(57)【要約】【課題】優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製丸刃及びその安価かつ簡便な製造方法を提供し、特に、薄い超硬合金製丸刃を得る場合であっても歪みの開放による変形が効果的に抑制される超硬合金製丸刃の製造方法を提供する。【解決手段】円柱状又は円筒状の金属材の表面に溶射超硬合金被膜を形成させる第一工程と、溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程と、改質部が少なくとも刃先の一部となるように、金属材を丸刃形状にスライス加工する第三工程と、を含むこと、を特徴とする超硬合金製丸刃の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状又は円筒状の金属材の表面に溶射超硬合金被膜を形成させる第一工程と、
前記溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程と、
前記改質部が少なくとも刃先の一部となるように、前記金属材を丸刃形状にスライス加工する第三工程と、を含むこと、
を特徴とする超硬合金製丸刃の製造方法。
【請求項２】
前記第二工程において、前記溶射超硬合金被膜に対して前記摩擦攪拌プロセスをスパイラル状に施すこと、
を特徴とする請求項１に記載の超硬合金製丸刃の製造方法。
【請求項３】
前記金属材を鋼とすること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の超硬合金製丸刃の製造方法。
【請求項４】
前記第一工程において、溶射超硬合金被膜の厚さを１００〜１０００μｍとすること、
を特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の超硬合金製丸刃の製造方法。
【請求項５】
丸刃本体部の厚さを０．２〜５ｍｍとすること、
を特徴とする請求項１〜４のうちのいずれかに記載の超硬合金製丸刃の製造方法。
【請求項６】
前記第一工程において、高速フレーム溶射を用いること、
を特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載の超硬合金製丸刃の製造方法。
【請求項７】
刃先部と本体部からなる超硬合金製丸刃であって、
前記刃先部は超硬合金製であり、
前記本体部は金属製であり、
前記刃先部と前記本体部とは冶金的に接合されており、
前記刃先部の超硬合金に含まれる結合相の平均結晶粒径が１μｍ以下であること、
を特徴とする超硬合金製丸刃。
【請求項８】
前記本体部が鋼製であること、
を特徴とする請求項７に記載の超硬合金製丸刃。
【請求項９】
前記刃先部の厚さが１００〜１０００μｍであること、
を特徴とする請求項７又は８に記載の超硬合金製丸刃。
【請求項１０】
前記結合相がコバルト系結合相である場合の前記刃先部のビッカース硬度が１３００ＨＶ以上であり、
前記結合相がニッケル系結合相である場合の前記刃先部のビッカース硬度が１２００ＨＶ以上であること、
を特徴とする請求項７〜９のうちのいずれかに記載の超硬合金製丸刃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超硬合金製丸刃及びその製造方法に関し、より具体的には、刃先のみが超硬合金製である超硬合金製丸刃及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種工業用刃物には優れた切れ味と耐久性が求められるが、これ等を両立させることは極めて困難である。例えば、比較的切断が容易な紙用の刃物であっても、その切れ味の良さが発揮されるのは使用の初期段階のみであり、それ以後は急速に切れ味が低下して実用上使用が困難となる。
【０００３】
これに対し、例えば、特許文献１（特開平５−２８５８８３号公報）では、上下の丸形刃物により紙を切断するカッターにおいて、上下刃の少なくとも一方が、Ｙ２Ｏ３を１．５〜４．５ｍｏｌ％含有するＺｒＯ２５０〜９５重量部及びＡｌ２Ｏ３５〜５０重量部の合計１００重量部からなるＺｒＯ２−Ａｌ２Ｏ３複合焼結体からなることを特徴とする紙切断用カッターが開示されている。
【０００４】
上記特許文献１の紙切断用カッターにおいては、刃物同士の摩擦による焼き付きが防止できるだけでなく、上刃が金属製の場合は常に下刃により研磨されることになるので、長期に亘り優れた切れ味を発揮することができる、としている。
【０００５】
また、繊維の切断に用いられる刃物に関しては、例えば、特許文献２（特開平９−１３６２８８号公報）では、刃先が超硬合金から形成され、基体部が超硬合金と近似した熱膨張係数を有する金属から形成され、両者の整合部が溶接されてなることを特徴とする繊維用切断刃が開示されている。
【０００６】
上記特許文献２の繊維用切断刃においては、刃先が超硬合金から形成されているため、耐摩耗性に優れており、また基体部が超硬合金と近似した熱膨張係数を有する金属から形成されているため、繊維を切断する際の衝撃を基体部が吸収し、超硬合金の破損を防止することが可能である、としている。
【０００７】
また、特許文献３（特開２００４−２３７４１０号公報）では、ワークを切断する切断刃を有する切断装置において、前記切断刃は、刃先に向けて徐々に近接する第１の面と第２の面を有し、前記第１の面に硬質膜が形成されており、前記硬質膜の膜表面と前記硬質膜の刃先側の端面との角部が刃先として機能することを特徴とする切断装置、が開示されている。
【０００８】
上記特許文献３の切断装置においては、切断刃の第１の面に硬質膜を形成するだけで、この硬質膜の角部を所定の角度を有する刃先として機能させることができることから、硬質膜を極端に厚くする必要がなく、硬質膜と第１の面との密着性を高くでき、硬質膜の剥がれを防止することができる、としている。
【０００９】
更に、本発明者も超硬合金製刃物及びその製造方法に関して検討を行っており、例えば、特許文献４（特開２０１７−９４４７４号公報）において、金属板の少なくとも一面に溶射超硬合金被膜を形成させる第一工程と、溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程と、改質部が少なくとも刃先の一部となるように、金属板を刃物形状に加工する第三工程と、を含むこと、を特徴とする超硬合金製刃物の製造方法、を開示している。
【００１０】
上記特許文献４の超硬合金製刃物の製造方法においては、摩擦攪拌プロセスを用いて刃先部のみを超硬合金製としていることから、優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製刃物を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２８５８８３号公報
【特許文献２】特開平９−１３６２８８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３７４１０号公報
【特許文献４】特開２０１７−９４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１に開示されている紙切断用カッターにおいては、組成を最適化されたセラミックス部（刃先）が金属基材に接着又は接合されて使用されるため、当該セラミックス部の脱離が懸念される。また、刃先がセラミックス製であることから、刃先の鋭利化が困難であり、刃物が本来有する切れ味に限界がある。
【００１３】
上記特許文献２及び３に開示されている刃物は、刃先のみを超硬合金製としたものであり、金属基材への超硬合金部材の溶接や溶射超硬合金層の形成によって製造されている。ここで、溶射によって形成された超硬合金層と金属基材との界面強度は十分であるとは言い難く、一般的に溶射超硬合金層には不可避的に多くの欠陥が導入されることから、良好な刃先を形成することは困難である。また、超硬合金部材を溶接等によって金属基材に接合する場合、上記特許文献１に開示されている紙切断用カッターと同様に、当該超硬合金部材の脱離（接合強度不足）等が懸念されることに加え、当該溶接による超硬合金部材及び金属基材の特性劣化も問題となる。
【００１４】
また、上記特許文献４に開示されている超硬合金製刃物は優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合されていることに加え、金属基材の靭性等を活用することができる。しかしながら、刃物形状に加工する際に摩擦攪拌プロセスによって導入される歪が解放されて変形が生じるため、薄い刃物を製造することは極めて困難であった。加えて、金属板への処理を基本としており、産業的に大量に使用されている丸刃に適用することができなかった。
【００１５】
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製丸刃及びその安価かつ簡便な製造方法を提供することにあり、特に、薄い超硬合金製丸刃を得る場合であっても歪みの開放による変形が効果的に抑制される超硬合金製丸刃の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は上記目的を達成すべく、刃先のみを超硬合金製とする丸刃の製造方法について鋭意研究を重ねた結果、円柱状又は円筒状の金属材の表面に形成させた溶射超硬合金被膜に対して摩擦攪拌プロセスを施し、当該領域が刃先となるようにスライス加工すること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。
【００１７】
即ち、本発明は、
円柱状又は円筒状の金属材の表面に溶射超硬合金被膜を形成させる第一工程と、
前記溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程と、
前記改質部が少なくとも刃先の一部となるように、前記金属材を丸刃形状にスライス加工する第三工程と、を含むこと、
を特徴とする超硬合金製丸刃の製造方法を提供する。
【００１８】
第一工程で溶射を用いることで、安価かつ効率的に超硬合金被膜を形成させることができる。また、第二工程で用いる摩擦攪拌プロセスも円筒状のツールを回転させながら超硬合金被膜に圧入して移動させる簡便なプロセスであり、比較的容易に溶射超硬合金被膜の緻密化、金属結合相のナノ組織化及び金属板との接合強度向上を達成することができる。なお、摩擦攪拌プロセス中の材料流動及び入熱によって、溶射超硬合金被膜と金属板とは、冶金的に接合される。
【００１９】
また、第三工程において、第二工程で改質された溶射超硬合金被膜が刃先となるように金属材を切断することで、容易に超硬合金製丸刃を製造することができる。ここで、第二工程における摩擦攪拌プロセスによって溶射超硬合金被膜の機械的特性及び金属材との接合強度が向上していることから、刃先となる改質部が切断プロセス中に剥離・破損等することなく、良好な丸刃を製造することができる。
【００２０】
本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、摩擦攪拌プロセスを施した溶射超硬合金被膜を有する円柱状又は円筒状の金属材を円盤状にスライスする（円柱又は円筒の中心軸に対して略垂直にスライスする）ことで、多数の丸刃前駆体を容易に得ることができる。
【００２１】
ここで、金属板の表面に溶射超硬合金被膜を形成させた後に摩擦攪拌プロセスを施す場合、摩擦攪拌プロセスによる入熱及び大荷重により残留応力の影響が大きく、金属板に対して切断及び加工等を施すと歪みが解放されて変形してしまう。刃物は一般的に薄板形状であることから、薄板化に伴い全体的又は部分的に湾曲し、良好な刃物形状とすることが極めて困難である。刃物全体を加熱及び加圧することにより矯正できる場合も存在するが、製造コストが増加するだけでなく、当該プロセスによって刃先の硬度等が低下してしまう。
【００２２】
これに対し、円柱状又は円筒状の金属材の表面に摩擦攪拌プロセスを施す場合は、当該金属材の中心方向に比較的均等に残留応力が付与される。その結果、当該残留応力が内部でキャンセルされ、円柱又は円筒の中心軸に対して略垂直にスライスして円盤状に薄板化しても変形量が小さく、容易に薄い丸刃を製造することができる。
【００２３】
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、前記第二工程において、前記溶射超硬合金被膜に対して前記摩擦攪拌プロセスをスパイラル状に施すこと、が好ましい。  円柱状又は円筒状の金属材の表面に一周の摩擦攪拌プロセスを施した場合、摩擦攪拌プロセスの開始位置又は処理領域と終了位置が重複してしまい、終了位置は僅かに窪んだ形状となる。ここで、最終的に丸刃を形成する場合は最も窪んだ位置まで全体を研磨する必要があることから、製造時間及びコストが増加するだけでなく、刃先に相当する超硬合金被膜が薄くなってしまう。これに対し、摩擦攪拌プロセスをスパイラル状に施すことで開始位置（処理領域）と終了位置を別の領域とすることができ、表面の窪みを抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、前記金属材を鋼とすること、が好ましい。丸刃の大部分を鋼製とすることで、原料コストを大幅に低減できるだけでなく、丸刃に十分な靭性を付与することができる。また、必要に応じて適当な熱処理を施し、硬度、強度及び剛性等を調整することも可能である。
【００２５】
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、前記第一工程において、溶射超硬合金被膜の厚さを１００〜１０００μｍとすること、が好ましい。溶射超硬合金被膜の厚さを１００μｍ以上とすることで、十分な刃先部を形成することができ、１０００μｍ以下とすることで、膜厚方向に均質な改質領域を形成することができると共に、溶射超硬合金被膜と金属基材とを確実に冶金的に接合することができる。
【００２６】
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、丸刃本体部の厚さを０．２〜５ｍｍとすること、が好ましい。丸刃本体部の厚さを０．２ｍｍ以上とすることで、全体的に歪みのない状態とすることが容易であり、５ｍｍ以下とすることで、一本の金属材から多数の丸刃を得ることができる。ここで、より好ましい丸刃本体部の厚さは０．５〜３ｍｍであり、最も好ましい丸刃本体の厚さは０．７〜１．５ｍｍである。また、丸刃本体部を鋼製として厚さを薄くすることで、微小な歪みが生じた場合であっても両側からの圧縮固定により問題なく使用することができる。
【００２７】
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、前記第一工程において、高速フレーム溶射を用いること、が好ましい。溶射超硬合金被膜の形成に高速フレーム溶射を用いることで、溶射超硬合金被膜に空孔やラメラ界面等の欠陥が適度に導入され、第二工程における摩擦攪拌プロセスによる材料流動が容易になる。その結果、摩擦攪拌プロセスに用いるツールの長寿命化を図ることができる。
【００２８】
また、本発明は、
刃先部と本体部からなる超硬合金製丸刃であって、
前記刃先部は超硬合金製であり、
前記本体部は金属製であり、
前記刃先部と前記本体部とは冶金的に接合されており、
前記刃先部の超硬合金に含まれる結合相の平均結晶粒径が１μｍ以下であること、
を特徴とする超硬合金製丸刃、も提供する。
【００２９】
本発明の超硬合金製丸刃は、刃先部のみが超硬合金製であることから、全てを超硬合金製とする場合と比較して材料コストが大幅に低減されている。また、本体部と刃先部は冶金的に接合されており、刃物の使用に対して十分な接合強度及び耐久性等を有している。
【００３０】
また、本発明の超硬合金製丸刃では、前記刃先部の超硬合金に含まれる結合相の平均結晶粒径が１μｍ以下となっている。結合相の平均結晶粒径が１μｍ以下とナノ組織化していることで、刃先部は靭性を損なうことなく高硬度化が達成されている。
【００３１】
また、本発明の超硬合金製丸刃では、前記本体部が鋼製であること、が好ましい。丸刃の大部分を鋼製とすることで、原料コストを大幅に低減できるだけでなく、丸刃に十分な靭性を付与することができる。また、必要に応じて適当な熱処理を施し、硬度、強度及び剛性等を調整することも可能である。
【００３２】
また、本発明の超硬合金製丸刃では、溶射超硬合金被膜の厚さが１００〜１０００μｍであること、が好ましい。溶射超硬合金被膜の厚さが１００μｍ以上となっていること、十分な刃先部を形成されており、１０００μｍ以下とすることで、膜厚方向に均質な改質領域が形成されていると共に、溶射超硬合金被膜と金属基材とが確実に冶金的に接合されている。なお、超硬合金製丸刃における溶射超硬合金被膜の厚さとは、刃先先端から金属基材までの厚さを意味する。
【００３３】
更に、本発明の超硬合金製丸刃は、前記結合相がコバルト系結合相である場合の前記刃先部のビッカース硬度が１３００ＨＶ以上であり、前記結合相がニッケル系結合相である場合の前記刃先部のビッカース硬度が１２００ＨＶ以上であること、が好ましい。刃先部の硬度がこれらの値を有することで、使用中の摩耗が抑制されており、長寿命化が達成されている。ここで、より好ましいビッカース硬度はコバルト系結合相の場合は１４００ＨＶ以上、ニッケル系結合相の場合は１３００ＨＶ以上である。
【００３４】
なお、本発明の超硬合金製丸刃は、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法によって好適に製造することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製丸刃及びその安価かつ簡便な製造方法を提供することができ、特に、薄い超硬合金製丸刃を得る場合であっても歪みの開放による変形が効果的に抑制される超硬合金製丸刃の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の超硬合金製刃物の製造方法に関する工程図である。
【図２】第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスの模式図である。
【図３】第三工程（Ｓ０３）の一態様を示す断面模式図である。
【図４】本発明の超硬合金製刃物の一態様を示す断面模式図である。
【図５】超硬合金製刃物１０の刃先近傍の断面模式図である。
【図６】実施例で得た超硬合金製丸刃の外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明の超硬合金製丸刃及びその製造方法の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
【００３８】
（Ａ）超硬合金製丸刃の製造方法
図１に、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法に関する工程図を示す。本発明の超硬合金製丸刃の製造方法は、金属材の表面に溶射超硬合金被膜を形成させる第一工程（Ｓ０１）と、溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程（Ｓ０２）と、改質部が少なくとも刃先の一部となるように、金属材を丸刃形状に加工する第三工程（Ｓ０３）と、を含んでいる。以下、各工程について詳細に説明する。
【００３９】
（１）第一工程（Ｓ０１：溶射超硬合金被膜の形成）
第一工程（Ｓ０１）は、溶射を用いて金属材の表面に超硬合金被膜を形成させる工程である。
【００４０】
溶射方法は特に限定されず、ガス燃焼エネルギーや電気エネルギー（プラズマ、アーク等）を利用した各種溶射法を用いることができる。具体的には、ガスフレーム溶射、高速ガスフレーム溶射（ＨＶＯＦ）、アーク溶射、プラズマ溶射、減圧プラズマ溶射（ＶＰＳ）等を用いることができる。ここで、第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスを容易にする観点から、摩擦攪拌プロセス中の材料流動を促進する空孔やラメラ界面を溶射超硬合金被膜に適度に導入できる高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）を用いることが好ましい。
【００４１】
金属材の種類は特に限定されず、従来公知の種々の金属材を用いることができるが、鋼を用いることが好ましく、焼き入れした鋼を用いることがより好ましい。金属材を鋼とすることで安価となり、焼き入れした鋼を用いることで、刃物として要求される適度な剛性等を付与することができる。また、円柱状又は円筒状の金属材の大きさは丸刃のサイズや生産効率等によって適宜最適化すればよい。
【００４２】
更に、溶射超硬合金被膜の種類も特に限定されず、従来公知の種々の組成を有する超硬合金を用いることができ、例えば、コバルト系又はニッケル系の金属結合相を有する超硬合金を用いることができる。
【００４３】
金属材の表面に形成させる溶射超硬合金被膜の厚さは刃先部の形状及び大きさ等によって適宜調整すればよいが、例えば、１００〜１０００μｍとすることが好ましい。溶射超硬合金被膜の厚さを１００〜１０００μｍとすることで、第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスによって膜厚方向に十分に攪拌することができると共に、金属材と溶射超硬合金被膜との接合強度を効率的に向上させることができる。
【００４４】
（２）第二工程（Ｓ０２：摩擦攪拌プロセス）
第二工程（Ｓ０２）は、第一工程（Ｓ０１）で形成させた溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する行程である。
【００４５】
摩擦攪拌プロセスは、１９９１年に英国のＴＷＩ（ＴｈｅＷｅｌｄｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）で考案された接合技術である摩擦攪拌接合法を、金属材の表面改質法として応用したものである。摩擦攪拌接合は高速で回転する円柱状のツールを接合したい領域に圧入（ツール底面にプローブと呼ばれる突起を有しており、該プローブが圧入される）し、摩擦熱によって軟化した被接合材を攪拌しながら接合したい方向に走査することで接合を達成する技術である。回転するツールによって攪拌された領域は一般的に攪拌部と呼ばれ、接合条件によっては材料の均質化および結晶粒径の減少に伴う機械的特性の向上がもたらされる。摩擦攪拌による材料の均質化および結晶粒径の減少に伴う機械的特性の向上を表面改質として用いる技術が摩擦攪拌プロセスであり、近年広く研究の対象になっている。なお、本発明で用いる摩擦攪拌プロセス用ツールの底面には、必ずしもプローブを有している必要はなく、プローブを有さない所謂フラットツールを用いることができる。
【００４６】
図２に第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスの模式図を示す。高速回転する円筒状の摩擦攪拌プロセス用ツール２を金属材４の表面に形成させた溶射超硬合金被膜６に圧入し、金属材４を回転させることで（又は、摩擦攪拌プロセス用ツール２を移動させることで）、溶射超硬合金被膜６に改質領域８を形成することができる。摩擦攪拌プロセス用ツール２で攪拌された領域には材料流動が生じ、溶射超硬合金被膜６に存在する空隙等の欠陥を消失させると共に結合相の結晶粒を微細化することができる。
【００４７】
ここで、摩擦攪拌プロセス用ツール２を挿入した状態で金属材４を一回転以上させた場合、一旦改質された領域に摩擦攪拌プロセス用ツール２が再度侵入し、摩擦攪拌プロセスの終了位置が僅かに窪んだ形状となってしまう。これに対し、金属材４を回転させつつ、摩擦攪拌プロセス用ツール２を横方向（金属材の長手方向）に移動させることで、スパイラル状に改質を行うことができ、表面状態を均質化することができる。その結果、超硬合金製丸刃の最終加工を最小化できるだけでなく、十分な厚さの溶射超硬合金被膜６を刃先として用いることができる。また、一度の摩擦攪拌プロセスで大面積の改質領域８を得ることができ、生産効率を高めることができる。加えて、摩擦攪拌プロセス用ツール２はプロセスの開始時や繰り返しのプロセスによる熱衝撃で損傷することが多く、摩擦攪拌プロセス用ツール２の寿命を増加させる観点からも好ましい。
【００４８】
また、摩擦攪拌プロセス時に発生する材料流動および入熱により、溶射超硬合金被膜６と金属材４とは冶金的に接合される。加えて、改質された溶射超硬合金被膜６と金属材４との接合界面近傍において、金属材４の硬度は摩擦攪拌プロセス前よりも高くなる。
【００４９】
摩擦攪拌プロセス用ツール２には、溶射超硬合金被膜６よりも機械的特性（硬度、耐熱衝撃性および摩擦攪拌プロセス時の温度における変形抵抗等）に優れたものを使用することができる。摩擦攪拌プロセス時に摩擦攪拌プロセス用ツール２の破片が溶射超硬合金被膜６に混入する場合を考慮すると、摩擦攪拌プロセス用ツール２は超硬合金製であることが好ましい。超硬合金製の摩擦攪拌プロセス用ツール２は溶射超硬合金被膜６よりも機械的特性に優れたものを使用する必要があり、例えば、溶射超硬合金被膜６よりも高硬度のものを選択する必要がある。
【００５０】
摩擦攪拌プロセスの主要なプロセスパラメータとしては、ツール回転速度、ツール移動速度及びツール荷重等を挙げることができる。これらのプロセスパラメータは、溶射超硬合金被膜の種類及び厚さや、所望する改質領域の大きさ及び硬度上昇の程度等に応じて適宜設定すればよい。
【００５１】
（３）第三工程（Ｓ０３：丸刃形状への加工）
第三工程（Ｓ０３）は、第二工程（Ｓ０２）で改質された溶射超硬合金被膜６が刃先となるように金属材４をスライス等する行程である。
【００５２】
通常、溶射超硬合金被膜には欠陥が存在することに加え、溶射超硬合金被膜６と金属材４との接合強度も十分ではないため、溶射超硬合金被膜６を有する金属材４を切断すると溶射超硬合金被膜６の剥離や欠け等が生じてしまう。これに対し、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法では第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスによって溶射超硬合金被膜６の機械的特性及び金属材４との接合強度が向上していることから、刃先となる改質領域８が切断プロセス中に剥離・破損等することなく、良好な丸刃を製造することができる。
【００５３】
図３に、第三工程（Ｓ０３）の一態様を示す断面模式図を示す。本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、金属材４の直径を超硬合金製丸刃１０の直径と略同一とし、第三工程において、金属材４を円柱又は円筒の中心軸に対して略垂直にスライスして円盤状に薄板化することが好ましい。金属材４の厚さを超硬合金製丸刃１０の刃幅と略同一とすることで、金属材４をスライスするのみで丸刃前駆体を切り出すことができる。
【００５４】
金属材４を切断した後、形状の微修正や刃立て等を行うことで超硬合金製丸刃１０を得ることができる。なお、上述の通り、改質領域８における溶射超硬合金被膜６は優れた機械的特性を有していることから、刃欠け等を生じることなく鋭い刃先を形成することができる。
【００５５】
（Ｂ）超硬合金製丸刃
図４に本発明の超硬合金製丸刃の一態様を示す断面模式図を示す。超硬合金製丸刃１０は本体部１２と刃先部１４とを有し、刃先部１４のみが超硬合金製となっている。なお、本発明の超硬合金製丸刃は、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法によって好適に得ることができる。
【００５６】
図５に超硬合金製丸刃１０の刃先近傍の断面模式図を示す。刃先部１４は溶射超硬合金被膜６となっており、先端部分は改質領域８となっている。改質領域８に含まれる結合相の結晶粒は微細化されており、平均結晶粒径は１μｍ以下となっている。
【００５７】
また、溶射超硬合金被膜６に存在する空隙等の欠陥は摩擦攪拌プロセス等によって消失し、改質領域８に含まれる欠陥は大幅に低減されている。加えて、溶射超硬合金被膜６と金属材４とは冶金的に接合されており、溶射超硬合金被膜６と金属材４との接合界面近傍において、金属材４の硬度は他の領域と比較して高くなっている。
【００５８】
また、超硬合金製丸刃１０では、溶射超硬合金被膜６の厚さが１００〜１０００μｍであることが好ましい。溶射超硬合金被膜６の厚さが１００μｍ以上となっていることで、十分な刃先部１４が形成されており、１０００μｍ以下となっていることで、膜厚方向に均質な改質領域８が形成されていると共に、溶射超硬合金被膜６と金属材４とが確実に冶金的に接合されている。
【００５９】
更に、超硬合金製丸刃１０は、結合相がコバルト系結合相である場合の刃先部１４のビッカース硬度が１３００ＨＶ以上であり、結合相がニッケル系結合相である場合の刃先部１４のビッカース硬度が１２００ＨＶ以上であることが好ましい。刃先部１４の硬度がこれらの値を有することで、使用中の摩耗が抑制されており、長寿命化が達成されている。
【００６０】
また、本体部１２の厚さは０．２〜５ｍｍであることが好ましい。本体部１２の厚さを０．２ｍｍ以上とすることで、全体的に歪みのない状態となり、５ｍｍ以下とすることで、一本の金属材から多数の超硬合金製丸刃１０を得ることができる。ここで、より好ましい本体部１２の厚さは０．５〜３ｍｍであり、最も好ましい本体部１２の厚さは０．７〜１．５ｍｍである。
【００６１】
以上、本発明の超硬合金製刃物及びその製造方法の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００６２】
直径４５ｍｍ、長さ５００ｍｍの円柱状のＳＫＤ６１製金属材に対し、高速フレーム溶射法を用いて溶射超硬合金被膜を形成させた（第一工程：Ｓ０１）。原料粉末にはガスアトマイズ法で製造された平均粒径４０μｍのＷＣ−１７ｍａｓｓ％Co粒子を用いた。
【００６３】
次に、溶射超硬合金被膜に対して摩擦攪拌プロセスを施した（第二工程：Ｓ０２）。摩擦攪拌プロセスには直径が１２ｍｍの円柱形状をした超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）製のツールを用い、６００ｒｐｍの速度で回転する該ツールを３４００ｋｇの荷重で溶射超硬合金被膜に圧入させた。金属材を５０ｍｍ／ｍｉｎで回転させつつ、ツールを横方向（金属材の長手方向）に１ｍｍ／ｍｉｎで移動させ、溶射超硬合金被膜にスパイラル状の改質領域を形成させた。
【００６４】
次に、改質した溶射超硬合金被膜が刃先となるように金属材を０．７ｍｍ厚にスライスし、円盤状の丸刃前駆体を切り出した（第三工程：Ｓ０３）。その後、形状の微修正及び刃立てを行い、図６に示す超硬合金製丸刃を得た。刃先は極めて鋭利な状態となっており、一般的な溶射超硬合金被膜では実現不可能（欠陥の存在等によって刃立てが困難）な刃先角度となっている。また、刃先部の超硬合金に剥離及び欠け等は認められない。なお、丸刃前駆体を切り出した際に顕著な変形等は観察されず、最終製品である超硬合金製丸刃においても歪みは認められない。
【００６５】
改質部に相当する刃先部のビッカース硬度を測定したところ１４００ＨＶ（５点平均）であり、透過電子顕微鏡観察で金属結合相の平均結晶粒径を計測したところ２００ｎｍであった。また、摩擦攪拌プロセスによって超硬合金被膜の緻密化が進行しており、顕著な欠陥等は認められなかった。
【００６６】
以上の結果より、摩擦攪拌プロセスを施した溶射超硬合金被膜を刃先とし、金属板をスライスする態様で刃物を製造することで、優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製刃物を、安価かつ簡便に製造できることが確認できる。
【符号の説明】
【００６７】
２・・・摩擦攪拌プロセス用ツール、
４・・・金属材、
６・・・溶射超硬合金被膜、
８・・・改質領域、
１０・・・超硬合金製丸刃、
１２・・・本体部、
１４・・・刃先部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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