2025.05.09

◆ろう付けによる熱歪み対策

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はじめに

ろう付けは、金属部品を接合するための代表的な方法の一つで、母材を溶かすことなく低融点のろう材を加熱して溶かし、接合部に浸透させる技術です。主に銀ろうや銅ろうが用いられ、異種金属接合や精密部品の組立など、多くの産業で活用されています。

しかし、ろう付けの過程では加熱・冷却の工程が避けられず、この熱処理によって「熱歪み（ねつひずみ）」と呼ばれる現象が発生します。熱歪みは、製品の精度不良、組立不良、ひいては破損などの原因となるため、特に精密機器製造の現場では大きな問題となります。

本稿では、ろう付けにおける熱歪みの発生メカニズムと、製造現場で実践可能な対策について、技術者の視点から体系的に解説します。

金属を加熱すると、原子が振動し膨張します。ろう付けのように局所的な加熱が行われた場合、部品内部に温度差が生じ、部位ごとの膨張量が異なります。この不均一な膨張が、後の冷却過程で「歪み」として残り、形状の狂いを引き起こすのです。

特に航空機、医療機器、光学機器など、数ミクロン単位の精度が求められる現場では、わずかな熱歪みが致命的な不具合につながることも少なくありません。

以下は、ろう付け工程で熱歪みを引き起こしやすい要因です。

局部的な炎やヒーターによる偏った加熱は、部品の片側だけを膨張させ、応力を蓄積します。冷却時にこれが不均一に収縮することで歪みとなります。

水冷やファン冷却を過度に行うと、表面から急速に収縮が始まり、内部との膨張差により歪みが増幅されることがあります。

例えば、ステンレスと銅、鉄とアルミなど、熱膨張係数が異なる金属を接合すると、温度変化に応じて歪みが発生しやすくなります。

板厚が異なる部材を組み合わせた場合、熱容量の違いによって加熱速度や冷却速度がばらつき、局所的な変形を招きます。

熱歪みを最小限に抑えるためには、工程計画・治具設計・加熱制御など、多角的なアプローチが必要です。

真空ろう付けは、炉内を真空にして加熱・接合を行う手法です。これにより以下の効果が得られます：

デメリットとしては、装置が高額であり、準備工程や真空保持時間も長いため、コストや納期面での制約があります。しかし、精密機器や高信頼性部品では、その導入価値は非常に高いです。

歪みの実態を把握するために、接合後の寸法測定や形状解析を行い、以下のフィードバックを設計・工程に反映することが重要です。

これにより、製品の不良要因を「勘や経験」ではなく「データ」に基づいて改善できる体制が整います。

ろう付けにおける熱歪みは、接合工程の中でも特に注意が必要な課題です。加熱の偏り、冷却方法、部品設計などが複雑に関係するため、単一の対策では不十分です。ろう付け前の予熱、均一加熱、自然冷却、固定治具の最適化、さらには真空ろう付けといった高度技術を組み合わせることで、ようやく歪みの低減が実現されます。

また、現場での測定とフィードバックを通じて、常にプロセスを改善していくことが、安定した品質確保への鍵となります。今後のろう付け技術には、ますますの精度と再現性が求められる中で、こうした熱歪み対策の体系的理解と実践が不可欠となるでしょう。