JPH0515969A - 高周波ろう付け方法およびそれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実質的に酸素などの含有が少なく、寸法精度
が良好で、接合部強度の高いろう付けを経済的かつ能率
的に行うことを目的とする。 【構成】 密封容器内にろう付け機構を設け、該容器内
に入れた１ロット単位のワークを、真空置換した不活性
ガス中にて、連続的にろう付け加工を実施し、ろう付け
の際、母材同士が押圧しあうように荷重を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高周波ろう付け方法およ
びそれに用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高周波誘導加熱を利用した高
周波ろう付け法が、知られている。高周波ろう付け法
は、秒単位の短時間に局所加熱を行うことができるた
め、生産性が高いだけではなく、母材の強度低下などが
発生する部位が少なく、かつ発生したとしてもその程度
が小さいというすぐれた特徴を有している。

【０００３】高周波ろう付けのための雰囲気としては、
真空中、不活性ガス中、大気中などが採用される。とく
に、真空中ろう付け、不活性ガス中ろう付けは、接合部
に酸素などのガスをできるだけ含有せしめたくないばあ
いに好適である。

【０００４】しかしながら、従来の真空中、不活性ガス
中での高周波ろう付けによるばあいは、たとえば、ガラ
ス管内にワークを入れ、ガラス管内を真空置換し、ガラ
ス管外より加熱し、ろう付けするばあいのごとく、作業
者が直接手を触れられない密閉容器中で接合する必要が
あるため、加熱されてろう材が溶融したときに、その表
面張力によって接合面が浮き上がり、ろう材層が厚くな
るので、ワーク寸法精度が低い、接合部強度が低いなど
の欠点を有する。

【０００５】また、たとえばワークの移送などの取扱い
操作を簡便にするために、または、ガラス管内での治具
固定の困難さや治具精度の低さに起因して、下側母材下
部位置および上側母材上部位置などの二つの位置で精度
よくワークを支持することが困難なばあいが多く、その
ために下側母材と上側母材とが所定の相対位置から変位
した状態、たとえば折れ曲がった状態でろう付けされや
すく、ワーク寸法精度と接合部強度との両面で問題を生
ずる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来の高
周波ろう付けにおける問題点に鑑みてなされたものであ
り、寸法精度が良好で、接合部強度の高いろう付けを、
経済的かつ能率的に達成しうる高周波ろう付け方法およ
び装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明により１組のろう
付け母材と、その接合部に配置されたろう材とからなる
ワークを収容した密閉容器内を不活性ガスで置換する工
程、密閉容器内が不活性ガスで正圧に維持されるように
不活性ガスを継続的に供給する工程、ワークの接合部に
近接して位置する高周波加熱コイルによって、該接合部
近傍を高周波誘導加熱する工程、ワークの接合部におい
て母材同士を相互に押圧しあうように、母材の少なくと
も一つに継続的に荷重を付与する工程、およびワークの
接合部温度が所定温度を下回ったのち、前記荷重を取り
除く工程からなる高周波ろう付け方法が提供される。

【０００８】前記方法においては、荷重が押圧面１mm²
あたり１〜10ｇ重の押圧力を生じさせる大きさであるこ
とが好ましく、さらに、ろう付け後、接合部近傍に不活
性ガスを吹付けて強制的に冷却を行うことが好ましい。
また、加熱中および加熱終了後、ろう材が溶融中にワー
クに適合する周波数の振動をワークに与えるのが好まし
い。

【０００９】また、本発明により不活性ガス供給口およ
び排気口を有する密封容器と、該密封容器内に支持され
た加熱コイルと、ワークを保持するための治具と、該治
具を密閉容器内ですくなくとも昇降自在に支持し位置決
めする位置制御ユニットと、該密封容器内に支持され、
加熱コイル近傍に位置するワークを治具に対して押圧し
うる荷重制御ユニットとからなる高周波ろう付け装置が
提供される。該装置においては、ワークに適合する周波
数をワークに与える振動発生手段を有しているのが好ま
しい。

【００１０】すなわち、本発明の方法および装置におい
ては、密封容器内にろう付け機構が設けられ、該容器内
に入れた１組ないしは１ロット単位のワークを、設定真
空したのちガス置換した不活性ガス中にて連続的にろう
付け加工が実施され、ろう付けの際、母材同士が押圧し
あうように荷重が付与される。

【００１１】前記不活性ガスとしては、アルゴンガス、
チッ素ガスなどが用いられるほか、これらに水素ガスな
どを添加したものも用いられうる。すなわち、本明細書
において不活性ガスとは、そのように少量の水素ガスな
どが添加されたものを含む概念である。

【００１２】

【作用】本発明の方法および装置においては、不活性ガ
ス中で行われ、かつ、母材同士が押圧しあうように継続
的に荷重付与されるので、実質的に酸素などの含有が少
なく、寸法精度が良好で、接合部強度の高いろう付けが
経済的かつ能率的に達成される。

【００１３】また、特定のろう付け機構により、ろう付
け１箇所あたりの作業は自動処理可能である。

【００１４】

【実施例】つぎに、本発明の高周波ろう付け方法および
装置の一実施態様を図面に基づいて説明する。

【００１５】図１は本発明の装置の一例を示す部分断面
説明図であり、図２に示されるごときワークを高周波ろ
う付けするものである。

【００１６】図２に示されるワーク１は、円柱状で一方
の軸方向端面の中心に小円柱状突出部を有する第１母材
と、該第１母材と同じ外径を有する円板状で中心に第１
母材の突出部と適合する開口部を有する第２母材と、図
示されていないろう材とからなっている。

【００１７】図１に示される装置は、不活性ガス供給口
18および排気口19を有する密封容器20と、該密封容器20
内に支持されたリング状加熱コイル２と、該密封容器20
内にすくなくとも昇降自在に支持され、ワーク１を保持
するための治具３と、該密封容器20内に支持され、リン
グ状加熱コイル２内に位置するワーク１を治具３に対し
て押圧しうる荷重制御ユニット５とからなる高周波ろう
付け装置である。

【００１８】不活性ガス供給口18には、外部の不活性ガ
ス源８から導かれた不活性ガス供給ライン12が接続され
ており、不活性ガス供給ラインはその途中に大バルブ９
と小バルブ10とを並列に有しており、大流量での供給時
においても小流量での供給時においても適切な調整が可
能なように構成されている。

【００１９】排気口19の外部に接続された排気ラインに
は、排気弁15を介して排気ポンプ16が設けられている。

【００２０】加熱コイル２は密閉容器20の外部に設けら
れた高周波発振器14と接続されており、密閉容器20内の
ほぼ中央の適切な位置に固定されている。

【００２１】加熱コイル２としては前記のごときリング
状のもののほか、ヘアピン状のもの、コ字状のものなど
がワーク形状などに応じて用いられる。たとえば、図２
に示されるワーク１のばあいにはリング状コイルが適し
ているが、中溝部を有するワークのばあいには該中空部
に挿入可能なヘアピン状コイルが適している。

【００２２】治具３は昇降台４上に固定されており、昇
降台４は図示されていない位置決めユニットによって位
置制御されるので、ワーク１が位置決めされる。昇降台
４はサーボモータ、油圧シリンダーなどを用いた図示さ
れていない位置決めユニットによって少なくとも上下方
向に移動可能であり、ワーク１の接合部がリング状加熱
コイル２によって周囲を囲まれるような接合位置（図示
された位置）と、ワーク１を治具３に装着したり、治具
３から取外したりする作業に適した交換位置（図示され
ていない）との少なくとも二つの位置をとりうるように
構成されている。

【００２３】昇降台４の下方には、ワークに振動を与え
ることができる振動発生手段21が設けられている。該振
動発生手段21は、加熱中および加熱後、ろう材が溶融中
にワークに適合する周波数の振動をワークに与えるもの
である。振動を与えることにより、ろう材のまわりがよ
くなる（ろう材の活性化が図れる）とともに、円柱状ま
たは円筒状の母材同士を結合する際に母材の同心化が図
れる（偏心が防止できる）という効果がある。

【００２４】密閉容器20には作業口17が設けられてい
る。交換位置におけるワーク１の交換は、作業口17を開
口して行ってもよく、あらかじめ作業口17の蓋の部分に
気密性の作業手袋を外部から手が挿入できるように設け
ておき、該作業手袋を用いて気密状態のまま行ってもよ
い。

【００２５】荷重制御ユニット５は加熱コイル２の上方
に配置されており、昇降自在な荷重付与部材６を駆動す
る。荷重付与部材６が下降する際の下向き荷重は荷重制
御ユニット５により制御され、下降した荷重付与部材６
は接合位置にあるワーク１の頂部を制御された力で下方
に押圧する。

【００２６】荷重付与する時点については、加熱開始と
同時であっても、加熱終了前任意時間であっても、加熱
終了と同時であっても、加熱終了後任意時間であっても
よいが、ろう材の硬化が荷重付与下で開始し完了するよ
うにする必要がある。

【００２７】密閉容器20には、さらに、外部から供給す
る不活性ガスをリング状加熱コイル２の内部に吹付ける
ための冷却ノズル７が設けられている。冷却ノズル７の
一端には前記不活性ガス源８からの不活性ガスを導く冷
却ライン13が接続されており、冷却ライン13には吹付け
の開始・停止や吹付流量を制御するための冷却バルブ11
が設けられている。冷却ノズル７の他端は加熱コイル２
の近傍または接合位置におけるワーク１の接合部近傍ま
で延設されている。

【００２８】また、ワーク１の温度を監視するために、
図示されていないが、パイロスコープなどの温度センサ
ーが加熱コイル２近傍に配置されている。

【００２９】前記冷却バルブ11、荷重制御ユニット５、
昇降台４（位置制御ユニット）などの動作は、たとえ
ば、加熱、荷重付与開始、荷重付与終了、冷却の時点を
それぞれタイマーでセットしておき、それらのタイマー
によってコントロールされる。また、前記温度センサー
の温度検出値に基づいて、冷却バルブ11、荷重制御ユニ
ット５、昇降台４（位置制御ユニット）などの動作がコ
ントロールされてもよい。

【００３０】つぎに、この装置を用いてワーク１をろう
付けする方法を説明する。

【００３１】前記第１母材101 と第２母材102 とは洗
浄、フラックス処理が施されたのち、あいだにろう材を
配して、前記突出部と開口部とが嵌合した状態で組合わ
される。

【００３２】前記洗浄とは、たとえばフロン洗浄などに
よって脱脂、汚れ除去を行う工程である。前記フラック
ス処理とは、ろう材によって異なるが、たとえばホウ酸
とフッ酸をベースにした処理剤をハケ塗りなどして不動
態膜を除去および防止（加熱中における酸化防止）する
工程である。

【００３３】前記ろう材としては、たとえばAg-Cu 系材
料にZnなど（ぬれ特性は母材により差があるため）を添
加して融点を下げ、ぬれ特性を向上させたものなどが用
いられる。

【００３４】組合わされたワーク１は、開放した作業口
17から密封容器20内に１ロット分の数量が入れられる。
作業口17を閉鎖したのち、排気弁15を開け、ロータリー
型真空ポンプなどの排気ポンプ16によって容器内がたと
えば圧力0.5mmHg 程度の真空度にされる。ついで大バル
ブ９を開け不活性ガス供給ライン12を通して密封容器20
内にアルゴンなどの不活性ガスを入れ、容器内圧をわず
かに正圧する。つぎに大バルブ９に代えて小バルブ10を
開き、微量の不活性ガスの継続的な供給を開始する。な
お、真空置換以外の方法で置換を行なってもよい。

【００３５】ついで、以下の工程が、それぞれのワーク
１に対して繰返される。

【００３６】Ａ．前記気密性作業手袋などを用いて、ワ
ーク１を交換位置にある治具３に装着する。ワーク１は
中心軸が上下方向に一致するような姿勢で第２母材102
を上にして装着される。

【００３７】Ｂ．昇降台４を移動させ、ワーク１および
治具３を接合位置に位置決めする。したがって、第１母
材101 と第２母材102 との界面はリング状加熱コイル２
に囲まれる。

【００３８】Ｃ．加熱コイル２によって接合部を高周波
誘導加熱し、ろう材を溶融させる。このとき、接合部温
度はたとえば730 〜800 ℃程度になっている。加熱中お
よび加熱後、ワークに適合する周波数の振動をワークに
与えるようにしてもよい。

【００３９】Ｄ．加熱を停止する。

【００４０】Ｅ．荷重付与部材６を下降させ、ワーク１
を軸方向に押圧する。この荷重付与によって、母材の一
方（第２母材102 ）が溶融したろう材の表面張力などで
浮上がることが防止される。接合部の信頼性を高く維持
するにはろう材の層厚さはたとえば約30μｍ以下程度が
好ましく、前記荷重付与によってたとえば10〜30μｍ程
度に制御される。結果として生ずる押圧力は接合部にお
ける押圧面１mm² あたり３〜５ｇ重であることが好まし
い。前記範囲未満のばあいには接合体におけるろう材の
厚さが不均一になりやすく、前記範囲をこえるばあいに
は荷重の増加にみあう効果がえられないばかりでなく、
接合体変形のおそれを生じやすくなる。

【００４１】Ｆ．ワーク１の接合部温度がろう材の溶融
温度（たとえば約700 ℃）以下に低下したのち、所望に
より、接合部の冷却を行う。また、前記温度センサーに
よってワーク１の温度が指示温度まで低下したことを検
出したのち冷却を行ってもよい。

【００４２】冷却は冷却バルブ11を開け、冷却ライン13
および冷却ノズル７より接合部に不活性ガスを吹付ける
ことによって行う。

【００４３】接合部温度がろう材の溶融温度より高いう
ちに吹付けを行うと、溶融状態にあるろう材が不活性ガ
スによって吹きとばされてしまい、接合部不良を生ずる
おそれがある。

【００４４】不活性ガスの吹付けは接合部温度がたとえ
ば200 〜300 ℃程度にまで低下すると停止される。

【００４５】この強制冷却によってろう付け作業のサイ
クルタイムが短縮され、作業能率が一層向上するばかり
でなく、母材の強度低下が減少したり、その減少が生じ
る範囲が小さくなったりするので好ましい。

【００４６】Ｇ．荷重付与部材６によって付与された荷
重は、ワークの接合部温度が所定温度を下回ったのち、
タイマーによって除去される。所定温度とは、たとえば
ろう材溶融温度が約700 ℃のばあい、約400 〜500℃程
度の温度以下である。 Ｈ．昇降台４を移動させ、ワーク１および治具３を交換
位置に復帰させ、ろう付けを完了したワーク１を治具３
から取出す。

【００４７】これらの工程は、適宜自動化されるように
制御させてもよい。たとえば前記真空引き工程、不活性
ガス大量流入工程および不活性ガス小量流入工程（継続
的）の一連動作が自動化されてもよく、また、前記ワー
クセット工程から交換位置復帰工程（工程Ａ〜工程Ｈ）
までが自動化されてもよい。

【００４８】

【発明の効果】本発明により、実質的に酸素などの含有
が少なく、寸法精度が良好で、接合部強度の高い（引張
強さが50kg／mm² クラスの接合が可能である）ろう付け
が経済的かつ能率的に達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一例を示す説明図である。

【図２】ろう付け対象物たるワークの一例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

２ 加熱コイル ３ 治具 ５ 荷重制御ユニット 20 密封容器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １組のろう付け母材と、その接合部に配
   置されたろう材とからなるワークを収容した密閉容器内
   を不活性ガスで置換する工程、 密閉容器内が不活性ガスで正圧に維持されるように不活
   性ガスを継続的に供給する工程、 ワークの接合部に近接して位置する高周波加熱コイルに
   よって、該接合部近傍を高周波誘導加熱する工程、 ワークの接合部において母材同士を相互に押圧しあうよ
   うに、母材の少なくとも一つに継続的に荷重を付与する
   工程、および ワークの接合部温度が所定温度を下回ったのち、前記荷
   重を取り除く工程からなる高周波ろう付け方法。
2. 【請求項２】 前記荷重が押圧面１mm² あたり１〜10ｇ
   重の押圧力を生じさせる大きさである請求項１記載の方
   法。
3. 【請求項３】 ろう付け後、接合部温度がろう材の溶融
   温度以下に低下したのち、接合部に不活性ガスを吹付け
   て強制的に冷却を行う請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 ろう付け後、接合部を放冷する請求項１
   または２記載の方法。
5. 【請求項５】 加熱中および加熱終了後、ろう材が溶融
   中にワークに適合する周波数の振動をワークに与える請
   求項１、２、３または４記載の方法。
6. 【請求項６】 不活性ガス供給口および排気口を有する
   密封容器と、 該密封容器内に支持された加熱コイルと、 ワークを保持するための治具と、 該治具を密閉容器内ですくなくとも昇降自在に支持し位
   置決めする位置制御ユニットと、 該密封容器内に支持され、加熱コイル近傍に位置するワ
   ークを治具に対して押圧しうる荷重制御ユニット とからなる高周波ろう付け装置。
7. 【請求項７】 ワークに適合する周波数の振動をワーク
   に与える振動発生手段を有してなる請求項６記載の装
   置。