JP2019018224A - 内面螺旋溝付管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な工程により溝のねじれ角を大きくすることができる内面螺旋溝付管の製造方法を提供する。【解決手段】内面螺旋溝付管１を製造するにあたっては、まず、内表面から突出し、管軸２０に平行な方向に延設された多数のフィン２１と、フィン２１同士の間に形成された溝２２とを備えた素管２を準備する。次いで、素管２に、管軸２０を中心とするねじりモーメントを付与しながら管軸２０に直交する方向へ曲げる曲げ加工を施すことにより、フィン２１及び溝２２を管軸２０の周囲を旋回するらせん状に塑性変形させる。以上により、管軸１０の周囲を旋回するらせん状のフィン１１及び溝１２を備えた内面螺旋溝付管１を得ることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、内面螺旋溝付管及びその製造方法に関する。

冷凍機器や空調機器等に組み込まれる蒸発器や凝縮器等の熱交換器は、内部に冷媒を流通させる伝熱管を有している。この種の伝熱管として、管の内表面から突出している多数のフィンと、フィン同士の間に形成された溝とを備えた内面溝付管がある。管の内表面に設けられた溝は、管内部の表面積を増加させる、冷媒を攪拌する、毛細管現象により管の内表面に液膜を保持しやすくする等の効果を奏する。内面溝付管は、これらの効果により、管内部の冷媒を効率よく蒸発または凝縮させることができる。

従来、内面溝付管としては、銅材からなり、転造加工によって内表面にらせん状のフィン及び溝が設けられた内面螺旋溝付管が多用されている。しかし、近年では、銅管に替えて、素材コストが銅に比べて低く、リサイクルが容易なアルミニウム材（アルミニウム及びアルミニウム合金を含む。以下同じ。）からなる内面螺旋溝付管の需要が増加しつつある。

アルミニウム材からなる管は、銅管に比べて転造加工性が低いため、転造加工により管の内面にらせん状の溝及びフィンを形成することが難しい。そのため、管軸に平行な方向に延設された直線状の溝及びフィンを有する素管を準備し、この素管に管軸を中心とするねじり加工を施すことにより、管の内面の溝及びフィンをらせん状に変形させる技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、内面に直線溝を有する管を素管とし、引抜きダイスの手前側でねじって引抜きを行う内面螺旋溝付管の製造方法が記載されている。素管を構成するアルミニウム材は、引抜きダイスにおいて外径を縮小する縮管加工が施される際に塑性流動する。そのため、管軸を中心として回転させながら素管に縮管加工を施すことにより、上記の塑性流動を利用して管の内面の溝及びフィンをらせん状に変形させることができる。

しかし、素管に縮管加工を施す場合、加工硬化により内面螺旋溝付管の硬度が素管に比べて高くなる。特許文献２及び特許文献３には、内面螺旋溝付管を焼き鈍しすることにより、縮管加工時の加工硬化を解消する技術が記載されている。

特開平１０−１６６０８６号公報 特開２０１４−１４０８９６号公報 特開２０１４−１４０８９７号公報

特許文献１〜３の製造方法では、上述したように、引抜きダイス内でのアルミニウム材の塑性流動を利用し、引抜きダイスの入口側において素管の内面の溝及びフィンをらせん状に変形させている。これらの方法において、引抜きダイスを通過した内面螺旋溝付管は、素管よりも外径が縮小された分、素管に比べて管軸方向に引き伸ばされている。そのため、内面螺旋溝付管における溝のねじれ角は、引抜きダイスの入口側における溝のねじれ角よりも小さくなる。このように、特許文献１〜３のような縮管加工を伴うねじり加工は、縮管加工の際に溝のねじれ角が減少するため、本質的に加工効率が低いという問題がある。

また、特許文献２〜３には、素管への回転の付与と縮管加工とを繰り返し行うことにより、溝のねじれ角を大きくする技術も記載されている。縮管加工が施されると、外径の縮小に応じて溝の幅が狭くなるとともに、溝同士の間に介在するフィンの高さが低くなる。その反面、溝の底部における肉厚は、外径の縮小に対応して減少せず、かえって縮管加工によって増大する。

このように、縮管加工においては、素管全体の寸法が一様に縮小するわけではなく、素管の位置によって寸法変化の態様が異なるため、内面螺旋溝付管の断面形状が素管の断面形状から変化する。そのため、素管への回転の付与と縮管加工とを繰り返し行う場合には、最終的に得られる内面螺旋溝付管の断面形状が所望の形状とは異なる形状となり、伝熱性能の悪化を招くおそれがある。

また、例えば内面螺旋溝付管において、溝の底部の肉厚を薄くしようとする場合には、素管における溝の底部の肉厚を内面螺旋溝付管よりも更に薄くする必要がある。この場合には、素管の断面が楕円状や長円状等の偏平な形状になりやすく、製造コストの増大や内面螺旋溝付管の品質のバラつきの増大を招くおそれもある。

更に、素管への回転の付与と縮管加工とを繰り返し行う場合には、縮管加工が完了する度に焼き鈍しを行って加工硬化を解消する必要があるため、工程数の増大及び製造設備の複雑化を招くおそれがある。また、製造設備の複雑化に伴い、設備コスト及びランニングコストの増大等の問題を生じるおそれもある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、簡素な工程により溝のねじれ角を大きくすることができる内面螺旋溝付管の製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、内表面から突出し、管軸に平行な方向に延設された多数のフィンと、前記フィン同士の間に形成された溝と、を備え、アルミニウム材からなる素管を準備し、
前記素管に、前記管軸を中心とするねじりモーメントを付与しながら前記管軸に直交する方向へ曲げる曲げ加工を施すことにより、前記フィン及び前記溝を前記管軸の周囲を旋回するらせん状に塑性変形させる、
内面螺旋溝付管の製造方法にある。

前記内面螺旋溝付管の製造方法においては、管軸に平行な方向に延設された多数のフィンと、フィン同士の間に形成された溝とを有する素管を準備し、この素管に、管軸を中心とするねじりモーメントを付与しながら管軸に直交する方向へ曲げる曲げ加工を施す。このように、曲げ加工において、素管にねじりモーメントと曲げモーメントとを同時に付与することにより、曲げモーメントを付与しない場合に比べて小さいねじりモーメントで素管を塑性変形させることができる。その結果、素管の内表面に設けられた直線状のフィン及び溝を管軸の周りを旋回するらせん状に塑性変形させ、内面螺旋溝付管を得ることができる。

前記製造方法は、縮管加工によらずにフィン及び溝をらせん状に塑性変形させることができる。そのため、溝のねじれ角の減少、素管からの断面形状の変化、製造工程の複雑化及び製造コストの増加等の、縮管加工を伴う従来の製造方法における種々の問題を回避し、簡素な工程により溝のねじれ角が大きい内面螺旋溝付管を作製することができる。

実施例１における、内面螺旋溝付管の製造方法の説明図である。 図２における、第１ロールベンダーの拡大図である。 実施例２における、素管の管軸に垂直な断面の断面図である。 比較例２における、縮管加工時の素管の断面図である。

前記製造方法において、内面螺旋溝付管の素材となる素管は、内表面から突出している多数のフィンと、フィン同士の間に形成された溝とを有している。また、素管におけるフィン及び溝は、管軸に平行な方向に延設された直線状を呈している。素管の外径、溝の底部の肉厚、フィンの条数、高さ及び頂角は、得ようとする内面螺旋溝付管の外径等に応じて適宜設定することができる。

具体的には、素管の外径は、例えば５〜１０ｍｍの範囲から適宜設定することができる。また、溝の底部の肉厚は、０．３０〜０．７０ｍｍの範囲から適宜設定することができる。

また、前記曲げ加工が施された素管をそのまま内面螺旋溝付管とする場合には、内面螺旋溝付管の断面形状は、素管の断面形状とほとんど同一の形状となる。それ故、この場合には、素管の外径、溝の底部の肉厚、フィンの条数、高さ及び頂角を、内面螺旋溝付管において所望する値に設定すればよい。

素管は、押出加工により製造された押出材であってもよい。また、素管を構成するアルミニウム材の化学成分は、内面溝付管の用途や所望する特性に応じて公知のアルミニウム及びアルミニウム合金から選択することができる。例えば、アルミニウム材としては、ＪＩＳ Ａ３００３合金等の３０００系アルミニウム合金や、１０００系アルミニウムを使用することができる。強度及び加工性の観点からは、アルミニウム材として３０００系アルミニウム合金を採用することが好ましい。

素管のフィン及び溝をらせん状に塑性変形させるに当たっては、前述したように、素管に、管軸を中心とするねじりモーメントを付与しながら管軸に直交する方向へ曲げる曲げ加工を施す。曲げ加工中の素管には、管軸を中心とするねじりモーメントと、管軸に直交する方向へ素管を曲げる曲げモーメントとが同時に付与される。これにより、曲げモーメントを付与しない場合に比べて低いねじりモーメントで素管を塑性変形させることができる。この理由は、例えば、以下のようにして説明することができる。

素管にねじりモーメントを付与して塑性変形させようとする場合には、素管の降伏点よりも大きなせん断応力を与える必要がある。最大せん断応力説によれば、せん断応力τ［Ｎ・ｍ］は、素管の断面係数をＺ、ねじりモーメントの大きさをＴ［Ｎ・ｍ］、曲げモーメントの大きさをＭ［Ｎ・ｍ］とした場合に、以下の式により表される。
τ＝（Ｔ²＋Ｍ²）^0.5／２Ｚ

熱交換器に用いられる内面螺旋溝付管は、比較的外径が細いため、ねじりモーメントＴを大きくすることが難しい。また、ねじりモーメントＴのみを大きくしようとすると、素管が局所的に変形し、更にはこの変形点を起点として素管が座屈するおそれがある。これに対し、曲げモーメントＭを大きくすることは、ねじりモーメントＴに比べて容易である。それ故、ねじりモーメントＴと曲げモーメントＭとを同時に素管に付与することにより、素管の座屈を抑制しつつ、応力τを大きくすることができる。その結果、素管のフィン及び溝を容易にらせん状に塑性変形させ、内面螺旋溝付管を得ることができる。

前述の曲げ加工において、素管にねじりモーメントを付与する方法としては、例えば、曲げ加工機に対して上流側及び下流側のいずれか一方側において素管に管軸を中心とする回転を付与し、他方側において素管の回転を規制する方法がある。また、曲げ加工における素管の曲げ方向は、管軸に直交する方向であれば、いずれの方向であってもよい。例えば、素管の管軸方向を前後方向とした場合に、曲げの方向は、左右方向であってもよいし、上下方向であってもよい。また、左右方向又は上下方向に対して傾いた方向に素管を曲げることもできる。

また、素管を曲げる回数は、１回であってもよいし、２回以上であってもよい。素管を曲げる回数を２回以上とする場合には、例えば、同一の方向へ繰り返し素管を曲げてもよいし、上下方向へ素管を曲げた後に左右方向へ素管を曲げる等、曲げる方向を変更することもできる。

前記曲げ加工においては、素管を管軸に直交する方向へ弾性変形させることが好ましい。曲げ加工の際に、素管の弾性限度以上の曲げ荷重を素管に印加すると、素管が曲げ方向に塑性変形するおそれがある。この場合には、かえって曲げモーメントが小さくなり、素管に付与されるせん断応力の低下を招くおそれがある。曲げ荷重の大きさを素管の弾性限度よりも小さくし、曲げ加工において素管を管軸に直交する方向へ弾性変形させることにより、かかる問題を回避し、フィン及び溝を効率よくらせん状に塑性変形させることができる。

前記曲げ加工の前後においては、素管の外径をＯＤ₀［ｍｍ］、素管における溝の底部の肉厚をＴＦ₀［ｍｍ］とし、内面螺旋溝付管の外径をＯＤ₁［ｍｍ］、内面螺旋溝付管における溝の底部の肉厚をＴＦ₁［ｍｍ］とした場合に、下記式（１）〜式（２）を満たしていてもよい。
０＜（ＯＤ₁−ＯＤ₀）／ＯＤ₀＜０．０３ ・・・（１）
０≦（ＴＦ₁−ＴＦ₀）／ＴＦ₀＜０．０４ ・・・（２）

前述したように、縮管加工を伴う従来の製造方法では、内面螺旋溝付管の断面形状が縮管加工によって素管の断面形状から変化し、伝熱性能の悪化を招くおそれがあるという問題があった。これに対し、前記製造方法によれば、曲げ加工が施された素管をそのまま内面螺旋溝付管とすることができる。そのため、従来の製造方法において生じていた縮管加工時の意図しない断面形状の変化を抑制し、前記式（１）〜式（２）のように、素管の断面形状と概ね相似形となる断面形状を備えた内面螺旋溝付管を得ることができる。その結果、内面螺旋溝付管の伝熱性能の悪化を容易に回避することができる。

また、前記製造方法においては、素管の引張強さをσ_B0［ＭＰａ］、内面螺旋溝付管の引張強さをσ_B1［ＭＰａ］とした場合に、下記式（３）を満たしていてもよい。
０．０２＜（σ_B1−σ_B0）／σ_B0＜０．１０ ・・・（３）

前述したように、縮管加工を伴う従来の製造方法では、通常、縮管加工時の加工硬化を解消するための焼き鈍しが行われている。しかし、焼き鈍しを行う場合には、内面螺旋溝付管のアルミニウム材が再結晶し、素管に比べて引張強さ及び疲労強度が低下するおそれがある。

これに対し、前記製造方法においては、前述したように、曲げ加工が施された素管をそのまま内面螺旋溝付管とすることができるため、前記式（３）のように、内面螺旋溝付管における引張強さを素管と同等以上にすることができる。このように、前記製造方法によれば、焼き鈍しによる引張強さ等の低下を回避し、従来の製造方法による内面螺旋溝付管に比べて高い強度特性を備えた内面螺旋溝付管を得ることができる。

なお、前記製造方法においては、必要に応じて、曲げ加工の後に応力除去焼鈍等の熱処理や、拡管加工等の加工を追加して行うこともできる。

前記製造方法により得られる内面螺旋溝付管は、内表面に、多数のフィンと、フィン同士の間に形成された溝と、を有している。また、内面螺旋溝付管におけるフィン及び溝は、管軸の周囲を旋回するらせん状を呈している。内面螺旋溝付管における溝のねじれ角、即ち、管軸方向と溝の延設方向とのなす角度は、例えば、０度超え３０度以下とすることができる。

内面螺旋溝付管の伝熱性能をより高める観点からは、溝のねじれ角を大きくすることが好ましい。しかし、溝のねじれ角が大きくなると、内面螺旋溝付管の製造コストの増大を招くおそれがある。従って、製造コストの増大を抑制しつつ伝熱性能をより高める観点から、溝のねじれ角を５度以上２０度以下とすることが好ましい。

前記製造方法において、曲げ加工を施した素管をそのまま内面螺旋溝付管とする場合には、素管の金属組織とほとんど同一の金属組織を備えた内面螺旋溝付管を得ることができる。例えば、Ａ３０００合金等の３０００系アルミニウム合金からなる素管を使用する場合には、得られる内面螺旋溝付管の組織を、平均結晶粒径８０μｍ以下の再結晶組織とすることができる。また、この場合には、内面螺旋溝付管の引張強さを１１５ＭＰａ以上、耐力を９５ＭＰａ以上、伸びを２０％以上とすることができる。

かかる特性を備えた内面螺旋溝付管は、機械拡管加工における加工性に優れているため、例えば、内面螺旋溝付管とフィンとが機械拡管加工によって接合されてなるクロスフィン型熱交換器に好適に使用することができる。また、前記内面螺旋溝付管は、クロスフィン型熱交換器以外の用途にも適用することができる。なお、内面螺旋溝付管の平均結晶粒径は、例えば、ＪＩＳ Ｇ０５５１（ＡＳＴＭ Ｅ １１２−９６、ＡＳＴＭ Ｅ １３８２−９７）に規定された切断法に準じて算出することができる。

（実施例１）
前記内面螺旋溝付管及びその製造方法の実施例を、図１及び図２を用いて説明する。本例の内面螺旋溝付管の製造方法においては、まず、アルミニウム材からなる素管２（図２参照）を準備する。素管２は、図２に示すように、内表面から突出し、管軸２０に平行な方向に延設された多数のフィン２１と、フィン２１同士の間に形成された溝２２と、を有している。

図２に示すように、この素管２に管軸２０を中心とするねじりモーメントを付与しながら管軸２０に直交する方向（矢印ｍ）へ曲げる曲げ加工を施すことにより、フィン２１及び溝２２を、管軸２０の周囲を旋回するらせん状に塑性変形させる。以上により、管軸１０の周囲を旋回するらせん状のフィン１１及び溝１２を備えた内面螺旋溝付管１を得ることができる。

以下、本例において使用した内面螺旋溝付管１の製造装置３の構成を説明しつつ、前記製造方法をより具体的に説明する。本例の製造装置３は、図１に示すように、素管送出部４と、ベンダー部５と、回転規制部６と、巻き取り部７とを有している。素管送出部４から引き出された素管２は、ベンダー部５においてねじりモーメントが付与された状態で曲げ加工が施され、内面螺旋溝付管１となる。ベンダー部５を通過した内面螺旋溝付管１は、回転規制部６によって巻き取り部７へ向かって搬送され、巻き取り部７により巻き取られる。

素管送出部４は、素管２が巻回された操出ドラム４１と、素管２の搬送方向２００に延設され、操出ドラム４１の中心軸４１１を回転可能に保持するドラム保持部４２と、ドラム保持部４２を支持するフレーム４３と、を有している。素管２は、回転規制部６における搬送ベルト６１（後述）の回転に従って操出ドラム４１から引き出され、搬送方向２００に沿ってベンダー部５へ導かれる。

また、素管送出部４は、操出ドラム４１をドラム保持部４２ごと素管２の搬送方向２００を中心として回動させるモータ４４と、モータ４４の駆動力をドラム保持部４２に伝達する伝達ベルト４５とを有している。素管送出部４においてモータ４４を駆動させた場合、モータ４４の駆動力が伝達ベルト４５を介してドラム保持部４２に伝達される。これにより、操出ドラム４１がドラム保持部４２とともに素管２の搬送方向２００を中心として回動する（図１、矢印４１２）。その結果、操出ドラム４１から引き出された素管２を、図２に示すように管軸２０を中心として回転させることができる（図２、矢印ｔ）。

素管送出部４から送り出された素管２は、管軸２０を中心として回転しながら搬送方向２００に沿って搬送され、ベンダー部５へ導かれる。

ベンダー部５は、搬送方向２００における上流側、即ち素管送出部４側に位置する第１ロールベンダー５１と、下流側、即ち巻き取り部７側に位置する第２ロールベンダー５２と、を有している。第１ロールベンダー５１は、搬送方向２００に間隔を開けて配置された２本の下側ロール５１１と、搬送方向２００において２本の下側ロール５１１の間に配置された上側ロール５１２と、を有している。上側ロール５１２は、その下端が下側ロール５１１の上端よりも下方に位置するように配置されている。

ベンダー部５に導かれた素管２は、第１ロールベンダー５１における下側ロール５１１と上側ロール５１２との間に進入する。図２に示すように、第１ロールベンダー５１の入口において、素管２のフィン２１及び溝２２は管軸２０に平行な方向に延設された直線状を呈している。また、第１ロールベンダー５１の入口において、素管２は、管軸２０を中心として矢印ｔの方向に回転している。この素管２の回転は、後述するように回転規制部６によって規制されている。そのため、下側ロール５１１と上側ロール５１２との間を通過する際、素管２は管軸２０を中心として矢印ｔの方向にねじられている。

下側ロール５１１と上側ロール５１２との間に進入した素管２には、下方（矢印ｍ）への曲げ荷重が印加される。また、前述したように、素管２は、下側ロール５１１と上側ロール５１２との間において、管軸２０を中心として矢印ｔの方向にねじられている。

これらの結果、下側ロール５１１と上側ロール５１２との間を通過する際に、素管２には、管軸２０を中心とするねじりモーメントが付与された状態で下方に曲げる曲げ加工が施される。素管２のフィン２１及び溝２２は、曲げ加工により、下側ロール５１１と上側ロール５１２との間を搬送方向２００に沿って移動しながら徐々にらせん状に塑性変形する。これにより、第１ロールベンダー５１の出口において、管軸１０を中心として旋回するらせん状のフィン１１と、フィン１１同士の間に形成された溝１２とを内表面に備えた内面螺旋溝付管１を得ることができる。

第１ロールベンダー５１を通過した内面螺旋溝付管１は、第２ロールベンダー５２へ導かれる。第２ロールベンダー５２は、搬送方向２００に間隔を開けて配置された２本の上側ロール５２２と、搬送方向２００において２本の上側ロール５２２の間に配置された下側ロール５２１と、を有している。また、下側ロール５２１は、その上端が上側ロール５２２の下端よりも上方に位置するように配置されている。

図には示さないが、第２ロールベンダー５２内の内面螺旋溝付管１は、第１ロールベンダー５１内の素管２と同様に、管軸１０を中心として矢印ｔの方向にねじられている。また、内面螺旋溝付管１には、管軸１０を中心とするねじりモーメントが付与された状態で上側ロール５２２及び下側ロール５２１によって上方へ曲げる曲げ加工が施される。これにより、第２ロールベンダー５２の出口における溝１２のねじれ角α（図２参照）、即ち、管軸１０に平行な方向に対する溝１２の延設方向のなす角度を、第１ロールベンダー５１の出口における溝１２のねじれ角αよりも大きくすることができる。

以上のように、本例のベンダー部５は、上下方向に曲げる曲げ加工を素管２に施すことができる。そして、ベンダー部５において、管軸２０を中心とするねじりモーメントを付与しながら素管２に曲げ加工を施すことにより、所望する溝１２のねじれ角αを備えた内面螺旋溝付管１を得ることができる。ベンダー部５を通過した内面螺旋溝付管１は、搬送方向２００に沿って搬送され、回転規制部６へ導かれる。

図１に示すように、回転規制部６は、内面螺旋溝付管１を上下方向から挟持する一対の搬送ベルト６１を有している。搬送ベルト６１は、内面螺旋溝付管１を上下方向から押圧し、管軸１０を中心とする矢印ｔ（図２参照）の方向への回転を規制することができる。また、搬送ベルト６１は、自身の回転によって素管２を操出ドラム４１から引き出して搬送方向２００に沿って搬送するとともに、内面螺旋溝付管１を巻き取り部７へ向けて搬送することができる。

回転規制部６によって搬送方向２００へ送り出された内面螺旋溝付管１は、巻き取り部７によって巻き取られる。

次に、本例の内面螺旋溝付管１の製造方法の作用効果を説明する。図１及び図２に示すように、本例の製造方法においては、管軸２０に平行な方向に延設された多数のフィン２１と、フィン同士の間に形成された溝２２とを有する素管２を準備し、この素管２に、管軸２０を中心とするねじりモーメントを付与しながら管軸２０に直交する上下方向へ曲げる曲げ加工を施す。このように、素管２にねじりモーメントと曲げモーメントとを同時に付与することにより、曲げモーメントを付与しない場合に比べて小さいねじりモーメントで素管２を塑性変形させることができる。その結果、素管２の内表面に設けられた直線状のフィン２１及び溝２２をらせん状に塑性変形させ、内面螺旋溝付管１を得ることができる。

本例の製造方法は、縮管加工によらずにフィン２１及び溝２２をらせん状に塑性変形させることができる。そのため、溝２２のねじれ角αの減少、素管２からの断面形状の変化、製造工程の複雑化及び製造コストの増加等の、縮管加工を伴う従来の製造方法における種々の問題を回避し、簡素な工程により溝１２のねじれ角αが大きい内面螺旋溝付管１を作製することができる。

素管２に曲げ加工を施すための具体的な構成は、本例の製造装置３の構成に限定されるものではない。例えば本例の製造装置３では、ベンダー部５において、第１ロールベンダー５１及び第２ロールベンダー５２の２基のロールベンダーにより素管２に曲げ加工を施したが、ロールベンダーの数は、１基であってもよいし、３基以上であってもよい。また、素管２を曲げる方向についても、左右方向等の上下方向以外の方向とすることができる。更に、ロールベンダー以外の曲げ加工機等を使用して素管を曲げることも可能である。

本例の製造方法において、操出ドラム４１の回動速度及び素管２の搬送速度は、所望する溝１２のねじれ角αの大きさに応じて適宜設定することができる。例えば、操出ドラム４１の回動速度を速くする、あるいは、素管２の搬送速度を遅くすることにより、ベンダー部５における素管２のねじり量を大きくすることができる。その結果、溝１２のねじれ角αの大きな内面螺旋溝付管１を作製することができる。

（実施例２）
本例は、前記製造方法により作製された内面螺旋溝付管１の例である。なお、本例以降において使用する符号のうち、既出の実施例及び比較例で使用した符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の実施例等における構成要素等と同様の構成要素等を示す。

本例では、素管２として、平均結晶粒径３０μｍの再結晶組織を備え、Ａ３００３−Ｈ１１２材からなる押出形材を準備した。本例の素管２は、図３に示すように、その内表面に、管軸２０（図示略）に平行な方向に延設された多数のフィン２１と、フィン２１同士の間に形成された溝２２とを有している。フィン２１の本数及び溝２２の本数は、例えば、３０〜７０本の範囲から適宜設定することができる。本例においては、フィン２１の本数及び溝２２の本数を５０本とした。

素管２の外径ＯＤ₀は、例えば、５〜１０ｍｍの範囲から適宜設定することができる。本例の素管２を操出ドラム４１から引き出し、種々の位置における素管２の外径を測定したところ、測定位置によって外径がわずかに変化していた。本例においては、これらの測定結果に基づいて得られた外径の最大値と最小値との平均値を素管の外径ＯＤ₀とした。素管の外径ＯＤ₀は、具体的には７．００ｍｍであった。また、外径の測定結果に基づいて、外径の最大値と外径の最小値との差を算出し、この値を外径偏差ΔＤとして表１に記載した。外径偏差ΔＤの値は、具体的には０．２５ｍｍであった。

フィン２１は、図３に示すように、素管２の内表面から突出している。また、フィン２１は、管軸２０に垂直な断面において、管軸２０に近いほど幅が狭くなる台形状を呈している。溝２２の底部２２１を基準とした場合の径方向のフィン２１の高さＨＦ₀は、例えば、０．１０〜０．４０ｍｍの範囲から適宜設定することができる。また、フィン２１の頂角γ₀、即ち、管軸２０に垂直な断面における、フィン２１の側面２１１の延長線Ｌ同士のなす角度は、例えば、０度超え２０度未満の範囲から適宜設定することができる。本例においては、フィン２１の高さＨＦ₀は０．２８ｍｍ、フィン２１の頂角γ₀は１０度とした。

溝２２の底部２２１における肉厚ＴＦ₀（図３参照）は、例えば、０．３０〜０．７０ｍｍの範囲から適宜設定することができる。本例においては、溝２２の底部２２１における肉厚ＴＦ₀は０．４０ｍｍとした。

かかる構成を有する素管２について、ＪＩＳ Ｚ２２４１の規定に準じた方法により引張試験を実施し、引張強さσ_B0、耐力及び伸びの値を測定した。これらの結果は、表１に示した通りであった。

また、素管２に、実施例１に示した方法と同様の方法によって曲げ加工を施し、溝１２のねじれ角αが１０度である内面螺旋溝付管１を作製した。得られた内面螺旋溝付管１について管軸１０に垂直な断面を観察し、素管２と同様の方法により外径ＯＤ₁、溝１２の底部における肉厚ＴＦ₁、フィン１１の高さＨＦ₁、フィン１１の頂角γ₁を測定した（図示略）。更に、ＪＩＳ Ｚ２２４１の規定に準じた方法により内面螺旋溝付管１の引張試験を実施し、引張強さσ_B1、耐力及び伸びの値を測定した。これらの結果は、表１に示した通りであった。また、本例の内面螺旋溝付管１は、素管２と同様に、平均結晶粒径３０μｍの再結晶組織を有していた。

本例の内面螺旋溝付管１に曲げピッチ２１ｍｍのヘアピン曲げ加工を施したところ、加工後の割れや座屈等は発生しなかった。

（実施例３）
本例においては、溝１２のねじれ角αを１５度にした以外は、実施例２と同様の方法により内面螺旋溝付管１を作製した。そして、得られた内面螺旋溝付管１の外径ＯＤ₁等の値を実施例２と同様の方法により測定した。これらの結果は、表１に示した通りであった。また、本例の内面螺旋溝付管１は、素管２と同様に、平均結晶粒径３０μｍの再結晶組織を有していた。

本例の内面螺旋溝付管１に曲げピッチ２１ｍｍのヘアピン曲げ加工を施したところ、加工後の割れや座屈等は発生しなかった。

（比較例１）
本例は、素管２にねじりモーメントのみを付与し、曲げモーメントを付与しない製造方法の例である。本例においては、素管送出部４から引き出された素管２を、ベンダー部５を介さずに直接回転規制部６へ導いた。また、本例では、素管２が座屈しない範囲でねじり量を限界まで大きくした。これら以外は、実施例２と同様の方法により内面螺旋溝付管１を作製した。得られた内面螺旋溝付管１の断面形状等について実施例２と同様の評価を行った。本例の内面螺旋溝付管１の断面形状等は、表１に示した通りであった。

表１に示したように、本例の内面螺旋溝付管は、溝のねじれ角αが１．５度となった。また、これ以上ねじりモーメントを大きくした場合には、素管２が座屈し、内面螺旋溝付管１を作製することができなかった。

（比較例２）
本例は、縮径加工を伴う従来の内面螺旋溝付管８の製造方法の例である。本例においては、縮径加工による外径の縮小及び溝１２の底部における肉厚の増加を考慮し、外径ＯＤ₀が８ｍｍ、溝２２の底部２２１における肉厚ＴＦ₀が０．３８ｍｍである素管２を使用した。図４に示すように、管軸２０を中心として矢印ｕの方向に回転させながら素管２を引抜きダイス９に導入し、引抜きダイス９の縮径部９１において外径を縮小させる縮径加工を行った。縮径加工の際に素管２に付与するねじりモーメントの大きさは、２．３２Ｎ・ｍとした。

縮径加工後の内面螺旋溝付管８について、実施例２と同様の評価を行った。その結果、本例の内面螺旋溝付管８の断面形状は、表１に示すように、実施例２の内面螺旋溝付管１と概ね同一となった。

しかし、本例の内面螺旋溝付管８は、縮径加工の際に金属組織が加工組織となった。また、加工硬化により、実施例２の内面螺旋溝付管１に比べて引張強さσ_B1及び耐力が高くなるとともに、伸びが低下した。そのため、本例の内面螺旋溝付管８に曲げピッチ２１ｍｍのヘアピン曲げ加工を施したところ、加工後に内面螺旋溝付管８の割れや座屈等が発生した。

（比較例３）
本例は、比較例２の内面螺旋溝付管８の加工性を向上させるため、縮径加工後に焼き鈍しを行った例である。本例においては、比較例２と同様の方法により内面螺旋溝付管８を作製した後、内面螺旋溝付管８を４２０℃で１時間加熱して焼き鈍しを行った。そして、得られた内面螺旋溝付管８について実施例２と同様の評価を行った。

表１に示したように、本例の内面螺旋溝付管８は、焼き鈍しにより比較例２の内面螺旋溝付管８に比べて伸びが高くなった。そのため、本例の内面螺旋溝付管８は、曲げピッチ２１ｍｍのヘアピン曲げ加工を施した後の割れや座屈等の発生を抑制することができた。

しかし、本例の内面螺旋溝付管８は、焼き鈍しによって再結晶が進行したため、金属組織が平均結晶粒径１２０μｍの再結晶組織となった。また、焼き鈍しによって加工硬化が解消されたため、実施例２の内面螺旋溝付管１に比べて引張強さσ_B1及び耐力が低下した。

（比較例４）
本例は、従来の製造方法において、より外径ＯＤ₀の太い素管２を使用した例である。本例においては、外径ＯＤ₀が９．５２ｍｍであり、溝２２の底部２２１における肉厚ＴＦ₀が０．３６ｍｍである素管２を使用し、比較例２と同様の方法により内面螺旋溝付管８の作製を試みた。

しかし、本例では、溝２２の底部２２１における肉厚ＴＦ₀が薄いため、操出ドラム４１から送り出された素管２の外径偏差ΔＤが実施例２に比べて大きくなった。その結果、引抜きダイス９の入口において素管２に座屈が発生した。それ故、本例においては、内面螺旋溝付管８を作製することができなかった。

表１に、これらの実施例及び比較例の結果をまとめて示す。表１から理解できるように、素管２に、管軸を中心とするねじりモーメントを付与しながら管軸と直交する方向に曲げる曲げ加工を施すことにより、溝１２のねじれ角αの大きな内面螺旋溝付管１を容易に作製することができる。また、かかる方法によれば、内面螺旋溝付管１の断面形状の意図しない変化を抑制し、伝熱性能の悪化を回避することができる。さらに、前記製造方法によれば、内面螺旋溝付管１の機械的特性の悪化を回避することができるため、ヘアピン曲げ加工等の種々の加工性に優れた内面螺旋溝付管１を作製することができる。

このように、前記製造方法により作製された内面螺旋溝付管１は、クロスフィン型熱交換器用として好適である。

一方、比較例１に示したように、ねじりモーメントのみを付与して素管２のフィン２１及び溝２２をらせん状に塑性変形させようとする場合には、溝１２のねじれ角αを大きくすることが困難である。

また、比較例２に示したように、縮管加工を伴う従来の製造方法では、縮管加工後に焼き鈍しを行わなければ、内面螺旋溝付管８の加工性を向上させることが困難である。
比較例３に示したように、縮管加工後に焼き鈍しを行う場合、素管２の機械的特性が損なわれる。また、比較例３に示した内面螺旋溝付管８は、実施例２の内面螺旋溝付管１に比べて平均結晶粒径が大きく、かつ、引張強さσ_B1及び耐力が小さいため、管内に冷媒を流通させた際の耐圧強度や疲労強度が低下するおそれがある。

また、従来の製造方法は、比較例４に示したように、使用可能な素管２の形状に制限がある。

１ 内面螺旋溝付管
１０ 管軸
１１ フィン
１２ 溝
２ 素管
２０ 管軸
２１ フィン
２２ 溝

Claims (5)

1. 内表面から突出し、管軸に平行な方向に延設された多数のフィンと、前記フィン同士の間に形成された溝と、を備え、アルミニウム材からなる素管を準備し、
   前記素管に、前記管軸を中心とするねじりモーメントを付与しながら前記管軸に直交する方向へ曲げる曲げ加工を施すことにより、前記フィン及び前記溝を前記管軸の周囲を旋回するらせん状に塑性変形させる、
   内面螺旋溝付管の製造方法。
2. 前記素管の外径をＯＤ₀［ｍｍ］、前記素管における溝の底部の肉厚をＴＦ₀［ｍｍ］とし、前記内面螺旋溝付管の外径をＯＤ₁［ｍｍ］、前記内面螺旋溝付管における溝の底部の肉厚をＴＦ₁［ｍｍ］とした場合に、下記式（１）〜式（２）を満たす、請求項１に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
   ０＜（ＯＤ₁−ＯＤ₀）／ＯＤ₀＜０．０３ ・・・（１）
   ０≦（ＴＦ₁−ＴＦ₀）／ＴＦ₀＜０．０４ ・・・（２）
3. 前記素管の引張強さをσ_B0［ＭＰａ］、前記内面螺旋溝付管の引張強さをσ_B1［ＭＰａ］とした場合に、下記式（３）を満たす、請求項１または２に記載の内面螺旋溝付管の製造方法。
   ０．０２＜（σ_B1−σ_B0）／σ_B0＜０．１０ ・・・（３）
4. ３０００系アルミニウム合金からなる内面螺旋溝付管であって、
   平均結晶粒径８０μｍ以下の再結晶組織から構成されており、
   内表面から突出し、管軸の周囲を旋回するらせん状を呈する多数のフィンと、
   前記フィン同士の間に形成された溝と、を有している、
   内面螺旋溝付管。
5. 引張強さが１１５ＭＰａ以上であり、耐力が９５ＭＰａ以上であり、伸びが２０％以上である、請求項４に記載の内面螺旋溝付管。

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