(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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層構成であり、質別Ｏ材であって、発熱素子用冷却器の作動流体通路をアルミニウム合金材とともに構成する冷却器用クラッド材であり、前記アルミニウム合金材に対し、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前記アルミニウム合金材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前記アルミニウム合金材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
【請求項２】
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層構成であり、質別Ｏ材であって、発熱素子用冷却器の作動流体通路をアルミニウム合金材とともに構成する冷却器用クラッド材であり、前記アルミニウム合金材に対し、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前記アルミニウム合金材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前記アルミニウム合金材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
【請求項３】
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層構成であり、質別Ｏ材であって、発熱素子用冷却器の作動流体通路をアルミニウム合金材とともに構成する冷却器用クラッド材であり、前記アルミニウム合金材に対し、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前記アルミニウム合金材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前記アルミニウム合金材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
【請求項４】
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層構成であり、質別Ｏ材であって、発熱素子用冷却器の作動流体通路をアルミニウム合金材とともに構成する冷却器用クラッド材であり、前記アルミニウム合金材に対し、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前記アルミニウム合金材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前記アルミニウム合金材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
【請求項５】
請求項１〜請求項４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アルミニウム合金材からなる底板と、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。
【請求項６】
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５に記載の発熱素子用冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車、各種電子機器回路等に搭載され、例えば半導体素子等の発熱素子を冷却する冷却器に適用される冷却器用クラッド材、および、この冷却器用クラッド材を用いた発熱素子用冷却器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車、各種電子機器回路には、半導体素子のような発熱素子を冷却する冷却器が搭載される。
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。
【０００３】
ところで、近年の環境志向の高まりから、自動車の軽量化が図られており、これに搭載される冷却器についても各構成部材の薄肉化が進行している。その一方で、半導体素子等の発熱量はより大きくなっており、これを冷却する冷却器に対しては、より大きな冷却性能が求められるようになっている。
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。
【０００４】
ここで、この種の冷却器の冷却性能を高めるには、冷却水を流すことが必要である。しかし、冷却水を流すと、冷却器の構成部材にとって厳しい腐食環境となり、特に薄肉化された天板では、冷却水の通路側からの腐食が板厚方向を貫通し、早期に腐食孔が形成されてしまう。このため、冷却器の薄肉化と冷却性能の向上を同時に達成するには、特に、天板の耐食性を改善することが必須となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６２９５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、従来の冷却器の天板用素材は、成形性との兼ね合いから耐食性を改善するのが難しく、冷却水を流す構造とした場合、薄い天板の耐食性向上には十分に対応できていないのが実情である。
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。
【０００７】
ところが、単に質別Ｏ材をプレス形成すると、加工量の少ない領域では、再結晶が不完全となって亜結晶粒が残留するため、その後、溶融したろう材が亜結晶粒界に優先的に侵入する、いわゆるエロージョン（侵食）が発生する。
【０００８】
ろう材が芯材を侵食すると、ろう材の一部が消費されるため、ろう付に供されるろう材量が不足し、十分な接合強度が得られないといった不都合が生じる。
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。
【０００９】
また、上述のクラッド材は、目的の形状にプレス成形後、レーザー溶接などにより冷却素子（絶縁回路用基盤）を仮止めし、他のクラッド材（内面にろう材をクラッドしたクラッド材）やインナフィンと組み合わせた後、それらの突き合わせ部分をレーザー溶接により仮止めし、ろう付けされている。しかし、レーザー溶接により過大な入熱が負荷され、溶融面積が広くなると、レーザー溶接部分は電気化学的に卑になり、腐食により早期に貫通孔が発生してしまうため、レーザー溶接時の入熱はできるだけ小さくしながら、仮止め固定する必要がある。
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。
【００１０】
本発明は、これら問題を解決するためになされたものであり、良好なプレス成形性を有し、冷却器の天板形状に精度よく成形することができるとともに、冷却器を構成する他の各部とのろう付に十分な量のろう材を供給することができ、さらに、天板として優れた耐食性を発揮し、腐食孔の発生が抑えられる冷却器用クラッド材、および、この冷却器用クラッド材を用いた発熱素子用冷却器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】
【００１１】
本発明者らが、質別Ｏ材からなる芯材を備え、天板の素材となるクラッド材のプレス成形性、レーザー溶接性、ろう付性および耐食性を改善すべく検討を行った結果、質別Ｏ材であっても、ろう侵食挙動を最小限に抑制し、ろう付け後にクラッド材に防食上有利な電位勾配を形成させつつ、クラッド材のろう侵食を抑制する必要があることが分かり、ろうの侵食挙動を最小限に抑制するためには、ろう材のＦｅ含有量とＳｉ粒子の粒径および芯材の結晶粒径を適正にすることが有効であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて成されたものであって、以下の構成を有する。
【００１２】
本発明の冷却器用クラッド材は、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であり、質別Ｏ材であって、発熱素子用冷却器の作動流体通路をアルミニウム合金材とともに構成する冷却器用クラッド材であり、前記アルミニウム合金材に対し、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、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前記アルミニウム合金材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前記アルミニウム合金材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。
【００１３】
本発明の冷却器用クラッド材は、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であり、質別Ｏ材であって、発熱素子用冷却器の作動流体通路をアルミニウム合金材とともに構成する冷却器用クラッド材であり、前記アルミニウム合金材に対し、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、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前記アルミニウム合金材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前記アルミニウム合金材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。
【００１４】
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アルミニウム合金材からなる底板と、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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の冷却器用クラッド材は、芯材と、該芯材の一方の面（作動流体通路側となる表面）を被覆する第１のろう材層と、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圧延し、最終焼鈍される質別Ｏ材として構成され、Ｆｅを含めた各成分の含有量が特定の範囲に規定され、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が所定範囲に規定されているため、良好なプレス成形性を有し、天板形状に精度よくプレス成形することができる。
【００１６】
また、本発明の冷却器用クラッド材では、レーザ溶接による仮止め工程で、入熱による溶融面積を小さく抑えることができるとともに、ろう付工程での昇温過程で、プレス成形による加工量が少ない領域と加工量が多い領域の双方で、芯材を確実に再結晶させることができるため、ろう材の芯材への侵食が抑えられ、被接合部どうしのろう付に十分量のろう材を供給することが可能である。さらに、作動流体通路側の表面付近に、電位勾配を有しており、これが犠牲陽極効果による防食性を発揮する。したがって、レーザ溶接部やろう材侵食に起因する腐食の進行が抑えられ、冷却器の天板として優れた耐食性が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、発熱素子用冷却器は、以上のような冷却器用クラッド材を天板の素材として用いるため、冷却器を構成する各部の被接合部どうしおよび天板と冷却素子基板とが確実にろう付接合され、また、天板においてレーザ溶接部やろう材侵食に起因する腐食の進行が抑えられ、優れた耐食性が得られる。このため、冷却水を高速で流した場合でも腐食孔の発生を抑えることができ、さらなる冷却性能の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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である。
【図２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。
＜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。
【００２０】
図１に示す発熱素子用冷却器（以下、単に「冷却器」と言う。）１０は、断面凹型に加工した部分を面方向に複数連結した形状の底板１と、底板１の凹型の部分に収容されたインナフィン３と、天板２とがこの順に積層され、底板１および天板２が有する各ろう材層１２、２２により、底板１および天板２の被接合部１３、２３どうし、および、各表面１ａ、２ａとインナフィン３とがろう付接合されて構成されている。また、この形態の冷却器１０には、天板２の外側面（冷却水の通路４と反対側の表面）２ｂに、被冷却体となる発熱素子が接合される冷却素子基板６がろう付接合されている。
【００２１】
底板１および天板２は、冷却水５が流れる冷却水の通路（作動流体通路）４を画成する構造部材として機能する。
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。
【００２２】
インナフィン３は、冷却水と発熱素子との熱交換に寄与する伝熱面として機能する。このインナフィン３は、蛇腹状をなし、冷却水の通路４内に収容されている。インナフィン３は、各折曲部（被接合部）３３が、底板１または天板２の各表面（冷却水の通路側の表面）１ａ、２ａにろう付されている。
【００２３】
冷却素子基板６は、その表面（天板と反対側の面）６ａに、半田層６ｂを介して半導体素子等の発熱素子７が接合され、該発熱素子７と天板２とを絶縁しつつ、該発熱素子７が発生する熱を天板２に伝導する。この冷却素子基板としては、例えばＡｌＮやＳｉ３Ｎ４等の熱伝導性セラミックス６１の両面にアルミニウム層６２を貼り合わせて構成された絶縁回路用基板等が挙げられる。
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。
【００２４】
また、この形態の冷却器１０を製造するには、まず、後述する冷却器用クラッド材２０を天板形状にプレス成形して成形体を得る（プレス成形工程）。次に、この成形体に、レーザ溶接によって冷却素子基板６を仮止めした後、成形体と、底板１およびインナフィン３とを組み立て、各被接合部１３、２３、３３どうしをレーザ溶接にて仮止めする（仮止め工程）。そして、成形体、底板１、インナフィン３および冷却素子基板６に、例えばフッ化物系のフラックス（非腐食性のノコロックフラックスやＺｎ置換フラックス等）を塗布し、高純度窒素ガス雰囲気等の不活性雰囲気となされた炉内で熱処理する。熱処理温度は５９０〜６２０℃程度である。
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）。
【００２５】
次に、底板１、天板２およびインナフィン３の構成について詳述する。
「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。
【００２６】
図２に示すように、冷却器用クラッド材２０は、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（冷却水の通路４と反対側となる表面）を被覆する第２のろう材層２４とを有する３層構成のクラッド材であり、後述する特性項目が所定範囲に規定され、後述する如く質別Ｏ材として構成されている。
【００２７】
以下、冷却器用クラッド材２０の各部２１、２２、２４の組成について説明する。
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。
【００２８】
Ｍｎ：Ｍｎは、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の天板２の強度を向上させる作用がある。また、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物を形成することにより、マトリックスのＳｉ固溶度を低くし、マトリックスの融点を向上させる効果がある。
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。
【００２９】
Ｓｉ：Ｓｉは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物として分散あるいはマトリックスに固溶し、芯材２１の強度を向上させる作用がある。
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。
【００３０】
Ｃｕ：Ｃｕは、マトリックス中に固溶し、芯材２１の強度を向上させる作用がある。
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。
【００３１】
Ｆｅ：Ｆｅは、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の天板２の強度を向上させる作用がある。また、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物を形成することによって、マトリックス中のＭｎやＳｉの固溶度を低下させ、マトリックスの融点を向上させる効果がある。
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。
【００３２】
Ｔｉ、Ｚｒ：ＴｉおよびＺｒは、ろう付後に微細な金属間化合物として分散し、天板２の強度を向上させる作用がある。
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、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。
【００３３】
第１のろう材層２２は、冷却器用クラッド材２０（天板２）の被接合部１３と底板１の被接合部１３、および、冷却器用クラッド材２０（天板２）の表面２ａとインナフィン３の折曲部（被接合部）３３とをろう付するろう材を供給する。
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、０．２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。
【００３６】
第２のろう材層２４は、天板２の外側面２ｂと冷却素子基板６とをろう付するろう材を供給する。
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。
【００３７】
次に、冷却器用クラッド材２０のクラッド素材および圧延加工について説明する。
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。
【００３８】
最終焼鈍の昇温速度を１０〜１００℃／時間で行うことにより、ろう付前の結晶粒を微細化させ、成形性向上、低加工域での再結晶の促進、ろう侵食の抑制ができる。１０℃／時間より低い昇温速度ではろう付け前の結晶粒が粗大化し、１００℃／時間を超える昇温速度では効果が飽和する。
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。
【００３９】
冷却器用クラッド材２０では、このような圧延加工が施されていることにより、これをプレス成形してろう付工程を行ったとき、その昇温過程で、プレス成形による加工量の多い領域と加工量の少ない領域の双方で、芯材を確実に再結晶させることができ、亜結晶粒の生成を抑制できる。このため、溶融したろう材が芯材に侵入するエロージョンが抑えられ、被接合部１３、２３どうし、表面２ａとインナフィン３の折曲部３３、外側面２ｂと冷却素子基板６とのろう付に、十分量のろう材を供給することができる。また、天板２において、芯材２１のろう侵食に起因する腐食の進行が抑えられ、優れた耐孔食性を得ることができる。
【００４０】
次に、この冷却器用クラッド材２０について規定する特性項目を説明する。
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。
【００４１】
［１］ろう付前の特性
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。
【００４２】
芯材２１の板厚方向の平均結晶粒径が１００μｍを超えた場合には、十分なプレス成形性が得られず、プレス成形工程で割れが発生してしまう。同時に再結晶が遅延される問題も生じる。また、クラッド材のプレス成形性は、芯材２１の平均結晶粒径が小さい程向上するが、平均結晶粒径を３０μｍ未満にすると、深さ方向へのろう侵食が促進される。芯材２１の圧延方向の平均結晶粒径が５００μｍを超えた場合には、十分なプレス成形性が得られず、プレス成形工程で割れが発生してしまう。同時に再結晶が遅延される問題も生じる。平均結晶粒径が８０μｍ未満では、プレス成形性の向上効果が飽和する。
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。
【００４３】
前述のように冷却器用クラッド材２０は、圧延加工が施されている。ここで、圧延加工を施すと強度が増大し、プレス成形性が損なわれる場合があるが、圧延加工を施したものであっても、伸びおよび芯材２１の平均結晶粒径が前記範囲である場合には、優れたプレス成形性が得られ、天板形状に精度よく成形することができる。
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。
【００４４】
Ｂ．ろう付前の各ろう材層に含まれるＳｉ粒子の平均粒径（円相当径）
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。
【００４５】
各ろう材層２２、２４に含まれるＳｉ粒子の平均粒径が１．８μｍを超えると、レーザ溶接の際、各ろう材層２２、２４への入熱が急速に進行し、溶融面積が増大してしまう。その結果、得られた冷却器１０の天板２において、溶接部から腐食が進行して腐食孔が発生するとともに、天板２と冷却素子基板６とのクリアランスが増大して熱交換効率が低下する、各ろう材層２２、２４のろう材量が不足して十分なろう付性が得られないなどの問題が生じる。
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。
【００４６】
［２］ろう付後の特性
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。
【００４７】
Ｄ．ろう付後の全厚に占める芯材の割合
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。
【００４８】
天板２の腐食は、ろう材の共晶組織で進行し易いため、芯材厚に対するろう材厚の割合（芯材クラッド率）が大きいと、深さ方向への腐食が進行し易くなり、腐食孔が早期に発生する。これに対して、全厚に占める芯材２１の割合が所定の条件式を満たしていると、芯材厚に対するろう材厚の割合が小さいため、深さ方向への腐食の進行が抑えられ、腐食孔の発生を抑制することができる。
【００４９】
以上のように構成された冷却器用クラッド材２０は、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（冷却水の通路４と反対側となる表面）を被覆する第２のろう材層２４とを有する３層構成のクラッド素材を上述の構成として構成され、質別Ｏ材であり、ろう付前後での特性項目が前述の所定範囲に規定されているため、良好なプレス成形性が得られ、天板形状に精度よくプレス成形することができる。また、質別Ｏ材などを用いた場合、冷却器用クラッド材２０に段差や凹部などを形成するために曲げ加工した部分において特に亜結晶粒が生じ易く、焼鈍工程において急速加熱冷却時になると結晶粒が微細なまま残留してしまう傾向があるので、亜結晶粒の粒界に沿って腐食が冷却器用クラッド材２０の厚さ方向に進行し易くなるおそれがある。この点において質別Ｏ材であり、前述の如き諸条件を満たし、特に第１のろう材層２２と第２のろう材層２４にＦｅを適切な量含有させて再結晶を適度に促進するので、亜結晶粒の存在していない曲げ加工部分を有する冷却器用クラッド材２０を得ることができる。
【００５０】
また、この冷却器用クラッド材２０では、レーザ溶接による仮止め工程で、入熱による溶融面積を小さく抑えることができるとともに、ろう付工程での昇温過程で、プレス成形による加工量が少ない領域と加工量が多い領域の双方で、芯材２１を確実に再結晶させることができるため、ろう材の芯材２１への侵食が抑えられ、被接合部１３、２３どうし、表面２ａとインナフィン３の折曲部３３、外側面２ｂと冷却素子基板６とのろう付に十分量のろう材を供給することが可能である。さらに、その表面２ａ付近に電位勾配を有しており、これが犠牲陽極効果による防食性を発揮する。したがって、レーザ溶接部やろう材侵食に起因する腐食の進行が抑えられ、冷却器１０の天板２として優れた耐食性が得られる。
【００５１】
［底板］
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。
【００５２】
芯材の構成材料としては、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金等のアルミニウム合金を用いることができ、具体的にはＪＩＳ規格で３２０３合金、３００３合金等が挙げられる。これらアルミニウム合金において、各成分の含有量はＭｎ：１．０〜１．５質量％、Ｃｕ：０．１〜０．７質量％であるのが好ましい。
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。
【００５３】
また、インナフィン３がろう材層を有する場合には、芯材と、該芯材の一方の面（冷却水の通路４側となる表面）を被覆する犠牲材層とを有するクラッド材、もしくは、クラッド層を有しないベア材等も用いることができる。
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。
【００５４】
［インナフィン］
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。
【００５５】
アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金等を用いることができ、具体的にはＪＩＳ規格で３００３合金、３２０３合金等が挙げられる。これらのアルミニウム合金は、Ｚｎを０．５〜２．０質量％の含有量で含有していても良い。また、Ａｌ−Ｚｎ系合金を用いてもよく、このＺｎの含有量は０．５〜２．０質量％であるのが好ましい。
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。
【００５６】
クラッドフィン材としては、芯材と、該芯材の少なくとも一方の面を被覆するろう材層とを有するもの等を用いることができる。
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。
【００５７】
以上のように構成された冷却器１０は、天板１の構成として、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（冷却水の通路４と反対側となる表面）を被覆する第２のろう材層２４とを有する３層構成のクラッド素材を圧延後最終焼鈍して質別Ｏ材として構成され、ろう付前後での特性項目が前述した如く所定範囲に規定された冷却器用クラッド材２０を用いていることにより、被接合部１３、２３どうし、表面２ａとインナフィン３の折曲部３３、外側面２ｂと冷却素子基板６とが確実にろう付接合され、また、天板２においてレーザ溶接部やろう材侵食に起因する腐食の進行が抑えられ、優れた耐食性が得られる。このため、冷却水を高速で流した場合でも腐食孔の発生を抑えることができ、さらなる冷却性能の向上を図ることが可能となる。
【００５８】
＜第３、４実施形態＞
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。
【００５９】
本実施形態では、冷却器用クラッド材は、第１のろう材層２２の代わりに犠牲材層を有しており、この他の構成、すなわち、芯材およびろう材層（第１実施形態における第２のろう材層２４）の組成、最終圧延率およびろう付前後での特性項目は、前記第１実施形態の冷却器用クラッド材２０と同様である。この場合、インナフィンは、芯材と、該芯材の片面（天板側）あるいは両面をろう材層で被覆したクラッド材となる。
以下、犠牲材層の構成について説明する。
【００６０】
犠牲材層は、ろう付工程で冷却器用クラッド材２０（天板２）の冷却水の通路側に電位勾配層を形成し、その犠牲陽極効果によって天板２に耐食性を付与する。
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。
【００６１】
Ｚｎ：Ｚｎは、ろう付工程の熱処理によって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。
【００６２】
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ：これらの成分は、金属間化合物として晶出または析出し、ろう付後の天板２の強度および耐エロージョン性、耐コロージョン性を向上させる作用がある。
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。
【００６３】
Ｔｉ、Ｚｒ：これらの成分は、ろう付後に微細な金属間化合物として分散し、天板２の強度を向上させる作用がある。
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。
【００６４】
第２実施形態の構造において、先の第１実施形態の場合と同様、ろう付後の犠牲材層の表面と芯材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。
【００６５】
以上のように構成された冷却器用クラッド材２０は、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）を被覆する犠牲材層と、他方の面（冷却水の通路４と反対側となる表面）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、１０〜２５％の最終圧延率で圧延して構成され、ろう付前後での特性項目が前述した所定範囲に規定されているため、良好なプレス成形性が得られ、天板形状に精度よくプレス成形することができる。
【００６６】
また、この冷却器用クラッド材２０では、レーザ溶接による仮止め工程で、入熱による溶融面積を小さく抑えることができるとともに、ろう付工程での昇温過程で、プレス成形による加工量が少ない領域と加工量が多い領域の双方で、芯材を確実に再結晶させることができるため、ろう材の芯材への侵食を抑えることができ、その外側面２ｂと冷却素子基板６とのろう付に十分量のろう材を供給することが可能である。さらに、その表面２ａ付近に電位勾配を有しており、これが犠牲陽極効果による防食性を発揮する。このため、レーザ溶接部やろう材侵食に起因する腐食の進行が抑えられ、冷却器１０の天板２として優れた耐食性が得られる。
【００６７】
したがって、以上のような冷却器用クラッド材２０を天板２の素材として用いる冷却器は、天板２と冷却素子基板６とが確実にろう付接合され、また、天板２においてレーザ溶接部やろう材侵食に起因する腐食の進行が抑えられ、優れた耐食性が得られる。このため、冷却水を高速で流した場合でも腐食孔の発生を抑えることができ、さらなる冷却性能の向上を図ることが可能となる。
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。
【実施例】
【００６８】
以下に、本発明の具体的実施例について説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
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。
【００６９】
底板と天板とインナフィンを図１に示す如く組み付け、高純度窒素ガス雰囲気中（Ｏ２濃度２０ｐｐｍ以下）において平均昇温速度２５℃／分にて昇温し、炉内設定温度および保持時間を変量して天板温度を制御してろう付けし、熱交換器を製造した。
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、ＳＯ４２−：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。
【００７０】
【表１】
0005982102.tif 000002
【００７１】
【表２】
0005982102.tif 000003
【００７２】
【表３】
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【００７３】
【表４】
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【００７４】
【表５】
0005982102.tif 000006
【００７５】
薄板クラッド材のＭｎ含有量を本発明の範囲外とした比較例１の試料は電位差が適正にならず、天板にて漏れが発生し、比較例２の試料は接合部にて漏れが発生し、Ｃｕ含有量を少なくした比較例３の試料はフィンろう付け不良となった。芯材のＣｕ含有量を多くしすぎた比較例４の試料は天板にて漏れが発生し、通路側犠牲材のＺｎ量が少ない比較例５の試料はフィンのろう付け不良により天板にて漏れが発生した。通路側ろう材および通路と反対側ろう材のＦｅ量を少なくした比較例６の試料は天板にて漏れが発生し、通路側ろう材および通路と反対側ろう材のＦｅ量を多くした比較例７の試料は天板にて漏れが発生した。通路側犠牲材のＺｎ量が少ない比較例８の試料は電位差不足で天板にて漏れが発生し、Ｚｎ量が多すぎる比較例９は接合部の優先腐食により天板か接合部において漏れが発生した。
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。
【符号の説明】
【００７６】
１…底板、２…天板、２ａ…冷却水の通路側の表面、２ｂ…外側面、３…インナフィン、６…冷却素子基板、７…発熱素子、１１…芯材、１２…ろう材層、１３…被接合部、２１…芯材、２２…第１のろう材層、２３…被接合部、２４…第２のろう材層、３３…折曲部（被接合部）、６１…熱伝導性セラミックス、６２…アルミニウム層。
【図１】
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【図２】
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