(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金よりなる複数の部材を接合して構成されるアルミニウム熱交換器を製造する際に上記複数の部材間の接合に用いられる低融点ろう材であって、
平均粒径２０μｍ以下の亜鉛合金粒子よりなるろう材成分と、
平均粒径２０μｍ以下の非腐食性フラックス粒子よりなるフラックス成分とを含有しており、
上記ろう材成分と上記フラックス成分の配合比（フラックス成分重量／ろう材成分重量）が０．６〜２．０であることを特徴とするアルミニウム熱交換器用の低融点ろう材。
【請求項２】
請求項１において、上記亜鉛合金粒子は、質量％において、Ａｌ：２〜６％、残部がＺｎ及び不可避的不純物よりなることを特徴とするアルミニウム熱交換器用の低融点ろう材。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記非腐食性フラックス粒子は、ＣｓＦとＡｌＦ3の混合組成物からなり、混合比ＣｓＦ（ｍｏｌ％）／ＡｌＦ3（ｍｏｌ％）は、１．０〜１．２であることを特徴とするアルミニウム熱交換器用の低融点ろう材。
【請求項４】
アルミニウム合金よりなる複数の部材を接合して構成されるアルミニウム熱交換器の製造方法であって、
上記複数の部材のうち少なくとも１つの部材に低融点ろう材を付着させ、該低融点ろう材に含有されるろう材成分の融点を超えるろう付け温度に加熱することにより、上記複数の部材間をろう付け接合するに当たり、上記低融点ろう材として請求項１〜３のいずれか１項に記載の低融点ろう材を用いることを特徴とするアルミニウム熱交換器の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、上記ろう付け温度は４５０℃以下であることを特徴とするアルミニウム熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアルミニウム合金よりなる部材を接合して構成されるアルミニウム熱交換器を製造する際に上記複数の部材間の接合に用いられる低融点ろう材、及びこれを用いたアルミニウム熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの輸送器用アルミニウム熱交換器、電子部品などに用いられる冷却用アルミニウム熱交換器は、通常Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて、フィンやチューブ等のアルミニウム合金部品をろう付接合して製造している。
より具体的には、アルミニウム合金製の熱交換器は構造が複雑であるため、一般的にＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材をクラッドしたブレージングシートを組立品の構成部品の一部に使用し、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材の融点以上の約６００℃の温度に昇温し、ノコロックろう付け法、真空ろう付け法等の炉中ろう付け法により、構成部品同士を接合することにより組み立てられている。
【０００３】
近年、エネルギー消費量削減、融点の低い高強度アルミニウム合金材の接合を可能とすることを目的に、ろう付温度の低温化が要望されている。このため、上記Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材よりも融点が低いＺｎ合金系ろう材を用いた低温接合の検討がなされている。
Ｚｎ合金系ろう材は、Ａｌ母材との融点差が非常に大きいため圧延によるクラッドができない。そのため、大量生産に適用するには、Ｚｎ合金系ろう材を被接合材に低コストで供給する技術が必要となる。
【０００４】
Ｚｎ合金系ろう材を被接合材に供給する技術として、超音波やフラックスを用いた溶融めっき（特許文献１）が提案されているが、専用設備を必要としており高コストである。また、機械摩擦によるめっき（特許文献２）が提案されているが、形状に制限があり複雑な形状への適用は困難である。
【０００５】
これらを解決する方法として、ろう材粉末とフラックス粉末の混合物を塗布する方法（特許文献３）が提案されている。この方法により複雑な形状においてもろう材を供給することが可能となった。しかし、Ｚｎの比重はＡｌの比重の２．６５倍あるため、従来のＡｌ系のろう材を使用した場合に比べると、ろう材の重量比率が大幅に増大してしまう。そのため、Ｚｎ系ろう材を使用して低温処理化を図ると共に、さらに、その使用量をできる限り低減させるための技術の開発が望まれていた。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２７７７８７号公報
【特許文献２】特開平５−３２０８５５号公報
【特許文献３】特開２００５−１１１５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ろう付けを低温処理にて行うことができ、かつ、ろう材の使用量を従来よりも低減させることができるアルミニウム熱交換器用の低融点ろう材及びこれを用いたアルミニウム熱交換器の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、アルミニウム合金よりなる複数の部材を接合して構成されるアルミニウム熱交換器を製造する際に上記複数の部材間の接合に用いられる低融点ろう材であって、
平均粒径２０μｍ以下の亜鉛合金粒子よりなるろう材成分と、
平均粒径２０μｍ以下の非腐食性フラックス粒子よりなるフラックス成分とを含有しており、
上記ろう材成分と上記フラックス成分の配合比（フラックス成分重量／ろう材成分重量）が０．６〜２．０であることを特徴とするアルミニウム熱交換器用の低融点ろう材にある（請求項１）。
【０００９】
本発明の低融点ろう材は、上記アルミニウム熱交換器を製造する際に用いるろう材であり、その成分として含有されるろう材成分とフラックス成分の両方を、上記特定の範囲の粒径を有する粒子に限定している。さらに、上記ろう材成分と上記フラックス成分の配合比を、上記特定の範囲に限定している。これらの要件を同時に具備することによって、上記低融点ろう材は、アルミニウム熱交換器製造に採用した場合に、従来よりも少ない使用量で確実な接合を実現することができる。
【００１０】
上記亜鉛合金粒子と上記非腐食性フラックス粒子（以下、フラックス粒子という）の少なくとも一方の平均粒径が２０μｍを超える場合には、アルミニウム合金よりなる部品に付着させた時に厚みのムラが生じやすいという問題がある。従って、上記亜鉛合金粒子と上記フラックス粒子の両方が、平均粒径２０μｍ以下という要件を具備する必要がある。なお、これらの平均粒径の下限値は、微粉末化による製造コスト上昇という理由により、１μｍであることが好ましい。
【００１１】
また、上記亜鉛合金粒子と上記フラックス粒子の配合比を０．６以上とすることによって、それ未満の場合よりも、安定した接合強度を得ることができ、また、２．０以下とすることによっても、それ以上にする場合よりもより安定した接合強度が得られる。最も好ましくは、接合強度のピークが得られる配合比である１．０近傍とするのがよい。
【００１２】
第２の発明は、アルミニウム合金よりなる複数の部材を接合して構成されるアルミニウム熱交換器の製造方法であって、
上記複数の部材のうち少なくとも１つの部材に低融点ろう材を付着させ、該低融点ろう材に含有されるろう材成分の融点を超えるろう付け温度に加熱することにより、上記複数の部材間をろう付け接合するに当たり、上記低融点ろう材として上記第１の発明の低融点ろう材を用いることを特徴とするアルミニウム熱交換器の製造方法にある（請求項４）。
【００１３】
本発明の製造方法は、上述した優れた低融点ろう材を使用してろう付けを行う。そのため、上記低融点ろう材の使用量を従来よりも低減することができると共に、確実なろう付けが可能となる。それ故、得られるアルミニウム熱交換器に残存するＺｎの含有量を低く抑えることができ、軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明における上記ろう材成分の亜鉛合金粒子としては、亜鉛、又は亜鉛を主体とする亜鉛合金の粒子を適用できる。即ち、上記亜鉛合金の概念には、純亜鉛及び亜鉛と他の金属の合金を含む。
例えば、上記亜鉛合金粒子は、質量％において、Ａｌ：２〜６％、残部がＺｎ及び不可避的不純物よりなることが好ましい（請求項２）。この場合、Ａｌ含有量５％の融点が３８２℃と最も低く，２~６%の範囲においてろう付時にろう材の流動性が非常によくなるという効果が得られる。
【００１５】
また、上記非腐食性フラックス粒子としては、上記ろう材成分の溶融温度域において溶融して活性化するものであれば公知の様々なものを適用可能である。この非腐食性フラックス粒子の活性化によって、上記部材におけるアルミニウム酸化膜除去、溶融ろう材の流動化等のろう付け促進作用を果たすことができる。
【００１６】
上記非腐食性フラックス粒子は、ＣｓＦとＡｌＦ3の混合組成物からなり、混合比ＣｓＦ（ｍｏｌ％）／ＡｌＦ3（ｍｏｌ％）は、１.０〜１.２であることが好ましい（請求項３）。混合比１．０〜１．２の範囲においてフラックスの融点はろう付温度に対し十分低い状態に有りフラックスの活性が非常によくなるという効果が得られる。
【００１７】
例えば、上記混合比が３５／６５の非腐食性フラックス粒子の場合は、その溶融活性開始温度が４２０℃、溶融活性温度範囲が４２０℃〜４８０℃となる。
ここで、溶融活性開始温度とは、フラックス成分の溶融が開始されて上記ろう付け促進作用が活性化される温度のことである。そして、溶融活性温度範囲は、この溶融活性状態が良好に維持される温度範囲をいう。なお、上記フラックス成分の温度が溶融活性温度範囲の上限を超えると、フラックス成分が過熱状態となって、フラックスの気化が急増するので好ましくない。
従って、上記ろう材成分としての亜鉛合金粒子とフラックス成分としての上記非腐食性フラックス粒子との組み合わせは、少なくとも、上記フラックス成分の溶融活性温度範囲とろう材成分の溶融温度とが重なっていることが必要である。
【００１８】
第２の発明のアルミニウム熱交換器の製造方法においては、上記のごとく、複数の部材のうち少なくとも１つの部材に低融点ろう材を付着させる。付着させる方法としては、例えば、有機溶媒中に上述した低融点ろう材を懸濁させ、その液体を所望の部材に塗布する方法がある。塗布方法としては、公知の様々な方法、例えば、噴霧させて塗布する方法、刷毛、ローラ等によって塗布する方法等がある。
【００２０】
また、部材に上記低融点ろう材を付着させた後の加熱処理は、例えば、上記のごとく有機溶媒を用いた場合には、その溶媒を蒸発させて乾燥させた後に行う。
そして、上記ろう付け温度は４５０℃以下であることが好ましい（請求項５）。即ち、上記低融点ろう材の成分を調整して、４５０℃以下の温度で十分にろう接可能とし、実際のろう付け温度を４５０℃以下の温度とすることによって、エネルギー消費量の大幅な低減を図ることができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
本発明の実施例に係るアルミニウム熱交換器用の低融点ろう材及びアルミニウム熱交換器の製造方法につき、図１を用いて説明する。
本例の低融点ろう材は、図１に示すごとく、アルミニウム合金よりなる複数の部材１０〜１３を接合して構成されるアルミニウム熱交換器１を製造する際に上記複数の部材１０〜１３間の接合に用いられる低融点ろう材である。
【００２２】
上記アルミニウム熱交換器１は、同図に示すごとく、車両用の熱交換器であり、高圧冷媒が流れる冷媒通路を有する蛇行状に曲げ成形されたチューブ１０と、チューブ１０の対向する並行部相互間に挿入されたコルゲートフィン１１とを有する。上記チューブ１０は、アルミニウム合金材料を押出成形してなる扁平多穴管を採用している。また、上記コルゲートフィン１１は、薄板のアルミニウム合金板を波状に曲げ成形したものである。また、チューブ１０の一端には冷媒入口パイプ１２が、他端には冷媒出口パイプ１３がそれぞれ接合されている。これら冷媒入口パイプ１２及び冷媒出口パイプ１３もアルミニウム合金材料により形成されている。
【００２３】
本例において、このアルミニウム熱交換器１を製造するに当たっては、上記各部品１１〜１３を予め作製し、すべての部品を完成品と同じ配置となるように組み付けた組付体を作製し、その後、低融点ろう材を付着させる付着工程を行う。
本例では、低融点ろう材としては、平均粒径２０μｍの亜鉛合金粒子よりなるろう材成分と、平均粒径２０μｍの非腐食性フラックス粒子よりなるフラックス成分とを含有しており、上記ろう材成分と上記フラックス成分の配合比（フラックス成分重量／ろう材成分重量）が１．０のものを用いた。上記亜鉛合金粒子としては、Ｚｎ−５％Ａｌを採用し、上記非腐食性フラックス粒子としては、ＣｓＦ（ｍｏｌ％）／ＡｌＦ3（ｍｏｌ％）＝３５：６５のものを採用した。
【００２４】
付着工程では、上記構成の低融点ろう材をアルコール等の有機溶媒中に懸濁させた溶液を用いる。この溶液の濃度は、噴霧に適するよう適度に調整した。そして、組付体における上記各部品１０〜１３の表面に、室温において噴霧器を用いて噴霧することによって上記溶液を付着させた。
【００２５】
次いで、上記組付体を室温よりも若干高め（６０℃程度）に加熱して、上記低融点ろう材を含む溶液の溶媒を蒸発させた。
次に、上記組付体を加熱炉内に装入して、ろう材成分の融点を超えるろう付け温度に加熱するろう付け工程を行う。ろう付け工程は、ろう付け温度（加熱温度）を４５０℃、ろう付け時間（加熱時間）を１分間、加熱炉内雰囲気は大気雰囲気という条件で行った。
【００２６】
上記ろう付け工程の結果、上記組付体の表面に付着していた低融点ろう材が各部品１０〜１３の間の接合に寄与し、図１に示す構成のアルミニウム熱交換器１が得られた。各部の接合強度は十分であった。
【００２７】
このように、本例では、上記の低融点ろう材を用いて、４６０℃という低い温度でろう付け工程を行うことができる。即ち、一般的なアルミニウム熱交換器のＡｌろう材を用いたろう付け方法における６００℃程度の加熱温度に比較して大幅に加熱温度を低くすることができる。それ故、アルミニウム熱交換器１の各部材１０〜１３が熱履歴によって強度低下することを抑制できると共に、加熱に必要なエネルギー使用量を低減することができる。
【００２８】
また、本例における低融点ろう材は、その成分の平均粒径を上記のごとく２０μｍに制御したものを用いた。これにより、上記付着工程における使用量を少なくしても均一な付着状態を得ることができる。それ故、低融点ろう材の使用量の低減による軽量化を図ることもできる。
【００２９】
（実施例２）
本例では、上記実施例１において用いた低融点ろう材の組成等を変更すると共に、付着量を変更した場合の接合強度についての試験を行った。
まず、図２、図３に示すごとく、試験片２１、２２として、材質Ａ３００３、厚みＴ＝５ｍｍ、幅Ｗ＝２０ｍｍ、長さＬ＝８０ｍｍのアルミニウム合金板を準備した。そして、図２に示すごとく、一方の試験片２１の長手方向端部に長さＳ＝５ｍｍの範囲に、有機溶媒に懸濁させた低融点ろう材５を塗装用ローラにより塗布した。
【００３０】
次に、試験片２１に塗布した低融点ろう材５から有機溶媒を蒸発させた後、図３に示すごとく、低融点ろう材５を挟持するように、試験片２１と試験片２２の端部同士を重ね合わせた。両者を合わせた長さＬ２は１５５ｍｍである。そして、試験片２１、２２を、大気雰囲気中において４５０℃の温度に１０分間加熱するろう付け工程を実施した。
次に、得られた接合体における両端を引っ張る引張試験による剪断強度測定を行った。
【００３１】
また、上記低融点ろう材としては、平均粒径２０μｍ以下のＺｎ−５％Ａｌの粒子よりなるろう材成分と、平均粒径２０μｍ以下であってＣｓＦ（ｍｏｌ％）／ＡｌＦ3（ｍｏｌ％）＝３５：６５のＣｓＦ−ＡｌＦ3系非腐食性フラックス粒子をフラックス成分として含有するものを用いた。そして、上記ろう材成分と上記フラックス成分の配合比（フラックス成分重量／ろう材成分重量）を０．５〜２．０の範囲で変化させた。また、低融点ろう材５の付着量は、Ｚｎ換算厚さで３０〜１６０μｍの範囲で変化させた。
【００３２】
試験結果を図４、図５に示す。
図４は、横軸に低融点ろう材の付着量（Ｚｎ換算厚さ、μｍ）をとり、縦軸にせん断強度（ＭＰａ）をとったものである。図５は、横軸にろう材成分とフラックス成分との配合比（フラックス成分重量／ろう材成分重量）をとり、縦軸にせん断強度（ＭＰａ）をとったものである。
【００３３】
図４より知られるごとく、せん断強度の好ましい範囲をおよそ３０ＭＰａ程度以上として考察すると、低融点ろう材の付着量は、Ｚｎ換算厚さ（μｍ）において６０〜１５０μｍの範囲内とすることが好ましいことがわかる。また、上記配合比としては、１．０が最も好ましいことがわかる。一方、配合比を０．５まで低下させた場合には、付着量が少ない場合に若干せん断強度が３０ＭＰａを下回る場合がある。この点から、配合比０．５よりも若干配合比を高めて０．６以上程度にすることが好ましいことがわかる。また、配合比を２．０に高めても一応十分なせん断強度が得られることがわかる。
【００３４】
図５より知られるごとく、せん断強度の好ましい範囲をおよそ３０ＭＰａ程度以上として考察すると、上記配合比が１．０以上の場合には、付着量を３０〜１６０μｍの範囲で変化させても一応十分なせん断強度が得られることがわかる。一方、配合比を０．５まで低下させた場合には、付着量が６０μｍ以下の場合に若干せん断強度が３０ＭＰａを下回る場合がある。
以上の図４、図５の結果を総合的に考えると、上記配合比は０．５まで下げずに、０．６以上２．０以下の範囲に収め、最も好ましくは１．０近傍とすることことが好ましく、また、上記付着量は、６０μｍ〜１５０μｍの範囲に収め、かつ、最も好ましくは１００μｍ近傍とすることが好ましいことがわかる。
【００３５】
（実施例３）
本例では、実施例１において用いた低融点ろう材における亜鉛合金粒子とフラックス粒子の粒径を変化させ、その塗布厚さばらつきを評価する試験を行った。
試験は、図６に示すごとく、有機溶媒に低融点ろう材５を懸濁させた溶液を、基準板８上に塗布し、その塗布ばらつきを測定するものである。塗布厚さ（Ｚｎ換算厚さ）はすべて１００μｍを目標として行った。また、ろう材の塗布は塗装用ローラで塗布するいう方法により行った。また、塗布ばらつきの測定は、図６に示すごとく、レーザ変位形を用いて膜厚の最大値から最小値の差Ａを求めるという手順により行った。
【００３６】
また、用いた低融点ろう材における亜鉛合金粒子とフラックス粒子の粒径は、いずれも同じ程度の粒径のものの組み合わせとし、その平均粒径を１０μｍから１００μｍの範囲で変化させた。塗布ばらつきの大きさは、上述したＺｎ換算厚さによって示した。
試験の結果を表１に示す。
表１には、低融点ろう材５の厚さ（Ｚｎ換算厚さ）１００μｍに対する塗布厚さばらつき（Ｚｎ換算厚さ）が３０μｍ未満の場合が合格（○印）、３０μｍ以上の場合を不合格（×印）として示した。
【００３７】
【表１】
0004641267.tif 000002
【００３８】
表１より知られるごとく、低融点ろう材に含まれる亜鉛合金粒子とフラックス粒子の両方が平均粒径２０μｍ以下の場合に、非常に均一な付着状態を得ることができるということがわかる。そして、このような低融点ろう材の均一な付着状態を得ることによって、低融点ろう材の使用量を少なくしても十分な接合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１における、アルミニウム熱交換器の構成を示す説明図。
【図２】実施例２における、試験片に低融点ろう材を付着させる領域を示す説明図。
【図３】実施例２における、試験片の接合状態を示す説明図。
【図４】実施例２における、低融点ろう材の付着量とせん断強度との関係を示す説明図。
【図５】実施例２における、フラックス成分とろう材成分の配合比とせん断強度との関係を示す説明図。
【図６】実施例３における、塗布厚さばらつきを示す説明図。
【符号の説明】
【００４０】
１  アルミニウム熱交換器
１０  チューブ
１１  コルゲートフィン
１２  冷媒入口パイプ
１３  冷媒出口パイプ
２１、２２  試験片
【図１】
0004641267.tif 000003
【図２】
0004641267.tif 000004
【図３】
0004641267.tif 000005
【図４】
0004641267.tif 000006
【図５】
0004641267.tif 000007
【図６】
0004641267.tif 000008