JP3164409B2 - アルミ製熱交換器用複合チューブとその製造方法 - Google Patents

アルミ製熱交換器用複合チューブとその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミ製熱交換器用複
合チューブとその製造方法に関するもので、特に冷間又
は熱間押出しにより成形したAl又はAl合金製チュー
ブを用いる熱交換器において、ろう付け工程における接
合温度を低くし、長期にわたる信頼性を確保すると共
に、コスト低減を計ったものである。
【0002】
【従来の技術】アルミ製熱交換器は構造が複雑であるた
め、一般的にはAl−Si系合金ろう材をクラッドした
ブレージングシートを組立品の構成部品の一部に使用
し、心材の融点直下である約600℃に昇温し、ノコロ
ックろう付け法又は真空ろう付け法を用いて炉中ろう付
けを行い、構成部品間を接合することにより組み立てら
れている。例えばチューブに電縫管を用いる熱交換器に
おいては、チューブの穴あき腐食を防ぐために、チュー
ブ材をブレージングシートとしている。一方、冷間又は
熱間押出しにより成形したチューブを用いる熱交換器に
おいては、チューブにブレージングシートを使用できな
いため、フィン材をブレージングシートとし、チューブ
の穴あき腐食を防止する目的でチューブ表面にZnを溶
射した後ろう付けをしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般にアルミ製熱交換
器は、ブレージングシートの形でAl−Si系合金ろう
材を用いてろう付けされるため接合温度が約600℃と
高く、さらにこの温度はろう材以外の材料の融点に接近
しているため、厳密な温度制御が不可欠である。また真
空あるいは不活性ガス雰囲気中に保持する必要があるこ
とから、設備費、ランニングコストが高いという問題が
ある。また皮材に使用されるろう材の融点により、心材
に使用される材料も制約を受けている。更にクラッド材
を使用するため、これらの屑の再利用が実質的にできな
いという問題がある。また冷間或いは熱間押出しにより
形成したチューブを用いる熱交換器では、チューブの穴
あき腐食を防止するため、Zn溶射等の処理が必要であ
った。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み種々
検討の結果、アルミ系材料の接合をより低温で行え、コ
スト低減と長期にわたる信頼性を確保できるアルミ製熱
交換器用複合チューブとその製造方法を開発したもので
ある。
【0005】即ち本発明複合チューブは、冷間又は熱間
押出しにより成形したAl又Al合金製チューブの表面
の少なくとも一部に、半田としてAl0.5〜5.0wt
%、Sn1.5〜10.0wt%を含有し、又は更にCu
5wt%以下、Ti0.5wt%以下のうち1種又は2種を
含有し、残部ZnからなるZn基合金を被覆したことを
特徴とする。
【0006】本発明複合チューブの製造方法は、冷間又
は熱間押出しにより成形したAl又はAl合金製チュー
ブの表面の少なくとも一部に、半田としてAl0.5〜
5.0wt%、Sn1.5〜10.0wt%を含有し、又は
更にCu5wt%以下、Ti0.5wt%以下のうち1種又
は2種を含有し、残部ZnからなるZn基合金を440
〜510℃の温度で被覆することを特徴とし、Zn基合
金をフラックス、超音波又はこれらを併用する溶融メッ
キにより被覆する。
【0007】
【作用】本発明は上記の如く、冷間又は熱間押出しによ
り形成したAl又はAl合金製チューブの表面の少なく
とも一部に、半田としてZn基合金を被覆した複合チュ
ーブを用いることによりチューブと熱的に接合する必要
のある部品として、ブレージングシートを必要とせず、
より低温での接合が可能となる。このため例えばフィン
材にJIS5000系(Al−Mg系)合金等の比較的
低い液相点を持つ高強度材料の使用も可能であり、接合
部品の薄肉化も可能となる。そしてチューブ表面に半田
として被覆したZn基合金が、チューブ材に対して犠牲
陽極層として作用するため、チューブの穴あき腐食を防
止でき、長期にわたる信頼性を確保することが可能とな
る。
【0008】半田として被覆するZn基合金としては、
Al0.5〜5.0wt%、Sn1.5〜10.0wt%を
含有し、又は更にCu5wt%以下、Ti0.5wt%以下
のうち1種又は2種を含有し、残部ZnからなるZn基
合金を用いる。
【0009】またチューブ表面へのZn基合金の被覆法
は、フラックスを用いる溶融めっき、或いは超音波を併
用する溶融めっき等が経済的にも有利である。また処理
するチューブに先ずジンケート処理した後溶融めっきし
ても良い。
【0010】Zn基合金におけるAlの添加は、溶融Z
nの酸化を防止し、融点を下げて溶融めっき及び接合作
業を容易にすると共に、結晶粒の微細化による強度改善
及び接合強度の向上のためである。しかしてAlの添加
量を0.5〜5.0wt%と限定したのは、0.5wt%未
満ではこれらの効果が不十分であり、5.0wt%を越え
ると溶融Znの酸化防止及び強度向上の点では良好なる
も融点が上昇し、Zn基合金の広がり性を劣化させ、接
合作業性を悪くするためである。
【0011】Snの添加はZn基合金の融点を低下さ
せ、かつ該合金の広がり性、溶融めっき性及び接合性を
改善するためである。しかしてSnの添加量を1.5〜
10.0wt%と限定したのは、1.5wt%未満ではこれ
らの効果が不十分であり、10.0wt%を越えると前記
特性は優れるも、強度が弱くなってしまうためである。
【0012】Cuの添加はZn基合金とAl材との濡れ
性、及び強度を改善するためである。しかしてCuの添
加量を5wt%以下と限定したのは、5wt%を越える添加
では融点が上がりすぎ、接合作業性を悪くするためであ
る。
【0013】Tiの添加はZn基合金の酸化防止、Al
材との濡れ性改善及び色合いの変化を防止するためであ
る。しかしてTiの添加量を0.5wt%以下と限定した
のは、0.5wt%を越える添加では融点が上がりすぎ、
接合作業性を悪くするためである。
【0014】またZn基合金をAl材に被覆処理する際
の温度を440〜510℃としたのは次の理由による。
本発明におけるZn基合金の融点は概ね410℃以下で
あるが、440℃未満ではZn基合金の広がり性が確保
できず、健全な被覆ができにくいためである。また51
0℃を越える加熱は必要以上の加熱であり、エネギーコ
スト的にも不利となるためである。尚Zn基合金の融点
(液相点)は360〜430℃の範囲であることが望ま
しい。
【0015】また本発明チューブを用いて他の熱交換器
用部品と組み合わせ、これらを上記Zn基合金により接
合する際の温度は上記の被覆処理温度と同程度でよい。
【0016】
【実施例】以下本発明を実施例について説明する。JI
S1100(Al−0.12wt%Cu)合金を用いて押
出し加工により多穴チューブを形成した後、超音波を併
用した溶融めっきにより表1に示す組成のZn基合金
を、該チューブ外側に約30〜40μmの厚さに被覆
し、アルミ製熱交換器用複合チューブを作製した。なお
この際の被覆温度は表1中の接合温度と同一の温度とし
た。
【0017】このチューブを蛇行状に曲げ、その間にコ
ルゲート加工を施したJIS3003(Al−0.15
wt%Cu−1.1wt%Mn)合金からなるフィン材を挟
み、表1に示す接合温度で接合し、図1に示すサーペン
タイン型コンデンサを組み立てた。図1において(1)
は多穴チューブ、(2)はフィン材を示す。比較のため
フィンにブレージングシート(皮材はJIS4045
(Al−10wt%Si)合金ろう材)を使用する従来法
により同様のサーペンタイン型コンデンサを組み立て、
健全な接合部が得られる接合温度を上記本発明例と比較
した。
【0018】
【表1】
【0019】本発明例によれば、Al−Si系合金ろう
材を用いた従来例によるろう付けに比し、約100〜1
50℃低い温度で接合することができる。またコンデン
サ形成後、チューブとフィンの接合部の健全性を調べた
結果、接合不良等欠陥のない接合が得られていることが
確認された。
【0020】以上本発明をアルミ製コンデンサを例に説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷
間又は熱間押出しにより形成したチューブを用いるAl
又はAl合金製熱交換器一般に適用できるものであるこ
とは言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】このように本発明によれば、アルミ製熱
交換器の接合において、接合温度を低くすることがで
き、またZn基合金がチューブ材に比し電気化学的に卑
であってチューブ材に対し犠牲作用を有するためチュー
ブ材の穴あき腐食に対する長期信頼性を確保することが
できる等工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】サーペンタイン型コンデンサの一例を示す斜視
図である。
【符号の説明】
1 チューブ 2 フィン材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B23K 101:14 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/28 C22C 18/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷間又は熱間押出しにより成形したAl
    又はAl合金製チューブの表面の少なくとも一部に、半
    田としてAl0.5〜5.0wt%、Sn1.5〜10.
    0wt%を含有し、又は更にCu5wt%以下、Ti0.5
    wt%以下のうち1種又は2種を含有し、残部Znからな
    るZn基合金を被覆したことを特徴とするアルミ製熱交
    換器用複合チューブ。
  2. 【請求項2】 冷間又は熱間押出しにより成形したAl
    又はAl合金製チューブの表面の少なくとも一部に、半
    田としてAl0.5〜5.0wt%、Sn1.5〜10.
    0wt%を含有し、又は更にCu5wt%以下、Ti0.5
    wt%以下のうち1種又は2種を含有し、残部Znからな
    るZn基合金を440〜510℃の温度で被覆すること
    を特徴とするアルミ製熱交換器用複合チューブの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 Zn基合金をフラックス、超音波又はこ
    れらを併用した溶融メッキにより被覆する請求項2記載
    のアルミ製熱交換器用複合チューブの製造方法。
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