(57)【要約】【課題】腐食を考慮した環境に長時間曝露されてもフィンがチューブから外れることがない継手、及びそれを用いることでフィン材を薄肉化した高性能小型の熱交換器、それらの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】アルミニウム合金から形成されコルゲート加工されたフィン４と、アルミニウム合金から形成され冷媒を通すチューブ３とを接合する継手であって、Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材から形成され、フィン４とチューブ３の接触境界部には、前記ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａが存在しない接合領域Ｄを有するフィレット５が設けられ、フィン４のコルゲート形状断面におけるフィン４長手方向において、接合領域Ｄの長さｄが、０．０１ｍｍ≦ｄ≦２ｍｍの範囲であることを特徴とする。【選択図】図３
2009082971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金から形成されコルゲート加工されたフィンと、アルミニウム合金から形成され冷媒を通すチューブと、を接合する継手であって、
Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材からなり、前記フィンと前記チューブの接合部に形成され、前記フィンと前記チューブの境界部には、前記ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域を有するフィレットが設けられ、
前記フィンのコルゲート形状断面における前記フィン長手方向において、前記接合領域の長さが０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器用の継手。
【請求項２】
前記フィンのコルゲート形状は、サインカーブからなることを特徴とする請求項１記載の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器用の継手。
【請求項３】
請求項１または２に記載の継手を備え、前記フィンと前記チューブとを前記フィレットによって接合してなることを特徴とする耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器。
【請求項４】
アルミニウム合金をコルゲート加工したフィンと、アルミニウム合金によって形成した冷媒を通すチューブとを接合する継手の製造方法であって、
Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材を用いて、５７７℃以上のろう付温度で前記フィンと前記チューブを接合するろう付け工程と、
前記ろう付け温度の極大値から５７７℃まで冷却する冷却時間が、０．５分間以上１０分間以下の範囲からなる第１冷却工程とを有し、
前記フィンと前記チューブの境界部に、前記ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域を有するフィレットを設け、前記フィンのコルゲート形状断面における前記フィン長手方向において、前記接合領域の長さが０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲に形成することを特徴とする耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法。
【請求項５】
前記第1冷却工程の後、５７７℃から５５０℃まで冷却する第２冷却工程を有し、
前記第２冷却工程の冷却時間を０．５分間以上１０分間以下とすることを特徴とする請求項４記載の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法。
【請求項６】
前記フィンの材料として、圧延板の両面に前記ろう材をクラッドしたブレージングシートを用い、前記チューブの材料として、押出多穴管を用いることを特徴とする請求項４または５に記載の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法。
【請求項７】
前記フィンの材料としてろう材等をクラッドしていない裸の圧延板を用い、前記チューブの材料として、圧延板の片面或いは両面に前記ろう材をクラッドしたブレージングシートを、前記ろう材が前記チューブの外側になるように造管して用いることを特徴とする請求項４または５に記載の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法。
【請求項８】
前記フィンの材料としてろう材等をクラッドしていない裸の圧延板を用い、前記チューブの材料として、表面にろう付用組成物を塗布した押出多穴管を用い、前記ろう付組成物として、Ｓｉ粉と、フラックスと、バインダの混合物を用いることを特徴とする請求項４または５に記載の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法。
【請求項９】
請求項４〜８に記載の継手の製造方法を備え、前記フィンと前記チューブとを前記フィレットによって接合することを特徴とする耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にろう付けで組み立てられるアルミニウム合金製熱交換器に関し、特に、フィンとチューブ間の継手の耐食性に優れた製品を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に用いられるアルミニウム製熱交換器は、断面を波型にコルゲート加工されたフィン材と、冷媒を通すチューブ材とをろう付にて接合して組立てられる。
フィン材としては、最近の実績では０．０５〜０．２ｍｍｔのアルミニウム素材が用いられ、接合する相手材との組合せに応じて、ろう材を貼り合せたブレージングシートか、あるいはろう材を貼り合わせない裸材が選択される。
チューブ材としては、カーエアコンのコンデンサには押出多穴管や、ろう材を予め表面に貼り合わせた板を管状に成形加工したブレージングシート管が用いられ、ラジエータには主に高周波電縫溶接管などのブレージングシート成形管が用いられる。
【０００３】
図４に示す如く、これらのフィン１２とチューブ１３とを治具で組付け、露点・酸素濃度など所定の環境が整ったろう付炉にて、ろう付温度まで加熱処理して熱交換器を組立てると、フィン１２とチューブ１３の接合部に継手１１が形成される。
継手１１はフィレット１４と呼ばれるろう材の組織からなり、フィレット１４の中央部には腐食されやすいＡｌ−Ｓｉ共晶組織１５が形成される。
組み立てられた熱交換器は、その使用環境と要求性能の関係から、通路としてのチューブ１３内の熱交換媒体（エアコンは冷媒、ラジエータは冷却水など）が外部に漏れるのを防止するため、塩害等外部環境からの腐食進行も防止せねばならず、その目的のために、フィン材を犠牲陽極に見立てた成分にしてチューブ材を保護するのが通常であった。
【０００４】
最近の傾向として、コストダウンの見地から素材薄肉化の要求が高まり、フィン材が薄肉化されるに伴い、フィン１２への熱伝導・熱拡散も熱交換器にとって重要な要素になりつつある。即ちフィン材のろう付け時のエロージョンを抑制して、フィレット部周辺でのフィン潰れを防ぐ素材開発が進められている。例えば、特許文献１では、フィン材の厚さ方向と垂直な面の結晶粒を粗大で扁平な形状に制御してエロージョンを抑制し、高強度と良好なフィレット形成の両立を図っている。また、特許文献２では、フィン材の素材の成分により、ろう付け後に高い強度を得、かつエロージョンを抑制し、自己耐食性に優れたフィン材とそれを適用した熱交換器が記載されている。       
【特許文献１】特許第３８７６５０５号公報
【特許文献２】特開２００６−２４９４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、腐食環境に置かれてフィンがチューブから外れることを防ぐためには、フィン／チューブの接合部フィレットを大きくせねばならず、ろうのフィン母材侵食（エロージョン）とのバランスを考慮すると、比較的厚肉のフィン材の使用を余儀なくされてコストアップを招く問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フィン／チューブの接合部の耐食性を向上させて、腐食を考慮した環境に長時間曝露されてもフィンがチューブから外れることがない継手、及びそれを用いることでフィン材を薄肉化した高性能小型の熱交換器、それらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記課題を解決するため、フィン／チューブのフィレット部の形状とその具体的形成方法に関して鋭意調査を行なったところ、フィン／チューブの接触境界部において、ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域を設けることでフィレット部の耐食性が向上することを見出した。
また、それらのアルミニウム合金フィンとアルミニウム合金チューブをろう付するろう付過程で、５７７℃以上のろう付温度保持後、所定の温度範囲で所定の時間からなる冷却工程を設けることで、耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器のフィンとチューブの継手が得られることを見出した。
すなわち、本発明は以下の構成となる。
【０００８】
（１）本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器用の継手は、アルミニウム合金から形成されコルゲート加工されたフィンと、アルミニウム合金から形成され冷媒を通すチューブと、を接合する継手であって、Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材からなり、前記フィンと前記チューブの接合部に形成され、前記フィンと前記チューブの境界部には、前記ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域を有するフィレットが設けられ、前記フィンのコルゲート形状断面における前記フィン長手方向において、前記接合領域の長さが０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする。
（２）また、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器用の継手においては、前記フィンのコルゲート形状は、サインカーブからなることが好ましい。
（３）また、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器は、（１）または（２）に記載の継手を備え、前記フィンと前記チューブとを前記フィレットによって接合してなることを特徴とする。
（４）本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法は、アルミニウム合金をコルゲート加工したフィンと、アルミニウム合金によって形成した冷媒を通すチューブとを接合する継手の製造方法であって、Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材を用いて、５７７℃以上のろう付温度で前記フィンと前記チューブを接合するろう付け工程と、前記ろう付け温度の極大値から５７７℃まで冷却する冷却時間が、０．５分間以上１０分間以下の範囲からなる第１冷却工程とを有し、前記フィンと前記チューブの境界部に前記ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域を設け、前記フィンのコルゲート形状断面における前記フィン長手方向において、前記接合領域の長さが０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲に形成することを特徴とする。
（５）また、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法においては、前記第1冷却工程の後、５７７℃から５５０℃まで冷却する第２冷却工程を有し、前記第２冷却工程の冷却時間を０．５分間以上１０分間以下とすることが好ましい。
（６）また、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法においては、前記フィンの材料として、圧延板の両面に前記ろう材をクラッドしたブレージングシートを用い、前記チューブの材料として、押出多穴管を用いることが好ましい。
（７）また、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法においては、前記フィンの材料としてろう材等をクラッドしていない裸の圧延板を用い、前記チューブの材料として、圧延板の片面或いは両面に前記ろう材をクラッドしたブレージングシートを、前記ろう材が前記チューブの外側になるように造管して用いることが好ましい。
（８）また、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法においては、前記フィンの材料としてろう材等をクラッドしていない裸の圧延板を用い、前記チューブの材料として、表面にろう付用組成物を塗布した押出多穴管を用い、前記ろう付組成物として、Ｓｉ粉と、フラックスと、バインダの混合物を用いることが好ましい。
（９）本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の製造方法は、（４）〜（８）に記載の継手の製造方法を備え、前記フィンと前記チューブとを前記フィレットによって接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器用の継手によれば、アルミニウム合金から形成されコルゲート加工されたフィンと、アルミニウム合金から形成され冷媒を通すチューブと、を接合する継手であって、Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材からなり、前記フィンと前記チューブの接合部に形成され、前記フィンと前記チューブの境界部には、前記ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域を有するフィレットが設けられ、前記フィンのコルゲート形状断面における前記フィン長手方向において、前記接合領域の長さが０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲であることで、フィン／チューブの接合領域の耐食性が向上するため、フィレットを小さくしてフィンを薄肉化することができ、腐食環境にあっても伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型の熱交換器が可能となる。
また、前記フィンのコルゲート形状は、サインカーブからなることで、フィンの上下方向の圧力に耐える力が大きくなる。
【００１０】
本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器によれば、上記の継手を備え、前記フィンと前記チューブとを前記フィレットによって接合してなることで、フィン／チューブの接合領域の耐食性が向上するため、フィレットを小さくしてフィンを薄肉化することができ、腐食環境にあっても熱交換器の伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型にすることができる。
【００１１】
本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法によれば、アルミニウム合金をコルゲート加工したフィンと、アルミニウム合金によって形成した冷媒を通すチューブとを接合する継手の製造方法であって、Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材を用いて、５７７℃以上のろう付温度で前記フィンと前記チューブを接合するろう付け工程と、前記ろう付け温度の極大値から５７７℃まで冷却する冷却時間が、０．５分間以上１０分間以下の範囲からなる第１冷却工程とを有することで、ろう材を緩やかに冷却できるため、フィンとチューブの接触境界部において、ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域を、フィンのコルゲート形状断面におけるフィン長手方向において、長さが０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲で形成することができる。
【００１２】
このようにすることで、フィン／チューブの接合領域の耐食性が向上し、フィレットを小さくしてフィンを薄肉化することができ、腐食環境にあっても伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型の熱交換器の製造を可能とする。
【００１３】
また、前記第1冷却工程の後、５７７℃から５５０℃まで冷却する第２冷却工程を有し、前記第２冷却工程の冷却時間を０．５分間以上１０分間以下とすることで、より緩やかにろう材を冷却することができるため、ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域を適切な範囲で形成しやすくなる。
【００１４】
前記フィンの材料として、圧延板の両面に前記ろう材をクラッドしたブレージングシートを用い、前記チューブの材料として、押出多穴管を用いることで、ろう付け工程を容易に行なうことができる。
また、前記フィンの材料としてろう材等をクラッドしていない裸の圧延板を用い、前記チューブの材料として、圧延板の片面或いは両面に前記ろう材をクラッドしたブレージングシートを、前記ろう材が前記チューブの外側になるように造管して用いることで、ろう付け工程を容易に行なうことができる。
また、前記フィンの材料としてろう材等をクラッドしていない裸の圧延板を用い、前記チューブの材料として、表面にろう付用組成物を塗布した押出多穴管を用い、前記ろう付組成物として、Ｓｉ粉と、フラックスと、バインダの混合物を用いることで、ろう付け工程を容易に行なうことができる。
【００１５】
本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の製造方法によれば、上記の継手の製造方法を備え、前記フィンと前記チューブとを前記フィレットによって接合することで、フィン／チューブの接合領域の耐食性が高くなるため、フィレットを小さくしてフィンを薄肉化することができ、腐食環境にあっても熱交換器の伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手（以下、継手と略す。）及びそれを用いた熱交換器、並びにそれらの製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
＜継手及び熱交換器＞
図１、２に示す熱交換器１は、離間して左右に配置されている一対のヘッダーパイプ２と、これらヘッダーパイプ２の間に互いに並行に間隔をあけて設けられたアルミニウム合金製の複数のチューブ３，…と、これら隣接するチューブ３，３の間に架設されるように設けられたアルミニウム合金製の波形のフィン４と、熱交換器１の上下に設けられたサイドサポート材３Ａ，３Ｂとから構成されている。
【００１８】
熱交換器１において、ヘッダーパイプ２とチューブ３は、ヘッダーパイプ２の側面に複数整列形成されたスロット（差込孔）に各チューブ３の端部が差し込まれ、差込部分の周りに配置したろう材を用いて両者が相互にろう付けされるとともに、チューブ３とフィン４も両者が相互にろう付けされることで組み立てられている。
【００１９】
フィン４のコルゲート形状は特に限定はなく、サインカーブからなることが好ましいが、矩形などでもよい。フィン４の厚さは、例えば０．０５〜０．２ｍｍｔ程度に形成すればよい。また、フィン材には両面にろう材を貼り合わせたクラッドシートを用いる場合もある。
【００２０】
チューブ３の形状は特に限定はなく、ヘッダーパイプ２の内部空間を介して冷媒を循環させ、フィン４を介して効率良く熱交換ができるように構成されていればよい。
例えば、断面が扁平型などに形成され、内部に複数形成された流通孔を備えた押出多穴管や、芯材（圧延板）の片面或いは両面にろう材と犠牲材を貼り合わせたブレージングシートを用いることができる。
また、押出多穴管からなるチューブ３には、ろう材を構成するＳｉ粉と、酸化皮膜除去及びまたはカバー効果のあるフッ化物系フラックスと、バインダとを混合して塗料化したろう付用組成物を、ろう付けに先立って予めチューブ３表面に塗布されていることが好ましい。このようにすることで、チューブ３の外面にろう材を有する構成となり、ろう付け工程を容易に行なうことができる。
【００２１】
［アルミニウム合金基材］
カーエアコンのコンデンサの場合、ヘッダーパイプ２、チューブ３は、例えばＳｉ、Ｍｎを含有し、残部がＡｌ及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の押出材から構成されている。なお、ヘッダーパイプ２をアルミニウム合金の押出材ではなく、板材やクラッド材（ブレージングシート：ろう材層を貼り合わせたアルミニウム合金シート材）からなる構成としても良く、クラッド材あるいはクラッド材と押出材との２ピース管あるいは３ピース管からなる構成としてもよい。
また、必要に応じてヘッダーの強度特性や耐食性等を向上させるための合金として、他の元素を添加してもよい。例えば、前記組成に加え、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎのうちの１種以上を更に必要に応じて含有する組成のアルミニウム合金からなる押出材とすることもできる。
フィン４とチューブ３の材料の組み合わせとして、好ましい例を表１に示す。
【００２２】
【表１】
2009082971.tif 000003
【００２３】
フィン４の材料としてブレージングシートを用いる場合、チューブ３の材料として押出多穴管を用いることができる（１）。このとき、ブレージングシートとして、両面にろう材をクラッドした圧延板を用いる。
また、フィン４の材料としてろう材等をクラッドしていない裸の圧延板（裸材）を用いる場合、チューブ３の材料として、ブレージングシート（２）、またはろう付用組成物が塗布された押出多穴管（３）を用いることが好ましい。
チューブ３がブレージングシートの場合、片面或いは両面にろう材合金をクラッドした圧延板を用い、造管した際にろう材面が外側になるようにして用いる。チューブ３が押出多穴管の場合、後述するろう付用組成物をチューブ３表面に塗布して用いる。
【００２４】
［継手］
継手１Ａは、図３に示す如く、フィン４とチューブ３の接合部に形成される。フィン４とチューブ３の接合には、図３（ａ）に示す如く、予めＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材４ａを芯材４ｂの外側表面に貼り合わされたフィン材４がチューブ３間に仮組みされ、図３（ｂ）に示す如く、ろう付工程によって融解したろう材４ａが下方のチューブ３側に移動して固まることで、フィン４とチューブ３の境界部を埋めるように形成されたフィレット５を備えている。
【００２５】
（フィレット）
フィレット５は、図３（ｃ）に示す如く、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織５ａと、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しないα相（非Ａｌ−Ｓｉ共晶組織）５ｂとからなる。フィレット５とチューブ３の接合部分において、フィン４の屈曲部付近でＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａが存在しない接合領域Ｄの、フィン４長手方向（チューブ３の長さ方向）に沿った長さｄを、０．０１ｍｍ≦ｄ≦２ｍｍの範囲とする。
このようなフィレット５を形成することで、フィン４／チューブ３の継手の耐食性が向上するため、フィレット５を適度の大きさに抑えられ、腐食環境にあっても伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型の熱交換器１の提供が可能となる。
長さｄが０．０１ｍｍ未満であると、フィン４／チューブ３間のフィレット５のＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａの腐食が進んだ場合、フィン４とチューブ３の接合の維持が困難である。また、長さｄが２ｍｍを超えると、フィン４の山／谷形状との関係でフィレット５が過剰に大きくなり、ろうのフィンへの侵食が過大となりやすく、好ましいフィン４とチューブ３間の形状を維持するフィレット５が得られない。
【００２６】
熱交換器１のろう付は、その実体を約５８０から６００℃に加熱保持して行なわれるのが通常で、ろう材としてはブレージングシートフィンなどの皮材や、最近開発が進んでいる粉末ろう材などのろう付用組成物で供給される。フィン材がブレージングシートあるいは裸材のいずれであっても、コルゲート加工されたフィン４の山の頂部とチューブ３、及びフィン４の谷の底部とチューブ３とは何れかの形態で供給されたろう材が溶融し凝固したフィレット５による継手１Ａが形成される。
【００２７】
［犠牲層］
ろう付け工程において、チューブ３の外側には犠牲層が形成される。犠牲層は、隣接しているＺｎを含有するフィン材から、ろう付加熱を経てフィン４中のＺｎの一部がチューブ３外表面に移動して形成されるか、或いはチューブ３外表面に塗布されたろう付組成物中のフッ化物系フラックス（例えばＺｎＦ２、ＫＺｎＦ３）中のＺｎがろう付加熱を経て、置換還元されてチューブ３表面に析出して、肉厚方向に一定量拡散して形成される。
【００２８】
［Ａｌ−Ｓｉ共晶組織］
ろう材からなるフィレット５のＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａは、元来電気化学的腐食上の電位が低く優先腐食される傾向にある。さらに、フィン材に犠牲陽極効果を有するようにＺｎ，Ｉｎ，及びＳｎ等を含有してあれば、そのＺｎ等フィン材に含まれる元素の一部がフィレット５のＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａに濃縮される。また、フラックス粉末にＺｎ等の化合物を含有してろう付を通じて還元したＺｎ等元素を母材に拡散させて犠牲陽極効果をもたらす手法や、Ｚｎ等を含有するフラックスにろうを形成する粉末（ＳｉあるいはＡｌ−Ｓｉ粉末）を加えてろう付後に前記同様に犠牲陽極効果をもたらす手法においても、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織５ａにＺｎ等が濃縮されることはある程度は避けられない。
【００２９】
本発明に係る継手１Ａは、フィレット５において、この耐食性に劣るＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａがフィン屈曲部付近の接合領域Ｄから排除されていることによって、接合領域Ｄの耐食性が向上するため、フィレット５を小さくしてフィン４を薄肉化することができ、腐食環境にあっても伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型の熱交換器１が可能となる。
【００３０】
［ろう付用組成物］
熱交換器１のろう材に供されるろう付用組成物は、アルミニウム合金基材の一面に塗布するものであり、Ｓｉ粉末と、フッ化物系フラックスと、バインダの混合物を用いることが好ましい。
以下に、ろう付用組成物の成分組成について詳述する。
【００３１】
「Ｓｉ粉末」
Ｓｉ粉末は、後述するフッ化物系フラックス及びバインダとともにろう付用組成物をなし、Ｓｉ及び不可避的不純物からなる粉末ろうであり、ろう付時にアルミニウム合金基材内部に拡散することによってろうを形成する。
Ｓｉ粉末の粒径（平均粒径）は、１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
Ｓｉ粉末の粒径が１μｍ未満では、Ｓｉ粉末粒子の表面積が増大するために酸化膜が極大となり、ろう付性改善のために後述するフッ化物系フラックス配合量を増量する必要があり、製造コストが上昇してしまう。
Ｓｉ粉末の粒径が２０μｍを超えると、組み付け時のフィン４／チューブ３間の初期隙間が大きくなる上、アルミ合金チューブ材のエロージョンが大きくなり、それによってチューブ３の壁厚が減少して耐食寿命を縮める虞がある。
【００３２】
「フッ化物系フラックス」
フッ化物系フラックスは、アルミニウムのろう付を行なう際に、ろう付加熱により溶融し、アルミニウム合金材及びSi粉末の表面酸化被膜を破壊して、ろう付を可能にする。
フッ化物系フラックスは、Si粉末及び後述するバインダーとともに配合されてろう付組成物を構成する Ｋ１−３ＡｌＦ４−６、及びＫＺｎＦ３等が代表的である。前者の具体例としてＫＡｌＦ４、Ｋ２ＡｌＦ５・Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＡｌＦ５など、所謂ノコロックフラックスがあげられるが、ろう付性向上を考慮してＫ２ＳｉＦ６などを併用してもよい。
【００３３】
フッ化物系フラックスは、その成分組成の全粒子の粒径が１０μｍ以下であることが好ましい。フッ化物系フラックスの全粒子の粒径を１０μｍ以下とすることにより、ろう付性を向上することができる。
フッ化物系フラックスの粒径が１０μｍを超えると、複数のチューブ３を整列してなるラジエータやコンデンサ等の熱交換器を組み付ける際、チューブ３とフィン４の接合部に、粒径の大きなフッ化物系フラックスが介在して組み付けられた状態となる。この状態で加熱ろう付処理を行った場合、前述のＳｉ粉末と同様に、粒径の大きなフッ化物系フラックスが溶解することにより、チューブ３とフィン４の間が縮寸してろう付される。チューブ３及びフィン４を、例えば数１０段重ねて組み付けた場合には、各接合部における縮寸が積算され、ラジエータやコンデンサのコア内の寸法が数ｍｍ単位で大きくずれてしまい、ろう付不良を起こす虞がある。
なお、通常使用するフッ化物系フラックスの粒径の下限は０．１μｍである。
【００３４】
ろう材層（ろう付用組成物）中におけるフッ化物系フラックスの添加量は、重量比で、Ｓｉ粉末：フッ化物系フラックス＝１：１０〜５：１０の範囲であることが好ましい。
フッ化物系フラックスを、上述した範囲の上限を超えて添加しても、ろう付性向上効果は飽和してしまう。また、上述した範囲の下限を下回る添加量では、アルミニウム合金基材やＳｉ粉末の酸化膜を破壊する効果が不十分となる。
【００３５】
「バインダ」
ろう材層を形成するろう付用組成物に配合されるバインダとしては、アクリル系樹脂等からなるバインダを用いることができる。
【００３６】
また、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器１は、上記のようなフィレット５を備え、フィン４とチューブ３とをフィレット５によって接合してなることで、フィレット５を小さくしてフィン４を薄肉化することができ、腐食環境にあっても熱交換器１の伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型にすることができる。
続いて、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法、及びそれを供えた熱交換器の製造方法について説明する。
【００３７】
＜継手及び熱交換器の製造方法＞
本実施形態に係る耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手（以下、継手と略す。）の製造方法は、アルミニウム合金をコルゲート加工したフィン４を、アルミニウム合金によって形成した冷媒を通すチューブ３間に配置して接合する仮組み工程と、加熱によりろう材４ａを融解させてフィン４とチューブ３とをろう付けするろう付け工程と、融解したろう材を冷却により凝固させる冷却工程とから概略構成されている。
【００３８】
「仮組み工程」
仮組み工程では、図３（ａ）に示す如く、予めＡｌ−Ｓｉ系合金ろう付用組成物からなるろう材４ａを芯材４ｂの両面に貼り合せたフィン４を、チューブ３間に仮組みする。
【００３９】
「ろう付け工程」
ろう付け工程では、仮組みしたフィン４とチューブ３を５７７℃以上のろう付温度で加熱することで、フィン４の両面に貼り合わせたろう材４ａが融解し、表面張力によりチューブ３とフィン４の接点に集まり、図３（ｂ）に示す如く、フィレット５を生成する。
フィレット５中のＳｉは均一に分散しているのではなく、ミクロ的には濃度にばらつきがあり、ここでＳｉがある濃度範囲にあると、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織５ａを生じる。
通常のろう付用Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を使用してフィレット５を形成すると、フィレット５はＡｌ中にＳｉが固溶したα相５ｂと、Ａｌに固溶しなかったＳｉ主体の共晶相の組織からなるＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａを生じる。
本発明では、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織５ａの耐食性が悪く、この組織が接合面に多くあると、優先的に腐食することでフィレット５の耐食性が低下することに着目し、フィレット５の組織をＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａとα相５ｂとに分けて考えて検討した。
フィレット５とチューブ３の接合面で、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織５ａの割合が少なければ、特にフィン４屈曲部付近の接合領域ＤにＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａがなければ、接合領域Ｄの耐食性を向上させることで、フィン４（フィレット５）とチューブ３の接合力が長く保持できる。
【００４０】
「第１冷却工程」
ろう付け工程の後、第１冷却工程においてろう付け温度の極大値から５７７℃まで冷却し、その冷却時間ｔ１を０．５分間≦ｔ１≦１０分間の範囲とする。
ｔ１＜０．５分間であると、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織５ａをフィン４／チューブ３のフィン屈曲部付近の接合領域Ｄから排除できない。また、ｔ１＞１０分間であると、ろうの侵食が過剰に進行し、ろう付された製品の形状・強度を損なう。
【００４１】
「第２冷却工程」
第１冷却工程の後、第２冷却工程において５７７℃から５５０℃まで冷却し、その冷却時間ｔ２を０．５分間≦ｔ２≦１０分間の範囲とすることが好ましい。
ｔ２＜０．５分間であると、フラックスを徐々に凝固させてフィレット５から排除しつつ、同時にフィレット５からＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａを排除しにくくなる。また、ｔ２＞１０分間であると、ろうの侵食が過剰に進行しやすくなる。
そのため、このように第２冷却工程を設けることで、より緩やかにろう材を冷却することができるので、ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａが存在しない接合領域Ｄを適切な範囲で形成しやすくなる。
このようにすることで、フィン４とチューブ３の境界部に、ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａが存在しない接合領域Ｄを備えたフィレット５を形成することができ、接合領域Ｄのフィン４長手方向の長さｄを、０．０１ｍｍ≦ｄ≦２ｍｍの範囲に形成することができる。
【００４２】
また、ろう付け工程に先立って、ろう材を構成するＳｉ粉と、酸化皮膜除去及びまたはカバー効果のあるフッ化物系フラックスと、バインダとを混合して塗料化し、予め前記チューブ表面に塗布することができる。このようにすることで、ろう付け工程を簡略して省力化・コストダウンが可能である。
【００４３】
さらに、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の製造方法は、上記の継手１Ａの製造方法を備え、フィン４とチューブ３とを耐食性に優れたフィレット５によって接合する。
このようにすることで、フィン４／チューブ３の接合部分の耐食性が高くなるため、フィレットを小さくしてフィンを薄肉化することができ、腐食環境にあっても熱交換器の伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型にすることができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の継手の製造方法及び熱交換器の製造方法によれば、このように冷却工程を設けることでろう材を緩やかに冷却できるため、継手１Ａは、フィレット５とチューブ３の接合部分において、フィン４の屈曲部付近でろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織５ａが存在しない接合領域Ｄを、フィン４のコルゲート形状断面におけるフィン長手方向の長さｄが０．０１ｍｍ≦ｄ≦２ｍｍの範囲で設けることができ、フィン４／チューブ３のフィン４屈曲部付近の接合領域Ｄにおける耐食性が向上する。そのため、フィレット５を小さくしてフィン４を薄肉化することができ、腐食環境にあっても伝熱・放熱性能を損なうことなく高性能小型の熱交換器１の製造を可能とする。
【実施例】
【００４５】
＜実施例１〜１３、比較例１〜５＞
実施例１〜１３及び比較例１〜５では、ろう材供給源としてブレージングフィン材に貼り合わされたろう材を用い、図３に示した如くの継手１Ａにおいて、以下の手順によりフィン材の耐食性及び形状維持性の試験を実施した。
【００４６】
（１）冷媒通路としての機能を有する通常の製法で製造した押出多穴管（チューブ 高さ２ｍｍ×幅１６ｍｍ）と、アルミニウムブレージングシート（厚さ０．０８ｍｍｔ）をコルゲート加工して得た断面が波型のフィン材を組み合わせて、フラックスを塗布後、通常のろう付環境の整ったプロセス（Ｎ２雰囲気炉中）にて加熱してろう付工程を行なった。
（２）フィンのコルゲート形状断面における形状は、矩形とサインカーブの２種を選定して準備した。
（３）ろう付け工程の後、第１冷却工程においてろう付け温度の極大値から５７７℃まで冷却時間ｔ１で冷却した後、第２冷却工程において５７７℃から５５０℃まで冷却時間ｔ２で冷却した。冷却時間ｔ１、ｔ２を下記表２に示す如く変化させ、これらの組付け品のフィンの山谷／チューブ間のフィレット直角断面を観察して、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織が全く既存しない接合領域の長さｄを測定した。
【００４７】
【表２】
2009082971.tif 000004
【００４８】
（４）一方で、ＳＷＡＡＴによる曝露を行ないフィン外れが起こらないか調査した。ＳＷＡＡＴは、一定温度条件で、人工海水噴霧と湿潤環境を繰返して曝露負荷する熱交換器の外部腐食試験方法（ＡＳＴＭ−Ｇ８５準拠）であり、１０日後、１５日後、２０日後において、以下の３段階によって評価した。
「耐食性評価基準」
○・・・フィン外れなし。
△・・・外れがフィンの一部で留まった。
×・・・フィンが完全に外れた。
【００４９】
（５）別途ろう付け後のフィン形状を検査し、フィン材の形状維持性について、以下の２段階によって評価した。
「形状維持性評価基準」
○・・・ろう付け後もフィン形状を維持した。
×・・・ろう付け後にフィン形状が損なわれた。
【００５０】
表２の結果によれば、ＳＷＡＡＴ試験において、実施例１〜１３ではいずれも１０日後までフィン外れがなく、ろう付け後もフィン形状を維持し、耐食性及び形状維持性の高さが示された。実施例１〜４ではＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域の長さｄが０．０３ｍｍ以下であるため２０日後にフィンが外れたが、十分に高い耐食性が示された。比較例１〜３では、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域の長さｄが短いため、１０日後にはフィンが外れた。また、比較例４，５では、フィン山の両サイドのフィレットが成長しすぎて、フィン形状を損ない所定の熱性能を得られなかった。
【００５１】
＜実施例１４〜２６、比較例６〜１０＞
実施例１４〜２６及び比較例６〜１０では、ろう材としてろう組成物からなる塗料をチューブの表面に塗布し、図３に示した如くの継手１Ａにおいて、以下の手順によりフィン材の耐食性及び形状維持性の試験を実施した。
【００５２】
（１）冷媒通路としての機能を有する通常の製法で製造した押出多穴管（チューブ 高さ２ｍｍ×幅１６ｍｍ）に対し、ろう材を構成する粉末Ｓｉ及び酸化皮膜除去・カバー効果のあるフラックスをバインダで塗料化したろう付け用組成物を予めチューブ表面に塗布乾燥し、アルミニウムフィン材（厚さ０．０７ｍｍｔ）をコルゲート加工して得た断面が波型のフィン材を組み合わせて、通常のろう付環境の整ったプロセス（Ｎ２雰囲気炉中）にて加熱してろう付工程を行なった。
（２）フィンのコルゲート形状断面における形状は、矩形とサインカーブの２種を選定して準備した。
（３）ろう付け工程の後、第１冷却工程においてろう付け温度の極大値から５７７℃まで冷却時間ｔ１で冷却した後、第２冷却工程において５７７℃から５５０℃まで冷却時間ｔ２で冷却した。冷却時間ｔ１、ｔ２を下記表３に示す如く変化させ、これらの組付け品のフィンの山谷／チューブ間のフィレット直角断面を観察して、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織が全く既存しない接合領域の長さｄを測定した。
粉末ろう材を用いたろう付プロセスでは、ブレージングシートを用いる方法に比べ、ろう付性確保のためにろう付時の反応を短時間で切り上げる必要があり、実施例１４〜２６では第１冷却工程の冷却時間ｔ１を、前述の実施例１〜１３より短めにした。
【００５３】
【表３】
2009082971.tif 000005
【００５４】
（４）一方で、ＳＷＡＡＴによる曝露を行ないフィン外れが起こらないか調査した。ＳＷＡＡＴは、人工海水噴霧と湿潤環境を繰返して曝露負荷する熱交換器の外部腐食試験方法（ＡＳＴＭ−Ｇ８５準拠）であり、１０日後、１５日後、２０日後において、実施例１〜１３及び比較例１〜５と同様に、３段階の耐食性評価基準によって評価した。
【００５５】
（５）別途ろう付け後のフィン形状を検査し、フィン材の形状維持性について、実施例１〜１３及び比較例１〜５と同様に、２段階の形状維持性評価基準によって評価した。
【００５６】
表３の結果によれば、ＳＷＡＡＴ試験において、実施例１４〜２６ではいずれも１０日後までフィン外れがなく、ろう付け後もフィン形状を維持し、耐食性及び形状維持性の高さが示された。実施例１４〜１７ではＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域の長さｄが０．０３ｍｍ以下であるため２０日後にフィンが外れたが、十分に高い耐食性が示された。比較例６〜８では、Ａｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域の長さｄが短いため、１０日後にはフィンが外れた。また、比較例９，１０では、フィン山の両サイドのフィレットが成長しすぎて、フィン形状を損ない所定の熱性能を得られなかった。
【００５７】
以上の結果から、本発明の継手及びそれを備えた熱交換器の製造方法によって、フィンとチューブの接触境界部における、ろう材のＡｌ−Ｓｉ共晶組織が存在しない接合領域の長さｄを０．０１ｍｍ≦ｄ≦２ｍｍの範囲で設けることができ、ろう付け後もフィン形状を維持しながら、フィン／チューブの接合領域の耐食性が向上することが示された。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、耐食性を求められる継手、また前記継手を具備するアルミニウム合金製熱交換器の産業に広く用いられ、特にコンデンサやラジエータなどの自動車用熱交換器において、高性能小型化に大きく貢献する可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、本発明に係る耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係る耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器の正面図である。
【図３】図３は、本発明に係る耐食性が良好なアルミニウム合金製熱交換器用の継手の断面模式図であり、（ａ）はフィン材とチューブを仮組みした状態を示し、（ｂ）は図３（ａ）をろう付けした状態を示し、（ｃ）は図３（ｂ）における接合領域の拡大図である。
【図４】図４は、従来例の熱交換器におけるフィン／チューブの接合領域の断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・熱交換器、１Ａ・・・継手、２・・・ヘッダーパイプ、３・・・チューブ、３Ａ，３Ｂ・・・サイドサポート材、４・・・フィン、４ａ・・・ろう材、４ｂ・・・芯材、５・・・フィレット、５ａ・・・Ａｌ−Ｓｉ共晶組織、５ｂ・・・α相、Ｄ・・・接合領域。
【図１】
2009082971.tif 000006
【図２】
2009082971.tif 000007
【図３】
2009082971.tif 000008
【図４】
2009082971.tif 000009