(57)【要約】【課題】  湯流れ特性を向上し、ろう付け製品の生産性を増加し、加工コストを低減するろう付け加工用複合材及びそれを用いたろう付け製品を提供する。【構成】  このろう付け加工用複合材は、ニッケル（Ｎｉ）からなる２つの外層１ａと１ｂ間に、チタン（Ｔｉ）からなる層２が挟み込まれた構造となっている。内層であるＴｉ層２には、プレス（打ち抜き）加工又は薬品によるエッチング処理などにより、多数の円形貫通孔２ｈが形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう材を介して他の部材にろう付け加工するために用いる複合材において、2種類或いはそれ以上の金属層を含み、そのうちの1種の金属層に、プレス加工又はエッチング処理などの孔開け加工により多数の貫通孔が形成されたろう形成部を有することを特徴とするろう付け加工用複合材。
【請求項２】
前記2種類或いはそれ以上の金属層は、Ｎｉ又はＮｉ合金層、及びＴｉ又はＴｉ合金層を含むことを特徴とする請求項１記載のろう付け加工用複合材。
【請求項３】
前記ろう形成部は、異種合金の基材と一体複合化されることを特徴とする請求項１又は２に記載のろう付け加工用複合材。
【請求項４】
前記基材は、鉄を含む合金で形成されることを特徴とする請求項１より３のいずれかに記載のろう付け加工用複合材。
【請求項５】
前記基材は、ステンレス鋼で形成されることを特徴とする請求項１より４のいずれかに記載のろう付け加工用複合材。
【請求項６】
請求項１より５のいずれかに記載のろう付け加工用複合材を用いて組み立てられ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、ろう付け加工用複合材及びそれを用いたろう付け製品に係り、特に、ろう付け性能の一つである湯流れ性を向上させたろう付け加工用複合材及びそれを用いたろう付け製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用オイルクーラー熱交換器の接合材としてステンレス基クラッドろう材が使用されている。これは、基材であるステンレス鋼（ＳＵＳ）板の片面又は両面に、ろう材としての機能を有するＣｕ材がクラッドされている。ろう材部が単金属によって構成されている斯かる複合材の湯流れ特性は、その積層構造に依存することなく、ろう材として機能する金属の種類によって一意的に決まる。
【０００３】
また、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や、Ｎｉ基又はＣｏ基合金などから構成された熱交換器の接合部用のろう付け材として、上記のＣｕろう材より耐熱性、耐酸化性、及び耐食性に優れる各種の粉末状Ｎｉろう材が、ＪＩＳ規格により規定されている。
【０００４】
さらに、特許文献１には、熱交換器の接合に用いられるＮｉろう材として、粉末状のＮｉろう材に、Ｎｉ、Ｃｒ、又はＮｉ−Ｃｒ合金の中から選択される金属粉末を４〜２２ｗｔ％添加してなる粉末Ｎｉろう材が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、反応性の高いＴｉ或いはＴｉ合金層をＮｉ或いはＮｉ合金の２枚の外層の間に挟んで構成された低融点化ろう付け層が、基材であるステンレス鋼（ＳＵＳ）層の片面或いは両面に接着された自己ろう付け性複合材が開示されている。
【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（図２〜４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、Ｔｉ或いはＴｉ合金層をＮｉ或いはＮｉ合金の２枚の外層の間に挟んで構成されたろう付け層のように、ろう付け層が多層に積み重ねられた異種金属で構成される場合、その湯流れ性は、ろう材となる異種金属が反応して混合に至るまでの反応速度や反応経路に大きく依存し、平板としての異種金属を単純に積層・複合化したろう材は、それぞれの金属が完全に溶融して混合・低融点化することによりろう材として機能するまでに十分な熱と反応時間を必要とするため、予め合金化されているろう材と比較して湯流れ性が低下するという問題がある。
【０００７】
また、前述した各種Ｎｉろう材は粉末状であるため、粉末Ｎｉろう材を合成樹脂バインダで溶いたものを熱交換器の各接合部に塗布するという作業が必要になるため、ろう付け作業に多大な労力が要され、ろう付け製品の生産性が著しく低くなり、高コストな製品とならざるを得ない。また、ＪＩＳ規格により規定されたアモルファスＮｉろう材は非常に脆いため、加工及びろう付け組み立て時の取り扱いが難しく、加工コストが高いという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、２種以上の金属層からなるろう付け加工用複合材、例えば、Ｔｉ或いはＴｉ合金層をＮｉ或いはＮｉ合金の２枚の外層の間に挟んで構成されたろう付け加工用複合材において、湯流れ特性を向上し、ろう付け製品の生産性を増加し、加工コストを低減するろう付け加工用複合材及びそれ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】
【０００９】
本発明によると、ろう材を介して他の部材にろう付け加工するために用いる複合材において、2種類或いはそれ以上の金属層を含み、そのうちの1種の金属層に、プレス加工又はエッチング処理などの孔開け加工により多数の貫通孔が形成されたろう形成部を有することを特徴とするろう付け加工用複合材を提供する。
【００１０】
前記２種類或いはそれ以上の金属層は、Ｎｉ又はＮｉ合金層、及びＴｉ又はＴｉ合金層を含むことができる。
【００１１】
前記ろう形成部は、異種合金の基材と一体複合化することができる。
【００１２】
前記基材は、鉄を含む合金で形成することができる。
【００１３】
前記基材は、ステンレス鋼で形成することができる。
【００１４】
また、前記ろう付け加工用複合材を用いて組み立てられたろう付け製品を提供することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のろう付け加工用複合材及びそれを用いたろう付け製品によると、ろう形成部を構成する２種類或いはそれ以上の金属層のうちの1種の金属層に多数の貫通孔が形成されることにより、ろう形成部の複合時に、金属層間の接触面積が大きくなるため、金属層間の接触界面から反応が急速に進行し、異種金属が溶融し混合するまでの時間が短縮され、湯流れ性が向上することができる。
【００１６】
さらに、このろう材は複合材であるため、ろう付けの際、従来の各種Ｎｉろう材のように、各接合部に粉末Ｎｉろう材をそれぞれ塗布するという作業を必要とせず、ろう付け作業に多大な労力を要することはない（ろう付け作業性が良好となる）。その結果、ろう付け製品の歩留まり・生産性が良好となり、延いては加工コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明による複合化する前のろう付け加工用複合材を示す。このろう付け加工用複合材は、ニッケル（Ｎｉ）からなる２つの外層１ａと１ｂ間に、チタン（Ｔｉ）からなる層２が挟み込まれた構造となっている。ここで、図１に示すように、内層であるＴｉ層２には、プレス（打ち抜き）加工又は薬品によるエッチング処理などにより、多数の円形貫通孔２ｈが形成されている。
【００１９】
図１の各層を積層し、圧延法によりＮｉ層１ａ、１ｂ（以下、１と略す）とＴｉ層２を複合化した後の断面模式図を図２に示す。このろう付け加工用複合材において、Ｎｉ層１は、Ｔｉ層２の貫通孔を充填するように、Ｔｉ層２の両面に圧延圧接され複合化されている。
【００２０】
以上の構成において、高融点を有するＮｉ（融点：約１４５５℃）層１とＴｉ（融点：約１６６７℃）層２との複合材は、ろう付けの際、Ｔｉろう材中にＮｉろう材のＮｉ元素が混入する（溶け込む）ことにより、低融点化し、１２００℃近傍でろうとして機能する。
【００２１】
以上の構成によれば、内層であるＴｉ層２とその両外側にあるＮｉ層１との接触面積が大きくなるため、Ｔｉ層２とＮｉ層１の接触界面から反応が急速に進行し、異種金属が溶融し混合するまでの時間が短縮され、湯流れ性が向上することができる。
【００２２】
さらに、このろう材は複合材であるため、ろう付けの際、従来の各種Ｎｉろう材のように、各接合部に粉末Ｎｉろう材をそれぞれ塗布するという作業を必要とせず、ろう付け作業に多大な労力を要することはない（ろう付け作業性が良好となる）。その結果、ろう付け製品の歩留まり・生産性が良好となり、延いては加工コストの低減を図ることができる。
【００２３】
なお、プレスにより内層の金属を加工する場合、図１に示すように円形の打ち抜き型に限定するものではなく、四角形、或いはその他の打ち抜き形状でも同様の効果が得られる。但し、打ち抜かれた形状が非対称の場合、ろう材部の溶融時に濃度むらを生じ易いので対称形の打ち抜きを行うことが好ましい。
【００２４】
また、Ｎｉ層１は、Ｎｉ合金層とすることもできる。Ｎｉ合金層を構成するＮｉ合金としては、Ｎｉ−Ｐ系合金や、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系耐食耐熱超合金（例えば、インコネル（登録商標））等が好ましい。Ｎｉ合金に添加する元素の量を調整することで、ろう材の融点、湯流れ性、濡れ性、靭性、及び接合強度を調整し良好にすることができ、また、基材としてＦｅ基合金（例えば、ステンレス鋼）を用いた場合、基材のＦｅ成分がろう材部中に溶出するのを低減することができる。特に、Ｎｉ合金に、Ｐを０．０２〜１０ｗｔ％含有させることで、ろう材の湯流れ性、濡れ性、及び耐食性を著しく改善することができる。Ｐの含有量を０．０２〜１０ｗｔ％と規定したのは、０．０２ｗｔ％未満だと、湯流れ性の向上が期待できないという不都合が生じるためであり、逆に１０ｗｔ％を超えると、ろう材部が脆化し振動疲労特性及び接合強度が著しく低下するという不都合が生じるためであり、好ましい含有量は０．５〜８ｗｔ％である。また、Ｔｉ層２もＴｉ合金層とすることができる。
【００２５】
また、ろう材部全体のＴｉ濃度は、特に限定するものではないが、好ましくは２０〜６０ｗｔ％、より好ましくは３０〜５０ｗｔ％、特に好ましくは４０ｗｔ％前後である。
【００２６】
図３は、図２の複合ろう材を基材となるステンレス鋼（ＳＵＳ）層３の片面に形成し一体化したろう付け加工用複合材を示す。また、図４は、図３の変形例であり、図２の複合ろう材を基材となるステンレス鋼（ＳＵＳ）層３の両面に形成し一体化したろう付け加工用複合材を示す。ここで、基材の構成材は、Ｆｅを主成分とするＦｅ基合金が好ましく、特にステンレス鋼（ＳＵＳ）が好ましい。これらの複合材はクラッド材であるが、その形成方法は特に限定するものではなく、クラッド材形成のための慣用の方法が全て適用可能であり、例えば、板材の積層・圧延を繰り返して形成する方法、又は全板材を積層した後にまとめて圧延する方法等が挙げられる。図３及び４において、図１と同一の部分は、同一の引用数字で示されているので説明は省略する。
【００２７】
図３及び４に示すように、Ｔｉ層２の両面にＮｉ層１を設け、Ｔｉ層２とステンレス鋼（ＳＵＳ）層３が直接接触するのを防ぐようにＴｉ層２とステンレス鋼（ＳＵＳ）層３の間にバリア層としてＮｉ層１を形成することにより、ろう付け時に、ステンレス鋼（ＳＵＳ）基材３がＴｉにより侵食されろう材部中へ溶融・分散するのを抑制することができる。ここで、Ｔｉ層２とステンレス鋼（ＳＵＳ）基材３の間にＮｉ層１を形成するのは、ＮｉとＦｅ（ステンレス鋼）の拡散速度（Ｎｉに対するＦｅの拡散速度）が、ＴｉとＦｅ（ステンレス鋼）の拡散速度（Ｔｉに対するＦｅの拡散速度）に比べて著しく遅いためであり、これによって、溶融したろう材部中のＴｉ成分とステンレス鋼中のＦｅ成分の反応が抑制され、延いてはＴｉ層２とステンレス鋼（ＳＵＳ）層３の間に、金属間化合物が生成するのを防ぐことができる。
【００２８】
上記した本発明の実施形態では、図２の複合ろう材をＳＵＳ層３上に１つ形成したが、必要に応じて適宜、２層、３層、或いは、それ以上の数のろう材層を積み重ねても良い。図５に、ＳＵＳ層３の両面に図２の複合ろう材を２層に形成したろう付け加工用複合材を示す。ここで、図１と同一の部分は、同一の引用数字で示されているので説明は省略する。
【００２９】
また、上記した本発明の実施形態では、ろう材部は２種類の金属層からなるが、本発明はろう材部が２種類以上の金属層から構成される複合材にも適用され、その場合、そのうちの1種の金属層に多数の貫通孔を形成してよい。
【００３０】
また、上記した本発明の実施形態の複合材を用いたろう付け製品は、複合材のろう材部と接合を行うろう付け部材（図示せず）を重ね合わせて加熱することで、または、接合を行う一組のろう付け部材の内、一方のろう付け部材を基材として複合材を形成し、この複合材と他方のろう付け部材を重ね合わせて加熱することで得られる。
【００３１】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１のような円形（直径５ｍｍ）の貫通孔が多数存在するプレス加工を行ったＴｉ層材（厚さ０．２ｍｍ）を２枚のＮｉ層材（厚さ０．１ｍｍ）の間に挿入し、圧延法により３層（Ｎｉ／Ｔｉ（加工）／Ｎｉ）からなる複合材を作製した。更に圧延を繰り返し、３層（Ｎｉ／Ｔｉ（加工）／Ｎｉ）の合計の厚さを１００μｍ（０．１ｍｍ）とした。この複合材をステンレス鋼上に設置後、１２００℃の管状炉で加熱し、ろう付け特性を評価した。
【実施例２】
【００３３】
ステンレス鋼（ＳＵＳ）基材（厚さ１．５ｍｍ）の表面から順にＮｉ層材（厚さ０．１ｍｍ）、Ｔｉ層材（厚さ０．２ｍｍ）、及びＮｉ層材（厚さ０．１ｍｍ）を圧延法によりクラッドし複合材を作製した。このとき用いたＴｉ層材は、複合一体化する前に、図１のような円形（直径５ｍｍ）の貫通孔をプレス加工により形成しておいた。この複合材を更に圧延し、３層（Ｎｉ／Ｔｉ（加工）／Ｎｉ）の合計の厚さを１００μｍ（０．１ｍｍ）とした。この複合材を１２００℃の管状炉で加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例１）
【００３４】
Ｔｉ層材（厚さ０．２ｍｍ）を２枚のＮｉ層材（厚さ０．０７ｍｍ）の間に挿入し、圧延法により３層（Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ）からなる複合材を作製した。更に圧延を繰り返し、３層（Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ）の合計の厚さを１００μｍ（０．１ｍｍ）とした。本複合材をステンレス鋼上に設置後、１２００℃の管状炉で加熱し、ろう付け特性を評価した。
（比較例２）
【００３５】
ステンレス鋼（ＳＵＳ）基材（厚さ１．５ｍｍ）の表面から順にＮｉ層材（厚さ０．０７ｍｍ）、Ｔｉ層材（厚さ０．２ｍｍ）、及びＮｉ層材（厚さ０．０７ｍｍ）を圧延法によりクラッドし複合材を作製した。この複合材を更に圧延し、３層（Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｉ）の合計の厚さを１００μｍ（０．１ｍｍ）とした。この複合材を１２００℃の管状炉で加熱し、ろう付け特性を評価した。
（従来例１）
【００３６】
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の片面に市販の粉末Ｎｉろう材（平均粒径３５μｍ）を合成樹脂（ポリマー系樹脂）のバインダで溶いた混練物を塗布し複合材を作製した。この複合材を管状炉で１１８０℃に加熱し、ろう層を溶融した後、ろう付け特性を評価した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
実施例１，２、比較例１，２、及び従来例１で作製した各複合材に対するろう付け特性の評価結果を表１に示す。ろう付け特性の評価は、ろうの湯流れ性（フィレット形成状態）、ろう付け生産性、及びそれらの評価の総合評価により行った。
【００３９】
さらに、湯流れ性については、ろう材と基材を一体化した複合材の表面にステンレス鋼パイプを載せ、１２００℃でろう付けした際のろう付け部のフィレット形状及びフィレットの断面積により評価した。
【００４０】
表１によれば、Ｎｉ層は、実施例１，２及び比較例１，２に示すように、Ｔｉ層が加わることで融点が低下し、１２００℃でのろう付けが可能となった。そして、実施例１，２の湯流れ性はいずれも良好であった。これは、このろう材構造においては、内層であるＴｉ（加工）層とその両外側にあるＮｉ層との接触面積が大きいため、Ｎｉ層とＴｉ（加工）層の接触界面から反応が急速に進行し、溶融・混合に至るまでの時間が短いためである。
【００４１】
一方、比較例１，２ではＮｉ層とＴｉ層が平坦面でしか接触していないため、ろう材としてのＮｉ層とＴｉ層の全体が反応して均一に混合し融点が一定温度に達するまでの時間が大きいため、湯流れ性が不十分であった。
【００４２】
また、このろう付け特性の評価では、湯流れ性に与える組成ばらつきの影響がないことを確認するため、溶融後のろう材部分の組成分析をＸ線マイクロアナライザーにより行った。その結果、実施例１，２及び比較例１，２のろう付け処理後におけるろう材部分の各元素の濃度分析値はほぼ等しく、実施例１，２における湯流れ性の向上は、Ｔｉ層材に多数の貫通孔を形成したことによる効果であることを確認した。
【００４３】
従来例１のろう材は、もともと粉末としての合金が一様に混合されている為、湯流れ性は良好であるが、粉末ろう材であること、更に、有機物系樹脂のバインダーを用いることから、生産性が著しく低下してしまう。一方、本発明品のろう材は、複合材であるため、生産性が著しく向上することは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による複合前のろう付け加工用複合材の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のろう付け加工用複合材の複合後を示すろう付け加工用複合材の断面模式図である。
【図３】図２のろう付け加工用複合材を基材となるステンレス鋼（ＳＵＳ）層の片面に形成し一体化したろう付け加工用複合材を示す。
【図４】図２のろう付け加工用複合材を基材となるステンレス鋼（ＳＵＳ）層の両面に形成し一体化したろう付け加工用複合材を示す。
【図５】ＳＵＳ層の両面に図２の複合ろう材を２層に形成したろう付け加工用複合材を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１，１ａ，１ｂ  Ｎｉ層
２  Ｔｉ層
２ｈ  貫通孔
３  ＳＵＳ層
【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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