(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質材料からなり前記硬質材料内に形成された第１のねじ部分（２a）を有する構成部材（２）と、前記硬質材料と比較して大きい弾性を有する材料からなり前記第１のねじ部分（２ａ）と螺合する第２のねじ部分（３ａ）を有する構成要素（３）とを備える硬質材料ねじ結合方式において、前記第１のねじ部分（２ａ）は、前記第２のねじ部分（３ａ）と異なるねじピッチを有し、前記ねじピッチの差は１．５％以上であり、さらに、前記ねじ部分（２ａ，３ａ）の一方はめねじとして形成され、おねじとして形成される前記ねじ部分（２ａ，３ａ）の他方と螺合するものとすることを特徴とする硬質材料ねじ結合方式。
【請求項２】
ねじピッチの差が２．１％〜８％であることを特徴とする請求項１記載の硬質材料ねじ結合方式。
【請求項３】
第１のねじ部分（２ａ）がめねじであることを特徴とする請求項１または２記載の硬質材料ねじ結合方式。
【請求項４】
めねじとして形成されたねじ部分がおねじとして形成されたねじ部分よりも大きなピッチを有することを特徴とする請求項１から３の１つに記載の硬質材料ねじ結合方式。
【請求項５】
第２のねじ部分（３ａ）が規格ねじであり、第１のねじ部分（２ａ）は前記第２のねじ部分（３ａ）とは異なるねじピッチを有することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の硬質材料ねじ結合方式。
【請求項６】
めねじとして形成されたねじ部分が沈め部分を有し、めねじが表面に対して深く引っ込められていることを特徴とする請求項１から５の１つに記載の硬質材料ねじ結合方式。
【請求項７】
硬質材料を有する構成部材（２）が交換可能な刃であることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の硬質材料ねじ結合方式。
【請求項８】
硬質材料が硬質金属またはサーメットであることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の硬質材料ねじ結合方式。
【請求項９】
硬質材料からなり前記硬質材料内に形成された第１のねじ部分（２ａ）を有する構成部材（２）を、前記硬質材料と比較して大きな弾性を有する材料からなり第２のねじ部分（３ａ）を有する構成要素（３）にねじ込み、これによって前記第２のねじ部分(３ａ)を前記第１のねじ部分（２ａ）と螺合するようにする、前記構成部材（２）と前記構成要素（３）との間にねじ結合を形成するための方法において、前記第１のねじ部分（２ａ）は前記第２のねじ部分（３ａ）と異なるねじピッチを有し、前記ねじピッチの差は１．５％以上であり、さらに、前記ねじ部分（２ａ，３ａ）の一方はめねじとして形成され、おねじとして形成される前記ねじ部分（２ａ，３ａ）の他方と螺合するようにすることを特徴とするねじ結合形成方法。
【請求項１０】
第１のねじ部分（２ａ）がめねじであり、第２のねじ部分（３ａ）がおねじであることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
第２のねじ部分（３ａ）が規格ねじであり、第１のねじ部分（２ａ）が前記第２のねじ部分（３ａ）とは異なるねじピッチを有することを特徴とする請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
硬質材料からなり、前記硬質材料と比較して大きな弾性を有する材料からなる構成要素（３）に形成された第２のねじ部分（３ａ）に螺合するために、前記硬質材料内に形成された第１のねじ部分（２ａ）を備えた構成部材（２）において、前記第１のねじ部分（２ａ）は前記第２のねじ部分（３ａ）と異なるねじピッチを有し、前記ねじピッチの差は１．５％以上であり、さらに、前記ねじ部分（２ａ，３ａ）の一方はめねじとして形成され、おねじとして形成される前記ねじ部分（２ａ，３ａ）の他方と螺合するものとする構成部材。
【請求項１３】
構成部材（２）が工具本体（４）に取り付けられる交換可能な刃であることを特徴とする請求項１２記載の構成部材。
【請求項１４】
請求項１から８の１つに記載の硬質材料ねじ結合方式を、刃を工具本体に取り付けるために使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質材料ねじ結合、硬質材料と高弾性の構成要素との間のねじ結合形成方法並びに硬質材料を有しこの硬質材料内に形成された第１のねじ部分を有する構成部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に金属製の被加工品の切削加工の分野では、工具本体と、この工具本体に取り付けられ交換可能な刃、特に刃ヘッドの形の刃を有する工具を使用することが知られている。刃はこの場合一般に硬質材料から作られ、被加工品に切削係合するように形成され、これに対し工具本体は（硬質材料と比較して）弾性の大きい材料、たとえば鋼から形成され、刃ヘッドを加工機械の別の構成要素に結合している。この場合工具本体もしくは工具本体に結合されたねじ本体が大きな弾性の構成要素を形成し、刃ヘッドは硬質材料を有する構成部材である。
【０００３】
本明細書の枠内で硬質材料という用語は、硬質金属、サーメットおよび刃セラミックを含むものとする。刃セラミックとは、切削金属加工で使用されるセラミックを意味し、特に立方晶窒化ホウ素および多結晶ダイヤモンドである。硬質金属（cemented carbide（超硬質合金）とも呼ばれる）はここでは、硬質金属炭化物が金属マトリックス（バインダ）に埋め込まれた材料を意味する。金属炭化物はこの場合特に、元素の周期律表のＩＶ〜ＶＩ族の金属の炭化物もしくは混合炭化物により、特にたとえばＷ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＣｒの金属の炭化物もしくは混合炭化物により形成され得る。
金属マトリックスはたとえば特にＣｏ、Ｎｉおよび／またはＦｅによって形成され得る。
ほかの硬質物質の添加も存在し得る。サーメットとは、特に炭化酸化物、酸化物、ホウ化物または炭化物から形成され得るセラミック粒子が金属マトリックス中に埋め込まれている材料を意味する。金属マトリックスはこの場合特にコバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）および／またはニッケル（Ｎｉ）を有することができる。
【０００４】
硬質材料を有するもしくは硬質材料から形成される構成部材をねじ結合を介して大きな弾性を有する構成要素に接続することは知られている。この場合硬質材料構成部材は通常（しかし強制ではない）めねじにより形成される第１のねじ部分を有し、大きな弾性の構成要素は対応する第２のねじ部分を有し、このねじ部分はしたがって通常おねじにより形成される。ねじ結合はこの場合、特に回転工具の場合には、工具を使用する際にねじ結合をむしろさらに強化する方向に荷重されるので、ねじが緩むような形でのねじ結合の不所望な緩みを恐れることがないように形成されている。使用されるねじ結合はたとえばメートルＩＳＯねじのような規格ねじである。
【０００５】
実地では、なかんずく硬質材料および大きな弾性の構成部材の材料の材料特性が異なることにより硬質材料構成部材におけるねじ部分の機能不全が生じる恐れがあると言う問題が生じる。特にねじ山が破損したり硬質材料から成る構成部材に環状のはがれや亀裂が生じることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、硬質材料内に形成されたねじ部分の機能不全の問題を解消するかまたは少なくとも減少する硬質材料ねじ結合、硬質材料と大きな弾性の構成部材との間のねじ結合の形成方法、硬質材料を有し硬質材料内に形成された第１のねじ部分を有する構成部材の改良を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は請求項１による硬質材料ねじ結合により解決される。有利な発展態様は従属請求項に提示されている。
【０００８】
硬質材料ねじ結合は、硬質材料とこの硬質材料内に形成された第１のねじ部分とを有する構成部材と、大きな弾性を有しこの第１のねじ部分と協働する第２のねじ部分を有する構成要素とを有する。第１のねじ部分および第２のねじ部分は異なるねじピッチを有する。構成部材および構成要素は特に工具、特に切削加工用の工具の構成部品とすることができる。構成部材はこの場合特に刃、特に刃ヘッドから形成され、大きな弾性を有する構成要素は工具本体または工具本体に結合されたねじ本体から形成することができる。第１のねじ部分と第２のねじ部分とを異なるピッチで形成することにより、硬質材料内に形成された第１のねじ部分の機能不全を回避する荷重分布が簡単に硬質材料ねじ結合内に得られる。
【０００９】
１つの態様によれば、ねじピッチの差は１．５％以上、有利には２％以上とする。この場合には硬質材料内に形成された第１のねじ部分の機能不全が特に確実に回避できる。ねじピッチの差は２．１％〜８％とすると有利である。ねじピッチの差がごく僅かであると所望の効果は十分には得られない。他方では差が大きすぎるとねじ合わせがもはやできなくなり、ねじ合わせの際に既にねじ山の損傷が生じ得る。注意すべきことは、ねじピッチの差は、互いに係合して荷重を担持するねじ山の数が多い場合、すなわち長い硬質材料ねじ結合では、ごく僅かなねじ山が互いに係合する短い硬質材料ねじ結合よりも少なくすることである。
【００１０】
１つの態様によれば、硬質材料内に形成される第１のねじ部分はめねじである。特にこの場合硬質材料内に形成されたねじ部分の機能不全の危険は極めて大きいが、提案を実現することによりこの危険を効果的に少なくすることができる。
【００１１】
１つの態様によれば、めねじとして形成されたねじ部分はおねじとして形成されたねじ部分よりも大きなピッチを有する。このようにすれば、最初はおねじの自由端に近いねじ山が主として荷重を受け、荷重が増すと初めて自由端から遠いねじ山が荷重を受けるような力分布が得られる。その結果ねじの明らかに大きい荷重が可能になり、硬質材料内に形成されたねじの機能不全が生じなくなる。特に硬質材料内に形成されるねじ部分がめねじとして形成されるときには、大きな弾性を有する構成要素として規格ねじの標準部材を使用できるのでコスト的に有利になる。
【００１２】
１つの態様によれば、第２のねじ部分は規格ねじであり、第１のねじ部分は規格とは異なるねじピッチを有する。この場合特に効果的でコスト的に有利な構成が可能になる。第１のねじ部分はこの場合特に１．５％以上、有利には２％以上、さらに有利には２．１％〜８％以上が規格とは異なるようにされる。第１のねじ部分のほかのパラメータは規格通りとすれば、第１のねじ部分はピッチだけが規格と異なることになるので有利である。
【００１３】
１つの態様によれば、めねじとして形成されたねじ部分は、めねじが表面に対し深く引っ込むように沈め部分を有する。この場合にはめねじの深い引っ込みによりこのねじ部分の機能不全の危険が一層減ぜられる。
【００１４】
有利には、硬質材料を有する構成部材は交換可能な刃、特に刃ヘッドとする。この構成部材はこの場合特に切削加工用の刃とすることができる。特にこの種の構成部材では硬質材料ねじ結合の機能不全の危険は材料の弾性の差に基づくものが特に大きい。
【００１５】
１つの態様によれば、硬質材料は硬質金属またはサーメットである。特にこの材料でしばしば硬質材料ねじ結合が使用されており、硬質材料内に形成されたねじ部分の機能不全が避けられなければならない。しかしまた刃セラミックを硬質材料として使用することも可能である。
【００１６】
課題はまた請求項１０に示す硬質材料と大きな弾性の構成要素との間にねじ結合を形成するための方法によっても解決される。有利な発展態様は従属請求項に記載されている。
【００１７】
この方法では、硬質材料とこの硬質材料内に形成された第１のねじ部分を有する構成部材を、第２のねじ部分を有する大きな弾性の構成要素にねじ込み、第２のねじ部分が第１のねじ部分とねじ結合を形成しながら協働するようにされる。第１のねじ部分と第２のねじ部分とは異なるねじピッチを有する。第１のねじ部分と第２のねじ部分を異なるねじピッチでねじ合わせることにより、硬質材料内に形成された第１のねじ部分の機能不全を防ぐ荷重分布が硬質材料ねじ結合に簡単に得られる。
【００１８】
１つの態様によれば、第１のねじ部分はめねじであり、第２のねじ部分はおねじである。特にこの場合には硬質材料内に形成されたねじ部分の機能不全の危険が極めて大きく、提案の実現によりこれを効果的に減ずることができる。
【００１９】
１つの態様によれば、第２のねじ部分は規格ねじであり、第１のねじ部分は規格とは異なるねじピッチを有する。この場合大きな弾性の構成要素に対しては第２のねじ部分として規格ねじを有する標準構成要素を使用することができる。これは、硬質材料内に第１のねじ部分を通常のように別個に形成できるので有利である。
【００２０】
課題は請求項１３に示す硬質材料を有する構成部材によっても解決される。有利な発展形態は従属請求項に記載されている。
【００２１】
硬質材料を有する構成部材は、硬質材料内に形成され大きな弾性の構成要素に形成された第２のねじ部分と結合するための第１のねじ部分を有する。第１のねじ部分は第２のねじ部分とは異なるねじピッチを有する。第１のねじピッチを第２のねじ部分とは異なるねじピッチで形成することにより、硬質材料内に形成された第１のねじ部分の機能不全を防ぐ荷重分布が簡単に得られる。
【００２２】
１つの態様によれば、構成部材は交換可能な刃、特に工具本体に取り付けるための刃ヘッドである。
【００２３】
課題は請求項１５に示すように上述の硬質材料ねじ結合の用途によっても解決される。
すなわち、刃、特に刃ヘッドを工具本体に取り付けるための用途である。
【００２４】
本発明のさらなる利点および合目的的性を添付の図面を参照して以下の実施例の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は硬質材料ねじ結合を有する工具の一実施形態の部分的に切断して示した図である。
【図２】図２は図１の工具の上面図である。
【図３】図３は硬質材料ねじ結合の部分的に切断して示した拡大詳細図である。
【図４】図４は硬質材料ねじ結合のねじ部分を部分的に切断してさらに拡大して示した詳細図である。
【図５】図５は従来の硬質材料ねじ結合と比較した硬質材料ねじ結合の荷重分布を説明するグラフ図である。
【図６】図６は従来の硬質材料ねじ結合の部分的に切断して示した詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
１つの実施形態を図１から図４を参照して以下に説明する。
【００２７】
この実施形態では工具１の硬質材料ねじ結合は、硬質材料を有する構成部材２と、大きな弾性を有する構成要素３とにより実現される。大きな弾性を有する構成要素３はたとえば特に鋼から作られる。図面に示した実施形態では、工具１は硬質材料から成る交換可能な刃を有するドリルによって形成される。この場合硬質材料を有する構成部材２は、刃ヘッドとして形成された交換可能な刃によって形成される。図１から図４に示した実施形態では、大きな弾性を有する構成要素３は別個に作られたねじ本体によって形成され、工具本体４に結合されている。しかしたとえば大きな弾性を有する構成要素をねじ部分を備えた工具本体から直接形成することも可能である。
【００２８】
この実施例では工具本体４はそれ自体公知の工具鋼から作られ、らせん状の切屑排出溝を備えている。交換可能な刃ヘッドとして形成された構成部材２は、以下に詳述する硬質材料ねじ結合を介して工具本体４に取り付けられる。図示の実施例では構成要素３はたとえばねじ結合を介して工具本体４に固く結合される。構成要素３はこの場合特に同様に工具鋼から作られる。
【００２９】
構成部材２（すなわちこの実施形態では交換可能な刃）は第１のねじ部分２ａを有しており、大きな弾性を有する構成要素３（すなわちこの実施形態ではねじ本体）は第２のねじ部分３ａを有している。第１のねじ部分２ａは構成部材２の硬質材料内に形成される。
第２のねじ部分３ａは構成要素３の大きな弾性の材料内に形成される。硬質材料はその大きな硬度のために比較的僅かな弾性を有し、これに対して構成要素３および工具本体４は比較的僅かな硬度と大きな弾性を有する。
【００３０】
図示の実施形態では第１のねじ部分２ａは硬質材料から成るめねじとして形成される。
第２のねじ部分３ａはおねじとして構成要素３に形成される。この実施態様は有利ではあるが、しかしたとえば第１のねじ部分をおねじとして硬質材料から作り、第２のねじ部分をめねじとして作ることも可能である。
【００３１】
第１のねじ部分２ａと第２のねじ部分３ａは硬質材料ねじ結合を形成するため協働するように形成されている。しかしこの場合第１のねじ部分２ａと第２のねじ部分３ａは以下に図３および図４を参照して詳述するように異なるねじピッチを有する。
【００３２】
この実施例では第２のねじ部分３ａは規格ねじ（たとえばメートルＩＳＯねじとして）形成される。これに対し硬質材料内に形成された第１のねじ部分２ａは規格とは異なるねじピッチで形成される。第１のねじ部分２ａはこの場合第２のねじ部分３ａとは（したがって規格とは）２．１％〜８％異なるねじピッチを有する。この実施例では第１のねじ部分２ａは第２のねじ部分３ａのねじピッチとは３％異なるねじピッチを有する。この場合めねじとして形成された第１のねじ部分２ａはおねじとして形成された第２のねじ部分３ａよりも大きなねじピッチを有する。
【００３３】
このねじピッチの差により得られる効果は以下に図４を参照して詳細に説明する。図４は硬質材料ねじ結合のねじピッチの拡大図で、めねじおよびおねじの個々のフランクが示されている。図４は完全にねじ込まれた状態での硬質材料ねじ結合を示す。
【００３４】
図４に示すように、第２のねじ部分３ａの自由端３０（図３の上側）の近くでは第２のねじ部分３ａの自由端３０とは反対側のねじフランク３１が、これに対応するめねじとして形成された第１のねじ部分２ａの前記自由端３０の側のねじフランク２１に当接している。硬質材料ねじ結合の自由端３０とは反対側の範囲、すなわち構成部材２の表面近く（図３の下側）では、第２のねじ部分３ａの自由端３０の側のねじフランク３２がこれに対応する第１のねじ部分２ａの前記自由端３０と反対側のねじフランク２２に当接している。
【００３５】
その結果ねじ合わせされた状態では軽いバイアス力がおねじに加わるので、自由端近くのおねじのフランクは引っ張り力を受け、自由端から離れているおねじのフランクは押圧力を受ける。
【００３６】
この態様により硬質材料ねじ結合もしくはおねじとして形成されたねじ部分の引っ張り荷重時には引っ張り荷重が小さいとまずめねじのもっとも内側（すなわちおねじの自由端近く）にあるねじ山が荷重され、引っ張り荷重が増えておねじを有する本体が伸張するともっとも外側にある（おねじの自由端から離れた）ねじ山も荷重を受ける。
【００３７】
比較のため図６には従来の硬質材料ねじ結合１００が示されており、ここでは硬質材料１０２内に形成された第１のねじ部分１０２ａも大きな弾性を有する構成要素１０３に形成された第２のねじ部分１０３ａも規格ねじとして形成されている。この従来の態様では硬質材料ねじ結合の引っ張り荷重（概略的に二重矢印Ｐとして示す）時には、主として自由端１３０と離れたねじ山が硬質材料１０２から成る構成部材の表面近くで荷重を受けるが、これは引っ張り荷重が増大すると増大する。これによりこれらのねじ山が破損する危険が生じる。高い荷重ピーク時には亀裂の形成により硬質材料から成る構成部材全体のはがれまたは破壊が生じ得る。
【００３８】
第１のねじ部分も第２のねじ部分も規格ねじとして形成された従来の硬質材料ねじ結合に対する本発明による硬質材料ねじ結合の利点を以下に図５を参照して詳細に説明する。
図５には６ピッチねじを例示したもので、その荷重割合は％でそれぞれ力伝達ねじ山上に経過が示されており、一方は従来の硬質材料ねじ結合１００（実線）に対するもので、他方は本実施形態による硬質材料ねじ結合（破線）で示されている。力伝達ねじ山はこの場合硬質材料の表面から出発して順次番号付けされており、すなわちねじ山Ｎｏ．１は硬質材料の表面近くにあり、ねじ山Ｎｏ．６はおねじの自由端近くにある。
【００３９】
図５に示すように、従来の硬質材料ねじ結合（実線）では第１のねじ山は最大荷重のところにあり、ねじ山はおねじの自由端の方向に向かって荷重が減少する。これに対し本実施形態による硬質材料ねじ結合（破線）では主としておねじの自由端近くのねじ山が荷重を担う。
【００４０】
この実施形態による硬質材料ねじ結合で得られる利点は以下の例の説明からも明らかである。
【００４１】
実施例
硬質材料、特に硬質金属から成るほぼ円筒状の構成部材内にそれぞれ異なるピッチのめねじをヘリックスフライス法により形成した実験が行われた。鋼ねじ（ねじ品質８．８リン酸処理）、メートルＭ６ＩＳＯねじ（ピッチ１．０００ｍｍ）、ねじ深さ１５ｍｍのねじ結合が形成された。ねじの伸張限度は１２８６４Ｎの引っ張り力で得られ、破損は１６０８０Ｎで生じた。
【００４２】
試料１では硬質材料内に無修正のＭ６ＩＳＯねじ（ピッチ１．０００ｍｍ）が形成された。
【００４３】
試料２では硬質材料内に規格ねじに対して１％高めたねじピッチ（ピッチ１．０１０ｍｍ）のＭ６ねじが形成された。
【００４４】
試料３では硬質材料内に規格ねじに対して２％高めたねじピッチ（ピッチ１．０２０ｍｍ）のＭ６ねじが形成された。
【００４５】
試料４では硬質材料内に規格ねじに対して３％高めたねじピッチ（ピッチ１．０３０ｍｍ）のＭ６ねじが形成された。
【００４６】
試料５では硬質材料内に規格ねじに対して４％高めたねじピッチ（ピッチ１．０４０ｍｍ）のＭ６ねじが形成された。
【００４７】
硬質材料ねじ結合の形成に際して試料１から３は手で回されたが、試料４、５ではねじ込みのため発生するバイアス力により既に工具が必要であった。すべての試料は液圧プレスによりねじの伸張限度を越えるまで荷重された。どんな荷重で第１のねじ山が破損するかが観察された。
【００４８】
結果 試料１では既に約４０００Ｎの引っ張り力で折れが見られ、環状のはがれが生じた。試料２では約１００００Ｎの引っ張り力で硬質材料から成る構成部材の破損が生じた。試料４、５ではこれに対しねじの破損荷重を越えるまで硬質材料から成る構成部材にねじ山の破損がもはや観察されなかった。
【００４９】
発展形態
実施態様の１つの発展形態によれば、構成部材２は同様にめねじとして形成された第１のねじ部分を備える。従前の実施形態と違ってこの発展形態では第１のねじ部分は斜めの沈め部分を有し、めねじの第１のねじ山が硬質材料から成る構成部材の表面から直接始まるのではなく、表面とは空間的に所定の距離を置くようにされる。したがってめねじは表面に対し深く引っ込められる。このようにして硬質材料内に形成される第１のねじ部分の安定性はさらに高められる。
【００５０】
実施形態を参照して完全に硬質材料から成る構成部材２を説明したが、構成部材２は部分範囲的にだけ硬質材料製とすることもできる。この場合にも第１のねじ部分２ａは構成部材２の硬質材料から成る範囲に形成される。
【００５１】
硬質材料ねじ結合がドリルの形の工具において使用される実施形態を参照して説明したが、硬質材料からなる構成部材がねじ結合を介して小さな弾性を有する材料と結合される別の用途、特に（これに限られないが）ほかの工具、特に切削工具での用途も可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１      工具
２      硬質材料から成る構成部材
２ａ    第１のねじ部分
３      大きな弾性の構成要素
３ａ    第２のねじ部分
４      工具本体
２１    第１のねじ部分のねじフランク
２２    第１のねじ部分のねじフランク
３０    第２のねじ部分の自由端
３１    第２のねじ部分のねじフランク
３２    第２のねじ部分のねじフランク
１００  従来の硬質材料ねじ結合
【図１】
0005966020.tif 000002
【図２】
0005966020.tif 000003
【図３】
0005966020.tif 000004
【図４】
0005966020.tif 000005
【図６】
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【図５】
0005966020.tif 000007