(57)【要約】【課題】成形性に優れた熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材、ならびに、これを用いたクラッドフィン材コイルを提供する。【解決手段】アルミニウム合金の芯材と、その両面にクラッドされたＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材とを備え、ろう材及び芯材がそれぞれ所定の合金組成を有するアルミニウム合金からなり、ろう材の片面におけるクラッド率が３〜３０％、当該フィン材において、その厚さｔが０．０２〜０．２０ｍｍ、０．２％耐力ＹＳと引張強度ＴＳの比ＹＳ／ＴＳが０．７５０〜０．９９０、厚さｔと０．２％耐力ＹＳの比ｔ／ＹＳが０．０００１２〜０．００２００、コイル状に巻き取った際に、フィン材表面粗さが０．０５〜０．５０μｍを満たす熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材、ならびに、当該クラッドフィン材をコイル状に巻き取った熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイル。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金の芯材と、当該芯材の両面にクラッドされたＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材とを備えるアルミニウム合金クラッドフィン材において、前記ろう材が、Ｓｉ：５〜１５ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記芯材が、Ｓｉ：０．０１〜１．６０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．４〜２．０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０６〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．３〜５．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記ろう材の片面におけるクラッド率が３〜３０％であり、当該アルミニウム合金クラッドフィン材において、その厚さｔが０．０２〜０．２０ｍｍであり、０．２％耐力ＹＳ（ＭＰａ）と引張強度ＴＳ（ＭＰａ）の比ＹＳ／ＴＳが０．７５０〜０．９９０であり、前記厚さｔと０．２％耐力ＹＳの比ｔ／ＹＳ（ｍｍ／ＭＰａ）が０．０００１２〜０．００２００であり、コイル状に巻き取った際に、フィン材表面粗さＲａが０．０５〜０．５０μｍを満たすことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材。
【請求項２】
前記芯材のアルミニウム合金が、Ｃｒ：０．０３〜０．３０ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０６〜０．３０ｍａｓｓ％の１種又は２種を更に含有する、請求項１に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材。
【請求項３】
前記芯材のアルミニウム合金が、Ｍｇ：０．０３〜０．５０ｍａｓｓ％及びＣｕ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％の１種又は２種を更に含有する、請求項１又は２に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材。
【請求項４】
前記ろう材のアルミニウム合金が、Ｂｉ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％を更に含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材。
【請求項５】
前記ろう材のアルミニウム合金が、Ｓｒ：０．００３〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＮａ：０．００３〜０．０５０ｍａｓｓ％の１種又は２種を更に含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材。
【請求項６】
前記ろう材のアルミニウム合金が、Ｚｎ：０．０３〜５．００ｍａｓｓ％を更に含有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材。
【請求項７】
前記ろう材のアルミニウム合金が、Ｍｇ：０．０３〜２．００ｍａｓｓ％を更に含有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材をコイル状に巻き取った熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルであって、当該コイル全体の０．２％耐力をＹＳＡ（ＭＰａ）、コイル内径をＲ（ｍｍ）、フィン材の厚さをｔ（ｍｍ）、ヤング率をＹ（ＭＰａ）としたときに、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］≦１．００であり、コイル外周部の０．２％耐力とコイル内周部の０．２％耐力の差の絶対値が１０ＭＰａ以下であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形性に優れた熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材、ならびに、これを用いた熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム製熱交換器は、自動車用熱交換器や空調用熱交換器などに広く用いられている。これらのアルミニウム製熱交換器は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる偏平多穴管等のアルミニウム管体（作動流体通路材）の表面に、成形加工されたアルミニウム合金クラッドフィン材を組付けた状態で約６００℃の高温でろう付することで製造されている。ろう付においては、塩化物系フラックスを塗布して大気又は非酸化性雰囲気でろう付する方法、フッ化物系フラックスを塗布して非酸化性雰囲気でろう付する方法、或いは、フラックスを塗布せずに真空中でろう付する方法がある。
【０００３】
特許文献１に記載のように、これらのろう付においては、アルミニウム合金クラッドフィン材には、溶融ろうによる良好なろう付性のみならず、作動流体通路構成材料を防食するための犠牲陽極効果が求められる。また、ろう付加熱時に変形せず、溶融ろうによる侵食もない耐高温座屈性も要求される。
【０００４】
一方で、ろう付の前工程で行われるアルミニウム合金クラッドフィン材の成形加工は、コイル状に巻き取られたフィン材を巻きほぐしながら、連続的に成形加工ラインに投入する形式で行われることが多い。その際、フィン材は板厚が薄いため、コイル状に巻き取った際のフィン材の巻きグセが問題となることは少なかった。
【０００５】
しかしながら、近年、熱交換器の高性能化や軽量化が求められるにつれ、フィン材の成形加工の難易度が上がり、成形精度を確保することが難しくなってきている。その際、これまで問題となっていなかったフィン材における巻きグセの影響が無視できなくなることがある。例えば、フィン材を波型に成形するコルゲート加工の場合、より高速で加工する、フィンピッチを狭くする、フィン高さを高くするなどの変更を行った際に、巻きグセの影響により波形状が非対称になってしまうという問題が生じることがある。それにより、熱交換器の製造性が低下し歩留まりが悪化してしまう虞や、フィン形状の乱れによる熱交換性能低下の虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３１７０２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明者らは種々検討を行った結果、所定の組成を有するアルミニウム合金クラッドフィン材においては、厚さｔと引張強度ＴＳと０．２％耐力ＹＳの関係、ならびに、フィン表面粗さＲａを適切に制御することで、巻きグセを抑制できることを見出した。
【０００８】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その目的は、基本的なろう付性、犠牲陽極効果、耐高温座屈性を確保すると共に、巻きグセが少なく成形性に優れる熱交換器用のアルミニウム合金クラッドフィン材及び熱交換器用のアルミニウム合金クラッドフィン材コイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明は請求項１において、アルミニウム合金の芯材と、当該芯材の両面にクラッドされたＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材とを備えるアルミニウム合金クラッドフィン材において、前記ろう材が、Ｓｉ：５〜１５ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記芯材が、Ｓｉ：０．０１〜１．６０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．４〜２．０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０６〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｚｎ：０．３〜５．０ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、前記ろう材の片面におけるクラッド率が３〜３０％であり、当該アルミニウム合金クラッドフィン材において、その厚さｔが０．０２〜０．２０ｍｍであり、０．２％耐力ＹＳ（ＭＰａ）と引張強度ＴＳ（ＭＰａ）の比ＹＳ／ＴＳが０．７５０〜０．９９０であり、前記厚さｔと０．２％耐力ＹＳの比ｔ／ＹＳ（ｍｍ／ＭＰａ）が０．０００１２〜０．００２００であり、コイル状に巻き取った際に、フィン材表面粗さＲａが０．０５〜０．５０μｍを満たすことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材とした。
【００１０】
本発明は請求項２では請求項１において、前記芯材のアルミニウム合金が、Ｃｒ：０．０３〜０．３０ｍａｓｓ％及びＺｒ：０．０６〜０．３０ｍａｓｓ％の１種又は２種を更に含有するものとした。
【００１１】
本発明は請求項３では請求項１又は２において、前記芯材のアルミニウム合金が、Ｍｇ：０．０３〜０．５０ｍａｓｓ％及びＣｕ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％の１種又は２種を更に含有するものとした。
【００１２】
本発明は請求項４では請求項１〜３のいずれか一項において、前記ろう材のアルミニウム合金が、Ｂｉ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％を更に含有するものとした。
【００１３】
本発明は請求項５では請求項１〜４のいずれか一項において、前記ろう材のアルミニウム合金が、Ｓｒ：０．００３〜０．０５０ｍａｓｓ％及びＮａ：０．００３〜０．０５０ｍａｓｓ％の１種又は２種を更に含有するものとした。
【００１４】
本発明は請求項６では請求項１〜５のいずれか一項において、前記ろう材のアルミニウム合金が、Ｚｎ：０．０３〜５．００ｍａｓｓ％を更に含有するものとした。
【００１５】
本発明は請求項７では請求項１〜６のいずれか一項において、前記ろう材のアルミニウム合金がＭｇ：０．０３〜２．００ｍａｓｓ％を更に含有するものとした。
【００１６】
本発明は請求項８において、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材をコイル状に巻き取った熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルであって、当該コイル全体の０．２％耐力をＹＳＡ（ＭＰａ）、コイル内径をＲ（ｍｍ）、フィン材の厚さをｔ（ｍｍ）、ヤング率をＹ（ＭＰａ）としたときに、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］≦１．００を満たし、コイル外周部の０．２％耐力とコイル内周部の０．２％耐力の差の絶対値が１０ＭＰａ以下であることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルとした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材、ならびに、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルに基本的に要求されるろう付性、犠牲陽極作用及び耐高温座屈性を確保するとともに、巻きグセが抑制され、成形性に優れた熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材、ならびに、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルが提供される。更に、当該アルミニウム合金クラッドフィン材、ならびに、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルを使用することにより、難易度の高い成形加工を施されても寸法精度の良いフィン材が得られる。これにより、当該熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材、ならびに、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルを使用した熱交換器では、安定的な製造が可能になり、熱交換性能などの諸特性を設計通りに得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材
以下に、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。まず、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材について説明する。
【００１９】
最初に、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材のろう材及び芯材に用いるアルミニウム合金の合金組成、ならびに、その限定理由について説明する。
【００２０】
１−１．ろう材
ろう材のアルミニウム合金は、Ｓｉを必須元素とし、Ｚｎを第一の選択添加元素とし、Ｂｉを第二の選択添加元素とし、Ｓｒ、Ｎａを第三の選択添加元素とし、更に、Ｍｇを第四の選択添加元素とし、残部Ａｌ及び不可避的不純物とするものである。
【００２１】
Ｓｉ：
ろう材中のＳｉは、ろう材の融点を低下させ、溶融ろうの流動性を高める効果を有する。Ｓｉ含有量は５〜１５ｍａｓｓ％（以下、単に「％」と記す）であり、５％未満では前記効果が十分に得られず、１５％を超えると融点が急激に高くなり製造時の成形性が低下する。Ｓｉの好ましい含有量は、７〜１３％である。
【００２２】
Ｚｎ：
ろう材中のＺｎは、ろう付加熱時に芯材中へ拡散し、犠牲陽極効果を与えるように機能し、ろう材の融点を低下させる効果も有するので、選択的に添加してもよい。Ｚｎ含有量は、好ましくは０．０３〜５．００％であり、０．０３％未満では上記効果が十分に得られず、５．００％を超えても上記効果が飽和するだけでなく原材料コストも増加する。Ｚｎのより好ましい含有量は、１．００〜４．００％である。
【００２３】
Ｍｇ：
ろう材中のＭｇは、真空ろう付の場合に、表層のＡｌ系酸化皮膜を還元するとともに、ろう付加熱温度付近で蒸発することにより、ろう付性を向上させる。Ｍｇ含有量は、好ましくは０．０３〜２．００％であり、０．０３％未満では上記効果が十分に得られない。一方、２．００％を超えると、ろう材の融点が低下して溶融ろうが芯材中に侵食し易くなり、耐高温座屈性が低下し、更に、Ｍｇの蒸発量も多くなって、ろう付炉内に吸着した酸化マグネシウムの除去回数が増加する。真空ろう付におけるＭｇのより好ましい含有量は、０．０５〜１．６０％である。
【００２４】
Ｂｉ：
ろう材中のＢｉは、ろう材の融点を低下させ、濡れ性及び流動性を改善する効果を有する。Ｂｉ含有量は、好ましくは０．０１〜０．４０％であり、０．０１％未満では上記効果が十分に得られず、０．４０％を超えて含有しても濡れ性、流動性の改善効果は小さく、自己腐食性が増加する。Ｂｉのより好ましい含有量は、０．０１〜０．２０％である。
【００２５】
Ｓｒ、Ｎａ：
ろう材中のＳｒ及びＮａは、ろう材中のＳｉ粒子を微細化する効果を有する。Ｓｒと
Ｎａの含有量はそれぞれ、好ましくは０．００３〜０．０５０％であり、０．００３％未満では上記効果が十分に得られず、０．０５０％を超えて含有すると溶融ろうの粘度が増加して流動性が低下する。Ｓｒ及びＮａのより好ましい含有量はそれぞれ、０．００３〜０．０２０％である。
【００２６】
その他の元素：
ろう材中には、それぞれ０．３％以下のＣｕ、Ｃｒ及びＭｎ、ならびに、それぞれ０．１％以下のＰｂ、Ｌｉ及びＣａが含まれていても、上記ろう材中の元素の効果を損なうことは無い。また、鋳造組織の微細化のために０．３％以下のＴｉ、０．０１％以下のＢが添加されていてもよい。但し、Ｆｅが多量に含有されていると自己腐食性が増加するため、０．８％以下に制限することが好ましい。
【００２７】
１−２．芯材
芯材のアルミニウム合金は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎを必須元素とし、Ｃｒ、Ｚｒを第一の選択添加元素とし、Ｍｇ、Ｃｕを第二の選択添加元素とし、残部Ａｌ及び不可避的不純物とするものである。
【００２８】
Ｓｉ：
厚さが薄いフィン材の場合、ろう付後の芯材のＳｉ濃度は、ろう付加熱時にろう材から芯材へＳｉが拡散するため、ろう付加熱前の芯材のＳｉ濃度に拘わらず、ほぼ同程度の均一な濃度となる。芯材にＳｉを添加すると、ろう付加熱時において、ろう材から芯材へのＳｉの拡散量が減少し、ろう付加熱過程におけるろう材中のＳｉ濃度の減少が少なくなり、溶融ろうの流動性が向上する。Ｓｉ含有量は、０．０１〜１．６０％であり、０．０１％未満の場合には所期の効果を得ることは可能であるが、高純度のアルミニウム地金を使用しなければならず原材料コストが増加する。Ｓｉ含有量が１．６０％を超えると、芯材の結晶粒径が小さくなってろうが芯材中に侵食し易くなり、耐高温座屈性が低下し、自己腐食性も増加する。Ｓｉの好ましい含有量は、０．１０〜１．００％である。
【００２９】
Ｍｎ：
芯材中のＭｎは、芯材の強度を向上させ、巻きグセの抑制及び耐高温座屈性を改善する機能を発揮する。Ｍｎ含有量は０．４〜２．０％であり、０．４％未満では上記効果が十分に得られず、２．０％を超えると、鋳造時に粗大な化合物が生成して圧延加工性が損なわれる結果、健全な板材を得ることが困難となる。Ｍｎの好ましい含有量は、０．８〜１．６％である。
【００３０】
Ｆｅ：
芯材中のＦｅは、Ｍｎと反応して金属間化合物を形成し、芯材の強度を更に向上させる。Ｆｅ含有量は、０．０６〜０．８０％であり、０．０６％未満では上記効果が十分に得られず、０．８％を超えると、結晶粒が小さくなって溶融ろうが芯材中に侵食し易くなり、耐高温座屈性が低下し自己腐食性も増加する。Ｆｅの好ましい含有量は、０．１０〜０．６０％である。
【００３１】
Ｚｎ：
芯材中のＺｎは、芯材の自然電位を卑にして犠牲陽極効果を高める効果を有する。Ｚｎ含有量は０．３〜５．０％であり、０．３％未満では上記効果は十分に得られず、５．０％を超えると自己腐食性が増加する。Ｚｎの好ましい含有量は、１．０〜４．０％である。
【００３２】
Ｃｒ、Ｚｒ：
芯材中のＣｒ、Ｚｒは、芯材の耐高温座屈性を向上させる。Ｃｒの含有量は、好ましくは０．０３〜０．３０％であり、Ｚｒの含有量は、好ましくは０．０６〜０．３０％である。Ｃｒ含有量が０．０３％未満、Ｚｒ含有量が０．０６％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量及びＺｒ含有量がそれぞれ０．３０％を超えると、鋳造時に巨大な晶出物が生じるため、健全な材料の製造が困難となる。Ｃｒ及びＺｒのより好ましい含有量はそれぞれ、０．０６〜０．２０％である。
【００３３】
Ｍｇ：
芯材中のＭｇは、芯材の強度を向上させる。Ｍｇ含有量は、好ましくは０．０３〜０．５０％の範囲であり、０．０３％未満では上記効果が十分に得られず、０．５０％を超えると、融点が低下して耐高温座屈性が低下する。また、０．０５％を超えると、フッ化物系のフラックスを使用するろう付の場合には、ろう付加熱時にＭｇがフラックスと反応して、ろう付性を著しく阻害する。Ｍｇのより好ましい含有量は、０．０６％〜０．３０％である。
【００３４】
Ｃｕ：
芯材中のＣｕは、芯材の強度を向上させる。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．０１０〜
０．５００％であり、０．０１％未満では上記効果が十分に得られず、０．５０％を超えると、上記効果が飽和するだけでなく原材料コストも増加する。Ｃｕのより好ましい含有量は、０．０５０〜０．３００％である。
【００３５】
その他の元素：
芯材中には、それぞれ０．１％以下のＰｂ、Ｌｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｎａが含有されていても上記元素の効果が損なわれることはない。また、芯材の強度を向上させるためにそれぞれ０．３％以下のＶ、Ｍｏ、Ｎｉを添加してもよい。また、鋳造組織の微細化のために、０．３％以下のＴｉ、０．０１％以下のＢを添加してもよい。更に、酸化防止のために０．１％以下のＢｅを添加してもよい。
【００３６】
次に、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材の特性について説明する。
【００３７】
１−３．厚さｔ
本発明においては、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材の厚さを０．０２〜０．２０ｍｍに規定する。この厚さが０．０２ｍｍ未満では、フィン材自体の強度が不足して成形時の割れや破断が起こり易くなる。また、熱交換器として組み立てた際に、形状維持が困難となる。一方、この厚さが０．２０ｍｍを超えると、コイル巻き取り時に巻きグセが発生し易くなり成形加工時の寸法精度が低下する。この厚さは、好ましくは０．０４〜１．２０ｍｍである。
【００３８】
１−４．クラッド率
本発明においては、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材のクラッド率を、片面で３〜３０％に規定する。このクラッド率が３％未満では、芯材に対するろう材の量が少な過ぎて、均一なクラッド率を得ることが困難になる。一方、このクラッド率が３０％を超えると、ろうの溶融量が多過ぎて、芯材が溶解、侵食され易くなる。このクラッド率は、好ましくは５〜１５％である。
【００３９】
１−５．０．２％耐力（ＹＳ）と引張強度（ＴＳ）の比（ＹＳ／ＴＳ）
本発明では、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材における０．２％耐力ＹＳ（ＭＰａ）と引張強度ＴＳ（ＭＰａ）との比ＹＳ／ＴＳを、０．７５０〜０．９９０に規定する。このＹＳ／ＴＳが０．７５０未満では、ＹＳが不足し巻きグセが発生し易くなり、又は、ＴＳが過大となり成形が困難となる。一方、このＹＳ／ＴＳが０．９９０を超えると、加工度が高過ぎて伸びが低下して成形が困難となる。このＹＳ／ＴＳは、好ましくは０．９００〜０．９９０である。
【００４０】
１−６．厚さ（ｔ）と０．２％耐力（ＹＳ）の比（ｔ／ＹＳ）
本発明では、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材の厚さｔ（ｍｍ）と０．２％耐力ＹＳ（ＭＰａ）の比ｔ／ＹＳ（ｍｍ／ＭＰａ）を、０．０００１２〜０．００２００に規定する。このｔ／ＹＳが０．０００１２未満では、０．２％耐力に対するフィン材の厚さが薄過ぎて伸びが低下し、成形加工が困難となる。一方、このｔ／ＹＳが０．００２００を超えると、０．２％耐力に対してフィン材の厚さが厚過ぎて巻きグセが発生する。このｔ／ＹＳは、好ましくは０．０００２０〜０．００１５０である。
【００４１】
１−７．表面粗さＲａ
本発明においては、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材の表面粗さＲａを０．０５〜０．５０μｍに規定する。Ｒａが０．５０μｍを超えると、フィン表面に多くの油が残留して、ろう付不良が発生し易い。一方、Ｒａが０．０５μｍ未満では、金型とフィンに塗布する潤滑油の油膜が形成されにくい為、コルゲート成形性が低下する。なお、表面粗さＲａは、好ましくは０．２０〜０．５０μｍである。
【００４２】
２．熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイル
次に、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材をコイル状に巻き取った熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルについて説明する。
【００４３】
２−１．コイル内径Ｒ
本発明においては、熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルのコイル内径Ｒは特に制約されるものではないが、操作上の制約から実質的には３００〜９００ｍｍの範囲とするのが好ましく、３００〜６５０ｍｍとするのがより好ましい。ここで、コイル内径Ｒとは、スプールの径をいうものとする。
【００４４】
２−２．コイル形状と強度との関係
また、本発明においては、コイルにおけるフィン材の厚さをｔ（ｍｍ）及びコイル内径をＲ（ｍｍ）として、コイル全体における０．２％耐力をＹＳＡ（ＭＰａ）及びヤング率をＹ（Ｍｐａ）として、これらが、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］≦１．００の関係式を満たすことにより、コイルの巻きグセの抑制が可能となる。ここで、上記関係式の左辺の数値が１．００を超える場合には、コイルの巻きグセが抑制できない。なお、上記関係式の左辺の数値は、好ましくは０．８０以下である。上記関係式の左辺の数値の下限値は、特に限定されるものではないが、通常、０．０１以下とするのは工業的に困難である。
【００４５】
２−３．コイル外周部と内周部の耐力差
本発明においては、コイル外周部におけるフィン材の０．２％耐力（ＭＰａ）と、コイル内周部におけるフィン材の０．２％耐力（ＭＰａ）の差の絶対値が、１０ＭＰａ以下であることが好ましい。上記絶対値を１０ＭＰａ以下とすることによって、コイルの成形性を向上させることが可能となる。この差の絶対値が１０ＭＰａを超える場合は、コイルの外周部と内周部における巻きグセが異なり、安定した成形性が得られない。なお、上記絶対値は、より好ましくは８Ｍｐａ以下である。この絶対値の下限値は、特に限定されるものではない。
【００４６】
３．熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法
次に、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材の製造方法について説明する。
【００４７】
３−１．鋳造
本発明に係るアルミニウム合金クラッドフィン材は、芯材を構成するアルミニウム合金の鋳塊の両面に、ろう材を構成するアルミニウム合金材の鋳塊をそれぞれクラッドし（重ね合わせ）、これを熱間クラッド圧延する。芯材を構成する鋳塊及びろう材を構成する鋳塊はそれぞれ、ＤＣ鋳造法などの常法に従って鋳造される。
【００４８】
３−２．均質化処理
このようにして鋳造された芯材用鋳塊及びろう材用鋳塊に対して、それぞれ別々に均質化処理を施してもよいし、クラッドした後に均質化処理を施してもよい。また、省エネルギー化のために、このような均質化処理を省略して、クラッドしたクラッド材の熱間クラッド圧延前の加熱段階をもって均質化処理を兼ねてもよい。このような均質化処理条件、ならびに、熱間クラッド圧延前の加熱段階の条件としては、４００〜５６０℃の温度で行うのが好ましい。４００℃未満の温度では、十分な均質化効果が得られない。一方、５６０℃を超える温度では、Ａｌ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｍｎ−ＳｉなどのＭｎ系金属間化合物が粗大に成長する。その結果、強度低下による耐高温座屈性の低下や、巻きグセの増加を招く。均質化処理温度は、より好ましくは４５０〜５２０℃である。また、上記均質化処理温度における保持時間は、１〜３０時間とするのが好ましい。保持時間が１時間未満では十分な均質化効果が得られず、３０時間を超えるとＭｎ系金属間化合物の成長が進み、強度の低下につながる。保持時間は、より好ましくは２〜２０時間である。
【００４９】
３−３．熱間クラッド圧延
次いで、常法に従って熱間クラッド圧延を行う。熱間クラッド圧延における開始温度は、４００〜５６０℃とするのが好ましい。開始温度が４００℃未満の場合は、圧延時に耳割れが生じ易くなる。一方、開始温度が５６０℃を超える場合は、ろう材が溶融したり、ろう材中のＳｉが粗大に成長し易くなる。また、熱間圧延終了時の圧延板温度は３８０℃未満とするのが好ましく、３５０℃以下とするのがより好ましい。
【００５０】
３−４．冷間圧延
熱間クラッド圧延した圧延材は、焼鈍前に冷間圧延にかけられる。この冷間圧延加工により芯材中に導入される転位を均一に分布させ、その後の焼鈍工程でＭｎ系金属間化合物を転位の上に微細、均一に析出させて、良好な強度特性を得るものである。冷間圧延における好ましい圧延率は８０％以上であり、８０％未満では上記のＭｎ系金属間化合物の析出が不均一となり、良好な強度を確保するのが困難となる。冷間圧延における圧延率は、より好ましくは８５％以上である。なお、この圧延率の上限値は、特に限定されるものではないが、通常、９８％程度である。
【００５１】
３−５．中間焼鈍
冷間圧延の途中において、中間焼鈍を１回以上行ってもよい。中間焼鈍の温度は、好ましくは１８０〜４５０℃、より好ましくは２５０〜４００℃である。この温度が１８０℃未満では、微細なＭｎ系金属間化合物が十分な量析出しない。一方、この温度が４５０℃を超えると、Ｍｎ系金属間化合物の析出物が粗大化して強度低下を招く。微細なＭｎ系金属間化合物が過度に粗大化しない温度範囲においてこれを十分に析出させることで、強度を高めることができる。なお、中間焼鈍は必要に応じて２回以上行ってもよく、この場合は、少なくとも最終冷間圧延前の焼鈍を上記条件に従って行えばよい。
【００５２】
３−６．最終冷間圧延
最終冷間圧延は、ろう付加熱時の再結晶挙動を調整し、耐高温座屈性を高めるだけでなく、中間焼鈍でフィン材に形成された巻きグセを解消して成形性を高めるために行われる。そのために、最終冷間圧延における好ましい圧延率は５〜７０％であり、より好ましくは１０〜６０％である。この圧延率が５％未満では、Ｈ１ｎ材として強度が低過ぎて巻きグセを抑制できない。一方、この圧延率が７０％を超えると、強度が高くなり過ぎて伸びも低下するため成形性が低下する。なお、Ｈ２ｎ調質の場合は、熱間圧延工程終了後は、熱間圧延材を冷間圧延工程で最終板厚まで加工して最終焼鈍を施す場合と、Ｈ１ｎ調質と同様に中間焼鈍工程を設け、最終冷間圧延後に最終焼鈍を施す場合がある。どちらの場合においても、引張強度（ＴＳ）及びＹＳが本発明の範囲を満たすよう最終焼鈍条件を調整する必要がある。
【００５３】
３−７．その他
また、最終冷間圧延時における加工だけではなく、その後の工程において、レベラーや巻き取り時の張力を利用して歪を付与することで、適切な強度特性を得てもよい。
【００５４】
４．熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルの製造方法
次に、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルの製造方法について説明する。本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルは、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材を、スプールに巻き取ることによって得られる。最初の巻き取りは、熱間圧延工程においてベルトラッパーと呼ばれる装置を使用して行われる。その後、圧延やスリット等の工程ごとに、２つのスプールを使用し、一方では巻きほぐし、一方では巻き取りが行われる。本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金フィン材コイルとは、コルゲート加工直前まで加工された状態のコイルのことを指す。
【００５５】
５．コルゲートフィン材及びその製造方法
本発明に係るコルゲートフィン材は、上記熱交換器用アルミニウム合金フィン材、又は、熱交換器用アルミニウム合金フィン材コイルを用いて、フィン材をコルゲート成形機に連続的に通しながら成形することでようにして製造される。このようにして得られるコルゲートフィン材は、高速で微細な形状が成形されるため、生産性が高い上に伝熱性能に優れるという特徴がある。
【００５６】
６．熱交換器およびその製造方法
本発明に係る熱交換器は、上記コルゲートフィン材を用いて製造される。具体的には、上記コルゲートフィン材とチューブ材、ヘッダ材、その他周辺部材をコアとして組立てる工程と、組立てられたコアにフラックスを塗布する工程と、ろう付を行う工程を経てようにして製造される。このようにして得られる熱交換器は、多数の微細なフィン材とチューブ材の接合部を一度に金属接合できるため、生産性が高い上に伝熱性能に優れるという特徴がある。
【実施例】
【００５７】
以下において、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００５８】
実施例１
芯材及びろう材用アルミニウム合金を、溶解、ＤＣ鋳造し、芯材用アルミニウム合金には均質化処理（温度：５００℃、時間：１０時間）を施した後に、ろう材鋳塊を４５０℃
で熱間圧延し、得られたろう材板を芯材鋳塊の両面に重ね合わせてクラッドした。このようにして得られたクラッド鋳塊について、熱間クラッド圧延（開始温度：４８０℃、終了温度：４６０℃）、冷間圧延（圧延率：９５％）を行い、中間焼鈍（温度：３５０℃、時間：３時間）を施した後、最終冷間圧延（圧延率：４０％）を行い、最終板厚０．０７ｍｍのクラッドフィン材を作製した（Ｈ１４調質）。このようにして、アルミニウム合金クラッドフィン材の試料（試料１）を作製した。用いた芯材用及びろう材用のアルミニウム合金の合金組成を、表１〜６に示す。
【００５９】
【表１】
2018089635.tif 000002
【００６０】
【表２】
2018089635.tif 000003
【００６１】
【表３】
2018089635.tif 000004
【００６２】
【表４】
2018089635.tif 000005
【００６３】
【表５】
2018089635.tif 000006
【００６４】
【表６】
2018089635.tif 000007
【００６５】
１．成形性の評価
上記のようにして作製した試料１から、幅２０ｍｍ、長さ３００ｍｍの短冊状のフィン材サンプルを切断した。このフィン材サンプルに、フィンハイト７．６５ｍｍ、フィンピッチ２．４ｍｍのコルゲート加工を施した。コルゲート加工後のフィン材サンプルの寸法を測定し、成形性を評価した。その際、フィンハイトが７．６５±０．０５ｍｍ以内、かつ、フィンピッチが２．４±０．２ｍｍ以内であるものを成形性が合格（○）、範囲外であるものを成形性が不合格（×）とした。特に、フィンハイトが７．６５±０．０２５ｍｍ以内、かつ、フィンピッチが２．４±０．１ｍｍ以内であるものを成形性が優良合格（◎）とした。
【００６６】
２．ろう付性の評価
コルゲート加工後のフィン材サンプルを、ＪＩＳ  Ａ１０５０の押出扁平管と組み合わせてミニコア形状に組付け、ミニコアにフッ化物系フラックスを吹き付けて乾燥させた後に、窒素雰囲気中において６００℃の温度に３分間保持してろう付接合を実施した。なお、Ａ４８〜Ａ５１合金については、フラックスを塗布せずに真空中でろう付接合を実施した。
【００６７】
ろう付後のミニコアのフィンを剥がし、フィンとチューブのフィレットの接合状態を観察した。チューブ幅に対してフィンチューブのフィレットの接合長さが９８％以上のものを合格（○）、９８％未満のものを不合格（×）とした。特に、接合長さが１００％のものを優良合格（◎）とした。
【００６８】
３．耐高温座屈性の評価
芯材の溶融、侵食による座屈の有無を調査する為に、フィンハイト７．６５ｍｍ、フィンピッチ２．４ｍｍのミニコアを十段重ね、ろう付前後のミニコアの対角線の寸法変化によって耐高温座屈性を評価した。対角線の寸法変化が０．５ｍｍ以内のものを合格（○）、０．５ｍｍを超えるものを不合格（×）とした。特に、寸法変化が０．２ｍｍ以内のものを優良合格（◎）とした。
【００６９】
４．耐食性の評価
更にろう付後のミニコアについて、２週間のＣＡＳＳ試験（ＪＩＳ  Ｄ  ０２０１）を実施して、フィン及び管の耐食性を評価した。フィンの腐食や消耗が激しいもの、及び／又は、管に孔食が発生しているものを不合格（×）とし、これら以外を合格（○、◎）とした。ここで、合格（○）には、フィンは腐食しているものの管の腐食が軽微であるものが含まれる。更に、フィンの腐食が軽微で管に孔食が発生していないものを優良合格（◎）とした。
【００７０】
５．製造性の評価
フィン材製造時において、割れや欠陥が多数生じて最終板厚まで製造できなかった合金は不合格（×）とした。割れや欠陥が無い、又は微小であり最終板厚まで製造できた合金は合格（○）とした。
【００７１】
７．機械的特性
また、短冊状に切断したフィン材サンプル（寸法：５０ｍｍ×３００ｍｍ）をコルゲート加工することなく引張試験を行って、引張強度及び０．２％耐力を測定した（測定条件はＪＩＳ  Ｚ  ２２４１：２０１１に準じた）。更に、フィン材厚さも測定した。
【００７２】
８．その他
また、更に、短冊状に切断した上記フィン材サンプルについて、厚さ及びクラッド率を測定した。また、同フィン材サンプルについて、ＪＩＳ  Ｂ  ０６３３：２００１に準拠して表面粗さＲａを測定した。
【００７３】
以上述べた１〜８の結果を供試材記号とともに、表７〜１２示す。
【００７４】
【表７】
2018089635.tif 000008
【００７５】
【表８】
2018089635.tif 000009
【００７６】
【表９】
2018089635.tif 000010
【００７７】
【表１０】
2018089635.tif 000011
【００７８】
【表１１】
2018089635.tif 000012
【００７９】
【表１２】
2018089635.tif 000013
【００８０】
本発明に係る規定（合金組成、フィン材厚さ、片面クラッド率、ＹＳ／ＴＳ，ｔ／ＹＳ，表面粗さＲａ）を全て満たす本発明例１〜５２はいずれも、コルゲート加工時の寸法が公差内であり成形性が良好であった。また、ろう付後のミニコアでは、フィンと管との接触部に十分にろうが流動してフィレットが形成され、ろう付性が良好で、芯材の溶融・侵食による座屈もなく、製造性も良好で圧延割れなどを生じることがなかった。更に、腐食試験においても良好な結果を示した。
【００８１】
これに対して、比較例１〜２８では、本発明に係る規定を全て満たしていなかったので、少なくともいずれかの評価が不合格であった。
【００８２】
すなわち、比較例１では、ろう材のＳｉ含有量が少な過ぎたため流動ろうが不足し、ろう付性が不合格となった。
【００８３】
比較例２では、ろう材のＳｉ含有量が多過ぎたため、製造時の加工性が低下し、圧延が困難となり製造性が不合格となった。
【００８４】
比較例３では、芯材のＳｉ含有量が多過ぎたため、ろう付加熱中にろう材のＳｉが芯材に拡散する量が少なく、ろう流動時のろう材のＳｉによる芯材の溶融及び侵食が激しくなり、耐高温座屈性及び耐食性が不合格となった。
【００８５】
比較例４では、芯材のＭｎ含有量が少な過ぎたため、微細なＭｎ系金属間化合物の析出量が少なくろう付時の再結晶粒が微細になり、耐高温座屈性が不合格となった。
【００８６】
比較例５では、芯材のＭｎ含有量が多過ぎたため、鋳造時に巨大な金属間化合物が生成し、圧延時に割れなどが発生して良好な板材を得ることができず、製造性が不合格となった。
【００８７】
比較例６では、芯材のＦｅ含有量が少な過ぎたため、強度が低下し、耐高温座屈性が不合格となった。
【００８８】
比較例７では、芯材のＦｅ含有量が多過ぎたため、鋳造時に巨大な金属間化合物が生成し、圧延時に割れなどが発生して良好な板材を得ることができず、製造性が不合格となった。
【００８９】
比較例８では、芯材のＺｎ含有量が少な過ぎたため、フィン材の犠牲陽極効果が十分でなく、管に孔食が発生したため耐食性が不合格となった。
【００９０】
比較例９では、芯材のＺｎ含有量が多過ぎたため、フィン材の自己腐食が増加し、フィンの消耗が激しくなったため、耐食性が不合格となった。
【００９１】
比較例１０では、表面粗さが小さすぎるため、圧延が困難であり、製造性が不合格となった。
【００９２】
比較例１１では、表面粗さが大きすぎる為、フィン表面に残留する油が多くろう付性が不合格となった。
【００９３】
比較例１２では、ＹＳ／ＴＳが０．９９０以上となり、伸びが劣り成形性が不合格となった。
【００９４】
比較例１３では、ＹＳ／ＴＳが０．７５０未満となり、巻きグセにより成形性が不合格となった。
【００９５】
比較例１４では、フィン材の厚さが薄過ぎたため、成形性が不合格となった。また、ろう材量が不足しろう付性が不合格となり、材料自体の強度も低下するため耐高温座屈性も不合格となった。
【００９６】
比較例１５では、フィン材の厚さが厚過ぎたため、巻きグセが大きく成形性が不合格となった。
【００９７】
比較例１６では、ｔ／ＹＳが０．０００１２未満となり、成形性が不合格となった。
【００９８】
比較例１７では、ｔ／ＹＳが０．００２００を超え、巻きグセが大きく成形性が不合格となった。
【００９９】
比較例１８では、クラッド率が小さ過ぎたため均一な材料を得ることが出来ず、製造性が不合格となった。
【０１００】
比較例１９では、クラッド率が多き過ぎたため、芯材の溶融や侵食が激しく耐高温座屈性が不合格となった。また、耐食性も不合格となった。
【０１０１】
比較例２０では、芯材のＣｒ含有量が多過ぎたため、強大な晶出物が生成し、圧延時に板が割れた為にサンプルを作成できなかった。
【０１０２】
比較例２１では、芯材のＺｒ含有量が多過ぎたため、強大な晶出物が生成し、圧延時に板が割れた為にサンプルを作成できなかった。
【０１０３】
比較例２２では、芯材のＣｕ含有量が多過ぎたため、フィン材の腐食速度が大き過ぎて耐食性が不合格であった。
【０１０４】
比較例２３では、芯材のＭｇ含有量が多過ぎたためろう付時に酸化皮膜が除去できず、ろう付性が不合格となった。
【０１０５】
比較例２４では、ろう材のＢｉ含有量が多過ぎたため、フィン材の腐食速度が大き過ぎて耐食性が不合格となった。
【０１０６】
比較例２５では、ろう材のＳｒ含有量が多過ぎたため、ろうの流動性が低下し、ろう付性が不合格となった。
【０１０７】
比較例２６では、ろう材のＮａ含有量が多過ぎたため、フィン材の腐食速度が大き過ぎて耐食性が不合格となった。
【０１０８】
比較例２７では、ろう材のＺｎ含有量が多過ぎたため、フィン材の腐食速度が大き過ぎて、耐食性が不合格となった。
【０１０９】
比較例２８では、ろう材のＭｇ含有量が多過ぎたため、ろう付時にフラックスと反応してしまい、酸化皮膜の除去が不十分で真空ろう付性が不合格となった。
【０１１０】
実施例２
表１のＡ３組成の合金を用い、実施例１と同様の工程によって、アルミニウム合金クラッドフィン材（試料１）を製造した。次いで、この試料１を所定の内径のスプールに巻き取って、アルミニウム合金クラッドフィン材コイルの試料（試料２）を作製した。なお、フィン材の厚さ、クラッド率、コイル内径を表１３の通りに変化させた。表１３には、試料２の供試材記号とともに、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］、コイル外周部の０．２％耐力とコイル内周部の０．２％耐力の差の絶対値（ΔＹＳ）、ならびに、コイル全体の０．２％耐力（ＹＳＡ）も示す。なお、コイル外径はコイル内径によらず１５００mmとした。
【０１１１】
【表１３】
2018089635.tif 000014
【０１１２】
表１３の供試材記号のものについて、実施例１と同様にして、成形性、製造性の評価を行なった。
【０１１３】
以上の評価結果を供試材記号とともに、表１４に示す。
【０１１４】
【表１４】
2018089635.tif 000015
【０１１５】
本発明に係る規定（請求項１に規定するもの、ならびに、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］）を満たす本発明例５３〜５９はいずれも、成形性及び製造性が合格で、巻きグセも良好であった。これに対して、比較例２９〜３４では、本発明に係る上記規定を満たしていなかったので、少なくともいずれかの評価が不合格であった。
【０１１６】
すなわち、比較例２９では、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］が１．００を超え、成形性が不合格となった。
【０１１７】
比較例３０では、フィン材の厚さが厚過ぎたため、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］が１．００を超え、成形性が不合格となった。
【０１１８】
比較例３１では、フィン材の厚さが薄過ぎたため、圧延工程で割れが発生し最終板厚まで加工できず、製造性が不合格となった。
【０１１９】
比較例３２では、ｔ／ＹＳが０．００２００を超えたため、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］が１．００を超え、成形性が不合格となった。
【０１２０】
比較例３３では、（ｔ×Ｙ）／［ＹＳＡ×（Ｒ／２）］が１．００を超え、成形性が不合格となった。
【０１２１】
比較例３４では、コイル外周部と内周部の耐力差の絶対値が１０ＭＰａを超えた為、コイル外周部と内周部で巻きグセが異なり（不良となり）、その結果、成形性が不合格となった。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、成形性に優れた熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材、ならびに、これを用いた熱交換器用アルミニウム合金クラッドフィン材コイルを提供可能であり、産業上の有用性を備える。