(57)【要約】【課題】本発明は、フィンの耐食性に優れ、長時間使用してもフィンの残存面積が大きいとともに、偏平管の耐食性に優れ偏平管に貫通孔が形成され難く、ろう付け性に優れた熱交換器用フィン材および熱交換器の提供を目的とする。【解決手段】本発明のフィン材は、芯材と該芯材の片面側のみに形成されたＺｎ含有層を有し、ろう付け後に、その厚さ方向片面側でＺｎ濃度が高く、反対面側でＺｎ濃度が低いＺｎの濃度勾配が生成され、高Ｚｎ濃度側で低Ｚｎ濃度側よりも低い電位が３０ｍＶ以上生成され、熱交換器用チューブからもたらされるろう材、または別途追加されるろう材によってろう付けされる熱交換器用フィン材であり、芯材が、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以下、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％、残部不可避不純物およびアルミニウムの組成を有するアルミニウム合金からなる。【選択図】図１
2019210494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と該芯材の片面側のみに形成されたＺｎ含有層を有し、ろう付け後に、その厚さ方向片面側でＺｎ濃度が高く、反対面側でＺｎ濃度が低いＺｎの濃度勾配が生成され、高Ｚｎ濃度側で前記芯材よりも低い電位が３０ｍＶ以上生成され、熱交換器用チューブからもたらされるろう材、または別途追加されるろう材によってろう付けされる熱交換器用フィン材であり、
前記芯材が、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以下、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％、残部不可避不純物およびアルミニウムの組成を有するアルミニウム合金からなることを特徴とする熱交換器用フィン材。
【請求項２】
前記芯材の前記Ｚｎ含有層側の表面に、ろう付け後において０．５〜５．０質量％のＺｎが存在することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用フィン材。
【請求項３】
芯材の厚さ方向片面側でＺｎ濃度が高く、反対面側でＺｎ濃度が低いＺｎの濃度勾配が生成され、高Ｚｎ濃度側の電位が低Ｚｎ濃度側の電位よりも３０ｍＶ以上低い電位とされた熱交換器用フィン材が、熱交換器用チューブからもたらされたろう材、または別途追加されたろう材によって、Ｓｉ：０．０５〜１．０質量％、Ｍｎ：０．１〜１．５質量％、Ｃｕ：０．０５質量％以下に規制した残部がＡｌ及び不可避的不純物である熱交換器用チューブにろう付けされた熱交換器であり、
前記芯材が、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以下、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％、残部不可避不純物およびアルミニウムの組成を有するアルミニウム合金からなり、
前記フィン材の低Ｚｎ濃度側の電位が前記チューブの電位よりも３０ｍＶ以上低い電位とされたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
前記芯材の前記高Ｚｎ濃度側の表面に０．５〜５．０質量％のＺｎが存在することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器用フィン材および熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム熱交換器には、アルミニウム製の偏平チューブとコルゲートフィンを組み合わせてろう付けにより金属接合するろう付けタイプの熱交換器と、銅管及びフィンを組み合わせてから銅管を拡管し、フィンと銅管を機械的に接合する拡管タイプの熱交換器が知られている。
ろう付けタイプの熱交換器は、偏平管を用いてコルゲート型のフィンを上下から挟み込むようにろう付け接合する構成であるのに対し、拡管タイプの熱交換器は、丸孔を設けたフィンに銅管を差し込み、差し込み後に銅管を機械的に拡管することでフィンと銅管を接合する構成が採用されている。
【０００３】
コルゲート型フィンを用いた熱交換器用プレート材として、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇを規定量含み、更に、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｂの１種又は２種以上を規定量含むアルミニウム合金からなる芯材の片面又は両面に、Ｓｉを規定量以上含むろう材をクラッドしたブレージングシートが知られている（特許文献１参照）。
このブレージングシートは、ろう付け加熱後の強度、ろう付け性、繰り返し曲げ性に優れた上に耐孔食性にも優れるという特徴を有している。
【０００４】
また、コルゲート型のフィンを用いた熱交換器において、コルゲートフィンをアルミニウム合金製のブレージングシートから構成し、ブレージングシートの芯材に含まれるＭｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎの１種又は２種以上の含有量を規定し、ろう材層に含まれるＳｉ、Ｚｎの量を規定した熱交換器が知られている（特許文献２参照）。
この熱交換器は、ブレージングシートをろう付けした場合、ろう材表面にＳｉが一部残留し、ここに結露水などが存在すると、Ｓｉ残渣によりろう材層の表面電位が貴となり、フィンの芯材とろう材層との間に電位差が生じ、フィンの腐食摩耗量が多くなるという不具合を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−０５０９３４号公報
【特許文献２】特開２０１４−０８４５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ろう付けタイプの熱交換器に適用される偏平管では、腐食孔による冷媒の漏れを抑制するため、偏平管の上下両面に亜鉛溶射層などのような犠牲防食層を設けることがなされている。
また、フィンは熱交換器において熱交換性能の維持とチューブの犠牲防食という役割を負う事が多いが、フィンが過剰な腐食を受け、早期に熱交換器から脱落することで熱交換性能の維持が損なわれるとともに、チューブへの犠牲防食効果が損なわれるという問題が生じている。
長期間に渡り、熱交換器の性能を維持するためには、腐食によるフィンの早期脱落を防止し、フィンによるチューブの犠牲防食効果を長期間維持する必要がある。
【０００７】
本願発明は、これらの背景に鑑み、フィンの耐食性に優れ、長期間使用してもフィンの脱落を生じることがなく、フィンにろう付けされるチューブの耐食性を優れたものとすることができる熱交換器用フィン材および熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱交換器用フィン材は、芯材と該芯材の片面側のみに形成されたＺｎ含有層を有し、ろう付け後に、その厚さ方向片面側でＺｎ濃度が高く、反対面側でＺｎ濃度が低いＺｎの濃度勾配が生成され、高Ｚｎ濃度側で前記芯材よりも低い電位が３０ｍＶ以上生成され、熱交換器用チューブからもたらされるろう材、または別途追加されるろう材によってろう付けされる熱交換器用フィン材であり、前記芯材が、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以下、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％、残部不可避不純物およびアルミニウムの組成を有するアルミニウム合金からなることを特徴とする。
本発明の熱交換器用フィン材において、前記芯材の前記Ｚｎ含有層側の表面に、ろう付け後において０．５〜５．０質量％のＺｎが存在することが好ましい。
【０００９】
本発明の熱交換器は、芯材の厚さ方向片面側でＺｎ濃度が高く、反対面側でＺｎ濃度が低いＺｎの濃度勾配が生成され、高Ｚｎ濃度側の電位が低Ｚｎ濃度側の電位よりも３０ｍＶ以上低い電位とされた熱交換器用フィン材が、熱交換器用チューブからもたらされたろう材、または別途追加されたろう材によって、Ｓｉ：０．０５〜１．０質量％、Ｍｎ：０．１〜１．５質量％、Ｃｕ：０．０５質量％以下に規制した残部がＡｌ及び不可避的不純物である熱交換器用チューブにろう付けされた熱交換器であり、前記芯材が、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以下、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％、残部不可避不純物およびアルミニウムの組成を有するアルミニウム合金からなることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る熱交換器において、前記芯材の前記高Ｚｎ濃度側の表面に０．５〜５．０質量％のＺｎが存在することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器用フィン材であるならば、芯材の片面側のみにＺｎ含有層を有し、ろう付け後に、その厚さ方向片面側でＺｎ濃度が高く、反対面側でＺｎ濃度が低いＺｎの濃度勾配を生成でき、表裏面の電位差を３０ｍＶ以上生成できる。このため、フィン材にろう付けされる熱交換器用チューブの電位に対しフィン材を電位的に卑とすることができ、フィン材を面状腐食とすることができる。このため、フィン材にろう付けされるチューブを犠牲防食することができ、チューブの腐食が進行し難くなるので、長期間使用しても腐食によりチューブに貫通孔が生成され難い構造を提供できる。よって、本発明に係るフィン材を用いることでチューブからの冷媒漏れなどを生じ難い熱交換器を提供できる。
また、フィンの芯材を電位的に卑として面状腐食とすることができ、フィンの伝熱面積を長期間維持し、優れた熱交換性能を長期間維持することができ、更にフィン脱落も生じ難い熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るフィン材をチューブにろう付けして得られた熱交換器の一例を示す正面図である。
【図２】同熱交換器において、ヘッダーパイプ、チューブ及びフィン材を組み立ててろう付けした状態を示す部分拡大断面図である。
【図３】同熱交換器において、ろう付け前にヘッダーパイプ、チューブ及びフィン材を組み立てた状態を示す部分拡大断面図である。
【図４】同熱交換器において、ろう付け前に組み立てたチューブとフィン材を示す部分拡大図である。
【図５】同熱交換器において、ろう付け前に組み立てたチューブとフィン材を示す斜視図である。
【図６】同熱交換器において、ろう付け後のチューブの上に設置されたフィンの一部を示す簡略図である。
【図７】同熱交換器において、ろう付け後のチューブの下に設置されたフィンの一部を示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す第１実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるフィン材を適用した熱交換器の一例を示すものである。この熱交換器１００は左右に離間し平行に配置されたヘッダーパイプ１、２と、これらのヘッダーパイプ１、２の間に相互に間隔を保って平行に、かつ、ヘッダーパイプ１、２に対して直角に接合された複数の扁平状のチューブ（偏平管）３と、各チューブ３にろう付けされた波形のフィン（コルゲートフィン）４を主体として構成されている。ヘッダーパイプ１、２、チューブ３及びフィン４は、後述するアルミニウム合金から構成されている。
【００１４】
より詳細には、ヘッダーパイプ１、２の相対向する側面に図２、図３に示すように複数のスリット６が各パイプの長さ方向に定間隔で形成され、これらヘッダーパイプ１、２の相対向するスリット６にチューブ３の端部を挿通してヘッダーパイプ１、２間にチューブ３が架設されている。また、ヘッダーパイプ１、２間に所定間隔で架設された複数のチューブ３、３の間にフィン４が配置され、これらのフィン４がチューブ３の表面側あるいは裏面側にろう付されている。
即ち、図２に示す如く、ヘッダーパイプ１、２のスリット６に対してチューブ３の端部を挿通した部分においてろう材により第１のフィレット部８が形成され、ヘッダーパイプ１、２に対しチューブ３がろう付されている。また、波形のフィン４において波の頂点の部分を隣接するチューブ３の表面または裏面に対向させてそれらの間の部分に生成されたろう材により第２のフィレット部９が形成され、チューブ３の表面側と裏面側に波形のフィン４がろう付されている。
【００１５】
本実施形態の熱交換器１００は、後述する製造方法において詳述するように、ヘッダーパイプ１、２とそれらの間に架設された複数のチューブ３と複数のフィン材４Ａとを組み付けて図３に示す如く熱交換器組立体１０１を形成し、これを加熱してろう付けすることにより製造されたものである。なお、ろう付け時の加熱によってチューブ３の表面側と裏面側には後に詳述するＺｎ溶融拡散層からなる犠牲陽極層３Ｅが形成されている。また、フィン材４Ａはろう付けによりフィン４となる。
【００１６】
ろう付前のチューブ３には、図３、図４に示すようにフィン材４Ａが当接される表面側と裏面側に、Ｓｉ粉末：１〜５ｇ／ｍ２、Ｚｎ含有フラックス（ＫＺｎＦ３）：３.０〜２０ｇ／ｍ２、バインダー（例えば、アクリル系樹脂）：０．５〜８．５ｇ／ｍ２からなるろう付用塗膜７が塗布されている。また、ろう付け前のフィン材４Ａは、芯材４ａの片面側にのみＺｎ含有層４ｂが形成されている。図３に示す形態ではチューブ３の下方に組み付けられているフィン材４Ａの上端外面側にＺｎ含有層４ｂが配置され、チューブ３の上方に組み付けられているフィン材４Ａの下端内面側にＺｎ含有層４ｂが配置されている。このため、チューブ３の上面側のフィン材４Ａにおいてその下端側の芯材４ａがろう付用塗膜７に接するように配置され、チューブ３の下面側のフィン材４Ａにおいてその上端側のＺｎ含有層４ｂがろう付用塗膜７に接するように配置されている。
【００１７】
本実施形態のチューブ３は、図５に示すように幅に対して高さ（厚さ）が小さい偏平管形状であり、その内部に複数の冷媒通路３Ｃが形成されるとともに、平坦な表面（上面）３Ａ及び裏面（下面）３Ｂと、これら表面３Ａ及び裏面３Ｂに隣接する短側面３Ｄとを具備する偏平多穴管とされている。チューブ３において左右に隣接する冷媒通路３Ｃの間は隔壁３Ｆにより仕切られている。本実施形態にあっては、ろう付前のチューブ３の表面３Ａと裏面３Ｂにろう付用塗膜７が塗布されているが、短側面３Ｄにはろう付用塗膜７が塗布されていない。
【００１８】
以下、ろう付用塗膜７を構成する組成物について説明する。
＜Ｓｉ粉末＞
Ｓｉ粉末は、チューブ３を構成するＡｌと反応し、フィン４とチューブ３を接合するろうを形成するが、ろう付時にＳｉ粉末が溶融してろう液となる。このろう液にフラックス中のＺｎが拡散し、チューブ３の表面に均一に広がる。液相であるろう液内でのＺｎの拡散速度は固相内の拡散速度より著しく大きいので、チューブ３表面のＺｎ濃度がほぼ均一となり、これにより均一なＺｎ溶融拡散層（犠牲陽極層）３Ｅが形成され、チューブ３の耐食性を向上することができる。
【００１９】
「Ｓｉ粉末塗布量：１〜５ｇ／ｍ２」
Ｓｉ粉末の塗布量が１ｇ／ｍ２未満であると、ろう付性が低下する。一方、Ｓｉ粉末の塗布量が５ｇ／ｍ２を超えると、過剰なろう形成によりフィレットにＺｎが濃縮しやすくなり、未反応Ｓｉ残渣が発生するとともに、チューブの腐食深さが大きくなり、フィンの分離を防止しようとする目的の効果が得られない。このため、塗膜におけるＳｉ粉末の含有量は１〜５ｇ／ｍ２とする。好ましくは、塗膜におけるＳｉ粉末の含有量は、１．５〜４．５ｇ／ｍ２、より好ましくは２．０〜４．０ｇ／ｍ２である。ここで用いるＳｉ粉末の粒径は、一例としてＤ（９９）で１５μｍ以下である。Ｄ（９９）は小径粒側からの体積基準の積算粒度分布が９９％となる径である。
【００２０】
＜Ｚｎ含有フラックス、非Ｚｎ含有フラックス＞
Ｚｎ含有フラックスは、ろう付に際し、チューブ３の表面に犠牲陽極層３Ｅを形成し、耐孔食性を向上させる効果がある。また、ろう付時にチューブ３の表面の酸化物を除去し、ろうの広がり、ぬれを促進してろう付性を向上させる作用を有する。このＺｎ含有フラックスは、Ｚｎを含まないフラックスに比べ活性度が高いので、比較的微細なＳｉ粉末を用いても良好なろう付け性が得られる。
非Ｚｎ含有フラックスは、Ｋ３ＡｌＦ6＋ＫＡｌＦ４なる組成のものや、ＬｉＦ、ＫＦ、ＣａＦ２、ＡｌＦ３、Ｋ2ＳｉＦ6等のフッ化物系に加えて、ＫＣｌ、ＢａＣｌ、ＮａＣｌ等の塩化物系がある。市販されている商品（製品）では、例えば、フッ化物系フラックスあるいはフルオロアルミン酸カリウム系のフラックスがあり、４フッ化カリウムアルミニウムを主成分とするフラックスであり、添加物を加えた種々の組成が知られており、Ｋ３ＡｌＦ6＋ＫＡｌＦ４なる組成のものや、Ｃｓ（ｘ）Ｋ（ｙ）Ｆ（ｚ）などを例示できる。また、他に、ＬｉＦ、ＫＦ、ＣａＦ２、ＡｌＦ３、Ｋ２ＡｌＦ５・５Ｈ２Ｏ等のフッ化物を添加したフッ化物系フラックスあるいはフルオロアルミン酸カリウム系のフラックスを用いることもできる。
Ｚｎ含有フラックスを用いるか、Ｚｎ含有フラックスに加えてこれらの非Ｚｎ含有フラックスを添加することでろう付け性向上に寄与する。
【００２１】
「Ｚｎ含有フラックス塗布量：３．０〜２０ｇ／ｍ２」
Ｚｎ含有フラックスの塗布量が３．０ｇ／ｍ２未満であると、犠牲陽極層の形成が不十分になり、第１のフィレット部８の耐食性が低下する。一方、塗布量が２０ｇ／ｍ２を超えると、フィレット部におけるＺｎ濃縮が顕著になり、フィレット部の耐食性が低下して、フィン分離を加速する。このため、Ｚｎ含有フラックスの塗布量を３．０〜２０ｇ／ｍ２とする。
Ｚｎ含有フラックスは、ＫＺｎＦ３を主体として用いることが好ましいが、ＫＺｎＦ３に、必要に応じて、Ｋ１−３ＡｌＦ４−６、Ｃｓ０．０２Ｋ１−２ＡｌＦ４−５、ＡｌＦ３、ＫＦ、Ｋ２ＳｉＦ６などのＺｎを含有しないフラックスを混合した混合型のフラックスを用いても良い。塗布量はＺｎ含有フラックスが３．０〜２０ｇ／ｍ２の範囲であれば良い。
なお、本明細書において数値範囲を表示するために、上限値と下限値を「〜」を用いて連続表記した場合、特に説明しない限り、上限値と下限値を含むものとする。このため、３．０〜２０ｇ／ｍ２は３．０ｇ／ｍ２以上２０ｇ／ｍ２以下を意味する。
【００２２】
「非Ｚｎ含有フラックス塗布量：１〜１０ｇ／ｍ２」
非Ｚｎ含有フラックス塗布量が１ｇ／ｍ２未満であると、非Ｚｎ含有フラックスを添加した効果が得られず、非Ｚｎ含有フラックス塗布量が１０ｇ／ｍ２を超えると、ろうの流動性が過剰に向上する事によって想定以上のＺｎがフィレットに濃縮して、フィン剥離に繋がる問題がある。
【００２３】
＜バインダー＞
ろう付用塗膜７には、Ｓｉ粉末、Ｚｎ含有フラックス、非Ｚｎ含有フラックスに加えてバインダーを含む。また、非Ｚｎ含有フラックスは略しても良い。バインダーの例としては、好適にはアクリル系樹脂を挙げることができる。
「バインダー塗布量：０．２〜８．３ｇ／ｍ２」
バインダーの塗布量が０．２ｇ／ｍ２未満であると、塗膜硬度が低下し、加工性（耐塗膜剥離性）が低下する。一方、バインダーの塗布量が８．３ｇ／ｍ２を超えると、塗膜未反応によるフィレット未形成の影響でろう付性が低下する。このため、バインダーの塗布量は、０．２〜８．３ｇ／ｍ２とすることが好ましい。なお、バインダーは、通常、ろう付の際の加熱により蒸散する。
【００２４】
Ｓｉ粉末、Ｚｎ粉末、Ｚｎ含有フラックス及びバインダー、あるいはこれらに非Ｚｎ含有フラックスを添加したろう付組成物の塗布方法は、本発明において特に限定されるものではなく、スプレー法、シャワー法、フローコータ法、ロールコータ法、刷毛塗り法、浸漬法、静電塗布法などの適宜の方法によって行うことができる。また、ろう付組成物の塗布領域は、チューブ３の全表面としてもよく、また、チューブ３の一部表面または裏面とするものであってもよく、要は、少なくともフィン４をろう付するのに必要なチューブ３の表面領域または裏面領域に塗布されていればよい。また、前記ろう付け用組成物をチューブ３に塗布するために、ろう付け用組成物に３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノールやイソプロピルアルコールなどの溶剤を適宜添加して粘度を調整し、上述の塗布法によって塗布できるようにすることが好ましい。
【００２５】
チューブ３は、質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃｕ：１．０％以下を含有し、残部不可避不純物およびアルミニウムからなるアルミニウム合金などからなる。チューブ３は、これらのアルミニウム合金を押出加工することによって作製されたものである。
以下、チューブ３を構成するアルミニウム合金の各構成元素の限定理由について説明する。
【００２６】
＜Ｓｉ：０．０５〜１．０％＞
ＳｉはＭｎと同様に強度向上効果を有する元素である。
Ｓｉの含有量が０．０５％未満では、強度向上の効果が不十分である。一方、Ｓｉが１．０％を超えて含有されると、押出性が低下する。従って本発明におけるチューブ３のＳｉ含有量は、０．０５〜１．０％に設定することが好ましい。
＜Ｍｎ：０．１〜１．５％＞
Ｍｎは、チューブ３の耐食性を向上するとともに、機械的強度を向上させる元素である。また、Ｍｎは、押出し成形時の押出性を向上する効果をも有する。更にＭｎは、ろうの流動性を抑制し、フィレットとチューブ表面のＺｎ濃度差を小さくする効果がある。
Ｍｎの含有量が０．１％未満では、耐食性及び強度向上の効果が不十分であり、ろうの流動性を抑制する効果も低下する。一方、Ｍｎを１.５％を超えて含有させると、押出圧力増により押出性が低下する。従って本発明におけるＭｎ含有量は、０．１〜１．５％にすることが好ましい。
【００２７】
＜Ｃｕ：１．０％以下＞
Ｃｕは、チューブ３の耐食性に影響を与える元素であり、１．０％以下では問題ないが１．０％超を含有させると自己腐食速度の増加により耐食性が低下し、チューブ表面の犠牲陽極層作製が困難になる傾向となる。
【００２８】
次に、フィン材４Ａについて説明する。ろう付け前のフィン材４Ａは、芯材４ａと芯材４ａの片面側のみに積層されたＺｎ含有層４ｂとからなる。
芯材４ａは、質量％で、Ｍｎ：０．５〜２．０％を含有し、残部不可避不純物およびアルミニウムからなるアルミニウム合金から形成されていることが好ましい。また、芯材４ａは、質量％で、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％を含有し、残部不可避不純物およびアルミニウムからなるアルミニウム合金から形成されていても良い。なお、前記アルミニウム合金において、Ｆｅ：１．０％以下、あるいは、Ｓｉ：１．５％以下であることが好ましい。
以下、芯材４ａを構成するアルミニウム合金の各構成元素含有量とそれらの限定理由について個別に説明する。
【００２９】
＜Ｍｎ：０．５〜２．０％＞
Ｍｎは芯材４ａを構成するアルミニウム合金の耐食性と強度に影響があり、０．５％未満では強度低下によりプレス成型性に劣り、２．０％を超える含有量では強度が高くプレス成型性に劣り、生産性に問題を生じ易い。
＜Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％＞
Ｚｎは芯材４ａを構成するアルミニウム合金の耐食性（犠牲防食効果）に影響があり、０．１％以下では犠牲防食効果が不足し、３．５％を超える含有量では自己腐食速度の劣化から、犠牲防食効果の不足になり易いなどの問題がある。
【００３０】
＜Ｆｅ：１．０％以下＞
Ｆｅは芯材４ａを構成するアルミニウム合金の自己耐食性に影響があり、１．０％を超える含有量では自己腐食速度の劣化から、犠牲防食効果の不足になり易い。
＜Ｓｉ：１．５％以下＞
Ｓｉは芯材４ａを構成するアルミニウム合金の強度に影響があり、１．５％を超える含有量では、過度な高強度により加工性が低下するという面で問題がある。
【００３１】
＜Ｚｎ含有層＞
以下、Ｚｎ含有層４ｂを構成するアルミニウム合金の各構成元素含有量とそれらの限定理由について説明する。
Ｚｎ含有層４ｂは、質量％でＺｎ：０．５〜５．０％を含有するアルミニウム合金からなることが好ましい。
Ｚｎ含有層４ｂを構成するアルミニウム合金として、ＪＩＳ１０００系のアルミニウム合金に上述の範囲のＺｎを含有させた合金、ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金に上述の範囲のＺｎを含有させた合金あるいは他の含有成分として不可避不純物を含むＡｌ‐Ｚｎ合金などを用いることができる。Ｚｎ含有層４ｂを構成するアルミニウム合金は、Ｚｎを上述の範囲で含むアルミニウム合金であれば、上述の種類に限らず、その他いずれの組成であっても良く、芯材４ａに対し積層可能な層として形成可能なアルミニウム合金であればいずれの組成のアルミニウム合金を用いても良い。
【００３２】
フィン材４Ａは、上記組成を有する芯材４ａ用のアルミニウム合金とＺｎ含有層４ｂ用のアルミニウム合金を個々に常法により溶製し、熱間圧延工程、冷間圧延工程などを経て、積層し、積層板を必要幅に切断後、波形形状に加工して得られる。なお、フィン材４Ａの製造方法は、本発明としては特に限定をされるものではなく、既知の製法を適宜採用することができる。
【００３３】
「ヘッダーパイプ」
ヘッダーパイプ１、２を構成するアルミニウム合金は、Ａｌ−Ｍｎ系をベースとしたアルミニウム合金が好ましい。
例えば、Ｍｎ：０．０５〜１．５０％を含有することが好ましく、他の元素として、Ｃｕ：０．０５〜０．８％、Ｚｒ：０．０５〜０．１５％を含有することができる。
【００３４】
次に、以上説明したヘッダーパイプ１、２チューブ３及びフィン４を主たる構成要素とする熱交換器１００の製造方法について説明する。
図３は、フィン材４Ａとの接合面にろう付用塗膜７を塗布したチューブ３を使用し、ヘッダーパイプ１、２、チューブ３及びフィン材４Ａを組み立てた状態を示す熱交換器組立体１０１の部分拡大図であって、ろう付けする前の状態を示している。
図３に示す熱交換器組立体１０１において、チューブ３はその一端をヘッダーパイプ１に設けたスリット６に挿入し取り付けられている。また、ヘッダーパイプ１、２の芯材１１の表面側にろう材層１３が設けられている。
【００３５】
図３に示すように組み立てられた熱交換器組立体１０１を加熱炉においてろう材の融点以上の温度に加熱し、加熱後に冷却すると、ろう材層１３、ろう付用塗膜７が溶けた後に固化して図２に示すようにヘッダーパイプ１とチューブ３、チューブ３とフィン４が各々接合され、図１と図２に示す構造の熱交換器１００が得られる。なお、フィン材４Ａにおいては、ろう付け時の加熱によりＺｎ含有層４ｂから主にＺｎが芯材４ａ側に拡散する。
【００３６】
ろう付けの際、ヘッダーパイプ１、２の内周面のろう材層１３は溶融してスリット６近傍に流れ、第１のフィレット部８を形成してヘッダーパイプ１、２とチューブ３とが接合される。また、チューブ３の表裏面のろう付用塗膜７は溶融してＡｌ−ＳｉろうあるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎろうとなり、毛管力によりフィン材４Ａ近傍に流れ、第２のフィレット部９を形成してチューブ３とフィン４とが接合される。また、ヘッダーパイプ１、２の表面に設けられていたろう材層１３はろう付け後に僅かに表面に残留する。
【００３７】
ろう付けに際し、不活性雰囲気などの適切な雰囲気で適温に加熱して、ろう付用塗膜７、ろう材層１３を溶融させる。そうすると、フラックスの活性度が上がって、フラックス中のＺｎがチューブ３の表面側または下面側に拡散し、それらの肉厚方面に拡散するのに加え、ろう材及び被ろう付材の双方の表面の酸化皮膜を破壊してろう材と被ろう付材との間のぬれを促進する。
ろう付の条件は特に限定されない。一例として、炉内を窒素雰囲気とし、熱交換器組立体１０１を昇温速度５℃／分以上でろう付温度（実体到達温度）５８０〜６２０℃に加熱し、ろう付温度で必要時間保持し、ろう付温度から常温まで冷却すればよい。
【００３８】
チューブ３の上面側と下面側ではろう付によってフラックス中のＺｎが拡散してチューブ３の表面側または下面側にＺｎ溶融拡散層からなる犠牲陽極層３Ｅが形成され、チューブ表面側または下面側でＺｎの拡散を受けている領域がチューブ３の肉厚方向の内部側（Ｚｎの拡散を受けていない領域）よりも卑になる。ここで、チューブ３の肉厚方向の内部側とは犠牲陽極層３Ｅが形成されているチューブ３の表面領域あるいは裏面領域よりチューブ３の肉厚方向に深い領域を示す。
【００３９】
第２のフィレット部９に含まれるＺｎ量は、ろう付け用塗膜７に含まれるＺｎ量とフィン４の芯材４ａあるいはＺｎ含有層４ｂに含まれるＺｎ量に応じて変化し、塗膜７からのＺｎの拡散とフィン４からのＺｎの拡散に影響を受ける。フィン４あるいはＺｎ含有層４ｂにはＺｎが多く含まれているので第２のフィレット部９はチューブ３より電位は低くなる。また、フィン４の芯材４ａにはＺｎ含有層４ｂからＺｎが拡散され、芯材４ａにはその厚さ方向にＺｎの濃度勾配が形成される。
即ち、フィン４の芯材４ａの厚さ方向において、Ｚｎ含有層４ｂを形成していた側に高い濃度のＺｎが含有され、高Ｚｎ含有領域（高Ｚｎ濃度側）となり、芯材４ａの厚さ方向においてＺｎ含有層４ｂを形成していない側には殆どＺｎが拡散されず、殆どＺｎを有していないか、芯材４ａに元々含まれていたＺｎが存在する低Ｚｎ含有領域（低Ｚｎ濃度側）となる。
【００４０】
以上説明した構成の熱交換器１００においては、腐食環境において使用されると、貴な部分に対し、より卑な部分から腐食が進行する。
ろう付けがなされて構成された熱交換器１００において、上述の組成のチューブ３とフィン４であるならば、一例として、フィン４において高Ｚｎ濃度側の電位と低Ｚｎ濃度側の電位の電位差が、３０ｍＶ以上生成されている。
例えば、前述の組成のフィン４であるならば、低Ｚｎ濃度域の電位が−７４０〜−９２０ｍＶ（ｖｓ ＳＣＥ）であるならば、高Ｚｎ濃度域の電位が−７７０〜−９５０ｍＶ（ｖｓ ＳＣＥ）であり、高Ｚｎ濃度側の電位と低Ｚｎ濃度側の電位の電位差が、３０〜２１０ｍＶ程度生成されている。
また、前述の組成のチューブ３であるならば、電位が−７００〜−７３０ｍＶ（ｖｓ ＳＣＥ）であり、フィン３の低Ｚｎ濃度域との電位差が３０〜２１０ｍＶ程度、フィン３の高Ｚｎ濃度域との電位差が６０〜２５０ｍＶ程度生成されている。
【００４１】
以上説明のような電位バランスを有することにより、耐食性に優れた熱交換器１００を得ることができる。
通常の熱交換器では、チューブの犠牲防食を果たすために、フィン自体の電位をチューブよりも低くすることがなされている。しかし、このような電位関係に調整したとしても、フィンに生成する腐食がフィンの断面方向に縦横無尽に孔食を発生させる腐食形態である場合、早期にフィンの強度が低下し、フィンの脱落に帰結することがある。
これに対し、上述の如くフィン４の高Ｚｎ濃度側の電位と低Ｚｎ濃度側の電位の電位差を３０ｍＶ以上生成していると、フィン４がチューブ３の犠牲防食を行うという効果は維持しつつ、フィン４自体の腐食形態をコントロールすることでフィン４の早期離脱を防止できる構造となる。
即ち、フィン４の断面方向に縦横無尽に腐食が発生して腐食が進行するというよりは、高Ｚｎ濃度側を面状腐食にできると同時に、高Ｚｎ濃度側が低Ｚｎ濃度側を犠牲防食するために、低Ｚｎ濃度側に孔食が生じようとしたとしても、高Ｚｎ濃度側に腐食が引っ張られる結果、フィン４の断面方向に縦横無尽に孔食が発生する腐食形態を抑制できることとなる。
具体的には、腐食環境にあると、高Ｚｎ濃度側において面状腐食を生じやすいものの、フィン４の断面方向に縦横無尽に孔食が生じる腐食形態ではなくなる。
【００４２】
更に、フィン４に高Ｚｎ濃度側を形成してＺｎの濃度勾配を生成するようにＺｎを利用することで、通常の犠牲陽極効果を発揮させるフィンよりも更に低い電位にフィン４の片面側の電位を調整できるので、チューブ３とフィン４との電位差を従来よりも大きくすることができる。これにより、チューブ３に対する犠牲陽極効果を従来より大きくすることができる。
【００４３】
また、フィン４が面状腐食となるので、フィン４の脱落を長期間抑制することができ、フィン４に近い位置にあるチューブ３の短側面側も防食できる。
上述の構造によりフィン４のろう付け部分をフィン４と同じもしくは若干卑になるようにすることで、フィン４に覆われていない部位の犠牲陽極層を充実化し、この部位にて耐食目標前に貫通孔があくことを抑制できる。例えば、チューブ３の短側面壁表面を防食できる。
【００４４】
図６にチューブ３の上面側にろう付けされているフィン４についてＺｎ含有層４ｂが設けられていた側の位置を鎖線で示し、図７にチューブ３の下面側にろう付けされているフィン４についてＺｎ含有層４ｂが設けられていた側の位置を鎖線で示す。
図６の構造において、チューブ３の短側面３Ｄ側にろう付け前にろう付塗膜７が形成されていないため、チューブ３の短側面３Ｄ側には犠牲陽極層３Ｅが形成されていない。このため、チューブ３の短側面側の電位は近傍のフィン４の電位よりも貴となる。
図７に示す構造においても、チューブ３の短側面３Ｄ側には犠牲陽極層３Ｅが形成されていないため、チューブ３の短側面３Ｄ側の電位は近傍のフィン４の電位より貴となる。
【００４５】
従って、図６に示す構造と図７に示す構造のいずれにおいてもチューブ３の短側面３Ｄ側に対し近傍のフィン４で犠牲防食することができ、チューブ３の短側面３Ｄ側に腐食による貫通孔を生成し難い構造を提供できる。即ち、電位差によって短側面３Ｄ側をフィン４で犠牲防食することができる。
このため、腐食環境において長期間使用してもチューブ３に貫通孔の生成し難い、チューブ３からの冷媒漏れの生じ難い熱交換器１００を提供できる。
【００４６】
以上説明した実施形態においては、チューブ３とフィン４をろう付けするために、上述の組成のろう付用塗膜７を利用したが、ろう付けするための手段はろう付用塗膜７に限るものではなく、ろう付け用のブレージングシートや置きろうを用いても良い。
ブレージングシートであれば、例えば、ＪＩＳ４３４３合金や４０４５合金に代表されるＡｌ−Ｓｉ合金層を３〜１５μｍの厚さで貼り合せた構成を用いることができ、置きろうであれば、例えばＪＩＳ４３４３合金や４０４５合金で調整された合金粉末とフラックスを混合し、粘性のある液体で液体状にしたものを用いることができる。
【実施例】
【００４７】
表１に示す各組成のアルミニウム合金から押出加工によりチューブ（偏平管：幅１８ｍｍ、高さ１．３ｍｍ、孔数１９）を製造した。
表１に示す各組成のアルミニウム合金板から、金型による打ち抜き加工と成形加工を施して厚さ０．１３ｍｍ、幅１８ｍｍのコルゲートフィンを複数作成した。また、コルゲートフィンの片面に表１に示す組成のＺｎ含有層（表１に示すＺｎ高濃度側のＺｎ濃度に対応するＺｎを含有したアルミニウム合金層）をクラッド層として貼り合わせた。
【００４８】
Ｚｎ含有層付きのコルゲートフィンと、チューブを６段分用い、図１、図３に示す構造と同じように、上下に交互に重なるように組み付け、熱交換器のミニコア試験体を作製した。
チューブの上面と下面には、Ｓｉ粉末（粒径Ｄ（９９）：１５μｍ以下）：３．０ｇ／ｍ２、Ｚｎ含有フラックス（ＫＺｎＦ３）：６．０ｇ／ｍ２、アクリル樹脂のバインダー：２．０ｇ／ｍ２となるろう付用塗膜を塗布した。
【００４９】
各ミニコア試験体に対し、１００％窒素を満たした加熱炉において６００℃に３分間加熱後、冷却するろう付け処理を行ってろう付け構造の熱交換器を得た。
得られた各熱交換器について、ｖｓカロメル飽和電極による電位測定（２.６７％ＡｌＣｌ３水溶液）を行い、耐食性（フィンの腐食形態、耐フィン剥離性）について試験し、フィン強度の測定、フィン加工性の評価、チューブ強度の測定、押出性の評価を行った。
それらの結果を以下の表１、表２に纏めて記載する。各々の試験、並びに測定と評価の詳細は後に説明する。
【００５０】
【表１】
2019210494.tif 000003
【００５１】
【表２】
2019210494.tif 000004
【００５２】
表１に示す各試料おいて、ろう付け時にろう付け用塗膜がろうを形成してフィレットを形成するとともに、チューブの表面と裏面に塗膜からＺｎが拡散して図２に示すように犠牲陽極層が生成される。
表１に示すチューブの電位（ｖｓ ＳＣＥ）は犠牲陽極層が生成されていない領域の電位である。チューブにおいてフィンとの電位差として表記した欄のＺｎ低濃度側とは、チューブにおいて犠牲陽極層が生成されていない領域とフィンのＺｎ低濃度領域との電位差であり、Ｚｎ高濃度側とは、チューブにおいて犠牲陽極層が生成されていない領域とフィンのＺｎ高濃度領域との電位差である。
【００５３】
「フィン加工性」
フィン加工性はフィンを加工する場合の金型摩耗により評価した。ＪＩＳ規定３４０３合金、ＪＩＳ規定３００９合金からなる板材（厚さ０．１３ｍｍ）を金型によって打ち抜き加工する場合と比較した。上述の各例のフィンを打ち抜く場合、３４０３合金と同等以上の加工性であれば◎と判断し、３４０３合金より劣るが３００９合金より良好であれば○と判断し、３００９合金と同等であれば△と判断し、３００９合金未満の場合は×と判断した。加工性の評価として、◎は非常に良好、○は良好、△はやや良好、×は不良と判断することができる。
「耐フィン剥離性」
耐フィン剥離性は各々のミニコア試験体について、ＳＷＡＡＴ試験（４０日）後の剥離強度についてＳＷＡＡＴ試験前の剥離強度との対比「（ＳＷＡＡＴ４０日／ＳＷＡＡＴ前）×１００」にて評価した。
対比した値について、１００〜７５％の試料が◎、７４〜５０％の試料が○、４９〜２５％の試料が△、１４〜０％の試料が×であると判断した。
【００５４】
「押出性」
表１に示す各組成のアルミニウム合金からチューブを押出加工する場合、押出圧力、押出速度、チューブ表面状態を総合的に観察し、評価した。押出圧力が高すぎて押し出すことができない試料、ピックアップ等の表面欠陥が多量に発生した試料は押出性において×の評価とし、表面欠陥が殆ど見あたらず、押出圧力の値、押出速度の値（目標とする押出速度に対して押出圧力が低ければ低いほど、押出性は良好と判断）から、その他の評価を表記した。具体的には、ＪＩＳ規定のアルミニウム合金、３１０２、３００３を用いた場合の押出圧力、押出速度と比較し、押出圧力が３１０２合金と同等あるいは同等以下であれば◎と判断し、押出圧力が３１０２合金より大きいが３００３合金よりも小さければ○と判断した。押出圧力が３００３合金と同等であれば△と判断した。
押出性の評価として、◎は非常に良好、○は良好、△はやや良好、×は不良であると判断することができる。
【００５５】
「チューブ強度」
チューブ強度は、幅１８ｍｍ、高さ１．３ｍｍ、孔数１９の扁平管について、ろう付熱処理後に引張試験によって得られた結果である。
「チューブ最大腐食深さ」
チューブ最大腐食深さは、ろう付け熱処理でフィンと接合されたチューブに腐食試験（ＳＷＡＡＴ４０日）で発生する最大腐食深さ（μｍ）の値に応じ、以下の基準により評価した。
◎：最大腐食深さ０〜４０μｍ、○：最大腐食深さ４１〜８０μｍ、△：最大腐食深さ８１〜１２０μｍ、×：最大腐食深さ１２１μｍ〜貫通。
【００５６】
表１、表２に示す実施例１〜実施例１７の試料は、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以下、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％、残部不可避不純物およびアルミニウムの組成を有するアルミニウム合金からフィンの芯材を構成し、ろう付け後にフィンのＺｎ高濃度側とＺｎ低濃度側での電位差が３０ｍＶ以上生成されている試料である。
実施例１〜実施例１７の試料は、表２に示す結果が示すように、フィン強度が高く、フィン加工性に優れ、フィンの腐食形態が面状腐食であって、耐フィン剥離性が高く、チューブ強度が高く、チューブの押出性にも優れている。
即ち、実施例１〜実施例１７の熱交換器であるならば、フィンの耐食性に優れ、長期間使用してもフィンに脱落を生じることがなく、フィンにろう付けされるチューブの耐食性に優れた熱交換器を提供できる。
また、実施例１〜実施例１７で用いたフィンであるならば、チューブにろう付けして熱交換器を製造した場合、フィン強度が高く、フィン加工性に優れ、フィンの腐食形態が面状腐食であって、耐フィン剥離性が高いフィンを得られることがわかる。
【００５７】
比較例１の試料は、フィンの低Ｚｎ濃度側の電位とチューブの電位の電位差が２０ｍＶの試料であるが、フィン強度、フィンの腐食形態、耐フィン剥離性、チューブ強度、押出性の面では問題がなかったが、チューブ最大腐食深さが大きくなった。
比較例２の試料は、フィンの低Ｚｎ濃度側と高Ｚｎ濃度側との電位差が２０ｍＶであり少ないため、フィンの腐食形態が孔食となり、耐フィン剥離性に劣る結果となった。
【００５８】
比較例３の試料は、チューブを構成するアルミニウム合金のＳｉ含有量が低いため、チューブ強度が不足した。
比較例４の試料は、チューブを構成するアルミニウム合金のＳｉ含有量が多いため、チューブ強度が高くなりすぎ、押出性に問題を生じた。
【００５９】
比較例５の試料は、チューブを構成するアルミニウム合金のＭｎ含有量が低いため、チューブ強度が不足した。
比較例６の試料は、チューブを構成するアルミニウム合金のＭｎ含有量が多いため、チューブ強度が高くなりすぎ、押出性に問題を生じた。
【００６０】
比較例７の試料は、フィンを構成するアルミニウム合金のＭｎ含有量が低いため、耐フィン剥離性に劣る結果となった。
比較例８の試料は、フィンを構成するアルミニウム合金のＭｎ含有量が多いため、フィン強度が高くなりすぎ、フィン加工性に問題を生じた。
比較例９の試料は、フィンを構成するアルミニウム合金のＳｉ含有量が多いため、フィン強度が高くなりすぎ、フィン加工性に問題を生じた。
【符号の説明】
【００６１】
１００…熱交換器、３…チューブ（偏平管）、３Ａ…上面、３Ｂ…下面、３Ｃ…冷媒通路、３Ｄ…短側面、３Ｅ…犠牲陽極層、４…フィン、４Ａ…フィン材、４ａ…芯材、４ｂ…Ｚｎ含有層、７…ろう付用塗膜、８…第１のフィレット部、９…第２のフィレット部、１３…ろう材層、１０１…熱交換器組立体。
【図１】
2019210494.tif 000005
【図２】
2019210494.tif 000006
【図３】
2019210494.tif 000007
【図４】
2019210494.tif 000008
【図５】
2019210494.tif 000009
【図６】
2019210494.tif 000010
【図７】
2019210494.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月27日(2018.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
芯材と該芯材の片面側のみに形成されたＺｎ含有層を有し、ろう付け後に、その厚さ方向片面側でＺｎ濃度が高く、反対面側でＺｎ濃度が低いＺｎの濃度勾配が生成され、高Ｚｎ濃度側で低Ｚｎ濃度側よりも低い電位が３０ｍＶ以上生成され、熱交換器用チューブからもたらされるろう材、または別途追加されるろう材によってろう付けされる熱交換器用フィン材であり、
前記芯材が、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以下、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％、残部不可避不純物およびアルミニウムの組成を有するアルミニウム合金からなることを特徴とする熱交換器用フィン材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の熱交換器用フィン材は、芯材と該芯材の片面側のみに形成されたＺｎ含有層を有し、ろう付け後に、その厚さ方向片面側でＺｎ濃度が高く、反対面側でＺｎ濃度が低いＺｎの濃度勾配が生成され、高Ｚｎ濃度側で低Ｚｎ濃度側よりも低い電位が３０ｍＶ以上生成され、熱交換器用チューブからもたらされるろう材、または別途追加されるろう材によってろう付けされる熱交換器用フィン材であり、前記芯材が、Ｍｎ：０．５〜２．０質量％、Ｆｅ：１．０質量％以下、Ｓｉ：１．５質量％以下、Ｚｎ：０．１超〜３．５質量％、残部不可避不純物およびアルミニウムの組成を有するアルミニウム合金からなることを特徴とする。
本発明の熱交換器用フィン材において、前記芯材の前記Ｚｎ含有層側の表面に、ろう付け後において０．５〜５．０質量％のＺｎが存在することが好ましい。