JPH1158067A

JPH1158067A - ろう付け用ペースト及びろう付け用アルミニウム材

Info

Publication number: JPH1158067A
Application number: JP21861897A
Authority: JP
Inventors: Noboru Soga; 昇曽我; Takenobu Dokou; 武宜土公; Koji Okada; 光司岡田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-08-13
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 1999-03-02

Abstract

(57)【要約】【課題】有機溶媒を使用せず、十分なろう付け性を有
する均一なろう材層を簡便に形成しうるろう付け用ペー
スト、及び十分なろう付け性を有する均一なろう材層を
有する廉価なろう付け用アルミニウム材を提供する。【解決手段】ろう材粉末を、ポリエーテル樹脂を含む
水中に分散させて成るろう付け用ペースト及び表面の少
なくとも一部に該ろう付け用ペーストを塗布、乾燥し
て、ろう材量１０〜１００ｇ／ｍ² の皮膜を形成したろ
う付け用アルミニウム材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
製熱交換器等を接合組み立てする際のろう付け（ブレー
ジング）に用いるろう付け用ペースト及びそれをあらか
じめ塗布したろう付け用アルミニウム材に関する。

【０００２】

【従来の技術】エバポレーター、コンデンサー、ラジエ
ーターなどのアルミニウム合金製熱交換器は、ブレージ
ング工法により組立製造されている。例としてパラレル
フローコンデンサーを図１に模式図で示した。図中、１
は押出多穴偏平チューブ、２はフィン、３はヘッダーパ
イプを示す。例えばフィン２を、ろう材をクラッドした
ブレージングシートフィンとし、ブレージングで接合組
立する。上記はフィン２としてろう材をクラッドしたブ
レージングシートを用いる例であるが、近年は熱交換器
の小型、軽量化が要求されているため、薄肉化に限界が
あるフィン２をベアフィンにして薄肉化し、フィン２で
なくチューブ１の外側にバインダーを含んだ金属粉末を
コーティングにより被覆してろう材層とし、これらをブ
レージングにより接合する方法が提案されている（特開
平９−８５４８３号）。このときのバインダーには主と
してアクリル樹脂、メタクリル樹脂が用いられている
が、これらの樹脂は水に溶解しないために有機溶媒を使
用しなければならず、取り扱いに注意を要するととも
に、乾燥工程中に防爆設備を設けなければならなかっ
た。また、有機溶剤のコストのために製造コストが増加
するという問題もあった。さらに、公害規制等によって
有機溶媒を室外に排出できない場合には、上記の有機溶
媒を用いる方法は実施することができない。また、上記
のろう材層のコーティングは溶射によって行う方法をと
りうるが、溶射は製造コストがかかるうえ均一に被覆し
にくく、ろう付け性が低下するという問題もあった。こ
れに対し、有機溶媒を用いずに、均一で十分なろう付け
性を有するろう材層を簡便に形成できる方法の開発が要
望され、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコー
ル、メチルセルロースなどの水溶性ポリマーをバインダ
ーに用いて引き上げ塗装等によってコーティングするこ
とが検討されたが、これらのポリマーは密着性が弱く、
ろう材粉末を十分に保持できないため、十分なろう付け
性を有する被覆層を形成することが困難であった。ま
た、ろう付け時に十分な接合強度を実現するため、ろう
付け用ペースト中に十分な量のろう材の粉末を分散させ
ると、ペーストの粘度が上昇し、厚さの均一なろう材皮
膜をアルミニウム材料面に形成するのが極めて困難とな
った。一方、前記水溶性ポリマーをバインダーとした場
合には、ろう付け用ペーストの粘度を調整しても水の表
面張力が大きいために引き上げ塗装等のコーティングの
際にろう材粉末がアルミニウム合金上に保持されず、水
とともに早期に流れ落ちてしまい、塗装後のろう材量が
少なくなってろう付け性が不十分となるという問題を克
服できなかった。これに対し、ペースト中のろう材量を
増加させて塗装後に所望のろう材量となるようにしよう
とすると、バインダーの粘度を増加させる必要が生じて
湿潤時の膜厚が変動しやすくなり、膜厚にばらつきが生
じてろう付け性が悪化する。また、塗装後のペースト膜
厚が増加するためチューブの板厚が厚くなり、ろう付け
前後の板厚の差が大きくなるのでろう付け後のコアの一
部にろう付けされない隙間ができてしまう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
有機溶媒を使用せず、十分なろう付け性を有する均一な
ろう材層を簡便に形成しうるろう付け用ペーストを提供
することを目的とする。さらに本発明は、十分なろう付
け性を有する均一なろう材層を有する廉価なろう付け用
アルミニウム材を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題に
鑑み鋭意研究した結果、バインダー樹脂としてポリエー
テル樹脂を用いることにより有機溶媒を用いないで水系
でろう材粉末を分散させて上記課題が解決できることを
見出し、この知見に基づき本発明をなすに至った。すな
わち本発明は、（１）ろう材粉末を、ポリエーテル樹脂
を含む水中に分散させて成ることを特徴とするろう付け
用ペースト、（２）ポリエーテル樹脂と水の合計１００
重量部に対し０．２〜１０重量部のノニオン系又はアニ
オン系界面活性剤を含んで成ることを特徴とする（１）
項記載のろう付け用ペースト、及び（３）表面の少なく
とも一部に（１）又は（２）項記載のろう付け用ペース
トを塗布、乾燥して、ろう材量１０〜１００ｇ／ｍ² の
皮膜を形成したことを特徴とするろう付け用アルミニウ
ム材を提供するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のろう付け用ペーストは、
ろう材粉末、ポリエーテル樹脂及び水を含んでなる。本
発明で用いるろう材粉末としては、所定量のＳｉを含む
アルミニウム合金粉末が好ましく、Ｓｉを１０〜５０ｗ
ｔ％含むアルミニウム合金粉末がさらに好ましい。Ｓｉ
含有量を通常のろう材合金よりも多くすることで、塗布
するろう材量を低減することができる。また、ろう付け
性に影響を与えない範囲で、Ｓｉ以外の元素、例えばＺ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｓｎ等を耐食性向上等の
目的で含んでもよい。さらに、Ｓｉ単独の粉末を用いる
こともできる。本発明で用いるろう材粉末の粒径は、５
〜１００μｍが好ましい。粒径は分散安定性の上からは
小さければ小さい程よいが、小さすぎると粉末の製造コ
ストが高くなるうえ、酸化皮膜を形成しやすくなり、ろ
う付け性を阻害することがある。また、粒径が大きすぎ
ると、ペーストをアルミニウム合金に塗装し乾燥する工
程においてろう材粉末が合金表面に留まらず、ポリエー
テル樹脂水溶液と共に落下しやすくなるため、所定のろ
う材量を達成することが困難になる場合がある。本発明
のろう付け用ペーストにおいて、チューブ材などのアル
ミニウム材上に塗布、乾燥後のろう材層に、後述するよ
うな、接合に十分な量のろう材が存在しているために
は、該ペースト中に所定濃度でろう材が存在しているこ
とが必要である。該ペースト中のろう材の濃度は、通常
１０〜８０重量％、好ましくは２０〜６０重量％であ
る。この場合、ろう材粉末の濃度が１０重量％未満では
ろう付け時に十分な接合強度が得られない。ペースト中
のろう材粉末の濃度の上限は塗布方法によっても異なる
が、塗布に必要なアルミニウム合金粉末の分散性、流動
性を確保するため、約８０重量％以下とすることが必要
であり、６０重量％以下が好ましい。ペースト中のろう
材粉末の重量が約８０重量％を超えるとろう材としての
アルミニウム合金粉末の分散性、流動性が不足し、その
結果ペーストの塗布性が低下するため、アルミニウム合
金粉末をアルミニウム合金熱交換器部材上に均一に塗布
することができない。

【０００６】本発明においては、水にポリエーテル樹脂
を溶解させて用いる。ポリエーテル樹脂はろう材粉末を
アルミニウム合金表面に保持させ、均一なろう材層を形
成するよう作用するが、このようなポリエーテル樹脂は
水溶性で、かつ密着性が高いため、ろう材を十分に保持
することができる。本発明で用いるポリエーテル樹脂の
水に対する溶解度は、３重量％以上であることが必要で
あり、５重量％以上が好ましい。このような本発明に用
いるポリエーテル樹脂の分子量は特に制限はないが、好
ましくは分子量が約５万〜１０万の範囲である。樹脂バ
インダーはろう付け中に完全に分解蒸発する。しかし、
バインダー揮発後も完全にＡｌ上にろう材粉末は留まっ
ている。本発明で使用しうるポリエーテル樹脂としては
ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチ
レンアルキルフェニルエーテルなどがあげられる。本発
明において、水とポリエーテル樹脂との比は、重量比で
水１に対し、ポリエーテル樹脂０．０１〜０．２、好ま
しくは０．０３〜０．１５とする。このような本発明の
ろう付け用ペーストの粘度は、高くしすぎないことが必
要であり、好ましくは１０⁴ ｃｐ以下（２５℃での測定
値、以下同様）とし、さらに好ましくは１０² 〜１０³
ｃｐとする。

【０００７】本発明のろう付け用ペーストには、必要に
応じてさらに界面活性剤を用いることができる。本発明
においては界面活性剤を用い、ペーストの表面張力を下
げることによって、バインダーの粘度を上げずにろう材
粉末を十分に保持しうるろう付け用ペーストとする。本
発明において用いる界面活性剤としては、表面張力を下
げる効果が大きく、かつ、水中に溶解したポリエーテル
樹脂に悪影響を及ぼさないものが好ましく、このような
ものとしてノニオン系又はアニオン系界面活性剤が好ま
しい。ノニオン系界面活性剤としては例えばアルキルフ
ェノールやオキサイドの共重合体などがあげられ、アニ
オン系界面活性剤としては例えば高級アルコールエステ
ル塩、高級アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキル
ベンゼンスルホン酸塩、高級アルキルスルホコハク酸塩
等があげられる。本発明のろう付け用ペーストにおいて
界面活性剤を用いる場合、十分な界面活性作用を奏する
のに必要な量を適宜に定めることができるが、ポリエー
テル樹脂水溶液（水＋ポリエーテル樹脂）１００重量部
に対し０．２〜１０重量部であることが好ましい。少な
すぎると表面張力低下の効果が発揮されず、また、多す
ぎると表面張力低下の効果が飽和するうえポリエーテル
樹脂の密着性を低下させ、ろう付け性が悪化することが
ある。

【０００８】本発明のろう付け用ペーストにはさらに、
ペーストの粘度調整のために必要に応じて各種セルロー
ス溶液等の増粘剤を添加することができる。また、バイ
ンダーの揮発分解温度を下げ、ろう付け前の熱交コア中
の揮発油を除去するための乾燥炉でバインダーを分解さ
せ、ろう付け炉中にバインダーを持ち込まないようにす
るために、本発明のろう付け用ペーストには必要に応じ
て過酸化物を添加することもできる。さらに、必要に応
じて適量のろう付け用のフラックスを添加し、フラック
ス塗布工程を省略可能とすることもできる。このときの
フラックスとしては、通常ろう付けに使用されるフッ化
物系やセシウム系などのフラックスをあげることができ
る。本発明のろう付け用ペーストの性質を損ねない範囲
であれば、通常、ろう付け用のペースト（スラリー）に
用いられる上記した以外の成分を特に制限なく添加する
ことができる。

【０００９】次に本発明のろう材層を有するろう付け用
アルミニウム材について説明する。本発明のろう付け用
アルミニウム材は、アルミニウム合金材上に本発明のろ
う付け用ペーストを用いてろう材層を形成したものであ
る。アルミニウム合金材はブレージングを行えるもので
あれば特に合金組成や形状等に制限はなく、これはろう
付け用アルミニウム材の用途に応じて適宜定まる。例え
ば用途が押出しチューブの場合は押出し性の高い合金、
熱交換器の場合は耐食性等の高い合金を選択するのが好
ましい。また、皮膜の付着性、密着性を良好にし、塗装
後の板厚のばらつきによってろう付け後、局部的に未着
部ができるのを防止するために、アルミニウム合金の表
面に凹凸を有することが好ましく、１０〜６０μｍの凹
凸がさらに好ましい。

【００１０】本発明におけるろう材層の形成は、引き上
げ塗装、ロールコータ塗装、スプレー塗装など通常のコ
ーティング方法によって上記のアルミニウム合金上に本
発明のろう付け用ペーストを塗布、乾燥することにより
行うことができる。ろう材層の塗膜は合金表面の少なく
とも一部に形成されていればよく、例えばアルミニウム
合金チューブの外面、アルミニウム合金条の片面又は両
面など、用途、形状に応じて適宜選択できる。上記のよ
うにして形成された皮膜中のろう材量は、１０〜１００
ｇ／ｍ² であることが好ましい。皮膜中のろう材量が少
なすぎるとろう付け性が悪く、また、多すぎる場合には
ろう付け性が飽和する一方で皮膜厚が増加してろう付け
後のコアの一部にろう付けされない隙間が生じる場合が
ある。

【００１１】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。実施例１アルミニウム合金（ＪＩＳＡ１０５０）の円筒状のビ
レットを多穴偏平管（高さ１．８ｍｍ、幅１６ｍｍ、１
９孔）に押出した後、表面にブラスト処理を施し、その
後、弱アルカリエッチング処理を施し、チューブ材とし
た。一方、ろう材粉末としてアルミニウム合金粉末（平
均粒径４０μｍ、組成：Ｓｉ１０ｗｔ％、Ｚｎ１５
ｗｔ％、残部Ａｌ）、水溶性のポリエーテル樹脂（メル
ポールＦ２２０（商品名）、三洋化成社製、水に対する
溶解度３０重量％、分子量約８万）を用い、ろう材粉
末：ポリエーテル樹脂：水の重量比が３０：７：６３と
なるよう混合して、粘度約１０³ ｃｐ（２５℃での測定
値、以下同様）のろう付け用ペーストを調製した。上記
のチューブ材をこのろう付け用ペースト中に浸漬した
後、２５０℃で６０秒の焼付乾燥を行い、チューブ材の
表面にろう材粉末を含む皮膜を形成して、ろう付け用チ
ューブ材とした。皮膜中のろう材量は２０ｇ／ｍ² であ
った。

【００１２】実施例２〜７及び比較例３ろう付け用ペーストにさらに、下記表１に示した界面活
性剤を表１に示した割合で加えた以外は実施例１と全く
同様にして、ろう付け用ペーストを調製した。これを実
施例１と同様にしてチューブ材上に塗布して、ろう付け
用チューブ材を得た。皮膜中のろう材量は表１に示した
とおりであった。ただし、界面活性剤の量を１２重量部
にした例は、比較例３として示した。

【００１３】比較例１ポリエーテル樹脂の代わりにポリエチレングリコール
（水に対する溶解度５０重量％、分子量約６０００）を
用いた以外は実施例１と全く同様にして、ろう付け用ペ
ーストを調製したところ、このものの粘度は約１０² ｃ
ｐであった。次いでこれを用いてろう付け用チューブ材
を得た。皮膜中のろう材量は実施例１〜７のチューブ材
よりはるかに少なく、１０ｇ／ｍ² であった。比較例２ポリエーテル樹脂の代わりにカルボキシメチルセルロー
スを用い、ろう材粉末：カルボキシメチルセルロース：
水の重量比を３０：２：６８とした以外は実施例１と全
く同様にして、ろう付け用ペーストを調製したところ、
このものの粘度は約１０⁴ ｃｐであった。次いでこれを
用いてろう付け用チューブ材を得た。皮膜中のろう材量
は３０ｇ／ｍ² であった。

【００１４】（ろう付け性試験）上記の実施例１〜７及
び比較例１〜３で得られたチューブ材のろう付け性を下
記の方法で試験した。実施例及び比較例で得た各チュー
ブ材を６０ｍｍ切り出し、コルゲート加工したベアフィ
ン（板厚０．０７ｍｍのＡｌ合金、組成：Ｓｉ０．５
ｗｔ％、Ｆｅ１ｗｔ％、Ｎｉ０．５ｗｔ％、Ｚｎ２
ｗｔ％）と２０山組み合わせてミニコアを作成した。そ
のコアにあらかじめフッ化物系のフラックスを塗布し、
窒素雰囲気中で５９０℃、３．５分のろう付け加熱を行
った。ろう付け後のフィン接着率が１００％のものを
○、８０％以上１００％未満を△、８０％未満を×とし
て評価した。ただし、接着率は上記の２０山分のミニコ
アのチューブからフィンを剥がし、（接着されている部
分の長さ）／（接着されている部分の長さ＋未接着部の
長さ）を１００倍して得られた値である。結果を表１に
示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１の結果よりわかるとおり、実施例１〜
７で得たろう付け用ペーストを用いた各ろう付け用チュ
ーブ材は皮膜中に十分な量のろう材を保持し、いずれも
高いろう付け性を有している。特に、実施例２〜７で得
たチューブ材は、すべてろう付け後のフィン接着率が１
００％であった。実施例１〜７で得たろう付け用チュー
ブ材の皮膜は均一で密着性も高かった。なお、比較例３
で得たチューブ材については、界面活性剤の使用量が多
く、ろう付け性に影響が生じた。これに対し、比較例１
で得たろう付け用チューブ材は、皮膜中のろう材量が少
ないため、ろう付け性が低かった。比較例２で得たチュ
ーブ材についてはろう材層がチューブ表面に均一に形成
されず、ろう付け性が低かった。また、比較例１及び２
で得たろう付け用チューブ材はどちらも皮膜の密着性が
低かった。

【００１７】

【発明の効果】本発明のろう付け用ペーストによれば、
引き上げ塗装等によって簡便に、均一で密着性に優れ、
十分なろう材量を保持したろう材層を形成することがで
きる。本発明のろう付け用ペーストは溶媒が水であるた
め、有機溶媒の使用に伴う種々の問題がなく、しかも廉
価に提供できる。本発明のろう付け用アルミニウム材
は、均一で密着性に優れたろう材層により高いろう付け
性を有し、ろう付けの信頼性を高め、ろう付け工程の効
率を高めることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】パラレルフローコンデンサーを示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１押出多穴偏平チューブ２フィン３ヘッダーパイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ろう材粉末を、ポリエーテル樹脂を含む
水中に分散させて成ることを特徴とするろう付け用ペー
スト。
【請求項２】ポリエーテル樹脂と水の合計１００重量
部に対し０．２〜１０重量部のノニオン系又はアニオン
系界面活性剤を含んで成ることを特徴とする請求項１記
載のろう付け用ペースト。
【請求項３】表面の少なくとも一部に請求項１又は２
記載のろう付け用ペーストを塗布、乾燥して、ろう材量
１０〜１００ｇ／ｍ² の皮膜を形成したことを特徴とす
るろう付け用アルミニウム材。