JP5570283B2

JP5570283B2 - ろう付継手構造および金属配管の接合方法

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Publication number: JP5570283B2
Application number: JP2010094952A
Authority: JP
Inventors: 卓関谷; 泰典松本; 浩幸對馬; 祥彦佐竹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: JP2011226510A

Description

本発明は、冷媒用配管のような気密を要する配管のろう付継手構造および金属配管の接合方法に関する。

従来のろう付継手構造として、特許文献１では、内面に複数本の長手方向に連続した溝が設けられ、且つ内部のほぼ中央に十分なろう材を位置せしめたスリーブを用い、このスリーブ内に接続すべき２つの配管を挿入し密着させ、スリーブの外周より加熱してろう材を溶融させる方法が提示されている。この例では、スリーブ内面の溝により毛細管現象による吸引作用を生じさせ、必要なろう付間隙を一定に保持し、ろう材をスリーブと接続すべき管材の間に浸透させるものである。

また、特許文献２では、内面に縦溝を有する管の開口端部に拡開部を設け、この拡開部に他の配管の開口端部を挿入してろう付固定してなるろう付構造において、拡開部の内面に、縦溝に交差する環状のろう溜まり空間を設け、その空間高さを溝深さより大きくすることで、ろう付け時に拡開部の縦溝に沿って流れるろう材を環状溝の縁で捕捉し、ろう材の流れを止めることができるものである。

特開昭６１−９６２８０号公報実公平２−４２３８３号公報

しかしながら、上記のような従来技術では、接合しようとする２つの管材の線膨張係数に差があり、その差が大きい場合（例えばアルミニウム配管とステンレス配管）、適切なろう付間隔が保持できず、気密不良が発生しやすいという問題がある。例えば特許文献１に提示されたスリーブによる接続方法では、ろう付加熱時に片方の配管が大きく膨張することでスリーブが他方の配管から離れるような変形が起こる。その結果、ろう付間隙が一定に保たれず、ろう流れ不良、ろうだれ等が発生し、ろう付品質が低下する。

また、特許文献２に提示されたろう付構造では、拡開部を有する外側配管の線膨張係数が、拡開部に挿入される内側配管の線膨張係数よりも大きい場合、ろう付加熱時に縦溝と環状のろう溜まりの境界部が内側配管から離れてしまい、毛細管現象によるろう材保持力が低下することでフィレットが形成されない箇所ができ、気密不良が発生する恐れがある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、線膨張係数に差がある２つの管材をろう付接合する場合であっても必要なろう付間隙を保持でき、気密不良が発生し難いろう付継手構造を提供することを目的とする。

また、線膨張係数に差がある２つの管材をろう付接合する場合であっても必要なろう付間隙を保持でき、気密不良が発生し難い信頼性の高い金属配管の接合方法を提供することを目的とする。

本発明に係るろう付継手構造は、内面に１本の縦溝を有する外接側配管の端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部を設けるとともに、内接側配管の端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部を設け、拡管部に縮管部を挿入してなる継手部において外接側配管と内接側配管をろう付接合するろう付継手構造であって、拡管部は、縦溝と交差する環状の段差部を有し、継手部の隙間に供給されたろう材は、縦溝から環状の段差部に到達するものである。

また、外接側配管の端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部を設けるとともに、外面に１本の縦溝を有する内接側配管の端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部を設け、拡管部に縮管部を挿入してなる継手部において外接側配管と内接側配管をろう付接合するろう付継手構造であって、縮管部は、縦溝と交差する環状の段差部を有し、継手部の隙間に供給されたろう材は、縦溝から環状の段差部に到達するものである。

また、本発明に係る金属配管の接合方法は、内面に１本の縦溝を有する端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部を有し、拡管部に縦溝と交差する環状の段差部を設けた外接側配管と、端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部を有する内接側配管とを用意する第１のステップと、第１のステップ後、外接側配管と内接側配管を重力方向に対して略垂直に配置すると共に縦溝を重力方向最下部に配置した状態で、拡管部に縮管部を挿入し継手部を形成する第２のステップと、第２のステップ後、継手部を加熱手段により外側から加熱し、継手部の重力方向上側から継手部の隙間に供給されたろう材により外接側配管と内接側配管をろう付接合する第３のステップを含むものである。

また、端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部を有する外接側配管と、外面に１本の縦溝を有する端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部を有し、縮管部に縦溝と交差する環状の段差部を設けた内接側配管とを用意する第１のステップと、第１のステップ後、外接側配管と内接側配管を重力方向に対して略垂直に配置すると共に縦溝を重力方向最下部に配置した状態で、拡管部に縮管部を挿入し継手部を形成する第２のステップと、第２のステップ後、継手部を加熱手段により外側から加熱し、継手部の重力方向上側から継手部の隙間に供給されたろう材により外接側配管と内接側配管をろう付接合する第３のステップを含むものである。

本発明によれば、継手部の隙間に供給されたろう材は、１本の縦溝から環状の段差部に到達し、段差部に存在するガスを排出させながら周方向に流れるため、ガス巻き込みによるボイドの発生を防止できる。これにより、安定したろう流れが実現し、気密不良の発生し難い信頼性の高いろう付継手構造を提供することができる。

また、本発明に係る金属配管の接合方法によれば、継手部の重力方向上側から継手部の隙間に供給されたろう材は、継手部の重力方向最下部に配置された１本の縦溝から環状の段差部に到達し、この段差部による環状のろう付間隙を重力方向下部から上部へ向かって浸透する。これにより、ろう付間隙に存在するガスを排出させながら周方向にろう材を流すことができるため、ガス巻き込みによるボイドの発生を防止でき、安定したろう流れが実現し、気密不良の発生し難い信頼性の高いろう付接合が行える。

本発明の実施の形態１に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法を示す図である。本発明の実施の形態２に係るろう付継手構造における拡管部を示す部分拡大図および部分断面図である。本発明の実施の形態２に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法を示す図である。本発明の実施の形態３に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法を示す図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法を示す図あり、図1（ａ）は接合前の継手部の状態を示し、図１（ｂ）は接合時の継手部の状態を示している。本実施の形態１に係るろう付継手構造は、内接側配管１と外接側配管３の２つの金属配管を、ろう付により気密に接合するための構造である。

図１（ａ）に示すように、内接側配管１は、その端部付近に、開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部２を有している。また、外接側配管３は、その端部付近に、開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部４を有している。拡管部４の内面には、管長手方向に沿って深さ５０μｍ〜１５０μｍ程度の複数本の縦溝５が設けられている。この縦溝５は、毛細管現象による吸引作用を生じさせ、ろう材を流すために必要なろう付間隙を一定に保持するものである。

縮管部２における管径の縮小比率と、拡管部４における管径の増加比率は、略等しくなるように形成されている。これにより、図１（ｂ）に示すように、拡管部４に縮管部２を挿入してなる継手部６において、拡管部４内面と縮管部２外面が互いに密着する。

なお、本実施の形態１では、縦溝５を外接側配管３の拡管部４内面に設けたが、縦溝は内接側配管１の縮管部２外面に設けてもよい。また、縦溝５の本数も特に限定されるものではなく、通常は複数本設けられるが、１本以上であればよい。また、外接側配管３の拡管部４については、例えば電磁弁ブロックなどの弁部品ボディーに加工を施し、同様の形状を設けても良い。

次に、本実施の形態１に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法の手順について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、内面に縦溝５を有する端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部４を有する外接側配管３と、端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部２を有する内接側配管１を用意する（第１のステップ）。

第１のステップ後、図１（ｂ）に示すように、拡管部４に縮管部２を挿入し継手部６を形成する（第２のステップ）。さらに、第２のステップ後、継手部６を、バーナートーチ、高周波加熱装置、または加熱炉（いずれも図示せず）等の加熱手段により外側から加熱し、継手部６の隙間に供給されたろう材７により外接側配管３と内接側配管１をろう付接合する（第３のステップ）。

なお、第２のステップにおいて、接合時に上側に配置される内接側配管1の重量が少ない場合のように、継手部６の拡管部４内面と縮管部２外面の界面密着力が弱い場合には、外接側配管３と内接側配管１を加圧機構（図示せず）により管長手方向に加圧して継手部６を密着させ、その状態で第３のステップを実施する。

また、第３のステップにおいて、ろう材７は、さしろう、または置きろう（図示せず）等の手段により供給される。図１（ｂ）では、さしろうによる供給を示している。さしろうは、加熱により継手部６の温度がろう付温度以上に上昇したら、１本のろう材７を溶かしながら継手部６の周方向に移動させるのが一般的である。これにより、ろう材７は、外接側配管３の拡管部４内面に設けられた縦溝５に沿って管長手方向に流れ、縦溝５の深さがろう付間隙となるため、安定したろう付接合が行える。

なお、本実施の形態１に係るろう付継手構造によれば、線膨張係数に差がある２つの管材（例えばアルミニウム配管とステンレス配管）をろう付接合する場合であっても、必要なろう付間隙を一定に保持することができる。例えば、内接側配管１を構成する管材の線膨張係数よりも、外接側配管３を構成する管材の線膨張係数が大きい場合、第３のステップにおける加熱により、縮管部２よりも拡管部４の方が大きく膨張し、縮管部２外面と拡管部４内面が離れる方向に継手部６が変形する。

このような場合でも、拡管部４に縮管部２がより深く挿入される方向に圧力を加えることにより（内接側配管１の自重または加圧機構による）、拡管部４内面と縮管部２外面は再び密着する。このため、加熱により継手部６に変形が生じた場合であっても、密着した部分の縦溝５の深さがろう付間隙となり、毛細管力が保持され、ろう切れのない安定したろう流れが実現できる。

一方、内接側配管１を構成する管材の線膨張係数よりも、外接側配管３を構成する管材の線膨張係数が小さい場合には、第３のステップにおける加熱により、拡管部４よりも縮管部２の方が大きく膨張し、縮管部２外面と拡管部４内面がより密着する方向、あるいは加圧機構による圧力がない場合には、挿入が浅くなる方向に継手部６が変形する。このような場合は、拡管部４内面と縮管部２外面は密着しているので、拡管部４内面に設けられた縦溝５の深さがろう付間隙となり、安定したろう流れが実現できる。

以上のように、本実施の形態１に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法によれば、内面に縦溝５を有する外接側配管３の拡管部４に内接側配管１の縮管部２を挿入してなる継手部６において、外接側配管３と内接側配管１をろう付接合するようにしたので、線膨張係数に差がある２つの管材をろう付接合する場合であっても、拡管部４に縮管部２がより深く挿入される方向に圧力を加えることにより、縦溝５によるろう付間隙が保持できるため、安定したろう流れが実現し、気密不良の発生し難い信頼性の高いろう付接合が行える。

実施の形態２．
図２（ａ）は、本発明の実施の形態２に係るろう付継手構造における拡管部を示す部分拡大図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面を矢印方向から見た図である。また、図３は、本発明の実施の形態２に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法を示す図あり、図３（ａ）は接合前の継手部の状態を示し、図３（ｂ）は接合時の継手部の状態を示している。なお、図中、図１と同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態２では、上記実施の形態１と同様のろう付継手構造において、さらに、外接側配管３ａの拡管部４ａに、縦溝５ａと交差する環状の段差部８を設けることにより、継手部６ａに環状のろう付け間隙を形成したものである。環状の段差部８の深さ（図２中、X_２で示す）は５０μｍ〜１５０μｍであり、縦溝５ａの深さ（図２中、X_１で示す）と同等あるいは縦溝５ａの深さよりも大きく設定される（X_２≧X_１）。段差部８は、拡管部４ａの最も奥まった部分に設けられており、すべての縦溝５ａは段差部８に接続されている。これにより、継手部６ａにおいて必要なろう付間隙を、管長手方向とこれに垂直な周方向において一定に保持することができる。

なお、本実施の形態２では、縦溝５aおよび環状の段差部８が外接側配管３ａの拡管部４ａ内面に設けられている場合について説明したが、縦溝が内接側配管１の縮管部２外面に設けられている場合には、縦溝と交差する環状の段差部も縮管部２に設ける。この場合も、環状の段差部の深さは５０μｍ〜１５０μｍであり、縦溝の深さと同等あるいは縦溝の深さよりも大きく設定される。

本実施の形態２に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法の手順は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、上記実施の形態１と同様の第１のステップ〜第３のステップを含むものである。ここでは詳しい説明を省略するが、本実施の形態２では、図３（ｃ）に示すように、第３のステップにおいて供給され、溶融したろう材７ａは、外接側配管３ａの拡管部４ａ内面に設けられた縦溝５ａに沿って管長手方向に流れるとともに、縦溝５ａと交差する環状の段差部８により周方向にも拡がるため、安定したろう付接合が行える。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、外接側配管３ａの拡管部４ａに、縦溝５ａと交差する環状の段差部８を設けることにより、継手部６ａに環状のろう付け間隙を形成したので、継手部６ａの拡管部４ａ内面と縮管部２外面の間に必要なろう付間隙を、管長手方向とこれに垂直な周方向において一定に保持することができ、さらに信頼性の高いろう付接合が行える。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法を示す図あり、図４（ａ）は接合前の継手部の状態を示し、図４（ｂ）は接合時の継手部の状態を示している。なお、図中、図１と同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態３に係るろう付継手構造による金属配管の接合方法の手順について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部４ｂを有する外接側配管３ｂと、端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部２を有する内接側配管１を用意する（第１のステップ）。本実施の形態３では、外接側配管３ｂと内接側配管１を重力方向に対して略垂直に配置する。

第１のステップ後、図４（ｂ）に示すように、拡管部４ｂに縮管部２を挿入し継手部６ｂを形成する（第２のステップ）。このとき、環状の段差部８と交差する１本の縦溝５ｂを、拡管部４ｂの重力方向最下部に配置する。さらに、第２のステップ後、継手部６ｂを、バーナートーチ、高周波加熱装置、または加熱炉（いずれも図示せず）等の加熱手段により外側から加熱し、継手部６ｂの隙間に供給されたろう材７により外接側配管３ｂと内接側配管１をろう付接合する（第３のステップ）。

この第３のステップにおいて、本実施の形態３では、継手部６ｂの表層側（上側）から供給されたろう材７は、拡管部４ｂの重力方向最下部に設けられた縦溝５ｂから環状の段差部８に到達し、この段差部８による環状のろう付間隙を重力方向下部から上部へ向かって浸透する。これにより、ろう付間隙に存在するガスを排出させながら周方向にろう材７を流すことができるため、ガス巻き込みによるボイドの発生を防止できる。

なお、本実施の形態３では、縦溝５ｂおよび環状の段差部８が外接側配管３ｂの拡管部４ｂ内面に設けられている場合について説明したが、縦溝および環状の段差部は、内接側配管１の縮管部２外面に設けてもよい。

本実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、外接側配管３ｂと内接側配管１を重力方向に対して略垂直に配置したろう付継手構造において、環状の段差部８と交差する縦溝５ｂを、拡管部４ｂの重力方向最下部に１本配置することにより、ろう材７を、段差部８による環状のろう付間隙の重力方向下部から上部へ向かって浸透させることができる。これにより、ろう付間隙に存在するガスを確実に排出させることができ、さらに信頼性の高いろう付接合が行える。

本発明は、冷媒用配管のような気密を要する配管のろう付継手構造および金属配管の接合方法として利用することができる。

１内接側配管、２縮管部、３、３ａ、３ｂ外接側配管、
４、４ａ、４ｂ拡管部、５、５ａ、５ｂ縦溝、６、６ａ、６ｂ継手部、
７、７ａろう材、８段差部。

Claims

内面に１本の縦溝を有する外接側配管の端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部を設けるとともに、内接側配管の端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部を設け、前記拡管部に前記縮管部を挿入してなる継手部において前記外接側配管と前記内接側配管をろう付接合するろう付継手構造であって、
前記拡管部は、前記縦溝と交差する環状の段差部を有し、前記継手部の隙間に供給されたろう材は、前記縦溝から前記環状の段差部に到達することを特徴とするろう付継手構造。
外接側配管の端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部を設けるとともに、外面に１本の縦溝を有する内接側配管の端部付近に、その開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部を設け、前記拡管部に前記縮管部を挿入してなる継手部において前記外接側配管と前記内接側配管をろう付接合するろう付継手構造であって、
前記縮管部は、前記縦溝と交差する環状の段差部を有し、前記継手部の隙間に供給されたろう材は、前記縦溝から前記環状の段差部に到達することを特徴とするろう付継手構造。
請求項１または請求項２に記載のろう付継手構造であって、前記拡管部における管径の増加比率と、前記縮管部における管径の縮小比率は、互いに等しいことを特徴とするろう付継手構造。
請求項１または請求項２に記載のろう付継手構造であって、前記縦溝の深さを５０μｍ〜１５０μｍとしたことを特徴とするろう付継手構造。
請求項１または請求項２に記載のろう付継手構造であって、前記環状の段差部の深さを５０μｍ〜１５０μｍとしたことを特徴とするろう付継手構造。
内面に１本の縦溝を有する端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部を有し、前記拡管部に前記縦溝と交差する環状の段差部を設けた外接側配管と、端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部を有する内接側配管とを用意する第１のステップ、
前記第１のステップ後、前記外接側配管と前記内接側配管を重力方向に対して略垂直に配置すると共に前記縦溝を重力方向最下部に配置した状態で、前記拡管部に前記縮管部を挿入し継手部を形成する第２のステップ、
前記第２のステップ後、前記継手部を加熱手段により外側から加熱し、前記継手部の重力方向上側から前記継手部の隙間に供給されたろう材により前記外接側配管と前記内接側配管をろう付接合する第３のステップを含むことを特徴とする金属配管の接合方法。
端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に増加する拡管部を有する外接側配管と、外面に１本の縦溝を有する端部付近にその開口端部に向かって管径が連続的に減少する縮管部を有し、前記縮管部に前記縦溝と交差する環状の段差部を設けた内接側配管とを用意する第１のステップ、
前記第１のステップ後、前記外接側配管と前記内接側配管を重力方向に対して略垂直に配置すると共に前記縦溝を重力方向最下部に配置した状態で、前記拡管部に前記縮管部を挿入し継手部を形成する第２のステップ、
前記第２のステップ後、前記継手部を加熱手段により外側から加熱し、前記継手部の重力方向上側から前記継手部の隙間に供給されたろう材により前記外接側配管と前記内接側配管をろう付接合する第３のステップを含むことを特徴とする金属配管の接合方法。
請求項６または請求項７に記載の金属配管の接合方法であって、前記第２のステップにおいて、前記外接側配管と前記内接側配管を加圧機構により管長手方向に加圧して前記継手部を密着させ、その状態で前記第３のステップを実施することを特徴とする金属配管の接合方法。