JP3203205B2

JP3203205B2 - アルミニウム材のろう付方法

Info

Publication number: JP3203205B2
Application number: JP15648497A
Authority: JP
Inventors: 太渡辺; 正博小島
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: JPH115156A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウム材
のフラックスろう付法、特に複数のろう付部分を１回の
ろう付工程で同時に接合するに適したろう付方法に関す
る。

【０００２】なお、この明細書において、「アルミニウ
ム」の語は合金をも含む意味で用いられる。

【０００３】

【従来の技術】一般に、熱交換器のように一製品中に数
百のろう付箇所がある場合、プレートやフィン等の構成
部材にブレージングシートを用いるとともに、各部材を
組み付けた上で炉中加熱を行い、一度の加熱工程で複数
箇所のろう付が行われる。また、このような炉中ろう付
でフラックスを用いる場合、非腐食性の弗化物系フラッ
クスを液体に分散させたフラックス懸濁液を接合部材に
スプレーや浸漬等により塗布し、乾燥させたのち、各構
成部材の組付が行われる。

【０００４】前記フラックス懸濁液の分散媒として、従
来は水を使用するのが一般的であったが、水は粘性が極
めて低いために接合部材へのフラックスの密着性が悪い
という問題点があった。密着性が悪いと、塗布後の工程
において塗布面に摩擦や振動が加わったときにフラック
スが脱落しやすく、フラックスの飛散による作業環境の
悪化やろう付性の低下を招き、熱交換器の回路内部に脱
落すれば内部残留異物となってしまう。また、塗布時に
流れ落ちる量が少なくないので、流失量を見込んで余分
に塗布すると、ろう付性を改善することはできるが、ろ
う付後に部材表面に残留するフラックス残渣量も増加
し、塗装の際の塗膜の密着性が悪くなったり、大量の残
渣が保湿すると耐食性が悪化する、異臭を発生するとい
うような問題が発生する。また、回路内部に残留した残
渣が、空気や冷媒の通路抵抗を増大させて熱交換機能を
低下させるという問題点もあった。

【０００５】そこで、フラックス懸濁液の粘性を高めて
フラックスの付着性を向上させたペースト状のフラック
ス組成物が種々提案されている。例えば、特願平８−１
８７５９４号公報においては、分散媒として樹脂バイン
ダであるポリアルキレンオキサイドを有機溶剤に溶解さ
せた粘稠性ビヒクルが用いられている。前記ポリアルキ
レンオキサイドは溶剤に溶かすことにより適度な粘性が
得られるとともに、熱分解性が良くろう付後に炭化残渣
を生じないという特長がある。このようなフラックスペ
ーストは、接合部に塗布し、加熱してビククル成分を蒸
発あるいは分解除去したのちに、常法によりろう付が行
われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機溶
剤は特異臭を持ち、特に加熱によりその臭気は作業者に
不快感を与えるという問題点があった。また、前述のフ
ラックスペーストに用いられる有機溶剤のなかには、
１、４−ジオキサンのように引火性が高く危険である上
に人体に有害なものもあり、作業者の衛生安全面にも問
題があった。さらに、未分解物として接合部に残存すれ
ばろう付性を悪化させる原因となる。

【０００７】また、分散媒として粘性ビヒクルを用いる
ことにより水に分散させた場合よりもフラックスの付着
性は改善されたが、塗布乾燥からろう付までの間の作業
中の摩擦や振動によって付着させたフラックスの一部は
接合部から脱落し、上述した脱落フラックスによる諸問
題は、依然として完全には解決されていない。

【０００８】この発明は、このような技術背景に鑑み、
ろう付時において接合部に過不足なく適量のフラックス
が供給され、かつ作業環境をも改善しうるアルミニウム
材のろう付方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明のアルミニウム
材のろう付方法は、前記目的を達成するために、弗化物
系フラックス；５〜３０wt％および数平均分子量５万〜
５００万のアルキレンオキサイド繰り返し単位を含有す
る高分子化合物；０．５〜７０wt％を含有し、残部水か
らなるフラックス組成物を、接合用アルミニウム材に塗
布したのちに、塗布面を加熱して水分を除去し、その後
前記塗布面を加熱して前記高分子化合物を分解除去した
のちに、ろう付のための加熱を行うことを基本要旨とす
るものである。

【００１０】この発明の方法によりろう付できるアルミ
ニウム材の種類は、後述の弗化物系フラックスを用いた
ろう付が可能である限り限定されない。また、使用する
ろう材についても後述の弗化物系フラックスを用いたろ
う付が可能である限り何等限定されない。

【００１１】この発明において使用するフラックス組成
物は、水を分散媒として用いるとともに水溶性の高分子
化合物をバインダとして用いることにより組成物に粘性
を付与し、フラックスの接合部へ付着性を向上させてい
る。

【００１２】前記高分子化合物は、エチレンオキサイ
ド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイド繰
り返し単位を有するものであって、アルキレンオキサイ
ドの単独重合体でも、異種アルキレンオキサイドあるい
は他の化合物との共重合体でもどちらでも良い。また、
直鎖型、分岐型のいずれの高分子化合物も使用できる。
より好ましい高分子化合物は、活性水酸基を２個以上有
する有機化合物にエチレンオキサイド等の低級アルキレ
ンオキサイドを付加重合して得られるポリアルキレンオ
キサイド化合物や、その化合物と多価カルボン酸、その
無水物ないしはその低級アルキルエステルあるいはジイ
ソシアネートと反応させて得られる高分子化合物であ
る。また、分子末端には水酸基のほかアルコキシ基、カ
ルボキシル基あるいはエステル基を有し、分子内にはエ
ーテル結合以外のエステル結合やウレタン結合を有す
る。

【００１３】前記活性水酸基を２個以上有する有機化合
物としては、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、１、３−ブチレングリコール、グリセリン、トリメ
チロールプロパン、ペンタエリストール等の多価アルコ
ール、水素化ビスフェノール、ビスフェノールジヒドロ
キシプロピルエーテル等の多価フェノールを例示でき
る。また多価カルボン酸としては、マレイン酸、フマル
酸、コハク酸、グルコン酸、アジピン酸、セパシン酸、
イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸等を例示
できる。

【００１４】このような高分子化合物の数平均分子量
は、５万〜５００万のものを使用する必要がある。数平
均分子量が５万未満では、高分子化合物を大量に使用し
なければ十分な粘性が得られず経済性に劣る。一方、５
００万超えるとを曳糸性が強くなりすぎて粘弾特性が悪
くなる。高分子化合物の数平均分子量の好ましい下限は
３０万、好ましい上限値は５０万である。

【００１５】また、この発明において使用する弗化物系
フラックスとしては、ＡｌＦ_３−ＫＦ、ＫＡｌＦ_４−Ｋ
_３ＡｌＦ_６、Ｋ_３ＡｌＦ_６、ＫＡｌＦ_４、ＫＦ−ＡｌＦ
_３−Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｓ_ｘＡｌ_ｙＦ_ｚを例示できる。

【００１６】この発明の方法に使用するフラックス組成
物において、前記弗化物系フラックスの含有量は、５〜
３０wt％である。５wt％未満では接合部に供給されるフ
ラックス量が少ないためにろう付不良を起こす可能性が
ある。一方、３０wt％を超えると、ろう付後にフラック
スの白色残渣や黒斑点が生ずるなど、製品の外観品質が
低下する。弗化物系フラックスの好ましい下限値は１０
wt％であり、好ましい上限値は２０wt％である。また、
前記高分子化合物の含有量は０．５〜７０wt％である。
０．５wt％未満では十分な粘性が発現せず、接合部に必
要量のフラックスを供給することが困難となる。一方、
７０wt％を超えると、相対的に水分量が少なくなって組
成物の粘性が高くなりすぎ、接合部の高分子化合物付着
量が多くなって熱分解させるのに長時間を要する。ま
た、フラックス付着量が過剰になる、塗布作業性が悪く
なるなどの不都合も生じる。高分子化合物の含有量の好
ましい下限値は１wt％、上限値は３wt％である。また、
高分子化合物の含有量は、フラックス組成物の粘性を目
安に設定することができる。フラックス組成物の好まし
い粘性は、２３℃において１５０〜５００ｃｐｓであ
り、使用する高分子化合物の数平均分子量を勘案して粘
性がこの範囲となるように含有量を設定することができ
る。

【００１７】また、フラックス組成物において、前記二
成分の残部は水である。水は、無臭で揮発性もないた
め、有機溶剤のように作業環境を悪化させることがな
く、人体にも安全である。

【００１８】さらに、この発明のフラックス組成物にお
いては、フラックスの分散性を高めるために界面活性剤
を添加することも好ましい。界面活性剤の種類は、弗化
物系フラックスに対して親和性が良い点で、ポリオキシ
エチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコー
ル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコー
ル、ポリオキシエチレンアルキルフェニールエーテル、
ポリオキシエチレンアルキルエーテル、グリセリン脂肪
酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ペンタエリス
リトール脂肪酸エステル、ポリオキシグリセン脂肪酸エ
ステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステ
ル、ポリオキシペンタエリスリトール脂肪酸エステル、
ポリオキシエチレンアルキルアミノエーテル、エチレン
ジアミンのポリオキシエチレンポリオキシプロピレング
リコール等のノニオン系のものが良い。また、添加量
は、重量比でフラックス／ノニオン系界面活性剤＝１〜
１０００となる範囲が好ましく、特に５〜５００の範囲
が好ましい。

【００１９】この発明では、前述のフラックス組成物を
用いて、次の工程によりアルミニウム材のろう付を行
う。

【００２０】先ず、アルミニウム材の接合部に前記フラ
ックス組成物を塗布する。塗布方法はスプレー、浸漬な
ど周知の方法で行えば良く特に限定されない。塗布量
は、弗化物系フラックス量換算で１〜３ｇ／ｍ²程度が
好ましい。

【００２１】次に、塗布面を加熱してフラックス組成物
の水分のみを蒸発除去し、組成物の流動性を失わせて高
分子化合物の粘着力によりフラックスを接合部に密着さ
せる。この加熱においては、水を除去しかつ高分子化合
物を熱分解させないことが必要であるから、温度は高分
子化合物を分解しない１５０℃未満、特に１００〜１３
０℃が好ましい。また加熱時間は、１〜１０分程度が好
ましい。

【００２２】次に、アルミニウム材に摩擦や振動が加わ
る作業を行う。例えばフラックス組成物の塗布作業場か
ら組付け作業場への搬送、組付け、組付け作業場から高
分子化合物の熱分解工程への搬送等である。フラックス
は、高分子化合物の作用によって接合部に強く密着して
いるため、摩擦や振動が加わっても脱落するおそれはな
い。

【００２３】次に、フラックス組成物の塗布面を加熱し
て高分子化合物を熱分解して接合部から除去し、接合部
にはフラックスのみが存在する状態にしてろう付に備え
る。接合部に高分子化合物が残存していると、次工程の
ろう付のための高温加熱により高分子化合物の分解残渣
がフィレット中に取り込まれてしまい、継手強度を低下
させるおそれがあるからである。この加熱においては、
高分子化合物を熱分解し、かつろう材を溶融させないこ
とが必要であるから、１５０℃以上で５分以上加熱する
ことが好ましい。特に１５０〜２００℃以下が好まし
い。この温度で５分以上加熱すると、高分子化合物の９
０％以上が分解され、接合部にはフラックスのみが付着
した状態となる。この状態では、もはや高分子化合物に
よる粘着力は失われているので、塗布面に摩擦や振動を
与えないようにする。

【００２４】そして、さらにろう付のための加熱を行う
と、フラックスの作用により良好なろう付が達成され
る。

【００２５】

【実施例】次に、この発明のアルミニウム材のろう付方
法の具体的実施例について説明する。

【００２６】フラックス組成物として、後掲の表１に示
す割合で各材料を配合したものを調製した。

【００２７】

【表１】

【００２８】これらのフラックス組成物について、アル
ミニウム材への付着性および加熱時の不快臭の有無につ
いて調べた。

【００２９】付着性試験は、ＪＩＳＡ３００３からな
る平板試験片上に、フラックス組成物を２．５ｇ／ｍ²
の割合でスプレー塗布し、１２０℃×５分間加熱して乾
燥させたのち、塗布面を布で擦った。そして、フラック
スのはがれ面積が１０％以下のものを合格とした。これ
らの試験結果を表１に併せて示す。

【００３０】さらに、上記フラックス組成物を用いてろ
う付試験を行った。

【００３１】ろう付試験は、図１および図２に示す熱交
換器（Ａ）の製作により行った。

【００３２】図１に示す熱交換器（Ａ）の全体図におい
て、（１）は垂直状態でかつ左右方向に積層された複数
枚の偏平状チューブエレメント、（２）はその隣接する
チューブエレメント（１）（１）間および最外側のチュ
ーブエレメント（１）の外側に配置され、かつろう付接
合一体化されたコルゲートフィンである。そして、前記
各チューブエレメント（１）は、長さ方向の両端に膨出
状のタンク部（３ａ）（３ｂ）を有するとともに、長さ
方向の中間部に両タンク部（３ａ）（３ｂ）を連通する
偏平状の冷媒通路（４）を構成するプレート部（５）と
有している。そして、各チューブエレメント（１）は隣
接するものどうしがタンク部（３ａ）（３ｂ）において
当接状態にろう付接合されると共に、各タンク部（３
ａ）（３ｂ）に設けた冷媒流通孔（６）（６）を介して
隣接タンク部相互が連通状態となされている。

【００３３】前記コルゲートフィン（２）は、ＪＩＳ
Ａ３２０３からなり厚さ０．１２mmのシートを所要形状
に成形したものである。

【００３４】また、前記各チューブエレメント（１）
は、いずれも２枚の皿状コアプレート（７）をその周端
接合面（７ａ）において対向状に重ね合わせ、ろう付一
体化することにより形成されている。このコアプレート
（７）は、ＪＩＳＡ３００３からなる厚さ０．４mmの
心材の両面に、ＪＩＳＡ４３４３からなる皮材をクラ
ッド率各１２％でクラッドしたブレージングシートを所
要形状に成形したものである。

【００３５】図２に示すように、前記コアプレート
（７）は、最外側のチューブエレメント（１）を構成す
る外側コアプレート（７’）を除いて、両端部に外方突
出状のカップ部（１０）が形成され、その頂壁には３つ
の冷媒流通孔（６）が穿設されている。最外側のチュー
ブエレメント（１）の外側コアプレート（７’）は、そ
の両端部ともにフラットな状態となされ下端部に３つの
冷媒流通孔（６）が穿設されている。そして、このよう
な２枚のコアプレート（７）（７）または（７）
（７’）を対向状に重ね合わせることにより、カップ部
（１０）においてタンク部（３ａ）（３ｂ）が形成され
るとともに、前記冷媒流通孔（６）を通じて隣接するチ
ューブエレメント（１）のタンク部（３ａ）（３ａ）ま
たは（３ｂ）（３ｂ）相互が連通状態となされている。

【００３６】一方、前記各コアプレート（７）の内面に
は、一方のカップ部（１０）から他方のカップ（１０）
に向かって凹陥状内方突出リブ（１１）が前記コアプレ
ート（７）の幅方向に所定間隔で突出形成されている。
そして、かかるリブ（１１）を有する２枚のコアプレー
ト（７）（７）を重ね合わせることで、周端接合面（７
ａ）どうしが接合されるとともに、両コアプレート
（７）（７）のリブ（１１）（１１）どうしが交互に配
置された状態となされ、かつ各リブ（１１）の先端部
が、対向するコアプレート（７）のリブ（１１）相互間
の平面部（１２）に当接された交互配置状態で接合さ
れ、チューブエレメント（１）の冷媒通路（４）内に、
下側タンク部（３ｂ）から上側タンク部（３ａ）に向か
って真っ直ぐに延びた複数の単位冷媒通路が形成されて
いる。

【００３７】而して、図１に示すように、前記のような
チーブエレメント（１）の複数枚が、相互間にコルゲー
トフィン（２）を介在配置せしめた状態で、隣接するも
のどうしがタンク部（３ａ）（３ｂ）において当接状態
にろう付接合されている。ここに、コアプレート（７）
相互の接合はコアプレート（７）の内側皮材層を介して
行われ、チューブエレメント（１）とコルゲートフィン
（２）との接合はコアプレート（７）の外側皮材層を介
して行われる。また、隣接チューブエレメント（１）
（１）どうしの接合は、コアプレート（７）の外側皮材
層を介して行われる。なお、図１および図２において、
（１４）および（１５）は左右の最外側のチューブエレ
メント（１）の下側タンク部（３ｂ）にそれぞれ前記冷
媒流通孔（６）を介して連通接続された冷媒入口管およ
び冷媒出口管、（１６）は最外側のコルゲートフィン
（２）の外側に配設されたサイドプレートであり、これ
らのサイドプレート（１６）も前記コアプレート（７）
と同じブレージングシートによって形成され、最外側の
コルゲートフィン（２）にろう付されている。

【００３８】即ち、このろう付試験体は、１組のコアプ
レートの対向接触部分においてＡ３００３どうしをＡ４
３４３ろう材でろう付接合し、チューブエレメントの外
面とコルゲートフィンとの接触部分においてＡ３００３
とＡ３２０３とを同じくＡ４３４３ろう材でろう付接合
するものである。

【００３９】そして、各部材は、前掲表１のフラックス
組成物のいずれかと、次の２種類の工程を組み合わせて
ろう付した。フラックス組成物の種類と工程の組み合わ
せを表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】［工程Ｉ（本発明の方法）］コアプレート（７）（７’）およびサイドプレート
（１６）に所定量のフラックス組成物をスプレー塗布し
た。

【００４２】コアプレート（７）（７’）およびサイ
ドプレート（１６）を１００℃で５分間加熱し、フラッ
クス組成物中の水分を除去した。

【００４３】コアプレート（７）（７’）およびサイ
ドプレート（１６）を搬送し、コルゲートフィン
（２）、冷媒入口管（１４）および冷媒出口管（１５）
とともに、熱交換器を組み立てた。

【００４４】組み立てた熱交換器を１５０℃で５分間
加熱し、フラックス組成物中の高分子化合物を熱分解し
た。

【００４５】６００℃で５分間加熱してろうを溶融さ
せ、接合した。

【００４６】［工程ＩＩ（従来の方法）］コアプレート（７）（７’）およびサイドプレート
（１６）に所定量のフラックス組成物をスプレー塗布し
た。

【００４７】コアプレート（７）（７’）およびサイ
ドプレート（１６）を１５０℃で５分間加熱し、フラッ
クス組成物中の水分を除去するとともに、高分子化合物
を熱分解した。

【００４８】コアプレート（７）（７’）およびサイ
ドプレート（１６）を搬送してコルゲートフィン
（２）、冷媒入口管（１４）および冷媒出口管（１５）
とともに、熱交換器を組み立てた。

【００４９】６００℃で５分間加熱してろうを溶融さ
せ、接合した。

【００５０】ろう付後、フィレットの形成状態によりろ
う付性を評価するとともに、熱交換器内に脱落したフラ
ックス残渣量について目視観察により評価した。評価結
果を表２に示す。

【００５１】表１および表２の結果より、本発明のろう
付方法は、使用するフラックス組成物の付着性が良いだ
けでなく、塗布後水分のみを除去しフラックスを強く付
着させた状態で搬送組付け等のフラックスを脱落させる
おそれのある作業を行い、その後で樹脂バインダを熱分
解させることにより、接合部に対してろうの溶融時にフ
ラックスを過不足なく確実に供給することができ、良好
なろう付を達成できることを確認しえた。また、このよ
うな工程を採用することにより、脱落フラックスの残渣
がろう付品内部に残留することも防ぐことができた。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のアルミ
ニウム材のろう付方法は、弗化物系フラックス；５〜３
０wt％および数平均分子量５万〜５００万のアルキレン
オキサイド繰り返し単位を含有する高分子化合物；０．
５〜７０wt％を含有し、残部水からなるフラックス組成
物を使用するから、その粘性によりフラックスはアルミ
ニウム材に強力に付着する。また、分散媒は水であり加
熱しても不快臭を発生しないから、良好な環境で作業を
行え人体に対しても安全である。さらに、このようなフ
ラックス組成物を、接合用アルミニウム材に塗布したの
ちに、塗布面を加熱して水分を除去し、その後前記塗布
面を加熱して前記高分子化合物を分解除去したのちに、
ろう付のための加熱を行うから、水分除去加熱後高分子
化合物分解加熱前に、アルミニウム材に摩擦、振動が加
わる作業を行った場合にも、作業中のフラックスの脱落
がなく、ろうの溶融時に接合部にはフラックスを過不足
なく確実に存在させることができ、良好なろう付を達成
できる。また、ろう付製品の内外にフラックス残渣が残
留することもないから、これらに起因する塗装不良、耐
食性低下、異臭発生というような諸問題が抑制され、特
に熱交換器のろう付においてはフラックス残渣による通
路抵抗の増大も解消される。

【００５３】また、前記ろう付方法において、前記水分
除去のための加熱を１５０℃未満で行うことにより、確
実に水分のみを除去してバインダである高分子化合物を
残存させることができ、その強力な粘着力を効率良く利
用できる。

【００５４】また、前記高分子化合物除去のための加熱
を、１５０〜２００℃で５分以上行うことにより、確実
に高分子化合物を熱分解させることができる。そのた
め、高分子化合物を接合部から除去した状態でろう溶融
のための高温加熱を行うことができ、良好なろう付を達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例においてろう付試験の試験体として用い
た熱交換器の正面図である。

【図２】図１の熱交換器の一部を分離して示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

Ａ…熱交換器１…チューブエレメント２…コルゲートフィン７、７’…コアプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−155987（ＪＰ，Ａ) 特開平４−147792（ＪＰ，Ａ) 特開平４−84690（ＪＰ，Ａ) 特開平９−174277（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 1/19 B23K 1/00 B23K 35/363 C09J 171/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弗化物系フラックス；５〜３０wt％およ
び数平均分子量５万〜５００万のアルキレンオキサイド
繰り返し単位を含有する高分子化合物；０．５〜７０wt
％を含有し、残部水からなるフラックス組成物を、接合
用アルミニウム材に塗布したのちに、塗布面を加熱して
水分を除去し、その後前記塗布面を加熱して前記高分子
化合物を分解除去したのちに、ろう付のための加熱を行
うことを特徴とするアルミニウム材のろう付方法。
【請求項２】前記水分除去のための加熱は１５０℃未
満で行う請求項１に記載のアルミニウム材のろう付方
法。
【請求項３】前記高分子化合物除去のための加熱は、
１５０〜２５０℃で５分以上行う請求項１または２に記
載のアルミニウム材のろう付方法。