JP5623270B2 - Brazing method and brazing structure - Google Patents
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Description
この発明は、ハイブリッドインバータ(HVインバータ)の冷却器を構成する2つの部材をろう付けするろう付け方法及びろう付け構造に関する。 The present invention relates to a brazing method and a brazing structure for brazing two members constituting a cooler of a hybrid inverter (HV inverter).
従来、HVインバータの冷却器を構成する2つの部材をろう付けするには、加熱溶融時に各部材の変形や位置ズレを抑制する必要がある。そこで、従来は、例えば、図11に示すように、冷却器31が、ケース32と、ケース32の中に設けられた冷却フィン33と、冷却フィン33の上に設けられた天板34と、天板34の上に固定された絶縁基板35とから構成される。そして、ケース32と天板34を仮固定するために、大掛かりな仮固定治具40が使用されていた。下記の特許文献1には、この種の仮固定治具を使用したろう付けの方法の一例が記載されている。この種の仮固定治具は、耐熱性、剛性が求められ、構成が複雑かつ高価となっていた。また、ろう付け加熱とその後の冷却のための時間が、数十分から数時間と長くかかり、仮固定治具の必要個数も製品の数に応じて多数となっていた。
Conventionally, in order to braze two members constituting a cooler of an HV inverter, it is necessary to suppress deformation and displacement of each member during heating and melting. Therefore, conventionally, for example, as shown in FIG. 11, the
ここで、技術分野はHVインバータとは異なるが、下記の特許文献2には、内燃機関のオイルクーラ等の熱交換器に関するろう付けの方法が記載されている。このろう付け方法では、2つの部材をレーザ溶接により仮固定し、その後、両部材をろう付けすることが記載されている。
Here, although the technical field is different from that of the HV inverter, the following
そこで、HVインバータの冷却器の技術分野に対しても、内燃機関の熱交換器のように、ケース32に天板34をレーザ溶接により仮固定し、その後、ケース32と天板34をろう付けすることが考えられる。
Therefore, for the technical field of HV inverter coolers, like the heat exchanger of an internal combustion engine, the
ところで、HVインバータの冷却器の技術分野では、冷却器31を構成するケース32と天板34が精密部材であり、天板34の絶縁基板35の上に半導体素子等が搭載されることから、部材接合に精密性と耐久性が要求されていた。
By the way, in the technical field of the cooler of the HV inverter, the
ところが、HVインバータの冷却器31につき、仮固定のためにレーザ溶接をすることで、被溶接部材であるケース32と天板34が変形するおそれがあった。すなわち、レーザ溶接時には、数万℃に及ぶ熱エネルギーがケース32と天板34に与えられ、ケース32と天板34に熱収縮が起こり、レーザ溶接の深さによっては、ケース32及び天板34に歪みが発生するおそれがあった。
However, when the
また、図12に断面図で示すように、ケース32と天板34をろう材層36を挟んでろう付けする前に、ケース32と天板34をレーザ溶接37により仮固定する。このとき、レーザ溶接37の深さがろう材層36の厚みを越えて下側のケース32に達した場合には、その溶接痕38の影響により、溶融したろう材層36の流れが変化し、接合界面で欠陥(接合不良)が発生したり、図13に断面図で示すように、熱収縮によりケース32と天板34が歪んだりするおそれがあった。更に、図13に示すような深い溶接痕38は、その先端がケース32の中に位置することから、長時間の使用により溶接痕38がきっかけとなってケース32にクラックが発生する懸念があった。
In addition, as shown in a sectional view in FIG. 12, the
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、HVインバータの冷却器につき、レーザ溶接による被溶接部材の変形を防止し、ろう付け品質の向上を図ることを可能としたろう付け方法を提供することにある。また、この発明の別の目的は、被ろう付け部材の耐久性の向上を図ることを可能としたろう付け構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent deformation of a member to be welded by laser welding and improve brazing quality for a cooler of an HV inverter. It is to provide a brazing method. Another object of the present invention is to provide a brazing structure capable of improving the durability of a member to be brazed.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、HVインバータの冷却器を構成する第1の部材と第2の部材をろう付けするろう付け方法であって、第1の部材の上にろう材層を介して第2の部材を配置し、その後、レーザ溶接の深さをろう材層の厚みの範囲内に制限しながら第2の部材をレーザ溶接により第1の部材の上に仮固定し、その後、ろう材層を加熱溶融させることにより第2の部材を第1の部材の上にろう付けすることを趣旨とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
上記発明の構成によれば、仮固定のためのレーザ溶接の深さがろう材層の厚みの範囲内に制限されるので、レーザ溶接が第1の部材まで及ぶことがない。また、第2の部材がレーザ溶接により第1の部材の上に仮固定されるので、第2の部材の位置決めのために治具を使用する必要がない。 According to the configuration of the above invention, the laser welding depth for temporary fixing is limited within the range of the thickness of the brazing material layer, so that the laser welding does not reach the first member. Further, since the second member is temporarily fixed on the first member by laser welding, it is not necessary to use a jig for positioning the second member.
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、レーザ溶接の深さは、レーザのパルス数及び出力のうち少なくとも一方を調整することで制御することを趣旨とする。 To achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the depth of laser welding is controlled by adjusting at least one of the number of pulses and the output of the laser. The purpose is that.
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、レーザのパルス数及び出力の少なくとも一方を調整するだけで、レーザ溶接の深さが容易に制御される。
According to the configuration of the above invention, in addition to the operation of the invention described in
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、HVインバータの冷却器を構成する第1の部材と第2の部材をろう付けしたろう付け構造であって、第1の部材の上にろう材層を介して第2の部材がろう付けされ、第1の部材と第2の部材のうち第2の部材のみには、レーザ溶接による溶接痕が所々に残存していることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, a third aspect of the invention is a brazing structure in which a first member and a second member constituting a cooler of an HV inverter are brazed. the second member being brazed through a brazing material layer on only the second member of the first member and the second member, that the welding mark by laser welding is left in places The purpose.
上記発明の構成によれば、溶接痕の深さがろう材層の厚みの範囲内に位置するので、溶接痕の最深部が第1の部材まで及ぶことがない。 According to the configuration of the invention described above, the depth of the welding trace is located within the thickness range of the brazing filler metal layer, so that the deepest portion of the welding trace does not reach the first member.
請求項1に記載の発明によれば、冷却器を構成する精密部材である第1の部材と第2の部材とのろう付けに際し、仮固定のためのレーザ溶接による両部材の変形を防止することができ、ろう付け品質を向上させることができる。また、ろう付けのための構成を簡略化し安価にろう付けすることができる。 According to the first aspect of the present invention, when the first member, which is a precision member constituting the cooler, and the second member are brazed, the deformation of both members due to laser welding for temporary fixing is prevented. And brazing quality can be improved. Moreover, the structure for brazing can be simplified and brazed at low cost.
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、レーザ溶接の深さを、ろう材層の厚みの範囲内に容易に制限することができる。
According to the invention described in
請求項3に記載の発明によれば、長時間使用しても溶接痕がきっかけとなって第1の部材にクラックが発生することを防止することができ、冷却器を構成する精密部材である第1の部材につきろう付け後の耐久性を向上させることができる。 According to the third aspect of the present invention, the precision member constituting the cooler can prevent the first member from cracking due to welding marks even when used for a long time. The durability after brazing can be improved for the first member.
以下、本発明における「ろう付け方法及びろう付け構造」をHVインバータの冷却器に具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the “brazing method and brazing structure” in the present invention is embodied in a cooler of an HV inverter will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、HVインバータの冷却器1を斜視図により示す。図2に、この冷却器1につき、図1のA−A線に沿った断面を概略的に断面図により示す。図3に、この冷却器1につき、図2の鎖線円S1の部分を拡大して概略的に断面図により示す。冷却器1は、箱形に形成された第1の部材としてのケース2と、ケース2の中に設けられた冷却フィン3と、冷却フィン3の上に配置された第2の部材としての天板4と、天板4の上に固定された複数の絶縁基板5とを備える。ケース2は、外周にフランジ2aを含む。天板4は、冷却フィン3の上を覆うように配置され、その外周にフランジ4aを含む。天板4のフランジ4aは、ケース2のフランジ2aに整合して配置され、ろう付けされている。
FIG. 1 is a perspective view of a
すなわち、図3に示すように、天板4のフランジ4aと、ケース2のフランジ2aとは、ろう材層6を介して接合されている。また、天板4のフランジ4aには、所々にレーザ溶接による溶接痕7が残存している。この溶接痕7は、ろう付けする前に、天板4をケース2に仮固定したときのレーザ溶接による痕跡であって、その深さは、ろう材層6の厚みの範囲の中に納まっている。この実施形態では、ケース2のフランジ2aの厚みTK1が「3.0(mm)」、天板4のフランジ4aの厚みTK2が「0.6(mm)」、ろう材層6の厚みTK3が「0.15(mm)」、溶接痕7の直径D1が「1〜2(mm)」となっている。この実施形態では、上記した冷却器1につき、本発明のろう付け構造が構成されている。
That is, as shown in FIG. 3, the
ここで、上記した冷却器1に係るろう付け構造のろう付け方法について説明する。図4に、この実施形態のろう付け方法の手順をフローチャートにより示す。
Here, the brazing method of the brazing structure according to the above-described
先ず、図4(1)に示すように、天板4に複数の絶縁基板5を溶接する。すなわち、図5に斜視図に示すように、天板4の凹部4bに複数の絶縁基板5を配置し、図6に示すように、天板4の裏側から複数の絶縁基板5を天板4に対してファイバレーザ装置21によりレーザ溶接する。
First, as shown in FIG. 4 (1), a plurality of insulating
次に、図4(2)に示すように、絶縁基板5が溶接された天板4、冷却フィン3及びケース4等を互いに組み付ける。すなわち、図7に示すように、ケース2の凹部2bに冷却フィン3を配置し、その冷却フィン3の上に天板4を配置するなどする。このとき、図2,3に示すように、ケース2のフランジ2aと天板4のフランジ4aを合わせるのであるが、その間に所定の厚みTK3を有するろう材層6を設けておく。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(3)に示すように、天板4をケース2にレーザ溶接により仮固定する。すなわち、図8に斜視図に示すように、天板4のフランジ4a上の複数の箇所にファイバレーザ装置21によりレーザ溶接を施す。このとき、図9に断面図に示すように、レーザ溶接の深さを、ろう材層6の厚みTK3の範囲内に制御する。この実施形態では、ファイバレーザ装置21によりレーザを複数回のパルスに分けて被溶接点に照射するようになっている。
Next, as shown in FIG. 4 (3), the
図10に、そのレーザ出力と照射時間の関係をグラフにより示す。図10に示すように、この実施形態では、レーザを3回のパルスに分けて被溶接点に照射するようになっている。各パルス出力は、立ち上がり時間Tu1,Tu2,Tu3が一律で、その後、ピーク時間Tp1,Tp2,Tp3が制御され、立ち下がり時間Td1,Td2,Td3が制御される。従って、各パルス出力の照射時間は、立ち上がり時間Tu1〜Tu3に、可変なピーク時間Tp1〜Tp3と、可変な立ち下がり時間Td1〜Td3をそれぞれ加算することで決定される。この実施形態では、レーザのパルス数、各パルス出力の照射時間、或いは、レーザのピーク出力を制御することで、被溶接点に対するトータルのレーザ出力を制御するようになっている。この出力制御により、レーザ溶接の深さを制御するようになっている。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the laser output and the irradiation time. As shown in FIG. 10, in this embodiment, the laser beam is divided into three pulses and irradiated to the welding point. Each pulse output has a uniform rise time Tu1, Tu2, Tu3, thereafter, the peak times Tp1, Tp2, Tp3 are controlled, and the fall times Td1, Td2, Td3 are controlled. Therefore, the irradiation time of each pulse output is determined by adding the variable peak times Tp1 to Tp3 and the variable falling times Td1 to Td3 to the rising times Tu1 to Tu3, respectively. In this embodiment, the total laser output to the welding point is controlled by controlling the number of pulses of the laser, the irradiation time of each pulse output, or the peak output of the laser. By this output control, the depth of laser welding is controlled.
その後、図4(4)に示すように、天板4をケース2にろう付けする。すなわち、仮固定した天板4とケース2(冷却器1のアッシィ)を溶接炉に投入することで、天板4のフランジ4aとケース2のフランジ2aをろう付けする。これにより、図1に示すような、ろう付けされた冷却器1が得られる。
Thereafter, the
上記したようにこの実施形態のろう付け方法では、HVインバータの冷却器1を構成するケース2と天板4をろう付けするに際して、ケース2のフランジ2aの上にろう材層6を介して天板4のフランジ4aを配置し、その後、レーザ溶接の深さをろう材層6の厚みTK3の範囲内に制限しながら天板4のフランジ4aをレーザ溶接によりケース2のフランジ2aの上に仮固定し、その後、ろう材層6を加熱溶融させることにより天板4のフランジ4aをケース2のフランジ2aの上にろう付けするようにしている。
As described above, in the brazing method of this embodiment, when the
以上説明したこの実施形態のろう付け方法によれば、仮固定のためのレーザ溶接の深さが、ろう材層6の厚みTK3の範囲内に制限されるので、レーザ溶接の影響がケース2のフランジ2aまで及ぶことがない。このため、冷却器1を構成する精密部材であるケース2と天板4とのろう付けに際し、仮固定のためのレーザ溶接によるケース2と天板4の変形を防止することができ、ろう付け品質を向上させることができる。この結果、冷却器1を構成する精密部材であるケース2につき、ろう付け後の耐久性を向上させることができる。
According to the brazing method of this embodiment described above, the laser welding depth for temporary fixing is limited within the range of the thickness TK3 of the
また、この実施形態のろう付け方法によれば、天板4のフランジ4aがレーザ溶接によりケース2のフランジ2aの上に仮固定されるので、天板4のフランジ4aの位置決めのために、従来例のような仮固定治具40を使用する必要がない。このため、ろう付けのための構成を簡略化し安価にろう付けすることができる。
Further, according to the brazing method of this embodiment, the
また、この実施形態でのろう付け方法によれば、ファイバレーザ装置21からのレーザのパルス数及び出力の少なくとも一方を調整するだけで、レーザ溶接の深さが容易に制御される。このため、レーザ溶接の深さを、ろう材層6の厚みTK3の範囲内に容易に制限することができる。
Further, according to the brazing method in this embodiment, the depth of laser welding can be easily controlled only by adjusting at least one of the number of pulses and the output of the laser from the
更に、この実施形態のろう付け構造によれば、溶接痕7の深さがろう材層6の厚みTK3の範囲内に位置するので、溶接痕7の最深部がケース2のフランジ2aまで及ぶことがない。このため、長時間使用しても溶接痕7がきっかけとなってケース2のフランジ2aにクラックが発生することを防止することができる。この意味でも、冷却器1を構成する精密部材であるケース2につき、ろう付け後の耐久性を向上させることができる。
Furthermore, according to the brazing structure of this embodiment, since the depth of the
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A part of structure can also be changed suitably and implemented in the range which does not deviate from the meaning of invention.
例えば、前記実施形態では、本発明を、冷却器1を構成するケース2と天板4とをろう付けする場合に具体化したが、ケースと冷却フィンをろう付けする場合にも具体化することができる。
For example, in the above embodiment, the present invention is embodied when the
この発明は、HVインバータの冷却器とその製造に利用することができる。 The present invention can be used for a HV inverter cooler and its manufacture.
1 冷却器
2 ケース(第1の部材)
2a フランジ
3 冷却フィン
4 天板(第2の部材)
4a フランジ
6 ろう材層
7 溶接痕
TK3 厚み(ろう材層の)
1
Claims (3)
前記第1の部材の上にろう材層を介して前記第2の部材を配置し、
その後、レーザ溶接の深さを前記ろう材層の厚みの範囲内に制限しながら前記第2の部材を前記レーザ溶接により前記第1の部材の上に仮固定し、
その後、前記ろう材層を加熱溶融させることにより前記第2の部材を前記第1の部材の上にろう付けする
ことを特徴とするろう付け方法。 A brazing method for brazing a first member and a second member constituting a cooler of an HV inverter,
Disposing the second member on the first member via a brazing filler metal layer,
Thereafter, the second member is temporarily fixed on the first member by the laser welding while limiting the depth of laser welding within the range of the thickness of the brazing material layer,
Thereafter, the second member is brazed onto the first member by heating and melting the brazing material layer.
前記第1の部材の上にろう材層を介して前記第2の部材がろう付けされ、前記第1の部材と前記第2の部材のうち前記第2の部材のみには、レーザ溶接による溶接痕が所々に残存していることを特徴とするろう付け構造。 A brazing structure in which a first member and a second member constituting a cooler of an HV inverter are brazed,
The second member is brazed onto the first member via a brazing material layer, and only the second member of the first member and the second member is welded by laser welding. brazed structure, characterized in that marks are left in places.
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