JP2018089640A - 拡管性に優れる内面螺旋溝付管とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は放熱フィンとともに熱交換器を組み立てる場合の拡管性に優れ、組み立て後の熱交換器に歪みを生じることのない内面螺旋溝付管の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、管本体の内面に長手方向に螺旋状に連続した複数のフィンと螺旋溝を有するアルミニウム製の内面螺旋溝付管であって、円周方向の底肉厚の最大値と最小値の差（偏差）が０．１２ｍｍ以下であることを特徴とする内面螺旋溝付管に関する。前記螺旋溝が前記管本体の長さ方向に所定のリード角で螺旋状に形成され、前記底肉厚の偏肉部が前記リード角に応じ螺旋状に配置されていることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、拡管性に優れる内面螺旋溝付管とその製造方法に関する。

家庭用や業務用エアコンに、また、給湯器やショーケースなどにフィンアンドチューブタイプの熱交換器が使用されている。この熱交換器は、積層したアルミニウム放熱フィンに設けた挿通孔にヘアピン曲げした銅製の伝熱管を挿入し、伝熱管の内部にその内径より大きな拡管プラグを押し込み、伝熱管の径を押し拡げて伝熱管の外周面と放熱フィンの挿通孔を密着して組み立てられている。
しかし、近年、銅地金価格の高騰やリサイクル性の改善に鑑み、より安価でリサイクル性、軽量化に優れるアルミニウム合金製の伝熱管が使用され始めている。

現状、使用されている銅合金製の伝熱管は熱特性を高めるために管の内面に螺旋溝を設けた伝熱管が一般的に使用されている。螺旋溝により、伝熱管内面側の面積が増加するとともに、表面張力による毛細管現象で冷媒の巻き上げ量が増加し、円周方向に熱伝達に寄与する領域が増加して伝熱特性が向上する。従って、アルミニウム合金を使用した伝熱管においても、同様に管内面に螺旋溝を形成し熱特性の向上が図られている。
アルミニウム合金の場合、直溝の伝熱管も使用されようとしているが、直溝は伝熱性を向上させるのにフィンの高さを高くする必要がある。
しかし、直溝の場合、拡管時にプラグとフィンの接触でフィン潰れやフィン倒れを生じやすい。また、直溝の伝熱管は螺旋溝の伝熱管に比べ、焼付きを生じやすい。すなわち、螺旋溝を設けた伝熱管では拡管時に管に挿入する拡管プラグの外周全周が管内面のフィン（溝）と均一に接するのに対し、直溝の伝熱管では一部の拡管プラグ表面との接触となるため焼き付きやすい。また、プラグの摩耗による消耗に偏りを生じプラグの寿命が短い。従って、直溝の伝熱管に比べ、螺旋溝の伝熱管の方が熱伝達性および拡管性の面で優れている。

前記、直溝を有した押出による伝熱管が特許文献1に示されている。
また、一般的に銅合金製の内面螺旋溝付管は以下の特許文献２などに示されている溝転造法と称される方法により製造されている。この溝転造法とは、丸管の内部に溝付プラグを挿入し、丸管の外側から転造ボールなどの成形具で管を溝付プラグに押当てフォーミング加工することで丸管の内面に螺旋溝を転写する方法である。アルミニウム合金製の内面螺旋溝付伝熱管にも同じ製法が使用されている。しかしながら、アルミニウム合金製の伝熱管は銅に比べて拡管時に焼き付きを生じやすく、拡管プラグを支持し、管内周に押し込むためのロッドが変形してしまうなど、銅管に比べ拡管性が悪い。
材料特性から、アルミニウム合金の強度は銅合金の強度の約半分程度ではあるものの、管の耐圧を維持するために底肉厚を約倍以上と厚くしているため、拡管時の変形抵抗は決して小さくない。
熱交換器として十分な伝熱性能を得るには、伝熱管と放熱フィンとの充分な接合を図ることが必要で、それに加え、生産性を高める上で、焼き付きやロッドの変形などを生じにくい良好な拡管性が求められている。

特開２０１６−２８２１９号公報 特開平６−１９０４７６号公報

前述したロッドの変形を生じやすくさせる原因の一つに伝熱管底肉厚の偏肉に依存した拡管時の伝熱管の反り問題がある。
アルミニウム合金では伝熱管本体や伝熱管の製造に押出した中空の丸管などの素管が使用されるが、押出時のコアとプレートの位置ズレが原因で、素管円周方向底肉厚の特定位置に偏肉を生じる。その程度は、コアとプレートとのズレ量に依存し、底肉厚の厚い箇所と薄い箇所の発生位置は、管円周方向で反対側に位置する傾向にある。直溝を有した押出による伝熱管では、偏肉部が円周方向の同じ個所に長手方向に連続して存在する。
また、溝転造は、最終伝熱管よりも径の大きい素管を押出し、数回のプラグ引抜で縮径した後に、溝転造にて管の内面に溝を転写するが、素管の段階で生じた偏肉部はその後の加工の中で解消されづらく残存する。
偏肉を生じた伝熱管に拡管すると、底肉厚の厚い部分がより拡管されて拡管率は大きくなり、管長手方向の縮み量は大きくなる。そのため、偏肉を生じた管を拡管すると管は縮み量の大きい底肉厚の厚い側に反る傾向にある。反りの程度は偏肉の程度、底肉厚の差に影響されるが、その反り量が大きいと、拡管プラグのスムーズな挿入が阻害され、拡管荷重が増加し焼き付きを生じやすくなる。また、反り量が更にひどい場合には、組立途中の熱交換器自体が変形してしまう。

本願発明は、これらの背景に鑑み、エアコン用途などのフィンアンドチューブタイプの熱交換器に使用されるアルミニウム合金製の内面螺旋溝付管であって、その底肉厚の偏肉が少なく、且つ、多少その差が大きくなっても、拡管時に反りを生じ難い熱交換器組み立て時の拡管性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。

本発明の内面螺旋溝付管は、管本体の内面に長手方向に螺旋状に連続した複数のフィンと螺旋溝を有するアルミニウム製の内面螺旋溝付管であって、円周方向の底肉厚の最大値と最小値の差（偏差）が０．１２ｍｍ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、前記螺旋溝が前記管本体の長さ方向に所定のリード角で螺旋状に形成され、前記底肉厚の偏肉部が前記リード角に応じ螺旋状に配置されている構成を採用できる。
本発明の内面螺旋溝付管において、前記リード角が８〜４５゜であり、前記底肉厚が ０．２〜０．８ｍｍである構成を採用できる。
本発明の内面螺旋溝付管は、拡管によって放熱フィンと接合されることが好ましい。

本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法は、内面に直線状のフィンと溝を有するアルミニウム製の素管に捻り加工と引抜き加工を同時に付与する塑性加工を２回以上施し、前記素管から２０％以上の縮径を行うことにより、管本体の内面に長手方向に螺旋状に連続した複数のフィンと螺旋溝を有し、円周方向の底肉厚の最大値と最小値の差（偏差）が０．１２ｍｍ以下である内面螺旋溝付管を製造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、前記捻り加工と引抜き加工を同時に付与する塑性加工によって、前記管本体の長さ方向に所定のリード角で螺旋溝を形成するとともに前記底肉厚の偏肉部を前記リード角に応じ伝熱管の円周方向長手に螺旋状に形成することが好ましい。

本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法において、前記リード角が８〜４５゜であり、前記底肉厚が０．２〜０．８ｍｍである内面螺旋溝付管を得ることができる。
本発明に係る製造方法において、内面螺旋溝付管は、拡管によって放熱フィンと接合されるものであることが好ましい。

円周方向の底肉厚の最大値と最小値の差が０．１２ｍｍ以下であるならば、内面螺旋溝付管を放熱フィンの挿通孔に通し、内面螺旋溝付管に拡管プラグを挿通して内面螺旋溝付管を押し拡げて熱交換器を組み立てる場合、内面螺旋溝付管の反りが少なく、熱交換器の変形を抑制できる。
管本体の長さ方向に螺旋溝が所定のリード角で形成されていることにより、内部を流れる媒体との熱交換効率を良好にすることができ、熱交換効率の良好な熱交換器を提供できる。更に、偏肉部を前記リード角に応じ管本体の長さ方向に螺旋状に設けておくと、拡管プラグによる拡管時に一定方向への反りを抑制しつつ拡管できるので、拡管プラグの変形ならびに熱交換器の変形を防止できる。

内面に直線状のフィンと溝を有するアルミニウム合金製の素管に捻り加工と引抜き加工を同時に付与する塑性加工を２回以上施すことでアルミニウム合金製管本体の内面に形の整った螺旋溝を形成することができる。捻り加工と引抜き加工を同時に付与する塑性加工であるならば、エアコン用などの細径のアルミニウム合金製素管であっても破断や座屈などの支障を引き起こすことなく加工することができ、螺旋溝の形状も整った内面螺旋溝付管を製造できる。
引抜と捻りの複合加工による塑性加工を２回行なう理由として、1回の加工時に引抜ダイス入側で曲げ加工が、そしてダイスアプローチ最後の部分で曲げ戻しによるせん断応力が付与される。２回行なうことで、曲げ・曲げ戻しが繰り返されることにより、管が加工硬化し、捻りを付与した際に座屈することなく安定して加工できるようになる。

本発明に係る第１実施形態の内面螺旋溝付管の横断面図。 同内面螺旋溝付管の縦断面図。 同内面螺旋溝付管の側面図。 同内面螺旋溝付管を製造するために用いる素管の一例を示す縦断面図。 同内面螺旋溝付管の製造装置の一例を示す側面図。 図５に示す製造装置の一部を矢印Ｘ方向から見た場合の浮き枠の平面図。 同内面螺旋溝付管を備えた熱交換器の一例を示す正面図。 同内面螺旋溝付管を備えた熱交換器の一例を示す部分斜視図。 熱交換器の製造工程の一部である内面螺旋溝付管の拡管工程を示す斜視図。 実施例において製造された内面螺旋溝付管の形状測定位置を示す説明図。 実施例と比較例の内面螺旋溝付管、空引管の肉厚測定結果を示すグラフ。 実施例と比較例の内面螺旋溝付管、空引管のフィン高さ測定結果を示すグラフ。 実施例と比較例の内面螺旋溝付管、空引管のフィン高さ変化率を示すグラフ。 実施例と比較例の内面螺旋溝付管、空引管の底肉厚変化率を示すグラフ。 実施例と比較例の内面螺旋溝付管、空引管の肉厚バラツキを示すグラフ。 実施例と比較例の内面螺旋溝付管、空引管のフィン高さバラツキを示すグラフ。 実施例において用いた拡管治具を示す側面図。 実施例において用いた保持治具と当該保持治具を用いた拡管試験の手順を示し、（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、（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、（ｃ）は孔に内面螺旋溝付伝熱管を挿入した様子を示す斜視図、（ｄ）は内面螺旋溝付伝熱管に拡管具を挿入した様子を示す斜視図である。 実施例において底肉厚を変量させた際の拡管率を示すグラフ。 実施例において底肉厚を変量させた際の管長さの縮小率を示すグラフ。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大や誇張して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

図１は本発明に係る第一実施形態の伝熱管（内面螺旋溝付管）１０の横断面を示し、図２は伝熱管１０の縦断面を示し、図３は伝熱管１０の側面を示す。
伝熱管１０はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。伝熱管１０をアルミニウム合金から形成する場合は、適用するアルミニウム合金に特に制限はなく、ＪＩＳで規定される１０５０、１１００、１２００等の純アルミニウム系、あるいは、これらにＭｎを添加した３００３に代表される３０００系のアルミニウム合金等を適用でき、ＪＩＳ規定以外のアルミニウム合金も広く適用できるのは勿論である。また、前記ＪＩＳ規定合金以外にＪＩＳに規定されている５０００系〜７０００系のアルミニウム合金のいずれかを用いて伝熱管１０を構成しても良い。なお、本明細書において「アルミニウム」とは、アルミニウム合金および純アルミニウムからなるものを包含する概念とする。

伝熱管１０は、横断面の概形が円形の管本体１０Ａの内面に螺旋状のフィン３と螺旋溝４を形成してなる。伝熱管１０の外周面１０ａの直径は、例えば、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。伝熱管１０の内周面１０ｂには、管本体１０Ａの長さ方向（図１の紙面垂直方向：図２の左右方向）に沿って所定のピッチで螺旋状に形成された複数のフィン３が設けられている。これら複数のフィン３の間には、フィン３の先端と比較して内径が大きく形成された螺旋溝４が形成されている。
本実施形態において、フィン３は、例えば管本体１０Ａの周回りに３０個〜６０個設けられている。フィン３の高さ（すなわち半径方向の寸法）は、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。また、伝熱管１０の底肉厚ｄ（すなわち、螺旋溝４の底部に対応する伝熱管１０の管壁厚さ）は、例えば０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。フィン３の頂角（フィン３の両側面同士のなす角）は、例えば１０°〜３０°である。螺旋状に形成されたフィン３（あるいは螺旋溝４）のリード角θ１（捻り角）は、例えば８°以上４５°以下である。図２の縦断面においてリード角θ１は伝熱管１０の内部中央側に直線状に描かれているフィン３（あるいは螺旋溝４）の延在方向を延長した線ａと伝熱管１０の長さ方向に平行な線ｂとの交わる角度として表記できる。

また、図１に示す伝熱管１０において管壁が若干肉厚となっている偏肉部１０ｄと管壁が若干肉薄となっている偏肉部１０ｅが形成されている。一例として、図１に示す伝熱管１０の横断面において、左上部側が若干肉厚となる偏肉部１０ｄとされ、右下部側が若干肉薄となる偏肉部１０ｅとされている。伝熱管１０において偏肉部１０ｄは伝熱管１０の長手方向に沿ってフィン３が描く螺旋形状と同等のリード角を維持したまま所定のピッチで螺旋状に形成されている。また、伝熱管１０において偏肉部１０ｅも伝熱管１０の長手方向に沿ってフィン３が描く螺旋形状と同等のリード角を維持したまま所定のピッチで螺旋状に形成されている。従って、偏肉部１０ｄと偏肉部１０ｅは伝熱管１０の横断面において円周方向に対向する位置関係を保持したまま伝熱管１０の長さ方向に沿ってそれぞれ螺旋状に形成されている。

伝熱管１０に対し螺旋状に形成されている偏肉部１０ｄ、１０ｅのそれぞれのリード角θ２は８゜以上４５゜以下の範囲であるが、前述のフィン３のリード角と同等に形成されている。これは、後に説明するように、本実施形態の伝熱管１０は、直線状に形成したフィン３Ｂと直線溝４Ｂを備える素管１０Ｂ（図４参照）に対し捻り加工と引抜き加工を同時に施す捻り引抜き加工を２回以上施すことにより形成されている。したがって、偏肉部１０ｄ、１０ｅのリード角θ２と螺旋状のフィン３のリード角θ１は一致されている。
伝熱管１０に形成されている偏肉部１０ｄ、１０ｅは素管１０Ｂに形成されていた偏肉部を後述する捻り加工と引抜き加工を同時に施す捻り引抜き加工によって伝熱管１０の長さ方向に沿って螺旋状に捻ることで形成されている。素管１０Ｂはアルミニウム合金から押出加工で形成するが、押出ダイスのコアとプレートとの芯ズレにより押出加工の段階で多少の偏肉は必然的に有しているものである。本実施形態の伝熱管１０では円周方向の底肉厚の最大値と最小値の差（偏差）が０．１２ｍｍ以下であることが好ましい。

これらの偏肉部１０ｄ、１０ｅは押出加工により素管１０Ｂを製造する際に生成されていた偏肉部を素管１０Ｂから内面螺旋溝付管１０に加工する際に螺旋状に捻るとともに空引きによる引抜き加工により偏肉量を減少させることで形成されたものである。捻り加工と引抜き加工を同時に施す後述の捻り引抜き加工による塑性加工によれば、偏肉部を有する素管１０Ｂに対し肉の薄い部分には他の部分から材料が集められて肉薄を部分的に解消するように塑性加工が進行し、逆に肉の厚い部分は部分的に肉を薄くするように塑性加工が進行する。偏肉の矯正は空引きによる引抜の縮径率によるため、その値がトータル２０％未満では効果が小さく、２０％以上の引抜リダクションとした。従って、上記の引抜と捻りを同時に行なう複合加工で素管の偏肉の程度は解消される方向に向かうが、それを完全に解消することは困難であるが、偏肉を低減するとともにそれ自体を螺旋状化することで拡管時の反りを抑制可能な内面螺旋溝付管１０を提供できる。

「製造方法」
以下、本願発明に係る伝熱管１０の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。伝熱管１０の製造方法は、以下の押出成形工程と捻り引抜き工程を含む。
＜押出成形工程＞
まず、押出成形工程について説明する。
図４は、押出成形工程により成形された素管（直線溝付管）１０Ｂの縦断面図である。
アルミニウム材料からなるビレットを押出成形することにより、図４に示すように、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝４Ｂが周方向に間隔をおいて形成された素管１０Ｂを製造する（直線溝付管押出工程）。素管１０Ｂの内面において周方向に隣接する複数の直線溝４Ｂ、４Ｂの間には凸条型のフィン３Ｂが形成されているので、素管１０Ｂの内周には直線溝４Ｂとフィン３Ｂとが交互に個々に直線状に形成されている。

＜捻り引抜き工程＞
次に、捻り引抜き工程について説明する。
本実施形態の捻り引抜き工程は、空引きによる引抜き加工（縮径加工）を行いながら上述の素管１０Ｂに捻り加工を付与することで、フィン３Ｂおよび直線溝４Ｂを螺旋状とする工程である。この工程を実施することによって素管１０Ｂに形成されていた偏肉部は素管１０Ｂの長さ方向に沿って螺旋状に加工される。

なお、本明細書において、捻りを付与する前の管材（すなわち上述の素管１０Ｂ）を「直線溝付管」と呼ぶことがある。また、捻りを付与した後の管材（すなわち上述の伝熱管１０）を「内面螺旋溝付管」と呼ぶことがある。また、直線溝付管から内面螺旋溝付管に至る過程において、内面螺旋溝付管と比較して半分程度の捻りと縮径が付与された中間形成品を「中間捻り管」と呼ぶことがある。更に、本明細書の「管材」とは、直線溝付管、中間捻り管および内面螺旋溝付管の上位概念であり、製造工程の段階を問わず、加工対象となる管を意味する。
本明細書において、「前段」および「後段」とは、管材の加工順序に沿った前後関係（すなわち、上流および下流）を意味し、製造装置内の各部位の配置を意味するものではない。管材は内面螺旋溝付管の製造装置において、前段（上流）側から後段（下流）側に搬送される。前段に配置される部位は、必ずしも前方に配置されるとは限らず、後段に配置される部位は、必ずしも後方に配置されているとは限らない。

＜内面螺旋溝付管の製造装置＞
図５は、直線溝付管（素管）１０Ｂに２回の縮径加工と捻り加工を付与して内面螺旋溝付管（伝熱管）１０を製造する製造装置Ａを示す側面図である。まず、製造装置Ａについて説明した後に、製造装置Ａを用いた捻り引抜き工程について説明する。
製造装置Ａは、公転機構３０と、浮き枠３４と、巻き出しボビン（第１のボビン）１１と、第１のガイドキャプスタン１８と、第１の引抜きダイス１と、第１の公転キャプスタン２１と、公転フライヤ２３と、第２の公転キャプスタン２２と、第２の引抜きダイス２と、第２のガイドキャプスタン６１と、巻き取りボビン（第２のボビン）７１と、を備える。以下、各部の詳細について詳細に説明する。

（公転機構）
公転機構３０は、前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂを含む回転シャフト３５と、駆動部３９と、前方スタンド３７Ａと、後方スタンド３７Ｂと、を有している。
公転機構３０は、回転シャフト３５並びに、回転シャフト３５に固定された第１の公転キャプスタン２１、第２の公転キャプスタン２２および公転フライヤ２３を回転させる。
また、公転機構３０は、回転シャフト３５と同軸上に位置し回転シャフト３５に支持される浮き枠３４の静止状態を維持する。この構成により、浮き枠３４に支持された巻き出しボビン１１、第１のガイドキャプスタン１８および第１の引抜きダイス１の静止状態を維持する。

前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂは、ともに内部が中空の円筒形状を有する。前方シャフト３５Ａと後方シャフト３５Ｂは、ともに公転回転中心軸Ｃ（第１引抜ダイスのパスライン）を中心軸とする同軸上に配置されている。前方シャフト３５Ａは、前方スタンド３７Ａに軸受３６を介し回転自在に支持され、前方スタンド３７Ａから後方（後方スタンド３７Ｂ側）に向かって延びている。同様に、後方シャフト３５Ｂは、後方スタンド３７Ｂに軸受を介し回転自在に支持され、後方スタンド３７Ｂから前方（前方スタンド３７Ａ側）に向かって延びている。前方シャフト３５Ａと後方シャフト３５Ｂとの間には、浮き枠３４が架け渡されている。

駆動部３９は、駆動モータ３９ｃと直動シャフト３９ｆとベルト３９ａ、３９ｄ、プーリ３９ｂ、３９ｅとを有している。駆動部３９は、前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂを回転させる。
駆動モータ３９ｃは、直動シャフト３９ｆを回転させる。直動シャフト３９ｆは、前方スタンド３７Ａおよび後方スタンド３７Ｂの下部において前後方向に延びている。
前方シャフト３５Ａの前方の端部３５Ａｂは、前方スタンド３７Ａを貫通した先端にプーリ３９ｂが取り付けられている。プーリ３９ｂは、ベルト３９ａを介し直動シャフト３９ｆと連動する。同様に、後方シャフト３５Ｂの後方の端部３５Ｂｂは、後方スタンド３７Ｂを貫通した先端にプーリ３９ｅが取り付けられ、ベルト３９ｄを介し直動シャフト３９ｆと連動する。これにより、前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂは、公転回転中心軸Ｃを中心に同期回転する。

回転シャフト３５（前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂ）には、第１の公転キャプスタン２１、第２の公転キャプスタン２２および公転フライヤ２３が固定されている。回転シャフト３５が回転することで、回転シャフト３５に固定されたこれらの部材は、公転回転中心軸Ｃを中心に公転回転する。

「浮き枠」
浮き枠３４は、回転シャフト３５の前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂの互いに向かい合う端部３５Ａａ、３５Ｂａに軸受３４ａを介し支持されている。また、浮き枠３４は、巻き出しボビン１１、第１のガイドキャプスタン１８および第１の引抜きダイス１を支持する。
図６は、図５における矢印Ｘ方向から見た浮き枠３４の平面図である。図５、図６に示すように、浮き枠３４は、上下に開口する箱形状を有する。浮き枠３４は、前後に対向する前方壁３４ｂおよび後方壁３４ｃと、左右に対向するとともに前後方向に延びる一対の支持壁３４ｄと、を有する。
前方壁３４ｂおよび後方壁３４ｃには貫通孔が設けられ、それぞれ前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂの端部３５Ａａ、３５Ｂａが挿入されている。端部３５Ａａ、３５Ｂａと前方壁３４ｂおよび後方壁３４ｃの貫通孔との間には、軸受３４ａが介在する。これにより、浮き枠３４には、回転シャフト３５（前方シャフト３５Ａおよび後方シャフト３５Ｂ）の回転が伝達され難い。浮き枠３４は、回転シャフト３５が回転状態にあっても地面Ｇに対する静止状態を保つ。なお、公転回転中心軸Ｃに対し浮き枠３４の重心を偏らせる錘を設けて浮き枠３４の静止状態を安定させてもよい。

図６に示すように、一対の支持壁３４ｄは、巻き出しボビン１１、第１のガイドキャプスタン１８および第１の引抜きダイス１を左右方向（図１０紙面中の上下方向）両側に配置されている。一対の支持壁３４ｄは、巻き出しボビン１１を保持するボビン支持シャフト１２および第１のガイドキャプスタン１８の回転軸Ｊ１８を回転可能に支持する。また、支持壁３４ｄは、図示略のダイス支持体を介し第１の引抜きダイス１を支持する。

「巻き出しボビン」
巻き出しボビン１１には、直線溝４Ｂが形成された直線溝付管１０Ｂ（図４参照）が巻き付けられている。巻き出しボビン１１は、直線溝付管１０Ｂを巻き出して後段に供給する。巻き出しボビン１１は、ボビン支持シャフト１２に着脱可能に取り付けられている。
図６に示すように、ボビン支持シャフト１２は、回転シャフト３５と直交する方向に延びている。また、ボビン支持シャフト１２は、浮き枠３４に自転回転可能に支持されている。なお、ここで自転回転とは、ボビン支持シャフト１２自身の中心軸を中心として回転することを意味する。ボビン支持シャフト１２は、巻き出しボビン１１を保持し、巻き出しボビン１１の供給方向に自転回転することで、巻き出しボビン１１の管材５の繰り出しを補助する。

巻き出しボビン１１は、巻き付けられた直線溝付管１０Ｂを全て供給した際に取り外され、他の巻き出しボビンに交換される。取り外された空の巻き出しボビン１１は、直線溝付管１０Ｂを形成する押出装置に取り付けられ、再び直線溝付管１０Ｂが巻き付けられる。巻き出しボビン１１は、浮き枠３４に支持され公転回転しない。したがって、巻き出しボビン１１に直線溝付管１０Ｂが乱巻されていても支障なく供給を行うことができ、巻き直しを行うことなく使用できる。また、巻き出しボビン１１の重量により製造装置Ａにおいて管材５に捻りを付与するための公転回転の回転数は制限されない。したがって、巻き出しボビン１１に長尺の管材５が巻き付けることができる。これにより、長尺の管材５に対して、捻りを付与することができ、製造効率を高めることができる。

ボビン支持シャフト１２には、ブレーキ部１５が設けられている。ブレーキ部１５は、浮き枠３４に対するボビン支持シャフト１２の自転回転に制動力を与える。すなわち、ブレーキ部１５は、巻き出しボビン１１の巻き出し方向の回転を規制する。ブレーキ部１５による制動力により、巻き出し方向に搬送される管材５には、後方張力が付加される。ブレーキ部１５としては、例えば、制動力としてのトルク調節が可能なパウダーブレーキ又はバンドブレーキを採用できる。

「第１のガイドキャプスタン」
第１のガイドキャプスタン１８は、円盤形状を有している。第１のガイドキャプスタン１８には、巻き出しボビン１１から繰り出された管材５が１周巻き掛けられる。第１のガイドキャプスタン１８の外周の接線方向は、公転回転中心軸Ｃと一致する。第１のガイドキャプスタン１８は、管材５を第１の方向Ｄ１に沿って公転回転中心軸Ｃ上に誘導する。
第１のガイドキャプスタン１８は、自転回転自在に浮き枠３４に支持されている。また第１のガイドキャプスタン１８の外周には、自転回転自在のガイドローラ１８ｂが並んで配置されている。本実施形態の第１のガイドキャプスタン１８は、自身が自転回転するとともにガイドローラ１８ｂが転動するが、何れか一方が回転すれば、管材５をスムーズに搬送できる。なお、図６において、ガイドローラ１８ｂの図示は省略されている。

図６に示すように、第１のガイドキャプスタン１８と巻き出しボビン１１との間には、管路誘導部１８ａが設けられている。管路誘導部１８ａは、例えば管材５を囲むように配置された複数のガイドローラである。管路誘導部１８ａは、巻き出しボビン１１から供給される管材５を第１のガイドキャプスタン１８に誘導する。
なお、第１のガイドキャプスタン１８に代えて、巻き出しボビン１１と第１の引抜きダイス１との間にトラバース機能を有する誘導管を設けてもよい。誘導管を設ける場合には、巻き出しボビン１１と第１の引抜きダイス１との距離を短くすることができ、工場内のスペースを有効活用できる。

「第１の引抜きダイス」
第１の引抜きダイス１は、管材５（直線溝付管１０Ｂ）を縮径する。第１の引抜きダイス１は、浮き枠３４に固定されている。第１の引抜きダイス１は、第１の方向Ｄ１を引抜き方向とする。第１の引抜きダイス１の中心は、回転シャフト３５の公転回転中心軸Ｃと一致する。また、第１の方向Ｄ１は、公転回転中心軸Ｃと平行である。
第１の引抜きダイス１には、浮き枠３４に固定された潤滑油供給装置９Ａにより潤滑油が供給される。これにより第１の引抜きダイス１における引抜力を軽減できる。
第１の引抜きダイス１を通過した管材５は、浮き枠３４の前方壁３４ｂに設けられた貫通孔を介して、前方シャフト３５Ａの内部に導入される。

「第１の公転キャプスタン」
第１の公転キャプスタン２１は、円盤形状を有している。第１の公転キャプスタン２１は、中空の前方シャフト３５Ａの内外を径方向に貫通する横孔３５Ａｃに配置されている。第１の公転キャプスタン２１は、円盤の中心を回転軸Ｊ２１として、回転シャフト３５（前方シャフト３５Ａ）の外周部に固定された支持体２１ａに自転回転が自在な状態で支持されている。
第１の公転キャプスタン２１は、外周の接線の１つが公転回転中心軸Ｃと略一致する。
第１の公転キャプスタン２１には、公転回転中心軸Ｃ上の第１の方向Ｄ１に搬送される管材５が一周以上、巻き掛けられる。第１の公転キャプスタン２１は、管材５を巻き掛けて前方シャフト３５Ａの内部から外部に引き出して公転フライヤ２３に誘導する。

第１の公転キャプスタン２１は、公転回転中心軸Ｃの周りを前方シャフト３５Ａとともに公転回転する。公転回転中心軸Ｃは、第１の公転キャプスタン２１の自転回転の回転軸Ｊ２１と直交する方向に延びている。管材５は、第１の公転キャプスタン２１と第１の引抜きダイス１との間で捻りが付与される。これにより、管材５は、直線溝付管１０Ｂから中間捻り管１０Ｃとなる。
第１の公転キャプスタン２１とともに、前方シャフト３５Ａには駆動モータ２０が設けられている。駆動モータ２０は、第１の公転キャプスタン２１を管材５の巻き掛け方向（搬送方向）に駆動回転する。これにより、第１の公転キャプスタン２１は、管材５に第１の引抜きダイス１を通過するための前方張力を付与する。
第１の公転キャプスタン２１および駆動モータ２０は、前方シャフト３５Ａの公転回転中心軸Ｃに重心が位置するように公転回転中心軸Ｃに対して互いに対称の位置に配置されることが好ましい。これにより、前方シャフト３５Ａの回転のバランスを安定させることができる。なお、第１の公転キャプスタン２１と駆動モータ２０の重量差が大きい場合は、錘を設けて重心を安定させてもよい。

「公転フライヤ」
公転フライヤ２３は、第１の引抜きダイス１と第２の引抜きダイス２との間で、管材５の管路を反転させる。公転フライヤ２３は、第１の引抜きダイス１の引抜き方向である第１の方向Ｄ１に搬送される管材５を反転させ、搬送方向を第２の引抜きダイス２の引抜き方向である第２の方向Ｄ２に向ける。より具体的には、公転フライヤ２３は、第１の公転キャプスタン２１から第２の公転キャプスタン２２に管材５を誘導する。
公転フライヤ２３は、複数のガイドローラ２３ａとガイドローラ２３ａを支持するガイドローラ支持体（図示略）とを有する。ここでは、煩雑さを解消するためガイドローラ支持体の図示を省略するが、ガイドローラ支持体は、回転シャフト３５に支持されている。
ただし、フライヤの構造についてガイドローラは必須ではなく、単に管が通過するための板状の構造で、それに通過させるためのリングを取り付けた形状のものでも良い。このリングは板形状の部材に設けられても良い。このリングの一部はこの板形状の部材の一部で構成されてもよい。板形状の部材はガイドローラ支持体と同様に回転シャフト３５に支持されてもよい。
ガイドローラ２３ａは、公転回転中心軸Ｃに対し外側に湾曲する弓形状を形成して並んでいる。ガイドローラ２３ａ自身が転動して管材５をスムーズに搬送する。公転フライヤ２３は、公転回転中心軸Ｃを中心として、浮き枠３４並びに浮き枠３４内に支持された第１の引抜きダイス１および巻き出しボビン１１の周りを回転する。

公転フライヤ２３の一端は、公転回転中心軸Ｃに対し第１の公転キャプスタン２１の外側に位置している。また、公転フライヤ２３の他端は、中空の後方シャフト３５Ｂの内外を径方向に貫通する横孔３５Ｂｃを通過して後方シャフト３５Ｂの内部に延びている。公転フライヤ２３は、第１の公転キャプスタン２１に巻き掛けられて外側に繰り出された管材５を後方シャフト３５Ｂ側に誘導する。また、公転フライヤ２３は、管材５を後方シャフト３５Ｂの内部において、第２の方向Ｄ２に沿って公転回転中心軸Ｃ上に繰り出す。

なお、本実施形態の公転フライヤ２３は、ガイドローラ２３ａにより管材５を搬送する構成であるとして説明した。しかしながら公転フライヤ２３を、弓状に形成した帯板から形成して、管材５を帯板の一面を滑動させて搬送する構成としてもよい。
また、図５において、管材５がガイドローラ２３ａの外側を通過する場合を例示した。
しかしながら、公転フライヤ２３の回転速度が速い場合には、管材５が遠心力により公転フライヤから脱線するおそれがある。このような場合は、管材５の外側に更にガイドローラ２３ａを設けることが好ましい。
公転フライヤ２３と同等の重量を有し前方シャフト３５Ａから後方シャフト３５Ｂに延びて公転フライヤ２３と同期回転するダミーフライヤを複数設けてもよい。これにより、回転シャフト３５の回転を安定させることができる。

「第２の公転キャプスタン」
第２の公転キャプスタン２２は、第１の公転キャプスタン２１と同様に、円盤形状を有する。第２の公転キャプスタン２２は、後方シャフト３５Ｂの端部３５Ｂｂの先端に設けられた支持体２２ａに自転回転が自在な状態で支持されている。また、第２の公転キャプスタン２２の外周には、自転回転自在のガイドローラ２２ｃが並んで配置されている。本実施形態の第２の公転キャプスタン２２は、自身が自転回転するとともにガイドローラ２２ｃが転動するが、何れか一方が回転すれば、管材５をスムーズに搬送できる。
第２の公転キャプスタン２２は、外周の接線の１つが公転回転中心軸Ｃと略一致する。
第２の公転キャプスタン２２には、公転回転中心軸Ｃ上の第２の方向Ｄ２に搬送される管材５が一周以上、巻き掛けられる。第２の公転キャプスタン２２は、巻き掛けられた管材を公転回転中心軸Ｃ上の第２の方向Ｄ２に繰り出す。

第２の公転キャプスタン２２は、公転回転中心軸Ｃの周りを後方シャフト３５Ｂとともに公転回転する。公転回転中心軸Ｃは、第２の公転キャプスタン２２の自転回転の回転軸Ｊ２２と直交する方向に延びている。第２の公転キャプスタン２２から繰り出された管材５は、第２の引抜きダイス２において縮径される。第２の引抜きダイス２は、地面Ｇに対し静止しているため、第２の公転キャプスタン２２と第２の引抜きダイス２との間で、管材５に捻りを付与できる。これにより、管材５は、中間捻り管１０Ｃから内面螺旋溝付管１０となる。
第２の公転キャプスタン２２を支持する支持体２２ａは、公転回転中心軸Ｃに対し第２の公転キャプスタン２２と対称の位置に錘２２ｂを支持する。錘２２ｂは、後方シャフト３５Ｂの回転のバランスを安定させる。

「第２の引抜きダイス」
第２の引抜きダイス２は、第２の公転キャプスタン２２の後段に配置される。第２の引抜きダイス２は、反対の第２の方向Ｄ２を引抜き方向とする。第２の方向Ｄ２は、公転回転中心軸Ｃと平行な方向である。第２の方向Ｄ２は、第１の引抜きダイス１の引抜き方向である第１の方向Ｄ１と反対である。管材５は、第２の方向Ｄ２に沿って第２の引抜きダイス２を通過する。第２の引抜きダイス２は、第２の引抜きダイス２は、地面Ｇに対して静止している。第２の引抜きダイス２の中心は、回転シャフト３５の公転回転中心軸Ｃと一致する。
第２の引抜きダイス２は、例えば図示略のダイス支持体を介して架台６２に支持されている。また、第２の引抜きダイス２には、架台６２に取り付けられた潤滑油供給装置９Ｂにより潤滑油が供給される。これにより第２の引抜きダイス２における引抜力を軽減できる。
第２の引抜きダイス２における縮径および捻り付与により、管材５は、中間捻り管１０Ｃから内面螺旋溝付管１０となる。

「第２のガイドキャプスタン」
第２のガイドキャプスタン６１は、円盤形状を有している。第２のガイドキャプスタン６１の外周の接線方向は、公転回転中心軸Ｃと一致する。第２のガイドキャプスタン６１には、公転回転中心軸Ｃ上の第２の方向Ｄ２に搬送される管材５が一周以上、巻き掛けられる。
第２のガイドキャプスタン６１は、回転軸Ｊ６１を中心に架台６２に回転可能に支持されている。また、第２のガイドキャプスタン６１の回転軸Ｊ６１は、駆動モータ６３と駆動ベルト等を介し接続されている。第２のガイドキャプスタン６１は、駆動モータ６３により、管材５の巻き掛け方向（搬送方向）に駆動回転する。なお、駆動モータ６３は、トルク制御可能なトルクモータを用いることが好ましい。
第２のガイドキャプスタン６１が駆動することによって管材５には、前方張力が付与される。これにより管材５は、第２の引抜きダイス２における加工に必要な引抜き応力が付与され前方に搬送される。

「巻き取りボビン」
巻き取りボビン７１は、管材５の管路の終端に設けられ、管材５を回収する。巻き取りボビン７１の前段には、誘導部７２が設けられている。誘導部７２は、トラバース機能を有し管材５を巻き取りボビン７１に整列巻きさせる。
巻き取りボビン７１は、ボビン支持シャフト７３に着脱可能に取り付けられている。ボビン支持シャフト７３は、架台７５に支持され、駆動モータ７４に駆動ベルト等を介し接続されている。巻き取りボビン７１は、駆動モータ７４により駆動回転され、管材５を弛ませることなく巻き取る。巻き取りボビン７１は、管材５が十分に巻き付けられた場合に取り外され、他の巻き取りボビン７１に付け替えられる。

＜捻り引抜き工程＞
上述した内面螺旋溝付管の製造装置Ａを用いて、内面螺旋溝付管１０を製造する方法について説明する。
まず、予備工程として、直線溝付管１０Ｂを巻き出しボビン１１にコイル状に巻き付ける。更に、巻き出しボビン１１を製造装置Ａの浮き枠３４にセットする。また、巻き出しボビン１１から管材５（直線溝付管１０Ｂ）を繰り出して、予め直線溝付管１０Ｂの管路をセットする。具体的には、管材５を、第１のガイドキャプスタン１８、第１の引抜きダイス１、第１の公転キャプスタン２１、公転フライヤ２３、第２の公転キャプスタン２２、第２の引抜きダイス２、第２のガイドキャプスタン６１、巻き取りボビン７１の順に、通過させて、セットする。

内面螺旋溝付管１０の製造工程において、管材の搬送経路に沿って説明する。
まず、巻き出しボビン１１から管材５を順次繰り出していく。
次に、巻き出しボビン１１から繰り出された管材５を、第１のガイドキャプスタン１８に巻き掛ける。第１のガイドキャプスタン１８は、管材５を公転回転中心軸Ｃ上に位置する第１の引抜きダイス１のダイス孔に誘導する（第１の誘導工程）。
次に、管材５を第１の引抜きダイス１に通過させる。更に、第１の引抜きダイス１の後段で管材５を第１の公転キャプスタン２１に巻き掛けて前記回転軸の周りを回転させる。
これにより、管材５を縮径するとともに捻りを付与する（第１の捻り引抜き工程）。

第１の捻り引抜き工程において、管材５には第１の公転キャプスタン２１を駆動する駆動モータ２０により、前方張力が付与される。また、同時に管材５には巻き出しボビン１１のブレーキ部１５により後方張力が付与される。このため、管材５に適度な張力を付与することが可能となり、管材５に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。

管材５は、第１の引抜きダイス１に通された後に、公転回転する第１の公転キャプスタン２１に巻き掛けられる。管材５は、第１の引抜きダイス１により縮径されるとともに、第１の公転キャプスタン２１により捻りを付与される。これにより、管材５（直線溝付管１０Ｂ）の内面の直線溝４Ｂ（図７参照）に捻りが付与され内面に螺旋溝４が形成される。第１の捻り引抜き工程により直線溝付管１０Ｂは、中間捻り管１０Ｃとなる。中間捻り管１０Ｃは、内面螺旋溝付管１０の製造工程における中間段階の管材であり、内面螺旋溝付管１０の螺旋溝４より浅い捻り角の螺旋溝が形成された状態である。

第１の捻り引抜き工程において、管材５には、捻りが付与されると同時に引抜きダイスによる縮径が行われる。すなわち、管材５は、捻りと縮径との同時加工による複合応力が付与させる。複合応力下においては、捻り加工のみを行う場合と比較して管材５の降伏応力が小さくなり、管材５の座屈応力に達する前に、管材５に大きな捻りを付与できる。これにより、管材５の座屈の発生を抑制しつつ大きな捻りを付与できる。

次に、公転フライヤ２３に管材５を巻き掛けて、管材５の搬送方向を公転回転中心軸Ｃ上の第２の方向Ｄ２に向ける。更に、第２の公転キャプスタン２２に管材５を巻き掛けて、管材５を第２の引抜きダイス２に導入する（第２の誘導工程）。これにより、管材５の搬送方向は、第１の方向Ｄ１から第２の方向Ｄ２に反転し、第２の引抜きダイス２の中心に合わせられる。公転フライヤ２３は、浮き枠３４の周りを公転回転中心軸Ｃを中心として回転する。なお、第１の公転キャプスタン２１、公転フライヤ２３および第２の公転キャプスタン２２は、公転回転中心軸Ｃを中心として同期回転する。したがって、第１の公転キャプスタン２１から第２の公転キャプスタン２２の間で、管材５は相対的に回転せず捻りが付与されない。

次に、第２の公転キャプスタン２２とともに回転する管材５を第２の引抜きダイス２に通過させる。これにより、管材５を縮径するとともに捻りを付与し、螺旋溝４の捻り角を更に大きくする（第２の捻り引抜き工程）。第２の捻り引抜き工程により中間捻り管１０Ｃは、内面螺旋溝付管１０となる。

第２の捻り引抜き工程において、管材５には第２のガイドキャプスタン６１を駆動する駆動モータ６３により、前方張力が付与される。駆動モータ６３としては、トルク制御可能なトルクモータを用いた場合、第２のガイドキャプスタン６１は、管材５に付与する前方張力を調整できる。第２のガイドキャプスタン６１により前方張力を調整することで、第２の捻り引抜き工程において管材５に適度な張力を付与することが可能となる。これにより、管材５に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。

管材５は、公転回転する第２の公転キャプスタン２２に巻き掛けられた後に第２の引抜きダイス２を通過する。管材５は、第２の引抜きダイス２により縮径されるとともに、第２の公転キャプスタン２２により管材５に捻りを付与される。これにより、管材５の内面の螺旋溝４に更に大きな捻りが付与され、螺旋溝４の捻り角が大きくなる。第２の捻り引抜き工程により中間捻り管１０Ｃは、内面螺旋溝付管１０となる。

第２の引抜きダイス２の前段では、第２の公転キャプスタン２２に管材５が巻き掛けられている。第２の引抜きダイス２の後段では、第２のガイドキャプスタン６１が設けられ管材５の回転が規制されている。すなわち、管材５は第２の引抜きダイス２の前後で、捻り方向の変形が拘束されており、第２の公転キャプスタン２２と第２のガイドキャプスタン６１との間で、管材５に捻りが付与される。すなわち、第２の捻り引抜き工程において、管材５に捻りが付与される領域（加工域）は、第２の公転キャプスタン２２と第２の引抜きダイス２との間に制限される。上述したように、加工域を短くすることで、大きな捻り角を付与しても座屈が生じにくい。第２のガイドキャプスタン６１を設けることで、第２の引抜きダイス２の後段で捻りが付与されることがなく、加工域を短く設定できる。

なお、本実施形態において、第２の公転キャプスタン２２は、後方スタンド３７Ｂの後方（第２の引抜きダイス２側）に設けられているが、第２の公転キャプスタン２２は、前方スタンド３７Ａと後方スタンド３７Ｂとの間に位置していてもよい。しかしながら、第２の公転キャプスタン２２を、後方スタンド３７Ｂに対し後方に配置して第２の引抜きダイス２に近づけることで、第２の捻り引抜き工程における加工域を短くすることができる。これにより、座屈の発生をより効果的に抑制できる。
第２の捻り引抜き工程において、第１の捻り引抜き工程と同様に、捻りと縮径とが行われて、管材５には複合応力が付与させる。これにより、管材５の座屈応力に達する前に、管材に座屈の発生を抑制しつつ大きな捻りを付与できる。

次に、管材５は、巻き取りボビン７１に巻き付けられ回収される。巻き取りボビン７１は、駆動モータ７４により、管材５の搬送速度と同期して回転することで、管材５を弛みなく巻き取ることができる。
以上の工程を経ることにより、製造装置Ａを用いて内面螺旋溝付管１０を製造することができる。
本実施形態の製造方法によれば、直線溝付管１０Ｂに直接的に捻りを付与することで、フィン３と螺旋溝４と偏肉部を同時に螺旋状にすることが可能となる。これにより、螺旋状の偏肉部の存在による拡管時の反り抑制の効果と、螺旋状のフィン３と螺旋溝４による熱交換率の向上の効果を同時に達成する内面螺旋溝付管１０を製造できる。

本実施形態の捻り引抜き工程は、上述の工程を経て形成された内面螺旋溝付管１０に対し、再び第１の捻り引抜き工程および第２の捻り引抜き工程を行い、更に大きな捻り角を付与してもよい。この場合には、上述の工程を経た内面螺旋溝付管１０に対して熱処理（焼きなまし）を行い、Ｏ材化する。更に巻き出しボビン１１に巻き付けて、この巻き出しボビン１１を適当な縮径率を有する第１の引抜きダイスおよび第２の引抜きダイスを有する製造装置Ａに取り付ける。更に、製造装置Ａにより上述の工程と同様の工程（第１の捻り引抜き工程および第２の捻り引抜き工程）を経ることで、更に大きな捻り角を付与した内面螺旋溝付管を製造できる。

本実施形態の捻り引抜き工程によれば、捻りと同時に引抜きを行っているため、出発材と最終製品の外径および断面積が異なる。また、管材に捻りと縮径の複合応力を付与する為に、捻り加工に必要なせん断応力を低減させることが可能となり、管材５の座屈応力に達する前に、管材５に大きな捻りを付与できる。したがって、リード角θ１の大きなフィン３を有するとともに、底肉厚が薄い伝熱管であって偏肉部の厚さ変動の少ない伝熱管を、座屈やクラックを生じさせることなく製造することができる。内面螺旋溝付管１０は、リード角θ１を大きくすることで熱交換効率を高めることができる。また、内面螺旋溝付管１０は、底肉厚を薄くすることで、軽量化するとともに材料費を低減して安価にできる。すなわち、本実施形態によれば、軽量、安価かつ熱交換効率の高い内面螺旋溝付管１０を製造できる。

なお、本実施形態によれば、外径３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であって、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の底肉厚を有する内面螺旋溝付管１０を製造できる。また、本実施形態によれば、リード角θ１が８°以上４５°以下のフィン３を３０〜６０個程度有する内面螺旋溝付管１０を製造できる。
また、内面螺旋溝付管１０の長さ方向にフィン３と螺旋溝４が所定のリード角で形成されていることにより、内部を流れる媒体との熱交換効率を良好にすることができ、熱交換効率の良好な熱交換器を提供できる。

内面に直線状のフィンと溝を有するアルミニウム合金製の素管に捻り加工と引抜き加工を同時に付与する捻り引抜き加工（塑性加工）を２回以上施すことでアルミニウム合金製管本体の内面に形の整った螺旋溝を形成することができる。捻り加工と引抜き加工を同時に付与する塑性加工であるならば、エアコン用などの細径のアルミニウム合金製素管であっても破断や座屈などの支障を引き起こすことなく加工することができ、螺旋溝の形状も整った内面螺旋溝付管を製造できる。
本実施形態の捻り引抜き工程によれば、直線溝付管１０Ｂに対して捻りを付与するとともに、縮径を行うため、座屈発生を抑制しつつ大きな捻り角を付与できる。

本実施形態の捻り引抜き工程によれば、第１の引抜きダイス１と第２の引抜きダイス２との間で第１の公転キャプスタン２１により、管材５に捻りを付与している。更に、第１の引抜きダイス１と第２の引抜きダイス２との引抜き方向が反転している。これにより、第１の捻り引抜き工程と、第２の捻り引抜き工程における、捻り方向を一致させて、管材５に捻りを付与できる。また、管材５の管路の始端である巻き出しボビン１１と管路の終端である巻き取りボビン７１を公転回転させる必要がない。ラインの速度は、回転速度に依存するため、重量物である巻き出しボビン１１又は巻き取りボビン７１を回転させない本実施形態の捻り引抜き工程では、回転速度を容易に高めることができる。すなわち、本実施形態によれば容易にライン速度を高速化できる。
更に、本実施形態において、巻き出しボビン１１を公転回転させることがないため、巻き出しボビン１１に長尺の直線溝付管１０Ｂ（管材５）を巻き付けることができる。このため、本実施形態の捻り引抜き工程によれば、巻き出しボビン１１を付け替えることがなく、一気通貫で長尺の管材５に捻りを付与することができる。すなわち、本実施形態によれば内面螺旋溝付管１０の大量生産が容易となる。

本実施形態の捻り引抜き工程は、少なくとも２回の捻り引抜き工程を経て管材５に捻りと縮径を付与するものである。このため、各段階の捻り引抜き工程で付与する捻り角を積み上げて大きな捻り角を付与することができる。

本実施形態の捻り引抜き工程によれば、第１の捻り引抜き工程および前記第２の捻り引抜き工程において、管材５に前方張力と後方張力が付与される。前方張力は、第２のガイドキャプスタン６１により管材５に付与され、後方張力は、巻き出しボビン１１を制動するブレーキ部１５によって管材５に付与される。これにより、加工対象の管材５に適切な張力を安定して付与することができる。管材５の管路に弛みが無く、直線溝付管１０Ｂが芯ずれせずに引抜きダイスに入るため、管材５に座屈・破断を生じさせることなく安定した捻り角を付与できる。

本実施形態において、第１の引抜きダイス１および第２の引抜きダイス２ダイス孔の中心は、公転回転中心軸Ｃ上に位置している。これにより、ダイス孔を通過する管材５をダイス孔に対して直線的に配置できるため、管材５を均一に縮径して、捻り付与時の座屈を抑制できる。なお、第１の引抜きダイス１および第２の引抜きダイス２において、管材５を正常に縮径できる範囲であれば、公転回転中心軸Ｃに対するダイス孔の位置ズレは許容される。

なお、本実施形態において、巻き出しボビン１１が浮き枠３４に支持され、巻き取りボビン７１が地面Ｇに設置されているものとして説明した。しかしながら、巻き出しボビン１１と巻き取りボビン７１のうち何れが浮き枠３４に支持されていてもよい。すなわち、図５において、巻き出しボビン１１と巻き取りボビン７１とを入れ替えて配置してもよい。この場合には、管材５の搬送経路が反転する。また、第１の引抜きダイス１および第２の引抜きダイス２が入れ替えて配置されるとともに、搬送方向に沿ってそれぞれの引抜きダイス１、２の引抜き方向を反転させて配置する。更に、引抜きダイス１、２の前後に位置するキャプスタンにおいて、引抜きダイスの後段に位置するキャプスタンを管材の巻き掛け方向（搬送方向）に駆動させ、引抜きダイスにおける引抜力に抗する前方張力を与えることができる。

［熱交換器］
図７および図８は、本発明に係る捻り引抜き工程により製造された伝熱管８１を備えた熱交換器８０の概略図である。
熱交換器８０は、冷媒を通過させるチューブとして伝熱管８１を蛇行させて設け、この伝熱管８１の周囲に複数のアルミニウム製の放熱板８２を平行に配設した構造である。伝熱管８１は、平行に配設したアルミニウム合金製の放熱板８２を貫通するように設けた複数の挿通孔を通過するように設けられている。この例の伝熱管８１は先に説明した伝熱管１０と同等構造である。

熱交換器８０において伝熱管８１は、放熱板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同士をＵ字形のエルボ管８１Ｂで接続してなる。また、放熱板８２を貫通している伝熱管８１の一方の端部側に冷媒の入口部８７ａが形成され、伝熱管８１の他方の端部側に冷媒の出口部８７ｂが形成されることで熱交換器８０が構成されている。

図９は、伝熱管８１の拡管工程を示す図である。
以下、本明細書において、拡管前の伝熱管を単に伝熱管１０と呼び拡管後の伝熱管を拡張管８１と呼び、その用語を使い分けるものとする。
図９に示す拡管工程は、所定間隔に平行に並設する複数の放熱板８２に形成された挿通孔８２ａに伝熱管１０を通した状態で、伝熱管１０に拡管プラグ９０を挿入して拡管し伝熱管１０の外周を放熱板８２の挿通孔８２ａの内径部に密着させて熱交換器を製造する方法である。

拡管プラグ９０は、軸部９２とその先端側に一体形成されたヘッド部９３とからなる。ヘッド部９３は、砲弾形状をなして軸部９２より径が大きくなるように膨出形成されている。ヘッド部９３の最大直径は伝熱管１０の内径（フィン３の頂点を結ぶ円の直径）より若干大きく形成されている。
拡管プラグ９０を用いた拡管工程は、以下の手順で行われる。
まず、アルミニウム製の放熱板８２を複数重ねて放熱板集合体８６を構成する。それぞれの放熱板８２には、互いに重ねられた時に一直線上に並ぶように挿通孔８２ａが形成されている。

また、予め伝熱管１０をＵ字状に曲げてヘアピンパイプを構成しておく。これにより伝熱管１０の開口部１０ｆは、一側にそろえられ他側にＵ字部１０ｇが形成される。このペアピンパイプ（伝熱管１０）を必要本数だけ放熱板集合体１６の挿通孔８２ａに挿通する。各伝熱管１０の開口部１０ｆは放熱板集合体８６の一側に揃えておく。

この状態において各伝熱管１０の開口部１０ｆから拡管プラグ９０を強制的に押し込む。これによって、開口部１０ｆから順にヘッド部９３の外周面に沿って伝熱管１０の拡管が行われる。拡管プラグ９０のヘッド部９３は、伝熱管１０のＵ字部１０ｇ近傍に到達するまでヘッド部９３を強制的に押込まれる。これにより、拡管プラグ９０のヘッド部９３が伝熱管１０を径方向外側に押し広げ塑性変形させ拡張管８１が形成される。拡張管８１は、放熱板８２の挿通孔８２ａを押し広げて放熱板８２に結合する。最後に、拡管プラグ９０を拡張管８１から引き抜くことで拡管工程が完了する。
拡管プラグ９０により伝熱管１０を拡管する場合、伝熱管１０に形成されている偏肉部１０ｄ、１０ｅの肉厚バラツキが小さく、偏肉部１０ｄ、１０ｅが伝熱管１０の長さ方向に螺旋状に形成されているので、拡管後に得られる拡張管８１が弓状に反ることがなくなる。そのため組み立て拡管後に熱交換器の形状が歪むことがない。
特に、円周方向の底肉厚の偏肉の偏差が０．１２ｍｍ以下の内面螺旋溝付管１０であるならば、内面螺旋溝付管１０を放熱板８２の挿通孔８２ａに通し、内面螺旋溝付管１０に拡管プラグ９０を挿通して内面螺旋溝付管１０を押し拡げて熱交換器８０を組み立てる場合、内面螺旋溝付管１０の反りが少なく、熱交換器８０の変形を抑制できる。

ＪＩＳ３００３合金からなる外径９．０ｍｍ、底肉厚０．４４、０．４９、０．５４ｍｍと変量し、フィン高さ０．２２ｍｍ、フィン頂幅０．１４ｍｍ、フィン頂角 ２０．０゜、フィン条数５８本の直線溝付管（素管）を押出成形により製造した。それら、底肉厚を変量した素管を用い、図５、図６に示す製造装置を用いて、第１の引抜きダイス１では外径８．０ｍｍにし、第２の引抜きダイス２では外径６．６ｍｍに引抜き、仕上げ外径は６．０ｍｍとして、リード角１５．０°の内面螺旋溝付管になるよう、捻り加工と縮径加工を同時に施す塑性加工を２回施し製造した。管材を移動させる際のライン速度を１ｍ/ｍｉｎに設定し、フライヤの回転数は、底肉厚０．４４ｍｍでは７．４ｒｐｍ、底肉厚０．４９ｍｍでは７．６ｒｐｍ、底肉厚０．５４ｍｍでは７．７ｒｐｍに設定した。なお、各引抜ダイスに供給する潤滑油として粘度２７０ｍｍ２／ｓのものを用いた。底肉厚の偏差はいずれも０．０２ｍｍ以下である。これらの内面螺旋溝付管に対して４６０℃×４ｈの熱処理を行ったあとに拡管試験を実施した。

拡管試験で使用した拡管プラグ１３Ａおよびロッド１３を備えた拡管具１４を図１７に、拡管試験において用いた管保持具３０を図１８に示す。拡管具１４はハンドルＨの先端側にロッド１３を有し、その先端に拡管プラグ１３Ａが形成されている。管保持具３０は、上面側にスライド溝３４ａを有した円盤状の支持台３４と、この支持台３４のスライド溝３４ａに装着されるブロック状の第１保持部３１と第２保持部３２を有する。第１保持部３１と第２保持部３２はこれらの側面に形成されたねじ孔に螺合される固定ボルト３２ａによって互いを沿わせた状態で一体化できるように構成されている。また、第１保持部３１と第２保持部３２の側面中央側にはそれぞれ丸溝３１Ａ、３２Ａが形成されている。
まず、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、第１保持部３１と第２保持部３２を起立させて重ね合わせてスライド溝３４ａの上に固定する。これにより、第１保持部３１と第２保持部３２の境界部に丸溝３１Ａ、３２Ａを重ねることによって孔３３が形成される。
次に図１８（ｃ）に示すように、孔３３に内面螺旋溝付管１０を挿入する。なお、孔３３の内径は、内面螺旋溝付管１０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１８（ｄ）に示すように、図１７の拡管プラグ１３Ａを取り付けたロッド１３を挿入することで、内面螺旋溝付管１０を拡管する。最後に、固定ボルト３２ａを取り外し、第１保持部３１と第２保持部３２を開くことで、拡管された内面螺旋溝付管１０を取り出し、これを観察する。

なお、今回の拡管試験において用いる拡管プラグ１３Ａの最外径部の直径は、５．４ｍｍであり、超硬合金からなるものを用いた。また、拡管プラグ１３Ａの挿入速度は、２８５ｍｍ／ｍｉｎとした。

上記の試験で得られた、底肉厚を変量させた際の拡管率を図１９に示す。図１９の結果から、拡管率は底肉厚０．４４ｍｍでは６．１％、底肉厚０．４９ｍｍでは７．３％、底肉厚０．５４ｍｍでは８．８％であり、底肉厚が増加するにつれ、拡管率が増加することから、底肉厚に応じて管長さが縮小することが容易に想像できる。

底肉厚を変量させた際の管長さの縮小率を図２０に示す。管長さの縮小率については、拡管前の管長さから、拡管後の管長さの変化量を求めたものである。図２０の結果から、底肉厚０．４４ｍｍでは管長さの縮小率は３．４％、底肉厚０．４９ｍｍでは４．２％、底肉厚０．５４ｍｍでは５．２％であり、底肉厚が増加することにより、管長さの縮小率は増加することが確認された。

次に、ＪＩＳ３００３合金からなる外径９．０ｍｍ、底肉厚０．４４、０．４９、０．５４ｍｍで、フィン高さ０．２２ｍｍ、フィン頂幅０．１４ｍｍ、フィン頂角２０．０゜、フィン条数５８本の直線溝付管（素管）を押出成形により製造した。この際、コアとプレートの位置を変化させ、各底肉厚中央値のもと偏差が、０．０４〜０．１６ｍｍの素管を作製し、上記と同じ加工条件で外径６．０ｍｍ、リード角１５．０°の内面螺旋溝付管になるよう、捻り加工と縮径加工を同時に施す塑性加工を２回施し製造した。

また、比較のために、単純に図５、図６に示す製造装置に、内面螺旋溝付管と同等の引抜き条件で、フライヤの回転を停止したまま管材を引抜き加工した直線溝と直線状のフィンを有する比較用の内面直線溝付管を製造した。

拡管後のロッドの変形を確認する試験について、京進工業株式会社製の油圧式竪型拡管機を用いて試験した。それぞれの管材を８００ｍｍ長さに３本切断し、５８０枚積層させた孔径６．３５ｍｍを設けた放熱フィンの挿通孔に通し、実際に拡管を実施した。その後、拡管プラグを支持しているロッドの変形の有無を確認した。

なお、拡管機で使用した拡管プラグの直径は５．４ｍｍのものを用いた。また、拡管プラグは、超硬合金からなるものを用いる。また、拡管プラグの挿入速度は、６．０ｍｍ／ｍｉｎとした。
上記の試験で得られた拡管によるロッドの変形結果を以下の表１に示す。
評価結果で変形が確認されなかったものを○とし、変形が確認されたものは×とした。

表１に示すように内面螺旋溝付管の底肉厚偏差が０．０２〜０．１２ｍｍであれば、拡管後のロッドの変形は確認されず、引抜きのみを行った内面直溝管では底肉厚偏差が０．０６ｍｍからロッドの変形が確認された。
この結果から、内面螺旋溝付管の円周方向の底肉厚の偏肉の偏差が０．１２ｍｍ以下であれば、内面螺旋溝付管を放熱フィンの挿通孔に通し、内面螺旋溝付管に拡管プラグを挿通して内面螺旋溝付管を押し拡げて熱交換器を組み立てる場合、内面螺旋溝付管の反りが少なく、熱交換器の変形を抑制できることが確認された。

図５、図６に示す製造装置を用いて第１の引抜きダイス１の前段側に設けられる管路誘導部１８ａにダイス径９．０ｍｍの真円回復用の予備ダイスを設け、ダイス径：８．５ｍｍの第１の引抜きダイス１と、ダイス径：６．６ｍｍの第２の引抜きダイス２を設置した。第１の引抜きダイス１による縮径率（red.:％）は５．６％、第２の引抜きダイス２による縮径率（red.:％）は２２．４％であり、合計の縮径率（red.:％）は２６．７％である。
図５、図６に示す製造装置において第２の引抜きダイス２の後段に設けられる誘導部７２にダイス径６．１ｍｍの仕上げダイスを設置した。この仕上げダイスによる縮径率（red.:％）は７．６％であり、最終的に捻り角１４．５゜、外径６．０４ｍｍの内面螺旋溝付管を製造した。管材を移動させる際のライン速度を１ｍ／分に設定し、後方張力１０ｋｇ、引張り張力４８ｋｇ、巻き取り張力１５ｋｇ、巻き枠の回転数（６．５）ｒｐｍに設定した条件にて管材を２回捻り引抜き加工して目的の内面螺旋溝付管を製造した。なお、各ダイスに供給する潤滑油として共英油化株式会社製合成油ＫＥＸ−５５４６（粘度２７０ｍｍ^２／ｓ）を用いた。

また、比較のために、図５、図６に示す製造装置に前記と同等の予備ダイス、第１の引抜きダイス、第２の引抜きダイス、仕上げダイスを設置し、浮き枠の回転を停止したまま管材を引抜き加工する空引き条件にて引抜き加工のみを行い、直線溝と直線状のフィンを有する比較用の内面直線溝付管を製造した。ライン速度、後方張力、引張り張力、巻き取り張力、巻き枠の回転数などの他の加工条件は先の内面螺旋溝付管の場合と同等である。

得られた１０ｍの内面螺旋溝付管の先端から（１ｍごと）の位置の横断面と、同等長さの空引き管の先端から（１ｍごと）の位置の横断面に対し、図１０に示すように周方向に等間隔で８箇所の測定位置を規定し、８箇所の測定位置における底肉厚値（肉厚）とフィン高さを測定し、フィン高さ変化率と肉厚変化率を求めた。
また、１０ｍ長さの素管の先端から１ｍごとの位置の横断面において前記と同様に周方向に等間隔で８箇所の測定位置を規定し、８カ所の測定位置における底肉厚値（肉厚）とフィン高さを測定し、フィン高さ変化率と肉厚変化率を求めた。
図１１に肉厚測定結果を示し、図１２にフィン高さ測定結果を示し、図１３にフィン高さ変化率を示し、図１４に肉厚変化率を示す。

図１１に製造に用いた素管断面の周方向測定位置毎の肉厚測定結果と内面螺旋溝付管の周方向測定位置毎の底肉厚測定結果を示す。用いた素管断面の底肉厚の平均値は０．３３６ｍｍであり、底肉厚測定値の最大値と最小値の差は０．０６７ｍｍであり、素管には偏肉部が存在していることを確認できた。図１１には素管断面の周方向測定位置毎の肉厚測定結果も併記した。図１１に示す結果から、素管に存在していた肉厚部と肉薄部の肉厚を捻り引抜き加工により均すように加工できたことが判る。

図１２に示すフィン高さの測定値から、フィン高さの平均値は０．１７６ｍｍであり、フィン高さの最大値と最小値の差は０．０２８ｍｍあることを確認できた。
また、捻り加工を略して単純に引抜き加工を施した空引きのみの空引き管の断面形状を測定した結果、肉厚の平均値は０．３４ｍｍであり、素管の状態より若干増肉したことを確認できた。空引き管の底肉厚の最大値と最小値の差（偏差）は０．０５９ｍｍであり、素管の状態より減少していることを確認できた。空引き管のフィン高さの平均値は０．１５５ｍｍであり、空引き管のフィン高さの最大値と最小値の差は０．０２６ｍｍであり、素管のフィン高さの状態と殆ど変化していないことを確認できた。

内面螺旋溝付管の断面形状を測定した結果、底肉厚の平均値は０．３４１ｍｍであり、空引き管の場合と同様に素管の状態より若干の増肉を示し、底肉厚の最大値と最小値の差は０．０５２ｍｍであった。内面螺旋溝付管の底肉厚の最大値と最小値の差（偏差）は、素管の底肉厚の最大値と最小値の差よりも減少し、空引き管の最大値と最小値の差よりも小さくなっていることを確認できた。即ち、肉厚部の肉厚の最大値を若干減少させるように、薄肉部の肉厚の最低値を若干向上させるように加工できたことがわかる。

図１３に示すフィン高さの変化率を見ると、空引き管と内面螺旋溝付管の対比から、全ての測定位置において内面螺旋溝付管の方が減少方向に変化していることを確認することができた。この理由について、フィンは円周方向で繋がっていないために、引抜き加工（縮径加工）による円周方向からの圧縮による増肉の影響を受けずに、長手方向に延ばされた結果、フィン高さが低くなったと考えられる。
図１４に示す底肉厚の変化率をみると、空引き管、内面螺旋溝付管のいずれにおいても肉厚が厚い箇所では同等か若干の増肉を示し、肉厚が薄い部分では増肉変化が大きいことを確認できた。これは、肉厚の薄い部分に加工時の応力が集中し、肉厚の薄い部分が増肉したためであると考えられる。

図１５に内面螺旋溝付管の肉厚バラツキ（周方向測定位置８カ所の標準偏差σ）と空引き管の肉厚バラツキ（周方向測定位置８カ所の標準偏差σ）について素管の段階と空引き後あるいは捻り加工後の段階を示し、図１６に内面螺旋溝付管のフィン高さバラツキと空引き管のフィン高さバラツキを素管の状態に対比させて示した。
肉厚のバラツキとフィン高さのバラツキをみると、引抜き加工を行うことでバラツキを小さくできることを確認でき、引抜き加工に捻り加工を加えることでバラツキを更に小さくできることを確認できた。また、空引きを行うことで偏肉の矯正効果は得られるが、捻り加工を加えることでその効果を更に大きくできることを確認できた。

本発明によれば、放熱フィンとともに熱交換器を組み立てる場合の拡管性に優れ、組み立て後の熱交換器に歪みを生じることのない内面螺旋溝付管を提供することができる。

１…第１の引抜きダイス、２…第２の引抜きダイス、３…フィン、４…螺旋溝、５…管材、１０…伝熱管（内面螺旋溝付管）、１０Ｂ…素管、８０…熱交換器、８１…伝熱管、８２…放熱板、ｄ…底肉厚、θ１、θ２…捻り角（リード角）。

Claims (8)

1. 管本体の内面に長手方向に螺旋状に連続した複数のフィンと螺旋溝を有するアルミニウム製の内面螺旋溝付管であって、円周方向の底肉厚の最大値と最小値の差（偏差）が０．１２ｍｍ以下であることを特徴とする内面螺旋溝付管。
2. 前記螺旋溝が前記管本体の長さ方向に所定のリード角で螺旋状に形成され、前記底肉厚の偏肉部が前記リード角に応じ螺旋状に配置されてい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. 前記リード角が８〜４５゜であり、前記底肉厚が０．２〜０．８ｍｍ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. 拡管によって放熱フィンと接合される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. 内面に直線状のフィンと溝を有するアルミニウム製の素管に捻り加工と引抜き加工を同時に付与する塑性加工を２回以上施し、前記素管から２０％以上の縮径を行うことにより、管本体の内面に長手方向に螺旋状に連続した複数のフィンと螺旋溝を有し、円周方向の底肉厚の最大値と最小値の差（偏差）が０．１２ｍｍ以下である内面螺旋溝付管を製造することを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法。
6. 前記捻り加工と引抜き加工を同時に付与する塑性加工によって、前記管本体の長さ方向に所定のリード角で螺旋溝を形成するとともに前記底肉厚の偏肉部を前記リード角に応じ螺旋状に形成することを特徴とする請求項５に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
7. 前記リード角が８〜４５゜であり、前記底肉厚が０．２〜０．８ｍｍである内面螺旋溝付管を得ることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
8. 拡管によって放熱フィンと接合される内面螺旋溝付管であることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。

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