JP2013036099A - 冷却器用クラッド材および発熱素子用冷却器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の冷却器用クラッド材20は、質別O材からなる芯材21と、該芯材21の一方の面(冷却水の通路4側となる表面)を被覆する第1のろう材層22と、他方の面を被覆する第2のろう材層とを有する3層構成のクラッド素材を圧延したクラッド材であり、Feを含めた各成分の含有量を特定の範囲に規定し、ろう付前後において、伸び、平均結晶粒径、Si粒子の平均粒径、電位差、芯材クラッド率などの特性項目を所定の範囲に規定している。
【選択図】図1
Description
このような冷却器としては、被冷却体が取り付けられるアルミニウム合金板からなる天板と、該天板との間に冷却水の通路を画成するアルミニウム合金板からなる底板と、これらアルミニウム合金板どうしの間に収容されたインナフィンとが互いにろう付されて構成され、冷却水の通路内を流れる冷却水と被冷却体との熱交換によって被冷却体を冷却する、いわゆる水冷方式のものが知られている。
この冷却器では、冷却水と被冷却体との熱交換効率を高めるため、被冷却体が取り付けられる天板は、底板よりも十分薄く形成される。また、近年では、天板に、半導体素子(被冷却体)が接合される絶縁回路用基板(冷却素子基板)を取り付けたものも開発されている。この絶縁回路用基板は、AlNやSi3N4などの熱伝導絶縁セラミックスの両面に純アルミニウム等の金属板を貼り合わせたものであり、この絶縁回路用基板を熱交換器と一体でろう付けすることもなされている。
前述の冷却器においてアルミニウム合金からなる天板と底板をろう付けする場合、フッ化物フラックス(例えば、非腐食性のノコロックフラックスやZn置換フラックスなど)を塗布した後、熱交換器の形状に組み付け、この後、高純度窒素ガス雰囲気中において590℃〜620℃程度に加熱することによりろう付けすることがなされている。
このような背景において、以下の特許文献1に記載されている如く、半導体素子が薄板状のヒートシンクに金属板を介し当接させて装着され、該ヒートシンクを仕切壁にて複数の冷媒通路に区分けして構成された冷却器の構造が知られている。
すなわち、前述のような冷却器では、天板の素材として、例えばアルミニウム合金板の少なくとも一方の面(冷却水の通路側となる表面)に、Al−Si系ろう材をクラッドしたクラッド材が用いられ、これを所定の形状にプレス成形したものが天板として用いられる。
しかし、前述した自動車の軽量化の背景から、熱交換器用材料の一層の薄肉化が進行されており、冷却素子の発熱量が大きい場合、冷却性能を高くするために、冷却水の流速を向上させる必要があるなど、熱交換器用材料の腐食環境は益々厳しくなってきている。更に、熱交換器に適用する冷却水の圧力も徐々に高くなってきており、熱交換器用材料の薄肉化とともに材料強度も必要になってきている。
ところで、上述のクラッド材は、プレスにより熱交換器の形状に加工されてろう付けがなされるが、熱交換器の形状が複雑になると、伸びが大きく、強度が低いといったプレス成形に適した特性を要することから、展伸材を焼鈍した質別JIS規定のO材が選定されることが多い。
また、腐食は、ろう材組織の共晶部分から優先的に進行するため、芯材がろう材によって侵食されていると腐食が早期に深さ方向に進行するおそれがある。このろう浸食は仮に芯材の内面側に犠牲材を配置したとしても、腐食が深さ方向に進行した場合、外側のろう浸食部まで腐食が到達すると、早期に貫通孔となってしまうため、耐食性の面で問題となり易い。
更に、アルミニウムはその表面でレーザーを反射するため、溶接初期に急激に溶融して入熱量が過大になってしまう問題がある。
Mn:0.4〜1.5質量%、Cu:0.05〜0.8質量%、Si:0.05〜1.0質量%、Fe:0.05〜0.5質量%、Ti:0.05〜0.20質量%、Zr:0.05〜0.15質量%、前記第1のろう材層は、Si、ZnおよびFeを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、Si:4.5〜11.0質量%、Zn:2.5〜6.0質量%、Fe:0.1〜0.2質量%、
前記第2のろう材層は、Si、Feを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、Si:5.0〜12.6質量%、Fe:0.1〜0.7質量%、前記冷却器を構成する他の各部とのろう付前において、伸びが15%以上、圧延方向平行断面の圧延方向の平均結晶粒径が80〜500μm、かつ、板厚方向の平均結晶粒径が30〜100μm、前記第1のろう材層および前記第2のろう材層に含まれるSi粒子の平均粒径(円相当径)が1.8μm未満であり、
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付後において、前記第1のろう材層表面と前記芯材との電位差が50mV以上、前記冷却器用クラッド材全厚に対する前記芯材の割合t1/T(%)が下記式を満たすことを特徴とする成形性およびレーザー溶接性、ろう付け性と耐食性に優れた発熱素子冷却器用クラッド材に関する。
t1/T(%)≧80% …式
T:冷却器用クラッド材の全厚、t1:芯材の厚さを示す。
前記芯材は、Mn、Cu、Si、Feを下記の含有量で含有し、あるいはさらにTi、Zrのうちから選ばれる1種または2種以上を下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
Mn:0.4〜1.5質量%、Cu:0.05〜0.8質量%、Si:0.05〜1.0質量%、Fe:0.05〜0.5質量%、Ti:0.05〜0.20質量%、Zr:0.05〜0.15質量%、
前記犠牲材層は、Znを下記の含有量で含有するとともに、Si、Fe、Mn、Ti、Zrのうちから選ばれる1種または2種以上を下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、Zn:0.5〜5.0質量%、Si:0.1〜1.0質量%、Fe:0.1〜0.2質量%、Mn:0.1〜1.1質量%、Ti:0.05〜0.20質量%、Zr:0.05〜0.15質量%
前記ろう材層は、Si、Feを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、Si:5.0〜12.6質量%、Fe:0.1〜0.7質量%、
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付前において、伸びが15%以上、圧延方向平行断面の圧延方向の平均結晶粒径が80〜500μm、かつ、板厚方向の平均結晶粒径が30〜100μm、前記犠牲材層および前記ろう材層に含まれるSi粒子の平均粒径(円相当径)が1.8μm未満であり、前記冷却器を構成する他の各部とのろう付後において、前記犠牲材層表面と前記芯材との電位差が50mV以上、前記冷却器用クラッド材全厚に対する前記芯材の割合t1/T(%)が下記式を満たすことを特徴とする成形性およびレーザー溶接性、ろう付け性と耐食性に優れた発熱素子冷却器用クラッド材に関する。
t1/T(%)≧80%・・・式
T:冷却器用クラッド材の全厚、t1:芯材の厚さを示す。
本発明の発熱素子用冷却器は、先のいずれかに記載の冷却器用クラッド材をプレス成形して得た天板と、該天板との間に作動流体通路を画成するように配設され、該天板よりも板厚の厚い底板と、前記天板と前記底板との間に収容されたインナフィンとを有し、これら各部の被接合部どうしがろう付されて構成され、前記天板の前記作動流体通路と反対側に取り付けられる発熱素子を、前記作動流体通路内を流動する冷却水との熱交換によって冷却することを特徴とする。
本発明の発熱素子用冷却器は、前記天板の前記作動流体通路と反対側の面に、前記発熱素子が接合される冷却素子用基板がろう付されていることを特徴とする。
<第1、2実施形態>
まず、本発明の冷却器用クラッド材を適用した発熱素子用冷却器の第1、2実施形態について説明する。
図1は、本発明の冷却器用クラッド材を適用した発熱素子用冷却器の第1実施形態を示す概略縦断面図、図2は、図1に示す発熱素子用冷却器において、天板の素材として用いられる冷却器用クラッド材の一例を示す概略縦断面図である。
底板1は、板状をなし、その外縁部に天板2の被接合部13と接合される段差部(被接合部)23が形成されている。底板1は、後述する天板2よりも肉厚とされ、具体的には1.0〜4.0mm程度とされる。
天板2は、底板1と略同じ平面形状をなす板体であり、その外縁部に底板1の被接合部23と接合される段差部(被接合部)13が形成されている。天板2は、底板1よりも肉薄とされ、具体的には0.2〜2.0mm程度とされている。そして、本実施形態において、天板2は、本発明の冷却器用クラッド材20を素材として構成されている。この冷却器用クラッド材20の構成については、後に詳述する。
底板1と天板2とは、各段差13、23どうしがろう付接合されており、底板1と天板2との間には、段差部13、23の側壁によって封止された冷却水の通路4が画成されている。
この形態の冷却器10では、発熱素子7を、冷却水の通路4内を流動する冷却水によって、インナフィン3、天板2および冷却素子基板6を介して冷却する。
これにより、底板1および冷却器用クラッド材20が有するろう材層22が溶融、流動し、その後、炉内の温度を降下させることによって、ろう材が固化する。その結果、各被接合部13、23どうし、インナフィン3の被接合部33と天板2の内面と底板1の表面、および、天板2の外側面2bと冷却素子基板6がろう付接合され、冷却器10が得られる(ろう付工程)。
「天板」
まず、天板2の構成について説明する。本発明の冷却器10では、天板2が、本発明の冷却器用クラッド材20を素材として構成されている点に特徴がある。すなわち、天板2は、冷却器用クラッド材20を天板形状に成形し、この成形体を、冷却器10を構成する他の各部、底板1、インナフィン3、冷却素子基板6とろう付して構成されたものである。
芯材21は、Mn、Cu、Si、Feを含有し、あるいはさらにTi、Zrのうちから選ばれる1種または2種以上を含有し、残部がAlおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金によって構成されている。各成分の含有量は、Mn:0.4〜1.5質量%、Cu:0.05〜0.8質量%、Si:0.05〜1.0質量%、Fe:0.05〜0.5質量%、Ti:0.05〜0.20質量%、Zr:0.05〜0.15質量%である。また、各成分の作用は下記の通りである。
Mnの含有量が0.4質量%未満であると、これらの効果が十分に得られない。また、Mnの含有量が1.5質量%を超えると、クラッド素材の鋳造性や加工性(圧延性)が低下してしまう。
Siの含有量が0.05質量%未満であると、このような効果が十分に得られない。また、Siの含有量が1.0質量%を超えると、芯材21の融点が低下し、ろう付時に芯材21が溶融する可能性がある。
また、Cuは、芯材21から通路側のろう材に向けて、濃度勾配を形成し、防食上有効な電位勾配を形成してクラッド材の耐孔食性を向上させる。
Cuの含有量が0.05質量%未満であると、このような効果が十分に得られない。また、Cuの含有量が0.8質量%を超えると、融点が低下し、ろう付け時に芯材21が溶融するおそれがある。
Feの含有量が0.05質量%未満であると、これらの効果が十分に得られない。また、Feの含有量が0.5質量%を超えると、芯材21の腐食速度が速くなってしまう。また、巨大晶出物が出現し、これによってクラッド材の鋳造性や圧延性が低下してしまう。
これらの含有量が0.05質量%未満であると、このような効果が十分に得られない。また、Ti含有量が0.20質量%を超えた場合、あるいは、Zr含有量が0.15質量%を超えた場合には、クラッド材の自己耐食性および加工性が低下してしまう。なお、0.05質量%未満のTiおよびZnは不可避不純物とする。
この第1のろう材層22は、Si、ZnおよびFeを含有し、残部がAlおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されている。SiおよびZnの含有量はSi:4.5〜11.0質量%、Zn:2.5〜6.0質量%であり、Feの含有量は0.1〜0.2質量%であり、各成分の作用は下記の通りである。
Siの含有量が4.5質量%未満であると、ろう付性が不十分となる。また、Siの含有量が11.0質量%を超えると、Siが芯材21あるいは被接合部材1、3を大きく侵食するようになる。
Zn:Znは、ろう付工程の熱処理によって芯材21中に拡散し、冷却器用クラッド材20(天板2)の表面2aから深さ方向にZnの濃度勾配を形成する。Znは、比較的電位が卑であるため、そのような濃度勾配が形成されることによって、天板2の表面2aから深さ方向に電位勾配が生じる。
このような電位勾配層が形成された天板2では、その犠牲陽極効果によって、冷却水5による腐食が面方向に優先的に進行し、深さ方向への腐食の進行が抑制される。このため、腐食孔の発生を抑えることができる。
Znの含有量が2.5質量%未満であると十分な電位勾配が形成されず、また、Znの含有量が6.0質量%を超えると電位勾配層の自己腐食速度が速くなりすぎ、天板2の深さ方向への腐食を十分に抑えることができない。
第2のろう材層24は、Siを5.0〜12.6質量%、Feを0.1〜0.7質量%含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されている、
Si:Siは、ろう付工程の熱処理によって溶融、流動した後、固化することによって、被接合部13、23どうし、および、天板2の表面2aとインナフィン3の折曲部33とをろう付接合する。また、Siは、ろう材の融点を低下させ、その溶融状態での流動性を高める作用がある。Siの含有量が5.0質量%未満であると、ろう付性が不十分となる。また、Siの含有量が12.6質量%を超えると、粗大なSi粒子が出現して、圧延加工性が低下するとともに、芯材21あるいは冷却素子基板6を大きく侵食するようになる。
Fe:Feは、最終焼鈍時に芯材へ拡散することで、ろう付け時の低加工域での再結晶を促進し、クラッド材における亜結晶の残存を抑制する。Feの含有量が0.1質量%未満であると亜結晶が残存するおそれを生じ、0.7質量%を超えると腐食速度が速くなりすぎ、天板2の深さ方向への腐食を十分に抑えることができない。
この冷却器用クラッド材20は、以上のような組成を有する3層構成のクラッド素材を最終焼鈍前の1パスの冷間圧延の圧延率を20〜45%で行い、最終焼鈍の昇温速度を10〜100℃/時間で行い、最終焼鈍条件として、300〜450℃で1〜6時間保持後、冷却して得られた質別O材に相当するものである。
最終焼鈍前の1パスの冷間圧延の圧延率を20〜45%で行うことにより、ろう材/芯材界面付近のひずみの蓄積量を多くして界面付近の再結晶粒径を微細化、低加工域での亜結晶粒残存を抑制できる。20%未満の圧延率にて冷間圧延を行うと、ひずみが材料表面(ろう材)に蓄積するため、効果が不十分となる。45%を超える圧延率にて冷間圧延を行うと、ひずみがより芯材内部に蓄積するため、効果が不十分となる。
最終焼鈍条件として、300〜450℃で1〜6時間保持することにより、クラッド材を完全に再結晶させ、伸びを向上、成形性を向上させる。そして、ろう材に添加したFeを芯材界面の芯材へ拡散させることができる。
300℃未満の温度を選択するか、1時間未満の温度保持では効果が不十分となり易く、450℃を超える温度で6時間を超える焼鈍条件では、ろう材中のSiやZnまでも拡散してしまう。
この冷却器用クラッド材20では、ろう付前の特性として、伸び、芯材21の平均結晶粒径、各ろう材層22、24に含まれるSi粒子の平均粒径(円相当径)を規定し、ろう付後の特性として、第1のろう材層22表面2aと芯材1との電位差、冷却器用クラッド材全厚に対する芯材21の占める割合を規定する。ここで、ろう付後の冷却器用クラッド材20の特性は、冷却器10における天板2としての特性に相当する。
A.ろう付前の伸び、および、ろう付前の芯材の平均結晶粒径
ろう付前の冷却器用クラッド材20の伸びは15%以上に規定し、芯材21の平均結晶粒径について圧延方向においては、圧延方向平行断面の平均結晶粒径を80〜500μmに規定し、芯材21の平均結晶粒径において板厚方向においては、30〜100μmに規定することが好ましい。
圧延方向において平均結晶粒径を80〜500μmに規定することにより、プレス成形性を向上させることができ、ろう付時の低加工域での再結晶を促進し、亜結晶の残存を抑制することができる。
板厚方向において平均結晶粒径を30〜100μmに規定することにより、プレス成形性を向上させることができ、ろう付時の低加工域での再結晶を促進し、亜結晶の残存を抑制することができる。また、溶融ろうが粒界を優先的に侵食するため、深さ方向へのろう侵食を抑制できる。
伸びが15%未満のクラッド材は、伸びが小さいため、プレス成形すると割れが発生し易く、成形することができない。また、伸びの上限は特に規定されないが、35%以下であるのが好ましい。クラッド材のプレス成形性は、伸びが大きい程向上する傾向があるが、伸びが35%を超えると、その効果は飽和する。
本発明において平均結晶粒径は、圧延方向と平行な断面あるいは板厚方向に沿う断面を研磨し、これらの断面をバーカー氏液などを用いて電解エッチング後、結晶組織の観察を行ない、結晶組織の写真撮影を実施した後に、JISG0551に記載の「直線切断法」にて測定した。
ろう付前の各ろう材層22、24に含まれるSi粒子の平均粒径(円相当径)は1.8μm未満に規定する。これにより、レーザ溶接による仮止め工程で、各ろう材層22、24へのレーザの入射が緩慢になり、その入熱量の制御が容易になるため、溶接部を小さく抑えることができる。その結果、得られた冷却器10の天板2において、溶接部からの腐食が生じ難くなり、溶接部から腐食が進行することに起因する腐食孔の発生を抑止することができる。また、平均粒径が1.8μm未満のSi粒子は微細であるため、各ろう材層22、24全体で、その溶融が均一に進行する。これにより、ろう付性が向上し、特に天板2と冷却素子基板6とのろう付の際、ボイド等のろう付欠陥が発生し難くなる。
本発明において、Si粒子の平均粒径は、圧延方向と平行な断面を研磨し、0.5%HF(フッ化水素酸)によりエッチング後、Si粒子の観察を行ない、写真撮影を実施した後に、画像解析装置により、円相当径を測定した。倍率は100倍とし、測定は10視野の平均とした。
Si粒子の平均粒径の下限は、特に規定されないが、0.5μm以上であるのが好ましい。前述のようなレーザ入射を緩和する効果やろう付性を向上させる効果は、Si粒子の平均粒径が微細であるほど向上する傾向があるが、Si粒子の平均粒径が0.5μm未満になると、効果は飽和する。
C.ろう付後の第1のろう材層表面と芯材との電位差
ろう付後の第1のろう材層21の表面2aと芯材21との電位差は、50mV以上に規定する。
冷却器用クラッド材20(天板2)が、このような電位差(電位勾配)を有していると、その表面2a付近で犠牲陽極効果が得られ、深さ方向への腐食の進行が抑制される。このため、腐食孔の発生を抑えることができる。
電位差が50mV未満の場合には、このような犠牲陽極効果が得られず、深さ方向への腐食の進行を抑制する効果が得られない。また、電位差の上限は、特に規定されないが、300mV以下であるのが好ましい。電位勾配による防食効果は、その電位差が大きい程向上する傾向があるが、電位差を300mVを超える範囲としても、それ以上の効果は得られず、却って腐食速度が速くなり過ぎるなどの不都合が生じる。
電位差の測定は、40℃、2.67%AlCl3溶液、0.5mV/sの電位掃引速度でアノード分極測定を実施して、孔食電位を測定する。芯材について測定する際は、50℃、5%NaOHでエッチング後、板中央部付近を測定する。
ろう付後の全厚に占める芯材21の割合t1/T(%)は下記式を満たすように規定する。
t1/T(%)≧80% …式
T:天板の全厚、 t1:芯材の厚さを示す。
全厚に占める芯材の割合は、圧延方向と平行な断面を研磨し、バーカー氏液にて電解エッチング後、芯材とろう材の界面を特定し、測定する。界面は視野の中で平均的な位置とし、測定は10視野の平均とする。
底板1としては、この種の冷却器10で通常用いられているクラッド材やベア材が、いずれも使用可能である。具体的には、以下のようなものを挙げることができる。
図1に示すように、クラッド材としては、芯材11と、該芯材11の一方の面(冷却水の通路4側となる表面)を被覆するろう材層12とを有するもの等を用いることができる。
ろう材層のろう材としては、Al−Si−Zn系合金ろう材等のアルミニウム合金ろう材が挙げられ、各成分の含有量はSi:4〜11質量%、Zn:0〜5質量%であるのが好ましい。
ここで、犠牲材層を有するクラッド材の芯材およびベア材の構成材料としては、前述のろう材層を有するクラッド材の芯材と同様のものを挙げることができる。
犠牲材層の犠牲材としては、Al−Zn系合金等のアルミニウム合金が挙げられ、Znの含有量は0〜5質量%であるのが好ましい。また、Al−Zn系合金は、必要に応じてMn、Si、Feを含有していてもよい。
インナフィン3としては、この種の冷却器10で通常用いられているベアフィン材やクラッドフィン材が、いずれも使用可能である。具体的には、以下のようなものを挙げることができる。
ベアフィン材としては、アルミニウム合金によって構成されたもの、純アルミニウムによって構成されたもの等が挙げられる。
また、純アルミニウムとしては、JIS規格で1050、1100、1200等が挙げられる。
芯材の構成材料としては、ベアフィン材と同様のアルミニウム合金、純アルミニウム等を用いることができる。
ろう材層の構成材料としては、前述の底板1のろう材層と同様のアルミニウム合金ろう材等を用いることができる。
次に、本発明にかかる冷却器用クラッド材の他の例を適用した発熱素子用冷却器(本発明の発熱素子用冷却器)の第3、4実施形態について説明する。なお、第3、4実施形態においては、前記第1、2実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。
第3、4実施形態の発熱素子用冷却器は、天板2の素材として用いる冷却器用クラッド材20の構成が異なる以外は、前記第1、2実施形態と同様の構成されている。
以下、犠牲材層の構成について説明する。
この犠牲材層は、芯材21の一方の面(冷却水の通路4側の表面)を被覆するように設けられ、Znを含有するとともに、Si、Fe、Mn、Ti、Zrのうちから選ばれる少なくとも1種を含有し、残部がAlおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金によって構成されている。各成分の含有量は、Zn:0.5〜5.0質量%、Si:0.05〜1.0質量%、Fe:0.05〜0.2質量%、Mn:0.05〜1.1質量%、Ti:0.05〜0.20質量%、Zr:0.05〜0.15質量%である。各成分の作用は以下の通りである。
このような電位勾配層が形成された天板2では、その犠牲陽極効果によって、冷却水による腐食が面方向に優先的に進行し、深さ方向への腐食の進行が抑制される。このため、腐食孔の発生を抑えることができる。
Znの含有量が0.5質量%未満であると十分な電位勾配が形成されず、また、Znの含有量が5.0質量%を超えると電位勾配層の自己腐食速度が速くなりすぎ、天板2の深さ方向への腐食を十分に抑えることができない。
各成分の含有量が下限より少ない場合には、これらの効果が十分に得られない。また、各成分の含有量が上限を超えると、犠牲材層の腐食速度が速くなりすぎ、芯材の腐食を十分に抑えることができない。なお、それぞれの元素についていずれも0.05質量%未満を不可避不純物の範囲とする。
これらの含有量が0.05質量%未満であると、このような効果が十分に得られない。また、Ti含有量が0.20質量%を超えた場合、あるいは、Zr含有量が0.15質量%を超えた場合には、犠牲材層の加工性が低下してしまう。なお、0.05質量%未満のTiおよびZnは不可避不純物とする。
冷却器用クラッド材20(天板2)が、このような電位差(電位勾配)を有していると、その表面2a付近で犠牲陽極効果が得られ、深さ方向への腐食の進行が抑制される。このため、腐食孔の発生を抑えることができる。
電位差が50mV未満の場合には、このような犠牲陽極効果が得られず、深さ方向への腐食の進行を抑制する効果が得られない。また、電位差の上限は、特に規定されないが、300mV以下であるのが好ましい。電位勾配による防食効果は、その電位差が大きい程向上する傾向があるが、電位差を300mVを超える範囲としても、それ以上の効果は得られず、却って腐食速度が速くなり過ぎるなどの不都合が生じる。
以上、本発明の熱交換器の実施形態について説明したが、前記熱交換器を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
表1に示す組成(質量%、以下同じ)の厚さ3mmのアルミニウム合金芯材に表1に示す組成の厚さ150μmのろう材層をクラッド圧着してなる図1に示す断面形状のクラッド材(厚板クラッド材)からなる底板と、表2に示す組成の厚さ0.6mmのアルミニウム合金芯材の一方の面に表2に示す組成の厚さ60μmのろう材層(通路側ろう材)を、他方の面に表2に示す組成の厚さ60μmのろう材層(通路と反対側ろう材)をクラッド圧着してなる図1に示す断面形状の3層構造のクラッド材(薄板クラッド材)からなる天板を用意した。天板を200mm×300mm、角筒絞り形状、深さ約2mm、フランジ部10mmの図1に示す断面構造にプレス成形した。底板を200mm×300mm、角筒絞り形状、深さ約10mm、フランジ部10mmの図1に示す断面構造にプレス成形した。インナフィンとしてW:60mm×L:170mm、フィン高さ8mmの形状のものを用いた。インナフィンは後述の表4に示す組成の各インナフィン試料を用意した。
また、表2に示す構造の薄板クラッド材に代えて、表3に示す内面犠牲材(通路側犠牲材)を有する薄板クラッド材を用いて上述と同様にして熱交換器を製造した。
得られた熱交換器について腐食試験を行った。腐食試験は、イオン交換水+(Cl−:300ppm、SO4 2−:100ppm、Cu++:100ppm)NaCl、Na2SO4、CuCl2に調整した腐食液を使用した。この腐食液60L(リットル)を熱交換器の内部を循環させた(80℃×8h)後、室温×16h(循環停止)とする試験について流量(L/分)を変化させる試験とした。
なお、実施例5の構成であっても、表4に示す如く焼鈍の際の昇温速度、焼鈍温度、焼鈍時間の条件が本発明の範囲外では、表5に示す如く、耐食性不足、レーザー溶接不良、プレス割れの何れかが原因となって漏れを生じた。
これらの試料に対し、本発明の条件を満足した熱交換器試料は問題を生じなかった。
Claims (7)
- 芯材と、該芯材の一方の面を被覆する第1のろう材層と、該芯材の他方の面を被覆する第2のろう材層とを有する3層構成のクラッド素材を、所定の板厚まで圧延後、最終焼鈍される質別O材からなり、発熱素子用冷却器を構成する他の各部と、前記第1のろう材層側を作動流体通路側としてろう付される冷却器用クラッド材であって、
前記芯材は、Mn、Cu、Si、Feを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
Mn:0.4〜1.5質量%
Cu:0.05〜0.8質量%
Si:0.05〜1.0質量%
Fe:0.05〜0.5質量%
前記第1のろう材層は、Si、ZnおよびFeを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、
Si:4.5〜11.0質量%
Zn:2.5〜5.0質量%
Fe:0.1〜0.2質量%
前記第2のろう材層は、Si、Feを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、
Si:5.0〜12.6質量%
Fe:0.1〜0.7質量%
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付前において、伸びが15%以上、圧延方向平行断面の圧延方向の平均結晶粒径が80〜500μm、かつ、板厚方向の平均結晶粒径が30〜100μm、前記第1のろう材層および前記第2のろう材層に含まれるSi粒子の平均粒径(円相当径)が1.8μm未満であり、
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付後において、前記第1のろう材層表面と前記芯材との電位差が50mV以上、前記冷却器用クラッド材全厚に対する前記芯材の割合t1/T(%)が下記式を満たすことを特徴とする成形性およびレーザー溶接性、ろう付け性と耐食性に優れた発熱素子冷却器用クラッド材。
t1/T(%)≧80% …式
T:冷却器用クラッド材の全厚
t1:芯材の厚さ - 芯材と、該芯材の一方の面を被覆する第1のろう材層と、該芯材の他方の面を被覆する第2のろう材層とを有する3層構成のクラッド素材を、所定の板厚まで圧延後、最終焼鈍される質別O材からなり、発熱素子用冷却器を構成する他の各部と、前記第1のろう材層側を作動流体通路側としてろう付される冷却器用クラッド材であって、
前記芯材は、Mn、Cu、Si、Feを下記の含有量で含有するとともに、Ti、Zrのうちから選ばれる1種または2種以上を下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
Mn:0.4〜1.5質量%
Cu:0.05〜0.8質量%
Si:0.05〜1.0質量%
Fe:0.05〜0.5質量%
Ti:0.05〜0.20質量%
Zr:0.05〜0.15質量%
前記第1のろう材層は、Si、ZnおよびFeを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、
Si:4.5〜11.0質量%
Zn:2.5〜5.0質量%
Fe:0.1〜0.2質量%
前記第2のろう材層は、Si、Feを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、
Si:5.0〜12.6質量%
Fe:0.1〜0.7質量%
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付前において、伸びが15%以上、圧延方向平行断面の圧延方向の平均結晶粒径が80〜500μm、かつ、板厚方向の平均結晶粒径が30〜100μm、前記第1のろう材層および前記第2のろう材層に含まれるSi粒子の平均粒径(円相当径)が1.8μm未満であり、
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付後において、前記第1のろう材層表面と前記芯材との電位差が50mV以上、前記冷却器用クラッド材全厚に対する前記芯材の割合t1/T(%)が下記式を満たすことを特徴とする成形性およびレーザー溶接性、ろう付け性と耐食性に優れた発熱素子冷却器用クラッド材。
t1/T(%)≧80% …式
T:冷却器用クラッド材の全厚
t1:芯材の厚さ - 芯材と、該芯材の一方の面を被覆する犠牲材層と、該芯材の他方の面を被覆するろう材層とを有する3層構成のクラッド素材を、所定の板厚まで圧延後、最終焼鈍される質別O材からなり、発熱素子用冷却器を構成する他の各部と、前記犠牲材層側を作動流体通路側としてろう付される冷却器用クラッド材であって、
前記芯材は、Mn、Cu、Si、Feを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
Mn:0.4〜1.5質量%
Cu:0.05〜0.8質量%
Si:0.05〜1.0質量%
Fe:0.05〜0.5質量%
前記犠牲材層は、Znを下記の含有量で含有するとともに、Si、Fe、Mn、Ti、Zrのうちから選ばれる1種または2種以上を下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、
Zn:0.5〜5.0質量%
Si:0.05〜1.0質量%
Fe:0.05〜0.2質量%
Mn:0.05〜1.1質量%
Ti:0.05〜0.20質量%
Zr:0.05〜0.15質量%
前記ろう材層は、Si、Feを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、
Si:5.0〜12.6質量%
Fe:0.1〜0.7質量%
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付前において、伸びが15%以上、圧延方向平行断面の圧延方向の平均結晶粒径が80〜500μm、かつ、板厚方向の平均結晶粒径が30〜100μm、前記犠牲材層および前記ろう材層に含まれるSi粒子の平均粒径(円相当径)が1.8μm未満であり、
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付後において、前記犠牲材層表面と前記芯材との電位差が50mV以上、前記冷却器用クラッド材全厚に対する前記芯材の割合t1/T(%)が下記式を満たすことを特徴とする成形性およびレーザー溶接性、ろう付け性と耐食性に優れた発熱素子冷却器用クラッド材。
t1/T(%)≧80%・・・式
T:冷却器用クラッド材の全厚
t1:芯材の厚さ - 芯材と、該芯材の一方の面を被覆する犠牲材層と、該芯材の他方の面を被覆するろう材層とを有する3層構成のクラッド素材を、所定の板厚まで圧延後、最終焼鈍される質別O材からなり、発熱素子用冷却器を構成する他の各部と、前記犠牲材層側を作動流体通路側としてろう付される冷却器用クラッド材であって、
前記芯材は、Mn、Cu、Si、Feを下記の含有量で含有するとともに、Ti、Zrのうちから選ばれる少なくとも1種を下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金によって構成され、
Mn:0.4〜1.5質量%
Cu:0.05〜0.8質量%
Si:0.05〜1.0質量%
Fe:0.05〜0.5質量%
Ti:0.05〜0.20質量%
Zr:0.05〜0.15質量%
前記犠牲材層は、Znを下記の含有量で含有するとともに、Si、Fe、Mn、Ti、Zrのうちから選ばれる1種または2種以上を下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、
Zn:0.5〜5.0質量%
Si:0.05〜1.0質量%
Fe:0.05〜0.2質量%
Mn:0.05〜1.1質量%
Ti:0.05〜0.20質量%
Zr:0.05〜0.15質量%
前記ろう材層は、Si、Feを下記の含有量で含有し、残部がAlと不可避不純物からなるアルミニウム合金ろう材によって構成されており、
Si:5.0〜12.6質量%
Fe:0.1〜0.7質量%
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付前において、伸びが15%以上、圧延方向平行断面の圧延方向の平均結晶粒径が80〜500μm、かつ、板厚方向の平均結晶粒径が30〜100μm、前記犠牲材層および前記ろう材層に含まれるSi粒子の平均粒径(円相当径)が1.8μm未満であり、
前記冷却器を構成する他の各部とのろう付後において、前記犠牲材層表面と前記芯材との電位差が50mV以上、前記冷却器用クラッド材全厚に対する前記芯材の割合t1/T(%)が下記式を満たすことを特徴とする成形性およびレーザー溶接性、ろう付け性と耐食性に優れた発熱素子冷却器用クラッド材。
t1/T(%)≧80%・・・式
T:冷却器用クラッド材の全厚
t1:芯材の厚さ - 前記3層構成のクラッド素材は、最終焼鈍前の1パスの冷間圧延が圧延率20〜45%の範囲でなされており、最終焼鈍が昇温速度10〜100℃/時間、300〜450℃で1〜6時間保持後冷却する条件でなされていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の成形性およびレーザー溶接性、ろう付け性と耐食性に優れた発熱素子冷却器用クラッド材。
- 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の冷却器用クラッド材をプレス成形して得た天板と、該天板との間に作動流体通路を画成するように配設され、該天板よりも板厚の厚い底板と、前記天板と前記底板との間に収容されたインナフィンとを有し、これら各部の被接合部どうしがろう付されて構成され、前記天板の前記作動流体通路と反対側に取り付けられる発熱素子を、前記作動流体通路内を流動する冷却水との熱交換によって冷却することを特徴とする発熱素子用冷却器。
- 前記天板の前記作動流体通路側と反対側の面に、前記発熱素子が接合される冷却素子基板がろう付されていることを特徴とする請求項6に記載の発熱素子用冷却器。
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