(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上昇した温度での改善された性能を示す摩擦攪拌溶接工具を提供するためのシステムにおいて、
円筒形のシャンクと、
前記シャンクの作業端に配置されている円筒形の摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）チップと、
前記ＦＳＷチップの一部分の周りに係合されている内側カラーと、
前記内側カラーと前記シャンクの少なくとも一部分の周りに係合されていて、それによって、前記内側カラーが加熱により膨張したときに、内側カラーに内向きに前記ＦＳＷチップを圧迫させる外側カラーと、を備えているシステム。
【請求項２】
前記システムは、前記内側カラーに温度勾配を作り出す少なくとも１つの熱障壁を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムは、前記ＦＳＷチップと前記内側カラーの間に配置されている第１熱障壁を更に備えている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記システムは、前記内側カラーと前記外側カラーの間に配置されている第２熱障壁を更に備えている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記内側カラーは、前記外側カラーに使用されている第２材料より大きい熱膨張率を有する第１材料を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムは、前記内側カラーを貫く少なくとも１つのギャップを更に備えており、前記少なくとも１つのギャップは、前記内側カラーの前記ＦＳＷへの圧迫を減少させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、前記外側カラーが加熱によって前記内側カラーよりゆっくり膨張してゆくように、前記外側カラーを冷却するための手段を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記内側カラーに使用されている第１材料は、前記外側カラーに使用されている第２材料と異なる、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは、前記内側カラーに連結されている加熱要素を更に備え、それによって、前記内側カラーを加熱して、前記内側カラーの前記ＦＳＷチップへの圧迫を促す、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは、前記内側カラーと前記外側カラーの間に配置されている少なくとも１つの追加のカラーを更に備え、前記少なくとも１つの追加のカラーは、前記内側カラーと前記外側カラーの間の温度勾配を増加させるための熱障壁として機能する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
摩擦攪拌溶接工具の上昇した温度での改良された性能を提供するための方法において、
１）円筒形のシャンクと、前記シャンクの作業端に配置されている円筒形の摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）チップと、前記ＦＳＷチップの一部分の周りに係合されている内側カラーと、前記内側カラーと前記シャンクの少なくとも一部分の周りに係合されている外側カラーと、を提供する段階と、
２）前記内側カラーが加熱により膨張したときに、前記内側カラーから前記ＦＳＷチップに対して圧迫力を印加する段階と、を備えている方法。
【請求項１２】
前記方法は、前記内側カラーに温度勾配を作り出すのを支援する熱障壁を提供する段階を更に備えている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記方法は、前記ＦＳＷチップと前記内側カラーの間に第１熱障壁を配置する段階を更に備えている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記内側カラーと前記外側カラーの間に第２熱障壁を配置する段階を更に備えている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、前記外側カラーに使用されている第２材料より大きい熱膨張率を有する第１材料を前記内側カラーに使用する段階を更に備えている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法は、前記内側カラーを貫いて少なくとも１つのギャップを配置する段階を更に備えており、前記少なくとも１つのギャップは、前記内側カラーの前記ＦＳＷへの圧迫を減少させる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法は、前記外側カラーが加熱によって前記内側カラーよりゆっくり膨張してゆくように、前記外側カラーを冷却する段階を更に備えている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、前記内側カラーに隣接して加熱要素を配置し、それによって、前記内側カラーの加熱が前記内側カラーの前記ＦＳＷチップへの圧迫を促すことができるようにする段階を更に備えている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法は、前記内側カラーと前記外側カラーの間に少なくとも１つの追加のカラーを配置する段階を更に備え、前記少なくとも１つの追加のカラーは、前記内側カラーと前記外側カラーの間の温度勾配を増加させるための熱障壁として機能する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００８年８月１１日出願の米国仮特許出願第６１／０８７，９１６号に対し優先権を主張するとともに、その主題の全てを参考文献として援用する。
【０００２】
本発明は、概括的には、摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）、並びに摩擦攪拌加工（ＦＳＰ）、摩擦攪拌混和（ＦＳＭ）、及び摩擦攪拌点溶接（ＦＳＳＷ）を含む、その変型の全て（以下、総称的に「摩擦攪拌溶接」と呼ぶ）に関する。厳密には、本発明は、工具を高溶融温度材料に対し使用していて過度の熱が発生したときに工具が失陥する問題に関しており、回転しているシャンクからＦＳＷチップまでトルクを伝達するのにカラーが使用されているが、その様な場合、カラーの失陥はＦＳＷチップの失陥を引き起こす。
【背景技術】
【０００３】
摩擦攪拌溶接は、金属類及び合金類を溶接するために開発された技術である。ＦＳＷプロセスには、多くの場合、２つの隣接する工作物の双方の接合面を回転する攪拌ピンによって係合させることが係わる。ピンを推し進め工作物を一体化させるために力を働かせると、ピンと肩部と工作物の間の相互作用によって摩擦熱が生じ、材料の双方の接合面に可塑化が引き起こされる。ピンと肩部の組合せ、即ち「ＦＳＷチップ」を接合部に沿って横断させ、進ませながら材料を可塑化させると、進行してゆくＦＳＷチップの後に残される可塑化した材料が冷えて溶接が形成される。ＦＳＰを介して別の材料を加工する場合には、ＦＳＷチップを、ピン無し肩部のみの工具として使用することもできる。
【０００４】
図１は、摩擦攪拌溶接に使用されている工具であって、シャンク８と、肩部１２と、肩部から外向きに延びているピン１４と、を有する略円筒形の工具１０を特徴とした工具の斜視図である。ピン１４を工作物１６に押し当てて十分な熱が発生するまで回転させ、十分な熱が発生した時点で、工具のピンを可塑化させる工作物材料へ突き刺す。典型的に、ピン１４は、工作物１６へ肩部１２に達するまで突き刺されると、それ以上工作物の中へ突き進めなくなる。工作物１６は、多くの場合、接合線１８のところで一体に突き合わされる２枚のシート又は板である。この例では、ピンは接合線１８のところで工作物１６へ突き刺されている。
【０００５】
図２は、工具１０の断面図である。カラー２２は、シャンク８と肩部１２及びピン１４を備えるＦＳＷチップ２４の両方を把持していることが示されている。工具１０を回転させると、トルクが回転するシャンク８からカラー２２へ、そして次にＦＳＷチップ２４へと伝わってゆく。工具１０が鋼の様な高溶融温度材料の工作物に対し使用されている場合、ＦＳＷチップ２４は、多くの状況では、回転しながら、摩擦熱で軟化した鋼を横断してゆく際、摂氏１０００度を超える温度に曝される。
【０００６】
ＦＳＷ用の工具又は金属切削業の工具上にカラーを使用するこれまでの最先端設計は、単一カラー焼き嵌め組立体を使用している。金属切削業では、その様な工具は、高速／高硬度回転切削組立体の運転で使用されている。金属切削業の工具は、温度を上昇させると緩んで工具を滑らせることができるため工具の取り換えが便利なカラーに頼っている。従って、先行技術の設計は、摂氏４００度より上で工具を適正に保持するために、カラー組立体の熱膨張を管理するようにはなっていない。外側カラー材料の熱膨張率を高くするために、工具の二元材料システムが設計されているが、これは単により簡単な工具取り換えが目的である。
【０００７】
図１を参照すると、工作物材料１６に押し当てられたピン１４の回転運動によって生じる摩擦熱は、工作物材料を、溶融点に達することなく軟化させる。工具１０が接合線１８に沿って横に動かされると、それにより、可塑化した材料がピン周りを先導端から追従端へ流れてゆくことで、溶接が作り出される。その結果、接合線１８に固相結合部２０が得られるが、この結合部は、一般に、他の従来の技法を使用する溶接とは対照的に、工作物材料１６そのものと見分けがつかないものとなる。
【０００８】
肩部１２が工作物の表面に接触したとき、その回転が追加の摩擦熱を生じさせて、差し込まれたピン１４の周りの材料のより大きな円柱を可塑化させることが観察される。肩部１２は、工具ピン１４によって引き起こされる上向きの金属の流れを封じ込める鍛造力を提供する。
【０００９】
摩擦攪拌溶接中、溶接されるべき区域と工具は互いに対して、工具が所望の溶接接合長さを横断するように動かされる。回転する摩擦攪拌溶接工具１０は、連続的な高温加工行為を提供し、狭い区画内で基材金属に沿って横に動き、その間、金属をピン１４の先導端からその追従端へ運びながら、金属を可塑化させてゆく。工具１０が通過する際に液体は一切生まれないので、溶接区画が冷めても典型的に固化は起こらない。常にそうとは限らないが、得られた溶接は、溶接の区域に形成された欠陥のない再結晶化した細粒微細構造である場合が多い。
【００１０】
走行速度は、典型的には、回転速度２００から２０００ｒｐｍで１０から５００ｍｍ／分である。到達温度は、大抵は、固相線温度に近いがそれより下である。摩擦攪拌溶接パラメータは、材料の熱的属性と高温流れ応力と貫入深さの関数である。
【００１１】
摩擦攪拌溶接は、融解溶接に勝る幾つかの利点があるが、その理由は、１）溶加材がない、２）プロセスが完全自動化されており、作業員の技量レベルは比較的低いレベルしか要しない、３）加熱は全て工具／工作物界面に起こるため、エネルギー入力の効率が良い、４）ＦＳＷの固体状態の特質と極めて高い再現性により、最小限の溶接後検査しか要しない、５）ＦＳＷは界面ギャップに寛容であり、よって、溶接前の下処理を殆ど要しない、６）除去すべき溶接飛散物がない、７）溶接後の表面の仕上がりは、ずば抜けて平滑なものとなり、鋳ばりが殆ど又は全くない、８）孔隙や酸素汚染がない、９）周辺材料の歪みが殆ど又は全くない、１０）有害物質の放出がないので、作業員の防護が不要である、及び１１）溶接属性が向上する、からである。本文献全体を通して、摩擦攪拌溶接は、摩擦攪拌加工及び摩擦攪拌混和を含め、摩擦攪拌溶接工具を使用して行われ得る全てのプロセスを含むものと見なすことにする。
【００１２】
これまでの特許文献は、以前には機能上溶接できないと考えられていた材料を用いて摩擦攪拌溶接を行うことができることの恩恵を教示している。これらの材料の中には、融解溶接可能でないものもあれば、とにかく溶接するのが難しいだけのものもある。これらの材料には、例えば、金属マトリックス複合材、鋼やステンレス鋼の様な合金鉄、及び非鉄材料が含まれる。同様に摩擦攪拌溶接の利点を生かすことができる材料のもう１つの部類に超合金がある。超合金は、より高い溶融温度の青銅又はアルミニウムを有する材料のこともあり、更に他の元素が混和されていることもある。超合金の例を幾つか挙げると、ニッケル、鉄−ニッケル、及び一般的に華氏１０００度より上の温度で使用されるコバルトを基材とする合金がある。超合金の中によく見られる追加の元素には、限定するわけではないが、クロム、モリブデン、タングステン、アルミニウム、チタン、ニオビウム、タンタル、及びレニウムが含まれる。
【００１３】
チタンも摩擦攪拌溶接にとって望ましい材料であることに留意されたい。チタンは、非
鉄材料ではあるが、他の非鉄材料より高い溶融点を有している。
【００１４】
これまでの特許は、高温材料を摩擦攪拌溶接するための工具を、摩擦攪拌溶接される材料よりも高い溶融温度を有する一材料又は複数材料で作製することを教示している。幾つかの実施形態では、超砥粒が工具に、時には被覆として、使用された。
【００１５】
本発明の実施形態は、概括的には、これらの機能上溶接できない材料はもとより超合金にも関係しており、それらの材料を、以下、本文献全体を通して「高溶融温度」材料と呼んでいる。とはいえ、ここに教示しようとする工具は、低溶融温度材料が使用されている場合のそれほど過酷でない摩擦攪拌溶接環境でも使用することができる。
【００１６】
本発明は、多くの用途で使用されている工具に有用であるが、とりわけ抜きんでて、高溶融温度材料の摩擦攪拌加工を行う場合に有用である。配管及びチュービングの用途では、広い温度範囲に亘ってシールを維持するために、機械的に締結されるコネクタを必要とするが、コネクタは異種材料で作製されている場合が多い。結果として、接合部は、２つの材料が異なる速さで膨張又は収縮する際の極端な温度勾配のせいで漏出を起こし易い。液化天然ガスを輸送する配管及びチュービングシステムは、極度な温度範囲に亘って機能しなくてはならない機械的構成要素の１つの例である。
【００１７】
上昇した温度で運転される構成要素を有する機器及び機械類は、トルクを他の構成要素へ送る回転式構成要素を有する場合が多い。これらの構成要素が、高温で高い強度を有するように設計された材料から作製されていた場合であっても、運転中にこれらの構成要素が失陥すれば、危険や費用が膨れるとも限らない。失陥は、これらの上昇した温度で構成要素の疲れ抵抗が低下したとき及び／又はクリープ及び破断強さが減少したときに起こる。更に、材料に掛けられる荷重は、一般的に、これらの材料の歩留り、疲れ、クリープ強さに密接する。これらの問題の一例が、鋼やステンレス鋼やニッケルを基材とする合金の様な高温材料及び他の高溶融温度材料を接合するのに使用される摩擦攪拌溶接工具である。
【００１８】
高温摩擦攪拌溶接工具
液相から固相への変態を要する材料の作製に付随する問題に関連して、摩擦攪拌溶接技術の最近の進歩は、鋼やステンレス鋼の様な高溶融温度材料を摩擦攪拌溶接の固体状態接合プロセス中に一体に接合するのに使用することができる工具をもたらした。
【００１９】
この工具を使用すると、様々な材料の摩擦攪拌溶接に効果を発揮する。この工具設計は、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）及び多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）の他に各種工具チップ材料を使用した場合でも有効である。これらの材料の幾つかには、タングステン、レニウム、イリジウム、チタン、モリブデンなどの様な難溶性物質が含まれる。
【００２０】
これらのＦＳＷチップ材料は、往々にして製造に費用がかかるため、取り換え可能なＦＳＷチップを有する設計は、磨滅や破損の場合に取り換えが効くので、工具を製造して市場に提供する経済的なやり方である。
【００２１】
ＦＳＷチップ２４がＰＣＢＮで構成されている場合、ＦＳＷチップは、時としてニッケルを基材とする超合金から作製されていることもあるカラーに比べ、熱膨張係数が低いセラミック様の材料を備えている。ＰＣＢＮ及び摩擦攪拌溶接の環境に耐えることができる他の材料の費用が高いことから、ＦＳＷチップ２４の長さを最小限にすることは費用効率が高い。
【００２２】
シャンク８が回転し、ＦＳＷチップ２４を、摩擦攪拌溶接される材料の表面へ突き刺し
てゆくと、熱が発生し、カラー２２に伝わる。カラー２２は、ＰＣＢＮのＦＳＷチップ２４より大きく膨張し、緩んでしまい、ＦＳＷチップ２４を摩擦攪拌溶接中にカラー内で回転させてしまう。シャンク８が典型的に摩擦攪拌溶接中に冷却されているにもかかわらず、カラー２２の膨張は、先行技術のカラー設計のこの型式では、減少することも無くなることもない。ＰＣＢＮよりも熱膨張が小さく粘り強さに優れた高強度材料は見つかっておらず、従って、カラー２２の膨張問題を解消することができる代用材料はない。そのため、ＦＳＷチップ２４は、ＦＳＷチップ２４を駆動するのに必要なトルクが熱膨張したカラー８の強度を越えると、シャンク８の端で動いたり回ったりし易くなる。
【００２３】
その結果、ＦＳＷチップ２４は失陥し、摩擦攪拌溶接を中断して工具１０を取り換えなくてはならなくなる。接合途中の材料の中にＦＳＷチップ２４のカスがあればそれを取り除くために修復処置も使用しなくてはならない。場合によっては、修復処置を用いることができず、工作物を破棄しなくてはならない。
【００２４】
カラー膨張と工具失陥の根本的な問題は、キー的構成要素が相手方構成要素と相互作用し合うと、キー的構成要素の好ましくない膨張又は収縮が生じることである。カラーの膨張によってＦＳＷチップ２４の失陥が引き起こされることなく、摩擦攪拌溶接の高温に耐え得る工具を提供することが、先端技術のカラー設計を超える改善となるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】米国仮特許出願第６１／０８７，９１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明の１つの態様は、カラーの膨張によって引き起こされる問題を解消する摩擦攪拌溶接用の新しい工具を提供することである。
【００２７】
本発明のもう１つの態様は、工具内に、カラーの膨張によって促進されはするが損なわれることのない好ましい応力を作り出すことである。
【００２８】
本発明のもう１つの態様は、上昇した工具温度でのカラーの把持力向上を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の様々な実施形態では、高溶融温度材料及び低溶融温度材料の摩擦攪拌加工、摩擦攪拌混和、摩擦攪拌点溶接、及び摩擦攪拌溶接を実施可能である工具が提供されており、カラーは、今回、シャンクとＦＳＷチップに連結された少なくとも内側カラーと外側カラーに分割されており、新たな熱障壁は、内側カラーの膨張を内側へ向かわせ、それによって、上昇した温度の工具の中でＦＳＷチップを緩ませるのではなくてＦＳＷチップへの圧迫を作り出すことができる。
【００３０】
当業者には、以下の詳細な説明を添付図面と併せて考察することにより、本発明の上記及び他の態様、特徴、及び利点が自明となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】先行技術で教示されている摩擦攪拌溶接用の工具の斜視図である。
【図２】先行技術によるＦＳＷチップ、固定用カラー、及びシャンクの切断側面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の切断側面図である。
【図４】或る代わりの実施形態の端面図であり、内側カラーに、圧迫を制御するためのギャップを含んでいる工具を示している図である。
【図５】もう１つの代わりの実施形態の端面図であり、複数の割りとギャップを含んでいる工具を示している図である。
【図６】追加の熱障壁を含んでいる本発明のもう１つの代わりの実施形態の切断側面図である。
【図７】光学的な支持円盤とカラー組立体の追加のカラーを含んでいる本発明のもう１つの代わりの実施形態の切断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
これより図面を参照してゆくが、図面では、本発明の実施形態の様々な構成要素には符号を付し、当業者がそれら実施形態を作製及び使用することができるように本発明を論じてゆく。以下の記述は、本発明の原理を例示しているに過ぎず、以下に続く特許請求の範囲を矮小化するものと見るべきではないことを理解されたい。
【００３３】
以下に説明されている本発明は、幾つかの異なる部類の材料に適用されている。１つの実施形態では、それら材料は、既に開示されている様に溶融温度が青銅及びアルミニウムより高い材料であると考えることができる。この部類の材料には、限定するわけではないが、金属マトリックス複合材、鋼やステンレス鋼の様な合金鉄、非鉄材料、超合金、チタン、典型的には耐摩耗加工で使用されるコバルト合金、及び空気焼き入れ又は高速鋼が含まれる。もう１つの実施形態では、それら材料は、上述の高溶融温度の定義内に含まれないあらゆる他の低溶融温度材料であると考えることができる。
【００３４】
本発明の第１の実施形態は、図３に示されている摩擦攪拌溶接を行うのに使用されている新しい工具１０である。本発明は、第１の構成要素のその相手方構成要素との膨張又は収縮の方向を逆転させ、組立体内に好ましい応力を作り出す。図３は、どの様にしてこれを実現させるかについての第１の実施形態を示している。
【００３５】
工具１０のこの側面切断図では、内側カラー３０が外側カラー３２の内部に置かれている。ＦＳＷチップ２４と内側カラー３０の間には第１熱障壁３４が配置されている。内側カラー３０と外側カラー３２の間には第２熱障壁３６が配置されている。
【００３６】
第１及び第２の熱障壁は、熱障壁の一方の側から他方の側への熱エネルギーの移動を阻害する材料を備えている。異なる材料は異なる熱膨張係数を有しているであろう。よって、異なる熱障壁に異なる材料を使用し、それにより、工具１０の異なる構成要素に跨る温度勾配を変えることができる。
【００３７】
ＦＳＷチップ２４のＰＣＢＮ材料の温度が上がってゆくと、一部の熱は第１熱障壁を通って内側カラー３０に移動する。第１熱障壁３４は、内側カラー３０がＦＳＷチップ２４よりも冷たいままでいられるように、内側カラー３０に温度勾配を作り出す。熱が移動し続けると、熱が第２熱障壁３６を横切ってゆくことで外側カラー３２にもう１つの温度勾配が加えられる。外側カラー３２は、このとき、内側カラー３０よりも冷たく、その結果、外側カラーでは熱膨張が内側カラーよりも小さくなっている。
【００３８】
内側カラー３０は、外側カラー３２が存在するせいで外側へ膨張することができない。そのため、内側カラー３０の膨張は、今度は、内側へと逆にＦＳＷチップ２４の方へ向けられる。内側カラー３０のこの膨張は、ＦＳＷチップ２４への圧迫を生み出す。工具１０の設計によっては、内側カラー１０によって引き起こされるＦＳＷチップ２４への圧迫を最小限にすることが必要であるかもしれない。
【００３９】
図４は、内側カラー３０による圧迫を減少させる第１の方法を示している。圧迫減少化は、内側カラー３０を割り、ギャップ４０を作製することによって達成されている。ギャップ４０が、内側カラー３０の膨張のための空間を提供し、それによって、ＦＳＷチップ２４へ加えられる圧迫応力が減少する。
【００４０】
図５に示されている代わりの実施形態では、内側カラー３０に複数の割りとギャップ４０を作製することができる。複数の割りとギャップ４０は、本発明が、内側カラー３０と外側カラー３２、ＦＳＷチップ２４、及び熱障壁、に使用されている異なる材料を補償できるようにしている。割りとギャップ４０の具体的な数と配置は変えることができ、図５に示されている例によって制限されると考えられてはならない。
【００４１】
本発明のもう１つの実施形態は、内側カラー３０への熱の印加である。熱の印加は、工具１０の回転以外の何らかの手段によるものである。例えば、工具１０では、内側カラー３０を熱するために抵抗要素が使用されてもよいであろう。内側カラーを加熱すれば、内側カラー３０は内側へ膨張するように仕向けられ、ＦＳＷチップ２４に圧迫を加えることになる。
【００４２】
本発明のもう１つの態様は、工具１０の全ての構成要素に跨る温度勾配の修正に適用される。例えば、ＦＳＷチップ２４と内側カラー３０と外側カラー３２に跨る温度勾配は、工作物に押し当てられた工具１０の回転以外の手段によって修正することもできるであろう。温度勾配を修正するための手段は、能動冷却、冷却フィンの様な受動冷却、内側カラーと外側カラーでの異種材料の使用、及び締り嵌めの使用を含むが、それらに限定されると考えられてはならない。
【００４３】
幾つかの例では、冷却フィンをカラーの外径に加えることができる。複数のカラーは、カラーの熱伝導率を、おそらくは熱障壁被覆の支持を受けながら、操作することによって、温度勾配を管理する。加えられる圧迫をカラー同士の間で操作するのに、割りリングカラー又は選択された区画からの材料除去を使用することができる。温度勾配に影響を与えるために、能動及び／又は受動冷却を工具の諸部分に適用することもできる。
【００４４】
本発明のもう１つの代わりの実施形態は、工具１０の様々な構成要素の間の熱障壁なしに内側カラーと外側カラーを使用することである。内側カラーと外側カラーを、異なる熱膨張係数を有する異なる材料から作製することによって、内側カラーが外側カラーより大きく膨張すれば、なお内側カラーを使ってＦＳＷチップへの圧迫を作り出すことができる。
【００４５】
本発明の或る代わりの実施形態を図６に示す。図６では、必要に応じて熱勾配の作成を支援するために、工具１０の中で熱障壁を配置することができる他の場所が表示されている。第１熱障壁３４と第２熱障壁３６の場所は表示された場所と同じである。しかしながら、第３熱障壁４４が、内側カラー３０と外側カラー３２の間に配置されているものとして示されている。第４熱障壁４６が、ＦＳＷチップ２４とシャンク８の間に配置されていることが示されている。
【００４６】
図７に示されているもう１つの代わりの実施形態では、２つの新しい構成要素が工具１０に加えられている。これらの新しい構成要素は、一緒に加えることもできるし、又は個々に、他方の存在を必要とせずに加えることもできる。
【００４７】
１つ目の新しい構成要素は、シャンク８とＦＳＷチップ２４の間に配置されている支持円盤５０である。この支持円盤５０は、随意であり、当業者には知られている様に様々な目的に供されている。例えば、支持円盤５０は、ＦＳＷチップ２４とシャンク８の間に損
傷を引き起こすような接触がないように、ＦＳＷチップを緩衝する役目を果たすことができる。
【００４８】
２つ目の新しい構成要素は、外側カラー３２と内側カラー３０の間に配置されている中間カラー５２である。中間カラー５２の目的は、もう１つの温度勾配を作り出し、それによって、内側カラー３０によるＦＳＷ２４への圧迫の度合いを修正することである。
【００４９】
中間カラー５２の追加は、追加のカラーを増設する可能性を残す。増設することができるカラーの数は、利用できる空間によって制限されるだけである。同様に、使用することができる熱障壁も無制限である。換言すれば、熱障壁は積層することもできる。熱障壁は、他の熱障壁に押し当てて、熱障壁と工具１０の構成要素とに押し当てて、又は単に構成要素同士の間に、配置することができる。
【００５０】
図７はまた、工具１０の温度勾配を調節するために、工具１０内で熱障壁を配置することができる場所も示している。
【００５１】
以上に説明した配置構造と実施形態は、本発明の原理の適用を例示的に説明しているに過ぎないと理解されたい。本発明の精神と範囲を逸脱することなく、数々の修正及び代わりの配置構造が当業者によって考案されるかもしれない。付随の特許請求の範囲は、その様な修正及び配置構造を網羅するものとする。
【符号の説明】
【００５２】
８  シャンク
１０  工具
１２  肩部
１４  ピン
１６  工作物
１８  接合線
２０  固相結合部
２２  先行技術のカラー
２４  ＦＳＷチップ
３０  内側カラー
３２  外側カラー
３４  第１熱障壁
３６  第２熱障壁
４０  ギャップ
４４  第３熱障壁
４６  第４熱障壁
５０  支持円盤
５２  中間カラー
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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