JPH0819876A

JPH0819876A - 異種金属管の重ね接合装置

Info

Publication number: JPH0819876A
Application number: JP18420994A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Mori; 繁夫森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1994-07-04
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】高品質の薄肉異種金属管を容易に製造できる
信頼性に優れた重ね接合装置を提供する。【構成】先端部が先細にテーパー加工された銅管１を
支持する弾性体を間に介して取り付けられているチャッ
ク部６を有し、シールドカバー１１が片側面に取り付け
られているクランプ装置３と、アルミニウム管２を支持
するチャック部７を有し、チャック部７と一体であり内
断面が円状の拡管拘束部８を有し、電気式アクチュエー
タ１０の作動により管軸方向移動自在であり、シールド
カバー１１が片側面に取り付けられた可動クランプ装置
４と、銅管１の特に先端部を加熱する加熱コイル部５を
有し、シールドカバー１１が両側面に取り付けられた高
高周波誘導加熱装置と、シーケンス制御装置と、接合雰
囲気調整用窒素ガス供給口１３と、冷却用ガス供給口１
４を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高品質の異種金属管を容
易に製造できる信頼性に優れた接合装置に関する。さら
に詳しくは冷凍冷蔵庫、空調機器等に使用される熱交換
器とコンプレッサーやキャピラリー管などの各部品の接
続に供されるアルミニウム管と銅管、銅管と鋼管または
アルミニウム管と鋼管などを接合する異種金属管の接合
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍冷蔵庫、空調機器等の熱交換器の冷
媒回路の管金属とコンプレッサー等の冷媒回路の管金属
とが異なる場合の冷媒回路の接続においては、熱交換器
の冷媒回路の管金属と同種の管とコンプレッサー等の冷
媒回路の管金属と同種の管とを予め接合した異種金属管
が用いられている。他の部分と同様に長期間にわたって
冷媒ガスの漏洩を防止するため、この異種金属管にも高
い気密性と共に外力による変形に対してその接合部が強
靱であることが要求される。通常、冷媒回路に用いられ
る管の寸法は、外径、１０ｍｍ以下、その肉厚は１．０
ｍｍ以下と薄肉厚である。高い気密性と強靱性を兼ね備
えた接合部の薄肉異種金属管を得ることは、一般にはか
なり困難なことである。それは、通常よく使用される接
合方法である融接法の場合は、その接合部に金属間化合
物や共晶の生成による脆弱層の存在が避けがたいこと、
また、接合端面同志を突合せて圧力を加えて行なう圧接
法を用いると、管の肉厚が薄い場合必要十分な圧力を加
えるには制約があること、金属の種類によってはアルミ
ニウム等の如くその表面酸化皮膜が異種金属同志の完全
な接合を阻害する等の問題点が多いためである。

【０００３】そのため、異種金属管の接合方法について
は、フラッシュバット溶接や突合せプロジェクション溶
接のように接合端面およびその近傍を、母材金属の融点
以上に瞬間的に加熱溶融して突合わせ圧力を加え脆弱層
等も排除しながら圧接しようとする方法等が開発されて
いる。しかしながら、これらの方法でも、接合部での脆
弱層の残存を完全に防止することができないため、接合
部の品質の信頼性は充分とは言えない。また、圧接時所
要加圧力についても圧接法の場合と類似の問題点があ
る。かかる事から、例えばフラッシュバット溶接による
カーエアコン用アルミニウム−銅異種金属管の外径が
８．０ｍｍにおける各管の肉厚は、１．２５ｍｍであ
る。更に、フラッシュバット溶接では、突合わせ接触部
の溶融・飛散に伴う堆積物の除去と装置の接合部周辺の
清掃作業を行なう必要があるなどの問題がある。また、
共晶反応を利用してアルミニウム管と銅管とを突合わせ
圧接する方法によって良好な品質の接合部を得たとの報
告があるが、管肉厚が薄い場合、必ずしも良好な品質の
接合部が得られるとは言い難い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る事情に鑑み、高い気密性と共に外力による変形に対し
ても強靱である信頼性に優れた接合部を有する異種金属
管を製造できる接合装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】要求品質が厳しい熱交換
器用異種金属管を製造するためには、共晶反応を利用し
重ね継手で接合することが手法として有効であることを
見出し、更に鋭意検討の結果、高い気密性と共に外力に
よる変形に対しても強靱である信頼性に優れた接合部を
有する異種金属管を製造できる接合装置を提供すること
に成功した。本発明の異種金属管の重ね接合装置は、
（ａ）チャック部と一体であり、内断面が中空円である
拡管拘束部が設けられた可動クランプ装置であり、
（ｂ）閉接合空間を形成するシールドカバーが片側面に
取り付けられたクランプ装置であり、閉接合空間を形成
するシールドカバーが片側面に取り付けられ、管軸方向
に移動自在の可動クランプ装置であり、（ｃ）支持アー
ムが変成器に設けられた軸に軸着され、閉接合空間を形
成するシールドカバーが両側面に取り付けられている二
つ割り方式の加熱コイル部をもつ前記高周波誘導加熱装
置であり、（ｄ）弾性体を間に介して固定されているチ
ャック部付き前記クランプ装置であることを特徴とする
ものである。

【０００６】本発明装置を用いた接合手順の概要につい
て示すと、スプリング等の弾性体を間に介してクランプ
装置主体に固定されているチャック部でクランプされた
先端部が若干先細り加工されている管（以下、Ａ管と略
称）の特に先端部を、高周波誘導加熱装置で両方の管金
属の共晶温度以上に非酸化性雰囲気下で急熱した後、可
動クランプ装置のチャック部でクランプされている管
｛以下、Ｂ管と略称｝を移動させて前記Ａ管の外面に圧
入嵌合しながら、両金属管接触面に極めて薄く共晶合金
層を形成させると共に過剰な共晶合金を排除し、接合部
を急冷する手順になる。特に両金属管の接触面で共晶合
金層を薄く好ましくは５μｍ以下であり、かつ均等に形
成できればできる程より信頼性に優れた接合部を得るこ
とができる。それには、Ａ管とＢ管との接触面での密接
度合いが極めて重要な鍵になる。

【０００７】Ａ管の先端部長さ約１５ｍｍは先細り加工
されているが圧入嵌合の際Ｂ管が拡がりやすい傾向があ
る。可動クランプ装置の拡管拘束部は移動しながら外嵌
合管の拡がりを防止するのみならず、重ね接合部の特に
外嵌合管を圧下して場合によっては塑性流動さえも生ぜ
しめて接触面での密接度合いを強め、均等な共晶合金層
の形成を促す働きをし、併せて過剰に形成された共晶合
金の排除も助長する。その排除作用はＡ管が先細り加工
されていることによってもスムースに行なわれる。排除
作用が不完全であると、重ね接合部でのＡ管とＢ管の先
端部分との接触面に過剰の共晶合金が残留しやすい。そ
の場合、そこに極小の隙間が生じやすく、製品として使
用中に隙間に侵入した水分が氷結、解凍を繰り返しなが
ら究極には重ね接合部の破損に至るというフロストピン
チ現象を生じる可能性がある。

【０００８】また、接触面で適度の均等面圧の確保を補
助する働きとして、クランプ装置のチャック部の固定方
法がある。装置主体への固定をスプリング、ゴム等の弾
性体を間に介してなされているので、Ａ管へのＢ管の圧
入嵌合が偏りなくできるように、Ａ管は全方向に自在に
動けるという長所がある。高周波誘導加熱装置の出力
は、接合する管寸法と接合条件を配慮すれば、２０Ｋｗ
もあれば十分であり、その周波数につても表皮効果の点
から約１００ＫＨｚ近傍が望ましい。加熱コイル部は二
つ割り方式であり、上加熱コイル部が大きく開けられる
ので、管の配置が支障なくでき、そのＸ軸、Ｙ軸または
Ｚ軸方向の位置調整は変成器内の水準調整機構により行
なわれる。更に、変成器は空圧式アクチュエータによ
り、Ｘ軸方向水平に自在に移動できる。

【０００９】各クランプ装置の高周波誘導加熱装置寄り
の片側面ならびに加熱コイル部の両側面にシールドカバ
ーが取り付けられ、各管が所定位置にクランプされ配置
されると、図１のようにそれぞれのシールドカバーが、
隙間少なく重なり合うように設計されているので、漏れ
の少ない小閉接合空間が形成され、効率的な不活性ガス
の使用が可能である。不活性ガスの供給は、通常クラン
プ装置に設けられた不活性ガス供給口に液量調整器付き
不活性ガス供給装置を取り付けて行なわれ、容易に非酸
化性雰囲気下で接合することができる。また、上または
下加熱コイル部に不活性ガス供給口を設けて、同様に行
なうことも出来る。不活性ガスの種類としては比較的低
価格で入手し易い窒素ガスが好ましい。

【００１０】Ａ管先端部の測温は重要であり、その測定
は、図１に示すようにクランプ装置寄りの加熱コイル部
のシールドカバーに設けられた孔を通してまたは可動ク
ランプ装置寄りの加熱コイル部のシールドカバーに設け
られた孔を通して非接触式温度計にて行なう方式または
上または下加熱コイル部内に埋設された非接触式温度計
にて行なう方式いづれでもよい。また、熱伝導量を最小
限にするため、クランプ装置のチャック部の材料は、断
熱性に優れ、耐久性に優れたものが良く、好ましくはア
ルミナ等のセラミック材料が良い。可動クランプ装置の
チャック部は拡管拘束部と一体であり、良好な機械加工
性も求められるので、ステンレス鋼等の耐熱鋼が好まし
い。可動クランプ装置の管軸方向の移動は、サーボモー
ター等を用いた電気式アクチュエータにより行なわれ
る。クランプ装置および可動クランプ装置は上下一体方
式または上部が開けられる二つ割り方式のいずれでも良
い。可動クランプ装置を固定する台座と本発明の装置全
体の台座との接触面は、管軸方向に移動し易いように、
Ｖ形案内等の直動滑り案内面となるように設計されてい
る。

【００１１】

【実施例】つぎに本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の一実施例に係わる接合装置の主要部の側面図であ
り、図２は図１の要部拡大の縦断面図であり、図３は高
周波誘導加熱装置の加熱コイル部等の側面図である。外
径８．０ｍｍ、肉厚０．６ｍｍ、長さ８０ｍｍの銅管１
と、外径８．０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍ
のアルミニウム管２とを用意し、アルミニウム管が圧入
嵌合しやすいように銅管１の先端部１５ｍｍをその最先
端径がアルミニウム管２の内径より小さくなるようにテ
ーパー加工を施し、更に、銅管１先端外径端の面取りを
行なう。

【００１２】まず、接合位置決め装置９の頂部が空圧シ
リンダーの動作により立ち上がる。作業者が、銅管１を
開かれた二つ割り方式の、金属製スプリングを間に介し
て固定されているアルミナ製チャック部６をもつクラン
プ装置３と出力約２０Ｋｗ、１００ＫＨｚの高周波誘導
加熱装置の開かれた二つ割り方式の加熱コイル部５の中
に配置し、その端部をアルミナ製チャック部６の左端
（図１では左端）に相当するクランプ装置３の内面に突
き当てる。引き続き、作業者が、アルミニウム管２を開
かれた二つ割り方式の、ステンレス鋼製チャック部７と
それと一体のステンレス鋼製拡管拘束部８をもつ可動ク
ランプ装置４に配置し、その先端部が接合位置決め装置
９の頂部に当たるまで突き出す。クランプ装置３と可動
クランプ装置４が閉じられて、銅管１とアルミニウム管
２とがクランプされ、可動クランプ装置４が４ｍｍ後退
する。

【００１３】次に、接合位置決め装置９の頂部が空圧シ
リンダーの動作により下がった後加熱コイル部５が閉じ
られる。高周波誘導加熱装置に通電されと同時に閉接合
空間に窒素ガス供給口１３を通して窒素ガスが小量供給
続行され、銅管１の特に先端部が急熱され、クランプ装
置３と加熱コイル部５との間の加熱コイル部寄り部分の
銅管１の先端部近傍の温度が、シールドカバー１１に設
けられた小孔を通して放射温度計１２にて連続測定され
７５０℃に達したとき、高周波誘導加熱装置への通電が
停止される同時に電気式アクチュエーターター１０の動
作によりアルミニウム管２の銅管１への圧入嵌合が開始
されると共に空圧式アクチュエータの動作により変成器
すなわち加熱コイル部５がクランプ装置３寄りに２０ｍ
ｍ移動する。１３ｍｍ長さ圧入嵌合直後異種金属管内に
圧縮空気が、冷却用ガス供給口１４を通して送られ急冷
されると共に窒素ガスの供給が停止され、３０秒後に圧
縮空気の供給が停止される。得られた１０００本の異種
金属管から各１００本抜き取り、水圧試験とＨｅリーク
試験の２方法で気密性評価した結果は、１００％合格で
あった。水圧試験は、水圧１０ＭＰａを１分間負荷し、
漏れが無いと合格である。Ｈｅリーク試験は、冷熱サイ
クル｛−８４℃＊１０分間⇔２０℃＊１０分間｝を５０
回繰り返した後異種金属管内にＨｅを充填後管内から真
空中に漏れるＨｅ量すなわちＨｅリーク速度が１＊１０
−８ｃｃ／秒以下であれば合格である。

【００１４】

【発明の効果】本発明では以上の如く、重ね接合部での
両金属の接触面で共晶合金層を薄くかつ均等にでき、過
剰な共晶合金の排除も問題なくできるので、信頼性に優
れた品質の熱交換器用異種金属管が得られる。また、従
来のフラッシュバット溶接法による場合に比べて約５０
％程度の肉厚低減が可能であり経済的効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる実施例の接合装置の主要部の側
面図である。

【図２】図１の要部拡大の縦断面図である。

【図３】本発明の高周波誘導加熱装置の加熱コイル部等
の側面図である。

【符号の説明】

１銅管２アルミニウム管３クランプ装置４可動クランプ装置５加熱コイル部６クランプ装置チャック部７可動クランプ装置チャック部８拡管拘束部９接合位置決め装置１０電気式アクチュエータ１１シールドカバー１２放射温度計１３窒素ガス供給口１４冷却用ガス供給口１５加熱コイル部支持アーム１６変成器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２３Ｋ 103:18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランプ装置と、可動クランプ装置と、
前記クランプ装置と前記可動クランプ装置との間に位置
する高周波誘導加熱装置と、シーケンス制御装置とを主
要部として備えた異種金属管の重ね接合装置において、
チャック部と一体であり、内断面が中空円である拡管拘
束部が設けられた可動クランプ装置であることを特徴と
する異種金属管の重ね接合装置。
【請求項２】閉接合空間を形成するシールドカバーが
片側面に取り付けられたクランプ装置であり、閉接合空
間を形成するシールドカバーが片側面に取り付けられ、
管軸方向に移動自在の可動クランプ装置であることを特
徴とする請求項１記載の異種金属管の重ね接合装置。
【請求項３】変成器に設けられた軸に支持アームが軸
着され、閉接合空間を形成するシールドカバーが両側面
に取り付けられている二つ割り方式の加熱コイル部をも
つ前記高周波誘導加熱装置であることを特徴とする請求
項１または２記載の異種金属管の重ね接合装置。
【請求項４】弾性体を間に介して固定されているチャ
ック部付き前記クランプ装置であることを特徴とする請
求項１、２または３記載の異種金属管の重ね接合装置。