JP4612510B2 - 熱交換器用アルミニウム合金押出チューブおよび熱交換器ならびにチューブの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、カーエアコンなどに用いられる熱交換器と、該熱交換器の構成部材となる熱交換器用アルミニウム合金押出チューブに関するものである。

カーエアコンなどに用いられる熱交換器には、軽量で耐食性も良好なアルミニウム合金が多く使用されており、熱媒の通路となるチューブには、通常、アルミニウム合金押出チューブが用いられている（例えば特許文献１）。
ところで、最近、地球環境の観点からカーエアコン用熱交換器の冷媒がフロンガスからＣＯ_２ガスに代わりつつある。このＣＯ_２ガスを用いた場合には熱交換器内のガス圧が著しく高くなるばかりでなく、これによって使用時の熱交換器（コンデンサ）の温度が上昇するので、冷媒の通路となるチューブの材料は高温でも十分な強度（耐力）を有していることが必要である。
特開２０００−８１３０号公報

そのため、熱交換器用の材料に高強度材を用いることが必要であるが、従来よりあるＪＩＳＡ３００３合金などの比較的強度の高い合金は、比較的断面積が小さい熱交換器用チューブの製造に際し押出性に劣るため所定の押出材形状ができないばかりか生産性の低下を招くという問題がある。このため、従来の材料で強度を確保するには、押出性の良好な材料を選択した上で、押出チューブの肉厚を厚くするしかなく、そのため熱交換器全体としての重量が著しく増加するという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、押出性が良好であるとともに高い強度を有し、したがって熱交換器の重量増大を招くことなく熱交換器の高強度化が可能な熱交換器用アルミニウム合金押出チューブおよび該チューブを備える熱交換器を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブのうち、請求項１記載の発明は、質量％で、
Ｓｉ：０．３１〜０．７％、
Ｆｅ：０．３〜０．６％、
Ｍｎ：０．０１〜０．４％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。

請求項２記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの発明は、請求項１記載の発明において、さらに質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％のうちの１種以上を含有することを特徴とする。

請求項３記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記押出材は、その外表面にＺｎまたはＺｎ含有層を設けられており、該層のＺｎ量が２〜２０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする。

請求項４記載の熱交換器は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを使用して製造したことを特徴とする。

請求項５記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法は、請求項１〜３のいずれかの１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法であって、押出によって得られた熱交換器用アルミニウム合金押出チューブに、ろう付に先立って、歪み率が２〜１５％の歪み加工を行うことを特徴とする。

上記歪み加工により形成される適量の未再結晶組織がろう付後にも残り、耐力を更に向上させることができる。
しかし、歪み率が２％未満あるいは１５％を超えると、ろう付後に十分な未再結晶組織が残らず上記作用が十分に得られないため、２〜１５％を規定する。なお、歪み加工は圧延、引張、曲げなどにより行うことができる。

以下に各元素の作用およびその限定理由を述べる。
Ｓｉ：０．３１〜０．７％
Ｓｉは、固溶効果により強度を向上させる。ただし、規定値未満では効果が期待できない。一方、規定値を超えて含有するとろう付時に著しいエロージョンが発生しろう付性を低下させる。したがってＳｉ含有量を０．３１％〜０．７％とする。なお、同様の理由で下限を０．４％、上限を０．６％とするのが望ましい。

Ｆｅ：０．３〜０．６％
Ｆｅは、結晶粒を微細化し強度を向上させる。ただし、０．３％未満では効果が期待できない。一方、０．６を超えると押出性を低下させるので、Ｆｅ含有量を０．３〜０．６％に限定する。なお、同様の理由で下限を０．４％、上限を０．５％とするのが望ましい。

Ｍｎ：０．０１〜０．４％
Ｍｎは、金属間化合物を形成し強度を向上させる。ただし、０．０１％未満では効果が期待できない。一方、０．４％を超えると押出性を低下させるので、Ｍｎ含有量を０．０１〜０．４％に限定する。なお、同様の理由で下限を０．２５％、上限を０．３５％とするのが望ましい。

Ｔｉ：０．０１〜０．３％
Ｚｒ：０．０５〜０．３％
Ｃｒ：０．０５〜０．３％
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒは、微細な金属間化合物を形成し強度を向上させるので、所望により１種以上を含有させる。ただし、それぞれＴｉでは０．０１％未満、Ｚｒ、Ｃｒでは０．０５％未満では効果が期待できない。一方、それぞれ０．３５を超えると、押出性を低下させるので、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％に限定する。なお、同様の理由で、Ｔｉでは下限を０．１５％、上限を０．２５％、Ｚｒでは下限を０．１５％、上限を０．２５％、Ｃｒでは下限を０．１０％、上限を０．２８％とするのが望ましい。

以上、説明したように本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブによれば、質量％で、Ｓｉ：０．３１〜０．７％、Ｆｅ：０．３〜０．６％、Ｍｎ：０．０１〜０．４％を含有し、さらに所望によりＴｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％のうちの１種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるので、押出性を低下させずに十分な強度を確保することができ、熱交換器の軽量化も可能となる押出チューブを得ることができる。
そして、本発明の熱交換器では、上記の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを使用して製造されるので、重量増を招くことなく、高温においても強度（耐力）が優れた熱交換器が得られ、例えばＣＯ_２ガスを冷媒に用いたエアコンとして支障なく使用できる効果がある。

本発明の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブでは、前記で規定する組成において常法により溶製した合金を用いることができる。この合金を用いて押出チューブを得る際には、望ましくは、４５０〜６２０℃、３〜２４時間の均質化処理を施して押出加工を行う。押出においてはチューブ形状である点を除いて適宜の形状に成形することができる。なお、押出に際しての諸条件や押出方法は、本発明として特に限定されるものではない。

図１に示すように、上記押出チューブ１は、冷媒が通過する孔２が長手方向に形成され、所望により、表面にＺｎまたはＺｎ含有の溶射層３を設ける。ＺｎまたはＺｎ含有の溶射層の形成によって犠牲陽極作用が得られ該押出チューブの耐食性が向上する。Ｚｎ含有層としてはＺｎ含有フラックスが例示される。Ｚｎ含有フラックスとしては、例えばＺｎＦ_２、ＺｎＣｌ_２、ＫＺｎＦ_３などが挙げられる。上記ＺｎまたはＺｎ含有溶射層では、溶射層でのＺｎ量が２〜２０ｇ／ｍ^２であるのが望ましい。これは、Ｚｎ量が２ｇ／ｍ^２未満であると、溶射層における上記効果が十分に得られず、一方、２０ｇ／ｍ^２を超えると、犠牲陽極作用が過度になり、却って押出チューブの耐食性が低下するためである。

上記押出チューブ１は、所望により上記溶射層３を設け、他の部材であるフィン４などと組み合わせる。この組合せ体の部材を互いにろう付などによって接合することで、軽量で常温および高温において強度（耐力）に優れた熱交換器が得られる。

以下に、本発明の一実施例を説明する。
表１に示す供試材組成のアルミニウム合金を常法により溶製して直径２００ｍｍのビレットを得た。このビレットに対し、５５０℃で８時間保持する均質化処理を行った。このビレットを４８０℃で、押出速度４０ｍ／分で押出成形をして図１に示す扁平形状の押出チューブを得た。この押出に際し、各供試材について押出性を評価した。押出性は、４０ｍ／分で押出成形した時の押出圧力を測定し、押出圧力とピックアップ（押出材の表面の一部が点状にはぎ取られた欠陥）の発生状況で評価した。
また、この押出チューブが熱間押出後、冷却する過程で、押出チューブの温度が４００℃に低下する前に、溶射法によって該押出チューブの外表面に、工業用純ＺｎからなるＺｎ溶射層を形成した。該Ｚｎ溶射層では、その外平坦部分で、Ｚｎ量が約１０ｇ／ｍ^２となるようにした。

ろう付前にリサイズ工程により、圧下率２〜１５％でチューブ高さを調整した。なお、発明材Ｎｏ．１０（発明材Ｎｏ．７と同成分）に対してはリサイズを行わなかった。該押出チューブに対し、ろう付加熱処理をシミュレートして、６００℃で３分間加熱する処理を行い、その後、耐力測定を行った。
耐力測定は、常温および１６５℃での引張試験により行った。これらの試験結果は、表２に示した。

上記表２に示すように、本発明の供試材は、押出性、強度（耐力）ともに優れていることが明らかとなった。一方、本発明の範囲外となる比較材Ｎｏ．２、４、６では、押出性が良好であるものの、強度が不十分であり、比較材Ｎｏ．１、３、７では、強度は高いものの押出性に劣っている。

本発明の一実施形態における押出チューブとフィンとの組み付け状態を示す一部斜視図である。

符号の説明

１ 熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ
２ 孔
３ 溶射層
４ フィン

Claims (5)

1. 質量％で、
   Ｓｉ：０．３１〜０．７％、
   Ｆｅ：０．３〜０．６％、
   Ｍｎ：０．０１〜０．４％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熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
2. さらに質量％で、Ｔｉ：０．０１〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％のうちの１種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
3. 前記押出材は、その外表面にＺｎまたはＺｎ含有層を設けられており、該層のＺｎ量が２〜２０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを使用して製造したことを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法であって、押出によって得られた熱交換器用アルミニウム合金押出チューブに、ろう付に先立って、歪み率が２〜１５％の歪み加工を行うことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出チューブの製造方法。

Images