JP5241463B2 - 乾式適用のためのフラックス - Google Patents

Description

本発明は乾式適用のために使用可能なフラックス及びはんだ付用フラックスとしてのその使用に関する。

長年の間、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる構成部品、特に自動車工業のための熱交換体をアルカリフルオロアルミネートをベースとするフラックスを使用して互いにはんだ付けすることは公知である。更に通常はフラックスを水性懸濁液として熱交換体上に噴霧する。はんだ又ははんだを形成する前駆体、例えばケイ素粉末又はカリウムフルオロシリケートの存在下に、フラックスの融点より高い温度に構成部品を加熱することによって安定な非腐蝕性の結合が形成する。しかもＤＥ−ＯＳ１９７４９０４２号から、このプロセスにおいて生じる排水を循環させることができる方法は公知になっている。しかしながら別のプロセスパラメータが重要である：フラックススラリーの濃度を制御せねばならない、熱交換体を加熱の前に乾燥させねばならない、同様に循環されるフラックススラリーが汚染されることがある。これらの欠点は、フラックスを接合させるべき構成部品に乾式で施与する場合に回避できる。これは“乾式フラックス塗布法”のケースである。更に乾式フラックス粉末を静電的に構成部品に施与する。スラリーを製造する必要がないこと、スラリーの濃度を制御する必要がないこと、構成部品のための別個の乾燥段階を設ける必要がないこと、及び排水が生じないことが有利である。
ＤＥ−ＯＳ１９７４９０４２号公報

本発明の課題はアルカリフルオロアルミネートをベースとし、気圧的に良好に促すことができ、良好に乾式に噴霧でき、かつ噴霧された構成部品に良好に付着し、ひいては乾式適用のための方法（“乾式フラックス塗布”）のために適当なフラックスを提供することである。

本発明は、アルカリフルオロアルミネートフラックスの粒度もしくは粒度分布が気圧的操作、噴霧可能性及びフラックス粒子の構成部品への付着可能性に影響を有するという認識に基づくものである。小さい方の粒子及び大きい方の粒子をフラックス中に含有し、その比を規定のように制御することが有利であると判明した。

本発明による乾式適用（“環式フラックス塗布”）のために使用可能なアルカリフルオロアルミネートをベースとするフラックスは、粒子の容積分布が実質的に図１０の曲線１及び２の範囲内にあることを特徴とする。粒度分布はレーザー回折によって測定した。

有利なフラックスにおいて、粒子の容積分布は実質的に図１１の曲線１及び２の範囲内にある。

図１０は、本発明の範囲内の使用可能な粉末の容積分布曲線に関する下限（曲線１）及び上限（曲線２）を示している。これは、粒度に対する累積して施与された粉末の％での容積分布である。累積容積分布が図１０の曲線１及び２の上又はその範囲内にあるフラックス粉末は本発明の範囲内の粉末である。

図１０の曲線１及び２の粒度に対する累積容積分布を以下の表Ａにまとめる。

表Ａ：図１０の曲線１及び２の粒度に対する累積容積分布

読み取り例：容積の４０％は１２．５μｍ未満の直径を有する粒子に割り当てられる。

図１１の曲線１及び２の上又はその範囲内の累積容積分布を有するフラックスは特に有利な乾式フラックス塗布性を有することが確認された。表Ｂは図１１の曲線１及び２の粒度に対する累積容積分布の数値を示している。

表Ｂ：図１１の曲線１及び２の粒度の累積容積分布

本発明による材料は不所望の粒子分の篩い分け、種々の粒度分布を有する材料の混合によって得ることができる。

噴霧係数は、有利には２５、より有利には３５、特に４５以上であり、その場合に規定される比Ｈ_流動：Ｈ_０は少なくとも１．０５である。噴霧係数のための上限は８５、有利には８３．５である。噴霧係数及びＨ_流動：Ｈ_０（膨張粉末対未膨張粉末の高さ）の比の調査を更に以下に記載する。

本発明による材料は乾式フラックス塗布法におけるフラックスとして使用するために非常に良好に適当である。この場合、粉末は貯蔵容器から圧縮空気又は窒素によって“スプレーキャノン”中にもたらされ、そこで静電的に負荷される。次いで粉末はスプレーキャノンの噴霧ヘッドを通り、はんだ付けされるべき構成部品上に衝突する。次いではんだ付けされるべき構成部品を場合により接合下にはんだ炉中で主に窒素に関する不活性ガス下に、又は火炎はんだ付けによってはんだ付けする。

本発明による粉末は、公知のフラックスに対して応用技術的利点を有する。例えば、該粉末は非常に良好な流動性を有する。これは、選択された粒度の分布に起因する。この良好な流動性は、閉塞（“ビルドアップ”）の傾向を減少させることに導く。外材料は非常に良好に荷電できる。該材料ははんだ付けされるべき構成部品上に非常に良好に付着する。材料流は非常に均一である。

本発明を以下の実施例をもとに説明するが、それに制限されるものではない。

容積分布の規定

システム：シンパテック（Sympatec）ＨＥＬＯＳ
製造元：シンパテックＧｍｂＨ、システム−パーティケル−テヒニーク（System-Partikel-Technik）
構成： レーザー回折による固体の粒度分布の規定のための測定装置。

該装置は以下の構成要素からなる：
ビーム形成に関するレーザー光源、測定されるべき粒子がレーザー光と相互作用する測定領域、回折されたレーザー光の角分散を光検出器において位置分散に変換する映写レンズ、オートフォーカスユニットを有する多素子光検出器及び測定された強度分布をデジタル化する後接続された電子機器。

粒度分布の計算はソフトウェアＷＩＮＤＯＸによって実施する。原理は回折パターン（フラウンホッヒャーによる）の測定された強度分布の評価に基づく。本願の場合にはＨＲＬＤ（高解像度レーザー回折）である。非球形粒子の粒度は回折が同じ球の等価直径分布として示される。測定の前に、凝集物を個々の粒子に分解せねばならない。測定のために必要な粉末のエーロゾルは分散装置、本願ではシステムＲＯＤＯＳ中で製造する。分散装置への粉末の均一な供給は振動コンベヤ（ＶＩＢＲＩ）によって実施する。

測定領域：０．４５．．．８７．５μｍ
評価：ＨＲＬＤ（バージョン３．３ Ｒｅｌ．１）
試料の密度：
設定：１ｇ／ｃｍ^３
形状係数：１の複素屈折率ｍ＝ｎ−ｉｋ；ｎ＝１；ｉ＝０
評価：
ｘはμｍでの粒径である。

Ｑ^３は記載された直径までの粒子の％での累積容量部である。

ｑ^３は粒径ｘの場合の密度分布である。

ｘ10は累積容量部１０％が達成される粒径である。

ｃ＿ｏｐｔは測定の場合に生じる光学濃度（エーロゾル密度）である。

出発材料：
異なる粒度分布を有するカリウムフルオロアルミネートからなる２種の粉末を乾式フラックス塗布のための特性に関して調査した。これらの粉末は不所望な粒群の篩い分けによって得られる。以下に粒度分布（容積分布）を表にまとめている。粉末１（“大きい方の”材料）の粒度分布は図１に、粉末２（“微細な”材料）の粒度は図２に見られる。

まず粉末１もしくは２及び両者の規定の混合物の流動化流動性並びに流動性を調査した。

使用される装置及び実施
粉末流動化流動性及び粉末流動性の調査のための１つの測定装置（ビンクス−ザーメス（Binks-Sames）粉末流動化インジケーターＡＳ１００−４５１１９５）を振動装置（フリッチュ（Fritsch）Ｌ−２４）に取り付けた。測定装置は床に多孔質膜を有する流動化シリンダを有する。それぞれ調査されるべき２５０ｇの粉末をシリンダ中に導入し、振動ユニットを接続し、乾式窒素の均質な（流量計による制御）流れを多孔質膜を通して粉末中に導入した。粉末を膨張させ；平衡調節のためにガスを１分間作用させた。膨張前及び膨張後の高さの測定によって、それぞれの粉末の流動化流動性を調査できる。

それぞれの粉末の流動化流動性及び流動性をいわゆる“噴霧係数”を介して調査した。噴霧係数は膨張係数（流動化流動性）及び粉末の質量流量（流動性）の組合せである。噴霧係数は乾式フラックス塗布使用のために重要な係数を示している。これは以下のように規定した：既に前記のように、それぞれ調査されるべき粉末を流動化シリンダ中で膨張させた。３０秒間、シリンダの側部に取り付けられた穴を設け、該穴を通してシリンダを通過する粉末をビーカガラスに受容し、秤量した。受容された粉末の質量の０．５分の単位時間に対する比を以下に“噴霧係数”とする。説明のために、非常に良好に流動化可能な流動性の粉末が１４０の噴霧係数を有することを言及する。非常に膨張性が悪く流動性が悪い粉末は、例えば噴霧係数７である。以下の第３表においては調査された噴霧係数を純粋な粉末１、純粋な粉末２及び粉末１を９０、８０、７０．．．１０質量％で残りを粉末２で１００質量％にしたその間にある混合物に関して示している。

試験において、約４５ｇ／０．５分より大きい噴霧係数で良好な流動挙動が生じることが確認された。

また噴霧係数は以下のように計算できる：
ａ）膨張係数（ｃｍ／ｃｍ）を計算する：
Ｈ_流動：Ｈ_流動に関するＨ_０＝膨張した粉末の高さ、
Ｈ_０＝流動化されていない粉末の高さ、振動器停止及び窒素供給停止
直径にわたって分配された測定点のそれぞれ５つの測定から平均を決める。

ｂ）（ｇ／０．５分）での粉末の流動：
０．５分間で穴から流れる粉末の質量を１０つの測定値からメジアン値として規定する。

メジアンの計算：
メジアンｍ＝ｍ_５＜ｍ_３＜ｍ_１＜ｍ_７＜ｍ_９＜ｍ_２＜ｍ_４＜ｍ_８＜ｍ_１０＜ｍ_６での１０の個々の測定値に関するｍ_９＋ｍ_２／２
噴霧係数Ｒ_ｍはＲ_ｍ（ｇ／０．５分）＝ｍ（ｇ／０．５分）・膨張係数である。

驚くべきことに、噴霧係数は粉末混合物の組成に関して非線形に変化するが、該係数は試料１の割合の約８０〜９０％の範囲で大きな特性の飛躍を有する。これは図３に図示している。ｇ／０．５分での噴霧係数を混合物中の粉末１の百分率に対して提供している。これは粉末中での微細成分の含量が流動性に大きな影響を有することを証明している。

粒度分布に依存するアルミニウム構成部品への付着性の調査
付着性を、調査された粉末の乾燥フラックス塗布における技術的使用可能性を良好に推測可能にする非常に簡単な方法によって試験した。

０．５ｍ×０．５ｍの広さの平坦な正方形のアルミニウム板を一方の側に静電的に調査されるべき乾式フラックス粉末を噴霧によって被覆した。フラックスの負荷を秤量し、次いで該板を垂直位置で５ｃｍの高さから床に落下させ、フラックスの損失を最初のフラックス負荷の百分率として記録した。粉末についてそれぞれ１０の測定を実施した。付着の悪い粉末は本発明による粉末（粉末３及び粉末４を参照）を使用する場合の低い質量損失と比較して、比較的高い質量損失を示した。

実践に近い条件下での調査
２つの異なる装置を使用した。一方の装置はＮｏｒｄｓｏｎ社のフラックス施与装置（“フラクシングブース”）であり、半連続的な実施のために適当である。装置のサイズ：２１６ｃｍの高さ、１４３ｃｍの幅、２７０ｃｍの深さ。重要な構成部品は貯蔵容器、噴霧塔、２つのフィルタカートリッジ及び制御装置である。フラックス塗布されるべき構成部品を手動で前後に動作させることができる火格子に配置した。噴霧塔は自動的に左から右に動き、約２１秒の間隔で元に戻る（６５ｃｍに対して２１秒間、すなわち速度は３．１ｃｍ／秒であった）。

第２のフラックス塗布装置として、前記システム中でＩＴＷ／Ｇｅｍａの容器を噴霧塔及び制御装置と一緒に取り付けた。

噴霧ヘッドと火格子との間の距離は３４ｃｍであった。

作業原理：
Ｎｏｒｄｓｏｎ社の容器は、フラックスをベンチュリポンプ及び供給管を介して噴霧塔に導入するために粉末流動化の原理を利用した。容器中の撹拌装置又は振盪装置はフラックスの流動化を補助する。

ＩＴＷ／Ｇｅｍａのシステムは、粉末を機械的に漏斗に運ぶためにスクリューコンベヤ（ヘリックス スクリュー コンベヤ）を有する容器を有する。ベンチュリポンプはフラックスを管を通してスプレーキャノン中に送る。

ＩＴＷ／Ｇｅｍａのシステムに振動器を複数の位置に設置して、フラックスによる閉塞を回避した。噴霧塔は粉末の負荷のために１００ｋＶで作動した。

実施例で生じた粉末をＮｏｒｄｓｏｎもしくはＩＴＷ／Ｇｅｍａによる装置中で使用して、フラックス輸送及び噴霧プロセスの均一性及び試験体の負荷（４．８ｍ^２の表面積を有する熱交換体）を調査した。次いで、制御装置を空気流もしくはスクリュー速度に関して、約５ｇ／ｍ^２のフラックス負荷が達成されるように調整した。引き続き実験を３０分間、装置の設定を変更せずに継続した。２〜４分の間隔で試験体を火格子上に、フラックスの噴霧の目的のために配置し、次いでフラックス負荷の測定のために秤量した。各試験列は１０又は１１の測定を含んでいた。これらの結果を第４表にまとめる。

第４表：３０分試験、熱交換体上のフラックス負荷

図４〜図７において、Ｎｏｒｄｓｏｎ装置もしくはＩＴＷ／Ｇｅｍａ装置に関して粉末１もしくは粉末２についての時間に対してフラックス負荷を図示した。粉末２に関しては、Ｎｏｒｄｓｏｎ装置中で噴霧ヘッドを定期的に空吹きして、閉塞を回避せねばならなかった。

前記のような３０分試験調査を他の粉末に関しても調査した。粉末３は以下の特性を有していた：５９．２５の測定されたＲ_ｍの値；Ｈ_流動：Ｈ_０（ｍｍ／ｍｍ）＝１．１１；１１．５％の付着損失；及び以下の粒度分布：全ての粒子の９０％が＜３５．１５μｍのサイズを示し、全ての粒子の５０％が＜９．７６μｍのサイズを示し、全ての粒子の１０％が＜１．３５μｍのサイズを示した。粒度分布のピーク極大は５μｍであり、２番目に大きなピークは２０μｍであった。粉末の合計された容積分布を図５及び図６に良好に使用可能な粉末のための例として示した。この材料はＮｏｒｄｓｏｎ装置でもＩＴＷ／Ｇｅｍａ装置でも非常に良好な結果を提供した。装置において“スロップ”は認めることができず、噴霧ヘッドの吹き出しも必要としない。形成された層は“非常に美しかった”。時間に対するフラックス負荷を図８に示した。他の材料は粉末４であり、これはＲ_ｍ＝８２．８５の噴霧係数を示し；Ｈ_流動：Ｈ_０は１．１０であり；付着試験での損失は１６．７％であり；粒度分布：全ての粒子の９０％が２８．６μｍの直径を有し；全ての粒子の５０％が８．９μｍの直径を有し；全ての粒子の１０％が１．６７μｍ未満の直径を有し；粒度分布は９．５並びに２０μｍでピークを示す。またこの材料も優れた結果を提供した。図９は熱交換体上での粉末４でのフラックス負荷の均一性を時間に対して示している。

許容できる結果は以下のカリウムフルオロアルミネート−粉末５によっても達成された：Ｒ_ｍ＝４６．９９；比Ｈ_流動：Ｈ_０＝１．０５、負荷損失：６．３９％、粒度分布：全ての粒子の９０％ ＜１９．８４μｍ、全ての粒子の５０％ ７．７μｍ；全ての粒子の１０％ ＜１．１６μｍ、粒度分布の極大ピークは１３であった。

図１は粉末１の粒度分布を示している。 図２は粉末２の粒度分布を示している。 図３は粉末係数Ｒｍの粉末１もしくは粉末２の割合への依存を示している。 図４は粉末１の場合のＮｏｒｄｓｏｎ装置を使用したフラックス負荷の時間に対するグラフを示している。 図５は粉末２の場合のＮｏｒｄｓｏｎ装置を使用したフラックス負荷の時間に対するグラフを示している。 図６は粉末１の場合のＩＴＷ／Ｇｅｍａ装置を使用したフラックス負荷の時間に対するグラフを示している。 図７は粉末２の場合のＩＴＷ／Ｇｅｍａ装置を使用したフラックス負荷の時間に対するグラフを示している。 図８は粉末３の場合のＮｏｒｄｓｏｎ装置及びＩＴＷ／Ｇｅｍａ装置を使用したフラックス負荷の時間に対する比較を示すグラフである。 図９は粉末４の場合のＩＴＷ／Ｇｅｍａ装置を使用したフラックス負荷の時間に対するグラフを示している。 図１０は、本発明の範囲内の使用可能な粉末の容積分布曲線を示している。 図１１は、本発明の範囲内の使用可能な粉末の容積分布曲線を示している。

Claims (4)

1. 乾式フラックス塗布用のアルカリフルオロアルミネートをベースとするフラックスであって、２５〜８５の噴霧係数を有するフラックス。
2. ４５以上の噴霧係数を有する、請求項１記載のフラックス。
3. カリウムフルオロアルミネートをベースとする、請求項１記載のフラックス。
4. アルミニウム又はアルミニウム合金のはんだ付け方法であって、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のフラックスを、はんだ付けされるべき部品に乾式かつ静電的に塗布し、該部品を加熱下にはんだ付けする方法。

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