CN102629531B - 压力感应装置以及压力感应装置的接头接合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压力感应装置以及压力感应装置的接头接合方法。在检测通过接头(1)将流体导入到盖部件(2)内的流体压力的压力感应装置中，将接头和盖部件可靠地接合。在铜制的接头的凸缘部(11)上形成镍镀层(11a)。在铜制的接头的凸缘部与不锈钢制的盖部件(21)之间介入由镍系部件构成的垫圈状的环状部件(3)。在环状部件的外周缘或镍镀层的全周范围进行激光焊接。使环状部件或镍镀层、凸缘部的一部分、平坦部(21)的一部分熔融来进行焊接。在凸缘部与平坦部之间，在绕轴线(L)的全周形成熔融固化层(A1)。熔融固化层以朝向接头的轴线较深地进入的方式形成。激光使用对镍系部件的反射率比对铜的反射率小的波长的激光。
Description
技术领域
本发明涉及将制冷循环中与制冷剂等流体的压力变化相应的通/断信号输出的压力开关、检测流体的压力并输出压力信号的压力传感器等用于将流体从接头导入并得到与该流体的压力相应的信息的压力感应装置及压力感应装置的接头接合方法。
背景技术
以往，作为压力感应装置有例如日本特开2004-12140号公报(专利文献1)所公开的压力开关。该压力开关具有与检测对象的流体所流动的配管连接的接头和压力容器，压力容器由盖部件(主体外壳)和膜片构成。并且，通过接头将流体导入到压力容器内(盖部件内)，利用开关部检测该压力容器内的压力是否达到设定压力。
在此，接头为铜制(铜管)，盖部件没有特别明确记载，但一般为不锈钢制(SUS制)。并且，接头和盖部件通过钎焊接合。这样，对接头和盖部件进行钎焊，取决于困难的铜和不锈钢的焊接。另外，例如日本特开2006-32072号公报(专利文献2)公开了以下技术：为了紧固铜和不锈钢而使镍板介于其间，对铜和镍的接触部分、镍和不锈钢的接触部分分别进行焊接。
另外，日本特开2001-71150号公报(专利文献3)中公开了通过镍膜对由铁系金属构成的金属部件、和由铜系金属构成的金属部件进行电阻焊接的技术。
另外，日本特开2007-136525号公报(专利文献4)中公开了使用激光对铝系被焊接材和铁系被焊接材进行焊接的技术。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2004-12140号公报
专利文献2：日本特开2006-32072号公报
专利文献3：日本特开2001-71150号公报
专利文献4：日本特开2007-136525号公报
在专利文献1的压力开关的制造工序中，利用燃烧器钎焊及炉中钎焊进行接头和盖部件的钎焊。因此，为了使焊剂或烧焦部脱落，需要进行酸洗。从保护环境和公害防止的观点出发，进行酸洗并不理想。
专利文献2的焊接技术是在焊接部件上形成突出部(突起)并压接该突出部的部分而进行电焊的技术。另外，专利文献3的焊接技术也是同样的进行电焊(电阻焊接)技术。因此，如果只紧固两个部件则能够在铜和不锈钢的焊接上应用，但是如压力开关的盖部件和接头那样，在该盖部件和接头的全周范围可靠地接合并对高压要求较高的密闭性的场合却难以应用。
在专利文献4的技术中使用激光，但只公开了该激光使焊接的部位过热的程度，与上述其他文献同样，对于在压力开关的盖部件和接头的全周范围可靠地接合，该专利文献4的公开技术尚有改良的余地。
发明内容
本发明的课题是，在将流体从接头导入到由盖部件构成的压力容器，并检测流体的压力的压力开关等压力感应装置中，得到高密闭性的同时可靠地接合铜制的接头和不锈钢制的盖部件。
方案一的压力感应装置具备：与压力检测对象的流体所流动的配管连接的铜制的接头；以及构成导入上述流体的压力容器并在中央形成有供上述接头的端部嵌合插入的连接孔的不锈钢制的盖部件；在上述接头的外周形成凸缘部，将上述盖部件的上述连接孔周围的平坦部与上述接头的凸缘部对置而接合，该压力感应装置的特征在于，在以上述接头的轴线为中心的上述盖部件的上述平坦部与上述接头的上述凸缘部的全周，形成由焊接得到的铜、镍及铁的熔融固化层，并且至少上述凸缘部的绕上述轴线的外周由镍镀层或镍系部件的焊接残留部覆盖，上述盖部件和上述接头通过上述熔融固化层接合。此外，所谓镍系部件是也包含纯粹的镍本身的概念。
方案二的压力感应装置，根据方案一所述的压力感应装置，其特征在于，上述熔融固化层以从外侧朝向上述接头的轴线进入的方式形成在上述盖部件的上述平坦部与上述接头的上述凸缘部之间。
方案三的压力感应装置的接头接合方法，用于将压力感应装置的上述接头接合在上述盖部件上，该压力感应装置具备：与压力检测对象的流体所流动的配管连接的铜制的接头；以及构成导入上述流体的压力容器并在中央形成有供上述接头的端部嵌合插入的连接孔的不锈钢制的盖部件；在上述接头的外周形成凸缘部，将上述盖部件的上述连接孔周围的平坦部与上述接头的凸缘部对置而接合，该压力感应装置的接头接合方法的特征在于，在上述接头的至少上述凸缘部的绕上述轴线的外周形成镍镀层，在上述盖部件的上述平坦部与上述接头的凸缘部之间，介入由镍系部件构成的垫圈状的环状部件，在上述环状部件或上述镍镀层的绕上述轴线的全周上朝向上述轴线而照射具有上述环状部件的厚度以上的光束直径的激光束，通过熔融该环状部件或该镍镀层、上述平坦部的一部分及上述凸缘部的一部分，在上述平坦部与上述凸缘部之间形成铜、镍及铁的熔融固化层，利用该熔融固化层接合上述盖部件和上述接头。
方案四的压力感应装置的接头接合方法，用于将压力感应装置的上述接头接合在上述盖部件上，该压力感应装置具备：与压力检测对象的流体所流动的配管连接的铜制的接头；以及构成导入上述流体的压力容器并在中央形成有供上述接头的端部嵌合插入的连接孔的不锈钢制的盖部件；在上述接头的外周形成凸缘部，将上述盖部件的上述连接孔周围的平坦部与上述接头的凸缘部对置而接合，该压力感应装置的接头接合方法的特征在于，在上述盖部件的上述平坦部与上述接头的凸缘部之间介入垫圈状的环状部件，该垫圈状的环状部件由镍系部件构成，并具有覆盖上述凸缘部的绕轴线的外周的罩部，在上述环状部件的绕上述轴线的全周上朝向上述轴线而照射具有上述环状部件的厚度以上的光束直径的激光束，通过熔融该环状部件、上述平坦部的一部分及上述凸缘部的一部分，在上述平坦部与上述凸缘部之间形成铜、镍及铁的熔融固化层，利用该熔融固化层接合上述盖部件和上述接头。
本发明的效果如下。
根据方案一的压力感应装置，由于利用焊接得到的熔融固化层由铜、镍及铁构成，因此该熔融固化层与不锈钢制的盖部件的平面部在全周可靠地接合，而且，熔融固化层与铜制的接头的凸缘部在全周可靠地接合。因此，得到高密闭性的同时能够可靠地接合铜制的接头与不锈钢制的盖部件。另外，在其制造工序中，不将钎焊及酸洗的工序作为必需工序，因此可以在制造时的最终工序中进行焊接，可以进行一系列流水线作业。并且，由于在接头的凸缘部的绕轴线的外周具有镍镀层或镍系部件的焊接残留部，因此在焊接时照射激光束时即使在照射位置上产生位置偏移，激光束也能照射在镍镀层或镍系部件上，可抑制激光束因铜造成的反射，不容易发生焊接不良。
根据方案二的压力感应装置，除了方案一的效果以外，由于熔融固化层以从凸缘部的外周缘朝向接头的轴线进入的方式形成在盖部件的连接孔的周围的平坦部与接头的凸缘部之间，因此熔融固化层与盖部件及凸缘部的接合面积扩大，可得到更高的密闭性。
根据方案三的压力感应装置的接头接合方法，利用激光焊接可得到具有镍镀层的方案一的压力感应装置，并且在其制造工序中，不将钎焊及酸洗的工序作为必需工序，可以在制造时的最终工序中进行焊接，可以进行一系列流水线作业。并且，由于在接头的凸缘部的绕轴线的外周具有镍镀层，因此在照射激光束时，即使在照射位置上产生位置偏移，激光束也能照射在镍镀层上，可抑制激光束因铜造成的反射，不容易发生焊接不良。
根据方案四的压力感应装置的接头接合方法，利用激光焊接可得到具有镍系部件的方案一的压力感应装置，并且在其制造工序中，不将钎焊及酸洗工序作为必需的工序，因此可以在制造时的最终工序中进行焊接，可以进行一系列的流水线作业。并且，由于在接头的凸缘部的绕轴线的外周具有镍系部件，因此照射激光束时，即使在照射位置上产生位置偏移，激光束也能照射在镍系部件上，可抑制激光束因铜造成的反射，不容易发生焊接不良。
附图说明
图1是作为本发明的压力感应装置的第一实施方式的压力开关的纵剖视图。
图2是第一实施方式的压力开关的焊接前的主要部分立体图。
图3是第一实施方式的压力开关的焊接前的主要部分纵剖视图及说明接合方法的图。
图4是第一实施方式的压力开关的焊接后的主要部分纵剖视图。
图5是表示第一实施方式的环状部件的其他例子的图。
图6是表示第一实施方式的环状部件的另一例子的图。
图7是作为本发明的压力感应装置的第二实施方式的压力开关的纵剖视图。
图8是第二实施方式的压力开关的焊接前的主要部分立体图。
图9是第二实施方式的压力开关的焊接前的主要部分纵剖视图及说明接合方法的图。
图10是第二实施方式的压力开关的焊接后的主要部分纵剖视图。
图11是本发明的其他实施方式的压力传感器的纵剖视图。
图中：
1-接头，11-凸缘部，11a-镍镀层，2-盖部件，21-平坦部，3-环状部件，8-环状部件，82-罩部，A1、A2-熔融固化层。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的压力感应装置及压力感应装置的接头接合方法的实施方式进行说明。图1是作为压力感应装置的第一实施方式的压力开关的纵剖视图，图2是第一实施方式的压力开关的焊接前的主要部分立体图，图3是第一实施方式的压力开关的焊接前的主要部分纵剖视图及说明接合方法的图，图4是第一实施方式的压力开关的焊接后的主要部分纵剖视图。
该压力开关具有与检测对象的流体所流动的配管连接的铜制的接头1、不锈钢制的盖部件2、圆板4、限位器5、开关部6以及铆接板7。盖部件2和圆板4构成压力容器10，与圆板4邻接地配设有限位器5。该限位器5限制圆板4的预定量以上的变形。
开关部6具有在中央形成有轴孔61a的导向件61、嵌合地插入到导向件61的轴孔61a中的轴62、以及嵌合在导向件61的周围的圆筒状的端子板63。盖部件2、圆板4及限位器5的外周利用铆接板7并通过铆接紧固在端子板63的端部。在端子板63上固定有C端子64和L端子65，在C端子64上安装有接点板64a。并且，在接点板64a上安装有C接点64b，在L端子65上安装有L接点65a。
根据以上的结构，流体通过接头1被导入到由盖部件2和圆板4构成的压力容器10内，圆板4根据流体的压力变形而推压轴62。并且，当压力达到预先设定的设定压力时，C接点64b与轴62联动而与L接点65a接触，开关处于接通。由此，能够检测流体的压力达到了设定压力。
接头1是以轴线L为中心线的圆筒状的铜管，在该接头1的盖部件2侧的端部12附近的外周形成有以轴线L为中心的圆板状的凸缘部11。此外，凸缘部11是通过使接头1主体产生变形而一体成型的部分。另外，至少凸缘部11的绕轴线L的外周(其全周)由镍镀层11a覆盖。在盖部件2的中央形成有以轴线L为中心的圆形的连接孔2a，该连接孔2a为与接头1的端部12嵌合的相同尺寸。另外，盖部件2在连接孔2a的周围以与凸缘部11相对的方式具有平坦部21。并且，接头1和盖部件2如后所述，通过利用焊接形成于凸缘部11与平坦部21之间的熔融固化层A1而接合在一起。
此外，包含图1所示的凸缘部11的镍镀层11a、熔融固化层A1及平坦部21的焊接部在该第一实施方式及后述的第二实施方式中做成不同结构，但该焊接部以外的结构在第一实施方式和第二实施方式中均是相同的结构。
如图2所示，焊接部使用由镍系部件构成的环状部件3。环状部件3呈垫圈状的形状，在中心形成有与接头1的端部12嵌合的贯穿孔3a。并且，如图3所示，焊接前使接头1的端部12与环状部件3的贯穿孔3a嵌合，使环状部件3介于接头1的凸缘部11的镍镀层11a与平坦部21之间，使接头1的端部12嵌合在盖部件2的连接孔2a来安装。
如图3所示，在焊接时，使激光束B1相对于轴线L以直角照射环状部件3的外周缘。使接头1、盖部件2及环状部件3的组装件如例如图2中的箭头所示那样绕轴线L旋转，在环状部件3的外周缘的全周范围进行焊接。该激光束B1的光束直径具有与环状部件3的板厚d(参照图2)相同或其以上的光束直径。例如，板厚d为0.2mm，光束直径也为0.2mm。此外，板厚d为0.15mm～0.2mm最合适，优选厚度也为0.5mm以下。
另外，上述焊接所使用的激光器是YAG激光器，波长为0.8μm以上的波长(例如1μm)。这是因为，镍系部件(环状部件3或镍镀层11a)相对于波长大致为0.8μm以上的激光具有反射率比铜低的特性。由此，能够用镍系部件(环状部件3或镍镀层11a)高效地吸收激光的热能，能够可靠地进行焊接。即、作为焊接所使用的激光器，使用对镍系部件的反射率比对铜的反射率小的那样的波长的激光器。
在利用这种激光进行焊接时，通过激光的照射从环状部件3的外周缘侧朝向轴线L侧形成熔融孔。此时，凸缘部11的一部分与平坦部21的一部分也熔融。并且，熔液流到熔融孔中，激光通过后冷却固化，形成熔融固化层A1。通过上述的焊接，如图4所示，在接头1的凸缘部11与盖部件2的平坦部21之间，在绕轴线L的全周形成熔融固化层A1，该熔融固化层A1以朝向接头1的轴线L较深地进入的方式形成在平坦部21与凸缘部11之间。另外，该熔融固化层A1由凸缘部11的一部分熔融的铜、环状部件3及镍镀层11a熔融的镍、平坦部21熔融的铁熔融固化而成。
在此，上述的激光束B1是理想的照射状态。在焊接前的状态，在接头1的凸缘部11形成有镍镀层11a。因此，如图3所示，即使如从凸缘部11的斜下方照射的激光束B2那样照射位置产生偏移，该激光束B2也能照射在镍镀层11a上。因此，能够通过该镍镀层11a高效地吸收激光的热能，能够可靠地进行焊接。
另外，只要向激光束B1与激光束B2所成的角度范围内照射激光即可，焊接所使用的激光束的光点直径不那么小也可以。因此，在激光束的照射位置的位置确定或光点直径的控制上有富裕，能够降低焊接装置等的成本及制造成本。
另外，在形成镍镀层11a的情况下，优选通过电解镀进行而不是无电解镀。这是因为，如果是无电解镀，则由于镍镀层中含有磷(P)或硼(B)等低融点材料，因此存在阻碍焊接的可能性。但是，如果是电解镀则不会发生那种问题。另外，虽然表示的是仅在凸缘部11的部分形成镍镀层11a的例子，但也可以还在其他部分形成。
图5是表示第一实施方式的压力开关的焊接时所使用的环状部件的其他例子的图。图5(A)的环状部件3′是将镍线材做成环状的构件。图5(B)的环状部件3″是将镍粉体压固而形成为环状的构件。此外，作为环状部件，也可以将镍膏混入熔剂中用分配器涂敷在焊接部位，使其干燥，或者涂敷在接头1的凸缘部11侧。这样也可得到同样的效果。另外，在使用镍线材的情况下，例如如图6所示，也可以将镍线材做成卷材来构成。图6(A)是将方线卷成旋涡状的图，图6(B)是将圆线卷成旋涡状的图。若这样卷成旋涡状，则能适当地设定直径并对其量进行调节。图6(C)是扁平线卷成螺旋状的图，该场合能够适当地设定厚度并对其量进行调节。
如图1及图4所示，通过以上焊接，所制造的压力开关(压力感应装置)在以接头1的轴线L为中心的盖部件2的平坦部21、和接头1的凸缘部11的全周形成由焊接得到的铜、镍及铁的熔融固化层A1，并且至少凸缘部11的绕轴线L的外周由作为焊接残留部的镍镀层11a覆盖。
图7是作为压力感应装置的第二实施方式的压力开关的纵剖视图，图8是第二实施方式的压力开关的焊接前的主要部分立体图，图9是第二实施方式的压力开关的焊接前的主要部分纵剖视图及说明接合方法的图，图10是第二实施方式的压力开关的焊接后的主要部分纵剖视图。此外，对于与第一实施方式相同的部件附注与第一实施方式相同的符号并省略详细的说明。
如图8及图9所示，焊接部使用由镍系部件构成的环状部件8。如图8及图9所示，该第二实施方式的环状部件8具有：与第一实施方式的环状部件3同样的垫圈状的垫圈部81；以及在该垫圈部81的外周与该垫圈部81一体形成的罩部82。罩部82构成为覆盖凸缘部11的绕轴线L的外周(其全周)。并且，如图8所示，焊接前使接头1的端部12与环状部件8的贯穿孔8a嵌合，在接头1的凸缘部11与平坦部21之间介入环状部件8，使接头1的端部12与盖部件2的连接孔2a嵌合来组装。
如图9所示，在进行焊接时，将激光束B1相对于轴线L以直角照射到环状部件8的垫圈部81和罩部82的边界位置的外周缘。使接头1、盖部件2及环状部件8的组装件如例如图8中箭头所示那样绕轴线L旋转，在环状部件8的上述外周缘的全周范围进行焊接。该激光束B1的光束直径具有与环状部件8的垫圈部81的板厚d(参照图8)相同或其以上的光束直径。该板厚d与第一实施方式同样。另外，上述焊接所使用的激光的条件与第一实施方式同样。
通过以上的焊接，与第一实施方式同样，利用激光照射从环状部件8的上述外周缘侧朝向轴线L侧形成熔融孔。此时，凸缘部11的一部分与平坦部21的一部分也熔融。并且，熔液流到熔融孔中，激光通过后冷却固化，形成熔融固化层A2。通过上述的焊接，如图10所示，在接头1的凸缘部11与盖部件2的平坦部21之间，在绕轴线L的全周形成熔融固化层A2，该熔融固化层A2以朝向接头1的轴线L较深地进入的方式形成在平坦部21与凸缘部11之间。另外，该熔融固化层A2由凸缘部11的一部分熔融的铜、环状部件8熔融的镍、平坦部21熔融的铁熔融固化而成。
在该第二实施方式中，上述的激光束B1也是理想的照射状态，但在焊接前的状态，环状部件8具有覆盖接头1的凸缘部11的罩部82。因此，如图9所示，即使如从凸缘部11的斜下方进行照射的激光束B2那样照射位置产生偏移，该激光束B2也照射到罩部82上。因此，能够利用该罩部82高效地吸收激光的热能，能够可靠地进行焊接。
另外，只要在激光束B1与激光束B2所成的角度的范围内照射激光即可，即使焊接所使用的激光束的光点直径不那么小也可以。因此，与第一实施方式同样，能够降低焊接装置等的成本及制造成本。
通过以上的焊接，如图7及图10所示，所制造的压力开关(压力感应装置)在以接头1的轴线L为中心的盖部件2的平坦部21和接头1的凸缘部11的全周形成焊接得到的铜、镍及铁的熔融固化层A2，并且至少凸缘部11的绕轴线L的外周、由作为环状部件8的罩部82部分熔融的状态的焊接残留部的镍系部件82′覆盖。
在以上的各实施方式中，作为压力感应装置以压力开关为例进行了说明，但也可以如图11所示，将本发明应用于作为压力感应装置的压力传感器。在图11中，对于与图1同样的要素及对应的要素附注相同符号并省略重复的详细说明。本实施方式的压力传感器具备通过铆接板91紧固在外壳92上的盖部件2，盖部件2与外壳92构成压力容器10。并且，利用激光焊接将接头1与上述第一实施方式及第二实施方式同样地接合。该压力传感器通过传感器元件93感知盖部件2内的流体的压力，将与该压力对应的传感器信号通过端子94及未图示的引线输出到外部。即使在该实施方式的压力传感器中，接头1、环状部件3(或8)及盖部件2的利用激光焊接的作用也与上述第一实施方式及第二实施方式相同。
此外，在各实施方式中，熔融固化层A1、A2的深度能够根据焊接点与激光束的相对的线速度、以及激光束的输出进行设定。
铜和不锈钢(或铁)的直接焊接是困难的。但是，如上述各实施方式那样，通过将铜与容易制成合金的镍同时熔融而使熔融部分内的铁含有量变少，可以进行焊接，在压力开关及压力传感器中，能够确保对从接头1侧施加的高压流体的抗压性。
Claims (4)
1.一种压力感应装置，具备：与压力检测对象的流体所流动的配管连接的铜制的接头；以及构成导入上述流体的压力容器并在中央形成有供上述接头的端部嵌合插入的连接孔的不锈钢制的盖部件；在上述接头的外周形成凸缘部，将上述盖部件的上述连接孔周围的平坦部与上述接头的凸缘部对置而接合，该压力感应装置的特征在于，
在以上述接头的轴线为中心的上述盖部件的上述平坦部与上述接头的上述凸缘部的全周，形成由焊接得到的铜、镍及铁的熔融固化层，并且至少上述凸缘部的绕上述轴线的外周由镍镀层或镍系部件的焊接残留部覆盖，上述盖部件和上述接头通过上述熔融固化层接合，
上述熔融固化层由上述凸缘部的一部分熔融的铜、上述镍镀层或镍系部件熔融的镍及上述平坦部熔融的铁熔融固化而成。
2.根据权利要求1所述的压力感应装置，其特征在于，
上述熔融固化层以从外侧朝向上述接头的轴线进入的方式形成在上述盖部件的上述平坦部与上述接头的上述凸缘部之间。
3.一种压力感应装置的接头接合方法，其中，压力感应装置具备：与压力检测对象的流体所流动的配管连接的铜制的接头；以及构成导入上述流体的压力容器并在中央形成有供上述接头的端部嵌合插入的连接孔的不锈钢制的盖部件；在上述接头的外周形成凸缘部，将上述盖部件的上述连接孔周围的平坦部与上述接头的凸缘部对置而接合，该压力感应装置的接头接合方法用于将压力感应装置的上述接头接合在上述盖部件上，其特征在于，
在上述接头的至少上述凸缘部的绕上述轴线的外周形成镍镀层，
在上述盖部件的上述平坦部与上述接头的凸缘部之间，介入由镍系部件构成的垫圈状的环状部件，
在上述环状部件或上述镍镀层的绕上述轴线的全周上朝向上述轴线而照射具有上述环状部件的厚度以上的光束直径的激光束，通过熔融该环状部件或该镍镀层、上述平坦部的一部分及上述凸缘部的一部分，在上述平坦部与上述凸缘部之间形成铜、镍及铁的熔融固化层，利用该熔融固化层接合上述盖部件和上述接头。
4.一种压力感应装置的接头接合方法，其中，压力感应装置具备：与压力检测对象的流体所流动的配管连接的铜制的接头；以及构成导入上述流体的压力容器并在中央形成有供上述接头的端部嵌合插入的连接孔的不锈钢制的盖部件；在上述接头的外周形成凸缘部，将上述盖部件的上述连接孔周围的平坦部与上述接头的凸缘部对置而接合，该压力感应装置的接头接合方法用于将压力感应装置的上述接头接合在上述盖部件上，其特征在于，
在上述盖部件的上述平坦部与上述接头的凸缘部之间介入垫圈状的环状部件，该垫圈状的环状部件由镍系部件构成，并具有覆盖上述凸缘部的绕轴线的外周的罩部，
在上述环状部件的绕上述轴线的全周上朝向上述轴线而照射具有上述环状部件的厚度以上的光束直径的激光束，通过熔融该环状部件、上述平坦部的一部分及上述凸缘部的一部分，在上述平坦部与上述凸缘部之间形成铜、镍及铁的熔融固化层，利用该熔融固化层接合上述盖部件和上述接头。
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