Apparatus and method for applying a hard flux for brazing member

本発明は、少なくとも１つの噴霧装置で材料表面にフラックスを自動的に塗布するための装置、もしくは特に母材としてのアルミニウムをベースとする部材を硬蝋付するために少なくとも１つもしくは２つの噴霧装置を用いてフラックスを塗布するための方法に関する。 本発明はさらに、請求項の方法および／または装置が応用される、互いに蝋付可能な多数の部材からなる熱交換器に関する。

特に熱交換器用の、すなわち特に自動車分野で使用されるようなラジエータ、蒸発器、凝縮器等の蝋被覆された個別部材を硬蝋付するために、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を母材として使用する場合、現在一般に特殊な蝋付法、特にいわゆるノコロック（登録商標）蝋付が利用される。

これは基本的に特許文献１では、未反応フッ化カリウムを実質的に含まないフルオアルミン酸カリウム融材の存在下に、組み立てられた部品を蝋付用合金の融点以上かつ部品の融点以下の温度に加熱することによって、アルミニウム部品をアルミニウム部品の融点以下の融点を有するアルミニウム蝋付用合金と接合するための方法として述べられている。 この公知方法は、少なくとも一方の部品の表面に融材と蝋付用合金が、微粉砕融材と金属粉末とからなる水性スラリーとして塗布され、スラリー膜が乾燥させられ、酸素を含まない不活性ガス雰囲気が（場合によっては組み立てた後）蝋付され、融材／蝋付用合金スラリーの応用は４０〜１５０ｇ／ｍ ^２が応用されるように制御され、融材と蝋付用合金との割合は少なくとも５ｇ／ｍ ^２の融材が析出するように選択されることを特徴としている。

アルミニウムもしくはアルミニウム合金の特殊な材料特性のゆえに、前記蝋付法では、非腐食性非吸湿性フラックスの塗布が不可欠である。 ノコロック（登録商標）蝋付（ＣＡＢ蝋付）ではこのため実験式Ｋ _{（１‐３）} ＡｌＦ _{（４‐６）}のフルオアルミン酸カリウムをベースとするフラックスが使用される。 このフラックスは共晶組成物として存在し、５６２℃〜５７２℃の温度で溶解し、アルミニウム自体の上に常に表面不純物として存在する酸化アルミニウムを除去する。 これにより短時間の間、アルミニウム材料の表面に硬蝋付等の他の加工ステップを施すことが可能にされ、これは専門的に「表面の活性化」とも称される。

前記非吸湿性フラックスが表面をぬらし、蝋被覆が５７７℃の温度で溶解し始めると、蝋は毛管作用によって蝋付間隙内に自由に引き入れることができる。 つまり蝋付状況にふさわしいフラックス塗布なしでは、仕上げ上確実な完全密封蝋付は可能でない。

通常、前記フラックスは専門用語でフラックス塗布と称される以下の方式で塗布される：
ａ）噴霧フラックス塗布装置を利用して水性スラリーとして平面的に噴霧し、次に網を吹出しし、最後に乾燥させる；
ｂ）水性スラリーを刷毛塗りし、引き続き乾燥させる；
ｃ）カニューレを用いてフラックスを局所的に各種グリコールおよび／またはグリコールエーテル中でペースト状スラリーとして塗布し、引き続き乾燥させる。

ａ）としたフラックス塗布方式は主として熱交換器網のフラックス塗布時、波状フィン／管蝋付時、または図６に示すように例えばディスク型ラジエータまたはディスク型蒸発器用のディスクのフラックス塗布時に応用される。 その際ふつう加工物は加工物もしくはその搬送方向の中心に配置される噴霧ガンによって直角に噴霧され、加工物の両側、すなわち加工物の中心の左右に「オーバスプレー」が存在し、すなわち噴流が本来必要であるよりも幅広に形成されるように、噴流は配分されかつ形成されている。 この噴流は一様な厚さのフラックス噴霧をもたらす。

しかし従来のフラックス塗布にはなお問題があり、特にフラックスの過剰投与が生じることがあり、これが費用を高めることになる。

独国特許出願公開第２６１４８７２号明細書

独国特許第１０１４１８８３号明細書

本発明の課題は、改良されたフラックス塗布装置を提供することである。 さらに、最適にフラックスを塗布するための方法を提供することが課題である。 また、最適フラックス塗布を有する熱交換器を提供することが課題である。

この課題は、フラックスが表面に不規則にまたは不均一にまたは不均質に分配され、主にフラックスを多めに塗布された少なくとも１つのゾーンとフラックスを少なめに塗布された少なくとも１つのゾーンとが存在することを特徴とする装置によって解決される。 この課題はさらに、少なくとも１つの噴霧装置が材料表面に対して３０°〜６０°の角度で傾き、場合によっては材料表面の縁近傍領域に配置されていることを特徴とする装置によって解決される。 この課題はさらに、少なくとも１つの噴霧装置から射出される噴流が材料表面に関して約９０°の角度で傾けて射出され、場合によっては噴流の一部が材料表面に衝突しないことを特徴とする方法によって解決される。 この課題はさらに、少なくとも２つの噴霧ノズルから射出される噴流が異なる噴霧強さで射出されることを特徴とする方法によって解決される。 本発明に係る課題は、先行請求項の方法および／または装置が応用される、互いに蝋付可能な多数の部材からなる熱交換器によっても達成される。 有利な諸構成は従属請求項の対象である。

発明の実施形態

本発明によれば、例えば噴霧ノズルまたは噴霧ガン等の１つの噴霧装置で材料表面にフラックスを自動的に塗布するためのフラックス塗布装置が設けられており、噴霧装置が材料表面に対して３０°〜６０°の角度、好ましくは約４０°の角度で傾き、材料表面の縁近傍領域に配置されている。

これは特にディスク型熱交換器のディスクにフラックスを適切に噴霧するのに役立ち、フラックスを備えた材料表面は引き続きノコロック（登録商標）蝋付によって、相応に処理された別の材料表面と接合される。

先願特許文献２の開示が本願の開示内容にはっきりと含められるが、この先願から公知のフラックス組成物は本発明に係る方法に優先的に使用することができる。

材料表面は好ましくは水平に配置されている。 その際、フラックス塗布されるべきディスクは好ましくはその波状フィン側を上向きにして搬送装置、例えば搬送ベルトに載置され、噴霧ステーション、乾燥ステーション、点検ステーション等のさまざまなステーションを順次通過する。 噴霧ガンはディスクに対して僅かに横方向でずらしてディスクのカップ状領域近傍に配置されており、この領域はディスクの縁近傍にある。

本発明の１実施例では、密封蝋付に必要な高いフラックス量が限定的部材領域に塗布され、別の部材領域には低減された量のフラックスが例えば波状フィン蝋付用に塗布されるように、部材が噴霧または被覆されるように噴霧装置の配置は選択することができる。

好ましくは装置が、フラックス被覆の点検に役立つ監視装置を有する。 この監視装置は主に単数または複数の監視ユニットによって形成され、監視ユニットは例えば噴流を監視し、特に単数または複数の限定的部材領域内に十分なかつ過度に厚くないフラックス被覆が存在することも監視する。

好ましくは監視装置が光学式監視装置である。 これは、プロセス速度が高い場合に生産の監視が正確で、なおかつ迅速であるという利点を有する。 これは特に、少なくとも１つの送信器と少なくとも１つの受信器とを備えたレーザ装置とすることができる。 好ましくは、層厚または層重量を監視する２チャネルレーザが設けられており、層重量は主に０．０１〜０．１５ｇ／ｃｍ ^２ 、特別好ましくは０．０２〜０．１ｇ／ｃｍ ^２である。

以下、図面を参考に１実施例に基づいて本発明が詳しく説明される。

図１は自動フラックス塗布装置１によるフラックス塗布過程、すなわちフラックスを備える過程を示す。 その際、工作物２は片側にフラックス３が噴霧される。 工作物２はこの場合自動車内で使用されるディスク型ラジエータ用ディスクであり、波状フィン側とカップ側とを有する。 図１に示すフラックス塗布装置１はディスクの波状フィン側面に噴霧する。 ディスクは平らに横にして図示しない搬送装置、例えば搬送ベルトによって図１の目視方向に搬送され、噴霧されるべきディスクの波状フィン側は上向きである。 噴霧過程は周期的に行われる。

ディスクがカップ状領域４を有し、この領域は図１〜図４で「カップ」と称され、別のディスクの相応に形成されたカップ状領域と密に蝋付される。 このカップ状領域４は横方向でディスクの縁近傍に配置されている。 ディスクは、カップ状領域４が搬送装置の片側にあるように搬送装置上に配置されている。

確実な蝋付を確保するために、本発明によれば噴霧ノズルまたは噴霧ガン等の噴霧装置５は、噴霧されるべきフラックス３を扇状に広げた噴流として噴霧する噴霧ノズルまたは噴霧ガン等の噴霧装置を水平線に対して約４０°の角度にして配置されている。 噴霧ガン５からのフラックス３の噴流は、左右で工作物２を超えて（「オーバスプレーＬ」と「オーバスプレーＲ」）噴霧されるように扇状に広げて形成されている。 噴流の中心ゾーンは、噴霧ガン５の近傍に配置されるディスクのカップ状領域４に衝突する。

「オーバスプレーＲ」として噴霧されるフラックス３は実質的に霧状で存在し、波状フィン蝋付を十分に保証するのに利用される。 過度に多く噴霧されるフラックス３、特に「オーバスプレーＬ」として噴霧されるフラックス３は、漏斗等によって下方で集められ、再び波状フィン側フラックス回路に供給される。

上で述べた方法によってディスクの波状フィン側の面積当りフラックス量は約０．０１〜０．１５ｇ／ｃｍ ^２ 、特に約０．０２〜０．０９ｇ／ｃｍ ^２の限定値に低減され、しかもなお確実な蝋付が確保される。

ディスクのカップ側、すなわち波状フィン側とは反対側の、図で下向きの側のフラックス塗布は、図示しない第２フラックス塗布装置によって、分離された回路を介して行われる。 というのも、波状フィン側被覆用のポンプおよび噴霧装置の調整は反対側と比べて別の、主に低い値に調整されていなければならないであろうからである。 カップ側フラックス塗布装置は従来の如くに形成しておくことができる。 しかし、蝋付の前提条件がそれを必要としまたは許容する場合、この側では不規則で不均質なフラックス塗布または被覆を行うのが有利であることもある。

フラックス塗布過程を監視し、それとともにフラックス厚を監視するために、複数の監視ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えた監視装置１０が設けられている。 図２を参照すると、送信器１１として役立つレーザと受信器１２が第１監視ユニット１０ａとして設けられている。 この第１監視ユニット１０ａは、各噴霧サイクルごとに、フラックス噴流が存在するか否かを監視する。 フラックス噴流が存在しないと、ベルトが停止され、警告信号が発せられる。 相応する監視ユニット（図示せず）はカップ側にも設けられている。

第２監視ユニット１０ｂはカップ側にフラックス３が十分に存在しているか否かを監視し、このユニットに付属するレーザは乾燥器の出口に設けられている。 その際、監視は白色化が存在するか否かの点で行われる。 監視の結果、すなわち所定の白色調、つまり十分なフラックスが塗布されたか否か、または十分な白色調が存在せず、つまりカップ側がなお銀色／アルミニウム色であり、従って十分なフラックスが塗布されていないか否かは、ディジタル化され、監視装置１０に送信される。 この監視装置から相応する信号が送出され、場合によっては該当する部材を選別し、噴流強さを相応に修正しまたはその他の誤機能を除去することができる。

さらに、波状フィン側の図４に示した領域に十分にフラックス３が存在するか否かを監視する第３監視ユニット１０ｃが設けられている。 その際、２チャネルレーザが設けられており、その第１チャネルはディジタル白色調であり、例えば０．０２〜０．０５ｇ／ｃｍ ^２の層重量に相当する。 第２チャネルは別のディジタル白色調であり、例えば０．０５〜０．１ｇ／ｃｍ ^２の層重量に相当する。

調節は以下の如くに行われる：
第１チャネルが応答し、すなわち所定の層重量を上まわると、それに続く測定値／測定の数の統計的測定値評価が行われる。 これら測定値の評価に依存して噴射時間および／または噴射量の自動調整、例えば噴射時間低減等が調整される。 すなわち、フラックス塗布量の低減を引き起こすことができる。 複数、例えば４回の連続的測定が行われ、それらの平均値が目標値範囲内にあると、統計的評価が新たに開始されることになる。

第２チャネルが応答することがあると、フラックス量は多すぎる。 フラックス量は自動的に下方に修正される。

相応する２チャネルレーザはカップ側でも使用してそこでもフラックス被覆厚を最適化することができる。

図５が示す信号手段は搬送ベルトの監視向上のために主に積卸ロボットの上方に配置されている。 これは監視装置１０の信号を視覚的、音響的に認識可能とする。 個々の機能に関しては図５の説明を参照するように指示する。

本発明によれば、フラックス量が部材に不均一に分布していると有利なことがある。 不規則に分布した領域および／または異なる量で同一分布の領域の他に、規則的に分布した領域を設けることができる。 例えば、３０重量％の領域、２０重量％の領域の他に、５０重量％の領域を設けることができる。 これは、片側にヘッダを有する熱交換器において有利なことがある。 また本発明によれば、２０重量％の１領域またはそれぞれ１０重量％の２領域の他に、約４０重量％の２領域が存在すると有利なことがある。 これは、相反する２つの側に２つのヘッダを有する熱交換器において望ましいことがある。

ディスク型ラジエータ用ディスクの本発明に係る波状フィン側フラックス塗布の略図である。

図１のフラックス塗布過程用の監視装置を示す。

第２監視装置を示す。

第３監視装置を示す。

個々の監視装置を監視するための信号手段を示す。

先行技術によるディスク型ラジエータ用ディスクの本発明に係る波状フィン側フラックス塗布の略図である。

符号の説明

１ フラックス塗布装置
２ 工作物
３ フラックス
４ カップ状領域５ 噴霧ガン
１０ 監視装置
１０ａ 第１監視ユニット１０ｂ 第２監視ユニット
１０ｃ 第３監視ユニット１１ 送信器
１２ 受信器