JP5725328B2 - 金属製丸パイプの加工方法およびこの方法を用いて加工された金属製丸パイプ - Google Patents

Description

本発明は、曲げ加工が施された金属製丸パイプの曲げ部の一部分を押し潰したようにして平面化するための方法、およびこの方法を用いて加工された金属製丸パイプに関する。

本出願人は、金属製丸パイプに曲げ加工を施すことにより、このパイプをたとえば長円形の螺旋状に形成し、このパイプを熱交換器の伝熱管として利用することを先に提案している（たとえば、特許文献１を参照）。この場合、たとえば図７（ａ）に示すように、金属製丸パイプ（伝熱管）１の曲げ部１０に、温度センサ８０などのセンサ類を安定して取り付けることを目的として、曲げ部１０の一部分を平面または平面に近い平面化処理部１４’としたい場合がある。また、同図（ｂ）に示すように、金属製丸パイプ１の曲げ部１０と熱交換器の他の部材８１とが干渉することを避けるために、曲げ部１０の一部分に平面化処理部１４’を形成したい場合もある。

前記した平面化処理部１４’の形成手段としては、たとえば図８に示すように、先端の押圧用面９０が平面状のパンチ９を利用し、金属製丸パイプ１の曲げ部１０にプレス加工を施すことが考えられる。しかしながら、このような手段によれば、図９に示すように、プレスされた部分１９が、金属製丸パイプ１の内側に大きく窪む現象を生じ易い。これは、金属製丸パイプ１の曲げ部１０の外面は、直状部分(非曲げ部)とは異なり、円筒面ではなく、曲げ部１０の最外周部分やその近傍部分は、球面の一部に近い凸状の３次曲面となっているため、そのような部分を平面状にプレスしようとすると、プレスされた部分が凹状に反転し易いからである。前記したように、プレスされた部分１９が大きく窪んだのでは、この部分が適切に平面化されない。また、金属製丸パイプ１が伝熱管である場合、プレスされた部分１９が窪んでいると、その部分の流路面積が狭小となり、流路抵抗が相当に大きくなるといった不具合を生じる。

特開２００７−３３３３４３号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、金属製丸パイプの曲げ部の外面の一部を大きく窪んだ形状にすることなく、適切に平面化することが可能な金属製丸パイプの加工方法、およびこの方法を用いて加工された金属製丸パイプを提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面により提供される金属製丸パイプの加工方法は、金属製丸パイプの湾曲した曲げ部の外面に、パンチを用いてプレス加工を施し、前記曲げ部の外面の一部を平面化するための金属製丸パイプの加工方法であって、前記パンチの先端に形成された押圧用面については、この押圧用面の両端部側よりも中央部側が窪むように傾斜した一対の傾斜面部を有する構成としておき、前記曲げ部の外面にプレス加工を施す際には、前記曲げ部の最外周部分およびその近傍部分の球面に近い凸状３次曲面の頂部をプレス対象位置とするようにして、前記一対の傾斜面部の双方を前記曲げ部の外面に対面接触させ、かつこれら一対の傾斜面部の夾角が１５０〜１６０°の範囲内にある構成とすることを特徴としている。

このような構成によれば、後述する実験データからも明らかなように、金属製丸パイプの曲げ部の外面がパイプ内に大きく窪まないようにしつつ、前記曲げ部の外面の平面化を適切に図ることが可能である。
本発明を理解する上で、留意すべき点は、本発明の方法において用いられるパンチの押圧用面の一対の傾斜面部は、打ち抜きプレス用パンチに設けられる凹状のシャー（シャー角）とは、役割および機能が全く異なり、これらを混同すべきではないことである。すなわち、打ち抜きプレス用パンチのシャー角は、パンチとワークとの接触度合いを少なくして、打ち抜きプレス荷重や打ち抜き時の騒音を小さくするといった作用を発揮し、シャー角が付された部分（傾斜面の部分）はワークを積極的に押圧するためのものではない。これに対し、本発明において用いられるパンチの一対の傾斜面部は、パイプの曲げ部の外面に直接接触してこの外面を積極的に押圧するための部分であり、プレス対象となる金属製丸パイプの曲げ部の外面が球面の一部に近い凸状の３次曲面である場合に、この３次曲面の頂部およびその近傍部分のプレス変形量を抑制する作用を発揮し、パンチによってプレスされた部分がパイプの内側に大きく窪むことを防止するのに役立つのである。
本発明において、前記一対の傾斜面部は、これらの夾角が１５０〜１６０°の範囲内とされた構成である。このような構成によれば、金属製丸パイプの曲げ部の外面がパイプ内に窪むことを抑制しつつ、前記曲げ部の外面のうち、プレスされた部分の平面度合いを高くするのに好適である。この点も、後述する実験データから理解することができる。

本発明の第２の側面により提供される金属製丸パイプは、本発明の第１の側面により提供される金属製丸パイプの加工方法を用いて加工されたことを特徴としている。この金属製丸パイプは、熱交換器の伝熱管として構成することができる。

このような構成の金属製丸パイプは、湾曲した曲げ部の外面に、大きな窪みを生じることなく平面化された部分を有するものとなる。平面化された部分の平面度合いは高いために、この部分には、たとえばセンサなどの機器を好適に取り付けることが可能となる。また、平面化された部分が、金属製丸パイプの内側に大きく窪んだ状態にはならないために、その部分の内幅（内径）が狭小になることも抑制され、金属製丸パイプ内に流体を流通させる場合に、大きな流路抵抗を生じないようにすることもできる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

（ａ）は、本発明において用いられる金属製丸パイプおよびパンチの一例を示す要部正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。 図１に示す金属製丸パイプにパンチを用いて加工を施す状態を示す要部断面図である。 （ａ）は、図２に示す加工方法により平面化処理部が形成された金属製丸パイプの一例を示す要部正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のIII−III断面図である。 金属製丸パイプに形成された平面化処理部の他の例を示す要部断面図である。 本発明の他の例を示す要部正面図である。 本発明の他の例を示す要部正面図である。 （ａ），（ｂ）は、金属製丸パイプの曲げ部の一部を平面化して利用する例を示す要部正面図である。 本発明との対比例を示す要部正面図である。 本発明との対比例を示す要部断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図３は、本発明の一例を示している。本実施形態の金属製丸パイプの加工方法は、図１に示すような金属製丸パイプ１を加工対象としている。この金属製丸パイプ１は、曲げ加工が施されたステンレス製または銅製などのパイプであって、全体または一部が正面視Ｕ字状であり、半円弧状に湾曲した曲げ部１０を有している。

曲げ部１０の外面の一部を平面化するために用いるパンチ２は、硬質の金属製であって、図１（ｂ）に示すように、先端の押圧用面２０は、一対の傾斜面部２０ａを有する構成である。これら一対の傾斜面部２０ａは、略くの字状であり、押圧用面２０の両端部側(図１(ｂ)では上下両端部側)よりも中央部側が窪むように傾斜している。各傾斜面部２０ａは、平面状であることが好ましいが、平面に近い曲面とすることも可能である。一対の傾斜面部２０ａの夾角αは、たとえば１５０°〜１６０°の範囲である。

曲げ部１０の外面の一部を平面化するには、図２に示すように、パンチ２の一対の傾斜面部２０ａの双方を曲げ部１０の外面に対面接触させるようにして、パンチ２を用いたプレス加工を施し、曲げ部１０の外面の一部を押し潰す。その際、金属製丸パイプ１については、適当なホルダ（図示略）を用いて固定させておく。

前記した加工方法によれば、図３（ａ），（ｂ）に示すような平面化処理部１４が形成される。この平面化処理部１４は、曲げ部１０の内側に向けた窪みを生じることなく、その表面が略平面状とされた形態である。このような平面化処理部１４が形成されるのは、次のような理由によると考えられる。すなわち、プレス加工対象となる曲げ部１０の外面は、元々は球面の一部に近い凸状の３次曲面であるが、前記した加工方法によれば、この３次曲面の頂部（パンチ２の対面箇所のうち、パンチ２に向けて最も突出している部分）およびその近傍部分のプレス量は抑制され、それ以外の部分のプレス量よりも少なくなる。その結果、前記した３次曲面の頂部およびその近傍部分が金属製丸パイプ１の内側に大きく反転するように変形する現象が防止され、平面度合いが高い平面化処理部１４が得られる。

前記した加工が施された金属製丸パイプ１は、たとえば特許文献１に記載されているような熱交換器の伝熱管として利用される。平面化処理部１４は、先に述べた図７の平面化処理部１４’と同様な役割を果たし、たとえばセンサ類などの機器を取り付けたり、あるいは他の部材との干渉を回避するのに役立つ。平面化処理部１４は、既述したように、平面度合いが高いために、センサ類などの機器の取り付けを容易かつ適切に行なうことが可能である。また、平面化処理部１４が金属製丸パイプ１の内側に大きく窪んでいないために、平面化処理部１４の形成箇所においてパイプの内幅が狭小になることも抑制される。したがって、金属製丸パイプ１内に流体を流通させる場合に、平面化処理部１４が大きな流路抵抗となる不具合も適切に解消することができる。

本件発明者は、パンチ２として、一対の傾斜面部２０ａの夾角αが相違するものを用いて、金属製丸パイプの曲げ部にプレス加工を施す実験を行なった。加工対象となる金属製丸パイプとしては、次の第１ないし第３の金属製丸パイプを用いた。
第１の金属製丸パイプ：ステンレス製（ＪＩＳ：ＳＵＳ３０４Ｌ）、外径８ｍｍ、肉厚０．３ｍｍ、曲げ部の曲げ半径２０ｍｍ
第２の金属製丸パイプ：銅製（ＪＩＳ：Ｃ１２２０Ｔ）、外径１８ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ、曲げ部の曲げ半径２０ｍｍ
第３の金属製丸パイプ：銅製（ＪＩＳ：Ｃ１２２０Ｔ）、外径１２．７ｍｍ、肉厚０．６ｍｍ、曲げ部の曲げ半径２４ｍｍ
曲げ部のうち、プレス加工を施した位置は、図１〜図３に示した先の実施形態と同様な位置である。
本実験の結果は、次の「表１」に示すとおりであり、第１ないし第３の金属製丸パイプのいずれについても同様な結果が得られた。

表１の結果から理解されるように、パンチ２の一対の傾斜面部２０ａの夾角αが、１８０°である場合には、背景技術の欄（図９）で説明したのと同様に、プレス加工された部分がパイプの内側に大きく窪んだ。これに対し、夾角αが１５０°または１６０°の場合には、プレス加工された部分がパイプの内側に窪むことはなく、その表面は平面に近い状態となった。夾角αが１４０°である場合には、図４に示すように、平面化処理部１４に小さい２箇所の窪み部１５が生じた。

前記した結果からすると、夾角αを１５０〜１６０°の範囲内とすれば、平面化処理部１４が窪みのない平面に近い形態となることが理解できる。実験で用いられた金属製丸パイプの材質は、ステンレス製および銅製の２種類であるが、これら以外の材質であっても、これらと同様な硬度または性質の材質であれば、前記と同様な結果が得られるものと考えられる。

夾角αを１４０°にした場合には、小さい窪み部１５が生じるものの、この窪み部１５は、図９で示した窪み部と比較すると小さい。したがって、夾角αを１４０°程度まで小さくした場合であっても、夾角αが１８０°の場合よりは、平面化処理部１４を良好な形態にすることが可能である。

図５および図６は、本発明の他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。

図５に示す実施形態では、パンチ２によるプレス加工対象部位が、金属製丸パイプ１の曲げ部１０の最端部ｎ１（同図の右端部分）ではなく、この最端部ｎ１からずれた部分ｎ２とされている。この部分ｎ２の外面も、最端部ｎ１の外面と同様な球面に近い３次曲面であり、前記実施形態で得られた平面化処理部１４を形成することができる。曲げ部１０の外面のうち、最外周寄りの領域Ａ（中心線Ｃよりも外周寄りであって、クロスハッチングが入れられた領域）の外面は、球面に近い３次曲面であるために、前記した領域Ａのいずれの箇所を平面化する場合においても、本発明は最適である。

図６に示す実施形態では、金属製丸パイプ１の曲げ部１０が、いわゆる１／４円弧状である。このような形態の曲げ部１０であっても、本発明を適用し、表面が平面に近い平面化処理部を適切に形成することが可能である。もちろん、半円弧状や１／４円弧状以外の
曲げ部にも、本発明を適用することができる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る金属製丸パイプの加工方法の具体的な工程は、本発明の意図する範囲内で変更自在である。また、本発明に係る金属製丸パイプの各部の具体的な構成は、設計変更自在である。

本発明が適用された金属製丸パイプは、熱交換器の伝熱管として利用するのに適するが、これ以外の用途に用いることもできる。

１ 金属製丸パイプ
２ パンチ
１０ 曲げ部（金属製丸パイプの）
１４ 平面化処理部
２０ 押圧用面（パンチの）
２０ａ 傾斜面部（押圧用面の）

Claims (3)

1. 金属製丸パイプの湾曲した曲げ部の外面に、パンチを用いてプレス加工を施し、前記曲げ部の外面の一部を平面化するための金属製丸パイプの加工方法であって、
   前記パンチの先端に形成された押圧用面については、この押圧用面の両端部側よりも中央部側が窪むように傾斜した一対の傾斜面部を有する構成としておき、
   前記曲げ部の外面にプレス加工を施す際には、前記曲げ部の最外周部分およびその近傍部分の球面に近い凸状３次曲面の頂部をプレス対象位置とするようにして、前記一対の傾斜面部の双方を前記曲げ部の外面に対面接触させ、かつこれら一対の傾斜面部の夾角が１５０〜１６０°の範囲内にある構成とすることを特徴とする、金属製丸パイプの加工方法。
2. 請求項１に記載の金属製丸パイプの加工方法を用いて加工されたことを特徴とする、金属製丸パイプ。
3. 熱交換器の伝熱管として構成されている、請求項２に記載の金属製丸パイプ。

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