特開 2022-63928 接合構造体およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022063928

(43)【公開日】2022-04-25

(54)【発明の名称】接合構造体およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 1/19 20060101AFI20220418BHJP

   B23K 1/00 20060101ALN20220418BHJP

【ＦＩ】

B23K1/19 L

B23K1/19 A

B23K1/00 330L

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020172338

(22)【出願日】2020-10-13

(71)【出願人】

【識別番号】000143972

【氏名又は名称】株式会社ササクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110001597

【氏名又は名称】特許業務法人アローレインターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】片岡 淳一

(57)【要約】

【課題】 チタンからなる部材とチタン以外の金属からなる部材とを容易且つ確実に接合する接合構造体を提供する。
【解決手段】 チタンからなる第１部材２とチタン以外の金属からなる第２部材３とを接合した接合構造体１であって、第１部材２の表面にチタン以外の金属からなるろう材を用いて形成された第１接合部６，７に、はんだ材料からなる第２接合部８，９を介して第２部材３が接合されている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チタンからなる第１部材とチタン以外の金属からなる第２部材とを接合した接合構造体であって、
前記第１部材の表面にチタン以外の金属からなるろう材を用いて形成された第１接合部に、はんだ材料からなる第２接合部を介して前記第２部材が接合された接合構造体。

【請求項2】

前記第１接合部は銀ろうを含む請求項１に記載の接合構造体。

【請求項3】

前記第２部材は、アルミニウムにより形成された帯状のフィン素材であり、伝熱管からなる前記第１部材の表面に螺旋状に巻き付けられている請求項１または２に記載の接合構造体。

【請求項4】

前記第１接合部は、前記第１部材の軸方向に沿って前記第２部材の両側に隣接するように配置されている請求項３に記載の接合構造体。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の接合構造体を製造する方法であって、
前記第１部材の表面でチタン以外の金属からなるろう材を溶融させて前記第１接合部を形成する第１ステップと、
前記第１接合部に前記第２部材をはんだ付けすることにより前記第２接合部を形成する第２ステップとを備える接合構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合構造体およびその製造方法に関し、より詳しくは、チタンからなる部材とチタン以外の金属からなる部材とを接合した接合構造体およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

チタンからなる部材とチタン以外の金属からなる部材とをろう付けにより接合することが、従来から行われている。例えば、特許文献１には、チタン製の伝熱管の外周面に対して、アルミニウム製のフープ状のフィン素材をスパイラル状に巻き付ける際に、フィン素材の始端部を伝熱管にろう付けするフィンチューブの製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－７４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、上記のろう付けをＴＩＧ溶接機により瞬間的に熱を加えて行う場合には、アークの位置ずれ等によって伝熱管やフィン素材が溶けて穴あきが生じるおそれがあり、作業に熟練を要するという問題があった。一方、ろう付けの熱源としてガスバーナーを使用する場合には、厚みが薄いフィン素材が長時間加熱されることで、やはり溶融による穴あきが生じるおそれがあった。

【0005】

金属部材同士の接合方法としては、ろう付け以外に、ろう材よりも低温で溶融するはんだ材料を用いたはんだ付けも周知であり、これによってフィン素材の溶融を抑制することができるが、チタンからなる伝熱管へのはんだ付けが極めて困難という問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、チタンからなる部材とチタン以外の金属からなる部材とを容易且つ確実に接合することができる接合構造体およびその製造方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の前記目的は、チタンからなる第１部材とチタン以外の金属からなる第２部材とを接合した接合構造体であって、前記第１部材の表面にチタン以外の金属からなるろう材を用いて形成された第１接合部に、はんだ材料からなる第２接合部を介して前記第２部材が接合された接合構造体により達成される。前記第１接合部は銀ろうを含むことが好ましい。

【0008】

この接合構造体は、前記第２部材が、アルミニウムにより形成された帯状のフィン素材であり、伝熱管からなる前記第１部材の表面に螺旋状に巻き付けられた構成にすることができる。この構成において、前記第１接合部は、前記第１部材の軸方向に沿って前記第２部材の両側に隣接するように配置されていることが好ましい。

【0009】

また、本発明の前記目的は、上記の接合構造体を製造する方法であって、前記第１部材の表面でチタン以外の金属からなるろう材を溶融させて前記第１接合部を形成する第１ステップと、前記第１接合部に前記第２部材をはんだ付けすることにより前記第２接合部を形成する第２ステップとを備える接合構造体の製造方法により達成される。

【発明の効果】

【0010】

本発明の接合構造体およびその製造方法によれば、チタンからなる部材とチタン以外の金属からなる部材とを容易且つ確実に接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る接合構造体の正面図である。

【図2】図１に示す接合構造体の製造方法を説明するための要部平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る接合構造体の正面図である。図１に示すように、本実施形態の接合構造体１は、空冷式熱交換器などに使用されるフィンチューブであり、チタン製の伝熱管からなる第１部材２と、アルミニウム製のフィン素材からなる第２部材３とを接合して構成されている。本明細書におけるチタンおよびアルミニウムには、それぞれの純金属以外に合金も含まれる。

【0013】

第２部材３は、全体が帯状であり、断面がＬ字状に形成されて、基部３ａと、基部３ａから起立するフィン３ｂとを備えている。第２部材３は、基部３ａが第１部材２に当接してフィン３ｂが第１部材２の外方に突出するように、第１部材２の表面に螺旋状に巻き付けられている。

【0014】

第１部材２の表面において、第１部材２の軸方向に沿った第２部材３の両側には、銀ろうからなる第１接合部６，７が隆起状に形成されている。銀ろうは、接合強度の向上、融点の低下、ぬれ性の改善等を目的として、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｌｉ等の他の元素が添加されていてもよい。本実施形態においては、ＢＡｇ－４の銀ろうを使用している。

【0015】

第１接合部６，７と第２部材３の両側との間には、はんだ材料からなる第２接合部８，９が介在されている。より詳細には、一方の第２接合部８は、一方の第１接合部６と基部３ａおよびフィン３ｂに密着するように形成されており、他方の第２接合部９は、他方の第１接合部７とフィン３ｂに密着するように形成されている。

【0016】

第２接合部８，９を構成するはんだ材料は、特に限定されないが、Ｓｎ－Ｐｂ系やＳｎ－Ｚｎ系等のアルミニウム用の低温はんだを例示することができ、Ｃｄ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｓｂ等の他の元素が添加されていてもよい。はんだ材料の融点は４５０℃未満であり、銀ろうの融点（約８００℃）よりも十分低いため、第２部材３のフィン３ｂの厚みが薄い（例えば０．４ｍｍ）場合でも、第２部材３に対して溶融による穴あきの問題が生じるおそれがなく、第２部材３との接合を容易に行うことができる。また、はんだ材料からなる第２接合部８，９は、銀ろうからなる第１接合部６，７を介してチタンからなる第１部材２に接合されるため、それぞれの間の接合強度を良好に維持することができる。

【0017】

次に、上記の構成を備える接合構造体１の製造方法を説明する。まず、第２部材３を第１部材２の表面に螺旋状に巻き付けて、第２部材３の両端部を、第１部材２に沿って隣接する第２部材３の他の部分にステープル等の固定部材４，５（図１参照）でそれぞれ固定する。これにより、第２部材３を第１部材２に巻き付けた状態が維持される。

【0018】

ついで、第１部材２の表面における第２部材３の両側に、第１接合部６，７を隆起状に形成する（第１ステップ）。この第１ステップは、例えば、第１部材２の管内にアルゴンガス等の不活性ガスを注入し、第１部材２の表面にチタン用フラックスを塗布した後、第１部材２を加熱しながら第１部材２の表面に銀ろうを押し付けるか、あるいは、第１部材２の表面に銀ろうを押し付けて銀ろう及びフラックスを加熱することにより、第１部材２の表面で銀ろうを溶融させて行うことができる。

【0019】

図２（ａ）は、第１部材２の表面に形成された一方の第１接合部６の近傍を示す要部平面図である。第１接合部６の形状は特に限定されないが、本実施形態においては、接合に必要な大きさでスポット状に形成されている。図１に示す他方の第１接合部７についても、一方の第１接合部６と同様に形成される。

【0020】

次に、第１部材２の表面を水洗等により洗浄し、フラックスの焦げ等を除去した後、第２部材３および第１接合部６，７にフラックスを塗布する。ここで使用するフラックスは、はんだ用フラックスであることが好ましいが、第２部材３に対しては鉄用フラックス、第１接合部６，７に対してはアルミニウム用フラックスをそれぞれ使用してもよい。

【0021】

この後、第１接合部６，７に第２部材３をはんだ付けすることにより第２接合部８，９を形成する（第２ステップ）。この第２ステップは、例えば、第１接合部６，７を加熱して第１接合部６，７にはんだ材料を付着させ、このはんだ材料を第２部材３の加熱箇所まで引き延ばして第１接合部６，７と第２部材３とを接合することにより行うことができる。

【0022】

図２（ｂ）は、第１部材２の表面に形成された一方の第２接合部８の近傍を示す要部平面図である。第２接合部８は、第１部材２の軸方向に沿って第２部材３のフィン３ｂおよび第１接合部６に密着し、第２部材３の基部３ａを覆うように形成されている。図１に示す他方の第２接合部９についても、第１部材２の軸方向に沿って第２部材３のフィン３ｂおよび第２接合部７に密着するように形成される。

【0023】

接合構造体１の製造方法は、必ずしも本実施形態に限定されるものではなく、他の方法で接合構造体１を製造してもよい。例えば、第２部材３の帯状の一端側を第１接合部６および第２接合部８を介して第１部材２の表面に固定し、第２部材３を第１部材２の表面に螺旋状に巻き付けた後に、第２部材３の帯状の他端側を第１接合部７および第２接合部９を介して第１部材２の表面に固定することにより、接合構造体１を製造することもできる。第２部材３は、本実施形態では基部３ａおよびフィン３ｂを備える断面Ｌ字状に形成されているが、基部３ａを備えずにフィン３ｂのみの構成であってもよく、フィン３ｂの帯状の両端部を第１接合部６，７および第２接合部８，９を介して第１部材２に固定することにより、フィン３ｂを起立状態に支持することができる。

【0024】

接合構造体１の具体的な構成や用途は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明を種々の接合構造体に適用することができる。第１部材２は、チタンからなる部材であればその形状は特に限定されず、管状以外に、例えば板状や柱状などであってもよい。第２部材３は、本実施形態のフィン素材のように厚みが薄い場合（例えば０．５ｍｍ以下）に好適であるが、第２部材３の形状についても特に限定されない。

【0025】

また、第２部材３は、アルミニウムのように融点が低い材料からなる場合に、本発明を好ましく適用することができるが、アルミニウム以外に、鉄や銅またはこれらの合金や、ステンレスなど、チタン以外のはんだ付けが可能な他の金属からなる場合にも、本発明を適用することができる。

【0026】

第１接合部６，７は、本実施形態では、チタンとの相性や作業性等を考慮して銀ろうを使用しているが、アルミニウムろう、銅ろう、金ろう、ニッケルろう等のように、チタン以外の金属を１種または２種以上含むろう材を用いて第１接合部６，７を形成してもよく、第２部材３の材料等も考慮して適宜選択することが可能である。

【符号の説明】

【0027】

１ 接合構造体
２ 第１部材
３ 第２部材
６，７ 第１接合部
８，９ 第２接合部

【図1】

【図2】