(57)【要約】【課題】ミニチュアドリル、ドリルおよびエンドミル等に好適な高抗折力で耐折損性にすぐれた切削工具用ＷＣ基超硬合金線材を提供する。【解決手段】Ｃｏ：４〜１２質量％、Ｃｒ：Ｃｏ含有量の４〜１２質量％を含有し、あるいは、さらに、Ｃｏ含有量の４質量％以下のＶを含有し、残部はＷＣおよび不可避不純物からなる成分組成を有するＷＣ基超硬合金製線材であって、該線材の線材径の５０％の深さの位置における圧縮残留応力が、１００〜５００ＭＰａであることにより、ミニチュアドリル、ドリルおよびエンドミル等に好適な高抗折力で耐折損性にすぐれた切削工具用ＷＣ基超硬合金製線材を提供することを可能にした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏ：４〜１２質量％、Ｃｒ：Ｃｏ含有量の４〜１２質量％を含有し、残部はＷＣおよび不可避不純物からなる成分組成を有するＷＣ基超硬合金からなる切削工具用ＷＣ基超硬合金製線材であって、
該線材の線材径の５０％の深さの位置における圧縮残留応力が、１００〜５００ＭＰａであることを特徴とする高抗折力で耐折損性にすぐれた切削工具用ＷＣ基超硬合金製線材。
【請求項２】
前記ＷＣ基超硬合金が、その成分として、Ｃｏ含有量の４質量％以下のＶをさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の高抗折力で耐折損性にすぐれた切削工具用ＷＣ基超硬合金製線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＷＣ基超硬合金製のミニチュアドリル、ドリルあるいはエンドミル等に好適な高抗折力で耐折損性にすぐれた切削工具用ＷＣ基超硬合金製線材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＷＣ基超硬合金は硬さが高く、すぐれた耐摩耗性を発揮することから、各種切削工具、治工具、機械部品などに広く用いられている。
近年では、電子機器の小型軽量化等に伴ってプリント基板の穴径が極小化しており、それに対応できる極細径のＷＣ基超硬合金製ミニチュアドリルが求められているが、穴あけ加工の省力化、低コスト化に対する要求から、穴あけ機の高性能化と相俟って、穴あけ加工が高速で行われる傾向にある。
しかし、従来のＷＣ基超硬合金製ミニチュアドリルで高速穴あけ加工を行うと、ＷＣ基超硬合金の強度不足が原因で、ドリルの折損が発生し易くなるという問題が発生している。
そこで、ＷＣ基超硬合金の強度改善を目的として、各種の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、真空焼結のままＷＣ基超硬合金に、不活性ガス雰囲気中、ガス圧力：１０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ２、加熱温度：１２８０〜１３８０℃（但し、真空焼結温度より３０℃以上低い温度）で低圧加熱処理を施すことによって、これを構成するＷＣ粒子は１２０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の圧縮残留応力をもつＷＣ基超硬合金を得ることができ、これによってＷＣ基超硬合金の強度を向上せしめることが提案されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、通常の焼結プロセスで製造したＷＣ基超硬合金に、適切な加工条件を選択して電解インプロセスドレッシング研削法を適用することによって、表面平滑で、かつ、超硬合金部材の表面の残留圧縮応力が１０００ＭＰａ以上であるＷＣ基超硬合金を得ることができ、これによってＷＣ基超硬合金の強度を向上させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１７１８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１７９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、２の従来技術にも示されるように、ＷＣ基超硬合金に残留圧縮応力を付与することによって、強度の向上を図ることはよく知られているが、従来技術において付与される圧縮残留応力は、主として、ＷＣ基超硬合金の表面領域に限られている。
つまり、従来技術の教示にしたがって、ＷＣ基超硬合金に圧縮残留応力を付与したとしても、表面からごく浅い領域のみに圧縮残留応力が付与されているに過ぎず、このようなＷＣ基超硬合金線材から実際のミニチュアドリル、ドリル等を作製したとしても、切れ刃芯部には圧縮残留応力が形成されていないため、依然として抗折力が十分でなく、比較的短時間で折損を発生し易いという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者らは、ＷＣ基超硬合金製線材の内部にまで圧縮残留応力を付与することによって強度を改善し、ミニチュアドリル、ドリルあるいはエンドミル等として用いた場合にも、高抗折力で折損を発生することのないＷＣ基超硬合金製線材を得るべく鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。
【０００８】
通常の焼結条件で、所定の成分組成・目標径線材のＷＣ基超硬合金焼結体を作製し、これをＨＩＰ処理した後、線材軸方向から所定の力で加圧し、所定時間保持した場合には、除荷後のＷＣ基超硬合金線材には、線材の表面からごく浅い領域のみならず、線材径の５０％の深さの位置にまで、所定の圧縮残留応力が形成されることを見出した。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  Ｃｏ：４〜１２質量％、Ｃｒ：Ｃｏ含有量の４〜１２質量％を含有し、残部はＷＣおよび不可避不純物からなる成分組成を有する切削工具用ＷＣ基超硬合金製線材であって、
該線材の線材径の５０％の深さの位置における圧縮残留応力が、１００〜５００ＭＰａであることを特徴とする高抗折力で耐折損性にすぐれた切削工具用ＷＣ基超硬合金製線材。
（２）  ＷＣ基超硬合金製線材が、その成分として、Ｃｏ含有量の４質量％以下のＶをさらに含有することを特徴とする前記（１）に記載の高抗折力で耐折損性にすぐれた切削工具用ＷＣ基超硬合金製線材。」
を特徴とするものである。
ここで、本発明において、線材径の５０％の深さの位置とは、図1に示すように線材の中心を長手方向に通る軸線を含む断面、すなわち、図１においてハッチングを施した面を想定した際に、線材表面から深さ方向に線材径Ｄの５０％（０．５Ｄ）の位置を意味している。
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１１】
Ｃｏ：
Ｃｏは、ＷＣ基超硬合金の結合相形成成分として含有させるが、Ｃｏ含有量が４質量％未満では所望の抗折力を得ることができず、一方、Ｃｏ含有量が１２質量％を超えると急激に軟化し、切削工具として必要とされる所望の硬さが得られなくなることから、ＷＣ基超硬合金中のＣｏ含有量を４〜１２質量％と定めた。
【００１２】
Ｃｒ：
Ｃｒは、結合相形成成分として含有させるが、結合相を形成するＣｏ中に固溶した状態で硬質相を形成するＷＣ相の成長を著しく抑制して、ＷＣ相の粒径を微細化させ、ＷＣ基超硬合金を微粒組織とし、抗折力を高める。しかし、この作用は、Ｃｒ含有量が、Ｃｏ含有量の４質量％未満では不充分であり、一方、その含有量がＣｏ含有量の１２質量％を超えると、ＣｒとＷの複合炭化物を析出し、抗折力が低下するようになる。
したがって、ＷＣ基超硬合金中のＣｒ含有量は、Ｃｏ含有量の４〜１２質量％と定めた。
【００１３】
Ｖ：
Ｖは、Ｃｒと同様、Ｖを含有させることによってＷＣ基超硬合金を微粒組織とすることで抗折力を高めるが、Ｖの含有量が、Ｃｏ含有量の４質量％を超えると、ＷＣと結合相の密着力を弱める効果が強くなり、抗折力を低下させるようになる。
したがって、ＷＣ基超硬合金中のＶの含有量は、Ｃｏ含有量の４質量％と定めた。
【００１４】
圧縮応力の値：
本発明のＷＣ基超硬合金製線材では、線材の表面からごく浅い領域のみならず、線材径の５０％の深さの位置においても、圧縮残留応力が１００〜５００ＭＰａとなるように線材を作成する。
即ち、本発明のＷＣ基超硬合金製線材では、従来の圧縮残留応力を付与したＷＣ基超硬合金に比して、ＷＣ基超硬合金のより内部（深い領域）にまで圧縮残留応力が形成されていることにより、切れ刃芯部まで高抗折力を有するために耐折損性が向上する。
ただ、線材の線材径の５０％の深さの位置における圧縮残留応力の値が１００ＭＰａ未満では、所望の抗折力向上効果が得られず、一方、圧縮残留応力の値が５００ＭＰａを超えると、例えば、ドリルの切れ刃の形成加工中に欠けを発生するようになり、また、線材内部の応力の不均一により線材が湾曲・屈曲し、直線性を維持できなくなる。
よって、本発明のＷＣ基超硬合金製線材は、線材の線材径の５０％の深さの位置での圧縮残留応力の値を１００〜５００ＭＰａの範囲とする。
【００１５】
圧縮応力の形成方法：
ＷＣ基超硬合金製線材の線材径の５０％の深さの位置に、１００〜５００ＭＰａの圧縮残留応力を形成する方法の概略は、例えば、以下のとおりである。
【００１６】
原料粉末として、所定の平均粒径のＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末（あるいは、必要に応じ、さらに、ＶＣ粉末）を所定割合に配合し、プレスにて線材状成形体を作製し、この線材状成形体を、通常の雰囲気、通常の焼結温度、保持時間で焼結した後、該線材状焼結体の軸方向から１．５ＧＰａ以上の力で加圧し、５秒以上保持することによって、所定の圧縮残留応力を有する本発明のＷＣ基超硬合金製線材を作製することができる。
【００１７】
なお、線材状焼結体を軸方向から１．５ＧＰａ以上の力で加圧した場合に、加圧中に座屈・屈曲・変形等が生じ、これを原因として、線材状焼結体が破損することを避けることが必要である。
このため、線材状焼結体を１本ずつ加圧する場合には、線材状焼結体の長さをＬ（ｍｍ）、線材状焼結体の直径をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｌ／Ｄ≦１２、かつ、Ｄ≧３（ｍｍ）としておくことが望ましい。また、線材状焼結体の軸方向の上面および下面の平行度は、０．０１以下に加工しておくことが望ましく、さらに、線材状焼結体の軸方向の上面および下面に接する加圧装置の加圧面には、超硬合金を嵌め込んでおき、線材状焼結体の軸方向の上面および下面の損傷発生を防止することが望ましい。
また、例えば、ミニチュアドリル用素材（Ｌ＝３３０、Ｄ＝１．３）のように、Ｌ／Ｄが大きく、或いは、Ｄが小さな値であるような場合には、これらの線材状焼結体を複数本束ねて所定内径のパイプ内に装入した状態で、所定圧力で軸方向から加圧することによって、所望の圧縮残留応力を有する本発明のＷＣ基超硬合金製線材を作製することができる。
【００１８】
なお、圧縮残留応力の測定は、Ｃｕを管球としたＸ線回折装置を用い、出力：４５ｋＶ×４０ｍＡにて、２θ−ｓｉｎ２ψ法という周知の方法にしたがって、その圧縮残留応力を求めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高硬度を備えるとともに、すぐれた抗折力を有するＷＣ基超硬合金製線材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】線材の軸線および線材径の５０％の深さを説明する斜視図を示す。
【図２】本発明の線材の軸線を含む平面における深さ方向の残留応力を測定するために使用したサンプルを示す斜視図である。
【図３】図２に示した試料を用いて線材の表面から線材径の５０％の深さまでの残留応力の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のＷＣ基超硬合金製線材について、以下に、実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００２２】
まず、原料粉末として、平均粒径０．９μｍのＷＣ粉末、平均粒径１．５μｍのＣｏ粉末、平均粒径２．０μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、平均粒径１．５μｍのＶＣ粉末を、表１に示される割合に配合し、アトライターにて１５時間湿式混合し、減圧乾燥し、さらにワックスと溶剤を加えて１時間混和した後、直径：８．０ｍｍの線材状成形体とし、これらの線材状成形体を、３Ｐａ以下の真空雰囲気中で１４００℃の温度に１．０時間保持して焼結した後、Ａｒ雰囲気中で圧力：６ＭＰａの加圧雰囲気でＨＩＰ処理を施し、センタレス加工にて加工ことにより、直径：６．０ｍｍ×長さ：３０ｍｍの２種類の線材状焼結体Ａ、Ｂを製造した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
次いで、線材状焼結体の軸方向端面(上面、下面)を、平行度０．０１以下になるように加工した後、線材状焼結体の軸方向上面から、１．５ＧＰａおよび２．０ＧＰａという２種類の加圧力で加圧し、５分間保持し、その後除荷する軸方向加圧処理を施すことにより、本発明のＷＣ基超硬合金製線材１〜４(以下、「本発明線材１〜４」という)を作製した。
【００２５】
比較のために、上記軸方向加圧処理を施さない上記線材状焼結体Ａ、Ｂを、それぞれ、比較例のＷＣ基超硬合金製線材１〜４(以下、「比較例線材１〜４」という)とした。
また、参考のために、上記線材状焼結体Ａに対して、特許文献１に記載される低圧加熱処理を施し、センタレス加工することによって、従来ＷＣ基超硬合金製線材１(以下、「従来線材１」という)を作製した。
さらに、上記線材状焼結体Ｅに対して、特許文献２に記載される電解インプロセスドレッシング研削法を適用することによって、従来ＷＣ基超硬合金製線材２(以下、「従来線材２」という)を作製した。  
なお、本発明線材１〜４、比較例線材１〜４、従来線材１、２は、抗折力試験用、残留応力測定用としてそれぞれＷＣ基超硬合金製線材を作製した。
【００２６】
上記本発明線材１〜４、比較例線材１〜４、従来線材１、２について、以下の三点曲げ試験を行い、それぞれの抗折力を測定した。
・支点：φ２ｍｍ超硬丸棒
・スパン間距離：２０ｍｍ
・クロスヘッド移動スピード：０．５ｍｍ／分
その測定結果を、表２に示す。
【００２７】
また、上記本発明線材１〜４、比較例線材１〜４、従来線材１、２について、それぞれの線材の径に対して所定の深さ（ほぼ４９％の深さ）までサーフェスで削り込み、＃３２５砥石で０．１ｍｍ、ついで＃１２００砥石で０．１ｍｍ、最後に＃２０００砥石で０．０５ｍｍ研磨した後、Ｃｕを管球としたＸ線回折装置を用い、出力：４５ｋＶ×４０ｍＡ、２θ−ｓｉｎ２ψ法にしたがって、各線材の線材径の５０％の深さの位置における残留応力の値を測定した。
その測定結果を、同じく表２に示す。
さらに、本発明線材１と同様の方法で作製した図２に示すような直方体形状のサンプルを用いて、表面から試料の５０％の深さまでの残留応力の値を測定した。その結果を図３に示す。なお、本測定には、測定を容易にするため、本発明線材と形状、大きさが異なるサンプルを用いたが、深さ方向の残留応力の変化については、本発明線材と実質的に同じ変化を示すことはいうまでもない。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２および図３に示す結果から、各線材の深さ方向の圧縮残留応力の値が線材の表面のみならず、線材径の５０％の深さにおいても１００〜５００ＭＰａの高い値を示す本発明線材は、前記圧縮残留応力の値が前記範囲を逸脱する比較例線材より抗折力が１割以上向上していることが分かる。
また、従来線材１は、比較的残留応力は付与されているが、その値は１００ＭＰａ未満であるため抗折力値は比較的低値であった。従来線材２は、抗折力値は高値であるものの、線材の中心部に圧縮残留応力が、ほとんど入っていないため、例えば、切れ刃をつける加工を施した後の耐折損性の向上が見込めない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のとおり、本発明のＷＣ基超硬合金製線材は、高硬度を備えるとともに、すぐれた抗折力を示ことから、このＷＣ基超硬合金製線材を基体としてミニチュアドリル、ドリルあるいはエンドミル等の切削工具を作製した場合には、これらの切削工具は、すぐれた耐摩耗性に加え、すぐれた耐折損性を備え、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮し、工具の長寿命化を図ることができるものと期待される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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