JP2003516873A - 特にねじ回し等の工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、工具に関し、特にねじ回しやヤスリにおいて、１以上の作業表面であって溝をプロファイルされたものからなる工具に関係する。本発明によれば、溝は工エネルギー照射によって形成された凹部であり、境界に突出部を有する。境界突出部は、溶融後直ちに固化して皿状構造となる溶融物のエッジである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、工具に関し、特にねじ締め付け工具、好適にはねじ回し、レンチ、
プライヤ、ものを掴む工具、またはヤスリであって、表面に凹部を有する工具に
関する。

【０００２】 また、本発明は、上述したタイプの工具上に作業表面を形成する方法に関する
。

【０００３】 ドイツ実用新案ＤＥ ９５ ００ ７８０．２ Ｕ１には、一般的な工具が開
示されている。この実用新案には、プラスねじのためのねじ回しの先端が記載さ
れており、作業表面は凹部と凸部が交互に線状に形成されている。すなわち、溝
の両側に突出部があるようなパターンが形成されている。この型のねじ回しの先
端を製造するには、まず、全ての突出部が刻みつけられる。それから、工具を硬
化する。硬化の際の表面への影響は突出部にも及ぶ。硬い突出部が硬い基盤体か
ら突出する極端にもろい工具の場合には、過剰刻み目効果が生じる。この硬化は
下方面を硬くすることによってのみ回避することができる。しかし、そうするこ
とによって、比較的柔らかい突出部が急速に摩耗する。従って、突出部を耐摩耗
性のものとすると工具が過剰にもろくなる一方、工具全体としてもろくないよう
にするには、突出部が柔らかくなり摩耗しやすくなるという問題に直面する。

【０００４】 従って、他の方法によって、ねじ回しの表面粗度を増大させている。たとえば
、ＤＥ ４０ ２９ ７３４ Ａ１及びＥＰ ０ ５２１ ２５６ Ａ２におい
ては、作業表面を摩擦を生じる材料でコーティングしている。ＧＢ ９５０ ５
４４及びＤＥ１９７ ２０ １３９ Ｃ１においては、表面形状とコーティング
を組み合わせている。

【０００５】 そこで、本発明の目的は、一般的な工具であって、特に低脆性で硬い突出部を
有する工具及びその製造方法を提供することを課題としている。

【０００６】 この目的は、請求項に係る発明によって達成される。

【０００７】 請求項１では、工具の作業表面がエネルギー照射を受けることが記載されてい
る。エネルギー照射は、奥部とエッジ突出部が造られるように行われる。表面に
近い領域は熔解し、固化してエッジ部に突出部を形成する。このとき、ブランク
品の硬化等の熱処理後に問題を生じてはならない。ブランク品は、熱処理中に適
切な方法で適正な強さを与えられ、材料のもろさが低下している。この強靱なコ
ア物質はレーザー照射され、溝領域だけが局所的に表面硬化され、溝間領域は表
面硬化されない。溶融物は、自己クエンチする。物質の硬化に伴って、３次元構
造、特に表面のトポグラフィも変化する。特にエッジ突出部を有する溝状の凹分
が形成される。比較的硬い物質のこれらの溝はより柔らかい物質に取り囲まれて
いる。突出部は、摩耗に非常に強く、表面に直角に圧力が加わるとコア物質の中
へ弾性的に侵入することができる。さらに、本発明の方法の利点は、凹分の幾何
学的形状は、いかようにも選択することができることである。超高硬度のエッジ
突出部を造ることが好ましい。このようにしてプロファイルされたねじ締め付け
工具を使用する時、これらの突出部はねじとかみ合わせ開口の壁の中に圧力がか
かった状態で侵入し、工具はねじをしっかりつかまえる。曲がった突出部がこの
ようにねじの中へもぐることは、亜鉛メッキされたねじの場合特に顕著である。
照射は、好適には、収束されたレーザーによって実行される。このようなプロフ
ァイリングは、ヤスリにも適している。

【０００８】 レーザービームを広げて、物品かみ合い面の領域を通過させることも考えられ
る。この場合、金属表面は、融点以上に加熱され、大きな温度勾配のために急冷
される。金属の溶融及び蒸発に伴って、表面が荒らされる。高エネルギーによっ
て形成されたモルフォロジーが急速に凍結されると、表面は硬化される。レーザ
ー照射により造られた突出部／凹部からなる構造の硬度はそれに隣接する領域の
硬度より大きい。従って、これらの構造は、弾性的に支持されている。

【０００９】 レーザーは、工具の鋼基盤体に直接に照射してもよいが、予め電解メッキ等に
より金属コーティングすることも考えられる。プロファイリングは、２段階で行
ってもよい。たとえば、まず、表面全体を荒らした後、線状構造を得るためにレ
ーザービームを使用する。第１ステップは省略してもよい。収束されたレーザー
ビームによって線状構造を造るときに、土手状のエッジを有する溝が形成される
。物品かみ合い面表面上に土手状エッジが突出し、この土手状エッジが硬くて荒
い物品かみ合いプロファイルを形成する。レーザー照射を受ける表面領域が電解
メッキされている場合は特に、金属コーティングは、よりコンパクトにされるこ
とが分かっている。金属コーティングとしてニッケルを使用することには利点が
あることが証明されている。また、ニッケル層の中に、ダイヤモンドチップ等の
硬い物質の粒子を埋め込むことには特に利点がある。レーザー照射によって、ダ
イヤモンドチップは物質のマトリクス中にしっかりと保持される。レーザー照射
の強度と持続時間を調整して、プロファイルされた領域が、それと隣接する物品
突き合わせ面であってプロファイルされない表面より少し引っ込むようにする。
ビームの方向は表面に対して直角としてもよいが、鋭角であってもよい。これに
よって、引っ込んだ領域のエッジ側面が、物品かみ合い面の中に鋭角で入り込む
。書き込み動作時に、レーザーは表面上に収束され、鋼基盤物質又はリン化ニッ
ケルコーティングは溶融し、物質の転換が生じる。部分的に溶融した鋼物質は、
硬化された微細構造を形成し、部分的に溶融したリン化ニッケル層は鋼基盤体と
結合し得る。この型のプロファイリングは、ねじ回しの十字状の先端のプロファ
イリングには特に利点がある。プロファイルされた線は回転方向に対して傾いて
いてもよい。これによって、ｃａｍ−ｏｕｔ効果を抑制することができる。すな
わち、工具は、あたかも、ねじの開口を掘り進む。さらに、溝の形のおかげで摩
損した物質が溝を埋めることもない。溝は、チップフルート（ｃｈｉｐ ｆｌｕ
ｔｅｓ）として働く。

【００１０】 高エネルギーの収束ビームを使用することによって、工具の表面は、部分的に
短時間で溶融する。部分的溶融は、レーザー等の光、電子ビーム、又はスパッタ
リングによってもたらされる。表面の部分的溶融は、局所的であり且つ仮想的に
自発的であり、物質内に非常に大きな温度勾配が生じる。その結果、たとえばレ
ーザービームが去ってエネルギーの供給がなくなった後、溶融物は、直ちに固化
する。溶融中に動力学的な力によって、溶融物のエッジに向かう流れが溶融物の
中に生じる。その結果、エッジへ向かうウエーブが形成される。ウエーブは、で
きる可能な限り急峻な側面を獲得するが、壊れはしない。従って、ウエーブが最
適な側面形状を得る時点で、エネルギー照射を突然終わらせなければならない。
非常に短時間のエネルギー照射が終わると、溶融物が直ちに固化する。その結果
固化した溶融物は大きな硬度を獲得する。その硬度は、６２ＨＲＣ以上であり、
６４と６６ＨＲＣの間の値であり得る。約５０μｍ厚の井戸状構造の下方では、
バルク物質は、熱により焼き戻される。焼き戻された場所では、物質は柔らかく
なる。従って、より硬い物質の井戸は、柔らかい領域の中に埋め込まれている。
この柔らかい領域の硬度は増大して行き、基盤物質の硬度に到達する。

【００１１】 以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 図１には、レーザー加工によって先端を加工したねじ回しを示す。 図２には、先端を示す。 図３には、先端の表面の一部を示す。 図４には、図３に対応し第２実施形態の作業片のかみ合い表面の一部を示す。 図５は、本発明の第３実施形態を示す斜視図であり、荒らされた表面の詳細な
様子を示す。 図６には、図５に対応し、プロファイリング後の表面を示す。 図７は、本発明の実施形態の一つであり、交差する井戸状溝を有する作業表面
を示す。 図８は、井戸状溝の断面図である。 図９は、本発明の更にもう一つの実施形態であり、凹部がクレーター形状をし
ている。 図１０には、５０μｍ厚の固化した溶解物及び隣接する３０μｍ厚の焼き戻さ
れた部分の典型的な硬度を図式的に示す。 図１１は、本発明の更にもう一つの実施形態であり、ブレードを有するねじ回
しである。 図１２は、本発明の更にもう一つの実施形態であり、ねじ締め付け工具は、ね
じ回しと同様であるが、ブレードは多角形であり、多角形の表面はレーザー加工
されている。 図１３には、工具がヤスリである実施形態を示す。 図１４には、鋸歯状リングプライヤの先端を示す。 図１５には、鋸歯状リングプライヤの先端の変更したものを示す。 図１６には、たとえばプライヤ、ものを掴む工具、レンチのための顎であって
、本発明によって凹部が形成されている。

【００１２】 図１及び図２に示す実施形態は、ハンドルとブレード２を有するねじ回しであ
る。ブレード２は先端３を持つ。この先端３は、かみ合い面８を有する。本実施
形態においては、かみ合い面は、十字型である。このかみ合い面８上をレーザー
ビームを多重に平行に通過させれば、互いに平行な線状部分６が形成される。鋼
コア４に金属コーティング５を施せば、材料を強化できる。かみ合い面の形状６
の領域では、表面の硬度が、約１００％増大される。領域６にはエネルギーが加
えられ、その領域を取り囲む領域であってエネルギーが加えられない領域に比べ
て少したわむ。レーザービームの経路に従って溶融物が形成される。バルク材料
に比べて非常に大きな温度勾配のために、その溶融物は急冷される。固化した溝
の硬度は、その溝を取り囲む材料に比べて、かなり大きい。収束レーザービーム
は、案内され方向付けられ、溶解物は土手のように盛り上がり、盛り上がった突
出部のエッジ部はアニールされる。エッジ部のウエーブ上の物質は、ウエーブの
間に横たわる凹部に由来する。突出部のエッジは、溶解物の熱動力学的流れによ
って形成される。物質は、溶解物の中心からエッジへ向かって流れそこで固化す
る。

【００１３】 エネルギーは、収束されたレーザービームを使用して加えられる。レーザービ
ーム源は、書き込みレーザー、特に高出力ダイオードレーザーであってもよい。
図３に示す実施形態においては、鋼コア４上に、たとえばリン化ニッケルの金属
コーティング５を施す。書き込みのために表面を案内されるレーザービームは、
局所的、部分的に層５を溶解するだけでなく、隣接する鋼基盤体４も溶解する。
溶解物は、急激に固化する。固化する過程で、クレーターは溝９となる。この溝
は、金属コーティング５の表面から突出した２つの土手のようなエッジ１０を有
する。これによって、表面が荒らされる。部分的に溶解され急冷された物質はよ
り硬度が大きくなっている。この物質は、非晶質マルテンサイトである。

【００１４】 図４に示す実施形態においては、ダイヤモンドチップ７がニッケルコーティン
グ５の中に付加され、コーティング表面から突出している。レーザービームによ
る局所加熱によって線形で帯状のプロファイル６が形成される。この帯状プロフ
ァイル６は、表面から突出したエッジ側ウエーブ１０を有する溝９を形成する。
局所加熱の最中には、金属材料が部分的に溶解されるだけではなく、蒸発も行わ
れる。ダイヤモンドチップにもエネルギーが加えられ、相変化が生じる。ダイヤ
モンドチップは、酸化され、丸みを帯びる。線状部分６のダイヤモンドチップ７
’はもはや線状部分６から突出することはない。

【００１５】 図５に示す実施形態においては、鋼コア４はコーティングされていない。その
表面に、たとえばダイオードレーザーを照射すると、表面領域１１は、部分的に
溶解する。この過程で形成された泡は急激な固化によって凍結され、これによっ
て表面が荒らされる。

【００１６】 図６に示す実施形態においては、鋼コア表面１１は、図５に示したように前処
理され、収束レーザービームの書き込み作用によって処理される。この過程で、
線状構造が表面に形成される。鋼基盤体４の物質は部分的に溶解しエッジへ向か
って移動し、表面１１から突出した土手のような構造１０が溝９の両側に形成さ
れる。

【００１７】 図１及び図２に示したように、本発明を好適に適用している部分は、ねじ回し
の先端である。そこでは、線状構造が斜めに設けられている。ねじを締め付ける
先端のかみ合い表面は、ねじ頭につっこまれる。これによって、ｃａｍ−ｏｕｔ
効果を緩和する。溝は、ねじ頭から摩損してきた金属によってふさがれるような
ことはない。溝は、チップフルートと同様に作用する。

【００１８】 局所的粗面化と同時に、表面の局所的硬化を行うことは特に有利であると考え
られる。

【００１９】 先端を処理する前に、ブレード全体をクロムメッキしてもよい。クロムメッキ
はレーザービーム処理によって、完全に又は部分的に、先端から再度除去される
。それによって、先端の色は、ブレードの残りの部分と区別できるようになる。

【００２０】 溝の形、方向、配置ねじ締め付け工具の力−出力特性に合わせる。たとえば、
溝は、ダイヤモンド形状であってもよいし、魚の骨のようであってもよい。溝は
、ブレードの長手方向に対して横の方向又は平行の方向に走ってもよい。金型離
脱の問題がないため、表面構造が刻まれるときには溝の形状にはほとんどなにも
制限がない。

【００２１】 かみ合い面において土手のようなエッジが少し突出しているため、ねじ締め付
け工具は、ねじの開口に良く刺さる。これは、土手の存在によって寸法が大きく
なっているからである。ねじ回し上に置かれたねじは、たとえば磁力のような付
加的な力を要せずに、ねじ回し上に保持される。

【００２２】 図７には、本発明の更に一つの実施形態を示す。ここでも、エッジ突出部は収
束レーザービームによって形成される。溝状凹部が互いに交差しているのは、交
差点においてエッジ突出部領域で４つの凸部を形成するためである。

【００２３】 側面が図８に示されている。エッジ突出部の側面は比較的急峻である。エッジ
突出部は、エネルギーが加えられたときに発展するウエーブの結果形成される。
ウエーブは、壊れる前に固化する。

【００２４】 図９に示す実施形態においては、作業面は、いくつかの点におけるレーザービ
ーム照射によってリング状のエッジ突出部が生じている。

【００２５】 図１０は、典型的な硬度曲線である。硬度はロックウェル単位による。ゼロか
ら５０μｍ（井戸）で硬度は実質的に一定である。この領域は固化した溶解物に
対応する。ここでは、硬度は６５ＨＲＣである。５０から８０μｍの領域では、
固化した溶解物の下で焼き戻された領域である。実施形態における隣接バルク物
質の硬度は６０ＨＲＣである。焼き戻しのために、焼き戻された領域の硬度は、
５０ＨＲＣから６０ＨＲＣに上昇している。

【００２６】 図１１に示す実施形態は、平坦な先端を有するねじ回しである。平坦な先端３
の背後には、線状部６を設けた平坦な領域１５が形成されている。この平坦な領
域１５は、ヤスリがけに使用する。この配置で、一つの工具がねじ回しとヤスリ
がけ両用の工具となる。

【００２７】 同様のヤスリがけは図１２に示す実施形態でも可能である。ブレードは、角度
の付いた四角形断面を有する。この場合も、多角形の面１２には、ブレードの長
手方向に対して斜めに向き互いに平行な線状部が設けられている。線状部は、突
出構造をしており、これらの面がヤスリとして機能する。先端３にも、突出部が
設けられる。

【００２８】 図１３に示す実施形態は、ヤスリである。ファイルブレードは上述したように
形成される。この工具の特徴は、ヤスリのブレードがＬ型をしていることである
。キャビティ表面は、帯状プロファイル６で覆われている。さらに、頂上部には
、レーザー照射によって得られた畝６が設けられている。この工具によって、１
回の操作でバリ取りを行うことができる。ブレードはハンドル付きシャンク１４
に接続されている。

【００２９】 図１４に示す実施形態は、鋸歯リングプライヤの先端１６である。プライヤの
２つの先端は円錐状である。外側に面した側方にプロファイリング６が設けられ
、先端が鋸歯リングの開口から滑り出すことができないようにしている。

【００３０】 図１５は、変形例を示す。プロファイルされた領域６は、お互いに軸状の距離
が同じ場所での円状リングとして形成される。

【００３１】 図１６には、本発明に従ってプロファイルされた顎１７を示す。この顎はプラ
イヤに使用される。プライヤは、互いに向き合い且つプロファイルされた線が互
いに交差するような２つの顎を有する。このような顎は、ものを掴むクリップに
使用してもよい。レンチの顎開口部も同様の構造にしてよい。

【００３２】 特に、この型の顎は調節可能なねじ締め付け工具、たとえばモンキーレンチに
設けてもよい。

【００３３】 開示された全ての特徴は本発明に固有のものである。優先権書類（先の出願の
コピー）の開示内容は本願の開示の中に全部取り入れられており、本願の請求項
の中にこれらの書類に記載された特徴が取り入れられている。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年１月１１日（２００２．１．１１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＣＮ，Ｊ Ｐ，ＵＳ

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具であって、ねじ回し、レンチ、プライヤ、クランプ工具
   、又はヤスリであり、凹状のプロファイルを施された物品かみ合い面を１以上有
   し、 前記凹状部は、高エネルギー照射によって造られ、エッジ突出部を有することを
   特徴とする工具。
2. 【請求項２】 互いに対向する前記エッジ突出部（１０）は、溶融固化物で
   あって溶融後直ちに固化して井戸状構造を形成するもののエッジであることを特
   徴とする請求項１記載の工具。
3. 【請求項３】 前記井戸状構造の厚さは、約５０μｍであることを特徴とす
   る請求項２記載の工具。
4. 【請求項４】 前記井戸状構造は、それを取り囲む前記作業表面の領域より
   硬く、前記井戸状構造の硬度は、６２ＨＲＣ以上であり、好適には、６４から６
   ６ＨＲＣであることを特徴とする請求項２又は３記載の工具。
5. 【請求項５】 前記井戸状構造の下のより柔らかい物質の焼き戻された領域
   の硬度は、深さが増すにつれて増大し、好適には５０ＨＲＣから６０ＨＲＣであ
   る基盤物質の硬度に到達することを特徴とする請求項２乃至４いずれか記載の工
   具。
6. 【請求項６】 前記焼き戻された領域の厚さが、約３０μｍであることを特
   徴とする請求項５記載の工具。
7. 【請求項７】 金属コーティング（５）にプロファイルを施すことを特徴と
   する請求項１記載の工具。
8. 【請求項８】 前記金属コーティングは、電解メッキによるクロミウム層又
   はリン化ニッケル層であることを特徴とする請求項７記載の工具。
9. 【請求項９】 硬い物質粒子（７）すなわちダイヤモンド、又はダイヤモン
   ドチップを前記金属コーティング層（５）に導入することを特徴とする請求項７
   記載の工具。
10. 【請求項１０】 前記凹状部は、物質の部分的な蒸発及び転換により、表面
    を荒らすことを特徴とする請求項１記載の工具。
11. 【請求項１１】 前記凹状部は、土手状のエッジ（１０）を有する複数の溝
    を形成することを特徴とする請求項１記載の工具。
12. 【請求項１２】 前記溝は、互いに交差することを特徴とする請求項１記載
    の工具。
13. 【請求項１３】 土手を境界とする前記凹の部分は、その全長にわたって、
    作業面（８）のプロファイルを施されない領域の約２倍の表面硬度を有すること
    を特徴とする請求項１、１０又は１１いずれか記載の工具。
14. 【請求項１４】 前記凹状部は、クレーター状であることを特徴とする請求
    項１記載の工具。
15. 【請求項１５】 前記作業面（８）は、ねじ締め付け工具のブレード（２）
    の先端（３）であることを特徴とする請求項１３記載の工具。
16. 【請求項１６】 ねじ回しの先端に隣接する表面が平坦面であり、帯状にプ
    ロファイルを施されていることを特徴とする請求項１記載の工具。
17. 【請求項１７】 前記平坦面は、スロット付きねじ回しの先端に近い部分を
    平坦化した面であることを特徴とする請求項１６記載の工具。
18. 【請求項１８】 前記平坦面は、多面体ブレード（２）の多面体面であるこ
    とを特徴とする請求項１６又は１７記載の工具。
19. 【請求項１９】 前記工具は、ヤスリであることを特徴とする請求項１乃至
    １８記載の工具。
20. 【請求項２０】 前記工具は、中空のヤスリであり、キャビティの頂上に長
    手方向の狭い面（１５）を有することを特徴とする請求項１９記載の工具。
21. 【請求項２１】 請求項１乃至２０のいずれか記載の工具上の作業表面にプ
    ロファイルを施す方法であって、 作業面（８）は、大面積にわたって及び／又は局所的に、短時間、高エネルギ
    ーを照射され、照射された領域であって表面に近い領域が、溶融し、エッジにお
    いて固化し、突出物を形成することを特徴とするプロファイリング方法。
22. 【請求項２２】 前記照射は、レーザービーム又は電子ビームを使用して行
    われることを特徴とする請求項２１記載のプロファイリング方法。
23. 【請求項２３】 前記工具を硬化させた後、前記レーザー照射を行うことを
    特徴とするは請求項２２記載のプロファイリング方法。
24. 【請求項２４】 前記レーザービームは、物品かみ合い面に対して鋭角に向
    けられていることを特徴とする請求項２２又は２３記載のプロファイリング方法
    。
25. 【請求項２５】 前記物品かみ合い面すなわち作業面（８）は、レーザー処
    理の前に金属でコーティングすることを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれ
    か記載のプロファイリング方法。
26. 【請求項２６】 前記物品かみ合い面すなわち作業面（８）は、レーザー処
    理の前にクロムメッキすることを特徴とする請求項２２乃至２５いずれか記載の
    プロファイリング方法。
27. 【請求項２７】 エネルギーを調整することによって、収束レーザービーム
    が金属表面を通過するとき、短時間での部分的な溶融及び／又は蒸発の結果とし
    て、溝（９）は非結質マルテンサイトからなり、これらの溝は、エッジ領域（１
    ０）において、隣接する非処理領域上に、土手状に突出することを特徴とする請
    求項２１乃至２６のいずれか記載のプロファイリング方法。
28. 【請求項２８】 鋼基盤体（４）に埋め込まれたダイヤモンド（７）が、レ
    ーザービーム照射によって部分的に丸みを帯びることを特徴とする請求項２１乃
    至２７のいずれか記載のプロファイリング方法。
29. 【請求項２９】 レーザーのパワーと通過速度を調整することによって、エ
    ネルギー照射された領域のエッジに向かって移動する溶融物中のウエーブが、崩
    れる前に瞬間的に固化することを特徴とする請求項２１乃至２８のいずれか記載
    のプロファイリング方法。