(57)【要約】【課題】装置を小型化してエネルギーの消費量を低減し、ワーク内の温度バラツキをおさえて、ろう付け部を短時間で狙いとする温度域に入れてろう付けし生産性を高める。【解決手段】本発明のろう付け方法は、ワークを高周波誘導加熱コイルによって加熱する際に、ワークを急速に加熱し、ワークの加熱を開始してから一定時間が経過した時点、又はワークが所定温度に到達した時点でコイルへの通電を停止し、少なくとも通電を停止している間はワークに不活性ガスを吹き付けて冷却し、通電を停止してから一定時間が経過した後に再度コイルに通電する。本構成によって、ワークの均熱化が促進され、ワーク内のろう付け部全てを短時間で狙いとする温度域に入れることができ、高い生産性を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波誘導加熱コイルによるろう付け方法おいて、
ワークに対する前記高周波誘導加熱コイルによる加熱を開始してから一定時間が経過した時点、または、ワークが所定温度に到達した時点、
で前記高周波誘導加熱コイルへの通電を停止し、
少なくとも通電を停止している間はワークに不活性ガスを吹き付けて前記ワークを冷却し、通電を停止してから一定時間経過した後に、再度、前記高周波誘導加熱コイルへの通電を行うこと、
を特徴とするろう付け方法。
【請求項２】
再度、前記高周波誘導加熱コイルへの通電を行う動作を２回以上実行する、請求項１記載のろう付け方法。
【請求項３】
再通電時は、直前の通電に対して電流を同等以下にする、請求項２記載のろう付け方法。
【請求項４】
再通電時は、直前の通電に対して通電時間を同等以下にする、請求項２記載のろう付け方法。
【請求項５】
ワークの温度を２箇所以上で測定し、通電を停止しているタイミングにおいて、前記温度の差が所定の基準値以下になった時に再度通電する、
請求項１〜４の何れか一項に記載のろう付け方法。
【請求項６】
ワークを収容し不活性ガスが充填される容器と、
前記容器の内部に支持されて前記ワークを誘導加熱する高周波誘導加熱コイルと、
前記容器の内部に配置され前記ワークを保持する治具と、
不活性ガスを噴出するブローノズルと、
前記高周波誘導加熱コイルの作動、不活性ガスの流通及び前記ブローノズルの作動を制御する制御手段を備え、
前記制御手段により、少なくとも前記高周波誘導加熱コイルへの通電を停止している間、前記ワークに前記ブローノズルから噴出される不活性ガスを吹き付けること、
を特徴とするろう付け装置。
【請求項７】
前記ワークの温度を測定する２個以上の温度計測器をさらに備え、
前記高周波誘導加熱コイルへの通電を停止している間、前記温度計測器によって測定される温度差が所定の値以下になった時に、再度通電する、
請求項６記載のろう付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や冷凍空調機器の熱交換器等の金属部品間のろう付けに適し、短時間でワークを均一に加熱し効率的にろう付けを行う、ろう付け方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や冷凍空調機器の熱交換器等は、アルミニウム製やステンレス製等の部品を組み立ててろう付けすることで製作される。ろう付け工程で使用される従来のろう付け装置としては、複数のワークをコンベアで連続的に搬送し、大型の電気炉で順次ろう付けを行うものがある（例えば、特許文献１参照）。図７は、大型の電気炉で順次ろう付けを行う従来のろう付け装置の一例を示すものである。
【０００３】
図７において、１０１は入口部で、ワーク１０２は入口部１０１より投入されコンベア１０３によって下流（図中右側）へと連続的に搬送される。１０４は加熱部で、マッフル（加熱用通路）１０５内を搬送されるワーク１０２は加熱源１０６により約６００℃まで加熱されろう付けされる。１０７は冷却部で、搬送されるワーク１０２は冷却ファン１０８により冷却される。１０９は出口部で冷却が完了したワークが取り出される。装置内は低酸素状態にする為に窒素ガスが供給されている。
【０００４】
また、ろう付け工程で使用される従来のろう付け装置としては、ワークを単体で搬送し、コイルを用いて誘導加熱してろう付けを行うものがある（例えば、特許文献２、３参照）。図８及び図９は、誘導加熱してろう付けを行う従来のろう付け装置の一例を示すものである。
【０００５】
図８において、１１０は容器で、ワーク１１１は図に記載されていない移載装置によってハンドリングされ容器１１０内のステージ１１２にセットされる。１１３はコイルで整合器１１４に取り付けられており、誘導加熱コイル１１３の誘導加熱によってワーク１１１はろう付けされる。本装置も図７の事例同様に容器１１０内は低酸素状態にする為に窒素ガスが供給されている。
【０００６】
図９は誘導加熱を行う時の制御とろう付け部の温度の相関を表すものである。ワークのろう付けを行う全ての場所について、その到達温度はろう材が溶融する下限基準の温度Ｔ１から、ろう材は溶融するが母材は溶融しない上限基準の温度Ｔ２までの範囲内に入れる必要がある。
【０００７】
コイルに高周波電流Ｉ１を時間ｔ１まで流すとろう付け箇所の最高点の温度は前記Ｔ１を超える温度まで上昇する。次にオーバーシュートをなくすために高周波電流をＩ２まで下げて時間  ｔ２まで流すとろう付け箇所の最高点の温度は上限基準Ｔ２以下で、ろう付け箇所の最低点の温度は下限基準Ｔ１を上回るまで上昇する。
【０００８】
また、短時間でワークを繰返し加熱する方法として、ワークを連続的に搬送しながら繰返し誘導加熱を行う方法がある（例えば、特許文献４参照）。図１０は誘導加熱によって鋼材に連続熱処理を行った場合における鋼材表面と中心部との温度の変化示したものである。
【０００９】
図１０において、縦軸は温度、横軸は時間を示す。そしてワークは送り通路に置かれる誘導加熱コイルＬｎ近傍を通過する。本図においてｌｎはコイル長、ｄｎはコイル間隔、Ｐｎはコイルへの投入電力密度、Ａは表面温度、Ｂは中心部温度である。
【００１０】
本図は鋼材を４回昇温して全体焼き入れする場合のものであり、繰返し加熱を行う中で表面Ａと中心部Ｂの温度が近づいて均熱化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−７８３２８号公報
【特許文献２】特開平５−１５９６９号公報
【特許文献３】特許第２６００４６５号公報
【特許文献４】特公昭５９−１３５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のろう付け装置は、図７に示すように、ワーク１０２をコンベア１０３で連続搬送しながら同時に処理することで生産能力を確保している。しかしながらこのような装置の場合は、炉長は例えば数十メートルにもなり、多量の電気や窒素ガスの供給が必要となり、多くのエネルギーを消費するという課題を有していた。
【００１３】
また別の従来のろう付け装置は、図８に示すように、ワーク１１１を単体でステージ１１２にセットして、図９に示すように誘導加熱コイル１１３に電流を流してワークを直接誘導加熱する。このような装置の場合は、装置は小型で消費エネルギーも小さいが、本事例の誘導加熱方式は発生する磁界のバラツキによって、ワークの場所による温度バラツキが生じやすいという欠点がある。
【００１４】
そこで誘導加熱方式の場合、ろう付けする箇所全体を狙いとする温度領域に入れるために、温度バラツキが拡大しないように電流値をおさえ、ワークの高温部から低温部への熱伝導により均熱化させながら、ゆっくりとワークを昇温する必要があった。その結果として、生産性が上がらないという課題を有していた。この温度バラツキは、コイルに近い所、例えばワーク側面の温度は高いが、コイルから遠い所、例えばワーク中心の温度は低いといった現象である。
【００１５】
また別の従来のろう付け装置は、図１０に示すように連続的にワークを搬送しながら繰返し誘導加熱している。しかしながらこのような装置の場合は、複数のコイルが必要となり設備が高額化するという課題を有していた。また別の方法として、ワークを固定して、単独のコイルで同様の熱サイクルを繰り返す方法もあるが、冷却に時間を要し生産性が上がらないという課題を有していた。
【００１６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、熱交換器等のワークをろう付けする装置を小型化し、エネルギーの消費量を低減し、ワークの温度バラツキをおさえ、ろう付け部全てを短時間で狙いとする温度域に入れることができる生産性の高いろう付け方法及び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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明のろう付け方法及び装置は、ワークを高周波誘導加熱コイルによって加熱する際に、ワークを急速に加熱し、ワークの加熱を開始してから一定時間が経過した時点、又は所定温度に到達した時点でコイルへの通電を停止し、少なくとも通電を停止している間はワークに不活性ガスを吹き付けて冷却し、通電を停止してから一定時間が経過した後に再度コイルに通電する。
【００１８】
本構成によって、ワークの温度バラツキをおさえ、ワーク内のろう付け部全てを短時間で狙いとする温度域に入れることができ、高い生産性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明のろう付け方法及び装置によれば、消費するエネルギーの量を低く抑えながら、ワーク内の温度バラツキを抑えて、ろう付け部を短時間で狙いとする温度域に入れて生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるろう付け装置を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における制御とろう付け部の温度の相関を表す図
【図３】本発明の実施の形態２における制御とろう付け部の温度の相関を表す図
【図４】本発明の実施の形態３における制御とろう付け部の温度の相関を表す図
【図５】本発明の実施の形態４における制御とろう付け部の温度の相関を表す図
【図６】本発明の実施の形態５におけるろう付け装置を示す図
【図７】従来のろう付け装置を示す図
【図８】従来のろう付け装置を示す図
【図９】従来のろう付け装置における制御とろう付け部の温度の相関を表す図
【図１０】従来のろう付け装置における鋼材表面と中心部の温度を表す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係るろう付け装置である。
【００２３】
図１においては、１はワークであり、治具２によってはさみ込まれている。治具２にセットされたワーク１は、図には記載されていない移載装置によって容器３内にハンドリングされ、ステージ４の上に周囲を誘導加熱コイル５に囲まれた状態でセットされる。そして容器３内には低酸素状態にするために窒素ガスが供給されている。
【００２４】
誘導加熱コイル５は、電源部６に電気接続されており、高周波電源７の出力は制御回路８の指示に基づいて制御装置９でろう付け作業に適した値に制御されて誘導加熱コイル５に供給される。
【００２５】
ここで、ワーク１を誘導加熱コイル５で加熱するとき、誘導加熱の特徴からコイルに近いワーク１の側面部の温度が高くなる。その結果、ワーク１の温度の最高点は側面部に現われる傾向がある。
【００２６】
そこで本発明ではワーク１の均熱化に向けて、冷却用の窒素ガスをワーク１の側面部に吹き付け可能な位置にブローノズル１１を配している。そしてその冷却は、制御回路８より空圧バルブ１２に指示を出すことによって行われる。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態１の、誘導加熱を行う時の制御とろう付け部の温度の相関を表すものである。
【００２８】
ワークのろう付けを行う全ての場所について、その到達温度は、ろう材が溶融する下限基準の温度Ｔ１から、ろう材は溶融するが母材は溶融しない上限基準の温度Ｔ２までの範囲内に入れる必要がある。
【００２９】
コイルに高周波電流Ｉ１を時間ｔ１まで流すとろう付け箇所の最高点の温度は、前記Ｔ２近傍まで上昇する。この時、高周波電流Ｉ１の値を大きくするとろう付け箇所の最高点の温度と最低点の温度の差は拡大するが、最高点の温度が早く上昇するように高周波電流Ｉ１の値は大きくする。
【００３０】
次に時間  ｔ２までの間、高周波電流をオフにすると同時に、冷却用の窒素ガス１０をワーク１の側面に吹き付けると、ろう付け箇所の最高点の温度は外気への放熱と低温部への熱伝導により下がってゆく。一方、ろう付け箇所の最低点の温度は高温部からの伝熱量が外部への放熱量を上回るので上昇し、その結果として最高点と最低点の温度差は縮小する。この外部への放熱は最高点の温度がＴ２近傍と、高い温度領域にあるので効率的に行われる。
【００３１】
この時、高周波電流をオフにするだけで高温部の温度は下降するが、冷却用の窒素ガス１０をワーク１の側面に吹き付けることで冷却は加速され、最高点と最低点の温度差は急速に縮まることになる。
【００３２】
次に、高周波電流Ｉ１を時間ｔ３まで流すと、ろう付け箇所の最高点の温度は上限基準Ｔ２以下で、ろう付け箇所の最低点の温度は下限基準Ｔ１を上回るまで上昇する。
【００３３】
かかる構成によれば、ワークを高周波誘導加熱コイルによって加熱する際に、ワークを急速に加熱し、ワークの加熱を開始してから一定時間が経過した時点でコイルへの通電を停止し、通電を停止している間はワークに不活性ガスを吹き付けて冷却し、通電を停止してから一定時間が経過した後に再度コイルに通電する。これにより、ワーク内の温度バラツキをおさえて、ろう付け部を短時間で狙いとする温度域に入れて生産性を高めることができる。
【００３４】
従来は、ワーク内の温度バラツキを抑制するために高周波電流の値を抑えていたが、本方式では温度バラツキを抑制しながらも高周波電流の値を大きくすることができるので、従来に比べて生産性を高めることができることになる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、コイルへの通電を停止している間にワークに不活性ガスを吹き付けて冷却するとしたが、ワークを昇温させる能力に余裕があればコイルに通電している間もワークに不活性ガスを吹き付けてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、通電を停止してから一定時間が経過した後に、再度、コイルに通電するとしたが、放射温度計等の温度測定器によってワークの温度を測定し、所定の基準値を下回った時点で再度コイルに通電するとしてもよい。
【００３７】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の、誘導加熱を行う時の制御とろう付け部の温度の相関を表すものである。装置の構成としては図１と同じであるので記載は省略する。
【００３８】
コイルに高周波電流Ｉ１を時間ｔ１まで流すとろう付け箇所の最高点の温度は、前記Ｔ２近傍まで上昇する。この時、高周波電流Ｉ１の値を大きくするとろう付け箇所の最高点の温度と最低点の温度の差は拡大するが、最高点の温度が早く上昇するように高周波電流Ｉ１の値は大きくする。
【００３９】
次に、高周波電流を時間ｔ２までオフにすると、ろう付け箇所の最高点の温度は、窒素ガス吹き付けによる外気への放熱と低温部への熱伝導により下がってゆく。一方、ろう付け箇所の最低点の温度は、高温部からの伝熱量が外部への放熱量を上回るので上昇し、その結果として、最高点と最低点の温度差は縮小する。この外部への放熱は最高点の温度がＴ２近傍と、高い温度領域にあるので効率的に行われる。
【００４０】
次に、再度コイルに高周波電流Ｉ１を時間ｔ３まで流すと、ろう付け箇所の最高点の温度は再度前記Ｔ２近傍まで上昇する。次に高周波電流を時間ｔ４までオフにすると、時間ｔ２までオフしたときと同様、ろう付け箇所の最高点と最低点の温度差は縮小する。次に高周波電流Ｉ１を時間ｔ５まで流すと、ろう付け箇所の最高点の温度は上限基準Ｔ２以下で、最低点の温度は下限基準Ｔ１を上回るまで上昇する。
【００４１】
上記実施の形態１に比べてオフにする回数を１回増やすことで、より温度バラツキを押えることができ、より高いレベルで温度の均一性が求められるろう付けにおいて有効な方法となる。本実施の形態では、オフにする回数を２回としたが適宜、回数を増やしても良い。
【００４２】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３の、誘導加熱を行う時の制御とろう付け部の温度の相関を表すものである。装置の構成としては図１と同じであるので記載は省略する。
【００４３】
本実施の形態３では、高周波電流をオフにした後の再通電時の高周波電流は、直前の通電に対して同等以下にしている。すなわち、高周波電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３には以下に示す関係がある。
【００４４】
Ｉ１≧Ｉ２≧Ｉ３
本実施の形態３により、再通電による昇温中の最高点と最低点の温度バラツキの拡大を防ぐことができ、ろう付け部を短時間で狙いとする温度域に入れて生産性を高めることができる。
【００４５】
（実施の形態４）
図５は、本実施の形態４の、誘導加熱を行う時の制御とろう付け部の温度の相関を表すものである。装置の構成としては図１と同じであるので記載は省略する。
【００４６】
本実施の形態４では、高周波電流をオフにした後の再通電時の時間は、直前の通電に対して同等以下にしている。すなわち、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５には以下に示す関係がある。
【００４７】
ｔ１≧（ｔ３−ｔ２）≧（ｔ５−ｔ４）
本実施の形態４により、再通電による昇温中の最高点と最低点の温度バラツキの拡大を防ぐことができ、ろう付け部を短時間で狙いとする温度域に入れて生産性を高めることができる。
【００４８】
（実施形態５）
図６は、本実施の形態５における、ろう付け装置である。
【００４９】
図６の１から１２までは実施の形態１と同じであるので説明は省略する。１３及び１４は放射温度計で、放射温度計１３はワーク１の側面の中央部の温度を測定し、放射温度計１４はワーク１の側面の治具２に近い所の温度を測定する。治具２がワーク１より誘導加熱されにくくワーク１よりも温度が低い傾向がある場合、ワーク１の熱は治具によって奪われ、側面の中央部より治具に近い所の温度が低くなる。
【００５０】
制御回路８は、放射温度計１３及び１４の温度計測結果を取り込み、その差分と基準値を対比して温度の均一化の度合いを判定することができる。
【００５１】
誘導加熱を行う時の電流とろう付け部の温度の相関は、上記実施の形態１の図２に示すものと同様であるが、本実施の形態６では再び通電を始める時間ｔ２を、前記放射温度計１３及び１４の測定値によって定める。具体的には常時、放射温度計１３と１４の差分を確認し、予め定めている基準値より小さくなったタイミングを時間ｔ２とし、再び通電を始めるものである。
【００５２】
ワーク内の温度バラツキを放射温度計で測定可能な場合、その測定結果により温度均一化の進行度合いを確認し、再び通電を始めるタイミングを定めることにより、ワークのバラツキに対応した温度制御が可能になり、総合的に見て生産性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、熱交換器に限定されず、様々な金属部品間のろう付けに適用することが可能であり、小さな設備で消費エネルギーをおさえて、短時間でワークを均一に加熱することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  ワーク
２  治具
３，１１０  容器
４，１１２  ステージ
５  誘導加熱コイル
６  電源部
７  高周波電源
８  制御回路
９  制御装置
１０  冷却用の窒素ガス
１１  ブローノズル
１２  空圧バルブ
１３，１４  放射温度計
１０２  ワーク
１０３  コンベア
１０６  加熱源
１１１  ワーク
１１３  誘導加熱コイル
Ｌｎ  誘導加熱コイル
【図１】
2015202508.tif 000003
【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】
2015202508.tif 000009
【図８】
2015202508.tif 000010
【図９】
2015202508.tif 000011
【図１０】
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