JP2012135768A - ろう付け方法及びろう付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＶインバータの冷却器につきレーザ溶接による被溶接部材の変形を防止し、ろう付け品質の向上を図ること。
【解決手段】ＨＶインバータの冷却器を構成するケースと天板をろう付けするろう付け方法であって、（１），（２）ケースの上にろう材層を介して天板を配置し、（３）その後、レーザ溶接の深さをろう材層の厚みの範囲内に制限しながら天板４をレーザ溶接によりケースの上に仮固定し、（４）その後、ろう材層を加熱溶融させることにより天板をケースの上にろう付けする。ここで、レーザ溶接の深さは、レーザのパルス数及び出力のうち少なくとも一方を調整することで制御する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、ハイブリッドインバータ（ＨＶインバータ）の冷却器を構成する２つの部材をろう付けするろう付け方法及びろう付け構造に関する。

従来、ＨＶインバータの冷却器を構成する２つの部材をろう付けするには、加熱溶融時に各部材の変形や位置ズレを抑制する必要がある。そこで、従来は、例えば、図１１に示すように、冷却器３１が、ケース３２と、ケース３２の中に設けられた冷却フィン３３と、冷却フィン３３の上に設けられた天板３４と、天板３４の上に固定された絶縁基板３５とから構成される。そして、ケース３２と天板３４を仮固定するために、大掛かりな仮固定治具４０が使用されていた。下記の特許文献１には、この種の仮固定治具を使用したろう付けの方法の一例が記載されている。この種の仮固定治具は、耐熱性、剛性が求められ、構成が複雑かつ高価となっていた。また、ろう付け加熱とその後の冷却のための時間が、数十分から数時間と長くかかり、仮固定治具の必要個数も製品の数に応じて多数となっていた。

ここで、技術分野はＨＶインバータとは異なるが、下記の特許文献２には、内燃機関のオイルクーラ等の熱交換器に関するろう付けの方法が記載されている。このろう付け方法では、２つの部材をレーザ溶接により仮固定し、その後、両部材をろう付けすることが記載されている。

そこで、ＨＶインバータの冷却器の技術分野に対しても、内燃機関の熱交換器のように、ケース３２に天板３４をレーザ溶接により仮固定し、その後、ケース３２と天板３４をろう付けすることが考えられる。

特開２００１−１２９６６２号公報 特開２００７−０２１５５５号公報

ところで、ＨＶインバータの冷却器の技術分野では、冷却器３１を構成するケース３２と天板３４が精密部材であり、天板３４の絶縁基板３５の上に半導体素子等が搭載されることから、部材接合に精密性と耐久性が要求されていた。

ところが、ＨＶインバータの冷却器３１につき、仮固定のためにレーザ溶接をすることで、被溶接部材であるケース３２と天板３４が変形するおそれがあった。すなわち、レーザ溶接時には、数万℃に及ぶ熱エネルギーがケース３２と天板３４に与えられ、ケース３２と天板３４に熱収縮が起こり、レーザ溶接の深さによっては、ケース３２及び天板３４に歪みが発生するおそれがあった。

また、図１２に断面図で示すように、ケース３２と天板３４をろう材層３６を挟んでろう付けする前に、ケース３２と天板３４をレーザ溶接３７により仮固定する。このとき、レーザ溶接３７の深さがろう材層３６の厚みを越えて下側のケース３２に達した場合には、その溶接痕３８の影響により、溶融したろう材層３６の流れが変化し、接合界面で欠陥（接合不良）が発生したり、図１３に断面図で示すように、熱収縮によりケース３２と天板３４が歪んだりするおそれがあった。更に、図１３に示すような深い溶接痕３８は、その先端がケース３２の中に位置することから、長時間の使用により溶接痕３８がきっかけとなってケース３２にクラックが発生する懸念があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＨＶインバータの冷却器につき、レーザ溶接による被溶接部材の変形を防止し、ろう付け品質の向上を図ることを可能としたろう付け方法を提供することにある。また、この発明の別の目的は、被ろう付け部材の耐久性の向上を図ることを可能としたろう付け構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けするろう付け方法であって、第１の部材の上にろう材層を介して第２の部材を配置し、その後、レーザ溶接の深さをろう材層の厚みの範囲内に制限しながら第２の部材をレーザ溶接により第１の部材の上に仮固定し、その後、ろう材層を加熱溶融させることにより第２の部材を第１の部材の上にろう付けすることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、仮固定のためのレーザ溶接の深さがろう材層の厚みの範囲内に制限されるので、レーザ溶接が第１の部材まで及ぶことがない。また、第２の部材がレーザ溶接により第１の部材の上に仮固定されるので、第２の部材の位置決めのために治具を使用する必要がない。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、レーザ溶接の深さは、レーザのパルス数及び出力のうち少なくとも一方を調整することで制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、レーザのパルス数及び出力の少なくとも一方を調整するだけで、レーザ溶接の深さが容易に制御される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けしたろう付け構造であって、第１の部材の上にろう材層を介して第２の部材がろう付けされ、第２の部材には、レーザ溶接による溶接痕が所々に残存しており、溶接痕の最深部がろう材層の厚みの範囲内に位置することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、溶接痕の深さがろう材層の厚みの範囲内に位置するので、溶接痕の最深部が第１の部材まで及ぶことがない。

請求項１に記載の発明によれば、冷却器を構成する精密部材である第１の部材と第２の部材とのろう付けに際し、仮固定のためのレーザ溶接による両部材の変形を防止することができ、ろう付け品質を向上させることができる。また、ろう付けのための構成を簡略化し安価にろう付けすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、レーザ溶接の深さを、ろう材層の厚みの範囲内に容易に制限することができる。

請求項３に記載の発明によれば、長時間使用しても溶接痕がきっかけとなって第１の部材にクラックが発生することを防止することができ、冷却器を構成する精密部材である第１の部材につきろう付け後の耐久性を向上させることができる。

一実施形態に係り、ＨＶインバータの冷却器を示す斜視図。 同実施形態に係り、冷却器を示す図１のＡ−Ａ線に沿った断面を概略的に示す断面図。 同実施形態に係り、冷却器につき、図２の鎖線円の部分を拡大して概略的に示す断面図。 同実施形態に係り、ろう付け方法の手順を示すフローチャート。 同実施形態に係り、天板への複数の絶縁基板の配置の工程を示す斜視図。 同実施形態に係り、天板への絶縁基板の溶接の工程を示す側面図。 同実施形態に係り、ケースへの冷却フィン及び天板等の配置の工程を示す斜視図。 同実施形態に係り、天板上の複数の箇所に対するレーザ溶接の工程を示す斜視図。 同実施形態に係り、天板とケースのレーザ溶接の工程を示す断面図。 同実施形態に係り、レーザ出力と照射時間の関係を示すグラフ。 従来例に係り、仮固定治具による冷却器の仮固定の様子を示す部分破断側面図。 従来例に係り、ケースと天板とのレーザ溶接による状態を示す断面図。 従来例に係り、レーザ溶接されたケースと天板との熱収縮による歪みを示す断面図。

以下、本発明における「ろう付け方法及びろう付け構造」をＨＶインバータの冷却器に具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、ＨＶインバータの冷却器１を斜視図により示す。図２に、この冷却器１につき、図１のＡ−Ａ線に沿った断面を概略的に断面図により示す。図３に、この冷却器１につき、図２の鎖線円Ｓ１の部分を拡大して概略的に断面図により示す。冷却器１は、箱形に形成された第１の部材としてのケース２と、ケース２の中に設けられた冷却フィン３と、冷却フィン３の上に配置された第２の部材としての天板４と、天板４の上に固定された複数の絶縁基板５とを備える。ケース２は、外周にフランジ２ａを含む。天板４は、冷却フィン３の上を覆うように配置され、その外周にフランジ４ａを含む。天板４のフランジ４ａは、ケース２のフランジ２ａに整合して配置され、ろう付けされている。

すなわち、図３に示すように、天板４のフランジ４ａと、ケース２のフランジ２ａとは、ろう材層６を介して接合されている。また、天板４のフランジ４ａには、所々にレーザ溶接による溶接痕７が残存している。この溶接痕７は、ろう付けする前に、天板４をケース２に仮固定したときのレーザ溶接による痕跡であって、その深さは、ろう材層６の厚みの範囲の中に納まっている。この実施形態では、ケース２のフランジ２ａの厚みＴＫ１が「３.０（ｍｍ）」、天板４のフランジ４ａの厚みＴＫ２が「０.６（ｍｍ）」、ろう材層６の厚みＴＫ３が「０.１５（ｍｍ）」、溶接痕７の直径Ｄ１が「１〜２（ｍｍ）」となっている。この実施形態では、上記した冷却器１につき、本発明のろう付け構造が構成されている。

ここで、上記した冷却器１に係るろう付け構造のろう付け方法について説明する。図４に、この実施形態のろう付け方法の手順をフローチャートにより示す。

先ず、図４（１）に示すように、天板４に複数の絶縁基板５を溶接する。すなわち、図５に斜視図に示すように、天板４の凹部４ｂに複数の絶縁基板５を配置し、図６に示すように、天板４の裏側から複数の絶縁基板５を天板４に対してファイバレーザ装置２１によりレーザ溶接する。

次に、図４（２）に示すように、絶縁基板５が溶接された天板４、冷却フィン３及びケース４等を互いに組み付ける。すなわち、図７に示すように、ケース２の凹部２ｂに冷却フィン３を配置し、その冷却フィン３の上に天板４を配置するなどする。このとき、図２，３に示すように、ケース２のフランジ２ａと天板４のフランジ４ａを合わせるのであるが、その間に所定の厚みＴＫ３を有するろう材層６を設けておく。

次に、図４（３）に示すように、天板４をケース２にレーザ溶接により仮固定する。すなわち、図８に斜視図に示すように、天板４のフランジ４ａ上の複数の箇所にファイバレーザ装置２１によりレーザ溶接を施す。このとき、図９に断面図に示すように、レーザ溶接の深さを、ろう材層６の厚みＴＫ３の範囲内に制御する。この実施形態では、ファイバレーザ装置２１によりレーザを複数回のパルスに分けて被溶接点に照射するようになっている。

図１０に、そのレーザ出力と照射時間の関係をグラフにより示す。図１０に示すように、この実施形態では、レーザを３回のパルスに分けて被溶接点に照射するようになっている。各パルス出力は、立ち上がり時間Ｔｕ１，Ｔｕ２，Ｔｕ３が一律で、その後、ピーク時間Ｔｐ１，Ｔｐ２，Ｔｐ３が制御され、立ち下がり時間Ｔｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３が制御される。従って、各パルス出力の照射時間は、立ち上がり時間Ｔｕ１〜Ｔｕ３に、可変なピーク時間Ｔｐ１〜Ｔｐ３と、可変な立ち下がり時間Ｔｄ１〜Ｔｄ３をそれぞれ加算することで決定される。この実施形態では、レーザのパルス数、各パルス出力の照射時間、或いは、レーザのピーク出力を制御することで、被溶接点に対するトータルのレーザ出力を制御するようになっている。この出力制御により、レーザ溶接の深さを制御するようになっている。

その後、図４（４）に示すように、天板４をケース２にろう付けする。すなわち、仮固定した天板４とケース２（冷却器１のアッシィ）を溶接炉に投入することで、天板４のフランジ４ａとケース２のフランジ２ａをろう付けする。これにより、図１に示すような、ろう付けされた冷却器１が得られる。

上記したようにこの実施形態のろう付け方法では、ＨＶインバータの冷却器１を構成するケース２と天板４をろう付けするに際して、ケース２のフランジ２ａの上にろう材層６を介して天板４のフランジ４ａを配置し、その後、レーザ溶接の深さをろう材層６の厚みＴＫ３の範囲内に制限しながら天板４のフランジ４ａをレーザ溶接によりケース２のフランジ２ａの上に仮固定し、その後、ろう材層６を加熱溶融させることにより天板４のフランジ４ａをケース２のフランジ２ａの上にろう付けするようにしている。

以上説明したこの実施形態のろう付け方法によれば、仮固定のためのレーザ溶接の深さが、ろう材層６の厚みＴＫ３の範囲内に制限されるので、レーザ溶接の影響がケース２のフランジ２ａまで及ぶことがない。このため、冷却器１を構成する精密部材であるケース２と天板４とのろう付けに際し、仮固定のためのレーザ溶接によるケース２と天板４の変形を防止することができ、ろう付け品質を向上させることができる。この結果、冷却器１を構成する精密部材であるケース２につき、ろう付け後の耐久性を向上させることができる。

また、この実施形態のろう付け方法によれば、天板４のフランジ４ａがレーザ溶接によりケース２のフランジ２ａの上に仮固定されるので、天板４のフランジ４ａの位置決めのために、従来例のような仮固定治具４０を使用する必要がない。このため、ろう付けのための構成を簡略化し安価にろう付けすることができる。

また、この実施形態でのろう付け方法によれば、ファイバレーザ装置２１からのレーザのパルス数及び出力の少なくとも一方を調整するだけで、レーザ溶接の深さが容易に制御される。このため、レーザ溶接の深さを、ろう材層６の厚みＴＫ３の範囲内に容易に制限することができる。

更に、この実施形態のろう付け構造によれば、溶接痕７の深さがろう材層６の厚みＴＫ３の範囲内に位置するので、溶接痕７の最深部がケース２のフランジ２ａまで及ぶことがない。このため、長時間使用しても溶接痕７がきっかけとなってケース２のフランジ２ａにクラックが発生することを防止することができる。この意味でも、冷却器１を構成する精密部材であるケース２につき、ろう付け後の耐久性を向上させることができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

例えば、前記実施形態では、本発明を、冷却器１を構成するケース２と天板４とをろう付けする場合に具体化したが、ケースと冷却フィンをろう付けする場合にも具体化することができる。

この発明は、ＨＶインバータの冷却器とその製造に利用することができる。

１ 冷却器
２ ケース（第１の部材）
２ａ フランジ
３ 冷却フィン
４ 天板（第２の部材）
４ａ フランジ
６ ろう材層
７ 溶接痕
ＴＫ３ 厚み（ろう材層の）

Claims (3)

1. ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けするろう付け方法であって、
   前記第１の部材の上にろう材層を介して前記第２の部材を配置し、
   その後、レーザ溶接の深さを前記ろう材層の厚みの範囲内に制限しながら前記第２の部材を前記レーザ溶接により前記第１の部材の上に仮固定し、
   その後、前記ろう材層を加熱溶融させることにより前記第２の部材を前記第１の部材の上にろう付けする
   ことを特徴とするろう付け方法。
2. 前記レーザ溶接の深さは、前記レーザのパルス数及び出力のうち少なくとも一方を調整することで制御することを特徴とする請求項１に記載のろう付け方法。
3. ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けしたろう付け構造であって、
   前記第１の部材の上にろう材層を介して前記第２の部材がろう付けされ、前記第２の部材には、レーザ溶接による溶接痕が所々に残存しており、前記溶接痕の最深部が前記ろう材層の厚みの範囲内に位置することを特徴とするろう付け構造。

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