(57)【要約】【課題】ヘッダーパイプの挿入孔周囲に均一に犠牲防食層を形成して、ヘッダーパイプと扁平チューブのろう付け性の向上及び耐食性の向上が図れる熱交換器と、ろう付け条件や熱交換器の形状、用途に応じて容易に最適な犠牲防食層を形成でき、工程数の削減が図れる熱交換器の製造方法を提供すること。【解決手段】アルミニウム製形材からなる一対のヘッダーパイプ１１，１２と、両端部がヘッダーパイプ１１，１２に設けられた挿通孔１３に差し込まれて接合される複数の扁平チューブ２と、を具備するアルミニウム製熱交換器であって、ヘッダーパイプ１１，１２は、該ヘッダーパイプ１１，１２の表面にろう材シート２０が被着されると共に、ろう材シート２０を介して挿通孔１３が穿設され、ろう材シート２０が被着されたヘッダーパイプ１１，１２の表面にＺｎ置換フラックス３０を塗布する。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム製形材からなる一対のヘッダーパイプと、両端部が上記ヘッダーパイプに設けられた挿通孔に差し込まれて接合される複数の扁平チューブと、を具備するアルミニウム製熱交換器であって、
上記ヘッダーパイプは、該ヘッダーパイプの表面にろう材シートが被着されると共に、ろう材シートを介して上記挿通孔が穿設され、
上記ヘッダーパイプの表面にＺｎ置換フラックスが塗布されている、
ことを特徴とするアルミニウム製熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム製熱交換器において、
上記扁平チューブは、純アルミニウム系合金にて形成され、
上記ヘッダーパイプは、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金にて形成され、
上記ろう材シートは、Ｚｎを０．５〜１．５質量％含有するＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金にて形成され、
上記扁平チューブ、ヘッダーパイプ及びろう材シートの電位が、
（貴）扁平チューブ＞ヘッダーパイプ＞ろう材シート（卑）の関係にあり、
上記扁平チューブとろう材シートの電位差が、−４０ｍＶ〜−６０ｍＶの範囲である、
ことを特徴とするアルミニウム製熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアルミニウム製熱交換器において、
上記ヘッダーパイプの表面のＺｎ濃度が０．５％〜１．５％である、ことを特徴とするアルミニウム製熱交換器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法であって、
押出形材からなる上記ヘッダーパイプの表面にろう材シートを被着する工程と、
上記ろう材シートを介して上記ヘッダーパイプに上記挿通孔を穿設する工程と、
上記ヘッダーパイプの表面にＺｎ置換フラックスを塗布する工程と、
上記ヘッダーパイプの挿通孔に上記扁平チューブの端部を差し込んでろう付け接合する工程と、
を含むことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のアルミニウム製熱交換器の製造方法において、
上記挿通孔を穿設する工程の際に、上記ろう材シートを供給し、上記ろう材シートを被着する工程と上記挿通孔を穿設する工程とを同時に行う、ことを特徴とするアルミニウム製熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミニウム製熱交換器及びその製造方法に関するもので、更に詳細には、アルミニウム製形材からなる一対のヘッダーパイプと、両端部がヘッダーパイプに設けられた挿通孔に差し込まれて接合される複数の扁平チューブと、を具備するアルミニウム製熱交換器及びその製造方法に関するものである。ここで、アルミニウムとはアルミニウム合金を含む意味である。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のパラレルフロー型熱交換器のヘッダーパイプとしてろう材がクラッドされたアルミニウム製板材を折り曲げて電縫した、いわゆる電縫管が用いられている。
【０００３】
この電縫管は、一般的に外側にろう材がクラッドされており、クラッドされたろう材が扁平チューブ等の他の部品とのろう付けに供されると共に、ろう材にＺｎを加えることで、ろう材層に犠牲防食効果を持たせ、耐食性を向上させるのが一般的である。
【０００４】
電縫管をヘッダーパイプとして用いるためには、ヘッダーパイプに扁平チューブの挿入孔を設ける必要があり、一般にプレスによる孔加工が行われている。
しかし、電縫を行うことで、電縫部と非電縫部に組織の違いを生じさせて割れの原因となる他、板厚を薄くする際には、クラッド率を維持した状態での圧延に困難が生じ、熱交換器への軽量化ニーズや高耐食性ニーズへの要望に限界がある。
【０００５】
上記電縫管に代えてアルミニウム製押出形材からなるヘッダーパイプを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のものは、押出形材からなるヘッダーパイプの挿入孔が設けられた外表面にＺｎを含有するろう材とフラックスおよびバインダーを含有するろう材組成物を塗布し、扁平チューブを挿入孔に差し込んでろう付け接合してなる構造である。
【０００６】
特許文献１に記載にものにおいては、ヘッダーパイプを扁平チューブよりも「卑」なる成分のアルミニウム合金製押出形材を使用し、それによってヘッダーパイプに犠牲陽極作用の役割を担わせ、ヘッダーパイプ近傍では、最も過酷な腐食環境下におかれている扁平チューブの耐食性を向上させている。
そのため、ヘッダーパイプ表面にＺｎ拡散層を形成させて犠牲防食層となし、この犠牲防食層を優先的に腐食させることによってヘッダーパイプにおける深さ方向への腐食（孔食）を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２７５５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の構造においては、挿入孔が設けられたヘッダーパイプにＺｎを含有するろう材とフラックス等のろう材組成物を塗布するため、Ｚｎ拡散層の制御、特に重要な挿入孔部周囲のＺｎ拡散層の調整が難しく、Ｚｎ量が過多になると、犠牲防食層の消耗を早め、扁平チューブの脱落の虞があり、また、Ｚｎ量が過小であると、犠牲防食層が不十分で耐食性が得られない懸念がある。
【０００９】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ヘッダーパイプの挿入孔周囲に均一に犠牲防食層を形成して、ヘッダーパイプと扁平チューブのろう付け性の向上及び耐食性の向上が図れる熱交換器と、ろう付け条件や熱交換器の形状、用途に応じて容易に最適な犠牲防食層を形成でき、工程数の削減が図れる熱交換器の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明に係る熱交換器は、アルミニウム製形材からなる一対のヘッダーパイプと、両端部が上記ヘッダーパイプに設けられた挿通孔に差し込まれて接合される複数の扁平チューブと、を具備するアルミニウム製熱交換器であって、  上記ヘッダーパイプは、該ヘッダーパイプの表面にろう材シートが被着されると共に、ろう材シートを介して上記挿通孔が穿設され、  上記ヘッダーパイプの表面にＺｎ置換フラックスが塗布されている、ことを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
このように構成することにより、ヘッダーパイプに設けられる挿通孔の周囲に均一に犠牲防食層を形成して、ヘッダーパイプと扁平チューブとをろう付けすることができる。
【００１２】
請求項１に記載の発明において、上記扁平チューブは、純アルミニウム系合金にて形成され、上記ヘッダーパイプは、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金にて形成され、上記ろう材シートは、Ｚｎを０．５〜１．５質量％含有するＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金にて形成され、  上記扁平チューブ、ヘッダーパイプ及びろう材シートの電位が、（貴）扁平チューブ＞ヘッダーパイプ＞ろう材シート（卑）の関係にあり、  上記扁平チューブとろう材シートの電位差が、−４０ｍＶ〜−６０ｍＶの範囲であるのが好ましい（請求項２）。
【００１３】
ここで、Ｚｎを０．５〜１．５質量％としたのは、Ｚｎが０．５質量％以上でヘッダーパイプ及び扁平チューブよりも「卑」になり、一方、Ｚｎが１．５質量％以下でヘッダーパイプ及び扁平チューブよりも「卑」になりすぎることを防ぐ、すなわち犠牲防食効果を持たせるのに適切な電位差である−４０ｍＶ〜−６０ｍＶの範囲に収めるためである。
なお、適切な電位差が−４０ｍＶ〜−６０ｍＶである理由は、６０ｍＶを超える電位差があると、犠牲的腐食の促進が早くなり、４０ｍＶ未満の電位差では犠牲防食効果が不安定となり、ヘッダーパイプ、扁平チューブの意図しない各部位で腐食が発生する虞があるからである。
【００１４】
また、請求項１又は２に記載の発明において、上記ヘッダーパイプの表面のＺｎ濃度が０．５％〜１．５％である方が好ましい（請求項３）。
このように構成することにより、最適な犠牲防食層を形成することができる。
【００１５】
また、この発明に係る熱交換器の製造方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の製熱交換器の製造方法であって、  押出形材からなる上記ヘッダーパイプの表面にろう材シートを被着する工程と、  上記ろう材シートを介して上記ヘッダーパイプに上記挿通孔を穿設する工程と、  上記ヘッダーパイプの表面にＺｎ置換フラックスを塗布する工程と、  上記ヘッダーパイプの挿通孔に上記扁平チューブの端部を差し込んでろう付け接合する工程と、を含むことを特徴とする（請求項４）。
【００１６】
このように構成することにより、ヘッダーパイプの挿入孔周囲に、ろう付け条件や熱交換器の形状、用途に応じて容易に最適な犠牲防食層を形成でき、工程数の削減が図れる。
【００１７】
請求項４に記載の発明において、上記挿通孔を穿設する工程の際に、上記ろう材シートを供給し、上記ろう材シートを被着する工程と上記挿通孔を穿設する工程とを同時に行うのが好ましい（請求項５）。
このように構成することにより、更に工程数の削減が図れる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。
（１）請求項１〜３に記載の発明によれば、ヘッダーパイプの挿入孔周囲に均一に犠牲防食層を形成でき、ヘッダーパイプと扁平チューブのろう付け性の向上が図れると共に、耐食性の向上が図れる。
【００１９】
（２）請求項４，５に記載の発明によれば、上記（１）の効果を有する熱交換器のろう付け条件や形状、用途に応じて容易に最適な犠牲防食層を形成でき、工程数の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明に係る熱交換器の一例を示す正面図である。
【図２】この発明に係る熱交換器の一部を断面で示す斜視図である。
【図３】この発明に係る製造方法におけるヘッダーパイプとろう材シートのセット工程を示す概略正面図（ａ）及び概略側面図（ｂ）である。
【図４】上記ヘッダーパイプにろう材シートを被着する工程を示す概略正面図（ａ）及び概略側面図（ｂ）である。
【図５】上記ヘッダーパイプ及びろう材シートに挿通孔を穿設する工程を示す概略正面図（ａ）及び概略側面図（ｂ）である。
【図６】上記ヘッダーパイプ及びろう材シートに挿通孔を穿設した状態を示す概略正面図（ａ）及び（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図（ｂ）である。
【図７】上記ヘッダーパイプ及びろう材シートに挿通孔を穿設した状態を示す断面斜視図（ａ）及び（ａ）の縦断面図（ｂ）である。
【図８】上記ヘッダーパイプの表面にＺｎ置換フラックスを塗布して、挿通孔に扁平チューブを差し込む状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、この発明に係る熱交換器の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、この発明に係るアルミニウム製熱交換器１（以下に熱交換器１という）は、それぞれアルミニウム（アルミニウム合金を含む）製の左右に対峙する一対のヘッダーパイプ１１，１２と、これらヘッダーパイプ１１，１２に間に互いに平行に水平方向に配置されて連通接続される複数の扁平チューブ２及び隣接する扁平チューブ２間に介在されるコルゲートフィン３（以下にフィン３という）をろう付けしてなる。
【００２２】
この場合、ヘッダーパイプ１１，１２は、表面にろう材シート２０が被着され、ろう材シート２０と共にヘッダーパイプ１１，１２の長手方向に適宜間隔を置いて穿設された挿通孔１３に、扁平チューブ２の端部が差し込まれた状態でろう付けされる。
なお、挿通孔１３が穿設されたヘッダーパイプ１１，１２の表面には、犠牲陽極効果を有するＺｎ置換フラックス３０（具体的には、ＫＺｎＦ3フラックス）が塗布されている。
また、フィン３は、心材の両面に皮材がクラッドされたブレージングシートにて形成されている。
【００２３】
なお、扁平チューブ２には複数に区画された冷媒流路２ａが形成されている。また、上下端のフィン３の上部外方側及び下部開放側には、それぞれアルミニウム製のサイドプレート５がろう付けされている。また、ヘッダーパイプ１１，１２の上下開口端にはアルミニウム製のエンドキャップ６がろう付けされている。
また、上記ヘッダーパイプ１１，１２のうちの一方のヘッダーパイプ１１（図１において左側）の下部側の約１／３の位置には仕切板４が配置されて、ヘッダーパイプ１１内が上部空間１１ａと下部空間１１ｂとに区画されている。また、ヘッダーパイプ１１の上端部には、上部空間１１ａに連通する上部冷媒流通管７ａが接続され、下端部には、下部空間１１ｂに連通する下部冷媒流通管７ｂが接続されている。
【００２４】
上記のように構成される熱交換器１を蒸発器として使用する場合は、冷媒は下部冷媒流通管７ｂを介して仕切板４によって区画された下部空間１１ｂに流入した後、扁平チューブ２を介してヘッダーパイプ１２内に流れ、次いで、扁平チューブ２を介して仕切板４によって区画された上部空間１１ａに流入し、その後上部冷媒流通管７ａを介して外部に流れる。
【００２５】
熱交換器１を凝縮器として使用する場合は、上記とは逆に流れる。すなわち、冷媒は、上部冷媒流通管７ａ→ヘッダーパイプ１１の上部空間１１ａ→扁平チューブ２→ヘッダーパイプ１２→扁平チューブ２→ヘッダーパイプ１１の下部空間１１ｂ→下部冷媒流通管７ｂを介して外部に流れる。
【００２６】
以下に、扁平チューブ２、ヘッダーパイプ１１，１２、ろう材シート２０の組成について説明する。
＜扁平チューブの組成＞
この発明における微細な冷媒流路２ａを有する薄肉小型の押出扁平管からなる扁平チューブ２は、押出性及び合金自身の耐食性の点から優れたＣｕ，Ｍｎ，Ｚｒ等を制御した純アルミニウム系合金が使用される。具体的には、Ｃｕ：０．３５〜０．４３質量％，Ｍｎ：０．０２質量％以下，Ｚｒ：０．０２〜０．０６質量％等を制御した扁平管が用いられる。
＜ヘッダーパイプの組成＞
この発明におけるヘッダーパイプ１１，１２は、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金、具体的には、JIS A 3003合金が使用される。
＜ろう材シートの組成＞
この発明におけるろう材シート２０は、Ｚｎを０．５〜１．５質量％を含有するＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金、具体的には、JIS A 4343合金にＺｎを０．５〜１．５質量％添加した合金が使用される。
【００２７】
Ｚｎの添加量の最低値が０．５質量％である理由は、表１に示すように、ヘッダーパイプ１１，１２（Ｈ／Ｐ）3003合金−Ｚｎ０（質量％）の電位（−７１４ｍＶ）と、ろう材シート２０（ろう材）4343合金の電位（Ｚｎ含有量が０％である場合の電位−７０６ｍＶ）を比べたとき、3003合金−Ｚｎ０（質量％）の方が僅かに「卑」である。
この3003合金−Ｚｎ０（質量％）よりも更にろう材シート２０の電位を「卑」として電位差を持たせなければならないので、−７１４（ｍＶ）に対する「卑」な状態は−７１８（ｍＶ）であることから、Ｚｎの添加量の最低値を０．５（質量％）とした。
【００２８】
Ｚｎの添加量の最高値が１．５質量％である理由は、扁平チューブ２の自然電位との適切な電位差（−４０ｍＶ〜−６０ｍＶ）に収めるためには、電位を−７４０（ｍＶ）よりも「貴」に保つ必要があることから、Ｚｎの最高値を１．５質量％以下にする必要があるからである。
なお、適切な電位差が−４０ｍＶ〜−６０ｍＶである理由は、６０ｍＶを超える電位差があると、犠牲的腐食の促進が早くなり犠牲防食層が早期に消耗してしまい、４０ｍＶ未満の電位差では犠牲防食効果が不安定となり、ヘッダーパイプ、扁平チューブの意図しない各部位で腐食が発生する虞があるからである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
次に、この発明に係る熱交換器の製造方法について、図３ないし図８を参照して説明する。
まず、押出形材からなるヘッダーパイプ１１（１２）の表面にろう材シート２０をセットし、例えば、断面半円弧状の一対の曲げ金型４１を有するプレス装置４０Ａによってろう材シート２０を曲げ加工してヘッダーパイプ１１（１２）の表面にろう材シート２０を被着（固定）する（ろう材シート被着工程：図３，図４参照）。
【００３１】
次に、ろう材シート２０が被着（固定）されたヘッダーパイプ１１（１２）の外側方から、挿通孔１３を穿設する櫛歯４２を有するプレス装置４０Ｂを用いてろう材シート２０を介してヘッダーパイプ１１（１２）の一側面に適宜間隔をおいて複数の挿通孔１３を穿設する（挿通孔穿設工程：図５〜図７参照）。
【００３２】
図４と図５では、上記ろう材シート被着工程と挿通孔穿設工程を別々に示したが、一対の曲げ金型４１を有するプレス装置４０Ａと櫛歯４２を有するプレス装置４０Ｂとを連動一体化した装置を用いて、ろう材シート２０を被着する工程と挿通孔１３を穿設する工程とを同時に行うのがよい。
なお、ろう材シート被着工程と挿通孔穿設工程を別々に行ってもよい。
【００３３】
このように、ろう材シート２０が被着（固定）されたヘッダーパイプ１１（１２）の外側からプレス加工によって挿通孔１３を形成することにより、ヘッダーパイプ１１（１２）の挿通孔１３の開口縁にも、ろう材シート２０が被着された状態となる。したがって、ろう材シート２０がヘッダーパイプ１１（１２）に密接する（図７（ｂ）参照）。
【００３４】
挿通孔１３が穿設されたヘッダーパイプ１１（１２）（具体的には、ろう材シート２０）の表面にＺｎ置換フラックス３０（具体的には、ＫＺｎＦ3フラックスをアクリル系バインダーと混合した溶液）を塗布する（Ｚｎ置換フラックス塗布工程：図８参照）。この場合、Ｚｎ置換フラックス３０は、少なくとも挿通孔１３を含む領域に塗布されていればよく、必ずしもヘッダーパイプ１１（１２）（具体的には、ろう材シート２０）の表面全体に塗布する必要はない。なお、Ｚｎ置換フラックスの塗布については、Ｚｎ置換フラックスのみを含む溶液を作成し、ろう付直前に塗布する方法を用いてもよい。
【００３５】
Ｚｎ置換フラックス３０が塗布されたろう材シート２０及びヘッダーパイプ１１（１２）に設けられた挿通孔１３に扁平チューブ２の端部を差し込み（図８参照）、この際、扁平チューブ２間にフィン３を配置して組み付けた状態で、図示しない炉内に搬送し、所定温度に加熱してヘッダーパイプ１１（１２）と扁平チューブ２及びフィン３をろう付け接合する（ろう付け工程）。
【００３６】
上記のように構成される実施形態の熱交換器によれば、ヘッダーパイプ１１，１２に設けられる挿通孔１３の周囲に均一に犠牲防食層を形成して、ヘッダーパイプ１１，１２と扁平チューブ２とをろう付けすることができるので、ヘッダーパイプ１１，１２と扁平チューブ２のろう付け性の向上が図れると共に、耐食性の向上が図れる。
【００３７】
また、熱交換器の製造方法によれば、ヘッダーパイプ１１，１２の挿入孔１３周囲に、ろう付け条件や熱交換器の形状、用途に応じて容易に最適な犠牲防食層を形成でき、工程数の削減が図れる。
【符号の説明】
【００３８】
１  熱交換器
２  扁平チューブ
１１，１２  ヘッダーパイプ
１３  挿通孔
２０  ろう材シート
３０  Ｚｎ置換フラックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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