JP2003225761A - 金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属製のワークピースの均一加熱を可能にし
てワークピースの変形を防止し、しかも、加熱時間を短
縮して作業能率を高めることのできるアルミニウム、銅
または鉄等の金属製ワークピースのコンベクション式ろ
う付け装置を提供する。 【解決手段】 熱媒体ガス加熱室４５においてチューブ
ヒーター３６で加熱された加熱媒体ガスはフアン３７で
左右両側に設けられたマニュホールド４１Ａ，４１Ｂを
経て多数のノズル４３から予めろう材およびフラックス
を付着させた金属製ワークピースＷに吹き付けられる。
ワークピースの温度がろう付け温度に達した後は、上部
ダクト４８に設けられた切替弁を開閉してワークピース
に対する加熱媒体ガスの吹き付けを間歇的に行う。その
結果、ワークピースの温度勾配が無くなり、均一なうろ
う付けを行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、コンベクション炉
（熱対流炉）を用いるアルミニウム、銅、銅合金、鉄ま
たはステンレス等の金属製ワークピースのろう付け装置
に関するものであり、特に、インデックスタイプ（間歇
移動式）のコンベクション炉を用いて自動車の熱交換器
等のアルミニウム製の大型ワークピースにアルミニウム
製の部品をろう付けする装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の熱交換器等のアルミニウム製の
大型金属ワークピースのろう付けに用いられるコンベク
ション炉は、通常、燃焼室で加熱された窒素ガス等の不
活性ガスよりなる加熱媒体ガスをファン等によりろう付
け室内に循環させることにより、ろう付け室内に固定さ
れた、または移動されるワークピースを加熱するように
構成されている。

【０００３】ろう付け温度は金属材料、ろう材およびフ
ラックスの種類によって異なり、通常、ＡＡ１０００シ
リーズのアルミニウムで弗化物フラックスを用いた場合
は５５０℃〜６４０℃、銅およびステンレスの場合は７
００℃〜８５０℃である。

【０００４】例えば、ＡＡ１１０００のアルミニウムの
場合にろう材としてＡＡ４０４５あるいはＡＡ４０４７
を使用し、フラックスとして弗化物フラックスを使用し
た場合のろう付け温度は約６００℃である。コンベクシ
ョン式ろう付け炉においては、通常、ワークピースは予
熱炉において約３５０℃まで加熱される。ろう付け炉の
ろう付け室内に搬入されたワークピースは、約６１０℃
〜６２０℃に加熱された加熱媒体ガスによって急速に加
熱され、数分間で６００℃まで昇温される。

【０００５】通常はこの温度に維持したままで加熱を続
行してろう材を溶融して、ろう付けを行なうのである
が、加熱媒体ガスの温度を制御して炉温を６００℃に維
持しても、加熱媒体ガスが直接当たるワークピースの面
とその内部および反対側の面とでは３０℃〜４０℃の温
度勾配が生じ、ろう材の流れが不均一となって、ろう付
け品質を低下させている。

【０００６】本発明者らは、コンベクション式ろう付け
炉において、ワークピースに対して吹き付ける加熱媒体
ガスの温度を昇温過程およびろう付け温度に達してから
ろう付け室内の温度を細かく上下させながら加熱する
（以下この加熱方法をパルス加熱と称する）ことによ
り、ワークピースの温度を均一にし、良好な品質のろう
付けをすることができる方法および装置を提案した（特
許文献１または特許文献２参照）。

【０００７】

【特許文献１】特開２００１−３４０９５８号公報

【特許文献２】米国特許出願公開第２００１／００５１
３２３号明細書

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特許文献１ま
たは特許文献２に記載されているコンベクション式ろう
付け炉によれば、パルス加熱を行うために加熱媒体ガス
の温度を上下させているが、加熱媒体ガスの温度を下げ
てもろう付け炉自体の熱容量が大きいのでろう付け室内
の温度は急には低下せず、所望の温度になるのに時間が
かかる。また温度を上げる場合も同様に、加熱媒体ガス
の温度を上げてもろう付け室内の温度が所望の温度にな
るまでのタイムラグが大きい。

【０００９】即ち加熱媒体ガスの温度を上下させる従来
法はいわゆる熱応答性が悪いので、パルス加熱のサイク
ルタイム（高温加熱と低温加熱の周期）を短くすること
が難しく、必然的にろう付け時間が長くなり、生産率が
低下するという欠点があった。

【００１０】本発明は、アルミニウム、銅、銅合金、鉄
またはステンレス等の金属製のワークピースのろう付け
作業時間を短縮して、生産性を高めると共に、ワークピ
ースの均一加熱を可能にして製品歩留まりを高めること
ができる金属製ワークピースのコンベクション式ろう付
け装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、鋭意研究した結果、コンベクション炉
を使用するアルミニウム、銅、銅合金、鉄またはステン
レス等の金属製ワークピースのろう付け作業において、
加熱媒体ガスの供給を断続的に行うことにより、短いサ
イクルタイムのパルス加熱を行うことができ、ワークピ
ース、特に大型の金属製ワークピースの温度勾配をなく
し、しかもろう付け作業時間を短縮して生産性を上げる
上で有効であることを見出した。

【００１２】すなわち、本発明の金属製ワークピースの
コンベクション式ろう付け装置は、ろう付け炉内に少な
くとも熱媒体ガス加熱室、ろう付け室および該熱媒体ガ
ス加熱室で加熱された加熱媒体ガスが上記ろう付け室を
経由して上記熱媒体ガス加熱室に還流される加熱媒体ガ
ス流路を有するコンベクション式ろう付け装置であっ
て、上記熱媒体ガス加熱室で加熱された加熱媒体ガスを
上記ろう付け室に吹き込むブロー期間と加熱媒体ガスの
上記ろう付け室への吹き込みを中断する休止期間とが交
互に実施されるように上記加熱媒体ガス流路を周期的に
開閉できる加熱媒体ガス流路開閉機構および上記休止期
間に加熱媒体ガスを上記加熱媒体ガス流路の途中から上
記ろう付け室を経由しないで直接上記熱媒体ガス加熱室
に還流させるバイパス流路とを備えていことを特徴とす
るものである。

【００１３】上記加熱媒体ガス流路開閉機構は、ガスの
流路を開閉するための通常の開閉弁、例えば、ダンパ
ー、スライド弁、バタフライ弁等が使用できる。またこ
の加熱媒体ガス流路開閉機構は、加熱媒体ガス流路とバ
イパス流路とに別々の流路開閉機構を設けても良いが、
両者を共通した開閉機構で開閉できるように構成するの
が経済的である。

【００１４】さらに、加熱媒体ガス流路開閉機構には、
ブロー期間に加熱媒体ガス流路が開放されると同時にバ
イパス流路が閉鎖され、休止期間に加熱媒体ガス流路が
閉鎖されると同時にバイパス流路が開放されるように制
御する加熱媒体ガス流路開閉制御手段を備えている。

【００１５】上記加熱媒体ガス流路開閉制御手段は、ブ
ロー期間と休止期間とのサイクルタイムが５秒〜５分に
なるように加熱媒体ガス流路開閉機構を開閉制御する機
能を備えている

【００１６】容量１立方ｍの標準的なコンベクション炉
において、目安となる休止期間は５秒〜５分、特に好ま
しくは１０〜３０秒である。あまり休止期間が短いと加
熱媒体ガスの温度を所望の温度まで下げることが難しく
なる。また、あまり休止期間を長くすると、仕上がりは
改善されるが、作業トータル時間が長くなるので好まし
くない。

【００１７】また、炉内温度の調整は加熱媒体ガスのブ
ロー期問と休止期間との時間の比率を変化させて行う。
例えば、炉温が設定温度よりも上がりすぎるとブロー期
間の比率が小さくなるように調節する。反対に炉温が設
定温度より下がった場合は、ブロー期間の比率が大きく
なるように調節する。

【００１８】そのために、上記加熱媒体ガス流路開閉制
御手段は、ブロー期間と休止期間との比率をろう付け室
内の温度に応じてフィードバック制御する補正制御手段
を備えている。

【００１９】上記補正制御手段は、フーィドバック制御
を行うために、炉内温度を検出するセンサーとこのセン
サーが検出したろう付け室の温度に応じて、ブロー期間
と休止期間との比率を変化させるプログラマブルコント
ローラーとを備えている。ブロー期間と休止期間との比
率は、３０：７０ないし７０：３０の範囲で変化できる
ように構成することが好ましい。

【００２０】本発明では、上述のようにパルス加熱を実
現するために、加熱媒体ガスの吹き込みを短い周期で断
続的に行っているが、ろう付け室内の熱容量は極めて大
きいので短時間の休止期間を設けてもろう室内温度は急
激には低下しない。そこで、休止期間の温度低下を短時
間で得てパルス加熱の効果をより増大させるために、休
止期間に冷熱媒体ガスをろう付け室内に導入するように
した。

【００２１】冷熱媒体ガスとしては低温ガス、例えば低
温の炭酸ガス、窒素ガス、アルゴンガス、乾燥空気等を
挙げることが出来るが、液化窒素ガスを蒸発して得られ
た低温の窒素ガスが露点が低い（ガス温度３０℃の場
合、露点が−５０℃以下）ので最も好ましい。

【００２２】上記冷熱媒体ガス導入手段はろう付け室の
壁面に設けられた１ないし複数個のノズルよりなり、液
体窒素等の冷熱媒体ガスの貯蔵容器から気化した２０℃
〜５０℃の低温の冷熱媒体ガスをろう付け室内に導入す
る。この冷熱媒体ガス導入手段は、場合によっては、上
記加熱媒体ガス吹き付け手段をそのまま利用してもよ
い。

【００２３】上記冷熱媒体ガス導入手段には冷熱媒体ガ
スの流量を制御するための冷熱媒体ガス流量制御手段が
付設されていて、熱媒体ガスの休止期間にのみ冷熱媒体
ガスをろう付け室に導入するようにする。冷熱媒体ガス
をろう付け室に導入するタイミングの制御および導入す
る冷熱媒体ガスの流量の制御はプログラマブルコントロ
ーラに接続された電磁弁によって行われる。

【００２４】さらに、休止期間のろう付け室内の温度低
下を促進させるために、加熱媒体ガス吹き込みの休止期
間に作動する加熱廃ガス排出手段をろう付け室に付設し
た。

【００２５】上記加熱廃ガス排出手段は、ろう付け室内
に開口する排出管の出口側に圧縮空気で作動するベンチ
ュリー管を取り付けてアスピレータを構成している。こ
のアスピレータによって、休止期間にろう付け室内の熱
風を急速に外部に排除して短時間でろう付け室内の温度
を下げると共に、極めて低いランニングコストで運用す
ることができる。

【００２６】上記熱媒体ガス加熱室において、窒素ガス
等の不活性ガスよりなる熱媒体ガスを加熱する熱媒体ガ
ス加熱手段としては、流体燃料を熱源とするチューブヒ
ーターを用いることが好ましい。チューブヒーターの加
熱には、通常プロパン等の燃料ガスを用いるガスバーナ
ーが用いられるが、もちろん液体燃料のバーナーを用い
ることができる。

【００２７】また、チューブヒーターの加熱には水素ガ
スと酸素ガスを用いる水素ガスバーナーを用いることも
できる。この水素ガスバーナーは、水の電解装置を付設
すれば、簡単に水素ガスおよび酸素ガスを供給すること
ができる。さらに、水素ガスバーナーは炭酸ガス、硫黄
酸化物、窒素酸化物やダスト等を含む燃焼廃ガスが発生
しないので大気汚染防止上でも好ましい。

【００２８】また、チューブヒータ用の熱源には電気ヒ
ーターを用いることができる。この種の、電気ヒータと
してはシーズヒーター、コイルヒータが好ましく用いら
れる。

【００２９】さらに、熱媒体ガスを加熱する熱媒体加熱
手段として、放熱突起を多数有する高周波誘導加熱装置
を用いることができる。この種の高周波誘導加熱装置は
半導体装置等の冷却に用いられる空冷式ヒートシンクと
原理的には同じで、構造的にもほぼ同じものが用いられ
る。

【００３０】ヒートシンクが半導体装置等の発熱体の熱
を空気に伝達させて半導体装置等の冷却を目的とするの
に対して、本発明の高周波誘導加熱装置は電磁コイルに
よって金属製の加熱板を加熱しその熱を金属製の放熱突
起を介して熱媒体ガスに伝導して熱媒体ガスを加熱して
いる。

【００３１】高周波誘導加熱装置はチューブヒーターに
比較して、廃ガスが排出されないので公害防止上有利で
あり、また、高周波電源のオンオフで簡単にしかもシャ
ープに加熱媒体ガスの温度を変化させることができるの
で、本発明の均熱加熱処理工程における熱源として極め
て有利である。

【００３２】高周波誘導加熱装置の加熱板は銅またはア
ルミニウム等の熱伝導性のよい金属板に同質の放熱突起
を多数取り付けて構成する。電磁コイルは銅等の金属コ
イルを高周波電源に接続して構成する。金属コイルを中
空のパイプで構成し、中に冷却水を流すようにすれば、
例えば１〜５ｋｗの高電力を供給することができる。

【００３３】放熱突起の形状は、棒状のもの、板状のも
の等任意であるが、コルゲート状のフィンが好ましく用
いられる。また、その配置は千鳥状にする等熱媒体ガス
との接触時間が長くなるようにするのが好ましい。

【００３４】上記熱媒体ガス加熱室に設けられた加熱媒
体ガス供給手段としては、通常の送風機等が用いられ
る。送風機としては回転翼式の押込送風機および誘引送
風機のいずれも使用できるが、例えば、ターボブロワー
のような押込送風機が好ましく用いられる。

【００３５】上記加熱媒体ガス吹き付け手段は、ろう付
け室の壁面に取り付けられた、ワークの方向を指向する
多数のノズルより構成されている。ノズルの数はろう付
け室の規模によって異なるも、両面吹き込み式の場合、
片面に通常３０〜２００個、両面で６０〜４００個設け
ることが好ましい。ノズルの配置は四角の壁面の場合は
碁盤目状、千鳥状、同心円状等規則的に配置することが
好ましい。

【００３６】上記加熱媒体ガス吹き付け手段のノズルは
加熱媒体ガスの吹き付け方向を自由に調整できるように
構成されている。具体的には、３８０度の方向にノズル
の首の部分を旋回できるように構成された首振り式ノズ
ルを好ましく用いることができる。

【００３７】上記ろう付け室の内壁面に配置されたノズ
ルの全部又は一部の加熱媒体ガス吹き付け方向をワーク
ピースの特定の領域に向けるように調整した場合は、ワ
ークピースの特定の領域のみを集中的に加熱することが
できる。

【００３８】また、上記ろう付け室の両側の壁面に配置
されたノズルの吹き込み方向を上記壁面に対して予め定
められた角度、例えば１０〜２０度、横方向に偏向させ
た場合は、ろう付け室内に加熱媒体ガスの旋回流を発生
させることができ、その結果、ワークピースの均一加熱
を促進することができる。

【００３９】上記加熱媒体ガス吹き付け手段はろう付け
室が立方体の場合は、各面に１つずつ、すなわち１〜６
個の範囲で任意に設置することができる。しかし、好ま
しい形態としては、左右２方向からワークピースに向け
て熱媒体ガスを吹き込むように対向して配置する方式を
推奨する。さらに、この形態に加えて上からも熱媒体ガ
スを吹き込むように３方に配置してもよい。

【００４０】バッチ式の炉の場合は４方向以上に加熱媒
体ガス吹き付け手段を配置することも可能である。

【００４１】上記加熱媒体ガス吹き付け手段としてのノ
ズルは炉内に突出していて、その開口は約８ｍｍ前後で
あるが、ノズルから噴出される熱媒体ガスの速度は常温
測定で秒速１２〜１４ｍが得られ、しかも、片面に３０
〜２００個設置されたノズルから噴出される熱媒体ガス
の速度のバラツキは極めて僅少であるので、ワークピー
スの面としての均一加熱に極めて有効なことが実験的に
確かめられた。

【００４２】

【実施例】 図１は本発明のコンベクション式ろう付け
装置の実施例を示すもので、乾燥炉１０、予熱炉２０、
ろう付け炉３０、冷却炉５０を連続して設けたインデッ
クスタイプの炉を示すものである。

【００４３】乾燥炉１０は、入口１１、出口１２にそれ
ぞれ上下動するシャッタ１３、２３が設けられた耐火物
を内蔵するステンレス製の炉体１４から構成されてい
る。ろう材をクラッドした部品が予め本体に組み込まれ
ているワークピースＷは、トレイＴ上に積み重ねられ
て、炉床に設置されたベルトコンベア１５によって、炉
内に搬入される。乾燥炉１０内には露点の低い窒素等の
不活性ガスが導入管（図示せず）より吹き込まれ、フラ
ックスの塗布されたワークピースＷを乾燥させる。

【００４４】予熱炉２０は、入口２１、出口２２にそれ
ぞれ上下動するシャッタ２３、３３が設けられた耐火物
を内蔵する耐熱ステンレス製の炉体２４から構成されて
いる。炉床に設置されたベルトコンベア２５によって、
トレイＴに積み重ねられたワークピースＷが乾燥炉１０
から予熱炉２０内に搬入される。予熱炉２０内にはフア
ン２７によって窒素等の不活性ガス（加熱媒体ガス）が
循環されている。この加熱媒体ガスはチューブヒーター
２６によって約４００〜４５０℃まで加熱され、ワーク
ピースの温度を約３５０℃まで予熱する。

【００４５】ろう付け炉３０は、入口３１、出口３２に
それぞれ上下動するシャッタ３３、５３が設けられた耐
火物を内蔵するインコネル等の耐熱合金製の炉体３４か
ら構成されている。炉床に設置されたベルトコンベア３
５によって、トレイＴに積み重ねられたワークピースＷ
が予熱炉２０からろう付け炉３０内に搬入される。ろう
付け炉３０内にはフアン３７によって加熱媒体ガスが循
環されている。チューブヒーター３６によて約６１０〜
６２０℃まで加熱された加熱媒体ガスによって、ワーク
ピースの温度を約６００℃のろう付け温度に保ちながら
ろう付けが行なわれる。

【００４６】冷却炉５０は、入口５１、出口５２にそれ
ぞれ上下動するシャッタ５３、５９が設けられた耐火物
を内蔵したステンレス製の炉体５４から構成されてい
る。炉床に設置されたベルトコンベア５５によって、ト
レイＴに積み重ねられたろう付け作業の終わったワーク
ピースＷがろう付け炉３０から冷却炉５０内に搬入され
る。

【００４７】冷却炉５０内にはフアン５７によって乾燥
空気および低温の窒素ガスが循環されていて、ワークピ
ースの温度を下げる。５６は水冷管であって、熱媒体ガ
スの温度を下げ、ワークピースの冷却効率を高める。冷
却されたワークピースＷは出口５２よりベルトコンベア
５８によって外部に搬出される。

【００４８】図２はろう付け炉３０の断面を示すもの
で、炉心にはワークピースを加熱するためのろう付け室
４０が設けられている。ろう付け室４０の下部にはワー
クピースＷを乗せたトレイＴを運搬するためのベルトコ
ンベア３５が設置されている。このろう付け室４０の上
部には加熱媒体ガスを加熱するための熱媒体ガス加熱室
４５が設けられている。熱媒体ガス加熱室４５内にはチ
ューブヒータ３６が蛇行して取り付けられている。

【００４９】４９はフアン３７の回転モータ、４７は中
間ダクトでろう付け室４０の排気を排出口４６から熱媒
体ガス加熱室４５に導くための通路である。４３は熱媒
体ガス加熱室４５で加熱された加熱媒体ガスをろう付け
室４０に噴出させる加熱媒体ガス噴出ノズルである。こ
のノズル４３は隔壁４２に規則正しく配置され、ワーク
ピースWの方向を指向している。この実施例では片面に
縦５列、横１１列、計５５のノズルが碁盤目のように配
置されている。隔壁４２は図３に示されるように左右両
側にあるので、総計１１０のノズルが存在する。

【００５０】図３において、４１A、４１Bは隔壁４２に
よって仕切られたマニュホールドでフアン３７によりダ
クト４８を介して送られてくる加熱媒体ガスを蓄積し、
ノズル４３からワークピースWに向けて勢いよく噴出さ
せる。１６は冷熱媒体ガスの噴出ノズル、１７はろう付
け室４０内の加熱媒体ガスを吸引排出させるためのアス
ピレータである。なお、１７８はアスピレ−タの吸引パ
イプである。

【００５１】図４はろう付け炉３０の横断面図であっ
て、４８はフアン３７によって送られてくる加熱媒体ガ
スを搬送するための上部ダクトであり、途中からダクト
４８１、４８２および４８３の３方向に分岐されてい
る。３８，３９は切替弁でそれぞれ回転軸３８１，３９
１によって、図示のように回動できるように構成されて
いる。

【００５２】切替弁３８，３９が図示実線の位置にある
ときは上部ダクト４８から送られてくる加熱媒体ガスは
左右のダクト４８１，４８２に分岐され、連通口４８
５，４８６から左右のマニュホールド４１A、４１Bに送
られる。切替弁３８，３９が点線の位置に回動させると
上部ダクト４８はダクト４８３に直結され、加熱媒体ガ
スは連通口４８４を通って熱媒体ガス加熱室４５に送ら
れる。

【００５３】６６はチューブヒータ３６のガスバーナ
ー、４８７は中間ダクト４７と熱媒体ガス加熱室４５と
を結ぶ連通口である。

【００５４】図５はアスピレータ１７を示すものであっ
て、T字型パイプ１７１に３方の開口部１７３、１７
６、１７７が設けられている。開口部１７３にろう付け
室４０に連通する吸引パイプ１７８が接続されている。
開口部１７７には噴出ノズル１７２が挿入されている。
開口部１７６はガス排出口として作用する。噴出ノズル
１７２には空気ポンプ１７５が接続されていて圧縮空気
が送入される。圧縮空気は噴出ノズル１７２の先端開口
１７４（図６）からT字型パイプ１７１内に噴出され、
そこに負圧を発生させる。この負圧によって吸引パイプ
１７８を介してろう付け室４０内の高温加熱媒体ガスを
吸引して除去する。

【００５５】次に、加熱媒体ガスの流れについて説明す
る。 ＜ブロー期間＞熱媒体ガス加熱室４５内のチューブヒー
タ３６で加熱された加熱媒体ガスはフアン３７の回転に
よって吸引され、上部ダクト４８から左右のダクト４８
１、４８２に分れ、それぞれ左右のマニュホールド４１
A、４１Bに送られる。マニュホールド４１A、４１Bの加
熱媒体ガスは左右のノズル４３からろう付け室４０内に
噴出され、ワークピースWを加熱する。加熱を終えた廃
ガスは排出口４６から中間ダクト４７に流れ、連通口４
８７を経て熱媒体ガス加熱室４５に還流される。ここで
加熱された加熱媒体ガスは再びフアン３７によって吸引
され再循環される。

【００５６】＜休止期間＞チューブヒータ３６で加熱さ
れた熱媒体ガス加熱室４５の加熱媒体ガスはフアン３７
の回転によって吸引されダクト４８からバイパス流路で
あるダクト４８３に流され、連通口４８４から熱媒体ガ
ス加熱室４５に流される。このようにして休止期間は加
熱媒体ガスはろう付け室４０には送られず、熱媒体ガス
加熱室４５とフアン３７との間を循環させられる。一
方、休止期間には冷熱媒体ガス噴出ノズル１６から冷熱
媒体ガスがろう付け室４０内に吹き込まれると共に、ア
スピレータ１７を作動させてろう付け室内の高温の加熱
媒体ガスを吸引除去して、ろう付け室内の温度を急激に
低下させる。

【００５７】図７は、予熱炉２０、ろう付け炉３０およ
び冷却炉５０の各熱媒体ガス加熱室の部分の横断面図で
あって、各炉にはフアン２７、３７、５７がそれぞれ設
けられている。また、予熱炉２０、ろう付け炉３０には
蛇行したチューブヒーター２６、３６がそれぞれ設けら
れている。冷却炉５０には蛇行した水冷管５６が設けら
れている。６０は水冷管の開閉弁である。

【００５８】予熱炉２０のチューブヒーター２６の入り
口内部にはガスバーナー２８が設けられ、燃料ガス源６
１からパイプ６２、電磁弁６４を介して燃料としてのプ
ロパンガスが供給される。２９は空気取り入れ口であ
る。ろう付け炉３０のチューブヒーター３６の入り口内
部にはガスバーナー６６が設けられ、燃料ガス源６１か
らパイプ６３、電磁弁６５を介してプロパンガスが供給
される。６７は空気取り入れ口である。

【００５９】６８はセンサー６９、タイマー７０を備え
たプログラマブルコントローラであって、このコントロ
ーラに組み込まれた作動制御ユニットによって予め設定
されたタイムスケジュールにしたがって電磁弁６５の開
度が制御される。センサー６９によって検知されるろう
付け室の温度が設定値に対してずれてきた場合は、コン
トローラ６８に組み込まれている補正制御ユニットはそ
の検知された温度に応じてコントローラ６８に設定され
ている設定値を補正することができる。

【００６０】さらにコントローラ６８は均熱加熱工程の
ブロー期間と休止期間の切替を行う上部ダクト４８に設
けた切替弁３８，３９の切替動作を制御する。また、こ
のコントローラ６８はアスピレータ１７の空気ポンプが
休止期間に作動するように制御する。

【００６１】８５は熱媒体ガスとしての液体窒素のボン
ベであって、開閉弁８４、パイプ８１、電磁開閉弁７
６、ノズル７２を経て予熱炉２０へ窒素ガスを供給す
る。ろう付け炉３０に対しては、ボンベ８５、開閉弁８
４、パイプ８２、電磁開閉弁７７、予熱回路９１、三方
弁７１、ノズル７３を経て、熱媒体ガス加熱室４５に窒
素ガスが供給される。９２はパイプ８２と三方弁７１を
直結するためのパイプを開閉するための開閉弁である。

【００６２】８６はセンサー８８、タイマー８７を備え
たプログラマブルコントローラであって、このコントロ
ーラに組み込まれた作動制御ユニットによって予め設定
されたタイムスケジュールにしたがって電磁開閉弁７７
の開度を制御する。センサー８８によって検知されるろ
う付け室の温度が既定値に対してずれてきた場合は、コ
ントローラ８６に組み込まれている補正制御ユニットは
その検知された温度に応じてコントローラ８６に設定さ
れている設定値を補正することができる。

【００６３】窒素ガス供給パイプ８２に設けられた電磁
開閉弁７７は常時は２０〜３０％程度に絞った状態で窒
素ガスが補給される。窒素ガスは予熱回路９１で約１０
０℃に加熱され、三方弁７１、ノズル７３から熱媒体ガ
ス加熱室４５内に供給されている。均熱加熱工程の休止
期間には、開閉弁９２は開放され、三方弁７１はノズル
１６の方向に切替えられ、窒素ガスがノズル１６からろ
う付け室４０内に直接吹き込まれる。

【００６４】予熱回路９１を通過しない窒素ガスの温度
は約２０〜５０℃であるので、この低温の窒素ガスは、
休止期間の炉内温度を急激に低下させることができる。
窒素ガスの供給量はセンサー８８で検出したろう付け室
内温度に応じてコントローラ８６を使用してフィードバ
ック制御して、ろう付け室内温度を調整する。

【００６５】アスピレータ１７はコントローラ６８の制
御信号によって休止期間に作動し、ろう付け室４０内の
高温熱媒体ガスを急速に吸引排除し、炉内温度を低下さ
せる。このようにアスピレータ１７は冷熱媒体ガス吹き
込みノズル１６の作動とあいまってろう付室内温度を急
激に低下させることができるので、ろう付け室内温度を
上下させるサイクルタイムを短縮し、ワークピースの均
熱効果を高めることができる。なお、この実施例では２
つのコントローラ６８、８６を使用しているが、両者の
機能を１つに纏めたコントローラを使用できることは勿
論である。

【００６６】冷却炉５０に対しては、ボンベ８５、開閉
弁８４、パイプ８３、電磁開閉弁７８、ノズル７４を経
て窒素ガスが供給される。７５は空気吹き込み用のノズ
ルであって、ポンプ７９、パイプ８９を経て冷却用の空
気が冷却炉５０内に導入される。

【００６７】(実施例２）図８〜図１２はろう付け炉の
他の実施例を示すもので、１００はろう付け炉、１０１
は熱媒体ガス加熱室、１０２はろう付け室、１０３はフ
ァン、１０４はチューブヒーター、１０５は加熱媒体ガ
ス噴出ノズル、１０６は熱媒体ガス加熱室１０１から加
熱媒体ガスを加熱媒体ガス噴出ノズル１０５に供給する
加熱媒体ガス供給流路、１０７は休止期間に加熱媒体ガ
スを直接加熱室１０１に環流するためのバイパス流路、
１０８（図９）は噴出ノズル１０５用のマニュホール
ド、１０９は加熱媒体ガス供給流路１０６とバイパス流
路１０７とを切り替えるためのダンパー、１１０は加熱
室１０１と加熱媒体ガス流路１０６をつなぐ連通口、１
１１はろう付け室１０２の排気を加熱室１０１に還流さ
せるための廃ガス流出口、１１２は加熱媒体ガス供給流
路１０６の途中に設けられた開閉口、１１３は廃ガス流
出口を開閉するためのダンパー、１２０はろう付け炉１
００のシャッター、１２１はファン１０３のモーターで
ある。

【００６８】なお、図９中、１６は冷熱媒体ガス、例え
ば窒素ガスの噴出ノズル、８５は窒素ガスのボンベ、１
０６Ａは加熱媒体ガス供給流路１０６の開閉口１０９の
上流側流路、１０６Ｂは開閉口１１２の下流側流路であ
る。

【００６９】図１０において、１２２は２つのチューブ
ヒーター１０４，１０４の共通の煙突、１２３は燃料ガ
ス源、１２４は開閉弁、１２５はガスバーナーである。

【００７０】図１１において、１１５はダンパー１０９
用の回転軸、１１６は回転軸１１５に固着された歯車、
１１７は回転軸１１５に回転運動を伝導するためのプー
リー、１１８は歯車１１６とかみ合う歯車で歯車１１６
よりも小径である。１１９はダンパー１１３の回転軸で
歯車１１８はこの軸に固着されている。

【００７１】プーリー１１７の回転によって回転軸１１
５が回動するとダンパー１０９が開閉し、加熱媒体ガス
供給流路１０６の途中に設けられた開閉口１１２を開閉
する。回転軸１１５の回動に伴って、歯車１１６と係合
している歯車１１８が回動する。歯車１１８は回転軸１
１９に固着されているので、回転軸１１９の回転によっ
てダンパー１１３が回動して廃ガス流出口１１１を開閉
する。

【００７２】この実施例では、休止期間にダンパー１０
９で開閉口１１２を閉鎖すると同時にバイパス流路１０
７を開放することにより、加熱室１０１で加熱された加
熱媒体ガスはバイパス流路１０７、ファン１０３を経て
加熱室１０１に直接還流される。従って、休止期間にチ
ューブヒーター１０４の加熱を止めたり、加熱媒体ガス
を外部に放出したりせずに運転を続行できるので、短い
パルス周期で断続的にワークピースを加熱することがで
き、ワークピースの均熱効果を高めることができる。

【００７３】また、ダンパー１０９は加熱媒体ガス供給
流路１０６の開閉口１１２の開閉とバイパス流路１０７
の開閉を兼ねているので、一つの開閉機構で両流路の切
替を行うことができる。

【００７４】なお、図１２において、１７はアスピレー
タ、１７８はろう付け室１０２に開口するアスピレータ
１７の吸引パイプ、１７５は空気ポンプである。アスピ
レータ１７の構造は実施例１における図５、図６におい
て示したものと同様の構造をしている。

【００７５】また、ファン１０３の位置はチューブヒー
ター１０４の上流側に設けられている。この配置によれ
ば、ろう付け室１０２でワークピースの加熱に用いられ
て温度が低下して容積が小さくなった加熱媒体ガスを加
熱室１０１に圧送するので、ファン１０３の送風効率が
高くなり、結果的にはチューブヒーター１０４による熱
媒体ガスの伝熱効率が高くなり、短時間で高温の加熱媒
体ガスを得ることができる。

【００７６】（実施例３）図１３は熱媒体ガス加熱室４
５の熱媒体ガス加熱手段として高周波加熱装置２００を
使用する実施例を示すものである。２０１はステンレス
鋼などの誘磁率の高い材料で作られた加熱板、２０２は
銅製のウォータジャケットコイル、２０３は加熱板２０
１に多数立設されたフィンで加熱板２０１と同質の材料
で作られている。２０４は高周波トランス、２０５は交
流電源２０６に接続された一次コイル、２０７は二次コ
イルである。２０８は給水管、２０９はポンプ、２１０
は開閉弁、２１１は絶縁板である。

【００７７】交流電源２０６から供給された交流電流は
高周波トランス２０４で高周波電流に変換され、二次コ
イル２０７に供給される。二次コイル２０７によって発
生した高周波電流はウォータジャケットコイル２０２に
流れ、絶縁板２１１を介して配置された加熱板２０１を
高周波電磁加熱する。加熱板２０１の熱はフィン２０３
を介して熱媒体ガスに伝導される。

【００７８】図１３ではフィン２０３は平らな薄板が並
行して配置されているが、フィン２０３群と熱媒体ガス
との熱伝率を高めるために、フィンの形状を波形にした
り、配置を千鳥状するなど種々工夫を加えることは有効
である。

【００７９】このような高周波加熱装置を使用すると、
加熱速度が高くなり、加熱媒体ガスのオン−オフのサイ
クルタイムを短くして作業効率を高める効果があるほ
か、廃ガスが発生しないので炉の操業上、公害ガス発生
防止上で有効である。

【００８０】（ろう付け方法）図１に示すように、アル
ミニウム製扁平チューブに、ろー材を両面にクラッドし
たアルミニウム製のフィンを組みつけフラックスを塗布
したワークピースＷはトレイＴ上に数段に積み重ねら
れ、乾燥炉１０内において窒素ガスを吹き付けられて乾
燥させられる。次に、予熱炉２０にベルトコンベア１
５、２５によって搬入される。ここではチューブヒータ
ー２６によって加熱された加熱媒体ガスである窒素ガス
によって、ワークピースＷは約３５０℃まで予熱され
る。

【００８１】予熱されたワークピースはベルトコンベア
２５、３５によってろう付け炉３０に搬入される。ここ
ではチューブヒーター３６によって加熱された加熱媒体
ガスによって、ワークピースＷはろう付け温度の約６０
０℃まで加熱される。ワークピースの温度がろう付け温
度に達したら、加熱媒体ガス流路のダンパーを開閉して
加熱媒体ガスのろう付け室内への吹込みを断続的に行
い、ろう付け室内の温度を小刻みに上下させる均熱化処
理を行いながらろう付けを行なう。

【００８２】図１４は、ろう付け炉に搬入されたワーク
ピースの左右両方向から加熱媒体ガスを吹き込んでワー
クピースを加熱する場合の実施例を示す。各工程の処理
時間を１０分に設定した場合、乾燥工程（ａ）で乾燥さ
れ、若干温度が高くなったワークピースは予熱工程
（ｂ）で表面温度が３５０℃近くまで加熱される。

【００８３】予熱炉からろう付け炉に移されて若干温度
が低下したワ−クピースは、ろう付け炉でろう付け工程
（ｃ）に移行する。最初の２分間は昇温工程（ｃ１）と
して、左右両方向から加熱媒体ガスが連続して吹き込ま
れてワークピースは加熱される。

【００８４】ワークピースの温度が約６００℃になれ
ば、均熱加熱工程（ｃ２）に移行する。均熱加熱工程の
開始時期は、センサー６９の検知したろう付け室内の温
度が設定値に達すれば、プログラマブルコントローラ６
８によって指示される。この工程では、コントローラ６
８に予め入力されたタイムスケジュールによって、加熱
媒体ガスの吹き込みの中止（休止期間RE)と吹き込み
（ブロー期間BW）とを交互に行う。

【００８５】休止期間にはノズル１６から冷熱媒体ガス
を直接ろう付け室４０に吹き込むと共に、アスピレータ
１７によってろう付け室４０内の高温加熱媒体ガスの吸
引除去を同時に行うことによってろう付け室４０の温度
を急激に低下させる。

【００８６】ろう付室４０内の温度を制御するために
は、チューブヒーターの燃料の供給量を増減する方法、
ろう付け室に直接吹き込む低温の熱媒体ガスの量を増減
する方法および、均熱加熱工程中のブロー期間と休止期
間の時間的割合を変化させる方法が用いられる。これら
の方法は、単独または２つ以上の組み合わせて行なうこ
とができる。

【００８７】ろう付けの終わったワークピースは冷却工
程（ｄ）に移行し、低温の熱媒体ガス、水冷管および空
気吹き込みによって急激に冷却させる。

【００８８】＜加熱媒体ガス噴出ノズルの効果＞図１５
は加熱媒体ガス噴出ノズル４３から噴出す熱媒体ガスの
流速を常温で測定したもので、横７列縦５列のノズルを
左右両面に備えたろう付け炉について測定したものであ
る。この実測値によって分かるように、最大値１４．５
m／秒、最小値１１．０m／秒、すなわち誤差範囲は１
２．７５±１．７５ｍ／秒と極めて小さく、噴出し面に
おける偏差が極めて小さいことがわかる。すなわちワー
クピースに対して均一に加熱媒体ガスが吹き付けられて
いることを示している。

【００８９】（操業例） 装置：予熱炉、ろう付け炉、冷却炉を連続したインデッ
クスタイプのコンベクション炉 ろう付け炉：内径１２００ｍｍW×１２００ｍｍL×６５
０ｍｍH 加熱方式：プロパンガスバーナー内蔵のチューブヒータ
ー ワークピース：ＡＡ３００３アルミニウム製のラジエー
タ部品にＡＡ４０４５シリコン合金をクラッドしたＡＡ
３００３アルミニウム製のフィンを組立てたもの。 フラックス：弗化物フラックス 予熱温度： ３５０℃±５０℃ ろう付け温度：６００℃±１０℃ ろう付け工程における加熱媒体ガスの温度： 熱媒体ガス加熱室内：７００〜７５０℃ ノズル内：６００〜６２０℃ サイクル時間：１０〜１５秒 加熱媒体ガスのブロー期間と休止期間の時間の割合：５
０：５０ （標準設定は５０：５０にして作業仕上がりの結果で比
率を変えて調節する。） ろう付け時間（ろう付炉内滞留時間）：５分〜２０分 吹き込みガスの量と温度： １５立方ｍ／時、温度６０
０〜６２０℃ 休止期間に吹き込む冷熱媒体ガス（窒素ガス）の量と温
度：１５立方ｍ／時、温度２０℃ 不良品発生率（ワークピース２００個の実績）：０ （縦来法） パルス加熱を行なわなかった場合のろう付け時間：３０
分 不良品の発生率（ワークピース２０００個の実績）：約
３％

【００９０】

【発明の効果】（１）インデックスタイプのコンベクシ
ョン式ろう付け装置において、ワークピースがろう付け
温度に達してから、加熱媒体ガスをろう付け室に吹き込
むブロー期間と加熱媒体ガスのろう付け室への吹き込み
を中断する休止期間とを周期的に切り替える均熱加熱手
段を設けたことにより、ワークピース表面の過熱による
材質の劣化を防止し、ワークピースの三次元的温度勾配
を解消してろう付け品質を向上させるとともに、ろう付
け作業時間を１／２以下に短縮でき、省エネルギー効果
を向上させることができた。

【００９１】（２）均熱加熱手段として、加熱媒体ガス
流路を周期的に開閉できる加熱媒体ガス流路開閉機構を
設けると共に、休止期間に加熱媒体ガスを加熱媒体ガス
流路の途中からろう付け室を経由しないで直接熱媒体ガ
ス加熱室へ還流させるバイパス流路を設けたことによ
り、既存装置を大改造することなく、しかも、簡単な操
作で精度よく加熱媒体ガスの温度を制御することができ
た。なお、熱媒体ガスとして使用する窒素ガスの消費量
はマッフル炉に比較して１／６に低減することができ
た。

【００９２】（３）均熱加熱手段として、休止期間に冷
熱媒体ガスをろう付け室内に直接吹き込むと共に、ろう
付け室内の高温熱媒体ガスを吸引除去する装置を設けた
ので、ろう付け室内温度を急激に低下させ、ろう付け炉
内温度を上下させるサイクルタイムを短縮でき、作業時
間を大幅に短縮することができた。

【００９３】（４）加熱媒体ガス吹付手段として、ろう
付け室の壁面に取り付けられ、ワークピースの方向を指
向する多数のノズルを設けたことにより、ワークピース
に対する熱媒体ガスの吹き付け量が平面的に均一にな
り、ワークピースの表面を均一に加熱することができ
た。

【００９４】（５）本発明のコンベクション炉はインデ
ックスタイプであるので、乾燥炉、予熱炉、ろう付炉、
冷却炉はいずれも扉で仕切られ密封されていて、炉内の
温度管理と露点管理が容易となり、これに加えて加熱媒
体ガスの吹き込みを短い周期で断続的に行うことによ
り、ワークピースの部分的な過熱や立体的な温度勾配が
少なくなり、フラックスが局部的に過熱されて流出する
ことがなくなり、結果としてフラックスの使用量が１／
３程度ですみ、しかも高品質のろう付けができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンベクション式ろう付け装置の実施
例を示す装置全体の縦断面図。

【図２】図４のIII−III線によるろう付け炉の縦断面
図。

【図３】図４のII−II線によるろう付け炉の縦断面図。

【図４】図２のI−I線によるろう付け炉の横断面図。

【図５】廃ガス吸引装置の部分的断面図。

【図６】廃ガス吸引装置吹き込みノズルの部分的断面
図。

【図７】予熱炉、ろう付け炉、冷却炉の横断面図。

【図８】本発明のコンベクション式ろう付け装置の他の
実施例におけるろう付け炉の図１０のＩＶ−ＩＶ線によ
る縦断面図。

【図９】図１０のＶ−Ｖ線による縦断面図。

【図１０】図８のＶＩ−ＶＩ線による横断面図。

【図１１】図８のＶＩＩ−ＶＩＩ線による横断面図。

【図１２】図８のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による横断面
図。

【図１３】熱媒体ガス加熱手段の他の実施例を示す斜面
図。

【図１４】予熱工程、ろう付け工程におけるワークピー
スの表面温度の変化を示す説明図。

【図１５】加熱媒体ガス吹き込みノズルの流速実測値を
示す表。

【符号の説明】

１０ 乾燥炉 １６ 冷熱媒体ガス噴出ノズル １７ アスピレータ ２０ 予熱炉 ３０ ろう付け炉 ３６ チューブヒーター ３７ ファン ３８ 切替弁 ３９ 切替弁 ４０ ろう付け室 ４３ 加熱媒体ガス噴出ノズル ４５ 熱媒体ガス加熱室 ４６ 排出口 ５０ 冷却炉 ２００ 高周波加熱装置 ２０１ 加熱板 ２０２ ウォータジャケットコイル Ｗ ワークピース Ｔ トレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｂ 9/24 Ｆ２７Ｂ 9/24 Ｅ 9/36 9/36 9/39 9/39 9/40 9/40 Ｆ２７Ｄ 7/04 Ｆ２７Ｄ 7/04 7/06 7/06 Ｃ 9/00 9/00 // Ｂ２３Ｋ 101:14 Ｂ２３Ｋ 101:14 103:10 103:10

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ろう付け炉内に少なくとも熱媒体ガス加
   熱室、ろう付け室および該熱媒体ガス加熱室で加熱され
   た加熱媒体ガスが上記ろう付け室を経由して上記熱媒体
   ガス加熱室に還流される加熱媒体ガス流路を有するコン
   ベクション式ろう付け装置であって、上記熱媒体ガス加
   熱室で加熱された加熱媒体ガスを上記ろう付け室に吹き
   込むブロー期間と加熱媒体ガスの上記ろう付け室への吹
   き込みを中断する休止期間とが交互に実施されるように
   上記加熱媒体ガス流路を周期的に開閉できる加熱媒体ガ
   ス流路開閉機構および上記休止期間に加熱媒体ガスを上
   記加熱媒体ガス流路の途中から上記ろう付け室を経由し
   ないで直接上記熱媒体ガス加熱室に還流させるバイパス
   流路とを備えていることを特徴とする金属製ワークピー
   スのコンベクション式ろう付け装置。
2. 【請求項２】 上記加熱媒体ガス流路開閉機構は、上記
   ブロー期間に上記加熱媒体ガス流路が開放されると同時
   に上記バイパス流路が閉鎖され、上記休止期間に上記加
   熱媒体ガス流路が閉鎖されると同時に上記バイパス流路
   が開放されるように制御する加熱媒体ガス流路開閉制御
   手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の金属
   製ワークピースのコンベクション式ろう付け装置。
3. 【請求項３】 上記加熱媒体ガス流路開閉制御手段は、
   上記ブロー期間と上記休止期間とのサイクルタイムが５
   秒〜５分になるように上記加熱媒体ガス流路開閉機構を
   開閉制御する機能を備えていることを特徴とする請求項
   ２記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付
   け装置。
4. 【請求項４】 上記加熱媒体ガス流路開閉制御手段は、
   上記ブロー期間と休止期間との比率を上記ろう付け室内
   の温度に応じてフィードバック制御する補正制御手段を
   備えていることを特徴とする請求項３記載の金属製ワー
   クピースのコンベクション式ろう付け装置。
5. 【請求項５】 上記ろう付け室には加熱媒体ガス吹き込
   みの休止期間に冷熱媒体ガスを該ろう付け室内に導入す
   る冷熱媒体ガス導入手段を付設したことを特徴とする請
   求項１記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろ
   う付け装置。
6. 【請求項６】 上記ろう付け室には、加熱媒体ガス吹き
   込みの休止期間に作動する加熱廃ガス排出手段を付設し
   たことを特徴とする請求項１記載の金属製ワークピース
   のコンベクション式ろう付け装置。
7. 【請求項７】 上記加熱廃ガス排出手段は、上記ろう付
   け室内に開口する排出管の出口側に圧縮空気で作動する
   ベンチュリー管を取り付けて構成されていることを特徴
   とする請求項６記載の金属製ワークピースのコンベクシ
   ョン式ろう付け装置。
8. 【請求項８】 上記熱媒体ガス加熱室は、熱媒体ガス加
   熱手段としてチューブヒーターを備えていることを特徴
   とする請求項１記載の金属製ワークピースのコンベクシ
   ョン式ろう付け装置。
9. 【請求項９】 上記熱媒体ガス加熱室は、熱媒体ガス加
   熱手段として、放熱突起を多数有する高周波誘導加熱装
   置を備えていることを特徴とする請求項１記載の金属製
   ワークピースのコンベクション式ろう付け装置。
10. 【請求項１０】 上記ろう付け室は、ろう付け室内にセ
    ットされた金属製ワークピースに対して加熱媒体ガスを
    吹き付ける加熱媒体ガス吹付手段を備えていることを特
    徴とする請求項１記載の金属製ワークピースのコンベク
    ション式ろう付け装置。
11. 【請求項１１】 上記加熱媒体ガス吹付手段は、上記ろ
    う付け室の壁面に取り付けられた、ワークピースの方向
    を指向する多数のノズルより構成されていることを特徴
    とする請求項１０記載の金属製ワークピースのコンベク
    ション式ろう付け装置。
12. 【請求項１２】 上記加熱媒体ガス吹付手段は、上記ろ
    う付け室の相対向する壁面に取り付けられていることを
    特徴とする請求項１０記載の金属製ワークピースのコン
    ベクション式ろう付け装置。
13. 【請求項１３】 上記ノズルは加熱媒体ガスの噴出方向
    を自由に調節できるように構成されていることを特徴と
    する請求項１１記載の金属製ワークピースのコンベクシ
    ョン式ろう付け装置。
14. 【請求項１４】 上記ノズルは上記ろう付け室の壁面上
    に規則的に配置されていることを特徴とする請求項１１
    記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け
    装置。