JP2016150355A - フィレット形成用ろう材シート - Google Patents

Abstract

【課題】二つのＡｌ材料のろう付け接合に際して、それらＡｌ材料間に、均一で有効なフィレットを確実に且つ精密に形成しつつ、健全な接合部を有利に形成せしめ得るフィレット形成用ろう材シートを提供すること。【解決手段】４．０〜６．０質量％のＳｉ及び０．４〜３．５質量％のＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなる心材１４ａの両面に、８〜１３質量％のＳｉと共に、０．００４〜０．１質量％のＬｉ、０．００２〜０．０５質量％のＢｅ及び０．０５〜０．４質量％のＭｇのうちの少なくとも１種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなるろう材１４ｂがクラッドせしめられ、且つそれらろう材１４ｂのクラッド率が共に３５％以上であるアルミニウムブレージングシートを用いて、フィレット形成用ろう材シート１４を構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、フィレット形成用ろう材シートに係り、特に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなるＡｌ材料のろう付け接合において、かかるＡｌ材料の二つのものの間に配置されて、それら二つのＡｌ材料を、効果的にろう付け接合すると共に、生じるろう付け接合部の周りに、フィレットをより一層有利に形成し得るようにしたろう材シートに関するものである。

従来から、Ａｌ（アルミニウム及びアルミニウム合金を含む。以下同じ）材質の熱交換器や機械部品等、細かな接合部を多数有する製品の接合方法として、ろう付け接合が、広く採用されてきている。そして、このろう付け接合を行うためのろう材は、熱交換器や機械部品の構成部材と共に用いられ、そのような構成部材を構成する心材の片面或いは両面に、所定のろう材をクラッドしてなるブレージングシートの形態において、ろう付け接合部位に供給され、その溶融したろう材が、継手にフィレットを形成したり、密着した面を接合したりすることで、ろう付け接合を完成するようになっている。

このように、熱交換器や機械部品（以下、製品と呼称する）の主要な接合部は、その構成部材からのろう材供給によって、ろう付け接合されることとなるのであるが、そのようなろう材の存在しない部位に対して、ろう材を有しない部品を組み付けて、上記した主要接合部と同時に、加熱炉内で接合する場合においては、その接合部位に、ろう材を設置する必要が生じる。例えば、製品外部に円筒状の取付け部品を接合する場合においては、取付け部品と製品外部の接触部の周囲（隅肉継手）に、特開平５−８０８６号公報、特開平８−１００９６３号公報、特開平９−１３８６号公報等に明らかにされている如き、ワイヤー状乃至は線状のろう材を、リング状に湾曲させて、設置したりすることが、行われているのである。なお、以下においては、そのような設置ろう材を、置きろう材と称することとする。

要するに、そこでは、一方のＡｌ材料である製品に対して、他方のＡｌ材料である円筒状の取付け部品を接合せしめるための置きろう材は、一般的に、ワイヤー状乃至は線状のろう材をリング状に成形してなる形態において、使用されることとなるのであるが、その全面（外周面）がろう材自身の酸化皮膜で覆われているところから、かかる酸化皮膜を完全に破壊しないと、溶融ろうの偏った流動を生じ易く、それによって、健全な接合部が得られ難くなる等という問題が、内在している。このため、フラックスを使用するろう付け法においては、置きろう材或いはＡｌ材料の接合部位にフラックスを塗布して、接合性を確保することが行われているのである。具体的には、図３（ａ）に示されるように、Ａｌ製品４０の平坦な接合面４２に対して、円筒状の取付け部品４４の一方の端部を押し当てて、それらをろう付け接合するべく、所定のフラックスが外周面に塗布されて、フラックス層４５が形成されてなる線状のろう材をリング状に成形してなるリング状置きろう材４６が、それらＡｌ製品４０と取付け部品４４との当接部の外周に配置せしめられて、加熱ろう付けされることにより、図３（ｂ）に示される如く、それらＡｌ製品４０と取付け部品４４との間に継手（ろう付け部乃至は面接合部）４８が形成されると共に、そのような継手４８の外側及び内側の周りに、外面が凹陥した形状のフィレット５０がそれぞれ形成されることとなるのであるが、その際、リング状置きろう材４６に存在する切れ目やフラックスの塗布ムラによって、継手４８にフィレット切れ５２が生ずる問題を多く発生せしめて、継手強度の低下や接合欠陥部位を通じての漏れ等の問題を惹起し、これが、継手４８の信頼性を低下せしめる一つの要因となっているのである。

また、真空中においてろう付け接合を行う真空ろう付け法を採用したり、或いは不活性ガス中において、フラックスを使用しないで接合するろう付け（フラックスレスろう付け）手法を採用した場合にあっては、置きろう材表面の酸化皮膜が充分に破壊され得ないために、図４（ｂ）に示されるように、面接合部４８において、溶融したろうが偏って流動して、大規模な接合欠陥が惹起されたりする問題がある。即ち、図４（ａ）の如く、Ａｌ製品４０の平坦な表面４２に対して円筒状の取付け部品４４の一方の開口端部を押し当てて、その周りに、フラックスの塗布されていないリング状の置きろう材５４を配置して、真空中或いは不活性ガス雰囲気中で加熱ろう付けしたときに、図４（ｂ）に示されるように、それらＡｌ製品４０と取付け部品４４との接合部（４８）において、溶融したろうが偏って流動して、大規模な接合欠陥５６を惹起せしめたり、継手４８部位にフィレット５０が全く形成されないフィレット切れ５２を発生せしめたりするのである。このため、真空ろう付け手法やフラックスレスろう付け手法において、置きろう材が使用されることは、極めて希なこととなっているのである。

そこで、上述の如き置きろう材を用いたろう付け法の欠点を補うために、ろう材単体ではなく、Ａｌ心材の両面にろう材をそれぞれクラッドしてなる両面ブレージングシートを用いることが考えられているのであるが、そのようなブレージングシートにおいては、ろう材と心材の界面が予め金属的に接合されているところから、他の部材との接合性がろう材単体の場合に比べて優れているという特徴を有しているものの、置きろう材としてのブレージングシートの使用には、次のような問題が内在している。

すなわち、両面ブレージングシートの製造に際しては、鋳造スラブ或いは鋳造スラブを圧延してなる厚板の形態において、ろう材及び心材を準備した後、それらを、ろう材（皮材）、心材及びろう材（皮材）の順に積層して、４５０〜５００℃の温度で加熱して圧延することによって、積層材の界面が圧接されるようにするのであるが、その時、積層する皮材厚さが厚いと、圧延時に心材と皮材の界面が充分に摺動しないために、心材と皮材を接合するのが困難となるのである。このため、実際の工場生産で可能とされている皮材のクラッド率［（皮材厚さ／積層材全体の厚さ）×１００％］は、一般的に２０％未満であり、最大でも２５％未満とされているのである。換言すれば、従来のブレージングシートでは心材厚さが全体の５０％以上を占めるような構成とされているのである。このため、そのようなブレージングシートがろう付けのために加熱されたときに、その構成成分であるろう材が溶融してからも、心材は残存し続けることとなり、図３や図４に示されるように、Ａｌ製品４０と円筒状の取付け部品４４との突き合わせ面間に形成される面接合部（４８）から、その周りのフィレット５０形成部に溶融ろうが引っ張られて、かかる面接合部（４８）に接合欠陥を生じたり、逆に、面接合部（４８）に溶融ろうが引き込まれて、フィレット切れ５２を生じたりする問題が惹起され、また、フィレット５０形成部において、心材が残存していると、そこで形成されるフィレット５０の形状が不均一になる不具合も生じるようになるのである。

以上のように、置きろう材によるＡｌ材料の接合には、様々な問題が内在しているのであり、そのため、例えば、取付け部品との間の熱伝導性を重視する精密な熱交換器の接合部や、接合欠陥による漏れが生じてはならないＡｌ製品等の接合部においては、置きろう材を用いたろう付け接合手法は、採用され難いものであったのである。また、上記の接合欠陥による漏れが生じてはならない部位におけるろう付けは、Ａｌ製品との同時ろう付けではなく、Ａｌ製品のろう付け後にトーチろう付けによって取付け部品を接合することも考えられているのであるが、トーチろう付け作業には熟練を要し、接合品質を一定に保つのが困難であることに加えて、ろう付けが２工程となってコスト高を招くこととなるのであり、何れにせよ、置きろう材によって確実な接合を果たすことは、極めて困難なことであったのである。

特開平５−８０８６号公報 特開平８−１００９６３号公報 特開平９−１３８６号公報

ここにおいて、本発明は、上述した従来のろう付け接合における置きろう材の欠点を解消するために為されたものであって、その解決課題とするところは、二つのＡｌ材料のろう付け接合に際して、それらＡｌ材料間に、均一で有効なフィレットを確実に且つ精密に形成しつつ、健全な接合部を有利に形成せしめ得るフィレット形成用ろう材シートを提供することにある。

そして、本発明にあっては、かかる課題を解決するために、二つのＡｌ材料間に配置されて、それら二つのＡｌ材料を、不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付け法にて、ろう付け接合すると共に、生じるろう付け接合部の周りにフィレットを形成するためのろう材シートにして、４．０〜６．０質量％のＳｉ及び０．４〜３．５質量％のＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなる心材の両面に、８〜１３質量％のＳｉと共に、０．００４〜０．１質量％のＬｉ、０．００２〜０．０５質量％のＢｅ及び０．０５〜０．４質量％のＭｇのうちの少なくとも１種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなるろう材が、それぞれクラッドせしめられ、且つそれら両面のろう材のクラッド率が共に３５％以上とされてなるアルミニウムブレージングシートにて構成されていることを特徴とするフィレット形成用ろう材シートを、その要旨とするものである。

なお、このような本発明に従うフラックスレスろう付け法に適用されるフィレット形成用ろう材シートの好ましい態様の一つによれば、前記ろう材は、０．００４〜０．２質量％のＢｉを更に含有するものである。

また、本発明にあっては、上記した課題を解決するために、二つのＡｌ材料間に配置されて、それら二つのＡｌ材料を真空ろう付け法にてろう付け接合すると共に、生じるろう付け接合部の周りにフィレットを形成するためのろう材シートにして、４．０〜６．０質量％のＳｉ及び０．４〜３．５質量％のＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなる心材の両面に、８〜１３質量％のＳｉと共に、０．６〜２．０質量％のＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなるろう材が、それぞれクラッドせしめられ、且つそれら両面のろう材のクラッド率が共に３５％以上とされてなるアルミニウムブレージングシートにて構成されていることを特徴とするフィレット形成用ろう材シートをも、その要旨とするものである。

このような本発明に従う、真空ろう付け法に適用されるフィレット形成用ろう材シートの望ましい態様の一つによれば、前記ろう材は、０．０１〜０．２質量％のＢｉを更に含有している。

なお、上述の如き本発明に従うフィレット形成用ろう材シートの有利な態様の一つによれば、前記心材のクラッド率は、５〜３０％とされることとなる。

また、本発明にあっては、有利には、上述の如きフィレット形成用ろう材シートを用いて、前記フィレットの形成と共に、前記二つのＡｌ材料の面接合が行われるようになっている。

さらに、本発明に従うフィレット形成用ろう材シートにあっては、有利には、前記二つのＡｌ材料のうちの一方が筒状部材であり、該筒状部材の開口端部が、他方のＡｌ材料の平坦な接合面に対してろう付け接合せしめられる形態において、有利に用いられることとなる。

そして、そのような本発明において好ましく採用されるろう付け接合形態において、本発明に従うフィレット形成用ろう材シートは、有利には、前記筒状部材が円筒体であるときに、その開口端部の形状に対応した円環板形状に形成されて、該円筒体の開口端部と前記他方のＡｌ材料の平坦な接合面との間に介装せしめられて、用いられることとなる。

このように、本発明に従うフィレット形成用ろう材シートにあっては、Ｓｉの含有量が８〜１３質量％であり、且つろう付け手法に応じて、特定量の合金成分が含有せしめられたアルミニウム合金からなるろう材が、４．０〜６．０質量％のＳｉと０．４〜３．５質量％のＭｇとを含有するアルミニウム合金からなる心材の両側に、クラッドされてなると共に、それら両側のろう材のクラッド率が、共に３５％以上とされてなるアルミニウムブレージングシートにて、構成されているところから、そのようなフィレット形成用ろう材シートを用いて、それを、接合されるべき二つのＡｌ材料間に配置して、それら二つのＡｌ材料をろう付け接合せしめることによって、ろう材表面の酸化皮膜の破壊を効果的に行いつつ、埋込み部品や取付け部品等のＡｌ部材（一方のＡｌ材料）を、ろう材層の存在しないＡｌ相手材（他方のＡｌ材料）に対して、精密且つ容易に接合することが出来ると共に、そこに生じたろう付け接合部の周りに、より一層有効なフィレットを、フィレット切れ等の問題を惹起することなく、均一に且つ連続して、有利に形成することが出来ることとなったのである。

しかも、本発明に従う真空ろう付け法や不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付け法に適用されるフィレット形成用ろう材シートにおいては、ろう材部のみならず、Ｓｉ及びＭｇの所定量を含有する心材部も、ろう付け加熱により、溶融し、ろう材として機能するようになるため、従来のろう材単体からなる置きろう材に比べて、その接合部においては、ろう材量に不足を生じることなく、健全な面接合状態及びフィレット形成が、より一層容易に得られるという特徴が発揮されるのである。

従って、上述の如きブレージングシートをろう材シートとして使用することによって、埋込み部品や取付け部品をろう材層のない相手材に対して精密且つ容易に接合することが出来るために、真空ろう付け手法や不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付け手法を採用した場合において、それらの面接合部においても、ろう材量に不足を生じることなく、健全な面接合状態が容易に得られるようになるのである。また、取付け部品におけるフィレット形成については、従来は実現困難であった不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付けの実施が可能となり、取付け部品の接合において、フィレット形成と面接合を同時に且つ精度良く実現することも可能となったのである。

また、かかる本発明に従うフィレット形成用ろう材シートを、置きろう材として用いることによって、二つのＡｌ材料の接合が精密且つ容易に実現可能となったところから、自動化された生産ラインでの適用も可能となり、更にろう付け製品の設計自由度も広がるようになるために、熱交換器であれば熱交換性能の向上が効果的に図られ得、また構造用部品であれば疲労強度の向上等が、有利に図られ得ることとなるのである。

本発明に従うフィレット形成用ろう材シートを用いた、フラックスは用いられない、不活性ガス雰囲気中でのフラックスレスろう付け接合工程の一例を示す断面説明図であって、（ａ）は、接合されるべきＡｌ材料間にろう材シートを配置して、組み付けてなる状態の積層体を示す断面説明図であり、（ｂ）は、そのような積層体をろう付け接合して得られる接合体の断面説明図である。 図１に示される積層体をセットして、所定の加圧力を作用せしめ得る加圧治具の一例を示す断面説明図である。 置きろう材としてリング状のろう材単体を用いた、フラックスろう付け接合工程の一例を示す断面説明図であって、（ａ）は、接合されるべき二つのＡｌ材料の突き合わせ部の外周部に位置するようにリング状のろう材単体を配置してなる状態の積層体を示す断面説明図であり、（ｂ）は、そのような積層体をろう付け接合して得られる接合体の断面説明図である。 置きろう材としてリング状のろう材単体を用いた、フラックスは用いられない、不活性ガス雰囲気中でのフラックスレスろう付け接合工程の一例を示す断面説明図であって、（ａ）は、接合されるべき二つのＡｌ材料の突き合わせ部の外周部に位置するようにリング状ろう材単体を配置してなる状態の積層体を示す断面説明図であり、（ｂ）は、そのような積層体をろう付け接合して得られる接合体の断面説明図である。

ところで、Ａｌ製品の外側の平坦面に対して、円筒状や角筒状等の所定の筒状形状の取付け部品を当接せしめて、かかるＡｌ製品の内側における部品のろう付けと同時に、ろう付け接合する場合において、それら取付け部品とＡｌ製品の界面の面接合以上に、取付け部品とＡｌ製品の接触部（接合部）の周囲に均一なフィレットを形成させることが重要となるのである。けだし、取付け部品の接合強度の確保や漏れ不良発生の防止の観点からして、接合部に形成されるフィレットの大きさや形状の均一性が重要となるからである。

そして、従来にあっては、上記のような接合を実施するために、先の図３や図４に明らかにせる如く、フィレットを形成したい部位である取付け部品４４とＡｌ製品４０の接触部の外側に、リング状に成形したろう材４６，５４を設置して、ろう付け接合が行われているのであるが、その際、フラックスろう付け法を採用すると、リング状ろう材４６を覆っている酸化皮膜を充分に破壊するために、フラックス塗布量を多くする必要が生じるのであるが、そうすると、接合部には、フラックス残渣が多くなって、外観を損ねるという問題があった。また、フラックスに塗布ムラが存在すると、ろう材の溶融によって生じる溶融ろうが、フラックス塗布部（接合の起点）に向けて優先的に流動するようになるところから、フラックスの塗布されていない部分において、フィレットの形成不良が生じる問題があった。なお、この塗布ムラの問題を回避するために、フラックスを内包したろう材の線材を使用することが考えられているが、そのようなフラックス内包ろう材線材では、次のような変形による接合不良発生のリスクが高まることとなる。

すなわち、ろう材の線材をリング状に成形すると、その突き合わせ部において不連続となるところから、ろう付け加熱中において、かかるリング状のろう材が、その不連続部を起点として接合部から離れるように変形して、フィレットの形成不良を招く恐れがある。そして、この加熱中のリング状ろう材の変形には、線材の線径、設置状況、ろう付け条件等も影響することとなるが、ろう材単体の線材よりも、フラックス内包の線材の方が変形のリスクが高くなるために、フラックス内包の線材を置きろう材として使用する場合には、特に慎重な作業が要求されるのである。

また、真空ろう付け手法や不活性ガス雰囲気中でのフラックスレスろう付け手法に従って、リング状置きろう材を用いてＡｌ製品の外側に円筒状の取付け部品を接合する場合には、前述のように、置きろう材表面の酸化皮膜が充分に破壊され得ないところから、接合部で溶融したろう材が偏って流動して、大規模な接合欠陥を生じたり、継手にフィレットを全く形成しない場合もあり、そのため、真空ろう付け手法や不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付け手法を採用する場合にあっては、置きろう材の使用は避けられてきているのである。

このように、リング状のろう材を配置して、炉内で製品本体と同時に接合することは難度が高く、そのため、前述せるように、ろう付け後の製品本体にトーチろう付け手法にて部品を取り付けるようにした方法が、一般的に採用されているのであるが、その場合において、ろう付け工程が２工程となって、コスト高を招くことに加えて、トーチろう付け時の局部加熱によって、製品本体に歪みを生じる危険性もあることから、その適用範囲も、極めて限定されたものとなっているのである。

これに対して、本発明にあっては、上述の如き円筒状の取付け部品のＡｌ製品外側への接合の場合において、リング状ろう材ではなく、そのような取付け部品の端部の形状に対応したドーナツ板形状（円環板形状）に成形されたブレージングシートにて構成されるフィレット形成用ろう材シートが用いられて、それが、円筒状の取付け部品とＡｌ製品外側の接合面との間に介在せしめられることとなるのであるが、そのようなブレージングシートは、その両面に高Ｓｉ含有量のアルミニウム合金からなるろう材（皮材）が３５％以上という高クラッド率にてクラッドされてなるものであり、しかも、それら両側のろう材の片面が、心材に接合されているところから、フラックスろう付け法に用いられるリング状ろう材に比べて、偏ったろう材の流動が抑制されることとなるのであり、以てフィレットの形成不良も発生し難くなるのである。そして、重要なことは、フィレットを形成させるための充分なろう材が存在すると共に、フィレット中に溶け残った心材（より正確には、溶融ろう中に溶解しきれなかった心材）が残存しないことである。かかる溶け残った心材は、前述せるように、接合部間における溶融ろうの引き合いを誘発して、接合不良を発生させ、フィレットの形状を乱す原因にもなるのである。このため、本発明にあっては、必要とされるろう材量の確保と、心材の溶け残り防止の両方を満足させるべく、ろう材中のＳｉ含有量を８〜１３質量％に規定すると共に、特定の合金組成の心材を組み合わせ、更に心材両側のろう材のクラッド率を、それぞれ３５％以上としたのである。

また、不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付け手法や真空ろう付け手法を適用する場合において、従来の如きリング状のろう材では、接合性が劣るために、均一なフィレットの形成は困難であり、従って、取付け部品の接合部にフィレットを形成させる目的で、置きろう材が使用されることはないが、本発明に従うブレージングシートからなるろう材シートを所定の形状に形成して、取付け部品とＡｌ製品との間に配置するようにすれば、上述の如きフラックスレスろう付けや真空ろう付けにおいても、健全なフィレットを有利に形成することが出来るのである。けだし、本発明に従うろう材シートにおいては、ろう材の片面が心材に接合されており、更には、不連続部が生じない形態とすることが出来るところから、偏ったろう材の流動や、加熱中の変形による不具合が生じ難くなっているからである。

ここで、不活性ガス雰囲気中でのフラックスレスろう付けに用いられる、本発明に従うフィレット形成用ろう材シートを与えるブレージングシートは、４．０〜６．０％（質量％、以下同じ）のＳｉ及び０．４〜３．５％のＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなる心材の両面に、８〜１３質量％のＳｉと共に、０．００４〜０．１質量％のＬｉ、０．００２〜０．０５質量％のＢｅ、及び０．０５〜０．４質量％のＭｇのうちの少なくとも１種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなるろう材がクラッドされてなると共に、かかる両面のろう材のクラッド率が各々３５％以上であるものであって、フィレット形成用のろう材シートとして好適に使用されるのである。

なお、かくの如き不活性ガス雰囲気中でのフラックスレスろう付けに用いられるブレージングシートにおいて、心材中のＳｉ含有量が４．０質量％未満であると、心材の融点が高くなり、ろう付け後の面接合部に心材断片が、不均一に残存し、未接合部が分散して発生するようになるため、好ましくなく、またＳｉ含有量が６．０質量％を超えると、ろう付け加熱時に、ろう材と同時に心材が溶融して、接合部外に排出されるようになる結果、未接合部（空隙）が発生することとなり、好ましくないのである。また、心材の分断片がフィレット形成部に分散した場合、良好なフィレット形成が阻害されることとなるため、好ましくない。

また、心材中のＭｇ含有量が０．４質量％未満であると、心材の融点が高くなり、ろう付け後の面接合部に、心材断片が不均一に残存して、未接合部が分散して発生するため、好ましくない一方、Ｍｇ含有量が３．５質量％を超えると、ろう付け加熱時に、ろう材と同時に、心材が溶融し、接合部外に排出されるようになる結果、未接合部（空隙）が発生するため好ましくない。また心材の分断片がフィレット形成部に分散した場合、良好なフィレット形成を阻害するため好ましくない。

このように、心材を構成するアルミニウム合金中に、Ｓｉ及びＭｇを所定量含有せしめることにより、心材の融点を低下させて、面接合時に、心材断片が均等に分散するようになることによって、面接合性を向上する効果が発揮されるのである。なお、ＪＩＳ規格やＡＡ規格において、このようなＳｉ及びＭｇの含有量を有するような公知のアルミニウム合金は、現時点では存在しない。

一方、かかるフラックスレスろう付けに用いられるブレージングシートにおいて、ろう材中のＳｉ含有量が８質量％未満であると、溶融ろう中への心材の溶解量が少なくなり、残存した心材断片によって、フィレット形状が不均一となったり、接合欠陥を生じ易くなる問題があり、またＳｉ含有量が１３質量％を超えると、鋳造時に巨大な初晶Ｓｉを発生し、圧延時に初晶Ｓｉを起点として割れが生じ易く、ブレージングシート自体の製造が困難となる問題を惹起する。

そして、そのようなフラックスレスろう付けに用いられるブレージングシートにおいて、両面にクラッドせしめられる特定成分のろう材は、上述の如く、８〜１３質量％のＳｉを含有すると共に、更に、０．００４〜０．１質量％のＬｉ、０．００２〜０．０５質量％のＢｅ及び０．０５〜０．４質量％のＭｇのうちの少なくとも１種を含有するアルミニウム合金であって、それらの合金成分の含有によって、ろう材表面の酸化皮膜の破壊効果が高められて、健全なろう付け接合が、有利に実現され得ることとなる。

なお、かかるろう材中の合金成分であるＬｉ、Ｂｅ及びＭｇの含有量が、それらの下限よりも少なくなると、ろう材表面の酸化皮膜の破壊効果が乏しくなって、本発明の目的を充分に果たし難くなる問題を惹起し、またそれらの合金成分の含有量が、上記した上限よりも多くなると、それら合金成分の酸化物たるＬｉＯ₂ やＢｅＯやＭｇＯが過剰に形成されて、接合性が悪くなる等の問題を生じるようになる。

また、かかる合金成分（Ｌｉ、Ｂｅ、Ｍｇ）と共に、更にＢｉを含有するＡｌ−Ｓｉ合金にて、ろう材を構成するようにすれば、溶融ろうの表面張力を有利に低下せしめ得て、接合性を高めることが出来る。その際、Ｂｉの含有量が０．００４質量％未満では、表面張力の低下効果が乏しくなって、接合性の向上効果を期待することが出来ず、また０．２質量％を超えるようになると、ろう材の変色が著しくなり、接合性の向上効果も認められなくなることから、Ｂｉは０．００４〜０．２質量％の範囲内で添加することが望ましいのである。

加えて、本発明に従う、真空ろう付け法が適用されるフィレット形成用ろう材シートを与えるブレージングシートにおいては、上記フラックスレスろう付けが適用されるブレージングシートを構成する心材と同様なＳｉ含有量とＭｇ含有量のアルミニウム合金からなる心材が用いられると共に、そのような所定の合金成分のアルミニウム合金心材の両面にクラッドせしめられるろう材は、８〜１３質量％のＳｉと共に、０．６〜２．０質量％のＭｇが、合金成分として含有せしめられてなるアルミニウム合金にて構成されており、これによって、ろう材表面の酸化皮膜の破壊効果を高めて、健全なるろう付け接合性やフィレットの形成が有利に達成され得ることになる。なお、かかるＳｉ含有量が上記で規定された範囲外となると、前記フラックスレスろう付けに用いられるブレージングシートの場合と同様な問題が生じ、また上記のＭｇの含有量が０．６質量％未満となると、ろう材表面の酸化皮膜の破壊効果が乏しく、一方２．０質量％を超えるようになると、溶融ろうの表面張力が過度に低下して、接合の相手材上を濡れ広がるようになり、フィレット形成に支障をきたすようになる。

特に、このような真空ろう付け法が適用されるブレージングシートにおいて、Ｓｉと共に、Ｍｇの所定量を含有せしめてなるろう材には、更に、Ｂｉを合金成分として含有せしめることが望ましく、これによって、フィレット形成能を有利に向上することが出来る。なお、このＢｉの含有量が０．０１質量％未満では、フィレット形成能の向上効果が乏しく、また０．２質量％を超えるようになると、ろう材の変色が著しくなり、フィレット形成能の向上効果も認められなくなるところから、０．０１〜０．２質量％の範囲内においてＢｉを含有せしめることが望ましい。

しかも、本発明にあっては、上記したフラックスレスろう付けや真空ろう付けに用いられるブレージングシートにおいて、それを構成する心材の両面にそれぞれ設けられるろう材（皮材）は、何れも、３５％以上のクラッド率において、かかる心材に対して一体的に設けられている必要があり、これに対して、そのようなろう材のクラッド率が３５％よりも低くなると、フィレット中に溶け残った心材が残存して、接合不良を発生させたり、フィレットの形状を乱す原因となる等という問題が惹起されるようになるのである。

ところで、本発明に従うフィレット形成用ろう材シートを構成するアルミニウムブレージングシートにおいて、所定のアルミニウム合金からなる心材は、アルミニウムブレージングシート中において、その両面に、上記したろう材からなる皮材が一体的にクラッドせしめられて、それら両側の皮材間で連続的に広がる１枚のシート状形態において存在せしめられるものであって、そのような心材のクラッド率は、本発明にて規定される皮材（ろう材）のクラッド率を考慮して適宜に選定されることとなるが、一般に、５〜３０％の範囲内とされることとなる。なお、このアルミニウム合金心材のクラッド率が５％よりも低くなると、ろう材とのクラッド圧延時において、アルミニウム合金心材が破断する恐れがあり、そしてそのために、アルミニウムブレージングシート中において１枚の連続したシート状物として存在させることが困難となる問題があり、また３０％を超えるようになると、心材の両面に形成されるろう材（皮材）のクラッド率が３５％未満となるため、ろう付け接合に際して、溶融ろうの流動に問題を生じるようになる。

なお、上述の如き本発明に従うフィレット形成用ろう材シートを構成するアルミニウムブレージングシートは、心材の両面にそれぞれ形成されるろう材からなる皮材層のクラッド率が、３５％以上となるところから、従来のクラッド手法では、その製造が困難となるものである。このため、本発明にあっては、本発明者らの提案になる、以下の如きクラッド材の製造方法を用いて、目的とするアルミニウムブレージングシートが製造されることとなるのである。例えば、特開２０１３−２２０４３５号公報に明らかにせるように、心材とろう材との間に低融点の金属粉末又は板材を介在せしめて、加熱接合した後、熱間クラッド圧延することにより、アルミニウムクラッド材を得る方法が採用され得る他、特願２０１４−７１２８９号にて提案せるように、心材とろう材との接合界面に、平織金網や綾織金網等の、縦線と横線の交差部にて構成される点状厚肉部を有するＡｌ接合補助部材を介在せしめて、熱間クラッド圧延することにより、クラッド材を得る手法が採用され、更に、特願２０１４−１０１１３２号に明らかにしたように、心材とろう材との間に、前述の如きＡｌ接合補助部材と共に、軟質のＡｌ薄板を介在せしめて、それらの積層形態において、熱間クラッド圧延を行う手法も、有利に採用され得るのである。そして、これらのクラッド手法を採用することによって、目的とするアルミニウムブレージングシートを工業的に安定して製造することが出来ることとなる。勿論、本発明に従うアルミニウムブレージングシートは、上述の如きクラッド方法に何等限定されるものではなく、ろう材のクラッド率を３５％以上となし得る如何なるクラッド手法も、採用可能である。

そして、上述の如くして得られる本発明に従うフィレット形成用ろう材シートは、接合されるべき二つのＡｌ材料の形状や寸法等に応じて、適宜の厚さにおいて製造されることとなるが、一般に、０．０５〜３ｍｍの範囲内の厚さにおいて、製造されるものである。中でも、自動車の熱交換器用として、熱交換器部材のろう付けには、０．０５〜１．６ｍｍの厚さのろう材シートが、有利に用いられることとなる。

また、本発明に従う所定のフィレット形成用ろう材シートを用いて、二つのＡｌ材料をろう付け接合するに際しては、公知の不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付け法、又は公知の真空ろう付け法からなるろう付け手法が、かかるろう材シートに応じて選択されるところであって、その所定のろう材シートを二つのＡｌ材料間に介装してなる積層形態において、例えば、ろう付け炉中において、フラックスを用いることなく、ろう付けを行う不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付け或いは真空ろう付けが、実施されるのである。また、そのようなろう付け操作においては、本発明に従うフィレット形成用ろう材シートの両側に、ろう付けされるべき二つのＡｌ材料を重ね合わせてなる積層体を、適当な治具にて挟圧することにより、所定の加圧力を作用せしめた状態下において、加熱が施され、以てそれら二つのＡｌ材料のろう付け接合が実現されるのである。

例えば、図１の（ａ）に示される如く、ろう付け用積層体１６を構成する、置きろう材としてのろう材シート１４の表面には、フラックスが塗布されていない状態下において、そのようなろう付け用積層体１６が、不活性ガス中において或いは真空中において、加熱ろう付け処理されることとなるのであり、これによって、図１（ｂ）に示される如く、均一なフィレット部が、外周部及び内周部にそれぞれ連続的に形成されてなる接合部２０が、形成されるようになるのである。

なお、この図１に示されるろう付け用積層体１６には、ろう付け処理時において、適当な加圧力が作用せしめられることとなるが、そのような加圧力は、例えば、図２に示される如き、加圧治具３０を用いて、加えられることとなる。即ち、加圧治具３０の上下の挟圧プレート３２，３４間に、ろう付け用積層体１６を挟み込んで、ボルト３６とナット３８とを用いて挟圧することにより、所定の押圧力の下でのろう付け処理が容易に実施し得るようになっている。なお、上側の挟圧プレート３２には、貫通孔３２ａが設けられており、この貫通孔３２ａを通じて、円筒状の取付け部品１０の内部空間が外部に連通せしめられるようになっている。

このように、本発明に従うブレージングシートからなるろう材シート１４を用いることによって、円筒状の取付け部品１０と接合相手材となるＡｌ製品１２との接合部２０の周囲に、フィレット２２が効果的に形成せしめられ得ると同時に、それら取付け部品１０とＡｌ製品１２との接合面（面接合部）を接合することも可能となるのであり、その際、図示のように、取付け部品１０の円筒状の内面側にも、フィレット２２が有利に形成されることとなるのである。

なお、かくの如き本発明に従うフィレット形成用ろう材シートを用いることによる面接合や、内外周部におけるフィレット２２の形成が健全に進行する理由は、現在までのところ、以下のように考えられている。即ち、加熱中の被加熱体の温度は、外面側の方が高くなるところから、上述の如き取付け部品１０と製品１２との接合は、外面側のフィレット２２の形成→面接合部２０の接合（形成）→内面側のフィレット２２の形成の順に進展することとなり、そのため、先ず、取付け部品１０の外面側でのフィレット形成が、取付け部品１０を囲うように進行し、続いて、面接合部２０で溶融したろうの流動は、ろう材シート１４における心材１４ａのみならず、外面側のフィレット２２によっても偏った流動が抑制されることになり、以て面接合部２０で溶融したろうは、そのまま接合領域の拡大に有効に消費されるようになる。そして、面接合部２０での接合が健全に進行することで、取付け部品１０の内面側のフィレット２２の形成も、健全に且つ有利に進行するようになるものと推測されている。

以上、本発明に従うフィレット形成用ろう材シートについて具体的に説明してきたが、本発明が、例示の具体的な態様に係る詳細な記述によって、何等限定的に解釈されるものでは決してなく、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることが、理解されるべきである。

以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことも、また、理解されるべきである。

図２に示される如き加圧状態下において、ろう付け接合を行うべく、先ず、ろう付け接合されるべき一方のＡｌ材料である円筒状の取付け部品（１０）として、ＪＩＳ Ａ１１００材質のＡｌ押出管を、外形：８０ｍｍ、肉厚：３ｍｍ、長さ：４０ｍｍの寸法において準備すると共に、ろう付け接合されるべき他方のＡｌ材料である相手材（Ａｌ製品１２）として、厚さ：２ｍｍのＪＩＳ Ａ１０５０材質のＡｌ冷延板を、１６０ｍｍ×１６０ｍｍの大きさに切断したものを準備した。なお、Ａｌ押出管の調質はＨ１１２であり、Ａｌ冷延板の調質はＯ材とされた。

また、それぞれのろう付け試験において用いられる各種のろう材シート（１４）を、下記表１〜３に示される合金成分を含有するアルミニウム合金からなるろう材及び心材を用いて、板厚：０．２ｍｍのブレージングシートとして、それぞれ準備した。具体的には、それぞれのアルミニウム合金からなる鋳塊から削り出された、厚さ：５ｍｍ〜２５ｍｍのＡｌ心材と、それぞれのアルミニウム合金からなる鋳塊を面削した後に熱間圧延して得られた、厚さが１２．５ｍｍ〜２２．５ｍｍのろう材とを、下記表１に示されるクラッド率を与えるように組み合わせ、それらＡｌ心材とろう材の界面に、Ａｌ−６％Ｓｉ−１５％Ｚｎ合金の粉末（粒径：７０〜１５０μｍ）を均一に分散、介在せしめてなる形態において、ろう材／Ａｌ心材／ろう材の構成からなる積層物を治具にて拘束した状態で、加熱炉において５６５℃×１時間の加熱を実施して、それらＡｌ心材とろう材との界面を溶融拡散接合した後、４８０℃で熱間圧延し、更に冷間で０．２ｍｍの厚さまで圧延した。そして、かかる冷間圧延の後に、３６０℃×２時間の加熱を実施して、調質を行い、Ｏ材とした後、外径：８２ｍｍ、内径：７２ｍｍの円環板形状に加工して、目的とするドーナツ板状のろう材シート（１４：ブレージングシート）を得た。

さらに、比較のための置きろう材として用いられるリング状ろう材（４６，５４）にあっても、下記表２に示されるアルミニウム合金から得られた線径が１ｍｍのＡｌ線材（Ｈ調質）を、内径：約８０ｍｍとなるようにリング状に加工したもの（端部は突き合わせ）をろう付け試験１３における置きろう材として準備すると共に、ろう付け試験１４，１５における置きろう材としては、板厚：０．２ｍｍの円環板形状のろう材シートを用い、更にろう付け試験１６〜３１においては、下記表２，３に示されるアルミニウム合金をろう材及び心材として用いて、上記と同様なクラッド圧延を実施して、得られたブレージングシートから、外径：８２ｍｍ、内径：７２ｍｍの円環板形状のろう材シート（１４）を準備した。その際、ろう付け試験１７，２１及び２３においては、そこで用いられるブレージングシートのクラッド圧延に際して、割れが発生し、目的とするブレージングシートを得ることが出来なかったために、その後のろう付け試験に進むことが出来なかった。

そして、上記のようにして準備された、Ａｌ押出管（１０）とＡｌ冷延板（１２）、及び置きろう材としてのろう材シート（１４）又はリング状のろう線材（５４）は、全て、アセトンで脱脂処理して、次のろう付け試験に供するようにした。なお、ろう付け試験は、真空ろう付け、又は窒素ガス中でのフラックスレスろう付けを採用し、以下の如くして行った。

先ず、真空ろう付けにおいては、フラックスの塗布を行うことなく、Ａｌ押出管（１０）とＡｌ冷延板（１２）とをろう材シート（１４）を介して組み付け、ろう付け用積層体（１６）とした後、図２に示される如く、加圧治具（３０）にセットして、所定の加圧力が積層体（１６）に作用せしめられてなる状態下において、真空炉内に収容せしめ、そしてかかる真空炉中において６００℃まで加熱することにより、ろう付け処理を実施した。なお、室温から６００℃までの昇温時間は約４０分とし、ろう付け時の炉内圧力は６〜９×１０^-3Ｐａとした。

また、窒素ガス中でのフラックスレスろう付けにおいては、Ａｌ押出管（１０）やＡｌ冷延板（１２）及びろう材シート（１４）に対して、それぞれ、２％フッ酸溶液に６０秒間浸漬することからなるエッチング処理を施し、そしてエアーブローによる乾燥の後に、フラックスを塗布することなく組み付けて、ろう付け用積層体（１６）を形成した後、図２に示される如く、加圧治具（３０）にセットして、所定の加圧力を作用せしめてなる状態下において、窒素ガス中において６００℃まで加熱することにより、実施した。なお、室温から６００℃までの昇温時間は約２０分とし、ろう付け時の炉内雰囲気中の酸素濃度は１０〜２０ｐｐｍとした。

そして、かくして得られた各種のろう付け製品について、その接合状態を、フィレット形成形態についての外観判定及び接合部の超音波検査（非破壊検査）によって評価し、その結果を、下記表４〜６に示した。

なお、それら表中における面接合性評価結果において、「◎」は、接合部欠陥が全く認められず、接合性において優れていることを示し、また「○」は、未接合部が僅かに認められるものの、実用上において、接合部は何等問題がないことを示している。これに対して、「×」は、未接合部が比較的多く存在し、実用的に不適な接合部であることを示し、更に「××」は、未接合部がかなり多く存在して、接合出来ていないため、実用上において全く用いることの出来ないものであることを示している。

また、それら表中におけるフィレット外観評価において、「◎」は、接合部に均一なフィレットが形成され、フィレット形成性に優れていることを示し、また、「○」は、フィレットが均一ではないが、フィレット切れが認められないため、実用上において接合部は何等問題がないことを示している。これに対して、「×」は、一部にフィレット切れが認められ、実用的に不適な接合部であることを示し、更に「××」は、フィレット未形成部がかなり多く存在して、実用上において全く用いることの出来ない物であることを示している。

本発明の実施例に係る上記表１と表４の結果から明らかな如く、本発明に従うろう材シートを用いた、真空ろう付け手法や窒素ガス中でのフラックスレスろう付け手法を採用するろう付け試験１〜１２においては、得られたろう付け製品の何れもが、面接合及びフィレット形成の何れにおいても、良好な接合状態であることが確認された。

これに対して、比較例に係るろう付け試験における面接合及びフィレット形成は、表５及び表６に示されるような結果であった。即ち、ろう材単体（リング）及びろう材単板による真空ろう付けでのろう付け試験１３，１４と、窒素ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付けでのろう付け試験１５では、何れも、超音波検査で、面接合部に接合欠陥が多く観察され、フィレットも形成されなかった。

また、ろう付け試験１６においては、心材中のＭｇ濃度が低いため、融点が高くなり、心材の溶け残りが多く、面接合部に未接合部を多く生じると共に、一部フィレット切れを生じた。ろう付け試験１７では、心材中のＭｇ濃度が高いため、圧延時に割れが発生してシート材料の製造を完了出来なかった。ろう付け試験１８は、心材中のＳｉ濃度が低いため、融点が高くなり、心材の溶け残りが多く、面接合部に未接合部を生じると共に、一部フィレット切れを生じた。ろう付け試験１９では、心材中のＳｉ濃度が高いため、ろう付け時に、心材がろう材と同時に溶融したので、ろう材量が過大となり、面接合部から流出したため、面接合部に未接合部を多く生じると共に、一部フィレット切れも生じた。ろう付け試験２０では、ろう材中のＭｇ量が少ないため、ろう材表面の酸化皮膜が破壊されず、ろうが流動しないため、面接合部に未接合部が多く、フィレットも形成されなかった。ろう付け試験２１では、ろう材中のＭｇ濃度が高いため、圧延時に割れが発生してシート材料の製造を完了出来なかった。ろう付け試験２２では、ろう材のＳｉ濃度が低いため、ろう材量が不足し、面接合部に未接合部を生じると共に、心材も溶け残り、一部フィレット切れを生じた。

ろう付け試験２３では、ろう材中のＳｉ濃度が１４％と高いため、圧延時に割れが発生してシート材料の製造を完了出来なかった。ろう付け試験２４〜２６では、ろう材中のＭｇ，Ｌｉ，Ｂｅの濃度が高いため、ろう材表面に厚い酸化膜を生じ、ろう材が流動しないため、面接合部に未接合部を多く生じ、フィレットも形成されなかった。ろう付け試験２７では、心材のＳｉ及びＭｇ含有量並びにろう材のＳｉ及びＭｇ含有量は、本発明に規定する範囲内となっているが、ろう材のＢｉ含有量が多すぎるために、ろう付け中にろう材の変色が著しくなり、接合性の向上効果も認められず、多くの未接合部が発生していることを認めた。また、フィレットも形成されなかった。ろう付け試験２８では、クラッド率が低く、ろう材量が不足したため、面接合部に未接合部を多く生じ、フィレットも形成されなかった。

そして、真空ろう付け法を採用したろう付け試験２９では、心材のＳｉ及びＭｇ含有量並びにろう材のＳｉ含有量は、本発明に規定する範囲内となっているが、ろう材のＭｇ含有量が低いために、ろう材表面の酸化皮膜が破壊されず、ろうが流動しないため、面接合部に未接合部が多く、フィレットも形成されなかった。同じく真空ろう付け法を採用したろう付け試験３０では、ろう材のＭｇ含有量が高すぎるために、溶融ろうの表面張力が低下し過ぎて、溶融ろうが、接合の相手材上を濡れ広がるようになったため、面接合部には少し未接合部を生じ、フィレット形成部では一部フィレット切れが認められた。ろう付け試験３１では、ろう材のＢｉ含有量が高すぎるために、ろう付け中にろう材の変色が著しくなり、接合性の向上効果も認められず、面接合部には少し未接合部を生じ、フィレット形成部では一部フィレット切れが認められた。

１０ 取付け部品 １２ Ａｌ製品
１４ ろう材シート １４ａ 心材
１４ｂ ろう材 １６ 積層体
２０ 接合部 ２２ フィレット部
３０ 加圧治具 ３２，３４ 挟圧プレート
３２ａ 貫通孔 ３６ ボルト
３８ ナット ４０ Ａｌ製品
４２ 接合面 ４４ 取付け部品
４５ フラックス層 ４６，５４ 置きろう材
４８ 継手 ５０ フィレット
５２ フィレット切れ ５６ 接合欠陥

Claims (8)

1. 二つのＡｌ材料間に配置されて、それら二つのＡｌ材料を、不活性ガス雰囲気中におけるフラックスレスろう付け法にて、ろう付け接合すると共に、生じるろう付け接合部の周りにフィレットを形成するためのろう材シートにして、
   ４．０〜６．０質量％のＳｉ及び０．４〜３．５質量％のＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなる心材の両面に、８〜１３質量％のＳｉと共に、０．００４〜０．１質量％のＬｉ、０．００２〜０．０５質量％のＢｅ及び０．０５〜０．４質量％のＭｇのうちの少なくとも１種を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなるろう材が、それぞれクラッドせしめられ、且つそれら両面のろう材のクラッド率が共に３５％以上とされてなるアルミニウムブレージングシートにて構成されていることを特徴とするフィレット形成用ろう材シート。
2. 前記ろう材が、０．００４〜０．２質量％のＢｉを更に含有している請求項１に記載のフィレット形成用ろう材シート。
3. 二つのＡｌ材料間に配置されて、それら二つのＡｌ材料を真空ろう付け法にてろう付け接合すると共に、生じるろう付け接合部の周りにフィレットを形成するためのろう材シートにして、
   ４．０〜６．０質量％のＳｉ及び０．４〜３．５質量％のＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなる心材の両面に、８〜１３質量％のＳｉと共に、０．６〜２．０質量％のＭｇを含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物であるアルミニウム合金からなるろう材が、それぞれクラッドせしめられ、且つそれら両面のろう材のクラッド率が共に３５％以上とされてなるアルミニウムブレージングシートにて構成されていることを特徴とするフィレット形成用ろう材シート。
4. 前記ろう材が、０．０１〜０．２質量％のＢｉを更に含有している請求項３に記載のフィレット形成用ろう材シート。
5. 前記心材のクラッド率が、５〜３０％である請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のフィレット形成用ろう材シート。
6. 前記フィレットの形成と共に、前記二つのＡｌ材料の面接合のために用いられる請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のフィレット形成用ろう材シート。
7. 前記二つのＡｌ材料のうちの一方が筒状部材であり、該筒状部材の開口端部が、他方のＡｌ材料の平坦な接合面に対してろう付け接合せしめられる請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のフィレット形成用ろう材シート。
8. 前記筒状部材が円筒体であると共に、かかる円筒体の開口端部の形状に対応した円環板形状に形成されて、該円筒体の開口端部と前記他方のＡｌ材料の平坦な接合面との間に介装せしめられて、用いられる請求項７に記載のフィレット形成用ろう材シート。
   

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