(57)【要約】【課題】接合強度が十分に確保される切削工具を提供すること【解決手段】中間部材４０が介在された状態で、切削刃用部材３０及びシャンク用部材２０が相対回転された後に圧接されることで、切削刃用部材３０及び中間部材４０の接合と中間部材４０及びシャンク用部材２０との接合が行われ、中間部材４０への加熱が１回とされるので、両接合が別々に行われる場合（例えば、二段階の摩擦溶接の場合）と比較して、中間部材４０が熱の影響を受けて変質することを抑制でき、その分、接合強度を十分に確保できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金から形成され切れ刃を有する第１部材と、鋼材から形成されシャンク部を有する第２部材と、それら第１部材および第２部材の軸方向端面の間に介在される中間部材とを備えた切削工具において、
前記中間部材は、軸方向端面に形成される嵌合部を備えると共に、前記第１部材または第２部材のうちの一方は、前記中間部材における嵌合部に嵌合可能に軸方向端面に形成される被嵌合部を備え、
前記中間部材における嵌合部と前記第１部材または第２部材のうちの一方における被嵌合部とが嵌合されると共に前記嵌合部が形成される側とは反対側の前記中間部材の軸方向端面に前記第１部材または第２部材のうちの他方における軸方向端面が当接された状態で、前記第１部材および第２部材が軸まわりに相対回転された後に軸方向に圧接されることで、前記第１部材および中間部材の接合と前記中間部材および第２部材の接合とが行われていることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
超硬合金から形成され切れ刃を有する第１部材と、鋼材から形成されシャンク部を有する第２部材と、それら第１部材および第２部材の軸方向端面の間に介在される中間部材とを備えた切削工具の製造方法において、
前記中間部材の軸方向端面に嵌合部を形成すると共に、前記第１部材または第２部材のうちの一方の軸方向端面に前記中間部材における嵌合部に嵌合可能な被嵌合部を形成する形成工程と、
その形成工程により形成された前記中間部材における嵌合部と前記第１部材または第２部材のうちの一方における被嵌合部とを嵌合させる嵌合工程と、
その嵌合工程により前記第１部材または第２部材のうちの一方における被嵌合部と前記中間部材における前記嵌合部とを嵌合させた後、前記中間部材の前記嵌合部が形成される側とは反対側の軸方向端面と前記第１部材または第２部材のうちの他方における軸方向端面とを当接させる当接工程と、
その当接工程により前記中間部材の前記嵌合部が形成される側とは反対側の軸方向端面と前記第１部材または第２部材のうちの他方の軸方向端面とを当接させた状態から、前記第１部材および第２部材を軸まわりに相対回転させた後に軸方向に圧接することで、前記第１部材および中間部材の接合と前記中間部材および第２部材の接合とを行う接合工程と、を備えることを特徴とする切削工具の製造方法。
【請求項３】
前記嵌合部が前記中間部材と同軸の円柱状の凸部として形成され、かつ、前記被嵌合部が前記第１部材または第２部材のうちの一方と同軸であって前記凸部の外径よりも小さな内径の断面円形の凹部として形成される、又は、前記嵌合部が前記中間部材と同軸の断面円形の凹部として形成され、かつ、前記被嵌合部が前記第１部材または第２部材のうちの一方と同軸であって前記凹部の内径よりも大きな外形の円柱状の凸部として形成されることを特徴とする請求項１記載の切削工具または請求項２記載の切削工具の製造方法。
【請求項４】
前記嵌合部が凹部として形成され、かつ、前記被嵌合部が凸部として形成されることを特徴とする請求項３記載の切削工具または切削工具の製造方法。
【請求項５】
前記被嵌合部は前記第２部材に形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の切削工具または切削工具の製造方法。
【請求項６】
前記超硬合金は、ＷＣを主成分とし、Ｃｏ含有量が５ｗｔ％以上かつ１６ｗｔ％以下に設定されると共に、硬さが８９ＨＲＡ以上かつ９５ＨＲＡ以下に設定されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の切削工具または切削工具の製造方法。
【請求項７】
前記中間部材は、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金から形成され、少なくともＣｏ含有量が５ｗｔ％以上かつ４０ｗｔ％以下に、Ｎｉ含有量が２０ｗｔ％以上かつ５０ｗｔ％以下に、それぞれ設定されることを特徴とする請求項６記載の切削工具または切削工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削工具において、切れ刃を含む第１部材を超硬合金から形成すると共にシャンク部を含む第２部材を鋼材から形成することで、切削性能の向上と製品コストの抑制とを図る技術が知られている。
【０００３】
この場合、第１部材と第２部材との接合には、ろう付けや摩擦溶接を利用する方法が知られているが、これらの方法では、超硬合金と鋼材との熱膨張係数の差に起因して、残留応力によるクラックが発生しやすい。
【０００４】
これに対し、特許文献１には、第１部材および第２部材を、中間部材を介して接合することで、クラックの発生を抑制する技術が開示される。即ち、特許文献１では、鋼材製のシャンク用部材１３（第２部材）と中間部材用部材２５（中間部材）とを第１段階の摩擦溶接により接合した後、この接合によって得られた複合部材３１の中間部材用部材２５と超硬合金製の切削刃用部材１１（第１部材）とを第２段階の摩擦溶接により接合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１６４１０号公報（例えば、段落００１４〜００２３、第１〜第７図など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したように摩擦溶接が第１および第２の２段階で行われる特許文献１の技術では、第１段階の摩擦溶接での熱の影響により中間部材用部材２５（中間部材）が変質されているため、第２段階の摩擦溶接の際に中間部材用部材２５が切削刃用部材１１（第１部材）の表面に十分に回り込まず、外周部に未溶接部が発生しやすい。そのため、接合強度を十分に確保することが困難であるという問題点があった。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、超硬合金から形成される第１部材と鋼材から形成される第２部材とが中間部材を介して接合される場合に、その接合強度が十分に確保された切削工具および切削工具の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために請求項１記載の切削工具は、超硬合金から形成され切れ刃を有する第１部材と、鋼材から形成されシャンク部を有する第２部材と、それら第１部材および第２部材の軸方向端面の間に介在される中間部材とを備えた切削工具であって、前記中間部材は、軸方向端面に形成される嵌合部を備えると共に、前記第１部材または第２部材のうちの一方は、前記中間部材における嵌合部に嵌合可能な軸方向端面に形成される被嵌合部を備え、前記中間部材における嵌合部と前記第１部材または第２部材のうちの一方における被嵌合部とが嵌合されると共に前記嵌合部が形成される側とは反対側の前記中間部材の軸方向端面に前記第１部材または第２部材のうちの他方における軸方向端面が当接された状態で、前記第１部材および第２部材が軸まわりに相対回転された後に軸方向に圧接されることで、前記第１部材および中間部材の接合と前記中間部材および第２部材の接合とが行われている。
【０００９】
請求項２記載の切削工具の製造方法は、超硬合金から形成され切れ刃を有する第１部材と、鋼材から形成されシャンク部を有する第２部材と、それら第１部材および第２部材の軸方向端面の間に介在される中間部材とを備えた切削工具の製造方法であって、前記中間部材の軸方向端面に嵌合部を形成すると共に、前記第１部材または第２部材のうちの一方の軸方向端面に前記中間部材における嵌合部に嵌合可能な被嵌合部を形成する形成工程と、その形成工程により形成された前記中間部材における嵌合部と前記第１部材または第２部材のうちの一方における被嵌合部とを嵌合させる嵌合工程と、その嵌合工程により前記第１部材または第２部材のうちの一方における被嵌合部と前記中間部材における前記嵌合部とを嵌合させた後、前記中間部材の前記嵌合部が形成される側とは反対側の軸方向端面と前記第１部材または第２部材のうちの他方における軸方向端面とを当接させる当接工程と、その当接工程により前記中間部材の前記嵌合部が形成される側とは反対側の軸方向端面と前記第１部材または第２部材のうちの他方の軸方向端面とを当接させた状態から、前記第１部材および第２部材を軸まわりに相対回転させた後に軸方向に圧接することで、前記第１部材および中間部材の接合と前記中間部材および第２部材の接合とを行う接合工程と、を備える。
【００１０】
請求項３記載の切削工具または切削工具の製造方法は、請求項１記載の切削工具または請求項２記載の切削工具の製造方法において、前記嵌合部が前記中間部材と同軸の円柱状の凸部として形成され、かつ、前記被嵌合部が前記第１部材または第２部材のうちの一方と同軸であって前記凸部の外径よりも小さな内径の断面円形の凹部として形成される、又は、前記嵌合部が前記中間部材と同軸の断面円形の凹部として形成され、かつ、前記被嵌合部が前記第１部材または第２部材のうちの一方と同軸であって前記凹部の内径よりも大きな外形の円柱状の凸部として形成される。
【００１１】
請求項４記載の切削工具または切削工具の製造方法は、請求項３記載の切削工具または切削工具の製造方法において、前記嵌合部が凹部として形成され、かつ、前記被嵌合部が凸部として形成される。
【００１２】
請求項５記載の切削工具または切削工具の製造方法は、請求項１から４のいずれかに記載の切削工具または切削工具の製造方法において、前記被嵌合部は前記第２部材に形成される。
【００１３】
請求項６記載の切削工具または切削工具の製造方法は、請求項１から５のいずれかに記載の切削工具または切削工具の製造方法において、前記超硬合金は、ＷＣを主成分とし、Ｃｏ含有量が５ｗｔ％以上かつ１６ｗｔ％以下に設定されると共に、硬さが８９ＨＲＡ以上かつ９５ＨＲＡ以下に設定される。
【００１４】
請求項７記載の切削工具または切削工具の製造方法は、請求項１から６のいずれかに記載の切削工具または切削工具の製造方法において、前記中間部材は、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金から形成され、少なくともＣｏ含有量が５ｗｔ％以上かつ４０ｗｔ％以下に、Ｎｉ含有量が２０ｗｔ％以上かつ５０ｗｔ％以下に、それぞれ設定される。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の切削工具によれば、中間部材が介在された状態で、第１部材および第２部材が相対回転された後に圧接されることで、第１部材および中間部材の接合と中間部材および第２部材との接合が行われ、中間部材への加熱が１回とされるので、両接合が別々に行われる場合（例えば、二段階の摩擦溶接の場合）と比較して、中間部材が熱の影響を受けて変質することを抑制でき、その分、接合強度を十分に確保できる。
【００１６】
請求項２記載の切削工具の製造方法によれば、接合工程では、第１部材および第２部材の間に中間部材を介在した状態で、第１部材および第２部材を相対回転させた後に圧接することで、第１部材および中間部材の接合と中間部材および第２部材の接合とを行うので、中間部材への加熱を１回とできる。よって、両接合を別々に行う場合（例えば、二段階の摩擦溶接を行う場合）と比較して、中間部材が熱の影響を受けて変質することを抑制でき、その分、接合強度が十分に確保された切削工具を製造できる。また、二段階の摩擦溶接の場合と比較して、工数を低減して、製造コストの削減を図ることができる。
【００１７】
この場合、形成工程において形成した嵌合部および被嵌合部を嵌合させる嵌合工程を当接工程の前に備えるので、当接工程の前に、第１部材または第２部材の一方と中間部材とが嵌合により結合された複合体を形成しておくことができ、その分、当接工程における作業をしやすくできる。また、第１部材または第２部材の一方と中間部材とが嵌合されていることで、接合工程において、中間部材が第１部材および第２部材に対して位置ずれすることを抑制できる。
【００１８】
請求項３記載の切削工具または切削工具の製造方法によれば、請求項１記載の切削工具または請求項２記載の切削工具の製造方法の奏する効果に加え、嵌合部および被嵌合部が、それぞれ中間部材および第１部材または第２部材の一方に同軸の円柱状の凸部または断面円形の凹部として形成されるので、嵌合部および被嵌合部の形状を簡素化して、その分、製造コストを削減できる。
【００１９】
また、嵌合部および被嵌合部が、中間部材および第１部材または第２部材の一方に同軸とされることで、第１部材および第２部材を圧接する際の圧接量を安定して確保できる。更に、凸部の外径が凹部の内径よりも大きくされるので、嵌合部と被嵌合部との嵌合が外れることを抑制でき、また、第１部材および第２部材を相対回転させる際の駆動力を適正な状態で伝達できる。
【００２０】
請求項４記載の切削工具または切削工具の製造方法によれば、請求項３記載の切削工具または切削工具の製造方法の奏する効果に加え、嵌合部が凹部として形成され、被嵌合部が凸部として形成される、即ち、中間部材に凹部が形成されるので、軸方向に圧接された後の中間部材の厚み（軸方向寸法）を薄く（小さく）でき、その分、切削工具全体としての強度を確保できる。
【００２１】
請求項５記載の切削工具または切削工具の製造方法によれば、請求項１から４のいずれかに記載の切削工具または切削工具の製造方法の奏する効果に加え、被嵌合部が第２部材に形成されるので、加工対象を鋼材とでき、超硬合金への加工を不要とできる。よって、その分、加工工数を低減して、製造コストの削減を図ることができる。
【００２２】
請求項６記載の切削工具または切削工具の製造方法によれば、請求項１から５のいずれかに記載の切削工具または切削工具の製造方法の奏する効果に加え、超硬合金は、ＷＣを主成分とし、Ｃｏ含有量が５ｗｔ％以上かつ１６ｗｔ％以下に設定されると共に、硬さが８９ＨＲＡ以上かつ９５ＨＲＡ以下に設定されるので、切削性能の向上を図ることができる。
【００２３】
請求項７記載の切削工具または切削工具の製造方法によれば、請求項１から６のいずれかに記載の切削工具または切削工具の製造方法の奏する効果に加え、中間部材は、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金から形成され、少なくともＣｏ含有量が５ｗｔ％以上かつ４０ｗｔ％以下に、Ｎｉ含有量が２０ｗｔ％以上かつ５０ｗｔ％以下に、それぞれ設定されるので、比較的高温とされた状態における熱膨張係数および伸びを適切として、残留応力の発生を抑制できると共に軸方向に圧接された際の変形性を確保できる。その結果、接合強度を十分に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態における切削工具の正面図である。
【図２】（ａ）から（ｃ）は、摩擦溶接機構の正面図であり、（ｄ）は、シャンク用部材、切削刃用部材及び中間部材の正面図である。
【図３】（ａ）は、中間部材の側面図であり、（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における中間部材の断面図であり、（ｃ）は、第２実施形態における中間部材の側面図であり、（ｄ）は、図３（ｃ）のＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ線における中間部材の断面図であり、（ｅ）は、第３実施形態における中間部材の側面図であり、（ｆ）は、図３（ｅ）のＩＩＩｆ−ＩＩＩｆ線における中間部材の断面図である。
【図４】（ａ）は、第４実施形態における中間部材の側面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線における中間部材の断面図であり、（ｃ）は、第５実施形態における中間部材の側面図であり、（ｄ）は、図４（ｃ）のＩＶｄ−ＩＶｄ線における中間部材の断面図であり、（ｅ）は、第６実施形態における中間部材の側面図であり、（ｆ）は、図４（ｅ）のＩＶｆ−ＩＶｆ線における中間部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の第１実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態における切削工具１０の正面図である。図１に示すように、切削工具１０は、炭素含有量が０．１〜１．４ｗｔ％の炭素鋼材から形成されると共にシャンク部２１を有するシャンク用部材２０と、超硬合金から形成されると共に切れ刃３１を有する切削刃用部材３０と、それらのシャンク用部材２０及び切削刃用部材３０を連結する中間部材４０と、を主に備えて構成される。なお、シャンク用部材２０は炭素鋼材に限定されるものではなく、構造鋼、合金工具鋼または冷間ダイス鋼でも良い。
【００２６】
切削刃用部材３０は、ＷＣを主成分とし、Ｃｏ含有量が５ｗｔ％以上かつ１６ｗｔ％以下に設定されると共に、後述する摩擦溶接を行う以前の素材としての硬さが８９ＨＲＡ以上かつ９５ＨＲＡ以下に設定される。これにより、切削性能の向上を図ることができる。なお、ＨＲＡとは、ＪＩＳ−Ｚ２２４５に規定されるダイヤモンド円錐状材を圧子として用いるＡスケールのロックウェル硬さを意味し、切削性能とは、切れ味や耐久性、及び摩耗性などを意味する。
【００２７】
中間部材４０は、Ｃｏ―Ｎｉ―Ｆｅ合金から形成され、少なくともＣｏ含有量が５ｗｔ％以上かつ４０ｗｔ％以下に、Ｎｉ含有量が２０ｗｔ％以上かつ５０ｗｔ％以下に、それぞれ設定される。
【００２８】
ここで、超硬合金は、引張の残留応力がかけられるとクラックが生じやすい。一方、鋼材は金属であり延性に富むため、残留応力を緩和する態様で変形することができる。そのため、中間部材４０の熱膨張係数を切削刃用部材３０の熱膨張係数に近似させることで、切削刃用部材３０が破損することを防止することができる。
【００２９】
本実施形態では、切削刃用部材３０の熱膨張係数は６〜６．５程度であり、シャンク用部材２０の熱膨張係数は１２程度である。中間部材４０は、摩擦熱が発生し比較的高温（約５００度）とされた状態（図２（ｂ）及び図２（ｃ）参照）における熱膨張係数が切削刃用部材３０と略同等となる。そのため、残留応力により切削刃用部材３０にクラックが発生することを抑制できると共に軸方向に圧接された際の変形性を確保できる。その結果、接合強度を十分に確保できる。なお、切削刃用部材３０及び中間部材４０の組成比は一例であり、適宜変更することができる。
【００３０】
本実施形態では、シャンク用部材２０及び切削刃用部材３０は、それぞれ直径１６ｍｍの丸棒材から形成される。また、中間部材４０は、圧縮前の形状が直径１６ｍｍ及び厚さ１０ｍｍの円板部材から形成される。なお、シャンク用部材２０、切削刃用部材３０及び中間部材４０の互いに当接される端面は軸方向と垂直に広がる態様で形成される。
【００３１】
次いで、図２を参照して、切削工具１０（図１参照）の製造方法について説明する。切削工具１０の製造方法は、形成工程と、嵌合工程と、当接工程と、接合工程と、を主に備える。各工程については、順に後述する。
【００３２】
図２（ａ）から図２（ｃ）は、シャンク用部材２０、切削刃用部材３０及び中間部材４０が摩擦溶接により接合される様子を時系列で図示した摩擦溶接機構１の正面図であり、図２（ｄ）は、接合されたシャンク用部材２０、切削刃用部材３０及び中間部材４０の正面図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｃ）では、各部材が部分的に断面視され、図２（ｄ）では、摩擦溶接により生じるバリが除去された後の状態が図示される。
【００３３】
図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように、摩擦溶接機構１は、軸回転可能に形成される回転軸２と、その回転軸２の先端に取り付けられる回転把持装置（コレットチャック）３と、その回転把持装置３と対向配置されるクランプ台４と、そのクランプ台４に回転把持装置３と軸を同一として配設される非回転把持装置（バイス）５と、を主に備えて構成される。なお、非回転把持装置５は断面視される。ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、中間部材４０の形状について説明する。
【００３４】
図３（ａ）は、中間部材４０の側面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における中間部材４０の断面図である。形成工程において、中間部材４０には、シャンク用部材２０（図２参照）に接合される側の端面である第１端面４１に、直径１０ｍｍ及び深さ３ｍｍの断面円形状の窪みである嵌合凹部４３が中間部材４０と同軸に形成される。
【００３５】
図２に戻って説明する。形成工程において、シャンク用部材２０には、中間部材４０に接合される側の端面である連結端面２２に中間部材４０の嵌合凹部４３と凹凸を反転させた形状からなる被嵌合凸部２３がシャンク用部材２０の軸対称に形成される（図２（ａ）参照）。本実施形態では、被嵌合凸部２３は、直径が嵌合凹部の直径（１０ｍｍ）よりも若干大径に形成されると共に高さ３ｍｍの円柱形状に形成される。
【００３６】
ここで、中間部材４０が薄く形成されるほど、摩擦溶接の接合強度が向上する。本実施形態では、被嵌合凸部２３の張出部が切削刃用部材３０の平端面３２と最接近するため、被嵌合凸部２３及び嵌合凹部４３の直径がシャンク用部材２０及び中間部材４０の外径に比較して大きいほど接合強度が向上する。そのため、被嵌合凸部２３及び嵌合凹部４３の直径は中間部材４０の外径の５０％以上の長さとされることが好ましく、更に好ましくは、中間部材４０の外径の６０％以上の長さとされることが好ましい（本実施形態では、約６３％に設定される）。
【００３７】
上述したように、被嵌合凸部２３の直径が嵌合凹部４３の直径よりも若干大径に形成されるので、被嵌合凸部２３と嵌合凹部４３とを嵌合させる嵌合工程において、中間部材４０をシャンク用部材２０に圧入固定することができる。これにより、中間部材４０及びシャンク用部材２０を一体化させて搬送することができる。また、シャンク用部材２０及び中間部材４０の回転把持装置３への取り付け作業をしやすくできると共に摩擦溶接の最中にシャンク用部材２０に対して中間部材４０が軸垂直方向に位置ずれすることを抑制できる。
【００３８】
なお、本実施形態において嵌合とは、シャンク用部材２０と中間部材４０とを当接させた状態で、軸垂直方向に相対的に移動させる場合に互いに当接される箇所があることを意味し、以降の実施形態でも同様である。例えば、圧入固定（しまりばめ）による嵌合であれば、シャンク用部材２０と中間部材４０とを一体で搬送できる効果があり、例えば、すきまばめによる嵌合であれば、シャンク用部材２０と中間部材４０とを特別な道具を使わずに容易に一体化させることができるため嵌合工程の作業をしやすくできるという効果があり、例えば、ローレット加工であれば、接触面積を増大させて駆動力の伝達を確実にするという効果がある。
【００３９】
当接工程および接合工程を含む摩擦溶接の手順について説明する。図２（ａ）に示すように、切削刃用部材３０は、非回転把持装置５に固定される。また、シャンク用部材２０は、被嵌合凸部２３が中間部材４０の嵌合凹部４３に圧入固定により嵌合された状態で、被嵌合凸部２３の形成される端部の反対側の端部が回転把持装置３に把持される。
【００４０】
これにより、中間部材４０を介在させてシャンク用部材２０及び切削刃用部材３０を摩擦溶接する場合において、中間部材４０とシャンク用部材２０とを嵌合により結合させておくことができる。
【００４１】
本実施形態では、シャンク用部材２０に中間部材４０を嵌合させることで自然に軸合わせがされるので、従来、シャンク用部材２０を把持する装置と中間部材４０を把持する装置との間で行っていた中間部材４０の軸合わせ工程を省くことができる。更に、従来必要であった中間部材４０の切断工程を省くことができる。
【００４２】
即ち、従来のように２段階で摩擦溶接する場合、中間部材４０を回転把持装置３又は非回転把持装置５で把持する必要があり、中間部材４０に掴み代が必要であった。そのため、１段階目の摩擦溶接と２段階目の摩擦溶接との間に、中間部材４０を切断する工程が必要であった。一方、本実施形態における摩擦溶接では、中間部材４０に掴み代が不要であり、中間部材４０を初めから短くしておくことができるため、中間部材４０の切断工程を省くことができる。
【００４３】
図２（ｂ）に示すように、中間部材４０と切削刃用部材３０とを当接させる当接工程において、回転軸２を回転させて、シャンク用部材２０及び中間部材４０を回転させると共に回転把持装置３をクランプ台４側にスライド移動させる。切削刃用部材３０の平端面３２に中間部材４０の第１端面４１の反対側の端面である第２端面４２を同心的に推力Ｐ１で押し付けることで摩擦熱が発生する。このとき、切削刃用部材３０と中間部材４０とは全面的に接触した状態で回転される。また、中間部材４０はシャンク用部材２０に圧入固定されるため、回転軸２が回転されることにより発生する駆動力が中間部材４０へ伝達される。
【００４４】
図２（ｃ）に示すように、シャンク用部材２０、切削刃用部材３０及び中間部材４０の接合を行う接合工程において、切削刃用部材３０と中間部材４０との間に発生した摩擦熱により、中間部材４０の第２端部４２が十分に軟化し切削刃用部材３０に回り込んだときに、回転軸２の回転を急停止させ、回転軸２の軸方向への推力を高めるいわゆる二次加圧（アプセット加圧）を行う。本実施形態では、中間部材４０を切削刃用部材３０に推力Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）で強く圧接させる。これによって、中間部材４０が十分塑性変形してシャンク用部材２０及び切削刃用部材３０が接合される。
【００４５】
接合工程におけるシャンク用部材２０及び中間部材４０の接合について説明する。シャンク用部材２０及び中間部材４０は圧入により相対回転不能に固定されるので、シャンク用部材２０及び中間部材４０の当接面では摩擦熱は発生しない。一方で、上述したように、切削刃用部材３０の平端面３２と中間部材４０との当接面において摩擦熱が発生し、その摩擦熱は、中間部材４０とシャンク用部材２０との当接面まで熱伝導により伝達される。これにより、中間部材４０の連結端面２２に当接される箇所が十分に軟化されるので、上述した二次加圧によりシャンク用部材２０と中間部材４０とが接合される。
【００４６】
このように、一対の当接面の溶接を一度の加圧で行うことができるので、中間部材４０が変質した後に摩擦溶接させる従来の方法と比較して、中間部材４０がシャンク用部材２０及び切削刃用部材３０に十分に回り込み、均一な接合が可能となる。従って、溶接不良の発生を抑制することができる。
【００４７】
本実施形態では、切削刃用部材３０及び中間部材４０が当接される状態から、切削刃用部材３０及び中間部材４０の接合が完了するまでに（図２（ｃ）参照）、クランプ台４が回転保持装置３へ向けて移動される距離（即ち、中間部材４０の圧縮量）が約６ｍｍに設定される。なお、本実施形態ではアプセット量（アプセット加圧時の圧縮量）≒６ｍｍとされる。これにより、切削刃用部材３０及び中間部材４０の接合完了後の中間部材４０の厚さｔが１ｍｍ（＝（円板の厚さ１０ｍｍ）−（嵌合凹部４３の深さ３ｍｍ）−（中間部材４０の圧縮量６ｍｍ））とされるため、十分な接合強度を発揮することができる。
【００４８】
ここで、例えば、中間部材４０がシャンク用部材２０に対して軸垂直方向へ偏心すると、中間部材４０が均一に圧縮されない事態が生じる。即ち、圧縮方向の軸がずれることで、中間部材４０に負荷される圧縮力が不均一になり、中間部材４０から反作用としてシャンク用部材２０及び切削刃用部材３０に負荷される力によりシャンク用部材２０及び切削刃用部材３０が相対的に傾けられるおそれがある。この場合、シャンク用部材２０及び切削刃用部材３０が直接当接するおそれがある。これに対し、本実施形態では、中間部材４０がシャンク用部材２０に対して偏心することを嵌合により防止できるので、中間部材４０の圧縮量（アプセット量）を当接面の全範囲で均一にでき、圧縮量を安定化させることができる。
【００４９】
図２（ｄ）に示すように、二次加圧後、接合が完了した時点で、炉内で低温徐冷却を行い、発生したバリを切削加工して、切削工具素材が製造される。図２（ｄ）に示す切削工具素材に切れ刃３１を形成することで、切削工具１０（図１参照）が完成する。
【００５０】
本実施形態における切削工具１０の、拡散接合による試験片およびろう付け接合による試験片に対する接合強度の比較を行うために、接合強度を測定した。なお、拡散接合の試験片には、本実施形態と同一組成のシャンク用部材２０、切削刃用部材３０及び中間部材４０を使用すると共に上述した推力Ｐ２で圧接し、ろう付け接合には、中間部材４０は使用せず、本実施形態と同一組成のシャンク用部材２０及び切削刃用部材３０を使用した。結果として、本実施形態における切削工具１０は、ろう付け接合による試験片に対して接合強度が１５５％向上し、拡散接合による試験片に対してほぼ同等の接合強度が認められた。
【００５１】
また、端面加工、接合時の段取り及び接合処理時間を含む加工時間については、本実施形態における切削工具素材は１本の接合に約１０分かかり、拡散接合の試験片は１本の接合に約２６分かかった。即ち、本実施形態の切削工具素材は、拡散接合の試験片に比較して生産効率が２６０％向上した。
【００５２】
次いで、図３（ｃ）及び図３（ｄ）を参照して、第２実施形態における中間部材２４０について説明する。第１実施形態では、中間部材４０がシャンク用部材２０に圧入固定される場合を説明したが、第２実施形態における中間部材２４０は、シャンク用部材２０に仮止め保持され、相対回転可能とされる。なお、上述した第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５３】
図３（ｃ）は、第２実施形態における中間部材２４０の側面図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）のＩＩＩｄ−ＩＩＩｄ線における中間部材２４０の断面図である。なお、本実施形態におけるシャンク用部材（図示せず）は、第１実施形態におけるシャンク用部材２０（図１参照）と連結端面２２（図２（ａ）参照）の形状のみが異なる。詳細には、被嵌合凸部２３（図２（ａ）参照）は形成されず、中間部材２４０の嵌合凹部２４３と凹凸を反転した形状の被嵌合凸部（図示せず）が形成される。
【００５４】
図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、中間部材２４０は、断面円形の窪み及びその窪みと同軸に形成されるリング状窪みから形成される嵌合凹部２４３を備える。ここで、第１実施形態における嵌合凹部４３は被嵌合凸部２３に径方向内側から当接されるのみである。その一方で、本実施形態における嵌合凹部２４３は、断面円形の窪みで被嵌合凸部に径方向内側から当接されると共に、リング状窪みで被嵌合凸部に径方向内側および外側から当接される。そのため、シャンク用部材と嵌合凹部２４３との間に生ずる摩擦力を向上させることができ、シャンク用部材から中間部材２４０が脱落することを防止することができる。
【００５５】
嵌合凹部２４３はシャンク用部材の被嵌合凸部に対してすきまばめの寸法公差で形成される。そのため、当接工程および接合工程（図２（ｃ）参照）において中間部材２４０とシャンク用部材とが相対回転可能とされる。
【００５６】
中間部材２４０がシャンク用部材に対して相対回転する場合、中間部材２４０及びシャンク用部材の当接面か、又は中間部材２４０及び切削刃用部材３０（図１参照）の当接面か、の少なくともどちらか一方の当接面で摩擦熱が発生する。その摩擦熱が熱伝導によりもう一方の当接面まで伝達され、それにより両方の当接面付近が共に軟化され、上述した二次加圧によりシャンク用部材、切削刃用部材３０及び中間部材４０が接合される。
【００５７】
次いで、図３（ｅ）及び図３（ｆ）を参照して、第３実施形態における中間部材３４０について説明する。第１実施形態では中間部材４０の第１端面４１に嵌合凹部４３が形成される場合を説明したが、第３実施形態における中間部材３４０は、第１端面４１に嵌合凸部３４３が形成される。なお、上述した各実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５８】
図３（ｅ）は、第３実施形態における中間部材３４０の側面図であり、図３（ｆ）は、図３（ｅ）のＩＩＩｆ−ＩＩＩｆ線における中間部材３４０の断面図である。なお、本実施形態におけるシャンク用部材（図示せず）は、第１実施形態におけるシャンク用部材２０（図１参照）と連結端面２２（図２（ａ）参照）の形状のみが異なる。詳細には、被嵌合凸部２３（図２（ａ）参照）は形成されず、中間部材３４０の嵌合凸部３４３と凹凸を反転した形状から形成される被嵌合凹部（図示せず）が形成される。
【００５９】
シャンク用部材および切削刃用部材３０が最接近する領域、即ち、中間部材３４０の第１端面４１の嵌合凸部３４３を除く領域で、シャンク用部材および切削刃用部材３０の接合強度を担うことになるので、嵌合凸部３４３の直径は、中間部材３４０の直径の４０％以下に設定されることが好ましく、更に好ましくは、中間部材３４０の直径の２５％以下に設定されることが好ましい。本実施形態では嵌合凸部３４３の直径が４ｍｍ（中間部材３４０の直径の２５％）に設定されるので、接合強度を十分に確保することができる。
【００６０】
次いで、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、第４実施形態における中間部材４４０について説明する。第１実施形態では中間部材４０の第１端面４１に嵌合凹部４３が軸対称に形成される場合を説明したが、第４実施形態における中間部材４４０は、第１端面４１に一対の嵌合凸部４４３が軸から離間して形成される。なお、上述した各実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６１】
図４（ａ）は、第４実施形態における中間部材４４０の側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線における中間部材４４０の断面図である。なお、本実施形態におけるシャンク用部材（図示せず）は、第１実施形態におけるシャンク用部材２０（図１参照）と連結端面２２（図２（ａ）参照）の形状のみが異なる。詳細には、被嵌合凸部２３（図２（ａ）参照）は形成されず、中間部材４４０の嵌合凸部４４３と凹凸を反転した形状からなる被嵌合凹部（図示せず）が形成される。
【００６２】
嵌合凸部４４３は中間部材４４０の軸から離れて一対が形成されるため、中間部材４４０とシャンク用部材が嵌合されている場合において、中間部材４４０とシャンク用部材との相対回転が機械的に防止される。そのため、中間部材４４０をシャンク用部材に圧入固定しなくとも、回転軸２が回転されることにより発生する駆動力を中間部材４４０へ確実に伝達させることができる。
【００６３】
次いで、図４（ｃ）及び図４（ｄ）を参照して、第５実施形態における中間部材５４０について説明する。第１実施形態では中間部材４０の第１端面４１に断面円形状の嵌合凹部４３が形成される場合を説明したが、第５実施形態における中間部材５４０は、第１端面４１に断面多角形状（本実施形態では正八角形状）の窪みである嵌合凹部５４３が形成される。なお、上述した各実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６４】
図４（ｃ）は、第５実施形態における中間部材５４０の側面図であり、図４（ｄ）は、図４（ｃ）のＩＶｄ−ＩＶｄ線における中間部材５４０の断面図である。なお、本実施形態におけるシャンク用部材（図示せず）は、第１実施形態におけるシャンク用部材２０（図１参照）と連結端面２２（図２（ａ）参照）の形状のみが異なる。詳細には、被嵌合凸部２３（図２（ａ）参照）は形成されず、中間部材５４０の嵌合凹部５４３と凹凸を反転した形状の被嵌合凸部（図示せず）が形成される。
【００６５】
中間部材５４０の嵌合凹部５４３の内側面とシャンク用部材の被嵌合凸部の外側面とが回転方向で当接されることで、相対回転が防止される。これにより、回転軸２が回転されることにより発生する駆動力を中間部材５４０へ確実に伝達させることができる。
【００６６】
次いで、図４（ｅ）及び図４（ｆ）を参照して、第６実施形態における中間部材６４０について説明する。第１実施形態では中間部材４０の第１端面４１に断面円形状の嵌合凹部４３が形成される場合を説明したが、第６実施形態における中間部材６４０は、第１端面４１にローレット加工により形成される嵌合凹部６４３を備える。なお、上述した各実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６７】
図４（ｅ）は、第６実施形態における中間部材６４０の側面図であり、図４（ｆ）は、図４（ｅ）のＩＶｆ−ＩＶｆ線における中間部材６４０の断面図である。なお、本実施形態におけるシャンク用部材（図示せず）は、第１実施形態におけるシャンク用部材２０（図１参照）と連結端面２２（図２（ａ）参照）の形状のみが異なる。詳細には、被嵌合凸部２３（図２（ａ）参照）は形成されず、中間部材６４０の嵌合凹部６４３と当接されるシャンク用部材（図示せず）の端面には平面が形成される。
【００６８】
なお、本実施形態では、中間部材６４０がシャンク用部材に嵌合されず、摩擦溶接の準備の段階（図２（ａ）参照）で中間部材６４０が落下してしまうので、その落下を防止するために、別の治具で中間部材６４０を保持することが好ましい。また、シャンク用部材の端面は、嵌合凹部６４３と凹凸を反転した形状からなる被嵌合凸部（図示せず）が形成されても良い。
【００６９】
本実施形態の中間部材６４０は、嵌合凹部６４３がローレット加工により形成され、切削加工が不要とされるので、中間部材６４０の加工を容易とすることができる。
【００７０】
以上、上記各実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。
【００７１】
上記各実施形態において、一の実施形態における構成の一部または全部を、他の実施形態における構成の一部または全部の構成と組み合わせて或いは置き換えて、別の実施形態としても良い。
【００７２】
上記各実施形態では、シャンク用部材２０と中間部材４０，２４０，３４０，４４０，５４０とを嵌合させる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、切削刃用部材３０を加工し、中間部材４０，２４０，３４０，４４０，５４０と嵌合させても良い。
【００７３】
上記各実施形態では、シャンク用部材２０、切削刃用部材３０及び中間部材４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０がそれぞれ同径とされる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、中間部材４０の直径をシャンク用部材２０及び切削刃用部材３０よりも大径にしても良い。これにより、中間部材４０とシャンク用部材２０とが軸垂直方向に若干ずれた場合でも、中間部材４０の圧縮量（アプセット量）を均一に保つことができる。
【００７４】
上記各実施形態では、回転軸２が回転されることでシャンク用部材２０が回転される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、切削刃用部材３０が回転されても良いし、シャンク用部材２０及び切削刃用部材３０が共に回転されても良い。
【００７５】
上記第各実施形態では、嵌合凹部４３，２４３，５４３，６４３及び嵌合凸部３４３，４４３が様々な形状で形成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、嵌合凹部４３，２４３，５４３，６４３及び嵌合凸部３４３，４４３が、十字形状、長方形状、円錐形状、多角錐形状および凹凸が混在する形状などで形成されても良い。
【００７６】
上記各実施形態では、圧入や、すきまばめ等で中間部材４０，２４０，３４０，４４０，５４０とシャンク用部材２０との寸法関係を規定したが、必ずしもこれに限るものではない。例えば、圧入固定されると規定した実施形態（例えば、第１実施形態）の中間部材４０をシャンク用部材２０にすきまばめで嵌合させても良いし、すきまばめで嵌合されると規定した実施形態（例えば、第２実施形態）の中間部材２４０をシャンク用部材に圧入固定しても良い。
【００７７】
上記第４実施形態では、一対の嵌合凸部４４３が軸から離間して形成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、嵌合凸部４４３が３，４箇所形成されても良いし、その内の１の嵌合凸部４４３が中間部材４４０の軸上に形成されても良い。なお、軸から離間して形成される嵌合凸部４４３は、回転方向で嵌合凸部４４３が受ける力を均等に分散させるために、周方向等間隔で形成されることが好ましい。
【００７８】
上記第５実施形態では、嵌合凹部５４３が断面正八角形状の窪みである場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、三角形や四角形などの窪みであっても良いし、星形状の窪みであっても良い。
【符号の説明】
【００７９】
１０                                              切削工具
２０                                              シャンク用部材（第２部材）
２１                                              シャンク部
２３                                              被嵌合凸部（被嵌合部）
３０                                              切削刃用部材（第１部材）
３１                                              切れ刃
３２                                              平端面（軸方向端面）
４０                                              中間部材
４２                                              第２端面（軸方向端面）
４３，２４３，５４３，６４３                      嵌合凹部（嵌合部）
３４３，４４３                                    嵌合凸部（嵌合部）
【図１】
2015205329.tif 000003
【図２】
2015205329.tif 000004
【図３】
2015205329.tif 000005
【図４】
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