サイドサポート材およびその製造方法
【課題】フィンにろう付された場合に、フィンへのろう侵食が少なく、耐エロージョン性に優れたサイドサポート材およびその製造方法の提供。
【解決手段】本発明のサイドサポート材５は、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｃｕ：０．３〜１．２質量％、Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなる芯材の一方の面に、Ｓｉ：３．０〜９．０質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるろう材がクラッドされ、前記芯材の他方の面にＭｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．３〜１．７質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなる拡散防止層がクラッドされてなることを特徴とする。
【解決手段】本発明のサイドサポート材５は、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｃｕ：０．３〜１．２質量％、Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなる芯材の一方の面に、Ｓｉ：３．０〜９．０質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるろう材がクラッドされ、前記芯材の他方の面にＭｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．３〜１．７質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなる拡散防止層がクラッドされてなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイドサポート材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用熱交換器にはアルミニウム合金のチューブやフィン、サイドサポートが用いられており、これらがろう付けにより組みつけられている。軽量化を目的にフィンやチューブの薄肉化が進んでおり、それに伴って熱交換器の耐圧強度確保のため、ろう付後の高強度化が必要となる。特にアルミニウム合金サイドサポート材は、熱交換器の耐圧強度に大きな影響を及ぼすことから、これまでにも高強度のサイドサポート材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の通り、軽量化を目的にフィンの薄肉化が進む傾向にあり、サイドサポート材などクラッドしてあるろう材量が多い厚肉のブレージングシートとフィン材とをろう付けにより組み合わせる場合、フィン材に座屈を伴うろう侵食（エロージョン）が発生する問題が出てきた。また、薄肉化したフィンやチューブを用いた熱交換器の耐圧強度の確保のため、ろう付け後のサイドサポートが高強度である必要が出てきた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、フィンにろう付された場合に、フィンへのろう侵食が少なく、耐エロージョン性に優れ、且つ、ろう付け後強度が高強度であるサイドサポート材およびそ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】
【０００６】
本発明のサイドサポート材は、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｃｕ：０．３〜１．２質量％、Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される芯材の一方の面に、Ｓｉ：３．０〜９．０質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成されるろう材がクラッドされ、前記芯材の他方の面にＭｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．３〜１．７質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される拡散防止層がクラッドされてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明のサイドサポート材において、前記芯材が、さらに、Ｚｒ：０．０５〜０．２５質量％、Ｔｉ：０．０３〜０．２０質量％のうち、１種又は２種を含有することが好ましい。
本発明のサイドサポート材において、前記拡散防止層が、さらに、Ｚｎ：０．０５質量％以上０．５質量％未満を含有することが好ましい。
本発明のサイドサポート材において、前記芯材のろう付後の結晶粒径が２００μｍ以下であることが好ましい。
本発明のサイドサポート材において、前記ろう材中のＳｉ粒子の平均円相当径が２μｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
本発明のサイドサポート材の製造方法は、上記本発明のサイドサポート材を製造する方法であって、前記サイドサポートの前記芯材を、５５０℃以上６１０℃以下で且つ１時間以上１０時間以下行う均質化処理を実施する製法、もしくは均質化処理を実施しない製法で作製することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るサイドサポート材は、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを所定の含有量で含む芯材の一方の面に、Ｓｉを所定の含有量で含むろう材がクラッドされるとともに、他方の面にＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕを所定の含有量で含む拡散防止層がクラッドされる構成であることにより、フィンにろう付された場合に、フィンへのろう侵食が少なく、耐エロージョン性に優れる。
また、本発明に係るサイドサポート材において、芯材のろう付後の結晶粒径を２００μｍ以下に規定することにより、フィンへのろう付時にサイドサポートの芯材へのろう侵食が促進され、フィンへのろう侵食が抑制される。
さらに、本発明に係るサイドサポート材において、ろう材中のＳｉ粒子の平均円相当径を２μｍ以下に規定することにより、フィンにろう付された場合に、フィンへのろう侵食をより効果的に抑制できる。
本発明のサイドサポート材の製造方法は、サイドサポートの芯材を５５０℃以上６１０℃以下で且つ１時間以上１０時間以下行う均質化処理を実施する製法、もしくは均質化処理を実施しない製法で作製することにより、サイドサポート材の芯材の結晶粒径を細かくすることができる。そのため、本発明に係る方法で製造されたサイドサポート材をフィンへろう付けする際のろう付熱処理時に、サイドサポート材の芯材へのろう侵食が大きくなり、フィンへのろう侵食（エロージョン）を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るサイドサポート材を用いた熱交換器の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱交換器の正面図である。
【図３】本発明に係るサイドサポート材を用いた熱交換器におけるフィンとサイドサポート材のろう付接合部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。
図１は本発明に係るサイドサポート材を用いた熱交換器の一実施形態を示す斜視図であり、図２は図１に示す熱交換器の正面図である。
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、２と、これらヘッダーパイプ２、２の間にヘッダーパイプ２と直行する方向で互いに平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、複数のチューブ３の外側に上下に設けられた本発明に係るサイドサポート材５、５とから構成されている。
【００１２】
熱交換器１において、ヘッダーパイプ２とチューブ３およびサイドサポート材５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及び各ヘッダーパイプ５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されるとともに、チューブ３及びサイドサポート材５とフィン４が相互にろう付されることで組み立てられている。
このような構成の熱交換器１では、各ヘッダーパイプ２と各チューブ３の内部空間（冷媒通路）が冷媒を循環するので、この冷媒と外気との熱交換をフィン４を介して行うようになっている。
【００１３】
アルミニウム合金製のヘッダーパイプ２の形状は特に限定はなく、内部に冷媒を通過させる空間を有している構成であればよい。なお、ヘッダーパイプ２は図２に示す円筒状に限定されず、如何なる形状であってもよい。
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せたアルミニウム合金製のブレージングシートを用いることができる。チューブ３の厚さは、例えば、０．１５〜０．３０ｍｍ程度に形成すればよい。
【００１４】
フィン４は、チューブ３およびサイドサポート材５に組み付けられた状態でろう付処理されることにより、ろう材を介してチューブ３およびサイドサポート材５にろう付接合されるものである。フィン４の形状は、特に限定されず、例えば、平板状、波板状、蛇腹状等、フィン４が適用される熱交換器１の形態に応じて適宜選択することができる。フィン４の板厚は、例えば０．０４０〜０．０８０ｍｍの範囲とされる。
本発明において、フィン４は、ＪＩＳ３００３などのアルミニウム合金から構成される。
【００１５】
＜サイドサポート材＞
図３は、本発明に係るサイドサポート材を用いた熱交換器１におけるフィン４とサイドサポート材５のろう付接合部を示す模式図である。図３に示すように、サイドサポート材５は、芯材５Ｓの一方の面にろう材５Ｒがクラッドされ、芯材５Ｓの他方の面に拡散防止層５Ｋがクラッドされてなる。サイドサポート材５はそのろう材５Ｒ側の面がフィン４の屈曲部にろう付けされており、接合部にはフィレット７が形成されている。サイドサポート材５は板状であって、その厚さは０．８〜２．０ｍｍとされる。
【００１６】
サイドサポート材５の芯材５Ｓは、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｃｕ：０．３〜１．２質量％、Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される。また、芯材５Ｓの一方の面にクラッドされるろう材５Ｒは、Ｓｉ：３．０〜９．０質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される。さらに、芯材５Ｓの他方の面にクラッドされる拡散防止層５Ｋは、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．３〜１．７質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される。
以下、本発明で使用するアルミニウム合金の組成限定理由について説明する。
なお、本明細書において記載する各元素の含有量は、特に限定しない限り質量％であり、また、特に規定しない限り上限と下限を含むものとする。例えば１．０〜２．０％との表記は１．０％以上２．０％以下を意味する。
【００１７】
（サイドサポート材の芯材の組成）
「Ｍｎ：１．０〜２．０質量％」
Ｍｎの含有量を１．０質量％以上とすることにより、Ａｌ−Ｍｎ系化合物による分散強化により、フィンへろう付した際のろう付後強度を向上させることができる。Ｍｎの含有量が１．０質量％未満の場合、Ａｌ−Ｍｎ系化合物による分散強化が小さく、フィンへろう付した際に、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。
Ｍｎの含有量を２．０質量％以下とすることにより、鋳造時にＡｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）系の粗大な晶出物が増加することを抑制できる。Ｍｎの含有量が２．０質量％を超える場合、鋳造時にＡｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）系の粗大な晶出物が増加し、フィンへとろう付した際に、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、製造性（成形性）が低下するおそれがある。
【００１８】
［Ｓｉ：０．５〜１．５質量％］
Ｓｉの含有量を０．５質量％以上１．５質量％以下とすることにより、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化により、フィンへろう付した際のろう付後強度を向上させることができる。Ｓｉの含有量が０．５質量％未満の場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化が小さく、フィンへろう付した際に、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が１．５質量％を超える場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化が大きくなり過ぎて、成形加工が困難になるおそれがある。
【００１９】
［Ｃｕ：０．３〜１．２質量％］
Ｃｕの含有量を０．３質量％以上１．２質量％以下とすることにより、Ｃｕの固溶によりろう付後強度を向上させることができる。Ｃｕの含有量が０．３質量％未満の場合、Ｃｕの固溶量が少なく、フィンへろう付した際に、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、Ｃｕの固溶量が１．２質量％を超える場合、Ｃｕの固溶量が多く、強度が高くなり過ぎて、成形加工が困難になるおそれがある。
【００２０】
［Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％］
Ｍｇの含有量を０．０３質量％以上とすることにより、金属間化合物による分散強化及び固溶強化により、フィンへろう付した際のろう付後強度を向上させることができる。Ｍｇの含有量が０．０３質量％未満の場合、金属間化合物による分散強化及び固溶強化の影響が小さく、フィンへろう付した際のろう付後強度への寄与が小さくなるおそれがある。
Ｍｇの含有量を０．３質量％以下とすることにより、鋳造時の晶出物が粗大化することを抑制できる。Ｍｇの含有量が０．３質量％を超える場合、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性（成形性）が低下するおそれがある。
【００２１】
本発明において、サイドサポート材５の芯材５Ｓは、以上の元素に加えて、Ｚｒ０．０５〜０．２５質量％、Ｔｉ０．０３〜０．２０質量％の１種又は２種を含有することができる。
これらの元素は芯材５Ｓの強度を高める作用を有する。これらの元素の含有量が前記範囲よりも少ない場合には、金属間化合物による分散強化および固溶強化の影響が小さく、ろう付後強度への寄与が小さくなる。また、これらの元素の含有量が前記範囲を超える場合には、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性（生産性）が低下するおそれがある。
【００２２】
（サイドサポート材のろう材の組成）
［Ｓｉ：３．０〜９．０質量％］
Ｓｉの含有量が３．０質量％以上９．０質量％以下とすることにより、十分なろう付性が得られる。Ｓｉの含有量が３．０質量％未満の場合、フィンへのろう付熱処理時に溶融ろうの量が少なく、十分なろう付性が得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が９．０質量％を超える場合、フィンへのろう付熱処理時に溶融ろうの量が多く、フィン４への著しいろう侵食が生じ易くなるおそれがある。
【００２３】
本発明において、サイドサポート材５のろう材５Ｒ中のＳｉ粒子の平均円相当径を２μｍ以下とすることが好ましい。ろう材５Ｒ中のＳｉ粒子の平均円相当径を２μｍ以下とすることにより、サイドサポート材５をフィン４へろう付した際に、フィン４へのろう侵食をより効果的に抑制できる。ろう材５Ｒ中のＳｉ粒子の平均円相当径が２μｍを超える場合、粗大なＳｉ粒子がろう付熱処理時に溶融し、サイドサポート材５をフィン４へろう付した際に、フィン４が著しいろう侵食を受けるおそれがある。
【００２４】
（サイドサポート材の拡散防止層の組成）
拡散防止層５Ｋは、芯材５Ｓに含まれるＭｇによりヘッダーパイプ２とサイドサポート５のろう付性が阻害されることを抑制するために設けられている。拡散防止層５Ｋを設けることにより、ろう付時に芯材５ＳからのＭｇが拡散することを防ぎ、ヘッダーパイプ２とサイドサポート５を強固にろう付できる。
［Ｍｎ：１．０〜２．０質量％］
Ｍｎの含有量を１．０質量％以上とすることにより、Ａｌ−Ｍｎ系化合物による分散強化により、ろう付後強度を向上させることができる。Ｍｎの含有量が１．０質量％未満の場合、Ａｌ−Ｍｎ系化合物による分散強化が小さく、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。
Ｍｎの含有量が２．０質量％以下とすることにより、鋳造時にＡｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）系の粗大な晶出物が増加することを抑制できる。Ｍｎの含有量が２．０質量％を超える場合、Ａｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）系の粗大な晶出物が増加し、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、製造性（成形性）が低下するおそれがある。
【００２５】
［Ｓｉ：０．３〜１．７質量％］
Ｓｉの含有量を０．３質量％以上１．７質量％以下とすることにより、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化により、ろう付後強度を向上させることができる。Ｓｉの含有量が０．３質量％未満の場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化が小さく、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が１．７質量％を超える場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化が大きくなり過ぎて、成形加工が困難になるおそれがある。
【００２６】
［Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％］
Ｃｕの含有量を０．０３質量％以上０．２５質量％以下とすることにより、Ｃｕの固溶によりろう付後強度を向上させることができる。Ｃｕの含有量が０．０３質量％未満の場合、Ｃｕの固溶量が少なく、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、Ｃｕの含有量が０．２５質量％を超える場合、Ｃｕの固溶量が多く、素材強度が高くなり過ぎて、成形加工が困難になるおそれがある。また、電位が貴になり、芯材との電位差が小さくなることで、十分な犠牲陽極効果が作用しなくなる。
【００２７】
本発明において、サイドサポート材５の拡散防止層５Ｋは、以上の元素に加えて、Ｚｎ０．０５質量％以上０．５質量％未満を含有することができる。
Ｚｎの含有量が０．０５質量％未満の場合、電位が貴になり、芯材５Ｓとの電位差が小さくなることで、十分な犠牲陽極効果が作用しなくなるおそれがある。また、Ｚｎの含有量が０．５質量％以上の場合、電位が卑になり、サイドサポート材５単体の自己耐食性が低下するおそれがある。
【００２８】
板状のサイドサポート材５全体の厚さは、０．８〜２．０ｍｍの範囲とされ、サイドサポート材５のろう材５Ｒのクラッド率は３〜１０％の範囲とすることが好ましい。
サイドサポート材５のろう材５Ｒのクラッド率を３〜１０％の範囲とすることにより、フィン４との十分なろう付性が得られる。ろう材５Ｒのクラッド率が３％未満の場合、ろう付熱処理時に溶融ろうの量が少なく、十分なろう付性が得られないおそれがある。また、ろう材５Ｒのクラッド率が１０％を超える場合、ろう付熱処理時に溶融ろうの量が多くなり過ぎ、フィン４が著しいろう侵食を受けるおそれがある。
【００２９】
また、サイドサポート材５の拡散防止層５Ｋのクラッド率は３〜１０％の範囲とすることが好ましい。
サイドサポート材５の拡散防止層５Ｋのクラッド率を３〜１０％の範囲とすることにより、十分な犠牲陽極効果が得られる。拡散防止層５Ｋのクラッド率が３％未満の場合、拡散防止層５Ｋが薄くなり、十分な犠牲陽極効果が得られないおそれがある。また、拡散防止層５Ｋのクラッド率が１０％を超える場合、芯材５Ｓが薄くなり、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。
【００３０】
本発明において、サイドサポート材５の芯材５Ｓのろう付後の結晶粒径が２００μｍ以下であることが好ましい。芯材５Ｓのろう付後の結晶粒径を２００μｍ以下とすることにより、ろう付時にサイドサポート５の芯材５Ｓへのろう侵食が促進され、フィン４へのろう侵食（エロージョン）をより効果的に抑制することができる。
芯材５Ｓの結晶粒径が２００μｍを超える場合、ろう付熱処理時にサイドサポート５の芯材５Ｓへのろう侵食が小さくなり、過剰な溶融ろうによりフィン４が著しいろう侵食を受けるおそれがある。
【００３１】
（サイドサポート材の製造方法）
サイドサポート材５は、芯材用アルミニウム合金、拡散防止層用アルミニウム合金、およびろう材用アルミニウム合金を鋳造し、得られた鋳塊に均質化処理を施す、あるいは均質か処理を施さずに、熱間圧延によりアルミニウム合金板とした後、焼鈍し、続いて冷間圧延により目的の板厚より若干厚い程度の薄板状のアルミニウム合金板を得た後、中間焼鈍を行い、目的の板厚になるように冷間圧延を施して製造することができる。
サイドサポート材５の製造工程において、均質化処理を行う場合、高温温度域にて行うことが好ましい。具体的には、サイドサポート材５の芯材５Ｓに処理温度５５０℃以上６１０℃以下で且つ処理時間１時間以上１０時間以下の条件で均質化処理を行うことが好ましい。このような条件で均質化処理することにより、サイドサポート材５の芯材５Ｓの結晶粒径を細かくすることができ、ろう付熱処理時に芯材５Ｓへのろう侵食が大きくなり、フィン４へのろう侵食（エロージョン）を抑制することができる。
【００３２】
均質化処理の処理温度が５５０℃未満または処理時間が１時間未満である場合、芯材５Ｓのろう付後結晶粒径が粗大になり、ろう付熱処理時にサイドサポート材５の芯材５Ｓへのろう侵食が小さくなり、過剰な溶融ろうによりフィン４が著しいろう侵食を受けるおそれがある。また、均質化処理の処理温度が６１０℃を超えるまたは処理時間が１０時間を越える場合、金属間化合物が粗大化し、所望のろう付後強度が得られないとともに、自己耐食性が低下するおそれがある。
なお、この均質化処理は必要に応じて行われるものであり、前記した温度範囲および時間範囲を外れる均質化処理を行うよりは、均質化処理自体を行わない方が好ましい。
【００３３】
本実施形態のサイドサポート材５を用いた熱交換器１は、図１および図２に示す如く、ヘッダーパイプ２、サイドサポート材５、チューブ３、フィン４を配置した後、フィン４の屈曲部をチューブ３の上面あるいは下面およびサイドサポート材５のろう材５Ｒ側の面にろう付けして固定するとともに、チューブ３の端部およびサイドサポート材５の端部とヘッダーパイプ２をろう付けして固定することにより製造される。
【００３４】
本実施形態のサイドサポート材５は、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを所定の含有量で含む芯材５Ｓの一方の面に、Ｓｉを所定の含有量で含むろう材５Ｒがクラッドされるとともに、他方の面にＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕを所定の含有量で含む拡散防止層５Ｋがクラッドされる構成であることにより、フィン４へろう付した場合に、フィン４へのろう侵食が少なく、耐エロージョン性に優れる。
そのため、本実施形態のサイドサポート材５を用いた熱交換器１は、サイドサポート材５をフィン４へろう付後のフィン４の接合部エリアのろうの侵食率が５０％以下であることができる。
ここで、フィン４の接合部エリアのろうの侵食率とは、フィン４とサイドサポート材５の接合部を断面観察した際の、フィン４側のろう侵食の割合であり、ろう侵食を受ける前のフィン４の元の面積を分母、ろう付後のフィン４のろう侵食部の面積を分子として算出する。すなわち、（フィン４の接合部エリアのろうの侵食率）＝（ろう付後の接合部におけるフィン４のろう侵食部の断面積）／（ろう付前のフィン４の接合部の断面積）×１００（％）である。
【００３５】
また、本実施形態のサイドサポート材５を用いた熱交換器１は、フィン４へのろう侵食が抑制され、優れた耐エロージョン性を備えるとともに、成形性に優れ、且つ優れたろう付後強度を有する。このため、フィン４とチューブ３およびサイドサポート材５とが確実に接合されており、冷媒と外気との熱交換がフィン４を介して効率良くなされる。また、本発明のサイドサポート材５は、フィン４へのろう付後に優れた強度を有するため、軽量化・小型化されても優れた強度を備える熱交換器１用のサイドサポート材として好適である。
【００３６】
以上、本発明に係る熱交換器の各実施形態について説明したが、前記したサイドサポート材５を用いた熱交換器１を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【実施例】
【００３７】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１〜３１、比較例１〜１６）
「サイドサポート材の作製」
表１および表２に示す含有量で各元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる芯材用アルミニウム合金、拡散防止層用アルミニウム合金、およびろう材用アルミニウム合金を半連続鋳造により鋳造した。次に、得られた鋳塊を表１および表２に示す条件で均質化処理した。
次いで、得られた芯材の鋳塊の片面に拡散防止層用鋳塊を、さらにその反対面にろう材用鋳塊を組み合わせて熱間圧延しクラッド材とした。熱間圧延により所定厚さにした後、焼鈍し、続いて冷間圧延により目的の板厚より若干厚い程度の薄板状のアルミニウム合金板を得た。その後、得られたアルミニウム合金板を中間焼鈍を行い、最終冷間圧延により、芯材の一方の面にろう材がクラッドされ、他方の面に拡散防止層がクラッドされた、厚さ１．０ｍｍのＨ１４調質のサイドサポート材を得た。得られたサイドサポート材のろう材のクラッド率は５％、拡散防止層のクラッド率は５％であった。
【００３９】
「評価」
作製したサイドサポート材について、以下の評価を行った。評価結果を表１および表２に併記した。
１．サイドサポート材の成形性
得られたサイドサポート材をプレス成形にて長さ４５０ｍｍ×幅１８ｍｍで断面形状をコの字形（コの字の各片の長さは１８ｍｍ）に成形し、成形後のサイドサポート材の寸法を計測した。表１に示す実施例１のサイドサポート材の成形後の寸法に対して、±５〜１０％の寸法差が生じた場合は「△」、±１０％超の寸法差が生じた場合は「×」として評価した。
【００４０】
２．サイドサポート材のろう材中のＳｉ粒子の平均円相当径
サイドサポート材の断面を走査型電子顕微鏡ＪＳＭ−６３９０ＬＶ（日本電子株式会社製）を用いて観察し、ろう材中のＳｉ粒子について画像解析ソフトＩｍａｇｅ−Ｐｒｏ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）を用いて画像解析を行い、平均の円相当径を測定した。
【００４１】
３．サイドサポート材のろう付直後の引張強度
コルゲート成形加工を行い、波形に加工した厚さ０．０５ｍｍ、ＪＩＳ３００３合金製のフィンをサイドサポート材のろう材側の面に組みつけて、窒素雰囲気中、６００℃、３分間のろう付処理を施すことによりサイドサポート材とフィンをろう付けした。ろう付け直後に引張り試験を行うことにより、サイドサポート材の強度を測定した。サイドサポート材はＪＩＳ５号試験片形状に加工し、これを試験片として用い、引張試験機として島津製作所社製：ＡＧ−ＧＩ １０ｋＮを使用して、引張速度２ｍｍ／分で引張試験を行うことにより、ろう付直後の引張強度（耐力：ＭＰａ）を測定した。引張強度１７０ＭＰａ以上で強度良好である。
【００４２】
４．サイドサポート材の時効後の引張強さ
上記の手順でフィンをろう付けしたサイドサポート材を、８０℃にて１週間時効処理した後、上記３と同様にして引張試験を行った。
【００４３】
５．ろう付後のサイドサポート材の芯材の結晶粒径
金属顕微鏡ＢＸ６０Ｍ（オリンパス株式会社製）を用い、サイドサポート材を圧延方向に平行な断面から観察し、エッチングによって結晶粒を明確にした後に芯材の結晶粒径を測定した。
【００４４】
６．フィンとサイドサポート材の接合部のフィレットサイズ
上記の手順でサイドサポート材とコルゲート成形したフィンを組付けてろう付けした後、金属顕微鏡ＢＸ６０Ｍ（オリンパス株式会社製）を用い、サイドサポートとフィンのろう付接合部に形成されたフィレットの観察を断面から実施し、フィレットの断面写真を撮影し、その写真よりフィレットサイズを求めた。表１に示す実施例１のフィレットサイズに対して、±１０％超の寸法差が生じた場合は「×」として評価した。
【００４５】
７．ろう侵食性
上記の手順でサイドサポートとコルゲート成形した厚さ０．０５ｍｍ、ＪＩＳ３００３合金製のフィンを組付けてろう付けした後、金属顕微鏡ＢＸ６０Ｍ（オリンパス株式会社製）を用い、サイドサポート材とフィンのろう付接合部に形成されたフィレットの観察を断面から実施し、フィレットの断面写真を撮影し、ろう侵食率からろう侵食性を判断した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
表１に示すように、実施例１〜３１は、いずれもサイドサポート材のろう付後の強度に優れ、成形性も良好であり、フィンへのろう侵食が抑えられており、耐エロージョン性に優れていた。なかでも、均質化処理を５５０〜６１０℃、１〜１０時間の範囲で行った実施例１〜２３、及び均質化処理を行わなかった実施例２７〜２９では、サイドサポート材の成形性が良好で、且つ耐エロージョン性に特に優れていた。
【００４９】
表２に示すように、サイドサポート材の芯材におけるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇのいずれかの含有量が、本発明の所定範囲を下回る比較例１、３、５、７は、ろう付後の強度が低下していた。また、ＭｎまたはＳｉの含有量が少ない比較例１、３では、耐エロージョン性が低くなっていた。
サイドサポート材の芯材におけるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇのいずれかの含有量が、本発明の所定範囲を超える比較例２、４、６、８では、芯材の強度が高くなり過ぎて、成形性が低くなっていた。
【００５０】
サイドサポート材のろう材におけるＳｉの含有量が本発明の所定範囲よりも少ない比較例９では、ろう付熱処理時の溶融ろうの量が少なくなり、フィレットサイズが小さく、十分なろう付性が得られなかった。
サイドサポート材のろう材におけるＳｉの含有量が本発明の所定範囲よりも多い比較例１０では、溶融ろうの量が多くなり過ぎるために、ろう侵食率が高く、フィレットサイズも大きくなっていた。
【００５１】
サイドサポート材の拡散防止層におけるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕのいずれかの含有量が、本発明の所定範囲を下回る比較例１１、１３、１５は、ろう付後の強度が低下していた。
サイドサポート材の拡散防止層におけるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕのいずれかの含有量が、本発明の所定範囲を超える比較例１２、１４、１６では、拡散防止層の強度が高くなり過ぎて、成形性が低くなっていた。
【符号の説明】
【００５２】
１…熱交換器、２…ヘッダーパイプ、３…チューブ、４…フィン、５…サイドサポート材、５Ｓ…芯材、５Ｋ…拡散防止層、５Ｒ…ろう材、７…フィレット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイドサポート材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用熱交換器にはアルミニウム合金のチューブやフィン、サイドサポートが用いられており、これらがろう付けにより組みつけられている。軽量化を目的にフィンやチューブの薄肉化が進んでおり、それに伴って熱交換器の耐圧強度確保のため、ろう付後の高強度化が必要となる。特にアルミニウム合金サイドサポート材は、熱交換器の耐圧強度に大きな影響を及ぼすことから、これまでにも高強度のサイドサポート材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の通り、軽量化を目的にフィンの薄肉化が進む傾向にあり、サイドサポート材などクラッドしてあるろう材量が多い厚肉のブレージングシートとフィン材とをろう付けにより組み合わせる場合、フィン材に座屈を伴うろう侵食（エロージョン）が発生する問題が出てきた。また、薄肉化したフィンやチューブを用いた熱交換器の耐圧強度の確保のため、ろう付け後のサイドサポートが高強度である必要が出てきた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、フィンにろう付された場合に、フィンへのろう侵食が少なく、耐エロージョン性に優れ、且つ、ろう付け後強度が高強度であるサイドサポート材およびそ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】
【０００６】
本発明のサイドサポート材は、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｃｕ：０．３〜１．２質量％、Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される芯材の一方の面に、Ｓｉ：３．０〜９．０質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成されるろう材がクラッドされ、前記芯材の他方の面にＭｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．３〜１．７質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される拡散防止層がクラッドされてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明のサイドサポート材において、前記芯材が、さらに、Ｚｒ：０．０５〜０．２５質量％、Ｔｉ：０．０３〜０．２０質量％のうち、１種又は２種を含有することが好ましい。
本発明のサイドサポート材において、前記拡散防止層が、さらに、Ｚｎ：０．０５質量％以上０．５質量％未満を含有することが好ましい。
本発明のサイドサポート材において、前記芯材のろう付後の結晶粒径が２００μｍ以下であることが好ましい。
本発明のサイドサポート材において、前記ろう材中のＳｉ粒子の平均円相当径が２μｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
本発明のサイドサポート材の製造方法は、上記本発明のサイドサポート材を製造する方法であって、前記サイドサポートの前記芯材を、５５０℃以上６１０℃以下で且つ１時間以上１０時間以下行う均質化処理を実施する製法、もしくは均質化処理を実施しない製法で作製することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るサイドサポート材は、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを所定の含有量で含む芯材の一方の面に、Ｓｉを所定の含有量で含むろう材がクラッドされるとともに、他方の面にＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕを所定の含有量で含む拡散防止層がクラッドされる構成であることにより、フィンにろう付された場合に、フィンへのろう侵食が少なく、耐エロージョン性に優れる。
また、本発明に係るサイドサポート材において、芯材のろう付後の結晶粒径を２００μｍ以下に規定することにより、フィンへのろう付時にサイドサポートの芯材へのろう侵食が促進され、フィンへのろう侵食が抑制される。
さらに、本発明に係るサイドサポート材において、ろう材中のＳｉ粒子の平均円相当径を２μｍ以下に規定することにより、フィンにろう付された場合に、フィンへのろう侵食をより効果的に抑制できる。
本発明のサイドサポート材の製造方法は、サイドサポートの芯材を５５０℃以上６１０℃以下で且つ１時間以上１０時間以下行う均質化処理を実施する製法、もしくは均質化処理を実施しない製法で作製することにより、サイドサポート材の芯材の結晶粒径を細かくすることができる。そのため、本発明に係る方法で製造されたサイドサポート材をフィンへろう付けする際のろう付熱処理時に、サイドサポート材の芯材へのろう侵食が大きくなり、フィンへのろう侵食（エロージョン）を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るサイドサポート材を用いた熱交換器の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱交換器の正面図である。
【図３】本発明に係るサイドサポート材を用いた熱交換器におけるフィンとサイドサポート材のろう付接合部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。
図１は本発明に係るサイドサポート材を用いた熱交換器の一実施形態を示す斜視図であり、図２は図１に示す熱交換器の正面図である。
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、２と、これらヘッダーパイプ２、２の間にヘッダーパイプ２と直行する方向で互いに平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、複数のチューブ３の外側に上下に設けられた本発明に係るサイドサポート材５、５とから構成されている。
【００１２】
熱交換器１において、ヘッダーパイプ２とチューブ３およびサイドサポート材５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及び各ヘッダーパイプ５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されるとともに、チューブ３及びサイドサポート材５とフィン４が相互にろう付されることで組み立てられている。
このような構成の熱交換器１では、各ヘッダーパイプ２と各チューブ３の内部空間（冷媒通路）が冷媒を循環するので、この冷媒と外気との熱交換をフィン４を介して行うようになっている。
【００１３】
アルミニウム合金製のヘッダーパイプ２の形状は特に限定はなく、内部に冷媒を通過させる空間を有している構成であればよい。なお、ヘッダーパイプ２は図２に示す円筒状に限定されず、如何なる形状であってもよい。
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せたアルミニウム合金製のブレージングシートを用いることができる。チューブ３の厚さは、例えば、０．１５〜０．３０ｍｍ程度に形成すればよい。
【００１４】
フィン４は、チューブ３およびサイドサポート材５に組み付けられた状態でろう付処理されることにより、ろう材を介してチューブ３およびサイドサポート材５にろう付接合されるものである。フィン４の形状は、特に限定されず、例えば、平板状、波板状、蛇腹状等、フィン４が適用される熱交換器１の形態に応じて適宜選択することができる。フィン４の板厚は、例えば０．０４０〜０．０８０ｍｍの範囲とされる。
本発明において、フィン４は、ＪＩＳ３００３などのアルミニウム合金から構成される。
【００１５】
＜サイドサポート材＞
図３は、本発明に係るサイドサポート材を用いた熱交換器１におけるフィン４とサイドサポート材５のろう付接合部を示す模式図である。図３に示すように、サイドサポート材５は、芯材５Ｓの一方の面にろう材５Ｒがクラッドされ、芯材５Ｓの他方の面に拡散防止層５Ｋがクラッドされてなる。サイドサポート材５はそのろう材５Ｒ側の面がフィン４の屈曲部にろう付けされており、接合部にはフィレット７が形成されている。サイドサポート材５は板状であって、その厚さは０．８〜２．０ｍｍとされる。
【００１６】
サイドサポート材５の芯材５Ｓは、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｃｕ：０．３〜１．２質量％、Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される。また、芯材５Ｓの一方の面にクラッドされるろう材５Ｒは、Ｓｉ：３．０〜９．０質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される。さらに、芯材５Ｓの他方の面にクラッドされる拡散防止層５Ｋは、Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．３〜１．７質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される。
以下、本発明で使用するアルミニウム合金の組成限定理由について説明する。
なお、本明細書において記載する各元素の含有量は、特に限定しない限り質量％であり、また、特に規定しない限り上限と下限を含むものとする。例えば１．０〜２．０％との表記は１．０％以上２．０％以下を意味する。
【００１７】
（サイドサポート材の芯材の組成）
「Ｍｎ：１．０〜２．０質量％」
Ｍｎの含有量を１．０質量％以上とすることにより、Ａｌ−Ｍｎ系化合物による分散強化により、フィンへろう付した際のろう付後強度を向上させることができる。Ｍｎの含有量が１．０質量％未満の場合、Ａｌ−Ｍｎ系化合物による分散強化が小さく、フィンへろう付した際に、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。
Ｍｎの含有量を２．０質量％以下とすることにより、鋳造時にＡｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）系の粗大な晶出物が増加することを抑制できる。Ｍｎの含有量が２．０質量％を超える場合、鋳造時にＡｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）系の粗大な晶出物が増加し、フィンへとろう付した際に、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、製造性（成形性）が低下するおそれがある。
【００１８】
［Ｓｉ：０．５〜１．５質量％］
Ｓｉの含有量を０．５質量％以上１．５質量％以下とすることにより、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化により、フィンへろう付した際のろう付後強度を向上させることができる。Ｓｉの含有量が０．５質量％未満の場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化が小さく、フィンへろう付した際に、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が１．５質量％を超える場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化が大きくなり過ぎて、成形加工が困難になるおそれがある。
【００１９】
［Ｃｕ：０．３〜１．２質量％］
Ｃｕの含有量を０．３質量％以上１．２質量％以下とすることにより、Ｃｕの固溶によりろう付後強度を向上させることができる。Ｃｕの含有量が０．３質量％未満の場合、Ｃｕの固溶量が少なく、フィンへろう付した際に、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、Ｃｕの固溶量が１．２質量％を超える場合、Ｃｕの固溶量が多く、強度が高くなり過ぎて、成形加工が困難になるおそれがある。
【００２０】
［Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％］
Ｍｇの含有量を０．０３質量％以上とすることにより、金属間化合物による分散強化及び固溶強化により、フィンへろう付した際のろう付後強度を向上させることができる。Ｍｇの含有量が０．０３質量％未満の場合、金属間化合物による分散強化及び固溶強化の影響が小さく、フィンへろう付した際のろう付後強度への寄与が小さくなるおそれがある。
Ｍｇの含有量を０．３質量％以下とすることにより、鋳造時の晶出物が粗大化することを抑制できる。Ｍｇの含有量が０．３質量％を超える場合、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性（成形性）が低下するおそれがある。
【００２１】
本発明において、サイドサポート材５の芯材５Ｓは、以上の元素に加えて、Ｚｒ０．０５〜０．２５質量％、Ｔｉ０．０３〜０．２０質量％の１種又は２種を含有することができる。
これらの元素は芯材５Ｓの強度を高める作用を有する。これらの元素の含有量が前記範囲よりも少ない場合には、金属間化合物による分散強化および固溶強化の影響が小さく、ろう付後強度への寄与が小さくなる。また、これらの元素の含有量が前記範囲を超える場合には、鋳造時の晶出物が粗大化し、製造性（生産性）が低下するおそれがある。
【００２２】
（サイドサポート材のろう材の組成）
［Ｓｉ：３．０〜９．０質量％］
Ｓｉの含有量が３．０質量％以上９．０質量％以下とすることにより、十分なろう付性が得られる。Ｓｉの含有量が３．０質量％未満の場合、フィンへのろう付熱処理時に溶融ろうの量が少なく、十分なろう付性が得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が９．０質量％を超える場合、フィンへのろう付熱処理時に溶融ろうの量が多く、フィン４への著しいろう侵食が生じ易くなるおそれがある。
【００２３】
本発明において、サイドサポート材５のろう材５Ｒ中のＳｉ粒子の平均円相当径を２μｍ以下とすることが好ましい。ろう材５Ｒ中のＳｉ粒子の平均円相当径を２μｍ以下とすることにより、サイドサポート材５をフィン４へろう付した際に、フィン４へのろう侵食をより効果的に抑制できる。ろう材５Ｒ中のＳｉ粒子の平均円相当径が２μｍを超える場合、粗大なＳｉ粒子がろう付熱処理時に溶融し、サイドサポート材５をフィン４へろう付した際に、フィン４が著しいろう侵食を受けるおそれがある。
【００２４】
（サイドサポート材の拡散防止層の組成）
拡散防止層５Ｋは、芯材５Ｓに含まれるＭｇによりヘッダーパイプ２とサイドサポート５のろう付性が阻害されることを抑制するために設けられている。拡散防止層５Ｋを設けることにより、ろう付時に芯材５ＳからのＭｇが拡散することを防ぎ、ヘッダーパイプ２とサイドサポート５を強固にろう付できる。
［Ｍｎ：１．０〜２．０質量％］
Ｍｎの含有量を１．０質量％以上とすることにより、Ａｌ−Ｍｎ系化合物による分散強化により、ろう付後強度を向上させることができる。Ｍｎの含有量が１．０質量％未満の場合、Ａｌ−Ｍｎ系化合物による分散強化が小さく、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。
Ｍｎの含有量が２．０質量％以下とすることにより、鋳造時にＡｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）系の粗大な晶出物が増加することを抑制できる。Ｍｎの含有量が２．０質量％を超える場合、Ａｌ−（Ｍｎ，Ｆｅ）系の粗大な晶出物が増加し、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、製造性（成形性）が低下するおそれがある。
【００２５】
［Ｓｉ：０．３〜１．７質量％］
Ｓｉの含有量を０．３質量％以上１．７質量％以下とすることにより、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化により、ろう付後強度を向上させることができる。Ｓｉの含有量が０．３質量％未満の場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化が小さく、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が１．７質量％を超える場合、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物による分散強化が大きくなり過ぎて、成形加工が困難になるおそれがある。
【００２６】
［Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％］
Ｃｕの含有量を０．０３質量％以上０．２５質量％以下とすることにより、Ｃｕの固溶によりろう付後強度を向上させることができる。Ｃｕの含有量が０．０３質量％未満の場合、Ｃｕの固溶量が少なく、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。また、Ｃｕの含有量が０．２５質量％を超える場合、Ｃｕの固溶量が多く、素材強度が高くなり過ぎて、成形加工が困難になるおそれがある。また、電位が貴になり、芯材との電位差が小さくなることで、十分な犠牲陽極効果が作用しなくなる。
【００２７】
本発明において、サイドサポート材５の拡散防止層５Ｋは、以上の元素に加えて、Ｚｎ０．０５質量％以上０．５質量％未満を含有することができる。
Ｚｎの含有量が０．０５質量％未満の場合、電位が貴になり、芯材５Ｓとの電位差が小さくなることで、十分な犠牲陽極効果が作用しなくなるおそれがある。また、Ｚｎの含有量が０．５質量％以上の場合、電位が卑になり、サイドサポート材５単体の自己耐食性が低下するおそれがある。
【００２８】
板状のサイドサポート材５全体の厚さは、０．８〜２．０ｍｍの範囲とされ、サイドサポート材５のろう材５Ｒのクラッド率は３〜１０％の範囲とすることが好ましい。
サイドサポート材５のろう材５Ｒのクラッド率を３〜１０％の範囲とすることにより、フィン４との十分なろう付性が得られる。ろう材５Ｒのクラッド率が３％未満の場合、ろう付熱処理時に溶融ろうの量が少なく、十分なろう付性が得られないおそれがある。また、ろう材５Ｒのクラッド率が１０％を超える場合、ろう付熱処理時に溶融ろうの量が多くなり過ぎ、フィン４が著しいろう侵食を受けるおそれがある。
【００２９】
また、サイドサポート材５の拡散防止層５Ｋのクラッド率は３〜１０％の範囲とすることが好ましい。
サイドサポート材５の拡散防止層５Ｋのクラッド率を３〜１０％の範囲とすることにより、十分な犠牲陽極効果が得られる。拡散防止層５Ｋのクラッド率が３％未満の場合、拡散防止層５Ｋが薄くなり、十分な犠牲陽極効果が得られないおそれがある。また、拡散防止層５Ｋのクラッド率が１０％を超える場合、芯材５Ｓが薄くなり、所望のろう付後強度が得られないおそれがある。
【００３０】
本発明において、サイドサポート材５の芯材５Ｓのろう付後の結晶粒径が２００μｍ以下であることが好ましい。芯材５Ｓのろう付後の結晶粒径を２００μｍ以下とすることにより、ろう付時にサイドサポート５の芯材５Ｓへのろう侵食が促進され、フィン４へのろう侵食（エロージョン）をより効果的に抑制することができる。
芯材５Ｓの結晶粒径が２００μｍを超える場合、ろう付熱処理時にサイドサポート５の芯材５Ｓへのろう侵食が小さくなり、過剰な溶融ろうによりフィン４が著しいろう侵食を受けるおそれがある。
【００３１】
（サイドサポート材の製造方法）
サイドサポート材５は、芯材用アルミニウム合金、拡散防止層用アルミニウム合金、およびろう材用アルミニウム合金を鋳造し、得られた鋳塊に均質化処理を施す、あるいは均質か処理を施さずに、熱間圧延によりアルミニウム合金板とした後、焼鈍し、続いて冷間圧延により目的の板厚より若干厚い程度の薄板状のアルミニウム合金板を得た後、中間焼鈍を行い、目的の板厚になるように冷間圧延を施して製造することができる。
サイドサポート材５の製造工程において、均質化処理を行う場合、高温温度域にて行うことが好ましい。具体的には、サイドサポート材５の芯材５Ｓに処理温度５５０℃以上６１０℃以下で且つ処理時間１時間以上１０時間以下の条件で均質化処理を行うことが好ましい。このような条件で均質化処理することにより、サイドサポート材５の芯材５Ｓの結晶粒径を細かくすることができ、ろう付熱処理時に芯材５Ｓへのろう侵食が大きくなり、フィン４へのろう侵食（エロージョン）を抑制することができる。
【００３２】
均質化処理の処理温度が５５０℃未満または処理時間が１時間未満である場合、芯材５Ｓのろう付後結晶粒径が粗大になり、ろう付熱処理時にサイドサポート材５の芯材５Ｓへのろう侵食が小さくなり、過剰な溶融ろうによりフィン４が著しいろう侵食を受けるおそれがある。また、均質化処理の処理温度が６１０℃を超えるまたは処理時間が１０時間を越える場合、金属間化合物が粗大化し、所望のろう付後強度が得られないとともに、自己耐食性が低下するおそれがある。
なお、この均質化処理は必要に応じて行われるものであり、前記した温度範囲および時間範囲を外れる均質化処理を行うよりは、均質化処理自体を行わない方が好ましい。
【００３３】
本実施形態のサイドサポート材５を用いた熱交換器１は、図１および図２に示す如く、ヘッダーパイプ２、サイドサポート材５、チューブ３、フィン４を配置した後、フィン４の屈曲部をチューブ３の上面あるいは下面およびサイドサポート材５のろう材５Ｒ側の面にろう付けして固定するとともに、チューブ３の端部およびサイドサポート材５の端部とヘッダーパイプ２をろう付けして固定することにより製造される。
【００３４】
本実施形態のサイドサポート材５は、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを所定の含有量で含む芯材５Ｓの一方の面に、Ｓｉを所定の含有量で含むろう材５Ｒがクラッドされるとともに、他方の面にＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕを所定の含有量で含む拡散防止層５Ｋがクラッドされる構成であることにより、フィン４へろう付した場合に、フィン４へのろう侵食が少なく、耐エロージョン性に優れる。
そのため、本実施形態のサイドサポート材５を用いた熱交換器１は、サイドサポート材５をフィン４へろう付後のフィン４の接合部エリアのろうの侵食率が５０％以下であることができる。
ここで、フィン４の接合部エリアのろうの侵食率とは、フィン４とサイドサポート材５の接合部を断面観察した際の、フィン４側のろう侵食の割合であり、ろう侵食を受ける前のフィン４の元の面積を分母、ろう付後のフィン４のろう侵食部の面積を分子として算出する。すなわち、（フィン４の接合部エリアのろうの侵食率）＝（ろう付後の接合部におけるフィン４のろう侵食部の断面積）／（ろう付前のフィン４の接合部の断面積）×１００（％）である。
【００３５】
また、本実施形態のサイドサポート材５を用いた熱交換器１は、フィン４へのろう侵食が抑制され、優れた耐エロージョン性を備えるとともに、成形性に優れ、且つ優れたろう付後強度を有する。このため、フィン４とチューブ３およびサイドサポート材５とが確実に接合されており、冷媒と外気との熱交換がフィン４を介して効率良くなされる。また、本発明のサイドサポート材５は、フィン４へのろう付後に優れた強度を有するため、軽量化・小型化されても優れた強度を備える熱交換器１用のサイドサポート材として好適である。
【００３６】
以上、本発明に係る熱交換器の各実施形態について説明したが、前記したサイドサポート材５を用いた熱交換器１を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【実施例】
【００３７】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１〜３１、比較例１〜１６）
「サイドサポート材の作製」
表１および表２に示す含有量で各元素を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる芯材用アルミニウム合金、拡散防止層用アルミニウム合金、およびろう材用アルミニウム合金を半連続鋳造により鋳造した。次に、得られた鋳塊を表１および表２に示す条件で均質化処理した。
次いで、得られた芯材の鋳塊の片面に拡散防止層用鋳塊を、さらにその反対面にろう材用鋳塊を組み合わせて熱間圧延しクラッド材とした。熱間圧延により所定厚さにした後、焼鈍し、続いて冷間圧延により目的の板厚より若干厚い程度の薄板状のアルミニウム合金板を得た。その後、得られたアルミニウム合金板を中間焼鈍を行い、最終冷間圧延により、芯材の一方の面にろう材がクラッドされ、他方の面に拡散防止層がクラッドされた、厚さ１．０ｍｍのＨ１４調質のサイドサポート材を得た。得られたサイドサポート材のろう材のクラッド率は５％、拡散防止層のクラッド率は５％であった。
【００３９】
「評価」
作製したサイドサポート材について、以下の評価を行った。評価結果を表１および表２に併記した。
１．サイドサポート材の成形性
得られたサイドサポート材をプレス成形にて長さ４５０ｍｍ×幅１８ｍｍで断面形状をコの字形（コの字の各片の長さは１８ｍｍ）に成形し、成形後のサイドサポート材の寸法を計測した。表１に示す実施例１のサイドサポート材の成形後の寸法に対して、±５〜１０％の寸法差が生じた場合は「△」、±１０％超の寸法差が生じた場合は「×」として評価した。
【００４０】
２．サイドサポート材のろう材中のＳｉ粒子の平均円相当径
サイドサポート材の断面を走査型電子顕微鏡ＪＳＭ−６３９０ＬＶ（日本電子株式会社製）を用いて観察し、ろう材中のＳｉ粒子について画像解析ソフトＩｍａｇｅ−Ｐｒｏ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）を用いて画像解析を行い、平均の円相当径を測定した。
【００４１】
３．サイドサポート材のろう付直後の引張強度
コルゲート成形加工を行い、波形に加工した厚さ０．０５ｍｍ、ＪＩＳ３００３合金製のフィンをサイドサポート材のろう材側の面に組みつけて、窒素雰囲気中、６００℃、３分間のろう付処理を施すことによりサイドサポート材とフィンをろう付けした。ろう付け直後に引張り試験を行うことにより、サイドサポート材の強度を測定した。サイドサポート材はＪＩＳ５号試験片形状に加工し、これを試験片として用い、引張試験機として島津製作所社製：ＡＧ−ＧＩ １０ｋＮを使用して、引張速度２ｍｍ／分で引張試験を行うことにより、ろう付直後の引張強度（耐力：ＭＰａ）を測定した。引張強度１７０ＭＰａ以上で強度良好である。
【００４２】
４．サイドサポート材の時効後の引張強さ
上記の手順でフィンをろう付けしたサイドサポート材を、８０℃にて１週間時効処理した後、上記３と同様にして引張試験を行った。
【００４３】
５．ろう付後のサイドサポート材の芯材の結晶粒径
金属顕微鏡ＢＸ６０Ｍ（オリンパス株式会社製）を用い、サイドサポート材を圧延方向に平行な断面から観察し、エッチングによって結晶粒を明確にした後に芯材の結晶粒径を測定した。
【００４４】
６．フィンとサイドサポート材の接合部のフィレットサイズ
上記の手順でサイドサポート材とコルゲート成形したフィンを組付けてろう付けした後、金属顕微鏡ＢＸ６０Ｍ（オリンパス株式会社製）を用い、サイドサポートとフィンのろう付接合部に形成されたフィレットの観察を断面から実施し、フィレットの断面写真を撮影し、その写真よりフィレットサイズを求めた。表１に示す実施例１のフィレットサイズに対して、±１０％超の寸法差が生じた場合は「×」として評価した。
【００４５】
７．ろう侵食性
上記の手順でサイドサポートとコルゲート成形した厚さ０．０５ｍｍ、ＪＩＳ３００３合金製のフィンを組付けてろう付けした後、金属顕微鏡ＢＸ６０Ｍ（オリンパス株式会社製）を用い、サイドサポート材とフィンのろう付接合部に形成されたフィレットの観察を断面から実施し、フィレットの断面写真を撮影し、ろう侵食率からろう侵食性を判断した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
表１に示すように、実施例１〜３１は、いずれもサイドサポート材のろう付後の強度に優れ、成形性も良好であり、フィンへのろう侵食が抑えられており、耐エロージョン性に優れていた。なかでも、均質化処理を５５０〜６１０℃、１〜１０時間の範囲で行った実施例１〜２３、及び均質化処理を行わなかった実施例２７〜２９では、サイドサポート材の成形性が良好で、且つ耐エロージョン性に特に優れていた。
【００４９】
表２に示すように、サイドサポート材の芯材におけるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇのいずれかの含有量が、本発明の所定範囲を下回る比較例１、３、５、７は、ろう付後の強度が低下していた。また、ＭｎまたはＳｉの含有量が少ない比較例１、３では、耐エロージョン性が低くなっていた。
サイドサポート材の芯材におけるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇのいずれかの含有量が、本発明の所定範囲を超える比較例２、４、６、８では、芯材の強度が高くなり過ぎて、成形性が低くなっていた。
【００５０】
サイドサポート材のろう材におけるＳｉの含有量が本発明の所定範囲よりも少ない比較例９では、ろう付熱処理時の溶融ろうの量が少なくなり、フィレットサイズが小さく、十分なろう付性が得られなかった。
サイドサポート材のろう材におけるＳｉの含有量が本発明の所定範囲よりも多い比較例１０では、溶融ろうの量が多くなり過ぎるために、ろう侵食率が高く、フィレットサイズも大きくなっていた。
【００５１】
サイドサポート材の拡散防止層におけるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕのいずれかの含有量が、本発明の所定範囲を下回る比較例１１、１３、１５は、ろう付後の強度が低下していた。
サイドサポート材の拡散防止層におけるＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕのいずれかの含有量が、本発明の所定範囲を超える比較例１２、１４、１６では、拡散防止層の強度が高くなり過ぎて、成形性が低くなっていた。
【符号の説明】
【００５２】
１…熱交換器、２…ヘッダーパイプ、３…チューブ、４…フィン、５…サイドサポート材、５Ｓ…芯材、５Ｋ…拡散防止層、５Ｒ…ろう材、７…フィレット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｃｕ：０．３〜１．２質量％、Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される芯材の一方の面に、Ｓｉ：３．０〜９．０質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成されるろう材がクラッドされ、前記芯材の他方の面にＭｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．３〜１．７質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される拡散防止層がクラッドされてなることを特徴とするサイドサポート材。
【請求項２】
前記芯材が、さらに、Ｚｒ：０．０５〜０．２５質量％、Ｔｉ：０．０３〜０．２０質量％のうち、１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１に記載のサイドサポート材。
【請求項３】
前記拡散防止層が、さらに、Ｚｎ：０．０５質量％以上０．５質量％未満を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のサイドサポート材。
【請求項４】
前記芯材のろう付後の結晶粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のサイドサポート材。
【請求項５】
前記ろう材中のＳｉ粒子の平均円相当径が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のサイドサポート材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のサイドサポート材を製造する方法であって、
前記サイドサポートの前記芯材を、５５０℃以上６１０℃以下で且つ１時間以上１０時間以下行う均質化処理を実施する製法、もしくは均質化処理を実施しない製法で作製することを特徴とするサイドサポート材の製造方法。
【請求項１】
Ｍｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｃｕ：０．３〜１．２質量％、Ｍｇ：０．０３〜０．３質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される芯材の一方の面に、Ｓｉ：３．０〜９．０質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成されるろう材がクラッドされ、前記芯材の他方の面にＭｎ：１．０〜２．０質量％、Ｓｉ：０．３〜１．７質量％、Ｃｕ：０．０３〜０．２５質量％、残部Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金から構成される拡散防止層がクラッドされてなることを特徴とするサイドサポート材。
【請求項２】
前記芯材が、さらに、Ｚｒ：０．０５〜０．２５質量％、Ｔｉ：０．０３〜０．２０質量％のうち、１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１に記載のサイドサポート材。
【請求項３】
前記拡散防止層が、さらに、Ｚｎ：０．０５質量％以上０．５質量％未満を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のサイドサポート材。
【請求項４】
前記芯材のろう付後の結晶粒径が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のサイドサポート材。
【請求項５】
前記ろう材中のＳｉ粒子の平均円相当径が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のサイドサポート材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のサイドサポート材を製造する方法であって、
前記サイドサポートの前記芯材を、５５０℃以上６１０℃以下で且つ１時間以上１０時間以下行う均質化処理を実施する製法、もしくは均質化処理を実施しない製法で作製することを特徴とするサイドサポート材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９１８４０（Ｐ２０１３−９１８４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６１６５（Ｐ２０１１−２３６１６５）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]