JP2014200819A - ろう付け装置およびろう付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波を用いて，異種材料を良好にろう付けするろう付け装置およびろう付け方法を提供する。【解決手段】 実施形態に係るろう付け装置は，第１の熱膨張率を有する第１の部材と，この第１の熱膨張率より大きい第２の熱膨張率を有する第２の部材と，をろう材を介して接触させた構造体，を保持する保持部と，前記構造体をマイクロ波で加熱するマイクロ波発生部と，前記構造体を覆う温度調節部材と，前記第１の部材の温度を前記第２の部材の温度より高く，かつ前記ろう材が溶融された第１の状態から，前記第１の部材の温度を前記第２の部材の温度より大きな速度で低減して，前記ろう材が凝固された第２の状態となるように，前記マイクロ波発生部を制御する制御部と，を具備する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は，ろう付け装置およびろう付け方法に関する。

金属同士を接合する手法として，ろう付けが広く知られている。ろう付けでは，接合する母材よりも融点の低い合金（ろう）を溶融し，一種の接着剤として用いることにより母材自体を溶融させずに接合できる。
このろう付けに際し，マイクロ波を用いて，母材等を加熱して，ろうを溶融する手法が知られている。

特開２００８−７３７６７号公報

ここで，異種材料同士を接合する場合，それぞれの熱膨張率の違いにより，接合部に割れが発生する可能性がある。

本発明が解決しようとする課題は，マイクロ波を用いて，異種材料を良好にろう付けするろう付け装置およびろう付け方法を提供することである。

実施形態に係るろう付け装置は，第１の熱膨張率を有する第１の部材と，この第１の熱膨張率より大きい第２の熱膨張率を有する第２の部材と，をろう材を介して接触させた構造体，を保持する保持部と，前記構造体をマイクロ波で加熱するマイクロ波発生部と，前記構造体を覆う温度調節部材と，前記第１の部材の温度を前記第２の部材の温度より高く，かつ前記ろう材が溶融された第１の状態から，前記第１の部材の温度を前記第２の部材の温度より大きな速度で低減して，前記ろう材が凝固された第２の状態となるように，前記マイクロ波発生部を制御する制御部と，を具備する。

本発明によれば，マイクロ波を用いて，異種材料を良好にろう付けすることが可能となる。

第１の実施形態に係るろう付け装置の概略構成を示す図である。 本実施形態に係るろう付けの対象となる異種材料の特性を示す図である。 本実施形態に係るろう付けにおける第１の温度プロファイルについて示した図である。 本実施形態に係るろう付けにおける第２の温度プロファイルについて示した図である。 第２の実施形態に係るろう付け装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係る構造体の分離過程を説明するための図である。 本実施形態に係るろう付けにおける第３の温度プロファイルについて示した図である。 第４の実施形態にかかるろう付け装置の要部構成を示す図である。 第４の実施形態にかかるろう付け装置の要部構成を示す図である。 第５の実施形態に係るろう付け方法を示す図である。

以下，図面を参照して，実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は，本実施形態に係るろう付け装置５０の構成を示す。ろう付け装置５０は，マイクロ波発生器５１と，出力調節器５２と，チャンバー５３と，真空ポンプ５４と，温度情報取得部５５と，制御部５６とを備える。ろう付け装置５０は，チャンバー５３内において，異種材料からなる部材同士をろう付けする。

マイクロ波発生器５１は，制御部５６の制御に応じて所定の周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器５１は，構造体８をマイクロ波で加熱するマイクロ波発生部として機能する。マイクロ波は，例えば，周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚまでの電磁波である。その内，周波数が約３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのものは，波長が数ｍｍであることから，ミリ波と呼ばれる。

出力調節器５２は，マイクロ波発生器５１によって発生された所定の周波数のマイクロ波の出力を制御部５６の制御に応じて調節する。出力調節器５２で出力が調節されたマイクロ波は，チャンバー５３内に設置された接合対象に照射される。なお，制御部５６に応じた出力調節器５２によるマイクロ波の出力調節については後で詳細に説明をする。

チャンバー５３は，接合対象としての構造体８を保持し，その全体にマイクロ波の照射されるようにする。チャンバー５３は，構造体８を保持する保持部として機能する。構造体８は，少なくとも２つの対象部材（ろう付けにより接合する対象）同士をろう材を介して接触させたものである。
真空ポンプ５４は，チャンバー５３内を真空引きして，真空状態とする。

図１において，構造体８は，円筒形状の対象部材１と，その上下端（両端）に，それぞれろう材３を介して接触する，円板形状の対象部材２Ａ，２Ｂから構成される。対象部材１は，セラミック材料であるアルミナセラミックスからなる。対象部材２Ａ，２Ｂは，金属材料であるステンレス鋼からなる。ろう材３は，チタン２％を含有したろう箔からなる。

このように仮に一体化された構造体８は，チャンバー内５３に設置された保持機構によってチャンバー５３内に設置される。例えば，チャンバー５３内の保持機構は，上下端から構造体８を保持する機械的な保持機構１１Ａ，１１Ｂである。これにより構造体８は挟持されチャンバー５３内で安定に保持される。

このとき，図１に示すように，構造体８の上下端それぞれに，断熱材２１Ａ，２１Ｂが設けられ，この断熱材２１Ａ，２１Ｂを介して構造体８が保持されている。この断熱材２１Ａ，２１Ｂは，後で詳細に説明をする，構造体８のろう付けに係る温度調節に必要な温度調節部となる。

このように，チャンバー５３内に保持された構造体８は，ろう付けに係る温度調節のために側面が断熱材で覆われている。図１に示すように，構造体８の側面には，上部側に断熱材２２Ａ，下部側に断熱材２２Ｂが周囲を覆うように巻かれている。なお，図１では，説明及び図面の煩雑さを回避するために，各断熱材を断面図で示している。この断熱材２２Ａ，２２Ｂも，断熱材２１Ａ，２１Ｂと同様に後で詳細に説明をする，構造体８のろう付けに係る温度調節に必要な温度調節部材となる。

断熱材２２Ａ，２２Ｂは，上下に分割して構造体８に巻かれているが，本実施形態はこれに限定されるものではなく，一体化して巻かれるようにしてもよい。上下に分割して巻いているのは，後述する第２の実施形態において説明するが，ろう付けに係る温度調節において断熱材２２Ａ，２２Ｂを可動式として，機構的にろう付けに係る温度調節を実行するためである。

なお，断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂとしては，例えばアルミナ繊維などが好適である。

このような構造体８の表面には，ろう付けに係る温度調節に必要な温度情報を取得するために温度センサとして熱電対５（５Ａ〜５Ｄ），６（６Ａ〜６Ｄ）が設置されている。

熱電対５は，対象部材１，２Ａ，２Ｂのバルクの温度を測定し温度情報を温度情報取得部５５へ伝える。対象部材１には熱電対５Ａ，５Ｂ，対象部材２Ａ，２Ｂにはそれぞれ熱電対５Ｃ，５Ｄが設けられている。

熱電対６は，対象部材１，２Ａ，２Ｂとろう材３との近傍の温度を測定し温度情報を温度情報取得部５５へ伝える。対象部材１には熱電対６Ａ，６Ｂ，対象部材２Ａ，２Ｂにはそれぞれ熱電対６Ｃ，６Ｄが設けられている。

温度情報取得部５５は，熱電対５から伝えられたバルク温度情報と，熱電対６から伝えられたろう材近傍温度情報とを取得して制御部５６に伝送する。

制御部５６は，ろう付け装置５０を統括的に制御する。具体的には，温度情報取得部５５から伝送された温度情報に基づき，所定の温度プロファイルに従って異種材料同士がろう付けがなされるように，出力調節器５２のマイクロ波出力を制御する。制御部５６が異種材料同士をろう付けする際に用いる所定の温度プロファイルについては後で詳細に説明する。

（異種材料について）
ここで，ろう付け装置５０によってろう付けされる異種材料の特性について説明をする。異種材料は，一般に熱膨張率が異なることから，ろう付け接合で割れが発生しやすい。このような異種材料同士として，例えば，セラミックス材料と金属材料との組み合わせが挙げられる。金属材料は，セラミックス材料と比較して熱膨張率が大きく，セラミックス材料と金属材料とで熱膨張率に差がある。本実施形態は，これに限定されるものではなく，熱膨張率の差により割れが発生しやすい異種材料同士であればどのようなものにも適用できる。

（異種材料の温度に対する伸び特性について）
次に，異種材料の温度に対する伸び特性について説明をする。一般に，材料の温度を上昇させると，それに伴い材料がそれぞれ固有の割合で伸びていく。逆に，材料の温度を下降させると，それに伴い材料が縮んでいく。つまり，材料は温度変化に応じて膨張・収縮する。

ここでは，伸びの定義として対象部材１，対象部材２Ａ，２Ｂの接合前の段階で通常使用される温度環境やろう付けを開始する環境下，例えば常温（室温）を基準とし，それ以上の温度に晒されると伸びが発生するものとする。つまり温度を上昇させるろう付け時には伸びが発生し，温度を下降させて，ろう材を凝固させる時には縮んでいく。

次に，説明のため対象部材１をアルミナセラミックスとし，対象部材２Ａ，２Ｂをステンレス鋼として，マイクロ波で加熱した場合のその温度と各材料の伸びの関係を図２に示す。図２において，対象部材１をＡＳとし（以下，単にＡＳとも呼ぶ）対象部材２Ａ，２ＢをＳＫ（以下，単にＳＫとも呼ぶ）として示した。
以下，ろう付け過程を例にして，説明をしていく。

（１）ろう付けにおいて，ろう材が溶融を開始するろう付け温度ＴＢまで，温度を上昇させる。ろう付け温度ＴＢまで上昇させると，ＡＳの伸びはＬＢ１となり，ＳＫの伸びはＬＢ２となる。図２に示すように，ＬＢ２＞＞ＬＢ１であることから，ろう付け温度において，アルミナセラミックスよりもステンレス鋼の方が伸びている。

（２）次に，ろう付け温度ＴＢから温度を下降させて，ろう材を凝固させる過程を検証する。ろう材が凝固を開始する温度（ろう材凝固温度ＴＳ（このとき，ＡＳの温度をＴ１とする））において，ＡＳの伸びはＬＳ１となり，ＳＫの伸びはＬＳ２となる。図２に示すように，ＬＳ２＞＞ＬＳ１であることから，ろう材凝固温度において，アルミナセラミックスよりもステンレス鋼の方が伸びている。

一般に，ろう材３が，ろう材凝固温度以下となり，ろう材３を介して対象部材同士が接合し始めると，応力が生じる。冷却によりろう材３の凝固が進めば，ろう材３の近傍は，応力集中状態となっていく。熱膨張率の差が大きい対象部材同士，言い換えれば伸びの差が大きくなりやすい対象部材同士のろう付け接合で，熱膨張率の差に起因して，大きな応力が発生する。このように異種材料からなる対象部材同士をろう付けした場合，割れが発生する可能性がある。

そこで，本実施形態では，ろう付けにおいて熱膨張率の小さい対象部材１と熱膨張率の大きい対象部材２Ａ，２Ｂとの温度状態を調節する。

具体的には，ろう材凝固温度まで温度降下させた際に，対象部材１の伸びと，対象部材２Ａ，２Ｂの伸びとに実質的な差がないように温度状態が調節される。そして，そのまま室温まで冷却していく。これにより，ろう材を介した接合が開始されてから，それぞれの部材の収縮量が，ほぼ同等の値となる。この結果，異種材料同士のろう付けにおける熱膨張率の差による割れの発生を防止できる。

具体的には，熱膨張率の小さい対象部材１の温度が，ろう材凝固温度になった時に，対象部材１の伸びと，対象部材２Ａ，２Ｂの伸びに実質的な差がないように，対象部材２Ａ，２Ｂの温度が設定される。

後述の図３に示すように，本実施形態では，対象部材２Ａ，２Ｂの温度が対象部材１の温度より低い状態で，対象部材１，２Ａ，２Ｂが冷却される。このため，対象部材２Ａ，２Ｂ側が先にろう材凝固温度に達し，その後，対象部材１側がろう材凝固温度に達する。即ち，ろう材３には温度分布があり，先に対象部材１側が凝固し，対象部材２Ａ，２Ｂ側に向かって凝固が進行する。ろう材３全体が凝固するまでは（ろう材３の一部が液体状態のときには），ろう材３の近傍での応力が緩和される。しかし，ろう材３全体が凝固したときに，ろう材３の近傍で応力が発生する。このため，対象部材１の温度が，ろう材凝固温度になった時の，対象部材１，２Ａ，２Ｂの伸びが問題となる。

図２に示すように，ＡＳの温度をろう材凝固温度ＴＳ，つまりＴ１まで降下させたときの伸びはＬＳ１である。また，図２に示すように，常温（室温）を基準として，ＳＫの伸びが，ＡＳの伸びＬＳ１と実質的に差がない状態（略同一），例えば，ＡＳの伸びＬＳ１を基準として，５％以下の状態をＬＳｘとする。また，図２に示すように，伸びがＬＳｘのとき，ＳＫの温度は，Ｔｘである。

このように，本実施形態では，対象部材１側の温度がろう材凝固温度における，各対象部材の伸びの違いに着目する。そして，この伸びの違いを解消するような温度プロファイルにて，各対象部材を温度調節することで，異種材料同士のろう付けにおける熱膨張率の差による割れの発生を防止する。

＜第１の温度プロファイル＞
まず，構造体８へマイクロ波を照射する前に，制御部５６の制御により，真空ポンプ５４にてチャンバー５３内を減圧する。制御部５６は，マイクロ波発生器５１，出力調節器５２を制御して２８ＧＨｚのマイクロ波をチャンバー５３へと導入し，構造体８へとマイクロ波を照射する。ここまでの工程は，後述する各温度プロファイルの説明においても同様であるため以下，省略をする。

図３を用いて，異種材料同士のろう付け時における第１の温度プロファイルについて説明をする。

この温度プロファイルを実行するにあたり，温度調節には，対象部材１，２Ａ，２Ｂの材質，形状，寸法に適した断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの厚さ，形状などの情報が必要となる。このような情報は，マイクロ波を構造体８に実際に照射し，熱電対５，６を用いて，そのときの温度を検出するといった事前の試験により決定できる。

これらの情報から，第１の温度プロファイルに基づいた温度調節がなされる対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂの組み合わせと，温度調節部材である断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの構造体８に対する覆い量と，マイクロ波発生器５１から照射するマイクロ波の出力とを決定できる。

マイクロ波の出力は，温度情報取得部５５から取得した熱電対５による温度情報に基づいた制御部５６の制御により，第１の温度プロファイルに従うように出力調節器５２で調節される。

第１の温度プロファイルでは，時間ｔＢＳまでかけて，対象部材１（ＡＳ）をろう付け温度ＴＢまで上昇させる。ここでは，対象部材１は，アルミナセラミックスであることからステンレス鋼よりもマイクロ波により加熱されやすいことを利用している。これにより，図３に示すように，対象部材１は，対象部材２Ａ，２Ｂ（ＳＫ）よりも早くろう付け温度ＴＢまで上昇する。つまり，第１の温度プロファイルでは，対象部材１の温度と対象部材２Ａ，２Ｂの温度とに差をつけて上昇させる。

続いて，時間ｔＢｓ〜ｔＢＥまでかけてろう付け時間を保持する。これにより，ろう材３全体を溶融させる。

次に，制御部５６の制御により出力調節器５２を制御してマイクロ波の出力を徐々に下げていき，時間ｔＳにて対象部材１を温度Ｔ１（ろう材凝固温度ＴＳ）となるように下降させる。また，時間ｔＳのとき，対象部材２Ａ，２Ｂの温度をＴｘとなるように下降させる。

つまり，対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂの組み合わせと，断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂと，マイクロ波発生器５１から照射するマイクロ波の出力とから，熱膨張率の小さい対象部材１より熱膨張率の大きい対象部材２Ａ，２Ｂの温度を低い状態にしてろう材３を溶融させた後，対象部材２Ａ，２Ｂよりも対象部材１の冷却速度を速くする。

さらに具体的には，対象部材１の温度が，ろう材凝固温度になった場合に，その時の対象部材１の伸びと，対象部材２Ａ，２Ｂの伸びとに実質的な差がないような温度状態となるように，対象部材２Ａ，２Ｂよりも対象部材１の冷却速度を速くする。これを室温まで冷却していった場合，異種材料の収縮量をほぼ同等の値とできる。

したがって，熱膨張率に差がある部材同士の接合であっても，収縮量の差で割れが発生してしまうことを低減できる。これにより，異種材料からなる部材同士のろう付け接合を良好とできる。ここでは，簡易的にろう材凝固温度以下で応力が発生すると説明したが，実際には凝固後さらに温度が下がり，ろう材に相応の剛性が生じる温度をこの基準温度としても良い。

（構造体８の温度分布について）
既述のように，厚さ，形状などを決定された各断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂを配置することにより，マイクロ波の出力を調節することでの対象部材１，２Ａ，２Ｂの温度をある程度まで独立して制御できる。

しかしながら，構造体８は，一体化していることから，ろう材３を介して熱伝導により常に平衡状態となるような温度分布へ推移しようとする。したがって，対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂとは，厳密に言えば完全に独立した温度状態ではなく，連続な温度勾配が生じた状態となっている。したがって，熱電対５で検出されるバルクの温度も対象部材の設置位置により異なっている。

つまり，ろう材３の実際の温度と，熱電対５で検出される温度とは異なっている可能性がある。

例えば，第１の温度プロファイルを実行する際，ろう材３でろう付け開始温度ＴＢに達していたとしても，対象部材１に設置した熱電対５で検出された温度がその温度に達していない場合が考えられる。逆に，対象部材１に設置した熱電対５で検出された温度がろう付け開始温度ＴＢに達していたとしても，ろう材３の温度がその温度に達していない場合も考えられる。

そこで，あらかじめの試行実験により得られた情報を用いて，制御部５６により，熱電対５で検出される温度に対して補正処理をする。そして，この補正処理をした値をマイクロ波の出力を調節する際に用いるようにしてもよい。

なお，この構造体８の温度分布については，後述する第２〜第３の温度プロファイルを用いた実施形態および第２〜第５の実施形態においても同様である。

＜第２の温度プロファイル＞
次に，図４を用いて，異種材料同士のろう付け時における第２の温度プロファイルについて説明をする。

この温度プロファイルを実行するにあたり，温度調節には，対象部材１，２Ａ，２Ｂの材質，形状，寸法に適した断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの厚さ，形状などの情報が必要となる。このような情報は，マイクロ波を構造体８に実際に照射し，熱電対５，６を用いて，そのときの温度を検出するといった事前の試験により決定されることになる。

これらの情報から，第２の温度プロファイルに基づいた温度調節がなされる対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂの組み合わせと，温度調節部材である断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの構造体８に対する覆い量と，マイクロ波発生器５１から照射するマイクロ波の出力とが決まる。

マイクロ波の出力は，温度情報取得部５５から取得した熱電対５による温度情報に基づいた制御部５６の制御により，第２の温度プロファイルにしたがうように出力調節器５２で調節される。

第２の温度プロファイルでは，時間ｔＢＳまでかけて，対象部材２Ａ，２Ｂ（ＳＫ）をろう付け温度ＴＢまで上昇させる。ここで，対象部材１（ＡＳ）は，アルミナセラミックスであることからステンレス鋼よりもマイクロ波により加熱されやすいため対象部材２Ａ，２Ｂよりも高い温度上昇勾配となる。これにより，図４に示すように，対象部材２Ａ，２Ｂは，温度ＴＢまで上昇する。つまり，第２の温度プロファイルでは，対象部材１の温度と対象部材２Ａ，２Ｂの温度とに差をつけて上昇させる。

続いて，時間ｔＢｓ〜ｔＢＥまでかけてろう付け時間を保持する。これにより，ろう材３全体を溶融させる。

次に，制御部５６の制御により出力調節器５２を制御してマイクロ波の出力を徐々に下げていき，時間ｔＳにて対象部材１を温度Ｔ１（ろう材凝固温度ＴＳ）となるように下降させる。また，時間ｔＳのとき，対象部材２Ａ，２Ｂの温度をＴｘとなるように下降させる。

つまり，対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂの組み合わせと，断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂと，マイクロ波発生器５１から照射するマイクロ波の出力とから，熱膨張率の小さい対象部材１より熱膨張率の大きい対象部材２Ａ，２Ｂの温度を低い状態にしてろう材３を溶融させた後，対象部材２Ａ，２Ｂよりも対象部材１の冷却速度を速くする。

さらに具体的には，対象部材１の温度が，ろう材凝固温度になった場合に，その時の対象部材１の伸びと，対象部材２Ａ，２Ｂの伸びとに実質的な差がないような温度状態となるように，対象部材２Ａ，２Ｂよりも対象部材１の冷却速度を速くする。これを室温まで冷却していった場合，異種材料の収縮量をほぼ同等の値とできる。

したがって，熱膨張率に差がある部材同士の接合であっても，収縮量の差で割れが発生してしまうことを低減できる。これにより，異種材料からなる部材同士のろう付け接合を良好とできる。

（第２の実施形態）
本実施形態として図５に示すろう付け装置６０は，第１の実施形態で示したろう付け装置５０の断熱材２２Ａ，２２Ｂを可動式として，機構的にろう付けに係る温度調節を可能とするものである。

このように断熱材２２Ａ，２２Ｂを可動式とする場合には，断熱材可動機構１２Ａ，１２Ｂが設けられる。断熱材可動機構１２Ａ，１２Ｂは，機械的に可動な機構を有し，制御部５６の制御に応じて各断熱材２２Ａ，２２Ｂを可動させ，構造体８の覆い量を変化させることで，ろう付けに係る温度調節を実行できる。

具体的には，制御部５６の制御により断熱材可動機構１２Ａ，１２Ｂを可動させ，断熱材２２Ａ，２２Ｂの各対象部材１，２Ａ，２Ｂに対する覆い量を変化させる。

上述したような温度プロファイルを実行するにあたり，温度調節には，対象部材１，２Ａ，２Ｂの材質，形状，寸法に適した断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの厚さ，形状などの情報が必要となる。このような情報は，マイクロ波を構造体８に実際に照射し，熱電対５，６を用いて，そのときの温度を検出するといった事前の試験により決定されることになる。

これらの情報から，各温度プロファイルに基づいた温度調節がなされる対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂの組み合わせと，温度調節部材である断熱材２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの構造体８に対する覆い量と，マイクロ波発生器５１から照射するマイクロ波の出力とが決まる。

断熱材２２Ａ，２２Ｂは，制御部５６の制御により断熱材可動機構１２Ａ，１２Ｂによって可動できるため，決定された覆い量となるように変化させればよい。

これにより，制御部５６は，マイクロ波の出力を調節することで，各温度プロファイルに基づいた温度調節を可能とする。さらに，制御部５６は，各温度プロファイルに基づいた温度調節をマイクロ波の出力を調節するだけではなく，断熱材可動機構１２Ａ，１２Ｂにより断熱材２２Ａ，２２Ｂを移動することで調節してもよい。つまり，マイクロ波の出力の調節，断熱材２２Ａ，２２Ｂの覆い量の変化により，各温度プロファイルに基づいた温度調節を実行してもよい。

これにより，より確実に各温度プロファイルに基づく温度調節を実現できる。

したがって，熱膨張率に差がある部材同士の接合であっても，収縮量の差で割れが発生してしまうことを低減できる。これにより，異種材料からなる部材同士のろう付け接合を良好とできる。

（第３の実施形態）
本実施形態で用いられる装置は，第１，第２の実施形態で用いたろう付け装置５０，６０とほぼ同一であるため説明のため省略をする。なお，構造体８に対する断熱材の覆い方に変更があるため説明をする。具体的には，図６（ａ）に示すように，対象部材１，２Ａ，２Ｂそれぞれを覆うように断熱材３１，３２Ａ，３２Ｂが独立して巻かれている。なお，図６では，説明及び図面が煩雑となるのを回避するため各断熱材のみを断面図として示している。

＜第３の温度プロファイル＞
本実施形態においては，図７に示す第３の温度プロファイルに基づいて，ろう付けに係る温度調節が実行される。図７を用いて，異種材料同士のろう付け時における第３の温度プロファイルについて説明をする。

この温度プロファイルを実行するにあたり，温度調節には，対象部材１，２Ａ，２Ｂの材質，形状，寸法に適した断熱材３１，３２Ａ，３２Ｂの厚さ，形状などの情報が必要となる。このような情報は，マイクロ波を構造体８に実際に照射し，熱電対５，６を用いて，そのときの温度を検出するといった事前の試験により決定されることになる。

これらの情報から，第３の温度プロファイルに基づいた温度調節がなされる対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂの組み合わせと，温度調節部材である断熱材３１，３２Ａ，３２Ｂの構造体８に対する覆い量と，マイクロ波発生器５１から照射するマイクロ波の出力とが決まる。

マイクロ波の出力は，温度情報取得部５５から取得した熱電対５，６による温度情報に基づいた制御部５６の制御により，第３の温度プロファイルにしたがうように出力調節器５２で調節される。

・ステップ（ａ）
図７に示すように，第３の温度プロファイルでは，時間ｔＢＳまでかけて，対象部材１（ＡＳ）と対象部材２Ａ，２Ｂ（ＳＫ）をろう付け温度ＴＢまで上昇させる。ここでは，熱膨張率の小さい対象部材１の温度と熱膨張の大きい対象部材２Ａ，２Ｂの温度とを略同一（例えば，温度差が１０℃以下）にして上昇させる。

続いて，時間ｔＢｓ〜ｔＢＥまでかけてろう付け時間を保持する。これにより，ろう材３全体を溶融させる。

・ステップ（ｂ）
次に，図７に示すように，制御部５６の制御により出力調節器５２を制御してマイクロ波の出力を徐々に下げていく。

このとき，図６（ｂ）に示すように，対象部材１（ＡＳ）と対象部材２Ａ，２Ｂ（ＳＫ）とを分離させる。なお，この分離は，図示しないチャンバー５３に設けられた機械的機構部によって実行される。この際，各対象部材間に挿入されているろう材３の箔は，すでに溶融しているため両対象部材の接合面には溶融したろう層が形成されている。この機械的機構部は，「ろう材が溶融された後，前記第１，第２の部材を分離し，前記第２の部材の温度が低減された後，前記第１，第２の部材を接触させることで，前記第１，第２の部材を接合する接合機構」に対応する。

このステップ（ｂ）では，上述の分離後，第１の実施形態などと同様に，時間ｔＳにて対象部材１を温度Ｔ１（ろう材凝固温度ＴＳ）となるように下降させる。また，時間ｔＳのとき，対象部材２Ａ，２Ｂの温度をＴｘとなるように下降させる。このとき，対象部材２Ａ，２Ｂの温度が，ろう材凝固温度ＴＳとなるまで，対象部材１よりも対象部材２Ａ，２Ｂの冷却速度を速くする。

本実施形態では，断熱材を分割式にし，対象部材２Ａ，２Ｂの周囲の断熱材３２Ａ，３２Ｂの覆い量を少なくすることで放熱量を増加させればよい。このように温度差をつけると第１の実施形態と同様に，対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂとの分離段階から室温までの収縮量の差がほとんどなくなる。

ステップ（ｂ）で，対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂとを分離させるのは，冷却の途中で，対象部材１よりも温度を低くする対象部材２Ａ，２Ｂ側のろう材３が先に凝固し始め，両対象部材間に拘束力が発生し，温度ＴＳの段階で接合面の両側で収縮量に差が発生する可能性を排除するためである。

・ステップ（ｃ）
対象部材２Ａ，２Ｂの温度がＴｘに達した以降のステップ（ｃ）では，図７（ｃ）に示すように，対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂをろう材３を介して接触させる。対象部材間の間隔は通常のろう付き隙間と同様の例えば０．０５〜０．１ｍｍ程度とする。このステップ（ｃ）では，対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂがほぼ同様に収縮しながら室温まで冷却される。

本実施形態によれば，第１の実施形態と同様に，熱膨張率が異なり，ろう付けで割れが発生しやすいセラミックス材料と金属材料といった異種材料間でのろう付けにおいて，ろう材凝固開始時における両対象部材間の伸びに実質的な差がない状態とした。このため，その後の室温までの冷却過程での両対象部材の収縮量をほぼ同様の値とできる。これにより，アルミナセラミックス製の対象部材１の割れ発生を防止できる。

したがって，熱膨張率に差がある部材同士の接合であっても，収縮量の差で割れが発生してしまうことを低減できる。これにより，異種材料からなる部材同士のろう付け接合を良好とできる。

このように説明した第１乃至第３の温度プロファイルは，図示しないメモリなどに当該温度プロファイルを実行するのに必要な各種情報とともにプログラムとして記憶されている。制御部５６は，これらの温度プロファイル，各種情報を適宜読み出して実行することでろう付け装置５０，６０によるろう付けを行う。

（第４の実施形態）
上述した第１の実施形態，第３の実施形態における第１乃至第３の温度プロファイルを実行するために構造的な温度調節手法の構成の一例について図８，図９を用いて説明をする。

まず，図８，図９に示すように，温度調節対象について説明をする。円筒形状の対象部材１と，その一端（下端）に，ろう材３を介して円筒形状の対象部材２を接合する。対象部材１は，アルミナセラミックス製からなる。対象部材２は，ステンレス鋼からなる。ろう材３は，チタン２％を含有したろう箔からなる。これらを，互いに接触させ密着させることでマイクロ波の照射対象となる構造体８となる。

このように仮に一体化された構造体８は，図示しないチャンバー内に設置された保持機構によってチャンバー内に設置される。例えば，チャンバー内の保持機構は，上下端から構造体８を保持する機械的な保持機構１１Ａ，１１Ｂである。これにより構造体８は挟持されチャンバー内で安定保持される。

このとき，図８に示すように，構造体８の上下端それぞれには，断熱材２１Ａ，２１Ｂが設けられておりこの断熱材２１Ａ，２１Ｂを介して構造体８が保持されている。

続いて，図８に示す構成について説明をする。アルミナセラミックス製の対象部材１の周囲には，発熱材からなる発熱体４１が配置されている。また，ステンレス鋼製の対象部材２の周囲には放熱材からなる放熱カバー４２が配置されている。さらに発熱体４１の周囲には対象部材１のための断熱材からなる断熱カバー４３が配置され，放熱カバー４２の周囲には対象部材２のための断熱材からなる断熱カバー４４がそれぞれ配置されている。

上述した発熱材は，マイクロ波で加熱されやすい材料である。また，放熱材は，マイクロ波による発熱を放熱しやすい材料である。さらに，断熱材は，マイクロ波を透過しやすく断熱効果のある材料である。

なお，発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４は，それぞれ対象部材１，２の周囲を覆うような略円筒の形状であるが，説明及び図面の煩雑さを回避するため断面図で示している。

これらの発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４は，温度調節部材であり，各々独立で対象部材１，対象部材２に対する覆い量を変化できるように機械的に動作する可動機構４８Ａ〜４８Ｄを備えている。可動機構４８Ａ〜４８Ｄは，制御部５６の制御に応じて発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４を可動させ，対象部材１，対象部材２の覆い量を変化させることで，ろう付けに係る温度調節を実行できる。

つまり，発熱体４１，断熱カバー４３を可動機構４８Ａ，４８Ｃにてそれぞれ独立に移動することで対象部材１の温度調節を実行する第１の可動機構が構築される。また，放熱カバー４２，断熱カバー４４を可動機構４８Ｂ，４８Ｄにてそれぞれ独立に移動することで対象部材２の温度調節を実行する第２の可動機構が構築される。この第１の可動機構，第２の可動機構は，上述した第１乃至第３の温度プロファイルを実行可能であれば，少なくともいずれか一方のみ設けられていればよい。

チャンバー５３内に導入されるマイクロ波の出力を照射対象毎に変化させることは容易でない。そこで，上述した第１乃至第３の温度プロファイルに基づく制御を実現するために，このように対象部材１と対象部材２との間に温度差を設けて独立して温度調節をする。

具体的には，発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４の覆い量を変化させて対象部材１，対象部材２の温度調節するものである。

対象部材１に対する発熱体４１の覆い量を少なくすると，対象部材１の温度上昇を抑えることができる。一方，対象部材２の放熱カバー４２の覆い量を少なくすると対象部材２の温度上昇を速めることができる。

また，対象部材１の断熱カバー４３の覆い量を少なくすると対象部材１の温度上昇を抑えたり，温度降下を速くしたりできる。一方，対象部材２の断熱カバー４４の覆い量を少なくすると対象部材２の温度上昇を抑えたり，温度降下を速くしたりできる。

上述したような温度プロファイルを実行するにあたり，温度調節には，対象部材１，２の材質，形状，寸法に適した発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４の厚さ，形状などの情報が必要となる。このような情報は，マイクロ波を構造体８に実際に照射し，熱電対５，６を用いて，そのときの温度を検出するといった事前の試験により決定されることになる。

これらの情報から，各温度プロファイルに基づいた温度調節がなされる対象部材１と対象部材２の組み合わせと，温度調節部材である発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４の構造体８に対する覆い量と，マイクロ波発生器５１から照射するマイクロ波の出力とが決まる。

発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４は，制御部５６の制御により可動機構４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄによって可動できるため，決定された覆い量となるように変化させればよい。

これにより，制御部５６は，マイクロ波の出力を調節することで，各温度プロファイルに基づいた温度調節を可能とする。さらに，制御部５６は，各温度プロファイルに基づいた温度調節をマイクロ波の出力を調節するだけではなく，可動機構４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄにより発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４を移動することで調節してもよい。つまり，マイクロ波の出力の調節，発熱体４１，放熱カバー４２，断熱カバー４３，４４の覆い量の変化により，各温度プロファイルに基づいた温度調節を実行してもよい。

このようにして，第１乃至第３の温度プロファイルに基づき，制御部５６にて可動機構４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄを制御することで，ろう付けに係る温度調節をより正確で良好に実行できる。

また，図９に示すように，図８で示した対象部材１の周囲に設けられた発熱体４１と断熱カバー４３との間に放熱カバー４５を設けるようにしてもよい。また，さらには，図８で示した対象部材２の周囲に設けられた放熱カバー４２の内側に，発熱体４６を設けるようにしてもよい。新たに設けられた放熱カバー４５，発熱体４６も制御部５６の制御により，可動機構４８Ｅ，４８Ｆによって独立に制御できる。

これにより，対象部材１，対象部材２には，それぞれ発熱体４１，４６，放熱カバー４５，４２，断熱カバー４３，４４という３種類の機能層が設置されることになる。これらの材料の覆い量の変化により内部の対象部材１，２の温度上昇と降下速度をよりきめ細かく調節できるようになる。

また，図８，図９に示す例では，発熱体，放熱カバー，断熱カバーは各々１層であるが，これらの機能層を適宜複数層にしてもよい。これにより，対象部材１，２に対する覆い量を変化させることで，さらにきめ細かな温度調節を実行できるようになる。

ここでは，発熱体４１，４６に炭化ケイ素，放熱カバー４２，４５に純銅，断熱カバー４３，４４にアルミナファイバーを用いているが，使用するマイクロ波の周波数に対して，発熱しやすい材料（発熱材），発熱しにくく放熱しやすい材料（放熱材），マイクロ波を透過しやすく断熱性に優れる材料（断熱材）であれば上記の材料に限定されるものではない。また，ここでは，各層は単純な円筒形であるが，複雑形状の構造体８の温度を均一にしたり，あるいは部品の接合部のみを選択的に加熱するために，対象部材１，２に対する各位置で厚さや形状が異なるものとしたり，部品の一部分にこれらを設けたりすることも可能である。

本実施形態によれば，一定出力のマイクロ波が導入されたチャンバー５３内に配置された構造体８間に対して物理的に温度差をつけて温度を上昇，降下させることが容易となる。したがって，制御部５６の制御による第１乃至第３の温度プロファイルに基づいた制御によって，熱膨張率に差がある部材同士の接合であっても，収縮量の差で割れが発生してしまうことを低減できる。これにより，異種材料からなる部材同士のろう付け接合を良好とできる。

（第５の実施形態）
上述した第１，第２の実施形態では，ろう材３を介して接合部に温度差をつけた状態で温度上昇させている。また，第１乃至第３の温度プロファイルのように，ろう付け温度保持時も温度差をつけている場合などでは，温度が低い側の対象部材の接合面に対するろう材の接合性が低下してしまうことがある。

これを防止するために，図１０（ａ）のようにあらかじめ対象部材１と対象部材２Ａ，２Ｂの各々の接合面にろう材３の層を設けておき，図１０（ｂ）のように接合をする。これにより，上述したようなろう材３の接合性の低下を防止することが可能となる。また，接合面の温度が低い側である対象部材２Ａ，２Ｂに対するろう材３のぬれ性低下を防止できる。
なお，このろう材３の層の形成は，マイクロ波加熱に限定されるものではなく，通常用いられるバーナ，加熱炉，高周波誘導，レーザ等の方法を用いても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，例として提示したものであり，発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は，その他の様々な形態で実施されることが可能であり，発明の要旨を逸脱しない範囲で，種々の省略，置き換え，変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は，発明の範囲や要旨に含まれるとともに，特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，２（２Ａ，２Ｂ） 対象部材
３ ろう材
５（５Ａ〜５Ｄ），６（６Ａ〜６Ｄ） 熱電対
８ 構造体
１１Ａ，１１Ｂ 保持機構
１２Ａ，１２Ｂ 断熱材可動機構
２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ 断熱材
３１，３２Ａ，３２Ｂ 断熱材
４１，４６， 発熱体
４２，４５ 放熱カバー
４３，４４ 断熱カバー
４８Ａ〜４８Ｆ 可動機構
５０，６０ ろう付け装置
５１ マイクロ波発生器
５２ 出力調節器
５３ チャンバー
５４ 真空ポンプ
５５ 温度情報取得部
５６ 制御部

Claims (10)

1. 第１の熱膨張率を有する第１の部材と，この第１の熱膨張率より大きい第２の熱膨張率を有する第２の部材と，をろう材を介して接触させた構造体，を保持する保持部と，
   前記構造体をマイクロ波で加熱するマイクロ波発生部と，
   前記構造体を覆う温度調節部材と，
   前記第１の部材の温度を前記第２の部材の温度より高く，かつ前記ろう材が溶融された第１の状態から，前記第１の部材の温度を前記第２の部材の温度より大きな速度で低減して，前記ろう材が凝固された第２の状態となるように，前記マイクロ波発生部を制御する制御部と，
   を具備するろう付け装置。
2. 前記第２の部材の温度が前記ろう材の凝固点のときに，前記第１の部材の温度が前記ろう材の凝固点より大きく，かつ室温からの前記第１の部材の伸び量と，前記第２の部材の伸び量が，略同一である
   請求項１記載のろう付け装置。
3. 前記第１の部材が，セラミック材料であり，前記第２の部材が，金属材料である
   請求項１または２に記載のろう付け装置。
4. 前記温度調節部材が，熱を遮断する断熱材，熱を放出する放熱材，または前記マイクロ波によって発熱する発熱材のいずれかである
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載のろう付け装置。
5. 前記温度調節部材が，前記第１，第２の部材それぞれを覆う第１，第２の温度調節部材を有し，
   前記第１，第２の温度調節部材を移動させ，前記第１，第２の部材それぞれの覆い量を変化させる可動機構をさらに具備する，
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載のろう付け装置。
6. 前記制御部が，前記第１，第２の部材に温度差がある状態で前記ろう材を溶融することで，前記第１の状態に至るように，前記マイクロ波発生部を制御する
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のろう付け装置。
7. 前記制御部が，前記第１，第２の部材の温度が略同一の状態で前記ろう材が溶融された後，前記第２の部材の温度を低減することで，前記第１の状態に至るように，前記マイクロ波発生部を制御する
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のろう付け装置。
8. 前記ろう材が溶融された後，前記第１，第２の部材を分離し，前記第２の部材の温度が低減された後，前記第１，第２の部材を接触させることで，前記第１，第２の部材を接合する接合機構，
   をさらに具備する請求項７記載のろう付け装置。
9. 前記第１，第２の部材の少なくともいずれかに，前記ろう材が塗布されている
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載のろう付け装置。
10. 第１の熱膨張率を有する第１の部材と，この第１の熱膨張率より大きい第２の熱膨張率を有する第２の部材と，をろう材を介して接触させ，温度調節部材で覆われた構造体，をマイクロ波で加熱し，前記第１の部材の温度を前記第２の部材の温度より高く，かつ前記ろう材が溶融された第１の状態とするステップと，
    前記第１の部材の温度を前記第２の部材の温度より大きな速度で低減して，前記ろう材が凝固された第２の状態となるように，前記マイクロ波を制御するステップと，
    を具備するろう付け方法。

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