(57)【要約】      （修正有）【課題】電着法と同等以上の性能を有する単層の硬質粒子を固着させた工具で、なおかつ電着法のような複雑なメッキ技術や高額な設備を必要とせず、短時間・低コストで製造できる製造方法及びそれを用いた製品を提供する。【解決手段】硬質粒子表面と当該硬質粒子を固着しようとする金属製基材表面の其々に金属コーティングを施し、該粒子を基材表面の所望する箇所に配置し、該粒子及び基材表面に熱及び／又は圧力を加えることにより、該粒子を基材上に仮固定し、最後に粒子及び基材表面にレーザビームを照射することにより、該粒子及び基材表面の金属コーティングの一部又は全体を溶融せしめ、それにより該粒子及び基材表面の金属コーティングを完全に一体化することにより当該硬質粒子を金属製基材上に固着する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具及びその製造方法であって、以下の工程；
硬質粒子表面と当該硬質粒子を固着しようとする金属製基材表面の其々に金属コーティングを施す工程、
金属コーティングした当該硬質粒子を金属コーティングした当該金属製基材表面の所望する箇所に任意の機械的方法により運搬・配置せしめる工程、
配置された当該硬質粒子及び当該金属製基材表面に熱及び／又は圧力を加えることにより当該硬質粒子表面の金属コーティングと当該金属製基材表面の金属コーティングを接合して、当該硬質粒子を当該金属製基材上に仮固定する工程、
仮固定された硬質粒子及び当該金属製基材表面にレーザビームを照射することにより、当該硬質粒子表面の金属コーティングと当該金属製基材表面の金属コーティングの一部又は全体を溶融せしめ、それにより当該硬質粒子表面の金属コーティングと当該金属製基材表面の金属コーティングを完全に一体化することにより当該硬質粒子を当該金属製基材上に固着する工程、
を含むことを特徴とする切削工具及びその製造方法
【請求項２】
金属コーティングされた硬質粒子を金属コーティングされた金属製基材上に配置した後、直流インバーター式電源を用いて当該硬質粒子表面の金属コーティングと当該金属性基材の金属コーティングの間に電流を流すことにより熱を発生させる工程と、それにより金属コーティングの一部を溶融せしめ、当該硬質粒子表面の金属コーティングと当該金属製基材表面の金属コーティングを一体化することにより当該硬質粒子を当該金属製基材上に仮固定する工程を特徴とする請求項１に記載の切削工具及びその製造方法
【請求項３】
金属コーティングされた硬質粒子を金属コーティングされた金属製基材上に配置した後、硬質の金属棒により当該硬質粒子を押さえることにより当該硬質粒子と当該金属製基材の間の圧力を高めて当該硬質粒子を仮固定する工程を含む請求項１に記載の切削工具及びその製造方法
【請求項４】
硬質粒子がダイヤモンド、ｃＢＮ焼結体、超硬合金物等の超硬合金のいずれかである請求項１に記載の切削工具及びその製造方法
【請求項５】
金属製基材がステンレス又はチタン合金である請求項１に記載の切削工具及びその製造方法
【請求項６】
硬質粒子表面及び／又は金属製基材表面の金属コーティングが、ニッケル又はニッケル基合金である請求項１に記載の切削工具及びその製造方法
【請求項７】
硬質粒子表面及び／又は金属製基材表面の金属コーティングが、湿式めっき、PVD、蒸着法のいずれかにより作製される請求項１に記載の切削工具及びその製造方法
【請求項８】
ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、半導体レーザのいずれかを用いて、硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材表面の金属コーティングの一部又は全体を溶融せしめ、それにより当該硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材表面の金属コーティングを完全に一体化することにより当該硬質粒子を金属製基材上に固着する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の切削工具及びその製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属製基材上に硬質粒子を強固に固着せしめることにより製造される工具とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ケイ素やアルミナ等の構造用セラミックスを切削するための工具や、歯科用治療器械等で用いられている高速切削工具等には、切削効率の向上や耐摩耗性の付与を目的として、被加工材と接触する部分にのみダイヤモンド等の超硬質粒子を固着させた工具が開発され、広く用いられている。
【０００３】
一般にダイヤモンド工具等の製造方法は、金属粉末でダイヤモンド砥粒を焼結した「メタルボンド法」、ダイヤモンド砥粒を超硬化性合成樹脂で固めた「レジンボンド法」、電気メッキで固定した「電着法（電気メッキ）」がある。
【０００４】
メタルボンド法は、砥石の保持力が強く耐熱性・耐摩耗性に優れているという特徴をもっている。レジンボンド法は、砥粒の保持力はメタルボンドに劣るが、目詰まりを起こし難く、高い研削性を示すためセラミックス研削等に広く用いられている。
【０００５】
特許文献１においては、粒径が０．０１μｍ〜０．５μｍのダイヤモンドの微細粒を主成分として、酸化セリウム粉体、酸化クロム粉体を、バインダーとしてのエポキシ系樹脂に均一に混練したものを、シート状の基材上に、多数の凸状塊として固化し固着 形成した研磨シート並びに製造方法が開示されている。
【０００６】
これに対して電着法は、工具表面における単位面積あたりのダイヤモンドの分布密度が非常に高いことから、表面の前述のメタルボンド、レジンボンド等に比べて非常に切れ味が鋭く、非常に高い切削性を示すことが知られている。特に基材の表面に砥粒を単層に固着した工具は、砥粒を多層に固着した工具に比べて砥粒の突き出し量が大きく切れ味に優れる。
【０００７】
しかし、その反面、電着法で形成される砥粒の配列状態や先端の切れ刃状態がその研削性能に大きく影響を与える。従って、高性能な工具を製作するには高度なメッキ技術と高額な設備が必要とされるのである。
【０００８】
また、ボンド法で製作された工具に比べて砥粒が脱落し易く、さらに一度砥石が脱落してしまうと、その部分のみを再度電気メッキにより補修することは極めて困難であることから、結果的に工具寿命が短くなり高コストになるという欠点もある。
【０００９】
特許文献２には、基材に単層のダイヤモンド砥粒を固着させたダイヤモンド工具において、ダイヤモンド砥粒として結晶構造が切頭八面体を基本とした砥粒と六・八面体を基本とした砥粒とを使用したダイヤモンド工具が示されている。ダイヤモンド粒子を固着させる方法として電着法を採用している。
【００１０】
同様に、特許文献３から６には、基材の上にダイヤモンド等の硬質粒子を電着によって固着し、工具として供する方法が開示されている。
【００１１】
このように、金属基材上にダイヤモンド等の硬質粒子を固着させる方法としては、ボンドの中に埋め込んで固めるメタルボンド法及びレジンボンド法、あるいは電気メッキを応用した電着法しかなく、特に高性能工具に必要な高密度（高集中度）の粒子分布を得るためには、前述した種々の問題点を有するものの、電着法しか選択の余地が無いのが現状である。
【００１２】
これまで述べてきたように、電着法と同等以上の性能を有する単層のダイヤモンド砥粒を固着させた工具で、なおかつ電着法のような複雑なメッキ技術や高額な設備を必要とせず、短時間・低コストで製造できるダイヤモンド工具が切望されているのである。
【００１３】
【特許文献１】特開2003-266321
【特許文献２】特開2003-285271
【特許文献３】特開2003-251512
【特許文献４】特開2003-205410
【特許文献５】特開2003-200352
【特許文献６】特開2002-292570
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、電着法と同等以上の性能を有する単層の硬質粒子を固着させた工具で、なおかつ電着法のような複雑なメッキ技術や高額な設備を必要とせず、短時間・低コストで製造できる製造方法及びそれを用いた製品を提供することにある。すなわち本発明は、電着法を用いることなく硬質粒子を金属基材上に固着せしめる新しい方法とその方法で製造された工具を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）切削工具及びその製造方法であって、以下の工程；
質粒子表面と当該硬質粒子を固着しようとする金属製基材表面の其々に金属コーティングを施す工程、
金属コーティングした硬質粒子を金属コーティングした金属製基材表面の所望する箇所に任意の機械的方法により運搬・配置せしめる工程、
配置された当該硬質粒子及び金属製基材表面に熱及び／又は圧力を加えることにより当該硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材表面の金属コーティングを接合して、当該硬質粒子を金属製基材上に仮固定する工程、
仮固定された硬質粒子及び金属製基材表面にレーザビームを照射することにより、当該硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材表面の金属コーティングの一部又は全体を溶融せしめ、それにより当該硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材表面の金属コーティングを完全に一体化することにより当該硬質粒子を金属製基材上に固着する工程、を含むことを特徴とする切削工具及びその製造方法
（２）金属コーティングされた硬質粒子を金属コーティングされた金属製基材上に配置した後、直流インバーター式電源を用いて硬質粒子表面の金属コーティングと金属性基材の金属コーティングの間に電流を流すことにより熱を発生させる工程と、それにより金属コーティングの一部を溶融せしめ、当該硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材表面の金属コーティングを一体化することにより当該硬質粒子を金属製基材上に仮固定する工程を特徴とする前記（１）に記載の切削工具及びその製造方法
（３）金属コーティングされた硬質粒子を金属コーティングされた金属製基材上に配置した後、硬質の金属棒により硬質粒子を押さえることにより硬質粒子と金属製基材の間の圧力を高めて硬質粒子を仮固定する工程を含む前記（１）に記載の切削工具及びその製造方法
（４）硬質粒子がダイヤモンド焼結体、ｃＢＮ焼結体、超硬合金物等の超硬合金のいずれかである前記（１）に記載の切削工具及びその製造方法
（５）金属製基材がステンレス又はチタン合金である前記（１）に記載の切削工具及びその製造方法
（６）硬質粒子表面及び／又は金属製基材表面の金属コーティングが、ニッケル又はニッケル基合金である前記（１）に記載の切削工具及びその製造方法
（７）硬質粒子表面及び／又は金属製基材表面の金属コーティングが、湿式めっき、PVD、蒸着法のいずれかにより作製される前記（１）に記載の切削工具及びその製造方法
（８）ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、半導体レーザのいずれかを用いて、硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材表面の金属コーティングの一部又は全体を溶融せしめ、それにより当該硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材表面の金属コーティングを完全に一体化することにより当該硬質粒子を金属製基材上に固着する工程を含むことを特徴とする前記（１）に記載の切削工具及びその製造方法
【００１６】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明では前もって金属コーティングが施された硬質粒子と、硬質粒子を固着せしめ工具として供するための金属製基材が用いられる。それらのうち、金属コーティングには例えばニッケルが用いられ、硬質粒子にはダイヤモンド、ｃＢＮ焼結体、超硬合金物等の超硬合金のいずれかが用いられる。さらに金属製基材にはステンレスやチタンなど、被加工材に応じた耐力・耐食性を有する概知の金属が用いられる。
【００１７】
硬質粒子並びに金属製基材に前もってコーティングされるニッケル等の金属は、たとえばメッキ法やＰＶＤなど概知の方法によって作製されるものであるが、その厚さは約２０μｍ以上あることが望ましい。これは、金属コーティング層が２０μｍより薄い場合には、硬質粒子のコーティング層と金属製基材のコーティング層を接合する後工程において、充分な強度が得られないためである。
【００１８】
次に金属コーティングされた硬質粒子を金属製基材上に仮固定する工程に付いて詳細に説明する。まず金属コーティングされた粒子を、機械的な方法により金属製基材上に配置する。このとき、硬質粒子同士が重なり合うことは避け、できるだけ単層になるように、かつ均一の分布密度になるように配置する。
【００１９】
次に、直流インバーター式電源の片方の電極を金属製基材に装着し、もう片方の電極で、金属コーティングされた硬質粒子を金属製基材に押し付けるようにする。このとき、押し付けに用いる電極形状は、後述するように、できるだけ均等な圧力で硬質粒子を効率よく加圧できる形状にしておくことが望ましい。
【００２０】
ここで電極間に電流を流し、局所的に硬質粒子表面の金属コーティングと金属製基材の金属コーディングを溶融・接合せしめることにより、硬質粒子を金属基材上に仮固定するものである。この時の固着力は小さく、このまま工具として使うことは難しい。この工程の目的は、後工程であるレーザ照射の際に硬質粒子が所定の位置が不用意に変わることを防止し、精度良く固着せしめることである。
【００２１】
また、かかる工程に用いられる直流インバーター式電源の容量は、５５０Ａ以上が望ましい。これは電流が少ない場合には、金属コーティングの局所的な溶融が十分でなく、硬質粒子の固定が充分に行えないためである。
【００２２】
次に、仮固定された硬質粒子にレーザを照射する工程について詳細に説明する。レーザを照射することにより、硬質粒子上部すなわち被加工材と接触する部分の金属コーティングを除去し、被加工材と接触する部分の硬質粒子を剥き出しにすると同時に、溶融した金属コーティング層で金属製基材との間に「ぬれ面」を形成することにより硬質粒子と金属基材とを強固に固着させる。
【００２３】
レーザを照射する時、前もって硬質粒子が仮固定されておらず容易に動く状態であった場合には、レーザ照射の際の急激な温度上昇や金属コーティング層の急速な溶融・流動等により、ダイヤモンド粒子は、当初硬質粒子を固着せんとした場所から容易に移動してしまい、固着が充分に行えないばかりか、意図した工具の性能を発揮できない可能性が高いのである。
【００２４】
このような理由から、レーザ照射による本格的な金属コーティング層の溶融・接合の前に、通電加熱により仮固定しておく工程は省略することができないのである。
【発明の効果】
【００２５】
ここまで述べてきたように、本発明に拠れば、電着法と同等以上の性能を有する単層のダイヤモンド砥粒を固着させた工具で、なおかつ電着法のような複雑なメッキ技術や高額な設備を必要とせず、短時間・低コストで製造できるダイヤモンド工具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】
【００２６】
次に、本発明を、実施例に基づいて説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の方法を用いて、ステンレス製ホルダー上にダイヤモンド粒子を固定するプロセスを模式的に示したものである。直系約１０ｍｍのステンレスＳＵＳ３０４製の円柱１上に、前工程でメッキ法により厚さ約２０μｍのニッケルコーティング１ａを形成した。同様に、前工程で、直径数百ミクロンのダイヤモンド粒子２表面にもニッケルコーティング２ａが形成されている。
【００２８】
次に、ニッケルコーティングされたダイヤモンド粒子２をＳＵＳ３０４製ホルダー１の上に配置した後、電源４に接続された電極兼加圧ジグ３によりダイヤモンド粒子２を加圧してステンレスホルダー１表面に押し付けると同時に、粒子２とステンレスホルダー１間に電流を流す。このときジュール熱により、ダイヤモンド粒子表面及びステンレスホルダー１表面にコーティングされていたニッケルの一部が溶融して一体となり、結果、ダイヤモンド粒子がステンレスホルダー表面の所定位置に仮固定された。
【００２９】
図２は、図１で述べた固定プロセスの後、さらにダイヤモンド粒子を強固にステンレスホルダー上に固着させ、工具として使用できる形態にするプロセスを模式的に示したものである。ステンレスホルダー上に仮固定されているダイヤモンド粒子５の表面には、前工程で溶融せず接合に用いられなかった余剰のニッケルコーティング層５ａが残存していた。次にレンズ７で導かれたＹＡＧレーザビーム６をダイヤモンド粒子５に照射した。このとき、余剰のニッケルは溶融し、ステンレスホルダー表面とダイヤモンド粒子５の間に濡れ面９を形成し、結果、ダイヤモンド粒子は強固にステンレスホルダー表面に固着した。得られたダイヤモンド工具は、従来法で製造された工具と同等以上の性能を発揮した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、電着法と同等以上の性能を有する単層のダイヤモンド砥粒を固着させた工具で、なおかつ電着法のような複雑なメッキ技術や高額な設備を必要とせず、短時間・低コストで製造できるダイヤモンド工具の製造を可能にした。この製造方法により得られる工具は、セラミックス等の難加工材や歯科医療用などに用いるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】表面にニッケルコーティングを形成したステンレス製ホルダー上に、通電加熱と押し付け力を利用して、ダイヤモンド粒子を固定するプロセスを模式的に示した図である。
【図２】図１の方法でステンレス製ホルダー上に仮固定されたダイヤモンド粒子を、レーザ照射により余剰のニッケルコーティングを溶融し、ダイヤモンド粒子とステンレスホルダー表面に濡れ面を形成することにより、粒子を強固に固定するプロセスを模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    ステンレス製ホルダー
１ａ  ステンレス製ホルダー上に形成されたニッケルコーティング層
２    ダイヤモンド粒子
２ａ  ダイヤモンド粒子表面に形成されたニッケルコーティング層
３    電極兼加圧ジグ
４    電源
５    ダイヤモンド粒子
５ａ  ダイヤモンド粒子表面に残ったニッケルコーティング層
６    レーザビーム
７    レンズ
８    ダイヤモンド粒子
９    ニッケルの濡れ面
【図１】
2006088249.tif 000003
【図２】
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