JP2577962B2

JP2577962B2 - アルミニウム熱交換器

Info

Publication number: JP2577962B2
Application number: JP63161988A
Authority: JP
Inventors: 光夫橋浦; 敏夫森川; 理樹萩原; 美房正路; 泰永伊藤; 博高橋
Original assignee: Denso Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Denso Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH0211291A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は，芯材が強く，薄肉のチューブ，コアプレー
ト等を有するアルミニウム熱交換器に関する。

〔従来技術〕

従来，真空ろう付け法で製造されるアルミニウム熱交
換器は，ウォータチューブなど冷却水に接触する部分の
材料として，下記のろう材と芯材と犠牲陽極層の３層か
らなるクラッド材が用いられていた。即ち，芯材として
は，アルミニウム・マンガン（Al−Mn）合金に強度を高
めるためマグネシウム（Mg）を0.3〜1.0％添加した合金
を用いている。そして，更に耐食性を向上させるため，
その芯材の水側面にアルミニウム・亜鉛（Al−Zn）合
金,Al−Zn−Mg合金，若しくは純Alからなる犠牲陽極層
がクラッドされている。そして，芯材の大気側はフィン
等をろう付けするためAl−Si（シリコン）系合金がクラ
ッドされている。

また，芯材とろう材との間に犠牲陽極層を介在させた
３層構造のブレージングシートも提案されている（特公
昭63-149号公報）。

また，これらのブレージングシートは，ろう付け処理
が容易なフッ化物系フラックスを用いて，ろう付けする
ことが提案されている。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら，フッ化物系フラックスを用いて，窒素
（N₂）雰囲気中でろう付けする方法においては，前記芯
材の強度向上に必要な成分であるMgが，ろう付け時フラ
ックスと反応しチューブ表面にMgの化合物，例えばフッ
化マグネシウムカリウム（KMgF₃）あるいはフッ化マグ
ネシウム（MgF₂）が生成される。

そして，このMg化合物によりAl−Si合金ろうの流動が
阻害され，ろう付けが困難となる。そのため，例えばフ
ィンとチューブとのろう付けが不完全となり，熱交換器
の製造自体が不可能となるおそれがあった。

また,Mgを含まないAl−Mn合金を芯材として用いる場
合には強度が不充分なため，熱交換器材料の薄肉化，軽
量化が困難である。

本発明は，かかる従来の問題点に鑑み，ろう付け性に
優れ，芯材が強く薄肉のチューブ，コアプレート等を有
するアルミニウム熱交換器を提供しようとするものであ
る。

〔課題の解決手段〕

本発明は，ブレージングシートをフッ化物系のフラッ
クスを用いてろう付け組付けしてなるアルミニウム熱交
換器において，上記ブレージングシートは,Al−Mg系合
金の芯材と,Al−Si系合金のろう材と，上記芯材とろう
材との間に設けた拡散防止層と，上記芯材表面に設けた
Al−Zn系合金の犠牲陽極層とからなる４層のクラッド材
からなり，かつ上記拡散防止層はMn0.2〜2.0％,Zr（ジ
ルコニウム）0.05〜0.35％を含有し残部がAlと不可避不
純物からなることを特徴とするアルミニウム熱交換器に
ある。

本発明において注目すべきことは，芯材とろう材との
間にMgの拡散防止層を設けると共に，芯材表面には上記
犠牲陽極層を設けた４層構造にしたことにある。しかし
て，この拡散防止層は,Mn0.2〜2.0％,Zr0.05〜0.35％を
含有し，残部がAlと不可避不純物とからなる合金であ
る。Mn及びZrがこれより少ない場合には，ろう付け時に
芯材中のMgがフラックス中へ拡散し，充分なろう付けを
行うことができない。また,Mn及びZrがこれ以上となる
と，巨大晶出物の生成などによりブレージングシートの
製造が困難になるという問題を生ずる。また，拡散防止
層の厚みは10〜100μｍとすることが好ましい。10μｍ
以下では,Mgの拡散を防止し難く,100μｍを越えるとブ
レージングシート自体の厚みが増し，またコスト高とな
る。

また，芯材はAl−Mg系合金を用いる。ここに,Mgは0.3
〜1.5％とすることが好ましい。0.3％未満では十分な芯
材強度を得難く,1.5％を越えると芯材の加工性が低下す
るおそれがある。また，芯材は更に強度向上のためMnを
0.2〜1.5％,Cu（銅）を0.1〜1.0％,Si,Feを0.1〜0.9％
含有することが好ましい。

また，ろう材はAl−Si系合金を用いる。ここに,Siは
７〜15％とすることが好ましい。７％未満では，ろう材
としての作用が低く，一方15％を越えるとろう付性を害
するおそれがある。また，犠牲陽極層はAl−Zn系合金を
用いる。ここに,Znは0.3〜2.0％とすることが好まし
い。0.3％未満ではろう付け処理後に犠牲陽極層に残留
するZn量が少なくなり，芯材に対して電気化学的に卑に
なり難く耐食性が低下するおそれがある。また,2％を越
えると犠牲陽極層が消耗し易く，犠牲陽極効果が長期間
持続しないおそれがある。

また，これらは，ろう材，拡散防止層，芯材，犠牲陽
極層の順で４層に積層したクラッド材としてブレージン
グシートを構成する。また，フッ化物系のフラックスと
は，KAlF₄，K₃AlF₆等をいう。また，このろう付けは主
としてN₂ガス雰囲気中において行う。

〔作用及び効果〕

本発明においては，前記拡散防止層が芯材とろう材と
の間に介在されている。そのため，従来のごとく，ろう
付け時にフッ化物系のフラックスと芯材中のMgとが接触
することがない。そのため，従来のごとく芯材中のMgが
フラックスと反応してろう材の流動性を阻止し，ろう付
け不良を生ずるということがない。

また，それ故に芯材中のMgは当初のまま芯材中に残留
し，芯材の強度向上に寄与することができる。また，そ
のため熱交換器を構成するためのブレージングシートは
全体として薄肉とすることができる。

したがって，本発明によれば，ろう付け性に優れ，芯
材の強度が高く薄肉のチューブ，コアプレート等を有す
るアルミニウム熱交換器を提供することができる。

また，本発明において上記ブレージングシートは，チ
ューブのみならず，コアプレート，インサートなど熱交
換器用材料として用いることができることは勿論であ
る。

〔実施例〕

次に，本例のアルミニウム熱交換器を，第１図及び第
２図を用いて説明する。

本例の熱交換器の全体構成は，第２図に示すごとく，
上下のコアプレート94,94の両側に設けたサイドプレー
ト95,95と，これらの間において上下のタンク92,92の間
に配設した多数のチューブ１と，該チューブ１の間に設
けたフィン８とよりなる。上記チューブ1,フィン8,コア
プレート94,94,サイドプレート95,95は互いにろう付け
されている。上記コアプレート94は，ゴムリング（省図
示）を介して，上下樹脂タンク92,92と機械的にかしめ
結合されている。なお，同図の符号93は入口パイプ,96
は出口パイプである。

また，第１図は上記チューブ１とフィン８との接合部
の拡大断面図である。同図に示すように，チューブ１
は，ろう材11,拡散防止層12,芯材13,犠牲陽極層14を順
次積層した４層のクラッド材からなるブレージングシー
トである。そして，該チューブ１のろう材11側がフィン
８とろう付けされ，犠牲陽極層が冷却水側に位置する。

次に，上記ブレージングシートを用いた熱交換器の強
度およびろう付性の評価をするため，次のようにして熱
交換器を組付けた。

まず，チューブとして次の各種類のものを作製した。
即ち，芯材13として表−1,2に示す組成のAl合金を用
い，この芯材13の水側面（チューブ内側）にAl−１％Zn
合金よりなる犠牲陽極層14をクラッドした。この犠牲陽
極層14の厚みは，ブレージングシートの全厚みの10％で
あった。次に，大気側面（チューブ外側）に下表に示す
Mn,Zrを含有するAl合金からなる拡散防止層12をブレー
ジングシート全厚みの10％クラッドした。そして，更に
該拡散防止層12の表面にAl−10％Si合金からなるろう材
11をクラッドした。そして，全厚み0.4mmのブレージン
グシートとした。

しかして，上記ブレージングシートをロールフォーミ
ングして偏平管形状に成形し，その端部を溶接してチュ
ーブ１を作製した。

一方，コアプレート94は,Al−１％Mn合金の芯材の一
方側に前記と同様のろう材を，他方側に前記と同様の犠
牲陽極層をクラッドしたものを用い，プレスにてクラッ
ド率が10％，板厚が1.2mmとなるように成形した。

また，サイドプレート95は,A3003合金を用い，フィン
と熱的接合するためフィン側のみ，ろう材をクラッドし
たものである。

そして，上記チューブ１にフィン８およびサイドプレ
ート95を組付けてコア部を形成し，次いでチューブ１の
上下両端にコアプレート94,94を挿入する。この様にし
て熱交換器の構造部材を組付け，その状態をろう付け治
具で保持し,3〜５％水溶液のフッ化物系フラックスを塗
布，乾燥したのちN₂雰囲気ろう付け炉へ搬入した。

ろう付け炉内は露点−40〜−50℃程度にしておき，か
つ600℃程度の高温に保持されている。そして，このろ
う付け炉内で３〜５分程度加熱してチューブ１上の前記
ろう材11,及びその他の材料のろう材を溶融し，チュー
ブ1,フィン8,サイドプレート95,コアプレート94のろう
付けを行う。そしてＯリングを介して，樹脂タンク92,9
2をコアプレート94に重ね，両者を機械的かしめにより
取付ける。

次に，上記のごとく構成した本発明のAl熱交換器（N
o.1〜No.10）について，引っ張り強度及びろう付け評価
を行った。ろう付け評価は，フィンの未接着率を調査す
ることにより行った。

その結果を，表−1,2に示す。なお，同表には拡散防
止層を設けていない従来の熱交換器（No.C1〜C3）につ
いても，その評価結果を併示した。

同表より知られるごとく，比較例C1はフィン未着率は
0.2％以下と好ましいが，引っ張り強さは14.2kg/mm²と
低い。これは，芯材のMg量が少ないためである。また，
比較例C2,C3はMg量が多いため引っ張り強さは高いが，
未着率が高くろう付け性が極めて悪いことが分る。

これに対して，本発明に係る４層クラッド材よりなる
No.1〜No.10は，引っ張り強さが比較例No.C1の約1.4〜
1.7倍の約20〜24kg/mm²に達する。また，そのフィン未
接着率は，いずれも0.2％以下と，極めて優れたろう付
け性を示している。

このように，本例にかかるアルミニウム熱交換器は，
優れたろう付け性及び強度を有することが分る。

以上のごとく，本発明にかかるアルミニウム熱交換器
は，フッ化物系フラックスによるろう付けが可能であ
り，またその芯材強度も高いので，薄肉化によるコスト
ダウンが可能になる。また，上例では本発明を自動車用
ラジエータに適用した態様を示したが，本発明熱交換器
は自動車用暖房装置の温水放熱器，冷房装置の冷媒凝縮
器，蒸発器等としても利用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例におけるチューブとフィンの接合部分の
断面図，第２図は実施例における熱交換器の一部切欠正
面図である。１……チューブ,11……ろう材,12……拡散防止層,13…
…芯材,14……犠牲陽極層,8……フィン，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者萩原理樹愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社内 (72)発明者正路美房愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社内 (72)発明者伊藤泰永愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社内 (72)発明者高橋博愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号住友軽金属工業株式会社内 (56)参考文献特開昭57−5840（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−62858（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−53147（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−212094（ＪＰ，Ａ) 特公昭60−41696（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭62−40412（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ブレージングシートをフッ化物系のフラッ
クスを用いてろう付け組付けしてなるアルミニウム熱交
換器において，上記ブレージングシートは,Al−Mg系合金の芯材と,Al−
Si系合金のろう材と，上記芯材とろう材との間に設けた
拡散防止層と，上記芯材表面に設けたAl−Zn系合金の犠
牲陽極層とからなる４層のクラッド材からなり，かつ上
記拡散防止層はMn0.2〜2.0％（重量比，以下同じ）,Zr
0.05〜0.35％を含有し残部がAlと不可避不純物からなる
ことを特徴とするアルミニウム熱交換器。