JPH0724593A

JPH0724593A - アルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法

Info

Publication number: JPH0724593A
Application number: JP19426993A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Dokou; 武宜土公; Koji Okada; 光司岡田
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1995-01-27

Abstract

(57)【要約】【目的】熱効率に優れ、高強度のアルミニウム合金製
熱交換器をろう付工法により製造するためのアルミニウ
ム合金ろう材およびそれを用いた熱交換器の製造方法を
提供する。【構成】 (1)７．０wt％を超え、１２．０wt％以下のＳ
ｉ、０．５wt％を超え、８．０wt％以下のＣｕ、０．５
wt％を超え６．０wt％以下のＺｎを含有し、残部Ａｌと
不可避的不純物とからなることを特徴とするアルミニウ
ム合金ろう材。(2) アルミニウム合金製熱交換器をろう
付により製造するにあたり、７．０wt％を超え、１２．
０wt％以下のＳｉ、０．５wt％を超え、８．０wt％以下
のＣｕ、０．５wt％を超え６．０wt％以下のＺｎを含有
し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなるアルミニウム
合金ろう材を用い、５５０〜５８５℃の温度でろう付を
行うことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金ろう
材およびアルミニウム合金製熱交換器の製造方法に関す
るものであり、さらに詳しくは、熱効率に優れ、高強度
のアルミニウム合金製熱交換器をろう付工法により製造
するためのアルミニウム合金ろう材およびそれを用いた
アルミニウム合金製熱交換器の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術とその課題】ラジエーター等の熱交換器は
例えば図１に示すように複数本の偏平チューブ１の間に
コルゲート状に加工した薄肉フィン２を一体に形成し、
該偏平チューブ１の両端はヘッダー３とタンク４とで構
成される空間にそれぞれ開口しており、一方のタンク側
の空間から偏平チューブ１内を通して高温冷媒を他方の
タンク４側の空間に送り、偏平チューブ１および薄肉フ
ィン２の部分で熱交換して低温になった冷媒を再び循環
させるものである。このような熱交換器のチューブ材お
よびヘッダー材は例えば JIS 3003 合金を芯材とし、該
芯材の内側、すなわち冷媒に常時触れている側には犠牲
材として JIS 7072 合金を、そして、該芯材の外側に
は、通常 JIS 4045 合金等のろう材をクラッドしたブレ
ージングシートを用いている。また、フィン材はコルゲ
ート加工して用いられているが、 JIS 3003 合金やそれ
に犠牲効果を与える目的でＺｎ等を含有した合金が用い
られている。これらは、ブレージングにより一体に組み
立てられている。

【０００３】また、図２はサーペンタインタイプのコン
デンサーであるが、熱間または温間で管状に押し出し成
形した管材５を蛇行状に折り曲げ、管材の間にブレージ
ングシートからなるコルゲートフィン６を取付けたもの
である。ここで７はコネクターを示す。管材には JIS 3
003 合金等が用いられ、フィンには JIS 3003 合金やそ
れに犠牲効果を与える目的でＺｎ等を含有した合金を芯
材とし、 JIS 4045 合金や JIS 4343 合金等のろう材を
両面にクラッドしている。

【０００４】これらは、いずれも６００℃付近の温度に
加熱してろう付けするブレージングにより組み立てられ
るが、ブレージング工法としては、フラックスブレージ
ング法、非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレ
ージング法等が行われる。

【０００５】ところで、近年、熱交換器は軽量・小型化
の方向にあり、そのために材料の薄肉化が望まれてい
る。しかし、従来の材料で薄肉化を行った場合、いくつ
かの問題点が生じる。まず、冷媒通路構成部材（チュー
ブ材等）では材料の肉厚が減少する分強度を向上させる
必要があるが、強度を向上させた合金の場合、耐食性が
低下したり、融点が低下する問題がある。また、材料の
薄肉化に伴う熱交換器の熱効率の低下を解決するため
に、熱伝導性に優れたフィンの開発がなされており、例
えばＡｌ−Ｚｒ系合金のフィン材が提案されている。し
かし、そのようなフィン材では強度が低くさらにろう付
加熱時に座屈しやすいという問題点があり、座屈が生じ
ると通風抵抗の増加により熱交換器の熱効率が低下す
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、熱
効率に優れ、高強度のアルミニウム合金製熱交換器を製
造するためのアルミニウム合金ろう材およびそれを用い
たアルミニウム合金製熱交換器の製造方法を開発したも
ので、請求項１記載の発明は、７．０wt％を超え、１
２．０wt％以下のＳｉ、０．５wt％を超え、８．０wt％
以下のＣｕ、０．５wt％を超え６．０wt％以下のＺｎを
含有し、残部Ａｌと不可避的不純物とからなることを特
徴とするアルミニウム合金ろう材であり、請求項２記載
の発明は、アルミニウム合金製熱交換器をろう付により
製造するにあたり、７．０wt％を超え、１２．０wt％以
下のＳｉ、０．５wt％を超え、８．０wt％以下のＣｕ、
０．５wt％を超え６．０wt％以下のＺｎを含有し、残部
Ａｌと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金ろう
材を用い、５５０〜５８５℃の温度でろう付を行うこと
を特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の製造方法で
ある。

【０００７】

【作用】まず、本発明の考え方について説明する。アル
ミニウム合金製熱交換器を上記のようにブレージング工
法にて製造する場合、その加熱は通常６００℃付近の温
度で行われている。この６００℃という温度はアルミニ
ウム合金にとってかなりの高温であるため、ろう付加熱
中にフィンが座屈したり、合金中の金属間化合物が再固
溶して熱伝導性が低下したり、低融点の高強度合金が使
用できない等の問題がある。発明者らは、ろう付温度を
何℃以下に下げたらこのような問題点を解決できるか鋭
意検討を行ったところ、５８５℃以下であれば、ろう付
中のフィンの座屈が生じにくくなり、熱伝導性の低下が
わずかであり、さらに、フィン中のＳｉの添加量を増や
すことで合金の強度を向上できることを見出した。

【０００８】上記３点をさらに詳しく説明すると、フィ
ンの座屈は加熱中にフィンが再結晶することによって生
じるものとさらに高温で高温クリープ現象を原因として
生じるものとがあるが、後者は５９０℃付近を境に急激
に生じることを見出し、５８５℃以下であれば後者を原
因とする座屈は生じないので、全体としてフィンの座屈
は生じにくくなるのである。２点目の熱伝導性はアルミ
ニウム合金中に析出していた金属間化合物がろう付加熱
時に再固溶することで低下するのであるが、加熱温度が
高いほど合金元素の固溶限が大きくなりかつ拡散速度が
大きくなるので、再固溶は進行しやすくなる。そのた
め、５８５℃以下であれば再固溶の進行速度が小さく、
熱伝導性の低下は少ないのである。３点目の強度につい
ては高強度アルミニウム合金としては添加される元素は
Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ等があるが、冷媒通路構成部材として
用いる場合、耐食性やろう付性を考慮しなければならな
いし、フィンとして用いる場合、犠牲効果やろう付性を
考慮しなければならない。よって、強度向上のために添
加できる元素は限られ、具体的にはＳｉの添加が有力で
ある。６００℃のろう付で添加可能のＳｉ量は１wt％程
度であるのが、５８５℃で１．５wt％程度の添加が可能
となる。

【０００９】さて、このように通常のろう付温度より低
い温度でろう付を行う方法に、低温ろう付と言われてい
る５００℃前後の温度でろう付を行う方法が知られてい
る。この方法はＺｎを２０wt％以上を含有したＺｎ−Ａ
ｌ系合金を通常ろうとして用いるために、ろう付後にろ
う材が腐食されやすいという問題点があり、さらにブレ
ージングシートの製造が難しく、工業的に熱交換器を製
造するには解決すべき問題が多く残されている。しか
し、発明者らは上記のように低温ろう付よりはるかに高
温である５８５℃程度のろう付温度でも熱交換器の特性
向上が可能なことを見出しており、低温ろう付とは異な
るろう合金の開発が可能と考え、本発明に到ったのであ
る。

【００１０】以上のような熱交換器の特性を向上させる
考えを基に、５８５℃以下でろう付できるろう合金の検
討を行ったのであるが、従来より低融点のアルミニウム
合金ろうとして知られている合金がある（例えば特開平
３−５７５８８）。これらは、主に鋳物をろう付するた
めに開発されたものであり、多量のＣｕが含有されてい
るため、圧延加工を行うと割れてしまう問題がありブレ
ージングシートの製造が困難である。本発明ではこのよ
うな問題点を解決し、ブレージングシートとして製造可
能なろうを開発したものである。

【００１１】ここで、本発明のろう材の合金組成は７．
０wt％を超え、１２．０wt％以下のＳｉ、０．５wt％を
超え、８．０wt％以下のＣｕ、０．５wt％を超え６．０
wt％以下のＺｎを含有し、残部Ａｌと不可避的不純物と
からなるアルミニウム合金であり、以下にその限定理由
を説明する。Ｓｉの添加は合金の融点を下げるが、その
量が７．０wt％以下では十分に融点が低下せず、５８５
℃以下の温度でろう付できない。さらに、その量が１
２．０wt％を超えると逆に融点が上がるため、５８５℃
以下の温度でろう付できなくなる。Ｃｕの添加は合金の
融点を下げ、ろう流れ性を向上させる。しかしその量が
０．５wt％以下では効果が十分でなく、その量が８．０
wt％を超えると合金の圧延加工性が低下し、熱交換器用
のろう材としては適さなくなる。Ｚｎの添加は合金の融
点を下げる。さらに、ろうの電位を熱交換器構成部材の
アルミニウム合金の電位に近づけ、耐食性を向上させ
る。しかし、その量が０．５wt％以下では効果が十分で
はなく、その量が６．０wt％を超えると鋳塊の製造が水
冷鋳造では難しくなり、ブレージングシートの生産性が
低下する。本発明ろう材の合金元素は以上の通りである
が、不可避的不純物として、Ｆｅは０．６wt％以下であ
れば含有可能であり、他の元素もそれぞれ０．０５wt％
以下であれば含有してもよい。

【００１２】本発明ろう材は、アルミニウム合金製熱交
換器のろう付に用いられる。ここでいうアルミニウム合
金製熱交換器は、ラジエーター、コンデンサー、エバポ
レーター等が挙げられるがこれらに限定するものでな
い。ここで本発明の用途を熱交換器に限定したのは、本
発明を実施した場合、材料の熱伝導の向上効果により熱
交換器の熱効率の向上の効果があり、さらに、熱交換器
には通常フィンを有しているが、フィンの耐高温座屈性
向上に効果があるためである。この場合、ろう合金組成
は上記のように限定するが、それ以外のフィンや冷媒通
路構成部材に用いられるアルミニウム合金の合金組成は
特に限定しない。６００℃付近の温度でろう付を行うた
めの合金（例えば３００３合金をベースに各種元素を添
加した合金や１０００系の合金）をそのまま用いても構
わない。これは、本発明のろうを用いて５８５℃以下の
温度でろう付を行った場合、フィンの高温座屈性および
熱伝導性は必ず向上するからである。また、合金の高強
度化を狙って、例えば１０００系合金や３０００系合金
でＳｉを１．２wt％以上添加したアルミニウム合金の使
用も可能である。

【００１３】本発明では、ろう付温度を５５０℃以上５
８５℃以下とする。ろう付温度が５５０℃未満では、本
発明のろう材は溶融せずろう付することができないため
である。また、５８５℃を超えると、材料の熱伝導性が
低下し、かつフィンの高温座屈性が低下するためであ
る。なお、このようにろう付温度を低下させることで、
ろう付炉の寿命が延びるという効果も有する。

【００１４】ここで、本発明のろう付条件は上記のよう
に、温度は限定されるが、それ以外の条件は従来とほと
んど同様でよい。すなわち、フラックスブレージング
法、非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレージ
ング法等であればよく特に限定するものではない。ろう
付前の組み立て、洗浄、場合によってフラックス塗布等
は従来通り行えばよい。この場合フラックスは、例えば
セシウム系のフラックスを用いれば、本発明の温度域で
ろう付可能である。なお、本発明では、加熱の後の工程
は特に限定しない。従来より行われているように、時効
処理やフラックス除去や塗装等の工程を行えばよい。

【００１５】

【実施例】以下に実施例により本発明を更に具体的に説
明する。〔実施例１〕表１、表２の合金組成のろう材と芯材から
なるブレージングシートからフィンを作製した。フィン
の板厚は０．１１mmであり、ろう材はいずれも芯材の両
面に１０％ずつクラッドしたＨ１４調質である。これら
を、表３の条件でＮ₂ガス中で加熱を行い、垂下試験を
行った。垂下試験は突き出し長さ５０mmで実施した。結
果を表３に記した。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【表３】

【００１９】本発明例No. １〜１５は従来例No. ２０お
よび比較例No. ２３〜２６と芯材の組成が同じである。
比較例No. ２３および２４はろう材の組成が本発明範囲
から外れるためろうの融点が上がっており、ろう付加熱
温度を６１０℃および６００℃として加熱している。ま
た、比較例No. ２５および２６は圧延加工性が悪く、ブ
レージングシート製造中に割れてしまい、フィンを製造
することが出来なかった。また、本発明例No. １６、１
７は従来例No. ２１と芯材の組成が同じである。本発明
例No. １８、１９はＳｉ量が多い合金を芯材としたもの
で、このような芯材は従来使用されなかった。従来のろ
う合金とこの芯材とを組み合わせた比較例がNo. ２２で
ある。表３から明らかなように、本発明例は従来例およ
び比較例と比べ、垂下特性が極めて向上している。

【００２０】〔実施例２〕表４に示す合金組成のろう材
と芯材からなるブレージングシートから作製したフィン
材とチューブ材、ヘッダー材とを表５に示すように組合
せ、図１に示すラジエーターを組み立てた。フィン材は
ベア材で板厚０．０８mmとし、チューブ材は、表４に示
す構成の板厚０．４mmのコイル状板材を通常の方法によ
り製造し、このコイル状板材を電縫管のサイズに合わせ
てスリッターして幅３５．０mmの条材にした。この条材
を電縫管製造装置を用い、幅１６．０mm、厚さ２．２mm
の通液管用の電縫管に加工した。また、ヘッダー材はチ
ューブ材と同一の構成の板厚１．０mmのコイル状板材を
幅６０mmにスリッターしてヘッダー用の条材とした。組
み立てられたラジエーターは、セシウム系フラックスの
１０％濃度液を塗布し、Ｎ₂ガス中で表５の条件で加熱
を行い、ろう付けした。材料および加熱条件の組合せを
表５に示す。得られたラジエーターについて、外観観察
によりフィンおよびチューブの潰れ具合、フィレットの
形成について調査した。結果を表５に示す。また、きち
んとろう付されていたラジエーターについてはその熱効
率を調査した。熱効率は、 JIS D 1618 （自動車用冷房
機試験方法）に準じて行い、それぞれ従来法によるラジ
エーターの熱効率に対する向上の度合を表５に記した。
また、参考のためにチューブ材については、ろう付加熱
後引張試験を行い強度を調べ、表５に併記した。

【００２１】

【表４】

【００２２】

【表５】

【００２３】表４から明らかなように本発明法によって
製造されたラジエーターNo．〜は従来法によるNo．
と比較して熱効率に優れており、ろう付性も良好であ
る。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明のろう材を使用
し、熱交換器を製造した場合、ろう付中のフィンの座屈
が少なく、部材の熱伝導性、強度向上効果があり、熱交
換器の小型、軽量化が可能であり、工業上顕著な効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジエーターを示す一部断面の斜視図。

【図２】サーペンタインタイプのエバポレーターを示す
一部断面の斜視図。

【符号の説明】

１偏平チューブ２薄肉フィン３ヘッダー４タンク５管材６コルゲートフィン７コネクター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】７．０wt％を超え、１２．０wt％以下の
Ｓｉ、０．５wt％を超え、８．０wt％以下のＣｕ、０．
５wt％を超え６．０wt％以下のＺｎを含有し、残部Ａｌ
と不可避的不純物とからなることを特徴とするアルミニ
ウム合金ろう材。
【請求項２】アルミニウム合金製熱交換器をろう付に
より製造するにあたり、７．０wt％を超え、１２．０wt
％以下のＳｉ、０．５wt％を超え、８．０wt％以下のＣ
ｕ、０．５wt％を超え６．０wt％以下のＺｎを含有し、
残部Ａｌと不可避的不純物とからなるアルミニウム合金
ろう材を用い、５５０〜５８５℃の温度でろう付を行う
ことを特徴とするアルミニウム合金製熱交換器の製造方
法。