(57)【要約】【課題】  ろう層の断裂や基材の破断を防止して、ろう付け加工用複合材のプレス成形加工性の向上を達成する。【解決手段】  基材２表面に２種以上且つ２層以上の金属層で形成されたろう層６を設けたろう付け加工用複合材１において、上記ろう層６に微細な間隔で亀裂を予め形成させた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に２種以上且つ２層以上の金属層で形成されたろう層を設けたろう付け加工用複合材において、上記ろう層に微細な間隔で亀裂を予め形成させたことを特徴とするろう付け加工用複合材。
【請求項２】
上記ろう層の各金属層が、銅または銅合金、チタンまたはチタン合金及びニッケルまたはニッケル合金から選択されて構成される請求項１記載のろう付け加工用複合材。
【請求項３】
上記亀裂が、１５０μｍ以下の間隔で形成された請求項１または２記載のろう付け加工用複合材。
【請求項４】
上記基材が、ステンレス鋼にて構成された請求項１から３いずれかに記載のろう付け加工用複合材。
【請求項５】
基材と、２種以上且つ２層以上の金属層で形成されたろう層とを一対の成形ロールで圧延するろう付け加工用複合材の製造方法において、表面に複数の突起部が設けられた成形ロールを上記ろう層に押圧させて、該ろう層に微細な間隔で亀裂を形成させたことを特徴とするろう付け加工用複合材の製造方法。
【請求項６】
請求項１から４いずれかに記載または請求項５の製造方法で製造されたろう付け加工用複合材を熱溶着して形成したことを特徴とするろう付け製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材表面にろう層を設けてなるろう付け加工用複合材に係り、特にろう付け機能を向上させると共に耐熱性と耐食性を向上しうるろう付け加工用複合材及びその製造方法並びにろう付け加工用複合材を用いたろう付け製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車用オイルクーラの接合材としては、ステンレス基クラッドろう材が使用されている。ステンレス基クラッドろう材は、ステンレス板の片面或いは両面にろう材としての機能を有する銅がクラッドされて構成されている。
【０００３】
また、ステンレス鋼やニッケル基及びコバルト基合金等の部品のろう付け材としては、接合部の耐酸化性や耐食性に優れる各種ニッケルろうがＪＩＳ規格により規定されている。
【０００４】
さらに、熱交換機接続用ニッケルろう材は、粉末状ニッケルろうに、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ合金のうち選択された金属粉末を４重量％〜２２重量％添加して構成されるニッケルろう材がある（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、ろう付け加工用複合材を製造する方法としては、ステンレス鋼とニッケル超合金からなる群から選択した第一の基層を形成すると共に、ニッケル或いは高ニッケル合金及びチタン或いは高チタン合金からなる群から選択された多成分材料で構成される第二の層を形成した後、第一の基層と第二の層とを一対の成形ロールで圧延して一体化する方法があった（特許文献２参照）。図４に上記方法で製造したろう付け加工用複合材５１の構造例を示す。図示するように、ろう付け加工用複合材５１は、第一の基層となるステンレス鋼５２の片面に、ニッケル（或いはニッケル合金）５３及びチタン（或いは高チタン合金）５４とで構成された第二の層となるろう層５５が設けられて構成されている。
【０００６】
その他に、図５に示すように、ステンレス鋼５２の片面に、ニッケル５３、チタン５４、ニッケル５３の３層で構成されるろう層５７を設けたろう付け加工用複合材５６もあった。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１０７８８３号公報
【特許文献２】特開平７−２９９５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献２の製造方法で製造されたろう付け加工用複合材５１（５６）には、以下に示すような問題があった。
【０００９】
上記ろう付け加工用複合材５１（５６）にプレス加工等の塑性加工を施す場合、材料の機械的特性として、軟らかく伸び量が大きい方が好ましい。この特性を得るためには、ろう付け加工用複合材５１（５６）について、焼鈍加工を行わなければならない。また、さらにより高い加工性を確保するためには、より高温・長時間の加熱が必要となる。
【００１０】
しかし、かかるろう付け加工用複合材５１（５６）は、ろう層５５（５７）が複数の金属層５３、５４で構成されているため、高温・長時間の加熱を行うと、金属層間の拡散反応が進行する。ニッケル／チタン間で拡散反応が進行して生じる反応層は、ニッケル、チタン単層状態と比べて脆い。そのため、材料が硬化し、伸び量が小さくなるので、その加工性が低下してしまう。
【００１１】
以上のような制約があるために、その制約内で加熱条件を最適化しても、ステンレス鋼５２は完全には軟化しない。このような状態でプレス成形加工すると、材料全体が引っ張られ、完全焼鈍を行ったステンレス単体と比較して、ろう付け加工用複合材５１（５６）が破断しやすくなるといった問題があった。図６にろう付け加工用複合材５１（５６）のろう層５５が断裂した状態を示す。図示するように、ステンレス鋼５２にクラッドされたろう層５５が断裂している。
【００１２】
この原因として、クラッドされたろう層５５の伸びが、基材たるステンレス鋼５２の伸びと比較して大きく劣るため、ステンレス鋼５２の伸びが不均一となっていることが考えられる。すなわち、プレス成形加工時にろう層５５に亀裂（数十〜数百μｍおきに発生）が発生した区間ではその部分のステンレス鋼５２がそのまま伸びるが、ろう層５５に亀裂が発生していない部分（ろう層５５がクラッドされている部分）のステンレス鋼５２（特にろう層５５の近傍）は、その伸び量が、クラッドされたろう層５５の伸び量に制限・抑制される。
【００１３】
要するに、ろう層５５の亀裂発生部分の間隔が広いので、ステンレス鋼５２の伸び量が制限・抑制される部分が多く、ステンレス鋼５２がそのまま伸びる部分が少ないため、ろう付け加工用複合材５１全体の伸び量が著しく不足し、プレス成形加工に必要な伸び量が得られず、亀裂したろう層５５間が大きく引き離され、その部分のろう層５５の断裂或いは、基材（ステンレス鋼５２）の破断に至ると考えられる。
【００１４】
そこで本発明は、上記課題を解決すべく創案されたものであり、その目的は、基材表面に２種以上且つ２層以上の金属層で形成されたろう層を設けても、ろう層の断裂や基材の破断を防止できるプレス成形加工性の高いろう付け加工用複合材及びその製造方法並びにろう付け加工用複合材を用いたろう付け製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本請求項１に係る発明は、基材表面に２種以上且つ２層以上の金属層で形成されたろう層を設けたろう付け加工用複合材において、上記ろう層に微細な間隔で亀裂を予め形成させたろう付け加工用複合材である。
【００１６】
請求項２に係る発明は、上記ろう層の各金属層が、銅または銅合金、チタンまたはチタン合金及びニッケルまたはニッケル合金から選択されて構成されるろう付け加工用複合材である。
【００１７】
請求項３に係る発明は、上記亀裂が、１５０μｍ以下の間隔で形成されたろう付け加工用複合材である。
【００１８】
請求項４に係る発明は、上記基材が、ステンレス鋼にて構成されたろう付け加工用複合材である。
【００１９】
請求項５に係る発明は、基材と、２種以上且つ２層以上の金属層で形成されたろう層とを一対の成形ロールで圧延するろう付け加工用複合材の製造方法において、表面に複数の突起部が設けられた成形ロールを上記ろう層に押圧させて、該ろう層に微細な間隔で亀裂を形成させたろう付け加工用複合材の製造方法である。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１から４いずれかに記載または請求項５の製造方法で製造されたろう付け加工用複合材を熱溶着して形成したろう付け製品である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ろう層の断裂や基材の破断を防止でき、ろう付け加工用複合材のプレス成形加工性の向上を達成できるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２３】
図１は本発明に係るろう付け加工用複合材の好適な実施の形態を示した断面模式図、図２は本発明に係るろう付け加工用複合材の製造方法に用いる成形ロールを示した側面図及び要部拡大図である。なお、図２中、破線円内に成形ロール表面の要部拡大図を示す。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態に係るろう付け加工用複合材１は、基材２を構成するステンレス鋼に、ニッケル（或いはニッケル合金）層４、チタン（或いはチタン合金）層５、ニッケル（或いはニッケル合金）層４が、その順でクラッドされて形成されている。上述のニッケル層４、チタン層５及びニッケル層４でろう層６が構成されている。
【００２５】
ろう層６を構成する金属層は、ニッケル（或いはニッケル合金）層４やチタン（或いはチタン合金）層５だけに限られるものではなく、銅或いは銅合金層を含む金属群から任意に選択可能である。
【００２６】
ろう層６には、微細な間隔で亀裂７が複数形成されている。亀裂７は、ろう層６の厚さ方向全体に渡って形成され、ろう層６の表面から基材２の表面まで届く深さとなっている。亀裂７は、平面視直線状に形成され、隣接する亀裂７同士が、１５０μｍ以下の間隔で互いに平行になるように形成されている。亀裂７は、ろう付け加工用複合材１の幅方向に沿って形成されている。なお、亀裂７は、ろう付け加工用複合材１の幅方向のみならず、長手方向に沿っても形成し、全体で格子状になるようにしてもよい。
【００２７】
次に、上記構成のろう付け加工用複合材１の製造方法を説明する。
【００２８】
まず、ニッケル板、チタン板、ニッケル板を重ね合わせて３層の構造にし、熱間圧延を行った後、冷間圧延を行いクラッド板を形成する。このクラッド板をステンレス鋼に圧延法によりクラッドした後、冷間圧延を行い複合体１２を形成する。
【００２９】
そして、図２に示すように、複合体１２を一対の成形ロール８、９で挟んで圧延加工する。
【００３０】
一対の成形ロール８、９のうちろう層６と接触する成形ロール８の表面には、複数の突起部１１が設けられている。図２の拡大部分に示すように、突起部１１の突起部高さｈがろう層６のみに亀裂７を与えるべく、ろう層６の厚さよりも若干短い長さ、例えば３５〜４５μｍに形成されている。言い換えれば、突起部高さｈは、ろう層６のうち、亀裂７を付与すべき層に亀裂７を与えるに必要十分な高さ、例えば、Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ構造であるならば、脆いＴｉ層に亀裂が届く範囲の高さでよい。一方、突起部１１の突起部間隔ｄは１５０μｍ以下に形成されている。
【００３１】
この成形ロール８をろう層６に当接させると共に、成形ロール９を基材２に当接させて圧延加工を行う。これによって、ろう層６が、成形ロール８に押圧されて、図１に示すように、亀裂７が形成される。
【００３２】
このとき、突起部１１は、その高さｈがろう層６の厚さよりも若干短い長さに形成されているので、亀裂７は、ろう層６のみに形成され、基材２に亀裂が形成されることはない。これによって、基材２が破断しやすくなるのを防ぎ、基材２を効率的に伸ばすことができる。
【００３３】
また、亀裂７の発生部分以外のろう付け加工用複合材１の板厚は、亀裂付与加工前の９５％以上となるように加工される。すなわち、亀裂付与加工の加工度が５％以下となっている。
【００３４】
そして、最後に亀裂７が形成されたろう付け加工用複合材１について、仕上焼鈍処理を行う。
【００３５】
上記方法で製造されたろう付け加工用複合材１によれば、ろう層６に予め微細な亀裂７を形成したので、プレス成形加工等でろう付け加工用複合材１に引張荷重がかかった際に、亀裂７の発生部分で基材２（ステンレス鋼）がそのまま伸びる。亀裂７は短距離ピッチで多数形成されているので、伸び量が大きいステンレス鋼自体で伸びる部分を多く得られ、ろう付け加工用複合材１全体の伸び量を多く確保できる。よって、ろう付け加工用複合材１がプレス成形加工に必要な伸び量を得ることができる。
【００３６】
また、亀裂７の発生部分で基材２（ステンレス鋼）が伸びると、亀裂７の幅が大きくなるが、亀裂７は予め多数形成されているので、プレス成形加工に必要な伸び量を分散することができ、亀裂７発生部分ごとの基材２（ステンレス鋼）の伸び量は小さくなる。よって、亀裂７が大きく拡がり過ぎることはなく、ろう層６の断裂に至ることはない。
【００３７】
さらに、亀裂７の配置間隔が１５０μｍ以下であるので、ろう層６による基材２の伸び抑制量を抑えることができ、ろう付け加工用複合材１全体の伸び量を増やすことができる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態のろう付け加工用複合材１によれば、ろう層６の断裂や基材２の破断を防止でき、ろう付け加工用複合材１のプレス成形加工性の向上を達成できる。
【００３９】
また、亀裂付与加工の加工度が５％以下としたことによって、加工硬化による機械的特性の低下を防止でき、ろう付け加工用複合材１を任意の形状に加工するときの加工性を悪化させることはない。
【００４０】
なお、ろう付け加工用複合材１の製造方法は、上記方法に限られるものではなく、ろう層６に亀裂７を付与できれば、他の方法であってもよい。
【００４１】
よって、上記構成のろう付け加工用複合材１を熱溶着して形成した自動車用オイルクーラ、油圧ユニット用オイルクーラ、排ガス再循環装置（ＥＧＲ）用クーラや燃料電池用改質器用クーラ等のろう付け製品は、ろう付け加工用複合材１のプレス成形加工性が高いので、ろう層６の断裂や基材２の破断が発生することはない。また、その他、複雑な形状に加工することも容易に可能である。
【実施例】
【００４２】
上述したろう付け加工用複合材の製造方法において、以下の条件で４種類（実施例１、２及び比較例１、２）のろう付け加工用複合材を形成して、これらの実施例１、２及び比較例１、２と従来のろう付け加工用複合材（従来例１）とを用いて、プレス成形加工を行い、その加工性の良否を比較評価した。
【００４３】
（実施例１）
板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板、板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板を重ね合わせ、合計３層の構造にし、熱間圧延を行い板厚１．４ｍｍのクラッド板を形成し、引き続き冷間圧延により板厚０．２５ｍｍのクラッド板に仕上げた。
【００４４】
このクラッド板をＳＵＳ３０４条（厚さ２．５ｍｍ）に圧延法によりクラッドし、冷間圧延を行い、厚さ０．５ｍｍの複合体を作製した。このときのろう層の厚さは５０μｍである。
【００４５】
上記複合体について、突起部（突起部高さ４０μｍ、突起部間隔１００μｍ）を設けた成形ロールで最終圧延加工を行った。このときの加工度は５％以下であった。
【００４６】
この複合体について、還元雰囲気下で、９００℃、４ｍｉｎの仕上焼鈍処理を行った。
【００４７】
（実施例２）
板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板、板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板を重ね合わせ、合計３層の構造にし、熱間圧延を行い板厚１．４ｍｍのクラッド板を形成し、引き続き冷間圧延により板厚０．２５ｍｍのクラッド板に仕上げた。
【００４８】
このクラッド板をＳＵＳ３０４条（厚さ２．５ｍｍ）に圧延法によりクラッドし、冷間圧延を行い、厚さ０．５ｍｍの複合体を作製した。このときのろう層の厚さは５０μｍである。
【００４９】
上記複合体について、突起部（突起部高さ４５μｍ、突起部間隔１２０μｍ）を設けた成形ロールで最終圧延加工を行った。このときの加工度は５％以下であった。
【００５０】
この複合体について、還元雰囲気下で、９００℃、４ｍｉｎの仕上焼鈍処理を行った。
【００５１】
（比較例１）
板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板、板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板を重ね合わせ、合計３層の構造にし、熱間圧延を行い板厚１．４ｍｍのクラッド板を形成し、引き続き冷間圧延により板厚０．２５ｍｍのクラッド板に仕上げた。
【００５２】
このクラッド板をＳＵＳ３０４条（厚さ２．５ｍｍ）に圧延法によりクラッドし、冷間圧延を行い、厚さ０．５ｍｍの複合体を作製した。このときのろう層の厚さは５０μｍである。
【００５３】
上記複合体について、突起部（突起部高さ４０μｍ、突起部間隔２２０μｍ）を設けた成形ロールで最終圧延加工を行った。このときの加工度は５％以下であった。
【００５４】
この複合体について、還元雰囲気下で、９００℃、４ｍｉｎの仕上焼鈍処理を行った。
【００５５】
（比較例２）
板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板、板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板を重ね合わせ、合計３層の構造にし、熱間圧延を行い板厚１．４ｍｍのクラッド板を形成し、引き続き冷間圧延により板厚０．２５ｍｍのクラッド板に仕上げた。
【００５６】
このクラッド板をＳＵＳ３０４条（厚さ２．５ｍｍ）に圧延法によりクラッドし、冷間圧延を行い、厚さ０．５ｍｍの複合体を作製した。このときのろう層の厚さは５０μｍである。
【００５７】
上記複合体について、突起部（突起部高さ７０μｍ、突起部間隔８０μｍ）を設けた成形ロールで最終圧延加工を行った。このときの加工度は５％以下であった。
【００５８】
この複合体について、還元雰囲気下で、９００℃、４ｍｉｎの仕上焼鈍処理を行った。
【００５９】
（従来例１）
板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板、板厚１．０ｍｍのコイル状ニッケル板を重ね合わせ、合計３層の構造にし、熱間圧延を行い板厚１．４ｍｍのクラッド板を形成し、引き続き冷間圧延により板厚０．２５ｍｍのクラッド板に仕上げた。
【００６０】
このクラッド板をＳＵＳ３０４条（厚さ２．５ｍｍ）に圧延法によりクラッドし、冷間圧延を行い、厚さ０．５ｍｍの複合体を作製した。
【００６１】
この複合体について、還元雰囲気下で、９００℃、４ｍｉｎの仕上焼鈍処理を行った。
【００６２】
上述の各実施例、比較例、従来例により形成された合金材について、１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズに切断したものを用いて、図３に示すような断面形状になるようにプレス成形加工を行った。各曲げ部の曲げ半径は１ｍｍである。
【００６３】
下記の表１に、各実施例、比較例、従来例の加工性の良否を示す。表１に示すように、本発明の実施例１及び２で形成したサンプルは破断なく加工することができたが、比較例１及び２と従来例１で形成したサンプルは破断に至った。比較例１と従来例１では、基材にクラッドされたろう層による基材の伸び抑制が破断の原因であると考えられ、比較例２では、基材への亀裂付与が原因であると考えられる。
【００６４】
以上の結果より、亀裂の間隔は１５０μｍ以下が好ましい。
【００６５】
【表１】
2005211931.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係るろう付け加工用複合材の好適な実施の形態を示した断面模式図である。
【図２】本発明に係るろう付け加工用複合材の製造方法に用いる成形ロールを示した側面図及び要部拡大図である。
【図３】実施例におけるプレス成形加工形状を示した側面図である。
【図４】従来のろう付け加工用複合材を示した断面模式図である。
【図５】従来のろう付け加工用複合材を示した断面模式図である。
【図６】従来のろう付け加工用複合材の断裂状態を示した断面写真である。
【符号の説明】
【００６７】
１  ろう付け加工用複合材
２  基材
４  ニッケル層
５  チタン層
６  ろう層
７  亀裂
８  成形ロール
１１  突起部
【図１】
2005211931.tif 000004
【図２】
2005211931.tif 000005
【図３】
2005211931.tif 000006
【図４】
2005211931.tif 000007
【図５】
2005211931.tif 000008
【図６】
2005211931.tif 000009