JPWO2016093017A1 - ろう付方法 - Google Patents

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Abstract

量産設備に容易に適用でき、作業工程の簡素化が容易であり、ろう付接合の品質を安定可能なろう付方法を提供する。Ｍｇ：０．２％未満に規制され残部Ａｌ及び不可避不純物からなる化学成分を有する心材層（Ｂ）と、Ｓｉ：４．０〜１３．０％、Ｂｉ：０．０１〜０．３％を必須に含み、更にＬｉ：０．００４〜０．０８％及びＢｅ：０．００６〜０．１２％のうち１種又は２種を含み、Ｍｇ：０．１％未満に規制され残部Ａｌ及び不可避不純物からなる化学成分を有し、心材層（Ｃ）の少なくとも一方の面にクラッドされたろう材層（Ｂ）とを有するブレージングシート（２）を含む被処理物（１）を準備する。ろう材層（Ｂ）が内側被接合部（１２）及び外側被接合部（１３）の両方に存在するように被処理物（１）を組み立てる。外側被接合部（１３）のろう材層（Ｂ）上にフラックス（３）を塗布した後、不活性ガス雰囲気下で被処理物（１）を加熱してろう付を行う。

Description

本発明は、アルミニウム材のろう付方法に関する。
アルミニウム材は、熱伝導率が高い、軽量である等の種々の利点を有するため、熱交換器等に多用されている。例えば、自動車に搭載される熱交換器は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金より構成されたタンク、チューブ及びフィン等の部材を有しており、これらの部材がろう付により接合されている。また、アルミニウム材のろう付には、アルミニウム合金板の少なくとも一方の板面にろう材がクラッドされてなるブレージングシートが多用されている。ブレージングシートは、多数の部材を一括してろう付することができるため、ろう付の作業工程の短縮及び簡素化を容易に行うことができる。
従来、アルミニウム材のろう付方法としては、真空ろう付法やノコロックろう付法が知られている。真空ろう付法は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ（アルミニウム−シリコン−マグネシウム）系合金からなるろう材を用い、ろう付炉の加熱室内を減圧した状態で被処理物を加熱してろう付する技術である。真空ろう付法においては、ろう付の際に、アルミニウム材の表面に存在する酸化皮膜がＭｇにより破壊されるため、フラックスを用いることなくろう付接合を形成することができる。しかし、真空ろう付法は、ろう付室内の減圧ができるように構成された真空ろう付炉を使用する必要がある。真空ろう付炉は一般的なろう付炉に比べて高価であるため、真空ろう付法によりろう付を行う場合、製造コストの低減が難しいという問題がある。
一方、ノコロックろう付法は、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材を用い、ろう材上にフッ化物系のフラックスを塗布した後に不活性ガス雰囲気下で被処理物を加熱してろう付する技術である。ノコロックろう付法は、一般的なろう付炉を用いてろう付を行うことができる。しかし、ノコロックろう付法においては、フラックスの塗布量が不足すると、フラックスによる酸化皮膜の破壊が不十分となってろう付性の低下を招き、場合によってはろう付不良が発生するおそれがある。また、フラックスが塗布されていない場合には、ろう付をすることができない。
フラックスの不足や未塗布によるろう付不良は、例えば熱交換器のチューブ等の中空部を有する被処理物のろう付において、被処理物の組み立て後にフラックスを塗布する場合に発生しやすい。そのため、従来は、被処理物を構成するアルミニウム材の全面に予めフラックスを塗布することによりフラックスの不足や未塗布の防止を図っており、ろう付の作業工程が煩雑になっているという問題がある。
そこで、高価な真空ろう付炉を用いずに、簡素な作業工程によりろう付を行うことができる方法として、Ｍｇによる酸化皮膜を破壊する作用を利用して不活性ガス雰囲気下でろう付を行う方法が提案されている。例えば、特許文献１には、Ａｌ−Ｓｉ系合金からなるろう材を有し、少なくともろう材以外のブレージングシート構成層にＭｇが添加されたブレージングシートを用い、不活性ガス雰囲気下でろう付を行う方法が提案されている。この方法によれば、ブレージングシートのろう材クラッド面が内側を向くようにして中空構造体を成形することにより、中空構造体の内部においてフラックスを塗布せずにろう付を行うことができる。
特開２００４−２５２９７号公報
フラックスを用いずに不活性ガス雰囲気下でろう付を行う方法は、雰囲気中の酸素濃度が高くなるとろう付性が容易に悪化するという問題がある。そのため、量産設備に適用しようとすると、被処理物の形状や構造、及びろう付接合を形成する位置によっては、ろう付接合の品質が悪化するおそれがある。
例えば特許文献１のような中空構造体のろう付を行う場合、中空構造体における中空部内は、中空構造体の外部の雰囲気が流入しにくいため、酸素濃度が低い状態を比較的容易に維持することができる。それ故、ろうが中空部内に留まる場合には、フラックスを用いることなく良好なろう付接合を形成することができる。しかし、ろう付炉内の酸素濃度は種々の要因によって変動するため、中空構造体の外部は、酸素濃度が低い状態を維持することが難しい。そのため、ろう付の際にろうが中空構造体の外部に露出する場合には、中空構造体の外部側におけるろう付性が悪化し易い。さらに、中空構造体が、中空部内と外部との間でろうが流通し得る構造を有する場合には、ろう付性に優れた中空部内にろうが集まり易い。それ故、ろう付性に劣る外部側においてろうが不足し、フィレット切れ等のろう付不良が発生するおそれがある。
かかる問題に対して、中空構造体の外部にフラックスを塗布し、外部側のろう付性を改善する方法が考えられる。しかし、フッ化物系のフラックスは、ろうに含まれるＭｇと反応することにより消費され、酸化皮膜を破壊する効果が低下するという問題がある。それ故、フラックスの塗布量が十分でない場合には、中空構造体の外部側のろう付性が十分に改善されないおそれがある。一方、中空構造体の外部側のろう付性を改善するためにフラックスの塗布量を多くすると、ろう付の際にフラックスがろうを介して中空構造体の内部に溶け拡がり、中空構造体の内部におけるろう付性を悪化させるおそれがある。
以上のように、フラックスを用いずに不活性ガス雰囲気下でろう付を行う方法は、量産設備に適用する場合には未だ改善の余地がある。そのため、被処理物の形状や構造、及びろう付接合を形成する位置によらず良好なろう付接合を形成できる技術が強く望まれている。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、量産設備に容易に適用することができ、作業工程の簡素化が容易であり、ろう付接合の品質を安定させることができるろう付方法を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、アルミニウム材からなり中空部を有する被処理物における、上記中空部に面した内側被接合部と、外部空間に面した外側被接合部とを一括してろう付するろう付方法であって、
Ｍｇの含有量が０．２％（質量％、以下同じ）未満に規制され、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる化学成分を有する心材層と、Ｓｉ：４．０〜１３．０％、Ｂｉ：０．０１〜０．３％を必須に含み、更にＬｉ：０．００４〜０．０８％及びＢｅ：０．００６〜０．１２％のうち１種又は２種を含み、Ｍｇの含有量が０．１％未満に規制され、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる化学成分を有し、上記心材層の少なくとも一方の面にクラッドされたろう材層とを有するブレージングシートを含む上記被処理物を準備し、
上記ろう材層が上記内側被接合部及び上記外側被接合部の両方に存在するように上記被処理物を組み立て、
次いで、上記外側被接合部に存在する上記ろう材層にフラックスを塗布し、
その後、不活性ガス雰囲気下で上記被処理物を加熱してろう付を行うことを特徴とするろう付方法にある。
上記ろう付方法において、上記被処理物は、上記中空部に面した上記内側被接合部と、外部空間に面した上記外側被接合部とを有している。上記内側被接合部は、外部空間の雰囲気が流入しにくい上記中空部に面しているため、雰囲気中の酸素濃度が低い状態を容易に維持することができる。それ故、上記内側被接合部は、フラックスを用いずにろう付を行うことが容易である。一方、外部空間に面している上記外側被接合部では、雰囲気中の酸素濃度が変動し易いため、ろう付にフラックスを用いる必要がある。このように、上記被処理物は、好適なろう付方法が異なる２種類の被接合部を有している。
これに対し、上記被処理物のろう付に用いる上記ブレージングシートは、Ｍｇの含有量がそれぞれ上記特定の量未満に規制された上記心材層と上記ろう材層とを有している。そのため、上記ブレージングシートは、Ｍｇとの反応による上記フラックスの消費を抑制することができ、上記フラックスにより上記外側被接合部のろう付性を向上させることができる。それ故、上記ろう付方法は、上記外側被接合部に存在する上記ろう材層のみに上記フラックスを塗布することにより、雰囲気中の酸素濃度が変動し易い上記外側被接合部において良好なろう付接合を形成することができる。
また、上記ろう材層は、Ｌｉ（リチウム）またはＢｅ（ベリリウム）の少なくとも一方と、Ｂｉ（ビスマス）とを含有している。Ｌｉ及びＢｅは、アルミニウム材表面の酸化皮膜を破壊する作用を有する。また、Ｂｉは、Ｌｉ及びＢｅによる酸化皮膜の破壊を促進する作用を有する。そのため、上記ブレージングシートは、酸素濃度が低い状態を安定して維持できる上記内側被接合部において、上記フラックスを用いずに良好なろう付接合を形成することができる。
以上の結果、上記ろう付方法は、良好なろう付接合を形成するための条件が互いに異なる上記外側被接合部と上記内側被接合部との両方に、一括して良好なろう付接合を形成することができ、ろう付接合の品質を安定させることができる。また、上記ろう付方法は、酸素濃度の変動し易い上記外側被接合部のろう付を上記フラックスを用いて行うことができるため、酸素濃度を厳格に管理する必要がない。それ故、上記ろう付方法は、量産設備へ容易に適用することができる。さらに、上記ろう付方法は、上記内側被接合部に上記フラックスを塗布する必要がないため、上記被処理物の組み立て前に、フラックスを予め塗布する必要がない。それ故、上記ろう付方法は、ろう付の作業工程を容易に簡素化することができる。
実施例１における、ろう付前の被処理物の斜視図。 実施例１における、被接合部近傍の（ａ）ろう付前の一部拡大断面図、（ｂ）ろう付が完了した状態の一部拡大断面図。 実施例２における、ろう付前の被処理物の斜視図。 実施例２における、被接合部近傍の（ａ）ろう付前の一部拡大断面図、（ｂ）ろう付が完了した状態の一部拡大断面図。 実施例３における、２枚のブレージングシートの間にフィンを狭持してなる被処理物のろう付が完了した状態の断面図。 実施例３における、１枚のブレージングシートよりなり、２箇所の中空部を有する被処理物のろう付が完了した状態の断面図。 実施例３における、１枚のブレージングシートよりなり、１箇所の中空部を有する被処理物のろう付が完了した状態の斜視図。 実施例４における、ヘッダ、フィン及びチューブを有する被処理物の平面図。
上記ろう付方法において、上記被処理物には、少なくとも上記ブレージングシート自身が含まれている。即ち、上記被処理物は、ブレージングシートのみから構成されていてもよく、ブレージングシートによりろう付される他の部材を含んでいても良い。
被処理物にブレージングシート以外の「他の部材」が含まれる場合、他の部材の材質は、要求される機械的特性や耐食性、加工性に応じて、純アルミニウム及びアルミニウム合金から適宜選択することができる。Ｍｇによるろう付性の悪化を抑制する観点からは、上記の他の部材は、Ｍｇの含有量が０．２％以下であることが好ましい。
上記ろう付方法は、被処理物が、外側被接合部と内側被接合部との間でろうが流通し得ない構造を有する場合、及び、ろうが流通し得る構造を有する場合のいずれの場合にも、外側被接合部及び内側被接合部の両方に良好なろう付接合を一括して形成することができる。即ち、上記ろう付方法は、上述したように、フラックスを用いることにより外側被接合部のろう付性を向上させることができる。それ故、外側被接合部と内側被接合部との間でろうが流通し得ない構造を有する被処理物のろう付においては、外側接合部及び内側接合部のそれぞれのろうにより良好なろう付接合を形成することができる。
また、外側被接合部と内側被接合部との間でろうが流通し得る構造を有する被処理物のろう付においては、外側被接合部のろう付性をフラックスにより向上させることができる。その結果、内側被接合部にろうが集まることを抑制できる。それ故、上記ろう付方法は、上記の構造を有する被処理物のろう付において、外側被接合部及び内側被接合部の両方に十分な量のろうを供給でき、両者に良好なろう付接合を形成することができる。
さらに、上記ろう付方法は、上述のように、Ｍｇによるフラックスの消費を抑制することができるため、外側被接合部におけるフラックスの塗布量を従来よりも低減することができる。また、後述するように、Ｌｉはろう付の際にフラックスとほとんど反応せず、Ｂｅはフラックスと全く反応しない。それ故、上記ろう付方法は、上記の構造を有する被処理物のろう付において、外側被接合部に塗布したフラックスが何らかの原因により内側被接合部に染み出した場合等に、内側被接合部のろう付性が悪化することを回避できる。
以上の結果、上記ろう付方法は、外側被接合部と内側被接合部との間でろうが流通し得る構造を有する被処理物においても、良好なろう付接合を形成することができる。
上記ろう付方法において、不活性ガスとしては、従来公知のものを用いることができる。量産設備への適用の観点からは、窒素、アルゴンまたは窒素とアルゴンとの混合ガスを用いることが好ましい。ろう付性を向上させるためには、不活性ガス中の酸素濃度が低い方が好ましい。具体的には、不活性ガス中の酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、５０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。不活性ガス中の酸素濃度を低くすることにより、フラックスの塗布量の低減という効果を得ることもできる。かかる酸素濃度は、従来より用いられているフラックスろう付用の雰囲気炉により容易に実現することができる。
ろう付における加熱温度は、５８５〜６２０℃が好ましく、５９０〜６１０℃がより好ましい。加熱温度が５８５℃未満の場合には、ろうの流動性が低くなるため、ろう付性が悪化するおそれがある。加熱温度が６２０℃を超える場合には、ブレージングシートの心材層や、ろう付の相手材の一部が溶融するエロージョンが発生し、不良となるおそれがある。また、昇温中における被処理物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。
上記ろう付方法は、例えば熱交換器の製造に好適に用いることができる。熱交換器は、フィン、チューブ及びヘッダ等の多数の部品から構成されており、例えばチューブの筒内や、フィンとチューブとの間等に多数の中空部を有している。そのため、従来、これらの部品にフラックスを塗布した後に所定の形状への組み立てを行っており、作業性が非常に悪いという問題があった。これに対し、上記ろう付方法は、フィン等を所定の形状に組み付けた後に外側被接合部にフラックスを塗布することにより、外側被接合部及び内側被接合部の両方に、一括して良好なろう付接合を形成することができる。それ故、予め部品にフラックスを塗布する必要がなくなり、作業性を向上させることができる。
［ブレージングシート］
上記ろう付法に用いるブレージングシートは、心材層と、心材層の少なくとも一方の面にクラッドされたろう材層とを有している。以下、心材層の化学成分及びろう材層の化学成分について詳説する。
＜ろう材層＞
ろう材層は、Ｓｉ：４．０〜１３．０％、Ｂｉ：０．０１〜０．３％を必須に含み、更にＬｉ：０．００４〜０．０８％及びＢｅ：０．００６〜０．１２％のうち１種又は２種を含み、Ｍｇの含有量が０．１％未満に規制され、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる化学成分を有している。
・Ｓｉ：４．０〜１３．０％
Ｓｉの含有量を４．０〜１３．０％とすることにより、被接合部に十分な量のろうを供給することができる。Ｓｉの含有量が４．０％未満の場合には、ろうの供給量が不足する、ろうの流動性が低下するなどの問題が生じ、ろう付性が悪化するおそれがある。一方、Ｓｉの含有量が１３．０％を超える場合には、ろうの供給量が過剰となり、心材層の溶解量が過多となるおそれがある。また、この場合には、ろう材層の溶融温度が過度に高くなるおそれがある。これらの結果、ろう付性が悪化するおそれがある。
・Ｂｉ：０．０１〜０．３％
Ｂｉは、アルミニウム材の表面に存在する酸化皮膜を脆弱化する作用を有する。そのため、Ｂｉは、ＬｉまたはＢｅと共存することにより、Ｌｉ及びＢｅによる酸化皮膜の破壊を促進させてろう付性を向上させることができる。また、Ｂｉは、ろうの表面張力を低下させる作用を有するため、被処理物の細い隙間にろうが流入し易くなる。その結果、ろう付接合の信頼性を向上させることができる。
Ｂｉの含有量を０．０１〜０．３％とすることにより、上記の作用効果を十分に得ることができ、内側被接合部のろう付性を向上させることができる。同じ観点から、Ｂｉの含有量は、０．０１〜０．０３％であることが好ましい。Ｂｉの含有量が０．０１％未満の場合には、上記の作用効果が不十分となり、内側被接合部のろう付性が悪化するおそれがある。一方、Ｂｉの含有量が０．３％を超える場合には、Ｂｉの量に見合ったろう付性向上の効果を得ることが難しい。また、Ｂｉの含有量が多い場合にはろう材層の表面が変色するおそれがあり、場合によってはろう付性を悪化させるおそれがある。
・Ｌｉ：０．００４〜０．０８％、Ｂｅ：０．００６〜０．１２％
Ｌｉ及びＢｅは、ろう材層中にいずれか一方が含まれていれば良く、両方が含まれていても良い。Ｌｉ及びＢｅは、いずれも、アルミニウム材表面に存在する酸化皮膜を破壊してろう付性を向上させる作用を有する。また、Ｌｉはフラックスとほとんど反応せず、Ｂｅはフラックスと全く反応しない。それ故、Ｌｉ及びＢｅを含むろうは、フラックスの作用をほとんど阻害しない。
Ｌｉ及びＢｅが酸化皮膜を破壊するメカニズムは現時点において明らかになっていないが、以下のメカニズムにより酸化皮膜が破壊されると推測している。Ｌｉ及びＢｅは、いずれもＡｌに比べて酸化されやすい元素であるため、被処理物の表面に存在する酸化皮膜から酸素を奪うことができると考えられる。そして、酸素を奪われた酸化皮膜が酸素を奪われる前に比べて脆弱化するため、酸化皮膜に亀裂が生じて破壊されると考えられる。
また、Ｂｅは、アルミニウム材表面の酸化皮膜から酸素を奪い、酸化物となる。このＢｅの酸化物は、ろう付中にろうの表面を覆い、ろうの酸化を防ぐ作用を有すると考えられる。
Ｌｉの含有量を０．００４〜０．０８％とすることにより、上記の作用効果を十分に得ることができ、内側被接合部のろう付性を向上させることができる。同じ観点から、Ｌｉの含有量は、０．００６〜０．０４％であることが好ましい。Ｌｉの含有量が０．００４％未満の場合には、酸化皮膜を破壊する効果が不十分となり、内側被接合部のろう付性が悪化するおそれがある。また、Ｌｉの含有量が０．０８％を超える場合には、ブレージングシートにおけるろう材層の表面にＬｉの酸化物が成長し、ろう付性の悪化を招くおそれがある。
Ｂｅの含有量を０．００６〜０．１２％とすることにより、上記の作用効果を十分に得ることができ、内側被接合部のろう付性を向上させることができる。同じ観点から、Ｂｅの含有量は、０．００８〜０．０４％であることが好ましい。Ｂｅの含有量が０．００６％未満の場合には、酸化皮膜を破壊する効果が不十分となり、内側被接合部のろう付性が悪化するおそれがある。また、Ｂｅの含有量が０．１２％を超える場合には、ブレージングシートにおけるろう材層の表面にＢｅの酸化物が成長し、ろう付性の悪化を招くおそれがある。
・Ｍｇ：０．１％未満
Ｍｇは、フラックスと反応することによりフラックスを消費し、外側被接合部のろう付性を悪化させる。また、Ｍｇとフラックスとの反応生成物は、ろうの流動性を低下させ、ろう付性を悪化させる。これらの問題を抑制する観点から、ろう材層中のＭｇの含有量を０．１％未満に規制する必要がある。同様の観点から、Ｍｇの含有量は少ないほど好ましく、０．０５％以下に規制することがより好ましい。
上記ろう材層は、上述したＳｉ、Ｂｉ、Ｌｉ及びＢｅの他に、Ｓｒ（ストロンチウム）：０．００２〜０．０５％、Ｓｂ（アンチモン）：０．００３〜０．０７％、Ｆｅ（鉄）：０．０５〜０．８％、Ｍｎ（マンガン）：０．０５〜０．２％及びＴｉ（チタン）：０．０１〜０．１５％からなる群のうち１種又は２種以上を含んでいても良い。これらの元素は、ろう材層中の含有量を上記特定の範囲内とすることにより、ろうの流動性を調整し、ろう付性をより向上させることができる。
また、上記ろう材層は、更に、Ｃｕ（銅）：０．５〜５．０％、Ｚｎ（亜鉛）：０．９〜６．０％のうち１種または２種を含んでいても良い。これらの元素は、ろう材層中の含有量を上記特定の範囲内とすることにより、ろう材層の電位を調整し、ブレージングシートの耐食性をより向上させることができる。
＜心材層＞
・Ｍｇ：０．２％未満
上記ブレージングシートの心材層は、Ｍｇの含有量が０．２％（質量％、以下同じ）未満に規制され、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる化学成分を有している。心材層のＭｇは、ろう付時の加熱によりろうに拡散し、上述と同様にフラックスと反応する、ろうの流動性を低下させる等の問題を招くおそれがある。これらの問題を抑制する観点から、心材層中のＭｇの含有量を０．２％未満に規制する必要がある。同様の観点から、Ｍｇの含有量は少ないほど好ましい。
・Ｍｎ：０．０５〜１．３％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｆｅ：１．０％以下、Ｃｕ：０．９％以下、Ｚｎ：６．５％以下、Ｔｉ：０．２％以下及びＺｒ（ジルコニウム）：０．５％以下
心材層は、更にＭｎ：０．０５〜１．３％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｆｅ：１．０％以下、Ｃｕ：０．９％以下、Ｚｎ：６．５％以下、Ｔｉ：０．２％以下及びＺｒ：０．５％以下のうち１種または２種以上を含有していてもよい。これらの元素を心材層に添加することにより、ブレージングシートの強度や耐食性を向上させることができる。なお、これらの元素の含有量が過度に多い場合には、ブレージングシートを作製する際の圧延工程において割れが発生しやすくなるおそれがある。
上記ブレージングシートは、予め、上記ろう材層の表面に存在する酸化皮膜のエッチング処理が施されていてもよい。ブレージングシートにエッチング処理を施すことによりろう材層表面の酸化皮膜を薄くすることができる。その結果、フラックスやＬｉ等により、酸化皮膜をより容易に破壊することができ、ろう付性をより向上させることができる。かかる効果を十分に得るためには、エッチング処理により、ろう材層表面の酸化皮膜の厚みを５ｎｍ以下まで薄くすることが好ましい。
上記エッチング処理としては、例えば、上記ブレージングシートを酸またはアルカリに浸漬する方法等が挙げられる。具体的に、酸としては、フッ酸の希釈溶液、フッ酸と硝酸との混合希釈溶液、リン酸と硫酸との混合希釈溶液等を用いることができる。また、アルカリとしては、苛性ソーダの溶液等を用いることができる。
また、上記エッチング処理の後に、上記ろう材層の表面に不活性ガス中での熱分解温度が３８０℃以下である油剤を塗布することが好ましい。この場合には、上記油剤によりろう材層表面の酸化を抑制することができるため、エッチング処理による良好なろう付性を長期間に亘って容易に維持することができる。
また、上記油剤は、ろう付時の昇温中に容易に分解されるため、ろう付温度において被処理物の表面に残留しにくい。それ故、被処理物の表面に油剤が付着した状態でろう付を開始してもろう付性を損なうおそれが小さい。従って、上記油剤を用いることにより、良好なろう付性を維持する効果を得つつ、脱脂処理を省略してろう付の作業工程をより簡素化することができる。
３８０℃を超える熱分解温度を有する油剤は、ろう付時の加熱によって分解されにくく、場合によっては被処理物の表面に焼き付くおそれがある。その結果、ろう付性が悪化するおそれがある。
［フラックス］
上記ろう付方法においては、被処理物の外部空間に面した外側被接合部に存在するろう材層上にフラックスを塗布する。フラックスとしては、例えば、従来用いられているＫ−Ａｌ−Ｆ（カリウム−アルミニウム−フッ素）系フラックスを用いることができる。なお、上記ろう付方法においては、中空部に面した内側被接合部にフラックスを積極的に塗布する必要はないが、内側被接合部にフラックスが塗布されていてもろう付性が悪化することはない。
外側被接合部に存在するろう材層へのフラックスの塗布量は、０．５〜７．０ｇ／ｍ2とすることが好ましく、０．５〜４．５ｇ／ｍ2とすることがより好ましく、０．５〜３．５ｇ／ｍ2とすることがさらに好ましい。フラックスの塗布量を上記特定の範囲内に制御することにより、良好なろう付接合を容易に形成することができると共に、フラックスが過剰となることを回避し、ろう付後の外観品質の低下を回避することができる。
フラックスの塗布量が０．５ｇ／ｍ2未満の場合には、フラックスによる酸化皮膜の破壊が不十分となるおそれがある。また、場合によっては、ろう付中に外側被接合部の表面で過度に酸化が進行するおそれもある。これらの結果、外側被接合部のろう付性の悪化を招くおそれがある。一方、フラックスの塗布量が７．０ｇ／ｍ2を超える場合には、塗布量に見合ったろう付性の向上効果を得ることが難しい。また、場合によってはフラックスが過剰となり、ろう付後の外観品質の低下や表面処理性の低下を招くおそれがある。
ここで、上記のフラックスの塗布量は、ろう材層上に塗布したフラックスの量を、フラックスの塗布面積で除することにより算出される値である。即ち、上記ろう付方法においては、ろう材層上にフラックスの塗布量が多い部位やフラックスの塗布量が少ない部位が局所的に存在する等、塗布ムラが存在していても良い。
従来、中空部を有する被処理物を一括してろう付する場合には、上述したようにフラックスがＭｇにより消費されるため、フラックスの塗布量を低減することが困難であった。しかし、フラックスの塗布量が多くなると、フラックスが過剰となって無駄が生じる、あるいは、ろう付後の被処理物に付着するフラックス残渣の量が多くなり外観品質が低下する等の問題の発生を招いていた。そこで、フラックスが過剰になることを抑制するために、フラックスをできるだけ均一に塗布する必要があった。
これに対し、上記ろう付方法は、Ｍｇによるフラックスの消費を抑制することができるため、フラックスの塗布量を従来より低減することができる。更に、ろう材層上にフラックスの塗布ムラが存在していても、ろう付性を向上させることができる。
上記フラックスは、不活性ガス中での熱分解温度が５００℃以下であるバインダの含有量が２０質量％以下に規制されていることが好ましい。バインダは、従来のろう付方法においてフラックスを均一に塗布するために用いられている。しかし、バインダはろう付時の加熱によって熱分解し、分解生成物によりろう付性を悪化させるという問題がある。特に、中空部に面した内側被接合部においては外部空間からの雰囲気の流入や外部空間への雰囲気の流出が起こりにくいため、バインダの分解生成物が中空部内に滞留し、内側被接合部のろう付性を悪化させやすい。
これに対し、上記ろう付方法は、フラックスを必ずしも均一に塗布しなくてもよいため、バインダを使用する必要がない。それ故、上記バインダの含有量を２０質量％以下に規制することにより、バインダの分解生成物によるろう付性の悪化を抑制し、外側被接合部及び内側被接合部の両方のろう付性をより向上させることができる。
（実施例１）
上記ろう付方法の実施例を、図を用いて説明する。本例の被処理物１は、図１及び図２に示すように２枚のブレージングシート２から構成されており、２枚のブレージングシート２により囲まれた筒状の中空部１１が存在している。本例のブレージングシート２は、図２（ａ）に示すように、心材層Ｃの片面にろう材層Ｂがクラッドされた片面ブレージングシートである。ブレージングシート２は、頂壁部２１と、頂壁部２１の板幅方向における両端に屈曲形成された一対の側壁部２２とを有している。一対の側壁部２２は、頂壁部２１の厚み方向におけるろう材層Ｂ側に向けて頂壁部２１の端部から延びている。また、側壁部２２の先端には、ブレージングシート２が頂壁部２１側に折り返されてなるフランジ部２３が形成されている。
２枚のブレージングシート２は、頂壁部２１のろう材層Ｂ同士が対面し、フランジ部２３同士が当接するように配置されている。本例の被処理物１は、図１及び図２（ａ）に示すように、２枚のブレージングシート２により囲まれた筒状の中空部１１を有している。また、フランジ部２３における中空部１１側は内側被接合部１２であり、外部空間に面した側は外側被接合部１３である。
上記の構成を有する被処理物１の外側被接合部１３にフラックス３を塗布した後、被処理物１を不活性ガス雰囲気下で加熱してろう付を行う。これにより、図２（ｂ）に示すように、内側被接合部１２及び外側被接合部１３の両方にろう付部１４が形成され、２枚のブレージングシート２がろう付される。
本例においては、ろう材層Ｂ及び心材層Ｃの化学成分を表１及び表２に示すように種々変更したブレージングシート２を用いて作製した被処理物１のろう付性の評価を行った。以下、実験の詳細について説明する。
［ブレージングシート２の作製］
表１に示す化学成分を有するアルミニウム合金を鋳造し、鋳塊を作製した。鋳塊を５００℃で加熱して均質化処理を行った後、鋳塊に熱間圧延を行って厚さ５ｍｍのろう材板を作製した。また、ろう材板とは別に、表２に示す化学成分を有するアルミニウム合金を鋳造し、鋳塊を作製した。鋳塊を６００℃で加熱して均質化処理を行った後、鋳塊に熱間圧延を行って厚さ４５ｍｍの心材板を作製した。
以上により準備したろう材板及び心材板を表３に示す組み合わせで重ね合わせ、５００℃の温度でクラッド圧延を行い、厚さ２ｍｍのクラッド圧延板を作製した。次いで、得られたクラッド圧延板に冷間圧延を行い、厚さ０．４ｍｍの冷間圧延板を作製した。この冷間圧延板を加熱して焼鈍処理を行った。以上により、心材層Ｃの片面にろう材層Ｂがクラッドされたブレージングシート２を作製した。得られたブレージングシート２におけるろう材層Ｂのクラッド率は１０％であった。
［被処理物１の組み立て］
ブレージングシート２にプレス成形を行って図１及び図２に示す形状に成形した後、図２（ａ）に示すように、フランジ部２３のろう材層Ｂ同士が当接するようにして２枚のブレージングシート２を組み合わせた。この状態で治具（図示略）を用いて２枚のブレージングシート２を固定し、被処理物１を組み立てた。
［フラックス３の塗布］
次に、フラックス３が中空部１１内に進入しないように、被処理物１の一対の開口端１１１（図１参照）にテープ（図示略）を貼り付けて中空部１１を一時的に封止した。この状態において、被処理物１の外表面、即ち外部空間に面した表面全体にＫ−Ａｌ−Ｆ系フラックスのアルコール懸濁液をスプレーにより塗布した。その後、被処理物１を乾燥させた後にテープを除去した。以上により被処理物１の外表面にフラックス３を塗布した。
フラックス３の塗布量は、以下の方法により算出した。まず、フラックス３を塗布し、乾燥させた後に測定した被処理物１の質量から、フラックス３の塗布前に予め測定した被処理物１の質量を差し引くことにより、塗布されたフラックス３の総質量（ｇ）を算出した。この総質量を被処理物１の外表面の総面積（ｍ２）で除することにより、被処理物１に塗布されたフラックス３の塗布量の平均を算出することができる。本例においては、この塗布量の平均を外側被接合部１３に塗布されたフラックス３の量とする。
本例においては、フラックス３の塗布ムラを考慮して、塗布量の平均が２．５ｇ／ｍ２となるように、アルコール懸濁液中のフラックス３の濃度等の塗布条件を設定した。しかしながら、実際には表３に示すように、フラックス３の塗布量の平均は１．０〜４．５ｇ／ｍ２の範囲で変動した。
［ろう付］
被処理物１のろう付には、ろう付室内を不活性ガスにより置換可能なろう付炉を用いた。本例においては、ろう付室内に窒素ガスを導入し、室内の酸素濃度を２０ｐｐｍ以下に制御した状態で被処理物１のろう付を行った。
被処理物１の加熱は、以下の条件により行った。ろう付室内に被処理物１を送入した後、被処理物１の温度を計測しながら、温度が６００℃に到達するまでの時間が１５分程度となるように被処理物１を加熱した。被処理物１の温度が６００℃に到達した後、６００℃の温度を３分間保持した。その後、被処理物１を冷却した後ろう付炉から取り出した。以上により被処理物１のろう付を完了し、表３に示す３３種の試験体（試験体Ｅ１〜Ｅ２３、Ｃ１〜Ｃ１０）を作製した。
［ろう付性の評価］
得られた試験体について、目視評価及び断面観察によりろう付性の評価を行った。以下に評価方法を説明する。
＜目視評価＞
試験体の内側被接合部１２及び外側被接合部１３に形成されたフィレット１２１、１３１（図２（ｂ）参照）の形状を目視により観察した。その結果を表３に示す。なお、表３における「目視評価」の欄に示した記号に対応する評価結果は以下の通りである。
Ａ＋：フィレット１２１、１３１の大きさのばらつきが小さく、フィレット１２１、１３１に切れ目がない極めて良好な状態
Ａ：フィレット１２１、１３１の大きさに若干のばらつきがあるが、フィレット１２１、１３１に切れ目がない良好な状態
Ｂ：フィレット１２１、１３１が部分的に途切れ、連続していない状態
Ｃ：フィレット１２１、１３１がほとんど形成されていない、あるいはろう付接合がなされていない状態
＜断面観察＞
試験体を切断して長手方向に垂直な断面を露出させ、当該断面に形成されたフィレット１２１、１３１の画像を取得した。この画像に基づき、図２（ｂ）に示すように、フィレット１２１、１３１を円弧と仮定したときの曲率半径を算出した。即ち、図２（ｂ）に示すように、上記の断面画像に基づいて、フィレット１２１、１３１の形状に最もよく合致する近似円１２２、１３２を決定し、得られた近似円１２２、１３２の半径を曲率半径とした。なお、フィレット１２１、１３１の曲率半径は、ろう付性が良好であり、ろう付中のろうの濡れ性が高いほど大きい値を示す。
Figure 2016093017
Figure 2016093017
Figure 2016093017
表１〜表３より知られるように、試験体Ｅ１〜Ｅ２３は、ろう材層Ｂ及び心材層Ｃの化学成分が上記特定の範囲内であるブレージングシート２を用いている。それ故、試験体Ｅ１〜Ｅ２３は、目視評価及び断面観察のいずれの評価においても良好な結果を示した。なお、試験体Ｅ１５は、ろう付部１４の表面に変色が発生した。これは、Ｂｉの含有量が比較的多いためと考えられる。試験体Ｅ１５における目視評価及び断面観察の結果は良好であるため、試験体Ｅ１５においては、ろう付部１４の変色が実用上問題となるおそれはない。
一方、試験体Ｃ１〜Ｃ６は、ろう材層Ｂ中のＢｉ、ＬｉまたはＢｅのいずれかが上記特定の範囲から外れているブレージングシート２を用いている。そのため、内側被接合部１２においてフィレット切れや未接合等のろう付不良が発生した。試験体Ｃ１〜Ｃ６は、内側被接合部１２におけるフィレット１２１の曲率半径が小さいことから、Ｂｉ、ＬｉまたはＢｅのいずれかが上記特定の範囲から外れたために、内側被接合部１２におけるろうの濡れ性の低下を招いたと推定できる。
試験体Ｃ７〜Ｃ８は、ろう材層Ｂ中のＳｉが上記特定の範囲から外れているブレージングシート２を用いている。そのため、ろう付中のろうの流動性が不十分となり、内側被接合部１２及び外側被接合部１３のいずれにおいてもろう付不良が発生した。
試験体Ｃ９〜Ｃ１０は、ろう材層Ｂまたは心材層ＣのＭｇが上記特定の範囲を超えているブレージングシート２を用いている。そのため、外側被接合部１３においてろう付不良が発生した。試験体Ｃ９〜Ｃ１０は、外側被接合部１３におけるフィレット１３１の曲率半径が小さいことから、フラックス３がＭｇと反応して消費されたために、外側被接合部１３におけるろうの濡れ性の低下を招いたと推定できる。
（実施例２）
本例は、ブレージングシート２以外の他の部材を含む被処理物１ｂのろう付方法の例である。本例の被処理物１ｂは、図３及び図４に示すように、平板状のブレージングシート２ｂと、ブレージングシート２ｂ上に載置された上部部材４とから構成されており、ブレージングシート２ｂと上部部材４とにより囲まれた筒状の中空部１１が存在している。なお、図３及び図４において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に説明の無い限り実施例１と同様の構成要素等を示す。
上部部材４はＪＩＳ Ａ ３００３合金よりなる厚さ０．４ｍｍのアルミニウム板を屈曲して形成されており、実施例１におけるブレージングシート２と同様の形状を有している。即ち、図３及び図４に示すように、上部部材４は、頂壁部４１と、頂壁部４１の幅方向における両端に屈曲形成された一対の側壁部４２と、側壁部４２の先端に形成されたフランジ部４３とを有している。
ブレージングシート２ｂは、実施例１における試験体Ｅ２及び試験体Ｅ４に用いたものと同一の構成を有している。本例のブレージングシート２は、幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの寸法を有している。
本例においては、被処理物１ｂを組み立てる前に、ブレージングシート２ｂのろう材層Ｂにおける外側被接合部１３となる部分（図４（ａ）参照）にフラックス３を塗布した。具体的には、フラックス３の塗布量の平均が１．５ｇ／ｍ２及び３．５ｇ／ｍ２となるように、フラックス３の濃度が異なる２種類のアルコール懸濁液を調製し、これを刷毛を用いて塗布した後、乾燥させた。
本例の方法では、実施例１のように被処理物１の全面に塗布する方法に比べて、塗布するフラックス３の総質量が少ない、塗布面積の算出が困難であるなどの問題があり、塗布後のブレージングシート２ｂそのものを用いて塗布量を正確に算出することが難しい。それ故、本例においては、上記２種類のアルコール懸濁液を用いて予め塗布実験を複数回行い、ろう付に用いるブレージングシート２ｂへの塗布量が上記複数回の塗布実験における最大値から最小値までの範囲に含まれていると推定して実験を進めた。表４に、上記塗布実験における最大値から最小値までの範囲を示す。
ブレージングシート２ｂにフラックス３を塗布した後、ろう材層Ｂにフランジ部４３が当接するようにして上部部材４を載置した（図４（ａ）参照）。この状態で、治具を用いてブレージングシート２ｂと上部部材４とを固定し、被処理物１ｂを組み立てた。本例の被処理物１ｂは、図３及び図４（ａ）に示すように、ブレージングシート２ｂ及び上部部材４により囲まれた筒状の中空部１１を有している。また、フランジ部４３における中空部１１側は内側被接合部１２であり、外部空間に面した側は外側被接合部１３である。
その後、実施例１と同様にろう付を行い、表４に示す４種の試験体（試験体Ｅ３１〜Ｅ３４）を作製した。また、本例においては、試験体Ｅ３１〜Ｅ３４との比較のため、フラックス３を一切塗布しない以外は上記と同様に作製した２種の試験体（試験体Ｃ３１〜Ｃ３２）を準備した。これらの６種の試験体について、実施例１と同様にろう付性の評価を行い、その結果を表４に示した。
Figure 2016093017
表４より知られるように、外側被接合部１３にフラックス３を塗布した試験体Ｅ３１〜Ｅ３４は、目視評価及び断面観察のいずれの評価においても良好な結果を示した。一方、フラックス３を塗布せずに作製した試験体Ｃ３１〜Ｃ３２は、外側被接合部１３においてろう付不良が発生した。これらの結果から、外側被接合部１３においては、ろう材層Ｂに含まれるＢｉ、Ｌｉ及びＢｅによるろう付性の向上効果を得ることが難しく、フラックス３が必須であることが理解できる。
（実施例３）
本例は、上記ろう付方法を適用可能な被処理物１の他の態様の例である。上記ろう付方法は、アルミニウム材からなり、中空部１１を有する被処理物１であれば、種々の態様の被処理物１に適用することができる。図５〜図７に、被処理物１（１ｃ、１ｄ、１ｅ）の態様の例を示す。なお、なお、図５〜図７は、被処理物１のろう付が完了した状態を示している。ブレージングシート２におけるろう材層Ｂは、ろう付時の加熱により溶融して内側被接合部１２及び外側被接合部１３に移動する。そのため、図５〜図７に示すように、ろう付が完了した状態における心材層Ｃの表面には、内側被接合部１２及び外側被接合部１３を除いてろう材層Ｂは残っていない。
例えば、被処理物１は、図５に示すように、２枚のブレージングシート２の間にインナーフィン５を狭持していてもよい。図５の被処理物１ｃは、心材層Ｃの両面にろう材層Ｂがクラッドされた両面ブレージングシートを用いて作製することができる。
被処理物１ｃの作製は、例えば、以下のようにして行うことができる。まず、ブレージングシート２の板幅方向における両端部を屈曲し、頂壁部２１と、一対のテーパ状側壁部２４とを形成する。テーパ状側壁部２４は、頂壁部２１から離れるほど互いの間隔が拡開するように屈曲される。次いで、別途準備したコルゲート形状を有するインナーフィン５を、２枚のブレージングシート２（２ｃ、２ｄ）のうち一方のブレージングシート２ｃの内側に収容し、頂壁部２１のろう材層Ｂに当接させる。その後、他方のブレージングシート２ｄの頂壁部２１を一方のブレージングシート２ｃの内側に収容してろう材層Ｂをインナーフィン５に当接させると共に、２枚のブレージングシート２のテーパ状側壁部２４同士を当接させる。
以上により得られた被処理物１ｃは、２枚のブレージングシート２の間に複数の中空部１１（１１ａ、１１ｂ）を有している。即ち、板幅方向における頂壁部２１の両端には、頂壁部２１、テーパ状側壁部２４及びインナーフィン５により囲まれた筒状の中空部１１ａが存在している。また、中空部１１ａよりも板幅方向の内側には、頂壁部２１とインナーフィン５とにより囲まれた筒状の中空部１１ｂが存在している。
ブレージングシート２とインナーフィン５との当接部は中空部１１ａまたは１１ｂに面する内側被接合部１２であるため、フラックス３を用いることなく良好なろう付接合を形成することができる。一方、テーパ状側壁部２４同士の当接部は、外部空間に面する外側被接合部１３を有する。それ故、テーパ状側壁部２４同士の当接部における外表面にフラックス３を塗布することにより、良好なろう付接合を形成することができる。
また、被処理物１は、１枚のブレージングシート２を折り曲げてなる筒状体であってもよい。例えば、図６に示す被処理物１ｄは、ブレージングシート２の板幅方向における両端部を中央側へ向けて折り返して折り返し部２５を形成し、更にその先端を内側へ折り込んで中央壁部２６を形成することにより作製できる。これにより、中央壁部２６と、中央壁部２６に連なる折り返し部２５と、折り返し部２５に対面する基部２７とが形成される。
上記のように作製された被処理物１ｄは、中央壁部２６と、折り返し部２５と、基部２７とにより囲まれた２箇所の中空部１１を有している。また、基部２７と中央壁部２６とが接合される部分は内側被接合部１２であり、一対の中央壁部２６が接合される部分は外側被接合部１３である。
１枚のブレージングシート２を折り曲げてなる被処理物１の他の態様としては、図７に示すように、ブレージングシート２の板幅方向における両端部にフランジ部２３を形成し、フランジ部２３同士が当接するようにブレージングシート２を筒状に成形した被処理物１ｅが考えられる。
以上に列挙した被処理物１の態様は例示であり、アルミニウム材からなり、中空部１１を有する被処理物１であれば、上記ろう付方法を適用することができる。
（実施例４）
上記ろう付方法は、熱交換器の製造に適用することができる。図８に示すように、本例の被処理物１ｆは、一対のヘッダ６１と、互いに平行に並んだ状態でヘッダ６１に挿通される５本の押出管６２と、隣り合う押出管６２の間に配置されるコルゲート形状のアウターフィン６３とを有している。
被処理物１ｆは、多数の中空部１１（１１ｃ、１１ｄ）を有している。即ち、図８に示すように、ヘッダ６１の並び方向における被処理物１ｆの両端には、ヘッダ６１、押出管６２及びアウターフィン６３により囲まれた中空部１１ｃが存在している。また、中空部１１ｃよりも上記並び方向の内側には、押出管６２とアウターフィン６３とにより囲まれた中空部１１ｄが存在している。
被処理物１ｆは、ヘッダ６１、押出管６２及びアウターフィン６３を図８に示す所定の形状に組み立てた後、上記ろう付方法を適用してろう付を行うことにより、熱交換器を作製することができる。
押出管６２としては、例えば、管内部が隔壁により複数の流路に区画された多穴管を用いることができる。ヘッダ６１及びアウターフィン６３は心材層Ｃの両面にろう材層Ｂを有するブレージングシート２から構成されている。また、ヘッダ６１は、押出管６２を挿通するための貫通穴（図示略）を有している。
図８に示すように、本例の被処理物１ｆには、多数の中空部１１が存在している。押出管６２とアウターフィン６３との当接部は中空部１１ｃまたは１１ｄに面する内側被接合部１２であるため、フラックス３を用いることなく良好なろう付接合を形成することができる。一方、ヘッダ６１と押出管６２との当接部は、外部空間に面する外側被接合部１３を有する。それ故、ヘッダ６１と押出管６２との当接部における外表面にフラックス３を塗布することにより、良好なろう付接合を形成することができる。

Claims (7)

  1. アルミニウム材からなり中空部を有する被処理物における、上記中空部に面した内側被接合部と、外部空間に面した外側被接合部とを一括してろう付するろう付方法であって、
    Ｍｇの含有量が０．２％（質量％、以下同じ）未満に規制され、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる化学成分を有する心材層と、Ｓｉ：４．０〜１３．０％、Ｂｉ：０．０１〜０．３％を必須に含み、更にＬｉ：０．００４〜０．０８％及びＢｅ：０．００６〜０．１２％のうち１種又は２種を含み、Ｍｇの含有量が０．１％未満に規制され、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる化学成分を有し、上記心材層の少なくとも一方の面にクラッドされたろう材層とを有するブレージングシートを含む上記被処理物を準備し、
    上記ろう材層が上記内側被接合部及び上記外側被接合部の両方に存在するように上記被処理物を組み立て、
    次いで、上記外側被接合部に存在する上記ろう材層上にフラックスを塗布し、
    その後、不活性ガス雰囲気下で上記被処理物を加熱してろう付を行う、ろう付方法。
  2. 上記心材層は、更にＭｎ：０．０５〜１．３％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｆｅ：１．０％以下、Ｃｕ：０．９％以下、Ｚｎ：６．５％以下、Ｔｉ：０．２％以下及びＺｒ：０．５％以下のうち１種または２種以上を含有している、請求項１に記載のろう付方法。
  3. 上記ブレージングシートは、予め、上記ろう材層の表面に存在する酸化皮膜のエッチング処理を施されている、請求項１または２に記載のろう付方法。
  4. 上記エッチング処理の後に、上記ろう材層の表面に不活性ガス中での熱分解温度が３８０℃以下である油剤を塗布する、請求項３に記載のろう付方法。
  5. 上記フラックスは、不活性ガス中での熱分解温度が５００℃以下であるバインダの含有量が２０質量％以下に規制されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のろう付方法。
  6. 上記外側被接合部に塗布するフラックスの量は、０．５〜７．０ｇ／ｍ2である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のろう付方法。
  7. 熱交換器の製造に用いる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のろう付方法。
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