JP4480231B2

JP4480231B2 - 金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け方法およびその装置

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Publication number: JP4480231B2
Application number: JP2000159615A
Authority: JP
Inventors: 誠西村
Original assignee: トーヨーユニバーサル株式会社
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: US20010051323A1; JP2001340958A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、コンベクション炉（熱対流炉）を用いるアルミニウム、銅、銅合金、鉄またはステンレス等の金属製ワークピースのろう付け方法およびその装置に関するものであり、特に、インデックスタイプ（間歇移動式）のコンベクション炉を用いて自動車の熱交換器等のアルミニウム製の大型ワークピースにアルミニウム製の部品をろう付けする方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の熱交換器等のアルミニウム製の大型金属ワークピースのろう付けに用いられるコンベクション炉は、通常、燃焼炉で加熱された窒素ガス等の不活性ガスよりなる加熱媒体ガスをフアン等により炉内を循環させることにより、加熱室内に固定された、または移動されるワークピースを加熱するように構成されている。
【０００３】
例えば、ＵＳＰ５，１９５，６７３に記載されているアルミニウムろう付け用のコンベクション炉では、加熱装置で加熱した熱媒体ガスをインペラーで炉内を循環させ、炉内に水平に置かれたワークピースを上から下に流れる熱媒体ガスの流れで加熱してろう付けを行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＵＳＰ５，１９５，６７３記載の炉によれば、ワークピースに対して一方向から加熱媒体ガスを吹き付けるため、加熱媒体ガスの当たった場所とそれ以外の場所では、温度差が生じ、ろう付けの品質を低下させるという欠点があった。
【０００５】
さらに、この炉においては生産性を高めるために加熱媒体ガスの流速を速くしてワークピースの加熱速度を上げているが、加熱媒体ガスの流速を上げ過ぎると、ワークピースの表面に加熱媒体ガスの渦流が生じその部分の温度が上がらず、ワークピースに温度勾配が発生して熱歪みが生じ、ろう付け不良が発生するという問題があった。
【０００６】
上記の欠点を改良するために、本発明者らは、ワークピースに対して加熱媒体ガスを２方向から交互に吹き付けることにより、ワークピースの温度を均一にする装置を提案した（ＵＳＰ５，６６０，５４３）。この装置によれば、一方向から加熱していた従来の装置に比べて、ワークピースの表面的な温度勾配は少なくなるものの、依然として、ワークピースに立体的な温度勾配が発生することが判明した。
【０００７】
本発明は、上記の欠点をなくして、コンベクション炉を用いて、アルミニウム、銅または鉄等の金属製のワークピースの均一加熱を可能にしてワークピースの変形を防止し、しかも、加熱時間を短縮して作業能率を高めることのできる金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け方法を提供することを第１の目的とする。
【０００８】
本発明は、アルミニウム、銅、銅合金、鉄またはステンレス等の金属製のワークピースのろう付け作業時間を短縮して、生産性を高めると共に、ワークピースの均一加熱を可能にして製品歩留まりを高めることができる金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け炉を提供することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、鋭意研究した結果、コンベクション炉を使用するアルミニウム、銅、銅合金、鉄またはステンレス等の金属製ワークピースのろう付け作業において、ワークピースがろう付け温度に達してからは、加熱媒体ガスの温度を一定の周期で細かく上下に変化させることが、ワークピース、特に大型の金属製ワークピースの温度勾配をなくすために有効であることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け方法は、予めろう材およびフラックスを付着させた金属製ワークピースをインデックスタイプのコンベクション炉内にセットする工程、該金属製ワークピースに対して少なくとも１方向から加熱媒体ガスを吹き付け該ワークピースの温度をろう付け温度まで昇温させる昇温工程、および上記金属製ワークピースがろう付け温度に達してから、上記加熱媒体ガスの温度をろう付け温度より若干高い温度とろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度との間で、３０秒ないし３分の周期で上下させながらろう付けを行なう均熱加熱ろう付け工程とを含み、該均熱加熱ろう付け工程において上記加熱媒体ガスの温度を周期的に上下させるためのマイナスエネルギーとして少なくとも低温不活性ガスを使用することを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、金属製ワークピースの均熱化を促進するために、本発明の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け方法では、上記均熱加熱ろう付け工程において、金属製ワークピースに対して少なくとも２方向から加熱媒体ガスを吹き付け、その吹き付け方向を順次切換えると共に、該加熱媒体ガスの温度をろう付け温度より若干高い温度とろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度との間で、３０秒ないし３分の周期で上下させながらろう付けを行なうことを特徴とするものである。
【００１２】
ろう付け温度は金属材料、ろう材およびフラックスの種類によって異なり、通常、ＡＡ１０００シリーズのアルミニウムで弗化物フラックスを用いた場合は５５０℃〜６４０℃、銅およびステンレスの場合は７００℃〜８５０℃である。
【００１３】
例えば、ＡＡ１１００のアルミニウムの場合にろう材としてＡＡ４０４５あるいはＡＡ４０４７を使用し、フラックスとして弗化物フラックスを使用した場合のろう付け温度は約６００℃である。コンベクション式ろう付け炉においては、通常、ワークピースは予熱炉において約３５０℃まで加熱される。ろう付け炉に搬入されたワークピースは、約６１０℃〜６２０℃に加熱された加熱媒体ガスによって急速に加熱され、数分間で６００℃まで昇温される。
【００１４】
通常はこの温度に維持したままで加熱を続行してろう材を溶融して、ろう付けを行なうのであるが、加熱媒体ガスの温度を制御して炉温を６００℃に維持しても、加熱媒体ガスが直接当たるワークピースの面とその内部および反対側の面とでは３０℃〜４０℃の温度勾配が生じ、ろう材の流れが不均一となって、ろう付け品質を低下させている。
【００１５】
この温度勾配を少なくするために左右両側から熱媒体ガスを交互に吹き込む従来法でも、表面と内部の温度勾配を解消するためには、作業時間を伸ばさなければならいという欠点があった。作業時間を伸ばさないで内部の温度を上げるためには、加熱媒体ガスの温度を上げたり、その吹き付け量を増さなければならないが、その方法によれば、ワークピース表面の温度が部分的に過熱され、材質を変化させるので好ましくない。
【００１６】
本発明者は、ワークピースの表面温度が上がった時点で、加熱媒体ガスの温度を短時間低下させれば、ワークピース表面の温度が低下すると同時に表面の熱は熱伝導によって中心部に移動し、ワークピース全体は自然に均熱化されることを見いだした。この効果をよりよく発揮させるためには、極く短い周期で、加熱媒体ガスの温度を上下させればよいことを確認した。
【００１７】
加熱媒体ガスの温度を上下させる範囲は、熱媒体分配噴出口直前の加熱媒体ガスの温度をろう付け温度よりも若干高い温度と、そのろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度の範囲とすることが、ワークピースの均熱化効果を高める上で有効である。例えば、アルミニウムのろう付け温度が６００℃の場合、加熱媒体ガスの温度の上限を６２０℃とし、下限を６００℃×９５％＝５７０℃以下とすることが好ましい。
【００１８】
加熱媒体ガスの温度を上下させる周期は、３０秒〜３分、特に好ましくは１分前後である。あまり周期が短いと加熱媒体ガスの温度を所望の温度まで下げることが難しくなる。また、あまり周期を長くすると、ワークピース全体が下限の温度に長く保たれることとなり、ろう付けむらが生じるので好ましくない。
【００１９】
銅またはステンレスにおいて、ろう付け温度が例えば８００℃の場合は、熱媒体ガスの温度の上限を８２０℃とし、下限を８００℃×９５％＝７６０℃以下とすることが好ましい。
【００２０】
本発明の装置は、予めろう材およびフラックスを付着させた金属製ワークピースを加熱媒体ガスで加熱してろう付けを行なうための加熱室；上記加熱媒体ガスを間接的に加熱する熱媒体加熱手段；上記加熱媒体ガスを移送するための気体移送手段；該熱媒体加熱手段で加熱された加熱媒体ガスを少なくとも１方向から上記金属製ワークピースに対して吹き付けるための熱媒体分配噴出手段；上記熱媒体加熱手段、上記気体移送手段、上記熱媒体分配噴出手段および上記加熱室を経て再び上記熱媒体加熱手段に至る熱媒体循環路；および該熱媒体循環路に加熱媒体ガスとして低温不活性ガスを補給するための不活性ガス補給路を含むインデックスタイプのコンベクション式ろう付け炉において、上記熱媒体分配噴出手段から加熱室内に送給する加熱媒体ガスの温度をろう付け温度より若干高い温度とろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度との間で、予め定められた周期で上下させるように制御する熱媒体ガス温度制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記のインデックスタイプのコンベクション式ろう付け炉において、金属製ワークピースの均熱化をさらに促進させるために、熱媒体分配噴出手段として、金属製ワークピースに対して異なる方向から熱媒体ガスを吹き付ける少なくとも２つの熱媒体分配噴出パネルを設け、各熱媒体分配噴出パネルへの熱媒体ガスの供給を予め定められた時間間隔で順次切り替えて行なうための熱媒体ガス供給路切替装置を設け、均熱加熱ろう付け工程中に加熱媒体ガスの温度を周期的に変化させると同時に、加熱媒体ガスの吹き込み方向を周期的に順次切り替えられるようにしたものである。
【００２２】
本発明において使用する低温不活性ガスとしては、液化窒素ガスや液化アルゴンガスが入手容易な点およびコスト面から望ましい。
上記気体移送手段としては、回転翼式の送風機等が用いられる。
【００２３】
間接的な熱媒体加熱手段としては、流体燃料を熱源とするチューブヒーターを用いることができる。チューブヒーターの加熱には、通常プロパン等の燃料ガスを用いるガスバーナーが用いられるが、もちろん液体燃料のバーナーを用いることができる。
【００２４】
また、チューブヒーターの加熱には水素ガスと酸素ガスを用いる水素ガスバーナーを用いることもできる。この水素ガスバーナーは、水の電解装置を付設すれば、簡単に水素ガスおよび酸素ガスを供給することができる。さらに、水素ガスバーナーは炭酸ガス、硫黄酸化物、窒素酸化物や塵埃等を含む燃焼排ガスが発生しないので大気汚染防止上でも好ましい。
【００２５】
さらに、間接的な熱媒体加熱手段としては、チューブヒータの中に電熱源が内蔵された電気ヒーターを用いることができる。この種の、電気ヒータとしてはシーズヒーターが好ましく用いられる。
【００２６】
熱媒体分配噴出手段は、上記の熱媒体加熱手段によって加熱され、上記気体移送手段によって移送されてきた加熱媒体ガスを加熱室の周囲から加熱室内の金属製ワークピースに向けて均一な流れとして吹き込むためのもので、通常、熱媒体分配噴出パネルが用いられる。この熱媒体分配噴出パネルは、多数の積み重ねられた金属製ワークピースの表面に加熱媒体ガスを均一に吹き付けるために、金属製ワークピースの形状に応じて横または縦方向の多数のスリットを有する鎧戸状の隔壁として構成するのが好ましい。
【００２７】
上記熱媒体分配噴出パネルは立方体の加熱室の場合は、各面に１つずつ、即ち１〜６個の範囲で任意に設置することができる。しかし、好ましい形態としては左右２方向からワークピースに向けて熱媒体ガスを吹き込むように対向して熱媒体分配噴出パネルを配置する方式を推奨する。さらに、この形態に加えて下からも熱媒体ガスを吹き込むように３方に熱媒体分配噴出パネルを配置してもよい。
【００２８】
４方向以上に熱媒体分配噴出パネルを配置することも可能であるが、４方向以上から熱媒体ガスを同時に吹き込むと、中央のワークピースの位置で各熱媒体ガスの流れがぶつかり、熱媒体ガスの流れを阻害し、却って熱効率を悪くするので、対向する熱媒体分配噴出パネルからの熱媒体ガスの吹き込みを交互に行なう等の措置を講じる必要がある。
【００２９】
もしも、２つの熱媒体分配噴出パネルを対向して設けた場合は、２つのパネルのスリットの位置が若干ずれるように配置することが好ましい。すなわち、２つの熱媒体分配噴出パネルから同時に熱媒体ガスを吹き込んだ場合に、２つのパネルのスリットが同じ位置にあると両熱媒体ガスの流れが衝突し渦流を生じる。この渦流は金属製ワークピースの表面の熱移動を妨害し、ワークピースの不均一加熱の原因となるからである。
【００３０】
上記熱媒体ガス供給路切替装置としては、２つの送風ダクトを個々にまたは連動して開閉するスライド弁またはバタフライ弁等、流体流路切替え用に使用される通常の切替弁が使用できる。
【００３１】
熱媒体加熱手段の加熱エネルギー供給量を制御する手段としては、加熱媒体ガスに付加する熱エネルギーの供給量を予め定められた周期で増減する作動制御ユニットと、該作動制御ユニットによる誤差を熱媒体分配噴出手段から加熱室内に送給する加熱媒体ガスの温度によってフィードバック制御する補正制御ユニットとを備えた作動制御システムが用いられる。
【００３２】
加熱媒体ガスに付加する熱エネルギーとしては、プラスのエネルギーとマイナスのエネルギーとがある。プラスのエネルギーとしては、加熱媒体ガスを加熱するエネルギー、すなわち、熱媒体加熱手段に加えられる熱エネルギーで、具体的には、チューブヒーターの加熱用熱源から発生する熱エネルギーである。
【００３３】
チューブヒーターの加熱用の燃料の供給量を周期的に増減すれば、加熱媒体バスの温度を周期的に上下することができる。具体的には、流体バーナーを用いる場合は燃料供給管の開閉弁の開度を制御すればよい。すなわち、燃料供給管の開閉弁の開度として大小２つの値を設定し、さらにその開度の大または小に維持する時間を決めれば、その時間軸にそって、予め決められた燃料が供給されることになり、それに応じて、加熱媒体ガスの温度が上下することになる。
【００３４】
また、加熱媒体ガスの温度を変える場合には、燃料供給管の開閉弁の大小いずれか一方または両方の開度を変えればよい。また、燃料供給管の開閉弁の開度を大または小に維持する時間または両者の比を変えることによってもその目的を達成できる。もちろん、開度の変更と、時間の変更とを併用してもよい。
【００３５】
チューブヒーターの加熱に電熱を用いる場合も同様に、チューブヒータを加熱する大小２つの通電量を０から１００％の間で設定し、それぞれの設定値を維持する時間を設定すればよい。
【００３６】
マイナスのエネルギーとしては、熱媒体ガス源である低温不活性ガスが用いられる。すなわち、ろう付け炉内の露点が上昇すればろうの付きが悪くなるので、通常、ろう付け炉内の露点は（−）３０℃〜（−）５０℃に維持するのが望ましい。このろう付け炉内の露点を設定温度に維持するために、常に、乾燥した新しい低温不活性ガスが循環路に補給されている。
【００３７】
低温不活性ガスが液化窒素の場合は、ボンベから蒸発器を経て気化された窒素ガスは予熱回路で約１００℃に予熱されてから循環路に補給されている。予熱回路に供給される直前の窒素ガスの温度は約３０℃〜５０℃であるので、この低温の窒素ガスを直接循環路内に供給すれば当然加熱媒体ガスの温度を低下させることができる。
【００３８】
したがって、上記と同様に循環路に補給する低温不活性ガスの供給量を周期的に増減するように制御すれば、加熱媒体ガスの温度を周期的に上下させることができる。そのためには、燃料供給管の開閉弁の開度として大小２つの値を設定し、さらにその開度の大または小に維持する時間を設定すれば、加熱媒体ガスの温度を周期的に上下させることができる。この際、加熱媒体ガスの炉内循環用の気体移送手段（ブロー）の送風速度を上げれば低温不活性ガスによる冷却効果をさらに助長することができる。
【００３９】
しかし、実際的には循環されている加熱媒体ガスの熱容量が大きいので、チューブヒーターの温度を下げただけでは、加熱媒体ガスの温度を急激に下げるのは困難な場合が多いので、低温不活性ガスの供給量を増減させる方法と併用すれば、短い周期で、加熱媒体ガスの温度を上下させることが可能になる。
【００４０】
上記作動制御システムは、加熱媒体ガスに付加する熱エネルギーの供給量を予め定められた周期で増減させるために、炉温測定用センサー、タイマーを備えたプログラマブルコントローラーより構成される。そして、例えば、チューブヒーターの場合はバーナー用の燃料供給路に設けられた電磁開閉弁を予め決められたタイムスケジュールにしたがってオン・オフまたは開度を増減することにより、加熱媒体ガスの温度を上下させるものである。
【００４１】
また、チューブヒーターとしてシーズヒーターを用いる場合は、タイムスケジュールにしたがって供給電気をオン・オフしたり、通電量を増減させる。さらに、低温不活性ガスの場合は、その補給路に設けた開閉弁をタイムスケジュールにしたがってオン・オフまたは開度を増減させる。
【００４２】
上記作動制御システムによって管理される加熱媒体ガスの温度が既定の温度からずれてきた場合には補正制御ユニットによって補正される。この補正制御ユニットは、チューブヒーターの場合はその加熱用バーナーのガス供給量を制御する電磁弁と該電磁弁を上記熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御する制御機構とを組み合わたものである。また、シーズヒーターを用いる場合は、その通電量を上記熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御する制御機構とを組み合わたものである。
【００４３】
不活性ガスの供給量を制御する場合の補正制御ユニットは、不活性ガスの供給量を制御する電磁弁と該電磁弁を上記熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御する制御機構とを組み合わせればよい。
【００４４】
さらに、熱媒体加熱手段の加熱エネルギー供給量及びまたは熱媒体循環路に補給する不活性ガスの供給量を制御する制御手段としては、上記作動制御システムによって管理されている各周期内における高温の温度領域を維持する時間およびまたは低温の温度領域を維持する時間を、上記熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御する補正制御ユニットを用いることもできる。この際、高温の温度領域を維持する時間および低温の温度領域を維持する時間との比をフィードバック制御せれば、サイクル時間を変更せずに温度の補正ができるので、工程管理上好ましい。
【００４５】
すなわち、チューブヒーターの燃料ガスの供給管に設けた開閉弁の開度または不活性ガスの供給管に設けた開閉弁の開度を大小２つの値にセットし、各周期毎に開度の大または小に維持する時間の比を熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御するものである。シーズヒーターの場合も同様に、オン・オフの時間の比（または高低２つの温度に設定し、その温度を維持する時間の比）をフィードバック制御するものである。
【００４６】
例えば、加熱媒体ガスの温度を上下させる周期を１分とし、高温に維持する時間と低温に維持する時間の比を当初６０：４０にした場合、全体の温度が上がり過ぎればその比を例えば、５５：４５にする。このようにタイマーにセットされた高温に維持する時間と低温に維持する時間の比を変えることによっても、加熱媒体ガスの温度を制御することができる。
【００４７】
【実施例】
図１は本発明のコンベクション式ろう付け炉の実施例を示すもので、乾燥炉１０、予熱炉２０、ろう付け炉３０、冷却炉５０を連続して設けたインデックスタイプの炉を示すものである。
【００４８】
乾燥炉１０は、入り口１１、出口１２にそれぞて上下動するシャッタ１３、２３が設けられた耐火物を内蔵するステンレス製の炉体１４から構成されている。ろう材をクラッドした部品が予め本体に組み込まれているワークピースＷは、トレイＴ上に積み重ねられて、炉床に設置されたベルトコンベア１５によって、炉内に搬入される。乾燥炉１０内には露点の低い窒素等の不活性ガスが導入管（図示せず）より吹き込まれ、フラックスの塗布されたワークピースＷを乾燥させる。
【００４９】
予熱炉２０は、入り口２１、出口２２にそれぞて上下動するシャッタ２３、３３が設けられた耐火物を内蔵する耐熱ステンレス製の炉体２４から構成されている。炉床に設置されたベルトコンベア２５によって、トレイＴに積み重ねられたワークピースＷが乾燥炉１０から予熱炉２０内に搬入される。予熱炉２０内にはフアン２７によって窒素等の不活性ガス（加熱媒体ガス）が循環されている。この加熱媒体ガスはチューブヒーター２６によって約４００〜４５０℃まで加熱され、ワークピースの温度を約３５０℃まで予熱する。
【００５０】
ろう付け炉３０は、入り口３１、出口３２にそれぞて上下動するシャッタ３３、５３が設けられた耐火物を内蔵するインコネル等の耐熱合金製の炉体３４から構成されている。炉床に設置されたベルトコンベア３５によって、トレイＴに積み重ねられたワークピースＷが予熱炉２０からろう付け炉３０内に搬入される。ろう付け炉３０内にはフアン３７によって加熱媒体ガスが循環されている。チューブヒーター３６によて約６１０〜６２０℃まで加熱された加熱媒体ガスによって、ワークピースの温度を約６００℃のろう付け温度に保ちながらろう付けが行なわれる。
【００５１】
冷却炉５０は、入り口５１、出口５２にそれぞて上下動するシャッタ５３、５７が設けられた耐火物を内蔵したステンレス製の炉体５４から構成されている。炉床に設置されたベルトコンベア５５によって、トレイＴに積み重ねられたろう付け作業の終わったワークピースＷがろう付け炉３０から冷却炉５０内に搬入される。冷却炉５０内にはフアン５７によって乾燥空気および低温の熱媒体ガスが循環されていて、ワークピースの温度を下げる。５６は水冷管であって、熱媒体ガスの温度を下げ、ワークピースの冷却効率を高める。冷却されたワークピースＷは出口５７よりベルトコンベア５８によって外部に搬出される。
【００５２】
図２はろう付け炉３０の断面を示すもので、炉心にはワークピースを加熱するための加熱室４０が設けられている。加熱室４０の下部にはワークピースＷを乗せたトレイＴを運搬するためのベルトコンベア３５が設置されている。この加熱室４０の両側には加熱媒体ガスを導入するためのプレナム４１Ａ、４１Ｂが設けられ、このプレナム４１Ａ、４１Ｂと加熱室４０の間には加熱媒体ガスを加熱室５０に吹き込みまた流出させるため多数のスリット状のガス噴出口４３Ａ、４３Ｂを備えたガス分配噴出パネル４２Ａ、４２Ｂが設けられている。
【００５３】
側部ダクト３８と下部ダクト３９の境には切替え弁４６が設けられ、ガスの流れを切り替えることができる。即ち切替え弁が図２の位置にあれば、炉の最上部に設けられたフアン３７から送り出された熱媒体ガスは上部ダクト４８、側部ダクト３８を経て下部ダクト３９からプレナム４１Ａに達し、ガス噴出口４３Ａから加熱室４０内に吹き込まれ、ワークピースを加熱した後、反対側のガス噴出口４３Ｂからプレナム４１Ｂに排出され、ダクト４７を経て、熱媒体ガス加熱室４５に達し、再びチューブヒーター３６で加熱されてフアン３７に吸引される。４９はフアン３７用のモーターである。
【００５４】
切替え弁４６が図３の位置に切り替えられれば、フアン３７から出た熱媒体ガスは上部ダクト４８、側部ダクト３８からプレナム４１Ｂに流入し、ガス噴出口４３Ｂから加熱室４０内に吹き込まれ、ワークピースを加熱した後、反対側のガス噴出口４３Ａからプレナム４１Ａに排出され、下部ダクト３９、ダクト４７を経て、熱媒体ガス加熱室４５に達し、再びチューブヒーター３６で加熱されてフアン３７に吸引される。
【００５５】
なお、加熱媒体ガスの吹き込みを左右切り替えないで、左右両側から同時に吹き込む操業方法の場合は、切替え弁４６を半開にするとともに、加熱室４０と熱媒体ガス加熱室４５の間の隔壁４４に設けられたシャッター（図示せず）を開き、ダクト４７の開閉弁（図示せず）を閉鎖して、左右両側のガス噴出口４３Ａ、４３Ｂから熱媒体ガスを吹きむようにする。加熱室４０に吹き込まれた加熱媒体ガスはワークピースを両側から加熱した後、隔壁４４のシャッターを抜けて熱媒体ガス加熱室４５に循環する。
【００５６】
図４は、予熱炉２０、ろう付け炉３０および冷却炉５０の各熱媒体ガス加熱室の部分の横断面図であって、各炉にはフアン２７、３７、５７がそれぞれ設けられている。また、予熱炉２０、ろう付け炉３０には蛇行したチューブヒーター２６、３６がそれぞれ設けられている。冷却炉５０には蛇行した冷却水管５６が設けられている。５８は冷却水管の開閉弁である。
【００５７】
予熱炉２０のチューブヒーター２６の入り口内部にはガスバーナー２８が設けられ、燃料ガス源６１からパイプ６２、電磁弁６４を介して燃料としてのプロパンが供給される。２９は空気取り入れ口である。
ろう付け炉３０のチューブヒーター３６の入り口内部にはガスバーナー６６が設けられ、燃料ガス源６１からパイプ６３、電磁弁６５を介してプロパンが供給される。６７は空気取り入れ口である。
【００５８】
６８はセンサー６９、タイマー７１を備えたプグラマブルコントローラ６８であって、このコントローラに組み込まれた作動制御ユニットによって予め設定されたタイムスケジュールにしたがって電磁弁６５の開度が制御される。センサー６９によって検知される加熱媒体ガスの温度が設定値に対してずれてきた場合は、コントローラ６８に組み込まれている補正制御ユニットはその検知された温度に応じてコントローラ６８に設定されている設定値を補正することができる。
【００５９】
８５は熱媒体ガスとしての液体窒素のボンベであって、開閉弁８４、パイプ８１、電磁開閉弁７６、ノズル７２を経て予熱炉２０へ窒素ガスを供給する。ろう付け炉３０に対しては、ボンベ８５、開閉弁８４、パイプ８２、電磁開閉弁７７、予熱回路９１、ノズル７３を経て窒素ガスが供給される。９２はパイプ８２とノズル７３を直結するためのパイプ９３を開閉するための開閉弁である。
【００６０】
冷却炉５０に対しては、ボンベ８５、開閉弁８４、パイプ８３、電磁開閉弁７８、ノズル７４を経て窒素ガスが供給される。７５は空気吹き込み用のノズルであって、ポンプ７９、パイプ８９を経て冷却用の空気が冷却炉５０内に導入される。
【００６１】
８６はセンサー８８、タイマー８７を備えたプログラマブルコントローラであって、このコントローラに組み込まれた作動制御ユニットによって予め設定されたタイムスケジュールにしたがって電磁弁７７の開度を制御する。センサー８８によって検知される加熱媒体ガスの温度が既定値に対してずれてきた場合は、コントローラ８６に組み込まれている補正制御ユニットはその検知された温度に応じてコントローラ８６に設定されている設定値を補正することができる。
【００６２】
（ろう付け方法）
図１に示すように、アルミニウム製扁平チューブに、ろー材を両面にクラッドしたアルミニウム製のフィンを組みつけフラックスを塗布したワークピースＷはトレイＴ上に数段に積み重ねられ、乾燥炉１０内において窒素ガスを吹き付けられて乾燥させられる。次に、予熱炉２０にベルトコンベア１５、２５によって搬入される。ここではチューブヒーター２６によって加熱された加熱媒体ガスである窒素ガスによって、ワークピースＷは約３５０℃まで予熱される。
【００６３】
予熱されたワークピースはベルトコンベア２５、３５によってろう付け炉３０に搬入される。ここではチューブヒーター３６によって加熱された加熱媒体ガスによって、ワークピースＷはろう付け温度の約６００℃まで加熱される。ワークピースの温度がろう付け温度に達したら、加熱媒体ガスの温度を小刻みに上下させる均熱化処理を行いながらろう付けを行なう。
【００６４】
図５は、ろう付け炉に搬入されたワークピースの左右両方向から加熱媒体ガスを交互に吹き込んでワークピースを加熱する場合の実施例を示す。各工程の処理時間を１０分に設定した場合、乾燥工程ａで乾燥され、若干温度が高くなったワークピースは予熱工程ｂで表面温度が３５０℃近くまで加熱される。
【００６５】
予熱炉からろう付け炉に移されて若干温度が低下したワ−クは、ろう付け炉でろう付け工程（ｃ）に移行する。最初の２分間は昇温工程（ｃ１）として、左右両方向から加熱媒体ガスが吹き込まれて加熱される。
【００６６】
ワークピースの温度が約６００℃になれば、均熱加熱工程（ｃ２）に移行する。均熱加熱工程の開始時期は、センサー６９の検知した炉温が設定値に達すれば、プログラマブルコントローラ６８によって指示される。この工程では、コントローラ６８に予め入力されたタイムスケジュールによって、１分間隔で加熱媒体ガスの吹き込み方向を変えるとともに、この１分間の間に、加熱媒体ガスの温度を上下させる。即ち、最初の１分間は右から加熱媒体ガスを吹き込むが、この間最初の２０秒間は低温の加熱媒体ガス（約５６０℃）を吹き込み（右低温期間：ＲＬｔ）、次の４０秒間は高温の加熱媒体ガス（約６１５℃）を吹き込む（右高温期間：ＲＨｔ）。
【００６７】
次は、加熱媒体ガスの吹き込み方向を左に変え、最初の２０秒間は低温の加熱媒体ガス（約５６０℃）を吹き込み（左低温期間：ＬＬｔ）、次の４０秒間は高温の加熱媒体ガス（約６２０℃）を吹き込む（左高温期間：ＬＨｔ）。このように、熱媒体ガスの吹き込み方向を左右交互に切り替えるとともに、各周期内において加熱媒体ガスの温度を上下させる。
【００６８】
このように加熱媒体ガスの温度を上下させるには、チューブヒーターの燃料の供給量を増減する方法、ろう付け炉に補給する低温の熱媒体ガスの量を増減する方法および、均熱加熱工程中の低温期間と高温期間の時間的割合を変化させる方法が用いられる。これらの方法は、単独または２つ以上の組み合わせて行なうことができる。
【００６９】
図６はチューブヒーターの燃料供給用の電磁弁の開閉動作を示すもので、（１）は予熱炉の場合、（２）はろう付け炉の場合を示している。
予熱炉（１）では、チューブヒーター２６の燃料供給用の開閉弁６４の開度を約３０％に絞って、一定量の燃料ガスをバーナー２８に供給している。
【００７０】
ろう付け炉（２）では、チューブヒーター３６の燃料供給用の開閉弁６５の開度を、最初の２分間は全開、その後は低温期間を２０秒、高温期間を４０秒に設定し、交互に電磁弁６５を開閉する。この操作は、コントローラ６８に設定されたプログラムによって電磁弁６５を機械的に開閉する。
【００７１】
図７は、窒素ガスの供給状態を示すもので、（１）は予熱炉、（２）はろう付け炉、（３）は冷却炉を示す。
予熱炉（１）では、窒素ガス供給パイプ８１に設けられた電磁弁７６を常時２０％程度に絞って窒素ガスを予熱炉内に補給している。
【００７２】
ろう付け炉（２）では、窒素ガス供給パイプ８２に設けられた電磁弁７７を常時は２０〜３０％程度に絞って窒素ガスが補給され、しかも予熱回路９１を経て約１００℃に加熱されて循環路内に供給されている。均熱加熱工程に入れば、まず、開閉弁９２を開放して電磁弁７４を通った窒素ガスはパイプ９３を経て直接ノズル７３に供給されるようにする。そして、チューブヒーター３６の燃料の供給に合わせて電磁弁７７を開閉する。
【００７３】
予熱回路９１を通過しない窒素ガスの温度は約３５〜５０℃であるので、この低温の窒素ガスは、チューブヒーターの燃焼度低下による熱媒体ガスの温度を低下させる手段の補助的な役目を果たす。さらに、窒素ガスの供給量をセンサー８８で検出したチューブヒーター３６の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてコントローラ８６を使用してフィードバック制御して、加熱媒体ガスの温度を微調整するためにも用いられる。
【００７４】
冷却炉（３）では、最初の４分間は窒素ガス供給用の開閉弁７８の開度を２０％に絞って窒素ガスを供給して空気と併用して冷却するが、その後はポンプ７９によってパイプ８９を経てノズル７５より吹き込まれる空気のみで冷却する。
【００７５】
（操業例）
装置：予熱炉、ろう付け炉、冷却炉を連続したインデックスタイプのコンベクション炉
ろう付け炉：内径１２００ｍｍ×１２００ｍｍ×１２００ｍｍ
加熱方式：プロパンガスバーナー内蔵のチューブヒーター
ワークピース：ＡＡ１１００アルミニウム製のラジエータ部品にＡＡ４０４５シリコン合金をクラッドしたＡＡ３００３アルミニウム製のフィンを組立てたもの
フラックス：弗化物フラックス
予熱温度：３５０℃±５０℃
ろう付け温度：６００℃±１０℃
ろう付け工程における加熱媒体ガスの上限温度：６１５℃下限温度：５６０℃
サイクル時間：１分
高温領域と低温領域に維持する時間の割合：６０：４０
ろう付け時間（ろう付炉内滞留時間）：１５分
不良品発生率（ワークピース２０００個の実績）：０．３％以下
（縦来法）
パルス加熱を行なわなかった場合のろう付け時間：３０分
不良品の発生率（ワークピース２０００個の実績）：約３％
【００７６】
（１）インデックスタイプのコンベクション炉において、金属製ワークピースがろう付け温度に達してから、加熱媒体ガスの温度をろう付け温度より若干高い温度とろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度との間で、３０秒ないし３分の周期で上下させながらろう付けを行なう均熱加熱ろう付け工程を設けると共に、該均熱加熱ろう付け工程において上記加熱媒体ガスの温度を周期的に上下させるためのマイナスエネルギーとして少なくとも低温不活性ガスを使用したので、ワークピース表面の過熱による材質の劣化を防止し、ワークピースの三次元的温度勾配を解消してろう付け品質を向上させるとともに、ろう付け作業時間を１／２以下に短縮でき、省エネルギー効果を向上させることができる。
【００７７】
（２）インデックスタイプのコンベクション炉において、金属製ワークピースがろう付け温度に達してから、ワークピースに対して少なくとも２方向から加熱媒体ガスを吹き付ける際、加熱媒体ガスの吹き付け方向を順次切換えると共に、加熱媒体ガスの温度をろう付け温度より若干高い温度とろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度との間で、３０秒ないし３分の周期で上下させながらろう付けを行なう均熱加熱ろう付け工程を設け、該均熱加熱ろう付け工程において上記加熱媒体ガスの温度を周期的に上下させるためのマイナスエネルギーとして少なくとも低温不活性ガスを使用したので、ワークピース表面の過熱による材質の劣化の防止と、ワークピースの三次元的温度勾配の解消をより完全にし、ろう付け品質の一層の向上を図るとともに、ろう付け作業時間を約１／３に短縮でき、省エネルギー効果を向上させることができる。
【００７８】
（３）均熱加熱ろう付け工程の加熱媒体ガスの温度を上下させる手段として、熱媒体加熱手段の加熱エネルギー供給量を予め定められた周期で増減する作動制御装置を採用したので、既存装置を大改造することなく、しかも、簡単な操作で精度よく加熱媒体ガスの温度を制御することができる。
【００７９】
（４）均熱加熱ろう付け工程の加熱媒体ガスの温度を上下させる手段として、熱媒体循環路に補給する不活性ガスの供給量を予め定められた周期で増減する作動制御装置を採用したので、既存装置を大改造することなく、しかも、簡単な操作で精度よく加熱媒体ガスの温度を制御することができる。
【００８０】
（５）作動制御装置の補正装置として、加熱媒体ガスに付加する熱エネルギーの供給量を、熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御する制御装置を採用したので、既存装置を大改造することなく、しかも、簡単な操作で精度よく加熱媒体ガスの温度を制御することができる。
【００８１】
（６）作動制御装置の補正装置として、作動制御装置における各周期内において高温の温度領域に維持する時間と低温の温度領域に維持する時間との比を、熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御する制御装置を採用したので、既存装置を大改造することなく、しかも、簡単な操作で精度よく加熱媒体ガスの温度を制御することができる。
【００８２】
（７）本発明のコンベクション炉はインデックスタイプであるので、乾燥炉、予熱炉、ろう付炉、冷却炉はいずれも扉で仕切られ密封されていて、炉内の温度管理と露点管理が容易となり、これに加えて熱媒体ガスの温度を小刻みに上下させるので、ワークピースの部分的な過熱や温度勾配が少なくなり、フラックスが局部的に過熱されて流出することがなくなり、結果としてフラックスの使用量がマッフル炉に比べて１／３程度ですみ、しかも高品質のろう付けができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンベクション式ろう付け炉の実施例を示す装置全体の縦断面。
【図２】熱媒体ガスの循環状態を示すろう付け炉の縦断面。
【図３】図２の熱媒体ガスの循環方向を切り替えた状態を示すろう付け炉の縦断面。
【図４】予熱炉、ろう付け炉、冷却炉の横断面図。
【図５】予熱工程、ろう付け工程における、ワークピースの表面温度の変化を示す説明図。
【図６】予熱工程およびろう付け工程におけるチューブヒータの燃料ガスの供給状況を示す説明図。
【図７】予熱工程、ろう付け工程および冷却工程における窒素ガスの補給状況を示す説明図。
【符号の説明】
１０乾燥炉
２０予熱炉
３０ろう付け炉
３６チューブヒーター
３７フアン
４０加熱室
４６切替え弁
５０冷却炉
Ｗワークピース
Ｔトレイ

Claims

予めろう材およびフラックスを付着させた金属製ワークピースをインデックスタイプのコンベクション炉内にセットする工程、該金属製ワークピースに対して少なくとも１方向から加熱媒体ガスを吹き付け該ワークピースの温度をろう付け温度まで昇温させる昇温工程、および上記金属製ワークピースがろう付け温度に達してから、上記加熱媒体ガスの温度をろう付け温度より若干高い温度とろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度との間で、３０秒ないし３分の周期で上下させながらろう付けを行なう均熱加熱ろう付け工程とを含み、該均熱加熱ろう付け工程において上記加熱媒体ガスの温度を周期的に上下させるためのマイナスエネルギーとして少なくとも低温不活性ガスを使用することを特徴とする金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け方法。
上記均熱加熱ろう付け工程において、金属製ワークピースに対して少なくとも２方向から加熱媒体ガスを吹き付け、その吹き付け方向を順次切換えると共に、該加熱媒体ガスの温度をろう付け温度より若干高い温度とろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度との間で、３０秒ないし３分の周期で上下させながらろう付けを行なうことを特徴とする請求項１記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け方法。
予めろう材およびフラックスを付着させた金属製ワークピースを加熱媒体ガスで加熱してろう付けを行なうための加熱室；上記加熱媒体ガスを間接的に加熱する熱媒体加熱手段；上記加熱媒体ガスを移送するための気体移送手段；該熱媒体加熱手段で加熱された加熱媒体ガスを少なくとも１方向から上記金属製ワークピースに対して吹き付けるための熱媒体分配噴出手段；上記熱媒体加熱手段、上記気体移送手段、上記熱媒体分配噴出手段および上記加熱室を経て再び上記熱媒体加熱手段に至る熱媒体循環路；および該熱媒体循環路に加熱媒体ガスとして低温不活性ガスを補給するための不活性ガス補給路を含むインデックスタイプのコンベクション式ろう付け炉において、上記熱媒体分配噴出手段から加熱室内に送給する加熱媒体ガスの温度をろう付け温度より若干高い温度とろう付け温度よりも少なくとも５％低い温度との間で、３０秒ないし３分の周期で上下させるように制御する熱媒体ガス温度制御手段を設けると共に上記加熱媒体ガスの温度を周期的に上下させるためのマイナスエネルギーとして少なくとも低温不活性ガスを使用することを特徴とする金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け炉。
上記熱媒体ガス温度制御手段として、上記加熱媒体ガスに付加する熱エネルギーの供給量を予め定められた周期で増減させる作動制御ユニットと、該作動制御ユニットによる誤差を上記加熱室内に送給する加熱媒体ガスの温度によってフィードバック制御する補正制御ユニットとを備えた作動制御システムを設けたことを特徴とする請求項３記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け炉。
上記作動制御ユニットにおいて、上記加熱媒体ガスの温度を管理する変数として、上記熱媒体加熱手段の加熱源であるバーナーへの燃料の供給量を用いたことを特徴とする請求項４記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け炉。
上記作動制御ユニットにおいて、上記加熱媒体ガスの温度を管理する変数として、上記熱媒体加熱手段の加熱源である電熱ヒータへの電力の供給量を用いたことを特徴とする請求項４記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け炉。
上記補正制御ユニットにおいて、加熱媒体ガスに付加する熱エネルギーの供給量を上記熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御する補正制御機能を設けたことを特徴とする請求項４に記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け炉。
上記補正制御ユニットにおいて、上記加熱媒体ガスに付加する熱エネルギーの供給量を増減させる各周期内において高温の温度領域に維持する時間およびまたは低温の温度領域に維持する時間を、上記熱媒体加熱手段の下流の加熱媒体ガスの温度に応じてフィードバック制御する補正制御機能を設けたことを特徴とする請求項４または請求項７のいずれかに記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け炉。
上記熱媒体分配噴出手段として、金属製ワークピースに対して異なる方向から熱媒体ガスを吹き付ける少なくとも２つの熱媒体分配噴出パネルを設けると共に、各熱媒体分配噴出パネルへの熱媒体ガスの供給を予め定められた時間間隔で順次切り替えて行なうための熱媒体ガス供給路切替装置を設けたことを特徴とする請求項３ないし請求項８のいずれかに記載の金属製ワークピースのコンベクション式ろう付け炉。