(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大気中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】複数の接合部の各々に対向する反射鏡１６と該反射鏡１６内に配置された近赤外線照射源１８とを有する近赤外線照射装置１４と、近赤外線照射源１８に接続されたコントローラ２０，２２，２４とを設け、複数の接合部の熱容量が異なる場合に、近赤外線照射源１８の出力制御をコントローラ２０，２２，２４で行うことにより接合部に応じて照射エネルギ分布を変更するようにした。【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、
複数の接合部の各々に対向する反射鏡と該反射鏡内に配置された近赤外線照射源とを有する近赤外線照射装置と、前記近赤外線照射源に接続されたコントローラとを備え、前記複数の接合部の熱容量が異なる場合に、前記近赤外線照射源の出力制御を前記コントローラで行うことにより接合部に応じて照射エネルギ分布を変更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】
前記複数の反射鏡のうち特定の反射鏡の断面形状を対向する接合部の部位に応じて変化させ、前記近赤外線照射源の近赤外線照射範囲を変えるようにし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】
前記複数の接合部を同時に接合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３のいずれか１項に記載のろう付け装置。
【請求項５】
前記熱交換器の両側に前記複数の近赤外線照射源を直線状に配置したことを特徴とする請求項４に記載のろう付け装置。
【請求項６】
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５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。また、赤外線照射加熱炉等の装置を使用することなく、大気中で容易に行える簡素な構成のろう付け装置に対する要望もあった。
【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大気中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、複数の接合部の各々に対向する反射鏡と該反射鏡内に配置された近赤外線照射源とを有する近赤外線照射装置と、前記近赤外線照射源に接続されたコントローラとを備え、前記複数の接合部の熱容量が異なる場合に、前記近赤外線照射源の出力制御を前記コントローラで行うことにより接合部に応じて照射エネルギ分布を変更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、前記複数の反射鏡のうち特定の反射鏡の断面形状を対向する接合部の部位に応じて変化させ、前記近赤外線照射源の近赤外線照射範囲を変えるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記複数の接合部を同時に接合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。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、前記熱交換器の両側に前記複数の近赤外線照射源を直線状に配置し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。
【００１３】
【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。
【００１４】
実施の形態１．
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
図３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の実施の形態１にかかるろう付け装置Ａ１を示しており、集光型近赤外線照射装置１４を備えている。
【００１８】
図３に示されるように、集光型近赤外線照射装置１４は、接合前の熱交換器２の両側に直線状で略等間隔に配置された複数の反射鏡１６と、各反射鏡１６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）１８とを備えている。反射鏡１６は、その断面が楕円を半分に切断した半楕円形状の曲面に形成されている。また、ヘッダー４に対向してヘッダー４とその近傍を照射することによりヘッダー４と冷媒管６との接合部とヘッダー４とキャップ１０との接合部を照射する外側の近赤外線ランプ１８（以下、第１の近赤外線ランプ１８ａという）は第１コントローラ２０に接続され、冷媒管６の両端部及びその近傍に対向して冷媒管６とフィン８との接合部を照射し第１の近赤外線ランプ１８ａの内側に位置する近赤外線ランプ１８（以下、第２の近赤外線ランプ１８ｂという）は第２コントローラ２２に接続され、冷媒管６の中央部に対向して冷媒管６とフィン８との接合部を照射し第２の近赤外線ランプ１８ｂの内側（中央部）に位置する近赤外線ランプ１８（以下、第３の近赤外線ランプ１８ｃという）は第３コントローラ２４に接続されている。
【００１９】
図４は、第１、第２及び第３コントローラ２０，２２，２４によりそれぞれ出力制御される第１、第２及び第３の近赤外線ランプ１８ａ，１８ｂ，１８ｃの出力と接合部の温度変化を示している。
【００２０】
ヘッダー４は、冷媒管６等の他の部品に比べて肉厚が厚くて質量が重く、熱容量が大きい。また、冷媒管６は、フィン８に比べて肉厚が厚くて質量が重く、熱容量が大きい。したがって、ヘッダー４と冷媒管６との接合部、及び、冷媒管６とフィン８との接合部に対し、近赤外線を同じエネルギ密度で照射すると、熱容量が大きいヘッダー４と冷媒管６との接合部は、熱容量が小さい冷媒管６とフィン８との接合部より温度上昇が少なく、熱交換器全体として均一加熱は達成されない。
【００２１】
そこで、本発明にかかるろう付け装置Ａ１を使用したろう付けにおいては、接合部に所定量のろう材を塗布あるいは付着させた状態で、図４に示されるように、第１、第２及び第３コントローラ２０，２２，２４により第１、第２及び第３の近赤外線ランプ１８ａ，１８ｂ，１８ｃの出力をそれぞれ独立制御し、複数の接合部を同時にＡｌの溶融温度（約６００〜６２０℃）まで均一加熱することにより所定のろう付けを行うようにしている。
【００２２】
さらに詳述すると、第１の近赤外線ランプ１８ａは、冷媒管６の端部のヘッダー４への接合と、引き出し管１２が取り付けられたキャップ１０のヘッダー４端部への接合とを行うことから、第１コントローラ２０による第１の近赤外線ランプ１８ａの出力を第２及び第３の近赤外線ランプ１８ｂ，１８ｃの出力より大きくなるように制御するとともに、第２の近赤外線ランプ１８ｂは、ヘッダー４近傍の冷媒管６とフィン８との接合を行い、第３の近赤外線ランプ１８ｃは冷媒管６の中央部とフィン８との接合を行うことから、第２コントローラ２２による第２の近赤外線ランプ１８ｂの出力を第３コントローラ２４による第３の近赤外線ランプ１８ｃの出力より大きくなるように制御することにより、熱交換器全体として均一加熱を行い、すべての接合部を同時にろう付けすることができる。
【００２３】
上記構成の本発明にかかるろう付け装置Ａ１を使用したろう付けは、従来の炉中ろう付けに比べ、短時間（約１〜４分）ですべてのろう付けを完了することができ、素材粒子の粗大化を防止することができる。
【００２４】
実施の形態２．
上述した実施の形態１においては、熱交換器２の横方向（幅方向）にエネルギ密度を変化させるようにしたが、横方向のエネルギ密度の変化に加えて、熱交換器２の縦方向（ヘッダー４の長手方向）にもエネルギ密度を変化させることもできる。
【００２５】
図５乃至図７は、本発明の実施の形態２にかかるろう付け装置Ａ２を示しており、その構成は、実施の形態１にかかるろう付け装置Ａ１の構成と基本的には同じであるが、第１及び第３の近赤外線ランプ１８ａ，１８ｃに対応する反射鏡１６の断面形状を対向する接合部の部位に応じて変化させている。
【００２６】
すなわち、ヘッダー４と冷媒管６との接合に際し、ヘッダー４の長手方向における中央部は、熱伝達による周辺部位からの熱エネルギの流入があり、周囲への熱放散は少ないのに対し、ヘッダー４の端部及びその近傍は周囲への熱放散が大きいことから、ヘッダー４の端部及びその近傍に対向する反射鏡１６の断面形状をヘッダー中央部に対向する反射鏡１６の断面形状とは変えることにより、特にヘッダー４の端部及びその近傍においては第１の近赤外線ランプ１８ａからの近赤外線を接合部に集中させるように設定している。
【００２７】
同様に、第３の近赤外線ランプ１８ｃにより照射される冷媒管６及びフィン８の端部寄りの部位は、中心部に比べ周囲への熱放散が大きいことから、冷媒管６及びフィン８の端部寄りの部位に対向する反射鏡１６の断面形状を中心部に対向する反射鏡１６の断面形状とは変えることにより、特にその部位においては第３の近赤外線ランプ１８ｃからの近赤外線を接合部に集中させるように設定している。
【００２８】
すなわち、反射鏡の焦点の一つに近赤外線ランプを配置すると、近赤外線ランプから照射された近赤外線は反射鏡で反射して、他方の焦点で集光するので、ワーク（被加熱物）と近赤外線ランプとの距離を適宜設定することにより照射範囲を決定することができる。また、このようにワークと近赤外線ランプとの距離を設定した後、二つの焦点間距離が長い楕円面反射鏡を使用すると、反射鏡からの反射光の集光位置がワークに近づくことになり（図６参照）、この場合の照射範囲は前記照射範囲より狭く設定され、熱エネルギをより狭い範囲に集中することができる。
【００２９】
なお、第１の近赤外線ランプ１８ａが取り付けられヘッダー４の長手方向中央部に対向する反射鏡１６の断面形状と、第３の近赤外線ランプ１８ｃが取り付けられ冷媒管６及びフィン８の中央部に対向する反射鏡１６の断面形状と、第２の近赤外線ランプ１８ｂが取り付けられた反射鏡１６の断面形状は、実施の形態１における反射鏡１６の断面形状と同じである。
【００３０】
しかしながら、反射鏡１６は、断面形状を放物線に形成することにより平行光が得られることから、一つの近赤外線ランプに対応する反射鏡を必要に応じて楕円面形状と放物面形状とを組み合わせることで、一つの近赤外線ランプで集光部と平行光部をつくり均一に加熱することもできる。
【００３１】
また、図３、図６及び図７において、冷媒管６及びフィン８に対向する近赤外線ランプ１８（第２及び第３の近赤外線ランプ１８ｂ，１８ｃ）を熱交換器２の片側に３本図示しているが、近赤外線ランプ１８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、図３、図６及び図７においては、複数の近赤外線ランプ１８を三つのコントローラにより出力制御を行っているが、一つのコントローラにより複数の近赤外線ランプを出力制御することもできる。
【００３２】
さらに、図３、図６及び図７においては、ワークの両側に複数の近赤外線ランプ１８を配置したが、ワークによっては複数の近赤外線ランプ１８を片側にのみ配置し、その出力制御を行うようにしてもよい。
【００３３】
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、本発明は熱交換器に限定されるものではなく、複数の熱容量の異なる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。
【００３４】
【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、複数の接合部の熱容量が異なる場合に、近赤外線照射源の出力制御をコントローラで行うことにより接合部に応じて照射エネルギ分布を変更するようにしたので、簡素な構成で、冷凍サイクルを構成する熱交換器等のワークを略均一に加熱することができ、種々の金属部品を同時に大気中で接合することができる。
【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】本発明の実施の形態１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近赤外線ランプのコントローラによる出力制御と、熱交換器全体の温度変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかるろう付け装置による近赤外線照射範囲を示す熱交換器の正面図である。
【図６】図５における線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】図５における線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。
【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  集光型近赤外線照射装置
１６  楕円面反射鏡
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  近赤外線ランプ
２０  第１コントローラ
２２  第２コントローラ
２４  第３コントローラ
Ａ１，Ａ２  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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