JP5371271B2 - クロスフィンチューブ型熱交換器用銅管 - Google Patents

Description

本発明は、クロスフィンチューブ型熱交換器に用いられる銅管に関する。

従来より、ルームエアコン等の空調機、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍機の熱交換器は、多数のフィンと伝熱管とを組み合わせて構成されるクロスフィンチューブより構成されている（特許文献１参照）。上記伝熱管には、伝熱性、加工性、耐食性に優れた銅及び銅合金からなる銅管（以下、銅管と称する）が用いられている。また、上記フィンは、アルミニウム板よりなる熱交換器用フィン材に、上記伝熱管を挿通して固定するための円筒状のカラー部を加工してなる。

熱交換器を製造する際は、上記フィンを多数重ね、上記銅管を、フィンに設けられた円筒状のカラー部内に挿入し、銅管を拡管することによって、上記銅管と上記フィンとを一体的に組み付ける。

上記銅管は、レベルワウンドコイルを巻き解いた後、所定の長さに切断、曲げ加工を施すことにより得ることができる。
上記レベルワウンドコイルは、一般的に、銅管の内面及び外面に潤滑油を供して、所定の寸法、内面形状になるよう抽伸加工を施し、数１０００ｍに及ぶ銅管を整列巻き取りし、その後、所定の調質になるように焼鈍処理を施すことにより形成される。

また、上記銅管は、上述したごとく、レベルワウンドコイルを巻き解いた後、所定の長さに切断、曲げ加工を施すことにより得られるものであるが、整列巻取り後の焼鈍時の銅管同士の凝着や、巻き解く際の銅管同士の摩擦により管表面に生じるすれキズ等が、銅管の表面品質を低下させるという問題があった。品質向上及び歩留まり向上の観点から、銅管表面には、焼きつき傷等がないことが強く要求されるようになっている。

また、上記フィンに銅管を挿入する際に、上記銅管の表面のすべりが悪い場合には、銅管が引っかかり、フィンが変形したり、銅管が折れ曲がる等の問題があった。

特開平９−３２９３９８号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、優れた表面品質を有し、挿入性に優れたクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管を提供しようとするものである。

本発明は、銅又は銅合金からなる銅管を、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるフィンに設けられた円筒状のカラー部内に挿入配設することにより上記銅管と上記フィンとを一体的に組み付けてなるクロスフィンチューブからなるクロスフィンチューブ型熱交換器用の銅管であって、
該銅管の表面には、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ分析法（以下、ＥＰＭＡ分析法）のＣ−Ｋα線の波長分析において、４４Å〜４５Åの範囲にメインピークを示し、４５Å〜４６．１Åの範囲に上記メインピークよりも強度が小さいピークを示す炭素化合物よりなる皮膜が形成されており、
該皮膜は、銅管に潤滑油を塗布した後、該銅管を巻き取り、レベルワウンドコイルを作製し、非酸化性雰囲気下で焼鈍処理を施すことによって形成されており、
上記クロスフィンチューブ型熱交換器用の銅管は、上記焼鈍処理後に、コイル軸を垂直にして配置したレベルワウンドコイルの内面側からコイルを巻き解きながら上記銅管を引き出すというＥＴＳ方式（Ｅｙｅ ｔｏ Ｔｈｅ Ｓｋｙ）によりアンコイルされ、切断され、曲げ加工を施されることにより製造されており、
管軸方向の表面粗さが、Ｒａで０．１〜２．０μｍであることを特徴とするクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管にある（請求項１）。

本発明のクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管の最も注目すべき点は、その銅管表面に、ＥＰＭＡ分析法のＣ−Ｋα線の波長分析において、４４Å〜４５Åの範囲にメインピークを示し、４５Å〜４６．１Åの範囲に上記メインピークよりも強度が小さいピークを示す炭素化合物よりなる皮膜を有することにある。

ＥＰＭＡ分析法のＣ−Ｋα線の波長分析において特徴的なピークを示す上記皮膜が焼鈍後に形成されるように作製することによって、優れた表面品質を有し、挿入性に優れたクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管を得ることができる。そして挿入性の向上によってクロスフィンチューブの生産性や品質の向上を図ることができる。

なお、上記メインピークとは、ＥＰＭＡ分析装置で検出されるバックグラウンド強度の標準偏差の３倍を超える強度を有するピークのうち、上記のごとく４４Å〜４５Åの範囲のものとする。また、上記強度とは、計測された単位時間当たりのＣ−Ｋαのカウント数のことをいう。

本発明のクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管は、上述したように、その表面に、ＥＰＭＡ分析法のＣ−Ｋα線の波長分析において、４４Å〜４５Åの範囲にメインピークを示し、４５Å〜４６．１Åの範囲に上記メインピークよりも強度が小さいピークを示す炭素化合物よりなる皮膜を有している。

このような特定のＥＰＭＡ分析結果を示す炭素化合物よりなる皮膜が形成されていない場合には、上記銅管の表面に変色が発生したり、上記銅管をアルミニウムフィンに挿入する際の挿入性を向上させることが困難になる場合がある。

上記ＥＰＭＡ分析法は、試料の表面に存在する物質（元素）を判別する方法の１つであり、微量な物質の面的な分布を調べるのに有効な方法である。加速した電子線を物質に照射し、電子線による励起により現れる特性Ｘ線のスペクトルの反応に注目して、電子線が照射されている微小領域の定性分析、定量分析、状態分析等を行うことができる。

また、上記皮膜が形成されるようにクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管を作製する方法としては、銅管の内面及び外面に潤滑油を供して、所定の寸法、内面形状になるよう抽伸加工を施し、銅管表面に、種類や塗布量を調整して潤滑油を塗布した後、数１０００ｍに及ぶ銅管を整列巻き取りし、レベルワウンドコイルを作製し、その後、所定の調質になるように非酸化性雰囲気下で焼鈍処理を施し、その後、レベルワウンドコイルをアンコイルし、切断し、曲げ加工を施す方法等がある。そして、上記皮膜は、整列巻き取り前に行う潤滑油の種類や塗布量によって調整することができる。その最適量は、油の種類毎に実験によって求めることができる。
上記潤滑油としては、種々のものを用いることができる。例えば、エステル系、鉱物油系等がある。

また、上記炭素化合物よりなる皮膜は、上記銅管の表面全面に形成されていることが好ましいが、必ずしも、上記銅管の表面全面に存在していなくてもよく、上述の効果を十分に得ることができる範囲で銅がむき出しの部分があってもよい。

また、上記銅管は、上記銅管の管軸方向の表面粗さが、Ｒａで０．１〜２．０μｍであることが好ましい。
この場合には、特に、上記銅管表面を低摩擦にすることができ、銅管の挿入性をさらに向上することができる。

上記銅管の管軸方向の表面粗さは、銅管を作製する時の、抽伸加工における抽伸ダイスの粗さや抽伸速度がそのまま影響され、整列巻き取りや焼鈍処理、レベルワウンドコイルのアンコイル、切断、及び曲げ加工の前後においてほとんど変化することがない。従って、上記表面粗さは、抽伸加工における抽伸ダイスの粗さや抽伸速度の条件によって調整可能である。

上記表面粗さがＲａで０．１μ未満の場合には、粗さを低減するために、抽伸速度の低下による生産能率の悪化、あるいは抽伸ダイス表面研磨費用等が増大するおそれがある。一方、上記表面粗さがＲａで２．０μｍを超える場合には、銅管をフィンに設けられたカラー部内に挿入する際に、上記銅管と上記カラー部との間の摩擦が大きくなり、挿入性が低下するおそれがある。

また、上記銅管は、コイル軸を垂直にして配置したレベルワウンドコイルの内面側からコイルを巻き解きながら銅管を引き出すというＥＴＳ方式（Ｅｙｅ ｔｏ Ｔｈｅ Ｓｋｙ）によりアンコイルされ、切断され、曲げ加工を施されることにより製造されることが好ましい。

上記ＥＴＳ方式は、生産能率向上及び歩留まり向上の観点から、巻き解き工程の簡略化のために、採用されているレベルワウンドコイルの巻き解き（アンコイル）方法である。
上記ＥＴＳ方式は、上記レベルワウンドコイルの内面側から銅管を引き出して、レベルワウンドコイルをその内面側から巻き解くものである。そのため、従来のアンコイル方法と比較して、能率が大幅に向上し、また、特別な設備も不要であり、歩留まりを向上することができる。

上記レベルワウンドコイルは、上述したように抽伸加工後の銅管を整列巻き取りし、その後、所定の調質になるように焼鈍処理が施されて形成される。上記焼鈍処理時に銅管同士が凝着すると、銅管同士の摩擦により管表面にすれキズが生じるという問題がある。

そこで、本発明のクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管は、優れた表面品質を有し、銅管に挿入性を付与する皮膜を形成するように作製されている。この場合には、上記皮膜が焼鈍後に形成されるように作製されおり、焼鈍時に、銅管同士の凝着や銅管表面の変色がない。そのため、上記クロスフィンチューブ型熱交換器用銅管を優れた生産性で歩留まりを向上して得ることができる。

（実施例１）
本例は、本発明のクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管にかかる実施例及び比較例について説明する。
以下、これを詳説する。

まず、総重量５００ｋｇのリン脱銅管に対して転造加工を行い、銅管外径φ７．００ｍｍ、銅管内径φ６．３５ｍｍ、肉厚０．２５ｍｍ、長さ約５０００ｍとし、切断及び整列巻取りして重量２５０ｋｇのレベルワウンドコイルを作製した。

なお、上記転造加工では、フィン高さ０．２４ｍｍ、フィン頂角１０°、リード角３０°の条件で加工を行うことにより、内側に突出した多数のリップルフィンを有する断面形状に成形した。
また、転造加工のダイス表面の研磨程度を変化させて転造加工後の銅管の表面粗さを調整した。

また、上記整列巻取りの際には、銅管表面に潤滑油を塗布した。その後、５２０℃で１時間、不活性ガス中で焼鈍を行った。上記潤滑としては、表１に示すように、複数種類の潤滑油を用いた。

次に、得られたレベルワウンドコイルをＥＴＳ方式にて巻き解いた。レベルワウンドコイルのコイル軸を垂直にして配置し、レベルワウンドコイルの内面側からコイルを巻き解きながら銅管を引き出すことにより巻き解いた。その後、所定の長さに切断し、曲げ加工を施して、クロスフィンチューブ型熱交換器用銅管（試料Ｅ１〜試料Ｅ４、試料Ｃ１）を作製した。

次に、得られたクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管（試料Ｅ１〜試料Ｅ４、試料Ｃ１）について、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ分析（ＥＰＭＡ分析）を行った。
＜ＥＰＭＡ分析法＞
ＥＰＭＡ分析法において、標準試料の特性Ｘ線強度と、未知試料の特性Ｘ線強度との比を用いて、その相対強度を求め、未知試料の定量分析を行った。
島津製作所製ＥＰＭＡ８７０５を用い、加速電圧１５ｋＶ、試料電流１５ｎＡ、ビーム径１００μｍ、積算時間１０秒で定量分析を行った。
なお、定量値には、ＺＡＦ補正（原子番号効果、吸収効果、蛍光励起効果による影響を補正する方法）は行わない。

得られたＣ−Ｋα線の波長を分析し、４４Å〜４５Åの範囲にメインピークを存在し、４５Å〜４６．１Åの範囲に上記メインピークよりも強度が小さいピークが存在するか否かを評価した。結果を表１に示す。

表１より知られるごとく、試料Ｅ１〜試料Ｅ４は、４４Å〜４５Åの範囲にメインピークを示し、４５Å〜４６．１Åの範囲に上記メインピークよりも強度が小さいピークを示すため、本発明の実施例である。
また、試料Ｃ１は、４５Å〜４６．１Åの範囲にメインピークよりも強度が小さいピークが存在しないため、本発明の比較例となる。

そして、図１に、ＥＰＭＡ分析法により得られたＣ−Ｋα線のスペクトルを示す。図１（ａ）の線ｅ１は、本発明の実施例の代表として試料Ｅ１のＣ−Ｋα線であり、図１（ｂ）の線ｃ１は、本発明の比較例である試料Ｃ１のＣ−Ｋα線である。

次に、上記試料Ｅ１〜試料Ｅ４及び試料Ｃ１について、表面粗さＲａを測定し、銅管挿入性、銅管外面の評価を行った。

＜表面粗さＲａ＞
表面粗さＲａの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠して行った。結果を表１に示す。

＜銅管挿入性＞
挿入穴を有するアルミニウムフィンを６００枚重ねて、長さ３５０ｍｍの銅管を、上記挿入穴に向けて垂直に落下させて銅管を挿入し、銅管が引っかかるか否かを観察し、銅管挿入性を評価した。銅管が引っかからない場合を合格（評価○）とし、銅管が引っかかった場合を不合格（評価×）とした。

＜銅管外面＞
次に、３００ｍｍ長さのクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管（試料Ｅ１〜試料Ｅ４、試料Ｃ１）をそれぞれ１０本採取し、表面を目視により観察し、銅管表面を評価した。評価が○の場合を合格とし、評価が×の場合を不合格とする。

（評価基準）
○：全ての銅管において、明瞭なキズや変色が認められない場合。
×：１０本中１本でも、明瞭なキズや変色が認められる場合。

表１より知られるごとく、本発明の実施例としての試料Ｅ１〜試料Ｅ４は、いずれの項目においても良好な結果を示した。
よって、本発明によれば、優れた表面品質を有し、挿入性に優れたクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管を得ることができる。

また、表１より知られるごとく、本発明の比較例としての試料Ｃ１は、４５Å〜４６．１Åの範囲にメインピークよりも強度が小さいピークが存在せず、上記特定の炭素化合物よりなる皮膜が形成されていないため、挿入性及び銅管外面評価が不合格であった。試料Ｃ１の潤滑油と塗布量で銅管を作製した場合には、所望の皮膜が形成されないことがわかる。

このように、整列巻取りの際に潤滑油を塗布する場合には、通常用いられる複数の潤滑油の中から、上記焼鈍後にＥＰＭＡ分析法のＣ−Ｋα線の波長分析において、４４Å〜４５Åの範囲にメインピークを示し、４５Å〜４６．１Åの範囲に上記メインピークよりも強度が小さいピークを示す皮膜を形成するような潤滑油を選定することによって、優れた表面品質を有し、挿入性に優れたクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管を得ることができることがわかる。

（実施例２）
本例は、図２に示すごとく、クロスフィンチューブ型熱交換器用銅管１と、アルミニウムからなるフィン２に設けられた円筒状のカラー部内に挿入配設することにより、上記銅管１と上記フィン２とを一体的に組み付けてなるクロスフィンチューブからなる熱交換器３である。

上記熱交換器３を作製するに当たっては、具体的には、まず、熱交換器用アルミニウムフィン材に円筒状のカラー部をプレス成形しフィン２とした。そして、フィン２に設けられた円筒状のカラー部内に上記銅管１を挿入した。次いで、上記銅管１を拡張し、フィン２と銅管１とを固着することによりクロスフィンチューブ型熱交換器３を作製した。
上記クロスフィンチューブ型熱交換器用銅管１としては、上記実施例１の試料Ｅ１を用いた。
上記熱交換器用アルミニウムフィン材としては、住友軽金属工業株式会社製の表面処理アルミニウム材ＣＣ５０９（板厚１００μｍ）を用いた。

以上のように、銅管として本発明の銅管１を採用したので、そのフィン２への挿入性が良好であるという特性が十分に生かされ、フィンの変形や銅管１の折れ曲がり等の不具合が生じることなく、容易にクロスフィンチューブ型熱交換器３を得ることができた。

実施例１における、ＥＰＭＡ分析法のＣ−Ｋα線を示すグラフ図。 実施例２における、クロスフィンチューブ型熱交換器を示す説明図。

符号の説明

１ クロスフィンチューブ型熱交換器用銅管
２ フィン
３ クロスフィンチューブ型熱交換器

Claims (1)

1. 銅又は銅合金からなる銅管を、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるフィンに設けられた円筒状のカラー部内に挿入配設することにより上記銅管と上記フィンとを一体的に組み付けてなるクロスフィンチューブからなるクロスフィンチューブ型熱交換器用の銅管であって、
   該銅管の表面には、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ分析法（以下、ＥＰＭＡ分析法）のＣ−Ｋα線の波長分析において、４４Å〜４５Åの範囲にメインピークを示し、４５Å〜４６．１Åの範囲に上記メインピークよりも強度が小さいピークを示す炭素化合物よりなる皮膜が形成されており、
   該皮膜は、銅管に潤滑油を塗布した後、該銅管を巻き取り、レベルワウンドコイルを作製し、非酸化性雰囲気下で焼鈍処理を施すことによって形成されており、
   上記クロスフィンチューブ型熱交換器用の銅管は、上記焼鈍処理後に、コイル軸を垂直にして配置したレベルワウンドコイルの内面側からコイルを巻き解きながら上記銅管を引き出すというＥＴＳ方式（Ｅｙｅ ｔｏ Ｔｈｅ Ｓｋｙ）によりアンコイルされ、切断され、曲げ加工を施されることにより製造されており、
   管軸方向の表面粗さが、Ｒａで０．１〜２．０μｍであることを特徴とするクロスフィンチューブ型熱交換器用銅管。

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