(57)【要約】【目的】不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでろう付けするために使用するアルミニウムブレージングシートにおいて、ろう付け接合界面にスピネル型Ｍｇ酸化物を形成させて、ろう材表面の酸化皮膜を脆弱化し、ろう付け性を向上させるために、ろう付け加熱においてろう材が溶融を開始する５７７℃でのろう材中の平均Ｍｇ濃度が特定の値（０．０４〜０．３％）となるよう、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量ｃ（％）、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）、ろう材厚さｘ（μｍ）、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱速度（４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）で定義）を決定するアルミニウムブレージングシートの設計方法を提供する。【構成】下記の式１または式２を用いて設計する。式１：ろう材中の平均Ｍｇ濃度（０．０４〜０．３％）＝{（ｃ−ｄ）／ｃ}・{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｃ＋ｄ（但し、ｃ≧ｄ、ｃ≠０）式２：ろう材中の平均Ｍｇ濃度（０．０４〜０．３％）＝ｄ−{（ｄ−ｃ）／ｄ}・{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｄ（但し、ｃ＜ｄ）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム（アルミニウム合金を含む、以下同じ）心材にＳｉ：６〜１３％（質量％、以下同じ）を含有するＡｌ−Ｓｉ合金ろう材をクラッドしてなり、不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでろう付けするために使用するアルミニウムブレージングシートを、ろう付け加熱においてろう材が溶融を開始する５７７℃でのろう材中の平均Ｍｇ濃度（以下、単にろう材中の平均Ｍｇ濃度）が０．０４〜０．３％となるように、下記の式１または式２を用いて設計する方法であって、式１および式２は、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量をｃ（％）、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量をｄ（％）、ろう材厚さをｘ（μｍ）、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱時間をｓ（秒）としたとき、これら４つの因子から、ろう材中の平均Ｍｇ濃度を決定する回帰式であり、式１または式２を用いて、前記ｃ、ｄ、ｘ、ｓの因子のうちの３つの因子の値を特定することにより、他の１つ因子の値を決定する、または、前記ｃ、ｄ、ｘ、ｓの因子のうちの２つの因子の値を特定することにより、他の２つ因子のうちの１つの値に応じた他の１つの値を決定することを特徴とするアルミニウムブレージングシートの設計方法。
式１：ろう材中の平均Ｍｇ濃度（０．０４〜０．３％）＝{（ｃ−ｄ）／ｃ}・{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｃ＋ｄ（但し、ｃ≧ｄ、ｃ≠０）
式２：ろう材中の平均Ｍｇ濃度（０．０４〜０．３％）＝ｄ−{（ｄ−ｃ）／ｄ}・{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｄ（但し、ｃ＜ｄ）
【請求項２】
前記心材が、さらに、Ｍｇ：０．１〜１．３％を含有するものであることを特徴とする請求項１記載のアルミニウムブレージングシートの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムブレージングシートの設計方法、詳しくは、不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでろう付けするために使用するアルミニウムブレージングシートを設計する方法に関する。以下、アルミニウムとはアルミニウム合金を含む。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの輸送機器用の熱交換器の接合方法としては、アルミニウム心材の片面あるいは両面にＡｌ−Ｓｉ合金ろう材をクラッドしたブレージングシートを用いるろう付け方法が適用されており、最近は、不活性雰囲気中でフラックス無しでろう付けする方法が注目され、その方法の一つとして、従来の真空ろう付けと同様、ろう材にＭｇを添加したアルミニウムブレージングシートを用いてろう付けする手法、あるいは心材にＭｇを添加したアルミニウムブレージングシートを用い、ろう付け加熱時に心材からろう材にＭｇを拡散させてろう付けする手法が提案されている。これらの方法は、Ｍｇによりろう材表面のアルミニウム酸化皮膜（以下、単に酸化皮膜）を除去して、ろう付け性を向上させることを意図したものである。
【０００３】
しかしながら、通常、上記の手法によりろう付け接合した場合、ある程度の接合は可能であるが、Ｍｇにはろう付け性に相反する作用もあり、十分な接合が得られない場合も少なくない。例えば、Ｍｇを含有するアルミニウムを大気中で加熱すると、とくに４５０℃以上の高温域ではアルミニウムの表面にＭｇ酸化物が生成する。これは、アルミニウム中のＭｇが大気中の酸素と反応して生成する酸化物であるが、不活性ガス雰囲気中で加熱した場合も、不活性ガス中の酸素濃度あるいは露点が高いと、アルミニウム中のＭｇが雰囲気ガス中の酸素や水蒸気と反応して酸化皮膜表面でＭｇ酸化物を生成し、ろうの濡れ性を低下させる原因となる。
【０００４】
発明者らは、Ｍｇによりろう材表面の酸化皮膜を除去して、ろう付け性を向上させるのは、接合界面にスピネル型Ｍｇ酸化物（Ａｌ２ＭｇＯ４）が形成され、ろう材表面の酸化皮膜を脆弱化するためであることを見出し、この知見に基づいてなされたアルミニウムブレージングシートの発明について特許出願した（特願２０１２−２２２６８９号）。
【０００５】
最近、とくに自動車用熱交換器の分野においては、更なる材料の薄肉化と生産性の向上が要求され、熱交換器のろう付けにおいても、急速加熱が求められているが、例えば、心材にＭｇを添加したアルミニウムブレージングシートを用い、ろう付け温度への昇温速度を速くしてろう付けを行った場合、間隙充填性が劣ることがあり、その原因は、加熱速度が速いと、心材からろう材表面へのＭｇ拡散が間に合わず、スピネル型Ｍｇ酸化物の生成が不足するためであることが認められた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９０５７４号公報
【特許文献２】特開２００４−２５２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
試験、検討の結果、接合界面における酸化皮膜中のスピネル型Ｍｇ酸化物の生成は、５４０℃では殆ど観察されないが、５８０℃で明確に観察された。また、ろう材中のＭｇ含有量が０．５％（質量％、以下合金成分はすべて質量％で示す）を超えると、スピネル型Ｍｇ酸化物の他にＭｇＯが形成されるようになり、ろう材中のＭｇ含有量が１．２％を超えると、殆どがＭｇＯになることがわかった。さらに、不活性ガス雰囲気中でフラックスを用いないろう付けにおいては、スピネル型Ｍｇ酸化物の形成はＡｌ−Ｓｉ合金ろう材の溶融開始温度（５７７℃）から活発化し、ろうが溶融すると、Ｍｇの拡散速度が著しく速くなるため、Ｍｇ酸化物の組成と形成量は、溶融開始時のろう材中の平均Ｍｇ濃度に支配されることが見出された。
【０００８】
さらに試験、検討を重ねた結果、ろう材あるいは心材（あるいはその両方）にＭｇを含有するブレージングシートにおいては、Ｍｇの添加部位によらず、Ａｌ−Ｓｉ合金ろう材が溶融を開始する５７７℃でのろう材中の平均Ｍｇ濃度が０．０４〜０．３％の範囲で、ろう付け向上に顕著な効果を発揮することを見出し、溶融開始時のろう材中の平均Ｍｇ濃度は、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量ｃ（％）、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）、ろう材厚さｘ（μｍ）、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）の４つの因子による回帰式で与えられることを究明した。
【０００９】
本発明は、上記の検討結果に基づいてなされたものであり、その目的は、不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでろう付けするために使用するアルミニウムブレージングシートにおいて、ろう付け接合界面にスピネル型Ｍｇ酸化物を形成させて、ろう材表面の酸化皮膜を脆弱化し、ろう付け性を向上させるために、ろう付け加熱においてろう材が溶融を開始する５７７℃でのろう材中の平均Ｍｇ濃度が特定の値となるよう、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量ｃ（％）、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）、ろう材厚さｘ（μｍ）、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱速度（４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）で定義する）を決定するアルミニウムブレージングシートの設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための請求項１によるアルミニウムブレージングシートの設計方法は、アルミニウム心材にＳｉ：６〜１３％を含有するＡｌ−Ｓｉ合金ろう材をクラッドしてなり、不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでろう付けするために使用するアルミニウムブレージングシートを、ろう付け加熱においてろう材が溶融を開始する５７７℃でのろう材中の平均Ｍｇ濃度（以下、単にろう材中の平均Ｍｇ濃度）が０．０４〜０．３％となるように、下記の式１または式２を用いて設計する方法であって、式１および式２は、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量をｃ（％）、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量をｄ（％）、ろう材厚さをｘ（μｍ）、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱時間をｓ（秒）としたとき、これら４つの因子から、ろう材中の平均Ｍｇ濃度を決定する回帰式であり、式１または式２を用いて、前記ｃ、ｄ、ｘ、ｓの因子のうちの３つの因子の値を特定することにより、他の１つ因子の値を決定する、または、前記ｃ、ｄ、ｘ、ｓの因子のうちの２つの因子の値を特定することにより、他の２つ因子のうちの１つの値に応じた他の１つの値を決定することを特徴とする。
式１：ろう材中の平均Ｍｇ濃度（０．０４〜０．３％）＝{（ｃ−ｄ）／ｃ}・{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｃ＋ｄ（但し、ｃ≧ｄ、ｃ≠０）
式２：ろう材中の平均Ｍｇ濃度（０．０４〜０．３％）＝ｄ−{（ｄ−ｃ）／ｄ}・{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｄ（但し、ｃ＜ｄ）
【００１１】
請求項２よるアルミニウムブレージングシートの設計方法は、請求項１において、前記心材が、さらに、Ｍｇ：０．１〜１．３％を含有するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アルミニウム心材にＳｉ：６〜１３％を含有するＡｌ−Ｓｉ合金ろう材をクラッドしてなり、不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでろう付けするために使用するアルミニウムブレージングシートを、ろう付け接合界面にスピネル型Ｍｇ酸化物を形成させて、ろう材表面の酸化皮膜を脆弱化し、ろう付け性を向上させるために、ろう材中の平均Ｍｇ濃度が０．０４〜０．３％となるよう、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量ｃ（％）、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）、ろう材厚さｘ（μｍ）、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）の４つの因子を決定することにより設計する方法が提供される。
【００１３】
例えば、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量とろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量を特定することにより、ろう材厚さに応じた加熱速度または加熱速度に応じたろう材厚さを決定することができ、ろう材厚さと加熱速度を特定することにより、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量に応じたろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量またはろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量に応じたろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量を決定でき、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量とろう材厚さを決定することにより、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量に応じた加熱速度または加熱速度に応じたろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】通常加熱（４５０℃から５７７℃までの加熱時間：３２０ｓ）、ろう材厚さｘ（μｍ）が２０μｍにおける心材Ｍｇ濃度とろう材平均Ｍｇ濃度の相関図である。
【図２】通常加熱におけるろう材厚さと第１次係数の相関図である。
【図３】加熱速度（４５０℃から５７７℃までの加熱時間（ｓ））と第２次係数の相関図である。
【図４】加熱速度と切片の相関図である。
【図５】実施例で用いる間隙充填試験片を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
前記回帰式、式１、式２がどのようにして導びかれるかについて説明する。
固体中の拡散は、原子が熱的励起によって格子欠陥を介してジャンプすることに関係しており、温度と時間の関数として物理的且つ数学的に明瞭に表現できる。本発明が対象とするＭｇは、アルミニウム材料中の含有量が１％未満と少ないため、Ｍｇの拡散は不純物拡散係数に従って進行する。そのため、ろう材が溶融を開始する５７７℃でのろう材中の平均Ｍｇ濃度は、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量、ろう材厚さ、実質的に拡散が開始する４５０℃から５７７℃までの温度履歴の４つの因子によって精度良く求めることができる。
【００１６】
低濃度領域におけるアルミニウム中の元素拡散は、次のＡ式で示される不純物拡散係数によって支配的に進行する。
Ｄ＝Ｄｏ・ｅｘｐ{−Ｑ／（ＲＴ）}・・・Ａ式
ここで、Ｄ：拡散係数（ｍ２／ｓ）、Ｄｏ：振動係数（ｍ２／ｓ）、Ｑ：活性化エネルギー（Ｊ／ｍｏｌ）、Ｒ：気体定数（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔ：絶対温度（Ｋ）
Ａ式で求めた拡散係数により、任意の温度履歴で加熱したクラッド材における厚さ方向の任意の位置ｘにおける元素濃度を求める。そのときの拡散の基礎式は次のＢ式で示される。
Ｃ（ｘ）＝Ｃｏ・{Ｆ１（ｘ）＋Ｆ２（ｘ）}
＝Ｃｏ・∫０ｈ ｅｘｐ{−（ｘ−ｈ）２／（４・ΣＤｔ）}ｄｈ＋Ｃｏ・∫０ｈｅｘｐ{−（ｘ＋ｈ）２／（４・ΣＤｔ）}ｄｈ・・・Ｂ式
ここで、Ｃｏ：界面濃度（ｗｔ％）、ｘ：界面からの距離（ｍ）、ｈ：クラッド厚さ（ｍ）、Ｆ１、Ｆ２：区分求積法による関数、Ｆ１は正方向拡散、Ｆ２は逆方向拡散
【００１７】
Ｂ式をベースとし、心材とろう材からなるブレージングシートにおいて、任意の加熱履歴を与えた後のＭｇの拡散プロファイル（拡散後のＭｇ濃度分布）を求める計算用シートを区分求積法によって作成した。次に、計算によって求めたＭｇ濃度分布と、実際の加熱材におけるＭｇ濃度分布が一致することを確認した後、回帰式を求める計算を実施した。回帰式を求める手順としては、まず、ろう材の初期Ｍｇ含有量を０％と仮定して、心材のＭｇ含有量：０〜２．１％、ろう材厚さ：１０〜６０μｍ、実質的に拡散が開始する４５０℃から５７７℃までの昇温速度：８０〜６４０秒の範囲で計算し、それぞれにおけるろう材の溶融直前（５７７℃）のろう材中の平均Ｍｇ濃度を求めた。次に、ろう材の平均Ｍｇ濃度を各因子で回帰した。
【００１８】
一例として、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）＝０とした場合の前記回帰式がどのように導かれるかについて概要を説明する。
ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）＝０として、４５０℃から５７７℃まで昇温したときのろう材の平均Ｍｇ濃度を、低速加熱（４５０℃から５７７℃までの加熱時間：６４０ｓ）、通常加熱（３２０ｓ）、急速加熱（１６０ｓ）、超急速加熱（８０ｓ）を行った場合について、ろう材厚さを１０μｍから６０μｍまで変えて求めると、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量とろう材中の平均Ｍｇ濃度の関係は、原点を通る次の一次関数で与えられる。相関図の一例を図１に示す。
（ろう材中の平均Ｍｇ濃度）＝Ａ×（ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量）
次に、Ａを第１次係数として、ろう材厚さｘを因子として加熱速度別に第１次係数の近似式を求めると、次式のとおりとなる。相関図の一例を図２に示す。
（第１次係数）＝Ｂ×ｌｎ（ｘ）＋Ｅ  ここで、Ｂは第２次係数、Ｅは近似式の切片である。
【００１９】
加熱速度を因子として第２次係数と切片の近似式を求めると、第２次係数と切片は、第１次係数と同様に対数関数で近似される。相関図の一例を図３、図４に示す。
（第２次係数）＝−０．０３２６ｌｎ（ｘ）−０．００９１
（切片）＝０．１７７１ｌｎ（ｘ）−０．０８１３
【００２０】
以上の結果から、加熱速度（４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）で定義）、ろう材厚さｘ（μｍ）、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量ｃ（％）を因子とした、ろう材中の平均Ｍｇ濃度の回帰式を決定すると、以下のとおりである。
（ろう材中の平均Ｍｇ濃度）＝{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｃ（但し、ｃ＞０、ｄ＝０）
【００２１】
上記の回帰式は、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）＝０とした場合の回帰式であるが、拡散の性質上、ｄ＞０の場合の心材からろう材へのＭｇ拡散量Ｍは、ｄ＝０の場合の心材からろう材へのＭｇ拡散量Ａとの間に次の比例関係を持つ。
Ｍ＝{（ｃ−ｄ）／ｃ}・Ａ
【００２２】
上記の比例関係の下に、ｃ≧ｄの場合（但し、ｃ≠０）とｃ＜ｄの場合とではＭｇ拡散の方向が逆となり、それぞれの場合におけるろう材中の平均Ｍｇ濃度は、次の回帰式で示される。
＜式１：ｃ≧ｄ、ｃ≠０＞
ろう材中の平均Ｍｇ濃度＝{（ｃ−ｄ）／ｃ}・{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｃ＋ｄ
＜式２：ｃ＜ｄ＞
ろう材中の平均Ｍｇ濃度＝ｄ−{（ｄ−ｃ）／ｄ}・{（−０．０３２６ｌｎ（ｓ）−０．００９１）・ｌｎ（ｘ）＋０．１７７ｌｎ（ｓ）−０．０８１３}・ｄ
【００２３】
本発明は、アルミニウムブレージングシートにおいて、ろう材中の平均Ｍｇ濃度を０．０４〜０．３％の範囲とすることにより、ろう付け接合界面にスピネル型Ｍｇ酸化物が形成し、ろう材表面の酸化皮膜を脆弱化して、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中でフラックス無しでろう付けした場合のろう付け性を向上させることができるという定量的管理方法を提供するものであり、本発明はさらに、ろう材中の平均Ｍｇ濃度が０．０４〜０．３％となるよう、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量ｃ（％）、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）、ろう材厚さｘ（μｍ）、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）の４つの因子を決定することによりブレージングシートを設計する方法を提供するものである。
【００２４】
ろう材中の平均Ｍｇ濃度、すなわち、ろう付け加熱においてろう材が溶融を開始する５７７℃でのろう材中の平均Ｍｇ濃度が０．０４％未満では、ろう材表面でのスピネル型Ｍｇ酸化物の形成が緩慢になり、酸化皮膜の脆弱化が不十分となる。ろう材中の平均Ｍｇ濃度が０．３％を超えると、スピネル型Ｍｇ酸化物の形成が進行する一方で、濡れ性に悪影響を与えるＭｇＯの形成も進行するようになるため、加熱環境によって接合性が変るなどの不安定さを伴うようになり好ましくない。
【００２５】
本発明のアルミニウムブレージングシートは、アルミニウム心材の片面または両面にＳｉ：６〜１３％を含有するＡｌ−Ｓｉ合金ろう材をクラッドしてなるものである。Ｓｉ含有量が６％未満では、溶融するろうの比率が低下するとともに流動性も悪くなるため、ろう材としての機能が十分に果たせなくなる。Ｓｉ含有量が１３％を超えると、ろう材が心材あるいは相手材をも溶解して流動するため、局部的なろうによる侵食が過大となり好ましくない。
【００２６】
心材に含有されるＭｇについては、ろう付け性を向上させる元素として、本発明の近似式によって適正な含有量を求めることができるが、心材へのＭｇの含有は心材の強度を向上させる機能も果たす。フラックスろう付け用ブレージングシートでは、前記のとおり薄肉化が求められることが多いため、心材へのＭｇの添加は心材の強度向上の点でも重要である。心材のＭｇ含有量が０．１％未満では心材強度の向上効果が乏しく、１．３％を超えると、心材の固相線温度が低下して局部溶融が発生し易くなり、ろうによる侵食量も増大するため好ましくない。
【００２７】
心材には、用途に応じて、Ｓｉ：１．０％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｍｎ：１．８％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｚｎ：０．６％以下、Ｚｒ：０．５％以下、Ｔｉ：０．２％以下、Ｆｅ：１．５％以下の１種または２種以上が含有されていてもよく、ろう材には、必要に応じて、Ｂｅ：０．１％以下、Ｌｉ：０．１％以下、Ｃａ：０．１％以下、Ｚｒ：０．１％以下、Ｃｅ：０．１％以下、Ｎａ：０．１％以下、Ｂｉ：０．０５％以下、Ｓｒ：０．０５％以下、Ｓｂ：０．０５％以下の1種または２種以上を含有させることができる。
【００２８】
本発明の効果を、実際の熱交換器の設計開発状況に応じて具体的に説明すると、熱交換器の設計においては、熱交換器の耐圧強度確保の目的から、ブレージングシートに一定の強度を求めることが多い。従来の非腐食性フラックスを用いたろう付けにより製造される熱交換器では、Ｍｇがフラックスと反応してフラックスの機能を低下させるため、ブレージングシートの心材にＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎを許容範囲で添加して強度の向上を図ったり、ろう材と逆側の心材表面にＳｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎなどを添加した層をクラッドして、クラッド層による強度の向上あるいはろう付け加熱中の拡散を利用した心材強度の向上を図るなどの工夫がなされてきた。
【００２９】
一方、フラックスを使用しないろう付けにおいては、心材へのＭｇの添加が可能となるため、上記の強度向上策に加えて、心材（あるいはろう材と逆側のクラッド層）へのＭｇ添加を前提として材料設計をすることができる。そのため、従来よりブレージングシートの更なる薄肉化が可能となるが、薄肉化されたブレージングシートでは、ろう付け加熱での元素拡散を前提とした詳細な材料設計と、優れた成形加工性、さらには確実な接合性と接合部の信頼性も求められる。すなわち、熱交換器の設計段階においては、熱交換器の性能試算や材料単体の強度設計のみでなく、プレス成形とろう付け接合時の加熱履歴を想定した熱交換器の形状設計と、それを構成する材料の設計が必要となる。材料設計においては、まずブレージングシートに添加するＭｇ量によって材料強度の大要が決定され、熱交換器を生産する加熱炉の仕様から、熱交換器の設計段階において加熱速度も確定していることが多い。
【００３０】
従って、熱交換器の設計段階において、ろう付け加熱履歴を想定した熱交換器の基本的な強度設計が完了する。また一方で、ブレージングシートの薄肉化に伴ってろう材量も制限されるが、信頼性のある接合部を実現するために必要なろう材量は、熱交換器の継手構造が決定した段階で凡そ確定する。すなわち、本発明で取り上げた４つの因子のうち、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量ｃ（％）、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）、ろう材厚さｘ（μｍ）の３つについては、熱交換器の設計段階で確定することが多い。このような場合において、安定したフラックスレスろう付け性を得るためには、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）を正しく決めることが必要であり、前記本発明の回帰式はフラックスレスろう付け性を確保する有効な手段となる。
【００３１】
この他、本発明は様々な場合において有効性を発揮する。例えば、ろう付け加熱前の心材のＭｇ含有量ｃ（％）、ろう材厚さｘ（μｍ）、ろう付け加熱前のろう材のＭｇ含有量ｄ（％）の３つの因子が確定している熱交換器において、加熱炉が選択可能あるいは加熱炉の操炉条件が変更可能なときは、ろう付け加熱における４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）を考慮した的確な選択や最適な条件変更が可能となる。また、世界各地に生産拠点を有する場合においては、生産設備と材料調達は世界各地で異なり、各地におけるそれぞれの選択肢は一つとは限らず、このような複数の可変因子（選択可能因子）を有する場合においても、本発明の回帰式、推奨される添加元素の範囲は、熱交換器が目標とする性能や接合性を確実に実現するための材料選択、ろう付け炉の選択、ろう付け炉の操炉条件変更などにおいて、卓越した手段として有効に活用することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例を説明し、本発明の効果を実証する。なお、これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００３３】
実施例１、比較例１
Ａｌ−１．２％Ｍｎ合金をベースとし、これに０〜１．３１％のＭｇを含有する心材と、Ａｌ−１０％Ｓｉ合金をベースとし、これに０〜０．４５％のＭｇを含有するろう材からなるブレージングシートを常法に従って作製した。ブレージングシートの厚さは０．４ｍｍ、ろう材厚さは４０μｍおよび２０μｍとした。
【００３４】
得られたブレージングシートを水平材、３００３合金板（厚さ１ｍｍ）を垂直材として組み付けて図５に示す間隙充填試験片（実施例：試験片１〜８、比較例：試験片９〜１７）を構成し、窒素ガスを流したろう付け炉内で、低速加熱（加熱速度＝４５０℃から５７７℃までの加熱時間ｓ（秒）が６４０秒）、標準加熱（３２０秒）、急速加熱（１６０秒）、超急速加熱（８０秒）によって６００℃の温度まで加熱してろう付けを行い、間隙充填長さを測定してフィレット形成能を評価した。ろう材厚さが４０μｍのブレージングシートについては、間隙充填長さが２０ｍｍ以上のものを合格と評価し、ろう材厚さが２０μｍのブレージングシートについては、表面積比を考慮して間隙充填長さが１４ｍｍ以上のものを合格と評価した。間隙充填長さの他、形成されたフィレットの均一性も評価し、総合評価として、フィレット形成能が合格で、フィレット形状が安定したものを◎、フィレット形成能が合格で、フィレット形状がやや不安定なものを○、フィレット形成能が不合格で、フィレット形状が不安定なものを×とした。
【００３５】
ろう材の溶融直前の平均Ｍｇ濃度については、前記ろう付けした間隙充填試験片と同じ構成の試験片を、同じ加熱速度で５７７℃の温度まで加熱し、冷却後、ブレージングシートの断面をＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）で分析して求めた。但し、ろう材においては、５６０℃付近からＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇの三元共晶による局部的な溶融が始まるため、冷却後のろう材中Ｍｇ濃度分布は見掛け上不均一になり、ろう材断面から正確な分析値を得ることは困難となる。そこで、ろう材中の平均Ｍｇ濃度については、初期のろう材中のＭｇ含有量と、ＥＰＭＡで分析した加熱前後での心材Ｍｇ量の増減分から計算して求めた。結果を表１（実施例）、表２（比較例）に示す。
【００３６】
本発明に従って、回帰式を用いてろう材の溶融直前の平均Ｍｇ濃度を０．０４〜０．３％になるよう設計した試験片１〜８においてはいずれも、間隙充填試験においてフィレット形成能が良好で、フィレット形状も安定またはやや不安定の評価であり、総合評価はいずれも◎または○であった。また、５７７℃の温度まで加熱した試験片断面から求めたろう材中の平均Ｍｇ濃度は、拡散計算によって求めた計算値と略一致しており、本発明の回帰式の妥当性が立証された。ろう材の溶融直前の平均Ｍｇ濃度が０．０４〜０．３％の範囲を外れている試験片９〜１７はいずれも、総合評価が×であった。
【００３７】
【表１】
2014073520.tif 000002
【００３８】
【表２】
2014073520.tif 000003
【図１】
2014073520.tif 000004
【図２】
2014073520.tif 000005
【図３】
2014073520.tif 000006
【図４】
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【図５】
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