(57)【要約】二つの異種金属から複合金属物質（５５８）が作成される。金属基材（５１０）は第１の金属で構成され、第１および第２の相対立する面と、線材（５２０，５２５）を受け入れるための第１と第２の相対立する面の各々に少なくとも一つの縦長に位置された凹み（５３０，５３５）を有する。第２の金属で構成された引き伸ばされた金属要素（５２０，５２５）が金属基材（５１０）の第１および第２の凹み（５３０，５３５）の少なくとも一つの各々に、複合組立体を形成するために導入され、複合組立体（５４５）は、第２の金属要素（５２０，５２５）と凹み（５３０，５３５）の隣接した面はともに強く押し付けられて圧力下で加熱され、結合物質（５５８）が形成される。
2005534497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの異種金属から複合金属物質を製造する方法であって：
第１の金属で構成され、第１および第２の相対立する面を有する金属基材であって、前記基材は前記第１および第２の相対立する面の少なくとも一つの面に、線材を導くために少なくとも一つの縦長の凹みを有する金属基材を供するステップ；
第２の金属で構成される線材を、金属基材の前記少なくとも一つの凹みに複合組立体を形成するために導入するステップ；および
第２の金属要素と凹みの隣接する面とをともに、結合物質を形成するために圧力下で強く押し付けた状態で複合組立体を加熱するステップ、
とを包含する複合金属の製造方法。
【請求項２】
金属基材は薄板またはストリップである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
薄板はアスペクト比が５対１より大きい請求項２に記載の方法。
【請求項４】
金属基材は前記第１および第２の面のそれぞれに少なくとも一つの凹みを備えた請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の相対立する面の少なくとも一つに二つ以上の凹みを備えた請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも一つの凹みが金属基材面の中央に位置された請求項１または５に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一つの凹みが金属基材面の中央からずれている請求項１，４または５に記載の方法。
【請求項８】
第１の相対立する面の凹みと、第２の相対立する面の凹みが互いに反対に位置されている請求項４に記載の方法。
【請求項９】
圧力下で複合組立体を加熱するステップが、金属基材中に線材を埋め込み、線材と基材間の境界で金属基材の厚さを減じるステップを含む、請求項１または４に記載の方法。
【請求項１０】
結合物質の少なくとも一部分の横方向断面が事実上第１の金属を含まない程度にまで金属基材が薄くされる請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
金属基材が最も薄い点で、金属基材は物質の横方向断面の１％から７０％である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
圧力印加はローリングまたはスエージングによって達成される
請求項１，３または４に記載の方法。
【請求項１３】
圧力印加はローリングによって達成される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
熱および圧力を印加するステップの少なくとも一部において、複合組立体の横方向の広がりを規制するステップをさらに備える請求項１または４に記載の方法。
【請求項１５】
規制するステップはタークスヘッドを用いて実行される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
タークスヘッドの横ロールは結合ロールから前方へずれている請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
規制するステップは雄および雌ロールの組み合わされた対を用いて実行される請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
ローリングは複数の圧延スタンドにおいて実行される請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
ローリングは２基から１０基の圧延スタンドにおいて実行される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ローリングは３基から６基の圧延スタンドにおいて実行される請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも第１のローリングステップが複合組立体を一体化し横方向の広がりを規制する請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも一つの続いてのローリングステップが複合組立体の厚さを減じる請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
線材と金属基材間の結合強度は複数のローリングステップの間に増大する請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも一つの凹み形状は、Ｖ溝、正方形溝、円形溝、および長方形溝で構成されるグループから選出される請求項１または４に記載の方法。
【請求項２５】
線材の断面形状は円形、正方形、楕円形、多角形、長方形および長斜方形で構成されるグループから選出される請求項１または４に記載の方法。
【請求項２６】
金属基材の凹みは線材の形状に相補的な形状である請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
線材は複合金属線材である請求項１または４に記載の方法。
【請求項２８】
複合金属線材は第２の金属の上方ならびに下方領域を備え、上方ならびに下方領域の間の少なくとも一つの内側領域は第３の金属を構成する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
第３の金属は第１の金属とは異なる請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
第３の金属は第１の金属と同じである請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
第１の金属部材と第２の金属部材が熱と圧力下で接触し、第１と第２の金属部材の隣接した面が、結合された線材を形成するために互いに押し付けられて、複合線材が作られる請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
二つの異種金属から複合金属物質を製造する方法であって：
第１の金属で構成され、第１および第２の相対立する面を有する金属基材を供するステップ；
第２の金属を構成する少なくとも一つの線材を、前記第１および第２の面の少なくとも一つに位置づけするステップ；
複合組立体を形成するために前記面上で線材のその位置に対する相対的な横方向の動きを規制するステップ；および
少なくとも一つの線材と金属の隣接する面をともに、結合物質を形成するために圧力下で強く押し付けた状態で複合組立体を加熱するステップ、
とを包含する複合金属物質の製造方法。
【請求項３３】
金属基材上の線材の位置に対する相対的な線材の横方向の動きを規制するステップは、前記線材を受け入れるための前記第１および第２の面の少なくとも一つにおいて、少なくとも一つの縦長に位置した凹みを供給することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
複合組立体は、ロール面内にローリングの方向に溝を有するロールを介して複合組立体をローリングすることによって圧され、線材は溝に係合して、線材次いで金属基材に印加されるロール圧力は横方向の動きを制約する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
少なくとも第１のローリングステップが複合組立体を一体化し、横方向の拡がりを制約する請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
少なくても一つのこれに続くローリングステップは、複合組立体の厚さを減じる請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
複合組立体を圧力下で加熱するステップが線材を金属基材中に埋め込み、線材と基材との境界で金属基材の厚さを減じる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
結合された物質の少なくとも一部の横断面が実質上第１の金属を含まない程度にまで金属基材が薄くされている請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
鋸刃の製造方法であって：
第１の金属で構成され、第１および第２の相対立する面を有する金属基材であって、前記基材は前記第１および第２の相対立する面の少なくとも一つに、線材を受け入れるために少なくとも一つの縦長の凹みを有する金属基材を供するステップ；
第２の金属で構成され線材を、金属基材の前記少なくとも一つの凹みに複合組立体を形成するために導入するステップ；
線材と凹みの隣接する面とをともに、結合物質を形成するために圧力下で強く押し付けた状態で複合組立体を加熱するステップと、ここでその結合物質は第１および第２の金属が結合される境界域に結合される領域を備えており、さらに
第２の金属を構成する切刃を供給するために、結合領域において結合領域の厚さを貫通して結合領域を切断するステップ、
とを包含する鋸刃の製造方法。
【請求項４０】
結合領域のほぼ中央で切断する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
結合された物質の切刃に切削歯を形成するステップをさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
結合された物質の切刃にナイフエッジを形成するステップをさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
結合領域が結合された物質の中央部にある請求項３９に記載の方法。結合領域が結合された物質の中央からずれている請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
方法が複数の凹みと複数の線材を使用して、複数の結合領域を有する結合物質を供給する請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
手動のまたは動力付きの、ハクソウ刃、往復刃、鋸帯刃、ジグソー刃および穴鋸刃で構成されるグループから鋸刃が選定される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
線材を構成する第２の金属が金属基材を構成する第１の金属より硬い請求項１，３２、または３９に記載の方法。
【請求項４７】
第１の金属が、熱間、または冷間圧延されたバネのような金属もしくは金属合金で構成されるグループから選択される、請求項１，３２、または３９に記載の方法。
【請求項４８】
第２の金属が高速度鋼で構成されるグループから選択される請求項１，３２、または３９に記載の方法。
【請求項４９】
第１および第２の金属間の結合は金属結合である請求項１，３２、または３９に記載の方法。
【請求項５０】
複合線材の製造方法であって：
第１の金属で構成され、第１および第２の相対立する面を有する金属棒であって、前記基材は前記第１および第２の相対立する面の少なくとも一つに、線材を導くために少なくとも一つの縦長の凹みを有する金属棒を供するステップ；
第２の金属で構成される線材を、金属基材の前記少なくとも一つの凹みに複合組立体を形成するために導入するステップ；および
第２の金属要素と凹みの隣接する面とをともに、結合物質を形成するために圧力下で強く押し付けた状態で複合組立体を加熱するステップ、とを包含する複合線材の製造方法。
【請求項５１】
棒は第１および第２の面に凹みを含み、前記棒はバーベル型の断面を有する請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
棒はおよそ１対１からおよそ１対１０のアスペクト比を有する請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
長方形棒を形成するための線材の圧延ステップをさらに含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
第２の金属を含む内部の面を露出させるために棒の端部を切り落とすステップをさらに含む請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
複合金属物質であって、第１の金属で構成され、第１および第２の相対立する面を有する基材と；
第２の金属で構成された少なくとも一つの引き伸ばされた部材で、前記少なくとも一つの引き伸ばされた部材が前記第１および第２の相対立する面の少なくとも一つに埋め込まれていると共に基材の長さ方向に沿って配置され、埋め込まれ引き伸ばされた部材を包含する基材の面と、相対立する面は平面を形成し、基材と埋め込まれ引き伸ばされた部材とはそれらの境界に沿って金属結合を形成する部材、とを包含する複合金属物質。
【請求項５６】
前記第１および第２の面の少なくとも一つに埋め込まれた、二つ以上の引き伸ばされた部材を、物質が包含する請求項５５に記載の複合物質。
【請求項５７】
二つ以上の引き伸ばされた部材が基材の相対立する面に埋め込まれた請求項５５に記載の複合物質。
【請求項５８】
物質は、基材の相対立する面のそれぞれ反対側に位置づけされた少なくとも１対の引き伸ばされた部材を含み、基材は、引き伸ばされた部材対の間に薄くなった領域を形成する、請求項５６に記載の複合物質。
【請求項５９】
埋め込まれ引き伸ばされた物質に隣接する領域において基材とされる金属は薄くなっていて、基材は金属基材が最も薄い点における物質の横断面の１％から７０％を構成する請求項５６に記載の複合物質。
【請求項６０】
埋め込まれ引き伸ばされた物質に隣接する領域において基材とされる金属は薄くなっていて、基材は、金属基材が最も薄い点における物質の横断面の１％から３０％を構成する請求項５６に記載の複合物質。
【請求項６１】
引き伸ばされた物質は、基材の面に埋め込まれた細長い溝の形状内にある、請求項５６に記載の複合物質。
【請求項６２】
第２の金属は第１の金属より硬い請求項５６に記載の複合物質。
【請求項６３】
引き伸ばされた部材は基材の中央にある請求項５６に記載の複合物質。
【請求項６４】
引き伸ばされた部材は基材の中央からずれている請求項５６に記載の複合物質。
【請求項６５】
複合金属切削工具であって、
第１の金属で構成され、第１の端部に第１の厚み部を有し、基材の反対側端部に前記第１の厚み部から厚さのより薄い第２の厚み部へテーパーの付いた
テーパー領域を有する基材；および
基材のテーパー部領域に隣接して位置された少なくとも一つの端部部材であって、端部部材は第２の金属で構成され、金属基材のテーパー領域の表面と金属結合を形成し、端部部材と金属基材のテーパー領域との厚さは金属基材の第１の厚みと同じであるような端部部材、とを包含する切削工具。
【請求項６６】
テーパー部が直線である請求項６５に記載の切削工具。
【請求項６７】
テーパー部が曲線である請求項６５に記載の切削工具。
【請求項６８】
テーパーの付いた領域の片側がテーパーである請求項６５に記載の切削工具。
【請求項６９】
テーパーの付いた領域の両側がテーパーである請求項６５に記載の切削工具。
【請求項７０】
切削工具であって、二つの端部部材を含み、前記端部のそれぞれが基材のテーパーの付いた領域の相対立する側に隣接して位置され、金属基材のテーパーの付いた領域の面と金属結合を形成していて、端部部材と金属基材のテーパーの付いた領域との厚さが基材の第１の厚さと同じであるような請求項６９に記載の切削工具。
【請求項７１】
切削工具であって、端部部材は第２の金属と第３の金属が交互になった層を含み、第２の金属は第３の金属より硬く、第２の金属は端部部材の一番外側の層を構成する、請求項６５または７０に記載の切削工具。
【請求項７２】
金属基材が最も狭い点における物質の横断面が１％から７０％の基材金属を包含する請求項６５に記載の切削工具。
【請求項７３】
金属基材が最も狭い点における物質の横断面が１％から３０％の基材金属を包含する請求項６５に記載の切削工具。
【請求項７４】
金属基材が最も狭い点における物質の横断面が５％から１５％の基材金属を包含する請求項６５に記載の切削工具。
【請求項７５】
手動または動力付きハクソー刃、鋸帯刃、往復刃、ジグソー刃、およびホール鋸刃で構成するグループから選定された請求項６５に記載の切削工具。
【請求項７６】
第２の金属が高速度鋼を含む請求項６５に記載の切削工具。
【請求項７７】
歯領域の内側部分が鋸刃の柔軟性のある支持部領域と一体である請求項６５に記載の切削工具。
【請求項７８】
第１の金属がバネ状の熱間または冷間圧延金属もしくは金属合金である請求項６５に記載の切削工具。
【請求項７９】
第１の金属および第３の金属が同じかもしくは異なっている請求項６５に記載の切削工具。
【請求項８０】
端部部材が切削歯を備える請求項６５に記載の切削工具。
【請求項８１】
端部部材がナイフエッジを備える請求項６５に記載の切削工具。
【請求項８２】
切削工具であって：
金属で作られた基材；および
複数の切削歯を有する端部部材であって、前記端部部材は基材の端部に沿って基材に金属的に結合され、切削歯は少なくとも第１および第２の金属で構成された複合材であり、前記第１の金属は第２の金属より柔らかく、第１のより軟らかい金属は第２のより硬い金属で側面を肉付けされている端部部材、とを包含する切削工具。
【請求項８３】
横方向の広がりに対して改善された制約を有するタークスヘッドであって：
第１の水平ロール対；および
水平ロールの端部に位置された垂直ロール対であって、垂直ロール対の回転軸は水平ロール対の回転軸の上流側にずれており、前記ずれは水平ロールと加工される材料との接触弧の範囲である垂直ロール対、とを包含するタークスヘッド。
【請求項８４】
ずれが水平ロールの接触弧の範囲である請求項８３に記載のタークスヘッド。
【請求項８５】
複合金属物質の製造装置であって：
金属基材を第１の制御された雰囲気に導入する手段；
第１と第２の要素を第１の制御された雰囲気に導入し、金属基材と隣接する第１と第２の要素を結合が起こるべき場所に位置決めする手段；
金属基材と第１および第２線材とを加熱する手段；
金属基材と二つの線材に圧力を印加するための少なくとも１対のロール；および、張力を監視し制御する手段、とを包含する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異種の金属から作られた金属物質に関する。また、本発明は鋸刃製造の改善された方法に関し、特に複合鋸刃に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋸帯および鋸刃は、切刃が高度の寸法安定性を持たなければならないのと同時に高い磨耗耐性を有していなければならない。それらはまた、鋸刃と被削材との間の摩擦によってもたらされる温度にあっても、圧縮力、曲げ力、剪断力によって生じる高い荷重に耐えることが出来なければならない。上記の様な性質を組み合わせて単一の材料に備えることは困難なので、昨今の鋸刃は通常、強い曲げ疲労強度を有する比較的靱性の高い金属基材と、靱性は劣るが高い耐磨耗性を有する高速度鋼の切刃帯とを具備している。切刃帯の幅は、鋸帯および鋸刃の少なくとも刃先部分の幅、または場合によっては切刃全体の幅であって、鋸刃から刃付けすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
複合鋸刃、すなわち２種以上の異種材料から製作される鋸刃は、これまで切削工具鋼の薄板ストリップ材を柔軟性のある合金鋼支持材に溶接して作成されてきた。共通な溶接技術は電子ビーム溶接である；しかしながら溶接の結果、２種の金属の合金部分とそれに隣接する熱影響を受けた領域が材料的に弱体化する。溶接、特に電子ビーム溶接による製作においては、金属保持材と切削工具鋼の薄板ストリップはロールに巻かれて所望の溶接寸法が得られるまで繰り返し焼き鈍しされる。溶接寸法が達成されても金属保持材とストリップ双方は、溶接された部分を鋭利な角エッジにするためにさらに調整が必要である。この工程には長時間かかりコストが高くなる可能性がある。
【０００４】
複合金属物質はまた、保持金属ストリップ材に溶融切削工具鋼を鋳造する方法でも作成されて来た。溶融切削工具鋼が金属支持ストリップ材に隣接するスペースに送られ、そこで結合される。
【０００５】
固相端末溶着は、金属ストリップの重ね接合に対して使用されてきており、減圧下で加熱加圧して行われる。固相溶着は金属ストリップを金属組織的な結合を形成するのに十分な圧力下で加熱することにより達成される。固体結合は隣接する金属領域に悪影響を与えずに金属結合を生成できるのであるが、固体端末結合では新たに接合する表面、熱、圧力を強力な接合を形成するのに十分なだけ創出できず、結合されたストリップが次工程まで耐えられないことがしばしば起きる。
【０００６】
金属の熱間圧延工程は周知であり、鋼インゴットの熱間圧延工程は長年にわたり普通に行われてきた工程である。熱間圧延工程は通常、華氏２０００度程度の温度で行われ、熱間圧延された鉄鋼は典型的には冷間圧延されて最終の寸法になる。高速度鋼を圧延すると、その後の冷間加工に起因する加工硬化による１０％から３０％の減少に対応して、焼き戻しを行うことがしばしばある。このように冷間加工はさらに時間を浪費し、高価な加工工程が必要となる。
【０００７】
熱間結合は、鉄鋼芯材と二つの銅ストリップを熱間圧延温度まで電気抵抗加熱により加熱して銅被覆鋼のような複合金属物質を作成するのに使用されてきた。３つの部材をチャンバに入れて減圧し、そこから直接圧延に送り、そこで圧力と熱により材料が結合する。熱間圧延の場合には、殆どの場合最終寸法にするのに物質を冷間加工することが必要である。
従って、異なった金属間に高い結合力を持つ複合物質を供給する改善された方法が望まれる。
複合金属物質の効率的な製造に対しての必要性が存続している。
さらに、結合領域への材料損傷を最小にした複合材料間の強力な結合を持つ複合金属物質に対する必要性も存続している。
従来技術に対するこれらならびに他の制約は、以下の発明において対応される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は異種の金属間における優れた結合を示す複合金属物質を提供する。この複合物質はさらに鋸刃や他の有用な物質に加工することが出来る。優れた切れ味と耐摩耗性能をもった鋸刃が供給される。
【０００９】
また本発明は簡単で効果的な複合金属物質の形成方法を供給する。本発明の一態様によれば、二つの異種金属からなる複合金属物質を製造する方法は、第１および第２の相対立する面を有する第１の金属で構成される金属基材を提供することを含んでいて、前記基材は、前記第１および第２の相対立する面の内少なくとも一つの面に長手方向に伸びた少なくとも一つの溝を有し；金属基材の第１および第２の溝の少なくとも一つの前記溝に第２の金属で構成された引き伸ばされた金属要素を導いて複合組立体を形成し；第２の金属要素と溝の隣接した表面を互いに押し付けた状態でこの複合組立体を加熱して、結合物質を形成する。
【００１０】
一つ以上の実施形態においては、金属基材は薄板またはストリップである。薄板またはストリップは普通の意味を持ち、一つの次元、例えば厚みを含んでいるが、それは他の二つの次元、例えば長さ、幅よりもはるかに小さい。次元の具体例を示すとアスペクト比（幅：厚さ）がおよそ５より大きい。
【００１１】
一つ以上の実施形態においては、金属基材は金属棒である。金属棒は普通の意味を持ち、一つの次元、例えば厚みを含んでいるが、それは他の二つの次元、例えば長さ、幅よりも小さい；しかしながらアスペクト比（幅：厚さ）は例えば１：１からおよそ４：１より大きいことはない。
【００１２】
本明細書で用いられる「横方向」とは、基材の面に対して垂直方向、または圧力が印加される方向とみなされる。横方向とは典型的には物質を横切る方向である。
【００１３】
本発明の一つの態様では、二つの異種金属からなる複合金属物質を製造する方法は、第１および第２の相対立する面を有する第１の金属で構成される金属基材を提供することを含んでいて、前記基材は、前記第１および第２の相対立する面のうち少なくとも一つの面に、線材を受け入れるための縦長の少なくとも一つの溝を有し；金属基材の前記少なくとも一つの溝に第２の金属で構成された線材を導入して複合組立体を形成し；第２の金属要素と溝との隣接した表面を互いに押し付けた状態でこの複合組立体を加熱して、結合物質を形成する。
【００１４】
本発明のもう一つの態様では、二つの異種金属からなる複合金属物質を製造する方法は、第１および第２の相対立する面を有する第１の金属で構成される金属基材を提供することを含んでいて、前記第１および第２の面の少なくとも一つの面上にある箇所に、第２の金属で構成される少なくとも一つの線材を位置付けし；前記面上に設置された位置に対して線材が横に動くことを制限して複合組立体を形成し；少なくとも一つの線材と金属の隣接した表面とを互いに押し付けた状態でこの複合組立体を加熱して、結合金属物質を形成する。
【００１５】
本発明のさらにもう一つの態様では、複合線材を製造する方法は、第１および第２の対立する面を有する第１の金属で構成される金属棒を提供することを含んでいて、前記基材は前記第１および第２の対立する面の内の少なくとも一つの面内に、線材を受け入れるための少なくとも一つの縦長の溝を有し；金属基材の前記少なくとも一つの溝に第２の金属で構成された線材を導入して複合組立体を形成し；第２の金属要素と溝とが隣接した表面を互いに押し付けた状態でこの複合組立体を加熱して、結合物質を形成する。
【００１６】
本発明のもう一つの態様では、複合金属物質は、第１の金属で構成されかつ第１と第２の相対立する面を有する基材を含み；少なくとも一つの引き伸ばされた部材が第２の金属で構成され、前記第１および第２の相対立する面のうち少なくとも一つの面内に前記少なくとも一つの引き伸ばされた部材が埋め込まれるとともに基材の長さ方向に沿って配置され、この埋め込まれ、引き伸ばされた部材を保持する基材の面とその反対側の面は平面を形成し、基材および埋め込まれ引き伸ばされた部材が両者の境界部分に沿って金属結合を形成する。
【００１７】
本発明のもう一つの態様では、複合金属切削工具は第１の金属で構成され、第１の端部に第１の厚み部を持つ基材を含み、基材の反対側端部に前記第１の厚み部から第２の薄い厚み部に向かってテーパーのついたテーパー領域を有し；基材のテーパー端部領域に隣接して位置された少なくとも一つの端部部材が第２の金属から構成され、金属基材のテーパー領域の表面とで金属結合を形成し、金属部材の端部部材とテーパー領域の厚さは金属部材の第１の厚み部の厚さと同じである。
【００１８】
本発明のさらにもう一つの態様において、横方向広がりの制約が改善されたタークスヘッドは、第１の水平ローラー対と、水平ローラーの端部に位置する第２の垂直ローラー対を含み、垂直ローラーの回転軸は水平ローラーの回転軸の上流側にオフセットされ、前記オフセットは水平ロールの加工される材料との接触弧の範囲内である。
【００１９】
なお、本発明のさらなるもう一つの態様では、複合金属物質を製造する装置は：
第１の制御された雰囲気内に金属基材を導入する手段；
第１の制御された雰囲気内に第１および第２の要素を導入し、金属基材に隣接し結合を起こそうとする位置に第１および第２の要素を位置決めする手段；
金属基材と第１および第２線材を加熱する手段；
金属基材と２本の線材に圧力を印加するための少なくとも１対のロール；および応力を監視し、制御する手段、を含む。
【００２０】
ここで使用されているような、また本明細書を通しての、「およそ」の用語については記述の値の±１０％を指している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は異種の金属間に優れた結合を表す複合金属物質を提供する。複合金属物質は少なくとも二つの異種金属間に形成される。本明細書で使用される場合、「金属」には金属合金を含む。複合金属物質は金属基材と金属基材と強力な結合を形成する一つ以上の他の金属要素で構成される。結合は、結合部に隣接した物質の化学的、金属的、および機械的またはそのいずれかの特性を劣化することなく形成される。
【００２２】
一つ以上の実施形態において、金属端部部材は金属基材の両側において、基材本体の一つの側に沿って結合される。本発明の一つ以上の実施形態による複合金属物質の具体例が図１Ａと図１Ｂに示されている。物質１００は第１の金属で構成されるテーパーの付いた端部１２５と、基材１１０のテーパーの付いた端部１２５に隣接して位置された端部部材１２８を含む。図１Ａはまた、例えば鋸刃のような完成製品の例を示しており、この例では複合物質の端部部材１２８内に切削歯１４０を有する。図１Ｂの斜視図に示されているように、金属基材１１０はテーパー部１２５を含み、そのテーパー部は薄くなったテーパー部１２５の相対立する面１２９，１２９’上で端部部材１２８、１２８’と接している。端部部材はテーパー部１２５のテーパーに対して補完的にテーパーが付いていて、そのために物質の面は平坦である。テーパーは直線あるいは曲線で良く、あるいは製作時点での材料の流し方の結果としてもっと複雑な形状であっても良い。端部部材１２８，１２８’および基材１１０の薄くなったテーパー部１２５は、相対立する面に強固な結合、すなわち金属的結合を形成する。図１Ｃに示されているように、複合物質は金属部材１１０に埋め込まれて結合された二つの対立する引き延ばされた金属要素１２６，１２６’を含む中間複合シート１８０から作成される。引き伸ばされた金属要素１２６，１２６’は溝状のストリップで、複合シート１８０の全長に行き渡る。複合シートは図１Ｃの線１３０に沿ってすり割られ図１Ｂに示された物質が得られる。複合シートはまた任意であるが最終製品に真っ直ぐで平坦な端部を提供するべく縁線１４０に沿ってすり割される。
【００２３】
二つの異種物質が高度に効果的な金属結合をするために境界面は繊細な結合境界面となるが、電子ビーム溶接された物質に良く見られるような結合領域に脆い合金が形成されることはない。薄くされる断面１２５の厚さは本発明を何に使うかによって変化し、全体の厚さのおよそ７０％から極くわずかな量までの範囲を取り得て、これは物質をすり割りした時に現れる露出面１６０で測るか、あるいは対立する要素間の最も狭い部分１５０で測るか（または一つだけの引き伸ばされた金属要素を有する実施形態にあっては金属要素への隣接部）である。一つ以上の実施形態においては、点１５０または１６０での基材金属の厚さは全体の厚さの３０％までの範囲とされるが、およそ５％から１５％の間である。端部部材１２８、１２８’（または引き伸ばされた金属要素１２６，１２６’）はテーパーの付いた基材部分のどちらの側においてもほぼ等しい厚さにして良いが、製造工程によっては端部部材１２８、１２８’（または引き伸ばされた金属要素１２６，１２６’）の厚さは幾分変化し得るということが認識される。一つ以上の実施形態では、端部部材１２８、１２８’（または引き伸ばされた金属要素１２６，１２６’）は異なった形状、大きさ、厚さであっても良い。改善された切削性能は本発明による複合金属物質から作成された刃に観察される。
【００２４】
一つ以上の実施形態では、図２Ａに示されているように複合金属シート２００は、金属基材２２０の一つの側に対して埋め込まれ結合された、引き伸ばされた金属要素２１０を含んでいる。複合金属シート２００は図２Ａの線２４０のところですり割られ、図２Ｂに示された複合物質２４５となる。複合物質２４５は基材２２０の薄くなったテーパー部２１８に、基材の片側に長さ方向に沿って結合された端部部材２１５を含む。テーパー部２１８のテーパーは物質２４５の表面２２５が平面となるように端部部材２１５に対して相補的である。図１Ａにあるように、切削歯は物質の切刃２５０に切り込まれて良い。あるいは代替的に図２Ｃにあるように端部はナイフ刃２７０を形成するように鋭利にされても良い。そのような端部は帯鋸およびナイフの製造、またはそのどちらかに使用される。薄くされるテーパー部２１８または２６０の厚さは全体の物質厚さのおよそ１％から７０％または１％から３０％の範囲を取りうる。金属部材のテーパー領域２１８、または２６０は、最も狭い点では極端に薄くなり得て、簡単には目視(裸眼で）出来ない、もしくは拡大してやっと判る程度である。
【００２５】
本発明の一つ以上の実施形態では、第１の金属は第２の金属より靱性が高い、すなわち硬度がより高い。一つ以上の実施形態では、基材は、たとえば鋸で挽くまたは切る作業で典型的に出会う環境下で、機械的および熱的に安定した望ましい特性を有する金属である。一般的に金属基材は熱間または冷間で圧延された金属または金属合金であればどんなものでも良く、靱性がありバネに類似する。金属基材は柔軟性を示し、たとえばバネ用金属のような柔軟性を示す金属が本発明では使用可能である。
【００２６】
本発明の一つ以上の実施形態では、切刃としての第２の金属は第１の金属よりももっと硬く、すなわちより耐摩耗性が高い。一つ以上の実施形態では、端部部材は耐摩耗性金属であり、たとえば端部部材は、鋸を挽く、または切る作業で切刃が典型的に遭遇する摩滅条件に耐えることが出来る金属でつくられる。端部部材金属は、粉末金属を含む一つ以上の高速度鋼とすることが出来る。例としてあげれば、マトリックスＩＩ、Ｍ２，Ｍ４２，Ｍ５１，Ｍ３タイプ１，Ｍ３タイプ２，などである。
【００２７】
本発明の特色は、金属基材または端部金属のいずれに使う場合でも、物質は特別な金属や金属合金に限定されないということである。結合は劇的に増加した境界面全域にわたる金属拡散に依存しているので、ほとんどいかなる金属の組合わせであっても本発明を実行するのに使用することが出来る。この使い勝手の広さが、これまでの切削工具の製作に使用されている通常の溶接作業では、うまく行おうとすると特別な合金組成がしばしば必要となるのに比較して際立った対照となっている。
【００２８】
本発明に従ってより多くの複雑な物質が検討されている。本発明の一つ以上の実施形態では、図４に示すように複合金属物質４１０の切刃４００は、硬い切削工具金属４２０とより柔軟性のある保持金属部４３０とを交互にした層を複数備えている。最も内側の部分４４０は金属部材の薄いテーパー部となっている。柔軟性のある保持金属部４３０に使用される金属は、金属部材４４０の金属と同じでも、違っていても可能である。切刃の金属成分は共有された面において金属的に結合される。柔軟性のある保持金属部４３０の厚さは、最も内側の部分４４０の厚さと同じでも、違っていても可能である。たとえば図４では３つの柔軟性のある保持金属部４３０，４４０，４３０’を持つ複合金属物質が図示されている。所望の特性を物質に供するために、端部部材において異なった金属領域の数、厚さおよび位置が選択される。
【００２９】
複合物質の基材と端部部材が本発明の方法によって以下に述べるような金属結合を形成する。二つの金属の境界における原子間相互作用と転移によって適度な温度、すなわちどちらの金属も金属変態点（Ｔｍ）以下の温度で結合がされる。電子ビーム溶接やレーザー溶接のようなより通常行われる接合方法と違って、接合部近辺に接合工程によって物質的に影響を受けた、すなわち弱体化された、有意な領域は存在しない。溶接された物質と本発明の結合された物質との間のせん断線の違いから結合強度もまた向上する。従来の溶接された物質のせん断線３１０が図３に示され、本発明の一つ以上の実施形態による複合物質３４０のせん断線３３０が図３Ｂに示されている。図３Ａの従来物質に対するよりも図３Ｂに示された発明物質に対する方がせん断線の長さ（および関連領域）がはるかに長い。したがって、結合の強度がたとえ同じであっても本発明の複合物質は耐久性がより大きく、寿命が長く、また耐せん断性もより高い。
【００３０】
結果として得られる金属結合強度は製作に使われる材料と方法によって変化するが、結合は少なくとも結合後に続く製造工程に対して耐えるには十分な強度である。鋸刃製作の場合に基材金属と端部金属間の結果として得られる金属結合強度は、結合後の製作工程として典型的なすり割り、切削および刃付けに対して十分耐えるだけの強度がある。製作後得られる物質は、一般的には物質を硬化するために熱処理される。
【００３１】
本発明の複合金属物質は切削工具、すなわち刃の製造に有用である。本発明による切削工具のさまざまな変形体が考慮される。どのような形体の切刃でも複合物質の端部部材用に機械加工され得る。本発明の一つ以上の実施形態では、刃はたとえば手動および動力付きハクソー、穴のこ、ジグソー、往復鋸や帯鋸刃のような鋸刃などの歯付けされた刃である。一つ以上の実施形態では、刃はナイフのように歯付けされていない刃である。例としてのみであるが、帯鋸刃を形成するために刃を溶接、たとえば突合せ溶接することが出来る。あるいは表面を機械加工切削して歯のない鋸刃またはナイフの刃を形成することが出来る。
【００３２】
切削歯は従来の工程を用いて切刃に機械加工可能である。歯は、適用する特定の切削用途に適した形状と方向にすることが出来る。切削歯は切削面に沿って所望の向きに設けることが可能である。歯は特定の切削用途の必要性に従って基材から平面の内または外にすることが出来る。要するに特定の切削用途に応じて最も適するように切削工具を設計することに束縛はない。
【００３３】
本発明の一つ以上の実施形態では、切削歯は硬い切削工具金属とより柔らかい保持金属との組合せで形成される。刃付けされる表面に提示されている切刃は硬い切削工具金属とより柔らかな金属の交互の領域を含んでいる。本発明の一つ以上の実施形態では、切刃は複合金属の形態で提供される。切刃は硬い金属とやわらかい金属が交互にある領域または部分を含んでいて、それらはすでに互いに固体結合されており、図１、図２、および図４に示されたように複合金属物質の端部部材とテーパー領域を含んでいる。
【００３４】
一つ以上の実施形態では、切削工具は、別の工程で準備され作成後金属基材に溶接される複合金属切削ストリップを含んだ混成物質である。図５は従来の基材１２５０を使用した混成鋸刃１２４５を示している。複合金属切刃１２６０は、硬い切削工具１２６５とより柔らかい保持金属１２７０が交互に層を成す固体結合された複合体を含む。複合金属切刃はストリップに形成され、その後従来の溶接技術を用いて基材に溶接される。切削歯が次に複合金属切刃に切削されて、切削工具鋼と軟金属の交互の層が本発明の切刃を提供する。
【００３５】
本発明の複合金属物質は、異種金属構成要素の組立体を圧力下で加熱し、固相結合として知られている工程で結合物質を形成する。複合組立体はシートまたはストリップのような金属基材を含み、この基材はその片面または両面に、引き伸ばされた金属要素を受け入れることの出来る縦長に位置した少なくとも一つの凹みまたは溝を有する。「線材」または「挿入線材」という用語は、「引き伸ばされた金属要素」に対する代わりとして用いられる可能性があり、後者の用語が与えるいかなる領域も除外されない。線材はどのような形状でもあり得て、原材料の入手可能性、生産の容易さ、金属基材の縦長の凹みの形状に対する補完要求度を含む任意の数の因子に基づいて選定される。金属基材５１０および金属基材５１０の凹み５３０、５３５にそれぞれ位置された引き伸ばされた要素５２０、５２５を含む、具体例としての複合組立体５００が図６Ａに断面で示されている。金属シートの平面上に線材が挿入され、金属シート面の上方に突出することが見込まれる。一つ以上の実施形態では、金属基材５１０は第１の金属からなり、挿入線材５２０，５２５に使われる金属とは異なっている。挿入線材５２０，５２５は同一の金属から作られる必要はない。部品は組立前に通常の洗剤と洗浄技術を使用して洗浄される。溝と関係する引き伸ばされた要素はいかなる形状と形体であってもよい。
【００３６】
一つ以上の実施形態では、引き伸ばされた要素はロッド、棒、線材である。引き伸ばされた要素すなわち線材はいかなる断面形状でもあり得て、たとえば、断面が円形、楕円形、多角形、正方形、長方形、または長斜方形などが考えられる。引き伸ばされた要素は製造者が供給する大きさと形状のまま使用され得る。代替として、線材は限定はされないが引き抜き、タークスヘッドまたは線材引き抜きを含む従来方法で特定の大きさと形状に加工することが可能である。線材は元の寸法から温間または熱間圧延（Ｔｍ以下）によって小さくしても良い。
【００３７】
引き伸ばされた要素は必要というわけではないが、金属基材の溝に相補的な物であって良い。凹みの形状が挿入線材を受け入れるのに適合してさえいれば、挿入線材と金属基材との組合せの形成には大量の変化が可能である。一つ以上の実施形態では、組合せは線材が金属基材の溝に入ってロックされるように選択される。このことは通常挿入線材と溝との間に少なくとも二つの接触点を確立することで達成される。従って具体的な例としては、Ｖ溝に円形線材または、円形溝に不等辺四角形の線材が十分な接触を与える。本発明の一つ以上の実施形態では、引き伸ばされた要素が金属基材の溝または凹みの形に合うように、挿入線材と溝は相補的な形状であり得る。
【００３８】
次いで複合組立体は圧力下で加熱され、金属基材と引き伸ばされた要素が緊密に接触され、構成要素金属間で金属的結合が形成される。一つ以上の実施形態では、複合組立体はまず室温以上かつ複合組立体のどの金属の金属変態点（Ｔｍ）よりも低い温度で加熱され、次いで１対のロール（ミルロール）の間を通されて結合圧力が印加され物質の厚さが減少する。
【００３９】
使用される実際の温度は使われる材料と加圧工程に依存して変化するが、温度はおよそ華氏８００度からおよそ１６００度、あるいは実施形態のいくつかではおよそ華氏１０００度からおよそ１５５０度の範囲であり得る。加熱は従来のいかなる方法を用いても達成可能である。例として、複合組立体は誘導または電気抵抗加熱を用いて加熱される。一つ以上の実施形態では、熱は放射、たとえばレーザー放射の形態で供給される。
【００４０】
同様に本発明の実践において使用される実際の圧力は、使用される材料と加圧工程に大きく依存して変化する。圧力は従来のどんな方法を用いても発生が可能である。例として、ローリングミルまたはタークスヘッドを用いて圧力を発生させる。圧力は限定はされないが多くの変数の関数であり、それにはロールの直径、材料の変形抵抗（硬さ)、金属の厚さ、およびロールとロールされる金属間の摩擦係数が含まれ、圧延によって生じる力は業界内で良く知られている。本発明の一つ以上の実施形態では、圧延は圧延潤滑なしで行われ、これは圧延圧力を増大させる。一つ以上の実施形態では、硬い挿入線材を追加し、特に金属基材の上方と下方で２本の線材を一方を他方に重ねて段重ねに追加して、接触点―結合作用を改善するために圧力を高めたい特定の箇所、の圧力をより高めることが出来る。引き伸ばされた要素の存在があるので局部的に厚さを追加すれば、結合作用を向上させるための圧力追加が固相結合作用の間に可能になる。
【００４１】
金属基材は金属基材の片側または両側に縦長に位置された一つ以上の溝または凹みを有する。図７は金属シートの具体的実施例を示している。図７Ａは、例として長方形の溝で示された凹み６１０を、面の上と下に有する金属基材６００の断面図である。この金属基材は「２個取り」シートと称されるが、それは基材を溝の中央ですり割り切断すると２個の製品物質が取れるからである。図７Ｃと図７Ｄは、他のプロフィル、たとえば３角形６２０プロフィルや円形６３０プロフィルを持つ溝が示されている。ただし、図７Ｃは金属基材の片側だけに溝がある例である。この構成は図２を参照して説明したように、単一の引き伸ばされた要素が結合される場合に使用される。一つ以上の実施形態では、図７Ｂに示されたように金属シート６４０は二つ以上の凹み６５０を含む。各々のへこみは線材のような引き伸ばされた要素を受けることが可能で、金属シート６４０は結合の後で図７Ｂの点線６６０で示されているように溝の中央、および溝と溝の間の領域で、結合された物質を適切に切断することによっていくつかの複合物質に分離することが出来る。一つ以上の実施形態では、圧延された物質は１個取り、２個取り、４個取り、６個取り、８個取りのシートなどになり得る。本発明の方法を使用して得られる物質の数と幅には制限が無いが、圧延される材料の幅が広くなるほど工程が難しくなる。
【００４２】
図６Ｂは加熱ならびに圧延工程の間の中間点での物質５４５を示している。挿入線材５２０，５２５は金属基材に対して押し付けられ、押し込まれている。一つ以上の実施形態では、金属基材の厚さもまた減少される。金属基材の厚さの減少（減少の％で表す）が大きくなればなるほど金属構成要素間の境界にもたらされる力は大きくなる。このように線材の大きさと形状、金属シートの厚さ、および溝の大きさと形状は複合組立体が直面する結合力と相関があり、挿入線材が基材の溝に導入される場所において、厚みを減少させる大きな力が好影響に働いて固体結合がより強固になる。
【００４３】
図６Ｃは結合された物質５５８の最終状態を図示しているが、ここで圧力により第２の金属である挿入線材は金属基材に押し込まれ、物質の表面はほぼ平面になっている。線材と基材間の接触領域は厚さの減少と物質の伸びによって結合工程中に顕著に広がっている。接触領域の増大によって結合境界面が大きくなり、高品質な結合に貢献する。金属基材５１０は結合領域５４８で大幅に薄くなり、その結果金属基材の極く薄いストリップ５４０だけが前段階の挿入線材から生じた上下領域５５０，５５５の間に見出されるのみである。一つ以上の実施形態では、ほんのわずかな量の金属基材しか残らないほど領域が十分に薄くなり、図６Ｄの拡大結合領域５７０に示めされているように、実質上全断面５６０は挿入線材からの第２の金属で構成されている。
【００４４】
このようにして数少ない簡単な（かつ迅速な)ステップで、本発明の一つ以上の実施形態による方法が所望する厚さの結合物質を提供する。最初の材料は従来の電子ビーム溶接工程で使われるものより厚い可能性があるが、わずかなステップと少い時間によって最終の厚さが得られ、コストと材料費の充分な節約が結果として得られる。
【００４５】
金属基材の上方および下方に挿入線材を用いる一つ以上の実施形態では、線材を決まった位置に保持することが望まれる。線材が横方向に動き得ると結果として得られる挿入線材の結合部が圧延中に移動し、その結果結合領域が互いから離されるようになる。挿入線材と溝が複数箇所で接触する構成にすると、結合される第２の金属領域の横方向移動を減少させる助けになる。
【００４６】
本発明の一つ以上の実施形態では、線材、金属基材および圧延ロールの配置と構成を線材と基材の相対的な移動を減少させるように選定する。もし工程中に線材が動くと、たとえばすり割などの次工程では、結果として結合された要素の位置がずれている可能性がある。特に線材の対が金属基材の上方と下方に位置される場合では、結合組立体の構成要素は正確な位置を維持することが望ましい。一つ以上の実施形態では、上部および下部の凹みは所望の位置に緻密に配列して維持される。
【００４７】
本発明の一つ以上の実施形態では、ロール、金属基材、またはその両方は挿入線材の横方向移動を制限するために挿入線材に係合する溝を含む。図６Ａに示されているように、ロール５７５は、挿入線材を受けてロ−ルとの関係位置に保持する溝５８０を有する。下側ロールを含む実施形態にあっては、類似する切り欠きを有する下側ロール（図示せず)は下側挿入線材と係合する。
【００４８】
一つ以上の実施形態では、圧延方向に回転するロール１３２０の溝１３１０に線材１３００が係合される。ロールに深い溝がある場合には（図８Ａに示されているように例としては１／２ｄ、ここでｄは線材の直径）、金属基材１３３０の凹みは線材位置を固定するためには必要としない。図８Ｂに示された第１の圧延パスが線材を金属基材に埋め込むことによって線材の位置を固定し、一旦固定されると続くパス（図８Ｃ）は固定された線材を金属基材の内方へ押し付け、線材を埋め込まれた金属ストリップ状に拡幅し、かつその工程で結合領域１３４０における金属基材の厚さを薄くする。
【００４９】
一つ以上の実施形態では、線材は金属基材の凹みに係合され、ロールの溝は構成要素を固定するためには使用されない。図９に示されたように、線材９００が扁平で金属基材９１５の凹み９１０に深く入り込んでいる場合には、横方向移動は十分に制限されるので線材と金属基材との相対位置を固定するためにロール９２０に溝をつける必要はない。
【００５０】
本発明の複合物質は所望の物質を得るためにさらに工程をかけることが可能である。たとえば鋸刃の製造では、複合物質は物質の中央領域５４８または中央領域５７０で物質をすり割して二つの類似片に分割される。図６を参照のこと。一つ以上の実施形態では、上部および下部の結合された金属構成要素はほぼ対称で互いに上下に重なっており、複合金属物質は結合領域のほぼ中央点で分割され、実質上同一の二つの部品が供される。物質からすり割された部品は領域５４８のような薄くなった第１の金属中央部を持ち、図１Ｃに示された構造の端部を有する。
【００５１】
一つ以上の実施形態では、挿入線材として使用される引き伸ばされた金属要素もまた複合金属である。図１０Ａは本発明の複合の引き伸ばされた金属要素（線材）７００の斜視図である。要素７００は、たとえば金属シート７５５に対して使用された第１の金属に類似した、または同一の金属７１０と、異種の金属７２０を含む。一つ以上の実施形態では、金属７２０は金属７１０より硬い。構成要素金属は領域が交互になるように配列され、金属領域は境界面で結合される。一つ以上の実施形態では、より硬い金属７２０は外側表面に位置され、複合材に強化された耐摩耗性を付与する。
【００５２】
図１０Ｃは複合金属要素７００と金属基材７５５を使用した複合組立体７５０を示している。複合線材は金属基材の面内に整列され、一体化と結合の間整列されたままであることが好ましい。適切な整列には、金属７１０と金属７２０の交互の層が金属基材の面と実質的に平行であるように複合線材を金属基材に位置させることを含む。一つ以上の実施形態では、複合線材は、金属基材７５５の溝７２５に、および結合ロール（図示せず）の溝に、またはそのどちらかにぴったりと収まるかまたはうまく嵌る。一つ以上の実施形態では、複合線材はたとえば台形等の形状で、複合線材が溝内で回転しにくくしている。一つ以上の実施形態では、複合ロールおよび金属基材、またはそのどちらかはＶ−溝を含む。一つ以上の実施形態では、金属基材の凹みおよび複合線材のどちらもが円形ではない。加熱された構成要素が組まれて圧力を印加され、結合物質を形成する。
【００５３】
図１０Ｄは加熱および圧力印加後の本発明による最終の複合金属物質５６０を示している。結合された領域７６５は、金属基材の結合された領域７６５に配置された金属７１０および７２０の交互に重なった層を含む。このようにして得られた複合シートは結合された領域７６５の中央部で垂直にすり割されて、硬い金属部分（７２０）と柔軟性のある保持金属（７１０，７５５）の交互になった層の端部が表面に現われる。結果として得られる物質の具体例が図４に示されている。
【００５４】
図１０Ｂは複合線材の組立方法を図示したものである。従来の鋼棒７３０が、円形（もしくは他の形）をした耐摩耗性鋼線材７４０，７４０’に適応したある形状、ここではバーベル型に予め形状化される。棒は上下に凹みを含むが、これは引き抜きタークスヘッドローリングまたは従来の棒材や丸棒線材のＶ−溝ローリングによって採り入れることが可能である。３つの構成要素は従来の洗剤と洗浄技術によって洗浄され、結合され、最終一体化寸法まで圧延される。線材の結合は、熱間圧延工程か、本発明の方法か、または線材要素を金属的に結合させる要求を満たす他の技術を使用して達成可能である。代替的に、複合線材を結合させるのに適切な圧力を付与する逆溝ロール付きのタークスヘッドを使用して、タークスヘッド工程で加工することも可能である。
【００５５】
結合された物質の最終品は、たとえばおよそ０．０２０インチから０．１００インチまで種々の厚さを持つことが可能である。薄い最終厚さおよび比較的大きな減少率（たとえば界面面積の大きな増加）あるいはそのどちらかを有する物質は非常に強い結合を形成する傾向がある。最終の厚さが比較的大きな場合、たとえば０．０６５インチまたはそれより大きな場合や、厚さの減少率が非常に大きくはない場合には結合強度がそれほど高くない。その他、物質全体の幅が非常に大きい場合には、より大きな隔たりに亘っての流動特性は変化する可能性があるので、全幅に届く圧延は使うことを望まれない可能性がある。これらの（または他の)場合には、本発明の切刃を供給するために、複合切刃を金属基材の端部に従来の溶接技術を使って溶接することが可能である。このような物質の例はすでに説明済みである（図５）。
【００５６】
複合金属切刃を持つ溶接製品を製作する方法をここで図１１Ａを参照して説明する。複合金属線材７００が図１０を参照してすでに説明したように準備される。一体化された線材は熱と圧力をかけて結合され、長方形断面１１００になるように、たとえばタークスヘッドローリングまたは垂直ローリングと水平ローリングの交互のステップによって圧延される。硬い金属１１２０と軟らかい金属１１３０が交互になっている領域を有する表面１１２５を露出させるために、長方形形状１１００から縁端部１１１０が任意であるが切り落とされる。切り落とされた長方形形状１1００は、露出した面の反対側が基材１１４０に溶接されて溶接複合金属物質１１５０が形成される。基材の金属と複合端部の軟らかい金属は同じかまたは類似の金属である。
【００５７】
同様にして物質はどんな幅のものでもあり得て、たとえば１／４インチ未満から３と１／２インチ以上の範囲で可能である。図１１Ｂはオフセット結合、たとえば中央からずれて物質の端部の近くでの結合を用いた物質と方法を示している。これらの場合には大きな刃１１６０、たとえば３と１／２インチの刃が要望された場合、「2個取り」物質を結合することは具合がよくない。そのような場合、縦長の凹み１１７０が基材の片側にオフセットされて単一幅の物質（「1個取り」）が圧延される。図11Ｂに示されているように、端部は縁線１１８０で縁部分が釣り合うように切り落とされて複合切刃が露出される。
【００５８】
1つ以上の作業において、異種金属の固相結合は、熱および圧力またはそのいずれかを印加するために、結合ロールおよびタークスヘッドロールまたはそのいずれかが使われて達成される。1つ以上の実施形態では、圧延結合は複数の圧延ロールまたは「スタンド」を使って実行される。スタンドは圧延作業に使用される圧延装置の構成要素である。各スタンドは、一対の独立してモーター駆動される圧延ロールと、ロールにおける圧力の印加と解放、ならびに材料厚さの制御のためにロールの垂直位置を調整するのに使われる独立した「ねじ下げ」歯車組立体を含む。圧延装置は複数の独立した圧延スタンドを含み、それらは前後に並んで稼動し、一つのスタンドの出口と次のスタンドの入り口との間を繋ぐ「ブリッジ」または囲いを介して、結合される材料が制御され、典型的には薄くしていく状況に保つために互いに連携し合う分離された圧延スタンドを含む。1つ以上の実施形態では、圧延装置は2つ以上の圧延スタンドを含み、３つから６つ、またはそれを超えて含むことも可能である。
【００５９】
多くの修正または工程の変化は本発明の範囲内である。圧延のようなプレス作業は複合物質を長く伸ばしたり広げたりするであろうことが理解される。本発明においては、追加の材料（引き伸ばされた要素）が存在し、他の材料の上から直接金属シートの中央内に強制的に押し込まれるので、横方向に広がる追加的な原因になる。そのまま放っておくと横方向の広がりは圧延された形状の中央部の割れを惹起する。1つ以上の実施形態では、結合空洞部、すなわち結合ロール間の空間は横方向の広がりを制約する能力がある。本明細書で使用される用語「横方向広がりの制約」は、横方向の広がりがかなり減少する、または排除される（防止策を採っても少量の横方向の広がりは起こることは認識される）、または材料が所定の幅までは横方向へ広がれるが、その点を越えての広がりには材料が制約される、ということを意味する。結合空洞部で厚みが減少されている材料は、金属シートまたはストリップの軸に沿って前方または後方へ広がることが出来る。横方向の広がりを制約すると、製品の寸法が均一になることに加えて物質の結合圧力を維持し結合品質を向上させることが見出されている。
【００６０】
1つ以上の実施形態では、圧延作業における横方向の広がりは、図１２Ａに示されたような雄型１０００／雌型１００５の結合ロール配列を採用することによって制約され、ロールの端部には隙間区域１０１０が設けてある。圧延圧力が印加されると金属基材材料は大きな隙間区域１０１０へ流れて行こうとする。ロールの端部にある空間は、圧延された基材金属がこの与えられた空間へ部分的に上方へ流れる（塑性的に変形する）ことができるように設計される。この上方への流れは摩擦によって制限され、流れは停止する。少なくとも1つまたはそれを超えた実施形態では、ロールの端部１０２０は材料が流れやすいように曲線になっている。隙間区域は曲がっていて、これは金属がその区域にさらに流れ込むと金属の通り道はより狭くなり、流れを制約する摩擦が増大する。1つ以上の実施形態では、ロールはさらに、複合組立体の一部を受け入れて圧延工程中にロール内の組立てられた部品の横方向移動を減少させるために、ロール表面上にノッチ１０４０を含む。ノッチは、結合され引き伸ばされた要素（挿入線材から得られた）を決められた位置、ロールに沿って特定された位置および片方の上にもう一方を重ねた位置、またはそのどちらかに維持するのを助ける。1つ以上の実施形態では、第2の圧延スタンド１０７０は隙間区域の方向が図１２Ｂに示されたように逆である。作業においては、複合組立体は熱および圧力が印加された状態で第1の雄／雌圧延スタンドにおいて圧延され、引き伸ばされた要素は金属シートの溝に係合し横方向の流れは制約される。複合組立体は隙間区域の方向が反対で、第2の金属はさらに埋め込まれ、金属シート状に平らにされる第2のスタンドでより薄い寸法に圧延される。材料の広がりはもはや薄い刀身状になった材料を裂く恐れがないので、次のロールは雄／雌ロール配列は必要とせず、以降のロール１０８０は全て平面である（端部の圧延過剰を考慮して通常のように若干中高になっている）。
【００６１】
1つ以上の実施形態では、横方向の広がりは端部ロールシステム、たとえばタークスヘッド、を使用して制約する。「タークスヘッド」は圧延装置の特別な構成であり、すなわち同じ面の圧延のために2つのミルを構成する。追加したロール対が使用され、その回転軸が圧延ロール回転軸に対して９０度の位置にあれば、圧延装置はタークスヘッドとなる。タークスヘッドの回転軸は厚さ減少の面と同一面上にある。材料は結合ロールの間を通過し、材料がロールの両サイドに横方向に広がる時にタークスヘッドロールはその端部にある材料に反対側の力を印加する。タークスヘッドは出だしの圧延段階、たとえば最初の二つの圧延スタンドにおいて使われ、もしそれがなければ、大きな横方向の流れが溝のところで基材金属に亀裂を発生する原因となる。全ての圧延スタンドで基材（ウエブ）厚さはほぼ同じ度合いで減少するが、大きなパーセンテッジで厚さが減少するのは最初の段階での挿入線材のところまたはその周辺で発生し、線材が金属基材に埋め込まれるときである。
【００６２】
本発明の目的のためには、サイドのロールは「バリ」を出さないことが望まれる（圧延ロールとタークスヘッドロールの間を流れる薄い金属ビード）。本発明はサイドロールの場所を圧延ロールの回転軸にわずかに先行（上流へ）したところに置くことによってバリを防止出来ることを発見した。1つ以上の実施形態では、タークスヘッドロールのオフセットは結合ロールの圧延されるべき材料の接触弧の範囲内である。図１３Ａの正面図に示されるように接触弧１４００は結合ロール材料１４２０との最初の接触点１４３０から最も狭くなる接触点１４４０（ニップにおいて）まで結合ロール１４１０が回転する角度である。材料が結合ロールに接触するやいなや材料は顕著な度合いで増大する力に直面し、大きな横方向の広がりが、材料がニップまで通過するのに先行して起こる。従ってタークスヘッドをニップにわずかに先行して位置づけすれば材料の横方向流れを防止できる。図１３Ｂは本発明のオフセットされたタークスヘッドロール１４５０の平面図である。先頭の圧延ロールは単純化するために省略しているが、点線１４５５がその位置を示している。斜線区域１４６０は材料と圧延ロールとの接触弧間においての接触区域である。「＋」で示された破線１４６５は制約されない材料に対して観察される典型的な幅の増大を表している。但し、材料がロールと接触した直後から、ニップのかなり前に広がり始めている。この横方向の流れを打ち消すためにサイドロール１４７０が圧延ロールの回転軸から上流に位置される（これがニップ１４４０の位置に一致している）。サイドロールは付け加わる回転力を付与し、これは材料の横方向の流れに相対立し制約する。但し、サイドロールが効果的に横方向の流れを制約することが出来るように、圧延ロールは目標とする幅と同じ幅である。
【００６３】
本発明の1つ以上の実施形態では、オフセットはおよそ1／４インチからおよそ３／４インチの範囲である。雄／雌ロール組立体を使用する場合のように、２ないし３回のパスで材料の厚さがひとたび減少すれば、タークスヘッドロールは必要がない。1つ以上の実施形態では、タークスヘッドロールは第１、第２および任意であるが第３スタンドで使用される。
【００６４】
1つ以上の実施形態では、タークスヘッドは横方向の広がりを所定の値に限定するために採用される。1つ以上の実施形態では、タークスヘッドは広げることが可能であり、すなわち圧延ロールの端部から距離を置いて位置することが可能である。材料が圧延ロールに入ったとき、材料はタークスヘッドの点までは所定の量だけ広がる。1つ以上の実施形態では、金属基材は圧延ロールの幅よりも狭く、タークスヘッドは圧延ロールの端部に位置される（もしくは圧延ロールの端部から距離を置いて位置されても良い）。再度になるが、材料は横方向に広がり得るが材料がタークスヘッドに接触する点までのみである。横方向への広がりを制御すれば基材の薄肉化を結果的に制御することが出来、特に挿入線材と金属基材が接触する結合領域において可能である。横方向への広がりを制御することで結合領域の金属基材を破れる点まで薄くする、または金属基材が事実上存在しない点まで薄くすることが可能である。
【００６５】
1つ以上の実施形態による複合金属物質の製造工程の具体例が以下に説明される。
挿入線材１５００は所望の寸法と断面形状に、たとえば冷間または熱間加工で形成される。形状付けされた線材は残留した油や酸化物を取り除くために標準的な洗浄手順を用いて洗浄される。線材は連続稼動時間を長くするために突合せ溶接によって長く繋がれる。具体的な工程事例としては、０．０９５インチ径の線材、たとえばＭ２で、０．０８０インチに対して０．１０５インチの長斜方形に圧延される。
【００６６】
金属基材（６１５０）１５１０は初め０．０６５から０．２５０インチの厚さと最終的に所望の幅を備えるのに必要とされる幅で入手され、タークスヘッドロールにかけて、厚みは変化なく幅はごく少量の変化がついていずれか一方側にＶ型の凹み（逆溝）を形成する。タークスヘッドによる引き抜き技術は、上面、下面の溝を０．００２インチ以内に芯合わせし、ストリップ中心に対して誤差＋／−０．００５インチに保持することが可能で、また基材厚さは維持される（基材の幅は僅かに広くなるが）。
【００６７】
材料（挿入線材１５００および金属基材１５１０）は巻ロールから送り出され、圧延スタンドに侵入する際に直流加熱法で加熱される。図１４を参照して、線材および金属基材の先端は、作業温度（およそ華氏１２５０度）まで加熱するためにＤＣ整流器の高電圧接点、１５２０，１５３０にそれぞれ繰り出され、次いで水素などの酸化物還元雰囲気を含んだ入口レトルト室１５４０に送られる。酸化／還元清浄は、材料が空気中で加熱されると薄い酸化層が形成され、次いでＨ2を含んだレトルト内へ還元のために送られる周知の工程である。いかなる有機残留物または洗浄後に残ったＨ2Ｏもまた除去される。材料が第1の圧延装置１５５０に近づく際に、線材の先端が構成要素としての基材金属の上と下に位置される。図１４では３スタンド圧延装置を示しているが、複合金属物質は６スタンド圧延装置でもまたうまく作成できる。使用される圧延スタンドの数は、一部は各スタンドで減少させるパーセントと最終の全厚さに依存する。
【００６８】
圧延スタンドは、材料を還元雰囲気に維持するガスチャンバ１５５５に囲まれた圧延ロールを含むが、材料は短い時間は空気中に曝され得る。ブリッジレトルト１５６０はスタンド間を跨ぎ、圧延ミルから圧延ミルへストリップが通過するときに過熱されたストリップを還元雰囲気に維持する。このようにせずに昇温された雰囲気に曝すと、表面が酸化されてしまう。圧延ロールは靱性のある硬い材料、高速度スティード、たとえばＨ１３またはタングステンカーバイドで作られる。圧延ロールは圧延される金属の圧着を最小限にするように選定される。圧延ロールは典型的には中空であり、かつ空冷、または水冷される。たとえば軸に保持されたシェル型ロールであり、水冷が可能である。
【００６９】
各圧延整流器は独立した制御が出来るようにそれ自体の回路中で作動する。一つの圧延スタンドから出て次のスタンドに入る際に材料の温度降下が観測され、整流器が温度降下を補うように加熱（たとえば電圧）を調整する。抵抗ならびに誘導加熱を用いた混成加熱システムもまた可能である。混成システムにおいて、第１圧延スタンドはアースを第１スタンドに行う従来の結合構成のように組立される。これに続く熱間圧延スタンドの間で材料を再加熱するのは高周波誘導装置によって行われる。線材／基材金属の組立体が第１圧延スタンドに目標とする温度で進入し、圧延荷重は目標圧延荷重まで増加される。各スタンドにおいて荷重測定セルが圧延荷重を監視する。各圧延スタンドが目標温度と圧延荷重に釣り合い、これに続く圧延ロールは連動される。
【００７０】
典型的には第１圧延スタンドのロール速度は作業者によって調整され、これに続くロール速度は前のロール速度の関数として設定される。材料の厚さが減少する際に、減少率はロールの速度差分に比例する。材料の薄板にかかる張力は圧延スタンド間の張力計１５７０によって監視され圧延速度は薄板張力の制御の必要性に従って調整される。しかしながら、速度ならびに厚さを監視する他の従来から使われている多数の方法を使用しても良い。張力制御は、加熱されたストリップがロールを薄い角度で通過する際のロールを使って達成される。装置が荷重をロードセルに伝える。ロードセルは制御装置にフィードバックし、これに従って張力を監視して圧延速度の調整を行う。
【００７１】
結合された物質は圧延スタンドから連続した結合ストリップ１５８０として排出され、スプール１５９０に巻き取られる。すり割りは別の工程で行われる。
【００７２】
本発明の教示する点を組込んだ種々の実施形態が本明細書に示され、説明されたが、同業者はこれらの教示点を組込んだ他の多くの変形実施形態をたやすく案出することが可能である。本明細書に取り上げられた全ての文献は参考文献として本明細書に組込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
本発明の種々の目的、特徴、および長所は以下の図面との結びつきを考慮すれば以下の詳細な発明の記述を参照することにより、より完全に理解することが出来る。図面では類似の要素には類似の参照番号が結びついている。以下の図面は図示することのみを目的とし、本発明を制限することは意図しておらず、本発明の範囲は続く請求項で明らかにされる。
【図１Ａ】本発明の一つ以上の実施形態による複合物質の特徴を図示した側面図である。
【図１Ｂ】１Ｂ−１Ｂ’で切った断面の斜視図である。
【図１Ｃ】すり割り前の断面図である。
【図２Ａ】本発明の一つ以上の実施形態による複合物質のすり割り前の断面図である。
【図２Ｂ】すり割後の断面図である。
【図２Ｃ】ナイフエッジに研がれた断面図である。
【図３Ａ】従来の溶接された物質の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一つ以上の実施形態による結合された物質の断面図で、結合の剪断線を示す。
【図４】本発明による複合金属物質の一つ以上の実施形態を断面図で表したもので、端部部材は、硬い切削工具金属とより柔軟性の高い保持金属が交互になった複数の層を有している。
【図５】本発明の一つ以上の実施形態による切削工具を表している。
【図６Ａ】本発明の一つ以上の実施形態による二つの異種金属が組合わされた複合材をあらわしたものであって、結合前を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａにつづくものであり、少なくとも一回の統一化ステップの前（矢印は圧力印加を示す）を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｂにつづくものであり、追加の統一化ステップ後を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｃにつづくものであり、結合領域の拡大図を示す図である。
【図７Ａ】本発明の一つ以上の実施形態において使用される、金属基材と凹みの種々の実施形態を断面で示したものである。
【図７Ｂ】本発明の一つ以上の実施形態において使用される、金属基材と凹みの種々の実施形態を断面で示したものである。
【図７Ｃ】本発明の一つ以上の実施形態において使用される、金属基材と凹みの種々の実施形態を断面で示したものである。
【図７Ｄ】本発明の一つ以上の実施形態において使用される、金属基材と凹みの種々の実施形態を断面で示したものである。
【図８Ａ】本発明の一つ以上の実施形態による二つの異種金属が組合わされた複合材をあらわしたものであって、結合前を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａにつづくものであり、少なくとも一回の統一化ステップの後を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｂにつづくものであり、追加の統一化ステップ後を示す図である。
【図９】本発明の一つ以上の実施形態による複合組立体を図示したものである。
【図１０Ａ】本発明の一つ以上の実施形態による複合物質、線材の使用と準備を図示したものである。
【図１０Ｂ】本発明の一つ以上の実施形態による複合物質、線材の使用と準備を図示したものである。
【図１０Ｃ】本発明の一つ以上の実施形態による複合物質、線材の使用と準備を図示したものである。
【図１０Ｄ】本発明の一つ以上の実施形態による複合物質、線材の使用と準備を図示したものである。
【図１１Ａ】本発明の一つの実施形態を図示したもので、金属基材の結合領域が中央部からずれているものである。
【図１１Ｂ】本発明の一つ以上の実施形態による、結合領域が中央部からずれている複合物質を作成する方法を図示したものである。
【図１２Ａ】本発明の実施形態を示しており、組合わされた雄と雌のロールを用いて複合物質の横方向の広がりを制約するためのものである。
【図１２Ｂ】図１２Ａ、Ｃと共に、本発明の実施形態を示したものである。
【図１２Ｃ】図１２Ａ、Ｂと共に、本発明の実施形態を示したものである。
【図１３Ａ】本発明のもう一つの実施形態を示しており、ずらしたタークスヘッドを用いて複合物質の横方向の広がりを制約するためのものである。
【図１３Ｂ】図１３Ａと共に、本発明のもう一つの実施形態を示したものである。
【図１４】本発明による複合物質製作のための多連スタンド圧延装置を図示したものである。
【符号の説明】
【００７４】
１００：物質、１１０：基材、１２６、１２６’：引き伸ばされた金属要素、１２８：端部部材、１２９、１２９’：相対立する面、１２５：テーパーの付いた端部、１４０：切削歯、切落とし線、３１０：溶接線、せん断線、３３０：せん断線、３４０：複合物質、４００：切刃、４２０：切削工具金属、４３０：保持金属部、４４０：最も内側の部分、金属部分、５００：複合組立体、５１０：金属基材、５２０，５２５：引き伸ばされた要素、線材、金属要素、５３０，５３５：凹み、５４５：複合組立体、５４８：結合領域、中央領域、５５８：結合された物質、複合金属物質、５７０：拡大結合領域、５７５：ロール、５８０：溝、６００：金属基材、６１０：凹み、６２０、６３０：プロフィル、７００：線材、７３０：鋼棒、７４０：耐摩耗性鋼線材、１０００：雄型、１００５：雌型、１０１０：隙間区域、１０２０：ロール端部、１０４０：ノッチ、１１００：長方形断面、１１１０：縁端部、１１２０：硬い金属、１１３０：柔らかい金属、１１７０：凹み、１１８０：縁線、１３００：線材、１３１０：溝、１３２０：ロール、１３３０：金属基材、１３４０：結合金属、１４００：接触弧、１４２０：ロール材料、１４３０：接触点、１４５０：タークスヘッドロール、１４７０：サイドロール、１５００：挿入線材、１５１０：金属基材、１５２０、１５３０：接点、１５４０：入口レトルト室、１５６０：ブリッジレトルト、１５７０：張力計
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１１Ａ】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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