(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの切削体（３，３’，３”）を有する切削工具（１，１’，１５）を製造する方法にして、
−切削工具（１，１’，１５）のベース体（２，１６）が切削体（３，３’，３”）の製造の間、動かされ、
−切削材料粒子（１２）を含有する物質（４）が上記動かされたベース体（２，１６）の担持表面（５，５’，５”）上に施与され、
−上記物質（４）が担持表面（５，５’，５”）上で溶融し、切削体（３，３’，３”）を形成するように固化して担持表面（５，５’，５”）と一体化する
ような方法において、
−上記担持表面（５’，５”）がベース体（２，１６）の移動方向（１０，１０’）で任意に多数の面区分（１７’，１７”）に分割可能であること、及び
−少なくとも夫々の面区分（１７’，１７”）上に施与された物質（４）の凝固時間の間は、担持表面の面区分（１７’，１７”）の表面垂線（２６）と重力方向（Ｇ）とが共同で角度（±ｗ）を囲むように、各面区分（１７’，１７”）が、少なくともその上に施与された上記物質（４）の凝固時間の間に重力方向（Ｇ）と反対方向に動き、上記角度（±ｗ）に９０°≧ｗ≧６０°が当てはまること
を特徴とする方法。
【請求項２】
ベース体（２）の並進動作（１０）を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ベース体（１６）の回転動作（１０’）を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
金属粉末（１４）と切削材料粒子（１２）とを含有する物質（４）が担持表面（５’，５”）上に施与され溶融することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
切削材料粒子（１２）がダイヤモンド粒子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
上記物質（４）が担持表面（５’，５”）上に射出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
上記物質（４）がレーザビーム（９）のエネルギーによって担持表面（５’，５”）上で溶融されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
切削体（３’，３”）が鋳造、特に型鋳造にしたがって製作されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の前提部分の構成要件を備えた切削工具を製造するための方法に関する。
切削工具の製造のために、金属に接合されたダイヤモンド層から当該工具の切削体を作ることが知られている。これは例えば予め施与されたダイヤモンド粒子に金属をめっきすること又は粉末冶金によって実施される。このように製作された切削体はその後に鑞付け又はレーザビーム溶接によって工具のベース体と一体化される。これら公知の方法の欠点は、切削工具を製造するのが複雑でコスト高であり、それに対応して高い労働コストを伴うことにある。
単一段階でのレーザビームコーティングを用いることで費用を抑えた切削工具の製造法が実施される。この製造プロセスにおいて、切削材料を含有した層又は切削体はそれぞれ単一の操作で作られ、工具の金属ベース体と一体化される。この操作の間、工具のベース体は水平に、即ち、重力の方向に対し横向きに動かされる。切削材料、例えばダイヤモンド粒子を含有する物質が、その後に切削体を担持することとなる上記動かされる工具ベース体の表面に施与される。加熱装置が担持表面に熱エネルギーをかける。これは溶融浴が形成される場所であり、上記物質がそこに供給され、溶解される。この製造プロセスの欠点は、重力に抗して溶融浴中で切削材料粒子が浮かぶことにある。上記物質の個々の成分で固有密度が大きく相違する結果として、製造プロセスの間でこの溶融物の滞留時間が長くなりすぎると、切削材料粒子は切削体溶融浴内を移る。結果的に、切削体の高さにわたって得られるべき連続的な切削品質にとって必要とされる、切削体の塊（ボリューム）内での切削材料粒子の均一な分布とならない。切削材料の集中が担持表面から垂直に遠くに離れた切削体の外側に結果として生じる一方で、担持表面の方に向いた切削体の部分が外見上切削材料を含まない。切削材料の浮遊と切削体の全高に沿っての切削材料の不規則な分布とは、凝固時間を減らすことによってほぼ２ｍｍ幅と３ｍｍ高さまでの切削体外形の場合に部分的に抑制可能であるが；それよりも大きな寸法の切削体外形の場合には、切削材料の不規則な分布が工具ベース体の送り速度や物質塊の流れ速度のようなパラメータの変更によっても阻止することができない。
切削工具の製造中に切削体内で切削材料粒子を均一に分布させ、切削材料を含有する物質を上記工具のベース体上に施与することを確実にすることが本発明の目的である。この目的は請求項１の構成要件の組み合わせによって達成される。
本発明によれば、工具ベース体の移動方向に見られる担持表面の個々の面区分は、夫々の面区分に施与された物質の凝固時間の間、切削材料の粒子の重力方向と反対の方向に動かされる。理論上、担持表面は工具ベース体の移動方向に沿って任意に多数の微小な面区分に分割可能である。或る量の物質がそれらの面区分の各々に連続的に施与され、そこで溶融する。本発明によれば、当該量の物質を施与されたそのような面区分が、少なくとも当該量の物質の溶融とこの量の溶融物の固化の間の期間で、即ち、少なくとも凝固時間の間に重力方向と反対の方向に動かされる。言い換えれば、担持表面の経過にかかわりなく、上記物質は常に重力方向に抗して動かされる担持表面の面区分に施与され、そこで切削体の成分としてはたらく。幾らかの量の物質を施与された担持表面の面区分の上記した移動方向のために、切削材料の粒子の浮遊が常に既に固化した先立つ面区分において起こる。したがって切削体のこれら固化した面区分は担持表面にその後に施与された切削材料の粒子の更なる浮遊に対する自然のバリアを構成し、追加的な実行を必要としない。
切削材料粒子のこの浮遊によって、切削体の製作される間、物質溶融物の微小な面区分が切削体の縦方向に一列に並び、全てが同じ粒子浮遊の動きを有するので、製作される切削体の縦方向での切削材料粒子の所望の均一分布がもたらされる。切削体の全高に沿って切削材料粒子の在来の浮遊は、切削体の製作の間の担持表面の配置と変位のために、完全に回避される。
切削体が本発明にしたがって製作され、その塊くまなくで切削材料の本質的に均一な分布が達成される。相当に改善された機能を有するこの切削体は、単に在来の製造装置に対して動く工具ベース体の変更された位置のみが切削体の製作にとり必要であるので、在来の装置によって低コストで製作可能である。この位置は、重力方向に抗して動く担持表面の面区分上にのみ切削材料含有物質が施与されるような位置である。製造装置内でのコンポーネントの、即ち、器具の相互の位置は全く変わらずそのままであってもよい。したがって、切削体での切削材料の規則的な分布が、コストと材料に関して何らの追加的要求なしに、可能である。
本発明は、どのような切削材料塊でも切削材料の均一な分布を保証する。これは、平坦な担持表面にとっても並びに表面逃がし部を備えたり横断面にて湾曲するように、とくにシリンダ状ジャケットのセグメントのようにデザインされた担持表面にとっても真実である。単に工具ベース体の案内のみは、少なくとも施与された物質溶融物の凝固時間の間、担持表面の各面区分が重力方向と反対の方向に動くようになっていなければならない。
切削材料は例えばＣＢＮ、ダイヤモンド又はＳｉＣなどである。
切削体内での切削材料粒子の特に良好な規則的分布のために、担持表面の個々の面区分各々は、少なくともそれらに割り当てられた物質溶融物の凝固時間の間、重力方向に正確に平行に配され、その移動方向は同じく少なくともこの凝固時間の間、重力方向に平行に配される。しかしながら多くの場合、切削材料粒子の十分に規則的な分布は、担持表面の夫々の面区分又はその移動方向が凝固時間の間に重力方向に対し鋭角に配されるときに、既に得られている。十分な切削材料分布のために、少なくとも割り当てられた物質溶融物の凝固時間の間の重力方向と面区分の表面垂線とによって囲まれた角度は、約６０°から９０°の範囲である。理想的なケースは９０°で、これは平坦な担持表面で実行することが特に容易である。
とりわけ平坦な担持表面の場合、工具ベース体の並進（平行移動又は直動）動作又は工具ベース体のための並進駆動は、切削体の均一な全高と得られるべき切削体の規則的な分布（請求項２）にとって好適である。このようにして、通例の平坦亜担持表面を有した砥石も同じく本発明に係る方法によって製作可能である。
請求項３に係る工具ベース体の回転動作が、円弧乃至円形デザインの横断面形状での工具ベース体にとって重視され、その担持表面は横断面的に円弧の形状で延在する。この場合、円弧の微小な面区分の各々は、それぞれの面区分で物質溶融物の凝固（設定）の間、重力方向にほぼ平行に延在する。請求項３のやり方の結果として、鋸ブレードも同じく本発明に係る方法によって製作可能である。
請求項４によれば、切削材料含有物質は金属粉末（例えば銅粉末）と切削材料粒子の混合物である。この混合物は工具ベース体上の固化した切削体の良好な付着力を保証する。更にこの混合物はシングルコーティングパスにおける、即ち、担持表面上に物質を施与する単一のパスにおける切削体の製造を助ける。
請求項５は、実施に成功した切削材料粒子としてダイヤモンドを提案する。これによって、一定の良好な切削の実施を伴いながらの切削体の特に長い寿命を達成する。
好適な実施形態として、上記物質が担持表面に射出され（請求項６）、あるいは担持表面の方へ向いた供給ノズルを用いて担持表面に射出される。このやり方によって、或る量の物質が担持表面の連関する面区分に集中する。したがって使用されない量の物質が減る。これによって、切削体の製造コストと切削工具全体の製造コストが減る。更に、上記物質の粒子による担持表面の圧力下の作動は、切削体の機械的に安定した構造と当該切削体の工具ベース体への付着力とを改善する。
請求項７は、担持表面に作用し物質溶融物を生じるレーザビームのエネルギーを提案する。これは十分な焦点サイズで担持表面を照射するレーザである。とりわけ、加熱装置はソリッドレーザ（ＹＡＧレーザ）である。好都合にこの加熱装置は外部から購入できる市販の部品として比較的低い価格で得ることが可能である。このようにして切削工具の製造コストが限定可能である。
工具ベース体とその担持表面を囲んだ鋳造型を用いることによって、予め定められた形態の切削体が製造工学の点から正確で且つ容易に製造可能である（請求項８）。固化する物質溶融物の要求されるどのような立方形形態も、この鋳造型を用いることによって厳密に保持可能であり、所望の長さの切削体が製造可能であり、固化された切削体の縦方向に沿った当該切削体の所望の形状と所望の形態寸法からの逸脱がない。型鋳造と型とはBROCKHAUS NATURWISSENSCHAFTEN UND TECHNIK、ヴィースバーデン（WIESBADEN、ドイツHessen州の首都）、１９８３年、ＩＳＢＮ ３-７６５３-０３５７-７、第２巻２０４頁及び第３巻８４頁から公知である。鋳造型は鋳鉄、鋼から作られる。同じく銅乃至タングステンの型も本発明に係る切削工具の製造に好適である。
本発明の詳細は図面に関連した例示的な実施態様の以下の記載から明らかとなろう。ここで、
図１は、重力方向に対し横向きに駆動される工具ベース体を備えた切削工具の製造のための従来装置の詳細の側面図である；
図２は、図１のII-II線での、固化された従来の切削体の拡大断面図である；
図３は、本発明に係る工具ベース体が重力と逆向きに駆動される、面区分毎に示された切削工具の製造のための装置の側面図である；
図４は、図３の断面線IV-IVでの、本発明にしたがって作られた切削体の拡大断面図である；
図５は、本発明にしたがって製造された切削工具の第２実施態様の側面図である；
図６は、図５における矢印VIの方向にしたがう、切削工具の製造のために用いられる装置と切削工具の部分的な断面平面図である。
図１に係る切削工具は、金属表面の研削のための砥石１である。当該砥石は実質的に立方形の金属支持細片２と当該細片に支持される研削体としての少なくとも１つの切削体３と備えてなっている。その初期状態において、切削体３は金属支持細片２の平坦な担持表面５上に切削材料含有金属物質４として施与されている。このために切削材料含有物質４が気圧作動する供給ノズル６によって担持表面５に射出される。そのレーザヘッド８と集束レンズ系によって、レーザ７が同時にレーザビーム９を発し、そのエネルギーがレーザビーム９と支持表面５の交互作用域に射出され乃至吹き付けられた物質４の粒子を溶融し、溶融浴を形成し、そこへ物質４が供給されそこで溶解する。同時に物質４の粒子がレーザビーム９によって溶融されると同様に担持表面５に付着する。このようにして物質４は担持表面５と一体化され、切削体３を構成するように固まる。
図１の砥石１は、重力方向Ｇに対し直角に配された移動方向１０に駆動される。移動方向１０に平行な微少な切削体の縦方向１１に配された当該切削体面区分は、物質４の溶融後に或る凝固時間（セッティング時間）を有する。この凝固時間の間、物質４に含まれる切削材料粒子１２は、重力方向Ｇに抗して浮遊する。重力方向Ｇに対し直角に延在する移動方向１０のために、上記粒子１２は切削体３の担持表面と反対側の切削エッジ１３の方向に切削体３の全高に沿って浮遊する。切削工具の従来の製造によって、切削材料の粒子１２が切削エッジ１３の近傍に分離され又は集中する一方で、金属マトリックス１４を形成する金属粉末の他の成分は切削材料の粒子１２を著しく少ない数で含むか又は全く粒子１２を含まない（図２）。
本発明にしたがう切削工具の製造において、製造装置自体のデザインは図１に係る従来技術に比べて変わらないままである（図３、図５、図６）。切削工具の他の実施形態のように砥石１’の切削体３’（図３）の、及び鋸ブレード１５の切削体３”（図５）の本発明に係る製造は、重力方向Ｇに対する製造装置の、及び移動方向１０，１０’の図１に比べて変更された相対配置によってもっぱら得られる。図３で、砥石１’の支持細片２と担持表面５とは重力方向Ｇに抗して移動方向１０において駆動装置（図示せず）によって並行移動的に前進される。この場合には移動方向１０は重力方向Ｇに平行に配されるが、他の実施形態ではまた、重力方向（Ｇ）とで最大で約３０°の鋭角を囲むようになっていてもよい。図５で、鋸ブレード１５の金属支持ブレード１６は駆動装置（図示せず）によって移動方向１０’において回転するように前進される。当該支持ブレード１６は横断面で円形であり、工具のベース体として作用する。支持細片２の平坦な担持表面５’の場合において並びに支持ブレード２のシリンダ（柱体）状ジャケットの形状をした担持表面５”の場合において、切削材料を含有する物質４は常に、重力方向Ｇにほぼ平行に延在する微小な面区分１７’又は１７”に施与され、固められる。当該面区分１７’乃至１７”の表面垂線（法線）２６と重力方向Ｇとはほぼ９０°の角度ｗを囲む。レーザビームの軸線１９の上方に面区分１７’と１７”を配置する（−ｗに対応する）か下方に配置する（＋ｗに対応する）かによる他の実施形態で、角度ｗは９０°＞ｗ≧６０°になる。面区分１７’又は１７”に配される切削材料の粒子１２は常にほぼ切削体の縦方向１１乃至１１’に浮かぶ。これによって切削体３’乃至３”の全高にわたって金属マトリックス１４（図４）内で粒子１２の均一な分布が生じる。切削材料の粒子１２は好ましくはダイヤモンド粒子である。
平坦な担持表面５とシリンダ状ジャケットの形状をした担持表面５’とは切削体３’又は３”の本発明に係る製造の単なる例示である。当然ながら担持表面の他の横断面形状も、本発明に係る切削工具の製造にとって可能である。工具ベース体と担持表面のすべてのデザインにとって、少なくとも面区分が重力方向Ｇに抗して動かされ、切削材料の物質４のその連関する部分が固化プロセスにあることが本質であり、これはこの固化の典型である切削材料の粒子１２の浮遊を伴う。
切削体３’，３”の製造のために、レーザ７が加熱装置として用いられ、供給ノズル６が供給装置として用いられる。供給ノズル６の開口１８は担持表面５’乃至５”の方に向けられる。レーザ７のレーザビーム９も同様に担持表面５’乃至５”の方に向けられる。この場合、レーザビーム軸線１９は重力方向Ｇに対して横向きに且つ照射された担持表面面区分１７’乃至１７”に対してほぼ垂直に延在する。供給ノズル６の縦方向に延在するノズル軸線２０とレーザビーム軸線１９とは鋭角を囲み、この鋭角の頂点（アングルポイント）２１は切削体３’乃至３”の塊（ボリューム）内にあって、担持表面５’乃至５”から間隔をおいている。
切削体３’や３”を製造する間、レーザビーム９によって照射されるのは、重力方向Ｇに平行に延在する面区分１７’や１７”のほぼ領域である。切削材料を含有する物質４がレーザビーム９と面区分１７’や１７”の相互作用の帯域に吹き込まれ、あるいは射出される。レーザビーム９の十分なエネルギー密度（パワーデンシティ）が与えられる場合（例えば５×１０3Ｗ／ｃｍ2）、面区分１７’や１７”に付着する物質４の粒子は相互作用のこの帯域で溶融し、金属溶融浴を形成し、供給された物質４がこの中に導入され、そこで溶融する。溶融浴の固化プロセスの間、面区分１７’や１７”は重力方向Ｇにほぼ平行に延び、その結果、切削材料の粒子１２が切削体の縦方向１１や１１’でのみ浮遊する。
保証されるべき切削体３’や３”を構成するように固まる溶融浴の立方形形態のために、砥石１’や鋸ブレード１５はそれぞれ矩形横断面の型２２によって、あるいは円形横断面の型２２’によって囲まれる。事態を簡単化するために図３及び図５は型２２及び２２’の半分のみを示す。当該型は支持細片２の２つの対向する横面２３又は支持ブレード１６の２つの横面２３’の側面を固め、切削材料を含有する物質４の供給側方２４の方向で担持表面５’や５”を越えて出っ張る。型２２及び２２’は、供給側方２４を担持表面５’及び５”に合わせ図６での注ぎ込み凹み２５として称される凹みを画定する。物質４がこの凹みを通して担持表面５’，５”に適用される。
参照番号のリスト
１，１’                砥石
２                      支持細片
３，３’，３”          切削体
４                      切削材料含有物質
５，５’，５”          担持表面
６                      供給ノズル
７                      レーザ
８                      レーザヘッド
９                      レーザビーム
１０，１０’            移動方向
１１，１１’            切削体の縦方向
１２                    切削材料粒子
１３                    切削エッジ
１４                    金属マトリックス
１５                    鋸ブレード
１６                    支持ブレード
１７，１７’，１７”    面区分
１８                    ノズル開口
１９                    レーザビーム軸線
２０                    ノズル軸線
２１                    頂点（アングルポイント）
２２，２２’            型
２３，２３’            横面
２４                    供給側方
２５                    注ぎ込み凹み
２６                    表面垂線
Ｇ                      重力方向
ｗ                      角度
【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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