JP3080233B2 - ろう付加工用複合材およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はろう付加工用複合材およびその製造方法に係
り、特にろう付性能を向上させるとともにろう付加工コ
スト低減し得るろう付加工用複合材およびその製造方法
に関する。

（従来の技術） 大型の建設用機械、ターボ機構付き自動車にはエンジ
ン等に循環させるオイルを冷却するためのオイルクーラ
が装備されている。このオイルクーラは、通常の自動車
に装備されるラジエーターとほぼ同様な構造を有し、例
えば第１図において示すように、ステンレス鋼板を偏平
筒状に形成したオイルチューブ１を３〜５層離隔して設
け、隣接するオイルチューブ1,1間に鉄板を波状に成形
したコルゲートフィン２をろう付して形成される。

エンジン等によって高温度に加熱されたオイル３はオ
イルチューブ１内を流下する間に、コルゲートフィン２
と熱交換し冷却される。熱交換によって昇温されたコル
ゲートフィン２は、その空隙部を通過する冷却空気４ま
たは冷却水によって冷却される。なお、オイルクーラの
種類によっては、コルゲートフィン側に高温度のオイル
を流通させる一方、オイルチューブ側に冷却水を流通さ
せる方式も採用される。

上記のようなオイルクーラは、従来オイルチューブ１
に対するコルゲートフィン２の当接部にろう材としての
銅箔を介装したものを多段に重ね、しかる後にろう材と
しての銅の融点（1083℃）より高い1150℃程度に加熱せ
しめ、溶融したろう材によってオイルチューブ１とコル
ゲートフィン２とを一体に接合して形成される。

しかしながら上記の製造方法においては、薄い銅箔を
所定位置に配置する組立作業に多大な労力および工数を
要し、オイルクーラの製造コストが高まる欠点がある。
また基材となるオイルチューブの表面精度が低い場合に
はオイルチューブ１と銅箔との間に局部的に空隙が形成
され、ろう材としての銅箔の機能が充分に発揮されず接
合強度が小さいオイルクーラしか得られない問題点があ
った。

この問題を解決するため、基材としてのオイルチュー
ブ１の表面に予めろう材としての銅箔を一体に接合した
ろう付加工用複合材が使用される場合がある。このろう
付加工用複合材は、例えば基材としてのステンレス鋼板
の表面に銅箔を重ね、圧着ロールに挿通後、拡散熱処理
によって形成される。

このろう付加工用複合材によれば、予め基材表面にろ
う材としての銅箔が強固に拡散接合により一体化させて
いるため、銅箔と基材との間に空隙等が発生せず、基材
とコルゲートフィン２との接合性も良好になる。さらに
銅箔を基材とは別個に介装する手間を省略できるため、
オイルクーラの組立工数を大幅に削減することが可能に
なった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記従来のろう付加工用複合材は、基材
とろう材との剥離があってはならないという観点から、
冷間圧着後に通常、高温度で熱処理（拡散接合）する工
程を経て製造されている。そのため基材とろう材との接
合界面に拡散層が発生し易くなり、基材とろう材との接
合強度および密着性は高まる一方で、ろう付性能が低下
する問題点がある。

すなわち拡散層においては基材およびろう材原子が相
互に拡散してろう材である銅より融点が高い合金層が形
成されている。この合金層はろう付温度まで加熱しても
溶融しないため、ろう材としての機能を果し得ない。そ
のため、ろう付工程において、拡散層付近で、溶融した
銅ろうの流れが不均一になり、基材としてのオイルチュ
ーブと、被接合材としてのコルゲートフィンとの接合強
度についてばらつきを生じ易い問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、ろう付性能を向上させることが可能であり、またろ
う付加コストを大幅に低減することが可能なろう付加工
用複合材およびその製造方法を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用） 本願発明者らは上記目的を達成するため、ろう付性能
を低下させる拡散層を形成せず、かつ打抜き操作等に供
した場合においても剥離等を生じない複合材の構成につ
いて種々検討した結果、基材とろう材としての合せ材と
を所定の温度以下で、かつ所定の断面減少率以上でロー
ル圧着した時に上記特性を満足するろう付加工用複合材
を得た知見に基づいて本願発明を完成した。

すなわち本発明はろう材を介して他の部材にろう付加
工するために使用されるろう付加工用複合材において、
基材表面にろう材としての合せ材を一体に接合し、形成
される接合面に実質的に拡散層が存在しないことを特徴
とする。

また本発明に係るろう付加工用複合材の製造方法は、
基材とろう材としての合せ材とを重ね、温度150℃以下
の条件下で前記基材と合せ材とのトータルの断面減少率
が50％以上でロール圧着加工することにより、基材と合
せ材とを拡散接合強度より低い接合強度で一体化するこ
とを特徴とする。

本発明の対象となるろう付加工用複合材を構成する基
材としては鉄またはステンレス鋼などの鉄合金があり、
一方ろう材となる合せ材としては、銀、銅、銅合金、ア
ルミニウム合金などがある。

また本発明に係る製造方法において、ロール圧着時の
温度を150℃以下に設定したことにより、熱による拡散
層が形成されにくくなり、ろう付性能が大幅に向上す
る。

一方ロール圧着加工時における基材および合せ材のト
ータルの断面減少率は、基材と合せ材との密着性および
製造された複合材の二次加工性に大きく影響するもので
ある。すなわち断面減少率が50％未満の場合には基材と
合せ材との密着性が悪く、ろう付接合時において接合強
度が充分に上昇しない。また複合材を打抜き加工等の二
次加工処理に供した場合に剥離等が発生し易い。一方断
面減少率を50％以上に設定することにより、基材と合せ
材との接合面において適度の密着性と接合強度とが得ら
れる。

このように本発明に係るろう付加工用複合材によれ
ば、従来のような高温度の熱処理工程を経ていないた
め、その基材と合せ材との接合強度は拡散接合強度より
低くなる。しかし本願に係るろう付加工用複合材は、構
造用複合材として使用するものではないため、拡散接合
によって得られる強固な接合強度は必要とせず、二次加
工時において剥離等を発生しない程度の弱い接合強度を
保持していれば十分である。

上記構成に係るろう付加工用複合材およびその製造方
法によれば、基材と、基材表面に一体に接合されたろう
材としての合せ材との接合面に拡散層が実質的に形成さ
れていないため、ろう付工程において溶融したろう材の
流れが不均一にならず、基材と被接合材とを高い接合強
度で一体に接合することができる。

また基材表面に密着して空隙を生じることなく、ある
程度の接合強度を有するろう材が基材表面に予め一体に
形成されているため、この複合材と他の被接合材とを組
立てて一体にろう付して機器を製造する場合に、両者間
に別途、ろう材を介装させる必要がない。また両者間に
空隙を生じるおそれも少ないため、接合強度のばらつき
を生じることも少ない。したがって機器の組立工数およ
びろう付加工工数を大幅に低減することができる。

本発明のろう付加工用複合材は、オイルクーラ用に限
らず、例えば半導体用複合材など各種用途に適用するこ
とが可能である。

（実施例） 以下に本発明の実施例に基づいてより具体的に説明す
る。

第１表左欄に示すように厚さ3.6〜10.3mmの基材とし
ての軟鋼の表面に、厚さ0.18〜0.37mmの合せ材としての
リン脱酸銅を重ね、さらに常温度においてトータル断面
減少率がそれぞれ50,60,70％となるようにロール圧着し
て実施例１〜３のろう付加工用複合材を得た。

また厚さ0.5〜1.17mmの基材としてのステンレス鋼（S
US304）の表面および／または裏に厚さ0.11〜0.19mmの
合せ材としての無酸素銅を重ね、さらに常温度において
トータル断面減少率がそれぞれ50,65,70,80％となるよ
うにロール圧着して実施例４〜７のろう付加工用複合材
を得た。

一方、比較例１として厚さ3.2mmの軟鋼表面に厚さ0.1
5mmのリン脱酸銅を重ね、さらに常温度においてトータ
ル断面減少率が30％となるようにロール圧着して比較例
１の複合材を製造した。

また比較例２として厚さ2.2mmの軟鋼と厚さ0.1mmのリ
ン脱酸銅とを別個に調製し、複合材要素とした。

さらに比較例３として厚さ8.8mmの軟鋼と、厚さ0.44m
mのリン脱酸銅とを重ね、多段にロール圧着し、さらに
温度950〜1000℃において熱拡散処理を施して最終的に
トータル断面減少率75％となるように仕上げ圧延を施し
て厚さ2.3mm、幅140mmのろう付加工用複合材を製造し
た。

また比較例４として厚さ0.3mmの基材としてのSUS304
板と基材両面に単に配置しただけの厚さ0.06mmの合せ材
としての無酸素銅とを調製し、複合材要素とした。

また比較例５として厚さ2.0mmの基材としてのSUS304
板と基材両面に単に配置しただけの厚さ0.45mmの合せ材
としての無酸素銅を重ね、多段にロール圧着し、さらに
温度950〜1000℃において熱拡散処理を施して最終的に
トータル断面減少率85％となるように仕上げ圧延を施し
て厚さ0.42mm、幅360mmのろう付加工用複合材を製造し
た。

こうして製造した実施例１〜７および比較例１〜５に
示すろう付加工用複合材または複合材要素から第１図に
示ような機器としてのオイルクーラを製造するために、
まず各複合材を打抜加工機によって所定寸法に打抜い
た。そして打抜時における基材からの合せ材の剥離の多
少によって各複合材の二次加工性を評価した。

ここで二次加工性の評価基準は、100回打ち抜き操作
を実施しても合せ材の剥離を発生しないものを◎印、剥
離を生じた試料数の割合が１％のものを○印、同割合が
５％以下のものを△印、５％を超えるものを×印で表示
した。

さらに打抜いた複合材とコルゲートフィンとを交互に
多段に積層して所定形状のオイルクーラを組立てるまで
に要する時間を計測して、機器としてのオイルクーラの
組立コストを複合材自体の製造コストを加味して評価し
た。ここで比較例２および４においては、別個に調製し
た基材とコルゲートフィンとの間にろう材としての合せ
材を介装したものを多段に積層してオイルクーラを組立
てて評価した。

ここで複合材の製造コストおよび機器の組立コストの
評価基準は複合材の材料費と複合材の製造工数と組立工
数とを加算して算出し、比較例３に示す従来製法による
場合の評価（△印）を基準に、比較例３より20％以上コ
スト増になる場合を×印で示す一方、20％以上のコスト
減になる場合を○印で示している。

さらに各複合材または複合材要素およびコルゲートフ
ィンを使用して組立てたオイルクーラを温度1150℃で30
分間加熱してろう付処理を行い、ろう付接合部を観察
し、各複合材のろう付性能を評価した。そして基材とコ
ルゲートフィンとの間に局部的に空隙が発生していた
り、接合部におけるろう材の流れが不均一になっている
場合には△印で評価する一方、上記の不均一が殆ど観察
されない場合には○印で評価した。

上記評価結果を下記第１表に示す。

第１表に示す結果から明らかなように実施例１〜７に
係るろう付加工用複合材はいずれも常温度において断面
減少率が50％以上でロール圧着されて形成されているた
め、基材と合せ材とは適度の接合強度をもって接合され
ている。

したがって複合材を打抜き加工などの二次加工に供し
た場合においても、合せ材の剥離などが生じにくく、良
好な二次加工性を呈する。

また高温度による熱処理工程を経ていないため、接合
面に拡散層が形成されることが少ない。そのためろう付
工程において溶融したろう材の流れが不均一にならず高
いろう付性能を呈する。

さらに基材表面に密着して予めろう材を一体に形成し
て複合材としているため、複合材と他の被接合材とを組
立てて一体にろう付接合する場合に、ろう材を別途介装
する必要がない。したがって機器の組立工数およびろう
付加工工数を大幅に低減することができる。

一方比較例１の複合材は断面減少率が30％と小さいた
め基材と合せ材との接合強度が不十分であり、合せ材の
剥離が顕著であり二次加工性が低くなるとともに、ろう
付工程においても基材と被接合材との接合強度が低下す
る。

また比較例２および４においては基材と合せ材とを別
個に調製し、機器の組立時に基材と被接合材との間にろ
う材としての合せ材を正確に介装させる面倒な作業が必
要となるため組立コストが大幅に増加してしまう。さら
に基材と合せ材との密着性も悪く、両者間に気泡が残留
し易くなる結果、基材と被接合材との接合強度も低下す
る。

さらに比較例３および５に示す複合材においては断面
減少率を75〜85％に設定し、高温度の熱処理を経て形成
されているため、合せ材の接合強度は大きい。しかし、
接合面に拡散層が多く形成されているため、ろう付工程
でのろう流れが不均一であり、接合強度のばらつきが大
きくなる。また複合材の製造過程において熱処理を行っ
ているため、複合材自体の製造コストが高くなる欠点が
ある。

このように本実施例１〜７に係る複合材ではいずれも
熱処理を行わずに常温度下において断面減少率を50％以
上に設定したロール圧着法によって基材と合せ材とを簡
単に接合しているため、その接合強度は、各合せ材のピ
ール強度で比較しても明らかなように、比較例３および
５で示す従来の熱処理を経て製造された複合材の接合強
度と比較して大幅に低下する。しかしながらろう材とし
ての合せ材と基材との接合強度を弱めた場合においても
二次元加工性を損なうことなく、ろう付性能を大幅に向
上できることがわかる。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係るろう付加工用複合材およ
びその製造方法によれば、基材と、基材表面に一体に接
合されたろう材としての合せ材との接合面に拡散層が実
質的に形成されていないため、ろう付工程において溶融
したろう材の流れが不均一にならず、基材と被接合材と
を高い接合強度で一体化することができる。

また基材表面に密着して空隙を生じることなくある程
度の接合強度を有するろう材が基材表面に予め一体に形
成されているため、この複合材と他の被接合材とを組立
てて一体にろう付して機器を製造する場合に、両者間に
別途、ろう材を介装させる必要がない。また両者間に空
隙を生じるおそれも少ないため、接合強度のばらつきを
生じることも少ない。したがって機器の組立工数および
ろう付加工工数を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るろう付加工用複合材を使用して組
立てたオイルクーラの構造を部分的に示す斜視図であ
る。 １……オイルチューブ、２……コルゲートフィン、３…
…オイル、４……冷却空気。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 101:14 (72)発明者 中島 均 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝横浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭62−61796（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ろう材を介して他の部材にろう付加工する
   ために使用されるろう付加工用複合材において、基材表
   面にろう材としての合せ材を一体に接合し、形成される
   接合面に実質的に拡散層が存在しないことを特徴とする
   ろう付加工用複合材。
2. 【請求項２】基材が鉄または鉄合金である一方、ろう材
   が銀、銅およびアルミニウムから選択された少なくとも
   １種の金属またはその合金から成ることを特徴とする請
   求項１記載のろう付加工用複合材。
3. 【請求項３】基材とろう材としての合せ材とを重ね、温
   度150℃以下の条件下で前記基材と合せ材とのトータル
   の断面減少率が50％以上でロール圧着加工することによ
   り、基材と合せ材とを拡散接合強度より低い接合強度で
   一体化することを特徴とするろう付加工用複合材の製造
   方法。