JP4275560B2 - 耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材 - Google Patents

Description

この発明は、熱交換器のフィンに用いられるアルミニウム合金フィン材であって、ドロー加工、ドローレス加工などによってカラー成形部を形成してチューブなどとともに熱交換器を構成する熱交換器用アルミニウム合金フィン材に関する。

熱交換器の作製に際し、フィンに形成されたカラー成形部にチューブを挿通することで多数のフィンを所定ピッチの間隔で積層した状態にし、さらに前記チューブを拡管することでチューブとフィンとを固定して熱交換器の組み立てを行うものが知られている（例えば特許文献１）。
特開昭５２−３２８１２

ところで、近年、エアコンの小型化に伴い熱交換器も小型化してきており、これによって熱交換器のフィンピッチが小さくなり、またチューブ径の小径化、フィンパターンも簡素化してきている。また、コスト低減としてフィン板厚の薄肉化が進んでおり、過去は板厚１１０μｍ程度であったが、近年では１００〜９０μｍの厚みになっている。これらの傾向はフィンの剛性を低下させる要因となり、したがって拡管工程時にアルミニウムフィンを用いた熱交換器のフィンピッチが乱れるアベック現象が発生する。板厚１１０μｍ程度ではフィンの剛性がありアベックの発生に至らないが、１００μｍ以下になるとフィンの剛性が低下し、アベックが発生しやすくなる。

また、Ｃｕ、Ｍｇの添加は加工硬化量を増大させるため、カラー成形部の強度がＣｕ、Ｍｇ量の添加によって加工硬化が高くなり、未成形部の強度よりカラー成形部の強度が上回ることにより、未加工部が曲がってアベックが発生する。アベックは熱交換器のフィンピッチが小さくなるほど発生しやすい傾向にあり、熱交換器の小型化に伴い、フィンピッチも小さくなってきていることから、これによりアベックの発生率も多くなっている。
アベック現象は熱交換器の外観を損なうだけでなく、通風抵抗を増大させ、熱交換器性能の低下にもつながるため大きな問題となる。

また、上記フィンは一般には、プレス成形加工後にスタッカーのピンにカラー成形部の孔を挿通しスタックして熱交換器の組み立てに供される。しかし、上記のようにカラー成形部と未成形部との加工硬化量の差により、成形後のフィンに反りを生じ、カラー成形孔がスタッカーのピンに入りにくくなり、これによりプレス成形加工が中断し、生産効率を大幅に低下させる。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ドロー加工によって耐アベック性、スタック性に優れたフィンを得ることができ、さらにはドローレス加工によっても同様にフィンを得ることができる熱交換器用アルミニウム合金フィン材を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材のうち、請求項１記載の発明は、質量％で、Ｆｅ：０．６〜１．０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％を含有し、残りがＡｌと不純物からなるとともに、前記不純物中において、Ｓｉを０．１％以下、Ｃｕを０．０３％以下に規制した組成を有し、伸び率が２５．０％〜３２．６％であることを特徴とする。
請求項２記載の耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、請求項１記載の発明において、引張強さが１０７〜１２１ＭＰａであることを特徴とする。

請求項３記載の耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、請求項１または２に記載の発明において、さらに前記不純物中において、質量％でＭｇを０．０３％以下に規制したことを特徴とする。

請求項４記載の耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、板厚が０．１１ｍｍ未満であってドロー加工またはドローレス加工に供されるものであることを特徴とする。

従来材では、フィンの板厚が薄く又、カラー成形部の強度が加工硬化により高くなり、未成形部の強度よりカラー成形部の強度が上回ることにより、未加工部が曲がってアベックが発生する。本発明では、第１には、Ｃｕ量を規制することでカラー成形部の加工硬化量を低くする。これにより薄肉材の板厚１００μｍ以下を使用し、フィンピッチを１．８ｍｍ以下にした熱交換器でのアベック現象を解決することができる。
また更に、本発明材ではプレス加工後フィンのスプリングバック量を軽減し、成形後のフィンの反りを解消し、フィンスタック性を良好にする効果もある。

以下に、本発明で規定する成分の限定理由について説明する。なお、各成分の含有量はいずれも質量％で示されている（以下、同じ）。

Ｆｅ：０．６〜１．０％
Ｆｅ成分は合金に固溶して合金の強度を向上させると共に、結晶粒を微細化して伸び加工性を向上させる。Ｆｅ含有量が０．６％未満では上記効果が得られない。一方、１．０％を超えて含有させると金属間化合物が粗大化し、成形時に粗大晶出物近傍で不均一な変形を伴い、張り出し性、絞り性が低下し、成形不良となる。また、上記と同様の理由によりＦｅ含有量の好ましい上限は０．９％であり、さらに好ましい下限は０．７１％である。

Ｔｉ：０．００１〜０．１％
Ｔｉ成分は鋳造組織の微細化に効果があり、Ｔｉ含有量が０．００１％未満ではサブグレインを均一かつ微細にする効果が得られないだけでなく、張り出し性、絞り性をさらに向上させることができない。Ｔｉ含有量が０．１％より多くなると、Ｔｉの粗大な化合物が分布するため、均一且つ微細なサブグレインを形成させることが困難となる。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１〜０．１％であることが必要である。

Ｓｉ：０．１％以下
Ｓｉ含有量が０．１％より多くなると鋳造時の晶出物が粗大化することから、成形時に粗大晶出物近傍で不均一な変形を伴い、張り出し性、絞り性が低下し、成形不良が生じる。したがって、Ｓｉ含有量は０．１％以下であることが必要である。

Ｃｕ：０．０３％以下
前述したように、Ｃｕは材料の加工硬化を招き、耐アベック性等を低下させるので、０．０３％以下に規制する。さらに好ましい下限は０．０１％以下である。なお、下限を０とすると、地金の純度が高くなってしまい、コストＵＰになることから、０．００１％以上を許容する。

Ｍｇ：０．０３％以下
Ｍｇも材料の加工硬化を招き、耐アベック性等を低下させるので、所望により０．０３％以下に規制する。好ましくは、０．０１％以下である。また、下限を０とすると、地金の純度が高くなってしまい、コストＵＰになることから、０．００１％以上を許容する。

以上説明したように、本発明によれば、質量％で、Ｆｅ：０．６〜１．０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％を含有し、残りがＡｌと不純物からなるとともに、前記不純物中において、Ｓｉを０．１％以下、Ｃｕを０．０３％以下に規制した組成を有し、伸び率が２５．０％〜３２．６％であって、さらに所望によりＭｇを０．０３％以下に規制したので、耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材が得られるものであり、今後、フィン材の薄肉化によるアベック現象低減に大きく貢献すると共に、スタック性改善により生産性が飛躍的に向上する効果がある。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本発明のフィン材は、例えば常法により製造することができ、本発明組成に調製して鋳造、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延などを経て薄板状とすることができる。また、本発明組成に調製して連続鋳造圧延によって板材とした後、冷間圧延を経て薄板状とするものであってもよい。その後は、例えば２００〜３００℃に加熱してＨ２２調質を行う。
なお、上記製造工程において、本発明としては特にその内容が限定されるものではなく、適宜の工程によって製造することができる。
本発明組成に調整されたアルミニウム合金フィン材は、各種方法、例えばドロー加工、ドローレス加工によってカラー成形部を設けることができる。

図１は、本発明のフィン材１にドロー加工によってカラー成形部４を設ける工程を示す図である。
すなわち、フィン材１の所望の箇所を数次に亘ってドロー加工し、次いで、カラー成形部用にピアス、パーリングを行い、さらにリフレア加工を行って貫通孔３を有するカラー成形部４を形成する。

このような成形を経て得られるプレートフィン１０は、図２に示すように、カラー成形部４の高さによって間隔を規制するようにして多数を積層し、前記貫通孔３にチューブ２０を挿通する。なお、チューブ２０の固定に際しては、チューブ２０を貫通孔３の内径よりも多少外径が小さい形状にしておき、積層したプレートフィン１０の貫通孔３内にチューブ２０を挿入した状態で、チューブ２０をプラグ（図示しない）などで拡径してチューブ２０の外周部をカラー成形部４に押付けることでプレートフィン１０とチューブ２０との固定を行う。
本発明のフィン材によって製作されたプレートフィン１０は、このチューブ２０の拡管に際し、アベックが生じにくく、各プレートフィンが所定の間隔を保って整然と積層された熱交換器が得られる。

なお、上記では、ドロー加工によってカラー成形部を加工する手順について説明したが、本発明のフィン材は、ドローレス加工によってフィンを得るものであってもよく、該加工法によって得られたフィンにおいても優れた耐アベック性、スタック性が得られる。

以下に、本発明の実施例を比較例と比較しつつ説明する。
表１に示されている組成（質量％、残部Ａｌ及び他の不純物）のＡｌ合金鋳塊に、通常の条件で熱間圧延を施して熱延板とした後、６０〜９９％の冷間圧延を施して板厚９０〜１００μｍのフィン材を製作し、更に、上記フィン材に２００〜３００℃の温度で６時間保持の調質焼鈍により、Ｈ２２調質材を製作した。その後、ドロー加工法によりフィン径φ３／８インチ、カラーハイト１．４〜２．０ｍｍの条件でフィンプレス加工を行い、プレス加工後のフィンについてフィンピッチ１．４ｍｍ〜２．０ｍｍ仕様の熱交換器を製作し、拡管試験器にて拡管評価を行った。また、プレス加工後フィンについてフィンカラー断面のビッカース硬度の測定を行い、カラー成形部の硬度及び加工硬化量の比較を行った。その結果を表１に併記する。

評価方法については、アベック性の評価は拡管後の熱交換器のアベック発生状態についで目視観察を行い、アベックが発生していないものは○、中度に発生していたものは△、重度に発生したものは×とした。スタック性の評価は、プレス加工後フィンのスタックピン（スタッカー）への挿入状態を観察し、成形フィンがスタックピンに引っかからずにスタックされたものは○、スタックピンに引っかかったものを×とした。その結果を表１、２に併記する。

表１、２より明らかなように、本発明例はＣｕ量を低減したことにより、板厚１００μｍ以下のフィン材で、フィンピッチ１．８ｍｍ以下で製作した熱交換器のアベックの発生を殆ど無くすことができ、かつスタック性を良好にすることができる。また、Ｍｇ量を低減することにより、板厚１００μｍ以下のフィン材で、フィンピッチ１．８ｍｍ以下で製作した熱交換器のアベックの発生を殆ど無くすことができる。これはフィンカラー成形部の硬度が低くなったいわゆる加工硬化量が減少したことによるものである。

一方、本発明範囲外の組成については、フィンカラー成形部の硬度が高く、よって加工硬化量も増加したことにより、アベックが発生し、スタック性も悪化する。また、フィン板厚が１００μｍより厚く、フィンピッチが１．８ｍｍ超の熱交換器ではアベックの発生が少なくなる。

本発明の一実施形態のフィン材の加工手順を示す図である。 同じく、フィンとして用いた状態での拡大断面図である。

符号の説明

１ フィン材
３ 貫通孔
４ カラー成形部
１０ プレートフィン
２０ チューブ

Claims (4)

1. 質量％で、Ｆｅ：０．６〜１．０％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％を含有し、残りがＡｌと不純物からなるとともに、前記不純物中において、Ｓｉを０．１％以下、Ｃｕを０．０３％以下に規制した組成を有し、伸び率が２５．０％〜３２．６％であることを特徴とする耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
2. 引張強さが１０７〜１２１ＭＰａであることを特徴とする請求項１記載の耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
3. さらに前記不純物中において、質量％でＭｇを０．０３％以下に規制したことを特徴とする請求項１または２に記載の耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材。
4. 板厚が０．１１ｍｍ未満であってドロー加工またはドローレス加工に供されるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐アベック性、スタック性に優れた熱交換器用アルミニウム合金フィン材。

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