JP7033984B2

JP7033984B2 - アルミニウム構造体及びその製造方法

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Publication number: JP7033984B2
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Inventors: 哲郎秦; 知樹山吉; 裕柳川; 泰裕八木田
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Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
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Description

本発明は、アルミニウム構造体及びその製造方法に関する。

アルミニウム構造体は、熱伝導率が高い、軽量である等の種々の利点を活かし、機械用部品や熱交換器等の用途に使用されている。アルミニウム構造体は、アルミニウム合金からなる複数の部品を有している。これらの部品は、ろう付によって互いに接合されていることがある。

この種のアルミニウム構造体の例として、特許文献１には、熱交換器本体と、カラーと、接続パイプとをろう付によって接合してなる熱交換器が記載されている。特許文献１の熱交換器においては、熱交換器本体に形成された接続筒体の外周部にカラーが嵌合され、更に、このカラーの内周部に接続パイプが嵌合されている。カラーは、接続筒体を収容する本体と、本体の先端に設けられ、熱交換器本体の外壁に沿って延出したつばと、を有している。カラーと熱交換器本体との間の隙間は、接続筒体の径方向の断面においてＬ字状を呈しており、この隙間にろう材が充填されている。

アルミニウム合金からなる部品同士をろう付するに当たっては、部品同士の間に予めろう材とフラックスとを介在させ、加熱によってろう材を溶融させる方法を採用することができる。また、心材の片面または両面にろう材が積層された、いわゆるブレージングシートを用いて部品を作製し、この部品と他の部品とをろう付する方法も多用されている。フラックスとしては、例えば、フルオロアルミン酸カリウムなどのフッ化物系フラックスが使用されている。

特開２００２－１９５７８７号公報

アルミニウム構造体において、各部品を構成するアルミニウム合金の化学成分は、当該部品に要求される機能を満足するように選択されている。例えば、アルミニウム構造体としての自動車用熱交換器等に組み込まれる部品は、熱交換器の軽量化を目的として比較的強度の高いアルミニウム合金から構成されていることがある。

高強度のアルミニウム合金には、強度を向上させるために、比較的多量のＭｇ（マグネシウム）が含まれていることがある。アルミニウム合金中のＭｇ（マグネシウム）は、ろう付時にフッ化物系フラックスと反応しやすい。そのため、フラックスを用いてＭｇを含むアルミニウム合金からなる部品同士のろう付を行う場合、Ｍｇとフラックスとの反応によってフラックスが消費され、ろう材表面の酸化皮膜が破壊されにくくなる。更に、この場合には、Ｍｇとフラックスとの反応により、部品の表面に反応生成物が形成される。この反応生成物は、溶融ろうの流動性を低下させるおそれがある。

このように、フッ化物系フラックスを用いてＭｇを含むアルミニウム合金からなる部品のろう付を行う場合には、Ｍｇとフラックスとの反応によりろう付性の悪化を招きやすいという問題がある。特に、特許文献１に記載されたようなＬ字状の隙間にろう材を充填してろう付を行おうとする場合には、当該隙間内に気泡等の接合欠陥が形成されやすい。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、Ｍｇを含むアルミニウム合金からなる部品同士の接合欠陥を低減することができるアルミニウム構造体及びその製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、平坦面を備えたベース部と、前記ベース部の前記平坦面に立設された立設部と、を有し、Ｍｇ（マグネシウム）：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる被接合部材を準備し、
Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる心材と、Ｓｉ（シリコン）：４．０～１３．０質量％を含有するアルミニウム合金からなり前記心材の片面上に積層されたろう材と、を有するブレージングシートを準備し、
前記被接合部材の前記平坦面及び前記ブレージングシートの前記心材のうち少なくとも一方にフラックスを塗布し、
前記被接合部材と前記ブレージングシートとを、前記ベース部と前記心材とが前記フラックスを介して積層され、かつ、前記心材及び前記ろう材の両方と前記立設部とが対面するように配置して、前記立設部と前記心材との隙間が０．２ｍｍ以下である組立体を作製し、
前記組立体を加熱することにより、前記被接合部材と前記ブレージングシートとの隙間に溶融ろうを引き込んで前記被接合部材と前記ブレージングシートとをろう付する、
アルミニウム構造体の製造方法にある。

本発明の他の態様は、平坦面を備えたベース部と、前記平坦面から立設された立設部と、を有し、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる第１部材と、
Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなり、ろう材を介して前記第１部材の前記ベース部と前記立設部との両方に接合された第２部材と、を有し、
前記ベース部と前記第２部材との積層方向から視た平面視において前記第２部材と前記ベース部の前記平坦面とが重なっている領域の面積を１００％とした場合に、当該領域内に存在する前記ろう材の面積率が７０％以上であり、
前記第１部材の前記ベース部は前記平坦面の周囲に連なるテーパ面を有しており、前記テーパ面は、前記立設部から遠ざかるほど前記第２部材との隙間が大きくなるように傾斜している、アルミニウム構造体にある。
本発明のさらに他の態様は、平坦面を備えたベース部と、前記平坦面から立設された立設部と、を有し、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる第１部材と、
Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなり、ろう材を介して前記第１部材の前記ベース部と前記立設部との両方に接合された第２部材と、を有し、
前記ベース部と前記第２部材との積層方向から視た平面視において前記第２部材と前記ベース部の前記平坦面とが重なっている領域の面積を１００％とした場合に、当該領域内に存在する前記ろう材の面積率が７０％以上であり、
前記第１部材の前記立設部は前記第２部材よりも突出している、アルミニウム構造体にある。

前記アルミニウム構造体の製造方法においては、被接合部材の平坦面及びブレージングシートの心材のうち少なくとも一方にフラックスを塗布した後、被接合部材とブレージングシートとを前述のごとく配置することにより、組立体を作製する。組立体における被接合部材とブレージングシートとの間には、ベース部及び立設部に沿って隙間が形成される。この隙間は、被接合部材のベース部とブレージングシートとの積層方向の断面においてＬ字状を呈しており、立設部側及びベース部側の両方に開口を有している。

前記の構成を有する組立体を加熱することにより、被接合部材とブレージングシートとのろう付を行う。ろう付の初期段階においては、まず、フラックスが溶融する。加熱によって溶融したフラックスは、被接合部材とブレージングシートとの隙間内に濡れ広がりながら、これらの表面に存在する酸化皮膜を破壊する。この際、未反応のフラックスが心材中のＭｇや被接合部材中のＭｇと反応することにより、ベース部と心材との間、及び、立設部と心材との間にＭｇとフラックスとの反応生成物が形成される。

フラックスの溶融が始まった後、ブレージングシートのろう材が溶融する。このとき、前述したように、被接合部材の立設部及びブレージングシートの心材の表面に存在する酸化皮膜はフラックスによって破壊されている。そのため、心材上の溶融ろうは、立設部側の開口から被接合部材とブレージングシートとの隙間内に容易に進入することができる。

また、前記組立体においては、立設部と心材との隙間の大きさ、つまり、立設部から心材までの距離が前記特定の範囲内となるようにブレージングシートが配置されている。これにより、立設部側の開口から隙間内に進入した溶融ろうを表面張力によって隙間の奥、つまりベース部側へ引き込むことができる。

更に、被接合部材とブレージングシートとを前述のごとく配置することにより、両者の間に浸入した溶融ろうを、立設部側の開口からベース部側の開口へ向かって一方向に流動させることができる。そのため、Ｍｇとフラックスとの反応生成物を溶融ろうの流動によって押し流し、隙間の外部へ容易に排出することができる。それ故、Ｍｇとフラックスとの反応生成物によるろう付性の低下を抑制することができる。

以上の結果、前記の態様の製造方法によれば、Ｍｇを含むアルミニウム合金からなる部品を有するアルミニウム構造体において、部品同士の接合欠陥を低減することができる。

実施例１における、アルミニウム構造体としての熱交換器の斜視図である。実施例１における、熱交換器の平面図である。図２のIII－III線矢視断面図である。図３における、アダプタの拡大図である。図４のV－V線矢視断面図である。実施例１における、アダプタの斜視図である。実施例１における、組立体の被接合部材近傍の一部断面図である。実施例１の組立体をろう付する際の、溶融ろうの流れを示す説明図である。

前記アルミニウム構造体の製造方法において、被接合部材は少なくともベース部及び立設部を有していればよく、ベース部及び立設部以外の部分の形状は、特に限定されることはない。つまり、被接合部材は、ベース部の平坦面と、当該平坦面に連なる立設部の表面とによって構成される段部を有していればよい。この段部には、ブレージングシートが前記の態様で配置される。

被接合部材は、ベース部の周囲に連なるテーパ面を有しており、テーパ面は、立設部から遠ざかるほど立設部の立設方向とは反対側に後退するように傾斜していてもよい。この場合には、被接合部材とブレージングシートとの隙間内を流動し、ベース部側の開口まで到達した溶融ろうがテーパ面に濡れ広がりやすくなる。そして、溶融ろうがテーパ面に濡れ広がることにより、被接合部材とブレージングシートとの隙間内の溶融ろうをベース部側の開口へ向かって吸い上げることができる。そのため、被接合部材とブレージングシートとの隙間内に存在する気泡や反応生成物が溶融ろうの流動によって隙間の外部へより排出されやすくなる。以上の結果、被接合部材と心材との接合欠陥をより低減することができる。

被接合部材は、例えば６０００系アルミニウム合金などの、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金から構成されている。被接合部材中のＭｇ量を０．４０質量％以上とすることにより、被接合部材の強度を向上させ、被接合部材を容易に軽量化することができる。被接合部材中のＭｇの含有量が０．４０質量％未満の場合には、被接合部材の軽量化が難しくなる。

被接合部材の強度をより高める観点からは、被接合部材中のＭｇの含有量を多くすることが好ましい。しかし、被接合部材中のＭｇの含有量が多くなると、ろう付中に、Ｍｇとフラックスとの反応による反応生成物が多量に形成されやすくなる。その結果、ろう付性の低下を招き、ベース部と心材との間に気泡等の接合欠陥が形成されやすくなる。反応生成物によるろう付性の低下を回避する観点から、被接合部材中のＭｇの含有量は１．０質量％以下とする。同様の観点から、Ｍｇの含有量を０．８０質量％以下とすることが好ましい。

被接合部材を構成するアルミニウム合金は、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含み、残部がＡｌ（アルミニウム）及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。不可避的不純物としては、例えば、０．０５０質量％未満のＭｎ（マンガン）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）等がある。

被接合部材を構成するアルミニウム合金は、必須成分としてのＭｇ以外に、Ｍｎ：０．０５０～１．３質量％、Ｓｉ：０．１０～１．０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．９０質量％、Ｆｅ：０．０５０～１．０質量％、Ｔｉ（チタン）：０．０５０～０．２０質量％、Ｚｒ（ジルコニウム）：０．０５０～０．５０質量％のうち１種または２種以上を更に含んでいてもよい。

これらの元素は、被接合部材の強度を向上させる作用を有している。しかし、これらの元素の含有量が過度に多くなると、被接合部材の製造性の悪化を招くおそれがある。従って、これらの元素の含有量を前記特定の範囲とすることにより、被接合部材の製造性の悪化を回避しつつ強度を向上させることができる。その結果、アルミニウム構造体の軽量化をより容易に行うことができる。

ブレージングシートは、心材と、心材の片面上に積層されたろう材と、を有している。ブレージングシートは、例えば、心材の片面にろう材が積層された片面ブレージングシートであってもよいし、心材の一方の面にろう材が積層され、他方の面に犠牲陽極材が積層された両面ブレージングシートであってもよい。また、例えば、心材とろう材との間に、これらとは異なる化学成分を有するアルミニウム合金からなる中間材が介在していてもよい。

ブレージングシートの心材は、例えば６０００系アルミニウム合金などの、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金から構成されている。心材中のＭｇ量を０．４０質量％以上とすることにより、ブレージングシートの強度を向上させ、ブレージングシートを容易に薄肉化することができる。その結果、アルミニウム構造体をより軽量化することができる。心材中のＭｇの含有量が０．４０質量％未満の場合には、ブレージングシートの薄肉化が難しくなる。

ブレージングシートの強度をより高める観点からは、心材中のＭｇの含有量を多くすることが好ましい。しかし、心材中のＭｇの含有量が多くなると、ろう付中に、Ｍｇとフラックスとの反応による反応生成物が多量に形成されやすくなる。その結果、ろう付性の低下を招き、ベース部と心材との間に気泡等の接合欠陥が形成されやすくなる。反応生成物によるろう付性の低下を回避する観点から、心材中のＭｇの含有量は１．０質量％以下とする。同様の観点から、Ｍｇの含有量を０．８０質量％以下とすることが好ましい。

心材を構成するアルミニウム合金は、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。不可避的不純物としては、例えば、０．０５０質量％未満のＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ等がある。

心材を構成するアルミニウム合金は、必須成分としてのＭｇ以外に、Ｍｎ：０．０５０～１．３質量％、Ｓｉ：０．１０～１．０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．９０質量％、Ｆｅ：０．０５０～１．０質量％、Ｔｉ：０．０５０～０．２０質量％、Ｚｒ：０．０５０～０．５０質量％のうち１種または２種以上を更に含んでいてもよい。

これらの元素は、心材の強度を向上させる作用を有している。しかし、これらの元素の含有量が過度に多くなると、心材の製造性の悪化を招くおそれがある。従って、これらの元素の含有量を前記特定の範囲とすることにより、心材の製造性の悪化を回避しつつ強度をより向上させることができる。その結果、アルミニウム構造体の軽量化をより容易に行うことができる。

心材を構成するアルミニウム合金は、必須成分としてのＭｇ以外に、Ｚｎ（亜鉛）：０．５～６．５質量％を更に含んでいてもよい。心材中に前記特定の範囲のＺｎを添加することにより、心材の耐食性をより向上させることができる。

ブレージングシートにおける心材の片面には、ろう材が積層されている。ろう材は、Ｓｉ：４．０～１３．０質量％を含むアルミニウム合金から構成されている。ろう材を構成するアルミニウム合金は、Ｓｉ：４．０～１３．０質量％を含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有していてもよい。不可避的不純物としては、例えば、０．０５０質量％未満のＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ等がある。

また、ろう材を構成するアルミニウム合金は、必須成分としてのＳｉ以外に、Ｂｅ（ベリリウム）：０．００４０～０．１０質量％、Ｂｉ（ビスマス）：０．０１０～０．３０質量％、Ｌｉ（リチウム）：０．００４０～０．１０質量％のうち１種または２種以上を含んでいてもよい。ろう材中にこれらの元素を添加することにより、ろう材表面に予めフラックスを塗布することなく、ろう付加熱中にろう材表面の酸化皮膜を破壊することができる。そのため、フラックスの使用量をより低減し、Ｍｇとフラックスとの反応生成物によるろう付性の低下をより確実に回避することができる。

ろう材中に含まれるＭｇの含有量は、０．１０質量％未満であることが好ましい。この場合には、ろう材中のＭｇとフラックスとの反応を抑制し、ひいては反応生成物の量をより低減することができる。その結果、Ｍｇとフラックスとの反応生成物によるろう付性の低下をより確実に回避することができる。

前記製造方法においては、前述の構成を有する被接合部材とブレージングシートとを準備した後、被接合部材の平坦面及びブレージングシートの心材のうち少なくとも一方にフラックスを塗布する。この際、必要に応じて、ブレージングシートのろう材にフラックスを塗布してもよい。また、ブレージングシートに被接合部材とは異なる部材を更に接合しようとする場合には、当該部材にフラックスを塗布することもできる。

なお、ろう材中にＢｅ：０．００４０～０．１０質量％及びＢｉ：０．０１～０．３０質量％、Ｌｉ：０．００４０～０．１０質量％、のうち１種または２種以上が含まれている場合には、フラックスを塗布することなく、ブレージングシートと被接合部材以外の部材とをろう付により接合することができる。

フラックスとしては、Ｃｓ（セシウム）を含有するフラックスを使用することが好ましい。かかるフラックスとしては、例えば、フルオロアルミン酸セシウムなどのＣｓ－Ａｌ－Ｆ系化合物を含むフラックスを使用することができる。Ｃｓを含有するフラックスは、フルオロアルミン酸カリウム等の従来多用されている非腐食性フラックスに比べてＭｇとの反応が起こりにくい。そのため、Ｃｓを含有するフラックスを使用することにより、Ｍｇとフラックスとの反応生成物の量をより低減することができる。その結果、Ｍｇとフラックスとの反応生成物によるろう付性の低下をより確実に回避することができる。

フラックスは、全固形分を１００質量％としたときに、１３～５８質量％のＣｓを含有していることが好ましい。この場合には、被接合部材と心材とのろう付性をより向上させることができる。

被接合部材及びブレージングシートの少なくとも一方にフラックスを塗布した後、被接合部材とブレージングシートとを、ベース部と心材とがフラックスを介して積層され、かつ、心材及びろう材の両方と立設部とが間隔をあけて対面するように配置して、組立体を作製する。

なお、心材は、立設部と局所的に当接していてもよいし、心材の全体が立設部から離隔していてもよい。しかし、心材の全体が立設部に密着している場合、つまり、被接合部材とブレージングシートとの隙間が立設部側に開口していない場合には、溶融ろうが当該隙間内に進入しにくいため、被接合部材とブレージングシートとのろう付を行うことができない。従って、心材の少なくとも一部を立設部から離隔して配置し、前記隙間を立設部側に開口させる必要がある。

ブレージングシートを被接合部材の段部に配置する際、被接合部材の立設部とブレージングシートの心材との隙間の大きさ、つまり、立設部から心材までの距離は０．２ｍｍ以下とする。組立体における立設部と心材との隙間の大きさを０．２ｍｍ以下とすることにより、立設部側の開口から被接合部材とブレージングシートとの隙間内に進入した溶融ろうを、表面張力によってベース部側の開口へ向かって流動させることができる。その結果、溶融ろうを被接合部材と心材との隙間に充填することができる。被接合部材のベース部と心材との間の接合欠陥をより低減する観点からは、立設部と心材との隙間の大きさを０．１５ｍｍ以下にすることがより好ましい。

立設部と心材との隙間の大きさが０．２ｍｍを超える場合には、前述の隙間に進入した溶融ろうに作用する表面張力が小さくなる。そのため、溶融ろうを立設部と心材との隙間の奥まで引き込み、ベース部と心材との隙間まで到達させることが難しい。それ故、この場合には、ベース部と心材との間に接合欠陥が生じやすくなり、ろう付性の低下を招くおそれがある。

前述した組立体を作製するに当たっては、被接合部材とブレージングシートとを、立設部がろう材よりも突出するように配置してもよい。この場合には、ろう付の際に溶融ろうが立設部に突き当たり、立設部側の開口から被接合部材とブレージングシートとの隙間内に進入しやすくなる。そのため、隙間内に進入する溶融ろうの量をより多くし、被接合部材とブレージングシートとのろう付性をより向上させることができる。

組立体のろう付を行う際の加熱温度は、例えば、５８５～６２０℃の範囲から適宜設定することができる。加熱温度が５８５℃未満の場合には、溶融ろうの流動性が低くなるため、ろう付性の悪化を招くおそれがある。加熱温度が６２０℃を超える場合には、ろう付加熱中に、被接合部材やブレージングシートの心材が局所的に溶融する、いわゆるエロージョンが発生し、ろう付不良となるおそれがある。ろう付を行う際の昇温速度は特に限定されることはないが、昇温中における組立体の不要な酸化を抑制するため、所定の加熱温度に到達するまでの昇温速度が速い方が好ましい。

また、ろう付を行う際の雰囲気は、大気雰囲気であってもよいし、不活性ガス雰囲気であってもよい。ろう付加熱中における組立体の不要な酸化を抑制する観点からは、不活性ガス雰囲気中でろう付を行うことが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、窒素とアルゴンとの混合ガス等を使用することができる。また、不活性ガス雰囲気中でろう付を行う場合には、例えば、不活性ガス中の酸素濃度を１００体積ｐｐｍ以下、より好ましくは５０体積ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

このようにして組立体を加熱することにより、被接合部材とブレージングシートの心材との隙間内にろう材が引き込まれ、被接合部材とブレージングシートの心材とがろう付される。ろう付後のアルミニウム構造体においては、組立体における被接合部材が第１部材となり、ブレージングシートの心材が第２部材となる。

つまり、組立体をろう付してなるアルミニウム構造体は、ベース部と、平坦面から立設された立設部と、を有し、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる第１部材と、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなり、ろう材を介して第１部材のベース部と立設部との両方に接合された第２部材と、を有している。また、ベース部と第２部材との積層方向から視た平面視において第２部材とベース部の平坦面とが重なっている領域の面積を１００％とした場合に、当該領域内に存在するろう材の面積率が７０％以上となる。

ろう材の面積率は、例えば、超音波映像装置を用いて取得したベース部と第２部材との間に存在するろう材の断層画像に基づいて算出することができる。即ち、超音波映像装置によって取得した断層画像においては、ベース部と第２部材との間にろう材が存在している部分と、ろう材が存在していない部分とが異なる明るさで表示される。そのため、ろう材が存在する部分とろう材が存在しない部分との境界が維持されるように断層画像を二値化した後、ろう材が存在している部分の面積を第２部材とベース部の平坦面とが重なっている領域の面積で除することにより、ろう材の面積率を算出することができる。

（実施例１）
前記アルミニウム構造体の製造方法の実施例について、図１～図８を用いて説明する。本例においては、アルミニウム構造体１としての熱交換器１０の製造方法を説明する。本例の熱交換器１０は、図１に示すように、発熱体が搭載される発熱体搭載面１１（図３参照）と、発熱体を冷却するための冷媒を流通させる冷媒流路１２（図３参照）と、を備えたジャケット３０と、ジャケット３０に接合され、冷媒を循環させる循環装置の配管に冷媒流路１２を接続するためのアダプタ２０と、を有している。

図３に示すように、ジャケット３０は、一面が開口した箱状を呈するジャケット本体部３１と、発熱体搭載面１１を備えジャケット本体部３１の開口を覆う蓋部３２と、を有している。ジャケット本体部３１と蓋部３２との間には、冷媒流路１２が形成されている。

本例のアルミニウム構造体１における第１部材２はアダプタ２０であり、第２部材３はジャケット本体部３１である。つまり、アダプタ２０は、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金から構成されている。図４及び図６に示すように、アダプタ２０は、平坦面２１１を備えたベース部２１と、平坦面２１１から立設された立設部２２と、を有している。より具体的には、本例のアダプタ２０は、具体的には、Ａ６０６３合金から構成されている。

ジャケット本体部３１は、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金から構成されている。図４に示すように、ジャケット本体部３１は、ろう材４を介してアダプタ２０のベース部２１と立設部２２との両方に接合されている。本例のジャケット本体部３１は、具体的には、Ａ６０６３合金から構成されている。

図５に示すように、アダプタ２０のベース部２１とジャケット本体部３１との積層方向から視た平面視においてジャケット本体部３１とベース部２１の平坦面２１１とが重なっている領域Ｓの面積を１００％とした場合に、当該領域Ｓ内に存在するろう材４の面積率は７０％以上である。

以下、熱交換器１０の構成及びその製造方法を詳説する。図２及び図３に示すように、熱交換器１０のジャケット３０は、ジャケット本体部３１と蓋部３２との積層方向から視た平面視において長方形状を呈している。図３に示すように、ジャケット本体部３１は、蓋部３２に対面して配置された底壁部３１１と、底壁部３１１の周縁に配置され、蓋部３２側へ突出した側壁部３１２と、側壁部３１２の端縁から外方へ延出した鍔部３１３と、を有している。図には示さないが、鍔部３１３は、ろう材４を介して蓋部３２に接合されている。

本例の熱交換器１０における冷媒流路１２は、ジャケット本体部３１の底壁部３１１及び側壁部３１２と、蓋部３２とによって囲まれた空間である。図２に示すように、冷媒流路１２は、ジャケット本体部３１と蓋部３２との積層方向から視た平面視において長方形状を呈している。図３及び図４ジャケット本体部３１の底壁部３１１における、冷媒流路１２の長手方向の両端には、冷媒流路１２内に冷媒を供給し、または、冷媒流路１２から冷媒を導出する冷媒導排口３１４が設けられている。本例の冷媒導排口３１４は、直径１０．２ｍｍの円形を呈している。

また、図３に示すように、本例の熱交換器１０における発熱体搭載面１１は、蓋部３２の外表面に設けられている。

図４及び図６に示すように、アダプタ２０は、平坦面２１１を備えたベース部２１と、ベース部２１の平坦面２１１から立設され、ジャケット本体部３１の冷媒導排口３１４内に挿入された立設部２２と、ベース部２１及び立設部２２を貫通する連通孔２３と、を有している。本例の立設部２２は直径１０ｍｍの円筒状を呈している。平坦面２１１は立設部２２の周囲に配置されており、立設部２２の立設方向から視た平面視において、幅２ｍｍの円環状を呈している。

本例のベース部２１は、更に、平坦面２１１の周囲に連なるテーパ面２１２を有している。テーパ面２１２は、図４に示すように、立設部２２から遠ざかるほど第２部材３としてのジャケット本体部３１との隙間が大きくなるように傾斜している。本例のテーパ面２１２は、立設部２２の立設方向から視た平面視において、幅１ｍｍの円環状を呈している。ベース部２１の平坦面２１１、テーパ面２１２及び立設部２２は、ろう材４を介してジャケット本体部３１に接合されている。

アダプタ２０のベース部２１には、循環装置の配管が接続される。配管から供給される冷媒は、２か所の連通孔２３及び冷媒導排口３１４のうちいずれか一方から冷媒流路１２内に流入し、冷媒流路１２において発熱体と熱交換する。発熱体と熱交換した冷媒は、他方の連通孔２３を介して熱交換器１０の外部へ排出され、循環装置へ導かれる。

本例の熱交換器１０は、以下の方法により作製することができる。まず、アダプタ２０となる被接合部材２００と、ジャケット本体部３１となるブレージングシート３１０とを準備する。アダプタ２０となる被接合部材２００は、例えば、Ａ６０６３合金からなる素材に鍛造や切削などを適宜施すことにより作製することができる。なお、被接合部材２００の形状は、アダプタ２０と同一である。つまり、被接合部材２００は、図７に示すように、平坦面２１１と、平坦面２１１の周囲に連なるテーパ面２１２とを備えたベース部２１と、ベース部２１の平坦面２１１から立設された立設部２２と、を有している。

ジャケット本体部３１となるブレージングシート３１０は、Ａ６０６３合金からなる心材３１５と、Ｓｉ：４．０～１３．０質量％を含有するアルミニウム合金からなり心材３１５の片面上に積層されたろう材４と、を有している。本例のろう材４は、より具体的には、Ｓｉ：１０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を備えたアルミニウム合金から構成されている。

前記の構成を有するブレージングシート３１０にプレス加工を施して、ジャケット本体部３１と同一の形状に成形する。本例においては、底壁部３１１及び側壁部３１２によって構成される凹状部分の外側が心材３１５となり、内側がろう材４となるように、ブレージングシート３１０にプレス加工を施す。この際、底壁部３１１に、２か所の冷媒導排口３１４を形成する。

また、本例においては、被接合部材２００及びブレージングシート３１０以外の部材を更に準備する。熱交換器１０の蓋部３２には、例えば、ジャケット本体部３１となるブレージングシート３１０と同様の心材及びろう材を有するブレージングシートを使用してもよいし、アルミニウム合金のベア材を使用してもよい。

次に、被接合部材２００の平坦面２１１及びブレージングシート３１０の心材３１５のうち少なくとも一方にフラックス５を塗布する。本例において心材３１５にフラックス５を塗布する場合には、図７に示すように、冷媒導排口３１４の周囲に塗布すればよい。フラックス５としては、例えば、フルオロアルミン酸セシウムなどのＣｓ－Ａｌ－Ｆ系化合物を含むフラックスを使用することができる。また、フラックス５中のＣｓの含有量は、１３～５８質量％の範囲から適宜選択することができる。

その後、被接合部材２００、ブレージングシート３１０及びその他の部材を所定の位置に配置して組立体１００を作製する。組立体１００を作製するに当たっては、被接合部材２００とブレージングシート３１０とを、図７に示すようにベース部２１と心材３１５とがフラックス５を介して積層され、かつ、心材３１５及びろう材４の両方と立設部２２とが対面するように配置する。

本例においては、具体的には、被接合部材２００の立設部２２を冷媒導排口３１４に挿入することにより、被接合部材２００を前記特定の配置でブレージングシート３１０に取り付けることができる。この際、立設部２２は、図７に示すように、ブレージングシート３１０のろう材４よりも蓋部３２側に突出するように配置される。

また、本例においては、立設部２２の中心軸が冷媒導排口３１４の中央を貫くようにして被接合部材２００をブレージングシート３１０に保持する。前述したように、本例の立設部２２の直径は１０ｍｍであり、冷媒導排口３１４の直径は１０．２ｍｍである。それ故、本例の配置においては、立設部２２と心材３１５との隙間の大きさｄは０．１ｍｍとなる。

このようにして被接合部材２００をブレージングシート３１０に取り付けることにより、図７に示すように、被接合部材２００とブレージングシート３１０との間に、断面形状がＬ字状を呈する隙間６が形成される。隙間６は、立設部２２側と、ベース部２１側との両側に開口している。

図には示さないが、本例においては、更に、蓋部３２となる部材と、ジャケット本体部３１となるブレージングシート３１０のろう材４とを当接させる。

以上により組立体１００を作製した後、組立体１００を加熱することによりろう付を行う。ろう付は、例えば、酸素濃度５０体積ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で行うことができる。また、ろう付は、例えば、組立体１００の温度が４５０℃に到達してから６００℃に到達するまでの時間が１５分程度となるように組立体１００を加熱した後、６００℃の温度を３分間保持する加熱条件で実施することができる。

前述の条件で組立体１００を加熱すると、ろう材４の溶融よりも先にフラックス５が溶融する。加熱によって溶融したフラックス５は、被接合部材２００とブレージングシート３１０との隙間６内に濡れ広がりながら、これらの表面に存在する酸化皮膜を破壊する。この際、未反応のフラックス５が心材３１５中のＭｇや被接合部材２００中のＭｇと反応することにより、ベース部２１と心材３１５との間、及び、立設部２２と心材３１５との間にＭｇとフラックス５との反応生成物が形成される。

フラックス５の溶融が始まった後、ブレージングシート３１０のろう材４が溶融する。このとき、被接合部材２００の立設部２２及びブレージングシート３１０の心材３１５の表面に存在する酸化皮膜は、フラックス５によって既に破壊されている。そのため、図８に示すように、心材３１５上の溶融ろう４０は、立設部２２側の開口６１から被接合部材２００とブレージングシート３１０との隙間６内に容易に進入することができる。

また、組立体１００においては、立設部２２と心材３１５との隙間６が前記特定の範囲内となるようにブレージングシート３１０が配置されている。これにより、立設部２２側の開口６１から被接合部材２００とブレージングシート３１０との隙間６内に進入した溶融ろう４０を、表面張力によって隙間６の奥、つまりベース部２１側へ引き込むことができ（図８、矢印４０１～４０３参照）。

更に、被接合部材２００とブレージングシート３１０とを前述のごとく配置することにより、両者の間に浸入した溶融ろう４０を、矢印４０１～４０３に示すように、立設部２２側の開口６１からベース部２１側の開口６２へ向かって一方向に流動させることができる。そのため、Ｍｇとフラックス５との反応生成物５１を溶融ろう４０の流動によって押し流し、隙間６の外部へ容易に排出することができる。それ故、Ｍｇとフラックス５との反応生成物５１によるろう付性の低下を抑制することができる。

また、本例の被接合部材２００は、ベース部２１の周囲に連なるテーパ面２１２を有しており、テーパ面２１２は、立設部２２から遠ざかるほど立設部２２の立設方向とは反対側に後退するように傾斜している。そのため、ベース部２１側の開口６２まで到達した溶融ろう４０がテーパ面２１２に濡れ広がることにより、被接合部材２００とブレージングシート３１０の隙間６内の溶融ろう４０をベース部２１側の開口６２へ向かって吸い上げることができる。これにより、被接合部材２００とブレージングシート３１０の隙間６内に存在する気泡や反応生成物５１が隙間６の外部へより排出されやすくなる。

以上の結果、本例の製造方法によれば、Ｍｇを含むアルミニウム合金からなる被接合部材２００とブレージングシート３１０との接合欠陥を低減することができる。

（実施例２）
本例は、被接合部材２００及びブレージングシート３１０を構成するアルミニウム合金の化学成分、及び、ブレージングシート３１０と被接合部材２００の立設部２２との隙間の大きさｄを変更する例である。なお、本例以降の実施例において使用する符号のうち既出の実施例において使用した符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の実施例において使用した符号と同一の構成要素等を示す。

被接合部材２００を構成するアルミニウム合金は、例えば、表１に示す化学成分（合金記号Ａ１～Ａ７）を有していてもよい。なお、表１中の記号「Ｂａｌ．」は、残余成分であることを示す記号であり、記号「－」は、当該成分が含まれていない、または、不可避的不純物である、のいずれかを示す記号である。

ブレージングシート３１０の心材３１５を構成するアルミニウム合金は、例えば、表２に示す化学成分（合金記号Ｂ１～Ｂ７）を有していてもよい。なお、表２中の記号「Ｂａｌ．」は、残余成分であることを示す記号であり、記号「－」は、当該成分が含まれていない、または、不可避的不純物である、のいずれかを示す記号である。

ブレージングシート３１０のろう材４を構成するアルミニウム合金は、例えば、表３に示す化学成分（合金記号Ｃ１～Ｃ２）を有していてもよい。なお、表３中の記号「Ｂａｌ．」は、残余成分であることを示す記号であり、記号「－」は、当該成分が含まれていない、または、不可避的不純物である、のいずれかを示す記号である。

前述の化学成分を備えたアルミニウム合金からなる被接合部材２００とブレージングシート３１０とを作製する。この際、ブレージングシート３１０については、プレス加工の際に形成される貫通穴の直径を１０．０ｍｍ、１０．１ｍｍ、１０．２ｍｍ、１０．３ｍｍ、１０．４ｍｍ及び１０．５ｍｍの中から選択する。これらの被接合部材２００とブレージングシート３１０とを表４に示すように組み合わせ、実施例１と同様の方法により組立体１００を作製する。組立体１００における被接合部材２００の立設部２２とブレージングシート３１０との隙間の大きさｄは、ブレージングシート３１０の冷媒導排口３１４の直径に応じて、表４に示す値となる。

これらの組立体１００を加熱してろう付を行うことにより、表４に示す２４種の熱交換器１０（試験体Ｄ１～Ｄ２４）を作製することができる。

試験体Ｄ１～Ｄ２４における、アダプタ２０（つまり、第１部材２）とジャケット本体部３１（つまり、第２部材３）とのろう付性は、ベース部２１とジャケット本体部３１との間に介在するろう材４の面積率に基づいて評価することができる。ろう材４の面積率は、例えば、以下の方法により算出することができる。

まず、超音波映像装置を用い、図５に示すような、ベース部２１と第２部材３との間に存在するろう材４の断層画像を取得する。次いで、得られた断層画像における、ろう材４が存在する部分とろう材４が存在しない部分との境界が維持されるように断層画像を二値化する。二値化後の断層画像において、ろう材４が存在している部分が比較的暗く、ろう材４が存在していない部分が比較的明るく表示されている場合には、暗く表示されている部分、つまり、ろう材４が存在している部分の面積を算出し、この面積をジャケット本体部３１とベース部２１の平坦面２１１とが重なっている領域Ｓの面積で除することにより、ろう材４の面積率を算出することができる。

試験体Ｄ１～Ｄ２４におけるベース部２１とジャケット本体部３１との間に介在するろう材４の面積率は、表４の「ろう材の面積率」欄に示すとおりである。また、表４の「ろう付性」欄には、ろう材４の面積率が８０％以上の場合には記号「Ａ」、７０％以上８０％未満の場合には記号「Ｂ」、７０％未満の場合には記号「Ｃ」を記載した。ろう付性の評価においては、ろう材４の面積率が７０％以上である記号「Ａ」及び記号「Ｂ」の場合を、接合欠陥を十分に低減できているため合格と判定し、ろう材４の面積率が７０％未満である記号「Ｃ」の場合を、接合欠陥が大きいため不合格と判定する。

表４に示す試験体Ｄ２～Ｄ５、Ｄ７～Ｄ８、Ｄ１０～Ｄ１１、Ｄ１３～Ｄ２４は、被接合部材２００及びブレージングシート３１０を構成するアルミニウム合金の化学成分が前記特定の範囲内にある。また、これらの試験体を作製するに当たっては、ブレージングシート３１０と被接合部材２００の立設部２２との隙間の大きさｄが０．２ｍｍ以下となるように両者が配置されている。それ故、ろう付の際に、ブレージングシート３１０と被接合部材２００との隙間６内の溶融ろう４０を一方向に流動させ、Ｍｇとフラックス５との反応生成物５１や気泡を隙間の外部へ排出することができる。その結果、ろう材４の面積率が７０％以上となり、ろう付性を向上させることができる。

試験体Ｄ１は、ブレージングシート３１０と被接合部材２００の立設部２２とが密着しているため、ろう付時に、ブレージングシート３１０と被接合部材２００との隙間６内に溶融ろう４０が進入しにくい。それ故、試験体Ｄ１は、ブレージングシート３１０と被接合部材２００との隙間６に進入する溶融ろう４０の量が不足し、両者のろう付をおこなうことができない。

試験体Ｄ６は、ブレージングシート３１０と立設部２２との隙間の大きさｄが広すぎるため、ブレージングシート３１０と被接合部材２００との隙間６内の溶融ろう４０に作用する表面張力が小さい。そのため、ブレージングシート３１０と被接合部材２００との隙間６内に進入した溶融ろう４０がベース部２１側の開口６２まで引き込まれにくくなる。その結果、ろう材４の面積率の低下を招く。

試験体Ｄ９は、ブレージングシート３１０の心材３１５中に含まれるＭｇの量が過度に多いため、ろう付時に形成されるＭｇとフラックス５との反応生成物５１の量が多くなる。この反応生成物５１によって溶融ろう４０の流動性が低下し、溶融ろう４０がベース部２１側の開口６２まで引き込まれにくくなる。その結果、ろう材４の面積率の低下を招く。

試験体Ｄ１２は、被接合部材２００中に含まれるＭｇの量が過度に多いため、ろう付時に形成されるＭｇとフラックス５との反応生成物の量が多くなる。この反応生成物５１によって溶融ろう４０の流動性が低下し、溶融ろう４０がベース部２１側の開口６２まで引き込まれにくくなる。その結果、ろう材４の面積率の低下を招く。

なお、本発明に係るアルミニウム構造体１及びその製造方法の態様は、実施例１及び２に示した態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。例えば、実施例１及び２においては、アルミニウム構造体１としての熱交換器１０を作製する例を示したが、熱交換器１０以外のアルミニウム製品に本発明の製造方法を適用することもできる。

１アルミニウム構造体
１００組立体
２第１部材
２０アダプタ
２１ベース部
２１１平坦面
２２立設部
３第２部材
３１０ブレージングシート
３１５心材
４ろう材
４０溶融ろう
５フラックス

Claims

平坦面を備えたベース部と、前記ベース部の前記平坦面に立設された立設部と、を有し、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる被接合部材を準備し、
Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる心材と、Ｓｉ：４．０～１３．０質量％を含有するアルミニウム合金からなり前記心材の片面上に積層されたろう材と、を備えたブレージングシートを準備し、
前記被接合部材の前記平坦面及び前記ブレージングシートの前記心材のうち少なくとも一方にフラックスを塗布し、
前記被接合部材と前記ブレージングシートとを、前記ベース部と前記心材とが前記フラックスを介して積層され、かつ、前記心材及び前記ろう材の両方と前記立設部とが対面するように配置して、前記立設部と前記心材との隙間の大きさが０．２ｍｍ以下である組立体を作製し、
前記組立体を加熱して前記ろう材を溶融させ、前記被接合部材と前記ブレージングシートとの隙間に溶融ろうを引き込んで前記被接合部材と前記ブレージングシートとをろう付する、
アルミニウム構造体の製造方法。
前記被接合部材は、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を必須に含み、更に、Ｍｎ：０．０５０～１．３質量％、Ｓｉ：０．１０～１．０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．９０質量％、Ｆｅ：０．０５０～１．０質量％、Ｔｉ：０．０５０～０．２０質量％、Ｚｒ：０．０５０～０．５０質量％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金から構成されている、請求項１に記載のアルミニウム構造体の製造方法。
前記心材は、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を必須に含み、更に、Ｍｎ：０．０５０～１．３質量％、Ｓｉ：０．１０～１．０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．９０質量％、Ｆｅ：０．０５０～１．０質量％、Ｔｉ：０．０５０～０．２０質量％、Ｚｒ：０．０５０～０．５０質量％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金から構成されている、請求項１または２に記載のアルミニウム構造体の製造方法。
前記フラックスとして、Ｃｓを含有するフラックスを塗布する、請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム構造体の製造方法。
前記被接合部材と前記ブレージングシートとを、前記立設部が前記ろう材よりも突出するように配置して前記組立体を作製する、請求項１～４のいずれか１項に記載のアルミニウム構造体の製造方法。
前記被接合部材は、前記ベース部の周囲に連なるテーパ面を有しており、前記テーパ面は、前記立設部から遠ざかるほど前記立設部の立設方向とは反対側に後退するように傾斜している、請求項１～５のいずれか１項に記載のアルミニウム構造体の製造方法。
平坦面を備えたベース部と、前記平坦面から立設された立設部と、を有し、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる第１部材と、
Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなり、ろう材を介して前記第１部材の前記ベース部と前記立設部との両方に接合された第２部材と、を有し、
前記ベース部と前記第２部材との積層方向から視た平面視において前記第２部材と前記ベース部の前記平坦面とが重なっている領域の面積を１００％とした場合に、当該領域内に存在する前記ろう材の面積率が７０％以上であり、
前記第１部材の前記ベース部は前記平坦面の周囲に連なるテーパ面を有しており、前記テーパ面は、前記立設部から遠ざかるほど前記第２部材との隙間が大きくなるように傾斜している、アルミニウム構造体。
平坦面を備えたベース部と、前記平坦面から立設された立設部と、を有し、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなる第１部材と、
Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を含有するアルミニウム合金からなり、ろう材を介して前記第１部材の前記ベース部と前記立設部との両方に接合された第２部材と、を有し、
前記ベース部と前記第２部材との積層方向から視た平面視において前記第２部材と前記ベース部の前記平坦面とが重なっている領域の面積を１００％とした場合に、当該領域内に存在する前記ろう材の面積率が７０％以上であり、
前記第１部材の前記立設部は前記第２部材よりも突出している、アルミニウム構造体。
前記第１部材の前記ベース部は前記平坦面の周囲に連なるテーパ面を有しており、前記テーパ面は、前記立設部から遠ざかるほど前記第２部材との隙間が大きくなるように傾斜している、請求項８に記載のアルミニウム構造体。
前記第１部材は、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を必須に含み、更に、Ｍｎ：０．０５０～１．３質量％、Ｓｉ：０．１０～１．０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．９０質量％、０．０５０～１．０質量％、Ｔｉ：０．０５０～０．２０質量％、Ｚｒ：０．０５０～０．５０質量％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金から構成されている、請求項７～９のいずれか１項に記載のアルミニウム構造体。
前記第２部材は、Ｍｇ：０．４０～１．０質量％を必須に含み、更に、Ｍｎ：０．０５０～１．３質量％、Ｓｉ：０．１０～１．０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．９０質量％、０．０５０～１．０質量％、Ｔｉ：０．０５０～０．２０質量％、Ｚｒ：０．０５０～０．５０質量％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有するアルミニウム合金から構成されている、請求項７～１０のいずれか１項に記載のアルミニウム構造体。