特許 6994187 ろう付装置及びろう付方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-15

(45)【発行日】2022-01-14

(54)【発明の名称】ろう付装置及びろう付方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 1/005 20060101AFI20220106BHJP

   B23K 31/02 20060101ALI20220106BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20220106BHJP

【ＦＩ】

B23K1/005 A

B23K31/02 310B

B23K31/02 310C

B23K1/00 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017194842

(22)【出願日】2017-10-05

(65)【公開番号】P2019063852

(43)【公開日】2019-04-25

【審査請求日】2020-03-17

(73)【特許権者】

【識別番号】599035063

【氏名又は名称】東京ブレイズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591155242

【氏名又は名称】鹿児島県

(74)【代理人】

【識別番号】100113608

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100123098

【弁理士】

【氏名又は名称】今堀 克彦

(74)【代理人】

【識別番号】100175190

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 裕明

(72)【発明者】

【氏名】松 康太郎

(72)【発明者】

【氏名】瀬知 啓久

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３２０９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０６００８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４４２５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－２４６４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０９８２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３８３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２４８５８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ １／００ － ３／０８、３１／０２、３３／００

Ｂ２３Ｋ ３１／００ － ３１／０２、３１／１０ － ３３／００、３７／００ － ３７／０８

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ろう付対象の部材に照射するレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記ろう付対象の部材の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段によって得られる前記ろう付対象の部材の温度の測定値に応じてレーザ光の照射と非照射が行われるように前記レーザ光源を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、レーザ光の強度を温度の設定値の大きさに応じて定めた設定情報を参照し、レーザ光の照射と非照射の繰り返しにより前記ろう付対象の部材の温度を前記設定値にする際の照射時のレーザ光の強度が前記設定情報に従うように、前記レーザ光源を制御し、
前記設定情報には、前記設定値および前記レーザ光源が出射するレーザ光の強度が経過時間に応じて定められており、
前記制御手段は、前記設定情報を参照し、前記測定値が各経過時間で前記設定情報の定める設定値となり且つ前記レーザ光源が出射するレーザ光の強度が各経過時間で前記設定情報の定める強度となるように前記レーザ光源を制御する、
ろう付装置。

【請求項2】

前記設定情報には、前記ろう付対象の部材の性状が維持され且つろう材が溶融する温度が前記設定値として定められている、
請求項１に記載のろう付装置。

【請求項3】

前記設定情報には、前記設定値が前記ろう付対象の部材の種類毎に定められている、
請求項１または２に記載のろう付装置。

【請求項4】

前記ろう付対象の部材が格納される容器と、
前記容器内を真空引きするポンプと、を更に備える、
請求項１から３の何れか一項に記載のろう付装置。

【請求項5】

前記容器内へ不活性ガスを供給するガス供給手段を更に備える、
請求項４に記載のろう付装置。

【請求項6】

レーザ光源から出射されるレーザ光をろう付対象の部材に照射する工程と、
前記ろう付対象の部材の温度を測定する工程と、
前記ろう付対象の部材の温度の測定値に応じてレーザ光の照射と非照射が行われるように前記レーザ光源を制御する工程と、を有し、
前記レーザ光源を制御する工程では、レーザ光の強度を温度の設定値の大きさに応じて定めた設定情報を参照し、レーザ光の照射と非照射の繰り返しにより前記ろう付対象の部材の温度を前記設定値にする際の照射時のレーザ光の強度が前記設定情報に従うように、前記レーザ光源を制御し、
前記設定情報には、前記設定値および前記レーザ光源が出射するレーザ光の強度が経過時間に応じて定められており、
前記レーザ光源を制御する工程では、前記設定情報を参照し、前記測定値が各経過時間で前記設定情報の定める設定値となり且つ前記レーザ光源が出射するレーザ光の強度が各経過時間で前記設定情報の定める強度となるように前記レーザ光源を制御する、
ろう付方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ろう付装置及びろう付方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、熱源にレーザを用いてろう付を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。熱源にレーザを用いたろう付装置の用途としては、例えば、自動車用のボディを構成する外板同士の接合が挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－３２０９６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

熱源にレーザを用いたろう付装置では、ろう材が溶解する温度となるようにレーザ光の強度の調整が行われる。その調整は、例えば、自動車用ボディの外板に使われる高張力鋼板（ハイテン材とも呼ばれる）のような高温に耐える素材同士を接合する場合には、熱による素材の変質を憂慮する必要性に乏しいので粗調整で済ますことも可能である。しかし、例えば、切削工具等に用いられるダイヤモンドのような高温に耐えない素材を接合する場合には、熱による素材の変質を可及的に抑制するべく、高度な調整が必要とされる。

【0005】

そこで、レーザ光が照射される部位の温度を計測する温度計を併用し、当該温度計の指示値が設定値になるようにレーザ光の強度をＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Control）することが考えられる。しかし、レーザ光は素材を局部的に加熱するものであるため、レーザ光の強度変化による照射箇所の温度変動が著しい。また、ろう材として使われるものには溶融温度が１０００℃に達するものもあるため、生産性を考慮すると、常温から溶融温度への速やかな到達を可能にする必要がある。したがって、これらの要求をＰＩＤ制御で実現するには、高度なゲイン調整が必要となるが、ゲインの設定値は接合する素材にも依存するため、ＰＩＤ制御を使ったレーザ光の強度調整は事実上、実現が困難であった。

【0006】

そこで、本発明は、ろう付の熱源として用いられるレーザ光の照射箇所の温度制御を可能にする技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明では、温度測定手段によって得られるろう付対象の部材の温度の測定値に応じてレーザ光の照射と非照射が行われるようにレーザ光源を制御することにした。

【0008】

詳細には、本発明は、ろう付装置であって、ろう付対象の部材に照射するレーザ光を出射するレーザ光源と、ろう付対象の部材の温度を測定する温度測定手段と、温度測定手段によって得られるろう付対象の部材の温度の測定値に応じてレーザ光の照射と非照射が行われるようにレーザ光源を制御する制御手段と、を備える。

【0009】

上記のろう付装置では、ろう付対象の部材の温度が温度測定手段で測定されており、レーザ光の照射と非照射が測定値に応じて行われるようにレーザ光源が制御される。よって、上記のろう付装置では、測定値が目標温度を上回ればレーザ光が非照射となり、測定値
が目標温度を下回ればレーザ光が照射される。したがって、上記のろう付装置では、例えば、測定値が目標温度を大幅に下回っている加熱初期の段階においてはレーザ光の連続的な照射が行われ、ろう付対象の部材が速やかに昇温される。また、例えば、測定値が目標温度の付近にある場合は、レーザ光の照射と非照射が繰り返され、或いは、レーザ光の非照射状態が継続されることにより、ろう付対象の部材が適正な温度に維持される。

【0010】

すなわち、上記のろう付装置においては、レーザ光の強度を制御するのではなく、測定値に応じたレーザ光の照射と非照射の切り替えにより、ろう付対象の部材を適正な温度に維持することにしている。よって、上記のろう付装置では、光の強度に応じて著しい温度変化を招きやすいレーザ光を使ったろう付において、例えば、ＰＩＤ制御におけるゲインの設定ミス等に起因する過度な強度のレーザ光の照射といった著しく不安定な温度変動を与える要素もなく、安定的な温度制御が可能である。

【0011】

なお、制御手段は、ろう付対象の部材の温度の設定値を経過時間に応じて定めた設定情報を参照し、測定値が各経過時間で設定情報の定める設定値となるようにレーザ光源を制御するものであってもよい。また、設定情報には、レーザ光源が出射するレーザ光の強度が経過時間に応じて更に定められており、制御手段は、レーザ光源が出射するレーザ光の強度が各経過時間で設定情報の定める強度となるようにレーザ光源を制御するものであってもよい。また、設定情報には、ろう付対象の部材の性状が維持され且つろう材が溶融する温度が設定値として定められていてもよい。また、設定情報には、設定値がろう付対象の部材の種類毎に定められていてもよい。

【0012】

上記のろう付装置がこのような制御手段を備えていれば、ろう付の際の条件を予め設定することが可能となり、例えば、ろう付対象の素材に応じたろう付を容易に行うことができる。

【0013】

また、上記のろう付装置は、ろう付対象の部材が格納される容器と、容器内を真空引きするポンプと、を更に備えるものであってもよい。ろう付が真空引きされた容器内で行われれば、ろう付対象の部材の酸化を抑制することができる。

【0014】

また、上記のろう付装置は、容器内へ不活性ガスを供給するガス供給手段を更に備えるものであってもよい。ろう付が行われる真空引きされた容器内に不活性ガスが供給されれば、真空引きが不足していてもろう付対象の部材の酸化を抑制することができ、且つ、ろう付対象の部材の冷却を速やかに行うことができる。

【0015】

ところで、本発明は、方法の側面から捉えることもできる。例えば、本発明は、ろう付方法であって、レーザ光源から出射されるレーザ光をろう付対象の部材に照射する工程と、ろう付対象の部材の温度を測定する工程と、ろう付対象の部材の温度の測定値に応じてレーザ光の照射と非照射が行われるようにレーザ光源を制御する工程と、を有するものであってもよい。

【発明の効果】

【0016】

上記のろう付装置及びろう付方法であれば、ろう付の熱源として用いられるレーザ光の照射箇所の温度制御を可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、ろう付装置のシステム構成図である。

【図2】図２は、ろう付装置の真空チャンバ付近を示した図である。

【図3】図３は、真空チャンバの内部構造を示した第１の図である。

【図4】図４は、真空チャンバの内部構造を示した第２の図である。

【図5】図５は、ろう付装置を使って行われるろう付のフローチャートを示した図である。

【図6】図６は、コントロールユニットの操作画面の一例を示した図である。

【図7】図７は、ろう付が完了した被加熱物の一例を示した図である。

【図8】図８は、ろう付装置において実現される被加熱物の温度とレーザ光の強度の変化の一例を示したグラフである。

【図9】図９は、温度制御を行わない比較例における被加熱物の温度とレーザ光の強度の変化の一例を示したグラフである。

【図10】図１０は、試験片の形状および寸法を示した図である。

【図11】図１１は、評価で用いた活性銀ろうの化学成分と溶融温度範囲を示した表である。

【図12】図１２は、レーザ照射位置、放射温度計の測定位置を示した図である。

【図13】図１３は、評価において作成した試験片の接合部分のＳＥＭ像を示した図である。

【図14】図１４は、ろう付の保持時間と接合部のせん断強度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】

【0018】

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

【0019】

図１は、ろう付装置１のシステム構成図である。ろう付装置１は、真空チャンバ２に格納された被加熱物をレーザ光照射装置３のレーザ光で加熱することにより、被加熱物のろう付を行う装置であり、真空チャンバ２やレーザ光照射装置３、その他の周辺機器を備える。すなわち、ろう付装置１は、被加熱物が格納される真空チャンバ２、被加熱物に照射するレーザ光を発生させるレーザ光照射装置３、真空チャンバ２に格納されている被加熱物の温度を測る放射温度計４、真空チャンバ２内を真空引きする真空排気ポンプ５、真空チャンバ２内へ不活性ガス（例えば、アルゴンガス）を供給するガスボンベ６、レーザ光照射装置３を制御するコントロールユニット７を備える。

【0020】

レーザ光照射装置３は、真空チャンバ２に格納されている被加熱物へ向けてレーザ光を出射するガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２、ガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２へ送るレーザ光を発振するレーザ発振器３４、レーザ発振器３４を冷却する冷却ユニット３５、ガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２やレーザ発振器３４を制御するレーザ制御ＰＣ３６、レーザ光の矩形波を生成するファンクションジェネレータ３７を有する。ろう付装置１では後述するように放射温度計４を使ったフィードバック制御を行っているため、ファンクションジェネレータ３７は、発振周波数が最小値に設定されており、デューティー比も最大値に設定されている。したがって、ファンクションジェネレータ３７は、実質的に連続波（ＣＷ：continuous wave）を発振する。

【0021】

ろう付装置１では、被加熱物が真空チャンバ２内へ格納された後、真空排気ポンプ５を使って真空チャンバ２内の真空引きが行われる。真空チャンバ２内は、例えば、ろう材等の被加熱物の酸化現象において支配的な役割を果たす酸素の濃度を測定可能なピラニー真空計によって測定される真空度が、レーザ光による加熱中に被加熱物が酸化しない程度の真空度となるように調整される。また、真空チャンバ２内には、ガスボンベ６から不活性ガスが適当な流量で供給される。そして、ろう付装置１では、レーザ発振器３４や冷却ユニット３５が起動されてレーザ光による加熱の準備が整うと、コントロールユニット７やレーザ制御ＰＣ３６の制御信号に従ってガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２やレーザ発振器３４、ファンクションジェネレータ３７が作動し、真空チャンバ２内の被加熱物へレーザ光が照射される。

【0022】

ろう付装置１の概要については以上の通りである。以下、ろう付装置１の詳細について説明する。

【0023】

図２は、ろう付装置１の真空チャンバ２付近を示した図である。真空チャンバ２は、被加熱物が格納される筒状の容器２１と、容器２１を密閉する蓋２２とを有する。蓋２２には、真空チャンバ２の上方に設置されているガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２から放たれるレーザ光を容器２１内へ透過させるためのレーザ光照射窓２３が設けられている。

【0024】

容器２１は、レーザ光による加熱中に位置ずれが生じることの無いよう、台座２５に固定されている。また、容器２１の側面には、加熱中の被加熱物を観察するための覗き窓２４が設けられている。また、容器２１の側面には、加熱中の被加熱物から放たれる熱放射を放射温度計４で感知可能にするための温度測定窓２８が設けられている。また、容器２１の側面には、容器２１の内部と真空排気ポンプ５とを連通する排気管２６が接続されている。また、容器２１の側面には、容器２１の内部とガスボンベ６とを連通するガス供給管２７が接続されている。排気管２６とガス供給管２７の途中には流量調整弁や仕切弁が設けられている。

【0025】

真空チャンバ２の上方に設置されているガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２には、レーザ発振器３４に繋がる光ファイバ３１が接続されている。そして、ガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２は、光ファイバ３１を通じてレーザ発振器３４から送られるレーザ光を真空チャンバ２へ出射する。ガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２は、Ｘ軸とＹ軸に各々対応する２つのミラーの角度をモータで制御し、レーザヘッド３３から真空チャンバ２へ向けて放たれるレーザ光の照射方向を調整する。ガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２が調整するレーザ光の照射方向は、レーザ制御ＰＣ３６から指示された照射パターンに沿うように調整される。レーザヘッド３３から真空チャンバ２へ向けて放たれたレーザ光は、蓋２２のレーザ光照射窓２３を透過し、容器２１に格納されている被加熱物に照射される。

【0026】

図３は、真空チャンバ２の内部構造を示した第１の図である。また、図４は、真空チャンバ２の内部構造を示した第２の図である。容器２１の内部には、被加熱物Ｐを載せる台座２９が設けられている。そして、台座２９に搭載されている被加熱物Ｐには、レーザ光照射装置３から出射されたレーザ光が、レーザ光照射窓２３を通じて真上から投射される。台座２９に搭載されている被加熱物Ｐの加熱状態は、容器２１の側方から覗き窓２４を通じて目視で観察することができる。また、台座２９に搭載されている被加熱物Ｐの温度は、被加熱物Ｐから斜め上方に放たれる熱放射を、温度測定窓２８を通じて放射温度計４で感知することにより測定することができる。

【0027】

以下、ろう付装置１を使ったろう付のプロセスについて説明する。図５は、ろう付装置１を使って行われるろう付のフローチャートを示した図である。

【0028】

ろう付装置１の使用に際しては、まず、加熱温度や加熱時間といった加熱時に参照されるプロファイルの設定が行われる（Ｓ１０１）。ステップＳ１０１で行われるプロファイルの設定は、コントロールユニット７の操作画面を通じて行われる。図６は、コントロールユニット７の操作画面の一例を示した図である。コントロールユニット７の操作画面には、加熱を開始した場合にろう付装置１で実行される各加熱工程におけるプロファイルが表示される。例えば、図６では、第１番目に行われる「工程１」において、レーザ発振器３４の出力電圧が５．１Ｖ、被加熱物Ｐの温度設定が２５１℃の状態で１００秒間維持される旨の設定がなされている様子が示されている。ステップＳ１０１で設定されるプロフ
ァイルは、加熱する被加熱物Ｐの材質や形状、作業者が有する知見、その他の各種情報に基づいて、設定操作を行う作業者らによって設定される。

【0029】

また、ろう付装置１の使用に際しては、プロファイルの設定作業に前後して、容器２１内に被加熱物Ｐがセットされる（Ｓ１０２）。被加熱物Ｐの接合部分には適宜のろう材が塗布されている。そして、容器２１の開口部分が蓋２２に閉鎖され、真空チャンバ２が密閉状態になる（Ｓ１０３）。なお、ろう材としては、例えば、金ろう、銀ろう、銅ろう、黄銅ろう、ニッケルろう、パラジウムろう等の適宜のろう材が挙げられる。また、被加熱物Ｐの部材としては、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、合金類、セラミックス、ダイヤモンド、その他、ろう材を介して互いに接合されるあらゆる異種素材同士の組み合わせを挙げることができる。

【0030】

真空チャンバ２が密閉された後は、真空排気ポンプ５が起動され、真空チャンバ２内の真空引きが行われる（Ｓ１０４）。そして、真空チャンバ２内の真空引きが完了した後は、レーザ光照射装置３の起動操作やガスボンベ６からの不活性ガスの供給開始操作が行われ、レーザ加熱の準備が整う（Ｓ１０５）。レーザ加熱の準備が整ったら、作業者は、コントロールユニット７等を操作して加熱を開始する（Ｓ１０６）。

【0031】

ステップＳ１０６で加熱開始操作が行われた場合にろう付装置１で実行される動作（Ｓ２０１～Ｓ２０９）の説明については後述することにし、先に加熱終了後のフローについて説明する。被加熱物Ｐの加熱が終了した後は（Ｓ１０７）、レーザ光照射装置３の停止操作やガスボンベ６からの不活性ガスの供給停止操作が行われる（Ｓ１０８）。また、真空排気ポンプ５が停止され、真空チャンバ２内の真空破壊が行われて真空チャンバ２内が大気圧にされる（Ｓ１０９）。真空チャンバ２内が大気圧になった後は、蓋２２が外されて容器２１の開口部分が開かれ、真空チャンバ２が開放される（Ｓ１１０）。真空チャンバ２が開放された後は、ろう付が完了した被加熱物Ｐの取り出しが行われる（Ｓ１１１）。

【0032】

図７は、ろう付が完了した被加熱物Ｐの一例を示した図である。上記一連の処理（Ｓ１０１～Ｓ１１１）を経ることにより、母材に超硬材をろう付した被加熱物Ｐが完成する。

【0033】

以下、ステップＳ１０６で加熱開始操作が行われた場合にろう付装置１で実行される動作（Ｓ２０１～Ｓ２０９）について説明する。

【0034】

ステップＳ１０６で加熱開始操作が行われると、コントロールユニット７において、工程数のカウンタ値（ｎ）を１にセットする内部処理が行われる（Ｓ２０１）。そして、コントロールユニット７では、ステップＳ１０１で設定されたプロファイルの参照が行われ、第ｎ番目の工程の温度設定値や出力電圧の設定値、キープ時間の設定値が読み出される（Ｓ２０２）。ステップＳ１０１に続けてステップＳ１０２が実行される場合、当該ステップＳ１０２では第１番目の工程の設定情報の読み出しが行われることになる。

【0035】

ステップＳ２０２の処理が行われた後は内部タイマーやレーザ発振器３４が作動し、ステップＳ２０２で読み出された出力電圧の設定値でレーザ光が発振される。レーザ発振器３４で発信されたレーザ光は、レーザヘッド３３から出射され、レーザ光照射窓２３を通じて被加熱物Ｐへ照射される（Ｓ２０３）。また、放射温度計４による被加熱物Ｐの温度測定が行われる。そして、被加熱物Ｐの温度が、ステップＳ２０２で読み出された温度設定値よりも所定値（α）だけ高い温度に達すると（Ｓ２０４）、レーザ発振器３４によるレーザ光の発振が停止される（Ｓ２０５）。そして、被加熱物Ｐの温度が、ステップＳ２０２で読み出された温度設定値よりも所定値（α）だけ低い温度に達し（Ｓ２０６）、且つ、内部タイマーの経過時間がキープ時間の設定値を経過していなければ（Ｓ２０７）、
レーザ発振器３４によるレーザ光の発振が再開される（Ｓ２０３）。また、内部タイマーの経過時間がキープ時間の設定値を経過した場合（Ｓ２０７）、ステップＳ１０１で設定されたプロファイルの参照が行われ、次工程の有無の判定が行われる（Ｓ２０８）。そして、ステップＳ２０８で肯定判定が行われれば、工程数のカウンタ値（ｎ）が１カウント加算され（Ｓ２０９）、ステップＳ２０２以降の処理が再び実行される。また、ステップＳ２０８で否定判定が行われれば、既述したステップＳ１０７以降の処理が実行される。

【0036】

図８は、ろう付装置１において実現される被加熱物Ｐの温度とレーザ光の強度の変化の一例を示したグラフである。ろう付装置１では、上述したように、ステップＳ１０１で設定された各工程において、被加熱物Ｐの温度が温度設定値から所定値（α）の範囲内となるようにレーザ光の照射と非照射が繰り返される。よって、ろう付装置１では、図８に示すような被加熱物Ｐの温度とレーザ光の発振強度の変化が実現される。図８に示すグラフは、各工程の温度設定値や出力電圧の設定値、キープ時間の設定値が図６のように設定され、被加熱物Ｐの温度が温度設定値から１℃（すなわち、α＝１）の範囲内となるようにレーザ光の照射と非照射が繰り返された場合の被加熱物Ｐの温度とレーザ光の発振強度の変化を示している。

【0037】

ろう付装置１では各工程において被加熱物Ｐの温度が温度設定値から所定値（α）の範囲内となるようにレーザ光の照射と非照射が繰り返されるため、被加熱物Ｐの温度が温度設定値よりも大幅に低い加熱開始初期においては、ステップＳ２０４で否定判定が継続され、図８のグラフにおいて「※１」で示されるように連続的なレーザ照射が行われる。そして、被加熱物Ｐの温度が温度設定値から所定値（α）の範囲内になると、図８のグラフにおいて「※２」で示されるようなパルス状のレーザ照射が行われたり、或いは、図８のグラフにおいて「※３」で示されるようなレーザ光の非照射状態が継続されたりする。レーザ光のパルス幅や間隔は、被加熱物Ｐの大きさやレーザ光の出力電圧、被加熱物Ｐから台座２９への熱移動量、真空チャンバ２内にガスボンベ６から供給される不活性ガスの供給量等に応じて変化する。

【0038】

図８のグラフからも判るように、被加熱物Ｐの温度データに基づくフィードバック制御によって行われるレーザ光の照射および非照射の繰り返しにより、被加熱物Ｐの適正な温度制御を実現できることが判る。これは、コントロールユニット７に設定されたプロファイルに基づくレーザ光の照射と、真空チャンバ２内にガスボンベ６から供給される不活性ガスの供給による被加熱物Ｐの温度降下との相互作用によるものである。

【0039】

図９は、温度制御を行わない比較例における被加熱物Ｐの温度とレーザ光の強度の変化の一例を示したグラフである。例えば、上記のろう付装置１においてステップＳ２０１からステップＳ２０９までの一連の処理が省略され、被加熱物Ｐの様子を監視しながらレーザ光の強度を徐々に上げて超硬材を母材にろう付する方法が採られる場合、図９のグラフに示されるように、被加熱物Ｐの温度は徐々に上昇し、レーザ光の強度はステップ状に上昇することになる。すなわち、温度制御を行わない比較例においては、超硬材が炭化しないように慎重な操作が行われることになる。よって、比較例においては、上記実施形態よりも多くの時間を費やすことになる。

【0040】

また、上記実施形態のろう付装置１において、ガスボンベ６から真空チャンバ２内への不活性ガスの供給を停止した状態でろう付を試みたところ、ろう材の酸化が確認された。これは、真空チャンバ２内を真空引きする装置として現実的に選択可能なロータリーポンプを真空排気ポンプ５として用いたため、真空排気ポンプ５の排気能力の不足により真空チャンバ２内の酸素濃度が十分に低い値でなかった故である。また、上記実施形態のろう付装置１において、ガスボンベ６から真空チャンバ２内への不活性ガスの供給を停止した状態でろう付を試みたところ、加熱終了後の被加熱物Ｐの冷却に非常に長い時間がかかる
ことが判明した。これは、被加熱物Ｐの周囲を通過する不活性ガスの供給の停止により、真空の真空チャンバ２内に置かれている被加熱物Ｐが放熱されない故である。

【0041】

上記実施形態のろう付装置１を用いて実際にろう付を行い、ろう付性を評価したので、その結果を以下に示す。

【0042】

供試材料としては、母材に超硬合金（ＩＳＯ使用分類Ｋ１０相当材）を選択し、超硬材にＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）を選択した。図１０は、試験片の形状および寸法を示した図である。試験片は、既製品を利用したため、切削工具のニアネットシェイプとなっている。ＰＣＤチップは、超硬合金が裏打ちされている一般的なものである。試験片の作製においては、ろう付面がＰＣＤとなるようにした。これらの供試材はろう付前にアセトンで脱脂洗浄を行った。ろう材には東京ブレイズ株式会社製のペースト状の活性銀ろう「ＴＢ－６２９Ｔ」を使用した。ＴＢ－６２９Ｔの化学成分と溶融温度範囲を図１１に示す。チップ側接合部全面に一定量のろう材を塗布後、超硬合金にセットし、約１５０℃でバインダーの乾燥を十分に施してから上記実施形態のろう付装置１でろう付を行った。

【0043】

本評価においては、真空チャンバ２内を１．５Ｐａまで真空排気した後、排気を継続した状態で不活性ガスを導入し、真空チャンバ２内の圧力を１．５×１０^３Ｐａにコントロールした状態でレーザ照射を行った。不活性ガスには高純度のＡｒ（アルゴン）キャリアガスを用いた。ろう付温度は７８０℃で一定とし、保持時間を５秒、３０秒、６０秒と変化させた。図１２は、レーザ照射位置、放射温度計の測定位置を示した図である。本評価では、ＰＣＤの周囲を周回しながら超硬合金が照射されるようにガルバノ駆動レーザ光出力ユニット３２でレーザを円形状に描画し、５００ｍｍ／秒の速度で移動させた。

【0044】

また、本評価においては、比較のため、上記実施形態のろう付装置１ではない従来の一般的な真空炉による炉中ろう付試験片も作製した。ろう付条件は、炉内を１．０×１０^－１Ｐａまで真空排気後、排気を継続した状態で高純度のＡｒキャリアガスを導入し、チャンバ内を約５０Ｐａにコントロールした。ろう付温度は、上記実施形態のろう付装置１を用いて試験片を作成した際と同じ７８０℃とし、保持時間を６００秒とした。

【0045】

図１３は、本評価において作成した試験片の接合部分のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像を示した図である。ろう付後のろう材層の厚さは、保持時間の経過に関わらず一定にはならなかった。レーザろう付と真空炉による炉中ろう付の何れの場合においても、ろう材の厚みのギャップコントロールを行っていないのがろう材層の厚さに影響したものと推測される。ろう材の凝固組織は、図１３に示されるように、保持時間の増加に伴い粗大化していく傾向が見られた。

【0046】

図１４は、ろう付の保持時間と接合部のせん断強度の関係を示したグラフである。レーザろう付で接合した場合、保持時間が５秒の場合に１８４ＭＰａと最高強度を示し、ろう付時間が長くなるに従い接合部の強度は低下した。また、上記実施形態のろう付装置１ではない従来の一般的な真空炉によるろう付で６００秒間のろう付時間だった試験片に至っては、接合部の強度は１０７ＭＰａまで低下した。

【0047】

本検証により、上記実施形態のろう付装置１によって精密な温度管理を行い、極短時間のろう付保持時間でも十分に接合を実現できることが確認された。したがって、上記実施形態のろう付装置１であれば、熱影響の大きい部材に対する適正なろう付の実現が可能になると言える。

【符号の説明】

【0048】

Ｐ・・被加熱物：１・・ろう付装置：２・・真空チャンバ：３・・レーザ光照射装置：４
・・放射温度計：５・・真空排気ポンプ：６・・ガスボンベ：７・・コントロールユニット：２１・・容器：２２・・蓋：２３・・レーザ光照射窓：２４・・覗き窓：２５・・台座：２６・・排気管：２７・・ガス供給管：２８・・温度測定窓：２９・・台座：３１・・光ファイバ：３２・・ガルバノ駆動レーザ光出力ユニット：３３・・レーザヘッド：３４・・レーザ発振器：３５・・冷却ユニット：３６・・レーザ制御ＰＣ：３７・・ファンクションジェネレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】