(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管の長さ方向の中間部の外周面に金属部品をろう付する方法であって、
ベース部分と、ベース部分に相互に対向するように立ち上がり状に設けられた１対の管支持部分とを備えており、両管支持部分の先端間の間隔が金属管の外径よりも小さくなっている金属部品ろう付用治具を使用し、
金属管を、その長さ方向が金属部品ろう付用治具の管支持部分の長さ方向を向くとともに、その周壁の周方向の一部分が両管支持部分間に嵌るように両管支持部分上に載せ、この金属管上に金属部品を載せ、その後金属部品を側方から炎で加熱することを特徴とする金属管への金属部品ろう付方法。
【請求項２】
金属管の長さ方向の中間部の外周面に金属部品をろう付する方法であって、
ベース部分と、ベース部分に相互に対向するように立ち上がり状に設けられた１対の管支持部分とを備えており、ベース部分に、長さ方向に伸びる冷却流体通路が貫通状に形成され、両管支持部分の先端間の間隔が金属管の外径よりも小さくなっている金属部品ろう付用治具を使用し、
金属管を、その長さ方向が金属部品ろう付用治具の管支持部の長さ方向を向くとともに、その周壁の周方向の一部分が両管支持部分間に嵌るように両管支持部分上に載せ、この金属管上に金属部品を載せ、その後冷却流体通路に冷却流体を流しつつ金属部品を側方から炎で加熱することを特徴とする金属管への金属部品ろう付方法。
【請求項３】
冷却流体が空気または水である請求項２記載の金属管への金属部品ろう付方法。
【請求項４】
金属部品における炎で加熱する位置が、金属管から５〜１５ｍｍ離れている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の金属管への金属部品ろう付方法。
【請求項５】
金属管および金属部品がそれぞれアルミニウム製である請求項１〜４のうちのいずれかに記載の金属管への金属部品ろう付方法。
【請求項６】
金属管が冷凍サイクル用の配管であり、金属部品が冷凍サイクルに冷媒を供給するチャージバルブである請求項５記載の金属管への金属部品ろう付方法。
【請求項７】
アルミニウムにより形成され、かつ長さ方向の中間部の外周面に、請求項１〜６のうちのいずれかに記載のろう付方法によりアルミニウム製チャージバルブがろう付されている配管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は金属管への金属部品ろう付方法に関する。
【０００２】
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【０００３】
【従来の技術】
たとえば、自動車のカーエアコンは、アルミニウム製配管により接続された圧縮機、蒸発器および凝縮器を備えた冷凍サイクルからなる。そして、冷凍サイクル内に冷媒を供給するアルミニウム製チャージバルブが配管にろう付されている。
【０００４】
従来、上述した配管へのチャージバルブのろう付は、たとえば特許文献１に記載された方法を応用して行われていた。特許文献１記載の方法は、アルミニウム管にアルミニウム部品を組み付けたワークのろう付部分に置きろうを配置するとともに弗化物系フラックスを塗布した後、トーチの炎がフラックスに触れないようにワークをフラックスの軟化温度まで予熱し、ついでワークのろう付部分に炎を触れさせてろう付温度まで加熱する方法である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１９８４２７号公報（特許請求の範囲）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の方法を応用して配管にチャージバルブをろう付する場合、配管に炎が直接触れるために次のような問題が生じることが判明した。すなわち、この種の配管の肉厚は１〜２ｍｍ程度で熱容量が小さいので、配管におけるチャージバルブが配置された側と反対側の部分においては、炎から伝えられた熱により過熱されてこの部分を形成する母材の結晶粒が粗大化するとともに結晶粒界が溶融し、ろう付後に応力が発生した場合に割れることがあった。なお、配管におけるチャージバルブが配置された側の部分においては、炎が配管に触れたとしても、炎から伝えられた熱はろう材およびチャージバルブにも伝わるので、配管の当該部分が過熱されることはなく、上記のような問題は生じない。また、チャージバルブは、配管に比べて熱容量が極めて大きいので、チャージバルブを形成する母材の結晶粒が粗大化すること、および結晶粒界が溶融することは防止される。
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、ろう付後の金属管への割れの発生を防止しうる金属管への金属部品ろう付方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
1)金属管の長さ方向の中間部の外周面に金属部品をろう付する方法であって、
ベース部分と、ベース部分に相互に対向するように立ち上がり状に設けられた１対の管支持部分とを備えており、両管支持部分の先端間の間隔が金属管の外径よりも小さくなっている金属部品ろう付用治具を使用し、
金属管を、その長さ方向が金属部品ろう付用治具の管支持部分の長さ方向を向くとともに、その周壁の周方向の一部分が両管支持部分間に嵌るように両管支持部分上に載せ、この金属管上に金属部品を載せ、その後金属部品を側方から炎で加熱することを特徴とする金属管への金属部品ろう付方法。
【０００９】
2)金属管の長さ方向の中間部の外周面に金属部品をろう付する方法であって、
ベース部分と、ベース部分に相互に対向するように立ち上がり状に設けられた１対の管支持部分とを備えており、ベース部分に、長さ方向に伸びる冷却流体通路が貫通状に形成され、両管支持部分の先端間の間隔が金属管の外径よりも小さくなっている金属部品ろう付用治具を使用し、
金属管を、その長さ方向が金属部品ろう付用治具の管支持部の長さ方向を向くとともに、その周壁の周方向の一部分が両管支持部分間に嵌るように両管支持部分上に載せ、この金属管上に金属部品を載せ、その後冷却流体通路に冷却流体を流しつつ金属部品を側方から炎で加熱することを特徴とする金属管への金属部品ろう付方法。
【００１０】
3)冷却流体が空気または水である上記2)記載の金属管への金属部品ろう付方法。
【００１１】
4)金属部品における炎で加熱する位置が、金属管から５〜１５ｍｍ離れている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の金属管への金属部品ろう付方法。
【００１２】
5)金属管および金属部品がそれぞれアルミニウム製である上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の金属管への金属部品ろう付方法。
【００１３】
6)金属管が冷凍サイクル用の配管であり、金属部品が冷凍サイクルに冷媒を供給するチャージバルブである上記5)記載の金属管への金属部品ろう付方法。
【００１４】
7)アルミニウムにより形成され、かつ長さ方向の中間部の外周面に、上記1)〜6)のうちのいずれかに記載のろう付方法によりアルミニウム製チャージバルブがろう付されている配管。
【００１５】
なお、上記方法1)〜6)において用いられる金属部品ろう付用治具としては、次の態様のものがある。
【００１６】
a)ベース部分が長方形状であり、両管支持部分がベース部分の幅方向に間隔をおきかつベース部分の全長にわたってベース部分と一体に形成されている金属部品ろう付用治具。
【００１７】
b)両管支持部分の高さが等しくなっている金属部品ろう付用治具。
【００１８】
c)ベース部分および両管支持部分の長さが３０ｍｍ以上である金属部品ろう付用治具。
【００１９】
d)両管支持部分の先端が、金属管の外周面に線接触するようにそれぞれ尖っている記載の金属部品ろう付用治具。
【００２０】
e)両管支持部分の先端間の間隔が、金属管の外径の６０〜９０％である金属部品ろう付用治具。
【００２１】
f)全体がステンレス鋼によって形成されている金属部品ろう付用治具。
【００２２】
g)ベース部分に、長さ方向に伸びる冷却流体通路が貫通状に形成されている金属部品ろう付用治具。
【００２３】
h)冷却流体通路の横断面形状が円形であり、その内径が５ｍｍ以上である金属部品ろう付用治具。
【００２４】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１はこの発明による金属管への金属部品ろう付方法に用いられる金属部品ろう付用治具を示し、図２は治具を用いた金属管への金属部品のろう付方法を示す。
【００２６】
図１および図２において、金属管への金属部品ろう付用治具(1)は、全体がろう付すべき金属管(P)および金属部品(C)よりも融点の高い材料により一体に形成されたものであり、長方形の厚肉板状ベース部分(2)と、ベース部分(2)に相互に対向するように立ち上がり状に設けられた１対の管支持部分(3)とよりなる。たとえば、金属管(P)および金属部品(C)がアルミニウムからなる場合には、治具(1)はJIS ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼により形成される。
【００２７】
ベース部分(2)の幅方向の中央部には、長さ方向に伸びる冷却流体通路(4)が貫通状に形成されている。冷却流体通路(4)の横断面は円形であり、冷却流体通路(4)内を流れる冷却流体の流量を、治具(1)を有効に冷却しうる量とするために、その内径は５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２８】
両管支持部分(3)は、ベース部分(2)の幅方向に間隔をおきかつベース部分(2)の全長にわたってそれぞれベース部分(2)と一体に形成されている。両管支持部分(3)の高さは等しく、かつ相互に対向する面はそれぞれ垂直面(3a)となっている。また、両管支持部分(3)における垂直面(3a)とは反対側の面の下端部を除いた部分は、それぞれ上方に向かって垂直面(3a)側に傾斜した傾斜面(3b)となっている。垂直面(3a)と傾斜面(3b)とは鋭角をなしており、両管支持部分(3)の先端がそれぞれ金属管(P)の外周面に線接触するように尖っている。また、両管支持部分(3)の垂直面(3a)どうしの間隔(S)は、金属管(P)の外径の６０〜９０％となっていることが好ましい。この場合、両管支持部分(3)により金属管(P)を安定した状態で支持することができるからである。
【００２９】
ベース部分(2)および両管支持部分(3)の長さは、３０ｍｍ以上であることが好ましい。この場合、後述するろう付の際に金属管(P)の下側部分に炎が触れることが確実に防止されるからである。
【００３０】
なお、上記において、冷却流体通路(4)は必ずしも必要としない。
【００３１】
次に、治具(1)を用いて金属管(P)の長さ方向の中間部に金属部品(C)をろう付する方法について、図２を参照して説明する。なお、金属部品(C)としては、熱容量が金属管(P)の熱容量よりも大きなものを用いる。
【００３２】
まず、金属管(P)を、その長さ方向が治具(1)の管支持部分(3)の長さ方向を向くとともに、その周壁の周方向の一部分が治具(1)の両管支持部分(3)間に嵌るように両管支持部分(3)上に載せる。このとき、両管支持部分(3)の先端がそれぞれ金属管(P)の外周面に線接触する。ついで、金属管(P)上に金属部品(C)を載せ、ろう付部に置きろう（図示略）を配置するとともに弗化物系フラックス（図示略）を塗布する。その後、冷却流体通路(4)内に、たとえば水または空気からなる冷却流体を流しつつ金属部品(C)を両側方から炎(F)で加熱する。このとき、金属部品(C)を炎(F)で加熱する位置の金属管(P)からの距離(A)は５〜１５ｍｍであることが好ましい。この場合、炎(F)の熱による金属管(P)の下側部分の過熱が効果的に抑制されるからである。そして、炎(F)の熱が金属部品(C)を経てろう材およびフラックスに伝わり、ろう材が溶融して金属部品(C)が金属管(P)にろう付される。
【００３３】
このようなろう付時において、両管支持部分(3)の働きにより、炎(F)が金属管(P)の下側部分、すなわち金属部品(C)とは反対側の部分に直接触れることが防止されるので、金属管(P)の下側部分の過熱が防止される。したがって、金属管(P)の下側部分を形成する母材の結晶粒の粗大化および結晶粒界の溶融が防止され、その結果ろう付後に応力が発生した場合にも割れが発生することはない。なお、金属管(P)の上側部分、すなわち金属部品(C)が配置された側の部分においては、炎(F)から伝えられた熱は金属管(P)からろう材および金属部品(C)にも伝わるので、金属管(P)の上側部分が過熱されることはなく、上記のような問題は生じない。また、金属部品(C)は、金属管(P)に比べて熱容量が極めて大きいので、金属部品(C)を形成する母材の結晶粒が粗大化すること、および結晶粒界が溶融することは防止されることなどによる損傷が生じることはない。また、冷却流体通路(4)内に冷却流体を流すことにより治具(1)が冷却され、金属管(P)の熱を治具(1)で吸収することができるため、金属管(P)の過熱による結晶粒粗大化、割れなどの不具合が生じにくくなる。しかも、治具(1)を用いて、繰り返し金属管(P)に金属部品(C)をろう付する場合、治具(1)の温度が使用時間によらず安定するので、一定条件下でろう付を行うことができ、ろう付品質が向上する。
【００３４】
ここで、金属管(P)はアルミニウム管、たとえば冷凍サイクル用のアルミニウム製配管であり、金属部品(C)は、冷凍サイクルに冷媒を供給するアルミニウム製チャージバルブである。そして、チャージバルブがろう付されたアルミニウム製配管により凝縮器と蒸発器、および蒸発器と圧縮機とがそれそれ接続されるとともに、他のアルミニウム製配管により圧縮機と凝縮器とが接続されて冷凍サイクルが構成される。この冷凍サイクルは、たとえばカーエアコンとして自動車に搭載される。
【００３５】
次に、この発明による治具(1)を用いて行った実験例について、比較例ととともに説明する。
【００３６】
実験例１
JISＳＵＳ３０４から形成され、長さ(L)：４０ｍｍ、幅(W)：１５ｍｍ、高さ(H)：２０ｍｍ、ベース部分(2)の厚さ(T)：１０ｍｍ、両管支持部分(3)の垂直面(3a)どうしの間隔(S)：６ｍｍ、冷却流体通路(4)の内径５ｍｍである治具(1)を用意した。また、金属管(P)として、JIS Ａ３００３からなる外径８ｍｍ、肉厚１ｍｍのものを用意し、金属部品(C)として、JIS Ａ６０６３からなる最大外径(d)：１５ｍｍ、高さ(h)：２５ｍｍ、最大肉厚２ｍｍのチャージバルブを用意した。
【００３７】
そして、金属管(P)を、その長さ方向が治具(1)の管支持部分(3)の長さ方向を向くとともに、その周壁の周方向の一部分が治具(1)の両管支持部分(3)間に嵌るように両管支持部分(3)上に載せ、両管支持部分(3)の先端をそれぞれ金属管(P)の外周面に線接触させた。ついで、金属管(P)上にチャージバルブ(C)を載せ、ろう付部に置きろうを配置するとともに弗化物系フラックスを塗布した。その後、冷却流体通路(4)に冷却空気を流しつつ、金属管(P)からの距離(A)が１０ｍｍである高さ位置においてチャージバルブ(C)を両側方からトーチの炎(F)で加熱した。こうして、チャージバルブ(C)を金属管(P)にろう付した。
【００３８】
このようなろう付作業中において、金属管(P)内に熱電対(TC)を挿入してその先端部を金属管(P)内周面の下側部分に接触させておき（図２(a)参照）、加熱開始時からの金属管(P)の管壁下部の温度変化を調べた。その結果を図３に実線で示す。なお、金属管(P)の管壁下部の温度は、最高でも５７８℃に達していなかった。
【００３９】
実験例２
実験例１のろう付終了後に金属管(P)を治具(1)上から取り除き、実験例１で用いたのと同じ構成の新たな金属管(P)を、その長さ方向が治具(1)の管支持部分(3)の長さ方向を向くとともに、その周壁の周方向の一部分が治具(1)の両管支持部分(3)間に嵌るように両管支持部分(3)上に載せ、両管支持部分(3)の先端を金属管(P)の外周面に線接触させた。ついで、実験例１で用いたのと同じ構成の新たなチャージバルブ(C)を金属管(P)上に載せ、ろう付部に置きろうを配置するとともに弗化物系フラックスを塗布した。この状態で８０秒間放置した後、冷却流体通路(4)に冷却空気を流しつつ、金属管(P)からの距離(A)が５ｍｍである高さ位置においてチャージバルブ(C)を両側方からトーチの炎(F)で加熱した。こうして、チャージバルブ(C)を金属管(P)にろう付した。
【００４０】
このようなろう付作業中において、金属管(P)内に熱電対(TC)を挿入してその先端部を金属管(P)内周面の下側部分に接触させておき、金属管(P)を治具(1)上に置いてからの金属管(P)の管壁下部の温度変化を調べた。その結果を図４に実線で示す。なお、金属管(P)の管壁下部の温度は、最高でも５７８℃に達していなかった。
【００４１】
比較例１
図５に示すように、JIS ＳＵＳ３０４から形成された肉厚(t)：３ｍｍの板状でかつ上縁に金属管(P)を嵌入するための切り欠き(11)を有する２つの治具(10)を、８０ｍｍの間隔をおいて平行に配置した。ついで、実験例１で用いたのと同じ構成の金属管(P)を両治具(10)の切り欠き(11)内に嵌め入れた。ついで、金属管(P)上にチャージバルブ(C)を載せ、ろう付部に置きろうを配置するとともに弗化物系フラックスを塗布した。その後、金属管(P)からの距離(A)が１０ｍｍである高さ位置においてチャージバルブ(C)を両側方からトーチの炎(F)で加熱した。こうして、チャージバルブ(C)を金属管(P)にろう付した。
【００４２】
このようなろう付作業中において、金属管(P)内に熱電対(TC)を挿入してその先端部を金属管(P)内周面の下側部分に接触させておき（図５(a)参照）、加熱開始時からの金属管(P)の管壁下部の温度変化を調べた。その結果を図３に破線で示す。なお、金属管(P)の管壁下部の温度は、最高で５７８℃を越えていた。
【００４３】
比較例２
比較例１のろう付終了後に金属管(P)を治具(10)上から取り除き、実験例１で用いたのと同じ構成の新たな金属管(P)を、比較例１の場合と同様に２つの治具(10)の切り欠き(11)内に嵌め入れた。ついで、実験例１で用いたのと同じ構成の新たなチャージバルブ(C)を金属管(P)上に載せ、ろう付部に置きろうを配置するとともに弗化物系フラックスを塗布した。この状態で８０秒間放置した後、金属管(P)からの距離(A)が５ｍｍである高さ位置においてチャージバルブ(C)を両側方からトーチの炎(F)で加熱した。こうして、チャージバルブを金属管(P)にろう付した。
【００４４】
このようなろう付作業中において、金属管(P)内に熱電対(TC)を挿入し、その先端部を金属管(P)内周面の下側部分に接触させておき、金属管(P)を治具(10)上に置いてからの金属管(P)の管壁下部の温度変化を調べた。その結果を図４に破線で示す。なお、金属管(P)の管壁下部の温度は、最高で５７８℃を越えていた。
【００４５】
図３および図４から明らかなように、実験例１および２の場合においては、比較例１および２の場合に比べて、それぞれ金属管(P)の最高到達温度は低くなっており、５７８℃に達していなかった。
【００４６】
また、実験例２および比較例２のろう付終了後に、金属管(P)の管壁下部の組織状態を調べてところ、比較例２では結晶粒界において割れが発生していたのに対し、実験例２では結晶粒の粗大化が抑制され、割れは発生していなかった。
【００４７】
【発明の効果】
上記1)のろう付方法によれば、両管支持部分の働きにより、炎が金属管の下側部分、すなわち金属部品とは反対側の部分に直接触れることが防止されるので、金属管の下側部分の過熱が防止される。したがって、金属管の下側部分を形成する母材の結晶粒の粗大化および結晶粒界の溶融が防止され、その結果ろう付後に応力が発生した場合にも割れが発生することはない。
【００４８】
上記2)および3)のろう付方法によれば、ろう付時に冷却流体通路内を流れる冷却流体により治具を冷却することができ、その結果、金属管の熱を治具で吸収することができるため、金属管の過熱による結晶粒粗大化、割れなどの不具合が生じにくくなる。しかも、治具を用いて、繰り返し金属管に金属部品をろう付する場合、治具の温度が使用時間によらず安定するので、一定条件下でろう付を行うことができ、ろう付品質が向上する。
【００４９】
上記4)のろう付方法によれば、ろう付時における金属管の下側部分の過熱を効果的に抑制することができる。したがって、金属管の下側部分を形成する母材の結晶粒の粗大化および結晶粒界の溶融が確実に防止され、その結果ろう付後に応力が発生した場合にも割れが発生することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による金属管への金属部品ろう付方法に用いられる金属部品ろう付用治具を示す斜視図である。
【図２】  図１に示す治具を用いて金属管に金属部品をろう付する方法を示し、(a)は一部切り欠き正面図、(b)は(a)のX−X線断面図である。
【図３】  実験例１および比較例１の結果を示すグラフである。
【図４】  実験例２および比較例２の結果を示すグラフである。
【図５】  比較例１の方法示し、(a)は一部切り欠き正面図、(b)は(a)のY−Y線断面図である。
【符号の説明】
(1)：金属管への金属部品ろう付用治具
(2)：ベース部分
(3)：管支持部分
(4)：冷却流体通路
(C)：金属部品（チャージバルブ）
(L)：ベース部分および管支持部分の長さ
(P)：金属管
(S)：両管支持部分の垂直面どうしの間隔
【図１】
0004235471.tif 000002
【図２】
0004235471.tif 000003
【図３】
0004235471.tif 000004
【図４】
0004235471.tif 000005
【図５】
0004235471.tif 000006