JP2005000982A - フラックス塗布装置、フラックス塗布方法及びそれに使用されるフラックス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御装置12より第1の圧縮空気をフラックス貯蔵タンク6に供給してフラックス供給機2にフラックスを供給し、さらに制御装置12より第2の圧縮空気をフラックス供給機2に供給して複数のシリンジ4にフラックスを供給するようにした。また、制御装置12により複数のシリンジ4の開閉制御を行うことにより接合予定部にフラックスを塗布するようにした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを構成する複数の金属部品同士を接合する前に使用されるフラックス塗布装置及びフラックス塗布方法に関し、特に近赤外線照射加熱を利用してAl(アルミニウム)製部品とAl製部品とを接合するに際し、接合予定部のろう付け前に行われるフラックスを塗布するためのフラックス塗布装置及びフラックス塗布方法あるいはそれに使用されるフラックスに関する。
【0002】
【従来の技術】
冷凍サイクルを構成する熱交換器等の種々の部品の接合は、従来、ローラ塗布方式、スプレー塗布方式等により熱交換器等のワークの略全体にフラックスを塗布した後、連続炉、半連続炉、バッチ炉等のろう付け炉を使用して行われている。最近では、熱交換器等の金属製部品の接合部にろう材を装着した状態で赤外線照射加熱炉内を通過させることにより接合部分を赤外線で加熱してろう付けを行うようにしたものも提案されている。
【0003】
また、ろう付けの前に接合部に塗布されるフラックスは、例えば特許文献1に記載されているように、フラックス粉末に合成樹脂系バインダあるいはその水溶液を混合して懸濁液とし、この懸濁液をろう付けすべき部材に塗布し、ろう付けを行うようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−185796号公報(第2頁、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワークが冷凍サイクルを構成する熱交換器の場合、最もフラックスが必要な部位はヘッダー管周辺であり、冷媒管とフィンとの接合にフラックスはあまり多くを必要としない。このように、フラックスの必要量はワークの部位により異なるのが実情であるにもかかわらず、ローラ塗布方式、スプレー塗布方式等の場合、フラックスがワーク全体に略等量塗布されてしまうという問題があった。
【0006】
また、酸化雰囲気中での急速加熱や不活性雰囲気中での加熱によるろう付けの場合、フラックスを必要以上に塗布すると、母材の昇温に弊害が生じたり、フラックスの溶解に必要な熱量にバラツキが生じ、フラックス溶解が場所により遅延する場合もある。
【0007】
さらに、特許文献1によれば、フラックス粉末に合成樹脂系バインダを混合して懸濁液としているが、フラックスの濃度分布が一定しないという問題もある。
【0008】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ワークの接合部位に応じて適量のフラックスを塗布することが可能なフラックス塗布装置、フラックスの効率的塗布あるいは効率的ろう付けが可能なフラックス塗布方法、及び、濃度分布を略一定に維持しやすいフラックスを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項1に記載の発明は、ワークを構成する複数の金属部品の組立て後、接合予定部にフラックスを塗布するフラックス塗布装置であって、複数のシリンジに接続されたフラックス供給機と、該フラックス供給機に供給されるフラックスを貯蔵するフラックス貯蔵タンクと、圧縮空気源に接続され該圧縮空気源から供給された空気を減圧して前記フラックス供給機と前記フラックス貯蔵タンクに供給するための制御装置とを備え、該制御装置より第1の圧縮空気を前記フラックス貯蔵タンクに供給して前記フラックス供給機にフラックスを供給し、さらに前記制御装置より第2の圧縮空気を前記フラックス供給機に供給して前記複数のシリンジにフラックスを供給するとともに、前記制御装置により前記複数のシリンジの開閉制御を行うことにより接合予定部にフラックスを塗布するようにしたことを特徴とする。
【0010】
また、請求項2に記載の発明は、前記複数の金属部品を組み立てた後のワークを載置する搬送台をさらに備え、該搬送台を直交する2方向に適宜移動させることにより接合予定部にフラックスを塗布するようにしたことを特徴とする。
【0011】
さらに、請求項3に記載の発明は、前記フラックス貯蔵タンクが撹拌ユニットを備え、該撹拌ユニットにより前記フラックス貯蔵タンク内のフラックスを撹拌するようにしたことを特徴とする。
【0012】
また、請求項4に記載の発明は、前記制御装置により前記シリンジへの供給空気圧と塗布時間を制御するようにしたことを特徴とする。
【0013】
また、請求項5に記載の発明は、前記第1の圧縮空気は前記第2の圧縮空気より高圧であることを特徴とする。
【0014】
また、請求項6に記載の発明は、接合予定部に0.001g/mm2〜100g/mm2のフラックスを塗布するようにしたことを特徴とする。
【0015】
また、請求項7に記載の発明は、前記複数の金属部品がアルミニウム製であることを特徴とする。
【0016】
また、請求項8に記載の発明は、前記ワークが冷凍サイクルを構成する熱交換器であることを特徴とする。
【0017】
さらに、請求項9に記載の発明は、ワークを構成する複数の金属部品を接合する前に接合予定部にフラックスを塗布するフラックス塗布方法であって、前記複数の金属部品を脱脂する工程と、前記複数の金属部品を組み立てる工程と、接合予定部にフラックスを塗布する工程と、フラックスが塗布された前記複数の金属部品を乾燥する工程とを備えたことを特徴とする。
【0018】
また、請求項10に記載の発明は、前記脱脂工程を100℃〜300℃の温度範囲で、30秒〜180秒間行うようにしたことを特徴とする。
【0019】
また、請求項11に記載の発明は、前記塗布工程において、接合予定部に0.001g/mm2〜100g/mm2のフラックスを塗布するようにしたことを特徴とする。
【0020】
また、請求項12に記載の発明は、前記乾燥工程を80℃〜300℃の温度範囲で、10秒〜300秒間行うようにしたことを特徴とする。
【0021】
また、請求項13に記載の発明は、前記複数の金属部品がアルミニウム製であることを特徴とする。
【0022】
また、請求項14に記載の発明は、前記ワークが冷凍サイクルを構成する熱交換器であることを特徴とする。
【0023】
さらに、請求項15に記載の発明は、弗化アルミニウム粉末を含み、合成樹脂と有機溶剤により構成されるバインダと混合して使用されることを特徴とするフラックスである。
【0024】
また、請求項16に記載の発明は、フラックスとバインダの混合率が、25:75〜50:50(wt%)であることを特徴とする。
【0025】
また、請求項17に記載の発明は、フラックスとバインダの混合率が、30:70〜35:65(wt%)であることを特徴とする。
【0026】
また、請求項18に記載の発明は、バインダが有機溶剤と樹脂溶剤とをそれぞれ1種類含むことを特徴とする。
【0027】
また、請求項19に記載の発明は、有機溶剤がアルコール類、アルデヒド・ケトン類、炭化水素化合物、塩素化合物、窒素化合物、エーテル類のいずれか一つで、樹脂溶剤が熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれか一つであることを特徴とする。
【0028】
【発明の実施の形態】
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。
図1は本発明にかかるフラックス塗布装置Aを示しており、フラックス塗布装置Aはフラックス供給機2を備えている。フラックス供給機2には、複数のシリンジ4とフラックス貯蔵タンク6がフラックス供給管8,10を介してそれぞれ接続されるとともに、制御装置12が圧縮空気管14を介して接続されている。また、フラックス貯蔵タンク6は制御装置12に圧縮空気管16を介して接続されており、制御装置12は圧縮空気管18を介して圧力調整器20に接続され、圧力調整器20は圧縮空気管22を介して圧縮空気源24に接続されている。
【0029】
圧縮空気源24からは、例えば10kg/cm2の圧縮空気が圧力調整器20に供給され、圧力調整器20は10kg/cm2の圧縮空気を例えば0.5kg/cm2に減圧して制御装置12に供給する。さらに、制御装置12は、圧力調整器20により減圧された圧縮空気を必要に応じてフラックス貯蔵タンク6に供給するとともに、圧力調整器20により減圧された圧縮空気を例えば0.2kg/cm2に減圧してフラックス供給機2に供給する。
【0030】
なお、フラックス貯蔵タンク6には、内部に貯蔵されたフラックス(後述するようにフラックスとバインダとの混合物)を撹拌する撹拌ユニット26が取り付けられており、シリンジ4には、フラックス供給機2よりシリンジ4に供給されたフラックスを必要に応じワークに吐出するノズル(図示せず)が取り付けられている。
【0031】
ワークとして冷凍サイクルを構成する熱交換器を例にとり、上記構成のフラックス塗布装置Aを使用して熱交換器にフラックスを塗布する場合について、以下説明する。
【0032】
図2及び図3は、冷凍サイクルを構成する熱交換器28を示しており、互いに平行に延びる一対のヘッダー30と、所定の間隔で互いに平行に配置され一対のヘッダー30に両端が接合された複数の冷媒管32と、ジグザク状に形成され複数の冷媒管32の間に配置された複数のフィン34とを備えている。また、各ヘッダー30の両端にはキャップ36がそれぞれ取り付けられ、各キャップ36の一端には引き出し管38が接合されている。
【0033】
また、図3(c)に示されるように、各ヘッダー30には、冷媒管32の断面形状より僅かに大きい開口部30aが等間隔に穿設されており、この開口部30aに冷媒管32の端部は遊挿されヘッダー30と一体的に接合される。
【0034】
なお、熱交換器28を構成するヘッダー30、冷媒管32、フィン34及びキャップ36はすべてAl製であり、フラックスの必要部位は、部品組立性のためにクリアランスが大きいヘッダー30と冷媒管32との接合部、ヘッダー30とキャップ36との接合部、及び、冷媒管32とフィン34との密着部(点接触部)である。
【0035】
上述した構成の熱交換器にフラックスを塗布して近赤外線加熱により所定の接合予定部を接合するまでの工程を、図4のフローチャートを参照しながら以下説明する。
【0036】
ステップS1において、まず熱交換器28へのフラックス塗布量を均一化するために、熱交換器28の構成部品であり接合対象部品であるヘッダー30、冷媒管32、フィン34及びキャップ36の脱脂を行う。脱脂条件(熱乾燥)は以下のとおりである。
・温度:100℃〜300℃
・時間:30秒〜180秒
【0037】
次に、ステップS2において、ヘッダー30、冷媒管32、フィン34及びキャップ36を搬送台(XYテーブル)40上で所定形状の熱交換器28に組み立てる。さらに、予め準備したフラックスとバインダとの混合物(本明細書では、この混合物もフラックスと称している)の適量を、ステップS3において、図1に示されるフラックス塗布装置Aを使用して、ろう材が設けられた上記部品の所定の部位(接合予定部)に0.001g/mm2〜100g/mm2の範囲で塗布し、ステップS4において、フラックスが塗布された部品を乾燥させる。乾燥条件は以下のとおりである。
・温度:80℃〜300℃
・時間:10秒〜300秒
【0038】
その後、ステップS5において、近赤外線により接合予定部を加熱して所定のろう付けを行う。
【0039】
ここで、ステップS3において行われるフラックス塗布工程を、図1のフラックス塗布装置Aを参照しながらさらに詳述する。
【0040】
搬送台40上で組み立てられた熱交換器28は、搬送路42の所定の位置に固定された複数のシリンジ4に向かって搬送路42に沿って搬送される。熱交換器28がシリンジ4の下方に到達すると、制御装置12により搬送台40を搬送方向(X方向)及び搬送方向と直交する方向(Y方向)に適宜移動させて、熱交換器28の所定の部位に必要量のフラックスを塗布する。
【0041】
フラックスの塗布に際し、フラックス貯蔵タンク6に貯蔵されたフラックスは撹拌ユニット26により撹拌されて、フラックス貯蔵タンク6内のフラックス粒子濃度が均一化され、ひいてはシリンジ4に取り付けられた吐出ノズル内のフラックス粒子濃度が均一化される。なお、フラックス貯蔵タンク6内のフラックス粒子の沈殿速度は撹拌ユニット26による撹拌速度に依存しているので、制御装置12により撹拌速度を制御することによりフラックス粒子の沈殿速度を適宜制御することが可能である。
【0042】
図5のグラフは吐出ノズル先端のフラックス濃度変化を示しており、図中、実線は撹拌ユニット26を設けた場合を、破線は撹拌ユニット26がない場合を示している。
【0043】
図5のグラフからわかるように、時間の経過とともにフラックス粒子が沈殿するが、撹拌ユニット26によりフラックスを撹拌することで沈殿速度が低下し、吐出ノズル先端でのフラックス濃度変化を±10%以内に制御することができる。
【0044】
また、制御装置12は吐出ノズルの開閉制御を行うばかりでなく、以下に示されるように、フラックス塗布量は接合部位により異なることから、制御装置12は搬送台40の移動とともに吐出ノズルへの供給空気圧及び塗布時間を調節してフラックス塗布量を接合部位に応じて制御している。
【0045】
すなわち、本発明にかかる塗布方式は、吐出圧力、時間、吐出ノズルの口径を制御することによりフラックスの必要個所に必要量塗布することが可能であり、ノズル口径を小さくすることで接合部のみのピンポイント塗布も可能である。換言すると、
・空気圧力と塗布時間を制御することにより接合部位に応じて所定量のフラックスの塗布が可能である。
・塗布ノズルの選定により塗布量及び塗布面積の変化にも対応できる。
・高粘度から低粘度までの定量塗布が可能である。
【0046】
図6は、ヘッダー30と冷媒管32との接合には多量のフラックスを必要とするのに対し、冷媒管32とフィン34との接合にはあまりフラックスを必要としないことから、本発明にかかるフラックス塗布装置Aを使用することにより接合部位に応じて必要量のフラックスが塗布されていることを示している。一方、従来行われているスプレー塗布方式等によれば、フラックスの必要量に関係なく、熱交換器28の全面に略一様にフラックスが塗布されている。
【0047】
ここで、本発明に使用されるフラックスについて説明する。
通常フラックスは、近赤外線の強烈なエネルギを与えると飛散して、その効果を十分発揮することはできないが、バインダを用いることによりフラックスの飛散を抑制することができるので、近赤外線の高エネルギに対して極めて有効である。また、バインダは、近赤外線加熱工法に採用すると、フラックスを接合部位に残留させ、接合を容易にする補助材として作用するとともに、酸化雰囲気中での急速加熱を可能にする。
【0048】
本発明にかかるフラックスは弗化アルミニウム粉末を含み、合成樹脂と有機溶剤により構成されるバインダとともに使用され、その混合率は以下のとおりである。
・フラックス:25〜50wt%
・バインダ: 50〜75wt%
・混合率: フラックス:バインダ=25:75〜50:50(wt%)
【0049】
また、その最適混合率は以下のとおりである。
・フラックス:30〜35wt%
・バインダ: 65〜70wt%
・混合率: フラックス:バインダ=30:70〜35:65(wt%)
【0050】
さらに、バインダには有機溶剤と樹脂溶剤とがそれぞれ1種類含まれており、有機溶剤を使用することで、フラックスの濃度分布を一定に保持することが可能となる。また、有機溶剤と樹脂溶剤は以下の混合率が好ましいが、±10%の範囲における変動は許容される。
・有機溶剤:樹脂溶剤=80:20(wt%)
【0051】
また、有機溶剤及び樹脂溶剤としては、以下のものが好ましい。
(有機溶剤)
1.アルコール類
2−(ジ−n−ブチルアミノ)エタノール、2−(ジメチルアミノ)エタノール、2−アミノエタノール、2−エチルヘキサノール、2−エトキシエタノール、2−エトキシメチルアセテート、2−ブトキシエタノール、2−メトキシエタノール、2−メトキシメチルアセテート、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、アクリルアルコール、イソブタノール、イソプロパノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、フェニチルアルコール
2.アルデヒト・ケトン類
アセトン、アセトアルデヒト、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン
3.炭化水素化合物
イソプロピルベンゼン、エチルベンゼン、キシレン、プロピレンオキサイド
4.塩素化合物
2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロメタン、ジシクロペタジエン、トリクロロメタジエン、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン
5.窒素化合物
アセトニトリル、アクリロニトリル、イソプレン
6.エーテル類
クロロメチルメチルエーテル
【0052】
(樹脂溶剤)
1.熱硬化性樹脂
フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ケトン樹脂、シリコン樹脂、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
2.熱可塑性樹脂
グラナミン、クレゾール樹脂、ポリイミド、トリスノニルフェニルホスファイト、サーモポリオレフィン、ポリイソブチレン、ポリフタルアミド、エチレンエリルアクリレート、エチレンメタクリル酸、アイオノマー樹脂、変成シリコン、ジフェニルメタンジイソシアネート、メラミンホルムアルデヒト、ポリエチレンオキシド
【0053】
なお、上記実施の形態は、ワークとして冷凍サイクルを構成する熱交換器を例にとり説明したが、ワークは熱交換器に限定されるものではない。
【0054】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明にかかるフラックス塗布装置によれば、制御装置より第1の圧縮空気をフラックス貯蔵タンクに供給してフラックス供給機にフラックスを供給し、さらに制御装置より第2の圧縮空気をフラックス供給機に供給して複数のシリンジにフラックスを供給するとともに、制御装置により複数のシリンジの開閉制御を行うことにより接合予定部にフラックスを塗布するようにしたので、ワークの接合部位に応じて適量のフラックスを塗布することが可能である。
【0055】
また、本発明にかかるフラックス塗布方法によれば、複数の金属部品を組み立て前に脱脂するようにしたので、フラックスの塗布量が均一化し効率的なフラックス塗布が可能となる。さらに、接合予定部にフラックスを塗布した後、フラックスが塗布された複数の金属部品を乾燥するようにしたので、バインダを構成する有機溶剤が水分、アルコール分等に分離することがなく、ろう付けを効果的に行うことができる。
【0056】
さらに、本発明にかかるフラックスは、弗化アルミニウム粉末を含み、合成樹脂と有機溶剤により構成されるバインダと混合して使用されるようにしたので、バインダに含まれる有機溶剤によりフラックスの濃度分布が均一化する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるフラックス塗布装置の概略構成図である。
【図2】冷凍サイクルを構成する熱交換器を示しており、(a)は正面図で、(b)は平面図である。
【図3】図2の熱交換器を示しており、(a)は分解正面図で、(b)はヘッダーと冷媒管の平面図で、(c)はヘッダーの側面図である。
【図4】本発明にかかるフラックス塗布方法を示すフローチャートである。
【図5】フラックス貯蔵タンクに撹拌ユニットを設けた場合と設けない場合の吐出ノズル先端のフラック濃度変化を示すグラフである。
【図6】図1のフラックス塗布装置と従来装置による熱交換器へのフラックス塗布量を示すグラフである。
【符号の説明】
2 フラックス供給機、 4 シリンジ、 6 フラックス貯蔵タンク、
8,10 フラックス供給管、 12 制御装置、
14,16,18,22 圧縮空気管、 20 圧力調整器、
24 圧縮空気源、 26 撹拌ユニット、 28 熱交換器、
30 ヘッダー、 32 冷媒管、 34 フィン、 36 キャップ、
38 引き出し管、 40 搬送台、 42 搬送路、
A フラックス塗布装置。
Claims (19)
- ワークを構成する複数の金属部品の組立て後、接合予定部にフラックスを塗布するフラックス塗布装置であって、
複数のシリンジに接続されたフラックス供給機と、該フラックス供給機に供給されるフラックスを貯蔵するフラックス貯蔵タンクと、圧縮空気源に接続され該圧縮空気源から供給された空気を減圧して前記フラックス供給機と前記フラックス貯蔵タンクに供給するための制御装置とを備え、該制御装置より第1の圧縮空気を前記フラックス貯蔵タンクに供給して前記フラックス供給機にフラックスを供給し、さらに前記制御装置より第2の圧縮空気を前記フラックス供給機に供給して前記複数のシリンジにフラックスを供給するとともに、前記制御装置により前記複数のシリンジの開閉制御を行うことにより接合予定部にフラックスを塗布するようにしたことを特徴とするフラックス塗布装置。 - 前記複数の金属部品を組み立てた後のワークを載置する搬送台をさらに備え、該搬送台を直交する2方向に適宜移動させることにより接合予定部にフラックスを塗布するようにしたことを特徴とする請求項1に記載のフラックス塗布装置。
- 前記フラックス貯蔵タンクが撹拌ユニットを備え、該撹拌ユニットにより前記フラックス貯蔵タンク内のフラックスを撹拌するようにしたことを特徴とする請求項1あるいは2に記載のフラックス塗布装置。
- 前記制御装置により前記シリンジへの供給空気圧と塗布時間を制御するようにしたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のフラックス塗布装置。
- 前記第1の圧縮空気は前記第2の圧縮空気より高圧であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のフラックス塗布装置。
- 接合予定部に0.001g/mm2〜100g/mm2のフラックスを塗布するようにしたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のフラックス塗布装置。
- 前記複数の金属部品がアルミニウム製であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のフラックス塗布装置。
- 前記ワークが冷凍サイクルを構成する熱交換器であることを特徴とする請求項7に記載のフラックス塗布装置。
- ワークを構成する複数の金属部品を接合する前に接合予定部にフラックスを塗布するフラックス塗布方法であって、
前記複数の金属部品を脱脂する工程と、前記複数の金属部品を組み立てる工程と、接合予定部にフラックスを塗布する工程と、フラックスが塗布された前記複数の金属部品を乾燥する工程とを備えたことを特徴とするフラックス塗布方法。 - 前記脱脂工程を100℃〜300℃の温度範囲で、30秒〜180秒間行うようにしたことを特徴とする請求項9に記載のフラックス塗布方法。
- 前記塗布工程において、接合予定部に0.001g/mm2〜100g/mm2のフラックスを塗布するようにしたことを特徴とする請求項9あるいは10に記載のフラックス塗布方法。
- 前記乾燥工程を80℃〜300℃の温度範囲で、10秒〜300秒間行うようにしたことを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載のフラックス塗布方法。
- 前記複数の金属部品がアルミニウム製であることを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載のフラックス塗布方法。
- 前記ワークが冷凍サイクルを構成する熱交換器であることを特徴とする請求項13に記載のフラックス塗布方法。
- 弗化アルミニウム粉末を含み、合成樹脂と有機溶剤により構成されるバインダと混合して使用されることを特徴とするフラックス。
- フラックスとバインダの混合率が、25:75〜50:50(wt%)であることを特徴とする請求項15に記載のフラックス。
- フラックスとバインダの混合率が、30:70〜35:65(wt%)であることを特徴とする請求項16に記載のフラックス。
- バインダが有機溶剤と樹脂溶剤とをそれぞれ1種類含むことを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載のフラックス。
- 有機溶剤がアルコール類、アルデヒド・ケトン類、炭化水素化合物、塩素化合物、窒素化合物、エーテル類のいずれか一つで、樹脂溶剤が熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれか一つであることを特徴とする請求項18に記載のフラックス。
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