钎焊用感应加热线圈的制作方法

本发明涉及对金属管彼此进行钎焊的钎焊用感应加热线圈。

背景技术：

用于空气调节器等空调设备的热交换器，金属管彼此的连接使用钎焊。

金属管的钎焊如下来实现。即，首先，在金属管的接合部配置钎料。然后，将接合部附近的加热部加热到钎料熔点以上。然后，使熔融的钎料遍布接合部整体。

在此，为了没有空隙、浸透不足、未熔融、或者填充不足等问题地进行高品质的钎焊，不仅需要控制钎料的温度，还需要控制包含接合部附近的金属管在内的加热部整体的温度。作为满足这种条件的工法，可以列举使用了能够实现高精度的温度控制的感应加热技术的感应加热钎焊。

以往，作为通过感应加热对金属管彼此进行钎焊的方法，存在使用了在中间空出加热空间的平行型、马蹄ハ字型的加热线圈的方法(例如，参照专利文献1)。图6、图7是表示专利文献1所记载的现有的马蹄“ハ”字型的加热线圈的图。

图6是现有的感应加热钎焊的主视图，图7是其侧面图。在图6中，“ハ”字加热线圈123是在中间空出加热空间123a的马蹄“ハ”字型的线圈。在加热空间123a的中央，配置被加热体105。被加热体105由上部金属管103和下部金属管102、以及环状钎料104构成。进而，下部金属管102由扩口加工部102a和直管部102b构成。上部金属管103和下部金属管102将各自的圆管的轴设为共同，并且配置为上部金属管103的下端与下部金属管102的扩口加工部102a相接，该相接的面成为加热部的中央。此外，环状钎料104以扩口加工部102a为台座，配置在上部金属管103和下部金属管102的加热部的中央附近。被加热体105配置为加热部 的中央的高度与“ハ”字加热线圈123的中心轴的高度一致。此外，如图7所示，“ハ”字加热线圈123与高频电源110连接。

对使用图7、图8所示的构成来进行感应加热钎焊的动作进行说明。首先，通过高频电源110向“ハ”字加热线圈123提供电力。在此情况下，如图8那样，提供给加热线圈的高频电流的振幅106以及频率107始终固定。因此，通过以一定周期沿下部金属管102和上部金属管103的轴向施加相同大小且反方向的电磁力，从而环状钎料104能够通过扩口加工部102a保持在稳定的位置。“ハ”字加热线圈123按照被提供的电力，向被加热体105的加热部提供磁通。通过在抵消该磁通的方向上感应感应电流，在被加热体105产生焦耳热，从而加热部被加热。在此，感应电流按照磁通的大小而变化，因此磁通越大则加热部越强地被加热。因此，对于下部金属管102和上部金属管103的钎焊而言，通过调整来自高频电源110的输出功率，并对从“ハ”字加热线圈123产生的磁通进行控制使得加热部温度成为钎料熔点以上，从而实现钎焊。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特许第2923916号公报

但是，在进行使加热部的温度追随目标指令温度那样的高精度的温度控制的情况下，对于从高频电源110向“ハ”字加热线圈123提供的高频电流而言，如图9所示，与目标指令温度111和加热部的基于辐射温度计的实测温度112之间的偏差相应的指令电流113被提供给“ハ”字加热线圈123。在此情况下，如图10所示，提供给加热线圈的高频电流的振幅106以及频率107变得不定。因此，如图11所示，在高频电流沿正电流124的方向流动的情况下，在正磁场125的方向上产生磁场，下部金属管102与上部金属管103的轴向的电磁力126起作用，环状钎料104不再能够通过扩口加工部102a保持在稳定的位置，会上下移动(以下，将本现象称作跳跃(hopping)现象)。由于该跳跃现象，环状钎料104在从给定的钎焊位置沿下部金属管102和上部金属管103的轴向远离的位置熔融，因此产生环状钎料104的未熔融、填充不足、或者浸透不足等的品质问题。

技术实现要素：

本发明用于解决所述现有的课题，目的在于提供一种通过抵消作用于环状钎料的金属管的轴向的电磁力来抑制跳跃现象，由此能够防止环状钎料的未填充、填充不足、以及浸透不足之类的钎焊品质不良的钎焊用感应加热线圈。

为了达成所述目的，本发明的1个方式所涉及的钎焊用感应加热线圈，通过从高频电源提供的电力来对被加热体进行加热，所述被加热体由通过接合部对上部金属管与下部金属管进行接合的环状钎料构成，所述钎焊用感应加热线圈具备：

上段部线圈，其在所述被加热体的外形的两侧并且在所述接合部之上向相同方向卷绕而配置，使得上段部线圈中心轴与所述被加热体的轴线交叉；和

下段部线圈，其在所述被加热体的外形的两侧并且在所述接合部之下向相同方向卷绕而配置，使得与所述上段部线圈电连接、且向与所述上段部线圈反向卷绕、且所述被加热体的轴线与下段部线圈中心轴交叉，

配置所述下段部线圈，使得由于所述上段部线圈产生的磁通和反向产生的同相位的磁通而作用于所述环状钎料的电磁力被抵消。

发明效果

如上，根据本发明的所述方式所涉及的钎焊用感应加热线圈，能够抑制环状钎料的跳跃现象，防止感应加热钎焊时的钎料的未熔融、填充不足、以及浸透不足之类的品质不良。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式中的高频钎焊用感应加热线圈构造体的立体图。

图2是本发明的实施方式中的提供给环状钎料的磁场和电磁力的相关图。

图3是作为比较例，使用了2个相互电绝缘的线圈的情况的构成图。

图4A是表示解析时的加热线圈的参数的定义的图。

图4B是表示解析时的加热线圈的参数的定义的图。

图4C是表示解析时的加热线圈与被加热体的相对位置参数的定义的图。

图5是表示解析时的电磁力比率与加热部升温时间的关系的曲线图。

图6是表示现有的高频钎焊用感应加热线圈的主视图。

图7是表示现有的高频钎焊用感应加热线圈的侧面图。

图8是现有例中的提供给加热线圈的高频电流指令图。

图9是现有例中的温度指令、实测温度、电流指令的曲线图。

图10是现有例中的高精度的温度控制时提供给加热线圈的高频电流指令图。

图11是表示现有例中的提供给环状钎料的磁场和电磁力的相关图的图。

符号说明：

1 加热线圈；

1a 下段部第1线圈；

1b 下段部第2线圈；

1c 上段部第1线圈；

1d 上段部第2线圈；

1e 下段架设部；

1f 中间架设部；

1g 上段架设部；

1h 电力的流入面；

1i 电力的流出面；

2 下部金属管；

2a 扩口加工部；

2b 直管部；

3 上部金属管；

4 环状钎料；

5 被加热体；

10 高频电源；

14a 正电流方向；

14b 负电流方向；

15a 正磁场方向；

15b 负磁场方向；

16a 正电磁力；

16b 负电磁力；

17a 独立上段部线圈；

17b 独立下段部线圈；

18 间距；

19 距离；

20 线圈直径；

21 相对位置；

22 相对位置范围；

100 加热空间。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是本发明的实施方式中的钎焊用感应加热线圈的立体图。

加热线圈1是在中间空出加热空间100的线对称的线圈。在加热空间100的中央，配置被加热体5。被加热体5由上部金属管3和下部金属管2、以及环状钎料4构成。进而，下部金属管2由扩口加工部2a和直管部2b构成。上部金属管3和下部金属管2将各自的圆管的轴设为共同，并且配置为上部金属管3的下端与下部金属管2的扩口加工部2a相接，该相接的面成为加热部的中央。此外，环状钎料4以扩口加工部2a为台座，配置在上部金属管3和下部金属管2的加热部的中央附近。被加热体5配置为使加热部的中央的高度与加热线圈1的中心轴的高度一致。此外，如图1所示，加热线圈1与高频电源10连接。

在图1中，加热线圈1构成为：作为下段部线圈而具备来自高频电源10的电力的流入面1h和卷绕了1圈以上的下段部第1线圈1a、下段架设部1e、卷绕了1圈以上的下段部第2线圈1b、到上段部线圈的中间架设部1f，作为上段部线圈而具备卷绕了1圈以上的上段部第1线圈1c、上段 架设部1g、卷绕了1圈以上的上段部第2线圈1d、和向高频电源10的电力的流出面1i。

下段部第1线圈1a和下段部第2线圈1b向相同方向被卷绕，隔着加热空间100而横向对置配置。上段部第1线圈1c和上段部第2线圈1d、与下段部第1线圈1a和下段部第2线圈1b，经由中间架设部1f而向相反方向被卷绕，且隔着加热空间100而横向对置配置。下段部第1线圈1a、下段部第2线圈1b、上段部第1线圈1c、上段部第2线圈1d、下段架设部1e、中间架设部1f、和上段架设部1g由电气相同的1个导体(例如，1根线状导体)构成。

被加热体5构成为具备：具有扩口加工部2a的下部金属管2、上部金属管3、和环状钎料4。

下段部第1线圈1a以及下段部第2线圈1b的中心轴C2、上段部第1线圈1c以及上段部第2线圈1d的中心轴C1分别被配置为与该被加热体5的轴C4大致垂直地交叉。

被加热体5在接合部之下的下段，配置在下段部第1线圈1a与下段部第2线圈1b之间，并且在接合部之上的上段，配置在上段部第1线圈1c与上段部第2线圈1d之间。

用图2来说明本线圈构造的加热线圈1的动作。图2是从背面观察加热线圈1的图。另外，从高频电源10流入的电流，交流式地进行时间变化，因此以下的说明中的电流、磁场的方向、大小、以及施加于环状钎料4的电磁力以是在某时间进行了截取的瞬间为前提进行说明。

提供给加热线圈1的来自高频电源10的电流，从下段侧的电力的流入面1h输入，输入到下段部第1线圈1a。若将该输入到下段部第1线圈1a的电流的方向设为正电流方向14a，则下段部第2线圈1b和下段部第1线圈1a向相同方向被卷绕，因此下段部第2线圈1b的电流的方向是正电流方向14a。该电流流经中间架设部1f，流向由相同导体构成的上段部线圈的上段部第1线圈1c，但由于卷绕方向与下段部第1线圈1a、下段部第2线圈1b反向，因此电流的方向成为负电流方向14b。由于上段部第2线圈1d和上段部第1线圈1c向相同方向被卷绕，因此上段部第2线圈1d的电流的方向为负电流方向14b。一般来说电流流过线圈时所产生的磁场 按照右手螺旋法则而产生。因此，在下段部线圈1a、1b，在正磁场方向15a的方向上产生磁场，在上段部线圈1c、1d，在与下段部线圈1a、1b反向的负磁场方向15b的方向上产生磁场。因此，相同大小的同相位的正电磁力16a以及负电磁力16b在相反方向上作用于环状钎料4而相互抵消，因此环状钎料4的跳跃现象得到抑制。

若电磁力的相位在上段部线圈1c、1d和下段部线圈1a、1b不同的情况下，正电磁力16a与负电磁力16b的合成成分作用于环状钎料4，因此无法抑制环状钎料4的跳跃现象。例如，如图3那样，由相互电绝缘的不同的导体构成由独立上段部线圈17a和独立下段部线圈17b构成的2个线圈，并且分别与独立的不同的高频电源10连接。在构成这种加热线圈构造的情况下，为了使彼此的高频电源10的相位一致，需要在环状钎料4的附近分别施加于独立上段部线圈17a和独立下段部线圈17b的电流值和相位的高精度的检测装置与调整装置。但是，在独立上段部线圈17a和独立下段部线圈17b由检测装置和调整装置使用的金属原本就会因感应加热而被加热。因此，检测动作和调整动作本身很困难，并不现实。

因此，在本实施方式中的线圈构造中，通过以同一导体向相反方向卷绕上段部线圈1c、1d、下段部线圈1a、1b的加热线圈1，从而使相同大小且同相位的正电磁力16a和负电磁力16b在相反方向上作用于环状钎料4而相互抵消，从而抑制了环状钎料4的跳跃现象。

这种环状钎料4的跳跃现象，在被加热体5为铜等各种各样的材料时产生。尤其成为课题的是，钎料与金属管的熔点差小的材料，并且以高速的升温速度在短时间进行钎焊的情况。在这种情况下，从高频电源10脉动出的大功率被提供给加热线圈1，不平衡的电磁力作用于环状钎料4，因此环状钎料4的跳跃现象更容易产生。例如，在被加热体5的材料采用了铝的情况下，在钎焊时应控制的温度范围与将其他金属用于被加热体5的材料时相比较窄。铝的熔点为660℃，这与一般用于金属管的材料的铜的熔点1083℃相比大幅降低。由于钎料的熔点为580℃，因此为了不发生管的破断地进行钎焊，要求将被加热体5的加热部的温度控制在580℃以上660℃以下的窄范围(铜的1/4的范围)内。

基于这样的理由，为了不发生环状钎料4的跳跃现象地进行感应加热 钎焊，需要考虑铝材料的被加热体5的构造，反复钻研加热线圈1的匝数或配置、或者与被加热体5的相对位置等线圈构造或者配置。因此，使用模拟来导出加热线圈1和被加热体5的相对位置应满足的构造的条件。以下，对线圈构造的参数进行了说明之后，说明根据实际的模拟结果而得到的不发生环状钎料4的跳跃现象地实现钎焊的加热线圈1的构造和与被加热体5的相对位置的条件。

首先，使用图4A、图4B、图4C对线圈构造的参数进行说明。图4A、图4B、图4C是说明与加热线圈1相关的参数的图。

在图4A中，加热线圈1的参数有加热线圈1与被加热体5的距离19、和加热线圈1的间距18。加热线圈1与被加热体5的距离19定义为加热线圈1的绕组与被加热体5的最短距离，加热线圈1的间距18定义为加热线圈1的绕组彼此的间隙的宽度。此外，如图4B所示，加热线圈1的线圈直径20也作为参数。加热线圈1的线圈直径20定义为由加热线圈1的金属管的外形形成的圆的直径。此外，在图中虽为示出，但加热线圈1的匝数也被列举为参数，这定义为平行配置的线圈的单侧的匝数。在图4C中，对于加热线圈1的上段部线圈和下段部线圈相对于环状钎料4的位置关系而言，将如图4C的左图(a)那样环状钎料4的中心轴C3存在于加热线圈1的上段部线圈中心轴C1和下段部线圈中心轴C2的中央的情况作为初始值0，将上段部线圈的中心轴C1从该位置起移动的距离定义为相对位置21。作为符号，将如图4C的右图(b)那样上段部线圈1c、1d的中心轴C1向接近环状钎料4的方向进行了移动的情况作为-(负)，将相反的情况作为+(正)。

这些线圈的参数被分类为对环状钎料4的跳跃现象的抑制有效果的参数和对抑制没有效果的参数。分别说明对环状钎料4的跳跃现象的抑制没有效果的参数。

仅决定加热线圈1的特性的参数，具体来说，可以列举加热线圈1与被加热体5的距离19、加热线圈1的线圈直径20、以及加热线圈1的匝数。

加热线圈1与被加热体5的距离19、和加热线圈1的匝数是决定加热线圈1提供给被加热体5的加热部的磁通的量的参数。此外，加热线圈1 的线圈直径20也是决定加热线圈1提供给被加热体5的周边的磁通的范围的参数。这些参数终究不过是决定加热部的范围、以及所提供的磁通的量的参数，对环状钎料4的跳跃现象抑制没有效果，因此所述参数除外。

此外，跳跃现象可以认为是在作用于环状钎料4的电磁力的平衡瓦解时产生的。因此，从上段部线圈中心位置和下段部线圈中心位置向环状钎料4的相对位置21可以列举为对环状钎料4的跳跃现象的抑制有效果的参数。

使用模拟来评价这些参数对跳跃现象产生的影响。模拟使用了JMAG-Designer Ver13.1.02g(株式会社JSOL)的电磁场/热耦合解析功能。

解析模型制作与图1所示的构造同等的构造，并针对被加热体5固定了形状。此外，关于线圈构造，也针对对被加热体5的环状钎料4的跳跃现象的抑制没有效果的参数将值固定来进行了解析。

关于被加热体5，将上部金属管3的长度设为63mm，并设为直径Φ7mm、壁厚1mm，将下部金属管2的长度设为56mm，并设为直径Φ7mm、壁厚1mm。扩口加工部2a扩管为直径Φ12mm，环状钎料4设为焊丝径Φ1.6mm、环内径Φ6.9mm。该被加热体中的加热部设定为上部金属管3与下部金属管2的接合部的前后15mm的范围。

此外，关于线圈构造的参数，如下进行了固定。加热线圈1与被加热体5的距离19为2.85mm，上段线圈与下段线圈的间隔为3mm，加热线圈1的线圈直径20为20mm，加热线圈1的间距18为0.5mm，加热线圈1的匝数为2。

在解析时，为了求取能够抑制环状钎料4的跳跃现象来进行钎焊的条件，分配上段部线圈以及下段部线圈对环状钎料4的相对位置的参数。另外，对于在实验中实施的钎焊而言，在被加热体5的加热部的最低温度到达钎料的熔点600℃的到达时间不足2.5秒时，加热部的升温速度过快因而发生下部金属管2和上部金属管3的破断，若花费的时间超过3.5秒则反之升温速度过慢，因此发生环状钎料4的未熔融或浸透不足。因此，在本解析中，将满足到达时间2.5秒以上且3.5秒以下，且在环状钎料4与上段部线圈和下段部线圈的相对位置21处于0mm的位置时的电磁力设为1，使相对位置发生了变化时，与环状钎料4所受到的电磁力的比率 变为1以下时的参数的范围成为本次导出的条件。

图5分配了上段部线圈以及下段部线圈对环状钎料4的相对位置21的参数，将相对位置21为-1mm、-2mm、-3mm分别绘制在同一曲线图中。在此，将相对于环状钎料4相对降低上段部线圈以及下段部线圈的方向设为负来分配了参数，但即使对提高的方向分配+1mm、+2mm、+3mm也存在对称性，因此能够得到同样的结果。此外，曲线图中的双重线示出了被加热体5的加热部的最低温度到达钎料的熔点600℃的到达时间为2.5秒以上且3.5秒以下且与环状钎料4所受到的电磁力的比率为1以下，若为该双重线以下的值，则意味着满足能够抑制环状钎料4的跳跃现象来进行钎焊的条件。

根据该曲线图，可以说被加热体5的加热部的最低温度到达钎料的熔点600℃的到达时间为2.5秒以上且3.5秒以下且与环状钎料4所受到的电磁力的比率为1以下的上段部线圈以及下段部线圈对环状钎料4的相对位置21为图5的相对位置范围22所示的-1mm以上且+1mm以下。

根据这样的构成，加热线圈1起作用以抵消对被加热体5的环状钎料4产生的轴向的电磁力，不再产生环状钎料4的跳跃现象，能够获得防止钎料的未熔融、填充不足以及浸透不足之类的品质不良的效果。

根据所述实施方式，在被加热体5的外形的两侧并且在接合部之上具备向相同方向被卷绕而配置的上段部线圈1c、1d，使得上段部线圈中心轴C1与被加热体5的轴线C4交叉。进而，在被加热体5的外形的两侧并且在接合部之下具备向相同方向被卷绕而配置的下段部线圈1a、1b，使得与上段部线圈1c、1d电连接、且与上段部线圈1c、1d反向被卷绕、且被加热体5的轴线C4与下段部线圈中心轴C2交叉。而且，构成为配置下段部线圈1a、1b，使得由于上段部线圈1c、1d所产生的磁通和反向产生的同相位的磁通而作用于环状钎料4的电磁力16a、16b被抵消。结果，能够抑制环状钎料4的跳跃现象，防止感应加热钎焊时的钎料的未熔融、填充不足、以及浸透不足之类的品质不良。

另外，通过适当组合所述各种实施方式或变形例中的任意实施方式或变形例，能够发挥各自所具有的效果。此外，能够实现实施方式彼此的组合或实施例彼此的组合或实施方式与实施例的组合，并且也能够实现不同 实施方式或实施例中的特征彼此的组合。

工业实用性

本发明的钎焊用感应加热线圈具有抑制环状钎料的跳跃现象，防止感应加热钎焊时的钎料的未熔融、填充不足、以及浸透不足之类的品质不良的效果，能够应用于在空气调节器、冰箱等中使用的热交换器的金属管的钎焊用途。此外，也能够应用于金属管的淬火等的金属管加热用途。