JP2010000596A - ブレードの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】切削工具のブレードを製造する方法の提供。
【解決手段】切削工具のブレードを製造する方法であって、硬質材料により被覆された鋼帯を形成するため、硬質材料を含む混合物を移動可能な鋼帯の縁部に被着させる工程と、硬質材料により被覆された鋼帯の縁部を研削する工程と、研削に続いて、硬質材料により被覆された鋼帯から個々のブレードを形成する工程とを含む方法。
【選択図】図７

Description

本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて、２００８年６月２３日出願の米国仮特許出願第６１／０７４８７５号、名称「Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｔｏｏｌ Ｅｄｇｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ（切削工具）」の優先権及び利益を主張し、この出願の全内容を参照により本明細書に援用する。
本発明は、切削工具のブレード（刃）を製造する方法に関するものである。
切削用材料として炭化タングステンを使用することは、当該分野において周知である。炭化タングステンは、耐摩耗性に優れていることから、様々な切断、穴あけ、フライス削り、及び他の研磨作業に広く使用される。動力鋸のブレードなどの従来の切削工具は、ブレード歯上に鑞付けされた炭化タングステン製のインサートを有する。これによって、実際の切断面が非常に硬質で耐久性のあるものになる。しかし、鑞付けは、炭化タングステン製インサートを、万能ナイフの刃、たがね、及びかんなの刃などの多くの切削工具に取り付けるのに適したプロセスではない。
本発明の１つの観点によれば、縁部に硬質被覆が被着されたブレードを製造する方法を含む。この方法は、硬質材料、例えば炭化タングステンを切削工具の縁部被着させる工程と、次に、刃付け後に表面全体が硬質材料、例えば炭化タングステンでできたものとなるように刃付けする工程とを含む。
本発明の１つの観点によれば、切削工具のブレードを製造する方法が提供され、その方法は、硬質材料（例えば、炭化タングステン）を被覆された鋼帯を形成するため、硬質材料、例えば炭化タングステンを含む混合物を、移動可能な鋼帯の縁部に被着させる工程と、硬質材料（例えば、炭化タングステン）を被覆された鋼帯の縁部を研削する工程と、硬質材料（例えば、炭化タングステン）を被覆された鋼帯から個々のブレードを形成する工程とを含む。
本発明のこれら及び他の態様、特徴、及び特性、並びに動作方法、構造の関連元素の機能、部品の組み合わせ、及び製造の経済性は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を、添付図面を参照して考察することによって、より明白になるであろう。図面は全て、本明細書の一部を形成し、図面中、同じ符号は異なる図面における対応する部分を指定する。ただし、図面は単に例証及び説明のためのものであり、本発明の範囲を規定することを意図しないことが明らかに理解されるはずである。明細書及び特許請求の範囲で使用するとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明白に特段の指定をしない限り、複数の指示対象を含む。
以下、添付の概略図を参照して、本発明の実施例を単に一例として記載する。図面中、対応する符号は対応する部分を表す。
本発明の一実施例による、切削工具のブレードを製造するためのフローチャートを示す図。 本発明の一実施例による鋼帯を示す図。 本発明の一実施例による、硬質合金（例えば、炭化タングステン）を鋼帯の縁部上に被着させるように構成された被着ステーションを示す図。 本発明の一実施例による、図３の装置で使用されるディスペンサーを示す図。 本発明の一実施例による、硬質合金（例えば、炭化タングステン）を鋼帯の縁部上に被着させるように構成された被着ステーションを示す図。 本発明の一実施例による、鋼帯上に形成された溶融池を示す図。 単一のヘッド又はノズルを使用して硬質合金（例えば、炭化タングステン）を被着させた後の鋼帯の概略図。 複数の被着ヘッドを使用して硬質合金（例えば、炭化タングステン）を被着させた後の鋼帯の概略図。 本発明の一実施例によるブレードの断面図。
図１は、本発明の一実施例による、ブレードを製造するプロセスのフローチャートである。ブレードを製造するプロセス１０では、ステップ２０で、複数のブレードが生産される帯鋼のブレード素材が提供される。一実施例では、例えば、鋼帯はコイルの形態で提供され、よりコンパクトにして取扱いが容易になるようになっている。本発明の一実施例では、鋼材は、例えば等級Ｃ１０９５の鋼などの高炭素鋼、又は低合金鋼（例えば、ＡＩＳＩ ４１４７）であるが、他の種類の材料を本発明の他の実施例で使用することができることが想到される。コイル状の鋼帯の長さは１ｋｍ以上であることができる。鋼帯はまた、端部同士が溶接された複数コイルの形状で提供できる。鋼帯の寸法は、ブレードの所望の寸法に従って選択することができる。例えば、鋼帯は、１９ｍｍの幅及び０．６ｍｍの厚さを有することができる。ただし、鋼帯は、鋼帯から形成されるブレードの意図される用途に応じて、他の寸法を有することができる。本発明の一実施例では、鋼帯は、約３００ＨＶの最高硬さを有する。
ステップ３０で、鋼帯材料はポンチ・プレスに送られ、そこで、ブレードをカートリッジ内に、又は万能ナイフのブレード・キャリア上に固定するために用いられる付着点を設けるため、鋼帯に複数の開口部が打ち抜かれる。それに加えて、商標名、ロゴ、又は他のしるしも打ち抜くことができる。次に、ステップ４０で、鋼帯はスコアリング加工され、軸線方向に間隔を空けた複数のスコアリング線（刻み線）を形成する。各スコアリング線は、各ブレードの側縁部にそれぞれ対応し、スコアリングされた鋼帯を後で複数のブレードへと折る又は切断するための分離線になる。図２は、スコアリング線２１０を有する鋼帯２００の一部分の概略図である。スコアリング線は、台形を有する個々のブレード２０５を規定する。適切なスコアリングの形状を選択することで、平行四辺形のブレード、フック・ブレードなど、他の形態及び形状も得ることができる。
一実施例では、ステップ３０及びステップ４０のスコアリング及び穿孔工程を組み合わせて、単一の打抜き工程とすることができる。
鋼帯をスコアリングおよび穿孔した後、ブレードを製造するための様々な選択肢を実行することができる。例えば、１つの選択肢（「選択肢１」）は、硬質材料（例えば、炭化タングステン）を被着させる前に鋼帯を硬化することを含み、図１のステップ５０ａ〜９０ａによって表される。別の選択肢（「選択肢２」）は、鋼帯を硬化する前に硬質材料（例えば、炭化タングステン）を被着させることを含み、ステップ５０ｂ〜９０ｂによって表される。選択肢１及び選択肢２を以下により詳細に記載する。
選択肢１
プレスされたブレード素材の鋼帯のコイルは、次に、ステップ５０ａで、鋼帯材を硬化するため、熱処理ラインを通される。このプロセスでは、鋼はコイルから巻き出され、遷移温度を上回る温度まで鋼を加熱する硬化炉に通される。遷移温度は、鋼の組織が、室温で安定な体心立方構造から、高温即ち遷移温度を上回る温度で安定なオーステナイト（オーステナイト組織）として知られる面心立方構造へ変化する温度である。遷移温度は使用される鋼材に応じて変わる。本発明の一実施例では、鋼帯を硬化するための加熱は約８００℃〜９００℃の温度で行われる。例えば、等級Ｃ１０９５の鋼の場合、遷移温度は約８２０℃（約１５０８Ｆ）である。この実例では、鋼帯を硬化するための加熱は約８２０℃を上回る温度で行われる。
本発明の実施例では、硬化／加熱炉の長さは約８メートル（約２６フィート）である。鋼帯は、分速約５〜７メートル（分速約１６〜２２フィート）の速度で移動する。鋼帯の酸化及び変色を防ぐため、例えば、窒素及び水素を本質的に含有する「アンモニア分解ガス」の制御された雰囲気が炉内に供給される。酸化及び変色を防ぐためにアンモニア分解ガスが使用できるが、「洗浄吸熱型ガス（ｓｃｒｕｂｂｅｒ ｅｎｄｏｔｈｅｒｍｉｃ ｇａｓ）」又は「分子ふるいにかけた発熱型ガス（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅｄ ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃ ｇａｓ）」など他のガスが使用できるがそれらに限定されない。
本発明の一実施例では、鋼帯を硬化するための鋼帯の加熱は、約７５〜１０５秒間行われる。
加熱（硬化）炉を出た後、ステップ６０ａで、熱硬化された鋼帯は急冷される。本発明の一実施例では、鋼帯を急冷するため、硬化された鋼帯は、鋼帯の上下に配置された液冷された伝導ブロックの間を通される。本発明の一実施例では、鋼を急冷するため、熱硬化された鋼帯は、カーバイドの摩耗帯材が鋼帯と接触している状態で、水冷された真鍮ブロックを通される。真鍮ブロックは、鋼帯を、臨界冷却速度を上回る速度で、例えば硬化温度（約８２０℃）から周囲温度（約２５℃）まで冷却する。臨界冷却速度は、オーステナイト組織がマルテンサイト組織に変態することを確保するために鋼が冷却される速度である。マルテンサイト組織は体心正方構造である。マルテンサイト組織では、鋼は大きな内部応力を受ける。この内部応力は、鋼の焼き入れとして知られる現象の原因である。硬化の後、元は約３００ＨＶ未満（熱処理前）であった鋼の硬さは、約８５０ＨＶ（約６３ＨＲＣ）になる。本発明の一実施例では、鋼帯の急冷は約２〜４秒間行われる。本発明の別の実施例では、鋼帯を急冷するのに気体又は液体が使用される。
次に、ステップ７０ａで、硬化された鋼帯は、鋼を１５０℃〜４００℃の温度まで加熱する焼戻し炉を通り抜ける。このプロセスは、ブレードの靱性を改善し、選択された焼戻し温度に応じてブレードの硬さをＨＲｃ６２〜５５にする。
本発明の一実施例では、焼戻し炉の長さは約８メートル（約２６フィート）である。鋼帯は、分速約５〜７メートル（分速約１６〜２２フィート）の速度で移動する。鋼帯の酸化及び変色を防ぐため、例えば、窒素及び水素を本質的に含有する「アンモニア分解ガス」の制御雰囲気が炉内に供給される。酸化及び変色を防ぐためにアンモニア分解ガスが使用できるが、「洗浄吸熱型ガス（ｓｃｒｕｂｂｅｒ ｅｎｄｏｔｈｅｒｍｉｃ ｇａｓ）」又は「分子ふるいにかけた発熱型ガス（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅｄ ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃ ｇａｓ）」など他のガスが使用できるがそれらに限定されない。本発明の一実施例では、鋼帯を焼き戻すための加熱は、約７５〜１０５秒間行われる。
加熱（焼戻し）炉を出た後、ステップ８０ａで、硬化され焼き戻された鋼帯は急冷される。本発明の一実施例では、硬化され焼き戻された鋼帯は、鋼帯を急冷するため、鋼帯の上下に配置された液冷された伝導性の急冷ブロックの間を通される。本発明の一実施例では、鋼を急冷するため、熱硬化され焼き戻された鋼帯は、カーバイドの摩耗帯材が鋼帯と接触している状態で、水冷された真鍮ブロックを通される。真鍮ブロックは、鋼表面の酸化を防ぐため、鋼帯を、臨界冷却速度を上回る速度で、例えば焼戻し温度（約１５０℃〜４００℃）から周囲温度（約２５℃）まで冷却する。
次に、急冷された鋼帯のコイルは、ステップ９０ａで、硬質材料（例えば、炭化タングステン）の被覆を鋼帯の縁部に付与するように構成された、硬質材料（例えば、炭化タングステン）被着ステーションに連続的に供給される。硬質材料は、鋼帯よりも著しく大きな硬さを有する。本発明の一実施例では、硬質材料の硬さは少なくとも６０Ｒｃである。本発明の一実施例では、硬質材料の硬さは約７０〜８０Ｒｃの範囲である。
次に、より詳しくは図３を参照すると、この図面は、本発明の一実施例による全体が３００で示される被着ステーションの概略図であり、硬質材料、例えば炭化タングステンの被覆を移動している鋼帯２００の縁部２０１に被着させる。被着ステーション３００は、放射線ビーム３５５を鋼帯２００に供給するように構成された放射線源３０５を含む。被着ステーション３００は、放射線ビーム３５５を鋼帯２００の目標部分に投射し集束させるように構成された投射系３２５を更に含む。
選択肢２
別の実施例では、鋼帯が硬化され焼き戻される前に、硬質材料（例えば、炭化タングステン／結合剤）粉末の被着（ステップ５０ｂ）が行われる。硬化及び焼戻し工程は、ステップ６０ｂ〜９０ｂに示され、ステップ５０ａ〜８０ａの工程にほぼ類似している。具体的には、硬質材料（例えば、炭化タングステン）を被着させた後、鋼帯は、ステップ６０ｂで硬化され、ステップ７０ｂで急冷される。次に、鋼帯は、ステップ８０ｂで焼き戻され、ステップ９０ｂで急冷される。
図３を再び参照すると、放射線源３０５は、鋼帯２００を融解するのに十分な出力及びエネルギーを有する放射線ビームを出力するように構成される。一実施例では、放射線源は、波長が数マイクロメートルの赤外（ＩＲ）範囲の放射線ビームを出力するレーザーである。使用できるＩＲレーザーの一例は、主波長帯が約９．４〜１０．６マイクロメートル付近を中心とするＣＯ２レーザーである。ＣＯ２レーザーの出力は、約数キロワットの範囲、例えば１〜８キロワットであってもよい。一実施例では、ＣＯ２レーザーの出力は約６キロワットである。或いは、本発明の別の実施例では、例えば波長が４００ｎｍ未満のＵＶレーザーなどの紫外（ＵＶ）範囲で動作するレーザーも使用できる。ＵＶレーザーの例としてはエキシマー・レーザーが挙げられる。
放射線源３０５は光源に限定されないことが理解されるであろう。例えば、本発明の一実施例では、電子ビーム源も被着ステーション３００に使用できる。この実現例では、電子ビーム源は、鋼帯２００を融解するのに十分なエネルギー及び出力を有する電子ビームを供給するように構成される。
放射線源３０５によって出力される放射線ビーム３５５は、移動している鋼帯２００の縁部にビームを集束させるように構成された投射系３２５に向けられる。鋼帯２００の縁部２０１に集中された投射ビーム３５５のエネルギーは、鋼帯の目標部分と、供給粉末３４２中の結合剤（使用される場合）とを融解するために使用される。投射系３２５は、放射の方向付け、形付け、或いは制御を行うために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、若しくは他のタイプの光学部品、又はそれらの任意の組み合わせなど、様々なタイプの光学部品を含むことができる。放射線源が電子ビーム源である場合、ビーム３５５を制御し集束するために電磁レンズが使用できる。
投射系３２５は放射線源３０５と一体にできることが理解されるであろう。投射系３２５は、好ましくは固定フレームに取り付けられるが、投射された放射線ビーム３５５の形状を制御するために、投射系３２５の１つ又は複数の光学素子が移動可能であってもよいことが想到される。
放射線源３０５と鋼帯２００との間に配置されたディスペンサー、即ち被着ヘッド３２０は、硬質材料（例えば、炭化タングステン）と結合剤元素との混合物３４２を鋼帯２００の薄い縁部２０１に供給するように構成される。ディスペンサー３２０は、放射線ビーム３５５が通り抜けることができるように、全体として中空の形状を有する。
図４は、本発明の一実施例によるディスペンサー３２０の平面図を示す。ディスペンサー３２０は全体として円錐形の環状形状を有するが、他の形状（例えば、正方形、長方形、楕円形、多角形）を使用して混合物３４２を供給できることが想到される。ディスペンサー３２０は、粉末３４２、不活性の遮蔽ガス３６１、及びレーザー・ビームを単一の焦点Ｆに送るように設計された、一連の円錐形の環状キャビティを含む。本発明の一実施例では、遮蔽ガス３６１はアルゴンである。図４に示されるように、ディスペンサー３２０は、外側の円錐３７０と、不活性の遮蔽ガス３６１を供給するガス入口３７１とを含む。ディスペンサー３７０は、内側の円錐３７３と、混合物３４２を供給する入口３７４ａ〜ｂとを更に含む。中央の円錐３７５により、投射された放射線ビーム３５５を通過させるディスペンサー３２０内の通路が画定される。内側の円錐３７３は、中央の円錐３７５と外側の円錐３７０との間に配置され、チャネル３７６を画定する。内側の円錐３７３及び外側の円錐３７０は、それらの間に、不活性の遮蔽ガス３６１を流すためのチャネル３７７を画定する。他の配置も想到されることが理解されるであろう。また、混合物３４２を鋼帯２００に供給するため、追加のチャネル又はより少数のチャネルが使用されてもよいことが理解されるであろう。
中央の円錐３７５の周囲３６２の直径は、ディスペンサー３２０を鋼帯２００から離す距離ＤＩ、及びチャネル３７６の長さに従って、混合物３４２の粒子が重力の作用を受けて鋼帯２００の所定の部分に落ちるように選択される。そのような所定の部分は、一般に、鋼帯２００に対する放射線ビーム３５５の焦点Ｆである。内周３６２の直径も、放射線ビーム３５５がディスペンサー３２０を通り抜けられるように選択される。
内側の遮蔽ガス３６１は、図３に示されるように、焦点Ｆ付近の位置で混合物３４２の周りに遮蔽３４６を形成するように構成される。遮蔽３４６は、鋼帯２００の酸化を防ぐため、硬質材料（例えば、炭化タングステン）の混合物３４２を被着する間、保護雰囲気となる。被着ステーション３００を使用する間、内側の遮蔽ガス３６１は、鋼帯２００の融解部分の周りの環境が酸化していないような形で、入口３７１からチャネル３７７を下って鋼帯まで流される。
ディスペンサー３２０は、被着ステーション３００のフレーム（図示なし）に固定して取り付けられ、定置されるか、或いは少なくとも３つの方向、例えば、ｘ、ｙ、及びｚ方向に移動可能のどちらかにできる。移動可能なディスペンサー３２０を有することの利点は、鋼帯２００に対するディスペンサー３２０の位置を正確に制御できることである。電気、電磁、及び／又は圧電性のアクチュエータなど、様々なモータ並びにアクチュエータを使用して、ディスペンサー３２０を変位させることができる。
ディスペンサー３２０に対する混合物３４２の供給は、複数の入口３７４ａ〜ｂによって行われる。一実現例では、混合物３４２の粒子を保管するために、容器（図示なし）が使用される。容器は、１つ又は複数の導管３４７を通じて複数の入口３７４ａ〜ｂと連通するように配置されるので、混合物は、重力の作用を受けてチャネル３７６を通じて鋼帯２００の所定部まで運搬される。本発明の一実施例では、混合物３４２の供給は、例えば圧縮ガス又は機械的推進機器を用いて機械的に支援されることが想到される。
本発明の他の実施例では、ディスペンサー３２０の代替の配置を使用できることが理解されるであろう。例えば、環状のディスペンサーを使用する代わりに、鋼帯２００の薄い縁部２０１に粒子を供給するため、１つ又は複数の個々のノズル若しくは被着ヘッドが使用できる。この構成は図５に示される。図５に示されるように、単一の電源５０５が、個々の被着ヘッド又はディスペンサー５１０ａ〜ｆと共に使用できる。個々の被着ヘッド５１０ａ〜ｆはそれぞれ、図３〜図４に示される被着ヘッド３２０に類似していてもよい。電源５０５によって供給される放射線ビーム（例えば、レーザー・ビーム）は、個々の被着ヘッド５１０ａ〜ｆに向けられるので、各被着ヘッドは、それ自体の放射線ビーム５１１ａ〜ｆを鋼帯２００の薄い縁部２０１に供給する。出力は、各被着ヘッドについて個別に制御される。更に、被着ヘッドはそれぞれ、それ自体の混合物５１２ａ〜ｆを個別に供給するように構成される。図５の実施例では、電源は６個までのレーザー被着ヘッドを独立してサポートする。追加の又はより少数の被着ヘッドを本発明の一実施例において使用できることが理解されるであろう。この構成は非常に有益である。実際に、被着ヘッドそれぞれに対する出力を独立して制御することによって、被着層の形状をより良好に制御し、被着縁部それぞれにおいて異なる組成物（例えば、材料の異なる混合物、又は同じ混合物の異なる組成物）を被着させることが可能である。そのようにして、鋼帯２００をコイル状にし、再度被覆することなく、単一の被覆工程で複数の被着を有することが可能である。動作の際、鋼帯２００はｘ方向に沿って移動するので、異なる被着ヘッド２０ａ〜ｆによって薄い縁部２０１に様々な層を被覆することができる。
図５に示されるように、個々のヘッド５１０ａ〜ｆは、鋼帯２００の薄い縁部２０１の縁部に沿って位置付けられる。ただし、代替の配置が可能である。例えば、個々の被着ヘッドは、放射線ビームが集束される（地点Ｆ）鋼帯２００の所定部分の周りに配置できる。更に、１つ又は複数の個々の被着ヘッドが、被着ヘッド又はディスペンサー３２０と類似した形で、定置或いは鋼帯２００に対して移動可能にでき、また、粒子を鋼帯２００まで運搬するために圧縮空気が使用できる。
ディスペンサー３２０はまた、被着プロセスの完了後に混合物３４２の粒子がノズル３６０から出ることを防ぐため、１つ又は複数のシャッター（図示なし）を含むことができる。シャッターは、ディスペンサー３２０の内周に、又はチャネル内に、又はディスペンサーの上側部分に配置できる。
図３を再び参照すると、鋼帯２００は、アクチュエータ３３５を使って、放射線ビーム３５５に対して少なくとも３つの方向、ｘ、ｙ、及びｚに移動できる。図面に示されるように、移動可能な鋼帯２００は、２つのローラー３４４ａ〜ｂを使用して、ｘ方向に沿って放射線ビーム３５５を受けて移動される。２つのローラー３４４ａ〜ｂはアクチュエータ３３５を用いて位置付けることができる。１つ又は複数の別個のモータを使用して、鋼帯２００を少なくとも３つの方向、ｘ、ｙ、及びｚに移動させることができる。本発明の一実施例で使用できるアクチュエータの例としては、電気式及び電磁式のアクチュエータが挙げられる。鋼帯２００の位置は、専用の電子部品及びサーボ制御システムによって制御できる。そのために、放射線ビーム３５５を受けて移動している鋼帯２００の位置を測定するために、測定システム（図示なし）を使用できる。
硬質材料（例えば、炭化タングステン）及び結合剤元素の混合物３４２の被着は、保護されていない環境で実施できることが理解されるであろう。この実現例では、鋼帯２００の酸化は、混合物３４２が被着されるブレード上で生じる。したがって、被着プロセスを完了した後に、酸化物を機械的又は化学的に除去することができる。例えば、混合物３４２を鋼帯２００に被着させた後に、ワイヤ・ブラシ仕上げを使用するインライン研磨プロセスが適用されることが想到される。
インライン測定システム３５０は、ブレード工程１０で被着された混合物３４２の特性を制御するために使用できる。測定システム３５０が、フィルム混合物３４２の品質／組成及び厚さを制御する楕円偏光計などの非破壊光学系であることが好ましい。インライン測定システム３５０は、エミッター３５１ａ及び検出器３５１ｂを含むことができる。エミッター３５１ａは、鋼帯２００の部分を放射線ビームで照明するように構成される。放射線ビームは鋼帯２００によって反射され、次に検出器３５１ｂによって検出される。続いて、反射された放射線ビームは、混合物３４２の被覆の特性を測定するために、専用の計測器で分析される。測定は、被着プロセスを完了した後、インライン測定システム３５０によって行われることが好ましい。鋼帯２００の測定された特性が規格内にない場合、完成品のブレードを不合格にすべきであることを示すため、鋼帯の部分にマーカーで印を付けることができる。
図３に示されるように、被着プロセスを制御するため、コントローラ３４５が使用される。コントローラ３４５は、ディスペンサー３２０、放射線源３０５、及びアクチュエータ３３５に動作可能に接続できる。コントローラ３４５は、照射設定を入力し、ディスペンサー３２０内の混合物３４２の粒子の量及び流れ、並びに／又は被着プロセスの間の鋼帯２００の所望の位置付けを制御するため、操作者が操作できる。複数の被着ヘッド又はノズルが使用される構成では、操作者は、各被着ヘッドにおける所望の組成をコントローラ３４５に入力することができる。放射線ビーム３５５下における鋼帯２００の薄い縁部２０１の位置付け、混合物３４２の粒子量、及び放射線源３０５の照射設定は、鋼帯２００の幾何学形状及び性質に応じて大幅に変えることができることが理解されるであろう。
作動中は、鋼帯２００の薄い縁部２０１は放射線ビーム３５５下で連続的に移動される。次に図６を参照すると、この図面は、被着プロセス中の鋼帯２００の図を概略的に示す。ｘ方向は、被着中の鋼帯２００の移動方向を表す。図６に示されるように、鋼帯２００の薄い縁部２０１を照射することによって、放射線ビーム３５５の焦点Ｆにおいて溶融池３６５が作られる。混合物３４２の粒子３６７は、ディスペンサー３２０によって放出され、重力の作用を受けて溶融池内に自由落下する。粒子３６７は、鋼帯２００上に落下しながら、放射線ビーム３５５によって照射され融解される。その結果、ほぼ全ての粒子３６７は、溶融池３６５に達するときに既に融解している。
結合剤元素は、硬質材料（例えば、炭化タングステン）を溶融池の融解材料に結合させるように選択される。粒子３６７と鋼帯２００との結合は全て、溶融池内の硬質材料（例えば、炭化タングステン）／結合剤元素の凝固によって達成される。これによって、硬質材料（例えば、炭化タングステン）／結合剤の空隙を含まない被着体が鋼帯２００上に形成される。本発明の一実施例で使用できる結合剤の一例としては、コバルトが挙げられる。しかし、これは限定的なものではない。本発明の他の実施例では、追加の結合剤を使用できることが想到される。
被着物の厚さは、粒子の供給速度、粒径、放射線源の照射設定（例えば、放射パルスのエネルギー、出力、周波数）、及び集束された放射線ビーム３５５の下を鋼帯２００が通過する速度によって制御される。これらのパラメータは、コントローラ３４５によって入力され制御される。被着物の厚さは測定装置３５１によって測定される。
鋼帯２００の変位速度は、被着物の厚さが常に規格内に留まっているように制御される。鋼帯２００の速度は、放射線ビームの特性（例えば、パルスの波長及び周波数、エネルギー及び出力）、焦点のサイズ、並びに鋼帯２００を構成する材料に応じて変えることができる。
次に図７を参照すると、この図面は、単一のヘッド又はノズルを使用して混合物３４２を被着させた後の鋼帯２００の概略図を示す。この図で分かるように、混合物３４２の単層２０２が鋼帯２００の薄い縁部２０１に被覆される。図８は、複数のヘッド又はノズルを使用して異なる混合物を被着させた後の鋼帯２００の概略図を示す。この実施例では、２つのヘッドが使用され、各ヘッドは異なる混合物組成を供給するように構成される。図８に示されるように、２つの層２０３ａ〜ｂが鋼帯２００の薄い縁部２０１に被覆される。同じ又は異なる混合物組成を有する２つを超える層を、薄い縁部２０１に被覆できることが理解されるであろう。更に、層はそれぞれ、異なる被着ヘッド又はノズルにより被覆できる。
硬質材料（例えば、炭化タングステン）の被着は、ブレード母材の反対側に同じ方法で行うことができることが理解されるであろう。
図１を再び参照すると、被着ステーション３００を出た後、鋼帯２００は研削機に送られる。一実施例では、ステップ１００で、鋼帯は再びコイル状にされ、鋼帯の縁部を研削するため、研削機に送られる。鋼帯の縁部が１０〜３２°などの比較的浅い角度に研削される。この角度は、ブレードの両側に研削されるので、ブレードは、図９から理解できるように、縁部を二分するブレードの長手方向軸線に対してほぼ対称になる。それに加えて、やはり図９から理解できるように、研削角は長手方向軸線に対して測定される。ブレードを切断すべき材料に押し通すために必要な力を低減させるため、角度は浅くなるように選択される。図９は、本発明の一実施例による鋼帯の研削縁部の一例の断面図である。この例では、鋼帯２００の研削縁部３７１の角度は２２°±２°である。
鋼帯２００は、選択肢１に従ってステップ９０で硬質合金被覆を被着させた後、更に熱処理できることが理解されるであろう。例えば、一実現例では、ステップ５０ａ、６０ａ、７０ａ、及び８０ａで記載したのと類似の態様で、鋼帯２００を再び硬化し、急冷し、焼き戻すことができる。
研削の後、ステップ１００で、鋼帯の縁部はホーニング仕上げできる。ホーニング仕上げのプロセスによって、２６°〜３６°などの第２のより鈍い角が研削縁部の頂部に作られる。このより深いホーニング角度によって、より浅い研削角度よりも強い縁部が得られ、切刃の寿命を延長することが可能になる。その結果、鋼帯は、二重の角度の縁部を有する。
最後に、加工済みの鋼帯は、ステップ９０で、スコアリング線に沿って鋼帯を破断して複数のブレードを生産するため、それぞれのスコアリング線のところで鋼帯の長さに沿って折られる。本発明の製造プロセスにより得られたブレードの一実施例の一例は、図９にその様々な寸法で示される。
図９は、鋼帯２００を研削し刃付けした後のブレード２０５の断面図を示す。ブレード２０５は、主に硬質材料（例えば、炭化タングステン）２７２により作られた切削端２７１を含むと共に、ブレードの残りの部分は、図９に２７３で示される、ブレード２０５を構成するコア材料で作られる。当業者には理解されるように、本発明の一実施例に従って炭化タングステンを被着させることによって、ブレードの残りの表面と同一面内にある炭化タングステンの表面を有するブレードが得られる。図９で分かるように、炭化タングステンは、炭化タングステンとブレードのコア材料２７３との間に継ぎ目のない遷移が形成されるようにブレードに溶接される。
本発明の原理を上述の例示的実施例において明らかにしてきたが、本発明を実施する際に使用される構造、配置、比率、部材、材料、及び構成要素を様々に変更できることが当業者には明白となるであろう。
したがって、本発明の目的が十分且つ効率的に達成されていることが分かるであろう。ただし、上述の好ましい特定の実施例は、本発明の機能上及び構造上の原理を説明する目的で示され、記載されているものであり、そうした原理から逸脱することなく変わり得ることが理解されるであろう。したがって、本発明は、以下の請求項の趣旨及び範囲内に包含される全ての変更を含む。

Claims (23)

  1. 切削工具のブレードを製造する方法において、該方法が、
    硬質材料により被覆された鋼帯を形成するために、前記硬質材料を含む混合物を移動可能な鋼帯の縁部に被着させる工程と、
    前記硬質材料により被覆された鋼帯の前記縁部を研削する工程と、
    前記研削する工程に続いて、前記硬質材料により被覆された鋼帯から個々のブレードを形成する工程と
    を含む、ブレードを製造する方法。
  2. 前記被着させる工程の前に、
    前記個々のブレードを画定する間隔を空けた複数のスコアリング線を形成するために、前記移動可能な鋼帯をスコアリングする工程と
    スコアリングされた前記移動可能な鋼帯を加熱および急冷する工程と
    を更に含む、請求項１に記載されたブレードを製造する方法。
  3. 前記被着させる工程が、
    前記鋼帯の一部分を融解させるために、前記移動可能な鋼帯を放射線ビームで照射する工程と、
    前記硬質材料及び結合剤元素を含む前記混合物を前記鋼帯の融解部分に供給する工程と
    を含む、請求項１に記載されたブレードを製造する方法。
  4. 前記放射線ビームがレーザーによって形成される、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  5. 前記放射線ビームが電子ビームである、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  6. 刃付けの前に前記鋼帯の融解部分を冷却する工程を更に含む、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  7. 前記結合剤がコバルト結合剤である、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  8. 前記硬質材料が炭化タングステンである、請求項１に記載されたブレードを製造する方法。
  9. 空隙を含まない硬質材料の被着体を形成するために、前記硬質材料及び前記結合剤元素の前記混合物が前記鋼帯の前記融解部分に供給される、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  10. 前記硬質材料及び前記結合剤元素の前記混合物が、照射の間、前記鋼帯の前記融解部分に供給される、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  11. 前記硬質材料及び前記結合剤元素の前記混合物が、重力の作用を受けて前記鋼帯の前記融解部分に供給される、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  12. 前記鋼帯上の前記硬質材料の被着体の厚さが、前記融解部分への前記硬質材料及び前記結合剤元素の前記混合物の供給速度、又は前記硬質材料及び前記結合剤元素の前記混合物の粒径、又は前記鋼帯と前記放射線ビームとの相対的変位速度、或いはその任意の組み合わせを調整することによって制御される、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  13. 前記ブレードの母材上の前記硬質材料の被着体の厚さが約１ｍｍ未満である、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  14. 前記硬質材料及び前記結合剤元素の前記混合物がディスペンサーを通じて供給され、前記ディスペンサーが、前記放射線ビームの進行する開口部を有する、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  15. 前記ディスペンサーが実質的に環状の形状を有する、請求項１４に記載されたブレードを製造する方法。
  16. 前記ブレードの酸化を防ぐため、前記被着が保護雰囲気中で行われる、請求項３に記載されたブレードを製造する方法。
  17. 前記保護雰囲気が、窒素、アルゴン、又は窒素およびアルゴンの混合気体を含む、請求項１６に記載されたブレードを製造する方法。
  18. 前記ブレード上に形成されるあらゆる酸化物を除去するために、前記研削する工程の後に前記鋼帯を研磨する工程を更に含む、請求項１に記載されたブレードを製造する方法。
  19. 前記鋼帯が炭素鋼又は低合金鋼でできている、請求項１に記載されたブレードを製造する方法。
  20. 前記被着する工程に続いて、前記硬質材料により被覆された鋼帯を加熱及び急冷する工程を更に含む、請求項１に記載されたブレードを製造する方法。
  21. 前記被着する工程が、
    前記鋼帯の一部分を融解するために、前記移動可能な鋼帯を複数の放射線ビームで照射する工程と、
    複数の被覆材料層を形成するように、複数の硬質材料及び結合剤元素の混合物を前記鋼帯の前記融解部分に供給する工程とを含む、請求項１に記載されたブレードを製造する方法。
  22. 前記複数の放射線ビーム及び前記複数の混合物が、複数の被着ヘッドによって供給される、請求項２１に記載されたブレードを製造する方法。
  23. 前記被着ヘッドが独立して制御可能である、請求項２２に記載されたブレードを製造する方法。
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