JPH0617530B2 - ろう付け接合による熱交換器フィン材用Ａｌ合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ろう付け接合によるＡｌ製熱交換器のフィン
材用Ａｌ合金に関し、さらに詳しくは、要求される性能
のなかで、とりわけ熱伝導性を高め、熱交換器の熱交換
率（冷房能力）の向上を図ることのできるようにしたフ
ィン材用Ａｌ合金に関するものである。

一般にろう付け接合によるＡｌ製熱交換器は、水等の冷
媒を通す通路（以下チューブという）と熱を放散するフ
ィンとからなり、チューブとしては、熱交換器の用途に
応じて、押出偏平多穴管、又はＡｌ−Ｓｉ系ろう材をク
ラッドしたブレージングシートによる電縫偏平管が用い
られている。また、フィン材としては第１図に示すよう
な、芯材１の両面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材２をクラッドし
てなるブレージングシート、又はろう材をクラッドしな
い裸のフィン材が用いられている。

ろう付けによるＡｌ製熱交換器の具体例は第２図に示さ
れる。第２図（イ）はエバポレーター、（ロ）はコンデ
ンサーであり、いずれも押出偏平多穴管３と第１図のブ
レージングシートのフィン材を組合せたものである。
（ハ）はラジエーターであり、片面にＡｌ−Ｓｉ系ろう
材をクラッドしたブレージングシートで電縫偏平管３を
製作し、この管（管の外側にろう材がくる）と裸のフィ
ン材と組合せたものである。これらの熱交換器の管とコ
ルゲートフィンは約６００℃前後の温度でフラックスろ
う付け、真空ろう付け又は不活性ガス雰囲気ろう付けに
より組立てられている。

ところで従来このようなろう付けによるＡｌ製熱交換器
においてはフィン材４として耐座屈性の良いＡｌ−Ｍｎ
系合金、例えば３００３合金（Ａｌ−0.05〜0.20ｗｔ％
Ｃｕ−1.0〜1.5ｗｔ％Ｍｎ合金〔以下ｗｔ％を単に略
記〕）又は３２０３合金（Ａｌ−1.0〜1.5Ｍｎ合金）を
芯材として、その両面にＡｌ−Ｓｉ合金ろう材（Ａｌ−
５〜12％Ｓｉ合金）Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金ろう材（Ａｌ
−５〜12％Ｓｉ−0.5〜２％Ｍｇ合金）等をクラッドし
た厚さ0.1〜0.2mmの薄板（ブレージングシート）、又は
厚さ0.1〜0.2mmの前記３００３、３２０３合金からなる
裸の薄板が使用されている。

しかしながら３００３合金、３２０３合金のようなＡｌ
−Ｍｎ系合金からなるフィン材４は、耐座屈性は優れる
ものの熱伝導性が必ずしも高いとは言えず、これがこの
フィン材を用いた熱交換器の放熱性を悪くする原因とな
っていた。

一方、熱交換器の中でも特に自動車用熱交換器は近年重
量軽減、小型化の方向にありフィンの薄肉化と共に、熱
交換器の性能向上すなわち熱交換率（冷房能力）の向上
が求められてきている。

したがって、（１）熱伝導性が優れ（２）ブレージング
接合を行う際のフィンのへたりや変形がない−などの各
種性能を具備するフィン材の開発に対する要望が高まっ
ている。

本発明者らは、このような要求に合致するフィン材を開
発するため鋭意研究を重ねた結果、Ａｌ中のＦｅ及びＳ
ｉ成分の含有量を所定量以下に規制した純Ａｌ系素材に
ＺｒもしくはＣｒを所定量添加することによりフィン材
の耐座屈性を向上し得るとともに熱伝導性を高くしうる
こと、さらには熱交換器のコアに対する腐食性を抑えう
ることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされ
るに至ったものである。

すなわち本発明は Ｆｅ0.2％以下、Ｓｉ0.1％以下で、Ｚｒ0.01〜0.3％、
Ｃｒ0.01〜0.3％のうち１種又は２種を含み、残部がＡ
ｌ及び不可避不純物からなことを特徴とするろう付け接
合による熱交換器フィン材倫Ａｌ合金 を提供するものである。

以下本発明における各成分の作用とその含有量を上記の
如く限定した理由を記す。

（ａ）Ｆｅ、Ｓｉ Ｆｅを0.20％以下、Ｓｉを0.10％以下の範囲に規制する
ことにより、Ａｌ合金の熱伝導性を高め、ろう付け時の
耐座屈性を著しく向上させることができる。Ｆｅ、Ｓｉ
をこの範囲に抑えることにより、ブレージングシートフ
ィン材においてはろう付け直前の芯材の再結晶粒径を大
きくでき、ろう材中のＳｉの芯材粒界への拡散を低減し
てフィン材の耐座屈性を向上させることができる。Ｆ
ｅ、Ｓｉの含有量が上記範囲を超えると熱伝導性、耐座
屈性が劣化する。

（ｂ）Ｚｒ、Ｃｒ Ｆｅ、Ｓｉ量を上記範囲に規制したＡｌにＺｒ0.01〜0.
3％、Ｃｒ0.01〜0.3％を単独又は併用で添加した合金
は、熱伝導性を保持しながらさらに耐座屈性を向上せし
めたものとなる。この添加量が0.01％未満では耐座屈性
の向上が十分でなく０．３％を超えると大きな金属間化
合物が晶出して、塑性加工性が低下するとともに熱伝導
性能が低下する。

なお本発明においてＣｕ、Ｔｉ、Ｍｎ等の不可避の不純
物はＡｌ分９９％以上のＡｌ地金相当（Ｃｕ0.02％以
下、Ｔｉ、Ｍｎは各々0.03％以下）であれば問題ない。

本発明のフィン材用Ａｌ合金を用いたフィン材は、芯材
の両面にろう材を被覆した合せ板（ブレージングシー
ト）もしくは裸板で、半硬質板として使用される。厚さ
は通常約0.1〜0.2mm、幅約20〜100mmの範囲である。

本発明のＡｌ合金は、耐座屈性がさらにすぐれるため、
第２図（イ）のエバポレーター用フィンはもちろん、第
２図（ロ）及び（ハ）のコンデンサーもしくはラジエー
ター用フィン（通常、フィン幅２０〜４０mm）にも使用
することができる。

フィン材の熱伝導特性の評価は、次のようにして行うこ
とができ、本発明の熱交換器フィン材用Ａｌ合金の熱伝
導特性はこの方法に従って試験、評価した。

（１）材料の熱伝導性は電気伝導度に比例するので電気
伝導度の測定により、熱伝導特性を予測する。

（２）フィン材用薄板から実際にフィンを形成し、熱交
換器に組立て、熱交換率（冷戻能力）を測定してその効
果を確認する。

本発明のＡｌ合金板の製造方法には特に制限はなく、通
常の方法により作ることができる。まず各成分を含有す
る鋳塊を作り、このようにして得られたＡｌ合金鋳塊
は、均熱処理、熱間圧延され、続いて冷間圧延され、必
要に応じて中間焼鈍し、最終的に半硬質程度の薄板に仕
上げて使用される。

次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。

実施例１ 通常の溶解法により、第１表に示す組成物のＡｌ合金を
溶製し、水冷鋳造して鋳塊とした。なお同表に表示しな
いがこれらのＡｌ合金はいずれも不可避の不純物として
Ｃｕ0.02％以下、Ｔｉ0.03％以下、Ｍｎ0.03％以下（従
来合金のみ1.1％）を含んでいる。

次にこの鋳塊を５５０℃の温度で３時間均熱処理を行っ
たのち両面を面削し、この両面にろう材４０４５（Ａｌ
−９％Ｓｉ合金）板を合せ、これを５００℃の温度に再
度加熱して熱間圧延し、厚さ５mmの合せ板とした。これ
を0.2mm厚まで冷間圧延し、次いで中間焼鈍（３６０℃
×２時間）し、0.16mm厚（ろう材のクラッド率：片面１
０％）まで冷間圧延して合せフィン材の試料を作成し
た。

この試料について、ろう付加熱（６１０℃×３分）後の
導電率、垂下量（耐座屈性）を測定した。その結果を第
２表に記した。

なお、導電率は純銅の導電率を１００として比較した場
合の値である。また垂下量の測定は、幅２２mm×長さ５
０mmの試料を切出し、第３図は如く一端を３０mm突出さ
せ他端を治具に固定し、加熱後の先端の測定して行っ
た。垂下量（ｈ）が２mm以下を◎、２mmを超え５ｍｍ以
下を〇、５mmを超えるものを×で表示した。

なお、ろう材４０４５板を合せない裸の芯材のみによる
フィン（圧さ0.16mm、半硬質板）を試作し、これについ
ても上記と同様にして導電率垂下量を測定した。その結
果を第３表に示した。

第２表及び第３表の結果より本発明のフィン材（試料N
o.１〜４）は、合わせフィン材、裸フィン材のいずれの
場合もＺｒ、又はＣｒに含有しないもの（試料No.５、
６、８、９）に比べ優れた耐座屈性を示し、さらに高い
導電率を示している。さらに試料No.７ではＺｒが多す
ぎてフィン材が製造できなかった。

さらに本発明のフィン材は、Ａｌ−Ｍｎ系の従来合金３
２０３の場合（試料No.１０）に比べ、合わせフィン
材、裸フィンのいずれの場合も顕著に高い導電率を示す
ことが分る。

実施例２ 実施例１で作成したフィン材用Ａｌ合金薄板試料（No.
１〜４（発明合金）及びNo.１０（従来合金））を使用
して第２図（イ）に示すコルゲートフィンを有するエバ
ポレーターを試作した（フィンの幅１００mm；チューブ
は押出２０穴チューブ，１０５０の純Ａｌ，外周肉厚0.
8mm；弗化物系フラックスを用いた不活性ガスろう
付）。

このコアについて、冷房能力、フィンの耐座屈性及び腐
食試験によるチューブの最大孔食深さを測定した。なお
冷房能力試験についてはフィン材試料No.２，４及び１
０について行った。

試験方法及び判定方法は次の通りである。

（１）冷房能力試験 ＪＩＳ Ｄ １６１８（自動車用冷房機試験方法）に準
じて行った。

（２）フィンの耐座屈性 ろう付時にフィンの座屈によるフィンと押出チューブの
ろう付不良のないことを前提とし、さらに曲げたチュー
ブの間隔（ｌ；ろう付け前２２mm）をろう付前後で比較
し、減少量の0.3mm以下を耐座屈性良とした。

（３）腐食試験 １５ｋｇ／ｃm²の圧力でＮ_２ガスをコアに充填しキャス
試験を７２０Ｈｒ（１ケ月）行い、圧洩れまでの時間を
比較した。圧洩れのない場合は、チューブに発生した最
大孔食深さを測定しこれを比較した。

その結果を第４表に記した。

第４表の結果より、従来合金であるＡｌ−Ｍｎ系の３２
０３合金を用いたエバポレーター（フィン材試料No.１
０）は、耐座屈性は、本発明のもの（フィン材試料No.
１〜４）と同等で良かったが、耐食防止性が悪く、５０
０時間でチューブに孔があき圧洩れを起こした。

これに対し本発明のフィン材は、７２０時間後でも（チ
ューブに孔食を生じたが）孔があかず圧洩れを起こさな
かった。また本発明のフィン材を用いたエバポレーター
はフィン材試料No.１０を用いたものに比べ３％冷房能
力の向上を示し、これは実機テストでの向上として技術
的意義が大きい。

実施例３ 実施例１で作成したフィン材用Ａｌ合金薄板試料No.１
〜４、１０を使用して第２図（ロ）に示すコンデンサー
を試作した（フィン幅２２mm、チューブは押出４穴チュ
ーブ、純アルミ１０５０、外周肉厚0.8mm、弗化物系ス
ラックスを用いた不活性ガスろう付）。このコアについ
て冷房能力、フィンの耐座屈性を実施例２と同様にして
試験した。

なお熱交換率試験についてはフィン材試料No.１，３，
１０について行った。その結果を第５表に記した。

第５表の結果より明らかなように、本発明のフィン材は
耐座屈性が高く、冷房能力の向上した熱交換器を製造す
ることができる。

このように本発明によれば、フィンのろう付時のへたり
や変形がなく、熱伝導性特性、耐座屈性に優れ、熱交換
器のコアを腐食させ難いフィン材を得ることができる。
したがって熱交換器の放熱特性が向上するばかりか、そ
の小型化、軽量化が可能となる。さらには、耐座屈性の
より優れたフィン材を提供することができるのでフィン
材の薄肉化が可能となり放熱性に優れた小型、軽量化し
た熱交換器を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフィン用ブレージングシートの例を示す側断面
図、第２図（イ）、（ロ）、（ハ）はそれぞれＡｌ製熱
交換器の一冷を示すもので、（イ）はエバポレーター、
（ロ）はコンデンサー（ハ）はラジエーターを示す説明
図である。第３図は耐座屈性試験装置の一例を示す説明
図である。 １……フィン材 ２……ろう材 ３……チューブ ４……コルゲート状フィン ５……治具 ６……試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 寿男 群馬県佐波郡太村町大字板井39番地 (56)参考文献 特開 昭57−123966（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−48632（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｆｅ 0.2ｗｔ％以下、Ｓｉ 0.1ｗｔ％以下
   で、Ｚｒ0.01〜 0.3ｗｔ％、Ｃｒ0.01〜 0.3ｗｔ％のう
   ち１種又は２種を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物か
   らなることを特徴とするろう付け接合による熱交換器フ
   ィン材用Ａｌ合金。