(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材からなる被接合部材をＡｌ−Ｓｉ系ろう材によりろう付して接合する方法であって、少なくとも前記被接合部材の接合部表面に、常温時液体のケイ素化合物を含む組成物を配して酸化皮膜を破壊するフラックスを用いることなく前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によるろう付を行うことを特徴とするアルミニウム材のろう付方法。
【請求項２】
前記ケイ素化合物が、無機または有機化合物から選ばれる１つの化合物または２つ以上の混合物からなることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム材のろう付方法。
【請求項３】
前記ケイ素化合物が、有機シラン化合物であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム材のろう付方法。
【請求項４】
前記有機シラン化合物が、シランカップリング剤であることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム材のろう付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いたアルミニウム材のろう付方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用熱交換器をはじめとしたろう付分野においては、現在、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で非腐食性のフッ化物系フラックス（ノコロックフラックス）を用いてろう付されるか、ろう材に０．５〜１．５質量％程度のＭｇを添加して真空雰囲気下でろう付される工法が主流となっている。
【０００３】
しかしながら、上記フラックスを用いた工法においては、常温粉体のフッ化物であるフラックス粉を用いることから、塗料中の沈降防止管理（粉体分散維持）、作業環境中への粉体飛散防止を行う必要がある等、工程管理が煩雑となる問題があった。また、塗着させる製品においては、粉体の粒度ばらつきや凝集等が要因となって、製品接合細部において均一な塗布状態が得られにくく、製品歩留まりの低下を招く問題がある。さらに、ろう付後の製品においては、親水化処理等の表面処理をする場合において、フラックス残渣が表面処理性を阻害し、均一な表面処理性を得られにくいという問題がある。フラックス残渣は材料表面に強固に固着しており、その除去を行うのも容易ではない。
一方、ろう材にＭｇを添加し真空下でろう付を行う真空ろう付では、Ｍｇがろう付昇温過程で材料中から蒸発する際にアルミニウム材料表面の酸化皮膜を破壊し、雰囲気中では水分や酸素と結合するゲッター作用により、フラックスを使用せずにろう付が可能である。しかし本工法は、フッ化物系フラックスによるろう付方法に比べて、ろう付管理条件も厳しく高価な設備が必要となるというデメリットがある。
【０００４】
これらに対し、最近では上記問題を解消しようとする大気圧下でのフラックスを使用しないろう付の方法が提案されている。
例えば特許文献１では、被ろう付け部材、もしくはそれ以外の部位にＭｇ含有物を配置し、且つ、被ろう付部材に覆いをすることによって非酸化性雰囲気大気圧下のフラックスレスろう付を提案している。
また、特許文献２では、薄皮材と芯材との中間材としてＡｌ−Ｓｉ系ろう材を挟み込んだ構造のブレージングシートを使用して、不活性ガス雰囲気中でフラックスを使用せずろう付するもので、ろう溶融時に溶融ろうを皮材面に染み出させてろう付を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−８５４３３号公報
【特許文献２】特許３７８０３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のろう付方法では、被ろう付け部材に覆いをすることが必須となっており、覆い使用に伴う手間やコストが大きいという問題がある。また、特許文献２に記載のろう付方法は、重ね継手形状のろう付けに限定されるものであり、特殊なブレージングシートのコストも大きいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、工程管理が従来よりも容易であり、かつ均一な表面処理性を示し、安定したろう付品質を得られるアルミニウム材のろう付方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明のアルミニウム材のろう付方法のうち第１の本発明は、アルミニウム材からなる被接合部材をＡｌ−Ｓｉ系ろう材によりろう付して接合する方法であって、少なくとも前記被接合部材の接合部表面に、常温時液体のケイ素化合物を含む組成物を配して酸化皮膜を破壊するフラックスを用いることなく前記Ａｌ−Ｓｉ系ろう材によるろう付を行うことを特徴とする。
【０００９】
前記第１の本発明によれば、ケイ素化合物を含む組成物をろう付前に、少なくとも被接合部材の接合部表面に配しておくことにより、ろう付熱処理過程で、ケイ素化合物は熱分解を生じながらも部材表面を覆う膜となり、ろう付阻害要素である部材表面の酸化を抑制する酸化防止膜として機能する。ろう付昇温過程での部材表面酸化を抑制することで、素材と酸化皮膜の熱膨張差等による部材表面酸化皮膜の亀裂が生じやすくなり、亀裂部に生じた素材新生面がろう濡れ性を発揮して良好なろう付が得られる。さらに、前記ケイ素化合物は常温時液体であるため工程管理が容易となり、さらにろう付け後にフッ化物系残渣とならないため、均一な表面処理性が得られ、フラックス除去工程も不要となる。なお、前記組成物には常温時液体のケイ素化合物のほかに、塗装性改善のために有機系樹脂バインダ（例えば、アクリル樹脂系やウレタン系のバインダ）や界面活性剤などを含んでもよい。また、塗料化する際の溶媒としては、用いる常温時液体ケイ素化合物との相溶性が得られれば良く、例えば、エタノール、メタノール等の有機溶剤や、水等であっても良い。また、塗装工程は部材表面に塗膜を固定させる為の乾燥工程を用いるものであっても良い。乾燥条件は特に限定されるものではないが、使用するケイ素化合物等によって適当な乾燥条件を用いればよい。例えば、雰囲気２００℃程度の乾燥炉に３分間保持するような条件があげられる。
なお、本発明では、Ｍｇを添加しないＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いる。本発明としてはＡｌ−Ｓｉ系ろう材の組成が特定のものに限定されるものではなく、適宜の組成を選択することができる。例えばＳｉ：３〜１３  質量％  、残部Ａｌのろう材を用いることができる。また、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材には、その他にＺｎ：０．１〜５．０％を含有するものであってもよい。なお、Ｍｇを不可避不純物として０．２％以下含有するものであってもよいが、０．１％以下とするのが望ましい。
【００１０】
第２の本発明のアルミニウム材のろう付方法は、前記第１の本発明において、前記ケイ素化合物が無機または有機化合物から選ばれる１つの化合物または２つ以上の混合物からなることを特徴とする。
【００１１】
第３の本発明のアルミニウム材のろう付方法は、前記第１または第２の本発明において、前記ケイ素化合物が有機シラン化合物であることを特徴とする。
【００１２】
第４の本発明のアルミニウム材のろう付方法は、前記第３の本発明において、前記有機シラン化合物がシランカップリング剤であることを特徴とする。
【００１３】
第４の本発明によれば、シランカップリング剤の末端基で脱水縮合反応を起こすアルコキシ基は、無機物（アルミニウム基材）と結合する一方で、末端基である有機官能基は有機物（アクリル樹脂系バインダ等）と結合する。そのため、有機バインダを含む塗料組成物を用いる場合は、有機バインダの塗布均一性によってケイ素化合物も部材表面に均一に分布し、更に、ハンドリング性に優れた密着性に富む塗膜が得られる。また、この分布均一性よって、ろう付ではより安定したフィレット形成が可能となる。
シランカップリング剤は、ろう付熱処理過程で熱分解し、ろう付製品に無害なシリコーンとなる。また、有機バインダを併せて用いる場合にも有機バインダは、ろう付熱処理過程で蒸散して残渣が生じることはない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のアルミニウム材のろう付方法によれば、常温時液体のケイ素化合物を含む組成物をアルミニウム材からなる被接合部材の接合部表面に配してろう付することで、材料表面のろう濡れ性が向上し、良好なろう付が可能になる。
また、本発明では、粉体原料であるフッ化物系フラックスを用いなくとも、従来より非常に少ない粉体配合比にてろう付が可能となるため、塗料中の沈降防止や作業環境中への飛散防止等の工程管理が簡便になり、ろう付接合においても均一な接合状態が得られる。さらに、ろう付け後のフラックス残渣は生じないため、ろう付後製品の均一な表面処理性が得られ、フラックス残渣除去コストも不要である。
したがって、本発明のろう付方法によれば、従来の工法に比べて工程管理が容易であり、均一な表面処理性を示し、良好で安定したろう付品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態におけるろう付前の状態を示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明におけるろう付評価モデル、（ｂ）は接合部幅についての評価位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態を図１に基づき説明する。
本発明のろう付方法においては、Ｍｇを添加しないＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いる。常法により製造したＡｌ−Ｓｉ系ろう材３と芯材２とを重ねて常法によりクラッド圧延し、アルミニウムクラッド材１を得る。なお、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材および芯材の組成、およびクラッド率は、本発明としては特に限定されるものではない。
【００１９】
上記アルミニウムクラッド材１は、被ろう付部材４と接触するように組み付けられる。その際、少なくとも前記被ろう付部材４の接合部表面４ａに、予め、常温時に液体であるケイ素化合物を含む組成物５を配する。配する方法としては、本発明として特に限定されるものではなく、塗布、噴霧、浸漬、その他適宜の方法により行うことができる。また、前記ケイ素化合物を含む組成物５を配する領域については、少なくとも被ろう付部材との接合部領域であればよく、接合部領域を越えた範囲（例えば被ろう付部材４の全表面等）であってもよく、接合部表面のみであってもよい。この例では、アルミニウムクラッド材１の表面全面に組成物５を塗布している。また、この例では、組成物５は、シランカップリング剤で構成されている。
【００２０】
前記組立体は、加熱炉に入れられ、ろう付に供される。ろう付における雰囲気は特に限定されるものではないが、窒素ガス等の不活性雰囲気中で行う方が安定したろう付状態を得られやすい。ろう付の際の加熱温度は、ろう材の種別などに従って適宜、ろうの融点（固相線温度）以上の温度に設定する。
なお、被ろう付部材としては、種々の組成のアルミニウム材を用いることができ、本発明としては特定のものに限定されるものではない。
上記ろう付により接合されたアルミニウム材は、良好なろう付がなされる。
【実施例１】
【００２１】
以下に、本発明の実施例を説明する。
表１に示す組成（残部はＡｌと不可避不純物）のＡｌ−Ｓｉ系ろう材と、ＪＩＳ  Ａ３００３の芯材とをクラッドしたアルミニウムクラッド材を用意した。前記アルミニウムクラッド材は、各種組成ろう材をクラッド率１０％とし、Ｈ１４相当調質の０．２５ｍｍ厚に仕上げた。
また、被ろう付部材として、ＪＩＳ  Ａ３００３合金、Ｈ１４相当調質のアルミニウムベア材（０．１ｍｍ厚）のフィンをコルゲート加工したコルゲートフィン７を用意した。
【００２２】
前記アルミニウムクラッド材を用いて幅２０ｍｍのチューブ８を製作し、該チューブ８と前記コルゲートフィン７とを組み合わせ、ろう付評価モデルとして図２（ａ）に示すような、チューブ１５段、長さ３００ｍｍのコア６を形成した。その際、各供試材の少なくともチューブ８とフィン７との接合部に、表２に示す組成物を表３に示す組み合わせで一様に塗布した。この際、フッ化物を塗布組成物に混ぜたものも評価することとし、フッ化物としてＫＡｌＦ４を配合した塗布組成物を準備した。なお、表中のフッ化物配合比は、質量比でケイ素化合物１に対する割合で示されている。また、バインダとしてメタクリル酸メチル、活性剤としてポオキシアルキレンアルキルエーテルを配合したものも併せて評価した。
【００２３】
表２に示す組成物を塗布した前記コア６を、窒素雰囲気中（酸素含有量５０ｐｐｍ）のろう付け炉にて、６００℃にまで加熱し、そのろう付状態を評価した。
【００２４】
（１）接合率
次式によって接合率を求め、各試料間のろう付性の優劣を評価した。
フィン接合率（％）＝（フィン７とチューブ８の総ろう付け長さ／フィン７とチューブ８の総接触長さ）×１００
ろう付け後のフィン接合率が９５％以上のものを◎、８５％以上９５％未満のものを○、８０％以上８５％未満のものを△、８０％未満のものを×と評価し、各評価結果を表３に示した。
【００２５】
（２）接合部幅評価
ろう付接合部におけるフィレット形成能の向上を確認するため、接合部幅の評価を行った。図２（ｂ）に示したフィレット９とチューブ８の接合部の幅Ｗを各試料で２０点計測し、その平均値をもってろう付接合状態の優劣を評価した。
接合部幅が０．６ｍｍ以上のものを◎、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを○、０．３ｍｍ未満のものを×と評価し、各評価結果を表３に示した。
【００２６】
（３）表面処理性
ろう付で得られたろう付品に対し、アクリル樹脂系の親水性塗膜を形成する塗料を浸漬塗布した。塗布乾燥後、一部を切出し表面のカーボン量をＥＰＭＡ（電子線マイクロアナリシス）にてマッピング分析することで、親水性塗膜の付着状態を確認した。分析箇所のカーボン量が１５％以上の部位を親水性塗膜形成部として判断し、分析エリアに対するその付着面積を求めた。付着率９５％以上のものを◎、付着率９０％以上９５％未満のものを○、付着率９０％未満のものを×と評価し、各評価結果を表３に示した。
【００２７】
表３から明らかなように、本発明の実施例のいずれも良好なろう付性を示したのに対し、比較例では十分な接合が得られなかった。
【００２８】
【表１】
0005904771.tif 000002
【００２９】
【表２】
0005904771.tif 000003
【００３０】
【表３】
0005904771.tif 000004
【符号の説明】
【００３１】
１    アルミニウムクラッド材
２    芯材
３    Ａｌ−Ｓｉ系ろう材
４    被ろう付部材
４ａ  接合部表面
５    ケイ素化合物を含む組成物
６    コア
７    コルゲートフィン
８    チューブ
９    フィレット
Ｗ    接合部幅
【図１】
0005904771.tif 000005
【図２】
0005904771.tif 000006