JPH11142077A

JPH11142077A - アルミニウム合金製チューブ

Info

Publication number: JPH11142077A
Application number: JP30203797A
Authority: JP
Inventors: Koji Okada; 光司岡田; Takenobu Dokou; 武宜土公; Noboru Soga; 昇曽我
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ろう材粉末をバインダで被覆した、安定した
ろう付性を示すアルミニウム合金製チューブを提供す
る。【解決手段】バインダでろう材合金粉末を外面に被覆
したアルミニウム合金製チューブであって、チューブ母
材面が深さ１０μｍ以上の凹凸粗面を有し、かつ、この
母材面の最凸部と、母材面上に被覆したろう材層の最凸
部との差が３〜２５μｍであるアルミニウム合金製チュ
ーブ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外面にろう材を被
覆したアルミニウム合金製チューブに関し、さらに詳し
くは安定したろう付性を示すアルミニウム合金製チュー
ブに関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金製熱交換器の例とし
て、パラレルフロータイプのコンデンサーの一例を図１
に正面図で示す。このコンデンサーは、チューブ（押出
多穴偏平チューブ）１として押出による多穴管を使用
し、コルゲートフィン２としてはろう材をクラッドした
ブレージングシートフィンを使用し（図１では繰り返し
の一部を省略して示す）、ブレージング工法により一体
に組立、製造されている。３はチューブ１が連通するヘ
ッダーパイプである。ところで近年、熱交換器の小型、
軽量化のため、薄肉化に限界があるコルゲートフィン２
をベアフィンにして薄肉化し、チューブ１の外側にバイ
ンダによりアルミニウム合金のろう材粉末を被覆し、こ
れらを組み合わせてブレージングにより一体化する製造
方法が提案されている（特開平３−３５８７０号、特開
平３−１１４６５４号など）。しかし、このようなバイ
ンダによりろう材粉末を外面に被覆したチューブで熱交
換器を製造しようとした場合、ろう付性の点で工業的に
満足できるものは得られていない。その理由としては以
下の２つのろう付上の問題が生じるためである。まず、
一つはろう切れの問題がある。これは、フィレットを形
成するために必要なろう材が接合部で不足することによ
り発生する問題である。これは、従来からもブレージン
グシートのろう材量が少ない場合に生じる不具合である
が、バインダによりろう材粉末を被覆したチューブにお
いても、ろう材被覆量が少ない場合はろう切れが発生す
る。特にろう材粉末を被覆したチューブでは、ろう材を
クラッドしたブレージングシートの場合に比べ、ろう材
粉末が疎に分布するため、ろう材被覆層をより厚くしな
いとろう切れする。

【０００３】もう一つは組立後の熱交換器に局部的に発
生する完全未着部の問題である。このような局部的な未
着部の発生はバインダによりろう材粉末を被覆したチュ
ーブにおいて、逆にろう材被覆層を厚くした場合に生じ
る現象である。これを図２に模式図を示す。バインダに
よりろう材粉末を被覆したチューブ１とコルゲートフィ
ン２を組み合わせて１段のコアを作製し、ろう付加熱し
た場合には問題なくろう付できる。ところが、４０段近
い多段で実際の熱交換器をろう付する場合では、ところ
どころにコルゲートフィンがチューブに全くろう付され
ない欠陥部分Ｄが発生する。しかし、このような欠陥の
発生はまだ克服されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
上記の問題点及び欠陥を克服した安定したろう付性を示
すアルミニウム合金製チューブを提供することを目的と
する。より詳しくいえば、ろう材粉末を外面にバインダ
により被覆したアルミニウム合金製チューブであって、
コルゲートフィンとコア組みしてろう付により熱交換器
を組み立てる際に、局部的なろう付未着部の発生を阻止
した、アルミニウム合金製チューブを提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような状況
に鑑み鋭意検討し、ろう付性に優れた、ろう材粉末をバ
インダにより被覆したアルミニウム合金製チューブを見
出したものである。すなわち本発明は、（１）バインダ
でろう材合金粉末を外面に被覆したアルミニウム合金製
チューブであって、チューブ母材面が深さ１０μｍ以上
の凹凸粗面を有し、かつ、この母材面の最凸部と、母材
面上に被覆したろう材層の最凸部との差が３〜２５μｍ
であることを特徴とするアルミニウム合金製チューブ、
及び（２）ろう材粉末がＳｉを１５〜５０ｗｔ％含有す
るアルミニウム合金であることを特徴とする（１）項記
載のアルミニウム合金製チューブを提供するものであ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明のチューブは、押出により
製造したアルミニウム合金製チューブの外面にバインダ
によりろう材粉末を被覆したアルミニウム合金製チュー
ブである。ここでいう押出とは、直接押出、間接押出、
コンフォーム押出のいずれであってもよい。チューブの
材質は、ブレージングを行うことができ、かつ耐食性が
良好なアルミニウム合金であればよい。チューブとし
て、好ましくはアルミニウム合金製熱交換器用のチュー
ブや配管に用いられる押出による多穴管やパイプを挙げ
ることができる。本発明のチューブにおいて、母材が所
定の凹凸表面（Ｒ_max ≧１０μｍ）を有する必要があ
る。このような凹凸は熱交換器を製造する際の前記の局
部的な未着部の発生を防止するために必須である。ま
た、チューブ表面に凹凸を設けることで、チューブ表面
の凹部にろう材粉末が安定して付着するために、ろう材
粉末の凝集により被覆層が局所的に厚くなるようなこと
がなく、チューブ表面全体にろう材粉末を均一に分布さ
せることができる。

【０００７】チューブ母材表面に上記の凹凸を付与する
方法としては、押出時に型で凹凸を付ける方法、押出後
にサンドブラストやワイヤーブラシで付ける方法などが
ある。サンドブラストの場合は最初凹部が形成され、十
分ブラストを行なうと平坦な部分がなくなり凹凸面とな
る。この凹凸は不均一で凹部の中に小さな凸部がある場
合がある。またワイヤーブラシでは筋状の凹凸が形成さ
れる。凹凸の深さは１０μｍ以上、好ましくは１０μｍ
以上６０μｍ以下である。１０μｍ未満では局部的な未
着部の発生を防止する効果がなく、また、ろう材粉末が
チューブ表面に安定して付着できないため、ろう材粉末
の局部的な凝集が生じてしまう。凹凸が深すぎるとフィ
レットに十分なろうが廻りにくくなり、フィレットが小
さくなってしまうことがある。

【０００８】被覆するろう材合金粉末はアルミニウム合
金であり、Ｓｉを１５〜５０ｗｔ％含有するアルミニウ
ム合金が特に好ましい。Ｓｉ含有量を通常のろう合金よ
り多くすることで、ろう切れを起こすことなく被覆する
ろう材の量を減らすことができる。しかしＳｉ含有量が
多すぎるとろう拡散が激しくなることがある。Ｓｉ以外
のＺｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｌｉ等
の元素は、ろう付性に影響を与えない範囲で、耐食性向
上、ろう流れ性向上等の目的で添加してもよい。例えば
Ｚｎは、４０ｗｔ％程度まで添加しても問題はない。ろ
う材粉末の粒径は、好ましくは７０μｍ以下、より好ま
しくは４０μｍ以下２０μｍ以上である。ろう材粉末の
粒径が大きすぎる場合は、バインダ中での分散安定性が
劣り、均一なろう材皮膜層が得られない。また、ろう材
粉末で２０μｍ未満のものが一部含まれていてもよい
が、ろう材粉末で２０μｍ未満のものは、表面積が大き
いため酸化皮膜の割合が多く、フィレットの形成にほと
んど寄与しない。

【０００９】ろう材粉末の付着量は、好ましくは５０ｇ
／ｍ² 以下、より好ましくは３０ｇ／ｍ² 以下である。
ろう材粉末の付着量が過剰であると、フィンへのろう拡
散が激しくなり好ましくない。また、１５ｗｔ％のＳｉ
を添加したろう合金を被覆する場合では、付着量は３０
ｇ／ｍ² 程度は必要であるが、ろう材中のＳｉ量が増え
るとさらに少ない付着量でもろう切れは発生しない。バ
インダとしては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂等のろ
う付加熱工程で熱分解するもの、または、ろう付後に残
さとして残存してもろう付性および熱交換器の耐食性に
悪影響を与えないものであれば、特に制限はない。この
バインダの使用量は、特に制限はないが、ろう材粉末１
重量部に対し、通常１〜１０重量部、好ましくは２〜６
重量部である。ろう材粉末皮膜の形成は、このようなバ
インダ及びろう材粉末に適宜に溶媒を加えて分散したろ
う付ペースト（ないしはスラリー）を用い、浸漬引き上
げ塗装、スプレー塗装、ローラー塗装など通常のコーテ
ィングを行って上記のチューブ上にろう付用ペーストを
塗布し、乾燥することにより行うことができる。

【００１０】本発明ではろう材被覆層を形成したチュー
ブに軽い圧下量の圧延を行うことで、チューブの表面に
付着したろう材粉末の凸部を潰してもよい。チューブ母
材面での最凸部とろう材の最凸部の差が２５μｍを若干
上回っている場合、このような圧延により差を２５μｍ
以下とすることができる。このようにして、前記のチュ
ーブ母材面での最凸部とろう材の最凸部の差を３〜２５
μｍとすることで、ろう付性に優れたチューブが得られ
る。チューブ母材面での最凸部とろう材の最凸部の差が
３μｍ未満の場合、ろう材不足のためろう切れが発生
し、２５μｍを越えると局部的な未着部が発生する。チ
ューブ母材面での最凸部とろう材の最凸部の差は好まし
くは５〜２０μｍである。チューブ母材の凹凸の深さお
よび母材面での最凸部とろう材の最凸部の差は、チュー
ブの断面１０箇所以上を研磨後、チューブの幅方向の中
心部を１００倍にて光学顕微鏡により観察して求めれば
よい。断面を１０箇所以上とするのは、粉末の粒径のば
らつきを考慮したものであり、少なくとも１０箇所で平
均的にチューブ母材面での最凸部とろう材の最凸部の差
が３〜２５μｍとなっていればろう付性の上で問題はな
いためである。

【００１１】次に、本発明者の検討によれば、ろう材被
覆チューブのろう付メカニズムについては次のように推
定される。まず従来のろう付のメカニズムを図３に従っ
て説明する。図３の上段はろう付を行う前にコア組みを
行った際のチューブ１１又は１４とコルゲートフィン１
２の接触の状態を示した模式図である。（Ａ）はチュー
ブとしてバインダによりろう材粉末を被覆したチュー
ブ、（Ｂ）はチューブとしてブレージングシートを用い
た場合で、いずれも１３がろう材層である。（Ａ）にお
いて、１７がバインダである。（Ａ）、（Ｂ）いずれも
チューブ１１の母材（芯材）とフィン１２は、距離１５
だけ離れている。図３（Ｃ）は（Ａ）および（Ｂ）のろ
う付後の状態を示す。ろう付後には（Ａ）、（Ｂ）いず
れも（Ｃ）に示されるようにチューブ１１とフィン１２
はフィレット１６を形成し、両者の距離はなくなる。そ
のため、ろう材粉末被覆チューブの場合、熱交換器のよ
うにチューブとフィンが積層した構造では、これが数十
本分蓄積されて大きな収縮が発生するため、ろう付され
ない隙間が生じると考えられる。

【００１２】これに対し、本発明は、ろう切れを発生し
ない十分なろう材粉末を被覆しながら、上記のような局
部的な未着部の発生を防ぐために、図４に模式的に示す
ようなチューブの表面状態とする。図中、２１はチュー
ブ母材の表面を示し、２１ａは表面の母材表面の凹部の
中でも最も深い凹部、２１ｂは凸部の中でも最も高い凸
部である。２２は母材表面にバインダにより被覆したろ
う材層であり、２２ａはろう材粉末、２２ｂはバインダ
であり、２２ｃはろう材層の凸部の中でも最も高い凸部
である。２３はチューブ母材内の基準線を示す。このと
き距離ｃ、ｄ、ｅは次の関係であることが必要である。ｃ−ｅ≧１０μｍｄ−ｃ＝３〜２５μｍこれは図４に示したように、ろう材が付着するとろう付
前にはフィンは図中の２２ｃの部分でチューブと接する
が、ろう付時には図中の２１ｂの部分でチューブと接す
るため、ろう付前後での寸法の変化が小さくなり、局部
的な未着部の発生を防止できるのである。

【００１３】

【実施例】以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細
に説明する。実施例１〜６ＪＩＳＡ１０５０アルミニウムの円筒状のビレット
を多穴偏平管（高さ１．８ｍｍ、幅１６ｍｍ、１９穴）
に押出した後、表面にブラスト処理を行い、その後、弱
アルカリエッチング処理を行い、チューブ材とした。一
方、ろう材粉末としてＡｌ−２２ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％
Ｚｎ合金、Ａｌ−１２ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％Ｚｎ合金
（いずれも不純物元素を０．３ｗｔ％以下含有、窒素ガ
スアトマイズ法にて製造、粒径２０〜３５μｍ）、バイ
ンダとしてメタクリル樹脂、溶剤としてトルエンを用い
たスラリー中に浸漬、引上げ後、１５０℃、３０秒の焼
付け乾燥を行い、片面当たりのろう材付着量としておよ
そ３０ｇ／ｍ² となるように両面にろう材皮膜を形成し
た。なお、スラリー中のろう材粉末、メタクリル樹脂、
溶媒の重量比率は３０：７：６３であった。

【００１４】比較例１及び２チューブ母材面の凹凸深さを５μｍまたは４０μｍと
し、ろう材粉末としてＡｌ−２２ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％
Ｚｎ合金（不純物元素を０．３ｗｔ％以下含有、窒素ガ
スアトマイズ法にて製造、粒径２０〜３５μｍ）を用い
た以外は実施例１〜６と同様にして、ろう材粉末被覆チ
ューブを作製した。

【００１５】比較例３及び４押出直後（凹凸無し）のチューブ母材を用い、ろう材粉
末はＡｌ−１２ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％Ｚｎ合金（不純物
元素を０．３ｗｔ％以下含有、窒素ガスアトマイズ法に
て製造、粒径２０〜３５μｍまたは５〜１００μｍ）
で、片面当りのろう材付着量をおよそ１９ｇ／ｍ² また
は４２ｇ／ｍ² とした以外は実施例１〜６と同様にし
て、ろう材粉末被覆チューブを作製した。

【００１６】実施例１〜６、及び比較例１〜４で得られ
たそれぞれのチューブの断面２０箇所において、チュー
ブの幅方向の中心部を１００倍にて光学顕微鏡により観
察し、チューブ母材の凹凸の深さおよびチューブ母材面
での最凸部とろう材の最凸部の差を調べた。その結果を
表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】得られたろう材被覆チューブを長さ５８０
ｍｍに切断し、板厚０．０７ｍｍのコルゲート加工した
Ａｌ−０．５ｗｔ％Ｓｉ−１ｗｔ％Ｆｅ−０．５ｗｔ％
Ｎｉ−２ｗｔ％Ｚｎ合金フィンと３００３合金のヘッダ
ーパイプと組み合わせ、図１に示す熱交換器コアを組み
立てた。得られたコアにフッ化物系のフラックスを塗布
し、窒素雰囲気中で５９５℃×３．５分の加熱条件でろ
う付した。

【００１９】得られたコアの外観を観察し、局部的な未
着部（図２に示すＤの部分）が生じているか調べた結果
を表２に示す。さらに局部的な未着部が生じていない部
分からフィン２０山分のチューブを切り出して、ろう付
状況をフィンの接着率で評価した。すなわち、チューブ
からフィンを剥がし、完全に接着されているものの接着
率を１００％とし、未着部のあるものは、（接着されて
いる部分の長さ）／（接着されている部分の長さ＋未接
着部の長さ）を１００倍して接着率（％）とした。ま
た、フィンとチューブのろう付部の断面を研磨し、フィ
レット長さを測定した。結果を表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】上記表２の結果から明らかなように、実施
例１〜６の本発明のチューブは、局部的な未着部が発生
せず、フィンの接着率が高くろう付性が良好である。ま
た、ろう材粉末としてＡｌ−２２ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％
Ｚｎ合金を用いた実施例１〜３のチューブは、Ａｌ−１
２ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％Ｚｎ合金を用いた実施例４〜６
のチューブよりもフィレット長さが大きく、ろう付性に
さらに優れている。これに対して、比較例１では、チュ
ーブ母材面の凹凸が小さく、チューブ母材面での最凸部
とろう材皮膜層の最凸部の差が３２μｍと大きいため、
ろう付前後の寸法変化が大きく局部的な未接着部が１箇
所発生した。比較例２では、チューブ母材面での最凸部
とろう材皮膜層の最凸部の差が２μｍと小さく、ろう材
は不足によるろう切れが発生した。また、凹凸のない母
材を用いた比較例３及び４は、チューブ母材面での最凸
部とろう材皮膜層の最凸部の差が大きいため図２Ｄ部に
示すような局部的な未接着部が発生した。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、ろう材合金粉末を、外面
に、バインダにより被覆した本発明のアルミニウム合金
製チューブは、チューブ母材面が所定の凹凸粗面を有す
る上に、ろう材粉末が母材表面全体に均一に分布し、安
定に存在するので安定したろう付性を示し、局部的なろ
う付未着部の発生を起こすことがない。また、ろう材に
Ｓｉ含有量の高い合金を用いることで、ろう付性を低下
させずに被覆量を減らすことができ、さらに優れたろう
付性を有するチューブとすることができる。また、これ
は従来のものと異なり、ろう材の被覆量の大小による、
ろう切れ、局部的な未着部の発生の問題とも無関係のも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンデンサーの一例の正面図である。

【図２】不具合の発生したコンデンサーの模式図であ
る。

【図３】ろう材被覆チューブとコルゲートフィンのろう
付の状態を説明する図であり、（Ａ）はろう材をバイン
ダにより被覆したチューブの場合、（Ｂ）はブレージン
グシートを用いたチューブの場合の、それぞれ接合直前
の状態（コア組みを行った状態）を示す側面図、（Ｃ）
は（Ａ）及び（Ｂ）の場合に対応する接合後の状態を示
す側面図である。

【図４】本発明のろう材被覆チューブの説明図である。

【符号の説明】

１チューブ２コルゲートフィン３ヘッダーパイプ４サイドプレート５コア割れ部１１ろう材粉末被覆チューブ１２コルゲートフィン１３ろう材層１４ブレージングシート製チューブ１５芯材とフィンの距離１６フィレット１７バインダ２１チューブの母材表面２１ａ最凹部２１ｂ最凸部２２チューブの母材表面に被覆したろう材層２２ａろう材粉末２２ｂバインダ２２ｃろう材層の最凸部２３チューブ母材の基準線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バインダでろう材合金粉末を外面に被覆
したアルミニウム合金製チューブであって、チューブ母
材面が深さ１０μｍ以上の凹凸粗面を有し、かつ、この
母材面の最凸部と、母材面上に被覆したろう材層の最凸
部との差が３〜２５μｍであることを特徴とするアルミ
ニウム合金製チューブ。
【請求項２】ろう材粉末がＳｉを１５〜５０ｗｔ％含
有するアルミニウム合金であることを特徴とする請求項
１記載のアルミニウム合金製チューブ。