JP2001050690A - アルミニウム合金製熱交換器 - Google Patents

アルミニウム合金製熱交換器

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JP2001050690A JP2000009956A JP2000009956A JP2001050690A JP 2001050690 A JP2001050690 A JP 2001050690A JP 2000009956 A JP2000009956 A JP 2000009956A JP 2000009956 A JP2000009956 A JP 2000009956A JP 2001050690 A JP2001050690 A JP 2001050690A
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栄一 鳥越
Koji Hirao
幸司 平尾
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正径 牧原
Toshiya Nagasawa
聡也 長沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チューブ２の素材の薄肉化を実現することに
より、低コストにて軽量で、しかも耐食性に優れたアル
ミニウム合金製冷媒蒸発器を提供する。 【解決手段】 Ａｌ−Ｍｎ合金系の芯材２１の一端面
に、芯材２１よりも電位的に卑なアルミニウム合金製の
犠牲陽極材２２をクラッドし、且つ芯材２１の他端面
に、Ａｌ−Ｓｉ合金系のろう材２３をクラッドしたアル
ミニウム三層クラッド合金材を、一様に加工硬化して薄
い平板の加工硬化材２０を製造した後に、その加工硬化
材２０を、犠牲陽極材２２側が空気（腐食生成流体）側
になるように、更に、ろう材２３側が冷媒（腐食非生成
流体）側になるように曲げ加工してチューブ２を製造し
た。そして、チューブ２とアウタフィンとを交互に複数
積層し、各チューブ２の両端部を別部品のタンク部に差
し込んで、一体ろう付けすることによりアルミニウム合
金製冷媒蒸発器を製造した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一体ろう付けにて
製造されるアルミニウム合金製熱交換器に関するもの
で、特に空調装置用の冷媒蒸発器、冷媒凝縮器、スーパ
クーラ、エンジン冷却装置用のオイルクーラとして利用
されるアルミニウム合金製熱交換器に係わる。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば車両用空調装置の冷凍
サイクル用冷媒蒸発器として利用されるアルミニウム合
金製熱交換器は、図５（ａ）に示したように、例えばア
ルミニウム（Ａｌ）−マンガン（Ｍｎ）系合金よりなる
芯材１０１の両面に、アルミニウム（Ａｌ）−シリコン
（Ｓｉ）系合金よりなるろう材１０２、１０３を均一に
クラッドしたアルミニウム三層クラッド合金材を張り出
し成形（絞り加工）して、流路部およびタンク部を一体
成形したコアプレートを得るようにしている。
【０００３】そして、流路部およびタンク部を有するコ
アプレートとコルゲート状のアウタフィンとを交互に複
数積層してアルミニウム合金製積層体を形成した後に、
そのアルミニウム合金製積層体を一体ろう付け接合する
ことによって、ドロンカップタイプのアルミニウム合金
製熱交換器が製造されている。
【０００４】近年、自動車分野では、環境問題等を背景
に低燃費が求められており、自動車部品の小型化、軽量
化が求められている。これは、自動車用熱交換器におい
ても当てはまり、この要求に応えるためには材料使用量
の低減、特に薄肉化は有効な手段である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のドロ
ンカップタイプのアルミニウム合金製熱交換器の製造方
法においては、アルミニウム二層、三層クラッド合金材
によって構成されるコアプレートを薄肉化し過ぎると、
そのコアプレートに張り出し成形を行う絞り加工時に、
材料割れが発生する可能性がある。このため、コアプレ
ートの薄肉化には限界があり、自動車用熱交換器におい
ては、小型化、軽量化の要求を実現することは容易では
ないという問題が生じていた。
【０００６】また、Ａｌ−Ｍｎ系合金よりなる芯材に、
Ａｌ−Ｓｉ系合金よりなるろう材をクラッドしたアルミ
ニウム二層クラッド合金材によって構成されるプレート
では、アルミニウム合金製冷媒蒸発器の外側（空気側）
の耐孔食性が必ずしも十分ではない。そこで、一般的に
プレート、もしくはチューブよりも電位的に卑なアルミ
ニウム合金よりなるフィンを使用し、そのフィンの犠牲
陽極作用により腐食生成流体である空気側を防食してい
る。
【０００７】ところが、アルミニウム合金製冷媒蒸発器
のチューブまたはプレートの外側は、導電率の低い結露
水の付着環境であり、この導電率の低さによりフィンの
犠牲陽極作用がフィンの極めて近傍にしか作用せず、ア
ルミニウム合金製冷媒蒸発器全体を有効に防食すること
ができないという問題が生じている。
【０００８】また、上述したようなドロンカップタイプ
のアルミニウム合金製熱交換器の外部にはろう付け後の
残留ろう材層が存在しているが、この残留ろう材層はシ
リコン（Ｓｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の不均一な組織
であり、この２種類の金属間に働く電位差は大きいた
め、Ａｌ組織のみが早期に腐食し、更にこの部位を起点
に板厚方向へ腐食が進む。このため、アルミニウム二
層、三層クラッド合金材によって構成されるプレート
（素材）の薄肉化が規制される問題がある。
【０００９】さらに、Ａｌ−Ｍｎ系合金では絞りによる
低加工部（予加工率（残存加工率）が１０％以下）にお
いてろう材の侵食（エロージョン）が顕著となり、芯材
の厚さが減少し、耐食寿命は低下する。この芯材へのエ
ロージョン抑制には加工硬化させた材料が効果的である
が、前述のコアプレートに流路部およびタンク部を成形
するための絞り加工の問題（材料の延性要）からドロン
カップタイプのアルミニウム合金製熱交換器への適用は
非常に困難である。
【００１０】したがって、上記の従来のドロンカップタ
イプのアルミニウム合金製熱交換器では、満足する品質
を提供できないという問題が生じている。もしくは例え
ば耐食性のために表面処理を施すことによって、耐食性
に優れたアルミニウム合金製熱交換器が成立したとして
もコストが非常に高くなってしまうという問題が生じ
る。
【００１１】
【発明の目的】本発明は、以上のような問題点を解消
し、プレートやチューブの素材の薄肉化を実現すること
により、低コストにて軽量で、しかも耐食性に優れたア
ルミニウム合金製熱交換器を提供することを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、少なくともマンガンを含有するアルミニウム合
金よりなる芯材の一方に犠牲陽極材をクラッドし、且つ
芯材の他方にろう材をクラッドしたアルミニウム三層ク
ラッド合金材を、一様に加工硬化することにより、ろう
材のエロージョンを低減することができるので、芯材へ
のエロージョンを抑制することができる。
【００１３】そして、アルミニウム三層クラッド合金材
によって構成されたプレートのうち犠牲陽極材側が腐食
生成流体側になるように絞り加工して、プレートに流路
部およびタンク部を成形することにより、犠牲陽極材の
犠牲陽極作用により芯材の腐食生成流体側を防食するこ
とができる。
【００１４】また、アルミニウム三層クラッド合金材に
よって構成されたプレートのうちろう材側が腐食非生成
流体側になるように絞り加工して、プレートに流路部お
よびタンク部を成形することにより、アルミニウム合金
製熱交換器の外側の耐孔食性を向上することができる。
それによって、アルミニウム三層クラッド合金材によっ
て構成されたプレートの薄肉化を図ることができるの
で、アルミニウム合金製熱交換器の軽量化を低コストで
実現することができる。
【００１５】そして、流路部およびタンク部を成形した
プレートのみを複数積層してアルミニウム合金製積層体
を形成することにより、プレートに流路部およびタンク
部を浅い絞り加工のみでドロンカップタイプのアルミニ
ウム合金製熱交換器を製造できる。それによって、プレ
ートを薄肉化しても、材料割れが発生することはなく、
ドロンカップタイプのアルミニウム合金製熱交換器の小
型化、軽量化を実現することができる。
【００１６】請求項２に記載の発明によれば、少なくと
もマンガンを含有するアルミニウム合金よりなる芯材の
一方に犠牲陽極材をクラッドし、且つ芯材の他方にろう
材をクラッドしたアルミニウム三層クラッド合金材を、
一様に加工硬化することにより、ろう材のエロージョン
を防止することができるので、芯材へのエロージョンを
抑制することができる。
【００１７】そして、アルミニウム三層クラッド合金材
によって構成されたプレートのうち犠牲陽極材側が腐食
生成流体側になるように曲げ加工してチューブを形成す
ることにより、犠牲陽極材の犠牲陽極作用により芯材の
腐食生成流体側を防食することができる。
【００１８】また、アルミニウム三層クラッド合金材に
よって構成されたプレートのうちろう材側が腐食非生成
流体側になるように曲げ加工してチューブを形成するこ
とにより、アルミニウム合金製熱交換器の外側の耐孔食
性を向上することができる。それによって、請求項１に
記載の発明と同様な効果を達成することができる。
【００１９】請求項３に記載の発明によれば、チューブ
とアウタフィンとを交互に重ね合わせてなるコア部の各
チューブの一端部を、チューブとは別部品のタンクに差
し込んでアルミニウム合金製熱交換器を構成することに
より、チューブの加工を曲げ加工のみで形成できるの
で、プレートを薄肉化しても、材料割れが発生すること
はなく、アルミニウム合金製熱交換器の小型化、軽量化
を実現することができる。
【００２０】請求項４および請求項５に記載の発明によ
れば、アウタフィンとチューブとの接合面に、ろう付け
接合用組成物が略一文字状に塗布されている。また、ア
ウタフィンと前記チューブとの接合部位のみには、ろう
付け接合用組成物が縞状に塗布されていることにより、
アウタフィンとチューブとの接合には不可欠ながら耐食
性を阻害するろう付け接合用組成物の影響を必要最小限
に留めることができる。そして、請求項６に記載の発明
によれば、チューブの内側に、インナフィンを挿入する
ことにより、腐食生成流体と腐食非生成流体との伝熱効
率を向上することができる。
【００２１】請求項７に記載の発明によれば、少なくと
もマンガンを含有するアルミニウム合金よりなる芯材の
一方に犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム二層クラ
ッド合金材によって構成されたプレートのうち犠牲陽極
材側が腐食生成流体側になるように絞り加工して、プレ
ートに流路部およびタンク部を成形することにより、犠
牲陽極材の犠牲陽極作用により芯材の腐食生成流体側を
防食することができる。それによって、アルミニウム二
層クラッド合金材によって構成されたプレートの薄肉化
を図ることができるので、アルミニウム合金製熱交換器
の軽量化を低コストで実現することができる。
【００２２】そして、流路部およびタンク部を成形した
プレートのみを複数積層してアルミニウム合金製積層体
を形成することにより、プレートに流路部およびタンク
部を浅い絞り加工のみでドロンカップタイプのアルミニ
ウム合金製熱交換器を製造できる。それによって、プレ
ートを薄肉化しても、材料割れが発生することはなく、
ドロンカップタイプのアルミニウム合金製熱交換器の小
型化、軽量化を実現することができる。
【００２３】請求項８に記載の発明によれば、アルミニ
ウム二層クラッド合金材によって構成されたプレートの
うち芯材側にろう付け接合用組成物を塗布する工程を加
えることにより、芯材よりも耐食性に劣るろう付け接合
用組成物側が腐食非生成流体側になり、アルミニウム合
金製熱交換器の外側の耐孔食性を向上することができ
る。
【００２４】請求項９に記載の発明によれば、少なくと
もマンガンを含有するアルミニウム合金よりなる芯材の
一方に犠牲陽極材をクラッドしたアルミニウム二層クラ
ッド合金材によって構成されたプレートのうち犠牲陽極
材側が腐食生成流体側になるように曲げ加工してチュー
ブを形成することにより、犠牲陽極材の犠牲陽極作用に
より芯材の腐食生成流体側を防食することができる。
【００２５】請求項１０に記載の発明によれば、アルミ
ニウム二層クラッド合金材によって構成されたプレート
のうち芯材側にろう付け接合用組成物を塗布する工程を
加えることにより、芯材よりも耐食性に劣るろう付け接
合用組成物側が腐食非生成流体側になり、アルミニウム
合金製熱交換器の外側の耐孔食性を向上することができ
る。
【００２６】請求項１１に記載の発明によれば、チュー
ブとアウタフィンとを交互に重ね合わせてなるコア部の
各チューブの一端部を、チューブとは別部品のタンクに
差し込んでアルミニウム合金製熱交換器を構成すること
により、チューブの加工を曲げ加工のみ、あるいは浅い
絞り加工のみで形成できるので、プレートを薄肉化して
も、材料割れが発生することはなく、アルミニウム合金
製熱交換器の小型化、軽量化を実現することができる。
【００２７】請求項１２および請求項１３に記載の発明
によれば、アウタフィンとチューブとの接合面に、ろう
付け接合用組成物が略一文字状に塗布されている。ま
た、アウタフィンと前記チューブとの接合部位のみに
は、ろう付け接合用組成物が縞状に塗布されていること
により、アウタフィンとチューブとの接合には不可欠な
がら耐食性を阻害するろう付け接合用組成物の影響を必
要最小限に留めることができる。そして、請求項１４に
記載の発明によれば、チューブの内側に、インナフィン
を挿入することにより、腐食生成流体と腐食非生成流体
との伝熱効率を向上することができる。
【００２８】請求項１５に記載の発明によれば、本発明
の効果が充分発揮できる。請求項１６に記載の発明によ
れば、アルミニウム合金製冷媒蒸発器のチューブの板厚
を、０．１０ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下の範囲にするこ
とにより、より有効に本発明が機能できる。なお、チュ
ーブの板厚が０．１０ｍｍよりも小さいと、耐食性が劣
り、０．３５ｍｍがアウターフィンを持つドロンカップ
タイプのアルミニウム合金製冷媒蒸発器の絞り限界であ
る。
【００２９】
【発明の実施の形態】〔第１実施形態の構成〕図１ない
し図６は本発明の第１実施形態を示したもので、図１は
アルミニウム合金製冷媒蒸発器の全体構成を示した図
で、図２はアルミニウム合金製冷媒蒸発器の主要構成を
示した図である。
【００３０】本実施形態のアルミニウム合金製冷媒蒸発
器１は、一体ろう付けにより製造されるアルミニウム合
金製熱交換器で、車両用空調装置の冷凍サイクルのエバ
ポレータとして使用されるもので、複数本のチューブ２
内にそれぞれ形成される冷媒流路３を流れる冷媒（腐食
非生成流体）を外部を通過する空気（腐食生成流体）と
熱交換することで冷媒を蒸発気化させる。
【００３１】このアルミニウム合金製冷媒蒸発器１は、
図１に示したように、第１コア部と、この第１コア部よ
りも空気の流れ方向の上流側または下流側に配設された
第２コア部と、第１コア部の一端部に接合される入口タ
ンク５と、第２コア部一端部に接合される出口タンク６
と、第１、第２コア部の他端部に接合される中間タンク
７と、第１コア部および第２コア部を保持するためのサ
イドプレート８とから構成されている。
【００３２】そして、入口タンク５および出口タンク６
は、図２に示したように、第１、第２コア部の各チュー
ブ２の一端部が差し込まれる平板形状のベース１１、お
よびこのベース１１との間にタンク部１２を形成するた
めの碗形状のタンクプレート１３等から構成されてい
る。また、中間タンク７は、第１、第２コア部の各チュ
ーブ２の一端部が差し込まれる平板形状のベース（図示
せず）、およびこのベースとの間にタンク部を形成する
ための碗形状のタンクプレート（図示せず）等から構成
されている。
【００３３】なお、入口タンク５、出口タンク６および
中間タンク７は、チューブ２とは別部品（別体）にて構
成されている。また、サイドプレート８には、膨張弁等
の減圧手段から第１コア部に冷媒を供給するための入口
パイプ１４、および第２コア部から冷媒圧縮機に冷媒を
流出するための出口パイプ１５が設けられている。
【００３４】第１コア部は、偏平形状のチューブ（図示
せず）とアウタフィン（図示せず）とを交互に複数積層
してなるアルミニウム合金製熱交換器本体である。ま
た、偏平形状のチューブ２とアウタフィン４とを交互に
複数積層してなるアルミニウム合金製熱交換器本体であ
る。
【００３５】次に、本実施形態のチューブ２とアウタフ
ィン４の構成を図１ないし図５に基づいて説明する。こ
こで、図３はチューブの断面構造を示した図で、図４は
チューブとアウタフィンとの接合部の断面構造を示した
図である。
【００３６】アウタフィン４は、図４にも示したよう
に、冷媒と空気との伝熱効率を促進するもので、山部と
谷部とを交互に繰り返すコルゲート形状で、しかも山部
と谷部とがチューブ２の接合面との接触面積を増加する
ように矩形状に形成されている。なお、アウタフィン４
は、後記するチューブ２を構成する芯材２１よりも電位
的に卑な材料、且つ犠牲陽極材２２よりも卑な材料であ
るアルミニウム合金が望まれ、材質的には芯材２１と異
なるものが望まれる。そこで、アウタフィン４の材質
は、例えばＪＩＳＡ３００３＋Ｚｎ相当のアルミニウム
合金、その化学成分はＡｌ−１．２Ｍｎ−０．１５Ｃｕ
−２．５Ｚｎ（＋不可避含有元素（不純物））が望まし
い。
【００３７】ここで、チューブ２は、アルミニウム三層
クラッド合金材を圧延加工によって一様に加工硬化して
加工硬化材２０を得た後に曲げ加工することによって、
図２に示したような偏平形状に形成されている。なお、
加工硬化材（アルミニウム三層クラッド合金材）２０
は、芯材２１と、この芯材２１の一端面側にクラッドさ
れた犠牲陽極材２２と、芯材２１の他端面側にクラッド
されたろう材２３とから構成されている。
【００３８】そして、芯材２１として使用されるアルミ
ニウム合金は、Ａｌ−Ｍｎ系合金ｇａが用いられ、その
化学成分は、Ａ３１０３相当のＡｌ−１．３Ｍｎ−０．
５Ｓｉ−０．５Ｃｕ（＋不可避含有元素（不純物））で
あるか、あるいはＡ３００３相当のＡｌ−１．０Ｍｎ−
０．６Ｓｉ−０．７Ｆｅ−０．１Ｃｕ−０．１Ｚｎ（＋
不可避含有元素（不純物））である。
【００３９】また、犠牲陽極材２２として使用されるア
ルミニウム合金は、芯材２１よりも電位的に卑なＡｌ−
Ｚｎ系合金が用いられ、その化学成分は、Ａ７０７８相
当のＡｌ−１．５Ｚｎ（＋不可避含有元素（不純物））
である。さらに、ろう材２３として使用されるアルミニ
ウム合金としては、Ａｌ−Ｓｉ合金が用いられ、その化
学成分は、Ａ４０４５相当のＡｌ−１０Ｓｉ（＋不可避
含有元素（不純物））である。
【００４０】〔第１実施形態の製造方法〕次に、本実施
形態のアルミニウム合金製冷媒蒸発器１の製造方法を図
１ないし図５に基づいて簡単に説明する。
【００４１】本実施形態では、芯材２１の一端面に犠牲
陽極材２２をクラッドし、芯材２１の他端面にろう材２
３をクラッドしたアルミニウム三層クラッド合金材を圧
延機械に入れて、一様に加工硬化することによって加工
硬化材２０を得る。ここで、通常（従来の技術）は、調
質がＯ材（焼き鈍しにより、素材状態での予加工率（残
存加工率）は０（残存歪みが０）である。これに対し
て、本実施形態のアルミニウム三層クラッド合金材で
は、素材の状態での予加工率（残存加工率）を１０％以
上残せれば良く、理論的にはＯ材＋１０％以上である。
【００４２】しかし、アルミニウム三層クラッド合金材
の加工性の確保等を考えると、圧延後に若干の熱処理に
よる軟化が必要である。したがって、例えば、アルミニ
ウム三層クラッド合金材を一様に加工硬化する際の最終
的な圧延率が７０％程度の冷間後に熱処理を加えて、予
加工率（残存加工率）が１０数％から２０％程度残った
状態にする。
【００４３】また、アルミニウム三層クラッド合金材の
全板厚は、通常（従来の技術）が、図５（ａ）に示した
ようにｔ０．６（ｍｍ）である。このとき、芯材１０１
の一端面および他端面にクラッドされるろう材１０２、
１０３の板厚はそれぞれ９０μｍである。
【００４４】これに対して、本実施形態の加工硬化材
（アルミニウム三層クラッド合金材）２０の全板厚は、
上述のように、圧延率が７０％程度（例えばｔ０．８ｍ
ｍ→ｔ０．２５ｍｍ）の冷間後に熱処理を加えて、予加
工率（残存加工率）が１０％から２０％程度残った状態
にしているため、図５（ｂ）に示したように、ｔ０．２
５（ｍｍ）である。このとき、芯材２１の一端面にクラ
ッドされた犠牲陽極材２２の板厚は４０μｍで、芯材２
１の他端面にクラッドされたろう材２３の板厚は３０μ
ｍであり、全板厚が通常の４０％程度となり、チューブ
２の材料の薄肉化を達成できる。
【００４５】そして、その加工硬化材２０をプレス成形
機械に入れて所定の寸法に切断した後に、加工硬化材２
０のうち犠牲陽極材２２側が空気（腐食生成流体）側に
なるように、更に、ろう材２３側が冷媒（腐食非生成流
体）側になるように曲げ加工する。
【００４６】それによって、図３に示したように、内部
に冷媒流路３を形成したチューブ２を製造するようにし
ている。また、本実施形態では、チューブ２の外側面に
アウタフィン４の先端（山部および谷部）をろう付けに
より接合するために、チューブ２の接合面に一文字状の
ろう付け組成物（上記のろう材２３と同じ成分）２４を
塗布している。
【００４７】その後に、チューブ２とアウタフィン４と
を交互に複数積層することで第１、第２コア部を構成
し、第１コア部の各チューブの一端部を入口タンク５に
差し込み、第２コア部の各チューブ２の一端部を出口タ
ンク６に差し込み、各チューブ２の他端部を中間タンク
７に差し込んだ後に、サイドプレート８によって第１コ
ア部および第２コア部を保持する。
【００４８】このように組み付けたアルミニウム合金製
冷媒蒸発器１の組み付け体の外部に、ろう材２３が均一
に濡れるように粉末状のフラックス（図示せず）を塗布
した後に、炉内でろう付けによりアルミニウム合金製冷
媒蒸発器１が製造される。
【００４９】〔第１実施形態の効果〕一般に、Ａｌ−Ｍ
ｎ系合金では絞り加工による低加工部（加工率１０％以
下）においてろう材のエロージョンが顕著となり、芯材
の厚さが減少し、耐食寿命が低下するという問題があ
る。そこで、本実施形態のアルミニウム合金製冷媒蒸発
器１は、チューブ２の材料として加工硬化材２０を用い
ることによりろう材２３のエロージョンを低減すること
ができるので、芯材２１へのエロージョンを抑制するこ
とができる。これにより、芯材２１の厚さが減少するこ
とはなく、チューブ２の材料の耐食寿命を向上すること
ができる。
【００５０】また、入口タンク５、出口タンク６および
中間タンク７をチューブ２とは別部品で構成しているた
め、冷媒流路とタンク部を構成するように張り出し成形
したコアプレートとコルゲート状のフィンとを交互に複
数積層して、ろう付け接合したドロンカップタイプのも
のと比較して、冷媒流路３を構成する加工硬化材２０の
塑性加工を曲げ加工のみで形成できるので、材料割れの
可能性は少なく、加工硬化材２０の薄肉化を図ることが
できる。
【００５１】そして、アルミニウム合金製冷媒蒸発器１
の置かれる環境、すなわち、アルミニウム合金製冷媒蒸
発器１の外部は導電率の低い結露水の付着環境であるこ
とを鑑み、チューブ２の材料の薄肉化と耐食性向上の両
立のために犠牲陽極材２２をアルミニウム合金製冷媒蒸
発器１の外側（空気側）に設置することにより、犠牲陽
極材２２の犠牲陽極作用が各チューブ２の外部に作用す
ることになり、アルミニウム合金製冷媒蒸発器１全体を
有効に防食することができる。
【００５２】また、アルミニウム合金製冷媒蒸発器１の
ろう材層はＳｉとＡｌの不均一な組織であり、この２種
類の金属間に働く電位差は大きいため、Ａｌ組織のみが
早期に腐食し、更にこの部位を起点に板厚方向へ腐食が
進むため、チューブ２のプレートの薄肉化が規制される
問題がある。そこで、アルミニウム三層クラッド合金よ
りなるプレートを一様に加工硬化した加工硬化材２０を
ろう材２３側が冷媒流路３側になるように曲げ加工して
チューブ２を形成することにより、チューブ２とアウタ
フィン４との接合には不可欠ながら耐食性を阻害するろ
う材２３の影響を最低限に留めることができる。
【００５３】したがって、本実施形態のアルミニウム合
金製冷媒蒸発器１の材料使用量を低減することができ
る。特に内部に冷媒流路３を形成する複数本のチューブ
２を薄肉化することができる。このため、アルミニウム
合金製冷媒蒸発器１の冷却性能を低下させずに、アルミ
ニウム合金製冷媒蒸発器１の小型化、軽量化を低コスト
で達成することができるので、自動車の燃費を低減する
ことができる。
【００５４】〔第１実施形態の実験結果〕次に、アルミ
ニウム合金製冷媒蒸発器（エバポレータ）に、一定時
間、模擬凝縮水（腐食生成流体：腐食性の強い水溶液）
を吹付ける工程と、一定時間、乾燥させる工程とを交互
に行って、各試験品のチューブの最大腐食深さがどのよ
うに進行するかについて調査した実験について説明す
る。
【００５５】この実験は、全板厚がｔ０．５の現行材
（図５（ａ）参照）をチューブ材料として用いたアルミ
ニウム合金製冷媒蒸発器（Ａ）、全板厚がｔ０．１０
で、板厚が４０μｍの犠牲陽極材２２を有する加工硬化
材２０をチューブ材料として用いたアルミニウム合金製
冷媒蒸発器（Ｂ）、および全板厚がｔ０．２５で、板厚
が４０μｍの犠牲陽極材２２を有する加工硬化材２０を
チューブ材料として用いたアルミニウム合金製冷媒蒸発
器（Ｃ）に、それぞれ模擬凝縮水を吹付けて、その最大
腐食深さがどのようになるかについて調査したもので、
その実験結果を図６のグラフに示した。
【００５６】この図６のグラフからも確認できるよう
に、全板厚がｔ０．５の現行材をチューブ材料として用
いたアルミニウム合金製冷媒蒸発器（Ａ）の場合には、
試験時間が８００時間を越えたところで貫通してしまっ
たが、犠牲陽極材２２の板厚が４０μｍで、全板厚がｔ
０．１０の加工硬化材２０をチューブ材料として用いた
アルミニウム合金製冷媒蒸発器（Ｂ）の場合では、試験
時間が１０００時間を越えるまで貫通することはなかっ
た。また、犠牲陽極材２２の板厚が４０μｍで、全板厚
がｔ０．２５の加工硬化材２０をチューブ材料として用
いたアルミニウム合金製冷媒蒸発器（Ｃ）の場合には、
試験時間が１０００時間を越え、更に１８００時間を越
えても、最大腐食深さが０．６ｍｍ程度で貫通すること
はなかった。
【００５７】したがって、図６のグラフからも確認でき
るように、チューブ２の材料の薄肉化と耐食性向上の両
立のために加工硬化材２０の犠牲陽極材２２側面を腐食
生成流体側とすることにより、現行品に対して腐食の進
行を抑えることができるので、チューブ２を有効に防食
することができる。
【００５８】〔第２実施形態〕図７は本発明の第２実施
形態を示したもので、チューブとアウタフィンとの接合
部の断面構造を示した図である。
【００５９】本実施形態では、アルミニム合金製のチュ
ーブ２を構成する加工硬化材２０とアルミニム合金製の
アウタフィン４との接合には不可欠ながら、耐食性を阻
害するろう付け組成物２５の影響を最低限に留める目的
で、例えばＡ４０４５またはＡ４１０４相当のＡｌ−Ｓ
ｉ合金よりなるろう付け組成物２５を加工硬化材２０の
犠牲陽極材２２とアウタフィン４の先端（山部および谷
部）との接合部位にのみ縞状に塗布している。
【００６０】〔第３実施形態〕図８は本発明の第３実施
形態を示したもので、チューブとアウタフィンとの接合
部の断面構造を示した図である。
【００６１】本実施形態では、第２実施形態と同じ目的
で、例えば置きろう等に使用するＪＩＳＢＡ４０４７相
当のＡｌ−１２Ｓｉ（＋不可避含有元素（不純物））な
どよりなるろう付け組成物２４を加工硬化材２０の犠牲
陽極材２２とアウタフィン４の先端（山部および谷部）
との接合部位にのみ一文字状に塗布している。また、チ
ューブ２の冷媒流路３内、すなわち、加工硬化材２０の
ろう材２３（冷媒）側には、冷媒と空気との伝熱効率を
向上させるためのインナフィン９が挿入されている。
【００６２】なお、インナフィン９は、チューブ２を構
成する芯材２１と同じ化学成分のアルミニウム合金、あ
るいはチューブ２の芯材２１と異なる化学成分のアルミ
ニウム合金よりなり、加工硬化材２０のろう材２３によ
って芯材２１の冷媒側にろう付け接合される。
【００６３】〔第４実施形態〕図９は本発明の第４実施
形態を示したもので、チューブとアウタフィンとの接合
部の断面構造を示した図である。
【００６４】本実施形態では、第２実施形態と同じ目的
で、例えば置きろう等に使用するＪＩＳＢＡ４０４７相
当のＡｌ−１２Ｓｉ（＋不可避含有元素（不純物））な
どよりなるろう付け組成物２５を加工硬化材２０の犠牲
陽極材２２とアウタフィン４の先端（山部および谷部）
との接合部位にのみ縞状に塗布している。また、チュー
ブ２の冷媒流路３内には、第３実施形態と同様にして、
インナフィン９が挿入されている。
【００６５】〔第５実施形態〕図１０および図１１は本
発明の第５実施形態を示したもので、チューブとアウタ
フィンとの接合部の断面構造を示した図である。
【００６６】本実施形態では、芯材３１の一端面に犠牲
陽極材３２をクラッドしたアルミニウム二層クラッド合
金材を圧延機械に入れて、一様に加工硬化することによ
って加工硬化材３０を得るようにしている。その加工硬
化材３０は、第１実施形態と同様に、例えば７０％程度
の冷間後に熱処理を加えて、予加工率（残存加工率）が
１０数％から２０％程度残った状態のものである。
【００６７】そして、その加工硬化材３０をプレス成形
機械に入れて所定の寸法に切断した後に、加工硬化材３
０のうち犠牲陽極材３２側が空気（腐食生成流体）側に
なるように、更に、芯材３１側が冷媒（腐食非生成流
体）側になるように曲げ加工する。このように、加工硬
化材３０の塑性加工として曲げ加工のみを行うことによ
って、図１０に示したように、内部に冷媒流路３を形成
したチューブ２が製造される。
【００６８】なお、本実施形態では、加工硬化材３０の
端部同士の合わせ部分には、例えば置きろう等に使用す
るＪＩＳＢＡ４０４７相当のＡｌ−１２Ｓｉ（＋不可避
含有元素（不純物））などよりなるろう付け組成物（図
示しない）が塗布される。さらに、本実施形態では、第
２実施形態と同じ目的で、例えばＡ４０４５またはＡ４
１０４相当のＡｌ−Ｓｉ合金よりなるろう付け組成物３
４を加工硬化材３０の犠牲陽極材３２とアウタフィン４
の先端（山部および谷部）との接合部位にのみ一文字状
に塗布している。
【００６９】〔第６実施形態〕図１２は本発明の第６実
施形態を示したもので、チューブとアウタフィンとの接
合部の断面構造を示した図である。
【００７０】本実施形態では、第２実施形態と同じ目的
で、例えばＡ４０４５またはＡ４１０４相当のＡｌ−Ｓ
ｉ合金よりなるろう付け組成物３５を加工硬化材３０の
犠牲陽極材３２とアウタフィン４の先端（山部および谷
部）との接合部位にのみ縞状に塗布している。
【００７１】〔第７実施形態〕図１３は本発明の第７実
施形態を示したもので、チューブとアウタフィンとの接
合部の断面構造を示した図である。
【００７２】本実施形態では、第２実施形態と同じ目的
で、ろう付け組成物３４を加工硬化材３０の犠牲陽極材
３２とアウタフィン４の先端（山部および谷部）との接
合部位にのみ一文字状に塗布している。また、チューブ
２の冷媒流路３内、すなわち、加工硬化材３０の芯材３
１（冷媒）側には、冷媒と空気との伝熱効率を向上させ
るためのアルミニウム合金製のインナフィン９が挿入さ
れている。
【００７３】〔第８実施形態〕図１４は本発明の第８実
施形態を示したもので、チューブとアウタフィンとの接
合部の断面構造を示した図である。
【００７４】本実施形態では、第２実施形態と同じ目的
で、ろう付け組成物３５を加工硬化材３０の犠牲陽極材
３２とアウタフィン４の先端（山部および谷部）との接
合部位にのみ縞状に塗布している。また、チューブ２の
冷媒流路３内には、第７実施形態と同様にして、インナ
フィン９が挿入されている。
【００７５】〔第９実施形態の構成〕図１５は本発明の
第９実施形態を示したもので、アルミニウム合金製冷媒
蒸発器の全体構成を示した図である。
【００７６】本実施形態のアルミニウム合金製冷媒蒸発
器１は、一対の薄い板状のコアプレート４０の凹状部同
士を張り合わした冷媒流路部材（熱交換エレメント）の
みを複数積層してなるアルミニウム合金製積層体５０
と、このアルミニウム合金製積層体５０の両端部に張り
合わされたサイドプレート５１、５２とを備えたドロン
カップタイプのアルミニウム合金製熱交換器である。
【００７７】コアプレート４０には、入口パイプ５３か
ら冷媒が流入する凹状の冷媒流路部４１、およびこの冷
媒流路部４１よりも空気の流れ方向のサイズが大きく、
出口パイプ５４に冷媒を流出する凹状の冷媒流路部４２
が一体成形されている。これらの冷媒流路部４１、４２
は、内部を流れる冷媒と外部を通過する空気とを熱交換
させることで冷媒を蒸発気化し、空気を冷却する熱交換
部として作用する。
【００７８】そして、冷媒流路部４１の上端部には、隣
接する冷媒流路部材の上端部と連通するタンク部（開口
部）４３が成形され、下端部には、隣接する冷媒流路部
材の上端部と連通するタンク部（開口部）４４が成形さ
れている。また、冷媒流路部４２の上端部には、隣接す
る冷媒流路部材の上端部と連通するタンク部（開口部）
４５が成形され、下端部には、隣接する冷媒流路部材の
上端部と連通するタンク部（開口部）４６が成形されて
いる。
【００７９】そして、一対のコアプレート４０の冷媒
側、すなわち、冷媒流路部４１および冷媒流路部４２に
は、リブ部４７、４８が設けられている。なお、リブ部
４７、４８は、一対のコアプレート４０の冷媒側、すな
わち、アルミニウム合金製冷媒蒸発器１の内部では、耐
圧強度の向上と伝熱効率の向上のための補強材およびイ
ンナフィンとして作用し、一対のコアプレート４０の空
気側、すなわち、アルミニウム合金製冷媒蒸発器１の外
部では、空気と冷媒との伝熱効率を向上するためのアウ
タフィンとして作用する。
【００８０】そして、本実施形態では、アルミニウム三
層クラッド合金材またはアルミニウム二層クラッド合金
材よりなる加工硬化材２０、３０のうち犠牲陽極材２
２、３２側が空気側になるように、更に、ろう材２３ま
たは芯材３１側が冷媒側になるように浅い絞り加工を施
して、コアプレート４０に冷媒流路部４１、４２、タン
ク部４３〜４６およびリブ部４７、４８を一体成形す
る。
【００８１】その後に、（第１〜第８実施形態のように
別体のアウタフィンを必要としないで）この成形した一
対の薄い板状のコアプレート４０のみを複数積層してア
ルミニウム合金製積層体５０を形成し、アルミニウム合
金製積層体５０の端面に、サイドプレート５１、５２を
張り合わす。
【００８２】このように組み付けたアルミニウム合金製
冷媒蒸発器１に、ろう材２３が均一に濡れるように粉末
状のフラックス（図示せず）を塗布した後に、炉内でろ
う付けすることによりアルミニウム合金製冷媒蒸発器１
が製造される。
【００８３】〔第９実施形態の効果〕以上のように、本
実施形態では、冷媒流路部４１、４２、タンク部４３〜
４６およびリブ部４７、４８を一体成形した一対の薄い
板状のコアプレート４０のみを複数積層してアルミニウ
ム合金製積層体５０を形成している。
【００８４】ここで、通常（従来の技術）では、一対の
コアプレートで構成される冷媒流路部材間に例えば山部
から谷部までの高さが８ｍｍ〜１０ｍｍのコルゲート状
のアウタフィンを持つために、コアプレートにタンク部
を成形する際に４ｍｍ〜５ｍｍの深い絞り加工が必要で
あった。しかし、本実施形態では、一対のコアプレート
４０で構成される冷媒流路部材間にアウタフィンを有し
ていないので、コアプレート４０にタンク部４３〜４６
を成形する際に１ｍｍ程度の浅い絞り加工で良い。
【００８５】これにより、コアプレート４０に冷媒流路
部４１、４２、タンク部４３〜４６およびリブ部４７、
４８を張り出し成形する加工（浅い絞り加工）のみで、
ドロンカップタイプのアルミニウム合金製冷媒蒸発器１
を製造することができる。それによって、コアプレート
４０を薄肉化しても、材料割れが発生することはなく、
ドロンカップタイプのアルミニウム合金製冷媒蒸発器１
の小型化、軽量化を低コストで実現することができる。
【００８６】〔他の実施形態〕本発明は、アルミニウム
合金製冷媒蒸発器以外のアルミニウム合金製熱交換器、
例えば空調装置用の冷媒凝縮器、スーパクーラ、エンジ
ン冷却装置用のオイルクーラに適用しても同様な効果が
得られることは言うまでもない。ここで、本発明を、冷
媒凝縮器やスーパクーラ等の冷凍サイクル用熱交換器に
適用した場合には、アルミニウム合金製冷媒蒸発器と同
様に、腐食非生成流体として冷媒が用いられ、腐食生成
流体として空気が用いられる。また、本発明をオイルク
ーラに適用した場合には、腐食非生成流体として潤滑油
や作動油等のオイルが用いられ、腐食生成流体として冷
却水または空気等が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルミニウム合金製冷媒蒸発器の全体構成を示
した斜視図である（第１実施形態）。
【図２】アルミニウム合金製冷媒蒸発器の主要構成を示
した概略図である（第１実施形態）。
【図３】チューブの断面構造を示した模式図である（第
１実施形態）。
【図４】チューブとアウタフィンとの接合部の断面構造
を示した模式図である（第１実施形態）。
【図５】（ａ）は従来の技術のアルミニウム三層クラッ
ド材の断面構造を示した模式図で、（ｂ）は本実施形態
のアルミニウム三層クラッド材の断面構造を示した模式
図である（第１実施形態）。
【図６】模擬凝縮水による腐食加速試験結果を示したグ
ラフである（第１実施形態）。
【図７】チューブとアウタフィンとの接合部の断面構造
を示した模式図である（第２実施形態）。
【図８】チューブとアウタフィンとの接合部の断面構造
を示した模式図である（第３実施形態）。
【図９】チューブとアウタフィンとの接合部の断面構造
を示した模式図である（第４実施形態）。
【図１０】チューブの断面構造を示した模式図である
（第５実施形態）。
【図１１】チューブとアウタフィンとの接合部の断面構
造を示した模式図である（第５実施形態）。
【図１２】チューブとアウタフィンとの接合部の断面構
造を示した模式図である（第６実施形態）。
【図１３】チューブとアウタフィンとの接合部の断面構
造を示した模式図である（第７実施形態）。
【図１４】チューブとアウタフィンとの接合部の断面構
造を示した模式図である（第８実施形態）。
【図１５】アルミニウム合金製冷媒蒸発器の全体構成を
示した斜視図である（第９実施形態）。
【符号の説明】
１ アルミニウム合金製冷媒蒸発器（アルミニウム合金
製熱交換器） ２ チューブ ３ 冷媒流路 ４ アウタフィン ５ 入口タンク ６ 出口タンク ７ 中間タンク ９ インナフィン ２０ 加工硬化材 ２１ 芯材 ２２ 犠牲陽極材 ２３ ろう材 ３０ 加工硬化材 ３１ 芯材 ３２ 犠牲陽極材 ４０ コアプレート ４１ 冷媒流路部 ４２ 冷媒流路部 ４３ タンク部 ４４ タンク部 ４５ タンク部 ４６ タンク部 ４７ リブ部 ４８ リブ部 ５０ アルミニウム合金製積層体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧原 正径 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 長沢 聡也 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一体ろう付けにて製造されるアルミニウム
    合金製熱交換器の製造方法において、 （ａ）少なくともマンガンを含有するアルミニウム合金
    よりなる芯材の一方に、前記芯材よりも電位的に卑なア
    ルミニウム合金よりなる犠牲陽極材をクラッドし、且つ
    前記芯材の他方に、アルミニウム合金よりなるろう材を
    クラッドしたアルミニウム三層クラッド合金材を、一様
    に加工硬化する第１工程と、 （ｂ）前記アルミニウム三層クラッド合金材によって構
    成されたプレートのうち前記犠牲陽極材側が腐食生成流
    体側になるように、更に、前記ろう材側が腐食非生成流
    体側になるように絞り加工して、前記プレートに流路部
    およびタンク部を成形する第２工程と、 （ｃ）前記流路部および前記タンク部を成形したプレー
    トのみを複数積層してアルミニウム合金製積層体を形成
    する第３工程とを備えたことを特徴とするアルミニウム
    合金製熱交換器の製造方法。
  2. 【請求項２】一体ろう付けにて製造されるアルミニウム
    合金製熱交換器の製造方法において、 （ａ）少なくともマンガンを含有するアルミニウム合金
    よりなる芯材の一方に、前記芯材よりも電位的に卑なア
    ルミニウム合金よりなる犠牲陽極材をクラッドし、且つ
    前記芯材の他方に、アルミニウム合金よりなるろう材を
    クラッドしたアルミニウム三層クラッド合金材を、一様
    に加工硬化する第１工程と、 （ｂ）前記アルミニウム三層クラッド合金材によって構
    成されたプレートのうち前記犠牲陽極材側が腐食生成流
    体側になるように、更に、前記ろう材側が腐食非生成流
    体側になるように曲げ加工してチューブを形成する第２
    工程とを備えたことを特徴とするアルミニウム合金製熱
    交換器の製造方法。
  3. 【請求項３】請求項２に記載のアルミニウム合金製熱交
    換器の製造方法によって形成されたチューブとアルミニ
    ウム合金よりなるアウタフィンとを交互に重ね合わせて
    なるコア部と、 このコア部の各チューブの一端部が差し込まれる、前記
    チューブとは別部品のタンクとを備えたことを特徴とす
    るアルミニウム合金製熱交換器。
  4. 【請求項４】請求項３に記載のアルミニウム合金製熱交
    換器において、 前記アウタフィンは、山部と谷部とを交互に繰り返すコ
    ルゲート形状で、しかも前記山部と前記谷部とが矩形状
    に形成され、 前記アウタフィンと前記チューブとの接合面には、ろう
    付け接合用組成物が略一文字状に塗布されていることを
    特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
  5. 【請求項５】請求項３に記載のアルミニウム合金製熱交
    換器において、 前記アウタフィンは、山部と谷部とを交互に繰り返すコ
    ルゲート形状で、しかも前記山部と前記谷部とが矩形状
    に形成され、 前記アウタフィンと前記チューブとの接合部位のみに
    は、ろう付け接合用組成物が縞状に塗布されていること
    を特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
  6. 【請求項６】請求項３ないし請求項５のうちいずれかに
    記載のアルミニウム合金製熱交換器において、 前記チューブの内側には、インナフィンが挿入されてい
    ることを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
  7. 【請求項７】一体ろう付けにて製造されるアルミニウム
    合金製熱交換器の製造方法において、 （ａ）少なくともマンガンを含有するアルミニウム合金
    よりなる芯材の一方に、前記芯材よりも電位的に卑なア
    ルミニウム合金よりなる犠牲陽極材をクラッドしたアル
    ミニウム二層クラッド合金材を、一様に加工硬化する第
    １工程と、 （ｂ）前記アルミニウム二層クラッド合金材によって構
    成されたプレートのうち前記犠牲陽極材側が腐食生成流
    体側になるように、更に、前記芯材側が腐食非生成流体
    側になるように絞り加工して、前記プレートに流路部お
    よびタンク部を成形する第２工程と、 （ｃ）前記流路部および前記タンク部を成形したプレー
    トのみを複数積層してアルミニウム合金製積層体を形成
    する第３工程とを備えたことを特徴とするアルミニウム
    合金製熱交換器の製造方法。
  8. 【請求項８】請求項７に記載のアルミニウム合金製熱交
    換器の製造方法において、 前記アルミニウム二層クラッド合金材によって構成され
    たプレートのうち前記芯材側にろう付け接合用組成物を
    塗布する工程を加えたことを特徴とするアルミニウム合
    金製熱交換器の製造方法。
  9. 【請求項９】一体ろう付けにて製造されるアルミニウム
    合金製熱交換器の製造方法において、 （ａ）少なくともマンガンを含有するアルミニウム合金
    よりなる芯材の一方に、前記芯材よりも電位的に卑なア
    ルミニウム合金よりなる犠牲陽極材をクラッドしたアル
    ミニウム二層クラッド合金材を、一様に加工硬化する第
    １工程と、 （ｂ）前記アルミニウム二層クラッド合金材によって構
    成されたプレートのうち前記犠牲陽極材側が腐食生成流
    体側になるように、更に、前記芯材側が腐食非生成流体
    側になるように曲げ加工してチューブを形成する第２工
    程とを備えたことを特徴とするアルミニウム合金製熱交
    換器の製造方法。
  10. 【請求項１０】請求項９に記載のアルミニウム合金製熱
    交換器の製造方法において、 前記アルミニウム二層クラッド合金材によって構成され
    たプレートのうち前記芯材側にろう付け接合用組成物を
    塗布する工程を加えたことを特徴とするアルミニウム合
    金製熱交換器の製造方法。
  11. 【請求項１１】請求項９または請求項１０に記載のアル
    ミニウム合金製熱交換器の製造方法によって形成された
    チューブとアルミニウム合金よりなるコルゲート状のア
    ウタフィンとを交互に重ね合わせてなるコア部と、 このコア部の各チューブの一端部が差し込まれる、前記
    チューブとは別部品のタンクとを備えたことを特徴とす
    るアルミニウム合金製熱交換器。
  12. 【請求項１２】請求項１１に記載のアルミニウム合金製
    熱交換器において、 前記アウタフィンは、山部と谷部とを交互に繰り返すコ
    ルゲート形状で、しかも前記山部と前記谷部とが矩形状
    に形成され、 前記アウタフィンと前記チューブとの接合面には、ろう
    付け接合用組成物が略一文字状に塗布されていることを
    特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
  13. 【請求項１３】請求項１１に記載のアルミニウム合金製
    熱交換器において、 前記アウタフィンは、山部と谷部とを交互に繰り返すコ
    ルゲート形状で、しかも前記山部と前記谷部とが矩形状
    に形成され、 前記アウタフィンと前記チューブとの接合部位のみに
    は、ろう付け接合用組成物が縞状に塗布されていること
    を特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
  14. 【請求項１４】請求項１０ないし請求項１３のうちいず
    れかに記載のアルミニウム合金製熱交換器において、 前記チューブの内側には、インナフィンが挿入されてい
    ることを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器。
  15. 【請求項１５】請求項３ないし請求項６、請求項１１な
    いし請求項１４のうちいずれかに該当するアルミニウム
    合金製冷媒蒸発器。
  16. 【請求項１６】請求項１５に記載のアルミニウム合金製
    冷媒蒸発器において、 前記チューブの板厚を、０．１０ｍｍ以上０．３５ｍｍ
    以下の範囲にしたことを特徴とするアルミニウム合金製
    熱交換器。
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