JPH01198453A - 高熱伝導性アルミニウム合金フィン材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はろう付接合される熱交換器用アルミニウム合金
フィン材の製造方法に関し、より詳しくはろう付加熱に
おいて優れた耐垂下性を示し、かつ熱交換器の熱交換率
（冷却効率）の向上に好適な高熱伝導性を有するアルミ
ニウム合金フィン材の製造方法に関する。

（従来の技術） 一般にろう付接合により組立てられるアルミニウム合金
製熱交換器は、水等の冷媒を通す通路（以下チューブと
いう）と熱を放散するフィンとからなり、チューブとし
ては、熱交換器の用途に応じて押出偏平多穴管、又はＡ
１−５ｉ系ろう材を皮材としてクラッドしたプレージン
グシートによるプレス成形プレートや電縫偏平管が用い
られている。また、フィン材としては第１図に示すよう
な、芯材ｌの両面に皮材２をクラッドしたプレージング
シート、又は皮材をクラットしない裸のフィン材（ベア
材）が用いられている。

ろう付によるアルミニウム合金製熱交換器の具体側は第
２図及び第３図に示される。第２図はドロンカップエハ
ボレータてあり、プレージングシートからなるプレス成
形プレート３を積層してチューブを形成させ、これにベ
ア材からなるコルゲートフィン４を組合わせたものであ
る。第３図（イ）はサーペンタインエバポレータであり
、押出偏平多穴管１３とプレーシンクシートからなるコ
ルゲートフィン１４を組合わせたものであり、同図（ロ
）はコンデンサであり、押出多穴管２３とコルゲートフ
ィン２４を組合わせたものであり、同図（ハ）はラジェ
ータてあり、片面にＡＭ−Ｓｉ系ろう材をクラッドした
プレージングシートて製作した電縫偏平管３３（管の外
側にろう材がくる）とベア材のフィン材３４と組合わせ
たちのである。これらの熱交換器のチューブとコルゲー
トフィンは約６００℃前後の温度でフラックスろう付、
真空ろう付又は不活性ガス雰囲気ろう付等により組立て
られている。

ところで従来このようなろう付組立によるアルミニウム
合金性熱交換器においてはフィン材として耐座屈性のよ
いＡＪＩ−Ｍｎ系合金、例えば３００３合金（Ａ　ｌ　
−０，０５〜０．２０ｗ　ｔ％Ｃｕ−１，０〜１．５　
ｗｔ％Ｍｎ合金［以下ｗｔ％を単に％と略記］）又は３
２０３合金（Ａｌ−１，０〜１．５％Ｍｎ合金）及び、
これらに犠牲作用をもたせるためにＺｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等
を添加した合金を芯材として、その両面にＡＪＩ−Ｓｉ
合金ろう材（ＡｆＬ−５〜１２％Ｓｉ合金）、Ａ！Ｌ−
Ｓｉ−Ｍｇ合金ろう材（ＡｆＬ−５〜１２％５ｉ−０，
５〜２％Ｍｇ合金）等をクラッドした厚さ０．１〜０．
２−厘のプレージングシート又は厚さ０．１〜０．２１
簾の前記３００３．３２０３合金等からなるベア材が使
用されている。

一方、熱交換器の中でも特に自動車用熱交換器は近年重
量軽減、小型化の方向にあり、フィンの薄肉化と共に熱
交換器の性能向上、すなわち熱交換率（冷房能力）の向
上が求められてきている。

したがって、薄肉化しても耐高温座屈性か低下せず、か
つ熱伝導性の優れたフィン材の開発が望まれている。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら３００３合金、３２０３合金のようなＡ　
ｌ　−Ｍ　ｎ系合金からなるフィン材は、耐座屈性は優
れるものの熱伝導性が必ずしも高いとは言えず、これが
このフィン材を用いた熱交換器の放熱性を悪くする原因
となっていた。

また、熱伝導性を向上させるために純アルミニウムに近
い組成の合金のフィン材も近年提案されているが、その
ような合金の場合フィン材の高温強度が低く、耐垂下性
に劣り、ろう付加熱時にフィンの変形を生じ易く、薄肉
化が困難であった。

したがって、本発明の目的は薄肉化してもろう付加熱に
おいて優れた耐垂下性を有し、かつ高い熱伝導性を有し
熱交換器の熱効率を高めることのできるアルミニウム合
金フィン材の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、従来の技術の問題点を解決するため鋭意
研究を重ねた結果、Ａｌ−Ｍｎ系合金な芯材とし、Ｆｅ
、Ｚｒを所定量添加したＡ１合金を皮材としてクラッド
したアルミニウム合金フィン材が上記目的に合致するこ
と、そしてこのフィン材の製造にあたり、均熱処理、中
間焼鈍を含む圧延処理条件が耐垂下性に大きく影響する
ことを見出し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は必須成分としｒｃＭｎｏ、６〜２．
０％を含有するＡｌ−Ｍｎ系合金の芯材の両面に、必須
成分としてＦｅＯ，０３〜０．７％及び、Ｚｒ０．０３
〜０．３５％の１種又は２種を含有するＡ１合金皮材を
クラッドしてなる合せ材を熱間圧延及び冷間圧延してフ
ィン材を製造するにあたり、−４３０〜５３０℃の温度
において均熱処理を行った後、合せ材を熱間圧延し、そ
の後少なくとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍
から最終板厚まで１５〜６０％の圧延率で冷間圧延する
ことを特徴とする高熱伝導性アルミニウム合金フィン材
の製造方法を提供するものである。

（作用） 本発明のアルミニウム合金フィン材の芯材及び皮材にお
ける各成分の作用とその含有量を限定した理由を以下に
述べる。

本発明のフィン材の芯材として用いられるアルミニウム
合金のＭｎ含有量は０．６〜２．０％とする。Ｍｎはア
ルミニウム合金の強度を向上させ、Ａ文−Ｍｎ系あるい
はＡ皇−Ｍ　ｎ　−Ｆ　ｅ系やＡＭ−Ｍｎ−Ｓｉ系の析
出物を生じ、ろう付加熱時の耐垂下性を向上させる。Ｍ
ｎ含有量か０．６％未満では、その効果が小さく、２．
０％を越えると、巨大晶出物が生じやすく、フィン材と
しての成形性が悪くなる。

本発明のフィン材の芯材として用いられるアルミニウム
合金はＭｎのほかに０．８％以下のＦｅ、Ｎｉ、０．６
％以下のＳｉ、０．５％以下のＣｕ及び０．３％以下の
Ｚｒを含有していてもよい。これらの元素は耐垂下性を
さらに向上させる。また６、鋳塊組織微細化のために０
．１％未満のＴｉ又はＢを含有させてもよい。さらに必
要に応じて２．０％以下のＺｎ及び０．１％以下のＳｎ
やＩｎをフィン材として必要な犠牲陽極効果を持たせる
ために添加することができる。

本発明のフィン材の皮材として用いられるアルミニウム
合金のＦｅ含有量は０．０３〜０．７％とする。Ｆｅは
皮材の高温強度を高め、フィン材全体としての耐高温座
屈性な低下させない作用を有する。Ｆｅ含有量が０．０
３％未満ではその作用が十分でなく、０．７％を越える
と熱伝導性が低下する。

本発明のフィン材の皮材として用いられるアルミニウム
合金のＺｒ含有量は、０．０３〜０．３５％とする。Ｚ
ｒは合金の熱伝導性を損なうことなく、耐垂下性を大幅
に向上させる。

０．０３％未満ではその作用が十分でなく、０．３５％
を越えるとＡｌ−Ｚｒ系の晶出物を生じ、フィン材とし
ての成形性が悪くなる。さらに２「を含有する皮材にＦ
ｅを０．７％まで含有させても１よい。

本発明において皮材として用いられるアルミニムラ合金
はＦｅ又は２「さらにＦｅとＺｒのほかに鋳塊組織の微
細化のために０．０５％以下のＴｉやＢを、犠牲陽極効
果を持たせるために０．１％以下のＳｎやＩｎ又は０．
６％以下のＺｎを、耐垂下性を向上させるために０．３
％以下のＣｕや０．６％以下のＳｉやＭｎをそれぞれ添
加してもよい。しかし、これらの元素はフィン材の熱伝
導性を低下させるので、その量は少ないほど望ましい。

本発明のフィン材は上記の組成の芯材と皮材をクラット
してなるが、この場合のクラット率は片面あたり５〜３
０％が好ましい。本発明アルミニウム合金フィン材は耐
垂下性と高温強度に優れる芯材に熱伝導性のよい皮材を
クラッドすることにより熱伝導性を高めているのであり
、クラット率が５％未満の場合には熱伝導性が十分に向
上せず、３０％を越えると芯材の割合が減少し、高温強
度が不足する。

次に本発明のアルミニウム合金フィン材の製造方法にお
ける各工程について説明する。

先ず、本発明においては熱間圧延の前に４３０〜５３０
℃において１〜２４時間の均熱処理を施す。均熱処理に
より鋳塊の偏析を減少し、鋳造時に固溶しているＭｎを
Ｍｎ系化合物として析出させることができる。また、皮
材にＺｒを含有させた場合は、均熱処理によりその中に
固溶しているＺ「を微細粒として析出させ、皮材の高温
強度を高めてフィン材全体としての耐垂下性を向上させ
ることができる。温度が４３０℃未満または時間が１時
間未満ては上記の効果が十分でなく、温度が５″３０℃
を越えたり、時間が２４時間を越えた場合、Ｍｎ系の析
出物が粗大化してフィン材の耐垂下性や高温強度を低下
させる。本発明において均熱処理はクラッド工程の前に
行っても、クラッド工程後熱間圧延前の加熱をかねて行
ってもよい。

熱間圧延は常法通り行うことができる。

本発明方法においては熱間圧延径小なくとも１回中間焼
鈍を行い、最終の中間焼鈍から最終板厚まで１５〜６０
％の圧延率で冷間圧延を施す。中間焼鈍で再結晶が完了
しない場合、耐垂下性が悪くなるため中間焼鈍温度は３
８０°Ｃ以上か好ましい。また最終圧延率を１５〜６０
％と定めたのは、１５％未満ではろう付加熱時にフィン
材の再結晶が完了せず、そのような場合耐垂下性が低下
し、６０％を越えるとろう付時の再結晶粒が微細になり
高温強度が低下するからである。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。

第１表に示す組成を有するアルミニウム合金の芯材及び
皮材を同表に示すクラツド率で第１図に示すフィン材を
作製した。第１図において符号ｌは芯材、２は皮材であ
る。フィン材の作製は第２表に示す工程で行った。熱間
圧延前の均熱処理はクラッド工程前に行ったが、一部フ
イン材はクラッド後に行った。熱間圧延はいずれも３０
０〜５３０°Ｃで行い、終了板厚は３．５ｓｍであった
。

熱間圧延後、焼鈍及び冷間圧延により最終板厚０．１０
ｍｍの第１図に示すフィン材を得た。このようにして得
られたフィン材試料をコルゲートフィンとし、これを用
い第２図に示すドロンカップエバポレータを試作した。

第２図において符号３はプレスプレートであり、４はコ
ルゲートフィンである。プレスプレート３は芯材３００
３合金、ろう材４００４合金（クラツド率両面１５％）
からなる板厚０．６ｍｍのプレージングシートを用いた
。フィン４の幅は１ｏｏｌｌとし、ろう付は真空ろう打
法を用いた。得られたフィン材については耐垂下性、エ
バポレータについては冷房簡力、フィンの耐座屈性を測
定した。試験方法及び判定方法は次の通りである。結果
は第３表に示す。

■冷房能力試験 ＪＩＳ　　Ｄ　　１６１８（自動車用冷房機試験方法）
に準じて行った。

■垂下性試験 幅２２ｍｍ、長さ６０ｍｍのフィン材の試料片を切り出
し、一端を５０ｍ■突出させ他端を固定した片持ち状態
で６１０℃で１０分間の加熱を行った後、突出前端の垂
下量（＋ｓ■）を測定した。垂下量の少ない材の方が耐
垂下性が優れる。

■耐座屈性試験 第２図のドロンカップエバポレータ作製におしＡてろう
付時にフィンの座屈によるフィンとプレスプレートのろ
う行不良がないことを前提とし、さらにプレスプレート
の間隔（ろう打曲１Ｏ−１）をろう打曲後で比較し、減
少量０．３−一以下を耐座第３表 （注）冷房能力はＮｏ、１１を基準とした向上（又は低
下）率 第３表の結果から明らかなように、本発明によるアルミ
ニウム合金フィン材（Ｎｏ、１〜５）は優れた耐垂下性
とともにエバポレータ用コルゲートフィンとして良好な
耐座屈性を有し、かつエバポレータの冷房能力を従来の
エバポレータ（Ｎｏ。

１１）よりも向上させる高熱伝導性を有している。これ
に対し比較例（Ｎｏ、６〜１０）は耐垂下性が劣りエバ
ポレータに組立てることができず、またかろうじて組立
てても耐座屈性が劣り、かつ冷房能力を低下させている
。

（発明の効果） 本発明によれば耐垂下性、高温座屈性が優れ、しかも高
熱伝導性を有するアルミニウム合金フィン材が得られる
。したがって、本発明によるアルミニウム合金フィン材
により放熱特性に優れ、小型、軽量化した熱交換器の製
造か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフィン用プレージングシートの断面図、第２図
はドロンカップエバポレータの側面図であり、第３図（
イ）はエバポレータの斜視図、同図（ロ）はコンデンサ
の斜視図、同図（ハ）はラジェータの側面図（一部破断
図）である。 符号の説明　ｌ・・・芯材　２・・・皮材３・・・プレ
スプレート ４・・・コルゲートフィン 特許出願人　古河アルミニウム工業株式会社代理人　弁
理士　飯　１）敏　三　、１・１．１） 第　　１　　図　　　　　　　　　　　　第　　２　　
図第　　３　　図 （・・）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　必須成分としてＭｎ０．６〜２．０ｗｔ％を含有する
   Ａｌ−Ｍｎ系合金の芯材の両面に、必須成分としてＦｅ
   ０．０３〜０．７ｗｔ％及び、Ｚｒ０．０３〜０．３５
   ｗｔ％の１種又は２種を含有するＡｌ合金皮材をクラッ
   ドしてなる合せ材を熱間圧延及び冷間圧延してフィン材
   を製造するにあたり、４３０〜５３０℃の温度において
   均熱処理を行った後、合せ材を熱間圧延し、その後少な
   くとも１回の中間焼鈍を行い、最後の中間焼鈍から最終
   板厚まで１５〜６０％の圧延率で冷間圧延することを特
   徴とする高熱伝導性アルミニウム合金フィン材の製造方
   法。