特許 6030300 プレコートフィン材を使用した熱交換器の製造方法および熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6030300

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】プレコートフィン材を使用した熱交換器の製造方法および熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 13/18 20060101AFI20161114BHJP

   F28F 1/32 20060101ALI20161114BHJP

   F28F 19/06 20060101ALI20161114BHJP

   C09D 1/02 20060101ALI20161114BHJP

   C09D 201/00 20060101ALI20161114BHJP

   C09D 7/12 20060101ALI20161114BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20161114BHJP

   B23K 1/20 20060101ALI20161114BHJP

   B23K 3/06 20060101ALI20161114BHJP

   B23K 101/14 20060101ALN20161114BHJP

   B23K 103/10 20060101ALN20161114BHJP

【ＦＩ】

   F28F13/18 B

   F28F1/32 H

   F28F1/32 B

   F28F19/06 A

   C09D1/02

   C09D201/00

   C09D7/12

   B23K1/00 330L

   B23K1/20 A

   B23K3/06 Q

   B23K101:14

   B23K103:10

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-288407(P2011-288407)

(22)【出願日】2011年12月28日

(65)【公開番号】特開2013-137153(P2013-137153A)

(43)【公開日】2013年7月11日

【審査請求日】2014年10月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000176707

【氏名又は名称】三菱アルミニウム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100129403

【弁理士】

【氏名又は名称】増井 裕士

(72)【発明者】

【氏名】久米 淑夫

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宗尚

(72)【発明者】

【氏名】戸田 穂乃香

【審査官】 伊藤 紀史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−３０３９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３０２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２６８２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２３８２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１０４６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２６１４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２３５４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１５０６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１２５５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１２６９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−１５７２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３７２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３６３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８２９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４００４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２４６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５７１０９４６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ １３／１８

Ｆ２８Ｆ １／３２

Ｆ２８Ｆ １９／０６

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｃ０９Ｄ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に冷媒流路を有するチューブと、該チューブの外面にろう付けされたフィンとを備え、前記チューブとフィンがアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、ろう材を有するチューブと、ろう材を有さないフィンとをろう付けする熱交換器の製造方法であって、
前記フィンがアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる基材の表面に親水性を有するケイ酸塩を主成分とする塗膜からなる親水性皮膜を形成したプレコートフィン材からなり、前記塗膜として１０質量％以下のアクリル樹脂、界面活性剤を含み残部ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムのいずれかの組成を有する塗膜を用い、
前記塗膜を形成したフィン材と前記チューブを組み付け、５８０〜６１５℃に加熱することでろう付けすることを特徴とするろう付け性と親水性に優れ、プレコートフィン材を使用した熱交換器の製造方法。

【請求項2】

前記ケイ酸塩を主成分とする塗膜の付着量を５０〜３０００ｍｇ／ｍ^２の範囲とし、ろう付け後のフィン表面の接触角を３０゜以下とすることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項3】

前記基材に前記ケイ酸塩を主成分とする塗膜の下地処理として耐食性処理を施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項4】

前記チューブの外面に塗布されたＳｉとＺｎを含むろう付け用塗膜をろう付け時の熱により溶融させて前記ろう材を形成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項5】

ろう付け前に前記チューブの外面に、Ｓｉ粉末とＺｎ含有フラックスを含むろう付け用塗膜を形成し、ろう付け時の熱によりＳｉとＺｎをチューブ内に拡散させて該チューブの表面に犠牲陽極層を形成することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項6】

内部に冷媒流路を有するチューブと、該チューブの外面にろう付け部を介し接合されたフィンとを備え、前記チューブとフィンがアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、ろう材を有するチューブと、ろう材を有さないフィンとが接合された熱交換器であって、
前記チューブの外面にＳｉとＺｎを含む厚さ３０〜１５０μｍの犠牲陽極層を有し、前記チューブと前記フィンのろう付け部分が前記ろう材の溶融凝固物からなるフィレットにより構成され、前記フィンが表裏面に親水性を有するケイ酸塩を主成分とする親水性皮膜を形成したプレコートフィン材からなり、前記フィンの表裏面において前記フィレットに接する部分に親水性皮膜が無く、前記フィンに前記フィレットが一体化され、前記親水性皮膜がケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムのいずれかを含む皮膜であることを特徴とする熱交換器。

【請求項7】

前記ろう材にＳｉとＺｎが含まれ、前記犠牲陽極層に前記ろう材からの拡散Ｓｉと拡散Ｚｎが含まれたことを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記フィン表面の接触角が３０゜以下であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プレコートフィン材を使用した熱交換器の製造方法および熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

チューブ、フィンを主構成要素とするクーラー用室内機などの熱交換器は、フィンをアルミニウムから構成し、チューブを銅製のヘアピンパイプなどで構成される構造が主体であるが、近年、銅資源の枯渇などの背景から銅の材料価格が高騰しているので、更なる低コスト化、熱交換性能の向上、リサイクル性の追求などがなされ、チューブも含めて全体をアルミニウム製としたオールアルミニウム熱交換器が検討されている。自動車用の熱交換器などは軽量化の必要性からすでにオールアルミニウム熱交換器が使用されている。
また、アルミニウム押出材を用いてフィンを構成する場合、フィン間隔を小さくして小型化、軽量化を図ると、表面張力によりフィンの隙間に雨水などを保水してしまうため、フィンの濡れ性を改善し、フィンからの排水性を確保する必要が生じる。
このような背景から、アルミニウム製のフィン材の表面に親水基を備えた有機皮膜を塗布し、この塗膜を乾燥定着させて親水性皮膜とする技術が採用されている。
しかし、ろう付け構造の熱交換器は、ろう付け時に６００℃前後の温度に加熱されるので、有機皮膜を予めろう付け前に塗布することはできないと考えられている。６００℃に加熱されると有機皮膜は焼失するか変質するためである。このため一般に、チューブやフィンを熱交換器の形状に組み立て、ろう付けして熱交換器の形状とした後、親水性樹脂液に浸漬して全体に親水性皮膜を形成するという、いわゆるポストコートにより親水性皮膜の形成がなされている。

【0003】

フィン間隔を小さくした熱交換器に対し、親水性を付与する技術の一例として、以下の特許文献１に記載のように長期間にわたり、安定した高親水性と耐食性を得るための表面処理方法が知られている。この技術によれば、アルミニウム基材の表面にリン酸Ｚｒ、リン酸Ｔｉの水溶液による化成処理を施し、親水性皮膜を形成する。次いで、この親水性皮膜について、未架橋親水性基と、これと異なる反応性基とを含ませておき、反応性基の少なくとも一部を架橋することにより優れた親水性と耐食性を発揮する皮膜を得ることができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−１３１２５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ポストコートによって熱交換器に親水性皮膜を形成するためには、熱交換器一基ずつを親水性処理液に浸漬するバッチ処理が必要となるため、量産には手間と時間がかかる上に、親水性処理液の無駄も多く、その廃液処理に手間がかかることを考慮すると製造技術の改善が望まれている。
従って、オールアルミニウム熱交換器においては、熱交換器として必要な耐食性を確保し、親水性を確保した上に、量産時の製造手間を省き、廃液処理などの問題も生じない量産技術の開発が望まれている。

【0006】

ここで従来、Ｓｉ粉末とＺｎ含有フラックスとバインダとの混合物をろう材組成物として押出チューブの表面に塗布し、フィンとのろう付けを安価にでき、耐食性に優れた構造を得られる熱交換器の製造技術が知られている。
前記ろう材組成物を用いた場合、Ｓｉ粉末を溶融させてろう液を構成し、ろう液の拡散とともにＺｎも拡散させ、Ｚｎ拡散層を形成することで、押出チューブ表面の電位を低く、内部で高い電位とする電位勾配を形成して、耐孔食性を向上させたチューブを提案できる。
本発明者は、このろう材組成物を用いてろう付けする技術を応用し、表面に親水性皮膜を備えたフィンにチューブをろう付けして構成される熱交換器への応用が可能であるか検討し、本願発明に至った。
本願発明は、これらの背景に鑑み、本願発明は、ポストコートではなく、プレコートによりフィンに親水性を付与でき、フィン間に雨水などを保水するおそれが少ないフィンを備え、更に、ろう付け後のチューブの耐食性も良好とした熱交換器を提供することを目的とする。
フィン材にろう材を有しないものを用いることが必要であるので、ろう材を有するチューブには一般的なブレージングシートを用いてもよい。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、内部に冷媒流路を有するチューブと、該チューブの外面にろう付けされたフィンとを備え、前記チューブとフィンがアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、ろう材を有するチューブと、ろう材を有さないフィンとをろう付けする熱交換器の製造方法であって、前記フィンがアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる基材の表面に親水性を有するケイ酸塩を主成分とする塗膜からなる親水性皮膜を形成したプレコートフィン材からなり、前記塗膜として１０質量％以下のアクリル樹脂、界面活性剤を含み残部ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムのいずれかの組成を有する塗膜を用い、前記塗膜を形成したフィン材と前記チューブを組み付け、５８０〜６１５℃に加熱することでろう付けすることを特徴とするろう付け性と親水性に優れ、プレコートフィン材を使用した熱交換器の製造方法に関する。

【0008】

本発明に係る熱交換器の製造方法において、前記ケイ酸塩を主成分とする塗膜の付着量を５０〜３０００ｍｇ／ｍ^２の範囲とし、ろう付け後のフィン表面の接触角を３０゜以下とすることができる。
本発明に係る熱交換器の製造方法において、前記基材に前記ケイ酸塩を主成分とする塗膜の下地処理として耐食性処理を施すことができる。
本発明に係る熱交換器の製造方法において、前記チューブの外面に塗布されたＳｉとＺｎを含むろう付け用塗膜をろう付け時の熱により溶融させて前記ろう材を形成することができる。

【0009】

本発明は、内部に冷媒流路を有するチューブと、該チューブの外面にろう付け部を介し接合されたフィンとを備え、前記チューブとフィンがアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、ろう材を有するチューブと、ろう材を有さないフィンとが接合された熱交換器であって、前記チューブの外面にＳｉとＺｎを含む厚さ３０〜１５０μｍの犠牲陽極層を有し、前記チューブと前記フィンのろう付け部分が前記ろう材の溶融凝固物からなるフィレットにより構成され、前記フィンが表裏面に親水性を有するケイ酸塩を主成分とする親水性皮膜を形成したプレコートフィン材からなり、前記フィンの表裏面において前記フィレットに接する部分に親水性皮膜が無く、前記フィンに前記フィレットが一体化され、前記親水性皮膜がケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムのいずれかを含む皮膜であることを特徴とする熱交換器に関する。
本発明に係る熱交換器において、前記ろう材にＳｉとＺｎが含まれ、前記犠牲陽極層に前記ろう材からの拡散Ｓｉと拡散Ｚｎが含まれたことが好ましい。
本発明に係る熱交換器において、前記フィン表面の接触角が３０゜以下であることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る熱交換器の製造方法によれば、プレコートによりフィンの表面に形成したケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムのいずれかを含む塗膜がろう付け後においても親水性を発揮するので、ポストコートにより親水性皮膜を形成する必要が無くなる。プレコートによりフィンに親水性の塗膜を塗布する作業はポストコートにより１基ずつ熱交換器全体に親水性皮膜を塗布する工程に比べ、より簡単に実施でき、親水性樹脂の無駄も生じ難いので、従来よりも製造が容易で廃液処理などが不要であり、製造し易いオールアルミニウム熱交換器を提供できる。
また、本発明に係るオールアルミニウム熱交換器に設けられたチューブであるならば、犠牲陽極層がチューブに対し付与する防食効果により、耐食寿命に優れた熱交換器を提供できる。更に、プレコートによりフィンの表面に形成したケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムのいずれかを含む皮膜が優れた親水性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係るアルミニウム合金チューブを備えた熱交換器の一構成例を示す正面図である。

【図2】本発明に係る熱交換器においてヘッダーパイプ、チューブ及びフィンを組み立てた状態を示す図であって、ろう付けする前の状態を示す部分拡大断面図。

【図3】本発明に係る熱交換器においてヘッダーパイプ、チューブ及びフィンを組み立ててろう付けした状態の熱交換器を示す部分拡大断面図である。

【図4】本発明に係るアルミニウム合金チューブの横断面形状の一例を示す図である。

【図5】アルミニウム合金チューブの表面にろう付け用塗膜のＳｉ粉末とＺｎ含有フラックス粉末が存在している状態を示す説明図である。

【図6】アルミニウム合金チューブの表面にろう付け塗膜が存在している状態からろう付け温度に加熱し、Ｚｎフラックスが溶融した状態を示す説明図である。

【図7】アルミニウム合金チューブの表面にろう付け塗膜が存在している状態からろう付け温度に加熱し、Ｚｎに加えてＳｉが拡散し始めた状態を示す説明図である。

【図8】アルミニウム合金チューブの表面にろう付け塗膜が存在している状態からろう付け温度に加熱し、ＺｎとＳｉが拡散されて犠牲陽極層が生成された状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るオールアルミニウム熱交換器の一実施形態を示すもので、この形態の熱交換器１００は、左右に離間し平行に配置されたヘッダーパイプ１、２と、これらのヘッダーパイプ１、２の間に相互に間隔を保って平行に、かつ、ヘッダーパイプ１、２に対してほぼ直角に接合された複数の扁平状のチューブ３と、各チューブ３にろう付けされた波形のフィン４を主体として構成されている。ヘッダーパイプ１、２、チューブ３及びフィン４は、後述するアルミニウム合金から構成されている。
より詳細には、ヘッダーパイプ１、２の相対向する側面に図２または図３に示すようにスリット６が各パイプの長さ方向に定間隔で複数形成され、これらヘッダーパイプ１、２の相対向するスリット６にチューブ３の各端部を挿通してヘッダーパイプ１、２間にチューブ３が架設され、ろう付けされている。また、ヘッダーパイプ１、２間に所定間隔で架設された複数のチューブ３の表裏面側に各々波型のフィン４が配置され、これらのフィン４がチューブ３の表面側あるいは裏面側にろう付けされている。
本実施形態の熱交換器１００は、ルームエアコンディショナーの室内・室外機用の熱交換器、あるいは、ＨＶＡＣ（Heating Ventilating Air Conditioning）用の室外機、エコキュート室外機用の熱交換器、自動車用の熱交換器などの用途に使用されるオールアルミニウム熱交換器である。

【0013】

図３に示す如く、ヘッダーパイプ１、２のスリット６に対してチューブ３の端部を挿通した部分においてろう材によりフィレット８が形成され、ヘッダーパイプ１、２に対してチューブ３がろう付けされている。また、波形のフィン４において波の頂点の部分を隣接するチューブ３の表面または裏面に対向させてそれらの間の部分にろう材によりフィレット９が形成され、チューブ３の表面側と裏面側に波形のフィン４がろう付けされている。
更に、フィン４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基材４ａの表面に、以下に説明する親水性皮膜４ｂが被覆されている。
親水性皮膜４ｂは、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウムなどのケイ酸塩を主体とする皮膜からなり、後述するろう付け処理の前に、塗布された塗膜が乾燥されて親水性皮膜として構成されたものである。親水性皮膜４ｂの具体例として、水ガラス（Ｎａ_ｘＳｉＯ_２）の塗膜、水ガラスにアクリル樹脂を混合した塗膜であって、後述するろう付け処理を経た後に残留する親水性皮膜を例示できる。

【0014】

この実施形態の熱交換器１００は、後述する製造方法において詳述するように、ヘッダーパイプ１、２とそれらの間に架設された複数のチューブ３と複数のフィン材４Ａとを組み付けて図２に示す如く構成された熱交換器組立体１０１をろう付けすることにより製造されたものである。
ろう付け前のチューブ３には、フィン材４Ａが接合される表面と裏面に、Ｓｉ粉末：１．０〜５．０ｇ／ｍ^２と、Ｚｎ含有フッ化物系フラックス（ＫＺｎＦ_３）：３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２と、バインダ（例えば、アクリル系樹脂）：０．５〜３．５ｇ／ｍ^２からなる配合組成のろう付け用塗膜（ろう材塗膜）７が図４に示す如くチューブ３の表面の大部分と裏面の大部分を覆うように形成されている。

【0015】

本実施形態の熱交換器１００に適用されるチューブ３は、一例として図４に示す如くその内部に複数の通路３Ｃが形成され、平坦な表面（上面）３Ａ及び裏面（下面）３Ｂと、これら表面３Ａ及び裏面３Ｂに隣接する側面３Ｄとを具備し、図４の横断面に示す如き偏平多穴管として構成されている。そして、一例としてろう付け前のチューブ３の表面３Ａと裏面３Ｂに前記ろう付け用塗膜７が形成されている。

【0016】

図４に示す横断面形状のチューブ３を適用した熱交換器１００においては、ろう付け用塗膜７が設けられていないチューブの側面３Ｄ側が防食されるカソード部となり、フィン４及びフィレット９が優先（犠牲）腐食されるアノード部となる。また、ろう付け後のチューブ３の表面部分、及び、裏面部分には、ろう付け用塗膜７に含まれていたＳｉとＺｎがろう付け温度でチューブ３側に拡散した結果、チューブ３の表面表層部とチューブ３の裏面表層部にＳｉとＺｎを含む犠牲陽極層３ａが形成されている。

【0017】

以下、前記ろう付け用塗膜７を構成する組成物について説明する。
＜Ｓｉ粉末＞
Ｓｉ粉末は、チューブ３を構成するＡｌと反応し、フィン４とチューブ３を接合するろうを形成するが、ろう付け時にＺｎ含有フラックスとＳｉ粉末が溶融してろう液となる。このろう液にフラックス中のＺｎが均一に拡散し、チューブ３の表面に均一に広がる。液相であるろう液内でのＺｎの拡散速度は固相内の拡散速度より著しく大きいので、これにより均一なＺｎ拡散がなされ、チューブ３表面の面方向のＺｎ濃度がほぼ均一となる。また、チューブ３の表面から深さ方向への拡散について見ると、ＳｉはＡｌと共晶となって融点を下げるので、チューブ３の表面では共晶組成となった状態にＺｎが拡散しチューブ３の表面に所定厚さの犠牲陽極層３ａが生成する。この犠牲陽極層３ａの生成によりチューブ３の耐食性を向上できる。

【0018】

＜Ｓｉ粉末塗布量：１．０〜５．０ｇ／ｍ^２＞
Ｓｉ粉末の塗布量が１．０ｇ／ｍ^２未満であると、ろう形成が不十分となるおそれがあり、均一な犠牲陽極層が形成されなくなるおそれがある一方、塗布量が５．０ｇ／ｍ^２を超えると、犠牲陽極層表面に貴なカソード層が形成され、犠牲陽極層の効果が短時間となるおそれがある。このため、塗膜におけるＳｉ粉末の含有量は１．０〜５．０ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。
＜Ｓｉ粉末粒度：最大粒径：Ｄ（９９）：２０μｍ以下＞
＜Ｓｉ粉末粒度：平均粒径：Ｄ（５０）：１〜１０μｍ＞
Ｓｉ粉末の粒度がＤ（９９）において２０μｍ以下であれば、均一な犠牲陽極層を形成することが可能である反面、２０μｍを超えると、局部的に深いエロージョンが生成し、均一な犠牲陽極層を形成できなくなるおそれがある。このため、Ｓｉ粉末の粒度は、最大粒径Ｄ（９９）において２０μｍ以下が好ましい。Ｓｉ粉末の粒度が平均粒径（Ｄ５０）において１〜１０μｍの範囲内であれば、均一な犠牲陽極層を形成することができる。しかし、１μｍ未満であると、ろう形成が不十分となるおそれがあり、均一な犠牲陽極層が形成されなくなるおそれがある。一方、１０μｍを超えると、ろう形成が点在し、均一な犠牲陽極層が形成されないおそれがある。このため、Ｓｉ粉末の粒度は、（Ｄ５０）において１〜１０μｍとするのが好ましい。なお、Ｄ（９９）とは、体積割合で小さい粒から累積し、全体の９９％となる粒の粒径のことである。また、（Ｄ５０）とは、体積割合で小さい粒から累積し、全体の５０％となる粒の粒径のことである。これらの値は、いずれもレーザ光散乱法で測定することができる。

【0019】

＜Ｚｎ含有フッ化物系フラックス＞
Ｚｎ含有フッ化物系フラックスは、ろう付けに際し、チューブ３の表面に犠牲陽極層の電位を適正に卑とするＺｎを拡散させた犠牲陽極層３ａを形成する効果がある。また、ろう付け時にチューブ３の表面の酸化物を除去し、ろうの広がり、ぬれを促進してろう付け性を向上させる作用を有する。
＜フラックス塗布量：３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２＞
Ｚｎ含有フッ化物系フラックスの塗布量が３．０ｇ／ｍ^２未満であると、電位差が低くなり、犠牲効果が発揮されないおそれがある。また、被ろう付け材（チューブ３）の表面酸化皮膜の破壊除去が不十分なためにろう付け不良を招くおそれがある。一方、塗布量が１０．０ｇ／ｍ^２を超えると、電位差が過大となり、腐食速度が増加し、犠牲陽極層３ａの存在による防食効果が短時間になるおそれがある。このため、Ｚｎ含有フッ化物系フラックスの塗布量を３．０〜１０．０ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。Ｚｎ含有フッ化物系フラックスは、一例としてＫＺｎＦ_３を用いることができる。

【0020】

＜バインダ＞
ろう付け用塗膜７には、Ｓｉ粉末、Ｚｎ含有フッ化物系フラックスに加えてバインダを含む。バインダの例としては、好適にはアクリル系樹脂を挙げることができる。
バインダは犠牲陽極層３ａの形成に必要なＳｉ粉末とＺｎ含有フラックスをチューブ３の表面または裏面に固着する作用があるが、バインダの塗布量が０．５ｇ／ｃｍ^２未満であると、ろう付け時にＳｉ粉末やＺｎフラックスがチューブ３から脱落し、均一な犠牲陽極層３ａが形成されないおそれがある。一方、バインダの塗布量が３．５ｇ／ｃｍ^２を超えると、バインダ残渣によりろう付け性が低下し、均一な犠牲陽極層３ａが形成されないおそれがある。このため、バインダの塗布量は、０．５〜３．５ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。なお、バインダは、通常、ろう付けの際の加熱により蒸散する。

【0021】

Ｓｉ粉末、フラックス及びバインダからなるろう付け組成物の塗布方法は、本発明において特に限定されるものではなく、スプレー法、シャワー法、フローコータ法、ロールコータ法、刷毛塗り法、浸漬法、静電塗布法などの適宜の方法によって行うことができる。また、ろう付け組成物の塗布領域は、チューブ３の全表面または全裏面としてもよく、また、チューブ３の表面と裏面の一部であっても良く、要は、少なくともフィン４をろう付けするのに必要なチューブ３の表面領域あるいは裏面領域に塗布されていれば良い。また、本願のチューブ３は側面にろう付け組成物が形成されていないものであるが、塗布方法によっては上面等にろう付け組成物を塗布した場合、結果的に側面にも一部形成されてしまうことがあるが、このようなものを本発明では排除しない。

【0022】

チューブ３は、ＪＩＳ１０５０系などの純アルミニウム系あるいはＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金を主体とした合金からなる。一例として、Ｓｉ：０．１０〜０．６０％、Ｆｅ：０．１〜０．６質量％、Ｍｎ：０．１〜０．６質量％、Ｔｉ：０．００５〜０．２質量％、Ｃｕ：０．１質量％未満、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金を押出することにより作製されたものである。

【0023】

次に、フィン４について説明する。
フィン４は、ＪＩＳ１０５０系などの純アルミニウム系あるいはＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金を主体とした合金からなる。また、ＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金に質量％で２％程度のＺｎを添加したアルミニウム合金からフィン４を形成しても良い。
フィン４は、上記組成を有するアルミニウム合金を常法により溶製し、熱間圧延工程、冷間圧延工程などを経て、波形形状に加工される。なお、フィン４の製造方法は、本発明としては特に限定されるものではなく、既知の製法を適宜採用することができる。

【0024】

フィン４の外面（周面）には、ろう付け前にケイ酸塩を主体とする塗膜４ｂが形成されている。ケイ酸塩として具体的にはケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムあるいはケイ酸リチウムのいずれかを例示できる。また、ケイ酸塩を主体とする塗膜４ｂとは、塗膜４ｂの中にケイ酸塩の他に１０質量％以下程度のアクリル樹脂、界面活性剤等を含んでいるものを含み、残部がケイ酸塩となる概念と規定する。
塗膜４ｂを形成する方法は、ロールコートなどで塗膜を形成し、オーブンで乾燥させるなど、種々の塗膜形成方法を適宜採用することができる。
ろう付け前の塗膜４ｂの付着量は、５０〜３０００ｍｇ／ｍ^２の範囲であることが好ましい。塗膜４ｂの付着量が少なすぎると、親水性が不足となり、付着量が多すぎると、フィン４とチューブ３との間に存在する皮膜量が多すぎてろう付け性が低下する。

【0025】

次に、ヘッダーパイプ１について説明する。
ヘッダーパイプ１は、図２、図３に示すように、芯材層１１と、芯材の外周側に設けられた犠牲材層１２と、芯材の内周側に設けられたろう材層１３とからなる３層構造をなしている。
芯材層１１の外周側に犠牲材層１２を設けることにより、フィン４による防食効果に加えてヘッダーパイプ１による防食効果も得られるため、ヘッダーパイプ１近傍のチューブ３の犠牲防食効果をより高めることができる。

【0026】

ヘッダーパイプ１の芯材層１１は、Ａｌ−Ｍｎ系をベースとした合金が好ましい。
例えば、Ｍｎ：０．０５〜１．５０％を含有することが好ましく、他の元素として、Ｃｕ：０．０５〜０．８％、Ｚｒ：０．０５〜０．１５％を含有することができる。
芯材層１１の外周側に設けられる犠牲材層１２は、一例としてＺｎ：０．６０〜１．２０％、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成される。犠牲材層１２は、クラッド圧延により芯材層１１と一体化されている。

【0027】

次に、以上説明したヘッダーパイプ１、２チューブ３及びフィン４を主たる構成要素とする熱交換器１００の製造方法について説明する。
図２は、フィン材４Ａとの接合面にろう付け用塗膜７を塗布したチューブ３を使用し、ヘッダーパイプ１、２、チューブ３及びフィン材４Ａを組み立てた状態を示す熱交換器組立体１０１の部分拡大図である。図２は加熱ろう付けする前の状態を示している。図２に示す熱交換器組立体１０１において、チューブ３はその両端をヘッダーパイプ１、１に設けたスリット６に挿入されている。
図２に示すように組み立てられたヘッダーパイプ１、２、チューブ３及びフィン材４Ａからなる熱交換器組立体１０１をろう材の融点以上の温度に加熱すると、図３に示すように、ろう付け用塗膜７とろう材層１３が溶けてヘッダーパイプ１とチューブ３、チューブ３とフィン材４Ａが各々接合され、図１と図３に示す構造の熱交換器１００が得られる。この時、ヘッダーパイプ１の内周面のろう材層１３は溶融してスリット６近傍に流れ、フィレット８を形成してヘッダーパイプ１とチューブ３とが接合される。また、チューブ３の表面と裏面のろう付け用塗膜７は溶融して毛管力によりフィン材４Ａの近傍に流れ、フィレット９を形成してチューブ３とフィン材４Ａが接合される。
また、ろう付け時にフィン材４Ａ表面の塗膜４bが親水性皮膜として残留され、フィン４が形成される。

【0028】

ろう付けに際しては、不活性雰囲気などの適切な雰囲気で適温に加熱して、ろう付け用塗膜７、ろう材層１３を溶融させる。この場合、フラックスの活性度が上がって、フラックス中のＺｎが被ろう付け材（チューブ３）表面に析出し、その肉厚方面に拡散するのに加え、ろう材及び被ろう付け材の双方の表面の酸化皮膜を破壊してろう材と被ろう付け材との間のぬれを促進する。
ろう付けのための加熱温度は、上述したように、ろう材の融点以上であるが、上述した組成からなるろう材の場合、５８０〜６１５℃に加熱され、１〜１０分程度保持される。

【0029】

ろう付けに際しては、チューブ３を構成するアルミニウム合金のマトリックスの一部がチューブ３に塗布されたろう付け用塗膜７の組成物と反応してろうとなって、チューブ３とフィン材４Ａがろう付けされる。チューブ３の表面表層部と裏面表層部ではろう付けによってフラックス中のＺｎが拡散してチューブ３内側よりも卑になる。
より詳細には、図５に示す如くチューブ３の表面にＳｉ粉末２０とＺｎ含有フラックス粉末２１とバインダ（図示略）が塗布されている場合、全体を加熱するとバインダが初めに溶融し、次いで５７０℃を超えた温度域においてＺｎ含有フラックスが溶融し図６に示す如く融液２２となってチューブ３の表裏面に広がり、Ｚｎがチューブ３の表面に矢印に示す如く拡散を開始する。そして、この温度域を超えるとＳｉ粉末２０を構成するＳｉが融液２２を介してチューブ３側に図７に示す如く拡散する。
この後、５８０〜６１５℃のろう付け温度を所定時間保持することで図７に示す如くＳｉがＡｌと共晶組成となってＡｌ−Ｓｉ共晶領域が生成された後、この領域がチューブ３の全域に広がる。

【0030】

本実施の形態の構造によれば、ろう付けに際して、Ｓｉ粉末の残渣もなく、良好なろう付けがなされ、チューブ３とフィン４との間に十分なサイズのフィレット９が形成され、更に上述の犠牲陽極層３ａが形成される。
前述の如く得られた熱交換器１００によれば、チューブ３の表面に厚さ３０〜１５０μｍの電位がほぼ一定な犠牲陽極層３ａが形成されているので、チューブ３の表面表層部あるいは裏面表層部からチューブ３の内部にかけて最外面の高濃度Ｚｎの領域と、犠牲陽極層３ａとの電位差が小さい領域が、チューブ３の深さ方向と面方向にいずれも存在するので、この領域ａの腐食速度が遅くなる結果、チューブ３の犠牲陽極層３ａを早期に消耗してしまうことがなくなり、チューブ３の耐食寿命を長くすることができる効果がある。
融液２２がチューブ３の表裏面に拡がり、フィン材４Ａとの当接部分にフィレット９が生成される位置において、フィン材４Ａの表裏面に存在しているケイ酸塩を主成分とする塗膜は除去され、一部はフィレット９中に残る。

【0031】

以上説明したように製造された熱交換器１００にあっては、チューブ３とフィン４との接合部分に十分な大きさのフィレット９が形成されるので、フィン４の接合強度が良好となる。また、ろう付け用塗膜７から拡散されたＳｉとＺｎによる犠牲陽極層３ａがチューブ３の表面表層部と裏面表層部に均一に形成されるので、チューブ３の耐食性に優れる特徴を有する。また、フィン４の表裏面に親水性皮膜である塗膜４ｂが形成されているので、フィン４の親水性を高くすることができ、フィン４のフィン間隔が微細化された熱交換器構造であっても、雨水や結露水などの水分をフィン４の隙間に保水するおそれが低い。このため、フィン４の隙間を水分で塞ぐことがなく、熱交換効率が低下しないフィン構造を備えた熱交換器１００を提供できる。

【0032】

プレコートした塗膜４ｂを備えたフィン材４Ａをろう付けして熱交換器１００を製造することができ、ろう付け後にポストコートで親水性皮膜を形成する工程は不要となる。即ち、熱交換器をバッチ処理で１基ずつポストコートする工程が不要となるので、工程の簡略化になり、大量のポストコート用親水性樹脂液が不要になるので、廃液処理が不要となる。このため、親水性皮膜としての塗膜４ｂを備えた熱交換器１００の製造工程を簡略化できる効果がある。

【実施例】

【0033】

ＪＩＳ１０５０組成の複数の板材に対し以下の各塗膜を（バーコーター）法で塗布、乾燥、塗膜を形成し、次いでコルゲート加工することにより、試験用のベアフィンを作製した。
また、ＪＩＳ１０５０組成の複数の板材に対し、リン酸クロメート処理（付着量２０ ｍｇ／ｍ^２）を施した（実施例１０を除く。）。

【0034】

ＪＩＳ３００３組成のチューブ用アルミニウム合金を溶製し、この合金を横断面形状（肉厚０．２６ｍｍ×幅１７．０ｍｍ×全体厚１．５ｍｍ）であって、扁平状の熱交換器用アルミニウム合金チューブとした。
次に、偏平状の熱交換器用アルミニウム合金チューブの表面と裏面にろう材組成物をロール塗布し、乾燥させた。ろう材組成物は、Ｓｉ粉末（Ｄ（９９）粒度１０μｍ）３ｇと、フラックス（ＫＺｎＦ_３：Ｄ（５０）粒度２．０μｍ）６ｇ、及び、アクリル系樹脂バインダ１ｇ、溶剤としてのイソプロピルアルコール１６ｇの混合物からなる溶液を試験に供した。

【0035】

次に、前記チューブと各種フィンを１段組み立て、仮のミニコア試験体を構成し、これらの試験体を窒素雰囲気の炉内に６００℃×１０分保持する条件でろう付けを行った。このろう付けにより、ろう付け塗膜が形成されていたチューブの表面及び裏面に、犠牲陽極層が形成されるとともに、親水性塗膜を備えたフィンがろう付けされたので、これらを熱交換器試験体とした。
また、これらの熱交換器試験体を用いて以下に説明するろう付け性評価試験、耐熱試験後、水洗後接触角測定試験と耐熱試験後耐食性評価試験を行った。

【0036】

＜ろう付け性評価試験：フィン接合率評価試験＞
ろう付接合された各フィンを、チューブからフィンをはぎ取り、チューブ表面に残存するフィン接合部跡を観察した。そして、未接合箇所（ろう付を行ったが接合部跡が残らなかった箇所）の数をカウントし、下記式に基づいて接合率を求めた。フィン接合部は１００個測定した結果である。
接合率＝（全接合箇所の数−未接合箇所の数／全接合箇所の数）×１００（％）
全接合箇所の数：ろう付を行った全箇所数
未接合箇所の数：ろう付を行ったが接合部跡が残らなかった箇所の数
＜耐熱試験後、水洗後接触角測定＞
６００℃×１０分のろう付け後、流水に２４時間浸漬し、フィン表面の接触角を測定した。接触角が３０°以下であれば合格とする。
＜耐熱試験後耐食性＞
６００℃×１０分のろう付け後、得られた各熱交換器試験体について、ＪＩＳ Ｚ ２３０１に基づいて２４０時間の塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行ない、腐食状況をＲＮ（レイティングナンバー）で評価した。
以上の結果を以下の表１に記載する。

【0037】

【表1】

【0038】

表１に示すように実施例の各試験体のＲＮ（レイティングナンバー）はいずれも９．３以上であり、耐食性について問題は生じなかった。
表１に示す結果から、いずれの実施例の試験体のフィンであってもろう付け性については問題がなく、良好なろう付け性能を得ることができた。
表１に示す結果から、いずれの実施例の試験体のフィンであっても接触角は３０゜以下になり、優れた親水性が得られた。従って、プレコートによりケイ酸塩の親水性塗膜を形成したフィンに対し、ろう付け後においても満足な親水性を得ることができた。

【0039】

なお、比較例１〜４の試験体は種々の樹脂を用いて塗膜とした例であるが、いずれの試験体の皮膜も接触角が悪く、良好な親水性が得られなかった。
実施例８の試験体は塗膜付着量が少ない試験体であるが、接触角がやや高く、実施例９の試験体は塗膜付着量が多すぎる試験体であるが、ろう付け性がやや低下した。ケイ酸塩の塗膜が厚すぎる場合は、フィンとチューブの間の間隔が大きくなるので、溶融したろうがフィンとチューブの間を完全に埋めきれなかったことが原因と思われる。

【符号の説明】

【0040】

１００…熱交換器、１０１…熱交換器組立体、１、２…ヘッダーパイプ、３…チューブ、３Ａ…表面（上面）、３ａ…犠牲陽極層、３Ｂ…裏面（下面）、３Ｃ…通路、３Ｄ…側面、４…フィン、４ａ…基材、４ｂ…塗膜（親水性皮膜）、６…スリット、７…ろう付け用塗膜（ろう材塗膜）、８、９…フィレット、１１…芯材層、１２…犠牲材層、１３…ろう材層、２０…Ｓｉ粉末、２１…Ｚｎ含有フラックス、２２…融液。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】