(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｍｎ：０．８〜１．３％、Ｓｉ：０．８超〜１．２％、Ｃｕ：０．０３〜０．０９％、Ｔｉ：０．１５〜０．２０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンク。
【請求項２】
Ｍｎ：０．８〜１．３％、Ｓｉ：０．８超〜１．２％、Ｃｕ：０．０３〜０．０９％、Ｔｉ：０．１５〜０．２０％、Ｚｒ：０．０１〜０．０５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなることを特徴とする熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンク。
【請求項３】
請求項１または２記載の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクにおいて、少なくともチューブを差し込むためのスロットが設けられた外表面にＳｉ：１５〜３０％、Ｚｎ：２〜１０％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材粉末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てなることを特徴とする熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク。
【請求項４】
Ｍｎ：０．１〜０．２％、Ｃｕ：０．４〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有する熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを、請求項１もしくは２記載の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクまたは請求項３記載の熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクに差し込んだ構造を有する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】
この発明は、アルミニウム合金押出管からなる熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクおよびこのヘッダータンクを用いた熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、熱交換器は、図３に示されるように、ヘッダータンク５、５と、そのヘッダータンク５、５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波形のフィン６とで構成されている。そして各チューブ１の内部空間とヘッダータンク５の内部空間を連通させ、ヘッダータンク５の内部空間と各チューブ１の内部空間に冷媒を循環させ、前記フィン６を介して効率良く熱交換ができるようになっている。
【０００３】
この熱交換器を製造するには、まず、図１の斜視図に示されるような側面に複数のスロット７を設けたアルミニウム合金押出管３の表面にろう材組成物を塗布することによりろう材組成物層２を形成したろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク５５を作製し、この側面に複数のスロット７を設けたろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク５５をスロット７が対向するように平行に間隔を空けて固定し、この固定されたろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク５５の複数のスロット７に複数の冷媒通路穴（図示せず）を有するろう材を塗布したアルミニウム合金押出チューブ１を差し込み、このろう材を塗布したアルミニウム合金押出チューブ１の間に波形のフィン６を配置して組み立て、得られた組立体を加熱炉に装入して加熱する。
【０００４】
かかる加熱を行なうと、アルミニウム合金押出チューブ１の表面に塗布したろう材によりチューブ１と１の間に波形のフィン６がろう付けされて固定され、一方、ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク５５のろう材組成物層２に含まれるろう材によりヘッダータンク５とチューブ１がろう付け固定され、熱交換器が作られる。図４は、このようにして造られた熱交換器の一部断面図である。
【０００５】
ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク５５は、例えば、図１の斜視図に示されるような断面四角形状のアルミニウム合金押出管３を使用し、その表面にろう材組成物を塗布してろう材組成物層２を形成しているが、ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクとして図２に示されるような断面円形のアルミニウム合金押出管４の表面にろう材組成物層２を形成したろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク５５´を用いることもできる。
【０００６】
前記ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク５５を構成する断面四角形のアルミニウム合金押出管３およびろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク５５´を構成する断面円形のアルミニウム合金押出管４は、いずれも押出加工性と強度に優れたＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金にＣｕを０．３〜０．５％添加した合金が用いられており、さらにアルミニウム合金押出チューブ１にも押出加工性の優れたＪＩＳ１０５０が用いられている。
前記ろう材組成物層２に含まれるろう材粉末としては、Ｓｉ粉末、Ｓｉ：１５〜３０％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｓｉ系合金粉末、またはＳｉ：１５〜３０％、Ｚｎ：２〜１０％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金粉末が使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかるアルミニウム合金押出ヘッダータンク、チューブおよびろう材を用いて製造した従来の熱交換器は、確かに耐食性に優れるものの、実環境で使用する場合、まだ耐食性は不十分であり、さらに一層の耐食性を有し、使用寿命の長い熱交換器が求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、さらに一層耐食性を向上させ、使用寿命の長い熱交換器を製造すべく研究を行なった。その結果、
（ａ）従来の熱交換器、特に自動車用熱交換器におけるチューブは、フィンが犠牲陽極となって防食することができるが、ヘッダータンク近傍のチューブには図４に示されるように犠牲陽極となるフィンが取り付けられてはおらず、ヘッダータンク近傍ではろう材部の最も卑な部分から腐食し、次にチューブが腐食し、最後にヘッダータンクが腐食するという腐食形態となっており、かかる腐食形態をとる従来の熱交換器においては、ヘッダータンク近傍では最も過酷な腐食環境下にある肉厚の薄いチューブが先に腐食して冷媒漏れが発生し、使用寿命が短くなる原因の一つとなっている、
（ｂ）そこで、ヘッダータンクをチューブよりも卑なる成分組成のアルミニウム合金押出管を使用し、それによってヘッダータンクに犠牲陽極作用の役割を担わせ、最も過酷な腐食環境下に置かれているチューブの耐食性を一層向上させると、ヘッダータンクの肉厚はチューブに比べて格段に大きいところから、ヘッダータンクに腐蝕が生じても長期間冷媒漏れが生じることはなく、熱交換器全体の耐食性が一層向上し、使用寿命がより一層伸びる、
（ｃ）前記（ｂ）の条件を満たすために、Ｍｎ：０．８〜１．３％、Ｓｉ：０．８超〜１．２％、Ｃｕ：０．０３〜０．０９％、Ｔｉ：０．１５〜０．２０％を含有し、必要に応じて、Ｚｒ：０．０１〜０．０５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管をヘッダータンクとし、ヘッダータンクに塗布するろう材粉末をＳｉ：１５〜３０％、Ｚｎ：２〜１０％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材粉末とし、さらにＭｎ：０．１〜０．２％、Ｃｕ：０．４〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金押出管をチューブとして使用した熱交換器で耐食性テストを行なった結果、これらを組み合わせた熱交換器は、ヘッダータンク表面のろう材部が最初に腐食し、次にヘッダータンクが腐食し、最後にチューブが腐食するようになり、この組み合わせの熱交換器はヘッダータンクがチューブよりも先に腐食してもヘッダータンクの肉厚はチューブの肉厚よりも格段に厚いので腐食に長期間耐えることができ、熱交換器の寿命が一層向上する、という研究結果が得られたのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｍｎ：０．８〜１．３％、Ｓｉ：０．８超〜１．２％、Ｃｕ：０．０３〜０．０９％、Ｔｉ：０．１５〜０．２０％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなる熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンク、
（２）Ｍｎ：０．８〜１．３％、Ｓｉ：０．８超〜１．２％、Ｃｕ：０．０３〜０．０９％、Ｔｉ：０．１５〜０．２０％、Ｚｒ：０．０１〜０．０５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金押出管からなる熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンク、
（３）前記（１）または（２）記載の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクにおいて、少なくともチューブを差し込むためのスロットが設けられた外表面にＳｉ：１５〜３０％、Ｚｎ：２〜１０％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材粉末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てなる熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク、
（４）Ｍｎ：０．１〜０．２％、Ｃｕ：０．４〜０．５％を含有し、残りがＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有する熱交換器用アルミニウム合金押出チューブを、前記（１）もしくは（２）記載の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクまたは前記（３）記載の熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクに差し込んだ構造を有する熱交換器、
に特徴を有するものである。
【００１０】
この発明の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクの外表面に塗布されるろう材組成物層は、前記ろう材粉末と共にフッ化物系フラックス（例えば、ＬｉＦ，ＫＦ，ＣａＦ2，ＡｌＦ3，ＳｉＦ4などの弗化物、さらに前記弗化物の錯化合物であるＫＡｌＦ4，ＫＡｌＦ5など）、バインダ樹脂および溶剤と共に混合してスラリー状ペーストを作製し、これを塗布することにより形成することができる。
【００１１】
次に、この発明の熱交換器用アルミニウム合金押出チューブおよびヘッダータンクを構成するアルミニウム合金押出管およびろう材の成分組成を前記の如く限定した理由を説明する。
【００１２】
Ａ．ヘッダータンクの成分組成
Ｍｎ：
Ｍｎは金属間化合物として素地に晶出または析出し、ろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が０．８％未満では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｍｎを１．３％より多く含有させると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物として素地中に分散し、高温での変形抵抗を大きくするために押出性を著しく低下させて生産性を阻害するので好ましくない。したがって、ヘッダータンクに含まれるＭｎは０．８〜１．３％に定めた。Ｍｎ含有量の一層好ましい範囲は１．１〜１．３％である。
【００１３】
Ｓｉ：
Ｓｉを多く固溶させることで電位を貴にし、ろう材部を優先的に腐食させることで深い孔食の発生を抑制させ、またろう付け性を向上させると共に良好な接合部を形成してろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が０．８％以下では所望の効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｓｉを１．２％より多く含有させると、合金の融点を低下させてろう付け時の過剰な溶融を招き、さらに押出性を低下させると共にヘッダータンクの電位がチューブに対して貴になり、チューブの耐食性を阻害するので好ましくない。したがって、Ｓｉは０．８超〜１．２％に定めた。Ｓｉ含有量の一層好ましい範囲は０．９〜１．１％である。
【００１４】
Ｃｕ：
Ｃｕは電位を貴にし、さらに素地に固溶してろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が０．０３％未満では強度向上効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｃｕを０．０９％より多く含有させると、電位が貴になりチューブの耐食性を阻害するので好ましくない。したがってＣｕの含有量は０．０３〜０．０９％に定めた。Ｃｕ含有量の一層好ましい範囲は０．０３〜０．０６％である。
【００１５】
Ｔｉ：
Ｔｉは押出成形時に素地中に層状に分布し、Ｔｉ濃度が低い部分は高い部分に比べて電位が卑になるため優先的に腐食が進行し、腐食形態が層状となり、深い孔食の発生が抑制されるために耐食性が向上し、また金属間化合物として晶出または析出して強度を向上させる作用を有するので添加するが、その含有量が０．１５％未満では所望の効果が得られず、一方、０．２０％を越えて含有すると、巨大な金属間化合物が生成しやすくなるために押出加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ｔｉ：０．１５〜０．２０％（一層好ましくは０．１６〜０．１８％）に定めた。
【００１６】
Ｚｒ：
Ｚｒはろう付け時に発生する結晶粒を偏平にし、腐食形態を層状にし、耐食性を向上させるとともに、金属間化合物として晶出または析出して強度を向上させる作用を有するので必要に応じて添加するが、その含有量が０．０１％未満では所望の効果が得られず、一方、０．０５％を越えて含有すると、巨大な金属間化合物が生成しやすくなるために押出加工性が低下するので好ましくない。したがって、Ｚｒ：０．０１〜０．０５％に定めた。
【００１７】
Ｂ．ろう材組成物に含まれるろう材粉末の成分組成
Ｓｉ：
Ｓｉはヘッダータンクに拡散し、液相ろうを形成する作用を有するが、その含有量が１５％未満では液相ろうの不足によるろう付け不良となるので好ましくなく、一方、Ｓｉを３０％より多く含有させると、ヘッダータンクの著しいエロージョン発生が起こるので好ましくない。したがって、Ｓｉは１５〜３０％に定めた。Ｓｉ含有量の一層好ましい範囲は２０〜２８％である。
【００１８】
Ｚｎ：
Ｚｎは、ヘッダータンクに拡散して犠牲陽極層を形成するが、その含有量が２％未満では犠牲陽極層の効果が低下するので好ましくなく、一方、１０％を越えて含有すると、チューブとヘッダータンクの接合部におけるフィレット耐食性が低下するので好ましくない。したがって、Ｚｎ：２〜１０％に定めた。Ｚｎ含有量の一層好ましい範囲は３〜７％である。
【００１９】
Ｃ：チューブの成分組成
Ｍｎ：
Ｍｎは金属間化合物として素地に晶出または析出し、ろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が０．１％未満では十分な強度が得られないので好ましくなく、一方、Ｍｎを０．２％より多く含有させると、粗大なＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物として素地中に分散し、高温での変形抵抗を大きくするために押出性を著しく低下させて生産性を阻害するので好ましくない。したがって、ヘッダータンクに含まれるＭｎは０．１〜０．２％に定めた。
【００２０】
Ｃｕ：
Ｃｕは電位を貴にし、さらに素地に固溶してろう付け後の強度を向上させる作用を有するが、その含有量が０．４％未満では強度向上効果が得られないので好ましくなく、一方、Ｃｕを０．５％より多く含有させると、粒界腐食によりチューブの耐食性を阻害するので好ましくない。したがって、Ｃｕは０．４〜０．５％に定めた。
【００２１】
【発明の実施の形態】
Ａｌ合金を溶解し鋳造してビレットを作製し、これらビレットを押出し加工して幅：２２ｍｍ、高さ：１６ｍｍ、厚さ：１．６ｍｍの寸法を有し角型押出し中空パイプを作製し、これら角型押出し中空パイプの側面に幅：１６．１ｍｍ、厚さ：２．１ｍｍの寸法を有するスロットを形成することにより表１に示される成分組成のヘッダータンクａ〜ｌを製造した。
なお、表１において＊印をつけて示したヘッダータンクｊ〜ｋはこの発明の条件から外れている成分組成を有する中空パイプからなり、ヘッダータンクｌは米国特許第４，８２８，７９４号明細書に示された従来の中空パイプからなり、これら中空パイプの引張り強さ、耐力及び伸びを測定し、この測定値を表１に示すことによりヘッダータンクの強度を評価した。
【００２２】
【表１】
0004573150.tif 000002
【００２３】
さらに、ろう材粉末として、平均粒径：２０μｍを有し、表２に示される成分組成のＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金粉末を用意し、さらにフラックスとしてＫＡｌＦ4粉末、溶剤としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、バインダーとしてアクリル系樹脂バインダーを用意し、前記用意したろう材粉末、フラックス、溶剤およびバインダーを、ろう材粉末：ＫＡｌＦ4粉末：アクリル系樹脂バインダー：イソプロアルコール（ＩＰＡ）＝１００：２５：１４：１００の質量比となるように配合し混合することにより表２に示される質量％のスラリーペースト状のろう材組成物Ａ〜Ｅを作製した。
【００２４】
【表２】
0004573150.tif 000003
【００２５】
さらに、Ａｌ合金を溶解し鋳造してビレットを作製し、これらビレットを通常の条件で均質化処理したのち押出加工することにより８個の冷媒通路穴を有し、幅：１６ｍｍ、厚さ：２ｍｍ、肉厚：０．３５ｍｍの寸法を有し、表３に示される成分組成を有する偏平押出管を作製し、これをチューブＸ〜Ｙとした。
【００２６】
【表３】
0004573150.tif 000004
【００２７】
さらに、ＪＩＳ３００３にＺｎ：１．５％を含有させた組成を有する圧延板から幅：１６ｍｍ、厚さ：０．０８ｍｍを有するコルゲートフィンを作製し用意した。
【００２８】
表１に示される成分組成のヘッダータンクに表２に示される成分組成のろう材粉末を含むスラリー状ペーストのろう材組成物をろう材粉末換算で１００ｇ／ｍ2塗布してろう材組成物層を有するろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクを作製し、これらろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクのスロットに表３に示される成分組成のチューブＸ〜Ｙを装入し、さらにチューブとチューブの間に前記コルゲートフィンを挿入して窒素雰囲気中、温度：６００℃、３分間保持の条件で加熱することにより図３に示される構造の発明熱交換器１〜１３、比較熱交換器１〜５および従来熱交換器を作製した。
【００２９】
このようにして得られた図３に示される本発明熱交換器１〜１３、比較熱交換器１〜５および従来熱交換器の耐食性を評価するために、これら熱交換器を１５００時間のＣＡＳＳ試験を行い、熱交換器のヘッダータンク近傍のチューブおよびヘッダータンク、並びにチューブとヘッダータンクの接合部の腐食程度を観察し、貫通孔発生を×、深い孔食（厚さの１／２以上）発生を△、浅い孔食（厚さの１／２未満）発生を○、極浅い孔食（厚さの１／３未満）発生を◎としてその結果を表４〜５に示した。
【００３０】
【表４】
0004573150.tif 000005
【００３１】
【表５】
0004573150.tif 000006
【００３２】
【発明の効果】
表１に示される結果から、この発明に用いられるヘッダータンクａ〜ｉは従来のヘッダータンクｌよりも優れた強度を有することが分かり、さらに表１〜５に示される結果から、本発明熱交換器１〜１３はヘッダータンク近傍のチューブ、ヘッダータンク、チューブとヘッダータンクの接合部の腐食程度は◎または○の評価が得られたが、従来熱交換器および比較熱交換器１〜５のヘッダータンク近傍のチューブ、ヘッダータンク、チューブとヘッダータンクの接合部の腐食程度はいずれかに△または×が含まれているところから、耐食性に劣ることが分かる。
【００３３】
上述のように、この発明は、従来とほぼ同等の強度及び伸びを有する熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクを提供し、さらにこのヘッダータンクを所定のチューブ及びろう材と組み合わせることにより耐食性に優れた熱交換器を提供することができ、工業上有用な効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の熱交換器用アルミニウム合金押出ヘッダータンクの斜視図である。
【図２】この発明の熱交換器用ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンクの斜視図である。
【図３】従来の熱交換器の斜視図である。
【図４】従来の熱交換器のヘッダータンクとチューブの接合部分近傍の断面図である。
【符号の説明】
１  チューブ
２  ろう材組成物層
３  押出管
４  押出管
５  ヘッダータンク
６  フィン
７  スロット
５５  ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク
５５´  ろう材被覆アルミニウム合金押出ヘッダータンク
【図１】
0004573150.tif 000007
【図２】
0004573150.tif 000008
【図３】
0004573150.tif 000009
【図４】
0004573150.tif 000010