(57)【要約】【課題】ろう付け対象物をアルミニウム材としアルミニウムろう材を用いてろう付けする場合、ろう材の溶融後に余分な加熱を継続すると、アルミニウム材とろう材の融点が近接しているために、ろう付け対象物のアルミニウム材が溶融するのを防止したろう付け装置を提供する。【解決手段】第１の部材１、第２の部材２の計測点１ａ、２ａの温度を計測する温度計測手段６と、接合部３を加熱する加熱手段５、１２と温度計測手段６の出力を入力しろう材４の溶融を判定するとともに、ろう付け加熱量を演算する計算機８とを備え、計算機８の演算結果に基づいて加熱手段５、１２の加熱量が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と第２の部材との接合部を置きろう付けするろう付け装置であって、前記第１の部材および第２の部材における各計測点の温度をそれぞれ計測する温度計測手段と、前記接合部を加熱する加熱手段と、前記温度計測手段の出力信号を入力して前記接合部の置きろう材が溶融したことを判定するとともに、適切なろう付け加熱量を演算する演算手段とを備え、前記加熱手段の加熱量の制御は、前記演算手段の演算結果に基づいてなされることを特徴とするろう付け装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、可燃性ガスと支援性ガスとの混合ガスを燃焼するバーナと、前記混合ガスの流量を制御する流量制御器とからなり、該加熱手段の加熱量の制御は、前記演算手段の演算結果に基づいて前記流量制御器の流量が制御されることを特徴とする請求項１に記載のろう付け装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、可燃性ガスと支援性ガスとの混合ガスを燃焼するバーナと、このバーナを前記接合部に対して移動させる位置調整機構とからなり、該加熱手段の加熱量の制御は、前記演算手段の演算結果に基づいて前記位置調整機構が制御され前記バーナの位置が移動されることを特徴とする請求項１に記載のろう付け装置。
【請求項４】
前記温度計測点は、前記バーナの火炎や火炎の輻射熱の影響を受けない個所であることを特徴とする請求項１に記載のろう付け装置。
【請求項５】
前記温度計測点には、前記バーナの火炎や火炎の輻射熱の遮蔽体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のろう付け装置。
【請求項６】
前記請求項１〜請求項５のいずれか１項のろう付け装置を用いたことを特徴とするろう付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ろう付け装置およびろう付け方法に関し、特に置きろう材を用いたろう付け装置およびその装置を用いたろう付け方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
バーナを加熱源として、親部品および子部品からなる多数の部材のろう付け対象物をろう付けする自動ろう付け装置にあっては、例えば特許文献１に示されたバーナ火口の火炎の温度分布を作成するサーモグラフィ装置によって得られた温度分布図から、各火口の火炎温度を求める演算装置と、得られた火炎温度により各ガスの流量調整バルブ開度を調整する制御装置を備えた技術や、特許文献２に示された接合部の表面温度検出手段の検出温度に応じてトーチに供給するガス流量を制御する流量制御手段を備えた技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０９０６２３号公報
【特許文献２】特開平０６−２９７１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記先行技術文献１、２に示された技術では、例えばろう付け対象物がアルミニウム材でろう材を用いてろう付けする場合、ろう材の溶融後にも余分な加熱を継続することがあり、アルミニウム材とろう材の融点が近接しているために、ろう付け対象物であるアルミニウム材が溶融してしまうという問題点がある。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、ろう付け対象物の溶融を防止するろう付け装置およびこの装置を用いたろう付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明に係るろう付け装置は、第１の部材と第２の部材との接合部を置きろう付けするろう付け装置であって、第１の部材および第２の部材における各計測点の温度をそれぞれ計測する温度計測手段と、接合部を加熱する加熱手段と、温度計測手段の出力信号を入力して接合部のろう材が溶融したことを判定するとともに、適切なろう付け加熱量を演算する演算手段とを備え、加熱手段の加熱量の制御は、演算手段の演算結果に基づいてなされるものである。
また、第２の発明は前記ろう付け装置を用いたろう付け方法である。
【発明の効果】
【０００７】
この第１の発明によれば、上記のような構成を採用しているので、第１、第２の部材の接合部に配置されたろう材の溶融するタイミングを明確に把握することが可能となり、ろう材の溶融を検知した瞬時に、バーナによる加熱量をろう材溶融中に適切な条件に制御することができるとともに、ろう材の溶融から適切な時間後に加熱を終了する制御も可能となるという効果があり、これは例えばアルミニウム材のろう付けのような母材とろう材との融点差が小さい場合のろう付け時に、加熱による母材の溶融を防止することができて特に有用である。また第２の発明は、前記ろう付け装置を用いたろう付け方法であるので同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１によるろう付け装置とろう付け対象物を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１のろう付け接合部を示す拡大図である。
【図３】実施の形態１によるデータ集の１例である。
【図４】実施の形態１によるデータ集の１例である。
【図５】実施の形態１のデータ集をグラフ化して示す図である。
【図６】実施の形態１の標準プログラムをグラフ化して示す図である。
【図７】実施の形態２の自動ろう付け装置とろう付け対象物を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１に実施の形態１のろう付け装置１００とろう付け対象物５０を斜視図にて示す。最初にろう付け対象物５０について詳説する。ろう付け対象物５０は、親部品のパイプである第１の部材１と子部品のパイプである第２の部材２で、接合部３にてろう材４をろう付け装置１００を用いて溶融することでろう付けされる。接合部３の拡大図を図２に示すように、第１の部材１のパイプを拡管しておき、この拡管部に第２の部材２のパイプを挿入、接合部３としている。ろう材４はワイヤ状のものを接合部３の上部に配置したいわゆる置きろう方式とする。第１の部材１，第２の部材２はアルミニウム材のＡ１０５０を用いるが、これに限らず１０００系、３０００系、５０００系の純アルミニウムまたは合金であってもよく、融点（固相線温度）温度が少なくともろう材４の融点（液相線）温度より高いものであればよい。ろう材４はＡｌ−１２％Ｓｉを用いる。この場合ろう材４の融点は５８０℃であり、第１の部材１、第２の部材２は融点が６００℃以上のアルミニウム材が対象となる。
【００１０】
ろう付け装置１００は、バーナ５、第１の部材１、第２の部材２に温度計測点１ａ、２ａにそれぞれ設けた熱電対６を温度センサとする温度測定器７、各種情報を入力し演算を行う演算手段としての計算機８、可燃性ガス９と支援性ガス１０を混合ガスし、その混合ガス１１を前記計算機８が演算出力する流量情報に合わせて調節して、前記バーナ５に送り込む図示省略した精密流量弁を備えた流量制御器１２を主要構成部とする。前記混合ガス１１は、例えば可燃性ガスをプロパンガスとし、支援性ガスを酸素としてその比を１：３〜５、あるいは天然ガスと空気としてその比を１：５〜１０とし、ろう付けは大気中で行われるものである。
バーナ５の火炎５ａは主として第１の部材１である親部品の接合部３に向けられ、置きろう４の加熱は第１の部材１からの伝熱により行われる。第２の部材２である子部品は、第１の部材１より熱容量が小さいので、第１の部材１とほぼ同じ速度での温度上昇を示す。
熱電対６は、第１、第２の部材１、２の所定の計測点１ａ、２ａに設置する。この計測点１ａ、２ａは火炎５ａが直接影響しないよう十分に離れた個所とする。これは、熱電対６が火炎５ａそのものの温度を検知したり、火炎５ａの輻射熱の影響を受けたりすることを防止するためである。
【００１１】
接合部３の加熱は、ろう材溶融前標準プログラムに測定温度による補正を加えたものを用いて行う。ろう材溶融前標準プログラムとは、所定の時刻における可燃性ガス９の流量・支燃性ガス１０の流量および子部品温度測定点２ａの目標到達温度であり、図３、図４のようなデータの集合体である。これをグラフ化したものを図５に示す。測定温度による補正とは、標準プログラムの目標到達温度と温度測定器７による測定温度の差に応じて標準プログラムの混合ガス流量値を微調整することであり、計算機８で算出された流量値データが流量制御器１２に送信される。
微調整を数式にて表現すると下記の式（１）通りである。
Ｌ１＝Ｌ２＋ｆ１（Ｔ１−Ｔ２）  ・・・  （１）
ここで、Ｌ１は調整後の混合ガス１１の流量、Ｌ２は標準プログラムの流量、Ｔ１は第２の部材２の測定温度、Ｔ２は標準プログラムの目標温度、ｆ１（Ｔ）は測定温度と目標温度の差から流量の調整量を導く関数である。
さらに、計算機８は第１の部材１および第２の部材２の温度測定値の急変をとらえることで、ろう材４の溶融を検知する。図２に示すようにろう材４の溶融前は第１の部材１と第２の部材２が点接触しているためにろう付部３の熱流束が小さいが、ろう材４が溶融すると溶融ろう材が第１の部材１と第２の部材２との隙間に流れこんで面状に接触することになり接触面積が急増することで熱流束も急増する。このことによる温度変化をとらえることで、ろう材４の溶融を判定するものである。
ろう材溶融の判定の方法について補足する。計算機８は温度測定器７が出力する温度測定データを入力し第２の部材２と第１の部材１の温度測定値の差の変化率の急変を捕らえる。すなわち、式（２）のｆ２（ｔ）を微分した値が所定の値を超えたらろう材が溶融したと判定することとする。
ｆ２（ｔ）＝（Ｔ３（ｔ）−Ｔ４（ｔ））  ・・・  （２）
ここで、Ｔ３（ｔ）は第２の部材の温度測定値、Ｔ４（ｔ）は第１の部材の温度測定値である。これをグラフ化したのを図６に示す。
ろう材４の溶融を検知した後も、ろうを接合部に十分行き渡らせるために一定時間の加熱を行う。このとき、ろう材溶融前標準プログラムではなくろう材溶融後標準プログラムを用いて、式（１）で補正した流量でろう付を行う。ろう材溶融後標準プログラムは図５のように第２の部材２の温度測定点２ａの目標到達温度が一定である。これは温度がさらに上昇し続けると親、子部品１、２のアルミ母材が溶融してしまうからである。アルミ母材融点が６６０℃に対しろう材融点が５８０℃であり、その差が８０℃と他の材料に比べ比較的狭いため、母材溶融リスクが大きく本発明の機構はきわめて有用である。
【００１２】
計算機８の指令により、引き続き加熱継続を行う必要性を詳説する。
これはろう材溶融およびろうのまわり確保のための加熱継続である。ろう付け対象物５０が外径φ１０のパイプだとした場合、およそ５秒継続する。
ろう材４はある大きさを持っており、部位により溶けるタイミングが変わる。そのため、ろう材４の溶融が始まってから即座に加熱を停止すると、ろう材４の一部が未溶融となる可能性がある。また、溶けたろう材４が、ろう付部の必要部分に流れ込む（ろうまわり）時間もさらに必要となる。ろう材４の一部がとけ残り必要ろう材料が供給されなかったり、ろうまわり時間が適正に確保されなかったりする場合、たとえばろう付箇所に機密性を持たせる必要がある場合、大きな問題となることを防ぐためである。
以上の一連のプロセスが終了すると、計算機８の指令によりバーナ５の燃焼が停止する。このようにこの実施の形態１によるろう付け装置１００を採用するとろう材４が溶融するタイミングを明確に把握することが可能となり、ろう材４の溶融を検知した瞬時に接合部の加熱量を置きろう材溶融中に適切な条件に変更することができる。また、ろう材４の溶融から予め設定された時間経過後に、加熱を終了する制御が可能となり、歩留まりの向上した優れたろう付け性能を発揮するろう付け方法を提供可能となる。
【００１３】
実施の形態２．
以下、実施の形態２を図に基づいて説明する。
図７において、記載以外は実施の形態１で示した図１と同様であり、説明は省略する。
火炎の遮蔽体１３は、熱電対６の取付部である計測点１ａ、２ａの近辺に設けてあり、熱電対６が火炎５ａそのものの温度を測定したり、火炎５ａからの輻射熱の影響を受けたりして、第１、第２の部材１、２の計測点１ａ、２ａそのものの温度より高い温度を検出するのを防止するためである。この構成は前述した実施の形態１にも適用してもよい。位置調整機構１４は、バーナ５の位置を接合部３に対して、前後方向に位置移動させることにより加熱量を制御するものであり、その移動量は計算機８の実施の形態１で前述した標準プログラムの予想到達温度と実測温度との比較の演算結果に基づくものである。
この実施の形態２においても、ろう付け対象物５０は第１、第２の部材である親部品１、子部品２とも実施の形態１と同様のアルミニウム材のパイプであるとする。バーナ５による加熱方法として、親部品１、子部品２およびろう材４を含む接合部３全体を温度上昇させるために、２段階の加熱方法をとる。すなわち加温（ろう付け）開始時には、図７に示すように子部品２を加熱し、この子部品２の加熱時間を予め計算機８に設定しておき、所定の時間経過後、子部品２から親部品１を加熱するよう計算機８の指令信号によって位置調整機構１４を動作させ、バーナ５の加熱位置を移動させる。この際、子部品２の加熱時の混合ガス１１の流量と親部品１の加熱時の混合ガス１１の流量とは異なる。ここで混合ガス１１の流量を変更させるのみでなく、流量比を同じとし、可燃性ガス９と支援性ガス１０の混合比を変更してもよい。以上のようなバーナ５の移動量、ガスの流量比等の条件は予め個別に計算機８に設定されている。
実施の形態１で示したように、ろう材４の溶融を判定した後、バーナ５による加熱を継続すると、例えば子部品２が溶融する可能性がある。そのため計算機８がろう材４の溶融を判定したら、実施の形態１で述べたようにろうの流れ込みを行うための加熱をろう材４の融点以上で、親部品１、子部品２の母材融点以下となるように、バーナ５の前後位置を位置調整機構１４を動作させて調整する。この調整量は、基準位置で加熱したときの入熱量を１００としたとき、バーナ位置をずらしたらどれぐらいの入熱量になるかというデータを予め作成して計算機８に入力し、それにより制御を行う。
なお、バーナ５を前後に移動する例を示したが、親子部品の寸法、形状によってはθ方向に移動させてもよい。
このように、加熱量は位置調整機構１４によってバーナ５の位置を前後させることで制御する。すなわち、加熱量を小さくする時はろう付対象物５０からバーナ５を遠ざけ、加熱量を大きくするときはろう付対象物５０に近づけるという方法により行う。これにより、ガス流量調整を設けることなく応答性の良い加熱調整ができるという効果がある。
なお、図７では熱遮蔽体１３を子部品２側にのみ設ける例を示したが、親部品１側に設けるようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００１４】
１  第１の部材、１ａ  計測点、２  第２の部材、２ａ  計測点、３  接合部、
４  ろう材、５  バーナ、６  熱電対、８  計算機、９  可燃性ガス、
１０  支援性ガス、１３  遮蔽体、１４  位置調整機構、５０  ろう付け対象物、
１００  ろう付け装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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