特開 2024-33448 ろう付け装置および組立体のろう付け方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024033448

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】ろう付け装置および組立体のろう付け方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 1/06 20060101AFI20240306BHJP

   B23K 1/008 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

B23K1/06 B

B23K1/008 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022137025

(22)【出願日】2022-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】304027279

【氏名又は名称】国立大学法人 新潟大学

(71)【出願人】

【識別番号】000183369

【氏名又は名称】住友精密工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(74)【代理人】

【識別番号】100155608

【弁理士】

【氏名又は名称】大日方 崇

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 朋裕

(72)【発明者】

【氏名】植田 達哉

(72)【発明者】

【氏名】末田 光輝

(57)【要約】

【課題】比較的大型、複雑な組立体においても適用可能な超音波振動を利用したろう付け装置を提供する。
【解決手段】このろう付け装置１００は、複数の被接合部材１１０の接合面１３０間にろう材１２０を介在させた組立体ＡＳを支持するステージ１０と、ステージ１０に支持された組立体ＡＳをステージ１０に向けて加圧する加圧治具２０と、組立体ＡＳを加熱することにより、組立体ＡＳのろう材１２０を溶融させる所定温度に加熱する加熱部３０と、ステージ１０および加圧治具２０の少なくとも一方に対して超音波振動を印加する振動印加部４０と、を備える。振動印加部４０は、加圧状態の組立体ＡＳを所定温度に加熱した状態で、ステージ１０と加圧治具２０とを相対振動させることにより、複数の被接合部材１１０の接合面１３０における酸化皮膜を除去するように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の被接合部材の接合面間にろう材を介在させた組立体を支持するステージと、
前記ステージに支持された前記組立体を前記ステージに向けて加圧する加圧治具と、
前記組立体を加熱することにより、前記組立体の前記ろう材を溶融させる所定温度に加熱する加熱部と、
前記ステージおよび前記加圧治具の少なくとも一方に対して超音波振動を印加する振動印加部と、を備え、
前記振動印加部は、加圧状態の前記組立体を前記所定温度に加熱した状態で、前記ステージと前記加圧治具とを相対振動させることにより、前記複数の被接合部材の前記接合面における酸化皮膜を除去するように構成されている、ろう付け装置。

【請求項2】

前記振動印加部は、前記超音波振動の印加により、前記ステージおよび前記加圧治具の少なくとも一方である加振対象を共振振動させるように構成されている、請求項１に記載のろう付け装置。

【請求項3】

前記組立体は、前記組立体の内部に前記接合面が配置されるように、前記複数の被接合部材を積層した構造を有し、
前記振動印加部は、前記複数の被接合部材が積層された方向に沿った方向の前記超音波振動を印加するように構成されている、請求項２に記載のろう付け装置。

【請求項4】

前記加圧治具は、前記ステージ上に配置された前記組立体上に配置され、自重によって前記組立体を加圧するように構成されている、請求項３に記載のろう付け装置。

【請求項5】

前記加熱部は、前記ステージ、前記組立体および前記加圧治具を内部に収容する炉室を有し、前記炉室内を加熱するように構成され、かつ、前記炉室の一部に開口を有し、
前記振動印加部は、前記炉室の外部に配置された振動子と、前記振動子に接続され、前記開口を介して前記炉室の内部に挿入される振動伝達部材とを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載のろう付け装置。

【請求項6】

前記加熱部は、前記炉室の下面に前記開口を有し、
前記振動伝達部材は、前記炉室の下方から前記開口を介して前記炉室の内部に挿入され、前記ステージの下面と当接するように構成されている、請求項５に記載のろう付け装置。

【請求項7】

前記振動伝達部材は、前記組立体が配置された前記ステージを支持するように構成されている、請求項６に記載のろう付け装置。

【請求項8】

前記所定温度は、前記ろう材が半溶融して固液共存状態となる温度である、請求項１～３のいずれか１項に記載のろう付け装置。

【請求項9】

前記加熱部は、大気雰囲気、大気圧下で、加熱を行うように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のろう付け装置。

【請求項10】

複数部品からなる組立体のろう付け方法であって、
複数の被接合部材の接合面間にろう材を介在させた前記組立体を、ステージに配置する工程と、
前記ステージに配置された前記組立体を加圧治具により前記ステージに向けて加圧する工程と、
加圧状態の前記組立体を、前記ろう材を溶融させる所定温度に加熱する工程と、
加圧状態の前記組立体を前記所定温度に加熱した状態で、前記ステージおよび前記加圧治具の少なくとも一方に対して超音波振動を印加する工程と、を備え、
前記超音波振動を印加する工程において、前記超音波振動によって前記ステージと前記加圧治具とを相対振動させることにより、前記組立体を構成する前記複数の被接合部材の前記接合面における酸化皮膜を除去する、組立体のろう付け方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ろう付け装置および組立体のろう付け方法に関し、特に、超音波振動を利用してろう付けを行うろう付け装置および組立体のろう付け方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超音波振動を利用してろう付けを行うろう付け方法が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。

【0003】

上記特許文献１では、嵌合させた２つのパイプの嵌合部をろう付けする際に、一方のパイプに超音波振動発生器の振動子を接続し、嵌合部をガス炎の熱によってろう付け温度まで加熱し、超音波振動発生器を作動させて嵌合部を超音波振動させながら、フラックス成分を含有したワイヤー状のろう材を用いて嵌合部をろう付けする、ろう付け方法が開示されている。上記特許文献１では、超音波振動によって、フラックス含有ろう材をろう付け予定部に流れ込ませること、ろう材中のフラックスを排出すること、といった作用が得られることが記載されている。

【0004】

上記特許文献２では、２つのアルミニウム材の接合面間にろう材を介在させ、接合面同士を押し付ける方向に向けて両方のアルミニウム材を加圧し、一方のアルミニウム材に超音波振動を付与して接合面の酸化皮膜を除去しつつ、これと同時に各アルミニウム材とろう材との間に摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によりろう材を溶融させて２つのアルミニウム材をろう付けする、ろう付け方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２－８６２６４号公報

【特許文献2】特開平５－３２９６２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献１および上記特許文献２のように、超音波振動を利用したろう付けの手法は、比較的小型、単純形状の部材間のろう付けに限られて用いられていた。比較的大型、複雑な組立体の場合、複雑構造の組立体の各接合面に、効果的に超音波振動を付与する手段がないことが一因として挙げられる。

【0007】

そのような比較的大型、複雑な組立体のろう付けにおいては、従来、大型の加熱、排気設備を用いた真空加熱ろう付け法か、酸化皮膜を化学的に除去するフラックスを用いたろう付け法が用いられている。これらのろう付け法は、大型設備が必要であったり、フラックスが必要で接合材料が制限されたりするため、超音波振動を利用したろう付け法を、比較的大型、複雑な組立体においても適用可能とすることが望まれている。

【0008】

この発明は、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、この発明の１つの目的は、比較的大型、複雑な組立体においても適用可能な超音波振動を利用したろう付け装置および組立体のろう付け方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、組立体自体に超音波振動を直接印加するのではなく、組立体を支持するステージと組立体を加圧する加圧治具との間で超音波振動による相対振動を生じさせることによって、組立体を構成する各部品の接触を誘発して接合面の酸化皮膜を効果的に除去できることを発見した。この知見に基づき、第１発明によるろう付け装置は、複数の被接合部材の接合面間にろう材を介在させた組立体を支持するステージと、ステージに支持された組立体をステージに向けて加圧する加圧治具と、組立体を加熱することにより、組立体のろう材を溶融させる所定温度に加熱する加熱部と、ステージおよび加圧治具の少なくとも一方に対して超音波振動を印加する振動印加部と、を備え、振動印加部は、加圧状態の組立体を所定温度に加熱した状態で、ステージと加圧治具とを相対振動させることにより、複数の被接合部材の接合面における酸化皮膜を除去するように構成されている。

【0010】

なお、本発明における「超音波振動」とは、高い振動数（周波数）をもつ弾性振動波であり、一般に超音波振動子、超音波振動発生器といった装置によって生成可能な周波数帯域の振動を意味する広い概念である。超音波の定義の１つとして、人間の可聴領域外の振動数（約２０ｋＨｚ以上）という定義が知られているが、本発明では、超音波振動の周波数は、２０ｋＨｚ未満の周波数を含むものとする。たとえば、本発明の超音波振動は、１０ｋＨｚ以上５００ＫＨｚ以下の振動を含む概念である。

【0011】

第１発明によるろう付け装置では、上記のように、ステージおよび加圧治具の少なくとも一方に対して超音波振動を印加する振動印加部を備え、振動印加部は、加圧状態の組立体を所定温度に加熱した状態で、ステージと加圧治具とを相対振動させることにより、複数の被接合部材の接合面における酸化皮膜を除去するように構成されている。これにより、ステージと加圧治具との間の相対振動によって組立体を構成する複数の被接合部材の間で衝突を生じさせることで、接合面の酸化皮膜を除去することができる。組立体の全体が振動するため、複数（多数）の接合箇所があるような比較的大型で複雑な組立体の場合でも、それらの接合面の酸化皮膜を効果的に除去することができる。ろう材による接合を妨げる酸化皮膜が除去されるので、加熱により溶融したろう材によって、複数の被接合部材の間の接合が実現できる。これにより、比較的大型、複雑な組立体においても適用可能な超音波振動を利用したろう付けが実現される。

【0012】

上記第１発明において、好ましくは、振動印加部は、超音波振動の印加により、ステージおよび加圧治具の少なくとも一方である加振対象を共振振動させるように構成されている。このように構成すれば、共振現象を利用することによって、より少ないエネルギーで、接合面の酸化皮膜を除去するのに有効な大きな振幅の相対振動を効率的に発生させることができる。

【0013】

この場合、好ましくは、組立体は、組立体の内部に接合面が配置されるように、複数の被接合部材を積層した構造を有し、振動印加部は、複数の被接合部材が積層された方向に沿った方向の超音波振動を印加するように構成されている。このように構成すれば、振動による変位の方向と、複数の被接合部材が積層された方向（つまり、接合面同士が向かい合う方向）とを、一致させることができる。これにより、ステージと加圧治具との相対振動に伴って、接合面を効果的に衝突させることができるので、接合面の酸化皮膜を効果的に除去することができる。

【0014】

上記複数の被接合部材が積層された方向に沿った方向の超音波振動を印加する構成において、好ましくは、加圧治具は、ステージ上に配置された組立体上に配置され、自重によって組立体を加圧するように構成されている。これにより、加圧治具をステージ以外の物体に取り付ける場合と比べて、振動の減衰を抑制できるので、ステージと加圧治具との相対振動を容易に発生させることができる。

【0015】

上記第１発明において、好ましくは、加熱部は、ステージ、組立体および加圧治具を内部に収容する炉室を有し、炉室内を加熱するように構成され、かつ、炉室の一部に開口を有し、振動印加部は、炉室の外部に配置された振動子と、振動子に接続され、開口を介して炉室の内部に挿入される振動伝達部材とを含む。このように構成すれば、ろう材を溶融させる所定温度に加熱される炉室の外部に振動子を配置しながら、振動伝達部材を介して、炉室内の加振対象に超音波振動を印加することができる。このため、振動子が許容されない高温に曝されることが回避できる。たとえば加熱部の加熱温度（所定温度）が数百℃に達する場合には、炉室内で振動子を使用することはできないが、上記構成によれば、そのような高温条件でも超音波振動を印加することが可能となる。

【0016】

この場合、好ましくは、加熱部は、炉室の下面に開口を有し、振動伝達部材は、炉室の下方から開口を介して炉室の内部に挿入され、ステージの下面と当接するように構成されている。このように構成すれば、ステージ、組立体および加圧治具が炉室内に配置される場合でも、簡素な構成で、ステージに対して超音波振動を印加することができる。

【0017】

上記振動伝達部材が炉室の下方からステージの下面と当接する構成において、好ましくは、振動伝達部材は、組立体が配置されたステージを支持するように構成されている。このように構成すれば、振動伝達部材が、振動子で発生した振動をステージへ伝達する機能だけでなく、炉室内でステージを支持する機能を果たすようになる。このため、炉室内にステージを支持する構造を別途設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。さらに、振動伝達部材のみでステージを支持する場合には、他の部材との接触によりステージの振動を減衰させることがないので、より効率的に、ステージを振動させることができる。

【0018】

上記第１発明において、好ましくは、所定温度は、ろう材が半溶融して固液共存状態となる温度である。つまり、ろう材が完全に液相となるよりも低い温度に所定温度が設定される。このように構成すれば、ステージと加圧治具との相対振動によって組立体内の各部材を衝突させる状況下では、ろう材を強制的に流動させることが可能であるため、ろう材が完全な液相となって過度な流動性を得る前の固液共存状態とすることで、相対振動を考慮した適度な流動状態を形成できる。

【0019】

上記第１発明において、好ましくは、加熱部は、大気雰囲気、大気圧下で、加熱を行うように構成されている。上記の通り、超音波振動の印加によって接合面の酸化皮膜を除去できるので、真空ろう付け法を用いることなく大気雰囲気、大気圧下でろう付けを行うことができる。これにより、比較的大型で複雑な組立体のろう付けを行う場合でも、大型の加熱、排気設備を設ける必要がないため、装置構成を簡素化および小型化できる。

【0020】

第２発明による組立体のろう付け方法は、複数部品からなる組立体のろう付け方法であって、複数の被接合部材の接合面間にろう材を介在させた組立体を、ステージに配置する工程と、ステージに配置された組立体を加圧治具によりステージに向けて加圧する工程と、加圧状態の組立体を、ろう材を溶融させる所定温度に加熱する工程と、加圧状態の組立体を所定温度に加熱した状態で、ステージおよび加圧治具の少なくとも一方に対して超音波振動を印加する工程と、を備え、超音波振動を印加する工程において、超音波振動によってステージと加圧治具とを相対振動させることにより、組立体を構成する複数の被接合部材の接合面における酸化皮膜を除去する。

【0021】

第２発明による組立体のろう付け方法では、上記のように、加圧状態の組立体を所定温度に加熱した状態で、ステージおよび加圧治具の少なくとも一方に対して超音波振動を印加する工程を備え、超音波振動を印加する工程において、超音波振動によってステージと加圧治具とを相対振動させることにより、組立体を構成する複数の被接合部材の接合面における酸化皮膜を除去する。これにより、上記第１発明と同様に、ステージと加圧治具との間の相対振動によって、ステージ上の組立体を構成する複数の被接合部材の間で衝突を生じさせ、接合面の酸化皮膜を除去することができるので、加熱により溶融したろう材によって、複数の被接合部材の間の接合が実現できる。これにより、比較的大型、複雑な組立体においても適用可能な超音波振動を利用したろう付けが実現される。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、上記のように、比較的大型、複雑な組立体においても適用可能な超音波振動を利用したろう付け装置および組立体のろう付け方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施形態のろう付け装置を示した模式的な縦断面図である。

【図2】ステージおよび加圧治具の模式的な平面図である。

【図3】組立体の一例を示した模式的な縦断面図である。

【図4】振動印加部による加振入力とステージおよび加圧治具の相対振幅との関係を示したグラフである。

【図5】ステージおよび加圧治具の相対振動を説明するための模式図である。

【図6】本実施形態の組立体のろう付け方法を示したフロー図である。

【図7】加熱部による組立体の温度変化と振動印加タイミングとを説明するためのグラフである。

【図8】加振入力に対するステージおよび加圧治具の相対振幅の関係を調べた実験結果を示したグラフである。

【図9】実施例における組立体の温度変化のグラフである。

【図10】実施例における接合強度と加振エネルギーとの関係を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0025】

図１～図７を参照して、一実施形態によるろう付け装置１００およびろう付け方法について説明する。ろう付け装置１００は、複数の部材をろう付けにより接合する装置である。ろう付けは、ろう材を溶融させ、溶融したろう材を接着剤として用いることにより、複数の部材を接合させる接合方法である。ろう付けは、接合させる部材よりも融点の低い合金（ろう材）を用いることで、接合させる部材を積極的に溶融させることなく部材同士を接合する接合方法である。

【0026】

以下では、水平面内において、互いに略直交する２つの方向を、それぞれＸ方向およびＹ方向とする。水平面（Ｘ－Ｙ平面）と略直交する上下方向を、Ｚ方向とする。なお、Ｚ方向は重力方向と平行で、下方向に重力が作用するものとする。

【0027】

（ろう付け装置）
本実施形態のろう付け装置１００は、複数の部品からなる組立体ＡＳのろう付けを行う。組立体ＡＳは、別個独立した複数の被接合部材１１０を含む。組立体ＡＳ（図３参照）は、複数の被接合部材１１０の接合面１３０間にろう材１２０を介在させるように組み立てられた構造を有する。本実施形態では、組立体ＡＳの構造、形状、および部品（被接合部材１１０）の構成材料は、特に限定されない。本実施形態のろう付け装置１００は、比較的大型で、組立体ＡＳの内部に接合部が複数、分散して存在する複雑構造の組立体ＡＳのろう付けに特に適している。また、本実施形態のろう付け装置１００は、強固な酸化皮膜を形成するアルミニウム材（アルミニウムまたはアルミニウム合金）のろう付けに特に適している。

【0028】

図１に示すように、ろう付け装置１００は、ステージ１０と、加圧治具２０と、加熱部３０と、振動印加部４０と、を備える。

【0029】

ステージ１０は、組立体ＡＳの支持部材である。ステージ１０は、複数の被接合部材１１０の接合面１３０（図３参照）間にろう材１２０を介在させた組立体ＡＳを支持するように構成されている。ステージ１０は、組立体ＡＳが載置される上面１１と、上面１１とは反対側の下面１２とを有する。上面１１および下面１２は、概ね水平面に沿った平坦面である。図１の例では、ステージ１０は、平板状形状を有する。図２の例では、ステージ１０は、平面視で矩形形状を有する。ステージ１０は、予め設定された所定の固有振動数（共振周波数）を有する。以下、便宜的に、ステージ１０の共振周波数を「共振周波数ｆｃ」と呼ぶ。ステージ１０には、共振周波数ｆｃを調整するためのリブ１３が設けられ得る。

【0030】

ステージ１０の上面１１の中央に、組立体ＡＳが配置される。本実施形態では、組立体ＡＳは、組立体ＡＳの内部に接合面１３０が配置されるように、複数の被接合部材１１０を積層した構造を有している。そのような構造を有する組立体ＡＳの具体例として、図３に、プレートフィン型の熱交換器を示す。

【0031】

図３の例では、組立体ＡＳは、凹状の第１部材１１１と平板状の第２部材１１２と、波板状のフィン部材１１３と、を被接合部材１１０として含む。第１部材１１１は底面および側面を有し、上方が開放されている。第２部材１１２は、第１部材１１１の各側面上に跨がるように配置され、第１部材１１１の凹部を覆う。第２部材１１２の外周部が、第１部材１１１の各側面の上端にそれぞれ設けられた段差部１１１ａによって支持されている。第１部材１１１および第２部材１１２により区画された凹部内の空間が、流体を流通させる流路となる。フィン部材１１３は、第１部材１１１の凹部内に配置されている。第１部材１１１の内底面とフィン部材１１３の下面との間に、シート状のろう材１２０が設けられている。また、第２部材１１２の下面と、第１部材１１１の段差部１１１ａおよびフィン部材１１３の上面との間に、別のろう材１２０が設けられている。

【0032】

この例では、下側から上側に向けて、第１部材１１１、フィン部材１１３および第２部材１１２が、この順でＺ方向に積層されている。第１部材１１１の内底面と、フィン部材１１３の下面とが、ろう材１２０によって互いに接合される接合面１３０である。第２部材１１２の下面と、第１部材１１１の段差部１１１ａの底面およびフィン部材１１３の上面とが、ろう材１２０によって互いに接合される接合面１３０である。第１部材１１１、第２部材１１２およびフィン部材１１３は、たとえばアルミニウム合金により構成されている。ろう材１２０は、たとえばＡｌ－Ｓｉ系材料からなる。ろう材１２０の融点は、第１部材１１１、第２部材１１２およびフィン部材１１３の融点よりも低い。なお、ろう材１２０は、アルミニウム合金の心材の表裏両面にＡｌ－Ｓｉ系材料（ろう材）を形成したクラッド材である。また、ろう材１２０は、フラックスを含有しない、ノンフラックス材料である。

【0033】

図１に戻り、加圧治具２０は、ステージ１０に支持された組立体ＡＳをステージ１０に向けて加圧するように構成されている。加圧治具２０は、ステージ１０上に配置された組立体ＡＳ上に配置され、自重によって組立体ＡＳを加圧するように構成されている。加圧治具２０は、組立体ＡＳと接触する加圧板２１を含む。加圧板２１は、組立体ＡＳの上面上に設置され、下面において組立体ＡＳと接触する。加圧板２１は、組立体ＡＳの上面よりも大きな平面形状を有する。加圧板２１は、Ｘ方向の幅およびＹ方向の幅が、それぞれ組立体ＡＳのＸ方向の幅およびＹ方向の幅よりも大きい。加圧板２１は、組立体ＡＳの最上面の略全体と実質的に面接触し、組立体ＡＳの上面を均一に加圧する。

【0034】

加圧治具２０の重量（すなわち、加圧力）は、組立体ＡＳを接合するのに適した値となるように、設定されている。加圧治具２０の重量は、組立体ＡＳにおける接合面積などに応じて設定される。加圧治具２０は、加圧力を調整するための重量調整部材２２（つまり、錘）を含みうる。重量調整部材２２は、平板形状を有し、加圧板２１の上面側に設置されている。加圧治具２０は、調整する重量に応じて、１つ以上の重量調整部材２２を含み得る。重量調整部材２２を設けずに、単一の加圧板２１だけで所望の重量を有するように設計してもよい。加圧板２１と重量調整部材２２とを別個に設ける場合には、組立体ＡＳの種類に応じて加圧治具２０を専用設計することなく、様々な加圧力を容易に実現できる。

【0035】

加圧治具２０は、位置決め部材２３を介して、ステージ１０に対して相対振動可能な状態で、ステージ１０と連結されている。位置決め部材２３は、加圧治具２０とステージ１０とを接続する軸部材であり、図１および図２の例ではボルトである。具体的には、ステージ１０、加圧板２１および重量調整部材２２に、それぞれ、貫通孔１０ａ、貫通孔２１ａおよび貫通孔２２ａが設けられている。これらの貫通孔１０ａ、貫通孔２１ａおよび貫通孔２２ａは、水平面内（Ｘ－Ｙ面内）の位置が互いに一致している。位置決め部材２３は、加圧治具２０（重量調整部材２２）の上面側から貫通孔２２ａ、貫通孔２１ａおよび貫通孔１０ａを通過して、ステージ１０の下面１２よりも下側まで延びている。位置決め部材２３のうち、ステージ１０の下面１２側に位置するネジ部に、抜け止めとしてのナット２４が装着されている。図２に示すように、貫通孔１０ａ、貫通孔２１ａおよび貫通孔２２ａは、組立体ＡＳに対してＹ方向の両側に、１組ずつ（一対）設けられている。位置決め部材２３は、貫通孔１０ａ、貫通孔２１ａおよび貫通孔２２ａの各組に対応して、一対（２つ）設けられている。

【0036】

この位置決め部材２３により、加圧治具２０とステージ１０との水平方向の位置ずれが規制されている。なお、図１において、位置決め部材２３の軸部の外径は、各貫通孔１０ａ、貫通孔２１ａおよび貫通孔２２ａの内径よりも小さい。また、位置決め部材２３のナット２４は、ステージ１０の下面１２から下方に離隔しており、ステージ１０の下面１２とは非接触となる。言い換えると、ボルトである位置決め部材２３の頭部２３ａとナット２４との間隔が、加圧治具２０の上面からステージ１０の下面１２までの距離よりも大きい。このため、加圧治具２０とステージ１０とが相対振動可能である。位置決め部材２３は、加圧治具２０およびステージ１０の水平面内（Ｘ－Ｙ面内）の位置が大きくずれないように、加圧治具２０とステージ１０とを相対振動可能な状態で連結する。

【0037】

図１に示すように、加熱部３０は、組立体ＡＳを加熱することにより、組立体ＡＳのろう材１２０を溶融させる所定温度に加熱するように構成されている。本実施形態では、加熱部３０は、加熱炉である。すなわち、加熱部３０は、ステージ１０、組立体ＡＳおよび加圧治具２０を内部に収容する炉室３１を有し、炉室３１内を加熱するように構成されている。具体的には、加熱部３０は、発熱源としてのコイル３２を有している。コイル３２が、炉室３１を構成する隔壁に設けられている。コイル３２に通電することによって生じる熱により、炉室３１内が、所定温度に加熱される。その結果、炉室３１内に収容されたステージ１０、ろう材１２０を含む組立体ＡＳおよび加圧治具２０の全てが所定温度まで加熱される。

【0038】

炉室３１は、上面、下面、前後側面および左右側面を有する箱体であり、外部から区画された内部空間を構成する。炉室３１のいずれかの側面の一部または全部が開閉可能であり、組立体ＡＳを出し入れできる。本実施形態では、炉室３１は、振動印加部４０を炉室３１の外部から炉室３１の内部にアクセスさせることが可能に構成されている。すなわち、炉室３１の一部に開口３１ａが設けられている。この開口３１ａに、振動印加部４０の後述する振動伝達部材４２が挿通されている。本実施形態では、加熱部３０は、炉室３１の下面に開口３１ａを有している。開口３１ａは、振動伝達部材４２の水平断面形状よりも一回り大きい形状を有し、振動伝達部材４２と炉室３１（開口３１ａの内周面）とは非接触状態に維持されている。

【0039】

このように、本実施形態の加熱部３０では、炉室３１の内部と炉室３１の外部とが、開口３１ａを介して部分的に連通している。本実施形態では、加熱部３０は、大気雰囲気、大気圧下で、加熱を行うように構成されている。ここでいう大気雰囲気は、ろう付け装置１００が設置されている環境の雰囲気であり、ガス供給源などにより特段のガス雰囲気となるように調整されないことを意味する。同様に、ここでいう大気圧は、ろう付け装置１００が設置されている環境の大気圧であり、排気装置などにより特段の圧力となるように調整されないことを意味する。

【0040】

ろう付けを行う際、加熱部３０は、炉室３１内を上記の所定温度まで加熱する。所定温度は、ろう材１２０の溶融開始温度以上であり、組立体ＡＳの構成材料の溶融開始温度未満の温度である。所定温度は、ろう材１２０の融点に応じて設定される。本実施形態では、所定温度は、ろう材１２０が半溶融して固液共存状態となる温度である。本実施形態では、高温条件でのろう付けに適しており、所定温度は、たとえば３００℃以上でありうる。

【0041】

振動印加部４０は、ステージ１０および加圧治具２０の少なくとも一方に対して超音波振動を印加するように構成されている。振動印加部４０は、ステージ１０および加圧治具２０の一方のみを加振してもよいし、ステージ１０および加圧治具２０の両方を加振してもよいが、図１の例では、振動印加部４０は、ステージ１０に対して超音波振動を印加する（加振する）ように構成されている。

【0042】

振動印加部４０は、振動を発生する振動子４１と、振動子４１により発生した振動を加振対象（ステージ１０）に伝達する振動伝達部材４２とを含む。

【0043】

振動子４１は、圧電素子を含む。振動子４１の構造は特に限定されないが、本実施形態では、振動子４１は、ランジュバン型振動子である。ランジュバン型振動子は、厚さ方向に分極した圧電素子４１ａを、その両端から金属ブロック４１ｂで挟み込んだ構造を有し、金属ブロック４１ｂを含めた全長の調整により所定の周波数で共振するように構成されている。

【0044】

振動伝達部材４２は、一端が振動子４１に接続され、他端が加振対象（ステージ１０）と当接するように設けられている。振動伝達部材４２は、特に限定されないが、本実施形態では、振動伝達部材４２は、いわゆる超音波ホーンである。超音波ホーンは、振動子４１と同じ共振周波数を有するように設計されており、一端よりも他端の断面積が小さい。これにより、超音波ホーンは、一端における振動子４１の振幅を、他端において増幅して出力する。図２に示したように、振動伝達部材４２は、ステージ１０の中央部（組立体ＡＳの直下の位置）と当接している。

【0045】

図１に戻り、振動印加部４０は、複数の被接合部材１１０が積層された方向に沿った方向の超音波振動を印加するように構成されている。すなわち、本実施形態では、組立体ＡＳの被接合部材１１０（第１部材１１１、フィン部材１１３および第２部材１１２）がＺ方向に沿って積層されており、印加される超音波振動はＺ方向の振動である。つまり、振動伝達部材４２の他端がＺ方向に周期的に変位することにより、ステージ１０にＺ方向の超音波振動が印加される。

【0046】

ここで、圧電素子を含む振動子４１は、ろう付け温度に耐えられる耐熱性能を有していないことがある。たとえば組立体ＡＳが高温で使用される熱交換器の場合、ろう材１２０も高融点材料が用いられ、融点は数百℃となる。炉室３１内の所定温度が振動子４１の使用温度範囲の外部にある場合、振動子４１を炉室３１内に設置することは困難である。

【0047】

そこで、本実施形態では、振動子４１は、炉室３１の外部に配置されており、振動伝達部材４２は、開口３１ａを介して炉室３１の内部に挿入されている。なお、本実施形態のステージ１０、加圧治具２０（加圧治具２０の各構成部材）および振動伝達部材４２は、いずれもステンレス鋼材など、融点が炉内温度（所定温度）よりも十分に高い材料によって構成されている。

【0048】

図１の例では、振動伝達部材４２は、炉室３１の下方から開口３１ａを介して炉室３１の内部に挿入され、ステージ１０の下面１２と当接するように構成されている。そして、振動伝達部材４２は、組立体ＡＳが配置されたステージ１０を支持するように構成されている。このように、本実施形態の振動伝達部材４２は、振動子４１の振動を加振対象であるステージ１０に伝達する機能を有するだけでなく、炉室３１内のステージ１０、組立体ＡＳおよび加圧治具２０の全重量を支持する支持部材としての機能を有する。振動伝達部材４２の他端は、図示しないボルトなどによってステージ１０に固定されている。そのため、振動伝達部材４２の他端は、ステージ１０と一体的に振動する。炉室３１内において、ステージ１０、組立体ＡＳおよび加圧治具２０は、振動伝達部材４２以外の他の部材と非接触である。これにより、振動伝達部材４２の振動が、減衰することなく効率的にステージ１０へ伝達される。

【0049】

本実施形態では、振動印加部４０は、加圧状態の組立体ＡＳを所定温度に加熱した状態で、ステージ１０と加圧治具２０とを相対振動させることにより、複数の被接合部材１１０の接合面１３０における酸化皮膜を除去するように構成されている。相対振動とは、ステージ１０と加圧治具２０との一方を基準としたとき、他方が周期的な相対変位（つまり振動）を生じることである。

【0050】

本実施形態では、振動印加部４０は、超音波振動の印加により、ステージ１０および加圧治具２０の少なくとも一方である加振対象を共振振動させるように構成されている。本実施形態では、超音波振動の印加により、ステージ１０が共振振動する。ここで、振動印加部４０は、振動子４１および振動伝達部材４２の共振によって、所定の共振周波数の超音波振動を発生する。この振動印加部４０の共振周波数は、上記ステージ１０の共振周波数ｆｃと略一致するように設定されている。言い換えると、振動印加部４０の共振周波数と略一致する共振周波数ｆｃを有するようにステージ１０が設計されている。なお、加圧治具２０の共振周波数は、ステージ１０の共振周波数ｆｃとは異なる。

【0051】

図４は、振動印加部４０（振動子４１）への入力電力（横軸）と、ステージ１０と加圧治具２０との間の相対振幅（縦軸）との関係を示したグラフである。振動印加部４０への入力電力は、ステージ１０へ印加する加振力の大きさを示す。超音波振動の印加開始直後などの加振力が小さい状態では、ステージ１０の振幅が小さく、ステージ１０と加圧治具２０（および組立体ＡＳ）とが一体で振動する。加振力を増大させると、ある値Ｅ以上では相対振幅が急激に増大する共振状態となる。つまり、ステージ１０が、それまで一体的に振動していた加圧治具２０を振り切って、加圧治具２０とは別個に振動するようになる。そうすると、加振力の周波数がステージ１０の共振周波数ｆｃと略一致するので、共振によりステージ１０の振幅が急激に増大する。その結果、ステージ１０が共振状態にある状況では、図５の波点線で模式的に示したように、ステージ１０の振動モードＶｍ１と、加圧治具２０の振動モードＶｍ２とが異なる振動モードとなる。

【0052】

このようにして、振動印加部４０からの超音波振動の印加により、ステージ１０と加圧治具２０とがそれぞれ別個に、Ｚ方向に振動する。その結果、ステージ１０と加圧治具２０とに挟まれた組立体ＡＳの各被接合部材１１０の接合面１３０に衝突が生じて、接合面１３０に形成されていた酸化皮膜が除去される。これにより、酸化皮膜が除去された接合面１３０に、溶融したろう材１２０が密着するよう（いわゆる濡れた状態）になる。

【0053】

なお、加圧状態の組立体ＡＳを所定温度に加熱した状態で、振動印加部４０による超音波振動の印加が開始された後、加熱部３０は、加熱を停止して炉室３１の温度を低下させる。炉室３１内の温度が低下することに伴ってろう材１２０が硬化することにより、被接合部材１１０の接合が完了する。

【0054】

（組立体のろう付け方法）
次に、図６および図７を参照して、組立体ＡＳのろう付け方法を説明する。組立体ＡＳのろう付け方法は、複数部品からなる組立体ＡＳのろう付け方法である。

【0055】

図６に示すように、組立体ＡＳのろう付け方法は、少なくとも、以下のＳ１～Ｓ４の工程を備える。
Ｓ１：複数の被接合部材１１０の接合面１３０間にろう材１２０を介在させた組立体ＡＳを、ステージ１０に配置する工程。
Ｓ２：ステージ１０に配置された組立体ＡＳを加圧治具２０によりステージ１０に向けて加圧する工程。
Ｓ３：加圧状態の組立体ＡＳを、ろう材１２０を溶融させる所定温度に加熱する工程。
Ｓ４：加圧状態の組立体ＡＳを所定温度に加熱した状態で、ステージ１０および加圧治具２０の少なくとも一方に対して超音波振動を印加する工程。なお、本実施形態では、上記の通り、ステージ１０のみに超音波振動を印加する例を示す。

【0056】

まず、組立体ＡＳをステージ１０に配置する工程Ｓ１において、組立体ＡＳが、炉室３１内のステージ１０の上面１１の所定位置に配置される。そして、加圧する工程Ｓ２において、ステージ１０上に配置された組立体ＡＳの上に加圧治具２０が配置される。この結果、加圧治具２０の自重により、組立体ＡＳが所定の加圧力で加圧される。この際、図１に示したように、位置決め部材２３が取り付けられることによって、加圧治具２０とステージ１０とが相対振動可能に連結される。工程Ｓ１および工程Ｓ２は、上記の通り、炉室３１の側面の一部を開放して炉室３１内にアクセス可能な状態にすることで実施される。工程Ｓ１および工程Ｓ２の後、炉室３１の側面が閉じられ、炉室３１内が加熱可能な状態とされる。

【0057】

組立体ＡＳを加熱する工程Ｓ３では、加熱部３０によって、組立体ＡＳが加熱される。すなわち、通電により炉室３１内のコイル３２を発熱させ、炉室３１内の温度を上昇させることによって、組立体ＡＳが加熱される。炉室３１内は、室温付近から、ろう材１２０を溶融させる所定温度まで加熱される。図７は、加熱開始からの経過時間（横軸）に伴う炉内温度（縦軸）の制御例を示したグラフである。加熱部３０は、加熱開始から時間Ｔ１の間に、所定温度ｔｂまで炉内温度を増加させる。加熱部３０は、炉内温度が所定温度ｔｂに近付く期間Ｔ１ａでは、温度変化を小さくし、所定温度ｔｂに対して漸近させてもよい。このため、炉内温度と組立体ＡＳ（ろう材１２０）の温度とは、実質的に等しくなる。加熱部３０は、時間Ｔ１において、炉内温度を所定温度ｔｂに到達させる。これにより、加熱部３０は、組立体ＡＳ内のろう材１２０を半溶融の固液共存状態にする。

【0058】

図６に戻り、超音波振動を印加する工程Ｓ４では、振動印加部４０によって、ステージ１０に対して超音波振動が印加される。すなわち、振動子４１に駆動電力を入力することにより、振動子４１が振動を発生し、発生した振動が振動伝達部材４２を介してステージ１０に伝達される。本実施形態では、超音波振動を印加する工程Ｓ４において、超音波振動によってステージ１０と加圧治具２０とを相対振動させることにより、組立体ＡＳを構成する複数の被接合部材１１０の接合面１３０における酸化皮膜を除去する。

【0059】

具体的には、振動印加部４０は、図７に示したように、時間Ｔ１から、所定の時間Ｔ２の間に、振動子４１に対する入力電力を値Ｅ（図４参照）以上となる所定値まで増大させることによって、ステージ１０に伝達される加振力を増大させる。これにより、図４に示したように、ステージ１０は共振状態となり、ステージ１０と加圧治具２０との相対振幅が急激に増大する。この結果、相対振動に起因して組立体ＡＳの被接合部材１１０（被接合部材１１０同士または被接合部材１１０とろう材１２０の心材）が衝突し、接合面１３０に形成された酸化皮膜が除去される。

【0060】

時間Ｔ２は、共振状態が発生するのに要する時間よりも大きい値に設定される。時間Ｔ２は、時間Ｔ１よりも十分に短い時間である。時間Ｔ２は、たとえば数秒から数十秒の範囲である。時間Ｔ２は、後述するように、重量当たりの印加エネルギーの大きさなどを考慮して設定されうる。なお、超音波振動を印加する工程Ｓ４の間、加熱部３０は、組立体ＡＳ（炉室３１内）を所定温度ｔｂに維持する。時間Ｔ２に達すると、振動印加部４０は、超音波振動の印加を停止する。

【0061】

図６の例では、組立体ＡＳのろう付け方法は、組立体ＡＳに対する超音波振動の印加および加熱を停止して、組立体ＡＳを非振動状態で冷却する工程Ｓ５を備える。図７の時間Ｔ２において、振動印加部４０が超音波振動の印加を停止するとともに、加熱部３０も炉室３１内の加熱を停止する。これにより、炉室３１内の温度が時間経過に伴って低下し、組立体ＡＳは、非振動状態で冷却される。組立体ＡＳの温度低下に伴って、組立体ＡＳ内の溶融していたろう材１２０が硬化する。これにより、組立体ＡＳ内の被接合部材１１０が硬化したろう材１２０によって相互に接合される。組立体ＡＳの温度が十分に低下することで、本実施形態のろう付け方法が完了する。

【0062】

（実施例）
ろう付け装置１００により本実施形態のろう付け方法を実際に実施した実施例（実験結果）について説明する。

【0063】

〈実験条件〉
図３に示した組立体ＡＳに対するろう付けを行った。加圧治具２０は、２５［Ｎ］の押圧力となるように重量を調整した。ステージ１０および加圧治具２０の総重量は４．６［ｋｇ］である。ステージ１０の共振周波数ｆｃは約１４．７［ｋＨｚ］であり、振動印加部４０が発生する超音波振動の周波数（すなわち、振動子４１および振動伝達部材４２の共振周波数）も同一である。

【0064】

〈実験結果１：共振振動〉
まず、非加熱状態で、振動印加部４０に対する入力電力を０［Ｗ］から増大させ、非共振状態から共振状態への遷移を確認した。複数のレーザー変位計によりステージ１０および加圧治具２０の各変位を計測し、同一時点におけるステージ１０および加圧治具２０の変位の差分から、相対振幅を求めた。計測は複数回行った。

【0065】

図８は実験結果１のグラフを示す。グラフの縦軸が相対振動の振幅［μｍ］を示し、横軸が入力電力［％］を示す。入力電力は、最大値に対するパーセンテージで示している。

【0066】

図８に示すように、実験環境においては、約３５［％］未満の入力電力では、ステージ１０および加圧治具２０の相対振動がごく僅か（５［μｍ］未満）であり、ステージ１０および加圧治具２０が概ね一体となって振動（同一周期、同一位相で振動）していることが分かる。入力電力が約３５［％］以上になると相対振幅が急激に増大した。相対振動の周波数成分を確認すると、約３５［％］以上の入力電力の範囲では、振幅が最大となる周波数成分が、ステージ１０の共振周波数ｆｃと一致していた。実験環境では、約３５［％］は、約２５０［Ｗ］に相当する。このため、値Ｅ＝約２５０［Ｗ］以上では、加振対象であるステージ１０が、共振状態となり、加圧治具２０の振動モードＶｍ２とは異なる振動モードＶｍ１で振動して、大きな相対振動が生じることが分かった。共振状態での相対振幅は、約５［μｍ］以上となった。

【0067】

これにより、振動印加部４０に対する入力電力の制御により、ステージ１０を共振させることが可能であり、ステージ１０および加圧治具２０を約５［μｍ］以上の振幅で相対振動させることが可能であることが分かった。

【0068】

〈実験結果２：ろう付け品質〉
振動印加部４０に対する入力電力を２５０［Ｗ］（約３５［％］）以上とする条件で、組立体ＡＳに対するろう付けを行ったのち、ろう付け後の組立体ＡＳに対する引張試験を行い、破断形態を確認した。ろう付けは、振動印加部４０から印加する超音波振動の加振エネルギー（入力電力×印加時間）を異ならせた複数のろう付け条件で実施した。引張試験では、組立体ＡＳの第１部材１１１と第２部材１１２とを互いに離れる方向（Ｚ方向）に引っ張り、破断（分離）時点の引張力の大きさを接合強度として算出した。

【0069】

ろう付けにおける温度の時間変化を図９に示す。縦軸が炉内温度［℃］、横軸が加熱開始からの経過時間［ｓｅｃ］である。使用したろう材１２０が半溶融となる温度として、所定温度ｔｂ＝５８０℃を設定し、時間Ｔ１＝約４８００［ｓｅｃ］、時間Ｔ２＝１５［ｓｅｃ］とした。

【0070】

図１０は実験結果のグラフを示す。グラフの縦軸が接合強度［Ｎ］を示し、横軸が加振エネルギー［Ｊ］を示す。図１０のグラフには、破断形態に応じて異なるマークでプロットをしている。第１の破断形態（フィン／ろう材）はフィン部材１１３とろう材１２０との間の接合箇所が破断した形態である。第２の破断形態（第２部材／ろう材）は、第２部材１１２とろう材１２０との間の接合箇所が破断した形態である。第３の破断形態（フィン）は、フィン部材１１３自体が破断した形態である。なお、第１部材１１１とろう材１２０との間の接合箇所が破断する形態も想定されるが、今回の実験においては確認されなかった。

【0071】

上記の破断形態のうち、第３の破断形態で破断に至ったものが、接合品質が高いと評価できる。接合部位での破断ではなく、組立体ＡＳの構成部品（フィン部材１１３）自体の破断であるため、接合箇所に十分な接合強度が確保されていると評価できるためである。

【0072】

なお、実際には、組立体ＡＳにおいて要求される接合強度が設計仕様として決まるため、ろう付けによる接合強度がその要求接合強度を超えていればよく、必ずしも接合強度が構成部品の破断強度を超える必要はない。

【0073】

図１０の実験結果からは、加振エネルギーが約２５００［Ｊ］以上の範囲で、良好な接合品質である第３の破断形態となる結果が得られた。以上からは、ステージ１０と加圧治具２０とを相対振動させた状態で、４．６［ｋｇ］の総質量に対して２５００［Ｊ］以上の振動エネルギーを印加することによって、良好なろう付けが可能となる結果が得られた。今回の実験結果からは、組立体ＡＳ、ステージ１０および加圧治具２０の総質量に対して、約５５０［Ｊ/ｋｇ］の加振エネルギーが、良好な接合品質を得るために印加すべき加振エネルギー条件の目安となり得る可能性が示された。

【0074】

なお、図示していないが、振動印加部４０による振動印加を行わない（加振エネルギーが０［Ｊ］）条件で、ろう付けを行った場合、接合強度は０［Ｎ］となり、接合ができないことが確認された。加振を行わない場合には、溶融したろう材１２０の濡れが接合面１３０に形成されないことが確認でき、接合面１３０における酸化皮膜が破壊されないことに起因すると考えられる。

【0075】

また、以上の実験結果から、本実施形態のろう付け方法により、複数部品からなる複雑構造の組立体ＡＳのろう付けを、大気雰囲気、大気圧下、ノンフラックスのろう材１２０を用いて実現可能であることが示された。

【0076】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0077】

本実施形態のろう付け装置１００およびろう付け方法では、上記のように、加圧状態の組立体ＡＳを所定温度に加熱した状態で、ステージ１０と加圧治具２０とを相対振動させることにより、複数の被接合部材１１０の接合面１３０における酸化皮膜を除去するので、ステージ１０と加圧治具２０との間の相対振動によって組立体ＡＳを構成する複数の被接合部材１１０の間で衝突を生じさせることで、接合面１３０の酸化皮膜を除去することができる。組立体ＡＳの全体が振動するため、複数（多数）の接合箇所があるような比較的大型で複雑な組立体ＡＳの場合でも、それらの接合面１３０の酸化皮膜を効果的に除去することができる。ろう材１２０による接合を妨げる酸化皮膜が除去されるので、加熱により溶融したろう材１２０によって、複数の被接合部材１１０の間の接合が実現できる。これにより、比較的大型、複雑な組立体ＡＳにおいても適用可能な超音波振動を利用したろう付けが実現される。この結果、超音波振動によって酸化皮膜の除去ができるので、フラックスなしで、比較的大型、複雑な組立体ＡＳのろう付けを実現できる。フラックスは、残差除去が必要になったり、接合可能な材料が限定されたりすることがあるため、フラックスなしでのろう付けは、製造工程の簡略化や材料選定の自由度向上の観点で有用である。

【0078】

また、本実施形態では、上記のように、振動印加部４０は、超音波振動の印加により、ステージ１０および加圧治具２０の少なくとも一方である加振対象を共振振動させるように構成されているので、共振現象を利用することによって、より少ないエネルギーで、接合面１３０の酸化皮膜を除去するのに有効な大きな振幅の相対振動を効率的に発生させることができる。

【0079】

また、本実施形態では、上記のように、組立体ＡＳは、組立体ＡＳの内部に接合面１３０が配置されるように、複数の被接合部材１１０を積層した構造を有し、振動印加部４０は、複数の被接合部材１１０が積層された方向に沿った方向の超音波振動を印加するように構成されているので、振動による変位の方向と、複数の被接合部材１１０が積層された方向（つまり、接合面１３０同士が向かい合う方向）とを、一致させることができる。これにより、ステージ１０と加圧治具２０との相対振動に伴って、接合面１３０を効果的に衝突させることができるので、接合面１３０の酸化皮膜を効果的に除去することができる。

【0080】

また、本実施形態では、上記のように、加圧治具２０は、ステージ１０上に配置された組立体ＡＳ上に配置され、自重によって組立体ＡＳを加圧するように構成されているので、加圧治具２０をステージ１０以外の物体に取り付ける場合と比べて、振動の減衰を抑制できるので、ステージ１０と加圧治具２０との相対振動を容易に発生させることができる。

【0081】

また、本実施形態では、上記のように、加熱部３０は、ステージ１０、組立体ＡＳおよび加圧治具２０を内部に収容する炉室３１を有し、炉室３１内を加熱するように構成され、かつ、炉室３１の一部に開口３１ａを有し、振動印加部４０は、炉室３１の外部に配置された振動子４１と、振動子４１に接続され、開口３１ａを介して炉室３１の内部に挿入される振動伝達部材４２とを含むので、ろう材１２０を溶融させる所定温度に加熱される炉室３１の外部に振動子４１を配置しながら、振動伝達部材４２を介して、炉室３１内の加振対象に超音波振動を印加することができる。このため、振動子４１が許容されない高温に曝されることが回避できる。たとえば加熱部３０の加熱温度（所定温度）が数百℃に達する場合には、炉室３１内で振動子４１を使用することはできないが、そのような高温条件でも超音波振動を印加することが可能となる。

【0082】

また、本実施形態では、上記のように、加熱部３０は、炉室３１の下面に開口３１ａを有し、振動伝達部材４２は、炉室３１の下方から開口３１ａを介して炉室３１の内部に挿入され、ステージ１０の下面１２と当接するように構成されているので、ステージ１０、組立体ＡＳおよび加圧治具２０が炉室３１内に配置される場合でも、簡素な構成で、ステージ１０に対して超音波振動を印加することができる。

【0083】

また、本実施形態では、上記のように、振動伝達部材４２は、組立体ＡＳが配置されたステージ１０を支持するように構成されているので、振動伝達部材４２が、振動子４１で発生した振動をステージ１０へ伝達する機能だけでなく、炉室３１内でステージ１０を支持する機能を果たすようになる。このため、炉室３１内にステージ１０を支持する構造を別途設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。さらに、振動伝達部材４２のみでステージ１０を支持する場合には、他の部材との接触によりステージ１０の振動を減衰させることがないので、より効率的に、ステージ１０を振動させることができる。

【0084】

また、本実施形態では、上記のように、所定温度は、ろう材１２０が半溶融して固液共存状態となる温度であるので、相対振動を考慮した適度な流動状態を形成できる。すなわち、ステージ１０と加圧治具２０との相対振動によって組立体ＡＳ内の各部材を衝突させる状況下では、ろう材１２０を強制的に流動させることが可能であるため、ろう材１２０が完全な液相となって過度な流動性を得る前の固液共存状態とすることで、相対振動を考慮した適度な流動状態が形成できる。

【0085】

また、本実施形態では、上記のように、加熱部３０は、大気雰囲気、大気圧下で、加熱を行うように構成されているので、真空ろう付け法を用いることなく大気雰囲気、大気圧下でろう付けを行うことができる。これにより、比較的大型で複雑な組立体ＡＳのろう付けを行う場合でも、大型の加熱、排気設備を設ける必要がないため、装置構成を簡素化および小型化できる。

【0086】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0087】

たとえば、上記実施形態では、振動印加部４０が、ステージ１０および加圧治具２０のうちステージ１０のみに超音波振動を印加する例を示したが、本発明はこれに限られない。本名発明では、振動印加部４０が、加圧治具２０のみに超音波振動を印加してもよい。振動印加部４０は、ステージ１０および加圧治具２０の両方に振動印加を行ってもよい。この場合、ステージ１０に超音波振動を印加する第１の振動印加部と、加圧治具２０に超音波振動を印加する第２の振動印加部と、を別々に設けてもよい。ステージ１０および加圧治具２０の両方に超音波振動を印加する場合、両者に相対振動が生じるように、印加する振動の周波数を互いに異ならせたり、同じ周波数でも位相を異ならせたりしてもよい。

【0088】

また、上記実施形態では、振動印加部４０が加振対象（ステージ１０）を共振振動させる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、振動印加部４０が加振対象を共振振動させなくてもよい。本発明では、組立体ＡＳ内の被接合部材１１０が衝突することで酸化皮膜を除去できる程度の相対振動がステージ１０および加圧治具２０の間で発生すればよく、非共振状態で相対振動させてもよい。ただし、図４、図８にも示した通り、非共振状態では、共振状態と比べて、同等の相対振幅を得るために必要なエネルギ－（入力電力）が非常に大きくなるので、エネルギー効率や振動印加部４０の小型化の観点では、共振振動を利用することが好ましいと言える。

【0089】

また、上記実施形態では、振動印加部４０が加振対象（ステージ１０）の共振周波数ｆｃと同じ振動数で加振を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。印加する超音波振動の周波数は、加振対象の共振周波数と異なっていてもよい。共振振動を誘発する観点では、超音波振動の周波数は、加振対象の共振周波数の近傍にすることが好ましく、加振対象の共振周波数の整数倍の周波数としてもよい。

【0090】

また、上記実施形態では、組立体ＡＳは、組立体ＡＳの内部に接合面１３０が配置されるように、複数の被接合部材１１０を積層した構造を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。上記の構造の組立体ＡＳは、超音波振動を用いた従来手法によるろう付けでは接合困難であり本発明によるろう付け方法が好適なだけであって、本発明によるろう付けは、どのような構造の組立体ＡＳに対しても適用できる。

【0091】

また、上記実施形態では、振動印加部４０が、複数の被接合部材１１０が積層された方向に沿った方向の超音波振動を印加する例を示したが、本発明はこれに限られない。超音波振動の振動方向は、積層された方向以外のどの方向でもよい。ただし、接合面１３０の衝突を誘発する観点では、積層方向に沿った振動を印加することが効果的である。

【0092】

また、上記実施形態では、加圧治具２０が、ステージ１０上に配置された組立体ＡＳ上に配置され、自重によって組立体ＡＳを加圧するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、加圧治具２０が自重以外の手段で組立体ＡＳを加圧してもよい。たとえば、加圧治具２０が、ばねなどの弾性部材を利用して組立体ＡＳを加圧してもよい。ただし、弾性部材はステージ１０と加圧治具２０との相対振動を減衰させる可能性があるので、減衰を低減し、より少ないエネルギーで相対振動を発生させる観点では、加圧治具２０の自重を利用することが有用である。

【0093】

また、上記実施形態では、加熱部３０は、ステージ１０、組立体ＡＳおよび加圧治具２０を内部に収容する炉室３１を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、加熱部３０の構造は特に限定されず、加熱部３０が炉室３１を有していなくてもよい。加熱部３０は、ガス炎により加熱を行うガストーチでもよい。炉室３１を有する加熱部３０は、燃焼炉、熱風発生器を備えた熱風炉、などでもよい。

【0094】

また、上記実施形態では、炉室３１の一部に開口３１ａを設け、炉室３１の外部に配置された振動子４１から、開口３１ａを介して炉室３１の内部に挿入される振動伝達部材４２によって、炉室３１内の加振対象に超音波振動を印加する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、炉室３１内の温度で振動子４１が動作可能であれば、振動子４１を炉室３１内に配置してもよい。また、炉室３１内に断熱処理をした振動子４１の収容室を設け、収容室に形成した開口を介して振動伝達部材４２を加振対象と接触させるようにしてもよい。振動伝達部材４２は、振動子４１の振動を伝達できればよく、超音波ホーンでなくてもよい。

【0095】

また、上記実施形態では、振動伝達部材４２が、組立体ＡＳが配置されたステージ１０を支持する例を示したが、本発明はこれに限られない。振動伝達部材４２はステージ１０を支持しなくてもよい。たとえばステージ１０の下面側に脚部を設けて炉室３１の内底面上に載置するか、炉室３１の内底面に支持部材を設けてステージ１０を支持してもよい。

【0096】

また、上記実施形態では、所定温度は、ろう材１２０が半溶融して固液共存状態となる温度である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、所定温度は、ろう材１２０が溶融する温度であればよく、ろう材１２０が完全な液相になる温度でもよい。所定温度は、たとえば相対振動の振幅と組立体ＡＳの構造（接合面間の隙間へのろう材１２０の回り込みやすさ）とに応じて、ろう材１２０が適切な流動性となる温度に設定することができる。

【0097】

また、上記実施形態では、加熱部３０が、大気雰囲気、大気圧下で、加熱を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、大気雰囲気以外のガス雰囲気下（たとえば、不活性ガス雰囲気など）で加熱を行ってもよいし、大気圧以外の圧力下で加熱を行ってもよい。

【0098】

また、上記実施形態では、組立体ＡＳが熱交換器である例を示したが、本発明はこれに限られない。組立体ＡＳはどのような物品であってもよい。

【0099】

また、上記実施形態では、振動印加部４０がランジュバン型振動子を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。振動印加部４０はどのような構造により超音波振動を発生してもよい。振動子４１は、ランジュバン型振動子以外であってもよい。

【0100】

また、上記実施形態において、所定温度、時間（加熱時間、振動印加時間）、入力電力、加振エネルギーなどの具体的な数値は、あくまでも例示であって、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。各数値は、組立体ＡＳおよびろう材１２０の材質（融点）、ステージ１０および加圧治具２０の総重量などに応じて適宜設定されればよい。

【符号の説明】

【0101】

１０ ステージ
１２ 下面
２０ 加圧治具
３０ 加熱部
３１ 炉室
３１ａ 開口
４０ 振動印加部
４１ 振動子
４２ 振動伝達部材
１００ ろう付け装置
１１０ 被接合部材
１２０ ろう材
１３０ 接合面
ＡＳ 組立体
ｔｂ 所定温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】