JP6316696B2 - 内面螺旋溝付管およびその製造方法と熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、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。

エアコンや給湯器用などのフィンチューブタイプの熱交換器には、アルミニウムフィン材に冷媒を通すための伝熱管を挿入し熱交換を行っている。伝熱管には従来銅管が使用されてきたが、軽量化、低コスト化及びリサイクル性改善への要求から、アルミニウム合金管への代替が要求されている。
近年、空調機には省エネに向けた伝熱特性の向上が図られ、冷媒の見直しや熱交換器の構造設計の改良が行なわれている。その中で、構成要素の一つである伝熱管も更なる高性能化が求められている。現在は内面に連続した螺旋溝を設けた内面溝付管が主流となっており、熱交換効率の向上が図られている。

内面螺旋溝付管の製法として、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。従来の銅管では、管の外周から高速回転するボールベアリングで管を管内周に設けた溝付きプラグに押し付け、管内面に捻れ溝を転造する溝転造方法が採用されており、内面螺旋溝付管のアルミ化にも同様に溝転造法が使われようとしている。

また、内面螺旋溝付管の他の製造方法として、内面に直線溝を有する素管を用い、この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で縮径しながら引き抜きして、素管の縮径部を塑性流動させて捻れ角を有する内面螺旋溝付管を製造する方法が知られている（特許文献２参照）。
さらに他の製造方法として、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成された素管を、コイル状に巻き取りし、そのコイル状素管をそのコイル軸線上に沿って一定の張力を負荷し直管状に引き伸ばすことにより、該素管に捻りを加え、内面螺旋溝付管を製造する方法が知られている（特許文献３参照）。

特開平０６−１９０４７６号公報 特開平１０−１６６０８６号公報 特開２０１２−２３６２２５号公報

しかしながら、アルミニウム合金を用いた内面螺旋溝付管を製造するにあたり特許文献１に示す溝転造法で所定の溝形状を得ることは困難である。
溝転造法を実施するための製造装置の一例を図１７に示す。この製造装置は、素管５０を引き抜くための保持ダイス５１を備え、保持ダイス５０の内部に保持プラグ５２を備え、保持ダイス５１の下流側に仕上げダイス５３を備えて構成されている。保持ダイス５１と仕上げダイス５３との間に転造ボール５５が設けられ、転造ボール５５が設けられた位置の内側に前記保持プラグ５２から延在された連結軸５６を介し溝付プラグ５７が設けられている。この製造装置は、素管５０を保持プラグ５２と保持ダイス５１により縮径するとともに、転造ボール５５で素管５０を溝付プラグ５７に押し付けつつ素管５０の内周面に螺旋溝５８を転造しながら引抜き、仕上げダイス５３により内面螺旋溝付管を製造する。
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、内面螺旋溝付管で耐圧強度を得るために、銅内面螺旋溝付管に比べ管の底肉厚を厚くする必要があり、その場合、塑性流動しづらくなるために、所定の内面溝形状、その中でも、フィン高さが高く、フィン幅が狭い、いわゆるハイスリムタイプのフィンを転造するのが困難で、溝欠けなど塑性流動不良による欠陥を生じやすい。したがって溝転造法により無理に加工すると管が座屈したり破断したりする。また、内周側に設けた溝プラグと管内周側の接触でアルミ滓が発生し、加工時の溝形状の精度を低下させたり、加工後に取り除くのが難しく管内に残存して溝を詰まらせ、伝熱特性及び圧力損失を大きくするといった問題が挙げられる。更に、溝転造法は予め浮きプラグを挿入する際、管の内周側に溝転造用潤滑油を充填しておくが、それが１コイルの長手方向の長い距離加工するうちに潤滑油の粘度が劣化・低下し、製造した内面螺旋溝付管の底肉厚及び溝形状が長手方向の頭とおしりとで変化し、その溝形状のバラツキが大きい。底肉厚及び溝形状のバラツキは熱特性に影響を及ぼすとともにフィンと内面螺旋溝付管を接合する拡管において、その拡管率にバラツキを生じさせる原因になる。

このため、アルミニウム合金からなる内面螺旋溝付管を製造するには溝転造法以外の製造方法が必要となる。
先の特許文献２に記載されている製造装置は、図１８に示すように支柱型の２つの支持部材１００によって軸周りに回転自在に水平に支持した回転軸１０１に操出ドラム１０２を軸支させ、この操出ドラム１０２にコイル状に巻き付けておいた素管１０３を引抜きダイス１０５を介し引き抜いた後、巻き取りドラム１０６に巻き取る構成である。
素管１０３の内周面には直線溝が複数形成されており、引抜きダイス１０５を通過した素管１０３は内面に螺旋溝を有する内面螺旋溝付管１０８に成形される。

図１８において１１０は回転軸１０１を回転させるためのモーターなどの駆動装置であり、この駆動装置１１０の出力軸が無端ベルト等の伝達装置１１１を介し回転軸１０１の９端部側に回転駆動力を伝達する。なお、図１８では簡略化して記載しているが、回転軸１０１は枠状のフレームの一部として構成され、このフレームの内側に回転軸１１３により操出ドラム１０２が回転自在に支持されている。回転軸１０１の先端側には素管１０３を案内する図示略のローラーが設けられ、このローラーを介し素管１０３の移動軌跡を変更し、架台１１５の上に設置されている引抜きダイス１０５の引抜き孔に素管１０３を軸芯合わせした上で素管１０３を引き抜くことができる。

図１８に示す製造装置は、引抜きダイス１０５を用いて素管１０３を捻りつつ縮径することにより、素管１０３の縮径部において塑性流動を生じさせて大きな捻れ角の内面螺旋溝付管を製造できる装置として知られている。
ところが、図１８に示す製造装置では、操出ドラム１０２から素管１０３を繰り出した位置から、引抜きダイス１０５に至るまでの途中において素管１０３に捻れが作用し座屈するため、大きな捻れ角の付与が困難である。即ち、引抜きダイス１０５の内部側に捻れと縮径の両方の力をバランス良く作用させることが困難であった。このため、操出ドラム１０２から繰り出された位置から引抜きダイス１０５に至るまでの間、例えば、素管１０３の移動経路を変更した回転軸１０１の先端側位置やその前後位置などに捻れ力が集中し、素管１０３がダイス１０５に至る前に容易に座屈するという問題点を有していた。

また、先の特許文献３に記載されている製造装置は、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成された素管に一定の捻りを生じさせ、内面に螺旋溝を有する内面螺旋溝付管を製造する装置であり、その概要を図１９に示す。
図１９に示す製造装置１２０は、内面に複数の直線溝により内面フィンが形成された素管１２１を巻き取りロール１２２の円周上にコイル状に巻き取る巻き取り手段１２３と、コイル状に形成されたコイル状管材１２１ａをそのコイル軸線１２４の延長方向前方側に向かって引き伸ばし、直管状に成形する引張り手段１３０と、引張り後の管体の断面形状を矯正する図示略の引抜きダイスと、矯正後の内面螺旋溝付管を加熱する熱処理手段とを備えている。なお、図１９に示す製造装置１２０は必要とする捻れ角の大きさに合わせて複数段直列接続して使用される。

製造装置１２０において、巻き取りロール１２２の外側にコイル状管材１２１ａを送り出す送りロール１２５と抑えロール１２６が設けられ、コイル状管材１２１ａを抑えるガイド板１２７が設けられている。また、抑えロール１２６の一部に加熱ヒーターが内蔵され、コイル状管材１２１ａを加工に必要な温度（２００〜３００℃）に加熱することができる。
引張り手段１３０には、コイル状管材１２１ａをチャッキングして引き延ばすストレッチャー１２８と、引き延ばし後の管材に張力を付加しつつ直管状に成形するピンチロール１２９が複数設けられ、これらによる加工後、巻き取りロール１３１に内面螺旋溝付管１３２が巻き取られる。

図１９に示す製造装置１２０によってアルミニウムまたはアルミニウム合金製の素管１２１をコイル状管材１２１ａに加工し、ストレッチャー１２８により引き延ばしてピンチロール１２９により直管状に成形することで、内面に直線溝を備えた素管１２１を内面に螺旋溝を備えた内面螺旋溝付管１３２に加工して巻き取ることができる。

ところが、図１９に示す製造装置１２０によって内面螺旋溝付管を製造した場合、得られる捻れ角は巻き取りロール１２２の径に依存し、一度の加工で大きな捻りを付与するには径を小さくする必要がある。しかしながら、小さい径のロールに中が中空の管を巻き取ると、管が偏平したり座屈するため、大き目の径に巻き取り、引き延ばすといった工程を複数回繰り返す必要があり、生産的でない。また、ロールに巻き取りする工程と引き延ばす工程で管が加工硬化するので、この加工硬化を除去するために熱処理工程が必要となり製造時間がより長くなる問題がある。
また、付与される捻れ角は前述したように、巻き取りするロール径だけでなく、そのコイル状に巻き取りされる際のピッチも大きく影響するが、一定ピッチのバネ状に加工するのが難しく、結果的に長手方向で捻れ角のバラツキが大きく、安定した捻れ角が付与できないといった問題点が挙げられる。それを複数回繰り返して行うことから、捻れ角のバラツキが更に大きくなりやすい。

本発明者は、従来の様々な製造方法について検討した結果、予め、直線溝を有した素管に、直接捻じ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。直線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熱交換特性に優れたハイスリムフィンタイプの溝形状も形成可能である。
ところが、特許文献２、及び特許文献３に記載の製造方法では、上述したように様々な問題を有していた。

また、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。

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、内面に直線の溝を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金製の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、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とその製造方法の提供および熱交換器の提供を目的とする。

本発明に係る内面螺旋溝付管は、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成されたアルミニウム製の素管に直接捻じり加工を付与して製造された内面螺旋溝付管であって、金属組織が、内面螺旋溝付管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは内面螺旋溝付管の外内周それぞれの表層の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り、長さ１ｍ〜長さ５ｍのいずれの長さの測定範囲においても前記溝の捻れ角のばらつきが±１°以下の範囲にばらついていることを特徴とする。
また、上記の内面螺旋溝付管において、前記捻れ角が１０°〜４５゜の範囲内の何れの角度に設定されていても良い。

また、上記の内面螺旋溝付管において、前記素管の金属組織が、前記素管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは前記素管の外内周それぞれの表層の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っても良い。

また、上記の内面螺旋溝付管において、焼き鈍しにより前記繊維状組織が平均結晶粒径８０μｍ以下の結晶粒組織とされていても良い。

また、上記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゜以下であっても良い。

また、上記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。

上記の内面螺旋溝付管に係る製造方法は、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成されたアルミニウム製の素管をコイル状に保持したドラムから巻き出して巻き出し側キャプスタンに巻き付けつつ、これらドラム及び巻き出し側キャプスタンをドラムの巻軸と直交する軸心に沿って回転させることにより、前記巻き出し側キャプスタンから前記素管を前記軸心回りに回転させながら巻き出す素管巻き出し工程と、巻き出された前記素管を引抜きダイスに通して縮径しながら捻りを付与して内面螺旋溝付管とする捻り引抜き工程とを備え、金属組織が、内面螺旋溝付管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは内面螺旋溝付管の外内周それぞれの表層の５％以下が再結晶組織の内面螺旋溝付管とし、しかも前記溝の捻れ角のばらつきが±１°以下とすることを特徴とする。

特許文献２に開示の技術のように、コイルから素管を単に送り出して、そのまま引抜きダイスを通すだけでは、コイルから巻き出された素管が引抜きダイスに入るまでの加工域の距離が長く、その間で局部的に屈曲したようによじれが発生して素管に座屈が生じ易いため、大きな捻りを付与することが出来ない。
内面螺旋溝付管を製造する場合、引抜きダイス前で巻き出し側キャプスタンに素管を巻き付け、且つ、巻き出し側のドラムと同期して巻き出し側キャプスタンを回転させているので、捻りを加える加工域の軸芯を、キャプスタンに巻き付けられた管の巻数分、巻き出しドラムからの素管巻き出し路からキャプスタンの回転軸と平行な方向にずらすことができるとともに、キャプスタンに巻き付け拘束されることで、素管の捻れる加工域長さを巻き出し側キャプスタンのトップの位置から引抜きダイス終端部までとより短い範囲で一定に制御することが可能で、素管の巻き出し速度と巻き出し側キャプスタンの公転速度（ここでの公転とは、前記、加工域軸芯を中心にした巻き出し側キャプスタンの回転を意味する）および引抜きによる縮径率を制御することで、素管長手方向に安定して一定の捻れ角を付与できるとともに、引抜きダイス手前のキャプスタンと引抜きダイスの距離を調整し、両者の距離を比較的短くするとともに、縮径率を大きくすることで、一度の巻き出しによる加工で大きな捻れ角を付与した際にも、座屈の発生を抑制することができる。

更に、ドラムから巻き出す際に、ドラムの軸の回転にパウダーブレーキ等のブレーキ装置で後方張力を付与すると共に、引抜き側キャプスタンを設けて前方張力を付与する機能をもつならば、素管に適切な張力を安定して付与することができるため、素管パスラインにたるみが無く、素管が芯ずれせずに引抜きダイスに入るため、偏肉の発生や座屈を防止できる。引抜きダイスに素管が入る際の芯ずれに関しては、引抜きダイス前後で素管をキャプスタンに拘束することでも、芯ずれを抑制する効果が得られている。

製造する内面螺旋溝付管の捻れ角は、素管の引抜き速度と巻き出し側キャプスタンの公転速度との関係で制御することができ、引抜き速度一定のもと、巻出し側キャプスタンの公転速度を上げると捻れ角は大きくなる。
なお、転造法のように只の丸管内部にプラグを入れて溝を転造する必要がないため、予め、捻り前の素管内壁に深い溝を形成しておくことで、本製造方法ではフィン高さが高く、フィンの頂角が小さいハイスリムフィンタイプの管の製造も精度良く容易に行うことができるとともに、素管加工後に管材内面の潤滑油洗浄を必要とせず、工数を削減できる。直線溝を形成した素管は、例えば、押出により容易に得ることが可能である。

また、上記の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記素管として、金属組織が、前記素管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは前記素管の外内周それぞれの表層の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アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる押出素管を用いても良い。

また、上記の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記引抜きダイスによる縮径率は５〜４０％としても良い。
引抜き加工と捻り加工を複合化すると、座屈を生じることなく捻れる最大捻れ角（以後、限界捻れ角と称す）の値が大きくなる。素管に捻り加工のみを行なった場合、素管の円周接線方向にせん断応力が付与され、素管が捻れるが、その時、素管の長手方向には圧縮応力が作用する。捻れ角の増加につれてこの圧縮応力は高くなり、その圧縮応力が座屈を生じる座屈応力を上回った場合に座屈に至る。引抜きには、引抜きによる素管長手方向への引張応力の付与で、この圧縮応力を低減する効果があり、座屈の発生を抑制できる。
本発明者らの試験では、縮径率を大きくするほど、限界捻れ角が向上する結果が得られている。
縮径率が小さ過ぎる場合は引抜きによる引張応力の効果が小さく、大きな捻れ角を得ることが難しいので、５％以上とするのが好ましい。一方、縮径率が大きくなり過ぎると素管が破断するおそれがあるので、４０％以下とするのが好ましい。

また、上記の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記巻き出し側キャプスタンに前記素管を巻き始める位置と前記巻き出し側キャプスタンから前記引抜きダイス側に前記素管を送り始める位置を前記巻き出し側キャプスタンの回転軸と平行な方向にずらすことにより、前記巻き出し側キャプスタンと前記引抜きダイスとの間を前記素管の捻り加工領域としても良い。

また、上記の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記引抜きダイスに前記素管を通して前記素管を捻りつつ縮径する際、前記素管に前方張力と後方張力を付加しても良い。

また、上記の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記引抜きダイスを通過した前記内面螺旋溝付管を引抜き側キャプスタンに巻き付けても良い。

また、上記の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記引抜き側キャプスタンから巻き出した前記内面螺旋溝付管を第２の引抜きダイスで整形しても良い。

また、上記の内面螺旋溝付管の製造方法において、前記ドラムから巻き出した前記素管を前記巻き出し側キャプスタンに到達する前に引抜きダイスにより真円状に整形しても良い。

また、上記の内面螺旋溝付管に係る熱交換フィンは、上記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、内面螺旋溝付管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは内面螺旋溝付管の外内周それぞれの表層の５％以下が再結晶組織とすることで、外周面にオレンジピールが生じない内面螺旋溝付管を提供できる。これにより、拡管した際のフィンとの密着性に優れ、且つ、内面側の溝形状の傾きが小さく、Ｏ材化のための焼き鈍し後においても拡管性に優れるアルミニウム製の内面螺旋溝付管を提供できる。
また、溝の捻れ角のばらつきが±１°以下であることで、長さ方向に亘って熱伝導効率が安定した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の製造装置の一実施形態を示す模式図。 同製造装置の要部拡大説明図。 同製造装置の巻き出し側キャプスタンに対する素管の巻き付け状態を模式的に示す平面図。 同製造装置に用いられる引抜きダイスの断面図。 内面に直線溝が形成された素管を説明する図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側断面図。 内面に螺旋溝が形成された内面螺旋溝付管の断面と一部を展開した状態を示す説明図。 本実施形態に係る内面螺旋溝付管を備えた熱交換器の一例を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図。 実施例において内面螺旋溝付管を製造した場合の加工域長さと限界捻れ角との関係を示すグラフ。 実施例において内面螺旋溝付管を製造した場合の引抜き時の縮径率と限界捻れ角との関係を示すグラフ。 実施例において内面螺旋溝付管を製造した場合の巻き出し側キャプスタンの公転速度と捻れ角の管径を示すグラフ。 実施例において製造した内面螺旋溝付管の一例の長さ方向測定位置と捻れ角の関係を示すグラフ。 実施例において製造した内面螺旋溝付管におけるフィン頂角とフィン頂幅を示す図。 実施例において製造した内面螺旋溝付管におけるフィン倒れ角を示す説明図。 実施例としての試料Ｎｏ．７で得られた内面螺旋溝付管を示すもので、（ａ）は内面螺旋溝付管の部分横断面の金属組織写真、（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、（ｃ）は内面螺旋溝付管の部分断面の溝形状を示す写真。 比較例としての試料Ｎｏ．８で得られた内面螺旋溝付管を示すもので、（ａ）は内面螺旋溝付管の部分断面の金属組織写真、（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、（ｃ）は内面螺旋溝付管の部分断面の溝形状を示す写真。 試料Ｎｏ．７と試料Ｎｏ．８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、（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、（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体を示す写真。 溝転造法を実施するための装置の断面図。 引抜きダイスを用いて内面螺旋溝付管を製造するための従来装置の一例を示す構成図。 ドラムの外周に素管を巻き付けてから引き伸ばすことにより内面螺旋溝付管を製造する装置の一例を示す構成図。

以下、本発明に係る内面螺旋溝付管の製造方法と製造装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、各図に示す製造装置と内面螺旋溝付管は、本発明の特徴をわかりやすくするため、要部となる部分を拡大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。
本実施形態の内面螺旋溝付管の製造装置Ａは、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝１１ａが周方向に間隔をおいて形成された素管１１（図５参照）に、一定の捻りを生じさせ、内面に螺旋溝を有する内面螺旋溝付管１１Ｒ（図６）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、螺旋フィン１１ｃの高さｔ（図１２、図１３参照）は、０．１〜０．４ｍｍ、フィン頂角θ_１（図１２、図１３参照）は１０〜３０゜、底肉厚ｄ（螺旋溝底の位置における管の肉厚、図１３参照）は０．３〜０．６ｍｍ、捻れ角θは、１５〜４０゜などである。なお、図６に示す内面螺旋溝付管１１Ｒにおいて、捻れ角θは、内面螺旋溝付管１１Ｒの直径の長さａと捻り周期ｂにおいて螺旋溝１１ｄの傾斜角として把握される。
また、内面螺旋溝付管１１Ｒの溝の捻れ角θのばらつきが±１°以下とされている。

素管１１は、後述するよう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。素管１１は、内面螺旋溝付管１１Ｒとほぼ同一断面形状を有し、かつ、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とされたことを特徴とする。

製造装置Ａは、図１に示すように、内面に直線溝１１ａによりフィン１１ｂが形成された素管１１をコイル状に巻き取った状態に保持するドラム２１と、このドラム２１から巻き出される素管１１を巻き付けながら、該素管１１を巻き出す巻き出し側キャプスタン２２と、これらドラム２１及び巻き出し側キャプスタン２２をドラム２１の巻軸２１ａと直交する軸心Ｃを中心として回転する回転手段２３と、巻き出し側キャプスタン２２から送り出される素管１１を通す引抜きダイス２４と、引抜きダイス２４を通って内面の直線溝が螺旋溝となった内面螺旋溝付管１１Ｒを巻き付けながら送り出す引抜き側キャプスタン２５と、引抜き側キャプスタン２５を経由した内面螺旋溝付管１１Ｒを通す第２の引抜きダイス２６と、この第２の引抜きダイス２６を経由した内面螺旋溝付管１１Ｒを巻き付ける第３のキャプスタン２７と、第３のキャプスタン２７から巻き出される内面螺旋溝付管１１Ｒを巻き取る巻き取りドラム２９とを備えている。

巻き出し側のドラム（以下、巻き出しドラムと称す）２１は、巻き出される素管１１を上記軸心Ｃに沿って案内するためのガイドプーリ３１および支持軸３１ａとともに第１フレーム３２に取り付けられている。この場合、巻き出しドラム２１は、回転自在に第１フレーム３２に支持されるとともに、巻き径によりブレーキ力を制御しながら一定の張力で素管１１を送り出すようになっている。符号３３は巻き出しドラム２１、ガイドプーリ３１等を一体に覆うカバーを示す。図１に示す構造ではドラム２１のブレーキ力は巻軸２１ａに接続するように設けられているトルク調節自在なパウダーブレーキ等のブレーキ装置１５により発生される。

また、この第１フレーム３２の前端部３４及び後端部３５は上記軸心Ｃに沿って軸状に延びており、これら前端部３４及び後端部３５が軸受３６を介し２つの脚部３７により水平に、かつ、軸心周りに回転自在に支持されて、第１フレーム３２が回転自在とされている。第１フレーム３２の前端部３４は、脚部３７より前方に突出しており、その突出端部に巻き出し側キャプスタン２２を保持する第２フレーム３８が固定されている。したがって、この第２フレーム３８は第１フレーム３２に対して固定状態とされ、巻き出し側キャプスタン２２ごと、上記軸心Ｃを中心として回転自在に支持されている。
第１フレーム３２は、ドラム２１の巻軸２１ａを支持する矩形枠状の主フレーム３２ａと主フレーム３２ａの一側から先窄まり状に延出形成された側面視等脚台形状の副フレーム３２ｂと、副フレーム３２ｂの先端側に延出形成された軸型の前端部３４と、主フレーム３２ａの後端側に延出形成された軸型の後端部３５からなる。
第１フレーム３２の前端部３４は、一方の脚部３７より更に前方に突出されており、その突出端部に巻き出し側キャプスタン２２を保持する第２フレーム（巻き出し側フレーム）３８が固定されている。したがって、第２フレーム３８は第１フレーム３２に対し一体化され、巻き出し側キャプスタン２２とともに、水平な軸心Ｃを中心として軸心周りに回転自在に支持されている。

また、第１フレーム３２の後端部３５は、脚部３７より後方に突出されており、その突出端部の下方にモーター等の駆動部３９が設けられている。この駆動部３９の回転軸には無端ベルト等の伝達装置３９ａの一端が巻き掛けられており、伝達装置３９ａの他端が前記後端部３５の突出端に巻き掛けられている。このため、駆動部３９の回転軸の回転力を後端部３５の突出端に伝達し、第１フレーム３２及び第２フレーム３８を回転することができる。
この駆動部３９により第１フレーム３２及び第２フレーム３８を一体に回転させる構成であり、駆動部３９、両フレーム３２、３８、軸受３６、脚部３７等により、巻き出しドラム２１と巻き出し側キャプスタン２２とを上記軸心Ｃを中心に一体に回転する回転手段２３が構成される。

巻き出し側キャプスタン２２は、図示例では、従動ローラー４１を備えており、この従動ローラー４１との間で素管１１を複数ターン掛け回すように巻き付けた状態として再度上記軸心Ｃに沿って送り出すようにしている。素管１１はキャプスタン２２に数周分巻き付けられることにより、図３に示すように、素管１１は、巻き出しドラム２１からの巻き出し路とはキャプスタン２７の回転軸と平行な方向にずれた軸心（後述する加工域の軸心）Ｃ１に沿って送り出される。素管１１は数周分巻き付けられるので、安定した張力で巻き出される。
なお、図２は図１に示す製造装置Ａのうち、引抜きダイス２４の前後に設けられている巻き出し側キャプスタン２２と引抜き側キャプスタン２５を主体として素管１１との相対関係を主体に描いた図であり、図２では従動ローラー４１、４３の記載を略している。
また、図２に示すようにキャプスタン２２の頂上位置と引抜きダイス２４の出口部分との間の長さＬの領域が加工域とされる。

この場合、従動ローラー４１は、上記軸心Ｃ（素管１１の走行路）から退避した位置に設けられており、図示例の場合は、巻き出し側キャプスタン２２に対して軸心Ｃ（素管１１の走行路）と垂直となるように配置されている。また、キャプスタン２２と従動ローラー４１とは平行ではなく、キャプスタン２２の軸心に対して従動ローラー４１の軸心が交差する方向に配置されており、このような配置とされていることにより、巻き付けられる素管同士の重なりを防止して、作製される内面螺旋溝付管の表面スリ傷、破断、座屈の発生を効果的に抑制することができる。
また、脚部３７の中の軸受３６の中に、捻り加工前の素管１１の真円を回復するための引抜きダイス１６を有している。
コイル状に巻かれた素管１１は、素管同士の接触で偏平状に変形している。変形したまままの形状で引抜きを行なうと、引抜きダイス２４に偏平な素管１１が均一に接触せず、捻りの付与で座屈してしまう。従って、真円度を長径／短径の比が１．２以内になるように、縮径率０．５〜３％の引抜きを行なう。この縮径率は、（引抜き前の素管１１の外径−引抜き後の内面螺旋溝付管の外径）／引抜き前の素管の外径の百分率により求められる。

引抜きダイス２４は、巻き出し側キャプスタン２２から巻き出された直後の素管１１を通すように上記軸心Ｃ１上に配置される。具体的には、引抜き側キャプスタン２５が巻き出し側キャプスタン２２と素管１１の走行路を上記軸心Ｃ１と一致させた状態に配置され、これら両キャプスタン２２、２５の間に引抜きダイス２４が配置されている。引抜き側キャプスタン２５は、モーター装置Ｍ１によりモーター駆動で回転する。この場合、引抜き側キャプスタン２５は、架台４２に支持されており、その架台４２の前端部に引抜きダイス２４も一体に固定されている。
また、引抜き側キャプスタン２５は、巻き出し側キャプスタン２２と同様に、従動ローラー４３を備えており、この従動ローラー４３との間で内面螺旋溝付管１１Ｒを複数ターン掛け回すように巻き付けた状態として上記軸心Ｃ１と平行に送り出すようにしている。内面螺旋溝付管１１Ｒはキャプスタン２５に数周分巻き付けられる。この引抜き側キャプスタン２５において、内面螺旋溝付管１１Ｒは、両キャプスタン２２、２５の間の軸心Ｃに対してキャプスタン２５の回転軸と平行な方向にずれて送り出される。

この場合も、従動ローラー４３は、上記軸心Ｃ１（内面螺旋溝付管１１Ｒの走行路）から退避した位置に設けられており、引抜き側キャプスタン２５に対して軸心Ｃ１（内面螺旋溝付管１１Ｒの走行路）と垂直となるように配置されている。したがって、この引抜き側キャプスタン２５とその上流の巻き出し側キャプスタン２２との間隔が狭められ、その間での素管１１の捻り加工領域が短くなることにより、座屈の発生を効果的に抑制することができる。

引抜きダイス２４は、図４に示すように素管１１を挿通させるダイス孔２４ａを有しており、素管１１の外径を減少させる空引きを行う。その引抜きダイス２４における縮径率は５〜４０％とされる。縮径率が小さ過ぎる場合は引抜きによる効果が乏しく、大きな捻れ角を得ることが難しいので、５％以上とするのが好ましい。一方、縮径率が大きくなり過ぎると加工限界で破断を生じ易くなるので、４０％以下とするのが好ましい。

また、この実施形態では、引抜き側キャプスタン２５の下流位置に、架台４４に支持された第３のキャプスタン２７が備えられており、引抜き側キャプスタン２５と第３のキャプスタン２７との間に第２の引抜きダイス２６が設けられている。第３のキャプスタン２７は、モーター装置Ｍ２によりモーター駆動で回転する。この第２の引抜きダイス２６は、前段の引抜きダイス２４を通過することにより形成された内面螺旋溝付管１１Ｒのスキンパス用に設けられるもので、引抜きによる断面の変化は少なく、表面及び寸法が仕上げ整形されるとともに内面螺旋溝付管１１Ｒの真円度が回復する。

第３のキャプスタン２７の構成は前述の他のキャプスタン２２、２５と同様であり、内面螺旋溝付管１１Ｒは、従動ローラー４５との間で複数ターン掛け回すように巻き付けた状態として巻き出される。従動ローラー４５が軸心Ｃ（内面螺旋溝付管１１Ｒの走行路）から退避するように配置され、第３のキャプスタン２７に対して軸心Ｃ（内面螺旋溝付管１１Ｒの走行路）に垂直となるように配置されている点は、他の従動ローラー４１、４３と同様である。
巻き取りドラム２９は、内面螺旋溝付管１１Ｒを一定の張力で巻き取るものであり、回転のための駆動部４６を備えている。

次に、このように構成した製造装置Ａ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。
予め、押出により、図５に示すように、内面に長さ方向に沿う複数の直線溝１１ａが周方向に間隔をおいて形成された素管（押出素管）１１を作製する（素管押出工程）。
本実施形態で用いる素管１１は、金属組織が素管１１の長さ方向に沿う繊維状組織となっているか、若しくは、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とされている。
この素管１１は、押出速度の制御と押出装置のビレット中の温度制御により実現できる。押出速度の制御は、通常材料において、４０ｍ／ｍｉｎ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、素管１１を構成するアルミニウム合金の金属の組織を全て素管１１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に制御することができる。

次に、上述の金属組織となっているこの素管１１を巻き出しドラム２１にコイル状に保持しておき、この巻き出しドラム２１から巻き出した素管１１を巻き出し側キャプスタン２２に巻き付けつつ、回転手段２３によってフレーム３２、３８と一体に巻き出しドラム２１及び巻き出し側キャプスタン２２を軸心Ｃ回りに回転させることにより、巻き出し側キャプスタン２２から素管１１を回転させながら巻き出す（素管巻き出し工程）。

巻き出された素管１１を引抜きダイス２４に通した後に、引抜き側キャプスタン２５に巻き付けることにより、素管１１を引抜き加工して縮径する（素管引抜き工程）。この素管引抜き工程により、素管１１に捻りが付与され、内面に螺旋溝が形成された内面螺旋溝付管１１Ｒとなる。
この場合、捻りにより素管１１には円周接線方向にせん断応力が作用し捻れ角が付与されるが、同時に素管１１の長手方向には捻りに伴う圧縮応力が作用し、その値が座屈応力を超えた場合に座屈が生じるが、引抜き加工による素管長手方向への引張応力により、圧縮応力を低減できるため、座屈の発生を抑制できる。

引抜きダイス２４の前後でそれぞれのキャプスタン２２、２５に素管１１あるいは内面螺旋溝付管１１Ｒを巻き付けているので、ドラム巻き出し軸及び最終ドラム巻き取り軸と捻りを加える加工域の軸心Ｃ１が、巻き出し側キャプスタン２２に巻き付けられた素管１１の周数分キャプスタン２２の回転軸と平行な方向にずれるとともに、前後のキャプスタン２２、２５に巻き付け拘束されることで、素管１１の加工域長さは図２、図４に示すように、巻き出し側キャプスタンのトップの位置から引抜きダイス最終端部の位置までの距離Ｌと一定に制御が可能となる。加工域の長さが長いほど、座屈応力は小さくなり、その結果、わずかな捻りにおいても座屈を生じやすくなることからキャプスタン２２、２５の距離を調整しできる限りその距離を短くすることで、大きな捻れ角を付与した際にも、座屈の発生を抑制することが出来る。
引抜きダイス２４の終端部から引抜き側キャプスタン２５の位置が離れすぎると、キャプスタン２５に内面螺旋溝付管１１Ｒを巻き付けてはいるものの、その拘束力が弱くなり、引抜きダイス２４から内面螺旋溝付管１１Ｒが出た後にも内面螺旋溝付管１１Ｒが回転し、その場合、長手方向で加工域の長さが変化し、長手方向の捻れ角がばらつく要因になる。

両キャプスタン２２、２５の間隔を狭くしすぎた場合、引抜きダイス２４を支持する架台４２にキャプスタン２２、２５が接触してしまうので、接触しない範囲で狭いのが好ましい。両キャプスタン２２、２５の径は、１００ｍｍ以上が好ましい。１００ｍｍ未満では、それぞれのキャプスタン２２、２５に巻き付けた際に素管が座屈または偏平するおそれがある。逆に９００ｍｍ以上にすると前述したようにキャプスタン２２、２５の距離が広すぎて座屈を生じやすくなる。
なお、内面螺旋溝付管の捻れ角は、巻き出し側キャプスタン２２の公転速度と素管１１の巻き出し速度との関係により定められる。

この引き抜き加工により形成された内面螺旋溝付管１１Ｒを引抜き側キャプスタン２５から巻き出し、第３のキャプスタン２７に巻き付けながら、これら両キャプスタン２５、２７の間で第２の引抜きダイス２６に内面螺旋溝付管１１Ｒを挿通することにより、表面を整形する（仕上げ引抜き工程）。素管引抜き工程において内面螺旋溝付管１１Ｒに若干のつぶれ等の変形が生じていた場合でも、この仕上げ引抜き工程を経ることにより、その変形も修正して、所定の真円度の内面螺旋溝付管１１Ｒとすることができる。
最後に内面螺旋溝付管１１Ｒは巻き取りドラム２９に巻き付けられる（巻き取り工程）。
巻き取りドラム２９は、引抜き側キャプスタン２５およびキャプスタン２７と同期してモーター駆動で回転する。

以上のように、巻き出し側キャプスタン２２と引抜き側キャプスタン２５との間で一定の張力を付与した状態で素管１１を回転させながら引抜き加工することにより、座屈を生じることなく、大きな捻れ角の内面螺旋溝付管１１Ｒを製造することができる。特に内部にプラグ等を入れた転造加工を行う必要がないため、予め、押出加工時に素管１１の内壁に頂角の小さい高いフィン１１ｂを形成しておくことで、そのフィン１１ｂをつぶすことなく素管１１を捻ることができ、スリムフィンタイプの内面螺旋溝付管１１Ｒを製造することができるとともに、加工後、特に管材の内面の洗浄を必要としない。

また、上述の製造工程において、ブレーキ装置１５による後方張力とモーター装置Ｍ２の回転トルク制御による前方張力とにより、素管１１には、捻りが付与される際に一定の張力が加わる。これにより、巻き出し側キャプスタン２２から引抜きダイス２４までの加工域で一定の張力を加えながら捻りを加えることが可能となり、素管１１に一定な捻れ角を付与できる。より具体的には、内面螺旋溝付管１１Ｒの溝の捻れ角のばらつきを、目標値から±１°以下（即ち、ばらつきを±１°以下）とすることができる。

上述の工程で得られた内面螺旋溝付管１１Ｒは、螺旋フィン１１ｅの成形精度が良好であり、長尺の内面螺旋溝付管１１Ｒを製造した場合であっても、その長さ方向に均一な捻れ角、フィン高さ、フィン頂角、フィン頂幅の螺旋フィン１１ｅを備えた内面螺旋溝付管１１Ｒを得ることができる。
以上のような高精度の螺旋溝１１ｄと螺旋フィン１１ｅを備えた内面螺旋溝付管１１Ｒを用いて熱交換器を組み立てるならば、熱交換効率の良い、高性能な熱交換器を提供できる。

また、内面螺旋溝付管１１Ｒは、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とされた素管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８０μｍ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。

図７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７に示す熱交換器８０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７（ｂ）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７に示す熱交換器８０が構成されている。

図７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７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を提供できる。
また、例えば、内面螺旋溝付管１１Ｒの外径が１０ｍｍ以下と小さく、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる内面螺旋溝付管１１Ｒを用いて熱交換器８０を構成すると、小型高性能であり、リサイクル時にフィン材８２と内面螺旋溝付管８１の分離が不要であって、リサイクル性に優れた熱交換器を提供できる。

「実施例１」
外径１０ｍｍ、内径９．１ｍｍ、内面に直線溝が形成された３００３アルミニウム合金素管を用いて内面螺旋溝付管の製造を行った。
素管は、外径１０ｍｍ、内径９．１ｍｍの３００３押出まま材を用い、内面の直線溝の数は４５個（８°／１山）で、これら直線溝により形成されるフィンの高さが０．２８ｍｍ、フィンの頂角が１０°であるものを用いた。この素管を用いて、引抜きダイスの孔径が７．５ｍｍ、縮径率２５％、引抜き速度が５ｍ／ｍｉｎの条件で引抜き加工を行った。

まず、加工域長さと巻き出し側キャプスタンの公転速度を上げて限界捻れ角（座屈を生じないで捻れる最大捻れ角）の関係を調べたところ、図８に示す結果となった。
この図８に示されるように、両者の間には相関が認められ、加工域長さが短くなるにつれて限界捻れ角の値は指数関数的に増大する傾向を示した。加工域長さ１８０ｍｍでは座屈に至っておらず、参考データである。
加工域長さを２２０ｍｍとして上記の条件で作製した素管引抜き工程後の内面螺旋溝付管は、外径が７．５ｍｍとなり、内面に捻れ角が３０°の螺旋溝が形成されていた。仕上げ引抜き工程後では、第３の引抜きダイスを通すことにより、捻れ角がわずかに小さくなることから、最終的に、外径が７．２ｍｍで、内面螺旋溝の捻れ角は２８°となった。
また、内面に直線の溝を設けた外径Φ１０、内径Φ９．１の３００３アルミニウム合金素管を用いて、加工域長さ２２０ｍｍ、引抜速度５ｍ／ｍｉｎで、巻き出し側キャプスタンの公転速度を変量し、引抜き時の縮径率が限界捻れ角（座屈を生じずに捻れる最大捻れ角）に及ぼす影響を調べた結果、図９に示す結果となった。
この図９に示されるように、両者の間には相関が認められ、引抜き時の縮径率を大きくするにつれて限界捻れ角が大きくなる傾向が認められる。

次に、内面に直線溝を設けた外径φ＝１０ｍｍ、内径φ＝９．１ｍｍの３００３アルミニウム合金からなる素管を用い、図１に示す装置を用いて引抜き時の捻れ角と巻き出し側フレームの回転速度の関係を調べた結果、図１０に示す結果が得られた。
図１０は、加工域長さ２２０ｍｍ、３０％リダクションで外径φ７．５ｍｍ、内径φ６．６ｍｍ、引抜速度１０ｍ／ｍｉｎの条件において捻れ角と巻き出し側キャプスタン回転速度の関係を示している。
巻き出し側フレームの回転速度と捻れ角は比例する関係となり、巻き出し側フレームの回転速度を変量することにより、捻れ角の変量が可能であることが判った。

「実施例２」
次に、内面に直線溝を設けた外径φ＝１０ｍｍ、内径φ＝９．１ｍｍの３００３アルミニウム合金からなる素管を用い、図１に示す装置を用いて、加工域長さ２２０ｍｍ、３０％リダクション、引抜速度１０ｍ／ｍｉｎ、巻き出し側キャプスタンの公転速度１８０ｒｐｍで、外径φ７．５ｍｍ、内径φ６．６ｍｍの製造条件にて、２０゜の内面螺旋溝を有する長さ７７８ｍの内面螺旋溝付管を製造した。その内面螺旋溝付管の一部を長さ５ｍにわたり、切り出し、切り出した内面螺旋溝付管の長さ方向における捻れ角の分布を調べた。その結果を図１１に示す。
図１１に示す結果から、図１に示す製造装置を用いて形成した内面螺旋溝付管は、長手方向で安定した捻れ角の付与ができていた。また、捻れ角のばらつきは、±０．５゜の範囲内に納まっており、極めて優秀な精度で管材の長手方向に均一な捻れ角を付与できていることが判った。

「実施例３」
次に、内面に直線溝を設けた外径φ＝１０ｍｍ、内径φ＝９．０ｍｍの３００３アルミニウム合金からなる素管を用い、図１に示す装置を用いて２５゜の内面螺旋溝を有する長さ７７８ｍの内面螺旋溝付管を製造した。この製造は、引抜きリダクション３０％、加工域長２２０ｍｍ、外形φ７ｍｍの捻り管を引抜速度１０ｍ／ｍｉｎ、巻き出し側キャプスタンの公転速度２５０ｒｐｍの条件で作製した。
長さ７７８ｍの内面螺旋溝付管について、加工開始位置から、長さ方向に１０ｍ、１９５ｍ、３８９ｍ、５８４ｍ、７７５ｍの各位置において捻れ角（゜）、外径（ｍｍ）、底肉厚（ｍｍ）、フィン高さ（ｍｍ）、フィン頂幅（ｍｍ）、フィン頂角（゜）を測定した結果を以下の表１に示す。
フィン頂角θ_１とは、図１２に示す等脚台形状のフィンにおいて、左右の斜辺がなす角度であり、フィン頂幅とはフィン頂部分の幅である。フィン高さはフィン底部からフィン頂部までの高さとした。
底肉厚ｄとは、図１３に示すように螺旋溝１１ｄの部分に相当する内面螺旋溝付管１１Ｒの肉厚を示す。なお、内面螺旋溝付管１１Ｒは断面円形のため、正確には図１３に示すようにフィン１１ｃの底辺の中央点とフィン１１ｃの頂辺の中央点どうしを結ぶ高さｔとして計測している。
また、得られた内面螺旋溝付管のそれぞれの測定位置の部分から長さ１４０ｍｍにわたり管を切り出し、切り出した管をそのまま試験片として用い、ＴＳ（引張り強さ）、ＹＳ（耐力）、ＥＬ（伸び）を測定した。

表１に示す試験結果から、図１に示す装置で製造した内面螺旋溝付管は約７７８ｍの長さの内面螺旋溝付管であっても、その長さ方向に均一な捻れ角、外径、底肉厚、フィン高さ、フィン頂幅、フィン頂角を示すことが明らかである。捻れ角については、目標の角度２５゜に対し、±０．５゜の範囲内に納まっていた。
また、得られた内面螺旋溝付管は長さ方向についてＴＳ、ＹＳ、ＥＬのばらつきも小さく、均一に加工されていることが判る。

「実施例４」
次に、以下の表２に示す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（Ｒｍａｘ）について測定し、評価した。拡管率は、拡管試験前後における外径拡管率（分母は拡管前）を示す。
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１３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１３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１３の右側のフィン１１ｃは変形しているので、フィン倒れ角θ_２は０゜となる。なお、図１３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。また、図１３に参考としてフィン頂角θ_１を表記しておく。

拡管試験は、１００ｋＮ引張試験機のチャック部に拡管プラグを取り付けて拡管プラグを内面螺旋溝付管１１Ｒに挿入することで行った。拡管試験において内面螺旋溝付管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。拡管プラグは、最外径部の直径が５．９ｍｍであり、超硬合金からなるものを用いた。また、拡管プラグ７６の挿入速度は、２８５ｍｍ／ｍｉｎとした。

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（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．４、５、６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９゜を超えて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。

「実施例５」
次に前述の製造装置と製造方法により得られる内面螺旋溝付管の横断面金属組織および外観の状態を調査した。
外径１０ｍｍ、内径８．８６ｍｍ、内面に直線溝が形成された３００３アルミニウム合金の素管を用い、図１に示す製造装置を用いて長さ５ｍの内面螺旋溝付管を製造した。
製造に用いた素管は平均結晶粒サイズを押出条件にて調整し、平均結晶粒サイズが８０μｍの結晶粒組織を有する押出素管を用いた。素管の結晶粒径は、素管の長さ方向３箇所から試料を切り出し、顕微鏡観察した結果の平均値である。
用いた素管は、内面の直線溝の数を３６条、これら直線溝により形成されるフィンの高さを０．２６ｍｍ、フィン頂角を１０゜とした。その他の製造条件は実施例１と同等である。

このような内面螺旋溝付管において、金属組織を全面繊維状組織に形成した素管を用いて得られた内面螺旋溝付管を試料Ｎｏ．７とする。また、平均結晶粒サイズが１４０μｍの結晶粒組織を有する素管を用いて得られた内面螺旋溝付管を試料Ｎｏ．８とする。

試料Ｎｏ．７（全面繊維状組織）の内面螺旋溝付管の断面の金属組織の拡大を図１４（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１４（ｂ）に示し、同内面螺旋溝付管の横断面の溝形状を図１４（ｃ）に示す。
また、試料Ｎｏ．８（平均結晶粒サイズ１４０μｍの結晶粒組織）の内面螺旋溝付管の断面の金属組織の拡大を図１５（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１５（ｂ）に示し、同内面螺旋溝付管の横断面の溝形状を図１５（ｃ）に示す。

図１４に示す試料Ｎｏ．７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。図１６（ａ）に試料Ｎｏ．７の内面螺旋溝付管の表面状態を示すが、表面は平滑な状態であることがわかる。
これに対し、図１５に示す試料Ｎｏ．８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１５（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。図１６（ｂ）に試料Ｎｏ．８の内面螺旋溝付管の表面状態を示すがオレンジピールの発生を含めて表面が肌荒れ状態であることが分かる。
図１６は試料Ｎｏ．７の内面螺旋溝付管と試料Ｎｏ．８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１６（ａ）に示すように試料Ｎｏ．７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１６（ｂ）に示すように試料Ｎｏ．８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、金属組織を全面繊維状組織に形成した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。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

Ａ 内面螺旋溝付管の製造装置
１１ 素管
１１ａ 直線溝
１１ｂ フィン
１１Ｒ 内面螺旋溝付管
２１ ドラム（巻き出しドラム）
２１ａ 巻軸
２２ 巻き出し側キャプスタン
２３ 回転手段
２４ 引抜きダイス
２４ａ ダイス孔
２５ 引抜き側キャプスタン
２６ 第２の引抜きダイス
２７ 第３のキャプスタン
２９ 巻き取りドラム
３１ ガイドプーリ
３２ フレーム（第１フレーム）
３８ 第２フレーム
Ｃ 軸心（回転手段の軸心）
Ｃ１ 軸心（加工域の軸心）

Claims (15)

1. 内面に長さ方向に沿う複数の直線溝が周方向に間隔をおいて形成されたアルミニウム製の素管に直接捻じり加工を付与して製造された内面螺旋溝付管であって、
   金属組織が、内面螺旋溝付管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは内面螺旋溝付管の外内周それぞれの表層の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り、
   長さ１ｍ〜長さ５ｍのいずれの長さの測定範囲においても前記溝の捻れ角のばらつきが±１°以下の範囲にばらついていることを特徴とする内面螺旋溝付管。
2. 前記捻れ角が１０°〜４５゜の範囲内の何れの角度に設定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. 前記素管の金属組織が、前記素管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは前記素管の外内周それぞれの表層の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ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内面螺旋溝付管。
4. 焼き鈍しにより前記繊維状組織が平均結晶粒径８０μｍ以下の結晶粒組織とされたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の内面螺旋溝付管。
5. 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１〜４のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管。
6. 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１〜５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直線溝が周方向に間隔をおいて形成されたアルミニウム製の素管をコイル状に保持したドラムから巻き出して巻き出し側キャプスタンに巻き付けつつ、これらドラム及び巻き出し側キャプスタンをドラムの巻軸と直交する軸心に沿って回転させることにより、前記巻き出し側キャプスタンから前記素管を前記軸心回りに回転させながら巻き出す素管巻き出し工程と、巻き出された前記素管を引抜きダイスに通して縮径しながら捻りを付与して内面螺旋溝付管とする捻り引抜き工程とを備え、
   金属組織が、内面螺旋溝付管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは内面螺旋溝付管の外内周それぞれの表層の５％以下が再結晶組織の内面螺旋溝付管とし、しかも前記溝の捻れ角のばらつきが±１°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. 前記素管として、金属組織が、前記素管の全厚さに亘り繊維状組織であるか、若しくは前記素管の外内周それぞれの表層の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アルミニウムまたはアルミニウム合金からな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. 前記引抜きダイスによる縮径率は５〜４０％とすることを特徴とする請求項７又は８に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
10. 前記巻き出し側キャプスタンに前記素管を巻き始める位置と前記巻き出し側キャプスタンから前記引抜きダイス側に前記素管を送り始める位置を前記巻き出し側キャプスタンの回転軸と平行な方向にずらすことにより、前記巻き出し側キャプスタンと前記引抜きダイスとの間を前記素管の捻り加工領域とすることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
11. 前記引抜きダイスに前記素管を通して前記素管を捻りつつ縮径する際、前記素管に前方張力と後方張力を付加することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
12. 前記引抜きダイスを通過した前記内面螺旋溝付管を引抜き側キャプスタンに巻き付けることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
13. 前記引抜き側キャプスタンから巻き出した前記内面螺旋溝付管を第２の引抜きダイスで整形することを特徴とする請求項１２に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
14. 前記ドラムから巻き出した前記素管を前記巻き出し側キャプスタンに到達する前に引抜きダイスにより真円状に整形することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
15. 請求項１〜６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。