JPH0677822B2 - 積層型構造体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、アルミニウム製部材を主体とする構造体用
薄板を２枚以上積み重ねて、アルミニウムろう材により
ろう付接合して積層型構造体を得る製造方法に関するも
のである。

（従来の技術） 一般に、熱交換器や半導体デバイスの冷却器、さらに吸
音器などに用いられる積層型構造体は、アルミニウム製
部材を主体とする薄板（例えば0.2〜2.0mm厚）同士を接
着剤や、ハンダ付け、硬ろう付などの手段を用いて接合
している。

ところで、これらの接合手段では、製造の能率性や接合
強度などの点から、硬ろう付が優れており、この硬ろう
付では、アルミニウム製部材を主体とする薄板間に、ア
ルミニウムろう単独、もしくはアルミニウムろうと補強
材などを貼り合せた複合材からなるアルミニウムろう材
を介設し、この積層材を加熱して、アルミニウムろう材
を溶融させてろう付接合している。なお、この硬ろう付
では、接合された構造体の強度を増大させるようにろう
材に補強材としての役割を求めたり、接合を確実に行な
えるように、必要以上にろう材を用いる場合がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ろう付接合の際に必要以上のろう材を用
いると、接合面に凹部が存在したり、側壁に開口部が存
在している薄板を接合する場合には、余分なろう材がこ
の凹部や開口部に流れ込んで滞留、固化してこの凹部な
どを埋めてしまい、凹部により精密通路を構成するなど
という積層型構造体としての機能を損ない、さらには構
造体としての使用目的にも支障が生じてしまうという問
題点がある。

この発明は上記問題点を解決することを基本的な目的と
し、接合すべき薄板の凹部などを埋めることなく薄板相
互を良好にろう付接合することができる積層型構造体の
製造方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明の積層型構造体の製造法は、アルミニ
ウム製部材を主体とする構造体用薄板間にアルミニウム
ろう材を介設した積層材をろう付接合する積層型構造体
の製造法において、前記薄板の接合面側に設けられた凹
部を、薄板の縁部に位置したアルミニウムろう材で囲ん
で密閉した状態とし、この積層材を高温の減圧雰囲気下
に置いて前記凹部内を前記減圧雰囲気より高い圧力に維
持しつつ、前記ろう材を溶融させ、その後積層材をろう
材の液相温度と固相温度との中間温度以下の温度に冷却
して、ろう材の流動性を低下させ、次いで積層材を常圧
雰囲気下に置くことを特徴とするものである。

また前記凹部は、薄板縁部を通して設けた小コンダクタ
ンス排気孔で積層材の外部に連通させることが可能であ
る。

なお、接合すべき薄板は、アルミニウム製部材を主体と
するものであればよく、残部が他の金属からなるものや
非金属からなるものであってもよく、また全体がアルミ
ニウム製からなるものであってもよい。要は、少なくと
も後記するアルミニウムろう材で接合される部分が、ア
ルミニウム製部材からなるものであればよい。また、ア
ルミニウム製部材の材質は純アルミニウム、アルミニウ
ム合金のいずれであってもよく、構造体の使用目的など
に従って選別された材質のものが使用される。

また薄板の接合に用いるアルミニウムろう材には、アル
ミニウムを主体とし、シリコンなどを添加したアルミニ
ウム合金が用いられる。例えばアルミニウムを主成分と
するJIS A4004,A4045やA4003,A4047,A4105などが用い
られ、さらにはこのアルミニウム合金とこれ以外の金属
を補強材として積層したような複合材を用いることも可
能である。このアルミニウムろう材は接合すべき薄板の
全面に亘る大きさのものを用いることができ、また後述
する薄板の凹部に対向する部分を切り抜いた形状のもの
を用いることも可能である。さらに、凹部の形状や接合
面の形状によっては、ろう材が薄板の周縁部のみに配置
される形状のものであってもよい。

このようにして接合される薄板の接合面には精密通路な
どを構成するように凹部が形成されており、さらには所
望により凹部を外部に連通するように薄板の側壁には開
口部を形成することができる。この凹部や開口部はその
形状、位置などが特定のものに限定されるものではな
く、製造される構造体の使用目的などに従って形成され
るものである。例えば凹部は有底のものは勿論のこと、
一部に他面側に貫通した貫通孔を有するものや全部が貫
通孔であるものであってもよく、少なくともその凹部が
ろう材により密閉可能なものであればよい。

さらに積層材の接合に際しての雰囲気は、高温で減圧の
状態が選択され、例えば積層材を真空炉に配置すること
により行う。その雰囲気温度はアルミニウムろう材の融
点以上が選択され、さらに薄板の融点よりも低い温度と
される。

また、減圧状態は10^-4Torr以下の圧力とするのが望まし
い。これは真空状態により非酸化性の雰囲気となり良好
なろう付が行なえるとともに、薄板の凹部への余分なろ
う材の滞留を有効に防止できるからである。

（作 用） この発明によれば、構造体用薄板の接合面に設けられた
凹部は、薄板の縁部に配設したアルミニウムろう材によ
り囲まれて密閉されており、この積層材を高温の減圧下
に置くことにより、ろう材が溶融して、流動可能とな
る。しかも積層材の外部の減圧雰囲気に対して、密閉さ
れた凹部内は常圧で減圧雰囲気に対して高い圧力の状態
にあるため、ろう材へは、積層材の外部に引出す力が作
用して、余分なろう材が薄板内の凹部や開口部に溜っ
て、この凹部や開口部を埋めてしまうのを未然に防止す
ることができる。したがって、積層材はろう材が溶融し
て、余分なものが外部に排出されるのに十分な時間高温
な雰囲気に置かれる。しかし、必要以上に高温状態に置
けば製造効率を低下させるので、必要最少限の時間（例
えば10分程度）だけ高温雰囲気に置くのが望ましい。

また、ろう材を溶融させた積層材を、その後、ろう材の
液相温度と固相温度との中間温度以下の温度に冷却し
て、ろう材の流動性を低下させ、その後に減圧雰囲気か
ら常圧雰囲気に置いたので、ろう材が積層材の外部から
凹部側へ逆流するのが防止される。すなわち、積層材を
減圧雰囲気下から常圧雰囲気下に置くことにより密閉さ
れた凹部内に比べて、積層材の外部が相対的に高圧な状
態になり、ろう材には内部への引張り力が作用する。し
かし、ろう材は流動性が十分に低下した状態にあり、逆
流が防止されることとなる。このように積層材を前記し
た中間温度以下に冷却するのは、減圧状態を解除した際
にろう材の逆流減少が生じないようにろう材の固相成分
を増大させてその流動性を低下させるためである。ま
た、冷却温度を低くすれば、冷却までの時間が多く必要
であるため、この冷却温度は、中間温度もしくはその直
下とする。そしてその後に減圧状態を解除することで、
積層構造体の放熱を促進することが生産効率の点から望
ましい。

なお、液相温度および固相温度は、固定値ではなく、選
択したろう材の材質に依存するものである。

また構造体に開口部が必要な場合には、ろう付完了後、
積層材の必要箇所に開口部を設けることにより精密な通
路などが確保される。この開口部は、予め開口部となる
べき箇所を薄板において突出させておき、薄板を接合し
た後に突出部分を切り取って設けることが可能である。

（実施例） 以下に、この発明の一実施例を第１図〜第３図に基づい
て説明する。

JIS A5052などのアルミニウム合金製の薄板１には、そ
の平面内部に連続した縦横溝からなる凹部２が形成され
ており、その平面周縁の側壁には、凹部２に開口すると
ともに外部と連通する微小な排気孔1a（例えば0.1〜1.0
mm深さの小コンダクタンスとする。丸孔でも可）が形成
されている。この薄板１は、前記した凹部２が同一方向
に向くようにして複数枚配置し、その間には薄板状のア
ルミニウムろう材３を介設する。このアルミニウムろう
材３には、Siが10重量％、Mgが1.5重量％で残部が実質
的にAlからなるJIS A4004合金が用いられる。なお、こ
の合金は液相温度が598℃、固相温度が554℃からなるも
のである。

このようにして薄板１とアルミニウムろう材３とが積層
された積層材４では、前記した凹部２が薄板１の縁部に
位置するろう材３で囲まれて密閉されている（排気孔1a
は微少で小コンダクタンスであり、実質的には密閉状態
にある）。この積層材４を図示しない真空炉中などにお
いて、600℃に加熱し、炉内を10^-4Torrに減圧して、10
分間一定温度に維持してろう材３を溶融させる。この状
態ではろう材３は溶融して十分な流動性を有しており、
しかも凹部２を含む密閉空間に対し、外部は低圧な状態
にあるため、ろう材３には内部から外部に引き出す力が
作用する。したがって、凹部２の近傍のろう材３が凹部
２内に留まることはなく、余分なろう材３は凹部２の密
閉部の縁部から積層材４の外部へと引き出される。この
際に、密閉部の残存空気などのガスは、ろう材３の引出
しに支障を生じない程度に排気孔1aから外部に排出され
る。したがって、排気孔1aの大きさを減圧状態にある外
部の圧力に合せて定めることにより、余分なろう材の引
出し作用を阻害することなく、内部の残存ガスを効率よ
く排出することができる。

次いで、この積層材４をろう材３の液相温度（598℃）
と固相温度（554℃）との中間温度の直下の570℃にまで
冷却し、ろう材３の固相成分が多くなって流動性が十分
に低下した状態で減圧状態から常圧状態へ移行させる。
この状態では、密閉され内部側が外部に比べて低圧とな
るため、ろう材３には外部から内部へ引き込む力が作用
する。しかし、ろう材３は上述したように流動性が低下
しているので、ろう材３の逆流（内部への移動）は防止
されて、放熱による温度降下に従ってろう材３は固化し
て薄板１が良好に接合される。また薄板１に設けられた
凹部２もその精密な形状が損われることはなく、構造体
に所望の凹部が形成される。

次に、第４図および第５図は他の実施例を示すものであ
り、最終形状の構造体には内部と連通する開口部が必要
とされるものである。この構造体用の薄板５は、前記実
施例と同一素材のアルミニウム合金製で、0.8mmの板厚
を有しており、その平面には、周縁部および内部の所定
間隔毎の突条5aを除いて0.5mm深さの凹部６が形成され
ており、さらに開口部となるべき部位には、外方に突出
した延長部5bが設けられている。この薄板5,5の間に0.2
mm厚のアルミニウムろう材が介設されて積層材が構成さ
れている。なお、アルミニウムろう材（図示しない）に
は、JIS A4004合金からなるアルミニウムろう板２枚の
間に、アルミニウム構造材を積層した複合材が用いられ
る。前記した積層材を前記実施例と同様の条件によりろ
う付けする。ろう付けした後には、積層材の延長部5bを
切り取り、積層材の側縁に、凹部６と連通する開口部5c
を形成して構造体を得る。

第６図〜第８図はさらに他の実施例を示すものであり、
最終形状の構造体には、開口された側縁が対向して形成
されるものである。この構造体用の薄板10には前記実施
例と同一素材のアルミニウム合金が用いられ、板厚が1.
5mmからなり、開口すべき側縁には全長に亘り、延長部1
0a,10aが対向して設けられている。またその平面内部に
は蛇行した凹部10bが形成されている。この薄板10,10間
に前記実施例と同様に0.5mm厚のアルミニウムろう材７
を介設し、さらに最上面には蓋用の薄板14を積層してろ
う付けし、第６図における上下の側縁を切取って、開口
縁10c（第７図）を形成して構造体を得る。なお、この
アルミニウムろう材７は予め薄板10の下面（凹部10bを
有しない側の面）に圧延などにより溶着されたものを用
い、これを積み重ねることによりろう材を薄板間に介設
させることも可能である。

第９図および第10図は、さらに他の実施例を示すもので
あり、製造すべき構造体は円板状の薄板を積層した構造
からなり、芯部に孔を有するとともに各薄板11の平面部
には、縁部および半径方向に突条を有するようにして凹
部が形成されているものである。

この構造体用の円板状薄板11は前記した凹部12が形成さ
れ、孔となるべき部位には円環部11aが形成されてい
る。この円板状薄板11は前記実施例と同様にしてアルミ
ニウムろう材を介設してろう付けし、ろう付け後に円環
部11aを切取って孔部13を有する構造体を得ている。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明によれば、薄板の接合面側
に設けられた凹部が、薄板の縁部に位置するアルミニウ
ムろう材で囲まれて密閉された状態とし、この積層材を
高温の減圧雰囲気下に置いて前記ろう材を溶融させ、そ
の後積層材をろう材における液相線と固相線との中間温
度以下の温度に冷却して、ろう材の流動性を低下させ、
次いで積層材を常圧雰囲気下に置くものとしたので、余
分なろう材が外部に引出され、凹部にろう材が溜って凹
部を埋めてしまうのを未然に防止する。しかも前記中間
温度以下に積層材を冷却して、次いで常圧雰囲気下に置
いたので、ろう材の逆流は防止されて、良好にろう付け
が行われるると共に、積層材の放熱効率を増し、短時間
に常温まで冷却できるので、製造能率を向上できる。

また凹部は、薄板縁部を通して設けた排気孔により積層
材の外部に連通させれば、内部のガスを適度に外部に排
出でき、構造体用薄板に歪みを残さなくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に用いられる薄板の斜視図、
第２図は同じくろう材の斜視図、第３図は同じく積層材
の断面図、第４図は他の実施例に用いられる薄板の平面
図、第５図は同じく開口部を設けた状態の薄板の平面
図、第６図はさらに他の実施例に用いられる薄板の平面
図、第７図は同じく開口部を設けた状態の薄板の平面
図、第８図は同じく積層材の断面図、第９図はさらに他
の実施例に用いられる薄板の平面図、第10図は同じく開
口部を設けた状態の薄板の平面図である。 1,5,10,11……薄板、1a……排気孔、２……凹部、３…
…アルミニウムろう材、4,8……積層材、６……凹部 ７……アルミニウムろう材、10a……延長部、10b……延
長部、12……凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム製部材を主体とする構造体用
   薄板間にアルミニウムろう材を介設した積層材を、ろう
   付接合する積層型構造体の製造法において、 前記薄板の接合面側に設けられた凹部を、薄板の縁部に
   位置したアルミニウムろう材で囲んで密閉した状態と
   し、この積層材を高温の減圧雰囲気下に置いて前記凹部
   内を前記減圧雰囲気より高い圧力に維持しつつ、前記ろ
   う材を溶融させ、その後積層材を前記ろう材の液相線と
   固相線との中間温度以下の温度に冷却して、ろう材の流
   動性を低下させ、次いで積層材を常圧雰囲気下に置くこ
   とを特徴とする積層型構造体の製造法
2. 【請求項２】前記凹部は、薄板縁部を通して設けた小コ
   ンダクタンス排気孔により積層材の外部に連通している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の積層型構
   造体の製造法