JP2006142310A - アルミニウム熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 板材にて構成されるチューブと板材にて構成されるフィンとをろう付けするアルミニウム熱交換器において、チューブおよびフィン双方の耐食性向上を図る。
【解決手段】 チューブ１０用板材は、０．１〜１．０質量％のＭｇを含有する芯材１０ｂと外側犠牲腐食材１０ｃと内側Ｍｇ拡散防止材１０ｄとＭｇ拡散防止材１０ｄ上のろう材１０ｅとを有する多層クラッド材であり、フィン用板材はアルミニウムベア材であり、チューブ１０とフィンはろう材粉末とフッ化物系フラックスによりろう付けされ、チューブ合わせ面１０ａはろう材１０ｅとフッ化物系フラックスによりろう付けされる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、板材により構成されるチューブの高強度化および孔食防止と、板材により構成され、チューブの外側面にろう付けされるフィンの粒界腐食防止とを図るアルミニウム熱交換器に関するもので、車両用空調装置の凝縮器、蒸発器等に用いて好適なものである。

従来、車両用空調装置の凝縮器、蒸発器等に用いられるアルミニウム熱交換器では、チューブを押出多孔チューブで構成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この従来技術では、チューブを押出多孔チューブで構成しているので、チューブにろう材をクラッドできない。そこで、Ａｌと共晶合金を形成してろう材として作用するＳｉ粉末とフラックスとの混合組成物を押出多孔チューブの表面に塗布することにより、この混合組成物のＳｉ粉末がろう材作用を発揮して、チューブとフィンとをろう付けするようにしている。なお、チューブにろう付けされるフィンは、波形状に曲げ成形された板材からなるコルゲートフィンが代表的である。

また、チューブを板材により構成するアルミニウム熱交換器も種々知られており、この場合は、チューブを構成する板材またはフィンを構成する板材の芯材にろう材をクラッドして、チューブとフィンとの間をろう付けするようにしている。
特許第３３３７４１６号公報

ところで、車両用アルミニウム熱交換器においては、軽量化および材料費の低減のためにその構成部材の薄肉化が要求されている。この薄肉化のためには、高強度アルミニウム合金、具体的には比較的高濃度のＭｇを含有したアルミニウム合金の適用が有効である。

しかし、この高強度アルミニウム合金は、材料強度の上昇に伴って変形抵抗が増大するので、押し出し成形性が低下する。従って、高強度アルミニウム合金をチューブ材として用いると、押出多孔チューブの生産性が低下するという問題が生じる。

この結果、高強度アルミニウム合金をチューブ材として用いる場合は、押出多孔チューブよりも、板材により構成されたチューブの方が生産性確保のために有利である。

ところで、図６は、Ｍｇを含有した高強度アルミニウム合金の引張強度とＭｇ添加量との関係を示す図であって、横軸のＭｇ添加量は、クラッド材の芯材のベース合金であるＡｌ−０．５Ｃｕ−１．６Ｍｎ−１．０ＳｉからなるＡｌ合金に対する添加量である。各元素の添加量はすべて質量％で示している。なお、図６では、心材の両面にクラッド材を設けた両面クラッド材にて引張強度を測定している。

図６から理解されるようにＭｇ添加量の増加に比例して両面クラッド材の引張強度を向上できる。しかし、その反面、比較的高濃度のＭｇ添加に伴って、ろう付け時にフッ化物系フラックス中のＦ元素がＭｇと反応して、ＭｇＦ２、ＫＭｇＦ３等を生成する。このＭｇＦ２、ＫＭｇＦ３（フッ化Ｍｇ化合物）はフッ化物系フラックスの融点を上昇させるので、フラックスによる「ろうの濡れ性」を阻害し、ろう付け性を悪化させる。

このことを図７に基づいてより具体的に述べると、図７（ａ）は隙間充填試験方法を示す概要図で、水平板に対して傾斜板を所定角度θにて傾斜配置し、傾斜板の一端を水平板に当接させる。そして、水平板と傾斜板とをろう付けした場合に、水平板と傾斜板との間の隙間に充填されるろうの充填長さＬを測定するのが隙間充填試験である。この試験において、隙間充填長さＬが長いほどろう付け性が良好であると評価できる。

ところで、従来技術では、図７（ｂ）の従来品の欄に示すように比較的高濃度のＭｇを添加した高強度アルミニウム合金の芯材にＡ４０４５（Ａｌ−Ｓｉ系ろう材）をクラッドしたクラッド材を水平板として用い、この水平板と、Ａ３００３からなる傾斜板とをろう付けした場合に、芯材中のＭｇ添加量を変化させて隙間充填長さＬを測定した結果、図７（ｃ）の△印（破線）に示す結果が得られた。なお、図７（ｃ）の横軸のＭｇ添加量は、芯材のベース合金（Ａｌ−０．５Ｃｕ−１．６Ｍｎ−１．０Ｓｉ）に対する添加量である。

図７（ｃ）の破線に示すようにＭｇ添加量の増加に伴って隙間充填長さＬが小さくなって、ろう付け性が低下することが分かる。このろう付け性の低下は、上記フッ化Ｍｇ化合物の生成によりフラックス作用が低下するためである。

隙間充填長さＬは、一般に製品としての支障がないレベルのろう付け性を確保するためには、最低でも１０ｍｍ以上必要であるとされている。すると、従来技術では、ろう付け性の確保のためにＭｇ添加量の上限値を０．３質量％に制限する必要が生じる。このことはとりもなおさず、Ｍｇ添加量の増加による芯材強度の向上を犠牲にすることになる。

なお、図７では、水平板側にろう材をクラッドする場合について説明したが、傾斜板側にろう材をクラッドしても同様に、フッ化Ｍｇ化合物の生成によりろう付け性が低下する。

ここで、フィン材として、芯材にろう材を両面クラッドしたクラッド材を用いる場合には、ろう材中のＳｉがフィン芯材に拡散して、フィン芯材に粒界腐食を引き起こす。すなわち、ろう付け加熱時に、ろう材中のＳｉが芯材内部の結晶粒の境界部分（粒界）に沿って優先的に拡散するという現象が発生する。特に、フィン材の板厚が０．０５ｍｍ程度の小さな値になっているので、Ｓｉの拡散がフィン材の板厚を貫通してしまう。

そして、この芯材内部へのＳｉ拡散部分（粒界部分）が周囲のＡｌ合金の結晶粒部分よりも電気化学的に電位が貴となる部分を形成するので、Ｓｉ拡散部分（粒界部分）の周囲が相対的に電位が卑となる部分を形成する。この結果、このＳｉ拡散部分（粒界部分）の周囲が選択的に腐食する。これがフィン芯材の粒界腐食であり、フィンの耐食性低下の大きな原因となる。

本発明は、上記諸点に鑑みてなされたもので、板材にて構成されるチューブと板材にて構成されるフィンとをろう付けするアルミニウム熱交換器において、チューブおよびフィン双方の耐食性向上と、チューブの高強度化とを両立することを目的とする。

また、本発明は、製造コストの低減に有利なアルミニウム熱交換器を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、板材にて構成されるチューブ（１０）と、板材にて構成されるフィン（１２）とをろう付けするアルミニウム熱交換器において、
前記チューブ（１０）用の板材は、０．１〜１．０質量％のＭｇを含有する高強度アルミニウム合金からなる芯材（１０ｂ）と、前記芯材（１０ｂ）のうち、前記チューブ（１０）の外側面となる一方の面にクラッドされた犠牲腐食材（１０ｃ）と、前記芯材（１０ｂ）のうち、前記チューブ（１０）の内側面となる他方の面にクラッドされたＭｇ拡散防止材（１０ｄ）と、前記Ｍｇ拡散防止材（１０ｄ）上にクラッドされたろう材（１０ｅ）とを有する多層クラッド材であり、
前記フィン（１２）用の板材は、ろう材をクラッドしていないアルミニウムベア材であり、
前記チューブ（１０）と前記フィン（１２）は、ろう材粉末とフッ化物系フラックスとを用いてろう付けされ、
また、前記チューブ（１０）用の板材の合わせ面（１０ａ）は前記ろう材（１０ｅ）とフッ化物系フラックスとを用いてろう付けされることを特徴としている。

これによると、チューブ（１０）用板材の芯材（１０ｂ）に、０．１〜１．０質量％という比較的高濃度のＭｇを添加することにより、チューブ（１０）用板材の強度を向上できる。

ここで、Ｍｇ添加量の下限値（０．１質量％）は、Ｍｇ添加による強度向上のための必要最低量である。Ｍｇ添加量の上限値（１．０質量％）は、Ｍｇとフッ化物系フラックスのＦとの反応によるフッ化Ｍｇ化合物の生成に起因するろう付け性悪化を抑制するための値である。

本発明によると、芯材（１０ｂ）の外側面に犠牲腐食材（１０ｃ）をクラッドしているから、この犠牲腐食材（１０ｃ）によりチューブ（１０）の耐食性（孔食防止効果）を向上できるのみならず、芯材（１０ｂ）中のＭｇがろう付け加熱時にチューブ（１０）とフィン（１２）とのろう付け部位に拡散してフッ化物系フラックスのＦと反応することを犠牲腐食材（１０ｃ）の介在によって抑制できる。

同様に、芯材（１０ｂ）の内側面にＭｇ拡散防止材（１０ｄ）を介してろう材（１０ｅ）をクラッドしているから、芯材（１０ｂ）中のＭｇがろう付け加熱時にチューブ（１０）の合わせ面（１０ａ）のろう付け部位に拡散してフッ化物系フラックスのＦと反応することをＭｇ拡散防止材（１０ｄ）の介在によって抑制できる。

このように、ろう付け加熱時に芯材（１０ｂ）中のＭｇがフッ化物系フラックスのＦと反応することを犠牲腐食材（１０ｃ）およびＭｇ拡散防止材（１０ｄ）の介在によって抑制できるので、芯材（１０ｂ）中のＭｇ添加量を１．０質量％まで増加しても、チューブ（１０）とフィン（１２）とのろう付け性およびチューブ合わせ面（１０ａ）のろう付け性を良好に確保できる。この結果、ろう付け性を必要レベルに確保しつつ、Ｍｇ添加量の増加によりチューブ強度を効果的に向上できる。

しかも、チューブ（１０）を板材にて構成しているから、チューブ（１０）用板材の芯材（１０ｂ）を、比較的高濃度のＭｇを含有した高強度のアルミニウム合金で構成しても押出多孔チューブのような押出成形性の低下といった不具合が発生しない。従って、チューブ（１０）の強度を向上できると同時に、チューブ（１０）を高い生産性で効率よく成形できる。

また、チューブ（１０）とフィン（１２）をろう材粉末を用いてろう付けするから、チューブ（１０）用の板材およびフィン（１２）用の板材のいずれにもろう材をクラッドする必要がない。

このため、チューブ（１０）用の板材の外側面には犠牲腐食材（１０ｃ）のみをクラッドすればよく、そのため、チューブ（１０）用の板材を薄肉化しても犠牲腐食材（１０ｃ）の必要厚さを確保して、チューブ（１０）の耐食性（孔食防止効果）を確保できる。この結果、チューブ（１０）の耐食性確保と、チューブ（１０）の軽量化、材料コストの低減とを両立できる。

また、フィン（１２）を、ろう材をクラッドしていないアルミニウムベア材で構成するから、ろう材をクラッドしたクラッド材でフィン（１２）を構成する場合に比較して、ろう材成分であるＳｉのフィン材への拡散を格段と抑制でき、これにより、フィン（１２）の粒界腐食を防止できる。

また、芯材（１０ｂ）の内側面にクラッドしたろう材（１０ｅ）を用いて、チューブ合わせ面（１０ａ）をろう付けするから、チューブ合わせ面（１０ａ）のろう付けのために他から特別にろう材を供給する必要がなく、チューブ（１０）用板材自体のクラッドろう材（１０ｅ）によりチューブ合わせ面（１０ａ）を簡単にろう付けできる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のアルミニウム熱交換器において、前記ろう材粉末と前記フッ化物系フラックスとを混合した混合組成物（１０ｆ）を、前記チューブ（１０）用の板材のうち、前記犠牲腐食材（１０ｃ）の表面に塗布することにより、前記チューブ（１０）と前記フィン（１２）とがろう付けされることを特徴とする。

これによると、フィン（１２）用の板材に混合組成物（１０ｆ）を塗布する場合に比較して、ろう材成分のフィン材への拡散を抑制できる。

請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載のアルミニウム熱交換器において、前記ろう材粉末は具体的にはＳｉ粉末を用いればよい。

請求項４に記載の発明のように、請求項１または２に記載のアルミニウム熱交換器において、前記ろう材粉末はＳｉ粉末とＡｌ粉末との混合粉末であってもよい。

このように、ろう材粉末としてＳｉ粉末とＡｌ粉末との混合粉末を用いると、ろう付け時にＳｉ粉末がＡｌ粉末と反応してＡｌ−Ｓｉ系合金（ろう材）を生成するから、Ｓｉ粉末ろうによる犠牲腐食材（１０ｃ）の溶解深さを減少できる。従って、犠牲腐食材（１０ｃ）のろう付け後の残存厚さを確保しやすくなる。

請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のアルミニウム熱交換器において、前記Ｍｇ拡散防止材（１０ｄ）上のろう材（１０ｅ）は、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いればよい。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のアルミニウム熱交換器において、前記芯材（１０ｂ）は、０．３〜０．７質量％のＭｇと、０．８〜１．８質量％のＭｎとを含有することを特徴とする。

これによると、Ｍｇ添加量の上限値を０．７質量％に規定することにより、Ｍｇとフッ化物系フラックスのＦとの反応をより一層抑制でき、ろう付け性をより一層向上できる。また、Ｍｇ添加量の下限値を０．３質量％とし、かつ、Ｍｎを０．８質量％以上添加することにより、チューブ強度をより一層向上できる。

なお、Ｍｎ添加量の上限値を１．８質量％に規定することにより、Ｍｎ添加に伴う圧延加工性の悪化を抑制できる。

請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載のアルミニウム熱交換器において、前記芯材（１０ｂ）は、更に、０．７〜１．１質量％のＳｉと、０．５〜１．０質量％のＦｅと、０．８質量％以下のＣｕと、０．０２〜０．３質量％のＺｒと、０．０２〜０．３質量％のＣｒと、０．０５〜０．４質量％のＴｉのうち、１種または２種以上含有する組成にしてもよい。

請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のアルミニウム熱交換器において、前記Ｍｇ拡散防止材（１０ｄ）はＭｇを含有していないアルミニウム合金であって、少なくとも０．８〜１．８質量％のＭｎを含有していることを特徴とする。

これによると、Ｍｎ添加によってＭｇ拡散防止材（１０ｄ）の強度確保を図ることができる。

請求項９に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のアルミニウム熱交換器において、前記犠牲腐食材（１０ｃ）は、Ｍｇを含有していないアルミニウム合金であって、少なくとも０．８〜１．８質量％のＭｎおよび０．５〜１０．０質量％のＺｎを含有し、前記芯材（１０ｂ）よりも電位が卑であることを特徴とする。

これによると、Ｍｎ添加によって犠牲腐食材（１０ｃ）の強度確保を図ることができるとともに、Ｚｎ添加によって電位が卑となり、犠牲腐食効果を発揮できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本実施形態は車両用空調装置の蒸発器に本発明を適用した例であり、最初に、車両用空調装置の蒸発器の概要を図１〜図３により説明すると、蒸発器は冷媒が流れる多数本のチューブ１０の長手方向の両端部をヘッダータンク１１内部に連通させた状態にてチューブ１０とヘッダータンク１１をろう付けにより接合している。

チューブ１０は本例では図３（ａ）に示すように１枚のアルミニウム板材を折り曲げることにより断面偏平状の通路形状を形成するようになっている。チューブ１０の偏平断面の一端部に通路形状の結合部をなす合わせ面１０ａが設けてある。

ヘッダータンク１１は、チューブ１０の積層方向（図１、図２の左右方向）に延びる細長いタンク形状になっており、このタンク形状の内部にチューブ１０の長手方向の両端部を連通させる連通空間を構成する。ヘッダータンク１１には、図２に示すようにチューブ１０の長手方向の両端部を挿入する偏平状の貫通穴１１ａが開けてある。

この貫通穴１１ａにチューブ１０の長手方向の両端部を挿入して、貫通穴１１ａの部位にてヘッダータンク１１とチューブ１０とをろう付けするようになっている。

多数本のチューブ１０の相互間には、アウターフィンをなすフィン１２がチューブ長手方向に延びるように配置される。このフィン１２はアルミニウム板材を波形状に折り曲げ成形したコルゲートフィンであり、その波形状の頂部は左右両隣りのチューブ１０の外側面に接触してろう付けされる。

蒸発器では、チューブ１０とフィン１２により構成される熱交換コア部の空隙部を空気が図１の矢印Ａ方向に送風され、この送風空気とチューブ１０内を通過する冷媒とが、チューブ１０およびフィン１２を介して熱交換を行って、冷媒の蒸発潜熱が送風空気から吸熱されて、送風空気が冷却される。

次に、図３（ｂ）、図４および図５に基づいてチューブ１０およびフィン１２の具体的な材料構成を説明する。チューブ１０は図３（ｂ）に示すように芯材１０ｂと、芯材１０ｂの一方の面にクラッドされた犠牲腐食材１０ｃと、芯材１０ｂの他方の面にクラッドされたＭｇ拡散防止材１０ｄと、このＭｇ拡散防止材１０ｄ上にクラッドされたろう材１０ｅとを有する板材（多層クラッド材）にて構成される。

ここで、犠牲腐食材１０ｃは、芯材１０ｂのうちチューブ１０の外側面（空気側の面）となる一方の面にクラッドされ、Ｍｇ拡散防止材１０ｄおよびろう材１０ｅは、芯材１０ｂのうちチューブ１０の内側面（冷媒側の面）となる他方の面にクラッドされる。

図４はチューブ１０の芯材１０ｂの具体的な材料組成として、芯材１〜芯材７の７例を示している。ここで、芯材１は比較例であり、Ｍｇを添加していない。これに対し、芯材２〜芯材７は本実施形態による比較的高濃度のＭｇを含有する材料組成である。

また、図５はチューブ１０の外側および内側クラッド材である犠牲腐食材１０ｃ、Ｍｇ拡散防止材１０ｄおよびろう材１０ｅの具体的な材料組成例と、フィン１２の具体的な材料組成例とを示している。なお、図４、図５の各化学成分の添加量は質量％であり、残部のＡｌ量は不可避的な不純物を含んでいる。図４、図５において記号（−）は、添加量が０．０質量％であること、あるいは不可避的な僅少量であることを示している。

チューブ１０の芯材１０ｂは、図４の芯材２〜芯材７に示すようにいずれも比較的高濃度のＭｇを含有した高強度アルミニウム合金、具体的にはＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金である。

ここで、Ｍｇ添加量の下限値は、芯材強度の確保のために、図６の引張強度特性から０．１質量％以上、より好ましくは、０．３質量％以上とするのがよい。これに対し、Ｍｇ添加量の上限値は、ろう付け性の確保のために、図７（ｃ）の隙間充填長さＬが１０ｍｍ以上となる１．０質量％以下、より好ましくは、０．７質量％以下とするのがよい。

また、Ｍｎは芯材１０ｂ中に強度向上のために添加される。Ｍｎ添加量の下限値は芯材強度の確保のために０．８質量％以上とするのがよい。Ｍｎ添加量の増加により芯材強度を向上できるが、その反面、Ｍｎ添加量の増加により芯材の圧延加工性を阻害する。そこで、この圧延加工性の確保のために、Ｍｎ添加量の上限値は１．８質量％以下とするのがよい。

また、Ｆｅも芯材１０ｂ中に強度向上のために添加される。Ｆｅ添加量の下限値は芯材強度の確保のために０．５質量％以上とするのがよい。一方、Ｆｅ添加量が１．０質量％を超えると、Ｆｅ添加に伴う芯材１０ｂの自己腐食性が増加するので、好ましくない。よって、Ｆｅ添加量の上限値は１．０質量％以下とするのがよい。

また、Ｓｉも芯材１０ｂ中に強度向上のために添加される。Ｓｉ添加量の下限値は芯材強度の確保のために０．７質量％以上とするのがよい。但し、Ｓｉ添加量が１．１質量％を超えると、芯材１０ｂの耐食性が低下するとともに芯材１０ｂの融点が低下して、ろう付け時に芯材１０ｂの局部溶融が生じやすくなる。そこで、Ｓｉ添加量の上限値は１．１質量％以下とするのがよい。

また、Ｃｕは、芯材１０ｂの強度向上および耐食性向上のために添加される。すなわち、Ｃｕの添加によって芯材１０ｂの電位をより一層貴な方向に変化させ、これにより、芯材１０ｂと犠牲腐食材１０ｃとの電位差を拡大して、犠牲腐食による防食効果を増大させる。但し、Ｃｕ添加量が０．８質量％を超えると、芯材１０ｂの耐食性が低下するとともに芯材１０ｂの融点が低下して、ろう付け時に芯材１０ｂの局部溶融が生じやすくなる。そこで、Ｃｕ添加量の上限値は０．８質量％以下とするのがよい。

また、ＺｒおよびＣｒは、芯材１０ｂの結晶粒度を粗大化し、芯材１０ｂにＭｇが添加された場合にＭｇのろう付け加熱中の粒界拡散を抑制して芯材強度の低下を防止するもので、この強度低下の防止作用の確保のためにＺｒ添加量およびＣｒ添加量の下限値は０．０２質量％以上とするのがよい。

また、ＺｒおよびＣｒの添加量を増加しても上記作用は大きく変わらないので、材料コスト低減のために、Ｚｒ添加量およびＣｒ添加量の上限値は０．３質量％以下とするのがよい。

また、Ｔｉは芯材１０ｂの板厚方向に濃度の高い領域と低い領域とに別れて層状に分布する。このようなＴｉの層状分布によって芯材１０ｂの腐食形態を層状にして、芯材１０ｂの板厚方向への腐食の進行を抑制する。

このような腐食進行の抑制作用の確保のために、Ｔｉ添加量の下限値は０．０５質量％以上とするのがよい。また、Ｔｉ添加量の上限値は、芯材１０ｂの圧延加工性確保のために０．４質量％以下とするのがよい。

そして、外側クラッド層をなす犠牲腐食材１０ｃは、図５に示すように具体的にはＺｎを４．０質量％添加したアルミニウム合金である。ここで、犠牲腐食材１０ｃはＺｎの添加により芯材１０ｂよりも電位が卑となって、芯材１０ｂに対する犠牲腐食作用を発揮する。

ここで、Ｚｎ添加量の下限値は犠牲腐食作用の確保のために０．５質量％以上とするのがよい。また、Ｚｎ添加量の上限値は、犠牲腐食材１０ｃの自己腐食性を抑制するために１０．０質量％以下とするのがよい。

犠牲腐食材１０ｃにＭｎを添加するのは強度確保のためであり、Ｍｎ添加量の好ましい範囲は、芯材１０ｂの場合と同様の理由から０．８〜１．８質量％である。

内側クラッド層をなすＭｇ拡散防止材１０ｄはＭｇを添加していないアルミニウム合金であって、少なくともＭｎを強度確保のため添加している。このＭｎ添加量の好ましい範囲は、芯材１０ｂの場合と同様の理由から０．８〜１．８質量％である。

また、内側クラッド層をなすろう材１０ｅは、一般的なＡｌ−Ｓｉ系合金であり、ＳｉがＡｌと共晶合金を形成することにより、ろう材１０ｅの融点は芯材１０ｂの融点よりも所定温度低い温度となる。

なお、本実施形態では、チューブ１０用板材の板厚ｔ、すなわち、外側および内側のクラッド層１０ｃ、１０ｄ、１０ｅを含む多層クラッド材の全板厚ｔ（図３（ｂ）参照）は０．２０ｍｍであって、外側クラッド層である犠牲腐食材１０ｃのクラッド率を２０％とし、内側クラッド層であるＭｇ拡散防止材１０ｄおよびろう材１０ｅの合計クラッド率も２０％としている。従って、犠牲腐食材１０ｃの厚さは０．０４ｍｍとなり、Ｍｇ拡散防止材１０ｄおよびろう材１０ｅの合計厚さも０．０４ｍｍとなる。

一方、フィン１２を構成する板材は、ろう材をクラッドしていないアルミニウムベア材からなる。このフィン用アルミニウムベア材は、図５に示すようにＭｇを添加していないＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金である。このフィン用アルミニウムベア材にＺｎを２．０質量％添加しているのは、フィン１２自体によってチューブ１０に対する犠牲腐食効果を発揮するためである。なお、フィン１２の板厚（フィン用アルミニウムベア材の板厚）は０．０５ｍｍである。

チューブ１０用板材の外側面、すなわち、犠牲腐食材１０ｃのクラッド層表面には、チューブ１０とフィン１２とのろう付けを行うためのろう材粉末とフラックスとの混合組成物１０ｆを塗布している。ここで、ろう材粉末は具体的にはＳｉ粉末である。ろう材粉末としてＳｉ粉末を単独で用いてもよいが、Ｓｉ粉末とＡｌ粉末との混合粉末をろう材粉末として用いてもよい。

また、フラックスはフッ化物系のフラックス（非腐食性フラックス）であって、より具体的には、ＫＡｌＦ4、Ｋ３ＡｌＦ６、Ｋ２ＡｌＦ５、ＡｌＦ３、ＫＺｎＦ３、ＣｓＡｌＦおよびＣｓＫＡｌＦのうち、いずれか１つの単体、または複数の混合物を用いる。

また、チューブ１０用板材の内側面、すなわち、ろう材１０ｅのクラッド層表面にはフラックス１０ｇを塗布している。このフラックス１０ｇは上記混合組成物１０ｆのフラックスと同じもの（フッ化物系フラックス）である。

なお、ヘッダータンク１１はチューブ１０等を支持する強度部材であるため、その板厚は上記チューブ１０およびフィン１２に比して十分大きく、例えば０．６ｍｍである。ヘッダータンク１１は、芯材の両面にろう材をクラッドした両面クラッド材により構成される。

次に、本実施形態によるアルミニウム熱交換器の製造方法を説明する。本実施形態による製造方法は、（１）熱交換器構成部品への混合組成物１０ｆ、フラックス１０ｇ等の塗布工程および各部品の成形工程と、（２）熱交換器構成部品の組付工程と、（３）ろう付け工程とに大別される。

最初に、各部品のフラックス等の塗布工程および各部品の成形工程について説明すると、チューブ１０用板材は、芯材１０ｂと、外側クラッド層である犠牲腐食材１０ｃと、内側クラッド層であるＭｇ拡散防止材１０ｄおよびろう材１０ｅとからなる多層クラッド材であり、この多層クラッド材が平板状であるときに、その外側面（犠牲腐食材１０ｃの表面）にろう材用のＳｉ粉末とフッ化物系フラックスとの混合組成物１０ｆを塗布する。

ここで、混合組成物１０ｆの塗布に際しては、樹脂系のバインダを含む溶剤中にＳｉ粉末とフラックス粉末とを溶かし込んだ適度の粘度を持つ溶液を作り、この混合組成物１０ｆの溶液を、ロールコート法、噴霧法等の公知の方法によりチューブ１０用板材の外側面に塗布する。ここで、溶液とはペースト状のものを含む。

また、チューブ１０用板材の内側面（ろう材１０ｅの表面）には、フラックス１０ｇを塗布する。このフラックス１０ｇの塗布に際しても、具体的には樹脂系のバインダを含む溶剤中にフラックス粉末を溶かし込んだ適度の粘度を持つフラックス１０ｇの溶液を上記公知の方法にてチューブ１０用板材の内側面に塗布すればよい。

このように、混合組成物１０ｆとフラックス１０ｇを塗布した後に、チューブ１０用板材を図３（ａ）に示すように断面扁平な通路形状となるように曲げ成形し、かつ、その曲げ端部に合わせ面１０ａを成形する。

フィン１２用板材は前述のアルミニウムベア材をそのまま波状に曲げ成形してコルゲートフィンを形成する。

ヘッダータンク１１用板材は前述のクラッド材を図２に示すタンク形状に成形する。ヘッダータンク１１用板材にもフラックス（具体的にはフッ化物系フラックス）を上記公知の方法にて塗布する。

次に、組付工程を説明すると、熱交換器のチューブ１０、ヘッダータンク１１、フィン１２等の各部品を図１、図２に示す所定構造に組み付け、その組付体（仮の組付状態）をワイヤ等の治具により締結して保持する。

次に、ろう付け工程を説明すると、上記組付体を治具にて保持してろう付け用加熱炉内に搬入して、上記組付体をろう付け温度に加熱することにより、熱交換器の各部品間を一体ろう付けする。

ここで、チューブ１０の外側面（犠牲腐食材１０ｃの表面）に塗布されたＳｉ粉末は、犠牲腐食材１０ｃのＡｌと反応して共晶合金を作り、ろう付け温度にて溶融することによりろう材としての役割を果たす。すなわち、この混合組成物１０ｆのＳｉ粉末を用いて、チューブ１０とフィン１２とをろう付けすることができる。

また、チューブ１０の合わせ面相互間は、チューブ１０の内側面にクラッドされたろう材１０ｆにてろう付けすることができる。

また、ヘッダータンク１１とチューブ１０の両端部との間は、ヘッダータンク１１にクラッドされたろう材およびチューブ１０側の混合組成物１０ｆのＳｉ粉末を用いてろう付けすることができる。

このろう付け工程において、チューブ１０の外側面（犠牲腐食材１０ｃの表面）に塗布された混合組成物１０ｆのフラックス粉末、チューブ１０の内側面に塗布されたフラックス１０ｆ、およびヘッダータンク１１に塗布されたフラックスはろう付け温度で溶融状態（液体状態）となって、各部品間の接合面に均一に行き渡る。

この溶融フラックス成分により、各部品のアルミニウム材表面の酸化皮膜を還元して、溶融ろう材とアルミニウム母材表面との間の濡れ性を良好にする。また、ろう付け用加熱炉内はＮ₂ガス等の不活性ガスの雰囲気に維持されており、アルミニウム材表面の再酸化を防止する。以上により、各部品相互間の良好なろう付け性を確保する。

また、上記各部のフラックスはいずれもフッ化物系フラックスであり、このフッ化物系フラックスはアルミニウム材に対して非腐食性であるから、ろう付け後のフラックス残留物除去のための水洗工程を廃止、若しくは簡略化できる。

ところで、本実施形態によると、チューブ１０用の板材である多層クラッド材の芯材１０ｂには芯材強度の向上のために、比較的高濃度のＭｇを添加しているが、この芯材中のＭｇが外側混合組成物１０ｆのフッ化物フラックスおよび内側フラックス１０ｆのＦと反応することを良好に抑制できる。

すなわち、チューブ芯材１０ｂの外側面にはＭｇを添加していない犠牲腐食材１０ｃをクラッドしているため、ろう付け加熱時に芯材１０ｂのＭｇが拡散するとしても、そのＭｇの拡散を犠牲腐食材１０ｃの板厚範囲内にほぼ抑えて、Ｍｇが外側混合組成物１０ｆのフッ化物フラックスのＦと直接反応することを抑制できる。

同様に、チューブ芯材１０ｂの内側面にもＭｇを添加していないＭｇ拡散防止材１０ｄをクッラドしているため、ろう付け加熱時に芯材１０ｂ中のＭｇの拡散をＭｇ拡散防止材１０ｄの板厚範囲内にほぼ抑えて、Ｍｇが内側フラックス（フッ化物フラックス）１０ｆのＦと直接反応することを抑制できる。

以上により、ろう付け加熱時にフッ化Ｍｇ化合物の生成を抑制できるので、このフッ化Ｍｇ化合物の生成に起因するろう付け性の低下を抑制できる。

なお、図７（ｂ）の水平板の本発明の具合例は、比較的高濃度のＭｇを添加したＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金からなる芯材１０ｂと上記Ｍｇを添加していないＡｌ−Ｍｎ−Ｚｎ−Ｓｉ系合金からなる犠牲腐食材１０との組み合わせ例を示している。

この組み合わせ例によると、図７（ｃ）に示すように、芯材１０ｂへのＭｇ添加量を１．０質量％まで増加しても、隙間充填長さＬを１０ｍｍとすることができ、必要なろう付け性を確保できる。換言すると、本発明では、Ｍｇ添加量を１．０質量％まで増加しても、従来技術におけるＭｇ添加量＝０．３質量％相当のろう付け性を確保できるのである。

図７（ｂ）には図示していないが、チューブ芯材１０ｂの内側面にＭｇ拡散防止材１０ｄを介してろう材１０ｆをクラッドする構成においても、芯材１０ｂへのＭｇ添加量を１．０質量％まで増加しても、隙間充填長さＬを１０ｍｍとすることができ、必要なろう付け性が得られることを確認している。

以上によって、芯材１０ｂに比較的高濃度のＭｇを添加することによってチューブ用板材の強度向上を図ると同時に、Ｍｇとフッ化物フラックスのＦとの反応を抑制して、必要なろう付け性を確保できる。因みに、Ｍｇ添加量を１．０質量％まで増加すると、チューブ１０用の板材（多層クラッド材）の引張強度は、図６から分かるように３３０ＭＰａ程度まで向上できる。

なお、図４の最右欄に示すように、Ｍｇを添加していない芯材１（比較例）を有する多層クラッド材の引張強度は１６７ＭＰａという低い値になっている。これに対し、本実施形態による比較的高濃度のＭｇを添加した芯材２〜芯材７を有する多層クラッド材の引張強度は２００〜３００ＭＰａの範囲であり、芯材１に比較して大幅に高い値になっている。

また、本実施形態では、チューブ１０とフィン１２を外側混合組成物１０ｆのろう材粉末を用いてろう付けするから、チューブ１０用の板材およびフィン１２用の板材のいずれにもろう材をクラッドする必要がない。

このため、チューブ１０用の板材の外側面には犠牲腐食材１０ｃのみをクラッドすればよく、そのため、チューブ１０用の板材を薄肉化しても犠牲腐食材１０ｃの必要厚さを十分確保できる。

そのため、ろう付け加熱時に外側混合組成物１０ｆのろう材粉末であるＳｉ粉末が犠牲腐食材１０ｃのＡｌと反応してＡｌ−Ｓｉ合金を生成し、ろう材の役割を果たす際に、Ｓｉ粉末による溶解孔が犠牲腐食材１０ｃに発生して、犠牲腐食材１０ｃの板厚が減少しても、犠牲腐食材１０ｃのろう付け後の残存板厚をチューブ耐食性の確保のために必要な大きさにできる。

これにより、チューブ１０の耐食性（チューブ孔食防止効果）を十分確保できる。この結果、チューブ１０の耐食性確保と、チューブ１０の軽量化、材料コストの低減とを両立できる。

なお、外側混合組成物１０ｆのろう材粉末としてＳｉ粉末とＡｌ粉末との混合粉末を用いてもよく、この場合は、ろう付け加熱時にＳｉ粉末がＡｌ粉末と反応してＡｌ−Ｓｉ系合金（ろう材）を生成するから、Ｓｉ粉末ろうによる犠牲腐食材１０ｃの溶解深さを減少できる。従って、犠牲腐食材１０ｃのろう付け後の残存厚さを確保しやすくなるという利点がある。

また、フィン１２を、ろう材をクラッドしていないアルミニウムベア材で構成するから、ろう材をクラッドしたクラッド材でフィン１２を構成する場合に比較して、ろう材成分であるＳｉのフィン材への拡散を格段と抑制でき、これにより、フィン１２の粒界腐食を防止できる。

また、チューブ１０を板材にて構成しているから、チューブ１０用板材の芯材１０ｂを、比較的高濃度のＭｇを含有した高強度のアルミニウム合金で構成しても押出多孔チューブのような押出成形性の低下といった不具合が発生しない。従って、チューブ１０の強度を向上できると同時に、チューブ１０を高い生産性で効率よく成形できる。

また、チューブ１０用板材の芯材１０ｂの内側面にクラッドしたろう材１０ｅによりチューブ１０の合わせ面１０ａをろう付けできるから、この合わせ面１０ａのろう付けのために他からろう材を特別に供給することなく、チューブ１０用板材自身のろう材１０ｅで合わせ面１０ａを簡単にろう付けできる。

（他の実施形態）
なお、上記の実施形態では、チューブ１０を板材により構成するに際して、１枚の板材を折り曲げて断面扁平状の通路形状を構成する場合を説明したが、２枚の板材を張り合わせてチューブ１０の断面扁平状の通路形状を構成してもよい。

また、本発明は、車両用空調装置のアルミニウム熱交換器に限らず、種々な用途のアルミニウム熱交換器に広く適用できるものである。

本発明を適用する車両空調用蒸発器の斜視図である。 図１の一部の模式的な概略破断斜視図である。 （ａ）は本発明の一実施形態におけるチューブの破断斜視図、（ｂ）はチューブ材の断面図である。 本発明の一実施形態におけるチューブ用芯材の具体的材料組成を例示する図表である。 本発明の一実施形態におけるチューブクラッド層およびフィン材の具体的材料組成を例示する図表である。 チューブ用クラッド材の引張強度と芯材へのＭｇ添加量との関係を示すグラフである。 （ａ）は隙間充填試験の概要説明図、（ｂ）は（ａ）の隙間充填試験に用いる水平板の説明図、（ｃ）は隙間充填長さと芯材へのＭｇ添加量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…チューブ、１０ａ…合わせ面、１０ｂ…芯材、１０ｃ…犠牲腐食材、
１０ｄ…Ｍｇ拡散防止材、１０ｅ…ろう材、
１０ｆ…ろう材粉末とフラックスとの混合組成物、１２…フィン。

Claims (9)

1. 板材にて構成されるチューブ（１０）と、板材にて構成されるフィン（１２）とをろう付けするアルミニウム熱交換器において、
   前記チューブ（１０）用の板材は、０．１〜１．０質量％のＭｇを含有する高強度アルミニウム合金からなる芯材（１０ｂ）と、前記芯材（１０ｂ）のうち、前記チューブ（１０）の外側面となる一方の面にクラッドされた犠牲腐食材（１０ｃ）と、前記芯材（１０ｂ）のうち、前記チューブ（１０）の内側面となる他方の面にクラッドされたＭｇ拡散防止材（１０ｄ）と、前記Ｍｇ拡散防止材（１０ｄ）上にクラッドされたろう材（１０ｅ）とを有する多層クラッド材であり、
   前記フィン（１２）用の板材は、ろう材をクラッドしていないアルミニウムベア材であり、
   前記チューブ（１０）と前記フィン（１２）は、ろう材粉末とフッ化物系フラックスとを用いてろう付けされ、
   また、前記チューブ（１０）用の板材の合わせ面（１０ａ）は前記ろう材（１０ｅ）とフッ化物系フラックスとを用いてろう付けされることを特徴とするアルミニウム熱交換器。
2. 前記ろう材粉末と前記フッ化物系フラックスとを混合した混合組成物（１０ｆ）を、前記チューブ（１０）用の板材のうち、前記犠牲腐食材（１０ｃ）の表面に塗布することにより、前記チューブ（１０）と前記フィン（１２）とがろう付けされることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム熱交換器。
3. 前記ろう材粉末はＳｉ粉末であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム熱交換器。
4. 前記ろう材粉末はＳｉ粉末とＡｌ粉末との混合粉末であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム熱交換器。
5. 前記Ｍｇ拡散防止材（１０ｄ）上のろう材（１０ｅ）は、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のアルミニウム熱交換器。
6. 前記芯材（１０ｂ）は、０．３〜０．７質量％のＭｇと、０．８〜１．８質量％のＭｎとを含有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のアルミニウム熱交換器。
7. 前記芯材（１０ｂ）は、更に、０．７〜１．１質量％のＳｉと、０．５〜１．０質量％のＦｅと、０．８質量％以下のＣｕと、０．０２〜０．３質量％のＺｒと、０．０２〜０．３質量％のＣｒと、０．０５〜０．４質量％のＴｉのうち、１種または２種以上含有することを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム熱交換器。
8. 前記Ｍｇ拡散防止材（１０ｄ）はＭｇを含有していないアルミニウム合金であって、少なくとも０．８〜１．８質量％のＭｎを含有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のアルミニウム熱交換器。
9. 前記犠牲腐食材（１０ｃ）はＭｇを含有していないアルミニウム合金であって、少なくとも０．８〜１．８質量％のＭｎおよび０．５〜１０．０質量％のＺｎを含有し、前記芯材（１０ｂ）よりも電位が卑であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のアルミニウム熱交換器。

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