JP2006043735A - ろう付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空ろう付けのような高価なろう付け設備を必要とせず、かつ、フラックスを塗布することのない、良好なろう付け性を達成するろう付け方法を提供する。
【解決手段】０．２〜１．０重量％のＭｇを含有する心材と、０．０５重量％以下のＭｇを含有するろう材とからなるアルミニウム部材を、フラックスを用いないで不活性ガス雰囲気中においてろう付けする方法において、炉内に配置されたアルミニウム部材を加熱し、加熱された雰囲気遮蔽容器を加熱されたアルミニウム部材に覆い被せ、次いでこれをろう付けする。
【選択図】図２

Description

本発明はアルミニウム合金のブレージングシートからなるアルミニウム部材のろう付け方法に関し、より詳しくは、フラックスを用いない不活性ガス中でのろう付け方法に関する。

アルミニウム材のろう付けは、Ａｌ−Ｓｉ系合金をろう材として、アルミニウム材をろう材であるＡｌ−Ｓｉ合金の溶融温度よりも高温の約６００℃に加熱し、ろう材を溶融させて接合する方法が一般的である。特に、アルミニウム合金の板材をろう付けする場合、アルミニウム合金からなる芯材の表面にＡｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材を重ねて板材にしたアルミニウム合金複合材、いわゆるアルミニウム合金ブレージングシートが用いられる。ブレージングシートは自動車用熱交換器を構成する様々な部材に使用されている。

ブレージングシートを使用して、工業的にアルミニウム材をろう付けする方法としては、現在２つの方法が主流になっている。ひとつは真空中で加熱する真空ろう付け法、もう一つはフラックスを使用した不活性ガス中でのろう付け方法、いわゆるＣＡＢ法である。ろう付けするにあたっては、被ろう付け部材の表面を覆う酸化膜を破壊してろう材を流動化させ、金属的な接合状態を得る必要があるが、真空ろう付け法とＣＡＢ法では酸化膜の破壊方法が異なる。

真空ろう付け法では、ブレージングシートのろう材にＭｇを添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金が用いられる。予め所定の真空度まで真空引きした炉内で被ろう付け部材を加熱するが、真空中の加熱によって、ろう材中のＭｇが部材表面の酸化膜を破壊して蒸発し、ろう付けを可能にする。真空ろう付け法では、複雑な構造の熱交換器等において多数の接合部位を一度にろう付けすることが可能である。しかし、ろう付性は炉内の真空度に大きく影響を受けるため、炉内の真空度を厳密に管理する必要があり、高価なろう付け設備も必要となる。また、ろう材から蒸発したＭｇが炉内に付着するため、付着したＭｇを定期的に除去する必要があり、良好なろう付性を保持するためにはろう付け炉内の洗浄管理等が必要となる。

一方、ＣＡＢ法では、被ろう付け部材にフッ化物系の非腐食性フラックスが塗布され、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で加熱される。フラックスの作用によりろう材表面の酸化膜が破壊され、ろう付けを可能にする。この方法では、炉内の酸素量と水分量を管理する必要があるが、真空ろう付けに比べて炉内雰囲気の調整が容易である。ろう付け加熱後に、非腐食性フラックスが被ろう付け部材表面に残渣として付着するが、このフラックス残渣はアルミニウムに対して腐食性でないため、フラックス残渣の除去は不要である。

ＣＡＢ法では被ろう付け部材に予めフラックスを塗布することが必須であるため、複雑な構造のろう付け部材では全ての接合部位にフラックスを塗布することが困難な場合が多い。例えば、熱交換器のチューブとチューブ内部に設置したインナーフィンをろう付けで接合する場合、予めフラックスを塗布したインナーフィンをチューブ内に挿入すると、挿入時にフラックスが剥離してしまう。また、ろう付け後のフラックス残渣がチューブ内部の冷媒通路を閉塞してしまう場合もある。

このような背景から、フラックスを塗布する必要が無く、かつ、不活性ガス中でろう付けが可能な方法が提案されている。たとえば、特許文献１の方法では被ろう付け物を予め覆いで囲み、覆い内にＭｇ供給源を設置することで非酸化性雰囲気でも無フラックスろう付けを可能にしている。しかしながら、この方法はろう付け温度までの昇温に長時間を要するという問題を有する。予め覆いで囲んだ状態でろう付け炉内に搬送すると、覆いに不活性ガス置換用の通気孔を設けたとしても、炉中の高温に加熱された不活性ガスが覆いの内部に侵入するのに時間がかかる。このため、覆いの内部は昇温し難くなってしまうのである。この傾向は、被ろう付け部材の寸法が小さいとそれほど問題にはならないが、熱交換器のように被ろう付け部材の寸法が大きいと顕著になる。昇温に長時間を要すると、被ろう付け部材表面における酸化膜の成長が進行し、結果としてろう付け性が低下する場合がある。

また、特許文献２の方法では、Ｍｇを含有したブレージングシートで中空構造を形成し、中空構造体内部においてフラックスを塗布せずに不活性ガス雰囲気中でろう付けする方法が提案されている。この方法では、複雑な構造を有する熱交換器内部のようなフラックス塗布が困難な部位において、フラックスを塗布する必要が無くなる。したがって、中空構造体の内部においては安定して良好なろう付性が得られる。しかしながら、この方法ではフラックス塗布が不要な接合部位が中空構造体内部に限られるため、中空構造体の外部のろう付けでは従来のＣＡＢ法と同様にフラックスを塗布する必要があり、全ろう付け工程からフラックス塗布工程を完全に無くすことはできない。
特開平９−８５４３３号公報 特開２００４−２５２９７号公報

本発明の課題は、真空ろう付けのように高価なろう付け設備を必要とせず、かつ、フラックスを塗布することなく、良好なろう付け性を達成することである。

本発明者らは、鋭意検討の結果、ブレージングシートの芯材にＭｇを含有させて不活性ガス雰囲気中で加熱することにより無フラックスろう付けを可能とし、昇温の途中で被ろう付け部材周囲の気流を抑制することにより、Ｍｇによる酸化膜破壊作用がより有効に作用することを見出した。

本発明は、請求項１において、アルミニウム合金の芯材と、前記芯材の片面又は両面にクラッドされたアルミニウム又はアルミニウム合金のろう材とを備えたブレージングシートからなるアルミニウム部材を、フラックスを用いないで不活性ガス雰囲気中でろう付けする方法において、前記芯材のＭｇ含有量が０．２〜１．０重量％であり、前記ろう材のＭｇ含有量が０．０５重量％以下であり、炉内に配置された前記アルミニウム部材を加熱し、加熱された雰囲気遮蔽容器を前記加熱されたアルミニウム部材に覆い被せ、次いで前記アルミニウム部材をろう付けすることを特徴とするろう付け方法とした。

本発明は、請求項２において、前記ろう材の溶融開始温度をＴｍ（℃）、その厚さをＡ（μm）、前記芯材のＭｇ含有量をＢ（重量％）として、前記アルミニウム部材の温度Ｔ（℃）が下記式（１）〜（３）の全てを満たすときに、前記雰囲気遮蔽容器を前記アルミニウム部材に覆い被せるろう付け方法とした。
Ｔ>４３０ （１）
Ｔ<Ｔｍ （２）
Ｔ<５４ｌｎＡ−４０ｌｎＢ＋３８０ （３）

本発明では、ブレージングシートにおける芯材のＭｇ含有量が０．２〜１．０重量％で、ろう材のＭｇ含有量が０．０５重量％以下とした。Ｍｇが蒸発しない低温域ではブレージングシートのろう材にＭｇがほとんど存在せず、Ｍｇが蒸発する高温域では芯材から拡散してくるＭｇがろう材中に存在するようにするためである。

本発明においては、炉内に配置されたアルミニウム部材を加熱し、加熱された雰囲気遮蔽容器を加熱されたアルミニウム部材に覆い被せ、次いでアルミニウム部材をろう付けする。雰囲気遮蔽容器を覆い被せるまでは、アルミニウム部材は遮蔽されることなく加熱中の炉内雰囲気に晒され、覆い被せられる雰囲気遮蔽容器も予め加熱されているので、覆い被せられた後のアルミニウム部材の昇温速度低下が抑制される。また、ろう付け時においては、雰囲気遮蔽容器が覆い被せられているので、ろう材表面周囲での雰囲気気体の気流を抑制することができ、Ｍｇによる酸化膜破壊作用等がより有効に発揮される。

また、アルミニウム部材の温度Ｔ（℃）が、ろう材の溶融開始温度Ｔｍ（℃）、その厚さＡ（μm）、芯材のＭｇ含有量Ｂ（重量％）との関係において、一定の条件を満たすときに、雰囲気遮蔽容器をアルミニウム部材に覆い被せるようにした。アルミニウム部材の温度と、ろう材の厚さ及び芯材のＭｇ含有量との相関を求め、アルミニウム部材の温度が十分に高まったときに雰囲気遮蔽容器が覆い被せられるので、アルミニウム部材の昇温速度低下の抑制効果が最大限に発揮される。

Ａ．ブレージングシート
まず、本発明のろう付け方法に使用するブレージングシートについて説明する。
本発明で用いるブレージングシートは、アルミニウム合金の芯材と、芯材の片面又は両面にクラッドされたアルミニウム合金のろう材とを備える。すなわち、芯材の片面にろう材がクラッドされた２層構造のものと、芯材の両面にろう材がそれぞれクラッドされた３層構造のものが用いられる。なお、芯材として、第１の心材と第２の心材とをクラッドしたものを用いても良い。ろう材のブレージングシート全体の厚さに対するクラッド率は、４〜２０％である。また、第１の心材のブレージングシート全体の厚さに対するクラッド率は、４〜３０％である。

一般に、真空ろう付けでは、真空中で被ろう付け部材を加熱することによりろう材に含有されるＭｇが雰囲気中に蒸発する。Ｍｇが蒸発する時にろう材表面の酸化膜が破壊（酸化膜破壊作用）されてろう材溶融時のろうの流れが促進され、また、蒸発したＭｇが真空雰囲気中に残存する酸素と反応してＭｇＯを形成することで、被ろう付け部材周囲の酸素濃度が低減され、被ろう付け部材の再酸化が防止（再酸化防止作用）される。

本発明においても、真空ろう付けと同様に、Ｍｇによる酸化膜破壊作用と再酸化防止作用が利用される。しかしながら、本発明では、真空ではなく大気圧の不活性ガスを炉内雰囲気として用いるため、ブレージングシートからのＭｇの蒸発量は真空ろう付けの場合に比べて少量となる。本発明は、少量のＭｇで効果的な酸化膜破壊作用と再酸化防止作用とが得られるようにしたものである。

本発明で用いるブレージングシートの芯材に添加されるＭｇは、ろう付け加熱の昇温中において芯材からろう材に拡散し、ろう材成分をＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇにするものである。ろう材に拡散したＭｇがブレージングシートの表面から蒸発して、ろう付けを可能にする。加熱前においてＭｇを含有する部位はブレージングシートの芯材である必要がある。加熱前から有効量のＭｇがろう材に存在したのでは、ろう付け加熱の初期の段階からＭｇがブレージングシートの表面に存在するため、Ｍｇが材料から蒸発するよりも低い温度域で雰囲気中の酸素と反応し、ブレージングシート表面にＭｇＯ膜を形成してしまう。このようなＭｇＯ皮膜は、昇温とともに厚膜化する。ろう材が溶融する高温度域に達したときに、ブレージングシート表面にこのような厚いＭｇＯ膜が存在すると、Ｍｇ蒸気の酸化膜破壊力ではこのような厚いＭｇＯ膜を破壊するには不十分である。ＭｇＯ膜の破壊が十分でないと、良好なろう付け性が得られない。したがって、Ｍｇが蒸発しない低温域ではブレージングシートのろう材にＭｇがほとんど存在せずに、Ｍｇが蒸発する高温域でのみろう材にＭｇが存在する必要がある。

上記のようなＭｇの作用を発揮させるには、芯材に含有するＭｇ含有量を、０．２〜１．０重量％とする必要がある。０．２重量％未満では、ろう付け加熱中にブレージングシートのろう材に拡散していくＭｇ量が少なくなる。その結果、有効な酸化膜破壊作用や再酸化防止作用を発揮し得るだけの十分なＭｇ蒸発量が得られず、ろう付け性が低下するからである。また、１重量％を超えると、ろう付け加熱中にろう材表面に過剰量のＭｇが拡散して、ろう材表面から蒸発せずに残留するＭｇが多量に存在することになる。その結果、ＭｇＯの酸化膜が形成され、これが厚膜化してろう付け性を低下させるからである。

芯材のＭｇ含有量は、ブレージングシートのろう材厚さによってその最適量が変化する。５０〜２００μｍのような比較的厚いろう材では、芯材からろう材に拡散して表面に到達するＭｇ量が少なくなるため、芯材のＭｇ量は多めに添加する必要があり、０．４〜０．８重量％が好ましい。一方、５〜５０μｍ未満のような比較的薄いろう材では、芯材のＭｇは直ちにろう材表面に到達するため、芯材のＭｇ量を多く添加する必要はなく、０．２〜０．６重量％が好ましい。

ろう付け温度で溶融しない範囲であれば、材料の強度や耐食性の観点からＭｇ以外の元素を芯材に添加してもよい。このような元素としては、材料の強度を向上させるためには、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ等が挙げられ、またブレージングシートに犠牲防食効果をもたせて耐食性を向上させるためには、Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎ等が挙げられる。

本発明に用いられるブレージングシートの芯材は、０．１〜１．４重量％のＳｉ、０．１〜２．０％重量のＦｅ、１．４重量％以下のＣｕ、０．１〜１．８重量％のＭｎから成る群の１種又は２種以上を添加したアルミニウム合金が好適に用いられる。

本発明に用いられるブレージングシートのろう材中のＭｇ含有量は、ろう付け加熱中にＭｇ蒸発前の低温域においてろう材表面にＭｇＯ皮膜を形成しないようにするため、０．０５重量％以下とする必要がある。これは、Ｍｇが全く含有されていないものを含む。

また、Ｍｇ以外の添加元素として、ブレージングシート用ろう材に含有される公知の元素をろう材中に含有させてもよい。このような元素を含有するろう材としては、７．０〜１３．０重量％のＳｉを含有するＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金が好適に用いられる。Ｓｉ以外にも、ブレージングシートの融点や電位を調整するためにＺｎ、Ｃｕ等の元素を添加したろう材を使用することもできる。

Ｂ．雰囲気遮蔽容器
次に、本発明において用いられる雰囲気遮蔽容器について説明する。
雰囲気遮蔽容器の形状は、ろう材表面の気流を効果的に抑制するものであれば特に限定されるものではない。アルミニウム部材の形状に合わせて、これを包み込む形状の容器や蓋状のものが通常用いられる。また、雰囲気遮蔽容器の材質は、ろう付け温度において溶融による形状変形を受けず、ろう付け阻害ガスを発生しないものであれば、ステンレスを含む鉄鋼材、アルミニウム合金、セラミックス等から選択される。

例えば、図１に示す形状の、チューブ３、フィン４及びタンク５を備えたアルミニウム部材としての熱交換器１を加熱する場合は、熱交換器１の形状に合わせた箱形状の雰囲気遮蔽容器２が好適に用いられる。ろう材周囲の気流を効果的に抑制するためには、雰囲気遮蔽容器２と熱交換器１の隙間が５０ｍｍ以下になるような形状を、雰囲気遮蔽容器２が備えているのが好ましい。すなわち、雰囲気遮蔽容器２の内面と熱交換器１とが５０ｍｍ以下の距離で離間しているものである。熱交換器１において、チューブ３とフィン４との接合部のように、フィン４の密集性により気流が抑制される部位では５０ｍｍ程度の隙間で十分である。しかし、タンク５のように気流を抑制する部位を備えていないものでは、隙間をできるだけ小さくして気流を抑制する必要がある。このような場合には隙間を２０ｍｍ以下とするのが好ましい。

図１に示す雰囲気遮蔽容器２には設けられていないが、雰囲気遮蔽容器で覆われた内部と外部とを通気する孔や隙間、すなわち、通気部分を、雰囲気遮蔽容器に設けてもよい。覆われた内部と外部の不活性ガス雰囲気を孔や隙間を介して置換することによって、気流抑制効果をある程度犠牲にしても、内部の雰囲気温度の昇温速度を増加するためである。

Ｃ．炉内雰囲気
炉内雰囲気ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが用いられるが、窒素が好適に用いられる。雰囲気遮蔽容器を覆い被せた後は、雰囲気遮蔽容器の外部と内部での不活性ガスの移動が行なわれないので、良好なろう付性を得るためには、雰囲気遮蔽容器を覆い被せる前の段階で、アルミニウム部材周囲の酸素濃度が十分に低下していなくてはならない。雰囲気遮蔽容器を覆い被せる時のアルミニウム部材周囲の酸素濃度は、２００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下である。工業的に生産する量産炉では、ろう付け加熱前にアルミニウム部材の酸素濃度を十分に低下させておくために、ろう付け加熱の前段階において不活性ガス置換用室を設けるのが好ましい。図２に示すように、不活性ガス置換用室６は予備加熱工程の前段階に設けられる。

Ｄ．ろう付け操作
次に、本発明のろう付け操作について説明する。
本発明のろう付け操作では、加熱した雰囲気遮蔽容器がアルミニウム部材に覆い被せられ、その後ろう付けが行なわれる。雰囲気遮蔽容器を被せるのは、Ｍｇの再酸化防止作用と酸化膜破壊作用とを効果的に得るべく、ろう材表面の気流を抑制するためである。

前述のように、本発明に用いるブレージングシートでは、不活性ガスの大気圧中でろう付け加熱が行なわれるので、真空ろう付けと比べてＭｇの蒸発量が大幅に減少する。したがって、このような少量の蒸発Ｍｇにより加熱炉内全体の酸素濃度を低下させることは困難である。Ｍｇによる有効な再酸化防止作用を得るには、蒸発したＭｇをアルミニウム部材周囲に滞留させ、アルミニウム部材周囲の酸素濃度のみを低下させる必要がある。そのためには、アルミニウム部材周囲の気流を抑制して、蒸発したＭｇが加熱炉内に拡散しないようにする必要がある。

また、Ｍｇがろう材表面に到達した後も雰囲気遮蔽容器を覆い被せないで気流をろう材に吹き当て続けると、気流の乱れによりろう材表面でのＭｇの酸化反応が促進され、形成したＭｇＯ膜が厚く成長してしまう。このような厚膜化したＭｇＯ膜に対しては蒸発したＭｇによる酸化膜破壊作用が効果的に発揮されない。したがって、アルミニウム部材周囲の気流を抑制して、蒸発したＭｇによる効果的な酸化膜破壊作用を得る必要もある。

このような気流抑制方法として、加熱した雰囲気遮蔽容器を加熱したアルミニウム部材に覆い被せる方法が採用される。本発明の実施形態の一例として、連続式炉でのろう付け方法を図２に示す。まず、被ろう付け部材であるアルミニウム部材１を載置台１３に乗せ、搬送ライン１０によって炉内の不活性ガス置換室６内に搬送する。次いで、不活性ガス置換室６と予備加熱室７との間のシャッター１４を開き、アルミニウム部材１を搬送ライン１０によって予備加熱室７に搬送し、雰囲気遮蔽容器２を被せる温度まで加熱する。次いで、予備加熱室７とろう付け室８との間のシャッター１４を開き、搬送ライン１０によってアルミニウム部材１をろう付け室８に搬送して配置する。ろう付け室８に搬送された時点でアルミニウム部材１の温度が低下した場合は、被せる温度まで更に加熱する。また、予備加熱室７では雰囲気遮蔽容器２を被せる温度近くまで加熱しておき、ろう付け室８に搬送されてから被せる温度まで更に加熱してもよい。

一方、雰囲気遮蔽容器２は、ろう付け室８において、耐熱部材で構成された循環ケーブル１５と吊り下げワイヤー１６を備えた駆動装置（不図示）によって操作可能に配置されている。雰囲気遮蔽容器２は、ろう付け時にアルミニウム部材１に適切に覆い被せられるように位置合わせされており、ワイヤー１６を伸ばして雰囲気遮蔽容器２を降下させてアルミニウム部材１に覆い被せ、ろう付け終了後には、ワイヤー１６を縮めて雰囲気遮蔽容器２を上昇させる。

ろう付けが終了すると、ろう付け室８と冷却室９との間のシャッター１４を開き、ろう付けされたアルミニウム部材１をろう付け室８から冷却室９に搬送ライン１０によって搬送する。アルミニウム部材１は、冷却室９で所定時間冷却されて扉１２を開いて炉から取り出される。

なお、窒素等の不活性ガスは、不活性ガス供給配管１１から、不活性ガス置換室６、予備加熱室７、ろう付け室８、冷却室９へとそれぞれ供給される。

アルミニウム部材に雰囲気遮蔽容器を覆い被せる時期は、アルミニウム部材がろう付け温度に至っていないがある程度高温に加熱されており、かつ、雰囲気遮蔽容器がろう付け温度又はそれ以上の温度に加熱されている時点が好適である。アルミニウム部材の温度が低いと加熱に長時間を要し、ろう材が溶融する前の温度域でろう材表面の酸化膜が厚く成長してしまう。酸化膜が厚く成長するとろう材が溶融した時にＭｇ蒸気による酸化膜破壊が困難になり、ろう付け性が低下する。また、覆い被せる雰囲気遮蔽容器の温度が低いと、アルミニウム部材の温度を低下させるので、これまた加熱に長時間を要することになりろう付け性が低下する。

予備加熱室やろう付け室において、雰囲気遮蔽容器をアルミニウム部材に覆い被せた後に被せるべき温度に昇温したのでは、雰囲気遮蔽容器が覆い被せられた内部の昇温速度が低下してしまう。このような昇温速度の低下は、雰囲気遮蔽容器内に容器外部からの気流が入り込み難いため、雰囲気遮蔽容器内の雰囲気気体の加熱に時間を要するためである。このような昇温速度の低下によっても加熱に長時間を要することになり、上述のようにろう付け性が低下する。なお、このような昇温速度の低下は、アルミニウム部材の寸法が大きい程、雰囲気遮蔽容器とアルミニウム部材の隙間が大きい程、顕著である。

アルミニウム部材に雰囲気遮蔽容器を覆い被せる具体的な時期としては、ろう材の溶融開始温度をＴｍ（℃）、その厚さをＡ（μm）、芯材のＭｇ含有量をＢ（重量％）として、アルミニウム部材の温度Ｔ（℃）が下記式（１）〜（３）の全てを満たすときが好適である。
Ｔ>４３０ （１）
Ｔ<Ｔｍ （２）
Ｔ<５４ｌｎＡ−４０ｌｎＢ＋３８０ （３）
ここで、ｌｎはｅを底とする自然対数を表わす。

上記式（１）の意味は以下の通りである。アルミニウム部材の温度（Ｔ）が４３０℃以下で雰囲気遮蔽容器をアルミニウム部材に覆い被せると、覆い被せてからろう材が溶解するまでに長時間を要する。その結果、ろう材表面に酸化膜が成長して厚膜化するため、ろう付け性が低下する。したがって、４３０℃を超える温度で覆い被せる必要がある。

上記式（２）の意味は以下の通りである。アルミニウム部材の温度（Ｔ）が、ろう材の溶融開始温度Ｔｍ以上で覆い被せられると、ろう材表面に形成される酸化膜が除去されない状態でろう材が溶融するのでろうの流れ性が不十分となり、その結果、ろう付け不良が発生する。したがって、Ｔｍ未満の温度で覆い被せる必要がある。

上記式（３）の意味は以下の通りである。本発明では、ブレージングシートの芯材に含有されるＭｇがろう材に拡散することにより、ろう付けを可能にす。すなわち、芯材のＭｇがろう材表面に到達する以前の低温度域では、アルミニウム部材に雰囲気遮蔽容器を覆い被せる必要はなく、不活性雰囲気の気流中において対流効果の下にブレージングシートを素早く昇温するのが望ましい。これに対して、芯材のＭｇがろう材表面に到達した後の高温度域では、Ｍｇの酸化膜破壊作用や再酸化防止作用を発揮させるべく、アルミニウム部材に雰囲気遮蔽容器を覆い被せる必要がある。

そこで、ろう材表面にＭｇが到達する温度と、ブレージングシートの物性との相関関係について検討した。ろう材の表面に到達するＭｇの拡散量は、ろう材の厚さにより変化し、ろう材の厚さが薄いほど拡散量は多量となる。また、Ｍｇ拡散量は温度によっても変化し、温度が高い程多量となる。したがって、所定の拡散量はろう材の厚さが薄い程より低温で得られる。また、Ｍｇの拡散量は、芯材のＭｇ含有量により変化し、芯材のＭｇ含有量が多い程多量となる。この場合も、Ｍｇ拡散量が温度によっても変化し、温度が高い程多量となる。したがって、所定の拡散量は芯材のＭｇ含有量が多い程より低温で得られる。したがって、ろう材の厚さが薄く、芯材のＭｇ含有量が多いブレージングシートのアルミニウム部材では、より低温で雰囲気遮蔽容器が覆い被せられる。一方、ろう材が厚く、芯材のＭｇ含有量が少ないブレージングシートのアルミニウム部材では、より高温で雰囲気遮蔽容器が覆い被せられる。このような、良好なろう付け性が得られるアルミニウム部材の温度（Ｔ）と、ろう材の厚さ及び芯材のＭｇ含有量との相関関係を実験的に求めたものが上記式（３）である。

式（１）〜（３）で示される関係を図３に示す。図３は、ろう材厚さに対してアルミニウム部材の温度（Ｔ）をプロットしたものである。直線１はＴ＝Ｔｍを表わし、直線２はＴ＝４３０（℃）を表わし、ここでＴｍは５７７℃とした。曲線３〜６は、芯材のＭｇ含有量Ｂが、それぞれ１．０重量％、０．６重量％、０．４重量％、０．２重量％の場合である。
式（１）〜（３）を同時に満たす温度（Ｔ）は、Ｍｇ含有量（Ｂ）が０．６％の芯材を用いた場合には、直線１と２に挟まれる帯部分であって、曲線４の下方部分である。

なお、炉内雰囲気温度及び雰囲気遮蔽容器の温度は、被ろう付け部材であるアルミニウム部材の所定のろう付け温度よりも高くすることが望ましい。高めの炉内温度に維持することにより昇温を短時間で行うことを可能にするためである。

次に、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜１１、比較例１〜１０
表１に記載された組成のブレージングシート（Ａ２〜Ａ８、Ａ１０〜Ａ１２、Ａ１４〜Ａ１６）と、芯材のみからなるベア材（Ａ１、Ａ９、Ａ１３）を、通常の方法、すなわち、鋳造合金を熱間圧延によりクラッド材とし、冷間圧延及び焼鈍を行なって作成した。これらブレージングシートにおけるろう材のクラッド率は１０％、Ａ５における心材１のクラッド率は２０％であった。これらのブレージングシートによって、表２に示すチューブ、フィン、タンクを形成した。図４に示すように、これらを組み合わせてアルミニウム部材としてのミニコア１に組み付けた。図４に示すミニコア１は、チューブ３、フィン４及びタンク５を組み合わせた熱交換器を模擬したものである。チューブ３は、長さ１００ｍｍで幅２５ｍｍに切断した材料を、ブレージングシートのろう材面をフィン４側に設置し、２本並べて配置した。フィン４は材料を幅２５ｍｍに切断した後、高さ１０ｍｍにコルゲート加工した後、山数２５で切断したものを用いた。タンク５はチューブ３の差込口にスリット状の溝を設けた後、ブレージングシートのろう材の面をフィン４側に設置した。ミニコア１の外周をステンレス製のワイヤーで固定し、ろう付け加熱時に各部材が動かないようにした。ミニコア１全体の外形寸法は７０×１００×１５ｍｍであった。

図２に示すように、ミニコア１を不活性ガス置換室６に搬送し、次いで予備加熱室７に搬送して雰囲気遮蔽容器２を被せる温度まで昇温し、更に、ろう付け室８に搬送した。

これらのミニコア１を表３に示すろう付け加熱の条件で加熱し、雰囲気遮蔽容器２をミニコア１に覆い被せた。表３における「最初から雰囲気遮蔽容器を覆い被せた」とは、ろう付け室で予熱された雰囲気遮蔽容器を用いず、予備加熱室に装入前から別の雰囲気遮蔽容器を覆い被せておいたという意味である。

雰囲気遮蔽容器２としては、図１に示すような、内部寸法が１００×１５０×３０ｍｍの箱形状のＪＩＳＡ３００３アルミニウム製容器を用いた。図２に示すように、雰囲気遮蔽容器２は、予めろう付け室８内でワイヤー１６で吊るして加熱しておき、覆い被せるべき温度でミニコア１に覆い被せた。その後、ろう付け温度を５９０℃としたときにミニコア１の温度Ｔ（℃）が５９０≦Ｔ≦６００（℃）で５分間保持される条件でろう付けした。ろう付け室８内に配置したミニコア１の温度は、熱電対（不図示）で測定した。ろう付け室内は不活性ガスとして窒素雰囲気とし、酸素濃度を２００ｐｐｍ以下、露点を−３５℃以下に維持した。

ろう付け後のミニコア１のチューブ３とフィン４との接合部について、フィン４の接合率を測定した。フィン４の接合率は、フィン材の接合長さをコルゲートしたフィンの山数の総和で割って算出した。また、チューブとタンクとの接合については、外観によりフィレットの形成状態を観察して評価した。表４にろう付け性の評価結果を示す。

表４から明らかなように、本発明の構成条件でろう付けした実施例１〜１１では、チューブとフィンの接合率が高く、また、チューブとタンクとの接合部においても良好にフィレットが形成され、優れたろう付け性が得られた。一方、芯材のＭｇ量が本発明の範囲外のチューブを用いた比較例１及び２では、フィン接合率が低く、チューブとタンクの接合部でも良好なフィレットは形成されず、ろう付け性が劣っていた。また、芯材のＭｇ量が本発明の範囲よりも少量のフィンを用いた比較例３でもフィンの接着率が低かった。芯材のＭｇ量が本発明の範囲よりも多量のタンクを用いた比較例４では、チューブとタンクとの接合部で良好なフィレットが形成されなかった。芯材のＭｇ量は本発明の範囲内であるが、雰囲気遮蔽容器を設置しなかった比較例５〜７では、チューブのブレージングシートはいずれの部位においてもろう付けされなかった。また、最初からミニコアを雰囲気遮蔽容器内で加熱した比較例８〜１０では、昇温に長時間を要し、良好なろう付け状態が得られなかった。

実施例１２〜２２、比較例１１〜１２
実施例１と同様の方法で表２に示すＢ３、Ｂ５、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９及びＢ１０のチューブ３、フィン４、タンク５を組み合わせてミニコア１を作成した。各ミニコア１をろう付け炉内に挿入して加熱昇温し、ミニコア１の温度が表５に示す温度に到達した時点で、６１５℃に加熱した雰囲気遮蔽容器２をミニコア１に覆い被せた。その後、ろう付け温度を５９０℃としたときにミニコア１の温度Ｔ（℃）が、５９０≦Ｔ≦６００（℃）で５分間保持される条件で加熱した。加熱後のサンプルについて、フィン接着率を測定した。測定結果を表５に示す。

表５から明らかなように、チューブ及びフィンのＭｇ含有量が本発明の範囲外にある比較例１１及び１２では、フィンの接着率が低く、良好なろう付け状態が得られなかった。また、雰囲気遮蔽容器を覆い被せる温度としてを本発明の式（１）〜（３）を満たす温度条件で雰囲気遮蔽容器を覆い被せた実施例１２〜２２では、特に良好なろう付け状態が得られ、高いフィン接着率となった。

本発明のろう付け方法によれば、アルミニウム合金製ブレージングシートを用いたろう付けにおいて、不活性ガス雰囲気中でフラックスを用いずに良好なろう付け性を有する製品を製造することが可能であり、工業上顕著な効果を奏する。

本発明の方法に用いる、熱交換器のアルミニウム部材と雰囲気遮蔽容器を示す斜視図である。 連続式炉を用いた本発明のろう付け方法の説明図である。 アルミニウム部材の温度とろう材の厚さとの関係を、芯材のＭｇ量をパラメータとして示すグラフである。 本発明に用いる、アルミニウム部材としてのミニコアの正面図である。

符号の説明

１ アルミニウム部材、熱交換器、ミニコア
２ 雰囲気遮蔽容器
３ チューブ
４ フィン
５ タンク
６ 不活性ガス置換室
７ 予備加熱室
８ ろう付け室
９ 冷却室
１０ 搬送ライン
１１ 不活性ガス供給配管
１２ 扉
１３ 載置台
１４ シャッター
１５ 循環ケーブル
１６ 吊り下げワイヤー

Claims (2)

1. アルミニウム合金の芯材と、前記芯材の片面又は両面にクラッドされたアルミニウム又はアルミニウム合金のろう材とを備えたブレージングシートからなるアルミニウム部材を、フラックスを用いないで不活性ガス雰囲気中でろう付けする方法において、前記心材のＭｇ含有量が０．２〜１．０重量％であり、前記ろう材のＭｇ含有量が０．０５重量％以下であり、炉内に配置された前記アルミニウム部材を加熱し、加熱された雰囲気遮蔽容器を前記加熱されたアルミニウム部材に覆い被せ、次いで前記アルミニウム部材をろう付けすることを特徴とするろう付け方法。
2. 前記ろう材の溶融開始温度をＴｍ（℃）、その厚さをＡ（μm）、前記心材のＭｇ含有量をＢ（重量％）として、前記アルミニウム部材の温度Ｔ（℃）が下記式（１）〜（３）の全てを満たすときに、前記雰囲気遮蔽容器を前記アルミニウム部材に覆い被せる、請求項１に記載のろう付け方法。
   Ｔ>４３０ （１）
   Ｔ<Ｔｍ （２）
   Ｔ<５４ｌｎＡ−４０ｌｎＢ＋３８０ （３）

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