JP2003117677A - 複合ろう材及びろう付加工用複合材並びにろう付け製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた耐熱性及び耐食性を有し、かつ湯流れ
性及びろう付け作業性がが良好な新規な複合ろう材及び
ろう付加工用複合材並びにろう付け製品の提供。 【解決手段】 本発明は、チタンあるいはチタン合金か
らなるチタン層と、銅，鉄又はこれらの合金からなる非
ニッケル層とを重ね合わせた積層体からなることを特徴
とする複合ろう材である。これによって従来のろう材に
比べて優れた耐熱性及び耐食性を発揮できるため、優れ
た結合強度を維持できると共に、チタン単体に比べて湯
流れ性が良好となり、かつ粉末状のものに比べて取り扱
いも容易となるため、ろう付け作業性が大幅に向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス再循環装置
用クーラーや燃料電池用部材等といった、特に優れた耐
熱性と耐腐食性が要求されるろう付け製品の製造に適し
た複合ろう材及びろう付加工用複合材並びにこれを用い
たろう付け製品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用オイルクーラ等の熱交換
器を構成するろう付け部材としてステンレス基クラッド
材が使用されている。これは、基材となるステンレス鋼
板の片面又は両面に銅をろう材としてクラッドしたもの
であり、その部材の接合部のろう材をその融点以上に加
熱し溶着することで基材同士をろう付けして結合するよ
うにしたものである。

【０００３】また、ステンレス鋼やＮｉ基又はＣｏ基合
金等からなる部材のろう付け材としては、接合部の耐食
性に優れる各種Ｎｉろう材がＪＩＳ規格により規定され
ている。さらに、このＮｉろう材として、粉末状のＮｉ
ろう材に、Ｎｉ、Ｃｒ、又はＮｉ−Ｃｒ合金の中から選
択される金属粉末を４〜２２重量％添加してなる粉末状
のＮｉろう材も提案されている（特開２０００−１０７
８８３公報参照）。

【０００４】また、上記ステンレス基クラッド材と同様
に、基材となるステンレス鋼の表面にＮｉ及びＴｉから
なるろう付け層を有する、いわゆるろう付け加工用性複
合材も提案されている（特開平７−２９９５９２号公報
参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら従来
のろう材又はろう付け加工用複合材をそのまま高温・高
腐食性のガスや液体に晒される熱交換器、例えば、排ガ
ス再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculat
ion）と称す）用クーラや燃料電池改質用クーラーの製
造に用いると、以下に示すような問題が生ずることがわ
かった。

【０００６】すなわち、先ず、ＥＧＲ用クーラや燃料電
池改質用クーラーの内部は極めて高温のガスや腐食性の
高い排気ガスが流れることから、前述したステンレス基
クラッド材をＥＧＲ用クーラ等の材料として使用する
と、十分な耐熱性や耐食性を発揮できないため、使用中
にそのろう材が溶け出したり、腐食したりして接合強度
が著しく低下してしまうといった問題が生ずる。

【０００７】一方、ＪＩＳ規格等に示すような各種Ｎｉ
ろう材は、上記ステンレス基クラッド材に比べて優れた
耐熱性及び耐食性を発揮できるものの、その形態が粉末
状であることから使用に際しては各接合部にこれをその
都度塗布するという作業が必要となってくる。しかしか
ながら、このろう付け作業には多大な労力と時間を要す
るため、ろう付け製品の生産性が著しく低くなり、その
結果、製造コストの上昇を招くという問題がある。

【０００８】さらに、従来のろう付け加工用性複合材に
あっては後述するようにそのろう付け層の湯流れ性が良
好でないことから、ろう付け部の形状が複雑なろう付け
部材に適用した場合、良好な接合面及び十分な接合強度
を得ることができず、接合部の信頼性が低下するという
問題がある。また、ろう付け層と基材とがろう付け前か
ら直接接合していると、ろう付けの際にその熱によって
両者の界面で拡散反応が容易に進行し、その間に金属間
化合物等からなる脆い層が厚く形成され、これによって
接合強度が著しく低下することがある。加えて、反応の
形態によっては基材成分がろう材中に局所的に溶解して
基材に対して局部的な侵食（ＳＵＳ食われ）が発生する
ことがある。

【０００９】そこで、本発明は上記課題を解決するため
に案出されたものであり、その目的は、優れた耐熱性及
び耐食性を発揮できることは勿論、ろう付け作業性が良
好で、かつ接合強度に優れた新規な複合ろう材及びろう
付加工用複合材並びにろう付け製品を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第一の発明は、請求項１に示すように、チタンあるい
はチタン合金からなるチタン層と、銅，鉄もしくはこれ
らの合金からなる非チタン層、すなわち、請求項２〜４
に示すように、銅もしくは銅合金からなる銅層、又は請
求項３に示すように、鉄もしくは鉄合金からなる鉄層、
あるいは請求項４に示すように、銅もしくは銅合金から
なる銅層と、鉄もしくは鉄合金からなる鉄層とを重ね合
わせた積層体からなることを特徴とする複合ろう材であ
る。

【００１１】すなわち、チタン金属単体は優れた耐食性
を発揮できるものの融点が約１６７０℃と高いため、そ
のままではステンレス鋼等の接合用のろう材としての使
用が困難である。しかし、このチタンに対し、銅，鉄あ
るいはそれらの合金を複合化することによって低融点
化、例えば１２００℃近傍でのろう付けが可能であるこ
とを見出し、本発明に至ったものである。そして、本発
明の複合ろう材にあっては、従来の銅単独からなるろう
材に比べて優れた耐熱性及び耐食性を発揮できることか
ら長期に亘って優れた結合強度を維持できることは勿
論、粉末状のものに比べて取り扱いも容易となるため、
ろう付け作業性を大幅に向上させることが可能となる。

【００１２】また、請求項５に示すように、この層中に
さらにリンを０．０２〜１０重量％含有すれば、その湯
流れ性，濡れ性等を著しく改善することが可能となる。

【００１３】また、第二の発明は、請求項６及び７に示
すように、これら請求項１〜５のいずれかに記載の複合
ろう材を有機物からなる樹脂を介して基材表面に接合し
たことを特徴とするろう付加工用複合材である。これに
よって従来の銅ろう付加工用複合材に比べて優れた耐熱
性及び耐食性を発揮できることは勿論、湯流れ性も大幅
に向上し、優れたろう付け作業性を発揮できる。さら
に、この複合ろう材を直接基材表面に接合させるのでは
なく、有機物からなる樹脂を介して接合させることで、
両者の界面に脆化を招く金属間化合物の生成が抑制され
ると共に、ＳＵＳ等の基材が局部的に溶融する、いわゆ
るＳＵＳ食われの弊害が大幅に減少し、優れた接合強度
を発揮することができる。

【００１４】また、上記ろう付け層は鉄やステンレス鋼
と馴染みが良いため、請求項８，９に示すように、その
基材として従来と同様にステンレス鋼等の鉄を主成分と
する合金をそのまま用いることが可能となり、ろう付加
工用複合材全体のコストの上昇も抑制することができ
る。

【００１５】そして、請求項１０に示すように、上記の
ような新規なろう付加工用複合材を用いることにより、
耐熱性及び耐食性に優れた高品質なろう付製品を効率良
く、かつ低コストで提供することが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。

【００１７】先ず、図１は本発明に係る複合ろう材１の
実施の一形態を示したものである。

【００１８】図示するように、この複合ろう材１は、チ
タンあるいはチタン合金からなるチタン層２と、銅，鉄
若しくはこれらの合金からなる非チタン層３とを重ね合
わた板状の積層体から形成されている。

【００１９】ここでこの積層体は、例えば厚さ０．数ｍ
ｍの条状体をしたチタンあるいはチタン合金と、同じく
条状体の銅，鉄又はこれらの合金を重ね合わせ、繰り返
し圧延することで簡単に所望厚さのものを得ることがで
きる。また、このチタン層２と非チタン層３との積層比
（厚さ）は特に限定されるものでなく、その比率を任意
に変えることで所望の融点温度（ろう付け温度及び耐熱
温度）を得ることができる。例えば、チタン層２と非チ
タン層３との比を約１：１とすればその融点温度が約１
２００℃となり、その近傍での耐熱性及びろう付け温度
（湯流れ）を発揮することができる。

【００２０】そして、本発明の複合ろう材１を前述した
ような高温・高腐食性のガスや液体に晒される熱交換
器、例えば、ＥＧＲ用クーラや燃料電池改質用クーラー
の製造用ろう材として用いることによって優れた耐熱性
及び耐食性を発揮できるため、長期に亘って優れた結合
強度を維持でき、しかも、チタン単体のろう材に比べて
湯流れ性も良好となり、かつ粉末状のものに比べて取り
扱いも容易となるため、ろう付け作業性を大幅に向上さ
せることが可能となる。

【００２１】尚、本発明の他の実施の形態として、図２
に示すように、チタン層２をワイヤ状にし、その周囲を
非チタン層３で覆った断面円形の積層体であっても良
い。また、このチタン層２中にリンを０．０２〜１０重
量％含有させれば、湯流れ性や濡れ性並びに耐酸化性等
を著しく改善することも可能となる。ここで、リンの含
有量を０．０２〜１０重量％と限定したのは、０．０２
重量％未満では、湯流れ性の向上が期待できず、反対に
１０重量％を超えると、ろう層が脆化し、振動疲労特性
及び接合強度が著しく低下するからであり、望ましくは
０．５〜８重量％の範囲である。また、図３に示すよう
に、この非チタン層３を鉄又は鉄合金層３ｂと銅又は銅
合金層３ａとの２層で形成しても上記と同様な効果を得
ることができる。

【００２２】次に、図４は第二の発明に係るろう付加工
用複合材４の実施の一形態を示したものである。

【００２３】図示するように、このろう付加工用複合材
４は、熱交換器等のろう付け製品を構成する金属部品で
ある基材５の片面に、有機物からなる樹脂６を介して上
述した複合ろう材１を接合したものである。

【００２４】そして、このように予め基材５上に複合ろ
う材１を複合させておけば、作業性が良好となり、優れ
た生産性を発揮することができる。また、従来のように
基材５に対してろう材１を直接接合するのではなく、有
機物からなる樹脂６、例えばメチルセルロース等を介し
て接合したため、両者の界面に脆化を招く金属間化合物
の生成が抑制されると共に、ＳＵＳ等の基材が局部的に
溶融する、いわゆるＳＵＳ食われの弊害が大幅に減少
し、優れた接合強度を発揮することができる。従って、
このようなろう付加工用複合材４を高温・高腐食性のガ
スや液体に晒される熱交換器用の部材として用いれば、
長期に亘って優れた結合強度を維持することができ、ま
た、同様にチタン単体に比べて湯流れ性も良好となる。

【００２５】尚、この複合ろう材１は使用する部位によ
っては、図５に示すように片面のみならず両面に圧延し
てクラッドしても良く、また、この基材５の形態が図６
に示すように棒状であっても良い。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を比較例及び従
来例と共に説明する。

【００２７】（実施例１）先ず、銅条（Ｃｕ；厚さ０．
１２ｍｍ）、チタン条（Ｔｉ；厚さ０．１８ｍｍ）を圧
延法によりクラッドして積層させた後、さらに圧延を繰
り返して厚さ７０μｍの複合ろう材を作製した。次い
で、この複合ろう材を厚さ０．６ｍｍのステンレス条
（ＳＵＳ３０４）上にその銅側が接するように設置し、
１２００℃の管状炉で加熱溶融して複合化させた後、そ
の複合材の特性を評価した。

【００２８】評価方法としては、以下の表１に示すよう
にそのろう材の湯流れ性（フィレット形成状態），腐食
発生の有無，ＳＵＳの板厚残存率，ろう付け生産性の各
観点から行った。ここで湯流れ性については各々の作製
した複合材の表面にＳＵＳ３０４パイプをのせ、１２０
０℃でろう付けした際のろう付け部のフィレット形状を
評価した。また、腐食性評価は、塩素イオン，硝酸イオ
ン，硫酸イオンを含んだ腐食性溶液中に試料を１０００
時間浸漬し、取り出した後のろう付け部について組織観
察を行い、腐食発生の有無を調査した。さらにＳＵＳの
板厚残存率は、試験片の断面観察により測定した。

【００２９】（実施例２）実施例１のようにして形成し
た板厚７０μｍの複合ろう材をアルコールで溶かしたメ
チルセルロースを介してＳＵＳ３０４基材に接触させた
後、アルコール成分を蒸発乾燥させることによって接合
した。その後、１２００℃の管状炉で加熱溶融して複合
化させた後、実施例１と同様な方法でその複合材の特性
を評価した。

【００３０】（実施例３）実施例２の銅条に代えて鉄条
（Ｆｅ；厚さ０．１２ｍｍ）を用いた他は、実施例１と
同様な方法によってその特性を評価した。

【００３１】（比較例１）ＳＵＳ３０４条（厚さ２．５
ｍｍ）の表面から順に銅条（厚さ０．１２ｍｍ）、チタ
ン条（厚さ０．１８ｍｍ）を圧延法によりクラッドし、
さらに圧延を繰り返して銅及びチタンの合計厚さを７０
μｍとした後、これを１２００℃の管状炉で加熱し、そ
の特性を実施例１と同様な方法によって評価した。

【００３２】（比較例２）比較例２の銅条に代えて鉄条
（厚さ０．１２ｍｍ）を用いると共に、厚さ０．２０ｍ
ｍのチタン条を用いた他は実施例１と同様な方法によっ
てその特性を評価した。

【００３３】（従来例１）ＳＵＳ３０４条上に銅条を圧
延法によりクラッドし、圧延を繰り返して銅の厚さを７
０μｍとし、これをこれを１２００℃の管状炉で加熱
し、その特性を実施例１と同様な方法によって評価し
た。

【００３４】（従来例２）ＳＵＳ３０４条の片面に市販
の粉末Ｎｉろう材を合成樹脂バインダで溶いたものを塗
布してろう層を形成した後、これを真空炉で１２００℃
に加熱してそのろう層を溶融してからその特性を実施例
１と同様に評価した。

【００３５】

【表１】

【００３６】この結果、表１からも明らかなように本発
明に係る実施例１〜３は、１２００℃でのろう付けが可
能でかつ、ろうの湯流れ性及びろう付け生産性のいずれ
も優れており、また、腐食も殆ど発生せず、ＳＵＳ板の
残存率もいずれも９０％を超えていた。特に、基材とな
るＳＵＳとろう材との間に樹脂を介在させた実施例２及
び３にあっては、極めて良好な湯流れ性及びＳＵＳ板残
存率を発揮することができた。

【００３７】これに対し、基材となるＳＵＳ上に直接ろ
う材を接合した比較例１及び２にあっては、湯流れ性、
耐食性及びろう付け生産性については良好であったもの
の、ＳＵＳ板残存率がいずれも８０％以下であり、いわ
ゆるＳＵＳ食われといった現象が発生してしまった。

【００３８】一方、自動車用オイルクーラ等の熱交換器
として従来から用いられている従来例１は、ろうの湯流
れ性及びろう付け生産性の点では良好であったものの腐
食が発生してしまい、また、粉末状のろう材を用いた従
来例２は、ろうの湯流れ性及び耐食性の点では良好であ
ったもののろう付け生産性に関しては上記各例のいずれ
の場合よりも著しく劣ってしまった。

【００３９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、従来の銅
等のろう材に比べて優れた耐熱性及び耐食性を発揮でき
ることから長期に亘って優れた結合強度を維持できるこ
とは勿論、チタン単体に比べて湯流れ性が良好となり、
かつ粉末状のものに比べて取り扱いも容易となるため、
ろう付け作業性が大幅に向上する。この結果、ろう付け
製品の生産効率が向上し、その製造コストを安価にする
ことが可能となる。また、ろう材と基材との間に樹脂を
介在させることにより、両者の界面に脆化を招く金属間
化合物の生成が抑制されると共に、いわゆるＳＵＳ食わ
れの弊害が大幅に減少し、優れた接合強度を発揮するこ
とができる等といった優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複合ろう材の実施の一形態を示す
拡大断面図である。

【図２】本発明に係る複合ろう材の他の実施の形態を示
す拡大断面図である。

【図３】本発明に係る複合ろう材の他の実施の形態を示
す拡大断面図である。

【図４】本発明に係るろう付け加工用複合材の実施の一
形態を示す拡大断面図である。

【図５】本発明に係るろう付加工用複合材の他の実施の
形態を示す拡大断面図である。

【図６】本発明に係るろう付加工用複合材の他の実施の
形態を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 複合ろう材 ２ チタン層 ３ 非チタン層 3a 銅層 3b 鉄層 ４ ろう付加工用複合材 ５ 基材 ６ 樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 正義 東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日 立電線株式会社内 (72)発明者 白井 枢覚 東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日 立電線株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタンあるいはチタン合金からなるチタ
   ン層と、銅，鉄もしくはこれらの合金からなる非チタン
   層とを重ね合わせた積層体からなることを特徴とする複
   合ろう材。
2. 【請求項２】 チタンあるいはチタン合金からなるチタ
   ン層と、銅もしくは銅合金からなる銅層とを重ね合わせ
   た積層体からなることを特徴とする複合ろう材。
3. 【請求項３】 チタンあるいはチタン合金からなるチタ
   ン層と、鉄もしくは鉄合金からなる鉄層とを重ね合わせ
   た積層体からなることを特徴とする複合ろう材。
4. 【請求項４】 チタンあるいはチタン合金からなるチタ
   ン層と、銅もしくは銅合金からなる銅層と、鉄もしくは
   鉄合金からなる鉄層とを重ね合わせた積層体からなるこ
   とを特徴とする複合ろう材。
5. 【請求項５】 上記いずれかの層に、リンを０．０２〜
   １０重量％含有させたことを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の複合ろう材。
6. 【請求項６】 上記請求項１〜５のいずれかに記載の複
   合ろう材を樹脂を介して基材表面に接合したことを特徴
   とするろう付加工用複合材。
7. 【請求項７】 上記樹脂が有機物からなることを特徴と
   する請求項６に記載のろう付加工用複合材。
8. 【請求項８】 上記基材が鉄を主成分とする合金である
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載のろう付加工用
   複合材。
9. 【請求項９】 上記基材がステンレス鋼であることを特
   徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のろう付加工用
   複合材。
10. 【請求項１０】 上記請求項６〜９のいずれかに記載の
    ろう付加工用複合材により組み立てられたことを特徴と
    するろう付製品。