JP2015025618A - アルミニウム製品の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面処理工程および乾燥工程を、ろう付け工程から一貫して行うことができるアルミニウム製品の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】ろう付け工程後に、ベーマイト処理工程として、ろう付け工程にて加熱されたワーク２２に処理液を噴霧して冷却する噴霧工程を含む。ろう付け工程後は、ろう付けするためにワーク２２は加熱されている。このように加熱された状態のワーク２２に処理液を噴霧して、水分子と接触させるとワーク２２の表面に耐食性のあるベーマイトに改質することができる。またワーク２２の熱によって噴霧した処理液を乾燥させることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の部品がろう付けされて構成されるアルミニウム製品の製造方法および製造装置に関する。

従来、熱交換器は、熱伝導性に優れるアルミニウムが用いられている。このような熱交換器の化成処理技術では、低ｐＨの酸、または高ｐＨのアルカリ、およびフッ素や窒素を含む化成処理液にワークを浸漬し、防錆皮膜を形成し、大量の排水を発生させていた。たとえば特許文献１に記載の熱交換器の処理技術では、アルミニウムをベーマイト処理して防錆性を高め、触媒金属を担持することが行われている。

特開２０１１−１１０４３８号公報

前述の特許文献１に記載の技術では、ベーマイト処理するために、常温のワークを熱水処理や蒸気接触工程で再度加熱処理する必要がある。さらに触媒担持工程では触媒を含む液にワークを浸漬処理し、ワークを乾燥させる工程が必要である。防錆金属を付着させるためには表面処理工程が必要であり、熱交換器のコア組み工程、ろう付け工程からの一貫ラインでの処理は不向きであった。また表面処理を省略すると、アルミニウムの腐食が問題となるため、表面処理工程が不可欠であった。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、表面処理工程および乾燥工程を、ろう付け工程から一貫して行うことができるアルミニウム製品の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム製品（２０）の製造方法であって、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部品（２２）を加熱して、予め部品に付着しているろうをろう付けするろう付け工程と、ろう付け工程後に、ろう付け工程にて加熱された部品が常温まで冷却される前に、部品に処理液を噴霧して冷却する噴霧工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム製品の製造方法である。

このような本発明に従えば、ろう付け工程後に、ろう付け工程にて加熱された部品に処理液を噴霧して冷却する噴霧工程を含む。ろう付け工程後は、ろう付けするために部品は加熱されている。このように加熱されて常温まで冷却される前の状態の部品に処理液を噴霧して、水分子と接触させると部品の表面を耐食性のあるベーマイトに改質することができる。処理液を噴霧するので、処理液に浸漬する場合に比べて排水の発生量を少なくすることができる。また処理液の噴霧時間を調整することによって、部品の温度低下を抑えて、部品が高温のまま噴霧工程を終えた場合には、部品の熱によって噴霧した処理液を乾燥させることができる。したがって乾燥も不要となる。これによって表面処理工程および乾燥工程を、ろう付け工程から一貫して行うことができ、製造時間を短縮化することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態の熱交換器の製造方法を示すフローチャートである。 製造装置１０を簡略化して示す図である。 ベーマイト処理工程を説明するための図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図３を用いて説明する。熱交換器２０は、内部を流れる流体と、外部を流れる流体、たとえば空気とが熱交換するように構成される。熱交換器２０は、少なくとも熱交換するコア部がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム製品である。

熱交換器２０は、使用用途によって、たとえばエバポレータ、コンデンサ、ラジエータおよびヒータコアと呼ばれる。熱交換器２０は、伝熱性に優れるアルミニウムからなる複数の部材２１を含んで構成される。複数の部材２１は、サイドプレート、タンク、チューブおよびフィンなどである。これらの部材２１は、非腐食性フラックスを用いたろう付け法（ノコロック法）、または真空雰囲気を利用したろう付け法（真空ろう付法）を用いてろう付けされる。

次に、熱交換器２０の製造方法に関して図１および図２を用いて説明する。熱交換器２０を製造するための部材２１などを準備がなされると熱交換器２０の製造が開始されて、図１のステップＳ１に移る。ステップＳ１では、コア組み工程が実施され、ステップＳ２に移る。コア組み工程では、サイドプレート、タンク、チューブおよびフィンなどの部材２１を所定の位置関係となるように組み付けて、複数の部材２１が組み付けられた部品であるワーク２２を構成する。

ステップＳ２では、ろう付け工程が実施され、ステップＳ３に移る。ろう付け工程では、ワーク２２を加熱して、予めワーク２２に付着しているろうをろう付けする。ろう付け工程では、複数の部材２１で組まれたワーク２２がろう付け装置であるろう付炉１１に投入され、たとえば約６００℃に加熱される。

ステップＳ３では、ベーマイト処理工程が実施され、本フローを終了する。ベーマイト処理工程では、ワーク２２の表面にベーマイト生成する処理である。具体的には、ベーマイト処理工程は、ろう付炉１１にて加熱されたワーク２２に処理液を噴霧して冷却する噴霧工程によって実現される。ステップＳ２にてろう付炉１１から取り出されたワーク２２は、６００℃以下の熱いワーク２２であり、低酸素の工程を経てきたため、アルミニウムからなるワーク２２の表面に酸化物が生成していない。この高温状態のワーク２２に処理液を片面あるいは両面に噴霧することで、アルミニウムの水酸化物であるベーマイトをワーク２２の表面に生成することができる。ワーク２２の表面をベーマイト化することで、ベーマイトの微細な表面性状により、表面処理を行わなくても耐食性が得られる。

このような熱交換器２０の製造方法によって、表面にベーマイトが生成された熱交換器２０が製造される。したがって熱交換器２０は、ワーク２２を加熱して予めワーク２２に付着されたろうがろう付けされたろう部分と、ろう部分を形成後に処理液を噴霧することによってワーク２２の少なくとも一部の表面に形成されたベーマイト層とを含む。

次に、ベーマイト処理工程に関して図３を用いてさらに説明する。ステップＳ１にて組み付けられた板状のワーク２２は、ベルトコンベアなどの移動手段１２によって、ろう付炉１１に送られる。板状のワーク２２は、たとえば面積が最大の面を下面にして、搬送される。ワーク２２は、ろう付炉１１内も移動手段１２によって止まることなく搬送され、継続して移動する。そして移動中に約６００度まで加熱されて、ろう付け工程が実施される。そしてろう付炉１１を出たワーク２２は、そのまま移動手段１２によって移動し続ける。そして図３に示すように、ろう付け工程によて加熱されたワーク２２が、そのまま移動して冷却装置である噴射ノズル１３の直下に移動し、噴射ノズル１３から処理液がワーク２２に対して噴霧される。

噴射ノズル１３は、ワーク２２の移動方向に対して交差する方向に延びる帯状の噴射領域に対して処理液を噴射する。噴射領域は、ワーク２２の幅方向（図３の紙面厚み方向）の全域を覆うような大きさである。したがってワーク２２が移動方向に対して移動することによって、ワーク２２の幅方向に延び、移動方向の一部の領域に処理液が噴霧され、ワーク２２が移動し続けることによって、領域が移動方向の先端から後端に移動する。これによってワーク２２の上面の全体が処理液によって噴射される。また図３では、処理液はワーク２２の上面だけに噴霧されているが、ワーク２２の上面だけでなく、ワーク２２の厚み方向の両面に向けて処理液を噴霧して冷却してもよい。

処理液は、たとえば水である。処理液には、耐食性金属の化合物または空気清浄触媒のいずれか含んでもよい。空気清浄触媒作用を持つ金属を熱交換器２０に付着させた場合は、熱交換器２０を使用時にコア部を通過する気体に含まれる成分を清浄することができる。空気清浄触媒は、たとえば、ＭｎＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、Ａｇ_２Ｏ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５、ＣｕＯおよびＭｏＯ_３からなる群から選択される少なくとも１種である。耐食性金属の化合物を付着させた場合は、熱交換器２０の腐食が抑制される。耐食性金属の化合物は、たとえば、Ｚｒ、ＶおよびＴｉから選択される。

処理液の噴射量は、ワーク２２の大きさおよび移動速度によって変更されるが、たとえば３６０Ｌ／分（６ｄｍ^３／ｓ）である。またワーク２２の移動速度は、たとえば５０ｍｍ／ｓである。処理液の温度は、常温である。ワーク２２を処理液で急激に冷やすと冷やされた部分とまだ冷やされていない部分との温度差によって歪みが発生するおそれがある。また処理液が高温であると処理液で部分的に加熱され、Ｓｉが表面に析出するおそれがある。したがって処理液は、常温（室温）に設定している。

処理液が噴霧される時間は、ワーク２２の温度が処理液の蒸発温度以上、たとえば摂氏１００度以上である間に行われる。換言すると、処理液の噴霧は、ワーク２２の温度が蒸発温度未満にならないうち、すなわちワーク２２の温度が蒸発温度以上で停止させる。または噴射ノズル１３を固定しワーク２２を動かす場合には、噴射ノズル１３の噴射領域を蒸発温度以上でワーク２２を通過させる。これによって噴射ノズル１３を通過後には、自熱でワーク２２に付着した処理液が乾燥するため、後段に乾燥工程が不要となる。また浸漬処理をする場合には排水が発生していたが、処理液を噴霧することによって排水の排出を可及的に少なくすることができる。

以上説明したように本実施形態の熱交換器２０の製造方法では、ろう付け工程後に、ベーマイト処理工程として、ろう付け工程にて加熱されて常温まで冷却される前のワーク２２に処理液を噴霧して冷却する噴霧工程を含む。ろう付け工程後は、ろう付けするためにワーク２２は加熱されている。このように加熱されて、高温状態のワーク２２に処理液を噴霧して、水分子と接触させるとワーク２２の表面に耐食性のあるベーマイトに改質することができる。処理液を噴霧するので、処理液に浸漬する場合に比べて排水の発生量を少なくすることができる。

また処理液の噴霧時間を調整することによって、ワーク２２の温度低下を抑えて、ワーク２２が高温のままベーマイト処理工程を終えた場合には、ワーク２２の熱によって噴霧した処理液を乾燥させることができる。これによって乾燥も不要となる。これによって表面処理工程および乾燥工程を、ろう付け工程から一貫して行うことができ、製造時間を短縮化することができる。したがって生産性を向上することができる。またろう付け工程から一貫して乾燥工程まで行われるので、製造装置１０の設置スペースを小さくすることができる。

また熱交換器２０の製造コストの低減のため表面処理を不要としたいという要望と、耐食性も得たいとう要望とは、トレードオフの関係にある。しかし本実施形態では、単に処理液の噴射によってアルミニウムの耐腐食性が向上するため、熱交換器２０のベーマイト処理を処理液の噴霧という簡単な処理によって実現して、耐食性を確保しつつ、高価な表面処理工程を不要にできる。

従来はろう付け工程の加熱エリアを過ぎた６００℃のワークを常温まで放熱冷却させて、常温になったワークを再度加熱してベーマイト処理していた。これに対して本実施形態では、ろう付直後の熱いワーク２２に水を霧状、または水蒸気を噴霧、または防錆効果のある金属または触媒作用を持つ金属を含む水を噴霧する。これによってアルミニウムの表面をベーマイト化させると共に、ベーマイト上に防錆金属や触媒を担持付着させることが熱源を省略して行うことが可能となる。

換言すると、本実施形態の製造方法では、ろう付け工程の加熱エリアを過ぎた冷却エリアにて、約６００℃以下の熱い状態のワーク２２に水を霧状に噴霧、または水蒸気を噴霧して高温で水分子と接触させている。これによって熱交換器２０のアルミニウムの表面を耐食性のあるベーマイトに排水を発生させないで改質することができる。またワーク２２への噴霧を蒸発温度以上、たとえば１００℃以上で停止すると自熱により照射した水が乾燥しワーク２２の乾燥も不要になる。噴霧する水に防錆効果や触媒作用のある金属塩を混合して噴霧すると、アルミニウムの表面にベーマイトを生成しながらこれらの金属を担持することができる。これによって従来、酸アルカリや化成液に浸漬処理しフッ素や窒素を含む排水を発生させていたが、排水レスの工程で防錆処理や触媒担持を行うことができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、アルミニウム製品は熱交換器２０であったが、熱交換器２０に限るものではなく、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部品を用いる製品であればよい。

前述の第１実施形態では、ワーク２２が移動して、順次、工程が流れ作業によって行われているが、ワーク２２が移動する製造方法および製造装置１０に限るものではない。たとえばワーク２２は固定されており、噴射ノズル１３がワーク２２に対して移動する構成であってもよい。

１０…製造装置
１１…ろう付炉（ろう付け装置）
１２…移動手段
１３…噴射ノズル（冷却装置）
２０…熱交換器（アルミニウム製品）
２１…部材
２２…ワーク（部品）

Claims (6)

1. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム製品（２０）の製造方法であって、
   アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部品（２２）を加熱して、予め前記部品に付着しているろうをろう付けするろう付け工程と、
   前記ろう付け工程後に、前記ろう付け工程にて加熱された前記部品が常温まで冷却される前に、前記部品に処理液を噴霧して冷却する噴霧工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム製品の製造方法。
2. 前記噴霧工程は、前記部品の温度が前記処理液の蒸発温度以上である間に行われることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム製品の製造方法。
3. 前記処理液は、水であり、
   前記処理液には、耐食性金属の化合物または空気清浄触媒のいずれか含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム製品の製造方法。
4. 前記アルミニウム製品は、熱交換器のコア部であり、
   前記部品は、複数の部材（２１）が組み付けられて構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアルミニウム製品の製造方法。
5. 前記部品は、板状であり、
   前記噴霧工程では、前記部品の厚み方向の両面に向けて前記処理液を噴霧して冷却することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のアルミニウム製品の製造方法。
6. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム製品の製造装置（１０）であって、
   アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部品を加熱して、予め前記部品に付着しているろうをろう付けするろう付け装置（１１）と、
   前記ろう付け後に、前記ろう付け装置にて加熱された前記部品が常温まで冷却される前に、前記部品に処理液を噴霧して冷却する冷却装置（１３）と、を含むことを特徴とするアルミニウム製品の製造装置。

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