KR20110133057A - 알루미늄 합금제 편평 다혈관 및 그 제조방법 - Google Patents

알루미늄 합금제 편평 다혈관 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20110133057A
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flux
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히로카즈 야마구치
도시키 마에조노
다카시 가시마
마사미 고지마
요지 히라노
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후루카와 스카이 가부시키가이샤
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Abstract

납땜 가공에 의해 조립되는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 표면에, 금속 분말과 플럭스 분말의 단체 혹은 혼합 분말, 또는 금속 성분과 플럭스 성분을 함유한 화합물을 유기계 바인더중에 혼합한 도료를, 적어도 3개 이상의 롤을 가진 톱 피드형 롤 전사 방식에 의해 도장하는 장치에 있어서, 수평 방향으로 이동하는 알루미늄 합금제 압출 부재의 도장면 위쪽에 배치된 도장 장치의 전사 롤 회전 방향의 관계를, 상기 압출 부재의 이동 방향과 역방향으로 회전하는 도장용 피복 금속 롤과, 이 롤과 접촉하여 상기 도료의 부착량을 조정하기 위한 금속 롤의 회전 방향을 상반되는 방향으로 하여 이루어지는 도장 장치; 상기 장치를 이용해서 이루어지는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법; 및 알루미늄 합금제 열교환기용 부재.

Description

알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 도장장치와 열교환기용 부재의 제조방법, 및 알루미늄 합금제 열교환기용 부재{COATING APPARATUS FOR MEMBER FOR HEAT EXCHANGER MADE OF ALUMINUM ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING MEMBER FOR HEAT EXCHANGER, AND MEMBER FOR HEAT EXCHANGER MADE OF ALUMINUM ALLOY}
본 발명은, 납땜 가공에 의해 조립되는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법과 그것을 이용하는 장치와 그것에 의해 납재를 도포한 알루미늄 합금제 열교환기용 부재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 알루미늄 합금으로 이루어지는 재료, 예를 들면, 알루미늄재의 납땜(브레이징)에 사용되는 알루미늄재 납땜용 금속분말 함유 도료가 도포된 알루미늄 합금제 편평 다혈관(multi-cavity tube)에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 예를 들면 자동차용의 알루미늄 합금제 이베이퍼레이터(evaporator), 콘덴서, 라디에이터 등의 열교환기 등을 접합 조립할 때의 납땜에 적절한 납땜용 금속분말 함유 도료가 도포된 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차용 열교환기로 대표되는 알루미늄 합금제 납땜 제품은, 건전한 납땜 상태를 얻기 위해서, 압출 또는 압연 가공후에 형성된 표면의 산화 피막을 제거하는 것이 필수 불가결하였다.
이러한 산화 피막의 제거법으로서는, 염화물계 플럭스(flux) 또는 불화물계 플럭스를 도포하여 제거하는 방법을 들 수 있다. 현재는 납땜후의 세정 공정이 불필요하고, 또한 장치 비용이 저렴한 불화물계 플럭스를 사용한 NB(질소 분위기) 납땜법이 주류를 이루고 있다.
상기 불화물계 플럭스의 도포 방법으로서는, 납땜 부재를 조립한 후, 납땜 가공 직전에, 플럭스의 현탁액을 필요한 부분에 스프레이 등에 의해 도포하는 방법이 일반적이었다. 그런데 이 방법의 경우, 도포후의 플럭스 밀착성이 약하기 때문에, 노(furnace)내에 순환하는 열풍에 의해 비산하여 버려, 소기의 목적의 효과가 발휘되지 않는다고 하는 문제가 발생할 위험성이 있었다. 또한, 플럭스 도포시에 발생하는 부착되지 않은 플럭스의 부유에 의한 작업 환경의 악화나, 플럭스 도포 공정에서의 제조 비용의 증가도 문제가 되고 있었다. 한편, 자동차용 열교환기의 형상은 미세하고 복잡하기 때문에, 균일한 플럭스의 도포가 매우 곤란하였다. 이 때문에, 플럭스량이 과소한 부위에서는 납땜 문제가 발생하고, 플럭스량이 과다한 부위에서는 다 반응하지 못한 플럭스의 잔사에 의해 미관이 손상되는 문제가 발생하고 있었다.
플럭스의 도포 방식에 관해서는, 침지법, 스프레이 분무법(스프레이법), 브러시 도포법, 롤 코터를 사용한 롤 전사법 등이 일반적인 방법이다(일본 특허공개공보 평성7-303858호). 이 중에서 침지법에 관해서는, 도포 막두께의 제어, 특히 마이크론 오더의 박막의 제어에 관한 대응이 매우 곤란하고, 도료중의 고형분의 침강성이 높은 경우, 안정된 도막의 형성을 할 수 없는 점, 및 고속에서의 도막 형성에는 부적절한 점 등의 문제가 있다(일본 특허공개공보 평성10-94871호). 이러한 점으로부터, 생산성을 고려할 경우, 스프레이법(일본 특허공개공보 평성09-85483호), 브러시 도포법 및 롤 전사법을 도장법으로서 채택하는 것이 검토되고 있다. 그러나, 스프레이 분무법은, 점성이 낮은 도료에는 적응할 수 있지만, 점성이 높은 도료에는 부적합하고, 또한 노즐부에서의 막힘이나 도료의 경화에 기인한 분무 패턴의 변화에 의한 도포량의 변동 등의 문제가 발생하기 쉬운 결점이 있다. 이상의 관점으로부터, 롤 전사법의 채용이 특히 검토되고 있다.
롤 전사법에 있어서의 도료의 공급 방법은, 도료의 특성에 의해 선택된다. 도료중의 용질의 침강 속도가 늦은 도료에 관해서는, 롤로 도료를 쓸어 올리는 보텀 업(bottom up) 방식이 선정되고, 플럭스 화합물과 같이, 용질의 비중이 용매의 비중에 비해서 큰, 즉 도료중의 용질의 침강 속도가 빠른 도료에 관해서는, 롤사이에 도료를 공급하면서 순환시킴으로써, 용질의 침전을 방지하는 톱 피드(top-feed) 방식이 일반적으로 선택된다(일본 특허공개공보 평성5-96230호).
이 톱 피드 방식에서의 도료 공급 방법에 관해서는, 롤 갯수나 롤 배치에 의해, 그 공급 위치가 한정된다. 또한, 그 공급 위치에 의해 각 롤의 회전 방향이 한정된다. 도장후의 도막의 균일성은, 도료 성상과 롤 회전 방향에 의해 크게 좌우되기 때문에, 도장 장치를 설계하는데 있어서 특히 중요한 항목이 된다.
근래, 알루미늄 합금제 열교환기용 부재에 관해서는, 여러가지 기능을 부가시키는 시도가 이루어지고 있다. 하나의 예는, 알루미늄 합금제 브레이징 판재를 콜게이트 가공(corrugating)함으로써 성형되는 핀재의 베어화(bearing)에 의한 비용 저감을 목적으로 하고, 상기 핀과 조합되는 알루미늄 합금제 편평다혈관 표면에, Al-Si합금으로 대표되는 납재 분말이나 이것에 K3AlF6으로 대표되는 플럭스 분말을 유기계 바인더 중에 혼합한 도료를 도장하는 방법이 제안되어 있다(일본 특허공개공보 평성11-239867호). 또 다른 예로서 자동차용 열교환기의 경량·슬림화에 수반하는, 내식성 향상 효과를 목적으로 하고, Zn로 대표되는 희생 양극 효과를 가진 금속 분말이나, KZnF3로 대표되는 상기 희생 양극 효과 합금의 플럭스 화합물을 유기계 바인더중에 혼합한 도료를 도장하는 방법이 제안되어 있다(일본 특허공개공보 평성05-96230호). 이 후자의 예에서는, 예를 들면 도 29에 단면도를 나타낸 편평 다혈관(202)에 있어서, 핀재(예를 들면 도 10 중의 16)와 접촉하는 평면부(202F)에의 납재 또는 희생 양극 효과 합금의 도장에 관해서는 명확하게 기술되어 있지만, 핀재와 접촉하지 않는 곡면부(202R)에의 도장 기술에 관해서는, 특별히 명기되어 있지 않다. 그런데, 이 평면부와 곡면부의 도막의 유무에 따라, 전기화학적인 언밸런스가 발생한다. 특히, 희생 양극 효과 합금의 도장에서는, 곡면부에 희생 양극 효과 합금이 존재하지 않기 때문에, 평면부에 비해서, 전위가 귀(貴)가 되고, 공식(pitting corrosion) 등의 조기 부식이 발생하여, 방식(corrosion protection) 설계상 큰 문제가 되고 있었다. 한편, 이들 2가지 예 모두, 유기계 바인더보다도 비중이 큰 금속 분말 및 플럭스 화합물을 도료중에 분산시키고 있기 때문에, 롤 전사법에 따른 도장시의 도료의 안정성 확보, 및 도막의 균일성 확보가 중요한 과제가 되고 있었다.
예를 들면 알루미늄 합금제 자동차용 열교환기용 부재, 특히 편평 다혈관과 같은 제품은, 생산성의 관점으로부터 코일 형상으로 감겨진 것이 일반적이다. 이와 같이 코일 형상으로 감겨진 제품의 표면에 플럭스 화합물 등의 도료를 도장하는 경우, 도장 후의 건조 상태가 중요한 품질 항목이 된다. 건조가 불충분한 경우, 도료의 밀착성이 저하하고, 납땜 조립시에 도료가 떨어져, 납땜 및 내식성에 문제가 발생할 위험성이 있다. 롤 전사법에 의해 도장된 도료의 건조 방법으로서는, 열풍식, 원적외선 히터식이 일반적이다. 열풍식에 관해서는, 열풍을 직접 또는 간접적으로 도장후의 제품 표면에 내뿜기 때문에, 제품에 진동이 발생한다. 이 진동이 롤 전사부로 전파함으로써, 도료의 부착 중량이 변동하는 문제가 발생하기 쉽다. 또한, 제품 속도가 고속인 경우, 건조능력이 부족하기 때문에, 건조로 길이를 길게 해야 한다고 하는 결점이 있다. 원적외선 히터식에 관해서는, 열풍식과 같은 진동은 발생하지 않지만, 열풍식과 마찬가지로 고속 도장에서의 건조 능력의 부족이 발생한다.
한편, 콘덴서 등의 자동차용 알루미늄 열교환기의 납땜 접합은, 통상적으로, 알루미늄 압출 편평 다혈관과 알루미늄재에 Al-Si계의 납재를 클래드(cladding)한 브레이징시트를 소정의 접합형상으로 조립한 후, 납땜 온도로 가열함으로써 이루어진다.
이 경우, 충분한 접합을 실시하기 위해서는, 압출 편평 다혈관 및 알루미늄 브레이징 시트의 납재면의 표면에 존재하는 강고한 알루미늄 산화물을 파괴하여, 제거할 필요가 있고, 통상, 플럭스를 물 또는 알코올에 현탁시켜 납땜 접합면에 스프레이 도포하여, 용매를 증발시킨 후, 납땜 작업을 한다.
근래, 납땜 직전의 플럭스 도포 작업을 생략하기 위해서, 미리, 납땜해야 할 재료의 표면에 플럭스 조성물이나 플럭스와 납재와의 혼합 조성물을 도포하는(프리코트) 방법이나, 프리코트하는 납땜용 조성물이 일본 특허공개공보 평3-35870호, 특허공개공보 평성6-285681호, 특허공개공보 평성6-504485호, 특허공보 제2681380호, 및 특허공보 제2681389호 등에 제안되어 있다.
또한, 이러한 프리코트의 방법에는, 스프레이법, 침지법, 롤 전사법 등의 도포 방법이 있고, 이들 방법에서는 금속 분말이 침전하므로 일정 조성비의 조성물을 고속으로 도포하는 것이 곤란해지기 십상이다. 따라서, 플럭스 조성물이나 플럭스와 납재와의 혼합 조성물을 롤 전사법에 의해 연속적이고 고속으로 전사성 및 밀착성이 좋게 균일하게 프리코트하기 위해서, 조성물중의 합성 수지의 종류나, 조성물중에서의 플럭스나 납재와 합성 수지와의 질량비를 특정한 납땝용 조성물 및 유기용제의 성상, 도료 점도를 특정한 제조방법이 일본 특허공개공보 평11-239867호에 제안되어 있다.
(일본 특허공개공보 평성7-303858호) (일본 특허공개공보 평성10-94871호) (일본 특허공개공보 평성09-85483호) (일본 특허공개공보 평성5-96230호). (일본 특허공개공보 평성11-239867호) (일본 특허공개공보 평성05-96230호). (일본 특허공개공보 평3-35870호, 특허공개공보 평성6-285681호, 특허공개공보 평성6-504485호, 특허공보 제2681380호, 및 특허공보 제2681389호)
그러나, 이러한 도료 조성 및 도료 성상의 납땜용 조성물을 통상의 롤 전사법에 의해 도포했을 경우, 연속적이고 고속으로 전사성 및 밀착성 좋게 균일하게 프리코트 할 수 없고, 일정 조성비의 조성물이 안정적으로 피복된 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관을 얻을 수 없었다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 첨부의 도면과 함께 고려함으로써, 아래의 기재로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명에 의하면, 이하의 수단이 제공된다.
(1) 납땜(brazing) 가공에 의해 조립되는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 표면에, 금속 분말 단체(metal powder), 플럭스 분말 단체(flux powder), 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합 분말, 또는 금속 성분과 플럭스 성분을 함유한 화합물을 유기계 바인더 중에 혼합한 도료를, 적어도 3개 이상의 롤을 가진 톱 피드형(top-feed-type) 롤 전사 방식에 의해 도장하는 장치에 있어서,
수평 방향으로 이동하는 알루미늄 합금제 압출 부재의 도장면 위쪽에 배치된 도장 장치의 전사 롤들의 회전 방향에 관하여, 알루미늄 합금제 압출 부재의 이동 방향과 역방향으로 회전하는 도장용 피복 금속 롤의 회전방향과, 이 도장용 피복 금속 롤과 접촉하여 상기 도료의 부착량을 조정하기 위한 금속 롤의 회전 방향이 상반되는 관계를 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 납땜용 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 도장 장치.
(2) 알루미늄 합금제 압출 부재 표면에 도장된 도료를 건조하기 위해서, 전자 유도 가열장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)항에 기재된 납땜 가공용 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 표면 도장 장치.
(3) 알루미늄 합금제 열교환기용 부재 표면에 도장되는 도료가, 납땜 효과를 가진 Si 단체(simple substance) 또는 Al-Si계 합금의 분말, 혹은 희생 양극 효과(sacrificial anode effect)를 가진 Zn 단체 또는 Al-Zn계 합금의 분말중의 적어도 1종, 혹은 상기 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물 또는 상기 금속과 플럭스의 화합물 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 표면 도장 장치.
(4) 납땜 가공에 의해 조립되는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 표면에, 플럭스 분말에 금속 분말, 또는 플럭스 분말에 금속의 화합물 분말을 함유하는 플럭스 성분을 유기계 바인더중에 교반 혼합한 도료를, 적어도 3개 이상의 롤을 가진 톱 피드형 롤 전사 방식에 의해 도장함에 있어서,
수평 방향으로 이동하는 알루미늄 합금제 압출부재의 도장면 위쪽에 배치된 도장 장치의 전사 롤들의 회전 방향에 관하여, 알루미늄 합금제 압출 부재의 이동 방향과 역방향으로 회전하는 도장용 피복 금속 롤의 회전방향과, 이 도장용 피복 금속 롤과 접촉하여 상기 도료의 부착량을 조정하기 위한 금속 롤의 회전 방향이 상반되는 관계를 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 납땜용 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법.
(5) 알루미늄 합금제 압출 부재 표면에 도장된 도료를 전자 유도 가열법에 의해 건조하는 것을 특징으로 하는 상기 (4)항에 기재된 제조방법.
(6) 알루미늄 합금제 열교환기용 부재 표면에 도장되는 도료가, 납땜 효과를 가진 금속 단체 또는 합금 혹은 희생 양극 효과를 가지는 금속의 단체 또는 합금의 분말중의 적어도 1종, 혹은 상기 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물 또는 상기 금속과 플럭스의 화합물 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (4) 또는 (5)항에 기재된 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재의 제조방법.
(7) 상기 (4), (5) 또는 (6) 항에 기재된 방법에 의해 얻어진 알루미늄 합금제 열교환기용 부재.
(이하, 상기 (1)∼(3)항에 기재된 납땜 가공용 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 도장 장치, 상기 (4)∼(6)항에 기재된 납땜 가공용 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법, 및 상기 (7) 항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재를 아울러 본 발명의 제 1 실시형태로 한다.)
(8) 납땜 플럭스를 포함한 금속 분말, 아크릴계 수지 및 가교제를 함유하여 이루어지고, 고형분중의 금속분말 체적함유율{금속분말과 아크릴계 수지와 가교제의 합계량(고형분) 중의 금속 분말의 체적%}이 50%∼90%인 납땜용 금속분말 함유 수지 도료로서, 적어도 한쪽의 편평면(flat surface)에 대하여 중심선 평균 조도(Ra)가 0.4㎛이상, 또한 10점 평균 조도(Rz)가 3㎛이상으로 표면 조도를 조정한 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 조면화(粗面化)된 면(roughened surface)을 피복 경화시킨 것을 특징으로 하는 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관(多穴管;multi-cavity tube)..
(9) 상기 금속 분말 납재(filler material)를를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (8)항에 기재된 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관.
(10) 상기 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 조면화 면은, 상기 납땜용 분말 함유 수지를, 건조후의 부착량으로서 3∼30g/m2로 피복한 것을 특징으로 하는 상기 (8) 또는 (9)항에 기재된 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관.
(11) 물 및 유기용제로 도료화한 상기 납땜용 금속분말 함유 수지의 도료를 톱 피드 방식으로 공급하고, 리버스 방식으로 코팅한 후, 건조하는 것을 특징으로 하는 상기 (8) 또는 (9)항에 기재된 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 제조방법.
(12) 상기 금속 분말은, 그 평균 입자지름이 30㎛이하이고, 그 밀도가 4.0Mg/m3 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (11)항에 기재된 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 제조방법.
(이하, 상기 (8)∼(10)항에 기재된 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관, 및 상기 (11)∼(12)항에 기재된 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 제조방법을 아울러 본 발명의 제 2 실시형태로 한다.)
(13) 납땜 가공에 의해 조립되는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재에 있어서, 플럭스 분말 단체 또는 금속 분말 단체, 플럭스 분말과 금속 분말과의 혼합 분말, 혹은 플럭스 성분과 금속 성분을 포함한 화합물 분말을 함유한 피복층을, 알루미늄 합금제 핀재(fin material)와 접촉하는 상기 부재의 평면부, 및 상기 부재의 평면부 사이에 끼워지는 곡면부의 주위표면(peripheral surface)에 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재.
(14) 상기 피복층이, 플럭스 분말 단체 또는 납땜 효과를 가진 금속(예를 들면, Si단체 또는 Al-Si계 합금 등)의 분말, 혹은 희생 양극 효과를 가진 금속(예를 들면, Zn단체 또는 Al-Zn계 합금 등)의 분말중의 적어도 1종, 혹은 상기 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물 또는 상기 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 (13)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재.
(15) 상기 평면부에는, 플럭스 단체 또는 납땜 효과를 가진 금속(예를 들면, Si단체 또는 Al-Si계 합금 등)의 분말, 또는 희생 양극 효과를 가진 금속(예를 들면, Zn 단체 또는 Al-Zn계 합금 등)의 분말, 혹은 상기 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물 또는 상기 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말을 함유한 피복층을 구비하여 이루어지고, 상기 곡면부에는, 희생 양극 효과를 가진 금속(예를 들면, Zn 단체 또는 Al-Zn계 합금 등)의 분말 혹은 상기 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물 또는 상기 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말을 함유한 피복층을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 (13)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재.
(16) 상기 분말의 부착량이, 플럭스 분말 단체의 경우, 플럭스 성분 질량이 3g/m2∼12g/m2이며, 금속 분말 단체와 플럭스 분말 단체의 혼합 분말 또는 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말의 경우, 플럭스 성분의 양이 55∼75질량%, 금속 성분의 양이 25∼45질량%이며, 또한, 플럭스 성분과 금속 성분의 총질량이 5g/m2∼18g/m2인 것을 특징으로 하는 (13)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재.
(17) 상기 분말이, 평균 입자지름이 1∼30㎛이고, 또한 50㎛이하의 입자지름의 입자가 질량비로 전체 입자의 75%이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 (13)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재.
(18) 납땜 가공에 의해 조립되는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 표면에, 플럭스 분말 단체 또는 금속 분말 단체, 플럭스 분말과 금속 분말과의 혼합 분말, 혹은 플럭스 성분과 금속 성분을 포함한 화합물 분말을 유기계 바인더중에 교반 혼합한 도료를 도장함에 있어서, 알루미늄 합금제 핀재와 접촉하는 상기 부재의 평면부에는 롤 전사법에 의해 도장을 실시하고, 상기 부재의 평면부에 끼워지는 곡면부에는 롤 전사법, 스프레이법, 브러시 도포법중의 1종 혹은 2종 이상의 도장 방법의 조합에 의해 도장을 실시함으로써, 납땜성 및 내식성을 부여하기 위한 피복층을 주위표면에 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법.
(19) 상기 도료가, 플럭스분말 단체 또는 납땜 효과를 가진 금속(예를 들면, Si단체 또는 Al-Si계 합금 등)의 분말, 혹은 희생 양극 효과를 가진 금속(예를 들면, Zn단체 또는 Al-Zn계 합금 등)의 분말중의 적어도 1종, 혹은 상기 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물 또는 상기 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 (18)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법.
(20) 상기 평면부에는, 플럭스 단체 또는 납땜 효과를 가진 금속(예를 들면, Si단체 또는 Al-Si계 합금 등)의 분말 또는 희생 양극 효과를 가진 금속(예를 들면, Zn 단체 또는 Al-Zn계 합금 등)의 분말, 혹은 상기 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물, 또는 상기 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말을 함유하는 도료를 도장하고, 상기 곡면부에는, 희생 양극 효과를 가진 금속(예를 들면, Zn 단체 또는 Al-Zn계 합금 등)의 분말 혹은 상기 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물 또는 상기 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말을 함유하는 도료를 도장하는 것을 특징으로 하는 (18)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법.
(21) 상기 피복층중의 부착량이, 플럭스 분말 단체의 경우, 플럭스 성분 질량이 3g/m2∼12g/m2이고, 또한, 금속 분말 단체와 플럭스 분말 단체의 혼합 분말 또는 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말의 경우, 플럭스 성분의 양이 55∼75질량%, 금속 성분의 양이 25∼45질량%이고, 또한, 플럭스 성분과 금속 성분의 총질량이 5g/m2∼18g/m2인 것을 특징으로 하는 (18)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법.
(22) 상기 도료중의 분말이, 평균 입자지름이 1∼30㎛이고, 또한 50㎛ 이하의 입자지름의 입자가 질량비로 전체입자의 75%이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 (18) 항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법.
(이하, 상기 (13)∼(17)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재, 및 상기 (18)∼(22)항에 기재된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법을 아울러 본 발명의 제 3 실시형태로 한다.)
여기서, 특별히 부인하지 않는 이상, 본 발명은 상기 제 1 실시형태, 제 2 실시형태 및 제 3 실시형태의 모든 것을 포함하는 의미이다.
본 발명에 의한 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재의 제조방법에 의하면, 플럭스의 균일 도포성 및 밀착성이 뛰어난, 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재의 제조장치는, 상기 열교환기용 부재의 제조를 보다 컴팩트하게 하고, 또한, 효율적으로 생산을 실시하는데 적합하다.
본 발명의 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법에 의하면, 보다 균일한 도포성 및 도막 밀착성이 뛰어난 플럭스 성분의 고농도의 도막을 가진 열교환기용 부재를 연속적이고 고속으로 제조할 수 있다. 본 발명과 관련된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재는 자동차용 열교환기용으로서 적합하다.
또한, 본 발명의 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관은, 밀착성 및 납땜성이 뛰어나며, 자동차용 열교환기에 적합하게 이용된다. 또한, 본 발명의 수지 피복 알루미늄편평 다혈관의 제조방법에 의하면, 금속 분말의 함유량이 많고, 그 분포가 전체면에 걸쳐 균일하며, 납땜성이 뛰어난 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관을 제조할 수 있다.
본 발명에 의한 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재의 제조방법에 의하면, 납땜성 및 내식성이 뛰어난, 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재를 얻는 것이 가능해진다.
본 발명과 관련된 알루미늄 합금제 열교환기용 부재는, 자동차용 열교환기용으로서 바람직한 것이다.
도 1은, 본 발명의 플럭스 도장형 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재의 장치구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 보텀 업 방식의 롤 전사 기구도이다.
도 3은, 종래형 톱 피드 방식 C의 롤 전사 기구도이다.
도 4는, 본 발명 톱 피드 방식 A의 롤 전사 기구도이다.
도 5는, 본 발명 톱 피드 방식 B의 롤 전사 기구도이다.
도 6은, 유도 가열 방식에 의한 도장후 건조 상태의 재료 단면도이다.
도 7은, 열풍 또는 원적외선 히터 방식에 의한 도장 후 건조 상태의 재료 단면도이다.
도 8은, 열풍 또는 원적외선 히터 건조 방식에서의 장치 구성도이다.
도 9는, 유도 가열 방식에 보조 가열로서 열풍 또는 원적외선 히터 방식을 조합시킨 경우의 장치 구성도이다.
도 10은, 열교환기의 구성도이다.
도 11(a) 및 11(b)은, 납땜 가공후의 Zn 농도 합격 여부 패턴도이다.
도 12는, 납땜 가공후의 Zn농도 편차의 비교도이다.
도 13은, 납땜 가공후의 도막 내부 기포 발생수의 비교도이다.
도 14는, 각 가열 방법 및 노 길이에 있어서의 제품 속도별의 최고 도달 온도를 계측한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 톱 피드-리버스 방식에 의한 3롤 도장 방법의 모식도이다.
도 16은, 톱 피드-내츄럴 방식에 의한 2롤 도장 방법의 모식도이다.
도 17은, 보텀 업-리버스 방식에 의한 2롤 도장 방법의 모식도이다.
도 18은, 보텀 업-내츄럴 방식에 의한 3롤 도장 방법의 모식도이다.
도 19는, 본 발명의 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재의 제조장치의 구성의 일례을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 20은, 수직형 단(單)롤 전사법에 따른 곡면부의 도장 기구도이다.
도 21은, 수직형 복(複)롤 전사법에 따른 곡면부의 도장 기구도이다.
도 22는, 스크레이퍼를 사용했을 경우의, 롤 전사법에 의한 곡면부의 도장 기구도이다.
도 23은, 수평형 복롤 전사법에 따른 곡면부의 도장 기구도이다.
도 24는, 스프레이법에 따른 곡면부의 도장 기구도이다.
도 25는, 브러시 도포법에 따른 곡면부의 도장 기구도이다.
도 26은, 스프레이법과 수직형 단롤 전사법의 조합에 의한 곡면부의 도장 기구도이다.
도 27은, 브러시법과 수직형 단롤 전사법의 조합에 의한 곡면부의 도장 기구도이다.
도 28은, 스프레이법과 브러시법의 조합에 의한 곡면부의 도장 기구도이다.
도 29는, 19구멍의 편평 다혈관의 모식 단면도로서, 납땜 가공후의 Zn농도 측정 방법에 있어서의 측정 위치를 나타낸다.
한편, 도면중에서, 동일한 부호는 동일한 것을 나타낸다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은, 플럭스 화합물을 알루미늄 합금제 재료 표면에 롤 전사법에 의해 도장하는 실험을 하여, 도장 표면의 안정성·밀착성 및 도장후의 제품 특성의 평가를 실시한 결과, 도장후의 도막 균일성 및 밀착성에 관해서, 롤 전사 장치의 각 롤의 회전 방식 및 건조 방식이 크게 영향을 미치는 것을 발견하였다. 또한 본 발명자들은, 알루미늄 합금제 재료 표면의 곡면부에도 플럭스 화합물을 적극적으로 도장하는 실험을 실시하여, 상술의 특성 평가를 실시한 결과, 곡면부를 포함한 제품의 주위표면에 플럭스 화합물을 도장하는 것이, 납땜 가열후의 제품 특성에 특히 크게 영향을 미치는 것을 발견하였다.
또한, 본 발명자들은, 콘덴서 등의 자동차용 알루미늄 열교환기에서 사용되는 알루미늄 압출 편평 다혈관의 표면에 납땜 플럭스, 납재 등의 금속 분말을 함유하는 도료를 롤 전사법에 의해 연속적이고 고속으로 균일성 및 밀착성이 좋도록 프리코트하기 위해서 여러 가지 연구를 거듭한 결과, 도료로서 특정의 조성물을 이용하는 것, 조성물중에서의 금속 분말의 평균 입자지름과 밀도를 조정하는 것, 또 알루미늄 편평 다혈관의 표면 조도를 조정하는 것, 및, 특정의 롤코터 도포 방식을 이용하는 것이 효과적인 것을 발견하였다.
본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성되기에 이른 것이다.
본 발명의, 바람직하게는 제 1 실시형태의 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 도장 장치는, 상기 알루미늄재의 적어도 1개의 면에, 금속 분말 및/또는 플럭스 화합물 분말을, 유기계 바인더중에 교반 혼합한 도료를, 롤코터로 대표되는 롤 전사법에 의해 도포한 후, 도료중의 휘발용제분을 바람직하게는 유도 가열식 건조로에 의해 증발시켜, 고착시키는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
피복되는 알루미늄 합금제 열교환기용 부재로서는, 코일형상으로 감을 수 있는 형상이면, 편평 다혈관으로 대표되는 압출재라도, 헤더 플레이트로 대표되는 압연재라도 좋다. 상기 압출재로서는, 통상의 압출법에 따른 압출재에 더하여, 컨폼(conform) 압출에 의해 얻어지는 압출재(예를 들면, 편평 다혈관)이어도 좋다. 컨폼 압출법으로서는, 예를 들면, 미국 특허 제 5,567,493호 명세서나 일본 특허공개공보 평성8-187509호 등에 기재된 방법을 들 수 있다. 이러한 특허 공보는, 참조로서 여기에 본 명세서의 기재의 일부로서 싣는다.
본 발명에서 이용되는 플럭스 분말 성분을 혼합하는 유기계 바인더로서는, 도장 공정에서는, 120℃∼200℃정도이고, 상기 바인더중의 용제 성분이 휘발하고, 그 후의 납땜 공정에서는, 납땜 온도 조건에서, 상기 바인더중의 수지 성분이 휘발하여, 알루미늄재 표면에 탄소계의 잔존이 발생하지 않는 조성인 것이 바람직하다. 예를 들면, 아크릴계 수지 등을 들 수 있지만, 특히 제한되는 것은 아니다. 도장에서의 건조로 200℃를 넘는 건조 온도가 필요하면, 도장 라인 길이의 증대나 장치 비용이 상승하기 때문이다. 바람직하게는, 120℃∼150℃에서 건조가 완료하는 것이 좋다.
본 발명의, 바람직하게는 제 2 실시형태에서 이용되는 납땜용 금속분말 함유 도료는, 납땜용 플럭스 단독 또는 플럭스와 납재를 포함한 금속 분말과 바인더로서 아크릴계 수지와 가교제, 또한 물 및 유기용제(예를 들면, 3-메톡시-3-메틸-1-부탄올, 3-메톡시-1-부탄올 등의 고비등점 알코올 등)를 더 함유하는 것이 바람직하다. 상기의 금속 분말과 바인더로서의 아크릴계 수지 및 가교제는, 물과 유기용제에 의해서 도료화된다. 납땜용 금속분말 함유 수지(납땜용 금속분말과 아크릴계 수지와 가교제의 합계량) 중의 아크릴계 수지의 함유량은, 바람직하게는 10∼20질량%, 가교제의 함유량은, 바람직하게는 0.3∼2질량%이다. 도료화하기 위한 물 및 유기용매의 양은 특히 제한은 없지만, 고형분에 대해서 100∼200질량%가 바람직하다.
납재로서는, 납땜시에 알루미늄과 공정(共晶)합금을 생성하는 금속, 예를 들면 Si, Zn, Cu, Ge 등을 사용할 수 있다. 또한, 납땜시에 알루미늄과 공정합금을 생성하는 이들 금속과 알루미늄과의 합금도 사용할 수 있다. 납재로서는, 이들 금속 및, 합금 중 1종 이상을 적용할 수 있다.
바인더 수지로서는, 아크릴계 수지와 가교제를 함유하여 이루어지는 것을 이용할 수 있다. 아크릴계 수지로서는, 예를 들면 폴리메타아크릴산에스테르 등의 고분자 중합체를 들 수 있다. 가교제로서는, 예를 들면 블록 이소시아네이트, 옥사조린기 함유 폴리머 등을 들 수 있다. 이들 바인더는, 납땜 온도에서 휘발하는 것이다.
본 발명에 이용되는 플럭스는, 알루미늄 부재의 표면에 존재하는 강고한 알루미늄 산화 피막을 환원하고, 제거하기 위해서 필요하고, KF, AlF3, KAlF4, KAlF5, K2AlF5, K3AlF5, CsF, RbF, LiF, NaF, CaF2, KZnF3 등의 불화물계 플럭스, 혹은 이들을 주성분으로 하는 것을 사용할 수 있다. 여기서, 주성분이란, 그 성분을 전체플럭스중에 통상 80질량%이상, 바람직하게는 90질량%이상(최대 100질량%) 함유하는 것을 의미한다.
바인더중에 혼합하는 플럭스 성분은, 플럭스 분말과 함께, 희생 양극 효과 조성에서는, Zn 또는 Zn계 합금의 분말을, 또 납땜 효과 조성에서는, Si 또는 Al-Si계 합금의 분말을 함유시킬 수 있다. 희생 양극 효과 조성에 관해서는, 알루미늄보다도 전기화학적으로 비(卑)인 금속이면 Sn이나 In와 같은 금속 원소라도 좋다. 산화 피막 제거 효과 조성에서는, F, K를 포함한 화합물인 것이 바람직하다.
이러한 실시형태의 경우, 도료중의 금속 성분(금속 분말)과 플럭스 성분의 합계량중, 금속 성분의 양은 바람직하게는 25∼45질량%, 보다 바람직하게는 30∼40질량%이며, 플럭스 성분의 양은 바람직하게는 55∼75질량%, 보다 바람직하게는 60∼70질량%이다. 금속성분량이 너무 적으면, 납재 또는 희생 방식재의 절대량 부족에 의한 납땜 문제 또는 내식성의 저하 문제가 발생한다. 또한 금속 성분량이 너무 많으면 플럭스 절대량 부족(산화 피막 제거 능력 부족)에 의한 납땜 문제가 발생한다. 또한 이러한 각 문제를 방지하기 위해서, 부착량을 증가시키면, 피막 두께가 증가하고, 튜브와 핀재의 미접합(코어 균열) 문제가 발생한다. 또한, 도료중의 유기 바인더의 질량비는 플럭스 성분 1에 대해서, 바람직하게는 0.15∼0.45이다. 도료로 했을 경우, 도료중에 50∼70질량%의 물, 유기용매(예를 들면, 3-메톡시-3-메틸-1-부탄올, 3-메톡시-1-부탄올 등의 고비등점 알코올 등)를 함유시킬 수 있다. 혹은, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 도료중의 유기 바인더의 질량비는 플럭스 성분 1에 대해서, 바람직하게는 1.3∼1.5로 할 수도 있고 도료로 했을 경우, 도료중에 5∼20질량%의 물, 상기 유기용매를 함유시킬 수도 있다.
플럭스 성분(납재 또는 금속 분말을 포함한다)의 부착량은 건조후의 양으로 바람직하게는 5∼18g/m2, 보다 바람직하게는 5∼15g/m2, 더욱 더 바람직하게는 8∼13g/m2, 특히 바람직하게는 7∼11g/m2이다. 플럭스 성분의 평균 입자지름은 1∼30㎛이고, 또한 50㎛이하의 입자가 질량비로 전체입자의 75%이상을 차지하는 것이 바람직하다. 평균 입자지름이 너무 작으면, 플럭스 체적에 대한 플럭스 표면적이 너무 커지기 때문에, 플럭스 밀착에 필요한 바인더 비율이 높아지는 문제(도료 원료의 비용 상승), 및 플럭스 표면 산화에 의해, 납땜 특성 및, 희생 방식 특성의 충분한 효과를 얻을 수 없다고 하는 문제가 발생하는 경우가 있다. 또한, 평균 입자지름이 너무 크면, 도료중의 플럭스 성분의 침강 속도가 빨라지고, 도료의 안정화가 손상되기 쉽고, 균일한 도포가 곤란해지는 경우가 있다. 게다가, 도막 두께가 증가하기 때문에, 코어 균열 문제가 발생할 위험성이 높아진다. 바람직하게는, 평균 입자지름은 1∼20㎛이고 또한 35㎛이하의 입자가 질량비로 전체 입자의 75% 이상을 차지하는 것이 바람직하다.
알루미늄 합금제 열교환기용 부재 평면부를 도장하기 위한 롤 전사 장치의 각 롤에 관해서, 도장용 피복 롤(이후, 어플리케이터 롤(applicator roll)이라 부른다)의 피복재는, 알루미늄 합금제 열교환기용 부재 표면에 전사할 수 있는 조성이면, 재질에 관해서 특히 한정되는 것은 아니다. 어플리케이터 롤 이외의 도료 부착량을 조정하기 위한 그 외의 금속 롤(예를 들면, 픽업 롤이나 미터링 롤 등)은, 특히 그 재질은 한정되지 않지만, 부착량을 컨트롤하기 위해서는, 도금 등의 평활화 처리를 가하는 것이 바람직하다.
롤 전사 장치의 회전 방향에 관해서는, 도장 표면의 균일성을 높이기 위해서, 어플리게이터 롤은, 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 이동 방향과 역방향으로 회전시키는 것이 바람직하다. 롤의 갯수로서는, 도막 제어 및 장치의 비용의 관계로부터, 3개 롤(어플리게이터 롤·픽업 롤·미터링 롤)인 것이 바람직하다. 2개 롤의 경우, 장치의 비용은 염가이지만 도막 형성에 대한 컨트롤이 어렵고, 4개 이상이 되면, 도막 제어에는 뛰어나지만, 장치의 비용이 증가한다.
여기서 도막 품질을 좌우하는 중요한 항목으로서 어플리게이터 롤과 이 어플리게이터 롤과 접촉하는 픽업 롤의 회전 방향의 관계를 들 수 있다. 3개 롤 전사 장치의 경우, 미터링 롤과 픽업 롤로 도료의 1차 제어를 실시하지만, 양롤 모두 금속 롤이기 때문에, 일반적으로 수십㎛∼수백㎛의 틈새를 갖게 하여, 도료의 양을 컨트롤 한다. 이러한 틈새가 있기 때문에, 도료에 충분한 전단력이 걸리지 않고, 픽업 롤 표면의 도료 막두께의 분포가 불균일해진다. 종래의 롤 전사 장치의 경우, 상면을 도장하는 롤의 회전 방향은, 픽업 롤과 어플리게이터 롤의 회전이 순방향이 되고 있기 때문에, 픽업 롤 표면의 불균일한 도료 막두께 분포가 그대로 어플리게이터 롤에 전사되어, 그것이 제품 표면에 다시 전사되기 때문에, 제품 표면의 도막이 불균일한 상태가 되고 있었다. 이에 대해서, 본 발명의, 바람직하게는 제 1 실시형태에서는, 종래 방식에서의 제품 표면의 도막 불균일을 회피하기 위해서, 픽업 롤과 어플리게이터 롤의 회전 방향을 상반되는 방향으로 하고 있다. 본 방식이 의도하는 바는, 픽업 롤 표면의 불균일한 도막 상태를, 픽업 롤 회전 방향과 역방향으로 회전시킨 어플리게이터 롤의 수지 표면과 접촉시킴으로써, 도료 표면에 충분한 전단력을 주어 어플리게이터 롤 표면에 전사되는 도막 상태를 균일화하고, 따라서 제품 표면의 도막을 균일화시키는 데에 있다. 따라서, 픽업 롤의 회전 방향에 대해서, 어플리게이터 롤과 미터링 롤은, 상반되는 방향으로 하는 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 방법에 의해 도료를 도포한 후, 통상의 방법에 따라 건조를 실시한다. 건조는, 바람직하게는 편평 다혈관(flat multi-cavity tube) 등이 건조 설비 통과시에 있어 도달하는 최고 온도(PMT)인 100∼200℃에서 이루어진다. 본 발명에서 바람직하게는, 건조를 전자유도가열에 의해 실시한다. 가열건조로의 형식은, 전자 유도 가열식이고 또한 알루미늄 합금제 열교환기용 부재 표면에 도장된 도료를 건조할 수 있는 능력을 가진 것이면, 출력이나 형상 등, 특히 한정되는 것은 아니다.
다음에 본 발명의, 바람직하게는 제 1 실시형태를 도시한 바람직한 예에 따라서 설명한다.
도장 장치 전체에 관해서는, 도 1에 나타내는 라인에 있어서, 언코일러(uncoiler)(1)로부터 감아 풀어진 알루미늄 합금제 부재(편평 다혈관 등)(2)는, 텐션 롤(tension roll;3)을 통과하여, 롤코터(4)에 공급된다. 롤코터(4)에서는, 미터링 롤(4m)과 픽업 롤(4p)에서, 어플리게이터 롤(4a)에 공급하는 도료량을 조절하고, 그 후, 픽업 롤(4p)과 어플리게이터 롤(4a)로 최종 도막 두께를 조정한 후, 알루미늄 합금제 부재(2)의 표면에 도장된다. 이 때의 각 롤의 회전 방향은, 상술한 바와 같이, 어플리게이터 롤(4a)은, 알루미늄 합금제 부재(2) 이동 방향 P와 역방향, 픽업 롤(4p)은, 어플리게이터 롤(4a)의 회전 방향과 역방향, 미터링 롤(4m)은 픽업 롤(4p)과 역방향으로 회전시키는 것이 좋다. 어플리게이터 롤(4a)과 픽업 롤(4p)의 회전 방향을 상반되는 방향으로 하는 이유는, 회전 방향이 동일하면, 픽업 롤(4p) 표면의 도장막 모양이 그대로 알루미늄 합금제 부재(2)의 표면에 전사되기 때문에, 도장 길이 방향으로 도장 불균일이 발생한다. 이에 대해서, 회전 방향을 상반되는 방향으로 함으로써, 픽업 롤(4p)표면의 도장막 모양이, 어플리게이터 롤(4a)과의 접촉에 의해 눌려져 찌부러지기 때문에, 평활한 도장 표면을 얻을 수 있기 때문이다. 도료(10)의 공급 방법으로서는, 본 발명에 있어서의 도료와 같이 용질(플럭스 성분)의 침강성(sedimentation speed)이 빠른 경우, 도 2와 같은 코터 팬(12)에 도료(10)를 모아 쓸어 올리는 보텀 업 방식에서는 플럭스 화합물의 분리에 의한 도막 안정성에 문제가 있기 때문에, 도 3과 같은 톱 피드 방식이 일반적으로 이용된다. 한편 각 롤중의 화살표는 회전 방향을 나타낸다.
그런데, 일반적인 롤 배치에서는, 표면을 도장하는 경우에 있어서, 상술한 바와 같은 각 롤사이의 회전 관계를 얻을 수 없기 때문에, 도 4에 나타낸 바와 같이, 미터링 롤(4m)에 도료(10)를 유지하기 위한 도료 유지구(11)를 마련한 롤 전사 방식 A 또는 도 5에 나타내는 롤 배치로 한 롤 전사 방식 B로 하는 것이 매우 효과적이다. 롤 전사 방식 A의 도료 유지구(11)의 형상은, 도료(10)를 유지할 수 있는 형상이면, 특히 한정되지 않는다. 4개 이상의 롤을 배치하는 경우는, 특히 도시하지 않지만, 제품에 도막을 형성하는 어플리게이터 롤과 그 어플리게이터 롤에 인접하는 픽업 롤의 회전 방향이, 상반되는 방향이 되도록, 각 롤을 회전시키고, 도료의 공급에 대해서는, 도막을 형성하기 위한 제어가 가능한 위치가 되도록 배치한다.
본 발명의, 바람직하게는 제 1 실시형태에 있어서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 도장 후, 예를 들면 전자 유도식의 가열로(5)로 120℃∼200℃의 가열 건조를 실시한다. 전자유도 가열로(5)의 경우, 알루미늄 합금제 부재(2)의 내부로부터 순간적이고 강력하게 가열된다. 가열된 알루미늄 합금제 부재(2)는, 도료(10)에 의해 코팅되어 있기 때문에, 보온된 상태가 되어, 전자 유도에 의해 얻어진 열이 장시간, 유효하게 작용한다. 또한, 도장된 알루미늄 합금제 부재(2)의 표면으로부터 도료(10)에 열이 전달되므로, 알루미늄 합금제 부재(2) 표면측으로부터, 도료(10)의 표면을 향해 고화가 진행한다. 이에 따라, 도 6에 나타낸 바와 같이, 도료(10)중의 증발 물질의 기화에 의해 발생한 기포(13)는, 알루미늄 합금제 부재(2) 표면측으로부터, 도료(10)의 표면을 향하여 이동하고, 도료(10)의 표면으로부터 대기에 방출되므로, 기포(13)의 도막중에의 체류가 방지된다.
이에 대해, 열풍로(14)나 원적외선 히터로(15) 등의 가열의 경우, 열은 도료의 표면으로부터 전달되기 때문에, 도료(10)의 표면으로부터, 알루미늄 합금제 부재(2) 표면측을 향하여 고화가 진행한다. 이에 따라, 도 7에 나타낸 바와 같이, 도료(10)의 표면이 앞서 고화하기 때문에, 도료(10)중의 증발 물질의 기화에 의해 발생한 기포(13)는, 방출될 장소가 없어지기 때문에, 도막중에 체류한다. 이와 같이, 기포(13)가 체류한 상태로 납땜 가공을 실시하면, 기포(13)에 기인한 납땜 문제나 외관 문제가 발생할 위험성이 있다. 도 6 및 도 7중의 실선 화살표는 기포의 이동 방향을, 속이 하얀 화살표(Q)는 열의 전달방향을 나타낸다.
또한, 열풍로(14)나 원적외선 히터로(15) 등의 가열의 경우, 알루미늄 합금제 부재(2)로의 직접적인 열의 전달이 거의 없기 때문에, 가열된 도료(10)의 열이, 알루미늄 합금제 부재(2)에 흡열되어 버린다. 또한, 도료(10)에 비해서, 알루미늄 합금제 부재(2)가 훨씬 더 열용량이 크기 때문에, 유효한 가열이 저해되어 버린다. 이 때문에, 도 1의 전자 유도 가열로(5)의 경우에 비해서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 매우 긴 노 길이의 장치가 필요하고, 게다가 불필요한 전력이 소비되어 버린다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 전자 유도 가열로(5) 후의 보온 장치로서, 열풍로(14)나 원적외선 히터로(15)를 사용하는 것은 효과적이다.
가열건조후의 알루미늄 합금제 부재(2)는, 냉각 장치(6)로 소정의 온도까지 냉각된 후, 구동장치(7) 및 텐션 롤(8)을 통과하여, 리코일러(recoiler;9)로 다시 감겨진다. 도 1은 2면 도장의 장치를 나타내고 있지만, 1면 또는 여러 면의 도장도 가능하다.
본 발명의, 바람직하게는 제 2 실시형태에 있어서의 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관의 제조는, 알루미늄 편평 다혈관의 적어도 한쪽의 편평면의 표면 조도를 조정하고, 그 표면 조도를 조정한 면(조면화 면)에 납땜용 플럭스 단독 또는 플럭스와 납재를 함유해서 이루어지는 금속 분말 함유 도료를 바람직하게는 3롤 방식으로 롤 코팅하고, 그 후에 코팅한 면을 건조함으로써 이루어지는 것이 바람직하다.
알루미늄 편평 다혈관의 편평면의 표면 조도는, 중심선 평균 조도(Ra)가 통상 0.4㎛이상, 10점 평균 조도(ten-point height of irregulations;Rz)가 통상 3.0㎛이상이다. 또한, 중심선평균 조도(Ra)는 0.6㎛이상, 10점, 평균 조도(Rz)는 4.0㎛이상인 것이 바람직하다. Ra가 너무 작거나 또는 Rz가 너무 작은 경우는, 표면의 조도가 충분하지 않아, 앵커 효과(anchoring effect)도 기대할 수 없고 밀착성이 떨어진다. 표면 조도의 상한은, 특히 제한하지 않지만, Ra 및 Rz가 과도하게 큰 경우, 롤코터 도장시에 어플리게이터 롤에 손상을 주기 쉽고, 롤 교환의 빈도가 높아지므로, 실용적으로, 경제적이지 않다는 등의 문제가 일어난다. 따라서, 특히 제한하지는 않지만, 상한은 (Ra)에 대해서는 2㎛, (Rz)에 대해서는 10㎛정도이다. 원하는 표면 조도를 얻는 방법으로서는, 소재 표면을 블러스트 처리에 의해 조면화하는 방법, 전기화학적으로 에칭하는 방법 등의 어느 것이라도 좋다.
도료중의 금속 분말은, 평균 입자지름이 30㎛이하(보다 바람직하게는 20㎛이하, 더욱 더 바람직하게는 1㎛이상 16㎛이하), 밀도가 4.0Mg/m3이하(더욱 더 바람직하게는 1.0Mg/m3이상 3.6Mg/m3이하)인 것이 바람직하다. 밀도가 너무 높은 경우, 또는 평균 입자지름이 너무 큰 경우, 톱 피드 방식으로 도장하면, 비교적 무거운 입자도 균일하게 소재 표면에 도포되지만, 건조 완료까지의 사이에 금속 분말이 도장피막중에서 침전한다. 도장 피막의 표면 근방은 바인더 성분이 풍부하게 되고, 소재와의 계면의 근방은 금속 분말이 풍부하게 되어, 납땜성이 저하한다. 건조후의 도장 피막의 바람직한 부착량은, 금속 분말이 플럭스만을 포함한 경우는 3∼20g/m2, 금속 분말이 플럭스와 납재를 포함한 경우는 5∼30g/m2이다.
3롤 도장 방법으로서는, 톱 피드 방식이 바람직하다. 도 15에 톱 피드 방식의 모식도를 나타낸다. 동 도면에 있어서, 부호 a는 롤의 회전 방향을 나타내는 화살표, 부호 b는 편평 다혈관(코일)의 진행하는 방향을 나타내는 화살표이다. 도 15에 있어서, 미터링 롤(101)과 픽업 롤(102)과의 사이에 위쪽으로부터 공급한 도료(105)를 어플리게이터 롤(103)에 전사시키고, 계속해서 어플리게이터 롤로 편평 다혈관(106)의 편평면에 롤 코팅한다. 도시한 바와 같이 톱 피드 방식에 의하면 코터 팬(104)을 필요로 하지 않고, 도료가 고이는 경우가 없기 때문에, 금속 분말의 침전이 일어나지 않고, 금속 분말을 고농도로 포함한 도료를 안정적으로 도포할 수 있다. 이러한 방식을 적용함으로써, 본 발명과 관련된 납땜성이 뛰어난 자동차용 열교환기용 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관을 적합하게 제조할 수 있다. 또한, 이 톱 피드 방식에는, 내츄럴 코팅(natural coating;어플리게이터 롤의 회전 방향이 편평 다혈관의 이송 방향과 동일)과 리버스 코팅(reverse coating; 어플리게이터 롤의 회전 방향이 편평 다혈관의 이송 방향과 반대)이 있지만, 리버스 코팅이 바람직하다. 내츄럴 코팅에서는, 도장 외관이 나빠져 결과적으로 도막의 균일성이 손상되어, 납땜성이 저하하기 십상이다. 상기 방법에 의해 도료를 도포한 후, 통상의 방법에 따라 건조를 실시한다. 건조는, 바람직하게는 편평 다혈관이 건조 설비 통과시에 있어서 도달하는 최고 온도(PMT)인 100∼200℃에서 이루어진다.
본 발명의, 바람직하게는 제 3 실시형태의 알루미늄 합금제 열교환기용 부재는, 상기 알루미늄재의 양 평면부 및 양 곡면부의 전체면을, 플럭스 분말, 금속 분말, 금속 분말과 플럭스 분말의 혼합물, 또는 금속 성분과 플럭스 성분을 포함한 화합물 분말을 유기계 바인더중에 교반 혼합한 도료로, 스프레이법, 브러시 도포법 및 롤 전사법의 각각을 단독 또는 조합한 도장법에 의해 도장하고, 상기 도료중의 고형 성분을 함유한 피복층으로 상기 주위표면의 전체면을 피복한 구성으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의, 바람직하게는 제 3 실시형태에 있어서, 알루미늄 합금제 열교환기 부재 표면에 도장하는 도료로서는, 알루미늄 합금제 핀재와 접하는 평면부에 이용하는 도료와, 이 평면부에 끼워지는 곡면부에 이용하는 도료가 동일한 것이라도 좋고, 상기 부재의 평면부에는 납땜 기능 부가 도료를, 곡면부에는 희생 양극 효과 부가 도료와 같이, 필요한 기능별로 다른 도료라도 좋다.
알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 곡면부를 롤 전사법에 의해 도장하는 경우, 어플리게이터 롤만이라도 좋고, 픽업 롤 및 미터링 롤을 더 배치하여, 2롤 이상 배치하여도 좋다. 또한, 도료의 부착량 조정 방법으로서 스크레이퍼(scraper)를 사용하여도 좋다. 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 곡면부와 접하는 어플리게이터 롤 표면의 형상은, 평탄한 것이라도 좋지만, 도장시의 상기 부재의 지지 및, 피복층의 안정화를 위해서는, 곡면부 형상에 맞춘 오목한 형상의 것이라도 좋고, 사용상 문제가 없으면, 특히 한정되는 것은 아니다. 또한, 어플리게이터 롤 표면의 수지층 및 픽업 롤, 미터링 롤의 재질 및 도금 등의 표면 처리 방법에 대해서는, 도장상 문제가 없으면, 특히 한정되는 것은 아니다.
알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 곡면부를 스프레이법에 의해 도장한 경우, 스프레이 본체의 도료 공급경로의 재질은, 도료와의 접촉에 의한 변질 또는 침식이 없고, 가압 압력에 견딜 수 있는 것이면, 재질 및 형상은 특히 한정되지 않는다. 또한, 스프레이 패턴 및 스프레이 압력은, 소정의 도막 특성을 얻을 수 있으면, 특히 한정되는 것은 아니다.
알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 곡면부를 브러시 도포법에 의해 도장하는 경우, 브러시의 재질 및 형상은, 도료와의 접촉에 의한 변질 및 침식이 없고, 알루미늄 합금제 열교환기용 부재 표면을 마모시키지 않으면, 특히 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 수지 등의 비금속재가 좋다.
알루미늄 합금제 부재의 곡면부의 도장에 있어서는, 롤 전사법, 스프레이법 및, 브러시법중, 2종류 이상의 도장법을 조합하여도 좋다.
알루미늄 합금제 열교환기용 부재 표면에의 도장에 있어서, 곡면부에의 도장의 타이밍은 특히 한정되지 않지만, 평면부의 도장보다 이전에 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 평면부의 도막 두께는 코어 깨짐(core breakage)에 영향을 미치기 때문에, 코어 깨짐에 영향이 없는 곡면부의 도장을 앞에 실시하는 편이 제품 특성상 유리하게 되기 때문이다.
본 발명의, 바람직하게는 제 3 실시형태를, 도시한 바람직한 예에 따라서 설명한다.
도장의 흐름으로서는, 도 19에 나타내는 도장 라인으로 설명하면, 언코일러(201 )로부터 감겨 풀어진 알루미늄 합금제 부재(예를 들면 편평 다혈관)(202)는, 텐션 롤(203)을 통과하고, 곡면부 도장 장치(204)로 양 곡면부(202R)에 도막이 형성된다. 다음에 평면부 도장용의 롤 코터(205)로 상하 평면부(202F)에 도장이 실시된다. 롤 코터(205)는, 예를 들면 도시한 바와 같이, 어플리게이터 롤(205a), 픽업 롤(205p) 및 미터링 롤(205m)의 3롤을, 알루미늄 합금제 부재(202)의 상하 양 평면부에 각각 배치함으로써 구성된다. 한편, 도 19에는 일례로서 상하의 어플리게이터 롤을 어긋나게 하여 배치했을 경우를 나타내었다. 도료(206)는 각 도료 공급 배관(207)으로부터 소정의 위치에 공급된다. 곡면부 도장 장치(204)에 관해서는, 도장법이 롤 전사 또는 브러시 도포의 경우, 롤 및 브러시로의 도료의 공급 방법으로서 스프레이(204S)를 이용할 수도 있다. 도장후에는, 예를 들면 전자 유도식의 가열로(208)에서 120℃∼200℃의 가열 건조를 실시한다. 가열 건조후의 알루미늄 합금제 부재(202)는, 냉각 장치(209)로 소정의 온도까지 냉각된 후, 구동장치(210) 및 텐션 롤(211)을 통과하여, 리코일러(212)로 다시 감겨진다.
도 20~23에 롤 전사법에 따른 곡면부의 도장 방식을 모식적으로 나타낸다.
도 20은, 어플리게이터 롤(204a)에 도료(206)를 공급하고, 알루미늄 합금제 부재(202)의 양 곡면부(202R)에 도료를 피복하는 단롤(single-roll) 도장 상태를 나타내고 있다. 한편, 도면중의 속이 하얀 화살표는 상기 부재의 도장시의 이동 방향을 나타내고 있다. 이 때의 양 어플리게이터 롤(204a)의 위치 관계는, 알루미늄 합금제 부재(202)를 사이에 두고 대립되는 위치라도 좋고, 500mm정도의 범위내에서 어긋나게 한 상태라도 좋다.
도 21은, 어플리게이터 롤(204a)과 픽업 롤(204p)의 2롤을 배치했을 경우의 도장 상태를 나타내고 있다. 이 경우, 도료(206)는 어플리게이터 롤(204a) 또는 픽업 롤(204p), 혹은 어플리게이터 롤(204a)과 픽업 롤(204p)의 사이에 공급된다. 도면에는 명기하지 않지만, 픽업 롤(204p)의 바깥측에 미터링 롤을 배치해도 좋다. 그 경우, 도료(206)는 픽업 롤(204p)과 미터링 롤의 사이에 공급하는 것이 바람직하다.
도 22는 픽업 롤(204p) 대신에, 스크레이퍼(213)에 의해 도료(206)의 부착량을 조정하는 경우의 도장 방법을 나타내고 있다. 도료(206)는 직접 어플리게이터 롤(204a)에 공급해도 좋고, 스크레이퍼(213)에 도료(206)를 어플리게이터 롤(204a)로 도입하기 위한 날밑(flange;213t)을 부가해도 좋다. 부착량의 조정은, 스크레이퍼(213)와 어플리게이터 롤(204a)의 틈새를 변화시킴으로써 실시한다.
도 23은, 곡면부의 도장 롤을 수평 방향으로 배치한 상태를 나타내고 있다. 각 롤을 수평 방향으로 배치하고 있기 때문에, 수평 방향으로의 도장을 가능하게 하기 위해서, 알루미늄 합금제 열교환기 부재(202)는, 지지 롤(214)과 (215)에 의해, 상기 부재(202)의 이동 방향에 대해서, 일정한 경사각을 갖게 하고 있다. 경사각으로서는, 10°∼170°의 사이인 것이 바람직하다. 도면내에는 기재하고 있지 않지만, 도료(206)는 픽업 롤(204p)과 미터링 롤(204m)의 사이에 공급된다. 한편, 롤의 배치 갯수로서는, 어플리게이터 롤(204a)과 픽업 롤(204p)의 2롤 배치라도 좋다.
도 24는, 스프레이법에 따른 곡면부(202R)의 도장 상태의 일례를 나타내고 있다. 이 방법에서는, 도료(206)는 스프레이(204S)의 노즐로부터, 일정량 분사되어, 알루미늄 합금제 열교환기 부재(202)의 양 곡면부(202R)에 도장된다.
도 25는, 브러시 도포법에 따른 곡면부(202R)의 도장 상태의 일례를 나타내고 있다. 이 방법에서는, 도료(206)는 도료 공급 배관(207)으로부터, 회전하는 브러시(2048)에 공급된 후, 알루미늄 합금제 열교환기 부재(202)의 양 곡면부(202R)에 도장된다.
도 26은, 롤 전사법과 스프레이법을 조합한 경우의, 곡면부(202R)의 도장 상태의 일례를 나타내고 있다. 이 방법에서는, 스프레이(204S)에 의해 도포된 도료(206)를 어플리게이터 롤(204a)로 막두께 제어함으로써, 보다 균일한 박막을 형성하는 것이 가능해진다.
도 27은, 롤 전사법과 브러시법을 조합한 경우의, 곡면부(202R)의 도장 상태의 일례를 나타내고 있다. 이 방법에서도, 브러시(2048)에 의해 도포된 도료(206)를 어플리게이터 롤(204a)로 막두께 제어함으로써, 보다 균일한 박막을 형성하는 것이 가능해진다.
도 28은, 브러시법과 스프레이법을 조합한 경우의, 곡면부(202R)의 도장 상태의 일례를 나타내고 있다. 이 방법에서도, 스프레이(204S)에 의해 도포된 도료(206)를 브러시(204B)로 막두께 제어함으로써, 보다 균일한 박막을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명에서는, 상기 제 1 실시형태, 제 2 실시형태 및 제 3 실시형태의 임의의 2개를 조합한 형태도 바람직하고, 3가지 모든 것을 조합한 형태가 특히 바람직하다.
본 발명에 의하면, 연속이고 고속의 도장 조건하에서, 도포한 플럭스 도막의 균일성 및 밀착성이 뛰어난 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 제조방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 도포 장치는, 상기 제조방법을 실시하는 데에 적합한 도포 장치이다. 또한, 본 발명에 의하면, 그러한 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재의 제조방법에 의해 얻어지는 플럭스 도포 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 도막의 균일성, 밀착성이 양호하고, 충분한 납땜 접착성을 구비한 자동차 열교환기용 알루미늄 편평 다혈관 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 납땜 가열후의 제품 특성, 그 중에서도 알루미늄 합금제 열교환기용 부재의 곡면부의 내식 특성이 뛰어난 알루미늄 합금제 자동차 열교환기용 부재를 제공할 수 있다.
이하에 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 더 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1-1]
컨폼 압출법에 의해 압출된 A1050 알루미늄 합금제 편평 다혈관(2)(19구멍, 폭 16mm, 높이 1.8mm, 구멍 치수 1.0mm×0.6mm, 두께 0.3mm)를 사용하여, 도 1에 나타내는 도장 장치로, 도장실 온도 25℃의 조건으로 상하 양면의 도장을 실시하였다. 도장시의 상기 편평 다혈관 이동 속도는 80m/분, 어플리게이터 롤(4a)(바깥지름=200mm) 원주속도=100m/min., 픽업 롤(4p)(바깥지름=200mm) 원주속도=50m/min., 미터링 롤 4m(바깥지름=200mm) 원주속도=15m/min.로 했다. 각 롤의 전사 방법은, 도 4의 A의 방식으로 했다. 즉, 어플리게이터 롤(4a) 및 미터링 롤(4m)은 상기 편평 다혈관(2)의 이동 방향에 대해서 역방향, 픽업 롤(4p)은 상기 편평 다혈관(2)의 이동 방향에 대해서 순방향으로 하였다. 용질인 플럭스 화합물로서는, 평균 입자지름 2㎛∼6㎛의 KZnF3를 사용하였다. 상기 플럭스 화합물을 사용한 이유는, 도장후의 도막 균일성을 검증하는데 있어서, 납땜 가열 후의 Zn 확산 상태를 대용(代用)함으로써, 정량적인 평가를 할 수 있기 때문이다. 상기 플럭스 화합물과 바인더 고형분의 단위면적당 부착량은 8g/m2∼12g/m2로 하여, 표 1의 공시재 No.1∼4로 하였다. 평균 입자지름 및 단위면적당의 부착량에 관해서는, 예비 실험을 실시하여, 납땜성 등의 평가 항목에 있어서, 문제가 없는 범위인 것을 확인한 다음 선정하였다.
이 플럭스와 아크릴계 수지 용액(바인더 고형분 15질량%)을, 플럭스와 아크릴계 수지와의 질량비로 85:15의 비율로 혼합 교반하여 도료(10)를 제작하였다. 이 도료(10)를 코일형상의 상기 편평 다혈관(2)의 표면에 도장한 후, 출력 100kw, 코일 안지름 20mm 노 길이 1m 또는 2m의 전자 유도 가열로(5)(통과시간 1.1초, 도장재 실온 180℃)에서 건조하여, 실온 에어에 의해 냉각 후 감기를 실시하였다. 도장후의 알루미늄 합금제 편평 다혈관(2)은, 두께 70㎛의 알루미늄 합금제 클래드(clad) 판재(심재(心材;core material):A3103, 피재(皮材;clad material) :A4045)를 콜게이트 성형 가공(corrugate-forming)한 핀재(16) 및 헤더 파이프재(header pipe material;17)로 조합하여, 도 10에 나타내는 열교환기 코어를 조립하여, 질소 가스 분위기중에서 600℃×5분의 납땜 가공을 실시하여 접합하였다.
[실시예 1-2]
롤 전사 방식은, 도 5의 방식 B로 하고, 그 외의 조건은 실시예 1-1과 동등하게 하여, 표 1에 나타내는 공시재 No.5∼8을 얻었다. 제작한 도장재는 실시예 1-1과 같은 조건으로 납땜 가공을 실시하였다. 유도 가열로의 노 길이는, 제품 속도=80m/분(No.1 ∼3, 5∼7)에 대해서는 1m, 제품 속도=160/분(No.4, 8)에 대해서는 2m로 하였다.
[비교예 1-1]
건조 방법 등, 도료 특성등의 조건은 실시예 1-1과 동등하게 하고, 롤 전사 방식을 도 3에 나타내는 종래 방식 C로 하여 공시재 No.9∼12를 얻었다. 제작한 도장재는 실시예 1-1과 같은 조건으로 납땜 가공을 실시하였다.
[참고예 1-1]
롤 전사 방식, 도료 특성 등의 조건은 실시예 1-1과 동등하게 하여, 도 8에 나타내는 건조방법을 열풍로(14)로 하여 공시재 No.13∼16을 얻었다. 건조방법에 있어서의 열풍로(14)에서의 노내 분위기 온도는, 220℃가 되도록 설정하였다. 220℃로 설정한 이유로서는, 230℃를 넘는 온도로 가열했을 경우, 아크릴 수지 성분이 분해되어, 정상적인 납땜 가공을 저해하여 버리기 때문에, 납땜 가공에 영향을 미지 않는 범위에서의 최대 가열 온도가 되기 때문이다. 한편, 열풍로의 노 길이는 1m·4m·8m로 하였다. 제작한 도장재는 실시예 1-1과 같은 조건으로 납땜 가공을 실시하였다.
도장 특성으로서는, 도장된 도막의 밀착성, 납땜성 및 균일성에 대하여 평가하였다.
밀착성에 관해서는, JIS 지정의 연필에 의한 연필 경도 시험법에 의해 평가하였다.
납땜성에 관해서는, 납땜 가공후의 열교환기 코어로부터 평가용 샘플을 잘라 내어, 그 부분의 핀재(16)를 알루미늄 합금제 편평 다혈관(2)으로부터 절제하여, 접합면 200개소중의 접착율(접착율=(접착개소수/200)×100)에 의한 평가 및 미접합 불량핀 산수(山數;the number of corrugated-threads)를 측정하였다.
균일성에 관해서는, 도장후의 상기 편평 다혈관(2)이 길이 6.67m(알루미늄 합금제 편평 다혈관(2) 단면의 양 끝단 R부를 제외한 플랫부 표면적=1000mm2)의 도장율(도장율=(도장면적/1000)×100)에 의한 방법과 납땜 가공후의 알루미늄 합금제 편평 다혈관을 수지채움 연마 가공하고, 도 29에 나타낸 바와 같이, 도장 표면으로부터 약 50 ㎛의 깊이의 위치의 상기 편평 다혈관(2)의 폭방향의 Zn농도를 EPMA에 의해 라인 분석하여, 측정된 Zn농도의 최대치로부터 순서대로 10번째까지의 수치의 평균치(표 1의 최대에 대응)와, Zn농도의 최소치로부터 순서대로 10번째까지의 수치의 평균치(표 1의 최소에 대응)에 의해 평가하였다. 도 11(a)에 Zn농도 분포의 합격 패턴을, 도 11(b)에 불합격 패턴을 각각 나타낸다.
각 평가 특성의 합격 여부 판정 레벨은, 열교환기 코어의 조립성 및 내식성을 고려하여, 연필 경도 시험(밀착성)≥3B(3B와 같거나 3B보다 딱딱한 경도인 것), 접착율(납땜성)≥96%, 미접합 산수≥4산(threads), 도장율≥97%, Zn농도:최소치>0.7이고 최대치-최소치(즉 차, Δ) ≤1.0을 각각 합격으로 하였다.
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표 1로부터, 본 발명의 실시예 1-1 및 1-2의 조건에 의해 제조된 공시재 No.1∼8은, 밀착성, 접착율, 미접합 산수, 도장율 및 Zn농도의 모든 특성에 대해서 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
비교예 1-1 및 참고예 1-1에 있어서는, 밀착성, 접착율, 미접합 산수, 도장율 및 Zn농도의 특성중의, 적어도 한가지가 나빠지고 있는 것을 확인할 수 있다. 각 공시재로 보면, 공시재 No.9∼12는, 도 6의 도장 표면측에 있어서, 어플리게이터 롤과 픽업 롤의 회전이 순방향이기 때문에, 도료에 어플리게이터 롤과 픽업 롤에 의한 전단력이 작용하지 않고, 픽업 롤 표면의 줄무늬 모양의 도료의 농담 모양이 그대로 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 표면에 전사되어, Zn성분의 부착 분포가 불균일하게 되어, Zn농도의 진한 부분과 얇은 부분이 발생한 것이다. 표 1 중 Zn농도의 최대치, 최소치 및 평균치에 대해서 비교한 결과를 도 12에 나타낸다. 본 실시예 1-1 및 1-2에 있어서, 양호한 Zn농도 특성을 나타내고 있으며, 충분한 내식성을 확보할 수 있는 것이 확인되었다. 공시재 No.13∼16은, 열풍로 길이가 너무 짧기 때문에, 도료의 건조가 충분하지 않고, 반건조 상태인 것, 및 열풍 건조 방식이기 때문에, 도막내에 기포가 존재하는 것에 의해, 구동장치나 텐션 롤과의 접촉으로 도막의 박리에 기인한 도장율의 저하 및 도막의 밀착성이 부족한 것이다. 특히, No.13과 16에 관해서는, 제품이 거의 건조되지 않았기 때문에, 도장면이 습한 상태인 채로, 납땜 평가 등을 실시할 수 없었다. 건조 방식에 의한 도막 품질의 차는, 표 1의 기포 발생 갯수로부터도 확인할 수 있다. 여기서의 기포 발생 갯수란, 도공 건조후의 재료 상하면의 단면 전체 폭 방향에 대해서, 도막중의 기포의 발생 개수를 주사 전자현미경으로 측정한 수치이다. 측정한 재료 갯수는, 실시예, 비교예 및 참고예의 16조건(No.13과 16에 대해서는, 평가 불가능)에 대해서, 각 n5로 하고, 1개의 샘플에 대해서 도장 상하면에서 발생한 기포의 합계수를 1데이터로 하였다. 도 13에, 기포 발생수에 대해서 비교한 도면을 나타낸다. 이 도면으로부터도, 종래의 열풍 건조법에 비해서, 전자 유도 가열법에 따른 도막 내부의 건전함의 기술적중요성을 확인할 수 있다.
도 14에, 각 가열 방법 및 노 길이에 있어서의 제품 속도별의 최고 도달 온도를 계측한 결과를 나타낸다. 계측은, 상온의 제품 표면에 불가역성의 서모 테이프(thermo tape)를 붙인 후, 가열로를 통과시켜, 변색한 최고 온도를 읽어내는 방식으로 하였다. 여기서는, 제품 속도를 80m/분과 160m/분의 2수준으로 나누어 평가하였다. 유도 가열로에서는, 제품 속도=80m/분에서 노길이=1m의 결과를 표 1에 나타내었지만, 제품 속도=160m/분의 경우에도 노길이를 배로 함으로써 추종할 수 있는 것이 확인되었다. 이에 대해, 열풍로의 경우, 제품 속도 160m/분에서는, 거의 온도상승 효과가 없고, 노길이 8m에서도, 도막 표면은 반건조상태였다. 이들 결과로부터, 튜브재의 심(芯)으로부터 가열하는 전자 유도 가열법은, 노내 분위기 온도에 의해 가열하는 열풍로에 비해서, 열효율이 좋고, 제품을 단시간에 고온으로 온도상승시킬 수 있는 것이 확인되었다. 따라서, 전자 유도 가열법은, 고속으로 이동하는 제품을 가열하는 용도에서 특히 바람직한 가열법인 것을 알 수 있다. 상술의 도막 내부 품질 및 본 도면의 제품 최고 도달 온도의 차가, 표 1의 도료 밀착성의 차이로서 나타난 것이라고 생각된다.
<본 발명예 2-1∼2-7 및 참고예 2-1∼2-4>
컨폼 압출법에 의해 압출된 A1050 알루미늄 합금제 편평 다혈관(19구멍, 폭 16mm, 높이 1.8mm, 구멍 치수 1.0mm×0.6mm, 두께 0.3mm)의 한쪽의 편평면의 표면조도를 조정하여, 납땜용 금속분말 함유 도료로, 도 15에 나타낸 바와 같은 톱 피드 리버스 3롤 방식에 의해 편평 다혈관 코일을 코팅하였다. 이 때의 여러 조건을 표 2에 나타낸다. 계속해서, 통상의 베이킹처리를 실시하고(PMT:150℃), 금속 분말이 플럭스뿐인 도료는, 건조 도막의 부착량 5.0g/m2, 금속 분말이 플럭스와 납재를 포함한 도료는, 건조 도막의 부착량 10.0g/m2인 금속 분말 함유 수지층을 형성하게 하였다. 수지 성분으로서는 아크릴계 수지 98.5질량%에 대해 가교제로서의 옥사조린기 함유 폴리머 1.5질량%를 포함하는 것을 사용하였다. 도료중의 금속 분말과 수지 성분의 비율은 고형분중의 금속 분말 체적 함유율이 하기의 표 2에 나타내는 양이 되도록 조정하였다.
얻어진 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관의 밀착성, 납땜성을 이하의 방법으로 평가하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
밀착성(1) : 얻어진 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관에 대하여, JIS K 5400에 의한 연필 긁기 시험 방법에 기초하여, 피막이 벗겨지는 연필 경도를 조사하였다.
밀착성(2) : 얻어진 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관에 대하여, 가공유(加工油)(타이탄 프레스(상품명) : 토요타 케미컬 엔지니어링사 제조)에 일주일간 침지하여, 상기와 마찬가지로 JIS K 5400의 연필 긁기 시험을 실시하여, 연필 경도를 측정하였다.
납땜성 : 얻어진 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관과 알루미늄 브레이징 시트(B S. 두께 70㎛, 심재:A3103 합금, 피재:A4045 합금) 또는 A3003 알루미늄 합금판을 콜게이트 성형해서 이루어지는 콜게이트 부재(콜게이트 핀)를 맞닿고, 질소 가스 분위기중에서 600℃에서 3분간 유지하여 납땜 접합을 실시하여, 납땜성에 대하여 평가하였다. 납땜성의 평가는 콜게이트 핀과의 납땜 접합을 실시한 후, 핀을 벗겨 상기와 마찬가지로 핀의 접착율을 측정함으로써 실시하였다.
<본 발명예 2-8∼2-14 및 비교예 2-5∼2-10>
알루미늄 합금제 편평 다혈관 코일에 표 3에 나타내는 방법으로 도장하고, 금속 분말이 플럭스뿐인 도료는, 건조 도막의 부착량 10.0g/m2, 금속 분말이 플럭스와 납재로 이루어지는 도료는 건조 도막의 부착량 20.0g/m2의 금속 분말 함유 수지층을 형성하였다. 이 때, 도료에 첨가한 플럭스, 납재의 종류와 양, 수지층에 함유된 플럭스 및 납재의 함유량에 대하여 표 3에 나타낸다. 한편, 샘플은, 도장 개시 후 30분의 시점에서 채취하였다. 이 시리즈에서는 도료 전사 방법을 바꾸어, 그 영향을 조사하였다. 채택한 여러 가지의 전사 방법을 도 15, 도 16, 도 17 및 도 18에 나타낸다. 얻어진 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관의 밀착성 및 납땜성에 대하여, 본 발명예 2-1∼2-7와 같은 방법으로 평가하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3의 결과로부터 알 수 있듯이, 톱 피드-리버스 코팅(도 15)에 의하면 플럭스, 납재를 고농도로 포함한 수지층이 안정적으로 얻어지는데 비하여, 보텀 업 리버스코팅(도 17, 18)에서는, 단시간에 플럭스나 납재가 코터 팬(104)중에서 침강해 버리므로, 장시간의 도장의 경우는 플럭스, 납재의 함유량이 안정된 수지층을 얻을 수 없었다. 또한, 톱 피드-내츄럴 코팅(도 16)에서는, 금속 분말의 침강에 대해서는 효과가 있지만, 도막 외관에 관해서 모양이 보여지고, 금속 분말의 분포가 균일하지 않기 때문에, 납땜성이 저하하였다.
Figure pat00002
Figure pat00003
이상의 결과로부터, 본 발명예인 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관은, 밀착성, 납땜성이 뛰어나고, 또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, 그러한 밀착성, 납땜성이 뛰어난 수지 피복 알루미늄 편평 다혈관을 얻을 수 있다. 본 발명예 2-11∼2-14는, 금속 분말의 평균 입자지름 혹은 밀도가 비교적 크기 때문에, 본 발명예 2-8∼2-10에 비하면, 납땜성이 약간 낮지만 합격 레벨이다.
이에 대해서, 참고예 및 비교예 No.2-1∼2-10 중 No.2-1, 2-2, 2-3 및 2-4은 알루미늄 편평 다혈관의 편평면의 표면조도가 너무 작기 때문에, 본 발명예에 비해서 밀착성이 뒤떨어지고 있다. No.2-2-a는 금속 분말 함유율이 너무 낮아서, 납땜성에 뒤떨어지고, No.2-2-b는 금속 분말 함유율이 너무 높아서, 밀착성에 뒤떨어진다. No.2-6∼2-8과 No.2-10은 보텀 업 방식으로 도료를 공급했기 때문에, 코터 팬으로 금속 분말의 침전이 관찰되고, 수지층내의 금속 분말 함유량이 부족하여, 충분한 납땜성을 얻을 수 없었다. No.2-5 및 2-9는, 내츄럴 방식으로 롤 전사했기 때문에, 도막중의 금속 분말의 분포가 균일하지 않게 되어, 납땜성이 뒤떨어지고 있었다.
(실시예 3-1)
컨폼 압출법에 의해 압출된 A1050 알루미늄 합금제 편평 다혈관(202)(19구멍, 폭 16mm, 높이 1.8mm, 구멍 치수 1.0mm×0.6mm, 두께 0.3mm)을 사용하여, 도 19 및 도 20에 나타내는 도장 장치로, 도장실 온도 25℃의 조건에서, 상하 양면 및, 양 곡면의 도장을 실시하였다. 도장시의 상기 편평 다혈관 이동 속도는 80m/분으로 하고, 양 곡면부(202R)의 도장 방식으로서는 롤 전사(단롤) 방식으로 하였다. 어플리게이터 롤(204a)(바깥지름=60mm)은 원주속도=80m/min.으로 하였다. 양 평면부(202F) 도장용의 롤 전사 장치에 있어서는, 어플리게이터 롤(205a)(바깥지름=200mm) 원주속도=100m/min., 픽업 롤(205p)(바깥지름=200mm) 원주속도=50m/min., 미터링 롤(205m) (바깥지름=200mm) 원주속도=15m/min.으로 하였다. 용질인 플럭스 화합물로서는, 평균 입자지름=2㎛∼20㎛의 KZnF3를 사용하였다. 상기 플럭스 화합물의 건조후의 단위면적당 부착량은, 양 곡면부(202R), 양 평면부(202F) 모두, 5g/m2∼18g/m2의 범위로 하고, 표 4의 공시재 No.301∼303으로 하였다. 평균 입자지름 및 단위면적당의 부착량에 관해서는, 예비 실험을 실시하여, 납땜성 등의 평가 항목에 있어서, 문제가 없는 범위인 것을 확인한 다음 선정하였다. 이 플럭스 분말과 아크릴계 수지 용액(바인더 고형분 15질량%)을, 플럭스와 아크릴계 수지와의 질량비로 85:15의 비율로 혼합 교반하여 도료(206)를 제작하였다. 이 도료(206)를 코일형상의 상기 편평 다혈관(202)의 표면에 도장후, 출력 100kw, 코일 안지름 20mm 노길이 2m의 전자 유도 가열로(20S)(통과시간 1.1초, 도장재 실온 180℃)로 건조하고, 실온 에어로 냉각한 후 감기를 실시하였다. 도장후의 알루미늄 합금제 편평 다혈관(202)은, 두께 70㎛의 알루미늄 합금제 클래드 판재(심재:A3103, 피재:A4045)를 콜게이트 성형가공한 핀재(16) 및 헤더 파이프재(17)와 조합하여, 도 10에 나타내는 열교환기 코어를 조립하고, 질소 가스 분위기중에서 600℃×5분의 납땜 가공을 실시하여 접합하였다.
(실시예 3-2)
양 곡면부(202R)의 도장 방식을 도 24의 스프레이 방식으로 하고, 그 외의 조건은 실시예 3-1과 동등하게 하여, 표 4에 나타내는 공시재 No.304∼306을 얻었다. 제작한 도장재는 실시예 3-1과 같은 조건으로 납땜 가공을 실시하였다.
(실시예 3-3)
양 곡면부(202R)의 도장 방식을 도 25의 브러시 방식으로 하고, 그 외의 조건은 실시예3-1과 동등하게 하여, 표 4에 나타내는 공시재 No.307∼309를 얻었다. 제작한 도장재는 실시예 3-1과 같은 조건으로 납땜 가공을 실시하였다.
(참고예 3-1)
도료 특성 등의 조건은 실시예 3-1과 동등하게 하여, 양 곡면부(202R)에는 도장을 실시하지 않고, 양 평면부(202F)에만 롤 전사 방식에 의해, 도장을 실시하여, 공시재 No.310∼312를 얻었다. 제작한 도장재는 실시예 3-1과 같은 조건으로 납땜 가공을 실시하였다.
(참고예 3-2)
양 곡면부(202R)의 도장 방식 등의 조건은 실시예 3-1과 동등하게 하여, 건조후의 KZnF3의 부착량을 표 4의 조건으로서 공시재 No.313∼314를 얻었다. 제작한 도장재는 실시예 3-1과 같은 조건으로 납땜 가공을 실시하였다.
(참고예 3-3)
양 곡면부(202R)의 도장 방식 등의 조건은 실시예 3-1과 동등하게 하여, KZnF3의 입도 조건을 표 4의 조건으로서 공시재 No.315∼316을 얻었다. 제작한 도장재는 실시예 3-1과 같은 조건으로 납땜 가공을 실시하였다.
평가 특성으로서는, 납땜성 및 내식성에 대하여 평가하였다.
납땜성에 관해서는, 납땜 가공후의 열교환기 코어로부터 평가용 샘플을 잘라, 그 부분의 핀재(16)를 알루미늄 합금제 편평 다혈관(202)으로부터 절제하여, 접합면 100개소중의 접착율(접착율=(접착개소수/100)×100)에 의한 평가 및 미접합 불량 핀 산수를 측정하였다.
내식성에 관해서는, 각 공시재를 납땜 가공함으로써 성형된 열교환 코어로부터 미니 코어(200mm×200mm)를 잘라, 편평 다혈관의 절단 개구부를 마스킹 처리한 후, JIS Z 2371에 따른 CASS 시험을 실시하여, 관통구멍 발생까지의 시험 시간을 계측하여, 평가하였다.
또한, 평면부 및 곡면부 각각에 있어서의 평균 자연 전위(mV)를 측정하였다.
각 평가 특성의 합격 여부 판정 레벨은, 열교환기 코어의 조립성 및 내식성을 고려하여, 접착율(납땜성)≥96%, 미접합 산수≤4산, CASS에서의 관통구멍 발생 시험 시간≥1500hr을 각각 합격으로 하였다.
결과를 표 4에 나타낸다.
Figure pat00004
표 4로부터, 본 발명의 실시예 3-1, 3-2 및 3-3의 조건에 의해 제조된 공시재 No.301~309는, 접착율, 미접합 산수, CASS 관통 시간의 모든 특성에 대해서 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
이에 대해서, 각 참고예의 공시재에서는, 적어도 1개의 평가 결과가 불량이었다.
참고예 3-1의 공시재 No.310~312에 있어서는, 알루미늄 합금제 열교환기 부재 양 곡면부에, KZnF3가 도포되어 있지 않기 때문에, 도장되어 있는 상기 부재의 평면부에 비해 곡면부의 전위가 귀(貴)가 되어, CASS1500hr 미만에서 관통 공식이 발생한 것이다.
참고예 3-2에 있어서, 공시재 No.313은, KZnF3의 부착량이 너무 적었기 때문에, 핀의 접착율도 나쁘고, 또한, 충분한 희생 방식 효과도 얻을 수 없으며, CASS1500hr 미만에서 관통 공식이 발생한 것이다. 공시재 No.314는, KZnF3의 부착량이 너무 많았기 때문에, 코어 깨짐에 의한 접착율의 저하가 발생하고, 또한, 전위가 너무 비(卑)가 되었기 때문에, 자기용식(self corrosion)에 의해, 조기에 관통공식이 발생한 것이다.
참고예 3-3에 있어서, 공시재 No.315와 316에서는, KZnF3의 입도가 컸기 때문에, 양 평면부에서는, 코어 깨짐에 의한 접착율의 저하가, 양 곡면부에서는, 도료중의 KZnF3의 분포 상태의 불안정화에 의해, 균일한 도막이 형성되지 않고, 국부적으로 전위가 불안정한 개소가 형성되었기 때문에, CASS 1500hr 전에 관통공식이 발생한 것이다. 공시재 No.317는, KZnF3의 입자지름이 너무 작았기 때문에, 납땜 가공시에 KZnF3가 산화 등의 화학변화 또는, 바인더의 과도한 개재에 의해, 산화 피막 제거 효과 및 희생 방식 효과를 충분히 얻을 수 없었던 것이다.
본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에서도 한정하고자 하는 것은 아니며, 첨부한 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 할 것이라고 생각된다.

Claims (5)

  1. 납땜 플럭스를 포함한 금속 분말, 아크릴계 수지 및 가교제를 함유하여 이루어지고, 고형분중의 금속 분말 체적 함유율이 50%∼90%인 납땜용 금속분말 함유 수지 도료로, 바깥둘레 표면 중에서 적어도 한쪽의 편평면(flat surface)의 중심선 평균조도(Ra)가 0.4㎛이상, 또한 10점 평균조도(Rz)가 3㎛이상으로 표면조도를 조정한 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 조면화(粗面化)된 면(roughened surface)을 피복 경화시킨 것을 특징으로 하는 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관(多穴管;multi-cavity tube).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 분말이 납재(filler material)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 조면화된 면은, 상기 납땜용 분말 함유 수지를, 건조후의 부착량으로서 3∼30g/m2로 피복한 것을 특징으로 하는 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관.
  4. 물 및 유기용제로 도료화한 상기 납땜용 금속분말 함유 수지의 도료를 톱 피드 방식으로 공급하고, 리버스 방식(reverse system)으로 코팅한 후, 건조하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 금속 분말은, 그 평균 입자지름이 30 ㎛이하이고, 그 밀도가 4.0Mg/m3 이하인 것을 특징으로 하는 열교환기용 수지 피복 알루미늄 합금제 편평 다혈관의 제조방법.
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