JPH0743035B2 - アルミニウム・ベローズの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、アルミニウム・ベローズの製造方法に係り、
特にエキスパンション継手、振動防止継手、フレキシブ
ルチューブ、熱交換素子等として有用な、品質の良好な
且つ安定した蛇腹状ベローズを、アルミニウム材料から
有利に製造し得る方法に関するものである。

（背景技術） 従来から、金属ベローズは、一般に、溶接法によって組
み立て、製造されているが、その量産性に欠けるところ
から、特公昭45−39172号公報にあっては、所定のベロ
ーズ素材を置きろう方式にて接合せしめて、目的とする
金属ベローズを製造する方法が提案されている。

この先に提案された置きろう方式による金属ベローズの
製造手法は、所定のろう材からなるリングを、重ね合わ
せたベローズ素材の外周と内周に交互に配置せしめて、
加熱により、該リングを溶融せしめることによって、そ
れらベローズ素材を一体的に結合せしめるものであっ
て、これにより溶接金属ベローズが一挙に作製され得る
こととなったのである。

しかしながら、このような置きろう方式による金属ベロ
ーズの製造手法にあっては、ろう材によるベローズ素材
のろう付け部の間隔（厚さ）や幅が、ろう材成分、ろう
付け条件、加圧条件等によって変動して、品質の一定の
ものを得ることが困難である問題を内在している。特
に、加熱、溶融せしめられた33材は、ベローズ素材間に
おいて、それらの合わせ面に沿って、毛管現象で流れ
（延び）、不要な部分まで濡れ広がり、ろう付け幅の制
御ができない問題があり、またそのようなろう材の濡れ
広がりによって、冷却時において、ろう付け部に充分な
ろう材が供給され得なくなって、巣やブローホール等の
欠陥を発生せしめることとなる。しかも、ろう付けされ
たベローズ素材にあっては、そのろう付け材層としての
厚さは殆どなく、それ故に展張操作によって、ベローズ
素材間が拡開された場合において、ベローズ素材間の切
欠感度が鋭くなって、強度的に弱くなる問題があり、更
にはろう付け部が脆いろう接金属のみから形成されるこ
とによって、ろう付け部自体も靭性や強度等が低い等の
問題が内在しているのである。

また、実公昭57−23728号公報には、溶接ベローズとし
て、ベローズの外周及び内周に相当する位置に間隔リン
グを配し、これをプレートで相互に挟み、その部分を溶
接してなるものが明らかにされているが、それは、あく
までも溶接手法を採用して、それらプレート及び間隔リ
ングを順次接合せしめるものであるところから、前述の
如く量産性に欠ける問題を内在するものであったのであ
り、しかもそのような溶接法では、間隔リングの片側し
か、換言すればベローズ外周に位置する間隔リングはそ
の外周側しか、またベローズ内周に位置する間隔リング
はその内周側しか、接合され得ないために、未溶着部
（ベローズ外周に位置する間隔リングの内周側及びベロ
ーズ内周に位置する間隔リングの外周側）は切欠きとな
り、ベローズが展張されたときに、強度低下につながる
問題があり、また溶け込みを大きくして、未溶着部を無
くした場合には、間隔リングの効果が全く無くなってし
まうこととなるのである。

さらに、前記したベローズの置きろう方式による製造手
法と、上記実公昭57−23728号公報に示された、内外周
に間隔リングを配して接合するベローズの製造手法とを
組み合わせたものとして、重ね合わせたベローズ素材の
外周と内周に相当する位置に、間隔リングを交互に配置
する一方、かかる間隔リングとベローズ素材との間に、
所定のろう材からなるリングを更に介在させた後、加
熱、ろう付けする製造手法も考えられるが、このような
手法によれば、従来の置きろう方式と同様に、溶接金属
ベローズを一挙に作製し得る利点は確保され得るもの
の、その反面、重ね合わせる部材数が著しく増加して、
各部材の芯合わせの作業が煩雑になり、そのため製造コ
ストが高くなるという欠点がある。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その課題とするところは、ろう付け
部の幅や厚さが一定な、品質の安定した、且つろう付け
部の強度、靭性等の特性に優れた、切欠感度の低い、ア
ルミニウム製ベローズを、製造工程的にも有利に製造し
得る方法を提供することにある。

（解決手段） そして、このような課題を解決するために、本発明にあ
っては、中央部に開孔を有するアルミニウム・ベローズ
素材を複数枚重ね合わせる一方、それらアルミニウム・
ベローズ素材間で、その内外周縁部に交互に位置するよ
うに、所定厚さのアルミニウム・リングからなる芯材層
の両側にアルミニウムろう材層がそれぞれ形成されてな
る円環状の両面アルミニウム・ブルージングシートから
なるろう付けリングを介在させた後、加熱、ろう付けす
ることにより、前記アルミニウム・ベローズ素材の内外
周縁部に前記アルミニウム・リングの介在せる接合部を
重ね合わせ方向において交互に形成せしめると共に、該
アルミニウム・リングの内外周部と該アルミニウム・ベ
ローズ素材との接合部位の内外周面がなだらかな曲線と
なるように形成し、そして重ね合わせ方向に展張せしめ
るようにしたのである。

（具体的構成） ところで、本発明手法は、具体的には、例えば第１図〜
第５図に示される如き工程によるものであるが、そこに
おいて、２は、アルミニウム若しくはその合金（アルミ
ニウム材料）からなる円環状のベローズ素材であり、ま
た4a,4bは、アルミニウム合金芯材の両面に、Al−Si系
ろう材が圧延によってクラッドされた、所定厚さのアル
ミニウム・ブレージングシートからなる所定幅のろう付
けリングである。このろう付けリング4a,4bは、第２図
に示されるように、アルミニウム材料からなる所定厚さ
の芯材6a,6bの両側の面に、所定厚さのろう材8a,8bの層
を、圧延により、それぞれ形成せしめてなる円環状の合
わせ材であって、一般に、そのような合わせ材の大きな
板状物から打抜き加工等によって容易に製造され得るも
のである。また、それぞれのベローズ素材２の中心部に
は、目的とするベローズ製品の中央の通孔に対応する孔
10が、設けられている。

なお、ここでは、ベローズ素材２は円環状とされている
が、他の形状、例えば矩形状等であってもよく、また中
心部の孔10にあっても、例示の如き円形形状だけでな
く、長円形、矩形、星形等の各種の形状を採ることがで
きるものである。また、そのようなベローズ素材２の外
形形状やその中心部の孔10の形状に従って、二つのろう
付けリング4a,4bはそれらに応じた適宜の形状とされる
こととなる。

次いで、このようなベローズ素材２及び二つのろう付け
リング4a,4bを交互に重ね合わせ、ベローズ素材２の内
側周縁、外側周縁に交互にろう付けリング4a,4bが介
在、配置せしめられて（但し、小さなろう付けリング4a
はベローズ素材２の内側周縁に位置せしめられ、また大
きなろう付けリング4bはベローズ素材２の外側周縁に位
置せしめられる）、第１図及び第３図に示される如く、
必要な枚数だけ組み合わされるのである。これによっ
て、ベローズ素材２の重ね合わせ間隙には、その外側周
縁の所定幅部分と内側周縁の所定幅部分に、交互に、所
定のろう付けリング4b,4aが介在せしめられることとな
るのである。

そして、この得られた第３図の如き重ね合わせ物12に対
して、その重ね合わせ方向に両側から加圧操作を加え、
同時にろう付けリング4a,4bのろう材8a,8b部分のみが溶
融する温度まで加熱せしめられ、この加圧、加熱操作を
施すことにより、それぞれのベローズ素材２は、それぞ
れの場所に配置されたろう付けリング4a,4bを介して接
合（ろう接）される。

すなわち、それら接合部の拡大断面説明図である第４図
からも明らかなように、加熱溶融されたアルミニウムろ
う材（8a,8b）にて形成される接合層13を介して、ベロ
ーズ素材２は、その内外周縁部において、ろう付けリン
グ4a,4bの芯材（アルミニウム・リング）6a,6bの全面に
亘って接合せしめられ、以てその内側部と外側部におい
て、該芯材6a,6bの厚さ分と略同じだけの間隔と、該芯
材6a,6bの幅と略同じだけのろう付け幅をもって、交互
に接合せしめられた接合体が形成されることとなる。な
お、第３図の重ね合わせ物12の上下には、それぞれ、端
板14a,14bが接合せしめられるようになっている。

なお、かかる接合操作における加熱のための熱源として
は、トーチ、バッチ式炉、連続炉等、如何なる形式のも
のであっても何等差支えなく、更に接合雰囲気も特に制
限を受けるものではないのである。すなわち、空気中、
不活性ガス中、真空中の何れの場合であってもよいので
ある。

また、こうしてベローズ素材２が接合されてなる接合体
に対しては、第５図に示されるように、それが冷却せし
められた後、端板14a,14bが互いに離隔せしめられる方
向に、矢印の如く展張力が作用せしめられ、これによっ
て該接合体のベローズ素材2,2間の間隔が拡開せしめら
れ、以て蛇腹状のベローズ製品が完成されることとなる かくの如きろう付け操作を更に具体的に明らかにするた
めに、第６図及び７図には、上記工程におけるベローズ
素材２のろう付け部における変化が拡大して示されてい
る。すなわち、第６図（ａ）は、第３図における重ね合
わせ物12の重ね合わせ部分の拡大説明図であり、上下の
ベローズ素材2,2は、それらの内周縁部若しくは外周縁
部において、両面にろう材8a,8bの層を有するろう付け
リング4a,4bにて、所定間隙に保持されているのであ
る。

そして、第６図（ａ）の状態において加圧、加熱せしめ
られることによって、それぞれのろう付けリング4a,4b
のろう材8a,8b層が溶融せしめられても、かかるろう付
けリング4a,4bを構成する芯材6a,6bは溶融されることが
なく、また溶融されたろう材8a,8bはベローズ素材2,2と
芯材6a,6bとの間において全面に亘って接合層13を形成
し、それ故ベローズ素材2,2間には、第６図（ｂ）に示
される如く、少なくとも該芯材6a,6bの厚さ分の隙間が
形成された状態において、接合（ろう付け）されること
となるのである。しかも、上下のベローズ素材2,2のろ
う付け幅は、実質的にろう付けリング4a,4b（芯材6a,6
b）の幅と略同じものとなるのである。

このように、ベローズ素材2,2間の接合が、両面ブレー
ジングシートからなるろう付けリング4a,4bを介して行
なわれることにより、該ろう付けリング4a,4bの幅及び
厚さに従って、それらベローズ素材2,2間の間隔や接合
幅を任意に調節することが可能となったのである。けだ
し、かかるろう付けリング4a,4bを構成するアルミニウ
ム・ブレージングシートの芯材6a,6bの厚さやろう材8a,
8bの厚さ（クラッド率）は、自由に選択され得ると共
に、前記芯材6a,6bの厚さによって略規定されるベロー
ズ素材2,2間の間隙は、従来の如くろう材成分、ろう付
け条件、或いは加圧条件等によって影響を受けることが
ないからであり、またそのようなろう付けリング4a,4b
の円環状の幅は任意に選択できるからである。

しかも、このように接合せしめられるベローズ素材2,2
間には、ろう付けリング4a,4bの芯材6a,6bによって所定
の間隙が確保され得るところから、従来のろう付け方式
にみられていた如き、毛管現象によるベローズ素材間の
不要な部分に至るろう材の濡れ広がり現象は惹起され得
ず、それ故そのろう付け幅の制御を有効に為し得るので
あり、またこのようにろう付け時に不要な部分にろう材
が濡れ広がらないところから、巣やブローホール等の欠
陥も生じることはないのである。なお、このようなベロ
ーズ素材2,2の合わせ面におけるろう材の濡れ広がりを
有効に防止するためには、一般に、ろう付けリング4a,4
bを構成する芯材6a,6bの厚さとして、0.05mm以上、好ま
しくは0.1mm以上の値が採用されることとなる。

そして、このようにして接合された接合体は、前述の第
５図に示される如き展張操作によって、目的とするベロ
ーズ製品とされることとなるが、そうして得られたベロ
ーズ製品は、第７図にその部分拡大断面図が示されてい
るように、ベローズ素材2,2間の接合部には、ろう付け
リング4a,4bを構成していた芯材6a,6b、換言すればアル
ミニウム・リングが介在させられて、接合された状態と
なっており、しかも第６図（ｂ）から明らかなように、
ろう材（8a,8b）の流れ込みにより、アルミニウム・リ
ング（6a,6b）の内外周部位とベローズ素材（2,2）との
接合部の内外周面は、なだらかな曲線となって、応力集
中も効果的に軽減され得て、このため前記展張操作が施
されても、そのろう付け部分における切欠感度が低く、
それ故その強度を効果的に高め得ることとなったのであ
る。また、接合部（ろう付け部）が、脆いろう接金属の
みから形成されるものではなく、延性の高い芯材6a,6
b、即ちアルミニウム材料が含まれることとなり、これ
によってその靭性は高められ、また芯材6a,6bの材質に
よって、その強度を効果的に高めることが可能なのであ
る。

しかも、このようなベローズ素材2,2の接合部における
芯材6a,6b（アルミニウム・リング）の存在により、ベ
ローズ製品の伸縮量を効果的に変えることが可能となっ
たのである。

さらに、上記の如きろう付けリング4a,4bを用いたベロ
ーズ素材２の接合方式にあっては、単にベローズ素材と
かかるろう付けリングを重ね合わせて、加熱、加圧せし
めた後、展張という工程を採るだけでよいため、ベロー
ズ製品の製造工程における工数が著しく低減され得るの
であり、加えてベローズ素材2,2の接合部に、従来の如
き割れや融合不良等の欠陥も発生するようなことが全く
ないため、ベローズ素材２の前処理や雰囲気の管理等が
殆ど不要となったのであって、これによりベローズ製品
の製作上の経済性を著しく改善せしめ得たのである。

しかも、かかる製造手法に従えば、ベローズ素材２の寸
法を変化せしめることによって、種々なる形状のベロー
ズ製品が得られることとなるのである。例えば、板厚の
極めて薄い或いは極めて厚いベローズ素材２を用いれ
ば、第８図、第９図に示されるような極薄または極厚の
ベローズ製品16,18が、またベローズ素材２の孔10の大
小によって、第10図、第11図の如きベローズ高さの低い
或いは高い、換言すれば太径乃至は細径のベローズ製品
20,22が得られるというように、各種の寸法、形状のベ
ローズ製品が容易に得られるのである。

そして、このようにして得られたアルミニウム材料から
なるベローズ製品は、従来の金属ベローズ製品と同様
に、エキスパンション継手、振動防止継手、フレキシブ
ルチューブ等として有利に用いられる他、内部に流体が
流通せしめられる流通管としても用いることが可能であ
り、特に熱交換素子として有利に適用することができ
る。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に
明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施
例の記載によって何等の制約をも受けるものでないこと
は、言うまでもないところである。また、本発明には、
以下の実施例の他にも、更には上記具体的記述以外に
も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、当業者
の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得
るものであることが、理解されるべきである。

（実施例１） 先ず、アルミニウム・ベローズ素材として、アルミニウ
ム合金:A3003合金からなる板厚:0.25mm、内径:30mm、外
径:80mmの円板を用いる一方、アルミニウム・ブレージ
ングシートとして、芯材:A3003合金の両面に皮材:BA434
3（Al−８％Si）をクラッド率:10％にてクラッドせしめ
てなる板厚:0.3mmの円環状のリングをそれぞれ用いて、
第１図及び第３図に示される如く重ね合わせ、加圧下
に、約600℃×３分の条件にて炉中ろう付けし、そして
その得られた接合体に対して第５図の如く展張操作を施
すことによって、ベローズ製品と為し、それを実施例１
の接合ベローズとした。

（比較例１） また、上記実施例１と同一材質、同一形状のベローズ素
材を用い、そのベローズ素材を重ね合わせる一方、その
内外周縁部にろう材からなるリングを交互に配置し、こ
れを実施例１と同様な条件にて加圧、加熱して、ろう付
けし、そして展張することによってベローズ製品と為
し、それを比較例１の接合ベローズとした。

（比較例２） さらに、比較例１と同様に、上記ベローズ素材を重ね合
わせる一方、その内外周縁部にアルミニウムからなる間
隔リングを交互に配置し、これを溶接にて接合し、更に
展張によってベローズ製品と為して、それを比較例２の
接合ベローズとした。

そして、これら実施例１、比較例１及び２の接合ベロー
ズを用い、以下の条件にて伸縮耐久試験を行ない、その
結果を表１に示した。

伸縮耐久試験条件 （１） 伸縮量：密着（0mm）〜＋10mmの繰返し。

（２） 雰囲気圧：ベローズ内部は、700mmHgに保持。

（３） 繰返しサイクル速度:1サイクル/2秒 かかる表１の結果から明らかなように、実施例１の接合
ベローズが、比較例１や比較例２の接合ベローズより
も、破断までの伸縮繰り返し回数が圧倒的に多く、これ
により、ベローズ素材の接合において、ブレージングシ
ートを用いた接合は、ろう材のみによる接合や溶接によ
り接合に比較して、伸縮作用に対する接合部の接合強度
が、著しく優れていることが判る。

（発明の効果） このようにして、本発明は、アルミニウム・ベローズ製
品を、両面アルミニウム・ブレージングシートによって
形成されるろう付けリングを介して、ベローズ素材を接
合せしめることによって、製作するものであり、これに
よってベローズ素材の接合部における接合幅やその厚さ
を調節し、またその制御を効果的に為し得て、品質が一
定のベローズ製品が得られることとなった他、接合部に
おけるベローズ素材の切欠感度を低く為し得て、その強
度を高め、また延性の高いアルミニウム材料の存在によ
り、接合部の靭性や強度を高め、且つ毛管現象によるベ
ローズ素材間の不用な部分まで、ろう材が濡れ広がるこ
とを、効果的に防止して、巣、ブローホール等の欠陥の
発生を解消するようにしたものであって、そこに、本発
明の大きな工業的意義が存在するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はベローズ素材とろう付けリングの重ね合わせ形
態を説明するための斜視図であり、第２図は、第１図に
おけるIIa−IIa断面（IIb−IIb断面）を示す部分図であ
り、第３図はベローズ素材の縦断面図であり、第４図は
ベローズ素材の接合部の拡大縦断面説明図であり、第５
図は第３図の重ね合わせ物から得られる接合体の展張操
作を示す説明図であり、第６図（ａ）及び（ｂ）はそれ
ぞれベローズ素材間に介在せしめられたろう付けリング
のろう付け前の状態及びろう付け後の状態を示す拡大断
面部分図であり、第７図はそのようにして得られた接合
体を展張操作することによって形成されるベローズ製品
の接合部の状態を説明するための拡大断面部分図であ
り、また第８図〜第11図はそれぞれ本発明に従うベロー
ズ製品を異なる例を示す縦断面説明図である。 ２……ベローズ素材 4a,4b……ろう付けリング 6a,6b……芯材 8a,8b……ろう材 10……通孔、12……重ね合わせ物 14a,14b……端板 16,18,20,22……ベローズ製品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 啓路 愛知県名古屋市港区千年３丁目１番12号 住友軽金属工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−131082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−84881（ＪＰ，Ａ) 特公 昭45−39172（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭57−23728（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央部に開孔を有するアルミニウム・ベロ
   ーズ素材を複数枚重ね合わせる一方、それらアルミニウ
   ム・ベローズ素材間で、その内外周縁部に交互に位置す
   るように、所定厚さのアルミニウム・リングからなる芯
   材層の両側にアルミニウム33材層がそれぞれ形成されて
   なる円環状の両面アルミニウム・ブレージングシートか
   らなるろう付けリングを介在させた後、加熱、ろう付け
   することにより、前記アルミニウム・ベローズ素材の内
   外周縁部に前記アルミニウム・リングの介在せる接合部
   を重ね合わせ方向において交互に形成せしめると共に、
   該アルミニウム・リングの内外周部と該アルミニウム・
   ベローズ素材との接合部位の内外周面がなだらかな曲線
   となるように形成し、そして重ね合わせ方向に展張せし
   めることを特徴とするアルミニウム・ベローズの製造方
   法。