(57)【要約】【課題】管内伝熱性能及び加工性に優れた内面溝付管及びその製造装置並びにその製造方法を提供する。【解決手段】銅または銅合金からなり、管内面に螺旋状の溝が形成された内面溝付管であって、前記内面の溝及び隣り合う溝間に形成されるフィンの形状が溝リード角（θ）３０°以上６０°以下、フィン高さ（Ｈ）０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、フィン山頂角（α）５°以上３０°以下、フィン根元半径（Ｒ）Ｈ／３ｍｍ以上２Ｈ／３ｍｍ以下、フィンピッチ（Ｌ）０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、およびフィン根元半径とフィンピッチの比（Ｒ／Ｌ）０．１５以上０．５以下とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅または銅合金からなり、管内面に螺旋状の溝が形成された内面溝付管であって、前記内面の溝及び隣り合う溝間に形成されるフィンの形状が
溝リード角（θ）３０°以上６０°以下、
フィン高さ（Ｈ）０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、
フィン山頂角（α）５°以上３０°以下、
フィン根元半径（Ｒ）Ｈ／３ｍｍ以上２Ｈ／３ｍｍ以下、
フィンピッチ（Ｌ）０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、および
フィン根元半径とフィンピッチの比（Ｒ／Ｌ）０．１５以上０．５以下
であることを特徴とする内面溝付管。
【請求項２】
銅または銅合金からなる素管を縮径プラグと縮径ダイスにより第１の縮径加工を行う縮径部と、
縮径された前記素管を、複数個の転造ボール又は転造ロールで、前記縮径プラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグに押圧することにより第２の縮径加工及び前記素管の内面に前記溝付プラグの溝形状を転写する転造加工を行う転造部と、
縮径及び転造加工された前記素管を、整形ダイスにより第３の縮径加工を行う整形部とを有し、
前記素管の管内面において隣合うフィンにより形成された溝の溝リード角３０°以上６０°以下となるようにする内面溝付管の製造装置であって、
前記溝付プラグは、その溝形状が
溝深さ（ｈ）０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、
溝山頂角（β）５°以上３０°以下、
溝根元半径（ｒ）ｈ／３ｍｍ以上２ｈ／３ｍｍ以下、
であり、その材質として、炭化タングステンの平均粒度が０．２μｍ以上０．９μｍ以下である超硬合金を使用することを特徴とする内面溝付管の製造装置。
【請求項３】
前記転造部における転造ボール又は転造ロールの公転方向と前記溝付プラグの自転方向は互いに同一方向であることを特徴とする請求項２に記載の内面溝付管の製造装置。
【請求項４】
請求項２乃至請求項３のいずれか１項に記載の内面溝付管の製造装置を用いて請求項１に記載の内面溝付管を製造する製造方法であって、
りん脱酸銅ビレットを熱間押出して作製された押出管を、圧延し、抽伸し及び焼鈍して素管とし、前記素管は平均結晶粒径が０．０１〜０．０３ｍｍ、０．５％耐力が７５〜１３０Ｎ／ｍｍ２、伸びが４５〜５２％の範囲にあるものであって、
前記素管を、前記縮径部により第１の縮径加工を行う第１の工程と、
前記第１の工程で得られた縮径され前記素管の０．５％耐力を２．５〜３．６倍にして、その素管を、前記転造部により第２の縮径加工および転造加工を行う第２の工程と、
前記第２の工程で前記溝付プラグの溝形状が転写された素管を、前記整形部により第３の縮径加工を行う第３の工程とを含み、
前記第３の工程における前記溝付プラグの溝形状が転写された素管の外径変化率は０．５％から１８％とすることを特徴とする内面溝付管の製造方法．
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用及び業務用エアコンディショナ等に使用される空冷式熱交換器に組み込まれる伝熱管として使用される内面溝付管に係り、特に、伝熱性能に優れた高リード角の溝を有する内面溝付管及びその製造装置並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内面溝付管は、家庭用及び業務用エアコンディショナ等に使用される空冷式熱交換器に組み込まれる伝熱管として使用されている。伝熱管内の冷媒としては、従来よりフレオンＲ２２、Ｒ２１が用いられているが、フロン規制で非共沸混合冷媒などの代替冷媒に置き換わりが進んでいる。代替冷媒の一種であるＲ４０７Ｃ用の内面溝付管として、内面溝付管内に形成された溝のリード角を２５°以上に設定して、伝熱性能の向上を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、内面溝付管のフィン山頂角（α）を１０〜３０°とし、さらにフィン高さ（Ｈ）とフィン根元半径（Ｒ）の比（Ｈ／Ｒ）を２〜４．５に設定して、内面溝付管の伝熱性能及び生産効率の向上を図ったものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、内面溝付管の製造装置として、以下の製造装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。図５に示すように、この従来の内面溝付管の製造装置１０１においては、縮径部１０２、転造部１０３及び整形部１０４がこの順に一列に設けられている。そして、金属管１５１を抽伸方向Ｙに沿って引抜くことにより、金属管１５１が縮径部１０２、転造部１０３及び整形部１０４をこの順に通過し、内面溝付管１５３に加工されるようになっている。
【０００５】
縮径部１０２においては、金属管１５１の外面に接するように縮径ダイス１０６が設けられている。縮径ダイス１０６は円環状のストレートダイスであり、その開口部を金属管１５１が通過するようになっている。また、縮径ダイス１０６の開口部の内径は、抽伸方向Ｙに沿って連続的に減少して、縮径ダイス１０６の内面にテーパを形成している。また、金属管１５１の内部における縮径ダイス１０６に相当する位置には、縮径プラグ１０７が設けられ、金属管１５１を介して縮径ダイス１０６に係合している。縮径プラグ１０７は、縮径ダイスのテーパー角度に近いテーパーを有するストレートプラグであり、その外面は平滑である。この縮径ダイス１０６及び縮径プラグ１０７は、金属管１５１を縮径加工するものである。
【０００６】
また、転造部１０３においては、加工ヘッド１３９が設けられ、加工ヘッド１３９はモータ（図示せず）に連結されており、金属管１５１の周囲を回転するようになっている。加工ヘッド１３９には複数の転造ボール１１０が、金属管１５１の外面に接するように設けられており、加工ヘッド１３９が回転することにより、転造ボール１１０は金属管１５１の外面に転接しながら遊星回転するようになっている。通常、転造ボール１１０の公転方向と溝付プラグ１１２の回転方向は、互いに異なる。また、金属管１５１の内部には溝付プラグ１１２が設けられている。溝付プラグ１１２は、縮径プラグ１０７にプラグ軸１１３を介して回転可能に連結されており、転造ボール１１０に相当する位置に配置されている。そして、溝付プラグ１１２の外面には螺旋状の溝が形成されている。この転造ボール１１０及び溝付プラグ１１２は金属管１５１の内面に溝を形成するものである。
【０００７】
更に、整形部１０４においては、整形ダイス１１５が設けられ、整形ダイス１１５の形状は円環状であり、その開口部を金属管１５１が通過するようになっている。整形ダイス１１５の内面はテーパ状になっており、開口部の内径は抽伸方向Ｙに沿って減少するようになっている。この整形ダイス１１５は、金属管１５１を所定の外径に縮径する整形加工を施すものである。
【０００８】
そして、縮径部１０２から見て抽伸方向Ｙの上流側には、バスケットに巻き取られた金属管１５１を順次送り出す送出装置（図示せず）が設けられており、整形部１０４から見て抽伸方向Ｙの下流側には、金属管１５１を抽伸方向Ｙに引抜く引抜装置（図示せず）及び製造された内面溝付管１５３をドラムに巻き取りバスケット入れる巻取装置（図示せず）が設けられている。
【０００９】
尚、通常は、縮径部１０２、転造部１０３、及び整形部１０４においては、金属管１５１の外面に潤滑油（図示せず）を供給する潤滑油供給装置（図示せず）が、縮径ダイス１０６、加工ヘッド１３９、整形ダイス１１５の各々の上流に設けられている。
【００１０】
製造装置１０１に使用される溝付プラグ１１２の材質として、主成分である炭化タングステンの粒度が０．５μｍ以下、抗析力が３４００Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さが１９００／ｍｍ２以上を有する超硬合金を用いることにより、溝付プラグ１１２の強度が高められ、溝付プラグのプラグ欠けが防止され、断管や製品不良が低減して生産性が向上することが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
次に、従来の内面溝付管の製造方法について、同様に図５により説明する。図５に示すように、金属管１５１を内面溝付管の製造装置１０１に装入し、金属管１５１の内部に、転造用の潤滑油を注入して、縮径プラグ１０７、プラグ軸１１３及び溝付プラグ１１２が相互に連結されてなる工具を入れる。その後、引抜装置（図示せず）が金属管１５１を抽伸方向Ｙに引抜く。これにより、金属管１５１が送出装置（図示せず）から繰り出され、抽伸方向Ｙに沿って移動を開始する。そして、金属管１５１が縮径部１０２、転造部１０３及び整形部１０４を順次通過することにより、内面溝付管１５３に加工される。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−０４２８８１号公報（段落番号〔０００５〕、〔００２１〕）
【特許文献２】
特開２００１−５０６７９号公報（段落番号〔００１０〕、〔００１９〕）
【特許文献３】
特開２００２−１０２９１６号公報（段落番号〔０００３〕、〔００１３〕、〔００２０〕、及び図３）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、溝リード角が小さい内面溝付管に比べ、溝リード角の大きい高リード形状の従来の内面溝付管は、伝熱性能に優れる反面、以下に示すように加工上の問題点がある。内面溝付管を転造法によって加工する場合、転造ボールは、素管の軸方向と一定の角度をなす螺旋状の軌跡を素管の外表面に描く。前記の角度は抽伸速度および転造ボールの公転速度に依存して決まる。ところで、抽伸速度および転造ボールの公転速度を同一にして、同一溝数の内面溝付管を加工する場合、溝付プラグの１個のランド部（溝付プラグの溝部間の外周部）に当接する素管を転造ボールが加工する軌跡は溝リード角が大きいほど長くなる。これは、溝リード角が大きいほど、転造ボールにより加工される素管の加工量が大きくなること、すなわち素管の加工硬化量が大きくなることを意味する。このため、溝付プラグの溝底面まで素管が流れ難くなり内面溝付管の溝が形状不良となる。
【００１４】
同時に、内面溝付管の内面と接する溝付プラグには、加工硬化された前記内面溝付管の押圧荷重が直接かかるため、溝付プラグが破損し易く、内面溝付管の製品生産性を低下させやすい。また、溝リード角が大きくなると、同一の引抜き速度で転造加工を行った場合、溝リード角の小さいときに比べて、単位時間当たりの溝付プラグの回転量すなわち回転速度が増加する。この回転速度の増加によって、溝付プラグと管素材の相互の摩擦力が増加し、溝付プラグの回転の抵抗として働くとともに、溝付プラグに欠けが発生しやすくなる。更に、前記摩擦力によって、管素材の引抜きに要する力が増大し、肉厚の薄い管の場合は、加工中に破断が生じやすくなる。
【００１５】
そして、従来の内面溝付管及びその製造装置並びにその製造方法においては、内面溝付管の伝熱性能及び生産性の向上を図るために、内面溝付管のフィン山頂角及びフィン長さとフィン根元半径の比を所定範囲に特定したり、内面溝付管の製造装置に使用する溝付プラグの材質を特定している。しかしながら、前記の特定だけでは、内面溝付管の溝リード角が高くなることに起因した前記問題点を解決することができなかった。
【００１６】
本発明は、前記の問題点に鑑み創案されたものであり、内面溝付管の溝形状不良、工具である溝付プラグの破損、及び引抜き荷重増加による内面溝付管の破断を生じることなく、従来よりも溝リード角が大きく、伝熱性能及び加工性に優れた内面溝付管及びその製造装置並びにその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内面溝付管は、銅または銅合金からなり、管内面に螺旋状の溝が形成された内面溝付管であって、前記内面の溝及び隣り合う溝間に形成されるフィンの形状が、溝リード角３０°以上６０°以下、フィン高さ（Ｈ）０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、フィン山頂角（α）５°以上３０°以下、フィン根元半径（Ｒ）Ｈ／３ｍｍ以上２Ｈ／３ｍｍ以下、フィンピッチ（Ｌ）０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下およびフィン根元半径とフィンピッチの比（Ｒ／Ｌ）０．１５以上０．５以下である構成とした。（請求項１）
【００１８】
前記の構成によれば、溝形状が所定形状に構成されることにより、内面溝付管は、溝内の冷媒液膜が充分に攪拌されて、冷媒の気液界面での濃度差が小さくなる。又、内面溝付管を製造する際には、フィン根元半径（Ｒ）を、Ｈ／３ｍｍ以上２Ｈ／３ｍｍ以下とすることにより、素管の引抜き荷重が低減され、又、溝リード角の減少量が抑止される。さらにまた、溝形状の形成の際、塑性変形による加工硬化が小さく、素管材料が流動し易い。
【００１９】
また、本発明に係る内面溝付管の製造装置は、素管を縮径プラグと縮径ダイスにより第１の縮径加工を行う縮径部と、縮径された前記素管を、複数個の転造ボールまたは転造ロールで、前記縮径プラグに連結軸を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグに押圧することにより第２の縮径加工及び前記素管の内面に前記溝付プラグの溝形状を転写する転造加工を行う転造部と、縮径及び転造加工された前記素管を、整形ダイスにより第３の縮径加工を行う整形部とを有し、前記素管の管内面において隣合うフィンにより形成された溝の溝リード角３０°以上６０°以下となるようにする内面溝付管の製造装置であって、前記溝付プラグは、その溝形状が、溝深さ（ｈ）０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、溝山頂角（β）５°以上３０°以下、溝根元半径（ｒ）ｈ／３ｍｍ以上２ｈ／３ｍｍ以下であり、その材質として、炭化タングステンの平均粒度が０．２μｍ以上０．９μｍ以下である超硬合金を使用する構成とした。（請求項２）
【００２０】
前記の構成によれば、転造部で、素管材料は、転造ボールまたは転造ロールの押圧により溝付プラグの溝に充分に流れ込み、所望の溝形状が素管の内面に転写される。また、溝付プラグの溝形状が、素管内に形成される所望の溝形状と同一形状であるため、素管材料が溝付プラグの溝に充分に流れ込むことで、素管内面には所望の溝形状が形成される。
【００２１】
さらに、前記の構成によれば、溝付プラグが、強度に優れ、磨耗量が少ないものであるため、転造加工時に、転造ボールまたは転造ロールにより素管材料からの押圧荷重を受けても、破損せずにその溝付プラグの溝形状を素管内面に転写する。また、溝付プラグは、素管材料よりも硬いため、素管材料が、前記押圧荷重により、前記溝付プラグの溝に容易に流入する。
【００２２】
そして、本発明に係る内面溝付管の製造装置に使用される転造ボールまたは転造ロールの転造加工時における公転方向は、前記溝付プラグの自転方向と同一方向とした。（請求項３）
【００２３】
前記の構成によれば、転造部における転造ボールまたは転造ロールが素管内における１つの溝を形成する際に、転造ボールまたは転造ロールの公転方向と対応する溝付プラグの自転方向とが一致することで、押圧時間が長くとれるため、その分、素管材料が、溝付プラグの溝へ充分に流れ込み、所望の溝形状が素管の内面に転写される。
【００２４】
本発明に係る内面溝付管の製造方法は、前記製造装置を用いて前記内面溝付管を製造する製造方法であって、りん脱酸銅ビレットを熱間押出して作製された押出管を、圧延し、抽伸し及び焼鈍して素管とし、前記素管は平均結晶粒径が０．０１〜０．０３ｍｍ、０．５％耐力が７５〜１３０Ｎ／ｍｍ２、伸びが４５〜５２％の範囲にあるものであって、前記素管を、前記縮径部により第１の縮径加工を行う第１の工程と、前記第１の工程で得られた縮径され前記素管の０．５％耐力を２．５〜３．６倍にして、その素管を、前記転造部により第２の縮径加工および転造加工を行う第２の工程と、前記第２の工程で前記溝付プラグの溝形状が転写された素管を、前記整形部により第３の縮径加工を行う第３の工程とを含み、前記第３の工程における前記溝付プラグの溝形状が転写された素管の外径変化率は０．５％から１８％とする方法とした。（請求項４）
【００２５】
前記の構成によれば、第１の工程である縮径加工における０．５％耐力の増加率限定により、素管材料が、後工程である転造加工時に、溝付プラグの溝に流入しない程の硬さにはならない。また、第２の工程である転造加工により、所望の溝形状が素管の内面に転写される。さらにまた、第３の工程である外形変化率の範囲限定により、素管材料の引抜き荷重が低減され、前記素管内に形成された溝リード角の減少量が抑止され、また、転造加工時に施された内面溝付管の外表面の転造ボールまたは転造ロールの跡が小さくなる。
【００２６】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は内面溝付管の形状を示す軸方向に破断した時の一部拡大端面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における一部拡大断面図である。図３は溝付プラグの溝形状を示す一部拡大断面図である。図４は内面溝付管の製造装置を示す断面図である。
【００２７】
先ず、図１に示すように、本発明の内面溝付管について説明する。内面溝付管は、加工性や熱伝達性能に優れることが要求されるため、これらの条件を満足する材料である銅または銅合金から構成されており、ここでは、管の外径Ｄは伝熱管として主流である外径Ｄが８ｍｍ以下のものが使用され、管内における冷媒の蒸発や凝縮による熱伝導を向上させるために、管内面の形状は螺旋状の連続した溝から構成されたものが使用される。従って、図１に示すように本実施形態の内面溝付管５３の内面溝形状は、連続した螺旋状の溝４１で構成され、且つ、溝４１の管軸に対する傾斜角（以下溝リード角と称す。）θの大きい高リード形状とし、また、図２に示すように、各溝４１はフィン山頂曲線部４２ａとこれに滑らかにつながるフィン斜面直線部４２ｂを有し、各フィン斜面直線部４２ｂ同士が任意のフィン根元半径Ｒで滑らかに連続しており、フィン高さＨ、フィン山頂角α、フィン根元半径Ｒ、フィンピッチＬ、およびフィン根元半径ＲとフィンピッチＬの比Ｒ／Ｌが以下に記載する範囲とするものである。また、各フィン斜面直線部４２ｂ同士が溝底直線部（図示せず。）と任意のフィン根元半径Ｒで滑らかに連続していてもよい。
【００２８】
（内面溝付管の内面溝形状）
溝リード角θが３０°以上６０°以下、フィン高さＨが０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、山頂角αが５°以上３０°以下、フィン根元半径ＲがＨ／３ｍｍ以上２Ｈ／３ｍｍ以下、フィンピッチＬが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、フィン根元半径Ｒとフィンピッチ比ＬのＲ／Ｌが０．１５以上０．５以下である。また、フィン高さＨ、フィン山頂角α、フィン根元半径Ｒ、フィンピッチＬ、フィン根元半径とフィンピッチの比Ｒ／Ｌのそれぞれが、前記所定範囲内の値である限り、これらのどの値の組み合わせを用いた場合においても、３０°〜６０°の範囲にある全ての溝リード角を有する内面溝形状が、素管内面に形成される。このように本発明において、内面溝形状を前記数値範囲に限定することにより、管内伝熱性能と加工性に優れた内面溝付管を提供することができる。
【００２９】
以下、本発明に係る内面溝付管の内面溝形状における前記数値限定の根拠について説明する。
【００３０】
（溝リード角θ）
図１〜２に示すように、内面溝付管内の伝熱性能を向上させる溝リード角θは、３０°以上であることが要求される。最近、使用量が増加している非共沸混合冷媒等の代替冷媒においては、２種類以上の冷媒（それぞれ沸点が相異する）を用いるため、沸点の低い冷媒成分から先に蒸発し、沸点の高い冷媒成分から先に凝縮する。このため、非共沸混合冷媒を構成する冷媒成分がすべて蒸発または凝縮するまでは、気体と液体との混合状態となっている。
【００３１】
リード角θが３０°未満の場合は、溝４１内の冷媒液膜が充分に攪拌されず、冷媒の気液界面での濃度差が大きくなり、そのため拡散抵抗や熱抵抗が増加して管内凝縮熱伝導率が低下する傾向にあるため、伝熱性能が悪くなり好ましくない。また、管内面の溝リード角θは大きくなるほど伝熱性能が向上する傾向にあるが、前記溝リード角θが大きい溝を、素管５１内に形成する場合には、転造加工時に１つの溝を形成する際に、転造ボール１０または転造ロール（図示せず）による素管５１の材料の移動距離が長くなるため、素管５１の材料の円周方向への変形量が大きくなる。
【００３２】
従って、前記転造ボール１０または転造ロール（図示せず）からの押圧荷重により素管５１の材料が塑性変形による加工硬化を生じ、素管５１の材料のメタルフローが、後記の製造方法で工具として使用される溝付プラグ１２の溝底面部まで流れず、溝が形状不良となること、また、加工硬化した素管５１の材料の押圧荷重による前記溝付プラグ１２の破損により内面溝付管の生産性の低下につながること、さらにまた、前記溝付プラグ１２の溝形成が左右対称に作製不可となることから、溝リード角θの上限値は６０°であることが要求される。
【００３３】
尚、本発明において、より望ましい溝リード角は３０°〜４５°である。また、本発明の内面溝付管は、冷媒の攪拌作用が大きいため、沸点の相異する複数の冷媒より成る非共沸混合冷媒を用いる熱交換器用として好適である。尚、溝リード角が４０°をこえるような内面溝付管を製造するには、溝のリード角が４０°をこえる溝付きプラグを使用するが、転造加工による内面溝付加工においては、素管の引抜き速度を低速化し、且つ、転造ボールまたは転造ロールの回転速度をより高速化するとよい。
【００３４】
（フィン高さＨ）
フィン高さＨが０．１５ｍｍ未満の場合は、伝熱性能が低下し、０．３０ｍｍを超えた場合は、圧力損失が大きくなり、また溝成形が難しくなるため、伝熱性能が低下する。従って、フィン高さＨについては、０．１５ｍｍ以上で０．３０ｍｍ以下とすることで、溝形成可能で伝熱性能が良好な内面溝付管を製造することができる。
【００３５】
（フィン山頂角α）
フィン山頂角αが５°未満の場合は、フィン４２の幅が狭くなり、内面溝付管５３のユーザーでの拡管（銅管とアルミフィンを密着させる）時にフィンのゆがみが生じる。一方、３０°を超えた場合は、溝４１の断面積が小さくなり伝熱性能が低下する。また、フィン４２の断面積（素管５１の肉厚Ｔ）が大きくなり、内面溝付管の重量が重くなる。従って、山頂角αについては５°以上３０°以下とすることで、溝形成可能で伝熱性能が良好な内面溝付管を製造することができる。
【００３６】
（フィン根元半径Ｒ）
フィン根元半径ＲがＨ／３ｍｍ未満の場合には、フィン根元半径Ｒが小さく溝４１の形状が台形に近似するので、本発明のような溝リード角（θ）が大きい内面溝付管においては、溝成形が悪く目標形状が得られない。また、溝４１の形成に使用される溝付プラグが受ける応力は増加し、溝付プラグの破損につながる。一方、フィン根元半径Ｒが２Ｈ／３ｍｍを超える場合には、フィン根元半径Ｒが大きく、溝４１の断面積が減少し伝熱性能が低下し、また、フィン４２の断面積（素管５１の肉厚Ｔ）の増加により内面溝付管の重量が重くなる。尚、本発明の内面溝付管は、フィン根元部において従来のものよりやや肉厚の構造となっている。そのため、耐圧強度が従来のものより向上し、特に通常の冷媒（例えばＲ２２）の１．６倍程度の圧力で運転する必要のあるＲ４１０Ａ冷媒用の熱交換器として好適である。
【００３７】
（フィンピッチＬ）
フィンピッチＬについては、０．２ｍｍ未満の場合は、溝部の伝熱性能が低下し、０．５ｍｍを超えた場合は位相ズレを生じやすい。尚、位相ズレとは、フィンピッチが長くなると、溝プラグの平坦部が長くなるため材料の撓みが大きくなり、一度成形したフィンを潰しながら次のフィンが成形されることから、所定のフィンが成形できなくなったり、フィン斜面に段差または亀裂が生じる現象である。従って、フィンピッチＬについては０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることで、伝熱性能が良好で、且つ管内に位相ズレが生じない内面溝付管を製造することができる。
【００３８】
（フィン根元半径ＲとフィンピッチＬの比Ｒ／Ｌ）
フィン根元半径Ｒ及びフィンピッチＬの範囲より、０．１５未満または、０．５を超える比Ｒ／Ｌの場合は、内面溝付管の製造が難しくなる。従って、Ｒ／Ｌについては０．１５以上０．５以下とすることにより溝形成可能で伝熱性能が良好な内面溝付管を製造することができる。
【００３９】
次に、本発明の内面溝付管の製造装置について説明する。図４に示すように、製造装置１は、縮径部２、転造部３、整形部４を有する。縮径部２は、素管５１を、素管５１内に挿入された縮径プラグ７と縮径ダイス６により素管５１の第１の縮径加工を行う箇所である。また、転造部３は、縮径された素管５１を、複数個の転造ボール１０または転造ロール（図示せず）で、縮径プラグ７に連結軸１３を介して相対的に回転可能に連結された溝付プラグ１２に押圧することにより、第２の縮径加工及び縮径された前記素管５１の内面に前記溝付プラグ１２の溝形状を転写する転造加工を行う箇所である。さらに、整形部４は、前記縮径及び転造加工され内面に溝が形成された素管５１を、整形ダイス１５により第３の縮径加工を行い内面溝付管５３に仕上げる箇所である。
【００４０】
また、製造装置１においては、転造部３では、材質が炭化タングステンの平均粒度０．２μｍ以上０．９μｍ以下である超硬合金の素材から溝付プラグ１２を形成している。また、転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）の転造加工時における公転方向は、溝付プラグ１２の自転方向と同一になるようにしている。
【００４１】
内面溝付管５３は、素管５１の状態から、縮径部２、転造部３、整形部４が一列に設けられた製造装置１において、素管５１を抽伸方向Ｘに沿って引抜くことにとり、素管５１が縮径部２、転造部３及び整形部４をこの順に通過し、内面溝付管５３に加工されるようになっている。
【００４２】
縮径部２においては、素管５１の外面に潤滑油２１を供給する潤滑油供給装置５が設けられており、潤滑油供給装置５よりも抽伸方向Ｘ下流側には、素管５１の外面に接するように縮径ダイス６が設けられている。縮径ダイス６は円環状のストレートダイスであり、その開口部を素管５１が通過するようになっている。また、縮径ダイス６の開口部の内径は抽伸方向Ｘに沿って連続的に減少している。即ち、縮径ダイス６の内面はテーパ状になっている。また、素管５１の内部における縮径ダイス６に相当する位置には、縮径プラグ７が設けられ、素管５１を介して縮径ダイス６に係合している。縮径プラグ７は縮径ダイスのテーパー角度に近いテーパーを有するストレートプラグであり、その外面は平滑である。縮径ダイス６及び縮径プラグ７は素管５１に縮径加工を施すものである。
【００４３】
転造部３においては、素管５１の外面に潤滑油２２を供給する潤滑油供給装置８が設けられており、潤滑油供給装置８から見て抽伸方向Ｘの下流側には、加工ヘッド３９が設けられている。加工ヘッド３９はモータ（図示せず）に連結されており、素管５１の周囲を回転するようになっている（例えば、モータ回転数が２００００ｒｐｍ）。加工ヘッド３９には複数の転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）が、素管５１の外面に接するように設けられており、加工ヘッド３９が回転することにより、転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）は素管５１の外面に転接しながら遊星回転するようになっている。
【００４４】
また、素管５１の内部には溝付プラグ１２が設けられている。溝付プラグ１２は縮径プラグ７にプラグ軸１３を介して回転可能に連結されており、転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）に相当する位置に配置されている。そして、溝付プラグ１２の外面には螺旋状の溝が形成されている。製造装置１は、転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）及び溝付プラグ１２により素管５１の内面に溝を形成するものである。
【００４５】
（溝付プラグの溝形状）
次に前記溝付プラグ１２の溝形状について説明する。溝付プラグ１２の溝形状は、前記溝リード角（θ）３０°以上６０°以下の内面溝付管５３を得るために、溝深さ（ｈ）０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、溝山頂角（α）５°以上３０°以下、溝根元半径（ｒ）ｈ／３ｍｍ以上２ｈ／３ｍｍ以下の範囲において、内面溝付管５３に合わせた溝形状とする。
【００４６】
溝付プラグ１２の形状が、前記所定範囲外であると、内面溝付管５３の製造の際、溝付プラグ１２の破損、及び素管５１内面の溝成形不良や断管等が発生し、伝熱性能が向上する溝リード角３０°〜６０°を有する内面溝付管５３が製造できない。また、溝付プラグの溝高さ（ｈ）、溝山頂角（β）、溝根元半径（ｒ）のそれぞれが、前記所定範囲内の値である限り、これらのどの値の組み合わせを用いた場合においても、３０°〜６０°の範囲にある全ての溝リード角（θ）を有する管内伝熱性能と加工性に優れた内面溝付管５３が製造することができる。
【００４７】
また、溝付加工された素管５１は、後記する整形部４の第３の縮径加工により管の外径が縮小するとともに、素管５１が長手方向に伸長する。また、第３の縮径に伴なう管の伸長により、転造加工により成形された素管５１内面の溝リード角（θ）およびフィンピッチ（Ｌ）は小さくなる。内面溝の溝リード角（θ）およびフィンピッチ（Ｌ）がどの程度小さくなるかは、整形部４の第３の縮径加工における外径変化率に依存することから、溝付プラグに形成する溝のリード角および溝ピッチはこの点を考慮して決定する。
【００４８】
（溝付プラグの材質）
溝付プラグ１２の材質である炭化タングステンの平均粒度が、０．２μｍ未満の場合、炭化タングステン粒度が小さすぎて溝付プラグが製造できない。また、平均粒度が０．９μｍを超えた場合、炭化タングステン粒度が大きすぎるため、溝付プラグの機械的強度及び靭性が低下して破損が生じ長尺加工が困難となる。従って、溝付プラグの材質として、炭化タングステンの平均粒度が、０．２μｍ以上０．９μｍ以下である超硬合金を使用することにより、溝成形性が優れた内面溝付管を安定して製造することができる。尚、溝付プラグの表面に、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４などのセラミックス薄膜をＣＶＤ、ＰＶＤなどの方法により形成させると、溝付プラグ表面の硬さや耐磨耗性が向上し、その寿命が一層長くなる。
【００４９】
（転造ボールまたは転造ロールの公転方向と溝付プラグの自転方向）
転造部３における転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）の公転方向と溝付プラグ１２の自転方向が異なる方向で転造加工を行うと、転造加工時において、素管内面に１つの溝を成形する際に、転造ボール１０の素管５１への押圧時間いわゆる成形時間が短くなる。従って、転造部３における転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）の公転方向と溝付プラグ１２の自転方向を互いに同一方向とすることにより、転造加工時において、素管内面に１つの溝を形成する際に、転造ボール１０の素管５１への押圧時間いわゆる成形時間が長くとれるため、溝成形が良好で安定した溝を素管５１の内面に形成でき、有利となる。
【００５０】
また、このとき、溝付プラグ１２の溝が左ネジ方向に形成されていれば、抽伸方向を見て時計方向にプラグが回転する。逆に、溝付プラグ１２の溝が右ネジ方向に形成されていれば、プラグが反時計方向に回転する。
【００５１】
次に整形部４について詳細に説明する。整形部４においては、素管５１の外面に潤滑油２３を供給する潤滑油供給装置１４が設けられており、潤滑油供給装置１４から見て抽伸方向Ｘの下流側には、整形ダイス１５が設けられている。整形ダイス１５の形状は円環状であり、その開口部を素管５１が通過するようになっている。整形ダイス１５の内面はテーパ状になっており、開口部の内径は抽伸方向Ｘに沿って減少するようになっている。整形ダイス１５は素管５１に縮径加工を施すものである。
【００５２】
更にまた、縮径部２から見て抽伸方向Ｘの上流側には、整列巻取りされたコイルから素管５１を順次送り出す送出部（図示せず）が設けられており、整形部４から見て抽伸方向Ｘの下流側には、素管５１を抽伸方向Ｘに引抜く引抜装置（図示せず）及び製造された内面溝付管５３を整列巻取りする巻取装置（図示せず）が設けられている。
【００５３】
次に、本発明の内面溝付管の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、前記製造装置を用いて行われ、素管の第１の縮径加工を行う第１の工程と、前記第１の工程で得られた縮径された素管の第２の縮径加工及び転造加工を行う第２の工程と、前記第２の工程で溝形状が転写された素管の第３の縮径加工を行う第３の工程を含むものである。
【００５４】
（第１の工程）
先ず、第１の工程で使用される素管は、りん脱酸銅ビレットを熱間押出し、圧延し、抽伸し及び焼鈍したものであって、押出管の熱間押出後３００（Ｃまでの平均冷却速度が５°Ｃ／秒以上であり、その素管の平均結晶粒径は０．０１〜０．０３ｍｍ、０．５％耐力は７５〜１３０Ｎ／ｍｍ２、伸びは４５〜５２％の範囲である。
【００５５】
素管の材質としては、ＪＩＳＨ３３００に規定された合金番号Ｃ１２２０、Ｃ１２０１等のりん脱酸銅が使用される。りん脱酸銅は、加工性や熱伝導性に優れており、熱交換器には欠かせない金属材料である。このような金属材料を素材とする素管の内面に溝形状を形成するにあたっては、先ず、素管である銅管の平均結晶粒径、耐力、伸びの各特性を制御することが必要とされる。前記各素管の平均結晶粒径、耐力、伸びに大きな影響を及ぼす因子は、熱間押出後の押出管の冷却速度及び素管の焼鈍方法である。
【００５６】
（熱間押出後の押出管の冷却速度）
りん脱酸銅ビレットを熱間押出した後、押出管の温度が３００°Ｃ程度になるまで、押出の加工エネルギにより回復及び再結晶が進行する。冷却速度が遅い場合には、結晶が粗大に成長し易く、また、押出管外表面と内部との間及び長手方向において、冷却速度が変化し混粒組織となりやすい。押出管において、一旦粗大結晶粒または混粒結晶が形成されると、その後、圧延及び抽伸を経て焼鈍を行っても、素管の機械的性質及び結晶粒径が部位により異なってしまい、このような素管に溝付加工を行うと、目的とする高さや形状を有するフィンを形成できなくなってしまう。
【００５７】
このため、熱間押出後の押出管において、３００°Ｃまでの平均冷却速度は５°Ｃ／秒以上であることが望ましい。このような冷却速度を達成するには水温を管理した冷却水プールに押出を行う水中押出により行うか、またはシャワー状の冷却水を押出管表面の所定の長さにわたって供給する水冷押出を行えば良い。冷却速度の測定は押出管の温度を放射温度計または接触式温度計等で測定し、押出後の経過時間との関係で冷却速度を計算すれば良い。
【００５８】
なお、りん脱酸銅ビレットの場合、７５０〜８５０°Ｃ程度に加熱され、押出プレスにより押出されるが、加工発熱により更に４０〜６０°Ｃ程度、温度が上昇する。従って、実際には８００〜９００°Ｃから３００°Ｃまでの間を５°Ｃ／秒以上の速度で冷却する設備が必要である。なお、この冷却速度は７°Ｃ／秒以上であることが望ましい。
【００５９】
（素管の焼鈍方法）
上記特性の素管を生産良く製造するには、熱管押出後、所定の冷却速度で冷却した押出管を、圧延及び抽伸して作製した素管の急速加熱、短時間加熱及び急速冷却を連続的に行うことができる誘導加熱装置で連続焼鈍するのが良い。その場合、素管の平均結晶粒径及び機械的性質を前記の範囲にするには、加熱速度は１５００〜２０００°Ｃ／ｓｅｃ、最高加熱温度６５０〜８００°Ｃ、６００°Ｃ以上の温度における保持時間を０．１〜１０秒程度の範囲とすることが望ましい。
【００６０】
なお、加熱温度は、素管の寸法及び材質等により適宜決められ、他の条件及び連続焼鈍装置等は特に制限されないが、連続焼鈍法として、特開昭６２−１８８７２７号に記載された方法を利用すれば、素管を上記特性にすることが容易である。即ち、長尺銅管を連続的に誘導加熱炉で急速加熱し、その下流に配置した冷却装置で冷却し、冷却後実質無張力下で巻取る設備を使用し、その際、ライン速度の変化に対応して、誘導加熱炉の入力を、ステップで入力を変化させる設定制御などにより調節すれば、ライン立上り時の結晶粒の粗大化を防止でき、結晶粒径及び機械的性質の制御が容易であり、高速での連続焼鈍が可能である。
【００６１】
以上の連続焼鈍により、素管は数分の１秒内で所定の温度まで急速加熱され、数秒で冷却され、伸びが５０％程度と充分にあり、低い耐力値で、なお且つグレンサイズの小さな調質を得ることができる。しかも、長尺素管を連続的に焼鈍すするため、全長にわたって均質な調質が得られる。また、連続焼鈍後、素管はバスケットに巻き取られ、溝付加工のために再び巻き解かれる。そのため、曲げ及び曲げ解きの塑性加工により若干の耐力の上昇及び伸びが発生するが、その変化量は小さい。本発明においては、連続焼鈍後の曲げ及び曲げ解きを受けた素管の結晶粒径及び機械的性質を、特許請求の範囲に記載された範囲にすることが必要である。
【００６２】
前記のように、熱間押出後の押出管において、３００°Ｃまでの平均冷却速度は５°Ｃ／秒以上とし、圧延し、抽伸し及び焼鈍することにより、平均結晶粒径が０．０１〜０．０３ｍｍ、０．５％耐力が７５〜１３０Ｎ／ｍｍ２、伸びが４５〜５２％の範囲にある銅管を素管として提供することができる。
【００６３】
次に素管の平均結晶粒径、耐力、伸びの上記数値限定の根拠について説明する。
【００６４】
（素管の平均結晶粒径）
素管の平均結晶粒径が、０．０１ｍｍ未満である場合は、素管の肉厚の中心付近に肉厚の５０％を超える加工組織（繊維状組織）が残存しやすく、後述する第２の工程での縮径後の転造加工における溝形成時に、溝付プラグの溝に素管材料が流入し難く、所定溝形状を得ることが困難である。一方、素管の平均結晶粒径が０．０３ｍｍを超える場合は、結晶粒の成長速度が大きくなり、素管の結晶粒が粗大化し易い、このような素管は、その後の焼鈍により混粒組織となり、ヘアピン曲げを行うと肌荒れ及び割れが発生し、内面溝付管として熱交換器に組み込むことができなくなる。従って、本実施形態における素管の平均結晶粒径の範囲を０．０１〜０．０３ｍｍに限定する。また、好ましくは、０．０１５〜０．０２５ｍｍの範囲である。
【００６５】
（素管の０．５％耐力）
素管に縮径加工を施すことにより、素管は塑性変形による加工硬化を生じる。そのため素管材の０．５％耐力は上昇するが、素管の０．５％耐力が７５Ｎ／ｍｍ２未満の場合には、後述する第２の工程において、所定形状を有するフィン及び高リードを有する溝形状を転造加工により得るには充分な耐力ではないため、素管は管軸方向の引抜き力により、転造加工時に素管が破断しやすくなる。
【００６６】
また、加工をうける素管には張力が作用しているが、素管の０．５％耐力が７５Ｎ／ｍｍ２未満であると、前記張力により素管が抽伸方向に塑性変形し、素管の厚さ方向への変形が抑制されるため、特に、溝深さの大きい内面溝付管が作製しにくくなる。一方、素管の０．５％耐力が１３０Ｎ／ｍｍ２を超えた場合は、縮径加工時の加工硬化により上昇した０．５％耐力が大きいため、転造加工時における素管が溝付プラグに流入しにくいため、所定の溝形状が得難い。従って、本実施形態における素管の０．５％耐力が７５Ｎ／ｍｍ２以上１３０ｍｍ２以下に限定することにより、転造加工による素管の破断が生じることなく素管に所定の溝形成を施すことができる。
【００６７】
（素管の伸び）
素管の平均結晶粒径及び０．５％耐力が前記範囲であっても、素管の伸びが４５％未満であると、素管に後述する第２の工程において、転造加工時を施す際に、素管が溝付プラグの溝に十分に流れないため、所定の高さ及び形状のフィンが得にくい。また、素管の伸びが５２％を超えると、抽伸力により転造加工中に素管の伸びが発生し、素管の破断が発生しやすくなる。従って、本実施形態における素管の伸びが４５％以上５２％以下に限定することにより、転造加工による素管の破断が生じることなく素管に所定の溝形成を施すことができる。
【００６８】
従って、第１の工程において提供される素管の素材及び特性は、リン脱酸銅ビレットを熱間押出して作製された押出管を、圧延し、抽伸し及び焼鈍して素管とし、押出管の熱間押出後３００°Ｃまでの平均冷却速度が５°Ｃ／秒以上の条件であり、素管の平均結晶粒径が０．０１〜０．０３ｍｍ、０．５％耐力が７５〜１３０Ｎ／ｍｍ２、伸びが４５〜５２％の範囲に限定することにより、工具である溝付プラグが破損せず、溝成形が優れた高リードを有する内面溝付管を安定して製造することができる。
【００６９】
そして、本発明の工程は、図４に示すように前記の素管５１を、前記の製造装置１に記載のとおり、縮径部２において縮径ダイス６と縮径プラグ７において第１の縮径加工を行う工程である。そして、第１の縮径加工により、素管の０．５％耐力を２．５〜３．６倍に増加させることにより、溝成形性が優れた内面溝付管を安定して製造することができる。
【００７０】
以下、本実施形態の第１工程に係る素管５１の縮径加工による０．５％耐力増加範囲の前記数値限定の根拠について説明する。
【００７１】
（素管の０．５％耐力増加範囲）
前記の組織及び機械的性質を有する素管５１が縮径ダイス６と縮径プラグ７の間で通過するように引抜かれることにより、素管５１に縮径加工が施され、素管５１が塑性加工を受け加工硬化する。この加工硬化により、縮径後の素管５１の０．５％耐力は縮径前に比べて増加するが、後記する第２の工程では、転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）により転造加工が施される。この際に、素管５１の内面に所定形状を有するフィンが形成できるような素管５１を提供できる縮径ダイス６の縮径率、形状、及び縮径プラグ７の寸法・形状を選択することが必要である。
【００７２】
縮径による加工硬化率（０．５％耐力の増加率）は、縮径ダイスと縮径プラグとにより、素管５１がどの程度塑性加工を受けるかによって定まる。基本的には、この部分での加工硬化率が０（０．５％耐力の増加率が０）の場合でも、転造加工により所定の溝を素管内５１に形成することが可能であるが、縮径加工による加工硬化率を０にすることは困難であり、実際には加工硬化が発生する。前記増加率が２．５倍未満であると、縮径ダイス６と縮径プラグ７の掛り代が小さくなり、肉厚が減肉量が大きくなり、材料破断を生じたり、縮径プラグの縮径ダイスによる保持が不安定になりプラグがぬけたりする。
【００７３】
また、前記増加率が３．６倍を超えると、素管５１の加工硬化が大きくなるため、溝付プラグ１２の溝底端部にまで素管５１が流入し難くなる。従って、本実施形態における素管の０．５％耐力の増加率を、２．５倍以上３．６倍以下に限定することにより、素管５１に所定の溝形成を施すことができる。
【００７４】
（第２の工程）
次に、第２の工程は、図４に示すように、第１の工程で縮径された素管５１を、前記の製造装置１の記載のとおり、転造部３により第２の縮径加工および転造加工を行う工程である。そして、複数個の転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）で素管５１を溝付プラグ１２に押圧することにより素管５１に第２の縮径加工を施し、縮径された素管５１の内面に溝付プラグ１２の溝形状を転写する工程である。
【００７５】
（第３の工程）
次に、第３の工程は、図４に示すように、第２の工程で溝形状が転写された素管５１を、前記の製造装置１に記載のとおり、整形部４により第３の縮径加工を施し内面溝付管５３を提供する箇所である。そして、第３の工程における整形ダイス１５の外径変化率は０．５％から１８％であることを特徴とする。
【００７６】
尚、第３の工程におけるトータル加工率、いわゆる第１、第２、及び第３の全ての工程を経た後の加工率は、例えば２０〜４０％とする。
【００７７】
以下、本実施形態の第３工程に係る素管５１の整形ダイス１５による縮径率の前記数値限定の根拠を示す。
【００７８】
外径変化率が１８％以上を超えると、引抜き荷重の増加により内面溝付管５３は破断しやすくなる。また、外径変化率が０．５％未満になると、前記第２の工程の転造加工時に形成された外表面の転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）の跡が消えず外見上好ましくない。従って、外径変化率を０．５％から１８％にすることにより、内面溝付管５３の引抜き荷重が低減され材料破断防止が図れ、また、内面溝付管５３の外表面の転造ボール１０または転造ロール（図示せず。）の跡が小さくなるため、外表面にボールまたはロールの後が目立たない内面溝付管５３を安定して製造することができる。
【００７９】
【実施例】
以下、本発明について、具体的に説明する。
【００８０】
（第１の実施例）
内面溝付管の、溝リード角θ、フィン高さＨ、フィン山頂角α、フィン根元半径Ｒ、フィンピッチＬ、フィン根元半径とフィンピッチの比Ｒ／Ｌの全てが本発明の請求範囲を満足する形状（実施例１〜５）を有する試作管と、前記３つのうち１つまたは２つが本発明の請求範囲を満足しない形状（比較例１〜１１）を有する試作管をそれぞれ作製した。そして、各試作管について、製造可否（加工性）、及び管内伝熱性能を評価し、その結果を表１に示す。
【００８１】
尚、表１における、製造可否の欄における「○」とは製造が可能であったことを示し、「×」とは製造が不可能であったことを示す。製造可否は、加工途中における素管の破断有無、工具である溝付プラグの寿命等から総合的に判断した。更にまた、伝熱性能測定結果の欄における判断は、比較例７の内面溝付管内の伝熱性能を１とした場合における各内面溝付管の蒸発性能及び凝縮性能の測定値を相対値とし、蒸発性能及び凝縮性能の少なくとも一方が１．１未満である場合を「×」（不良）とし、蒸発性能及び凝縮性能の双方が１．１以上である場合を「○」（良）とし、蒸発性能及び凝縮性能の双方が１．２５以上である場合を「◎」（最良）とした。又、「−」とは、内面溝付管の製造不可のため、伝熱性能の測定が不可能であったことを示す。製造可否、伝熱性能共に総合判断し、共に○及び◎を○とし、片方のみ○及び両方×は×と判断した。
【００８２】
次に、表２に示す冷媒の蒸発試験及び凝縮試験による管内の伝熱性能測定には、内面溝付管を長さが３．５ｍの２重管式熱交換器（以下、外管という）の内管として配置し、内面溝付管内に冷媒流量を３０ｋｇ／時間として、冷媒（Ｒ４１０Ａ）を供給し、内面溝付管との間の環状部に水を供給して熱交換を行い、伝熱性能を測定した。尚、蒸発試験においては、冷媒が完全に蒸発し、所定の過熱度になるように水温を調整した。また、凝縮試験においても、冷媒が完全に凝縮し、所定の過冷却度になるように水温を調整した。また、伝熱性能測定時における冷媒の蒸発試験及び凝縮試験については条件を表２に示す。
【００８３】
【表１】
2004230450.tif 000003
【００８４】
【表２】
2004230450.tif 000004
【００８５】
表１の結果より、本発明の実施例１、２、３、４、及び５のいずれもが、内面溝付管内の製造可否（加工性）及び伝熱性能が共に満足する結果となった。
【００８６】
比較例１より、フィン根元半径Ｒが下限値未満であると内面溝付管の製造は不可であり、比較例２より、フィン根元半径Ｒが上限値を超えると管内の伝熱性能は満足しないことから、フィン根元半径Ｒが範囲内から逸れると、内面溝付管の生産性及び管内伝熱性能のいずれも満足しない。また、比較例３より、フィンピッチＬが上限値を超えると管内の伝熱性能は満足せず、比較例４よりフィンピッチＬが下限値０．２ｍｍ未満であると、内面溝付管の製造は不可であることから、フィンピッチＬが範囲内から逸れると、内面溝付管の生産性及び管内伝熱性能のいずれも満足しない。さらに、比較例５より、フィン根元半径ＲとフィンピッチＬの比Ｒ／Ｌが下限値未満であると製造は可能であるが、管内の伝熱性能は満足せず、比較例６より、フィン根元半径ＲとフィンピッチＬの比Ｒ／Ｌが上限値を超えると内面溝付管の製造は不可であることから、フィン根元半径ＲとフィンピッチＬの比Ｒ／Ｌが範囲内から逸れると、内面溝付管の生産性及び管内伝熱性能のいずれも満足しない。
【００８７】
比較例７より、フィン根元半径Ｒ、及び溝リード角θが下限値未満であると、内面溝付管の製造は可能であるが、管内の伝熱性能は満足しない。また、比較例８より、フィン高さＨが下限値未満であると、管内の伝熱性能は満足せず、比較例９より、フィン高さＨが上限値を超えると、内面溝付管の製造は不可であることから、フィン高さＨが範囲内から逸れると、内面溝付管の生産性及び管内伝熱性能のいずれも満足しない。さらに、比較例１０より、フィン山頂角αが下限値未満であると、内面溝付管の製造は不可であり、比較例１１より、フィン山頂角αが上限値を超えると、管内の伝熱性能は満足しないことから、フィン山頂角αが範囲内から逸れると、内面溝付管の生産性及び管内伝熱性能のいずれも満足しない。
【００８８】
フィン根元半径Ｒ、フィンピッチＬ、フィン根元半径とフィンピッチの比Ｒ／Ｌのいずれか１つでも、本発明の請求範囲から逸れた場合は、内面溝付管の加工性あるいは管内伝熱性能のいずれかが満足しない結果であった。
【００８９】
（第２の実施例）
次に、素管の製造条件である平均結晶粒径、０．５％耐力、及び伸びと、製造された素管の第１の縮径加工による０．５％耐力の増加率及び第３の縮径加工による外径変化率の全てが、本発明の請求範囲を満足する試作管（実施例６〜８）と、前記４つのうち３つまたは全てが本発明の請求範囲を満足しない試作管（比較例１２〜１５）をそれぞれ作製した。内面溝加工を行う素管の製造法は、直径３００ｍｍのＣ１２２０鋳塊（Ｐ：０．０２２％）より複数の押出し用ビレットを切出し、前記ビレットを８００〜９００°Ｃで３０分程度均質化焼鈍後、８００〜９００°Ｃで熱間押出し、シャワー水冷（平均冷却速度１０〜１５°Ｃ／秒）することにより押出素管を作製した。
【００９０】
押出素管に、圧延、抽伸加工を行って外径９．５２ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの素管とした後、焼鈍により内面溝付加工用の素管とした。前記の焼鈍には、高周波誘導加熱炉（高速昇温、短時間高温加熱、急速冷却）、またはローラーハース炉（低速昇温、４５０〜５５０°Ｃ×３０分〜１時間加熱、徐冷）を用い平均結晶粒径、０．５％耐力、伸びの異なる内面溝付加工用素管のコイルを作製した。平均結晶粒径は、ＪＩＳＨ０５０１に規定の切断法により管軸平行断面について測定した。
【００９１】
また、０．５％耐力及び伸びはＪＩＳＺ２２４１に規定の方法により求めた。そして、作製した素管コイルに表３に示す条件を有する溝付プラグを用いて内面溝付加工を行い、長さ５００ｍの内面溝付管を作製した（引抜き速度３０ｍ／秒）。尚、内面溝付管の製造に用いた縮径ダイス及び整形ダイスは、実施例６〜８、及び比較例１２〜１５の全ての試作管に対し、同一の物とし、整形部（整形ダイス）による第３の縮径加工は、管の外径変化率１０％で行った。
【００９２】
また、作製された内面溝付管は、外径が７．０ｍｍ、溝リードθ角が約４２°、フィン高さＨが０．２ｍｍ、溝数が６５、フィンピッチが０．３ｍｍ、フィン根元半径Ｒが０．０８ｍｍ、フィン根元半径とフィンピッチとの比Ｒ／Ｌが０．２７である。この内面溝付管の定常加工部（引抜き速度が所定値に安定した部分）の先端部及び後端部より試料を採取して断面を観察して溝の成形状況を観察した。
【００９３】
次に、所定の形状の溝が形成されている試料は残りのコイルをローラーハース炉で所定条件のもとで焼鈍後、コイルの両端より試料を採取して管軸平行断面の組織を観察し、再結晶の様子（混粒の発生状況）を調査した。各試作管について、素管の平均結晶粒径、０．５％耐力及び伸び、製造可否（フィンの成形性）、工具である溝付プラグの欠損有無、及び混粒組織の有無を表４に示す。
【００９４】
【表３】
2004230450.tif 000005
【００９５】
【表４】
2004230450.tif 000006
【００９６】
表４の結果より、本発明の実施例６、７、及び８のいずれもが、所定形状の溝が形成された内面溝付管を、プラグの欠けを発生させることなく製作することが可能であった。また、焼鈍後も混粒組織となることがなく（平均結晶粒径２０μｍ）、熱交換器組立てのためにＵベント曲げを行っても曲げ部のしわ、割れなどの不具合が発生せず、歩留まり良く熱交換器に組み立てることが可能であった。
【００９７】
比較例１２及び１３より、素管の製造条件である平均結晶粒径、０．５％耐力、及び伸びと、製造後の素管の第１縮径加工時における０．５％耐力の増加率が本発明の請求範囲外であると、素管が硬質であるため、管内面の加工性が悪く、所定形状の内面フィンを形成することが不可能であった。また、素管が硬質であるため、溝付プラグに欠損が生じた。尚、これらの試料は所定形状の内面溝付管が作製できなかったので、焼鈍後の混粒組織有無の確認は行わなかった。
【００９８】
比較例１４より、素管の平均結晶粒径と０．５％耐力、及び第１の縮径加工による０．５％耐力の増加率が、本発明の請求範囲を逸れると、製造後の内面溝付管は、焼鈍後に混粒組織となり、熱交換器組立のためにＵベント曲げを行うと、曲げ部にしわ及び割れ等の不具合が発生し、熱交換機の組立には使用できるものの歩留まりが大幅に低下する結果となった。
【００９９】
比較例１５は、比較例１４より軟質であり、素管の製造条件である平均結晶粒径、０．５％耐力，及び伸びと、製造後の素管の第１縮径加工時における０．５％耐力の増加率が、本発明の請求範囲外であるため、素管に作用する引抜き力により転造加工中に管に破断が生じた。尚、比較例１５については、内面溝付管の作製が不可であったため、焼鈍後の混粒組織有無の確認は行わなかった。
【０１００】
素管の製造条件である平均結晶粒径、０．５％耐力及び伸び、製造された素管の第１の縮径加工による０．５％耐力の増加率のいずれか１つでも、本発明の請求範囲から逸れた場合は、所定形状の溝が形成された内面溝付管を、プラグの欠けを発生させることなく製作することは不可能であった。
【０１０１】
（第３の実施例）
次に、第１の縮径加工における縮径加工率を変化させて、本発明の請求範囲を満足する試作管（実施例９〜１１）と、本発明の請求範囲を満足しない試作管（比較例１６〜１７）をそれぞれ作製し、所定の溝形状が形成できるかを確認した。
尚、内面溝付管の製造に用いる素管は、実施例９〜１１、及び比較例１６〜１７の全てが、平均結晶粒径が、０．０１８〜０．０２３ｍｍ、０．５％耐力が８３〜９０Ｎ／ｍｍ２、伸びが４８〜５０％である本発明の請求範囲を満足するものを用いた。また、外径の大きい素管に対しては縮径加工率が大きく取れる縮径ダイス及び縮径プラグを、一方、外径の小さい素管に対しては縮径加工率が小さく取れる縮径ダイス及び縮径プラグのの組み合わせを用いて、縮径加工による０．５％耐力の増加率を変化させた。そして、作製した素管コイルに表３に示す条件を有する溝付プラグを用いて内面溝付加工を行い、長さ５００ｍの内面溝付管を作製した（引抜き速度３０ｍ／秒）。尚、内面溝付管の製造に用いた縮径ダイス及び整形ダイスは、実施例９〜１１、及び比較例１６〜１７の全ての試作管に対し、同一の物とし、整形部（整形ダイス）による第３の縮径加工は、内面溝付管の外径変化率１０％で行った。
【０１０２】
作製された内面溝付管の形状は、第２の実施例と同じものであった。この内面溝付管の定常加工部（引抜き速度が所定値に安定した部分）の先端部及び後端部より試料を採取して断面を観察して溝の成形状況を観察し、また、工具である溝付プラグの欠損有無を確認した。各試作管について、製造可否（フィンの成形性）、工具である溝付プラグの欠損有無を表５に示す。
【０１０３】
【表５】
2004230450.tif 000007
【０１０４】
表５の結果より、本発明の実施例９、１０、及び１１のいずれもが、第１の縮径加工による０．５％耐力の増加率及び整形ダイスによる外径変化率（１０％：全試料共通）が請求範囲内であるため、所定形状の溝が形成された内面溝付管を、プラグの欠けを発生させることなく製作することが可能であった。
【０１０５】
比較例１６より、第１の縮径加工における０．５％耐力の増加率が、本発明の請求範囲の下限値より小さいと、溝付加工される管の０．５％耐力が小さく、素管に作用する引抜き力により転造加工中に破断が生じた。また、比較例１７により、第１の縮径加工における０．５％耐力の増加率が、本発明の請求範囲の上限値より大きいと、溝付加工される管の０．５％耐力が大きく、素管材が加工硬化を生じて、溝付プラグの溝に素管材料が充分に流入することができず、所定形状のフィンを形成することが不可能であった。また、素管が硬質となり、工具である溝付プラグに欠損が生じた。
【０１０６】
第１の縮径加工における０．５％耐力の増加率が、本発明の請求範囲から逸れた場合は、所定形状の溝が形成された内面溝付管を、プラグの欠けを発生させることなく製作することは不可能であった。
【０１０７】
（第４の実施例）
次に、第３の縮径加工における整形ダイスによる外径変化率が、本発明の請求範囲を満足する試作管（実施例１２〜１４）と、前記外径変化率が本発明の請求範囲を満足しない試作管（比較例１８〜１９）をそれぞれ作製し、所定の溝形状が形成できるかを確認した。尚、内面溝付管の製造に用いる素管は、実施例１２〜１４、及び比較例１８〜１９の全てが、管外径が９．５２ｍｍ、管底肉厚が０．５ｍｍ、平均結晶粒径が、０．０１８ｍｍ、０．５％耐力が８７Ｎ／ｍｍ２、伸びが４９．５％である本発明の請求範囲を満足するものを用いた。また、第１の縮径加工における素管の０．５％耐力の増加率は３．３４倍である本発明の請求範囲を満足するものを用いた。
【０１０８】
そして、作製した素管コイルに表３に示す条件を有する溝付プラグを用いて内面溝付加工を行い、長さ５００ｍの内面溝付管を作製した（引抜き速度３０ｍ／秒）。尚、第３の縮径加工における外径変化率が異なるため、作製される内面溝付管の外径、長さ、及び溝リード角は異なるものであった。
【０１０９】
前記内面溝付管の定常加工部（引抜き速度が所定値に安定した部分）の先端部及び後端部より試料を採取して断面を観察して溝の成形状況を観察し、また、外表面の転造ボールの跡を観察した結果を表６に示す。
【０１１０】
【表６】
2004230450.tif 000008
【０１１１】
表６の結果より、本発明の実施例１２、１３、及び１４のいずれもが所定形状の溝が形成された内面溝付管を作製することが可能であり、且つ、整形ダイスにより外表面が加工を受けているため、転造ボールの跡も残存せず良好な表面状態であった。
【０１１２】
比較例１８より、第３の縮径加工における整形ダイスの外径変化率が、本発明の請求範囲の下限値より小さいと、外表面の加工率が小さいため転造ボールの跡が残存し、内面溝付管外表面の凹凸が大きい。従って、拡管によりその表面にアルミフィンを取り付けて熱交換器を作成しても、アルミフィンと管外表面との隙間が大きいことから、充分な伝熱性能を発揮させることは難しい。また、比較例１９より、前記外径変化率が、本発明の請求範囲の上限値より大きいと、引抜き荷重が増加し、加工中に管の破断が生じる。
【０１１３】
第３の縮径加工における整形ダイスによる外径変化率が、本発明の請求範囲から逸れた場合は、内面溝付管の外表面に、転造ボールまたは転造ロールの跡を残さずに、内面溝付管を作製することは不可能であった。
【０１１４】
（第５の実施例）
次に、内面溝付管の製造装置に用いる溝付プラグの炭化タングステンの平均粒度が、本発明の請求範囲を満足する溝付プラグ（実施例１５）と、前記炭化タングステンの平均粒度が、本発明の請求範囲から逸れる溝付プラグ（比較例２０）をそれぞれ用いて内面溝付管を作製し、溝付プラグの寿命を確認した。
【０１１５】
尚、内面溝付加工を行う素管は、本発明の請求範囲内である第２の実施例における実施例６の素管（管外径が９．５２ｍｍ、管底肉厚が０．５ｍｍ、平均結晶粒径が０，０１２ｍｍ、０．５％耐力が９６Ｎ／ｍｍ２、伸びが４８．５％、及び第１の縮径加工における素管の０．５％耐力の増加率が、３．０５倍）を用いた。そして、作製した素管コイルに表７に示す条件を有する溝付プラグを用いて内面溝付加工を行い、長さ２５００ｍの内面溝付管を作製した（引抜き速度２０ｍ／秒）。
【０１１６】
尚、内面溝付管の製造に用いた整形ダイスによる外径変化率は１０％とした。そして、作製された内面溝付管は、外径７．０ｍｍ、溝リード角が約４９°、フィン高さが０．１８ｍｍ、溝数５５、フィンピッチ０．３５ｍｍ、フィン根元半径０．０９ｍｍ、及びフィン根元半径とフィンピッチの比が０．２６であった。この内面溝付管の定常加工部（引抜き速度が所定値に安定した部分）の先端部及び後端部より試料を採取して断面を観察して溝の成形状況、及び加工終了後の溝付プラグの欠損有無について観察した結果を表８に示す。
【０１１７】
【表７】
2004230450.tif 000009
【０１１８】
【表８】
2004230450.tif 000010
【０１１９】
表８の結果より、本発明の請求範囲内である炭化タングステンの平均粒度０．５μｍを有する実施例１５の溝付プラグを用いた場合は、内面溝付管の溝リード角が約５０°と大きい溝形状でも、最後まで欠損せず全長に渡り管内に、所定形状の溝を正しく形成することが可能であった。これに対し、本発明の請求範囲から逸れる炭化タングステンの平均粒度３μｍを有する比較例２０は、炭化タングステンの平均粒度の粗い従来の超硬製プラグを使用しているため、加工された内面溝付管後端部においては溝が正しく形成されておらず、また、加工後の溝付プラグにも欠損が発生しており、加工途中において溝付プラグの欠損が生じた。
【０１２０】
（第６の実施例）
次に、溝付プラグの自転方向と転造ボールの公転方向が、互いに同一方向である本発明の実施形態の場合と、前記溝付プラグの自転方向と転造ボールの公転方向が逆方向である本発明の実施形態ではない場合とのそれぞれの条件で、内面溝付管の溝の形成しやすさを比較した。尚、内面溝付加工を行う素管は、本発明の請求範囲内である第２の実施例における実施例７の素管（管外径が９．５２ｍｍ、管底肉厚が０．５ｍｍ、平均結晶粒径が０，０１８ｍｍ、０．５％耐力が８７Ｎ／ｍｍ２、伸びが４９．５％、及び第１の縮径加工における素管の０．５％耐力の増加率が、３．３４倍）を用いた。
【０１２１】
このようにして作製した素管コイルに表３の溝付プラグ（引抜き方向の上流側から見て右ねじ方向に溝が形成されている）を用いて、引抜き方向の上流側から見て転造ボールの公転方向を右ねじ方向（同一方向に回転）、及び引抜き方向の上流側から見て転造ボールの公転方向を左ねじ方向（逆方向に回転）とし、それぞれ内面溝付加工を行い、長さ５００ｍｍの内面溝付管を作製した。尚、転造ボールの公転の速さは同一方向回転及び逆方向回転とも同じとし、引抜き速度を変化させて、管内にフィンが正しく形成されるかを確認した。また、第３工程の整形ダイスによる外径変化率は１０％とした。
【０１２２】
正しく加工された場合は、内面溝付管内に形成されるフィンの高さは０．２ｍｍとなる。そこで、同一方向回転及び逆方向回転の条件において、管内にフィンが正しく形成される引抜き速度を測定した。その結果、その引抜き速度は、同一方向回転が逆方向回転より約１０％程度大きいことがわかった。以上より、溝リード角の大きい内面溝付管を作製する場合は、転造ボールの公転方向と溝プラグの回転方向は、同一方向とすることが、内面溝付管の生産性の面から有利であることが判る。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明にかかる内面溝付管内面は、溝内の冷媒液膜が充分に攪拌されて冷媒の気液界面での温度差が小さくなるため、伝熱性能及び加工性に優れた内面溝付管を提供することができた。
【０１２４】
本発明縮にかかる内面溝付管内面は、所定の溝形状を得られ、伝熱性能及び加工性に優れた内面溝付管を製造する製造装置を提供することができた。
【０１２５】
また、内面溝付管の製造装置に使用される溝付プラグの材質を、炭素タングステンの平均粒度が０．２μｍ以上０．９μｍ以下である超硬合金とする溝付プラグを用いることによって、溝付プラグが破損し難いため、所定の溝形状を得られ、伝熱性能及び加工性に優れた内面溝付管を製造することができた。
【０１２６】
本発明にかかる内面溝付管の製造装置は、使用される転造ボールまたは転造ロールの転造加工時における公転方向を、溝付プラグの自転方向と同一することによって、加工部分に対して転造ボールまたは転造ローラーが接する押圧時間が長く所定の溝形状を安定して得られ、伝熱性能及び加工性に優れた内面溝付管を製造することができた。
【０１２７】
本発明にかかる内面溝付管の製造方法によれば、所定特性の素管を第１の縮径加工、第２の縮径加工および転造加工ならびに、第３の縮径加工を行い、第３の縮径加工における素管の外径変化率と、第１の縮径加工における素管の０．５％耐力増加率を所定範囲にすることにより所定の溝形状が選ばれると共に、素管の断管が生じないため、伝熱性能及び加工性に優れた内面溝付管を製造する製造方法を提供することができた。また、溝付プラグの材質を特定することにより溝付プラグの破損を防止することができ、さらに、溝付プラグの自転方向と転造ボールまたは転造ロールの公転方向を同一とすることにより生産性に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る内面溝付管の断面形状を示す軸方向に破断した時の一部端面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における一部拡大断面図である。
【図３】本実施形態に係る溝付プラグの溝形状を示す一部拡大断面図である。
【図４】本実施形態に係る内面溝付管の製造装置を示す断面図である。
【図５】従来の内面溝付管の製造装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  製造装置
２  縮径部
３  転造部
４  整形部
５、８、１４  潤滑油供給装置
６  縮径ダイス
７  縮径プラグ
３９  加工ヘッド
１０  転造ボール
１２  溝付プラグ
１３  プラグ軸
１５  整形ダイス
２１、２２、２３  潤滑油
４１  溝底面
４２  フィン
４２ａ  フィン山頂曲線部
４２ｂ  フィン斜面直線部
５１  素管
５３  内面溝付管
θ  溝リード角
Ｈ  フィン高さ
α  フィン山頂角
Ｒ  フィン根元半径
Ｌ  フィンピッチ
Ｘ  抽伸方向
【図１】
2004230450.tif 000011
【図２】
2004230450.tif 000012
【図３】
2004230450.tif 000013
【図４】
2004230450.tif 000014
【図５】
2004230450.tif 000015