を挙げる
と、例えば一般に使用される外径9.52mmの伝熱管用とし
ては、伝熱性能を高める点から、突条14の高さが0.10〜
0.25mm程度、突条14のピッチが0.35〜0.80mm程度とされ
る。

この例の特徴点は、溝圧延部10Aの軸方向の両端から
それぞれ一定幅Ｗの部分がテーパ部16とされていること
にある。これらテーパ部16では、各突条14の先端面によ
り構成される基準面が両端方向に向けて徐々に縮径する
テーパ面とされている。

前記幅Ｗは、製造すべき伝熱管の外径の３〜12％とさ
れることが望ましく、例えば、一般的な外径9.52mmの伝
熱管の場合（板条材１の全幅は33mm）、Ｗ＝0.4〜0.80m
m程度が好適である。

一方、テーパ部16の縮径量Ｈは、管体の外径の0.2〜
0.7％程度であることが望ましく、例えば外径9.52mmの
伝熱管では0.02〜0.05mm程度が好適である。

上記の各範囲を外れると、圧延後の板条材１の肉厚が
不均一になるおそれが生じる。

なお、テーパ部16の外周面は、図示のような断面直線
状であってもよいし、溝圧延部10Aの中央部となだらか
に連続する曲面であってもよい。

この例では、両端圧延部10Bの外周面も、溝圧延部10A
のテーパ部16の延長面と一致するテーパ面に形成されて
いる。ただし、両端圧延部10Bはテーパ状でなくてもよ
く、単純な円筒面でもよいし、後述する第３図および第
４図に示すような曲面状に形成してもよい。

一方、支持ロール12の外周面は従来と同様に単純な円
筒面とされている。

以上のようなロール10,12により圧延を行なうことに
より、第２図に示すように板条材１の肉厚は幅方向全域
に亙って一定化され、両端部の薄肉化が防止できる。こ
のため、この板条材１が従来法と同様のロール成形工
程、電縫工程、縮径工程を経て得られる伝熱管は、その
溶接部の近傍が薄肉化せず、伝熱管全体としての耐圧強
度が大幅に向上できる。

次に、第３図は本発明の第２例を示す図であり、この
例では、両端圧延部10Bの形状を変更したことを新たな
特徴とする。なお、第３図の説明に入る前に、この例に
よって解決しうる問題を説明しておく。

第９図に示す従来の内面溝付き管の製造方法では、第
７図に示すように、成形された伝熱管９の溶接部7Aが内
側に凹む現象（落ち込みと称する）がしばしば生じ、前
述の端部薄肉化と相まって溶接部7A近傍の強度を一層低
下させる原因となっていた。

本発明者らがこの落ち込み現象を詳細に検討した結
果、以下のような新規な知見を得るに至った。

溝1Aを形成した板条材１を成形装置４（第８図）に
よって丸めていく段階で、板条材１の両側縁部1Bが突き
合わせ力を受けると、薄肉の両側縁部1Bの基端部（イ）
に応力が集中する。この結果、第６図に示すように、両
側縁部1Bは曲面状に曲がらず平板状のまま基端部（イ）
を境として屈曲し、溶接後の管体７の外周面には平坦部
（1B＋1B）が生じる。

次に、この管体７を縮径装置８に通し、縮径ロール
内を通して外径を縮小すると、第７図に示すように前記
平坦部（1B＋1B）が溶接部7Aを中心として基端部（イ）
から伝熱管９の内側へ座屈し、落ち込みを生じる。

上記の問題は、縮径装置８を通す前の管体７の突
き合わせ部分（1B＋1B）が、電縫加工後に第６図のよう
に平坦化することに起因しており、この部分が管体９の
外周面とほぼ一致した曲面であれば、落ち込みは発生し
ない。

第３図に示す例は、上記の知見に基づいてなされたも
のであり、両端圧延部10Bの外周面は、溝圧延部10Aに近
い側が相対的に小さい曲率半径R1を有する曲面18A、遠
い側が相対的に大きな曲率半径R2を有する曲面18Bとさ
れ、これら曲面18A,18Bはなだらかに連続している。

曲面18Aの曲率中心は、溝圧延部10Aと両端圧延部10B
との接合面10Cよりも両端側にそれぞれ設定されてい
る。

また、曲面18Aの曲率半径R1は、成形すべき伝熱管の
外径の２〜８％とされることが望ましい。２％未満で
は、圧延された板条材１を管状に丸める際に、板条材１
の両端部1Bの基端部に応力が集中して両端部1Bが平坦化
しやすくなる。また、８％より大では溝1Aの高さよりも
曲面18Aの端部が高くなるおそれがある。

一方、曲面18Bの曲率中心は、接合面10Cの近傍もしく
は接合面10C上に設定されており、その曲率半径R2は、
望ましくは成形すべき伝熱管の外径の40〜80％とされ
る。40％未満または80％より大では本発明の効果が得ら
れず、いずれの場合も伝熱管の溶接部に落ち込みが生じ
やすくなる。

各値の具体例を挙げると、外径9.52mmの伝熱管の場合
には、R1＝0.3〜0.6mm、R2＝4.5〜6.5mmが好適である。

このようなロール10を用いて板条材１を連続圧延する
と、板条材１は溝形成ロール10側よりも支持ロール12側
で幅方向への伸びが大きいため、第１図に示すように両
端部1Bが溝形成ロール10側へ反り返る。これにより、両
端部1Bは支持ロール12から浮き上がっているにも拘わら
ず、両端圧延部10Bにより圧延される。

この現象は、本発明者らが発見したもので、後述する
第２図のように支持ロール20の外周面20Bを曲面に形成
しなくても、板条材１の両端部1Bを曲面状に圧延するこ
とが可能である。

なお、両端部1Bの端面の厚さT3は、溝1A内における板
条材１の厚さT2の1.1〜1.5倍程度になるように寸法およ
び圧延条件が設定される。また、板条材１の両端部1Bの
幅W2は伝熱管の外径の３〜12％程度が好ましい。３％未
満では溶接が不安定になり、12％より大であると落ち込
みが生じやすくなる。

さらに、両端部1Bの支持ロール12からの浮き上がり量
Ｘは、両端部1Bの下面が管体の外周面とほぼ一致するよ
うな値が好ましく、それに合わせて圧延条件が設定され
る。

以上のように溝形成工程を終えたら、前記と同様に管
成形装置で板条材１を管状にロール成形する。すると、
第５図に示すように、板条材１の両端部1Bは管体の外周
面とほぼ一致する円弧状に形成されているうえ、板条材
１の溝形成部の両端部の肉厚がテーパ部16を設けたこと
により均一化されているから、ロール成形時の応力が両
端部1Bの基端部（イ）に集中することがなく、この両端
部1Bが内側に屈折して平坦化することがない。

このため、さらにこの管体７を縮径する際に、突き合
わせ部分（1B＋1B）が内側に折れ曲がって落ち込みを生
じることがなく、伝熱管の外周面はほぼ完全な円周面と
なる。したがって、伝熱管の美観を高めることができる
だけでなく、伝熱管の外周に冷却フィンを固定する場
合、あるいは伝熱管の端部にフレアー部分を形成する場
合などに、伝熱管に拡管プラグを通して拡管を行なって
も、溶接部に亀裂が入るおそれがなく、耐圧強度および
信頼性が大幅に高められる。

次に、第４図は本発明の第３例を示す図である。この
例では、支持ロール20の外周面の両端圧延部20Bを曲面
に形成し、この曲面20Bによって板条材１の両端部1Bの
下面を強制的に曲面状に圧延する。他の条件は第３図の
例と同様である。

前記支持ロール20の曲面20Bの曲率半径R3は、両端圧
延部10Bの前記曲率R2とほぼ等しくされている。具体的
には、外径9.52mmの伝熱管の場合、R3＝4.5〜6.5mm程度
が好ましい。

この例によれば、管体７の外周面となる板条材１の両
端部1Bの下面の形状が厳密にコントロールできるから、
前記の例に比して最終的に得られる伝熱管の形状精度を
一層高めることができる。

なお、本発明は上記３種の例に限定されるものではな
く、細部の形状や寸法等は必要に応じて適宜変更してよ
い。

また、上記実施例では伝熱管の内面に螺旋溝を形成す
るものであったが、溝形成工程の２段階に分けて行い、
それぞれ板条材１の長手方向に対して傾斜角度の異なる
２種の溝を形成することにより、伝熱管の内面に交差溝
を形成してもよい。この場合、両端圧延部10Bは２段階
の溝形成工程のうちいずれか一方に設けるか、両方の工
程に設けることができる。

このような交差溝を形成すると、螺旋溝の場合に比し
て伝熱性能がさらに高められる。

また、第２例と第３例における曲面18Aと曲面18Bは、
必ずしも異なる局面に形成されていなくてもよく、場合
によっては同一の円弧面であってもよい。

「実施例」次に、実施例を挙げて本発明の効果を実証する。

第１図に示した形状をなし、溝圧延部の両端部のテー
パ形状が異なる数種の溝形成ロールを用い、板条材を圧
延した。テーパ部の幅Ｗおよび縮径量Ｈを第１表に記
す。なお例１は、従来のテーパ無しの溝形成ロールを用
いた例である。

板条材は脱酸銅製で、その幅は33.0mm、厚さは0.46mm
である。形成した溝の深さは0.20mm、ピッチは0.5mmに
統一した。

溝が形成された板条材の、溝形成部の中央部および両
端部の肉厚（溝1A内の肉厚）をそれぞれ測定した。第１
表には、中央部の肉厚から端部肉厚を差し引いた値を記
載している。マイナスの値は、端部の方が厚くなったこ
とを示している。

次に、各板条材に通常のロール成形加工、電縫加工お
よび縮径加工を施し、伝熱管を製造した。伝熱管の外径
はいずれも9.52mmとなった。

得られた各伝熱管の一端から、先端角60゜のコーンを
挿入して徐々に拡管し、亀裂が入った際の最大外径を記
録した。第１表にはこの最大外径を元の外径で除した倍
数を記載してある。

また、伝熱管の一端を完全に封止し、他端から高圧水
を吹き込んで、伝熱管が破裂した際の圧力（kgf/cm²）
を測定し、溶接強度を評価した。

上記各試験の結果を第１表に記す。

この実施例では、テーパ部の幅Ｗが3.0mm（板条材の
幅の約9.1％）、縮径量が0.04mm（管外径の約0.42％）
の場合に特に良好な結果が得られ、テーパ部を形成しな
い場合に比して、溝形成部の中央部と端部との肉厚差が
減少し、耐圧強度および拡径限界がそれぞれ格段に向上
した。

「発明の効果」以上説明したように、本発明の内面溝付き管の製造方
法および製造装置においては、溝形成工程で使用する溝
形成ロールの溝形成部の軸方向両端部を、それぞれ一定
幅に亙って、ロール両端側へ向けて徐々に外径が窄まる
テーパ部としているため、この溝形成ロールによって圧
延された板条材の肉厚は、溝形成面の幅方向全域に亙っ
て一定化され、その両端部の薄肉化が防止できる。この
ため、この板条材をロール成形、電縫および縮径して得
られる伝熱管は、その溶接部の近傍が薄肉化せず、従来
法によって得られる同寸法の伝熱管に比して、伝熱管全
体としての耐圧強度が向上できる。

しかも、溝形成ロールの外周面形状を変更するだけで
よいから、改善に要するコストが安いという利点も有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる内面溝付き管の製造方法の一例
の溝形成工程を示す縦断面図、第２図はその溝形成工程を経た板条材を示す縦断面図、第３図および第４図は、それぞれ本発明の他の例の溝形
成工程を示す断面図、第５図ないし第７図は、上記他の例の効果を説明するた
めの断面図である。一方、第８図は従来の内面溝付き管の製造方法を示す概
略図、第９図はその溝形成工程を示す縦断面図、第10図は圧延された板条材の端部の断面図、第11図は従来技術の問題点を示す伝熱管の断面図であ
る。１……板条材、1A……溝、1B……両端部、10……溝形成
ロール、10A……溝形成部、10B……両端圧延部、12……
支持ロール、14……突条、16……テーパ部、Ｗ……テー
パ部の幅、Ｘ……テーパ部の縮径量、18A,18B……曲
面、20……支持ロール、20B……曲面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮内淳福島県会津若松市扇町128―７三菱伸銅株式会社若松製作所内 (56)参考文献特開平２−112822（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】板条材を溝形成ロールで圧延し、この板条
材の一面の幅方向両端部を除く部分に多数の溝を形成す
るとともに、前記両端部を前記溝同士の間の厚肉部分よ
り薄くする溝形成工程と、前記溝を形成した板条材を溝形成面を内側にして管状に
成形し、さらに前記両端部の突き合わせ部分を溶接して
管体とする電縫工程とを具備する内面溝付き管の製造方
法において、前記溝形成ロールの、溝圧延部の軸方向両端部を、それ
ぞれ一定幅に亘って、ロール両端側へ向けて徐々に外径
が窄まるテーパ部としたことを特徴とする内面溝付き管
の製造方法。
【請求項２】前記各テーパ部のロール軸方向の幅は、前
記板条材の幅の５〜15％に設定されるとともに、これら
テーパ部の半径変化量は前記管体の外径の0.2〜0.7％で
あることを特徴とする請求項１記載の内面溝付き管の製
造方法。
【請求項３】板条材を溝形成ロールで圧延し、この板条
材の一面の幅方向両端部を除く部分に多数の溝を形成す
ると共に、前記両端部を前記溝同士の間の厚肉部分より
薄くするための溝形成機構と、前記溝を形成した板条材を溝形成面を内側にして管状に
成形し、さらに前記両端部の突き合わせ部分を溶接して
管体とする電縫機構とを具備する内面溝付き管の製造装
置において、前記溝形成ロールの、溝圧延部の軸方向両端部が、それ
ぞれ一定幅に亘って、ロール両端側へ向けて徐々に外径
が窄まるテーパ部とされていることを特徴とする内面溝
付き管の製造装置。
【請求項４】前記各テーパ部のロール軸方向の幅は、前
記板条材の幅の５〜15％に設定されると共に、これらテ
ーパ部の半径変化量は前記管体の外径の0.2〜0.7％とさ
れていることを特徴とする請求項３記載の内面溝付き管
の製造装置。