JP4115019B2

JP4115019B2 - 機械かしめ式熱交換器用フィン材

Info

Publication number: JP4115019B2
Application number: JP34604298A
Authority: JP
Inventors: 吉章荻原; 昭男新倉; 精一加藤; 哲也山本; 健二根倉
Original assignee: Denso Corp; Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Denso Corp; Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: JP2000169926A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速搬送時に変形しない強度（剛性）と、チューブとのかしめ接合時にクラックを生じない伸び率を有する機械かしめ式熱交換器用フィン材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用熱交換器には、フィンとチューブをろう付けにより接合するタイプと機械かしめにより接合するタイプとがある。
前記機械かしめ式熱交換器は、図１に示すように、フィン１とチューブ２とが機械的かしめにより接合されたコア部３と、コア部３の上方に取付けられたヘッダープレート４と、ヘッダープレート４との間で冷媒通路を形成するヘッダー５とを主要部材として構成されており、これら部材には、通常、アルミニウム合金が使用されている。
またフィン１とチューブ２との機械的かしめは、図２（イ）〜（ホ）にその工程を示すように、フィン材１１（イ）に、打抜加工により穴６を開け（ロ）、打抜加工穴６にバーリング加工を施してその周辺に鍔（つば）７を立上げ（ハ）、このバーリング加工穴８にチューブ２を挿通し（ニ）、このチューブ２を拡径してフィン１とチューブ２とを接合して（ホ）行われる。
【０００３】
ところで、コア部を構成するフィンの間隔（ピッチｐ）は、図３に示すように、バーリング加工で形成される鍔７の高さｈで規定されており、従ってフィンピッチｐが狭い自動車用熱交換器の場合は、鍔７の高さｈは低くて良いためバーリング加工ではクラックは生じ難い。
しかし、チューブ拡径時にはフィン１のチューブ２に接する部分に加工変形が集中してクラックが生じることがある。このため自動車用熱交換器のフィン材にはある程度の伸び率が求められている。
【０００４】
また、自動車用熱交換器などは自動組立てにより製造されており、このためフィン材には、自動組立て時に高速搬送されても変形しない剛性が要求される。
一方、機械かしめ式熱交換器では、チューブとフィンのかしめ接合を、チューブを拡管して行うため、チューブとフィンとが接する部分のフィン側に部分的な加工変形が集中しフィンにクラックが入ることがある。
このようなことから自動車用熱交換器のフィン材には、冷間圧延の途中で焼鈍を入れた最終冷間圧延加工率が９０％程度のＨ１ｘ材の半硬質材が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通常のアルミニウム合金では、加工に伴って強度が高くなり伸びが低下するため、高速搬送時に変形しない強度（剛性）と、かしめ接合時にクラックを生じない伸び率を有するフィンを得るには、フィン材の製造にあたって冷間圧延条件や焼鈍条件を厳密に規制する必要があり、製造条件の制御が困難であるという問題があった。
【０００６】
このようなことから、本発明者等は、機械かしめ式熱交換器用フィン材の製造方法について種々研究を行った。
その結果、所定組成の合金を厚さ０．１ｍｍ程度（フィンの厚さ）の薄さまで著しく高加工度で冷間圧延した場合は、高強度が保持されるうえ、伸びが増加することを見いだし、さらに研究を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、高速搬送時に変形しない強度（剛性）と、チューブとのかしめ接合時にクラックを生じない伸び率を有する機械かしめ式熱交換器用フィン材の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、Ｓｉを０．１wt％超え１．０wt％以下、Ｆｅを０．１wt％超え１．０wt％以下、Ｍｎを０．１wt％超え２．０wt％以下、Ｃｕを０．０５wt％超え０．５wt％以下、Ｚｎを０．１wt％超え５．０wt％以下含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金の伸び率３％以上の冷間圧延加工上がり材により構成された機械かしめ式熱交換器用フィン材である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、Ｓｉを０．１wt％超え１．０wt％以下、Ｆｅを０．１wt％超え１．０wt％以下、Ｍｎを０．１wt％超え２．０wt％以下、Ｃｕを０．０５wt％超え０．５wt％以下、Ｚｎを０．１wt％超え５．０wt％以下、Ｚｒを０．０１wt％超え０．２wt％以下含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金の伸び率３％以上の冷間圧延加工上がり材により構成された機械かしめ式熱交換器用フィン材である。
【０００９】
請求項３記載の発明は、冷間圧延加工上がり材の最終冷間圧延加工率が９３％以上であることを特徴とする請求項１記載の機械かしめ式熱交換器用フィン材である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、冷間圧延加工上がり材の最終冷間圧延加工率が９３％以上であることを特徴とする請求項２記載の機械かしめ式熱交換器用フィン材である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のフィン材は、所定組成のアルミニウム（Ａｌ）合金の冷間圧延加工上がり材で、伸び率３％以上のフィン材である。前記伸び率は最終冷間圧延加工率が９３％以上で冷間圧延上がり板厚が０．１ｍｍ程度（フィンの厚さ）に薄いときに安定して得られる。本発明では最終冷間圧延加工率が特性に最も影響を及ぼす。
【００１２】
本発明のフィン材は、熱間圧延および冷間圧延を順に施す常法により製造されるが、前述のように、十分に高い強度を有し、かつ３％以上の大きい伸び率が得られる理由は、冷間圧延加工によって圧延集合組織が発達し、圧延集合組織が発達すると引張試験でみられるくびれなどの破断に到る局部変形が発生し難くなるためと考えられる。
なお、この現象は冷間加工率を増加させていくと、強度が低下し伸びがでる加工軟化現象とは異なるものである。
【００１３】
以下に、本発明フィン材の合金元素について説明する。
ＳｉはＡｌマトリックスに固溶して、またはＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物などを生成して強度向上に寄与する。
Ｓｉは０．１wt％未満ではその効果が十分に得られず、１．０wt％を超えるとＳｉを含む晶出物が多数生成し、フィン材の成形性が阻害される。
【００１４】
ＦｅはＡｌ−Ｆｅ系化合物として析出して、強加工域における加工軟化と動的再結晶の発生を抑制して強度保持に寄与する。
さらに、ＦｅはＭｎのＡｌマトリックスへの固溶を抑制し、Ｍｎを化合物として析出させて強度を向上させる。
Ｆｅは０．１wt％未満ではその効果が十分に得られず、１．０wt％を超えると鋳造時に粗大な晶出物が生成して加工性が低下し、フィンの製造が困難になる。
【００１５】
Ｃｕは強度とばね性を向上させる。
Ｃｕは０．０５wt％未満ではその効果が十分に得られず、０．５wt％を超えるとフィン材の電位が貴となり、チューブ材に対する犠牲防食効果が低減する。
【００１６】
ＭｎはＡｌマトリックスに固溶して、またはＡｌ−Ｍｎ系化合物やＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物などとして析出して強度向上に寄与する。
これら化合物は、強加工域における加工軟化と動的再結晶の発生を抑制して強度保持に寄与する。
Ｍｎは０．１wt％未満ではその効果が十分に得られず、２．０wt％を超えると鋳造時に粗大な晶出物が生成して加工性が低下しフィンの製造が困難になる。
【００１７】
Ｚｎは電位を卑にしてフィンのチューブ材に対する犠牲防食効果を発現する。Ｚｎの含有量が０．５wt％未満ではその効果が十分に得られず、５．０wt％を超えるとフィンの自己腐食性が高くなり、長期に渡る犠牲防食効果が期待できなくなる。
【００１８】
強度を重視するときは、さらにＺｒを添加する。
Ｚｒは微細なＡｌ−Ｚｒ系金属間化合物として析出し、強加工域における加工軟化と動的再結晶の発生を抑制して強度保持に寄与する。
Ｚｒの含有量が０．０２wt％未満ではその効果が十分に得られず、０．２wt％を超えると加工性が低下しフィンの製造が困難になる。
【００１９】
本発明において、Ａｌ合金に含まれる不可避不純物はフィン材の成形性を阻害するので、Ｍｇは０．１５wt％未満、Ｎａ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｖ、Ｋは、それぞれ０．０３wt％以下に規制するのが望ましい。
鋳造組織を微細化するＴｉやＢ、犠牲防食効果を高めるＳｎやＩｎなどは、それぞれ０．０５wt％以下であれば添加されていても差し支えない。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す本発明規定組成のＡｌ合金を金型鋳造し、得られた鋳塊を面削して酸化皮膜を除去し、次いで６００℃で３時間加熱して均質化処理を施したのち、所定の冷間圧延加工率を確保するため１．４３〜１０．００ｍｍの種々の厚さの板材に熱間圧延し、次いで前記熱間圧延板を前記板厚から、いずれの材料も厚さ１００μｍに冷間圧延して圧延率の種々異なるフィン材を製造した。最終冷間圧延加工率は９３％以上とした。冷間圧延途中で焼鈍は施さなかった。
【００２１】
（比較例１）
熱間圧延後の板材の厚さを０．７１ｍｍまたは１．２５ｍｍと薄くして最終冷間圧延加工率を９３％未満とした他は、実施例１と同じ方法によりフィン材を製造した。
【００２２】
（比較例２）
表１に示す比較組成のＡｌ合金を用いた他は、実施例１と同じ方法によりフィン材を製造した。
【００２３】
実施例１および比較例１で製造した各々のフィン材に図２に示したように打抜加工、バーリング加工、チューブ挿入、チューブ拡管加工を施し、打抜加工、バーリング加工、チューブ拡管の各工程毎にフィン材に発生したクラック数を調べた。前記チューブには、ＪＩＳ−３００３合金を押出加工して製造した外部寸法が２．０ｍｍ×２０ｍｍの扁平管を用い、これを外部寸法が２．２ｍｍ×２０．４ｍｍになるように拡管加工した。フィン材は、打抜き、バーリング、チューブ拡管の各加工工程毎に各１０００個の成形部位が確保できるように所定枚数の成形を行った。結果を表２、３に示す。
【００２４】
【表１】

（注）単位：wt％。
【００２５】
【表２】

（注）▲１▼最終冷間圧延加工率。▲２▼クラック発生個数、ｎ＝１０００。
【００２６】
【表３】

（注）▲１▼最終冷間圧延加工率。▲２▼クラック発生個数、ｎ＝１０００。
【００２７】
表１より明らかなように、本発明例のNo.1〜14はいずれも３％以上の伸びを有し、打抜、バーリング、拡管の各工程でフィン材にクラックが生じるようなことがなかった。これに対し、比較例１の No.15〜18は最終冷間圧延加工率が低かったため、また比較例２の No.19〜22は合金組成が本発明規定を外れたため、いずれも伸びが３％未満となり、バーリング、拡管の各工程でクラックが発生した。なお、本発明例のフィン材を用いて自動車用熱交換器を自動組立てしたが、フィンは高速搬送しても変形するようなことがなかった。
【００２８】
以上、熱間圧延板後、冷間圧延したフィン材について説明したが、冷間圧延途中に中間焼鈍を施したフィン材でも、また熱間圧延終了後に焼鈍を施したフィン材でも最終焼鈍後の冷間圧延率が所定範囲に含まれれば同様の効果が得られる。また、本発明のフィン材は、従来Ｈ１ｘ材が使用されていた用途に広く適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のフィン材は、所定組成のＡｌ合金の冷間圧延加工上がり材により構成されているため、高強度で、かつ３％以上の伸び率を有する。従って熱交換器の自動組立てで高速搬送してもフィンが変形するようなことがなく、またチューブとのかしめ接合時にクラックが生じ難い。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用熱交換器の例を示す一部切欠き説明図である。
【図２】フィンとチューブとを機械的にかしめ接合する例を示す工程説明図である。
【図３】自動車用熱交換器のフィンの鍔部分の拡大図である。
【符号の説明】
１フィン
２チューブ
３コア部
４ヘッダープレート
５ヘッダー
６打抜加工穴
７鍔
８ヘッダー加工穴
11 フィン材
ｐフィンピッチ
ｈ鍔の高さ

Claims

Ｓｉを０．１wt％超え１．０wt％以下、Ｆｅを０．１wt％超え１．０wt％以下、Ｍｎを０．１wt％超え２．０wt％以下、Ｃｕを０．０５wt％超え０．５wt％以下、Ｚｎを０．１wt％超え５．０wt％以下含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金の伸び率３％以上の冷間圧延加工上がり材により構成された機械かしめ式熱交換器用フィン材。
Ｓｉを０．１wt％超え１．０wt％以下、Ｆｅを０．１wt％超え１．０wt％以下、Ｍｎを０．１wt％超え２．０wt％以下、Ｃｕを０．０５wt％超え０．５wt％以下、Ｚｎを０．１wt％超え５．０wt％以下、Ｚｒを０．０１wt％超え０．２wt％以下含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金の伸び率３％以上の冷間圧延加工上がり材により構成された機械かしめ式熱交換器用フィン材。
冷間圧延加工上がり材の最終冷間圧延加工率が９３％以上であることを特徴とする請求項１記載の機械かしめ式熱交換器用フィン材。
冷間圧延加工上がり材の最終冷間圧延加工率が９３％以上であることを特徴とする請求項２記載の機械かしめ式熱交換器用フィン材。