JPH04157036A - 内面溝付き管の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １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に
係わり、特に、伝熱管の溶接部近傍における薄肉化を防
止するたぬの改良に関する。

二従来の技術」 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平方向に
流し、還流効果を増す。

■　蒸発管として使用した場合には、内面溝のエツジが
気泡を発するｒ二めの蒸発液となり、沸騰を促進して熱
媒体の気化効率が向上する。まｒ六溝内における表面張
力によって、熱媒体が伝熱管の長平方向に流れ、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か、本発明
者らは、これらの製造方法よりも生産性が高島られる電
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−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、長平方向に対して傾斜した多数の溝ＩＡか形成さ
れる。

まに、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か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ｌＢかそれぞれ形成される。これら平坦部Ｉ
Ｂ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ＩＡおよび平坦部ＩＢが形成されｆ二枚条材ｌ
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
ぬられる。丸められｆこ板条材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Ｊ 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ＩＢの基端部（イ）にお
いて破裂が生じる頻度か高く、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の肉厚か−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
ｌの両端部の数ｘｚ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、溝形成面よりも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ついてなされたものであり、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
両端部を相対的に薄肉に圧延する溝形成工程と、 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、溝圧延部の外周面の軸方向両端部
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たことを特徴としている
。

以下、本発明に係わる内面溝付き管の製造方法を具体的
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、ｌＯ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、円筒状の前圧延部１０Ａと、
その両端に同軸に固定された円板状の両端圧延＋１１ｆ
ｌｌ　ＯＢとから構成されている。

前圧延部＋ＯＡ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ＩＡ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９．５？ｙｚ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０．１０〜０．２５ｘｚ程度、突条１４のピッチが０
，３５〜０．８０ｆｊｌ程度とされる。

この例の特徴点は、前圧延部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Ｉ６とされているこ
とにある。これらテーパ部１６では、各突条Ｉ４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。

航記幅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９．５２ｘ
ｚの伝熱管の場合（板条材ｌの全幅は３３　Ｒｉ）、Ｗ
＝０．４−０．８０ｘｚ程度か好適である。

一方、テーパ部１６の縮径量Ｈは、管体の外径の０２〜
０７％程度であることが望ましく、例えば外径９．５２
ｚｉの伝熱管では０，０２〜００５ｘｘ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、前圧延部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、前圧延部１
０Ａ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Ｉ　Ｏ，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Ｉの肉厚は幅方向
全域に互って一定化され、両端部の薄肉化が防止できる
。このため、この板条材ｌか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ＪＯＢ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ＩＡを形成した板条材ｌを成形装置４（第８図）
によって丸めていく段階で、板条材ｌの両側縁部ＩＢが
突き合わせ力を受けると、薄肉の両側縁部ＩＢ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ＩＢ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１１５（ＩＢ＋ＩＢ）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（ＩＢ＋ＩＢ）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（ＩＢ＋ＩＢ）が、電縫加工後に第８図の
ように平坦化することに起因しており、この部分か管体
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しの
であり、両端圧延部１０Ｂの外周面は、溝圧延部１０Ａ
に近い側か相対的に小さい曲率半径Ｒ１を有する曲面１
８Ａ、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＋８Ａの曲率中心は、溝圧延部１０Ａと両端圧延部
１０Ｂとの接合面１００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Ｉ
の両端部ＩＢの基端部に応力が集中して両端部ＩＢが平
坦化しやすくなる。

また、８％より大では溝ＩＡ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４０〜８
０％とされる。、４０％未満または８０％より大では本
発明の効果か得られず、いずれの場合も伝熱管の溶接部
に落ち込みか生しやすくなる。

各値の具体例を挙げると、外径９．５２ｘｘの伝熱管の
場合には、Ｒ１＝０．３〜０．６ｚｘ、Ｒ２＝４５〜Ｆ
３．５ｚｘが好適である。

このようなロール１０を用いて板条材ｌを連続圧延する
と、板条材ｌは溝形成ロール成形時よりも支持ロール１
２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ＮＩＢが溝形成ロール１０側へ反り返る。これに
より、両端部ＩＢ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ＩＢを曲面状に圧延す
ることが可能である。

なお、両端部ＩＥの端面の厚さＴ３は、溝ＩＡ内？こお
ける板条材１の厚さＴ２の１１〜１５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ＩＢの幅Ｗ２は伝熱管の外径の３〜１２％程度が
好ましい。３％未満ては溶接が不安定になり、１２％よ
り犬であると落ち込みが生じやすくなる。

さらに、両端部ＩＢの支持ロール１２からの浮き上がり
量Ｘは、両端部ＩＢ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ｌの両端部ＩＢ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Ｉ
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ｌＢの基端部（イ）に集中することがなく、この両
端部ＩＢ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（ＩＢ−ｉ−ＩＢ）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
できるたけでなく、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一部分を形成す
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
よび信頼性か大幅に高められる。

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２０
Ｂを曲面に形成し、この曲面２０Ｂによって板条材■の
両端部ＩＢ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９．５２ｒｚの伝熱管の場合、Ｒ３
＝４．５〜６．５ｕ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ＩＢ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
一層高ぬることができる。

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、溝形成工程を２段階に分けて行い、そ
れぞれ板条材１の長平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が、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
伝熱性能かさらに高められる。

また、第２例と第３例における曲面１８Ａと曲面１８Ｂ
は、必ずしも異なる曲率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。

一実施例」 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
形状か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３３０■、厚さは０．４
６ｚｍである。形成した溝の深さは０２０ｍｔａ、　ピ
ッチは０．５ＲＲに統一した。

溝か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ＩＡ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９．５：ｌ’＋ｚとなっｒ二。

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
数を記載しである。

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（ｋｙｆ／ｃｘ
”）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。

第１表 この実施例では、テーパ部の幅Ｗが３．Ｏｘｘ、縮径量
が０．０４ｚｚ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
部との肉厚差か減少し、耐圧強度および拡径限界がそれ
ぞれ格段？こ向上した。

［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
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か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。このたぬ、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。 】・・・板条材、ＩＡ・・・溝、ＩＢ・・・両端部、ｌ
Ｏ・・溝形成ロール、ＩＯＡ・・溝形成部、ＩＯＢ・・
・両端圧延部、１２・・・支持ロール、】４・・・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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記両端部を相対的に薄肉に圧延する溝形成工程
   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たことを特徴とする内面溝付き管
   の製造方法。
2. （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。