JP4729223B2 - 工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法及びその工具 - Google Patents

Description

【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、ものを掴むクランプ、またはヤスリであって、表面に凹部及び突出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 ９５０ ５４４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、凹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融し、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部が形成される。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、凹部の幾何学的形状は、いかようにも選択することができることである。超高度の硬さのエッジ突出部を造ることが好ましい。このようにして凹部及び突出部を形成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。このような凹部及び突出部の形成は、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さはそれに隣接する領域の硬さより大きい。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。凹部及び突出部の形成は、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面の突出部を形成する。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、凹部を形成された領域が、それと隣接する物品かみ合い面であって凹部及び突出部を形成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、鋼基盤体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。この型の凹部及び突出部の形成は、ねじ回しの十字状の先端の凹部及び突出部の形成には特に利点がある。凹部及び突出部を形成する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。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 ｆｌｕｔｅｓ）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さを獲得する。その硬さは、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さは増大して行き、基盤物質の硬さに到達する。
【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、凹部及び突出部の形成後の表面を示す。
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さを図式的に示す。
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、ものを掴むクランプ、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１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。かみ合い面の線状部分６の領域では、表面の硬さが、約１００％増大される。線状部分６の領域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。固化した溝の硬さは、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、溶融物の熱動力学的流れによって形成される。物質は、溶融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を溶融するだけでなく、隣接する鋼基盤体すなわち鋼コア４も溶融する。溶融物は、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９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。部分的に溶融され急冷された物質はより硬さ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凹部及び突出部をもつ線状部分６が形成される。この帯状の凹部及び突出部をもつ線状部分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融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７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７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１１は、部分的に溶融する。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１１が荒らされる。
【００１６】
図６に示す実施形態においては、鋼コア４の表面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。鋼基盤体すなわち鋼コア４の物質は部分的に溶融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面８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２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２の残りの部分と区別できるようになる。
【００２０】
溝の形、方向、配置は、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２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８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１０は収束レーザービームによって形成される。溝状凹部９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１０の領域で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１０の側面は比較的急峻である。エッジ突出部１０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、作業表面は、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１０が生じている。
【００２５】
図１０は、典型的な硬さ曲線である。硬さはロックウェル単位による。ゼロから５０μｍ（井戸）で硬さは実質的に一定である。この領域は固化した溶融物に対応する。ここでは、硬さは６５ＨＲＣである。５０から８０μｍの領域では、固化した溶融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さは６０ＨＲＣである。焼き戻しのために、焼き戻された領域の硬さは、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、線状部分６を設けた平坦な表面１１が形成されている。この平坦な表面１１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２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２の長手方向に対して斜めに向き互いに平行な線状部分６が設けられている。線状部分６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。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、帯状の凹部及び突出部をもつ線状部分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線状部分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凹部及び突出部をもつ線状部分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。凹部及び突出部をもつ線状部分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、本発明に従って凹部及び突出部をもつ線状部分６を形成された顎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凹部及び突出部を形成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、ものを掴むクラン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。

Claims (20)

1. ねじ回し、レンチ、プライヤ、クランプ又はヤスリである工具のかみ合い面（８）に、凹部及び突出部を形成する方法であって、
   前記かみ合い面（８）にエネルギー照射を行い、照射された該かみ合い面（８）を溶融させた後に固化させることにより、凹部（９）と該凹部のエッジに位置する突出部（１０）とを形成することを特徴とする、工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法。
2. 前記エネルギー照射は、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１記載の、工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法。
3. 前記レーザービームを使用したエネルギー照射であるレーザー照射が２段階で行われ、第１のレーザー照射により前記工具のかみ合い面（８）を荒らした後、第２のレーザー照射により前記凹部（９）及び前記突出部（１０）を形成することを特徴とする請求項２記載の、工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法。
4. 前記レーザービームを使用したエネルギー照射であるレーザー照射は、前記かみ合い面（８）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２又は３記載の、工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法。
5. 前記レーザービームを使用したエネルギー照射であるレーザー照射の前に、前記かみ合い面（８）を金属コーティングするか又はクロムメッキすることを特徴とする請求項２乃至４いずれか記載の、工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法。
6. 前記レーザービームを使用したエネルギー照射であるレーザー照射のエネルギーを調整することによって、前記レーザービームが前記かみ合い面（８）を通過するとき、該かみ合い面（８）の表面の部分的な溶融の結果、又は、該かみ合い面（８）の表面の部分的な溶融及び蒸発の結果、前記凹部（９）は、非結質マルテンサイトからなる溝として形成され、これらの溝のエッジに位置する前記突出部（１０）は、隣接するレーザー照射されていない領域上に突出して形成されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか記載の、工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法。
7. 前記工具の鋼コア（４）に埋め込まれたダイヤモンド（７）が、前記レーザービームを使用したエネルギー照射であるレーザー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２乃至６のいずれか記載の、工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法。
8. 前記レーザービームを使用したエネルギー照射であるレーザー照射のエネルギーと通過速度を調整することによって、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、崩れる前に固化することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか記載の、工具のかみ合い面における凹部及び突出部の形成方法。
9. ねじ回し、レンチ、プライヤ、クランプ、又はヤスリである工具において、エネルギー照射によってかみ合い面（８）を溶融させた後に固化させることにより、該かみ合い面（８）に凹部（９）と該凹部のエッジに位置する突出部（１０）とを形成されていることを特徴とする工具。
10. 前記突出部（１０）の頂部から前記凹部（９）の底部までの厚さは５０μｍであり、前記凹部（９）及び前記突出部（１０）の部分は、該部分を取り囲むエネルギー照射されていない部分より硬く、前記凹部（９）及び前記突出部（１０）の部分の硬さは、６２ＨＲＣ以上であることを特徴とする請求項９記載の工具。
11. 前記凹部（９）の底部より下の焼き戻された領域の厚さは３０μｍであり、該焼き戻された領域の硬さは深さが増すにつれて５０ＨＲＣから６０ＨＲに増大し、前記工具の鋼コア（４）の硬さに到達することを特徴とする請求項１０記載の工具。
12. 前記かみ合い面（８）が金属コーティング（５）を施されていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか記載の工具。
13. 前記金属コーティング（５）は、電解メッキによる、クロミウム層、ニッケル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１２記載の工具。
14. ダイヤモンドチップを前記金属コーティング（５）に導入することを特徴とする請求項１２又は１３記載の工具。
15. 前記凹部（９）及び前記突出部（１０）の部分は、該部分を取り囲むエネルギー照射されていない部分の２倍の、表面の硬さを有することを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか記載の工具。
16. 前記凹部（９）が、リング状の突出部（１０）をもつクレーター状であることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか記載の工具。
17. 前記かみ合い面（８）は、ねじ回しのブレード（２）の先端（３）であることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか記載の工具。
18. ねじ回しの先端（３）に隣接する表面が平坦面とされ且つ帯状に前記凹部（９）及び前記突出部（１０）が形成され、前記平坦面は、スロット付きのねじ回しの先端に隣接する平坦化された部分であるか又は多面体ブレードの多面体面（１２）であることを特徴とする請求項１７記載の工具。
19. 前記工具は、ヤスリであることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか記載の工具。
20. 前記ヤスリがＬ型のブレードを有し、該Ｌ型の表面及び該Ｌ型の頂上部の長手方向の面（１５）に前記凹部（９）及び前記突出部（１０）が形成されていることを特徴とする請求項１９記載の工具。

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