JPH091386A - アルミニウム合金ろう材ワイヤーとその製造方法およびこれを用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 7.0wt％を越え12.0wt％以下のＳｉ、 0.3wt
％を越え 4.5wt％以下のＣｕ、 0.5wt％を越え 8.0wt％
以下のＺｎ、0.05wt％を越え 1.2wt％以下のＦｅを含有
し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなり線径３
mm以下であることを特徴とするアルミニウム合金ろう材
ワイヤー。 【効果】 本発明のろう材ワイヤーは、低融点のろう材
として使用するに際して優れた特徴を有するものであ
り、本発明の製造方法により製造可能である。また、ア
ルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用い
たろう付法により製造するにあたり、ろう付温度が上が
らない部分に本発明ろう材ワイヤーを置きろうとして使
用することで熱交換器の生産性が増す。

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
材ワイヤーと該アルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造
方法およびこのワイヤー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り、ろう付工法によ
り製造するアルミニウム合金製熱交換器の生産性を上げ
るものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ラジエ
ーター等の熱交換器は例えば図１に示すように、熱間ま
たは温間で管状に押し出し成形した管材（１）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（２）を取付けたものである。ここで
（３）はコネクターを示す。管材にはＪＩＳ３００３合
金（Ａｌ−0.15wt％Ｃｕ− 1.1wt％Ｍｎ）等が用いら
れ、フィンにはＪＩＳ３００３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（Ａｌ−10wt％Ｓｉ）やＪＩＳ４３４３合
金（Ａｌ− 7.5wt％Ｓｉ）等のろう材を両面にクラッド
している。

【０００３】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。

【０００４】ところで、ろう付中に熱交換器に生じる欠
陥に、ろう付加熱中のフィンの潰れやろうの拡散による
チューブ等へのエロージョンがある。これらに対処する
ために、ろう付温度の上限が定められている。しかし、
実際に熱交換器をろう付で製造する場合には、炉内の温
度分布や熱交換器部材の熱容量の違いにより、一様に加
熱されない。そのため、熱交換器の場所によってはろう
が十分に流れずろう付性が極端に低下し、これがフィン
と冷媒通路構成部材との間で起こると、熱特性が低下し
てしまう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、ろ
う付工法で製造する熱交換器に生じる不具合を無くし、
生産性を向上させるためのアルミニウム合金ろう材ワイ
ヤー、そのワイヤーの製造方法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ついて開発したも
のである。

【０００６】すなわち、本発明のアルミニウム合金ろう
材ワイヤーは、 7.0wt％を越え12.0wt％以下のＳｉ、
0.3wt％を越え 4.5wt％以下のＣｕ、 0.5wt％を越え 8.
0wt％以下のＺｎ、0.05wt％を越え 1.2wt％以下のＦｅ
を含有し、またはさらに 0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％
以下のＳｎのうち１種または２種を含有し、残部アルミ
ニウムと不可避的不純物からなり線径３mm以下であるこ
とを特徴とするものである。

【０００７】また本発明のアルミニウム合金ろう材ワイ
ヤーの製造方法は、 7.0wt％を越え12.0wt％以下のＳ
ｉ、 0.3wt％を越え 4.5wt％以下のＣｕ、 0.5wt％を越
え 8.0wt％以下のＺｎ、0.05wt％を越え 1.2wt％以下の
Ｆｅを含有し、またはこれにさらに 0.3wt％以下のＩ
ｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１種または２種を含有
し、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合
金を、コンフォーム法により３mm以下の線径のワイヤー
に押し出し、またはコンフォーム法により４mm以下の線
径のワイヤーに押し出した後に３mm以下の線径まで線引
きすることを特徴とするものである。

【０００８】また本発明のアルミニウム合金製熱交換器
の製造方法は、アルミニウム合金製熱交換器をブレージ
ングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、
接合部位のうち該ブレージングシートにクラッドされて
いるろう材の溶融温度に達しない接合部位に上記のアル
ミニウム合金ろう材ワイヤーを置きろうとして使用する
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【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、温度が少しでも高く
なると、ろうが母材に拡散するエロージョンが生じるた
め、上限温度が厳しく管理されてろう付されている。

【００１０】しかし、実際に熱交換器をろう付で製造す
る場合には、炉内の温度分布や熱交換器部材の熱容量の
違いにより、一様に加熱されない。このため炉温は、熱
交換器の部位のうち最も高く温度が上がる場所でエロー
ジョンが生じないように設定されているので、熱交換器
の場所によってはろう付温度まで上がらず、ろうが十分
に流れずにろう付性が極端に低下してしまう。

【００１１】本発明者らは、これらの問題を解決するた
めに鋭意検討を行い、通常のろう付温度まで上がらない
接合部位に低融点のろう合金を置きろうとして使用すれ
ばこのような問題点を解決できると考え、低融点のアル
ミニウム合金ろう材板を実験室的に製造し、ろう付の実
験を行ったところ、上記の不具合は無くなり、生産性の
向上が可能になることを見出した。

【００１２】ここで、本発明のろう材ワイヤーの合金組
成は 7.0wt％を越え12.0wt％以下のＳｉ、 0.3wt％を越
え 8.0wt％以下のＣｕ、 0.5wt％を越え 8.0wt％以下の
Ｚｎ、0.05wt％越え 1.2wt％以下のＦｅを含有し、残部
アルミニウムと不可避的不純物からなることを特徴とす
るアルミニウム合金、またはこれに 0.3wt％以下のＩ
ｎ、 0.3wt％以下のＳｎのうち１種または２種を添加し
たアルミニウム合金である。以下にその限定理由を説明
する。

【００１３】Ｓｉ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、低温部でろう
付できない。さらに、その量が12.0wt％を越えると逆に
融点が上がるため、低温部でろう付できなくなる。

【００１４】Ｃｕは合金の融点を下げ、ろう流れ性を向
上する。ここで、Ｃｕの量が 0.3wt％以下では融点の低
下が十分でなく、その量が 4.5wt％を越えるとろうの電
位が貴になりすぎて、冷媒通路構成部材が優先的に腐食
するようになって、耐食性が低下する上に、合金の加工
性が低下し、後述する本発明の方法を用いてもワイヤー
形状とするのに不適当となる。したがって、Ｃｕは 0.3
wt％を越え 4.5wt％以下とするが、特に 0.4〜1.0 wt％
で耐食性の点で安定した特性を示し、 1.0〜 3.5wt％で
ろう流れ性の点で安定した特性を示す。

【００１５】Ｚｎの添加は合金の融点を下げる。さら
に、本発明のようにＣｕを添加したろう合金では、ろう
の電位が冷媒通路構成部材の電位により貴になり、外部
腐食により耐食性が低下してしまう。ところがＺｎの添
加はろうの電位を下げ、ろうの電位を芯合金の電位に近
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なく、その量が 6.0wt％を越える
とろうの自己耐食性が低下する。

【００１６】Ｆｅはろうが溶融後凝固するときの結晶粒
を微細化し、フィレットの強度を高める働きを有する
が、その量が0.05wt％以下では十分に効果を発揮しな
い。さらに、先に述べたように、Ｆｅは凝固時に金属間
化合物を形成し、これが腐食の起点となる。Ｆｅ量が増
えるとＭｎと化合物を作らないＦｅが生じる。そのた
め、Ｆｅ量は結晶粒の微細化効果と腐食性とのバランス
からその上限を 1.2wt％と定めるが、特に0.05wt％〜
0.5wt％で安定した特性を示す。

【００１７】ＩｎおよびＳｎはろうの電位を卑にし冷媒
通路構成部材の耐食性を向上させる。すなわちＺｎの効
果を助ける意味で添加する。そしてその量が 0.3wt％を
越えると合金の圧延加工性が低下してしまう。またこれ
ら元素の添加量の下限値は特に規定しないが、上記作用
を有効とするためにそれぞれ 0.002wt％以上が望まし
い。

【００１８】不可避的不純物とし、他の元素もそれぞれ
0.30wt％以下であれば含有してもよいが、0.05wt％以下
が望ましい。

【００１９】以上が、本発明の低温ろう付用のアルミニ
ウム合金ろう材ワイヤーの組成であるが、さらに本発明
では直径３mm以下のワイヤーとすることを特徴とする。
すなわち本発明のろう材ワイヤーは、熱交換器のろう付
加熱時の低温部に置きろうとして使用するためのもので
あり、ワイヤーとして適当な長さに切ったり、曲げたり
して使用するためである。そしてこのような使用法で
は、ろう合金ワイヤーの加工は手作業のため、加工性
（柔らかさ）が必要であるが、径が３mmを越える場合、
本発明合金は固いため簡単に曲げ加工ができない。従っ
て通常は２mm以下が望ましい。また径の下限は特に定め
ないが、製造方法の限界から、 0.3mm程度が下限とな
る。

【００２０】さて、最近提案されているろう合金とし
て、特開平６−１８２５８２号公報に開示のものがあ
る。このろう材合金組成は一部本発明と重複している
が、特開平６−１８２５８２号公報のものは板用の合金
であり、ワイヤーという用途は記載されておらず、ワイ
ヤーを製造するための問題点も記載されていない。これ
は、従来のろう付用ワイヤーを製造する技術では、本発
明の組成範囲の合金を熱交換器の製造に際して好適に用
いられる線径３mm以下のワイヤーに製造することが難し
かったからである。

【００２１】すなわち、従来のアルミニウム合金ろう材
ワイヤーの製造技術では、合金鋳塊をＤＣ鋳造後、直接
または間接押し出しにより、10mm程度の線材を得、これ
を引き抜きにより、所定の太さにしていた。しかし、ア
ルミニウム合金ろう材は通常Ｓｉを多量に含有している
ため、Ｓｉ系の金属間化合物を内部に多量に有してい
る。そこでこの金属間化合物を起点として、引き抜き時
に割れを生じ、破断に至っていたのである。そして、通
常のＪＩＳ４０４５等のろう合金であればなんとか加工
できるのであるが、本発明のようにＣｕおよびＺｎを必
須元素として含んでいると上記金属間化合物周辺のマト
リックスの金属の延性が低下するので、金属間化合物周
囲から割れが生じて引き抜き途中で割れてしまうのであ
る。

【００２２】本発明は係る問題を解決して製造可能にな
ったワイヤーである。以下にその製造方法について説明
する。本発明のワイヤーの製造方法はコンフォーム法に
より、直径３mm以下の径まで押し出し、または、４mm以
下の径まで押し出した３mm以下の径まで線引きすること
を特徴とする。

【００２３】コンフォームにて製造するための素線（フ
ィードストック）は、押し出しにより製造したもので
も、プロペチル等の直接鋳造法により製造したものでも
よいが、コンフォーム後に線引きする場合、金属間化合
物が微細になる点で後者の方が優れる。通常フィードス
トックの径は６〜20mm程度である。

【００２４】コンフォーム法で線の破断が生じないの
は、コンフォームは押し出し加工であるので引張られな
いこと、強加工を一度に受けるので、金属間化合物が分
断されやすいこと、加工時の発熱により熱間加工となる
のでマトリックスのアルミニウム合金の延性が増すため
である。

【００２５】コンフォームにより、直接本発明のワイヤ
ー径である３mmまで押し出すことが成形性および経済性
の点から望ましい。表面品質等の問題で引き抜き加工が
必要な場合でも４mm以下の径までコンフォームで押し出
すことが必要である。コンフォーム加工により割れの起
点となる金属間化合物が減るとはいえ、４mmを越える径
の場合その後の３mm以下の径への線引き中に破断を生じ
ることがある。

【００２６】本発明のろう材ワイヤーの用途としては、
アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用
いたろう付法により製造するにあたり、接合部位のうち
所定のろう付温度まで上がらない部位に置きろうとして
使用するものである。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、ヒーター、エ
バポレーター等が上げられるがこれに限定するものでは
ない。このような使用法によれば熱交換器の生産性は非
常に向上する。

【００２７】

【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００２８】（実施例１）表１の合金組成のろう材合金
線（径12mm）を直接鋳造圧延法により製造した。これら
13種類の組成の合金線について以下の工程に従ってろう
材ワイヤーを製造した。すなわち線引きして９mm、５m
m、 3.5mm、 2.5mm、 1.8mmの径の時にそれぞれ焼鈍を
行い最終的に 1.5mm径のろう材ワイヤーとする従来工
程、６mm径までコンフォーム押し出し後、線引きして
3.5mm、 2.5mm、 1.8mmの径のときにそれぞれ焼鈍を行
い最終的に 1.5mm径まで線引きする比較工程、コンフォ
ーム押し出しにより直接 1.5mm径のろう材ワイヤーとす
る本発明工程Ｉ、および径２mmまでコンフォーム押し出
し後 1.5mm径まで線引きする本発明工程IIによってそれ
ぞれろう材ワイヤーの製造を行った。

【００２９】

【表１】

【００３０】この結果、従来工程では通常の従来例のろ
う合金であるＪＩＳ４０４５合金（合金Ｎo.13）のワイ
ヤーは製造することができたが、他の合金Ｎo.１〜Ｎo.
12ではいずれも５mm径から 3.5mm径の線引きの際に断線
が生じ、 1.5mm径の線を製造することができなかった。
また比較工程では通常の従来例合金であるＮo.13、Ｓｉ
の添加量が少ない比較例合金であるＮo.10、Ｃｕ、Ｚｎ
の添加量が少ない比較例合金であるＮo.11でのワイヤー
の製造はできたが、他の合金（Ｎo.１〜９および12）で
は 3.5mm径から2.5mm 径の線引きの際に断線が生じ、
1.5mm径のワイヤーの製造はできなかった。対して、本
発明工程Ｉ及びIIによれば、比較例の合金Ｎo.12以外の
合金はいずれも 1.5mm径のワイヤーを製造することがで
きた。なお合金Ｎo.12はＳｉの量が本発明の範囲を外れ
ているためである。

【００３１】（実施例２）実施例１で本発明工程Ｉによ
り製造した 1.5mm径の各種ろう材合金組成のワイヤーを
図１の熱交換器のチューブ（ＪＩＳ３００３合金押し出
し材）とコネクター（ＪＩＳ３００３合金製）とのろう
付部にそれぞれ置きろうとして使用した。すなわち、図
２に示すようにろう付前の組立の際に、コネクター
（３）にチューブ（１）をさし込んである周囲にワイヤ
ー（４）をリング状にして置いた。なおこの部分は通常
のろう付加熱の場合温度が十分に上らないのでろう付性
が劣っている部位である。他の条件は通常通りである。
フラックスは通常使用されているフッ化物系のものを使
用し、ろう付は炉温605 ℃のろう付炉中に３分間放置し
て行った。各ろう材合金について、10台の熱交換器を製
造し、それぞれの熱交換器にＨｅガスを充填して、上記
のチューブとコネクターとのろう付部位での漏れ不良の
発生を調べた。結果を表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】本発明例の合金（Ｎo.１〜９）では漏れ不
良の生じた熱交換器は１台もない。対して、本発明の合
金組成範囲を外れている比較例合金Ｎo.10、11および従
来例合金Ｎo.13では漏れ不良の発生している熱交換器が
ある。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明のろう材ワイヤー
は、低融点のろう材として使用するに際して優れた特徴
を有するものであり、本発明の製造方法により製造可能
である。また、アルミニウム合金製熱交換器をブレージ
ングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、
ろう付温度が上がらない接合部位に本発明ろう材ワイヤ
ーを置きろうとして使用することで熱交換器の生産性が
増す。

【図面の簡単な説明】

【図１】サーペンタインタイプのエバポレーターを示す
斜視図である。

【図２】本発明ろう材の使用状態を説明する要部拡大斜
視図である。

【符号の説明】

１ 偏平チューブ ２ フィン ３ コネクター ４ ろう材ワイヤー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 明典 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 木下 義浩 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 外山 猛敏 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 7.0wt％を越え12.0wt％以下のＳｉ、
   0.3wt％を越え 4.5wt％以下のＣｕ、 0.5wt％を越え 8.
   0wt％以下のＺｎ、0.05wt％を越え 1.2wt％以下のＦｅ
   を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなり
   線径３mm以下であることを特徴とするアルミニウム合金
   ろう材ワイヤー。
2. 【請求項２】 7.0wt％を越え12.0wt％以下のＳｉ、
   0.3wt％を越え 4.5wt％以下のＣｕ、 0.5wt％を越え 8.
   0wt％以下のＺｎ、0.05wt％を越え 1.2wt％以下のＦｅ
   を含有し、さらに 0.3wt％以下のＩｎ、 0.3wt％以下の
   Ｓｎのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウム
   と不可避的不純物からなり線径３mm以下であることを特
   徴とするアルミニウム合金ろう材ワイヤー。
3. 【請求項３】 7.0wt％を越え12.0wt％以下のＳｉ、
   0.3wt％を越え 4.5wt％以下のＣｕ、 0.5wt％を越え 8.
   0wt％以下のＺｎ、0.05wt％を越え 1.2wt％以下のＦｅ
   を含有し、またはこれにさらに 0.3wt％以下のＩｎ、
   0.3wt％以下のＳｎのうち１種または２種を含有し、残
   部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金を、
   コンフォーム法により３mm以下の線径のワイヤーに押し
   出し、またはコンフォーム法により４mm以下の線径のワ
   イヤーに押し出した後に３mm以下の線径まで線引きする
   ことを特徴とするアルミニウム合金ろう材ワイヤーの製
   造方法。
4. 【請求項４】 アルミニウム合金製熱交換器をブレージ
   ングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、
   接合部位のうち該ブレージングシートにクラッドされて
   いるろう材の溶融温度に達しない部位に請求項１または
   ２記載のアルミニウム合金ろう材ワイヤーを置きろうと
   して使用する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。