| 【発明の名称】 |
アルミニウムのろう付け方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】宇佐見 勉
【氏名】久富 裕二
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| 【要約】 |
【課題】ろう付けすべきアルミニウム部材にフラックス組成物またはろう付け組成物を転写性および密着性良く均一にプレコートすることができ、ろう付け時のフラックス塗布工程の省略、ブレージングシートに代えてろう材をクラッドしないアルミニウム部材の使用を可能とするろう付け方法を提供する。
【解決手段】メタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂とろう付けフラックスからなるフラックス組成物、または該合成樹脂、ろう付けフラックスおよびろう材からなるろう付け組成物により被覆され、フラックス組成物中のろう付けフラックスと合成樹脂の重量の比率、またはろう付け組成物中のろう付けフラックスおよびろう材の合計重量と合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたアルミニウム部材をろう付け接合部に配設し、ろう材を介して加熱ろう付けする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 メタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂とろう付けフラックスからなるフラックス組成物により被覆され、フラックス組成物中のろう付けフラックスと合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたアルミニウム部材をろう付け接合部に配設し、ろう材を介して加熱ろう付けすることを特徴とするアルミニウムのろう付け方法。
【請求項２】 メタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂、ろう付けフラックスおよびろう材からなるろう付け組成物により被覆され、ろう付け組成物中のろう付けフラックスおよびろう材の合計重量と合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたアルミニウム部材をろう付け接合部に配設し、加熱ろう付けすることを特徴とするアルミニウムのろう付け方法。
【請求項３】 ろう付けフラックス組成物による被覆が、アルミニウム部材の表面に、分子構造中の酸素に対する炭素の原子比が２〜３である有機溶剤にメタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂を溶解し、ろう付けフラックス粉末を添加してなるフラックス混合組成物で、フラックス混合組成物中のろう付けフラックス粉末と合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたものをロール転写法により塗布した後、加熱または乾燥してフラックス混合組成物中の有機溶剤を蒸発させることにより形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のアルミニウムのろう付け方法。
【請求項４】 ろう付け組成物による被覆が、アルミニウム部材の表面に、分子構造中の酸素に対する炭素の原子比が２〜３である有機溶剤にメタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂を溶解し、ろう付けフラックス粉末およびろう材粉末を添加してなるろう付け用混合組成物で、ろう付け用混合組成物中のろう付けフラックス粉末とろう材粉末との合計量と、合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたものをロール転写法により塗布した後、加熱または乾燥しろう付け用混合組成物中の有機溶剤を蒸発させることにより形成されたものであることを特徴とする請求項２記載のアルミニウムのろう付け方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムのろう付け方法、例えば、電気分野、車両分野、熱交換器分野などにおいて、各種部材を接合、組立てる場合に適用されるアルミニウムのろう付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム材同士のろう付け接合は、通常、アルミニウム材にＡｌ−Ｓｉ系のろう材をクラッドしたブレージングシートを使用し、ブレージングシートを所定の接合形状に組付けた後、ろう付け炉に装入し、ろう付け温度に加熱することにより行われる。小物部品の場合には、ブレージングシートを所定形状に成形して用いたり、ろう付け接合部に外からろう材を供給して、トーチなどにより加熱する方法も行われる。
【０００３】この場合、十分な接合を行うためには、アルミニウムの表面に存在する強固なアルミニウム酸化物を破壊、除去する必要があり、通常、ろう付け接合面にフラックスを水またはアルコールに懸濁させてスプレー塗布し、溶媒を蒸発させた後、ろう付け作業が行われる。
【０００４】しかしながら、ろう付け製品やろう付け接合部の形状が複雑な場合には、フラックスの懸濁液をろう付け部材の表面に均一に塗布することが困難な場合が少なくなく、フラックスの塗布量が少ない部分では強固なろう付けが妨げられ、フラックスの塗布量が過剰な部分では、ろう付け炉中でフラックスが脱落して炉内の汚染や腐食の原因となるとともに、ろう付け後の製品外観を損ねるという弊害が生じていた。
【０００５】近年、ろう付け直前のフラックス塗布作業を省略するために、予め、ろう付けすべき材料の表面にフラックスを塗布する方法やフラックスとろう材との混合組成物を塗布する方法、塗布するろう付け用組成物が提案されている。（特開平３−３５８７０号公報、特開平６−２８５６８１号公報、特表平６−５０４４８５号公報、特許第２６８１３８０号公報、特許第２６８１３８９号公報など）
【０００６】これらの方式によれば、ろう付け製品やろう付け接合部の形状が複雑な場合でも、被ろう付け材の表面へのフラックス塗布が可能となり、フラックスとろう材との混合組成物を塗布する場合には、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材をクラッドした高価なブレージングシートを使用する必要がなくなり、ろう材をクラッドしないアルミニウム板が使用できるため、ろう付け接合に当たってブレージングシートの成形が必要な場合、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材層による金型の摩耗の問題も解消できるという利点もある。
【０００７】アルミニウム部材に対する塗布面積が大きい場合には、塗布作業は、スプレー法、浸漬法、ロール転写法などにより行うことができるが、スプレー法は塗着効率が良くなく、スプレーガンも目詰まりが生じるなどの問題があり、浸漬法においては、ろう材粉末やフラックス粉末の沈殿に起因して一定組成比の組成物を高速で塗布することが困難となり易く、ロール転写による方式が実用上最も量産効果が優れ効率的である。
【０００８】しかしながら、特開平３−３５８７０号公報、特許第２６８１３８０号公報、特許第２６８１３８９号公報に記載されるように、ろう付け加熱によって揮発する有機樹脂のうち、例えばアクリル系樹脂などのエチレン系炭化水素からなる樹脂をバインダとして使用したろう付け組成物をロール転写により塗布する場合には、ろう付け接合が十分に行われない個所が多くなる傾向が強い。また、アルミニウム材に対するフラックス組成物の濡れ性を改善するために、組成物に界面活性剤を添加したもの（特開平６−２８５６８１号公報）をロール転写した場合には、界面活性剤がフラックス組成物の密着性を阻害し、従ってろう付け性が低下し易くなる。
【０００９】塗布媒体としてイソプロピルアルコールなどのアルコールを使用するもの（特表平６−５０４４８５号公報）も、アルコール溶液中でろう材粉末やフラックス粉末の沈殿が生じ易く転写性が劣り、必ずしも十分な密着性が得られず、強固なろう付け接合が達成できないという問題点が残る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミニウム部材に予めフラックス、またはフラックスとろう材を被覆する場合における上記従来の問題を解消するためになされたものであり、とくにアルミニウム部材の表面にろう付けフラックス組成物、フラックスとろう材を含むろう付け組成物をロール転写法により連続的且つ高速で効果的に塗布するために、組成物中の合成樹脂、合成樹脂を溶解しフラックスやろう材を懸濁させるための有機溶剤、組成物中でのフラックスやろう材と合成樹脂との重量比とこれらの組合わせについて多角的な実験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、ろう付けすべきアルミニウム部材に対する組成物の転写性、密着性が良好で、強固なろう付け接合部が得られるアルミニウムのろう付け方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するための本発明によるアルミニウムのろう付け方法は、メタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂とろう付けフラックスからなるフラックス組成物により被覆され、フラックス組成物中のろう付けフラックスと合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたアルミニウム部材をろう付け接合部に配設し、ろう材を介して加熱ろう付けすることを第１の特徴とする。
【００１２】また、メタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂、ろう付けフラックスおよびろう材からなるろう付け組成物により被覆され、ろう付け組成物中のろう付けフラックスおよびろう材の合計重量と合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたアルミニウム部材をろう付け接合部に配設し、加熱ろう付けすることを第２の特徴とする。
【００１３】さらに、本発明の第３および第４の特徴は以下のとおりである。３．ろう付けフラックス組成物による被覆が、アルミニウム部材の表面に、分子構造中の酸素に対する炭素の原子比が２〜３である有機溶剤にメタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂を溶解し、ろう付けフラックス粉末を添加してなるフラックス混合組成物で、フラックス混合組成物中のろう付けフラックス粉末と合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたものをロール転写法により塗布した後、加熱または乾燥してフラックス混合組成物中の有機溶剤を蒸発させることにより形成されたものであることを特徴とするアルミニウムのろう付け方法。
【００１４】４．ろう付け組成物による被覆が、アルミニウム部材の表面に、分子構造中の酸素に対する炭素の原子比が２〜３である有機溶剤にメタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂を溶解し、ろう付けフラックス粉末およびろう材粉末を添加してなるろう付け用混合組成物で、ろう付け用混合組成物中のろう付けフラックス粉末とろう材粉末との合計量と、合成樹脂の重量の比率を９０〜７０％：１０〜３０％としたものをロール転写法により塗布した後、加熱または乾燥しろう付け用混合組成物中の有機溶剤を蒸発させることにより形成されたものであることを特徴とするアルミニウムのろう付け方法。
【００１５】本発明において、ろう付けフラックスは、アルミニウム部材の表面に形成されている酸化皮膜を還元、除去し、アルミニウムとろう材との共晶合金の生成を促進するためのものであり、ＫＦ、ＡｌＦ3 、ＫＡｌＦ4 、Ｋ2 ＡｌＦ5 、Ｋ3 ＡｌＦ6 、ＣｓＦ、ＲｂＦ、ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｃａ2 Ｆなどのフッ化物系フラックス、あるいはこれらを主成分とするするものが最も好適に使用できる。塩化物系のフラックスを用いる場合には、アルミニウム材料の腐食を招き易いので、ろう付け後に残留物の除去処理を要し、臭化物系のフラックスを用いる場合には取扱い上の安全性を考慮する必要がある。
【００１６】ろう材としては、ろう付け時にアルミニウムと共晶合金を生成する金属、例えばＳｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｇｅなどが使用できる。また、ろう付け時にアルミニウムと共晶合金を生成するこれらの金属とアルミニウムとの合金も使用することができ、これらの金属、合金の１種以上が適用し得る。
【００１７】合成樹脂としては、メタクリル酸エステルの重合体あるいはメタクリル酸エステルの２種以上からなる共重合体を主要構成成分とするものが好ましく、メタクリル酸エステルとしては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸２−メチルプロピル、メタクリル酸ノルマルブチル、メタクリル酸ターシャリーブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ターシャリーブチルアミノエチル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸メタテトラヒドロフルフリルなどが例示される。これらの合成樹脂は、ろう付け温度において揮発する。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明において、ろう付けすべきアルミニウム部材に対してフラックス、ろう材を被覆する方法は、アルミニウム部材の表面に、前記メタクリル酸エステルの重合体またはメタクリル酸エステルの共重合体を主要構成成分とする合成樹脂の溶解する有機溶剤にろう付けフラックス粉末を添加してなるフラックス混合組成物、またはろう付けフラックス粉末およびろう材粉末を添加してなるろう付け用混合組成物をロール転写法により塗布した後、加熱または乾燥しフラックス混合組成物中の有機溶剤を蒸発させることにより行われる。小物部品の場合には、組成物を刷毛塗りで被覆することもできる。
【００１９】有機溶剤としては、該有機溶剤の分子構造中の酸素に対する炭素の原子比が２〜３のものであることが好ましく、転写性の観点から、ある程度の親水性を有するものが望ましい。好ましい有機溶剤としては、２−プロパノール、１−プロパノール、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどの１種または２種以上が好適に使用される。
【００２０】有機溶剤に添加する前記フラックス粉末およびろう材粉末は、１００μｍ以下の粒子径に調整するのが好ましい。とくにろう材粉末の粒子径は１００μｍを越えないものであることが好ましい。１００μｍを越えると、フラックス混合組成物およびろう付け用混合組成物の静置保管時に沈殿が生じ易く、分散性がわるくなる。
【００２１】フラックス混合組成物およびろう付け用混合組成物の粘度は、組成物のＥ型粘度計による回転数１．０ｒｐｍにおける粘度（温度：２５℃）で１００〜１００００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、５００〜３０００ｍＰａ・ｓとするのがさらに好ましい。粘度が１００ｍＰａ・ｓ未満では、アルミニウム材の表面に塗布された組成物が乾燥までの間に比重の大きいフラックス粉末やろう材粉末が沈殿し、比重の小さい合成樹脂が塗布表面に多く存在するようになるため、ろう付け性が損なわれる。粘度が１００００ｍＰａ・ｓを越えると、組成物を均一に塗布することが困難となり、転写性が低下してアルミニウム材の長手方向に縞状に塗布量の多い部分と少ない部分が生じ、塗布量が少ない部分ではフィンとの接触が十分でないため、ろう付け性が低下する。
【００２２】フラックス混合組成物中のろう付けフラックス粉末と合成樹脂の重量の比率、およびろう付け用混合組成物中のろう付けフラックス粉末とろう材粉末との合計量と合成樹脂の重量の比率は、９０〜７０％：１０〜３０％が好ましく、この比率において優れたろう付け接合性が得られる。フラックス粉末またはフラックス粉末とろう材粉末の合計量が９０％を越えると、アルミニウム材に対する組成物の密着性が不十分となって塗布後に剥離が生じ易くなり、７０％未満では、合成樹脂の割合が多くなるため、ろう付け性が阻害されコスト上昇を招く。
【００２３】
【実施例】実施例１アルミニウム部材として、Ａ１０５０板（厚さ０．５ｍｍ）を使用し、その片面にロール転写により組成物を塗布した。塗布後、雰囲気温度２５０℃のガス炉中に８秒間通して有機溶剤を蒸発させた後、冷却して試験材とした。フラックス粉末とろう材粉末はすべてメッシュ３３０（目数／インチ）の篩を通過したものを使用し、サンドミルで十分に混合、分散させ、有機溶剤を加えて所定の粘度となるよう調整した。粘度の測定は、Ｅ型粘度計（（株）トキメック製）を使用し、２５℃の温度で回転数１．０ｒｐｍで行った。
【００２４】組成物を構成するフラックス、ろう材、合成樹脂、有機溶剤および有機溶剤の酸素に対する炭素の原子比を表１に示す。表１において、ろう材Ｓｉ−ＺｎはＳｉ粉末90wt％とＺｎ粉末10wt％の混合物、Ａｌ−ＳｉはＡｌ−12wt％Ｓｉ合金粉末、有機溶剤ＥＧＭＥＥはエチレングリコールモノエチルエーテル、ＰＧＭＥＥはプロピレングリコールモノエチルエーテル、ＤＥＧＭＥＥはジエチレングリコールモノエチルエーテル、ＤＥＧＭＢＥはジエチレングリコールモノブチルエーテル、ＴＥＧＭＥＥはトリエチレングリコールモノエチルエーテルである。
【００２５】
【表１】
【００２６】フラックス混合組成物の塗布量は、フラックス重量で５ｇ／ｍ2 となるよう調整し、ろう付け用混合組成物は、ろう材重量で５ｇ／ｍ2 となるよう調整した。組成物の粘度、およびフラックスと合成樹脂の重量割合、フラックスおよびろう材の合計量と合成樹脂の重量割合を表２に示す【００２７】
【表２】
【００２８】組成物を被覆したアルミニウム部材と、Ａ３００３アルミニウム合金板（厚さ０．１ｍｍ）またはアルミニウムブレージングシート（厚さ０．１ｍｍ、心材：Ａ３１０３合金、皮材：Ａ４０４５合金、クラッド率１０％）を蛇行状に成形してなるコルゲート部材を当接し、窒素ガス雰囲気中で３０分かけて６００℃の温度まで加熱し、３分間保持した後、炉冷することによりろう付け接合を行い、ろう付け性を評価した。
【００２９】ろう付け性の評価は、アルミニウム部材とコルゲート部材との接合部における接合率を調べることにより行った。接合率は、接合部１００箇所について接合されている箇所の割合を百分率で表した。組成物の密着性、転写性の評価およびろう付け性の評価結果を表３に示す。表３にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜１３を用いたものはいずれも、接合率９５％以上の優れたろう付け性が得られた。
【００３０】
【表３】
【００３１】比較例１実施例１と同じアルミニウム部材を使用し、実施例１と同一の方法、条件に従ってアルミニウム部材の片面に組成物を塗布した。塗布後、実施例１と同様、雰囲気温度２５０℃のガス炉中に８秒間通して有機溶剤を蒸発させた後、冷却して試験材とした。
【００３２】フラックス混合組成物の塗布量は、実施例１と同じく、フラックス重量で５ｇ／ｍ2 となるよう調整し、ろう付け用混合組成物は、ろう材重量で５ｇ／ｍ2 となるよう調整した。組成物を構成するフラックス、ろう材、合成樹脂、有機溶剤および有機溶剤の酸素に対する炭素の原子比を表４に、組成物の粘度、およびフラックスと合成樹脂の重量割合、フラックスおよびろう材の合計量と合成樹脂の重量割合を表５に示す。
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】組成物を被覆したアルミニウム部材について、実施例１と同一の方法でろう付け性を評価した。これらの評価結果を表６に示す。表６に示すように、本発明の条件を外れた試験材はろう付け性がよくない。
【００３６】
【表６】
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、ろう付けすべきアルミニウム部材にフラックス組成物またはろう付け組成物を転写性および密着性良く均一にプレコートすることができ、ろう付け時のフラックス塗布工程の省略、ブレージングシートに代えてろう材をクラッドしないアルミニウム部材の使用を可能とするろう付け方法が提供される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２２７７
【氏名又は名称】住友軽金属工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２４日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 保夫 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３９８６９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−５８９３９ |
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