JP2010025762A - ろう付け状態の検査方法、及びその検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、検査精度の低下が抑制され、工程数が簡素化されたろう付け状態を検査するろう付け状態の検査方法及びその検査装置を提供する。
【解決手段】管状の外部部材と、外部部材の内部空間に配置され、該外部部材の内壁にろう付けされた内部部材との、ろう付け状態を検査するろう付け状態の検査方法であって、内部空間を密閉し、該内部空間の気体に圧力変動を生じさせることで、気体の温度を変動させ、外部部材の表面温度分布を検出し、検出された表面温度分布に基づいて、ろう付け状態を検査する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの部材のろう付け状態を非破壊で検査するろう付け状態の検査方法、及びその検査装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示すように、流体に圧力変動を加えて流体温度を変動させ、流体乃至は流体と接する検査対象（上部に薄膜が接着された基板）の温度変化を検出し、検出された温度変化に基づいて流体乃至は上部に薄膜が接着された基板の熱伝達特性を測定することで、非破壊で薄膜と基板との接着状態の検査を行う熱伝達特性測定装置及び熱伝達特性測定方法が提案されている。特許文献１に示される検査方法では、検査対象（上部に薄膜が接着された基板）に温度変化を生じさせるために、検査対象を密閉された検査槽内に配置し、該検査槽内の気体に圧力変動を加えることで検査対象に温度変化を生じさせ、検査対象の温度分布を、検査槽の外部に設けられた赤外線サーモカメラで撮像することで、基板と薄膜との接着状態の不良箇所を検出するようにしている。
特開２００６―２０８２５７号公報

しかしながら、特許文献１に示される方法では、検査対象に温度変化を生じさせるための耐圧性を有する検査槽を設けなくてはならなく、コストアップの原因となる。また、赤外線サーモカメラを検査槽の外部に設置した状態で、検査対象の温度分布を測定するには、検査槽の壁面に、圧力に強く、赤外線の透過率が良く、さらに温度変化によって透過率が変化しにくい撮像用の観測窓を設けなくてはならない。このような観測窓としては、サファイアなどを採用することができるが、サファイアは、一般的に他の窓材に比べて高く、これもコストアップの原因となる。また、観測窓を介して温度変化を検査する場合、観測窓によって赤外線が吸収されるので、これによって検査精度が落ちることも懸念される。これに対し、赤外線サーモカメラを検査槽内に配置する構成も考えられる。しかしながら、検査時に、検査槽内の圧力が変動するために、その圧力が赤外線サーモカメラに印加され、これによって赤外線サーモカメラに不具合が生じる可能性がある。

また、上記した検査を行うために、検査槽内に検査対象を出し入れする工程を経なくてはならないので、工程数が増えることも懸念される。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、低コストで、検査精度の低下が抑制され、工程数が簡素化されたろう付け状態を検査するろう付け状態の検査方法及びその検査装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、管状の外部部材と、外部部材の内部空間に配置され、該外部部材の内壁にろう付けされた内部部材との、ろう付け状態を検査するろう付け状態の検査方法であって、内部空間を密閉し、該内部空間の気体に圧力変動を生じさせることで、気体の温度を変動させ、外部部材の表面温度分布を検出し、検出された表面温度分布に基づいて、ろう付け状態を検査することを特徴する。

本発明によれば、管状の外部部材を密閉し、外部部材の内部空間の気体に圧力変動を生じさせる。これにより、気体の温度を変動させ、気体と接する外部部材及び内部部材の温度を変化させる。ろう付け状態が正常な部位と欠陥が生じている部位とでは、外部部材と内部部材との熱的な接続状態が異なるため、外部部材において、熱平衡状態への温度上昇の振る舞いが異なるものとなる。したがって、外部部材の表面温度分を検出することで、ろう付け状態を検査することができる。

このように、検査対象に温度変化を生じさせるための検査槽を設けなくとも、２つの部材のろう付け状態の検査を非破壊で行うことができるので、低コストで検査を行うことができる。また、従来のように、観測窓を介して温度変化を検査しなくとも良いので、検査精度の低下を抑制することができる。また、従来のように、検査槽内に検査対象（外部部材と内部部材）を出し入れしなくともよいので、工程数を簡素化することができる。

以上のようにして、上記した検査方法は、低コストで、検査精度の低下が抑制され、工程数が簡素化されたろう付け状態を検査するろう付け状態の検査方法となっている。

請求項２に記載の発明の作用効果は、請求項１に記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。

請求項３に記載のように、検出手段としては、熱放射分布を測定する赤外線サーモカメラ、及び該熱放射分布を表面温度分布に変換する変換部と該表面温度分布を表示する表示部を備えるパソコンを有するサーモグラフィを採用することができる。

請求項４に記載のように、外部部材としては、熱交換器における冷却媒体流通用の管を採用することができ、内部部材としては、波板形状のインナフィンを採用することができる。このように、管の内壁とインナフィンとのろう付け状態を検査対象とすることで、熱交換器としての放熱性を検査することができる。

以下、本発明を、冷却媒体流通用の管と、該管の内部空間に配置され、該管の内壁にろう付けされたインナフィンとの、ろう付け状態の検査に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る検査装置の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、ろう付け部位と欠陥部位の温度上昇の振る舞いを示す図である。

図１及び図２に示すように、ろう付け状態の検査装置１００は、要部として、検査対象である管１０の内部空間１０ａと圧力ポンプ４０との連通を制御する開閉弁３０と、管１０の開口１２ａに設けられた蓋３１と、管１０の内部空間１０ａの圧力を変動させる圧力ポンプ４０と、管１０の熱放射分布を測定し、該熱放射分布を表面温度分布に変換し、該表面温度分布を表示するサーモグラフィ５０と、を有している。

管１０は、熱交換器における冷却媒体が流通されるものであり、冷却媒体が流入される流入管１１と、冷却媒体を排気する排気管１２と、これらを連結する連結管１３と、を有している。図１に示すように、これら流入管１１、排気管１２、連結管１３の壁面によって平面略矩形状の配置領域１５（図１で破線で囲まれた領域）が形成されており、該配置領域１５に冷却対象（例えばインバータ）を配置することで、冷却対象を冷却するようになっている。

流入管１１の開口１１ａには、中継管１４と開閉弁３０を介して圧力ポンプ４０が接続されており、排気管１２の開口１２ａには蓋３１が設けられて閉塞されている。開閉弁３０に開信号（図１に示す白抜き矢印）が入力されると、内部空間１０ａと圧力ポンプ４０とが連通され、蓋３１と圧力ポンプ４０によって内部空間１０ａが密閉状態となる。これに対し、開閉弁３０に閉信号が入力されると、内部空間１０ａと圧力ポンプ４０との連通が遮断され、蓋３１と開閉弁３０によって内部空間１０ａが密閉状態となる。

図２に示すように、管１０（連結管１３）の内部空間１０ａには、熱伝導率が高い材料（例えばアルミニウム等の金属）によって形成された波板形状のインナフィン１６が設けられており、該インナフィン１６の頂点部と連結管１３の内壁１３ａとがろう付けされている。このように、内部空間１０ａにインナフィン１６を設けることで、内部空間１０ａを流通する冷却媒体との接触面積を増やし、管１０の放熱効果を向上するようになっている。

サーモグラフィ５０は、特許請求の範囲に記載の検出手段に相当し、管１０の熱放射分布を測定する赤外線サーモカメラ５１、及び該熱放射分布を表面温度分布に変換する変換部と該表面温度分布を表示する表示部を備えるパソコン５２を有するものである。

次に、本発明における管１０とインナフィン１６とのろう付け状態を検査する原理について説明する。開閉弁３０を開状態とし、内部空間１０ａと圧力ポンプ４０とを連通させると、内部空間１０ａの気体圧力（内圧）が一瞬で上昇（断熱圧縮）し、これに伴って、内部空間１０ａの気体温度も一瞬で上昇する。これにより、管１０とインナフィン１６の温度も急激に上昇する。熱は、内部空間１０ａの気体（例えば空気）から内壁１３ａに伝達され、内壁１３ａから外壁１３ｂに向けて拡散し、一定の時間が経つと、内部空間１０ａの気体と内壁１３ａ、及び内壁１３ａと外壁１３ｂの温度が略一定となる（熱平衡状態となる）。しかしながら、非熱平衡状態においては、構成材料の熱伝導率と連結管１３の内部構造によって、内壁１３ａに伝達される熱の速度が異なるため、温度分布は一様とはならない。

先ず、ろう付け状態が正常な場合における外壁１３ｂの温度上昇の振る舞いを説明する。図２に示すように、内壁１３ａにおけるインナフィン１６と正常にろう付けされている部位１７（以下、ろう付け部位１７と示す）は、インナフィン１６がろう付けされているために、内部空間１０ａの気体が直接接触されず、内壁１３ａにおけるインナフィン１６がろう付けされていない部位１８（以下、非ろう付け部位１８と示す）と比べて、圧力印加直後では温度上昇が遅い。しかしながら、インナフィン１６を形成するアルミニウムなどの金属は空気よりも熱伝導率が高いため、インナフィン１６からも熱がろう付け部位１７に伝達され始めると、非ろう付け部位１８と比べて温度上昇が速くなる。すなわち、ろう付け部位１７における外壁１３ｂの温度が早く熱平衡状態に移行する。図３にろう付け部位１７の温度上昇の振る舞いを実線で示す。なお、図３における一点差線は、熱平衡状態における温度を示している。

次に、ろう付け状態が異常な場合における外壁１３ｂの温度上昇の振る舞いを説明する。図２に示すように、内壁１３ａにおけるインナフィン１６とのろう付けに欠陥（接続不良）が生じている部位１９（図２において破線で囲まれた部位であり、以下、欠陥部位１９と示す）は、インナフィン１６がろう付けされていないので、ろう付け部位１７とは異なる温度上昇の振る舞いを示す。図３に、欠陥部位１９の温度上昇の振る舞いを破線で示す。図３に示すように、欠陥部位１９は、インナフィン１６がろう付けされていないので、欠陥部位１９には内部空間１０ａの気体が直接接触され、圧力印加直後における温度上昇がろう付け部位１７よりも速い振る舞いを示す。しかしながら、ろう付け部位１７にインナフィン１６からの熱が伝達され始めると、欠陥部位１９とろう付け部位１７の温度上昇の速さが逆転する。すなわち、欠陥部位１９における外壁１３ｂの温度が、ろう付け部位１７における外壁１３ｂの温度よりも長い時間をかけて熱平衡状態に移行する。なお、非ろう付け部位１８にはインナフィン１６がろう付けされていないので、非ろう付け部位１８には内部空間１０ａの気体が直接接触され、圧力印加直後における温度上昇が欠陥部位１９と同じような振る舞いを示す。しかしながら、非ろう付け部位１８の近傍におけるろう付け部位１７ａ，１７ｂからインナフィン１６の熱が非ろう付け部位１８に伝達され始めると、非ろう付け部位１８は、欠陥部位１９よりも温度上昇が速くなる。すなわち、欠陥部位１９における外壁１３ｂの温度が、非ろう付け部位１８における外壁１３ｂの温度よりも長い時間をかけて熱平衡状態に移行する。

このように、欠陥部位１９における外壁１３ｂの温度は、ろう付け部位１７にインナフィン１６から熱が伝達され始めると、ろう付け部位１７及び非ろう付け部位１８における外壁１３ｂの温度よりも長い時間をかけて熱平衡状態に移行するので、加圧した状態から熱平衡状態になるまでの外壁１３ｂの温度上昇の振る舞いをサーモグラフィ５０によって観測することで、ろう付け状態の欠陥の有無を判別することができる。

次に、本実施形態の検査方法について説明する。開口１２ａを蓋３１によって閉塞し、開閉弁３０が途中に設けられた中継管１４の一端を開口１１ａに接続し、他端を圧力ポンプ４０に接続する。このさい、開閉弁３０を閉状態としておく。そして、圧力ポンプ４０を動作状態とした後、開閉弁３０に開信号を入力し、赤外線サーモカメラ５１の測定を開始する。これにより、温度上昇から熱平衡状態に移行するまでの外壁１３ｂの熱放射分布を赤外線サーモカメラ５１によって測定し、測定された熱放射分布をパソコン５２の変換部によって表面温度分布に変換し、変換された表面温度分布をパソコン５２の表示部に表示する。上記したように、ろう付け部位１７にインナフィン１６から熱が伝達され始めると、欠陥部位１９における外壁１３ｂの温度はろう付け部位１７及び非ろう付け部位１８における外壁１３ｂの温度よりも長い時間をかけて熱平衡状態に移行するので、表示された表面温度分布の温度上昇の振る舞いを観察することで、ろう付け状態の欠陥の有無を判別することができる。なお、本実施形態において、開閉弁３０は、外壁１３ｂ全体が熱平衡状態になるまで開状態が維持されるように制御される。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態では、管１０の内部空間１０ａの気体に圧力ポンプ４０によって圧力変動を生じさせることで気体の温度を変動させ、気体と接する管１０及びインナフィン１６の温度を変動させている。上記したように、欠陥部位１９にはインナフィン１６がろう付けされていないので、欠陥部位１９における外壁１３ｂの温度は、ろう付け部位１７にインナフィン１６から熱が伝達され始めると、ろう付け部位１７及び非ろう付け部位１８における外壁１３ｂの温度よりも長い時間をかけて熱平衡状態に移行する。したがって、加圧した状態から熱平衡状態になるまでの外壁１３ｂの温度上昇の振る舞いをサーモグラフィ５０によって観測することで、ろう付け状態の欠陥の有無を判別することができる。

このように、本発明によれば、検査対象に温度変化を生じさせるための検査槽を設けなくとも２つの部材のろう付け状態の検査を非破壊で行うことができるので、低コストで検査を行うことができる。また、従来のように、観測窓を介して温度変化を検査しなくとも良いので、検査精度の低下を抑制することができる。また、従来のように、検査槽内に検査対象（管１０）を配置しなくともよいので、工程数を簡素化することができる。

以上のようにして、上記したろう付け状態の検査方法及びその検査装置は、低コストで、検査精度の低下が抑制され、工程数が簡素化されたろう付け状態を検査するろう付け状態の検査方法及びその検査装置となっている。

また、内部空間１０ａに圧力を印加しているので、内部空間１０ａの内圧が高まり、内壁１３ａが、多少外側に膨らむ。これにより、内壁１３ａとインナフィン１６とが点接触で接続されている等の潜在的なろう付け不良を検出することもできる。このように、潜在化しているろう付け状態の欠陥を顕在化させることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、本発明を、冷却媒体流通用の管と、該管の内部空間に配置され、該管の内壁にろう付けされたインナフィンとの、ろう付け状態の検査に適用した例を示した。しかしながら、本発明が上記例に限定されないことは言うまでもない。

本実施形態では、内部空間１０ａの気体圧力を上昇させることで気体の温度を上昇させ、加圧した状態から熱平衡状態に移行するまでの外壁１３ｂの温度上昇の振る舞いを観測することで、ろう付け状態の欠陥の有無を判別する検査例を示した。しかしながら、内部空間１０ａの気体圧力を下降（減圧）させることで内部空間１０ａの気体温度を下降させ、外壁１３ｂの温度下降の振る舞いを観測することで、ろう付け状態の欠陥の有無を判別するようにしても良い。上記したように、欠陥部位１９は、インナフィン１６がろう付けされていないので、内壁１３ａからインナフィン１６を伝って内部空間１０ａの空気に放出される熱量が少ない。したがって、欠陥部位１９における外壁１３ｂの温度は、ろう付け部位１７及び非ろう付け部位１８における外壁１３ｂの温度よりも長い時間をかけて熱平衡状態に移行する。このように、減圧した状態においても、欠陥部位１９とろう付け部位１７及び非ろう付け部位１８では熱平衡状態に移行する振る舞いが異なるので、減圧した状態から熱平衡状態になるまでの外壁１３ｂにおける温度下降の振る舞いを観測することで、ろう付け状態の欠陥の有無を判別することもできる。

本実施形態では、検査時において、開閉弁３０は、外壁１３ｂ全体が熱平衡状態になるまで開状態が維持される例を示した。しかしながら、表面温度分布の変化が僅かで、熱的な雑音の影響を受ける場合、開閉弁３０の開閉を交互に繰り返すことで、加減圧を繰り返し、その加減圧信号とサーモグラフィ５０の信号との相関をとることで、ＳＮ比を改善するようにしてもよい。

本実施形態では、赤外線サーモカメラ５１によって、開閉弁３０に開信号が入力されてから管１０が熱平衡状態となるまで外壁１３ｂの熱放射分布を測定する例を示した。しかしながら、上記したように、欠陥部位１９とろう付け部位１７及び非ろう付け部位１８では熱平衡状態に移行する振る舞いが異なるので、例えば図３に示される非熱平衡状態におけるろう付け部位１７と欠陥部位１９に温度差が生じる任意の時点Ｔ１，Ｔ２における外壁１３ｂの熱放射分布を赤外線サーモカメラ５１によって測定し、測定された熱放射分布をパソコン５２の変換部によって表面温度分布に変換し、変換された表面温度分布をパソコン５２の表示部に表示し、表示された表面温度分布を観察することで、ろう付け状態の有無を判別するようにしても良い。

本実施形態では、検出手段として、管１０の熱放射分布を測定する赤外線サーモカメラ５１、及び該熱放射分布を表面温度分布に変換する変換部と該表面温度分布を表示する表示部を備えるパソコン５２を有するサーモグラフィ５０を採用した例を示した。しかしながら、検出手段は上記例に限定されない。検出手段としては、例えば管１０の熱放射分布を測定する赤外線サーモカメラと、該熱放射分布をプリントアウトするプリンタとを有するものを採用することができる。プリントアウトされた赤外線量の強弱を表す熱放射分布を観測することで、ろう付け状態の欠陥の有無を判別することもできる。

また、本実施形態におけるパソコン５２に、赤外線サーモカメラ５１で測定された熱放射分布のデータと開閉弁３０の開閉状態を同期させるロックインアンプを接続させることで、時間と熱放射分布のデータとが関連付けられた熱放射データをパソコン５２に入力するようにしても良い。

第１実施形態に係る検査装置の概略構成を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 ろう付け部位と欠陥部位の温度上昇の振る舞いを示す図である。

符号の説明

１０・・・管
１６・・・インナフィン
１７・・・ろう付け部位
１９・・・欠陥部位
３０・・・開閉弁
４０・・・圧力ポンプ
５０・・・サーモグラフィ
１００・・・検査装置

Claims (4)

1. 管状の外部部材と、前記外部部材の内部空間に配置され、前記外部部材の内壁にろう付けされた内部部材との、ろう付け状態を検査するろう付け状態の検査方法であって、
   前記内部空間を密閉し、該内部空間の気体に圧力変動を生じさせることで、前記気体の温度を変動させ、
   前記外部部材の表面温度分布を検出し、検出された前記表面温度分布に基づいて、前記ろう付け状態を検査することを特徴とするろう付け状態の検査方法。
2. 管状の外部部材と、前記外部部材の内部空間に配置され、前記外部部材の内壁にろう付けされた内部部材との、ろう付け状態を検査するろう付け状態の検査装置であって、
   前記内部空間を密閉し、前記内部空間の気体に圧力変動を生じさせることで、前記気体の温度を変動させる温度変動手段と、
   前記外部部材の熱放射分布を測定し、前記熱放射分布若しくは該熱放射分布に基づいて変換された表面温度分布を表示する検出手段と、を有することを特徴とするろう付け状態の検査装置。
3. 前記検出手段は、熱放射分布を測定する赤外線サーモカメラ、及び該熱放射分布を表面温度分布に変換する変換部と該表面温度分布を表示する表示部を備えるパソコンを有するサーモグラフィであることを特徴とする請求項２に記載のろう付け状態の検査装置。
4. 前記外部部材は、熱交換器における冷却媒体流通用の管であり、
   前記内部部材は、波板形状のインナフィンであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のろう付け状態の検査装置。

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