JP6964497B2 - 伝熱管、熱交換器および伝熱管の製造方法 - Google Patents

Description

本願発明は、成形性に優れる伝熱管とそれを用いた熱交換器および伝熱管の製造方法に関する。

エアコン等に使用される一般的なフィンアンドチューブタイプの熱交換器には、銅や銅合金など銅系の材料を用いた伝熱管が使用されているが、近年の銅地金価格の高騰を受けて、より安価で且つ軽量化およびリサイクル性に優れるアルミニウム合金への材料置換が進んでいる。アルミニウム合金による伝熱管には、内面に直溝を有した押出加工より製造された特許文献1に示す伝熱管が挙げられるが、押出による管が使用されている。

特開２０１６−２８２１９号公報

アルミニウム合金を用いた押出による伝熱管の製造方法として、直溝を有した伝熱管を製造する方法にポートホール押出法がある。ポートホール押出法は、マンドレルとダイスとがブリッジにより連結状態とされ、これらの間に形成される複数のポート穴を経由してアルミニウム合金素材を押し出して素管を形成する方法である。アルミニウム合金素材はポート穴で分断された後に合流し、再び溶着して一体化するため、ウエルドラインと呼ばれる複数の溶着部が伝熱管の長さ方向に沿って直線状に形成される。

一般に空調機や冷凍機のフィンアンドチューブタイプ熱交換器は、等ピッチで並べられたアルミニウム製の放熱板の孔に予めヘアピン曲げした伝熱管を挿通し、その内径よりも径の大きい拡管プラグを挿入・拡管することで、伝熱管と放熱板とを接合させる。そして、ヘアピン曲げした伝熱管の管端をフレア加工で拡管し径を拡げ、そこに予め曲げ加工を施してあるＵベンド管を嵌合しろう付けして組立製造されるが、その製造過程において、ウエルドラインに未溶着部があるとフレア加工の際に拡管した管端に割れが発生し、ろう付け不良の原因になる。

ウエルドラインは、その接合界面において相互に十分な拡散が得られていれば強度的に問題は無いが、仮に、不十分で未溶着な場合には接合強度が低い。後者の場合には、伝熱管に加工を行なった際にそれら未溶着の部位を起点に割れや破断を生じ成形不良の原因になりやすく、溶着が不十分な場合には前述したフレア加工時に拡管した管の端部に割れを生じやすい。

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、成形性、その中でも熱交換器組立のＵベンド挿入のための拡管性に優れたアルミニウム製の伝熱管の提供を目的とする。

本願発明の伝熱管は、アルミニウム製の捻り管からなる伝熱管であって、内周面に螺旋状に形成された複数のフィンを有し、外周面に螺旋状のウエルドラインが管の長さ方向に沿って間欠的に形成され、前記ウエルドラインは観察視野１８０μｍ×２５０μｍの範囲の観察において、径１０μｍ以上のピットが３０個以上含まれている部分であり、前記ウエルドラインのリード角が９°以上１５°以下であり、前記ウエルドラインの長さが５ｍｍ以下である。

また、上述の伝熱管において、前記ウエルドラインの長さが１．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である、構成を採用してもよい。

更に、上述の伝熱管において、前記フィンのリード角をθ１とし、前記ウエルドラインのリード角をθ２とし、前記管の内周長をαとし、前記管の肉厚をβとすると、ｔａｎθ２＝｛（α＋２πβ）ｔａｎθ１｝／αの関係を有する、構成を採用しても良い。

また、本発明の一態様である熱交換器は、上記の伝熱管と、前記伝熱管に結合された放熱板と、を備える熱交換器である。

そして、上述の伝熱管の製造方法は、内周面に長さ方向に沿う複数の直線溝が形成された素管を縮径するとともに捻りを付与して中間捻り管を形成する第１の捻り引抜き工程と、前記中間捻り管を縮径するとともに捻りを付与する第２の捻り引抜き工程と、前記引抜き工程の後に引抜きによって縮径する空引き工程と、を有し、各工程の合計の縮径率が、３０％以上であり、各工程の縮径率は、２５％以下であり、前記空引き工程の後に、４００℃以上の高温で４ｈ以上の熱処理工程を行う、構成としてもよい。

本発明によれば、螺旋状であり、リード角９°以上１５°以下、長さ５ｍｍ以下のウエルドラインを管の長さ方向に沿って間欠的に有する伝熱管であり、拡管時に亀裂の生じ難い伝熱管を提供できる。
本願発明によれば、ウエルドラインを生じた押出素管に引抜と捻りの強加工を行ない、その後に高温で熱処理を行なうことで、ウエルドラインの拡散を促進し、その部位の接合をより高めたことにより、伝熱管を熱交換器に組み付けする際の加工において、成形性に優れたアルミニウム製の伝熱管とそれを用いた熱交換器およびその製造方法を提供できるものである。

実施形態の熱交換器の正面図である。 実施形態の熱交換器の部分斜視図である。 実施形態の伝熱管の横断面図である。 実施形態の伝熱管の縦断面図である。 実施形態の伝熱管の側面図である。 実施形態の製造方法における素管（直線溝付管）の縦断面図である。 実施形態の製造方法における素管（直線溝付管）の斜視図である。 実施形態の製造方法において捻り工程を行う製造装置を示す正面図である。 図８における矢印IX方向から見た浮き枠の平面図である。 伝熱管の外周部のレーザー顕微鏡による撮像画像であり、（ａ）はウエルドラインが残留した部分であり、（ｂ）はウエルドライン消失部である。

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、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。

［熱交換器］
図１および図２は、実施形態の熱交換器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。

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。

［伝熱管］
次に上述の熱交換器８０の製造に用いられる拡管前の伝熱管１０について具体的に説明する。
図３は実施形態の伝熱管１０の横断面図であり、図４は縦断面図である。また、図５は、伝熱管１０の側面図である。

本実施形態の伝熱管１０は、押出素管の捻り加工材である。伝熱管１０は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いることができる。伝熱管１０にアルミニウム合金を用いる場合は、その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る。また、これら以外に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、横断面の外形状が円形の管材である。伝熱管１０の外周面（管表層）１０ａの直径は、例えば、４ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。伝熱管１０の内周面１０ｂには、長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数のフィン３が設けられている。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、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、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。また、伝熱管１０の底肉厚β（すなわち、螺旋溝４の底部に対応する伝熱管１０の厚さ）は、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。フィン３の頂角（フィン３の側面同士のなす角）は、１０°〜３０°である。

図３に示すように、伝熱管１０の外周面１０ａには、周方向に沿って等間隔で並ぶ４つのウエルドラインＷＬが設けられている。また、図５に示すように、ウエルドラインＷＬは、伝熱管１０の外周面１０ａに螺旋状に形成されている。ウエルドラインＷＬは、押出加工を行う際に素材同士が合流して溶着した部分である。ウエルドラインＷＬは、外周面１０ａから内周面１０ｂ側に向かう深さ方向に延びている。
なお、ウエルドラインＷＬの数は、４つに限られない。ウエルドラインＷＬは、押出加工において装置内に収容したビレットを複数の流路に分けて圧送し合流させた部分に形成される。したがって、押出装置内の流路の数に応じてウエルドラインＷＬの数が決まる。

本実施形態において、伝熱管の外表面に螺旋状に形成されたウエルドラインＷＬのリード角θ２は、８°以上である。後段において説明するように、本実施形態の伝熱管１０は、直線状のフィン３と直線状のウエルドラインＷＬとを備える素管１０Ｂ（図６参照）に捻り加工を付与することにより形成されている。

従来の伝熱管においては、ウエルドラインが伝熱管の長手方向に沿って直線的に形成されているために、フレア加工の際に管端に亀裂が生じると、長手方向に沿って亀裂が進展しやすく、伝熱管全体を使用することができなくなっていた。本実施形態の伝熱管１０によれば、ウエルドラインＷＬは、螺旋状に形成されていることにより、フレア加工の際に仮に管端に割れを生じたとしても、その割れが伝播しづらく、欠陥になる大きな割れの発生を抑制できる。このような効果は、ウエルドラインＷＬのリード角θ２を、８°以上とすることで、顕著に奏することができる。

本実施形態において、螺旋状のウエルドラインＷＬは、長さ方向に沿って間欠的に形成されている。言い換えると、ウエルドラインＷＬは、不連続に形成されており、ウエルドラインＷＬには、部分的に途切れた部分が設けられている。上述したように、ウエルドラインＷＬは、押出加工を行った際の素材同士の溶着部に沿って形成される。このため、伝熱管１０は、ウエルドラインＷＬの組織は、他の部分と異なる組織となる。本実施形態の伝熱管１０は、後段に説明するように、押出加工で形成した素管に対して引抜きと捻りを繰り返して付与して製造され、熱処理されることで解消される。ウエルドラインＷＬは、複数回の加工が付与されることで周囲の組織と混ざり合い、境界が曖昧となる。これにより、ウエルドラインＷＬは、部分的に消失し、間欠的となる。

本実施形態によれば、ウエルドラインＷＬが間欠的に形成されている。また、ウエルドラインＷＬが消失している部分は、周囲の組織と混ざって均一化されている。このために、ウエルドラインＷＬに沿う伝熱管１０の強度を高めることができる。これにより、フレア加工などの際に割れを生じ難い加工性に優れる伝熱管１０を提供できる。

間欠的に形成されたそれぞれのウエルドラインＷＬの長さ（すなわち、連続した部分のウエルドラインＷＬの長さ）は、５ｍｍ以下であることが好ましい。それぞれのウエルドラインＷＬの長さをそれぞれ５ｍｍ以下とすることで、ウエルドラインＷＬによる割れの発生と伝播を効果的に抑制できる。なお、ウエルドラインＷＬの長さとは、伝熱管１０の円筒面状の外周面１０ａにおける三次元的な長さである。

伝熱管１０を、８％苛性ソーダ水溶液に２０秒浸漬させてエッチングすると、ウエルドラインＷＬは、表面上に白いスジ状に浮き上がる。また、白いスジ状の部位は、溶着部であるために他の部位に比べてエッチングのされ方に違いがあり、細かいピットを生じている。この状態で、ウエルドラインＷＬでは、光が散乱されスジ状の部位として識別できる。

図１０は、伝熱管１０の外周部のレーザー顕微鏡による撮像画像であり、図１０（ａ）はウエルドラインが残留した部分であり、図１０（ｂ）はウエルドライン消失部である。図１０に示すように、エッチングすることにより伝熱管の外周部の細かいピットが顕在化する。図１０（ａ）に示すように、外周面をレーザー顕微鏡により観察すると、ウエルドラインには、径が１０μｍ以上のピットが形成されている。一方で、図１０（ｂ）に示すように、ウエルドライン消失部では、径が１０μｍ以上のピットが、わずかしか形成されていない。

本明細書において、レーザー顕微鏡による観察視野１８０μｍ×２５０μｍの範囲の観察において、径が１０μｍ以上のピットが３０個以上含まれる部分をウエルドラインＷＬと定義するものとする。したがって、径が１０μｍ以上のピットの数が３０個未満である部分では、ウエルドラインＷＬが消失しているとみなす。

また、本実施形態によれば、伝熱管１０の内周面１０ｂに長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数のフィン３が設けられている。内周面１０ｂに螺旋状のフィン３を形成することにより、伝熱管１０とその内部を流れる冷媒液との熱交換効率を高めることができる。螺旋状のフィン３を備えた伝熱管１０は、押出加工により長さ方向に直線状に延びるフィンを形成した素管１０Ｂに捻りを付与することで形成できる。また、捻りを付与することにより、ウエルドラインＷＬを螺旋状に形成することができ、フレア加工で割れを生じ難い伝熱管１０を提供することができる。

図４に示すように、フィン３はリード角θ１の螺旋状に形成されている。一方で、図５に示すように、ウエルドラインＷＬは、リード角θ２の螺旋状に形成されている。αを内周長とし、βを底肉厚としたとき、フィン３のリード角θ１とウエルドラインＷＬのリード角θ２は、以下の関係を満たす。

上記式によれば、ウエルドラインＷＬのリード角θ２は、上記の式から、フィン３のリード角θ１より大きくなる。これは、フィン３のリード角θ１およびウエルドラインＷＬのリード角θ２の基準となる面が外周面と内周面が、肉厚差に起因して異なっていることに由来する。

［製造方法］
以下、本願発明に係る伝熱管１０の製造方法の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、押出成形工程と捻り工程をこの順で含む。

＜押出成形工程＞
まず、押出成形工程について説明する。
図６は、押出成形工程により成形された素管（直線溝付管）１０Ｂの縦断面図であり、図７は、素管１０Ｂの斜視図である。
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７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（直線溝付管押出工程）する。押出成型工程により成形された素管１０Ｂには、素管１０Ｂの長さ方向に直線状に延びる４つのウエルドラインＷＬが形成される。４つのウエルドラインＷＬは、素管１０Ｂの周方向に沿って等間隔（９０°間隔）に位置する。

＜捻り工程＞
次に、捻り工程について説明する。
捻り工程は、引抜きを行いながら上述の素管１０Ｂに捻りを付与することで、ウエルドラインＷＬ、フィン３Ｂおよび直線溝４Ｂを螺旋状とする工程である。

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。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。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が付与された中間形成品を「中間捻り管」と呼ぶ。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、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るとは限らない。

＜引抜き捻り工程および空引き工程を行う製造装置＞
図８は、直線溝付管（素管）１０Ｂに２回の捻り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を示す正面図である。まず、製造装置Ａについて説明した後に、製造装置Ａを用いた捻り工程および空引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。これにより、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９は、図８における矢印IX方向から見た浮き枠３４の平面図である。図８、図９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９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９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６参照）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９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９において、ガイドローラ１８ｂの図示は省略されている。

図９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を搬送するもの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してもよい。
また、図８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。

＜仕上げ引抜きダイス＞
仕上げ引抜きダイス７は、第２のガイドキャプスタン６１と巻き取りボビン７１との間に位置する。仕上げ引抜きダイス７は、管材５を仕上げ整形する。仕上げ引抜きダイス７は、第１および第２の引抜きダイス１、２を通過した管材５のスキンパス用に設けられる。仕上げ引抜きダイス７による空引き工程（仕上げ引抜き工程）では、引抜きによる断面の変化は少なく、表面および寸法が仕上げ整形されるとともに管材５の真円度を回復する。また、空引き工程では、管材５の底肉厚の不均一さを低減させる。
なお、仕上げ引抜きダイス７は、第２の引抜きダイス２と巻き取りボビン７１との間であれば、何れの位置に設けられていてもよい。

（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６参照）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。

第１の引抜きダイス１の前段には、第１のガイドキャプスタン１８が設けられており管材５の回転が規制されている。すなわち、管材５は、第１の引抜きダイス１の前段で、捻り方向の変形が拘束されている。管材５には、第１の引抜きダイス１と第１の公転キャプスタン２１との間で捻りが付与される。すなわち、第１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１の引抜きダイス１と第１の公転キャプスタン２１との間に制限される。
加工域の長さと、限界捻り角（座屈を生じないで捻ることができる最大捻り角）の関係には、相関関係があり、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１のガイドキャプスタン１８を設けることで、第１の引抜きダイス１の前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。また、第１の引抜きダイス１と第１の公転キャプスタン２１との距離を近づけることで加工域を短く設定し、座屈を生じさせずに管材５に大きな捻りを付与できる。

第１の引抜きダイス１による管材５の縮径率は、２％以上とすることが好ましい。限界捻り角と縮径率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り角が大きくなる傾向が認められる。すなわち、縮径率が小さ過ぎる場合は引抜きによる効果が乏しく、大きな捻り角を得ることが難しいので、２％以上とするのが好ましい。なお、同様の理由から縮径率を５％以上とすることがより好ましい。
一方で、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、２５％以下とするのが好ましい。

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。

第２の引抜きダイス２による管材５の縮径率は、第１の捻り引抜き工程と同様に、２％以上（より好ましくは５％以上）２５％以下とすることが好ましい。
なお、第１の引抜きダイス１において、大きな縮径（例えば縮径率３０％以上の縮径）を行うと管材５が加工硬化するために、第２の引抜きダイス２での大きな縮径を行うことが困難になる。したがって、第１の引抜きダイス１の縮径率と第２の引抜きダイス２の縮径率との合計は、４％以上５０％以下とすることが好ましい。

＜空引き工程＞
次に、管材５を仕上げ引抜きダイス７に通過させる（仕上げ引抜き工程）。管材５は、仕上げ引抜きダイス７を通過することで、表面が整形されるとともに底肉厚の偏肉が低減される。また、管材５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５Ｒとすることができる。なお、仕上げ引抜きダイス７の引抜き荷重に対して管材５を搬送させる力は、巻き取りボビン７１に設けられた駆動モータ７４により付与される。

また、捻り引抜き工程（第１の捻り引抜き工程および第２の捻り引抜き工程）の後段で、空引き工程を行うことで、表面性状および形状が安定した伝熱管を製造できる。空引き工程における管材５の縮径率は、２５％以下とすることが好ましい。さらに、第１の引抜き工程、第２の引抜き工程および空引き工程の縮径率の合計は、３０％以上とすることが好ましい。

＜回収工程＞
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。
以上の工程を経て、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。

＜熱処理工程＞
次に、熱処理工程について説明する。
熱処理工程は、前述の捻り工程（強加工）の後に行われる。熱処理工程は、４００℃以上の高温で４ｈ以上行ない、熱処理による拡散でウエルドラインの接合強度が増加する。

本実施形態の捻り工程によれば押出成形工程において形成された直線状のウエルドラインＷＬが螺旋状となる。これにより、内圧の上昇に対して亀裂が生じにくいウエルドラインＷＬを形成することができる。
また、本実施形態の捻り工程によれば複数回の捻りを繰り返す。これにより、押出成形工程で形成されたウエルドラインＷＬは、周囲の組織と混ざり合って境界が曖昧となる。これにより、ウエルドラインＷＬを部分的に消失させて間欠的に形成でき、結果として耐圧性能の高い伝熱管１０を製造できる。

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、ウエルドラインＷＬとフィン３とを同時に螺旋状且つ間欠的にすることが可能となる。これにより、ウエルドラインＷＬを螺旋状に且つ間欠的に形成することによる耐圧性の向上の効果と、螺旋状のフィン３による熱交換率の向上の効果と、を同時に達成する内面螺旋溝付管１０を製造できる。

本実施形態の製造方法によれば、押出加工により成形された素管５に捻りと引抜加工を付与した後に熱処理（Ｏ材化工程）を行なうことで、押出で素管５に生じたウエルドラインＷＬの拡散接合をより強固にして接合強度を高めることができる。

本実施形態の製造方法によれば、各工程（第１の引抜き工程、第２の引抜き工程および空引き工程）の合計の縮径率が３０％以上である。縮径率を３０％以上とすることで、大きな捻りを付与できる。また、本実施形態の製造方法によれば、各工程の縮径率は、２５％以下である。各工程の縮径率が２５％以下であることで、加工硬化を抑制し後工程での縮径をスムーズに行うことができる。

本実施形態の捻り工程によれば、捻りと同時に縮径を行っているため、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を、座屈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とすることができる。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。

本実施形態の捻り工程によれば、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。なお、本実施形態において、最終品である内面螺旋溝付管１０の外径に対し、素材となる直線溝付管１０Ｂの外径は１．１倍以上である。

本実施形態の捻り工程によれば、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が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８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。

（拡管性評価）
ウエルドラインの健全性を確かめる試験として、頂角６０度円錐（材質ＳＳ４００）をパイプに押し込む方法で拡管試験を行う。パイプは長さ４０ｍｍ切り出し、外径６．３５ｍｍ、底肉厚０．５５ｍｍ、条数45条、フィン高さ０．２４ｍｍ、フィン底幅０．２３ｍｍ、フィン頂角２５°で、リード角を０から１５°まで変量した試料を用いた。端面は旋盤を使用して平滑に仕上げた。拡管試験時には円錐のパイプと接触する面には牛脂を刷毛にて塗り付け、焼き付き発生による結果のバラツキを抑えた。
以上の条件において、伝熱管に割れが生じた時点での拡管荷重（伝熱管の長さ方向に沿って円錐に加えた力）および押込み量を測定した。

表１に示すように、ウエルドラインを螺旋状とした場合には、直線状の場合と比較して、拡管荷重および押込み量が大きくなっていた。より具体的には、ウエルドラインを螺旋状とした場合には、押込み量を３ｍｍ以上とすることができた。

以上に、本願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およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本願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、およびその他の変更が可能である。また、本願発明は実施形態によって限定されることはない。

１…第１の引抜きダイス、２…第２の引抜きダイス、３，３Ｂ…フィン、４…螺旋溝、４Ｂ…直線溝、５…管材、１０…内面螺旋溝付管（伝熱管），８１…拡張管（伝熱管）、１０ａ…外周面（管表層）、１０ｂ…内周面、１０Ｂ…直線溝付管（素管）、１０Ｃ…中間捻り管、２３…公転フライヤ、８０…熱交換器、８２…放熱板、８２ａ…挿通孔、ＷＬ…ウエルドライン、Ｄ１…第１の方向、Ｄ２…第２の方向

Claims (5)

1. アルミニウム製の捻り管からなる伝熱管であって、
   内周面に螺旋状に形成された複数のフィンを有し、
   外周面に螺旋状のウエルドラインが管の長さ方向に沿って間欠的に形成され、
   前記ウエルドラインは観察視野１８０μｍ×２５０μｍの範囲の観察において、径１０μｍ以上のピットが３０個以上含まれている部分であり、
   前記ウエルドラインのリード角が９°以上１５°以下であり、
   前記ウエルドラインの長さが５ｍｍ以下である、
   伝熱管。
2. 前記ウエルドラインの長さが１．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である、
   請求項１に記載の伝熱管。
3. 前記フィンのリード角をθ１とし、前記ウエルドラインのリード角をθ２とし、前記管の内周長をαとし、前記管の肉厚をβとすると、ｔａｎθ２＝｛（α＋２πβ）ｔａｎθ１｝／αの関係を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の伝熱管。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の伝熱管と、前記伝熱管に結合された放熱板と、を備える、
   熱交換器。
5. 請求項１〜３の何れか一項に記載の伝熱管の製造方法であって、
   内周面に長さ方向に沿う複数の直線溝が形成された素管を縮径するとともに捻りを付与して中間捻り管を形成する第１の捻り引抜き工程と、
   前記中間捻り管を縮径するとともに捻りを付与する第２の捻り引抜き工程と、
   前記引抜き工程の後に引抜きによって縮径する空引き工程と、を有し、
   各工程の合計の縮径率が、３０％以上であり、各工程の縮径率は、２５％以下であり、
   前記空引き工程の後に、４００℃以上の高温で４ｈ以上の熱処理工程を行う、
   伝熱管の製造方法。

Images