JPH04193928A - 熱交換器の管継手用アルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明に係る熱交換器の管継手用アルミニウム合金は
、例えば自動車用空調機のコンデンサ或はエバポレータ
として機能する熱交換器のヘッダに、冷媒移送用の管の
端部を接続する為の管継手を構成するのに利用する。

（従来の技術） コンデンサ、或はエバポレータとして利用する熱交換器
として、例えば実開昭６４−８０８１号公報には、第１
図に示す様な構造の熱交換器が開示されている。

この従来の熱交換器は、上端面に入口管１を接続した入
口側へラダ２と、この入口側へラダ２と平行に配置され
、下端面に出口管３を接続した出口側へラダ４とを、複
数の伝熱管５．５により互いに接続し、隣り合う伝熱管
５．５の間に、コルゲート型のフィン６．６を挟持する
事で構成されている。

冷媒等の流体と空気との間で熱交換を行なわせる場合に
は、入口管１から流体を送り込み、出口管３から取り出
せば、この流体は、人口側へラダ２から出口側へラダ４
に向けて、多数の伝熱管５．５を流れる間に、周囲を流
れる空気との間で熱交換を行なう。

各ヘッダ２．４の外側面上下２個所位置には、それぞれ
取付ブロック７．７をろう付け固定し、この取付ブロッ
ク７．７により、熱交換器を車体の所定部分に、支持固
定自在としている。

即ち、各取付ブロック７．７は、各ヘッダ２．４とＡｌ
　（アルミニウム）又はアルミニウム合金により造られ
たもので、それぞれの内側面を、各ヘッダ２．４の外側
面と密接する様に湾曲させる事で、当接面８とし、この
当接面８と各ヘッダ２．４の外側面とを互いにろう付け
する事で、各取付ブロック７．７を各ヘッダ２．４の外
側面に固定している。又、各取付ブロック７．７には、
熱交換器支持用のボルト（図示省略）を挿通ずる通孔９
．９を形成し、各通孔９．９を挿通したボルト等により
、熱交換器を車体の所定部分に支持固定出来る様にして
いる。

ところで、上述の様に構成される熱交換器に於いて、各
ヘッダ２．４に接続する入口管ｌ又は出口管３を、上記
取付ブロック７．７に類似した管継手を用いて、上記ヘ
ッダ２．４の外側面に接続する事が考えられている。

即ち、第２図に示す様に、熱交換器を構成するヘッダ２
（又は４゜以下同様。）の外側面に、やはりその内側面
を上記へラダ２の外側面と密接する当接面１０とした管
継手１１をろう付け固定する。この管継手１１には、上
記当接面１０から外側面１２迄貫通する接続孔１３を設
けている。

又、上記管継手１１には、上記接続孔１３と平行に結合
孔１４を設け、この結合孔１４に、結合ナツト１９を嵌
装している。

熱交換器に出し入れする流体を移送する管１５の端部は
、結合フランジ１６の外側面に、ろう付け等により接合
固定されている。そして、この管１５を上記へラダ２の
外側面に結合する場合には、結合フランジ１６に形成し
た通孔１７を外側面側から挿通したボルト１８と、上記
管継手１１に嵌装した結合ナツト１９とを螺合し、更に
緊締する。結合フランジ１６の内側面には、外周にＯリ
ング２０を装着したソケット２１を固定すると共に、こ
のソケット２１の内側を上記管１５内に通じさせており
、このソケット２１が前記接続孔１３内に、密に挿入さ
れる様にしている。この為、上記ボルト１８とナツト１
９との緊締により、管１５とへラダ２とが密に結合され
る。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述の様に管継手１１を介して管１５をヘッ
ダ２の外側面に結合する場合、管継手１１を構成するア
ルミニウム合金の性質に基づき、次に述べる様な問題を
生じる。

即ち、管継手１１は、ヘッダ２（４）の外側面に液密に
ろう付け固定する必要上、上記へラダ２（４）を構成す
るアルミニウム合金とのろう付け性が良好である事が必
要である。

この為、従来は管継手１１を、ヘッダ２（４）を構成す
るＪＩＳ　４３４３材（Ｚｎ（亜鉛）を０．２０重量％
以下、Ｍｎ　（マンガン）を０．１０重量％以下、Ｓｉ
（珪素）を６．８〜８．２重量％、Ｃｕ（銅）を０．２
５重量％以下、Ｆｅ　（鉄）を０゜８重量％以下、それ
ぞれ含有し、残りを不可避不純物とＡｌ　ｔアルミニウ
ム）とした合金）或はＪＩＳ４０４５材　（Ｚｎを０．
１０重量％以下、Ｍｎを０゜０５重量％以下、Ｓｉを９
．０〜１１．０重量％、Ｃｕを０．３０重量％以下、Ｆ
ｅを０．８重量％以下、Ｍｇ　（マグネシウム）を０．
０５重量％以下、Ｔｉ　（チタン）を０．２０重量％以
下、それぞれ含有し、残りを不可避不純物とＡｌとした
合金）とのろう付け性の良好な、ＪＩＳ　３００３材（
Ｚｎを０゜１０重量％以下、Ｍｎを１．０〜１．５重量
％、Ｓｉを０．６重量％以下、Ｃｕを０．０５〜０．２
０重量％、Ｆｅを０．７重量％以下、それぞれ含有し、
残りを不可避不純物とＡｌとした合金）としていた。

ところが、上記Ｊ、ＩＳ　３００３材はろう付けに伴な
う加熱の後、比較的軟質となる為、これによって造られ
た管継手１１に直接螺子孔を形成しても、十分な強度を
得られない。この為従来は、前述した第２図に示す様に
、ＪＩＳ　ＴＭ０１材（Ｚｎを４．０〜５０重量％、Ｍ
ｎを０．２０〜０．７重量％、Ｓｉを０．３０重量％以
下、Ｃｕを０．２０重量％以下、Ｆｅを０．３５重量％
以下、Ｍｇを１．０〜２゜０重量％、Ｔｉを０．２０重
量％以下、Ｃｒ　（クロム）を０．３０重量％以下、■
（バナジウム）を０．１０重量％以下、Ｚｒ　（ジルコ
ニウム）を０゜２５重量％以下、それぞれ含有し、残り
を不可避不純物とＡｌとした合金）の様な、加熱後に於
いても比較的高硬度が得られるアルミニウム合金により
結合ナツト１９を造り、この結合ナツト１９を管継手１
１に形成した結合孔１４内にインサート固定すると共に
、この結合ナツト１９とボルト１８とを螺合させる事で
、管継手１１と結合フランジ１６とを結合固定していた
。

この為、互いに別々に造られた結合ナツト１９と管継手
１１とを組み合わせる作業が必要になり、管継手１１の
製作費が高くなる原因となっていた。

特開平１−２２５７３６号公報、同１−２７９７２８号
公報には、管継手用のアルミニウム合金に関する発明が
記載されているが、何れの公報に記載されたアルミニウ
ム合金も、厳しい使用条件の下では、必ずしも十分な強
度を得る事が出来ない。

又、特開昭６３−１１８０４６号公報に記載されたアル
ミニウム合金の場合、前記ＪＩＳ　４３４３材やＪＩＳ
　４０４５材とのろう付け性が良くない為、やはり第２
図に示す様に、他のアルミニウム合金により造られた部
品と組み合わせた状態で使用せざるを得す、管継手の製
作費低廉化を図れない。

更に、特願平１−２６３７０９号には、Ｚｎを３〜５重
量％、ｕｎを０．８〜１．２重量％、Ｓｉを０．３〜０
．９重量％、Ｃｕを０．１５〜０゜４５重量％、Ｍｇを
０．１５〜０．５重量％、それぞれ含有し、残りを不可
避不純物とＡｌとした事を特徴とする熱交換器の管継手
用アルミニウム合金に関する発明が開示さに”でいる。

この様な組成を有する、先発明に係る管継手用アルミニ
ウム合金は、使用条件さえ整えば、ヘッダを構成するア
ルミニウム管に対するろう付け性が良好で、しかもろう
付け後に於いても十分な硬度を得られるが、使用条件に
よっては、必ずしも十分な効果を得られない場合がある
。

即ち、一部のフラックス（例えば、特公昭５８−２７０
３７号公報に開示され、アルキャン社から「ノコロック
　フラックスＪの商品名で市販されているフラックス）
は十分なろう付け性を得られる為、アルミニウム製熱交
換器の製造にしばしば利用されるが、この様なフラック
スによるろう付け製を確保する為には、アルミニウム合
金中のＭｇの含有量を少なくする事が好ましい。

ところが、Ｍｇの含有量を少なくした場合、Ｚｎの含有
量を多（しないと、十分な強度を得る事が出来なくなり
、Ｚｎを前記範囲（３〜５重量％）の上限値（５重量％
）含有させても、必ずしも十分な強度を得る事が出来な
（なる。

本発明の熱交換器の管継手用アルミニウム合金は、上述
の様な事情に鑑みて発明されたものである。

（課題を解決する為の手段） 本発明の熱交換器の管継手用アルミニウム合金は、熱交
換器を構成するヘッダの一部に流体移送用の管の端部を
接続する為、上記ヘッダに対してろう付け固定される管
継手を構成するアルミニウム合金であって、請求項１に
記載されたものは、Ｚｎを５．０重量％を越えて６．０
重量％以下、Ｍｎを０．８〜１，２重量％、Ｓｉを０．
３〜０．９重量％、Ｃｕを０．１５〜０．４５重量％、
Ｍｇを０゜１５〜０．５重量％、それぞれ含有し、残り
を不可避不純物とＡｌとした事を特徴としている。

更に、請求項２に記載されたものは、上記請求項１に記
載されたアルミニウム合金に、０゜０１〜ｏ、ｉｏ重量
％のＴ１と０．０１〜０゜１５重量％のＺｒと０．０５
〜０．３重量％のＣｒとの１種又は２種以上を加えた事
を特徴としている。

（作　　用） 上述の様に構成される、本発明の熱交換器の管継手用ア
ルミニウム合金の場合、何れも、ろう付け後に於いても
十分な強度（硬度）が得られ、しかもＪＩＳ　４３４３
材やＪＩＳ　４０４５材等、熱交換器のヘッダを構成す
るアルミニウム合金とのろう付け性も良好である。

特に、ろう付け時に於いて特定のフラックスを使用する
為、Ｍｇの含有量を少なくした場合でも、十分な強度を
得る事が出来る。

この為、ヘッダに対してろう付け固定可能な管継手に対
して螺子孔を、直接形成する事が可能となり、管継手の
製作費低減を図れる。

尚、本発明の熱交換器の管継手用アルミニウム合金を前
述の各元素により構成し、且つ、各元素の割合を前述の
範囲に限定したのは、次の理由による。

先ず、Ｚｎは、Ｍｇとの共存でＭｇＺｎ２を析出させ、
アルミニウム合金の強度を向上させる為に加える。この
様なＭｇＺｎ　２の析出に伴なう強度の向上は、Ｚｎの
混入割合が５重量％以下とすると、ろう付け時に特定の
フラックスを使用する為、Ｍｇの含有量を少なくした場
合には不十分となり、反対に６重量％を越−えてＺｎを
混入すると、得られたアルミニウム合金のろう付け性が
不十分となる為、前述の範囲で混入する。

又、Ｍｇは、上述の様にＺｎとの共存でＭｇ２ｒ＋ｚを
析出させ、アルミニウム合金の強度を向上させる為に加
える。この様なＭｇＺｎ　２の析出に伴なう強度の向上
は、Ｍｇの混入割合が０．１５重量％未滴の場合不十分
となり、反対にＭｇを０．５重量％以上混入すると、ろ
う付け部でブローホールが発生し易くなり、十分に信頼
出来るろう付けを行なう事が難しくなる為、前述の範囲
で混入する。

又、Ｍｎは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物の形成により、ア
ルミニウム合金の強度を向上させる為に加える。この様
なＡｔ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物の形成による強度の向上は、
Ｍｎの混入割合が０．８重量％未満の場合、不十分とな
り、反対に１，２重量％を越えてＭｎを混入すると、熱
間押し出し加工等の熱間加工を行なう際に於ける変形抵
抗が太き（なり、アルミニウム合金により所望形状の管
継手を製作する手間を要する等、生産性低下を招来する
為、前述の範囲で混入する。

又、Ｓｉは、上記Ｍｎの場合と同様に、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓ
ｉ化合物の形成により、アルミニウム合金の強度を向上
させる為に加える。この様なＡｌ−ｕｎ−Ｓｉ化合物の
形成による強度の向上は、Ｓｉの混入割合が０゜３重量
％未満の場合不十分となり、反対に０゜９重量％を越え
てＳｉを混入すると、得られたアルミニウム合金の溶解
温度が低くなり過ぎ、ろう付け時にこのアルミニウム合
金が溶融する傾向となって、ろう付け作業が難しくなる
為、前述の範囲で混入する。

又、Ｃｕは、素地に固溶し、この素地を固溶強化させる
もので、上記Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物との相乗効果によ
って強度を向上させる為に加える。このＣｕの添加割合
が０．１５５重量％未満場合は、強度を向上させる効果
が不十分であり、反対に０゜４５重量％を越えて加えた
場合には、得られるアルミニウム合金の押し出し加工性
が低下すると共に、耐食性が低下する為、前述の範囲で
混入する。

更に、Ｔｉ、　Ｃｒ、　Ｚｒは、それぞれアルミニウム
合金の強度を安定的に向上させる為に加えるが、各元素
の割合が前述の範囲よりも少ない場合には、安定した強
度向上を得られず、反対に前述の範囲を越えて混入した
場合には、粗大な金属間化合物を生成し、押し出し加工
時等での塑性加工性を損なう為、前述の範囲で混入する
。

（実施例） 次に、本発明の効果を確認する為に行なった実験例に就
いて説明する。

実験は、第１表に示した１８種類のアルミニウム合金に
就いて行なった。この１８種類のアルミニウム合金の内
、第１表の上から１１種類は本発明によるアルミニウム
合金を、次の６種類は比較の為に用意した、本発明の技
術的範囲から外れるアルミニウム合金を、最下段のもの
は、ＪＩＳ　７ＮＯ１材を、それぞれ表わしている。

実験を行なうに当たり、上記１８種類のアルミニウム合
金のブロックを切削加工して、第２図に示す様な管継手
１１に類似した形状の試料片を造り、この試料片を、ヘ
ッダ２（４）として使用されるアルミニウム管の外側面
にろう付け固定した。アルミニウム管としては、芯材と
してのＪＩＳ３００３材の表面にろう材としてのＪＩＳ
　４３４３材を、１０％のクラツド率で積層したものを
使用した。

又、ろう付け作業は、ろう付け部分にフラックスを塗布
した後、６００℃で５分間加熱する事により行なった。

ろう付け後、試料片とアルミニウム管とのろう付け部分
に形成されたフィレットの形状を目視する事で、上記試
料片とアルミニウム管とのろう付け性の良否を判断し、
フィレットがろう付け部の全長に亙って形成されている
場合にはろう付け性が良好であるとし、フィレットが断
続していたり、或は全く形成されていない場合には、ろ
う付け性が不良であると判断した。

又、ろう付け後３日経過した後、試料片表面の硬度をビ
ッカース硬度計により測定し、試料片表面の硬度がビッ
カース硬度（Ｈｖｌで５０以上ある場合には、螺子孔形
成が可能であると判断した。

更に、試料片の耐食性に就いて、所定の腐食試験（５Ｗ
ＡＡＴ　２ｗｅｅｋｓ）を行ない、試料片表面に生じた
腐食生成物の量により、各試料片の耐食性を判断した。

これら一連の試験を、第１表に示した１８種類のアルミ
ニウム合金により造られた、各試料片に就いて行ない、
第２表に示した様な結果を得た。

この第２表に於いて、「○」は対応する試験の結果が良
好であった事を、「Ｘ」は対応する試験の結果が不良で
あった事を、それぞれ表わしている。そして、総合評価
は、総ての試験結果が良好（硬度はＨｖ５０以上）であ
った場合にのみ、良好としている。

この第２表の記載から明らかな通り、本発明の熱交換器
の管継手用アルミニウム合金は、ヘッダを構成するアル
ミニウム管に対するろう付け性が良好で、しかもろう付
け後に於いても十分な硬度を得られる。

尚、前記先発明（特願平１−２６３７０９号）を記載し
た明細書中には、本願発明の技術的範囲に属する合金が
比較素材として記載されており、この合金が、水道水浸
漬による耐食性試験の結果が悪かった旨の記載があるが
、水道水浸漬による耐食性試験は、ラジェータの様に、
内部に水道水等の腐食性液体を充填する熱交換器の耐食
性試験としては重要であるが、コンデンサやエバポレー
タの様に、内部に充填する液体に腐食性がない場　７合
には、あまり重要性を持たない。即ち、コンデンサやエ
バポレータの場合、外部からの腐食に対する耐食性が重
要である。

本発明に係るアルミニウム合金は、腐食条件がそろえば
孔蝕が発生し易いとしても、外部からの腐食に対する耐
食性は良好である為、コンデンサやエバポレータの管継
手用として利用する場合には、十分実用となる。尚、前
記所定の腐食試験（５ＷＡＡＴ　２ｗｅｅｋｓ）は、外
部耐食性を試験するものである。

（発明の効果） 本発明の熱交換器の管継手用アルミニウム合金は、以上
に述べた通り、ヘッダを構成するアルミニウム管に対す
るろう付け性が良好で、しかもろう付け後に於いても十
分な硬度を得られる為、管継手に対して直接螺子孔を形
成する事が可能となり、部品点数と組み立て工数との低
減により、管継手及びこの管継手を組み込んだアルミニ
ウム製熱交換器の低廉化を図る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来から知られた熱交換器の１例を示す正面図
、第２図は本発明のアルミニウム合金により造られる管
継手設置部分の断面図である。 １：入口管、２：入口側ヘッダ、３：出口管、４：出口
側ヘッダ、５：伝熱管、６：フィン、７：取付ブロック
、８：当接面、９：通孔、１０：当接面、１１：管継手
、１２：外側面、１３：接続孔、１４：結合孔、１５：
管、１６：結合フランジ、１７：通孔、１８：ボルト、
１９：結合ナツト、２０：０リング、２１：ソケット。 第　　　１　　　表 第　　　２　　　表

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換器を構成するヘッダの一部に流体移送用の
   管の端部を接続する為、上記ヘッダに対してろう付け固
   定される管継手を構成するアルミニウム合金であって、
   Ｚｎを５．０重量％を越えて６．０重量％以下、Ｍｎを
   ０．８〜１．２重量％、Ｓｉを０．３〜０．９重量％、
   Ｃｕを０．１５〜０．４５重量％、Ｍｇを０．１５〜０
   ．５重量％、それぞれ含有し、残りを不可避不純物とＡ
   ｌとした事を特徴とする熱交換器の管継手用アルミニウ
   ム合金。
2. （２）請求項１に記載された熱交換器の管継手用アルミ
   ニウム合金に、更に０．０１〜０．１０重量％のＴｉと
   、０．０１〜０．１５重量％のＺｒと、０．０５〜０．
   ３重量％のＣｒとの１種又は２種以上を加えた事を特徴
   とする熱交換器の管継手用アルミニウム合金。