JP2023013719A - 内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金と内面直線溝付押出素管及び内面螺旋溝付管と熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金と内面直線溝付押出素管及び内面螺旋溝付管の製造方法と熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金は、内面螺旋溝付管製造用の内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金であって、内面直線溝付押出素管の外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、内面直線溝付押出素管の内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上であり、Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．１５質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金と内面直線溝付押出素管及び内面螺旋溝付管と熱交換器の製造方法に関する。

内面螺旋溝付管の製造方法として、以下の特許文献１、２に記載の製造方法が知られている。
これらの製造方法は、アルミニウム製内面螺旋溝付管の製造方法として好適であり、押出加工により製造されたアルミニウム製内面直線溝付管を素管として用い、この素管を引抜ダイスにて縮径すると同時に捻りを付与することにより、内面螺旋溝付管を製造することができる。これらの製造方法では、引抜ダイスによる縮径工程が含まれるため、素管である直線溝付管は、加工後に得られる製品である内面螺旋溝付管よりも外径を大きくする必要がある。

ところで、内面螺旋溝付管は伝熱管として使用されるため、内部を流れる冷媒に生じる圧力損失を低減させるために、管内径をできるだけ大きくすることが望まれる。管内径を大きくするために、同一外径であれば、底肉厚を薄くすることが望まれる。
ところで、管外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）とした場合のＤ／ｔが大きい素管を押出加工により製造する場合、押出素管の外周面にアルミカスが付着し易くなる問題がある。
また、内面螺旋溝付管の底肉厚ｔを薄くした場合であっても内部を流れる冷媒により生じる圧力を保持する必要があるため、素管に用いるアルミニウム合金を高強度化する必要がある。

特許文献１、２に記載の製造方法によって内面螺旋溝付管を製造する場合、素管を押出加工により得るため、素管に用いるアルミニウム合金においては、押出加工の段階では柔らかく押出性に優れ、かつ最終製品である内面螺旋溝付管においては高強度であることが好ましい。このような特性を得る上で時効硬化型合金であるＪＩＳＡ６０００系アルミニウム合金が適用可能と考えられる。

ＪＩＳＡ６０００系アルミニウム合金を伝熱管に用いる技術として、特許文献３に記載の技術が知られており、特許文献３には、ＪＩＳＡ６００５ＣやＪＩＳＡ６０６３などの合金を伝熱管に用いることが推奨される、と記載されている。

特許第６１６９５３８号公報 特許第６４３９２２２号公報 特開２００８－２６７７８８号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の製造方法で内面螺旋溝付管を製造する場合、前述のとおり、引抜ダイスによる縮径工程が含まれるため、素管である直線溝付管は、加工後に得られる製品である内面螺旋溝付管よりも外径を大きくする必要がある。
そのため、管外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）とした場合のＤ／ｔが著しく大きい条件で素管を押出す必要がある。このため、ＪＩＳＡ６００５ＣやＪＩＳＡ６０６３などの成分範囲であっても、素管の押出加工においてアルミカスが生じ易くなり、アルミカスの発生を避けるために押出速度を低下させる必要性が生じる場合があった。

また、内面螺旋溝付管を転造加工（内面溝付加工）によって製造する場合には、押出素管の内面に溝は必要ないため、素管の押出加工は容易である。
しかしながら、特許文献１、２に記載の製造方法で内面螺旋溝付管を製造する場合、押出加工により素管を製造する工程において、押出素管の内面に溝を形成する必要がある。
押出素管の内面の溝と溝の間に形成される内部フィンは、幅Ｗ（ｍｍ）が狭く高さｈ（ｍｍ）が高いほど、伝熱面積が大きくなるため、伝熱管の熱交換性能を高めることができる。
したがって、高性能な伝熱管に供する内面螺旋溝付管を特許文献１、２に記載の方法で製造する場合、素管の押出工程の段階で、素管の内面に、幅が狭く高さが高い内部フィンを形成する必要がある。

そのため、素管内面に形成する内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とした場合のｈ／Ｗが一定以上となる条件において、ＪＩＳＡ６００５ＣやＪＩＳＡ６０６３の成分範囲であっても、素管の押出加工におけるアルミニウム合金の柔らかさが不足する問題がある。この場合、押出加工においてフィンへのアルミニウム合金の流入が不十分となり、押出後に得られる素管内面のフィン形状において、所望の寸法精度が得られない問題があった。

本発明は、管外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）とした場合のＤ／ｔが著しく大きい条件で素管を押出す場合であっても、押出加工中のアルミカスの発生を抑制でき、かつ、素管内面に形成する内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とした場合のｈ／Ｗが一定以上となる条件においても、押出加工においてフィン部へのアルミニウム合金の流入が十分となり、押出後に得られる素管内面のフィン形状において、所望の寸法が得られる、内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金を提供することを目的とする。
本発明の目的は、底肉厚を薄くして伝熱性能を良好としても押出製造性に優れた内面直線溝付押出素管の提供を目的とする。
本発明の目的は、底肉厚を薄くして伝熱性能を良好としても製造性に優れた内面螺旋溝付管と熱交換器の製造方法の提供を目的とする。

（１）本形態のアルミニウム合金は、内面螺旋溝付管製造用の内面直線溝付素管用アルミニウム合金であって、前記内面直線溝付押出素管の外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、前記内面直線溝付押出素管の内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上であり、Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．１５質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有することを特徴とする。

（２）本形態の内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金において、Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．０４質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有することが好ましい。

（３）本形態の内面直線溝付押出素管は、内面螺旋溝付管製造用の内面直線溝付押出素管であって、前記内面直線溝付押出素管の外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、前記内面直線溝付押出素管の内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上であり、Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．１５質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなるアルミニウム合金から構成されたことを特徴とする。

（４）本形態の内面直線溝付押出素管において、前記アルミニウム合金が、Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．０４質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなることが好ましい。

（５）本形態に係る内面螺旋溝付管の製造方法は、Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．１５質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有するアルミニウム合金からなる内面直線溝付押出素管であって、外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上である内面直線溝付押出素管に対し、捻り引抜加工を施す内面螺旋溝付管の製造方法であり、前記捻り引抜加工後に時効処理を施すことを特徴とする。

（６）本形態に係る内面螺旋溝付管の製造方法は、（５）に記載のアルミニウム合金として、Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．０４質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなるアルミニウム合金を用いることを特徴とする。

（７）本形態に係る熱交換器の製造方法は、Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．１５質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有するアルミニウム合金からなる内面直線溝付押出素管であって、外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上である内面直線溝付押出素管に対し、捻り引抜加工を施して内面螺旋溝付管を製造し、この内面螺旋溝付管を用いて熱交換器を製造するに際し、前記捻り引抜加工後であって、前記熱交換器を完成させる以前に前記内面螺旋溝付管に対し時効処理を施すことを特徴とする。

（８）本形態に係る熱交換器の製造方法において、前記アルミニウム合金として、Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．０４質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなるアルミニウム合金を用いることが好ましい。

（９）本形態に係る熱交換器の製造方法において、（７）または（８）に記載の内面螺旋溝付管と外部フィンを組み立てて熱交換器組立体を形成後、前記内面螺旋溝付管と前記外部フィンを接合して熱交換器を製造するに際し、前記捻り引抜加工後であって前記外部フィンとの組み合わせ以前に前記内面螺旋溝付管に時効処理を施すか、前記内面螺旋溝付管と前記外部フィンを組み立てて接合後、時効処理を施すことを特徴とする。
（１０）本形態に係る熱交換器の製造方法において、前記内面直線溝付押出素管の外面に亜鉛溶射層を形成することが好ましい。

本形態によれば、内面直線溝付素管の外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）とした場合のＤ／ｔが著しく大きい条件で素管を押出す場合であっても、押出加工中のアルミカスの発生を抑制でき、かつ、素管内面に形成する内部フィンの幅をＷ、高さをｈとした場合のｈ／Ｗが一定以上となる条件においても、押出加工においてフィン部へのアルミニウム合金の流入が十分となり、押出後に得られる押出素管内面の内部フィン形状において、所望の寸法精度が得られるアルミニウム合金を提供できる。

内面に直線溝を備えた第１実施形態の内面直線溝付押出素管を示す図であり、図１（ａ）が正面図、図１（ｂ）が縦断面図。 同内面直線溝付押出素管の部分拡大断面図。 第１実施形態の内面螺旋溝付管の縦断面図。 同内面螺旋溝付管を備えた熱交換器の一例を示す図であり、図４（ａ）が正面図、図４（ｂ）が斜視図。 第１の製造工程を示すフロー図。 第２の製造工程を示すフロー図。 第３の製造工程を示すフロー図。 第４の製造工程を示すフロー図。 第５の製造工程を示すフロー図。 第６の製造工程を示すフロー図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して強調表示している場合がある。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（ａ）、（ｂ）および図２は、本発明に係る第１実施形態の内面直線溝付押出素管を示すもので、この内面直線溝付押出素管１の内面には、管の長さ方向に沿う直線溝２が内周方向に所定の間隔をおいて複数形成され、管の内周方向に隣接する直線溝２、２間に内部フィン３が形成されている。

内面直線溝付押出素管１は、Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．１５質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有するアルミニウム合金から形成されている。
内面直線溝付押出素管１は、Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．０４質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有するアルミニウム合金から形成されていても良い。
また、内面直線溝付押出素管１は、前述の組成に加え、Ｆｅを０．１４～０．２０％、Ｔｉを０．０１～０．０５％（質量％）の範囲で含有させた組成を有していても良い。

図１、図２に示す内面直線溝付押出素管１は、横断面の外形状が円形の管本体５からなる。なお、図２は内面直線溝付押出素管１の内部形状を見やすくするために内面直線溝付押出素管１の周壁を切り開いて平板状に展開した状態を表示している。
管本体５の外径（管本体５の外周面５ａが描く円の直径）は、例えば、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。管本体５の内周面５ｂには、管本体５の長さ方向に沿って直線状に形成された内部フィン３が管本体５の内周方向に所定の間隔をあけて２０～６０個（２０～６０条）程度形成されている。また、管本体５の内周方向に隣接する直線状の内部フィン３、３の間には、所定幅、例えば一定幅の直線溝２が形成されている。

図２に管本体５の内部を展開視して示すように、内部フィン３は、管本体５の内部側に位置する先端部（フィン頂部）３ａと、外周側に位置する底部３ｂと、先端部３ａと底部３ｂの間に位置する一対の側壁部３ｃとからなる横断面等脚台形状に形成されている。
内部フィン３の底部３ｂは、管本体５の内周部に位置し、内周面５ｂ、換言すると直線溝２の底面と連続されている。側壁部３ｃは、図２に示す管本体５の横断面において、管本体５の概ね中心方向に向かうように直線的に延在されている。管本体５の横断面において、直線溝２の底面から管本体５の外周面５ａまでの肉厚は底肉厚ｔと表記することができる。

内面直線溝付押出素管１は、その外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、前記内面直線溝付押出素管の内面に形成されている内部フィン３の幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上であることが好ましい。Ｄ／ｔは３０以上であることがより好ましい。
なお、内部フィン３の幅Ｗは、先端側と底部側において異なるため、内部フィン幅（Ｗ）は、先端幅（内部フィン頂幅：ａ）と底部幅（ｂ）の平均をとり、Ｗ＝（ａ＋ｂ）／２と定義する。
図２に示す内面直線溝付押出素管１において、内部フィン３を構成する側壁部３ｃ、３ｃのなす角をフィン頂角（θ）と表記することができ、直線溝２の底部の幅を溝底部幅ｃと表記することができる。

なお、図２に示す構造において、内部フィン３の先端部３ａの幅と底部３ｂの幅が等しいか、略等しい構成でも良い。この場合、管本体５の周方向に隣接する内部フィン３、３間に形成されている直線溝２の溝幅は、溝底部側と溝開口部側において等しいか、略等しい。
なお、本実施形態において内部フィン３の横断面形状は図２に示す形状に限らず、先端部３ａの幅より底部３ｂの幅が若干小さい逆台形状であっても良く、先端部３ａの幅と底部３ｂの幅が等しい長方形状であっても良い。

次に、内面直線溝付押出素管１を構成するアルミニウム合金に含まれている成分元素について説明する。なお、このアルミニウム合金は、後述する捻り引抜加工管である内面螺旋溝付管１０を構成するアルミニウム合金でもある。
「Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下」
Ｓｉ含有量は、内面直線溝付押出素管１の押出加工性と内面螺旋溝付管の耐圧強度に影響があり、Ｓｉ含有量が０．３５質量％未満の場合、内面螺旋溝付管の耐圧強度が不足し、Ｓｉ含有量が０．５５質量％を超える場合、素管の押出加工性が悪化する。このため、Ｓｉ含有量は、０．３５質量％以上０．５５質量％以下が好ましい。Ｓｉ含有量については、０．４０質量％以上０．５５質量％以下がより好ましい。

「Ｃｕ：０．１５質量％以下」
Ｃｕ含有量は、内面直線溝付押出素管１の押出加工性に影響があり、０．１５質量％を超えるＣｕ含有量である場合、素管の押出加工性が悪化する。Ｃｕ含有量については、０．０４質量％以下がより好ましい。
「Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下」
Ｍｇ含有量は、内面直線溝付押出素管１の耐圧強度と押出加工性に影響があり、Ｍｇ含有量が０．４５質量％未満の場合、内面螺旋溝付管の耐圧強度が不足し、Ｍｇ含有量が０．６５質量％を超える場合、素管の押出加工性が悪化する。このため、Ｍｇ含有量は、０．４５質量％以上０．６５質量％以下が好ましい。Ｍｇ含有量については、０．４５質量％以上０．６０質量％以下がより好ましい。

「Ｍｎ：０．０５質量％以下」
Ｍｎ含有量は、内面直線溝付押出素管１の押出加工性に影響があり、Ｍｎ含有量が０．０５質量％を超える場合、内面直線溝付押出素管１の押出加工性が悪化する。
「Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下」
Ｍｇ_２Ｓｉ含有量は、内面直線溝付押出素管１の耐圧強度と押出加工性に影響があり、Ｍｇ_２Ｓｉ含有量が０．７１質量％未満の場合、内面螺旋溝付管の耐圧強度が不足し、Ｍｇ_２Ｓｉ含有量が１．０３質量％を超える場合、内面直線溝付押出素管１の押出加工性が悪化する。このため、Ｍｇ_２Ｓｉ含有量は、０．７１質量％以上１．０３質量％以下が好ましい。Ｍｇ_２Ｓｉ含有量については、０．７１質量％以上０．９５質量％以下がより好ましい。
「Ｆｅ、Ｔｉ」
内面直線溝付押出素管１は、前述の成分元素に加え、Ｆｅを０．１４～０．２０％、Ｔｉを０．０１～０．０５％（質量％）の範囲で含有しても良い。

「過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下」
過剰Ｓｉ含有量は、内面直線溝付押出素管１の耐圧強度と表面状態の荒れに影響があり、過剰Ｓｉ含有量が０．０８質量％未満の場合、内面直線溝付押出素管１の耐圧強度が不足し、過剰Ｓｉ含有量が０．２９質量％を超える場合、内面直線溝付押出素管１の表面状態の荒れが顕著となり、外見を損ねる問題がある。このため、過剰Ｓｉ含有量は、０．０８質量％以上０．２９質量％以下が好ましい。過剰Ｓｉ含有量については、０．０８質量％以上０．２５質量％以下がより好ましい。

前述のアルミニウム合金に含まれている過剰Ｓｉ量（質量％）は以下に示す（１）式に従い求めることができる。
過剰Ｓｉ量＝Ｓｉ－（Ｍｇ／１．７３） …（１）式
（１）式中のＳｉ、Ｍｇはアルミニウム合金における各元素の含有量（質量％）である。ただし、（１）式の右辺が負の値となる場合、過剰Ｓｉ量はゼロと見なす。

「Ｍｇ_２Ｓｉ量（質量％）の定義」
Ｍｇ_２Ｓｉ量は、（１）式の右辺に応じて、以下の（２）式および（３）式を用いて求めることができる。
（１）式の右辺がゼロまたは正の値となる場合
Ｍｇ_２Ｓｉ量＝Ｍｇ＋（Ｍｇ／１．７３） …（２）式
（１）式の右辺が負の値となる場合
Ｍｇ_２Ｓｉ量＝Ｓｉ＋１．７３×Ｓｉ …（３）式
（２）式および（３）式中のＳｉ、Ｍｇはアルミニウム合金における各元素の添加量（質量％）である。

図３は、図１、図２に示す構成の内面直線溝付押出素管１を捻り引抜加工することにより製造した捻り引抜管である内面螺旋溝付管１０を示す。
図３に示す内面螺旋溝付管１０は、横断面の外形状が円形の管本体１１からなり、管本体１１の外径（管本体１１の外周面が描く円の直径）は、例えば、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。管本体１１の内周面には、管本体１１の長さ方向に沿って螺旋状に形成された内部フィン１２が管本体１１の内周方向に所定の間隔をあけて２０～６０個（２０～６０条）程度設けられている。また、管本体１１の内周方向に隣接する螺旋状の内部フィン１２、１２の間には、所定幅、例えば一定幅の螺旋溝１３が形成されている。

図３に示すように内面螺旋溝付管１０において、螺旋状の内部フィン１２と螺旋溝１３は管本体１１の長さ方向に一定の捻れ角θ１を有し延在されている。
個々の内部フィン１２あるいは螺旋溝１３の捻り角θ１は、図３に示すように内面螺旋溝付管１０の縦断面を描いた場合、管の内側中心部に表示される螺旋溝１３あるいは螺旋状の内部フィン１２の直線状に描かれる部分の延長線と管本体１１の中心軸線（あるいは中心軸線の平行線）とのなす角度を示す。なお、捻り角θ１は一定である必然性はなく、内面螺旋溝付管１０の長さ方向に周期的に異なる捻り角を有する構成でも良い。

内面螺旋溝付管１０は、先に説明した特許文献１（特許第６１６９５３８号公報）あるいは特許文献２（特許第６４３９２２２号公報）に記載されている如く、内面直線溝付押出素管１に対し引抜加工と捻り加工を同時に施す捻り引抜加工を施すことで製造されている。
従って、内面螺旋溝付管１０に形成されている内部フィン１２と螺旋溝１３の横断面形状は内面直線溝付押出素管１に形成されていた内部フィン３と直線溝２の横断面形状と類似の形状である。ただし、内部フィン１２と螺旋溝１３が管の長手方向に螺旋状に形成されている点が異なる。

特許文献１（特許第６１６９５３８号公報）の図１に記載されている内面螺旋溝付管の製造装置あるいは特許文献２（特許第６４３９２２２号公報）の図１に記載されている内面螺旋溝付管の製造装置を用い、本願明細書に添付の図１、図２に示す内面直線溝付押出素管１に捻り引抜加工を施すことで、図３に示す内面螺旋溝付管１０を得ることができる。

内面螺旋溝付管１０は、上述の組成を有するアルミニウム合金から形成されている。上述のアルミニウム合金からなる内面螺旋溝付管１０は、時効処理することで耐圧強度が向上し、時効処理前は時効処理後よりも強度が低いので上述の特許文献１、２に記載されている内面螺旋溝付管の製造装置による捻り引抜加工に適用する場合に好適である。
時効処理は、１５０℃以上２５０℃以下の温度範囲で１時間以上２４時間以内保持する条件を選択できる。より好ましくは、１８０℃以上２２０℃以下の温度範囲で、１時間以上８時間以内保持する条件を選択できる。時効処理など、製造条件の詳細は後述する。

「熱交換器」
図４は、内面螺旋溝付管１０を備えた熱交換器１５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１０を蛇行させて設け、この内面螺旋溝付管１０の周囲に複数のアルミニウム合金製の板状の外部フィン１６を平行に配設した構造である。内面螺旋溝付管１０は、図４に示すように平行に配設した外部フィン１６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４に示す熱交換器１５において内面螺旋溝付管１０は、外部フィン１６を直線状に貫通する複数のＵ字状の主管１０Ａと、隣接する主管１０Ａの隣り合う端部開口どうしをＵ字形のエルボ管１０Ｂで図４に示すように接続してなる。また、外部フィン１６を貫通している内面螺旋溝付管１０の一方の端部側に冷媒の入口部１７が形成され、内面螺旋溝付管１０の他方の端部側に冷媒の出口部１８が形成されることで図４に示す熱交換器１５が構成されている。

内面螺旋溝付管１０の内面に、複数の内部フィン１２と螺旋溝１３が形成されているので、図２に示す内面直線溝付押出素管１と同様に、フィン高さ（ｈ’）、フィン頂幅（ａ’）、フィン底部幅（ｂ’）、溝底部幅（ｃ’）、フィン頂角（θ’）、底肉厚（ｔ’）を策定できる。
内面螺旋溝付管１０の底肉厚（ｔ’）は、薄すぎると耐圧強度が不足となり、厚すぎると内部を流れる冷媒に生じる圧力損失が大きくなる。内面螺旋溝付管１０の底肉厚（ｔ’）は、０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下が好ましい。
内面螺旋溝付管１０のフィン頂角（θ’）は、小さすぎると、外部フィン１６との接合のための拡管加工において、内部フィン１２が倒れやすくなり、また隣り合うフィン頂部３ａの間隔が狭くなり冷媒の螺旋溝内部への流れを阻害し伝熱性能が低下する場合がある。逆にフィン頂角θが大きすぎると、内部フィン１２と内部フィン１２の間に形成される螺旋溝１３が狭くなって伝熱性能が低下し、また冷媒の流路となる管内部の断面積が小さくなり管内部を流れる冷媒に生じる圧力損失が大きくなる。内面螺旋溝付管１０のフィン頂角（θ’）は、－５°以上３０°以下が好ましく、－５°以上２２°以下がより好ましく、－５°以上１０°以下がさらに好ましい。

内面螺旋溝付管１０のフィン頂幅（ａ’）は、小さすぎると押出時にフィン部へアルミが流入し難くなり、内部フィン１２の形状が不安定となり、大きすぎると、内部フィン１２と内部フィン１２の間に形成される螺旋溝１３が狭くなって伝熱性能が低下し、また冷媒の流路となる管内部の断面積が小さくなり、管内部を流れる冷媒に生じる圧力損失が大きくなる。内面螺旋溝付管１０のフィン頂幅ａ’は、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下が好ましい。

内面螺旋溝付管１０の内部フィン１２の高さ（ｈ’）は、低すぎると管内面の表面積が小さくなって伝熱性能が低下し、高すぎると冷媒の流路となる管内部の断面積が小さくなり管内部を流れる冷媒に生じる圧力損失が大きくなる。内面螺旋溝付管１０のフィン高さ（ｈ’）は、０．１５ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下が好ましく、０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下がより好ましい。
内面螺旋溝付管１０の溝底部幅（ｃ’）は、小さすぎると螺旋溝１３に保持できる冷媒の量が低下し、伝熱性能が低下し、大きすぎると管内面の表面積が小さくなって伝熱性能が低下する。内面螺旋溝付管１０の溝底部幅（ｃ’）は、０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下が好ましく、０．２５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下がより好ましい。

内面螺旋溝付管１０の捻り角（θ’）は、小さすぎると冷媒の流れを乱す効果が低下し、伝熱性能が低下し、大きすぎると冷媒の流れに対する抵抗が大きくなり、管内部を流れる冷媒に生じる圧力損失が大きくなる。内面螺旋溝付管１０の捻り角（θ’）は、１０°以上４５°以下が好ましく、１０°以上２４°以下がより好ましい。
内面螺旋溝付管１０のフィン高さを（ｈ’）、フィン幅を（Ｗ’）とした場合のｈ’／Ｗ’は、小さすぎると伝熱性能が低下し、大きすぎると外部フィンとの接合のための拡管加工において、内部フィンが倒れやすくなり、管内部を流れる冷媒に生じる圧力損失が大きくなる。内面螺旋溝付管１０のフィン高さを（ｈ’）、フィン幅を（Ｗ’）とした場合のｈ’／Ｗ’は、０．８以上２．５以下が好ましく、１．５４以上２以下がより好ましい。

「熱交換器の製造方法」
熱交換器１５を製造するには、まず、内面螺旋溝付管をヘアピン加工して主管１０Ａを形成する。また、内面螺旋溝付管と同等材料からなるアルミニウム合金管を曲げ加工したエルボ管１０Ｂを用意しておく。あるいは、内面螺旋溝付管を曲げ加工してエルボ管１０Ｂを形成しても良い。
次に、並列させた複数の外部フィン１６に形成した透孔を貫通するように主管１０Ａを設け、主管１０Ａの内部に拡管プラグを挿入して主管１０Ａを拡管し、外部フィン１６と主管１０Ａとの機械的接合力を確保し、この後に主管１０Ａの端部同士をエルボ管１０Ｂで接合することにより構成されている。
なお、熱交換器１５を製造する場合、主管１０Ａと外部フィン１６との接合に関し、拡管法を用いた機械的接合法に限らず、ろう付け法などの他の接合法による接合を採用しても良い。

本願実施形態の内面直線溝付押出素管１は、上述の如く特定量のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｇ_２Ｓｉ、過剰Ｓｉを有するため、以下に説明する特別な手順で製造し、捻り引抜加工を施し、捻り引抜加工を施した後、時効処理を施す必要がある。
以下に、内面直線溝付押出素管１と内面螺旋溝付管１０を用いて熱交換器を製造する方法に関し、内面直線溝付押出素管１の製造から、時効処理を施す工程を含め、製造方法の全体について説明する。

「熱交換器製造方法の詳細」
上述した所定の組成となるようにアルミニウム合金の溶湯から半連続鋳造法によりビレットを造塊する。得られたビレットに均質化処理を施す。
均質化処理温度は５００℃以上５９０℃以下が望ましく、より好ましくは５４０℃以上５９０℃以下に設定する。均質化処理時間は２時間以上２０時間以下が望ましい。
均質化処理後のビレットは、ファン等を用いて１００℃以下まで強制冷却する。

次いで、押出に先立って押出装置に収容するビレットを加熱するが、その加熱温度は４６０℃以上５６０℃以下が望ましい。より好ましくは４８０℃以上５４０℃以下にする。ビレットの加熱は大気炉または誘導加熱炉を使用できる。
所定の温度に加熱したビレットを用い、内面直線溝付押出素管１の熱間押出を実施する。
押出後の内面直線溝付押出素管１は室温まで冷却し、必要に応じて亜鉛溶射を施した上で、ドラムにコイル状に巻き取る。
コイル状にドラムに巻き取られた内面直線溝付押出素管１は、特許文献１（特許第６１６９５３８号公報）、あるいは、特許文献２（特許第６４３９２２２号公報）に記載の方法による内面螺旋溝付管の製造に供することができる。

次に、内面螺旋溝付管１０として必要な強度を得るための、溶体化処理および時効処理について説明する。
溶体化熱処理の温度は、４８０℃以上５６０℃以下が望ましく、より好ましくは５１０℃以上５６０℃以下とする。溶体化処理温度における保持時間は、１分以上８時間以下、より好ましくは１分以上１時間以下とする。
溶体化処理時間保持後は、必ず焼入れが必要である。焼入れは、冷却速度が１℃／ｓ以上となるように、ファンによる強制空冷を、必要に応じてウォーターミストの吹き付けと組み合わせて行うか、もしくは冷却水をかけ流す、もしくは冷却水に浸漬する等によって行うことができる。

なお、押出時のビレット加熱と溶体化処理を兼ねて行ってもよい。その場合、ビレット加熱兼溶体化処理の温度は、４８０℃以上５４０℃以下とし、ビレット加熱兼溶体化処理温度における保持時間は、１分以上であれば、短いほど好ましい。生産性を考慮すると、このましくは１分以上１０分以下、さらに好ましくは１分以上５分以下とする。
また、押出時のビレット加熱と溶体化処理を兼ねる場合は、押出直後のプレス出口において、ファンによる強制空冷等の方法で、冷却速度が１℃／ｓ以上となるように、焼入れを行う。
時効処理は、１５０℃以上２５０℃以下の温度範囲で１時間以上２４時間以内保持する条件とする。より好ましくは、１８０℃以上２２０℃以下の温度範囲で、１時間以上８時間以内保持する条件とする。

溶体化処理および時効処理は、時効処理が溶体化処理よりも下流側の工程となる条件を満たす範囲で、ビレット加熱～図４に示す構成の熱交換器が完成するまでの間の任意のタイミングで実施することができる。
以下に、溶体化処理および時効処理のタイミングが異なる第１～第４の製造工程について説明する。

図５に、第１の製造工程を例示する。
図５に示す第１の製造工程では、ビレット鋳造、均質化処理後、押出時のビレット加熱と溶体化処理を兼ねて行い、押出直後のプレス出口においてファンによる強制空冷による焼入れを行い、捻り引抜加工後に時効処理を行う工程として実施できる。時効処理した内面螺旋溝付管は必要な長さに切断し、ヘアピン加工により図４に示したような主管とエルボ管に加工する。これらの主管とエルボ管と外部フィンを用い、必要枚数の外部フィンの透孔に主管を挿通して熱交換器の形状となるように組み立て、主管に拡管プラグを挿入して主管と外部フィンを機械的に接合し、隣接する主管の端部同士をエルボ管で接合することで熱交換器を形成することができる。

第１の製造工程の場合、外部フィン組付け後の熱処理が不要であり、外部フィン表面に親水性や耐臭気性等に優れる機能性被膜を有する場合、加熱によりそれらの機能が劣化する恐れが無いという点で好ましい。一方、時効処理によって硬化した内面螺旋溝付管に対し、ヘアピン加工および拡管加工を行う必要があり、それらの加工における管割れや内部フィン倒れ等の問題を生じやすいという点に注意が必要となる。

図６に、第２の製造工程を例示する。
図６に示す第２の製造工程では、ビレット鋳造、均質化処理後、押出時のビレット加熱と溶体化処理を兼ねて行い、押出直後のプレス出口においてファンによる強制空冷による焼入れを行う。この後、捻り引抜加工を行い、捻り引抜加工後に切断・ヘアピン加工を行い、引き続いて内面螺旋溝付管を外部フィンの透孔に挿通後拡管する熱交換器組立工程の後に時効処理を実施できる。熱交換器組立工程の詳細は、上述の如く主管とエルボ管と外部フィンを用い、拡管による組立と同様である。

第２の製造工程の場合、時効処理によって内面螺旋溝付管が硬化する前にヘアピン加工および拡管加工を行うため、それらの成形において管割れや内部フィン倒れ等の問題を比較的生じにくいという点で好ましい。
一方、この手順においては、外部フィン組付け後に時効処理を行う。このため、時効処理において外部フィンも同時に加熱され、外部フィン表面に親水性や耐臭気性等に優れる機能性被膜を有する場合、加熱によりそれらの機能が劣化する場合がある点に注意が必要となる。

図７に、第３の製造工程を例示する。
図７に示す第３の製造工程では、ビレット鋳造、均質化処理後、押出時のビレット加熱を行い、押出直後において大気中で常温まで放冷することが好ましい。なお、押出出口においてファンによる強制空冷による焼入れを行っても良い。
この後、捻り引抜加工を行い、捻り引抜加工後に焼きなまし処理を行い、次いで切断・ヘアピン加工を行い、引き続いて内面螺旋溝付管を外部フィンの透孔に挿通後拡管する熱交換器組立工程の後に時効処理を行うことができる。熱交換器組立工程の詳細は、上述の如く主管とエルボ管と外部フィンを用い、拡管による組立と同様である。

第３の製造工程では、内面直線溝付押出素管に対し捻り引抜加工を行った後、焼きなましを行って内面螺旋溝付管をＯ調質とする。その後、切断・ヘアピン加工を行い、引き続いて内面螺旋溝付管を外部フィンの透孔に挿通後、拡管する熱交換器組立工程を行い、その後に溶体化処理および時効処理を行う。
ここで、焼きなまし条件は内面螺旋溝付管がＯ調質となる範囲で任意の条件で行うことができるが、バッチ処理の場合、大気炉を用い、３３０～３８０℃で１～８時間保持する条件を選択することができる。この場合、焼きなましたＯ調質の状態でヘアピン加工・拡管加工を行うため、それらの成形において割れや内部フィン倒れ等の問題を生じにくいという点で好ましい。

また、溶体化処理と時効処理の間に長時間を要しないため、時効処理後の強度が安定しやすいという点も、この第３の製造工程の好ましい点として挙げることができる。
一方、第３の製造工程においては、外部フィン組付け後に溶体化処理および時効処理を行うため、溶体化処理および時効処理において外部フィンも同時に加熱され、外部フィン表面に親水性や耐臭気性等に優れる機能性被膜を有する場合、加熱によりそれらの機能が劣化する場合がある点に注意が必要となる。

図８に、第４の製造工程を例示する。
図８に示す第４の製造工程では、ビレット鋳造、均質化処理後、押出時のビレット加熱を行い、押出直後において大気中で常温まで放冷することが好ましい。なお、押出出口においてファンによる強制空冷による焼入れを行っても良い。
この後、押出後の内面直線溝付押出素管の表面に亜鉛溶射を施した上で、捻り引抜加工を行う。その後、溶体化処理を兼ねた亜鉛拡散熱処理を行い、溶体化処理を兼ねた亜鉛拡散熱処理の後にファンによる強制空冷等の方法で焼入れを行う。

この後、引き続き時効処理を行うことができる。ここで、溶体化処理を兼ねた亜鉛拡散熱処理は、４８０℃以上５６０℃以下で３０分以上８時間以下、より好ましくは４８０℃以上５２０℃以下で３０分以上８時間以下の条件で、内面螺旋溝付管の厚さ方向に必要な亜鉛拡散深さが得られるように選択することができる。
時効処理後、内面螺旋溝付管を外部フィンの透孔に挿通後拡管する熱交換器組立工程を行うことができる。熱交換器組立工程の詳細は、上述の如く主管とエルボ管と外部フィンを用い、拡管による組立と同様である。

この場合、内面螺旋溝付管の外表面に亜鉛溶射層が形成されるため、熱交換器に組付けた後に熱交換器として長期間使用する場合の耐食性に優れるという点で好ましい。更に、外部フィン組付け後の熱処理が不要である。また、外部フィン表面に親水性や耐臭気性等に優れる機能性被膜を有する場合、加熱によりそれらの機能が劣化する恐れが無いという点も第４の製造工程の好ましい点として挙げることができる。
一方、時効処理によって硬化した内面螺旋溝付管に対し、ヘアピン加工および拡管加工を行う必要があり、それらの加工における管割れや内部フィン倒れ等の問題を生じやすいという点に注意が必要である。

図９に、第５の製造工程を例示する。
図９に示す第５の製造工程では、ビレット鋳造、均質化処理後、押出時のビレット加熱を行い、押出後に押出素管表面に亜鉛溶射を施した上で、捻り引抜加工を行う。
その後、溶体化処理を兼ねた亜鉛拡散熱処理を行い、溶体化処理を兼ねた亜鉛拡散熱処理の後にファンによる強制空冷等の方法で焼入れを行う。
その後、切断・ヘアピン加工を行い、引き続いて内面螺旋溝付管を外部フィンの透孔に挿通後拡管する熱交換器組立工程を行い、その後に時効処理を行うことができる。熱交換器組立工程の詳細は、上述の如く主管とエルボ管と外部フィンを用い、拡管による組立と同様である。

第５の製造工程の場合、内面螺旋溝付管の外表面に亜鉛溶射層が形成されるため、熱交換器に組付けた後に熱交換器として長期間使用する場合の耐食性に優れるという点で好ましい。また、時効処理によって内面螺旋溝付管が硬化する前にヘアピン加工および拡管加工を行うため、それらの成形において管割れや外部フィン倒れ等の問題を比較的生じにくいという点も好ましい点として挙げることができる。
一方、第５の製造工程においては、外部フィン組付け後に時効処理を行うため、時効処理においてフィンも同時に加熱され、外部フィン表面に親水性や耐臭気性等に優れる機能性被膜を有する場合、加熱によりそれらの機能が劣化する場合がある点に注意が必要である。

図１０に、第６の製造工程を例示する。
図１０に示す第６の製造工程では、ビレット鋳造、均質化処理後、押出時のビレット加熱を行い、押出後に押出素管表面に亜鉛溶射を施す。この後、捻り引抜加工を行った後に亜鉛拡散熱処理を行い、その後切断・ヘアピン加工を行う。
引き続いて内面螺旋溝付管を外部フィンの透孔に挿通後拡管する熱交換器組立工程を行い、その後に溶体化処理および時効処理を行うことができる。熱交換器組立工程の詳細は、上述の如く主管とエルボ管と外部フィンを用い、拡管による組立と同様である。

第６の製造工程の場合、内面螺旋溝付管の外表面に亜鉛溶射層が形成されるため、熱交換器に組付けた後に熱交換器として長期間使用する場合の耐食性に優れるという点で好ましい。また、亜鉛拡散熱処理によって螺旋溝付管がＯ調質になるため、Ｏ調質の状態でヘアピン加工・拡管加工を行うことができ、それらの成形において管割れや外部フィン倒れ等の問題を生じにくいという点で好ましい。
更に、溶体化処理と時効処理の間に長時間を要しないため、時効処理後の強度が安定しやすいという点も、第６の製造工程の好ましい点として挙げることができる。
一方、第６の製造工程においては、外部フィン組付け後に溶体化処理および時効処理を行うため、溶体化処理および時効処理において外部フィンも同時に加熱され、外部フィン表面に親水性や耐臭気性等に優れる機能性被膜を有する場合、加熱によりそれらの機能が劣化する場合がある点に注意が必要である。

なお、溶体化処理および時効処理は、前述のとおり、第１～第６の製造工程に示した以外であっても、時効処理が溶体化処理よりも下流側の工程となる条件を満たす範囲で、ビレット加熱～熱交換器完成までの間の任意のタイミングで実施することができる。
溶体化処理および焼入れのタイミングよっては、内面直線溝付押出素管もしくは内面螺旋溝付管をドラムにコイル状に巻きつけた状態で熱処理を行う場合も選択できる。
この場合、コイル状に巻き付けた内面直線溝付押出素管もしくは内面螺旋溝付管において、昇温速度や冷却速度に分布が生じやすいことに留意する必要がある。特に、溶体化処理に引き続く焼入れの場合、コイル状の内部の冷却速度が外部よりも遅くなる点に留意が必要であるが、コイル状に巻いた内面直線溝付押出素管もしくは内面螺旋溝付管の全体において、冷却速度が１℃／ｓ以上となるように冷却すればよい。

内面直線溝付押出素管１の場合、Ｄ／ｔが大きい場合、またアルミニウム合金に含まれる過剰Ｓｉ量が多い場合、押出時に押出金型出口にアルミ堆積物を生成しやすくなる。
このため、押出中に金型からアルミ堆積物が剥離して押出製品外表面に付着する、いわゆる「アルミカス」が生じやすくなる。
以上説明の製造工程においては、上述の如くＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｇ_２Ｓｉ、過剰Ｓｉを特定した組成のアルミニウム合金から内面直線溝付押出素管１を形成したので、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上である内面直線溝付押出素管１であっても、アルミカスを生じることなく押出ができ、外観不良とならない内面直線溝付押出素管１を製造できる。
また、捻り引抜加工後に時効処理を施して内面螺旋溝付管１０を製造するので、捻り引抜加工時に管の破断や折損を引き起こすことなく内面螺旋溝付管１０を製造できる。

更に、上述の如くＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｇ_２Ｓｉ、過剰Ｓｉを特定した組成のアルミニウム合金から内面螺旋溝付管１０を形成しているので、熱交換器を構成した場合、耐圧性能に優れ、冷媒による圧力を受けても冷媒漏れなどの心配のない熱交換器を提供できる。
内面螺旋溝付管１０は上述の如くＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｇ_２Ｓｉ、過剰Ｓｉを特定した組成のアルミニウム合金から構成されているので、表面状態に優れ、外観不良とならない熱交換器を提供できる。

表１に示す合金成分となるよう、直径およそ２００ｍｍの押出用ビレットを半連続鋳造により作製した。表１に示す合金成分以外の成分として、いずれの合金においてもＦｅを０．１４～０．２０％、Ｔｉを０．０１～０．０５％（質量％）の範囲で含有させた。

作製した押出用ビレットに対し、５６０℃で６時間の均質化処理を実施し、その後、１００℃以下までファン空冷した。
均質化処理後の押出用ビレットに対し、熱間押出に供するためのビレット加熱として、溶体化処理を兼ねて、誘導加熱炉により５１０℃に加熱した。
５１０℃に到達した押出用ビレットを熱間押出機に搬送し、熱間押出を行い、表２に示すフィンの条数（内部フィン数）、外径、底肉厚、フィン頂角、フィン頂幅、フィン高さ、Ｄ／ｔ、ｈ／Ｗを有する内面直線溝付押出素管を作製した。

押出用ビレットが５１０℃に到達してからの保持時間は約２分であった。ダイスから得られた表２に示す形状の内面直線溝付押出素管に対し押出直後に水冷を行い、冷却速度が１℃／ｓ以上となる条件で、１００℃以下まで冷却した。
得られた内面直線溝付押出素管に対し、特許第６４３９２２２号に記載の捻り引抜装置を用いる方法で２回の捻り引抜加工を付与し、表２に示す内部フィン形状（外径、底肉厚、フィン頂角、フィン頂幅、フィン高さ）の内面螺旋溝付管に加工した。なお、特許第６４３９２２２号に記載の捻り引抜装置は、捻り引抜加工を施す第１の引抜ダイスと第２の引抜ダイスを備えているので、実質的に内面直線溝付押出素管１を捻り引抜装置に１回通すことにより内面螺旋溝付管を作製している。
捻り引抜加工後、内面螺旋溝付管に対し１９５℃で２時間半の時効処理を施した。
表２に示す内面螺旋溝付管の形状について伝熱性能を比較したところ、φ５－０．２０ｔおよびφ４－０．１８ｔの内面螺旋溝付管の伝熱特性が特に優れていた。次いで、φ７－０．２５ｔおよびφ５－０．２５ｔの内面螺旋溝付管の伝熱性能が優れていたが、φ７‐０．３０ｔの内面螺旋溝付管も一定の伝熱性能を満足した。

「外観（アルミカス）評価方法および評価基準」
（アルミカスの詳細説明）
内面直線溝付押出素管において、外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）とすると、Ｄ／ｔが大きい場合、またアルミニウム合金に含まれる過剰Ｓｉ量が多い場合、押出時に押出金型出口にアルミ堆積物を生成しやすくなる。このため、押出中に金型からアルミ堆積物が剥離して押出製品外表面に付着する、いわゆる「アルミカス」が生じやすくなる。
押出製品外表面に付着した「アルミカス」の個々のサイズは直径で凡そ０．１ｍｍ前後であるが、押出製品表面とアルミカス表面とでは光沢が異なるため、アルミカスが外観上目立つことによって、外観不良として問題になる場合がある。

また、アルミカスが生成された場合、押出工程に引き続く捻り引抜加工において、アルミカスが内面直線溝付押出素管の外表面から管断面の半径方向内側に向けて押し込まれることにより、捻り引抜加工において素管の縮径により生じる素管周方向の圧縮応力による素管の座屈を引き起こす場合がある。
さらに、捻り引抜加工における素管の座屈が生じない場合においても、得られた捻り引抜製品において、アルミカスが押し込まれた部位が応力集中の起点となり、耐圧強度の低下をもたらす場合がある。
以上のような事情から、アルミカスの発生は抑制する必要があり、アルミカスの発生を避けるために押出速度を低下させる必要性が生じる。

（アルミカス付着調査）
押出速度４５ｍ／ｍｉｎで熱間押出加工を行い、得られた押出素管の外表面へのアルミカスの付着状況を調査した。
アルミカスとは、押出金型出口近傍に付着したアルミの堆積物が金型から剥離し、押出製品外面に付着したものである。個々の付着物のサイズは直径で凡そ０．１ｍｍ前後と微細であるが、押出製品表面とは光沢が異なるため、目視で十分に検出可能である。
長さ１ｍの押出素管を採取し、外表面全体のアルミカス付着状況を目視で確認した。
アルミカス付着状態の評価基準は、押出素管１ｍあたりのアルミカス付着数が３個以上を×、１個以上３個未満を△、０個を〇と評価した。

「押出性評価方法および評価基準」
押出速度４５ｍ／ｍｉｎで押出加工を行い、得られた押出素管内面に形成された内部フィンの形状を測定し、押出性を評価した。
内部フィンの形状測定方法について説明する。押出素管を、押出方向長さ２０ｍｍ程度となるように、押出方向に垂直な断面において切断し、内部フィン形状測定用の押出素管小片を得た。前記小片の管内面側および外面側全体を、常温硬化エポキシ樹脂に包埋し、常温放置により硬化させた。硬化したエポキシ樹脂に包埋された小片の押出方向に垂直な断面をエポキシ樹脂ともに、エメリー研磨紙を用いて研磨した。研磨の仕上げは、エメリー研磨紙＃１０００により行った。

仕上げ研磨後の押出素管の押出方向に垂直な断面をキーエンス社製のデジタルマイクロスコープにより撮像し、押出素管内面に形成された内部フィンの先端幅を測定した。アルミニウム合金が押出性に劣る場合、素管の押出加工におけるフィン部へのアルミの流入が不十分となり、内部フィンの幅が細くなる不具合が生じやすくなる。測定された内部フィン先端幅が、設計値に対して７０％以下となっている場合を押出性×、７０％を超えて８５％以下となっている場合を押出性△、８５％を超える場合を押出性〇として評価した。

「捩じり加工性評価方法および評価基準」
得られた押出素管に対し、特許第６４３９２２２号に記載の捻り引抜装置を用いる方法で２回の引抜・捩じり加工を付与し、表２に示す形状の内面螺旋溝付管に加工した。
その際、２回目の引抜を行う第２の引抜ダイスの後段に備えられている第２のガイドキャプスタンに押出素管を巻き掛けた段階において、押出素管が加工負荷に耐えられず破断する場合があった。
第２のガイドキャプスタンに管材を巻き掛けることは、安定した捩じり引抜成形を行うための張力を負荷するために必要であるため、第２のガイドキャプスタンに押出素管を巻き掛けた段階において押出素管が破断する場合は、捻り加工性×として評価した。
これに対し、押出素管の破断を生じることなく第２のガイドキャプスタンに押出素管を巻き付けることが可能であった場合は、捩じり加工性〇として評価した。

「耐圧性能」
時効処理を施した後の内面螺旋溝付管を耐圧試験に供した。
内面螺旋溝付管の軸方向の長さがおよそ１５０ｍｍとなるように内面螺旋溝付管を切断し、両端にソケットを取り付けた。一端のソケットを圧力計を介し水圧ポンプに接続した。水圧ポンプから内面螺旋溝付管内に水を送り、内面螺旋溝付管の逆側の末端までを管内部に水で満たした状態で、他方のソケットをプラグにより封止した。
その後、水圧ポンプを稼働させ、およそ０．５ＭＰａ／ｓの昇圧速度で内面螺旋溝付管内の水圧を増加させた。その際、内面螺旋溝付管が管内部の水圧に耐え切れず破裂した際の限界の水圧を、内面螺旋溝付管の「耐圧値」として測定した。耐圧値が１５ＭＰａ以上の場合を〇、１５ＭＰａ未満の場合を×として、内面螺旋溝付管の耐圧性能を評価した。
以上の評価結果をまとめて表３に記載する。

先の表１に示すように、実施例１～１６のアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕ：０．１５質量％以下、Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、Ｍｎ：０．０５質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなるアルミニウム合金である。
実施例１～１６に記載のアルミニウム合金を用い、表２に示す形状の内面直線溝付押出素管を押出成形し、特許第６４３９２２２号に記載の捻り引抜装置を用いる方法で２回の捻り引抜加工を付与することで表２に示す形状の内面螺旋溝付管を製造することができた。
実施例１～１６に記載のアルミニウム合金を用いて内面直線溝付押出素管を作製し、この内面直線溝付押出素管を用いて内面螺旋溝付管を製造すると、押出性が良好であり、捻り加工性に優れ、底肉厚ｔを０．３ｍｍ以下とした場合の耐圧試験の評価が良好で表面状態も良好な内面螺旋溝付管を製造することができた。

表１に示すように比較例１は、ＳｉとＭｇとＭｇ_２Ｓｉの含有量を上述の範囲から外した試料（外径７ｍｍ）、比較例２、３はＳｉとＭｇ_２Ｓｉの含有量を上述の範囲より低くした試料（外径７ｍｍ）であるが、いずれも表３に示すように耐圧性能が低下した。
比較例４、５は、ＳｉとＭｇ_２Ｓｉの含有量を上述の範囲より多くした試料（外径７ｍｍ）であるが、いずれも表面状態が悪化した。
比較例６、７は、ＣｕとＭｇとＭｎとＭｇ_２Ｓｉの含有量を上述の範囲より多くした試料（外径７ｍｍ）であるが、押出加工時に内部フィンの幅が細くなる不具合を生じ、捻り引抜加工する場合に破断した。

比較例８は、ＳｉとＭｇとＭｇ_２Ｓｉの含有量を上述の範囲から外した試料（外径５ｍｍ）、比較例９はＳｉと過剰Ｓｉの含有量を上述の範囲より低くした試料（外径５ｍｍ）であるが、いずれも耐圧性能が低下した。
比較例１０は、Ｓｉと過剰Ｓｉの含有量を上述の範囲より多くした試料（外径５ｍｍ）であるが、表面状態が悪化した。
比較例１１は、ＳｉとＣｕとＭｇとＭｎとＭｇ_２Ｓｉの含有量を上述の範囲より多くした試料（外径５ｍｍ）であるが、押出加工時に内部フィンの幅が細くなる不具合を生じ、捻り引抜加工する場合に破断した。

比較例１２は、ＳｉとＭｇとＭｇ_２Ｓｉと過剰Ｓｉの含有量を上述の範囲より少なくした試料（外径５ｍｍ）であるが、耐圧性能が低下した。
比較例１３は、ＳｉとＭｇとＭｇ_２Ｓｉの含有量を上述の範囲より少なくした試料（外径４ｍｍ）、比較例１４はＳｉと過剰Ｓｉの含有量を上述の範囲より少なくした試料（外径４ｍｍ）であるが、いずれも耐圧性能が低下した。
比較例１５は、ＳｉとＣｕとＭｇとＭｎとＭｇ_２Ｓｉの含有量を上述の範囲より多くした試料（外径４ｍｍ）であるが、押出加工時に内部フィンの幅が細くなる不具合を生じ、捻り引抜加工する場合に破断した。

実施例１、３は上述のＳｉ含有量の範囲内の試料であるが、Ｓｉ含有量を低く抑えた試料であり、底肉厚０．３ｍｍの場合は耐圧性能を確保できるが、底肉厚を０．２５ｍｍとすると表３に示すように耐圧性が低下した。このことから、Ｓｉ含有量について０．４０質量％以上０．５５質量％以下であることがより好ましいと分かる。

実施例９は上述のＣｕ含有量範囲、Ｍｇ含有量範囲、Ｍｇ_２Ｓｉ含有量範囲であるが、押出性が若干低下した。また、実施例２、８では押出性は低下していない。
また、実施例１１、１２、１５、１６でも同様な傾向が見られる。更に、実施例２、８、９、１１、１２、１５、１６の比較から、Ｃｕ含有量０．０４質量％以下、Ｍｇ含有量０．４５質量％以上０．６０質量％以下、Ｍｇ_２Ｓｉ含有量０．７１質量％以上０．９５質量％以下のアルミニウム合金であることがより好ましいと考えられる。

１…内面直線溝付押出素管、２…直線溝、３…内部フィン、５…管本体、５ａ…外周面、５ｂ…内周面、１０…内面螺旋溝付管、１０Ａ…主管、１０Ｂ…エルボ管、１１…管本体、１２…内部フィン、１３…螺旋溝、１５…熱交換器、１６…外部フィン。

Claims (10)

1. 内面螺旋溝付管製造用の内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金であって、
   前記内面直線溝付押出素管の外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、前記内面直線溝付押出素管の内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上であり、
   Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、
   Ｃｕ：０．１５質量％以下、
   Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、
   Ｍｎ：０．０５質量％以下、
   Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、
   過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下
   を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有することを特徴とする内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金。
2. Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、
   Ｃｕ：０．０４質量％以下、
   Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、
   Ｍｎ：０．０５質量％以下、
   Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、
   過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下
   を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有することを特徴とする請求項１に記載の内面直線溝付押出素管用アルミニウム合金。
3. 内面螺旋溝付管製造用の内面直線溝付押出素管であって、
   前記内面直線溝付押出素管の外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、前記内面直線溝付押出素管の内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、
   ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上であり、
   Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、
   Ｃｕ：０．１５質量％以下、
   Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、
   Ｍｎ：０．０５質量％以下、
   Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、
   過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下
   を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなるアルミニウム合金から構成されたことを特徴とする内面直線溝付押出素管。
4. 前記アルミニウム合金が、
   Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、
   Ｃｕ：０．０４質量％以下、
   Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、
   Ｍｎ：０．０５質量％以下、
   Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、
   過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下
   を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなることを特徴とする請求項３に記載の内面直線溝付押出素管。
5. Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、
   Ｃｕ：０．１５質量％以下、
   Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、
   Ｍｎ：０．０５質量％以下、
   Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、
   過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下
   を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有するアルミニウム合金からなる内面直線溝付押出素管であって、
   外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上である内面直線溝付押出素管に対し、捻り引抜加工を施す内面螺旋溝付管の製造方法であり、
   前記捻り引抜加工後に時効処理を施すことを特徴とする内面螺旋溝付管の製造方法。
6. 前記アルミニウム合金として、
   Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、
   Ｃｕ：０．０４質量％以下、
   Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、
   Ｍｎ：０．０５質量％以下、
   Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、
   過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下
   を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなるアルミニウム合金を用い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. Ｓｉ：０．３５質量％以上０．５５質量％以下、
   Ｃｕ：０．１５質量％以下、
   Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６５質量％以下、
   Ｍｎ：０．０５質量％以下、
   Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上１．０３質量％以下、
   過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２９質量％以下
   を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなる組成を有するアルミニウム合金からなる内面直線溝付押出素管であって、
   外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚をｔ（ｍｍ）、内面に形成されている内部フィンの幅をＷ（ｍｍ）、高さをｈ（ｍｍ）とすると、ｈ／Ｗが０．７以上、Ｄ／ｔが２６以上である内面直線溝付押出素管に対し、捻り引抜加工を施して内面螺旋溝付管を製造し、この内面螺旋溝付管を用いて熱交換器を製造するに際し、
   前記捻り引抜加工後であって、前記熱交換器を完成させる以前に前記内面螺旋溝付管に対し時効処理を施すことを特徴とする熱交換器の製造方法。
8. 前記アルミニウム合金として、
   Ｓｉ：０．４０質量％以上０．５５質量％以下、
   Ｃｕ：０．０４質量％以下、
   Ｍｇ：０．４５質量％以上０．６０質量％以下、
   Ｍｎ：０．０５質量％以下、
   Ｍｇ_２Ｓｉ：０．７１質量％以上０．９５質量％以下、
   過剰Ｓｉ：０．０８質量％以上０．２５質量％以下
   を含有し、残部不可避不純物とアルミニウムからなるアルミニウム合金を用いることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器の製造方法。
9. 前記内面螺旋溝付管と外部フィンを組み立てて熱交換器組立体を形成後、前記内面螺旋溝付管と前記外部フィンを接合して熱交換器を製造するに際し、
   前記捻り引抜加工後であって前記外部フィンとの組み合わせ以前に前記内面螺旋溝付管に時効処理を施すか、前記内面螺旋溝付管と前記外部フィンを組み立てて接合後、時効処理を施すことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の熱交換器の製造方法。
10. 前記内面直線溝付押出素管の外面に亜鉛溶射層を形成することを特徴とする請求項７～請求項９のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。

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