(57)【要約】【課題】本発明は金属製の管式熱交換器の提供を目的とする。【解決手段】本発明の管式熱交換器は、外管の内部に長さ方向に連通する複数の捻り流路を設けた金属製の管式熱交換器であって、前記複数の捻り流路がいずれも所定の捻り角で前記外管の長さ方向に螺旋状に形成されるとともに、前記外管の管壁に、その長さ方向に対し前記捻り角に依存した傾斜を有する集合組織が形成されたことを特徴とする。【選択図】図３
2018089682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管の内部に長さ方向に連通する複数の捻り流路を設けた金属製の管式熱交換器であって、
前記複数の捻り流路がいずれも所定の捻り角で前記外管の長さ方向に螺旋状に形成されるとともに、前記外管の管壁に、その長さ方向に対し前記捻り角に依存した傾斜を有する集合組織が形成されたことを特徴とする管式熱交換器。
【請求項２】
前記集合組織がＣｕ方位とＧｏｓｓ方位の優先配向した集合組織であることを特徴とする請求項１に記載の管式熱交換器。
【請求項３】
前記集合組織がＣｕ方位｛１１２｝｛１１１｝の集積とＧｏｓｓ方位｛０１１｝｛１００｝の集積がなされた集合組織であることを特徴とする請求項１に記載の管式熱交換器。
【請求項４】
前記傾斜を有する集合組織が捻り引抜き集合組織であって、前記Ｃｕ方位｛１１２｝｛１１１｝の集積度合いが、引抜管のＣｕ方位｛１１２｝｛１１１｝の集積度合いよりも小さくされたことを特徴とする請求項３に記載の管式熱交換器。
【請求項５】
前記外管の外周面に螺旋状のウエルドラインが形成され、前記ウエルドラインが長さ方向に沿って間欠的に螺旋状に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の管式熱交換器。
【請求項６】
前記間欠的に形成されたウエルドラインの長さが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の管式熱交換器。
【請求項７】
前記外管の外周面に螺旋状のダイスマークが形成され、前記ダイスマークの最大深さが３５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の管式熱交換器。
【請求項８】
前記外周面における螺旋状の前記ダイスマークの捻り角が、前記螺旋状の前記フィンの捻り角より、１．０°以上大きいことを特徴とする請求項７に記載の管式熱交換器。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の管式熱交換器と、前記管式熱交換器に結合された放熱板と、を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
外管の内部に長さ方向に沿って直線的に延びる複数の流路を有し、前記外管の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とウエルドラインの少なくとも一方を有する金属製の複合素管を押出により成形する押出成形工程と、
前記複合素管に引抜きとともに捻り角が５°以上の捻りを付与する捻り引抜き工程と、
前記捻り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を施すことによって、前記外管の管壁に、その長さ方向に対し前記捻り角に依存した傾斜を有する集合組織を形成することを特徴とする管式熱交換器の製造方法。
【請求項１１】
前記集合組織がＣｕ方位とＧｏｓｓ方位の優先配向した集合組織であることを特徴とする請求項１０に記載の管式熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、管式熱交換器とその製造方法および熱交換器に関し、管内２個以上の流路を流れる複数の熱媒体間での熱交換性能の向上と曲げ加工時の曲げ性の向上が得られる管式熱交換器とその製造方法および熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、管内において内側流路とその周囲に配置された外側の複数の流路間で、内側と外側を流れる冷媒間で熱交換を行なう方式の管式熱交換器が知られている。
以下の特許文献１には、ヒートポンプ式の熱源機においてコストの増加を抑制しつつ熱交換性能の向上を図った二重管式熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−９９０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二重管式熱交換器の課題として、高コスト化を抑制し且つ熱交換性能を高めるといった要望を満足することが挙げられる。熱交換性能向上には二重管式熱交換器の長さを長くすることで実現可能であるが、一方で熱交換器が大型化するとともに、材料費の増加でコストが高くなるといった問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、熱交換器の大型化及びコストの増加を抑制しつつ、熱交換性能の向上が図れる成形性に優れる管式熱交換器とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る管式熱交換器は、外管の内部に長さ方向に連通する複数の捻り流路を設けた金属製の管式熱交換器であって、前記複数の捻り流路がいずれも所定の捻り角で前記外管の長さ方向に螺旋状に形成されるとともに、前記外管の管壁に、その長さ方向に対し前記捻り角に依存した傾斜を有する集合組織が形成されたことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る管式熱交換器において、前記集合組織がＣｕ方位とＧｏｓｓ方位の優先配向した集合組織であることが好ましい。
本発明に係る管式熱交換器において、前記集合組織がＣｕ方位｛１１２｝｛１１１｝の集積とＧｏｓｓ方位｛０１１｝｛１００｝の集積がなされた集合組織であることが好ましい。
本発明に係る管式熱交換器において、前記傾斜を有する集合組織が捻り引抜き集合組織であって、前記Ｃｕ方位｛１１２｝｛１１１｝の集積度合いが、引抜管のＣｕ方位｛１１２｝｛１１１｝の集積度合いよりも小さくされたことが好ましい。
【０００８】
本発明に係る管式熱交換器において、前記外管の外周面に螺旋状のウエルドラインが形成され、前記ウエルドラインが長さ方向に沿って間欠的に螺旋状に形成されたことが好ましい。
本発明に係る管式熱交換器において、前記間欠的に形成されたウエルドラインの長さが５ｍｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る管式熱交換器において、前記外管の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以下であることが好ましい。
本発明に係る管式熱交換器において、前記外周面における螺旋状の前記ダイスマークの捻り角が、前記螺旋状の前記フィンの捻り角より、１．０°以上大きいことが好ましい。
本発明の熱交換器は、先の何れかに記載の管式熱交換器と、前記管式熱交換器に結合された放熱板と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る管式熱交換器の製造方法は、外管の内部に長さ方向に沿って直線的に延びる複数の流路を有し、前記外管の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とウエルドラインの少なくとも一方を有する金属製の複合素管を押出により成形する押出成形工程と、前記複合素管に引抜きとともに捻り角が５°以上の捻りを付与する捻り引抜き工程と、前記捻り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を施すことによって、前記外管の管壁に、その長さ方向に対し前記捻り角に依存した傾斜を有する集合組織を形成することを特徴とする。
本発明に係る製造方法において、前記集合組織がＣｕ方位とＧｏｓｓ方位の優先配向した集合組織であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大きな捻り角の捻り流路を金属製の外管内に備えた管式熱交換器であって、曲げ部分を形成したとしても、き裂や破断を生じることのない管式熱交換器とそれを利用した熱交換器とその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る第１実施形態の管式熱交換器の一部を断面とした斜視図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の管式熱交換器において外管の一部を破断とした側面図である。
【図３】同管式熱交換器の外管に形成されているウエルドラインとダイスマークを示す側面図であり、（ａ）はウエルドラインの一例を示す側面図、（ｂ）はダイスマークの一例を示す側面図である。
【図４】同管式熱交換器を製造するための複合素管の一部を示す斜視図である。
【図５】同管式熱交換器を製造する場合に捻り引抜き工程を行う第１の製造装置を示す正面図である。
【図６】図５における矢印Ｘ方向から見た浮き枠の平面図である。
【図７】本発明に係る第２実施形態の管式熱交換器を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る管式熱交換器を伝熱管として用いた熱交換器の一例を示す正面図である。
【図９】本発明に係る管式熱交換器を伝熱管として用いた熱交換器の一例を示す部分斜視図である。
【図１０】同管式熱交換器を製造する場合に捻り引抜き工程を行う第２の製造装置の要部構成を示す模式図である。
【図１１】同第２の製造装置の全体構成を示す側面図である。
【図１２】同第２の製造装置の全体構成を示す平面図である。
【図１３】同第２の製造装置の巻き出し側キャプスタンに対し複合素管を巻き付けて巻き出した状態を示す平面図である。
【図１４】実施例において得られた管式熱交換器の部分断面写真である。
【図１５】同管式熱交換器の外管の一部を除去した側面写真である。
【図１６】実施例の管式熱交換器を製造するために用いた複合素管の横断面写真である。
【図１７】実施例における管式熱交換器のウエルドラインのＳＥＭ画像である。
【図１８】管式熱交換器外周部のＳＥＭ画像であり、（ａ）はウエルドライン消失部であり、（ｂ）はウエルドライン残留部である。
【図１９】実施例で得られた管式熱交換器の結晶方位を解析するための（２００）不完全極点図である。
【図２０】実施例で得られた管式熱交換器の結晶方位を解析するための（２２０）不完全極点図である。
【図２１】実施例で得られた管式熱交換器の結晶方位を解析するための（１１１）不完全極点図である。
【図２２】図１９に示す極点図をＲＤ−ＴＤ方向に３０゜補正した後の（２００）極点図である。
【図２３】図２０に示す極点図をＲＤ−ＴＤ方向に３０゜補正した後の（２２０）極点図である。
【図２４】図２１に示す極点図をＲＤ−ＴＤ方向に３０゜補正した後の（１１１）極点図である。
【図２５】比較例として作成した直線溝付引抜き管の結晶方位を解析するための（２００）不完全極点図である。
【図２６】比較例として作成した直線溝付引抜き管の結晶方位を解析するための（２２０）不完全極点図である。
【図２７】比較例として作成した直線溝付引抜き管の結晶方位を解析するための（１１１）不完全極点図である。
【図２８】実施例で得られた管式熱交換器の結晶方位分布関数を０゜、２５゜、４５゜。９０゜毎に示す説明図である。
【図２９】実施例で得られた管式熱交換器の０゜、２５゜、４５゜。９０゜の場合毎の結晶方位分布関数に、３０゜補正を加えた結晶方位分布関数を示す説明図である。
【図３０】比較例として得られた直線溝付管の０゜、２５゜、４５゜。９０゜の場合毎の結晶方位分布関数を示す説明図である。
【図３１】図５に示す第１の製造装置で製造した管式熱交換器におけるダイスマークの一例を示すもので、（ａ）はダイスマークの拡大写真、（ｂ）は深さの測定結果を示すグラフである。
【図３２】図５に示す第１の製造装置で製造した管式熱交換器におけるダイスマークの他の例を示すもので、（ａ）はダイスマークの拡大写真、（ｂ）は深さの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［熱交換器］
図１〜図３は本発明の第１実施形態に係る管式熱交換器を示し、この実施形態の管式熱交換器１０は、一例として３〜２０ｍｍ、より具体的には３〜１２ｍｍ程度の外径を有し、四葉のクローバー型の横断面形状を有する内管８とそれを覆う円管状の外管９とからなる。
図２に示すように内管８は、薄いアルミニウム板またはアルミニウム合金板などの金属板をクローバーの葉型に折曲してなる流路管８Ａを４つ、外管９の内部に横断面において対象になるように設けている。図１の横断面部分に示すように各流路管８Ａは頭部８ａと首部８ｂからなり、各流路管８Ａにおいて頭部８ａの外周側は外管９の内面に接するように配置され、流路管８Ａの首部８ｂは外管８の中心側において隣接する他の流路管８Ａの首部８ｂにそれぞれ連続されている。このように４つの流路管８Ａが接続一体化されることで、横断面において４つの流路管８Ａが四葉のクローバー型に配置されている。
【００１４】
流路管８Ａにおいて頭部８ａの内側には第１の流路（捻り流路）１０ａが形成され、流路管８Ａの頭部８ａの側方であって隣接する他の流路管８Ａの頭部８ａと外管９により囲まれた位置に第２の流路（捻り流路）１０ｂが形成されている。また、４つの流路管８Ａにおいてそれらの首部８ｂが接続された部分の中心に第３の流路１０ｄが形成されている。
管式熱交換器１０を構成する内管８と外管９は、アルミニウム又はアルミニウム合金、あるいは、銅系合金または鉄系合金などの各種金属材料からなるものを用いることができる。これら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、前記以外に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管式熱交換器１０を構成しても良く、ＪＩＳに規定されていないアルミニウム合金を用いても良いのは勿論である。
内管８と外管９が上述したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合、内管８と外管９が同じ種別のアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されていてもよく、異なる種別のアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていても良い。例えば、内管８を構成するアルミニウム合金と外管９を構成するアルミニウム合金の組成を変えて内管８の強度を外管９の強度よりも低くしても良く、内管８の伸びを外管９の伸びよりも大きくすることができるなど、それぞれ適用する内管８と外管９に応じて純アルミニウムまたはアルミニウム合金を使い分けることができる。
【００１５】
なお、この実施形態において用いる内管８と外管９については上述したように銅系合金あるいはステンレス鋼などの鉄系合金から形成されていてもよい。この実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金からなる内管８と外管９を例示して説明するが、本発明で目的とする管式熱交換器は引抜きダイスにより引抜きが可能な材料であれば適用可能であるので、銅系合金あるいは鉄系合金など、他の金属からなる管を用いて本発明に適用しても良いのは勿論である。
内管８と外管９は同じ材料である必要は無く、外管９を銅合金製とし、内管８をアルミニウム合金製などとしても良い。
【００１６】
本実施形態において内管８と外管９はその長さ方向に所定のピッチで螺旋状に捻られている。即ち、外管９の内側において４本の流路管８Ａはそれぞれ同一の捻り角θ１で螺旋状に延在されている。
図２に流路管８Ａの捻り角θ１を示すが、この実施形態では一例として管式熱交換器全体外径：１０ｍｍ、捻り角θ１：２５゜に設定される。捻り角θ１は、後述する製造装置で管式熱交換器１０を製造する場合に座屈を生じない程度の角度とすることが望ましく、例えば１０゜以上８０゜以下の範囲を選択できるが、１０゜以上４５゜以下の範囲に制御すると製造時の管の座屈も防止することができる。捻り角θ１は、例えば、図２に示すように外管９の一部を排除して内管８を側面視した場合、流路管８Ａが描く螺旋を観察し、その直線部分を抽出して管式熱交換器１０（外管９）の中心軸線との交差角として把握されるが正確には以下に説明するように把握することができる。
【００１７】
まず、捻りを付与する前の素管（後述の流路素管７）を定盤に搭載し、ハイトゲージを用いて、流路素管７の外周面に長さ方向に延びる直線状の罫書き線を形成する。例えば、１つの頭部７ａの幅方向中央部に流路素管７の長さ方向に沿って直線状の罫書き線を形成する。
次いで、後述の捻り加工を付与し管式熱交換器１０を製造する。製造された管式熱交換器１０の罫書き線は、螺旋状となる。
次いで、螺旋状となった罫書き線のピッチｐと、内管８の外周面８ａの円周長さａから以下の（式１）を用いて求めることができる。
θ１＝ｔａｎ−１（ａ／ｐ）
【００１８】
この範囲内の捻り角θ１において内部に流す冷媒との熱交案効率を向上させ、製造時の管の座屈も防止するためには、捻り角θ１＝１５゜〜４０゜の範囲とすることが望ましく、捻り角θ１＝１５゜〜３０゜の範囲とすることがより好ましい。
外管９は横断面の外形が円形の管材である。外管９の直径は、管式熱交換器１０の外径に相当し、例えば、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲に設定できるが、この範囲に限るものではない。外管９の肉厚は内管８の肉厚と同程度とされるが、一方が他方より厚くても薄くても良く、特に制限はない。
【００１９】
図２に示すように、流路管８Ａは捻り角θ１の螺旋状に形成されている。一方で、図３（ｂ）に示すように、外管９の外周面９ａにはダイスマークＤＭが、捻り角θ２を有して螺旋状に形成されている。αを外管９の内周長とし、βを外管９の肉厚としたとき、流路管８Ａの捻り角θ１とダイスマークＤＭの捻り角θ２は、以下の関係を満たす。
【００２０】
【数１】
2018089682.tif 000003
【００２１】
上記式によれば、ダイスマークＤＭの捻り角θ２は、上記の式から、流路管８Ａの捻り角θ１より大きくなる。これは、流路管８Ａの捻り角θ１およびダイスマークＤＭの捻り角θ２の基準となる面が外周面と内周面であり、肉厚差に起因して異なっていることに由来する。管式熱交換器１０の外周面における螺旋状のダイスマークＤＭの捻り角θ２は、螺旋状の流路管８Ａの捻り角θ１より、１．０°以上大きい。なお、本実施形態により得られる管式熱交換器１０の外径は４ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。さらに管式熱交換器１０の外径は、出発材である押出複合素管径に比べ外径が７０％以下である。
捻り角θ１は、後述する製造装置で管式熱交換器１０を製造する場合に座屈を生じない程度の角度とすることが望ましく、１０゜以上８０゜以下の範囲を選択できるが、例えば１０゜以上４５゜以下の範囲に制御すると製造時の管の座屈も防止することができる。捻り角θ１は、例えば、図２に示すように外管９の一部を排除して内管８を側面視した場合、流路管８Ａが描く螺旋を観察し、その直線部分を抽出して管式熱交換器１０（外管９）の中心軸線との交差角として把握される。
この範囲内の捻り角θ１において内部に流す冷媒との熱交案効率を向上させ、製造時の管の座屈も防止するためには、捻り角θ１＝１５゜〜４０゜の範囲とすることが望ましく、捻り角θ１＝１５゜〜３０゜の範囲とすることがより好ましい。
外管９は横断面の外形が円形の管材である。外管９の直径は、管式熱交換器１０の外径に相当し、例えば、４ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲に設定できるが、この範囲に限るものではない。外管９の肉厚は内管８の肉厚と同程度とされるが、一方が他方より厚くても薄くても良く、特に制限はない。
【００２２】
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溝である。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。本実施形態の外管９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３（ｂ）に示すダイスマークＤＭは、分かり易さのために複数本のダイスマーク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、長さ方向に沿って間欠的に形成されている。また、外管９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在されている。
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直線筋状の凹溝のみならず、係る凹溝を有する素管に捻りを付与した後の裸線筋状の凹部についても用いる。捻りが付与された後の螺旋筋状の凹部は、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称する。
【００２３】
捻り引抜き加工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。管式熱交換器１０は、設置される際に、ヘアピン状に屈曲される曲げ加工が施される場合がある。このような曲げ加工において、ダイスマークＤＭは、管式熱交換器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、管式熱交換器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管式熱交換器１０を提供できる。
【００２４】
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３１（ｂ）に、図３１（ａ）のダイスマークＤＭの深さ測定結果を示す。同様に、図３２（ｂ）に、図３２（ａ）のダイスマークＤＭの深さ測定結果を示す。なお、図３１および図３２に例示するダイスマークＤＭを有する管式熱交換器は、本実施形態の管式熱交換器１０の一例である。
【００２５】
一方、図３（ａ）に示すように、外管９の外周面９ａ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が形成されている。また、図３（ａ）に示すように、４つのウエルドラインＷＬは、外管９の外周面９ａに沿って外管９の長さ方向に４つともそれぞれ同じ捻り角θ２で螺旋状に形成されている。
ウエルドラインＷＬは、押出加工と捻り引抜き加工を行って外管９を製造する際、押出装置のダイスに通じる素材流路でアルミニウム素材同士が合流して溶着した部分が元となり、その部分が捻り加工で螺旋状に形成されたものである。
【００２６】
ウエルドラインＷＬは、外管９の外周面９ａに沿って螺旋状に形成されたそれぞれの位置において外管９の管壁を厚さ方向に貫通して外管９の外周面９ａから外管９の内周面に至るように形成されている。
なお、ウエルドラインＷＬの数は、本実施形態の如く４つに限られない。本実施形態の外管９の製造時において、押出加工装置内に収容したアルミニウム素材（ビレット）を複数の流路に分けて圧送しダイスの内部で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。例えば、外管９の外周面９ａに沿って２本、４本、６本などの本のウエルドラインＷＬが形成されていても差し支えない。
【００２７】
本実施形態において、螺旋状に形成されたウエルドラインＷＬの捻り角θ２は、例えば１０゜以上８０°以下である。後段において説明するように、本実施形態の管式熱交換器１０は、図４に示す断面形状の複合素管４に捻り引抜き加工を付与することにより形成されている。したがって、捻り引抜き加工後の外管９に形成されているウエルドラインＷＬの螺旋ピッチと内管８を構成する流路管８Ａの螺旋ピッチは、ほぼ一致される。
捻り角θ２は、例えば、図３（ａ）に示すように外管９を側面視した場合、ウエルドラインＷＬが描く螺旋を観察し、その直線部分を抽出して管式熱交換器１０（外管９）の中心軸線との交差角として把握される。
【００２８】
図４に示す複合素管４は、外素管６と内素管７とからなり、内素管７は図４に示す横断面形状の四葉のクローバー型を構成する４つの流路素管７Ａからなる。外素管６の外径は先に図１を基に説明した管式熱交換器１０の外管９より若干大きな外径とされている。外素管６は先の外管９と同等材料からなり、内素管７は先の内管８と同等材料からなる。
図４に示すように各流路素管７Ａは頭部７ａと首部７ｂからなり、各流路素管７Ａにおいて頭部７ａの外周側は外素管６の内面に接するように配置され、流路素管７Ａの首部７ｂは外素管６の中心側において隣接する他の流路素管７Ａの首部７ｂにそれぞれ連続されている。このように４つの流路素管７Ａが接続一体化されることで、横断面において４つの流路素管７Ａが四葉のクローバー型に配置されている。
複合素管４において、各流路素管７Ａの内部には第１の流路４ａが形成され、流路素管７Ａ、７Ａの間にこれらと外素管６に囲まれて第２の流路４ｂが形成され、４つの流路素管７Ａの首部７ｂに囲まれるように第２の流路４ｃが形成されている点は、管式熱交換器１０と同様な構造とされている。
【００２９】
ただし、流路素管７の横断面形状は、先に図１を基に説明した管式熱交換器１０における流路管８の横断面形状と若干形状が異なっている。
図４に示す複合素管４において、流路素管７Ａの頭部７ａの横断面形状は図１に示す流路管８の頭部８ａの横断面形状よりも若干円形に近い楕円型に形成されているのに対し、流路管８の頭部８ａの横断面形状は図３に示すように偏平型に近い楕円型に形成されている。
図４に示す複合素管４において、第２の流路４ｂは、外素管６に近い側が幅広であり、外素管６の中心に近い側が若干幅狭に形成されているが、図１、図２に示す管式熱交換器１０において、第２の流路１０ｂが外管９に近い側から外管９の中心に近い側まで幅狭に形状されている。
【００３０】
複合素管４の横断面形状と管式熱交換器１０の横断面形状が異なる理由は、複合素管４を用いて後述する製造装置においてダイスを用いて２回塑性変形させて複合素管４に捻り引抜き加工を付加したためである。この捻り引抜き加工により複合素管４にその長さ方向に沿って直線状に形成されていた４つの流路素管７Ａが捻り引抜き加工を受け、図３に示すねじり角と捻りピッチを有する４つの流路管８Ａを有する管式熱交換器１０を得ることができる。
後述する製造装置を用いて引抜きダイスにより複合素管４に引抜き力を加えながら捻り加工を施すことで、アルミニウムまたはアルミニウム合金から、または、鉄系合金あるいは銅系合金などの金属からなる外径３〜１５ｍｍ程度の肉薄の複合素管４であっても管に破断やき裂を引き起こすことなく捻り加工できる。
【００３１】
管式熱交換器１０の内部には、例えば熱交換器の冷媒流通管として用いた場合、熱交換器の種類によっては高圧の冷媒が流れる。したがって、管式熱交換器１０には、内部圧に対する十分な耐圧強度が求められる。
本実施形態の管式熱交換器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、ウエルドラインＷＬが直線状に設けられている構造よりも耐圧強度が高められている。管式熱交換器１０の内部圧が高まると、外管９の内周面には、外管９を径方向外側に押し広げる応力が加わる。このため、管式熱交換器１０において、内部圧の高まりに起因する亀裂は、外管９の長手方向に沿って形成されやすい。また、一方で、ウエルドラインＷＬは、他の部位と比較して組織が異なるため、腐食などが生じると亀裂の起点となり易い。
本実施形態によれば、ウエルドラインＷＬが、外管９の管壁に螺旋状に形成されているために、内部圧が高まった場合であっても、直線状のウエルドラインＷＬが設けられた構造に対し、螺旋状のウエルドラインＷＬに沿って亀裂が生じ難い。このため、耐圧性に優れた管式熱交換器１０を提供できる。
【００３２】
なお、図１に示す管式熱交換器１０の外管９を螺旋ピッチの長さ分切り開いて長方形状に展開すると、展開面にウエルドラインＷＬの１周分の長さを対角線として得ることができるので、その長さを測定すればウエルドラインＷＬの１周分の長さを測定することができる。
このような管式熱交換器１０のウエルドラインＷＬは、十分大きな捻り角θ２の螺旋を描く。したがって、螺旋状に形成されたウエルドラインＷＬが、内圧の高まりに応じて亀裂が生じようとする方向である管式熱交換器１０の長さ方向に対して、十分に傾斜して延在する。これによりウエルドラインＷＬに沿って亀裂が生じることをより効果的に抑制できる。
【００３３】
本実施形態において、螺旋状のウエルドラインＷＬは、外管９の長さ方向に沿って螺旋状かつ間欠的に形成されている。すなわち、ウエルドラインＷＬには、部分的に途切れた部分が形成されている。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アルミニウム素材同士の溶着部分である。このため、外管９においてウエルドラインＷＬの組織は、外管９の他の部分と異なる組織となる。
本実施形態の管式熱交換器１０は、後段に説明するように、押出加工で形成した外素管６を有する複合素管４に対して引抜きと捻りを繰り返し付与して製造される。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。
【００３４】
ウエルドラインＷＬが消失している部分の組織は、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に沿う外管９の強度を高めることができる。これにより、耐圧性の高い管式熱交換器１０を提供できる。
また、ウエルドラインＷＬは、形成時に固溶成分が析出するため優先的に腐食しやすいと言われている。本実施形態によれば、ウエルドラインＷＬが長さ方向に沿って螺旋状かつ間欠的に形成されているため、腐食部分が連続的に延びることがなく、腐食に伴う耐圧性の低下を抑制できる。
【００３５】
螺旋状かつ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による耐圧性低下を効果的に抑制できる。
管式熱交換器１０の外管９を１０％硝酸水溶液に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。
【００３６】
後述する実施例において図１７に示すように、エッチングにより顕在化されたウエルドラインＷＬをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、Scanning Electron Microscope）により観察すると、径が１０μｍ以上のピットの存在を確認できる。
図１８は、後述する製造装置により製造した管式熱交換器１０の外管９において外周部のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、Scanning Electron Microscope）画像であり、図１８（ａ）はウエルドライン消失部であり、図１８（ｂ）はウエルドラインが残留した部分である。図１８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１８（ｂ）に示すように、外管９の外周面をＳＥＭにより観察すると、ウエルドラインＷＬには、径が１０μｍ以上のピットが形成されている。一方で、図１８（ａ）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。
【００３７】
本明細書においては、ＳＥＭによる観察視野１８０μｍ×２５０μｍの範囲の観察において、径が１０μｍ以上のピットを３０個以上含んでいる部分をウエルドラインＷＬと定義する。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。
【００３８】
本実施形態の管式熱交換器１０において流路管８Ａは捻り角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、捻り角θ２の螺旋状に形成されている。αを外管９の内周長とし、βを外管９の肉厚としたとき、流路管８Ａの捻り角θ１とウエルドラインＷＬの捻り角θ２は、以下の関係を満たす。
【００３９】
【数２】
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【００４０】
上記式によれば、ウエルドラインＷＬの捻り角θ２は、上記の式から、流路管８Ａの捻り角θ１より大きくなる。これは、流路管８Ａの捻り角θ１およびウエルドラインＷＬの捻り角θ２の基準となる面の外周面と内周面が、肉厚差に起因して異なっていることに由来する。
【００４１】
本実施形態によれば、管式熱交換器１０の内部に長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数の第１の流路１０ａと第２の流路１０ｂを設けているので、管式熱交換器１０の内部を流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。螺旋状の第１の流路１０ａと第２の流路１０ｂを備えた管式熱交換器１０は、図６に示す複合素管４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、内圧に対する耐圧性の優れた外管９を備えた管式熱交換器１０を提供することができる。また、第１の流路４ａと第２の流路４ｂにはそれぞれ別の冷媒を流すことができ、また、一方の流路と他方の流路の流れを逆として往路と復路に適用することもできる。
なお、これまでの説明においては、管式熱交換器１０を熱交換器に適用した例について説明したが、管式熱交換器１０の適用用途は熱交換器に限らず、コンプレッサーのアフタークーラー用途、自動販売機のＣＯ２配管用途、大型ボイラー用配管用途、給湯器用配管用途など、種々の用途に広く適用できるのは勿論である。
【００４２】
「集合組織」
アルミニウム又はアルミニウム合金から管式熱交換器１０が形成されている場合、外管９の管壁には集合組織が形成されている。
アルミニウム又はアルミニウム合金は多結晶体であり、通常個々の結晶粒の方向はランダムであるが、多結晶体が塑性変形を受けた場合に結晶粒の方位が特定の方向に集合し易くなる場合があり、この特定の方向を優先方位と称し、優先方位を有する多結晶体のことを集合組織を有する材料と呼称することができる。塑性加工による集合組織の形成は、特定の結晶面と結晶方向でのすべりに起因した結晶回転の結果として知られている。
本実施形態の管式熱交換器１０は後述する如く図４に示す構造の複合素管４に対し、後述する製造装置Ａを用いて捻り引抜き加工を施して得られる。
即ち、ダイスを用いた引抜き加工と同時に複合素管４に捻り加工を行うことで管式熱交換器１０が得られる。
このため、外管９の管壁には引抜きと捻りに起因する所定の塑性加工が施される結果、管壁の特定の方向に集合組織が発達した金属組織を有する管式熱交換器１０が得られる。
【００４３】
この集合組織の方位を特定するには、一例として、管式熱交換器１０を適当な長さに切断し、外管９の管壁を切り開いて平板状の試料とした上で、この試料の外表面（管壁の外表面）に対しＸ線反射法を用いて（２００）、（２２０）、（１１１）不完全極点図を測定し、解析ソフト（Standard ODF）を用いて、Bunge法により解析し、結晶方位分布関数（ＯＤＦ：Orientation Distribution Function）の測定を行って把握することができる。
例えば、Ｘ線反射法におけるＸ線回折条件として、Ｃｕ管球、４０ｋＶ−４０ｍＡを用い、α角度：２０〜９０゜（Step:５.０゜）の条件で求めることができ、測定面として、引抜き方向をＲＤ、走査方向をＴＤ、管の半径方向をＮＤと規定することができる。
【００４４】
図１９は後述する製造装置Ａを用い、実施例において３０゜の捻り角を付与するように製造された外管の（２００）不完全極点図、図２０は（２２０）不完全極点図、図２１は（１１１）不完全極点図の一例を示す。
これらの極点図に対しそれらのＲＤ−ＴＤ方向に捻り角に対応する３０゜の補正を加えた極点図を図２２、図２３、図２４にそれぞれ示す。
また、これら実施例試料に対し、後述する製造装置Ａを用いて捻りを略し、引抜きのみを施して得た比較例試料の（２００）極点図、（２２０）極点図、（１１１）極点図を図２５、図２６、図２７に示す。
図１９〜図２１に示す極点図では主な特徴を確認できないが、３０゜補正後の図２２〜図２４に示す極点図は図２５〜図２７に示す引抜き管の極点図に類似したパターンを示すことがわかる。
このことから、補正値３０゜が管式熱交換器の捻り角（外管の捻り角）と一致することから、外管の集合組織の結晶方位は引抜き管に比べ、その引抜き方向に３０゜の捻れを生じていることがわかった。
【００４５】
また、図１９〜図２１に示す不完全極点図から求めた外管の結晶方位分布関数を図２８に示し、図２２〜図２４に示す３０゜補正後の不完全極点図から求めた外管の結晶方位分布関数を図２９に示し、図２５〜図２７に示す不完全極点図から求めた引抜き管の結晶方位分布関数を図３０に示す。
これらの対比から、管式熱交換器の結晶方位分布関数では、極点図同様に３０゜の補正を加えることで、引抜き管と同様の結晶方位図を得ることができた。
集合組織について面心立方晶に観察される代表的な優先方位の位置から、引抜き管、管式熱交換器（多重捻り管）ともに圧延集合組織であるＣｕ方位｛１１２｝＜１１１＞の集積を認めることができた。
次に、Ｇｏｓｓ方位｛０１１｝＜１００＞の集積が認められた。
また、これらの集積の度合いは、引抜き管に比べて管式熱交換器の方が弱い傾向を示していることがわかる。
これらの分析から、外管の集合組織は、Ｃｕ方位、Ｇｏｓｓ方位が優先的に配向した集合組織を示していることがわかり、集合組織の方位は、ＲＤ（引抜き方位）に対し、ＲＤ−ＴＤ方向に捻り角に依存した３０゜の傾きを有した集合組織であると判断できる。
【００４６】
以上説明のように管式熱交換器１０、その外管９の管壁に捻り角に依存する集合組織を有しているが、引抜き管よりも集合組織の発達が弱いため、引抜き管よりも集合組織の発達を弱くすることができる。集合組織の発達の強い引抜き管よりも集合組織の発達の弱い外管９とするならば、その外管９は管壁の伸びの異方性、強度の異方性を弱くしていることとなり、集合組織の発達の強い引抜き管より集合組織の発達の弱い外管９の方がヘアピン曲げの部分にクラック発生や座屈発生を抑制できる特徴を有する。
このため、管式熱交換器１０を小さな曲率半径でヘアピン曲げ加工したとしても、曲げ部分にしわや偏平部分が発生し難く、き裂や破断を生じ難い管式熱交換器１０を提供できる特徴がある。
【００４７】
［製造方法］
以下、本願発明に係る管式熱交換器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。管式熱交換器１０の製造方法は、押出成形工程と捻り引抜き工程をこの順で含む。
【００４８】
＜押出成形工程＞
まず、押出成形工程により外素管６を形成し、この外素管６に図４に示す断面形状の内素管７を挿入して複合素管４を得る。
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、外素管６を製造（管押出成形工程）する。押出成形工程により成形された外素管６には、外素管６の長さ方向に直線状に延びる例えば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、例えば外素管６の周方向に沿って等間隔（９０°間隔）に配置される。この外素管６に四葉のクローバー型に成形した内素管７を挿入して複合することで、図６に示す複合素管４を得ることができる。
【００４９】
＜捻り引抜き工程＞
次に、捻り引抜き工程について説明する。
捻り引抜き工程は、引抜きを行いながら上述の複合素管４に捻りを付与することで、ウエルドラインＷＬ、流路素管７Ａを螺旋状とするとともに螺旋状の集合組織を形成する工程である。
【００５０】
なお、本明細書において、直線状の流路素管７Ａを備えた複合素管４から管式熱交換器１０に至る過程において、管式熱交換器１０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、複合素管４、中間捻り管および管式熱交換器１０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示すことがある。
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、製造装置内の各部位の配置を意味するものではない。管材は管式熱交換器１０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。
【００５１】
＜捻り引抜き工程を行う製造装置＞
図５は、複合素管４に２回の捻り引抜きを付与して管式熱交換器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を用いた捻り工程について説明する。
【００５２】
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説明する。
【００５３】
（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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
図６は、図５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５、図６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。
【００５９】
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。
【００６０】
図６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５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。
【００６１】
（巻き出しボビン）
巻き出しボビン１１には、複合素管４（図４参照）が巻き付けられている。巻き出しボビン１１は、複合素管４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。
【００６２】
図６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からの複合素管４の繰り出しを補助する。
【００６３】
巻き出しボビン１１は、巻き付けられた複合素管４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、複合素管４を形成する押出装置に取り付けられ、再び複合素管４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に複合素管４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において複合素管４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に長尺の複合素管４が巻き付けることができる。これにより、長尺の複合素管４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。
【００６４】
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複合素管４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。
【００６５】
（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から繰り出された複合素管４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、複合素管４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、複合素管４をスムーズに搬送できる。なお、図５において、ガイドローラ１８ｂの図示は省略されている。
【００６６】
図５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、例えば複合素管４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から供給される複合素管４を第１のガイドキャプスタン１８に誘導する。
【００６７】
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。
【００６８】
（第１の引抜きダイス）
第１の引抜きダイス１は、複合素管４（管材５）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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、管材は、複合素管４から中間捻り管１０Ｃとなる。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
（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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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５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。
【００７８】
（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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から管式熱交換器１０となる。
【００８１】
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。
【００８２】
（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。
【００８３】
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から管式熱交換器１０となる。
【００８４】
（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。
【００８５】
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、管式熱交換器１０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。
【００８６】
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。
【００８７】
（巻き取りボビン）
巻き取りボビン７１は、管式熱交換器１０の管路の終端に設けられ、管式熱交換器１０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式熱交換器１０を巻き取りボビン７１に整列巻きさせる。
【００８８】
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、管式熱交換器１０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。
【００８９】
＜捻り引抜き工程＞
上述した製造装置Ａを用いて、管式熱交換器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、複合素管４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から複合素管４（管材５）を繰り出して、予め複合素管４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。
【００９０】
管式熱交換器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から複合素管４（管材５）を順次繰り出していく。
次に、巻き出しボビン１１から繰り出された複合素管４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、複合素管４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）。
【００９１】
次に、素管１０Ｂ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、素管１０Ｂ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）。
【００９２】
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。
【００９３】
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の内部の直線状の流路管７Ａに捻りが付与され管式熱交換器１０が形成される。第１の捻り引抜き工程により複合素管４は、中間捻り管１０Ｃとなる。中間捻り管１０Ｃは、管式熱交換器１０の製造工程における中間段階の管材であり、管式熱交換器１０の流路管８Ａより浅い捻り角の螺旋状の流路管が形成された状態である。
【００９４】
第１の捻り引抜き工程において、管材５（複合素管４）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。また、この捻り引抜き工程により管材５の管壁の集合組織がある程度発達する。
【００９５】
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管材５に座屈が生じにくい。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、例えば１０〜４５゜の捻りを付与できる。
【００９６】
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、４０％以下とするのが好ましい。
【００９７】
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。
【００９８】
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、螺旋状の流路管の捻り角を更に大きくする（第２の捻り引抜き工程）。この第２の捻り引抜き工程により中間捻り管１０Ｃは、管式熱交換器１０となる。
【００９９】
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。
【０１００】
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の流路管に更に大きな捻りが付与され、流路管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、管式熱交換器１０となる。
【０１０１】
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に捻りと引抜きが付与される。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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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、例えば１０〜４５゜の捻り角を付与できる。
また、第２の捻り引抜き工程により集合組織の発達が進行し、目的の捻り角に依存した傾斜を有する集合組織が発達する。
【０１０４】
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）４０％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。
【０１０５】
＜空引き工程＞
次に、管材５を仕上げ引抜きダイス７０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７０を通過することで、表面が整形されるとともに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、所定の真円度の管材５とすることができる。なお、仕上げ引抜きダイス７０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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
＜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、管式熱交換器１０を製造することができる。
【０１０８】
＜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。
【０１０９】
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、管式熱交換器１０を製造できる。
【０１１０】
本実施形態の捻り工程によれば押出成形工程において外管９に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管式熱交換器１０を製造できる。
【０１１１】
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複合素管４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、押出で複合素管４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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
本実施形態の製造方法によれば、流路素管７Ａに直接的に捻りと引抜きを付与することで、ウエルドラインＷＬと螺旋状の流路管８Ａを同時に螺旋状且つ間欠的に形成することが可能となる。また、目的の捻り角に依存した傾斜角の集合組織を発達させることができる。
これらにより、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、螺旋状の流路管８Ａによる熱交換率の向上の効果と、を同時に達成する管式熱交換器１０を製造できる。また、捻り角に依存した傾斜を有する集合組織を発達させることができるので、小さな曲率でヘアピン曲げを施してもき裂や破断を生じ難い管式熱交換器１０を製造できる。
【０１１４】
本実施形態の捻り工程は、上述の工程を経て形成された管式熱交換器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、上述の工程を経た管式熱交換器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管式熱交換器１０を製造できる。
【０１１５】
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５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、捻り角θ１の大きな流路管８Ａを有するとともに、肉厚が薄い流路管８と外管９を、座屈を生じさせることなく製造することができる。また、捻り角に依存した傾斜を有する集合組織を発達させた管式熱交換器１０であって、ヘアピン曲げに強い管式熱交換器１０を製造することができる。
管式熱交換器１０は、流路管８Ａの捻り角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、管式熱交換器１０は、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管式熱交換器１０を製造できる。
【０１１６】
本実施形態の捻り工程によれば、直管状の流路管７Ａ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、最終品である管式熱交換器１０の外径に対し、素材となる複合素管４の外径は１．１倍以上である。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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に長尺の複合素管４（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管式熱交換器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。
【０１１９】
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、管材５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。
【０１２０】
本実施形態に係る第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、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。
【０１２１】
なお、本実施形態においては、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７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。
以上の説明の工程により、図１〜図３に示す構成の管式熱交換器１０を製造することができる。
【０１２２】
図７は本発明に係る第２実施形態の管式熱交換器を示すもので、この第２実施形態の管式熱交換器５０は、外管５１と内管５２を備え、内管５２の周方向に所定の間隔で放射状に複数の隔壁５３が形成され、これら隔壁５３は外管５１と内管５２に一体的に接続してこれらの菅の長さ方向に螺旋状に延在されている。
これらの隔壁５３が螺旋状に延在されることで内管５２の外側に外管５１と内管５２と隔壁５３に区画された複数の捻り流路（第１の流路）５４が形成されている。また、内管５２の内部には第２の流路５５が形成されている。
内管５２の外側に形成されている隔壁５３は、内管５２の長さ方向に沿って所定の捻り角と螺旋ピッチで螺旋状に形成されているので、第１実施形態の管式熱交換器１０と同様に内管５２の周囲を囲むように所定の螺旋ピッチと捻り角で螺旋状に複数の捻り流路５４が形成されている。
これら捻り流路５４の捻り角は先に説明した第１実施形態の流路管８における捻り角θ１と同等の捻り角に形成され、螺旋ピッチも先に説明した第１実施形態の流路管８における螺旋ピッチｐ１と同等の螺旋ピッチに形成されている。
【０１２３】
また、本実施形態において、内管５２の周囲に６個の捻り流路５４が形成されるとともに、内管５２の直径は外管５１の直径の半分程度に形成され、外管５１の径方向に沿う捻り流路５４の高さは内管５２の半径程度に形成されている。
第２実施形態の管式熱交換器５０も先の第１実施形態の管式熱交換器１０と同等のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。また、外管５１の周壁に先の第１実施形態と同等の螺旋状のウエルドラインが形成され、外管５１の周壁に先の実施形態と同様に集合組織が形成されている。
【０１２４】
第２実施形態の管式熱交換器５０は、外管と内管の間にこれら管の長さ方向に沿って帯板状に延在し、螺旋状ではない隔壁を有する複合素管を押出加工で製造し、この複合素管を図５、図６に示す製造装置Ａで捻り加工することで製造することができる。
【０１２５】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様にウエルドラインが螺旋状かつ間欠的に形成されているため、ウエルドラインに沿う外管５１の強度を高めることができ、耐圧性の高い管式熱交換器５０を提供できる。また、第１実施形態と同様に外管５１の周壁に捻り角に対応する傾斜を有する集合組織が形成されている。
管式熱交換器５０の内部に長さ方向に沿って螺旋状に形成された複数の第１の流路５４を設けているので、管式熱交換器５０の内部を流れる冷媒との熱交換効率を高めることができる。
また、第１の流路５４と第２の流路５５を冷媒の流通路として用いることができ、これらの一方を往路として、他方を復路として適用することもできる。
第２実施形態の管式熱交換器５０においても先に説明した管式熱交換器１０と同等の効果を得ることができる。
【０１２６】
以上説明した如く本発明の管式熱交換器は、図１〜図３、図７に例示した如く種々の形状を採用することができる。また、本発明において、捻り流路も２層に限らず、外管の内側に３層以上の多層構造としても良い。
例えば、外管の内側に３層以上の多層となるように粒径の小さな流路管を複数収容した複合素管を用いて製造装置Ａにより捻り加工を施すことで３層以上の多層の捻り流路を設けた管式熱交換器を製造することができる。
【０１２７】
図８は先に説明した管式熱交換器１０、５０のいずれかを伝熱管６５として用いた熱交換器の一例を示すもので、この例の熱交換器６６は、放熱板としてのフィン６７を所定の間隔で複数並列配置し、各フィン６７に形成されている挿通孔にＵ字状に折曲した伝熱管６５を挿通することで構成されている。
伝熱管６５は例えば直管部６５Ａで複数のフィン６７の挿通孔を通過するように配置され、直管部６５Ａの開口端どうしを更にエルボ管６５Ｂで接合することで蛇行状の伝熱管６５を構成することができる。伝熱管６５においてその一端側が導入部６５ｃとされ、その他端側が導出部６５ｄとされ、導入部６５ｃから冷媒または熱媒が導入され、導出部６５ｄから冷媒または熱媒が導出される。
フィン６７は一例としてアルミニウムまたはアルミニウム合金板からなり、その一部にバーリング加工などを施して挿通孔が形成されており、挿通孔の開口内周縁部分にフランジ部が形成されている。
【０１２８】
図８に示す構造の熱交換器６６において管式熱交換器１０、５０のいずれかを適用することで熱交換効率の高い熱交換器６６を提供できる。
また、管式熱交換器１０、５０の外周面に犠牲陽極層が形成されているならば、熱交換器６６が腐食環境に設置された場合、電位の卑な犠牲陽極層が優先的に腐食される。この結果、腐食生成物が管式熱交換器１０、５０の表面に生成し、この腐食生成物は管式熱交換器１０、５０がフィン６７のフランジ部を通過する部分にも生成する。
この結果、管式熱交換器１０がフランジ部を通過した部分の隙間を前記腐食生成物で埋めることができ、これによって熱交換器６６の外部からフィン６７の内側に前記隙間を介し侵入しようとする雨水などの侵入を防止できる。
並列されたフィン６７の間に雨水などが浸入して水滴を構成し、フィン間の隙間を水滴が閉塞すると、フィン６７に送風した場合の送風抵抗が増大し、熱交換器６６の熱交換効率が低下する。このため、管式熱交換器１０、５０の外周面に形成した犠牲陽極層は熱交換器６６の耐食性を高めるとともに、熱交換器６６の効率低下も抑制する。
【０１２９】
「第２の製造装置」
図１０〜図１２は管式熱交換器１０を製造するために用いる第２の製造装置Ｂを示すもので、図１０は製造装置Ｂの要部のみを簡略的に示し、図１１は製造装置Ｂの全体構造の側面を示し、図１２は製造装置Ｂの全体構造の平面を示す。
この製造装置Ｂは、図４に示す複合素管４を図１０、図１１に示すようにコイル状に巻き取った状態に保持する巻き出し側キャプスタン８０と、この巻き出し側キャプスタン８０から巻き出される複合素管４を巻き出し側キャプスタン８０とともに回転する回転手段８１を備えている。また、製造装置Ｂは、巻き出し側キャプスタン８０から送り出された複合素管４を通す引抜きダイス８２と、引抜きダイス８２を通って捻り加工と引抜き加工がなされた管式熱交換器１０を巻き付けながら送り出す引抜き側キャプスタン８３を備えている。
【０１３０】
巻き出し側キャプスタン８０は、図１１に示すように離間して前後に立設された鋼材からなる支柱部材８５、８６の上端部に取り付けられた軸受け部８７に軸回りに回転自在に水平に支持された中空軸部８８に支持されている。なお、この中空軸部８８の長さ方向の延長線に沿って巻き出し側キャプスタン８０とダイス８２と引き抜き側キャプスタン８３が順次配置され、複合素管４が中空軸部８８、巻き出し側キャプスタン８０、引抜きダイス８２、引き抜き側キャプスタン８３の順に移動されて加工される。このため、以下の説明において複合素管４の移動方向に沿って上流側を前段側、下流側を後段側と適宜呼称しつつ説明する。
【０１３１】
中空軸部８８は支柱部材８５の上端部と支柱部材８６の上端部にそれぞれ設けられている軸受け部材８５ａ、８６ａに支持されて水平に設けられ、その一端８８ａを支柱部材８５の上端部から上流側外部に突出させ、その他端８８ｂを支柱部材８６の上端部から下流側外部に突出させて水平に、かつ、軸回りに回転自在に支持されている。中空軸部８８の他端側に中空軸部８８に対し斜め方向に隣接して延在する一対の第１支持フレーム９０が設けられ、それらの先端側に第１支持フレーム９０、９０に挟まれるように巻き出し側キャプスタン８０が支持されている。
中空軸部８８の他端側には中空軸部８８に対し斜め方向に延在するように第２支持フレーム９１が設けられ、第２支持フレーム９１の先端側に延設された延長フレーム９２に錘体９３が取り付けられている。第１支持フレーム９０と第２支持フレーム９１は中空軸部８８の他端８８ｂに対しＶ字型に配置されるように接続され、中空軸部８８の軸回りの回転によって第１支持フレーム９０と第２支持フレーム９２はＶ字型に支持されたまま回転される。
【０１３２】
巻き出し側キャプスタン８０の円盤部８０ａはその中心部から若干ずれた位置を第１支持フレーム９０、９０の先端部９０ａによって支持されている。また、中空軸部８８の中心軸の延長線を巻き出し側キャプスタン８０の外周縁の接線と近似するように巻き出し側キャプスタン８０が第１支持フレーム９０によって支持されている。このため、中空軸部８８の回転に伴い巻き出し側キャプスタン８０が旋回すると、中空軸部８８の中心軸の延長線の周囲を周回するように巻き出し側キャプスタン８０が回転する。また、同様に中空軸部８８の回転に伴い錘体９３も中空軸部８８の中心軸の延長線の周囲を周回するように回転する。
巻き出し側キャプスタン８０において、円盤部８０ａの外周縁に沿って複合素管４を巻き付けることができるように構成されている。
【０１３３】
例えば、図１０に示すように巻き出し側キャプスタン８０が最も下方位置になるように中空軸部８８を回転させた場合、巻き出し側キャプスタン８０の最上部の若干上方を中空軸部８８の中心軸の延長線が通過する。あるいは、巻き出し側キャプスタン８０が最も上方位置になるように中空軸部８８を回転させた場合、巻き出し側キャプスタン８０の最下部の若干下方を中心軸部８８の中心軸部の延長線が通過する。
中空軸部８８の一端８８ａ側の開口部には複合素管４を挿入可能な大きさの入口部８８ｃが形成され、中空軸部８８の他端８８ｂ側の開口部には先の複合素管４を引き出し可能な出口部８８ｄが形成されている。
【０１３４】
このため、中空軸部８８の内部を通過させた複合素管４を巻き出し側キャプスタン８０の外周の接線に沿うように導入して巻き出し側キャプスタン８０の外周に巻き掛けることができるとともに、巻き出し側キャプスタン８０の外周に例えば１周分巻き付けた複合素管４を巻き出し側キャプスタン８０の外周から巻き出して引抜きダイス８２側に導出することができる。
この巻き出し側キャプスタン８０に対する複合素管４の巻き付け状態と巻き出し状態の一例を図１３に簡略的に示しておく。図１３においてＣ０は巻き出し側キャプスタン８０に巻き付けられる前段側の複合素管４の軸心を示し、Ｃ１は巻き出し側キャプスタン８０から巻き出された複合素管４の軸心を示している。
【０１３５】
中空軸部８８の他端側にはＶ字型に第１のフレーム９０と第２のフレーム９１が延出され、それらの先端側に巻き出し側キャプスタン８０と錘体９３が取り付けられているが、錘体９３と巻き出し側キャプスタン８０の重量および取付位置は、それらが回転した場合に、重量バランスの均衡がとれる位置とされている。即ち、中空軸部８８の回転により錘体９３と巻き出し側キャプスタン８０が旋回した場合、両者の回転モーメントのバランスが均衡し、両者の回転に伴う振動が可能な限り小さくなるように巻き出し側キャプスタン８０と錘体９３のそれぞれの重量と取付位置が調整されている。
【０１３６】
支柱部材８５の上部と支柱部材８６の上部の間に支持板９５が架設され、支持板９５に駆動モーター９６が取り付けられ、駆動モーター９６の出力軸９６ａに無端ベルトなどの動力伝達装置９７が接続されている。この動力伝達装置９７はその上方に位置する中空軸部８８の一端側に接続されていて、駆動モーター９６の出力軸９６ａの回転により中空軸部８８を回転駆動することができる。
この駆動モーター９６と動力伝達装置９７と中空軸部８８により巻き出し側キャプスタン８０と錘体９３を一体に回転させる構成であり、駆動モーター７６と動力伝達装置７７と中空軸部８８により、巻き出し側キャプスタン８０を回転駆動する回転手段８１が構成されている。
【０１３７】
中空軸部８８の出口部８８ｄに対し下流側に巻き出し側キャプスタン８０が設けられているが、その更に下流側に引抜きダイス８２が支柱部材９８に支持されて設けられている。引抜きダイス８２の設置位置は、図１１に示すように中空軸部８８の出口部８８ｄと同等高さにダイス孔が望む位置とされ、中空軸部８８の出口部８８ｄと引抜きダイス８２との中間位置に巻き出し側キャプスタン８０の外周縁が望ませられている。引抜きダイス８２はこの例では支柱部材９８の上端部に中空の支持架台９９を介し取り付けられている。また、支持架台９９の上方には引抜きダイス８２のダイス孔に潤滑油を供給するためのタンク１００とフレキシブル供給管１０１が設置されている。
【０１３８】
引抜きダイス８２は、複合素管４を挿通させるダイス孔を有しており、複合素管４の外径を減少させる空引きを行う。引抜きダイス８２における縮径率はアルミニウム又はアルミニウム合金からなる複合素管４の場合、５〜４０％程度に設定される。縮径率が小さ過ぎる場合は引抜きによる効果が乏しく、大きな捻り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複合素管４に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、複合素管４がダイス孔を通過する際、巻き出し側キャプスタン８０が回転されるので、複合素管４は引抜きダイス８２のダイス孔によって縮径されると同時に捻りが付与される。このため、複合素管４は捻りが付加されて図１〜図３に示す管式熱交換器１０に加工される。
【０１３９】
引抜きダイス８２の下流側に支柱部材９８に支持されて引抜き側キャプスタン８３が設けられ、引き抜き側キャプスタン８３は支柱部材９８に支持された水平軸１０５を介し鉛直向きに設置され、回転自在に支持されている。引き抜き側キャプスタン８３の最上部は引抜きダイス８２のダイス孔の位置と同等高さに設置され、その外周面に沿って引抜きダイス８２で加工された管式熱交換器が巻き付けられるようになっている。
支柱部材９８において引き抜き側キャプスタン８３を取り付けた側と反対側に回転駆動用の駆動モーター１０６の出力軸１０６ａが水平軸１０５に直接連結するように設置され、駆動モーター１０６によって引き抜き側キャプスタン８３を回転駆動できる。
【０１４０】
「第２の製造装置による製造方法」
次に、以上説明のように構成された製造装置Ｂを用いて、管式熱交換器１０を製造する方法の一例について説明する。
予め、図４に示す複合素管４を用意する（複合素管準備工程）。
図１０〜図１２に示す製造装置Ｂに対し複合素管４を供給するには、複合素管４の先端側を中空軸部８８の入口部８８ｃから中空軸部８８に挿通し、中空軸部８８の出口部８８ｄから複合素管４を引き出し、巻き出し側キャプスタン８０の外周に沿って図１１に示すように１周分巻き付ける。この複合素管４を巻き出し側キャプスタン８０から接線方向に水平に巻き出して引抜きダイス８２のダイス孔に挿通し、引抜きダイス８２のダイス孔を通過させた複合素管４を引き抜き側キャプスタン８３に１周分以上巻き付け、引き抜き側キャプスタン８３の下流側にまで複合素管４を引き出す。これらの操作は管式熱交換器１０の製造開始前の準備段階の作業となる。
【０１４１】
この準備作業の後、複合素管４の先端側と後端側に図１２に示すようにそれぞれ筒型の拘束具１０８を被せ、拘束具１０８の周壁に複数形成されているねじ孔に蝶ネジ１０８ａを螺合して複合素管４の先端側と後端側を拘束する。次に、図１２に示すように複合素管４の先端側の拘束具１０８に張力調整用のコイルバネを備えたバネばかり型の張力調整具１０９を接続し、複合素管の後端側の拘束具１０８に張力調整用のコイルバネを備えたばねばかり型の張力調整具１１０を接続する。
【０１４２】
この状態から複合素管４の加工を開始する。加工開始とともに順次、複合素管４を一定の速度で移動させて中空軸部８８を通過させ、巻き出し側キャプスタン８０に巻き付ける（巻き出し工程）。複合素管４を引抜きダイス７に通すための引抜き力は駆動モーター２５により回転させる引き抜き側キャプスタン８３の回転力により与えられる。
巻き出し側キャプスタン８０から巻き出した複合素管４に引抜きダイス８２を通過させて引き抜き側キャプスタン８３に巻き付け、引き抜き側キャプスタン８３から一定の速度で巻き出す。これらの動作を開始すると同時に中空軸部８８を駆動モーター９６により所定速度で回転させ、巻き出し側キャプスタン８０と錘体９３を回転駆動する（捻り引抜き工程）。
【０１４３】
また、張力調整具１０９、１１０の張力を監視しながら、複合素管４が巻き出し側キャプスタン８０に巻き付けられる場合の後方張力を一定になるように調整する。
更に、引き抜き側キャプスタン８０から複合素管４が引き出される場合の前方張力を一定になるように調整する。
前方張力の安定的な付加のためには、張力調整具１０９の下流側に巻き取りローラーやウインチ装置などの引張り装置を配置し、一定の速度で張力調整具１０９を牽引できるように調整することが好ましい。また、後方張力の安定的な付加のためには、張力調整具１１０の上流側に巻き出しローラーなどの巻き出し装置を配置し、一定の速度で張力調整具１１０を繰り出しできるように調整することが好ましい。
あるいは、張力調整具１０９、１１０を略してこれらの位置に巻き出し用のローラーと巻取用のローラーを配置し、これらのローラーにブレーキ機構や速度調整機構を内蔵し、引抜きダイス８２より下流側の複合素管４の先端側に所望の前方張力を印加し、引抜きダイス８２より上流側の複合素管４の後端側に所望の後方張力を印加できるように構成することが大量生産を行う上では好ましい。
【０１４４】
引抜きダイス８２を中心として下流側の複合素管４に適切な後方張力を印加しつつ上流側の複合素管４に適切な後方張力を印加しながら巻き出し側キャプスタン８０から引抜きダイス８２のダイス孔に複合素管Ｆを通過させると同時に、巻き出し側キャプスタン８０を回転させることで引抜きダイスのダイス孔を通過する複合素管４に引抜き力と捻り力を同時に作用させる。
通常、３〜１５ｍｍ程度、例えば、３〜１０ｍｍ程度などの外径のアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる肉薄の素管に対し、捻り力のみを作用させると容易に座屈するか破断する。この製造装置Ｂでは捻り力の作用と同時に引抜き力を作用させて捻り力による破断を抑制しながら引き抜くので、上述のサイズの細径のアルミニウム又はアルミニウム合金製の複合素管４であっても、破断させることなく捻り力を付加できる。
【０１４５】
引抜きダイス８２を中心として下流側の複合素管４に適切な後方張力を印加しつつ上流側の複合素管４に適切な後方張力を印加しながら巻き出し側キャプスタン８０から引抜きダイス８２のダイス孔に複合素管４を通過させると同時に、巻き出し側キャプスタン８０を回転させることで引抜きダイスのダイス孔を通過する複合素管４に引抜き力と捻り力を同時に作用させる。
通常、３〜１５ｍｍ程度、例えば、３〜１０ｍｍ程度などの外径のアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる肉薄の素管に対し、捻り力のみを作用させると容易に座屈するか破断する。この製造装置Ｂでは、捻り力の作用と同時に引抜き力を作用させて捻り力による破断を抑制しながら引き抜くので、上述のサイズの細径のアルミニウム又はアルミニウム合金製の複合素管４であっても、破断させることなく捻り力を付加できる。
【０１４６】
図１０は図１１に示す製造装置Ｂのうち、引抜きダイス８２の前後に設けられている巻出し側キャプスタン８０と引抜き側キャプスタン８３を主体として複合素管４との相対関係を主体に描いた図である。
図８に示すように巻き出し側キャプスタン８０の頂上位置と引抜きダイス８２の出口部分との間の長さＬの領域が複合素管４の捻り加工領域とされる。製造装置Ｂにあってはこの捻り加工領域の長さＬを極力短くしているので、大きな捻り角を複合素管４に与えても、複合素管４に破断を生じることなく５゜〜４０゜程度までの捻りを付与することができる。
【０１４７】
複合素管４は巻き出し側キャプスタン８０に１周分巻き付けられることにより、図１３に示すように巻き始め側の軸心Ｃ０から巻き出し側キャプスタン８０の外周に沿って若干ずれた軸心Ｃ１に沿って送り出される。
引抜きダイス８２のダイス孔を複合素管４が通過する場合、複合素管４の中心とダイス孔の中心の位置合わせを行い、複合素管４に余計な応力が作用しないようにするためには、巻き出し側キャプスタン８０から巻き出された側の軸心Ｃ１を回転中心として軸心Ｃ１の周回りに巻き出し側キャプスタン８０が回転するように、中空軸部８８の位置関係と第１支持フレーム９０の位置関係と巻き出し側キャプスタン８０の位置関係を合わせることが好ましい。
複合素管４の中心とダイス孔の中心の位置合わせを行っていることにより、ダイス孔を通過する複合素管４に大きな捻り力を付加し、捻り角の大きな加工を施しても複合素管４を破断させることなく捻り加工できる。
【０１４８】
なお、巻き出し側キャプスタン８０を回転させるための回転中心は中空軸部８８の軸心と一致するが、この軸心は引抜きダイス８２のダイス孔の中心と位置合わせされ、この軸心に沿って複合素管４の中心が移動する必要がある。このため、巻き出し側キャプスタン８０に巻き掛けられる前の複合素管４は前記軸心から若干ずれた位置にあって回転する。このため、巻き出し側キャプスタン８０に巻き付けられる前の複合素管４は中空軸部８８の内部において偏心回転することとなるが、中空軸部８８の内径はこの偏心回転を吸収するだけの値に設定されているので、複合素管４の回転に支障はない。
【０１４９】
以上説明した捻り引抜き加工を行うことで引抜きダイス８２を通過する複合素管４に大きな捻り力を付与することができる結果、複合素管４を螺旋状に捻り、捻り流路１０ａ、１０ｂ、１０ｄを有する図２に示す管式熱交換器１０を製造することができる。
なお、先に説明した製造装置Ａを用いて捻り引抜き加工を施す場合と同様に２回に分けて捻り引抜き加工を施すには製造装置Ｂに複合素管４を２回通して捻り引抜き加工を施すと良い。その場合、１回目の捻り引抜き加工で用いる引抜きダイスのダイス孔のサイズと縮径率、２回目の捻り引抜き加工で用いる引抜きダイスのダイス孔のサイズと縮径率を適宜変更し、２回の捻り引抜き工程で最終的に得るべき捻り角になるように調整することが好ましい。
【０１５０】
ここまで、図４に示す構造の複合素管４を用い、製造装置Ａ、Ｂを適宜用いて図１、図２あるいは図７に示す螺旋構造の流路を備えた管式熱交換器１０、５０を製造できることについて先に説明した。
しかし、複合素管４を用いて捻り引抜き加工を施す場合、本願出願人が先に特許出願している特開２０１６−２２５０５号公報の図１に記載の製造装置を用いて捻り引抜き加工を施しても良い。
この製造装置は、複合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、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ができる装置である。そして、巻き出し側キャプスタンから複合素管を軸心回りに回転させながら巻き出す素管送り出し工程と、巻き出された複合素管を引抜きダイスに通して縮径しながら引抜いた後に引抜き側キャプスタンに巻き付けることができる装置である。
この特開２０１６−２２５０５号公報に記載されている製造装置を用いて先の実施形態に記載した複合素管４に捻り引抜き加工を施すことで、図１、図２に示す構造の管式熱交換器１０あるいは図７に示す構造の管式熱交換器５０を製造しても良い。
【実施例】
【０１５１】
上述の実施形態に記載の製造装置Ａを用いた製造方法に従い、図１６の断面写真に示す複合素管を用いて図１４、図１５に示す構造の多重捻り管型の管式熱交換器を製造した。
用いた複合素管は、ＡＡ３００３合金からなり、外径１０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍであり、得られた管式熱交換器の外径８．４ｍｍ、捻り角２５゜である。
なお、図１５は管式熱交換器の外管の一部を剥離してその内部の流路管に付与された捻り角と螺旋ピッチの側面を露出させた写真である。
図１４、図１５に示すように捻りを加えた多重捻り管型の管式熱交換器を製造できることがわかった。
【０１５２】
前記製造方法と同等の製造方法に従いＡＡ３００３合金からなり、外径８ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの複合素管を用いて多重捻り管型の管式熱交換器試料を製造した。
【０１５３】
各試料は、外径とダイスマークの捻り角およびダイスマークの最大深さを計測し、ヘアピン曲げ試験の結果を後記する表１に併記した。なお、このヘアピン曲げ試験は管式熱交換器の曲げ加工性評価のための一種の加速テストとして行っている。
（ヘアピン曲げに対する強度測定）
各試料の伝熱管を曲率半径（Ｒ＝２０）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。評価結果を表１にまとめた。
また、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。
【０１５４】
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った。
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）として計測を行った。
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。
【０１５５】
【表１】
2018089682.tif 000005
【０１５６】
表１に示す結果から、十分な捻り角で捻りを付与した管式熱交換器において、ヘアピン曲げ加工で破損が生じにくくなることが確認された。
【０１５７】
次に、前記製造方法と同等の製造方法に従いＡＡ３００３合金からなり、外径８ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの複合素管を用いて多重捻り管型の管式熱交換器試料を製造した。
この際、ウエルドラインリード角（捻り角）を１．０°〜２１．０°まで変量させた複数の管式熱交換器を作製し、それぞれについて曲率半径（Ｒ＝２０）でヘアピン状に１８０°曲げる曲げ加工試験を行った。各条件ｎ＝２０で評価し、１つでも管式熱交換器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。なお、このヘアピン曲げ試験は管式熱交換器の曲げ加工性評価のための一種の加速テストとして行っている。
ウエルドラインの捻り角の測定は、各管式熱交換器試料を８％濃度硝酸に１分間浸漬し、エッチング後の白筋模様をウエルドラインと判定し、捻り角を計測した。それらの結果を以下の表２に示す。
【０１５８】
【表２】
2018089682.tif 000006
【０１５９】
表２の結果から、前述の構成の製造装置Ａを用い、図１６に示すような断面構造の複合素管を用いて図１４、図１５に示す捻り流路を備えた管式熱交換器を製造できることがわかった。
また、ヘアピン曲げ試験結果からウエルドラインの捻り角（リード角）は１０゜以上が望ましいことも分かった。
【０１６０】
「集合組織の解析」
表１の最初のサンプル（ダイスマークリード角２５゜の試料）から一部を切り出し、管壁を切り開いてプレス装置で軽く圧を加えて平板状の試料（４０ｍｍＬ×２９ｍｍＷ×０.５ｍｍｔ）に加工した上で、この試料の外表面（管壁の外表面）に対しＸ線反射法を用いて（２００）、（２２０）、（１１１）不完全極点図を測定した。
Ｘ線反射法におけるＸ線回折条件として、Ｃｕ管球、４０ｋＶ−４０ｍＡを用い、α角度：２０〜９０゜（Step:５.０゜）の条件で求めることができ、測定面として、引抜き方向をＲＤ、走査方向をＴＤ、管の半径方向をＮＤと規定する。
【０１６１】
図１９はこのサンプルの（２００）不完全極点図、図２０は（２２０）不完全極点図、図２１は（１１１）不完全極点図を示す。
これら極点図に対しそれらのＲＤ−ＴＤ方向に捻り角に対応する３０゜の補正（捻り角と同じ傾きの補正）を加えた極点図を図２２、図２３、図２４にそれぞれ示す。
また、これら実施例試料に対し、製造装置Ａを第１の引抜きダイスと第２の引抜きダイスを通過する場合に捻りを略し、引抜きのみを施して得たサンプルＮｏ.４（引抜き管）の（２００）極点図、（２２０）極点図、（１１１）極点図を図２５、図２６、図２７に示す。
図１９〜図２１に示す極点図では主な特徴を確認できないが、３０゜補正後の図２２〜図２４に示す極点図は図２５〜図２７に示す引抜き管の極点図に類似したパターンを示すことがわかる。例えば、（２００）極点図どうしの比較では、ＲＤ中心線とＴＤ中心線の交点を中心とするＴＤ両側とＲＤ両側にそれぞれ集積点がある。（２２０）極点図どうしの比較ではＲＤ中心線上に峰と集積点がありＴＤ中心線に沿って左右に高密度点があり、ＴＤ中心線、ＲＤ中心線に対し４５゜方向に集積点がある。（１１１）極点図どうしの比較では、ＲＤ中心線に沿って上下に高密度点があり、ＴＤ中心線、ＲＤ中心線に対し４５゜方向に峰続きが存在する。
３０゜補正後の極点図の特徴が管式熱交換器の極点図の特徴と近似することから、管式熱交換器の集合組織の結晶方位は引抜き管に比べ、その引抜き方向に３０゜の捻れを生じていることがわかった。
【０１６２】
次に、解析ソフト（Standard ODF）を用いて、Bunge法により解析し、結晶方位分布関数（ＯＤＦ：Orientation Distribution Function）を求めた。
図１９〜図２１に示すサンプルの不完全極点図から求めた管式熱交換器の結晶方位分布関数を図２８に示し、図２２〜図２４に示す３０゜補正後のサンプルの不完全極点図から求めた管式熱交換器の結晶方位分布関数を図２９に示し、図２５〜図２７に示す引抜き管の不完全極点図から求めた管式熱交換器の結晶方位分布関数を図３０に示す。
図２８〜図３０の対比から、図２８に示す管式熱交換器の結晶方位分布関数では、図２９に示すように極点図同様に３０゜の補正を加えることで、図３０に示す引抜き管の結晶方位分布関数と同様の結晶方位図を得ることができた。
【０１６３】
これらサンプルの集合組織について面心立方晶に観察される代表的な優先方位の位置から、引抜き管（図３０）、管式熱交換器（図２８、図２９）ともに圧延集合組織であるＣｕ方位｛１１２｝＜１１１＞の集積を認めることができた。
次に、これらのサンプルにおいて、Ｇｏｓｓ方位｛０１１｝＜１００＞の集積が認められた。
また、図２８、図２９に示すこれらの集積の度合いからみて、図３０に示す引抜き管に比べて管式熱交換器の方が弱い傾向を示していることがわかる。
これらの分析から、管式熱交換器の集合組織は、Ｃｕ方位、Ｇｏｓｓ方位が優先的に配向した集合組織を示していることがわかり、集合組織の方位は、ＲＤ（引抜き方位）に対し、ＲＤ−ＴＤ方向に捻り角に依存した３０゜の傾きを有した集合組織であると判断できる。
【０１６４】
このことは、第１の引抜きダイスと第２の引抜きダイスを用いた２回の捻り引抜き加工により素管の管壁に優先方向を有する集合組織であって、Ｃｕ方位｛１１２｝＜１１１＞とＧｏｓｓ方位｛０１１｝＜１００＞を集積した集合組織を管式熱交換器の捻り角３０゜に依存した傾斜をもつように生成できたことを意味する。
また、表２に示すヘアピン曲げ評価において、ウエルドラインのリード角１６゜、２１゜の試料が、ウエルドラインのリード角１〜５゜の比較例よりもヘアピン曲げ評価の面で優れていることもわかった。
このことは、Ｃｕ方位｛１１２｝＜１１１＞とＧｏｓｓ方位｛０１１｝＜１００＞を集積した集合組織を管式熱交換器の捻り角に依存した大きな角度傾斜をもつように生成することでヘアピン曲げ時の強度も向上できることを意味している。
【０１６５】
このため、本発明の管式熱交換器であるならば、ヘアピン曲げ強度と耐食性に優れた伝熱管を提供でき、熱交換器に伝熱管として利用した場合にヘアピン曲げを施してもき裂や破断し難い伝熱管を提供できることがわかった。
管式熱交換器のＣｕ方位集積度とＧｏｓｓ方位集積度が、直線溝付管の引抜き管のＣｕ方位集積度とＧｏｓｓ方位の集積度よりも低くなり、集合組織の集積度合いが低いと言うことは、引抜き管の組織に比べ、管式熱交換器の組織の異方性を緩和できていることと同義となり、このためへピン曲げなどの加工による破断を抑制できたと考えられる。
【０１６６】
従来から、アルミニウム合金の押出材、伸線材は長手方向に延ばされた繊維状集合組織が形成されやすいとされ、その場合、＜１１１＞方位または＜１００＞方位を有する結晶面が優先配向されやすいと言われている。この現象は、捻りと引抜きを同時に加えて製造する管式熱交換器において、Ｃｕ方位｛１１２｝＜１１１＞とＧｏｓｓ方位｛０１１｝＜１００＞を集積した集合組織を管式熱交換器の捻り角に依存した傾斜をもつように生成できるという今回の結果と合っている。降伏条件一定のもと、管式熱交換器の製造では引抜きと捻りを同時に付加しているので、一方向への力の作用を緩和、分散することができ、必要以上に強い集合組織の形成を抑制できていると思われる。
そのため、管式熱交換器の組織の異方性を低減でき、限界引抜き量を向上させた結果、高い捻り角の流路管を形成できると同時に、Ｃｕ方位｛１１２｝＜１１１＞とＧｏｓｓ方位｛０１１｝＜１００＞を集積した集合組織を管式熱交換器の捻り角に依存した傾斜をもつように生成できると推定できる。
【０１６７】
以上、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。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明によりアルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属製であって内部に螺旋状の流路を備えた管式熱交換器を提供できるようになる。その結果として、熱交換器の低コスト化、軽量化、高性能化等をもたらす。
【符号の説明】
【０１６９】
Ａ、Ｂ…製造装置、１…第１の引抜きダイス、２…第２の引抜きダイス、４…複合素管、８…内管、８Ａ…流路管、９…外管、９ａ…外周面、１０…管式熱交換器（多重捻り管）、１０ａ…第１の流路（捻り流路）、１０ｂ…第２の流路（捻り流路）、１１…巻き出しボビン、２１…第１の公転キャプスタン、２２…第２の公転キャプスタン、２３…公転フライヤ、３０…公転機構、３４…浮き枠、３５…回転シャフト、６５…伝熱管、６６…熱交換器、６７…放熱板、７１…巻取りボビン、θ１…流路管の捻り角、θ２…ウエルドラインの捻り角、ＷＬ…ウエルドライン、８０…巻き出し側キャプスタン、８２…引抜きダイス、８３…引き抜き側キャプスタン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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