JP2005111554A

JP2005111554A - ろう接装置およびろう接方法

Info

Publication number: JP2005111554A
Application number: JP2003352834A
Authority: JP
Inventors: Ryo Matsui; 量松井; Hiromitsu Kuroda; 洋光黒田; Kazuma Kuroki; 一真黒木; Hideyuki Sagawa; 英之佐川
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】高真空度にすることなく小型、かつ、安価な設備でろう接を行うことができるろう接装置およびろう接方法を提供する。
【解決手段】排気手段により排気されて減圧される真空炉２と、真空炉２内に所定の間隔をおいて対向配置された陽極６と陰極の役目を果たす第１および第２の母材７Ａ，７Ｂおよびろう材８と、電極間に直流電圧を印加する電源部５とを備えるろう接装置を用いる。陰極側に、ろう接を行う第１および第２の母材７Ａ，７Ｂおよびろう材８を配置し、両電極間に直流電圧を印加して両電極間でグロー放電を行うことにより母材７Ａ，７Ｂおよびろう材８を加熱し、ろう材を溶解してろう接を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ろう接装置およびろう接方法に関し、特に、高真空度にすることなく小型、かつ、安価な設備でろう接を行うことができるろう接装置およびろう接方法に関する。

金属同士の接合、または金属とセラミックス等の異種材料を接合する方法の―つにろう接が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ろう接は基材より融点が低いろう材を溶融させ、同種または異種材料同士を接合する方法であり、融点４５０℃以上のろう材を使用するものがろう付けであり、融点４５０℃以下のろう材を使用するものが半田付けである。ろう材としては、銀ろう、りん銅ろう、ニッケルろう、パラジウムろう等が使用されている。

特許文献１に記載されたろう接装置によるろう接は、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格）製のプレートに粉末状のニッケルろう材を使用してフィンを接合するものであり、加熱炉によりプレート、フィンおよびニッケルろう材をニッケルろう材の溶解温度よりやや高めの１０８０℃に加熱し、真空度１×１０^-2Ｐａで行われるものである。この方法によれば、真空度１×１０^-2Ｐａとすることにより、プレート、フィン及びろう材の表面酸化を防止できるため、プレートとフィンの接合不良を生じない。
特開２００１−１５０１２６号公報（段落００２０）

しかし、従来のろう接装置によると、加熱炉の内部で接合対象である金属やろう材によっては温度を１０００℃以上にしなければならないため、加熱炉全体を覆う断熱材や輻射熱を防御する防護材の厚さを厚くする必要があるので、加熱炉が大型化するという問題がある。また、接合対象である金属やろう材の表面酸化を防止するために高真空度とすべく、油拡散ポンプ等の高性能の真空機器が必要となるが、それらの設備は高価であるという問題がある。

従って、本発明の目的は、高真空度にすることなく小型、かつ、安価な設備でろう接を行うことができるろう接装置およびろう接方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、排気手段により排気されて減圧される真空炉と、前記真空炉内に所定の間隔をおいて対向配置された一対の電極と、前記一対の電極のうち陰極となる電極側に複数のろう接対象を配置するとともに、前記複数のろう接対象の間にろう材を配置し、前記一対の電極間に直流電圧を印加して前記一対の電極間でグロー放電を発生させることにより前記ろう材を溶解して前記複数のろう接対象を接合させるグロー放電発生手段を備えたことを特徴とするろう接装置を提供する。

前記ろう接装置において、前記真空炉は、内部が真空度１０〜１×１０³Ｐａに保持されることが好ましい。

前記ろう接装置において、前記真空炉は、内部に不活性ガスと還元性を有するガスの混合ガスを注入されることが好ましい。

前記ろう接装置において、前記陰極は、ろう接対象が兼ねることが好ましい。

本発明は、上記目的を達成するため、真空炉内に所定の間隔をおいて一対の電極を対向配置し、前記一対の電極のうち陰極となる電極側に複数のろう接対象を配置するとともに、前記複数のろう接対象の間にろう材を配置し、前記一対の電極間に直流電圧を印加して前記一対の電極間でグロー放電を発生させることにより前記ろう材を溶解して前記複数のろう接対象を接合することを特徴とするろう接方法を提供する。

本発明のろう接装置によれば、グロー放電により、ろう接対象およびろう材の付近のみが高温となるが、他の部位は高温とならないので、真空炉内全体を断熱材で覆う必要がなく、小型、かつ安価な設備でろう接を行うことができる。

本発明のろう接装置によれば、真空炉内部の真空度を１０〜１×１０³Ｐａに保持すればよいため、従来のろう接時の真空度に比べて真空度を高める必要がなく、小型、かつ安価な設備でろう接を行うことができる。

本発明のろう接装置によれば、不活性ガスと還元性ガスの混合ガスを注入してろう接を行うため、従来のろう接時の真空度に比べて真空度を高める必要がなく、ろう接対象やろう材の表面が酸化することを防ぐことができる。

本発明のろう接装置によれば、陰極をろう接対象が兼ねるため、小型、かつ安価な設備でろう接を行うことができる。

本発明のろう接方法によれば、グロー放電により、ろう接対象およびろう材の付近のみが高温となるが、他の部位は高温とならないので、真空炉内全体を断熱材で覆う必要がなく、小型、かつ安価な設備でろう接を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るろう接装置の概念構成図を示す。このろう接装置１は、所定の圧力に減圧することができる真空炉２と、真空炉２内に配置されて陰極を構成する第１の母材７Ａ、ろう材８および第２の母材７Ｂと、陽極６と、第１の母材７Ａ、ろう材８、第２の母材７Ｂおよび陽極６にリード５Ａを介して高圧の直流電圧を印加する電源部５と、真空炉２にパイプ３Ａを介して特定のガスを供給するガス注入部３と、真空炉２内の空気をパイプ４Ａを介して減圧する排気部４とを備える。なお、図示していないが、陰極を構成する第１の母材７Ａ、ろう材８および第２の母材７Ｂと陽極６とを覆う断熱材および輻射熱を形成しておく。

このろう接装置１を使用してろう付けを行う方法について説明する。第１の母材７Ａの上には、ろう材８を介して第１の母材７Ａにろう付けされる第２の母材７Ｂがセットされる。例えば、熱交換機の部品を製作するのであれば、第１の母材７Ａを銅パイプ、第２の母材７Ｂをフィン、ろう材８を銀ろうとする。ろう材８および第２の母材７Ｂが良導体であれば、第１の母材７Ａ、ろう材８および第２の母材７Ｂが陰極となる。まず、図示しないスイッチを押下して、排気部４をオンにし、排気部４により真空炉２中の空気をパイプ４Ａを介して排気部４により排気し、真空度１×１０³Ｐａとする。次に、ガス注入部３をオンにし、ガス注入部３からアルゴンと水素の混合ガスを注入する。

次に、電源部５をオンにし、電源部５により高圧直流電圧（２００〜６００Ｖ）を発生させ、リード５Ａを介して陽極６および第１の母材７Ａに印加して、陽極６と、第１の母材７Ａ、ろう材８あるいは第２の母材７Ｂとの間にグロー放電を発生させ、プラズマ状態の陽イオン（アルゴンの陽イオン）を生じさせる。図１に示すように、グロー放電により生じた陽イオン９は、陰極を構成する第１の母材７Ａ、ろう材８あるいは第２の母材７Ｂに引きつけられて衝突する。この衝突する陽イオン９の運動エネルギーが熱に変換されて陰極を構成する第１の母材７Ａ、ろう材８あるいは第２の母材７Ｂが加熱される。この加熱は、ろう材８の融点より５０〜１００℃高い温度で、５〜３０分行う。この加熱によりろう材８が溶解し、ろう材８が第１および第２の母材７Ａ，７Ｂの表面上を広がりろう材８を介して第１および第２の母材７Ａ，７Ｂが接合される。次に、真空炉２内の温度を所定の温度まで冷却して、接合された第１および第２の母材７Ａ，７Ｂを取り出す。

本実施の形態によれば、グロー放電を発生させ、プラズマ状態の陽イオンを第１および第２の母材７Ａ，７Ｂおよびろう材８に衝突させるため、電気炉よりも効率よく加熱することができる。

また、グロー放電は、陰極側が高温となるが、熱的に非平衡であるため、陽極と陰極側のみを覆う断熱材を設ければよいので、小型の装置でろう付けを行うことができる。

また、従来のろう付け時のように真空度を高める必要がないため、小型の装置でろう付けを行うことができる。

また、アルゴンと水素の混合ガスは、ろう材８と反応しにくく、また、水素ガスは還元作用があるため、ろう材８と第１および第２の母材７Ａ，７Ｂの表面酸化を防ぐことができるので、ろう付けを確実に行うことができる。

ろう材として銅−チタン系ろう材を使用し、母材にはステンレス（ＳＵＳ３０４）を使用した。真空炉２内の雰囲気をアルゴンガスと水素ガスの混合ガスに置換した後、真空度１×１０²Ｐａとし、印加電圧は３００Ｖとした。ろう材が９００〜９６０℃に上がった後、１５分間保持してろう付けを行った。

ろう材をニッケル−チタン−銅系ろう材とした以外は、実施例１と同じ条件でろう付けを行った。
（比較例１）
実施例１と同じろう材、母材を使用し、真空度１×１０^-3Ｐａ、温度１０００℃で１５分間保持し、ろう付けを行った。
（比較例２）
実施例２と同じろう材、母材を使用し、真空度１×１０^-3Ｐａ、温度１０００℃で１５分間保持し、ろう付けを行った。

本発明の実施例１は、接合強度が比較例１と同等であり、また、表面状態が良好であった。また、実施例２は、接合強度が比較例２と同等であり、また、表面状態が良好であった。実施例１の真空度が真空度１×１０²Ｐａで、比較例１の真空度が１×１０^-3Ｐａであることから、実施例１は比較例１の１０⁵倍ほど高い圧力でよく、ろう付け温度が６０〜１００℃低い温度でろう付けを行うことができる。実施例２と比較例２の関係も同様である。

なお、本発明の実施の形態では、真空度１０〜１×１０³Ｐａの範囲でろう付けを行うこととしたが、印加電圧と加熱効率を考慮すると真空度１×１０²Ｐａ程度が望ましい。また、種々の材料のろう材を使用して種々の材料のろう付けを行うことができる。また、本発明の実施の形態では、ろう付けについて説明したが、ろう付け温度を下げることによって、はんだ付けにも適用できる。また、母材を陰極としたが、陰極を設け、この陰極にろう接材料を接続してもよい。また、断熱材は、従来のように真空炉全体に設けてもよく、陰極付近のみに設けてもよい。

本発明の実施の形態に係るろう接装置の概念構成図を示す図である。

符号の説明

１ろう接装置
２真空炉
３ガス注入部
３Ａ，４Ａパイプ
４排気部
５電源部
５Ａリード
６陽極
７Ａ第１の母材
７Ｂ第２の母材
８ろう材
９陽イオン

Claims

排気手段により排気されて減圧される真空炉と、
前記真空炉内に所定の間隔をおいて対向配置された一対の電極と、
前記一対の電極のうち陰極となる電極側に複数のろう接対象を配置するとともに、前記複数のろう接対象の間にろう材を配置し、前記一対の電極間に直流電圧を印加して前記一対の電極間でグロー放電を発生させることにより前記ろう材を溶解して前記複数のろう接対象を接合させるグロー放電発生手段とを備えたことを特徴とするろう接装置。
前記真空炉は、内部が真空度１０〜１×１０³Ｐａに保持されることを特徴とする請求項１記載のろう接装置。
前記真空炉は、内部に不活性ガスと還元性を有するガスの混合ガスが注入されることを特徴とする請求項２記載のろう接装置。
前記陰極は、前記ろう接対象が兼ねることを特徴とする請求項１記載のろう接装置。
真空炉内に所定の間隔をおいて一対の電極を対向配置し、
前記一対の電極のうち陰極となる電極側に複数のろう接対象を配置するとともに、前記複数のろう接対象の間にろう材を配置し、
前記一対の電極間に直流電圧を印加して前記一対の電極間でグロー放電を発生させることにより前記ろう材を溶解して前記複数のろう接対象を接合することを特徴とするろう接方法。