(57)【要約】本発明は、異なる材料から成る工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とを備え、工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とが互いに対向しあう接合面（１４，１６）において可延性蝋材から成る接合層（１８’）を介して互いに物質拘束的に結合されている工具、例えば工作機械の工具に関する。十分に応力のない蝋付け結合部を得るため、本発明によれば、接合層（１８’）に、耐熱性があり且つ蝋材（３０）よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子が埋設されている。この場合、粉末粒子（３１）の密度は接合層（１８’）の厚さ方向に変化している。
2006502868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる材料から成る工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とを備え、工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とが互いに対向しあう接合面（１４，１６）において可延性蝋材から成る接合層（１８’）を介して互いに物質拘束的に結合されている工具において、
接合層（１８’）に、耐熱性があり且つ蝋材（３０）よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子が埋設されていることを特徴とする工具。
【請求項２】
粉末粒子（３１）の密度が接合層（１８’）の厚さ方向において変化していることを特徴とする、請求項１に記載の工具。
【請求項３】
接合層（１８’）がその層厚方向において変動性熱膨張係数を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の工具。
【請求項４】
工具シャンク（１０）が鋼から成り、有利には工具鋼から成っていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項５】
工具シャンクが４８０℃ないし６５０℃の範囲の相転移点を持つ肌焼き鋼から成っていることを特徴とする、請求項４に記載の工具。
【請求項６】
異なる材料から成る工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とを備え、工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とが互いに対向しあう接合面（１４，１６）において可延性蝋材から成る接合層（１８’）を介して互いに物質拘束的に結合されている工具において、
工具シャンクが４８０℃ないし６５０℃の範囲の相転移点を持つ肌焼き鋼から成っていることを特徴とする工具。
【請求項７】
工具シャンクが２％以下のクロムを含有する肌焼き鋼から成っていることを特徴とする、請求項５または６に記載の工具。
【請求項８】
工具シャンクが１６ＭｎＣｒ５鋼から成っていることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項９】
肌焼き鋼が少なくとも工具シャンクの外表面において浸炭または硝化されていることを特徴とする、請求項５から８までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１０】
切削ヘッドが硬金属系、サーメット系、セラミック系、またはＰＫＤ系の材料から成っていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１１】
接合層（１８’）内部での粉末粒子（３１）の密度が工具シャンク（１０）の側（３４）よりも切削ヘッド（１２）の側（３２）で高くなっていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１２】
接合層（１８’）が工具シャンク（１０）の側（３４）よりも切削ヘッド（１２）の側（３２）でより小さな熱膨張係数を有していることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１３】
粉末粒子（３１）の密度が接合層（１８’）の半径方向で変化していることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１４】
工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）の互いに対向しあっている接合面（１４，１６）が有利には互いに補完的に湾曲していることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１５】
切削ヘッド（１２）の接合面（１６）が凸状に湾曲していることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１６】
工具シャンク（１０）の接合面（１４）が凹状に湾曲していることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１７】
工具シャンク（１０）が有利にはねじ状に蛇行した少なくとも１つの削り屑搬送溝（２６）を有し、削り屑搬送溝（２６）が接合層（１８’）を切削ヘッド（１２）の方向に貫通していることを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１８】
工具シャンク（１０）が有利にはねじ状に蛇行した少なくとも１つの機能管路（２８）を有し、機能管路（２８）が接合層（１８’）を切削ヘッド（１２）の方向に貫通していることを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１９】
接合層（１８’）が銅系、銀系、コバルト系、またはこれらの合金から成る蝋材を含んでいることを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項２０】
接合層（１８’）の蝋材（３０）に埋設されている粉末粒子（３１）がタングステン系、モリブデン系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、またはその炭化物系の材料から成っていることを特徴とする、請求項１から１９までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項２１】
接合層（１８’）の厚さが粉末粒子（３１）の径の１０倍ないし１０００倍に相当していることを特徴とする、請求項１から２０までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項２２】
接合層（１８’）の厚さが０．１ｍｍないし２ｍｍであることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項２３】
予め成形した工具シャンク（１０）と有利にはブランクとして予め成形した切削ヘッド（１２）とを、蝋（１８）を溶融させ、次に冷却することにより、接合隙間の領域で互いに物質拘束的に結合させて接合層（１８’）を形成させるようにした、工具の製造方法において、
耐熱性の粉末粒子（３１）を埋設した蝋材（３０）から成る少なくとも１つの蝋付け板（１８）の形態で蝋を接合隙間のなかに挿入することを特徴とする方法。
【請求項２４】
粉末粒子の密度が蝋付け板の厚さ方向に変化しているような蝋付け板を接合隙間のなかに挿入することを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
粉末粒子の密度が異なっている複数の蝋付け板を接合隙間の中に挿入し、そこで互いに溶融させることを特徴とする、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
請求項２３から２５までのいずれか一つに記載の方法において、
ａ）工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とから成っている接合パートナーを接合温度へ加熱する工程と、
ｂ）加熱の前、または加熱している間、または加熱した後に少なくとも１つの蝋付け板（１８）を接合パートナー（１０，１２）の間の接合隙間のなかに挿入する工程と、
ｃ）接合温度に達したときに、接合パートナー（１０，１２）の互いに対向しあっている接合面（１４，１６）を溶融した蝋材（３０）で湿潤させる工程と、
ｄ）その後接合パートナーを室温へ冷却して複合材を形成させる工程と、
ｅ）次に複合材を室温で切削加工して接合領域をたとえば研削により同径にさせる工程と、
ｆ）このようにして準備した複合材を新たに接合温度以下のコーティング温度へ加熱し、この温度に所定時間保持し、その際有利には被覆材でコーティングする工程と、
ｇ）その後複合材を室温へ冷却して仕上げ品を形成させる工程と、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２７】
蝋材のなかの粉末粒子（３１）の軸線方向密度分布を、仕上げ品において実質的に応力のない接合ゾーンが形成されるように選定することを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
炭素鋼または表面を浸炭させた肌焼き鋼から成っている工具シャンク（１０）の組織を、接合パートナーの高速冷却時に硬化させ、次の焼き戻し工程および／またはコーティング工程で焼き戻して応力を除去させることを特徴とする、請求項２３から２７までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項２９】
接合パートナー（１０，１２）を加熱する前に蝋付け板（１８）を固形状態で接合パートナーの一方と結合させ、有利には嵌合または焼結させることを特徴とする、請求項２３から２８までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項３０】
耐熱性があり且つ蝋材よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子を埋設した可延性蝋材から成っている蝋付け板。
【請求項３１】
粉末粒子（３１）の密度が板厚方向に変化していることを特徴とする、請求項３０に記載の蝋付け板。
【請求項３２】
粉末粒子の密度が板半径方向に変化していることを特徴とする、請求項３０または３１に記載の蝋付け板。
【請求項３３】
銅系、銀系、コバルト系、またはこれらの合金から成る蝋材を含んでいることを特徴とする、請求項３０から３２までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３４】
蝋材（３０）に埋設された粉末粒子（３１）がタングステン系、モリブデン系、鉄系、コバルト系、ニッケル系またはその炭化物から成る材料から構成されていることを特徴とする、請求項３０から３３までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３５】
少なくとも１つの凹状の縁繰り抜き部（３８）によって中断されている凸状の輪郭（３６）を有していることを特徴とする、請求項３０から３４までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３６】
互いに対向する側に配置される２つの凹状の縁繰り抜き部（３８）が設けられていることを特徴とする、請求項３５に記載の蝋付け板。
【請求項３７】
少なくとも１つの穴（４４）を有していることを特徴とする、請求項３０から３６までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３８】
立体的な成形部材として構成されていることを特徴とする、請求項３０から３７までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３９】
成形部材が穴（４２’，４４）と繰り抜き部（４２）と溝とによって形成される機能構造を有していることを特徴とする、請求項３８に記載の蝋付け板。
【請求項４０】
互いに面平行な２つの接合面（３２，３４）を有していることを特徴とする、請求項３０から３９までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項４１】
互いに逆の側にある接合面（３２，３４）が凸状および／または凹状に湾曲していることを特徴とする、請求項３０から４０までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項４２】
接合面（３２，３４）が隆起部および／または凹部により形成された表面構造を有していることを特徴とする、請求項３０から４１までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる材料から成る工具シャンクと切削ヘッドとを備え、工具シャンクと切削ヘッドとが互いに対向しあう接合面において可延性蝋材から成る接合層を介して互いに物質拘束的に結合されている工具、例えば工作機械の工具に関するものである。
さらに本発明は、この種の工具を製造するための方法、およびこの種の工具の製造に適した蝋付け板にも関わる。
【背景技術】
【０００２】
ドリルロッドを製造する場合、工具シャンクと切削ヘッドとをたとえば切削或いは非切削方式で異なる材料から別個に製造し、互いに対向しあう接合面において互いに蝋付けさせることが知られている（特許文献１）。蝋付け部を形成する場合の主な問題は、結合されるべき材料の熱膨張係数が異なっていることである。すなわち、冷却過程時に蝋付け部の領域に応力が発生し、この応力が工具の耐荷重性を低下させ。クラックを形成させることである。
【０００３】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許公開第１９８５６９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の公知の工具を改善して、蝋付け過程後の冷却時に接合領域に生じる内部応力を低減もしくは除去できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するため、請求項１，１８，２５に記載された構成を提案する。本発明の有利な構成および他の構成は従属項から明らかである。
【０００６】
本発明による解決手段は、接合層がその層厚方向において、使用する蝋材に比べて熱膨張係数が小さいという思想に基づいている。接合層においてシャンク側とヘッド側とで隣接の材料に適合した熱膨張係数が得られることを目的としたものである。この目的を達成するため、本発明は、接合層に、耐熱性があり且つ蝋材よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子が埋設されていることを提案するものである。変動性熱膨張係数は、粉末粒子の密度が接合層の厚さ方向において変化していることにより得ることができる。
【０００７】
本発明の有利な構成によれば、工具シャンクが鋼から成り、有利には工具鋼から成っている。他方工具シャンクは硬金属系、サーメット系、セラミック系、ＰＫＤ系、または窒化硼素系の材料から成っている。接合層は銅系、銀系、コバルト系、またはこれらの合金から成り、他方接合層の蝋材の中に埋設される粉末粒子はタングステン系、モリブデン系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、またはその炭化物系の材料から成っている。接合層の厚さは粉末粒子の径の複数倍ある必要があり、有利には１０倍ないし１０００倍に相当しているのがよい。接合層自身の厚さは０．１ｍｍないし２ｍｍであるのが合目的である。
【０００８】
上記構成に対しては、粉末粒子の密度が工具シャンクの側よりも切削ヘッドの側で高くなっているのが有利である。
【０００９】
切削ヘッドと工具シャンクとの互いに対向しあっている接合面は互いに面平行に形成されているのが有利である。しかしながら、接合応力を低減させるには、工具シャンクと切削ヘッドの互いに対向しあっている接合面が互いに補完的に湾曲しているのが有利であることが明らかになった。特に有利なのは、切削ヘッドの接合面が凸状に湾曲し、工具シャンクの接合面が凹状に湾曲していることである。このように構成すると、硬金属と蝋との間に発生して接合面が面平行な場合にはクラックを生じさせる応力を低減させることができる。この構成とは択一的に、接合面が溝、突起、凹部、隆起部の形態の構造を有していてもよい。このような構成により、応力を分解させてモーメントの伝達を改善させるような機械的領域と形状拘束性とが得られる。
【００１０】
本発明の他の有利な構成によれば、工具シャンクは有利にはねじ状に蛇行した少なくとも１つの削り屑搬送溝を有し、削り屑搬送溝は接合層を切削ヘッドの方向に貫通している。さらに、本発明によれば、工具シャンクは有利にはねじ状に蛇行した少なくとも１つの機能管路を有し、機能管路はが接合層を切削ヘッドの方向に貫通している。機能管路は、主に、冷却潤滑材をして工具シャンクを貫流させて切削ヘッドの刃先へ誘導するために設けられたものである。他の適用例のために、基本的には、粉末粒子の密度が接合層の半径方向に変化していてもよい。これは、特に、蝋付け板が構造的な理由で不均一性を持っている場合、たとえば心合わせ手段として非溶融性のコアを有している場合に有利である。
【００１１】
工具を製造する場合、本発明によれば、予め成形した工具シャンクと有利にはブランクとして予め成形した切削ヘッドとを、蝋を溶融させ、次に冷却することにより、接合隙間の領域で互いに物質拘束的に結合させて接合層を形成させる。この場合、本発明は、耐熱性の粉末粒子を埋設した蝋材から成る少なくとも１つの蝋付け板の形態で蝋を、有利には層厚方向で変動する密度で、接合隙間のなかに挿入することを提案する。この場合基本的には、蝋付け板を予め接合パートナーの一方に固定させ、たとえば焼結させることも可能である。接合層内での密度の変動性は、粉末粒子の密度が異なっている複数の蝋付け板を接合隙間の中に挿入し、そこで互いに溶融させることによって達成できる。
【００１２】
本発明による蝋付け結合部を形成させる方法の工程は以下のステップを含んでいるのが合目的である。
ａ）工具シャンクと切削ヘッドとから成っている接合パートナーを少なくとも接合温度へ加熱する工程。
ｂ）加熱の前、または加熱している間、または加熱した後に少なくとも１つの蝋付け板を接合パートナーの間の接合隙間のなかに挿入する工程。
ｃ）接合温度に達したときに、接合パートナーの互いに対向しあっている接合面を溶融した蝋材で湿潤させる工程。
ｄ）その後接合パートナーを室温へ冷却して複合材を形成させる工程。
ｅ）次に複合材を有利には室温で切削加工して接合領域をたとえば研削により同径にさせる工程。
ｆ）このようにして準備した複合材を新たに接合温度以下のコーティング温度へ加熱し、この温度に所定時間保持し、その際有利には被覆材でコーティングする工程。
ｇ）その後複合材を室温へ冷却して仕上げ品を形成させる工程。
【００１３】
蝋材のなかの粉末粒子の軸線方向密度分布は、仕上げ品において実質的に応力のない接合ゾーンが形成されるように選定する。表面を浸炭させた肌焼き鋼から成っている工具シャンクは、接合パートナーの焼入れ時に硬化させ、次のコーティング工程で焼き戻して応力を除去させる。接合パートナーを加熱する前に蝋付け板を固形状態で接合パートナーの一方と結合させ、有利には嵌合または焼結させるのが有利である。
【００１４】
接合部を形成させるために使用する蝋付け板は、本発明によれば、可延性蝋材から成り、このなかに耐熱性があり且つ蝋材よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子が埋設されている。粉末粒子の密度は板厚方向に変化しているのが有利である。この場合変動密度は粉末粒子の密度が異なっている複数個の蝋付け板により生じさせることができる。特定の使用例に対しては、粉末粒子の密度が板半径方向で変化しているような蝋付け板を使用することも可能である。
【００１５】
蝋付け板は銅系、銀系、コバルト系、またはこれらの合金から成り、他方蝋材に埋設される粉末粒子はタングステン系、モリブデン系、鉄系、コバルト系、ニッケル系またはその炭化物から成る材料から構成されているのが合目的である。
【００１６】
本発明の他の有利な構成によれば、蝋付け板は接合パートナーの接触部位に適合した凸状の縁輪郭を有し、この縁輪郭は削り屑溝を貫通させるための少なくとも１つの凹状の縁繰り抜き部により中断されている。互いに対向する側に配置される２つの凹状の縁繰り抜き部が設けられているのが有利である。さらに蝋付け板は少なくとも１つの穴を有し、この穴は接合パートナーに設けた機能管路と整列している。接合パートナーを平坦でない接触面と結合させるため、蝋付け板は対応的な外側輪郭と、場合によっては横管路または破断部を形成させた立体的な成形部材として構成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１と図２に図示した工具、例えば工作機械の工具は、実質的に工具シャンク１０と切削ヘッド１２とから成っている。工具シャンク１０と切削ヘッド１２とは、互いに対向しあっている接合面１４，１６において、工具シャンクおよび切削ヘッドよりも可延性のある蝋材から成る蝋付け板１８により互いに物質拘束的に結合（蝋付け）される。図１ａないし図１ｃに図示した実施形態は穿孔工具として形成されており、他方図２ａと図２ｂに図示した実施形態はリーマとして形成されている。
【００１８】
図１ａないし図１ｃの実施形態では、工具シャンク１０は２つの削り屑搬送溝２０を有している。削り屑搬送溝２０はその側部において、螺旋状に湾曲した２つの背面部（リブ）２２により画成されている。さらに工具シャンクには横断面が三角形の２つの機能管路２４が設けられている。機能管路２２はリブ２２と同じピッチで螺旋状に湾曲し、リブ２２に沿って延在している。有利には肌焼き鋼から成っている工具シャンク１０は半製品であり、その削り屑搬送溝２０と機能管路２４とは回転混練により管状のブランクに成形される（前記特許文献１を参照）。ブランクは肌焼き鋼から成っているのが合目的であり、その相転移点は４８０℃ないし６５０℃の範囲内にある。このため炭素を２％以下含んだ肌焼き鋼、有利には１６ＭｎＣｒ鋼を使用するのが好ましい。この種の材料はその可延性のために混練方法でクラックなしに成形することができる。次にこの材料を浸炭により外側のみを表面硬化させるか、或いは外側と内側とを表面硬化させる。これにより硬度と壁横断面との間に所定の関係が得られ、その結果穿孔工具本体は硬化状態で硬い表面領域と堅牢な内側領域とを有するようになる。この硬い表面領域と堅牢な内側領域とは、硬化領域にクラックが生じた場合に、クラックが穿孔工具の内部へ進行するのを阻止する用を成す。これにより破断の危険が減少し、穿孔工具の耐荷重性が向上する。これとは選択的に、穿孔工具を硝酸塩処理により硬化させてもよい。高い相転移点は後の蝋付け過程に対しても有利である。というのは、冷却時の相転移には体積の増大が伴い、この堆積の増大が蝋材との接合部位における何らかの応力を低減させるので、接合部位におけるクラックの形成が阻止されるからである。このような性質にとって重要なことは、肌焼き鋼にクロム成分が比較的少ないことである。
【００１９】
切削ヘッド１２は成形部品として有利には硬金属、サーメット、セラミックス、或いは多結晶ダイヤモンドから形成されている。切削ヘッド１２も削り屑搬送溝２６と機能管路２８とを有しており、削り屑搬送溝２６と機能管路２８とは工具シャンク１０の削り屑搬送溝２０または機能管路２４と連通している。
【００２０】
図２のリーマでは、工具シャンク１０はリーマヘッドとして構成された切削ヘッド１２と蝋付け板１８により物質拘束的に結合（蝋付け）されている。機能管路２４，２８はそれぞれ工具シャンク１０と切削ヘッド１２の中心部に配置されている。
【００２１】
工具シャンク１０と切削ヘッド１２とは異なる材料から成っているため、異なる熱膨張係数を有している。熱膨張は蝋付けの際に接合層１８’と接合面１４，１６の境界領域とに発生して内部応力が生じ、この内部応力が工具の耐荷重性を低下させ、クラックを形成させることがある。これを回避するため、蝋付け板１８は銅または銀から成る可延性の蝋材３０から構成され、蝋材３０のなかには、接合温度で溶融しない耐熱性の素材であって蝋材３０よりも熱膨張係数が小さな前記素材から成る粉末粒子３１が埋設されている。粉末粒子３１は蝋材３０によって完全に被覆され、溶融時に蝋材により湿潤する。粉末粒子３１を設ける目的は、蝋材の熱膨張係数を両接合パートナー（工具シャンク１０と切削ヘッド１２）に対して適合させるためである。粉末粒子３１の密度は蝋付け板１８または接合層１８’の厚さ方向において変化している。図示した実施形態の場合、粉末粒子３１の密度は工具シャンク１０の側３４よりも切削ヘッド１２の側３２のほうが高くなっている。蝋材３０に埋設された粉末粒子はタングステン系、モリブデン系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、或いはその炭化物系の素材から成っていることができる。
【００２２】
図１ａないし図１ｃに図示した実施形態では、蝋付け板１８は接合面１４，１６の輪郭に適合した凸状の外側輪郭３６を有している。凸状の外側輪郭３６は凹状の２つの縁繰り抜き部３８により中断されている。縁繰り抜き部３８は隣接している接合パートナー１０，１２に設けた削り屑搬送溝２０に対応している。さらに蝋付け板１８はこの部分に三角形の輪郭の２つの破断部４０を有している。破断部４０の配置位置と形状とは工具シャンク１０に設けた機能管路２４のそれに対応している。図２の実施形態では、蝋付け板１８の中心部に破断部１４が設けられ、この破断部１４を介して工具シャンク１０の機能管路２４とリーマヘッド１２の機能管路２８とが接合過程後に連通する。
【００２３】
蝋付け過程の際、蝋付け板１８は工具シャンク１０の接合面１４と切削ヘッド１２の接合面１６との間に挿入する。次に当該部品を蝋材の溶融温度へ加熱して互いに結合させ、接合層１８’を形成させる。
【００２４】
蝋付け過程の際と次のコーティング過程の際とに両接合パートナー１０，１２の熱膨張の相違により生じるサイズ変化を図４に工程図で概略的に示した。図４はそれぞれ鋼から成っている工具シャンク１０を左側に、硬金属から成っている切削ヘッド１２を右側に図示した側面図で、その右側に工具シャンク１０が平面図で示してある。両接合パートナー１０，１２の接合ゾーン１８”は図を簡単にするために隙間１８”で示唆した。この隙間１８”は蝋付け板１８（図４ａ）または接合層１８’（図４ｂないし図４ｇ）を含んでいる。接合パートナーのサイズ変化（長さと径）は図４においてはわかりやすくするために誇張して図示してある。
【００２５】
図４ａの出発点では、接合パートナー１０，１２は同じ大きさの筒状部材として図示してある。１１００℃の接合温度へ加熱すると（銅蝋材）、両筒体は熱膨張率が異なっているために異なる熱膨張を示す。部材１０（鋼）は部材１２（硬金属）よりも大きく熱膨張する。両部材はまだ結合していないので、加熱のために接合領域に内部応力は生じない。１１００℃の接合温度に達すると（図４ｃ）、蝋材は溶融流動状態になる。拡大した両筒体はこの温度で物質拘束結合するが、応力はまだ発生していない。室温へ冷却すると（図４ｄ）、蝋材は硬化し、他方両部材１０，１２には縮径が生じる。さらに、鋼の内部でより迅速に冷えた領域には、格子ひずみの増大と体積膨張との関連で新たに新硬化ゾーン１０’が形成される。冷却状態で部材を切削加工して仕上げる（図４ｅ）。この場合両部材を同じ径に切削する。工具および切削材に対しては、結合後部材をチタン、窒化チタン、窒化硼素、或いは窒化アルミニウム等の高硬度の材料でコーティングすることが必要である。このため工具を約５００℃のコーティング温度へ加熱する（図４ｆ）。コーティング材は真空中でコーティング温度で工具の上に蒸着する。この場合、温度をある程度の時間にわたって一定に保持させる。温度が高くなると鋼の内部に組織変化が生じ、新硬化ゾーン１０’での硬化が退行する。同時に鋼に体積減少が生じる（図４ｇ）。次に冷却すると、部材１０は新硬化ゾーン１０’の領域で蝋付け過程直後よりも小さな外径を有するようになる。このとき、接合領域に内部応力が発生する危険がある。この内部応力は、本発明によれば、図３に概略的に示した接合層１８’内での粉末密度変化により回避することができる。すなわち蝋付け板１８はその可延性および熱膨張に関し、コーティング作業状態で（図４ｇ）接合層１８’およびこれに隣接している接合面１４，１６の領域に応力がほとんど存在しないように構成されねばならない。中間状態では、応力が発生した場合に蝋材はその可延性および位置的に異なる熱膨張によりこれを吸収する必要がある。
【００２６】
図５ａないし図６に示すように、蝋付け板１８は管路を形成する繰り抜き部４２または穴４４を形成させた成形部材として構成することもできる。図５ａと図５ｂの場合には、互いに補完的な２つの蝋付け板１８が設けられ、その縁開口繰り抜き部４２は蝋付け過程後に補完されて閉じた半径方向管路４２’を形成する。
【００２７】
図６の場合には、蝋付け板１８は円錐状の中央部分４６と傾斜穴４４とを有する三次元的な（立体的な）成形部材として構成されている。このため接合パートナー１０，１２の接合面１４，１６は隣接している蝋付け板１８の外側円錐部４６または内側円錐部４６’に整合していなければならない。この場合円錐状の中央部分４６，４６’には心合わせ機能以外に方向調整機能も加わり、熱膨張率可変性蝋付け板を適正な方向性で使用することを保証している。
【００２８】
図１と図２に図示した実施形態の場合、接合パートナー１０，１２の接合面１４，１６は互いに平行な平面として構成されている。実験が示したところによると、接合パートナーとして特に硬金属体を使用すると、接合応力に起因したクラックが生じることがある。この不具合な接合応力は、互いに対向する接合面を凸状および／または凹状に湾曲させることにより減少もしくは回避させることができる。図７の実施形態では、有利には硬金属から成っている切削体の接合面１６は凸状に湾曲しており、工具シャンク１０の接合面１４は凹状に湾曲している。この場合蝋付け板１８はその接合パートナー側の側面３２，３４に、これに対して補完的な湾曲部を有している。説明のため、当該湾曲部は図７では誇張して示してある。
【００２９】
以上を要約すると以下のようになる。本発明は、異なる材料から成る工具シャンク１０と切削ヘッド１２とを備え、工具シャンク１０と切削ヘッド１２とが互いに対向しあう接合面１４，１６において可延性蝋材から成る接合層１８’を介して互いに物質拘束的に結合されている工具、例えば工作機械の工具に関する。十分に応力のない蝋付け結合部を得るため、本発明によれば、接合層１８’に、耐熱性があり且つ蝋材３０よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子が埋設されている。この場合、粉末粒子３１の密度は接合層１８’の厚さ方向に変化している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１ａ−ｂ】穿孔工具の一部を２つの異なる分解斜視図で示した図である。
【図１ｃ】穿孔工具の完成状態の斜視図である。
【図２ａ−ｂ】リーマの完成状態の分解斜視図である。
【図３】図１と図２の工具の蝋付け板の部分拡大断面図である。
【図４ａ−ｇ】工具の接合パートナーの熱膨張を説明するために蝋付け工程およびコーティング工程時の種々のステップを示す説明図である。
【図５ａ−ｂ】蝋付け工程前の２つの補完的な蝋付け板の実施形態を示すである。
【図５ｃ】蝋付け工程後に互いに結合された２つの蝋付け板を示す図である。
【図６】成形部材として形成された蝋付け板の斜視図である。
【図７】湾曲した接合面を備えた工具の一部分の分解斜視図である。
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月29日(2004.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる材料から成る工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とを備え、工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とが互いに対向しあう接合面（１４，１６）において可延性蝋材から成る接合層（１８’）を介して互いに物質拘束的に結合されている工具であって、接合層（１８’）に、耐熱性があり且つ蝋材（３０）よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子が埋設されている前記工具において、
接合層（１８’）がその層厚方向において異なる熱膨張係数を有し、熱膨張係数は工具シャンク（１０）の側（３４）よりも切削ヘッド（１２）の側（３２）で小さいことを特徴とする工具。
【請求項２】
粉末粒子（３１）の密度が接合層（１８’）の厚さ方向において変化していることを特徴とする、請求項１に記載の工具。
【請求項３】
接合層（１８’）内部での粉末粒子（３１）の密度が工具シャンク（１０）の側（３４）よりも切削ヘッド（１２）の側（３２）で高くなっていることを特徴とする、請求項１または２に記載の工具。
【請求項４】
工具シャンク（１０）が鋼から成り、有利には工具鋼から成っていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項５】
工具シャンクが４８０℃ないし６５０℃の範囲の相転移点を持つ肌焼き鋼から成っていることを特徴とする、請求項４に記載の工具。
【請求項６】
工具シャンクが２％以下のクロムを含有する肌焼き鋼から成っていることを特徴とする、請求項５に記載の工具。
【請求項７】
工具シャンクが１６ＭｎＣｒ５鋼から成っていることを特徴とする、請求項５または６に記載の工具。
【請求項８】
肌焼き鋼が少なくとも工具シャンクの外表面において浸炭または硝化されていることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項９】
切削ヘッドが硬金属系、サーメット系、セラミック系、またはＰＫＤ系の材料から成っていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１０】
工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）の互いに対向しあっている接合面（１４，１６）が有利には互いに補完的に湾曲していることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１１】
切削ヘッド（１２）の接合面（１６）が凸状に湾曲していることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１２】
工具シャンク（１０）の接合面（１４）が凹状に湾曲していることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１３】
工具シャンク（１０）が有利にはねじ状に蛇行した少なくとも１つの削り屑搬送溝（２６）を有し、削り屑搬送溝（２６）が接合層（１８’）を切削ヘッド（１２）の方向に貫通していることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１４】
工具シャンク（１０）が有利にはねじ状に蛇行した少なくとも１つの機能管路（２８）を有し、機能管路（２８）が接合層（１８’）を切削ヘッド（１２）の方向に貫通していることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１５】
接合層（１８’）が銅系、銀系、コバルト系、またはこれらの合金から成る蝋材を含んでいることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１６】
接合層（１８’）の蝋材（３０）に埋設されている粉末粒子（３１）がタングステン系、モリブデン系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、またはその炭化物系の材料から成っていることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１７】
接合層（１８’）の厚さが粉末粒子（３１）の径の１０倍ないし１０００倍に相当していることを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１８】
接合層（１８’）の厚さが０．１ｍｍないし２ｍｍであることを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか一つに記載の工具。
【請求項１９】
予め成形した工具シャンク（１０）と有利にはブランクとして予め成形した切削ヘッド（１２）とを、蝋（１８）を溶融させ、次に冷却することにより、接合隙間の領域で互いに物質拘束的に結合させて接合層（１８’）を形成させるようにした、工具の製造方法において、
耐熱性の粉末粒子（３１）を埋設した蝋材（３０）から成る少なくとも１つの蝋付け板（１８）の形態で蝋を接合隙間のなかに挿入すること、そこで蝋付け板を互いに溶融させることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、
ａ）工具シャンク（１０）と切削ヘッド（１２）とから成っている接合パートナーを接合温度へ加熱する工程と、
ｂ）加熱の前、または加熱している間、または加熱した後に少なくとも１つの蝋付け板（１８）を接合パートナー（１０，１２）の間の接合隙間のなかに挿入する工程と、
ｃ）接合温度に達したときに、接合パートナー（１０，１２）の互いに対向しあっている接合面（１４，１６）を溶融した蝋材（３０）で湿潤させる工程と、
ｄ）その後接合パートナーを室温へ冷却して複合材を形成させる工程と、
ｅ）次に複合材を室温で切削加工して接合領域をたとえば研削により同径にさせる工程と、
ｆ）このようにして準備した複合材を新たに接合温度以下のコーティング温度へ加熱し、この温度に所定時間保持し、その際有利には被覆材でコーティングする工程と、
ｇ）その後複合材を室温へ冷却して仕上げ品を形成させる工程と、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２１】
蝋材のなかの粉末粒子（３１）の軸線方向密度分布を、仕上げ品において実質的に応力のない接合ゾーンが形成されるように選定することを特徴とする、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
炭素鋼または表面を浸炭させた肌焼き鋼から成っている工具シャンク（１０）の組織を、接合パートナーの高速冷却時に硬化させ、次の焼き戻し工程および／またはコーティング工程で焼き戻して応力を除去させることを特徴とする、請求項１９から２１までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項２３】
接合パートナー（１０，１２）を加熱する前に蝋付け板（１８）を固形状態で接合パートナーの一方と結合させ、有利には嵌合または焼結させることを特徴とする、請求項１９から２２までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項２４】
耐熱性があり且つ蝋材よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子を埋設した可延性蝋材から成っている蝋付け板において、
粉末粒子（３１）の密度が板厚方向に変化していることを特徴とする、請求項３０に記載の蝋付け板。
【請求項２５】
粉末粒子の密度が板半径方向に変化していることを特徴とする、請求項２４に記載の蝋付け板。
【請求項２６】
立体的な成形部材として構成され、該成形部材が穴（４２’，４４）、繰り抜き部（４２）、または溝によって形成される機能構造を有していることを特徴とする、請求項２４または２５に記載の蝋付け板。
【請求項２７】
耐熱性があり且つ蝋材よりも熱膨張係数が小さな材料から成る粉末粒子を埋設した可延性蝋材から成っている蝋付け板において、
立体的な成形部材として構成され、該成形部材が穴（４２’，４４）、繰り抜き部（４２）、または溝によって形成される機能構造を有していることを特徴とする蝋付け板。
【請求項２８】
銅系、銀系、コバルト系、またはこれらの合金から成る蝋材を含んでいることを特徴とする、請求項２４から２７までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項２９】
蝋材（３０）に埋設された粉末粒子（３１）がタングステン系、モリブデン系、鉄系、コバルト系、ニッケル系またはその炭化物から成る材料から構成されていることを特徴とする、請求項２４から２８までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３０】
少なくとも１つの凹状の縁繰り抜き部（３８）によって中断されている凸状の輪郭（３６）を有していることを特徴とする、請求項２４から２９までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３１】
互いに対向する側に配置される２つの凹状の縁繰り抜き部（３８）が設けられていることを特徴とする、請求項３０に記載の蝋付け板。
【請求項３２】
少なくとも１つの穴（４４）を有していることを特徴とする、請求項２４から３１までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３３】
互いに面平行な２つの接合面（３２，３４）を有していることを特徴とする、請求項２４から３２までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３４】
互いに逆の側にある接合面（３２，３４）が凸状および／または凹状に湾曲していることを特徴とする、請求項２４から３３までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【請求項３５】
接合面（３２，３４）が隆起部および／または凹部により形成された表面構造を有していることを特徴とする、請求項２４から３４までのいずれか一つに記載の蝋付け板。
【国際調査報告】
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