(57)【要約】【課題】伝熱ろう付方法において、授熱面の平滑性が低下した金型を用いた場合でも、伝熱効率を低下させることなく急速加熱を実現する。【解決手段】被接合部材（11）（13）、（12）（13）の接合界面にろう材を介在させて組み立てた仮組体（1）に、加熱用金型（21）（22）の授熱面（23）（24）を接触させるとともに、前記授熱面（23）（24）に設けられた開口部（25a）（25b）からガスを噴出させることにより、ろう材を溶融して被接合部材をろう付する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合部材の接合界面にろう材を介在させて組み立てた仮組体に、加熱用金型の授熱面を接触させるとともに、前記授熱面に設けられた開口部からガスを噴出させることにより、ろう材を溶融して被接合部材をろう付すること特徴とする伝熱ろう付方法。
【請求項２】
前記開口部は授熱面の周縁近傍に設けられている請求項１に記載の伝熱ろう付方法。
【請求項３】
前記ガスは不活性ガスである請求項１または２に記載の伝熱ろう付方法。
【請求項４】
前記ガスは加熱されたガスである請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の伝熱ろう付方法。
【請求項５】
前記ガスの流速は５ｍ／ｓｅｃ以下である請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の伝熱ろう付方法。
【請求項６】
前記仮組体が、対向配置した２つの部材の間にフィンを挟んでろう付する熱交換器である請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の伝熱ろう付方法。
【請求項７】
被接合部材の接合界面にろう材を介在させて組み立てた仮組体に接触させる授熱面に、ガスを噴出させる開口部が設けられていることを特徴とする伝熱ろう付の加熱用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合界面にろう材を介在させた被接合部材に加熱した金型を接触させて接合部を加熱する伝熱ろう付方法およびその関連技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムのろう付方法はフラックスの使用の有無、加熱方法、加熱雰囲気等によって種々分類される（非特許文献１参照）。
【０００３】
また、重ね継ぎ手のろう付方法としては、被接合部材間にろう材を介在させ、加圧しながら加熱した金型を接触させて接合部を加熱する伝熱ろう付法が知られている。伝熱ろう付法は接触による熱伝導を利用した加熱方法であるから接合部が急速に加熱されて短時間でろう付できるというメリットがあり、抵抗スポット溶接法、トーチろう付法、高周波ろう付法に代わるろう付法として注目されている（特許文献１参照）。
【０００４】
伝熱ろう付には被接合部材の形状やろう付面積に応じた加熱用金型が用いられる。例えば、特許文献１の図面に記載されている加熱用金型はスポット溶接に代わる部分接合用であり、被接合部材への授熱面の面積は小さい。また、インナーフィンを有する熱交換器のろう付は、冷媒室の外殻となるアルミニウム板と波形のフィンとの接合であるから、アルミニウム板の面積相当の授熱面を有する加熱用金型を用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９１２４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】川瀬寛、アルミニウムのろう付、軽金属、１９８６年８月号、５１４〜５２４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
伝熱ろう付では、高い伝熱効率を得る上で加熱用金型と被接合部材とが隙間なく接触していることが望ましく、金型の授熱面が平滑であることが求められる。しかし、金型の繰り返し使用によって、熱変形や摩耗等によって授熱面の平滑性が損なわれることは避け難い。金型の授熱面と被接合部材との間に僅かな隙間ができると、熱伝導が妨げられてろう付に時間がかかるようになる。繰り返し使用した金型に対しては、研磨等によって平滑性を回復させるメンテナンスが行われる。
【０００８】
特に、前記熱交換器のろう付に使用する授熱面の面積の大きい金型においては、隙間による熱伝達の低下による影響が大きく、かつ平滑性を回復させるためのメンテナンスにも手間がかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述した技術背景に鑑み、授熱面の平滑性が低下した金型を用いた場合でも、伝熱効率を低下させることなく急速加熱を実現できる伝熱ろう付方法およびその関連技術を提供するものである。
【００１０】
即ち、本発明は下記［１］〜［７］に記載の構成を有する。
【００１１】
［１］被接合部材の接合界面にろう材を介在させて組み立てた仮組体に、加熱用金型の授熱面を接触させるとともに、前記授熱面に設けられた開口部からガスを噴出させることにより、ろう材を溶融して被接合部材をろう付すること特徴とする伝熱ろう付方法。
【００１２】
［２］前記開口部は授熱面の周縁近傍に設けられている前項１に記載の伝熱ろう付方法。
【００１３】
［３］前記ガスは不活性ガスである前項１または２に記載の伝熱ろう付方法。
【００１４】
［４］前記ガスは加熱されたガスである前項１〜３のうちのいずれか１項に記載の伝熱ろう付方法。
【００１５】
［５］前記ガスの流速は５ｍ／ｓｅｃ以下である前項１〜４のうちのいずれか１項に記載の伝熱ろう付方法。
【００１６】
［６］前記仮組体が、対向配置した２つの部材の間にフィンを挟んでろう付する熱交換器である前項１〜５のうちのいずれか１項に記載の伝熱ろう付方法。
【００１７】
［７］被接合部材の接合界面にろう材を介在させて組み立てた仮組体に接触させる授熱面に、ガスを噴出させる開口部が設けられていることを特徴とする伝熱ろう付の加熱用金型。
【発明の効果】
【００１８】
［１］に記載の伝熱ろう付方法によれば、仮組体の表面と加熱用金型の授熱面との間に形成される隙間において、加熱用金型の授熱面から噴出させたガスが強制対流を起こして伝熱効率を向上させる。このため、授熱面の平滑性が低下した加熱用金型を用いた場合でも仮組体を急速加熱して短時間で良好なろう付を達成できる。また、繰り返し使用によって平滑性が低下した授熱面を研磨して平滑性を回復させるメンテナンスの回数を減らすことができる。
【００１９】
［２］に記載の発明によれば、隙間が生じやすい授熱面の周縁部にガスを噴出させることにより伝熱効率を高めることができる。
【００２０】
［３］に記載の発明によれば、接合部の酸化を防いで良好なろう付を達成できる。
【００２１】
［４］に記載の発明によれば、金型の形状やヒータの位置や種類等に左右されることなく、伝熱効率の向上効果を高めることができる。
【００２２】
［５］に記載の発明によれば、隙間に十分に強制対流を起こさせることができる。
【００２３】
［６］に記載の発明によれば、フィンをろう付する熱交換器のろう付において上記効果を奏することができる。
【００２４】
［７］に記載の伝熱ろう付の加熱用金型発明によれば、加熱用金型の授熱面の開口部からガスを噴出させることにより、仮組体の表面と加熱用金型の授熱面との間に形成される隙間に強制対流を起こして伝熱効率を向上させることができる。このため、授熱面の平滑性が低下した加熱用金型を用いた場合でも仮組体を急速加熱して短時間で良好なろう付を達成できる。また、繰り返し使用によって平滑性が低下した授熱面を研磨して平滑性を回復させるメンテナンスの回数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の伝熱ろう付方法の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の加熱用金型の平面図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】熱交換器の伝熱ろう付方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１〜３は本発明の伝熱ろう付方法を模式的に示す断面図である。
【００２７】
ろう付用の仮組体（1）は、下板（11）と上板（12）との間に波形のフィン（13）を挟んだものである。前記下板（11）および上板（12）はアルミニウムのベア材であり、フィン（13）は心材の両面にろう材をクラッドした両面ブレージングシートである。前記仮組体（1）における接合予定部（14）（15）は、下板（11）とフィン（13）の下端部との接触部、上板（12）とフィン（13）の上端部との接触部であり、それぞれライン状である。
【００２８】
なお、本発明はろう材の供給方法をブレージングシートに限定するものではない。他のろう材供給方法として、ろう材箔や粉末ろう材のスプレーを例示できる。また、図示例の仮組体（1）のろう付では、下板（11）および上板（12）をブレージングシートで作製し、フィン（13）をベア材で作製しても良い。
【００２９】
前記接合予定部（14）（15）はライン状であるが、フィン（13）は波形であり多数の上端部および下端部を有しているので、下板（11）および上板（12）のフィン側の面の全域に所定間隔で複数の接合予定部（14）（15）が存在している。このような仮組体（1）を伝熱ろう付においては、前記下板（11）および上板（12）の全面を加熱する。
【００３０】
図１および図２に示すように、加熱用金型（20）は厚板からなる下金型（21）および上金型（22）で構成され、授熱面（23）（24）の寸法は下板（11）および上板（12）の寸法に対応している。前記下金型（21）および上金型（22）は、それぞれのヒータ（図示省略）と熱的に結合されることによって加熱される。前記下金型（21）および上金型（22）の授熱面（23）（24）には、金型の厚み方向に貫通して授熱面（23）（24）に開口する５個の円形孔（25a）（25b）が中心および四隅の近傍に設けられている。前記円形孔（25a）（25b）はパイプを介して図外のガス供給部に接続され、該ガス供給部においてガスの供給および停止の切り換え、ガスの流速調節が行われる。
【００３１】
前記下金型（21）および上金型（22）は仮組体（1）を上下方向に挟む態様で配置され、さらに押圧して授熱面（23）（24）を上板（11）および下板（12）の表面に密着させる。このとき、授熱面（23）（24）の平滑性が低下していると、図３に参照されるように、授熱面（23）（24）が下板（11）および上板（12）に接触しない部分が生じ、両者間に生じた僅かな隙間（30）が下金型（21）および上金型（22）から下板（11）および上板（12）への伝達を妨げる。
【００３２】
本発明では、前記円形孔（25a）（25b）を通じて授熱面（23）（24）からガス（Ｇ）を噴出させて隙間（30）にガス（Ｇ）を流すことによって、下板（11）および上板（12）の授熱面（23）（24）が接触しない部分への加熱を促す。ガス供給部から供給されるガス（Ｇ）は下金型（21）および上金型（22）の円形孔（25a）（25b）を通る間に加熱され、噴出後は授熱面（23）（24）からの熱を受けるので、隙間（30）には加熱されたガス（Ｇ）が流れることになり、この加熱されたガス（Ｇ）が下板（11）および上板（12）を加熱する。前記隙間（30）にはろう付の雰囲気ガスが存在しているので、ガス（Ｇ）を噴出させなくても雰囲気ガスが授熱面（23）（24）で加熱されて自然対流を生じるので下板（11）および上板（12）は加熱されるが、ガス（Ｇ）を噴出させて強制対流させることによって伝熱効率を高めることができる。
【００３３】
なお、図３は仮組体（1）の上金型（22）の授熱面（24）と仮組体（1）の上板（12）との間の隙間（30）およびガス（Ｇ）の噴出を示しているが、下板（11）と下金型（21）の授熱面（23）との隙間およびガスの噴出も同様である。
【００３４】
前記加熱用金型（20）は繰り返し使用する工具であり、ろう付温度への加熱と室温への冷却が繰り返される。加熱用金型（20）はこのような温度昇降が繰り返され、かつ仮組体（1）への押圧を伴う接触が繰り返されるので、熱変形や摩耗によって僅かではあるが授熱面（23）（24）の平滑性が低下していくことは避けられない。本発明の伝熱ろう付方法によれば、このような平滑性が低下した加熱用金型（20）を用いた場合に、授熱面（23）（24）からガス（Ｇ）を噴出させることによって、平滑性低下による伝熱効率の低下を補うことができる。また、授熱面（23）（24）の平滑性が低下した加熱用金型（20）は研磨等のメンテナンスによって平滑性を回復させることができるが、ガス（Ｇ）を噴出させて伝熱効率の低下を補うことでメンテナンス回数を減らすことができる。
【００３５】
前記ガス（Ｇ）の種類は限定されないが、接合部の酸化を抑制して良好なろう付を達成するために、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを使用することが好ましい。また仮組体（1）および加熱用金型（20）を不活性ガス雰囲気中に配置して伝熱ろう付を不活性ガス雰囲気中で行うことも好ましい。
【００３６】
また、前記ガス（Ｇ）は、常温のガスを供給した場合でも加熱用金型（20）の授熱面（23）（24）から噴出させることで自ずと加熱されるが、伝熱効率を高めるためには、ガス（Ｇ）の温度がろう付温度に達しているか、あるいはろう付温度に近い温度であることが好ましい。噴出するガス（Ｇ）の温度を高める方法として、金型（20）との接触時間が長くなるようなガス供給路を設定したり、ヒータの近傍を通るガス供給路を設定する方法を例示できる。また、予め加熱したガスを供給しても良い。予め加熱したガスを用いれば、金型の形状やヒータの位置や種類等に左右されることなくガス温度を制御できる。
【００３７】
また、前記授熱面（23）（24）から噴出させるガスの流速は５ｍ／ｓｅｃ以下が好ましい。隙間（30）に強制対流を起こすには５ｍ／ｓｅｃの流速でガスを噴出させれば十分であり、５ｍ／ｓｅｃ以下が好ましい理由は、隙間が小さいため大きな流速が必要ないためである。特に好ましい流速は０．５〜３ｍ／ｓｅｃである。
【００３８】
前記授熱面（23）（24）において、ガスを噴出させる開口部（25a）（25b）の数や位置は限定されないが、隙間が生じ易い部分に設けられていることが好ましい。図３に示すように、加熱用金型（20）は繰り返し使用によって周縁部が反り上がるような変形を起こすことが多いので、開口部は授熱面（23）（24）の周縁の近傍に設けることが好ましい。角形の授熱面（23）（24）の場合は、授熱面（23）（24）の周縁から開口部（25b）までの距離（ｄ）が対角線（Ｄ）の長さの５〜２０％となる位置に設けることが好ましい。図１、２に示した加熱用金型（20）は、コーナーから対角線（Ｄ）上で距離（ｄ）の位置に開口部（25b）を設けた例である。また、周縁近傍の開口部（25b）に加えて、中央部にも開口部（25a）を設けることが好ましい。
【００３９】
また、前記開口部（25a）（25b）の形状および寸法は限定されないが、ガスが流通すれば足りるので、円相当直径が５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
本発明の伝熱ろう付方法は仮組体の対向する２面に加熱用金型を接触させる場合に限定されない。加熱用金型の個数や接触位置は接合予定部の位置や形状に対応して任意に設定することができる。また、複数個の加熱用金型を用いる伝熱ろう付において、少なくとも１個の金型の授熱面からガスを噴出させるろう付は本発明に含まれる。
【００４１】
本発明の伝熱ろう付方法は、接合面積の大きいろう付品や複数の接合部が広い領域に分散しているろう付品のように、授熱面積の大きい加熱用金型を用いるろう付に適している。例えばフィンをろう付する熱交換器のろう付に適している。図１の仮組体のように、平板と波形のフィンをとろう付する熱交換器は種々の形状のものがある。図４に示す熱交換器（40）は、底板となる下板（41）と、中央に膨出部（43）を有する上板（42）とを対向させて波形のフィン（45）を挟むことにより、下板（41）と上板（42）との間に形成される冷媒室（44）の内部にフィン（45）を装填したものである。前記熱交換器（40）は、下板（41）と上板（43）の周縁部（46）をろう付するとともに、フィン（45）の上端部および下端部を冷媒室（44）の内面にろう付することにより作製される。前記熱交換器（40）の伝熱ろう付は、下板（41）の全面および上板（42）の膨出部（43）に加熱用金型（51）（52）の授熱面（53）（54）を接触させて、これらの授熱面（53）（54）に開口する孔（55）を通じてガスを噴出させて行う。
【実施例】
【００４２】
図１〜３に示す加熱用金型（20）を用いて仮組体（1）のろう付試験を行った。
【００４３】
前記仮組体（1）を構成する下板（11）および上板（12）はＪＩＳ  ３００３からなり、３０００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのアルミニウム平板である。また、フィン（13）は、ブレージングシートを３００ｍｍ×１００ｍｍ×高さ３０ｍｍの波形に成形したものである。前記ブレージングシートはＪＩＳ  ３００３からなる心材の両面にＪＩＳ  ４０４５をからなるろう材をクラッドした、厚さ０．５ｍｍ、各面のクラッド率５％の両面ブレージングシートである。前記フィン（13）の両面に１０ｇ／ｍ２のフッ化物系フラックスを付着させ、このフィン（13）を下板（11）と上板（12）との間に挟んで仮組体（1）を組み立てた。
【００４４】
加熱用金型（20）は、下金型（21）と上金型（22）が同形であり、３００ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５０ｍｍの厚板である。これらの下金型（21）および上金型（22）は、金型の厚み方向に貫通して授熱面（23）（24）に開口する直径２ｍｍの５つの円形孔（25a）（25b）が穿設されている。前記５つの円形孔の位置は、１つ（25a）が授熱面（23）（24）の中心であり、４つ（25b）は対角線（Ｄ）上にあり、各コーナーからの距離（ｄ）が２５ｍｍである。前記円形孔（25a）（25b）は授熱面（23）（24）とは反対側の面でガス供給用のパイプと接続され、必要に応じて図外のガス供給部から供給される窒素ガスが授熱面（23）（24）から噴出するものとなされている。前記パイプは下金型（21）および上金型（22）によって加熱された雰囲気を通って配管されているため、授熱面（23）（24）からは加熱されたガス（Ｇ）が噴出する。
【００４５】
参考例と、比較例および実施例とは授熱面（23）（24）の平滑性の異なる加熱用金型（20）を用い、同等の表面状態を有する仮組体（1）をろう付した。参考例で用いた加熱用金型（20）の授熱面（23）（24）は十分に研磨した平滑性の高いものである。一方、比較例および実施例で用いた加熱用金型は繰り返し使用して授熱面（23）（24）の平滑性が低下したものである。
【００４６】
上記の仮組体（1）を各例の下型（21）と上金型（22）で挟み、さらに１０ｋｇの重しで加圧したところ、各例における仮組体（1）の表面と授熱面（23）（24）との間に生じた隙間（30）の高さ（ｈ）は表１に示すとおりであった。なお、参考例の隙間（ｈ）の０．１ｍｍは、仮組体（1）と加熱用金型（20）との組み付けによって不可避的に生じる隙間である。
【００４７】
【表１】
2015051449.tif 000003
【００４８】
伝熱ろう付は各例とも仮組体（1）の実体温度が６００℃となるように下金型（21）および上金型（22）を６１０℃に保持し、酸素濃度：５ｐｐｍ、露点−６５℃の窒素ガス中で行った。このろう付において、参考例および比較例は窒素ガス（Ｇ）を噴出させることなくろう付し、実施例は１ｍ／ｓの流速で窒素ガス（Ｇ）を噴出させた。そして、定温に加熱した加熱用金型（20）を仮組体（1）に接触させるろう付開始から良好なろう付が達成されるまでに要した時間は表１に示すとおりであった。
【００４９】
表１に示すように、実施例の平滑性が低下した金型であっても窒素ガスを噴出させることによって、参考例の平滑性の良い金型と同等の時間で良好なろう付を達成できた。また、実施例と同等の隙間が形成された比較例が実施例よりもろう付に長い時間を要していることから、ガス噴出による伝熱効率の向上効果を確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、接合面積が大きく、授熱面の面積の大きい加熱用金型を用いる伝熱ろう付品の製造に適し、特に熱交換器のろう付に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
1…仮組体
11…下板（被接合部材）
12…上板（被接合部材）
13…フィン（被接合部材）
20…加熱用金型
21…下金型
22…上金型
23、24…授熱面
25a、25b…円形孔（開口部）
30…隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015051449.tif 000006
【図４】
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