JP4630464B2 - 自己研削型の積層切削工具と、かかる工具を製作する方法 - Google Patents

Description

発明の背景技術
本発明は、自己研削型の切削工具に関する。より特定的には、本発明は、改良された積層板強度を有し、そして、使用につれても鋭さを保ちつづける切削工具又はナイフの刃に関する。
【０００１】
【従来の技術】
伝統的に、ナイフ、刃物、そして、切刃（カッティングエッジ）工具は、典型的には研削目的のために硬化された、実質的に一様な材料によって作られている。この硬化は、通常、既知の焼戻しによって生じる。
【０００２】
歴史的には、鍛冶屋は、鉄の形板の周囲により柔らかな鉄を折り曲げて斧を鍛え、鉄の２つの側面の間に鋼を挿入してハンマー溶接（槌打ち溶接）し、この鋼で実際の切刃を形成する。この方法は優れた切刃を与え、かつ、最も高価な鋼となっている。侍の刀剣等の他の刃物は、柔らかい合金と硬い合金とを合体させる方法を使用しており、両者の利点を獲得するものである。柔らかな材料の外層と硬い材料の内層とを利用したナイフの刃の構造の一例は、米国特許第３，６８１，８４６号に見られる。この特許では、スチール又はアルミニウムの外層が、炭化タングステン（タングステンカーバイド）等の比較的に硬い材料からなる内層を包み込んでいる。積層したナイフの刃を開示する他の特許が、米国特許第５，２５６，４９６号に示されている。この特許では、チタン−高炭素鋼の積層板が、内部のスチールの刃を包み込んでいるチタンの外部層によって形成されている。
【０００３】
硬い合金材料を積層する場合の主な問題点の一つは、その材料を一緒に安定化することである。積層された研削工具を使用した時に、非類似金属間の境界面では、材料の剥離が生じる。この剥離は、劣等な製品を生じることとなり、かつ、安全上の問題をも生じる。
【０００４】
そこで、積層構造を上手に用いた切削工具への要望がある。
【０００５】
また、剥離の畏れがなく、容易に積層することが出来る切削工具への要望がある。
【０００６】
さらに、通常の使用や磨耗のプロセス（行程）を介して、それ自身を安定して研削する切削工具への要望がある。
【０００７】
最後に、自己研削型の工具を形成するために複数の合金をうまく一緒に接合することの出来る方法への要望がある。
【０００８】
本発明は、通常の磨耗と使用の進行によっても永続的に自己研削するように構成された積層された切削工具を含んでいる。２つの異なる、共に新規な製造方法が、このゴールを達成するために提示されており、これら両者は、激しい使用による疲労や非類似金属の積層間での錆の進行から生じる工具強度の可能性ある喪失に耐えるに十分な強い工具を達成するため、金属と金属との、そして、特に、類似金属と類似金属との広範な溶接あるいは結合を生じる。
【０００９】
第１の方法の最も単純な形態では、本発明は、より柔らかな金属で両側が取り込まれた硬い内部金属を利用する。このより硬い内部層は、好ましくは、穿孔された層であり、その穿孔を介して２つのより柔かな層が一緒に接合するのを可能にしている。この金属のサンドイッチ層は、爆発により一緒に溶接されている。これがより強靭な切削工具を生む。
【００１０】
第２の方法の最も単純な形態では、予備成形された硬い、穿孔された中央層は使用せず、むしろ、硬い中央層は、下部の積層体に、ドリル加工やエッチングでピットを形成し、又は、切断やスタンピングでスロットを形成し、それから、例えば、炭化タングステン、セラミックの粉体、又はダイヤモンド、あるいは、かかる構成物の混合物など、非常に硬い粒子で充填することによって形成される。例えば、炭化タングステンの砂を、セラミックの粉体又は有機物の結晶と混合してもよい。加えて、所望の応用における工具の機能を改善するためには、硬さ以外の特性を備えた他の材料も、また、含まれ得る。上部の積層体は、その後、下部の積層体上に爆発溶接され、ピットは、爆発で発生するプラズマジェットの力に抗してその硬い粒子をその位置に保持する。これにより、金属と金属との非常に強固な結合を生じ、作業エッジを形成している領域を、硬い粒子が中央層内に完全に一体化されたものに替えることとなる。
【００１１】
好適な切削工具は、類似の金属の層によって形成されている。しかしながら、これに替えて、非類似の金属を使用してもよい。最も重要なのは、しかしながら、いずれの場合でも、小さな硬い粒子（あるいは、硬い層）が、これを取り囲むより柔らかな金属よりも遅く磨耗することである。それ故、それら粒子（その層）は、常に、鋭いエッジを作業物に対して提供することとなり、そして、その鋭いエッジは、刃が磨り減るに従って連続的に研削されることとなる。本発明になる切削工具は、例えば、３層、４層、又は、５層の金属層など、多層により構成され、あるいは、使用することが出来る。
【００１２】
上述した及び他の、本発明の特徴、有用性、そして利点は、添付された図面に図示される本発明の好適な実施例の、以下のより特定的な記載から、明らかになるであろう。
【００１３】
或る実施例の詳細な記載
図１は、本発明になる切削刃１０全体の斜視図を示している。そこには、２つの柔らかい合金１４と１６によって取り囲まれた硬い内部層１２がある。この内部層１２は、例示的な穿孔１８、２０及び２２を有している。典型的には、この硬い内部層１２は、炭化タングステン（タングステンカーバイド）やその他の硬い材料である。外部層１４及び１６は、アルミニウム、スチール（鋼）、その他、中央部材１２より硬くない材料である。穿孔された中央部材１２は、外部層１４及び１６を一緒に溶融するための手段として、穿孔１８、２０及び２２を有している。この溶融については、以下において、より詳細に説明する。
【００１４】
側面に２つのより柔らかい金属を積層させた硬い中央の層を、その端部において、可能なより柔らかい金属で積層することの目的は、完成された工具に種々の積層による最良の特徴をうまく結合できる自己研削工具を形成するということである。硬さ、靭性、及び柔軟（弾力）性における妥協である工具に代え、この工具は、これが有用である場合には、非常に硬く、その特性が有用である場合には、強靭で、そして、その特性が有用である場合には、柔軟であり得る。図２は、この切削工具の典型的な磨耗パターンを示している。より柔らかな材料はより速く磨耗することから、それら材料は、真中の硬い材料よりもより速い速度（割合）で擦り切れてしまう。即ち、真中の硬い材料は、一般に１９で示される鋭いエッジを露出する。この例は、本発明になる積層された切削工具を芝刈り機の刃として使用するものである。これらの刃は、典型的には、あまり硬過ぎないようにしなければならず、でなければ、より脆くて硬い鋼は、刃が半分埋もれた石等の対象物に当たった時に粉砕してしまい易い。従って、それらの刃は、エッジを良好に維持しておらず、しばしば研削することを要求し、そして、芝刈り機の刃が非常に鈍くなると、切削工具の性能を著しく低下し、燃料の消費を増加させることとなる。
【００１５】
同様な状況は、例えば、非常に柔らかい地面から非常に硬い岩盤まで変化する材質を通して掘削しなければならない採鉱や発掘のための工具として、工具が、非常に硬く、又は、硬さの異っている何物かに作動する、全ての工業的な尖頭工具に対しても適用される。異なる種類の基板に作動する場合のショック（衝撃）を対処するに十分な強度の現存する工具では、典型的には、速やかに磨り減ってしまうであろう。
【００１６】
ソフトスチールなどの柔らかい材料の２つの層からなり、その真中に完全に一体化した薄い炭化タングステンを積層してなる芝刈り機の刃は、永続的な自己研削する刃になるであろう。スチール（鋼）は、必要な強度、大きさ（マス）、そして、弾性を提供し、炭化物は、鋭いカッティングエッジのために必要な硬さを提供する。非常に薄い炭化物の層は、スチールよりもより遅く磨耗し、わずかだけ突出して有効で鋭いエッジを形成する。製造時や激しい使用の後の必要な場合には、完璧なエッジを回復するために、ダイヤモンドをベースとした研削工具を使用することが可能である。
【００１７】
本発明を使用することによれば、ナイフ、芝刈り機の刃、そして、かみそりの刃などの単純な工具にも、さらには、例えば、チェーンソーの刃や動力付き掘削機など、切削工具によって要求される複雑な形状にも、両方に加工することが可能で大量生産された積層された金属の在庫用シートを形成することが出来る。かかる更なる形成や加工には、溶接、再熱、鍛造、アニーリング（焼鈍）、焼戻しが含まれるが、これだけには制限されず、多くの冶金プロセスを使用することが必要となるであろう。
【００１８】
本発明の産業上の、そして、社会上の利点は莫大なものであり、燃料消費の低減、時間の低減、鋭い工具の効率の増大、道具の寿命の増大、そして、道具製作における無駄の低減が含まれる。
【００１９】
本発明に先立っては、薄く硬い積層を切削工具内へ機能的かつ経済的に一体化することが適切には行われていなかった。
【００２０】
図２は、切削工具が三層の積層材料を有してなる、好適な合成の又は積層構造を示している。この好適な実施例では、内部層１２は炭化タングステンであり、外部層１４と１６は硬化されたスチールである。この切削工具１０は、カッティングエッジ（切削端）が一端１９に露出するように研削される。柔らかい金属１４と１６は、より硬い金属よりもより速い速度で磨耗し、即ち、内部層１２は、自己研削型の切削工具となる。
【００２１】
図３は、合成構造において５層である代替の実施例を示している。材料２４及び２６からなる追加の外部層が追加されている。この材料の硬さの順位は、層１２が最も硬く、典型的には、炭化タングステン、又は、他の非常に硬い材料である。次の層１４と１６は、より柔らかい材料であり、たぶん硬化スチールの或るタイプであり、最後に、外部層２４と２６は、アルミニウム、マイルドスチール、又は、ジュラルミンなどのさらにより柔らかい材料である。これにより、自己研削型の切削工具となる。再び、中央の層１２は、上記した本発明の実施例によれば、好ましくは穿孔を有しており、即ち、層１４と１６の溶融により、即ち、中央層１２を隣接する層１４と１６へ固定する。層２４と２６は、それぞれ既知の溶接技術、又は、ここに開示され、かつ、以下に述べる新規な爆発溶接技術、又は、組み立てられた層１４−１２−１６を貫通する穿孔によって、層１４と１６へそれぞれ溶融することも可能である。
【００２２】
図４は、非対称に合成された、さらに他の実施例を示している。この実施例は、たがね（チゼル）や他の切削工具として使用することができる。その構成は、層２４を除いて、図３に示したものと同様である。
【００２３】
本発明では、好ましくは、真中の硬い金属層を利用している。この真中の層は、固体状であっても、又は、穿孔されたものであってもよい。一例としては、穿孔された炭化タングステンの層であり、穿孔はこの層にわたって均等であることが好ましい。この構造が図１、５及び６に示されており、ここでは、この穿孔は、好適には、硬化した炭化タングステン又は他の硬化した金属材料を切断するようなレーザを利用することによって達成される。このタイプの穿孔の成形技術は、既に良く知られている。しかしながら、パンチング、ドリリング、鋳造、フォトエッチング、光成膜（フォトデポジション）、そして、スパッターリングを含め、当業者に良く知られた他の方法も、硬化した材料に穿孔するために利用することが出来る。この穿孔プロセスは、他の要因と同様に、要求される穿孔のサイズに応じたものとなる。
【００２４】
穿孔された硬い中央の積層の他の製造方法とは、拡張された金属経路（メタルルート）を利用するものであり、そこでは、金属シートにスリットが押し付け形成され、そして、そのシートをダイヤモンド形状の穴を備えた格子内に伸長するために２つの軸上で引っ張られる。この技術では、全体では平坦ではないシートが出来上がるが、しかしながら、このことは、取り扱うシートは、通常、非常に薄く、かつ、拡張の後は平坦に加工することができ、あるいは、多くの場合、爆発溶接プロセスが平坦化を達成することから、取るに足らないことである。
【００２５】
また、意図的に全体が平坦でない硬い層により、優れた性能を備えた刃を製造することが可能となる。鋸の刃のほとんどのタイプは、「セット（set）」と呼ばれる、すなわち、隣接した歯であり、切り口（カーフ）を広げる反対の方向に曲げられ、又は、切断され、もって、鋸が前進してもより狭い刃が動かなくならないような複数の切削工具の要素を利用している。本発明によれば、「セット（set）」と共に歯内に磨耗される硬化した内層を一体化した刃を、いかなる要求される寸法ででも製造することが可能になる。以前エッジ内ではいかなる種類の「セット（set）」とも製造されなかった多くのタイプの切断エッジが、実際、セットをエッジの形状に組み込むことが出来れば、たとえ、かかるセットが微小なスケールであっても、優れた方法を実現することができる。かかる製造は、本発明になる方法によって可能になるであろう。
【００２６】
図５は、一緒に溶融された２つの外部層１４と１６と貫通した穿孔１８、２０及び２２とを有する、穿孔された中央積層１２を図示するための切断断面を示している。この図に示された穿孔は、それらの好適な寸法からは拡大されており、好ましくは、より小さい。この図に示された穿孔の寸法は、明確に図示するだけのためである。
【００２７】
この穿孔の直径、形状、濃度、そして間隔は、各々の異なる工具の特定の目的や機能性に適合して変えることが出来る。好ましくは、この穿孔は、その直径において、約１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。より好適には、この穿孔は、約２ｍｍ〜５ｍｍの範囲である。間隔は、理想的には、外層間で強力な溶接を達成するが、大き過ぎる接合面積、即ち、内層材料の面積に対する接合面積の高すぎる比率によって内部層の機能を損なわないよう、十分な類似物と類似物との接合領域を生じるようにする。この穿孔から生じる接合面積は、現在では、内層の表面積の約２０％〜８０％とすることが好適であると信じられている。最も好適には、表面積の約３０％〜５０％が接合面積としてされるべきである。
【００２８】
本発明になる切断工具において穿孔された中央層を利用する利点には、２つの点である。最初の利点とは、従来の技術を使用しては異なる材料を接合又は溶接することが非常に難しいということである。その結果、非類似の金属間での接合は、作ることが難しく、かつ、失敗し易く、かつ、疲労したり腐食した場合には工具の剥離が起き易いため、積層された切削工具を首尾よくかつ経済的に製造することは達成されていなかった。本発明は、このような問題を、類似する材料を互いに接合又は溶接し、かつ、非類似の材料をも、隣接する材料を分子レベルで接合する爆発溶接技術によって接合することによって解消するものである。
【００２９】
図５及び６を見れば、穿孔により、層１４と１６の材料が互いに穿孔１８、２０及び２２を介して接合することが可能になっている。この穿孔を介した接合が、層１４と１６間を介して硬い内部材料１２へ接合する強度を改善することにつながっている。幾つかの応用においては、外層は、内層と同じ、あるいは、より大きな硬度を有する材料であってもよい。加えて、幾つかの応用では、合金において良好な接合を可能にすることはなお十分に同様ではあるが、傾斜した切削工具を形成するためには、層１４を層１６よりも硬くすることも出来る。
【００３０】
第２の利点は、中央層１２が磨耗すれば、その磨耗のパターンが、層が磨耗するにつれて硬い材料内に「鋸の歯」を形成することである。このことが図６に図示されている。図６は、穿孔１８、２０等を有する中央の穿孔された層を図示している。この工具が磨耗すると、穿孔もまた磨耗し、２８、３０及び３２で示される鋸の歯を形成する。これらの鋸の歯は、切削工具が意図された基板を引き裂き、又は、切断するのを助けることとなる。この歯の細かさは、穿孔の直径及び間隔によって決定されるが、これは望ましくは微小なものであろう。最後に、この穿孔のパターンは、その応用に応じて、多数の又は非常に少数の鋸歯が縁取られるように選択することが出来る。加えて、この穿孔の形状は、特定の使用に適する異なった種類の歯を提供するため、円形から楕円へ、あるいは、ダイヤモンド形状や他の形状にも変更することが出来る。
【００３１】
この好適な実施例では、特定の用途のためには危険な程に脆弱である程度に磨耗する前に、積層した刃を処分することを確保するための方策を提供するであろう。これを行う一の簡単な方法は、中央の穿孔されて硬化された層だけが、切削工具内の途中の所定の部分まで延びるように刃を形成することである。この構造が図１に示されている。中央層１２が線分２５に接近すると、そこには可視の、又は音による、又は機能的な磨耗インジケータが存在する。これがユーザーに刃が薄くなり過ぎ、そして、取り替えを考慮されるべきことを警告する。
【００３２】
かかる内蔵した磨耗インジケータや安全性を備えた刃を形成する付加的な方法とは、硬い内層１２を取り囲むように折り曲げられた一片の材料、１４の外層を形成することである。このことが、図１２及び１３に示されている。図１に示すように、硬い層１２が磨耗して線分２５に近づくと、磨耗インジケータがユーザーに工具を取り替えるように警告する。加えて、このことは望ましいが、工具の背面が一片に製造されていることから、剥離の畏れは全く除去され、刃は実質的により強くかつ安全になっている。
【００３３】
本発明に使用されるであろう溶接技術とは「爆発溶接」である。爆発物の層が金属のシート上に堆積され、この金属が「クラッド(clad)」となり、又は、積層され、又は溶接されるところの金属のシートの上に配置される。爆発物の爆発を制御することにより、２枚の金属のシートが、２枚のシートの角衝突（アンギュラーコリジョン）の点にプラズマジェットが形成されるような速度と力によって一体にされる。このプラズマジェットは、全ての不純物と金属酸化物を焼き払って、接合のための純粋な金属を残す。この爆発によって生じる圧力と温度は、これらの金属が衝突点において液体の様にふるまい、非類似の金属でも、分子レベルで接合を形成するのに十分である。
【００３４】
この爆発溶接の技術は、建築材料の製造にのみ使用されており、その使用の途中で様々な異なる応力が加えられる工具の製造には利用されていなかった。この方法によって極めて非類似な金属も接合することが出来るが、かかる接合は、なお、通常の作業や屈曲から生じる金属疲労、そして、非類似金属の接合に本質的な電気的な特性から生じる腐食によって、致命的な障害にさらされる。本発明では、かかる両障害がより生じないようにし、互いに直接的に接合された丈夫な２つの外層の間に硬い中央層が包含されている場合であっても無関係に、硬い中央層内の穿孔によって、類似の金属と類似の金属とを接合するものである。
【００３５】
このことが、図７〜１１に示されている。図７は、外部薄片３６と３８を有し、さらに、爆発物の層３２と３４とを有する中央薄片３０を示している。この中央薄片３０は、特定の工具に対する要求に対応して、穿孔されても、されなくてもよい。組立のための幾つかの特定の通路を形成することは可能であり、例えば、一度に一つの層を連続的に接合し、あるいは、進行中の特定の成層作業にとって適切な制御が可能であれば、全ての層を一度の爆発で同時に接合してもよい。
【００３６】
爆発接合のプロセスにおいて発生する圧力は、１０００００から６０００００ｐｓｉまでに及び、プラズマジェットの際に生じる温度は、非常に高く、プラズマ温度となる。
【００３７】
図８は、爆発溶接後の合成積層板を図示している。爆発物は、その爆発により全体的に消費され、爆発による乱流の際の熱で金属を一体に、あるいは、分子レベルで溶接する。
【００３８】
製造コストを大幅に低減することが出来る製造方法では、ピット、めくら穴、又は、スロットのような凹部を、積層板３０、３６、又は、３８の１つ、又は、それ以上を形成し、その後、例えば炭化タングステンの砂などの適当な粒子で全体又は一部を充填する。即ち、ピット、めくら穴、又は、スロット（以下では、これらを含めてピットと称する）のような凹部は、エッチング、ドリリング（穿孔）鋸引き、スタンピング、鋳造、又は、その他の方法により形成することが出来る。このピットは、好ましくは、爆発溶接の期間に形成されるプラズマジェットの直接的な力からの避難場所を粒子に提供し、もって、粒子がその場所に残るよう、十分な深さで、かつ、形状に形成される。
【００３９】
凹部、あるいは、ピットの正確な形状は、手元の特定の作業のために特別に仕立てることが出来、即ち、このピットの形状は、どの程度の適当な粒子材料が、爆発溶接の後に、そのピットの正確な領域内に実際に残留するかによって、そして、その粒子材料が、プラズマジェットの通過の際に、ピットから吹き飛ばされるかによって決定されるであろう。ピットは、溶接の最中において特定の乱流パターンと粒子の移動又は保持を生じるため、表１（ａ）の斜面形状に、表２（ｂ）の先細り形状に、又は、表３（ｃ）の「逆先細り」形状にされてもよく、その結果、工具内に一体化される硬い粒子の最終的な分散は、事実上無限の変形が可能である。
【００４０】
【表１】

【００４１】
また、溶接の期間に特定の量の粒子がピットから吹き飛ばされて、当該粒子が、「非ピット」領域をも含め、加工物の全領域における溶接部に一体化されるように、ピット、粒子、そして、爆発を、意図的に設計することも可能である。
【００４２】
プラズマがそれらの上を進行すると、粒子は周囲を取り囲む外部の積層板に一体的に接合し、穿孔された中央の硬い積層板を本来の場所に効果的に形成する。ピットは、また、硬い粒子の一部が正確にプラズマジェット内にこぼれ出るように、即ち、粒子を溶接部の全体にわたって分散するように、特定的に設計することも出来る。また、これによれば、類似の金属に接合された類似の金属によって最終の工具となり、硬い粒子を一体化した同一の溶接部において互いに直接に接合された外部の積層板が、工具に対して優れた性能を付与することとなる。実際のピット又はめくら穴に代えてスロットを使用する場合には、それらの配置は、工具の設計における重要な部分となり得る。好適なパターンとは、十文字模様であろうが、しかしながら、他の配列も容易に実現可能であり、即ち、設計中の特定の工具の性能によって特定のパターンが決定されるであろう。
【００４３】
ピット内における粒子の異なる量やそのタイプや寸法により、異なる磨耗特性が得られるであろう。これによれば、中央の硬い積層板の製造コストは、エッチングと適切な硬い粒子の配置からなる簡単な工程にまで低減される。この思想の利点は、工具の有効性や機能性を改善するために、唯一つのタイプの粒子よりも、容易に複数のタイプの粒子の混合物が使用されることである。好適な実施例では、炭化タングステンの砂を、セラミックの粉末又は有機物の結晶と共に混合することもできる。硬さ以外の特性を備えた他の材料も、また、工具の性能を改善するために含ませることができる。このような、異なる金属及び非金属の粒子の混合によれば、工具を、その特定の作業や環境において最適な性能のために、以前には出来なかった仕方で、又は、程度まで、特別に「仕立てる」ことを可能にする。長寿命の磨耗エッジを達成するために、非常な硬さの粒子を、例えば、プラチナ等、非常に強靭な粒子と共に混合することもできる。
【００４４】
爆発接合において硬い粒子、又は、粒子の混合物をその場所に残留させるための他の方法も可能である。これらの方法とは、充填されたピットを薄い金属箔で覆うことを含んではいるが、しかし、そのことに限定されるものではない。かかる箔は、ピット内の粒子をプラズマジェットから保護する。この箔は、プラズマジェットによって箔全体が蒸発させる意図によれば、外部層と同じ又は類似の合金であることが好ましい。この箔からの金属は、接合の一体化部分として働き、即ち、一種の金属接着剤として働く。プラズマジェットの通過期間中に硬い粒子をその場所に残し、そして、接合を妨害しない如何なる方法も、この方法に役立つであろう。
【００４５】
また、上記したような爆発という方法によって、工具内にダイヤモンドの粒子を導入してもよい。炭素であるダイヤモンドは、燃焼が考えられるが、しかし、非常に高い熱と大きな圧力の条件の下においてである。もしも、熱と圧力とが十分に大きく、そして、ダイヤモンドに攻撃しやすい酸化化学物質の有効性を低減するように爆発物を選択すれば、多分、ダイヤモンドの粉が、爆発による形成物して残り、非常に丈夫なエッジを提供することができるであろう。爆発中に酸化物質からダイヤモンドを護る一つの方法は、ダイヤモンドの粒子に、酸化分子に対して物理的な障害を直接的に提供することであり、あるいは、それ自身の酸化によって酸化剤がダイヤモンド構造に到達し及び／又はダイヤモンド構造に影響を及ぼすことから防止する犠牲層であろう。
【００４６】
また、ダイヤモンドは、既に形成されている工具内の本来の位置に一体化することもできる。換言すれば、爆発溶接の期間中は粒子を配置するために表面を利用するこの形成方法は、ダイヤモンドを形成された工具の外表面に一体化又は埋め込むために使用することもできる。
【００４７】
爆発物が十分な爆発力をもち、そして、収容システムが必要な圧力を発生することが可能であれば、形成された工具内の本来の場所にダイヤモンドを形成するのを実現することもできる。基本的には、その方法では、ダイヤモンドを発生するため、爆発による爆発波の前線の力をピットの点又は底部に集中するような円錐形の形状を有するピットにより、爆発による衝突の力をピット内に焦点を合わせる。このピットの形状は、この方法によって発生されるダイヤモンドの形成や配置にとって臨界的である。このピットの形状を仕立てることによれば、爆発波の前線の方向と速度を制御することができ、即ち、爆発で発生される熱や圧力を正確に制御し、そして、焦点を合わせることができ、ダイヤモンドの形成のための的確な条件を作り出すことができる。このピットは、ダイヤモンド形成中にグラファイト又は炭素を蓄積し、かつ、集中するため、その頂点に円錐形の部分や空洞を含んでもよい。グラファイト又は炭素分子の他の形態は、また、このグラファイト又は非ダイヤモンドの炭素のダイヤモンドへの変換を増強するため、酸化の障害物によって被覆してもよい。これによれば、工具の効能を大幅に増大し、工具の製造中にダイヤモンドと一体化するためのコストを大幅に低減することができる。さらに、その位置で、通常のダイヤモンドの粉よりもより小さいダイヤモンド粒子を工具内に発生することが出来、もって、工具の作業エッジを、前例のない鋭さと耐久性を備えたものとする。
【００４８】
爆発によっても粒子が残存するように粒子を被覆する方法は、また、炭素以外の多くの他の粒子タイプへも適用することができ、即ち、それらの粒子が工具の構造内に含まれて、工具に特定の特性を持たせるようにすることが出来る。以前では工具の作業エッジ又は表面に含めることが不可能であった金属又は非金属の粒子の多くのタイプも、本発明の技術によって、一体化することが可能である。
【００４９】
図９は、爆発溶接の準備ができた薄片３６と３８を備え、積層板３８の頂上に配置した爆発物の層３２を備えた工具を図示している。この例では、薄片層３０は省略されている。適切に整形されたピット４１が、積層３８に面した積層３６に形成されており、そして、種々の、仕立てられた非常に硬く、そして／又は、丈夫な粒子で充填されている。
【００５０】
図１０は、爆発溶接後のこの積層された工具を図示しており、爆発物は爆発によってなくなり、硬い粒子の層を工具に完全に一体化している。薄片３６と３８は類似の材料であり、その接合は非常に強い。図示された例示的な実施例は、厚さが非均一な薄片層３６と３８を示しており、これは、特定の工具の多くの可能な変形例のまさに一つを示すことを意図するものであり、工具の他の物理的形状を排除するものではない。
【００５１】
図１１は、この積相された工具の作業エッジに沿った図であり、通常の磨耗によって露出し、歯を形成しかつ優れた作業性を提供する非常に硬い粒子を示している。粒子のサイズは、工具の必要性によって、ミリメータで測定される比較的に大きなサイズから分子サイズまで変更することができる。
【００５２】
多くの変形例が、いかなる材料であっても、混合することが出来る限りは可能である。この一例は、農業における切断への応用であり、主な磨耗の要因は、多くの草に見られるシリコンである。シリコンによる磨耗に耐えるように特別に設計されたエッジを有する刃を設計することにより、刃の寿命という性能を大幅に改善することができる。明らかに、この様にして使用された全ての材料が、溶接プロセス中の爆発による熱や圧力に耐えることが可能でなければならない。爆発による溶接プロセス自体における変形例は、このことが重要であることを立証するものであろう。
【００５３】
最後に、ピット内に配置された粒子混合物の構成物を変えることによれば、爆発溶接工程中に、有用でかつひょっとして新たな合金を形成することが可能であろう。他の製造技術によっても達成できない合金が、このプロセスによって達成することが出来るであろうし、そして、工具内に合金を形成することが考えられる。
【００５４】
爆発溶接を利用した優れた工具を製造することの付加的な一部としては、一つの爆発の事象を、二つ又はそれ以上の金属の積層板を連結し、そして、爆発物それ自体に浮遊した粒子又は溶解した材料から生じる層あるいは被覆を、工具の外側に、同時に沈積するため、両方に使用することが可能となるべきことである。爆発によって、適切に配置された材料を工具の外表面に向けて動かし、工具に対してそのように被覆されたユニークで優れた作業特性を付与することが可能な被覆（コーティング）を形成する。
【００５５】
切削工具及びかかる切削工具の製造方法が、その好適な実施例を参照して特定的に示されかつ記載されたが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、当業者によれば、その形状や詳細において他の種々の変更を行ってもよいことが理解されるであろう。例えば、上記に記載した変形例に加えて、爆発溶接を増強することにより薄片層を接合してもよく、あるいは、粒子と薄片層の結合を増強するために適切な接着剤の合成物を介在して行ってもよい。さらに、本発明によって製造された工具は、より正確には、対象の材料を切断し又は薄く切るよりも、むしろ磨耗する。即ち、本発明は、また、磨耗工具にも適用されるであろう。従って、かかる全ての変形例、変更例、そして、代替例は、以下の請求項によって規定された本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内部層に穿孔を備えた本発明の切削工具の展開図である。
【図２】 本発明になる刃物断面の好適な実施例を示す図である。
【図３】 本発明になる刃物断面の代替の実施例を示す図である。
【図４】 本発明になる刃物断面の代替の実施例を示す図である。
【図５】 穿孔された内部層と外部層の溶融を図示するための、本発明になる刃物の断面図である。
【図６】 図５の６−６断面線で切り取られた、中央の穿孔層の拡大図である。
【図７】 爆発溶接技術によって成層が行われる本発明の代替的な実施例における、積層の組合せ集合体の断面図である。
【図８】 図７で示した組合せ積層が爆発溶接技術によって行われる、本発明の代替的な実施例の断面図である。
【図９】 中央の硬い層を予備成形することなく、穴開けされ、又は、エッチングされたピット（くぼみ）に非常に硬い粒子を充填、あるいは、部分的に充填し、これにより工具の中央部においてそれらの粒子を直接合体することを可能とし、二つの隣接する積層物の爆発溶接の結果、穿孔された硬い中央積層を効果的に形成する、本発明の代替的な実施例を示す図である。
【図１０】 溶接を完了して工具の中央に粒子を合体し、外部層が類似金属−類似金属間接合する領域を交互に配置した、図９に示した実施例を示す図である。
【図１１】 一方の側から、切削端において露出した硬い粒子を図示する、図１０に示した実施例の図である。
【図１２】 本発明の追加的な視点の図である。
【図１３】 本発明の追加的な視点の図である。

Claims (4)

1. 自己研削する積層された切削刃であって、当該刃は：
   第１の中央層であり、当該中央層は、金属の構成部分を備えており、当該中央層は、当該中央層を通して延びた複数の穿孔を含んでいるものと；
   少なくとも２つの第２及び第３の金属層であり、当該第２及び第３の金属層は、前記第１の層よりもより柔らかな金属からなり、当該第２及び第３の金属層は、積層された刃を形成するため、前記第１の層の前記穿孔の少なくとも幾つかを介して一緒に溶接されているものと；
   前記外側の層に隣接して付加的な第４の層であり、当該付加的な層は前記の隣接した層よりも柔らかい金属を含んでいるものとを備え、前記第２及び第３の金属層は爆発溶接を利用して分子レベルで接合されていることを特徴とする刃。
2. 請求項１に記載した刃であって、前記第３の層に隣接した第５の層と、前記第２の層に隣接した第４の層とを備えていることを特徴とする刃。
3. 請求項１に記載した刃であって、前記第１の層がその終端に近づいていることを知らせるマーカーを有していることを特徴とする刃。
4. 切削工具の製造方法であって、当該方法は；
   第１と第２の側を有する炭化タングステンの層を穿孔し；
   第２の金属の層を、前記第１の層の前記第１の側に隣接して配置し；
   第３の金属の層を、前記第１の層の前記第２の側に隣接して配置して、前記第２、第１及び第３の層からなる合成物を形成し；
   爆発溶接を利用して、前記第２及び第３の層が前記穿孔の少なくとも幾つかを介して分子レベルで接合される工程を備えていることを特徴とする方法。

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