(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面にろう層を形成してなるろう付け用複合材において、上記基材に、厚さ０．１５ｍｍのＦｅ材と厚さ０．２ｍｍのＴｉ材とをクラッドし、これを圧延してＦｅ層とＴｉ層からなるろう層を形成したことを特徴とする熱交換器用ろう付け用複合材。
【請求項２】
上記基材がＦｅ合金からなる請求項１記載の熱交換器用ろう付け用複合材。
【請求項３】
上記基材がステンレス鋼からなる請求項１記載の熱交換器用ろう付け用複合材。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の熱交換器用ろう付け用複合材を他の部材にろう付けしてなることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ろう付け用複合材及びこれを用いたろう付け製品に係り、特に、排ガス再循環装置用クーラ及び燃料電池改質器用クーラ等の熱交換器に用いられる熱交換器用ろう付け用複合材及びこれを用いた熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用オイルクーラの接合材としてステンレス基クラッド材が使用されている。これは、基材であるステンレス鋼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。
【０００３】
また、ステンレス鋼や、Ｎｉ基又はＣｏ基合金などからなる部材のろう付け材として、接合部の耐食性に優れる各種Ｎｉろうに、Ｎｉ、Ｃｒ、又はＮｉ−Ｃｒ合金の中から選択される金属粉末を４〜２２重量％添加してなる粉末Ｎｉろう材が提案されている（特開２０００−１０７８８３号公報参照）。
【０００４】
また、基材であるステンレス鋼の表面部にＮｉ層及びＴｉ層を有する、即ちＮｉ／Ｔｉ／ステンレス鋼というろう付け層構造を有する自己ろう付け性複合材がある（特開平７−２９９５９２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のろう材又はろう付け用複合材を、高温・高腐食性のガス又は液体に晒される熱交換器（例えば排ガス再循環装置（ＥＧＲ；Exhaust Gas Recirculation）用クーラ）の接合用ろう材として使用する場合、以下に示すような問題があった。
【０００６】
▲１▼  前述したステンレス基クラッド材を自動車用オイルクーラの接合材として使用する場合、耐熱性及び耐食性について問題が全くないが、このステンレス基クラッド材をＥＧＲ用クーラの接合材として使用する場合、ＥＧＲ用クーラ内は高温で、かつ、腐食性の高い排気ガスが循環されることから、ステンレス基クラッド材のろう材（Ｃｕ材）では、耐熱性及び耐食性が十分でないという問題があった。
【０００７】
▲２▼  前述した各種Ｎｉろう材は粉末状であることから、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が必要になる。つまり、ろう付け作業に多大な労力を要するため、ろう付け製品の生産性が著しく低く、その結果、製造コストの上昇を招くという問題があった。
【０００８】
▲３▼  前述した自己ろう付け性複合材は、ろうの湯流れ性が悪く、複雑な形状をした構造材に適用した場合十分な接合層を形成できないという問題があった。
【０００９】
以上の事情を考慮して創案された本発明の一の目的は、耐熱性、耐食性に優れ、製造コストを安価にすることができる熱交換器用ろう付け用複合材を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、接合部の信頼性が良好で、製造コストを安価にすることができる熱交換器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基材表面にろう層を形成してなるろう付け用複合材において、上記基材に、厚さ０．１５ｍｍのＦｅ材と厚さ０．２ｍｍのＴｉ材とをクラッドし、これを圧延してＦｅ層とＴｉ層からなるろう層を形成したものである。
【００１３】
上記基材がＦｅ合金からなってもよく、特にステンレス鋼からなってもよい。
【００１５】
また、本発明に係るろう付け製品としての熱交換器は、上記熱交換器用ろう付け用複合材を他の部材にろう付けしてなるものである。
【００１６】
本発明に係る熱交換器用ろう付け用複合材は、特に基材表面部にＴｉ層が形成されていることが特徴である。本来、Ｔｉ金属単体は融点が１６９０℃と高いため、ステンレス接合用のろう材としては機能しないと考えられていた。しかし、Ｆｅ元素を混合することにより、ろう材の低融点化が可能になり、１２００℃近傍でのろう付けが可能になることを本発明者らは見出した。
【００１７】
従って、本発明によれば、Ｔｉをろう材として用いることができ、耐熱性、耐食性に優れたろう付け用複合材を得ることができる。
【００１８】
さらに本発明者らは、基材をＦｅ合金さらにはステンレス鋼とした場合、ＴｉへのＦｅの供給源として基材を用いることが可能であり、Ｆｅ合金又はステンレス鋼のＮｉ成分がろう中へ溶け込むことで低融点化が促進されることも見出した。この場合、ろう層を形成する成分でＴｉ以外は基材から供給可能となるため、Ｆｅ、Ｎｉなどの層を多重に設ける必要が無くなり、加工コストを大幅に低減できる。
【００１９】
一方、本発明に係るろう付け用複合材を用いたろう付け製品によれば、ろう付け製品のろう付け部ないし接合部の信頼性が良好となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００２１】
［第１実施形態］
本発明に係るろう付け用複合材の第１実施形態を図１に示す。なお、図２及び図３には第１実施形態の第１変形例及び第２変形例を示し、同様の部分には同一符号を付してある。
【００２２】
図１に示すように、第一実施形態に係るろう付け用複合材１０は全体として板条の形状をなし、所定の幅及び厚さを有して図の紙面厚さ方向に延出される。ろう付け用複合材１０は、Ｆｅ合金特にステンレス鋼からなる基材１１の表面部にろう層を形成してなり、ろう層は、Ｆｅ層１２と、Ｔｉ層１３との積層体からなっている。ここで基材１１の表面部とは外部に露出するような全ての面をいい、図示例では上面部にのみＦｅ層１２とＴｉ層１３とが形成される。また図示例では基材１１側から順にＦｅ層１２とＴｉ層１３とが形成され、Ｔｉ層１３が最も表面側となって外部に露出している。
【００２３】
図２に示す第１変形例では、基材１１の下面部にもろう層即ちＦｅ層１２とＴｉ層１３とが順次積層形成されている。即ち基材１１の片面だけでなく両面にＦｅ層１２とＴｉ層１３とが形成されている。図３に示す第２変形例では、ろう付け用複合材１０が全体として棒又はワイヤ形状をなし、所定の外径を有して図の紙面厚さ方向に延出される。所定径の基材１１の表面部即ち外周面部に、Ｆｅ層１２とＴｉ層１３とが順次積層形成されている。
【００２４】
これら第１実施形態では、Ｔｉ層１３側からろう付けを行う。この際、下層のＦｅ層１２からＦｅ元素が溶け込み、Ｔｉの低融点化が可能になる。これによって１２００℃近傍でＴｉのろう付けが可能になり、Ｔｉを用いた耐熱性、耐食性及びろう付け性能に優れたろう付け部ないし接合部を得ることができ、また、従来のように接合部に粉末Ｎｉろう材を塗布するという作業も不要になり、製造コストを安価にすることができる。一方、この複合材１０を他の部材にろう付けしてろう付け製品を製作することができる。この場合、ろう付け製品における接合部の信頼性が良好となり、製造コストも安価となる。
【００２５】
なお、その他の変形例も可能であり、例えば積層順序を変えて基材１１側から順にＴｉ層１３、Ｆｅ層１２としてもよい。
【００４１】
本実施形態のろう付け用複合材１０は、ＥＧＲ用クーラや燃料電池改質器用クーラ等の熱交換器及び燃料電池用部材などに好適であり、この他にもオイルクーラ、ラジエータ、二次電池部材などの熱交換器に適用可能である。特に、高い耐熱性、耐食性を有することから、高温・高腐食性のガス又は液体に晒されるＥＧＲ用クーラの接合用として最適である。
【００４２】
この他にも本発明の実施形態は種々のものが可能である。
【００４３】
【実施例】
［実施例１］
ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格）からなる厚さ２．５ｍｍ、幅１５０ｍｍのステンレス鋼条材の表面に、このステンレス鋼条材側から順に厚さ０．１５ｍｍのＦｅ条材と、厚さ０．２ｍｍのＴｉ条材とを圧延法によりクラッドして複合基材を作製し、さらにこれに圧延を繰り返し、Ｆｅ条材とＴｉ条材との合計厚さを７０μｍとして、評価用試料としてのろう付け用複合材を作製した。これは前記第１実施形態に対応したものである。本複合材を１２００℃の真空炉で加熱し、ろう層を溶融した後、ろう特性を評価した。
【００４７】
［比較例１］
前記同様のステンレス鋼条材の表面に、このステンレス鋼条材側から順に前記同様のＦｅ条材と、厚さ０．２ｍｍのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドして複合基材を作製し、さらにこれに圧延を繰り返し、Ｆｅ条材とＮｉ条材との合計厚さを７０μｍとして、比較用試料としてのろう付け用複合材を作製した。本複合材を１２００℃の真空炉で加熱し、ろう特性を評価した。
【００４８】
［比較例２］
前記同様のステンレス鋼条材の表面に、厚さ０．１５ｍｍのＮｉ条材を直接圧延法によりクラッドし、実施例１と同様に最終圧延を行い、比較用試料としてのろう付け用複合材を作製した。
［比較例３］
前記同様のステンレス鋼条材の表面に、このステンレス鋼条材側から順に前記同様のＴｉ条材と、厚さ０．１５ｍｍのＮｉ条材とを圧延法によりクラッドして複合基材を作製し、さらにこれに圧延を繰り返し、Ｔｉ条材とＮｉ条材との合計厚さを７０μｍとして、比較用試料としてのろう付け用複合材を作製した。本複合材を１２００℃の真空炉で加熱し、ろう特性を評価した。
【００４９】
［従来例１］
前記同様のステンレス鋼条材とＣｕ条材とを圧延法によりクラッドして二層構造のクラッドろう材を作製した。このときＣｕ条材の厚さが５０μｍとなるように圧延加工を行った。本ろう材を１２００℃の真空炉で加熱し、ろう層を溶融した後、ろう特性を評価した。
【００５０】
［従来例２］
前記同様のステンレス鋼条材の片面に、市販の粉末Ｎｉろう材を合成樹脂バインダで溶いた混練物を塗布し、ろう付け用複合材を作製した。本複合材を１２００℃の真空炉で加熱し、ろう層を溶融した後、ろう特性を評価した。
【００５１】
これら実施例１、比較例１〜３、及び従来例１，２に対して、ろうの湯流れ性（フィレット形成状態）、腐食発生の有無、及びろう付け生産性を調べた結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
0004234918.tif 000002
【００５３】
ここで腐食試験は、塩素イオン、硝酸イオン及び硫酸イオンを含んだ腐食性溶液中に、試料を１０００時間浸漬し、取出し後のろう付け部について組織観察を行い、腐食発生の有無を調べることによって行った。また濡れ性については、各複合材の表面にＳＵＳ３０４からなるステンレスパイプを載せ、１２００℃でろう付けした際の、ろう付け部のフィレット（面取り）形状を調べることによって評価した。
【００５４】
表１によれば、本発明の実施例１は従来例と比較して耐食性が向上している。また比較例１〜３はＴｉ同様耐食性に優れるＮｉ系のクラッドろう材であるが、比較例１，２は１２００℃のろう付け温度では溶融せず、ろう材として機能しなかった。これに対し、比較例３については、Ｔｉが加わることでＮｉの融点が低下し１２００℃で溶融可能となるが、ろうの湯流れ性が実施例に比べて劣っていた。
【００５５】
従来例２は、湯流れ性や耐食性は良好であるが、粉末ろう材を用いるため生産性が著しく低下してしまう。一方、実施例１は複合材自身にろう材を含んでいるため、生産性が明らかに向上する。これによって製造コストを安価にすることができる。
【００５６】
このように、本発明の実施例１は湯流れ性、耐食性及び生産性のいずれの要求も満足するものであり、極めて優れたろう付け用複合材であるということがいえる。そして湯流れ性が良好であるため、複雑形状をした構造材にも容易に適用可能である。かかる複合材を用いてろう付け製品を製作すれば、たとえ複雑形状をした接合部であっても十分な接合層を形成でき、接合部の信頼性を高められる。そして製品の耐熱性、耐食性を向上させ、製造コストを安価にすることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００５８】
（１）  耐熱性、耐食性に優れ製造コストを安価にすることができるろう付け用複合材を提供できる。
【００５９】
（２）  接合部の信頼性が良好で製造コストが安価なろう付け製品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態の断面図である。
【図２】  第１実施形態の第１変形例を示す断面図である。
【図３】  第１実施形態の第２変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  ろう付け用複合材
１１  基材
１２  Ｆｅ層
１３  Ｔｉ層
【図１】
0004234918.tif 000003
【図２】
0004234918.tif 000004
【図３】
0004234918.tif 000005