JPH05261526A - アルミニウム材のろう付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熟練を要することなくアルミニウム材の確実か
つ良好なろう付を行い得るろう付方法を提供する。 【構成】アルミニウム材を、高周波誘導加熱方式により
所定の温度に温度制御しながら、ろう付する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム材のろ
う付方法、特にアルミニウムパイプやアルミニウム中実
棒の接合に好適なろう付方法に関する。

【０００２】なお、この明細書において、アルミニウム
の語はその合金を含む意味で用いる。

【０００３】

【従来の技術】アルミニウムは耐食性に優れているこ
と、軽量であること等の利点を有するため、家庭用器
物、自動車産業、航空宇宙産業等の他、一般工業用材料
としても広く利用されている。

【０００４】このようなアルミニウム材をアルミニウム
継手等の形で利用する場合、溶接、ろう付、機械的接合
等による接合法が実施されているが、殊にシール性を要
求される場合はほとんどがろう付により接合されてい
る。

【０００５】かかるアルミニウム継手等のろう付方法と
して、従来は、ガスろう付法が専ら用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なガスろう付法では次のような欠点があった。即ち、ア
ルミニウム材をろう付する場合、ろう材の融点よりも高
く母材の融点よりも低い温度に加熱する必要があるが、
ろう材の融点と母材の融点とが接近しているため、ろう
付加熱温度の許容範囲は約４０℃程度と極めて狭い。し
かるに、ガスろう付法では、ガス輻射熱の影響からろう
付温度を上記温度範囲に納めるのが容易でないうえ均一
加熱が難しく、従って良好なろう付を行うためには熟練
を要求されるという欠点があった。

【０００７】また、鉄系金属のろう付方法として、高周
波誘導加熱によるろう付方法も一般に知られているが、
高周波誘導加熱方式は均一加熱が可能である反面、ワー
ク自体が抵抗となるため温度上昇が速く、アルミニウム
のろう付に適用した場合にはすぐ孔があいたり溶けたり
するという問題があった。このため、かかる高周波誘導
加熱方式によりアルミニウム材の良好なろう付を行うこ
とはできないと一般に認識されていた。

【０００８】この発明は、かかる技術的背景に鑑みてな
されたものであって、熟練を要することなくアルミニウ
ム材の確実かつ良好なろう付を行い得るろう付方法の提
供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、発明者は、高周波誘導加熱方式によるろう付方法に
おいて、温度制御を行うことでアルミニウム材を良好に
ろう付することができることを見出し、かかる知見に基
いてこの発明を完成し得たものである。

【００１０】即ちこの発明は、アルミニウム材を、高周
波誘導加熱方式により所定の温度に温度制御しながら、
ろう付することを特徴とするアルミニウム材のろう付方
法を要旨とする。

【００１１】高周波誘導加熱方式は、高周波電流を通ず
るコイル内に接合すべきワークとしてのアルミニウム材
を置き、アルミニウム材の内部に発生する渦電流により
加熱する方式である。ここに、使用コイルは環状コイル
でも勿論良いが、環状コイルではワークをコイル内に通
す必要があることから、長尺もののワークについてはそ
の作業が厄介である。また、環状コイルの一部分を閉じ
合わせ開放可能な左右分割式に構成したものでは、構造
が複雑となる。そこで、この実施例では、構造簡易で長
尺ワークのろう付も簡単に行うことができかつ加熱効率
も良いコイルとして、図１〜図４に示すような馬蹄形コ
イルを採用する。即ち、図１において（１）は出力コイ
ルであり、該コイルは銅製の断面角形パイプを正面視逆
Ｕ形（図２参照）、側面視Ｕ形（図３参照）に曲成して
なるもので、側面視におけるＵ形空間内がワーク保持空
間（２）となされている。なお、図示実施例ではコイル
を断面角形パイプで構成した場合を示したが、断面円形
パイプでも良い。また、１往復曲成したのみの１ターン
のものを示したが、２往復、あるいは３往復以上にわた
って曲成した複数ターンのものであっても良い。

【００１２】図示した馬蹄形コイルでは、コイルに接続
されたトランス装置（図示せず）を介して図５に示すよ
うな向きに電流が流れ、矢印で示すような磁束が生じ
て、該磁束がワーク保持空間（２）内のワーク（Ａ）に
作用し、電流が逆向きに流れると矢印とは逆向きに磁束
が作用し、これが交互に繰り返される。なお、内側に示
した電流流れは図３における手前側のＵ形部を、外側の
電流流れは図３における後側のＵ形部を説明的に表した
ものである。

【００１３】ところで、図５に鎖線で示すように、ワー
ク（Ａ）がワーク保持空間内の奥深くにセットされて
（図５の下側の鎖線位置）、ワーク（Ａ）と側面視Ｕ形
部（５）の底部との距離Ｌ5 が小さくなると、コイルの
下方からの磁束の影響が強まり、ワークの下端部が局部
的に過熱状態となる。一方、ワーク（Ａ）がワーク保持
空間内に浅くセットされると（図５の上側の鎖線位
置）、ワークの上端部が加熱されないことになる。この
ため、ワーク（Ａ）の均一加熱のためにはワーク（Ａ）
をワーク保持空間（２）のほぼ中心部にセットするのが
良い。また、コイルの長さＬ2 が短かすぎると出力は増
大するがワークの側面が局部的に過熱状態となる。この
ため、ワークの均一加熱のためには出力の極端な低下を
招かない範囲でコイルの長さＬ2 を長めに設定するのが
良い。また、ワークと前後逆Ｕ形部（３）とのギャップ
長さＬ4 が小さすぎると、やはりワーク（Ａ）の側面が
局部過熱状態となる。このため外径８ｍｍのワークに対
してはＬ4 は２〜５ｍｍ程度とするのが良い。また、正
面視における逆Ｕ形部を形成する左右側辺（４）（４）
間の距離Ｌ3 が狭すぎると、磁束が打ち消されてしまう
ため、Ｌ3 は少なくともワークよりも大に設定するのが
良い。

【００１４】アルミニウムワークのろう付を行うに際し
ての加熱温度（ろう付温度）は、一般には６００〜６２
０℃程度に設定される。この発明では、加熱温度が上記
のような温度となるように温度制御を行いながら、高周
波誘導加熱方式による加熱を行う。温度制御の方法は特
に限定されることはないが、最も望ましい方法として、
図６、図８に示すような比例制御（ＰＩＤ）による方法
を挙げ得る。図６において、（６）はワーク（Ａ）のろ
う付接合部に向けて配置された放射温度計であり、この
放射温度計（６）の出力に応じてコイル（１）に流す高
周波出力を４〜２０ｍＡ程度の範囲で制御し、図８のグ
ラフに示すように、ろう付時間ｔ1 〜ｔ2 の間６２０℃
前後の最適ろう付温度に持続したのち、タイマーにより
コイルへの出力をＯＦＦにしてろう付を完了する。この
ような比例制御により、特に肉厚０．７ｍｍ程度の薄物
アルミニウム管の継手ろう付も可能となる。

【００１５】また、他の温度制御方法として、タイマー
によりコイルの出力をコントロールし、一定温度に制御
するタイマー制御方法を挙げ得る。この方法は、例えば
出力ボリューム３個、タイマー５個で構成して、それぞ
れ出力ボリュームによりコイル出力を設定温度となるよ
うに調整するとともに、図９に示す様に休止タイマーを
入れることによって温度の均一化を図り、常に設定温度
を越えないようコントロールしてろう付を完了する方法
である。これは、次のＯＮ、ＯＦＦ制御方式を自動化し
たものであり、特に肉厚の厚い厚物ワークのろう付に適
している。

【００１６】また、他の温度制御方法として、ＯＮ、Ｏ
ＦＦ制御方式（寸動制御方式）を挙げ得る。この方式
は、マニュアル操作によって図10に示すように、出力ス
イッチをｔ0 でＯＮし、出力ボリュームの調整による設
定温度がろう付温度（例えば６２０℃）に達する時間ｔ
1 でＯＦＦし、時間ｔａで再びＯＮし、ｔ2 で６２０℃
になると再びＯＦＦし、以下これを繰り返すことによっ
てろう付を完了する方式である。しかし、マニュアル操
作でスイッチのＯＮ、ＯＦＦを繰り返すため、調整が厄
介である点で難がある。

【００１７】以上のような温度制御を行いながら、アル
ミニウムワーク（Ａ）をろう付するが、ワークの加熱に
よりワークが軟化するため、ワーク作業者がワークを手
で保持していると特に肉厚の薄い薄物ワークではろう付
部において曲り、歪み等の変形を生じやすい。そこで図
６に示すように、コイル（１）を挟んでワーク（Ａ）の
両端をシリンダ式チャック治具（７）（７）等でチャッ
クし、しっかりと位置決め固定しておくことが推奨され
る。こうすることで、薄物ワークに対してもろう付部の
変形等を招じることなく、きれいにろう付を行うことが
できる。

【００１８】ところで、ワークがアルミニウム中実棒か
らなる継手の場合、ろう付に際して次のような注意を要
する。即ち、コイルのワーク保持空間にセットしたワー
クの突合せ面に完全なギャップを設けると、高周波誘導
加熱時に、渦電流による表皮現象によってギャップを挟
んだ突合せ面の先端ばかり温度が上がり、ろう材がギャ
ップの両端に飛び散ってろう付不可能となる。一方、ワ
ークの突合せ面全体を完全に密着状態に接触させると、
外周近傍のみが局部的に加熱ろう付され、突合せ面の内
部中心部分はろう付不良状態を呈する。そこで、図12の
ように、ろう付されるワーク（Ａ）の突合せ面の一部分
のみ密着状態に接触させ、他の部分はギャップ（８）を
残すことにより、突合せ面の全体が加熱され良好なろう
付が可能となる。なお、突合せ面の一部を密着させる態
様は図12の他に図13（イ）（ロ）に示すようなものでも
良い。ただし、この場合、ろう材として突合せ面の外周
全体を被覆するリングろうを用いると、このろう材でギ
ャップ（８）（８´）が塞がれてギャップ部分にろう材
が流れず、従ってギャップ部分が空洞状態でろう付され
る結果、強度的に問題となる。このため、図12に示すよ
うに、加熱しながらろう材（９）を供給するさしろう
や、図14に示すように、ギャップ（８）全体を閉塞しな
いように差し込んだ置きろう（10）によりろう付を行う
ものとするのが好ましい。

【００１９】なお、ろう付対象であるアルミニウム材の
種類は特に限定されるものではなく、ＪＩＳ１０００番
系、３０００番系、６０００番系のアルミニウム材を用
いれば良い。また、ろう材も従来公知のＡｌ−Ｓｉ系ろ
う材を用いれば良い。また、フラックスは塩化物系、フ
ッ化物系フラックス等のうちのいずれを用いても良い
が、腐食性残渣を残さない点でフッ化物系フラックスを
用いるのが良い。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）図６、図７に示すように、肉厚０．７ｍ
ｍ、外径８ｍｍのＪＩＳ６０６１Ａｌパイプからなるワ
ーク（Ａ）の一方の継手Ａ1 を、内径８．２ｍｍに拡管
した。そして、他方の継手Ａ2 を拡管部（Ａ3 ）内に差
し込んで、該継手（Ａ2)と外側の継手の拡管部（Ａ3 ）
との間に０．１ｍｍの隙間を残した。また、拡管部（Ａ
3 ）の先端外周に沿って外径１．６ｍｍの置きろう材
（12）を配置するとともに、フラックスを塗布した。な
お、ろう材はＢＡ４０４７を用い、フラックスはフッ化
物系フラックスを用いた。

【００２１】そして、この継手を図６に示すように出力
コイル（１）のワーク保持空間（２）内にセットすると
ともに、ワーク（Ａ）の両端をチャック治具（７）
（７）で位置決め固定した。

【００２２】そして、放射線温度計（６）を用いて比例
制御方式による温度制御を行いながら加熱ろう付を行っ
た。加熱は、ろう付温度範囲（６１０℃±１０℃）に対
して６２０℃の温度に設定して行った。出力スイッチを
ＯＮ後直ちにワークろう付部の温度が６２０℃になり、
ＯＮ後４秒経過した時点でタイマーを作動させて出力を
ＯＦＦとした。

【００２３】ろう付後ろう付部を観察したところ、ろう
材が濡れて広がっており、十分なフィレットが形成され
て良好なろう付が行われていた。

【００２４】（実施例２）ワーク（Ａ）として図11に示
すようなＪＩＳ６０６１Ａｌ材からなる外径８ｍｍの中
実アルミニウムチェーンを用い、チエーンつなぎ目の突
合せろう付を以下の方法で行った。

【００２５】即ち、突合わせ面のそれぞれ下端部を相互
に突出させ、この突出部（Ａ4 ）どうしのみを密着状態
に接触させ、突出部上方に長さＬ6 ：０．２〜０．６ｍ
ｍのギャップ（８）を形成した。なお、突出部（Ａ4 ）
の厚さＬ7 は１ｍｍ程度とした。

【００２６】そして、突合せ部にフラックス（ナイス株
式会社製：Ｆ１９）を塗布した後、突合せ部が出力コイ
ル（１）のワーク保持空間（２）に位置するように配置
して、ワーク（Ａ）をバイス台（11）で固定した。

【００２７】次に、加熱タイマー１０秒、設定温度６２
０℃にセットして、タイマー方式による温度制御を行う
とともに、加熱ＯＮと同時に直径２ｍｍの棒状のさしろ
う材（９）（ＢＡ４０１７）を図12に示すように突合せ
部のギャップ（８）に供給しつつ溶融させた。

【００２８】ろう付後ろう付部を観察したところ、やは
り十分なフィレットが形成されて良好なろう付が行われ
ていた。

【００２９】

【発明の効果】この発明は上述の次第で、アルミニウム
材を高周波誘導加熱方式によりろう付するものであるか
ら、ろう付部を温度むらなく均一に加熱することができ
る。しかも、所定の温度に温度制御しながら加熱するか
ら不本意な温度上昇を避けることができ、加熱温度を確
実にろう付温度範囲に納めることができる。従って、ガ
スろう付法のような熟練を要することなく、簡単かつ確
実にアルミニウム材をろう付することができ、ろう付強
度に優れた高品質のアルミニウム接合部材の提供が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるアルミニウム材の高周波誘導加
熱に用いる出力コイルの一例を示す斜視図である。

【図２】図１のコイルの正面図である。

【図３】図１のコイルの側面図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】図３の状態におけるコイルの電流流れと磁界の
向きを示す説明的断面図である。

【図６】実施例においてろう付を行っている状態の正面
図である。

【図７】図６のＶII−ＶII線断面図である。

【図８】比例制御による温度制御方式における時間とろ
う付温度との関係を示すグラフである。

【図９】タイマー制御による温度制御方式における時間
とろう付温度との関係を示すグラフである。

【図１０】ＯＮ、ＯＦＦ制御による温度制御方式におけ
る時間とろう付温度との関係を示すグラフである。

【図１１】他の実施例においてろう付を行っている状態
の正面図である。

【図１２】図１１におけるチェーンの突合せ部分の拡大
正面図である。

【図１３】中実ワークの突合せ面の一部を密着させる態
様を示す腰部正面図である。

【図１４】置きろうを用いた中実ワークのろう付方法を
説明するための正面断面図である。

【符号の説明】

Ａ…ワーク（アルミニウム材） １…出力コイル ２…ワーク保持空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム材を、高周波誘導加熱方式
   により所定の温度に温度制御しながら、ろう付すること
   を特徴とするアルミニウム材のろう付方法。