JP2005088081A - ダイヤモンド工具を製作するためのアーチ型水素ガスろう付け装置及びろう付け方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ダイヤモンド工具を製作するためのアーチ型に形成された水素ガス雰囲気のろう付け装置及びろう付け方法を提供する。
【解決手段】ろう付け対象物を加熱する加熱手段が設けられた加熱ユニット１２０；ろう付け対象物が前記入口に移動される供給ユニット１１０；ろう付け対象物を冷却させる冷却手段が設けられた冷却ユニット１３０；前記供給ユニット、加熱ユニット及び冷却ユニットの炉芯管内部に設けられたコンベヤー１４１で前記ろう付け対象物を移動させる移動ユニット１４０；及び、前記各ユニット内で連結された炉芯管１１１，１２１，１３１の内部に水素ガスを供給する水素ガス供給ユニット１５０からなる装置でろう付けする。
【選択図】図１
【解決手段】ろう付け対象物を加熱する加熱手段が設けられた加熱ユニット１２０；ろう付け対象物が前記入口に移動される供給ユニット１１０；ろう付け対象物を冷却させる冷却手段が設けられた冷却ユニット１３０；前記供給ユニット、加熱ユニット及び冷却ユニットの炉芯管内部に設けられたコンベヤー１４１で前記ろう付け対象物を移動させる移動ユニット１４０；及び、前記各ユニット内で連結された炉芯管１１１，１２１，１３１の内部に水素ガスを供給する水素ガス供給ユニット１５０からなる装置でろう付けする。
【選択図】図１
Description
本発明はダイヤモンド工具を製作するためのろう付け装置に関する。より詳細には、アーチ型に形成された水素ガス雰囲気のろう付け装置に関するものである。
また、本発明はダイヤモンド工具のろう付け方法に関する。より詳細には、アーチ型に形成された水素ガス雰囲気のろう付け装置でダイヤモンド工具をろう付けする方法に関するものである。
また、本発明はダイヤモンド工具のろう付け方法に関する。より詳細には、アーチ型に形成された水素ガス雰囲気のろう付け装置でダイヤモンド工具をろう付けする方法に関するものである。
ダイヤモンド工具は、土木、建設及び石材産業で利用され、材料の切削、即ち、穿孔（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）、鋸引き（ｓａｗｉｎｇ）、及びその研磨（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）などのための各種工具として製作される。
図３は従来のダイヤモンド工具の斜視図であり、ダイヤモンド砥粒粉末１を粉末冶金法によりダイヤモンド焼結体２に成形した後、金属バルク３に接合したものである。
このようなダイヤモンド工具は、被削材の条件、機械条件及び作業条件によって、ダイヤモンド粒子を固定しているマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）の物性を調整するか、ダイヤモンド粒子の初期埋め込み量などを調整しなければならず、製造工程が長くなる。また、被削材の加工中にダイヤモンド焼結体の摩耗に伴ってダイヤモンド粒子が脱落するか、加工部位に残ってダイヤモンド焼結体の過度な磨耗を招いて、加工性能を低下させるという短所が存在する。
このようなダイヤモンド工具は、被削材の条件、機械条件及び作業条件によって、ダイヤモンド粒子を固定しているマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）の物性を調整するか、ダイヤモンド粒子の初期埋め込み量などを調整しなければならず、製造工程が長くなる。また、被削材の加工中にダイヤモンド焼結体の摩耗に伴ってダイヤモンド粒子が脱落するか、加工部位に残ってダイヤモンド焼結体の過度な磨耗を招いて、加工性能を低下させるという短所が存在する。
図４には、このような問題点を解決するために、ダイヤモンド粒子１１を金属バルク１３に１個ずつ直接付着した後、ろう付け法（ｂｒａｚｉｎｇ）で固定させたダイヤモンド工具が図示されている。
ろう付け法はろう材（ｆｉｌｌｅｒ）を溶融し、冷却することで、ダイヤモンド粒子１１を金属バルク１３に固定させる方法である。ろう付け法に用いられるろう材には、結合強度が非常に高いニッケル系のろう材が使用される。しかし、ニッケル系のろう材は、溶融温度が１，０５０℃〜１，１５０℃であり、この範囲の温度ではダイヤモンドが酸化または炭化するという問題がある。
ろう付け法はろう材（ｆｉｌｌｅｒ）を溶融し、冷却することで、ダイヤモンド粒子１１を金属バルク１３に固定させる方法である。ろう付け法に用いられるろう材には、結合強度が非常に高いニッケル系のろう材が使用される。しかし、ニッケル系のろう材は、溶融温度が１，０５０℃〜１，１５０℃であり、この範囲の温度ではダイヤモンドが酸化または炭化するという問題がある。
天然ダイヤモンドは、高温でも酸化及び炭化が発生しない非常に安定な物質であるが、ダイヤモンド工具の製作に使われる人造ダイヤモンドは５００℃以上になれば、酸化が発生する。また、人造ダイヤモンド内部に含まれたニッケルなどによって温度が上昇されるにつれて炭化が発生し、ダイヤモンドが十分な強度を持たなくなる。
従って、ダイヤモンドの酸化を防止するために真空中でろう付けを行なう方法が使われている。しかし、結合強度の高いニッケル系のろう材を使用すると、高い溶融温度によって、ダイヤモンドの酸化及び炭化の発生を防ぐことができなくなる。酸化はダイヤモンド粒子の大きさが縮まることを言い、酸化されて残った部分が工具としての役割を果たすことになるが、炭化はダイヤモンドが黒鉛に変わってしまうので、工具としての機能を遂行出来なくなる。
従って、ダイヤモンドの酸化を防止するために真空中でろう付けを行なう方法が使われている。しかし、結合強度の高いニッケル系のろう材を使用すると、高い溶融温度によって、ダイヤモンドの酸化及び炭化の発生を防ぐことができなくなる。酸化はダイヤモンド粒子の大きさが縮まることを言い、酸化されて残った部分が工具としての役割を果たすことになるが、炭化はダイヤモンドが黒鉛に変わってしまうので、工具としての機能を遂行出来なくなる。
本発明は、水素ガス雰囲気下でろう付けを行うことで、ダイヤモンドの酸化及び炭化を防止できるようにしたアーチ型水素ガスろう付け装置及びろう付け方法を提供することを目的とする。
前記技術的課題を解決するための本発明に係るアーチ型水素ガスろう付け装置は、ダイヤモンド粒子が金属バルクに直接接着されたダイヤモンド工具をろう付け対象物とする水素ガスろう付け装置において、断熱部材が設けられた外壁、前記外壁の両側に形成された入口及び出口を連結する水平な炉芯管及び前記炉芯管の内部を前記入口から前記出口へと移動する前記ろう付け対象物を加熱する加熱手段が設けられた加熱ユニット；一端が前記入口と連結され、前記ろう付け対象物が投入される他端が前記入口から下向き傾斜を有して延びる炉芯管が設けられ、前記炉芯管内部を前記ろう付け対象物が前記入口に移動される供給ユニット；一端が前記出口と連結され、前記ろう付け対象物が排出される他端が前記出口から下向き傾斜を有して延びる炉芯管及び前記炉芯管内部を前記出口から移動する前記ろう付け対象物を冷却させる冷却手段が設けられた冷却ユニット；前記供給ユニット、加熱ユニット、及び冷却ユニットの炉芯管内部に設けられたコンベヤーに前記ろう付け対象物を移動させる移動ユニット；及び、前記炉芯管の内部に水素ガスを供給する水素ガス供給ユニット；を含むことを特徴とする。
前記加熱手段は、前記炉芯管の上部及び下部に設けられた非金属発熱体のものが好ましい。
前記加熱ユニットは、前記炉芯管の上部に温度センサーが設けられたものが好ましい。
前記冷却手段は、前記炉芯管に設けられた複数個の水冷ジャケットのものが好ましい。
前記移動ユニットは、コンベヤーがメッシュベルトよりなるものが好ましい。
前記水素ガス供給ユニットは、水素ガス精製器が設けられ、精製された水素ガスを炉芯管内部に供給するものが好ましい。
前記アーチ型水素ガスろう付け装置は、前記水素ガス精製器によって精製された水素ガスが６Ｎの純度を有し、ニッケル系または銀ろう系のろう材を使用する前記ろう付け対象物であるダイヤモンド粒子の等級が、Ｇ１６５０またはＧ１７００の場合に、前記加熱ユニットの加熱温度及び加熱時間は、１，０５０℃で２０分、または、１，０６０℃で１０分とすることがさらに好ましい。
他方、前記技術的課題を解決するための本発明に係るダイヤモンド工具のろう付け方法は、前記アーチ型水素ガスろう付け装置を利用する水素ガスろう付け方法において、（ａ）前記水素ガス供給ユニットを介して前記炉芯管内部に水素ガスを供給する工程；（ｂ）前記加熱ユニットから下向き傾斜を有して延びる前記供給ユニット及び冷却ユニットに設けられた炉芯管を介して水素ガスより重い気体が全部排出される工程；（ｃ）ダイヤモンド粒子が金属バルクに直接接着されたダイヤモンド工具にろう材を塗布したろう付け対象物を、前記供給ユニットを介して前記加熱ユニットに移動させる工程；（ｄ）前記加熱ユニット内で前記ろう付け対象物を加熱してろう材を溶融させる工程；及び、（ｅ）前記ろう付け対象物を、前記冷却ユニットに移動させ、溶融されたろう材を冷却させる工程を含むことを特徴とする。
前記ダイヤモンド工具のろう付け方法は、前記（ａ）工程の前に、水素ガス精製器で水素ガスを精製する工程をさらに含むことが好ましい。
前記精製された水素ガスは、６Ｎの純度を有し、ニッケル系または銀ろう系のろう材使用し、前記ダイヤモンド粒子の等級はＧ１６５０またはＧ１７００であり、前記加熱温度及び加熱時間は、１，０５０℃で２０分とするか、１，０６０℃で１０分とすることが好ましい。
本発明のアーチ型水素ガスろう付け装置及びろう付け方法は、アーチ型に形成された炉芯管内部を完全に水素ガスで充たすことにより、高温でダイヤモンド粒子が酸化及び炭化されることを防止し、特に、高純度の水素ガスを供給することにより、ろう付け温度を上げた場合でも、ダイヤモンド粒子の酸化及び炭化が発生しない効果を有する。
以下、添付図面を参照して本発明に係るアーチ型水素ガスろう付け装置の一実施例について詳細に説明する。
図１は、本実施例に係るアーチ型水素ガスろう付け装置の側面図である。図１を参照すると、本実施例に係るろう付け装置は供給ユニット１１０、加熱ユニット１２０、及び冷却ユニット１３０が順次連結されており、各ユニットの内部には炉芯管１１１，１２１，１３１が設けられている。
図１は、本実施例に係るアーチ型水素ガスろう付け装置の側面図である。図１を参照すると、本実施例に係るろう付け装置は供給ユニット１１０、加熱ユニット１２０、及び冷却ユニット１３０が順次連結されており、各ユニットの内部には炉芯管１１１，１２１，１３１が設けられている。
ろう付け対象物としては、ダイヤモンド粒子が金属バルクに直接接着されたダイヤモンド工具が好ましく、移動ユニット１４０によってろう付け対象物は炉芯管１１１，１２１，１３１内部を介して供給ユニット１１０から加熱ユニット１２０を経て冷却ユニット１３０まで移動する。
本明細書では、等級がＧ１３００のダイヤモンドはＴ．Ｉ（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ；タフネス指数）値が４０〜４５、Ｔ．Ｔ．Ｉ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ；サーマルタフネス指数）値が３０〜３８のものとする。また、Ｇ１６５０のダイヤモンドは、Ｔ．Ｉ値が６６〜７０、Ｔ．Ｔ．Ｉ値が５５〜６０のものとする。また、Ｇ１７００のダイヤモンドは、Ｔ．Ｉ値が７２〜７５、Ｔ．Ｔ．Ｉ値が６２〜６５のものとする。
ここで、Ｔ．Ｉは、常温でカプセル中に約２〜３カラットのダイヤモンド及び一定の大きさのスチールボールを一定量投入してダイヤモンドを破砕した後、破砕されないダイヤモンドの百分率値を指す。Ｔ．Ｔ．Ｉは、無酸素雰囲気下で、９００〜１，１００℃の温度で１５分間維持した後、Ｔ．Ｉの方法で表される百分率値を指す。
ここで、Ｔ．Ｉは、常温でカプセル中に約２〜３カラットのダイヤモンド及び一定の大きさのスチールボールを一定量投入してダイヤモンドを破砕した後、破砕されないダイヤモンドの百分率値を指す。Ｔ．Ｔ．Ｉは、無酸素雰囲気下で、９００〜１，１００℃の温度で１５分間維持した後、Ｔ．Ｉの方法で表される百分率値を指す。
水素ガス供給ユニット１５０は冷却ユニット１３０の入口１３２部分で炉芯管１３１と連結され、水素ガスを供給して炉芯管１１１，１２１，１３１内部を水素ガス雰囲気にする。
供給ユニット１１０には加熱ユニットの入口１２２に向って上向き傾斜を有して延びる炉芯管１１１が設けられており、冷却ユニット１３０には加熱ユニットの出口１２３から下向き傾斜を有して延びる炉芯管１３１が設けられている。従って、全体炉芯管１１１，１２１，１３１はアーチ型に連結されている形状を持つ。
冷却ユニット１３０にはろう付け対象物を急速に冷却させるための冷却手段が設けられ、冷却手段としては炉芯管１３１の周辺を囲むように設けられた水冷ジャケット１３４が好ましい。水冷ジャケット１３４は２個以上の区域に分離されて炉芯管１３１を囲み、冷却機能を行なう。水冷ジャケット１３４は複数個の区域に分離されているため、組立及びメンテナンスが容易である。
移動ユニット１４０は、コンベヤー１４１形態からなり、モーターの制御を通じて移動速度の調節が可能である。コンベヤー１４１は各ユニットに設けられた炉芯管１１１，１２１，１３１内部に設けられ、ろう付け対象物を移動させており、メッシュベルト（ｍｅｓｈ ｂｅｌｔ）のものが好ましい。
水素ガス供給ユニット１５０は、水素ガス精製器１５１を設けて精製された水素ガスを炉芯管１１１，１２１，１３１内部に供給することが好ましい。水素ガス精製器１５１は、吸着法によって水素ガス混合物から水素ガスだけを分離して高純度の水素ガスを供給する。
水素ガス供給ユニット１５０によって供給された水素ガスは、炉芯管１１１，１２１，１３１内部に存在する別の気体より軽いので炉芯管の上部から充填されるようになる。また、全体炉芯管１１１，１２１，１３１はアーチ型に形成されているので水素ガスより重い別の気体は水素ガスに押し出され下方に移動した後、供給ユニットの入口１１２及び冷却ユニットの出口１３３を介して外部へ排出される。これにより、炉芯管１１１，１２１，１３１内部には水素ガス以外の気体は存在しなくなる高純度の水素ガス雰囲気が形成される。
水素ガス供給ユニット１５０によって供給された水素ガスは、炉芯管１１１，１２１，１３１内部に存在する別の気体より軽いので炉芯管の上部から充填されるようになる。また、全体炉芯管１１１，１２１，１３１はアーチ型に形成されているので水素ガスより重い別の気体は水素ガスに押し出され下方に移動した後、供給ユニットの入口１１２及び冷却ユニットの出口１３３を介して外部へ排出される。これにより、炉芯管１１１，１２１，１３１内部には水素ガス以外の気体は存在しなくなる高純度の水素ガス雰囲気が形成される。
本明細書では、水素ガス純度を数字とＮ（ｎｉｎｅ）とを結合して表示するが、これは‘９’の個数を意味する。即ち、２Ｎは水素ガス純度が９９．０％以上〜９９．９％未満、３Ｎは水素ガス純度が９９．９％以上〜９９．９９％未満の場合を示す。
図２は、図１のＩＶ−ＩＶ線に係る加熱ユニット１２０の断面図である。図１及び図２を参照すれば、加熱ユニット１２０は、外壁の両側に入口１２２及び出口１２３を有し、入口１２２から出口１２３まで連結された炉芯管１２１が水平に設けられている。
外壁１２４はスチールプレートよりなり、その内側には断熱部材１２５が上面を除いた残りの面に形成されており、耐火レンガを断熱部材１２５として利用できる。また、上面にはセラミックファイバー１２６（ｃｅｒａｍｉｃ ｆｉｂｅｒ）を利用して空間を詰めることで、加熱ユニット１２０内部の熱を外部と遮断して熱効率を増大させる。
炉芯管１２１の上部及び下部には非金属発熱体よりなる加熱手段１２７が設けられ、加熱ユニット１２０内部の温度を上昇させて炉芯管１２１内部に位置したろう付け対象物を加熱することでろう付け作業を遂行する。
加熱時間は、移動ユニット１４０のコンベヤー１４１の移動速度を調節することで所望の時間とすることができる。また、炉芯管１２１の上部には温度センサー１２８が複数個設けられ、加熱ユニット１２０の内部温度を測定する。感知された温度値は制御部(未図示）へ伝送されることで制御部が内部温度を一定に維持するように制御することが可能である。
外壁１２４はスチールプレートよりなり、その内側には断熱部材１２５が上面を除いた残りの面に形成されており、耐火レンガを断熱部材１２５として利用できる。また、上面にはセラミックファイバー１２６（ｃｅｒａｍｉｃ ｆｉｂｅｒ）を利用して空間を詰めることで、加熱ユニット１２０内部の熱を外部と遮断して熱効率を増大させる。
炉芯管１２１の上部及び下部には非金属発熱体よりなる加熱手段１２７が設けられ、加熱ユニット１２０内部の温度を上昇させて炉芯管１２１内部に位置したろう付け対象物を加熱することでろう付け作業を遂行する。
加熱時間は、移動ユニット１４０のコンベヤー１４１の移動速度を調節することで所望の時間とすることができる。また、炉芯管１２１の上部には温度センサー１２８が複数個設けられ、加熱ユニット１２０の内部温度を測定する。感知された温度値は制御部(未図示）へ伝送されることで制御部が内部温度を一定に維持するように制御することが可能である。
本発明に係るろう付け方法の一実施例に係るアーチ型水素ガスろう付け装置を使用するダイヤモンド工具の製作方法を説明すれば以下の通りである。
水素ガス供給ユニット１５０を介して炉芯管１２１内部に水素ガスを供給させる。ここで、供給される水素ガスは水素ガス精製器１５１によって精製された水素ガスが好ましい。高純度の水素ガス雰囲気下では高温でのダイヤモンドの酸化及び炭化が抑制される。
水素ガス供給ユニット１５０を介して炉芯管１２１内部に水素ガスを供給させる。ここで、供給される水素ガスは水素ガス精製器１５１によって精製された水素ガスが好ましい。高純度の水素ガス雰囲気下では高温でのダイヤモンドの酸化及び炭化が抑制される。
次いで、炉芯管１２１内部が水素ガスで充填されつつ、炉芯管１２１内部にあった他の気体は入口１２２及び出口１２３から押し出されるようになり、供給ユニット１１０及び冷却ユニット１３０の傾斜に沿って入口１１２及び出口１３３を介して排出される。水素ガスは他の気体に比べて軽いので、アーチ型に形成された炉芯管１１１，１２１，１３１の内部は水素ガスで充たされることになる。
炉芯管１１１，１２１，１３１の内部が水素ガスで充たされた後、ダイヤモンド粒子が金属バルクに直接接着されたダイヤモンド工具にろう材を塗布したろう付け対象物を、供給ユニット１１０の入口１１２を介して供給させ、移動ユニット１４０のコンベヤー１４１により、ろう付け対象物は加熱ユニット１２０の入口１２２に移動される。
加熱ユニット１２０内に設けられた加熱手段１２７から発生された熱によって加熱ユニット１２０の内部温度が上昇し、ろう材が十分に溶融できる温度に達すると、溶融されたろう材が金属バルクとダイヤモンド粒子との間に染み込む。
加熱ユニット１２０内に設けられた加熱手段１２７から発生された熱によって加熱ユニット１２０の内部温度が上昇し、ろう材が十分に溶融できる温度に達すると、溶融されたろう材が金属バルクとダイヤモンド粒子との間に染み込む。
コンベヤー１４１の移動速度を調節することで、一定時間の間、ろう付け対象物を加熱ユニット１２０内に位置させることができ、温度センサー１２８と連結された制御部を利用して加熱温度を制御することができる。ろう付け対象物は所定温度で、一定時間の間、加熱ユニット１２０内部から出口１２３側へ移動する。
ろう付け対象物は冷却ユニット１３０を介して移動し、溶融されたろう材が冷却されると、ダイヤモンド粒子と金属バルクとを固定する。冷却方法は、炉芯管１３１の周囲に２つ以上の部分に分離されるように形成された水冷ジャケット１３４によって、急速にろう付け対象物を冷却させる。
冷却ユニット１３０の出口１３３まで水素ガスで充たされているので、ろう材が完全に冷却されるまでダイヤモンド粒子の酸化または炭化は発生しない。
一方、加熱ユニット１２０内でろう材を溶融させる温度及び時間は、実験を通じて最適化された。このような最適化実験ではニッケル系または銀ろう系のろう材を使用し、不純物の少ないＧ１６５０及びＧ１７００ダイヤモンドが使われており、水素ガス精製器１５１を介して純度が６Ｎの高純度の水素ガスが供給された。このような条件で加熱温度を１，０５０℃にする場合、加熱時間を２０分とし、加熱温度を１，０６０℃にする場合、加熱時間を１０分とした。
一方、加熱ユニット１２０内でろう材を溶融させる温度及び時間は、実験を通じて最適化された。このような最適化実験ではニッケル系または銀ろう系のろう材を使用し、不純物の少ないＧ１６５０及びＧ１７００ダイヤモンドが使われており、水素ガス精製器１５１を介して純度が６Ｎの高純度の水素ガスが供給された。このような条件で加熱温度を１，０５０℃にする場合、加熱時間を２０分とし、加熱温度を１，０６０℃にする場合、加熱時間を１０分とした。
ここで、ニッケル系のろう材は、ＢＮｉ−２（Ｃｒ ７％，Ｂ ３％，Ｓｉ ４．５％，Ｃ ０．０５％，Ｆｅ ３％，Ｎｉ ８２．４５％）、ＢＮｉ−７（Ｃｒ １３％，Ｐ １０％，Ｎｉ ７７％）が、銀ろう系のろう材は、ＢＡｇ−８Ｔ（Ａｇ ７０％，Ｃｕ ２８％，Ｔｉ ２％）が使われた。
最適化条件を得るために、まず、ろう付けしたダイヤモンド粒子の炭化度実験を通じて対象ダイヤモンドの種類を決定した。また、水素ガス純度を増加させることで、ダイヤモンドの炭化可否を調べて水素ガス純度及び加熱温度を決定した。
次いで、選択された加熱温度に対して加熱時間を変更し、ろう付け作業をした後、接合強度を調べて加熱時間を決定することで、最適の製作条件を決定した。
次いで、選択された加熱温度に対して加熱時間を変更し、ろう付け作業をした後、接合強度を調べて加熱時間を決定することで、最適の製作条件を決定した。
表１は、水素ガス純度を５Ｎに設定し、Ｇ１３００，Ｇ１６５０、及びＧ１７００ダイヤモンドを対象に１，０３０〜１，１００℃の加熱温度範囲で３０分間ろう付けをした後、ダイヤモンド粒子の炭化度を調べた結果である。
表２は、表１の条件と同じ条件で、水素ガス純度だけを６Ｎに変更した後、ダイヤモンド粒子の炭化度を調べた結果である。
表２は、表１の条件と同じ条件で、水素ガス純度だけを６Ｎに変更した後、ダイヤモンド粒子の炭化度を調べた結果である。
ここで、炭化度とは、＃３０メッシュサイズのダイヤモンド粒子１個に対する圧縮荷重を測定した値である。ダイヤモンド粒子が該ダイヤモンド粒子の大きさの１／２ほど突出した試片を各１０個ずつ製作し、各試片をジグに固定して毎分０．５ｍｍの荷重速度でダイヤモンド粒子に圧縮荷重を加えた。
ここで、‘○’は「非常に良好」、‘△’は「中間程度」、‘×’は「不良状態」を示し、Ｇ１３００、Ｇ１６５０及びＧ１７００ダイヤモンドに対する数値的判断基準は次の通りである。
Ｇ１３００ダイヤモンドの場合、‘○’は圧縮荷重が９〜１２ｋｇｆ、‘△’は圧縮荷重が６〜８ｋｇｆ、‘×’は圧縮荷重が０〜５ｋｇｆの場合を示す。
Ｇ１６５０ダイヤモンドの場合、‘○’は圧縮荷重が２２〜２４ｋｇｆ、‘△’は圧縮荷重が１５〜１９ｋｇｆ、‘×’は圧縮荷重が１０〜１４ｋｇｆの場合を示す。
Ｇ１７００ダイヤモンドの場合、‘○’は圧縮荷重が２５〜２８ｋｇｆ、‘△’は圧縮荷重が２０〜２４ｋｇｆ、‘×’は圧縮荷重が１５〜２０ｋｇｆの場合を示す。
ここで、‘○’は「非常に良好」、‘△’は「中間程度」、‘×’は「不良状態」を示し、Ｇ１３００、Ｇ１６５０及びＧ１７００ダイヤモンドに対する数値的判断基準は次の通りである。
Ｇ１３００ダイヤモンドの場合、‘○’は圧縮荷重が９〜１２ｋｇｆ、‘△’は圧縮荷重が６〜８ｋｇｆ、‘×’は圧縮荷重が０〜５ｋｇｆの場合を示す。
Ｇ１６５０ダイヤモンドの場合、‘○’は圧縮荷重が２２〜２４ｋｇｆ、‘△’は圧縮荷重が１５〜１９ｋｇｆ、‘×’は圧縮荷重が１０〜１４ｋｇｆの場合を示す。
Ｇ１７００ダイヤモンドの場合、‘○’は圧縮荷重が２５〜２８ｋｇｆ、‘△’は圧縮荷重が２０〜２４ｋｇｆ、‘×’は圧縮荷重が１５〜２０ｋｇｆの場合を示す。
表３は、水素ガス純度を６Ｎに設定し、Ｇ１３００、Ｇ１６５０及び１７００ダイヤモンドを対象として、１，０３０〜１，１００℃の加熱温度範囲で３０分間ろう付けした後、ダイヤモンド粒子の接合強度を調べた結果である。接合強度はダイヤモンド粒子１個に対する剪断強度を測定した値である。ダイヤモンド粒子がダイヤモンドサイズの１／２ほど突出した試片を１０個ずつ製作し、各試片をジグに固定して毎分０．５ｍｍの荷重速度でダイヤモンド粒子に剪断力を加えた。
表３において、‘○’は剪断強度が１．９ｋｇｆ／ｍｍ2以上の「非常に良好」を、‘△’は剪断強度が１．１〜１．８ｋｇｆ／ｍｍ2の「中間程度」を、‘×’は剪断強度が０〜１．０ｋｇｆ／ｍｍ2の「不良状態」を示す。
表３において、‘○’は剪断強度が１．９ｋｇｆ／ｍｍ2以上の「非常に良好」を、‘△’は剪断強度が１．１〜１．８ｋｇｆ／ｍｍ2の「中間程度」を、‘×’は剪断強度が０〜１．０ｋｇｆ／ｍｍ2の「不良状態」を示す。
前記結果から、Ｇ１６５０及びＧ１７００のダイヤモンドを対象に、水素ガス純度は６Ｎ、１，０５０〜１，０６０℃の加熱温度でろう付けすることが好ましいものと決定された。
表４は、Ｇ１６５０ののダイヤモンドを水素ガス純度６Ｎで１，０５０〜１，０６０℃の加熱温度に対して、加熱時間を変更してろう付け作業をした後、接合強度を調べた結果である。
表５は、Ｇ１７００のダイヤモンドを水素ガス純度６Ｎで１，０５０〜１，０６０℃の加熱温度に対して加熱時間を変更してろう付け作業をした後、接合強度を調べた結果である。
表４および表５の接合強度は表３と同じ方法で測定した。
表４および表５において、‘○’は剪断強度が２．５ｋｇｆ／ｍｍ2以上の「非常に良好」を、‘△’は剪断強度が２．１〜２．４ｋｇｆ／ｍｍ2の「中間程度」を、‘×’は剪断強度が０〜２．０ｋｇｆ／ｍｍ2の「不良状態」を示す。
表５は、Ｇ１７００のダイヤモンドを水素ガス純度６Ｎで１，０５０〜１，０６０℃の加熱温度に対して加熱時間を変更してろう付け作業をした後、接合強度を調べた結果である。
表４および表５の接合強度は表３と同じ方法で測定した。
表４および表５において、‘○’は剪断強度が２．５ｋｇｆ／ｍｍ2以上の「非常に良好」を、‘△’は剪断強度が２．１〜２．４ｋｇｆ／ｍｍ2の「中間程度」を、‘×’は剪断強度が０〜２．０ｋｇｆ／ｍｍ2の「不良状態」を示す。
前記結果から、水素ガス精製器１５１によって精製された水素ガス純度が６Ｎ、ニッケル系または銀ろう系のろう材を使用するダイヤモンド粒子がＧ１６５０またはＧ１７００の場合に、加熱温度が１，０５０℃では加熱時間を２０分、加熱温度が１，０６０℃では加熱時間を１０分とすることが好ましいものと決定された。
１１０ 供給ユニット
１１１，１２１，１３１ 炉芯管
１１２ 供給ユニットの入口
１１３ 供給ユニットの出口
１２０ 加熱ユニット
１２２ 加熱ユニットの入口
１２３ 加熱ユニットの出口
１２４ 外壁
１２５ 断熱部材
１２６ セラミックファイバー
１２７ 加熱手段
１２８ 温度センサー
１３０ 冷却ユニット
１３２ 冷却ユニットの入口
１３３ 冷却ユニットの出口
１３４ 水冷ジャケット
１４０ 移動ユニット
１４１ コンベヤー
１５０ 水素ガス供給ユニット
１５１ 精製器
１１１，１２１，１３１ 炉芯管
１１２ 供給ユニットの入口
１１３ 供給ユニットの出口
１２０ 加熱ユニット
１２２ 加熱ユニットの入口
１２３ 加熱ユニットの出口
１２４ 外壁
１２５ 断熱部材
１２６ セラミックファイバー
１２７ 加熱手段
１２８ 温度センサー
１３０ 冷却ユニット
１３２ 冷却ユニットの入口
１３３ 冷却ユニットの出口
１３４ 水冷ジャケット
１４０ 移動ユニット
１４１ コンベヤー
１５０ 水素ガス供給ユニット
１５１ 精製器
Claims (12)
- ダイヤモンド粒子が金属バルクに直接接着されたダイヤモンド工具をろう付け対象物とする水素ガスろう付け装置において、
断熱部材１２５が設けられた外壁１２４、前記外壁１２４の両側に形成された入口１２２及び出口１２３を連結する水平な炉芯管１２１、及び前記炉芯管１２１内部を前記入口１２２から前記出口１２３へと移動する前記ろう付け対象物を加熱する加熱手段１２７が設けられた加熱ユニット１２０；
一端が前記入口１２２と連結され、前記ろう付け対象物が投入される他端が前記入口１２２から下向き傾斜を有して延びる炉芯管１１１が設けられ、前記炉芯管１１１内部を前記ろう付け対象物が前記入口１２２に移動される供給ユニット１１０；
一端が前記出口１２３と連結され、前記ろう付け対象物が排出される他端が前記出口１２３から下向き傾斜を有して延びる炉芯管１３１、及び前記炉芯管１３１内部を前記出口１２３から移動する前記ろう付け対象物を冷却させる冷却手段１３４が設けられた冷却ユニット１３０；
前記供給ユニット１１０、加熱ユニット１２０、及び冷却ユニット１３０の炉芯管１１１，１２１，１３１内部に設けられたコンベヤー１４１に前記ろう付け対象物を移動させる移動ユニット１４０；及び
前記炉芯管１１１，１２１，１３１の内部に水素ガスを供給する水素ガス供給ユニット１５０；
を含むことを特徴とするアーチ型水素ガスろう付け装置。 - 前記加熱手段１２７は、前記炉芯管１２１の上部及び下部に設けられた非金属発熱体であることを特徴とする請求項１に記載のアーチ型水素ガスろう付け装置。
- 前記加熱ユニット１２０は、前記炉芯管１２１の上部に温度センサー１２８が設けられたものであることを特徴とする請求項１に記載のアーチ型水素ガスろう付け装置。
- 前記冷却手段１３４は、前記炉芯管１３１に設けられた複数個の水冷ジャケットであることを特徴とする請求項１に記載のアーチ型水素ガスろう付け装置。
- 前記移動ユニット１４０は、前記コンベヤー１４１がメッシュベルトよりなるものであることを特徴とする請求項１に記載のアーチ型水素ガスろう付け装置。
- 前記水素ガス供給ユニット１５０は、水素ガス精製器１５１が設けられ、精製された水素ガスを前記炉芯管１１１，１２１，１３１内部に供給することを特徴とする請求項１に記載のアーチ型水素ガスろう付け装置。
- 前記水素ガス精製器１５１によって精製された水素ガスは６Ｎの純度を有し、ニッケル系または銀ろう系のろう材（ｆｉｌｌｅｒ）を使用し、前記ろう付け対象物であるダイヤモンド粒子の等級は、Ｇ１６５０またはＧ１７００であり、前記加熱ユニット１２０の加熱温度及び加熱時間は１，０５０℃で２０分とすることを特徴とする請求項６に記載のアーチ型水素ガスろう付け装置。
- 前記水素ガス精製器１５１によって精製された水素ガスは６Ｎの純度を有し、ニッケル系または銀ろう系のろう材を使用し、前記ろう付け対象物であるダイヤモンド粒子の等級は、Ｇ１６５０またはＧ１７００であり、前記加熱ユニット１２０の加熱温度及び加熱時間は１，０６０℃で１０分とすることを特徴とする請求項６に記載のアーチ型水素ガスろう付け装置。
- 請求項１に記載のアーチ型水素ガスろう付け装置を利用する水素ガスろう付け方法において、
（ａ）前記水素ガス供給ユニット１５０を介して前記炉芯管１１１，１２１，１３１内部に水素ガスを供給する工程；
（ｂ）前記加熱ユニット１２０から下向き傾斜を有して延びる前記供給ユニット１１０及び冷却ユニット１３０に設けられた炉芯管１１１，１３１を介して水素ガスより重い気体が全部排出される工程；
（ｃ）ダイヤモンド粒子が金属バルクに直接接着されたダイヤモンド工具にろう材を塗布したろう付け対象物を、前記供給ユニット１１０を介して前記加熱ユニット１２０に移動させる工程；
（ｄ）前記加熱ユニット１２０内で前記ろう付け対象物を加熱してろう材を溶融させる工程；及び
（ｅ）前記ろう付け対象物を前記冷却ユニット１３０に移動させ、溶融されたろう材を冷却させる工程；
を含むことを特徴とするダイヤモンド工具のろう付け方法。 - 前記（ａ）工程の前に、水素ガス精製器１５１で水素ガスを精製する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のダイヤモンド工具のろう付け方法。
- 前記精製された水素ガスは、６Ｎの純度を有し、ニッケル系または銀ろう系のろう材を使用し、前記ダイヤモンド粒子の等級はＧ１６５０またはＧ１７００であり、前記加熱温度及び加熱時間は１，０５０℃で２０分とすることを特徴とする請求項１０に記載のダイヤモンド工具のろう付け方法。
- 前記精製された水素ガスは、６Ｎの純度を有し、ニッケル系または銀ろう系のろう材を使用し、前記ダイヤモンド粒子の等級はＧ１６５０またはＧ１７００であり、前記加熱温度及び加熱時間は１，０６０℃で１０分とすることを特徴とする請求項１０に記載のダイヤモンド工具のろう付け方法。
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