JP2006320961A - 熱線ろう付け装置及び熱線ろう付け方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 熱線ろう付け装置1は、集光された赤外線またはレーザ光である熱線70を、被ろう付け体55に照射する熱線源7と、被ろう付け体を囲繞し真空排気またはガス置換可能な容器本体25と、容器本体25内に熱線70を透過可能な熱線透過窓部材31等から構成されている。この装置による基材50とセラミックス部材52とのろう付けによる接合は、熱線透過窓部材31と被ろう付け体支持装置に固定された被ろう付け体55に、ろう付け面に対して熱線70を照射、加熱し、その後冷却するとよい。
【選択図】 図1
Description
本発明1の熱線ろう付け装置は、
熱線により第1の部材に第2の部材をろう付けする熱線ろう付け装置であって、前記熱線を、前記第1の部材、ろう材及び前記第2の部材からなる被ろう付け体に照射する熱線源と、前記被ろう付け体を支持可能に設けられる被ろう付け体支持装置と、前記熱線源と対向する方向に開口部が形成され、前記被ろう付け体を囲繞可能に設けられる容器本体と、前記容器本体に設けられ、前記容器本体の前記開口部を密閉可能に覆うとともに前記熱線が透過可能な熱線透過窓部材とからなる。
前記熱線は、集光された赤外線、集光された遠赤外線、及びレーザ光から選択される1種以上であることを特徴とする。
前記熱線は、ろう付け面に対して垂直または略垂直な方向から照射されるものであることを特徴とする。
前記第1の部材は、金属またはセラミックスで製作されたものであり、前記第2の部材は、セラミックスで製作されたものであることを特徴とする。
前記第1の部材は、宝飾品の基体であり、前記第2の部材は、宝石であり、前記熱線を局部的に前記ろう付け面に照射、加熱することで、前記宝飾品の前記基体に、前記宝石をろう付け可能にしたことを特徴とする。
前記熱線透過窓部材は、前記被ろう付け体支持装置と協働して、前記被ろう付け体を固定するものであることを特徴とする。
前記熱線源は、前記被ろう付け体の温度制御が可能なものであることを特徴とする。
前記容器本体は、前記熱線透過窓部材で密閉されたとき、真空排気またはガス置換ができるものであることを特徴とする。
前記熱線源と、前記被ろう付け体とが、相対的に、前記熱線の照射方向と略直交する方向に移動可能であることを特徴とする。
第1の部材と第2の部材とをろう付けで接合する方法であって、
熱線を透過可能な熱線透過窓部材と被ろう付け体支持装置との間に、前記第1の部材、ろう材及び前記第2の部材からなる被ろう付け体を固定し、熱線源からの前記熱線を前記熱線透過窓部材を介して、前記被ろう付け体に照射、加熱し、加熱後、前記第1の部材と前記第2の部材を冷却することを特徴とする。
前記熱線は、集光された赤外線、集光された遠赤外線、及びレーザ光から選択される1種以上であることを特徴とする。
前記熱線は、ろう付け面に対して垂直または略垂直な方向から照射されるものであることを特徴とする
前記第1の部材は、金属またはセラミックスで製作されたものであり、前記第2の部材は、セラミックスで製作されたものであることを特徴とする。
前記第1の部材は、宝飾品の基体であり、前記第2の部材は、宝石であり、前記熱線を局部的に前記ろう付け面に照射、加熱することで、前記宝飾品の前記基体に前記宝石をろう付け可能にしたことを特徴とする。
前記熱線による照射、加熱する工程は、前記被ろう付け体の温度制御をしながら行っている工程であることを特徴とする。
前記容器本体は、開口部が前記熱線透過窓部材で密閉されたとき、真空排気またはガス置換ができるものであり、前記熱線の照射、加熱は、真空状態または所定のガスが充満されている状態で行っていることを特徴とする。
〔熱線源〕
本発明の熱線源は、集光された赤外線やレーザ光を用いて、ろう付け面に対して垂直または略垂直な方向からろう付けが必要な部分のみ局部加熱を、温度制御を行いつつ、短時間での加熱および冷却を実現し、安定した新規なろう付け法を実現し、工程の短縮を実現したものである。
本発明のろう材は、450℃以上の高い融点をもつろう付け用溶加材であり、金ろう、銀ろう、銅ろう、黄銅ろう、ニッケルろう、パラジウムろう等をいう。
本発明でいう基材(第1の部材)は、熱線により加熱されることでろう材を介してセラミックスと接合される金属またはセラミックスを意味する。本発明でいう金属は、鉄系や非鉄系を含むものであり、炭素鋼、合金鋼等の鉄鋼材料、タングステン、モリブデン等の非鉄金属材料または合金等が挙げられる。
本発明でいうセラミックス部材(第2の部材)とは、窯業で生産される製品をいう。具体的には、ファインセラミックス、機能性セラミックス、強化セラミックス、陶磁器をいい、酸化物系や非酸化物系を含むものであり、酸化物系には、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア等が挙げられ、非酸化物系には炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタン、窒化チタン、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド等が挙げられる。
本発明において、ダイヤモンドとは、天然ダイヤモンド及び合成(人工)ダイヤモンド等全ての種類のものであり、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドを含むものである。この多結晶ダイヤモンドには、いわゆる多結晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンド及び薄膜ダイヤモンドが含まれる。
図1は、本発明の実施の形態の熱線ろう付け装置の外観を示す斜視図、図2は、ろう付け冶具装置の断面図、図3は、熱線ろう付け装置の概要を示す説明図である。
熱線ろう付け装置1は、概略、ろう付け作業工程のために被ろう付け体の位置決めと、ろう付け作業環境を作るための機能を備えた装置である。機体2は、鋼板で作られたL字状の部材である。機体2は、底板3と側板4とからなる。底板3の上には、被ろう付け体をX軸方向、Y軸方向の2方向で位置決めができる位置決め機構5が搭載されている。
図2に示すように、ろう付け冶具装置6は、容器本体25、昇降部材36、ねじ部材38、被ろう付け体載置台(以下、載置台という)40、熱線透過窓部材(以下、透過窓部材という。)31、押さえ蓋32、シール部材42、シール部材43等で構成される。
ろう付け治具装置6は第2移動台20に載置固定されている。
容器本体25はステンレス鋼製で円柱形状をし、気密性を保つように棒鋼を穿鑿加工し、製作したものである。容器本体25の下フランジ部26はボルト27で第2移動台20に固定されている。容器本体25は、ろう付けを真空状態で行う場合には真空容器本体となり、ろう付けを所定のガスで充満させた状態で行う場合にはガス置換容器本体となる。容器本体25には、中間に小径の案内孔部35を備えた中間凸部29が形成され、中間凸部29より上部側に上部が開口した第1の穴、下部側に第2の穴が形成されている。
透過窓部材31は、熱線70を透過させるとともに、照射時の被ろう付け体55の固定の役割をしている。透過窓部材31は、例えば透明な光学ガラス、光学用プラスチックの表面に熱線反射防止のためのコーティング等の処理がなされているものが好ましい。すなわち、被ろう付け体55の固定のための強度を有しているとともに、熱線70を透過させることができるものであればよい。
シール部材42は、容器本体25と透過窓部材31との間を密閉するためのものである。すなわち、容器本体25の第1の穴、透過窓部材31、シール部材42、シール部材43、昇降部材36により密閉状態にすることが可能な真空室30を形成している。押さえ蓋32は透過窓部材31を押さえ、容器の真空状態を保つ役割もしている。なお、シール部材は、弾性を有する材料、例えばゴム、合成樹脂、エラストマ等で形成されているいわゆるシール、パッキン類が使用できる。
図3に示すように、ろう付け治具装置6の上に基材50としての炭化タングステン合金板を置き、その上にろう材51を、更にその上にセラミックス部材52としての単結晶ダイヤモンドを載置した。
ろう付け治具装置6、基材50、ろう材51、セラミックス部材52及び透過窓部材31を第2移動台20に設置した。
真空室30内をAr(アルゴン)ガスにガス置換した状態であるAr雰囲気の大気圧下にて透過窓部材31を通して熱線源7から熱線70(YAGレーザ光:出力1.8kW)をスポット径0.3mm、基材50のろう付け面に対する熱線70の照射角度85度で照射した。
温度計60を用いて基材50の温度を測定することにより、基材温度が820℃となるように熱線70の照射量および第2移動台20の移動速度を制御した。
20秒の加熱後、被ろう付け体(試料)55を取り出したところ、ろう付けによる接合状態はきわめて良好で、単結晶ダイヤモンド52にクラックの発生がなかった。
基材50としての炭化タングステン合金板(幅10×奥行き10×厚さ2mm、体積0.2cm3)の上にAg−Cu−Tiろう材(70.5wt%Ag−27.5wt%Cu−2wt%Ti)を、更にその上にセラミックス部材52としての100面でカットした単結晶ダイヤモンド(幅3×奥行き3×厚さ1.2mm)を置き、加熱温度(800℃)以外は実施例1と同一の条件にてろう付けした。11秒の加熱後、被ろう付け体(試料)55を取り出したところ、ろう材51は溶融していなかった。
基材50としての炭化タングステン合金板(幅10×奥行き10×厚さ2mm、体積0.2cm3)の上にAg−Cu−Tiろう材(70.5wt%Ag−27.5wt%Cu−2wt%Ti)を、更にその上にセラミックス部材52としての100面でカットした単結晶ダイヤモンド(幅3×奥行き3×厚さ1.2mm)を置き、加熱温度(870℃)以外は実施例1と同一の条件にてろう付けした。48秒の加熱後、被ろう付け体(試料)55を取り出したところ、ろう材51は溶融していたものの、単結晶ダイヤモンド52に力を加えたところ、接合部が剥離した。
更に、単結晶ダイヤモンドの上から透過窓部材31を当てて固定した。
ろう付け治具装置6、基材50、ろう材51、セラミックス部材52及び透過窓部材31を第2移動台20に載置した。
温度計60を用いて基材50の温度を測定することにより、基材温度が820℃となるようにハロゲンランプ(熱線源)7の出力を熱線制御装置71によって制御した。
基材50としての炭化タングステン合金板(幅10×奥行き10×厚さ2mm、体積0.2cm3)の上にAg−Cu−Tiろう材(70.5wt%Ag−27.5wt%Cu−2wt%Ti)を、更にその上にセラミックス部材52としての100面でカットした単結晶ダイヤモンド(幅3×奥行き3×厚さ1.2mm)を置き、加熱温度(800℃)以外は実施例4と同一の条件にてろう付けした。800℃に到達後更に1分間加熱を続けた。被ろう付け体(試料)55を取り出したところ、ろう材51は溶融していなかった。
基材50としての炭化タングステン合金板(幅10×奥行き10×厚さ2mm、体積0.2cm3)の上にAg−Cu−Tiろう材(70.5wt%Ag−27.5wt%Cu−2wt%Ti)を、更にその上に100面でカットしたセラミックス部材52としての単結晶ダイヤモンド(幅3×奥行き3×厚さ1.2mm)を置き、加熱温度(870℃)以外は実施例4と同一の条件にてろう付けした。870℃に到達後更に1分間加熱を続けた。被ろう付け体(試料)55を取り出したところ、ろう材51は溶融していたものの、単結晶ダイヤモンド52に力を加えたところ、ろう付けによる接合部が剥離した。
基材50としての炭化タングステン合金板(スローアウェイチップ形状:厚さ3mm、体積0.08cm3)の先端にAg−Cu−Tiろう材(70.5wt%Ag−27.5wt%Cu−2wt%Ti)を、更にその上にセラミックス部材52としての100面でカットした単結晶ダイヤモンド(3×3×厚さ1.2mm)を置き、突き合わせ部に沿って移動させつつCO2レーザ光(出力1kW)を照射した。スポット径0.15mmとし、0.5秒の加熱後、被ろう付け体(試料)55を取り出したところ、炭化タングステン合金板50にスポット孔が生じ、接合(ろう付け)されていなかった。
熱線ろう付け装置の他の実施の形態について、説明を行う。なお、この他の実施の形態では、前述した実施の形態と同一の部位については同一の符号を付与し、詳細な説明を省略する。
前述した熱線ろう付け装置では、金属等の基材に、セラミックス部材をろう付けするものとして説明を行ったが、この熱線ろう付け装置は、宝飾品のろう付けにも使用することができる。すなわち、この他の実施の形態は、宝飾品の熱線ろう付け装置であり、図4から6に基づいて説明を行う。図4は、宝飾品としての指輪を図示した正面図、図5は、宝飾品としての指輪のろう付けを行う熱線ろう付け装置の概要を示す断面図、図6は、熱線の照射方向を示す説明図である。
なお、宝石は、ダイヤモンド、エメラルド、サファイヤ、ルビー、オパール等の他の種類の宝石であってもよいことはいうまでもない。さらに、宝飾品の基体の材料は、金、銀、プラチナ、もしくはこれらの合金だけでなく、他の種類の貴金属、金属などであってもよいことはいうまでもない。
被ろう付け載置台40の上部には、T字状の取付部材120が設けられている。取付治具120は、被ろう付け載置材40に立設された立軸部121と、立軸部121の上部に設けられた取付軸部122とから構成されている。この取付軸部122に指輪100がダイヤモンド(宝石)110を上方に向けて取り付けられる。ろう付け前の指輪100は、仮止めされた状態で取り付け治具120に取り付けられていることが好ましい。
照射方向S1からS4のように熱線70Aを照射すると、ろう材が溶融する。照射終了後、ろう材が冷却すると、ダイヤモンド110と、基体101の台座部102、爪部103等とがろう付けされる。
また、熱線が、宝石を透過してろう付け面に照射されると説明しているが、宝石を透過しなくてもよい。例えば、宝飾品の基体の外方から、熱線をろう付け面に照射するものであってもよい。
2…機体
5…位置決め機構
6…ろう付け冶具装置
7,7A…熱線源
8…X駆動機構
9…Y駆動機構
15…第1移動台
20…第2移動台
25…容器本体
31…熱線透過窓部材
32…押さえ蓋
36…昇降部材
38…ねじ部材
39…圧力センサ
40…被ろう付け体載置台
42…シール部材(O-リング)
43…シール部材(O-リング)
50…基材(第1の部材)
51…ろう材
52…セラミックス部材(第2の部材)
55…被ろう付け体
60…温度計
70,70A…熱線
71…熱線制御装置
100…指輪(宝飾品)
101…宝飾品の基体(第1の部材)
110…ダイヤモンド(宝石、第2の部材))
120…取り付け治具
Claims (16)
- 熱線により第1の部材に第2の部材をろう付けする熱線ろう付け装置であって、
前記熱線を、前記第1の部材、ろう材及び前記第2の部材からなる被ろう付け体に照射する熱線源と、
前記被ろう付け体を支持可能に設けられる被ろう付け体支持装置と、
前記熱線源と対向する方向に開口部が形成され、前記被ろう付け体を囲繞可能に設けられる容器本体と、
前記容器本体に設けられ、前記容器本体の前記開口部を密閉可能に覆うとともに前記熱線が透過可能な熱線透過窓部材と
からなる熱線ろう付け装置。 - 請求項1に記載された熱線ろう付け装置において、
前記熱線は、集光された赤外線、集光された遠赤外線、及びレーザ光から選択される1種以上である
ことを特徴とする熱線ろう付け装置。 - 請求項1または2に記載された熱線ろう付け装置において、
前記熱線は、ろう付け面に対して垂直または略垂直な方向から照射されるものである
ことを特徴とする熱線ろう付け装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載された熱線ろう付け装置において、
前記第1の部材は、金属またはセラミックスで製作されたものであり、
前記第2の部材は、セラミックスで製作されたものである
ことを特徴とする熱線ろう付け装置。 - 請求項1または2に記載された熱線ろう付け装置において、
前記第1の部材は、宝飾品の基体であり、
前記第2の部材は、宝石であり、
前記熱線を局部的に前記ろう付け面に照射、加熱することで、前記宝飾品の前記基体に、前記宝石をろう付け可能にした
ことを特徴とする熱線ろう付け装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載された熱線ろう付け装置において、
前記熱線透過窓部材は、前記被ろう付け体支持装置と協働して、前記被ろう付け体を固定するものである
ことを特徴とする熱線ろう付け装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載された熱線ろう付け装置において、
前記熱線源は、前記被ろう付け体の温度制御が可能なものである
ことを特徴とする熱線ろう付け装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載された熱線ろう付け装置において、
前記容器本体は、前記熱線透過窓部材で密閉されたとき、真空排気またはガス置換ができるものである
ことを特徴とする熱線ろう付け装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載された熱線ろう付け装置において、
前記熱線源と、前記被ろう付け体とが、相対的に、前記熱線の照射方向と略直交する方向に移動可能である
ことを特徴とする熱線ろう付け装置。 - 第1の部材と第2の部材とをろう付けで接合する方法であって、
熱線を透過可能な熱線透過窓部材と被ろう付け体支持装置との間に、前記第1の部材、ろう材及び前記第2の部材からなる被ろう付け体を固定し、
熱線源からの前記熱線を前記熱線透過窓部材を介して、前記被ろう付け体に照射、加熱し、
加熱後、前記第1の部材と前記第2の部材を冷却する
ことを特徴とする熱線ろう付け方法。 - 請求項10に記載された熱線ろう付け方法において、
前記熱線は、集光された赤外線、集光された遠赤外線、及びレーザ光から選択される1種以上である
ことを特徴とする熱線ろう付け方法。 - 請求項10または11に記載された熱線ろう付け方法において、
前記熱線は、ろう付け面に対して垂直または略垂直な方向から照射されるものである
ことを特徴とする熱線ろう付け方法。 - 請求項10から12のいずれか1項に記載された熱線ろう付け方法において、
前記第1の部材は、金属またはセラミックスで製作されたものであり、
前記第2の部材は、セラミックスで製作されたものである
ことを特徴とする熱線ろう付け方法。 - 請求項10または11に記載された熱線ろう付け方法において、
前記第1の部材は、宝飾品の基体であり、
前記第2の部材は、宝石であり、
前記熱線を局部的に前記ろう付け面に照射、加熱することで、前記宝飾品の前記基体に前記宝石をろう付け可能にした
ことを特徴とする熱線ろう付け方法。 - 請求項10から14のいずれか1項に記載された熱線ろう付け方法において、
前記熱線による照射、加熱する工程は、前記被ろう付け体の温度制御をしながら行っている工程である
ことを特徴とする熱線ろう付け方法。 - 請求項10から15のいずれか1項に記載された熱線ろう付け方法において、
前記容器本体は、開口部が前記熱線透過窓部材で密閉されたとき、真空排気またはガス置換ができるものであり、
前記熱線の照射、加熱は、真空状態または所定のガスが充満されている状態で行っている
ことを特徴とする熱線ろう付け方法。
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