JP2017080783A - 熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材、並びに、これを用いた熱交換器アルミニウム管の接合方法および熱交換器アルミニウム管の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気調和装置の室外機が備える熱交換器が有するアルミニウム管同士をろう材により接合する際に、フラックスの残留を有効に抑制し、アルミニウム管同士を良好な品質で効率的に接合することが可能になる。
【解決手段】 熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材は、アルミニウムおよび亜鉛を含有する合金母材と、当該合金母材よりも融点の低いフラックスとを含有し、合金母材を１００質量％としたときに当該合金母材における亜鉛の含有量が４０〜７５質量％の範囲内であり、フラックスの含有量が１０〜２５質量％の範囲内であり、前記合金母材で前記フラックスを包含した線材として構成されている。
【選択図】 なし

Description

本発明は、空気調和装置の室外機が備える熱交換器が有する、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のアルミニウム管のろう付けに用いられる、熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材と、当該ろう材を用いた熱交換器アルミニウム管の接合方法および熱交換器アルミニウム管の接合構造に関する。

空気調和装置の室外機が備える熱交換器は、一般的には、冷媒を流通させる伝熱管と、この伝熱管に取り付けられるフィンとを備えている。伝熱管としては銅製（またはその合金製）のもの（銅管）が用いられ、フィンとしてはアルミニウム製（またはその合金製）のもの（アルミニウムフィン）が用いられている。

このような熱交換器の代表的な製造過程としては、例えば、多数のフィンを並列配置して保持し、これらフィンを貫通させるように複数の伝熱管を取り付け、さらに、複数の伝熱管同士を接合する工程が挙げられる。伝熱管同士を接合する方法としては、一般的にはろう付けによる接合（ろう接）が用いられている（例えば、アルミニウム管用ろう材としては、ＪＩＳ４０４７が一般的である）。

例えば、特許文献１には、ろう接により熱交換パイプを接続する工程を含む、熱交換器の製造方法が開示されている。この製造方法では、第１の熱交換パイプ（銅製）の端部をフレア加工し（フレア加工工程）、第２の熱交換パイプ（銅製）の端部外周にリング状ろう材（銅製）を挿入し（ろう材挿入工程）、これら熱交換パイプ端部同士を接触保持し（保持工程）、これら熱交換パイプ相互の接触保持部をバーナートーチ等の加熱装置により加熱してリング状ろう材を融解させる（加熱工程）ことにより、これらを接続（接合）している。

ところで、熱交換器の分野では、近年、フィンだけでなく伝熱管についてもアルミニウム製のもの（アルミニウム管）が用いられている。例えば、空気調和装置の分野ではないが、自動車の分野では、熱交換器として、伝熱管およびフィンのいずれもアルミニウム製のもの（オールアルミ製熱交換器）が既に広く用いられている。このような自動車用熱交換器の製造では、アルミニウム管同士のろう接は、ブレージングシート（アルミニウム合金とろう材とのサンドイッチ構造体）を用いて、加熱炉中で行われる。

例えば特許文献２には、不活性ガス雰囲気炉中でフラックスを用いずにアルミニウム材をろう付けする方法が開示されている。同文献にも記載されているように、アルミニウムのろう付けを行うためには、アルミニウム表面の酸化皮膜を破壊する必要があり、そのためにはフラックスを用いるフラックスろう付け法と、真空中で加熱する真空ろう付け法とがある。フラックスろう付け法では、不活性ガス雰囲気炉中でフラックスを用いて加熱しているが、ろう付け後に生じるフラックス残渣による影響が懸念されている。また、真空ろう付け法ではフラックスを用いなくてよいが、真空炉設備が高価でありそのメンテナンス費用も高くなる。

特開平１０−２９２９９２号公報 特開２０１３−１２３７４９号公報

自動車用熱交換器は、空気調和装置の室外機用熱交換器に比べて小さいため、加熱炉によりろう接を行うことができる。しかしながら、室外機用熱交換器は、自動車用熱交換器よりも大きいため、アルミニウム管を炉中でろう接するためには、大型の加熱炉が必要になる。このような大型の加熱炉を実現するためには、巨額の設備投資が必要となる。特に、特許文献２にも記載されているように、真空炉設備を用いる場合には、その設備投資はさらに高額となる。

室外機用熱交換器がアルミニウム管を備えている場合には、コスト増大を回避する観点から、銅管を備えている場合と同様に、接合予定箇所を直接加熱する方法が採用される（特許文献１参照）。ところが、アルミニウム管同士のろう接ではフラックスの残留により接合箇所に貫通孔が生じるおそれがある。

この貫通孔は、固化したフラックスが詰まった状態にあるため、検査時にはアルミニウム管の漏洩箇所として検出されない。しかしながら、検査後に実際に冷媒を流通させると、フラックスが徐々に浸み出してくるため、貫通孔から冷媒が漏洩してしまう。これにより、製造した室外機用熱交換器は、抜き取り検査ではなく全数検査する必要があり、生産性が大きく低下する。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、空気調和装置の室外機が備える熱交換器が有するアルミニウム管同士をろう材により接合する際に、フラックスの残留を有効に抑制し、アルミニウム管同士を良好な品質で効率的に接合可能とすることを目的とする。

本発明に係る熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材は、前記の課題を解決するために、空気調和装置の室外機が備える、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のアルミニウム管を有する熱交換器において、前記アルミニウム管のろう付けに用いられ、アルミニウムおよび亜鉛を含有する合金母材と、当該合金母材よりも融点の低いフラックスとを含有し、前記合金母材を１００質量％としたときに当該合金母材における前記亜鉛の含有量が４０〜７５質量％の範囲内であり、前記フラックスの含有量が１０〜２５質量％の範囲内であり、前記合金母材で前記フラックスを包含した線材として構成されている構成である。

また、本発明に係る熱交換器アルミニウム管の接合方法は、前記構成の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材を、前記アルミニウム管うち、一方のアルミニウム管の端部を他方のアルミニウム管の端部に挿入して保持した端部保持箇所に供給し、当該ろう材を融解させることにより、前記アルミニウム管同士を接合する構成である。

さらに、本発明に係る熱交換器アルミニウム管の接合方法は、前記アルミニウム管同士をろう材により接合してなる接合構造であって、前記構成の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材により形成されるろう接続部を有する構成である。

前記構成によれば、熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材においては、その融点が、アルミニウム管の融点との間で温度差が大きくなっているので、接合時の加熱時間をより長くすることが可能になる。それゆえ、接合作業時には、線材内部のフラックスが先に融解して合金母材に広がり、その後に線材外部の合金母材が融解することになるので、合金母材を融解しやすくできるとともに、より長時間の加熱によりフラックスを先に漏出させることができる。これにより、接合箇所のろう接続部にフラックスが残留する可能性が低減されるので、フラックスの残留による貫通孔等の欠陥の発生を抑制することができる。その結果、アルミニウム管同士を良好な品質で効率的に接合することができる。

本発明では、以上の構成により、空気調和装置の室外機が備える熱交換器が有するアルミニウム管同士をろう材により接合する際に、フラックスの残留を有効に抑制し、アルミニウム管同士を良好な品質で効率的に接合することが可能になる、という効果を奏する。

本発明で用いられる拡管部および拡大枠部を備える熱交換器アルミニウム管の一例を示す模式的側面図である。 図１に示すアルミニウム管の端部同士を合わせて保持した端部保持箇所の一例、並びに、拡大枠部にろう材を供給する構成を説明する模式的側面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る熱交換器アルミニウム管の接合方法の一例であって、線ろう材を用いた差しろうによりアルミニウム管用ろう材を供給する例を示す模式的工程図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る熱交換器アルミニウム管の接合方法の一例であって、リングろう材を用いた置きろうによりアルミニウム管用ろう材を供給する例を示す模式的工程図である。 本発明に係る実施例および比較例の結果である、熱交換器アルミニウム管の接合構造のＸ線透過像を示す図である。

本発明に係る熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材は、空気調和装置の室外機が備える、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のアルミニウム管を有する熱交換器において、前記アルミニウム管のろう付けに用いられ、アルミニウムおよび亜鉛を含有する合金母材と、当該合金母材よりも融点の低いフラックスとを含有し、前記合金母材を１００質量％としたときに当該合金母材における前記亜鉛の含有量が４０〜７５質量％の範囲内であり、前記フラックスの含有量が１０〜２５質量％の範囲内であり、前記合金母材で前記フラックスを包含した線材として構成されている構成である。

前記構成によれば、フラックスを包含する線材として形成されたアルミニウムろう材において、合金母材には、従来のようなケイ素ではなく亜鉛が４０〜７５質量％の範囲内で含有されている。これにより、合金母材の融点は、フラックスより高く、かつ、従来のアルミニウム−ケイ素系のろう材の融点よりも低くすることが可能となる。その結果、アルミニウム管の融点とろう材の融点との温度差を大きくすることができるので、接合時の加熱時間をより長くすることが可能になる。

それゆえ、接合作業時には、線材内部のフラックスが先に融解して合金母材に広がり、その後に線材外部の合金母材が融解することになるので、合金母材を融解しやすくできるとともに、より長時間の加熱によりフラックスを十分に漏出させることができる。これにより、接合箇所のろう接続部にフラックスが残留する可能性が低減されるので、フラックスの残留による貫通孔等の欠陥の発生を抑制することができる。その結果、アルミニウム管同士を良好な品質で効率的に接合することができる。

前記構成の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材においては、前記合金母材における前記亜鉛の含有量が６５〜７５質量％の範囲内である構成であってもよい。

前記構成によれば、合金母材中の亜鉛の含有量が６５〜７５質量％の範囲内となるので、その融点をより低くすることができる。それゆえ、接合時の加熱時間をより長くすることが可能になるので、フラックスの残留をより有効に抑制し、アルミニウム管同士を良好な品質で効率的に接合することができる。

また、前記構成の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材においては、前記合金母材は、さらにケイ素を含有する構成であってもよい。

前記構成によれば、合金母材中にさらにケイ素が含まれるので、ろう材の流動性を向上することが可能となり、ろう材の品質をより良好なものとすることができる。

また、前記構成の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材においては、前記フラックスは、前記合金母材よりも融点が低い金属塩である構成であってもよい。

前記構成によれば、フラックスが低融点の金属塩であるので、接合時の加熱によりフラックスが良好に流動することができる。これにより、アルミニウムの酸化皮膜を良好に除去することができる。

また、前記構成の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材においては、前記フラックスは、フルオロアルミン酸のアルカリ金属塩である構成であってもよい。

前記構成によれば、フラックスがフルオロアルミン酸のアルカリ金属塩であるので、フラックスがアルミニウムを腐食する可能性を回避することができる。

また、本発明に係る熱交換器アルミニウム管の接合方法は、前記構成の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材を、前記アルミニウム管うち、一方のアルミニウム管の端部を他方のアルミニウム管の端部に挿入して保持した端部保持箇所に供給し、当該ろう材を融解させることにより、前記アルミニウム管同士を接合する構成である。

前記構成によれば、前述した本発明に係るろう材を用いるので、その融点が従来よりも低いことから、接合時の加熱時間を従来よりも長くすることが可能になる。これにより、フラックスの残留による貫通孔等の欠陥の発生を抑制することができるので、アルミニウム管同士の接合箇所の品質をより良好にできるとともに、接合の効率も良好なものとすることができる。

前記構成の熱交換器アルミニウム管の接合方法においては、前記端部保持箇所を予め加熱してから前記ろう材を差しろうにより供給するか、または、前記端部保持箇所にろう材を置きろうとして設置してから加熱することにより、当該ろう材を融解させるとともに、前記端部保持箇所が融解した前記ろう材により接合されて形成されるろう接続部を加熱して、当該ろう接続部から前記フラックスを漏出させる構成であってもよい。

前記構成によれば、手作業であっても機械による自動作業であっても、本発明に係る熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材を用いてアルミニウム管同士を良好に接合することができる。

また、前記構成の熱交換器アルミニウム管の接合方法においては、前記端部保持箇所は、一方の前記アルミニウム管の端部が、他方の前記アルミニウム管の端部を挿入可能に管径を拡大した拡管部となっており、当該拡管部の端部開口の周縁部は、その管径がさらに拡大された拡大枠部となっている構成であってもよい。

前記構成によれば、一方のアルミニウム管の端部には、拡管部よりも管径が拡大した拡大枠部が設けられている。これにより、例えば、置きろうの場合には、ろう材の設置性が向上するとともに、置きろうまたは差しろうのいずれであっても、フラックスがろう接続部から溢れにくくなる。さらに、ろう材を加熱するときに拡大枠部からの熱伝導が生じ得るので、より効率的にろう材を融解することも可能となる。

さらに、本発明には、前記アルミニウム管同士をろう材により接合してなる接合構造であって、前記構成の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材により形成されるろう接続部を有する構成の熱交換器アルミニウム管の接合構造も含まれる。

前記構成によれば、接合構造のろう接続部にフラックスが残留する可能性が低減しているので、フラックスの残留による貫通孔等の欠陥の発生を抑制することができる。これにより、より良好な品質で効率的に接合されたアルミニウム管の接合構造を実現することができる。

以下、本発明の代表的な実施の形態について具体的に説明するが、本発明は本実施の形態に限定されるものでない。

［熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材］
本発明に係るろう材は、空気調和装置の室外機が備える熱交換器が有する、アルミニウム管のろう付けに用いられる。本実施の形態では、説明の便宜上、熱交換器が有するアルミニウム管を「熱交換器アルミニウム管」と称する。それゆえ、本発明に係るろう材は「熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材」である。なお、以下の説明では、便宜上、「熱交換器アルミニウム管」を単に「アルミニウム管」と略す場合があり、また、熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材を「アルミニウム管用ろう材」と略す場合がある。

本発明に係るアルミニウム管用ろう材は、前記の通り、合金母材およびフラックスを含有し、合金母材によりフラックスを包含した線材として構成されている。

アルミニウム管用ろう材が含有する合金母材は、前記の通りアルミニウム（Ａｌ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有する。合金母材を１００質量％としたときに、当該合金母材における亜鉛の含有量は４０〜７５質量％の範囲内であればよく、６５〜７５質量％の範囲内であることが好ましい。合金母材がアルミニウムおよび亜鉛のみで構成されていれば、アルミニウムの含有量は、２５〜６０質量％の範囲内になり、２５〜３５質量％の範囲内が好ましい。亜鉛の含有量が４０〜７５質量％の範囲内であれば、アルミニウム管用ろう材の融点を、５２０〜５８０℃の温度範囲内に設定することができる。なお、亜鉛の含有量を調整することで実現しようとするアルミニウム管用ろう材の融点を、説明の便宜上「狙い融点」と称する。

合金母材における亜鉛の含有量が４０質量％を下回ると、アルミニウム管用ろう材の狙い融点が５８０℃を超えてしまい、アルミニウムとの融点差を広げることができなくなる。一方、亜鉛の含有量が７５質量％を超えると、狙い融点が低下してフラックスの融点に近づくだけでなく、接合時にアルミニウム管用ろう材が十分にまわらないおそれがある。この場合、後述する実施例に示すように、アルミニウム管用ろう材にダマが生じて、良好なろう接続部が形成できなくなる可能性がある。また、亜鉛の含有量が６５質量％以上であれば、アルミニウム管用ろう材の狙い融点を５４０℃以下に調整することが可能となる。これにより、アルミニウム管の融点とアルミニウム管用ろう材の狙い融点との温度差をより大きくすることができるので好ましい。

合金母材には、アルミニウムおよび亜鉛以外の成分（他の成分）が含まれていてもよい。他の成分の具体的な種類は特に限定されず、アルミニウム管用ろう材に求められる各種物性、特に合金母材の融点の下降を妨げない限り、アルミニウムおよび亜鉛の合金に混合可能な金属等を好適に用いることができる。代表的にはケイ素（シリコン、Ｓｉ）を挙げることができる。ケイ素を含有することによりアルミニウム管用ろう材の流動性を向上させることが可能となる。ケイ素の含有量は特に限定されず、所望の狙い融点の実現（融点が狙い融点近傍の温度範囲になること）を妨げず、かつ、良好な流動性を付与できる範囲内であればよい。また、アルミニウム管用ろう材の耐食性を悪化させない観点から、合金母材は、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、およびニッケル（Ｎｉ）を含有しないことが好ましい。

アルミニウム管用ろう材が含有するフラックスは、合金母材の融点より低いものを適宜選択して用いることができる。アルミニウム管用ろう材中のフラックスの含有量は、１０〜２５質量％の範囲内であればよい。具体的なフラックスの種類は特に限定されないが、合金母材よりも融点が低い金属塩を挙げることができる。より具体的には、例えば、フルオロアルミン酸セシウム（Ｃｓ_X ＡｌＦ_3+X ）、フルオロアルミン酸カリウム（Ｋ_X ＡｌＦ_3+X ）等のフルオロアルミン酸のアルカリ金属塩を挙げることができる（Ｘ＝１〜２）。これらは１種類のみ用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。

フラックスがフルオロアルミン酸のアルカリ金属塩であれば、塩素等の腐食性元素を含まないため、形成された接合部分を後洗浄する必要がない。なお、後洗浄を行うことに差支えがなければ、フラックスとしては、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃ ）等の公知の塩化物系フラックスも好適に用いることができる。

アルミニウム管用ろう材は、合金母材でフラックスを包含した線材として構成されていればよいが、線材としての具体的な構成は特に限定されない。線材の外径は、一般的には１．６ｍｍであるが、差しろうにより接合を行う場合には、作業性向上の観点から、より太い１．８〜２．０ｍｍの範囲内であってもよい。逆に、接合条件等によっては、線材の外径は１．６ｍｍ未満であってもよい。

線材中のフラックス部分の直径、あるいは合金母材の厚み（線材の外径およびフラックス部分の直径の差分）についても特に限定されず、公知の範囲内であればよい。また、線材の形成方法も特に限定されず、合金母材中にフラックスが包含された二重構造の線材を製造可能であれば、アルミニウム系ろう材の分野で公知の手法を採用することができる。

［熱交換器アルミニウム管］
次に、本発明において、前述したアルミニウム管用ろう材を用いて接合されるアルミニウム管の構成の一例について、図１および図２を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明では、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

本発明で接合対象となるアルミニウム管は、前記の通り熱交換器が有する配管（熱交換器アルミニウム管）である。この熱交換器アルミニウム管は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製であればよく、その用途は特に限定されないが、通常は、内部に冷媒を流通させる伝熱管である。熱交換器の具体的な構成は特に限定されず、伝熱管およびフィンを備える公知の構成であればよい。本発明における熱交換器は、伝熱管およびフィンのいずれもアルミニウム製である。また、熱交換器は、伝熱管およびフィン以外の部材を含んでもよいし、伝熱管以外のアルミニウム管を含んでもよい。

熱交換器アルミニウム管同士をアルミニウム管用ろう材で接合するためには、熱交換器アルミニウム管のそれぞれの端部を合わせて保持した端部保持箇所を形成し、この端部保持箇所にろう材を設置または供給することになる。端部保持箇所の形成方法は特に限定されず、端部同士を合わせた状態を保持できればよい。端部を合わせて保持する状態には、端部同士を接触させた上で合わせた状態も、端部同士を接触させずに合わせた状態も含まれる。また、端部保持箇所を実現する上では、公知の治具等を用いることもできる。

本実施の形態では、端部保持箇所の代表的な構成の一例として、図１に示すように、一方のアルミニウム管１１の端部を、他方のアルミニウム管１２の端部を挿入することが可能な拡管部１１ａとする構成を採用している。つまり、本実施の形態では、端部保持箇所は、一方のアルミニウム管１１の端部を他方のアルミニウム管１２の端部に挿入した構成となっている。この拡管部１１ａは、他方のアルミニウム管１２の端部を挿入可能に管径を拡大したものであればよく、その具体的な構成は特に限定されない。

このように一方のアルミニウム管１１の端部が拡管部１１ａとなっていれば、図２に示すように、この拡管部１１ａに他方のアルミニウム管１２の端部を差し込むだけで端部保持箇所１０を形成することができる。なお、図１および図２に示すように、アルミニウム管１１および１２の接合時には、一方のアルミニウム管１１は、拡管部１１ａが上側となるようにエンドプレート１３上に立設して固定してもよい。

ここで、拡管部１１ａは、当該拡管部１１ａの付け根（アルミニウム管１１の本体につながった部位）からの端部開口まで同じ管径を有する構成であってもよいが、図１および図２に示すように、拡管部１１ａの端部開口の周縁部は、その管径がさらに拡大された拡大枠部１１ｂとなっていると好ましい。

例えば、図２に示すように、差しろうにより線材のアルミニウム管用ろう材（線ろう材２０Ａ）を端部保持箇所１０に供給する場合には、線ろう材２０Ａの先端を拡大枠部１１ｂ上に位置させればよい。また、図２に示すように、置きろうによりリング状のアルミニウム管用ろう材（リングろう材２０Ｂ）を端部保持箇所１０に設置するのであれば、拡大枠部１１ｂ上にリングろう材２０Ｂを容易に設置することができる。なお、差しろうおよび置きろうに関しては後述する。

拡大枠部１１ｂの管径は特に限定されず、拡管部１１ａの管径よりも大きければよい。アルミニウム管１１の本体の管径にもよるが、拡管部１１ａの管径をＲ１とし、拡大枠部１１ｂの管径をＲ２とすれば、管径Ｒ１と管径Ｒ２との差分は１．０ｍｍ以上であればよく、２．５ｍｍ以上であると好ましい。つまり、拡管部１１ａから見た拡大枠部１１ｂの外部拡大幅Ｒｂは、０．５ｍｍ以上であればよく、１．２５ｍｍ以上であると好ましい。アルミニウム管１１の本体の管径をＲ０とすれば、代表的には、本体の管径としてはＲ０＝６．３５ｍｍを挙げることができるが、このとき拡管部１１ａの管径としてはＲ１＝６．５ｍｍを挙げることができ、拡大枠部１１ｂの管径Ｒ２としてはＲ２＝７．５ｍｍ以上であればよく、９．０ｍｍ以上であることが好ましい。

アルミニウム管１１および１２を接合する際には、図２に示すように、例えばバーナートーチ３０等の加熱装置（加熱手段）を用いて端部保持箇所１０を加熱すればよいが、具体的な加熱箇所は特に限定されない。代表的な加熱箇所は、端部保持箇所１０におけるアルミニウム管用ろう材（線ろう材２０Ａ、リングろう材２０Ｂ）の供給箇所または設置箇所であればよい（図２上位置のバーナートーチ３０参照）が、アルミニウム管用ろう材の供給箇所または設置個所よりも下方を加熱してもよい（図２下位置のバーナートーチ３０参照）。

本実施の形態では、アルミニウム管１１の拡管部１１ａには拡大枠部１１ｂが設けられており、アルミニウム管用ろう材は、拡大枠部１１ｂ上に供給または設置される。アルミニウム管用ろう材には、前述したようにフラックスが含まれているが、このフラックスは融解したアルミニウム管用ろう材からできるだけ除去する必要がある。フラックスを十分に除去するためには、アルミニウム管１１（およびアルミニウム管１２）が熱変形しない程度に長時間加熱することになる。アルミニウム管用ろう材は拡大枠部１１ｂ上に供給または設置されるので、より安定した加熱を実現する上では、拡大枠部１１ｂからの伝熱によりアルミニウム管用ろう材を融解させる手法を採用することができる。そこで、本実施の形態において、好ましい加熱方法としては、図２に示すように拡管部１１ａにおける拡大枠部１１ｂの下方（端部保持箇所１０の下部近傍）を加熱する方法が挙げられる。

［熱交換器アルミニウム管の接合方法］
次に、前述したアルミニウム管用ろう材を用いて熱交換器アルミニウム管同士をろう接する方法、すなわち、本発明に係る熱交換器アルミニウム管の接合方法について、図３（Ａ）〜（Ｄ）および図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照して具体的に説明する。

本発明に係る熱交換器アルミニウム管の接合方法では、前述したアルミニウム管用ろう材を、前述した端部保持箇所１０（アルミニウム管１１および１２の端部同士を接触させて保持した箇所）に供給し、当該アルミニウム管用ろう材を融解させることにより、アルミニウム管同士を接合すればよい。

ここで、端部保持箇所１０にアルミニウム管用ろう材を供給する方法は特に限定されないが、代表的には、端部保持箇所１０を予め加熱（予熱）してからアルミニウム管用ろう材を差しろうにより供給する方法、または、端部保持箇所１０にアルミニウム管用ろう材を置きろうとして設置してから加熱する方法を挙げることができる。差しろうによる供給方法は、手作業によるろう接に好適に用いることができ、置きろうによる供給方法は、機械による自動ろう接に好適に用いることができる。

このようにしてアルミニウム管用ろう材を供給し、加熱により融解させる。融解したアルミニウム管用ろう材は、端部保持箇所１０におけるアルミニウム管１１および１２の間に流れ込みろう接続部を形成する。ここで、ろう接続部中にフラックスが残留していると接合箇所に貫通孔が生じるおそれがある。そこで、端部保持箇所１０をできるだけ長時間加熱することによりろう接続部からフラックスを漏出させる。これにより貫通孔等の欠陥の発生を十分に抑制することができる。

図３（Ａ）〜（Ｄ）には、差しろうにより手作業でアルミニウム管１１および１２を接合する例を模式的に示している。まず、図３（Ａ）に示すように、アルミニウム管１１の拡管部１１ａにアルミニウム管１２を差し込むことで、端部保持箇所１０を形成し、アルミニウム管１１の拡管部１１ａをバーナートーチ３０により予め加熱する。この例では、前述したように、拡管部１１ａにおける拡大枠部１１ｂの下方（端部保持箇所１０の下部近傍）を加熱している（図２参照）。これにより、アルミニウム管用ろう材を効率的に融解するように、端部保持箇所１０を予熱することになる。

その後、図３（Ｂ）に示すように、端部保持箇所１０の拡大枠部１１ｂ上に、線ろう材２０Ａの先端を位置させて、差しろうによりアルミニウム管用ろう材を供給する。線ろう材２０Ａは、フラックス２２を合金母材２１で包含した構成となっている。さらにその後、図３（Ｃ）に示すように、線ろう材２０Ａが融解する。フラックス２２は前述したように合金母材２１よりも融点が低いため、周囲の合金母材２１よりも内部のフラックス２２が先に融解する。合金母材２１は、前述したようにアルミニウム−亜鉛系の合金であって、その表面にはアルミニウム由来の酸化皮膜が生じている。融解したフラックス２２が塗れ広がることにより、合金母材２１の表面の酸化皮膜が除去されるので、合金母材２１が良好に融解して端部保持箇所１０に融け広がる。

端部保持箇所１０に融け広がった合金母材２１は、アルミニウム管１１および１２の間に形成される隙間に流れ込むが、この状態では、合金母材２１中にフラックス２２が残留しているおそれがある。それゆえ、前述したようにバーナートーチ３０による加熱を継続することで、合金母材２１中のフラックス２２を漏出させる。これにより、合金母材２１からフラックス２２を実質的に除去することが可能となる。その後の自然冷却により、図３（Ｄ）に示すように、端部保持箇所１０におけるアルミニウム管１１および１２の隙間には、フラックス２２を実質的に含まないろう接続部２３が形成される。

図４（Ａ）〜（Ｄ）には、置きろうにより機械（ロボット等）による自動作業でアルミニウム管１１および１２を接合する例を模式的に示している。まず、図４（Ａ）に示すように、アルミニウム管１１の拡管部１１ａにアルミニウム管１２を差し込むことで、端部保持箇所１０を形成するが、予熱せずに、拡大枠部１１ｂの上にリングろう材２０Ｂを載置する。このリングろう材２０Ｂも、線ろう材２０Ａと同様に、フラックス２２を合金母材２１で包含した構成の線材となっている。

その後、図４（Ｂ）に示すように、拡管部１１ａにおける拡大枠部１１ｂの下方（端部保持箇所１０の下部近傍）をバーナートーチ３０で加熱する。このとき、リングろう材２０Ｂが融解可能で、かつ、アルミニウム管１１の拡管部１１ａが変形しない温度まで予熱できるように、バーナートーチ３０によるバーナー炎を強めたり弱めたりする。このバーナー炎の強弱の変化は、図示しない制御器に記憶されるプログラムにより制御すればよい。

その後、図３（Ｃ）に示すように、バーナートーチ３０による本加熱が行われ、これにより拡大枠部１１ｂ上のリングろう材２０Ｂが融解する。このとき、前述したように、先にフラックス２２が融解して塗れ広がり、合金母材２１の表面の酸化皮膜が除去されるので、合金母材２１が良好に融解して端部保持箇所１０に融け広がる。さらにその後、バーナートーチ３０による加熱を継続して合金母材２１中のフラックス２２を漏出させる。これにより、合金母材２１からフラックス２２を実質的に除去することが可能となる。その後の自然冷却により、図４（Ｄ）に示すように、端部保持箇所１０におけるアルミニウム管１１および１２の隙間には、フラックス２２を実質的に含まないろう接続部２３が形成される。

このように、本発明では、アルミニウム管用ろう材として、亜鉛を４０〜７５質量％の範囲内で含有するアルミニウム−亜鉛系の合金母材を用いており、フラックスとしては、このアルミニウム−亜鉛系の合金母材よりも融点の低いものを１０〜２５質量％の範囲内で用いている。それゆえ、得られる熱交換器アルミニウム管の接合構造は、前述したアルミニウム管用ろう材により形成されるろう接続部を有することになる。これにより、接合構造のろう接続部にフラックスが残留する可能性が低減しているので、フラックスの残留による貫通孔等の欠陥の発生を抑制することができる。その結果、より良好な品質で効率的に接合されたアルミニウム管の接合構造を実現することができる。

特に本発明では、アルミニウム管用ろう材が、接合対象であるアルミニウム管の融点よりも十分に低い温度で融解可能となっている。それゆえ、従来のアルミニウム−ケイ素系のろう材に比べてろう接の難易度が低くなり、作業性が向上するとともに自動化にも好適なものとなっている。この点について、ろう接の難易度がより低い、銅管のろう接を例に挙げて説明する。

従来から、空気調和装置の室外機が備える熱交換器では、伝熱管等の管材としては銅管が用いられている。これら銅管同士をろう接する場合、銅にはアルミニウムのような化学的に非常に安定な酸化皮膜が生じないので、銅ろう材にはフラックスを用いる必要がない。また、代表的な銅ろう材であるリン銅ろう材（Ｃｕ−Ｐ）の融点は、銅管の融点よりも３００℃以上低い。さらに、銅管をろう材が融解する温度まで加熱すると、熱輻射により銅管が赤くなる。それゆえ、例えば手作業でろう接を行う場合には、作業者の目視により銅管が赤くなるまで加熱すれば、銅管が変形することなくろう材を融解させることができる。

これに対して、アルミニウム管同士のろう接では、酸化皮膜を破壊するためにフラックスを用いる必要がある。また、一般的なアルミニウムろう材（ケイ素が添加されたＡｌ−Ｓｉ系合金）の融点とアルミニウム管の融点との温度差は、銅ろう材の融点と銅管の融点との温度差に比べて小さい。さらに、アルミニウム管をろう材が融解する温度まで加熱しても熱輻射による変色は見られず、外観上の変化は特に見られない。それゆえ、ろう接の際には、フラックスの残留を回避するために長時間加熱すると、アルミニウム管の融点付近まで高温となりアルミニウム管が変形するおそれがある。そこで、アルミニウム管の変形を回避するために加熱時間を短くすると、ろう接続部からフラックスが流れ出さずに残留するおそれがある。フラックスの残留は、ろう接続部に貫通孔を生じさせることになる。

フラックスの残留による貫通孔は、アルミニウム管の接合箇所の検査によって発見し難い。アルミニウム管の接合品質の検査方法としては、一般的にはヘリウムリーク検査あるいは水没検査が用いられる。例えばヘリウムリーク検査では、接合箇所の内部を真空状態にしてから外部からヘリウムガスを充填し、外部にヘリウムガスのリークがあるか否かを検知する。検査時にフラックスは融解しないので、貫通孔はフラックスで充填されていることになる。そのため、ヘリウムガスのリークは検知されず、接合箇所に密閉性があると判断される。しかしながら、その後、アルミニウム管に冷媒を流通させると、フラックスが少しずつ貫通孔から浸み出すので、貫通孔が開放されて冷媒の漏れが発生する。これにより、製造した室外機用熱交換器は、抜き取り検査ではなく全数検査する必要があり、生産性が大きく低下してしまう。

これに対して、本発明に係るアルミニウム管用ろう材は、前述したように、合金母材として、従来のようなケイ素ではなく亜鉛を４０〜７５質量％の範囲内で含有するアルミニウム−亜鉛系合金を用いている。これにより、合金母材の融点は、フラックスより高く、かつ、従来のアルミニウム−ケイ素系のろう材の融点よりも低くすることが可能となる。その結果、アルミニウム管の融点とろう材の融点との温度差を大きくすることができるので、接合時の加熱時間をより長くすることが可能になる。

それゆえ、接合作業時には、線材内部のフラックスが先に融解して合金母材に広がり、その後に線材外部の合金母材が融解することになるので、合金母材を融解しやすくできるとともに、より長時間の加熱によりフラックスを先に漏出させることができる。これにより、接合箇所のろう接続部にフラックスが残留する可能性が低減されるので、フラックスの残留による貫通孔等の欠陥の発生を抑制することができる。その結果、アルミニウム管同士を良好な品質で効率的に接合することができる。

本発明について、実施例および比較例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正、および改変を行うことができる。

（実施例１）
図１に示すように、エンドプレート１３に、長さ１５．５ｍｍ、管径Ｒ０＝６．３５ｍｍ、拡管部１１ａの管径Ｒ１＝６．５ｍｍ、拡大枠部１１ｂの管径Ｒ２＝７．５ｍｍであるアルミニウム管１１を固定した。このアルミニウム管１１の拡管部１１ａに対して、管径Ｒ０＝６．３５ｍｍのアルミニウム管１２の端部を挿入した。これにより、図２に示すように、アルミニウム管１１および１２の端部保持箇所１０を構成した。

また、アルミニウム管用ろう材として、フラックス２２を合金母材２１で包含することにより、線径１．６ｍｍの線材として形成された線ろう材２０Ａを準備した。この線ろう材２０Ａにおける合金母材２１は、アルミニウム（Ａｌ）３５質量％および亜鉛（Ｚｎ）６５質量％の組成であり、その狙い融点は５２０℃である。また、この線ろう材２０Ａのフラックス２２はフルオロアルミン酸セシウム（Ｃｓ_X ＡｌＦ_3+X ，X=1または2）であり、その活性温度は５２０℃である。また、線ろう材２０Ａの重量比は、合金母材２１が８２質量％、フラックス２２が１８質量％となっている。

次に、図３（Ａ）に示すように、端部保持箇所１０における拡大枠部１１ｂの下部をバーナートーチ３０で加熱することにより、端部保持箇所１０の予熱を行った。その後、図３（Ｂ）に示すように、線ろう材２０Ａの先端を拡大枠部１１ｂ上に位置させ、バーナートーチ３０による加熱を継続した。これにより、図３（Ｃ）に示すように、線ろう材２０Ａが融解するので、端部保持箇所１０におけるアルミニウム管１１および１２の間にアルミニウム管用ろう材を流し込んだ。加熱の継続により、前述したように、合金母材２１からフラックス２２を流出させた。

その後、加熱を停止して自然冷却することにより、アルミニウム管用ろう材によるろう接続部２３が形成された、実施例１の熱交換器アルミニウム管の接合構造を得た。この接合構造のＸ線透過像を図５に示す。なお、図５では、合金母材におけるアルミニウムおよび亜鉛（またはケイ素）の含有量を単に「％」と記載しているが、これは「質量％」を意味する。

（実施例２）
線ろう材２０Ａとして、合金母材２１が、アルミニウム（Ａｌ）２５質量％および亜鉛（Ｚｎ）７５質量％の組成であるものを用いた以外は、前記実施例１と同様にして、実施例２の熱交換器アルミニウム管の接合構造を得た。なお、合金母材２１の狙い融点は５４０℃である。この接合構造のＸ線透過像を図５に示す。

（比較例１）
線ろう材２０Ａとして、合金母材２１が、アルミニウム（Ａｌ）８８質量％およびケイ素（Ｓｉ）１２質量％の従来組成であるものを用いた以外は、前記実施例１と同様にして比較例１の熱交換器アルミニウム管の接合構造を得た。なお、合金母材２１の狙い融点は５８０℃である。本比較例１では、複数の接合構造を製造したが、そのうち良品の接合構造と不良品の接合構造とを含んでいた。良品および不良品の接合構造それぞれについて、Ｘ線透過像を図５に示す。

（比較例２）
線ろう材２０Ａとして、合金母材２１が、アルミニウム（Ａｌ）１２質量％および亜鉛（Ｚｎ）８８質量％の比較組成であるものを用いた以外は、前記実施例１と同様にして比較例２の熱交換器アルミニウム管の接合構造を得た。なお、合金母材２１の狙い融点は４５０℃である。この接合構造のＸ線透過像を図５に示す。

（実施例および比較例の対比）
図５に示す接合構造のＸ線透過像では、原子番号の大きい物質または膜厚が大きい物質についてはＸ線の透過率が小さいため黒く映る。フラックス２２由来のセシウム、あるいは、合金母材２１由来の亜鉛は、アルミニウムに比べて黒く映ることになる。

図５に示す実施例１および２の接合構造の結果から明らかなように、本発明に係るアルミニウム管用ろう材を用いれば、得られる接合構造のＸ線透過像には、フラックス２２に由来する黒い像または融解しきっていない合金母材２１由来の黒い像等が映っていない。それゆえ、接合箇所には、フラックス２２の残留による貫通孔が形成されておらず、また、合金母材２１のダマ等も形成されていない。

そのため、実施例１および２の接合構造は、従来の良品（比較例１の良品）の接合構造と同様に良好なろう接を実現できることがわかる。一方、従来のアルミニウム−ケイ素系のろう材を用いた場合には、比較例１の良品の接合構造のように良好なろう接が可能であるものの、比較例１の不良品のように、フラックス２２の残留による黒い像が映っており、しかも、黒い像は接合構造（拡管部１１ａ）の上下に渡って存在していることがわかる。それゆえ、比較例１の不良品の接合構造には貫通孔が形成されおり、十分なろう接ができていないことがわかる。

また、比較例２の接合構造の結果から明らかなように、アルミニウム−亜鉛系のろう材であっても、亜鉛の含有比が７５質量％を超えた場合には、合金母材２１の狙い融点が５２０℃を下回るため、接合箇所に良好なろう接続部２３が形成されずに、ダマの残存が確認されている（右上の黒い像）。また、図５の結果には含まれないが、アルミニウム−亜鉛系のろう材であっても亜鉛の含有比が４０質量％未満の場合には、狙い融点が比較例１の５８０℃と同等かそれ以上になってしまうため、比較例１と同様に、貫通孔が形成される不良品が発生するおそれがある。

なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、空気調和装置の室外機が備える熱交換器の分野、特に、アルミニウム管を有する熱交換器を製造する分野に広く好適に用いることができる。

１０ 端部保持箇所
１１ アルミニウム管
１１ａ 拡管部
１１ｂ 拡大枠部
１２ アルミニウム管
１３ エンドプレート
２０Ａ 線ろう材
２０Ｂ リングろう材
２１ 合金母材
２２ フラックス
２３ ろう接続部
３０ バーナートーチ

Claims (9)

1. 空気調和装置の室外機が備える、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のアルミニウム管を有する熱交換器において、前記アルミニウム管のろう付けに用いられ、
   アルミニウムおよび亜鉛を含有する合金母材と、当該合金母材よりも融点の低いフラックスとを含有し、
   前記合金母材を１００質量％としたときに当該合金母材における前記亜鉛の含有量が４０〜７５質量％の範囲内であり、
   前記フラックスの含有量が１０〜２５質量％の範囲内であり、
   前記合金母材で前記フラックスを包含した線材として構成されていることを特徴とする、
   熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材。
2. 前記合金母材における前記亜鉛の含有量が６５〜７５質量％の範囲内であることを特徴とする、
   請求項１に記載の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材。
3. 前記合金母材は、さらにケイ素を含有することを特徴とする、
   請求項１または２に記載の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材。
4. 前記フラックスは、前記合金母材よりも融点が低い金属塩であることを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材。
5. 前記フラックスは、フルオロアルミン酸のアルカリ金属塩であることを特徴とする、
   請求項４に記載の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材を、前記アルミニウム管のうち、一方のアルミニウム管の端部を他方のアルミニウム管の端部に挿入して保持した端部保持箇所に供給し、当該ろう材を融解させることにより、前記アルミニウム管同士を接合することを特徴とする、
   熱交換器アルミニウム管の接合方法。
7. 前記端部保持箇所を予め加熱してから前記ろう材を差しろうにより供給するか、または、前記端部保持箇所にろう材を置きろうとして設置してから加熱することにより、当該ろう材を融解させるとともに、
   前記端部保持箇所が融解した前記ろう材により接合されて形成されるろう接続部を加熱して、当該ろう接続部から前記フラックスを漏出させることを特徴とする、
   請求項６に記載の熱交換器アルミニウム管の接合方法。
8. 前記端部保持箇所は、一方の前記アルミニウム管の端部が、他方の前記アルミニウム管の端部を挿入可能に管径を拡大した拡管部となっており、
   当該拡管部の端部開口の周縁部は、その管径がさらに拡大された拡大枠部となっていることを特徴とする、
   請求項６または７に記載の熱交換器アルミニウム管の接合方法。
9. 前記アルミニウム管同士をろう材により接合してなる接合構造であって、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器アルミニウム管ろう付け用ろう材により形成されるろう接続部を有することを特徴とする、
   熱交換器アルミニウム管の接合構造。