JP2021122850A - ブレージングシート、ろう付け方法及び熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ろう付けにおいてフラックスを要せずに低廉且つ衛生的にろう付け性及び量産性の向上を図る。
【解決手段】不活性ガスの雰囲気でろう付けに供されるコアプレート１１，１２において、心材は０．２０重量％以上１．０重量％以下のＣｕ、０．８重量％以上１．８重量％以下のＭｎ、０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇのうち一種以上を含むアルミニウム合金からなる。中間層はＳｉ，Ｆｅが０．２０重量％以下、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒが０．１０重量％以下のアルミニウム合金からなる。ろう材層は１０重量％以上１５重量以下％のＳｉと０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇとを含有したアルミニウム合金からなり、ＤＳＣ法による融点が５７５℃以下である。中間層またはろう材層の少なくともいずれかは０．０２重量％以上０．２５重量％以下のＢｉを含有する。中間層側のろう材層のドロップ型流動試験の流動係数は０．４０〜０．６０の範囲である。
【選択図】図１
【解決手段】不活性ガスの雰囲気でろう付けに供されるコアプレート１１，１２において、心材は０．２０重量％以上１．０重量％以下のＣｕ、０．８重量％以上１．８重量％以下のＭｎ、０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇのうち一種以上を含むアルミニウム合金からなる。中間層はＳｉ，Ｆｅが０．２０重量％以下、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒが０．１０重量％以下のアルミニウム合金からなる。ろう材層は１０重量％以上１５重量以下％のＳｉと０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇとを含有したアルミニウム合金からなり、ＤＳＣ法による融点が５７５℃以下である。中間層またはろう材層の少なくともいずれかは０．０２重量％以上０．２５重量％以下のＢｉを含有する。中間層側のろう材層のドロップ型流動試験の流動係数は０．４０〜０．６０の範囲である。
【選択図】図１
Description
本発明は、不活性ガスの雰囲気でフラックスを要せずにろう付け接合を行えるろう付け方法、ブレージングシート及び熱交換器の製造方法に関する。
自動車用熱交換器部品は、その熱伝導率、比重、成形性から、アルミニウム合金が使用されており、その製造には、アルミニウム合金がクラッドされたブレージングシートからプレス成形された複数の構成部品のろう付け接合が一般的に適用されている。
ろう付け工法としては、主に、大気圧下の不活性ガス（Ｎ2、Ａｒ等）の雰囲気でフッ化物系フラックスを使用するControl Atmosphere Brazing法（以下、ＣＡＢ法）と、高真空下でフラックスを使用せずろう付けを行う真空ろう付け法（以下、ＶＢ法）とがある。
ＣＡＢ法は、ろう付け時に非腐食性フッ化物系フラックスを塗布することで、クラッド材のろう材層表面の酸化被膜を破壊し、溶融流動したろう材が表面張力により、被着体との間隔を埋め接合させる。
ＶＢ法は、クラッド材のろう材層または心材にＭｇを添加させたアルミ合金を真空炉に供するか、または、前記ろう材層または心材にＭｇが添加されていないアルミ合金をＭｇと共に真空炉に供する（例えば、特許文献１〜３）。そして、前記真空炉内の高温環境でのろう付けの過程でＭｇがクラッド材のろう材層表面の酸化被膜を破壊、さらには、蒸発したＭｇがろう付け阻害物質である前記アルミ合金の近傍に存在する微量な酸素や水分を捕獲することで、ろう付けが可能となる。
ＣＡＢ法は、成形サイクルが比較的速いことや設備費が安価等の点で長所がある一方でアルミニウム合金表面の酸化被膜を破壊するフラックスの塗布工程やフラックス残渣の洗浄工程が必要となる。また、フラックス粉末による作業環境の悪化やフラックス残渣の除去が不十分であることによる車両周辺部品への影響が懸念される。
ＶＢ法は、フラックスを要しないのでフラックスに起因する懸念が解消されるが、バッチ処理で行われるので製品の量産性が低いうえに製造サイクルが長い。さらには、Ｍｇによる真空炉内の汚染とその対策も必要となる。また、高真空の条件が必要であるので、製造コストが高くなる。
そこで、近年、フラックスを用いないでＣＡＢ法でろう付けするニーヅが高まっているが、フラックス無しでろう付け性を確保するためには、ろう材の融点を下げて流動性を上げる必要がある。
しかしながら、流動性を上げると、ろう材による心材へのエロージョンの発生により、心材強度が低下することや、効率的にろう材を接合部に供給できず良好なろう付けやフィレット形成ができないという問題があった。
そこで、本発明の一態様は、フラックスを要せずに不活性ガスの雰囲気でろう付けに供される、心材の少なくとも一方の面に中間層を介して最外層のろう材層がクラッドされた３層以上のブレージングシートであって、前記心材は、０．２０重量％以上１．０重量％以下のＣｕ、０．８重量％以上１．８重量％以下のＭｎ、０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇのうち、少なくとも一種以上の元素を含むアルミニウム合金からなり、前記中間層は、Ｓｉ，Ｆｅがそれぞれ０．２０重量％以下、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒがそれぞれ０．１０重量％以下に調製されたアルミニウム合金からなり、前記ろう材層は、１０重量％以上１５重量％以下のＳｉと０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇとを含有したアルミニウム合金からなり、ＤＳＣ法による融点が５７５℃以下であり、前記中間層または前記ろう材層の少なくともいずれか一層は、０．０２重量％以上０．２５重量％以下のＢｉを含有し、前記中間層が配置された側の前記ろう材層のドロップ型流動試験による流動係数は０．４０〜０．６０の範囲である。
本発明の他の態様は、前記ブレージングシートにおいて、前記心材、前記中間層または前記ろう材層の少なくともいずれか一層は、５７７℃での蒸気圧がＭｇよりも高い元素を含有する。
本発明の他の態様は、前記ブレージングシートにおいて、前記蒸気圧が高い元素としては、ＺｎまたはＮａの少なくとも１種を０．０１重量％以上含有する。
本発明の他の態様は、前記ブレージングシートにおいて、前記中間層は、４．５重量％以下のＺｎを含有する。
本発明の他の態様は、ろう付け方法であって、前記ブレージングシートの成形により得られたプレートを積層して熱交換器の熱交換部を組み立てた後に当該積層の際に互いに重なり合った当該プレートの部位をろう付け接合する。
本発明の他の態様は、前記ろう付け方法において、前記プレートの積層体を縦断面衝立状のスクリーンに収容して当該積層体の外周を覆い囲んだ後に前記ろう付けを行う過程を有する。
本発明の他の態様は、前記ろう付け方法において、前記スクリーンの内壁面と前記積層体の先端縁との間には、微小間隔が確保される。
本発明の他の態様は、前記ろう付け方法において、前記スクリーンの上端部の周縁には廂部が設けられ、この廂部の下面は、前記積層体の周縁との間に重なり代が確保され、さらに、当該積層体の最上部との間に間隔が確保される。
本発明の他の態様は、前記ろう付け方法において、前記ろう付けの前に前記ブレージングシートあるいは前記プレートは、酸性水溶液またはアルカリ性水溶液により化学洗浄される。
本発明の他の態様は、前記ろう付け方法において、前記ブレージングシートあるいは前記プレートの表面に、投射材が投射される。
本発明の他の態様は、熱交換器の製造方法であって、前記ろう付け方法による前記熱交換器のろう付けの過程を有する。
本発明の他の態様は、前記熱交換器の製造方法において、前記熱交換器は、自動車内燃機関または変速器用潤滑油の冷却に供される。
以上の本発明によれば、ろう付けにおいて、フラックスを要せずに真空でない略大気圧の下でも低廉且つ衛生的にろう付け性及び量産性の向上を図ることができる。
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本発明のブレージングシート、ろう付け方法及び熱交換器の製造方法は、フラックスを要することなく不活性ガスの雰囲気の下でブレージングシートのろう付けを行うことで、低廉且つ衛生的にろう付け性及び量産性の向上を図る。より具体的には、熱交換器の製造にあたり、大気圧付近の窒素やアルゴン等の不活性ガスの雰囲気の下で熱交換器用のブレージングシートをろう付けに供することで、低廉且つ衛生的にろう付け性及び量産性の向上を図り、耐エロージョン性及び強度性を図る。
図１〜４を参照して本発明の一態様であるブレージングシートとこれを用いた熱交換器１の製造過程について説明する。
［ブレージングシート］
本発明のブレージングシートは、フラックスを要せずに不活性ガスの雰囲気でろう付けに供される、心材の少なくとも一方の面に中間層を介して最外層のろう材層がクラッドされた３層以上のブレージングシートから成る。
本発明のブレージングシートは、フラックスを要せずに不活性ガスの雰囲気でろう付けに供される、心材の少なくとも一方の面に中間層を介して最外層のろう材層がクラッドされた３層以上のブレージングシートから成る。
前記心材は、０．２０重量％以上１．０重量％以下のＣｕ、０．８重量％以上１．８重量％以下のＭｎ、０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇのうち、少なくとも一種以上の元素を含むアルミニウム合金からなる。
前記中間層は、Ｓｉ，Ｆｅがそれぞれ０．２０重量％以下、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒがそれぞれ０．１０重量％以下に調製されたアルミニウム合金からなる。
前記ろう材層は、１０重量％以上１５重量％以下のＳｉと０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇとを含有したアルミニウム合金からなり、ＤＳＣ法による融点が５７５℃以下である。
前記中間層または前記ろう材層の少なくともいずれか一層は、０．０２重量％以上０．２５重量％以下のＢｉを含有する。
前記中間層が配置された側の前記ろう材層のドロップ型流動試験による流動係数は、０．４０〜０．６０の範囲である。
本実施形態のブレージングシートは、フラックスが使用されない大気圧に近い不活性ガスの雰囲気の下でろう付けに供される。当該ブレージングシートは、心材の少なくとも一方の面に中間層を介して最外層のろう材層がクラッドされた３層以上のブレージングシートの態様となっている。より具体的には、心材の両面に当該心材よりも融点が低いろう材層が設けられ、心材とろう材層の間に、不純物元素を制御することで、高融点で結晶粒界密度が低い中間層が配されることにより、当該心材へのエロ―ジョンを抑制する機能を有する４層構造を有するクラッド材の態様を成す。
前記中間層は、４．５重量％以下のＺｎをさらに含有すると、ろう付け時の酸化被膜の破壊が促進され、フィレット形成率が良好なものになるとともに、冷媒（冷却水）が供される面側に当該心材の腐食を抑制する犠牲陽極機能を併せて付与できる。
前記ろう材層は、特に、Ｍｇが０．２５重量％以上に調製されることで、アルミニウム合金表面のアルミ酸化被膜を破壊できる。また、前記ろう材層から蒸発したＭｇがろう付部位の近傍に滞留するＯ2、Ｈ2Ｏ等のろう付け阻害因子を捕獲できる。一方、Ｍｇが１．５重量％以下に調製されることで、ろう付け過程でのクラッド材表面に拡散するＭｇの余剰が回避され、ろう材層表面におけるＭｇの酸化膜の形成が抑制されるので、ろう付け性の悪化が防止される。
また、前記中間層が配置された側の前記ろう材層のドロップ型流動試験による流動係数が０．４０〜０．６０の範囲に調製されることで、ろう材による隣接層へのエロージョンが少なく、有効にろう材が接合に供給され、良好なフィレットが形成される。
前記中間層または前記ろう材層は、５７７℃での蒸気圧がＭｇよりも高い元素を含有すると、前記アルミ酸化被膜の破壊を促進させ、フィレット形成率の向上を図ることができる。前記蒸気圧が高い元素としては例えばＺｎまたはＮａが０．０１重量％以上含有される（図４）。特に、Ｚｎは前記中間層において０．０１重量％以上４．５重量％以下の範囲で良好なフィレット形成率が得られる。
さらに、前記中間層または前記ろう材層は、Ｂｉが微量濃度含まれると、ろう付け過程の熱拡散により、ろう材層に移動し、溶融ろう材の流動性が高まり、ろう付け性の安定化が図られ、特に、０．０２重量％以上であればフィレット形成率及び気密性が良好なものとなる。一方、上限０．２５重量％はこれ以上添加しても効果は変わらず、経済性の観点からの上限となる。尚、前記心材層にも、前記中間層または前記ろう材層と同様にＢｉを含有させても、ろう付け性の安定化を図ることができる。
以上のブレージングシートは、以下に述べる本実施形態の熱交換器１の製造過程におけるろう付け過程に供されるクラッドシートとして利用される。
［熱交換器１の製造過程］
図１〜３を参照して熱交換器１の製造過程Ｓ１〜Ｓ４の一例について説明する。
図１〜３を参照して熱交換器１の製造過程Ｓ１〜Ｓ４の一例について説明する。
Ｓ１：前記ブレージングシートの心材、中間層及びろう材層の元素成分を調製したアルミニウム合金を造塊後、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延し、所定の厚みのクラッドシートを作製する。そして、このクラッドシートを所定温度で焼鈍し、所望の調質に仕上げる。尚、本クラッド材の前記中間層は、犠牲陽極層の効果も付与させるため、冷却水路面側に配置する４層クラッドとした。
Ｓ２：前記クラッドシートから図１に示された熱交換器１の熱交換部の要素であるコアプレート１１，１２を作製する。具体的には、前記クラッドシートのスタンピング成形により、所定寸法のコアプレート１１，１２が作製される。
コアプレート１１は例えば図１に示した熱交換器１の最上部に配置されるプレート用に作製される。コアプレート１２は同図に示した熱交換器１の高さ方向に積層されることで熱交換器１内に被冷却流体、冷媒を交互に流通させる空間を形成させるプレート用に作製される。
コアプレート１１，１２と共に前記交換部を成すフィンプレート１３及びベースプレート１４は、アルミ合金（例えばＪＩＳＡ３００３材）から前記成形等により作製される。特に、フィンプレート１３は周知の断面波形状に形成される。
図２に示されたコアプレート１１，１２、フィンプレート１３及びベースプレート１４の成形体は適宜に例えばｐＨ５以下のアルカリ洗浄または例えばｐＨ９以上の酸洗浄さらには純水を用いた超音波洗浄がなされる。あるいは、これら洗浄に代えて、コアプレート１１，１２の表面にはショットブラストにより投射材が投射されて適宜に酸化被膜が損傷し、ろう付け性が向上する表面処理が施される。前記投射材としては、例えば、アルミナや珪砂が一般的に用いられるが、鉄系や樹脂系の投射材でも可能である。尚、前記表面処理は、コアプレート１１，１２、フィンプレート１３及びベースプレート１４に加工される前のブレージングシートの状態で行ってもよい。
Ｓ３：冶具を用いてコアプレート１１，１２、フィンプレート１３及びベースプレート１４が図１に示したように積層型の熱交換器１の態様に組み付けられる。特に、コアプレート１１，１２は前記中間層が配された面側が冷却水路に面するように積層される。そして、このコアプレート１１，１２から成る積層体はコア部１５として図３に示されたスクリーン２に収容される。スクリーン２は、ベースプレート１４に設けた位置決め手段により位置決めがなされ、当該積層体との間隔が固定される。
スクリーン２は、前記積層体を収容可能なステンレス製（例えば、板厚１ｍｍのＳＵＳ３０４）の矩形の筒状、具体的には図３に例示の縦断面衝立状を成し、当該積層体の外周を覆い囲むように配置される。スクリーン２の内壁面２２と前記積層体の先端縁との間には、微小間隔Ｄが確保される。
また、スクリーン２の天井部には開口部２０が形成されることで、スクリーン２の上端部の内周縁に廂部２１が設けられる。廂部２１の下面は、前記積層体の周縁との間に重なり代Ｈが確保され、さらに、当該積層体の最上部との間に間隔ｈが確保される。
スクリーン２は、ろう付け時の加熱温度に耐えうるだけの耐熱性を有するステンレス鋼や他の耐熱金属の薄肉金属板からなり、コア部１５を囲む略四角形断面の筒状をなしている。詳しくは、筒状部分の内壁面１１ａが、コアプレート１１，１２のテーパ部４ａの先端縁との間で一定の微小間隔Ｄを有するように、コアプレート１１，１２の外周の輪郭に沿って形成されている。つまり、全周に亘って一定の微小間隔Ｄを有する。微小間隔Ｄは、０．５ｍｍ以上で５ｍｍ以下であることが望ましく、特に、２ｍｍ以下であることが望ましい。
また、好ましい実施例では、コア部１５を囲む筒状部分の上端に微小間隔Ｄの上端を覆うように廂部２１が配置される。さらに、廂部２１が対向するコア部１５の最上部と廂部２１の下面との間隔ｈは、５ｍｍ以下であることが望ましい。
廂部２１は、上方から投影して見た際にコア部１５の周縁と重なっていてもよい。廂部２１とコア部１５周縁との重なり代Ｈは０ｍｍ以上である。つまり、上方から投影して見た際に少なくとも廂部２１とコア部１５とが隙間なく連続した配置となる。重なり代Ｈは、適宜に大きな値とすることもできるが、スクリーン２の内部空間と外部空間との間でガスの置換が可能となるようにスクリーン２の上面は十分に大きく開口している必要がある。重なり代Ｈは好ましくは５ｍｍである。
尚、上記の各寸法は室温における値である。コア部３の天面においては、ろう付け時の炉からの輻射熱を授受する効率の観点からは授受面積大きいほうが望ましいので、授受面積が天面面積の７０％以上になるように廂部２１の重なり代Ｈを設定することが好ましい。重なり代Ｈが５ｍｍの場合、例えば、コアプレート１１，１２の外形寸法が８０ｍｍ×８０ｍｍであると、受熱面積を７０％以上確保することができる。また、スクリーン２は前記鋼材に限定することなく、他の金属材料から形成してもよい。
Ｓ４：前記積層体を収容したスクリーン２をフラックスが存在しない図示省略のろう付け炉に供してＣＡＢ法に基づく不活性ガス雰囲気及び温度プロファイルの条件でろう付けを行う。これにより前記積層体におけるコアプレート１１とコアプレート１２とが重なり合った部位及びコアプレート１２同士の重なり合った部位がろう付けされる。また、フィンプレート１３がコアプレート１１及びコアプレート１２にろう付けされる。
フラックスが存在しない不活性ガスの雰囲気でＣＡＢ法に基づくろう付けを行う場合、ろう付けの阻害要因となる不活性ガス中の微量な酸素や水蒸気から前記積層体のろう付け接合部位を保護する必要がある。ＣＡＢ法においてはコアプレート１１，１２にクラッドされたブレージングシートのろう材層から蒸発したＭｇが上述の酸素や水蒸気からの前記接合部位の保護を担う。
しかしながら、前記蒸発したＭｇはろう付け炉内の気流等による拡散により前記接合部位の近傍から除外されるものと考えられ、当該部位におけるろう付けが良好でなくなるおそれがある。
これに対して、Ｓ４の過程においては、コアプレート１１，１２の積層体がスクリーン２に収容された状態でろう付けに供されるので、前記接合部位がろう付け炉内の気流や対流から隔離される。したがって、前記部位の近傍にて蒸発したＭｇの成分の拡散が抑制され、当該近傍に滞留したＭｇにより酸素や水蒸気が捕獲されるので、当該部位のろう付けが良好に行われる。
Ｓ１〜Ｓ４の過程で製造された図１に示した熱交換器１は自動車内燃機関または変速器用潤滑油の熱交換器として利用される。熱交換器１において、フィンプレート１３が介在するコアプレート１１，１２間及びコアプレート１２間の空間には冷媒（例えば、冷却水）が供給される。一方、フィンプレート１３が介在しないコアプレート１２間の空間には被冷却流体（例えば、オイル）が供給される。
以上の本実施形態のブレージングシート、ろう付け方法及び熱交換器の製造方法によればＣＡＢ法及びＶＢ法の欠点を解消して両者の利点を生かしたろう付けが行える。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
Ｓ１において、表１に示す心材、中間層、ろう材層の成分に基づき調製したアルミニウム合金を造塊後、溶体化処理、熱間圧延、冷間圧延して、表２に示す厚み０．６ｍｍのクラッドシート（クラッド１〜１３）を作製した。その後、３８０℃で焼鈍し、調質Ｏに仕上げた。調質Ｏは、完全に焼きなまし処理をして軟化させた状態を示す。尚、表１において、数値は重量％の値を示す。また、「−」は、０．０５重量％未満の不可避的不純物の濃度を示す（但し、少量添加元素のＢｉは０．０１重量％未満を示す）。
各クラッドシートのろう材層の融点は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用し、窒素ガス雰囲気の下、３０℃から７００℃の測定温度範囲で、昇温速度１５℃／分で測定を行った。
中間層側の流動係数は、以下の方法で決定した。
各クラッドシートの中間層と反対側面を機械加工により０．１ｍｍ削り、ろう材層を削除した後、長さ６０ｍｍ、巾３０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの短冊型の試験片を用意した。試験片の長さ方向が重力方向に沿うように試験片を吊り下げて、ろう付け炉に供した。ろう付けに際し、不活性ガスとして窒素ガスの雰囲気のもと、先ず、３０分の所要時間で室温から６００℃までに昇温、次いで、この６００℃を３分間保持、次いで、４分の所要時間で６００℃から４５０℃までに冷却、そして、１５分の所要時間で室温までに冷却した。
流動係数は、次式により算出した。
流動係数＝（４ＷB−ＷO）／（３ＷO×クラッド率×１．２）
ＷO：ろう付け前の試験片の重量
ＷB：ろう付け後の試験片の下部１／４（１５ｍｍ）の重量
クラッド率：ろう付け前の試験片のろう材層のクラッド率
１．２：試験片の厚みを０．５ｍｍに加工したことによるクラッド率補正係数
流動係数は、次式により算出した。
流動係数＝（４ＷB−ＷO）／（３ＷO×クラッド率×１．２）
ＷO：ろう付け前の試験片の重量
ＷB：ろう付け後の試験片の下部１／４（１５ｍｍ）の重量
クラッド率：ろう付け前の試験片のろう材層のクラッド率
１．２：試験片の厚みを０．５ｍｍに加工したことによるクラッド率補正係数
Ｓ２において、前記クラッドシートをスタンピング成形して８０ｍｍ角のコアプレート１１，１２に作製した。フィンプレート１３及びベースプレート１４はＪＩＳＡ３００３材により作製した。次いで、コアプレート１１，１２、フィンプレート１３及びベースプレート１４を、表３に示した条件で、ｐＨ９以上でのアルカリ洗浄、ｐＨ５以下での酸洗浄、投射材として珪砂を用いたショットブラストのいずれかによる表面処理を行い、その後、純水により超音波洗浄を実施した。
Ｓ３において、図１に示す熱交換器１の態様に組付けた後、図３に示すスクリーン２内に収容した。本実施例でのスクリーン２の仕様と熱交換器１との位置関係を表４に示した。
Ｓ４において、表４に示された仕様のスクリーン２に収容された表５のクラッド材１〜１０及び表面処理の条件で作製された実施例１〜１１，比較例１〜６の熱交換器１をＣＡＢ法に準じたろう付け炉に供して、フラックスを用いることなく、ろう付けを行った。ろう付けの条件を以下に示した。
ろう付け炉として、メッシュベルト式連続アルミろう付け炉を使用し、不活性ガスとしては窒素を使用した。
ろう付け炉４５０℃〜６００℃の温度ゾーンでの酸素濃度は１５〜２０ｐｐｍ、露点は−５５℃〜−５７℃の条件でろう付けを行った。
温度条件としては、ワークを測温し、室温から６００℃までを３０分で昇温させ、６００℃を３分間保持した後、６００℃から４５０℃へ４分で冷却するように温度制御を行った。
以上のＳ１〜Ｓ４の過程で得られた実施例１〜１１及び比較例１〜６の熱交換器１について、ろう付け性、気密性及び耐エロージョン性の評価を行った。
ろう付け性は、「フィレット形成率＝形成されたフィレット長／ろう付けされるべき全長」により定義したフィレット形成率に基づき「×：９０％以下、△：９０〜９９％、〇：９９〜１００％未満、◎：１００％、◎+：１００％且つフィレット大」と評価した。
気密性は、０．４ＭＰａのゲージ圧で１分間のエアリーク試験を実施し、水中での気密漏れを目視で確認し、「〇：気密漏れ無し、×：気密漏れ」と評価した。
耐エロージョン性は、Ｓ４で得られた熱交換器１内に積層されたコアプレート１１，１２及びコアプレート１２，１２の接合部において、ろう材層の成分が隣接層（中間層および中間層の設置のない場合は心材層）に浸食した最大距離で定義される浸食深さに基づき評価した。具体的には前記浸食深さに基づき「◎：浸食深さ１０μｍ以下、〇：５０μｍ以下、×：５０μｍ以上、−：未実施」と評価した。
表５に実施例１〜１１及び比較例１〜６の評価結果を示した。
表５の評価結果から本発明による以下の効果を確認できる。
実施例１〜１１と比較例１との比較から、心材とろう材層との間に中間層を介在させることで、ろう材層のみがクラッドされた比較例１よりも優れたクラッド率が得られ、耐エロージョン性が向上する。さらに、中間層はフィレット形成率（ろう付け性）の向上にも寄与する。
実施例１〜３と比較例２との比較から、ろう材層のＳｉ濃度の増加と共にろう付け性が向上し、１０重量％以上で良好な結果が得られる。特に、共晶点を超えた実施例３は、フィレット形成率はさらに良好となる。
実施例１，４，５と比較例３との比較から、Ｍｇ濃度が０．２５重量％以上から１．５重量％以下で実用的なろう付け性が確保される。前記濃度の下限側の０．２５重量％は、アルミ酸化被膜を破壊し、且つ、蒸発したＭｇがろう付け近傍のろう付け阻害物質であるＯ2やＨ2Ｏを捕獲するための下限濃度であると考えられる。一方、前記濃度の上限側の１．５重量％は、アルミ酸化被膜の破壊に作用する以外の余剰のＭｇが、強固な酸化マグネシウム被膜をろう材表面に形成し、逆にろう付け性を悪化させるものと考察される。さらに、Ｍｇを含有しないろう材層は、ろう付け性だけでなく気密性も満足できないことも認められる。
実施例６と比較例４との比較から、ろう材層の微量なＢｉ濃度がろう付け性を安定させ、特に０．０２重量％以上であれば気密性及びフィレット形成率を満足できることが認められる。これは、微量のＢｉが溶融ろう材の流動性を向上させているものと考えられる。
実施例７の結果から、中間層等のろう材層以外の層へのＢｉの添加により、ろう付け性、気密性及び耐エロージョン性の効果の向上が認められる。これは、Ｂｉはろう付け過程での熱拡散が容易であり、ろう材層への直接添加以外の中間層または心材のいずれかに添加することで、ろう付け過程（Ｓ４）での熱により、ろう材層への熱拡散が促進されるもの思われる。したがって、ろう材層、芯材層または中間層がＢｉを含有することで前記効果の向上が図れる。
実施例８，９の結果から、中間層またはろう材層にＭｇよりも蒸気圧が高い元素、例えば、ＺｎまたはＮａが添加されることで（図４）、フィレット形成率がさらに向上する。これは、メカニズムは明確になっていないが、Ｍｇの酸化被膜の破壊に加え、ＺｎまたはＮａの高い蒸気圧が酸化被膜の破壊を促進する可能性があるものと推定される。尚、前記蒸気圧が高い元素は０．０１重量％以上であればフィレット形成率の向上が図られることも認められた。
実施例１０の結果から、ろう付け前に酸性水溶液やアルカリ性水溶液を用いた化学洗浄処理を行うことにより、さらに、良好なろう付け性が得られる。
実施例１１の結果から、ろう付け前に投射材を用いたショットブラストによる機械的な表面処理を行うことでも、ろう付け性に有効である。
実施例１〜１１と比較例５、比較例６の結果から、ろう付けの過程で、本発明のブレージングシートからなるプレートの積層体を収容可能なスクリーンを併用させることにより、さらに、良好なろう付けの維持が図られる。すなわち、前記積層体を前記スクリーンに収容することにより、前記ろう付けの際に当該積層体のろう材層から蒸発したＭｇがろう付け炉内の不活性ガスの強制対流による拡散が抑制されると共に当該積層体に対する不活性ガス中のろう付け阻害因子である酸素や水蒸気の供給が抑制されるので、良好なろう付けを維持できる。
以上の実施例及び比較例の結果から明らかなように、本発明によれば、フラックスを使用せずとも、真空でない略大気圧の不活性ガスの雰囲気でも、良好なろう付け性を有するアルミニウム合金製の熱交換器を製造できる。したがって、整品中の不純物質と成り得るフラックス残渣をゼロにし、且つ、ろう付け環境を大幅に改善するとともに、フラックスを前提としたＣＡＢ法と変わらない生産性や低設備コストを達成するアルミニウム製品のろう付けが可能となる。
１…熱交換器
１１，１２…コアプレート
１３…フィンプレート
１４…ベースプレート
２…スクリーン、２０…開口部、２１…廂部、２２…内壁面
Ｄ…微小間隔、Ｈ…重なり代、ｈ…間隔
１１，１２…コアプレート
１３…フィンプレート
１４…ベースプレート
２…スクリーン、２０…開口部、２１…廂部、２２…内壁面
Ｄ…微小間隔、Ｈ…重なり代、ｈ…間隔
Claims (12)
- フラックスを要せずに不活性ガスの雰囲気でろう付けに供される、心材の少なくとも一方の面に中間層を介して最外層のろう材層がクラッドされた３層以上のブレージングシートであって、
前記心材は、０．２０重量％以上１．０重量％以下のＣｕ、０．８重量％以上１．８重量％以下のＭｎ、０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇのうち、少なくとも一種以上の元素を含むアルミニウム合金からなり、
前記中間層は、Ｓｉ，Ｆｅがそれぞれ０．２０重量％以下、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒがそれぞれ０．１０重量％以下に調製されたアルミニウム合金からなり、
前記ろう材層は、１０重量％以上１５重量％以下のＳｉと０．２５重量％以上１．５重量％以下のＭｇとを含有したアルミニウム合金からなり、ＤＳＣ法による融点が５７５℃以下であり、
前記中間層または前記ろう材層の少なくともいずれか一層は、０．０２重量％以上０．２５重量％以下のＢｉを含有し、
前記中間層が配置された側の前記ろう材層のドロップ型流動試験による流動係数は、０．４０〜０．６０の範囲であることを特徴とするブレージングシート。 - 前記心材、前記中間層または前記ろう材層の少なくともいずれか一層には、さらに、５７７℃での蒸気圧がＭｇよりも高い元素を含有したことを特徴とする請求項１に記載のブレージングシート。
- 前記蒸気圧がＭｇより高い元素として、ＺｎまたはＮａの少なくとも１種以上を０．０１重量％以上含有したことを特徴とする請求項２に記載のブレージングシート。
- 前記中間層は、４．５重量％以下のＺｎを含有したことを特徴とする請求項３に記載のブレージングシート。
- 請求項１から４のいずれか１項に記載のブレージングシートを成形して得られたプレートを積層して熱交換器の熱交換部を組み立てた後に当該積層の際に互いに重なり合った当該プレートの部位をろう付け接合することを特徴とするろう付け方法。
- 前記プレートの積層体を縦断面衝立状のスクリーンに収容して当該積層体の外周を覆い囲んだ後に前記ろう付けを行う過程を有することを特徴とする請求項５に記載のろう付け方法。
- 前記スクリーンの内壁面と前記積層体の先端縁との間には、微小間隔が確保されたことを特徴とする請求項６に記載のろう付け方法。
- 前記スクリーンの上端部の周縁には廂部が設けられ、この廂部の下面は、前記積層体の周縁との間に重なり代が確保され、さらに、当該積層体の最上部との間に間隔が確保されることを特徴とする請求項７に記載のろう付け方法。
- 前記ろう付けの前に、前記ブレージングシートあるいは前記プレートが、酸性水溶液またはアルカリ性水溶液により化学洗浄されることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載のろう付け方法。
- 前記ろう付けの前に、前記ブレージングシートあるいは前記プレートに、投射材が投射されることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載のろう付け方法。
- 請求項５から１０のいずれか１項に記載のろう付け方法による前記熱交換器のろう付けの過程を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
- 前記熱交換器は、自動車内燃機関または変速器用潤滑油の冷却に供されることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器の製造方法。
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