(57)【要約】【課題】転造加工において生じ得る表面ラップキズが抑制された内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管を提供する。【解決手段】本発明は、アルミニウム合金からなる芯材と、前記芯材の外表面にクラッドされたアルミニウム合金からなる皮材とからなり、前記芯材の内面に突条型の溝が形成された、内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管において、前記芯材の硬度をＨａ、前記皮材の硬度をＨｂとしたとき、Ｈｂ／Ｈａ＞０．７であり、かつ、該クラッド材の平均クラッド率が１１％以下であることを特徴とする内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管である。芯材は、Ｍｎ：０．８〜１．８ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．４〜０．７ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０２〜０．２ｍａｓｓ％、残部アルミニウムのアルミニウム合金が、皮材は、Ｍｎ：０．３〜１．５ｍａｓｓ％、Ｚｎ：１．０〜７．０ｍａｓｓ％を含有し、残部アルミニウムのアルミニウム合金が好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金からなる芯材と、前記芯材の外表面にクラッドされたアルミニウム合金からなる皮材とからなり、前記芯材の内面に突条型フィンが形成された、内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管において、
前記芯材の硬度をＨａ、前記皮材の硬度をＨｂとしたとき、Ｈｂ／Ｈａ＞０．７であり、かつ、該クラッド材の平均クラッド率が１１％以下であることを特徴とする内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管。
【請求項２】
前記芯材は、Ｍｎ：０．８〜１．８ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．４〜０．８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０２〜０．２ｍａｓｓ％を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金よりなり、
前記皮材は、Ｍｎ：０．３〜１．５ｍａｓｓ％、Ｚｎ：１．０〜７．０ｍａｓｓ％を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金よりなる請求項１記載の内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管。
【請求項３】
平均クラッド率５％以上である請求項１又は請求項２記載の内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管。
【請求項４】
内部に冷媒が流通する管状流路を備える熱交換器であって、前記管状流路の少なくとも一部に請求項１〜請求項４記載の内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管を用いた熱交換器。
【請求項５】
アルミニウム内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管管の製造方法において、
アルミニウム合金からなる芯材と、前記芯材の外表面にクラッドされたアルミニウム合金からなる皮材とからなる２層クラッドアルミニウム合金管であって、前記芯材の硬度をＨａ、前記皮材の硬度をＨｂとしたとき、Ｈｂ／Ｈａ＞０．７であり、かつ、該クラッド材の平均クラッド率が、１１％以下である２層クラッドアルミニウム合金管を用い、
転造加工法により前記芯材の内面に溝を形成する内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、冷凍機や空調機などの熱交換器に使用される伝熱管に好適な内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管及びこの内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管を利用した熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用空気調和機、業務用空気調和機、ヒートポンプ式給湯機等に一般的に用いられるクロスフィン型熱交換器（フィンアンドチューブ型熱交換器ともいう。図１を参照。）においては、アルミニウム放熱フィンが接合された伝熱管が使用されている。このアルミニウム放熱フィン付き伝熱管の製造にあたっては、開口されたアルミニウム放熱フィンの挿通孔内に伝熱管を挿通し、伝熱管の径を拡管加工して伝熱管外周面をアルミニウム放熱フィンの挿通孔に密着させている。この拡管加工は、伝熱管の内部にその内径より大きい外径を有する拡管用マンドレルを押し込む工程が一般的である（図２）。そして、その後アルミニウム放熱フィンと一体となった伝熱管はヘアピン状に曲げ加工され、別途Ｕ字状に曲げた伝熱管（Ｕ字管）をトーチろう付けにより接合して熱交換器の主要部が完成される。以上のクロスフィン型熱交換器の製造工程は、非特許文献１に詳細が記載されている。
【０００３】
クロスフィン型熱交換器に用いられる伝熱管は、管内に冷媒としてＨＦＣ等を流して熱交換を行わせるものである。そして、伝熱管の形態としては、熱交換器の高効率化や省エネルギー化を図るため、管内面に断面形状が台形や三角形等の突条型フィンを持つ伝熱管（以後、「内面溝付き伝熱管」と呼ぶ。）の使用が進められている。この内面溝付き伝熱管には、図３に示すような突条型フィンの高さＨ、底肉厚ｔ（突状型フィンの基底部の肉厚）、頂角α（フィンの形状）等を規定したものや、あるいは図４に示すような突状型フィンのリード角β（管長手方向に対するフィンの配列の角度）を規定した内面溝付き伝熱管が提案されている（例えば、特許文献１）。これらの内面溝付き伝熱管の伝熱性能が優れるのは、フィンを有さない平滑管と比較して管内側面の表面積が大きく、さらにフィンにより管内に均一な冷媒液膜が形成されるためと言われている（非特許文献２）。
【０００４】
内面溝付き伝熱管の製造工程としては、一般に平滑管（素管）の転造加工が適用され、これにより管内面に螺旋状に連続して配列した突状型フィンが形成される。転造加工方法としては、管内に自由回転する溝付けプラグを挿入し、管外より自由回転するロールを押し付けて遊星回転させながら管を引き抜くロール転造法（図５参照）や、ロールの代わりにボールを押し付けるボール転造法が知られている（非特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
ところで、クロスフィン型熱交換器に用いられる内面溝付き伝熱管の構成材料としては、これまで主に銅や銅合金等の銅系材料が使用されてきたが、材料費低減や軽量化の要求に対応するため、アルミニウムやアルミニウム合金等のアルミニウム系材料（以下、アルミニウム合金と呼ぶ。）を使用することが検討されている。
【０００６】
アルミニウム合金をクロスフィン型熱交換器用の伝熱管に適用する際に改善すべき点として、その耐食性改善が挙げられる。アルミニウム合金は、銅系材料に比較して耐食性に劣ることから、伝熱管の耐久性・信頼性確保の観点から耐食性改善がまず要求される。そして、このアルミニウム合金製伝熱管の耐食性改善の方策として、クラッド管の適用が提案されている。例えば、特許文献３及び４では、伝熱管を２層構造とし、管の内側の層となる芯材にＡｌ−Ｍｎ系合金を使用し、芯材の外表面層には皮材としてＡｌ−Ｚｎ系合金をクラッドした内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管を用いた伝熱管が提案されている。この内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管では、皮材が犠牲防食層として作用することで芯材の腐食を抑制する。
【０００７】
しかし、上記従来の内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管は、耐食性についての配慮は一応なされているものの、その材料となる素管（内面平滑管）の製造工程の段階で問題が生じることがあった。この問題とは、素管の引抜加工時において表面に深さ２〜１０μｍの微小な凹凸が発生し、その後の転造加工によりキズが生じる場合があるというものである。素管製造のための引抜加工時に表面に深さ２〜１０μｍの微小な凹凸が発生するのは、皮材にＡｌ−Ｚｎ系合金をクラッドした伝熱管の場合、表面が柔らかいためであり、かかる微小な凹凸がある素管を用いて転造加工を実施すると、表面の微小な凹凸が引き伸ばされて数百ミクロンのクラックに成長する。そして、このクラックは管を回転させながら引き抜き加工する際に被り状のキズ（ラップキズ）となるというものである。内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管にとってこのようなラップキズは、クラッド層の脱落及びヘアピン曲げ加工時の割れ発生の起点になるという問題がある。
【０００８】
以上のような内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管を製造及び加工する際の問題に対して、特許文献５では、皮材となるアルミニウム合金として、ＪＩＳ３００３合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）をベースにＺｎを添加したものを用いて合金強度を高くする一方、芯材となるアルミニウム合金にＪＩＳ３００３系合金（Ａｌ−Ｍｎ合金）、ＪＩＳ６０００系合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金）、またはＪＩＳ５０００系合金（Ａｌ−Ｍｇ合金）を適用したクラッド管が提案されている。この２層クラッドアルミニウム合金管では、皮材のアルミニウム合金が冷間加工性に優れ強度が高く、転造加工前の管表面のシワ発生を防ぐことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２８７３８３号公報
【特許文献２】特開平４−２６２８１８号公報
【特許文献３】特開２０００−１２１２７０号公報
【特許文献４】特開２００９−２５０５６２号公報
【特許文献５】特開２００８−２６７７１４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「伝熱促進管の開発にたずさわって」伊藤正昭：伝熱、４２、１７４（２００３年）、ｐ３１−４０、社団法人日本伝熱学会発行
【非特許文献２】「内面溝付銅管の発展」礒崎昭夫、石川守、佐伯主税：Ｒ＆Ｄ神戸製鋼技報、５０、３（２０００年）、ｐ６６−６９、株式会社神戸製鋼所発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、本発明者等によると、特許文献５のように単純に皮材の強度を高くしただけでは、引抜加工時の破断の発生確率が高くなるほか、転造加工時の表面欠陥の原因となる微小な凹凸抑制の効果が不十分である。また、この先行技術においては、皮材の犠牲防食効果を十分に得ることができず、芯材の耐食性が悪化する可能性があるという問題も指摘される。更に、特許文献５では、芯材を拡管加工する際にフィン潰れが発生することがあるという問題までも指摘される。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管について、表面ラップキズの発生が抑制されたものを提供することを目的とする。また、皮材による十分な犠牲防食効果が期待でき、かつ、拡管加工時の内面溝潰れが生じ難いものを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管及びその製造のための素管について、加工性及び機械的・電気化学的特性に関して様々な検討を重ね、まず、表面ラップキズの要因となる素管引抜加工時の微小な凹凸発生を抑制する手法として、単に皮材の強度上昇によらずに、皮材と芯材との強度差（硬度差）を好適なものとすることとした。更に、クラッド率が一定範囲に限定された２層クラッドアルミニウム合金管において、引抜加工時に発生する表面の微小な凹凸を大幅に削減でき、これを内面溝付き加工したものはラップキズのない良好な品質を有することを見出した。
【００１４】
即ち、本発明は、アルミニウム合金からなる芯材と、前記芯材の外表面にクラッドされたアルミニウム合金からなる皮材とからなり、前記芯材の内面に突条型フィンが形成された、内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管において、前記芯材の硬度をＨａ、前記皮材の硬度をＨｂとしたとき、Ｈｂ／Ｈａ＞０．７であり、かつ、該クラッド材の平均クラッド率が、１１％以下であることを特徴とする内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管である。
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。上記の通り、本発明に係る内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管は、芯材と皮材の硬度比が限定されていることと、平均クラッド率が所定範囲で限定されていることが特徴である。ここで、芯材の硬さＨａと皮材の硬さＨｂのとの硬度比をＨｂ／Ｈａ＞０．７としたのは、Ｈｂ／Ｈａが０．７以下の場合、芯材と皮材の変形抵抗が大きく異なるため、引抜加工時にクラッド層が優先的に変形しやすく、表面に凹凸が発生しやすくなるからである。ここで留意すべきは、本発明では芯材と皮材の硬度比を規定するものであるから、皮材強度を高くした場合には、それに止まらずこれに応じて（Ｈｂ／Ｈａ＞０．７となるように）芯材強度も考慮する必要がある。尚、Ｈｂ／Ｈａの上限は特に規定しないが、Ｈｂ／Ｈａが１以上では引抜加工時に抽伸切れが発生する確率が高くなるため、０．７＜Ｈｂ／Ｈａ＜１とするのが好ましい。Ｈｂ／Ｈａ算定のための皮材、芯材それぞれの硬度は平均値を用いるのが好ましい。特に、芯材の硬度については、サンプルを切断、樹脂埋め、研磨後にマイクロビッカース硬度計を用いて３ヶ所以上測定し、その測定値の平均を適用する。
【００１６】
また、平均クラッド率について１１％以下としたのは、クラッド率が１１％を超えると、芯材と比較して変形抵抗の小さい皮材層の厚さが大きくなるため、引抜加工時に受ける円周方向の圧縮応力によって表面の微小な凹凸が多く発生するようになり、転造加工後のラップキズの起点が多くなってしまうからである。そのため、クラッド率の上限を１１％とする。また、クラッド率の下限については、引抜加工時の微小凹凸の発生抑制の観点からは特に設定する必要はないが、皮材層の厚さが小さすぎると、犠牲防食層としての有効期間が不十分となり熱交換器の使用期間に影響を及ぼすことから、クラッド率の下限は５％とするのが好ましい。尚、クラッド率のよりに好ましい範囲としては、６〜９％である。尚、平均クラッド率とは、皮材厚さと芯材厚さの合計（平均総厚）に対する皮材の平均厚さの割合（皮材／総厚）である。本発明は芯材内面に溝を有するが、本願におけるクラッド率算定のための芯材厚さについては、溝部面積を含めた芯材の総断面積と同一の断面積及び同一の外径を有する平滑管を想定し、想定された平滑管の肉厚をクラッド率算定のための芯材厚さとする。
【００１７】
そして、本発明に係る内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管は、心材及び皮材を構成するアルミニウム合金を適切なものとすることにより、拡管加工時における心材の内面溝潰れの防止、皮材の十分な犠牲防食効果の確保が可能となる。以下、本発明に係る内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管を構成する芯材及び皮材について詳細に説明する。尚、本願明細書において合金組成を示す「％」とはｍａｓｓ％（質量％）を意味する。
【００１８】
芯材は、Ｍｎ：０．８〜１．８ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．４〜０．７ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０２〜０．２ｍａｓｓ％を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金よりなるものが好ましい。このアルミニウム合金は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎの含有量を所定範囲とし残部アルミニウムからなるものである。
【００１９】
Ｍｎは、３０００系合金（Ａｌ−Ｍｎ系合金）において強度を向上させる主要な添加元素であり、アルミニウム中に固溶しつつ一部析出して強度を付与する効果を有する。Ｍｎは、その添加量が０．８％より少ないと伝熱管としての強度を不十分とする。一方、１．８％より多いと強度向上効果が飽和する上、粗大な金属間化合物の量が多くなり管の製造工程において割れ等の不具合が発生しやすくなる。従って、Ｍｎ添加量は０．８〜１．８％の範囲とする。更に好ましい範囲は１．０〜１．５％である。
【００２０】
Ｃｕは、アルミニウム中に固溶して強度をさらに向上させる効果を有し、かつ加工性を阻害しない元素である。上述のように、特許文献５記載の従来の２層クラッドアルミニウム合金管では拡管加工時にフィン潰れが発生するという問題があったが、これは芯材のＣｕ含有量が低いことによるものと考えられる。そこで、本発明ではＣｕ含有量を高くしている。Ｃｕは、その添加量が０．３％より少ないと強度が不十分であり拡管工程の際に溝潰れが発生する可能性が高くなる。一方、Ｃｕが０．８％より多いと管製造時の押出性、抽伸性が悪化する。そこで、Ｃｕ添加量は０．３〜０．８％の範囲とするのが好ましい。更に好ましい範囲は０．４〜０．６％である。
【００２１】
Ｓｉは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金に含有させるとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｕ系の金属間化合物を形成し、強度を向上させる効果を有する。一方、これらの金属間化合物は再結晶を阻害する役割となり、再結晶時に結晶粒を粗大化させる傾向が生じる。そして、Ｓｉの添加量が０．２％を超えると、この結晶粒粗大化が著しくなり平均結晶粒径が１５０μｍを超えることが多い、このようになるとヘアピン曲げ加工の際の肌荒れ、破断の原因になる。そこで、Ｓｉの添加量は０．２％以下とするのが好ましい。好ましいＳｉ濃度の範囲は０．１％以下である。一方、下限値について０．０２％としたのは、Ｓｉはアルミニウム合金中に不可避的に存在する元素であるため、０．０２％未満に規制することは材料製造コストの増加という工業量産上の悪影響を考慮したものである。
【００２２】
芯材となるアルミニウム合金についての不純物としては、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｚｎ等があるが、これらはＦｅ：０．６％以下、Ｍｇ：０．２％以下、Ｚｎ：０．３％以下であれば本発明の効果を阻害するものではない。
【００２３】
また、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒは鋳塊組織を均一微細化する効果があるので含有しても良い。但し、これらの含有量が０．２％を超えると巨大金属間化合物を形成したり押出性が低下したりするので、その含有量は０．２％以下であることが好ましい。この範囲であれば、本実施形態における伝熱管の効果を阻害するものではない。尚この含有量は、０〜０．１％であってもよく、０〜０．０５％であってもよい。
【００２４】
次に、本発明に係る内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管の皮材について説明する。皮材は、Ｍｎ：０．３〜１．５ｍａｓｓ％、Ｚｎ：１．０〜７．０ｍａｓｓ％を含有し、残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金よりなるものが好ましい。
【００２５】
Ｍｎは、皮材の強度を向上させる上で重要な添加元素である。本発明では、芯材の硬度と皮材の硬度との比を規定するものであるから、皮材の強度を芯材の強度に適応したものとするため、Ｍｎ含有量を適正範囲とする。Ｍｎは、その添加量が０．３％より少ないと強度が不十分であり、心材との強度差が大きくなる傾向がある。その結果、引抜加工時に微小な凹凸が発生してしまう。一方、添加量が１．５％より多いと、皮材の電位が貴になるため、心材との電位差を確保することが難しくなる。したがって、Ｍｎ添加量は０．３〜１．５％の範囲とする。更に好ましい範囲は０．５〜１．０％である
【００２６】
Ｚｎは、皮材となるアルミニウム合金の自然電極電位を下げて（卑にして）犠牲陽極として作用させて、伝熱管の耐食性を向上させる。その添加量が１．０％未満では芯材との電位差が不十分となり犠牲防食の効果が不十分となり、７．０％を超えると自己耐食性が低下する。したがって、Ｚｎ添加量は１．０〜７．０％の範囲とするのが好ましい。更に好ましい範囲は４．５〜６．５％である。
【００２７】
皮材となるアルミニウム合金の不純物としては、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ等があるが、これらはＳｉ：０．５％以下、Ｆｅ：０．６％以下、Ｃｕ：０．２％以下以下であれば本発明の効果を阻害するものではない。尚、特許文献５記載の従来の内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管では、皮材のＣｕ、Ｆｅ含有量が比較的高いために、皮材の耐食性が悪化し犠牲防食効果が十分に得られなかったと考えられる。本発明ではＣｕ、Ｆｅ含有量をより低く規制することで耐食性を確保する。
【００２８】
また、芯材の場合と同様、皮材となるアルミニウム合金Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒは鋳塊組織を均一微細化する効果があるので含有しても良いが０．２％を超えると巨大金属間化合物を形成したり押出性が低下したりするので、その含有量は０．２％以下であることが好ましい。この範囲であれば、本実施形態における伝熱管の効果を阻害するものではない。尚この含有量は、０〜０．１％であってもよく、０〜０．０５％であってもよい。
【００２９】
芯材及び皮材を構成するアルミニウム合金は、以上説明した組成範囲内で各構成元素含有量を調整することで、芯材の硬度と皮材の硬度との比（Ｈｂ／Ｈａ）を適正範囲とすることができる。
【００３０】
本発明の内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管は、例えば、一般家庭向け空気調和機用の熱交換器の伝熱管として適用例が挙げられる。その寸法は、例えば、管の製造における生産性の面から外径φ４．０ｍｍ以上が好ましく、熱交換器の小型化・軽量化の面からは外径φ９．５４ｍｍ以下が好ましい。
【００３１】
また、底肉厚ｔは、耐圧強度の面からは０．３ｍｍ以上が好ましく、熱交換器の小型化・軽量化の面からは０．６ｍｍ以下が好ましい。更に、内面の突条型フィンの高さＨは０．１〜０．４ｍｍが好ましく、突条型フィンの頂角αは１０〜４０°、突条型フィンの数は４０条以上、リード角βは２０°以上であるものが好ましい。
【００３２】
上記のような小径薄肉の内面溝付きのクラッド管を製造する際には、各種のアルミニウム合金のうち、適度な強度を有すると共に小径薄肉管に加工するため加工性（押出性、抽伸性、転造性）に比較的優れている合金（例えば、Ａｌ−Ｍｎ系のＡ３００３合金（Ａｌ−１．０〜１．５％Ｍｎ−０．０５〜０．２０％Ｃｕ合金））をベースとして、添加元素調整及びクラッド率の最適化を図ることで素管（平滑管）製造のための引抜加工時の微小な凹凸発生の抑制が可能となる。このように最適化された内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管は、表面キズ発生が抑制されており、また、拡管加工時のフィン潰れも防止されている。
【００３３】
次に、本発明に係る内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管の製造方法について説明する。本発明に係る内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管の製造にあたっては、アルミニウム合金製クラッド管の素管を製造し、これを転造加工することで溝付けを行う。ここで、転造加工するアルミニウム合金クラッド管は、皮材と芯材との間に上記した適切な硬度比とクラッド率を有するものを用いる。即ち、アルミニウム合金からなる芯材と、前記芯材の外表面にクラッドされたアルミニウム合金からなる皮材とからなる２層クラッドアルミニウム合金管であって、前記芯材の硬度をＨａ、前記皮材の硬度をＨｂとしたとき、Ｈｂ／Ｈａ＞０．７であり、かつ、該クラッド材の平均クラッド率が、１１％以下である２層クラッドアルミニウム合金管を用い、転造加工法により前記芯材の内面に溝を形成する方法である。以下、詳細に説明する。
【００３４】
素管であるアルミニウム合金クラッド管の製造方法としては、芯材となるアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金）の円筒状ビレットに、皮材となるアルニム合金（Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｎ系合金）の円筒状ビレットを組み合わせて２層中空ビレットを製造し、これを押出し加工して２層クラッド押出管を得て適宜に加工する工程が挙げられる。
【００３５】
例えば、芯材となるアルミニウム合金の円筒状ビレットの外側に皮材となるアルミニウム合金の板材を円筒状に曲げ被せた組み合わせビレットを作製し、これを加熱炉により３５０〜６００℃に加熱し均質化処理を行って２層中空ビレットを製造する。その後、間接押出機等によってビレットを押出し加工することで２層クラッド押出管を得る。次いで、この２層クラッド押出管を所定の外径、肉厚に抽伸加工することにより本発明に係る２層クラッド管を製造することができる。尚、前記抽伸加工は、生産性の高いドローブロック式連続抽伸機を使用することが望ましい。
【００３６】
また、皮材となるアルミニウム合金の円筒状ビレットを３５０〜６００℃に加熱し、その内側に芯材となるアルミニウム合金の円筒状の中空ビレットを焼嵌めして得られる２層中空ビレットを製造後、押出し加工して２層クラッド押出管を得ても良い。そして、その後同様に抽伸加工を施して本発明に係る２層クラッド管を製造することができる。
【００３７】
更に、上記の２層クラッド押出管を経て製造する工程の他、シート材の溶接加工により本発明に係るアルミニウム合金製クラッド管を製造することも可能である。この場合、芯材となるアルミニウム合金のシートの片面側に皮材となるアルミ合金のシートをクラッド圧延した２層クラッドシートと製造し、この２層クラッドシートを管状にロール成形してから突合せ面を溶接し２層クラッドの電縫管とすることで本発明に係る２層クラッド管を製造することができる。
【００３８】
尚、上記各方法により犠牲防食層を形成した２層クラッド管の素管（平滑管）に対し、次工程の転造加工を容易にするために、あらかじめ焼鈍軟化処理を施しておくことが望ましい。その場合、焼鈍温度は３００〜４００℃、時間は２〜８時間とすることが工業上好ましい。
【００３９】
そして、製造した２層クラッドアルミニウム合金管（素管）について、転造加工を行うことで突条型フィンを有する内面溝付き管を製造することができる。この転造加工としては、ロール転造法やボール転造法等が適用できる。
【００４０】
尚、転造加工を施した後には、焼鈍軟化処理を施しても良い。これは転造時に導入された加工歪を除去し、ヘアピン曲げ加工（蛇行曲げ加工）を容易にするためである。３００〜４００℃で２〜８時間程度の焼鈍を施せばよい。
【００４１】
以上のようにして製造された内面溝付き管を熱交換器の伝熱管として利用する際には、拡管加工によりアルミニウム放熱フィンの挿通孔に密着させる。良好な密着を得るために拡管率（外径増加率）が４〜６％程度となるように挿通孔と伝熱管のクリアランスを設定することが適当である。尚、拡管加工は、マンドレルを利用する機械拡管法に変えて油圧または水圧により管に内圧を付与する液圧拡管法により、生産効率を向上することが可能である。
【発明の効果】
【００４２】
本発明に係る内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管は、素管製造の引抜加工時に発生する表面の微小な凹凸が大幅に減少されており、表面欠陥が少ないものであるまた、良好な耐食性を有し、拡管加工時のフィン潰れが発生しにくいという効果も有する。
【００４３】
本発明に係る２層クラッドアルミニウム合金管は、熱交換器用の部材である伝熱管、特に、内面溝付きの伝熱管として好適である。この内面溝付きの伝熱管は、欠陥も少なく、加工性も良好である。熱交換器は、その内部に冷媒を流通させる流路を備える機器であり、この流路として前記内面溝付き伝熱管を適用することで耐久性、信頼性に優れた熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】クロスフィン型熱交換器の部分拡大図の一例である。
【図２】マンドレル拡管方法の一例を示す図である。
【図３】内面溝付き伝熱管の断面の一例を示す模式図である。
【図４】ロール転造装置の一例を示す図である。
【図５】内面の突条型フィンのリード角を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。以下の実施形態では、まず、皮材及び芯材となるアルミニウム合金として、各種組成の合金を設定して２層クラッド管の素管を製造し、溝付け加工して内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管を製造してその加工性、強度、耐食性を評価した。また、クラッド率を変更した内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管を複数製造してその特性も評価した。
【００４６】
第１実施形態：連続鋳造により、芯材として表１に示す組成のアルミニウム合金の板材を鋳造した。その一方、皮材として表２に組成の示すアルミニウム合金の円筒状ビレットを用意した。そして、表３の組み合わせで組み合わせビレットを作製し、間接押出法により外径φ４７ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの２層クラッド押出管を得た。次に、２層クラッド押出管について、ドローブロック式連続抽伸機により抽伸加工を施し、外径φ１０ｍｍ、肉厚０．４５のアルミニウム合金２層クラッド管を完成した。尚、アルミニウム合金２層クラッド管の平均クラッド率は全て９％とした。
【００４７】
【表１】
2013224768.tif 000003
【００４８】
【表２】
2013224768.tif 000004
【００４９】
【表３】
2013224768.tif 000005
【００５０】
これらのアルミニウム２層クラッド管について、３６０℃で２時間の焼鈍軟化処理を施した後、内面に溝付け加工（転造加工）を行った。内面に溝付け加工は、フローティングプラグ、ロッド、溝付きプラグが一体となったプラグをクラッド管に挿入し、フローティングダイス、加工ヘッド、成形ダイスを通過させることにより行った。加工後の内面溝付き管は、外径：φ７ｍｍ、底肉厚：０．３５ｍｍ、突条型フィンの高さＨ：０．２２ｍｍ、突条型フィンの数は５０条、頂角α：１５°、リード角β：３５°である。溝付け加工後、更に最終的に３６０℃で２時間の焼鈍軟化処理を施し内面溝付き管を完成した。尚、溝付け加工後のアルミニウム２層クラッド管のクラッド率に変化はなかった。
【００５１】
以上のようにして得られた実施例及び比較例の内面溝付き管の特性を評価するために、引張試験、断面硬度測定、ヘアピン曲げ加工性評価試験、耐食性評価試験の各試験を行った。各試験の内容は以下の通りであり、その結果を表４に示す。
【００５２】
（ａ）引張試験
内面溝付き管の強度を測定するため、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じ引張試験を実施した。
【００５３】
（ｂ）断面硬度測定
内面溝付き管の芯材と皮材の硬度を測定した。硬度測定は、溝付管断面を樹脂埋め、研磨後、マイクロビッカース硬度計（明石製作所社）を用いて荷重５０ｇで測定を行った。
【００５４】
（ｃ）ヘアピン曲げ加工性試験
内面溝付管を曲げピッチ１６ｍｍのヘアピン曲げ加工を行った。曲げ加工後の表面を目視で観察し、表面の割れ発生の有無の確認を行った。
【００５５】
（ｄ）耐食性評価試験
外部耐食性を評価するために、各内面溝付き管についてＪＩＳ  Ｚ８６８１に準じＣＡＳＳ試験を１５００時間行った。試験後、供試管の表面腐食生成物を除去して、管の腐食状況を観察し、貫通孔の有無により外部耐食性を評価した。
【００５６】
【表４】
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【００５７】
表４に示す評価結果について検討する。まず、実施例Ｃ１〜Ｃ８は、芯材と皮材の硬度比Ｈｂ／Ｈａが０．７以上と適正範囲にあり、ヘアピン曲げ加工時の割れも発生していない。これは、素管の引抜加工時の微小凹凸が抑制され、これにより溝付け加工の際にも表面欠陥が発生しなかったためであると考えられる。また、実施例Ｃ１〜Ｃ８は耐食性も良好である。
【００５８】
これに対し、皮材を構成するアルミニウム合金のＭｎ量の少ないＣ９は、ヘアピン曲げ加工時の割れが観察された。これは、芯材と皮材の硬度差が大きく、硬度比Ｈｂ／Ｈａが０．７を下回ったため、抽伸加工時に表面に微小な傷が発生、ヘアピン曲げ加工時にそれが起点となり割れが発生したためと考えられる。一方、Ｃ１０は皮材のＭｎ量の多い試験材であるが、耐食試験において貫通孔が発生した。これは、芯材と皮材の電位差が小さくなったため、皮材の犠牲防食効果が不十分だったためと考えられる。
【００５９】
また、皮材のＺｎ量の多いＣ１１は、耐食性が悪化した結果、耐食試験において貫通孔が発生した。そして、Ｚｎ量の少ないＣ１２は、犠牲防食効果が十分に得られず、耐食試験において貫通孔が発生した。
【００６０】
第２実施形態：ここでは、表３に示したＣ１の組み合わせのクラッド管について、皮材の厚さを調整してクラッド率の異なる数種類の素管を作製し、第１実施形態と同様に転造加工を行い内面溝付管を製造した。製造した内面溝付管について、ラップキズ個数測定、ヘアピン曲げ加工性試験、耐食性評価試験の各試験を行った。ヘアピン曲げ加工性試験、耐食性評価試験は第１実施形態と同様の方法である。ラップキズ個数測定は、内面溝付管の横断面を樹脂埋め、研磨を行い、断面内のラップキズ個数を測定した（個／周）。これらの各試験の結果を表５に示す。尚、表５におけるクラッド率は、製造されたクラッド管について、溝部面積を含めた芯材の総断面積と同一の断面積及び外径を有する平滑管を想定し、その肉厚を芯材厚さとしてクラッド率を算出した。
【００６１】
【表５】
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【００６２】
表５に示す結果について説明する。Ｎｏ.１〜４は、クラッド率を適正範囲（１１以下）にしたものであり、ラップキズ個数も７０個／周以下と良好である。また、ヘアピン曲げ加工試験及び耐食性評価も良好であった。
【００６３】
一方、Ｎｏ.５はクラッド率が上限である１１を超えているため、ラップキズ個数が多く、ヘアピン曲げ加工時に割れが発生した。また、Ｎｏ.６はクラッド率が５未満であるクラッド管であり、ラップキズは非常に少ないかった。しかし、耐食性評価試験において貫通孔が発生した。これは、クラッド率が小さい、つまり皮材の厚さが不足していたためである。よって、ラップキズ抑制という観点のみであればクラッド率に下限を設ける必要はないが、長期的な耐食性確保のためにはクラッド率を５以上にするのが好ましいといえる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る内面溝付き２層クラッドアルミニウム合金管は、表面欠陥が少ない内面溝付き伝熱管とすることができる。本発明は、家庭用・業務用の空気調和機等に用いられるクロスフィン型熱交換器の伝熱管に好適であり、これらの冷媒流路の寿命・信頼性確保を図ることができる。
【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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