(57)【要約】【課題】垂直状態の棒状金属に他金属を接合材料で接合する際に、該接合材料の下方への垂れを抑えて棒状金属の他金属下面側外周面への付着を抑制し、高精度な接合状態が容易に得られる金属接合装置を提供する。【解決手段】垂直状態で配置された棒状金属と該棒状金属の所定位置にその穴が嵌合配置された他金属とを支持する支持手段と、該支持手段で支持された棒状金属と他金属との接合部で他金属の上面側に配置され、接合部上の棒状金属の周囲に配置されるコイル部、及び該コイル部の内側と棒状金属の外周面との間に配置される磁性体からなる筒状部材を有する加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電流を供給するトランジスタインバータと、を備えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直状態で配置された棒状金属と該棒状金属の所定位置にその穴が嵌合配置された他金属とを支持する支持手段と、該支持手段で支持された棒状金属と他金属との接合部で他金属の上面側に配置され、前記接合部上の棒状金属の周囲に配置されるコイル部、及び該コイル部の内側と前記棒状金属の外周面との間に配置される磁性体からなる筒状部材を有する加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電流を供給するトランジスタインバータと、を備えることを特徴とする金属接合装置。
【請求項２】
前記筒状部材は、その下端が前記加熱コイルの下端より所定寸法上方に位置すると共に、所定長さを有してその上端が前記棒状金属の上方まで延設されていることを特徴とする請求項１に記載の金属接合装置。
【請求項３】
前記筒状部材は、その外周面に冷却水が循環供給される冷却パイプが固着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直状態で配置された棒状金属と例えば水平状態で配置された板状金属等の他金属とを、誘導加熱を利用して半田等の接合材料で接合する際に使用される金属接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、垂直状態で配置された回転軸（棒状金属）の上端部に、水平状態で配置されたアーム（板状金属）等を半田付けで接合する場合、図７に示すようにして行っている。すなわち、棒状金属２の上端部２ａの所定位置に板状金属３の端部３ａに設けた穴３ｂを嵌合させ、この板状金属３と棒状金属２の接合部５で板状金属３の上面３ｃ上にリング形状の半田１８を載置すると共に、接合部５の上方に加熱コイル（図示せず）を配置する。そして、加熱コイルに接続されたトランジスタインバータを作動させて加熱コイルに高周波電流を供給し、接合部５に渦電流を誘起させて誘導加熱し、半田１８を溶融させることで接合するようにしている。なお、この種の金属接合装置（接合方法）は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３０８７７５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、このような金属接合装置にあっては、接合部５の板状金属３の上面３ｃ上にリング形状の半田１８を載置し、加熱コイルで接合部５を単に誘導加熱することで半田１８を溶融させて棒状金属２と板状金属３とを接合しているため、図７に示すように、板状金属３の上面３ｃ上に載置した半田１８が溶融した際に、半田１８自体の重力や棒状金属２と板状金属３の穴３ｂ間の隙間による毛細管現象、表面張力あるいは接合部５の過加熱等により、溶融した半田１８が僅かな隙間から下方に垂れて、板状金属３下面側の棒状金属２の外周面に不規則に付着し易く、例えば棒状金属２の回転動作に悪影響を与える虞がある等、高精度な接合状態を得ることが難しい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、垂直状態の棒状金属に他金属を接合材料で接合する際に、該接合材料の下方への垂れを抑えて棒状金属の他金属下面側外周面への付着を抑制し、高精度な接合状態が容易に得られる金属接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、垂直状態で配置された棒状金属と該棒状金属の所定位置にその穴が嵌合配置された他金属とを支持する支持手段と、該支持手段で支持された棒状金属と他金属との接合部で他金属の上面側に配置され、前記接合部上の棒状金属の周囲に配置されるコイル部、及び該コイル部の内側と前記棒状金属の外周面との間に配置される磁性体からなる筒状部材を有する加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電流を供給するトランジスタインバータと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記筒状部材の下端が前記加熱コイルの下端より所定寸法上方に位置すると共に、所定長さを有してその上端が前記棒状金属の上方まで延設されていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記筒状部材の外周面に冷却水が循環供給される冷却パイプが固着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、接合部上の棒状金属の周囲に配置されるコイル部、及び該コイル部の内側と棒状金属の外周面との間に配置される磁性体からなる筒状部材を有する加熱コイルが、支持手段で支持された棒状金属と他金属との接合部で他金属の上面側に配置されるため、筒状部材により棒状部材の他金属上面側をシールドしてその過加熱を防止すると共に、接合部の加熱時雰囲気の筒状部材内の上昇等により、溶融した接合材料の下方への垂れを抑えることができ、接合部材の棒状部材の他金属下面側外周面への付着を抑制して、接合部に高精度な接合状態を容易に得ることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、筒状部材の下端が加熱コイルの下端より所定寸法上方に位置すると共に、所定長さを有してその上端が棒状金属の上方まで延設されているため、筒状部材によるシールド効果を一層高めて、棒状金属の接合部上面側の過加熱を確実に防止できる等、接合部材の垂れを一層抑制することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、筒状部材の外周面に冷却水が循環供給される冷却パイプが固着されているため、誘導加熱時の筒状部材の発熱を抑えることができて、棒状部材の過加熱を一層確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係わる金属接合装置の一実施形態を示す概略構成図
【図２】同その要部の拡大断面図
【図３】同加熱コイルの側面図
【図４】同その平面図
【図５】同装置を使用した接合方法の一例を示す工程図
【図６】同接合部の接合状態を示す断面図
【図７】従来の接合部の接合状態を示す図６と同様の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図６は、本発明に係わる金属接合装置の一実施形態を示している。なお、図７と同一部位には、同一符号を付して説明する。図１に示すように、金属接合装置１は、接合すべき回転軸等の棒状金属２を垂直状態で支持すると共に、この棒状金属２の上端部２ａにアーム等の他金属としての板状金属３を水平状態で支持する支持手段としてのセット凹部４ａ等を有する支持台４と、前記棒状金属２と板状金属３の接合部５の上方に配置された加熱コイル６を備えている。
【００１３】
また、金属接合装置１は、前記加熱コイル６に接続されたトランジスタインバータ７及び冷却水供給部８と、加熱コイル６を上下動させるコイル移動部９と、前記トランジスタインバータ７と、冷却水供給部８と、コイル移動部９等を制御する制御部１０を備え、この制御部１０には、後述する接合工程や各工程の条件（加熱条件等）を設定したり、作業を開始したり終了するための各種操作釦やキー等を有する操作部１１が接続されている。
【００１４】
前記加熱コイル６は、図３及び図４に示すように、コイル部１３、筒状部材１４及びホルダー部１５を有している。コイル部１３は、例えば外周が絶縁された銅パイプを２回巻回して平面視略円形に形成され、その両端開口部がホルダー部１５の垂直角パイプ１５ａに電気的及び内部孔が連通する状態で接続されている。
【００１５】
前記筒状部材１４は、所定径で所定長さＬ（図２参照）の銅の丸パイプで形成され、ホルダー部１５の前記垂直角パイプ１５ａに絶縁性の連結ブロック１６を介して連結固定されている。また、筒状部材１４の反連結ブロック１６側の外周面には、銅の丸パイプからなる側面視コ字状の冷却パイプ１４ａがロウ付け固着されており、この冷却パイプ１４ａの両端部には、ホースコネクタ１４ｂがロウ付け固着されている。このホースコネクタ１４ｂと前記冷却水供給部８とが冷却ホースによって連結されて、冷却パイプ１４ａ内に冷却水が循環供給されるようになっている。
【００１６】
前記ホルダー部１５は、下端に前記加熱コイル６の両端部が接続された一対の前記垂直角パイプ１５ａと、この各垂直角パイプ１５ａの上端部にそれぞれ固定され絶縁板１５ｃを介して圧接固定された一対のホルダー板１５ｂを有している。このホルダー板１５ｂは、前記コイル移動部９に連結されて、該移動部９が作動することにより、図１の矢印イの如く上下動するようになっている。また、ホルダー板１５ｂは、前記トランジスタインバータ７の出力端子にケーブルで電気的に接続されることにより、ケーブル及び垂直角パイプ１５ａを介して前記コイル部１３がトランジスタインバータ７に電気的に接続されるようになっている。
【００１７】
なお、各ホルダー板１５ｂの外面には、下端が垂直角パイプ１５ａに連通状態の冷却パイプ１５ｄがそれぞれ連結固定され、この各冷却パイプ１５ｄの他端にはホースコネクタ１５ｅがそれぞれロウ付け固着されている。このホースコネクタ１５ｅと前記冷却水供給部８が冷却ホースで連結されて、冷却ホース、冷却パイプ１５ｅ、垂直角パイプ１５ａを介してコイル部１３の銅パイプ内に冷却水が循環供給されるようになっている。
【００１８】
また、前記加熱コイル６のコイル部１３及び筒状部材１４と棒状金属２との位置関係は、次のように設定されている。すなわち、図２に示すように、コイル部１３の内側に垂直状態で配置される筒状部材１４は、その外径がコイル部１３の内径より所定寸法ｄ１小さく設定されると共に、その内径が棒状金属２の外径より所定寸法ｄ２大きく設定されている。また、加熱コイル６の下面（下端）は、筒状部材１４の下面（下端）より所定寸法ｄ３（例えば１ｍｍ程度）下方に位置する、つまり加熱コイル６が筒状部材１４より下方に突出状態で位置するようになっている。これにより、加熱コイル６が下降した状態（加熱状態）において、筒状部材１４が棒状金属２の上端部２ａの外周面を覆うと共に、加熱コイル６の下端と板状金属３の上面３ｃと所定の間隙ｄ４を有して配置されるようになっている。
【００１９】
前記トランジスタインバータ７は、例えばトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等の半導体スイッチング素子を使用したインバータ回路と、このインバータ回路の出力端子に接続された出力トランス（変流器）等を有している。そして、所定周波数の高周波電流を、出力トランスの二次側にケーブルを介して接続された加熱コイル６のコイル部１３に供給するように構成されている。また、前記冷却水供給部８は、冷却タンクと循環ポンプ等を有し、前述したように加熱コイル６のコイル部１３や筒状部材１４の冷却パイプ１４ａ及びホルダー部１５の冷却パイプ１５ｄや垂直角パイプ１５ａ内に冷却水を循環供給するように構成されている。
【００２０】
ところで、以上の説明においては、図１の実線で示すように、加熱コイル６をコイル移動部９により上下動可能とし、支持台４に固定的にセットされた棒状金属２と板状金属３の接合部５に対して加熱コイル６を上下動させて、加熱コイル６と接合部５とを所定の位置関係に設定したが、加熱コイル６を移動させることなく、前記支持台４を上下動させるようにしても良い。この場合は、図１の二点鎖線で示すように、支持台４に支持台移動部１７を接続し、この支持台移動部１７を制御部１０により作動させて支持台４を固定的に配置されている加熱コイル６に対して矢印ロの如く上下動させることで、接合部５と加熱コイル６との位置関係を所定に設定すれば良い。
【００２１】
次に、このように構成された金属接合装置１を使用した棒状金属２と板状金属３（これらをワークという）の半田付け方法の一例を図５の工程図に基づいて説明する。先ず、前記支持台４に設けたセット凹部４ａに、上端部２ａに板状金属３の端部３ａの穴３ｂを嵌合させた棒状金属２の下端を嵌合させて、棒状金属２を垂直状態でかつ板状金属３を水平状態で支持台４に支持させてワークをセットすると共に、棒状金属２の上端部２ａからリング形状の半田１８を嵌挿させて、図２に示すように、半田１８をワークの接合部５（板状金属３の上面３ｃ上）にセット（Ｋ０１）する。
【００２２】
この状態で、制御部１０の制御信号により、前記コイル移動部９を作動させて加熱コイル６を下降させるか、もしくは前記支持台移動部１７を作動させて支持台４を上昇（Ｋ０２）させる。この工程Ｋ０２で加熱コイル６とワークの接合部５との位置関係が所定に設定されたら、制御部１０の制御信号によりトランジスタインバータ７を作動させて、加熱コイル６に所定周波数で所定出力の高周波電流を所定時間供給して接合部５を誘導加熱すると共に、冷却水供給部８を作動させてコイル部１３と冷却パイプ１４ａ、１５ｄ等に冷却水を循環供給（Ｋ０３）する。
【００２３】
この工程Ｋ０３における加熱コイル６による誘導加熱時に、コイル部１３から発生する磁束は、銅パイプからなる筒状部材１４で吸収されて棒状金属２の上端部２ａへの作用が低減、つまり筒状部材１４により磁束がシールド（遮断・遮蔽）された状態となって、棒状金属２の上端部２ａの過加熱が抑えられ、予めトランジスタインバータ７の出力を所定に設定することで、接合部５の半田１８が存在する部分のみを半田付けに最適な温度に加熱することができる。
【００２４】
また、誘導加熱で加熱される接合部５の温度上昇や半田１８の溶融による温度で高温となった接合部５周囲の雰囲気は、図２の矢印ハの如く筒状部材１４内を上昇、すなわち筒状部材１４内に上昇気流が発生する。この半田１８部分のみの効果的な加熱と雰囲気の上昇気流等により、溶融した半田１８の下方への垂れを抑えることができ、図６に示すように、溶融した半田１８が板状金属３の穴３ｂ内で止まる状態となって、板状金属３の下面側の棒状金属２の外周面に付着することが抑制されるか、仮に垂れたとしたも棒状金属２の板状金属３下面側の外周全域に略均一に垂れた状態となる。このことは、実験により確認されており、従来の半田付け品質に対して高精度なワークが得られている。
【００２５】
そして、工程Ｋ０３で誘導加熱と冷却水の循環供給が所定時間行われ、ワークの半田付けが終了すると、制御部１０の制御信号により、加熱コイル６を上昇もしくは支持台４を下降（Ｋ０４）させ、その後にワークを支持台４のセット凹部４ａから取り出してアンセット（Ｋ０５）することで、一連のワークの半田付け作業が完了する。なお、工程Ｋ０１〜Ｋ０５は、全てを自動化しても良いし、一部を自動化（一部を手動化）することもできる。
【００２６】
このように、前記実施形態の金属接合装置１においては、加熱コイル６がコイル部１３と筒状部材１４を有して、支持台４で支持された棒状金属２と板状金属３との接合部５で板状金属３の上面３ｃ側に配置されるため、磁性体からなる筒状部材１４により棒状金属２の上端部２ａをシールドして接合部５の温度調整が可能となりその過加熱を防止すると共に、接合部５の雰囲気の筒状部材１４内の上昇等により、溶融した半田１８の下方への垂れを抑えることができる。その結果、溶融した半田１８の棒状金属２の板状金属３下面側外周面への付着を抑制して、接合部５に高精度な接合状態を容易に得ることができ、例えば棒状金属２の回転動作を精度良く行うこと等ができる。
【００２７】
また、筒状部材１４の下端が加熱コイル６の下端より所定寸法ｄ３上方に位置すると共に、所定長さＬを有してその上端が棒状金属２の上方まで延設されているため、筒状部材１４による棒状金属２の接合部５上部のシールド効果を一層高めて、棒状金属２の接合部５上面側の過加熱を確実に防止できる等、溶融した半田１８の垂れを一層抑制することができる。さらに、筒状部材１４の外周面に冷却水が循環供給される冷却パイプ１４ａが固着されているため、誘導加熱時の筒状部材１４の発熱を抑えることができて、棒状金属２の過加熱を一層確実に防止することができる。
【００２８】
なお、前記実施形態においては、接合材料として半田１８を使用した接合装置に適用したが、銀ロウを使用した接合装置にも適用できることはいうまでもない。また、前記実施形態における、加熱コイル６のコイル部１３の巻数、筒状部材１４の長さＬ、加熱コイル６の全体形状等は一例であって、例えばコイル部１３を１回巻きもしくは３回以上の複数巻きとする等、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、垂直状態で配置された棒状金属と水平状態で配置された他金属としての板状金属の接合に限らず、垂直状態の棒状金属と各種状態及び各種形状の他金属とを接合する全ての金属接合装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・金属接合装置、２・・・棒状金属、２ａ・・・上端部、３・・・板状金属（他金属）、３ａ・・・端部、３ｂ・・・穴、３ｃ・・・上面、４・・・支持台（支持手段）、５・・・接合部、６・・・加熱コイル、７・・・トランジスタインバータ、８・・・冷却水供給部、９・・・コイル移動部、１０・・・制御部、１３・・・コイル部、１４・・・筒状部材、１４ａ・・・冷却パイプ、１５・・・ホルダー部、１７・・・支持台移動部、１８・・・半田。
【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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