(57)【要約】【課題】  チップ基体の両主面に超砥粒焼結体を同時焼結によって一体化焼結し、各面にそれぞれ２個以上の切刃となる頂点を設けることで、残留応力による剥がれの少なくかつ全体としての工具寿命の長いスローアウェイチップを提供する。【解決手段】  超硬合金円板の上下面に隣接して超砥粒粉を配置した焼結素材を、高温高圧装置に装填し、超砥粒物質が熱力学的に安定となる圧力温度条件下に供する。冷却・除圧後回収した焼結素材は圧力媒体等を除去して超砥粒面を露出し、粗研磨・ミラー研磨した後、ワイヤカットしさらに研磨により、両主面の各頂点に多頂点形状に切り出す。【選択図】図１
2006051578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な一対の主面を有する超硬合金板及び該超硬合金板の各主面に密に接合された焼結超砥粒層を有し、かつ主面に平行な輪郭が連続輪郭又は３個以上の切刃頂点を持つ多角形のスローアウェイ型切削チップであって、上記焼結超砥粒層は、超砥粒物質が熱力学的に安定となる圧力温度条件下で粒子同士が相互に焼結され、また同時に全体として超硬合金板と接合されたものである切削チップ。
【請求項２】
上記焼結超砥粒層がダイヤモンド粒子同士の直接結合を含む、厚さ0.1〜0.7mmの焼結ダイヤモンド層である、請求項１に記載の切削チップ。
【請求項３】
上記焼結超砥粒層が立方晶窒化ホウ素(c-ＢＮ)及び、より少量の、金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物から選ばれる少なくとも１種を結合材として含む、厚さ0.1〜1.2mmの焼結立方晶窒化ホウ素層である、請求項１に記載の切削チップ。
【請求項４】
上記超硬合金層がＷＣ−Ｃo基であり、厚さが1.0mm以上である、請求項１に記載の切削チップ。
【請求項５】
上記連続輪郭が円形である、請求項１に記載の切削チップ。
【請求項６】
上記多角形が、90°の頂角を有する正方形(90°正方形)である、請求項１に記載の切削チップ。
【請求項７】
上記多角形が、35〜80°の頂角を有する菱形である、請求項１に記載の切削チップ。
【請求項８】
上記多角形が頂点角度60°の正三角形(60°正三角形)である、請求項１に記載の切削チップ。
【請求項９】
(1) 高融点金属薄板製の第一の円筒状カプセル内に、先ず秤量された整粒超砥粒粉末を入れ、次いで平行な一対の主面を持つ超硬合金円板を入れて固定し、さらに同様な第二のカプセル内に秤量された整粒超砥粒粉末を入れ、次いで上記超硬合金円板の自由な主面を第二のカプセルに入れて固定し、
(2) 超高圧高温装置に装填して超硬合金板から供給される鉄族金属の融液の存在下で超砥粒物質が安定な相となる圧力下に供し、
(3) 超高圧高温装置から超硬合金と超砥粒との複合材を回収して表面を研磨し、
(4) 所定の形状に切り出し、
(5) 切刃部分に刃付け加工を施すことを特徴とする、請求項１に記載の切削チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具寿命が長く効率的な切削作業が可能なスローアウェー型チップ、特に焼結ダイヤモンド及び焼結c-ＢＮチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の各種切削作業に、全体を超硬合金で作製したチップや、超硬合金のバッキング材と一体化した切刃材料としてのダイヤモンドやc-ＢＮの焼結体(以下それぞれＰＣＤ、ＰＣＢＮと呼ぶ)を、１個の切刃のみを持つ刃先形状に切断し、全体を鋼製ホルダー(「シャンク」とも呼ばれる)にロウ接したＰＣＤバイトやＰＣＢＮバイトが知られ、実用に供されている。
【０００３】
この際、切削チップにおいて、実際の切削作業に供されるのは先端の微小部分のみであることから、正三角形や正方形板状に形成した超硬合金製基体の片面の頂点や菱形基体の鋭角頂点に、ＰＣＤやＰＣＢＮを配置した構成の、スローアウェイチップも知られている。
【０００４】
スローアウェイチップの形状については、上記の外に円形や鈍角頂点を持つ多角形構成のものも市販されている。
【０００５】
これらの各種スローアウェイチップは、主として鋼製のホルダー又はシャンクに割り出し可能(インデクサブル)に、ボルト締めやクランプ締めによって固定される。切削作業により、切刃が摩耗して切削性能が低下すると、未使用の頂点の刃先に切り替えて切削作業を行う。切刃の研ぎ直しは原則として行われない。
【０００６】
スローアウェイチップでは上記のように、切刃の交換がチップの割り出し作業だけで済み作業停止時間が短い。しかし、切刃材を鋭角の頂点に配置する構成では、チップ当たりの切刃数が２〜４個であり、切刃材がＰＣＤやＰＣＢＮの場合でも、チップ全体としての工具寿命は改善の余地があった。
【特許文献１】特開平１−５１２９６号公報
【非特許文献１】『'92〜'93  ダイヤチタニット切削工具』三菱マテリアル株式会社
【０００７】
一方、超硬合金のバッキング材と同時焼結によって一体化されたＰＣＤにおいて、超硬合金とダイヤモンド層との間には両材質の熱膨張係数の差に基づく大きな応力が残留している。この応力はチップがシャンクへのロウ接のために加熱された時(低温ロウでも約700℃程度の高温に供される)、あるいは衝撃荷重が加わった時、応力を解放する力によってＰＣＤ層の剥離が生じることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、チップ交換時の所要時間が少なく、効率的な切削作業が可能な、全体的な工具寿命の長い超砥粒焼結スローアウェイチップと、経済的な製法を提供することを、主な目的とする。
【０００９】
別の目的は、ＰＣＤ層の基体からの剥離が生じにくいＰＣＤチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の切削チップは、互いに平行な一対の主面を有する超硬合金板及び該超硬合金板の各主面に密に接合された焼結超砥粒層を有し、かつ主面に平行な輪郭が円形又は３個以上の切刃頂点を持つ多角形のスローアウェイ型切削チップであって、上記焼結超砥粒層は、超砥粒物質が熱力学的に安定となる圧力温度条件下で粒子同士が相互に焼結され、また同時に全体として超硬合金板と接合されていることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、特にＰＣＤの場合、基体材の超硬合金とは熱膨張係数において１桁以上の差が存在するが、超硬合金板の両面にＰＣＤ層を配置されているので、従来の片面のみにＰＣＤ層を配置したチップの場合のように、歪みによる変形で刃先寸法の精度不良や、強い衝撃によるダイヤモンド焼結層の剥離等の問題も解決された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の切削チップは、基本的には従来のスローアウエイ型切削チップと同様の切削加工機へ取付けての使用を意図する。この意味で、本発明の切削チップは、規格に従った輪郭形状、例えば、図１に示すように、頂角90°の正方形、頂角60°の正三角形、頂角35°の菱形、頂角80°の六角形、或は円形に切り出すのが好適である。このようなチップは、例えば上掲の「'92〜'93  ダイヤチタニット切削工具」の「スローアウェイチップ」、「超高圧焼結体」の項(第96〜106頁)に記載されている。このように形成した切削チップの両主面側に刃付け加工を行うのである。
【００１３】
この他、中心軸の周りに等角度間隔で配置された頂点を有する五芒星又は七芒星、或はその他の多芒星形とすることも可能である。また図に示すように本発明のチップは、穴あきタイプ、穴なしタイプのいずれにも、また逃げ角付のポジティブ、逃げ角無しのネガティブ型も同様に作製することが可能である。
【００１４】
別の例としては、２個の合同の菱形の鋭角頂点を、中心の周りに90°だけずらして重ね合わせた形状も利用できる。さらに頂点の角度を例えば30°や45°に減少し、それぞれ30°ずつずらすことで、十二芒形の基体も得ることができる。頂点の個数は、組み合わされるホルダーの構成や利用可能な刃付け工具の特性に依存するが、その範囲内で任意に選択できる。
【００１５】
術語『超砥粒』は典型的にはダイヤモンド及びc-ＢＮ(立方晶窒化硼素)を指す。常圧下で準安定なこれらの物質を熱力学的に安定となる高温超高圧下に供し、超硬合金のバッキング材と一体化(同時焼結)された焼結超砥粒層を得る技術は確立されている。この際、超砥粒粒子同士及び超砥粒層を超硬合金との接合には、超硬合金から供給される鉄族金属を主体とする融液や、予め超砥粒粉末に混合された金属材が結合材として作用する。
【００１６】
焼結超砥粒層がc-ＢＮの場合、チタン、ジルコニウム、タンタル、モリブデン、ニオブ等の金属の、炭化物や窒化物や炭窒化物を１種類または数種類組み合わせ、c-ＢＮよりも少量含有させることができる。
【００１７】
焼結超砥粒層の厚さは、ＰＣＤの場合、確実な焼結層とするために0.1mm以上の厚さとするのが望ましい。反面、実際の切削に寄与するのは先端のわずかな部分だけであり、0.7mmの厚さで十分だとみなせる。一方、ＰＣＢＮの場合は0.1mm以上1.2mm以下の厚さが望ましい。過剰な厚さは製品コストの無駄な増加を来たすだけであるから避けるべきである。基体材としての超硬合金層(典型的にはＷＣ−Ｃo系)は予め焼結された焼結品を用いるので、厚さは1.0mm以上あれば随意であり、チップの目的に適合した規格に応じて設定される。
【００１８】
本発明においては、この同時焼結技術に基づき、焼結された超硬合金の(円)板の両面に整粒されたダイヤモンドやc-ＢＮの粒子を、結合材としての金属材やセラミック粉末と混合したものを配置し、焼結条件に供することによって、超硬板の両面にダイヤモンドやc-ＢＮの焼結体が強固に接合された複合体を得ることができる。この複合体は超砥粒面を研磨後、ワイヤカットやレーザーカット等によって、設計形状に切断し、刃付けを行う。
【実施例１】
【００１９】
図１(a)として示すような正方形のＰＣＤスローアウェイチップを作製した。図２の中心軸を含む焼結素材断面図に概略示すように、厚さ0.1mmのＴa薄板製の内径85mm、深さ2mmの容器２に、粒度8-16μmのＩＭＭ級ダイヤモンド粉(トーメイダイヤ(株)製)３を15ｇ平坦に入れ、その上に85mmφ、厚さ3.7mmのＷＣ−8％Ｃo超硬合金円板４を置き、Ｔa容器２の上縁をかしめた。次いで別の同様のＴa容器５に同種のダイヤモンド粉６を等量入れ、さらに超硬合金円板４を反転してＴa容器５に入れ、Ｔa容器をかしめて焼結素材７とした。これらの操作を繰り返して同様の素材を4個用意した。
【００２０】
図３の中心軸を含む断面図に示すように、焼結素材７の周囲に、主に電気絶縁及び断熱のための耐火物製部材１１〜２０、圧力伝達媒体としてＮaＣl成型リング２１、通電加熱用の筒状カーボンヒーター２２及び回路構成のための金属製各部材２３〜２５、２６〜２８を上方及び下方にそれぞれ配置し、油圧一軸加圧型高温高圧装置に装填した。5.5ＧＰaの圧力及び1450℃の温度に20分間供した。
【００２１】
冷却・除圧後回収した各焼結品は圧力媒体等の除去により単離してＰＣＤ面を露出し、粗研磨及びミラー研磨した。この内の１枚から、ワイヤカットにより正方形のチップブランクを切り出し、各頂点のダイヤモンド焼結体層の研磨加工により刃付け加工を行い、切刃8個を持つ、それぞれ一辺が12.7mm、厚さ4.76mmの正方形スローアウェイチップ21個と、一辺が9.53mmの正方形チップ5個とを作製した。
【実施例２】
【００２２】
実施例１の充填操作に準じた操作により、円形のＰＣＢＮスローアウェイチップを作製した。ただし今回は、上記ダイヤモンドの代わりに粒度5-12μmのＩＳＢＮ−Ｍ級c-ＢＮ粉(トーメイダイヤ(株)製)を、ＴiＣとＴiＮとの1：1混合粉末に少量のＡl粉を添加したマトリックス用粉末と55：45の比率(重量)で配合して焼結原料とし、この焼結原料20ｇ用いてＰＣＢＮの各層を形成した。超硬合金板は、上記実施例におけるものと、同一組成の、厚さ2.0mm円板を用いた。これらの操作を繰り返して、超硬合金円板の各(主)面上にc-ＢＮ層を持つチップ作製のための焼結素材を4個用意した。
【００２３】
4個のＰＣＢＮ焼結素材の周囲に、耐火物製部材、ＮaＣl成型リング、筒状カーボンヒーター及び回路構成のための金属製各部材を配置し、同様に油圧一軸加圧型高温高圧装置に装填した。5.5ＧＰaの圧力及び1500℃の温度に20分間供した。
【００２４】
冷却・除圧後回収した各焼結品は圧力媒体等の除去により単離してＰＣＢＮ面を露出し、粗研磨及びミラー研磨した。１枚の焼結品をワイヤカットにより切断し、さらに研磨加工により刃付けを行って、内接円直径6.35mm、厚さ3.18mmの、60°正三角形輪郭のスローアウェイチップ72個を作製した。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のスローアウェイチップは、チップ面の両方に超砥粒の切れ刃を有することから、片面だけに切れ刃を有する従来のチップに比べてチップ１個当りの加工量の大幅な向上、チップ交換に伴うダウンタイムの減少の結果、生産性の大幅な向上が達成できる。そのうえ、特にＰＣＤを利用する場合、１桁以上の大きな熱膨張係数の差にも拘わらず、従来のかかるスローアウェイチップにおけるような、研削加工時における発熱・応力解放による剥がれの問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明により作製可能なスローアウェイチップの輪郭形状を示す平面説明図である。
【図２】本発明実施例１によるスローアウェイチップ焼結素材の断面説明図である。
【図３】本発明実施例１で用いた高温高圧に供するための構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    スローアウェイチップ
２    Ｔa薄板製容器
３    ダイヤモンド粉
４    超硬合金円板
５    Ｔa薄板製容器
６    ダイヤモンド粉
７    焼結素材(全体)
１１〜２０    耐火物製部材
２１    ＮaＣl成型リング
２２    ヒーター
２３〜２５    金属製部材
２６〜２８    金属製部材
【図１】
2006051578.tif 000003
【図２】
2006051578.tif 000004
【図３】
2006051578.tif 000005