(57)【要約】【課題】  異種金属の部品がレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合される場合において、その溶融部における割れの発生を回避できること。【解決手段】  接合部における溶融部Ｗｆのビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定されるもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属材料で作られた第１の部材の接合端と、該第１の金属材料の溶融温度と異なる溶融温度を有する第２の金属材料で作られた第２の部材の接合端とを対向配置する工程と、
前記第１の部材の接合端と前記第２の部材の接合端とが合わされる接合部に対し該接合部における溶融部のビード幅が１．５ｍｍ以下となるように電子ビームまたはレーザビームを照射する工程と、
を含んでなることを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記第１の金属材料は、ステンレス鋼材であり、前記第２の金属材料は、銅系材料であることを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
【請求項３】
内部に形成される流路を切り換える切換機構を有するステンレス製の弁本体と、
前記弁本体の前記流路に接続される銅製の継手用パイプと、を備え、
請求項１記載の溶接方法により前記継手用パイプの一端と弁本体とが溶接されることを特徴とする流路切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種の金属の部材を互いに溶接することができる溶接方法、および、その方法を用いて製造される流路切換装置であって、特に、空気調和機、冷蔵・冷凍装置等に使用される流路切換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１にも示されるような電動式制御弁等の流路切換装置において、ステンレス製の装置本体内部に形成される流路の各開口端部にそれぞれ、銅合金製の継手用パイプを接合するにあたっては、一般に、ろう付けにより接合されている。このようなろう付けによる接合部においては、温度ムラまたはボイド（空孔）による接合不良や、また、ステンレス鋼材をろう付けする際のろう付け温度は高温となるため銅の組織が大きくなりその強度が低下する問題があり、更に、異種金属による局部電池による電解腐食等に起因した漏れ等の不具合が生じる場合がある。
【０００３】
このような不具合の対策として、特許文献２乃至４にも示されるように、ステンレス製の部品と銅合金製の部品とをレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合することが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０４４４５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６９８３号公報
【特許文献３】特開２００１−４７２４４号公報
【特許文献４】特表２００３−５１７８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようにステンレス製の部品と銅合金製の部品とがレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合される場合、その溶融部における銅成分量が、所定量ｗｔ％以上の範囲、含まれるとき、割れがその溶融部に生じることが本願の発明者により確認されている。本願の発明者によれば、割れの発生の１つの原因としては、銅成分が鉄の結晶粒界に移動し粒界を割ることによるものと考えられ、また、他の原因としては、溶接後、溶融部における冷却による熱ひずみの作用と考えられている。
【０００６】
以上の問題点を考慮し、本発明は、異種の金属の部材を互いに溶接することができる溶接方法、および、その方法を用いて製造される流路切換装置であって、異種金属の部品がレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合される場合において、その溶融部における割れの発生を回避できる溶接方法、および、その方法を用いて製造される流路切換装置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】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明に係る溶接方法は、第１の金属材料で作られた第１の部材の接合端と、第１の金属材料の溶融温度と異なる溶融温度を有する第２の金属材料で作られた第２の部材の接合端とを対向配置する工程と、第１の部材の接合端と第２の部材の接合端とが合わされる接合部に対し接合部における溶融部のビード幅が１．５ｍｍ以下となるように電子ビームまたはレーザビームを照射する工程と、を含んでなる。
本発明に係る溶接方法を用いて製造される流路切換装置は、内部に形成される流路を切り換える切換機構を有するステンレス製の弁本体と、弁本体の流路に接続される銅製の継手用パイプと、を備え、上述の溶接方法により継手用パイプの一端と弁本体とが溶接されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る溶接方法および、その方法を用いて製造される流路切換装置によれば、第１の部材の接合端と第２の部材の接合端とが合わされる接合部に対し接合部における溶融部のビード幅が１．５ｍｍ以下となるように電子ビームまたはレーザビームを照射する工程を含むことにより、接合部における入熱量を小とし比較的短期間とし、また、入熱部を小さく局部的とし、その結果、銅成分が鉄の結晶粒界への移動しても粒界を割る為の熱エネルギーがなく、かつ、熱ひずみが小となるので異種金属の部品がレーザ溶接または電子ビーム溶接等により、接合される場合において、その溶融部における割れの発生を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図３は、本発明に係る溶接方法の第１実施例または後述する他の例が適用される電動式制御弁の外観を示す。
【００１０】
図３において、電動式制御弁は、その内部に後述する継手用パイプ１２および１４の内部に連通する流路を有する弁本体１０と、弁本体１０における弁座（不図示）が設けられる流路の一端に接続される継手用パイプ１４と、弁本体１０における流路の他端に接続される継手用パイプ１２と、弁本体１０に固定されるロアケース１６とアッパケース２２とに形成される内部空間内に設けられその弁座の開閉を行うニードル（不図示）、このニードルを作動させるねじ機構およびマグネット等からなる開閉機構（切換機構）部と、アッパケース２２の外周部に設けられ、上述のマグネットを選択的に励磁させるコイル２０と、を主な要素として構成されている。
【００１１】
本発明に係る溶接方法の第１実施例は、斯かる電動式制御弁において、銅系材料（銅および銅合金材料を含む）の１つである銅合金製の継手用パイプ１２および１４とステンレス鋼製の弁本体１０との接合に対して適用されている。
【００１２】
図１に示されるように、流路１２ａを内部に有する継手用パイプ１２は、弁本体１０の一方の開口端１０ｅに、継手用パイプ１２の一端（接合端）１２ｅが突き合わされた状態で溶接されている。なお、弁本体１０の他方の開口端（不図示）に接合される継手用パイプ１４の一端における接合構造も同様な構造とされる。また、弁本体１０の一方または他方の開口端１０ｅの内部には、弁本体１０の内部流路に連通する孔１０ａが形成されている。
【００１３】
継手用パイプ１２および継手用パイプ１４の一端における溶接方法は、同様とされるので継手用パイプ１２の溶接方法について説明し、継手用パイプ１４の溶接方法の説明については省略する。
【００１４】
継手用パイプ１２の一端１２ｅを開口端１０ｅの端面に溶接するにあたり、先ず、継手用パイプ１２の一端１２ｅと開口端１０ｅとが、同心軸線上に対向配置された後、互いに突き合わされ保持される。
【００１５】
次に、図１に示されるように、突き合わされ保持された接合部の全周に対し所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームＥＢが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、接合部における溶融部Ｗｆのビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。これにより、継手用パイプ１２の一端１２ｅが弁本体１０に溶接されることとなる。
【００１６】
このように溶融部ＷＦのビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下の場合、本願の発明者により、溶融部Ｗｆの銅成分量（ｗｔ％）が例えば、８〜１２ｗｔ％の範囲であっても、割れが接合部に発生しないことが検証されている。
【００１７】
即ち、割れが発生しないのは、接合部における入熱量を小とし比較的短期間とすることにより、入熱部を小さく局部的とし、その結果、銅成分が鉄の結晶粒界へ移動しても熱ひずみが小となったからだと考えられる。
【００１８】
従って、高密度のエネルギーを非常に細いビームにすることにより、集中的にしかもピンポイント的な加熱を行うことで熱影響を与える部分を小さくすることができ、結果的に接合部における溶融部に作用する熱ひずみを低減することが可能となる。
【００１９】
また、従来のろう付け方法においては、フラックス等を使用して溶接が行われるためその残渣処理、及び溶接により発生した異物の処理として酸洗い工程が不可欠であったが、
継手用パイプ１２および継手用パイプ１４の一端と弁本体１０とを溶接により接合することにより、酸洗いの工程が省略できるので水洗浄から乾燥工程が不要とされる。しかも、電位差による電解腐食、気密性等に影響のある問題も解決されることとなる。
【００２０】
図１に示される例においては、電子ビームＥＢが、継手用パイプ１２の一端１２ｅと開口端１０ｅの端面との境界部分（突合せ部分）に対し照射されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図２に示されるように、その境界部分から所定距離Ｄだけ継手用パイプ１２の他端側に離隔した位置に照射されてもよい。この場合においても、溶融部Ｗｆのビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。
【００２１】
その際、所定距離Ｄは、継手用パイプ１２の厚さｔよりも小に設定される（０＜Ｄ＜ｔ）。
【００２２】
図１および２に示される例においては、その開口端部が弁本体１０と一体に形成されているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図８に示されるように、ステンレス製の弁本体４０における流路に連通する開口端４０Ｂに接続されるステンレス製のアダプタ４０Ａを介して継手用パイプ１２の一端が同様に溶接されてもよい。
【００２３】
図４および図５は、それぞれ、本発明に係る溶接方法の第２実施例に用いられる接合構造の要部を示す。
【００２４】
図４に示される接合構造においては、継手用パイプ１２’の一端が挿入される孔１０’ａが、弁本体１０’における開口端に、設けられる。これにより、孔１０’ａに挿入された継手用パイプ１２’の一端１２’ｅの端面がその孔１０’ａの一端に当接し保持されることとなる。
【００２５】
次に、図５に示されるように、開口端１０’ｅの端面で交わる継手用パイプ１２’の外周面近傍の全周に対し所定の角度θをなして所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームＥＢが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、接合部における溶融部Ｗｆのビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。なお、角度θは、９０°未満に設定される（０＜θ＜９０°）。また、継手用パイプ１２’の外周面における電子ビームＥＢの到達位置と開口端１０’ｅの端面との距離Ｄ’は、上述の所定距離Ｄよりも小に設定される（Ｄ’＝Ｄ×ＳＩＮθ）。
【００２６】
斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られることとなる。
【００２７】
なお、図４および図５に示される例においては、継手用パイプ１２’の一端が挿入される孔１０’ａは、端部を有するものであるが、斯かる例に限られることなく、例えば、図９に示されるように、弁本体４８が継手用パイプ１２’の一端が挿入される貫通孔４８ａを有するものであってもよい。
【００２８】
図６は、本発明に係る溶接方法の第３実施例に用いられる接合構造の要部を示す。
【００２９】
図６に示される接合構造においては、銅製の継手用パイプ３２の一端が挿入される孔３０ａが、ステンレス製の弁本体３０における開口端に、設けられる。弁本体３０における開口端の外周部には、その開口端の溶融部を少なくするように面取り３０Ｃが全周に施されている。
【００３０】
これにより、孔３０ａに挿入された継手用パイプ３２の一端３２ｅの端面は、その孔３０ａの一端に当接し保持されることとなる。
【００３１】
次に、弁本体３０における開口端の端面で交わる継手用パイプ３２の外周面近傍の全周に対し略垂直に所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームＥＢが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、接合部における溶融部のビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。なお、継手用パイプ３２の外周面近傍における電子ビームＥＢの照射位置は、図６において破線で示されるように、その開口端の端面に対し所定距離、継手用パイプ３２の他端側に離隔した位置であってもよい。
【００３２】
斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られるとともに、より少ない熱量により短期間で溶接可能となるので溶融部において継手用パイプ３２における銅成分の侵入を抑制できることとなる。
【００３３】
図７は、本発明に係る溶接方法の第４実施例に用いられる接合構造の要部を示す。
【００３４】
図７に示される接合構造においては、銅製の継手用パイプ３６の一端３６ｅが突き合わされる端部３４ｅが、ステンレス製の弁本体３４における開口端に形成されている。弁本体３４における開口端の外周部には、その開口端の溶融部を少なくするように溝部３４ｇが全周に施されている。一方、継手用パイプ３６の開口端の外周部にもその開口端の溶融部を少なくするように溝部３６ｇが全周に施されている。溝部３６ｇは、その外周部において一端３６ｅまでの残部の軸線方向の長さが値ｂとなるように形成されている。一方、弁本体３４における溝部３４ｇは、その外周部において一端までの残部の軸線方法の長さが値ａとなるように形成されている。値ａは、弁本体３４における溶融部を小とするように値ｂよりも小に設定されている。
【００３５】
その際、継手用パイプ３６の一端３６ｅの端面は、弁本体３４の開口端に突き合わされ保持される。
【００３６】
次に、弁本体３４における開口端の端部３４ｅと継手用パイプ３６の一端３６ｅとの境界部分に対し略垂直に所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームＥＢが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、接合部における溶融部のビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。なお、継手用パイプ３６の外周面における電子ビームＥＢの照射位置は、図７において破線で示されるように、その開口端の端面に対し所定距離、継手用パイプ３６の他端側に離隔した位置であってもよい。
【００３７】
斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られるとともに、より少ない熱量により短期間で溶接可能となるので溶融部において継手用パイプ３６における銅成分の侵入を抑制できることとなる。
【００３８】
図１０は、本発明に係る溶接方法の第５実施例に用いられる接合構造の要部を示す。
【００３９】
図４に示される例においては、継手用パイプ１２’の一端の外周部が弁本体１０’の孔１０’ａに挿入されているが、一方、図１０に示される例においては、ステンレス製の弁本体４４における開口端部の外周部に、銅製の継手用パイプ４６の一端４６ｅの内周部が挿入される段差部４４ｓが形成されるものである。弁本体４４における開口端部は、内部に設けられる流路に連通する孔４４ａを有している。
【００４０】
次に、図１０に示されるように、継手用パイプ４６の一端４６ｅと段差部４４ｓとの当接部分である接合部の全周に対し所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームＥＢが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、上述の例と同様に、接合部における溶融部のビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。
【００４１】
斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られることとなる。
【００４２】
図１１は、本発明に係る溶接方法の第６実施例に用いられる接合構造の要部を示す。
図４に示される例においては、継手用パイプ１２’の一端の外周部が弁本体１０’の孔１０’ａに挿入されているが、一方、図１１に示される例においては、ステンレス製の弁本体５２の開口端部において比較的長く突出する直管部の外周部に、銅製の継手用パイプ５４の一端５４ｅの内周部が挿入されるものである。弁本体５２における開口端部は、内部に設けられる流路に連通する孔５２ａを有している。また、継手用パイプ５４の一端５４ｅと弁本体５２の外周面との間の距離Ｌは、後述する電子ビームＥＢが継手用パイプ５４の一端５４ｅに所定の角度で照射されるような値に設定されている。
【００４３】
次に、図１１に示されるように、継手用パイプ５４の一端５４ｅの端面と直管部の外周面とが交わる接合部の全周に対し所定の角度をもって所定の電子ビーム溶接装置からの電子ビームＥＢが比較的短期間、所定の出力をもって照射される。その際、上述の例と同様に、接合部における溶融部のビード幅Ｗｂが１．５ｍｍ以下となるように電子ビーム溶接装置における出力、照射時間が設定される。斯かる方法においても、上述の例と同様な効果が得られることとなる。
【００４４】
上述の実施例においては、電動式制御弁に対して適用されているが、斯かる例に限られることなく、異種の金属製の部材が相互に接合されるような他の装置、例えば、電磁弁、四方弁、圧力スイッチ（センサ）にも本発明に係る溶接方法の一例が適用されてもよい。
【００４５】
また、上述の例においては。電子ビーム溶接装置が用いられているが、斯かる例に限られることなく、例えば、所謂、レーザ溶接装置が用いられても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る溶接方法の第１実施例に用いられる接合構造を示す部分断面図である。
【図２】本発明に係る溶接方法の第１実施例の変形例の説明に供される部分拡大断面図である。
【図３】本発明に係る溶接方法の実施例が適用される電動式制御弁の外観を示す正面図である。
【図４】本発明に係る溶接方法の第２実施例に用いられる接合構造の要部を示す部分断面図である。
【図５】図４に示される例における部分拡大断面図である。
【図６】本発明に係る溶接方法の第３実施例に用いられる接合構造の要部を示す部分拡大断面図である。
【図７】本発明に係る溶接方法の第４実施例に用いられる接合構造の要部を示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明に係る溶接方法の第１実施例の他の変形例の説明に供される部分拡大断面図である。
【図９】本発明に係る溶接方法の第２実施例の変形例に用いられる接合構造の要部を示す部分断面図である。
【図１０】本発明に係る溶接方法の第５実施例に用いられる接合構造の要部を示す部分断面図である。
【図１１】本発明に係る溶接方法の第６実施例に用いられる接合構造の要部を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    弁本体
１２、１４    継手用パイプ
Ｗｆ    溶融部
ＥＢ    電子ビーム
Ｗｂ    ビード幅
【図１】
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【図２】
2006187795.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
2006187795.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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