(57)【要約】      （修正有）【課題】エアコン用熱交換器のチューブとして加工性や強度に優れるアルミニウム合金製押出チューブを提供する。【解決手段】Ｍｎ：０．１〜１．６質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる成形性および強度に優れるフィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブであり、Ｓｉ：０．１〜１．０質量％及びＣｕ：０．０１〜１．０質量％の１種又は２種、を含有し、さらに、Ｆｅ：０．１〜１．０質量％を含有することを許容する。【選択図】図１
2010085065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：０．１〜１．６質量％を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする成形性および強度に優れるフィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
【請求項２】
Ｍｎ：０．１〜１．６質量％を含有し、
さらにＳｉ：０．１〜１．０質量％及びＣｕ：０．０１〜１．０質量％の１種又は２種を含有し、
残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする成形性および強度に優れるフィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
【請求項３】
さらにＦｅ：０．１〜１．０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる請求項１又は２に記載の成形性および強度に優れるフィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に組み込まれる伝熱管に関し、特にエアコン用の熱交換器に組み込まれるのが好適な、成形性及び強度に優れるフィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用や業務用のエアコン等の熱交換器の普及は目覚しく、日常生活における快適さの実現にはなくてはならないものになっている。これらの熱交換器には、熱伝導性および加工性に優れた銅または銅合金製配管材が使用され、銅管の周囲に複数のアルミニウム合金製薄肉フィン材を平行に配設しているフィンチューブ型熱交換器が使用されている（例えば、特許文献１）。図１、図２に基づいてフィンチューブ型熱交換器の概略構成を説明する。
【０００３】
図１（ａ）に示すようにフィンチューブ型熱交換器は、銅又は銅合金からなる伝熱管（チューブ）をその中央でヘアピン状に曲げ加工をしてＵ字型のヘアピン管２を作製し、所定の間隔をおいて平行に配置したアルミニウム又はアルミニウム合金製のフィン材１にヘアピン管２を挿通した後、拡管により両者を密着させて固定し、隣接するヘアピン管２の管端に予め曲げ加工を施してあるＵベンド管３を嵌合し、ヘアピン管２とＵベンド管３とをろう付けすることにより複数個のヘアピン管２がＵベンド管３と連結される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４７９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヘアピン管２、Ｕベンド管３を構成するチューブとしては、熱伝導性、耐食性、加工性、強度等に優れている銅管が広く使用されている。また、フィン材１としては軽量性、加工性および熱伝導性に優れるという観点からアルミニウムやアルミニウム合金が広く用いられている。フィン材１は、薄肉化、高強度化が進められるとともに、表面処理を施すことで表面の親水性や耐食性の向上が図られている。
しかし、近年、熱交換器は高性能、高機能化だけでなく、少資源、少エネルギ、少スペースなどの環境側面も配慮した設計が求められている。さらには銅価格の高騰に伴い、安価な部材の使用によるコストダウンの要求も非常に高まっている。したがって、今後、熱交換器には高性能化、高品質化に加え、さらなるコストダウンや軽量化、リサイクル性などの向上も必要不可欠となっている。
エアコン用熱交換器の高性能化を進めるとともに、コストダウンや軽量化さらにはリサイクル性を兼ね備えた熱交換器を得るためにはチューブを軽量で銅に比べ安価なアルミニウム合金製押出チューブとすることが有効となる。
しかし、アルミニウムは銅に比べ、素材強度が低いため、ヘアピン加工やチューブ拡管時に局部変形を生じ、成形不良や割れが発生しやすいなどの問題がある。また、熱交換器としての構造強度や耐久強度確保のため、チューブには高い強度も要求される。さらにはヘアピン管２とＵベンド管３はろう付で接合されるため、ろう付が可能な合金を選定しなければならない。また、アルミニウムは孔食が発生しやすく、銅に比べて耐食性が劣るため、耐孔食性に優れる合金選定も必要となる。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、エアコン用熱交換器のチューブとして加工性や強度に優れるアルミニウム合金製押出チューブを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
熱交換器製造時、チューブの拡管はチューブ内径よりやや大きい拡管ロッドをチューブ内部に挿入、通過させ、内部から押し拡げることでフィンとの隙間をなくして固着させている。しかし、チューブ強度が低すぎると拡管ロッドにアルミニウムが付着し、挿引時の圧力が著しく増大したり、また、拡管後に都度アルミ片の除去が必要になるなど、生産性が低下する要因となる。また、チューブ強度が高すぎて伸びが低くなると拡管時に一部で減肉等の局部変形が生じ、割れが発生する原因となる。さらにはヘアピン加工の曲げ部やＵベンドとの接合部となるフレア加工部でも成形時に割れや減肉の発生が問題となる。
以上のようにエアコン用チューブは成形性や拡管性向上のため、チューブを構成するアルミニウム合金成分の最適化を行なう必要がある。また、あわせて結晶粒径の制御、機械的性質や調質の最適化により加工性を向上することが必要となる。
また、熱交換器としての構造強度や熱交換器として使用する際の耐久強度確保のため、チューブを構成するアルミニウム合金としての強度向上も必要となる。肉厚の増加により強度を確保することも可能だが、拡管性や成形性が低下するため、できるだけ高い強度の合金が必要となる。一般的な純アルミニウムでは強度が不足するため、添加元素を含むアルミニウム合金として強度向上が必要となる。
【０００７】
形状が複雑な押出チューブを製造する場合も考慮し、十分な押出性を確保するための合金組成とする必要がある。また、チューブ単体の耐食性向上やチューブ外表面にＺｎ拡散層を付与した場合に適正な電位勾配となるような合金選定も必要となる。
【０００８】
本発明者らはフィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブとして上記課題を解決するため、Ｍｎ：０．１〜１．６質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とするチューブが成形性および強度に優れ、エアコン熱交換器用に適していることを見出した。
本発明はさらに、Ｍｎ：０．１〜１．６質量％を含有し、さらにＳｉ：０．１〜１．０質量％及びＣｕ：０．０１〜１．０質量％の１種又は２種を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする成形性および強度に優れるフィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを提供する。
さらにまた本発明は、上記組成にＦｅ：０．１〜１．０質量％を含有させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブは優れた成形性と強度を有しており、本チューブを使用することで部材コストの低減や軽量化、リサイクル性の向上などを図ることができる。また、現行の銅管と同じ製造設備で熱交換器を作製することが可能なため、新たな設備投資を必要とせず、工業上顕著な効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、フィンチューブ型エアコン熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ（以下、単にチューブ）の組成に特徴を有しており、以下では本発明において規定している組成の限定理由を説明する。
＜Ｍｎ：０．１〜１．６質量％＞
Ｍｎは、添加量に応じてアルミニウムマトリックス中に固溶しあるいはＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物として析出し、強度を向上させる。また、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物が再結晶の起点となり、結晶粒径を微細にし、成形性を向上させる効果を有する。さらにＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が腐食の起点となるため、腐食の発生が分散し、深い孔食の発生を抑制する効果がある。これら効果を得るために、本発明はＭｎを０．１質量％以上含有させる。しかし、含有量が多くなると粗大なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物が多数生成し、押出性が著しく低下する。また、粗大なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物はフレア加工時に割れの起点となる。そこで、本発明はＭｎの含有量を１．６質量％以下とする。好ましいＭｎの含有量は０．３〜１．２質量％である。
【００１１】
＜Ｓｉ：０．１〜１．０質量％＞
Ｓｉは、添加量に応じてアルミニウムマトリックス中に固溶し、強度を向上させる。また、Ｍｎと同時に添加されるとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物として微細に析出し、強度や加工性を著しく向上させる。さらにＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物を微細化する作用があるため、押出時の変形抵抗を小さくし押出性を向上させる。さらにまた、Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物が再結晶の起点となり、結晶粒径を微細にし、成形性を向上させる効果を有する。この効果を得るために本発明はＳｉを０．１質量％以上含有させる。しかし、含有量が多くなると押出性および耐食性を低下させる。そこで、本発明はＳｉの含有量を１．０質量％以下とする。好ましいＳｉの含有量は０．３〜０．７質量％である。
【００１２】
＜Ｃｕ：０．０１〜１．０質量％＞
Ｃｕは、アルミニウムマトリックス中に固溶して強度を向上させる。この効果を得るために、本発明はＣｕを０．０１質量％以上含有させる。しかし、含有量が多くなると、チューブの腐食速度が増加し、孔食の成長が促進されるため貫通孔が発生しやすくなる。そこで、本発明はＣｕの含有量を１．０質量％以下とする。好ましいＣｕの含有量は０．０５〜０．５質量％である。
【００１３】
＜Ｆｅ：０．１〜１．０質量％＞
Ｆｅは、Ａｌ−Ｆｅ系あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物を生成し、強度を向上させる。また、Ｆｅ系の晶出物が材料中に微細に存在するため、それらが孔食の発生源となり深い孔食の発生を抑制する効果がある。この効果を得るために、本発明はＦｅを０．１質量％以上含有させる。しかし、含有量が多くなると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の巨大金属間化合物が生成するため、鋳造性と押出性を低下させる。そこで、本発明はＦｅの含有量を１．０質量％以下とする。好ましいＦｅの含有量は０．２〜０．５質量％である。
【００１４】
なお、本発明のチューブは、以上の元素の他に１．０％以下のＺｎが含まれていても効果が損なわれることはない。さらに、強度や成形性、耐食性の向上のために微量添加元素としてそれぞれ０．３％以下のＺｒ,Ｔｉ,Ｃｒ,Ｖ,Ｓｒ,Ｂｉを添加することもできる。
【００１５】
本発明のチューブの製造方法は、常法に従えばよい。つまり、アルミニウム合金ビレットを半連続鋳造法によって作製し、熱間押出を行なうことで製造される。押出性の向上のためにビレットの均質化処理を行うことが好ましい。なお、熱間押出前にビレットを加熱する工程は均質化処理を兼ねているとみなすことができる。
【００１６】
本発明のチューブはいずれの形状でも耐食性に影響を及ぼすものではない。具体的には熱交換性能向上のため通常内面に溝を有したチューブが使用されるが、その内面形状は問わない。チューブの外径（直径）は、５〜１２ｍｍの範囲から適宜選択される。チューブの耐食性を高めるために、チューブ外表面にＺｎの拡散層等の表面処理を行うことを本発明は許容する。
【００１７】
＜熱交換器＞
本発明のチューブを使用したエアコン用熱交換器は、チューブとして銅管を使用する場合とほぼ同じ工程で製造される。
すなわち、チューブを、その中央でヘアピン状に曲げ加工をしてＵ字型のヘアピン管２を作製し、所定の間隔をおいて平行に配置したアルミニウム又はアルミニウム合金製のフィン材１にヘアピン管２を挿通する。その後、拡管により両者を密着させて固定し、隣接するヘアピン管２の管端に予め曲げ加工を施してあるアルミニウム合金製Ｕベンド管３を嵌合し、ヘアピン管２とＵベンド管３とをアルミニウム合金ろう材を使用してろう付けすることにより複数個のヘアピン管２がＵベンド管３と連結されて熱交換器となる。
【実施例１】
【００１８】
表１に示す組成のアルミニウム合金を使用して作製したビレットを５９５℃×１２ｈrの条件で均質化処理後、５００℃で均熱して後に熱間押出を行い、外径７ｍｍ、内径６ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの丸管を作製した。
熱間押出されたチューブを用いて、ヘアピン曲げ加工、チューブ拡管試験、Ｕベンド部と接合を行なうためのフレア加工を実施し、チューブの形状変化や割れの発生について評価を行なった。その結果を表２に示す。なお、ヘアピン曲げ加工、チューブ拡管試験及びフレア加工の条件は以下の通りである。
ヘアピン曲げ加工：上記アルミニウム管を銅管と同じ製法でヘアピン曲げ加工用パイプベンダを使用してヘアピン曲げ（曲率半径８ｍｍ）を実施
チューブ拡管試験：拡管率（チューブ外径変化）が１０％と一定となるように拡管ロッドのサイズを変えて拡管を実施
フレア加工：フレア加工寸法９ｍｍで加工を実施し、Ｕベンドパイプ挿入部へ割れが発生するかを観察
【００１９】
次に、作成したヘアピン管を使用して、ＪＩＳ  １０５０合金で板厚０．１ｍｍのアルミニウム合金製フィン材と組み合わせて熱交換器を作製し、耐圧試験を行った。その結果を表２に示す。
【００２０】
【表１】
2010085065.tif 000003
【００２１】
【表２】
2010085065.tif 000004
【００２２】
表２より、以下のことが判る。
（１）Ｍｎを本発明の範囲内で含むと、チューブの成形性、耐圧試験時の破壊圧力がともに優れるのに対して、Ｍｎが本発明の範囲より少ないか又は多いと、チューブ拡管時、フレア加工時に不具合が生ずる（Ｎｏ．１〜８）。
（２）Ｓｉ及びＣｕの１種または２種を加えると、耐圧試験時の破壊圧力が向上する。ただし、多く加えすぎると、チューブの成形性が低下する（Ｎｏ．９〜２４）。ＳｉとＣｕを比べると、強度向上効果はＣｕの方が高い。
（３）Ｆｅも強度向上に寄与するが、やはり多すぎるとチューブの成形性を低下させる（Ｎｏ．２５〜３１）。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）はフィンチューブ型熱交換器の構成を示す側面図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示すフィンチューブ型熱交換器をヘアピン管側から見た斜視図である。
【図２】（ａ）はフィンチューブ型熱交換器をＵベンド管側から見た斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…フィン材、２…ヘアピン管、３…Ｕベンド管
【図１】
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【図２】
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