JP2006348358A - 熱交換器用アルミニウム合金押出材、及びそれを用いた熱交換器用扁平多穴管と熱交換器用ヘッダー - Google Patents
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Abstract
【課題】 押出性、ろう付性及び加工性に優れながら高い強度特性を有する熱交換器用アルミニウム合金押出材、及びそれを用いた熱交換器用扁平多穴管と熱交換器用ヘッダーを提供する。
【解決手段】 重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる構成とし、更に必要に応じて、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなる構成としている。また、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、強度特性が一層向上する。
【選択図】 無し
【解決手段】 重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる構成とし、更に必要に応じて、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなる構成としている。また、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、強度特性が一層向上する。
【選択図】 無し
Description
本発明は、熱交換器用アルミニウム合金押出材、及びそれを用いた熱交換器用扁平多穴管と熱交換器用ヘッダーに関する。
一般に、カーエアコン用コンデンサ等、アルミニウム合金製熱交換器の組立接合工程においては、ろう付による接合方法が用いられている。
このような、熱交換器用アルミニウム合金材のろう付工程においては、アルミニウム合金材の融点(約660℃)より低いものの、溶加材の融点に近い高温(約600℃)で加熱処理されるため、ろう付された後の部材強度を高く保つのが困難になる可能性がある。このため、通常、部材の肉厚を厚くすることにより、要求される強度を満たすよう対処している。
このような、熱交換器用アルミニウム合金材のろう付工程においては、アルミニウム合金材の融点(約660℃)より低いものの、溶加材の融点に近い高温(約600℃)で加熱処理されるため、ろう付された後の部材強度を高く保つのが困難になる可能性がある。このため、通常、部材の肉厚を厚くすることにより、要求される強度を満たすよう対処している。
高い強度を有するアルミニウム合金としては、Al−Cu系合金や、Al−Zn−Mg系合金等が挙げられる。しかしながら、これらのアルミニウム合金は固相線温度が低いため、ろう付時に融解が起こるおそれがある。また、Al−Mg系合金は、固相線温度が低いのに加え、表面酸化被膜が厚めで強固なため、ろう付には不向きである。
上述の事情により、熱交換器用のアルミニウム材としては、純アルミニウム(例えば、1050)や、Al−Mn系合金(例えば、3003)等の低強度〜中強度のアルミニウム合金が使用されていた。
このようなアルミニウム合金材の外表面に、Si粉末とZn含有フラックスとが含まれたフラックス層を形成し、ろう付け時にSi粉末が溶融してろう液となり、このろう液にフラックス中のZnが均一に拡散してチューブ表面に均一に広がり、均一な犠牲陽極層が形成される構成としたものが提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2004−330233号公報
特許文献1に記載された熱交換器チューブ用のアルミニウム合金材は、上述の構成により、アルミニウム合金材の耐食性を向上することができる。
しかしながら、特許文献1に記載のアルミニウム合金材の構成では、耐食性は向上するものの、高い強度特性が得られないおそれがある。
しかしながら、特許文献1に記載のアルミニウム合金材の構成では、耐食性は向上するものの、高い強度特性が得られないおそれがある。
また、アルミニウム合金押出材からなり、コンデンサのチューブに用いられる押出扁平多穴管では、高さ1〜2mm、幅16〜40mmの断面寸法の中に、押出方向に沿って連続的に通ずる15〜30個程度のミクロな穴を設けるものであり、非常に高度な押出加工性が求められる。
このため、従来、コンデンサ用として用いられてきた材料では、純アルミニウム、或いはアルミニウムにMn、Cu等を少量添加して強度を向上させたアルミニウム合金が主流となっており、強度を主体として特性向上を図ることが困難であった。また、ろう付後の強度を向上させ、素材を薄肉化するのもほぼ限界に近い状態であった。
このため、従来、コンデンサ用として用いられてきた材料では、純アルミニウム、或いはアルミニウムにMn、Cu等を少量添加して強度を向上させたアルミニウム合金が主流となっており、強度を主体として特性向上を図ることが困難であった。また、ろう付後の強度を向上させ、素材を薄肉化するのもほぼ限界に近い状態であった。
一方、近年の自動車の軽量化により、自動車用の熱交換器も軽量化が求められており、これに対応すべく軽量化するのに加え、材料コスト低減を目的とした薄肉化が要求されている。このため、押出性、ろう付性及び加工性を低下させずに強度を向上させたアルミニウム合金材が求められていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、押出性、ろう付性及び加工性に優れながら高い強度特性を有する熱交換器用アルミニウム合金押出材、及びそれを用いた熱交換器用扁平多穴管と熱交換器用ヘッダーを提供することを目的とする。
本出願人は、押出性、ろう付性、加工性及び強度特性の何れの特性も優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材を得るべく検討を重ね、以下の構成の熱交換器用アルミニウム合金押出材、及びそれを用いた熱交換器用扁平多穴管と熱交換器用ヘッダーを得るに至った。
(1)請求項1に記載の発明
重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなることを特徴とする押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(2)請求項2に記載の発明
前記熱交換器用アルミニウム合金押出材は、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなることを特徴とする請求項1に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(3)請求項3に記載の発明
前記熱交換器用アルミニウム合金押出材は、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなることを特徴とする請求項1又は2に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(4)請求項4に記載の発明
前記熱交換器用アルミニウム合金押出材の外表面には、粉末ろう及びフッ化物系フラックスの内、少なくとも1種類以上を含むろう付用組成物が塗布されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(5)請求項5に記載の発明
前記ろう付用組成物は、粉末ろうが、Al−Si合金粉末、又は純Si粉末、或いは両者の混合粉末であり、且つ、該混合粉末全体のSi含有比率が、重量%で6%以上であり、
フッ化物系フラックスが、K1−3AlF4−6、ZnF2、KZnF3の内、何れかを単独、或いは2種類以上を混合した成分の粉末からなることを特徴とする請求項4に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(6)請求項6に記載の発明
前記ろう付用組成物は、アクリル系樹脂バインダ及び該アクリル系樹脂バインダを希釈する溶媒によって混合され、前記アルミニウム合金押出材の表面に塗布されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(7)請求項7に記載の発明
請求項1〜6の何れかに記載の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えたことを特徴とする熱交換器用扁平多穴管。
(8)請求項8に記載の発明
請求項1〜6の何れかに記載の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えたことを特徴とする熱交換器用ヘッダー。
(1)請求項1に記載の発明
重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなることを特徴とする押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(2)請求項2に記載の発明
前記熱交換器用アルミニウム合金押出材は、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなることを特徴とする請求項1に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(3)請求項3に記載の発明
前記熱交換器用アルミニウム合金押出材は、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなることを特徴とする請求項1又は2に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(4)請求項4に記載の発明
前記熱交換器用アルミニウム合金押出材の外表面には、粉末ろう及びフッ化物系フラックスの内、少なくとも1種類以上を含むろう付用組成物が塗布されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(5)請求項5に記載の発明
前記ろう付用組成物は、粉末ろうが、Al−Si合金粉末、又は純Si粉末、或いは両者の混合粉末であり、且つ、該混合粉末全体のSi含有比率が、重量%で6%以上であり、
フッ化物系フラックスが、K1−3AlF4−6、ZnF2、KZnF3の内、何れかを単独、或いは2種類以上を混合した成分の粉末からなることを特徴とする請求項4に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(6)請求項6に記載の発明
前記ろう付用組成物は、アクリル系樹脂バインダ及び該アクリル系樹脂バインダを希釈する溶媒によって混合され、前記アルミニウム合金押出材の表面に塗布されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
(7)請求項7に記載の発明
請求項1〜6の何れかに記載の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えたことを特徴とする熱交換器用扁平多穴管。
(8)請求項8に記載の発明
請求項1〜6の何れかに記載の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えたことを特徴とする熱交換器用ヘッダー。
本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出材では、重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる構成としている。
これにより、ろう付後のアルミニウム合金押出材の機械的強度が向上し、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた合金押出材が得られる。
従って、熱交換器用アルミニウム合金押出材の薄肉化、及び軽量化が可能となり、また、信頼性が向上する。
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出材では、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、ろう付性、及び強度特性が一層向上する。
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出材では、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、強度特性が一層向上する。
本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えた熱交換器用扁平多穴管及び熱交換器用ヘッダーでは、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた合金押出材の採用によって一層の軽量化、及び薄肉化が可能となり、また、熱交換器の信頼性が向上する。
これにより、ろう付後のアルミニウム合金押出材の機械的強度が向上し、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた合金押出材が得られる。
従って、熱交換器用アルミニウム合金押出材の薄肉化、及び軽量化が可能となり、また、信頼性が向上する。
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出材では、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、ろう付性、及び強度特性が一層向上する。
また、本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出材では、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、強度特性が一層向上する。
本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えた熱交換器用扁平多穴管及び熱交換器用ヘッダーでは、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた合金押出材の採用によって一層の軽量化、及び薄肉化が可能となり、また、熱交換器の信頼性が向上する。
以下、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出材の実施の形態について説明する。
本実施形態の、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材(以下、アルミ合金押出材と略称することがある)は、重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなって概略構成される。
また、本実施形態のアルミ合金押出材では、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなる構成とすることができる。
また、本実施形態のアルミ合金押出材では、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなる構成とすることができる。
また、本実施形態のアルミ合金押出材の表面に、粉末ろう及びフッ化物系フラックスの内、少なくとも1種類以上を含むろう付用組成物が塗布されてなる構成としても良い。
また、ろう付用組成物は、粉末ろうが、Al−Si合金粉末、又は純Si粉末、或いは両者の混合粉末であり、且つ、該混合粉末全体のSi含有比率が、重量%で6%以上であり、フッ化物系フラックスが、K1−3AlF4−6、ZnF2、KZnF3の内、何れかを単独、或いは2種類以上を混合した成分の粉末からなる構成することができる。
また、ろう付用組成物は、アクリル系樹脂バインダ及び該アクリル系樹脂バインダを希釈する溶媒によって混合され、アルミ合金押出材の表面に塗布された構成とすることができる。
本実施形態の、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材(以下、アルミ合金押出材と略称することがある)は、重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなって概略構成される。
また、本実施形態のアルミ合金押出材では、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなる構成とすることができる。
また、本実施形態のアルミ合金押出材では、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなる構成とすることができる。
また、本実施形態のアルミ合金押出材の表面に、粉末ろう及びフッ化物系フラックスの内、少なくとも1種類以上を含むろう付用組成物が塗布されてなる構成としても良い。
また、ろう付用組成物は、粉末ろうが、Al−Si合金粉末、又は純Si粉末、或いは両者の混合粉末であり、且つ、該混合粉末全体のSi含有比率が、重量%で6%以上であり、フッ化物系フラックスが、K1−3AlF4−6、ZnF2、KZnF3の内、何れかを単独、或いは2種類以上を混合した成分の粉末からなる構成することができる。
また、ろう付用組成物は、アクリル系樹脂バインダ及び該アクリル系樹脂バインダを希釈する溶媒によって混合され、アルミ合金押出材の表面に塗布された構成とすることができる。
本実施形態のアルミ合金押出材は、上述の成分組成を有し、図2に示す例のように、内部に流通孔13aが複数形成された扁平型のチューブ13をなすアルミ合金押出材1として用いることができ、また、図3に示す例のように、上下面に後述のろう付用組成物3が塗布されたチューブ23をなすアルミ合金押出材2として用いることができる。
図1に示すように、本実施形態のアルミ合金押出材が用いられる熱交換器10は、離間して左右に配置されている一対のヘッダータンク(ヘッダー)11a、11bと、該ヘッダータンク11a、11bの間に互いに並行に間隔をあけて設けられたアルミニウム合金製の複数の扁平型のチューブ(扁平多穴管)13(23)と、これら隣接するチューブ13(23)とチューブ13(23)との間に架設されるように設けられた波形のフィン14とから概略構成されている。
そして、熱交換器10において、ヘッダータンク11a、11bとチューブ13(23)は、ヘッダータンク11a、11bの側面に複数整列形成された図示略のスロット(差込孔)に各チューブ13(23)の端部を差し込み、差込部分の周りに配置したろう材を用いて両者を相互にろう付して組み立てられる。また、チューブ13(23)とフィン14は、チューブ13とろう材がクラッドされたフィンとを接合することで組み立てられるか、或いは、図3に示すような、上下面に後述のろう付用組成物3を塗布したチューブ23を用いて、両者を相互にろう付することで組み立てられている。
図1に示すような構造の熱交換器10は、チューブ13(図2参照)又はチューブ23(図3参照)の内部に複数形成された流通孔13aとヘッダータンク11a、11bの内部空間を介して冷媒を循環させ、フィン14を介して効率良く熱交換ができるように構成されている。
本実施形態のアルミ合金押出材1、2は、上述のチューブ13、23の他、ヘッダータンク11a、11bをなす材料として用いることができる。
そして、熱交換器10において、ヘッダータンク11a、11bとチューブ13(23)は、ヘッダータンク11a、11bの側面に複数整列形成された図示略のスロット(差込孔)に各チューブ13(23)の端部を差し込み、差込部分の周りに配置したろう材を用いて両者を相互にろう付して組み立てられる。また、チューブ13(23)とフィン14は、チューブ13とろう材がクラッドされたフィンとを接合することで組み立てられるか、或いは、図3に示すような、上下面に後述のろう付用組成物3を塗布したチューブ23を用いて、両者を相互にろう付することで組み立てられている。
図1に示すような構造の熱交換器10は、チューブ13(図2参照)又はチューブ23(図3参照)の内部に複数形成された流通孔13aとヘッダータンク11a、11bの内部空間を介して冷媒を循環させ、フィン14を介して効率良く熱交換ができるように構成されている。
本実施形態のアルミ合金押出材1、2は、上述のチューブ13、23の他、ヘッダータンク11a、11bをなす材料として用いることができる。
以下、本実施形態のアルミ合金押出材1、2及びろう付用組成物3について詳しく説明する。
[アルミニウム合金押出材]
アルミ合金押出材1、2はScとMnとが含有され、残部Al及び不可避的不純物が含有された成分組成となっている。更に必要に応じて、Si、Cu、Mg、Zrの内、少なくとも1種又は2種以上の元素を含有し、また、更に、Ti、Cr、Vの内、少なくとも1種又は2種以上の元素を含有した成分組成としても良い。
以下、アルミ合金押出材1、2の組成限定理由について説明する。
アルミ合金押出材1、2はScとMnとが含有され、残部Al及び不可避的不純物が含有された成分組成となっている。更に必要に応じて、Si、Cu、Mg、Zrの内、少なくとも1種又は2種以上の元素を含有し、また、更に、Ti、Cr、Vの内、少なくとも1種又は2種以上の元素を含有した成分組成としても良い。
以下、アルミ合金押出材1、2の組成限定理由について説明する。
「Sc」
スカンジウム(Sc)は、アルミ合金押出材の必須元素であり、ろう付け熱処理の際に合金組織中に固溶して合金押出材の機械的強度を向上させる。また、一部がAl3Scからなる組成の微細な金属間化合物を形成し、時効析出して合金押出材の機械的強度を向上させる。更に、このScの作用により、ろう付熱処理の昇温過程において、再結晶粒が粗大化するため、溶融ろうによる侵食(エロージョン)が抑制される。
Scの組成比は重量%で0.0001%以上1%以下の範囲が好ましく、0.0001%以上0.2%未満の範囲がより好ましい。
Scの組成比が0.0001%未満だと、機械的強度の向上効果及びエロージョンの抑制効果が得られない。
また、Scの組成比が1%を越えると、機械的強度の向上効果およびエロージョンの抑制効果が飽和してしまい、Scを添加する効果が得られない。更に、Scの添加量が1%を超えると、押出加工時の押出圧力が高くなり、加工性が低下するなどの問題が生ずる。
スカンジウム(Sc)は、アルミ合金押出材の必須元素であり、ろう付け熱処理の際に合金組織中に固溶して合金押出材の機械的強度を向上させる。また、一部がAl3Scからなる組成の微細な金属間化合物を形成し、時効析出して合金押出材の機械的強度を向上させる。更に、このScの作用により、ろう付熱処理の昇温過程において、再結晶粒が粗大化するため、溶融ろうによる侵食(エロージョン)が抑制される。
Scの組成比は重量%で0.0001%以上1%以下の範囲が好ましく、0.0001%以上0.2%未満の範囲がより好ましい。
Scの組成比が0.0001%未満だと、機械的強度の向上効果及びエロージョンの抑制効果が得られない。
また、Scの組成比が1%を越えると、機械的強度の向上効果およびエロージョンの抑制効果が飽和してしまい、Scを添加する効果が得られない。更に、Scの添加量が1%を超えると、押出加工時の押出圧力が高くなり、加工性が低下するなどの問題が生ずる。
「Mn」
マンガン(Mn)は、Scとともにアルミ合金押出材の必須元素であり、他の合金成分(具体的にはSi)と化合してAl−Mn−Si化合物を形成し、この金属間化合物が晶出若しくは析出されて、ろう付け後のアルミ合金押出材の機械的強度が向上する。また、金属間化合物の形成によって合金組織中のSiの固溶度が相対的に低下し、これによりアルミ合金押出材の融点を向上させることができ、耐熱性を高めることができる。また、アルミ合金押出材の電位(孔食電位)を上昇させ、耐食性を向上させることができる。
Mnの組成比は重量%で0.005%以上2%以下の範囲が好ましく、0.3%以上2%以下の範囲がより好ましい。
Mnの組成比が0.005%未満だと、機械的強度の向上効果が得られない。
また、Mnの組成比が2%を越えると、機械的強度向上の効果が飽和し、また、強度が高くなりすぎて加工性(押出性)が低下するので好ましくない。
マンガン(Mn)は、Scとともにアルミ合金押出材の必須元素であり、他の合金成分(具体的にはSi)と化合してAl−Mn−Si化合物を形成し、この金属間化合物が晶出若しくは析出されて、ろう付け後のアルミ合金押出材の機械的強度が向上する。また、金属間化合物の形成によって合金組織中のSiの固溶度が相対的に低下し、これによりアルミ合金押出材の融点を向上させることができ、耐熱性を高めることができる。また、アルミ合金押出材の電位(孔食電位)を上昇させ、耐食性を向上させることができる。
Mnの組成比は重量%で0.005%以上2%以下の範囲が好ましく、0.3%以上2%以下の範囲がより好ましい。
Mnの組成比が0.005%未満だと、機械的強度の向上効果が得られない。
また、Mnの組成比が2%を越えると、機械的強度向上の効果が飽和し、また、強度が高くなりすぎて加工性(押出性)が低下するので好ましくない。
「Si」
ケイ素(Si)は、AlおよびMnとともに、金属間化合物であるAl−Mn−Si化合物を形成してアルミ合金押出材の組織中に析出し、ろう付後のアルミ合金押出材の強度を向上させる。またSiは、その一部が組織中に固溶して押出材の強度を向上させる。
Siの組成比は重量%で0.05%以上1.5%以下の範囲が好ましく、0.4%以上1.2%以下の範囲がより好ましい。
Siの組成比が0.05%未満だと、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
また、Siの組成比が1.5%を越えると、アルミ合金押出材の融点が低下してろう付け時に溶融してしまい、また、アルミ合金押出材の熱伝導性を低下させる。
ケイ素(Si)は、AlおよびMnとともに、金属間化合物であるAl−Mn−Si化合物を形成してアルミ合金押出材の組織中に析出し、ろう付後のアルミ合金押出材の強度を向上させる。またSiは、その一部が組織中に固溶して押出材の強度を向上させる。
Siの組成比は重量%で0.05%以上1.5%以下の範囲が好ましく、0.4%以上1.2%以下の範囲がより好ましい。
Siの組成比が0.05%未満だと、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
また、Siの組成比が1.5%を越えると、アルミ合金押出材の融点が低下してろう付け時に溶融してしまい、また、アルミ合金押出材の熱伝導性を低下させる。
「Cu」
銅(Cu)は、アルミ合金押出材の組織中に固溶して合金押出材の強度を向上させる。また、合金押出材の電位(孔食電位)を上昇させ、耐食性を向上させることができる。
Cuの組成比は重量%で0.05%以上0.8%以下の範囲が好ましく、0.3%以上0.7%以下の範囲がより好ましい。
Cuの組成比が0.05%未満だと、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
またCuの組成比が0.8%を越えると、アルミ合金押出材の融点が低下してろう付け時に溶融してしまう。
銅(Cu)は、アルミ合金押出材の組織中に固溶して合金押出材の強度を向上させる。また、合金押出材の電位(孔食電位)を上昇させ、耐食性を向上させることができる。
Cuの組成比は重量%で0.05%以上0.8%以下の範囲が好ましく、0.3%以上0.7%以下の範囲がより好ましい。
Cuの組成比が0.05%未満だと、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
またCuの組成比が0.8%を越えると、アルミ合金押出材の融点が低下してろう付け時に溶融してしまう。
「Mg」
マグネシウム(Mg)は、Cuと同様にアルミ合金押出材の組織中に固溶して合金押出材の強度を向上させる。また、先に述べた当該合金中のSi及びろう付け時に素材中に拡散した粉末ろう中のSiが、時効により、MgとともにMg2Siを析出し、これによってもアルミ合金押出材の強度が向上する。
Mgの組成比は重量%で0.01%以上0.5%以下の範囲が好ましく、0.05%以上0.2%以下の範囲がより好ましい。
Mgの組成比が0.01%未満だと、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
またMgの組成比が0.5%を越えると、合金押出材の強度が高くなりすぎて成形性(加工性)が低下するとともに、フラックスの活性度を損ない、少量のフラックスではろう付が困難となる。
マグネシウム(Mg)は、Cuと同様にアルミ合金押出材の組織中に固溶して合金押出材の強度を向上させる。また、先に述べた当該合金中のSi及びろう付け時に素材中に拡散した粉末ろう中のSiが、時効により、MgとともにMg2Siを析出し、これによってもアルミ合金押出材の強度が向上する。
Mgの組成比は重量%で0.01%以上0.5%以下の範囲が好ましく、0.05%以上0.2%以下の範囲がより好ましい。
Mgの組成比が0.01%未満だと、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
またMgの組成比が0.5%を越えると、合金押出材の強度が高くなりすぎて成形性(加工性)が低下するとともに、フラックスの活性度を損ない、少量のフラックスではろう付が困難となる。
「Zr」
ジルコニウム(Zr)は、ろう付の際の加熱によって微細な金属間化合物として分散析出して強度を向上させる。また、Scの添加効果を一層高める作用がある。
Zrの組成比は重量%で0.001%以上0.3%以下の範囲が好ましく、0.05%以上0.15%以下の範囲がより好ましい。
Zrの組成比が0.001%未満だと、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
また、Zrの組成比が0.3%を越えると、アルミ合金押出材の強度が高くなりすぎて成形性が低下したり、自己耐食性が低下したり、熱伝導性が低下したりする。
ジルコニウム(Zr)は、ろう付の際の加熱によって微細な金属間化合物として分散析出して強度を向上させる。また、Scの添加効果を一層高める作用がある。
Zrの組成比は重量%で0.001%以上0.3%以下の範囲が好ましく、0.05%以上0.15%以下の範囲がより好ましい。
Zrの組成比が0.001%未満だと、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
また、Zrの組成比が0.3%を越えると、アルミ合金押出材の強度が高くなりすぎて成形性が低下したり、自己耐食性が低下したり、熱伝導性が低下したりする。
以上のように、Si、Cu、Mg、Zrは何れも、アルミ合金押出材の耐食性若しくは強度を向上させる元素なので、必要に応じて、これらの内の1種または2種以上の元素を添加すれば良い。
「Ti、Cr、V」
チタン(Ti)、クロム(Cr)、バナジウム(V)はいずれも、ろう付の際の加熱によって微細な金属間化合物として分散析出して強度を向上させる。
Tiの組成比は、重量%で0.01%以上0.25%以下の範囲が好ましく、0.05%以上0.15%以下の範囲がより好ましい。
また、Crの組成比は重量%で0.01%以上0.5%以下の範囲が好ましく、0.02%以上0.07%以下の範囲がより好ましい。
更に、Vの組成比は重量%で0.01%以上0.1%以下の範囲が好ましく、0.02%以上0.07%以下の範囲がより好ましい。
各元素の組成比が下限未満になると、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
また、各元素の組成比が上限を超えると、アルミ合金押出材の強度が高くなりすぎて成形性が低下してしまう。
チタン(Ti)、クロム(Cr)、バナジウム(V)はいずれも、ろう付の際の加熱によって微細な金属間化合物として分散析出して強度を向上させる。
Tiの組成比は、重量%で0.01%以上0.25%以下の範囲が好ましく、0.05%以上0.15%以下の範囲がより好ましい。
また、Crの組成比は重量%で0.01%以上0.5%以下の範囲が好ましく、0.02%以上0.07%以下の範囲がより好ましい。
更に、Vの組成比は重量%で0.01%以上0.1%以下の範囲が好ましく、0.02%以上0.07%以下の範囲がより好ましい。
各元素の組成比が下限未満になると、アルミ合金押出材の強度向上の効果が得られない。
また、各元素の組成比が上限を超えると、アルミ合金押出材の強度が高くなりすぎて成形性が低下してしまう。
[ろう付用組成物]
ろう付用組成物3は、図3に示す例のように、アルミ合金押出材2の表面に塗布され、粉末ろう及びフッ化物系フラックスの内、少なくとも1種類以上を含んで構成されており、図示例では、チューブ23を構成するアルミ合金押出材2の両面に塗布されている。
ろう付用組成物3は、アクリル系樹脂バインダ及び該アクリル系樹脂バインダを希釈する溶媒によって混合され、アルミ合金押出材2に塗布される。
以下、ろう付用組成物3について詳しく説明する。
ろう付用組成物3は、図3に示す例のように、アルミ合金押出材2の表面に塗布され、粉末ろう及びフッ化物系フラックスの内、少なくとも1種類以上を含んで構成されており、図示例では、チューブ23を構成するアルミ合金押出材2の両面に塗布されている。
ろう付用組成物3は、アクリル系樹脂バインダ及び該アクリル系樹脂バインダを希釈する溶媒によって混合され、アルミ合金押出材2に塗布される。
以下、ろう付用組成物3について詳しく説明する。
[粉末ろう]
粉末ろうは、Al−Si合金粉末、又は純Si粉末のいずれか一方、又は両方を混合して用いることが好ましい。
また、用いる粉末ろう全体のSi含有比率が、重量%で6%以上であることが好ましい。Siの含有比率が6%未満だと、ろう付ができない。
粉末ろうの塗布量は、1g/m2以上100g/m2以下の範囲が好ましい。塗布量が2g/m2以上であれば、十分なろう付け強度が得られる。
また、塗布量が100g/m2以下であれば、ろう付後の合金押出材表面のSi濃度が過剰にならず、また、遊離した単体Siの存在を抑制し、腐食速度を抑制することができる。
粉末ろうは、Al−Si合金粉末、又は純Si粉末のいずれか一方、又は両方を混合して用いることが好ましい。
また、用いる粉末ろう全体のSi含有比率が、重量%で6%以上であることが好ましい。Siの含有比率が6%未満だと、ろう付ができない。
粉末ろうの塗布量は、1g/m2以上100g/m2以下の範囲が好ましい。塗布量が2g/m2以上であれば、十分なろう付け強度が得られる。
また、塗布量が100g/m2以下であれば、ろう付後の合金押出材表面のSi濃度が過剰にならず、また、遊離した単体Siの存在を抑制し、腐食速度を抑制することができる。
[フッ化物系フラックス]
フッ化物系フラックスとしては、K1−3AlF4−6、ZnF2、KZnF3の内、何れかを単独、或いは2種類以上を混合した成分の粉末を用いることが好ましい。
また、他のフッ化物系フラックス、例えばAl含有フッ化物系フラックスや、Zn含有フッ化物系フラックスを用いても良い。
フッ化物系フラックスとしては、K1−3AlF4−6、ZnF2、KZnF3の内、何れかを単独、或いは2種類以上を混合した成分の粉末を用いることが好ましい。
また、他のフッ化物系フラックス、例えばAl含有フッ化物系フラックスや、Zn含有フッ化物系フラックスを用いても良い。
なお、ろう付用組成物3の組成は、重量比で、粉末ろう:フッ化物系フラックス=1:10乃至5:10の範囲であることが好ましい。このろう付用組成物3には、更に上述のバインダが添加され、このバインダを含む混合物がアルミ合金押出材2の表面に塗布される。
ろう付用組成物3の塗布量は、5g/m2以上200g/m2以下の範囲が好ましい。塗布量が5g/m2以上であれば、十分な接合強度及びろう付強度が得られる。また塗布量が200g/m2以下であれば、過剰なろうやフラックスによる母材のろう侵食、及び、ろう、フラックスの垂れ落ちも抑制できる。
ろう付用組成物3の塗布量は、5g/m2以上200g/m2以下の範囲が好ましい。塗布量が5g/m2以上であれば、十分な接合強度及びろう付強度が得られる。また塗布量が200g/m2以下であれば、過剰なろうやフラックスによる母材のろう侵食、及び、ろう、フラックスの垂れ落ちも抑制できる。
上述のろう付用組成物3には、Siを有する粉末ろうが含まれており、このSiがろう付けの際にアルミ合金押出材の表面から内部に拡散してSiを含有した層(即ちろう成分層)が形成される。
また、フッ化物系フラックスに、上述したようなZn含有フラックスを含有させた場合は、ろう付け後の合金押出材の表面にZn拡散層が形成され、このZn拡散層が犠牲陽極層として機能することにより、防食効果が高められる。
また、フッ化物系フラックスに、上述したようなZn含有フラックスを含有させた場合は、ろう付け後の合金押出材の表面にZn拡散層が形成され、このZn拡散層が犠牲陽極層として機能することにより、防食効果が高められる。
なお、ろう付熱処理は、窒素ガス雰囲気中において実体温度580℃乃至610℃程度で行うことが好ましく、保持時間は1分乃至10分程度が好ましい。
ろう付時の温度が580℃未満だと、ろう材及び母材の一部溶解が進まず、良好なろう付を行うことが困難になる。
ろう付時の温度が610℃を超えると、著しいろう侵食が生じ、また、ろうのすき間充填性を損なうおそれがある。
ろう付時の温度が580℃未満だと、ろう材及び母材の一部溶解が進まず、良好なろう付を行うことが困難になる。
ろう付時の温度が610℃を超えると、著しいろう侵食が生じ、また、ろうのすき間充填性を損なうおそれがある。
ろう付時の熱処理によって、アルミ合金押出材の組織中に各種の金属間化合物が生成し、合金押出材の強度を向上でき、また、再結晶が粗大な傾向を有し、耐ろう侵食が保たれる。
図1に示すような、本実施形態のアルミ合金押出材1、2(図2又は図3参照)が用いられる熱交換器10の構造によれば、チューブ13(23)を差し込むためのスロットが側面に設けられたヘッダータンク11a、11bにおいて、フィンにクラッドされたろう材か、または上述のろう付用組成物3により、アルミ合金押出材からなるチューブ13(23)にフィン14が接合されている。
なお、図1に示す例では、ヘッダータンクの形状は断面四角形状となっているが、これには限定されず、例えば、丸型パイプ状のヘッダータンクであってもよい。
また、ヘッダータンクは1つの部材(1ピース)からなる構成である必要はなく、例えば、縦割り半パイプ状のヘッダータンク半体同士を組み合わせてパイプ状とした構造の、2ピース型のヘッダータンク等であっても良い。
また、ヘッダータンクは1つの部材(1ピース)からなる構成である必要はなく、例えば、縦割り半パイプ状のヘッダータンク半体同士を組み合わせてパイプ状とした構造の、2ピース型のヘッダータンク等であっても良い。
また、本実施形態のアルミ合金押出材に、上述のろう付用組成物をバインダに練り込んで塗布することにより、チューブにフィンを接合する際、従来から用いられているブレージングシートが不要で、組付け後のフラックス塗布も省略でき、コストダウンとともに、ろう付処理効率が向上する。
以上、説明したように、本実施形態の熱交換器用アルミニウム合金押出材によれば、重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる構成とすることにより、ろう付後のアルミニウム合金押出材の機械的強度が向上し、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた合金押出材が得られる。
従って、熱交換器用アルミニウム合金押出材の押出性、ろう付性及び強度特性を向上しながら、薄肉化、及び軽量化が可能となり、また、信頼性が向上する。
また、本実施形態の熱交換器用アルミニウム合金押出材によれば、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、ろう付性、及び強度特性が一層向上する。
また、本実施形態の熱交換器用アルミニウム合金押出材によれば、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、強度特性が一層向上する。
さらに、上述の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えた熱交換器用扁平多穴管及び熱交換器用ヘッダーによれば、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた合金押出材の採用によって一層の軽量化、及び薄肉化が可能となり、また、熱交換器の信頼性が向上する。
従って、熱交換器用アルミニウム合金押出材の押出性、ろう付性及び強度特性を向上しながら、薄肉化、及び軽量化が可能となり、また、信頼性が向上する。
また、本実施形態の熱交換器用アルミニウム合金押出材によれば、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、ろう付性、及び強度特性が一層向上する。
また、本実施形態の熱交換器用アルミニウム合金押出材によれば、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなる構成とすることにより、強度特性が一層向上する。
さらに、上述の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えた熱交換器用扁平多穴管及び熱交換器用ヘッダーによれば、押出性、ろう付性及び強度特性に優れた合金押出材の採用によって一層の軽量化、及び薄肉化が可能となり、また、熱交換器の信頼性が向上する。
以下に、本発明にかかる熱交換器用アルミニウム合金押出材の実施例について説明する。
下記表1に示す各実施例及び比較例の成分組成条件で、本発明に係るアルミ合金押出材(実施例)、及び従来の合金押出材(比較例)を作製し、以下の各項目について評価を行った。
下記表1に示す各実施例及び比較例の成分組成条件で、本発明に係るアルミ合金押出材(実施例)、及び従来の合金押出材(比較例)を作製し、以下の各項目について評価を行った。
[作製工程]
各実施例及び比較例に示す成分組成を有するアルミニウム合金鋳塊を用い、所定の温度で均質化処理を行った後、500℃の温度で熱間押出成形加工することにより、図2に示すような流通孔を20個有し、断面寸法が幅:16mm、高さ:1.1mm、肉厚:0.3mmのチューブを作製した。
また、このチューブの両面に、各実施例及び比較例に示す種別の粉末ろう、フッ化物系フラックスからなるろう付用組成物を塗布し、本発明に係るアルミニウム合金押出材(実施例8乃至14、17乃至20)を得るとともに、従来の合金押出材(比較例3、4、7乃至11)を、成分組成毎にチューブ形状で得た。
また、ろう付用組成物を塗布しないチューブを、本発明のアルミニウム合金押出材(実施例1乃至8、15、16)及び従来の合金押出材(比較例1、2、5、6)の両方を用いて得た。
各実施例及び比較例に示す成分組成を有するアルミニウム合金鋳塊を用い、所定の温度で均質化処理を行った後、500℃の温度で熱間押出成形加工することにより、図2に示すような流通孔を20個有し、断面寸法が幅:16mm、高さ:1.1mm、肉厚:0.3mmのチューブを作製した。
また、このチューブの両面に、各実施例及び比較例に示す種別の粉末ろう、フッ化物系フラックスからなるろう付用組成物を塗布し、本発明に係るアルミニウム合金押出材(実施例8乃至14、17乃至20)を得るとともに、従来の合金押出材(比較例3、4、7乃至11)を、成分組成毎にチューブ形状で得た。
また、ろう付用組成物を塗布しないチューブを、本発明のアルミニウム合金押出材(実施例1乃至8、15、16)及び従来の合金押出材(比較例1、2、5、6)の両方を用いて得た。
[押出性の評価]
各実施例及び比較例のチューブ(扁平多穴管)を押出成形にて作製する際、「割れ」、「局部溶解」、「ダイス焼付」等のトラブルが発生することが無い条件下での最大押出速度を測定し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
(1)○:押出速度が50m/分以上で押出可能であった。
(2)×:押出速度が50m/分未満でないと押出不可能であった。
各実施例及び比較例のチューブ(扁平多穴管)を押出成形にて作製する際、「割れ」、「局部溶解」、「ダイス焼付」等のトラブルが発生することが無い条件下での最大押出速度を測定し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
(1)○:押出速度が50m/分以上で押出可能であった。
(2)×:押出速度が50m/分未満でないと押出不可能であった。
[ろう付性の評価]
各実施例及び比較例のチューブを用い、以下のろう付性試験を行った。
実施例8乃至14、17乃至20、及び比較例3、4、7乃至11では、各チューブにろう付用組成物を塗布し、フィンをろう付にて接合した後、このフィンを千切り取り、フィンの根元の接合部がチューブに残存している数を集計し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
また、ろう付用組成物が塗布されていない実施例1乃至6、15、16、及び比較例1、2、5、6では、フィンにブレージングシートを組み合わせてクラッドフィンを適用し、通常のろう付方法に従うプロセス(組付後にフラックスをスプレーで塗布)で、チューブにクラッドフィンをろう付接合した後、クラッドフィンを千切り取り、上述と同様に判定した。
また、ろう付用組成物が塗布されていない実施例7ではフラックスのみを塗布してフィンをろう付にて接合した後、のフィンを千切り取り、上述と同様に判定した。
また、粉末ろうのみが塗布された実施例8では、チューブにフィンを組付けてからフラックスを塗布してろう付接合した後、クラッドフィンを千切り取り、上述と同様に判定した。
なお、ろう付熱処理については、窒素ガス雰囲気中において実体590℃の温度で3分間保持した後、400℃までは−100℃/分の冷却速度を保って、室温(25℃)まで冷却して行った。
(1)○:フィン接合部の残存数/フィン接合部の全数の割合が96%以上であった。
(2)×:フィン接合部の残存数/フィン接合部の全数の割合が96%未満であった。
各実施例及び比較例のチューブを用い、以下のろう付性試験を行った。
実施例8乃至14、17乃至20、及び比較例3、4、7乃至11では、各チューブにろう付用組成物を塗布し、フィンをろう付にて接合した後、このフィンを千切り取り、フィンの根元の接合部がチューブに残存している数を集計し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
また、ろう付用組成物が塗布されていない実施例1乃至6、15、16、及び比較例1、2、5、6では、フィンにブレージングシートを組み合わせてクラッドフィンを適用し、通常のろう付方法に従うプロセス(組付後にフラックスをスプレーで塗布)で、チューブにクラッドフィンをろう付接合した後、クラッドフィンを千切り取り、上述と同様に判定した。
また、ろう付用組成物が塗布されていない実施例7ではフラックスのみを塗布してフィンをろう付にて接合した後、のフィンを千切り取り、上述と同様に判定した。
また、粉末ろうのみが塗布された実施例8では、チューブにフィンを組付けてからフラックスを塗布してろう付接合した後、クラッドフィンを千切り取り、上述と同様に判定した。
なお、ろう付熱処理については、窒素ガス雰囲気中において実体590℃の温度で3分間保持した後、400℃までは−100℃/分の冷却速度を保って、室温(25℃)まで冷却して行った。
(1)○:フィン接合部の残存数/フィン接合部の全数の割合が96%以上であった。
(2)×:フィン接合部の残存数/フィン接合部の全数の割合が96%未満であった。
[ろう付後強度の評価]
各実施例及び比較例のチューブをろう付処理した後、各チューブをサンプルとして引張強度試験を行った。引張試験機として(株)島津製作所製 型番 AG−10KNDを使用して、引張速度5mm/分で引張試験を行うことにより、ろう付後の引張強度(MPa)を測定し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
(1)○:引張強度が70MPa以上であった。
(2)×:引張強度が70MPa未満であった。
各実施例及び比較例のチューブをろう付処理した後、各チューブをサンプルとして引張強度試験を行った。引張試験機として(株)島津製作所製 型番 AG−10KNDを使用して、引張速度5mm/分で引張試験を行うことにより、ろう付後の引張強度(MPa)を測定し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
(1)○:引張強度が70MPa以上であった。
(2)×:引張強度が70MPa未満であった。
[結晶粒度の評価]
各実施例及び比較例のチューブをろう付処理した後、チューブを切断して断面を露出させ、組織中における再結晶粒の平均粒径を、光学顕微鏡を用いて測定し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
(1)○:結晶粒度が400μm(直径)以上であった。
(2)×:結晶粒度が400μm(直径)未満であった。
各実施例及び比較例のチューブをろう付処理した後、チューブを切断して断面を露出させ、組織中における再結晶粒の平均粒径を、光学顕微鏡を用いて測定し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
(1)○:結晶粒度が400μm(直径)以上であった。
(2)×:結晶粒度が400μm(直径)未満であった。
[加工性の評価]
図1に示す熱交換器10のヘッダ11a、11bの側面に複数整列形成された図示略のスロット(差込孔)にチューブの端部を差し込んで組みつけるが、各実施例及び比較例のチューブを用いて加工されるチューブ端末部(差込部)への亀裂発生の有無を確認し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
(1)○:チューブ端末部に亀裂は発生しなかった。
(2)×:チューブ端末部に亀裂が発生した。
図1に示す熱交換器10のヘッダ11a、11bの側面に複数整列形成された図示略のスロット(差込孔)にチューブの端部を差し込んで組みつけるが、各実施例及び比較例のチューブを用いて加工されるチューブ端末部(差込部)への亀裂発生の有無を確認し、以下の基準で判定した(○×で表記)。
(1)○:チューブ端末部に亀裂は発生しなかった。
(2)×:チューブ端末部に亀裂が発生した。
各実施例及び比較例の組成成分、及び評価試験結果の一覧を表1に示す。
表1に示す結果より、実施例1及び2の欄に記載した、重量%でScを0.0001%以上1%以下の範囲、及びMnを0.005%以上2%以下の範囲で含有する本発明に係るアルミニウム合金押出材が、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○の判定であり、優れた特性が得られるのが明らかとなった。
上述に加え、更に重量%でSiを0.05%以上1.5%以下の範囲、Cuを0.05%以上0.8%以下の範囲、Mgを0.01%以上0.5%以下の範囲、Zrを0.001%以上0.3%以下の内の範囲で、少なくとも1種又は2種以上を含有した場合にも、上述と同様に優れた特性が得られた。
実施例3及び4に示す本発明のアルミ合金押出材ではSiを、実施例5及び6ではCuを、実施例7及び8ではMgを、実施例9及び10ではZrを、各々重量%で上述の範囲内の量を1種添加しているが、各例とも、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
また、実施例11に示す本発明のアルミ合金押出材では、Si、Cu、Mg、Zrの各元素全てを上述の範囲内で添加しているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
実施例3及び4に示す本発明のアルミ合金押出材ではSiを、実施例5及び6ではCuを、実施例7及び8ではMgを、実施例9及び10ではZrを、各々重量%で上述の範囲内の量を1種添加しているが、各例とも、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
また、実施例11に示す本発明のアルミ合金押出材では、Si、Cu、Mg、Zrの各元素全てを上述の範囲内で添加しているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
更に、重量%でTiを0.01%以上0.25%以下の範囲、Crを0.01%以上0.5%以下の範囲、Vを0.01%以上0.1%以下の内の範囲で、1種又は2種以上を含有した場合にも、上述と同様に優れた特性が得られた。
実施例12乃至14に示す本発明のアルミ合金押出材では、Ti、Cr、Vの内、何れか1種を、重量%で上述の範囲内の量を添加しているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
実施例15乃至18に示す本発明のアルミ合金押出材では、Ti、Cr、Vの各元素全てを上述の範囲内で添加しているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
実施例12乃至14に示す本発明のアルミ合金押出材では、Ti、Cr、Vの内、何れか1種を、重量%で上述の範囲内の量を添加しているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
実施例15乃至18に示す本発明のアルミ合金押出材では、Ti、Cr、Vの各元素全てを上述の範囲内で添加しているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
実施例19に示す本発明のアルミ合金押出材では、重量%でScを0.0001%以上1%以下の範囲、及びMnを0.005%以上2%以下の範囲で含有する成分組成とし、ろう付用組成物として、合金押出材の表面にAl−25%Si合金粉末と純Si粉末を50%ずつ含有した成分組成としているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
また、実施例20に示す本発明のアルミ合金押出材は、実施例19のアルミ合金押出材に対して粉末ろう中のSiの割合を変えているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
また、実施例20に示す本発明のアルミ合金押出材は、実施例19のアルミ合金押出材に対して粉末ろう中のSiの割合を変えているが、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の全ての評価項目が○であった。
これに対し、比較例1乃至4に示す従来のアルミニウム合金押出材では、Sc、又はMnの含有量が上述した範囲外となっており、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の内、何れかの評価項目が×となった。
比較例1に示した従来のアルミ合金押出材では、重量%でMnを0.02%含有しているが、Scが添加されておらず、押出性及びろう付性が○であったものの、ろう付後強度及び結晶粒度が×であった。
比較例2に示した従来のアルミ合金押出材では、重量%でMnを1.5%含有しているが、Scが添加されておらず、押出性、ろう付性及びろう付後強度が○であったものの、結晶粒度が×であった。比較例2のアルミ合金押出材では、大きなろう侵食が見られた。
比較例3に示した従来のアルミ合金押出材では、重量%でMnを2.2%含有している一方、Scが添加されておらず、ろう付性及びろう付後強度が○であったものの、押出性および結晶粒度が×であった。比較例3のアルミ合金押出材では、加工性の低下が見られた。
比較例4に示した従来アルミ合金押出材では、重量%でScを0.02%含有している一方、Mnの添加量が0.002%であり、押出性、ろう付性及び結晶粒度は○であったものの、ろう付後強度は×であった。
比較例1に示した従来のアルミ合金押出材では、重量%でMnを0.02%含有しているが、Scが添加されておらず、押出性及びろう付性が○であったものの、ろう付後強度及び結晶粒度が×であった。
比較例2に示した従来のアルミ合金押出材では、重量%でMnを1.5%含有しているが、Scが添加されておらず、押出性、ろう付性及びろう付後強度が○であったものの、結晶粒度が×であった。比較例2のアルミ合金押出材では、大きなろう侵食が見られた。
比較例3に示した従来のアルミ合金押出材では、重量%でMnを2.2%含有している一方、Scが添加されておらず、ろう付性及びろう付後強度が○であったものの、押出性および結晶粒度が×であった。比較例3のアルミ合金押出材では、加工性の低下が見られた。
比較例4に示した従来アルミ合金押出材では、重量%でScを0.02%含有している一方、Mnの添加量が0.002%であり、押出性、ろう付性及び結晶粒度は○であったものの、ろう付後強度は×であった。
また、比較例5乃至8に示す従来のアルミニウム合金押出材では、各々重量%でScを0.02%、Mnを0.5%含有した構成となっているが、このSc及びMnに加えて何れか1種が添加されているSi、Cu、Mg、Zrの含有量が上述の範囲外となっており、押出性、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度の内、何れかの評価項目が×となった。
比較例5に示した従来のアルミ合金押出材では、重量%でSiが1.6%添加されているが、押出性、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、ろう付性が×であった。比較例5のアルミ合金押出材では、融点の低下が見られた。
比較例6に示した従来のアルミ合金材では、重量%でCuが0.9%添加されているが、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、押出性及びろう付性が×であった。比較例6のアルミ合金押出材では、融点の低下が見られた。
比較例7に示したアルミ合金材では、重量%でMgが0.6%添加されているが、押出性、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、ろう付性が×であった。比較例7のアルミ合金押出材では、フラックス活性度の低下が見られた。
比較例8に示した従来アルミ合金材では、重量%でZrが0.35%添加されているが、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、押出性が×であった。比較例8のアルミ合金押出材では、加工性の低下が見られた。
比較例5に示した従来のアルミ合金押出材では、重量%でSiが1.6%添加されているが、押出性、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、ろう付性が×であった。比較例5のアルミ合金押出材では、融点の低下が見られた。
比較例6に示した従来のアルミ合金材では、重量%でCuが0.9%添加されているが、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、押出性及びろう付性が×であった。比較例6のアルミ合金押出材では、融点の低下が見られた。
比較例7に示したアルミ合金材では、重量%でMgが0.6%添加されているが、押出性、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、ろう付性が×であった。比較例7のアルミ合金押出材では、フラックス活性度の低下が見られた。
比較例8に示した従来アルミ合金材では、重量%でZrが0.35%添加されているが、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、押出性が×であった。比較例8のアルミ合金押出材では、加工性の低下が見られた。
また、比較例9乃至11に示す従来のアルミニウム合金押出材では、各々重量%でScを0.02%、Mnを0.5%含有した構成となっているが、このSc及びMnに加えて、更に何れか1種が添加されているTi、Cr、Vの含有量が上述の範囲外となっており、ろう付性、ろう付後強度及び結晶粒度が○であったものの、押出性が×となった。比較例9乃至11のアルミニウム合金押出材では、何れも加工性の低下が見られた。
上記結果により、熱交換器用アルミニウム合金押出材を、重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、残部Alと不可避不純物とからなる成分組成とすることにより、押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材が得られることが明らかとなった。
1、2…熱交換器用アルミニウム合金押出材(アルミ合金押出材)、3…ろう付用組成物、10…熱交換器、11a、11b…ヘッダータンク(ヘッダー)、13、23…チューブ(扁平多穴管)、13a…流通孔、14…フィン
Claims (8)
- 重量%でSc:0.0001%以上1%以下、及びMn:0.005%以上2%以下を含有し、
残部Alと不可避不純物とからなることを特徴とする押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。 - 前記熱交換器用アルミニウム合金押出材は、更に、重量%でSi:0.05%以上1.5%以下、Cu:0.05%以上0.8%以下、Mg:0.01%以上0.5%以下、Zr:0.001%以上0.3%以下の内、少なくとも1種又は2種以上を含有してなることを特徴とする請求項1に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
- 前記熱交換器用アルミニウム合金押出材は、更に重量%でTi:0.01%以上0.25%以下、Cr:0.01%以上0.5%以下、V:0.01%以上0.1%以下の内、1種又は2種以上を含有してなることを特徴とする請求項1又は2に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
- 前記熱交換器用アルミニウム合金押出材の外表面には、粉末ろう及びフッ化物系フラックスの内、少なくとも1種類以上を含むろう付用組成物が塗布されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
- 前記ろう付用組成物は、粉末ろうが、Al−Si合金粉末、又は純Si粉末、或いは両者の混合粉末であり、且つ、該混合粉末全体のSi含有比率が、重量%で6%以上であり、
フッ化物系フラックスが、K1−3AlF4−6、ZnF2、KZnF3の内、何れかを単独、或いは2種類以上を混合した成分の粉末からなることを特徴とする請求項4に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。 - 前記ろう付用組成物は、アクリル系樹脂バインダ及び該アクリル系樹脂バインダを希釈する溶媒によって混合され、前記アルミニウム合金押出材の表面に塗布されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の押出性、ろう付性及び強度に優れた熱交換器用アルミニウム合金押出材。
- 請求項1〜6の何れかに記載の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えたことを特徴とする熱交換器用扁平多穴管。
- 請求項1〜6の何れかに記載の熱交換器用アルミニウム合金押出材を備えたことを特徴とする熱交換器用ヘッダー。
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