ロウ付けｃＢＮ工具
【課題】 裏打板との接合強度の高い超高圧焼結体を提供する。
【解決手段】 切刃を有するｃＢＮ焼結体５の下面に接合した裏打板４を超硬合金製の台金２の所定位置にロウ付け７接合したロウ付けｃＢＮ工具１において、裏打板４のｃＢＮ焼結体５側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、裏打板４のロウ材７側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とするロウ付けｃＢＮ工具１である。
【解決手段】 切刃を有するｃＢＮ焼結体５の下面に接合した裏打板４を超硬合金製の台金２の所定位置にロウ付け７接合したロウ付けｃＢＮ工具１において、裏打板４のｃＢＮ焼結体５側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、裏打板４のロウ材７側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とするロウ付けｃＢＮ工具１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超硬合金製の台金の所定位置にロウ材を介してｃＢＮ焼結体をロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｃＢＮ焼結体を工具として用いる場合、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金製の裏打板上にｃＢＮ焼結体の原料粉末を載置して超高圧焼成により０．５〜２．０ｍｍ程度の厚みを持つｃＢＮ焼結体の工具素材（ブランク）を作製し、これを所定の形状に切り出して超硬合金製の台金の刃先部分にロウ付けする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
かかるｃＢＮ焼結体が好適に用いられる焼入れ鋼の切削加工では、加工面粗度を平滑化することが重視される精密加工や刃先の突発欠損が発生しない安定加工が求められ、そのためにｃＢＮ原料粉末の粒径を小さくしてｃＢＮ焼結体中のｃＢＮ粒子を微粒化することが試みられている。そして、このようにｃＢＮ原料粉末を微粒化すると焼結時の収縮が大きくなるが、超高圧焼成では加圧圧力が局所的に不均一であることから焼成時にｃＢＮ焼結体中にマイクロクラックが発生してしまい、このマイクロクラックを起点として切削加工時にｃＢＮ工具が欠損するという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献２では、平均粒径が２μｍ未満のｃＢＮ粒子のｃＢＮ焼結体からなる切刃部を超硬合金製の台金にロウ付けする際に、台金の表面に粒径が２μｍより大きいｃＢＮ粉末と焼結助剤粉末との混合物を敷き、その上に平均粒径２μｍ未満のｃＢＮ原料粉末を含む成形体を載置して超高圧焼結して、ｃＢＮ焼結体製の切刃部と超硬合金製の台金との間に平均粒径２〜１０μｍのｃＢＮ粒子からなる中間部を形成したロウ付けｃＢＮ工具が開示され、台金の超硬合金中のＣｏが多量にｃＢＮ焼結体側に溶浸して両者の界面に脆いＣｏ化合物が生成することを抑制し、切刃部の欠けやチッピングの発生を抑制できることが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−３００９６号公報
【特許文献２】特開平４−６３６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載されるように、平均粒径２μｍ未満のｃＢＮ焼結体製の切刃部と超硬合金製の台金との間に平均粒径２〜１０μｍのｃＢＮ粒子からなるｃＢＮ焼結体製の中間部を形成したロウ付けｃＢＮ工具では、Ｃｏの溶浸はないので界面に脆いＣｏ化合物が生成されることはないものの、超硬合金製台金ごと超高圧焼成する必要があることから不経済であり、かつ焼成時の熱収縮差が大きくて切刃部と中間部との界面に大きな歪みが生じてしまい、過酷な切削条件では剥離や欠損が発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消し、ｃＢＮ焼結体製の切刃部と超硬合金製の台金との接合強度の高いロウ付けｃＢＮ工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のロウ付けｃＢＮ工具は、切刃を有するｃＢＮ焼結体の下面に接合した裏打板を超硬合金製の台金の所定位置にロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具において、前記裏打板の前記ｃＢＮ焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、該裏打板の前記ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他のロウ付けｃＢＮ工具は、切刃を有するｃＢＮ焼結体からなる繊維状の芯材の周囲を硬質焼結体にて結合したｃＢＮ複合焼結体の下面に接合した裏打板を超硬合金製の台金の所定位置にロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具において、前記裏打板の前記ｃＢＮ複合焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、該裏打板の前記ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記構成において、前記台金が、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合している超硬合金からなることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ｃＢＮ焼結体、またはｃＢＮ焼結体からなる繊維状の芯材の周囲を硬質焼結体にて結合したｃＢＮ複合焼結体と前記ロウ材との間に配設する超硬合金製の裏打板として、ｃＢＮ焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなる構成とすることによって、ｃＢＮ焼結体およびｃＢＮ複合焼結体と裏打板との界面において超高圧焼成時に発生する残留応力を吸収することができてｃＢＮ焼結体およびｃＢＮ複合焼結体と裏打板との界面にクラックが発生することを抑制できるとともに、超高圧焼成における加圧圧力ムラによってもｃＢＮ焼結体またはｃＢＮ複合焼結体にクラックが発生することなく安定した工具性能を発揮する。
【００１１】
ここで、台金が、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合している超硬合金からなることが、台金の塑性変形を抑制できるとともに、ロウ材との密着力が高い点で望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のロウ付けｃＢＮ工具の一実施態様について図面を基に詳細に説明する。
【００１３】
図１、２はそれぞれｃＢＮ焼結体とｃＢＮ複合焼結体を切刃部に用いた切削工具を示し、図１、２（ａ）は概略斜視図、図１、２（ｂ）は部分断面図である。
【００１４】
図１、２の切削工具１、２１は、平板状をなし、台金２の角部に形成された取付座３には、裏打板４、２４とｃＢＮ焼結体５またはｃＢＮ複合焼結体２５とが一体化された切刃チップ６、２６がロウ材７にて台金２にロウ付けされている。また、この切削工具１、２１によれば、すくい面８、２８と横逃げ面９、２９との交差稜線部に切刃１０、３０が構成されている。さらに、切削工具１、２１の中央部には、バイトなどの工具に取り付けるためのクランプねじ等が挿通される取付孔１１が形成されている。すなわち、切刃チップ６、２６はｃＢＮ焼結体５またはｃＢＮ複合焼結体２５を超硬合金からなる裏打板４、２４の表面に接合したものである。
【００１５】
ここで、図３にｃＢＮ焼結体５およびｃＢＮ複合焼結体２５とロウ材７との間に配設する裏打板４、２４の構成を示す。裏打板４、２４をなす超硬合金３１、３６は、ＷＣ粒子３２を鉄族金属３３で結合した構成からなる。そして、図３によれば、裏打板４、２４のｃＢＮ焼結体５およびｃＢＮ複合焼結体２５側（以下、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａと称す。）は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子３４が全ＷＣ粒子３２の５０面積％以上を含む（以下、この比率を丸いＷＣ粒子３４の比率と称す。）ＷＣ粒子３２を鉄族金属３３の１２〜３０面積％で結合した超硬合金３１で構成されており（図３（ａ）参照）、裏打板４、２４のロウ材７側（以下、裏打板ロウ材側４ｂ、２４ｂと称す。）は丸いＷＣ粒子３４の比率が２０面積％以下のＷＣ粒子３２を鉄族金属３３の８〜３０面積％で結合した超硬合金３６で構成されている（図３（ｂ）参照）。
【００１６】
これによって、ｃＢＮ焼結体５と裏打板４との界面およびｃＢＮ複合焼結体２５と裏打板２４との界面において焼成収縮時および冷却時に発生する残留応力を吸収することによってこれらの界面にクラックが発生することを抑制できるとともに、超高圧焼成による加圧圧力ムラを低減して焼結ムラによるクラックの発生も抑制できる。
【００１７】
すなわち、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａにおいて丸いＷＣ粒子３４の比率が５０面積％未満であると、残留応力を吸収する働きが弱くてクラックの進展を抑制する効果がなく、切刃チップ６、２６のチッピングや剥離につながる。また、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａにおいて鉄族金属３３の含有比率が１２面積％よりも少ないと、ｃ裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａ付近の界面にＣｏ欠乏層が形成されてしまい、これらの界面からチッピングや剥離が発生するおそれがある。さらに、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａにおいて鉄族金属３３の含有比率が３０面積％よりも多いと、鉄族金属３３の拡散がｃＢＮ焼結体５およびｃＢＮ複合焼結体２５全体へ進行し、焼結体５、２５の耐摩耗性を低下させるという不具合がある。一方、裏打板４、２４のロウ材７側において丸いＷＣ粒子３４の比率が２０面積％より多い割合で存在すると超高圧焼成時の圧力ムラによって裏打板４、２４の変形が発生してしまい、鉄族金属３３の含有割合が８〜３０面積％から外れると熱膨張係数差による残留応力が大きくなり、裏打板４、２４内にクラックが発生する。
【００１８】
なお、本発明における超硬合金３１と３６中のＷＣ粒子３２の角部の曲率半径とは、図３に示すように、裏打板４、２４の逃げ面側の表面または逃げ面に平行な断面に位置する超硬合金３１、３６の走査型電子顕微鏡観察において、それぞれのＷＣ粒子３２を横切る線分のうち最も長い線分ＬがＷＣ粒子の外周両端部と交わる２点、すなわち２つの角部におけるそれぞれの曲率半径ｒを指し、超硬合金３１と３６におけるＷＣ粒子３２の角部の曲率半径を算出する際には、任意のＷＣ粒子５個の平均値で指す。
【００１９】
また、鉄族金属の好ましい含有量は、ｃＢＮ焼結体５の裏打板４においては１２〜２２面積％であり、ｃＢＮ複合焼結体２５の裏打板２４においては１８〜２８面積％である。
【００２０】
ここで、台金２は、丸いＷＣ粒子３４の比率が２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合している構成からなることが、台金２の塑性変形を抑制できるとともに、ロウ材７との密着力が高い点で望ましい。
【００２１】
また、ｃＢＮ複合焼結体２５は、図４（ａ）に示すような超高圧焼結体からなる繊維状の芯材５１単芯の周囲を硬質焼結体からなる被覆層５２にて結合した単芯繊維体５３ｓ、または図４（ｂ）に示すような超高圧焼結体からなる繊維状の芯材５１複数本の周囲を被覆層５２にて結合した多芯繊維体５３ｍを、例えば、図５（ａ）に示すように一方向に並べて整列させたものからなり、またそのシートを図５（ｂ）、（ｃ）に示すように複合繊維体５３の軸方向をシート間で任意の角度（例えば０°、４５°、９０°等）に変化させて積層することも可能である。さらに、図５（ｄ）のように、複合繊維体５３を断面方向にスライスしたものであってもよい。
【００２２】
繊維の配列方向は、図５（ａ）に示すように単層のシート状であってもよいが、単層のシートを厚み方向に複数層積層した多層の複合シートであることが超高圧複合焼結体１６中でより高い応力分散効果がある点で望ましい。また、本発明によれば、図５（ｃ）に示すように、多層シート状については、シート同士の向きが隣接するシート内の複合繊維体５３，５３の向きが異なるように積層することが望ましく、これによって切刃チップ２６の靭性をさらに高めることができる。繊維の配列方向のその他の例として、異方性をなくすために繊維体をランダムに混合して押し固めたランダムな配置であってもよい。
【００２３】
また、複合繊維体５３のサイズは、裏打板２４との密着性向上および工具２１としての耐欠損性を高めるために、芯材５１の直径が５〜３００μｍ、被覆層５２を含めた複合繊維体５３の１本の直径が６〜５００μｍであることが望ましい。
【００２４】
本発明において、ｃＢＮ焼結体５またはｃＢＮ複合焼結体２５中のｃＢＮ焼結体は、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）を５０面積％以上含有してなり、コバルト（Ｃｏ）を必須として、所望によりニッケル（Ｎｉ）を含有せしめた結合金属にて結合させた超高圧材料からなる。なお、ｃＢＮ焼結体材料中に適宜周期表４、５および６族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上からなる硬質粒子を含有することが、ｃＢＮ焼結体の焼結性を改善できる点で望ましい。
【００２５】
一方、芯材５１の周囲に存在して芯材５１を結合する被覆層５２をなす硬質焼結体は、周期表４、５および６族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群より選ばれる硬質粒子を結合金属にて結合した硬質焼結体または周期表４、５および６族金属、ＡｌおよびＳｉの酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物および硼化物からなる群より選ばれるセラミック粒子を焼結助剤にて結合したセラミックスにて構成される。
【００２６】
具体的には、被覆層５２を構成する材質としては、周期表４、５および６族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上の硬質粒子として、特に炭化タングステン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化クロムおよび炭化モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種、さらには炭化タングステン、炭化チタンまたは炭窒化チタンの群から選ばれる少なくとも１種を５０〜９７面積％を、コバルトを必須として所望によりニッケルを含有せしめた結合金属３〜５０面積％にて結合してなる硬質焼結体が好適に使用可能である。
【００２７】
ここで、被覆層５２が超硬合金からなる場合、ｃＢＮ複合焼結体２５と裏打板２４との密着性がさらに高い点で望ましい。また、被覆層５２としては芯材とは異なる組成のｃＢＮ焼結体であってもよい。
【００２８】
なお、本発明によれば、切削工具としてはソリッドタイプの工具であっても良いが、低コスト、製造の容易さ等の点で図１、２のようにスローアウェイ式の工具１，２１であることが望ましい。また、図１〜２では切削工具について例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、掘削工具や刃物等の他の工具への応用も可能である。
【００２９】
（製造方法）
次に、本発明のロウ付けｃＢＮ工具の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、超硬合金製の台金２および裏打板ロウ材側４ｂ、２４ｂを作製する。具体的には、平均粒径０．１〜１０μｍのＷＣ粉末と、平均粒径０．５〜１０μｍの少なくともＣｏを含有する鉄族金属粉末を５〜２０面積％、さらに必要に応じてＷ以外の周期表第４、５および６族金属の群から選ばれる少なくとも１種の炭化物、窒化物、炭窒化物を添加した混合粉末を調整する。次に、この混合粉末を所定の形状に成形し、１３５０〜１６００℃の温度域において０．５〜２時間焼成する。この際、窒化物およびまたは炭窒化物を添加して焼成の雰囲気を制御することもできる。その後、所望により研削加工を施して裏打板ロウ材側板状体４１を作製する。
【００３１】
また、平均粒径０．１〜５μｍのＷＣ粉末を所定量と、平均粒径０．１〜３μｍのＣｏ粉末を７〜２０質量％との割合で調合、混合して、裏打板ｃＢＮ側用混合粉末４２を準備する。
【００３２】
一方、ｃＢＮ焼結体５を用いる場合には、ｃＢＮ焼結体５を作製するための原料粉末を混合し、所定の成形した図６（ａ）のｃＢＮ成形体４０を作製する。他方、ｃＢＮ複合焼結体２５を用いる場合には、以下の方法により図６（ｂ）のｃＢＮ複合成形体６１を作製する。図７、図８は、図４の複合繊維体５３の製造方法を説明するための工程図である。
【００３３】
複合繊維体５３を作製するにあたり、まず、芯材用成形体５１ａを作製する。芯材用成形体５１ａを作製する方法は基本的には公知の粉末冶金法、つまり原料粉末と結合剤（バインダ）とを混合して成形する方法によって作製することができる。
【００３４】
具体的な方法として、まず、原料粉末として０．２〜３μｍの平均粒径を有するｃＢＮ原料粉末、平均粒径０．２〜３μｍの周期表第４、５および６族金属から選ばれる１種または２種以上の元素の炭化物粉末、窒化物粉末、および必要により平均粒径０．５〜５μｍのＡｌあるいは鉄族金属の内の少なくとも一種の原料粉末を特定の組成に秤量し粉砕混合する。この混合粉末を用いて芯材用成形体５１ａ形状に成形する。
【００３５】
一方、芯材用成形体５１ａとは異なる組成の被覆層をなす材料を前述したバインダとともに混錬してプレス成形、押出成形または鋳込み成形等の成形方法により半割円筒形状の２本の被覆層用成形体５２ａを作製し、この被覆層用成形体５２ａを芯材用成形体５１ａの外周を覆うように配置した成形体５３ａを作製する（図７（ｂ）および（ｃ）参照）。
【００３６】
そして、押出機１００を用いて芯材用成形体５１ａと被覆層用成形体５２ａとからなる上記成形体５３ａを共押出成形することにより、芯材用成形体５１ａの周囲に被覆層用成形体５２ａが被覆され、細い径に伸延された図４（ａ）のシングルタイプの単芯繊維体５３ｓを作製することができる（図７（ｄ）参照）。
【００３７】
また、複合繊維体５３の形成にあたり、図８に示すように、上記共押出した長尺状の単芯繊維体５３ｓを複数本集束した集束体５４を再度共押出成形することによって、図４（ｂ）に示すような繊維密度の高いマルチタイプの多芯繊維体５３ｍを作製することができる。なお、複合繊維体５３ｓ、５３ｍの断面は、円形のみならず、四角形、三角形でもよい。
【００３８】
そして、図５（ａ）〜（ｃ）に示したように、この長尺状の複合繊維体５３を２列〜１００列に整列させて型内で加熱加圧して複合シート５５を得て、所望によりさらにこの複合シート５５の複数枚を、隣接する複合シート５５、５５の複合繊維体５３同士の向きが異なる角度となるように複合シート５５を厚み方向に複数枚積層して多層構造の複合構造成形体５６を得る。また、この複合構造体を必要に応じ、図５（ｄ）に示すように、複合繊維体５３の断面方向に切断することもできる。または、複合繊維体５３を整列させずにランダムに配列することも可能である。
【００３９】
次に、単層の複合シート５５、多層の複合構造成形体５６を超硬合金製の裏打板２４上に載置して、３００〜７００℃、１０〜２００時間で昇温または保持させて脱バインダ処理を行ってｃＢＮ複合焼結体用成形体６１を作製する。
【００４０】
そして、図６（ａ）（ｂ）に示すように、裏打板４、２４のロウ材７側となる上記板状の超硬合金の表面に、ｃＢＮ複合焼結体２５側を形成するための混合粉末をプレス成形によって敷き詰めて、さらに、ｃＢＮ成形体４０または脱バインダ処理したｃＢＮ複合焼結体用成形体６１（複合構造成形体５５、５６）を載置した状態で超高圧装置内にセットして加圧圧力４〜６ＧＰａ、温度１２００〜１６００℃、時間１０〜３０分で焼成して一体化することにより裏打板４、２４と接合一体化する。その後、これを、ワイヤ放電加工機、切削、研磨等で切刃チップ形状に加工して切刃チップ６、２６を得る。
【００４１】
本発明によれば、裏打板ロウ材側４ｂ、２４ｂの超硬合金は無加圧状態で焼成されるためＷＣ粒子は粒成長によって角ばった形状となり、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａは超高圧状態で焼成されるためＷＣ粒子は角が丸い形状となる。
【００４２】
さらに、裏打板４、２４と上記ｃＢＮ焼結体５またはｃＢＮ複合焼結体２５とが一体化された切刃チップ６、２６を、台金２の角部に形成された取付座３に銀ロウ７などを用いてロウ付け接合する。また、所望により、得られた工具に対してＣＶＤ法やＰＶＤ法によって工具１、２１の表面にコーティング層を形成してもよい。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００４４】
裏打板のロウ材側をなす超硬合金を作製するために、ＷＣ原料粉末と、平均粒径０．８μｍの金属Ｃｏ原料粉末と、平均粒径１．５μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末を用いて表１に示す比率となるように調合・成形し、表１に示す条件で焼成した。そして、得られた超硬合金を片面のみ研削加工し、厚み３ｍｍの板状体とした。また、表１に示すｃＢＮ焼結体側の裏打板を作製するために、ＷＣ原料粉末と、平均粒径０．８μｍの金属Ｃｏ原料粉末と、平均粒径１．５μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末を用いて表１に示す割合の混合粉末を調整した。なお、ＷＣ原料粉末の平均粒径は後述する超高圧焼成後の裏打板が表１に示す平均粒径となるように調整した。
【００４５】
また、平均粒径０．５μｍのｃＢＮ原料粉末、平均粒径１．０μｍのＴｉＣ原料粉末、平均粒径１．０μｍのＴｉＮ原料粉末、平均粒径１．５μｍの金属Ａｌ原料粉末を用いて、焼結体の組成が表１に示す組成となるように調合し、この粉体を、アルミナ製ボールを用いてボールミルで１５時間混合した。この混合した粉体を圧力９８ＭＰａでプレス成形してｃＢＮ成形体を作製した。
【表１】
【００４６】
そして、上記超硬合金製の板状体を超高圧焼成用の冶具であるＭｏ製のカプセル中に挿入した状態で、超硬合金製の板状体の表面にｃＢＮ焼結体側の裏打板用の混合粉末を敷き詰め、プレス成形機を用いて０．０５ＭＰａ程度の低圧で混合粉末を加圧することによって混合粉末を平坦に均し、その上に上記ｃＢＮ成形体を載置した。
【００４７】
そして、このカプセルを超高圧焼成装置に配置し、５．５ＧＰａ、１４５０℃で２０分焼成し、ｃＢＮ焼結体と裏打板が一体化した焼結体を作製した。その後、この構造体の上下面のカプセルを研削除去し、さらに、作製したｃＢＮ焼結体に対してワイヤ放電加工によって所定の寸法に切り出し、図１に示されるようなＣＮＧＡ１２０４０８の形状の表３に示す超硬合金からなる台金の切り込み段部である取付座に銀ロウにてロウ付けを行ってスローアウェイチップ型の切削工具を作製した。そして、この切削工具の切刃に対してダイヤモンドホイールを用いて刃先処理（チャンファホーニング）を施した。
【００４８】
得られた切削工具の断面を走査型電子顕微鏡にて５０００倍の倍率で観察し、裏打板のｃＢＮ側とロウ材側それぞれの組織について、ＷＣ粒子の面積比率、曲率半径ｒが０．１μｍ以上であるＷＣ粒子の面積比率、結合相の面積比率を画像解析装置によって測定した。結果は表２に示した。また、得られた切削工具を用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表３に示した。
【００４９】
（切削条件）
切削方法：軽断続端面加工
被削材 ：ＳＣＭ４３５（浸炭焼入鋼：ＨＲＣ５８〜６２）、３個穴付き
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：肩切り込み０．２ｍｍ、深さ切り込み０．４ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：欠損するまで加工を実施し、欠損までの衝撃回数により優劣を判断した。また、衝撃回数３００回毎にチッピングなどの有無を顕微鏡にて確認した。
【表２】
【００５０】
【表３】
【００５１】
表１〜３より、裏打板として裏打板ロウ材側板状体のみを用い、裏打板全体の超硬合金において、丸いＷＣ粒子の比率５０面積％未満となった試料Ｎｏ．１２では、裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。また、試料Ｎｏ．１１は超高圧焼成条件によって裏打板ｃＢＮ側の超硬合金が過焼結になってしまい、裏打板ｃＢＮ側の超硬合金における丸いＷＣ粒子の比率が５０面積％未満となったが、これも裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。さらに、裏打板として裏打板ｃＢＮ側用混合粉末のみを用い、裏打板ロウ材側の超硬合金において、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％より多い試料Ｎｏ．１３では、超高圧焼成時に裏打板が変形してしまい切削試験においてもクラックが発生して早期に欠損した。また、鉄族金属量が１２面積％より少ない試料Ｎｏ．９では、切削時に裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。さらに、鉄族金属量が３０面積％より多い試料Ｎｏ．１０では、cＢＮ焼結体との熱膨張係数差が大きくなり、ロウ付け時にマイクロクラックが発生して、そのクラックをもとに早期に欠損した。
【００５２】
これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１〜６は、いずれも工具寿命が長いものであった。
【００５３】
実施例２
実施例１のｃＢＮ焼結体に代えて次のｃＢＮ複合焼結体を作製した。実施例１で用いた原料粉末を用いて焼結体中の芯材と被覆層の組成が表４となるように粉末を調合し、これに有機バインダとしてセルロース、ポリエチレングリコールを、溶剤としてポリビニルアルコールを総量で１００体積部加えて混錬して、実施例１と同じ形状の芯材用成形体と被覆層用成形体を作製し、芯材用成形体の外周を被覆層用成形体が覆うように配置して複合繊維体を作製した。
【００５４】
次に、上記複合繊維体を共押出して直径が１ｍｍの伸延された単芯繊維成形体を作製した後、この伸延された複合成形体１００本を集束して再度共押出成形し、直径が１ｍｍのマルチフィラメント構造の多芯繊維成形体を作製した。さらに、上記マルチフィラメント構造の複合繊維体を１００ｍｍの長さにカットし、並列に整列させてシート状とし、この複合シート３枚を図５（ｃ）のように積層して積層体を作製した。また、この積層体を３００〜７００℃まで１００時間で昇温することによって脱バインダ処理を行い、ｃＢＮ複合成形体（複合構造成形体５６）とした（試料Ｎｏ．１４〜２０）。
【００５５】
そして、このｃＢＮ複合成形体を用いて実施例１の試料Ｎｏ．６の裏打板ロウ材側用の超硬合金と表４の裏打板ｃＢＮ側用の超硬合金原料粉末を用いて実施例１と同様に超高圧焼結を行い、試料Ｎｏ．６の台金にロウ付けした後、研削加工を施してｃＢＮ複合焼結体を作製し、実施例１と同じ条件で切削評価を行った。結果は表５に示した。
【表４】
【００５６】
【表５】
【００５７】
表４、５の結果から明らかなとおり、裏打板として裏打板ロウ材側板状体のみを用い、裏打板ｃＢＮ側の超硬合金において、丸いＷＣ粒子の比率５０面積％未満となった試料Ｎｏ．２０では、裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。また、裏打板として裏打板ｃＢＮ側用混合粉末のみを用い、裏打板ロウ材側の超硬合金において、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％より多い試料Ｎｏ．１９では、超高圧焼成時に裏打板が変形してしまい切削試験においてもクラックが発生して早期に欠損した。さらに、鉄族金属量が１２面積％より少ない試料Ｎｏ．１８では、切削時に裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。
【００５８】
これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１４〜１７は、いずれも工具寿命が長いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のロウ付けｃＢＮ工具の一実施態様を示す（ａ）斜視図、（ｂ）切刃チップ付近の部分断面図である。
【図２】本発明のロウ付けｃＢＮ工具の他の実施態様を示す（ａ）斜視図、（ｂ）切刃チップ付近の部分断面図である。
【図３】図１、２の裏打板を構成する超硬合金について、（ａ）ｃＢＮ側、（ｂ）ロウ材側の組織を説明するための模式図である。
【図４】図２のｃＢＮ複合焼結体を構成する複合繊維体の構造を示し、（ａ）シングル構造の単芯繊維体、（ｂ）マルチフィラメント構造の多芯繊維体の一例を示す概略斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明にかかる超高圧（複合）構造焼結体中の複合繊維体の配置方法を説明するための図である。
【図６】ｃＢＮ焼結体を超高圧焼成する際の成形体の配置状態を説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明にかかる超高圧複合焼結構造体について、シングルタイプの単芯繊維成形体の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明にかかる超高圧複合焼結構造体について、マルチタイプの多芯繊維成形体の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、２１ 切削工具
２ 台金
３ 取り付け座
４、２４ 裏打板
５ ｃＢＮ焼結体
２５ ｃＢＮ複合焼結体
６、２６ 切刃チップ
７ ロウ材
８、２８ すくい面
９、２９ 逃げ面
１０、３０ 切刃
１１、３１ 取付孔
４０ ｃＢＮ成形体
４１ 裏打板ロウ材側板状体
４２ 裏打板ｃＢＮ側用混合粉末
５１ 芯材
５１ａ 芯材用成形体
５２ 被覆層
５２ａ 被覆層用成形体
５３ 複合繊維体
５３ａ 成形体
５３ｓ シングル構造単芯繊維体
５３ｍ マルチフィラメント構造多芯繊維体
５５ 複合シート
５６ 複合構造成形体
６１ ｃＢＮ複合焼結体用成形体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超硬合金製の台金の所定位置にロウ材を介してｃＢＮ焼結体をロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｃＢＮ焼結体を工具として用いる場合、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金製の裏打板上にｃＢＮ焼結体の原料粉末を載置して超高圧焼成により０．５〜２．０ｍｍ程度の厚みを持つｃＢＮ焼結体の工具素材（ブランク）を作製し、これを所定の形状に切り出して超硬合金製の台金の刃先部分にロウ付けする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
かかるｃＢＮ焼結体が好適に用いられる焼入れ鋼の切削加工では、加工面粗度を平滑化することが重視される精密加工や刃先の突発欠損が発生しない安定加工が求められ、そのためにｃＢＮ原料粉末の粒径を小さくしてｃＢＮ焼結体中のｃＢＮ粒子を微粒化することが試みられている。そして、このようにｃＢＮ原料粉末を微粒化すると焼結時の収縮が大きくなるが、超高圧焼成では加圧圧力が局所的に不均一であることから焼成時にｃＢＮ焼結体中にマイクロクラックが発生してしまい、このマイクロクラックを起点として切削加工時にｃＢＮ工具が欠損するという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献２では、平均粒径が２μｍ未満のｃＢＮ粒子のｃＢＮ焼結体からなる切刃部を超硬合金製の台金にロウ付けする際に、台金の表面に粒径が２μｍより大きいｃＢＮ粉末と焼結助剤粉末との混合物を敷き、その上に平均粒径２μｍ未満のｃＢＮ原料粉末を含む成形体を載置して超高圧焼結して、ｃＢＮ焼結体製の切刃部と超硬合金製の台金との間に平均粒径２〜１０μｍのｃＢＮ粒子からなる中間部を形成したロウ付けｃＢＮ工具が開示され、台金の超硬合金中のＣｏが多量にｃＢＮ焼結体側に溶浸して両者の界面に脆いＣｏ化合物が生成することを抑制し、切刃部の欠けやチッピングの発生を抑制できることが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−３００９６号公報
【特許文献２】特開平４−６３６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載されるように、平均粒径２μｍ未満のｃＢＮ焼結体製の切刃部と超硬合金製の台金との間に平均粒径２〜１０μｍのｃＢＮ粒子からなるｃＢＮ焼結体製の中間部を形成したロウ付けｃＢＮ工具では、Ｃｏの溶浸はないので界面に脆いＣｏ化合物が生成されることはないものの、超硬合金製台金ごと超高圧焼成する必要があることから不経済であり、かつ焼成時の熱収縮差が大きくて切刃部と中間部との界面に大きな歪みが生じてしまい、過酷な切削条件では剥離や欠損が発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消し、ｃＢＮ焼結体製の切刃部と超硬合金製の台金との接合強度の高いロウ付けｃＢＮ工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のロウ付けｃＢＮ工具は、切刃を有するｃＢＮ焼結体の下面に接合した裏打板を超硬合金製の台金の所定位置にロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具において、前記裏打板の前記ｃＢＮ焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、該裏打板の前記ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他のロウ付けｃＢＮ工具は、切刃を有するｃＢＮ焼結体からなる繊維状の芯材の周囲を硬質焼結体にて結合したｃＢＮ複合焼結体の下面に接合した裏打板を超硬合金製の台金の所定位置にロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具において、前記裏打板の前記ｃＢＮ複合焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、該裏打板の前記ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記構成において、前記台金が、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合している超硬合金からなることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ｃＢＮ焼結体、またはｃＢＮ焼結体からなる繊維状の芯材の周囲を硬質焼結体にて結合したｃＢＮ複合焼結体と前記ロウ材との間に配設する超硬合金製の裏打板として、ｃＢＮ焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなる構成とすることによって、ｃＢＮ焼結体およびｃＢＮ複合焼結体と裏打板との界面において超高圧焼成時に発生する残留応力を吸収することができてｃＢＮ焼結体およびｃＢＮ複合焼結体と裏打板との界面にクラックが発生することを抑制できるとともに、超高圧焼成における加圧圧力ムラによってもｃＢＮ焼結体またはｃＢＮ複合焼結体にクラックが発生することなく安定した工具性能を発揮する。
【００１１】
ここで、台金が、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合している超硬合金からなることが、台金の塑性変形を抑制できるとともに、ロウ材との密着力が高い点で望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のロウ付けｃＢＮ工具の一実施態様について図面を基に詳細に説明する。
【００１３】
図１、２はそれぞれｃＢＮ焼結体とｃＢＮ複合焼結体を切刃部に用いた切削工具を示し、図１、２（ａ）は概略斜視図、図１、２（ｂ）は部分断面図である。
【００１４】
図１、２の切削工具１、２１は、平板状をなし、台金２の角部に形成された取付座３には、裏打板４、２４とｃＢＮ焼結体５またはｃＢＮ複合焼結体２５とが一体化された切刃チップ６、２６がロウ材７にて台金２にロウ付けされている。また、この切削工具１、２１によれば、すくい面８、２８と横逃げ面９、２９との交差稜線部に切刃１０、３０が構成されている。さらに、切削工具１、２１の中央部には、バイトなどの工具に取り付けるためのクランプねじ等が挿通される取付孔１１が形成されている。すなわち、切刃チップ６、２６はｃＢＮ焼結体５またはｃＢＮ複合焼結体２５を超硬合金からなる裏打板４、２４の表面に接合したものである。
【００１５】
ここで、図３にｃＢＮ焼結体５およびｃＢＮ複合焼結体２５とロウ材７との間に配設する裏打板４、２４の構成を示す。裏打板４、２４をなす超硬合金３１、３６は、ＷＣ粒子３２を鉄族金属３３で結合した構成からなる。そして、図３によれば、裏打板４、２４のｃＢＮ焼結体５およびｃＢＮ複合焼結体２５側（以下、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａと称す。）は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子３４が全ＷＣ粒子３２の５０面積％以上を含む（以下、この比率を丸いＷＣ粒子３４の比率と称す。）ＷＣ粒子３２を鉄族金属３３の１２〜３０面積％で結合した超硬合金３１で構成されており（図３（ａ）参照）、裏打板４、２４のロウ材７側（以下、裏打板ロウ材側４ｂ、２４ｂと称す。）は丸いＷＣ粒子３４の比率が２０面積％以下のＷＣ粒子３２を鉄族金属３３の８〜３０面積％で結合した超硬合金３６で構成されている（図３（ｂ）参照）。
【００１６】
これによって、ｃＢＮ焼結体５と裏打板４との界面およびｃＢＮ複合焼結体２５と裏打板２４との界面において焼成収縮時および冷却時に発生する残留応力を吸収することによってこれらの界面にクラックが発生することを抑制できるとともに、超高圧焼成による加圧圧力ムラを低減して焼結ムラによるクラックの発生も抑制できる。
【００１７】
すなわち、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａにおいて丸いＷＣ粒子３４の比率が５０面積％未満であると、残留応力を吸収する働きが弱くてクラックの進展を抑制する効果がなく、切刃チップ６、２６のチッピングや剥離につながる。また、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａにおいて鉄族金属３３の含有比率が１２面積％よりも少ないと、ｃ裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａ付近の界面にＣｏ欠乏層が形成されてしまい、これらの界面からチッピングや剥離が発生するおそれがある。さらに、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａにおいて鉄族金属３３の含有比率が３０面積％よりも多いと、鉄族金属３３の拡散がｃＢＮ焼結体５およびｃＢＮ複合焼結体２５全体へ進行し、焼結体５、２５の耐摩耗性を低下させるという不具合がある。一方、裏打板４、２４のロウ材７側において丸いＷＣ粒子３４の比率が２０面積％より多い割合で存在すると超高圧焼成時の圧力ムラによって裏打板４、２４の変形が発生してしまい、鉄族金属３３の含有割合が８〜３０面積％から外れると熱膨張係数差による残留応力が大きくなり、裏打板４、２４内にクラックが発生する。
【００１８】
なお、本発明における超硬合金３１と３６中のＷＣ粒子３２の角部の曲率半径とは、図３に示すように、裏打板４、２４の逃げ面側の表面または逃げ面に平行な断面に位置する超硬合金３１、３６の走査型電子顕微鏡観察において、それぞれのＷＣ粒子３２を横切る線分のうち最も長い線分ＬがＷＣ粒子の外周両端部と交わる２点、すなわち２つの角部におけるそれぞれの曲率半径ｒを指し、超硬合金３１と３６におけるＷＣ粒子３２の角部の曲率半径を算出する際には、任意のＷＣ粒子５個の平均値で指す。
【００１９】
また、鉄族金属の好ましい含有量は、ｃＢＮ焼結体５の裏打板４においては１２〜２２面積％であり、ｃＢＮ複合焼結体２５の裏打板２４においては１８〜２８面積％である。
【００２０】
ここで、台金２は、丸いＷＣ粒子３４の比率が２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合している構成からなることが、台金２の塑性変形を抑制できるとともに、ロウ材７との密着力が高い点で望ましい。
【００２１】
また、ｃＢＮ複合焼結体２５は、図４（ａ）に示すような超高圧焼結体からなる繊維状の芯材５１単芯の周囲を硬質焼結体からなる被覆層５２にて結合した単芯繊維体５３ｓ、または図４（ｂ）に示すような超高圧焼結体からなる繊維状の芯材５１複数本の周囲を被覆層５２にて結合した多芯繊維体５３ｍを、例えば、図５（ａ）に示すように一方向に並べて整列させたものからなり、またそのシートを図５（ｂ）、（ｃ）に示すように複合繊維体５３の軸方向をシート間で任意の角度（例えば０°、４５°、９０°等）に変化させて積層することも可能である。さらに、図５（ｄ）のように、複合繊維体５３を断面方向にスライスしたものであってもよい。
【００２２】
繊維の配列方向は、図５（ａ）に示すように単層のシート状であってもよいが、単層のシートを厚み方向に複数層積層した多層の複合シートであることが超高圧複合焼結体１６中でより高い応力分散効果がある点で望ましい。また、本発明によれば、図５（ｃ）に示すように、多層シート状については、シート同士の向きが隣接するシート内の複合繊維体５３，５３の向きが異なるように積層することが望ましく、これによって切刃チップ２６の靭性をさらに高めることができる。繊維の配列方向のその他の例として、異方性をなくすために繊維体をランダムに混合して押し固めたランダムな配置であってもよい。
【００２３】
また、複合繊維体５３のサイズは、裏打板２４との密着性向上および工具２１としての耐欠損性を高めるために、芯材５１の直径が５〜３００μｍ、被覆層５２を含めた複合繊維体５３の１本の直径が６〜５００μｍであることが望ましい。
【００２４】
本発明において、ｃＢＮ焼結体５またはｃＢＮ複合焼結体２５中のｃＢＮ焼結体は、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）を５０面積％以上含有してなり、コバルト（Ｃｏ）を必須として、所望によりニッケル（Ｎｉ）を含有せしめた結合金属にて結合させた超高圧材料からなる。なお、ｃＢＮ焼結体材料中に適宜周期表４、５および６族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上からなる硬質粒子を含有することが、ｃＢＮ焼結体の焼結性を改善できる点で望ましい。
【００２５】
一方、芯材５１の周囲に存在して芯材５１を結合する被覆層５２をなす硬質焼結体は、周期表４、５および６族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群より選ばれる硬質粒子を結合金属にて結合した硬質焼結体または周期表４、５および６族金属、ＡｌおよびＳｉの酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物および硼化物からなる群より選ばれるセラミック粒子を焼結助剤にて結合したセラミックスにて構成される。
【００２６】
具体的には、被覆層５２を構成する材質としては、周期表４、５および６族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上の硬質粒子として、特に炭化タングステン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化クロムおよび炭化モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種、さらには炭化タングステン、炭化チタンまたは炭窒化チタンの群から選ばれる少なくとも１種を５０〜９７面積％を、コバルトを必須として所望によりニッケルを含有せしめた結合金属３〜５０面積％にて結合してなる硬質焼結体が好適に使用可能である。
【００２７】
ここで、被覆層５２が超硬合金からなる場合、ｃＢＮ複合焼結体２５と裏打板２４との密着性がさらに高い点で望ましい。また、被覆層５２としては芯材とは異なる組成のｃＢＮ焼結体であってもよい。
【００２８】
なお、本発明によれば、切削工具としてはソリッドタイプの工具であっても良いが、低コスト、製造の容易さ等の点で図１、２のようにスローアウェイ式の工具１，２１であることが望ましい。また、図１〜２では切削工具について例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、掘削工具や刃物等の他の工具への応用も可能である。
【００２９】
（製造方法）
次に、本発明のロウ付けｃＢＮ工具の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、超硬合金製の台金２および裏打板ロウ材側４ｂ、２４ｂを作製する。具体的には、平均粒径０．１〜１０μｍのＷＣ粉末と、平均粒径０．５〜１０μｍの少なくともＣｏを含有する鉄族金属粉末を５〜２０面積％、さらに必要に応じてＷ以外の周期表第４、５および６族金属の群から選ばれる少なくとも１種の炭化物、窒化物、炭窒化物を添加した混合粉末を調整する。次に、この混合粉末を所定の形状に成形し、１３５０〜１６００℃の温度域において０．５〜２時間焼成する。この際、窒化物およびまたは炭窒化物を添加して焼成の雰囲気を制御することもできる。その後、所望により研削加工を施して裏打板ロウ材側板状体４１を作製する。
【００３１】
また、平均粒径０．１〜５μｍのＷＣ粉末を所定量と、平均粒径０．１〜３μｍのＣｏ粉末を７〜２０質量％との割合で調合、混合して、裏打板ｃＢＮ側用混合粉末４２を準備する。
【００３２】
一方、ｃＢＮ焼結体５を用いる場合には、ｃＢＮ焼結体５を作製するための原料粉末を混合し、所定の成形した図６（ａ）のｃＢＮ成形体４０を作製する。他方、ｃＢＮ複合焼結体２５を用いる場合には、以下の方法により図６（ｂ）のｃＢＮ複合成形体６１を作製する。図７、図８は、図４の複合繊維体５３の製造方法を説明するための工程図である。
【００３３】
複合繊維体５３を作製するにあたり、まず、芯材用成形体５１ａを作製する。芯材用成形体５１ａを作製する方法は基本的には公知の粉末冶金法、つまり原料粉末と結合剤（バインダ）とを混合して成形する方法によって作製することができる。
【００３４】
具体的な方法として、まず、原料粉末として０．２〜３μｍの平均粒径を有するｃＢＮ原料粉末、平均粒径０．２〜３μｍの周期表第４、５および６族金属から選ばれる１種または２種以上の元素の炭化物粉末、窒化物粉末、および必要により平均粒径０．５〜５μｍのＡｌあるいは鉄族金属の内の少なくとも一種の原料粉末を特定の組成に秤量し粉砕混合する。この混合粉末を用いて芯材用成形体５１ａ形状に成形する。
【００３５】
一方、芯材用成形体５１ａとは異なる組成の被覆層をなす材料を前述したバインダとともに混錬してプレス成形、押出成形または鋳込み成形等の成形方法により半割円筒形状の２本の被覆層用成形体５２ａを作製し、この被覆層用成形体５２ａを芯材用成形体５１ａの外周を覆うように配置した成形体５３ａを作製する（図７（ｂ）および（ｃ）参照）。
【００３６】
そして、押出機１００を用いて芯材用成形体５１ａと被覆層用成形体５２ａとからなる上記成形体５３ａを共押出成形することにより、芯材用成形体５１ａの周囲に被覆層用成形体５２ａが被覆され、細い径に伸延された図４（ａ）のシングルタイプの単芯繊維体５３ｓを作製することができる（図７（ｄ）参照）。
【００３７】
また、複合繊維体５３の形成にあたり、図８に示すように、上記共押出した長尺状の単芯繊維体５３ｓを複数本集束した集束体５４を再度共押出成形することによって、図４（ｂ）に示すような繊維密度の高いマルチタイプの多芯繊維体５３ｍを作製することができる。なお、複合繊維体５３ｓ、５３ｍの断面は、円形のみならず、四角形、三角形でもよい。
【００３８】
そして、図５（ａ）〜（ｃ）に示したように、この長尺状の複合繊維体５３を２列〜１００列に整列させて型内で加熱加圧して複合シート５５を得て、所望によりさらにこの複合シート５５の複数枚を、隣接する複合シート５５、５５の複合繊維体５３同士の向きが異なる角度となるように複合シート５５を厚み方向に複数枚積層して多層構造の複合構造成形体５６を得る。また、この複合構造体を必要に応じ、図５（ｄ）に示すように、複合繊維体５３の断面方向に切断することもできる。または、複合繊維体５３を整列させずにランダムに配列することも可能である。
【００３９】
次に、単層の複合シート５５、多層の複合構造成形体５６を超硬合金製の裏打板２４上に載置して、３００〜７００℃、１０〜２００時間で昇温または保持させて脱バインダ処理を行ってｃＢＮ複合焼結体用成形体６１を作製する。
【００４０】
そして、図６（ａ）（ｂ）に示すように、裏打板４、２４のロウ材７側となる上記板状の超硬合金の表面に、ｃＢＮ複合焼結体２５側を形成するための混合粉末をプレス成形によって敷き詰めて、さらに、ｃＢＮ成形体４０または脱バインダ処理したｃＢＮ複合焼結体用成形体６１（複合構造成形体５５、５６）を載置した状態で超高圧装置内にセットして加圧圧力４〜６ＧＰａ、温度１２００〜１６００℃、時間１０〜３０分で焼成して一体化することにより裏打板４、２４と接合一体化する。その後、これを、ワイヤ放電加工機、切削、研磨等で切刃チップ形状に加工して切刃チップ６、２６を得る。
【００４１】
本発明によれば、裏打板ロウ材側４ｂ、２４ｂの超硬合金は無加圧状態で焼成されるためＷＣ粒子は粒成長によって角ばった形状となり、裏打板ｃＢＮ側４ａ、２４ａは超高圧状態で焼成されるためＷＣ粒子は角が丸い形状となる。
【００４２】
さらに、裏打板４、２４と上記ｃＢＮ焼結体５またはｃＢＮ複合焼結体２５とが一体化された切刃チップ６、２６を、台金２の角部に形成された取付座３に銀ロウ７などを用いてロウ付け接合する。また、所望により、得られた工具に対してＣＶＤ法やＰＶＤ法によって工具１、２１の表面にコーティング層を形成してもよい。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００４４】
裏打板のロウ材側をなす超硬合金を作製するために、ＷＣ原料粉末と、平均粒径０．８μｍの金属Ｃｏ原料粉末と、平均粒径１．５μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末を用いて表１に示す比率となるように調合・成形し、表１に示す条件で焼成した。そして、得られた超硬合金を片面のみ研削加工し、厚み３ｍｍの板状体とした。また、表１に示すｃＢＮ焼結体側の裏打板を作製するために、ＷＣ原料粉末と、平均粒径０．８μｍの金属Ｃｏ原料粉末と、平均粒径１．５μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末を用いて表１に示す割合の混合粉末を調整した。なお、ＷＣ原料粉末の平均粒径は後述する超高圧焼成後の裏打板が表１に示す平均粒径となるように調整した。
【００４５】
また、平均粒径０．５μｍのｃＢＮ原料粉末、平均粒径１．０μｍのＴｉＣ原料粉末、平均粒径１．０μｍのＴｉＮ原料粉末、平均粒径１．５μｍの金属Ａｌ原料粉末を用いて、焼結体の組成が表１に示す組成となるように調合し、この粉体を、アルミナ製ボールを用いてボールミルで１５時間混合した。この混合した粉体を圧力９８ＭＰａでプレス成形してｃＢＮ成形体を作製した。
【表１】
【００４６】
そして、上記超硬合金製の板状体を超高圧焼成用の冶具であるＭｏ製のカプセル中に挿入した状態で、超硬合金製の板状体の表面にｃＢＮ焼結体側の裏打板用の混合粉末を敷き詰め、プレス成形機を用いて０．０５ＭＰａ程度の低圧で混合粉末を加圧することによって混合粉末を平坦に均し、その上に上記ｃＢＮ成形体を載置した。
【００４７】
そして、このカプセルを超高圧焼成装置に配置し、５．５ＧＰａ、１４５０℃で２０分焼成し、ｃＢＮ焼結体と裏打板が一体化した焼結体を作製した。その後、この構造体の上下面のカプセルを研削除去し、さらに、作製したｃＢＮ焼結体に対してワイヤ放電加工によって所定の寸法に切り出し、図１に示されるようなＣＮＧＡ１２０４０８の形状の表３に示す超硬合金からなる台金の切り込み段部である取付座に銀ロウにてロウ付けを行ってスローアウェイチップ型の切削工具を作製した。そして、この切削工具の切刃に対してダイヤモンドホイールを用いて刃先処理（チャンファホーニング）を施した。
【００４８】
得られた切削工具の断面を走査型電子顕微鏡にて５０００倍の倍率で観察し、裏打板のｃＢＮ側とロウ材側それぞれの組織について、ＷＣ粒子の面積比率、曲率半径ｒが０．１μｍ以上であるＷＣ粒子の面積比率、結合相の面積比率を画像解析装置によって測定した。結果は表２に示した。また、得られた切削工具を用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表３に示した。
【００４９】
（切削条件）
切削方法：軽断続端面加工
被削材 ：ＳＣＭ４３５（浸炭焼入鋼：ＨＲＣ５８〜６２）、３個穴付き
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：肩切り込み０．２ｍｍ、深さ切り込み０．４ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：欠損するまで加工を実施し、欠損までの衝撃回数により優劣を判断した。また、衝撃回数３００回毎にチッピングなどの有無を顕微鏡にて確認した。
【表２】
【００５０】
【表３】
【００５１】
表１〜３より、裏打板として裏打板ロウ材側板状体のみを用い、裏打板全体の超硬合金において、丸いＷＣ粒子の比率５０面積％未満となった試料Ｎｏ．１２では、裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。また、試料Ｎｏ．１１は超高圧焼成条件によって裏打板ｃＢＮ側の超硬合金が過焼結になってしまい、裏打板ｃＢＮ側の超硬合金における丸いＷＣ粒子の比率が５０面積％未満となったが、これも裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。さらに、裏打板として裏打板ｃＢＮ側用混合粉末のみを用い、裏打板ロウ材側の超硬合金において、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％より多い試料Ｎｏ．１３では、超高圧焼成時に裏打板が変形してしまい切削試験においてもクラックが発生して早期に欠損した。また、鉄族金属量が１２面積％より少ない試料Ｎｏ．９では、切削時に裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。さらに、鉄族金属量が３０面積％より多い試料Ｎｏ．１０では、cＢＮ焼結体との熱膨張係数差が大きくなり、ロウ付け時にマイクロクラックが発生して、そのクラックをもとに早期に欠損した。
【００５２】
これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１〜６は、いずれも工具寿命が長いものであった。
【００５３】
実施例２
実施例１のｃＢＮ焼結体に代えて次のｃＢＮ複合焼結体を作製した。実施例１で用いた原料粉末を用いて焼結体中の芯材と被覆層の組成が表４となるように粉末を調合し、これに有機バインダとしてセルロース、ポリエチレングリコールを、溶剤としてポリビニルアルコールを総量で１００体積部加えて混錬して、実施例１と同じ形状の芯材用成形体と被覆層用成形体を作製し、芯材用成形体の外周を被覆層用成形体が覆うように配置して複合繊維体を作製した。
【００５４】
次に、上記複合繊維体を共押出して直径が１ｍｍの伸延された単芯繊維成形体を作製した後、この伸延された複合成形体１００本を集束して再度共押出成形し、直径が１ｍｍのマルチフィラメント構造の多芯繊維成形体を作製した。さらに、上記マルチフィラメント構造の複合繊維体を１００ｍｍの長さにカットし、並列に整列させてシート状とし、この複合シート３枚を図５（ｃ）のように積層して積層体を作製した。また、この積層体を３００〜７００℃まで１００時間で昇温することによって脱バインダ処理を行い、ｃＢＮ複合成形体（複合構造成形体５６）とした（試料Ｎｏ．１４〜２０）。
【００５５】
そして、このｃＢＮ複合成形体を用いて実施例１の試料Ｎｏ．６の裏打板ロウ材側用の超硬合金と表４の裏打板ｃＢＮ側用の超硬合金原料粉末を用いて実施例１と同様に超高圧焼結を行い、試料Ｎｏ．６の台金にロウ付けした後、研削加工を施してｃＢＮ複合焼結体を作製し、実施例１と同じ条件で切削評価を行った。結果は表５に示した。
【表４】
【００５６】
【表５】
【００５７】
表４、５の結果から明らかなとおり、裏打板として裏打板ロウ材側板状体のみを用い、裏打板ｃＢＮ側の超硬合金において、丸いＷＣ粒子の比率５０面積％未満となった試料Ｎｏ．２０では、裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。また、裏打板として裏打板ｃＢＮ側用混合粉末のみを用い、裏打板ロウ材側の超硬合金において、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％より多い試料Ｎｏ．１９では、超高圧焼成時に裏打板が変形してしまい切削試験においてもクラックが発生して早期に欠損した。さらに、鉄族金属量が１２面積％より少ない試料Ｎｏ．１８では、切削時に裏打板とｃＢＮ焼結体との界面にクラックが発生して早期に欠損した。
【００５８】
これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１４〜１７は、いずれも工具寿命が長いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のロウ付けｃＢＮ工具の一実施態様を示す（ａ）斜視図、（ｂ）切刃チップ付近の部分断面図である。
【図２】本発明のロウ付けｃＢＮ工具の他の実施態様を示す（ａ）斜視図、（ｂ）切刃チップ付近の部分断面図である。
【図３】図１、２の裏打板を構成する超硬合金について、（ａ）ｃＢＮ側、（ｂ）ロウ材側の組織を説明するための模式図である。
【図４】図２のｃＢＮ複合焼結体を構成する複合繊維体の構造を示し、（ａ）シングル構造の単芯繊維体、（ｂ）マルチフィラメント構造の多芯繊維体の一例を示す概略斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明にかかる超高圧（複合）構造焼結体中の複合繊維体の配置方法を説明するための図である。
【図６】ｃＢＮ焼結体を超高圧焼成する際の成形体の配置状態を説明するための図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明にかかる超高圧複合焼結構造体について、シングルタイプの単芯繊維成形体の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明にかかる超高圧複合焼結構造体について、マルチタイプの多芯繊維成形体の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、２１ 切削工具
２ 台金
３ 取り付け座
４、２４ 裏打板
５ ｃＢＮ焼結体
２５ ｃＢＮ複合焼結体
６、２６ 切刃チップ
７ ロウ材
８、２８ すくい面
９、２９ 逃げ面
１０、３０ 切刃
１１、３１ 取付孔
４０ ｃＢＮ成形体
４１ 裏打板ロウ材側板状体
４２ 裏打板ｃＢＮ側用混合粉末
５１ 芯材
５１ａ 芯材用成形体
５２ 被覆層
５２ａ 被覆層用成形体
５３ 複合繊維体
５３ａ 成形体
５３ｓ シングル構造単芯繊維体
５３ｍ マルチフィラメント構造多芯繊維体
５５ 複合シート
５６ 複合構造成形体
６１ ｃＢＮ複合焼結体用成形体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切刃を有するｃＢＮ焼結体の下面に接合した裏打板を超硬合金製の台金の所定位置にロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具において、前記裏打板の前記ｃＢＮ焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、該裏打板の前記ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とするロウ付けｃＢＮ工具。
【請求項２】
切刃を有するｃＢＮ焼結体からなる繊維状の芯材の周囲を硬質焼結体にて結合したｃＢＮ複合焼結体の下面に接合した裏打板を超硬合金製の台金の所定位置にロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具において、前記裏打板の前記ｃＢＮ複合焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、該裏打板の前記ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とするロウ付けｃＢＮ工具。
【請求項３】
前記台金が、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合している超硬合金からなることを特徴とする請求項１または２記載のロウ付けｃＢＮ工具。
【請求項１】
切刃を有するｃＢＮ焼結体の下面に接合した裏打板を超硬合金製の台金の所定位置にロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具において、前記裏打板の前記ｃＢＮ焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、該裏打板の前記ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とするロウ付けｃＢＮ工具。
【請求項２】
切刃を有するｃＢＮ焼結体からなる繊維状の芯材の周囲を硬質焼結体にて結合したｃＢＮ複合焼結体の下面に接合した裏打板を超硬合金製の台金の所定位置にロウ付け接合したロウ付けｃＢＮ工具において、前記裏打板の前記ｃＢＮ複合焼結体側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の５０面積％以上を含むＷＣ粒子を鉄族金属１２〜３０面積％で結合した超硬合金からなり、該裏打板の前記ロウ材側は角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合した超硬合金からなることを特徴とするロウ付けｃＢＮ工具。
【請求項３】
前記台金が、角部の曲率半径が０．１μｍ以上のＷＣ粒子が全ＷＣ粒子の２０面積％以下のＷＣ粒子を鉄族金属８〜３０面積％で結合している超硬合金からなることを特徴とする請求項１または２記載のロウ付けｃＢＮ工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２３８３３７（Ｐ２００８−２３８３３７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８２４５３（Ｐ２００７−８２４５３）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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