JP2003117683A

JP2003117683A - 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

Info

Publication number: JP2003117683A
Application number: JP2001312792A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sagawa; 英之佐川; Hiromitsu Kuroda; 洋光黒田; Masayoshi Aoyama; 正義青山; Sukaku Shirai; 枢覚白井
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-04-23

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】ニッケルあるいはニッケル合金からなる
ニッケル層２と、亜鉛，亜鉛合金，アルミニウムあるい
はアルミニウム合金のいずれか一種からなる非ニッケル
層３とを重ね合わせた積層体からなる複合ろう材１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、ニッケル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号公報参照）。

【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。

【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、湯流れ性が良好で、
かつ、ろう付け作業性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、ニッケルある
いはニッケル合金からなるニッケル層と、亜鉛，亜鉛合
金，アルミニウムあるいはアルミニウム合金のうちいず
れかからなる非ニッケル層とを重ね合わた積層体からな
ることを特徴とする複合ろう材である。

【００１１】すなわち、従来のニッケル金属単体は融点
が約１４５０℃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は難しかった。しか
し、ニッケルに対し、亜鉛あるいはアルミニウム又はそ
の両元素を複合化することによって低融点化、例えば１
２００℃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、ニッケル単体に比べ
てろうの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、ろう付け作業性を大幅
に向上させることが可能となる。

【００１２】また、請求項２に示すように、上記非ニッ
ケル層をさらに亜鉛あるいは亜鉛合金からなる亜鉛層
と、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるア
ルミニウム層とで形成すれば優れた耐熱性及び耐食性を
維持しつつさらにろうの湯流れ性を向上させることがで
きる。さらに、請求項３に示すように、このニッケル層
中にさらにリンを０．０２〜１０重量％含有し、ニッケ
ル−リン合金化すれば、その湯流れ性や濡れ性等を著し
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４，５に示す
ように、上記複合ろう材を予め基材の表面にクラッドし
たろう付加工用複合材であり、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、ニッケル単体ろう付加工用複合材
に比べて湯流れ性が大幅に向上し、優れたろう付け作業
性を発揮できる。

【００１４】また、本発明のろう付加工用複合材におい
ても、請求項６に示すように、そのろう付け層のニッケ
ル層中に、リンを０．０２〜１０重量％含有してニッケ
ル−リン合金化すれば、そのろう付け層の湯流れ性，濡
れ性等を著しく改善することが可能となる。

【００１５】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７，８に示すように、その
基材として従来と同様に鉄を主成分とする合金やステン
レス鋼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。

【００１６】そして、請求項９，１０に示すように、上
記のような新規な複合ろう材、またはろう付加工用複合
材を用いることにより、耐熱性及び耐食性に優れた信頼
性の高い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。

【００１７】

【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。

【００１８】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。図示するように、こ
の複合ろう材１は、ニッケルあるいはニッケル合金から
なるニッケル層２と、亜鉛，亜鉛合金，アルミニウムあ
るいはアルミニウム合金のうちいずれかからなる非ニッ
ケル層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の条状体をしたニッケルあるいはニッケル合金と、同
じく条状体の亜鉛，亜鉛合金，アルミニウムあるいはア
ルミニウム合金を重ね合わせ、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
ニッケル層２と非ニッケル層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。すなわち、ニッケル層２を構成するニッ
ケルあるいはニッケル合金の融点は、非ニッケル層３を
構成する亜鉛，亜鉛合金，アルミニウムあるいはアルミ
ニウム合金のそれよりも高いことから、ニッケル層２の
積層比を高くすると融点が高くなり、反対に非ニッケル
層３の積層比を高くすれば融点を下げることができる。
例えば、このような形態において両者の積層比を約１：
１とした場合には、融点温度が約１２００℃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】従って、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、ニッケル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、この非ニッケル層３をさらに二つの層、
すなわち亜鉛或いは亜鉛合金からなる亜鉛層３ａと、ア
ルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるアルミニ
ウム層３ｂとで形成すれば後述の実施例に示すようにろ
うの湯流れ性をさらに向上することができる。また、図
３に示すようにニッケル層２をワイヤ状にし、その周囲
を非ニッケル層３（３ａ，３ｂ）で覆った断面円形の積
層体であっても良い。また、さらに、このニッケル層２
中にリンを０．０２〜１０重量％含有すれば、湯流れ性
や濡れ性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。

【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の片面にろう付け層６をクラッドすると共
に、このろう付け層６をニッケル層２と非ニッケル層３
を積層して形成したものである。

【００２４】ここで、ニッケル層２は上記複合ろう材１
と同様にニッケルあるいはニッケル合金から形成され、
非ニッケル層３は亜鉛，亜鉛合金，アルミニウムあるい
はアルミニウム合金のうちいずれかから形成されてい
る。

【００２５】そして、このろう付け層６は圧延によって
所望厚さに簡単に形成され、しかも上記複合ろう材１と
同様な特性、すなわち優れた耐熱性及び耐食性を発揮で
きるため、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る。また、同様にこのろう付
け層６はニッケル単体に比べて湯流れ性も良好となり、
かつ予め基材５と一体的にクラッドされているため、さ
らに優れた加工性を発揮することができる。

【００２６】尚、本実施の形態においても、図５に示す
ようにろう付け層６の非ニッケル層３をさらに二つの
層、すなわち亜鉛或いは亜鉛合金からなる亜鉛層３ａ
と、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるア
ルミニウム層３ｂとで形成しても上記と同様な効果を得
ることができる。また、ろう付け層６は使用する部位に
よっては、図６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
７に示すように棒状や複雑な立体形状である場合は圧延
法ではなくめっき法を採用すればろう付け層６をその表
面に容易に被覆形成することができる。

【００２７】また、さらにろう付け層６のニッケル層２
中にリンを０．０２〜１０重量％含有すれば、上記の形
態と同様にろう付け層６の湯流れ性，濡れ性等をさらに
著しく改善させることが可能となる。

【００２８】

【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。

【００２９】（実施例１）先ず、亜鉛条（厚さ０．１１
ｍｍ）、ニッケル条（厚さ０．１０ｍｍ）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（ＳＵＳ３０
４）上にその亜鉛側が接するように設置し、１２００℃
の真空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。

【００３０】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，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Ｓ
ＵＳ３０４パイプをのせ、１２００℃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。

【００３１】（実施例２）ＳＵＳ３０４条（厚さ２．０
ｍｍ）上に、その表面から順に亜鉛条（厚さ０．１１ｍ
ｍ）、ニッケル条（厚さ０．１０ｍｍ）を圧延法によっ
てクラッドし、さらに圧延を繰り返して亜鉛，ニッケル
の合計厚さを７０μｍとした後、１２００℃の真空炉で
加熱溶融して複合化させてから、その特性を実施例１と
同様な方法によって評価した。

【００３２】（実施例３）実施例１の亜鉛条に代えて厚
さ０．２０ｍｍのアルミニウム条を用いると共に、ニッ
ケル条の厚さを０．０５ｍｍとした他は、実施例１と同
様な方法によって複合材を作製し、その複合材の特性を
評価した。

【００３３】（実施例４）実施例２亜鉛条に代えて厚さ
０．２０ｍｍのアルミニウム条を用いると共に、ニッケ
ル条の厚さを０．０５ｍｍとした他は、実施例２と同様
な方法によって複合材を作製し、その複合材の特性を評
価した。

【００３４】（実施例５）実施例１の亜鉛条及びニッケ
ル条に加えてアルミニウム条（厚さ０．１ｍｍ）を用
い、亜鉛条及びニッケル条の厚さをそれぞれ０．０５ｍ
ｍ，０．１０ｍｍとすると共にこれら亜鉛，ニッケル，
アルミニウムの合計厚さを７０μｍとした他は実施例１
と同様な方法で複合材を形成し、その複合材の特性を評
価した。

【００３５】（実施例６）実施例２の亜鉛条及びニッケ
ル条に加えてアルミニウム条（厚さ０．１０ｍｍ）を用
い、亜鉛条及びニッケル条の厚さをそれぞれ０．０５ｍ
ｍ，０．０５ｍｍとすると共にこれら亜鉛，ニッケル，
アルミニウムの合計厚さを７０μｍとした他は実施例２
と同様な方法で複合材を形成し、その複合材の特性を評
価した。

【００３６】（比較例１）ＳＵＳ３０４条（厚さ２．５
ｍｍ）の表面に直接ニッケル条（厚さ０．１５ｍｍ）を
圧延法によりクラッドし、実施例２と同様に最終圧延を
行ってから実施例１と同様な評価を行った。

【００３７】（従来例１）実施例２の亜鉛条及びニッケ
ル条に代えて銅条を用いた他は同様の複合材を形成し、
その特性を実施例１と同様に評価した。

【００３８】（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。

【００３９】

【表１】

【００４０】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１〜６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優れた耐食性
を発揮した。特に、ニッケルに加えて亜鉛及びアルミニ
ウムを複合した実施例５及び６にあっては、極めて良好
な湯流れ性を発揮できることが分かった。

【００４１】これに対し、比較例１にあっては、１２０
０℃のろう付け温度では溶融せず、ろう材として機能し
なかった。また、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
が発生してしまい耐腐食性に乏しかった。さらに、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劣ってしまった。

【００４２】

【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、ニッケル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】（ａ）は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。（ｂ）は、（ａ）の変形
例を示す拡大断面図である。

【図４】本発明に係るろう付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の他の実施の形態を
示す拡大断面図である。

【図６】（ａ）は、本発明に係るろう付加工用の他の実
施の形態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、その変形
例を示す拡大断面図である。

【図７】（ａ）は、断面円形をした本発明に係るろう付
加工用の実施の形態を示す拡大断面図であり、（ｂ）
は、その変形例を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１複合ろう材２ニッケル層３非ニッケル層 3a 亜鉛層 3b アルミニウム層４ろう付加工用複合材５基材６ろう付け層

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニッケルあるいはニッケル合金からなる
ニッケル層と、亜鉛，亜鉛合金，アルミニウムあるいは
アルミニウム合金のいずれか一種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。
【請求項２】ニッケルあるいはニッケル合金からなる
ニッケル層と、亜鉛あるいは亜鉛合金からなる亜鉛層
と、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるア
ルミニウム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。
【請求項３】上記ニッケル層中にリンを０．０２〜１
０重量％含有していることを特徴とする請求項１又は２
に記載の複合ろう材。
【請求項４】基材の表面にろう付け層をクラッドした
ろう付加工用複合材において、上記ろう付け層が、ニッ
ケルあるいはニッケル合金からなるニッケル層と、亜
鉛，亜鉛合金，アルミニウムあるいはアルミニウム合金
のうちいずれか一種からなる非ニッケル層との積層体で
構成されていることを特徴とするろう付加工用複合材。
【請求項５】基材の表面にろう付け層をクラッドした
ろう付加工用複合材において、上記ろう付け層が、ニッ
ケルあるいはニッケル合金からなるニッケル層と、亜鉛
あるいは亜鉛合金からなる亜鉛層と，アルミニウムある
いはアルミニウム合金からなるアルミニウム層との積層
体で構成されていることを特徴とするろう付加工用複合
材。
【請求項６】上記ろう付け層のニッケル層中に、リン
を０．０２〜１０重量％含有することを特徴とする請求
項４又は５に記載のろう付加工用複合材。
【請求項７】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４〜６のいずれかに記載のろう
付加工用複合材。
【請求項８】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４〜６のいずれかに記載のろう付加工用
複合材。
【請求項９】上記請求項１〜３のいずれかに記載の複
合ろう材を用いて組み立てられたことを特徴とするろう
付製品。
【請求項１０】上記請求項４〜８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。