(57)【要約】【課題】ろう付けする装置を小型化し、ろう付けに必要な熱エネルギーを低減する。【解決手段】本発明のろう付け方法及び装置は、ワークを誘導加熱により短時間でろう付け温度近傍まで加熱し、その後輻射加熱によりろう付け温度まで加熱する。その結果、ろう付け装置内の加熱に必要なスペースを減らし、ろう付け装置を小型化することができる。また誘導加熱はジュール熱による自己発熱によりワークを集中的に加熱できる為、エネルギーのロスを抑え、ろう付けに必要なトータルの熱エネルギーを低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを誘導加熱コイルを用いて加熱・昇温する第１ステップと、
前記第１ステップの後、赤外線ヒータを用いて前記ワークを輻射加熱にて昇温することで、前記ワークの部品間をろう付けする第２ステップと、
を含む、ろう付け方法。
【請求項２】
前記第１ステップでの加熱は、前記ワークの搬送を停止して行い、
その後、輻射加熱の位置まで前記ワークを搬送した後、前記第２ステップの輻射加熱は、前記ワークの搬送を停止して行う、請求項１記載のろう付け方法。
【請求項３】
輻射加熱を行う位置の上流側に第１シャッターを、下流側に第２シャッターを設け、
前記ワークを輻射加熱している間は両方のシャッターを閉じ、誘導加熱する位置から輻射加熱する位置に前記ワークを搬送する際は、前記第１シャッターを開き、前記ワークを輻射加熱する場所から搬出する時は第２シャッターを開く、ろう付け方法。
【請求項４】
前記第１シャッターと前記第２シャッターとの間に不活性ガスが供給され、輻射加熱を行う位置は、前記第１及び第２シャッターの外部に対して圧力が高められている、請求項３記載のろう付け方法。
【請求項５】
前記第１シャッターと輻射加熱を行う位置との間に加熱した不活性ガスを供給し、
前記第２シャッターと輻射加熱を行う位置との間に加熱した不活性ガスを供給する、請求項３記載のろう付け方法。
【請求項６】
前記第１シャッターと前記第２シャッターとはともに開いている状態がない、請求項３記載のろう付け方法。
【請求項７】
誘導加熱コイルを用いてワークを加熱し、前記ワークの出入口を設ける誘導加熱室と、
赤外線ヒータを用いて前記ワークを直接的もしくは間接的に輻射加熱し、前記ワークの出入口を設ける輻射加熱室と、
前記ワークを前記誘導加熱室から前記輻射加熱室まで搬送する搬送手段と、
前記輻射加熱室の入口に第１シャッターを設け、前記輻射加熱室の出口に第２シャッターを備え、前記第１及び第２シャッターと赤外線ヒータとの間にそれぞれ不活性ガスを供給する供給手段を設ける、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、かつ、効率的にろう付けを行うろう付け方法及びろう付け装置に関する。
【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知られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６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を示すものである。
【０００４】
図６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。
【０００５】
１０４は加熱部で、マッフル１０５と呼ばれる加熱用通路内を搬送されるワーク１０２は、加熱源１０６により加熱されたマッフル１０５の輻射熱により加熱される。ワーク１０２は、マッフル１０５の中を搬送されながら徐々に加熱され、最終的にはろう付け温度である約６００℃まで加熱されてろう付けされる。
【０００６】
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。ろう付け装置内は、ろうの酸化を防止するために窒素ガスが供給され、低酸素状態に保たれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０７８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のろう付け装置は、マッフルの中に順次ワークを投入し、コンベアで連続的に搬送しながら昇温している。
【０００９】
図７は、従来のろう付け装置おける、ワークのろう付け部の温度プロファイルを表す図である。従来のろう付け装置では、２５℃という低温からろう付け温度の６００℃までの全てを輻射加熱で行うために、昇温には、例えばワークの熱容量によっては、３０〜６０分という長い時間を必要としていた。
【００１０】
昇温には、上述の通り長い時間が必要となるので、生産性を確保するためには、同時に処理するワークの個数を増やすことが必要となる。そのため、炉の全長は数十メートルという長さになっていた。その結果、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。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、装置の小型化、及び、ろう付けにおけるエネルギーの消費量を低減することが可能な、ろう付け方法及びろう付け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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のろう付け方法は、誘導加熱コイルを用いてワークを急速に昇温した後に、赤外線ヒータを用いて昇温してろう付けすることで解決する。また、本発明のろう付け装置は、輻射加熱室の入口に第１シャッターを設け、輻射加熱室の出口に第２シャッターを備え、第１及び第２シャッターと赤外線ヒータとの間にそれぞれ不活性ガスを供給する供給手段を設けることで解決する。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明のろう付け方法及びろう付け装置によれば、ろう付けする装置を小型化し、ろう付けにおけるエネルギーの消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるろう付け装置の断面を示す図
【図２】本発明の実施の形態１におけるろう付け部の温度プロファイルを表す図
【図３】本発明の実施の形態２におけるろう付け装置の輻射加熱室の断面を示す図
【図４】加熱窒素の流れを形成する構成が無い場合の気流を示す図
【図５】加熱窒素の流れを形成する構成が有る場合の気流を示す図
【図６】従来のろう付け装置の断面を示す図
【図７】従来のろう付け装置におけるろう付け部の温度プロファイルを表す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るろう付け装置の断面図である。
【００１７】
１は、アルミニウム製のワークで、ワーク１は図に記載していない複数の部品から構成され、各部品の表面には低融点のアルミニウム製のろう材が配されている。
【００１８】
２は、治具でワーク１をはさみ込んでいる。３〜９は、コンベアで治具２にセットされたワーク１を搬送する。１０〜１４は、シャッターでそれぞれエアシリンダ１５〜１９により上下に動作する。２０〜２４、はカバーでワーク１が搬送される経路を囲んでいる。２５〜２８は、窒素供給ポートで上述のカバー２０〜２３にそれぞれ配されている。そして、図示していない窒素供給手段により各窒素供給ポートから各カバー内に不活性ガスである窒素を供給する。
【００１９】
２９〜３２は、排気ポートで上述のカバー２０〜２３にそれぞれ配されている。そして、図示していないエアー吸引手段により、各排気ポートから各カバー内のエアーを吸引して排気する。そして、カバー２０〜２４には、ワーク１を投入するための投入口３３〜３７がそれぞれ配され、ワークを取り出すための取出口３８〜４２がそれぞれ配されている。
【００２０】
４３は、投入部でろう付けするワーク１がセットされる。４４は、前室でシャッター１０及び１１を閉じた状態で、排気ポート２９から大気を吸引した後に、供給ポート２５から窒素を供給することで、カバー２０内部の雰囲気を大気から窒素に切り替える。
【００２１】
４５は、誘導加熱室で内部に配された誘導加熱コイル４６を用いてワーク１の誘導加熱を行う。４７は、輻射加熱室で内部に赤外線ヒータ４８とマッフル４９が配されており、赤外線ヒータ４８に輻射加熱されたマッフル４９によってワーク１は輻射加熱される。
【００２２】
マッフル４９は、例えばステンレスで構成されている。また、輻射加熱室４７は、ワーク１を投入する時と取り出す時以外はシャッター１２及びシャッター１３は閉じておくことで、輻射加熱室４７内をある程度均一な温度の窒素雰囲気にすることができる。
【００２３】
５０は、後室でシャッター１３及び１４を閉じた状態で排気ポート３２から大気を吸引した後に、供給ポート２８から窒素を供給することで、カバー２３内部の雰囲気を大気から窒素に切り替える。５１は、冷却室で内部に配された冷却ファン５２により加熱されたワーク１を冷却する。５３は、取出部で冷却を経てろう付けが完了したワーク１がセットされる。
【００２４】
次に、本実施の形態に係るろう付け装置の動作とその効果について説明する。
【００２５】
まず、治具２によって挟み込まれたワーク１は、投入部４３のコンベア３上にセットされる。ここでは、この時点で前室４４以降に存在するワーク１の説明は省略するが、以下説明する本投入ワークと同様の工程を経ることになる。投入部４３にワーク１がセットされた時、シャッター１０〜１４は下降して閉じており、前室４４、誘導加熱室４５、輻射加熱室４７、後室５０内は、窒素雰囲気状態になっている。
【００２６】
次に、シャッター１０が開いて、コンベア３及び４の動作によりワーク１は前室４４内に搬入され、シャッター１０は閉じる。シャッター１０が開いたことにより前室４４は大気状態になるが、シャッター１０及び１１を閉じた状態で排気ポート２９から大気を吸引した後に供給ポート２５から窒素を供給することで、カバー２０内部の雰囲気を大気から窒素に切り替える。
【００２７】
次に、シャッター１１が開いて、コンベア４及び５の動作によりワーク１は誘導加熱室４５内の誘導加熱コイル４６内に搬入され、シャッター１１は閉じる。そして、誘導加熱コイル４６に電流を流すことによりワーク１内に渦電流を発生させ、そのジュール熱によりワーク１を加熱する。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１におけるワーク１のろう付け部の温度プロファイルを表す図である。同図において、実線がワーク１内温度の平均値、破線（１）がワーク１内温度の最高値、破線（２）がワーク１内温度の最低値を示している。そしてワークを２分タクトでろう付けして搬出できるよう、各位置での動作時間は２分となるように制御している。
【００２９】
誘導加熱室４５での２分間の誘導加熱により、実線のワーク１内温度の平均値は常温の２５℃から５８０℃まで昇温する。また、破線（１）のワーク１内温度の最高値は常温の２５℃から６００℃まで昇温する。また破線（２）のワーク１内温度の最低値は常温の２５℃から５６０℃まで昇温する。
【００３０】
次に、シャッター１２が開いて、コンベア５及び６の動作によりワーク１は輻射加熱室４７内のマッフル４９内に搬入され、シャッター１２は閉じる。この搬送の間にワーク１の温度は多少低下するが図２ではその記載は省略している。
【００３１】
そして、輻射加熱室４７での２分間の輻射加熱により、実線のワーク１内温度の平均値は、５８０℃から６００℃まで昇温する。また、破線（１）のワーク１内温度の最高値は６００℃から６１０℃まで昇温する。また、破線（２）のワーク１内温度の最低値は５６０℃から５９０℃まで昇温する。輻射加熱室４７での２分間の輻射加熱が完了した時点で、ワーク１内の温度はろう付けを実現する６００℃±１０℃になっている。
【００３２】
誘導加熱は、ジュール熱による自己発熱であるため昇温が早く、ワーク１の急加熱には有利であるが、温度バラツキが拡大する傾向にある。一方、輻射加熱は、ワーク周囲から加熱し熱熱伝導で内部まで熱を伝えるものであるため昇温が遅く、ワーク１の急加熱には不利であるが、誘導加熱に比べて温度バラツキは小さく抑えられる。そこでそれぞれの特徴を活かし、誘導加熱後に輻射加熱を行うことで、ワーク１を短い時間で昇温して均熱化を行う。
【００３３】
ここで輻射加熱室４７での加熱において、ワーク１内の温度をろう付けを実現する６００℃±１０℃にするのに２分を超える時間を必要とする場合は、例えば、輻射加熱室４７内に更に１箇所、ワーク１を停止させて輻射加熱する場所を設けることにより、タクトを延長することなくろう付けを実現することが可能となる。
【００３４】
また、輻射加熱室４７の内圧は、前後の部屋の内圧より高めておくことで、シャッター１２及びシャッター１３が開いた時に前後の部屋から輻射加熱室４７により低い温度の窒素が流れ込む量を減らすことができる。低い温度の窒素の流れ込みが発生するとマッフル４９の温度が低下してワーク１の輻射加熱が不安定になる可能性がある。
【００３５】
また、窒素の流れ込み量を減らすのにシャッター１２及びシャッター１３を同時に開かないような動作にするのも有効な手段の一つである。両者が同時に開くと、輻射加熱室４７内を上流から下流に若しくは下流から上流に、より低い温度の窒素がマッフル内を通過してマッフルの温度が低下する可能性があるが、同時に開かないような運用にすればその可能性がなくなる。
【００３６】
次に、シャッター１３が開いて、コンベア６及び７の動作によりワーク１は、後室５０内に搬入され、シャッター１３は閉じる。
【００３７】
次いで、シャッター１４が開いて、コンベア７及び８の動作によりワーク１は冷却室５１内に搬入されシャッター１４は閉じる。シャッター１４が開いたことにより後室５０は大気状態になるが、シャッター１３及び１４を閉じた状態で排気ポート３２から大気を吸引した後に供給ポート２８から窒素を供給することで、カバー２３内部の雰囲気を大気から窒素に切り替える。
【００３８】
そして冷却ファン５２を用いてワーク１を冷却する。輻射加熱室４７から搬送される間の自然冷却と、冷却室５１での強制冷却により、実線のワーク１内温度の平均値は６００℃から４００℃まで約２分で降温する。また、破線（１）のワーク１内温度の最高値はその２分間で６１０℃から４１０℃まで降温する。また、破線（２）のワーク１内温度の最低値はその２分間で５９０℃から３９０℃まで降温する。
【００３９】
図１では冷却室５１内に収納できるワーク１の数を１個にしているが、複数個のワークを収納可能にし、各ワークに冷却風を吹き付けられるように冷却ファンを複数用意し、ワークを順送りしながら冷却する構成とすることで、ワークをより低い温度まで冷却することが可能になる。
【００４０】
次に、コンベア８及び９の動作によりワーク１を取出部５３に搬出し一連の工程を完了する。
【００４１】
かかる構成によれば、誘導加熱室４５の内部に配された誘導加熱コイル４６を用いてワーク１の誘導加熱を行うことで、ワーク１を短時間でろう付け温度近傍まで昇温することができる。そしてその後、輻射加熱室４７の内部に配され、赤外線ヒータ４８に輻射加熱されたマッフル４９を用いてワーク１の輻射加熱を行うことで、ワーク１内を昇温しながら均熱化を行い、ワーク１内の温度をろう付けを実現する６００℃±１０℃にすることができる。
【００４２】
その結果、ワーク１を加熱する場所は誘導加熱室４５内の１箇所と、輻射加熱室４７内の１箇所、合計：２箇所でよいことになり、装置内の加熱に必要な構造体を小型にすることができ、装置全体を小型化することができる。また、誘導加熱部では投入する熱の大半をワーク１の昇温に使い、カバーへの熱の逃げが少ないこと、また、輻射加熱室４７のマッフル４９の長さは短く、投入する熱は小さくできることから、装置全体の消費エネルギーを低減することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るろう付け装置の輻射加熱室４７の断面を示す図である。実施の形態２は実施の形態１に対して輻射加熱室４７に変更を加えているが、他については実施の形態１に同じである。
【００４４】
図３において、５４及び５５は加熱窒素供給ポートで輻射加熱室４７のカバー２２に配されている。そして図示していない窒素加熱・供給手段により各加熱窒素供給ポートから約６００℃まで加熱された窒素をカバー内に常時供給する。
【００４５】
５６及び５７は、排気ポートで同じくカバー２２に配されており、それぞれ加熱窒素供給ポート５４及び５５に相対する位置にある。そして排気ポート５６及び５７は、図示載していないエアー吸引手段により、各排気ポートからカバー内のエアーを常時吸引して排気する。５８及び５９は、加熱窒素の流れで加熱窒素供給ポート５４及び５５から供給された加熱窒素の多くは、それぞれ排気ポート５６及び５７から吸引される。
【００４６】
ここで、加熱窒素の流れ５８及び５９が無い場合とある場合で気流の比較を行う。
【００４７】
図４は、加熱窒素の流れを形成する構成が無くシャッター１２が開いている時の気流を示す図である。シャッター１２が開いた時、輻射加熱室４７の高い温度の窒素６０は投入口３５から取出口３９の方向へ両者の上方を流れようとし、誘導加熱室４５の低い温度の窒素６１は取出口３９から投入口３５の方向へ両者の下方を流れようとする。
【００４８】
その結果、低い温度の窒素６１の一部は、輻射加熱室４７のマッフル４９内に流れ込んでマッフル４９の温度を低下させ、ワーク１の輻射加熱が不安定になる。
【００４９】
図５は、加熱窒素の流れを形成する構成が有りシャッター１２が開いている時の気流を示す図である。シャッター１２が開いた時、輻射加熱室４７の高い温度の窒素６０は投入口３５から取出口３９の方向へ両者の上方を流れようとし、誘導加熱室４５の低い温度の窒素６１は取出口３９から投入口３５の方向へ両者の下方を流れようとする。低い温度の窒素６１の一部は、輻射加熱室４７の投入口３５に流れ込むが、加熱窒素の流れ５８に合流し排気ポート５６から排出されることになる。
【００５０】
その結果、低い温度の窒素６１がマッフル４９内に流れ込んでマッフル４９の温度を低下させることはなく、ワーク１の輻射加熱はシャッター１２が開いても、不安定にはならない。
【００５１】
ここで、輻射加熱室４７の高い温度の窒素６０が誘導加熱室４５に流れ込んで誘導加熱室４５内の温度を変化させ、誘導加熱による昇温に影響を与えないようにするためには、取出口３９から投入口３５までの距離を必要に応じて確保すればよい。
【００５２】
以上、シャッター１２が開いた場合について説明したが、シャッター１３が開いた場合も同様である。
【００５３】
かかる構成によれば、加熱窒素供給ポートと排気ポートを設けて加熱窒素の流れを形成することにより、マッフル内への低い温度の窒素の流れ込みを防止して輻射加熱の温度をより安定化し、ろう付けの品質をより安定化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、熱交換器に限らず、様々な金属部品間のろう付けに適用することが可能で、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】
【００５５】
１，１０２  ワーク
２  治具
３，４，５，６，７，８，１０３  コンベア
１０，１１，１２，１３，１４  シャッター
１５  エアシリンダ
２０，２２，２３  カバー
２５，２８  供給ポート
２９，３２，５６  排気ポート
３３，３５  投入口
３８，３９  取出口
４３  投入部
４４  前室
４５  誘導加熱室
４６  誘導加熱コイル
４７  輻射加熱室
４８  赤外線ヒータ
４９，１０５  マッフル
５０  後室
５１  冷却室
５２，１０８  冷却ファン
５３  取出部
５４  加熱窒素供給ポート
５８  加熱窒素の流れ
【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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