JP2003112286A

JP2003112286A - 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

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Publication number: JP2003112286A
Application number: JP2001303095A
Authority: JP
Inventors: Masaya Nishimura; 真哉西村; Yutaka Yanagawa; 裕柳川; Takenobu Doko; 武宜土公; Yoshiharu Hasegawa; 義治長谷川; Taketoshi Toyama; 猛敏外山; Koji Hirao; 幸司平尾
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-15

Abstract

(57)【要約】【課題】上記の問題点を解決しノコロックブレージン
グ法によるろう付けに好適なアルミニウム合金材を提供
する。また、上記アルミニウム合金ろう材を用いたアル
ミニウム合金製熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】０．１ｍａｓｓ％を超え２．０ｍａｓｓ
％以下のＭｇ、７．０ｍａｓｓ％を超え１２．０ｍａｓ
ｓ％以下のＳｉ、０．５ｍａｓｓ％を超え８．０ｍａｓ
ｓ％以下のＣｕ、０．５ｍａｓｓ％を超え６．０ｍａｓ
ｓ％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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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、フラックスを用い
ずにアルミニウム合金製熱交換器をろう付け工法により
製造しう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】アルミニウム合金製熱交換器はブレージ
ングシートにより組み立てられるが、各構成部品はろう
付け加熱をすることで接合される。ブレージングシート
をろう付けするためには、ろう付け加熱中にろう材に生
成する強固な酸化皮膜を破壊する必要がある。そのブレ
ージング工法は大きく２つに分類でき、高真空中にて行
われる真空ろう付け法、フラックスを用いたノコロック
ブレージング法等がある。高真空中にて行われる真空ろ
う付け法は、フラックスを用いずにろう付けすることが
できる工法である。この工法においては、ブレージング
シートのろう材中に１．５ｍａｓｓ％程度のＭｇを添加
することが必要不可欠である。Ｍｇはろう付加熱により
ブレージングシートから蒸発する際に、ろう材の強固な
酸化皮膜を破壊する。また蒸発したＭｇは炉内の残留酸
素および水分を除去するゲッターとしての役割も果た
す。その結果、高真空中にて行われる真空ろう付け法は
ろう付け可能となる。また、現在、主流の工法となって
いるフラックスを用いるノコロックブレージング法等
は、フラックスがろう材の酸化皮膜を破壊、除去するこ
とにより、ろう付けを可能とするものである。この工法
では、不活性ガス中でろう付け加熱が行われるが、ろう
材面へのフラックスの塗布が必須条件となる。このよう
に、ろう付け原理が大きく異なる2つの工法であるが、
これらろう付け工法にはそれぞれ次のような問題点があ
る。真空ろう付け法では複雑な構造においてもろう付け
が可能であるが、雰囲気の制御には大型で高価な設備を
用いなければならない。一方で、フラックスを用いたノ
コロックブレージング法等は、雰囲気の制御が容易であ
り現在主流の工法となっている。しかしこの工法におい
ては、ろう付け箇所にフラックスを塗布する必要がある
ため、例えばチューブ材にインナーフィンを挿入するよ
うな構造においてろう付けを行う場合フラックスの塗布
が困難である。そのためチューブ内部などの密閉系での
ろう付けを行うために、フラックスを用いずに且つ大気
圧の不活性ガス雰囲気中でろう付けを行う方法が提案さ
れている。この方法は、通常のノコロックブレージング
に用いられる、Ｓｉを１０ｍａｓｓ％を含むろう材アル
ミニウムに０．２ｍａｓｓ％〜１．５ｍａｓｓ％のＭｇ
を添加したろう材を用いる方法である。このろう材は通
常のろう材に微量のＭｇを添加しただけであるために、
ろう材の融点が高く、ろう付け加熱中にろう材表面に酸
化皮膜が生成しやすくなるという問題点がある。酸化皮
膜の厚さはろう付け温度が高くなることや、ろう付け時
間が長くなることにより増大し、その酸化皮膜の影響に
よりろう付け性能は低下する。ノコロックブレージング
法は通常酸素濃度を２００ｐｐｍ以下でろう付けを行う
が、上記ろう材では、酸素濃度を１０ｐｐｍ程度まで下
げないとろう付け出来ない。そのためにろう付け性能に
ばらつきが生じるなど、工業的に熱交換器を製造するに
は解決すべき問題が残されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は上
記の問題点を解決しノコロックブレージング法によるろ
う付けに好適なアルミニウム合金材を提供することを目
的とする。さらに本発明は、上記アルミニウム合金ろう
材を用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法を提
供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
なされたものであり、フラックスを用いずにろう付けし
うる、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提供するものであ
る。すなわち本発明は、（１）０．１ｍａｓｓ％を超え
２．０ｍａｓｓ％以下のＭｇ、７．０ｍａｓｓ％を超え
１２．０ｍａｓｓ％以下のＳｉ、０．５ｍａｓｓ％を超
え８．０ｍａｓｓ％以下のＣｕ、０．５ｍａｓｓ％を超
え６．０ｍａｓｓ％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、及び（２）０．１ｍａｓｓ％を超え２．０
ｍａｓｓ％以下のＭｇ、７．０ｍａｓｓ％を超え１２．
０ｍａｓｓ％以下のＳｉ、０．５ｍａｓｓ％を超え８．
０ｍａｓｓ％以下のＣｕ、０．５ｍａｓｓ％を超え６．
０ｍａｓｓ％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、不活
性ガス雰囲気中にてフラックスを用いず、５５０℃〜５
８５℃での温度でろう付け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を提供するものであ
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のろう材の合金組成限定理
由を説明する。Ｍｇの添加は、不活性ガス雰囲気中にお
いてフラックスを用いずに、チューブ内部のような密閉
系におけるろう付けを可能にする。しかしその量が０．
１ｍａｓｓ％以下では効果が十分でなく、その量が２．
０ｍａｓｓ％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。さらに、ろう
流れ性を考慮すると0.2mass%から0.8mass%の添加が好ま
しい。Ｓｉの添加は合金の融点を下げるが、その量が
７．０ｍａｓｓ％以下では十分に融点は低下しない。ま
たその量が１２．０ｍａｓｓ％を超えると逆に融点が上
がるため、ろう付け性向上の効果は十分でなくなる。さ
らに、ろう流れ性を考慮すると8.0mass%から11.0mass%
の添加が好ましい。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０．５ｍａｓｓ
％以下では効果が十分ではなく、その量が８．０ｍａｓ
ｓ％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。さらに、ろう流れ性を
考慮すると1.0mass%から3.5mass%の添加が好ましい。Ｚ
ｎ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０．５ｍａｓｓ
％以下では効果が十分ではなく、その量が６．０ｍａｓ
ｓ％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。さらに、ろう
流れ性を考慮すると1.0mass%から3.0mass%の添加が好ま
しい。

【０００６】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０．６ｍａｓｓ％以
下であれば含有可能であり、他の元素もそれぞれ０．０
５ｍａｓｓ％以下で、ろう付性を低下させない範囲であ
れば含有しても良い。本発明のろう材はアルミニウム合
金芯材の片面又は両面に所定の厚さにクラッドして、ブ
レージングシートの形成に用いられる。このろう材のク
ラッド率は片面について芯材に対し、好ましくは５〜３
０％、より好ましくは１０〜２０％である。

【０００７】次にアルミニウム合金製熱交換器の製造方
法において、本発明ろう材は、低融点ろう材を用いてい
ることから、チューブ内部などの温度上昇が遅い部位で
のろう付けにおいて特に効果がある。本発明ろう材を用
いることによりろう付け性が向上する。これは通常のろ
う材より低い温度でろうの溶融が開始し、ろう付け加熱
の早い段階で溶融ろう材の表面皮膜が破れるためである
と考えられる。本発明のろう材は通常のろう付温度（約
６００℃）でろう付けが可能であるが、ろう付け温度を
５５０℃以上５８５℃以下とすることがより好ましい。
ろう付け温度を５８５℃以下とすることで、Ｚｎの拡散
を抑制することにより耐食性を向上させることが出来
る。また、５５０℃未満では、ろう材は溶融せずろう付
けすることが出来ない。さらに本発明ろう材は、Znを添
加した低融点ろう材であることから、ブレージングシー
トの耐食性を向上させる効果も有する。本発明者らは、
585℃以下でZnによる耐食性向上の効果を十分保てるこ
とを見出した。合金中の元素の拡散係数は、温度が高く
なるほど大きくなる。つまり、本発明のアルミニウム合
金ろう材を用い不活性ガス雰囲気中（例えば窒素ガス、
アルゴンガス）でフラックスを用いずにろう付けを行う
ことによりろう付け加熱温度を従来の加熱温度600℃よ
り低くすることができ、Znの拡散が進行するのを防ぐこ
とが出来る。このようにZnの拡散の進行を防ぐことで、
ろうの電位と熱交換器構成部材のアルミニウム合金の電
位差は広がらず、耐食性が向上するのである。

【０００８】図１に本発明方法により製造される通常の
エバポレーターコアの組立状態の基本的構造を斜視図で
示す。同図はコアを切断して内部を示したもので、図面
に示すように冷媒通路１０を設けて成型加工し、冷媒通
路１０内部にコルゲート加工した内側フィン材３（ベア
材）を設けたチューブ材１と、アルミニウム合金板材を
コルゲート加工し、コア外部に設置した外側フィン材２
（ベア材）を交互に重ね合わせて組み立て構成されてい
る。図中４はチューブ材１の内側接合部、５は冷媒通路
１０内に設けたコルゲート状内側フィン材３のチューブ
材１との接合部を示す。チューブ材１と外側フィン材
２、およびチューブ材１と内側フィン材３はチューブ材
表面のろう材により接合する。

【０００９】

【実施例】以下、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に示す組成のろう材と芯材を用い、
板厚０．４ｍｍ、片側クラッド率１０％で、芯材の両面
にろう材をクラッドした３層ブレージングシートを作製
した。前記ブレージングシートをプレス成形し、図１に
示すミニコアを作製した。表２に示すろう付条件で加熱
し、ろう付性を評価した。ろう付性の評価は、チューブ
材１の内側接合部４の内部に形成されたフィレットのの
ど厚（図２参照）を測定した。内側接合部を形成は窒素
ガス雰囲気中、酸素濃度１００ｐｐｍで行った。図２は
図１のミニコアのチューブ材１の内側接合部４の拡大端
面図を示す。結果を表２に記した。表２から明らかなよ
うに、従来例ではろう付け加熱温度６００℃以下では内
側フィレットの、のど厚が０か、又は著しく薄く、のど
厚を厚くするにはろう付け加熱温度を６１０℃に上昇さ
せる必要があった。しかし、６１０℃では異常ろう拡散
を生じた。これに対し本発明例のブレージングシートＮ
ｏ．１〜１１では、６００℃以下から５７０℃のろう付
け加熱温度で、十分な厚みの内側フィレットの、のど厚
を示した。また、異常ろう拡散も生じない。したがっ
て、本発明例は従来例および比較例と比べ、密閉系内部
でのろう付け性が極めて向上している。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【表２】

【００１２】〔実施例２〕表３に示す組成のろう材と
芯材を用い、板厚０．４ｍｍ、片側クラッド率１０％の
３層ブレージングシートを作製した。これらを表３の条
件で加熱を行った（表３記載の点以外は実施例１と同様
の条件下）後、１０００時間の塩水噴霧試験を行った。
試験後、焦点深度法により腐食深さの測定を行った。結
果を表３に記した。表３から明らかなように、本発明例
は比較例と比べ、ブレージングシートの耐食性が良好で
ある。

【００１３】

【表３】

【００１４】

【発明の効果】本発明のろう材を使用し熱交換器を製造
した場合、チューブ内部などの密閉系でのフラックスを
用いないろう付け例えばノコロックブレージングが可能
であり、しかもこのろう付けを６００℃以下に加熱温度
を下げて行うことができ、Ｚｎの拡散を抑制して、熱交
換器構成部材のアルミニウム合金の電位差の広がりを防
止でき、耐食性を向上させることができる。したがって
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】本発明方法により製造した、アルミニウム合金
製熱交換器の模したミニコアの斜視図である。

【図２】図１のミニコアのチューブ材の接合部の拡大端
面図を示す。

【符号の説明】

１チューブ材２外側フィン材３内側フィン材４チューブ材の内側接合部５接合部１０冷媒通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２８Ｆ 1/30 Ｆ２８Ｆ 1/30 Ｂ 21/08 21/08 // Ｂ２３Ｋ 103:10 Ｂ２３Ｋ 103:10 (72)発明者柳川裕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)発明者土公武宜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)発明者長谷川義治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者外山猛敏愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者平尾幸司愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．１ｍａｓｓ％を超え２．０ｍａｓｓ
％以下のＭｇ、７．０ｍａｓｓ％を超え１２．０ｍａｓ
ｓ％以下のＳｉ、０．５ｍａｓｓ％を超え８．０ｍａｓ
ｓ％以下のＣｕ、０．５ｍａｓｓ％を超え６．０ｍａｓ
ｓ％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】０．１ｍａｓｓ％を超え２．０ｍａｓｓ
％以下のＭｇ、７．０ｍａｓｓ％を超え１２．０ｍａｓ
ｓ％以下のＳｉ、０．５ｍａｓｓ％を超え８．０ｍａｓ
ｓ％以下のＣｕ、０．５ｍａｓｓ％を超え６．０ｍａｓ
ｓ％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、不活性ガス雰
囲気中にてフラックスを用いず、５５０℃〜５８５℃で
の温度でろう付け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。