(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体と、該工具本体の取付台座に設けられた切刃チップとからなり、
該切刃チップの切刃部が、複数本が並んだ繊維状の芯材と該芯材の外周を取り囲み該芯材とは異なる組成の被覆層との複合繊維体からなり、
逃げ面における前記複合繊維体の繊維配列方向が、切刃稜線方向に対して、前記切刃稜線直下では前記工具本体の下面取付台座側よりも大きい角度となるように屈曲している切削工具。
【請求項２】
前記工具本体の取付台座側における複合繊維体の平均繊維径が前記切刃稜線直下における複合繊維体の平均繊維径よりも小さい請求項１記載の切削工具。
【請求項３】
前記切刃チップの前記複合繊維体の下側に裏打部材が配置されている請求項１または２記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に耐欠損性および耐摩耗性が改善された切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の切削加工に広く用いられている切削工具は、超硬合金やサーメット、セラミック、鋼などの各種材料からなる切削工具は、精密切削から汎用切削まで幅広く使用されているが、上記従来の切削工具では靭性が十分ではなく切刃の耐欠損性をより高めることが必要とされている。
【０００３】
そこで、特許文献１によれば、ダイヤモンド等からなる複合繊維体状の芯材の外周にＷＣ等からなる被覆層を配置した靭性の高い複合繊維体が開示され、これを掘削工具等の刃先全周に複合繊維体を貼り付けることによって掘削工具の耐欠損性を改善することが提案されている。また、特許文献２では、繊維体の繊維の向きを力のかかる方向に揃えた切削工具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６０６３５０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０２５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、掘削工具用としての具体例について記載されるが、旋削やフライス切削などの切削工具については記載されておらず、複合繊維体をこのような切削工具に応用する際の繊維体の特性を十分に発揮するための具体的な構造については全く検討されていない。また、特許文献２のように、切刃に対して繊維の向きをそろえる構造では、通常の切削加工に対しては高い耐欠損性を発揮するものの、突発的に異なる方向から衝撃がかかるような加工に対しては時として大きな欠損が発生する場合があった。また、同時焼成またはロウ付けによって他の部材と接合する場合、接合部にクラックや剥離が発生する場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の切削工具は、工具本体と、該工具本体の取付台座設けられた切刃チップとからなり、該切刃チップの切刃部が、複数本が並んだ繊維状の芯材と該芯材の外周を取り囲んで該芯材とは異なる組成の被覆層との複合繊維体からなり、逃げ面における前記複合繊維体の繊維配列方向が、切刃の稜線方向に対して、前記切刃稜線直下では前記工具本体にロウ付けされる下面側よりも大きい角度となるように屈曲しているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の切削工具によれば、切刃チップが工具本体の取り付け台座にロウ付けされるか、または裏打部材と切刃チップとが同時焼成された裏打部材をロウ付けして、工具本体の取付台座に切刃チップがもうけられているとともに、切刃部となる複合繊維体の繊維の配列が、切刃稜線直下では工具本体にロウ付けされる下面側よりも切刃の稜線に対して大きい角度となるように屈曲していることによって、切削時に切刃部にかかる衝撃を分散できることから耐欠損性が向上するとともに、同時焼成される裏打部材または切刃部の直下に存在するロウ付け部との密着性を高めて、複合繊維体と裏打部材またはロウ付け部との界面での剥離やクラックの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明にかかる切削工具の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１の切削工具の一実施形態について、（ａ）逃げ面から見た組織写真、（ｂ）（ａ）のＡ部を拡大した模式図である。
【図３】図１、２の複合繊維体を構成する繊維の構造を示す斜視図である。
【図４】図３の繊維を集束した複合繊維体の構造を説明するための概略斜視図である。
【図５】繊維の製造方法を説明するための図であり、シングルタイプの繊維の製造方法を示す工程図である。
【図６】繊維の製造方法を説明するための図であり、図５のシングルタイプの繊維からマルチタイプの繊維を製造する方法を示す工程図である。
【図７】繊維を屈曲させる方法を説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の切削工具を示す概略斜視図であり、図２は、図１の切削工具の一実施形態について、（ａ）逃げ面から見た組織写真、（ｂ）（ａ）のＡ部を拡大した模式図である。
【００１１】
図１に示す切削工具１１は、平板状をなし、工具本体１２の角部に形成された取付台座１３には、裏打部材１９と切刃部１８である複合繊維体２０とが一体化された切刃チップ１４がロウ付けされている。また、この切削工具１１によれば、すくい面１５と逃げ面１６との交差稜線部に切刃１７が構成されている。さらに、切削工具１１の中央部には、バイトなどの工具に取り付けるためのクランプねじ等が挿通される取付孔２５が形成されている。なお、図１では、切刃部１８である複合繊維体２０を裏打部材１９と一体化することなく、切刃部１８である複合繊維体２０を工具本体１２の取付台座１３に直接ロウ付けするものであってもよい。
【００１２】
本発明によれば、切刃チップ１４の切刃部１８が、図３に示すような、繊維状の芯材３２と芯材３２の外周を取り囲んで芯材３２とは異なる組成の被覆層３３との繊維３１が集束されて、複数本が並んだ芯材３２の周囲を被覆層３３が取り囲んだ図２の複合繊維体２０からなり、図２に示すように、逃げ面１６における複合繊維体２０の繊維配列方向が、切刃１７の稜線方向に対して、切刃１７の稜線直下がなす角度αが、工具本体２にロウ付けされる複合繊維体２０の下面直上２２である下側取付台座１３ａ側がなす角度βよりも大きい角度となるように屈曲している構成からなる。すなわち、複合繊維体２０は、図２に示すように、取付台座側の下面では繊維３１の長手方向に近い向きで向き、切刃１７の稜線直下では、繊維３１の断面が上面を向くように曲がっている。この構成によれば、切削時に切刃１７にかかる衝撃が屈曲部に分散されることから、大きな欠損が発生することを抑制できるとともに、複合繊維体２０の直下の、同時焼成される裏打部材１９またはロウ付けされるロウ付け部２１との密着性を高めて、複合繊維体２０と裏打部材１９またはロウ付け部２１との界面での剥離やクラックの発生を抑制できる。なお、ロウ付け部２１は工具本体１２の取付台座１３の表面に形成される。
【００１３】
ここで、切刃１７の稜線直下における複合繊維体２０の繊維３１の切刃１７の稜線とがなす望ましい角度αは５５〜９０°であり、工具本体１２にロウ付けされる下面直上２２における繊維３１の切刃１７の稜線とがなす角度βの望ましい範囲は０〜４５°である。なお、本発明において、複合繊維体２０の繊維３１が切刃１７の稜線となす角度は、９０°以下の鋭角とする。また、複合繊維体２０の繊維３１が切刃１７の稜線となす角度の測
定は、角度の測定が可能な切刃１７の稜線のうちの直線部分について測定し、各繊維３１と切刃１７の稜線とのなす角度をそれぞれ測定して、その平均値を算出する。
【００１４】
また、切刃チップ１４の複合繊維体２０の下側に超硬合金からなる裏打部材１９が配置されている場合には、複合繊維体２０と裏打部材１９との密着性が高くて剥離しにくく、かつ裏打部材１９と工具本体２とも同じ超硬合金同士であるためにロウ付け強度が高くなるとの効果がある。
【００１５】
図３（ａ）（ｂ）は、本発明において用いられている複合繊維体２０の基本となる繊維の概略斜視図である。（ａ）の繊維３１ｓは、芯材３２とこの芯材３２の外周を被覆し芯材３２とは異なる組成の材料からなる被覆層３３とからなるシングルタイプの繊維体であり、（ｂ）の繊維３１ｍは、（ａ）のシングルタイプの繊維３１ｓの集合体を伸延したものでマルチタイプの繊維である。本発明によれば、切刃１７を形成する複合繊維体２０は、このような（ａ）または（ｂ）の繊維３１ｓ、３１ｍを集束した構造体によって形成されている。望ましくは、（ｂ）のマルチタイプの繊維３１ｍを用いることが耐欠損性に優れる。
【００１６】
具体的には、図４（ａ）に示すように、複合繊維体２０は、複数の繊維３１を再度束ねて、直径が１０ｍｍ以上のサイズに共押出成形した円柱状のロッドを所定の厚みに切り出した複合シート３５、または図４（ｂ）に示すように、繊維３１を幅方向に並べた複合シート３６を所定の厚みに切り出したものからなる。このような構成からなる複合繊維体２０は、複数本が並んだ繊維状の芯材３２と芯材３２の外周を取り囲んで芯材３２とは異なる組成の被覆層３３とから構成される。なお、図４（ａ）（ｂ）では複合シート３５、３６の繊維３１の断面は円形で表わしているが、これは焼成前の繊維３１を並べた状態を表わしており、焼成後の複合繊維体２０においては繊維３１の断面は六角形に変形する。
【００１７】
本発明によれば、図１、２のように、工具本体１２の切刃部分を切り欠いて繊維３１からなる複合繊維体２０を有する切刃チップ１４を取付台座１３にはめ込んでロウ付け等で固定することによって、工具の切刃形状に対する繊維３１ｓ、３１ｍの繊維方向を容易に制御することができる。この手法では、複数のコーナーに切刃を設ける際にも繊維３１ｓ、３１ｍの配列が容易に行えるというメリットがある。
【００１８】
本発明において用いる繊維３１ｓ、３１ｍの芯材３２を構成する材質としては、立方晶窒化硼素（以下ｃＢＮとする）２０〜９９質量％を、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属およびシリコン、アルミニウムの炭化物、窒化物、炭窒化物、硼素化物および酸化物と、鉄族金属の１種以上から選ばれる結合材１〜８０質量％にて結合してなるｃＢＮ焼結体が好適に使用可能である。
【００１９】
また、芯材３２を構成する他の材質としては、ダイヤモンド６０〜９９質量％を、鉄族金属、炭酸塩、硫酸塩および水酸化物から選ばれる少なくとも一種、特にコバルトおよび／またはニッケルからなる結合金属１〜４０質量％にて結合してなるダイヤモンド焼結体が好適に使用可能である。なお、ダイヤモンド焼結体中には適宜周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上からなる硬質粒子を含有せしめることも可能である。
【００２０】
さらに、芯材３２を構成する材質としては、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種以上からなる第１の硬質粒子、特に炭化タングステン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化クロムおよび炭化モリブデンの群から選ばれる少なくとも１種、さらには炭化タングステン、炭化チタンまたは炭窒化チタンの群か
ら選ばれる少なくとも１種６５〜９８質量％を、鉄、コバルトおよびニッケルの群から選ばれる少なくとも１種、特にコバルトおよび／またはニッケルからなる結合金属２〜３５質量％にて結合してなる第１の硬質焼結体、特に超硬合金またはサーメットが好適に使用可能である。
【００２１】
また、芯材３２を構成するさらに他の材質として、上記硬質焼結体以外にも、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属、アルミニウム、シリコンの群から選ばれる少なくとも１種の酸化物、炭化物、窒化物および炭窒化物からなる第１のセラミックス、中でもアルミナ−炭化チタン（炭窒化チタン）、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、硼化チタンの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはアルミナ−炭化チタン（炭窒化チタン）および／または炭化珪素が好適に使用可能である。なお、第１のセラミックス中には適宜焼結助剤成分を含有せしめることも可能である。
【００２２】
一方、芯材３２の外周を覆う被覆層３３の材質としては、芯材３２とは異なる組成または材質の硬質焼結体またはセラミックスを用いる。また、鉄、コバルトおよびニッケルなどの金属も単独で使用可能である。
【００２３】
さらに、芯材３２−被覆層３３との組み合わせは、例えば同材質で組成の異なる構成、または、超硬合金−サーメット、超硬合金−ｃＢＮ焼結体、超硬合金−ダイヤモンド焼結体、超硬合金−アルミナ、超硬合金−窒化珪素、サーメット−超硬合金、サーメット−ｃＢＮ焼結体、サーメット−ダイヤモンド焼結体、サーメット−アルミナ、サーメット−窒化珪素、（アルミナ，炭窒化チタン）−アルミナ、炭化珪素−窒化珪素、（炭化珪素、窒化珪素）−窒化珪素、炭化珪素−ダイヤモンド焼結体、ｃＢＮ焼結体−サーメット、ｃＢＮ焼結体−超硬合金、およびダイヤモンド焼結体−超硬合金の群から選ばれる１種が特に好適に使用可能である。
【００２４】
一方、芯材３２をなす焼結体の結晶粒子の平均粒径は、繊維３１ｓ、３１ｍの硬度および強度向上の点、および芯材３２と被覆層３３中の結合材（結合金属、焼結助剤）の含有量を適正化する点で０．０５〜１０μｍ、特に０．１〜３μｍであることが望ましく、他方、被覆層３３をなす結晶粒子の平均粒径は、繊維３１ｓ、３１ｍの靭性向上の点で、０．０１〜５μｍ、特に０．０１〜２μｍであることが望ましい。
【００２５】
また、繊維３１のサイズは、工具としての耐欠損性を高めるために、芯材３２の直径が５〜３００μｍ、被覆層３３を含めた繊維３１の１本の直径が６〜５００μｍであることが望ましい。なお、芯材３２の直径は芯材３２の断面積から芯材３２の形状を円に換算した際の直径として算出する。また、被覆層３３の厚みは、隣接する繊維３１の芯材３２との距離の半分の厚みとして算出する。
【００２６】
ここで、ロウ付けされる下面側における複合繊維体２０の平均繊維径ｄ１が切刃１７の稜線直下における複合繊維体２０の平均繊維径ｄ２よりも小さい構成からなることによって、切刃１７における耐摩耗性が高く、かつ切刃チップ１４の下面側における裏打部材１９またロウ付け部２１との耐剥離性を高めることができる。
【００２７】
次に、本発明の切削工具の製造方法について説明する。まず、本発明において用いられる複合繊維体２０の製造方法について説明する。図５は、図３の繊維３１ｓ、３１ｍの製造方法を説明するための工程図である。
【００２８】
複合繊維体を作製するにあたり、まず、芯材用成形体を作製する。芯材用成形体を作製する方法は基本的には公知の粉末冶金法、つまり原料粉末と結合剤（バインダ）とを混合して成形する方法によって作製することができる。
【００２９】
一方、芯材用成形体３１ａとは異なる組成の被覆層をなす材料を前述したバインダとともに混錬してプレス成形、押出成形または鋳込み成形等の成形方法により半割円筒形状の２本の被覆層用成形体３１ｂを作製し、この被覆層用成形体３１ｂを芯材用成形体３１ａの外周を覆うように配置した成形体３１ｃを作製する（図５（ａ）−（ｃ）参照）。
【００３０】
そして、押出機１００を用いて芯材用成形体３１ａと被覆層用成形体３１ｂとからなる上記成形体３１ｃを共押出成形することにより、芯材用成形体３１ａの周囲に被覆層用成形体３１ｂが被覆され、細い径に伸延された図３（ａ）のシングルタイプの繊維成形３１ｓを作製することができる（図５（ｄ）参照）。
【００３１】
また、繊維３１の形成にあたり、図６に示すように、上記共押出した長尺状の繊維成形体３１ｓを複数本集束した集束体３４を再度共押出成形することによって、繊維密度の高いマルチタイプの繊維３１ｍを作製することができる。
【００３２】
次に、図４（ａ）に示したように、この長尺状の繊維成形体３１ｓ、３１ｍを整列させて直径が１０ｍｍ以上のサイズに共押出成形した後、所定の厚みに切り出すことによって複合シート３５を作製するか、または図４（ｂ）に示したように、繊維成形体３１ｓ、３１ｍを集束して、所望によって所定の厚みに切断することにより複合シート３６を得る。
【００３３】
そして、図７に示すように、複合シート３５、３６を、超硬合金等の硬質焼結体で形成された上面の中央に凹部３７を有する裏打部材１９の凹部３７内に収納して、複合シート３５、３６を上面から加圧して変形させることにより繊維成形体３１ｓ、３１ｍを所定の方向に屈曲させる。このとき、複合シート３５のサイズと凹部形状の裏打部材１９の凹部３７のサイズを調整することによって、繊維成形体３１ｓ、３１ｍの屈曲状態を変化させることができる。
【００３４】
その後、複合シート３５を３００〜７００℃で１０〜２００時間で昇温または保持させて脱バインダ処理し、超高圧装置内にこの複合シート３５を挿入した裏打部材１９を配置して、４．５〜５．５ＧＰａの圧力をかけ、１５００〜１６００℃で１０〜２０分間焼成する。なお、裏打部材１９は、この焼成によって焼成された複合繊維体２０と一体化する。
【００３５】
この複合繊維体２０は、切削工具１１の切刃１７との関係が前述したように所定の角度αとなるように、ワイヤー放電加工機、切削、研磨等で切刃形状に加工する。そして、裏打部材１９と複合繊維体２０とが一体化された切刃チップ１４を、取付台座１３に銀ロウなどを用いてロウ付けする。なお、複合繊維体２０に裏打部材１９を取り付けず、複合繊維体２０を工具本体１２に直接ロウ付けすることも可能である。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
実施例
平均粒径１．５μｍのｃＢＮ粉末に、ＴｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末、有機バインダとしてセルロース、ポリエチレングリコールを、溶剤としてポリビニルアルコールを総量で１００体積部加えて混錬して、直径が２０ｍｍの円柱形状にプレス成形して芯材用成形体を作製した。
【００３７】
一方、平均粒径１．５μｍのｃＢＮ粉末に、ＴｉＮ粉末、ＡｌＮ粉末、有機バインダとしてセルロース、ポリエチレングリコールを、溶剤としてポリビニルアルコールを総量で
１００体積部加えて混錬して、半割円筒形状の厚さが１ｍｍの被覆層用成形体をプレス成形にて２つ作製し、これらを前記芯材用成形体の外周を覆うように配置して複合繊維体を作製した。
【００３８】
そして、上記複合繊維体を共押出して直径が約２ｍｍの伸延された複合成形体を作製した後、この伸延された複合成形体１００本を集束して再度共押出成形し、直径が１ｍｍのマルチフィラメント構造の複合繊維体を作製した。
【００３９】
次に、上記マルチフィラメント構造の複合繊維成形体を１００ｍｍの長さにカットし、図４（ａ）の方向に整列させた成形体を作製した。
【００４０】
その後、この積層体を直径が２０ｍｍで深さが５ｍｍの凹部を有する超硬合金からなる裏打部材の凹部内に配し、この状態で複合繊維成形体に１５MＰａの圧力をかけて、焼成
後の繊維配列が表１の状態となるように変形させた。そして、３００〜７００℃まで１００時間で昇温することによって脱バインダ処理を行った後、超高圧装置に配置し、５ＧＰａ、１４５０℃×１５分の条件で焼成し、複合構造体と裏打部材が一体化された切刃チップを作製した。その後、この切刃チップを加工して、逃げ面における繊維方向が表１となるように切り出して、裏打部材を超硬合金からなる工具本体の取付台座に、銀ロウを用いて７００℃でロウ付けした。
【００４１】
上記のようにして作製した各切削工具を用いて、切削性能を評価した。
被削材： ＳＣＭ４１５マルＨ浸炭焼入鋼
切込み量ａｐ：０．２ｍｍ
切削速度Ｖｃ：１5０ｍ／分
送りｆ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切削環境：湿式
評価項目：８個穴付きワークの端面旋削加工にて、欠損またはチッピングが発生するまでの断続加工衝撃回数（ヒット数）およびその時の複合繊維体の下面の状態
【００４２】
【表１】
0005743868.tif 000002
【００４３】
表１から明らかなとおり、逃げ面における繊維の角度が切刃稜線直下では工具本体にロウ付けされる下面側よりも大きい角度となるように屈曲している試料Ｎｏ．１〜５では、加工可能な衝撃回数が多く、特に下面側の繊維の角度が１０〜４５°の試料Ｎｏ．１〜４では、良好なロウ付け状態を示した。これに対して、逃げ面における繊維の角度が切刃稜線直下と工具本体にロウ付けされる下面側とが同じで屈曲していない試料Ｎｏ．６、および逃げ面において繊維を切刃稜線と平行な方向に配列させて、切刃稜線直下と工具本体に
ロウ付けされる下面側とがともに０°の試料Ｎｏ．７では、いずれも衝撃回数が少ない状態で欠損した。
【符号の説明】
【００４４】
１１  切削工具
１２  工具本体
１３  取付台座
１３ａ  下側取付台座
１４  切刃チップ
１５  すくい面
１６  逃げ面
１７  切刃
１８  切刃部
１９  裏打部材
２０  複合繊維体
２１  ロウ付け部材
２２  複合繊維体の下面直上
２５  取付孔
３１  繊維
３２  芯材
３３  被覆層
３５、３６  複合シート
３７  凹部
【図１】
0005743868.tif 000003
【図３】
0005743868.tif 000004
【図４】
0005743868.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
0005743868.tif 000009