JP2019070499A - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

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隆 寺田
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一幸 高橋
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Takushi Otsuki
拓史 大槻
真奈 小林
Mana Kobayashi
真奈 小林
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Abstract

【課題】フィンの耐食性に優れた熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】コンデンサ１の製造方法は、Ｍｎ含有量が０．１〜０．３質量％、Ｃｕ含有量が０．４〜０．５質量％であり、かつ残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されたアルミニウム押出形材製熱交換管２と、Ｍｎ含有量が１．０〜１．５質量％、Ｚｎ含有量が１．２〜１．８質量％であり、かつ残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されたアルミニウムベア材製フィン３とを用意し、熱交換管２の外面に、Ｚｎ粉末付着量が２〜３ｇ／ｍ2、Ｓｉ粉末付着量が３〜６ｇ／ｍ2、フラックス粉末付着量が６〜２４ｇ／ｍ2となるようにＺｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させ、熱交換管２の外面に付着したＳｉ粉末およびフラックス粉末を利用して熱交換管２とフィン３とをろう付することを含む。【選択図】図１

Description

この発明は熱交換器の製造方法に関し、さらに詳しくいえば、たとえば自動車などの車両に搭載されるカーエアコンのコンデンサとして用いられる熱交換器を製造する方法に関する。
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、元素記号で表現された材料は純材料を意味し、「Ａｌ合金」という用語はアルミニウム合金を意味するものとする。
また、この明細書において、「自然電位」とは、５％ＮａＣｌ、ｐＨ３（酸性）の水溶液中における標準電極としての飽和カロメル電極（Ｓ．Ｃ．Ｅ）に対する材料が持つ電極電位を意味するものである。
カーエアコン用コンデンサに用いられる熱交換器として、長手方向を同方向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けた状態で、厚み方向に間隔をおいて配置された複数のアルミニウム押出形材製扁平状熱交換管と、長手方向を熱交換管の並び方向に向けた状態で熱交換管の長手方向両端側に配置され、かつ熱交換管の両端部が接続されたヘッダタンクと、隣り合う熱交換管どうしの間および両端の熱交換管の外側に配置されて熱交換管にろう付されたアルミニウム製コルゲート状フィンと、両端のフィンの外側に配置されてフィンにろう付されたアルミニウム製サイドプレートとを備えており、ヘッダタンクが、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートを筒状に成形して両側縁部どうしの突き合わせ部をろう付することにより形成され、かつ両端が開口した筒状のアルミニウム製タンク本体と、タンク本体の両端にろう付されてその両端開口を閉鎖するアルミニウム製閉鎖部材とからなり、タンク本体に、長手方向を通風方向に向けた長穴からなる複数の管挿入穴が、タンク本体の長手方向に間隔をおいて形成され、熱交換管の端部が、管挿入穴内に挿入されてタンク本体にろう付されているものが広く知られている。
上述した熱交換器の製造方法として、本出願人は、先に、Ｍｎ０．２〜０．３質量％、Ｃｕ０．０５質量％以下、Ｆｅ０．２質量％以下を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されており、かつ管壁の肉厚が２００μｍ以下であるアルミニウム押出形材製熱交換管と、アルミニウム製芯材および芯材の両面を覆うアルミニウムろう材製皮材からなるブレージングシートにより形成されたフィンとを用意すること、フラックス粉末と、平均粒径３〜５μｍでかつ最大粒径が１０μｍ未満のＺｎ粉末とをバインダーに分散混合させた分散液を、前記熱交換管の外面に塗布するとともに分散液中の液状成分を気化させることによって、熱交換管の外面に、Ｚｎ粉末付着量が１〜３ｇ／ｍ2、フラックス粉末付着量が１５ｇ／ｍ2以下、Ｚｎ粉末付着量に対するフラックス粉末付着量の比率（フラックス粉末付着量／Ｚｎ粉末付着量）が１以上となるように、Ｚｎ粉末およびフラックス粉末を付着させること、ならびに熱交換管およびフィンを組み合わせて加熱し、熱交換管の外面に付着したフラックス粉末およびフィンの皮材を利用して熱交換管とフィンとをろう付するとともに、熱交換管の外面に付着したＺｎ粉末を溶融させた後にＺｎを熱交換管の外面表層部に拡散させることにより、熱交換管の外面表層部にＺｎ拡散層を形成することを含む方法を提案した(特許文献１参照)。
特許文献１記載の方法により製造された熱交換器の熱交換管とフィンとは、フィンを形成するブレージングシートの皮材から溶け出したろう材により接合されている。
しかしながら、最近では、フィンの耐食性がさらに向上した熱交換器が求められている。
特開２０１４−２３８２０９号公報
この発明の目的は、上記実情に鑑み、フィンの耐食性をさらに向上させることができる熱交換器の製造方法を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
1)アルミニウム製熱交換管および熱交換管にろう付されたアルミニウム製フィンを備えた熱交換器を製造する方法であって、
Ｍｎ含有量が０．１〜０．３質量％、Ｃｕ含有量が０．４〜０．５質量％、Ｓｉ含有量が０．２質量％以下、Ｆｅ含有量が０．２質量％以下、Ｚｎ含有量が０．０５質量％以下、Ｔｉ含有量が０．０５質量％以下であり、かつ残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されたアルミニウム押出形材製熱交換管と、Ｍｎ含有量が１．０〜１．５質量％、Ｚｎ含有量が１．２〜１．８質量％、Ｓｉ含有量が０．６質量％以下、Ｆｅ含有量が０．５質量％以下、Ｃｕ含有量が０．０５質量％以下であり、かつ残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されたアルミニウムベア材製フィンとを用意すること、
Ｚｎ粉末とＳｉ粉末とフラックス粉末とをバインダーに分散混合させた分散液を、熱交換管の外面に塗布するとともに分散液中の液状成分を気化させることによって、熱交換管の外面に、Ｚｎ粉末付着量が２〜３ｇ／ｍ2、Ｓｉ粉末付着量が３〜６ｇ／ｍ2、フラックス粉末付着量が６〜２４ｇ／ｍ2となるようにＺｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させること、
ならびに熱交換管およびフィンを組み合わせた組み合わせ体をろう付炉内において加熱し、熱交換管の外面に付着したＳｉ粉末およびフラックス粉末を利用して熱交換管とフィンとをろう付することを含む熱交換器の製造方法。
上記1)の方法により製造された熱交換器においては、熱交換管とフィンとのろう付部には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ合金からなるフィレットが形成される。すなわち、熱交換管およびフィンからなる組み合わせ体をろう付炉内において加熱した際に、まずフラックス粉末が溶融し、熱交換管外表面の酸化膜、フィン表面の酸化膜、Ｓｉ粉末表面の酸化膜およびＺｎ粉末表面の酸化膜が破壊される。ついで、Ｓｉ粉末のＳｉが熱交換管の外側表層部に拡散して熱交換管の外側表層部に融点が低いＡｌ−Ｓｉ合金からなるろう材が形成され、当該ろう材により熱交換管とコルゲートフィンとがろう付される。しかも、熱交換管の外側表層部に融点が低いＡｌ−Ｓｉ合金からなるろう材が形成される際に、当該ろう材中にＺｎ粉末のＺｎおよび熱交換管の外側表層部のＣｕが含まれることになるので、前記ろう材が凝固すると、熱交換管とフィンとのろう付部にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ合金からなるフィレットが形成される。また、熱交換管の管壁は、前記押出形材を形成するＡｌ合金からなる本体部と、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ合金からなりかつ本体部の外面を覆う被覆層と、本体部の外側表層部に形成されかつ被覆層のＳｉ、ＣｕおよびＺｎが拡散した拡散層とを備えている。そして、フィンがアルミニウムベア材からなるので、アルミニウムブレージングシート製フィンを有する特許文献１記載の方法により製造された熱交換器に比べてフィンの耐食性が向上する。また、フィンの自然電位を、熱交換管の管壁の最外面および本体部の自然電位や、熱交換管とフィンとのろう付部に形成されたフィレットの自然電位よりも卑にすることができる。その結果、フィンの犠牲腐食作用によって、熱交換管の耐食性を向上させることができるとともに、フィレットの腐食による短期間での消失を抑制してフィン剥がれを長期間にわたって抑制することができる。
この発明の方法により製造されたカーエアコン用コンデンサの全体構成を示す斜視図である。 図１のコンデンサの熱交換管の管壁の一部を拡大して示す断面図である。 図１のコンデンサの熱交換管とコルゲートフィンとのろう付部を拡大して示す断面図である。
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明の方法を、カーエアコン用コンデンサの製造に適用したものである。
図１はこの発明の方法により製造されたカーエアコン用コンデンサの全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示す。
なお、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右というものとする。
図１において、カーエアコン用のコンデンサ(1)は、長手方向を左右方向に向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けた状態で、上下方向(熱交換管(2)の厚み方向)に間隔をおいて配置された複数のアルミニウム押出形材製扁平状熱交換管(2)と、隣り合う熱交換管(2)どうしの間、および上下両端の熱交換管(2)の外側に配置されて熱交換管(2)にろう付されたアルミニウムベア材製コルゲートフィン(3)と、長手方向を上下方向(熱交換管(2)の並び方向)に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置され、かつ熱交換管(2)の左右両端部が接続された１対のアルミニウム製ヘッダタンク(4)(5)と、上下両端のコルゲートフィン(3)の外側に配置されてコルゲートフィン(3)にろう付されたアルミニウムブレージングシート製サイドプレート(6)とを備えており、図１に矢印Ｗで示す方向に風が流れるようになっている。
左側ヘッダタンク(4)は、高さ方向の中央部よりも上方において仕切板(7)により上下２つのヘッダ部(4a)(4b)に仕切られ、右側ヘッダタンク(5)は、高さ方向の中央部よりも下方において仕切板(7)により上下２つのヘッダ部(5a)(5b)に仕切られている。左側ヘッダタンク(4)の上ヘッダ部(4a)に冷媒入口（図示略）が形成され、冷媒入口に通じる流入路(8a)を有するアルミニウム製入口部材(8)が上ヘッダ部(4a)にろう付されている。また、右側ヘッダタンク(5)の下ヘッダ部(5b)に冷媒出口（図示略）が形成され、冷媒出口に通じる流出路(9a)を有するアルミニウム製出口部材(9)が下ヘッダ部(5b)にろう付されている。そして、入口部材(8)の流入路(8a)を通って左側ヘッダタンク(4)の上ヘッダ部(4a)内に流入した冷媒は、左側ヘッダタンク(4)の仕切板(7)よりも上方に位置する熱交換管(2)内を右方に流れて右側ヘッダタンク(5)の上ヘッダ部(5a)内の上部に流入し、上ヘッダ部(5a)内を下方に流れて左側ヘッダタンク(4)の仕切板(7)と右側ヘッダタンク(5)の仕切板(7)との間の高さ位置にある熱交換管(2)内を左方に流れて左側ヘッダタンク(4)の下ヘッダ部(4b)内の上部に流入し、下ヘッダ部(4b)内を下方に流れて右側ヘッダタンク(5)の仕切板(7)よりも下方に位置する熱交換管(2)内を右方に流れて右側ヘッダタンク(5)の下ヘッダ部(5b)内に流入し、出口部材(9)の流出路(9a)を通ってコンデンサ(1)の外部に流出する。
左右のヘッダタンク(4)(5)は、少なくとも外面にろう材層を有するアルミニウム製パイプ、たとえば両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる素板が筒状に成形されるとともに両側縁部が部分的に重ね合わされて相互にろう付された筒状体からなり、かつ前後方向に長い複数の管挿入穴を有するタンク本体(11)と、タンク本体(11)の両端にろう付されてその両端開口を閉鎖するアルミニウム製閉鎖部材(12)とからなる。なお、ヘッダタンク本体(11)の詳細な図示は省略する。また、ヘッダタンク本体(11)は、外周面にろう材が溶射されたアルミニウム押出管からなるものであってもよい。
コンデンサ(1)は、簡単に説明すると、Ａｌ合金で形成された押出形材からなる熱交換管(2)の外面に、Ｚｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させておき、ろう付炉内において加熱することによって、熱交換管(2)となるアルミニウム押出形材を形成するＡｌ合金中のＡｌと、接合前の熱交換管(2)の表面に付着させられていたＳｉ粉末のＳｉとよりなるろう材によって、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とを接合することを含む方法によって製造される。したがって、図２および図３に示すように、熱交換管(2)の管壁(30)は、熱交換管(2)となるアルミニウム押出形材を形成するＡｌ合金からなる本体部(31)と、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ合金からなりかつ本体部(31)の外面を覆う被覆層(32)とよりなる。熱交換管(2)の本体部(31)の外側表層部には、被覆層(32)のＺｎ、ＳｉおよびＣｕが拡散した拡散層(33)が形成されている。また、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付部にはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ合金からなるフィレット(35)が形成されている。
以下，コンデンサの製造方法について詳細に説明する。
Ｍｎ含有量が０．１〜０．３質量％、Ｃｕ含有量が０．４〜０．５質量％、Ｓｉ含有量が０．２質量％以下、Ｆｅ含有量が０．２質量％以下、Ｚｎ含有量が０．０５質量％以下、Ｔｉ含有量が０．０５質量％以下であり、かつ残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されたアルミニウム押出形材からなる熱交換管(2)と、Ｍｎ含有量が１．０〜１．５質量％、Ｚｎ含有量が１．２〜１．８質量％、Ｓｉ含有量が０．６質量％以下、Ｆｅ含有量が０．５質量％以下、Ｃｕ含有量が０．０５質量％以下であり、かつ残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されたアルミニウムベア材からなるコルゲートフィン(3)と、適当なアルミニウムからなるサイドプレート(6)、仕切部材(7)、閉鎖部材(12)、入口部材(8)および出口部材(9)と、適当な材質を有しかつ少なくとも外面にろう材層を有する１対の筒状アルミニウム製ヘッダタンク本体素材とを用意する。ヘッダタンク本体素材には複数の管挿入穴が形成されている。熱交換管(2)を形成するＡｌ合金は、押出形材製熱交換管として通常用いられる合金であり、コルゲートフィン(3)を形成するＡｌ合金は、ベア材製フィンとして通常用いられる合金である。
熱交換管(2)を形成する合金中のＣｕは、上述したように、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付の際に熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付部に形成されるフィレット(35)中に入り、フィレット(35)の自然電位をコルゲートフィン(3)の自然電位よりも貴にする効果を有するが、Ｃｕ含有量が０．４質量％未満であるとこの効果が得られず、０．５質量％を超えると熱交換管(2)の腐食速度が速くなるから、Ｃｕ含有量を０．４〜０．５質量％とする。
熱交換管(2)を形成する合金中のＭｎは、熱交換管(2)の強度を向上させる性質を有するが、Ｍｎ含有量が０．１質量％未満であるとこの効果が得られず、０．３質量％を超えると押出加工性が低下するから、Ｍｎ含有量を０．１〜０．３質量％とする。
熱交換管(2)を形成する合金中のＳｉ、Ｆｅ、ＺｎおよびＴｉは不純物であり、個々の含有量は０の場合もある。Ｓｉ含有量やＦｅ含有量が０．２質量％を超えると熱交換管(2)の耐食性が低下し、Ｚｎ含有量が０．０５質量％を超えるとフィンの自己耐食性が低下し、Ｔｉ含有量が０．０５質量％を超えるとコストが高くなる。なお、熱交換管(2)を形成する合金中には、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｔｉ以外の不可避不純物が、個々の含有量が０．０５質量％以下（０質量％を含む）で、かつ合計含有量が０．１５質量％以下となるように含まれていることがある。
コルゲートフィン(3)を形成する合金中のＭｎは、コルゲートフィン(3)の強度を向上させる性質を有するが、Ｍｎ含有量が１．０質量％未満であるとこの効果が得られず、１．５質量％を超えると加工性が低下するから、Ｍｎ含有量を１．０〜１．５質量％とする。
また、コルゲートフィン(3)を形成する合金中のＺｎは、熱交換管(2)の自然電位との電位バランスを適切に保つ性質を有するが、Ｚｎ含有量が１．２質量％未満であるとこの効果が得られず、１．８質量％を超えるとコルゲートフィン(3)の腐食が激しくなるから、Ｚｎ含有量を１．２〜１．８質量％とする。
コルゲートフィン(3)を形成する合金中のＳｉ、ＦｅおよびＣｕは不純物であり、個々の含有量は０の場合もある。Ｓｉ含有量、Ｆｅ含有量およびＣｕ含有量が上限値を超えるとコルゲートフィン(3)の腐食速度が速くなる。なお、コルゲートフィン(3)を形成する合金中には、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ以外の不可避不純物が、個々の含有量が０．０５質量％以下（０質量％を含む）で、かつ合計含有量が０．１５質量％以下となるように含まれていることがある。
また、フラックス粉末と、平均粒径２〜６μｍでかつ最大粒径が１０μｍ未満のＺｎ粉末と、平均粒径２〜６μｍでかつ最大粒径が１０μｍ未満のＳｉ粉末とをバインダーに分散混合させた分散液を用意する。ここで、フラックス粉末は、たとえばＫＡｌＦ4とＫＡｌＦ5との混合物を主成分とするフッ化物系の非腐食性フラックスからなるものが用いられる。バインダーとしては、たとえばアクリル樹脂を３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノールに溶解した溶液からなるものが用いられる。なお、分散液には、バインダーの粘度を調整する目的で、たとえば３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノールからなる希釈剤が添加される。
ついで、前記分散液を熱交換管(2)の外面に塗布するとともに分散液中の液状成分を気化させることによって、熱交換管(2)の外面に、Ｚｎ粉末付着量が２〜３ｇ／ｍ2、Ｓｉ粉末付着量が３〜６ｇ／ｍ2、フラックス粉末付着量が６〜２４ｇ／ｍ2となるように、Ｚｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させる。熱交換管(2)の外面にＺｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させる方法としては、熱交換管(2)外面への分散液の塗布を噴霧法により行い、その後熱交換管(2)を加熱乾燥させることにより分散液中の液状成分を気化させて、熱交換管(2)の外面にＺｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させる方法や、熱交換管(2)外面を予め加熱した状態で、熱交換管(2)外面への分散液の塗布をロールコート法により行い、その後熱交換管(2)を加熱乾燥させることにより分散液中の液状成分を気化させて、熱交換管(2)の外面にＺｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させる方法がある。
熱交換管(2)の外面に付着したＺｎ粉末は、ろう付時に、熱交換管(2)の管壁(30)外面から拡散し、製造されたコンデンサ(1)の熱交換管(2)の管壁(30)におけるＺｎ濃度を、最外面において最も高くするとともに、内側に向かって低くし、これにより管壁(30)の腐食を、最外面から管壁(30)全体にわたって均一に生じさせる性質を有する。しかしながら、Ｚｎ粉末付着量が２ｇ／ｍ2未満であるとこの効果が得られず、３ｇ／ｍ2を超えると熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付部に形成されるフィレット(35)中のＺｎ濃度が高くなり、その結果フィレット(35)の自然電位がコルゲートフィン(3)の自然電位よりも卑になってフィレット(35)の腐食が促進されるから、Ｚｎ粉末付着量を２〜３ｇ／ｍ2とする。
Ｚｎ粉末を平均粒径２〜６μｍでかつ最大粒径１０μｍ未満としたのは、平均粒径が小さすぎると、製造が困難であるとともに、表面積が増大して表面酸化皮膜の量が多くなることに起因して表面酸化皮膜を除去するのに必要なフラックス量が多くなり、大きすぎると、エロージョンが発生するとともに、後工程の加熱によりＺｎ粉末が溶融した際のＺｎ濃度が部分的に不均一になるからである。
熱交換管(2)の外面に付着したＳｉ粉末は、熱交換管(2)およびコルゲートフィン(3)中のＡｌと反応して熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付に供されるものである。しかしながら、Ｓｉ粉末付着量が３ｇ／ｍ2未満であると熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とを良好にろう付することができず、６ｇ／ｍ2を超えるとろう付後の製品の寸法制御が困難になってろう付の前後の寸法差が大きくなるから、Ｓｉ粉末付着量を３〜６ｇ／ｍ2とする。
Ｓｉ粉末を平均粒径２〜６μｍでかつ最大粒径１０μｍ未満としたのは、平均粒径が小さすぎると、表面積が増えるので酸化膜を除去するのに多くのフラックスを必要とし、熱交換管(2)にエロ−ジョンが発生するからである。
熱交換管(2)の外面へのフラックス粉末付着量を６〜２４ｇ／ｍ2とするのは、フラックス粉末付着量が６ｇ／ｍ2未満であると、酸化膜の除去が不十分となってろう付不良を起こすおそれがあり、２４ｇ／ｍ2を超えると、フラックス残渣が多くなって熱交換コア部の寸法に影響するからである。
熱交換管(2)の外面にＺｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させると、熱交換管(2)の外面に、Ｚｎ粉末およびＳｉ粉末を含んだフラックス粉末層が形成される。フラックス粉末層中においては、Ｚｎ粉末およびＳｉ粉末は均一に分散して保持されている。
ついで、管挿入穴を有する１対のヘッダタンク本体素材を間隔をおいて配置するとともに、両ヘッダタンク本体素材の両端に閉鎖部材(12)を配置し、さらに両ヘッダタンク本体素材に仕切部材(7)を配置してヘッダタンク素材を用意する。また、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とを交互に配置し、熱交換管(2)の両端部をヘッダタンク素材の管挿入穴に挿入する。また、両端のコルゲートフィン(3)の外側にサイドプレート(6)を配置し、さらに入口部材(8)および出口部材(9)を配置する。
ついで、ヘッダタンク本体素材と閉鎖部材(12)と仕切部材(7)とからなるヘッダタンク素材、熱交換管(2)、コルゲートフィン(3)、サイドプレート(6)、入口部材(8)および出口部材(9)を仮止めして仮止め体をつくる。
ついで、仮止め体をろう付炉内に入れるとともに、ろう付炉内において仮止め体を所定温度まで昇温して加熱する。なお、熱交換管(2)以外の部品には、必要に応じて筆塗りなどの公知の方法で、フラックスを塗布しておく。仮止め体の昇温時に、まずＺｎの融点に達し、Ｚｎ粉末が溶融するが、溶融Ｚｎは、溶融前と同じように、フラックス粉末層中に分散して保持される。
その後、さらに仮止め体が昇温されてろう付温度に達すると、フラックス粉末層を形成するフラックス粉末が溶融し、熱交換管(2)外表面の酸化膜、コルゲートフィン(3)表面の酸化膜、Ｓｉ粉末表面の酸化膜およびＺｎ粉末表面の酸化膜が破壊される。ついで、Ｓｉ粉末のＳｉが熱交換管(2)の外側表層部に拡散して熱交換管(2)の外側表層部に融点が低いＡｌ−Ｓｉ合金からなるろう材が形成され、当該ろう材により熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とがろう付される。しかも、熱交換管(2)の外側表層部に融点が低いＡｌ−Ｓｉ合金からなるろう材が形成される際に、当該ろう材中にＺｎ粉末のＺｎおよび熱交換管(2)の外側表層部のＣｕが含まれることになるので、前記ろう材が凝固すると、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付部にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ合金からなるフィレット(35)が形成される。また、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付の際にフィレット(35)となるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ合金を除いた残余のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ合金は、熱交換管(2)の管壁の本体部(31)の外面を覆う被覆層(32)となる。さらに、本体部(31)の外側表層部に被覆層(32)のＳｉ、ＣｕおよびＺｎが拡散した拡散層(33)が形成される。
さらに、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付と同時に、コルゲートフィン(3)とサイドプレート(6)とがろう付され、さらにヘッダタンク本体素材のろう材を利用して熱交換管(2)とヘッダタンク本体素材、ならびにヘッダタンク本体素材と閉鎖部材(12)および仕切部材(7)とがろう付される。
こうしてコンデンサ(1)が製造される。製造されたコンデンサ(1)の熱交換管(2)の管壁(30)は、前記アルミニウム押出形材を形成するＡｌ合金からなる本体部(31)と、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金からなりかつ本体部(31)の外面を覆う被覆層(32)とにより構成され、熱交換管の本体部(31)の外側表層部にＺｎおよびＳｉが拡散した拡散層(33)が形成されたものとなっている。管壁(30)の本体部(31)の自然電位は、管壁(30)の最外面の自然電位よりも貴である。
また、熱交換管(2)とコルゲートフィン(3)とのろう付部には、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ−Ｃｕ合金からなるフィレット(35)が形成される。フィレット(35)の自然電位は、熱交換管(2)の管壁(30)の最外面の自然電位と同一またはこれよりも卑であり、コルゲートフィン(3)の自然電位よりも貴である。
以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。実施例および比較例は、図１に示す構成のコンデンサを製造したものである。なお、実施例および比較例において、いずれもＣｕ：０．５質量％、Ｍｎ：０．２質量％、Ｓｉ：０．２質量％以下、Ｆｅ：０．２質量％以下、Ｍｇ：０．０５質量％以下、Ｃｒ：０．０５質量％以下、Ｚｎ：０．０５質量％以下、Ｔｉ：０．０５質量％以下を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成された押出形材製熱交換管を使用した。当該熱交換管を形成するＡｌ合金には、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ以外に、個々の含有量が０．０５質量％以下である不可避不純物が、合計で０．１５質量％以下含まれている。また、当該熱交換管の肉厚は２２５μｍである。
実施例１
Ｍｎ：１．２５質量％、Ｚｎ：１．５０質量％、Ｓｉ：０．６質量％以下、Ｆｅ：０．５質量％以下、Ｃｕ：０．０５質量％以下を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金で形成されたベア材製コルゲートフィンを用意した。コルゲートフィンの肉厚は７０μｍである。
また、適当な合金組成を有する仕切板、閉鎖部材、入口部材および出口部材を用意した。さらに、適当な合金組成を有するアルミニウム製芯材と、適当な合金塑性を有しかつ芯材の両面を覆うアルミニウム製ろう材とからなるタンク本体用のブレージングシートの幅方向の中央部に管挿入穴を形成した後、当該ブレージングシートを筒状に成形して両側縁部どうしを部分的に重ね合わせることにより、タンク本体と同様な形状で、かつ両側縁部どうしがろう付されていない形状のタンク本体素材をつくった。
さらに、ＫＡｌＦ4とＫＡｌＦ5との混合物を主成分とするフッ化物系の非腐食性フラックス粉末と、平均粒径２〜６μｍでかつ最大粒径が１０μｍ未満のＺｎ粉末と、平均粒径２〜６μｍでかつ最大粒径が１０μｍ未満のＳｉ粉末と、アクリル樹脂を３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノールに溶解した溶液からなるバインダーと、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノールからなる希釈剤とを用意し、Ｚｎ粉末、Ｓｉ粉末および非腐食性フラックス粉末を、バインダーおよび希釈剤中に分散混合させて分散液を得た。当該分散液における全成分の混合比率は、Ｚｎ粉末：Ｓｉ粉末：非腐食性フラックス粉末：バインダー：希釈剤が、８質量％：１３質量％：２５質量％：９質量％：残部である。
そして、熱交換管を加熱した後、Ｓｉ粉末付着量が３．８ｇ／ｍ2、Ｚｎ粉末付着量が２ｇ／ｍ2、フラックス粉末付着量が６ｇ／ｍ2、バインダー付着量が２．５ｇ／ｍ2となるように、前記分散液をロールコート法により熱交換管の外面に塗布し、ついで乾燥機内で乾燥させて分散液中の液状成分を気化させることにより、熱交換管の外面に、Ｓｉ粉末、Ｚｎ粉末およびフラックス粉末を付着させた。
ついで、上述したコンデンサの製造方法と同様にして、タンク本体素材と閉鎖部材と仕切部材とからなるヘッダタンク素材、熱交換管、フィン、サイドプレート、入口部材および出口部材を仮止めして仮止め体をつくった。
その後、ろう付炉内を窒素ガス雰囲気にしておき、前記仮止め体をろう付炉内に入れて所定温度まで加熱し、一定の温度範囲に一定時間保持することによって、熱交換管とコルゲートフィンとをろう付するとともに、コルゲートフィンとサイドプレートとをろう付し、さらにタンク本体素材のろう材を利用して熱交換管とタンク本体素材、ならびにタンク本体素材と閉鎖部材および仕切部材とをろう付してコンデンサを製造した。
実施例２
熱交換管外面へのＺｎ粉末付着量を３ｇ／ｍ2にしたことを除いては、上記実施例１と同様にしてコンデンサを製造した。
実施例３
熱交換管外面へのＳｉ粉末付着量を３ｇ／ｍ2にしたことを除いては、上記実施例１と同様にしてコンデンサを製造した。
実施例４
熱交換管外面へのＳｉ粉末付着量を３ｇ／ｍ2にしたことを除いては、上記実施例２と同様にしてコンデンサを製造した。
比較例１
熱交換管外面へのＳｉ粉末付着量を１．９ｇ／ｍ2にするとともに、Ｚｎ粉末付着量を１．５ｇ／ｍ2にしたことを除いては、上記実施例１と同様にしてコンデンサを製造した。
比較例２
熱交換管外面へのＳｉ粉末付着量を２．５ｇ／ｍ2にするとともに、Ｚｎ粉末付着量を２ｇ／ｍ2にしたことを除いては、上記実施例１と同様にしてコンデンサを製造した。
比較例３
熱交換管外面へのＳｉ粉末付着量を３ｇ／ｍ2にするとともにＺｎ粉末付着量を６ｇ／ｍ2にしたことを除いては、上記実施例１と同様にしてコンデンサを製造した。
比較例４
アルミニウムベア材製コルゲートフィンを形成するＡｌ合金中のＺｎ含有量を０．７質量％にしたこと、および熱交換管外面へのＳｉ粉末付着量を３ｇ／ｍ2にするとともにＺｎ粉末付着量を５ｇ／ｍ2にしたことを除いては、上記実施例１と同様にしてコンデンサを製造した。
比較例５
アルミニウムベア材製コルゲートフィンを形成するＡｌ合金中のＺｎ含有量を０．７質量％にしたこと、および熱交換管外面へのＳｉ粉末付着量を３ｇ／ｍ2にするとともにＺｎ粉末付着量を６ｇ／ｍ2にしたことを除いては、上記実施例１と同様にしてコンデンサを製造した。
比較例６
Ｚｎ２．２質量％、Ｍｎ１．２５質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム製芯材、およびＳｉ９質量％、Ｃｕ０．４質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなりかつ芯材の両面を覆うアルミニウムろう材製皮材よりなる肉厚８０μｍのブレージングシートで形成されたコルゲート状フィンを使用した。
また、熱交換管の外面に、溶射法により、溶射量が５．５ｇ／ｍ2となることを狙ってＺｎ溶射皮膜を形成した。
その他は、上記実施例１と同様にしてコンデンサを製造した。
評価試験１
実施例１、比較例１および比較例２で製造されたコンデンサにおける熱交換管とコルゲートフィンとの接合率を調べた。その結果、実施例１のコンデンサでは９８．６％、比較例１のコンデンサでは８８．７％、比較例２のコンデンサでは９４．９％であった。すなわち、熱交換管外面へのＳｉ粉末付着量が３ｇ／ｍ2以上である実施例１では安定したろう付が行われていたのに対し、熱交換管の外面に付着したＳｉ粉末付着量が３ｇ／ｍ2未満である比較例１および２ではろう付が不十分であった。
評価試験２
実施例１−２および比較例６で製造されたコンデンサにおける熱交換管の管壁の最外面および管壁の本体部の自然電位と、実施例１−４および比較例３−５で製造されたコンデンサのコルゲートフィンの自然電位と、比較例６で製造されたコンデンサのコルゲートフィンにおける芯材からなる部分の自然電位と、実施例１−４および比較例３−６で製造されたコンデンサにおける熱交換管とコルゲートフィンとのろう付部に形成されたフィレットの自然電位とを測定した。これらの結果を表１まとめて示す。なお、表１においては、比較例６で製造されたコンデンサのコルゲートフィンにおける芯材からなる部分もフィンとしている。
Figure 2019070499
さらに、実施例１、実施例３−４および比較例３−６で製造されたコンデンサについてＳＷＡＡＴ４０日試験を施してその腐食状況を調べた。
その結果、実施例１、実施例３−４で製造されたコンデンサにおいては、熱交換管の外面、コルゲートフィンにおける熱交換管へのろう付部近傍、およびフィレットの腐食進行が抑制されていた。これに対し、比較例３−６で製造されたコンデンサにおいては、熱交換管の外面、コルゲートフィンにおける熱交換管へのろう付部近傍、およびフィレットの腐食が進行し、熱交換管の外面に最大腐食深さが深い孔食が広範囲にわたって発生するとともに、フィレットの消失によるコルゲートフィンの剥離が発生していた。
この発明による熱交換管は、カーエアコン用コンデンサに好適に用いられる。
(1)：コンデンサ（熱交換器）
(2)：扁平状熱交換管
(3)：コルゲートフィン

Claims (1)

  1. アルミニウム製熱交換管および熱交換管にろう付されたアルミニウム製フィンを備えた熱交換器を製造する方法であって、
    Ｍｎ含有量が０．１〜０．３質量％、Ｃｕ含有量が０．４〜０．５質量％、Ｓｉ含有量が０．２質量％以下、Ｆｅ含有量が０．２質量％以下、Ｚｎ含有量が０．０５質量％以下、Ｔｉ含有量が０．０５質量％以下であり、かつ残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されたアルミニウム押出形材製熱交換管と、Ｍｎ含有量が１．０〜１．５質量％、Ｚｎ含有量が１．２〜１．８質量％、Ｓｉ含有量が０．６質量％以下、Ｆｅ含有量が０．５質量％以下、Ｃｕ含有量が０．０５質量％以下であり、かつ残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金により形成されたアルミニウムベア材製フィンとを用意すること、
    Ｚｎ粉末とＳｉ粉末とフラックス粉末とをバインダーに分散混合させた分散液を、熱交換管の外面に塗布するとともに分散液中の液状成分を気化させることによって、熱交換管の外面に、Ｚｎ粉末付着量が２〜３ｇ／ｍ2、Ｓｉ粉末付着量が３〜６ｇ／ｍ2、フラックス粉末付着量が６〜２４ｇ／ｍ2となるようにＺｎ粉末、Ｓｉ粉末およびフラックス粉末を付着させること、
    ならびに熱交換管およびフィンを組み合わせた組み合わせ体をろう付炉内において加熱し、熱交換管の外面に付着したＳｉ粉末およびフラックス粉末を利用して熱交換管とフィンとをろう付することを含む熱交換器の製造方法。
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