(57)【要約】  本発明は、ブランクをシャンクに自動で溶接して切削工具及び耐磨耗部品を製造する装置に関し、本発明に係る自動溶接装置は、体部の中央に回転可能に設けられた回転軸、前記回転軸を中心に放射状に設けられた遮断壁により区分され円周方向に順次配列される複数の作業領域等、前記回転軸の下部に着脱可能に連結され、円周方向に沿って回転軸を中心に回転し、前記の作業領域等を順次通過することができるよう構成されて上部に試片が設けられる試片支持台、及び前記作業領域等のうち一部の上部に設けられて前記試片に瞬間的な温度上昇を提供する放射熱源で構成される。したがって、本発明に係る自動溶接装置及び切削工具を製造する自動溶接方法は、前記試片支持台上に設けられた試片が回転軸の回転により各作業領域を順次通過しながら前記放射熱源からの放射熱により自動で溶接されることを特徴とする。
2005519768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブランクをシャンクに自動で溶接して切断工具及び耐磨耗部品を製造する自動溶接装置であって、
体部の中央に回転可能に設けられた回転軸、
前記回転軸を中心に放射状に設けられた遮断壁により区分され円周方向に順次配列される複数の作業領域等、
前記回転軸の下部に着脱可能に連結され、円周方向に沿って回転軸を中心に回転し、前記の作業領域等を順次通過することができるよう構成され上部に試片が設けられる試片支持台、及び
前記作業領域等のうち一部の上部に設けられて前記試片に瞬間的な温度上昇を提供する放射熱源
で構成され、
前記試片支持台上に設けられた試片が回転軸の回転により各作業領域を順次通過しながら前記放射熱源からの放射熱により自動で溶接されることを特徴とする、切削工具製造用自動溶接装置。
【請求項２】
前記体部内部の作業領域等は、
試片支持台の流出入のための開閉装置が設けられている試片セッティング部、
上部放射熱源により作業時に１００〜１５０℃の温度に維持されて試片を乾燥させる乾燥部、
上部放射熱源により作業時に２００〜３００℃の温度で試片を加熱する加熱部、
上部放射熱源により作業時に２００〜１０００℃／ｍｉｎの昇温速度で急昇温させて６００〜１２００℃の温度で数秒又は数分の速い時間内に試片のブランクと溶接材をシャンクに接合させる溶接部、及び
冷却ガスを注入させるための冷却ガスパイプが設けられ、注入された冷却ガスにより前記溶接部で溶接された試片を急速冷却させる冷却部で構成され、
前記乾燥部、加熱部及び溶接部の温度は前記放射熱源を調整することにより調節することができることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具製造用自動溶接装置。
【請求項３】
前記体部の側面には作業時に真空状態を作るため真空ポンプが連結される真空ポンプパイプ、各作業領域の遮断壁の冷却のため冷却水が供給／流出される冷却パイプが設けられ、さらに体部の上部面には作業中作業領域の不活性雰囲気を造成するための少なくとも１つのガス供給パイプを備えることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具製造用自動溶接装置。
【請求項４】
前記放射熱源はハロゲンランプであり、試片に放射熱を直接照射するようにすることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具製造用自動溶接装置。
【請求項５】
ブランクをシャンクに自動で溶接して切断工具及び耐磨耗部品を製造する方法であって、
ブランクが溶接材を媒介にしてシャンクに載置された試片を試片支持台の上部に設けて前記試片支持台を試片セッティング部に結合する段階、
前記試片支持台を乾燥部に移動させ、放射熱源により１００〜１５０℃に維持させて試片を乾燥させる段階、
前記試片支持台を加熱部に移動させ、放射熱源により２００〜３００℃に維持させて試片を予熱させる段階、
前記試片支持台を溶接部に移動させ、放射熱源により昇温速度２００〜１０００℃／ｍｉｎの急昇温で加熱して６００〜１２００℃の温度で数秒内にブランクと溶接材をシャンクに溶接させる段階、及び
前記試片支持台を冷却部に移動させ、高圧の冷却ガスにより冷却させる段階
で構成され、
前記各段階等が回転軸の回転により試片支持台がそれぞれの作業領域等を連続的に移動されるようにして切削工具が自動的に製造されることを特徴とする、自動溶接方法。
【請求項６】
前記試片を乾燥させる段階、予熱させる段階、及び溶接させる段階で放射熱源はハロゲンランプであり、試片に放射熱を直接照射するようにすることを特徴とする、請求項５に記載の自動溶接方法。
【請求項７】
前記乾燥部及び加熱部は必要によって放射熱源を調節することにより、試片を昇温速度２００〜１０００℃／ｍｉｎの急昇温で加熱して６００〜１２００℃の温度で数秒内にブランクと溶接材をシャンクに溶接できるようにして溶接部に用いることができることを特徴とする、請求項５に記載の自動溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
１．発明の分野
本発明は瞬間加熱方式を用いてダイヤモンド系素材を溶接することにより、切削工具を自動連続的に製造することができる自動溶接装置に関する。より詳しくは、天然及び人造ダイヤモンド、焼結ダイヤモンドコンパクト（ＰＣＤ compact：Polycrystalline diamond）、気相蒸着ダイヤモンド、セラミックス等の素材を切削工具及び耐磨耗工具に製作するにおいて重要な工程であるシャンク（shank）との溶接工程において、放射熱源による瞬間加熱方式を適用し、溶接するための工具が互いに異なる温度を有する溶接装置の作業領域を順次進めて連続的に溶接が行われる自動溶接装置に関する。
【０００２】
２．従来技術の説明
前記言及された多様なダイヤモンド系素材等は殆ど板状の形をしており、切削工具やドレッサー等の切削工具の形に製作されるためには図１と図２に示されているように、ダイヤモンド系又はセラミックスチップ等の溶接する素材ブランク３１が、溶接合金の溶接材３２を媒介にして工具の支持台の役割を果たす超硬や工具鋼素材でなるシャンク３３に溶接される。
【０００３】
このとき、シャンク３３とブランク３１を接合している接合部は、切削時に被削材と工具との切削負荷をシャンク３３に伝える役割を果たすので、切削負荷の維持のための充分な強度を備えなければならず、接合部の物性は溶接工程によって左右される。したがって、これらを接合させるための技術は非常に重要である。
【０００４】
従来はこれらの接合のための溶接はトーチや誘導加熱法を用いたが、この場合手作業により工具が１つずつ溶接されるため生産性が低いという問題点があり、さらに溶接途中高温で長時間空気中に露出されて溶接層が酸化するか、気孔が存在することになる等機械的物性が低下し、工具の物性が作業者の溶接技術に依存して変化する等、再現性のある製品の生産が困難であった。さらに、天然や人造、そして気相合成ダイヤモンド素材等は既存の空気雰囲気で進められる溶接方式では溶接自体が不可能であるという問題点がある。
【０００５】
これを解決するためのものとして、真空炉を用いて真空状態で溶接する方式が採用され１つの工程で数十個の切削工具を溶接することはできたが、これもまたそれぞれの作業領域で別個の作業が行われる断続作業であり、数時間の工程時間が必要であるので、生産性の向上には根本的な問題点を有している。
【０００６】
したがって、既存の溶接工程の欠点を解決して工程コストの減少と再現性の保障された優れた性能の工具を具現し、同時に手作業や、作業領域当りの作業でない連続的に溶接が可能であるようにする自動化した大量溶接装置の開発が必要となった。
【発明の概要】
【０００７】
前記の問題点を解決するため、本発明は溶接されるブランクと溶接材だけを放射熱源による瞬間加熱を行う傍ら、シャンクの温度上昇を抑えながら溶接を行うことができ、真空及び不活性気体の雰囲気下で溶接できるよう溶接雰囲気を調節して高温での酸化及び機械的物性の低下を防止し、同時に非常に速やかな時間に多数の工具を同一の物性を有するよう連続溶接する自動溶接装置、及びこれを用いた自動溶接方法を提供することに目的がある。
【０００８】
このような目的を達成するため、本発明はブランクをシャンクに自動で溶接して工具及び耐磨耗部品を製造する装置として、自動溶接装置は、体部の中央に回転可能に設けられた回転軸、前記回転軸を中心に放射状に設けられた遮断壁により区分され円周方向に順次配列される複数の作業領域等、前記回転軸の下部に着脱可能に連結され、円周方向に沿って回転軸を中心に回転し、前記の作業領域等を順次通過することができるよう構成され上部に試片が設けられる試片支持台、及び前記作業領域等のうち一部の上部に設けられ前記試片に瞬間的な温度上昇を提供する放射熱源で構成され、前記試片支持台上に設けられた試片が回転軸の回転により各作業領域を順次通過しながら前記放射熱源からの放射熱により自動に溶接されることを特徴とする切削工具製造用自動溶接装置を提供する。
【０００９】
さらに、本発明に係る自動溶接装置の前記体部内部の作業領域等は、試片支持台の流出入のための開閉装置が設けられている試片セッティング部、上部放射熱源により作業時１００〜１５０℃の温度に維持されて試片を乾燥させる乾燥部、上部放射熱源により作業時２００〜３００℃の温度で試片を加熱する加熱部、上部放射熱源により作業時に２００〜１０００℃／ｍｉｎの昇温速度で急昇温させて６００〜１２００℃の温度で数秒又は数分の速い時間内に試片のブランクと溶接材をシャンクに接合させる溶接部、及び冷却ガスを注入させるための冷却ガスパイプが設けられ、注入された冷却ガスにより前記溶接部で溶接された試片を急速冷却させる冷却部で構成され、前記乾燥部、加熱部及び溶接部の温度は前記放射熱源を調整することにより調節することができることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る自動溶接装置の前記体部の側面には作業時に真空状態を作るため真空ポンプが連結される真空ポンプパイプ、各作業領域の遮断壁の冷却のため冷却水が供給／流出される冷却パイプが設けられ、さらに体部の上部面には作業中作業領域の不活性雰囲気を造成するための少なくとも１つのガス供給パイプを備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る自動溶接装置の前記放射熱源はハロゲンランプであり、試片に放射熱を直接照射するようにすることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明はブランクをシャンクに自動で溶接して工具及び耐磨耗部品を製造する方法として、ブランクが溶接材を媒介としてシャンクに載置された試片を試片支持台の上部に設けて前記試片支持台を試片セッティング部に結合する段階、前記試片支持台を乾燥部に移動させ、放射熱源により１００〜１５０℃に維持させて試片を乾燥させる段階、前記試片支持台を加熱部に移動させ、放射熱源により２００〜３００℃に維持させて試片を予熱させる段階、前記試片支持台を溶接部に移動させ、放射熱源により昇温速度２００〜１０００℃／ｍｉｎの急昇温で加熱して６００〜１２００℃の温度で数秒内にブランクと溶接材をシャンクに溶接させる段階、及び前記試片支持台を冷却部に移動させ、高圧の冷却ガスにより冷却させる段階で構成され、前記各段階等は回転軸の回転により試片支持台がそれぞれの作業領域等を連続的に移動されるようにして切削工具が自動的に製造されることを特徴とする自動溶接方法を提供する。
【００１３】
さらに、本発明に係る自動溶接方法は、前記試片を乾燥させる段階、予熱させる段階及び溶接させる段階で放射熱源はハロゲンランプであり、試片に放射熱を直接照射するようにすることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る自動溶接方法は、前記乾燥部及び加熱部は必要によって放射熱源を調節することにより、試片を昇温速度２００〜１０００℃／ｍｉｎの急昇温で加熱して６００〜１２００℃の温度で数秒内にブランクと溶接材をシャンクに溶接できるようにして溶接部に用いることができることを特徴とする。
【００１５】
したがって、本発明に係る自動溶接装置は瞬間加熱方式としてハロゲンランプ等放射熱源を用いた光加熱方式を採用し、溶接される工具が溶接装置内の温度が異なる領域を順次進められ、短時間に溶接が行われる自動連続作業を可能にすることができる。さらに、自動化により生産性を最大化させて工具の製造コストを低減させ、優秀で一定の性能を有する溶接物性を得ることができる。
【００１６】
本発明はさらに、ダイヤモンド系ブランクの熱物性を最大に利用してハロゲンランプ等の放射熱源を用いた瞬間加熱方式を自動化した点に特徴がある。すなわち、ダイヤモンドは他の素材に比べて熱伝導度が非常に大きく、比熱が小さいので加熱速度が非常に速く、ダイヤモンド系ブランクを介し下部に位置した溶接材への速やかな熱伝達が可能である。さらに、ブランクの大きさがシャンクに比べ非常に小さいので、熱容量もまた非常に小さい。したがって、本工程で温度の差を有する領域を順次移動し、瞬間加熱方式の採用で高温での長時間露出による機械的物性の低下を防止しながら溶接することができるようにする。溶接が行われる工具は段階的に温度の上昇が行われるが、溶接材の溶接が行われる最終段階の最高温度では雰囲気の調節と同時に放射熱源により数秒から数分だけ露出されて溶接が行われ、以後冷却で溶接材の酸化とシャンク材の劣化が防止されるという特徴を有する。
【００１７】
本発明はさらに、溶接を望む工具の数量が少ないか、または特別な真空又は不活性気体雰囲気への調節が求められるとき、断続的な溶接が可能であるとの装備の汎用性を有している。すなわち、溶接しようとする工具の数量が少ない場合、予め溶接材に組み立てられた工具を乾燥させた後、これを本発明に係る自動溶接装置の一部分に設けて独立的に溶接又は雰囲気調節しながら溶接することができる。もし、１回の溶接数量が増加すれば、放射熱源であるそれぞれのハロゲンランプが設けられた溶接装置の内部全体を用いて溶接温度まで上昇させ、溶接領域を増加させることができるという特徴を有する。
【００１８】
以下、添付図面を参照して詳細に述べた実施形態により、本発明を説明すが、この実施形態は例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【好適な実施形態の詳細な説明】
【００１９】
本発明に用いられる溶接装置は次の通りである。図３は概略的な瞬間加熱方式を導入した自動溶接装置を部分切断して示す斜視図であり、図４は自動溶接装置の上部から眺めた平面図である。
【００２０】
図３及び図４に示されているように、体部１は中央に設けられる回転軸１１を中心に放射状に延長する遮断壁２０により５つの作業領域に区分され、前記作業領域の溶接作業順に従い順次試片セッティング部４、乾燥部５、加熱部６、溶接部７、そして冷却部８で構成される。前記回転軸は外部に設けられたモーター等の駆動装置（図示省略）により自動で一定時間の間隔に合わせて回転することができる。
【００２１】
前記体部１の上部面１４の中で乾燥部５、加熱部６及び溶接部７の上部面１４は瞬間加熱のための放射熱源９が設けられ、放射熱源が試片に直接到達できるよう透明なものが好ましい。前記放射熱源９はハロゲンランプ等を用いるのが好ましく、透明な上部面１４は石英で製作されるのが好ましい。
【００２２】
試片セッティング部４は溶接のための試片を準備する作業領域であり、外側面へ試片支持台１０を流出入させるための開閉装置１６を備えている。試片１３は、溶接合金の溶接材３２を媒介にしてダイヤモンド系等の素材であるブランク３１をシャンク３３に設けた状態で試片支持台１０の上に載置され、試片支持台を試片セッティング部４内の回転軸に結合させることにより、溶接作業のための準備が完了する。
【００２３】
乾燥部５は作業中に１００〜１５０℃の温度を維持し、溶接材を乾燥させて不要な有機溶媒を除去する作業を行う。乾燥部５の上部面１４は透明であり、前記上部面の上に放射熱源９が設けられる。放射熱源は電気的抵抗により放射熱の強度が調節されるため、前記作業領域での各作業温度を維持することができるようにする。
【００２４】
加熱部６は作業時２５０〜３００℃に温度が維持されて予備加熱を行う作業領域で、前記乾燥部５のように上部面１４が透明でその上に放射熱源が設けられている。 溶接部７は、放射熱源９の瞬間加熱により２００〜１０００℃／ｍｉｎの昇温速度で急昇温し、溶接部７内の温度が６００〜１２００℃に維持されるようにして実際溶接が行われる作業領域である。溶接部７の上部面１４は、前記乾燥部５及び加熱部６と同様に透明で放射熱源が上部面１４の上に設けられる。したがって、溶接部７では放射熱源による放射熱が透明な上部面１４を通って直接試片に到達し、瞬間的な温度の上昇で溶接材３２が液状化してブランク３１とシャンク３３との間に溶接が行われるため、素材の劣化や溶接金属の酸化反応が抑えられながら溶接が行われることになる。
【００２５】
冷却部８は、溶接部を経て溶接が行われた試片を常温に冷却させる作業領域である。冷却ガスにはアルゴン等のような不活性気体が用いられ、したがって、冷却部８には前記冷却ガスを流入させることができる冷却ガスパイプ２１が設けられているのが好ましい。
【００２６】
図５は本発明に係る試片支持台を示す自動溶接装置の平面図で、図３のＡ−Ａ切取線に沿って切断して上部から眺めた平面図である。図３及び図５に示されているように、試片支持台１０は試片回転軸１１の試片ホルダー１２に嵌合されて着脱可能に固定され、固定された状態は前記体部の上部面１４と所定の距離を置いて平行に位置する。試片支持台は溶接しようとする工具等１３を設けるのに用いられ、少なくとも５つの試片支持台が自動溶接のため必要である。試片支持台等は順次回転軸１１により円周方向に回転し、それぞれの作業領域を通過しながらそれぞれの作業状態に従って溶接が行われる。
【００２７】
図６は、本発明に係る自動溶接装置を図２のＢ−Ｂ切取線に沿って切断した側面図を示す図である。図３及び図６に示されているように、前記作業領域等を分離させる遮断壁２０の下部には試片支持台の側面形状と同一の貫通孔１９が形成されている。したがって、試片支持台等が回転軸１１の回転によりそれぞれの作業領域等を順次通過することができるようにする。
【００２８】
さらに、作業領域等のうち乾燥部５、加熱部６及び溶接部７に用いられる放射熱源９は自動溶接装置の上部面１４と所定の間隔を置いて設けられる。溶接部７の放射熱源９は透明な上部面１４を介し溶接しようとする試片に放射熱を伝え、放射熱により試片の溶接金属は瞬間的に温度が上昇することができる。
【００２９】
さらに、図３に示されているように、自動溶接装置の体部１の外側面には冷却水を流入するための冷却水パイプ１５が備えられている。前記冷却水パイプ１５によって流入された冷却水は、各作業領域の外側と前記遮断壁の内部を通過するようにし、各作業領域等の間の温度差により互いの作業条件が影響を受けないようにする。したがって、各作業領域等と遮断壁は冷却水が流れることができるよう設計されるのが好ましい。
【００３０】
さらに、体部１の上部面と側面には不活性気体が流入されるガス供給パイプ１７と真空ポンプ連結管１８が設けられる。したがって、試片の溶接作業時に不活性ガスを注入して不活性ガス雰囲気を造成し、真空ポンプ（図示省略）により作業領域内を０.００１ｔｏｒｒ〜１００ｔｏｒｒ程度に維持させる。
【００３１】
本発明に係る溶接工程の例は次の通りである。
【００３２】
［実施例１：焼結ダイヤモンド切削工具の自動連続溶接］
図１及び図２に示されているように、予め適切な大きさに切断された焼結ダイヤモンド３１をＶＢＭＴインサート超硬３３の母材上に溶接材３２を塗布した部分に載置して組み立てる。以後、これらの工具を幾多の試片支持台に載置して溶接を準備する。溶接する工具が置かれた幾多の試片支持台等の中で１つを選択し、開閉装置１６を介し試片セッティング部４の試片ホルダー１２に嵌合して回転軸１１に固定する。ガス供給パイプ１７を介し不活性気体が流入し、自動溶接装置を作動すれば工具が載置されている試片支持台１０は回転軸１１の回転により乾燥部５に進んで位置する。乾燥部５は１５０℃に維持されるので、組み立てられた工具の乾燥が行われる。このとき、予め準備されたさらに他の試片支持台を試片ホルダー１２に固定する。５分経過後、第１の試片支持台１０は加熱部６に進められ、第２の試片支持台は乾燥部５に回転して位置する。さらにまた、第３の試片支持台を試片ホルダー１２に固定して５分後乾燥部５に進めさせる。このとき、第１の試片支持台は溶接部７に位置することになり、溶接部７では瞬間的に７５０℃まで温度が上昇して約１分間維持されながら溶接が行われる。以後、溶接部７の電源が消える。５分後、さらに他の試片支持台は乾燥部５に、第１の試片支持台は冷却部８に、第２の試片支持台は溶接部７に、第３の試片支持台は加熱部６に進められる。冷却部８に進められた第１の試片支持台は、冷却ガスパイプ２１により流入した高圧の冷却ガスにより冷却が行われ、もう１回の進行により試片セッティング部４に載置されると、第１の試片支持台に載置された試片の溶接が完了する。溶接済みの工具は外部に取り出され、さらに他の溶接のための工具が載置された新しい試片支持台１０が載置される。このようにして継続的な溶接が行われ、約２０分の工程時間により溶接が完了する。
【００３３】
［実施例２：溶接部だけを用いた天然ダイヤモンド切削工具の真空溶接］
天然ダイヤモンドを予め加工されたＶＢＭＴ超硬のインサート上に溶接用金属合金の溶接材を薄く塗布した部分に載せて組み立てる。これらの工具を１５０℃に維持される乾燥機で約５分間溶接材を乾燥する。乾燥過程を経たこれらの工具を試片支持台に載置して試片ホルダーに固定して溶接部７領域に設ける。試片開閉装置を閉じて真空ポンプを作動し、自動溶接装置内の圧力を０.０１ｔｏｒｒまで低める。以後、溶接部７の放射熱源であるハロゲンランプに電源を入れて２５０℃で５分間維持した後、７５０℃まで昇温させて１分間維持し、電源を遮断して冷却させる。試片開閉装置を開いて溶接された工具を取り出し溶接を完了する。
【００３４】
さらに、それぞれの乾燥部、加熱部、溶接部は電気的抵抗を変化させる温度制御器により温度が調節できるので、溶接容量が溶接部だけで１回溶接が不可能な場合、そして自動連続溶接を行うには数量が少ない場合は、実施例２のような工程で乾燥部と加熱部も同時に溶接部と同一の状態に調節して溶接部に活用できるようにし、１回溶接容量を増加させることができる。
【００３５】
本発明は、従来の手作業又は断続的に配置当りに行われていた溶接作業を自動化した連続作業に取り替えることにより、生産性を最大化することができ切削工具のコストを低減させるという効果がある。さらに、溶接加熱源に放射熱源による光加熱方式を採用し、数秒内に溶接温度に急昇温させて溶接することにより、溶接材の酸化及び劣化を防止して製品の物性の均一化が可能である。さらに、溶接容量の規模によって断続作業も可能であるので、溶接装置の汎用性を確保し経済性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ダイヤモンド系又はセラミックチップ切削工具の溶接前の構成を示す図である。
【図２】溶接のため組み立てられた工具の断面図である。
【図３】本発明に係る自動溶接装置の部分切断斜視図である。
【図４】本発明に係る自動溶接装置を上部から眺めた平面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ切取線に沿って切断した切断平面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ切取線に沿って切断した切断側面図である。
【図１】
2005519768.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005519768.tif 000008
【国際調査報告】
2005519768.tif 000009