(57)【要約】【課題】  超硬合金からなる基体との接合強度に優れ、ネジ加工が施し易いネジ加工部を具える超硬合金材を提供する。【解決手段】  超硬合金からなる基体2と、この基体2に一体焼結されたネジ加工部3とを有する超硬合金材1である。特に、ネジ加工部3は、Niを50質量％以上含有するNi含有材料から形成する。基体2とネジ加工部3との境界において、超硬合金の結合相と同等の特性を有するNiが基体を構成する超硬合金に拡散するため、基体2とネジ加工部3とが強固に接合される。また、Ni含有材料は、ネジ加工が施し易い。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金からなる基体と、
前記基体に一体焼結されたネジ加工部とを有し、
前記ネジ加工部は、Niを50質量％以上含有するNi含有材料からなることを特徴とする超硬合金材。
【請求項２】
Ni含有材料は、Ni及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の超硬合金材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超硬合金からなる基体に雌ネジや雄ネジといったネジが付いた超硬合金材に関するものである。特に、超硬合金からなる基体とネジ加工部とが強固に接合されている超硬合金材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パンチダイなどのプレス加工材や種々の加工治具材といった加工材の材料として、高強度で高硬度な超硬合金が利用されている。超硬合金とは、WC(タングステンカーバイト)といった金属炭化物からなる硬質相をCo、Niなどの鉄族金属からなる結合相で焼結結合した複合材料である。このような超硬合金からなる加工材を加工装置本体などに取り付けを行うべく、加工材には、ネジ加工が施されたネジ加工部が設けられる。このとき、超硬合金に直接ネジ加工を行うと、上記のように超硬合金は高硬度であることから、相手側のネジが摩耗してしまい、締め付けが効かなくなることがある。そこで、従来、ネジ加工部を鉄(鋼)にて形成した加工が知られている。この加工材は、超硬合金に挿入穴を設けておき、鋼製の雌ネジ加工用部材を挿入穴に挿入してロウ付けし、加工用部材にネジ加工を施すことで得られる(特許文献1参照)。また、特許文献2では、基体となる超硬合金と異なる超硬合金にて雌ネジ加工用部材を構成し、基体と一体に焼結した超硬合金焼結体が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特公平2-6803号公報明細書第1ページ第2欄1-5行目
【特許文献２】特開平11-264003号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献1に記載されるようにネジ加工用部材をロウ付けする場合、基体となる超硬合金との接合強度が充分に得られない恐れがある。ロウ付けは、作業者の技能レベルによってバラつきがあり、基体に設けた挿入穴の全面に亘って均一に塗布されていないと、ネジ加工部材が基体から外れて抜け落ちる恐れがある。また、鋼は、耐食性に劣るため、使用環境によっては適用できないこともある。更に、基体に複数の挿入穴を設ける場合、穴あけ精度が低下する恐れもある。
【０００５】
一方、特許文献2に記載されるような焼結体の場合、ネジ加工部材が基体と一体に焼結されているため、充分な接合強度を有する。しかし、ネジ加工部材が加工性に劣る超硬合金で形成されているため、ネジ加工を行いにくい。
【０００６】
そこで、本発明は、超硬合金からなる基体との接合強度に優れると共に、ネジ加工が行い易いネジ加工部を具える超硬合金材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ネジ加工部材をNi含有材料にて形成することで上記目的を達成する。即ち、本発明超硬合金材は、超硬合金からなる基体と、この基体に一体焼結されたネジ加工部とを有し、ネジ加工部をNi含有材料にて形成したことを特徴とする。ただし、Ni含有材料のNi含有量は、50質量％以上とする。以下、本発明をより詳しく説明する。
【０００８】
本発明において基体は、超硬合金からなるものとする。超硬合金は、周期律表IVa、Va、VIa族金属の炭化物からなる硬質相と、1種以上の鉄族金属からなる結合相とから構成されるもの(不可避的不純物を含む)が挙げられる。具体的な硬質相としては、例えば、WC、TiC、TaCなどが挙げられる。硬質相は、WCのみとしてもよいし、WCとその他の金属炭化物とを混合させてもよい。その他、WCを主成分(硬質相中70質量％以上)とし、周期律表IVa、Va、VIa族金属の炭化物(WCを除く)、窒化物及び炭窒化物よりなる群から選ばれる1種以上の化合物を含むものとしてもよい。特に、WC-Co系超硬合金は、高強度、高硬度であり、種々の特性に優れる。鉄族金属としては、Fe、Co、Niが挙げられる。その他、Crなどを添加させてもよい。公知の組成の超硬合金を利用してもよい。例えば、WC:70〜95質量％、Co:5〜30質量％、不可避的不純物からなるもの、WC:73〜85質量％、Co:10〜20質量％、Ni:3.0〜6.0質量％、Cr:0.5〜1.5質量％、不可避的不純物からなるものなどが挙げられる。
【０００９】
本発明においてネジ加工部は、Ni含有材料にて形成する。具体的には、Niを50質量％以上含有するものとする。Niと不可避的不純物とからなる純Ni材(Ni含有量：99.9質量％以上)を利用してもよい。上記のように基体となる超硬合金は、結合相にCo、Niといった鉄族金属を含有している。従って、結合相の構成元素とほぼ同等の性質、或いは同じ性質を有するNi含有材料にてネジ加工部を形成し、基体と一体に焼結することで、基体とネジ加工部との境界においてネジ加工部を構成するNiが基体に拡散する。そのため、基体とネジ加工部とが相互に強固に接合することができ、ネジ加工部が基体から外れて抜け落ちることがない。また、Ni含有材料は、鋼よりも耐食性に優れるため、本発明超硬合金材は、腐食環境下であっても充分に使用することができる。更に、Ni含有材料は、超硬合金よりもネジ加工性に優れるため、ネジ加工を簡単に行うことができる。加えて、Ni含有材料は、上記のように基体となる超硬合金の結合相と同等の性質を有する元素Niを含有することから、基体に設けた挿入穴の寸法誤差をある程度補正することができる。従来、Ni含有材料は、強度が比較的低く、ネジ加工材には不向きであると考えられていた。しかし、本発明者が調べたところ、Niを50質量％以上含有するNi含有材料であっても、加工装置本体との取り付けに必要とされる強度を充分に具えるとの知見を得た。この知見に基づき、本発明では、ネジ加工を施すネジ加工部の形成材料として、Ni含有材料を利用することを規定する。
【００１０】
ネジ加工部に施すネジ加工は、雌ネジでもよいし、雄ネジとすることもできる。いずれにしても、所望の雌ネジ又は雄ネジを形成することができる大きさのNi含有材料を用意すると共に、超硬合金からなる基体に用意したNi含有材を挿入する挿入穴を予め設けておき、挿入穴にNi含有材料を挿入配置して、一体に焼結するとよい。そして、焼結後、Ni含有材料にネジ加工を行い、ネジ加工部とするとよい。ネジ加工部に設けるネジを雌ネジとする場合、Ni含有材料の端面が基体表面と面一となるように配置し、雄ネジとする場合、所望の雄ネジを設けられるように基体からNi含有材料を突出させて配置する。
【００１１】
本発明超硬合金材は、例えば、以下のようにして得ることができる。
1.  所定の組成の硬質相、結合相からなる超硬合金粉末を混合し、所定の形状にプレスして圧粉体を作製し、予備焼結を行う。
このとき、所望のネジを設けるためのNi含有材料に応じた中子を配置し、挿入穴を形成する。
2.  所望のネジに応じたNi含有材料を用意する。
例えば、M10(直径φ10mm)の雌ネジを設ける場合、直径φ12mmの円筒状のNi含有材料を利用する。
3.  予備焼結体の挿入穴にNi含有材料を配置して、本焼結を行い、一体化する。
4.  Ni含有材料に所望のネジ加工を施す。
予備焼結までの工程の条件(温度、時間、雰囲気など)、本焼結の条件(温度、時間、雰囲気など)は、超硬合金の製造に利用されている公知の条件を利用してもよい。また、Ni含有材料が本焼結中に溶融してしまわないように、本焼結温度は、Ni含有材料の融点以下とすることが好ましい。具体的には、1300〜1400℃程度が挙げられる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明超硬合金材によれば、基体となる超硬合金の結合相とほぼ同等の特性を有する元素Niを含有するNi含有材料にてネジ加工部を形成し、基体と一体に焼結することで、基体とネジ加工部との接合強度に優れ、ネジ加工部が外れるといった不具合を防止できる。また、Ni含有材料は、超硬合金と比較して加工性に優れるため、ネジ加工が施し易い。更に、Ni含有材料は、鋼材と比較して耐食性に優れるため、腐食環境であっても、充分に使用することができる。加えて、Ni含有材料は、上記のように基体の構成材とほぼ同等の、或いは全く同じ特性を有するNiを含有すため、基体に設けた挿入穴がある程度ずれても、Ni含有材料にて補正することができる。従って、本発明は、寸法精度に優れる超硬合金材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
超硬合金からなる基体と、Ni含有材料からなるネジ加工部とを一体に焼結した超硬合金材を作製し、基体とネジ加工部との境界の状態、接合強度を調べてみた。超硬合金材は、以下のようにして作製した。
【００１５】
表1に示す組成(いずれも質量％)からなる材料粉末を配合し、ボールミルで20時間湿式混合して乾燥した後、ネジ加工部用の挿入穴を設けるべく中子を配置してプレス成型して、圧粉体を得た。この圧粉体を焼結炉にて真空雰囲気中で700℃、6時間の条件で予備焼結を行い、予備焼結体を得た(直径φ61.8mm、長さ31.0mm)。本例では、直径φ14.8mm、長さ18.5mmの挿入穴を四つ設けた。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
一方、Ni含有材料として、Ni及び不可避的不純物からなる純Niを用い（HRB：60）、上記予備焼結体に設けた挿入穴に挿入でき、所望のネジ(本例では、M8の雌ネジ)が形成できる形状のものを用意した。本例では、直径φ12.0mm、長さ18.5mmの円柱状体を四本用意した。
【００１８】
上記円柱状のNi含有材料を予備焼結体の挿入穴にそれぞれ配置し、焼結炉にて真空雰囲気中で1380℃、1時間の条件で焼結を行い、超硬合金からなる基体と、Ni含有材料とが一体となった一体物を得た。そして、得られた一体物において、Ni含有材料にそれぞれM8の雌ネジ加工を施し(深さ15mm)、図1(A)に示すように超硬合金からなる基体2に四つの雌ネジ加工部3を有する超硬合金材1を得た。なお、本例で作製した超硬合金材1は、プレス加工に用いられる抜き用金型であり、中央部に設けた孔が抜き用金型として利用される。このような超硬合金材を超硬合金組成ごと(組成No.1〜7ごと)に二つずつ作製し、それぞれ組成ごとに試料No.1-1,1-2,2-1,2-2,3-1,3-2,4-1,4-2,5-1,5-2,6-1,6-2,7-1,7-2とした。
【００１９】
得られた各超硬合金材No.1-1,2-1,3-1,4-1,5-1,6-1,7-1のそれぞれにおいて、超硬合金からなる基体とネジ加工部との境界を含む部分を切断し(図1(A)においてX-X断面)、図1(B)に示すように断面において境界部分を顕微鏡にて観察したところ(1000倍)、いずれの超硬合金材も、図2に示すようにネジ加工部の一部が基体の結合相に拡散した拡散層が数μmの幅で形成されていた。
【００２０】
得られた各超硬合金材No.1-2,2-2,3-2,4-2,5-2,6-2,7-2のそれぞれにおいて、市販されているM8の雄キャップネジ(株式会社コノエ製)を雌ネジ加工部に捻じ込み(深さ15mm)、ネジ加工部が超硬合金からなる基体から外れるか否かを調べてみた。すると、いずれの試料においてもネジ加工部が基体から外れることがなく、雄ネジの方が捻じ切れてしまった。このときのトルク強度を測定したところ、45N/mm2であった。このことから、本発明超硬合金材は、超硬合金からなる基体と、Ni含有材料からなるネジ加工部との接合強度に優れることがわかる。
【００２１】
また、上記と同様にして、超硬合金からなる基体に上記と異なるネジサイズのネジ加工部を具える超硬合金材を作製してみた。そして、上記と同様にネジ加工部が基体から外れるか否かを調べてみた。具体的には、超硬合金組成No.1〜7と同様の組成からなる基体と、純Ni材からなるネジ加工部とを具える試料を用意し、各試料のネジ加工部にM4の雌ネジ、M6の雌ネジ、M10の雌ネジを形成した(深さ15mm)。ネジ加工部は、上記と同様に直径φ12mm、長さ18.5mmのNi含有材料を用いた。そして、各雌ネジにそれぞれM4の雄ネジ、M6の雄ネジ、M10の雄ネジを捻じ込んでみたところ(深さ15mm)、いずれも雄ネジの方が捻じ切れてしまった。このときのトルク強度を測定したところ、M4では7N/mm2、M6では22N/mm2であった。M10のネジについては、トルク強度が45N/mm2を超えた時点で捻じ込みを中止した。これらのことから、本発明超硬合金材は、超硬合金からなる基体と、Ni含有材料からなるネジ加工部との接合強度に優れることがわかる。更にネジサイズを種々変えてみたところ、超硬合金からなる基体の大きさにもよるが、M20ぐらいまでの雌ネジを設けることができた。従って、本発明超硬合金材は、種々の加工装置本体の取り付けに充分対応できることが確認された。
【００２２】
ネジ加工部のネジを雄ネジに変えて、上記と同様に超硬合金材を作製してみた。具体的には、超硬合金組成No.1〜7と同様の組成からなる基体と、純Ni材からなるネジ加工部とを具える試料を用意し、各試料のネジ加工部に、M4の雄ネジ、M6の雄ネジ、M8の雄ネジ、M10の雄ネジを形成した。ネジ加工部には、いずれも直径φ12mm、長さ45mmのNi含有材料を用い、超硬合金からなる基体に15.0mm挿入し、基体表面から30.0mm突出させて配置して焼結した。そして、焼結後、各Ni含有材料に雄ネジ加工を施し、雄ネジ付きの超硬合金材を得ることができた。また、ネジサイズを種々変えてみたところ、超硬合金からなる基体の大きさにもよるがM3〜M20ぐらいまでの雄ネジを設けることができた。このことから本発明は、従来のように雌ネジだけでなく、雄ネジ付きの超硬合金材を提供できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明超硬合金材は、ネジが設けられる種々の加工材料に適用することができる。具体的には、パンチダイや抜き用金型などのプレス加工用材料、その他種々の金型材料や治具材料において、加工装置本体に取り付けるにあたり、雄ネジ又は雌ネジを利用する材料に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】(A)は、本発明超硬合金材の概略構成図であり、(B)は、(A)のX-X断面図である。
【図２】本発明超硬合金材において、超硬合金からなる基体とネジ加工部との境界部分の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２５】
1  超硬合金材  2  基体  3  ネジ加工部
【図１】
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【図２】
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