JP6986942B2 - 伝熱管、熱交換器および伝熱管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱特性および拡管性に優れた優れる伝熱管、このような伝熱管を備えた熱交換器および伝熱管の製造方法に関する。

従来、フィンアンドチューブタイプ熱交換器の伝熱管には、銅合金からなるものが用いられてきたが、銅資源の枯渇や銅地金価格の高騰、リサイクル性の面から、軽量かつ安価でリサイクル性に優れるアルミニウム製の伝熱管が使用され始めている。
銅合金およびアルミニウム合金を使用した伝熱管では、その熱特性を高めるために内面に螺旋溝を有した伝熱管が提案されている。内面の溝を螺旋化することで管内周の面積を増大させることができる。加えて、内面の溝を螺旋化することで、伝熱管の内部で冷媒が液体からガスに変わる際に、冷媒が流速により溝同士の間の突起に沿って押し上げられる。これにより、冷媒が突起の隙間に入って蒸発しやすくなるため、伝熱性が向上する。また、冷媒がガスから液体に変化する際には、冷媒が突起部で凝縮しやすくなる。さらに、また、内面の溝を螺旋化することで、重力による冷媒の移動が顕著となる。結果的に伝熱管の内周面において乾いた面が露出しやすくなり、伝熱性能が向上する。
また、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には、等ピッチで並べられた放熱板の孔にヘアピン曲げした伝熱管を挿通し、拡管プラグで伝熱管を拡管することで、放熱板と伝熱管とを接合させる。そして、隣接するヘアピン管の管端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することにより組立製造される。

特開２００８−２６７７７９号公報

しかしながら、銅系材料の伝熱管で採用していた内面の溝形状を、そのままアルミ系材料の伝熱管に用いると、アルミ合金では、銅に比べてその強度が劣ることから、冷媒による耐圧を維持するために伝熱管の底肉厚を厚くしており、そのため、従来の製造方法では加工が困難で、得られる内面溝形状の自由度が低いといった問題があった。
また、表面傷の問題で、例えば、ヘアピン曲げ加工時にそれを起点に割れが発生しやすいなどの問題があった。

本願発明は、十分な熱伝達性および加工性に優れる伝熱管の提供を目的とする。

本発明の一態様である伝熱管は、押出素管の捻り加工材であるアルミニウム製の伝熱管であって、内周面に周方向に沿って並び長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数のフィンを有し、前記フィンは、先端幅が底幅以上の大きさであり、前記伝熱管の内周における周方向に沿う表面長さである濡れ淵長さ（Ｅ）と外周長（Ｄ）の比［Ｅ／Ｄ］が、１．９以上、２．３以下であり、前記フィン同士の間に位置する溝の底部の占める長さ（Ｆ）と前記濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］が、０．２０以上、０．３１以下であり、前記フィンの底部の弧長が、０．１３ｍｍ以上であり、前記フィンのリード角が、１５°以上４５°未満である。

また、上述の伝熱管において、前記フィンのリード角が、１５°以上２５°以下であることが好ましい。
また、上述の伝熱管において、前記フィン底部の弧長が０．１５ｍｍ以下であることが好ましい。

また、上述の伝熱管において、前記フィンは、先端側から底側に向かうに従い互いに近づく一対の側壁部と、を有し、一対の前記側壁部同士の角度が、０ °より大きく３５°以下であり、前記フィンのリード角が、１５°以上４５°未満である構成としてもよい。

また、上述の伝熱管において、外周面に螺旋状のダイスマークが形成されており、前記ダイスマークの最大深さが３５μｍ以下である構成としてもよい。
また、上述の伝熱管において、外径が４ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。

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。

本発明の一態様である伝熱管の製造方法は、内周面に長さ方向に沿って直線的に延びる複数のフィンを有し、外周面に長さ方向に沿って直線的に延びるダイスマークを有するアルミニウム製の素管を押出により成形する押出成形工程と、前記素管に引抜きとともに捻り角が１５ °以上の捻りを付与する捻り引抜き工程と、前記引抜き工程の後に縮径率が１０％以上の引抜きを行う空引き工程と、を含み、内周面に周方向に沿って並び長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数のフィンを有し、前記フィンは、先端幅が底幅以上の大きさであり、前記伝熱管の内周における周方向に沿う表面長さである濡れ淵長さ（Ｅ）と外周長（Ｄ）の比［Ｅ／Ｄ］が、１．９以上、２．３以下であり、前記フィン同士の間に位置する溝の底部の占める長さ（Ｆ）と前記濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］が、０．２０以上、０．３１以下であり、前記フィンの底部の弧長が、０．１３ｍｍ以上であり、前記フィンのリード角が、１５°以上４５°未満である伝熱管を得ることを含む。
本発明の一態様である伝熱管の製造方法において、前記フィンは、先端側から底側に向かうに従い互いに近づく一対の側壁部と、を有し、一対の前記側壁部同士の角度が、０ °より大きく３５°以下であることが好ましい。

本発明によれば、熱特性および拡管性に優れた伝熱管を提供できる。

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。 図３の部分拡大図である。 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り、ダイスマークを模式的に示す図である。 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９における矢印X方向から見た浮き枠の平面図である。 （ａ）はダイスマークの一例の画像であり、（ｂ）は係るダイスマークの深さの測定グラフである。 （ａ）はダイスマークの一例の画像であり、（ｂ）は係るダイスマークの深さの測定グラフである。 実施例において用いた拡管治具を示す側面図。 実施例において用いた保持治具と当該保持治具を用いた拡管試験の手順を示し、（ａ）は支持台とこれに固定された第１保持部材を示す斜視図、（ｂ）は第１保持部材と第２保持部材を重ね合わせて固定した様子を示す斜視図、（ｃ）は孔に内面螺旋溝付伝熱管を挿入した様子を示す斜視図、（ｄ）は内面螺旋溝付伝熱管に拡管具を挿入した様子を示す斜視図である。 実施例において用いた凝縮試験を行う伝熱特性評価装置。 実施例において用いた蒸発試験を行う伝熱特性評価装置。

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。Ｕ字状の主管８１Ａおよびエルボ管８１Ｂは、後段に説明する伝熱管１０をＵ字状に屈曲して形成される。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、図３の一部分を拡大した図である。図５は、伝熱管１０の縦断面図である。図６は、伝熱管１０の側面図であり外周面１０ａのダイスマークＤＭを模式的に示す図である。

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１０ａの直径は、４ｍｍ以上１５ｍｍ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、螺旋溝４が形成されている。

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に引き抜きながら捻りを付与することで形成できる。

本実施形態において、フィン３は、例えば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の平均底肉厚β（すなわち、螺旋溝４の底部に対応する伝熱管１０の厚さの平均値）は、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。

図４に示すように、フィン３は、内周側に位置する先端部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を有する。底部３ｂは、伝熱管１０の内周面に位置し、内周面と連続している。側壁部３ｃは、径方向に沿って直線的に延びる。

フィン３の先端部３ａの幅すなわち先端幅ｄ２は、底部３ｂの幅すなわち底幅ｄ１以上の大きさである。したがって、フィン３同士の間に位置する螺旋溝４は、径方向内側を向く開口４ｂが底側と比較して狭くなっている、又は溝幅が開口４ｂから底側まで一様である。フィン３の先端幅ｄ２を底幅ｄ１以上の大きさとすることで、伝熱管１０の内周面における表面積を大きくすることができ、伝熱管１０の熱特性を向上できる。さらに、本実施形態のフィン３の形状によれば、乱流効果の促進、冷媒の膜厚の抑制等により、高い蒸発熱伝達率および高い凝縮熱伝達率を得ることを期待できる。

本実施形態において、フィン３の底部３ｂの弧長が０．１３ｍｍ以上であることが好ましい。フィン３の底部３ｂの弧長を０．１３ｍｍ未満とすると、フィン３の安定性が低下する結果として、伝熱管１０の内部に拡管プラグ（拡管治具）を挿入して伝熱管１０を拡管する工程において、フィン３に倒れが生じやすくなる。フィン３の底部３ｂの弧長を０．１３ｍｍ以上とすることで、フィン３の倒れを十分に抑制できる。

本実施形態において、一対の側壁部３ｄは、先端側から底側に向かうに従い互いに近づく。したがって、本実施形態において、一対の側壁部３ｄ同士の角度、すなわちフィン頂角γは、従来の先細り形状のフィンのフィン頂角と比較すると反対側に傾斜する負の角度となる。

フィン頂角γは、０°以上、３５°以下とすることが好ましい。また、フィン頂角γは、０°より大きく３５°以下とすることがより好ましい。
フィン頂角γを０°以上とすることで、伝熱管１０の表面積増大の効果を得ることができる。また、フィン頂角γを０°より大きくすることで、伝熱管１０の表面積増大の効果をさらに高めることができる。
また、フィン頂角γが３５°を超えると、伝熱管１０の内部に拡管プラグを挿入して伝熱管１０を拡管する工程において、フィン３に倒れが生じやすくなる。フィン頂角γを３５°以下とすることで、フィン３の倒れを十分に抑制できる。さらに、フィン頂角γが、３５°よりも大きくなると、溝４の径方向内側の開口４ｂが狭くなりすぎて、溝４内に冷媒が入りづらくなってしまい、熱伝達性が悪化する虞がある。加えて、冷媒の圧力損失が大きくなってしまうという問題がある。フィン頂角γを３５°以下とすることで溝４の開口４ｂを十分に大きくして、冷媒への熱伝達性を高めるとともに、冷媒の流れをスムーズにすることができる。

本実施形態の伝熱管１０は、上述したようにフィン３の先端幅ｄ２が底幅ｄ１以上の奇異さとされていることに伴い、内周の表面積が大きくなっている。伝熱管１０の内周における周方向に沿う表面長さを濡れ淵長さ（Ｅ）と呼ぶ。濡れ淵長さ（Ｅ）と伝熱管１０の長手方向の長さとの積が、伝熱管１０の内周の表面積となる。

従来は銅系、アルミニウム合金系の伝熱管ともに溝転造法と呼ばれる製造方法で、螺旋状の溝が形成されていた。溝転造法は、管内面の溝付プラグに管外周から転造ボールで押付け、溝付プラグの谷部に塑性流動で溝を形成する製造方法である。そのため、溝部はフィンの頂点側（管中心側）の間口が底部側より大きくなっていた。一方、本実施形態では、後段において説明するように、押出し素管に捻りを付与して螺旋状のフィン３および螺旋溝４を形成するため、溝転造法では不可能であったフィン３および螺旋溝４の形状を形成できるようになった。その結果、熱伝達性に大きな影響を及ぼす濡れ淵長さの割合を従来の伝熱管よりも大きくすることが可能となった。

本実施形態において、濡れ淵長さ（Ｅ）と外周長（Ｄ）の比［Ｅ／Ｄ］が、１．３以上、３．０以下とすることが好ましい。濡れ淵長さ（Ｅ）と外周長（Ｄ）の比［Ｅ／Ｄ］を１．３以上とすることで、伝熱管１０の内部を通過する冷媒との熱交換効率を高めることができる。一方で、濡れ淵長さ（Ｅ）と外周長（Ｄ）の比［Ｅ／Ｄ］を３．０以下とすることで、伝熱管１０の内周形状の複雑化による冷媒の圧力損失が過大となることを抑制できる。

また、本実施形態において、濡れ淵長さのうちフィン３同士の間に位置する溝４の底部４ａの占める長さ（Ｆ）と濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］が、０．１５以上、０．６５以下であることが好ましい。
底部４ａの占める長さ（Ｆ）と濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］が、０．１５未満では熱特性への効果が小さい。一方で、底部４ａの占める長さ（Ｆ）と濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］が、０．６５を超えるとフィン３の底部３ｂが短すぎるために、フィン３の安定性が低下し、拡管工程におけるフィン３の倒れが顕著となりやすい。すなわち、底部４ａの占める長さ（Ｆ）と濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］を０．１５以上、０．６５以下とすることにより、熱特性を向上させると共に拡管工程におけるフィン３の倒れを十分に抑制できる。

本実施形態において、螺旋状に形成されたフィン３のリード角θ１（捻り角）は、５°以上４５°未満である。リード角θ１を、５°以上とすることで、フィン３を螺旋状にすることによる熱特性向上効果を十分に奏することができる。また、フィン３のリード角θ１を４５°未満とすることで、製造工程におけるフィン３の倒れを十分に抑制できる。さらに、フィン３のリード角θ１を４５°以上とすると、冷媒の圧力損失が過大となる虞がある。リード角θ１を４５°未満とすることで、冷媒の流れをスムーズとすることができる。

図６に示すように、伝熱管１０の外周面１０ａには、螺旋状のダイスマークＤＭが形成されている。ダイスマークＤＭは、押出加工により成形された部材の周面に押出方向に沿って形成される線状の凹部である。ダイスマークＤＭは、押出金型やベアリング面の傷等の影響により形成される。本実施形態の伝熱管１０は、押出加工した素管に引き抜きながら捻りを加えることで製造されている。このため、押出加工により線状に形成されたダイスマークＤＭは、捻りの付与とともに螺旋状となる。
なお、図６のダイスマークＤＭは、分かり易さのために１本のダイスマークＤＭが連続的に形成されているように図示されている。実際のダイスマークは、図１１（ａ）および図１２（ａ）に写真として示すように、長さ方向に沿って間欠的に形成されている。また、伝熱管１０の外周面の周方向に沿って複数のダイスマークＤＭが螺旋状かつ並行に延びている。
なお、本明細書においてダイスマークという用語は、押出工程により形成された凹部のみならず、係る凹部を有する素管に捻りを付与した後の伝熱管の凹部についても用いる。捻りが付与された後の管材の凹部は、厳密にはダイスマークに起因する凹部である。しかしながら、本明細書において分かり易さのため、これらを含む概念をダイスマークと呼ぶ。

捻りが付与された後のダイスマークＤＭの最大深さは、３５μｍ以下である。上述したように、伝熱管１０は、熱交換器８０（図１、図２参照）として使用される際に、ヘアピン状に屈曲される曲げ加工が施される。このような曲げ加工において、ダイスマークＤＭは、伝熱管１０の破損の起点となり易い。本実施形態によれば、ダイスマークＤＭの最大深さを３５μｍ以下とすることによって、伝熱管１０の強度を高め、曲げ加工などの追加加工に対して破損し難い伝熱管１０を提供できる。

ダイスマーク深さ計測方法について説明する。
ダイスマーク深さ計測は、例えば、株式会社キーエンス製走査型レーザー顕微鏡（ＶＫ−Ｘ１００／Ｘ２００）を用いて表面形状の測定を行うことができる。また、計測解析では、解析アプリケーション（ＶＫ−Ｈ１ＸＡ）を用いてダイスマーク深さを計測できる。
まず走査型レーザー顕微鏡（ＶＫ−Ｘ１００／Ｘ２００）のステージに試料を置き、観察倍率５０倍のもと、フォーカスを合わせた後に、観察高さ上下限範囲１００μｍとして、０．５μｍピッチで表面形状の測定を行う。
次に解析アプリケーション（ＶＫ−Ｈ１ＸＡ）を用いて得られた画像上のダイスマーク深さを計測する。計測前の前処理として、管表面の円弧を平坦にする傾き補正を行った。前処理を行った表面形状から、管円周方向に平行になるように直線を３点引き、得られた粗さ曲線から、最大谷深さ（Ｒｖ）、最大高さ（Ｒｚ）を求め、ダイスマーク深さの計測では、最大断面高さ（Ｒｔ）として計測を行う。
解析アプリケーションでは「表面粗さの定義」（ＪＩＳＢ０６０１：２００１）に基づいて、ＪＩＳＢ０６０１−２００１およびＪＩＳ ０６０１−１９９４で定義されている粗さパラメータで表面粗さ解析を実施した。
図１１（ｂ）に、図１１（ａ）のダイスマークＤＭの深さ測定結果を示す。同様に、図１２（ｂ）に、図１２（ａ）のダイスマークＤＭの深さ測定結果を示す。なお、図１１および図１２に例示するダイスマークＤＭを有する伝熱管は、本実施形態の伝熱管１０の一例である。

［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７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８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８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、外周面に長さ方向に沿って直線的に延びるダイスマークＤＭが形成される。

＜引抜き捻り工程、空引き工程＞
次に、引抜き捻り工程および空引き工程について説明する。
引抜き捻り工程は、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、ダイスマークＤＭ、フィン３Ｂおよび直線溝４Ｂを螺旋状とする工程である。
また、空引き工程は、捻りを付与することなく管材に対して引抜きを行い管材の外径を整える工程である。

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９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を用いた引抜き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１０は、図９における矢印X方向から見た浮き枠３４の平面図である。図９、図１０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１０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１０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７参照）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１０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１０において、ガイドローラ１８ｂの図示は省略されている。

図１０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９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。

＜引抜き捻り工程＞
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７参照）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。

第１および第２の捻り引抜き工程では、合計で５°以上の捻りが付与される。捻り引抜き工程において、引抜きとともに５°以上の捻りを付与することでダイスマークＤＭが十分に伸張される。これにより、ダイスマークの深さを３５μｍ以下とすることが可能となり、割れやしわの発生なくヘアピン曲げできる伝熱管１０を製造できる。

＜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１０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。

＜Ｏ材化工程＞
次に、Ｏ材化工程について説明する。
Ｏ材化工程は、捻り工程の後に行われる。Ｏ材化工程は、管材５に焼きなまし処理を施す熱処理工程である。Ｏ材化工程を行うことによって、アルミ材料の歪みを除去し、内部応力を除去できる。

＜製造方法のまとめ＞
押出で製造する素管１０Ｂには、長手方向に伸びる凹のダイスマークが発生しており、その深さは４０μｍ以下であるが局部的に５０μｍ近い深さのマークもあり、経験的にその深さは５０μｍ以下である。素管１０Ｂに対して、捻り引抜き工程と空引き工程とを行なうことで、管は縮径・伸長されるとともに、外周面の凹状のダイスマークＤＭが浅くなる。更に、複合加工で捻りを付与するため、その螺旋角とともに伸長の程度が増加し、より効果的に凹状のダイスマークを浅くでき、適切な条件で加工することで、管外周の凹の深さは３５μｍ以下に制御可能である。すなわち、本実施形態の引抜き捻り工程によれば複数回の捻りおよび引抜きを繰り返す。これにより、押出成形工程で形成されたダイスマークＤＭを複数回に亘って伸張させて浅くすることができ、結果として強度が高い伝熱管１０を製造できる。

本実施形態の製造方法によれば、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。

本実施形態の引抜き捻り工程は、上述の工程を経て形成された内面螺旋溝付管１０に対して、再び第１の捻り引抜き工程および第２の捻り引抜き工程を行い、更に大きな捻り角を付与してもよい。この場合には、上述の工程を経た内面螺旋溝付管１０に対して熱処理（焼きなまし）を行い、Ｏ材化する。更に巻き出しボビン１１に巻き付けて、この巻き出しボビン１１を適当な縮径率を有する第１の引抜きダイスおよび第２の引抜きダイスを有する製造装置Ａに取り付ける。更に、製造装置Ａにより上述の工程と同様の工程（第１の捻り引抜き工程および第２の捻り引抜き工程）を経ることで、更に大きな捻り角を付与した内面螺旋溝付管を製造できる。

本実施形態の引抜き捻り工程によれば、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。

本実施形態の引抜き捻り工程によれば、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。

本実施形態の引抜き捻り工程によれば、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引抜き捻り工程では、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、本実施形態の引抜き捻り工程によれば、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。

本実施形態の引抜き捻り工程は、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。

本実施形態の引抜き捻り工程によれば、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９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。

（（実施例の伝熱管））
ＪＩＳＡ３００３系アルミニウム合金からなる素管を押出し、内面に直溝を有した押出素管を製造する。次に、その素管に複合加工（引抜＋捻り）を施して内面螺旋溝付管を製造した。前記伝熱管は、外径Ｄが６．００ｍｍ、７．００ｍｍ、フィン底幅の弧長Ｗが０．１３ｍｍ、０．１５ｍｍ、溝のリード角βが１５°、フィンの条数が４５、フィンの高さＨが０．２５ｍｍ、フィン頂角αが−５〜−２５°の範囲で種々に変量し、底肉厚ｔは０．５０ｍｍである。実施例の伝熱管のフィンの形状は、図４に示すように先端幅が底幅以上の大きさである。

（（比較例の伝熱管））
比較例として、底幅が先端幅より大きい従来のフィン形状を有する伝熱管を用意した。比較例の伝熱管も、実施例の伝熱管と同様に、フィンは螺旋状に形成されている。また、比較例の伝熱管の各寸法は、上述の実施例の伝熱管の各寸法と同じとした。
またリード角の影響を確認するために、一部の比較例においては、実施例と同じ形状の伝熱管のリード角を０°、５°、１０°と変量し同じ調査を行った。

（（測定））
得られた実施例および比較例の伝熱管について、管内面の溝およびフィンの形状、伝熱特性、ヘアピン曲げ加工性、拡管後のプラグの焼き付きの有無を調べた。前記溝形状は、伝熱管（長さ３００ｍｍ）を縦に２分割して管内面のフィンの高さ、底肉厚、底幅の弧長、等を測定して調べた。

（伝熱特性）
伝熱特性は、図１５、図１６に示す従来公知の伝熱性能評価装置を用いて、管内熱伝達率（管内凝縮および管内蒸発）を測定して調べた。図１５は、凝縮試験を行う伝熱特性評価装置であり、図１６は、蒸発試験を行う伝熱特性評価装置である。各試験装置において、冷媒質量速度は２５０ｋｇ／ｍ^２・ｓとした。その他の試験条件は、管内の凝縮側について、冷媒の平均飽和温度を４５℃、冷媒入口過熱度を２０℃、冷媒出口過冷却度５℃、管入口圧力を２．６３ＭＰａとし、管内の蒸発側について、冷媒の平均飽和温度を５℃、冷媒入口乾き度０．２、冷媒出口過熱度を７℃、管出口圧力を０．８６ＭＰａとし、測定に使用した伝熱管長さ４ｍ、冷媒Ｒ３２で評価を行なった。基準には外径７．００ｍｍおよび６．００ｍｍで、底肉厚０．２５ｍｍ、フィン高さ０．１７ｍｍ、フィン頂角２５°、条数５５条、リード角１０°の従来の銅製内面溝付伝熱管について管内熱伝達率を上記と同じ方法で測定した。管内熱伝達率は各伝熱管３本について測定し、その平均値をその伝熱管の管内熱伝達率とした。

（拡管試験）
図１３に、拡管試験で使用した拡管プラグ１１３Ａおよびロッド１１３を備えた拡管具１１４を示す。また、図１４に、拡管試験において用いた管保持具１３０を示す。
拡管具１１４はハンドルＨの先端側にロッド１１３を有し、その先端に拡管プラグ１１３Ａが形成されている。管保持具１３０は、上面側にスライド溝１３４ａを有した円盤状の支持台１３４と、この支持台１３４のスライド溝１３４ａに装着されるブロック状の第１保持部１３１と第２保持部１３２を有する。第１保持部１３１と第２保持部１３２はこれらの側面に形成されたねじ孔に螺合される固定ボルト１３２ａによって互いを沿わせた状態で一体化できるように構成されている。また、第１保持部１３１と第２保持部１３２の側面中央側にはそれぞれ丸溝１３１Ａ、１３２Ａが形成されている。

まず、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１保持部１３１と第２保持部１３２を起立させて重ね合わせてスライド溝１３４ａの上に固定する。これにより、第１保持部１３１と第２保持部１３２の境界部に丸溝１３１Ａ、１３２Ａを重ねることによって孔１３３が形成される。
次に図１４（ｃ）に示すように、孔１３３にサンプルの伝熱管Ｊを挿入する。なお、孔１３３の内径は、伝熱管Ｊの外径よりも十分に大きく形成されており、上方から容易に挿入することができ、挿入する伝熱管Ｊの長さは１２５ｍｍである。
次に図１４（ｄ）に示すように、図１３の拡管プラグ１１３Ａを取り付けたロッド１１３を挿入することで、伝熱管Ｊを拡管する。最後に、固定ボルト１３２ａを取り外し、第１保持部１３１と第２保持部１３２を開くことで、拡管された伝熱管Ｊを取り出すことができる。これを２００本連続して実施し、その後の拡管プラグの焼き付きの有無を確認した。焼き付きが生じたものは×、焼き付きが生じなかったものは○とした。

なお、今回の拡管試験において用いる拡管プラグ１１３Ａの最外径部の直径は、外径Ｄ７．００ｍｍでは５．９ｍｍ、外径Ｄ６．００ｍｍでは５．４ｍｍであり、超硬合金からなるものを用いた。また、拡管プラグ１１３Ａの挿入速度は、２８５ｍｍ／ｍｉｎとした。

（ヘアピン曲げに対する強度測定）
各サンプルの伝熱管を、外径７．０ｍｍは曲率半径（Ｒ＝１５）で、外径６．０ｍｍはＲ＝１０でヘアピン状に１８０°曲げる曲げ加工を行った。各条件ｎ＝２０で評価し、１つでも伝熱管の外周面に亀裂が観察されたものを×とし、亀裂が観察されなかったものを〇とした。

表１、表２に実施例および比較例の各寸法および試験結果を示す。
なお、表１、表２において、「リード角」は、フィン３のリード角θ１を意味する。表１、表２において、頂角は、フィン頂角γを意味する。表１、表２において、「底肉厚周／ぬれ淵長さ」とは、底部４ａの占める長さ（Ｆ）と濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］を意味する。表１、表２において、「ぬれ淵長さ／外周」は、濡れ淵長さ（Ｅ）と外周長（Ｄ）の比［Ｅ／Ｄ］を意味する。また、表１および表２中の「伝熱特性」の項目は、上記の伝熱特性の評価試験の条件で測定した実施例１の値を１００としたときの割合で表示している。

表１、表２から、各実施例の伝熱管は、各比較例の伝熱管と比較して、いずれも伝熱性および拡管時の焼き付き性に優れていることがわかる。

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、３ａ…先端部、３ｂ…底部、３ｃ…側壁部、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、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、ＤＭ…ダイスマーク、Ｄ１…第１の方向、Ｄ２…第２の方向、ｄ１…底幅、ｄ２…先端幅

Claims (9)

1. 押出素管の捻り加工材であるアルミニウム製の伝熱管であって、内周面に周方向に沿って並び長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数のフィンを有し、前記フィンは、先端幅が底幅以上の大きさであり、
   前記伝熱管の内周における周方向に沿う表面長さである濡れ淵長さ（Ｅ）と外周長（Ｄ） の比［Ｅ／Ｄ］が、１．９以上、２．３以下であり、
   前記フィン同士の間に位置する溝の底部の占める長さ（Ｆ）と前記濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］が、０．２０以上、０．３１以下であり、
   前記フィンの底部の弧長が、０．１３ｍｍ以上であり、前記フィンのリード角が、１５°以上４５°未満である
   伝熱管。
2. 前記フィンのリード角が、１５°以上２５°以下である、
   請求項１に記載の伝熱管。
3. 前記フィン底部の弧長が０．１５ｍｍ以下である、
   請求項１又は２に記載の伝熱管。
4. 前記フィンは、先端側から底側に向かうに従い互いに近づく一対の側壁部と、を有し、
   一対の前記側壁部同士の角度が、０ °より大きく３５°以下である、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の伝熱管。
5. 外周面に螺旋状のダイスマークが形成されており、前記ダイスマークの最大深さが３５μｍ以下である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の伝熱管。
6. 外径が４ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の伝熱管。
7. 請求項１〜６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。
8. 内周面に長さ方向に沿って直線的に延びる複数のフィンを有し、外周面に長さ方向に沿って直線的に延びるダイスマークを有するアルミニウム製の素管を押出により成形する押出成形工程と、
   前記素管に引抜きとともに捻り角が１５ °以上の捻りを付与する捻り引抜き工程と、
   前記引抜き工程の後に縮径率が１０％以上の引抜きを行う空引き工程と、を含み、
   内周面に周方向に沿って並び長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数のフィンを有し、前記フィンは、先端幅が底幅以上の大きさであり、
   前記伝熱管の内周における周方向に沿う表面長さである濡れ淵長さ（Ｅ）と外周長（Ｄ） の比［Ｅ／Ｄ］が、１．９以上、２．３以下であり、
   前記フィン同士の間に位置する溝の底部の占める長さ（Ｆ）と前記濡れ淵長さ（Ｅ）の比［Ｆ／Ｅ］が、０．２０以上、０．３１以下であり、
   前記フィンの底部の弧長が、０．１３ｍｍ以上であり、前記フィンのリード角が、１５°以上４５°未満である伝熱管を得ることを特徴とする、
   伝熱管の製造方法。
9. 前記フィンは、先端側から底側に向かうに従い互いに近づく一対の側壁部と、を有し、
   一対の前記側壁部同士の角度が、０ °より大きく３５°以下である、
   請求項８に記載の伝熱管の製造方法。

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