JPH08192263A - ろう付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粉末ろう材を用いた場合に、製品の耐蝕性に
富む技術を提供することを目的とする。 【構成】 犠牲陽極効果を奏する成分を有する粉末ろう
材を用いたろう付け方法であって、ろう付けの為の加熱
に際し、ろう付け温度に昇温させる途中のろう付け温度
より低い所定の温度で一時的に昇温を停止、あるいは所
定の温度から前記昇温速度より遅い昇温速度でろう付け
温度に加熱するろう付け方法。

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の製造
に際して用いるろう付け技術に関する。

【０００２】

【発明の背景】アルミニウム又はアルミニウム合金（以
下、Ａｌ）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、これを所定の形状に組み立て、ろう付けすることに
より製造されている。しかし、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
しい。更に、薄肉化できない為に、熱交換器の小型・軽
量化が図れ難い。

【０００３】そこで、かかる問題点を解決する為、本願
出願人により、ろう材を粉末にし、これをバインダでＡ
ｌ材料表面に塗布することが提案されるに至った。この
粉末ろう材は、熱交換器の耐蝕性を向上させる為、通
常、Ｚｎ等の犠牲陽極効果を奏する成分を持っている。
そして、ろう付け加熱中に、ろう材中のＺｎ成分がＡｌ
材料（チューブあるいはフィン）表面に拡散し、耐蝕性
が向上する。

【０００４】ところで、ブレージングシートの場合に
は、この耐蝕性向上効果が予想通りであるのに対して、
粉末ろう材を用いた場合には、この耐蝕性向上効果が予
想した程でないことが判って来た。

【０００５】

【発明の開示】前記粉末ろう材を用いた場合の耐蝕性向
上効果についての研究を鋭意押し進めて行くうちに、次
のことが判った。すなわち、ブレージングシートの場合
には、ろう材層と芯材とが面で接触していることから、
ろう材から芯材へのＺｎの拡散は活発に起きる。従っ
て、犠牲陽極効果を奏するＺｎ拡散層が確実に形成され
ている。

【０００６】しかしながら、粉末ろう材を用いた場合に
は、ろう材と芯材とは、面でなく、点で接触しているに
過ぎない。この為、粉末ろう材から芯材へのＺｎの拡散
が起き難い。従って、犠牲陽極効果を奏するＺｎ拡散層
の形成が、ブレージングシートの場合に比べると、劣っ
ていた。特に、ろう付け温度までの昇温速度が速いと、
Ｚｎの拡散が不充分であることが判った。

【０００７】しかも、ろう付け時に溶融したろう材は毛
管現象により移動してフィレットを形成する為、Ａｌ材
料表面にろう材が多い部分と少ない部分とが出来、Ｚｎ
濃度にバラツキが生じる。従って、Ｚｎ拡散層の形成が
場所によって異なり、フィレット部分はＡｌ材料中に拡
散しなかった高濃度のＺｎが残る為、腐食速度が速ま
り、ろうが流れた後のＺｎが少ない部分は孔食が発生し
易い等の問題もあることが判った。

【０００８】上記の問題点に対する検討を鋭意押し進め
て行くうちに、Ｚｎの拡散を担保できる時間を設けてや
れば良いことに気付いた。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、粉末ろう材を
用いた場合に、製品の耐蝕性に富む技術を提供すること
を目的とする。この本発明の目的は、犠牲陽極効果を奏
する成分を有する粉末ろう材を用いたろう付け方法であ
って、ろう付けの為の加熱に際し、ろう付け温度に昇温
させる途中のろう付け温度より低い所定の温度で一時的
に昇温を停止することを特徴とするろう付け方法によっ
て達成される。

【０００９】特に、犠牲陽極効果を奏する成分を有する
粉末ろう材を用いたろう付け方法であって、ろう付けの
為の加熱に際し、ろう付け温度に昇温させる途中のろう
付け温度より低い所定の温度で一時的に昇温を停止し、
その後、再度、昇温を開始し、ろう付け温度まで加熱す
ることを特徴とするろう付け方法によって達成される。

【００１０】ここで、昇温停止時間は１分以上であるこ
とが好ましい。より好ましくは、２〜５分程度である。
又、犠牲陽極効果を奏する成分を有する粉末ろう材を用
いたろう付け方法であって、ろう付けの為の加熱に際
し、所定の昇温速度でろう付け温度より低い所定の温度
まで加熱し、所定の温度から前記昇温速度より遅い昇温
速度でろう付け温度に加熱することを特徴とするろう付
け方法によって達成される。

【００１１】ここで、最初の昇温速度が５０℃／分以上
（望ましくは、６０℃／分以上、１００℃／分以下）で
あるのに対して、後からの昇温速度は４０℃／分以下
（５℃／分以上、２５℃／分以下）であるのが好まし
い。ろう付け温度より低い所定の温度とは、５００〜６
００℃の範囲内の温度であることが好ましい。又、５０
０℃から粉末ろう材が溶融する温度より低い温度である
ことが好ましい。より好ましくは５２０℃以上、もっと
好ましくは５４０℃以上である。又、５６０℃以下、も
っと好ましくは５５０℃以下である。これは次のような
理由に基づく。Ｚｎの拡散は、通常、４００℃より低い
温度から始まる。しかし、粉末にした場合には、これが
多少遅れ、４２０℃程度から始まり、５００℃を越えた
時点で活発になり始める。又、単位時間当たりの拡散深
さも温度が高い方が高い。よって、５００℃以上の温度
で一時的に昇温を停止し、あるいは昇温速度を低下さ
せ、Ｚｎの拡散が担保されるようにした。

【００１２】又、犠牲陽極効果を奏する成分を有する粉
末ろう材を用いたろう付け方法であって、ろう付けの為
の加熱に際し、５００℃から粉末ろう材が溶融する温度
に至るまでの時間が３分以上であることを特徴とするろ
う付け方法によって達成される。又、犠牲陽極効果を奏
する成分を有する粉末ろう材を用いたろう付け方法であ
って、ろう付けの為の加熱に際し、５４０℃から粉末ろ
う材が溶融する温度に至るまでの時間が２分以上である
ことを特徴とするろう付け方法によって達成される。

【００１３】すなわち、５００℃から粉末ろう材が溶融
する温度に至るまでの時間が３分以上（好ましくは、５
分以上）、更に厳密に言うならば５２０℃から粉末ろう
材が溶融する温度に至るまでの時間が２．５分以上（好
ましくは、４分以上）、もっと厳密に言うならば５４０
℃から粉末ろう材が溶融する温度に至るまでの時間が２
分以上（好ましくは、３分以上）かけて昇温させること
によって、Ｚｎの拡散が担保される。

【００１４】従って、この時間限定の技術と前記した５
００℃以上の温度で一時的に昇温を停止したり、昇温速
度を低下させる技術とを併合させれば、Ｚｎの拡散がよ
り確実に担保される。尚、粉末ろう材が溶融する温度に
至るまでの時間の下限値は、Ｚｎの拡散を担保する為に
必要である。上限値を規定する必要はない。しかしなが
ら、生産性を考慮すると、１０分程度が上限となる。

【００１５】そして、本発明によれば、粉末ろう材を用
いた場合における犠牲陽極効果を奏する成分、例えばＺ
ｎやＩｎの充分な拡散が担保され、耐蝕性が向上した製
品が得られる。本発明で用いる粉末ろう材は、Ｚｎ粉末
とＡｌ粉末とＳｉ粉末と言った各粉末の混合タイプ、Ｚ
ｎ粉末とＡｌ−Ｓｉ粉末と言ったＺｎ粉末とろう材粉末
との混合タイプ、あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ粉末と言っ
た合金タイプいずれであっても良い。用いられる形態と
して多いのは、Ｚｎ粉末とＡｌ−Ｓｉ粉末との混合粉末
かＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金粉末である。Ｚｎ含有量は５〜
５５ｗｔ％が好ましい。より好ましくは１０〜３５ｗｔ
％、更に好ましくは１２〜２５ｗｔ％である。Ｓｉ含有
量は５〜１５ｗｔ％が好ましい。より好ましくは５〜１
１ｗｔ％である。又、Ｉｎを含有しても良い。Ｉｎを含
有する場合には、その含有量は０．００１〜０．１ｗｔ
％（特に、０．０１〜０．１ｗｔ％）が好ましい。又、
０．０１〜０．０７ｗｔ％のＢｅ、０．０２〜０．２０
ｗｔ％のＢｉ、その他の不可避不純物を含んでいても良
い。

【００１６】粉末ろう材は、平均粒径が１０〜２００μ
ｍ（特に、１０〜５３μｍ）が好ましい。粉末ろう材を
チューブやヘッダーパイプ等のＡｌ材料の表面に設ける
為に、バインダが用いられる。この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
いはメタクリル系の樹脂が好ましい。例えば、分子量１
０００〜１０００００のポリアクリル酸ブチル等が挙げ
られる。

【００１７】粉末ろう材とバインダとの配合割合は、粉
末ろう材／バインダが重量比で１００／０．１〜１００
／１００（特に、１００／５〜１００／２０）が好まし
い。粉末ろう材をＡｌ材表面に設ける為、一般的には、
塗布手段が用いられる。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
りといった各種の手段を採用できる。そして、かかる手
段により、乾燥後の厚さが約５〜２００μｍとなるよう
粉末ろう材が塗布される。より好ましくは約１０〜１５
０μｍ、もっと好ましくは約１０〜６０μｍである。特
に、粉末ろう材が２０〜４００ｇ／ｍ² 、特に４０〜１
２０ｇ／ｍ² 程度あるように塗布されることが好まし
い。この塗布の為に用いられる溶剤としては、例えばメ
タノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イ
ソプロピルアルコール、ペンタノール等の炭素数１〜８
の脂肪族アルコールが挙げられる。これらの中で最も好
ましい溶剤はイソプロピルアルコールである。

【００１８】バインダと溶剤との配合割合は、バインダ
／溶剤が重量比で１００／１００〜１００／１００００
（特に、１００／５００〜１００／２０００）が好まし
い。ろう付けに際しては、例えばＫＦ−ＡｌＦ₃ ，Ｒｂ
Ｆ−ＡｌＦ₃ のようなフッ化物系のフラックスが用いら
れる。この為、予め、このようなフラックスを粉末ろう
材の組成物（塗膜）に添加しておくことが出来る。勿
論、前記以外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、粉末ろう材／フラックスが重
量比で１００／３〜１００／５０（特に、１００／１０
〜１００／３０）が好ましい。尚、フラックスは粉末ろ
う材の組成物（塗膜）中に最初から添加されていること
が好ましいけれども、ろう付時に後から添加しても良
い。

【００１９】粉末ろう材が塗布される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良いが、
チューブやヘッダーパイプの表面に塗布されることが好
ましい。そして、粉末ろう材が表面に塗布されたチュー
ブ（及びヘッダーパイプ）とフィンとを所定のものに組
み合わし、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し、熱交換器とな
る。このろう付けに際して、本発明が応用される。

【００２０】これにより、犠牲陽極効果を奏するＺｎを
チューブあるいはヘッダーパイプ表面層に充分に拡散さ
せることが出来、チューブやヘッダーパイプの耐蝕性及
び耐孔食性を向上させることが出来る。又、クラッドな
どの技術が不要で、極めて簡単に実施できる。この為、
コストは低廉である。

【００２１】以下、具体的な実施例を挙げて説明する。

【００２２】

【実施例】アトマイズ法を用いて、乾燥窒素雰囲気中に
おいて、下記の表−１に示す組成で、平均粒径１０〜４
５μｍの略球状の粉末を作成した。 表−１ 組 成（ｗｔ％） 平均粒径 Ｓｉ Ｚｎ Ｉｎ Ｂｅ Ｂｉ Ａｌ （μｍ） Ｎｏ．１ 6.00 5.00 0.00 0.00 0.00 残り １０ Ｎｏ．２ 8.00 5.00 0.00 0.00 0.00 残り ３０ Ｎｏ．３ 10.00 10.00 0.00 0.00 0.00 残り ３０ Ｎｏ．４ 10.00 15.00 0.00 0.00 0.00 残り ２０ Ｎｏ．５ 10.00 15.00 0.02 0.00 0.00 残り ２０ Ｎｏ．６ 10.15 15.00 0.02 0.04 0.08 残り ３０ この合金粉末１００重量部と、バインダ（平均分子量１
００００のポリアクリル酸ブチル）１０重量部と、溶剤
（イソプロピルアルコール）５０重量部と、フラックス
（ＫＦ−ＡｌＦ₃ ）１５重量部とを混合、攪拌し、ろう
付用組成物を作成した。

【００２３】そして、厚さ２ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ５
００ｍｍのＡｌ製の押出偏平多穴管の表面に上記ろう付
用組成物を厚さ約３０μｍ（合金粉末量６０ｇ／ｍ² ）
となるように塗布した。又、押出偏平多穴管が差し込ま
れるＡｌ製のヘッダーパイプの部分にも上記ろう付用組
成物を厚さ約６０μｍ（合金粉末量１２０ｇ／ｍ² ）と
なるように塗布した。

【００２４】これらＡｌ製押出偏平多穴管とＡｌ製ヘッ
ダーパイプとＡｌ製フィンとを組み付け、乾燥窒素雰囲
気下において下記の表−２に示す昇温速度で加熱し始
め、所定の温度で昇温を一時停止し、その後前記昇温速
度と同じ昇温速度で６００℃まで加熱し、この６００℃
で５分間保持してろう付けを行い、そして５０℃／分の
速度で冷却し、車載用コンデンサを得た。

【００２５】 表−２ 昇温速度 昇温一時 停止温度で 停止温度から溶融 停止温度 の保持時間 するまでの時間 実施例１ ５０℃／分 ５００℃ ４分 １．４分 実施例２ ５０℃／分 ５３５℃ ２分 ０．８分 実施例３ １００℃／分 ５５０℃ ５分 ０．２分 実施例４ １００℃／分 ５６０℃ ４分 ０．２分 比較例１ ５０℃／分 昇温一時停止なし − − 比較例２ １００℃／分 昇温一時停止なし − − 又、下記の表−３に示す第１昇温速度で加熱し始め、所
定の温度から昇温速度を落とした第２昇温速度で６００
℃まで加熱し、この６００℃で５分間保持してろう付け
を行い、そして５０℃／分の速度で冷却し、車載用コン
デンサを得た。

【００２６】 表−３ 第１昇温速度 昇温速度を低 第２昇温速度 第２昇温速度で溶 （℃／分） 下させた温度 （℃／分） 融するまでの時間 実施例５ ５０ ５３５℃ １０ ３．５分 実施例６ １００ ５５０℃ ５ ４分 これらの熱交換器について、耐蝕性（ＳＷＡＡＴ試験）
を調べたので、その結果を表−４に示す。

【００２７】 表−４ ろう材粉末Ｎｏ Ｚｎ拡散深さ ＳＷＡＡＴ試験 （μｍ） ２０日後 ３０日後 実施例１ Ｎｏ．１ １２１ ◎ △ Ｎｏ．３ １２０ ◎ ○ Ｎｏ．５ １２０ ◎ ◎ Ｎｏ．７ １２２ ◎ △ 実施例２ Ｎｏ．２ １２４ ◎ △ Ｎｏ．４ １２３ ◎ ○ Ｎｏ．６ １２３ ◎ ◎ Ｎｏ．８ １２４ ◎ ○ 実施例３ Ｎｏ．１ １２９ ◎ ○ Ｎｏ．３ １２８ ◎ ◎ Ｎｏ．５ １３０ ◎ ◎ Ｎｏ．７ １２９ ◎ ○ 実施例４ Ｎｏ．２ １２３ ◎ △ Ｎｏ．４ １２４ ◎ ○ Ｎｏ．６ １２１ ◎ ◎ Ｎｏ．８ １２３ ◎ ○ 実施例５ Ｎｏ．１ １２５ ◎ ○ Ｎｏ．３ １２４ ◎ ○ Ｎｏ．５ １２３ ◎ ◎ Ｎｏ．７ １２５ ◎ ○ 実施例６ Ｎｏ．２ １２６ ◎ ○ Ｎｏ．４ １２５ ◎ ◎ Ｎｏ．６ １２８ ◎ ◎ Ｎｏ．８ １２６ ◎ ○ 比較例１ Ｎｏ．１ ９４ × × Ｎｏ．３ ９６ △ × Ｎｏ．５ ９３ △ × Ｎｏ．７ ９５ × × 比較例２ Ｎｏ．２ ８２ × × Ｎｏ．４ ８４ △ × Ｎｏ．６ ８３ △ × Ｎｏ．８ ８１ × × ＊Ｎｏ．７の粉末ろう材は、Ｎｏ．１の粉末ろう材９５
重量部と２０μｍの大きさのＺｎ粉末５重量部との混合 ＊Ｎｏ．８の粉末ろう材は、Ｎｏ．１の粉末ろう材９０
重量部と２０μｍの大きさのＺｎ粉末１０重量部との混
合 ＊耐蝕性における◎印：極く表面のみが腐食 ○印：僅かに侵食が見られる △印：貫通に近い侵食が見られる ×印：貫通孔が多数見られる これによれば、本発明になるものは、Ｚｎが充分に拡散
し、耐蝕性に優れたものであることが判る。

【００２８】しかも、ろう付け温度に至るまでの時間は
僅か長くなるのみであり、生産性の低下は殆どない。

【００２９】

【効果】本発明によれば、耐蝕性に富む製品が効率良く
得られる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 犠牲陽極効果を奏する成分を有する粉末
   ろう材を用いたろう付け方法であって、ろう付けの為の
   加熱に際し、ろう付け温度に昇温させる途中のろう付け
   温度より低い所定の温度で一時的に昇温を停止すること
   を特徴とするろう付け方法。
2. 【請求項２】 犠牲陽極効果を奏する成分を有する粉末
   ろう材を用いたろう付け方法であって、ろう付けの為の
   加熱に際し、所定の昇温速度でろう付け温度より低い所
   定の温度まで加熱し、所定の温度から前記昇温速度より
   遅い昇温速度でろう付け温度に加熱することを特徴とす
   るろう付け方法。
3. 【請求項３】 ろう付け温度より低い所定の温度が５０
   ０〜６００℃の範囲内の温度であることを特徴とする請
   求項１または請求項２のろう付け方法。
4. 【請求項４】 ろう付け温度より低い所定の温度が、５
   ００℃から粉末ろう材が溶融する温度より低い温度であ
   ることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかのろう
   付け方法。
5. 【請求項５】 犠牲陽極効果を奏する成分を有する粉末
   ろう材を用いたろう付け方法であって、ろう付けの為の
   加熱に際し、５００℃から粉末ろう材が溶融する温度に
   至るまでの時間が３分以上であることを特徴とするろう
   付け方法。
6. 【請求項６】 犠牲陽極効果を奏する成分を有する粉末
   ろう材を用いたろう付け方法であって、ろう付けの為の
   加熱に際し、５４０℃から粉末ろう材が溶融する温度に
   至るまでの時間が２分以上であることを特徴とするろう
   付け方法。
7. 【請求項７】 粉末ろう材が、Ｓｉ，Ｚｎ，Ａｌ成分を
   少なくとも有するものであることを特徴とする請求項１
   〜請求項６いずれかのろう付け方法。