JP3514268B2 - ろう付用組成物及びろう付用組成物が設けられてなるa1系材料並びに熱交換器 - Google Patents

ろう付用組成物及びろう付用組成物が設けられてなるa1系材料並びに熱交換器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用のエバ
ポレータ、コンデンサ、ラジエータ等の熱交換器に用い
られる技術に関するものである。
【0002】
【発明の背景】従来、アルミニウム又はアルミニウム合
金(以下、Al)系材料からなる熱交換器は、ろう材が
クラッドされたブレージングシートでチューブ又はフィ
ンを構成し、これらを所定の形状に組み立て、ろう付す
ることにより製造されている。しかしながら、ブレージ
ングシートは製造が難しく、歩留りが悪い為に、コスト
が高く付く。しかも、ブレージングシートはリサイクル
に適していないことから、廃棄物の処理が高く付く。更
には、ブレージングシートでチューブを構成する為に
は、電縫等の特殊な技術が必要である。又、ブレージン
グシートでフィンを構成する場合には、加工性が悪く、
治工具の損耗が激しく、そして薄肉化できない為に、熱
交換器の小型・軽量化が図れ難い等の問題がある。
【0003】このようなことから、ろう材として使用さ
れているAl合金を粉末化したろう付用組成物や、これ
を用いた熱交換器の製造方法が提案されている。
【0004】
【発明の開示】ところで、ろう材として粉末からなるも
のを用いた場合の技術における問題点が未解決のままに
なっていることも多く、解決が求められている。例え
ば、ろう材粉末とろう付に必要なフラックスとの間の関
係については不明な点が多く、安定したろう付性を得る
為に、過剰とも思えるフラックスを用いていた。
【0005】しかしながら、過剰なフラックスの使用
は、コストアップ、ろう付炉の汚染、ろう付後の熱交換
器における外観の悪化などの問題を引き起こしている。
従って、フラックス使用量の低減、すなわち少量のフラ
ックスでもろう付特性に優れた技術が待たれているので
ある。このような観点に沿っての研究が鋭意押し進めら
れて行った結果、ろう付性は粉末中の酸素量に強い影響
を受けていることが判って来た。すなわち、ろう材であ
るAl粉末中の酸素量が少ないほど、言い換えれば粉末
表面の酸化量が低いほど少ないフラックスで接合できる
ことが判ってきた。
【0006】しかしながら、全く酸化されていないAl
粉末が使用されれば良いかと言うとそうではないことも
判ってきた。つまり、酸化が適度なものである場合に、
少量のフラックスでろう付が良好に行われることの知見
が得られたのである。特に、Al粉末中のO(酸素)量
が0.02〜0.25wt%であるような酸化皮膜が形
成されたAl粉末が用いられた場合、少量のフラックス
でろう付が良好に行われていたのである。
【0007】このような知見に基づいて本発明が達成さ
れたものであり、本発明は、少量のフラックスでろう付
が良好に行われ、しかも耐食性にも優れたろう付技術を
提供することを目的とする。
【0008】上記本発明の目的は、酸化皮膜形成され
たアルミニウム又はアルミニウム合金の粉末と、バイン
と、溶剤と、ろう付用フラックスとを含有し、前記ア
ルミニウム又はアルミニウム合金の粉末におけるO量
は、0.02〜0.25wt%であり、前記アルミニウ
ム又はアルミニウム合金の粉末/バインダが重量比で1
00/0.1〜100/100であり、前記バインダ/
溶剤が重量比で100/100〜100/10000で
あり、前記アルミニウム又はアルミニウム合金の粉末/
ろう付用フラックスが重量比で100/3〜100/5
0であることを特徴とするろう付用組成物によって達成
される。
【0009】尚、上記のろう付用組成物には珪素の粉末
が含有され、その量は、Alの粉末100重量部に対し
て5〜40重量部であるものが好ましい。すなわち、珪
素を含有していないAl粉末が用いられる場合には、珪
素の粉末が併用されることが好ましいものである。そし
て、このような場合におけるSi量はAlの粉末100
重量部に対して5〜40重量部であることが好ましい。
尚、珪素を含むことによってろう付性が向上する。
【0010】上記珪素粉末を用いなくとも良い。すなわ
ち、Siを含有するアルミニウム合金を用いた場合には
珪素粉末を用いなくとも良い。尚、このような合金粉末
が用いられる場合、Si含有量は5〜11wt%である
ことが好ましい。又、犠牲陽極効果の観点からZnを含
有するアルミニウム合金の粉末が用いられることが好ま
しい。尚、このアルミニウム合金におけるZn含有量は
10〜40wt%であることが好ましい。Znを含有し
ないAl粉末を用いる場合には、Zn粉末を添加してお
くことが好ましい。
【0011】又、犠牲陽極効果の観点からInを含有す
るアルミニウム合金の粉末が用いられることが好まし
い。尚、このアルミニウム合金におけるIn含有量は
0.001〜0.1wt%であることが好ましい。用い
る粉末は、その粒径が10〜200μmのものであるこ
とが好ましい。又、本発明の目的は、上記のろう付用組
成物が表面に設けられてなることを特徴とするAl系材
料によって達成される。
【0012】又、上記のろう付用組成物が表面に設けら
れたAl系材料からなる第1の熱交換器構成部品と、第
2の熱交換器構成部品とが組み合わされ、フラックスを
用いたろう付けにより接合されてなることを特徴とする
熱交換器によって達成される。尚、本発明において用い
られるO量が0.02〜0.25wt%である酸化皮膜
の形成されたAl粉末は、粉末製造時における雰囲気の
酸素濃度を0.01〜0.5%と言った範囲内の条件で
10〜200μm程度の大きさのものを製造することに
よって得られる。
【0013】本発明において用いられるバインダはろう
付温度より低い温度で揮発する傾向の高いものであるこ
とが好ましい。特に、分子量1000〜100000の
アクリル系あるいはメタクリル系樹脂であることが好ま
しい。例えば、分子量1000〜100000のポリア
クリル酸ブチル等が挙げられる。本発明のろう付用組成
物をAl材の表面に設ける為、一般的には、塗布手段が
採用される。塗布手段としては、例えばスプレー法、フ
ローコーター法、ロールコーター法、刷毛塗りと言った
各種の手段を採用できる。そして、かかる手段により、
好ましくは乾燥後の厚さが5〜50μm、より好ましく
は10〜30μmとなるよう本発明のろう付用組成物が
Al材(例えば、Al製のフィン材あるいはAl製のチ
ューブ)の表面に塗布される。この塗布の為に用いられ
る溶剤は、例えばメタノール、エタノール、プロパノー
ル、イソプロピルアルコール、ペンタノールと言ったよ
うな炭素数1〜8の脂肪族アルコールを好ましい例とし
て挙げることが出来る。
【0014】そして、Al粉末とバインダとの配合割合
は、Al粉末/バインダが重量比で100/0.1〜1
00/100であることが好ましい。より好ましくは1
00/5〜100/20である。又、バインダと溶剤と
の配合割合は、バインダ/溶媒が重量比で100/10
0〜100/10000であることが好ましい。より好
ましくは100/500〜100/2000である。
【0015】ろう付に際しては、例えばKF−Al
3 ,RbF−AlF3 のようなフッ化物系のフラック
スが用いられる。勿論、この他のフラックスを用いても
良い。このようなフラックスの配合割合は、Al粉末/
フラックスが重量比で100/3〜100/50である
ことが好ましい。より好ましくは100/5〜100/
20である。尚、このフラックスは、最初からろう付用
組成物に含まれても良いし、あるいはろう付時に後から
添加しても良い。
【0016】本発明のろう付用組成物が塗布されるAl
材は、熱交換器を構成する部品、すなわちフィンであっ
てもチューブであっても良いが、チューブの表面に塗布
されることが好ましい。そして、ろう付用組成物が塗布
されたチューブとフィンとが組み合わされ、この後真空
雰囲気や不活性雰囲気下でのフラックスを用いたろう付
けにより接合され、熱交換器とされる。
【0017】本発明において、Al粉末中の酸素量を限
定した理由は、 酸化皮膜が殆ど形成されていない場合、すなわちO
量が0.02wt%未満の少なすぎる場合、Al粉末の
凝集が激しく、塗料化して塗布する際に所定の膜厚に制
御でき難い。 酸化皮膜が厚い場合、すなわちO量が0.25wt
%を越えて多すぎる場合、多量のフラックスを用いなけ
れば充分なろう付性が得られない。 適度な酸化皮膜によりフラックスの融点以上で初め
て粉末の酸化皮膜が除去され、母材の溶融(ろう付)が
開始される為、ろう材によるエロージョン現象(ろう材
による母材の浸食)が少なく、薄肉フィンを使用でき
る。 と言った特長が奏されるからである。
【0018】そして、このようなAl粉末を用いること
によって、熱交換器の製造に際してブレージングシート
を用いずとも済み、熱交換器のコストが低廉なものとな
る。かつ、クラッドフィンを必要としないことから、フ
ィンの薄肉化、重量低減、材料コストの低廉化が図れ、
又、治工具の損耗の低減等を図ることが出来る。以下、
具体的な実施例を挙げて説明する。
【0019】
【実施例】Al合金製の押出扁平多穴管の表面に、下記
の表−1に示されるろう付用組成物を塗布した。用いた
ろう付用組成物(ろう付塗料)は、100重量部で粒径
が25〜180μmのAl−Si系の合金粉末(ろう
材)と、5〜20重量部の平均分子量が10000のポ
リアクリル酸ブチル(バインダ)と、5〜12重量部の
KF−AlF3 (フラックス)と、50〜100重量部
のイソプロピルアルコール(溶剤)との混練物からなる
ものである。
【0020】 表−1 Al 合 金 粉 末(wt%) 粒径 バインダ 溶剤 フラックス Si Zn In O Al μm 量 量 量 実施例1 5.0 10.0 0.00 0.08 残部 25 20 100 5 実施例2 5.0 20.0 0.03 0.13 残部 32 15 100 8 実施例3 5.0 30.0 0.03 0.15 残部 44 12 100 10 実施例4 7.0 10.0 0.00 0.09 残部 32 15 100 5 実施例5 7.0 20.0 0.03 0.12 残部 44 12 100 8 実施例6 7.0 30.0 0.05 0.14 残部 53 10 80 10 実施例7 10.0 10.0 0.00 0.07 残部 180 5 50 5 実施例8 10.0 20.0 0.05 0.13 残部 150 5 50 8 実施例9 10.0 30.0 0.08 0.18 残部 120 7 80 10 実施例10 10.0 40.0 0.10 0.24 残部 100 7 80 12 実施例11 7.0 0.0 0.00 0.15 残部 32 15 100 12 実施例12 10.0 7.0 0.03 0.23 残部 120 7 50 12 比較例1 7.0 5.0 0.05 0.28 残部 75 10 80 12 比較例2 7.0 7.0 0.05 0.32 残部 150 5 50 12 比較例3 10.0 10.0 0.05 0.29 残部 100 10 80 12 比較例4 10.0 10.0 0.00 0.005 残部 250 5 50 12 又、Al合金製の押出扁平多穴管の表面に、下記の表−
2に示されるろう付用組成物(ろう付塗料)を塗布し
た。用いたろう付塗料は、100重量部で粒径が25〜
180μmのAl−Zn系の合金粉末(ろう材)と、1
0重量部で粒径が25〜180μmのSi粉末(純度9
9%)と、15重量部の平均分子量が10000のポリ
アクリル酸ブチル(バインダ)と、8重量部のKF−A
lF3 (フラックス)と、100重量部のイソプロピル
アルコール(溶剤)との混練物からなるものである。
【0021】 表−2 Al 合 金 粉 末(wt%) Si粉末 Zn In O Al 粒径(μm) 量 粒径(μm) 量 実施例13 20.0 0.03 0.12 残部 25 100 25 10 実施例14 30.0 0.08 0.18 残部 53 100 53 10 実施例15 40.0 0.10 0.24 残部 100 100 100 10 比較例5 5.0 0.05 0.28 残部 100 100 100 10 そして、上記ろう付用組成物が約100μm厚さ設けら
れた押出扁平多穴管に対してAl合金製のコルゲートフ
ィンを組み合わせ、窒素雰囲気下において約550℃〜
600℃で5分間保持してろう付を行った。
【0022】このようにして得られた熱交換器につい
て、フィンのろう付接合率、チューブ表面の耐食性及び
チューブの耐孔食性を調べたので、その結果を表−3に
示す。 表−3 ろう付接合率(%) 耐 食 性 耐孔食性 実施例1 97.0 ○ ○ 実施例2 98.5 ◎ ◎ 実施例3 99.2 ◎ ◎ 実施例4 97.3 ○ ○ 実施例5 97.8 ◎ ◎ 実施例6 98.9 ◎ ◎ 実施例7 98.1 ○ ○ 実施例8 98.6 ◎ ◎ 実施例9 97.4 ◎ ◎ 実施例10 95.2 ◎ ◎ 実施例11 97.1 × × 実施例12 95.0 × ×〜△ 実施例13 98.6 ◎ ◎ 実施例14 98.0 ◎ ◎ 実施例15 95.1 ◎ ◎ 比較例1 82.3 △ △ 比較例2 72.6 ×〜△ ×〜△ 比較例3 84.6 △〜○ △ 比較例4 96.0 ○ ○ 比較例5 89.0 ×〜△ ×〜△ ◎:非常に良い ○:良好 △:若干劣る ×:劣る これによれば、本発明になるものは、フィンとチューブ
との間のろう付性に優れていることが判る。特に、少量
のフラックスで充分なろう付けが得られている。
【0023】又、Znを10〜40wt%含有するアル
ミニウム合金の粉末が用いられた場合には、耐食性が優
れており、かつ、チューブに孔があきにくいものとなっ
ている。特に、Inを0.001〜0.1wt%含有す
るアルミニウム合金の粉末が用いられた場合には、耐食
性が一層優れており、かつ、チューブに孔が一層あきに
くいものとなっている。
【0024】そして、フラックスの使用量が少なくて済
むから、コストが低廉なものとなり、しかもろう付炉の
汚染、ろう付後の熱交換器における外観の悪化などの問
題が改善される。
【0025】
【効果】少ないフラックス量で良好なろう付性が得ら
れ、熱交換器の製造コストが低廉なものとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−179094(JP,A) 特開 平6−39586(JP,A) 特開 平3−106595(JP,A) 特開 平5−177386(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/22 B23K 35/363

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化皮膜形成されたアルミニウム又は
    アルミニウム合金の粉末と、バインダと、溶剤と、ろう
    付用フラックスとを含有し、 前記アルミニウム又はアルミニウム合金の粉末における
    O量は、0.02〜0.25wt%であり、 前記アルミニウム又はアルミニウム合金の粉末/バイン
    ダが重量比で100/0.1〜100/100であり、
    前記バインダ/溶剤が重量比で100/100〜100
    /10000であり、前記アルミニウム又はアルミニウ
    ム合金の粉末/ろう付用フラックスが重量比で100/
    3〜100/50である ことを特徴とするろう付用組成
    物。
  2. 【請求項2】 珪素の粉末を含有してなり、その量は、
    アルミニウム又はアルミニウム合金の粉末100重量部
    に対して5〜40重量部であることを特徴とする請求項
    1に記載のろう付用組成物。
  3. 【請求項3】 Siを含有するアルミニウム合金の粉末
    が用いられてなり、このアルミニウム合金におけるSi
    含有量は5〜11wt%であることを特徴とする請求項
    1又は請求項2に記載のろう付用組成物。
  4. 【請求項4】 Znを含有するアルミニウム合金の粉末
    が用いられてなり、このアルミニウム合金におけるZn
    含有量は10〜40wt%であることを特徴とする請求
    項1〜請求項3いずれかに記載のろう付用組成物。
  5. 【請求項5】 Inを含有するアルミニウム合金の粉末
    が用いられてなり、このアルミニウム合金におけるIn
    含有量は0.001〜0.1wt%であることを特徴と
    する請求項1〜請求項4いずれかに記載のろう付用組成
    物。
  6. 【請求項6】 粉末は、その粒径が10〜200μmの
    ものであることを特徴とする請求項1〜請求項5いずれ
    かに記載のろう付用組成物。
  7. 【請求項7】 請求項1〜請求項6いずれかに記載のろ
    う付用組成物が表面に設けられてなることを特徴とする
    Al系材料
  8. 【請求項8】 請求項1〜請求項6いずれかに記載のろ
    う付用組成物が表面に設けられたAl系材料からなる第
    1の熱交換器構成部品と、第2の熱交換器構成部品とが
    組み合わされ、フラックスを用いたろう付けにより接合
    されてなることを特徴とする熱交換器
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