JP2013059774A - アルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、およびアルミニウム製熱交換器のろう付け方法 - Google Patents

Abstract

【目的】フラックスを内包したアルミニウム合金ブレージングシートを提供する。
当該ブレージングシートにおいては、熱間圧延性が阻害されることなく、熱間圧延時にフラックスが飛散して装置を汚染する問題も回避できる。
【構成】不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材の片面または両面に、Ｓｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金ろう材をクラッドしてなり、心材とろう材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金ブレージングシート、詳しくは、ろう付け加熱の際にフラックスを塗布することなしに、ろう付けを可能とするアルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、および当該アルミニウム合金ブレージングシートを組み付けたアルミニウム製熱交換器のろう付け方法に関する。

現在、自動車用熱交換器の多くはＡｌ−Ｍｎ系心材にＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドしてなるブレージングシートに弗化物系フラックスを塗布し、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気炉で加熱することによってろう付け接合されている。しかしながら、近年の自動車部品の電子化に伴い、一部の熱交換器においては、ろう付け後のフラックス残渣が表面処理性を阻害するなどの問題が指摘されており、また、高性能化のために冷媒通路を微細にした熱交換器においては、フラックス残渣が冷媒通路を閉塞させ、熱交換性能が大幅に低下するという問題も生じている。

このような問題を解決するために、フラックスを塗布することなしにろう付けする技術が求められている。フラックスを塗布することなしにろう付けする技術としては、従来、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用い、真空炉中で加熱することによりろう付け接合する真空ろう付け法があり、真空ろう付け法によれば、完全にフラックス無しでの接合が可能であるが、ろう付け設備費が高価であり、Ｍｇ清掃やポンプ・計器類のメンテナンスにも費用がかかり、輻射加熱に頼っているため不活性ガス炉でのろう付けに比べて生産性も劣るという難点がある。

電子部品や冷媒通路が狭い精密なろう付け品に対しては、完全にフラックス無しで接合する以外に、フラックスの使用量を問題のないレベルにまで低減することでもよいが、従来のブレージングシートでは、一般的なろう付け環境においてフラックスの塗布量が３ｇ／ｍ^２を下回るとろう付け性が急激に低下する。これは単にフラックス量が少なくなることに加え、ろう付け加熱中に雰囲気中に微量に含まれる酸素がフラックスと反応して酸化するためフラックスとしての機能が劣化してしまうことが原因と考えられている。また、このような酸化劣化によるフラックス機能の低下は、特に低い温度から溶融するＣｓＦを配合したフラックスやＣｓ系フラックスではさらに顕著となり、Ｃｓを含むような低融点フラックスは炉中ろう付けでは使用し難いという問題がある。

ろう付け加熱中にフラックスの酸化による劣化を生じさせないために、ブレージングシートにフラックスを封入することが試みられ、その手法として、フラックスを封入したアルミニウム合金材からなるフラックス封入部材を、ろう材と心材との界面またはろう材の表面に配置する方法（特許文献１）、アルミニウム合金からなるスペーサによって区画形成される空間部分に粉末状フラックスを充填し、その全体を熱間圧延してアルミニウム合金板およびスペーサを熱間圧着すると同時に、内部の粉末状フラックスを圧粉して固形化する方法（特許文献２）が提案されている。

しかしながら、いずれの方法においてもフラックスが障壁となって熱間圧延性が阻害されると共に、熱間圧延時にフラックスが装置の周辺に飛散して装置を汚染するという問題や、他の圧延材料へ混入するおそれがあるため、工業的には実現が困難である。また、アルミニウム箔にフラックスを包み込んで形成したフラックス含有線材を、心材とろう材の層間に配設し、この積層物を圧延してアルミニウムろう付け用ブレージングシートを製造する方法（特許文献３）も提案されているが、熱間圧延性の確保とフラックスの飛散という課題は解決できていない。

特開２００１−２５９８８６号公報 特開２００２−３６１４８７号公報 特開２００７−２６０７８１号公報

本発明は、ブレージングシートにフラックスを封入する手法における上記従来の問題点を解消するために、種々の試験、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、熱間圧延性が阻害されることなく、熱間圧延時にフラックスが飛散して装置を汚染したり、他の圧延材料へ混入したりする問題も回避できるアルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、および当該ブレージングシートを組み込んだアルミニウム製熱交換器のろう付け方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１によるアルミニウム合金ブレージングシートは、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材の片面または両面に、Ｓｉ：６〜１３％（質量％、以下同じ）を含むＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金ろう材（以下、ろう材）をクラッドしてなり、心材とろう材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする。

請求項２によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項１において、前記ろう材及び前記心材のＭｇ含有量が０．０５％以下に制限され、前記界面に内包される前記フラックスの量が２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

請求項３によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項１または２において、前記ろう材が、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする。

請求項４によるアルミニウム合金ブレージングシートは、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材の片面または両面に、Ｓｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系ろう材を２層にクラッドしてなり、２層にクラッドされたろう材とろう材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする。

請求項５によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項４において、前記ろう材とろう材の界面および心材とろう材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部が溶融した後に凝固したものであることを特徴とする。

請求項６によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項４または５において、前記２層にクラッドされたろう材のＭｇ含有量がいずれも０．０５％以下に制限され、前記心材のＭｇ含有量が０．０５％以下に制限され、前記界面に内包される前記フラックスの量が２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

請求項７によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項４〜６のいずれかにおいて、前記２層にクラッドされたろう材のいずれか一方または両方に、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする。

請求項８によるアルミニウム合金ブレージングシートは、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材の片面に、Ｓｉ：６％未満を含むアルミニウム合金の中間材を介して、Ｓｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドし、心材の他の片面にアルミニウム合金の皮材をクラッドしてなり、アルミニウム合金ろう材と中間材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする。

請求項９によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項８において、前記ろう材、中間材、心材および皮材のＭｇ含有量が０．０５％以下に制限され、ろう材と中間材の界面に内包される前記フラックスの量が２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

請求項１０によるアルミニウム合金ブレージングシートは、請求項８〜９のいずれかにおいて、前記ろう材および中間材のいずれか一方あるいは両方に、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする。

請求項１１によるアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方法であって、クラッド構成材として心材およびろう材を積層し、または、心材、中間材、ろう材および皮材を積層して、前記界面に弗化物系フラックスを内包させ、熱間クラッド圧延するに際し、熱間クラッド圧延（以下、単に熱間圧延）に先だって、積層したクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合することを特徴とする。

請求項１２によるすアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項１１において、前記クラッド構成材としての心材およびろう材、または、心材、中間材、ろう材および皮材を積層するに際し、前記界面に凹部を設けて、前記界面に弗化物系フラックスを配置し、該フラックスを挟持した状態で積層したクラッド構成材を加圧、加熱することにより、フラックスの一部または全部を溶融させて接合した後、熱間圧延することを特徴とする。

請求項１３によるアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方法であって、クラッド構成材として心材およびろう材を積層し、または、心材、中間材、ろう材および皮材を積層して、前記界面に、弗化物系フラックスとともに固相線温度が５６５℃以下の低融点金属の板材を内包させ、熱間クラッド圧延するに際し、熱間クラッド圧延に先だって、積層されたクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合することを特徴とする。

請求項１４によるアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項１３において、前記クラッド構成材としての心材およびろう材、または、心材、中間材、ろう材および皮材を積層するに際し、前記界面に凹部を設けて、前記界面に弗化物系フラックスおよび固相線温度が５６５℃以下の低融点金属の板材を配置し、該フラックスおよび低融点金属の板材を挟持した状態で積層されたクラッド構成材を加圧、加熱することにより、低融点金属の板材を溶融させるとともに、フラックスの一部または全部を溶融させて接合した後、熱間圧延することを特徴とする。

請求項１５によるアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法は、請求項１２または１４において、前記フラックスを挟持する界面の周囲を囲むようにフラックス流出防止部材を設けることを特徴とする。

請求項１６によるアルミニウム製熱交換器のろう付け方法は、請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートで、前記界面に内包する前記フラックスの量を１．０ｇ／ｍ^２以下としたものを組み付けて、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに、４５０℃から５９０℃までの昇温時間を４分以内とする加熱を行うことを特徴とする。

本発明によれば、熱間圧延性が阻害されることなく、熱間圧延時にフラックスが飛散して装置を汚染したり、他の圧延材料へ混入したりする問題も回避することを可能とするフラックスを封入（内包）したアルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法が提供され、さらに、当該ブレージングシートを組み込んだアルミニウム製熱交換器のろう付け方法が提供される。

クラッド構成材である心材とろう材などの界面にフラックスを内包させるために、界面にフラックスを挟持させる場合、界面の周囲を囲むように設けるフラックス流出防止部材の実施例を示す概略斜視図である。 実施例で用いる間隙充填試験片を示す図である。

本発明のアルミニウム合金ブレージングシートの基本的構成は、心材の片面または両面に、Ｓｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドしてなり、心材とろう材の界面には、弗化物系フラックスが内包しており、フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とする（請求項１）。

心材の片面または両面に、Ｓｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系ろう材を２層にクラッドしてなり、２層にクラッドされたろう材とろう材の界面、または、２層にクラッドされたろう材とろう材の界面、心材とろう材に界面には、前記フラックスが内包し、フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものとする構成とすることもできる（請求項４、請求項５）。

また、心材の片面に、Ｓｉ：６％未満を含むアルミニウム合金の中間材を介して、Ｓｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドし、心材の他の片面にアルミニウム合金の皮材をクラッドしてなり、アルミニウム合金ろう材と中間材の界面には、前記フラックスが内包しており、フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものとする構成とすることもできる（請求項８）。

心材の片面にろう材をクラッドした場合は、心材の他の片面には、何もクラッドしなくてもよく、用途によっては、犠牲陽極材などの皮材をクラッドすることもできる。２層のろう材をクラッドする場合、中間材を介してろう材をクラッドする場合も同様である。

本発明によるアルミニウム合金ブレージングシートの心材としては、ＪＩＳ−Ａ１０５０、Ａ１１００などの純アルミニウムやＡｌ−Ｍｎ合金にＣｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｚｒなどを添加したＡ３００３、Ａ３２０３、Ａ３００４などのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金など、公知の熱交換器用アルミニウム合金が使用できる。但し、心材中のＭｇはフラックスと反応し、ＭｇＦ_２化合物を形成しフラックスとしての機能を低減させるため、０．０５％以下に制限するのが好ましい。

ろう材としては、従来のＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金を用いることができる。すなわち、Ａｌ−Ｓｉ合金やＡｌ−Ｓｉ合金に少量の合金成分を添加したＡｌ−Ｓｉ系合金を用いることができる。但し、Ｓｉの含有量を６〜１３％とすることが必要である。Ｓｉの含有量が６％未満ではろうの流動性が低下し、十分な接合ができなくなる。１３％を超えると粗大Ｓｉ粒が形成され、溶融したろうが心材や他の部材を溶融するため好ましくない。

ろう材を２層にクラッドする場合は、各層のろう材がＳｉを６〜１３％含有していればよく、各層のろう材のＳｉ含有量が同じでも相違していてもよい。Ｓｉ：６％未満を含有する中間材としては、Ｓｉ：６％未満を含み、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金でもよく、これにＭｎ、Ｚｎ、その他の合金成分を添加したアルミニウム合金を用いることもできる。中間材は心材と成分が同じでもよい。

ろう材にＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有させると、ろう材の融点が低下するため、熱間圧延前の加熱でろう材と心材が接合し易くなる。

本発明の特徴とするところは、本発明のブレージングシートに内包させる弗化物系フラックスを、その一部または全部が溶融した後に凝固したものとすることである。混合物の一部または全部が溶融した後に凝固したものを内包させる手法としては、前記心材とろう材、ろう材とろう材などの界面に、直接、混合物の一部または全部が溶融した後に凝固したものを適宜の方法で配置し、熱間圧延して、ブレージングシートとしてもよいが、実生産においては、熱間圧延に先立つ工程において、界面に、混合物を粉末状態で塗布して一旦溶融させ、液状にしてから冷却、凝固させた後、熱間圧延するのが好ましく、圧延工程におけるフラックスの飛散を防止することができる。

ブレージングシートにフラックスを内包させることにより、熱交換器の製造におけるフラックス塗布工程が不要になる。また、ろうが溶融するまではフラックスが雰囲気にさらされることがなくなり、ろう付け加熱途中でのフラックスの酸化劣化を防ぐことができ、フラックスの使用量を低減するができる。

フラックスの一部または全部を溶融させるには、均質化処理工程あるいは熱間圧延前の加熱処理工程を利用することができる。すなわち、クラッド構成材を積層し、その界面にフラックスを配置して均質化処理し、または、熱間圧延前に積層したクラッド構成材を加熱処理する。

本発明においては、フラックスを積層するクラッド構成材の界面に塗布し、加熱して、その一部または全部を溶融させることにより、フラックスは積層するクラッド構成材の界面に閉じ込められることになる。また、フラックスはその一部または全部が溶融するため、仮に積層されたクラッド構成材の側面に一部が流出したとしても凝固してクラッド構成材に密着するため、熱間圧延を行っても粉末が飛散することはない。さらには、ブレージングシートを熱交換器部材の形状に加工する工程において、ろう材が破れてしまっても、フラックスが飛散することもない。

ＫＦとＡｌＦ_３を基本成分とする弗化物系フラックス（ノコロックフラックス）および該弗化物系フラックスにＣｓＦを混ぜたフラックス、あるいはＣｓ−Ａｌ−Ｆ系フラックスあるいはＣｓ−Ｋ−Ａｌ−Ｆ系フラックスなどはアルミニウムに対して非腐食性であり、アルミニウムと反応しない。本発明においては、フラックスを溶融して固化した状態でブレージングシートの各構成材、基本的には心材とろう材との間に内包させるため、熱交換器の製造におけるろう付け加熱の昇温工程では酸化劣化することがない。従って、ろう付け加熱により熱交換器の温度がフラックスの融点を超え、フラックスが再溶融し、フラックスとしての機能を十分に果たすことができる。再溶融したフラックスはアルミニウムよりも比重が軽いため、ろう材が溶融を開始するとろう材表面に浮上して酸化皮膜を破壊、剥離に寄与する。その後冷却すると、材料表面に残留する余剰フラックスの量が通常のフラックス塗布の場合に比べて少なくなる。従って、冷媒通路が微小であっても、フラックスの残渣が冷媒通路を塞いでしまうという不具合が生じ難くなる。

フラックスを酸化劣化させることなく再溶融することにより、材料表面に塗布して使用するのに比べてフラックスの使用量を低減することができる。通常のフラックスろう付けにおいて、ＫＦ−ＡｌＦ_３を基本構成とするノコロックフラックスの場合、加熱中にフラックスの酸化劣化が生じる熱交換器の外面側では３ｇ／ｍ^２以以上の塗布が必要であるが、本発明ではフラックスを酸化劣化させずにクラッド構成材間に封じ込めるため、２ｇ／ｍ^２以下でも機能を果たすことが可能である。また、ろう付け加熱において、４５０℃から５９０℃までを４分以内で加熱することにより、ろう材同士の界面に含有するフラックス量を１ｇ／ｍ^２以下にしても良好なろう付け性が得られることを確認した。

ブレージングシートに内包されるフラックス量Ｘ（ｇ／ｍ^２）は、積層したクラッド構成材の界面に塗布したフラックス量Ａ（ｇ／ｍ^２）と積層したクラッド構成材の全体厚さｔ０（ｍｍ）および圧延されたブレージングシートの厚さｔ（ｍｍ）から、Ｘ＝Ａ・（ｔ／ｔ０）の計算式により求めることができる。

本発明においては、ブレージングシートにフラックスを内包させる手段として、熱間圧延前に積層されるクラッド構成材の界面にフラックスを塗布し、所定温度に加熱して溶融させることによってクラッド構成材同士を全面的あるいは部分的に接合させる方法を適用するのが望ましい。フラックスを内包させる部位は、基本的にはろう材と心材の界面であるが、ブレージングシートの表面に近い部位に内包させるのがより好ましいため、ろう材を二層にクラッドする場合（請求項４）には、第一層ろう材と第二層ろう材の界面に内包させ、中間材を介してろう材をクラッドする場合（請求項８）には、ろう材と中間材との界面に内包させるのがよく、フラックスが表面に近い位置に存在することになるため、フラックスの効果をより高めることができる。

２層にろう材をクラッドする場合は、第一層（表層）のろう材と第二層のろう材の界面に、また中間材を介してろう材をクラッドする場合は、中間材とろう材の界面にフラックスを内包させることが好ましいが、第二層のろう材と心材の界面、中間材と心材の界面については、混合物を塗布してもよいし、また、塗布しない場合でも、本発明の目的を達成することができる。

ブレージングシートにフラックスを内包させる好ましい手段として、前記のように、熱間圧延前に積層されるクラッド構成材の界面にフラックスを塗布し、所定温度に加熱して溶融させることによってクラッド構成材同士を全面的あるいは部分的に接合させる方法が適用されるが、この場合、積層されるクラッド構成材の界面にフラックスを塗布するに際し、フラックスとともに、固相線温度が５６５℃以下の低融点金属、例えば、Ａｌ−６〜１３％Ｓｉ−２〜１５％Ｚｎ、Ａｌ−６〜１３％Ｓｉ−２〜５％Ｃｕなどの板材を配置し、フラックスおよび低融点金属の板材を挟持した状態で積層されたクラッド構成材を加圧、加熱することにより、低融点金属の板材の一部または全部を溶融させるとともに、フラックスの一部または全部を溶融させて接合した後、熱間圧延するのが好ましく、この方法により、クラッド構成材同士の接合をより強固に行うことができる。

本発明においては、熱間圧延前に、フラックスを所定の界面に配置あるいは塗布したクラッド構成材が、熱間圧延によりクラッド接合され、熱間圧延および冷間圧延で薄く伸張されるため、単位面積当たりのフラックス塗布量は、ろう付け時に機能するフラックス量の数百倍〜千倍以上となる。

ブレージングシートのクラッド構成材を接合する際に、積層したクラッド構成材を加熱しながらその全面を加圧することが接合を確実にする上で有効である。全面を加圧する方法としては、積層されたクラッド構成材の表面に耐熱ばねを挟んだ板状の冶具を乗せて加圧する方法、ボルトで固定する方法、積層されたクラッド構成材の上にアルミニウム製のスラブや鋼鈑などの重量物を乗せ、重量物の自重でクラッド構成材を加圧する方法、プレス機内で加圧しながら加熱する方法がある。加圧力は１０×１０^−３ＭＰａ以下が好ましい。加圧力が１０×１０^−３ＭＰａを超えると、溶融したフラックスが、積層したクラッド構成材の側面から漏れ易くなる。

溶融したフラックスが積層したクラッド構成材の界面から側面に漏れるのを防止するため、図１に示すように、フラックス１を塗布または配置する面（この場合は心材の表面）の周囲に、押出形材から形成されたアルミニウム枠などからなるフラックス流出防止部材２を設置するのが好ましい。フラックス流出防止部材２の高さｈおよび厚さｔは塗布または配置するフラックスの量に応じて調整する。

フラックス流出防止部材２を配設することにより、溶融したフラックスを積層されたクラッド構成材の周囲に流出させることなく、強く加圧できることになる。接合時の強加圧によって、溶融したフラックスから余分な気体が排出されるため、熱間圧延以降で生じる膨れが未然に防がれる。フラックス流出防止部材２は、積層されたクラッド構成材と共に熱間圧延されるが、クラッド構成材の幅方向及び長手方向の端部にのみ位置するため、圧延工程の途中で切り落されることとなり、材料の品質や歩留を損ねることはない。

また、フラックスをより確実に積層されたクラッド構成材の界面に保持するため、フラックスを塗布する側の材料の表面に凹部を成形することもできる。凹部の形状としては、三角形、四角形、半円状などのような形状が適しているが、これに限定されるものではない。また、連続した線状の凹部であっても、ディンプル状に独立した凹部であってもよい。凹部の形態を直線状、同心円状、らせん状、格子状など規則的パターンとすることが、内包するフラックスの分布が均一となるため好ましい。凹部の形成方法としては、切削加工やプレス成形、凸部が形成されたロールで圧下するなどの方法により形成するのが好ましい。

積層されたクラッド構成材同士の接合をさらに容易にする有効な手段として、ろう材にＺｎやＣｕを添加してろう材の融点を下げることができ、さらに、中間材や心材にもＳｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどを添加して、中間材や心材の融点を下げることにより、より確実な接合を行うことができる。

フラックスは、積層された各クラッド構成材によって雰囲気から遮断されているため、熱間圧延前にクラッド構成材を接合するための加熱は、大気中で行ってもフラックスが酸化劣化することがないため、大気中で行うことができる。勿論、不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。加熱温度は、５００〜５７５℃が好ましい。５７７℃を超えるとろう材が溶融してブレージングシートが製造できなくなる。また、５００℃未満ではフラックスが十分に溶融せず、フラックスを塗布した界面の各構成材の接合が不十分となる。

この熱間圧延前のクラッド構成材の接合によって、フラックスは酸化劣化することなく接合部の界面に内包され、ろう付け加熱時に再溶融してフラックスとして再び機能する。酸化による劣化が殆どないため、必要なフラックス量は通常の塗布に比べて低減され、余剰な残渣がろう付け材の表面に残らないため、フラックスの残渣が熱交換器に組み込まれる電子部品に対して悪影響を及ぼさない程度の清浄な表面となる。

また、熱間圧延前にフラックスを含む混合物を内包させるに要するコストは、熱交換器組み立て後のろう付け前にフラックスを塗布する工程のコストに比べて小さく、熱間圧延前のクラッド構成材の接合は、一般に実施されている均質化処理あるいは熱間圧延前の加熱を利用して実施することができるため、コストの上昇を抑えることができ、そのため、ろう付け製品の総コストを下げられる点も本発明の優れた利点である。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。

実施例１、比較例１
表１に示す組成を有する心材（Ｃ１〜３、Ｃ１１）、表２に組成を有するろう材（Ｂ１〜１５）を連続鋳造により造塊し、得られた鋳塊のうち、心材は厚さ２６〜２７ｍｍ（縦１７５ｍｍ×横１７５ｍｍ）に面削し、ろう材所定厚さまで熱間圧延し、縦１７５ｍｍ×横１７５ｍｍの寸法に切断した。表１および２において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

心材の表面に、ノコロックフラックス（ＫＦ＋ＡｌＦ_３）粉末（一部はノコロックフラックス８０％とＣｓＦ２０％からなる粉末）をアルコールで溶いてスラリー状にしたものを塗布して、心材とろう材の界面にフラックスが封入されるよう心材とろう材を積層した。凹部の形成は、心材の表面に、幅１．２ｍｍ、深さ０．６ｍｍの三角形の溝を、２ｍｍ間隔の格子状の溝を切削加工することにより行った。

積層した心材とろう材を熱間圧延するに先立って、前記耐熱ばねによる方法、ボルト固定による方法で加圧しながら加熱した。加熱には大気炉を使用し、５４０℃まで約５０℃／ｈで昇温し、その後は１２０℃／ｈで所定温度まで昇温して３０分保持した後、３００℃まで炉内冷却した。なお、耐熱ばねによる加圧力は６．５×１０^−３ＭＰａ、ボルト固定による加圧力は１×１０^−３ＭＰａ以下であった。

ついで、積層した心材とろう材を熱間圧延し、その後、冷間圧延、最終軟化処理して厚さ０．４ｍｍのブレージングシート（片面クラッドの心材厚さ：３６０μｍ、両面クラッドの心材厚さ：３２０μｍ、ろう材厚さ：４０μｍ）に仕上げた。ブレージングシートの前記界面には、前記の弗化物系フラックスが溶融した後、凝固したものが内包されていることが確認された。内包されたフラックスの量を前記の計算式により算出した。

作製されたブレージングシート（試験材）１〜２７について、以下の方法により間隙充填試験を行った。クラッド構成材の組み合わせ、フラックスの内包条件、間隙充填試験結果を表５および６に示す。表６において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

間隙充填試験：図２に示すように、脱脂処理したブレージングシートを水平材とし、３００３合金板（厚さ１ｍｍ）を垂直材として組み付けて間隙充填試験片を構成した。内容積０．４ｍ^３の予熱室とろう付け室を備えた二室型炉からなる窒素ガス炉を使用し、間隙充填試験片をろう付け室に装入し、到達温度５９５℃でろう付け接合した。ろう付け条件は、窒素ガス炉の各室に２０ｍ^３／ｈの窒素ガスを送り込み、４５０℃から５９０℃までを表５〜６に示す時間で昇温した。加熱終了時のろう付け室の酸素濃度は１６〜２４ｐｐｍであった。ろう付け室にて間隙充填試験片の温度が５９５℃に到達したら間隙充填試験片を予熱室に移し、予熱室にて５５０℃まで冷却後、間隙充填試験片を取り出して大気中で冷却した。冷却後の間隙充填試験片より間隙充填長さを測定してフィレット形成能を評価した。間隙充填長さが２０ｍｍ以上のものをフィレット形成能が良好と評価した。

表５に示すように、本発明の条件に従う試験材はいずれも、フラックスを塗布することなしに、間隙充填試験において良好なフィレット形成能を示した。ブレージングシートに内包したフラックス量が１．３３〜２ｇ／ｍ^２でも健全にろう付け接合されること、ろう付け時において４５０〜５９０℃の加熱時間を４分以内と短くすることにより、内包したフラックス量が０．５３ｇ／ｍ^２と少ない試験材（試験材１、１０、１１、１２、１６、１９）でも健全な接合が得られることが確認された。

モル比率でノコロックフラックス８０％とＣｓＦ２０％からなるフラックスを使用したもの（試験材１７）については５５０℃での接合が可能であった。また、内包したフラックスの量を１ｇ／ｍ^２未満とした場合におけるのろう付け後のフラックス残渣は肉眼で観察困難なほどに微量であった。

これに対して、表６に示すように、混合物を内包させず、ろう付け時にもフラックス（ノコロックフラックス、以下同じ）を塗布しなかった試験材２０は、間隙充填試験においてフィレットが形成されなかった。試験材２１は心材のＭｇ量が多く、試験材２２はろう材のＭｇ量が多く、試験材２３はろう材のＳｉ量が少ないため、いずれも間隙充填試験においてフィレット形成能が劣り、試験材２４はろう材のＳｉ量が多いため、間隙充填試験において心材が過度に溶融した。

試験材２５はろう材のＭｇ量が多く、試験材２６はろう材のＣｕ量が多いため、いずれも耐食性に問題のあるものと認められる。試験材２７はフラックスを内包させるための加熱温度が高いため、ブレージングシートの一部が溶融し、健全なブレージングシートの製造ができなかった。

実施例２
実施例１の心材（Ｃ１）の鋳塊（厚さ２６〜２７ｍｍ（縦１７５ｍｍ×横１７５ｍｍ）に面削）とろう材（Ｂ１）の熱間圧延材（縦１７５ｍｍ×横１７５ｍｍの寸法に切断）を用い、心材の表面に、ノコロックフラックス（ＫＦ＋ＡｌＦ_３）粉末をアルコールで溶いてスラリー状にしたものを塗布し、さらにスラリー内に低融点金属の板材を配置して、心材とろう材の界面にフラックスと板材が封入されるよう心材とろう材を積層した。

実施例１と同様に、積層した心材とろう材を熱間圧延するに先立って、前記耐熱ばねによる方法で加圧しながら加熱し、積層した心材とろう材を熱間圧延し、その後、冷間圧延、最終軟化処理して厚さ０．４ｍｍのブレージングシート（片面クラッドの心材厚さ：３６０μｍ、両面クラッドの心材厚さ：３２０μｍ、ろう材厚さ：４０μｍ）に仕上げた。ブレージングシートの前記界面には、前記の弗化物系フラックスが溶融した後、凝固したものが内包されていることが確認された。内包されたフラックスの量を前記の計算式により算出した。なお、耐熱ばねによる加圧力は６．５×１０^−３ＭＰａであった。

作製されたブレージングシート（試験材）２８〜２９について、実施例１と同じ方法により間隙充填試験を行った。クラッド構成材の組み合わせ、フラックスの内包条件、間隙充填試験結果を表７に示す。

表７に示すように、フラックスとともに、低融点金属のＡｌ−１０％Ｓｉ−６％Ｚｎ、Ａｌ−１０％Ｓｉ−３％Ｃｕの板材を配置して、心材とろう材の界面にフラックスと板材が封入されるよう心材とろう材を積層して加熱した後、熱間圧延、冷間圧延を行ってブレージングシートに仕上げた試験材２８〜２９は、間隙充填試験において、優れたフィレット形成能を示した。

実施例３
実施例１で造塊した心材およびろう材の鋳塊を用いて、実施例１と同様、心材は厚さ２６〜２７ｍｍ（縦１７５ｍｍ×横１７５ｍｍ）に面削し、ろう材は、所定厚さまで熱間圧延し、縦１７５ｍｍ×横１７５ｍｍの寸法に切断した。

クラッド構成材を、心材に第一層ろう材と第二層ろう材からなる２層のろう材を積層し、第一層ろう材と第二層ろう材の界面、第二層ろう材と心材の界面に弗化物系フラックスと金属の混合物が封入されるよう、第二層ろう材の表面、心材の表面に、ノコロックフラックス（ＫＦ＋ＡｌＦ_３）粉末をアルコールで溶いてスラリー状にしたものを塗布して、心材とろう材(第一層ろう材と第二層ろう材)を積層した。凹部の形成は、心材の表面に、幅１．２ｍｍ、深さ０．６ｍｍの三角形の溝を、２ｍｍ間隔の格子状の溝を切削加工により行った。

心材に第一層ろう材と第二層ろう材からなる２層のろう材を積層し、これを熱間圧延するに先立って、積層された心材とろう材を耐熱ばね（一部はボルト固定）により加圧しながら加熱した。実施例１と同様、加熱には大気炉を使用し、５４０℃まで約５０℃／ｈで昇温し、その後は１２０℃／ｈで所定温度まで昇温して３０分保持した後、３００℃まで炉内冷却した。なお、耐熱ばねによる加圧力は６．５×１０^−３ＭＰａ、ボルト固定による加圧力は１×１０^−３ＭＰａ以下であった。

ついで、積層した心材とろう材（第一層ろう材と第二層ろう材）を熱間圧延し、その後、冷間圧延、最終軟化処理して厚さ０．４ｍｍのブレージングシート（心材厚さ：３６０μｍ、第一層ろう材厚さ：１２μｍ、第二層ろう材厚さ：２８μｍ）に仕上げた。ブレージングシートの前記界面には、前記の弗化物系フラックスが溶融した後、凝固したものが内包されていることが確認された。内包されたフラックスの量を前記の計算式により算出した。

作製されたブレージングシート（試験材）３０〜３４について、実施例１と同一の方法により間隙充填試験を行った。クラッド構成材の組み合わせ、フラックスの内包条件、間隙充填試験結果を表８に示す。

表８に示すように、本発明の条件に従う試験材３０〜３４はいずれも、フラックスを塗布することなしに、間隙充填試験において良好なフィレット形成能を示した。なお、試験材３３のみは、積層された心材とろう材をボルト固定により加圧しながら加熱したものである。

実施例４
実施例１で造塊した心材、ろう材の鋳塊、および連続鋳造により造塊した表３に示す組成を有する中間材（Ａ１）、表４に示す組成を有する皮材（Ｓ１）の鋳塊を用い、鋳塊のうち、心材は厚さ２６〜２７ｍｍ（縦１７５ｍｍ×横１７５ｍｍ）に面削し、ろう材、中間材および皮材は、所定厚さまで熱間圧延し、縦１７５ｍｍ×横１７５ｍｍの寸法に切断した。

クラッド構成材を、心材の片面に中間材を介してろう材を積層し、心材の他の片面に皮材を積層したものとし、ろう材と中間材の界面、中間材と心材の界面、心材と皮材の界面に弗化物系フラックスと金属の混合物が封入されるよう、中間材の表面、心材の両面に、ノコロックフラックス（ＫＦ＋ＡｌＦ_３）粉末をアルコールで溶いてスラリー状にしたものを塗布して、ろう材、中間材、心材および皮材を積層した。

熱間圧延するに先立って、積層した心材、中間材とろう材をボルト固定により加圧しながら５６５℃の温度に加熱した。実施例１と同様、加熱には大気炉を使用し、５４０℃まで約５０℃／ｈで昇温し、その後は１２０℃／ｈで所定温度まで昇温して３０分保持した後、３００℃まで炉内冷却した。なお、ボルト固定による加圧力は１．０×１０^−３ＭＰａ以下であった。

ついで、積層したろう材、中間材、心材および皮材を熱間圧延し、その後、冷間圧延、最終軟化処理して厚さ０．４ｍｍのブレージングシート（ろう材厚さ：１２μｍ、中間材厚さ：２８μｍ、心材厚さ：３２０μｍ、皮材厚さ：４０μｍ）に仕上げた。ブレージングシートの前記界面には、前記の弗化物系フラックスが溶融した後、凝固したものが内包されていることが確認された。内包されたフラックスの量を前記の計算式により算出した。

作製されたブレージングシート（試験材）３５について、実施例１と同一の方法により間隙充填試験を行った。クラッド構成材の組み合わせ、フラックスの内包条件、間隙充填試験結果を表９に示す。

表９に示すように、本発明の条件に従う試験材３５は、フラックスを塗布することなしに、間隙充填試験において良好なフィレット形成能を示した。

１ フラックス
２ フラックス流出防止部材（アルミニウム枠）

Claims (16)

1. 不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材の片面または両面に、Ｓｉ：６〜１３％（質量％、以下同じ）を含むＡｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金ろう材（以下、ろう材）をクラッドしてなり、心材とろう材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシート。
2. 前記ろう材及び前記心材のＭｇ含有量が０．０５％以下に制限され、前記界面に内包される前記フラックスの量が２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
3. 前記ろう材が、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
4. 不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材の片面または両面に、Ｓｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系ろう材を２層にクラッドしてなり、２層にクラッドされたろう材とろう材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシート。
5. 前記ろう材とろう材の界面および心材とろう材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部が溶融した後に凝固したものであることを特徴とする請求項４記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
6. 前記２層にクラッドされたろう材のＭｇ含有量がいずれも０．０５％以下に制限され、前記心材のＭｇ含有量が０．０５％以下に制限され、前記界面に内包される前記フラックスの量が２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項４または５記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
7. 前記２層にクラッドされたろう材のいずれか一方または両方に、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
8. 不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに加熱することによりろう付け接合される熱交換器に用いられるブレージングシートであって、心材の片面に、Ｓｉ：６％未満を含むアルミニウム合金の中間材を介して、Ｓｉ：６〜１３％を含むＡｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドし、心材の他の片面にアルミニウム合金の皮材をクラッドしてなり、アルミニウム合金ろう材と中間材の界面には弗化物系フラックスが内包しており、該フラックスの一部または全部は溶融した後に凝固したものであることを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシート。
9. 前記ろう材、中間材、心材および皮材のＭｇ含有量が０．０５％以下に制限され、ろう材と中間材の界面に内包される前記フラックスの量が２．０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項８記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
10. 前記ろう材および中間材のいずれか一方あるいは両方に、さらにＺｎ：０．５〜１０％、Ｃｕ：０．２〜３．０％のうちの１種または２種を含有することを特徴とする請求項８〜９のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシート。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方法であって、クラッド構成材として心材およびろう材を積層し、または、心材、中間材、ろう材および皮材を積層して、前記界面に弗化物系フラックスを内包させ、熱間クラッド圧延するに際し、熱間クラッド圧延に先だって、積層されたクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合することを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
12. 前記クラッド構成材としての心材およびろう材、または、心材、中間材、ろう材および皮材を積層するに際し、前記界面に凹部を設けて、前記界面に弗化物系フラックスを配置し、該フラックスを挟持した状態で積層されたクラッド構成材を加圧、加熱することにより、フラックスの一部または全部を溶融させて接合した後、熱間クラッド圧延することを特徴とする請求項１１記載のアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
13. 請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートを製造する方法であって、クラッド構成材として心材およびろう材を積層し、または、心材、中間材、ろう材および皮材を積層して、前記界面に、弗化物系フラックスとともに固相線温度が５６５℃以下の低融点金属の板材を内包させ、熱間クラッド圧延するに際し、熱間クラッド圧延に先だって、積層されたクラッド構成材を加圧しながら加熱して接合することを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
14. 前記クラッド構成材としての心材およびろう材、または、心材、中間材、ろう材および皮材を積層するに際し、前記界面に凹部を設けて、前記界面に弗化物系フラックスおよび固相線温度が５６５℃以下の低融点金属の板材を配置し、該フラックスおよび低融点金属の板材を挟持した状態で積層されたクラッド構成材を加圧、加熱することにより、低融点金属の板材を溶融させるとともに、フラックスの一部または全部を溶融させて接合した後、熱間クラッド圧延することを特徴とする請求項１３記載のアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
15. 前記フラックスを挟持する界面の周囲を囲むようにフラックス流出防止部材を設けることを特徴とする請求項１２または１４に記載のアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
16. 請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金ブレージングシートで、前記界面に内包する前記フラックスの量を１．０ｇ／ｍ^２以下としたものを組み付けて、不活性ガス雰囲気中でフラックスを塗布することなしに、４５０℃から５９０℃までの昇温時間を４分以内とする加熱を行うことを特徴とするアルミニウム製熱交換器のろう付け方法。

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