JP2021169151A - 工具刃の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具刃を提供する。【解決手段】工具刃は、裏当てストリップ（１２）と、研磨材料の粒子（２６）と、裏当てストリップ（１２）の端部に沿って研磨粒子を結合する結合材料（１４）の結合層とを含み、裏当てストリップ（１２）の端部には歯が予め形成されており、その上で研磨粒子（２６）が結合材料（１４）によって結合される。輪郭成形された切削部分（２８）は、予め形成された歯を超えて延在する。予め形成された歯（１６）は、概ね三角波として成形されている、または、切削部分（２８）が少なくとも部分的に配置される上端に沿って少なくとも部分的に平坦にされている。刃の製造方法も提供される。【選択図】図３

Description

本発明は、工具刃および工具刃の製造方法に関する。

本発明の実施例は、工具刃の製造方法を提供する。この方法では、
裏当てストリップを与え、
研磨材料の粒子を供給し、
結合材料を供給し、
結合材料は、裏当てストリップの端部に沿って研磨粒子を結合する結合層を形成し、
研磨粒子および結合材料の導入前に、裏当てストリップの端部に歯を予め形成し、
結合材料を放射線のビームで加熱して結合層を形成する。

歯を、所望のサイズよりも小さいサイズになるように予め形成してもよく、研磨粒子と結合材料は、歯を被覆してこの歯のサイズを所望のサイズまで増す。

これに代えて、所望のサイズよりも小さいサイズになるように歯を予め形成してもよく、研磨粒子と結合材料は、歯を被覆して歯のサイズを所望のサイズよりも大きくなるように増し、歯は処理されて所望のサイズに戻される。歯を、研削もしくはその他の機械加工によって、またはレーザ切断によって処理してもよい。この処理により、１つ以上の鋭い刃先が作製されてもよい。

歯を、所望のサイズおよび所望の形状よりも小さいサイズになるように形成してもよい。研磨粒子と結合材料は、仕上げられた歯の表面で均一な層を形成し得る。

歯を研削して鋭くしてもよい。歯は、研磨粒子と結合材料で被覆した後に研削してもよい。

裏当てストリップを、歯の切削部分のみにおいて被覆してもよい。
結合材料をレーザ放射線で加熱してもよい。

研磨粒子を、裏当てストリップの端部の上に噴射するまたは流すことによって導入してもよく、高温結合マトリクス粉末を独立して噴射するまたは流すことにより、粒子を正確に位置決めしてもよい。研磨粒子の粒径は５００ミクロン以下であってもよい。研磨粒子は、炭化タングステンを含み得る、または炭化タングステンのみを含み得る、または、他の硬質金属を含み得る。研磨粒子は、少なくとも１つの超砥粒材料（ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素等）を含み得る。

結合材料を粒子形態で導入してもよい。結合材料を、裏当てストリップの端部の上に、独立して噴射する、流す、または滝状に落とすことによって導入してもよい。結合材料はろう付け材料を含み得る。

本発明の実施例はまた、３Ｄプリンタに、上記方法に従って工具刃をプリントさせる、コンピュータで実行可能な命令を含む、コンピュータ読取可能な媒体を提供する。

本発明の実施例はまた、工具刃を提供し、この工具刃は、
裏当てストリップと、
研磨材料の粒子と、
裏当てストリップの端部に沿って研磨粒子を結合する結合材料の結合層とを含み、
裏当てストリップの端部には歯が予め形成されており、歯の上で研磨粒子が結合材料によって結合されている。

結合材料と研磨粒子は、刃先を与えるように輪郭成形された切削部分を形成していてもよい。

輪郭成形された切削部分は、予め形成された歯を超えて延在していてもよい。
予め形成された歯は、好ましくは概ね三角波として成形されている。

予め形成された歯は、切削部分が少なくとも部分的に配置されている上端に沿って少なくとも部分的に平坦にされていてもよい。

裏当てストリップの歯のサイズは所望のサイズよりも小さくてもよく、研磨粒子と結合材料は、歯を被覆して歯のサイズを所望のサイズまで増大させる。

これに代えて、所望のサイズよりも小さいサイズになるように歯を予め形成してもよく、研磨粒子と結合材料は、歯を被覆して歯のサイズを所望のサイズよりも大きくなるように増し、歯は処理されて所望のサイズに戻される。歯を、研削もしくはその他の機械加工によって、またはレーザ切断によって処理してもよい。この処理により、１つ以上の鋭い刃先が作製されてもよい。

歯を、所望のサイズおよび所望の形状よりも小さいサイズになるように形成してもよい。研磨粒子と結合材料は、仕上げられた歯の表面で均一な層を形成し得る。

歯を研削して鋭くしてもよい。歯は、研磨粒子と結合材料で被覆した後に研削してもよい。

裏当てストリップを、歯の切削部分のみにおいて被覆してもよい。
研磨粒子の粒径は５００ミクロン以下であってもよい。研磨粒子は、炭化タングステンを含み得る、または炭化タングステンのみを含み得る、または、他の硬質金属を含み得る。研磨粒子は、少なくとも１つの超砥粒材料（ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素等）を含み得る。

結合材料はろう付け材料を含み得る。
次に、添付の図面を参照しながら専ら例示を目的として本発明の実施例をより詳細に説明する。

工具刃の製造方法を示す概略側面図である。 工具刃の歯を拡大して示す。 工具刃の歯を拡大して示す。 工具刃の歯を拡大して示す。 工具刃の歯を拡大して示す。

概要
図１は、図１において全体として１０で示されている工具刃の製造方法を示すが、明確にするために詳細は省いている。この例では裏当てストリップ１２が設けられている。結合材料１４が供給される。結合材料は、粉末形態であり、この例では、ホッパー１８として示されているソースから、ビームまたは噴流として裏当てストリップ１２の上に噴射される。この例において、これは、裏当てスリップ１２が矢印２３の方向に移動してワークステーション２１を通過するときに、このワークステーション２１において行なわれる。２つのホッパー１８、２０を有する１つのワークステーションが示されている。これ以外の数のワークステーションおよびホッパーが選択されてもよい。

結合材料の粉末１４および裏当てストリップ１２は、ワークステーション２１において、放射線源２４からの放射線のビーム２２によって加熱されて、結合層（後で説明する）が形成される。研磨粒子２６も供給される。粒子２６は、この例ではワークステーション２１においてホッパー２０から供給される。研磨粒子は、裏当てストリップ１２の端部１１に沿って結合されることになる。この結合は、結合材料によって形成されている結合層によってなされる。

裏当てストリップ１２の端部１１には、研磨粒子２６および結合材料１４の導入前に、歯１６が予め形成されている。この例において、歯１６は端部１１に沿って概ね三角波として成形されている。直線もしくは曲線部分、凹部分、さらなる尾根部分、またはその他の特徴を有する形状を含む、その他の形状が選択されてもよい。

研磨粒子２６は炭化タングステンを含み得る。一例において、研磨粒子２６は炭化タングステンのみを含む。硬質金属または超砥粒（ダイヤモンドもしくは立方晶窒化ホウ素等）といった他の研磨粒子を使用してもよい。研磨粒子の粒径は５００ミクロン以下であってもよい。

本方法に使用される装置
より詳しくは、図１は、長い帯鋼の形態の裏当てストリップ１２を示す。ストリップ１２が加工されてストリップ１２の端部に沿って刃先が作製された後に、このストリップは、帯鋸、弓鋸、糸鋸、往復式のこぎり、穴鋸およびその他同様の工具の、刃先が直線状である刃の形態の工具として使用するのに適したものになる。裏当てストリップ１２に他の材料が使用されてもよい。

この例では、ストリップ１２の端部１１を、刃１０の形成のためにワークステーション２１に対して相対的に移動させる。ワークステーション２１は、ストリップ１２の端部１１の上に噴射される粉末形態の材料を供給するためのホッパー１８、２０を含む。この例では、別々の２つのホッパー１８、２０が示されており、これらのホッパーを、結合材料１４および研磨材料２６をストリップ１２の端部１１に対して別々にまたは一緒に供給できるようにそれぞれが結合材料１４および研磨材料２６を供給するものとして説明する。他の例では、混合物としてのこれらの材料の１つのソースのみがあってもよい。それぞれのソースから、または、１つのもしくは組合された２つ以上のソースから供給される、２つ以上の結合材料の混合物を使用してもよい。ホッパー１８、２０の制御機構によって、結合材料１４および研磨粒子２６の送達を制御する。送達速度を制御してもよく、送達の開始と停止を制御してもよい。これらの材料が別々に送達されて端部１１で混合されるようにすると、特に異なる材料の粒径または重量が異なっている場合に、利用できる制御のレベルが改善されると考えられる。

研磨粒子２６は、炭化タングステンを含むものであってもよく、または、炭化タングステンのみを含むものであってもよい。

ワークステーション２１はまた、放射線源２４を含む。この例において、放射線源２４はレーザ光源である。代わりに、電子ビーム、プラズマビームその他といった、他の種類の放射線源を使用してもよい。以下で説明するように、放射線源２４の目的は、結合層を形成するために、ストリップ１２の端部１１で結合材料１４の加熱を生じさせることである。したがって、放射線源２４の選択は、以下で説明する結果を得ることを目的として、結合材料１６、裏当てストリップ１２の材料、および研磨粒子２６の材料の性質を考慮して行なえばよい。

ワークステーション２１の位置を固定し、送り機構（図示せず）を設けて、ストリップ１２を、ワークステーション２１を通過するように送ってもよい。これは連続的でも段階的でもよい。その代わりにまたはこれに加えて、ワークステーション２１（および特にレーザ２４）を、機械的手段または光学手段いずれかによって、ストリップ１２の端部１１に沿って走査するまたはストリップ１２の端部１１との間で前後方向に走査するように、配置してもよい。また、レーザ２４を、可変強度、持続時間可変のパルス、デューティサイクル（オン期間の長さとオフ期間の長さの比率）可変のパルスのストリームを与えるように配置してもよい。放射線の周波数または波長を変化させてもよい。放射線ビームの焦点位置または放射線ビームの焦点の形状もしくはサイズを変化させてもよい。ストリップ１２に対する放射線の入射角度または後退角度（drag angle）を変化させてもよい。ストリップ１２に対する放射線の走査速度を変化させてもよい。これらおよびその他の変化を利用して、ストリップ１２内部における制御可能な加熱効果を生み出してもよい。これによって、形成している結合層の表面の温度を制御することができる。

第２のワークステーションが３２で示されており、このワークステーションは、後で説明するように、研削もしくはその他の機械加工作業、レーザ切断を実行するための、そうでなければ刃の仕上げのための、仕上げステーションである。代わりに、第２のワークステーション３２が刃の仕上げのための別のラインの一部であってもよい。他の代替例において、ワークステーション３２は、最初の機械加工または仕上げを提供して、他の場所における、後の最終的な仕上げのための、加工前状態の刃を作製してもよい。

ワークステーション２１、３２を１つ以上の計算装置２５によって制御してもよい。その場合は、コンピュータで実行可能な命令により、ワークステーション２１、３２を３Ｄプリンタシステムとして機能させて、本明細書に記載の方法に従って研磨工具刃をプリントしてもよい。この命令は、装置２５の中にあるかまたは２５ａで示されるように装置２５から取出すことが可能なコンピュータ読取可能な媒体にある。

裏当てストリップの形態
裏当てストリップ１２には歯１６が予め形成される。歯１６のさまざまな異なる形状およびサイズを使用できる。歯１６はすべて同一のサイズと形状であってもよい。代わりに、歯のサイズおよび／または歯の形状が裏当てストリップ１２に沿って変化していてもよい。

図２は概ね三角波の尾根の形状の歯１６を示す。この歯１６は、使用時に歯１６の切削部を形成する露出した先端２８を有する。結合材料１４と研磨粒子２６によって被膜３０が歯１６の上に形成される（図３）。図３では、被膜３０の外面の形状が、裏当てストリップ１２の歯１６と異なっており、かつサイズがそれよりも大きいことがわかる。

結合層および被膜の形成
図１は、結合層３２が形成されて被膜３０が得られる状態を示す。これはワークステーション２１におけるプロセスである。結合材料１４がストリップ１２の端部１１の上に噴射され、レーザ２４を用いてストリップ１２の端部１１と結合材料を照射する。これには加熱を生じさせる効果がある。この加熱効果により、結合材料が裏当てストリップ１２に結合される。一例では、結合材料および／または裏当てストリップ１２が溶融してこれらの材料間に溶接効果をもたらす。研磨粒子２６も、ストリップ１２の端部１１の上に噴射され、結合材料１４の作用によって端部１１に沿って結合される。歯１６の先端２８のみで裏当てストリップ１２が被覆されるように、ワークステーション２１を制御してもよい。代わりに、裏当てストリップ１２はその端部に沿って連続的に被覆されてもよい。

結合材料は、延性ろう付け材料からなる、または延性ろう付け材料を含むものであってもよい。代わりに、硬質ろう付け材料を使用してもよい。硬質ろう付け材料はニッケルろう付け材料であってもよい。結合材料の望ましい機能は、硬質の歯の先端または刃の刃先または歯１６の他の切削部分を作製することである。この先端、刃先、または切削部分は、研磨粒子２６が存在することと、結合材料１４によって得られる、裏当てストリップ１２に対する研磨粒子２６の結合の品質とにより、研磨部分でもある。

歯の形状および歯の仕上げ
図２において、予め形成された歯１６は、概ね三角形の形状である丸い波の形状を有する。歯１６は、ワークステーション２１において研磨粒子２６と結合材料１４で被覆される。被覆された歯１６は図３に示されている。この例では、この被覆プロセスによって、歯のサイズが、被膜３０の外側の輪郭によって示される所望のサイズまで増す（図３）。被覆前（図２）、歯１６のサイズは所望のサイズよりも小さい。この例では、歯１６が被覆されている間に歯の形状も変化する。すなわち、最初の歯の形状は所望の歯の形状と同一ではない。特に、被覆プロセスによって鋭いエッジ２９が形成される。

歯１６の被覆後、歯１６は、第２のステーション３２（図１）において研削処理によって仕上げられてもよい。たとえば、歯１６は、特に先端２８のエッジ２９に沿って鋭くするために研削されてもよい。

図４はこれに代わる可能性を示す。この場合も、被覆されていない歯１６は概ね三角形の形状である丸い波の形状であり、この場合も、ワークステーション２１において研磨粒子２６と結合材料１４の被膜３０で被覆される。この例において、歯１６のサイズは最初は所望のサイズよりも小さい。この例における所望のサイズは、上記第１の代替例と比較し易くするために、図３に示されるサイズであると想定する。被膜３０は、歯のサイズを増して所望の歯のサイズよりも大きくするのに十分厚くなるように与えられる。これは図４に示されている。図４において、（図３に対応する）所望の歯のサイズは破線３４で示され、専ら説明のためであるが、所望の歯のサイズの内側と外側でシェーディングを異ならせている。

歯１６が図４の過剰なサイズ状態になるまで被覆された後、歯１６は第２のワークステーション３２に進む。ワークステーション３２は、過剰サイズの歯１６を所望の歯のサイズに戻す。これは、研削もしくはその他の機械加工、レーザ切断、または別の形態の処理によって行なえばよい。

これら２つの例において、所望の歯のサイズと形状と比較して、最初の歯のサイズは小さく最初の歯の形状は正しくない。その結果、被膜３０の厚みは仕上げられた歯の表面全体を通して均一ではない。他の例において、被覆プロセスによって、歯の形状が最初の歯１６の形状から変わらないようにしてもよい。この場合、被膜３０の厚みは仕上げられた歯の表面全体を通して均一であろう。

図５は、上記のようにして（図３および図４）仕上げられた２つの歯と、歯がワークステーション２１に達する前に観察されるであろう形態の、まだ被覆されていない１つの歯を示す。

結びのコメント
上記実施例は、以下の理由を含めてさまざまな理由から、改善された切削刃を提供すると思われる。歯の機械的な完全性は、主として、裏当てストリップ上の歯の予め形成された形状によって得られ、機械加工、打抜き加工、レーザ切断、研削等といった従来の製造技術により、ストリップに沿って多くの異なる形状を容易に作製できる。（もしあれば）ワークステーション３２が提供する仕上げを伴う、ワークステーション２１が提供する被覆が、たとえば、さまざまな材料または用途に適した精密な成形と歯の形状変更の容易さによって、優れた歯の性能を生み出すと思われる。特に、炭化タングステンまたはその他の研磨材料が存在するものの予め形成されている歯によって得られる機械的完全性が損なわれないので、生産速度が増し、結果としてコストが低下すると思われる。また、レーザから得られる正確な制御は、熱の影響を受ける領域を最小にして、裏当てストリップのさらに高い可撓性と延性を確保するであろう。

刃を上記のように被覆し、その後、まだ切断されていないストリップ形態で販売して、必要な研削または仕上げ工程を含む仕上げが他で行なわれるようにすることが考えられる。

上記技術および装置には、本明細書に記載の発明の範囲から逸脱することなく数多くの変形および修正を施すことができる。たとえば、数多くの異なる材料、または、構造体の材料、形状、サイズ、相対形状および相対サイズを組合わせたものを選択できる。

ここまで本明細書では特に重要と考える発明の特徴に注意を向けようと努めてきたが、出願人が、特に強調したか否かにかかわらず、ここまでに言及したおよび／または図面に示した特許可能な特徴または特徴の組合わせについて保護を求めていることが理解されるはずである。

Claims (8)

1. 裏当てストリップを供給するステップと、
   研磨材料の粒子（研磨粒子）を供給するステップと、
   前記裏当てストリップの端部に沿って前記研磨粒子を結合する結合層を形成する結合材料を供給するステップであって、
   前記裏当てストリップの端部は、研磨粒子及び結合材料の導入前に、歯が予め形成されていることを特徴とする、ステップと、
   レーザ放射線で前記結合材料を加熱し、予め形成されている前記歯の上に鋭い端部として前記結合層を形成するステップと、
   前記レーザ放射線で前記結合材料を加熱している間、裏当てストリップの端部に沿ってレーザ放射線を可変速度で走査し、制御可能な加熱効果を生み出し、前記結合層の表面の温度を制御するステップと、
   を具備する工具刃を製造する方法。
2. 前記歯を、所望のサイズよりも小さいサイズになるように予め形成し、前記研磨粒子と結合材料は、前記歯を被覆して前記被覆された歯のサイズを前記所望のサイズまで増すことを特徴とする、請求項１に記載の工具刃を製造する方法。
3. 前記歯を、所望のサイズよりも小さいサイズになるように予め形成し、前記研磨粒子と結合材料は、前記歯を被覆して、前記所望のサイズよりも大きいサイズを有する被覆歯を作製し、前記被覆歯を処理して前記所望のサイズにすることを特徴とする、請求項１に記載の工具刃を製造する方法。
4. 前記研磨粒子を、前記裏当てストリップの端部の上に噴射するか、または流すことによって導入し、高温結合マトリクス粉末を独立して噴射するか、または流すことにより、前記粒子を正確に位置決めすることを特徴とする、請求項１に記載の工具刃を製造する方法。
5. 前記研磨粒子は、５００ミクロン以下の粒径を有することを特徴とする、請求項１に記載の工具刃を製造する方法。
6. 前記結合材料を粒子形態で導入することを特徴とする、請求項１に記載の工具刃を製造する方法。
7. 前記裏当てストリップの端部の上に噴射する、流す、又は滝状に前記結合材料を落とすことにより、前記結合材料を前記研磨材料に独立して導入することを特徴とする、請求項１に記載の工具刃を製造する方法。
8. 前記結合材料は、ろう付け材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の工具刃を製造する方法。

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