JP5951450B2 - 熱交換器用フィンの成形加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、エアコン等の熱交換器用フィンの成形加工方法および熱交換器用フィンに関するものである。

家庭用や自動車用のクーラー、エアコン等に使用される熱交換器は、熱交換チューブ（銅管）に、多数枚の熱交換器用フィンが、かしめ加工にて積層されている。このような熱交換器用フィンには、純アルミニウム系などの軟質アルミニウム薄板が素材として成形加工された上で用いられる。

この素材アルミニウム薄板の成形は、ダイスとパンチとを用いたプレス成形によって、この薄板にカラー部（フィンカラー部とも言う）を形成した上で、この薄板をフィン形状の短冊状に加工することによって行う。前記したカラー部は、前記銅管を挿通（貫通）させた上で、かしめ加工によってフィンを一体化するために重要な開口部分である。このため、アルミニウム薄板に円形の開口部を開けた上で、この開口部に各々前記銅管との接触部となるつば（以下、鍔、カール部とも言う）を設けた形状とされている。

このフィンのカラー部の形成（素材アルミニウム薄板の成形）は、通常複数段のプレス加工を組み合わせて行われ、代表的な成形方法としては、ドロー成形、ドローレス成形、ドロー・アイアニング併用方式（ドロー・ドローレス複合方式、コンビネーション成形とも言う）などが公知である。

このうち、ドロー成形は、多段階の絞り加工とピアス・バーリング加工（打ち抜きおよび穴広げ加工）、リフレア加工からなるが、カラー部の前記つばあるいは縦壁の高さ（以下、単にカラー部の高さとも言う）をあまり高くできず、要求される壁部の高さが不足する問題がある。また、ドローレス成形は、ピアス・バーリング加工、アイアニング加工、リフレア加工からなるが、やはりカラー部の高さをあまり大きくできず、要求高さを満足できない問題がある。

これに対して、ドロー・アイアニング併用方式（コンビネーション成形）は、第１工程の張出成形、第２工程の絞り成形、第３工程のピアス・バーリング加工、第４工程のアイアニング加工、第５工程目のリフレア加工からなり、比較的高いカラー部が効率よく得られるという利点がある。

ただ、近年、熱交換器の性能向上や軽量化あるいは製造コスト低減の必要性から、純アルミニウム系などの素材軟質アルミニウム薄板（アルミニウム合金フィン）を、例えば引張強さが１２０ＭＰa以上に高強度化した上で、その板厚を例えば０．１２ｍｍ以下により薄くすることが要求されている。しかも、前記第５工程目のリフレア工程後のカラー部の高さとしては例えば１．６ｍｍ以上に高くすることが要求されている。

しかしながら、アルミニウム合金フィン（素材アルミニウム薄板）の板厚を薄くすると、必然的に素材アルミニウム薄板の成形性が低下する。このため、前記ドロー・アイアニング併用方式であっても、前記リフレア工程において、前記カラー部のつばの先端に、伸びフランジ成形による、き裂発生が生じやすくなる。すなわち、ピアス＆バーリング工程時に加工端面に微細な亀裂が生じ、これによって、最終リフレア成形時にカラー割れとなる。このカラー割れは、フィンと銅管の接触状態を低下させるので、熱交換特性をも悪化させることにつながる。このため、カラー部の高さをあまり高くできず、要求される前記高さを満足できない問題につながる。したがって、このようなカラー割れの発生をより抑制することができる成形方法やフィン素材の開発が従来から求められている。

これに対して、アルミニウム薄板の前記カラー部に相当する部位を第１工程の張出成形によって、ドーム状突出部（半円形凸部）に成形する際に、その周囲（外周）に余肉部を形成することが提案されている（特許文献１）。すなわち、形成する前記ドーム状突出部を、形成するカラー部よりも大きな径として、一旦前記カラー部の突出方向とは反対側（反対方向）にドーム状突出部を成形した上で、再度、前記カラー部の突出方向に、このドーム状突出部を成形し直して、前記ドーム状突出部の周囲（外周）に屈曲した弛み部（余肉部）を形成する。そして、前記ドーム状突出部とともに、この弛み部（余肉部）を第２工程の絞り成形することで、この弛み部（余肉部）が、カラー部の前記つばとなって、カラー部の（つばの）の高さを大きくできるとしている。

また、ドロー・アイアニング併用方式ではなく、前記ドローレスタイプの成形ではあるが、所定のカラー部の高さを得るために、プレートフィン素材の下穴抜き（前記開口部の）予定個所を、予め局部的にコイニング加工を行う方法も提案されている（特許文献２）。この方法では、先ず最初に前記コイニング加工によって、素材板の一部を塑性移動させて、下穴予定径の周辺に円環状の肉だまり部を形成し、その後ピアス加工して素材板に下穴を形成した上で、前記円環状肉だまり部をシゴキ加工して、フィンカラー部を形成するものである。

特許第３７７７３６７号公報 特公平６−９７１７号公報

しかし、前記特許文献１のように弛み部（余肉部）をカラー部の前記つば（壁部）を高くできる分だけ設ける場合には、第２工程の絞り成形で、この弛み部（余肉部）に起因する「しわ」が発生しやすくなり、カラー部の板厚の精度や平坦度が悪くなるという新たな問題を生じる。このような「しわ」が生じると、前記したようなフィンと銅管の接触状態を低下させるので、熱交換特性をも悪化させることにつながる。また、形成する前記ドーム状突出部を、一旦前記カラー部の突出方向とは反対側（反対方向）に成形するため、ダイスやポンチの位置を成形途中に変える必要があるなど、固定や作業が煩雑となり、効率も悪い。

また、前記特許文献２のような、ドローレス成形におけるコイニング加工は、張出成形や絞り成形が加わることによって成形方式が全く異なる、前記ドロー・アイアニング併用方式にでも、カラー部を高くすることに果たして有効であるのか不明である。まして、その成形素材が、前記特許文献２には開示のない、引張強さが１２０ＭＰa以上のより高強度で、その板厚が０．１２ｍｍ以下とより薄く、純アルミニウム系薄板の難成形材となった場合にも有効であるか否かも、全く不明である。

したがって、前記した高強度化し、薄肉化した純アルミニウム系薄板を素材とした場合に、前記ドロー・アイアニング併用方式によってカラー部の高さを大きくするために有効な成形技術は、これまであまり無かったのが実状である。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高強度化され、薄肉化された純アルミニウム系薄板を素材としても、前記ドロー・アイアニング併用方式によって、成形後のカラー部のつばの高さを高くできる、熱交換器用フィンの成形加工方法を提供することである。

上記目的達成のために、本発明の要旨は、アルミニウム薄板を熱交換器用フィンに成形加工する方法であって、前記アルミニウム薄板の板厚が０．１２ｍｍ以下であるとともに、ＪＩＳ規格のアルミニウム合金番号１２００の組成を有し、その表面に親水性塗膜がプレコートされた上で予め質別記号でＨ２４に調質されて１２０〜１４０ＭＰaの引張強さを有しており、このアルミニウム薄板を、第１工程の張出成形、第２工程の絞り成形、第３工程のピアス・バーリング加工、第４工程のアイアニング加工、第５工程のリフレア加工からなるドロー・アイアニング併用方式にて成形加工して、前記熱交換器用フィンのカラー部を形成するに際し、前記第１工程の張出成形によって、前記カラー部に相当する前記アルミニウム薄板の部位をドーム状突出部に成形した後、このドーム状突出部の部位のみを局部的にコイニング加工して、前記ドーム状突出部が更に外方に膨らむ余肉を形成した上で、このドーム状突出部に対して、前記第２工程の絞り成形以降の加工を行うことである。

本発明では、前記第１工程の張出成形によって前記カラー部に相当するアルミニウム薄板の部位をドーム状突出部に成形した後、このドーム状突出部の部位のみをダイスとパンチとの間で板厚方向に圧縮加工（コイニング加工）して、前記ドーム状突出部が外方に更に膨らむ余肉を形成した上で、このドーム状突出部に対して前記第２工程の絞り成形以降の加工を行う。

これによって、本発明では、引張強さを１２０ＭＰa以上に高強度化し、かつ板厚を０．１２ｍｍ以下に薄くした純アルミニウム系薄板を素材としても、アルミニウムフィンのカラー部のピアス径を５．２ｍｍ以上、カラー部の高さを１．６ｍｍ以上に大きくできる。しかも、この効果を、ドロー・アイアニング併用方式の第１工程の張出成形時に、簡単なコイニング工程を付加するだけで、従来の成形効率を大幅に低下させることなく、達成できる。

本発明のフィン成形加工方法の一態様を工程順に示す断面図である。 図１で加工されたフィンカラー部の変化を工程順に示す断面図である。 図１で加工されたカラー部を有するフィンを示す斜視図である。 本発明のフィン成形加工方法の他の態様を工程順に示す断面図である。 従来のフィン成形加工方法の態様を工程順に示す断面図である。 本発明の効果の解析結果を示す説明図である。 本発明の効果の解析結果を示す説明図である。 本発明の効果の解析結果を示す説明図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の熱交換器用フィンの成形加工方法は、基本的な工程や使用する金型装置自体は、コイニング加工の部分を除いて、従来のアルミニウム薄板を熱交換器用フィンに成形加工する工程や使用するプレス装置や金型装置と同じであり、それが利点でもある。更に、このコイニング加工の部分さえも、従来のフィン成形加工で使用するプレス装置や金型装置がそのまま転用できる可能性や利点さえある。

図１に、本発明におけるフィンのカラー部の成形加工の一例を工程順に断面図で示す。 また、比較のために、図５に従来のフィンのカラー部の成形加工の一例を工程順に断面図で同様に示す。

ドロー・アイアニング併用方式：
図１あるいは図５において、第１工程は張出成形、第２工程は絞り成形、第３工程はピアス・バーリング加工、第４工程はアイアニング加工、第５工程はリフレア加工である。 これらは、前記したドロー・アイアニング併用方式（コンビネーション成形）と称せられ、各々の工程に即したダイスとパンチとが用いられるプレス装置によって、コイニング加工も含めて、一連の成形加工工程として、フィンのカラー部が成形される。

なお、これら図１、５では、アルミニウム薄板１の後述するカラー部１０に相当する成形部位を中心にした部位を部分的に示し、また、カラー部（成形部位の中心付近を境に、左右で対称形となる、右半分の断面のみを部分的に開示している。

第１工程の張出成形：
前記第１工程の張出成形では、先ず、図５の第１工程に各々示すように、平坦な平板状であるアルミニウム薄板１の、後述する最終形状のカラー部１１に相当する部位を成形する。すなわち、互いに凹と凸との関係に形成された半円形の円弧状の成形面（押圧面）を有する、上型側のダイス２０と、下型側のパンチ２１との連動、進退によって、図５では実線で、図１では点線で各々示し、図２の左端にも記載する、頂部２aを有する半円形のドーム状突出部２に成形する。図１、５において、２２、２３はアルミニウム薄板の周辺部３の周縁（端部）の板押さえである。このような第１工程の張出成形までは図５と同じで、従来技術のプレス装置や、これを用いた成形方法、操作方法によって成形できる。

コイニング加工：
本発明では、図１の第１工程に各々示すように、この張出成形に続いて、この素材板１に形成されたドーム状突出部２における肩部（周縁部）の部位５のみを、局部的に平面視でリング状（円環状）にコイニング加工する。このコイニング加工は、図１の右側に拡大して示すように、ドーム状突出部２における肩部の部位５のみを局部的に、上型側のダイス２４の突起部２５（先端２５a）と下型側のパンチ２１とで、その板厚方向に圧縮加工（減肉加工）して、材料（肉）を周囲に押し分けるものである。

このコイニング加工によって、ドーム状突出部２の材料（肉）は、図１の上型側のダイス２４の突起部２５の左右に向かう矢印で示すように、左向きの矢印で示す、ドーム状突出部２の頂部２a方向（平面視で前記リング状の内側）と、右向きの矢印で示す、ドーム状突出部２の周縁方向（平面視で前記リング状の外側）との周囲に向かって流れる（塑性流動する）。例えば図１や後述する図４ではコイニング加工部５を元の板厚０．０８ｍｍから０．０６ｍｍに薄肉化している。

ここで、右向きの矢印で示すドーム状突出部２の周縁方向に向かって材料（肉）が流れても、この板の周辺部３の面積（体積）は、流れ込む材料に比して著しく大きい。このため、この材料の流れ込みによって、ドーム状突出部２の周辺部３の板が大きく膨らみ変形することはない。

これに対して、左向きの矢印で示すドーム状突出部２の頂部２a方向（平面視で前記リング状の内側）に向かって材料（肉）が流れ込んだ場合、この板のドーム状突出部２の面積（体積）は、流れ込む材料に比して比較的小さい。このため、この材料の流れ込みによって、ドーム状突出部２は外方（図１の場合は上方）に向かって大きく膨らんで変形し、図２の左から二番目にも記載する、新たなドーム状突出部４（頂部４a）を形成する。この新たなドーム状突出部４（頂部４a）が、前記ドーム状突出部２よりも大きな余肉（余肉部）を形成することとなる。

コイニング加工の変形例：
ここで、図４を説明しておくが、図４は本発明のコイニング加工の変形例で、図４の第１工程に示す通り、張出形成により形成された素材板１のドーム状突出部（２）の、中央部を占める部位５のみを、局部的に平面視円形にコイニング加工している。このコイニング加工は、図１と同様に、ドーム状突出部（２）における中央部に近い部位５のみを局部的に、上型側のダイス２４の突起部２５と下型側のパンチ２１とで、その板厚方向に圧縮加工（減肉加工）して、このドーム状突出部２よりも大きな余肉（余肉部）を形成した新たなドーム状突出部４としている。

ただ、図４の場合、コイニングする部位が、素材板１のドーム状突出部（２）の、前記図１の場合よりも、より中央部に近い部位５のみとなっている。このため、余肉が生じる大きさは、前記図１の場合よりも比較的小さい。これは、図１の周縁部のコイニングの場合よりも、中央部に近い、より面積（体積）が小さい部位をコイニングしているからであって、ダイス２４の先端部に右向きの矢印で示すドーム状突出部２の周縁方向（平面視で前記リング状の内側）に向かう材料（肉）の流れ込み量が、必然的に小さくなるからである。

このような傾向を考慮して、張出形成により形成された素材板１のドーム状突出部２のいずれの部位をどの範囲（平面視での広さ、面積）でコイニング加工するかは適宜選択される。すなわち、コイニング加工する部位や大きさは、設計される最終的なカラー部の高さや、選択される素材の板厚や強度特性との関係で、最終リフレア成形時のカラー割れを防止できるような範囲から適宜選択される。

なお、図４においては、第３工程のピアス工程までしか図示していないが、第３工程のバーリング加工、第４工程のアイアニング加工、第５工程のリフレア加工は、前記図１あるいは図５と同様に行う。

第２工程の絞り成形：
以下に、前記コイニング加工をした後の、第２工程の絞り成形以降の説明を行う。図１、４の第２工程に示す通り、前記コイニング加工によって形成された、新たなドーム状突出部４は、大きな余肉（余肉部）を有した上で、絞り成形（ドロー）を施され、図２にも記載する新たなドーム状突出部６を形成する。この絞り成形は、ダイス２６とパンチ２７、板押さえ２２、２３、２８との協動で、多段階で施される。このような第２工程の絞り成形も、図５と同じで、従来技術のプレス装置や、これを用いた成形方法、操作方法を用いることができる。

本発明では、前記コイニング加工によって、新たなドーム状突出部４として、図５の従来のドーム状突出部２に比して、成形品中央部に前記大きな余肉（余肉部）が確保できる。このため、この第２工程目の絞り成形における絞り深さを大きく取ることができ、同じピアス径であっても、従来よりカラー部の高さが大きくでき、従来と同じカラー部の高さを得るにも、ピアス径を大きくすることができて、前記カラー部のつば（カール部）の先端での伸びフランジ部のひずみを低減でき、前記カラー割れを防止できる。

また、従来の工程では、第２工程の絞り成形終了時に、図５に示す、パンチ２７の肩部と接触する素材板１の部位２ｂでひずみ集中が見られ、この第２工程の成形高さを高くすることは難しかった。これに対して、本発明では、第１工程時のコイニング加工により、成形品の中央部に、ドーム状突出部４の余肉が生じる効果で、第２工程の成形高さを大きくしても、パンチ２７の肩部と接触する素材板１の部位２ｂにはひずみが集中しなくなる。この結果、最終的に得られるカラー部の高さも大きくできる。

第２工程のパンチ２７の肩部の板厚減少率が現行と同様になる条件で比較すると、コイニング加工を施した図１の工程では、第２工程の絞り成形の高さを従来の約１．５倍以上に増やせる計算となる。但し、コイニング加工した部分５の板厚は減少し、ダイ２６の肩部で更に板厚減少するので、第２工程での絞り成形の高さは、素材アルミニウム薄板が前記板厚や強度特性を有する場合には、最大でも１．５ｍｍ程度までにとどめることが好ましい。言い換えると、コイニング加工を施せば、この絞り成形高さを極端に大きくせずとも、後の第４工程のアイアニング加工によって、カラー部の高さを大きく出来る利点もある。ちなみに、この素材板の前記特性とは、ＪＩＳ規格のアルミニウム合金番号１２００の組成を有し、その表面に親水性塗膜がプレコートされた上で予め質別記号でＨ２４に調質されて１２０〜１４０ＭＰaの引張強さを有していることである。

本発明のようなコイニング加工を施さない従来工程でも、仮に第１工程の張出高さを２．５ｍｍまで増やすと、第２工程の絞り成形高さを若干増やすことはできる。しかし、その効果は、本発明のコイニング加工を施した場合に比較すると、著しく小さいものに過ぎない。

第３工程のピアス・バーリング：
次に、図１の第３工程において、前記第２工程で絞り成形された素材板１のピアス・バーリング加工（孔開け加工・穴広げ加工）を行う。この第３工程において、ピアスバーリングダイス２９および打ち抜きパンチ３８が図の下側の矢印方向に移動する。そして、打ち抜きパンチ３８がパンチ３０の中に入り込んで、素材板１のドーム状突出部６（張出部）に円形の孔１２を開ける。このような第３工程のピアス・バーリングのプレス装置や、これを用いた成形方法、操作方法も、図５と同じで、従来技術と同じである。

この孔１２を開けた後の素材板のドーム状突出部６（張出部）のスクラップは、パンチ３０の中を通って外部に排出される。これと同時に、ピアスバーリングダイス２９と板押さえ３１上端部との間において、プレートフィン素材板の周辺部３を挟み込む。これにより、プレートフィン素材板に孔１２を有する張り出し部を立ち上げて、図２の左側から４番目に示す立ち上げ部７すなわちフィンカラー７を成形する。これにより、孔開け工程（ピアス加工）とバーリング工程（穴広げ加工）とが同時に完了する。

第４工程のアイアニング：
図１の第４工程では、前記立ち上げ部（フィンカラー）７に、更に、ダイス３２とパンチ３３とで、板押さえ３４との協動で、アイアニング（しごき）加工を施して、孔１２の周囲に円筒状のフィンカラー８を形成する。このフィンカラー８は図２の右側から２番目に示す、孔１２の周縁に直線状に立ち上がる垂直壁を有するものである。このような第４工程のアイアニングのプレス装置や、これを用いた成形方法、操作方法も、図５と同じで、従来技術と同じである。

第５工程のリフレア加工：
図１の第５工程ではリフレア加工（カール加工）によって、前記筒状部８の先端部に鍔部１０を形成して、最終形状（製品形状）となるカラー部１１を形成する。このリフレア加工（カール加工）は、前記鍔部１０の形成面を下面側に有するダイス３５を下降させ、パンチ３６、板押さえ３７との協動で、前記円筒状のフィンカラー８の先端部に、カール部（つば）１０を設けて、最終的なカラー部の高さとなる円筒状の縦壁９を有する、最終形状のフィンカラー部１１を形成する。

この際、本発明では、従来と同じ、フィンカラー部１１の高さを得るにも、前記筒状部８の最終的な開口部１２の孔径であるピアス径を大きくすることができる、このため、リフレア加工による、カラー部１１のカール部（鍔部）１０の成形時に、カール部１０の先端での伸びフランジ部のひずみを低減でき、伸びフランジ成形によるき裂発生を抑制し、前記したカラー割れを防止できる。

そして、以上の成形工程により、図３に示す通り、最終形状のフィンカラー部１１を、その長手方向に亘って複数（多数）有する、短冊状のプレートフィン４０が成形される。そして、これらの多数枚のプレートフィン４０を積層し、その多数枚のプレートフィン４０のフィンカラー部１１中に伝熱管を貫通密着させ、熱交換器が製造される。このような第４工程のアイアニング以降、最終製品である短冊状のプレートフィン４０の製造までの、プレス装置や、これを用いた成形方法、操作方法なども、図５と同じで、従来技術と同じである。

但し、以上説明した通り、前記第１工程の張出成形によって形成した前記アルミニウム薄板のドーム状突出部の部位のみを局部的にコイニング加工し、ドーム状突出部に外方に更に膨らむ余肉を形成することで、熱交換器用フィンの前記カラー部のピアス径やつばの高さを大きくできる。すなわち、前記した高強度で薄肉なアルミニウムフィンであっても、前記カラー部のピアス径が５．２ｍｍ以上であるとともに、つばの高さが１．６ｍｍ以上の熱交換器用フィンを得ることができる。

素材アルミニウム薄板：
本発明で熱交換器用フィンに成形加工する素材としてのアルミニウム薄板は、近年の熱交換器の性能向上や軽量化あるいは製造コスト低減の要求を満たすために、ＪＩＳ規格の合金番号１２００、１１００、１０５０、１０７０等のいわゆる純アルミニウム系の組成を有して、板厚が０．１２ｍｍ以下であり、その表面に親水性塗膜がプレコートされた上で予め質別記号でＨ２４に調質されて１２０〜１４０ＭＰaの引張強さを有するものが望ましい。

素材アルミニウム薄板の板厚が０．１２ｍｍを超えては、近年の熱交換器の性能向上や軽量化あるいは製造コスト低減の要求が満たせない。なお、板厚は薄い方が好ましいが、薄板の製造限界や、フィンとしての必要強度、剛性を考慮すると、０．０８ｍｍ程度の薄さが下限の限界である。また、素材アルミニウム薄板が前記した純アルミニウム組成から外れては、熱交換器としての伝熱性が確保できず、Ｈ２４に調質されても１２０〜１４０ＭＰaの引張強さとできず、また強度と伸びとのバランスも低下して、前記薄板での成形性が低下する。このため、カラー部のカール部の高さを１．６ｍｍ以上に高くすることが出来なくなる。更に、その表面に親水性塗膜がプレコートされていなければ、熱交換器としての耐食性が確保できず、潤滑剤の役割も果たす親水性塗膜が無くては、前記薄板での成形性も低下する。また、予めＨ２４に調質されていなければ、親水性塗膜の塗膜焼付け処理を兼ねる調質（熱処理）が不足して、親水性塗膜の塗膜焼付けが不足する。また、前記純アルミニウム組成のアルミニウム薄板を１２０〜１４０ＭＰaの引張強さとできない。

前記した純アルミニウムのうち、例えば、前記ＪＩＳ１２００系の組成は、具体的には、質量％で、ＳｉとＦｅとを合計で１．００％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．０５％以下含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、Ａｌ純度が９９．００％以上の純アルミニウム系組成を言う。

Ｈ２の調質とは、Ｈ１の冷間圧延などによる加工硬化ままと違い、加工硬化後に１５０〜１８０℃程度で、２０〜４０分の所定時間の焼きなまし（焼鈍）を行い、所定強度まで低下させたもので、親水性塗膜の塗膜焼付け処理を兼ねる。また、加工硬化後により低温で焼鈍（安定化処理ともいう）するＨ３とも区別される。Ｈ２４のＨ２の後の４の数字は、０（完全焼きなまし）＝Ｈ２０から、８（硬質）＝Ｈ２８までの、０から８まで表され、数字８（Ｈ２８）は、最終の加工硬化工の程度がその材料を完全焼鈍後に７５％の加工率を与えたときに得られる引張り強さに相当する。この０と８との強さの中間の引張り強さをもつものが数字４（１/２硬質）で、Ｈ２４と表す。したがって、Ｈ２４とは加工硬化後に焼きなまし（焼鈍）を行い、Ｈ２０とＨ２８との中間の引張り強さをもつものである。本発明では、親水性塗膜の塗膜焼付け処理を兼ねたＨ２４の調質によって、素材アルミニウム薄板に親水性塗膜の塗膜焼付けも行い、同時に引張強さも１２０〜１４０ＭＰaとする。

親水性塗膜：
熱交換器の熱交換率（熱交換効率）の向上策として、アルミニウムフィンに親水性を付与することが行われている。熱交換器においては、水蒸気が液化して水になる状態での凝縮運転時に、フィン表面に水滴が付着してフィン間にブリッジが形成されたり、使用環境によっては、霜が形成されフィン間に目詰まりを起こしたりして、通風抵抗値が上昇し、熱交換効率が低下する。また、アルミニウムフィンは本来耐食性に優れているが、凝縮水がフィン表面に長期間滞留すると酸素濃淡電池を形成したり、大気中の汚染物質が付着、濃縮されて水和反応が生じたりして腐食が促進される。これを解消するために、フィン表面に親水性塗膜を付与し、凝縮水を水膜として流下させ、水滴付着や霜形成を抑制する。

このような親水性塗膜の形成にあたっては、フィンに加工した後にアルミニウム材に親水性塗料の塗装、焼付けを行う手もあるが、工程の簡略化や塗膜の均一性の観点から、フィンの成形加工前（フィンのカラー部が形成される前）素材アルミニウム薄板に塗装、焼付けを施し、これをフィンに加工するプレコート法が好ましい。そして、このプレコートされる親水性塗膜は、前記１５０〜１８０℃程度の前記所定時間のＨ２４の調質によって充分な密着性（剥離強度）で素材アルミニウム薄板に焼付け硬化され、加工性（潤滑性）が高いことが好ましい。

このような特性を有する親水性塗膜であれば、公知あるいは市販の適当な下地処理あるいは前処理を施した上で、公知あるいは市販の水溶性樹脂塗料が使用される。下地処理あるいは前処理は、リン酸クロメート処理、リン酸ジルコニウム処理、クロム酸クロメート処理などの、リン酸亜鉛処理、リン酸チタン酸処理による下地処理層の形成や、塗布型クロメート処理または塗布型ジルコニウム処理が例示される。

膜厚が塗布量換算で５０〜１０００ｍｇ／ｍ^２の範囲で、このような特性を有する親水性塗膜として、例えば、特開２０１１−２０８８１３号に開示された、水溶性樹脂塗膜として、固形分換算で分子量５０００〜５００００の水溶性ポリエーテルを７５〜９９．９質量％、熱分解抑制剤を０．１〜２５質量％含み、前記水溶性ポリエーテルは、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールアルキルエーテル、ポリアルキレングリコールアリールエーテルの１種又は２種以上よりなるものが使用できる。

本発明のコイニング加工の効果を、アルミニウム薄板を熱交換器用フィンに成形加工する解析によって確かめた。

解析の条件として、フィン用の素材は、ＪＩＳ規格の１２００のアルミニウム組成で、板厚が０．０８０ｍｍの冷間圧延薄板とした。この薄板に、下地処理としてリン酸クロメート処理した表面に、ポリアルキレングリコール（分子量５０００）を９０質量％、イオウ系熱分解抑制剤を２５質量％含む（前記特開２０１１−２０８８１３号の開示）水溶性樹脂塗膜を塗布（プレコート）したと仮定し、１５０℃で３０分加熱する質別Ｈ２４の調質（焼鈍）を行って、この水溶性樹脂塗膜を焼付けるものと仮定した。この焼付け塗膜を有する薄板表面は、解析条件としては、金型と素材薄板（材料）との間の摩擦係数として考慮して、摩擦係数は０．１５と設定した。そして、前記質別Ｈ２４の調質後の素材薄板の特性を、これまでのこの条件でのフィン用素材の製造実績を踏まえて、１２５ＭＰaの引張強さ、１１３ＭＰaの０．２％耐力、１３％の全伸びと規定して、フィンへの成形素材であるアルミニウム薄板の解析条件とした。

このアルミニウム薄板を、第１工程の張出成形の張出高さ：２．１ｍｍ、第２工程の絞り成形の絞り高さ（図２のドーム状突出部６の高さ）：０．９ｍｍ、第３工程のピアス・バーリング加工でのピアス径（図２の孔１２の径）：４．８ｍｍ、第４工程のアイアニング加工のしごき厚（壁８の厚さ）０．０６ｍｍ、第５工程のリフレア加工後の最終形状のカラーブ部１１の高さ：１．６ｍｍ、リフレア径：８．３ｍｍに、図１の各ドロー・アイアニング併用方式の条件にて成形するとした。

コイニング加工：
第１工程の張出成形後のコイニング加工は、図１の第１工程に各々示すように、この張出成形に続いて、素材板１に形成されたドーム状突出部２における肩部（周縁部）の部位５のみを、局部的に平面視でリング状（円環状）にコイニング加工し、コイニング加工後のドーム状突出部４の頂部４aの外方への張り出し量が２．６ｍｍとなって、大きな余肉を有するものとした。

解析方法は、成形工程を軸対称の要素でモデル化し、ＣＡＥ解析には汎用の静的陰解法ソフトＡＢＡＱＵＳを用いた。

解析結果：
図６に、第１工程の張出成形、第２工程の絞り成形の終了時の、絞り高さ（ｍｍ）と、パンチ肩部（図１の第２工程の絞り成形時の板の部位２ｂ）の板厚減少率（％）との関係を示す。

図７に、第１工程の張出成形後のコイニング加工した場合の、第１工程の張出成形、第２工程の絞り成形の終了時の、絞り高さ（ｍｍ）と、ダイ肩部（図１の第２工程の絞り成形時のダイ２６の先端に当接する板部位）の板厚減少率（％）との関係を示す。ここでは、最終的に、前記図１、図４に示した通り、コイニング加工部５を元の板厚０．０８ｍｍから０．０６ｍｍに薄肉化している。

図６に丸印や三角印で示す、コイニング加工を行わない従来の工程では、第２工程の絞り成形終了時に、パンチ肩部でひずみ集中が見られ、２工程目の成形高さ（０．９ｍｍ程度)をこれ以上増やすことは難しかった。これに対して、図６、７に四角印で示すコイニング加工を行った場合（図６、７にはコイニング有工程と記載）、成形品中央部に余肉が生じるため、その効果で２工程目の成形高さを大きくしても、パンチ肩部にひずみ集中が生じない結果となった。また、最終的に得られるカラー高さも大きくできる。

具体的に、図６より、２工程目のパンチ肩部の板厚減少率が現行と同様になる条件で比較すると、コイニング加工を行った工程では、２工程目の絞り高さを１．４ｍｍ以上まで増やせている。ただし、コイニング加工では、図７に示すように、ダイ肩部の板厚が減少するので、２工程目の絞り成形高さは１．５ｍｍ程度までにとどめる必要がある。

従来工程でも、１工程目の張出高さを２．５ｍｍまで増やすと、図６のように、２工程目の絞り高さを０．９ｍｍから１．０ｍｍと若干増やせるが、ただ、この値は比較的小さいものでしかない。

図８に、第４工程のアイアニング加工終了時の、カラー高さとピアス径との関係を示す。コイニング加工が無い従来工程の場合には、１工程目の張出高さを２．５ｍｍ、２工程目の絞り高さを０．９ｍｍとした丸印で示す場合、２工程目の絞り高さを１．０ｍｍとした三角印で示す場合に比べれば、これと同様のカラー高さを維持しつつ、ピアス径を４．８ｍｍから４．８６ｍｍに拡大できる。しかし、この値は比較的小さいものでしかなく、効果が小さい。

これに対して、図８に四角印で示すコイニング加工を行った場合に、２工程目の絞り高さを１．４ｍｍとできると、現行と同様のカラー高さを維持しつつ、ピアス径を４．８ｍｍから５．８ｍｍに拡大できる。このコイニング加工の場合、リフレア加工までの伸びフランジ加工率は７３％から４３％へ大きく低減できる。

このような解析結果に対して、図５のような従来のフィン材の成形での実績は、カラー割れ発生率が１．０％以下となる伸びフランジ加工率が、板厚０．１１ｍｍ材では７３％以下、板厚０．０８ｍｍ材では６５％以下であり、薄肉化で耐カラー割れ性が低下している。これは、解析と同じ、ＪＩＳ規格の１２００組成と機械的性質のフィン用素材を用いた結果である。

これらの結果から、本発明のコイニング加工によって、第１工程の張出成形工程の終了時に、新たなドーム状突出部４として、成形品中央部に前記大きな余肉（余肉部）が確保できる効果が裏付けられる。この余肉によって、この第２工程目の絞り成形における絞り深さを大きく取ることができ、ピアス径を大きくでき、つば（カール部）成形時の伸びフランジ部のひずみを低減できる効果が裏付けられる。また同じピアス径であっても、従来よりカラー部の高さが大きくできる効果が裏付けられる。また、素材の薄肉化によっても耐カラー割れ性が低下しないことも裏付けられる。

以上、本発明は、高強度化され、薄肉化された純アルミニウム系薄板を素材としても、前記ドロー・アイアニング併用方式によって、成形後のカラー部のつばの高さを高くできる、熱交換器用フィンの成形加工方法および成形された熱交換器用フィンを提供できる。このため、エアコン等の熱交換器用フィンの成形加工方法および成形された熱交換器用フィンに好適に使用することができる。

１：アルミニウム薄板、２、４、６：薄板のドーム状突出部、３：薄板の周辺部、５：ドーム状突出部の肩部、７、８、９：カラー部（縦壁）、１０：つば（カール部）、１１：最終形状のカラー部、１２：孔（開口部）、２０、２４、２５、２６、２９、３２、３５：ダイス、２１、２７、３０、３３、３６：パンチ、２２、２３、２８、３１、３４、３７：板押さえ、３８：打ち抜きパンチ、４０：フィン

Claims (2)

1. アルミニウム薄板を熱交換器用フィンに成形加工する方法であって、前記アルミニウム薄板の板厚が０．１２ｍｍ以下であるとともに、その表面に親水性塗膜がプレコートされており、このアルミニウム薄板を、第１工程の張出成形、第２工程の絞り成形、第３工程のピアス・バーリング加工、第４工程のアイアニング加工、第５工程のリフレア加工からなるドロー・アイアニング併用方式にて成形加工して、前記熱交換器用フィンのカラー部を形成するに際し、前記第１工程の張出成形によって、前記カラー部に相当する前記アルミニウム薄板の部位をドーム状突出部に成形した後、このドーム状突出部の部位のみを局部的にコイニング加工して、前記ドーム状突出部が更に外方に膨らむ余肉を形成した上で、このドーム状突出部に対して、前記第２工程の絞り成形以降の加工を行うことを特徴とする熱交換器用フィンの成形加工方法。
2. 前記熱交換器用フィンのカラー部のピアス径が５．２ｍｍ以上であるとともに、その高さが１．６ｍｍ以上である熱交換器用フィンの成形加工方法。

Images