JPS6171173A - アルミニウム熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両搭載用空気調和装置などに用いられるア
ルミニウム熱交換器の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

車重軽減による燃費性能の向上が重要な技術課題をなし
ている自動車業界においては、車載空調装置用熱交換器
に対しても軽量化対策が求められつつある。コンデンサ
ーあるいはエバポレーク−といったこの種の熱交換器の
一般的な製法としては、まずアルミニウムやアルミニウ
ム合金などの軽量金属で押出し成形された冷媒流通用の
多穴チューブを蛇行状に折り曲げて本体部分を形成させ
、相隣るチューブ間の間隙に、その表面にあらかじめろ
う付は用のろう材を被着させた、肉厚が０．１６〜０．
１８鰭内外のごく薄いアルミニウム合金製のコルゲート
フィンを介挿させ、治具を用いてこの組合せ構造を保持
させたうえで、全体を加熱炉内に納めてろう材の溶融温
度まで加熱することにって、ろう付けによるチューブと
フィンとの組立を完成させる方法がとられてきた。そし
て、フィンの材質としてはチューブ材料より電極電圧の
卑なアルミニウム合金を用い、腐食の起こりやすい条件
下ではフィンの方がチューブより先に腐食する、いわゆ
る犠牲腐食効果によってチューブの孔食（孔あき腐食）
を防止するように配慮されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、コルゲートフィンの表面にあらかじめ被着さ
れるろう材には融点降下剤としての珪素（Ｓｉ）成分が
多量に配合されており、ろう付は時の高温下でこの珪素
成分がフィンの材料組織中に移行して、フィン自体の溶
融温度をも低下させてしまう現象が現われるので、ろう
付は治具による加圧力によってフィンが座屈しやすくな
り、このことがフィンの肉厚低減のための障害をなして
いた。

一方、チューブの防食対策の面からみると、蛇行状に曲
げ形成されたチューブの屈曲部にはコルゲートフィンが
存在せず、そのため前述のごときフィンによる犠牲腐食
効果を期待できないので、この部分になんらかの防食手
段を講する必要があり、例えば犠牲腐食用の板材を別に
用意して取付けるとか、犠牲腐食効果のある被膜材を特
別に塗布するなどの方法が考えられたが、これらはいず
れも少なからぬコストアップを招（点で実用性に乏しか
った。

別のチューブ防食対策としては、チューブ表面に亜鉛拡
散処理を施す方法も案出されているが、処理浴廃液の後
処理に支出を要する難点があった。

さらに組立用のろう材をごく薄肉のコルゲートフィンに
被着させる代りに、フィンよりはるかに肉厚の厚いチュ
ーブ側にろう材層をクラッドすることによって、前述の
ごときろう材中の珪素成分の融点降下作用に基づくフィ
ンの材質劣化問題を避ける方法も本発明者などによって
すでに試みられているが、フィンの如く単純な平坦なシ
ート材にろう材層を設けるのと異なり、押出し加工チュ
ーブの場合には、ろう材をクラッドしたシートを多穴チ
ューブ状に加工する際に、ろう材の一部がチューブの穴
の内側に移動して、チューブとフィンとのろう付は時に
前記穴の内側におけるろう材が溶融して、前記穴の通路
面積を減じるなどの不具合があった。

本発明は上記点に鑑み、フィン薄肉化および耐食性の向
上と製造コスト低減を実現できるアルミニウム熱交換器
の製造方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的達成のために、押出し加工により
多数の穴を有するアルミニウム製チューブを成形し、該
チューブの表面に、マグネシウムを含有し、かつ該チュ
ーブより電極電位の卑な組成からなるアルミニウムろう
材を溶融メッキし、この熔融メッキ工程の前後のいずれ
かにおいて前記チューブを蛇行状に折り曲げ、相隣るチ
ューブ間にアルミニウム製コルゲートフィンを介挿させ
た後、真空加熱炉内にて前肥ろう材の溶融温度に加熱し
て、前記チューブと前記コルゲートフィンを前記ろう材
の溶融メッキ層を介して接合せしめるという技術的手段
を採用する。

〔発明の効果〕

本発明では、上記の技術的手段を有することにより次の
ごとき効果が得られる。

（イ）本発明では、−フィンよりはるかに厚肉で、丈夫
なチューブの表面に予めアルミニウムろう材を熔融メッ
キする方法を採っているので、従来方法のごとくろう材
中の成分がごく薄肉のフィン材の中に移行して、ろう付
は時の高温下で座屈現象を起こすという不具合が発生せ
ず、従ってフィンの厚さは通常の設計値の下限ぎりぎり
の値まで薄くすることができ、フィンの軽量化が達成さ
れる。

（ロ）チューブ表面に予め熔融メッキされるろう材とし
て、マグネシウムを含む組成のアルミニウム合金を使用
しているから、このマグネシウムの存在によって、溶融
ろう材中に含まれる微量の酸素及び水分を除去するいわ
ゆるゲッター効果を発揮して、チューブ表面を清浄に保
つことができ、フラックス等を用いることなく良好な溶
融メッキ層が得られ、また同様のゲッター効果により真
空ろう付けをも容易にすることができる。

（ハ）チューブ表面に被着させるろう材のメッキ層は、
犠牲腐食機能を備えており、且つチューブ全長に亘って
施されているので、最も腐食の起こりやすい屈曲部分に
ついても、従来のような特別の後加工を施すことなく確
実に大幅な耐食性向上を図ることができる。

〔実施例〕

つぎに、本発明によるアルミニウム熱交換器の製造方法
を図に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の製法によって作られた車載空開機の冷
凍機用コンデンサーとして用いられる熱交換器の斜視図
であって、第２図の斜視図にみられるように、冷媒の流
れ方向に沿って内部に複数状の仕切壁１ａを設けて多数
の穴１ｂを形成した偏平チューブ１を所定間隔を保って
蛇行状に折り曲げることによって、全体として角形パネ
ル状をなす熱交換器の主体部分が構成されており、偏平
チューブ１の平行部間には、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金製のごく薄肉の伝熱面積増大用コルゲートフ
ィン２が介挿され、このチューブ１とフィン２とは、チ
ューブ１の表面にあらかじめ被着させであるろう材のメ
ッキ層３の熔融時接合力によって一体的にろう付結合さ
れている。チューブ１の両開口端には、冷媒の集合分配
を行うためのアキュームレータパイプ４．５および外部
の冷媒配管と接続される接続ユニオン６．７がろう付さ
れている。

次に、本発明の製法を工程順に説明する。まず、押出し
成形機にて前述した断面形状（第２図参照）を有するア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金製の偏平チューブ
１を成形する。この偏平チューブ１は、第３図において
左方から右方に連続的に供給され、ろう材３′の溶融メ
ッキ装置Ａ内に送入される。このメッキ装置Ａ内は窒素
ガスを充満させることによって５９０〜６０５°Ｃの高
温下にあるろう材やチューブ１が酸化されるのを防止す
る。メッキ方式として本例では、噴射ノズルＢから噴射
される溶融ろう３′の噴流中にチューブ１を通人させる
方法を用いており、そしてチューブ１の表面に被着され
るろう材の熔融メッキ層３は、３０〜５０μｍ程度の厚
さにするのが好ましい。

本例では、チューブ１の材質として、例えばＡ１０５０
のアルミニウム合金を用い、ろう材３′として、マグネ
シウム（Ｍｇ）を０．０５〜３．０ｗｔ％含み、かつチ
ューブ１より電極電位の卑な組成のアルミニウム合金（
具体的にはＡ６−１０ｗｔｏＡＳｉ−１，５ｗｔ％Ｍｇ
−１，０ｗｔ％Ｚｎ）を用いている。

ろう材に含有されるＭｇは、溶融ろう材３′に含まれる
微量の酸素及び水分を除去する、いわゆるゲッター効果
によりチューブｌの表面を清浄に保つという作用を果し
、それによってろう材３′の溶融メッキを良好に行うこ
とができる。

ここで、Ｍｇ含有量を０．０５〜３．０ｗｔ％の範囲に
設定するのは、０．０５％未満では先のゲッター効果が
不十分であり、３％を越えると、後述の真空ろう付は中
にＭｇが蒸発して炉壁に析出するＭｇの量が増大し、こ
れを定期的に除去する必要が生じ、作業上大きな負担と
なるためである。

第４図は上記のごとくしてろう材のメッキ層３を被着さ
せたチューブ１の横断面を示すものであって、溶融メ・
７キ層３で表面を覆われたチューブ１は、その後、所定
の間隔を保って蛇行状に折り曲げて熱交換器本体部分を
形成し、次にこの蛇行状チューブ１の平行部間の間隙部
にコルゲートフィン２を介挿するとともに、チューブ１
の両端部にアキュームレータパイプ４．５および接続ユ
ニオン６．７を組付け、これら部材１．２．４．５．６
．７の組付体を治具により組付けて保持する。

しかる後、この組付体を５９０〜６０５°Ｃの温度に保
たれ、かつ１０−５〜１Ｏ−６ＴＯｒｒ程度の真空雰囲
気下にある加熱炉内に約１０分間送入し、熔融メッキ層
３を溶融させることによってチューブ１とフィン２とを
一体にろう付は結合でき、またアキュームレータパイプ
４．５の内外両表面にクラッドされたろう材及び接続ユ
ニオン６．７部に配置した置きろうにより、チューブ１
とアキュームレータパイプ４．５との間及びこのバイブ
４．５とユニオン６．７との間も同時に一体ろう付けで
きる。これにより、第１図に示す熱交換器全体の組付を
完成できる。上記真空ろう付げにおいても、ろう材中に
包含されるＭｇのゲッター効果によりフラックスなしで
良好なろう付は結合を行うことができる。

上記したコルゲートフィン２の材質として、本例では前
記溶融メッキ層３のろう材より更に電極電位の低いアル
ミニウム合金、具体的にはＡＪ−１，２ｗｔ％Ｍｎ−２
，０ｗｔ％Ｚｎのアルミニウム合金を用いている。従っ
て、本例では、チューブ１−溶融メツキ層３→コルゲー
トフィン２の順に電極電位が低くなるように、アルミニ
ウム合金の組成が選定しである。

このようなアルミニウム合金の組成選定によって、熱交
換器の耐食性向上において次のごとき利点が生じる。す
なわち、チューブ１とコルゲートフィン２とが隣接する
部分では、ろう材熔融メッキ層３とコルゲートフィン２
の犠牲腐食効果によりチューブ１の孔食を防止すること
ができ、またコルゲートフィン２が隣接しないチューブ
屈曲部ｌｃ（第１図）に対してはろう材熔融メッキ層３
の犠牲腐食効果によりチューブ１の孔食を防止できる。

しかも、前者のチューブ１とコルゲートフィン２とが隣
接する部分では、ろう材溶融メッキ屓３よりコルゲート
フィン２の方が電極電位が低いため、フィン２が優先的
に犠牲腐食することになる。従って、ろう材熔融メブキ
層３の損傷が生じにくく、チューブ１とフィン２のろう
付状態が長期間にわたって良好に維持される。

一方、コルゲートフィン２の肉厚は、従来のフィン表面
にろう材の被着層を設ける方法によれば、ろう材中の珪
素成分に由来する前述の座屈強度低下現象のために通常
０．１２ｍ１以上に保つ必要があったが、本発明の製法
によれば、この種の座屈現象はほとんど起こり得ないの
で、より肉厚の薄いフィン２を用いても、ろう付は組立
時の５９０〜６０５°Ｃ２１０分間加熱といった厳しい
温度条件下に曝されるごとに耐えられる。

そごで、フィン２の肉厚を０．１６〜Ｏ，ＯＴｔｍの範
囲でさまざまに変えた場合に、ろう付は時の座屈現象が
どの（らいの厚さ以下になった時、起こり始めるかを従
来の熱交換器の製法と、本発明の製法とを比較しつつテ
ストした。第１表はそのテストデータである。

第１表　フィンのろう付は試験結果 上記第１表から明らかなように、コルゲートフィン２の
表面にあらかじめろう材層を被着させてお〈従来製法で
は、フィン肉厚が０．１２１１以下に下がると確実に座
屈が起こったのに対して、本発明の製法によった場合に
は、フィン肉厚が０．０７１以下に下がった時、始めて
座屈を生しることがわかり、本発明の製法によれば、フ
ィン２の大幅な薄肉化が可能となり、製品の軽量化に大
きく役立つことが実証された。

つぎに、熱交換器の製法と製品の耐食性との関連性につ
いて、特に腐食の最も生じやすいチューブの屈曲部１ｃ
に着目して評価テストを行った結果を第２表Δ、Ｂにま
とめた。

第２表Ａ　チューブの腐食試験結果（本発明）第２表Ｂ
　チューブの腐食試験結果（従来品）上記第２表Ａ、Ｂ
における材料組成の数字はｗｔ％を示す。

テストは３種類のチューブ材料を用い、それぞれ従来製
法と本発明製法によって熱交換器を作り、Ｊ　Ｉ　Ｓ　
Ｄ０２０１に規定する腐食試験（ＣＡＳＳ試験法）を試
みた。この表に明らかなように、従来製法によった製品
はチューブ１の材質の如何にかかわらず、テスト開始３
００時間後には、チューブ１の屈曲部１ｃから漏れが生
じ始めたのに対して、本発明の製法によるものは、テス
トした３種類の材質のいずれについても、７００時間経
過後においても、冷媒漏れが認められず、耐食性の優秀
さを確認することができた。

前記した第２表Ａにおいて、本発明品Ａ、Ｂでは、チュ
ーブ１−ろう材溶融メッキ層３−コルゲートフィン２の
順に電極電位が低くなるように各部材１．３．２の組成
を選定しであるが、本発明品Ｃではろう材溶融メッキ層
３とコルゲートフィン２の電極電位がほぼ同電位となる
ように組成を選定してあり、このような組成の組合せで
あっても本発明は同様に実施できる。

上記の実施例は、自動車搭載用空ｇ機の熱交換器に関す
るものであるが、これと同種の構造をもったさまざまな
熱交換器（例えば蒸発器等）についても本発明を同様に
通用できることはもちろんである。また、上記実施例で
は、チューブ１を蛇行状に曲げ加工する前にろう材を熔
融メッキしているが、チューブ１を蛇行状に曲げ加工し
た後に、チューブ１の表面にろう材を溶融メッキしても
よい。

また、上記の実施例ではろう材を溶融メッキする方法と
して、溶融ろう材３′を噴射ノズル已によりチューブ１
の表面上に噴射する方法を用いているが、噴射ノズルＢ
を廃止して、チューブ１を溶融ろう材３′内に直接浸漬
する等の他の方法を用いることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明製法によって作られた熱交換器の斜視図
、第２図はチューブの折り曲げ形状の一部断面を含む斜
視図、第３図は本発明方法の要部の工程概要図、第４図
はろうメッキ層を被着させたチューブの横断面図である
。 １・・・偏平チューブ、２・・・コルゲートフィン、３
・・・ろう材の溶融メッキ層、３′・・・熔融ろう、Ａ
・・・ろう溶融メッキ装置、Ｂ・・・溶融ろう噴射ノズ
ル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）押出し加工により多数の穴を有するアルミニウム
   製チューブを成形し、該チューブの表面に、マグネシウ
   ムを含有し、かつ該チューブより電極電位の卑な組成か
   らなるアルミニウムろう材を溶融メッキし、この溶融メ
   ッキ工程の前後のいずれかにおいて前記チューブを蛇行
   状に折り曲げ、相隣るチューブ間にアルミニウム製コル
   ゲートフィンを介挿させた後、真空加熱ろ内にて前記ろ
   う材の溶融温度に加熱して、前記チューブと前記コルゲ
   ートフィンを前記ろう材の溶融メッキ層を介して接合せ
   しめることを特徴とするアルミニウム熱交換器の製造方
   法。
2. （２）　前記アルミニウムろう材におけるマグネシウム
   含有量が０．０５〜３．０ｗｔ％であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のアルミニウム熱交換器の
   製造方法。
3. （３）　前記アルミニウムろう材の溶融メッキ層の厚さ
   が３０〜５０μｍであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載のアルミニウム熱交換器の製
   造方法。
4. （４）　前記コルゲートフィンが前記アルミニウムろう
   材より更に電極電位の低い組成のアルミニウム合金から
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずれかに記載のアルミニウム熱交換器の製造方法。