JP2017094346A - ロウ付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導加熱ロウ付け時のロウ材の未溶融、浸透不足、及び、金属パイプの溶融と破れといった品質不具合を防止することができるロウ付け方法を提供する。【解決手段】 上部金属パイプ１と下部金属パイプ２とを接合するリングロウ３とで構成される被加熱体４を高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイル１０に供給する電力において、リングロウ３が溶融したことを検出した後に被加熱体４の負荷インピーダンスの変化を検出し、高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイル１０に供給する電力を自動的に供給停止する。【選択図】 図３

Description

本発明は、金属パイプ同士をロウ付けするロウ付け方法に関するものである。

エア・コンディショナーなどの空調機器に用いられる熱交換器は、金属パイプ同士の接続にロウ付けが用いられる。金属パイプのロウ付けは、金属パイプの接合部にロウ材を配置し、その後、接合部近傍の加熱部をロウ材融点以上に加熱し、溶融したロウ材を接合部全体に行き渡らせることで実現する。ボイド、浸透不足、未溶融、及び、充填不足などの問題がなく高品質なロウ付けを行うためには、ロウ材だけでなく、接合部近傍の金属パイプを含む加熱部全体の温度を制御する必要がある。このような条件を満たす工法として、高精度な温度制御が可能である誘導加熱技術を用いた誘導加熱ロウ付けが挙げられる。

従来、金属パイプ同士を誘導加熱にてロウ付けする方法としては、接合部近傍の温度を温度計測手段で検出した温度情報がフィードバック情報として入力され、フィードバック情報と目標温度情報との偏差に基づいて高周波電力を加熱コイルに供給するものがある（例えば特許文献１参照）。

図１１は、特許文献１に記載された従来の温度情報をフィードバックするロウ付け方法を示す図である。

軸長金属導体１０５と周長金属導体１０６のロウ付け位置１０７において、赤外線放射温度計１０１で計測した温度検出情報が、シーケンサ１０４と高周波加熱電源回路１００に入力され、高周波加熱温度設定器１０２で設定された目標温度と温度検出情報の偏差に基づいて、高周波加熱電源回路１００より高周波加熱インダクタ１０３に所定ロウ付け時間まで高周波電力が供給され、設定した所定ロウ付け時間に達すると、高周波加熱インダクタ１０３に対する高周波加熱電源回路１００からの高周波電力の供給を停止し、ロウ付けを完了していた。

特許第４４０７２７６号公報

しかしながら、赤外線放射温度計１０１で加熱部の温度を測定する場合、加熱部の温度上昇とともに被加熱体の表面状態の影響により（例えば反射率が高い材料の場合）、温度だけでは、ロウ付けの完了を正確に管理することができなかった。

また、ロウ付けの完了を温度と時間との両方で管理する場合、金属パイプ又はロウ材の形状、又は、組み付け相対位置のばらつきにより、時間による一律な高周波電力の供給停止を行うと、ロウ材の未溶融、浸透不足、及び、金属パイプの溶融と破れとなどの品質不具合が発生する。

従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、誘導加熱ロウ付け時のロウ材の未溶融、浸透不足、及び、金属パイプの溶融と破れといった品質不具合を防止することができるロウ付け方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかるロウ付け方法は、上部金属パイプと下部金属パイプとをリングロウで接合して構成される被加熱体を、高周波電源からロウ付け用誘導加熱コイルに供給される電力によって加熱するロウ付け方法において、
前記リングロウが溶融したことを検出した後に、前記高周波電源と前記被加熱体との間の前記被加熱体の負荷インピーダンスの変化を負荷インピーダンス検出部で検出し、
次いで、前記高周波電源から前記ロウ付け用誘導加熱コイルへの前記電力の供給を停止する。

以上のように、本発明の前記態様にかかるロウ付け方法によれば、放射温度計の温度又は時間管理に依存しないで、リングロウ溶融検出後に被加熱体の負荷インピーダンスの変化の検出によりロウ付け完了を判定して、高周波電源からロウ付け用誘導加熱コイルに供給する電力を供給停止する。このように構成するので、誘導加熱ロウ付け時のロウ材の未溶融、浸透不足、及び、金属パイプの溶融と破れといった品質不具合を防止することができる。

本発明の実施形態におけるロウ付け方法を実施するためのロウ付け構成図 本発明の実施形態におけるロウ付け方法の各工程を示す断面図 本発明の実施形態におけるロウ付け方法のロウ付け実測波形図 本発明の実施形態におけるロウ付け方法に使用する高周波電源の構成図 本発明の実施形態におけるロウ付け方法の昇温速度と周波数変化点検出フロー図 図５Ａに続く、本発明の実施形態におけるロウ付け方法の昇温速度と周波数変化点検出フロー図 本発明の実施形態におけるロウ付け方法の赤外線放射温度計測定範囲検証位置を示す図 被加熱体の下部金属パイプ上端から＋２ｍｍの位置３０における実測データを示す図 被加熱体の下部金属パイプ上端から＋４ｍｍの位置３１における実測データを示す図 被加熱体の下部金属パイプ上端から＋５ｍｍの位置３２における実測データを示す図 被加熱体の下部金属パイプ上端から−１ｍｍの位置３３における実測データを示す図 被加熱体の下部金属パイプ上端から−３ｍｍの位置３４における実測データを示す図 被加熱体の下部金属パイプ上端から−６ｍｍの位置３５における実測データを示す図 本発明の実施形態におけるロウ付け方法において近接センサーを使用する場合のロウ付け構成図 本発明の実施形態におけるロウ付け方法において近接センサーを使用する場合のリングロウ未溶融時の測定位置を示す図 本発明の実施形態におけるロウ付け方法において近接センサーを使用する場合のリングロウ溶融時の測定位置を示す図 従来例におけるロウ付け構成図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、このような高精度な温度制御が特に課題となるのは、ロウ材と金属パイプとの融点差が狭い材料でありながら、高速な昇温速度で、短時間にロウ付けを行う場合である。例えば、被加熱体の材料にアルミニウムを採用する場合は、ロウ付け時に制御すべき温度範囲が、他の金属を被加熱体の材料に用いるときに比べて狭い。アルミニウムの融点は６６０℃であり、これは、一般的に金属パイプの材料に用いられる銅の融点１０８３℃よりも大幅に低い。ロウ材の融点は５８０℃であるため、パイプの破断なくロウ付けを行うには、被加熱体の加熱部を５８０℃以上６６０℃以下の狭い範囲（銅の１／４）に温度を制御することが求められる。したがって、以下の実施例においては、ロウ付けが困難とされるアルミニウムを金属パイプの材料としている。

図１は、本発明の一実施形態にかかるロウ付け方法を実施するためのロウ付け構成図である。

図１において、被加熱体４は、上部金属パイプ１と、下部金属パイプ２と、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２とを接合部４ａで接合するリングロウ３とで構成される。接合部４ａは、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２とを接合する部分であり、リングロウ３のロウ材を配置する部分である。

このような被加熱体４のロウ付けを行うロウ付け装置としては、高周波電源６と、コントローラ７と、加熱コイル１０と、溶融検出センサーの一例としての放射温度計９と、負荷インピーダンス検出部８とで構成される。

放射温度計９は、被加熱体４上の温度測定位置５の測定温度を検出してコントローラ７に出力する。

高周波電源６は、コントローラ７の制御に従い加熱コイル１０へ高周波電力を供給し、加熱コイル１０で被加熱体４の接合部４ａを高周波加熱してロウ付けする。

加熱コイル１０は、被加熱体４の接合部４ａ近傍に配設され、高周波電力により磁界を発生することで、被加熱体４に渦電流を発生させて、ジュール熱により接合部４ａを加熱する。

負荷インピーダンス検出部８は、高周波電源６と加熱コイル１０との間に配設されて、負荷インピーダンスの変化を検出してコントローラ７に出力する。

コントローラ７は、放射温度計９から出力される被加熱体４上の温度測定位置５の測定温度と、高周波電源６と加熱コイル１０との間に配設された負荷インピーダンス検出部８で検出される負荷インピーダンスの変化とにより、高周波電源６を制御する。このため、具体的には、コントローラ７は、詳細は後述するように、制御部７ｋと、昇温速度最大点検出部（リングロウ溶融検出部）７Ａと、周波数変化点検出部（負荷インピーダンス変化点検出部）７Ｂとを少なくとも備えている。よって、本実施形態では、放射温度計９から出力される測定温度に基づき、昇温速度最大点検出部７Ａで昇温速度最大点１９を検出するようにしている。また、負荷インピーダンス検出部８で検出される負荷インピーダンスの変化に基づき、周波数変化点検出部７Ｂで周波数変化点１５を検出している。制御部７ｋは、放射温度計９から出力される測定温度の情報と、負荷インピーダンス検出部８で検出される負荷インピーダンスの情報とがそれぞれ入力され、それらの情報を昇温速度最大点検出部７Ａと周波数変化点検出部７Ｂとにそれぞれ出力して所定の演算及び判定をそれぞれ行わせるように制御する。また、制御部７ｋは、それらの演算及び判定の結果情報としての昇温速度最大点検出部７Ａでの昇温速度最大点１９の検出結果の情報と周波数変化点検出部７Ｂでの周波数変化点１５の検出結果の情報とを基に、高周波電源６を制御する。

なお、負荷インピーダンス検出部８は、高周波電源６の外部に設置することを限定したものではなく、高周波電源６の内部に設置して検出してもよい。また、負荷インピーダンス検出部８は、本実施形態で詳細に後述している高周波電源内部の出力周波数波形を用いて、負荷インピーダンスの変化を検出してもよい。

被加熱体４のロウ付けプロセスについて、図２を用いて詳細に説明する。

図２の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の本実施形態におけるロウ付け方法の第１工程〜第４工程を示す断面図である。

図２の第１工程（ａ）は、高周波電源６から加熱コイル１０に高周波電力が供給され、ロウ付け開始とフラックス活性化との期間を示す断面図である。この工程では、被加熱体４の温度上昇に伴い、リングロウ３のロウ材中のフラックスが活性化する（例えば、活性化温度４１０℃〜５１０℃に到達する）。このとき、上部金属パイプ１と、下部金属パイプ２と、リングロウ３とが、それぞれ単体で存在しており、電気的には、ほぼ絶縁された状態で、４つの工程中で最も負荷インピーダンスの高い状態である。なお、図２の第１工程（ａ）の図では、リングロウ３を黒色に塗り潰して示している。

その後、図２の第２工程（ｂ）は、ロウ材溶融と浸透との期間を示す断面図である。この工程では、例えば、リングロウ３の温度がリングロウ３の融点である５８０℃以上に達した場合に、ロウ材の一例であるリングロウ３が溶融し、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２とが、下部金属パイプ２の上端部２ａ付近で、リングロウ３を介して熱を伝えるとともに、電気的にも導通状態を開始する。なお、図２の第２工程（ｂ）の図では、溶融したリングロウ３を黒色に塗り潰すとともに、浸透が始まった部分をグラディエーションで示している。この第２工程での負荷インピーダンスは、第１工程よりも低くなっている。

その後、図２の第３工程（ｃ）は、ロウ材浸透期間を示す断面図である。この工程では、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２との隙間に、溶融したリングロウ３が浸透し、上部金属パイプ１と、下部金属パイプ２と、リングロウ３との熱が、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２とへ伝わり、温度上昇とともに、電気的な導通も良化するため、負荷インピーダンスは第２工程よりも低下する。なお、図２の第３工程（ｃ）の図でも、溶融して浸透したリングロウ３を黒色に塗り潰して示している。

この後、図２の第４工程（ｄ）は、ロウ付け完了期間を示す断面図である。この工程では、リングロウ３の上部金属パイプ１と下部金属パイプ２との隙間への浸透が、上部金属パイプ１の下端１ａに達し、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２との電気的な導通が最も良化し、４つの工程中で負荷インピーダンスは最小となる。図２の第４工程（ｄ）の図でも、溶融して浸透したリングロウ３を黒色に塗り潰して示している。

次に、図３の本発明の本実施形態におけるロウ付け実測波形図を用いて、ロウ付けプロセスを説明する。図３は、左側の縦軸は、放射温度計９で測定している上部金属パイプ１上の温度測定位置５での温度を示している。左側の縦軸は、負荷インピーダンス検出部８により検出された周波数を示している。横軸は、放射温度計９での測定時間又は負荷インピーダンス検出部８での検出時間を示している。

図３において、ロウ付け開始とフラックス活性化との期間１１は、図２の第１工程（ａ）に相当する。ロウ材溶融と浸透との期間１２は、図２の第２工程（ｂ）及び第３工程（ｃ）に相当する。ロウ付け完了期間１３は、図２の第４工程（ｄ）に相当する。また、図３の周波数波形１４は、負荷インピーダンス検出部８により検出された周波数と時間とのグラフである。温度波形１６と、温度変化点１７とは、放射温度計９（検出温度範囲２００℃〜１５００℃）により上部金属パイプ１上の温度測定位置５にて測定された温度と時間とのグラフと、当該グラフ上の温度変化点１７である。昇温速度波形１８と昇温速度最大点１９と周波数変化点１５とは、後述する、図５Ａ及び図５Ｂに示す本発明の本実施形態における昇温速度と周波数変化点との検出フロー図より、コントローラ７で自動的に検出したものである。昇温速度波形１８は、放射温度計９で出力された温度情報と放射温度計９での測定時間の情報とを基に昇温速度を計算して、波形を形成している。具体的には、１つ前の温度情報と現在の温度情報との差分をとって、測定時間（サンプリング時間）で割って、昇温速度を求めている。

図３のロウ付け開始とフラックス活性化との期間１１においては、周波数波形１４は、高周波電源６から加熱コイル１０に電力が供給された直後の立ち上がり期間以外は、２６８．６ｋＨｚでフラットな波形である。また、温度波形１６の傾きも一定で、昇温速度波形１８は、ほぼ０でフラットな波形となっている。

ロウ材溶融と浸透との期間１２においては、リングロウ３の熱が、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２とへ伝わって温度上昇するに伴い、温度変化点１７で温度波形１６の傾き、すなわち昇温速度が昇温速度波形１８のように変化し、昇温速度最大点１９で最大値が出現する。

この後、ロウ付け完了期間１３においては、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２との、電気的な導通が最も良化し、負荷インピーダンスは４つの工程中で最小となる。このとき、周波数波形１４に周波数変化点１５が出現する。

このように、昇温速度最大点１９をコントローラ７で検出し、周波数変化点１５をコントローラ７で検出することで、ロウ付け完了をコントローラ７で自動的に判定し、高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイルに供給する電力をコントローラ７の制御部７ｋで供給停止することにより、ロウ材の未溶融、浸透不足、及び、金属パイプの溶融と破れといった品質不具合を防止することが可能となる。なお、昇温速度最大点１９を検出することは、リングロウ３が溶融したことを検出することを意味する。また、周波数変化点１５を検出することは、被加熱体４の負荷インピーダンスの変化を検出することを意味する。これらの昇温速度最大点１９と周波数変化点１５との検出の仕方の詳細については、後述する。

ここで、図３の周波数波形１４に周波数変化点１５が出現する現象について、詳細に述べる。図４の電源部２０と整合回路部２１とは、ロウ付けで使用される高周波電源の一般的な構成で、図１の高周波電源６の内部構成図である。

加熱コイル１０と被加熱体４とで構成される負荷回路２２は、構造、配置、材質、又は温度などの様々な条件により変化するので、負荷回路２２の変化、すなわち、負荷インピーダンスの変化に合わせることが必要となる。刻々に変化する負荷インピーダンスに対応して、自動的に周波数を変化させて整合条件を変える自動整合（自動マッチング）を搭載している電源もあれば、負荷インピーダンスの変化範囲を予め考慮して、段階的に切り替える方式、又は、ある程度の整合範囲に対応できる回路が作られている場合もある。本実施形態においては、整合回路部２１を、加熱コイル１０と、共振コンデンサと、出力トランスと、高周波電流検出器とを備えて構成している。このような整合回路部２１によれば、負荷回路２２での負荷インピーダンスに対応して自動的に周波数を変化させて整合条件を変える自動整合（自動マッチング）を行うことができる。このような自動整合を搭載している電源を本実施形態のロウ付け装置では使用しており、負荷インピーダンスの変化がない通常の状態であれば、加熱コイル１０のインピーダンスに合わせて周波数を自動整合した結果、自動整合による周波数の変化が安定して行われている。加熱中は被加熱体４の状態により負荷インピーダンスが変化するため、自動整合機能が作動し、周波数が変化する。このため、図３の周波数波形１４に周波数変化点１５が出現する。

また、ここで、コントローラ７による図３の昇温速度最大点１９と周波数変化点１５との検出方法について、詳細に述べる。

図５Ａ及び図５Ｂは、昇温速度最大点１９と周波数変化点１５との検出フローを示した図である。本フローは、図１のコントローラ７のシーケンサ内のプログラムにより動作している。

まず、ステップＳ０００において、コントローラ７の入出力ポートＩ／Ｏから運転開始信号を受信し、運転を開始する。すなわち、コントローラ７の制御の下に、高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイル１０に電力を供給する。

次いで、ステップＳ００１にて、運転開始からパラメータＴ０時間が経過するまで待つ。パラメータＴ０時間が経過したら、ステップＳ００２にて、放射温度計９からのアナログ信号をコントローラ７内でＡＤ変換された温度データのノイズ除去も兼ねて、１０個の移動平均値をコントローラ７の第１演算部７ａで計算する。

次いで、ステップＳ００３にて、コントローラ７の第２演算部７ｂで、移動平均値の差分を取り、昇温速度を計算する。

次いで、ステップＳ００４にて、ステップＳ００３で第２演算部７ｂで計算した移動平均値の差分の感度を上げるために、コントローラ７の第３演算部７ｃで２乗し、その２乗値が閾値パラメータＴｔｈ以上であるとコントローラ７の第１判定部７ｄで判定された場合に、ステップＳ００５にて、現在値と１つ前のデータの差分をコントローラ７の第４演算部７ｅで計算する。２乗値が閾値パラメータＴｔｈ未満であるとコントローラ７の第１判定部７ｄで判定された場合には、ステップＳ００２に戻る。

次いで、ステップＳ００６にて、ステップＳ００５で第４演算部７ｅで求めた差分値が、３回連続して０以下となるかコントローラ７の第２判定部７ｆで監視する。

次いで、ステップＳ００７にて、ステップＳ００６で３回連続して０以下となったと第２判定部７ｆで判定した場合に、第２判定部７ｆで昇温速度最大点１９と判定する。ステップＳ００６で３回連続して０を超えると第２判定部７ｆで判定した場合には、ステップＳ００２に戻る。

ここまでの、ステップＳ００２〜ステップＳ００７までが、昇温速度最大点１９の判定工程であり、第１演算部７ａと第２演算部７ｂと第３演算部７ｃと第１判定部７ｄと第４演算部７ｅと第２判定部７ｆとで、昇温速度最大点検出部（リングロウ溶融検出部）７Ａを構成している。

次いで、ステップＳ００７にて第２判定部７ｆで昇温速度最大点１９を判定した後に、ステップＳ０１０にて、高周波電源６からの周波数アナログ信号をコントローラ７内でＡＤ変換された温度データのノイズ除去も兼ねて、第１演算部７ａで１０個の移動平均値を計算する。

次いで、ステップＳ０１１にて、コントローラ７の第２演算部７ｂで、移動平均値の差分を取り、周波数変動速度を計算する。

次いで、ステップＳ０１２にて、ステップＳ０１１で第２演算部７ｂで計算した移動平均値の差分の感度を上げるために、コントローラ７の第３演算部７ｃで２乗し、その２乗値が閾値パラメータＦｔｈ以上であるとコントローラ７の第３判定部７ｇで判定された場合に、ステップＳ０１３にて、コントローラ７の第５演算部７ｈで現在値と１つ前のデータとの差分を計算する。２乗値が閾値パラメータＦｔｈ未満であると第３判定部７ｇで判定された場合には、ステップＳ０１０に戻る。

次いで、ステップＳ０１４にて、ステップＳ０１３で第５演算部７ｈで求めた差分値が、３回連続して０以下となるかコントローラ７の第４判定部７ｉで監視する。

次いで、ステップＳ０１５にて、ステップＳ０１４で３回連続して０以下となったと第４判定部７ｉで判定した場合に、第４判定部７ｉで周波数変化点１５と判定し、ステップＳ０１６にて高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイルに供給する電力を制御部７ｋで供給停止する。ステップＳ０１４で３回連続して０を超えると第４判定部７ｉで判定した場合には、ステップＳ０１０に戻る。

ここまでの、ステップＳ０１０〜ステップＳ０１５までが、周波数変化点１５の判定工程であり、第１演算部７ａと第２演算部７ｂと第３演算部７ｃと第３判定部７ｇと第５演算部７ｈと第４判定部７ｉとで、周波数変化点検出部（負荷インピーダンスの変化点検出部）７Ｂを構成している。

なお、本実施形態では、サンプリング時間が１０ｍｓであったので、移動平均値として１０個、及び、変化点抽出に３回連続としているが、コントローラの演算処理能力、メモリ容量、プログラム容量等、又は、システム構成に依存するものであって、これらの個数又は回数に特に限定したものではない。

このようにして、昇温速度最大点１９をコントローラ７で検出し、周波数変化点１５をコントローラ７で検出することで、ロウ付け完了をコントローラ７で自動的に判定し、高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイルに供給する電力をコントローラ７の制御部７ｋで自動的に供給停止するが、金属パイプ１，２の熱伝導により、図１における温度測定位置５によっては、昇温速度最大点１９の検出が周波数変化点１５の検出に間に合わない可能性がある。従って、図１における温度測定位置５の測定可能な範囲について述べる。

温度測定位置５としては、図６に示すように、被加熱体４の中心軸（上部金属パイプ１の軸方向又は下部金属パイプ２の軸方向）４ｂ上で、下部金属パイプ２の上端２ｂから＋２ｍｍの位置を被加熱体４の位置３０とし、＋４ｍｍの位置を被加熱体４の位置３１とし、＋５ｍｍの位置を被加熱体４の位置３２とし、−１ｍｍの位置を被加熱体４の位置３３とし、−３ｍｍの位置を被加熱体４の位置３４とし、−６ｍｍの位置を被加熱体４の位置３５とする。

図７Ａは、＋２ｍｍの被加熱体４の位置３０における実測データを示す図である。昇温速度最大点１９を検出した後に、周波数変化点１５が検出されており、ロウ付け完了の判定が可能である。

図７Ｂは、＋４ｍｍの被加熱体４の位置３１における実測データを示す図である。図７Ａと同様に、昇温速度最大点１９を検出した後に、周波数変化点１５が検出されており、ロウ付け完了の判定が可能である。

図７Ｃは、＋５ｍｍの被加熱体４の位置３２における実測データを示す図である。これは、図７Ａ及び図７Ｂとは異なり、昇温速度最大点１９の検出が、周波数変化点１５の検出とほぼ同じタイミングとなっており、ロウ付け完了の判定が不可能である。

また、図８Ａは、−１ｍｍの被加熱体４の位置３３における実測データを示す図である。この場合は、昇温速度最大点１９を検出した後に、周波数変化点１５が検出されており、ロウ付け完了の判定が可能である。

図８Ｂは、−３ｍｍの被加熱体４の位置３４における実測データを示す図である。図８Ａと同様に、昇温速度最大点１９を検出した後に、周波数変化点１５が検出されており、ロウ付け完了の判定が可能である。

図８Ｃは、−６ｍｍの被加熱体４の位置３５における実測データを示す図である。これは、図８Ａ及び図８Ｂとは異なりに、昇温速度最大点１９の検出が、周波数変化点１５の検出とほぼ同じタイミングとなっており、ロウ付け完了の判定が不可能である。

従って、被加熱体４の温度測定位置５として、被加熱体４の温度の測定可能な範囲は、下部金属パイプ２の上端２ｂから軸方向沿いの上向きに＋４ｍｍ以下かつ軸方向沿いの下向きに−５ｍｍ以内であるといえる。

本実施形態にかかるロウ付け方法とリングロウ３の溶融検出に放射温度計９を使用する構成によれば、放射温度計９の絶対温度又は時間管理に依存しないでロウ付け完了の判定が可能となり、高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイルに供給する電力をコントローラ７の制御部７ｋで自動的に供給停止することで、誘導加熱ロウ付け時のロウ材の未溶融、浸透不足、及び、金属パイプの溶融と破れといった品質不具合を防止する効果が得られる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本実施形態においては、リングロウ３が溶融したことを検出する溶融検出センサーとして、放射温度計９を使用する方法について述べたが、溶融検出センサーの他の例として、リングロウ３の形状変化を検出するセンサーとしてもよい。すなわち、リングロウ３の形状変化を検出するセンサーとしては、例えば光学式反射型、透過型非接触センサー、又は、カメラによる画像処理、又は、静電容量型非接触式センサーなどでもよい。

光学式非接触センサーは、接合部４ａの温度上昇とともに被加熱体４の表面状態の影響をうけるが、長距離検出可能という特徴がある。また、カメラによる画像処理は、ロウ材中のフラックスが活性化する際の白煙の影響を受けるが、高視野及び高精細検出が可能という特徴がある。

以下の変形例では、被加熱体４の表面状態の影響、及び、フラックスの白煙の影響を受けにくい静電容量型非接触式センサーを溶融検出センサーの別の例として適用する場合について、図９〜図１０Ｂを参照しながら述べる。

リングロウ３が高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイルに供給する電力により発生するローレンツ力に影響されて振動しないことが条件ではあるが、図９に示すように、放射温度計９の代わりに、溶融検出センサーの別の例として静電容量型非接触式近接センサー４０を使用して、リングロウ３の溶融を検出することも可能である。

静電容量型非接触式近接センサー４０は、接合部４ａに対向して配置され、静電容量の変化で物体の存在、すなわち、接近（有り＝ＯＮ）及び離脱（無し＝ＯＦＦ）という位置の変化を検出する方式である。

図１０Ａに示すように、リングロウ３が未溶融の場合は、静電容量型非接触式近接センサー４０の測定位置４１又は４２において、リングロウ３が存在するため、静電容量型非接触式近接センサー４０の出力はＯＮとなる。

その後、リングロウ３が加熱され、図１０Ｂに示すように、リングロウ３が溶融し、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２との隙間に浸透した場合は、静電容量型非接触式近接センサー４０の測定位置４１又は４２において、リングロウ３が存在しなくなるため、静電容量型非接触式近接センサー４０の出力はＯＦＦとなる。

従って、ロウ材溶融と浸透との期間において、静電容量型非接触式近接センサー４０の出力がＯＮからＯＦＦへ変化し、その後に、周波数変化点１５を検出し、ロウ付け完了を判定し、高周波電源６へロウ付け完了信号を出力することで、加熱コイル１０への高周波電力の供給が先の実施形態と同様に自動的に供給停止することができ、被加熱体４のロウ付けが完了する。

この変形例にかかるロウ付け方法とリングロウ３の溶融検出に静電容量型非接触式近接センサー４０を使用する構成によれば、放射温度計９の絶対温度又は時間管理に依存しないで、ロウ付け完了の判定が可能となり、高周波電源６からロウ付け用誘導加熱コイルに供給する電力を自動的に供給停止することで、誘導加熱ロウ付け時のロウ材の未溶融、浸透不足、及び、金属パイプの溶融と破れといった品質不具合を防止する効果が得られる。

なお、前記実施形態にかかるロウ付け方法を実施するためのロウ付け装置は、上部金属パイプ１と下部金属パイプ２とをリングロウ３で接合して構成される被加熱体４を加熱するロウ付け用誘導加熱コイル１０と、
前記ロウ付け用誘導加熱コイル１０に電力を供給する高周波電源６と、
前記高周波電源６と前記被加熱体４との間の前記被加熱体４の負荷インピーダンスの変化を検出する負荷インピーダンス検出部８と、
前記リングロウ３が溶融したことを検出した後に、前記負荷インピーダンス検出部８で前記被加熱体４の前記負荷インピーダンスの変化を検出したのち、前記高周波電源６から前記ロウ付け用誘導加熱コイル１０への前記電力の供給を停止するコントローラ７（制御部７ｋ）とを備えて構成していることになる。

そして、より詳しくは、前記リングロウ３が溶融したことを検出するため、昇温速度最大点検出部（リングロウ溶融検出部）７Ａで昇温速度最大点１９を検出するとともに、前記負荷インピーダンスの変化を検出するため、周波数変化点検出部（負荷インピーダンス変化点検出部）７Ｂで周波数変化点１５を検出するようにしている。

このような装置でも、前記したロウ付け方法にかかる作用効果を奏することができる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかるロウ付け方法は、放射温度計の絶対温度又は時間管理に依存しないで、ロウ付け完了を判定し、高周波電源からロウ付け用誘導加熱コイルに供給する電力を供給停止することで、誘導加熱ロウ付け時のロウ材の未溶融、浸透不足、及び、金属パイプの溶融と破れといった品質不具合を防止する効果を有し、エア・コンディショナー又は冷蔵庫などに用いられる熱交換器の金属パイプのロウ付け用途に適用できる。

１ 上部金属パイプ
１ａ 下端
２ 下部金属パイプ
２ａ 上端部
２ｂ 上端
３ リングロウ
４ 被加熱体
４ａ 接合部
４ｂ 中心軸
５ 温度測定位置
６ 高周波電源
７ コントローラ
７Ａ 昇温速度最大点検出部（リングロウ溶融検出部）
７Ｂ 周波数変化点検出部（負荷インピーダンス変化点検出部）
７ａ 第１演算部
７ｂ 第２演算部
７ｃ 第３演算部
７ｄ 第１判定部
７ｅ 第４演算部
７ｆ 第２判定部
７ｇ 第３判定部
７ｈ 第５演算部
７ｉ 第４判定部
７ｋ 制御部
８ 負荷インピーダンス検出部
９ 放射温度計
１０ 加熱コイル
１１ ロウ付け開始とフラックス活性化期間
１２ ロウ材溶融と浸透期間
１３ ロウ付け完了期間
１４ 周波数波形
１５ 周波数変化点
１６ 温度波形
１７ 温度変化点
１８ 昇温速度波形
１９ 昇温速度最大点
２０ 電源部
２１ 整合回路部
２２ 負荷回路
３０ 被加熱体の下部金属パイプ上端から＋２ｍｍの位置
３１ 被加熱体の下部金属パイプ上端から＋４ｍｍの位置
３２ 被加熱体の下部金属パイプ上端から＋５ｍｍの位置
３３ 被加熱体の下部金属パイプ上端から−１ｍｍの位置
３４ 被加熱体の下部金属パイプ上端から−３ｍｍの位置
３５ 被加熱体の下部金属パイプ上端から−６ｍｍの位置
４０ 静電容量型非接触式近接センサー
４１、４２ 測定位置
１００ 高周波加熱電源回路
１０１ 赤外線放射温度計
１０２ 高周波加熱温度設定器
１０３ 高周波加熱インダクタ
１０４ シーケンサ
１０５ 軸長金属導体
１０６ 周長金属導体
１０７ ロウ付け位置

Claims (3)

1. 上部金属パイプと下部金属パイプとをリングロウで接合して構成される被加熱体を、高周波電源からロウ付け用誘導加熱コイルに供給される電力によって加熱するロウ付け方法において、
   前記リングロウが溶融したことを検出した後に、前記高周波電源と前記被加熱体との間の前記被加熱体の負荷インピーダンスの変化を負荷インピーダンス検出部で検出し、
   次いで、前記高周波電源から前記ロウ付け用誘導加熱コイルへの前記電力の供給を停止する、ロウ付け方法。
2. 前記リングロウが溶融したことの検出は、前記被加熱体の昇温速度の変化で検出する、請求項１に記載のロウ付け方法。
3. 前記昇温速度の変化を検出する温度測定位置は、前記下部金属パイプの上端から前記上部金属パイプの軸方向沿いの上向きに４ｍｍ以下であり、かつ、前記下部金属パイプの前記上端から前記下部金属パイプの軸方向沿いの下向きに５ｍｍ以内の位置である、請求項２に記載のロウ付け方法。

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