(57)【要約】【課題】押出材の肉厚が薄い場合でも成形時の押出性に優れ、かつ、十分な材料強度を有すると共に、低濃度亜鉛拡散層の耐局部腐食性に優れた合金からなるアルミニウム合金押出チューブを提供する。【解決手段】本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブは、質量％で０．５％以上１．０％以下のＳｉを含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金押出材１の外表面にＺｎまたはＺｎ含有層（不図示）を設けたことを特徴としている。前記押出材は、その外表面となす最も薄い部分の肉厚を０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。また、前記押出材は、Ｍｎの添加量が０．０５％以上１．２０％以下、Ｃｕの添加量が０．０５％以上０．２０％以下としたものが望ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で０．５％以上１．０％以下のＳｉを含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金押出材の外表面にＺｎまたはＺｎ含有層を設けたことを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
【請求項２】
前記押出材は、その外表面となす最も薄い部分の肉厚が０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
【請求項３】
前記押出材は、更にＭｎの添加量が０．０５％以上１．２０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
【請求項４】
前記押出材は、更にＣｕの添加量が０．０５％以上０．２０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを使用して製造したことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコンのコンデンサ、エバポレータなどの熱交換器の構造用部材として用いるアルミニウム合金押出チューブおよび熱交換器に係る。より詳細には、薄肉化を図っても耐食性、特に耐孔食性に優れたアルミニウム合金押出チューブとこれを使用して製造した熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌおよびＡｌ合金は軽量、かつ、熱伝導性が良好で耐食性にも優れていることから、アルミニウム合金の押出材からなるチューブ（以下、アルミニウム（Ａｌ）合金押出チューブと呼ぶ）は、車載用エアコンなどの熱交換器において広く用いられている。
【０００３】
この熱交換器は、例えば図２に示すように、ヘッダーパイプ４と称される左右一対の管体と、そのヘッダーパイプ４の間に互いに平行に間隔を空けて設けられたアルミニウム合金からなる多数のチューブ１と、チューブ１とチューブ１との間に設けられたフィン２とで構成されている。
【０００４】
そして、チューブ１とフィン２とはろう付けされており、さらに各チューブ１の内部空間とヘッダーパイプ４の内部空間は連通しており、ヘッダーパイプ４の内部空間と各チューブ１の内部空間に媒体を循環させ、前記フィン２を介して効率良く熱交換ができるようになっている。
【０００５】
この熱交換器を構成する各チューブ１としては、図１の斜視図に示されるような複数の冷媒通路穴３を有する断面偏平状の押出材が用いられ、この押出材は押出し加工により形成されるため、一般に、押出し加工性に優れたＪＩＳ１０５０合金に代表される純アルミニウム（Ａｌ）系合金が用いられている。
【０００６】
このような製品では更なる軽量化を図るため、中空形状（管状）とした押出材はより薄肉であることが望まれているが、肉厚が減少するにつれて所定の形状寸法のチューブを得るには、成形時の押出速度を低下させる必要があるなど、押出性が低下し、量産性が損なわれるという課題があった。この押出性の低下は、特に、押出材の外表面となす最も薄い部分の肉厚が０．３０ｍｍ以下の場合に顕著に現れるものであった。
【０００７】
ところで、熱交換器ではチューブ内を通過する冷媒により、チューブに内圧が加わり、チューブの材料強度、特に、耐力が低い場合には薄肉化するとこの圧力によってチューブの壁面が外側に膨らみ、極端な場合には破裂に至る恐れもある。
【０００８】
一方、チューブを腐食環境下で使用した場合には孔食などの局部腐食が生じることがあるが、薄肉化を図った場合には比較的早期に貫通孔が生じ、使用に耐えられなくなることがあった。
【０００９】
従来、このような耐食性の問題に対してはチューブ表面に亜鉛（Ｚｎ）を被覆して製品のろう付け時の加熱でチューブ内部へ拡散させる手法が用いられており、実環境ではチューブ肉厚が比較的厚い場合にはＺｎのいわゆる犠牲陽極効果によって局部腐食の進行を最小に抑える方法が用いられていた。
【００１０】
通常、このようなＺｎ被覆層は、押出成形された偏平状かつ管状の押出材は、その外表面にＺｎまたはＺｎ含有層を溶射することにより形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−１３７２４５号公報
【００１２】
上記溶射は、押出材の外平坦部分にＺｎ被覆層が均一な膜厚で形成されるように、押出材の外平坦部分の上下方向から行われる。すると、押出材をなす上下の外平坦部分が閉じる両端部はある曲率をもっているため、この両端部付近に形成されるＺｎ被覆層の膜厚は、外平坦部分より薄くなると共に、不均一となる傾向があった。このような部位では低濃度の亜鉛拡散層となってしまう。
【００１３】
この押出材の両端部付近におけるＺｎ被覆層の膜厚減少や不均一は、耐食性の低下をもたらすという観点から危惧されていた。何故ならば、押出材の外表面となす最も薄い部分の肉厚が０．３０ｍｍより薄くなると従来の合金（例えば、１０５０や純Ａｌ等）では、局部腐食部の材料強度が著しく低下し、耐力が低いと熱交換冷媒の内圧によって、この局部腐食部での変形が進み、容易に破断に至る傾向があった。
【００１４】
以上説明した背景から、アルミニウム合金押出チューブを構成する押出材において、その肉厚が薄くなった場合でも押出性に優れ、かつ、十分な材料強度を有し、加えて、低濃度亜鉛拡散層の耐局部腐食性にも優れた合金の開発が期待されていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、中空形状をなす押出材の肉厚が薄い場合でも成形時の押出性に優れ、かつ、十分な材料強度を有すると共に、低濃度亜鉛拡散層の耐局部腐食性に優れた合金からなるアルミニウム合金押出チューブを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は次の構成を採用した。
すなわち、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブは、質量％で０．５％以上１．０％以下のＳｉを含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金押出材の外表面にＺｎまたはＺｎ含有層を設けたことを特徴としている。
【００１７】
上記構成の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブにおいて、前記押出材は、その外表面となす最も薄い部分の肉厚を０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。
【００１８】
また、上記構成の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブにおいて、前記押出材は、更にＭｎの添加量が０．０５％以上１．２０％以下であることが望ましい。
また、上記構成の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブにおいて、前記押出材は、更にＣｕの添加量が０．０５％以上０．２０％以下であることが望ましい。
【００１９】
本発明に係る熱交換器は、上述した構成から成る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを使用して製造したことを特徴としている。
【００２０】
本発明者らは、以下に述べる知見に基づき、上記構成の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを開発するに至った。
【００２１】
従来、この用途でチューブ材として主に採用されているＡｌ（１０５０）の薄肉化を試みた。その結果、押出材の外表面となす最も薄い部分の肉厚を０．３０ｍｍ以下とした場合、Ａｌ（１０５０）では材料強度が不足のために薄肉化には堪えられないことが分かった。
【００２２】
Ｓｉを合金添加元素に用いることによって、押出性、材料の室温強度、及び、亜鉛被覆量の比較的少ない場合の低濃度亜鉛拡散層の耐局部腐食性にも優れることを見出した。すなわち、Ａｌ合金中に添加したＳｉ元素は、合金の熱間変形抵抗をほとんど上げることなく、室温での耐力を増加させ、かつ、比較的少量の亜鉛でも犠牲陽極を十分に発揮させるのに有効であることを意味する。
【００２３】
上記の結果は、アルミニウム合金押出チューブを構成する押出材においてＺｎ被覆層の厚さが薄くなる箇所、すなわち押出材の両端部付近においてＺｎ被覆層の膜厚減少や不均一が生じている箇所における耐食性の低下を抑制する手段として、本発明に係るＡｌ−Ｓｉ系合金（質量％で０．５％以上１．０％以下のＳｉを含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ合金）が優れていることを示している。
【００２４】
したがって、本発明によれば、押出チューブを構成する押出材の肉厚が薄い場合でも成形時の押出性に優れ、かつ、十分な材料強度を有すると共に、低濃度亜鉛拡散層の耐局部腐食性に優れた合金からなるアルミニウム合金押出チューブが得られる。
【００２５】
本発明は、以上のような知見に基づきなされたものであって、以下に、請求の範囲を上記のように定めた理由について説明する。
【００２６】
（Ｓｉ含有量）
Ａｌ合金中のＳｉ元素は上記に示した作用・効果を有しているが、Ｓｉ含有量が０．５％未満の場合は、耐食性（最大腐食深さ）や押出性には優れているが、室温での耐力すなわち引張強さが十分得られない傾向がある。
【００２７】
一方、Ｓｉ含有量が１．０％を越える場合は、引張強さは改善されるが耐食性や押出性が損なわれる傾向があると共に、Ａｌ合金の溶融開始温度が低下し、６００℃程度のろう付け時の加熱に際し、材料の部分溶融が生じることがあり、正常な熱交換器を製造できなくなる。
【００２８】
このような点を考慮すると、押出材のＳｉ含有量は０．５％以上１．０％以下が好ましく、０．６％以上０．８％以下がより好ましい。
【００２９】
（チューブ肉厚）
押出材の外表面となす最も薄い部分が０．３０ｍｍを越えるような従来の肉厚、例えば０．４ｍｍ程度の肉厚の場合は、上述したＡｌからなる従来材でも特性上、特に問題は無い。しかしながら、従来材は最も薄い部分が０．３０ｍｍ以下の肉厚では押出性や強度の点で問題が生ずる。
【００３０】
これに対し、押出材の外表面となす最も薄い部分が０．３０ｍｍ以下の肉厚の場合に本発明に係る合金、すなわちＡｌ−Ｓｉ系合金の特徴が十分発揮される。押出材の外表面となす最も薄い部分の肉厚が０．１０ｍｍ未満では本合金を用いても耐食性が著しく低下し、押出性や強度の点からも十分な特性を維持することが難しく、実用に耐えられない。
【００３１】
一方、押出材の外表面となす最も薄い部分が０．３０ｍｍを越える場合は、必ずしも本合金である必要がない上に、製品の十分な軽量化が図れない、すなわち重量減少率が僅かとなり芳しくない。
【００３２】
このような点を考慮すると、押出材の外表面となす最も薄い部分の肉厚は０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下が好ましく、０．１２ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下がより好ましい。
【００３３】
なお、本願明細書において押出材の外表面となす最も薄い部分とは、例えば図１に示すような熱交換器を構成するチューブ１の場合、冷媒通路穴３とチューブ１の外表面との間をなすチューブ１の肉厚部において最もその肉厚が小さくなる部分を指す。
【００３４】
図１では、冷媒通路穴３の断面形状が略方形をなす例を示しているが、方形の他に円形や楕円形など如何なる形状であっても構わない。また、設置する冷媒通路穴３の個数や、冷媒通路穴３を設ける間隔は、図１の例に限定されるものではない。
【００３５】
（Ｍｎ含有量）
本発明に係る合金、すなわちＡｌ−Ｓｉ系合金は、更にＭｎを含有させることにより室温強度はもとより、高温強度も著しく増加する。Ｍｎ含有量が０．０５％未満では室温、高温の強度改善効果が十分でなく、その含有量が増加すると押出性が低下するので上限を１．２０％とした。
【００３６】
（Ｃｕ含有量）
本発明に係る合金、すなわちＡｌ−Ｓｉ系合金は、更にＣｕを含有させることにより押出性や耐局部腐食性を損なうことなく、室温強度を上げることができる。これに対して、Ｃｕの含有量が０．０５％未満では上記効果が十分ではなく、０．２０％を越えると押出性や耐食性を低下させることから芳しくない。
【００３７】
チューブの外表面にＺｎまたはＺｎ含有層を設けることで、ろう付け後のチューブ表面にＺｎ拡散層が形成され、このＺｎ拡散層が犠牲陽極層として機能することによりチューブの防食効果を高めることができる。
このＺｎまたはＺｎ含有層は、ＺｎまたはＺｎ含有合金を溶射、またはＺｎ含有フラックスを塗布することで形成される。Ｚｎ含有フラックスとしては、例えばＺｎＦ２  、ＺｎＣｌ２  、ＫＺｎＦ３  等の化合物が挙げられる。
【００３８】
本発明に係る熱交換器は、上述した特徴を有するＡｌ−Ｓｉ系合金からなる押出材で形成された熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを使用して製造される。この押出チューブは従来に比べて薄肉化を図っても十分にその機能を維持できるので、これを搭載することで従来より著しく軽量化を図ることができる熱交換器の提供が可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について説明する。
▲１▼まず、Ｓｉの含有率を質量％で０．０５％〜１．５％の範囲で変えたＡｌ合金をそれぞれ溶解し、鋳造して直径：２００ｍｍの組成の異なるビレットを製造した。
【００４０】
▲２▼次に、組成の異なるビレットごとに、ビレットを５００℃、１２時間保持の条件で均質化処理を行い、この均質化処理を施したビレットを温度：５００℃、押出し速度：６０ｍ／ｍｉｎで熱間押出し加工することにより、図１に示すように冷媒通路用穴を１０個有し、断面寸法が幅：２０ｍｍ、高さ：２ｍｍ、肉厚：０．２０ｍｍである偏平状の押出材を成形した。
【００４１】
▲３▼次いで、組成の異なるビレットから成形した押出材ごとに、押出材の温度が４００℃以下に冷える前に溶射法を用いてその外表面に、工業用純ＺｎからなるＺｎ被覆層を設けた。その際、押出材の外平坦部分におけるＺｎ被覆層の重量は約１０ｇ／ｍ２  とした。
【００４２】
▲４▼さらに、組成の異なるビレットごとに、押出及び溶射処理を行った後、水冷することにより、図４に示すような押出チューブを作製した。
【００４３】
上記手順により形成された押出チューブに対し、最大腐食深さ、押出性および引張強さを調べた。ろう付によりフィンと接合したチューブコアは１０日間のＳＷＡＡＴ（Ｓｅｅ  Ｗａｔｅｒ  Ａｃｅｔｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｔｅｓｔの略称、規格：ＡＳＴＭ  Ｇ８５−８５）  によって耐食性を評価した。
【００４４】
押出チューブの最大腐食深さは、局部腐食部を光学顕微鏡で観察し、試料表面と腐食部底面との間の距離を測定することにより求めた。
【００４５】
押出チューブの押出性は、毎分６０ｍの速度で加工したときの押出圧の大小により評価した。
【００４６】
押出チューブの引張強さは、６００℃、３分間のろう付け相当の熱処理を施した後、引張試験を行い、押出チューブが破断する際の荷重を試料の断面積で除した値で評価した。
【００４７】
表１は、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを構成するＡｌ合金押出材に含まれるＳｉ含有量と、押出チューブの耐食性（最大腐食深さ）、押出性（押出圧）および引張強さとの関係を示すものである。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
押出圧は、Ｓｉ含有量が０．０５％の試料（番号１）で得られた押出圧の値を１と定義して表記したものである。すなわち、番号が２〜８の各試料における押出圧は、Ｓｉ含有量が０．０５％の試料（番号１）で得られた押出圧の値で除し、規格化したものである。
【００５０】
表１から、最大腐食深さについては以下の点が明らかとなった。
（ａ１）最大腐食深さは、Ｓｉ含有量が増えるにつれて増加傾向を示す。
（ａ２）Ｓｉ含有量が０．８％より多いと最大腐食深さは０．０５ｍｍを越え、局部腐食が促進し始める。
（ａ３）Ｓｉ含有量が１．０％より多くなると更に最大腐食深さは加速し、０．１５ｍｍを越えてしまい、特にＺｎ被覆層の厚さが薄くなる箇所では耐局部腐食性が維持できなくなる。
【００５１】
表１から、押出圧については以下の点が明らかとなった。
（ｂ１）押出圧は、Ｓｉ含有量が増えるにつれて単調に増加するが、１．００％まではその増加は僅かである。
（ｂ２）Ｓｉ含有量が１．００％より多いと押出圧は急増し、１．５０％では２．００となり、肉厚の薄い押出チューブを成形することが難しくなる。
【００５２】
表１から、引張強さについては以下の点が明らかとなった。
（ｃ１）引張強さは、Ｓｉ含有量が１．５％のとき最大であり、Ｓｉ含有量を減らすと次第に小さくなる傾向を示す。
【００５３】
以上の結果より、最大腐食深さ、押出性および引張強さの評価において、同時に優れた特性を備えるためには、Ｓｉ含有量を質量％で０．５％〜１．０％の範囲とする必要があることが分かった。また、Ｓｉ含有量を質量％で０．６％〜０．８％の範囲とした場合は、更に優れた耐食性（最大腐食深さ）、押出性および引張強さを得るのでより好ましい。
【００５４】
また、上記手順により得られる押出チューブの肉厚Ｔを０．０５ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲で変えて作製し、その耐食性（日数）を纏めて示したものが表２である。その際、Ｓｉ含有量は質量％で０．７０％に固定した。
【００５５】
押出チューブの耐食性は、前述したＳＷＡＡＴにおいてチューブが貫通するまでに要した日数で評価した。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
表２より、以下の点が明らかとなった。
（ｄ１）押出チューブはその肉厚を０．１０ｍｍ以上とした場合、２０日以上の耐食性を有することができる。
【００５８】
したがって、押出チューブの肉厚を０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下の範囲とすることにより、優れた耐食性を備えた押出チューブの提供が可能となる。
【００５９】
表３は、押出チューブをなすＡｌ−Ｓｉ系合金に、Ｍｎを０〜１．３０％の範囲で、Ｃｕを０〜０．３０％の範囲で添加し、各組成の合金からなる押出チューブの最大腐食深さ、押出性および引張強さを調べた結果である。その際、Ｓｉ含有量は質量％で０．７０％に固定した。
【００６０】
なお、表３における最大腐食深さ、押出性および引張強さの各数値は試料２１（Ｍｎ，Ｃｕを添加せず）の数値で除し規格化したものである。特に、押出性については１．５より小さい場合は○印、１．５以上２．０未満の場合は△印、２．０以上の場合は×印で示した。
【００６１】
【表３】
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【００６２】
表３より、熱交換器用アルミニウム合金押出チューブに使用されるＡｌ−Ｓｉ系合金からなる押出材は、Ａｌ−Ｓｉ合金にＭｎの添加量を０．０５％以上１．２０％以下としたとき、押出性を損なうことなく、引張強さ（室温強度を表す指標）を向上させることができることが分かる。また、Ｃｕの添加量を０．０５％以上０．２０％以下としたとき、押出性や最大腐食深さ（耐局部腐食性を表す指標）を損なうことなく、引張強さ（室温強度を表す指標）を向上させることができることが分かる。
【００６３】
Ｍｎは、その含有量が０．０５％未満では上記効果が十分でなく、１．２０％を越えると押出性が低下するので芳しくない。Ｃｕは、その含有量が０．０５％未満では上記効果が十分ではなく、０．２０％を越えると最大腐食深さが大きくなり、押出性も低下することから芳しくない。
【００６４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した作用・効果が損なわれない範囲で、従来から耐腐食性を改善する効果が確認されている元素、すなわち、ＦｅやＺｎが含まれていてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る熱交換器用アルミニウム合金押出チューブは、押出チューブを構成する押出材の肉厚が薄い場合でも成形時の押出性に優れ、かつ、十分な材料強度を有すると共に、低濃度亜鉛拡散層の耐局部腐食性に優れた合金からなるので、良好な耐食性を備えながら押出チューブの軽量化を一層図ることができる。
【００６６】
このように、本発明に係る押出チューブは従来に比べて薄肉化を図っても十分にその機能を維持できるので、これを搭載することにより従来より更に一層の軽量化を図れる熱交換器の提供が可能となる。
【００６７】
上記効果を備えた熱交換器ならば、これを搭載してなる自動車などの燃費向上に寄与すると共に、長期使用時における耐久性も改善されるので長期信頼性の向上にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】押出チューブの一例を示す斜視図である。
【図２】熱交換器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  チューブ（Ａｌ合金押出材）、
２  フィン、
３  冷媒通路穴、
４  ヘッダーパイプ。
【図１】
2004244696.tif 000006
【図２】
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