(57)【要約】【課題】  ろう接部の強度が高く、外観品質が良好で、かつ、化成皮膜の形成が良好な硬ろうを提供することを目的とする。【解決手段】  ５〜１５重量％の亜鉛を含有し、残りは銅および付随的な不純物とした硬ろう２，３とし、ろう接部の強度、化学化成処理性を損なうことなく、気泡を抑制して、外観品質を向上させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう接に用いる溶加材としての硬ろうであって、５〜１５重量％の亜鉛を含有し、残りは銅および付随的な不純物である、
ことを特徴とする硬ろう。
【請求項２】
ろう接に用いる溶加材としての硬ろうであって、５〜１５重量％の亜鉛と、６重量％以下のマンガンとを含有し、残りは銅および付随的な不純物である、
ことを特徴とする硬ろう。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の硬ろうを、レーザ光によって溶融し、被接合部材を接合する、
ことを特徴とするろう接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろう接（ろう付）に用いる溶加材としての硬ろうに関し、特に、銅を主成分とする硬ろうに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の部材同士を接合する場合、例えば、両者を点溶接（スポット溶接）で接合し、その周辺をシーラーで防水処理した後、モールで覆うという方法がある。しかし、この方法では、防水処理やモールが必要なため、製造工数、製造コストがかさむこととなる。このため、部材同士を直接ろう接する方法がある。
【０００３】
このろう接は、被接合部材を溶融することなく溶加材のみを溶かし、これを接合間隙に流入、充填して接合するものである。この溶加材は、溶融点が４５０℃よりも低い「軟ろう」（または、「はんだ」）と、溶融点が４５０℃以上の「硬ろう」とに分類できる。
【０００４】
どのような溶加材を用いるかは、被接合部材の材質、必要強度、使用環境などに応じて選択する必要があるが、例えば、上記のように自動車の部材同士をろう接する場合、銅を主成分とする硬ろうを用いることができる（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載された硬ろうは、銅を主成分とし１４〜３１重量％の亜鉛とその他の成分金属を含むものである。そして、このような成分構成によって、ろう接部の強度（接合強度）、耐食性を向上させたものである。
【特許文献１】特開平６−２１８５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、銅の溶融点が１０８３℃であるのに対し、亜鉛の溶融点は４２０℃で、沸騰点は９０６℃である。このため、亜鉛の含有量が多いと、ろう接の際に亜鉛が蒸発し、ろう接部（硬ろうの溶融部）に気泡が生じてしまう。この気泡は、ろう接部の内部にはブローホールとなって残存し、外部（表部）にはピットとして現れる。そして、このブローホールは、ろう接部の強度、靱性を低下させ、ピットは、ろう接部の外観品質を損ねることとなる。一方、亜鉛の含有量が少ないと、純銅に近い機械的特性となり、ろう接部の強度が下がってしまう。
【０００６】
また、自動車のボディーや家電機器、またはスチール家具などでは、耐食性、塗料の密着性を改善するために、塗装の前処理として、化学化成処理が施される。この化学化成処理は、金属表面に酸化膜や無機塩の薄い皮膜（以下、「化成皮膜」という）を溶液中で化学的に形成するものであり、りん酸塩処理やクロム酸処理などがある。この化学化成処理を、ろう接部を含む被接合部材に施すと、ろう接部には化成皮膜が良好に形成されず、その後塗装を行うと、塗膜が剥がれやすい、という問題が生じる場合がある。これは、化学化成処理の処理溶液および処理条件が、被接合部材を処理対象として選定されており、この選定が硬ろうにも適しているとは言えない場合があるからである。
【０００７】
そこで本発明は、ろう接部の強度が高く、外観品質が良好で、かつ、化成皮膜の形成が良好な硬ろう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】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、５〜１５重量％の亜鉛を含有し、残りは銅および付随的な不純物とした硬ろうであることを特徴としている。
（作用）
亜鉛を５〜１５重量％含有しているため、ろう接部の強度が高く（固溶強化）、かつ、含有量が１５重量％以下であるため、亜鉛の蒸発による気泡の発生が抑制され、ろう接部の強度、外観品質が良好となる。しかも、亜鉛を５重量％以上含有するため、化成皮膜が良好に形成され、その後の塗装も良好となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、５〜１５重量％の亜鉛と、６重量％以下のマンガンとを含有し、残りは銅および付随的な不純物とした硬ろうであることを特徴としている。
（作用）
マンガンの結晶粒微細化作用によって、ろう接部の結晶粒が微細化され、ろう接部の強度がさらに向上するとともに、靱性が向上される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の硬ろうを、レーザ光によって溶融し、被接合部材を接合することを特徴としている。
（作用）
レーザ光を溶融熱源とするため、高密度の熱エネルギーが集中的に硬ろうに照射され、瞬時に硬ろうを溶融して、被接合部材が接合される。これにより、ろう接による被接合部材への熱影響が小さく、被接合部材の熱歪み、残留応力が抑制される。さらに、高密度の熱エネルギーのため、ビード幅（硬ろうの溶融幅）および熱影響域（熱により、金属組織や機械的性質が変化された被接合部材の部分）が小さく、外観品質も向上する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、最適化された亜鉛の含有量によって、ろう接部の強度、化学化成処理性を損なうことなく、気泡を抑制して、ろう接部の外観品質を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ろう接部の結晶粒微細化によって、ろう接部の強度、靱性を向上させることができる。特に靱性は、ろう接部に破損、亀裂（マイクロクラックなど）等が発生、進行しないためにもっとも重要な機械的特性のひとつであり、この靱性の向上によって、これらの損傷を防止し、ろう接部の信頼性（耐久性）を向上させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、高密度エネルギーであるレーザ光によって硬ろうを溶融するため、被接合部材の熱歪み、残留応力を抑制することができるとともに、ビード幅および熱影響域を小さくし、外観品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
〈実施形態１〉
本実施形態は、２つの被接合部材を突き合わせ、この突き合わせ部を数種の硬ろうを用いて、ろう接するものである。
【００１５】
被接合部材は、板厚が１ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板であり、各硬ろうは、線径が１ｍｍの線材である。硬ろうを溶融する熱源には、レーザ光を用いる。
【００１６】
そして、２枚の溶融亜鉛メッキ鋼板の突き合わせ部に、硬ろうを配置し（置きろう）、この硬ろうの上からレーザ光を照射する。これによって、硬ろうを溶融し、２枚の溶融亜鉛メッキ鋼板を接合（ろう接）する。その後、ろう接部を含む溶融亜鉛メッキ鋼板を、りん酸塩処理する。
【００１７】
このようなろう接、りん酸塩処理を行った結果を図１に示す。
【００１８】
まず、各硬ろうの成分は、以下のとおりである。
【００１９】
硬ろう１は、亜鉛２０重量％、残りが銅および付随的な不純物。硬ろう２は、亜鉛１０重量％、残りが銅および付随的な不純物。硬ろう３は、亜鉛５重量％、残りが銅および付随的な不純物。硬ろう４は、亜鉛１重量％、残りが銅および付随的な不純物である。
【００２０】
各硬ろうによるろう接結果は、図１に示すように、硬ろう１では、強度は良好（高い）だが、ろう接部に気泡が発生した。硬ろう２および３では、強度が良好で、かつ、気泡がなく外観が良好であった。また、硬ろう４では、気泡がなく外観が良好であったが、強度が低かった。このように、ろう接の面では、硬ろう２および３が良好であることが確認された。
【００２１】
また、ろう接後のりん酸塩処理結果は、硬ろう１〜３では、図４に示すような良好な（細かい凹凸が均一に分布した）りん酸塩被膜が形成された。一方、硬ろう４では、図５に示すように良好なりん酸塩被膜が形成されなかった（粗い凹凸が散点と形成された）。このように、りん酸塩処理の面では、硬ろう１〜３が良好であることが確認された。
【００２２】
以上の結果より、次のことが言える。
【００２３】
すなわち、ろう接部の強度を上げるには、亜鉛の含有量が多い方が良く、また、良好なりん酸塩被膜を形成するには、亜鉛の含有量が多い方が良い。一方、亜鉛の蒸発を抑制し、気泡の発生を抑えるには、亜鉛の含有量が少ない方が良い。
【００２４】
従って、ろう接部の強度、りん酸塩処理性を損なうことなく、気泡を抑制して外観品質を向上させるには、亜鉛の含有量をある適正な値内にする必要がある。そして、上記の硬ろう２および３では、ろう接部の強度が高く、りん酸塩被膜の形成も良好であり、かつ、気泡がなく外観が良好であることから、これらの亜鉛含有量が、この適正な値内にあるものと言える。
【００２５】
なお、本実施形態では、被接合部材として、溶融亜鉛メッキ鋼板を用いているが、メッキを施していない鋼板であっても、結果は同様である。
【００２６】
ところで、各ろう接部のビード幅は１〜３ｍｍ程度であった。これに対し、ＴＩＧ接合やＭＩＧ接合（イナートガスを用いたアーク接合）の場合では、ビード幅が４〜５ｍｍ以上であり、硬ろうの溶融熱源としてレーザ光を用いることによって、ビード幅を小さくすることができる。これは、レーザ光が高密度の熱エネルギーであるためであり（小さな領域に大きな熱エネルギーを照射できるため）、ビード幅が小さいとともに、熱影響域（熱により、金属組織や機械的性質が変化された被接合部材の部分）も小さい。この結果、ろう接部周辺の外観品質が向上されるとともに、ろう接部周辺の信頼性が向上する（被接合部材の金属組織や機械的性質の変化が小さいため、被接合部材そのものの特性を信頼して、強度計算等を行うことができる）。
【００２７】
もちろん、上記の硬ろうを用いてＴＩＧ接合やＭＩＧ接合することもできるが、ＴＩＧ接合やＭＩＧ接合では、熱エネルギー密度が低いため、硬ろうを溶融するために比較的長い時間を要する。このため、被接合部材の熱影響域が大きくなり、熱歪み、残留応力が大きくなってしまう。これに対し、上記のように、溶融熱源としてレーザ光を用いた場合には、高密度の熱エネルギーを集中的に硬ろうに与え、瞬時に硬ろうを溶融するため、ろう接による被接合部材への熱影響が小さく、被接合部材の熱歪み、残留応力を抑制することができる。
【００２８】
次に、上記のように、硬ろう２（亜鉛含有量１０％）と硬ろう４（亜鉛含有量１％）とを用いて、ろう接、りん酸塩処理を施した溶融亜鉛メッキ鋼板を、塗装した後に、塩水噴霧試験を行った結果を説明する。
【００２９】
この塩水噴霧試験は、塗膜の長期耐久性に関する試験であって、試験片を塩水噴霧試験装置内に長時間保持し、塩水による錆および、塗膜の膨れ、はがれの発生状態を調べるものである。そして、硬ろう２，４でろう接したそれぞれの試験片に対して、塗装されたろう接部の上から、ろう接部の長手方向に対して直交するように、引っかき傷を付けた場合と、付けない場合とについて、試験を行った。
【００３０】
その結果は、図２に示すように、引っかき傷を付けない場合において、硬ろう２では膨れがなく、硬ろう４では、膨れが発生していることが確認された。また、引っかき傷を付けた場合において、硬ろう２では、傷口からの膨れ幅（傷口から塗膜内部に進行した膨れの長さ）が５ｍｍであり、硬ろう４では、傷口からの膨れ幅が１５ｍｍであった。
【００３１】
この試験結果から、硬ろう２の方が硬ろう４に比べて、耐塩水噴霧性、ひいては、塗膜の長期耐久性が高いことが確認された。このことは、上記のように（図１）、りん酸塩処理性について、硬ろう２が良好であるのに対して、硬ろう４が良好でないことと一致するもので、言い換えると、この試験結果は、上記のりん酸塩処理結果の信頼性（りん酸塩処理性が良好であれば、塗膜の耐久性も良好であること）を裏付けるものである。
〈実施形態２〉
本実施形態では、硬ろうにマンガンを含有させている点で、上記の実施形態１と異なる。
【００３２】
マンガンを含む各硬ろう５〜８を用いて、実施形態１と同様に、ろう接、りん酸塩処理を行った結果を図３に示す。
【００３３】
各硬ろう５〜８の成分は、以下のとおりである。
【００３４】
硬ろう５は、亜鉛５重量％、マンガン０．１重量％、残りが銅および付随的な不純物。硬ろう６は、亜鉛５重量％、マンガン１重量％、残りが銅および付随的な不純物。硬ろう７は、亜鉛５重量％、マンガン４重量％、残りが銅および付随的な不純物。硬ろう８は、亜鉛５重量％、マンガン６重量％、残りが銅および付随的な不純物である。
【００３５】
ろう接、りん酸塩処理の結果は、図３に示すように、すべての硬ろう５〜８において、強度が良好で、かつ、気泡は確認されず（外観が良好）、また、良好な（細かい凹凸が均一に分布した）りん酸塩被膜が形成された（図４参照）。すなわち、上記硬ろう３（亜鉛５重量％、残りが銅および付随的な不純物）と同じ結果が得られた。この結果から、マンガンの添加によっては、ろう接部の強度、気泡の発生（外観）、および、りん酸塩処理性に対しての低下がないことが確認された。
【００３６】
一方、マンガンは、結晶粒を微細化する作用を有する。このため、ろう接部の結晶粒が微細化され、ろう接部の強度がさらに向上するとともに、靱性が向上される。特に靱性は、ろう接部に破損、亀裂等が発生、進行しないためにもっとも重要な機械的特性であり、この靱性の向上によって、これらの損傷を防止し、ろう接部の信頼性（耐久性）を向上させることができる。
【００３７】
ところで、マンガンの含有量が６重量％を超えると、硬ろうそのものに、気泡が残存する場合がある。すなわち、硬ろうの製造工程において、溶融時におけるマンガンの粘性が、銅および亜鉛の粘性に比べて高いために、溶融時に発生したガスが抜け難くなり、このガスが、溶融金属の凝固後に気泡となって残存してしまう場合がある。そして、気泡が残存した硬ろうを用いてろう接すると、ろう接部に気泡（内部にできるブローホール、または、外部にできるピット）が発生してしまう。このため、マンガンの含有量を６重量％以下にする必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態１に係るろう接および、りん酸塩処理結果を示す図。
【図２】本発明の実施形態１に係る塩水噴霧試験結果を示す図。
【図３】本発明の実施形態２に係るろう接および、りん酸塩処理結果を示す図。
【図４】本発明の実施形態１，２における良好なりん酸塩被膜を示す図。
【図５】本発明の実施形態１における不良なりん酸塩被膜を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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