本發(fā)明涉及對金屬管彼此進行釬焊的釬焊用感應加熱線圈。

背景技術(shù)：

用于空氣調(diào)節(jié)器等空調(diào)設(shè)備的熱交換器，金屬管彼此的連接使用釬焊。

金屬管的釬焊如下來實現(xiàn)。即，首先，在金屬管的接合部配置釬料。然后，將接合部附近的加熱部加熱到釬料熔點以上。然后，使熔融的釬料遍布接合部整體。

在此，為了沒有空隙、浸透不足、未熔融、或者填充不足等問題地進行高品質(zhì)的釬焊，不僅需要控制釬料的溫度，還需要控制包含接合部附近的金屬管在內(nèi)的加熱部整體的溫度。作為滿足這種條件的工法，可以列舉使用了能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的溫度控制的感應加熱技術(shù)的感應加熱釬焊。

以往，作為通過感應加熱對金屬管彼此進行釬焊的方法，存在使用了在中間空出加熱空間的平行型、馬蹄ハ字型的加熱線圈的方法(例如，參照專利文獻1)。圖6、圖7是表示專利文獻1所記載的現(xiàn)有的馬蹄“ハ”字型的加熱線圈的圖。

圖6是現(xiàn)有的感應加熱釬焊的主視圖，圖7是其側(cè)面圖。在圖6中，“ハ”字加熱線圈123是在中間空出加熱空間123a的馬蹄“ハ”字型的線圈。在加熱空間123a的中央，配置被加熱體105。被加熱體105由上部金屬管103和下部金屬管102、以及環(huán)狀釬料104構(gòu)成。進而，下部金屬管102由擴口加工部102a和直管部102b構(gòu)成。上部金屬管103和下部金屬管102將各自的圓管的軸設(shè)為共同，并且配置為上部金屬管103的下端與下部金屬管102的擴口加工部102a相接，該相接的面成為加熱部的中央。此外，環(huán)狀釬料104以擴口加工部102a為臺座，配置在上部金屬管103和下部金屬管102的加熱部的中央附近。被加熱體105配置為加熱部 的中央的高度與“ハ”字加熱線圈123的中心軸的高度一致。此外，如圖7所示，“ハ”字加熱線圈123與高頻電源110連接。

對使用圖7、圖8所示的構(gòu)成來進行感應加熱釬焊的動作進行說明。首先，通過高頻電源110向“ハ”字加熱線圈123提供電力。在此情況下，如圖8那樣，提供給加熱線圈的高頻電流的振幅106以及頻率107始終固定。因此，通過以一定周期沿下部金屬管102和上部金屬管103的軸向施加相同大小且反方向的電磁力，從而環(huán)狀釬料104能夠通過擴口加工部102a保持在穩(wěn)定的位置。“ハ”字加熱線圈123按照被提供的電力，向被加熱體105的加熱部提供磁通。通過在抵消該磁通的方向上感應感應電流，在被加熱體105產(chǎn)生焦耳熱，從而加熱部被加熱。在此，感應電流按照磁通的大小而變化，因此磁通越大則加熱部越強地被加熱。因此，對于下部金屬管102和上部金屬管103的釬焊而言，通過調(diào)整來自高頻電源110的輸出功率，并對從“ハ”字加熱線圈123產(chǎn)生的磁通進行控制使得加熱部溫度成為釬料熔點以上，從而實現(xiàn)釬焊。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特許第2923916號公報

但是，在進行使加熱部的溫度追隨目標指令溫度那樣的高精度的溫度控制的情況下，對于從高頻電源110向“ハ”字加熱線圈123提供的高頻電流而言，如圖9所示，與目標指令溫度111和加熱部的基于輻射溫度計的實測溫度112之間的偏差相應的指令電流113被提供給“ハ”字加熱線圈123。在此情況下，如圖10所示，提供給加熱線圈的高頻電流的振幅106以及頻率107變得不定。因此，如圖11所示，在高頻電流沿正電流124的方向流動的情況下，在正磁場125的方向上產(chǎn)生磁場，下部金屬管102與上部金屬管103的軸向的電磁力126起作用，環(huán)狀釬料104不再能夠通過擴口加工部102a保持在穩(wěn)定的位置，會上下移動(以下，將本現(xiàn)象稱作跳躍(hopping)現(xiàn)象)。由于該跳躍現(xiàn)象，環(huán)狀釬料104在從給定的釬焊位置沿下部金屬管102和上部金屬管103的軸向遠離的位置熔融，因此產(chǎn)生環(huán)狀釬料104的未熔融、填充不足、或者浸透不足等的品質(zhì)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明用于解決所述現(xiàn)有的課題，目的在于提供一種通過抵消作用于環(huán)狀釬料的金屬管的軸向的電磁力來抑制跳躍現(xiàn)象，由此能夠防止環(huán)狀釬料的未填充、填充不足、以及浸透不足之類的釬焊品質(zhì)不良的釬焊用感應加熱線圈。

為了達成所述目的，本發(fā)明的1個方式所涉及的釬焊用感應加熱線圈，通過從高頻電源提供的電力來對被加熱體進行加熱，所述被加熱體由通過接合部對上部金屬管與下部金屬管進行接合的環(huán)狀釬料構(gòu)成，所述釬焊用感應加熱線圈具備：

上段部線圈，其在所述被加熱體的外形的兩側(cè)并且在所述接合部之上向相同方向卷繞而配置，使得上段部線圈中心軸與所述被加熱體的軸線交叉；和

下段部線圈，其在所述被加熱體的外形的兩側(cè)并且在所述接合部之下向相同方向卷繞而配置，使得與所述上段部線圈電連接、且向與所述上段部線圈反向卷繞、且所述被加熱體的軸線與下段部線圈中心軸交叉，

配置所述下段部線圈，使得由于所述上段部線圈產(chǎn)生的磁通和反向產(chǎn)生的同相位的磁通而作用于所述環(huán)狀釬料的電磁力被抵消。

發(fā)明效果

如上，根據(jù)本發(fā)明的所述方式所涉及的釬焊用感應加熱線圈，能夠抑制環(huán)狀釬料的跳躍現(xiàn)象，防止感應加熱釬焊時的釬料的未熔融、填充不足、以及浸透不足之類的品質(zhì)不良。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個實施方式中的高頻釬焊用感應加熱線圈構(gòu)造體的立體圖。

圖2是本發(fā)明的實施方式中的提供給環(huán)狀釬料的磁場和電磁力的相關(guān)圖。

圖3是作為比較例，使用了2個相互電絕緣的線圈的情況的構(gòu)成圖。

圖4A是表示解析時的加熱線圈的參數(shù)的定義的圖。

圖4B是表示解析時的加熱線圈的參數(shù)的定義的圖。

圖4C是表示解析時的加熱線圈與被加熱體的相對位置參數(shù)的定義的圖。

圖5是表示解析時的電磁力比率與加熱部升溫時間的關(guān)系的曲線圖。

圖6是表示現(xiàn)有的高頻釬焊用感應加熱線圈的主視圖。

圖7是表示現(xiàn)有的高頻釬焊用感應加熱線圈的側(cè)面圖。

圖8是現(xiàn)有例中的提供給加熱線圈的高頻電流指令圖。

圖9是現(xiàn)有例中的溫度指令、實測溫度、電流指令的曲線圖。

圖10是現(xiàn)有例中的高精度的溫度控制時提供給加熱線圈的高頻電流指令圖。

圖11是表示現(xiàn)有例中的提供給環(huán)狀釬料的磁場和電磁力的相關(guān)圖的圖。

符號說明：

1 加熱線圈；

1a 下段部第1線圈；

1b 下段部第2線圈；

1c 上段部第1線圈；

1d 上段部第2線圈；

1e 下段架設(shè)部；

1f 中間架設(shè)部；

1g 上段架設(shè)部；

1h 電力的流入面；

1i 電力的流出面；

2 下部金屬管；

2a 擴口加工部；

2b 直管部；

3 上部金屬管；

4 環(huán)狀釬料；

5 被加熱體；

10 高頻電源；

14a 正電流方向；

14b 負電流方向；

15a 正磁場方向；

15b 負磁場方向；

16a 正電磁力；

16b 負電磁力；

17a 獨立上段部線圈；

17b 獨立下段部線圈；

18 間距；

19 距離；

20 線圈直徑；

21 相對位置；

22 相對位置范圍；

100 加熱空間。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。

圖1是本發(fā)明的實施方式中的釬焊用感應加熱線圈的立體圖。

加熱線圈1是在中間空出加熱空間100的線對稱的線圈。在加熱空間100的中央，配置被加熱體5。被加熱體5由上部金屬管3和下部金屬管2、以及環(huán)狀釬料4構(gòu)成。進而，下部金屬管2由擴口加工部2a和直管部2b構(gòu)成。上部金屬管3和下部金屬管2將各自的圓管的軸設(shè)為共同，并且配置為上部金屬管3的下端與下部金屬管2的擴口加工部2a相接，該相接的面成為加熱部的中央。此外，環(huán)狀釬料4以擴口加工部2a為臺座，配置在上部金屬管3和下部金屬管2的加熱部的中央附近。被加熱體5配置為使加熱部的中央的高度與加熱線圈1的中心軸的高度一致。此外，如圖1所示，加熱線圈1與高頻電源10連接。

在圖1中，加熱線圈1構(gòu)成為：作為下段部線圈而具備來自高頻電源10的電力的流入面1h和卷繞了1圈以上的下段部第1線圈1a、下段架設(shè)部1e、卷繞了1圈以上的下段部第2線圈1b、到上段部線圈的中間架設(shè)部1f，作為上段部線圈而具備卷繞了1圈以上的上段部第1線圈1c、上段 架設(shè)部1g、卷繞了1圈以上的上段部第2線圈1d、和向高頻電源10的電力的流出面1i。

下段部第1線圈1a和下段部第2線圈1b向相同方向被卷繞，隔著加熱空間100而橫向?qū)χ门渲?。上段部?線圈1c和上段部第2線圈1d、與下段部第1線圈1a和下段部第2線圈1b，經(jīng)由中間架設(shè)部1f而向相反方向被卷繞，且隔著加熱空間100而橫向?qū)χ门渲?。下段部?線圈1a、下段部第2線圈1b、上段部第1線圈1c、上段部第2線圈1d、下段架設(shè)部1e、中間架設(shè)部1f、和上段架設(shè)部1g由電氣相同的1個導體(例如，1根線狀導體)構(gòu)成。

被加熱體5構(gòu)成為具備：具有擴口加工部2a的下部金屬管2、上部金屬管3、和環(huán)狀釬料4。

下段部第1線圈1a以及下段部第2線圈1b的中心軸C2、上段部第1線圈1c以及上段部第2線圈1d的中心軸C1分別被配置為與該被加熱體5的軸C4大致垂直地交叉。

被加熱體5在接合部之下的下段，配置在下段部第1線圈1a與下段部第2線圈1b之間，并且在接合部之上的上段，配置在上段部第1線圈1c與上段部第2線圈1d之間。

用圖2來說明本線圈構(gòu)造的加熱線圈1的動作。圖2是從背面觀察加熱線圈1的圖。另外，從高頻電源10流入的電流，交流式地進行時間變化，因此以下的說明中的電流、磁場的方向、大小、以及施加于環(huán)狀釬料4的電磁力以是在某時間進行了截取的瞬間為前提進行說明。

提供給加熱線圈1的來自高頻電源10的電流，從下段側(cè)的電力的流入面1h輸入，輸入到下段部第1線圈1a。若將該輸入到下段部第1線圈1a的電流的方向設(shè)為正電流方向14a，則下段部第2線圈1b和下段部第1線圈1a向相同方向被卷繞，因此下段部第2線圈1b的電流的方向是正電流方向14a。該電流流經(jīng)中間架設(shè)部1f，流向由相同導體構(gòu)成的上段部線圈的上段部第1線圈1c，但由于卷繞方向與下段部第1線圈1a、下段部第2線圈1b反向，因此電流的方向成為負電流方向14b。由于上段部第2線圈1d和上段部第1線圈1c向相同方向被卷繞，因此上段部第2線圈1d的電流的方向為負電流方向14b。一般來說電流流過線圈時所產(chǎn)生的磁場 按照右手螺旋法則而產(chǎn)生。因此，在下段部線圈1a、1b，在正磁場方向15a的方向上產(chǎn)生磁場，在上段部線圈1c、1d，在與下段部線圈1a、1b反向的負磁場方向15b的方向上產(chǎn)生磁場。因此，相同大小的同相位的正電磁力16a以及負電磁力16b在相反方向上作用于環(huán)狀釬料4而相互抵消，因此環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象得到抑制。

若電磁力的相位在上段部線圈1c、1d和下段部線圈1a、1b不同的情況下，正電磁力16a與負電磁力16b的合成成分作用于環(huán)狀釬料4，因此無法抑制環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象。例如，如圖3那樣，由相互電絕緣的不同的導體構(gòu)成由獨立上段部線圈17a和獨立下段部線圈17b構(gòu)成的2個線圈，并且分別與獨立的不同的高頻電源10連接。在構(gòu)成這種加熱線圈構(gòu)造的情況下，為了使彼此的高頻電源10的相位一致，需要在環(huán)狀釬料4的附近分別施加于獨立上段部線圈17a和獨立下段部線圈17b的電流值和相位的高精度的檢測裝置與調(diào)整裝置。但是，在獨立上段部線圈17a和獨立下段部線圈17b由檢測裝置和調(diào)整裝置使用的金屬原本就會因感應加熱而被加熱。因此，檢測動作和調(diào)整動作本身很困難，并不現(xiàn)實。

因此，在本實施方式中的線圈構(gòu)造中，通過以同一導體向相反方向卷繞上段部線圈1c、1d、下段部線圈1a、1b的加熱線圈1，從而使相同大小且同相位的正電磁力16a和負電磁力16b在相反方向上作用于環(huán)狀釬料4而相互抵消，從而抑制了環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象。

這種環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象，在被加熱體5為銅等各種各樣的材料時產(chǎn)生。尤其成為課題的是，釬料與金屬管的熔點差小的材料，并且以高速的升溫速度在短時間進行釬焊的情況。在這種情況下，從高頻電源10脈動出的大功率被提供給加熱線圈1，不平衡的電磁力作用于環(huán)狀釬料4，因此環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象更容易產(chǎn)生。例如，在被加熱體5的材料采用了鋁的情況下，在釬焊時應控制的溫度范圍與將其他金屬用于被加熱體5的材料時相比較窄。鋁的熔點為660℃，這與一般用于金屬管的材料的銅的熔點1083℃相比大幅降低。由于釬料的熔點為580℃，因此為了不發(fā)生管的破斷地進行釬焊，要求將被加熱體5的加熱部的溫度控制在580℃以上660℃以下的窄范圍(銅的1/4的范圍)內(nèi)。

基于這樣的理由，為了不發(fā)生環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象地進行感應加熱 釬焊，需要考慮鋁材料的被加熱體5的構(gòu)造，反復鉆研加熱線圈1的匝數(shù)或配置、或者與被加熱體5的相對位置等線圈構(gòu)造或者配置。因此，使用模擬來導出加熱線圈1和被加熱體5的相對位置應滿足的構(gòu)造的條件。以下，對線圈構(gòu)造的參數(shù)進行了說明之后，說明根據(jù)實際的模擬結(jié)果而得到的不發(fā)生環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象地實現(xiàn)釬焊的加熱線圈1的構(gòu)造和與被加熱體5的相對位置的條件。

首先，使用圖4A、圖4B、圖4C對線圈構(gòu)造的參數(shù)進行說明。圖4A、圖4B、圖4C是說明與加熱線圈1相關(guān)的參數(shù)的圖。

在圖4A中，加熱線圈1的參數(shù)有加熱線圈1與被加熱體5的距離19、和加熱線圈1的間距18。加熱線圈1與被加熱體5的距離19定義為加熱線圈1的繞組與被加熱體5的最短距離，加熱線圈1的間距18定義為加熱線圈1的繞組彼此的間隙的寬度。此外，如圖4B所示，加熱線圈1的線圈直徑20也作為參數(shù)。加熱線圈1的線圈直徑20定義為由加熱線圈1的金屬管的外形形成的圓的直徑。此外，在圖中雖為示出，但加熱線圈1的匝數(shù)也被列舉為參數(shù)，這定義為平行配置的線圈的單側(cè)的匝數(shù)。在圖4C中，對于加熱線圈1的上段部線圈和下段部線圈相對于環(huán)狀釬料4的位置關(guān)系而言，將如圖4C的左圖(a)那樣環(huán)狀釬料4的中心軸C3存在于加熱線圈1的上段部線圈中心軸C1和下段部線圈中心軸C2的中央的情況作為初始值0，將上段部線圈的中心軸C1從該位置起移動的距離定義為相對位置21。作為符號，將如圖4C的右圖(b)那樣上段部線圈1c、1d的中心軸C1向接近環(huán)狀釬料4的方向進行了移動的情況作為-(負)，將相反的情況作為+(正)。

這些線圈的參數(shù)被分類為對環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象的抑制有效果的參數(shù)和對抑制沒有效果的參數(shù)。分別說明對環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象的抑制沒有效果的參數(shù)。

僅決定加熱線圈1的特性的參數(shù)，具體來說，可以列舉加熱線圈1與被加熱體5的距離19、加熱線圈1的線圈直徑20、以及加熱線圈1的匝數(shù)。

加熱線圈1與被加熱體5的距離19、和加熱線圈1的匝數(shù)是決定加熱線圈1提供給被加熱體5的加熱部的磁通的量的參數(shù)。此外，加熱線圈1 的線圈直徑20也是決定加熱線圈1提供給被加熱體5的周邊的磁通的范圍的參數(shù)。這些參數(shù)終究不過是決定加熱部的范圍、以及所提供的磁通的量的參數(shù)，對環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象抑制沒有效果，因此所述參數(shù)除外。

此外，跳躍現(xiàn)象可以認為是在作用于環(huán)狀釬料4的電磁力的平衡瓦解時產(chǎn)生的。因此，從上段部線圈中心位置和下段部線圈中心位置向環(huán)狀釬料4的相對位置21可以列舉為對環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象的抑制有效果的參數(shù)。

使用模擬來評價這些參數(shù)對跳躍現(xiàn)象產(chǎn)生的影響。模擬使用了JMAG-Designer Ver13.1.02g(株式會社JSOL)的電磁場/熱耦合解析功能。

解析模型制作與圖1所示的構(gòu)造同等的構(gòu)造，并針對被加熱體5固定了形狀。此外，關(guān)于線圈構(gòu)造，也針對對被加熱體5的環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象的抑制沒有效果的參數(shù)將值固定來進行了解析。

關(guān)于被加熱體5，將上部金屬管3的長度設(shè)為63mm，并設(shè)為直徑Φ7mm、壁厚1mm，將下部金屬管2的長度設(shè)為56mm，并設(shè)為直徑Φ7mm、壁厚1mm。擴口加工部2a擴管為直徑Φ12mm，環(huán)狀釬料4設(shè)為焊絲徑Φ1.6mm、環(huán)內(nèi)徑Φ6.9mm。該被加熱體中的加熱部設(shè)定為上部金屬管3與下部金屬管2的接合部的前后15mm的范圍。

此外，關(guān)于線圈構(gòu)造的參數(shù)，如下進行了固定。加熱線圈1與被加熱體5的距離19為2.85mm，上段線圈與下段線圈的間隔為3mm，加熱線圈1的線圈直徑20為20mm，加熱線圈1的間距18為0.5mm，加熱線圈1的匝數(shù)為2。

在解析時，為了求取能夠抑制環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象來進行釬焊的條件，分配上段部線圈以及下段部線圈對環(huán)狀釬料4的相對位置的參數(shù)。另外，對于在實驗中實施的釬焊而言，在被加熱體5的加熱部的最低溫度到達釬料的熔點600℃的到達時間不足2.5秒時，加熱部的升溫速度過快因而發(fā)生下部金屬管2和上部金屬管3的破斷，若花費的時間超過3.5秒則反之升溫速度過慢，因此發(fā)生環(huán)狀釬料4的未熔融或浸透不足。因此，在本解析中，將滿足到達時間2.5秒以上且3.5秒以下，且在環(huán)狀釬料4與上段部線圈和下段部線圈的相對位置21處于0mm的位置時的電磁力設(shè)為1，使相對位置發(fā)生了變化時，與環(huán)狀釬料4所受到的電磁力的比率 變?yōu)?以下時的參數(shù)的范圍成為本次導出的條件。

圖5分配了上段部線圈以及下段部線圈對環(huán)狀釬料4的相對位置21的參數(shù)，將相對位置21為-1mm、-2mm、-3mm分別繪制在同一曲線圖中。在此，將相對于環(huán)狀釬料4相對降低上段部線圈以及下段部線圈的方向設(shè)為負來分配了參數(shù)，但即使對提高的方向分配+1mm、+2mm、+3mm也存在對稱性，因此能夠得到同樣的結(jié)果。此外，曲線圖中的雙重線示出了被加熱體5的加熱部的最低溫度到達釬料的熔點600℃的到達時間為2.5秒以上且3.5秒以下且與環(huán)狀釬料4所受到的電磁力的比率為1以下，若為該雙重線以下的值，則意味著滿足能夠抑制環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象來進行釬焊的條件。

根據(jù)該曲線圖，可以說被加熱體5的加熱部的最低溫度到達釬料的熔點600℃的到達時間為2.5秒以上且3.5秒以下且與環(huán)狀釬料4所受到的電磁力的比率為1以下的上段部線圈以及下段部線圈對環(huán)狀釬料4的相對位置21為圖5的相對位置范圍22所示的-1mm以上且+1mm以下。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，加熱線圈1起作用以抵消對被加熱體5的環(huán)狀釬料4產(chǎn)生的軸向的電磁力，不再產(chǎn)生環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象，能夠獲得防止釬料的未熔融、填充不足以及浸透不足之類的品質(zhì)不良的效果。

根據(jù)所述實施方式，在被加熱體5的外形的兩側(cè)并且在接合部之上具備向相同方向被卷繞而配置的上段部線圈1c、1d，使得上段部線圈中心軸C1與被加熱體5的軸線C4交叉。進而，在被加熱體5的外形的兩側(cè)并且在接合部之下具備向相同方向被卷繞而配置的下段部線圈1a、1b，使得與上段部線圈1c、1d電連接、且與上段部線圈1c、1d反向被卷繞、且被加熱體5的軸線C4與下段部線圈中心軸C2交叉。而且，構(gòu)成為配置下段部線圈1a、1b，使得由于上段部線圈1c、1d所產(chǎn)生的磁通和反向產(chǎn)生的同相位的磁通而作用于環(huán)狀釬料4的電磁力16a、16b被抵消。結(jié)果，能夠抑制環(huán)狀釬料4的跳躍現(xiàn)象，防止感應加熱釬焊時的釬料的未熔融、填充不足、以及浸透不足之類的品質(zhì)不良。

另外，通過適當組合所述各種實施方式或變形例中的任意實施方式或變形例，能夠發(fā)揮各自所具有的效果。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)實施方式彼此的組合或?qū)嵤├舜说慕M合或?qū)嵤┓绞脚c實施例的組合，并且也能夠?qū)崿F(xiàn)不同 實施方式或?qū)嵤├械奶卣鞅舜说慕M合。

工業(yè)實用性

本發(fā)明的釬焊用感應加熱線圈具有抑制環(huán)狀釬料的跳躍現(xiàn)象，防止感應加熱釬焊時的釬料的未熔融、填充不足、以及浸透不足之類的品質(zhì)不良的效果，能夠應用于在空氣調(diào)節(jié)器、冰箱等中使用的熱交換器的金屬管的釬焊用途。此外，也能夠應用于金屬管的淬火等的金屬管加熱用途。