JP2014142173A - 内面螺旋溝付管およびその製造方法と熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、冷媒の蒸発性能と凝縮性能の両性能に優れた内面螺旋溝付管とその製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、内面に長さ方向に沿う複数のストレート溝が周方向に間隔をおいて形成されたアルミニウム合金製の押出素管に直接捻り加工を付与することにより、前記ストレート溝が螺旋溝とされ、前記フィンが螺旋状とされた内面螺旋溝付管であって、前記複数の螺旋溝における前記内面螺旋溝付管の底肉厚が０．５５ｍｍ以上であり、前記螺旋溝からの前記フィンの高さが０．２４ｍｍ以上であり、前記フィンを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角が２５°以下であり、結晶粒組織において平均結晶粒サイズが１２０μｍ以下であることを特徴とする内面螺旋溝付管１１Ｒを採用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器の伝熱管等に用いられる内面螺旋溝付管およびその製造方法と熱交換器に関する。

一般に空調機や冷凍機のフィンチューブ式熱交換器には冷媒を流すための伝熱管が使用されている。その構造は、プレス加工後に積層されたアルミニウムフィンにＵ字形にヘアピン曲げされた伝熱管を挿入し、拡管工程を経て伝熱管が拡管されフィンと接合される。伝熱管に流す冷媒にはフロン系冷媒あるいはその代替冷媒等が使用されており、冷媒の相変化を利用して熱交換を行わせる。
熱交換器には省エネ化に向けた高効率化が要求されており、伝熱管には熱伝達特性の向上のために、管内面に断面形状を三角形あるいは台形としたフィンが溝間に形成されている。最近では、更なる熱特性の改善のために、溝を螺旋状に形成した伝熱管（螺旋溝付管）が使用されている。また、冷暖房機能のあるヒートポンプ式エアコンの普及により同一の伝熱管で蒸発性能と凝縮性能の両性能をともに高めた伝熱管が必要とされており、このような要求に応えるべく、フィン高さ、溝のリード角、フィン形状、フィン頂角等を規定した伝熱管が提案されている。

また、螺旋溝付管の製造方法として、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１）が知られている。
現状において広く用いられている熱交換器用の銅の伝熱管は、一般に前述の溝転造法により製造されている。溝転造法は、加工対象の管内に保持プラグで溝付きプラグを保持し、管の外周側に設けた転造ボールが管を溝付きプラグに押し付けながら高速で自転および遊星回転し、溝付きプラグの形状を管の内面に転写しながら螺旋溝付管を製造する方法である。

特開平６−１９０４７６号公報

これまで主に伝熱管には銅や銅合金などの銅系材料が使用されてきたが、ここ最近の銅地金の高騰により、銅伝熱管の価格が高くなり製品の価格を圧迫していることから、より安価で安定したアルミニウムやアルミニウム合金を用いた伝熱管が要求されている。アルミニウムを使用すれば、価格の安定の他にその比重が２．７ｇ／ｃｍ^３と銅の８．９ｇ／ｃｍ^３に比べ軽いことから、熱交換器の軽量化を図ることができる。また、リサイクルの際に、熱交換器を銅合金製の伝熱管とアルミニウム合金製のフィンとに解体・分別する手間が必要なくなり、熱交換器がオールアルミ化されることでリサイクルが容易になる。

しかしながら、従来の溝転造法でアルミニウムおよびアルミニウム合金の伝熱管を製造するのは困難である。そもそも、アルミニウム合金は銅合金に比べて強度が低いことから、アルミニウム合金により製造される伝熱管は耐圧強度を得るために、銅伝熱管に比べ管の底肉厚を厚くする必要がある。その場合、管外周から転造ボールで管を管内周の溝付きプラグに押し当て、管底肉厚部の塑性流動で溝をその内周側に転写する溝転造法では、所定の高さを有する溝の形状が困難であると共に、溝欠けなどの塑性流動不良による欠陥を生じやすい。最近、伝熱管の溝形状は熱伝達性の改善に高精度化される傾向にあるが、溝転造法でそれら溝形状を製造すると所定の形状が得られず、無理に加工すると管が断線したり、溝付きプラグと管に凝着による焼き付きが発生するなどの問題を生じる。また、アルミニウム合金による伝熱管では、溝転造時にアルミ滓が発生し、それらを取り除くのが困難で、溝つまりを生じる。以上の理由から、アルミニウム合金製の伝熱管を溝転造法で製造するのは困難であり、作製可能な溝形状に制限がある。
更に、熱交換器の冷媒としてＣＯ_２を使用する場合には、高い耐圧強度を有する伝熱管を採用する必要がある。伝熱管の耐圧強度は底肉厚を厚くすることで高められるが、上述したように、溝転造法ではこれに対応することが困難である。

このため、アルミニウム合金の伝熱管を製造するには溝転造法以外の製法が必要であり、予め、ロール転造で表面に溝を転造した板材をロール成形で丸管状に加工し、その接合面を溶接する電縫管による製法が提案されているが、その場合、内面溶接部のビードが拡管の支障になり、拡管性を劣化させるだけでなく、溶接面の接合不良による冷媒漏れなどの問題を生じる。

本発明者は、様々な製法について検討した結果、予め、ストレートの溝を有した素管に、直接捻り加工を付与する方法がアルミニウムおよびアルミニウム合金による伝熱管の製造に適していると考えている。ストレート溝を有する素管の製造には押出が適しており、フィン頂角が狭くフィン高さの高いハイスリムフィンタイプの溝形状も容易で、併せて、底肉厚が０．５５ｍｍを超える内面螺旋溝付管も製造できる。

しかしながら、素管の結晶粒組織について結晶粒サイズがある範囲以上では、製造した内面螺旋溝付管の結晶粒サイズが粗大化し、拡管時にその外周面にオレンジの皮のような肌荒れのオレンジピールを生じ、表面に凹凸が発生する。
伝熱管は熱交換器に組む際、伝熱管の内部に伝熱管よりも径が大きい拡管プラグを挿入して伝熱管の径を拡げ、アルミニウム合金製放熱フィンに機械的に接合されるが、この時に管外周の肌荒れによる凹凸で放熱フィンと伝熱管との接合面が減少し接合率が低下するため、熱特性が劣化する。

もう一つの問題は、管内周側の肌荒れが原因で、伝熱管長手方向の垂直断面でみた場合、本来その円の中心方向に放心円状に底肉厚部に形成されるフィンが、内周表面の凹凸でフィン倒れとなることで、拡管プラグによる拡管時にそのフィン倒れが増幅されてしまう問題である。その場合、フィン倒れで、拡管プラグからの外周方向に作用する力がフィン倒れで吸収され、底肉厚部に伝わりづらくなるため、所定の拡管率が得られず、放熱フィンと伝熱管との十分な接合が得られず、熱特性の劣化を招く。また、その程度がひどい場合には、フィン倒れが大きくなり冷媒の流路を塞ぎ、熱特性が大きく劣化する。なお、このようなフィン倒れは、伝熱管の底肉厚が厚くなるとより顕著となりやすい。

それらオレンジピールは拡管時に伝熱管の表面に発生するだけでなく、伝熱管の製造に使用する素管の結晶粒サイズが大きい場合には、伝熱管製造時に発生し、外周・内周表面に凹凸の肌荒れを生じた伝熱管になるため、好ましくは、製造した内面螺旋溝付管の結晶粒組織における結晶粒サイズだけでなく、用いる素管の結晶粒サイズを制限する必要性がある。更に、製造した内面螺旋溝付管はそのままでは加工硬化しており、そのままでは拡管により溝のみが潰れやすい状態であるため、Ｏ材化のための焼き鈍しが必要であり、その熱処理で結晶粒が成長することから、伝熱管に関しては、最終熱処理後の結晶粒サイズに制限を設ける必要がある。

本発明は、内面にストレートの溝を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金製押出素管に直接捻り加工を施して得られる内面螺旋溝付管に関し、その底肉厚が厚く、フィン高さが高く、フィン頂角が狭く、且つ、内面螺旋溝付管の加工時および拡管時のオレンジピールの発生がなく、拡管性および内面性状に優れる内面螺旋溝付管の提供を目的とする。

本発明の内面螺旋溝付管は、内面に長さ方向に沿う複数のストレート溝が周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管に直接捻り加工を付与することにより、前記ストレート溝が螺旋溝とされ、前記フィンが螺旋状とされた内面螺旋溝付管であって、前記複数の螺旋溝における前記内面螺旋溝付管の底肉厚が０．５５ｍｍ以上であり、前記螺旋溝からの前記フィンの高さが０．２４ｍｍ以上であり、前記フィンを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角が２５°以下であり、結晶粒組織において平均結晶粒サイズが１２０μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の内面螺旋溝付管において、前記１２０μｍ以下の平均結晶粒サイズが、焼き鈍し後に達成された平均結晶粒サイズであることが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付管において、内面の螺旋溝に沿って形成されているフィンのフィン倒れ角が１°以下であることが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付管において、外面に表面粗さ（Ｒｍａｘ）１５μｍを超える段差として定義されるオレンジピールが無いことが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付管において、前記内面螺旋溝付管において、その製造に用いた押出素管の結晶粒組織について、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織あるいは表層のみ外内周それぞれ肉厚の５％以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織であるか又は、金属組織の平均結晶粒サイズが８０μｍ以下であることが好ましい。
本発明の内面螺旋溝付管において、前記内面螺旋溝付管において、その製造に用いた押出素管の底肉厚が０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明に係る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ストレート溝が周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管を、巻き取りロールにコイル状に巻き取ってコイル状管材を形成し、該コイル状管材を直管状に引き伸ばして該管材に捻りを加え、該管材を引抜ダイスにより引き抜き、更に焼き鈍すことにより、前記ストレート溝を螺旋溝とし、前記フィンを螺旋状とし、前記複数の螺旋溝における底肉厚を０．５５ｍｍ以上とし、前記螺旋溝からの前記フィンの高さを０．２４ｍｍ以上とし、前記フィンを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角を２５°以下とし、結晶粒組織において平均結晶粒サイズを１２０μｍ以下とすることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記内面螺旋溝付管を製造するために、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織あるいは表層のみ外内周それぞれ肉厚の５％以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織であるか又は、金属組織の平均結晶粒サイズが８０μｍ以下である押出素管を用いることが好ましい。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記内面螺旋溝付管を製造するために、底肉厚が０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下である押出素管を用いることが好ましい。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記巻き取りと前記引き伸ばしとを交互に複数回行うことが好ましい。

本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法は、内面に長さ方向に複数のストレート溝が円周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管を、引抜きダイスに入る手前で捻りつつ引抜きダイスの縮径部で縮径して引抜きし、引抜きと捻り加工を同時に行い、更に焼き鈍すことにより、前記ストレート溝を螺旋溝とし、前記フィンを螺旋状とし、前記複数の螺旋溝における底肉厚を０．５５ｍｍ以上とし、前記螺旋溝からの前記フィンの高さを０．２４ｍｍ以上とし、前記フィンを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角を２５°以下とし、結晶粒組織において平均結晶粒サイズを１２０μｍ以下とすることを特徴とする。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記引抜きと捻り加工を同時に行うに際し、捻り加工される押出素管をボビンから巻き出した後、最初に引抜きダイスに通すことが好ましい。
本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記引抜きと捻り加工を同時に行うに際し、加工中の押出素管に前方張力と後方張力を付与することが好ましい。
本発明の熱交換器は、先の何れかに記載の内面螺旋溝付管とフィンが一体化されてなることを特徴とする。

本発明によれば、内面にストレート溝を有する押出素管を出発材に、その押出素管に直接捻りを加える方法で内面螺旋溝付管を製造する上で、その底肉厚が厚く、フィン高さが高く、フィン頂角が狭く、且つ、内面螺旋溝付管の加工時および拡管時のオレンジピールの発生がなく、拡管性および内面性状に優れる内面螺旋溝付管を提供できる。

本発明に係る内面螺旋溝付管を製造する装置の第１実施形態を示す模式図。 内面にストレート溝が複数形成された押出素管を示す図であり、図２（ａ）が正面図、図２（ｂ）が縦断面図。 内面螺旋溝付管の一例を示す縦断面図。 内面螺旋溝付管の製造装置の一例を示す模式図。 内面螺旋溝付管の製造工程の一例を説明するフローチャート。 管の扁平率を説明する図。 本発明に係る内面螺旋溝付管を製造する装置の第２実施形態を示すもので、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は要部平面図。 管の捻れ周期を説明する図。 管の捻れ角の算出方法を説明する図。 巻き取りロール直径と捻れ角との関係を示すグラフ。 実施例１で得られた内面螺旋溝付管を示すもので、図１１（ａ）は内面螺旋溝付管の部分横断面の金属組織写真、図１１（ｂ）は内面螺旋溝付管の一部を切り開いて螺旋溝を示した状態を示す展開写真、図１１（ｃ）は内面螺旋溝付管の部分断面の溝形状を示す写真。 比較例で得られた内面螺旋溝付管を示すもので、図１２（ａ）は内面螺旋溝付管の部分横断面の金属組織写真、図１２（ｂ）は内面螺旋溝付管の一部を切り開いて螺旋溝を示した状態を示す展開写真、図１２（ｃ）は内面螺旋溝付管の部分断面の溝形状を示す写真。 実施例１と比較例の内面螺旋溝付管においてオレンジピール発生有無の状態を示すもので、図１３（ａ）はオレンジピールが発生していない実施例の内面螺旋溝付管の表面状態を示す写真、図１３（ｂ）はオレンジピールが発生している比較例の内面螺旋溝付管の表面状態を示す写真。 内面螺旋溝付管におけるフィン倒れ角を示す説明図。 実施例において用いた内面螺旋溝付管保持治具と当該内面螺旋溝付管保持治具を用いた拡管試験の手順を示し、図１５（ａ）は支持台とこれに固定された第１保持部材を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は第１保持部材と第２保持部材を重ね合わせて固定した様子を示す斜視図であり、図１５（ｃ）は孔に内面螺旋溝付管を挿入した様子を示す斜視図であり、図１５（ｄ）は内面螺旋溝付管に拡管プラグを挿入した様子を示す斜視図。 実施例２で得られた内面螺旋溝付管の横断面の一例を示す金属組織写真。 実施例２で得られたオレンジピールの無い内面螺旋溝付管の外観を示す写真。 比較例で得られたオレンジピールのある内面螺旋溝付管の外観を示す写真。 本発明に係る熱交換器の一実施形態を示すもので、図１９（ａ）は側面図、図１９（ｂ）は斜視図。 溝転造法で製造された内面螺旋溝付管の部分断面の溝形状を示す写真である。 ファイバー組織を有する押出素管から製造した内面螺旋溝付管を示すもので、（ａ）は押出素管の部分横断面の金属組織写真であり、（ｂ）は内面螺旋溝付管の部分断面写真であり、（ｃ）は内面螺旋溝付管の外観写真である。 平均結晶粒径９０μｍの押出素管から製造した内面螺旋溝付管を示すもので、（ａ）は押出素管の部分横断面の金属組織写真であり、（ｂ）は内面螺旋溝付管の部分断面写真であり、（ｃ）は内面螺旋溝付管の外観写真である。

以下、本発明に係る内面螺旋溝付管およびその製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
第１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ストレート溝１１ａが周方向に間隔をおいて形成された押出素管１１（図２参照）に、一定の捻れを生じさせ、内面に螺旋溝１１ｄを有する内面螺旋溝付管１１Ｒ（図３参照）を製造する装置である。

内面螺旋溝付管１１Ｒは、例えば、国際アルミニウム合金規格３０００番台などからなり、本発明において特に限定するものでは無く、いずれのアルミニウム合金あるいは純アルミニウムからなるものでも良い。本実施形態においてアルミニウム合金製とは、これらいずれのアルミニウム合金あるいは純アルミニウムからなるものであっても包含する概念とする。
内面螺旋溝付管１１Ｒの形状について、外径１０ｍｍ以下、例えば、３〜１０ｍｍ、凸型の螺旋フィン１１ｃを複数、例えば、３０〜６０個、凹型の螺旋溝１１ｄを複数、例えば、３０〜６０個有する。
また、内面螺旋溝付管１１Ｒにおいて、図１４に示すように、螺旋フィン１１ｃの高さｔは０．２４ｍｍ以上、フィン頂角θ_１は２５°以下、底肉厚ｄ（螺旋溝底の位置における管の肉厚）は０．５５ｍｍ以上とされえている。また、図３に示すように、螺旋フィン１１ｃの捻れ角θは１５〜３０゜とされている。

なお、図１４に示すように、フィン頂角θ_１は、螺旋フィン１１ｃを断面視したときの螺旋フィン１１ｃを構成する２つの側壁面１１ｃ_１、１１ｃ_１の相対角度で表される。螺旋フィン１１ｃの断面視形状が略三角形状の場合は、三角形を構成する２つの斜面の相対角度をフィン頂角とすればよく、図１４に示すように螺旋フィン１１ｃの断面視形状が略台形状の場合は、台形の上面と下面を介して対向する２つの斜面１１ｃ_１、１１ｃ_１の相対角度をフィン頂角とすればよい。
また、捻れ角θとは、図３に示すように内面螺旋溝付管１１Ｒの縦断面を描いた場合、管の内側に表示される螺旋溝あるいは螺旋フィンの直線状に描かれる部分の延長線Ｓと管の外面とのなす角度を示す。

螺旋フィン１１ｃの高さｔを０．２４ｍｍ以上、フィン頂角θ_１を２５°以下、底肉厚ｄを０．５５ｍｍ以上とすることで、内面螺旋溝付管１１Ｒを熱交換器の伝熱管として用いた場合に、冷媒の蒸発性能と凝縮性能の両性能をともに高めることが可能になる。螺旋フィン１１ｃのより好ましい高さｔは０．２６ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であり、より好ましいフィン頂角θ_１は８°以上２０°以下であり、より好ましい底肉厚ｄは０．６ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。

押出素管１１は、後述するように捻り加工の他に引き抜き加工が施されて内面螺旋溝付管１１Ｒに加工されるので、内面螺旋溝付管１１Ｒより５〜５０％程度外径の大きな管体を用いることが好ましい。押出素管１１は、内面螺旋溝付管１１Ｒとほぼ同一断面形状を有している。また、押出素管１１の底肉厚は、０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下とされている。また、押出素管１１は、内面のフィン１１ｂの高さが０．２４ｍｍ以上であり、フィン１１ｂを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角が２５°以下とされている。さらに、この押出素管１１は、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織であるか、又は、外周及び内周において、それぞれ表層の肉厚の５％以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織または全面平均結晶粒サイズ８０μｍ以下の結晶粒とされている。

押出素管１１を内面螺旋溝付管１１Ｒに加工するための製造装置１００は、図１及び図４に示す構成である。この製造装置１００は、内面にストレート溝１１ａにより内面フィン１１ｂが形成された押出素管１１を巻き取りロール２１にコイル状に巻取る巻き取り手段２０と、コイル状に形成されたコイル状管材１１Ｃをそのコイル軸線２６に沿って引き伸ばして、直管状に形成する引張り手段３０と、引張り後の管体の断面形状を矯正する引抜き手段４０と、矯正後の内面螺旋溝付管１１Ｅを加熱する熱処理手段４９とを有している。
なお、図１は製造装置１００の１つの巻き取り手段２０と引張り手段３０の構成を主体として示すが、製造装置１００は詳細には図４に示すように巻き取り手段２０と引張り手段３０が複数直列（図４の例では３つ直列）に配置され、終段に引抜き手段４０と熱処理手段４９が配置されている。

巻き取り手段２０は、押出素管１１をコイル状に巻き取る巻き取りロール２１と、この巻き取りロール２１との間に押出管材１１を挟持し、巻き取りロール２１の表面に沿って押出管材１１を連続的に送り出すモーター駆動の送りロール２２と、その送り出される押出管材１１を巻き取りロール２１との間で挟持し、その巻き取りを案内する一定のピッチの溝が、巻き取りロール２１の外周面に沿う螺旋の一部を構成するように形成された一対のガイド板２３とを備えている。また、巻き取りロール２１の外周部において送りロール２２を設けた側と反対側には、巻き取りロール２１との間に押出管材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が設けられている。前記送りロール２２の中心軸には、駆動源であるモーター２５が接続されている。
一対のガイド板２３は、巻き取りロール２１の外周面に対峙する円弧板状に形成され、その内面に巻き取りロール２１の外周面に沿う溝２３ａが一定間隔で形成されており、これらガイド板２３は、巻き取りロール２１の両側に少なくとも２個以上配置されていることが好ましい。巻き取りロール２１の表面とガイド板２３の溝２３ａとの間に押出管材１１を通すことにより、押出管材１１を巻き取りロール２１の外周に沿ってコイル状に巻き取り、且つ、その巻き取られたコイル状管材１１Ｃを、巻き取りロール２１の端部から螺旋の延長方向に送り出すことができる。

巻き取りロール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、押出素管１１が巻き取りロール２１の表面に巻き取られ、送り出されている間に、押出素管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。

引張り手段３０には、巻き取りロール２１上から、巻き取りロール２１の軸線の延長線（コイル状管材１１Ｃのコイル軸線２６）に沿って送り出された複数巻分のコイル状管材１１Ｃをチャッキングし、そのコイル軸線２６の延長線に沿って引き伸ばすストレッチャー３１が設けられている。また、ストレッチャー３１の後段側にはコイル軸線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が設けられている。ストレッチャー３１である程度引き伸ばされたコイル状管材１１Ｃ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形成することができる。また、引張り手段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、コイル状管材１１Ｃを加熱しながら引き伸ばすことができる。

なお、コイル状管材１１Ｃの軸線２６の延長線に沿うとは、コイル軸線２６の延長線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、コイル状管材１１Ｃの引き伸ばしは、コイル軸線２６の延長線に一致するように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４９は、真円度を矯正後の管材の中間焼鈍を行う。なお、本実施形態の加熱手段としては、巻き取りロール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、引き伸ばし途中の管材を加熱する加熱炉３３が相当する。

第１実施形態の製造装置１００は、図４に詳細に示すように巻き取り手段２０と引張り手段３０とが３組直列に設けられ、その後段側に引抜き手段４０と熱処理手段４９が設けられている。以下、第１実施形態の製造装置１００において、便宜的に１組目の巻き取りロール２１を巻き取りロール２１ａと表記し、２組目の巻き取りロール２１を巻き取りロール２１ｂと表記し、３組目の巻き取りロール２１を巻き取りロール２１ｃと表記することがある。

次に、以上のように構成された製造装置１００を用いて内面螺旋溝付管１１Ｒを製造する方法について説明する。
製造装置１００を用いて内面螺旋溝付管を製造するには、押出成形法により内面にストレート溝を形成した押出素管１１を製造する。
本実施形態で用いる押出素管１１は、その底肉厚が０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下とされている。また、押出素管１１は、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織であるか、又は、外周及び内周において、それぞれ表層の肉厚の５％以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織または全面平均結晶粒サイズ８０μｍ以下の結晶粒とされている。
この金属組織と溝形状を有する押出素管１１は、押出速度と押出装置のビレット中の温度を制御することで製造できる。押出速度の制御は、通常材料において、４０ｍ／分程度の押出速度に制御した生産条件において、押出装置内へのアルミニウム材料の投入温度を５４０〜５６０℃に制御し、ビレットホモ処理の温度を５８０〜５９５℃程度で数時間〜１０時間程度加熱することを意味する。
上述の条件で押出加工することにより、押出素管１１を構成するアルミニウム合金の金属の組織及び形状を押出素管の底肉厚が０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下、且つ、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織あるいは表層のみ外内周それぞれ肉厚の５％以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織または全面平均結晶粒サイズ８０μｍ以下の結晶粒に制御することができる。上述よりも材料投入温度を高くするか、押出速度を上げて加工発熱を増加させると、結晶粒が粗大化するので、望ましくない。

上述の平均結晶粒径となっている押出素管１１を用い、一定速度で回転する送りロール２２により、内面にストレート溝が形成された押出素管１１を送り出し、巻き取りロール２１ａの表面に、同一径のコイル状となるように押出素管１１を巻き取る。このとき、押出素管１１は、巻き取りロール２１ａの表面と、駆動送りロール２２、ガイド板２３および押さえロール２４との間で案内され、巻き取りロール２１ａの表面に沿って、その巻き取りロール２１ａの一端側から他端側に向けて巻き取りロール２１ａの軸線（コイル軸線２６）に沿って巻き取られていく。このとき、巻き取りロール２１ａの他端側（図１では上側）から解放された管材は、コイル状管材１１Ｃとされている。

次に、巻き取りロール２１ａの他端側から解放されたコイル状管材１１Ｃ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、コイル状管材１１Ｃのコイル軸線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はコイル状管材１１Ｃ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管材１１Ｃ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１１Ｌは、巻き取りロール２１ｂにコイル状に巻き取られる。

このようにして巻き取られた管材１１Ｌは、巻き取りロール２１ａの径と、この巻き取りロール２１ａにより巻き取られる管材の巻き取りピッチにより定まる捻れ角θを有する螺旋溝が形成される。この捻れ角θは、巻き取りロールの径（巻き取り径）を小さくする程大きくなり、また巻き取りピッチを小さくする程大きくなる。捻れ角は、巻き取りロールの径の大きさに依存するため、径の小さい巻き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、径の大きい巻き取りロールに巻き取り、巻き取り工程と引張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θ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θを大きくするために巻き取り工程と引張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および巻き取りロール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。

また、より捻れ角θの大きい内面螺旋溝付管を製造する際には、例えば、図５のフローチャートに示すように、巻き取り工程および引張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ことが好ましい。
図５のフローチャートでは、Ｓ１０１〜Ｓ１０３に示すように、巻き取り工程と引張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回の巻き取り工程と引張り工程とが行われる（Ｓ１０１〜Ｓ１１２）。そして、巻き取り工程と引張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θを徐々に大きくしていくことができる。

巻き取り工程と引張り工程とを複数回繰り返すと、巻き取りロール２１ａに管材が巻き取られる際に、巻き取りロール２１の表面に押し当てられることから、図６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、巻き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引張り工程を行うと、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、巻き取り工程と引張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、巻き取り工程と引張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。引張り工程後に、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、巻き取り工程と引張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、図６に示す管材１１の最小径Ｙに対する最大径Ｘの比率をいう。

以上の説明により、製造した内面螺旋溝付管１１Ｒは、押出素管１１を使用して製造されている。押出素管１１は、その底肉厚が０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下とされている。これによって、製造された内面螺旋溝付管１１Ｒの底肉厚ｄを０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下とすることができる。
また、押出素管１１は、内面のフィン１１ｂの高さが０．２４ｍｍ以上であり、フィン１１ｂを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角が２５°以下とされている。内面フィンの形状は、捻りを加える前後で大きく変わることはない。したがって、内面螺旋溝付管１１Ｒのフィン１１ｃの高さｔを、０．２４ｍｍ以上であり、フィンをフィン頂角θ_１を、２５°以下とすることができる。

また、押出素管１１は、金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織であるか、又は、外周及び内周において、それぞれ表層の肉厚の５％以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織または全面平均結晶粒サイズ８０μｍ以下の結晶粒とされている。このような押出素管１１を使用して製造するため製造後にオレンジピールの発生がなく、且つ、Ｏ材化のための焼き鈍し後の内面螺旋溝付管の平均結晶粒サイズが１２０μｍ以下であるため、拡管してもオレンジピールの生成がなく、フィン倒れなどを生じ難い拡管性に優れ、放熱フィンと接合率の高い内面螺旋溝付管を提供できる。
なお、加工後に得られた内面螺旋溝付管１１Ｒは加工硬化されており、そのままでは硬度が高く、拡管プラグによる拡管に支障を生じるので、Ｏ材化のための焼き鈍しを行うことで軟化させ、拡管し易くする。この焼き鈍しによるＯ材化は、３００〜４２０℃の温度範囲に内面螺旋溝付管１１Ｒを０．５時間以上、４時間以内加熱後、徐冷する処理を意味する。
Ｏ材化の際の加熱温度が３００℃未満では加工後の管の歪を完全に取ることができず、４時間を超える加熱処理では結晶粒が成長し過ぎてオレンジピールの発生に繋がるおそれがある。

以下、本発明に係る内面螺旋溝付管の第２実施形態の内面螺旋溝付管の製造方法の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。
図７は、第２実施形態の内面螺旋溝付管の製造装置５０を示す。この製造装置５０は、第１実施形態の製造装置１００と同様に、内面に長さ方向に沿うストレート溝１１ａを周方向に間隔をおいて複数形成した押出素管１１（図２参照）に、一定の捻りを生じさせ、内面に螺旋溝１１ｄを有する内面螺旋溝付管１１Ｒ（図３参照）を製造する装置である。

内面螺旋溝付管１１Ｒの製造装置５０は、内面にストレート溝を有する押出素管１１を出発材として巻き出す巻出ドラム（送出装置）５１と、その巻出ドラム５１からの押出素管１１を回転させて押出素管１１に捻りを与える回転手段５２を有している。また、捻りが付与される押出素管１１を引抜くための引抜ダイス５３と、引抜ダイス５３から引抜かれた内面螺旋溝付管１１Ｒを巻き取る巻取ドラム（巻取装置）５５とを備えている。巻出ドラム５１への押出素管１１の装着は、予め、押出素管１１をボビン５６に巻き取り、押出素管１１をボビン５６ごと巻出ドラム５１に装着して実施できる。
また、巻出ドラム５１の内側にはドラムブレーキあるいはディスクブレーキ等のブレーキ装置５４が内蔵されていて、巻出ドラム５１の回転に対し一定の制動力を付加できるように構成されている。このブレーキ装置５４が発生させる制動力を調節することにより巻出ドラム５１から巻き出して引抜ダイス５３を通過しようとする押出素管１１に対し所定の後方張力（バックテンション）を付加することができる。

巻出ドラム５１はその中心の回転軸５１ａを矩形状の支持枠（支持体）５７に支持させて軸回りに回転自在に支持されている。支持枠５７の両端側には支持軸５８、５９が互いの中心軸を同軸とするように突出形成されていて、水平に設置した支持枠５７の両端側を支持するための脚部６０、６０により支持枠５７が支持軸５８、５９の軸回りに回転自在に支持されている。

脚部６０、６０は製造装置５０を設置する基台（土台）６１上に互いに離間するように立設されていて、それらの上端部側に軸受部が形成され、これらの軸受部によって支持枠５７の支持軸５８と支持軸５９が水平に支持されている。支持枠５７の一方（図７において右側）の支持軸５９は、中空構造とされていて、支持軸５９の内部に引抜きダイス５３が内蔵されている。
支持枠５７において支持軸５９を設けた側の端部には押出素管１１を通過させる通過孔５７ａがダイス５３のダイス孔に連通するように形成されていて、巻出ドラム５１から巻き出した押出素管１１について通過孔５７ａを介し引抜ダイス５３側に導出し、引抜ダイス５３を介し巻取ドラム５５側に巻き取ることができるように構成されている。以上の構成により、巻出ドラム５１は巻き出した押出素管１１の周回り方向に回転することができ、ダイス５３を通過しようとする押出素管１１をその周回りに捻ることができる。

巻取ドラム５５はサーボモーターなどの巻取力調整機能付きの回転駆動装置を備えてその中心軸回りに回転自在に基台６１上に水平に設置されている。巻取ドラム５５の回転軸５５ａは駆動装置４７に内蔵されているサーボモーター４８により回転力が制御される。
巻取ドラム５５のサーボモーター４８はその回転駆動力を調節することで巻取力を調節できるように構成されている。従って、引抜ダイス５３を通過した内面螺旋溝付管１１Ｒを引き抜く力を調節し、引抜ダイス５３を通過しようとする押出素管１１に対し任意の前方張力を付加できるようになっている。
支持枠５７において支持軸５８を設けた側の端部には延長軸部６２が形成され、この延長軸部６２が脚部６０の外側に延出され、延長軸部６２がその下方の基台６１に設置された駆動装置６３により伝導装置６４を介し回転駆動されるようになっている。
第２実施形態の製造装置５０において、駆動装置６３と伝導装置６４と脚部６０、６０と支持枠５７により巻出ドラム５１の回転手段５２が構成されている。

次に、第２実施形態の製造装置５０によって内面螺旋溝付管１１Ｒを製造する方法について説明する。
先ず、ボビン５６に巻かれた内面ストレート溝付の押出素管１１をボビン５６ごと巻出ドラム５１に装着し、押出素管１１とボビン５６を巻出ドラム５１ごと回転させて、押出素管１１に捻りを付与する。巻出ドラム５１の回転は、駆動装置６３による伝導装置６４を介した支持枠５７の回転状態により制御できるので、押出素管１１に対し必要な捻り力を付与することができる。
前述の捻りの付与と同時に押出素管１１は引抜ダイス５３を通り、捻り付与と同時に縮径されて内面螺旋溝付管１１Ｒに成形され、巻取ドラム５５に巻き取られる。

この際、図７（ａ）に示すように押出素管１１は、引抜ダイス５３を支点としてその手前側が捻じられて引抜ダイス５３内で縮径されながら捻じられる。この時、巻出ドラム５１側は、装着したボビン５６の押出素管巻き数とその巻き径を計測し、ブレーキ装置５４によるブレーキ制御で常に所定の後方張力が巻き出される押出素管１１に付与された状態であり、巻取ドラム５５側は、サーボモーター制御で一定の前方張力が内面螺旋溝付管１１Ｒに付与される。前方張力と後方張力が不適切であれば、加工中の押出素管１１にたるみが生じ、捻り加工中に座屈を生じ、逆に前方張力が強すぎると押出素管１１が破断する。

第２実施形態の製造装置５０によれば、前方張力と後方張力を調整して押出素管１１に作用させる捻り力と縮径力をバランスさせることにより、座屈し易く、破断しやすい細径の押出素管１１であっても、支障なく螺旋状に捻り加工し縮径できるので、押出素管１１から内面螺旋溝付管１１Ｒを製造できる。換言すると、捻り加工時の応力を縮径加工時の応力により開放してバランスさせることにより、押出素管１１の破断や座屈を抑制しつつ捻り加工と縮径加工ができる。また、押出素管１１の引き出し速度に応じて前方張力と後方張力を調整することで、押出素管１１の破断や捻れを防止しながら、円滑な捻り加工と引抜加工ができる。

なお、以上のような作用効果を奏するのは、支持枠５７とともに回転される巻出ドラム５１から引き出した押出素管１１に捻りを加えつつ直に引抜ダイス５３に供給して縮径できるように構成している点に特徴を有する。この点において、巻出ドラム５１と引抜ダイス５３との間にローラーなどの案内部材や支点部材を配置すると、案内部材や支点部材で支持する押出素管１１に捻り力が作用するのに縮径力は作用しないので、これらの支持部分で押出素管が破断するか座屈する。
例えば、特許第３４８９３５９号（特開平１０−１６６０８６号）に記載されている製造装置では、繰り出しドラムとダイスとの間に原管のパスラインを規制してダイスのダイス孔に原管を水平に導くための支点が必然的に存在するので、この特許に記載の製造装置では、その支点部分で原管の破断または座屈を生じやすい。
これに対し本実施形態の装置では、押出素管１１に捻り力を付加する位置と押出素管１１に縮径力を付加する位置を引抜ダイス５３の内部で同一領域に設定し、前方張力と後方張力のバランスを取っているので、押出素管１１の座屈と破断を生じない製造装置５０とすることができる。このため、上述したような細径の押出素管１１であっても支障なく内面螺旋溝付管１１Ｒに成形できる。

また、押出素管１１を引き抜く速度を変更すると、押出素管１１に捻り力を付加する位置と押出素管１１に縮径力を付加する位置が微妙に変化するので、座屈と破断を生じるおそれがある。これに対し、前述の後方張力と前方張力を調整することにより、引抜速度を変えたとしても、押出素管１１の座屈と破断を生じ難くすることができる。このため、生産性を向上させるために引抜速度を向上させたとしても、後方張力と前方張力を調節することにより、破断や座屈を引き起こすことなく内面螺旋溝付管１１Ｒを製造することができ、生産性を向上できる効果がある。

（実施例１）
外径１０ｍｍ、内径８．８６ｍｍ、内面にストレート溝が形成された３００３アルミニウム合金の押出素管を用いて内面螺旋溝付管の製造を行った。
押出素管は金属組織および平均結晶粒サイズを変量した。また、この押出素管は、内面のストレート溝の数を３６条とした。さらに、この押出素管は、底肉厚が０．５８ｍｍであり、フィンの高さが０．２６ｍｍであり、前記フィンを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角θ_１が１０°である。

これらの押出素管を用いて、巻き取りロールの径を直径２０〜７６０ｍｍの範囲で変量し、それぞれの巻き取りロールで、巻き取りピッチ１５ｍｍで巻き取った後に、そのコイル状に形成されたコイル状管材のコイル軸線上に沿って引き延ばした（引張り工程）。また、引張り工程は、巻き取りロールから３巻分送り出されたコイル状管材の下側端部を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（捻れ周期Ｂ）を計測した。捻れ角θは、図９に示すように、管材の直径の長さＡと捻れ周期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き取りロール直径（巻き取り径）と捻れ角との関係を示す。

図１０に示すように、例えば、φ１６０ｍｍの巻き取り径では、１回に約３°の捻れ角を生じさせることができる。巻き取り径が小さくなるにつれて捻れ角は増加し、巻き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れ周期Ｂとは一致していた。

次に、前記管材と１６０ｍｍの巻き取りロールを用いて、巻き取り工程と引張り工程とを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、巻き取りロール上に巻き取りピッチ１５ｍｍで巻き取りを行った後に、そのコイル状管材を引き伸ばし、これら巻き取り工程と引張り工程とを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の巻き取りロールにより巻き取りピッチ１２ｍｍで巻き取りを実施した。巻き取り工程と引張り工程とを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の巻き取りロールにて巻き取りピッチ１１．２５ｍｍで巻き取りを実施し、巻き取り工程と引張り工程とを１回ずつ行った。最後にφ７．２ｍｍ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２０°の内面螺旋溝付管を製造した。
巻き取り速度および抜取り速度は３０ｍ／ｍｉｎとした。また、引張り工程は、巻き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。

巻き取り工程と引張り工程とを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き取り工程と引張り工程とを実施することができ、最終的に外径７．２ｍｍ、内径６ｍｍ、フィン頂角１０°、フィン高さ０．２６ｍｍ、底肉厚０．６ｍｍ、螺旋溝幅０．２６ｍｍ、捻れ角２０°の内面螺旋溝付管を製造することができた。
以上の工程により得られた内面螺旋溝付管において、拡管のために３５０℃×４ｈの熱処理を行った。平均結晶粒８０μｍの結晶粒組織を有する押出素管を用いて得られた内面螺旋溝付管の部分横断面の金属組織の拡大を図１１（ａ）に示し、同内面螺旋溝付管の一部を切り開いた状態を図１１（ｂ）に示し、同内面螺旋溝付管の横断面の溝形状を図１１（ｃ）に示す。また、平均結晶粒径１４０μｍの結晶粒組織を有する押出素管を用いて得られた内面螺旋溝付管の部分横断面の金属組織の拡大を図１２（ａ）に示し、同内面螺旋溝付管の一部を切り開いた状態を図１２（ｂ）に示し、同内面螺旋溝付管の横断面の溝形状を図１２（ｃ）に示す。

図１１に示す実施例の内面螺旋溝付管は、得られた螺旋溝と溝間に形成されているフィンの形状が整っており、目的の形状のフィン及び螺旋溝を形成できた。また、内面螺旋溝付管の表面にオレンジピールなどの肌荒れは観察できなかった。
これに対し、図１２に示す比較例の８０μｍ超えの内面螺旋溝付管は、フィンの形状が不揃いであり、フィンの一部が折れ曲がる等、フィン形状が崩れていた。また、図１２（ａ）に示す組織写真のように結晶粒が大きく、溝とフィンの一部を結晶粒が形作っているので、結晶粒が一部脱落してフィンの形状が一部欠落している箇所を複数確認できた。また、表面にオレンジピールと表される肌荒れを確認できた。

図１３は実施例の内面螺旋溝付管と比較例の内面螺旋溝付管について、表面の状態を対比して示す図であり、図１３（ａ）に示すように実施例で得られた内面螺旋溝付管はオレンジピールの発生が見られず、滑らかな表面状態を示している。これに対し図１３（ｂ）に示すように比較例の内面螺旋溝付管はオレンジピールが発生し、表面に肌荒れが見られた。
以上の比較から、平均結晶粒８０μｍの結晶粒組織を有する押出素管を用いて得られた内面螺旋溝付管の方がフィン形状が整っていることが明かであり、表面性状にも優れていることが明かである。

また、別途、底肉厚、フィン頂角、フィン高さを様々に調整した押出素管を用意し、上述した工程と同様の工程により捻りを加えて、様々な底肉厚、フィン頂角、フィン高さを有する内面螺旋溝付管を作製できることを確認した。具体的には、底肉厚が０．５５ｍｍ、０．６５ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．８５ｍｍのものを作製した。また、フィンの高さが０．２４ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍのものを作製した。また、フィン頂角が２５°、１５°、５°のものを作製した。

更に、図２０には、内面に溝の無い３００３アルミニウム合金の押出素管を用い、特許文献３（特開平６−１９０４７６号公報）に記載された溝転造法により製造された内面螺旋溝付管の拡大断面写真を示す。図２０と、実施例の断面写真である図１１（ｃ）とを比較すると、溝転造方法で製造された内面螺旋溝付管は、フィンが潰れた形状となり、特にフィン高さを０．２４ｍｍ以上に成形できていないことが分かる。

また、以下の表１に、オレンジピール発生の有無について、試験に用いた３００３アルミニウム合金の結晶粒径の大きさと、ホモ処理条件、押出条件との関係を示す。
オレンジピール発生の有無は、得られた螺旋溝付き管の長さ３０ｃｍの領域の外面を顕微鏡観察して１箇所もオレンジピールを観測できない場合は発生無し、１箇所でも確認できた場合は発生した、と判断した。

表１に示した実験例の一例として、図２１にはファイバー組織を有する押出素管を用いて製造した螺旋溝付き管の顕微鏡写真を示し、図２２には、再結晶粒径が９０μｍの押出素管を用いて製造した螺旋溝付き管の顕微鏡写真を示す。

表１から明らかなように、平均結晶粒径８０μｍ以下の押出素管または結晶組織がファイバー組織である押出素管を用いた螺旋溝付き管は、オレンジピールの発生が抑制されていることが分かる。

次に、以下の表２に示す押出素管を用いて内面螺旋溝付管を上述と同様の製造方法により作製し、それぞれの試料の押出素管の状態での平均結晶粒径（μｍ）、内面螺旋溝付管の平均結晶粒径（μｍ）、オレンジピール発生の有無、加工後内周面の平均溝倒れ角度（゜）、拡管率（％）、表面粗さ（μｍ）について測定し、評価した。
内面螺旋溝付管の拡管に際し、実施例で得られた内面螺旋溝付管に対し、３５０℃×４ｈの熱処理（焼鈍）を行った。
また、内面螺旋溝付管の長手方向と垂直にカットした試料の断面をＣＣＤカメラで観察し、フィンの倒れ角を計測した。フィンの倒れ角θ_２は、図１４に示すようにフィン付け根部両端に亘る直線Ｌ１を引き、直線Ｌ１の中央部ｂから円中心方向（内面螺旋溝付管中心方向）に垂線を作図し、それがフィン頂辺と交わる点をｃとし、頂辺中央部ａより、角ａｂｃを計測した。フィンの傾きの計測は任意に切り出したそれぞれの内面螺旋溝付管の断面３視野のそれぞれから適当に８か所を計測し、計２４か所の平均値を求めた。
図１４に示す４つのフィン１１ｃにおいて、左側に記載した３つのフィン１１ｃは変形していない状態を示し、右側に記載した１つのフィン１１ｃが変形したフィンを例示している。図１４の右側のフィン１１ｃは変形しているので、倒れ角θ_２を角ａｂｃから計測できるが、左側のフィン１１ｃは変形していないので、直線Ｌ１の中央部ｂから円中心方向に形成した垂線上に頂辺中央部ａが位置するので、この場合のフィン倒れ角θ_２は０゜となる。なお、図１４は、フィン頂角を例示するために作図したものであり、通常は複数のフィン１１ｃにフィン倒れが生じる。

拡管試験は、１００ｋＮ引張試験機を用い、その上チャック部に拡管プラグを取り付け、下ベース上に内面螺旋溝付管をプラグ挿入方向と平行に支持するための専用台を設置し圧縮試験モードで行なった。拡管試験を行った後に内面螺旋溝付管１１Ｒを容易に取り出すことができる様に構成された拡管試験用の内面螺旋溝付管の保持治具７０と、当該内面螺旋溝付管の保持治具７０を用いた拡管試験の手順を図１５（ａ）〜（ｄ）に示す。
内面螺旋溝付管の保持治具７０は、支持台７４、第１保持部材７１、並びに第２保持部材７２から概略構成されている。図１５（ａ）に示すように、支持台７４は、この内面螺旋溝付管の保持治具７０を設置する設置面に固定されており、当該支持台７４に、ブロック状の第１保持部材７１が固定されている。また、図１５（ｂ）に示すように、第２保持部材７２は、第１保持部材７１と同様にブロック状に形成され、第１保持部材７１に着脱自在に重ね合わせ可能に構成されている。

第１保持部材７１及び第２保持部材７２には、それぞれ断面形状が半円の溝７１Ａ、７２Ａが鉛直方向に延びるように形成されている。第１保持部材７１と第２保持部材７２を重ね合わせると、これらの溝７１Ａ、７２Ａが一つの孔７３を構成する。
支持台７４には、第１保持部材７１及び、第２保持部材７２の幅と一致するスライド溝７４ａが形成されており、このスライド溝状に第１保持部材７１及び第２保持部材７２を載置することによって、これらの幅方向の位置合わせが可能となる。即ち、第１保持部材７１、及び第２保持部材７２に設けられた溝７１Ａ、７２Ａ同士の位置合わせは、前記スライド溝７４ａにより容易に行うことができる。
図１５（ａ）に示すように、第１保持部材７１には、螺子孔７１ａが設けられている。図１５（ｂ）に示すように、第２保持部材７２を重ね合わせた後に第２保持部材側から、前記螺子孔３１ａに固定ボルト３２ａを螺着することで、第１保持部材７１と第２保持部材７２を固定することができる。

この拡管試験用の内面螺旋溝付管の保持治具７０を用いて行う拡管試験の手順を説明する。まず、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１保持部材７１と第２保持部材７２を重ね合わせて固定する。これにより、第１保持部材７１と第２保持部材７２の境界部に孔７３が形成される。
次に図１５（ｃ）に示すように、前記孔７３に内面螺旋溝付管１１Ｒを挿入する。なお、前記孔７３の内径は、内面螺旋溝付管１１Ｒの外径よりも十分に大きく形成されており、上方から容易に挿入することができる。
次に図１５（ｄ）に示すように、拡管プラグ７６を挿入することで、内面螺旋溝付管１１Ｒを拡管する。
最後に、固定ボルト７２ａを取り外し、第１保持部材７１と第２保持部材７２を開くことで、拡管された内面螺旋溝付管１１Ｒを取り出し、これを観察する。

上述した内面螺旋溝付管１１Ｒ及び拡管プラグ７６と、図１５に示す内面螺旋溝付管の保持治具７０を用いて、拡管試験を行った。なお、今回の拡管試験において用いる拡管プラグ７６の最外径部の直径は、５．９ｍｍのものを用いた。また、拡管プラグ７６は、超硬合金からなるものを用いる。
また、拡管プラグ７６の挿入速度は、２８５ｍｍ／ｍｉｎとした。

内面螺旋溝付管１１Ｒの内周面と拡管プラグ７６との潤滑油として、エヌ・エスルブリカンツ株式会社製のＲＦ−５２０を使用した。
拡管を行う内面螺旋溝付管１１Ｒの長さは１２５ｍｍであり、このうち９５ｍｍを拡管ストロークとして拡管試験を行った。尚、プラグを内面螺旋溝付管から抜く際、試料が付いてこないようにセットした内面螺旋溝付管の下から２０ｍｍ位置に固定孔を設け、ホルダーにセット後、ホルダー側からピンを挿入し固定した。
以下の表２にオレンジピール発生の有無について、試験に用いた押出素管と加工熱処理後の内面螺旋溝付管の平均結晶粒径の大きさ等について示す。

作製したそれぞれの内面螺旋溝付管について、目視で外周側にオレンジピールが発生しているか否かについて観察した。オレンジピール発生の有無は、得られた螺旋溝付き管の長さ３０ｃｍの領域の外面を顕微鏡観察して１箇所もオレンジピールを観測できない場合は発生無し、１箇所でも確認できた場合は発生した、と判断した。評価方法の詳細は前述の通り。各試料の試験結果を以下の表２に示す。
また、得られた内面螺旋溝付管の外周について、表面粗さ（Ｒｍａｘ）を二次元粗さ計（サーフコム１４００Ｄ：株式会社東京精密）で測定した。パラメータ算出はＪＩＳ’９４規格を選定し、最小二乗直線補正を入れ、試料の傾斜をキャンセルした上で、測定長４ｍｍ、測定速度を０．３ｍｍ／ｓ、測定レンジ±４００．０μｍで計測した。

表２に示す結果から、全面ファイバー組織、両面表層３％再結晶（残部ファイバー組織）、両面表層５％再結晶組織（残部ファイバー組織）の押出素管（試料Ｎｏ．１、２、３）を用いるならば、加工後の内面螺旋溝付管について、平均結晶粒径８０μｍ以下にすることができた。これらの試料はオレンジピールの発生も見られず、フィン倒れ角度も０．４°以下に制御できた。
これらの試料に対し、Ｎｏ．４、５、６の試料は平均結晶粒径８０μｍを超えた試料あるいは両面表層８％再結晶組織の試料であるが、オレンジピールの発生が見られ、フィン倒れ角も１゜を超えて大きくなった。
フィン倒れ角が大きい場合、内面螺旋溝付管を拡管プラグにより拡管して熱交換器を組み立てる場合、拡管プラグが作用させる拡管力が倒れた内面フィンを更に倒すように作用し易くなる。この状態になると、内面フィンが更に倒れるように変形する結果、内面螺旋溝付管の拡管不足となり、熱交換器の製造に支障を来す。例えば、熱交換器を内面螺旋溝付管と外部のフィンとで構成する場合、外部のフィンに形成した透孔に内面螺旋溝付管を挿通し、内面螺旋溝付管を拡管することにより熱交換器を組み立てるが、拡管不足となると、外部フィンと内面螺旋溝付管との密着性が劣ることとなり、熱交換性能が低下することとなる。

（実施例２）
外径８．５ｍｍ、内径７．５ｍｍ、内面にストレート溝が周方向に一定間隔で３６条形成された３００３アルミニウム合金の押出素管を用い、図７に示す構造の製造装置５０を用いて内面螺旋溝付管の製造を行った。
押出素管の内面溝形状は、底肉厚が０．５８ｍｍであり、溝の高さが０．２２ｍｍ、フィン頂角１０゜であり、押出素管の平均結晶粒径は、３０〜１４０μｍである。

これらの押出素管を巻出ドラムに巻きつけ、ライン速度５ｍ／ｍｉｎで巻き出しし、その巻出ドラムごと支持体を７７ｒｐｍの回転速度で回転させて１５°の捻れ角を素管に付与した。引抜きダイスは孔径７．０ｍｍとし１８％の引抜きを行った。捻り、引抜きされた外径φ７．０ｍｍの内面螺旋溝付管を巻き取りドラムに巻き取った。前方、後方張力は２０ｋｇｆ（１９６Ｎ）で実施した。作製したそれぞれの内面螺旋溝付管に、Ｏ材化のための焼き鈍し（Ｏ材化処理）を目的に４１０℃×４ｈの熱処理を実施した。

得られたそれぞれの内面螺旋溝付管について、実施例１の場合と同様にオレンジピール発生の有無を確認し、得られた内面螺旋溝付管の外周について、実施例１の場合と同様に表面粗さ（Ｒｍａｘ）について二次元粗さ計（サーフコム１４００Ｄ：株式会社東京精密）で測定した。

表３に示す結果から、全面ファイバー組織、両面表層３％再結晶（残部ファイバー組織）、両面表層５％再結晶組織（残部ファイバー組織）の押出素管（試料Ｎｏ．７、８、９）を用いるならば、加工後の内面螺旋溝付管について、平均結晶粒径８０μｍ以下（例えば、６０μｍ以下）にすることができた。これらの試料はオレンジピールの発生も見られず、フィン倒れ角度も１°以下、例えば０．２°以下に制御できた。
これらの試料に対し、Ｎｏ．１０、１１、１２の試料は平均結晶粒径１２０μｍを超えた試料、両面表層８％再結晶の試料であるが、オレンジピールの発生が見られ、フィン倒れ角も著しく大きくなった。
フィン倒れ角が大きい場合、内面螺旋溝付管を拡管プラグにより拡管して熱交換器を組み立てる場合、拡管プラグが作用させる拡管力が倒れた内面フィンを更に倒すように作用し易くなる。この状態になると、内面フィンが更に倒れるように変形する結果、内面螺旋溝付管の拡管不足となり、熱交換器の製造に支障を来す。例えば、熱交換器を内面螺旋溝付管と外部のフィンとで構成する場合、外部のフィンに形成した透孔に内面螺旋溝付管を挿通し、内面螺旋溝付管を拡管することにより熱交換器を組み立てるが、拡管不足となると、外部フィンと内面螺旋溝付管との密着性が劣ることとなり、熱交換性能が低下することとなる。

表３に示す試料Ｎｏ．９の内面螺旋溝付管の断面の金属組織写真を図１６に示し、同試料Ｎｏ．９の内面螺旋溝付管の外観であってオレンジピールを生じていない状態を図１７に示す。図１８に試料Ｎｏ．１２の比較例で得られたオレンジピールのある内面螺旋溝付管の外観を示す。

図１６に示す実施例の内面螺旋溝付管は、得られた螺旋溝と溝間に形成されているフィンの形状が整っており、目的の形状のフィン及び螺旋溝を形成できた。また、図１７に示すように内面螺旋溝付管の表面にオレンジピールなどの肌荒れは観察できなかった。
また、繊維状組織の内面螺旋溝付管にＯ材化のための焼鈍（熱処理）を施すと、図１６に示す平均結晶粒径８０μｍ以下の結晶粒からなる金属組織にできることも判った。
これに対し、図１８に示す比較例Ｎｏ．１２の両面表層８％再結晶の内面螺旋溝付管は、表面にオレンジピールと表される肌荒れを確認できた。

図１９は、本発明に係る内面螺旋溝付管を備えた熱交換器８０の一例を示す概略図であり、冷媒を通過させるチューブとして内面螺旋溝付管８１を蛇行させて設け、この内面螺旋溝付管８１の周囲に複数のアルミニウム合金製フィン材８２を平行に配設した構造である。内面螺旋溝付管８１は、平行に配設したフィン材８２を貫通するように設けた複数の透孔を通過するように設けられている。
図１９に示す熱交換器の構造において内面螺旋溝付管８１は、フィン材８２を直線状に貫通する複数のＵ字状の主管８１Ａと、隣接する主管８１Ａの隣り合う端部開口どうしをＵ字形のエルボ管８１Ｂで図１９に示すように接続してなる。また、フィン材８２を貫通している内面螺旋溝付管８１の一方の端部側に冷媒の入口部８６が形成され、内面螺旋溝付管８１の他方の端部側に冷媒の出口部８７が形成されることで図１９に示す熱交換器８０が構成されている。

図１９に示す熱交換器８０は、フィン材８２のそれぞれに形成した透孔を貫通するように内面螺旋溝付管８１を設け、フィン材８２の透孔に挿通後、拡管プラグにより内面螺旋溝付管８１の外径を押し広げて内面螺旋溝付管８１とフィン材８２を機械的に一体化することで組み立てられている。
図１９に示す熱交換器８０に内面螺旋溝付管８１を適用することで、熱交換効率の良好な熱交換器８０を提供することができる。

１００…内面螺旋溝付管の製造装置、１１、１１Ｃ、１１Ｌ…押出素管、１１ａ…ストレート溝、１１ｂ…フィン、１１ｃ…フィン（螺旋フィン）、１１ｄ…螺旋溝、１１Ｅ…矯正後の内面螺旋溝付管、１１Ｒ…内面螺旋溝付管、２０…巻き取り手段、２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…巻き取りロール、２２…送りロール、２３…ガイド板、２４…押さえロール、２５…モーター、２６…軸線、３０…引張り手段、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、４９…熱処理手段、５０…製造装置、５１…巻出ドラム、５１ａ…巻出ドラム回転軸、５２…回転手段、５３…引抜ダイス、５４…ブレーキ装置、５５…巻取ドラム（巻取装置）、５６…ボビン、５７…支持枠（支持体）、５８、５９…支持軸、６０…脚部、６１…基台、６２…延長軸部、６３…駆動装置、６４…伝導装置、８０…熱交換器、ｄ…底肉厚、ｔ…高さ、θ…捻れ角、θ_１…フィン頂角、θ_２…倒れ角

Claims (14)

1. 内面に長さ方向に沿う複数のストレート溝が周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管に直接捻り加工を付与することにより、前記ストレート溝が螺旋溝とされ、前記フィンが螺旋状とされた内面螺旋溝付管であって、
   前記複数の螺旋溝における前記内面螺旋溝付管の底肉厚が０．５５ｍｍ以上であり、
   前記螺旋溝からの前記フィンの高さが０．２４ｍｍ以上であり、
   前記フィンを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角が２５°以下であり、
   結晶粒組織において平均結晶粒サイズが１２０μｍ以下であることを特徴とする内面螺旋溝付管。
2. 前記１２０μｍ以下の平均結晶粒サイズが、焼き鈍し後に達成された平均結晶粒サイズであることを特徴とする請求項１に記載の内面螺旋溝付管。
3. 内面の螺旋溝に沿って形成されているフィンのフィン倒れ角が１°以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内面螺旋溝付管。
4. 外面に表面粗さ（Ｒｍａｘ）１５μｍを超える段差として定義されるオレンジピールが無いことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管。
5. 前記内面螺旋溝付管において、その製造に用いた押出素管の結晶粒組織について、
   金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織あるいは表層のみ外内周それぞれ肉厚の５％以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織であるか又は、金属組織の平均結晶粒サイズが８０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管。
6. 前記内面螺旋溝付管において、その製造に用いた押出素管の底肉厚が０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管。
7. 内面に長さ方向に沿う複数のストレート溝が周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管を、巻き取りロールにコイル状に巻き取ってコイル状管材を形成し、該コイル状管材を直管状に引き伸ばして該管材に捻りを加え、該管材を引抜ダイスにより引き抜き、更に焼き鈍すことにより、
   前記ストレート溝を螺旋溝とし、前記フィンを螺旋状とし、前記複数の螺旋溝における底肉厚を０．５５ｍｍ以上とし、前記螺旋溝からの前記フィンの高さを０．２４ｍｍ以上とし、前記フィンを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角を２５°以下とし、結晶粒組織において平均結晶粒サイズを１２０μｍ以下とすることを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法。
8. 前記内面螺旋溝付管を製造するために、
   金属組織が全て管の長さ方向に沿う繊維状組織あるいは表層のみ外内周それぞれ肉厚の５％以下が再結晶組織であってそれ以外は全て繊維状組織であるか又は、金属組織の平均結晶粒サイズが８０μｍ以下である押出素管を用いることを特徴とする請求項７に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
9. 前記内面螺旋溝付管を製造するために、底肉厚が０．５５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下である押出素管を用いることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
10. 前記巻き取りと前記引き伸ばしとを交互に複数回行うことを特徴とする請求項７〜請求項９の何れか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
11. 内面に長さ方向に複数のストレート溝が円周方向に間隔をおいて形成され、これらストレート溝間にフィンが形成されたアルミニウム合金製の押出素管を、引抜きダイスに入る手前で捻りつつ引抜きダイスの縮径部で縮径して引抜きし、引抜きと捻り加工を同時に行い、更に焼き鈍すことにより、
    前記ストレート溝を螺旋溝とし、前記フィンを螺旋状とし、前記複数の螺旋溝における底肉厚を０．５５ｍｍ以上とし、前記螺旋溝からの前記フィンの高さを０．２４ｍｍ以上とし、前記フィンを断面したときの前記フィンの２つの側壁面の相対角度で表されるフィン頂角を２５°以下とし、結晶粒組織において平均結晶粒サイズを１２０μｍ以下とすることを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法。
12. 前記引抜きと捻り加工を同時に行うに際し、捻り加工される押出素管をボビンから巻き出した後、最初に引抜きダイスに通すことを特徴とする請求項１１に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
13. 前記引抜きと捻り加工を同時に行うに際し、加工中の押出素管に前方張力と後方張力を付与することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
14. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の内面螺旋溝付管とフィンが一体化されてなることを特徴とする熱交換器。