(57)【要約】【課題】近赤外線照射加熱を利用して、冷凍サイクルを構成する熱交換器等の種々の金属部品を同時に短時間で接合することができる簡素な構成のろう付け装置を提供すること。【解決手段】ろう付け装置Ａに、ワーク２を収容するためのワーク収容筐体１４と、ワーク収容筐体１４に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給源１８と、ワーク収容筐体１４の少なくとも片側に配置された近赤外線照射装置とを設けた。また、ワーク収容筐体１４の近赤外線照射装置との対向面に近赤外線を透過する耐熱透過材を設け、不活性ガス供給源１８からワーク収容筐体１４に不活性ガスを供給して、近赤外線照射装置により耐熱透過材を通してワーク収容筐体１４に収容されたワークの金属部品同士を接合するようにした。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを構成する複数の金属部品同士を接合するためのろう付け装置であって、
ワークを収容するためのワーク収容筐体と、該ワーク収容筐体に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給源と、前記ワーク収容筐体の少なくとも片側に配置された近赤外線照射装置とを備え、前記ワーク収容筐体の前記近赤外線照射装置との対向面に近赤外線を透過する耐熱透過材を設け、前記不活性ガス供給源から前記ワーク収容筐体に不活性ガスを供給して、前記近赤外線照射装置により前記耐熱透過材を通して前記ワーク収容筐体に収容されたワークの金属部品同士を接合するようにしたことを特徴とするろう付け装置。
【請求項２】
前記ワーク収容筐体内のガスを外部に排出するガス排出手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１に記載のろう付け装置。
【請求項３】
前記不活性ガス供給源と前記ワーク収容筐体との間に開閉手段を取り付けるとともに、前記ワーク収容筐体から排出されるガスの酸素濃度を検出する酸素濃度計を設け、該酸素濃度計により検出された酸素濃度が所定値以下の場合に、前記開閉手段の開度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のろう付け装置。
【請求項４】
前記ワーク収容筐体と前記不活性ガス供給源との間に前記不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のろう付け装置。
【請求項５】
前記ワーク収容筐体を二つのフレームにより構成し、該二つのフレームの少なくとも一方を他方に対し摺動自在に取り付けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のろう付け装置。
【請求項６】
前記耐熱透過材が設けられていない前記ワーク収容筐体の内面に耐熱材を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のろう付け装置。
【請求項７】
前記ワークが、冷凍サイクルを構成する熱交換器であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のろう付け装置。
【請求項８】
前記複数の金属部品の各々がＡｌ製あるいはＣｕ製であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のろう付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを構成する複数の金属部品同士を接合するためのろう付け装置に関し、特にＡｌ（アルミニウム）製部品とＡｌ製部品、Ａｌ製部品とＣｕ（銅）製部品、あるいは、Ｃｕ製部品とＣｕ製部品とを接合するための近赤外線照射加熱を利用したろう付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクルを構成する熱交換器等の種々の部品の接合は、従来、連続炉、半連続炉、バッチ炉等のろう付け炉を使用して行われていた。しかしながら、ろう付け炉は、装置自体が大きくて高価であるばかりでなく、接合する部品を約３０〜４０分間炉内に保持してろう付けを行う必要があることから、部品の接合にかなりの時間を要するものであった。また、部品の接合に要する時間が長いと、部品の素材粒子が粗大化し、脆くなるという問題もある。
【０００３】
最近では、熱交換器等の金属製部品の接合部にろう材を装着した状態で赤外線照射加熱炉内を通過させることにより接合部分を赤外線で加熱してろう付けを行うようにしたものも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−７９４６３（第３−４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の赤外線照射式ろう付け方法は、金属製部品の局所加熱による部分的ろう付けのみを行う構成で、例えば熱交換器等の装置全体の多数の接合部を同時に接合したいという要望があった。
【０００６】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、近赤外線照射加熱を利用して、冷凍サイクルを構成する熱交換器等の種々の金属部品を同時に短時間で接合することができる簡素な構成のろう付け装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、ワークを構成する複数の金属部品同士を接合するためのろう付け装置であって、ワークを収容するためのワーク収容筐体と、該ワーク収容筐体に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給源と、前記ワーク収容筐体の少なくとも片側に配置された近赤外線照射装置とを備え、前記ワーク収容筐体の前記近赤外線照射装置との対向面に近赤外線を透過する耐熱透過材を設け、前記不活性ガス供給源から前記ワーク収容筐体に不活性ガスを供給して、前記近赤外線照射装置により前記耐熱透過材を通して前記ワーク収容筐体に収容されたワークの金属部品同士を接合するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記ワーク収容筐体内のガスを外部に排出するガス排出手段をさらに設けたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記不活性ガス供給源と前記ワーク収容筐体との間に開閉手段を取り付けるとともに、前記ワーク収容筐体から排出されるガスの酸素濃度を検出する酸素濃度計を設け、該酸素濃度計により検出された酸素濃度が所定値以下の場合に、前記開閉手段の開度を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、前記ワーク収容筐体と前記不活性ガス供給源との間に前記不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、前記ワーク収容筐体を二つのフレームにより構成し、該二つのフレームの少なくとも一方を他方に対し摺動自在に取り付けたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、前記耐熱透過材が設けられていない前記ワーク収容筐体の内面に耐熱材を取り付けたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、前記ワークが、冷凍サイクルを構成する熱交換器であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、前記複数の金属部品の各々がＡｌ製あるいはＣｕ製であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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。
本発明にかかるろう付け装置は、近赤外線照射加熱を利用して、例えば冷凍サイクルを構成する熱交換器等の種々のＡｌ製部品あるいはＣｕ製部品を接合するために使用されるものであり、ここでは熱交換器を例にとり説明する。
【００１６】
図１及び図２は、冷凍サイクルを構成する熱交換器２を示しており、互いに平行に延びる一対のヘッダー４と、所定の間隔で互いに平行に配置され一対のヘッダー４に両端が接合された複数の冷媒管６と、ジグザク状に形成され複数の冷媒管６の間に配置された複数のフィン８とを備えている。また、各ヘッダー４の両端にはキャップ１０がそれぞれ取り付けられ、各キャップ１０の一端には引き出し管１２が接合されている。
【００１７】
また、図２（ｃ）に示されるように、各ヘッダー４には、冷媒管６の断面形状より僅かに大きい開口部４ａが等間隔に穿設されており、この開口部４ａに冷媒管６の端部は遊挿されヘッダー４と一体的に接合される。
【００１８】
なお、熱交換器２を構成するヘッダー４、冷媒管６、フィン８及びキャップ１０はすべてＡｌ製である。
【００１９】
図３乃至図５は、上記構成の熱交換器２を近赤外線照射加熱を利用してろう付けを行うための本発明にかかるろう付け装置Ａを示している。
【００２０】
図３に示されるように、本発明にかかるろう付け装置Ａは、熱交換器２等のワークを収容するためのワーク収容筐体１４を備えており、ワーク収容筐体１４は、例えば直方体状の形状を有している。ワーク収容筐体１４の側面の一つには加熱手段としての温風ヒータ１６が取り付けられており、温風ヒータ１６は、ワーク収容筐体１４に窒素、アルゴンガス等の不活性ガスを供給するための不活性ガス供給源１８に接続され、温風ヒータ１６と不活性ガス供給源１８とを接続する配管１９には電磁弁２０が取り付けられている。また、温風ヒータ１６が取り付けられたワーク収容筐体１４の側面に対向する側面は、ワーク収容筐体１４の内部のガスを吸引するための吸煙器（ガス排出手段）２２と連通しており、ワーク収容筐体１４と吸煙器２２とを接続する配管２４には、ワーク収容筐体１４から排出されるガスの酸素濃度を検出するための酸素濃度計２６が取り付けられている。
【００２１】
図４に示されるように、ワーク収容筐体１４は、平板状の下部フレーム２８と、下部フレーム２８に対向して設けられた箱型形状の上部フレーム３０とを備えている。下部フレーム２８は、例えば石英ガラス等の近赤外線を透過しやすい耐熱材料により製作され、上部フレーム３０との対向面にはワーク設置台３２が取り付けられている。一方、上部フレーム３０は、平板状の天板３０ａと天板３０ａの周縁部に接合された側壁３０ｂからなり、天板３０ａは下部フレーム２８と同様、例えば石英ガラス等により製作される。また、ワーク収容筐体１４内の雰囲気温度を安定化させるために、側壁３０ｂの内面には耐熱板（図示せず）が接合されている。
【００２２】
また、下部フレーム２８及び上部フレーム３０は油圧シリンダ、電動モータ等の駆動源３４，３６に連結されており、駆動源３４，３６により下部フレーム２８及び上部フレーム３０は相対移動自在に構成されている。
【００２３】
ワーク収容筐体１４の両側には、下部フレーム２８及び上部フレーム３０の天板３０ａと対向する集光型近赤外線照射装置３８が設けられており、集光型近赤外線照射装置３８は、直線状で略等間隔に配置された複数の楕円面反射鏡４０と、各楕円面反射鏡４０の焦点位置に配置された近赤外線ランプ（近赤外線照射源）４２とを備えている。近赤外線ランプ４２より照射された近赤外線は楕円面反射鏡４０により反射され、さらに下部フレーム２８と上部フレーム３０の天板３０ａを通過して、ワーク収容筐体１４に収容された熱交換器２に照射され、所定の個所に設けられたろう材が近赤外線からの熱エネルギを受けて溶解することにより熱交換器２を構成する複数の金属部品は同時にろう付けされる。
【００２４】
なお、図４及び図５に示される構成では、ワーク収容筐体１４の片側に５本の近赤外線ランプが配置されているが、最外側の２本の近赤外線ランプによりヘッダー４と冷媒管６との接合及びヘッダー４とキャップ１０との接合を行う一方、内側の３本の近赤外線ランプにより冷媒管６とフィン８との接合を行うようにしている。
【００２５】
また、図６に示されるように、上述した温風ヒータ１６、電磁弁２０、吸煙器２２、酸素濃度計２６、駆動源３４，３６及び近赤外線ランプ４２は、コントローラ４４に接続されており、コントローラ４４により制御される。
【００２６】
上述した構成の本発明にかかるろう付け装置Ａの作用を、図７のフローチャートを参照しながら以下説明する。
【００２７】
ステップＳ１において、まず熱交換器２へのフラックス塗布性を向上させるために、熱交換器２の構成部品であるヘッダー４、冷媒管６、フィン８及びキャップ１０の脱脂を行う。次に、ステップＳ２において、ヘッダー４、冷媒管６、フィン８及びキャップ１０を搬送台（図示せず）上で組み立てて、所定形状の熱交換器２にセットする。さらに、ステップＳ３において、ろう材が設けられたこれらの部品の所定の部位（接合部位）に適量のフラックスを塗布し、ステップＳ４において、２回目のフラックス塗布を行う。
【００２８】
次に、ステップＳ５において、接合前の熱交換器２が載置された搬送台を、開放しているワーク収容筐体１４の下部フレーム２８と上部フレーム３０との間に搬送して、下部フレーム２８に取り付けられたワーク設置台３２上に載置する。その後、駆動源３４，３６がコントローラ４４により駆動制御されることで、下部フレーム２８及び上部フレーム３０を互いに接近するように駆動して密着させ、熱交換器２をワーク収容筐体１４の中に密閉する。
【００２９】
ステップＳ６において、集光型近赤外線照射装置３８に設けられた近赤外線ランプ４２がコントローラ４４により給電制御され、下部フレーム２８及び上部フレーム３０を通して近赤外線を熱交換器２に照射することにより、熱交換器２の予備加熱を行う。この予備加熱は、フラックス中の水分を除去し、ろう付け時間を短縮するとともに、本加熱時において熱交換器２の均熱化を図るために行うものである。
【００３０】
予備加熱終了後、ステップＳ７において、熱交換器２の本加熱を行う。本加熱においては、コントローラ４４により電磁弁２０が開制御されるとともに温風ヒータ１６に通電されるので、不活性ガス供給源１８からの不活性ガスが電磁弁２０を介して温風ヒータ１６に供給され、温風ヒータ１６により所定の温度まで加熱されてワーク収容筐体１４内に導入される。なお、温風ヒータ１６は、季節（例えば夏と冬）による温度差を解消してワーク収容筐体１４内の雰囲気温度を安定化させるためのもので、不活性ガス供給源１８より供給された不活性ガスを、例えば１００〜５００℃まで加熱する。
【００３１】
このとき、吸煙器２２はコントローラ４４により通電制御されて、ワーク収容筐体１４の内部のガスを筐体外に放出し、筐体外に放出されるガスの酸素濃度は酸素濃度計２６により検出される。なお、吸煙器２２は、フラックス溶解時に発生する弗化物成分が石英ガラス等の耐熱透過材へ付着するのを防止するためのもので、一定の気流を強制的に作り出し、異物の耐熱透過材の表面への付着を防止する。また、耐熱透過材の表面が曇っていくと、照射光の透過割合が徐々に減少し、量産する場合に、ろう付けの加熱条件が不安定となる。
【００３２】
さらに、ワーク収容筐体１４内の酸素濃度が所定値（例えば０．３％）以下になったことが酸素濃度計２６により検出されると、酸素濃度計２６からの信号はコントローラ４４に送出され、コントローラ４４が電磁弁２０の絞り（開度）制御を行うことで、ワーク収容筐体１４内に導入される不活性ガスの流量調整を行う。
【００３３】
次に、集光型近赤外線照射装置３８がコントローラ４４により通電制御され、近赤外線ランプ４２より照射された近赤外線は楕円面反射鏡４０により反射されて下部フレーム２８と上部フレーム３０を通過し、下部フレーム２８と上部フレーム３０を通過した近赤外線は熱交換器２に照射される。不活性ガス中での近赤外線の熱交換器２への照射は、ろう材が溶解して所定のろう付けが達成されるまで行われ、熱交換器２が所定の温度（約６００℃）まで加熱されると、コントローラ４４により集光型近赤外線照射装置３８への通電は停止する。また、温風ヒータ１６及び吸煙器２２への通電も停止し、電磁弁２０は閉制御される。
【００３４】
さらに、ステップＳ８において、駆動源３４，３６が駆動制御されて、下部フレーム２８及び上部フレーム３０が互いに離反し、接合後の熱交換器２は搬送台によりワーク収容筐体１４の外部に搬送され、ステップＳ９において、大気中で約２００℃以下まで急冷却される。
【００３５】
なお、開放したワーク収容筐体１４には、ステップＳ１〜Ｓ４の工程が終了した新たな熱交換器２が搬送され、本発明にかかるろう付け装置ＡによりステップＳ６及びＳ７の工程が繰り返される。
【００３６】
上記実施の形態において、ワーク収容筐体１４の片側に５本の近赤外線ランプ４２を配置しているが、近赤外線ランプ４２の本数は熱交換器２のサイズにより適宜決定される。また、ワーク収容筐体１４の両側に複数の近赤外線ランプ４２を配置しているが、ワークによっては複数の近赤外線ランプを片側にのみ配置することもできる。この場合、石英ガラス等の耐熱透過材は近赤外線ランプが配置された側にのみ設ければよい。
【００３７】
また、上記実施の形態においては、反射鏡４０として楕円面反射鏡（集光型近赤外線照射装置）を採用したが、放物面反射鏡を使用して平行光をワークに照射することもできる。
【００３８】
また、上記実施の形態においては、下部フレーム２８及び上部フレーム３０の両方を駆動源３４，３６にそれぞれ接続し、その両方を摺動自在に構成したが、下部フレーム２８及び上部フレーム３０のいずれか一方を駆動源に接続するとともに、他方を固定するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態は、ワークとして熱交換器を例にとり説明したが、本発明は熱交換器のろう付けに限定されるものではなく、Ａｌ製部品あるいはＣｕ製部品のろう付けに適用されるものである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明によれば、ワークを収容するためのワーク収容筐体と、ワーク収容筐体に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給源とを設け、ワーク収容筐体の少なくとも片側に近赤外線照射装置を配置するとともに、ワーク収容筐体の近赤外線照射装置との対向面に近赤外線を透過する耐熱透過材を設け、不活性ガス供給源からワーク収容筐体に不活性ガスを供給して、近赤外線照射装置により耐熱透過材を通してワーク収容筐体に収容されたワークの金属部品同士を接合するようにしたので、冷凍サイクルを構成する熱交換器等の種々の金属部品を同時に接合することができる簡素な構成のろう付け装置を提供することができる。
【００４１】
また、近赤外線照射加熱を利用しているので、金属部品の接合を極めて短時間（約１〜４分）に行うことができ、素材粒子の粗大化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるろう付け装置が適用される熱交換器を示しており、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図２】図１の熱交換器を示しており、（ａ）は分解正面図であり、（ｂ）は熱交換器を構成するヘッダーと冷媒管の平面図であり、（ｃ）はヘッダーの側面図である。
【図３】本発明にかかるろう付け装置のブロック図である。
【図４】図３のろう付け装置に設けられたワーク収容筐体にワークを導入する時の状態を示す概略縦断面図である。
【図５】ワーク収容筐体に導入されたワークの接合時の状態を示す概略縦断面図である。
【図６】図３のろう付け装置の制御系を示すブロック図である。
【図７】図３のろう付け装置を使用して行われるろう付け方法のフローチャートである。
【符号の説明】
２  熱交換器、  ４  ヘッダー、  ４ａ  開口部、  ６  冷媒管、
８  フィン、  １０  キャップ、  １２  引き出し管、
１４  ワーク収容筐体、  １６  温風ヒータ、  １８  不活性ガス供給源、
１９，２４  配管、  ２０  電磁弁、  ２２  吸煙器、  ２６  酸素濃度計、
２８  下部フレーム、  ３０  上部フレーム、  ３０ａ  天板、
３０ｂ  側壁、  ３２  ワーク設置台、  ３４，３６  駆動源、
３８  集光型近赤外線照射装置、  ４０  反射鏡、  ４２  近赤外線ランプ、
４４  コントローラ、  Ａ  ろう付け装置。
【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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