JP2021053668A - Aluminum brazing method and brazing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウムのろう付け方法及びろう付け装置に関する。 The present invention relates to aluminum brazing methods and brazing devices.
なお、本明細書及び特許請求の範囲では、文中に特に明示する場合を除き、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられる。 In the present specification and claims, the term "aluminum" is used to mean both pure aluminum and aluminum alloys, unless otherwise specified in the text.
半導体チップなどの発熱性素子を冷却する冷却器は、複数の冷却器構成部材を仮組して形成した仮組体についてそのろう付け予定部をろう付けすることにより製造される場合がある。冷却器構成部材としては、冷却器の冷却性能を高めるとともに冷却器の軽量化を図るため、一般にアルミニウム部材が用いられる。また、仮組体のろう付け予定部にはろう材が設けられている。 A cooler for cooling a heat-generating element such as a semiconductor chip may be manufactured by brazing a brazed portion of a temporarily assembled body formed by temporarily assembling a plurality of cooler components. As the cooler component, an aluminum member is generally used in order to improve the cooling performance of the cooler and reduce the weight of the cooler. In addition, a brazing material is provided at the planned brazing portion of the temporary assembly.
特開2010−219095号公報(特許文献1)は、冷却器構成部材としてアルミニウム部材を用いた仮組体についてそのろう付け予定部をろう付けすることにより冷却器を製造する方法を開示している。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-21909 (Patent Document 1) discloses a method for manufacturing a cooler by brazing a brazed portion of a temporary assembly using an aluminum member as a cooler component. ..
この製造方法では、仮組体を所定の保持治具により保持するとともに、仮組体のろう付け予定部を保持治具に搭載されたバネの弾性力により常時加圧した状態で仮組体を加熱することにより、ろう付け予定部をろう付けしている。 In this manufacturing method, the temporary assembly is held by a predetermined holding jig, and the temporary assembly is held in a state where the brazed portion of the temporary assembly is constantly pressed by the elastic force of the spring mounted on the holding jig. The planned brazing part is brazed by heating.
上述した製造方法のように、仮組体等のワークのろう付け予定部をろう付けするため、ろう付け予定部を常時加圧した状態でワークを加熱した場合、次のような難点があった。 Since the planned brazing part of the work such as a temporary assembly is brazed as in the manufacturing method described above, when the work is heated while the planned brazing part is constantly pressurized, there are the following problems. ..
すなわち、ワークのろう付け予定部を加圧すると、ワークを構成する複数の部材同士が密着するとともにワークと保持治具も互いに密着した状態になる。そのため、ろう付け予定部を常時加圧した状態でワークを加熱した場合、ワーク(ろう付け予定部)及び保持治具に付着している不純物(例:水、油)がワークの予熱時に十分に蒸発除去されず、その結果、得られるろう付け品(冷却器)の品質に悪影響を及ぼすことがあった。 That is, when the brazed portion of the work is pressed, the plurality of members constituting the work are in close contact with each other, and the work and the holding jig are also in close contact with each other. Therefore, when the work is heated with the planned brazing part constantly pressurized, impurities (eg, water, oil) adhering to the work (planned brazing part) and the holding jig are sufficiently removed when the work is preheated. It was not removed by evaporation, which could adversely affect the quality of the resulting brazed product (cooler).
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高品質なろう付け品を得ることができるアルミニウムのろう付け方法及びろう付け装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned technical background, and an object of the present invention is to provide an aluminum brazing method and a brazing device capable of obtaining a high-quality brazed product.
本発明は以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means.
1) ろう材が設けられたろう付け予定部を有するアルミニウムワークを加熱するとともに前記ワークの前記ろう付け予定部を加圧手段により加圧することにより、前記ろう付け予定部をろう付けする、アルミニウムのろう付け方法であって、
前記ワークの温度の上昇時において前記ワークの温度が200℃を超え520℃以下の範囲である時間帯をワークの予熱時間帯とするとき、
前記ワークの予熱時間帯の少なくとも一部で、前記加圧手段による前記ろう付け予定部の加圧が行われていない状態にし、
前記ろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部で、前記加圧手段により前記ろう付け予定部を加圧した状態にする、アルミニウムのろう付け方法。
1) Aluminum brazing that brazes the planned brazing portion by heating the aluminum work having the scheduled brazing portion provided with the brazing material and pressurizing the scheduled brazing portion of the work by a pressurizing means. Brazing method
When the time zone in which the temperature of the work exceeds 200 ° C. and is 520 ° C. or less when the temperature of the work rises is set as the preheating time zone of the work.
At least a part of the preheating time zone of the work, the brazed portion is not pressurized by the pressurizing means.
A method for brazing aluminum, in which the planned brazing portion is pressurized by the pressurizing means at least during a time period in which the brazing material is in a molten state.
2) ワークの温度が520℃を超えた時であって前記ろう材の溶融開始時よりも前から前記加圧手段により前記ろう付け予定部を加圧した状態にする前項1記載のアルミニウムのろう付け方法。
2) The aluminum brazing according to the preceding
3) 前記加圧手段は、ろう付け炉内に配置された受けダイ及び押圧ダイを備えており、
前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイは加熱されており、
前記ろう付け炉内において、前記受けダイで受けられた前記ワークを前記受けダイと前記押圧ダイとの間で挟圧することにより、前記ろう付け予定部を加圧し、
前記ろう付け炉内において、前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイの熱を前記ワークに伝導伝熱により伝えることにより、前記ワークを加熱する前項1又は2記載のアルミニウムのろう付け方法。
3) The pressurizing means includes a receiving die and a pressing die arranged in a brazing furnace.
Of the receiving die and the pressing die, at least the receiving die is heated.
In the brazing furnace, the work received by the receiving die is sandwiched between the receiving die and the pressing die to pressurize the planned brazing portion.
The method for brazing aluminum according to
4) 前記ろう付け炉内の雰囲気が不活性ガス雰囲気であり、
前記ろう付け予定部をフラックスを使用しないでろう付けする前項3記載のアルミニウムのろう付け方法。
4) The atmosphere inside the brazing furnace is an inert gas atmosphere.
The method for brazing aluminum according to
5) 前記ワークは、冷却器を構成する複数のアルミニウム部材が仮組みされて形成された仮組体からなる前項1〜4のいずれかに記載のアルミニウムのろう付け方法。
5) The method for brazing aluminum according to any one of the preceding
6) ろう材が設けられたろう付け予定部を有するワークを加熱するとともに前記ワークの前記ろう付け予定部を加圧することにより、前記ろう付け予定部をろう付けするろう付け装置であって、
内部にワークが配置されるろう付け炉と、
前記ろう付け炉内に配置されたワークのろう付け予定部を加圧する加圧手段とを具備し、
前記加圧手段は、前記ろう付け炉内に配置された受けダイ及び押圧ダイを備えるとともに、前記受けダイで受けられたワークを前記受けダイと前記押圧ダイとの間で挟圧することにより、ワークのろう付け予定部を加圧するものであり、
前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイは加熱されるとともに、前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイの熱がワークに伝導伝熱により伝わることによりワークを加熱するものである、ろう付け装置。
6) A brazing device for brazing the planned brazing portion by heating a work having a scheduled brazing portion provided with a brazing material and pressurizing the scheduled brazing portion of the work.
A brazing furnace in which the work is placed inside,
It is provided with a pressurizing means for pressurizing the planned brazing portion of the work arranged in the brazing furnace.
The pressurizing means includes a receiving die and a pressing die arranged in the brazing furnace, and works by sandwiching the work received by the receiving die between the receiving die and the pressing die. It pressurizes the part to be brazed,
At least the receiving die of the receiving die and the pressing die is heated, and at least the heat of the receiving die and the pressing die is transferred to the work by conduction heat transfer to heat the work. There is a brazing device.
7) アルミニウムからなるワークのろう付け予定部をろう付けするものであり、
前記ろう付け炉は予熱室と加熱室を備え、
前記予熱室には、前記加圧手段の前記受けダイ及び前記押圧ダイとして第1受けダイ及び第1押圧ダイが配置されており、
前記加熱室には、前記加圧手段の前記受けダイ及び前記押圧ダイとして第2受けダイ及び第2押圧ダイが配置されており、
前記予熱室では、ワークの温度が200℃を超え520℃以下の範囲になるようにワークが予熱され、
前記加熱室では、前記予熱室で予熱されたワークがその温度がワークのろう材の融点以上になるように加熱される前項6記載のろう付け装置。
7) The planned brazing part of the work made of aluminum is brazed.
The brazing furnace is provided with a preheating chamber and a heating chamber.
In the preheating chamber, a first receiving die and a first pressing die are arranged as the receiving die and the pressing die of the pressurizing means.
In the heating chamber, a second receiving die and a second pressing die are arranged as the receiving die and the pressing die of the pressurizing means.
In the preheating chamber, the work is preheated so that the temperature of the work exceeds 200 ° C and is in the range of 520 ° C or less.
The brazing device according to
8) ワークの温度が200℃を超え520℃以下の範囲である時間帯をワークの予熱時間帯とするとき、
前記第1受けダイ及び前記第1受けダイは、ワークの予熱時間帯の少なくとも一部でワークを挟圧しないように構成されるとともに、
前記第2受けダイ及び前記第2受けダイは、ワークのろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部でワークを挟圧するように構成されている前項7記載のろう付け装置。
8) When the work temperature is in the range of more than 200 ° C and 520 ° C or less as the work preheating time zone.
The first receiving die and the first receiving die are configured so as not to pinch the work in at least a part of the preheating time zone of the work.
The brazing device according to item 7 above, wherein the second receiving die and the second receiving die are configured to sandwich the work at least in a part of a time zone in which the brazing material of the work is in a molten state.
本発明は以下の効果を奏する。 The present invention has the following effects.
前項1では、ワークの予熱時間帯の少なくとも一部で加圧手段によるろう付け予定部の加圧が行われていない状態にすることにより、ワークや保持治具に付着している不純物を確実に蒸発除去することができる。そして、ろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部で加圧手段によりろう付け予定部を加圧した状態にすることにより、高品質なろう付け品を得ることができる。
In
前項2では、ワークの温度が520℃を超えた時であってろう材の溶融開始時よりも前から加圧手段によりろう付け予定部を加圧した状態にすることにより、高品質なろう付け品を確実に得ることができる。
In
前項3では、ろう付け炉内に配置された受けダイと押圧ダイとの間でワークを挟圧することによりろう付け予定部を加圧するので、ワークを保持する保持治具にバネ等の加圧手段を必ずしも搭載することを要せず、保持治具の構造を簡素化できる。これにより、保持治具のコストを削減できるし、しかも保持治具の熱容量を少なくすることができて、加熱効率が向上し加熱コストも削減できる。さらに、加熱効率が向上することでろう付け炉内における保持治具の滞留時間を短くできるので、複数のワークのろう付けを行う場合でも準備しておかなければならない保持治具の数も少なくすることができ、保持治具の準備及び管理にかかるコストも低減する。
In
さらに、受けダイ及び押圧ダイのうち少なくとも受けダイの熱をワークに伝導伝熱により伝えることによりワークを加熱するので、ワークを加熱するために熱を放射伝導(輻射伝導)によりワークに伝える場合に比べて加熱効率が高く、これによりろう付けに要する時間を短縮できる。 Further, since the work is heated by transferring at least the heat of the receiving die to the work by conduction heat transfer among the receiving die and the pressing die, when the heat is transferred to the work by radiant conduction (radiant conduction) to heat the work. Compared with this, the heating efficiency is high, which can shorten the time required for brazing.
前項4では、前項3のろう付け方法によってろう付けに要する時間を短縮できるので、ワークのろう付け予定部の酸化の進行が抑制される。そのため、ろう付け雰囲気を必ずしも高真空にすることを要せず、ろう付け雰囲気が不活性ガス雰囲気である場合でもフラックスを使用せずにろう付け予定部をろう付けすることができる。
In the preceding
前項5では、高品質なろう付け品として冷却器を得ることができる。
In
前記6〜8では、上述したろう付け方法に好適に用いることができるろう付け装置を提供できる。 In the above 6 to 8, it is possible to provide a brazing device that can be suitably used for the above-mentioned brazing method.
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るアルミニウムのろう付け方法は、半導体チップ等の発熱性素子(図示せず)を冷却するアルミニウム製冷却器6を製造する際に用いられるものである。
As shown in FIG. 1, the aluminum brazing method according to the embodiment of the present invention is used when manufacturing an
冷却器6は、冷却器6を構成する複数のアルミニウム部材として、アルミニウム製ベース板4とアルミニウム製放熱フィン5とを備えている。放熱フィン5は、波頂部と波底部が交互に連続するコルゲート状に形成されている。そして、ベース板4と放熱フィン5が本実施形態のろう付け方法によりろう付け一体化されることにより、冷却器6が得られる。
The
ベース板4と放熱フィン5がろう付け一体化される前の状態において、ベース板4はアルミニウムブレージングシートからなるものであり、したがってベース板4の片面に層状のろう材3がクラッドされている。そして、放熱フィン5の複数の波頂部上にベース板4がそのろう材3が複数の波頂部側(即ち下側)に向くように載置されており、これにより、ベース板4と放熱フィン5が仮組みされて仮組体1が形成されている。仮組体1におけるベース板4と放熱フィン5の複数の波頂部との接触部2がろう付けされることにより、冷却器6が得られる。
Before the
本実施形態では、アルミニウムワークは上述の仮組体1からなる。仮組体1におけるベース板4と放熱フィン5の複数の波頂部との接触部2が仮組体(ワーク)1のろう付け予定部2である。
In the present embodiment, the aluminum work is made of the above-mentioned
仮組体1において、ベース板4の層状ろう材3の表面には微細な凹凸が形成されており、放熱フィン5の各波頂部の表面にも微細な凹凸が形成されており、そのため、仮組体1のろう付け予定部2にはこれらの凹凸に起因する隙間(図示せず)が形成されている。
In the
ろう材3の材料は限定されるものではなく、ろう材としてアルミニウム合金系ろう材(例:Al−Si系、Al−Si−Mg系ろう材)等が用いられる。
The material of the
次に、仮組体1のろう付け予定部2をろう付けする方法について以下に説明する。
Next, a method of brazing the planned
仮組体1のろう付け予定部2をろう付けする場合、図2に示すように、仮組体1は保持治具10により保持され、そして、ろう付け炉の内部31aにおいて所定のろう付け雰囲気中にて仮組体1が加熱されるとともに仮組体1のろう付け予定部2が加圧手段に20より加圧されることにより、ろう付け予定部2がろう付けされる。
When the planned
保持治具10は、耐熱性を有する材料(例:ステンレス鋼、カーボン)製のものであり、仮組体1が載置される底板11と、底板11に立設された複数の支柱12と、底板11上に載置された仮組体1上に載置される押圧板13とを備えている。
The holding jig 10 is made of a heat-resistant material (eg, stainless steel, carbon), and includes a bottom plate 11 on which the
支柱12の外周面にはネジ山が形成されている。押圧板13には各支柱12が挿通される上下方向(即ち押圧板13の厚さ方向)に貫通した複数の貫通孔13aが穿設されている。押圧板13は上下方向に移動可能にその各貫通孔13aに支柱12が挿通されるとともに、底板11上に載置された仮組体1(詳述すると仮組体1のベース板4)上に載置されており、更に、各支柱12の上端部にナット14が螺合している。押圧板13はこのナット14によって仮組体1上に載置された状態に維持されている。これにより、仮組体1は保持治具10の底板11と押圧板13との間で仮組状態に保持されている。
A screw thread is formed on the outer peripheral surface of the
上述した加圧手段20は、ろう付け炉の内部31aに上下方向に対向状に配置された一対の受けダイ21及び押圧ダイ23を備えている。 The pressurizing means 20 described above includes a pair of receiving dies 21 and pressing dies 23 arranged so as to face each other in the vertical direction inside 31a of the brazing furnace.
受けダイ21は、保持治具10により保持された仮組体1を保持治具10ごとその下側から受けるものである。
The receiving die 21 receives the
さらに、受けダイ21はその内部に設けられた電気ヒータ等からなる熱源25(これを説明の便宜上「下熱源26」という)を備えており、この下熱源26により受けダイ21が加熱されている。
Further, the receiving die 21 is provided with a heat source 25 (this is referred to as a “
仮組体1が受けダイ21で受けられた状態では、受けダイ21は保持治具10(詳述すると保持治具10の底板11)に略面接触状態に接触している。そのため、受けダイ21の熱が受けダイ21から保持治具10(詳述すると保持治具10の底板11)と仮組体1とに順次、伝導伝熱により伝わり、これにより、仮組体1が加熱されて仮組体1の温度が上昇する。
In the state where the
なお本発明では、仮組体1が受けダイ21で受けられた状態において、受けダイ21が保持治具10ではなく仮組体1に接触していてもよい。この場合、受けダイ21の熱が受けダイ21から仮組体1に伝導伝熱により伝わり、これにより、仮組体1が加熱されて仮組体1の温度が上昇する。
In the present invention, when the
押圧ダイ23は、受けダイ21の上側において受けダイ21に対して対向状に配置されている。受けダイ21と押圧ダイ23は、押圧ダイ23が受けダイ21に対して相対的に接離方向に移動しうるように構成されている。押圧ダイ23が受けダイ21に対して接近する方向24に相対的に移動することにより、押圧ダイ23が保持治具10の押圧板13を介して仮組体1に押し付けられ、これにより、仮組体1が受けダイ21と押圧ダイ23との間で挟圧されて仮組体1のろう付け予定部2がベース板4と放熱フィン5の波頂部とが密着する方向に加圧される。
The
さらに、押圧ダイ23はその内部に設けられた電気ヒータ等からなる熱源25(これを説明の便宜上「上熱源27」という)を備えており、この上熱源27により押圧ダイ23が加熱されている。
Further, the
受けダイ21と押圧ダイ23との間で仮組体1が挟圧された状態では、押圧ダイ23は保持治具10(詳述すると保持治具10の押圧板13)に略面接触状態に接触している。そのため、押圧ダイ23の熱が押圧ダイ23から保持治具10(詳述すると保持治具10の押圧板13)と仮組体1とに順次、伝導伝熱により伝わり、これにより、仮組体1が更に加熱される。
When the
なお本発明では、受けダイ21と押圧ダイ23との間で仮組体1が挟圧された状態において、押圧ダイ23が保持治具10ではなく仮組体1に接触してもよい。この場合、押圧ダイ23の熱が押圧ダイ23から仮組体1に伝導伝熱により伝わり、これにより、仮組体1が更に加熱される。
In the present invention, when the
上述したろう付け雰囲気は限定されるものではなく、不活性ガス(例:窒素ガス、アルゴンガス)雰囲気、真空(例:高真空、低真空)などであり、本実施形態では不活性ガス雰囲気である。 The brazing atmosphere described above is not limited, and may be an inert gas (eg, nitrogen gas, argon gas) atmosphere, a vacuum (eg, high vacuum, low vacuum), etc., and in the present embodiment, the inert gas atmosphere is used. is there.
仮組体1のろう付け予定部2をろう付けする場合、受けダイ21で受けられた仮組体1は受けダイ21及び押圧ダイ23のうち少なくとも受けダイ21の熱が上述したように仮組体1に伝導伝熱により伝わることにより加熱されるとともに、仮組体1のろう付け予定部2は加圧手段20(受けダイ21、押圧ダイ23)により所定の加圧パターンに従って加圧される。なお、仮組体1が加熱される前の仮組体1の温度は通常、略室温である。
When the planned
図3〜6は、加圧手段20による好ましい幾つかの具体的な加圧パターンを示している。 FIGS. 3-6 show some preferred specific pressurization patterns by the pressurizing means 20.
各図において、下のグラフは仮組体1の昇温パターン(即ち仮組体1の温度の時間変化)を示しており、上のグラフは仮組体1の当該昇温パターンにおける加圧手段20による加圧パターンを示している。また、下のグラフにおいて、横軸は仮組体1の昇温時間tであり、縦軸は仮組体1の温度T(その単位:℃)である。上のグラフにおいて、横軸は下のグラフと同じく仮組体1の昇温時間tであり、縦軸は加圧手段20による仮組体1の加圧力Pである。なお、これらの図に示した仮組体1の昇温パターンは同じである。
In each figure, the lower graph shows the temperature rise pattern of the temporary assembly 1 (that is, the time change of the temperature of the temporary assembly 1), and the upper graph shows the pressurizing means in the temperature rise pattern of the
また、各図の下のグラフにおいて、「Tm」は仮組体1のろう材3の融点であり、520℃よりも高い温度である。具体的にはろう材3が例えばAl−Si系ろう材である場合、Tmは約580℃〜約600℃である。仮組体1のベース板4及び放熱フィン5の融点はTmよりも高い。
Further, in the graph below each figure, "Tm" is the melting point of the
「A」は、仮組体1の温度Tの上昇時における200℃を超え520℃以下の温度範囲を示しており、この範囲Aを「仮組体1の予熱温度範囲A」という。また、この予熱温度範囲Aの時間帯(即ち、仮組体1の温度Tが200℃を超え520℃以下の範囲である時間帯)を「仮組体の予熱時間帯B」という。
“A” indicates a temperature range of more than 200 ° C. and 520 ° C. or lower when the temperature T of the
t1及びt2はそれぞれ仮組体1の温度Tが200℃及び520℃のときの時刻である。したがって、仮組体1の予熱時間帯Bの開始時刻はt1よりも後であり、仮組体1の予熱時間帯Bの終了時刻はt2である。
t1 and t2 are the times when the temperature T of the
t3はろう材3の溶融開始時刻であり、t4は溶融したろう材3の凝固開始時刻である。
t3 is the melting start time of the
「C」は、ろう材3が溶融状態である時間帯であり、この時間帯Cを以下では「ろう材3の溶融時間帯C」ともいう。この溶融時間帯Cはt3〜t4である。
“C” is a time zone in which the
各図の上のグラフにおいて、「P0」は加圧手段20により仮組体1のろう付け予定部2を加圧した時にろう付け予定部3に加わる加圧力である。P0は限定されるものではないが、0.02〜0.4MPaであることが特に好ましい。
In the graph above each figure, "P0" is a pressing force applied to the planned
本実施形態では、仮組体1のろう付け予定部2をろう付けする場合、図3〜6に示した第1〜第4の加圧パターンのように、仮組体1の予熱時間帯Bの少なくとも一部で加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が行われていない状態にし、ろう材3の溶融時間帯Cの少なくとも一部で加圧手段20によりろう付け予定部2を加圧した状態にする必要がある。各加圧パターンについて以下に説明する。
In the present embodiment, when the planned
<第1の加圧パターン(図3)>
図3に示した第1の加圧パターンでは、仮組体1のろう材3の溶融時間帯Cの一部でのみ、加圧手段20により仮組体1のろう付け予定部2を加圧した状態になっている。したがって、仮組体1の予熱時間帯B及び当該時間帯Bよりも前では、加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧は行われていない。
<First pressurization pattern (Fig. 3)>
In the first pressurizing pattern shown in FIG. 3, the
詳述すると、仮組体1の温度Tが略室温からろう材3の融点Tmよりも低い温度である時間帯(即ちt<t3の時)では、加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧は行われていない。仮組体1の昇温時間tがろう材3の溶融開始時刻t3よりも後で(即ちt3<tの時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が開始され、仮組体1の昇温時間tが溶融したろう材3の凝固開始時刻t4よりも前に(即ちt>t4の時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が除去されている。このとき、ろう付け予定部2は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。
More specifically, in a time zone in which the temperature T of the
<第2の加圧パターン(図4)>
図4に示した第2の加圧パターンでは、仮組体1の予熱時間帯B及び当該時間帯Bよりも前では、加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧は行われていない。仮組体1の温度Tが520℃を超えた時(t2<tの時)であってろう材3の溶融開始時刻t3よりも前から(即ちt>t3の時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が開始され、溶融したろう材3の凝固開始時刻t4よりも前に(即ちt>t4の時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が除去されている。このとき、ろう付け予定部2は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。
<Second pressurization pattern (Fig. 4)>
In the second pressurizing pattern shown in FIG. 4, the brazing planned
<第3の加圧パターン(図5)>
図5に示した第3の加圧パターンでは、仮組体1の予熱時間帯Bよりも前から(即ちt>t1の時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が開始され、仮組体1の予熱時間帯Bの途中で(即ちt1〜t2の間で)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が除去され、この除去状態が予熱時間帯Bの終了時刻(即ち仮組体1の温度Tが520℃のときの時刻t2)まで維持されている。したがって、仮組体1の予熱時間帯Bの一部では、加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧は行われていない。このとき、ろう付け予定部2は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。この加圧を、説明の便宜上、仮組体1の予熱時間帯Bの加圧といい、そのときの加圧力を仮組体1の予熱時間帯Bの加圧力という。
<Third pressurization pattern (Fig. 5)>
In the third pressurizing pattern shown in FIG. 5, pressurization of the planned
そして、仮組体1の温度Tが520℃を超えろう材3の融点Tmよりも低い温度である時間帯(即ちt2<t<t3の時)では、加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧は行われていない。
Then, in a time zone in which the temperature T of the
ろう材3の溶融開始時刻t3よりも後で(即ちt3<tの時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が開始され、溶融したろう材3の凝固開始時刻t4よりも前に(即ちt>t4の時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が除去されている。このとき、ろう付け予定部2は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。この加圧を、説明の便宜上、ろう材3の溶融時間帯Cの加圧といい、その加圧力をろう材3の溶融時間帯Cの加圧力という。
Pressurization of the planned
仮組体1の予熱時間帯Bの加圧力とろう材3の溶融時間帯Cの加圧力はともにP0であり等しい。ただし本発明では、両方の加圧力は等しいことに限定されるものではなく相異していてもよい。
The pressing force in the preheating time zone B of the
<第4の加圧パターン(図6)>
図6に示した第4の加圧パターンでは、上述した第3の加圧パターンと同じく、仮組体1の予熱時間帯Bよりも前から(即ちt>t1の時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が開始され、仮組体1の予熱時間帯Bの途中で(即ちt1〜t2の間で)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が除去され、この除去状態が予熱時間帯Bの終了時刻(即ち仮組体1の温度Tが520℃のときの時刻t2)まで維持されている。したがって、仮組体1の予熱時間帯Bの一部では、加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧は行われていない。このとき、ろう付け予定部2は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。
<Fourth pressurization pattern (Fig. 6)>
In the fourth pressurizing pattern shown in FIG. 6, similarly to the third pressurizing pattern described above, the pressurizing means 20 is used before the preheating time zone B of the temporary assembly 1 (that is, when t> t1). Pressurization of the planned
そして、仮組体1の温度Tが520℃を超えた時(即ちt2<tの時)であってろう材3の溶融開始時刻t3よりも前から(即ちt>t3の時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が開始され、溶融したろう材3の凝固開始時刻t4よりも前に(即ちt>t4の時)加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が除去されている。このとき、ろう付け予定部2は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。
Then, when the temperature T of the
仮組体1の予熱時間帯Bの加圧力とろう材3の溶融時間帯Cの加圧力はともにP0であり等しい。ただし本発明では、両方の加圧力は等しいことに限定されるものではなく相異していてもよい。
The pressing force in the preheating time zone B of the
本実施形態のろう付け方法によれば、仮組体1の予熱時間帯Bの少なくとも一部で加圧手段20によるろう付け予定部2の加圧が行われていない状態にすることにより、仮組体1や保持治具10に付着している不純物(例:水、油)を確実に蒸発除去することができる。そして、ろう材3の溶融時間帯Cの少なくとも一部で加圧手段20によりろう付け予定部2を加圧した状態にすることにより、ろう付け予定部2の隙間が小さくなり、これにより、溶融したろう材3が毛管作用によって当該隙間にて濡れ広がって当該隙間に充填される。そのため、ろう付け予定部2を良好にろう付けすることができて、高品質な冷却器6を得ることができる。
According to the brazing method of the present embodiment, the
さらに、図4及び6に示した第2及び第4の加圧パターンのように、仮組体1の温度が520℃を超えた時であってろう材3の溶融開始時刻t3よりも前から加圧手段20によりろう付け予定部2を加圧した状態にすることにより、溶融したろう材3がろう付け予定部2の隙間にて均一に濡れ広がる。そのため、ろう付け予定部2を確実に良好にろう付けすることができて、高品質な冷却器6を確実に得ることができる。
Further, as in the second and fourth pressurizing patterns shown in FIGS. 4 and 6, when the temperature of the
これに対して、仮組体1の温度Tが200℃以下である時間帯でろう付け予定部2の加圧を行わない状態にしても、仮組体1や保持治具10に付着している不純物が殆ど蒸発せず、不純物の除去効果が殆ど得られない。仮組体1の温度Tが520℃を超えた時間帯では不純物及びその蒸発ガスによる仮組体1の酸化が進行するので、これを抑制するため、仮組体1の温度が520℃以下のときに不純物を除去しておく必要がある。仮組体1の予熱温度範囲Aの特に好ましい範囲は400℃を超え500℃以下である。
On the other hand, even if the planned
さらに、本実施形態のろう付け方法によれば、ろう付け炉の内部31aに配置された加圧手段20の受けダイ21と押圧ダイ23との間で仮組体1を挟圧することによりろう付け予定部2を加圧するので、次の利点がある。
Further, according to the brazing method of the present embodiment, the
すなわち、上述した従来のろう付け方法では、仮組体を保持する保持治具は、仮組体のろう付け予定部を常時加圧するためのバネを搭載している。したがって、保持治具はバネの反力に耐えうる構造を有しており、そのため保持治具の熱容量が大きい。 That is, in the conventional brazing method described above, the holding jig for holding the temporary assembly is equipped with a spring for constantly pressing the brazed portion of the temporary assembly. Therefore, the holding jig has a structure that can withstand the reaction force of the spring, and therefore the heat capacity of the holding jig is large.
一方、本実施形態のろう付け方法では、保持治具10にバネ等の加圧手段が搭載されておらず、保持治具10の構造が簡素である。そのため、保持治具10のコストを削減できるし、しかも保持治具10の熱容量を少なくすることができて、加熱効率が向上し加熱コストも削減できる。さらに、加熱効率が向上することでろう付け炉の内部31aにおける保持治具10の滞留時間を短くできるので、複数の仮組体のろう付けを行う場合でも準備しておかなければならない保持治具10の数も少なくすることができ、その結果、保持治具10の準備及び管理にかかるコストも低減する。 On the other hand, in the brazing method of the present embodiment, the holding jig 10 is not equipped with a pressurizing means such as a spring, and the structure of the holding jig 10 is simple. Therefore, the cost of the holding jig 10 can be reduced, the heat capacity of the holding jig 10 can be reduced, the heating efficiency can be improved, and the heating cost can be reduced. Further, since the residence time of the holding jig 10 in the inside 31a of the brazing furnace can be shortened by improving the heating efficiency, the holding jig must be prepared even when brazing a plurality of temporary assemblies. The number of 10 can be reduced, and as a result, the cost for preparing and managing the holding jig 10 is also reduced.
さらに、受けダイ21及び押圧ダイ23のうち少なくとも受けダイ21の熱を仮組体1に伝導伝熱により伝えることにより仮組体1を加熱するので、仮組体1を加熱するために熱を放射伝導(輻射伝導)により仮組体1に伝える場合に比べて加熱効率が高く、これによりろう付けに要する時間を短縮できる。
Further, since at least the heat of the receiving die 21 of the receiving die 21 and the
しかも、上述したようにろう付けに要する時間を短縮できるので、仮組体1のろう付け予定部2の酸化の進行が抑制される。そのため、ろう付け雰囲気を高真空にする必要がなく、ろう付け雰囲気が不活性ガス雰囲気である場合でもフラックスを使用せずにろう付け予定部2をろう付けすることができる。
Moreover, since the time required for brazing can be shortened as described above, the progress of oxidation of the planned
上記実施形態のろう付け方法は、図7に示したろう付け装置30によって好適に行うことができる。
The brazing method of the above embodiment can be preferably performed by the
ろう付け装置30は、仮組体1を加熱するとともに仮組体1のろう付け予定部2を加圧ることにより、ろう付け予定部2をろう付けするものである。
The
具体的には、ろう付け装置30は、内部31aに仮組体1が配置されるろう付け炉31を具備しており、更に、ろう付け炉31の内部31aに配置された仮組体1のろう付け予定部2を加圧する二つの第1加圧手段20A及び第2加圧手段20Bを上述した加圧手段20として具備している。
Specifically, the
ろう付け炉31は、準備室32と予熱室33と加熱室34と冷却室35を備えており、この記載の順にこれらが一列に並んで設置されている。互いに隣接する室間には隔壁39が設けられている。
The
第1加圧手段20Aは、予熱室33に上下方向に対向状に配置された一対の第1受けダイ21A及び第1押圧ダイ23Aを備えている。第1受けダイ21A及び第1押圧ダイ23Aは、上述した加圧手段20の受けダイ21及び押圧ダイ23と同じ構成を有している。したがって、第1受けダイ21Aはその内部に設けられた第1下熱源26Aにより加熱されており、第1押圧ダイ23Aはその内部に設けられた第1上熱源27Aにより加熱されている。
The first pressurizing means 20A includes a pair of first receiving dies 21A and a first
第2加圧手段20Bは、加熱室34に上下方向に対向状に配置された一対の第2受けダイ21B及び第2押圧ダイ23Bを備えている。第2受けダイ21B及び第2押圧ダイ23Bは、上述した加圧手段20の受けダイ21及び押圧ダイ23と同じ構成を有している。したがって、第2受けダイ21Bはその内部に設けられた第2下熱源26Bにより加熱されており、第2押圧ダイ23Bはその内部に設けられた第2上熱源27Bにより加熱されている。
The second pressurizing means 20B includes a pair of second receiving dies 21B and a second
さらに、ろう付け装置30は、第1加圧手段20A及び第2加圧手段20Bの動作を制御する制御器40を備えている。
Further, the
詳述すると、制御器40は、予熱室33に配置された仮組体1について仮組体1の予熱時間帯Bの少なくとも一部で第1加圧手段20Aによるろう付け予定部2の加圧を行わないように第1加圧手段20Aの動作を制御するとともに、加熱室34に配置された仮組体1についてそのろう材3の溶融時間帯Cの少なくとも一部で第2加圧手段20Bによりろう付け予定部2を加圧するように第2加圧手段20Bの動作を制御するものである。
More specifically, the
次に、本実施形態のろう付け装置30を用いて仮組体1のろう付け予定部2をろう付けする方法について以下に説明する。
Next, a method of brazing the planned
まず、仮組体1を保持治具(10、図2参照)により保持した状態でろう付け炉31の外側の入口部36に配置されたテーブル45上に載置する。そして、仮組体1は保持治具ごと入口部36からろう付け炉31の準備室32、予熱室33、加熱室34及び冷却室35に順次、所定の搬送手段により搬送され、その後、冷却室35からろう付け炉31の外側の出口部37に搬送される。
First, the
ろう付け炉31の各隔壁39には、仮組体1が通過する貫通孔(図示せず)が設けられており、仮組体1がろう付け炉31における互いに隣接する一方の室から他方の室に搬送される時、仮組体1はこの貫通孔を通過する。
Each
ろう付け炉31の入口部36に配置された仮組体1が入口部36からろう付け炉31の準備室32に搬送されると、ろう付け炉31の各室内に不活性ガス(例:窒素ガス、アルゴンガス)が供給バルブ42を介して供給されるとともに各室の空気が排出バルブ43を介して排出され、これにより、各室内の雰囲気が空気雰囲気から不活性ガス雰囲気に置換される。そして、仮組体1が準備室32から予熱室33、加熱室34及び冷却室35に順次搬送される。
When the
ここで本発明では、各室の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換するため、各室の空気を真空ポンプ(図示せず)により排出バルブ43を介して排出して各室を一時的に真空状態にし、その後、各室に不活性ガスを供給バルブ42を介して供給することにより、各室の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換してもよい。この場合、各室を一時的に真空状態にしたときの真空度は高真空である必要はなく0.5〜10Pa程度でよい。
Here, in the present invention, in order to replace the atmosphere of each chamber with an inert gas atmosphere, the air in each chamber is discharged through the
予熱室33では、仮組体1は保持治具により保持された状態でその下側から第1受けダイ21Aで受けられる。すると、第1受けダイ21Aの熱が第1受けダイ21Aから保持治具(詳述すると保持治具の底板)を介して仮組体1に伝導伝熱により伝わり、これにより仮組体1が加熱されて仮組体1の温度が略室温から上昇する。
In the preheating
予熱室33では、仮組体1はその温度が略室温から520℃に到達するまで加熱される。この温度範囲は仮組体1の予熱温度範囲Aを含んでいる。仮組体1のろう付け予定部2は予熱室33において第1加圧手段20Aにより加圧されるか又は加圧されない。ろう付け予定部2が加圧される場合は、仮組体1の予熱時間帯Bの少なくとも一部で、第1加圧手段20Aによるろう付け予定部2の加圧が行われていない状態にされ、すなわち第1受けダイ21Aと第1押圧ダイ23Aとの間で仮組体1が挟圧されていない状態にされる。
In the preheating
予熱室33において仮組体1の温度が520℃を超えた時、仮組体1が予熱室33から加熱室34に搬送される。
When the temperature of the
加熱室34では、仮組体1は保持治具により保持された状態でその下側から第2受けダイ21Bで受けられる。すると、第2受けダイ21Bの熱が第2受けダイ21Bから保持治具(詳述すると保持治具の底板)を介して仮組体1に伝導伝熱により伝わり、これにより仮組体1が加熱されて仮組体1の温度が更に上昇する。
In the
加熱室34では、仮組体1はその温度が仮組体1のろう材3の融点Tm以上になるように加熱され、そして所定の時間経過後に仮組体1の加熱が停止される。
In the
加熱室34では、ろう材3の溶融時間帯Cの少なくとも一部で、第2加圧手段20Bによりろう付け予定部2が加圧された状態にされ、すなわち第2受けダイ21Bと第2押圧ダイ23Bとの間で仮組体1が挟圧された状態にされる。
In the
そして、加熱室34において仮組体1の温度がろう材3の融点Tm未満に低下した時、溶融したろう材3が凝固し、これによりろう付け予定部2がろう付けされる。その後、仮組体1が加熱室34から冷却室35に搬送される。
Then, when the temperature of the
冷却室35では、仮組体1はテーブル46上に載置されて冷却される。そして、仮組体1の温度が十分に低下した時、具体的には例えば300℃以下になった時、仮組体1が冷却室35からろう付け炉31の外側の出口部37に搬送される。
In the cooling
ここで本発明では、予熱室33には、仮組体1を加熱する熱源として、第1受けダイ21Aの下熱源26A及び第1押圧ダイ23Aの上熱源27Aとは別の熱源が設けていてもよい。また同じく、加熱室34には、仮組体1を加熱する熱源として、第2受けダイ21Bの下熱源26B及び第2押圧ダイ23Bの上熱源27Bとは別の熱源が設けていてもよい。
Here, in the present invention, the preheating
さらに本発明では、仮組体1及び保持治具10に付着していた不純物が予熱室33にて蒸発して発生した不純物の蒸発ガスを予熱室33から排出するため、予熱室33に不活性ガスを供給することで蒸発ガスを排出してもよいし、真空ポンプにより蒸発ガスを排出してしてもよい。
Further, in the present invention, the impurities adhering to the
以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
本発明は、アルミニウムのろう付け方法及びろう付け装置に利用可能である。 The present invention can be used in aluminum brazing methods and brazing devices.
1:仮組体(ワーク) 2:ろう付け予定部
3:ろう材 6:冷却器
10:保持治具 20:加圧手段
20A:第1加圧手段 20B:第2加圧手段
21:受けダイ 21A:第1受けダイ
21B:第2受けダイ 23:押圧ダイ
23A:第1押圧ダイ 23B:第2押圧ダイ
25:熱源 30:ろう付け装置
31:ろう付け炉 32:準備室
33:予熱室 34:加熱室
35:冷却室
1: Temporary assembly (work) 2: Scheduled brazing part 3: Brazing material 6: Cooler 10: Holding jig 20: Pressurizing means 20A: First pressurizing means 20B: Second pressurizing means 21: Receiving die 21A:
Claims (8)
前記ワークの温度の上昇時において前記ワークの温度が200℃を超え520℃以下の範囲である時間帯をワークの予熱時間帯とするとき、
前記ワークの予熱時間帯の少なくとも一部で、前記加圧手段による前記ろう付け予定部の加圧が行われていない状態にし、
前記ろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部で、前記加圧手段により前記ろう付け予定部を加圧した状態にする、アルミニウムのろう付け方法。 An aluminum brazing method in which an aluminum work having a planned brazing portion provided with a brazing material is heated and the scheduled brazing portion of the work is pressed by a pressurizing means to braze the scheduled brazing portion. And
When the time zone in which the temperature of the work exceeds 200 ° C. and is 520 ° C. or less when the temperature of the work rises is set as the preheating time zone of the work.
At least a part of the preheating time zone of the work, the brazed portion is not pressurized by the pressurizing means.
A method for brazing aluminum, in which the planned brazing portion is pressurized by the pressurizing means at least during a time period in which the brazing material is in a molten state.
前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイは加熱されており、
前記ろう付け炉内において、前記受けダイで受けられた前記ワークを前記受けダイと前記押圧ダイとの間で挟圧することにより、前記ろう付け予定部を加圧し、
前記ろう付け炉内において、前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイの熱を前記ワークに伝導伝熱により伝えることにより、前記ワークを加熱する請求項1又は2記載のアルミニウムのろう付け方法。 The pressurizing means includes a receiving die and a pressing die arranged in a brazing furnace.
Of the receiving die and the pressing die, at least the receiving die is heated.
In the brazing furnace, the work received by the receiving die is sandwiched between the receiving die and the pressing die to pressurize the planned brazing portion.
The brazing of aluminum according to claim 1 or 2, wherein at least the heat of the receiving die and the pressing die among the receiving die and the pressing die is transferred to the work by conduction heat transfer to heat the work in the brazing furnace. Method.
前記ろう付け予定部をフラックスを使用しないでろう付けする請求項3記載のアルミニウムのろう付け方法。 The atmosphere inside the brazing furnace is an inert gas atmosphere.
The method for brazing aluminum according to claim 3, wherein the planned brazing portion is brazed without using flux.
内部にワークが配置されるろう付け炉と、
前記ろう付け炉内に配置されたワークのろう付け予定部を加圧する加圧手段とを具備し、
前記加圧手段は、前記ろう付け炉内に配置された受けダイ及び押圧ダイを備えるとともに、前記受けダイで受けられたワークを前記受けダイと前記押圧ダイとの間で挟圧することにより、ワークのろう付け予定部を加圧するものであり、
前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイは加熱されるとともに、前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイの熱がワークに伝導伝熱により伝わることによりワークを加熱するものである、ろう付け装置。 A brazing device for brazing the planned brazing portion by heating a work having a scheduled brazing portion provided with a brazing material and pressurizing the scheduled brazing portion of the work.
A brazing furnace in which the work is placed inside,
It is provided with a pressurizing means for pressurizing the planned brazing portion of the work arranged in the brazing furnace.
The pressurizing means includes a receiving die and a pressing die arranged in the brazing furnace, and works by sandwiching the work received by the receiving die between the receiving die and the pressing die. It pressurizes the part to be brazed,
At least the receiving die of the receiving die and the pressing die is heated, and at least the heat of the receiving die and the pressing die is transferred to the work by conduction heat transfer to heat the work. There is a brazing device.
前記ろう付け炉は予熱室と加熱室を備え、
前記予熱室には、前記加圧手段の前記受けダイ及び前記押圧ダイとして第1受けダイ及び第1押圧ダイが配置されており、
前記加熱室には、前記加圧手段の前記受けダイ及び前記押圧ダイとして第2受けダイ及び第2押圧ダイが配置されており、
前記予熱室では、ワークの温度が200℃を超え520℃以下の範囲になるようにワークが予熱され、
前記加熱室では、前記予熱室で予熱されたワークがその温度がワークのろう材の融点以上になるように加熱される請求項6記載のろう付け装置。 It brazes the planned brazing part of the work made of aluminum.
The brazing furnace is provided with a preheating chamber and a heating chamber.
In the preheating chamber, a first receiving die and a first pressing die are arranged as the receiving die and the pressing die of the pressurizing means.
In the heating chamber, a second receiving die and a second pressing die are arranged as the receiving die and the pressing die of the pressurizing means.
In the preheating chamber, the work is preheated so that the temperature of the work exceeds 200 ° C and is in the range of 520 ° C or less.
The brazing device according to claim 6, wherein in the heating chamber, the work preheated in the preheating chamber is heated so that the temperature thereof becomes equal to or higher than the melting point of the brazing material of the work.
前記第1受けダイ及び前記第1受けダイがワークの予熱時間帯の少なくとも一部でワークを挟圧しないように構成されるとともに、
前記第2受けダイ及び前記第2受けダイがワークのろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部でワークを挟圧するように構成されている請求項7記載のろう付け装置。 When the work temperature is in the range of more than 200 ° C and 520 ° C or less as the work preheating time zone,
The first receiving die and the first receiving die are configured so as not to pinch the work in at least a part of the preheating time zone of the work.
The brazing device according to claim 7, wherein the second receiving die and the second receiving die are configured to sandwich the work at least in a part of a time zone in which the brazing material of the work is in a molten state.
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Patent Citations (2)
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JPS50126552A (en) * | 1974-03-12 | 1975-10-04 | ||
WO2011049187A1 (en) * | 2009-10-20 | 2011-04-28 | 日清紡メカトロニクス株式会社 | Soldering device and soldering method |
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