(57)【要約】【課題】高い強度を持つという銅合金管の長所を維持しつつ、その加工性を高め、特に熱間押出における押出圧力の上昇を抑えることで生産性の向上を図った熱交換器用銅合金管を提供する。【解決手段】熱交換器用銅合金管は、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有し、ＦｅとＰの質量比がＦｅ／Ｐ＝２〜８の関係にあり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有し、
ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、
残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、
管状に成形してなることを特徴とする熱交換器用銅合金管。
【請求項２】
０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％含有し、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝が２〜８であり、
残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、
管状に成形してなることを特徴とする熱交換器用銅合金管。
【請求項３】
０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％含有し、
ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、
残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、
管状に成形してなることを特徴とする熱交換器用銅合金管。
【請求項４】
０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％含有し、さらにＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％含有し、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝が２〜８であり、
残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなることを特徴とする熱交換器用銅合金管。
【請求項５】
前記Ｍｎの添加量は、０．２〜０．８質量％である請求項４に記載の熱交換器用銅合金管。
【請求項６】
前記Ｆｅの添加量は、０．０５〜０．４質量％である請求項４に記載の熱交換器用銅合金管。
【請求項７】
前記Ｐの添加量は、０．０２〜０．０８質量％である請求項４に記載の熱交換器用銅合金管。
【請求項８】
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝は、３〜６である請求項４に記載の熱交換器用銅合金管。
【請求項９】
前記Ｍｎの添加量は、０．２〜０．８質量％であり、
前記Ｆｅの添加量は、０．０５〜０．４質量％であり、
前記Ｐの添加量は、０．０２〜０．０８質量％であり、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝は、３〜６である請求項４に記載の熱交換器用銅合金管。
【請求項１０】
熱交換器にもちいる伝熱管用銅合金であって、
０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有し、
ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、
残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる伝熱管用銅合金。
【請求項１１】
熱交換器にもちいる伝熱管用銅合金であって、
０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％含有し、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝が２〜８であり、
残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる伝熱管用銅合金。
【請求項１２】
熱交換器にもちいる伝熱管用銅合金であって、
０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％含有し、
ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、
残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる伝熱管用銅合金。
【請求項１３】
熱交換器にもちいる伝熱管用銅合金であって、
０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％含有し、さらにＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％含有し、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝が２〜８であり、
残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる伝熱管用銅合金。
【請求項１４】
前記Ｍｎの添加量は、０．２〜０．８質量％であり、
前記Ｆｅの添加量は、０．０５〜０．４質量％であり、
前記Ｐの添加量は、０．０２〜０．０８質量％であり、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝は、３〜６を満たす銅合金からなる請求項４に記載の熱交換器用銅合金管。
【請求項１５】
管内面に溝加工されたことを特徴とする、請求項１〜９に記載の熱交換器用銅合金管。
【請求項１６】
請求項１５に記載の熱交換器用銅合金管を用いた熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージエアコンなどの空調機器やヒートポンプ式給湯器の熱交換器やその配管に使用される熱交換器用銅合金管に関し、特に優れた強度を持つと共に熱間押出などの加工性が優れた熱交換器用銅合金管に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器に使用される銅管には、強度が高いこと、加工性が良いこと、耐食性に優れること、熱伝導性が良いこと、ろう付け性が良いこと、疲労強度が高いことなどの特性が求められ、これらについての実使用条件を満たす材料として、りん脱酸銅が一般的に使用されている。
【０００３】
一方、地球温暖化問題への対応から、フロン冷媒の規制による代替フロンへの切り替えやＣＯ2を冷媒としたヒートポンプ式給湯器の普及が進んでいる。こうした新冷媒では運転時の凝縮圧力が従来に比べて高くなるため、りん脱酸銅を用いた銅管で十分な耐圧を得るためには従来よりも管の肉厚を厚くする必要がある。しかし、肉厚が厚くなれば使用する銅量が増えるため、近年の銅価の高騰と合わせて製品価格の高騰につながり、また資源としての銅材料の節約の観点からも問題がある。
【０００４】
こうした問題に応える材料として、ＣｏとＰの化合物を材料内部に分散析出させることで強度を向上させたＣｕ−Ｃｏ−Ｐ系合金（例えば、特許文献１参照。）や、Ｃｕ中にＳｎを固溶させることで強度を向上させたＣｕ−Ｓｎ−Ｐ系合金（例えば、特許文献２参照。）を用いた銅合金管が開発されている。これらの銅合金はりん脱酸銅に比べて高強度であるため、冷媒の圧力が上昇しても従来と同等あるいはより薄い肉厚の管で対応することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３０３７７８号公報
【特許文献２】特許第３７９４９７１号公報
【特許文献３】特許第３８７８６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｐ系合金は、ＣｏとＰの化合物をＣｕの母相中に分散析出させ、その析出強化によって高い強度を得ている。しかし、この材料では、熱交換器の組み立てに必要なろう付けで高温に加熱した際にこうした析出物の再固溶が進み、高強度化の機能が低下してしまう問題がある。
【０００７】
Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系合金の場合は、Ｓｎが固溶状態で強化に寄与しており、高温で加熱しても高強度化の機能が維持できる。しかし、固溶成分で強化する場合、析出強化に比べて合金成分の添加量を多くする必要があり、添加量が多くなると熱伝導性の低下や加工性の悪化が生じる問題がある。
【０００８】
Ｃｕ−Ｐ−Ｃｏ−Ｓｎ−Ｚｎ系合金は、高温度に加熱された場合にも、加熱によって結晶粒が粗大化しにくいので、加熱後も高強度を維持できる。しかし、焼鈍後の機械的特性は、りん脱酸銅に比べて硬く、伸びが小さいため、伝熱管内面への溝付加工が困難であるという問題がある。
【０００９】
また、銅管の加工では一般に鋳造材を熱間で押出加工して素管に成形した後、冷間の引抜加工で所定のサイズに加工するが、合金成分の添加量が増えると押出加工時の変形抵抗が高くなる問題がある。この結果、より高い押出圧力を加えなければ素管に成形することができなくなるため、加工設備に対する制約条件が厳しくなる。
【００１０】
本発明の目的は、高い強度を持つという銅合金管の長所を維持しつつ、その加工性を高め、特に熱間押出における押出圧力の上昇を抑えることで生産性の向上を図った熱交換器用銅合金管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述のように銅合金管の強化機構として析出強化を用いる場合、ろう付け時の７５０℃を超えるような高温加熱で高強度化の機能が低下する問題がある。また強化機構として固溶強化を用いる場合、添加量の増加による押出加工時の変形抵抗上昇や熱伝導性の低下が問題になる。これらの強化機構の長所と短所について実用レベルでうまく両立を図るためには、析出強化成分と固溶強化成分をバランス良く配合して、両者の長所を共に活用できるようにすることが望ましい。すなわち、変形抵抗上昇による不具合が生じない添加量範囲で固溶強化元素を添加し、さらにそれと合わせて析出強化元素を添加して強度の補充を図ることが有効であるといえる。以上について検討を重ねた結果、本発明者らは以下のような手段で上記課題の解決が可能であることを見出した。
【００１２】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有し、ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなることを特徴とする熱交換器用銅合金管を提供する。
【００１３】
０．１〜１．０質量％のＭｎを含有する銅合金を材料として用いる。Ｍｎは銅中に固溶状態で存在して強度の向上に寄与する成分である。また、Ｐと共存することによって一部がＰ化合物を作って析出するため、析出強化の効果も合わせて期待することができる成分である。
【００１４】
所定量のＭｎ、Ｆｅ、Ｐに加えて、０．０５〜０．５質量％のＦｅと０．０１〜０．１質量％のＰを、質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８になる範囲内で含有させる。ＦｅはＰと共に添加することによってＰ化合物として材料中に析出するため、析出強化によって強度を補充する目的で添加する。本発明では、Ｍｎの添加による固溶強化とＦｅの添加による析出強化をバランスよく組み合わせることで、目的とする良好な特性を得ることができる。また、Ｆｅの添加は、結晶粒を微細化させると共に、高温加熱した際の結晶粒粗大化を抑制する効果もある。結晶粒が粗大化すると、粒界割れが起こり易くなり、加工性が低下するため、Ｆｅの添加は良好な加工性を維持する効果も持つといえる。ここで、Ｆｅの添加量がＰの添加量に比べて少なすぎると、析出強化が不十分になり効果が期待できない。また、多すぎると、固溶状態で残留するＦｅ量が多くなるため、熱伝導性の低下などの不具合が生じ易くなる。
【００１５】
また、本発明の一態様は、上記目的を達成するため、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％含有し、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなることを特徴とする熱交換器用銅合金管を提供する。
【００１６】
Ｆｅについては、その一部をＮｉ及びＣｏに置き換えることが可能である。この場合、Ｎｉ及びＣｏの添加量は、合計０．０１〜０．２５質量％とする。また、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝を２〜８の範囲に規定する必要がある。
【００１７】
また、本発明の一態様は、上記目的を達成するため、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％含有し、ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなることを特徴とする熱交換器用銅合金管を提供する。
【００１８】
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐの成分に加えて、さらにＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％の範囲で添加しても、良好な特性を得ることができる。これらは、主に固溶強化による強度の補充が期待できる成分である。
【００１９】
また、本発明の一態様は、上記目的を達成するため、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、及び０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％含有し、さらにＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％含有し、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなることを特徴とする熱交換器用銅合金管を提供する。
【００２０】
上記熱交換器用銅合金管において、上記Ｍｎの添加量は、０．２〜０．８質量％がより好ましい。また、上記Ｆｅの添加量は、０．０５〜０．４質量％がより好ましい。上記Ｐの添加量は、０．０２〜０．０８質量％がより好ましい。上記Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝は、３〜６がより好ましい。
【００２１】
焼鈍後の引張強さを、例えば２４０ＭＰａ以上、さらには２７０ＭＰａ以上にすることにより、高強度を確保することができる。また、焼鈍後の伸びを、例えば４０％以上、さらには４３％以上、結晶粒度を、例えば３０μｍ以下、さらには２２μｍ以下にすることにより、熱交換器用銅合金管として良好な曲げ加工性を維持することができる。
【００２２】
また、変形抵抗評価値を例えば１．５以下にすることにより、押出圧力の上昇を抑えて良好な生産性を維持することができる。「変形抵抗評価値」とは、本発明の圧縮試験片の応力測定値を比較材からなる圧縮試験片の応力測定値で割った値である。本発明の圧縮試験片の応力測定値は、本発明の銅合金からなる直径１２ｍｍ、長さ１５ｍｍの圧縮試験片を製作し、カムプラストメーターを使って８００℃にて歪速度１ｓ-1で圧縮変形して、２５％圧縮時の応力を測定して得られた値である。比較材からなる圧縮試験片の応力測定値は、比較材としてＰ：０．０３質量％を含有するりん脱酸銅からなり、本発明と同様の圧縮試験片を製作し、本発明と同じ条件で圧縮変形して２５％圧縮時の応力を測定して得られた値である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の熱交換器用銅合金管によれば、高い強度を持つという銅合金管の長所を維持しつつ、その加工性を高め、特に熱間押出における押出圧力の上昇を抑えることで生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、内面溝付伝熱管の製造方法を説明するための内面溝付管加工装置の断面の概略図を示す。
【図２】図２は、クロスフィンチューブ型熱交換器の一例を示す。
【図３】図３は、クロスフィンチューブ型熱交換器の製造方法の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の形態に係る熱交換器用銅合金管は、所定の添加量のＭｎ、Ｆｅ、及びＰを含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなる熱交換器用銅合金管において、Ｍｎの添加量が０．１〜１．０質量％、Ｆｅの添加量が０．０５〜０．５質量％、Ｐの添加量が０．０１〜０．１質量％であり、ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を用いたものである。
【００２６】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器用銅合金管は、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０１〜０．１質量％のＰを含有し、ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなる。
【００２７】
０．１〜１．０質量％のＭｎを含有する銅合金を材料として用いる。Ｍｎは銅中に固溶状態で存在して強度の向上に寄与する成分である。また、Ｐと共存することによって一部がＰ化合物を作って析出するため、析出強化の効果も合わせて期待することができる成分である。
【００２８】
所定量のＭｎ、Ｆｅ、Ｐに加えて、０．０５〜０．５質量％のＦｅと０．０１〜０．１質量％のＰを、質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８になる範囲内で含有させる。ＦｅはＰと共に添加することによってＰ化合物として材料中に析出するため、析出強化によって強度を補充する目的で添加する。本実施の形態では、Ｍｎの添加による固溶強化とＦｅの添加による析出強化をバランスよく組み合わせることで、目的とする良好な特性を得ることができる。また、Ｆｅの添加は、結晶粒を微細化させると共に、高温加熱した際の結晶粒粗大化を抑制する効果もある。結晶粒が粗大化すると、粒界割れが起こり易くなり、加工性が低下するため、Ｆｅの添加は良好な加工性を維持する効果も持つといえる。ここで、Ｆｅの添加量がＰの添加量に比べて少なすぎると、析出強化が不十分になり効果が期待できない。また、多すぎると、固溶状態で残留するＦｅ量が多くなるため、熱伝導性の低下などの不具合が生じ易くなる。
【００２９】
次に、上記銅合金の成分の数値限定の理由を以下に説明する。
【００３０】
Ｍｎの添加量を０．１〜１．０質量％としたのは、次の理由による。Ｍｎの添加量を０．１質量％未満にした場合、十分な固溶強化を期待することができず、本発明で目的とする高強度化を達成することができない。また、Ｍｎを１．０質量％を超えて添加した場合、押出加工時の変形抵抗上昇や熱伝導性の低下が問題となる可能性がある。よって、Ｍｎの組成範囲は０．１〜１．０質量％に規定する。なお、Ｍｎの添加量を０．２〜０．８質量％に規定してもよい。
【００３１】
Ｐの添加量を０．０１〜０．１質量％としたのは、次の理由による。Ｐの添加量を０．０１質量％未満にすると、Ｐ化合物の形成が進まず、析出強化による強度補充の効果が得られない。また、Ｐを０．１質量％を超えて添加すると、鋳造時や熱間押出時にＰ化合物の偏析に起因する割れが起こり易くなる。よって、Ｐの添加量は０．０１〜０．１質量％に規定する。なお、Ｐの添加量を０．０２〜０．０８質量％に規定してもよい。
【００３２】
Ｆｅの添加量を０．０５〜０．５質量％としたのは、次の理由による。上記したＰの組成範囲に対して効果的に化合物を形成して析出強化させるためには、Ｆｅの組成範囲を０．０５〜０．５質量％に規定する必要がある。Ｆｅの添加量が０．０５質量％未満の場合、Ｐ化合物の形成量が不十分になり、添加の効果が期待できない。また、Ｆｅを０．５質量％を超えて添加した場合、固溶状態で残留するＦｅ量が多くなるため、熱伝導性の低下などの不具合が生じる。なお、Ｆｅの添加量を０．０５〜０．４質量％に規定してもよい。
【００３３】
ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）を２〜８としたのは、次の理由による。ＦｅとＰの組成範囲が上記した範囲内にあっても、両者のバランスが悪ければ、効果的にＰ化合物を形成することができない。そこで、本実施の形態では、ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）を２〜８の範囲に規定する。ＦｅとＰの質量比が２未満では、Ｐが過剰になり、ＦｅとＰの質量比が８を超える場合は、Ｆｅが過剰になるため、どちらも効率良くＰ化合物を析出させることが難しい。なお、ＦｅとＰの質量比を３〜６に規定してもよい。
【００３４】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器用銅合金管は、第１の実施の形態の銅合金の成分に対し、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を所定量添加した銅合金を用いたものである。
【００３５】
すなわち、本実施の形態の熱交換器用銅合金管は、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％含有し、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなる。
【００３６】
次に、上記銅合金の成分の数値限定の理由を以下に説明する。なお、Ｍｎ、Ｐ、Ｆｅの添加量、ＦｅとＰの質量比の限定理由は、第１の実施の形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３７】
Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％としたのは、次の理由による。Ｎｉ及びＣｏは、Ｆｅと同様にＰ化合物を形成することにより、析出強化による効果的な強度補充が期待できる成分である。よってＦｅの一部をこれらの元素で置換しても、本発明で目的とする特性を得ることができる。この場合、Ｎｉ及びＣｏの組成範囲は合計０．０１〜０．２５質量％に規定する。これらの添加量が０．０１質量％未満の場合、Ｐ化合物が十分に形成されず、添加の効果を期待することができない。また、０．２５質量％を超えて添加した場合、固溶状態で残留するＮｉ及びＣｏ量が多くなるため、Ｆｅの場合と同様に熱伝導性の低下などの不具合が生じる。なお、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０２〜０．１５質量％に規定してもよい。
【００３８】
ここでＮｉ及びＣｏの添加量は、Ｆｅの添加量に対して同量以下の範囲にするのが望ましい。これはＦｅの相対的な比率が低くなると、Ｆｅの持つ結晶粒微細化の効果が薄れることによる。
【００３９】
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝を２〜８としたのは、次の理由による。Ｎｉ及びＣｏをＦｅと共に添加した場合、効果的にＰ化合物を形成するためには、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝を２〜８の範囲に規定する。Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比が２未満では、Ｐが過剰になり、８を超える場合は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏが過剰になるため、どちらも効率良くＰ化合物を析出させることができない。なお、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比を３〜６に規定してもよい。
【００４０】
Ｎｉ、Ｃｏの選択においては、耐熱性をより得たい場合などに、Ｃｏをもちいることができる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器用銅合金管は、第１の実施の形態の銅合金の成分に対し、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を所定量添加した銅合金を用いたものである。
【００４２】
すなわち、本実施の形態の熱交換器用銅合金管は、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％含有し、ＦｅとＰの質量比（Ｆｅ／Ｐ）が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなる。
【００４３】
次に、上記銅合金の成分の数値限定の理由について以下に説明する。なお、Ｍｎ、Ｐ、Ｆｅの添加量、ＦｅとＰの質量比の限定理由は、第１の実施の形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００４４】
Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％としたのは、次の理由による。Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇは固溶強化の効果が大きい成分である。これらをＭｎと共に添加した場合、効果的に強度の補充を期待することができる。この場合、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇの組成範囲は、合計０．０１〜０．３質量％に規定する。これらの添加量が０．０１質量％未満の場合は、添加の効果が不十分であり、０．３質量％を超えて添加した場合は、添加成分の合計量増加により押出加工時の変形抵抗上昇や熱伝導性の低下が問題になる。なお、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇの組成範囲を合計０．０３〜０．２質量％に規定してもよい。
【００４５】
なお、Ｍｎを用いずに、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇで強度を調整しようとした場合、導電率が大きく変わってしまう虞があるのに対し、本実施の形態のようにＭｎを０．１〜１．０質量％添加し、さらに、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇを用いる場合は、Ｍｎの有する導電率を低下させることのない特性と、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇの有する強度強化の特性を互いに打ち消しあうことなく得ることができる。
【００４６】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態に係る熱交換器用銅合金管は、第１の実施の形態の銅合金の成分に対し、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を所定量添加し、さらにＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を所定量添加した銅合金を用いたものである。
【００４７】
すなわち、本実施の形態の熱交換器用銅合金管は、０．１〜１．０質量％のＭｎ、０．
０５〜０．５質量％のＦｅ、０．０１〜０．１質量％のＰを含有すると共に、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方を合計０．０１〜０．２５質量％含有し、さらにＳｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分を合計０．０１〜０．３質量％含有し、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比｛（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ｐ｝が２〜８であり、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる銅合金を、管状に成形してなる。
【００４８】
上記Ｍｎ、Ｐ、Ｆｅの添加量、ＦｅとＰの質量比、Ｎｉ及びＣｏの一方又は両方の添加量、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇから選択した１種以上の成分の添加量の数値限定の理由については、第１乃至第３の実施の形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００４９】
（各実施の形態の効果）
以上のように上記各実施の形態に係る熱交換器用銅合金管によれば、以下の効果を奏する。
（１）主になる添加成分としてＭｎを用いることで強度と熱間加工性の両立を図ることができる。すなわち、高い強度を持つという銅合金管の長所を十分に維持しつつ、その加工性について特に熱間変形抵抗を低く抑えることで押出圧力の上昇を抑え、従来のりん脱酸銅と遜色ない生産性で加工することを可能にすることができる。
（２）以上のことから、各実施の形態は、凝縮圧力が高い新冷媒への切り替えを促進し、
また、資源としての銅材料の節約の観点からも大きな効果が期待できる。
（３）また、Ｍｎの添加には強度を高める他にも耐孔食性の向上に対して大きな効果がある。このため、本発明の銅合金管は高強度化と合わせて耐孔食性の向上も同時に実現することが期待できる。
【実施例】
【００５０】
次に、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。ここで、実施例１〜６は、第１の実施の形態に対応し、実施例７〜１１は、第２の実施の形態に対応し、実施例１２〜１５は、第３の実施の形態に対応し、実施例１６、１７は、第４の実施の形態に対応する。
【００５１】
（実施例１）
無酸素銅を原料とした溶湯中にＭｎ、Ｆｅ及びＣｕ−Ｐ母合金を添加して鋳造することにより、Ｍｎ：０．３質量％、Ｆｅ：０．１質量％、Ｐ：０．０３質量％を含有し残部がＣｕと不可避的不純物からなる直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験用鋳塊と、同じ組成で直径２５０ｍｍ、長さ４００ｍｍの銅管加工用ビレットを製作した。
【００５２】
銅管加工用ビレットは、９００℃で１時間保持する均質化処理を行った後、８３０℃に加熱し、マンドレルでビレット中心にピアシング加工して熱間押出することで外径８０ｍｍ、肉厚８ｍｍの押出素管に加工した。この押出素管をチューブレデューサによる冷間圧延で外径４０ｍｍ、肉厚２ｍｍに加工した後、冷間でブルブロックを用いて抽伸加工して外径１０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの平滑管を製作した。この平滑管を４５０℃で１０分間焼鈍して銅管試料とした。
【００５３】
上記の実施例１について熱間変形抵抗の評価を行うと共に、銅管試料の引張強さ、伸び、結晶粒度を測定した。引張強さと伸びの測定はＪＩＳＺ２２４１の引張試験方法による。結晶粒度は材料を構成する結晶粒の平均粒径であり、その測定はＪＩＳＨ０５０１の切断法によって行い、管の長さ方向に垂直な断面を観察して結晶粒度を測定した。
【００５４】
熱間変形抵抗の評価は以下の方法で行った。実施例１の試験用鋳塊を用いて直径１２ｍｍ、長さ１５ｍｍの圧縮試験片を製作し、カムプラストメーターを使って８００℃にて歪速度１ｓ-1で圧縮変形して、２５％圧縮時の応力を測定した。次に、比較材としてＰ：０．０３質量％を含有するりん脱酸銅でも、同様の圧縮試験片を製作し、同じ条件で圧縮変形して２５％圧縮時の応力を測定した。ここで実施例１の応力測定値をりん脱酸銅の応力測定値で割り、その値をもって実施例１の変形抵抗評価値とした。
【００５５】
以上の結果、実施例１の変形抵抗評価値は１．２０、引張強さは２７２ＭＰａ、伸びは５５％、結晶粒度は１８μｍとなった。ここで、本発明の一つの目的である押出圧力の上昇を抑えて良好な生産性を維持するためには、変形抵抗評価値を例えば１．５以下にすることが有効であるといえる。また、もう一つの目的である高強度を確保するという点では、焼鈍後の引張強さを例えば２４０ＭＰａ以上、さらには２７０ＭＰａ以上にすることが必要である。さらに熱交換器用の銅合金管として良好な曲げ加工性を維持するためには、焼鈍後の伸びを例えば４０％以上、さらには４３％以上、結晶粒度を例えば３０μｍ以下、さらには２２μｍ以下にすることが必要である。こうした点を踏まえて本発明の実施例１は、本発明の目的を満足する良好な特性を持った銅合金管であるということができる。
【００５６】
次に、上記の焼鈍された銅管試料（外径１０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの平滑管）を原管として、外径７ｍｍ、底肉厚０．６ｍｍ、フィン高さ０．１５ｍｍ、フィン数６０、フィン頂角５８°、ネジレ角１８°の内面溝付管を製作した。
【００５７】
図１を参照して内面溝付伝熱管の加工方法を説明する。なお、ここで開示する加工方法は、一般的な方法の一例であり、他の方法を用いて加工しても問題ない。図１は内面溝付管の加工方法により形成される内面溝付伝熱管及び内面溝付伝熱管加工装置の概略構成を示す断面図である。
【００５８】
金属管１の管内には、溝５を有する溝付きプラグ４が回転自由な状態で連結棒３を介してフローティングプラグ２と接続された状態で配置されている。金属管１を矢印で示す引き抜き方向に引き抜くことにより、フローティングプラグ２は引き抜きダイス１０によって留められることにより、溝付きプラグ４も引き抜き方向での位置が固定される。この溝付きプラグ４の位置に対応した金属管１の外周面を押圧手段６、例えばボールもしくはロールが金属管１の周りを金属管１を押圧しながら公転することで、金属管１の内面に、溝付きプラグ４の溝５の形状に応じたフィンが形成されるとともに、溝８を有する内面溝付管９が加工される。
【００５９】
このとき、所望のフィン高さを得ることを目的として、溝付きプラグ４の溝５に金属管１の材料が充満する程度まで、金属管１の外周面を押圧を強めるなどの手段が用いられる。押圧を強めることで、溝深さは深くなるが、底肉厚は薄くなる。押圧を強めなくても所望のフィン高さが得られる場合、すわなち、所望のフィン高さを得たときの底肉厚が大きいときは、加工性が良いと判断できる。（加工が可能であったとしても、加工性が悪い場合は、押圧手段６に負荷がかかって磨耗が早まったり、生産速度が落ちたりすることはいうまでもない。）
【００６０】
その後、所定の外径に仕上げる引き抜きダイス７を通過させることで、所定外径の内面溝付伝熱管１１が加工される。
【００６１】
参考例として、同じ外径１０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍのりん脱酸銅平滑管及び、Ｃｕ−Ｐ−Ｃｏ−Ｓｎ−Ｚｎ系合金を用意し、同様に内面溝付加工を実施した。結果を、表１に示す。
【００６２】
実施例１の銅合金管を内面溝付加工しても、従来のりん脱酸銅管と同じように、所望のフィン高さを得ることができる。また、底肉厚もほぼ同程度であり、加工性はりん脱酸銅と同じように良いことが分かる。一方、Ｃｕ−Ｐ−Ｃｏ−Ｓｎ−Ｚｎ系合金は外周面の押圧を強めても、材料が溝付きプラグの溝に充満することなく、所望のフィン高さを得ることができなかった。
【００６３】
【表１】
2012211384.tif 000002
【００６４】
図２に、空調機やヒートポンプ給湯機における熱交換器の一例として、クロスフィンチューブ型熱交換器を示す。
【００６５】
このクロスフィンチューブ型熱交換器は、アルミニウムからなる複数のアルミニウムプレートフィン３１と、これらを貫通させた内面溝付伝熱管３２からなる。内面溝付伝熱管３２に、分流器３０を介して冷媒を流入させることにより、この冷媒と、内面溝付伝熱管３２とアルミニウムプレートフィン３１間を通過する空気との間で熱交換を行う。
【００６６】
クロスフィンチューブを作製するに当たっては、まず、アルミニウム板よりなる熱交換器用フィンに、上記内面溝付伝熱管３２を挿通して固定するための１〜４ｍｍ程度の高さのフィンカラー部を有する組み付け孔をプレス加工して上記アルミニウムプレートフィン３１を作製する。
【００６７】
次いで、この得られたアルミニウムプレートフィン３１を積層した後に、組み付け孔の内部に、別途作製した内面溝付伝熱管３２を挿通させる。内面溝付伝熱管３２は、定尺切断・ヘアピン曲げ加工を施したものが供される。
【００６８】
次に、内面溝付伝熱管３２をアルミニウムプレートフィン３１に拡管固着し、ヘアピン曲げ加工を施した側と反対側の内面溝付伝熱管３２の端部にＵベンド管をろう付け加工する工程を経て、クロスフィンチューブ熱交換器が作製される。
【００６９】
表１の実施例１に記載の伝熱管を原管として加工し作製した内面溝付伝熱管を、クロスフィンチューブ型熱交換器用伝熱管として供することを想定し、拡管を実施した。比較例として表１のりん脱酸銅からなる伝熱管を原管として加工し作製した内面溝付伝熱管についても、拡管を実施した。拡管した結果を表２に示す。
【００７０】
表２に、拡管マンドレルの最大外径（拡管マンドレル径と記載）、拡管前の内面溝付伝熱管外径、フィン高さ、拡管後の内面溝付伝熱管３２外径、フィン高さ、拡管後の内面溝付伝熱管外径を拡管前の内面溝付伝熱管外径で除した拡管倍率を示す。
【００７１】
拡管は内面溝付伝熱管３２の内面から管径を広げる製造方法であるため、内面溝付伝熱管３２のフィン先端は、拡管マンドレルにより若干潰されて、フィンが低くなる。（管のサイズ、フィン高さ等の形状、拡管マンドレルの外径などの形状と、拡管スピード、潤滑油などの材質以外の条件を同じくした場合）伝熱管材質の伸びが小さいなどの理由で管径が広がりにくい場合、拡管時の変形抵抗が大きいためフィン先端の潰れは大きくなり、フィン高さの低下も大きくなる。このとき、フィン高さの低下が大きくなることによる冷媒側熱伝達率の期待値からの低下が問題になる。また、拡管時の変形抵抗が大きいと、拡管マンドレルによりフィンが倒される（傾く）現象もある。このとき、フィン高さの低下は大きくなくても、拡管後の外径が十分広がらず、アルミニウムプレートフィン３１との密着性が悪くなることによる接触熱抵抗の増加がある。ここで、拡管に供したアルミニウムプレートフィン３１の穴径は７．３ｍｍのものを用いたため、７．３ｍｍ以上であれば、内面溝付伝熱管とともにアルミニウムプレートフィン３１も広がるため、密着することになる。また、拡管倍率は一般に５％以上、７％以下で使用されることが多い。
表２より、「実施例１に記載の伝熱管を原管として加工した内面溝付伝熱管」と「りん脱酸銅を原管として加工した内面溝付伝熱管」のフィン高さは拡管前より小さくなるが、その程度はほぼ同じであり、本実施例に係る銅合金から形成された銅合金管のフィン潰れが、りん脱酸銅管のそれと同程度に抑えることに成功していると言える。
また、拡管後の外径は、いずれもアルミニウムプレートフィン３１の穴径以上に広がっており、いずれも所望の拡管倍率が得られた。
また、拡管によりフィンが倒れる現象はいずれの条件でも見られなかった。
【００７２】
【表２】
2012211384.tif 000003
【００７３】
（実施例２〜１７）
次に、表３に組成を示した実施例２〜１７の銅合金を溶解鋳造して実施例１と同じ工程で加工を行い、それぞれの試験用鋳塊と銅管試料を製作した。
【００７４】
これらについても実施例１と同じ方法で熱間変形抵抗の評価を行うと共に、銅管試料の特性値を測定した。
【００７５】
それぞれの結果を表４及び表５に示す。いずれの実施例も変形抵抗評価値が１．５以下に抑えられており、同時に２４０ＭＰａ以上の強度が得られている。また、伸びや結晶粒度も良好な曲げ加工性を得るために十分な値となっており、いずれの実施例も本発明の目的を満足する良好な特性を持った銅合金管であるということができる。
【００７６】
なお、上記の実施例においては抽伸加工後の平滑管を４５０℃で１０分間焼鈍したが、この焼鈍温度は試料の引張強さ、伸び、結晶粒度に影響を与える。すなわち、焼鈍温度が６００℃を上回るような高温になれば引張強さは低下し結晶粒度は大きくなる。また、焼鈍温度が４００℃を下回るような低温になれば伸びの値は低くなる。さらに６００℃を上回る高温で焼鈍した場合は、析出成分の再固溶により熱伝導性が低下する場合がある。こうした問題を避けるためには適正な温度範囲で焼鈍する必要があり、焼鈍温度の適正範囲はりん脱酸銅や従来の銅合金管と同等の温度範囲といえる４００℃から６００℃に定めることができる。（なお、熱間押出温度の影響は、結晶粒度については冷間圧延や抽伸加工で結晶粒が大きく変形するため無視することができ、最終的な伝熱管の特性については最終焼鈍温度によって実質的に左右されるため無視することができる。）
【００７７】
【表３】
2012211384.tif 000004
【００７８】
【表４】
2012211384.tif 000005
【００７９】
【表５】
2012211384.tif 000006
【００８０】
（比較例）
本発明の銅合金管について、その合金組成の限定理由を比較例を挙げて説明する。表３に組成を示した比較例１〜１８の銅合金について前述の実施例と同様に溶解鋳造を行い、それぞれについて直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験用鋳塊を製作した。これらの試験用鋳塊から実施例と同様の圧縮試験片を製作し、実施例と同じ方法で熱間変形抵抗の評価を行った。
【００８１】
結果を上記表４に示す。さらに、変形抵抗評価値が１．５以下に抑えられた比較例については実施例と同様の銅管加工用ビレットを溶解鋳造し、実施例と同じ工程で加工を行って銅管試料を製作した。製作した銅管試料の特性値を上記表５に示す。
【００８２】
比較例１〜８は、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐの添加量が本発明の規定範囲から外れたものである。
比較例１〜３は、Ｍｎの添加量が低すぎる例である。比較例４〜６は、ＦｅとＰの添加量が低すぎる例である。この場合、熱間変形抵抗は低く抑えられるが、銅管試料の引張強さは２４０ＭＰａに届いておらず、高強度化が不十分といえる。また、結晶粒度も３０μｍを超える程度に大きく成長しており、曲げ加工時に結晶粒界から割れが生じる心配がある。
【００８３】
比較例７は、Ｍｎの添加量が過剰になった例であり、比較例８は、ＦｅとＰの添加量が過剰になった例である。これらの比較例では熱間変形抵抗が非常に高くなっており、りん脱酸銅の２倍程度の値となっている。この程度まで変形抵抗が高くなると、通常の銅管の熱間押出に使用されている設備では加工が不可能になる場合が生じる。
【００８４】
比較例９と比較例１０は、ＦｅとＰの質量比が規定範囲を外れた例である。比較例９はＰに対してＦｅが不足した例であるが、この場合、熱間変形抵抗は低く抑えられているが、銅管試料の引張強さや伸びが不足する結果となっている。比較例１０はＰに対してＦｅが過剰になった例であるが、この場合、熱間変形抵抗が本実施例と比べて高くなる。
【００８５】
比較例１１と比較例１２は、Ｆｅと組み合わせて添加したＮｉまたはＣｏの添加量が規定範囲を外れた例である。これらの場合も熱間変形抵抗が本実施例に比べて高くなっており、熱間押出設備にかかる負荷が大きくなることで生産性の低下につながる問題がある。
【００８６】
比較例１３と比較例１４は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの合計とＰの質量比が規定範囲を外れた例である。これらの例でも、Ｎｉ及びＣｏの添加量が過剰な状態にあるということができ、熱間変形抵抗が本実施例に比べて高くなる。
【００８７】
比較例１５〜１８は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇの添加量が規定範囲を外れた例である。
これらの成分の添加量が過剰になると、固溶状態の添加元素量が多くなるため熱間変形抵抗が非常に高くなり、通常設備での押出加工が不可能になる場合が生じる。
【００８８】
以上のように、本発明で規定した組成範囲を外れた比較例はいずれも本発明の目的を満たすことができず、不十分な結果しか得られない。
【００８９】
なお、本発明は、上記各実施の形態及び上記各実施例に限定によって制限を受けるものではなく、請求項に示した範囲で適宜変更を加えて実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、冷凍機、空調機、ヒートポンプ給湯器、風呂釜、エアコン等に用いられる熱交換器に適用することができる。このような熱交換器は、本実施の形態又は本実施例の銅合金管に熱媒体となる液体又は蒸気を通し、熱媒体を蒸発又は凝縮させることにより、熱交換を行う。例えば、ヒートポンプ式冷凍サイクルを構成してなる空調機は、室外熱交換器と、室内熱交換器と、これらに接続される圧縮機と、冷・暖房における熱媒体の流れを切り換える四方弁と、膨張弁とを備えて構成される。そして、冷房時には、室内熱交換器が蒸発器として機能し、室外熱交換器は凝縮器として機能し、暖房時には、室内熱交換器が凝縮器として機能、室外熱交換器が蒸発器として機能する。
【符号の説明】
【００９１】
１  金属管
２  フローティングプラグ
３  連結棒
４  溝付きプラグ
５  溝
６  押圧手段
７  引き抜きダイス
８  溝
９  内面溝付管
１０  引き抜きダイス
１１  内面溝付伝熱管
３０  分流器
３１  アルミニウムプレートフィン
３２  内面溝付伝熱管
１０１  内面溝付伝熱管
１０２  （内面）溝
１０３  フィンカラー
１０４  アルミニウムフィン
１０５  拡管マンドレル
１０６  拡管後の内面溝付伝熱管
【図１】
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【図２】
2012211384.tif 000008
【図３】
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