JPS62234657A - アルミニウム製熱交換器の製法 - 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、アルミニウム熱交換器の製法に関するもので
、例えば車両搭載用空気調和装置のコンデンサ、エバポ
レータなどに用いて好適なものである。

〔従来の技術〕

車重軽減による燃費性能の向」二が重要な技術課題をな
している自動車業界においては、車載空調装置用熱交換
器に対しても軽量化対策が求められつつある。コンデン
サあるいはエバポレータといったこの種の熱交換器の一
般的な製法としては、まずアルミニウム合金で押出し成
形された冷媒流通用の多穴チューブを蛇行状に折り曲げ
形成し、しかる後蛇行状チューブの平行部間の間隙に、
その表面にあらかじめろう付は用のろう材をクラッドさ
せた、肉厚が０．１６　ｍｌ内外のごく薄いアルミニウ
ム合金製のセルゲートフィンを挿入し、治具を用いてこ
の組合せ構造を保持さセたうえで、全体を加熱炉内に納
めてろう材の溶融温度まで加熱することによって、ろう
付けによるチューブとフィンとの組立を完成させる方法
がとられてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、フィンの表面にあらかじめクランＦされるろ
う材には融点降下のためにＳｉ成分が多量に配合されて
おり、ろう付は時の高温下でこのＳｉ成分がフィンの心
材中に拡散して、フィン自体の材料強度を低下させてし
まう現象が現れる。

その結果フィンの座屈現象が生じやすいという問題点が
あった。このろう付時のフィン座屈現象を回避するには
フィンの板厚を厚くしなければならず、従って従来技術
ではフィンの薄肉化による熱交換器全体としての軽量化
が困難であった。

本発明は上記点に鑑みてなされたもので、ろう付時にお
けるフィン座屈現象を回避しつつ、フィンの薄肉化を良
好に達成することができるアルミニウム製熱交換器の製
法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、ｆａｔアルミニ
ウム製チスチューブ面に、Ｚｎ−Ａｌ１合金からなるろ
う材を被覆する工程と、 ｆｂ）前記低融点ろう材が被覆されたアルミニウム製チ
ューブとアルミニウム製フィンとの絹付ける工程と、 ｆｃｌこのチューブとフィンの組付体に弗化物系の非腐
食性フラックスを付着させる工程と、（ｄｌ前記チュー
ブとフィンの組付体を、加熱炉内にて前記ろう材および
非腐食性フラックスの融点以上の温度に加熱して前記ろ
う材を介してチューブとフィンを一体に接合する工程と
を具備するという技術的手段を採用する。

本明細書におけるアルミニウムという用語は、純アルミ
ニウムだけでなく、アルミニウム合金をも包含する総称
として用いているから、アルミニウム類のチューブおよ
びフィンは純アルミニウムもしくはアルミニウム合金の
いずれかで成形することができる。

また、チューブとしては、後述の実施例において図示す
る押出し成形された偏平多穴チューブに限らず、種々の
公知のものを使用できる。例えば、所定形状に予めプレ
ス成形された２枚の板状のチューブ素材を接合して流体
通路を形成するチューブとか、１枚の板状のチューブ素
材を曲げ加工しく６） てチューブ形状に成形し、その端部を接合して流体通路
を形成するチューブ等の種々なチューブを使用できる。

また、フィンとしても、後述の実施例において図示する
波形状に曲げ成形されたコルゲートフィンに限らず、プ
レートフィンのごとき他の形式のフィンを使用すること
も可能である。

上記チューブに被覆するＺｎ−Ａ７！合金からなるろう
材に微少な不可避的不純物が包含されていることはもら
ろんであり、また必要に応してＺｎ。

Ａｆｆ以外の元素を多少添加することも可能である。

また、上記ろう材をチューブ表面に被覆する方法として
は、種々な方法を用いることができ、例えば後述のろう
付時のフラックスと同一のフラックスをチューブ表面に
被覆して、チューブ表面の酸化被膜を除去しながらその
後、上記Ｚｎ−Ａ２合金からなるろう材を溶融メッキに
よりチューブ表面に被覆する方法を用いることができる
。また、チューブ表面の酸化被膜を超音波振動により除
去して、フラックスなしで溶融メッキにより」二記ろう
材をチューブ表面に被覆するようにしてもよい。

また、溶融メッキ以外の方法によりろう材をチューブ表
面に被覆することもできる。例えば、チューブとろう材
ワイヤの間で高電圧によりスパークを発生させて、溶射
メッキする方法を用いても良い。また、押出し成形のチ
ューブの場合には、チューブを１押出し成形する際、こ
れと同時にろう材を押出し被覆してもよい。また、Ｚｎ
−Ａ１合金からなるろう材を予め箔状に成形しておき、
この箔状のろう材をチューブ表面に接着、溶接等により
巻き付けるとか貼り付ＬＪるようにしてもよい。

更に、板状のチューブ素材を用いてチューブを形成する
場合には、チューブ素材に対して、ろう材をクラッド（
熱間圧延による機械的圧着）することにより、ろう材の
チューブ表面への被覆を行なうようにしてもよい。

上記ろう材の被覆厚さとしては、通常５〜１００μｍ程
度が好ましい。

上記ろう材が被覆されたチューブとフィンは１つの構造
体として組付けるのであるが、その際組付構造をろう行
終了まで保持するため、通常、適宜の冶具をチューブと
フィンの組付体に装着するようにしているが、熱交換器
自身の構成部材を用いて上記治具の機能を得る、いわゆ
る自己治具方式を採用することもできる。

上記チューブとフィンの組付体に付着する弗化系の非腐
食性フラックスとしては、非腐食性のフルオロアルミニ
ウム酸カリウム錯塩の単体もしくは混合物を使用するこ
とができ、より具体的に言えばＫＡ（２Ｆａ　、Ｋ２　
ＡｆｆＦ５　、Ｋ３　Ａｊ！Ｆａの単体もしくは混合物
とさらにはそれらにＡｌＦ２を加えた混合物を使用する
ことができる。

上記弗化物系の非腐食性フラックスの方法としては、上
記フラックス組成物を水又は有機溶剤にて希釈した希釈
溶液を噴霧する方法、あるいは前記希釈溶液中に組付体
を浸漬する方法等を用いることができる。更に、弗素を
含有し、かつカリウムを含有する処理液中にチューブと
フィンの組付体を浸漬して、この組付体表面にフラック
ス被膜を化成処理層として形成してもよい。

」二記フラックスを付着したチューブとフィンの組付体
は、公知の電気加熱式等の加熱炉内に搬入して、ろう材
およびフラックスの融点以上の温度に加熱して、ろう材
を介して一体に接合するのであるが、ろう材の融点は、
ＺｎＮによって５５０〜６２５℃程度の範囲に設定でき
、従って、ろう付温度は、５７０〜６３０℃程度の範囲
に設定できる。

また、ろう併用加熱炉内の雰囲気としては、窒素ガス等
の不活性ガスの封入、あるいは脱水した低湿度空気の送
入等により低露点保護雰囲気を形成して、チューブやフ
ィン表面におけるアルミニウム酸化皮膜の生成を抑制す
ることが好ましい。

〔作用および効果〕

上記した技術的手段によれば、フィン側にへ１−３ｉ系
のろう材をクラッドすることなくアルミニウム製のチュ
ーブとフィンとをろう付けできるから、フィン材へのＳ
ｉ拡散に起因するフィン材の強度低下といった現象が生
しない。

フィン強度の低下に関係する上記の要因を回避もしくは
抑制できることから、本発明ではフィンの座屈を回避し
つつ、フィンの薄肉化を良好に実現できる。

これにより、熱交換器全体としての軽量化、コスト低減
を達成できるという実用上の効果が大である。

しかも、Ｚｎ−Ａ４合金からなるろう材はチューブ材に
比して電極電位が当分卑であり、犠牲腐食効果を有して
おり、またチューブに対して全面的に施されているので
、チューブの耐食性を大幅に向」二できる。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の製法によって作られた車載空調装置用
コンデンサとしての熱交換器の斜視図であって、第２図
の傾斜図にみられるように、偏平チューブ１には流体（
冷媒）の流れ方向に沿って内部に複数条の仕切壁１ａを
設けて多数の穴１ｂが形成しである。この偏平チューブ
１を所定間隙を保って蛇行状に折り曲げることによって
、熱交換器の主体成分が構成されている。偏平チューブ
１の平行部間には、アルミニウムまたはアルミニウム合
金製のごく薄肉の伝熱面積増大用コルゲートフィン２が
挿入され、このチューブｌとフィン２とは、チューブ１
の表面にあらかじめ被覆しであるＺｎ−Ａｌ１合金層３
の溶融時接合力によって一体的にろうイ］接合されてい
る。チューブ１の両開口端には、冷凍サイクルの冷媒配
管に接続するためのパイプ接手４および５がろう付けさ
れている。

次に、本発明の製法を工程順に説明する。まず、押出し
成形機にて前述した断面形状（第２図参照）を有するア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金製の多穴偏平チュ
ーブ１を成形する。この偏平チューブ１は、第３図にお
いて左方から右方に連続的に供給され、最初にフラック
ス塗布装置Ａに送り込まれて、その表面に噴流ポンプＤ
によってフラックス６の水溶液が噴霧されることによっ
て、チューブ表面にフラックス６が塗布される。ここで
、フラックス６としては、後述のろう付時のフラックス
と同一のもの、すなわち弗化物系の非腐食性フラックス
であって、フラックス成分を水に希釈した水溶液として
使用する。

上記弗化物系の非腐食性フラックスの具体的組成として
は、フルオロアルミニウム酸カリウム（例えばＫＡＩＩ
Ｆａ　、Ｋ２　ＡｌＦ３、Ｋ３　Ａ１１Ｆｂ、の単体あ
るいは混合物）を使用する。

上記フラックス６が塗布されたチューブ１は、次に予熱
装置Ｂに送入される。この予熱装置Ｂは、ガスバーナＥ
あるいは電気ヒータ等によってチューブ１を１００〜２
００℃程度の温度に予熱する。

次いで、チューブ１ば溶融メッキ装置Ｃに送入るされる
。その溶融メッキ装Ｗｃでは、溶融メッキを行なうＺｎ
−Ａ１合金３′をその融点以上に加熱して、Ｚｎ−Ａｌ
１合金３′を溶融状態に維持している。ここで、Ｚｎ−
Ａｊ！合金３′の成分がＺｎ３５ｗｔ％−Ａ４１６５ｗ
、ｔ％の場合、その融点は６００℃である。溶融メッキ
方式として、本例では噴流ポンプＦによって供給される
Ｚｎ−Ａ１合金３′の噴流中にチューブ１を通ずことに
よって、チューブ１の表面にＺｎ−Ａ１合金３′を？容
融メッキする。

第４図は上記Ｚｎ−Ａ１合金３′を被覆したチューブ１
の横断面を示す。Ｚｎ−Ａｌ！合金からなるろう材３で
表面を覆われたチューブ１は、その後、所定の間隙を保
って蛇行状に折り曲げて熱交換器本体部分を形成し、次
にチューブ１の平行部間に、波形状に成形されたコルゲ
ートフィン２を挿入し、治具で固定保持した後、前述の
溶融メッキ時に用いたフラックスと同じフラックスの水
溶液をスプレーにて噴霧してチューブ１とフィン２の組
付体表面に塗布する。

次に、この組付体を上記ろう材３およびフラックス６の
融点以」二の温度に保たれた加熱炉内で約１０分間加熱
し、Ｚｎ−Ａｌ１合金からなるろう材３を？容融させる
ことによってチューブ゛１とフィン２との接合（ろう付
）を完了する。第５図はこのチューブ１とフィン２の接
合状態を示している。

本例では、−に記加熱炉は、窒素ガスを封入した低露点
保護雰囲気を有するように構成されており、そしてろう
付温度は、フラックス６およびろう材３の融点との関係
から次の第１表に示すごとく設定する。

第１表 上記第１表における実施例１〜６では、非腐食性フラッ
クス６として、フルオロアルミニウム酸カリウムを用い
ている。第１表における％はずべてｗｔ％を示している
。また、第１表におけるフルオロアルミニウム酸カリウ
ムは、５０〜５３ｍｏｆ％のＫＦと５０〜４７ｍｏ１％
のＡｎＦ３を混合して得られるものである。

上記第１表から理解されるように、ろう材３の融点は５
５０℃〜６２５“Ｃに変化する。

」二連のフラックスは弗化物を主成分とするものであっ
て、アルミニウム製熱交換器のｊｍ常の使用温度範囲で
は腐食性を有していないので、前述のろう付工程終了後
に化学的な洗浄等のフシックス残渣除去工程を行なう必
要がない。

コルゲートフィン２の肉厚は、従来のフィン表面にろう
付のクラッド層を設＋３る方法によれば、ろう材中のＳ
ｉ成分の拡散等に由来する座屈強度低下現象のために最
低限０．１３　ｍｌを保つ費用があったが、本発明製法
によれば、この種の座屈現象を良好に回避できるので、
肉厚のより薄いフィン２を用いても、フィン２とチュー
ブ１を良好に接合し得る。

そこで、フィン２の肉厚を０．１６　ｖｓ＊〜０．０６
皇１の範囲で種々変えた場合に、フィン接合時の座屈現
象がどのくらいの厚さ以下になった時、起こり始めるか
従来の熱交換器の製法と、本発明の製法とを比較しつつ
実験を行った。第２表はその実験結果を示すものである
。

第２表　〈フィンの接合実験結果〉 にあらかじめろう材をクラッドしてお〈従来法では、フ
ィン肉厚が０．１２　ｗｓｗｓ以下に下がると確実に座
屈が起こったのに対して、本発明の製法によった場合に
は、フィン肉厚が０．０６　ａｓ以下に下がった時、初
めて座屈を生じることがわかり、本発明の製法が製品の
軽量化に大きく役立つことが実証された。

次に、熱交換器の製法と製品の耐食性との関連について
、特に腐食の最も生じやすいチューブ１の屈曲部分に着
目して評価テストを行った結果を下記第３表Ａ・Ｂにま
とめた。

第３表Ａ　チューブの腐食試験結果（本発明）第３表Ｂ
　チューブの腐食試験結果（従来品）上表における材料
組成の数字はｗｔ％を示す。

テストは３種類のチューブ材料を用い、それぞれ従来製
法と本発明製法によって熱交換器を作り、Ｊ　Ｉ　Ｓ　
ＤＯ２０１に規定する腐食試験（ＣＡＳＳ試験法）を試
みた。上記第３表Ａ、Ｂに明らかなように、従来製法に
よった製品はチューブの材質の如何にかかわらず、テス
ト開始後３００〜５００時間後に、チューブ１の屈曲部
から漏れが生じ始めたのに対して、本発明の製法による
ものは、テストした３種類の材質のいずれについても、
７００時間経過後においても冷媒洩れが認められず、耐
食性の優秀さを確認することができた。

上記の実施例は、自動車搭載用空調機の熱交換器に関す
るものであるが、これと同種の構造をもったさまざまな
熱交換器についても本発明を同様に適用できることはも
ちろんである。また上記実施例では、チューブ１を蛇行
状に曲げ加工する前にＺｎ−ＡＡ合金３′を溶融メッキ
しているが、芋ユーブ１を蛇行状に曲げ加工した後に、
チューブ１の表面にＺｎ−Ａｌ１合金３′を溶融メッキ
してもよい。

次に、フラックス付着方法の他の実施例について説明す
ると、弗化カリウム（ＫＦ）を０．１　ｍ　。

ｌ／７！の割合で、弗化水素（ＨＦ）を０．１５ｍ。

ｌ／βの割合でそれぞれ水に溶解した化成皮膜処理液を
４０°Ｃ〜６０℃の温度に維持し、この処理液中にチュ
ーブ１またはチューブ１とフィン２の組付体を２分〜５
分の時間、浸漬して、チューブ１の表面又は組付体の表
面に、フルオロアルミニウム酸カリウム（具体的にはに
２ＡβＦｓ）からなるフラックス皮膜を化成処理層とし
て形成する。

このフラックス皮膜の量は５ｇ〜１０ｇ／ｒ＋？である
。

本例のごとく化成処理層としてフラックスを付着したも
のについて、フィンの座屈発生有無の実験およびチュー
ブの腐食試験を行ったところ、前記第２表および第３表
Ａに示すものと同様に良好な結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を説明するためのもので、第１
図は本発明の製法によって作られた熱交換器の斜視図、
第２図は第１図に示す熱交換器においてチューブの折り
曲げ形状を示す一部断面斜視図、第３図は本発明製法の
一実施例を示す工程概要図、第４図は本発明製法により
低融点ろう材を被覆したチューブの横断面図、第５図は
チューブとフィンの接合部を示す部分拡大断面図である
。 １・・・チューブ、２・・・フィン、３・・・低融点ろ
う材。 ３′・・・Ｚｎ−Ａ４合金、６・・・非腐食性フラック
ス。 Ａ・・・フランクス塗布装置、Ｂ・・・予熱装置、Ｃ・
・・溶融メッキ装置。 代理人弁理士　岡　　部　　　隆 第１図 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）アルミニウム製チューブの表面に、Ｚｎ−
   Ａｌ合金からなるろう材を被覆する工程と、 （ｂ）前記低融点ろう材が被覆されたアルミニウム製チ
   ューブとアルミニウム製フィンとを組付ける工程と、 （ｃ）このチューブとフィンの組付体に弗化物系の非腐
   食性フラックスを付着させる工程と、 （ｄ）前記チューブとフィンの組付体を、加熱炉内にて
   前記ろう材および非腐食性フラックスの融点以上の温度
   に加熱して前記ろう材を介してチューブとフィンを一体
   に接合する工程とを具備することを特徴とするアルミニ
   ウム製熱交換器の製法。
2. （２）前記非腐食性フラックスは、フルオロアルミニウ
   ム酸カリウムであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のアルミニウム製熱交換器の製法。
3. （３）前記非腐食性フラックスを付着する方法として、
   フラックス組成物を水又は有機溶剤にて希釈した希釈溶
   液を噴霧して前記チューブとフィンの組付体に非腐食性
   フラックスを付着させることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第２項に記載のアルミニウム製熱交換器の
   製法。
4. （４）前記非腐食性フラックスを付着する方法として、
   フラックス組成物を水又は有機溶剤希釈した希釈溶液中
   に、前記チューブとフィンの組付体を浸漬して、この組
   付体に非腐食性フラックスを付着させることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のアルミニウ
   ム製熱交換器の製法。
5. （５）前記非腐食性フラックスを付着する方法として、
   弗素を含有し、かつカリウムを含有する処理液中に、前
   記チューブとフィンの組付体を浸漬して、この組付体の
   表面にフラックス被膜を化成処理層として形成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
   アルミニウム製熱交換器の製法。
6. （６）前記チューブの表面に弗化物系の非腐食性フラッ
   クスを被覆した後に、前記Ｚｎ−Ａｌ合金からなるろう
   材を被覆することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のアルミニウム製熱交換器の製法。
7. （７）前記ろう材を溶融メッキあるいは溶射メッキによ
   り前記チューブの表面に被覆することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第６項に記載のアルミニウム製熱
   交換器の製法。