JP5109773B2 - ロウ付け用シートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、部材と部材のロウ付けの際に用いられるロウ付け用シート及びロウ付け用シートの製造方法に関するものである。

従来、例えば金属からなる部材同士をロウ付け接合する際に、ロウ付け用シートを部材同士の間に配置して熱処理することによって部材同士をロウ付け接合する方法が用いられている。
このロウ付け用シートを用いたロウ付け接合によれば、ロウ付け用シートを任意の形状に加工してロウ付け箇所に配置することができるため、部材同士の部分的なロウ付け接合を好適に行うことができる。
そして、このようなロウ付け用シートとしては、急冷法で作られるアモルファスシートが用いられる。

また、部材同士の部分的なロウ付け接合の際には、ロウ材がバインダに含有されてなるロウ材ペーストを用いる場合もある。
このロウ材ペーストを用いたロウ付け接合によれば、部材の任意の箇所にロウ材ペーストを塗布して熱処理することによって、部材同士をロウ付け接合することができる。
特開平５−２６１４９６号公報 特許３９５３０７５号公報 特開２００８−０７３７３８号公報

しかしながら、アモルファスシートは、その製造工程が煩雑であり、非常に製造コストが高くなる。このため、ロウ付け接合のコストが増大してしまう。
また、ロウ材ペーストは、バインダを含むため、熱処理によりバインダの一部が炭化して残存してしまうという問題を有している。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、従来のアモルファスシートやロウ材ペーストと異なるロウ付け用シート及びこのロウ付け用シートの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のロウ付け用シートは、第１材料からなる第１層部材と、該第１層部材の少なくとも一方側の面に固着されると共に第２材料からなる第２層部材とを備え、上記第１材料と上記第２材料とは、少なくとも融合することによってロウ材組成となることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明のロウ付け用シートによれば、第１層部材を形成する第１材料と、第２層部材を形成する第２材料とが融合した領域は、少なくともロウ材組成となる。

また、本発明のロウ付け用シートにおいては、上記第１材料がニッケルで上記第１層部材がニッケル箔であり、上記第２材料が上記ロウ材組成から上記第１層部材が含有するニッケルを除いた材料からなるという構成を採用する。

また、本発明のロウ付け用シートにおいては、上記第１層部材が貫通孔あるいは凹凸部を備えるという構成を採用する。

次に、本発明のロウ付け用シートの製造方法は、第１材料からなるシート状の第１層部材の少なくとも一方側の面に対して、少なくとも上記第１材料と融合することによってロウ材組成となる第２材料からなる粉末を圧着する圧着工程と、上記圧着工程にて上記粉末が圧着された上記第１層部材を加熱処理する熱処理工程とを有することを特徴とする。

このような特徴を有する本発明のロウ付け用シートの製造方法によれば、圧着工程にて第１材料からなる第１層部材に対して、少なくとも第１材料と融合することによってロウ材組成となる第２材料からなる粉末が圧着される。そして、熱処理工程にて粉末が圧着された第１層部材が加熱処理される。

また、本発明のロウ付け用シートの製造方法においては、上記熱処理工程において、上記第１材料の融点より低く、上記第２材料の融点より高い温度で上記第１層部材を加熱処理するという構成を採用する。

また、本発明のロウ付け用シートの製造方法においては、上記熱処理工程において、上記第１材料の融点及び上記第２材料の融点よりも低い温度で上記第１層部材を加熱処理するという構成を採用する。

また、本発明のロウ付け用シートの製造方法においては、上記第１材料がニッケルで上記第１層部材がニッケル箔であり、上記第２材料が上記ロウ材組成から上記第１層部材が含有するニッケルを除いた材料からなるという構成を採用する。

また、本発明のロウ付け用シートの製造方法においては、上記第１層部材が貫通孔あるいは凹凸部を備えるという構成を採用する。

本発明のロウ付け用シートによれば、第１層部材を形成する第１材料と、第２層部材を形成する第２材料とが融合した領域は、少なくともロウ材組成となる。このため、第１材料と第２材料とが融合されてなるロウ材組成の融点に応じた加熱処理を行うことによって、ロウ付け用シートにて部材同士のロウ付け接合を行うことが可能となる。
このようなロウ付け用シートによれば、第１材料及び第２材料を選択することによって、第１材料と第２材料として、アモルファス材料やペースト材料を用いる必要がなくなるため、安価でかつ加工性が良く、さらには加熱によって炭化材料が発生しないロウ付け用シートとすることができる。

また、本発明のロウ付け用シートの製造方法によれば、圧着工程にて第１材料からなる第１層部材に対して、少なくとも第１材料と融合することによってロウ材組成となる第２材料からなる粉末が圧着される。そして、熱処理工程にて粉末が圧着された第１層部材が加熱処理される。
この結果、熱処理工程における加熱処理条件（例えば、時間や温度）に応じて、本発明のロウ付け用シート（すなわち、第１材料からなる第１層部材と、該第１層部材の少なくとも一方側の面に固着されると共に第２材料からなる第２層部材とを有するロウ付け用シート）、あるいは全てが第１材料と第２材料との融合材料（すなわち、ロウ材組成の材料）からなるロウ付け用シートを製造することができる。
つまり、本発明のロウ付け用シートの製造方法によれば、安価でかつ加工性が良く、さらにはバインダを使用していないので加熱によって炭化材料が発生しないロウ付け用シートを製造することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係るロウ付け用シート及びロウ付け用シートの製造方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態のロウ付け用シートＳ１の斜視図である。なお、図１に示すロウ付け用シートＳ１は、帯状に延在するロウ付け用シートＳ１の一部を切り出したものである。
この図に示すように、ロウ付け用シートＳ１は、ニッケル（第１材料）からなるニッケル箔Ｙと、所望のロウ材組成（例えばＢｎｉ−５）からニッケル箔Ｙが含有するニッケルを除いた材料（第２材料）からなると共にニッケル箔Ｙの一方側の面に固着される固着層Ｘ１とから構成されている。なお、ニッケル箔Ｙの厚みは、任意に設定することがきるが、例えば１０〜５０μｍ程度とされる。
このようなロウ付け用シートＳ１においては、ニッケル箔Ｙを形成する材料がニッケルであり、固着層Ｘ１を形成する材料が所望のロウ材組成（例えばＢｎｉ−５）からニッケル箔Ｙが含有するニッケルを除いた材料であるため、ニッケル箔Ｙと固着層Ｘ１とが融合することによってロウ材組成（例えばＢｎｉ−５）となる。

図２は、所望のロウ材組成をＢｎｉ−５（ニッケル７１ｗｔ％、クロム１９ｗｔ％、シリコン１０ｗｔ％からなるロウ材組成）とし、所定の単位領域におけるニッケル箔Ｙを形成する材料（ニッケル箔そのもの）の重量割合を変化させた場合における、固着層Ｘ１を形成する材料における成分の重量割合の変化を示した表である。
この表に示すように、例えばニッケル箔Ｙがロウ付け用シートＳ１の１０ｗｔ％（Ｎｉ箔１０ｗｔ％）である場合には、固着層Ｘ１を形成する材料における成分の重量割合は、固着層Ｘ１全体を１００ｗｔ％として、ニッケル（Ｎｉ）が６７．８ｗｔ％、クロム（Ｃｒ）が２１．１ｗｔ％、シリコン（Ｓｉ）が１１．１ｗｔ％となる。そして、図２に示すように、以下、ニッケル箔Ｙの重量割合が増加するに連れて、固着層Ｘ１を形成する材料におけるニッケルの重量割合が減少する。

このように、固着層Ｘ１を形成する材料が所望のロウ材組成からニッケル箔Ｙが含有するニッケルを除いた材料であるため、図２から分かるように、ニッケル箔Ｙの重量割合が増加するに連れて、固着層Ｘ１を形成する材料のニッケル含有量が減少される。

なお、図１に示すように、ニッケル箔Ｙが平面シートである場合には、必要とされるニッケル箔Ｙの重量割合に比例してロウ付け用シートＳ１全体におけるニッケル箔Ｙの厚みが変化する。
しかしながら、このような場合には、ロウ付け用シートＳ１の厚みがニッケル箔Ｙの重量割合に依存して決定されてしまう。これに対して、図３に示すパンチ孔（貫通孔）が形成されたニッケル箔Ｙや図４に示す複数の貫通領域（貫通孔）を有する金網状のニッケル箔Ｙ、または図５に示す凸部（凹凸部）が形成されたニッケル箔Ｙを用いることによって、ニッケル箔Ｙの厚みの変化を抑制しながらニッケル箔Ｙの重量割合を大きく変化させることができる。また、凸部に代えて凹部が形成されていても良い。
したがって、ニッケル箔Ｙとして、例えば図３〜図５に示されるような加工されたニッケル箔を好適に選択することによって、ロウ付け用シートＳ１の厚みを任意に設定することが可能となる。

また、図２に示すように、ニッケル箔Ｙの重量割合に応じて、固着層Ｘ１を形成する材料における成分の重量割合も変化する。しかしながら、その重量割合によっては、最適な固着層Ｘ１を形成する材料を用意することが困難な場合もある。
また、後に詳説するが、固着層Ｘ１は、固着層Ｘ１を形成する材料からなる粉末をニッケル箔Ｙに圧着させて加熱処理することによって形成される。そして、固着層Ｘ１を形成する材料における成分の重量割合によっては、ニッケル箔に圧着することが困難な場合もある。
このため、ニッケル箔Ｙの厚みを変化させることができないような場合には、ロウ付け用シートＳ１を図３〜図５に示されるように加工して、ロウ付け用シートＳ１に対するニッケル箔Ｙの重量割合を変化させることで、好適な成分の重量割合とされた固着層Ｘ１の形成材料を用いることができる。
一例としては、図２に示すＮｉ箔５０ｗｔ％のニッケル箔Ｙと、ニッケル（Ｎｉ）が５８．６ｗｔ％、クロム（Ｃｒ）が２７．１ｗｔ％、シリコン（Ｓｉ）が１４．３ｗｔ％とされた固着層Ｘ１を形成する材料とのみしか手元にない場合には、ニッケル箔Ｙにパンチ孔を形成してその重量割合を減少させることによって、手元にある固着層Ｘ１を形成する材料を用いることができる。

なお、ニッケル箔Ｙと固着層Ｘ１との界面を含む領域は、ニッケルと所望のロウ材組成からニッケル箔Ｙが含有するニッケルを除いた材料が融合することによってロウ材組成となっている。
このため、ロウ付け用シートＳ１のニッケル箔Ｙと固着層Ｘ１との界面を含む領域は、ロウ材組成の融点温度以上に加温されることによって溶融する。そして、ニッケル箔Ｙと固着層Ｘ１との界面を含む領域が溶融することによって、その周囲も溶融する。このため、ロウ付け用シートＳ１は、ニッケル箔Ｙと固着層Ｘ１とが融合して生成されたロウ材組成の融点以上の温度で加熱することによって、ロウ付け接合に用いることができる。つまり、ニッケル箔Ｙと固着層Ｘ１との融点が、ロウ材組成の融点よりも高い場合であっても、ロウ材組成の融点まで加温すればロウ付け用シートＳ１を溶融してロウ付け接合を行うことができる。

このような構成を有する本実施形態のロウ付け用シートＳ１によれば、ニッケル箔Ｙを形成する材料であるニッケルと、固着層Ｘ１を形成する材料とが融合した領域（ニッケル箔Ｙと固着層Ｘ１との界面を含む領域）は、少なくともロウ材組成となる。このため、ロウ材組成の融点に達した加熱処理を行うことによって、ロウ付け用シートにて部材同士のロウ付け接合を行うことが可能となる。
このようなロウ付け用シートによれば、上述のように、ニッケル箔Ｙを形成する材料としてニッケルを選択し、固着層Ｘ１を形成する材料として所望のロウ材組成からニッケル箔Ｙが含むニッケルを除いた材料を選択した。これによって、ロウ付け用シートにアモルファス材料やペースト材料を用いる必要がなくなるため、安価でかつ加工性が良く、さらには加熱によって炭化材料が発生しないロウ付け用シートとすることができる。

そして、本実施形態のロウ付け用シートＳ１は、例えば触媒を担持する部材を設置箇所にロウ付け接合する場合等に好適に用いることができる。

続いて、本実施形態のロウ付け用シートの製造方法について図６を参照して説明する。
図６は、ロウ付け用シートの製造装置Ｄ１の概略構成図である。この図に示すように、製造装置Ｄ１は、ホッパ１と、ベルトフィーダ２と、圧延ローラ３と、プーリ４と、加熱炉５と、回収ローラ６とを備えている。

ホッパ１は、固着層Ｘ１を形成する材料からなる粉末Ｘを収容すると共に粉末Ｘをベルトフィーダ２に供給するように構成されている。

ベルトフィーダ２は、粉末Ｘを搬送し、圧延ローラ３上から下方に粉末Ｘを落下させることによって、圧延ローラ３の周面（後述する圧延ローラ３Ａの周面）に粉末Ｘを供給する構成となっている。

圧延ローラ３は、一対の圧延ローラ３Ａと圧延ローラ３Ｂとによって構成されている。圧延ローラ３Ａがベルトフィーダ２の下方に位置されるように配置されている。この圧延ローラ３は、不図示の回転駆動機構により回転駆動されることによって、ベルトフィーダ２を介して供給される粉末Ｘと上方から挿通されるニッケル箔Ｙとを圧延ローラ３Ａと圧延ローラ３Ｂとの間において圧延する構成となっている。
そして、圧延ローラ３は、圧延ローラ３Ａ，３Ｂ間においてニッケル箔Ｙ及び粉末Ｘを圧着し、これによってニッケル箔Ｙの一方側の面に、粉末Ｘからなる粉末層を形成する。

プーリ４は、圧延ローラ３の下方に配置されており、圧延ローラ３によって粉末Ｘが一方側の面に圧着されたニッケル箔Ｙを水平方向に案内するように構成されている。

加熱炉５は、一方側の面に配置された粉末Ｘをニッケル箔Ｙごと、ニッケル箔Ｙの融点及び粉末Ｘの融点よりも低い温度で加熱することによって粉末Ｘを焼結させるものである。これによって、ニッケル箔Ｙの一方側の面における粉末層（粉末Ｘからなる層）が焼結し、その後冷却されることによってロウ材組成を有する固着層Ｘ１とされる。

回収ローラ６は、加熱炉５から排出されたニッケル箔Ｙ（すなわちロウ付け用シート）を巻き取ることによって回収するものである。

このような製造装置Ｄ１では、ホッパ１に収容された粉末Ｘをベルトフィーダ２によって圧延ローラ３Ａの周面に供給する。
圧延ローラ３Ａの周面に供給された粉末Ｘは、圧延ローラ３Ａの回転駆動によって、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの間に供給され、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの間に上方から下方へ挿通されて搬送されるニッケル箔Ｙの一方側の面に圧着されて配置される（圧着工程）。

粉末Ｘが圧着されたニッケル箔Ｙは、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの下方に位置する加熱炉５にプーリ４を介して挿入されて加熱処理される（熱処理工程）。
そして、本実施形態においては、ニッケル箔Ｙを加熱する際に、ニッケル箔Ｙの融点及び粉末Ｘの融点よりも低い温度で加熱し、その加熱時間を短時間とする。この結果、粉末Ｘが焼結されて固着層Ｘ１が形成される。

そして、固着層Ｘ１が形成されたニッケル箔Ｙ（すなわちロウ付け用シート）が回収ローラ６によって巻き取られることによって回収される。

以上のような本実施形態のロウ付け用シートの製造方法によれば、ニッケル箔Ｙの一方側の面に固着層Ｘ１が形成されたロウ付け用シートＳ１を製造することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係るロウ付け用シート及びロウ付け用シートの製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、図２を用いてロウ付け用シートが全体としてＢｎｉ−５の組成を有する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ロウ付け用シートが全体としてＢｎｉ−１〜７の組成を有するように構成することもできる。
このような場合であっても、固着層Ｘ１を形成する材料の成分の重量割合は、ロウ付け用シートに求められるロウ材組成から、ニッケル箔Ｙに含まれるニッケルを除いたものとなる。

また、ロウ付け用シートが全体としてニッケルロウ材（Ｂｎｉ−１〜７）であるものに限られず、リン銅ロウ材（ＢｃｕＰ−１，２）、アルミニウムロウ材（ＢＡｌＳｉ）あるいはマグネシウムロウ材（ＢＭｇ）であっても良い。
そして、例えばロウ付け用シートが全体としてリン銅ロウ材組成を有する場合には、上記ニッケル箔の代わりに銅箔を用い、固着層を形成する材料としてリン銅ロウ材組成から銅箔に含まれる銅を除いた材料を用いることとなる。
また、例えばロウ付け用シートが全体としてアルミニウムロウ材組成を有する場合には、上記ニッケル箔の代わりにアルミニウム箔を用い、固着層を形成する材料としてアルミニウムロウ材組成からアルミニウム箔に含まれるアルミニウムを除いた材料を用いることとなる。
また、例えばロウ付け用シートが全体としてマグネシウムロウ材組成を有する場合には、上記ニッケル箔の代わりにマグネシウム箔を用い、固着層を形成する材料としてマグネシウムロウ材組成からマグネシウム箔に含まれるマグネシウムを除いた材料を用いることとなる。

また、上記実施形態においては、ニッケル箔Ｙの一方側の面のみに固着層Ｘ１が形成された構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ニッケル箔Ｙの両方側の面に各々固着層が形成されていても良い。この場合には、各固着層の厚みは、その合計の厚さが上記実施形態の固着層Ｘ１の厚さとなるように設定される。

また、上記実施形態においては、圧延ローラによって粉末が圧着されたニッケル箔を連続的に加熱処理する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば圧延ローラによって粉末が圧着されたニッケル箔を切断し、別途バッチ炉（真空炉）にて加熱処理する構成を採用しても良い。

また、ロウ付け用シートの製造方法の一工程として、ニッケル箔Ｙを形成する工程を別途行っても良い。
このような場合には、ニッケル板を圧延することによってニッケル箔Ｙを形成したり、ニッケル粉末を圧延することによってニッケル箔Ｙを形成することができる。
そして、さらには必要に応じてニッケル箔Ｙを加工する工程を行っても良い。

また、上記実施形態においては、粉末が圧着されたニッケル箔に対して、ニッケル箔Ｙの融点及び粉末Ｘの融点よりも低い温度で加熱し、その加熱時間を短時間する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ニッケル箔Ｙの融点よりも低く粉末Ｘの融点よりも高い温度で加熱処理しても良い。また、加熱時間を長時間としても良い。
ただし、このような場合には、ニッケル箔Ｙと粉末Ｘ（固着層を形成する材料）との融合が進み、ロウ材組成のみからなるロウ付け用シートが製造される。
このようなロウ材組成のみからなるロウ付け用シートも、上記実施形態のロウ付け用シートと同様に、安価でかつ加工性が良く、さらには加熱によって炭化材料が発生しないロウ付け用シートとなる。

本発明の一実施形態であるロウ付け用シートの斜視図である。 本発明の一実施形態であるロウ付け用シートにおいてニッケル箔の重量割合を変化させた場合における、固着層Ｘ１を形成する材料における成分の重量割合の変化を示した表である。 本発明の一実施形態であるロウ付け用シートが有するニッケル箔の変形例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態であるロウ付け用シートが有するニッケル箔の変形例を示す平面図である。 本発明の一実施形態であるロウ付け用シートが有するニッケル箔の変形例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態であるロウ付け用シートを製造する製造装置の概略構成を模式的に示した図である。

符号の説明

Ｓ１……ロウ付け用シート、Ｙ……ニッケル箔（第１層部材）、Ｘ１……固着層（第２層部材）

Claims (5)

1. 第１材料からなるシート状の第１層部材の少なくとも一方側の面に対して、少なくとも前記第１材料と融合することによってロウ材組成となる第２材料からなる粉末を圧着する圧着工程と、
   前記圧着工程にて前記粉末が圧着された前記第１層部材を加熱処理する熱処理工程と
   を有することを特徴とするロウ付け用シートの製造方法。
2. 前記熱処理工程において、前記第１材料の融点より低く、前記第２材料の融点より高い温度で前記第１層部材を加熱処理することを特徴とする請求項１記載のロウ付け用シートの製造方法。
3. 前記熱処理工程において、前記第１材料の融点及び前記第２材料の融点よりも低い温度で前記第１層部材を加熱処理することを特徴とする請求項１記載のロウ付け用シートの製造方法。
4. 前記第１材料がニッケルで前記第１層部材がニッケル箔であり、前記第２材料が前記ロウ材組成から前記第１層部材が含有するニッケルを除いた材料からなることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のロウ付け用シートの製造方法。
5. 前記第１層部材が貫通孔あるいは凹凸部を備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のロウ付け用シートの製造方法。

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