JP2001276998A

JP2001276998A - ロウ付け用フラックス

Info

Publication number: JP2001276998A
Application number: JP2000197915A
Authority: JP
Inventors: Akira Hashimoto; 晃橋本; Mitsuaki Sugata; 充陽菅田; Masahiko Tsutsui; 正彦筒井; Kazutaka Terasaki; 和孝寺崎; Hiroshi Kaida; 博海田
Original assignee: ONDO KOSAKUSHO KK; Mazda Motor Corp; Neis Co Ltd
Current assignee: ONDO KOSAKUSHO KK; Mazda Motor Corp; Neis Co Ltd
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2001-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼部材の浸炭処理と並行的に行われるロウ付
けにおいて、浸炭ガスからロウ付け部を良好に保護す
る。低温域（５００°Ｃ）の軟ロウ付けから高温域（９
３０°Ｃ）のＣｕ−Ｍｎロウ付け、さらに高温域（１１
３０°Ｃ）の銅ロウ付けに適したロウ付け用フラックス
を提供する。酸化防止剤として広い温度範囲で機能し、
フラックス自体の流動性、及び溶融ロウ材の流動性を確
保することができ、そのため良好なロウ付け品質を得る
ことが可能なロウ付け用フラックスを提供する。【解決手段】ロウ付け用フラックスにおいて、ホウ酸
とホウ酸塩との混合物と上記フッ化物との重量比を、約
７：３〜６：４の範囲とし、さらに０．２〜３．０重量
％の金属ホウ素を含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋼部材の浸炭処
理と並行的に行われるロウ付けにおいて使用するのに好
適なロウ付け用フラックスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車のマニュアル変速機のヘ
リカルギヤとクラッチコーンとを分割構成しておき、こ
れらを浸炭処理と同時並行的にロウ付けしてギヤ部材を
構成することは、例えば、特開平１−２３７０９６号公
報にも記載されているように公知である。また、上記浸
炭処理は約９３０°Ｃの温度にて行われ、その後、８５
０°Ｃの温度から焼入れが行われることから、浸炭処理
温度（９３０°Ｃ）では液相状態であり、焼入れ直前温
度（８５０°Ｃ）ではロウ付けが完了した固相状態にあ
るロウ材として、８０〜５５重量％の銅と、２０〜４５
重量％のマンガンとから成るＣｕ−Ｍｎ合金ロウ材（例
えば、Ｃｕ−Ｍｎ３０％ロウ材）を使用する点も公知で
ある（例えば、特開平８−２０６８７６号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なロウ材を使用して、浸炭雰囲気でロウ付けを行う場
合、その雰囲気温度からみて、ホウ酸とホウ酸塩とから
成る硬ロウ用フラックスを使用するのが一般的である。
しかしながら、この硬ロウ用フラックスを用いた場合、
浸炭雰囲気においては、ロウ材、フラックス共に流動性
に乏しく、良好なロウ付け結果が得られるとはいい難い
のが実情である。

【０００４】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、鋼部材の浸炭処
理と並行的に行われるロウ付けにおいて、浸炭ガスから
ロウ付け部を良好に保護しつつ、フラックス自体の流動
性、及び溶融ロウ材の流動性を確保することができ、そ
のため良好なロウ付け品質を得ることが可能なロウ付け
用フラックスを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び効果】そこで請求項１
のロウ付け用フラックスは、当接された金属部材の加熱
と並行して行われるロウ付けに使用されるロウ付け用フ
ラックスであって、ホウ酸、ホウ酸塩、フッ化物を含有
し、さらに０．２〜３．０重量％の金属ホウ素を含有す
ることを特徴としている。

【０００６】また請求項２のロウ付け用フラックスは、
嵌合された金属部材の熱処理と並行して行われるロウ付
けに使用されるロウ付け用フラックスであって、ホウ
酸、ホウ酸塩、フッ化物を含有し、さらに０．２〜３．
０重量％の金属ホウ素を含有することを特徴としてい
る。

【０００７】請求項３のロウ付け用フラックスは、嵌合
された鋼部材の浸炭処理と並行して行われるロウ付けに
使用されるロウ付け用フラックスであって、ホウ酸、ホ
ウ酸塩、フッ化物を含有し、さらに０．２〜３．０重量
％の金属ホウ素を含有することを特徴としている。

【０００８】上記請求項３のように、浸炭処理と並行的
に行われるロウ付けにおいて、ロウ付け用フラックスに
要求される機能としては、以下のような機能がある。ま
ず第１には、母材がロウ付け温度に上昇するまでの間
（ロウ材が溶融するまでの間）、浸炭ガスからロウ付け
部を保護する機能である。そのためには、ロウ付け（金
属結合）が完結するまでの間、水素等の還元性ガスを発
生させて、ロウ付け部への浸炭ガスの浸入を防いだり、
ロウ付け（金属結合）が完結するまでの間、ロウ付け部
のクリアランスにフラックスが溶融浸透して、ロウ付け
面を清浄化（酸化物除去）をすると共に、浸炭ガスの浸
入を防止する必要がある。また第２には、溶融したロウ
材を清浄化すると共に、溶融したロウ材の表面張力を下
げ、ロウ材のロウ付け部クリアランス内への浸透を助
け、速やかにロウ材と置換し、ロウ付け（金属結合）を
完結させる機能である。さらに第３には、ロウ付け完結
後は、スラグ化してロウ材表面を浸炭ガスから保護する
機能である。

【０００９】上記において用いているホウ酸及びホウ酸
塩は、従来より硬ロウ用フラックスとして知られている
もので、耐熱性に優れると共に、母材表面を被覆、保護
し、また酸化物を還元する特性を有する。凝固後には、
スラグ（ガラス）化する。ただ、融解時の粘度が高いの
が難点である。その一方、フッ化物は、水素ガス、フッ
素ガスを放出するので、母材表面の還元力に優れ、また
融解時の粘度が低く、浸透性に優れるという特性を有す
る。ただ、耐熱性に乏しいという難点を有する。通常、
９００°Ｃ以上のロウ付け温度において使用されている
硬ロウ用フラックスには、耐熱性、及び作業環境を考慮
して、フッ化物を使用しないのが一般的であるが、浸炭
炉内で使用するためには、活性があり、流動性に優れた
フラックスが必要であることから、本願発明において
は、上記のようにフッ化物を併用し、流動性を向上させ
ている。またそれに加えて、金属ホウ素を添加すること
により、耐熱性を向上させ、フラックス寿命を向上させ
るのに有効であった。

【００１０】上記金属ホウ素（Ｂ）の融点は、２３００
°Ｃと非常に高いが、９３０°Ｃ程度の浸炭雰囲気にお
いては、雰囲気の酸素と結合して、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ
₃）へと非常に穏やかに長時間にわたって変化してい
く。このように、低温域から高温域において、しかも長
時間にわたって酸化防止剤として機能する金属ホウ素を
併用することにより、ロウ付け用フラックスの耐熱性を
格段に向上することが可能となる。金属ホウ素の添加量
が０．２重量％未満の場合、及び金属ホウ素の添加量が
３．０重量％よりも多い場合には、充分な耐熱性改善効
果が得られず、ロウ付け強度が低下する。しかも、金属
ホウ素の添加量が３．０重量％よりも多い場合には、フ
ラックスのすべり（流動性）が悪く、観察を行い難くな
り、ロウ付け時の作業性が悪化するという問題も生じ
る。また、金属ホウ素の添加量が多い場合には、その多
くが未反応残滓となってしまう。

【００１１】以上のように請求項３の発明では、浸炭処
理と並行的に行われるロウ付けという点に着目し、従来
より硬ロウ用フラックスとして知られているホウ酸・ホ
ウ酸塩を主体としてロウ付け用フラックスを構成してい
る。そしてこれに対して、フッ化物を併用することによ
り、溶融したロウ材の表面張力を下げ、ロウ材のロウ付
け部クリアランス内への浸透を助け、速やかにロウ材と
置換し、ロウ付け（金属結合）を完結させるようにして
いる。さらに、微量の金属ホウ素を併用することによ
り、高温域まで酸化防止機能を確保している。そしてこ
の結果、浸炭雰囲気においても良好なロウ付け品質を得
ることが可能となる。

【００１２】上記においては、請求項３の発明を中心に
その説明をしたが、本願の意図する範囲は、この請求項
３の発明に限られるものではない。まず、請求項２の発
明における熱処理とは、浸炭処理以外の熱処理をも包含
するものである。すなわち、焼鈍、焼入れ焼戻し等の熱
処理、及び窒化、軟窒化、浸炭等の表面処理をも包含し
ている。このように熱処理と並行してロウ付けを行え
ば、作業能率を向上できるとの利点が生じる。また、請
求項１の発明における加熱とは、熱処理以外の加熱、す
なわち熱処理を伴わないロウ付けのための加熱をも含む
ものである。さらに、請求項１の発明における当接と
は、嵌合よりも広い概念を意味するものである。すなわ
ち、単に複数の金属部材を突き合わせてロウ付けをする
ような場合をも包含している。請求項３の発明において
は、その効果が特に顕著であるけれども、上記請求項
１、請求項２の発明においても相当の効果が得られる。

【００１３】上記ホウ酸とホウ酸塩との混合物と上記フ
ッ化物との重量比は、請求項４のように、約７：３〜
６：４の範囲とするのが好ましい。ホウ酸とホウ酸塩と
の混合物に対するフッ化物の重量比は、流動性の観点か
らは多いのが好ましいが、フッ化物の重量比を、６：４
よりも大きくすると、ロウ付け強度にバラツキが生じる
ことになる。また、耐熱性の観点からも好ましくない。
なお、フッ化物の重量比を、７：３よりも小さくする
と、流動性向上の効果が不十分となる。

【００１４】上記ホウ酸（Ｈ₂ＢＯ₇）は、単体では、
その融点と１８５°Ｃと低いが、多くのホウ化物、フッ
化物と反応するため、主としてバインダーとして使用さ
れる。また、ホウ酸は、１８５〜８００°Ｃ程度のかな
り広い温度範囲内において、酸化防止剤として機能す
る。なお、このホウ酸は、凝固してガラス化してロウ付
け部を被覆する機能も有する。上記ホウ酸塩としては、
請求項５のように、アルカリ金属、あるいはアルカリ土
類金属との化合物を使用するのが好ましい。具体的に
は、ホウ酸カリウム（Ｋ₂Ｂ₄Ｏ₇）、メタホウ酸カリ
ウム（Ｋ₂Ｂ₂Ｏ₇）、メタホウ酸カルシウム（Ｃａ
（ＢＯ₂）₂）、ホウ砂（Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇）の少なくと
もいずれかを用いることができる。これらホウ酸塩は、
主として酸化防止剤としての特性を有するものである。
また、上記フッ化物としては、請求項６のように、アル
カリ金属との化合物を使用するのが好ましい。具体的に
は、フッ化カリウム（ＫＦ）、酸性フッ化カリウム（Ｋ
ＨＦ₂）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ₂）、フッ化リ
チウム（ＬｉＦ）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ
₆）の少なくともいずれかを用いることができる。これ
らフッ化物は、ロウ付け過程において、フッ素ガスを放
出して、ロウ付け部を清浄化する特性を有するものであ
る。

【００１５】また、上記ロウ付け用フラックスは、請求
項７のように、鋼部材の浸炭処理と並行して行われるロ
ウ付けにおいて、２０〜４５重量％のマンガンと、残部
が銅から成るＣｕ−Ｍｎ合金ロウ材（例えば、Ｃｕ−Ｍ
ｎ３０％ロウ材（Ｃｕ７０重量％、Ｍｎ３０重量％））
と共に使用するのが、特に好ましい。すなわち、マンガ
ンは浸炭雰囲気において非常に酸化し易い性質のもので
あるが、上記ロウ付け用フラックスによって、このよう
な性質を有するマンガンを含有するＣｕ−Ｍｎ合金ロウ
材の酸化を、低温域から高温域にわたって長時間防ぐこ
とができるためである。また、耐熱性向上のため、上記
金属ホウ素と共に、ケイ酸ソーダ（Ｎａ ₂Ｏ・Ｓｉ
Ｏ₂）を併用することもある。さらに請求項１〜請求項
７の発明においては、ホウ酸、ホウ酸塩、フッ化物、金
属ホウ素の他、上記作用、効果の得られる範囲内におい
て、それ以外の第３フラックス成分を併用することもあ
る。

【００１６】

【実施例】まず、重量比で、ホウ酸、メタホウ酸カリウ
ム、ホウ酸カリウムを、２：１：１の比率で配合してホ
ウ酸・ホウ酸塩系のフラックス成分を調製した。また、
フッ化物系のフラックス成分として、酸性フッ化カリウ
ム、フッ化カリウム、ホウフッ化カリウムを、１６：１
０：７の重量比率でもって調製した。そして、上記ホウ
酸・ホウ酸塩系フラックス成分とフッ化物系フラックス
成分との重量比を、８：２、７：３、６：４にそれぞれ
変化させた比較例Ａ〜Ｃのフラックスを調製した。ま
た、実施例として、ホウ酸・ホウ酸塩系フラックス成分
を６６重量％、フッ化物系フラックス成分を３３重量％
とし、これに約１重量％の金属ホウ素を添加した実施例
フラックスＤを調製した。ロウ材としては、Ｃｕ−Ｍｎ
３０％ロウ材を使用した。

【００１７】上記比較例フラックスＡ〜Ｃの成分を表１
に、また上記実施例フラックスＤの成分を表２に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】上記ロウ材、及び上記各ロウ付け用フラッ
クス（Ａ〜Ｄ）を用いて、浸炭処理と同時並行的にロウ
付けを実施した。浸炭処理は、図１に示すように、９３
０°Ｃにおいて、予熱０．５時間、浸炭２時間、拡散３
時間の処理を行い、その後、８５０°Ｃから焼入れを行
った。なお、上記処理後、１６０°Ｃで２時間の焼戻し
を実施した。浸炭時のキャリアガスは、Ｃ₄Ｈ₁₀＋２
（Ｏ₂＋３．７６Ｎ₂）である。

【００２１】上記浸炭同時ロウ付けによれば、図１にも
併記しているように、浸炭開始直後にフラックスが活性
化し、ロウ材の溶融、クリアランス内への浸入、拡散、
合金化が行われ、それと並行してフラックスのスラグ化
が進行しているものと推察される。

【００２２】上記浸炭同時ロウ付けによって得られたロ
ウ付け部のロウ付け強度を図２に示している。同図のよ
うに、実施例フラックスＤによれば、比較例フラックス
Ａ〜Ｃよりも、高い強度が安定して得られていることが
明らかである。また、比較例フラックスＡ〜Ｃについて
検討すると、比較例フラックスＡ〜Ｃにおいては、フッ
化物の重量比率が大きくなると、フラックスＢ（フッ化
物の重量比率は、７：３）、フラックスＣ（フッ化物の
重量比率は、６：４）のように、ロウ付け強度は改善さ
れる傾向にあるものの、これと共に、強度のバラツキも
大きくなる傾向が生じてくる。また、耐熱性の観点から
も、フッ化物の重量比率をこれよりも大きくするのは好
ましくない。その一方、比較例フラックスＡのように、
フッ化物の重量比を、７：３よりも小さくすると、流動
性向上の効果が不十分となり、充分な強度が得られなく
なるので、好ましくない。

【００２３】次に、上記実施例Ｄのようなフラックスに
おいて、金属ホウ素の含有量を種々変化させてそのロウ
付け強度の調査を行った。ロウ付けは、ロウ材として、
Ｃｕ−Ｍｎ３０％ロウ材を使用し、上記と全く同じ条件
で、浸炭処理と同時並行的に実施した。その結果を図３
に示している。同図のように、金属ホウ素の添加量が
０．２重量％未満の場合には、充分な耐熱性改善効果が
得られず、ロウ付け強度が低下する。また、金属ホウ素
の添加量が３．０重量％よりも多い場合にも、同様に充
分な耐熱性改善効果が得られず、ロウ付け強度が低下す
る。同図において、破線で示しているのは、ロウ材とし
て、７重量％の錫と、２５重量％の銀とを含み、残部が
銅からなるＣｕ−Ａｇ−Ｓｎ合金ロウ材（特許第２６０
７６０３号参照）を用いて、上記と全く同じ条件（ただ
し実施例のフラックスは使用せず）で、浸炭処理と同時
並行的にロウ付けを実施した場合のロウ付け強度であ
る。この強度は、浸炭と同時並行的に実施されるロウ付
けの強度としては、従来より充分なものとされている強
度であるが、金属ホウ素を０．２〜３．０重量％含有し
ている実施例フラックスにおいては、いずれもこれより
も高い強度が得られており、このことからも実施例フラ
ックスの優位性が明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例における浸炭同時ロウ付けプ
ロセスのタイムチャート図である。

【図２】この発明の実施例フラックスのロウ付け強度を
比較例フラックスと対比して示すグラフである。

【図３】この発明の実施例フラックスにおいて、金属ホ
ウ素含有量を種々変化させた場合の強度変化を示すグラ
フである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本晃広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者菅田充陽広島県安芸郡音戸町南隠渡１丁目７番７号株式会社音戸工作所内 (72)発明者筒井正彦広島県安芸郡音戸町南隠渡１丁目７番７号株式会社音戸工作所内 (72)発明者寺崎和孝広島県安芸郡音戸町南隠渡１丁目７番７号株式会社音戸工作所内 (72)発明者海田博兵庫県尼崎市北大物町20番１号ナイス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】当接された金属部材の加熱と並行して行
われるロウ付けに使用されるロウ付け用フラックスであ
って、ホウ酸、ホウ酸塩、フッ化物を含有し、さらに
０．２〜３．０重量％の金属ホウ素を含有することを特
徴とするロウ付け用フラックス。
【請求項２】嵌合された金属部材の熱処理と並行して
行われるロウ付けに使用されるロウ付け用フラックスで
あって、ホウ酸、ホウ酸塩、フッ化物を含有し、さらに
０．２〜３．０重量％の金属ホウ素を含有することを特
徴とするロウ付け用フラックス。
【請求項３】嵌合された鋼部材の浸炭処理と並行して
行われるロウ付けに使用されるロウ付け用フラックスで
あって、ホウ酸、ホウ酸塩、フッ化物を含有し、さらに
０．２〜３．０重量％の金属ホウ素を含有することを特
徴とするロウ付け用フラックス。
【請求項４】上記ホウ酸とホウ酸塩との混合物と上記
フッ化物との重量比が、約７：３〜６：４の範囲である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかのロウ
付け用フラックス。
【請求項５】上記ホウ酸塩は、アルカリ金属あるいは
アルカリ土類金属との化合物であることを特徴とする請
求項４のロウ付け用フラックス。
【請求項６】上記フッ化物は、アルカリ金属との化合
物であることを特徴とする請求項４又は請求項５のロウ
付け用フラックス。
【請求項７】２０〜４５重量％のマンガンと、残部が
銅から成るＣｕ−Ｍｎ合金ロウ材と共に使用されること
を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかのロウ付け
用フラックス。
【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれかのロウ付
け用フラックスを用いたロウ付け方法。