(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導により高周波を発生させ、加熱対象部に、外径寸法の大きい第１金属管の端部と前記第１金属管よりも外径寸法の小さい第２金属管の端部との接続部分にロウ材を配置して、高周波加熱してロウ付けを行う誘導加熱コイルにおいて、
前記第１及び第２金属管のそれぞれの両側に、中心軸が同一で、互いに逆向きの磁束を発生させる、互いに逆方向に２巻き以上の同じ巻数の周回部を形成し、かつ、それぞれの周回部をつなぐ渡し部が、前記第１金属管よりも第２金属管側に配置可能な、誘導加熱コイル。
【請求項２】
前記渡し部は、前記加熱対象部に配置した前記第１及び前記第２金属管の前記端部と前記ロウ材とに対して、２巻き以上で並列接続されている、請求項１に記載の誘導加熱コイル。
【請求項３】
前記ロウ材の加熱対象面に対する前記渡し部の傾き角度が−３０°以上＋２５°以内である、請求項２に記載の誘導加熱コイル。
【請求項４】
前記加熱対象部に配置した前記ロウ材と、前記周回部の中心軸との距離が、前記周回部の外径に対して、±５％以内である、請求項２又は３に記載の誘導加熱コイル。
【請求項５】
前記渡し部と、前記第２金属管との最短距離は一定であり、前記渡し部と前記第２金属管の中心との距離をαとし、前記ロウ材の加熱対象面に対する前記渡し部の傾き角度をθとすると、前記渡し部の長さＬＷは、
【数１】
0006268653.tif 000004
で表される、請求項１〜４のいずれか１つに記載の誘導加熱コイル。
【請求項６】
電磁誘導により高周波を発生させ、加熱対象部に、外径寸法の大きい第１金属管の端部と前記第１金属管よりも外径寸法の小さい第２金属管の端部との接続部分にロウ材を配置して、高周波加熱してロウ付けを行う誘導加熱コイルを使用して行う加熱方法において、
前記第１及び第２金属管のそれぞれの両側に、前記誘導加熱コイルの中心軸が同一で、互いに逆向きの磁束を発生させる、互いに逆方向に２巻き以上の同じ巻数の周回部が配置され、それぞれの周回部をつなぐ渡し部が、前記第１金属管よりも第２金属管側に配置され、
その後、前記誘導加熱コイルに電流が供給されて、前記第１金属管の端部と前記第２金属管の端部との前記接続部分を高周波加熱して前記ロウ材でロウ付けを行う、加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコンなどの空調機に使用される熱交換器において、金属管を高周波ロウ付けするための誘導加熱コイル及び加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点からＣＯ２削減が強く求められる中、一般家庭のエネルギー消費量の約２５％を占める空調機においても、省エネルギー化が大きな課題となっている。特にその中で、熱交換器は空調機の重要な構成要素の一つであり、高性能化の要求は非常に高い。
【０００３】
一般に、空調機用熱交換器は、互いに平行状態に配置されたアルミニウム又は鉄等からなる多数枚のプレートフィンと、これらのプレートフィンを厚さ方向に貫通させ、その貫通孔に複数の伝熱管を備えたものが知られている。このような熱交換器を製造するためには、まず、プレートフィンと伝熱管とを所定配置に組み付けて熱交換器コア部を形成する。その後、熱交換器コア部の端部に突出した伝熱管の開口端部に、これらの伝熱管を連通するＵ字状及びその他の複数個の継手管を接合して、各伝熱管を巡る冷媒経路を形成する必要がある。
【０００４】
従来、前記のような金属管の接合方法として、火炎バーナーを用いたガスロウ付け法が用いられていた。このようなガスロウ付けの場合、火炎雰囲気での輻射熱によって金属管を加熱している。このため、加熱領域が広く、かつ数百度の温度分布を生じ、金属管の接合部を局所的かつ一定の温度制御が困難になる。よって、例えば、加熱し過ぎによる金属管の損傷、或いは、加熱不足によるロウ材の回り込み不足、等の不良が発生する。
【０００５】
この問題を解決するために、誘導加熱技術によって金属管の接合部を均等な温度に加熱してロウ付け品質を向上させる高周波ロウ付けの技術開発が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
具体的なロウ付け工程を以下に示す。
【０００７】
図７Ａ〜図７Ｅはそれぞれ従来の誘導加熱による金属管の接合方法の各工程を示す説明図である。
【０００８】
まず、図７Ａに示すように、伝熱管３０２の開口端部に拡管部３０１を形成する。
【０００９】
次いで、図７Ｂに示すように、伝熱管３０２の開口端部に形成された拡管部３０１に、リング状のロウ材３０３と継手管３０４とを配置する。
【００１０】
次いで、図７Ｃに示すように、銅管を同一方向に巻き付けた誘導加熱コイル３０５（ソレノイド型）を、ワーク保持空間３０５ａ内に伝熱管３０２と継手管３０４との接続部が位置するように近接配置する。
【００１１】
次いで、図７ＤＤに示すように、誘導加熱コイル３０５に電流を印加することによって、伝熱管３０２と継手管３０４とが加熱されて、リング状のロウ材３０３が溶融してフィレットが形成され、伝熱管３０２と継手管３０４との隙間にロウ材３０３が回り込む。
【００１２】
次いで、図７Ｅに示すように、電流の印加を停止して誘導加熱コイル３０５を除去することによって、ロウ材３０３が冷却されて、伝熱管３０２と継手管３０４とを接合することができる。
【００１３】
しかしながら、昨今の熱交換器に対する低コスト化の要請に伴い、金属管の使用部材は銅からアルミニウムへの変更が進んでいる。銅に比べてアルミニウムのロウ付けの場合、母材とロウ材との融点差が約１／５と非常に小さくなり、ロウ付け品質を確保するためには、母材とロウ材との融点差に収まる温度プロファイルを設定し、放射温度計などの非接触温度計を用いてロウ付け温度を感知して、設定した温度プロファイルに追従させる必要がある（温度フィードバック制御）。特許文献１のような同一方向に巻き付けたソレノイド型のコイルで温度フィードバック制御を行う場合、温度プロファイルに追従させるために出力電源への電流指令値が脈動することで、ロウ材に不均一な上下方向の電磁力が発生し、ロウ材が所定の位置から動いてしまい（ホッピング現象）、ロウ材が溶融不足となる。
【００１４】
このホッピング現象の発生メカニズムについて、図８と図９とを参照しながら説明する。図８Ｂに示すように、温度フィードバック制御を行わず、交流電流のピーク値Ｃが常に一定値、かつ周期Ｄが常に一定の場合は、図８Ａに示すように、誘導加熱コイルの周回部３０５ａ、３０５ｂはそれぞれ常に同一方向の磁束Ａが発生し、ロウ材３０３には常に逆向きの等しい電磁力Ｂが発生して相殺される。このため、ロウ材３０３は、誘導加熱コイルに対して所定の位置に留まることが可能となる。これに対し、図９Ｂに示すように、温度フィードバック制御を行った場合、交流電流のピーク値Ｃが変化し、かつ周期Ｄが不定となる場合には、図９Ａに示すように、誘導加熱コイルの周回部３０５ａ、３０５ｂに同一方向の磁束Ａが発生すると、ロウ材３０３にかかる電磁力Ｂが時間的に変化して不均一になる。このため、上向きの力が大きくなったときにロウ材３０３が誘導加熱コイルに対して所定の位置から持ち上げられてしまう。
【００１５】
温度フィードバック制御を行う際の誘導加熱コイルとして、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、銅管を平面視Ｕ状もしくはＣ状、側面視逆Ｕ状もしくは逆Ｃ状に曲げ加工された誘導加熱コイル４０５（馬蹄型コイル）を、その平面視Ｕ状もしくはＣ状のワーク保持空間の加熱対象部４０５ａ内に伝熱管４０２と継手管４０４との接続部が位置するように近接配置することで、不均一な電磁力の発生を防ぐことができる。コイルの構造は、１往復曲成したのみの１ターンを図示しているが、２往復、あるいは３往復以上にわたって曲成した複数ターンであっても良い（例えば、特許文献２参照。）。この場合、図１０Ｄに示すように、温度フィードバック制御を行った場合、交流電流のピーク値Ｃが変化し、かつ周期Ｄが不定となるが、図１０Ｃに示すように、誘導加熱コイル４０５の加熱対象部４０５ａを中心にして両側に互いに逆向きの等しい磁束Ａが発生し、ロウ材４０３には常に逆向きの等しい電磁力Ｂが発生して相殺されるため、ロウ材４０３は所定の位置に留まり、ホッピング現象を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第２９２３９１６号公報
【特許文献２】特開平１０−２１６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、前記従来の馬蹄型コイル構造では、Ｕ状もしくはＣ状に曲げ加工されているため、完全に巻き付けたソレノイド型のコイル構造と比べて、発生する磁束密度が小さくなる。磁束密度を上げるために２ターン以上にした場合でも、金属管に対して水平方向で互いに逆向きに電流が流れる渡し部分が上下で存在するため、それぞれの渡し部分で発生する磁束が相殺されて、加熱効率が悪くなる。さらに磁束の分布も不均一になり、母材とロウ材の融点差が非常に小さいアルミニウムのロウ付けの場合、均一加熱によるロウ付けの品質確保が難しくなる。
【００１８】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、アルミニウムのロウ付けのように母材とロウ材との融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能な誘導加熱コイル及び加熱方法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】
【００１９】
前記の目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかる誘導加熱コイルによれば、電磁誘導により高周波を発生させ、加熱対象部に、外径寸法の大きい第１金属管の端部と前記第１金属管よりも外径寸法の小さい第２金属管の端部との接続部分にロウ材を配置して、高周波加熱してロウ付けを行う誘導加熱コイルにおいて、
前記第１及び第２金属管のそれぞれの両側に、中心軸が同一で、互いに逆向きの磁束を発生させる、互いに逆方向に２巻き以上の同じ巻数の周回部を形成し、かつ、それぞれの周回部をつなぐ渡し部が、前記第１金属管よりも第２金属管側に配置可能である。
【００２０】
また、前記の目的を達成するために、本発明の別の態様にかかる加熱方法によれば、電磁誘導により高周波を発生させ、加熱対象部に、外径寸法の大きい第１金属管の端部と前記第１金属管よりも外径寸法の小さい第２金属管の端部との接続部分にロウ材を配置して、高周波加熱してロウ付けを行う誘導加熱コイルを使用して行う加熱方法において、
前記第１及び第２金属管のそれぞれの両側に、前記誘導加熱コイルの中心軸が同一で、互いに逆向きの磁束を発生させる、互いに逆方向に２巻き以上の同じ巻数の周回部が配置され、それぞれの周回部をつなぐ渡し部が、前記第１金属管よりも第２金属管側に配置され、
その後、前記誘導加熱コイルに電流が供給されて、前記第１金属管の端部と前記第２金属管の端部との前記接続部分を高周波加熱して前記ロウ材でロウ付けを行う。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明の前記態様にかかる誘導加熱コイル及び加熱方法は、アルミニウムのロウ付けのように母材とロウ材との融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能となり、短タクトでロウ付け品質の確保が可能な小型コイルを提供することができるという大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルを加熱対象物に配置した状態での構成図
【図１Ｂ】誘導加熱コイルを側面から見た構成図
【図１Ｃ】誘導加熱コイルを上から見た構成図
【図１Ｄ】誘導加熱コイルを正面から見た構成図
【図２Ａ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルによる金属管の接合方法の工程を示す説明図
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルによる金属管の接合方法の工程を示す説明図
【図２Ｃ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルによる金属管の接合方法の各工程を示す説明図
【図２Ｄ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルによる金属管の接合方法の各工程を示す説明図
【図２Ｅ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルによる金属管の接合方法の各工程を示す説明図
【図３Ａ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルで温度フィードバック制御を行うときの模式図
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルで温度フィードバック制御を行うときの電流波形図
【図４Ａ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルの設定パラメータを示す図
【図４Ｂ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルの設定パラメータを示す図
【図４Ｃ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルの設定パラメータを示す図
【図５Ａ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルの設定パラメータによるシミュレーション結果のグラフ
【図５Ｂ】本発明の第１実施形態にかかる誘導加熱コイルの設定パラメータによるシミュレーション結果のグラフ
【図６Ａ】本発明の第２実施形態にかかる誘導加熱コイルの構成図
【図６Ｂ】本発明の第２実施形態にかかる誘導加熱コイルの構成図
【図６Ｃ】本発明の第２実施形態にかかる誘導加熱コイルの構成図
【図６Ｄ】本発明の第２実施形態にかかる誘導加熱コイルの構成図
【図７Ａ】従来の誘導加熱による金属管の接合方法の工程を示す説明図
【図７Ｂ】従来の誘導加熱による金属管の接合方法の工程を示す説明図
【図７Ｃ】従来の誘導加熱による金属管の接合方法の工程を示す説明図
【図７Ｄ】従来の誘導加熱による金属管の接合方法の工程を示す説明図
【図７Ｅ】従来の誘導加熱による金属管の接合方法の工程を示す説明図
【図８Ａ】従来の誘導加熱コイルで温度フィードバック制御を行わないときの模式図
【図８Ｂ】従来の誘導加熱コイルで温度フィードバック制御を行わないときの電流波形図
【図９Ａ】従来の誘導加熱コイルで温度フィードバック制御を行うときの模式図
【図９Ｂ】従来の誘導加熱コイルで温度フィードバック制御を行うときの電流波形図
【図１０Ａ】従来の誘導加熱コイル（馬蹄型コイル）で温度フィードバック制御を行うときの模式図
【図１０Ｂ】従来の誘導加熱コイル（馬蹄型コイル）で温度フィードバック制御を行うときの模式図
【図１０Ｃ】従来の誘導加熱コイル（馬蹄型コイル）で温度フィードバック制御を行うときの模式図
【図１０Ｄ】従来の誘導加熱コイル（馬蹄型コイル）で温度フィードバック制御を行うときの電流波形図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素については、同じ符号を付しており説明を省略する場合がある。
【００２４】
（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態にかかる加熱方法で使用する誘導加熱装置、すなわち、２本の金属管１０２，１０４をロウ付けするための誘導加熱コイル１００の構成を示す図である。また、図１Ｂは誘導加熱コイル１００を側面から見た構成図である。図１Ｃは誘導加熱コイル１００を上から見た構成図である。図１Ｄは誘導加熱コイル１００を正面から見た構成図である。図２Ａ〜図２Ｅは、本発明の第１実施形態にかかる２本の金属管１０２，１０４の接合方法の各工程を示す説明図である。
【００２５】
誘導加熱コイル１００は、加熱対象部（加熱対象空間又は加熱対象領域）１００ａに加熱対象物９０のロウ付け部９０ａを配置して、電磁誘導により高周波を発生させて、高周波加熱しロウ付けを行うものである。
【００２６】
この加熱コイル１００は、加熱対象物９０の両側に配置可能でかつ同じ開口面積で互いに逆方向に２巻き以上形成された周回部１０５ａ、１０５ｂと、それぞれの周回部１０５ａ、１０５ｂを電気的に導通させるようにつなぐ渡し部１０６とで構成されている。誘導加熱コイル１００は、例えば銅管で形成され、銅管の内部には冷却水１０７が流れている。
【００２７】
加熱対象物９０の一例としては、外径寸法の大きい第１金属管の一例としての伝熱管１０２の端部と、第１金属管よりも外径寸法の小さい第２金属管の一例としての継手管１０４の端部と、伝熱管１０２の端部に配置されたリング状のロウ材１０３とで構成されている。伝熱管１０２の端部である開口端部には、拡管部１０１を形成している。接合時には、この拡管部１０１に、ロウ付け部９０ａとして、リング状のロウ材１０３と継手管１０４の接続側の端部とを配置する。
【００２８】
よって、第１実施形態の誘導加熱コイル１００の加熱対象部１００ａに、２本の金属管１０２，１０４とロウ材１０３との加熱対象物９０のロウ付け部９０ａを配置して接合するときは、以下のような配置とする。すなわち、図１Ａに示すように、加熱コイル１００の加熱対象部１００ａに、開口端部に拡管部１０１を形成した伝熱管１０２と、その拡管部１０１にリング状のロウ材１０３と継手管１０４とを配置する。このとき、リング状のロウ材１０３が配置された加熱対象部１００ａを中心にして、加熱コイル１００の周回部１０５ａ、１０５ｂが加熱対象部１００ａの両側に配置され、かつ、それぞれの周回部１０５ａ、１０５ｂをつなぐ渡し部１０６が、伝熱管１０２よりも外径の小さい継手管１０４側に配置可能に構成している。このような配置状態で、加熱コイル１００に電流を流せば、電磁誘導により加熱コイル１００に高周波を発生させさせることができて、伝熱管１０２と継手管１０４とをリング状のロウ材１０３を介して、高周波ロウ付けを行うことができる。
【００２９】
このような誘導加熱コイル１００用いた加熱対象物９０の例としての金属管１０２，１０４の接合は、具体的には、以下のような図２Ａ〜図２Ｅの工程により行われる。
【００３０】
始めに、図２Ａに示すように、伝熱管１０２の開口端部に、拡管部１０１を形成する。
【００３１】
次いで、図２Ｂに示すように、伝熱管１０２の開口端部に形成された拡管部１０１に、リング状のロウ材１０３と継手管１０４とを配置する。
【００３２】
次いで、図２Ｃに示すように、伝熱管１０２と継手管１０４とをリング状のロウ材１０３を介して、誘導加熱コイル１００による高周波ロウ付けを行う準備を行う。すなわち、伝熱管１０２と継手管１０４との間のリング状のロウ材１０３が配置されたロウ付け部９０ａを中心にして、誘導加熱コイル１００の同じ開口面積で互いに逆方向に２巻きの周回部１０５ａ、１０５ｂを配置し、かつ、それぞれの周回部１０５ａ、１０５ｂをつなぐ渡し部１０６が、伝熱管１０２よりも外径の小さい継手管１０４側に配置可能（近接配置可能）としている。このため、渡し部１０６の間隔は、継手管１０４よりも少し大きい程度の寸法としている。渡し部１０６の間隔は、継手管１０４が挿入されればよいため、伝熱管１０２の直径より小さくしてもよい。
【００３３】
次いで、図２Ｄに示すように、このような配置状態で誘導加熱コイル１００に電流を印加することによって、伝熱管１０２と継手管１０４とが加熱されて、リング状のロウ材１０３が溶融してフィレットが形成され、拡管部１０１から伝熱管１０２と継手管１０４との隙間にロウ材１０３が回り込む。このとき、非接触放射温度計を用いて、温度測定スポット１０８が所定の温度プロファイルに追従するように、ＰＩＤ制御による温度フィードバック制御を行う。
【００３４】
次いで、図２Ｅに示すように、電流の印加を停止して誘導加熱コイル１００を加熱対象物９０から除去することによって、ロウ材１０３が冷却されて、伝熱管１０２と継手管１０４とを接合することができる。
【００３５】
このとき、伝熱管１０２は、一例として、直径Φ８ｍｍ、肉厚０．８ｍｍのアルミニウム管（融点６６０℃）である。継手管１０４は、一例として、直径Φ７ｍｍ、肉厚０．８ｍｍのアルミニウム管である。リング状のロウ材１０３は、一例として、直径Φ１ｍｍのアルミニウムロウ（融点５８０℃）である。誘導加熱コイル１００は、直径Φ３ｍｍの銅パイプで形成されており、周回部１０５ａ、１０５ｂそれぞれの直径は２０ｍｍである。
【００３６】
この場合、図３Ｂに示すように、温度フィードバック制御を行った場合、交流電流のピーク値Ｃが変化し、かつ周期Ｄが不定となる。しかしながら、図３Ａに示すように、誘導加熱コイル１００の周回部１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ常に逆方向の磁束Ａが発生し、ロウ材１０３には常に逆向きの等しい電磁力Ｂが発生して相殺される。このため、ホッピング現象が抑制されて、ロウ材１０３は、誘導加熱コイル１００に対して所定の位置（加熱対象部１００ａ）に留まることが可能となる。
【００３７】
このとき、一例として、誘導加熱コイル１００に電流を供給する誘導加熱電源８０（図１Ｃ参照）の出力は５ｋＷ、周波数は３００ｋＨｚであるとする。ここでは、パワー印加後、７秒でロウ付け部９０ａが６００℃に加熱されるように非接触温度計の温度測定スポット１０８での温度プロファイルを設定し、ＰＩＤ制御による温度フィードバック制御を行って、リング状のロウ材を溶融、浸透させて高周波ロウ付けが行われる。
【００３８】
前記のような誘導加熱コイル１００により、ホッピング現象を抑制することが可能となるが、金属管１０２，１０４の材料にアルミニウムを使用した場合は、ロウ付け時に制御すべき温度範囲が、他の金属材料を用いたときに比べて非常に狭くなるため、金属管１０２，１０４の破断なくロウ付けを行うには、ロウ付け部９０ａを非常に狭い温度範囲（約８０℃）で制御することが求められる。このため、金属管１０２，１０４の構造を考慮して、誘導加熱コイル１００の形状及び配置を工夫する必要がある。そこで、誘導加熱コイル１００が満たすべき形状及び配置の条件を、シミュレーションを用いて導出する。以下では、コイル構造のパラメータについて説明したのち、シミュレーションによってホッピング現象が発生せずにロウ付けを実現する誘導加熱コイル１００の形状及び配置の条件を説明する。
【００３９】
まず、誘導加熱コイルのパラメータについて、図４Ａ、図４Ｂを用いて説明する。図４Ａにおいて、誘導加熱コイル１００の周回部１０５ａ、１０５ｂの金属管長手方向の外径をＸ、リング状のロウ材１０３の伝熱管１０２側の端面と誘導加熱コイル１００の周回部１０５ａ、１０５ｂの中心軸との距離をＺと定義する。また、図４Ｂにおいて、誘導加熱コイル１００の周回部１０５ａ、１０５ｂの渡し部１０６の傾き角度をθと定義する。
【００４０】
これらのパラメータがホッピング現象及び加熱特性に及ぼす影響を、シミュレーションにより評価した。シミュレーションツールとして、ＪＭＡＧ−Ｄｅｓｉｇｎｅｒ  Ｖｅｒ１３．１．０２ｇ（ＪＳＯＬ株式会社）の電磁場・熱連成解析機能を使用した。解析モデルは、図１Ａに示す誘導加熱コイルと同等のものを作成し、金属管及びリング状のロウ材については形状を固定した。また、誘導加熱コイルについて、ホッピング現象の抑制に効果を持たないパラメータは、値を固定して解析を行った。
【００４１】
ここでは、一例として、継手管１０４の長さを６３ｍｍ、直径Φ７ｍｍ、肉厚１ｍｍとし、伝熱管１０２の長さを５６ｍｍ、直径Φ７ｍｍ、肉厚１ｍｍとした。また、一例として、拡管部１０１は、直径Φ１２ｍｍと拡管し、リング状のロウ材１０３はワイヤ径Φ１．６ｍｍ、リング内径Φ６．９ｍｍとしている。これらの加熱対象物９０に対する加熱対象領域は、伝熱管１０２と継手管１０４の接合部（ロウ付け部９０ａ）の前後１５ｍｍの範囲と設定した。
【００４２】
また、誘導加熱コイルのパラメータについては、以下のように固定した。誘導加熱コイルと金属管との距離は２．８５ｍｍ、誘導加熱コイルの周回部の外径は２０ｍｍ、ピッチは０．５ｍｍ、ターン数は２とした。
【００４３】
解析では、ホッピング現象を抑制し、ロウ付けができる条件を求めるため、誘導加熱コイルのロウ材への相対位置のパラメータを振った。なお、実験で実施したロウ付けでは、金属管のロウ付け部の最低温度がロウ材の融点６００℃に到達した時間が２．５秒未満の場合、加熱対象部の昇温速度が速すぎるために金属管の破断が発生し、３．５秒より時間がかかると、逆に昇温速度が遅すぎてロウ材の未溶融又は浸透不足が発生した。このため、本解析においては、到達時間２．５秒以上３．５秒以下を満たし、図４Ａのロウ材と誘導加熱コイルの周回部の中心軸との距離Ｚが０ｍｍの位置にあるときの電磁力を１として、相対位置を変化させたときにロウ材が受ける電磁力との比率が１以下となったときのパラメータの範囲が、今回導出する条件とした。
【００４４】
図５Ａは、誘導加熱コイル１００の周回部１０５ａ，１０５ｂの渡し部１０６の傾き角度θのパラメータを振り、それぞれの値を同一グラフにプロットしている。ロウ付け部９０ａの最低温度がロウ材１０３の融点６００℃へ到達する時間が２．５秒以上３．５秒以下になるのは、傾き角度θが−３０°以上＋２５°以下であれば、ホッピング現象を抑制し、ロウ付け可能となる。なお、このとき、ロウ材１０３が受ける電磁力との比率は、常に１以下であった。
【００４５】
さらに、図５Ｂは、誘導加熱コイル１００の周回部１０５ａ，１０５ｂの金属管長手方向の外径をＸ、リング状のロウ材１０３と誘導加熱コイル１００の周回部１０５ａ，１０５ｂの中心軸との距離をＺとしたときの比率Ｚ／Ｘのパラメータを振り、それぞれの値を同一グラフにプロットしている。ロウ材１０３が受ける電磁力との比率が１以下となるのは、比率Ｚ／Ｘが５％以下であればホッピング現象を抑制し、ロウ付け可能となる。比率Ｚ／Ｘが５％以下とは、言い換えれば、加熱対象部１００ａに配置したロウ材１０３と、周回部１０５ａ，１０５ｂの中心軸との距離Ｚが、周回部１０５ａ，１０５ｂの外径Ｘに対して±５％以内であることを意味する。なおこのとき、ロウ付け部９０ａの最低温度がロウ材１０３の融点６００℃へ到達する時間は、常に２．５秒以上３．５秒以下であった。
【００４６】
また、図４Ｃにおいて、誘導加熱コイルの周回部１０５ａ、１０５ｂをつなぐ渡し部１０６と継手管１０４との距離は常に一定、すなわち、渡し部１０６のいずれの位置でも継手管１０４との最短距離は一定であり、これによって継手管１０４を均等に加熱することができる。このとき、渡し部１０６は、半円もしくは半楕円の形状となる。一般に、楕円の長軸の長さをＡ、短軸の長さをＢとすると、楕円の長さＬＤは、
【００４７】
【数１】
0006268653.tif 000002
で表される。よって、渡し部１０６と継手管１０４の中心との距離をα、渡し部１０６の水平方向（例えば、ロウ材の加熱対象面、又は、周回部１０５ａ、１０５ｂの中心軸方向と継手管１０４の中心軸方向との両方に直交する方向）に対する傾き角度をθとすると、渡し部１０６の長さＬＷは、
【００４８】
【数２】
0006268653.tif 000003
で表される。例えば、継手管１０４の直径Φを７ｍｍ、周回部１０５ａ、１０５ｂと継手管１０４との距離を２．８５ｍｍとしたとき、α＝６．３５ｍｍとなり、
α＝６．３５ｍｍ、θ＝０°のとき、ＬＷ≒１９．９ｍｍ
α＝６．３５ｍｍ、θ＝−３０°のとき、ＬＷ≒２１．５ｍｍ
となる。
【００４９】
かかる構成によれば、ロウ付け部９０ａのリング状のロウ材１０３へ発生する軸方向の電磁力を打ち消すように誘導加熱コイル１００が作用し、ホッピング現象が発生することがなくなり、ロウ材１０３の未溶融、充填不足、及び、浸透不足といった品質不具合を防止する効果が得られる。従って、アルミニウムのロウ付けのように母材とロウ材１０３との融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能となり、短タクトでロウ付け品質の確保が可能な小型コイルを提供することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
図６Ａは、本発明の第２実施形態にかかる金属管２０２，２０４をロウ付けするための誘導加熱コイル１００Ｂの構成図である。図６Ｂは誘導加熱コイル１００Ｂの側面から見た構成図である。図６Ｃは誘導加熱コイル１００Ｂの裏面から見た構成図である。図６Ｄは誘導加熱コイル１００Ｂの上から見た構成図である。誘導加熱コイル１００Ｂは、一例として銅管で形成され、銅管の内部には冷却水２０７が流れている。
【００５１】
誘導加熱コイル１００Ｂが、第１実施形態と大きく異なるのは、渡し部２０６が、加熱対象部１００Ｂａに配置した第１及び第２金属管２０２，２０４の端部とロウ材２０３とに対して、２巻き以上で並列接続されていることである。具体的には、渡し部２０６は、それぞれの周回部２０５ａ、２０５ｂとつながるところで第１分岐部２０６ａと第２分岐部２０６ｂとに分岐しており、加熱対象部１００Ｂａに配置した金属管端部とロウ材２０３に対して、２巻きで並列接続されている。ここでは、２巻きの並列接続を図示しているが、３巻き以上にわたって並列接続した複数ターンであっても良い。
【００５２】
この加熱コイル１００Ｂは、加熱対象物９０の両側に配置可能でかつ同じ開口面積で互いに逆方向に２巻き以上形成された周回部２０５ａ、２０５ｂと、それぞれの周回部２０５ａ、２０５ｂを電気的に導通させるようにつなぎかつ第１分岐部２０６ａと第２分岐部２０６ｂとに分岐した渡し部２０６とで構成されている。
【００５３】
よって、第２実施形態の誘導加熱コイル１００Ｂの加熱対象部１００Ｂａに、２本の金属管２０２，２０４とロウ材２０３との加熱対象物９０のロウ付け部９０ａを配置して接合するときは、以下のような配置とする。すなわち、図６Ａに示すように、加熱コイル１００Ｂの加熱対象部１００Ｂａに、開口端部に拡管部２０１を形成した伝熱管２０２と、その拡管部２０１にリング状のロウ材２０３と継手管２０４とを配置する。このとき、リング状のロウ材２０３が配置された加熱対象部１００Ｂａを中心にして、加熱コイル１００Ｂの周回部２０５ａ、２０５ｂが加熱対象部１００Ｂａの両側に配置され、かつ、それぞれの周回部２０５ａ、２０５ｂをつなぐ渡し部２０６が、伝熱管２０２よりも外径の小さい継手管２０４側に配置している。このような配置状態で、加熱コイル１００Ｂに電流を流せば、電磁誘導により加熱コイル１００Ｂに高周波を発生させさせることができて、伝熱管２０２と継手管２０４とをリング状のロウ材２０３を介して、高周波ロウ付けを行うことができる。
【００５４】
このような誘導加熱コイル１００Ｂを用いた加熱対象物９０の例としての金属管２０２，２０４の接合は、加熱対象部１００に外径寸法の異なる金属管２０２，２０４の端部とロウ材２０３をそれぞれ配置して、高周波加熱しロウ付けを行うための誘導加熱コイル１００Ｂを用いて、第１実施形態と同様にして行われる。
【００５５】
このとき、それぞれの渡し部２０６に流れる電流が第１分岐部２０６ａと第２分岐部２０６ｂとに分岐して、発生する磁界が分散するので、継手管２０４に対する加熱も分散して、温度分布を調整することが可能となる。
【００５６】
かかる構成によれば、ロウ付け部９０ａのリング状のロウ材２０３へ発生する軸方向の電磁力を打ち消すように誘導加熱コイル１００Ｂが作用し、ホッピング現象が発生することがなくなる。よって、金属管材料としてアルミニウムを使用し、アルミニウムのロウ付けのように母材とロウ材２０３の融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御による加熱を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能となり、ロウ材２０３の未溶融、充填不足、及び、浸透不足といった品質不具合を防止する効果が得られる。
【００５７】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の誘導加熱コイル及び加熱方法は、アルミニウムロウ付けのように母材とロウ材との融点差が非常に小さく、温度フィードバック制御を行う場合でも、加熱効率と均一加熱との両立が可能となり、エアコンなどの空調機に使用される熱交換器のロウ付け、あるいは焼き入れ等のように金属管の加熱用途にも適用が可能となる。
【符号の説明】
【００５９】
８０    誘導加熱電源
９０    加熱対象物
９０ａ    ロウ付け部
１００    誘導加熱コイルは
１００ａ    加熱対象部
１０１，２０１    拡管部
１０２，２０２    伝熱管
１０３，２０３    ロウ材
１０４，２０４    継手管
１０５ａ、１０５ｂ，２０５ａ、２０５ｂ    周回部
１０６，２０６    渡し部
２０６ａ    第１分岐部
２０６ｂ    第２分岐部
１０７，２０７    冷却水
１０８    温度測定スポット
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
0006268653.tif 000015
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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