(57)【要約】【課題】筒状ワーク同士の接合に際しても、接合箇所に磁束を集中させるように導くことができ、接合材の熔けムラ、フィレットが正常にできない、また、接部強度のバラツキが生じるという問題発生を防止できる、高周波誘導加熱による接合方法及び接合装置を提供する。【解決手段】磁性体からなる磁性体固定具３を、一対のワークＷの中空部のそれぞれに挿入した後、該ワークＷの周囲に配置された高周波誘導コイル１０からの高周波誘導加熱により、該ワークＷ間の接合材Ｓを加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波誘導加熱により接合部に配置された接合材を加熱することで、筒状に形成された一対のワークを互いに接合するための接合方法であって、
磁性体からなる磁性体固定具を、前記一対のワークの中空部のそれぞれに挿入した後、前記一対のワークの周囲に配置された高周波誘導コイルからの高周波誘導加熱により、前記接合材を加熱することを特徴とする高周波誘導加熱による接合方法。
【請求項２】
前記高周波誘導コイルは、前記ワークの接合部を挟むように配置された一対のコイル導体を有することを特徴とする請求項１に記載の高周波誘導加熱による接合方法。
【請求項３】
前記磁性体固定具は、基台と、該基台上に立設されかつ前記ワークの中空部に挿入されて前記一対のワークを位置決めする磁性体からなる磁性体部材と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波誘導加熱による接合方法。
【請求項４】
前記一対のワークは円筒状に形成された部材であり、
前記磁性体固定具の磁性体部材は、前記ワークの中空部の形状に合わせて丸棒状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波誘導加熱による接合方法。
【請求項５】
前記ワークは、中心軸線に沿うように中空部が形成された大径ワーク及び小径ワークとからなり、前記大径ワークの中空部内に前記小径ワークが配置されるとともに、前記小径ワークの中空部内に、前記磁性体固定具の磁性体部材が配置されることを請求項３又は４に記載の高周波誘導加熱による接合方法。
【請求項６】
高周波誘導加熱により接合部に配置された接合材を加熱することで、筒状に形成された一対のワークを互いに接合するための接合装置であって、
前記ワークの中空部に挿入して前記ワークを位置決めする磁性体からなる磁性体固定具と、
該磁性体固定具により位置決めされた前記ワークの周囲に配置されて、前記ワーク間の接合部に配置された接合材を高周波誘導加熱する高周波誘導コイルと、を具備することを特徴とする高周波誘導加熱による接合装置。
【請求項７】
前記高周波誘導コイルは、前記ワークの接合部を挟むように配置された一対のコイル導体を有することを特徴とする請求項６に記載の高周波誘導加熱による接合装置。
【請求項８】
前記磁性体固定具は、基台と、該基台上に立設されかつ前記ワークの中空部に挿入されて前記一対のワークを位置決めする磁性体からなる磁性体部材と、を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の高周波誘導加熱による接合装置。
【請求項９】
前記一対のワークは円筒状に形成された部材であり、
前記磁性体固定具の磁性体部材は、前記ワークの中空部の形状に合わせて丸棒状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の高周波誘導加熱による接合装置。
【請求項１０】
前記ワークは、中心軸線に沿うように中空部が形成された大径ワーク及び小径ワークとからなり、前記大径ワークの中空部内に前記小径ワークが配置されるとともに、前記小径ワークの中空部内に、前記磁性体固定具の磁性体部材が配置されることを請求項８又は９に記載の高周波誘導加熱による接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘導加熱によりワーク同士をロー材又はハンダ等の接合材を介して接合するための接合方法及び接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
抵抗加熱方法で直接ワークに接触してロー接する方法があるがロー接部の見た目の良さ（フィレット形状や変色やキズ）や長時間加熱および過度な温度による金属なまし効果で引っ張り強度の低下を防止するため高周波誘導加熱が用いられている。
【０００３】
そして、このような高周波誘導加熱によりワーク同士をロー材又はハンダ等の接合材を介して接合する技術として、以下の特許文献１〜４に示される技術が知られている。
例えば、特許文献１には、金属製管材からなる被接合物（ワーク）同士を接合部近傍の外周に金属製ソケットを嵌挿するとともに、該管材とソケットとの間にロー材を配した状態で、高周波磁束を該ソケットの外側から作用させてロー材を溶解させるようにした加熱接合装置が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、柱状ロー接母材上の挿入孔に管状の挿入部材（ワーク）を挿入し、ロー接母材上で前記挿入孔廻りにロー材を配置した状態で、これらを高周波コイルの内側に配置して、その外周部を高周波加熱して、ロー接母材と挿入部材とをろう付けする装置が示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、誘導性コイルにより発生された磁界を磁界集中器により導体に集中し、加圧状態で導体（ワーク）を加熱し、導体を互いに電気的に接続するとともに、導体間の電気的接続を容易にするために加熱されたときに液状化する半田を電気導体の少なくとも１つに付与する装置が示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、金属回路上にシート半田を介して半導体素子（ワーク）を配置するとともに、該半導体素子を接合する部分と対応する箇所に設けられた強磁性体を、磁束が通過するように高周波誘導加熱を行ってシート半田を溶融させ、金属回路と半導体素子とを接合するようにした技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１‐３５６４６号公報
【特許文献２】特許第３９３４８４８号公報
【特許文献３】特開２００２‐１１７９５３号公報
【特許文献４】特開２００８‐１４１１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、高周波誘導加熱によるワークの接合は、非接触で行われるために、ワークの素材である銅と銀ローを対象に所望の深さ（位置）を過熱するための周波数を選定しているが、品種によりワークの厚みが異なるためより安定した位置にワークと高周波誘導コイルを設置する必要がある。また、ワークと高周波誘導コイルは寸法公差があるため相対位置にずれが生じた場合に加熱状態が変化してしまうことによるロー材の熔けムラが発生する場合があった。
【０００９】
また、高周波誘導加熱は、対象製品に非接触で加熱するためワークの寸法公差により高周波誘導コイルとワークの位置関係がずれると高周波誘導コイルで発生させる磁界中心から外れてしまうことがある。その場合、ワークに印加される磁界エネルギーが変化してしまい加熱時間が異なったり、ロー材が均一に溶融せずロー接部のフィレットが正常にできない問題があった。また、加熱時間が異なることによりロー接部の強度にバラツキが発生する課題もあった。
【００１０】
そして、このようなロー材の熔けムラ、フィレットが正常にできない、又は、ロー接部強度のバラツキが生じる、という問題発生を防止するために、例えば、先の引用文献３では、磁界集中器により誘導性コイルで発生した磁界を導体に集中させるようにし、また、引用文献４では、基板の半田付けパターン部に強磁性体を埋め込むことで誘導コイルの磁界を導いて半田パターン部に集中させるようにしている。
しかしながら、これら引用文献３及び４は、磁界を誘導することにより、回路基板、素子といった板状に形成されたワーク間の接合箇所を集中的に加熱するための技術であり、筒状をなすワーク同士を接合しようとした場合、先の引用文献３・４の技術では、適切に、磁界を接合箇所に誘導することが困難であり、新たな技術の提供が期待されていた。
【００１１】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、筒状ワーク同士の接合に際しても、接合箇所に磁束を集中させるように導くことができ、接合材の熔けムラ、フィレットが正常にできない、また、接部強度のバラツキが生じるという問題発生を防止できる、高周波誘導加熱による接合方法及び接合装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、高周波誘導加熱により接合部に配置された接合材を加熱することで、筒状に形成された一対のワークを互いに接合するための接合方法であって、磁性体からなる磁性体固定具を、前記一対のワークの中空部のそれぞれに挿入した後、前記一対のワークの周囲に配置された高周波誘導コイルからの高周波誘導加熱により、前記接合材を加熱することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、高周波誘導加熱により接合部に配置された接合材を加熱することで、筒状に形成された一対のワークを互いに接合するための接合装置であって、前記ワークの中空部に挿入して前記ワークを位置決めする磁性体からなる磁性体固定具と、該磁性体固定具により位置決めされた前記ワークの周囲に配置されて、前記ワーク間の接合部に配置された接合材を高周波誘導加熱する高周波誘導コイルと、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高周波誘導加熱による接合方法及び接合装置によれば、磁性体からなる磁性体固定具を、筒状に形成された一対のワークのそれぞれの中空部に挿入した後、周囲に配置された高周波誘導コイルからの高周波誘導加熱により、該ワーク間の接合部に位置する接合材を加熱するようにした。このため、高周波誘導コイルから出る磁束を、中空部にある磁性体に集中させることでき、高周波誘導コイルとワークの相対位置がずれた場合においても磁束をこれら筒状のワークの接合部に集中させることができる。これによって磁界エネルギーをワークに安定的に印加することができ、また、磁界強度が安定しかつ高まることで、接合の安定性と時間短縮を図ることができる。
【００１５】
すなわち、本発明の第１の効果は、ワークに安定して集中した磁界を印加できるため、温度が安定し品質バラツキの無いロー接が可能となる。その結果、接合材の熔けムラ、フィレットが正常にできない、また、接部強度のバラツキといった問題発生を防止することができる。
第２の効果は、ワークの中空部に配置された磁性体部材を加熱できることで、ワーク内部の温度を上げることができるため、接合材とワークの温度差が小さく接合材が流れやすくなることで高品質な接合が可能となる。
第３の効果は、ワークの位置決め精度が悪い場合においても、ワークの中空部に配置された磁性体部材に向けて磁界が集中するため安定して均一な加熱により高品質なロー接が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る接合装置の基本構成を示す正断面図である。
【図２】本発明に係る接合装置で発生した磁界を示す平面図である。
【図３】従来の接合装置で発生した磁界を示す平面図である。
【図４】本発明に係る接合装置で発生した磁界を示す平面図であって、高周波誘導コイルとワークとがずれた位置に置かれた場合を示している。
【図５】従来に係る接合装置で発生した磁界を示す平面図であって、高周波誘導コイルとワークとがずれた位置に置かれた場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る、高周波誘導加熱による接合方法及び該接合方法を利用した接合装置の実施例について図１〜図５を参照して説明する。
図１は接合装置の正断面図であって、円筒状に形成された一対のワークＷ（Ｗ１・Ｗ２）の接合部を、ロー材（接合材）Ｓの溶融により互いに固定するものである。これらワークＷは、非磁性体により構成され、かつ中心軸線Ｏに沿うように中空部が形成されたものであって、外側に位置する大径のワークＷ１の中空部内に、内側に位置する小径のワークＷ２が配置され、該小径のワークＷ２の中空部内に、後述する磁性体部材が配置される。
また、小径のワークＷ２は、大径のワークＷ１から図中上方に突出する配置とされ、これらワークＷ１・Ｗ２の下部に位置する接合部が、後述する高周波誘導加熱によるロー材Ｓの溶融により接合されるようになっている。
【００１８】
図１において符号１に示されるものは磁性体固定具であって、ワーク取付台となる基台２と、基台２上に立設される磁性体（磁性ステンレス＝ＳＵＳ４００シリーズ、フェライト等）からなる丸棒状の磁性体部材３とを有している。
この磁性体固定具１は、小径のワークＷ２の中空部内に配置されるものであって、ワークＷ２を中心軸線Ｏに沿うように保持及び位置決めし、さらに該ワークＷ２を介して、外側のワークＷ１も同時に中心軸線Ｏに保持及び位置決めするものである。
【００１９】
一方、前記磁性体固定具１により位置決めされたワークＷの周囲には、高周波誘導コイル１０が設けられている。この高周波誘導コイル１０は、ワークＷ間の接合部を挟むように配置された一対のコイル導体１１・１２からなるものであって、該高周波誘導コイル１０からの高周波誘導加熱により、該ワークＷ間の接合部に位置するロー材Ｓを高周波誘導加熱する。そして、このとき、高周波誘導コイル１０からの磁束は、ワークＷの中心に位置する磁性体部材３に誘導されて、ワークＷの中心部に近い接合部に集中させることができる。
【００２０】
このときの磁束の流れについて、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本発明に係る接合装置で発生した磁界を示すイメージ図、図３に従来の接合装置で発生した磁界を示すイメージ図である。
【００２１】
図２に示すように、本発明の接合装置では、高周波誘導コイル１０側に位置するワークＷの周縁部を「Ｂ、Ｄ」とし、これら周縁部Ｂ、Ｄと９０°離れた該ワークＷの周縁部を「Ａ、Ｃ」とした場合に、高周波誘導コイル１０から発生した磁界をワークＷの中心の磁性体部材３に誘導及び集中させることで、周縁部Ａ、Ｃの磁束密度が高まる結果、磁界強度が「Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ」となる。このとき、高周波誘導コイル１０により、ワークＷの外側からの熱伝導だけでなく、高周波誘導加熱により熱せられた磁性体部材３により、該ワークＷの中心部からも加熱できるために、ワークＷの温度勾配が小さくなり、ワークＷの中心部に近い接合部におけるロー材Ｓの溶融速度が均一となる。その結果、フィレット（図１に符号Ｆで示す）の形状も良好となる。
【００２２】
これに対して、磁性体部材３がワークＷの中心部に設けられていない接合装置では、図３の磁界イメージで示すように、ワーク（符号Ｗ´で示す）は非磁性体のため高周波誘導コイル１０から出た磁界は直線的になり、周縁部Ａ、Ｃの側に誘導されず、ワークＷ´の内部を通過しない磁界が存在することになる。これにより、磁界強度は「Ｂ，Ｄ＞＞Ａ，Ｃ」となり、高周波加熱状態にバラツキが発生してしまい、ワークＷに温度分布が発生し易くなる。さらに、円筒状のワークＷ´には、外側の円筒状ワークＷ１´からの熱伝導が主たる伝熱となるため、中心部分の温度が低くなり、内側のワークＷ２´の外周に位置する接合部のロー材Ｓと、外側のワークＷ２´との温度差によりロー材Ｓが接合部に流れ込みにくい状態となってしまう。
【００２３】
すなわち、本発明に係る磁性体部材３をワークＷの中心部に挿入した場合には、高周波誘導コイル１０で発生した磁束が磁性体部材３に引き寄せられるためワークＷを通過する磁束密度が高まり、熱エネルギーが集中して短時間で安定した加熱が実現できる。
従って、従来の接合装置（図３）では、高周波誘導コイル１０に近いＢ，Ｄ点と、遠いＡ，Ｃ点では加熱温度差ができるため（Ｂ，Ｄ＞Ａ，Ｃとなる）、ロー接部に置いたロー材Ｓ（例えば、銀ロー）の溶け方にムラができて、フィレットＦの形状に異常が発生する場合がある。しかし、本発明に係る磁性体部材３をワークＷの中心部に挿入した接合装置（図２）では、磁性体部材３で磁束をワークＷ側に引き寄せることで、Ａ，Ｃ側の磁束密度を向上させて均一な温度分布を実現することができる。
【００２４】
次に、図４及び図５を参照して、高周波誘導コイル１０の磁界の中央部から、ワークＷがずれた位置（Ｃ側にずれた場合）に置かれた場合の磁束の流れについて説明する。このとき、図４は、本発明に係る接合装置にて発生した磁界を示すイメージ図、図５に従来の接合装置で発生した磁界を示すイメージ図である。
【００２５】
図４に示すように、本発明の接合装置では、ワークＷの中心部に磁性体部材３がある場合には、加熱コイルから発生する磁束がワークＷの中心にある磁性体部材３の方向に引き寄せられる、特に、磁束密度が小さくなる周縁部Ｃ側の磁束が磁性体部材３の方向に引き寄せられることにより、磁束がワークＷに集中し、磁界強度は「Ａ＝Ｂ＝Ｄ＞Ｃ」となり、磁界エネルギーを効率良く熱に変換することが可能となる。
これに対して、図５に示すように、従来の接合装置では、高周波誘導コイル１０とワークＷ´がずれた位置（Ｃ側にずれた場合）に置かれた場合に、磁性体部材が中心に無いために、高周波誘導コイル１０から出た磁束は直線的に放射され、ワークＷ´を通過しない磁束が生じてしまう。特に、磁界から若干外れる周縁部Ｃ側の磁束密度が小さくなり、磁束密度に大きな差異が現れてしまる結果、磁界強度は「Ｂ＝Ｄ＞Ａ＞Ｃ」となって加熱状態が不均一となる。これにより、ロー材Ｓの溶融速度も不均一となり正常なフィレットＦの形状ができなくなってしまう。
すなわち、高周波誘導コイル１０とワークＷ（Ｗ´）がずれた位置に置かれた場合においても、従来の接合装置（図５）では、高周波誘導コイル１０に近いＢ，Ｄ点と、遠いＡ，Ｃ点では加熱温度差ができるため（Ｂ＝Ｄ＞Ａ＞Ｃとなる）、ロー接部に置いたロー材Ｓ（例えば、銀ロー）の溶け方にムラができて、フィレットＦの形状に異常が発生する場合がある。しかし、本発明に係る磁性体部材３をワークＷの中心部に挿入した接合装置（図４）では、磁性体部材３で磁束をワークＷ側に引き寄せることで、Ａ，Ｃ側の磁束密度を向上させてより均一な温度分布を実現することができる。
【００２６】
以上詳細に説明したように本実施例に示される高周波誘導加熱による接合方法及び接合装置によれば、磁性体からなる磁性体部材３を、円筒状に形成された一対のワークＷのそれぞれの中空部に挿入した後、周囲に配置された高周波誘導コイル１０からの高周波誘導加熱により、該ワークＷ間の接合部に位置するロー材Ｓを加熱するようにした。このため、高周波誘導コイル１０から出る磁束を、中空部にある磁性体に集中させることでき、高周波誘導コイル１０とワークＷの相対位置がずれた場合においても磁束をこれら筒状のワークＷの接合部に集中させることができる。これによって磁界エネルギーをワークに安定的に印加することができ、また、磁界強度が安定しかつ高まることで、接合の安定性と時間短縮を図ることができる。
【００２７】
すなわち、本実施例の第１の効果は、ワークＷに安定して集中した磁界を印加できるため、温度が安定し品質バラツキの無いロー接が可能となる。その結果、ロー材Ｓの熔けムラ、フィレットＦが正常にできない、また、接部強度のバラツキといった問題発生を防止することができる。
【００２８】
第２の効果は、ワークＷの中空部に配置された磁性体部材３を加熱できることで、ワークＷの内部の温度を上げることができるため、ロー材ＳとワークＷの温度差が小さく、ロー材Ｓが流れやすくなることで高品質な接合が可能となる。
【００２９】
第３の効果は、ワークＷの位置決め精度が悪い場合においても、ワークＷの中空部に配置された磁性体部材３に向けて磁界が集中するため安定して均一な加熱により高品質なロー接が可能となる。
【００３０】
なお、本実施例において、高周波誘導コイル１０を一対のコイル導体１１・１２から構成したが、これに限定されず、ワークＷを中心に配置する円環状の高周波誘導コイルを使用しても良い。
【００３１】
また、本実施例において、ワークＷの形状を円筒状にしたが、これに限定されず、断面形状が三角形状、四角形状、多角形状等からなる筒状体であっても良い。
【００３２】
また、本実施例において、ワークＷを中心軸線Ｏに位置決めするための磁性体部材３を丸棒状に形成したが、これに限定されず、内側のワークＷ２の中空部を四角形状に形成し、これに合わせて磁性体部材３の形状を角棒状に形成しても良く、中空部及びここに挿入される磁性体部材３の形状は限定されない。
【００３３】
また、本実施例において、ワークＷ（Ｗ１・Ｗ２）及び磁性体部材３を、中心軸線Ｏを中心として同軸状に配置したが、互いに偏心した位置関係にあっても良く、その設置位置は限定されない。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の活用例として、中空状や筒状のパイプを高周波等の交番磁界を用いたロー接やハンダ付け全般に活用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
Ｗ  ワーク
Ｗ１  ワーク（大径ワーク）
Ｗ２  ワーク（小径ワーク）
Ｓ  ロー材（接合材）
１  磁性体固定具
２  基台
３  磁性体部材
１０  高周波誘導コイル
１１  コイル導体
１２  コイル導体
【図１】
2011140054.tif 000003
【図２】
2011140054.tif 000004
【図３】
2011140054.tif 000005
【図４】
2011140054.tif 000006
【図５】
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