JP4856846B2 - ろう付け性に優れた自動車熱交換器用樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はアルミニウム合金からなる材料、すなわち、アルミニウム材のろう付け（ブレージング）に使用されるアルミニウム材ろう付用金属粉末含有塗料が塗布されたアルミニウム扁平多穴管に関する。さらに、詳しくは、自動車用アルミニウム合金製エバポレーター、コンデンサー、ラジエーター等の熱交換器等を接合組立する際のろう付けに適するろう付け用金属粉末含有塗料が塗布された自動車熱交換器用樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管およびその製造方法に関する。

コンデンサーなどの自動車用アルミニウム熱交換器のろう付け接合は、通常、アルミニウム押出扁平多穴管とアルミニウム材にＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたブレージングシートを所定の接合形状に組付けた後、ろう付け温度に加熱することにより行われる。
この場合、十分な接合を行うためには、押出扁平多穴管およびアルミニウムブレージングシートのろう材面の表面に存在する強固なアルミニウム酸化物を破壊し、除去する必要があり、通常、フラックスを水またはアルコールに懸濁させてろう付け接合面にスプレー塗布し、溶媒を蒸発させた後、ろう付け作業が行われる。
近年、ろう付け直前のフラックス塗布作業を省略するために、予め、ろう付けすべき材料の表面にフラックス組成物やフラックスとろう材との混合組成物を塗布する（プレコート）方法や、プレコートするろう付け用組成物が特許文献１ないし５などに提案されている。

また、このようなプレコートの方法には、スプレー法、浸漬法、ロール転写法などの塗布方法があり、これらの方法では金属粉末が沈殿するので一定組成比の組成物を高速で塗布することが困難となりがちである。そこで、フラックス組成物やフラックスとろう材との混合組成物をロール転写法により連続的且つ高速で転写性および密着性良く均一にプレコートするために、組成物中の合成樹脂の種類や、組成物中でのフラックスやろう材と合成樹脂との重量比を特定したろう付け用組成物および有機溶剤の性状、塗料粘度を特定した製造方法が特許文献６に提案されている。
しかしながら、このような塗料組成および塗料性状のろう付け用組成物を通常のロール転写法により塗布した場合、連続的且つ高速で転写性および密着性良く均一にプレコートすることができず、一定組成比の組成物が安定して被覆された樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管が得られなかった。
特開平３−３５８７０号公報 特開平６−２８５６８１号公報 特開平６−５０４４８５号公報 特許第２６８１３８０号公報 特許第２６８１３８９号公報 特開平１１−２３９８６７号公報

本発明は、コンデンサーなどの自動車用アルミニウム熱交換器において使用されるアルミニウム押出扁平多穴管の表面にろう付けフラックス、ろう材などの金属粉末を含有する塗料をロール転写法により連続的且つ高速で均一性および密着性良くプレコートするために、組成物、組成物中での金属粉末の平均粒径と密度、アルミニウム扁平多穴管の表面粗さ、およびロールコーターの塗布方式について、種々研究を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、塗膜の均一性、密着性が良好で、十分なろう付け接着性をそなえた自動車熱交換器用アルミニウム扁平多穴管およびその製造方法を提供することにある。

本発明のろう付け性および油浸漬後の塗膜密着性に優れた自動車熱交換器用樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管の特徴とするところは、ろう付けフラックス（以下、フラックスという。）、ろう材などのろう付け用金属粉末、アクリル系樹脂および架橋剤を含有してなり、かつ金属粉末体積含有率（金属粉末とアクリル系樹脂と架橋剤の合計量（固形分）中の金属粉末の体積％）が５０％〜９０％であるろう付け用金属粉末含有樹脂塗料を、少なくとも一方の扁平面について、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上、十点平均粗さ（Ｒｚ）が３μｍ以上に表面粗度を調整したアルミニウム扁平多穴管の粗面化面に被覆したことにある。
また、本発明による自動車熱交換器用樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管の製造方法の特徴は、一つは、ろう付け用金属粉末含有塗料をトップフィード方式で供給し、リバース方式にてコーティングした後、乾燥することである。ろう付け用金属粉末含有樹脂塗料に含まれる金属粉末は、好ましくは平均粒径が２０μｍ以下で、その密度は４．０Ｍｇ/ｍ^３以下である。

本発明の樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管は、密着性及びろう付け性に優れており、自動車用熱交換器に好適に用いられる。また、本発明の樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管の製造方法によれば、金属粉末の含有量が高く、その分布が全面にわたって均一であり、ろう付け性に優れた樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管を製造することができる。

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明におけるろう付け用金属粉末含有樹脂塗料は、ろう付け用金属粉末としてフラックス単独またはフラックスとろう材を混合したもの、バインダーとしてアクリル系樹脂と架橋剤、さらに水及び有機溶剤を含有する。上記のろう付け用金属粉末とバインダーとしてのアクリル系樹脂および架橋剤は、水と有機溶剤によって塗料化される。ろう付け用金属粉末含有樹脂（ろう付け用金属粉末とアクリル系樹脂と架橋剤を合計した塗料の固形分）中のアクリル系樹脂の含有量は、好ましくは１０〜２０質量％、架橋剤の含有量は、好ましくは０．３〜２質量％である。塗料化するための水及び有機溶剤の量は特に制限はないが、前記固形分に対し１００〜２００質量％が好ましい。
上記フラックスは、アルミニウム部材の表面に存在する強固なアルミニウ酸化皮膜を還元し、除去するために必要であり、ＫＦ、ＡＩＦ_３、ＫＡＩＦ_４、ＫＡＩＦ_５、Ｋ_２ＡＩＦ_５、Ｋ_３ＡＩＦ_５、ＣｓＦ、ＲｂＦ、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｃａ_２Ｆ、ＫＺｎＦ_３などのフッ化物系フラックス、あるいはこれらを主成分とするものを使用することができる。

ろう材としては、ろう付け時にアルミニウムと共晶合金を生成する金属、例えばＳｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｇｅなどが使用できる。また、ろう付け時にアルミニウムと共晶合金を生成するこれらの金属とアルミニウムとの合金も使用することができ、これらの金属および合金のうちの１種以上が適用しうる。
バインダーとしては、アクリル系樹脂と架橋剤を含有してなるものを用いる。アクリル系樹脂としては、ポリメタアクリル酸エステルなどの高分子重合体がある。架橋剤としては、ブロックイソシアネート、オキサゾリン基含有ポリマーなどがある。これらのバインダーは、ろう付け温度において揮発するものである。

本発明における樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管の製造は、アルミニウム扁平多穴管の少なくとも一方の扁平面の表面粗度を調整し、その表面粗度を調整した面（粗面化面）にろう付け用金属粉末としてフラックス単独またはフラックスとろう材を混合したもの（単に金属粉末ともいう）を含有してなるろう付け用金属粉末含有樹脂塗料を３ロール方式にてロールコーティングし、その後にコーティングした面を乾燥することにより行われる。
アルミニウム扁平多穴管の扁平面の表面粗度は、中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上、十点平均粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以上である。さらに、中心線平均粗さ（Ｒａ）は０．６μｍ以上、十点平均粗さ（Ｒｚ）は４．０μｍ以上であることが好ましい。Ｒａが０．４μｍ未満またはＲｚが３．０μｍ未満では、表面の粗さが十分でなく、アンカー効果も期待できず密着性が劣る。表面粗度の上限は、特に制限しないが、Ｒａ及びＲｚが過度に大きい場合、ロールコーター塗装時にアプリケーターロールへ損傷を与え易く、ロール交換の頻度が高くなり実用上、経済的でないなどの問題が起こる。従って、特に制限はしないものの、上限は（Ｒａ）については２μｍ、（Ｒｚ）については１０μｍ程度である。所望の表面粗さを得る方法としては、素材表面をブラスト処理により粗面化する方法、電気化学的にエッチングする方法等いずれでも良い。

塗料中の金属粉末は、平均粒径が２０μｍ以下、密度が４．０Ｍｇ/ｍ^３以下であることが好ましい。密度が４．０Ｍｇ/ｍ^３を超える場合、または平均粒径が２０μｍを超える場合、トップフィード方式で塗装すると、比較的重い粒子も均一に素材表面に塗布されるものの、乾燥完了までの間に金属粉末が塗装被膜中で沈殿する。塗装被膜の表面近くはバインダー成分リッチとなり、素材との界面の近くは金属粉末リッチになり、ろう付け性が低下する。乾燥後の塗装被膜の好ましい付着量は、金属粉末がフラックスのみを含む場合は３〜２０ｇ／ｍ^２、金属粉末がフラックスとろう材を含む場合は５〜３０ｇ／ｍ^２である。
３ロール塗装方法としては、トップフィード方式が好ましい。図１にトップフィード方式の模式図を示す。同図において、符号ａはロールの回転方向を示す矢印、符号ｂは扁平多穴管（コイル）の進行する方向を示す矢印である。なお、後続する他の図面についても、相当するものは同じ符号で示す。図１において、ミータリングロール１とピックアップロール２との間に上方から供給した塗料５をアプリケーターロール３へ転写させ、さらにアプリケーターロールで扁平多穴管６の扁平面にロールコーティングする。図示のようにトップフィード方式によればコーターパンを要せず、塗料を溜めることがないので金属粉末の沈殿が起こらず、金属粉末を高濃度で含む塗料を安定して塗布することができる。この方式を適用することにより、本発明の目的とするろう付け性に優れた自動車用熱交換器用樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管を製造することができる。さらに、このトップフィード方式には、ナチュラルコーティング(アプリケーターロールの回転方向が扁平多穴管の移送方向と同じ)とリバースコーティング（アプリケーターロールの回転方向が扁平多穴管の移送方向と逆）とがあるが、リバースコーティングが好ましい。ナチュラルコーティングでは、塗装外観が悪くなり結果として塗膜の均一性が損なわれ、ろう付け性が低下しがちである。本発明において、上記方法により塗料を塗布した後、常法によって乾燥を行う。乾燥は、好ましくは扁平多穴管が乾燥設備通過時において到達する最高温度（ＰＭＴ）である１００〜２００℃で行われる。

以下実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
＜本発明例１〜７および比較例１〜４＞
コンフォーム押出法により押出されたＡ１０５０アルミニウム合金製扁平多穴管（１９穴、幅１６ｍｍ、高さ１．８ｍｍ、穴寸法１．０ｍｍ×０．６ｍｍ、肉厚０．３ｍｍ）の一方の扁平面の表面粗度を調整し、ろう付け用金属粉末含有樹脂塗料で、図１に示すようなトップフィード−リバース３ロール方式により扁平多穴管コイルをコートした。このときの諸条件を表１に示す。つづいて、通常の焼付処理を行い（ＰＭＴ：１５０℃）、金属粉末がフラックスのみである塗料は、乾燥塗膜の付着量５．０ｇ／ｍ^２、金属粉末がフラックスとろう材を含む塗料は、乾燥塗膜の付着量１０．０ｇ／ｍ^２である金属粉末含有樹脂層を形成せしめた。樹脂成分としてはアクリル系樹脂９８．５質量％に対し架橋剤としてのオキサゾリン基含有ポリマー１．５質量％を含むものを使用した。塗料中の金属粉末と樹脂成分の割合は固形分中の金属粉末体積含有率が下記表１に示す量になるように調整した。

得られた樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管の密着性、ろう付け性を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
密着性（１）：得られた樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管について、ＪＩＳ Ｋ ５４００ による鉛筆引っかき試験方法に基づき、被膜の剥がれる鉛筆硬度を調べた。
密着性（２）：得られた樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管について、加工油（タイタンプレス：豊田ケミカルエンジニアリング社製）に一週間浸漬し、上記と同様にＪＩＳ Ｋ ５４００ の鉛筆引っかき試験を行い、鉛筆硬度を測定した。
ろう付け性：得られた樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管とアルミニウムブレージングシート（ＢＳ．厚さ７０μｍ、芯材：Ａ３１０３合金、皮材：Ａ４０４５合金）またはＡ３００３アルミニウム合金板を蛇行状に成形してなるコルゲート部材（コルゲートフィン）を当接し、窒素ガス雰囲気中で６００℃で３分間保持してろう付け接合を行い、ろう付け性について評価した。ろう付け性の評価はコルゲートフィンとのろう付け接合を行った後、フィンを剥がしフィンの接着率を測定することにより行った。

＜本発明例８〜１４および比較例５〜１０＞
アルミニウム合金製扁平多穴管コイルに表２に示す方法で塗装し、金属粉末がフラックスのみである塗料は、乾燥塗膜の付着量１０．０ｇ／ｍ^２、金属粉末がフラックスとろう材からなる塗料は乾燥塗膜の付着量２０．０ｇ／ｍ^２の金属粉末含有樹脂層を形成した。このとき、塗料に添加したフラックス、ろう材の種類と量、樹脂層に含有されたフラックスおよびろう材の含有量について表２に示す。なお、サンプルは、塗装開始後３０分の時点で採取した。このシリーズでは塗料転写方法を変えて、その影響を調べた。採用した種々の転写方法を図１、図２、図３および図４に示す。得られた樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管の密着性およびろう付け性について、本発明例１〜７と同じ方法で評価した。結果を表２に示す。表２の結果から分かるように、トップフィード−リバースコーティングによるとフラックス、ろう材を高濃度に含む樹脂層が安定して得られるのに対し、ボトムアップ−リバースコーティングでは、短時間でフラックスやろう材がコーターパン４中で沈降してしまうので、長時間の塗装の場合はフラックス、ろう材の含有量が安定した樹脂層を得ることができなかった。また、トップフィード−ナチュラルコーティングでは、金属粉末の沈降に対しては効果があるが、塗膜外観に関して模様が見られ、金属粉末の分布が均一でないため、ろう付け性が低下した。

以上の結果より、本発明例である樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管は、密着性、ろう付け性に優れており、また、本発明の製造方法によれば、そのような密着性、ろう付け性に優れた樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管を得ることが出来る。本発明例１１〜１４は、金属粉末の平均粒径あるいは密度が比較的大きいので、本発明例８〜１０に比べて、ろう付け性が若干劣る。
これに対して、比較例Ｎｏ．１〜１０のうちＮｏ.１、２、３および４はアルミニウム扁平多穴管の扁平面の表面粗度が小さいため、本発明例に比べ密着性が劣っていた。Ｎｏ．２−ａは金属粉末含有率が低すぎて、ろう付け性に劣り、Ｎｏ．２−ｂは金属粉末含有率が高すぎて、密着性に劣る。Ｎｏ．６〜８とＮｏ．１０はボトムアップ方式で塗料を供給したため、コーターパンで金属粉末の沈殿が観察され、樹脂層中の金属粉末含有量が不足し、十分なろう付け性が得られなかった。Ｎｏ．５および９は、ナチュラル方式でロール転写したため、塗膜中の金属粉末の分布が均一でなくなり、ろう付け性が劣っていた。

トップフィード−リバース方式による３ロール塗装方法の模式図である。 トップフィード−ナチュラル方式による２ロール塗装方法の模式図である。 ボトムアップ−リバース方式による２ロール塗装方法の模式図である。 ボトムアップ−ナチュラル方式による３ロール塗装方法の模式図である。

符号の説明

１ ミータリングロール
２ ピックアップロール
３ アプリケーターロール
４ コーターパン
５ 塗料
６ 扁平多穴管（コイル）
ａ ロールの回転方向を示す矢印
ｂ 扁平多穴管（コイル）の進行方向を示す矢印

Claims (3)

1. フラックス及びろう材を含むろう付け用金属粉末、アクリル系樹脂および架橋剤を含有してなり、固形分中の金属粉末体積含有率が５０％〜９０％であるろう付け用金属粉末含有樹脂塗料を、少なくとも一方の扁平面について中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上、かつ十点平均粗さ（Ｒｚ）が３μｍ以上に表面粗度を調整したアルミニウム扁平多穴管の粗面化面に被覆硬化させたことを特徴とする、ろう付け性で、油浸漬後の塗膜密着性がＪＩＳ Ｋ ５４００による鉛筆引っかき試験による鉛筆硬度でＢ〜２Ｈである自動車熱交換器用樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管。
2. 前記アルミニウム扁平多穴管の粗面化面は、前記ろう付け用金属粉末含有樹脂を、乾燥後の付着量として３〜３０ｇ／ｍ^２で被覆したことを特徴とする、請求項１記載のろう付け性および油浸漬後の塗膜密着性に優れた自動車熱交換器用樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管。
3. 前記ろう付け用金属粉末は、その平均粒径が２０μｍ以下で、その密度が４．０Ｍｇ／ｍ^３以下であり、水および有機溶剤で塗料化した前記ろう付け用金属粉末含有樹脂の塗料をトップフィード方式で供給し、リバース方式にてコーティングした後、乾燥することを特徴とする、請求項１又は２記載のろう付け性および油浸漬後の塗膜密着性に優れた自動車熱交換器用樹脂被覆アルミニウム扁平多穴管の製造方法。
   

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