(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス粉末及び金属粉末から選択された一種以上の粉末材料と有機結合剤とを混練して超硬質材料を配合した成形材料と易溶接性材料を配合した成形材料とを調製し、成形材料を金型内に注入する一つの射出ノズルが設けられると共に内部にプランジャーが配置されたメインシリンダーに二つのサブシリンダーが接続され、且つ各サブシリンダーの内部のトラフにスクリューが配置された射出装置を用いて、各サブシリンダーの各トラフ内に成形材料をそれぞれ供給し、各スクリューを軸回転させて各トラフ内の成形材料をメインシリンダーに供給し、プランジャーを射出ノズル側に向けて移動させてプランジャーの先端にて成形材料を押し込み、射出ノズルから成形材料を金型内に射出することによって、成分の異なる二種以上の成形材料を、金型内に注入することにより射出成形を行って、超硬質材料を配合した成形材料で切れ刃を有する刃物部となる部分を成形し、易溶接性材料を配合した成形材料で台金と接合される接合部となる部分を成形した成形体を成形し、この成形体を脱脂した後焼結させることによって切削工具の刃先チップとして形成することを特徴とする複合材料部品の製造方法。
【請求項２】
二種以上の成形材料を調製するにあたって、各成形材料を、焼結温度が等しい粉末材料を用いてそれぞれ調製して成ることを特徴とする請求項１に記載の複合材料部品の製造方法。
【請求項３】
二種以上の成形材料を調製するにあたって、各成形材料を、焼結温度が異なる各粉末材料を用いてそれぞれ調製し、成形体を焼結させる際、各粉末材料の焼結温度のうち最も低い焼結温度よりも低い温度で仮焼結を行い、その後本焼結を行うことにより複合材料部品を得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合材料部品の製造方法。
【請求項４】
二種以上の成形材料を調製する際に用いる粉末材料のうち少なくとも一つのものが超硬質材料であり、他のものが展延性に富む材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の複合材料部品の製造方法。
【請求項５】
第一の粉末材料として超硬質材料を用い、第二の粉末材料としてニッケル又はニッケル合金を用いて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の複合材料部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二種類あるいはそれ以上の金属又はセラミックス材料から成る複合材料部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属やプラスチック、窯業系材料等を切断する刃物は、例えばＳＫ５のような工具鋼で作製された台金に、ＳＫＨ（高速度工具）鋼や超硬合金で作製された刃先チップを接合して作製される。このとき台金と刃先チップとの接合方法としては、銀ろうを用いたろう付けがよく用いられてきたが、ろう付けはフラックスを用いるため、清掃等のメンテナンスを頻繁に行わなければならず、またこのフラックスが治具等に付着して接合精度が悪くなるといった問題もあった。またこのろう付けにおいては、接合部近傍のかなり広い範囲にわたって高熱がかかるため、熱処理によりの調質されたＳＫ５等で作製される台金やＳＫＨ（高速度工具）等で作製される刃先チップが焼きなまされて硬度や剛性が低下してしまうという問題もあった。
【０００３】
最近では、このろう付けによる接合方法に代わる接合方法として、鉄系材料で作製された台金と超硬合金で作製された刃先チップとを高エネルギービームによって接合する接合方法も開発されている。ただし、鉄系材料と超硬合金の溶接の場合、両者の線膨張係数の差が大きいため、接合時に熱応力が発生し、この熱応力が原因で接合部や超硬合金にクラックが発生する場合がある。
【０００４】
そのため、鉄系材料と超硬合金の接合の場合は、両者の接合部間にニッケルや銅等の金属片を挿入し、挿入面近傍へ高エネルギービームを照射して、鉄系材料と超硬合金を溶接することにより接合したりしている。
【０００５】
しかし上記のような金属片を用いた溶接による接合方法では、金属片を接合部間に挿入しなければならず、接合工程が複雑になるという欠点があった。このような問題を解決するためには、刃先チップと金属片とが一体となった複合材料部品が必要とされるものである。
【０００６】
ここで、金属とセラミックス材料の複合部品の製造方法としては、特開昭６２−３０８０４号公報に開示されているような、それぞれの粉末材料を交互に型に充填し、それをホットプレス法や通電加熱焼結法により焼結して製造しようというものがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記のような複合材料の製造方法では、ホットプレスや通電加熱焼結が可能な単純な形状の複合材料した製造することができず、刃先チップのような複雑三次元形状の複合材料部品を製造することは困難なものであった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、金属あるいはセラミックスからなる成分の異なる二種以上の部分から構成される複雑三次元形状の複合材料部品を製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の複合材料部品の製造方法は、セラミックス粉末及び金属粉末から選択された一種以上の粉末材料と有機結合剤とを混練して超硬質材料を配合した成形材料４と易溶接性材料を配合した成形材料４とを調製し、成形材料４を金型内に注入する一つの射出ノズルが設けられると共に内部にプランジャーが配置されたメインシリンダーに二つのサブシリンダーが接続され、且つ各サブシリンダーの内部のトラフにスクリューが配置された射出装置を用いて、各サブシリンダーの各トラフ内に成形材料をそれぞれ供給し、各スクリューを軸回転させて各トラフ内の成形材料４をメインシリンダーに供給し、プランジャーを射出ノズル側に向けて移動させてプランジャーの先端にて成形材料４を押し込み、射出ノズルから成形材料を金型内に射出することによって、成分の異なる二種以上の成形材料を、金型内に注入することにより射出成形を行って、超硬質材料を配合した成形材料４で切れ刃を有する刃物部となる部分を成形し、易溶接性材料を配合した成形材料４で台金と接合される接合部となる部分を成形した成形体を成形し、この成形体を脱脂した後焼結させることによって切削工具の刃先チップとして形成することを特徴とする複合材料部品の製造方法。
【００１４】
また本発明の請求項２に記載の複合材料部品の製造方法は、請求項１の構成に加えて、二種以上の成形材料４を調製するにあたって、各成形材料４を、焼結温度が等しい各粉末材料を用いてそれぞれ調製して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明の請求項３に記載の複合材料部品の製造方法は、請求項１又は２の構成に加えて、二種以上の成形材料４を調製するにあたって、各成形材料４を、焼結温度が異なる各粉末材料を用いてそれぞれ調製し、成形体６を焼結させる際、各粉末材料の焼結温度のうち最も低い焼結温度よりも低い温度で仮焼結を行い、その後本焼結を行うことにより複合材料部品８を得ることを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明の請求項４に記載の複合材料部品の製造方法は、請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、二種以上の成形材料４を調製する際に用いる粉末材料のうち少なくとも一つのものが超硬質材料であり、他のものが展延性に富む材料であることを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明の請求項５に記載の複合材料部品の製造方法は、請求項１乃至４のいずれかの構成に加えて、第一の粉末材料として超硬質材料を用い、第二の粉末材料としてニッケル又はニッケル合金を用いて成ることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
粉末材料として、セラミックス粉末及び金属粉末から選択された一種以上のものを混合したものを用いて成分の異なる二種以上の成形材料４を調製し、この成形材料４を一つの金型１内に注入することにより射出成形を行って成分の異なる二種以上の部分からなる成形体６を成形し、この成形体６を脱脂した後焼結させることによって、成分の異なる二種以上の部分から構成される複合材料部品８を得るものである。この粉末材料の平均粒径は１〜１０μｍとするのが好ましい。またこのときそれぞれの粉末材料の線膨張係数はできるだけ近いほうが好ましい。
【００２２】
具体的には例えば第一の粉末材料として、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金を用い、それ以外にもＳＫＨ５７やＳＫＤ１１等の金属材料、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料を用いても良い。また第二の粉末材料として８５ｗｔ％ニッケル−１５ｗｔ％タングステン合金（以下、ニッケル合金とする）等を用い、この二種類の粉末材料を用いて複合材料部品８を製造することができる。
【００２３】
このような粉末材料と、有機結合剤（粉末射出成形バインダー）とを配合して混練することによって成形材料４を得る。このとき粉末材料と有機結合剤との混練比率は、いずれの成形材料４においても体積比率で５０：５０としてそれぞれの成形材料４の焼結後の収縮率を等しくすることが好ましい。ここで有機結合剤としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリメタクリル酸ブチル、ステアリン酸、パラフィンワックス等から成るものを用いることができ、例えば第一セラモ社製、「ＤＣ−１２３５」を用いることができる。
【００２４】
このようにして調製される成形材料４を、一つの金型１に注入して射出成形することにより、成形体７を成形するものである。このときは、図１の参考例に示すように、金型１、第一の射出装置２ａ、及び第二の射出装置２ｂから成る射出成形装置９を用いることができる。ここで金型１には金型１内に成形材料４を注入するためのスプルーブッシュ５が形成されており、第一の射出装置２ａ及び第二の射出装置２ｂから、スプルーブッシュ５を介して金型１内に成形材料４を注入するようにするものである。
【００２５】
そして第一の射出装置２ａから、粉末材料として超硬質材料が配合されている第一の成形材料４ａを金型１に注入し、また第二の射出装置２ｂから、粉末材料としてニッケル合金が配合されている第二の成形材料４ｂを金型１に注入することにより射出成形を行い、第一の成形材料にて形成される部分７ａと、第二の成形材料にて形成される部分７ｂという成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形するものである。ここで射出成形は、射出圧力１２００ｋｇｆ／ｃｍ2、金型内圧力７５０ｋｇｆ／ｃｍ2、射出温度１８０℃、型内温度１５℃の条件で行うことが好ましい。またここでこの成形体６は、図２（ａ）に示すように、切れ刃１０を有する略四角状の刃物部１１ａを超硬質材料が配合されている第一の成形材料から成る部分７ａで形成し、刃物部１１ａの切れ刃１０を形成しない２辺に略Ｌ字型の接合部１１ｂをニッケル合金が配合されている第二の成形材料から成る部分７ｂで形成して、刃先チップ１２を製造するための成形体６として成形することができる。
【００２６】
このようにして作製された成形体６は、脱脂工程において成形体６中の有機結合剤成分を除去する。すなわち例えば不活性雰囲気下で約５００℃まで徐々に加熱して成形体６中の有機結合剤成分を除去するものである。
【００２７】
そしてこのように有機結合剤が除去された成形体６を、例えば０．１〜１Ｔｏｒｒの減圧下で１４２０℃で焼結させて図２（ｂ）に示すような複合材料部品８を得る。このとき複合材料部品８は脱脂、焼結の過程において有機結合剤が失われるため、成形材料４中の粉末材料と有機結合剤との混練比率が上記のように体積比率で５０：５０であると、複合材料部品８は成形体６よりも約２０％収縮するものである。このようにして得られる複合材料部品８は、成分の異なる二種以上の部分から構成されることとなる。特に上記のように成形体６を上記のように刃先チップ１２を製造するための成形体６として成形した場合は、複合材料部品８は刃先チップ１２として製造され、第一の材料粉末からなる部分（超硬質材料からなる部分）１２ａと第二の粉末材料からなる部分（ニッケル合金からなる部分）１２ｂという成分の異なる二種の部分から構成されることとなる。
【００２８】
このように粉末材料が配合された成分の異なる二種以上の成形材料４を、一つの金型１内に注入することにより射出成形を行うことにより、成分の異なる二種以上の部分からなる成形体６を成形するため、成形体６を複雑三次元形状に形成する場合でも射出成形により容易に成形することができるものである。従ってこのような成形体６を脱脂した後、焼結させて複合材料部品８を得るものとすると、成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８を容易に製造することができるものである。
【００２９】
本発明は、射出成形によって成形体６の成形を行う際、成形材料３を金型１内に注入する一つの射出ノズル３と、射出ノズル３に成形材料４を送る二以上のスクリュー１３とを具備する射出装置２を用いることとしたものであり、このような射出装置２を用い、成分の異なる二種以上の成形材料４をそれぞれ各スクリューにより射出ノズル３に送り、射出ノズル３から成形材料４を金型１内に射出することによって、成分の異なる二種以上の成形材料４を、一つの金型１内に注入することにより成形体６の成形を行うこととしたものである。
【００３０】
図３は参考例において用いる射出成形装置９の一例を示すものである。ここで金型１は、射出装置２の射出ノズル３が接続されるスプルーブッシュ５が一つのみ設けられたものが用いられる。また金型１内に成形材料４を注入する射出装置２としては、シリンダー１４の先端に射出ノズル３を設けたものを使用することができる。シリンダー１４の内部は、隔壁１５により二つに仕切られて、第一のトラフ１６ａ及び第二のトラフ１６ｂが形成されており、それぞれのトラフ１６ａ、１６ｂ内にはスクリュー１３ａ、１３ｂを配置すると共に、それぞれのトラフ１６ａ、１６ｂ内に連通する貯槽１７ａ、１７ｂを設けるものである。ここでスクリュー１３ａ，１３ｂは棒材の周面に螺旋状の溝１８を設けて形成するものであり、トラフ１６ａ、１６ｂ内に軸回転自在、かつ軸方向にスライド移動自在に配置するものである。またシリンダー１４内には、射出ノズル３とスクリュー１３ａ、１３ｂとの間に材料計量部１９を設け、材料計量部１９内に導入された成形材料４の重量を測定できるようにしている。
【００３１】
上記のような射出成形装置９を用いて成形体６を成形する際は、まず図３（ａ）のようにスクリュー１３ａ、１３ｂを射出ノズル１３ａ、１３ｂと反対側にスライドさせた状態で、射出装置２の第一のトラフ１６ａ内及び第二のトラフ１６ｂ内にそれぞれ連通する各貯槽１７ａ、１７ｂに、それぞれ第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂを供給し、貯槽１７ａ、１７ｂから各トラフ１６ａ、１６ｂ内に各成形材料４ａ、４ｂを供給する。そしてスクリュー１３ａ、１３ｂを軸回転させてトラフ１６ａ、１６ｂ内の成形材料４ａ、４ｂを軸方向に射出ノズル３側に向けて移送し、材料計量部１９に供給する。材料計量部１９にて成形材料４ａ，４ｂの重量を計量した後、図３（ｂ）に示すようにスクリュー１３ａ、１３ｂを射出ノズル３側に向けて軸方向にスライド移動させてスクリュー１３ａ、１３ｂの先端にて成形材料４ａ、４ｂを押し込み、成形材料４ａ、４ｂを射出ノズル３から、スプルーブッシュ５を介して金型１内に注入する。ここで金型１に注入する成形材料４ａ、４ｂは、材料計量部１９にて計量されるため、金型１内に所定量の成形材料４ａ、４ｂを注入することができる。
【００３２】
このようにして金型１内に第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂとを一つの金型１内に注入することにより、第一の成形材料から成る部分７ａと第二の成形材料から成る部分７ｂという、成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形するものであり、その際、この成形体６を複雑三次元形状に形成する場合でも射出成形により容易に成形することができるものである。従ってこのような成形体６を脱脂した後、焼結させて複合材料部品８を得るものとすると、成分の異なる二種の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８を容易に製造することができるものである。
【００３３】
また、図３に示すような射出成形装置９を用いて成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形する場合、各成形材料４ａ、４ｂを金型１内に注入する際に、二つのスクリュー１３ａ、１３ｂを同時に射出ノズル３側に向けて軸方向にスライド移動させてスクリュー１３ａ、１３ｂの先端にて成形材料４ａ、４ｂを押し込むようにすると、第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂが共に同一のスプルーブッシュ５から同一方向に向けて同時に注入されるため、図４に示すような、成形材料４ａ、４ｂの注入方向に沿った面を中心にして一側に第一の成形材料からなる部分７ａ、他側に第二の成形材料からなる部分７ｂが分布した状態の成形体６を得ることができるものである。
【００３４】
図５は本発明において用いる射出成形装置９の一例を示すものである。ここで金型１は、射出装置２の射出ノズル３が接続されるスプルーブッシュ５が一つのみ設けられたものが用いられる。また金型１内に成形材料４を注入する射出装置２としては、メインシリンダー２１の先端に射出ノズル３を設けたものを使用することができる。メインシリンダー２１の内部には材料計量部１９を設け、材料計量部１９内に導入された成形材料４の重量を測定できるようにしている。またメインシリンダー２１内には軸方向にスライド移動自在なプランジャー２０を配置するものである。またメインシリンダー２１には、第一のサブシリンダー２２ａと第二のサブシリンダー２２ｂとの二つのサブシリンダーを接続して設けるものである。ここで各サブシリンダー２２ａ、２２ｂの先端にはそれぞれ注入ノズル２３ａ、２３ｂを設けるものであり、この各サブシリンダー２２ａ、２２ｂの注入ノズル２３ａ、２３ｂをメインシリンダー２２の材料計量装置１９に接続して各サブシリンダー２２ａ、２２ｂの内部とメインシリンダー２２の内部とを連通させるものである。また各サブシリンダー２２ａ、２２ｂの内部には、それぞれトラフ１６ａ、１６ｂが形成されており、各トラフ１６ａ、１６ｂ内にはスクリュー１３ａ、１３を配置するものである。ここでスクリュー１３ａ、１３は棒材の周面に螺旋状の溝１８を設けて形成するものであり、各トラフ１６ａ、１６ｂ内に軸回転自在、かつ軸方向にスライド移動自在に配置するものである。
【００３５】
上記のような射出成形装置９を用いて成形体６を成形する際は、まず図５（ａ）のようにメインシリンダー２１内のプランジャー２０を射出ノズル３と反対側にスライドさせた状態で、第一のサブシリンダー２２ａと第二のサブシリンダー２２ｂの各トラフ１６ａ、１６ｂ内に第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂをそれぞれ供給し、スクリュー１３ａ、１３ｂを軸回転させて各トラフ１６ａ、１６ｂ内の成形材料４ａ、４ｂを軸方向に注入ノズル２３ａ、２３ｂ側に向けて移送し、注入ノズル２３ａ、２３ｂを介してメインシリンダー２１の材料計量部１９に供給する。材料計量部１９にて成形材料４ａ、４ｂの重量を計量した後、図５（ｂ）に示すようにプランジャー２０を射出ノズル３側に向けて軸方向にスライド移動させてプランジャー２０の先端にて成形材料４ａ、４ｂを押し込み、成形材料４ａ、４ｂを射出ノズル３から、スプルーブッシュ５を介して金型１内に注入する。ここで金型１に注入する成形材料４ａ、４ｂは、材料計量部１９にて計量されるため、金型１内に所定量の成形材料４ａ、４ｂを注入することができる。このようにして金型１内に第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂとを一つの金型１内に注入することにより、図４に示すような、第一の成形材料から成る部分７ａと第二の成形材料から成る部分７ｂという、成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形するものである。
【００３６】
また、図５に示すような射出成形装置９を用いて成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形する場合は、第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂが共に同一のスプルーブッシュ５から同一方向に向けて同時に注入されるため、図４に示すような、成形材料４ａ、４ｂの注入方向に沿った面を中心にして一側に第一の成形材料からなる部分７ａ、他側に第二の成形材料からなる部分７ｂが分布した状態の成形体６を得ることができるものである。
【００３７】
次の参考例は、射出成形によって成形体６の成形を行う際、各成形材料４ａ、４ｂを金型１内に注入する射出ノズル３ａ、３ｂと、射出ノズル３ａ、３ｂに成形材料４ａ、４ｂを送るスクリュー１３ａ、１３ｂとを具備する二つの射出装置２ａ、２ｂを用いることとしたものであり、このような二つの射出装置２ａ、２ｂを用い、成分の異なる二種の成形材料４ａ、４ｂをそれぞれ各射出装置２ａ、２ｂのスクリュー１３ａ、１３ｂにより射出ノズル３ａ、３ｂに送り、射出ノズル３ａ、３ｂから各成形材料４ａ、４ｂを金型１内に射出することによって、成分の異なる二種の成形材料４ａ、４ｂを、一つの金型１内に注入することにより成形体６の成形を行うこととしたものである。
【００３８】
図６はこの参考例において用いる射出成形装置９の一例を示すものである。ここで金型１は、各射出装置２ａ、２ｂの射出ノズル３ａ、３ｂが二つ同時に接続されるスプルーブッシュ５が一つのみ設けられたものが用いられる。また金型１内に成形材料４ａ、４ｂを注入する射出装置２としては、第一の射出装置２ａと第二の射出装置２ｂの二つのものを使用するものであり、各射出装置２ａ、２ｂとして、シリンダー１４ａ、１４ｂの先端に射出ノズル３ａ、３ｂを設けたものを使用するものである。また各シリンダー１４ａ、１４ｂの内部には、それぞれトラフ１６ａ、１６ｂが形成されており、トラフ１６ａ、１６ｂ内にはそれぞれスクリュー１３ａ、１３ｂを配置するものである。ここでスクリュー１３ａ、１３ｂは棒材の周面に螺旋状の溝１８を設けて形成するものであり、トラフ１６ａ、１６ｂ内に軸回転自在、かつ軸方向にスライド移動自在に配置するものである。
【００３９】
上記のような射出成形装置を用いて成形体６を成形する際は、各射出装置２ａ、２ｂのシリンダー１４ａ、１４ｂ内のスクリュー１３ａ、１３ｂを射出ノズル３ａ、３ｂと反対側にスライドさせた状態で、第一の射出装置２ａと第二の射出装置２ｂの各トラフ１６ａ、１６ｂ内に第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂをそれぞれ供給し、スクリュー１３ａ、１３ｂを軸回転させてトラフ１６ａ、１６ｂ内の成形材料４ａ、４ｂを軸方向に射出ノズル３ａ、３ｂ側に向けて移送し、材料計量部１９に供給する。材料計量部１９にて成形材料４ａ、４ｂの重量を計量した後、スクリュー１３ａ、１３ｂを射出ノズル３ａ、３ｂ側に向けて軸方向にスライド移動させてスクリュー１３ａ、１３ｂの先端にて成形材料４ａ、４ｂを押し込み、成形材料４ａ、４ｂを射出ノズル３ａ、３ｂから、スプルーブッシュ５を介して金型１内に注入する。ここで金型１に注入する成形材料４ａ、４ｂは、材料計量部１９にて計量されるため、金型１内に所定量の成形材料４ａ、４ｂを注入することができる。このようにして金型１内に第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂとを一つの金型１内に注入することにより、第一の成形材料から成る部分７ａと第二の成形材料から成る部分７ｂという、成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形するものである。
【００４０】
また、図６に示すような射出成形装置９を用いて成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形する場合、各成形材料４ａ、４ｂを金型１に注入する際に、二つのスクリュー１３ａ、１３ｂを同時に射出ノズル３ａ、３ｂ側に向けて軸方向にスライド移動させてスクリュー１３ａ、１３ｂの先端にて成形材料４ａ、４ｂを押し込むようにすると、第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂが共に同一のスプルーブッシュ５から同一方向に向けて同時に注入されるため、図４に示すような、成形材料４ａ、４ｂの注入方向に沿った面を中心にして一側に第一の成形材料からなる部分７ａ、他側に第二の成形材料からなる部分７ｂが分布した状態の成形体６を得ることができるものである。
【００４１】
図７は参考例において用いる射出成形装置９の他例を示すものである。ここで金型１は、射出装置２ａ、２ｂの射出ノズル３ａ、３ｂがそれぞれ一つづつ接続されるスプルーブッシュ５ａ、５ｂを二つ設けたものを用いる。また金型１内に成形材料４ａ、４ｂを注入する射出装置２ａ、２ｂとしては、シリンダー１４ａ、１４ｂの先端に射出ノズル３ａ、３ｂを設けた第一の射出装置２ａと第二の射出装置２ｂの二つのものを使用するものである。この射出装置２ａ、２ｂとしては、図６に示すものと同様のものを用いることができる。
【００４２】
上記のような射出成形装置９を用いて成形体６を成形する際は、金型１の一方のスプルーブッシュ５ａに第一の射出装置２ａの射出ノズル３ａを接続すると共に、他方のスプルーブッシュ５ｂに第二の射出装置２ｂの射出ノズル３ｂを接続し、各射出装置２ａ、２ｂのシリンダー１４ａ、１４ｂ内のスクリュー１３ａ、１３ｂを射出ノズル３ａ、３ｂと反対側にスライドさせた状態で、第一の射出装置２ａと第二の射出装置２ｂの各トラフ１６ａ、１６ｂ内に第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂをそれぞれ供給し、スクリュー１３ａ、１３ｂを軸回転させてトラフ１６ａ、１６ｂ内の成形材料４ａ、４ｂを軸方向に射出ノズル３ａ、３ｂ側に向けて移送し、材料計量部１９に供給する。材料計量部１９にて成形材料４ａ、４ｂの重量を計量した後、スクリュー１３ａ、１３ｂを射出ノズル３ａ、３ｂ側に向けて軸方向にスライド移動させてスクリュー１３ａ、１３ｂの先端にて成形材料４ａ、４ｂを押し込み、成形材料４ａ、４ｂを射出ノズル３ａ、３ｂから、各スプルーブッシュ５ａ、５ｂを介して金型１内に注入する。ここで金型１に注入する成形材料４ａ、４ｂは、材料計量部１９にて計量されるため、金型１内に所定量の成形材料４ａ、４ｂを注入することができる。このようにして金型１内に第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂとを一つの金型１内に注入することにより、第一の成形材料から成る部分７ａと第二の成形材料から成る部分７ｂという、成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形するものである。
【００４３】
また、図７に示すような射出成形装置９を用いて成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形する場合、各成形材料４ａ、４ｂを金型１に注入する際に、二つのスクリュー１３ａ、１３ｂを同時に射出ノズル３ａ、３ｂ側に向けて軸方向にスライド移動させてスクリュー１３ａ、１３ｂの先端にて成形材料４ａ、４ｂを押し込むようにすると、第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂが異なるスプルーブッシュ５ａ、５ｂから異なる方向に向けて同時に注入されるため、図８に示すような、二つのスプルーブッシュ５ａ，５ｂの配置位置からほぼ等距離の箇所に境界面を有し、この境界面について、各成形材料４ａ，４ｂからなる部分７ａ、１２ｂが対称的に分布した状態の成形体６を得ることができるものである。
【００４４】
また上記の図３、図６、及び図７に示す射出成形装置９を用いて成形体６を成形する際において、二つのスクリュー１３ａ、１３ｂをスライド移動させることによって、成形材料４ａ、４ｂを金型１内に注入する場合、各スクリュー１３ａ、１３ｂをスライド移動させるタイミングに時間差を設けることにより、成形体６中の二種類の各成形材料４ａ，４ｂからなる部分７ａ、７ｂの分布の状態を制御することができる。
【００４５】
図９は、図３に示す射出成形装置９を用いる際に、各スクリュー１３ａ、１３ｂをスライド移動させるタイミングに時間差を設けた場合の一例を示すものである。この図９に示す例では、図９（ａ）に示すように材料計量部１９に第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂが供給された状態で、まず図９（ｂ）に示すように第一の成形材料４ａが供給されている第一のトラフ１６ａ内のスクリュー１３ａを射出ノズル３の方向にスライド移動させて第一の成形材料４ａを金型１に注入し、更に図９（ｃ）に示すように、第二の成形材料４ｂが供給されている第二のトラフ１６ｂ内のスクリュー１３ｂを射出ノズル３の方向へスライド移動させて第二の成形材料４を金型１に注入するものである。
【００４６】
このように二種類の成形材料４ａ、４ｂを時間差を設けて射出することにより、スプルーブッシュ５の配置位置から離れた側とスプルーブッシュ５の配置位置から近い側のそれぞれに各成形材料４ａ、４ｂからなる部分が分布した成形体６を成形することができるものである。
【００４７】
また図１０は、図６に示す射出成形装置９を用いる際に、各スクリュー１３ａ、１３ｂをスライド移動させるタイミングに時間差を設けた場合の一例を示すものである。この図１０に示す例では、二つの射出装置２ａ、２ｂの各材料計量部１９にそれぞれ第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂが供給された状態で、まず図１０（ａ）に示すように第一の成形材料４ａが供給されている第一の射出装置２ａ内のスクリュー１３ａを射出ノズル３ａの方向にスライド移動させて第一の成形材料４ａを金型１に注入し、更に図１０（ｂ）に示すように、第二の成形材料４ｂが供給されている第二の射出装置２ｂ内のスクリュー１３ｂを射出ノズル３ａの方向へスライド移動させて第二の成形材料４ｂを金型１に注入するものである。
【００４８】
このように二種類の成形材料４ａ、４ｂを時間差を設けて射出することにより、スプルーブッシュ５の配置位置から離れた側とスプルーブッシュ５の配置位置から近い側のそれぞれに各成形材料４ａ、４ｂからなる部分が分布した成形体６を成形することができるものである。
【００４９】
また図１１は、図６に示す射出成形装置９を用いる際に、各スクリュー１３ａ、１３ｂをスライド移動させるタイミングに時間差を設けた場合の一例を示すものである。この図１１に示す例では、二つの射出装置２ａ、２ｂの各材料計量部１９にそれぞれ第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂが供給された状態で、まず図１１（ａ）に示すように第一の成形材料４ａが供給されている第一の射出装置２ａ内のスクリュー１３ａを射出ノズル３ａの方向にスライド移動させて第一の成形材料４ａを第一のスプルーブッシュ５ａを介して金型１に注入し、更に図１１（ｂ）に示すように、第二の成形材料４ｂが供給されている第二の射出装置２ｂ内のスクリュー１３ｂを射出ノズル３ｂの方向へスライド移動させて第二の成形材料４ｂを第二のスプルーブッシュ５ｂを介して金型１に注入するものである。
【００５０】
このように二種類の成形材料４ａ、４ｂを時間差を設けて射出することにより、図１２に示すような、第二のスプルーブッシュ５ｂの近傍に、遅れて射出された第二の成形材料からなる部分７ｂが分布し、それ以外の部分に先に射出された第一の成形材料からなる部分７ａが分布する成形体６を成形することができるものである。
【００５１】
また上記のようにして二種類の成形材料４ａ、４ｂを時間差を設けて射出する際、図２３に示すように、金型１として、切れ刃１０を有する略四角状の刃物部１１ａの形状に対応する中空の第一のキャビティー２９ａと、略Ｌ字型の接合部１１ｂの形状に対応する中空の第二のキャビティー２９ｂを内部に備えるものを用いることができる。ここで、第二のキャビティー２９ｂは、第一のキャビティー２９ａと接触して連通する位置に配置して設けるものである。また第二のキャビティー２９ｂには第二のキャビティー２９ｂの形状と同一の形状を有する占有片３１をスライド移動自在に設けるものである。この占有片３１は図２３（ａ）のように第二のキャビティー２９ｂ内部を占有片３１で全て占有する位置と、図２３（ｂ）のように第二のキャビティー２９ｂと占有片３１とがと接して第二のキャビティー２９ｂ内に占有片３１が配置されない位置との間でスライド移動自在に設けるものである。また第一のキャビティー２９ａと第二のキャビティー２９ｂは共にスプルーブッシュ５と接続するように配置するものであり、このとき各キャビティー２９ａ、２９ｂと成形材料４を供給する通路であるスプルー３０は、図２４（ａ）のように各キャビティー２９ａ、２９ｂの境界部に、各キャビティー２９ａ、２９ｂに亘って配置し、このときスプルー３０からは第一のキャビティー２９ａ側に第一の成形材料４ａが，第二のキャビティー２９ｂ側に第二の成形材料４ｂがそれぞれ供給されるようにするものである。ここで、射出装置２からスプルーブッシュ５を介して金型１に注入される成形材料４は、上記のように第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂとが分離した状態で注入されるため、各キャビティー２９ａ、２９ｂの配置位置を調整することにより、スプルー３０から第一のキャビティー２９ａ側に第一の成形材料４ａが，第二のキャビティー２９ｂ側に第二の成形材料４ｂがそれぞれ供給されるようにすることができるものである。
【００５２】
そしてこのような金型１を用い、占有片３１を図２３（ａ）のように第二のキャビティー２９ｂ内部を占有片３１で全て占有する位置に配置した状態で、まず射出装置２にて図２４（ｂ）のように第一の成形材料４ａのみを金型１に注入して第一のキャビティー２９ａに第一の成形材料４ａを注入する。第一の成形材料４ａが第一のキャビティー２９ａに８０％〜９５％注入されたら、占有片３１をスライド移動させて図２３（ｂ）のように第二のキャビティー２９ｂと占有片３１とが接して第二のキャビティー２９ｂ内に占有片３１が配置されない位置に配置すると共に図２４（ｃ）のように射出装置２から金型１に第二の成形材料４ｂを注入し、第二のキャビティー２９ｂに第二の成形材料４ｂが注入されるようにする。このとき第二の成形材料として第一の成形材料４ａよりも流動性が高いものを用いると、第一のキャビティー２９ａ内に注入されている第一の成形材料４ａ第二のキャビティー２９ｂに流入する前に速やかに第二の成形材料４ｂを第二のキャビティー２９ｂ内に注入することができて、好ましい。このように第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂを各キャビティー２９ａ、２９ｂに注入するようにすると、最終的に、図２４（ｄ）のように、第一のキャビティー２９ａに第一の成形材料４ａが、第二のキャビティー２９ｂに第二の成形材料４ｂが充填されて、成形体６が成形できる。このように成形された成形体６は、図２（ａ）に示すような、切れ刃１０を有する略四角状の刃物部１１ａを超硬質材料が配合されている第一の成形材料から成る部分７ａと、刃物部１１ａの切れ刃１０を形成しない２辺に略Ｌ字型の接合部１１ｂをニッケル合金が配合されている第二の成形材料から成る部分７ｂとで構成され、刃先チップ１２を製造するための成形体６として成形されるものであり、この成形体６を脱脂した後焼結させることにより複合材料部品８を製造することにより、複合材料部品８を刃先チップ１２として形成することができるものである。
【００５３】
また二種以上の各成形材料４に配合される粉末材料の平均粒径、粒度分布、粒子形状、原材料比重や、各成形材料４に配合される有機結合剤の種類、あるいは成形材料４の組成比等を制御することによって、各成形材料４の流動性に差を持たせることにより、成形体６中の二種類以上の各成形材料４からなる部分の分布の状態を制御することができる。例えば第一の成形材料４ａに配合される粉末材料として平均粒径が１μｍの超硬質材料を用い、第二の成形材料４ｂに配合される粉末材料として平均粒径が１０μｍのニッケル合金を用いると、平均粒径が小さい粉末材料が配合されている第二の成形材料４ａの流動性は第一の成形材料４ｂの流動性よりも高くなる。このように各成形材料４の流動性に差を設けた状態で、上記の図３、図５、図６又は図７に示す射出成形装置９を用いて第一の成形材料４ａと第二の成形材料４ｂを同時に金型１に注入すると、図１３（ａ）（ｂ）に示すような、流動性がより高い第一の成形材料から成る部分７ａが表層に分布し、流動性がより低い第二の成形材料からなる部分７ｂが内部に分布した状態の成形体６を得ることができる。
【００５４】
別の参考例では、成形体６を成形する際に、まず第一の成形材料４ａにてあらかじめ予備成形品６ａを成形しておき、この予備成形品６ａを本成形用の金型１ｂ内に配置し、第二の成形材料４ｂをこの本成形用の金型１ｂ内に注入することによって本成形を行って、成形体６を得るものである。
【００５５】
図１４はこの参考例に用いる射出成形装置９ａ，９ｂを示すものである。図１４（ａ）は予備成形用の射出成形装置９ａを示すものであり、スプルーブッシュ５を備える予備成形用の金型１ａと、予備成形用の金型１ａへ第一の成形材料４ａを注入する第一の射出装置２ａとを備えるものである。ここで第一の射出装置２ａとしては、上記の図６、図７に示すものと同様のものを用いることができる。また図１４（ｂ）は本成形用の射出成形装置９ｂを示すものであり、スプルーブッシュ５を備え、内部に予備成形体６ａを配置できる本成形用の金型１ｂと、本成形用の金型１ｂへ第二の成形材料４ｂを注入する第二の射出装置２ｂとを備えるものである。ここで第二の射出装置２ｂとしては、上記の図６、図７に示すものと同様のものを用いることができる。
【００５６】
上記のような射出成形装置９ａ、９ｂを用いて成形体６を成形する際は、まず図１４（ａ）に示すように、第一の射出装置２ａの各材料計量部１９に第一の成形材料４ａが供給された状態で、第一の射出装置２ａ内のスクリュー１３ａを射出ノズル３ａの方向にスライド移動させて第一の成形材料４ａを予備成形用の金型１ａに注入して、射出成形により図１５（ａ）に示すような第一の成形材料からなる部分７ａのみからなる予備成形体６ａを成形する。そしてこの予備成形体６ａを、図１４（ｂ）に示すように本成形用の金型１ｂ内に配置して、第二の射出装置２ｂの材料計量部１９に第二の成形材料４ｂが供給された状態で、第二の射出装置２ｂ内のスクリュー１３ｂを射出ノズル３ｂの方向にスライド移動させて第二の成形材料４ｂを本成形用の金型１ｂに注入して、図１５（ｂ）に示すような、第一の成形材料から成る部分７ａと第二の成形材料から成る部分７ｂという、成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形するものであり、その際、この成形体６を複雑三次元形状に形成する場合でも射出成形により容易に成形することができるものである。従ってこのような成形体６を焼結させて複合材料部品８を得るものとすると、成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８を容易に製造することができるものである。
【００５７】
次の参考例は、成形体６を成形する際、内部に予備成形部２３ａと本成形部２３ｂとを備え、金型内の成形品を予備成形部２３ａと本成形部２３ｂとの間で移動させることができるスライド機構を具備する金型１を用いると共に、予備成形部２３ａに第一の成形材料４ａを注入することができる第一の射出装置２ａ、及び本成形部２３ｂに第二の成形材料４ｂを注入することができる第二の射出装置２ｂを用いるものであり、第一の射出装置２ａを用いて第一の成形材料４ａを予備成形部２３ａに注入することにより予備成形を行って予備成形体６ａを成形し、この予備成形体６ａをスライド機構にて本成形部２３ｂに移動させ、第二の射出装置２ｂを用いて第二の成形材料４ｂを本成形部２３ｂに注入することによって本成形を行うことにより成形体６を得るものである。
【００５８】
図１６乃至図１８は参考例に用いる射出成形装置９を示すものである。ここで金型１内に成形材料４ａ、４ｂを注入する射出装置２ａ、２ｂとしては、シリンダー１４ａ、１４ｂの先端に射出ノズル３ａ、３ｂを設けた第一の射出装置２ａと第二の射出装置２ｂの二つのものを使用するものである。この射出装置２ａ、２ｂとしては、図６に示すものと同様のものを用いることができる。また金型１としては、内部に予備成形部２３ａ及び本成形部２３ｂを備えると共に、第一の射出装置２ａ及び第二の射出装置２ｂの各射出ノズル３ａ、３ｂがそれぞれ接続される第一のスプルーブッシュ５ａ及び第二のスプルーブッシュ５ｂを設けたものを用いる。ここで第一のスプルーブッシュ５ａは予備成形部２３ａに接続して設けると共に、第二のスプルーブッシュ５ｂは本成形部２３ｂに接続して設けるものである。また本成形部２３ｂには、成形体６の、予備成形体６ａに相当する部分を除いた形状に対応する中空の第二のキャビティー２９ｂを第二のスプルーブッシュ５ｂに接続して設けるものである。また金型１には所望の予備成形体６ｂの形状に対応するような形状に中空に形成された第一のキャビティー２９ａを備えるスライド体３７を設けるものである。このスライド体３７はエアーシリンダー等に接続してスライド移動自在に設けるものであり、第一のキャビティー２９ａが予備成形部２３ａと本成形部２３ｂとの間で移動するように形成するものである。ここで第一のキャビティー２９ａは、予備成形部２３ａに配置されているときは第一のスプルーブッシュ５ａに接続され、本成形部２３ｂに配置されているときには第二のキャビティー２９ｂに連通されるように形成するものである。
【００５９】
上記のような射出成形装置９を用いて成形体６を成形する際は、金型１の予備成形部２３ａに接続されている第一のスプルーブッシュ５ａに第一の射出装置２ａの射出ノズル３ａを接続すると共に、予備成形部２３ａに接続されている第二のスプルーブッシュ５ｂに第二の射出装置２ｂの射出ノズル３ｂを接続し、各射出装置２ａ、２ｂのシリンダー１４ａ、１４ｂ内のスクリュー１３ａ、１３ｂを射出ノズル３ａ、３ｂと反対側にスライドさせた状態で、第一の射出装置２ａと第二の射出装置２ｂの各トラフ１６ａ、１６ｂ内に第一の成形材料４ａ及び第二の成形材料４ｂをそれぞれ供給する。そしてスクリュー１３ａ、１３ｂを軸回転させてトラフ１６ａ、１６ｂ内の成形材料４ａ、４ｂを軸方向に射出ノズル３ａ、３ｂ側に向けて移送し、材料計量部１９に供給する。材料計量部１９にて成形材料４ａ、４ｂの重量を計量した後、まず図１６のようにスライド体３７を第一のキャビティー２９ａが予備成形部２３ａに配置される位置に配置された状態で、第一の射出装置２ａのスクリュー１３ａを射出ノズル３ａ側に向けて軸方向にスライド移動させてスクリュー１３ａの先端にて第一の成形材料４ａを押し込み、第一の成形材料４ａを射出ノズル３ａから、第一のスプルーブッシュ５ａを介して第一のキャビティー２９ａに注入し、射出成形により図１５（ａ）に示すような第一の成形材料４ａからなる部分７ａのみからなる予備成形体６ａを成形する。このように予備成形部２３ａにおいて成形された予備成形体６ａを、図１７のようにスライド体３７をエアーシリンダー等により第一のキャビティー２９ａが本成形部２３ａに配置される位置までスライド移動させることにより本成形部２３ｂに移動して本成形部２３ｂ内に予備成形体６ａを配置し、この状態で図１８のように第二の射出装置２ｂ内のスクリュー１３ｂを射出ノズル３ｂの方向にスライド移動させて第二の成形材料４ｂを第二のスプルーブッシュ５ｂを介して第二のキャビティー２９ｂに注入して、図１５（ｂ）に示すような、第一の成形材料から成る部分７ａと第二の成形材料から成る部分７ｂという、成分の異なる二種の部分からなる成形体６を成形するものであり、その際、この成形体６を複雑三次元形状に形成する場合でも射出成形により容易に成形することができるものである。従ってこのような成形体６を焼結させて複合材料部品８を得るものとすると、成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８を容易に製造することができるものである。
【００６０】
請求項２の発明は、粉末材料と有機結合剤とを配合して、二以上の成形材料４を調製する際、各成形材料４に、焼結温度が等しい粉末材料を配合するものである。
【００６１】
具体的には、例えば第一の粉末材料を平均粒径０．８μｍの、９２ｗｔ％ＷＣ−８ｗｔ％Ｃｏや、９４ｗｔ％ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ等の超硬合金とし、第二の粉末材料として、平均粒径２．５μｍのニッケルを８５ｗｔ％、平均粒径１．８μｍのタングステンを１５ｗｔ％含むニッケル合金を用いて、第一の粉末材料と第二の粉末材料の焼結温度をどちらも１４２０℃とし、このように調製した第一の粉末材料に、メタクリル酸ブチルエステル、メチレン−酢酸ビニル共重合体、パラフィンワックス、ステアリン酸等からなる有機結合剤（第一セラモ社製、「ＤＣ−１２３５」）を、第一の粉末材料と有機結合体の重量比が５０：５０となるように配合して第一の成形材料４ａを調製すると共に、第二の粉末材料に同様の有機結合剤を第二の粉末材料と有機結合体の重量比が５０：５０となるように配合して第二の成形材料４ｂを調製し、上記の図３に示すような射出成形装置を用いて射出成形（二色成形）を行い、成形体６を得る。この成形体を約５００℃まで徐々に加熱して有機結合剤を除去し、０．１〜１Ｔｏｒｒの減圧下、１４２０℃で二時間加熱して焼結させて、複合材料部品８を得る。
【００６２】
このようにすると、成形体６を構成する二以上の各成形材料４からなる部分の焼結温度が等しくなるため、成形体６を炉中で加熱して焼結させることができ、成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８の量産を容易に行うことができるものである。また上記のように第二の粉末材料としてニッケル合金を用いて複合材料部品８を製造するものとすると、この複合材料部品８を例えば切削工具の刃先チップ１２として用いる際、下記において詳述するように、ＳＫ５のような工具鋼で作製された台金２４との接合面に複合材料部品８のニッケル合金からなる部分を配置し、この両者の接合面の近傍に高エネルギービーム等を照射して、鉄系材料と超硬合金を溶接するレーザー溶接法により刃先チップ１２と台金２４とを接合することができ、従来のように刃先チップ１２と台金２４との接合面にニッケル合金等の金属片を挿入する必要がなく、接合工程を簡略化することができるものである。
【００６３】
請求項３の発明は、粉末材料と有機結合剤とを配合して、二以上の成形材料４を調製する際、各成形材料４を、焼結温度が異なる各粉末材料を用いてそれぞれ調製し、この成形材料４にて成形した成形体６を焼結させる際、各粉末材料の焼結温度のうち最も低い焼結温度よりも低い温度で仮焼結を行い、その後本焼結を行うことにより複合材料部品８を得るものである。ここで仮焼結を行う際の好適な焼結温度の範囲は、用いる成形材料４によって変動するものであるが、焼結温度が最も低い成形材料４の焼結温度よりも２００〜５００℃だけ低い温度とすることが好ましく、下記のように第一の粉末材料を９２ｗｔ％ＷＣ−８ｗｔ％Ｃｏや、９４ｗｔ％ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ等の超硬合金、第二の粉末材料を純ニッケルとする場合は仮焼結を９００℃〜１１００℃で行うのが好ましいものである。
【００６４】
例えば第一の粉末材料を９２ｗｔ％ＷＣ−８ｗｔ％Ｃｏや、９４ｗｔ％ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ等の超硬合金とする場合、第二の粉末材料を純ニッケルとして、第一の粉末材料の焼結温度を１４２０℃、第二の粉末材料の焼結温度を１３７０℃とする。このように調製した第一の粉末材料に有機結合剤（第一セラモ社製、「ＤＣ−１２３５」）を配合して第一の成形材料４ａを調製すると共に、第二の粉末材料に有機結合剤（第一セラモ社製、「ＤＣ−１２３５」）を配合して第二の成形材料４ｂを調製し、上記の図３、図５、図６、図７、図１４、及び図１６乃至図１８に示すような射出成形装置９を用いて射出成形（二色成形）を行い、成形体６を得る。この成形体６を約５００℃まで徐々に加熱して有機結合剤を除去し、次いで、真空中でニッケルの焼結温度よりも低い温度である１０００℃で加熱して成形体６を仮焼結させて、仮焼結体を得る。この仮焼結体を、放電プラズマ焼結等により本焼結させて複合材料部品８を得る。
【００６５】
ここでプラズマ焼結法は、図２５に示すようなプラズマ焼結装置を用いて行うことができる。このプラズマ焼結装置は、中空の円柱状の水冷真空チャンバー３２に両端からそれぞれ押圧ダイ３３を、各押圧ダイ３３の端部が水冷真空チャンバー３２内で対向するように挿通させてスライド移動自在に設けたものである。また各押圧ダイ３３の端部はそれぞれ水冷真空チャンバー３２内に配置された円筒状の焼結ダイ３５の各端部に挿通させるものである。ここで成形体６は焼結ダイ３５内に配置され、各押圧ダイ３３からの押圧力にて加圧されるものである。またこのプラズマ焼結装置には、水冷真空チャンバー３２に接続される真空ポンプ（図示せず）、押圧ダイ３３間に直流電流またはパルス電流を印加する電源３６、及び各押圧ダイ３３に圧力をかける加圧機構３４を備えると共に、電源３６にて押圧ダイ３３間に印加する電流及び加圧機構３４にて各押圧ダイ３３にかける加圧力を制御する制御系３８を備えるものである。
【００６６】
このようなプラズマ焼結装置を用いて成形体６のプラズマ焼結を行うにあたっては、まず成形体６を焼結ダイ３５中に配置し、真空ポンプにて水冷真空チャンバー３２内を０．１〜１Ｔｏｒｒに減圧した状態で加圧機構３４にて押圧ダイ３３を加圧して成形体６を両側から押圧ダイ３３にて押圧して２００〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力をかけると共に、押圧ダイ３３間に電源３６にて直流電流またはパルス電流を印加して成形体６が１３００℃になるように通電加熱する。このようにして成形体６を５〜２０分間加熱・加圧することによって成形体６を焼結させ、複合材料部品８を得るものである。
【００６７】
このようにすると、成形体６を構成する二以上の各成形材料４からなる部分の焼結温度が異なって炉中で焼結させることが困難な場合でも成形体６を焼結させることができ、成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８を製造することができるものである。
【００６８】
請求項４の発明は、粉末材料と有機結合剤とを配合して、二以上の成形材料４を調製する際、各粉末材料のうち少なくとも一つのものとして超硬質材料を用い、超硬質材料以外の他の粉末材料として展延性に富む材料を用いるものである。この展延性に富む材料としては、断面形状が１×２ｍｍの方形である棒材に形成した試料についてＪＩＳ  Ｚ２２４１に基づく引張試験を行った際の試料の伸びが２０％以上のものを用いることが好ましい。展延性は高ければ高いほど好ましいものであるが、特に上限を設けるとすると、上記の引張試験を行った際の試料の伸びが５０％とするものであり、５０％もあれば充分所望の効果が得られるものである。
【００６９】
例えば第一の粉末材料を９２ｗｔ％ＷＣ−８ｗｔ％Ｃｏや、９４ｗｔ％ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ等の超硬合金とする場合、第二の粉末材料をＪＩＳ  Ｚ２２４１に基づく引張試験を行った際の試料の伸びが２５％であるニッケル合金や、３０％である純ニッケルとして、このように調製した第一の粉末材料に有機結合剤を配合して第一の成形材料４ａを調製すると共に、第二の粉末材料に有機結合剤を配合して第二の成形材料４ｂを調製し、上記の図３、図５、図６、図７、図１４、及び図１６乃至に示すような射出成形装置９を用いて射出成形（二色成形）を行い、成形体６を得る。この成形体６を脱脂した後焼結させて複合材料部品８を得る。
【００７０】
このようにすると、成形体６を加熱して焼結させる際、焼結時の成形体６中の粉末材料が熱膨張し、また加熱終了後に冷却された際に熱収縮する場合に、成形体６中の超硬質材料からなる部分とそれ以外の部分との境界面において剥離が生じたり、超硬質材料以外の部分が割れたりすることを、成形体６の超硬質材料以外の部分に含まれる展延性に富む材料の弾性変形により防止することができるものであり、成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８を容易に製造することができるものである。
請求項５の発明は、粉末材料と有機結合剤とを配合して、二種類の成形材料４を調製する際、第一の粉末材料として超硬質材料を用い、第二の粉末材料としてニッケル又はニッケル合金を用いるものである。具体的には、例えば第一の粉末材料を平均粒径０．８μｍの９２ｗｔ％ＷＣ−８ｗｔ％Ｃｏや、９４ｗｔ％ＷＣ−６ｗｔ％Ｃｏ等の超硬合金とし、第二の粉末材料として、平均粒径２．５μｍのニッケルを８５ｗｔ％、平均粒径１．８μｍのタングステンを１５ｗｔ％含むニッケル合金を用いるものである。そして第一の粉末材料に有機結合剤を配合して第一の成形材料４ａを調製すると共に、第二の粉末材料に有機結合剤を配合して第二の成形材料４ｂを調製し、上記の図３に示すような射出成形装置を用いて射出成形（二色成形）を行い、成形体６を得る。この成形体６を約５００℃まで徐々に加熱して有機結合剤を除去し、０．１〜１Ｔｏｒｒの減圧下、１４２０℃で二時間加熱して焼結させて、複合材料部品８を得る。
【００７１】
このようにすると、上記のようにニッケル又はニッケル合金は展延性に富むため、二種類の成形材料４ａ、４ｂを用いて成形体６を成形する際、第二の粉末材料としてニッケル又はニッケル合金が配合された第二の成形材料４ｂを用いると、成形体６を加熱して焼結させる際、焼結時の成形体６中の粉末材料が熱膨張し、また加熱終了後に冷却された際に熱収縮する場合に、成形体６中の第一の成形材料からなる部分７ａと第二の成形材料からなる部分７ｂとの境界面において剥離が生じたり、第二の成形材料からなる部分７ｂが割れたりすることを、第二の成形材料からなる部分７ｂに含まれる展延性に富むニッケル又はニッケル合金の弾性変形により防止することができるものであり、成分の異なる二種の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８を容易に製造することができるものである。また上記のように第二の粉末材料としてニッケル合金を用いて複合材料部品８を製造するものとすると、この複合材料部品８を例えば切削工具の刃先チップ１２として用いる際、下記において詳述するようにＳＫ５のような工具鋼で作製された台金２４との接合面に複合材料部品８のニッケル合金からなる部分を配置し、この両者の接合面の近傍に高エネルギービーム等を照射して、鉄系材料と超硬合金を溶接するレーザー溶接法により刃先チップ１２と台金２４とを接合することができ、従来のように刃先チップ１２と台金２４との接合面にニッケル合金等の金属片を挿入する必要がなく、接合工程を簡略化することができるものである。
【００７２】
請求項６の発明は、セラミック粉末及び金属粉末から選択された少なくとも一種以上のものからなる粉末材料と、有機結合剤とを混練することにより、成分の異なる二種以上の成形材料４を調製し、この二種以上の成形材料４の射出成形を行うことにより成分の異なる二種以上の部分からなる成形体６を成形し、この成形体６を脱脂した後焼結させることによって得られる複合材料部品８である。これは既述の複合材料部品８の製造方法によって製造される複合材料部品８である。
【００７３】
請求項６の発明は、粉末材料と有機結合剤とを配合して、二種の成形材料４ａ、４ｂを調製する際、第一の粉末材料として超硬質材料を用い、第二の粉末材料として易溶接性材料を用い、このような二種の成形材料４ａ、４ｂを用いて射出成形により成形体６を成形し、この射出成形の際、切れ刃１０を有する刃物部１１ａを超硬質材料で成形し、台金２４との接合部１１ｂを有する部分を易溶接性材料で成形することによって成形し、この成形体６を脱脂した後焼結させることによって得られる複合材料部品８であり、この複合材料部品８を切削工具の刃先チップ１２とするものである。
【００７４】
この複合材料部品８は、既述の複合材料部品８の製造方法にて製造するものであるが、射出成形により成形体８を成形する際に、図２（ａ）に示すように、切れ刃１０を有する略四角状の刃物部１１ａを超硬質材料が配合されている第一の成形材料から成る部分７ａで形成し７刃物部１１ａの切れ刃１０を形成しない２辺に略Ｌ字型の接合部１１ｂをニッケル合金が配合されている第二の成形材料から成る部分７ｂで形成するものである。そしてこのようにして成形された成形体６を脱脂した後焼結させることによって図２（ｂ）に示すような、第一の材料粉末からなる部分（超硬質材料からなる部分）１２ａで形成される刃物部１１ａと、第二の粉末材料からなる部分（ニッケル合金からなる部分）１２ｂで形成される接合部１１ｂという成分の異なる二種の部分から構成され、刃先チップ１２として形成される複合材料部品を得ることができるものである。
【００７５】
図１９は刃先チップ１２として製造された請求項６の複合材料部品８を台金２４に接合する様子を示すものである。台金２４は例えば丸鋸刃等の切削工具の本体として形成するものであり、ＳＫ５のような工具鋼などの金属板をプレス加工等して、外周に多数の被接合部２５を設けて形成するものである。被接合部２５は台金２４の外周に突接された突片２６の入隅部に略Ｌ字型に形成されるものである。台金２４の各被接合部２５に刃先チップ１２を接合するにあたっては、台金２４の被接合部２５と刃先チップ１２の接合部１１ｂを重ね、台金２４の被接合部２５の近傍において両側から高エネルギービームを照射する。高エネルギービームとしては、レーザーや電子ビームを用いることができる。このように台金２４の被接合部２５近傍に高エネルギービームを照射すると、台金２４の高エネルギービームが照射された部分が加熱されると共に、この熱でその近傍に設置したニッケル合金で構成される接合部１１ｂが加熱される。そしてニッケル合金で構成される接合部１１ｂが溶融すると共にニッケルが台金２４や刃先チップ１２の刃物部１１ａ内に拡散し、接合部１１ｂのニッケル合金の溶融固化層及び台金２４や刃物部１１ａ中のニッケル拡散合金層によって台金２４に刃先チップ１２を接合することができるものである。
【００７６】
上記のように、刃先チップ１２として形成される請求項６の複合材料部品８を台金２４に接合する際は、高エネルギービームによる溶接により接合を行うことができるものであり、このようにして高エネルギービームによる溶接により台金２４に刃先チップ１２としての複合材料部品８を接合すると、高エネルギービームは台金２４に照射するため、刃先チップ１２が高エネルギービームによって急加熱されることがなくなり、刃先チップ１２の刃物部１１ａを靭性の低い超硬質材料で形成しても、熱衝撃で刃先チップ１２に割れが生じるということを未然に防ぐことができるものである。またはニッケル合金で構成される接合部１１ｂと超硬質材料で構成される刃物部１１ａとが一体となって刃先チップ１２が形成されているため、刃先チップ１２を台金２４に高エネルギービームにて溶接することにより接合する際に、刃先チップ１２と台金２４との接合面に金属片を挿入する必要がなく、接合工程を簡略にすることができるものである。またこの刃先チップ１２としての複合材料部品８を製造する場合、上記のように粉末材料から成形体６を成形する際に、第一の粉末材料として超硬質材料が配合された第一の成形材料４ａと、第二の粉末材料として易溶接性材料が配合された第二の成形材料４ｂという、成分の異なる二種の成形材料４ａ、４ｂを、一つの金型１内に注入することにより射出成形を行うことにより、超硬質材料を含む第一の成形材料からなる部分７ａと、易溶接性材料を含む第二の成形材料からなる部分７ｂという、成分の異なる二種以上の部分からなる成形体６を成形することができるものであり、その際、この成形体６を複雑三次元形状に形成する場合でも射出成形により容易に成形することができるものである。従ってこのような成形体６を焼結させて得られる複合材料部品８は、超硬質材料からなる刃物部１１ａと、易溶接性材料からなる接合部１１ｂという、成分の異なる二種の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品８として容易に製造することができるものであり、複合材料部品８を種々の形状を有する刃先チップ１２として容易に形成することができるものである。
【００７７】
請求項６の複合材料部品８の他の例としては、図２０に示すものがある。この図２０に示す複合材料部品８は、刃先チップ１２の刃物部１１ａの先端の両側にそれぞれ切れ刃１０ａ、１０ｂを突出させて設けた刃先チップ１２として形成したものである。本発明においてはこのように複雑三次元形状の複合材料部品８を容易に製造することができる。このような刃先チップ８を台金２４に接合して作製される切削工具を用いると、切削工具で木材を切断する場合に、ケバなどの切り残しが出ない綺麗な切断が可能になるものである。
【００７８】
すなわち、図２１は切れ刃１０を一つだけ設けた刃先チップ１２を台金２４に接合して形成した切削工具で木材２７を切断する様子を示すものであり、図２１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、の順に切断が進行するが、切れ刃１０が一つの刃先チップ１２では図２１（ｄ）のようにケバ２８などの切り残しが生じやすい（切断方向を矢印で示す）。一方図２２は切れ刃１０ａ、１０ｂを先端の両側に二個設けた刃先チップ１２を台金２４に接合して形成した切削工具で木材２７を切断する様子を示すものであり、図２２の（ａ）、（ｂ）の順に、切断が進行するが、ケバ２８などの切り残しは生じない（切断方向を矢印で示す）。
【００７９】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に記載の複合材料部品の製造方法は、セラミックス粉末及び金属粉末から選択された一種以上の粉末材料と有機結合剤とを混練して超硬質材料を配合した成形材料と易溶接性材料を配合した成形材料とを調製し、成形材料を金型内に注入する一つの射出ノズルが設けられると共に内部にプランジャーが配置されたメインシリンダーに二つのサブシリンダーが接続され、且つ各サブシリンダーの内部のトラフにスクリューが配置された射出装置を用いて、各サブシリンダーの各トラフ内に成形材料をそれぞれ供給し、各スクリューを軸回転させて各トラフ内の成形材料をメインシリンダーに供給し、プランジャーを射出ノズル側に向けて移動させてプランジャーの先端にて成形材料を押し込み、射出ノズルから成形材料を金型内に射出することによって、成分の異なる二種以上の成形材料を、金型内に注入することにより射出成形を行って、超硬質材料を配合した成形材料で切れ刃を有する刃物部となる部分を成形し、易溶接性材料を配合した成形材料で台金と接合される接合部となる部分を成形した成形体を成形し、この成形体を脱脂した後焼結させることによって切削工具の刃先チップとして形成するため、超硬質材料を含む第一の成形材料からなる部分と、溶接性材料を含む第二の成形材料からなる部分という、成分の異なる二種以上の部分からなる成形体を成形することができるものであり、その際、この成形体を複雑三次元形状に形成する場合でも射出成形により容易に成形することができるものであり、このような成形体を焼結させることにより、超硬質材料からなる刃物部と、溶接性材料からなる接合部という、成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品を容易に製造することができるものであり、複合材料部品を種々の形状を有する刃先チップとして形成することができるものである。また作製された複合材料部品を台金に接合する際は、高エネルギービームによる溶接により接合を行うことができるものであり、刃先チップが高エネルギービームによって急加熱されることがなくなり、刃先チップの刃物部を靭性の低い超硬質材料で形成しても、熱衝撃で刃先チップに割れが生じるということを未然に防ぐことができるものである。またこの接合の際に、刃先チップと台金との接合面に金属片を挿入する必要がなく、接合工程を簡略にすることができるものである。
【００８４】
また本発明の請求項２に記載の複合材料部品の製造方法は、二種以上の成形材料を調製するにあたって、各成形材料を、焼結温度が等しい粉末材料を用いてそれぞれ調製して成るため、成形体を構成する二以上の各成形材料からなる部分の焼結温度を等しくすることができ、成形体を炉中で加熱して焼結させることができて、セラミックス、金属等からなる成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品の量産を容易に行うことができるものである。
【００８５】
また本発明の請求項３に記載の複合材料部品の製造方法は、二種以上の成形材料を調製するにあたって、各成形材料を、焼結温度が異なる各粉末材料を用いてそれぞれ調製し、成形体を焼結させる際、各粉末材料の焼結温度のうち最も低い焼結温度よりも低い温度で仮焼結を行い、その後本焼結を行うことにより複合材料部品を得るため、成形体を構成する二以上の各成形材料からなる部分の焼結温度が異なって炉中で焼結させることが困難な場合でも成形体を焼結させることができ、セラミックス、金属等からなる成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品を容易に製造することができるものである。
【００８６】
また本発明の請求項４に記載の複合材料部品の製造方法は、各粉末材料のうち少なくとも一つのものが超硬質材料であり、他のものが展延性に富む材料であるため、成形体を加熱して焼結させる際、焼結時の成形体中の粉末材料が熱膨張し、また加熱終了後に冷却された際に熱収縮する場合に、成形体中の超硬質材料からなる部分とそれ以外の部分との境界面において剥離が生じたり、超硬質材料以外の部分が割れたりすることを、成形体の超硬質材料以外の部分に含まれる展延性に富む材料の弾性変形により防止することができるものであり、セラミックス、金属等からなる成分の異なる二種以上の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品を容易に製造することができるものである。
【００８９】
また本発明の請求項５に記載の複合材料部品の製造方法は、第一の粉末材料として超硬質材料を用い、第二の粉末材料としてニッケル又はニッケル合金を用いるため、成形体を加熱して焼結させる際、焼結時の成形体中の粉末材料が熱膨張し、また加熱終了後に冷却された際に熱収縮する場合に、成形体中の超硬質材料からなる部分とそれ以外の部分との境界面において剥離が生じたり、超硬質材料以外の部分が割れたりすることを、成形体の超硬質材料以外の部分に含まれる展延性に富むニッケル又はニッケル合金の弾性変形により防止することができるものであり、セラミックス、金属等からなる成分の異なる二種の部分からなる複雑三次元形状の複合材料部品を容易に製造することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例において用いる射出成形装置の一例を示す一部破断した平面図である。
【図２】  （ａ）は本発明において成形される成形体の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の成形体から作製される複合材料部品を示す斜視図である。
【図３】  （ａ），（ｂ）は、参考例において用いる射出成形装置の他の例の動作を示す一部破断した平面図である。
【図４】  本発明において成形される成形体の他の例を示す斜視図である。
【図５】  （ａ），（ｂ）は、本発明において用いる射出成形装置の一例の動作を示す一部破断した平面図である。
【図６】  参考例において用いる射出成形装置の更に他の例を示す一部破断した平面図である。
【図７】  参考例において用いる射出成形装置の更に他の例を示す一部破断した平面図である。
【図８】  本発明において成形される成形体の更に他の例を示す斜視図である。
【図９】  （ａ）乃至（ｃ）は図３に示す射出成形装置の他の動作を示す一部破断した平面図である。
【図１０】  （ａ），（ｂ）は図６に示す射出成形装置の他の動作を示す一部破断した平面図である。
【図１１】  （ａ），（ｂ）は図７に示す射出成形装置の他の動作を示す一部破断した平面図である。
【図１２】  本発明において成形される成形体の更に他の例を示す斜視図である。
【図１３】  （ａ）は本発明において成形される成形体の更に他の例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図１４】  参考例において使用する射出成形装置の更に他の例を示すものであり、（ａ）は予備成形用の射出成形装置を示す一部破断した平面図、（ｂ）は本成形用の射出成形装置を示す一部破断した平面図である。
【図１５】  （ａ）は参考例において成形される予備成形体の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の予備成形体を本成形することによって成形される成形体を示す斜視図である。
【図１６】  参考例において使用する射出成形装置の更に他の例の、一段階目の動作を示す一部破断した平面図である。
【図１７】  参考例において使用する射出成形装置の更に他の例の、二段階目の動作を示す一部破断した平面図である。
【図１８】  参考例において使用する射出成形装置の更に他の例の、三段階目の動作を示す一部破断した平面図である。
【図１９】  本発明の刃先チップとして形成した複合材料部品を台金に接合する様子を示す斜視図である。
【図２０】  本発明の刃先チップとして形成した複合材料部品の他の例を示す斜視図である。
【図２１】  （ａ）乃至（ｄ）は、切れ刃が一つの切削工具による木材の切断の状態を示す図である。
【図２２】  （ａ），（ｂ）は切れ刃が二つの切削工具による木材の切断の状態を示す図である。
【図２３】  （ａ）、（ｂ）は第一のキャビティーと第二のキャビティーを示す斜視図である。
【図２４】  （ａ）乃至（ｄ）は、図２３の第一のキャビティーと第二のキャビティーへの成形材料の注入の過程を示す概略図である。
【図２５】  プラズマ装置の一例を示す一部破断した斜視図である。
【符号の説明】
１  金型
１ｂ  本成型用の金型
２  射出装置
２ａ  第一の射出装置
２ｂ  第二の射出装置
３  射出ノズル
４  成形材料
４ａ  第一の成形材料
４ｂ  第二の成形材料
６  成形体
６ｂ  予備成形体
８  複合材料部品
１０  切れ刃
１１ａ  刃物部
１１ｂ  接合部
１２刃先チップ
１３  スクリュー
２３ａ  予備成形部
２３ｂ  本成形部
２４  台金
【図１】
0003680552.tif 000002
【図２】
0003680552.tif 000003
【図３】
0003680552.tif 000004
【図４】
0003680552.tif 000005
【図５】
0003680552.tif 000006
【図６】
0003680552.tif 000007
【図７】
0003680552.tif 000008
【図８】
0003680552.tif 000009
【図９】
0003680552.tif 000010
【図１０】
0003680552.tif 000011
【図１１】
0003680552.tif 000012
【図１２】
0003680552.tif 000013
【図１３】
0003680552.tif 000014
【図１４】
0003680552.tif 000015
【図１５】
0003680552.tif 000016
【図１６】
0003680552.tif 000017
【図１７】
0003680552.tif 000018
【図１８】
0003680552.tif 000019
【図１９】
0003680552.tif 000020
【図２０】
0003680552.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0003680552.tif 000023
【図２３】
0003680552.tif 000024
【図２４】
0003680552.tif 000025
【図２５】
0003680552.tif 000026