熱交換器用アルミニウム合金ろう材ワイヤーとその製造方法およびこれを用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法
【課題】熱交換器の小型、軽量化等を図る。
【解決手段】7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5w t%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合金ろう材ワイヤー。また更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有したワイヤー。
【解決手段】7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5w t%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合金ろう材ワイヤー。また更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有したワイヤー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金ろう材ワイヤーと該アルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造方法およびこのワイヤーを用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法に関するものであり、特にろう付工法により製造するアルミニウム合金製熱交換器の生産性を上げることを目的とするものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ラジエーター等の熱交換器は例えば図１に示すように、熱間または温間で管状に押し出し成形した偏平チューブ１を蛇行状に折り曲げ、管材の間にブレージングシートで形成したフィン２（コルゲートフィン）を取付けたものである。ここで３はコネクターを示す。管材にはJIS3003 合金(Al-0.15wt%Cu-1.1wt%Mn) 等が用いられ、フィンにはJIS3003 やそれに犠牲効果を与える目的でZn等を含有させた合金を芯材とし、JIS 4045（Al-10wt%Si) やJIS 4343(Al-7.5wt%Si) 等のろう材を両面にクラッドしている。
【０００３】これらは、いずれも600 ℃付近の温度に加熱してろう付けするブレージングにより組み立てられるが、ブレージング工法としては、フラックスブレージング法、非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレージング法等が行われる。
【０００４】ところで、ろう付中に熱交換器に生じる欠陥に、ろう付加熱によるフィンの潰れやチューブ等へのエロージョンがある。これらに対処するために、ろう付温度の上限が定められている。しかし、実際に熱交換器をろう付で製造する場合には、炉内の温度分布や熱交換器部材の熱容量の違いにより、一様に加熱することは難しい。そのため、熱交換器の場所によってはろうが十分に流れずろう付性が極端に低下し、これがフィンと偏平チューブ等の冷媒通路構成部材との間で起こると、伝熱特性が低下してしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、ろう付工法で製造する熱交換器に生じる不具合を無くし、生産性を向上させるためのアルミニウム合金ろう材ワイヤー、そのワイヤーの製造方法およびそれを用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法について開発したものである。
【０００６】すなわち、本発明のアルミニウム合金ろう材ワイヤーは、7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなり、径が３ｍｍ以下のものである。
【０００７】また本発明のアルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造方法は、7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金を、コンフォーム法により３ｍｍ以下の線径のワイヤーに押し出し、またはコンフォーム法により４ｍｍ以下の径まで押し出した後に３mm以下の線径まで線引きすることを特徴とするものである。
【０００８】また本発明のアルミニウム合金製熱交換器の製造方法は、アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、接合部位のち該ブレージングシートにクラッドされているろう材の溶融温度に達しない部位に上記のアルミニウム合金ろう材ワイヤーを置きろうとして使用することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】まず、本発明の考え方について説明する。アルミニウム合金製熱交換器を上記のようにブレージング工法にて製造する場合、その加熱は通常600 ℃付近の温度で行われる。この600 ℃という温度はアルミニウム合金にとってかなりの高温であるため、温度が少しでも高くなると、ろうが母材に拡散するエロージョンが生じるため、温度の上限が厳しく管理されてろう付されている。
【００１０】しかし、実際に熱交換器をろう付で製造する場合には、炉内の温度分布や熱交換器部材の熱容量の違い等により、これらを一様に加熱することは容易ではない。このため炉温は、熱交換器の部位のうち最も温度が高くなる場所でエロージョンが生じないように設定されることになり、熱交換器の場所によってはろう付け温度まで温度が上がらず、ろうが十分に流れずにろう付性が極端に低下してしまう。
【００１１】本発明者らは、これらの問題を解決するために鋭意検討を行い、ろう付け温度が上がらない接合部位に低融点のろう合金を置きろうとして使用すればこのような問題点を解決できると考え、低融点のアルミニウム合金ろう材板を実験室的に製造し、ろう付けの実験を行ったところ、上記の不具合は大きく改善され生産性の向上が可能になることを見出した。
【００１２】ここで、本発明のろう材ワイヤーの合金組成は7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金ならびに、これに、0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうちの１種または２種を添加したアルミニウム合金である。以下にその限定理由を説明する。
【００１３】Siは合金の融点を下げるが、その量が 7.0wt% 以下では十分に融点が低下せず、低温部でろう付できない。一方、その量が12.0wt% を越えると逆に融点が上がるため、低温部でろう付けができなくなる。
【００１４】Cuは合金の融点を下げ、ろう流れ性を向上させる。ここで、Cuの量が0.3wt%以下では融点の低下が十分でなく、その量が8.0wt%を越えるとろうの電位が貴になりすぎて、冷媒通路構成部材が優先的に腐食するようになり、耐食性が低下する上に、合金の加工性が低下し後述する本発明の方法を用いても実用的にはワイヤーろうとしては適さなくなる。したがって、Cuは0.3wt%を越え8.0wt%以下とする。Cu量は特に0.4 〜1.0wt%で耐食性の点で安定した特性を示し、1.0 〜3.5wt%でろう流れ性の点で安定した特性を示す。
【００１５】Znの添加は合金の融点を下げる。本発明ではCuを添加しているが、このCuの添加により、ろうの電位が冷媒通路構成部材の電位より貴になり、外部腐食による耐食性が低下する。そこで本発明ではZnを添加する。こうすることでろうの電位が下がる。その結果、ブレージング工法でラジエターを製造するとき、ろう付け温度が上がらない接合部位に本発明のワイヤーを置きろうとして用いた場合、ブレージングシートの芯合金に対するろうの電位が近づき、耐食性が向上する。その量は0.5wt%を越え8.0wt%以下がよく、0.5wt%以下では効果が十分でなく、その量が8.0wt%を越えるとろうの自己耐食性が低下する。
【００１６】Feはろうが溶融後凝固するときの結晶粒を微細化し、フィレットの強度を高める働きを有する。その量が0.05wt% 以下では十分に効果を発揮しない。Feは凝固時に金属間化合物を形成し、これが腐食の起点となることが知られている。Fe量を多くするとMnと化合物を作らないFeが生じ、耐食性が低下するので、Fe量は結晶粒の微細化効果と腐食性とのバランスからその上限を1.2wt%と定める。特に0.05wt% 〜0.5wt%で安定した特性を示す。
【００１７】Mnはろうが溶融後凝固するときに生じる金属間化合物をMn系の化合物とすることで、耐食性を向上させる。すなわち、Mnが添加されていない合金ではFeを含んだAl-Fe-Si系の金属間化合物が凝固時に生じこれが腐食の起点となるが、本発明ではこの化合物中にMnが含有されることで、金属間化合物の特性が変化し、耐食性が顕著に向上する。この作用により耐食寿命を例えば２倍以上に伸ばすことも可能である。このような効果を発揮させるには、0.05wt% を越えるMnの添加が必要であるが、1.2wt%を越えると粗大なMn系化合物を形成し、ワイヤーに加工できなくなる。特に0.05wt% 〜0.6wt%で特に安定したろう流れ性を示す。
【００１８】InおよびSnはろうの電位を卑にし冷媒通路構成部材の耐食性を向上させる。即ちZnの効果を助ける意味で添加する。その量は0.002wt%以上が適当で、これ未満ではその効果が大きくない。一方その量が0.3wt%を越えると合金の圧延加工性が低下する。
【００１９】不可避的不純物として、他の元素もそれぞれ0.3wt%以下であれば含有してもよいが、特に望ましくは0.05wt% 以下である方がよい。
【００２０】本発明のろうの合金元素は以上の通りであり、優れた特性を実現させるものである。ところで近年は環境意識の高まりを受け、地球資源の有効利用の見地からリサイクル問題が注目されてきている。本発明のアルミニウム合金ろう材はリサイクル性をも考慮して開発されたものであり、本発明のろうワイヤーはこの意味でも優れている。従来のリサイクル面での問題について次に説明する。アルミニウム合金製熱交換器に用いられる合金では、合金そのものの耐食性向上のためCuの添加、犠牲効果をフィン等に付与するためにZn等の添加、その他、ろうに多量のSiの添加、強度向上のために芯にMnの添加等がそれぞれの部材毎に行われている。そして熱交換器をスクラップとしてリサイクルする場合には、これらの全ての添加元素がいわば平均化された組成となり、熱交換器用の部材としては使用できない合金となってしまっていた。結局、このために上記スクラップは鋳物用合金として再使用されることになっていたが、これは再利用をしているとは言え、真のリサイクルとしては、省資源の見地から熱交換器から熱交換器へのリサイクルの実現が強く望まれていたのである。
【００２１】このような見地で本発明合金の添加元素を見る。その含有元素はSi、Cu、Zn、Mn、Fe、In、Snである。つまりろう付工法で製造されるアルミニウム合金製熱交換器に通常添加されている元素が全て含まれているのである。すなわち、熱交換器から熱交換器部材へというリサイクルを可能にした合金である。
【００２２】以上が、本発明の低温ろう付用アルミニウム合金ワイヤーの組成である。この本発明のワイヤーのサイズは直径３mm以下のワイヤーとすることが望ましい。このワイヤーは通常、熱交換器のろう付加熱時の低温部に置きろうとして使用するためのものであるが、ワイヤーとして適当な長さに切ったり、曲げたりして使用する。即ちこのような使用法の場合、ろう合金ワイヤーの加工は手作業のため、加工性（柔らかさ）が必要であるが、ここで、径が３mmを越える場合、本発明合金は固いため簡単には曲げ加工ができないからである。使用上の便利さという点では特に直径２mm以下が望ましい。径の下限に関しては特に定めるものではないが、実用的な製造上の観点で０．３mm程度が下限値として適当である。
【００２３】ところで近年提案された特開平６−１８２５８２のろう合金は、その組成にMnの添加がなく、リサイクル性と耐食性の点で本発明より劣った合金である。しかもこの合金は板用であり、この公報にはワイヤーという用途は記載されていない。またワイヤーを製造するための問題点も記載されていない。これは、この公報に記載の合金のように固い合金は、ろうワイヤーとして好適に使用できる径の細いワイヤーを製造することは、コスト等の観点で実用的ではないと考えられていたためである。つまり特開平６−１８２５８２のろう合金を用いて細い径（具体的には３mm以下が望ましい）のろうワイヤーを製造することは従来の工業的な常識では考えにくいことであったのである。
【００２４】このことをもう少し詳しく説明する。従来のアルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造技術では、合金鋳塊をＤＣ鋳造後、直接または間接押し出しにより、１０mm程度の線材を得、これを引き抜きにより、所定の太さにしていた。しかし、アルミニウム合金ろう材は通常Siを多量に含有しているため、Si系の金属間化合物を内部に多量に有している。この金属間化合物を起点として、引き抜き時に割れが生じ、破断に至ることが多かった。通常のＪＩＳ４０４５等のろう合金であればともかく、CuおよびZnを必須元素として含んでいる合金であると、金属間化合物周辺のマトリックスの金属の延性が低下するので、金属間化合物周囲から割れが生じ引き抜き途中で割れてしまうことが多かったのである。
【００２５】本発明は係る問題を解決し、実用的に製造可能になったワイヤーを提供するものである。以下にその製造方法について説明する。
【００２６】本発明のワイヤーとして望ましいのは径３ｍｍ以下のワイヤーであるから、径３ｍｍ以下のワイヤーを製造する場合を例に以下、説明をする。その方法としては、コンフォーム法により、直接３mm以下のろう材ワイヤーの径まで押し出し、または、４mm以下の径まで押し出した後に３mm以下のろう材ワイヤーの径まで線引きすることが適当である。こうすれば、引き抜き途中で割れてしまう等が抑制され、好適に製造できる。
【００２７】コンフォームにて製造するための素線（フィードストック）は、押し出しにより製造したものでも、プロペルチ等の直接鋳造法により製造したものでもよいが、コンフォーム後に線引きする場合、金属間化合物が微細になる点で後者の方が優れる。フィードストックの径は通常６〜２０ｍｍ程度である。
【００２８】コンフォーム法で線の破断が生じにくいのは、コンフォームは押し出し加工であるので引っ張られないこと、強加工を一度に受けるので、金属間化合物が分断されやすいこと、加工時の発熱により熱間加工となるのでマトリックスのアルミニウム合金の延性が増すためである。なおコンフォームにより直接所定のワイヤー径まで押し出すことが成形性の点から望ましい。表面品質等の問題で引き抜き加工が必要な場合は、まず４ｍｍ以下の径までコンフォームで押し出し、次いで所定の引き抜き加工を施せばよい。この場合、コンフォーム加工により４ｍｍ以下まで加工するのは、コンフォームにより割れの起点となる金属間化合物が減るとはいえ、４ｍｍを越える径の場合線引き中に破断を生じることがあるためである。
【００２９】本発明ろう材ワイヤーの用途としては、アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、接合部位のうち所定のろう付け温度まで上がらない部位に置きろうとして使用するものである。なおここでいうアルミニウム合金製熱交換器は、ラジエーター、コンデンサー、ヒーター、エバポレーター等が上げられるがこれに限定するものでない。このような使用法によれば熱交換器の生産性は格段に向上する。
【００３０】
【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）表１の合金組成のろう材合金線（径１２ｍｍ）を直接鋳造圧延法により製造した。次いでこれらの合金について以下の工程に従ってろう材ワイヤーを製造した。即ち、線引きを９ｍｍ、５ｍｍ、３．５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．８ｍｍの径の時に焼鈍を行って最終的に１．５ｍｍ径のろう材ワイヤーとする従来工程、コンフォーム押し出しにより直接１．５ｍｍ径のろう材ワイヤーとする発明工程（工程１）、および径２ｍｍまでコンフォーム押し出し後１．５ｍｍ径まで線引きする発明工程（工程２）によってろう材ワイヤーの製造を行った。
【００３１】
【表１】
【００３２】この結果、従来工程では通常の従来例であるろう合金（Ａ４０４５）のワイヤーを製造することができたが、他の合金Ｎｏ１〜１１ではいずれも５ｍｍ径から３．５ｍｍ径の線引きの際に断線が生じ、１．５ｍｍ径の線を製造することができなかった。対して、本発明工程１および工程２のいずれでも径１．５ｍｍのワイヤーを製造できた。Siの量が本合金の範囲を外れる比較例の合金Ｎｏ１０は本発明工程１および工程２のいずれでも、径１．５ｍｍのワイヤーを製造できなかった。
【００３３】上記工程１または工程２により製造した１．５ｍｍ径のワイヤーを図１の熱交換器のチューブ（ＪＩＳ３００３合金押し出し材）とコネクター（ＪＩＳ３００３合金製）とのろう付部に置きろうとして使用した。すなわち、ろう付前の組立の際に、チューブにコネクターをさし込んである周囲にワイヤーをリング状にして置いた。他の条件は通常通りである。
【００３４】この際、フラックスは通常使用されているＦ化物系のものを使用し、ろう付けは６０５℃の炉温のろう付炉中に３分間放置して行った。各ろう材合金について、１０台の熱交換器を製造し、それぞれの熱交換器にＨｅガスを充填して、上記チューブとコネクターとのろう付け部位での濡れ不良の発生を調べた。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】本発明例の合金（Ｎｏ１〜７）では漏れ不良の生じた熱交換器は１台もなかった。これに対して、本発明例の合金組成範囲を外れている比較例合金Ｎｏ８、９および従来合金Ｎｏ１１では漏れ不良の発生している熱交換器があった。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明のろう合金ワイヤーは、優れた特徴を有するものである。そして本発明のろう合金ワイヤーは本発明の製造方法により好適に製造可能である。また、アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、ろう付温度が上がらない部分に本発明ろう材ワイヤーを置きろうとして使用することで熱交換器の生産性が増す。さらに、本発明ろう材はSi、Fe、Cu、Mn、Znを含有しており、アルミニウム合金製熱交換器のスクラップを熱交換器材料用の原料として使用もでき、リサイクル性にも大変優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】サーペンタインタイプのエバポレーターを示す斜視図である。
【符号の説明】
１．偏平チューブ
２．フィン
３．コネクター
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金ろう材ワイヤーと該アルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造方法およびこのワイヤーを用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法に関するものであり、特にろう付工法により製造するアルミニウム合金製熱交換器の生産性を上げることを目的とするものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ラジエーター等の熱交換器は例えば図１に示すように、熱間または温間で管状に押し出し成形した偏平チューブ１を蛇行状に折り曲げ、管材の間にブレージングシートで形成したフィン２（コルゲートフィン）を取付けたものである。ここで３はコネクターを示す。管材にはJIS3003 合金(Al-0.15wt%Cu-1.1wt%Mn) 等が用いられ、フィンにはJIS3003 やそれに犠牲効果を与える目的でZn等を含有させた合金を芯材とし、JIS 4045（Al-10wt%Si) やJIS 4343(Al-7.5wt%Si) 等のろう材を両面にクラッドしている。
【０００３】これらは、いずれも600 ℃付近の温度に加熱してろう付けするブレージングにより組み立てられるが、ブレージング工法としては、フラックスブレージング法、非腐食性のフラックスを用いたノコロックブレージング法等が行われる。
【０００４】ところで、ろう付中に熱交換器に生じる欠陥に、ろう付加熱によるフィンの潰れやチューブ等へのエロージョンがある。これらに対処するために、ろう付温度の上限が定められている。しかし、実際に熱交換器をろう付で製造する場合には、炉内の温度分布や熱交換器部材の熱容量の違いにより、一様に加熱することは難しい。そのため、熱交換器の場所によってはろうが十分に流れずろう付性が極端に低下し、これがフィンと偏平チューブ等の冷媒通路構成部材との間で起こると、伝熱特性が低下してしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、ろう付工法で製造する熱交換器に生じる不具合を無くし、生産性を向上させるためのアルミニウム合金ろう材ワイヤー、そのワイヤーの製造方法およびそれを用いたアルミニウム合金製熱交換器の製造方法について開発したものである。
【０００６】すなわち、本発明のアルミニウム合金ろう材ワイヤーは、7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなり、径が３ｍｍ以下のものである。
【０００７】また本発明のアルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造方法は、7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金を、コンフォーム法により３ｍｍ以下の線径のワイヤーに押し出し、またはコンフォーム法により４ｍｍ以下の径まで押し出した後に３mm以下の線径まで線引きすることを特徴とするものである。
【０００８】また本発明のアルミニウム合金製熱交換器の製造方法は、アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、接合部位のち該ブレージングシートにクラッドされているろう材の溶融温度に達しない部位に上記のアルミニウム合金ろう材ワイヤーを置きろうとして使用することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】まず、本発明の考え方について説明する。アルミニウム合金製熱交換器を上記のようにブレージング工法にて製造する場合、その加熱は通常600 ℃付近の温度で行われる。この600 ℃という温度はアルミニウム合金にとってかなりの高温であるため、温度が少しでも高くなると、ろうが母材に拡散するエロージョンが生じるため、温度の上限が厳しく管理されてろう付されている。
【００１０】しかし、実際に熱交換器をろう付で製造する場合には、炉内の温度分布や熱交換器部材の熱容量の違い等により、これらを一様に加熱することは容易ではない。このため炉温は、熱交換器の部位のうち最も温度が高くなる場所でエロージョンが生じないように設定されることになり、熱交換器の場所によってはろう付け温度まで温度が上がらず、ろうが十分に流れずにろう付性が極端に低下してしまう。
【００１１】本発明者らは、これらの問題を解決するために鋭意検討を行い、ろう付け温度が上がらない接合部位に低融点のろう合金を置きろうとして使用すればこのような問題点を解決できると考え、低融点のアルミニウム合金ろう材板を実験室的に製造し、ろう付けの実験を行ったところ、上記の不具合は大きく改善され生産性の向上が可能になることを見出した。
【００１２】ここで、本発明のろう材ワイヤーの合金組成は7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金ならびに、これに、0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうちの１種または２種を添加したアルミニウム合金である。以下にその限定理由を説明する。
【００１３】Siは合金の融点を下げるが、その量が 7.0wt% 以下では十分に融点が低下せず、低温部でろう付できない。一方、その量が12.0wt% を越えると逆に融点が上がるため、低温部でろう付けができなくなる。
【００１４】Cuは合金の融点を下げ、ろう流れ性を向上させる。ここで、Cuの量が0.3wt%以下では融点の低下が十分でなく、その量が8.0wt%を越えるとろうの電位が貴になりすぎて、冷媒通路構成部材が優先的に腐食するようになり、耐食性が低下する上に、合金の加工性が低下し後述する本発明の方法を用いても実用的にはワイヤーろうとしては適さなくなる。したがって、Cuは0.3wt%を越え8.0wt%以下とする。Cu量は特に0.4 〜1.0wt%で耐食性の点で安定した特性を示し、1.0 〜3.5wt%でろう流れ性の点で安定した特性を示す。
【００１５】Znの添加は合金の融点を下げる。本発明ではCuを添加しているが、このCuの添加により、ろうの電位が冷媒通路構成部材の電位より貴になり、外部腐食による耐食性が低下する。そこで本発明ではZnを添加する。こうすることでろうの電位が下がる。その結果、ブレージング工法でラジエターを製造するとき、ろう付け温度が上がらない接合部位に本発明のワイヤーを置きろうとして用いた場合、ブレージングシートの芯合金に対するろうの電位が近づき、耐食性が向上する。その量は0.5wt%を越え8.0wt%以下がよく、0.5wt%以下では効果が十分でなく、その量が8.0wt%を越えるとろうの自己耐食性が低下する。
【００１６】Feはろうが溶融後凝固するときの結晶粒を微細化し、フィレットの強度を高める働きを有する。その量が0.05wt% 以下では十分に効果を発揮しない。Feは凝固時に金属間化合物を形成し、これが腐食の起点となることが知られている。Fe量を多くするとMnと化合物を作らないFeが生じ、耐食性が低下するので、Fe量は結晶粒の微細化効果と腐食性とのバランスからその上限を1.2wt%と定める。特に0.05wt% 〜0.5wt%で安定した特性を示す。
【００１７】Mnはろうが溶融後凝固するときに生じる金属間化合物をMn系の化合物とすることで、耐食性を向上させる。すなわち、Mnが添加されていない合金ではFeを含んだAl-Fe-Si系の金属間化合物が凝固時に生じこれが腐食の起点となるが、本発明ではこの化合物中にMnが含有されることで、金属間化合物の特性が変化し、耐食性が顕著に向上する。この作用により耐食寿命を例えば２倍以上に伸ばすことも可能である。このような効果を発揮させるには、0.05wt% を越えるMnの添加が必要であるが、1.2wt%を越えると粗大なMn系化合物を形成し、ワイヤーに加工できなくなる。特に0.05wt% 〜0.6wt%で特に安定したろう流れ性を示す。
【００１８】InおよびSnはろうの電位を卑にし冷媒通路構成部材の耐食性を向上させる。即ちZnの効果を助ける意味で添加する。その量は0.002wt%以上が適当で、これ未満ではその効果が大きくない。一方その量が0.3wt%を越えると合金の圧延加工性が低下する。
【００１９】不可避的不純物として、他の元素もそれぞれ0.3wt%以下であれば含有してもよいが、特に望ましくは0.05wt% 以下である方がよい。
【００２０】本発明のろうの合金元素は以上の通りであり、優れた特性を実現させるものである。ところで近年は環境意識の高まりを受け、地球資源の有効利用の見地からリサイクル問題が注目されてきている。本発明のアルミニウム合金ろう材はリサイクル性をも考慮して開発されたものであり、本発明のろうワイヤーはこの意味でも優れている。従来のリサイクル面での問題について次に説明する。アルミニウム合金製熱交換器に用いられる合金では、合金そのものの耐食性向上のためCuの添加、犠牲効果をフィン等に付与するためにZn等の添加、その他、ろうに多量のSiの添加、強度向上のために芯にMnの添加等がそれぞれの部材毎に行われている。そして熱交換器をスクラップとしてリサイクルする場合には、これらの全ての添加元素がいわば平均化された組成となり、熱交換器用の部材としては使用できない合金となってしまっていた。結局、このために上記スクラップは鋳物用合金として再使用されることになっていたが、これは再利用をしているとは言え、真のリサイクルとしては、省資源の見地から熱交換器から熱交換器へのリサイクルの実現が強く望まれていたのである。
【００２１】このような見地で本発明合金の添加元素を見る。その含有元素はSi、Cu、Zn、Mn、Fe、In、Snである。つまりろう付工法で製造されるアルミニウム合金製熱交換器に通常添加されている元素が全て含まれているのである。すなわち、熱交換器から熱交換器部材へというリサイクルを可能にした合金である。
【００２２】以上が、本発明の低温ろう付用アルミニウム合金ワイヤーの組成である。この本発明のワイヤーのサイズは直径３mm以下のワイヤーとすることが望ましい。このワイヤーは通常、熱交換器のろう付加熱時の低温部に置きろうとして使用するためのものであるが、ワイヤーとして適当な長さに切ったり、曲げたりして使用する。即ちこのような使用法の場合、ろう合金ワイヤーの加工は手作業のため、加工性（柔らかさ）が必要であるが、ここで、径が３mmを越える場合、本発明合金は固いため簡単には曲げ加工ができないからである。使用上の便利さという点では特に直径２mm以下が望ましい。径の下限に関しては特に定めるものではないが、実用的な製造上の観点で０．３mm程度が下限値として適当である。
【００２３】ところで近年提案された特開平６−１８２５８２のろう合金は、その組成にMnの添加がなく、リサイクル性と耐食性の点で本発明より劣った合金である。しかもこの合金は板用であり、この公報にはワイヤーという用途は記載されていない。またワイヤーを製造するための問題点も記載されていない。これは、この公報に記載の合金のように固い合金は、ろうワイヤーとして好適に使用できる径の細いワイヤーを製造することは、コスト等の観点で実用的ではないと考えられていたためである。つまり特開平６−１８２５８２のろう合金を用いて細い径（具体的には３mm以下が望ましい）のろうワイヤーを製造することは従来の工業的な常識では考えにくいことであったのである。
【００２４】このことをもう少し詳しく説明する。従来のアルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造技術では、合金鋳塊をＤＣ鋳造後、直接または間接押し出しにより、１０mm程度の線材を得、これを引き抜きにより、所定の太さにしていた。しかし、アルミニウム合金ろう材は通常Siを多量に含有しているため、Si系の金属間化合物を内部に多量に有している。この金属間化合物を起点として、引き抜き時に割れが生じ、破断に至ることが多かった。通常のＪＩＳ４０４５等のろう合金であればともかく、CuおよびZnを必須元素として含んでいる合金であると、金属間化合物周辺のマトリックスの金属の延性が低下するので、金属間化合物周囲から割れが生じ引き抜き途中で割れてしまうことが多かったのである。
【００２５】本発明は係る問題を解決し、実用的に製造可能になったワイヤーを提供するものである。以下にその製造方法について説明する。
【００２６】本発明のワイヤーとして望ましいのは径３ｍｍ以下のワイヤーであるから、径３ｍｍ以下のワイヤーを製造する場合を例に以下、説明をする。その方法としては、コンフォーム法により、直接３mm以下のろう材ワイヤーの径まで押し出し、または、４mm以下の径まで押し出した後に３mm以下のろう材ワイヤーの径まで線引きすることが適当である。こうすれば、引き抜き途中で割れてしまう等が抑制され、好適に製造できる。
【００２７】コンフォームにて製造するための素線（フィードストック）は、押し出しにより製造したものでも、プロペルチ等の直接鋳造法により製造したものでもよいが、コンフォーム後に線引きする場合、金属間化合物が微細になる点で後者の方が優れる。フィードストックの径は通常６〜２０ｍｍ程度である。
【００２８】コンフォーム法で線の破断が生じにくいのは、コンフォームは押し出し加工であるので引っ張られないこと、強加工を一度に受けるので、金属間化合物が分断されやすいこと、加工時の発熱により熱間加工となるのでマトリックスのアルミニウム合金の延性が増すためである。なおコンフォームにより直接所定のワイヤー径まで押し出すことが成形性の点から望ましい。表面品質等の問題で引き抜き加工が必要な場合は、まず４ｍｍ以下の径までコンフォームで押し出し、次いで所定の引き抜き加工を施せばよい。この場合、コンフォーム加工により４ｍｍ以下まで加工するのは、コンフォームにより割れの起点となる金属間化合物が減るとはいえ、４ｍｍを越える径の場合線引き中に破断を生じることがあるためである。
【００２９】本発明ろう材ワイヤーの用途としては、アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、接合部位のうち所定のろう付け温度まで上がらない部位に置きろうとして使用するものである。なおここでいうアルミニウム合金製熱交換器は、ラジエーター、コンデンサー、ヒーター、エバポレーター等が上げられるがこれに限定するものでない。このような使用法によれば熱交換器の生産性は格段に向上する。
【００３０】
【実施例】以下に実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）表１の合金組成のろう材合金線（径１２ｍｍ）を直接鋳造圧延法により製造した。次いでこれらの合金について以下の工程に従ってろう材ワイヤーを製造した。即ち、線引きを９ｍｍ、５ｍｍ、３．５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．８ｍｍの径の時に焼鈍を行って最終的に１．５ｍｍ径のろう材ワイヤーとする従来工程、コンフォーム押し出しにより直接１．５ｍｍ径のろう材ワイヤーとする発明工程（工程１）、および径２ｍｍまでコンフォーム押し出し後１．５ｍｍ径まで線引きする発明工程（工程２）によってろう材ワイヤーの製造を行った。
【００３１】
【表１】
【００３２】この結果、従来工程では通常の従来例であるろう合金（Ａ４０４５）のワイヤーを製造することができたが、他の合金Ｎｏ１〜１１ではいずれも５ｍｍ径から３．５ｍｍ径の線引きの際に断線が生じ、１．５ｍｍ径の線を製造することができなかった。対して、本発明工程１および工程２のいずれでも径１．５ｍｍのワイヤーを製造できた。Siの量が本合金の範囲を外れる比較例の合金Ｎｏ１０は本発明工程１および工程２のいずれでも、径１．５ｍｍのワイヤーを製造できなかった。
【００３３】上記工程１または工程２により製造した１．５ｍｍ径のワイヤーを図１の熱交換器のチューブ（ＪＩＳ３００３合金押し出し材）とコネクター（ＪＩＳ３００３合金製）とのろう付部に置きろうとして使用した。すなわち、ろう付前の組立の際に、チューブにコネクターをさし込んである周囲にワイヤーをリング状にして置いた。他の条件は通常通りである。
【００３４】この際、フラックスは通常使用されているＦ化物系のものを使用し、ろう付けは６０５℃の炉温のろう付炉中に３分間放置して行った。各ろう材合金について、１０台の熱交換器を製造し、それぞれの熱交換器にＨｅガスを充填して、上記チューブとコネクターとのろう付け部位での濡れ不良の発生を調べた。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】本発明例の合金（Ｎｏ１〜７）では漏れ不良の生じた熱交換器は１台もなかった。これに対して、本発明例の合金組成範囲を外れている比較例合金Ｎｏ８、９および従来合金Ｎｏ１１では漏れ不良の発生している熱交換器があった。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明のろう合金ワイヤーは、優れた特徴を有するものである。そして本発明のろう合金ワイヤーは本発明の製造方法により好適に製造可能である。また、アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、ろう付温度が上がらない部分に本発明ろう材ワイヤーを置きろうとして使用することで熱交換器の生産性が増す。さらに、本発明ろう材はSi、Fe、Cu、Mn、Znを含有しており、アルミニウム合金製熱交換器のスクラップを熱交換器材料用の原料として使用もでき、リサイクル性にも大変優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】サーペンタインタイプのエバポレーターを示す斜視図である。
【符号の説明】
１．偏平チューブ
２．フィン
３．コネクター
【特許請求の範囲】
【請求項１】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合金ろう材ワイヤー。
【請求項２】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合金ろう材ワイヤー。
【請求項３】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金を、コンフォーム法により３ｍｍ以下の線径のワイヤーに押し出し、またはコンフォーム法により４ｍｍ以下の径まで押し出した後に３mm以下の線径まで線引きする、アルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造方法。
【請求項４】 アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、接合部位のうち該ブレージングシートにクラッドされているろう材の溶融温度に達しない部位に請求項１または２記載のアルミニウム合金ろう材ワイヤーを置きろうとして使用する、アルミニウム合金製熱交換器の製造方法。
【請求項１】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合金ろう材ワイヤー。
【請求項２】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなる径３ｍｍ以下のアルミニウム合金ろう材ワイヤー。
【請求項３】 7.0wt%を越え12.0wt% 以下のSi、0.3wt%を越え8.0wt%以下のCu、0.5wt%を越え8.0wt%以下のZn、0.05wt% を越え1.2wt%以下のFe、0.05wt% を越え1.2wt%以下のMnを含有し、またはこれに更に0.3wt%以下のIn、0.3wt%以下のSnのうち１種または２種を含有し、残部アルミニウムと不可避的不純物からなるアルミニウム合金を、コンフォーム法により３ｍｍ以下の線径のワイヤーに押し出し、またはコンフォーム法により４ｍｍ以下の径まで押し出した後に３mm以下の線径まで線引きする、アルミニウム合金ろう材ワイヤーの製造方法。
【請求項４】 アルミニウム合金製熱交換器をブレージングシートを用いたろう付法により製造するにあたり、接合部位のうち該ブレージングシートにクラッドされているろう材の溶融温度に達しない部位に請求項１または２記載のアルミニウム合金ろう材ワイヤーを置きろうとして使用する、アルミニウム合金製熱交換器の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開平９−４７８９２
【公開日】平成９年（１９９７）２月１８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平７−２０１１１６
【出願日】平成７年（１９９５）８月７日
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【公開日】平成９年（１９９７）２月１８日
【国際特許分類】
【出願日】平成７年（１９９５）８月７日
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
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