(57)【要約】【課題】高い耐欠損性を有する切削工具を提供することである。【解決手段】工具本体１２の角部に形成された取付座１３に切刃チップ１４をろう付けしたものであって、すくい面１４ａ部分が、長繊維状芯材とこの芯材の外周を被覆し芯材とは異なる組成の表皮部材とからなる複合構造体が並列に整列した構造のシート２０からなり、前記芯材の繊維方向がすくい面１４ａに平行である切削工具である。また、この切削工具は、前記芯材の繊維方向（シート２０）と工具本体１２の座面とのなす角度が０°〜３０°の範囲にある。【選択図】　図２
2004001105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体の角部に形成された取付座に切刃チップをろう付けした切削工具であって、
少なくともすくい面部分が、長繊維状芯材とこの芯材の外周を被覆し芯材とは異なる組成の表皮部材とからなる複合構造体が並列に整列した構造からなり、前記芯材の繊維方向が前記すくい面に平行であることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
工具本体の角部に形成された取付座に切刃チップをろう付けした切削工具であって、
少なくともすくい面部分が、長繊維状芯材とこの芯材の外周を被覆し芯材とは異なる組成の表皮部材とからなる複合構造体が並列に整列した構造からなり、前記芯材の繊維方向と工具本体の座面とのなす角度が０°〜３０°の範囲にあることを特徴とする切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に耐欠損性が改善された切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼などの各種材料を加工するための切削工具として使用されるスローアウェイチップの切刃は、一般に、超硬合金などで形成されている。この切削工具は、精密切削から汎用切削まで幅広く使用されているが、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】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、高い耐欠損性を有する切削工具を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の切削工具は、工具本体の角部に形成された取付座に切刃チップをろう付けした切削工具であって、少なくともすくい面部分が、長繊維状芯材とこの芯材の外周を被覆し芯材とは異なる組成の表皮部材とからなる複合構造体が並列に整列した構造からなり、前記芯材の繊維方向が前記すくい面に平行であることを特徴とする。
【０００５】
前記複合構造体は、その構造に起因して硬度、強度が高く、靱性に優れているため高い耐摩耗性および耐欠損性を有するが、本発明では、特に並列に整列した前記複合構造体を構成する芯材の繊維方向が前記すくい面に平行になるように配置されているので、複合構造体の剥離が抑制され、欠損（チッピング）が少なくなる。仮に、長繊維状の複合構造体をすくい面に対して略垂直に、すなわち切削工具の横逃げ面に対して略平行に配設されるように配置すると、切削時に摩耗が進行しやすい横逃げ面には表皮部材が表面に現れる（横逃げ面の大半が表皮部材で占められる）ことになる。この表皮部材が切削時に摩耗すると芯材が露出して脱落して、摩耗が進行しやすくなる。
【０００６】
また、切削熱の発生による酸化や被削材との反応によって変質して欠損等の生じやすいすくい面には、酸化や反応の生じにくい芯材または表皮部材が全面にわたって配設されることになるために優れた耐欠損性（耐チッピング性）を有することとなる。
【０００７】
なお、耐欠損性を向上させるためには、表皮部材を耐欠損性に優れた材料にて構成し、かつすくい面表面には表皮部材がほぼ全面を覆うように配設するのが望ましい。
【０００８】
本発明の他の切削工具は、工具本体の角部に形成された取付座に切刃チップをろう付けした切削工具であって、少なくともすくい面部分が、長繊維状芯材とこの芯材の外周を被覆し芯材とは異なる組成の表皮部材とからなる複合構造体が並列に整列した構造からなり、前記芯材の繊維方向と工具本体の座面とのなす角度が０°〜３０°の範囲にあることを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明の他の切削工具では、前記複合構造体を、前記芯材の繊維方向と工具本体の座面とのなす角度が０°〜３０°の範囲になるように配列しているため、前記と同様に横逃げ面の大半が表皮部材で占められることがないので、複合構造体の剥離が抑制され、欠損が少なくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の切削工具を示す斜視図である。同図に示す切削工具１１は、平板状をなし、工具本体１２の角部に形成された取付座１３に、裏板２１と一体化された切刃チップ１４がろう付けされたものである。また、切屑処理用のブレーカ１５がすくい面１４ａと取付座１３の斜面１３ａとにより形成され、切刃１７がすくい面１４ａと横逃げ面１６との交差稜線部にて構成されている。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１８が形成されている。
【００１１】
図２は、切刃チップ１４を構成する積層されたシート２０，２０・・・の配列状態を示す概略図である。図１および図２に示すように、切刃チップ１４は、シート２０，２０・・・を切削工具１１の厚さ方向に積層した積層体で構成されている。
【００１２】
図３は、シート２０を構成する複合構造体を示す斜視図である。シート２０は、後述する製造方法により、長繊維状芯材３２とこの芯材３２の外周を被覆し芯材３２とは異なる組成の表皮部材３３とからなる複合構造体３１を並列に整列させて一体に成形したものである。
【００１３】
図２に示すシート２０，２０・・・と工具本体１２の座面１９とのなす角度θ、すなわちシート２０を構成する複合構造体３１の芯材３２の繊維方向と座面１９とのなす角度θは０°〜３０°、好ましくは３°〜１５°、より好ましくは５°〜１２°の範囲にある。この角度θが３０°を超えると、刃先強度が低下し、欠損しやすくなるおそれがある。一方、角度θが０°未満となると、ブレーカ１５の切屑処理効果が低下するおそれがある。角度θは、取付座１３の角度を調節することにより調節することができる。また、芯材３２の繊維方向は、すくい面１４ａに平行である。
【００１４】
芯材３２を構成する材質としては、ダイヤモンドを主成分とし、鉄族金属、周期律表１ａ、２ａ金属の炭酸塩、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Ｃｏおよび／またはＮｉからなる結合金属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。
【００１５】
また、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）を主成分とし、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属およびＳｉ、Ａｌ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種以上からなる結合材にて結合してなるｃＢＮ焼結体が好適に使用可能である。
【００１６】
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ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＺｒＮ、ＶＣ、Ｃｒ２ＣおよびＭｏ２Ｃの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＷＣ、ＴｉＣまたはＴｉＣＮを主成分とする第１の硬質粒子を、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの群から選ばれる少なくとも１種、特にＣｏおよび／またはＮｉからなる結合金属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。
【００１７】
また、芯材３２を構成する材質として、上記硬質焼結体以外にも、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属、Ａｌ、Ｓｉ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Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（ＴｉＣＮ）、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、ＴｉＢ２の群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（ＴｉＣＮ）および／またはＳｉＣ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。
【００１８】
そして、芯材３２の外周を覆う表皮部材３３の材質としては芯材３２とは異なる材質の第２の硬質焼結体または第２のセラミックスを用いる。また、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉなどの金属も使用可能である。
【００１９】
さらに、芯材３２（をなす第１の硬質焼結体または第１のセラミックス）−表皮部材３３（をなす第２の硬質焼結体または第２のセラミックス）との組み合わせは、例えば超硬合金−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り、中でも、硬度、靭性のバランスがよく切削工具として好適に使用可能な点で、超硬合金−サーメット、超硬合金−ダイヤモンド焼結体、（アルミナ，炭窒化チタン）−アルミナ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種が最適である。
【００２０】
一方、芯材３２をなす第１の硬質粒子または第１のセラミック粒子の平均粒径は、複合構造体３１の硬度および強度向上の点、および芯材３２と表皮部材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、表皮部材３３をなす第２の硬質粒子または第２のセラミック粒子の平均粒径は、複合構造体３１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。
【００２１】
図４は、これらの材料を用いる切刃チップ１４の製造方法を示している。
＜芯材用成形体の成形工程＞
まず、平均粒径０．０１〜１０μｍの周期律表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、または周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属、Ａｌ、Ｓｉ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のセラミック粉末を０〜９０重量％、好ましくは０〜８０重量％、より好ましくは２０〜７０重量％と、平均粒径０．０１〜１０μｍの第１の硬質粒子または第１のセラミック粒子を構成する金属成分と同じ金属粉末を３〜８０重量％、特に５〜５０重量％、さらに１０〜３０重量％と、所望により、平均粒径０．０１〜１０μｍの鉄族金属粉末を５〜２０重量％と、焼結助剤成分粉末１〜２０重量％との割合で混合し、これに有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加して混錬し、プレス成形または鋳込み成形等の成形法により円柱形状に成形して芯材用成形体４２を作製する。（図４（ａ）参照）。
【００２２】
ここで、後述する共押出成形によって均質な複合成形体を得るためには、前記有機バインダの添加量を３０〜７０体積％、特に４０〜６０体積％とすることが望ましい。
【００２３】
焼結助剤成分としては、周期律表２ａ、３ａ族金属、Ａｌ、Ｓｉの酸化物、窒化物、酸窒化物等を使用することができる。有機バインダとしては、パラフィンワックス、ポリスチレン、ポリエチレン、エチレン‐エチルアクリレート、エチレン‐ビニルアセテート、ポリブチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート等を使用することができる。
【００２４】
また、芯材用成形体４２の材料がダイヤモンドを主成分とする場合には、上記芯材用成形体４２の成形工程において、平均粒径が０．０１〜１０μｍのダイヤモンド粉末５０〜９８重量％、好ましくは７０〜９５重量％と、平均粒径が０．０１〜１０μｍの鉄族金属、周期律表１ａ、２ａ金属の炭酸塩、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Ｃｏおよび／またはＮｉからなる結合金属２〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％と、必要に応じて周期律表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２〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％とを混合する他は、上記と同様にして芯材用成形体４２を作製する。なお、芯材用成形体４２作製時には、ダイヤモンド粉末のみで成形体を作製し、焼成時に表皮部材に含まれる鉄族金属、周期律表１ａ、２ａ金属の炭酸塩、硫酸塩および水酸化物から選ばれる少なくとも一種の結合材を溶浸させることによって芯材へ含有させることも可能である。
【００２５】
さらに、芯材用成形体４２の材料がｃＢＮを主成分とする場合には、上記芯材用成形体４２の成形工程において、平均粒径が０．０１〜１０μｍのｃＢＮ粉末３０〜９８重量％、好ましくは５０〜９５重量％と、平均粒径が０．０１〜１０μｍの周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属およびＳｉ、Ａｌ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種以上からなる結合材２〜７０重量％、好ましくは２〜５０重量％とを混合する他は、上記と同様にして芯材用成形体４２を作製する。
【００２６】
＜表皮部材用成形体の成形工程＞
一方、芯材とは異なる組成の表皮部材をなす前記混合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本の表皮部材用成形体４３を作製し、この表皮部材用成形体４３を芯材用成形体４２の外周を覆うように配置した成形体４１を作製する（図４（ｂ）および（ｃ）参照）。ここで、「異なる組成」とは、例えば芯材と表皮部材とのいずれか一方が靱性に優れ、他方が高い強度および硬度を有するような組成にすることを意味している。具体的には、芯材および表皮部材を構成する配合材料や、配合材料の配合量が異なるようにすることによって、異なる組成とすることができる。
【００２７】
＜押出成形工程＞
そして、押出機１００を用いて芯材用成形体４２と表皮部材用成形体４３とからなる上記成形体４１を共押出成形することにより芯材用成形体４２の周囲に表皮部材用成形体４３が被覆され、細い径に伸延された複合構造体３１を作製する（図４（ｄ）参照）。
【００２８】
また、上記長尺状の複合構造体３１を１列〜１００列に整列させて型内で加熱加圧してシート成形体４５を得る（図４（ｅ）参照）。このシート成形体４５の複数枚を長尺状の複合構造体３１同士が平行、直行または４５°等の所定の角度をなすように積層して積層体を得る。
【００２９】
また、図５に示すようなマルチフィラメント構造の複合構造体３１ａを作製するには、上記共押出した長尺状の複合構造体３１を複数本集束して再度共押出成形すればよい。このマルチフィラメント構造の複合構造体３１ａを所望により再度共押出成形して、断面が円形、三角形、四角形をなす長尺状に成形することもできる。本発明では、シート成形体４５を構成する複合構造体としては、前記した複合構造体３１および複合構造体３１ａのどちらを用いてもよいが、好ましくはマルチフィラメント構造の複合構造体３１ａを用いるのがよい。
【００３０】
そして、上記積層体を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、ついで真空中、または不活性雰囲気中、所定温度、時間で焼成して一体化することにより切刃チップ１４を作製することができる。この切刃チップ１４は、必要に応じて、切削または研磨により取付座１３の形状に合うように加工してもよい。
【００３１】
切刃チップ１４の下面には、超硬合金等の硬質焼結体で形成された裏板２１が取り付けられている。この裏板２１は、通常、上記した積層体の焼成時に同時に焼成して切刃チップ１４と一体化される。裏板２１と一体化された切刃チップ１４は、取付座１３に銀ろうなどを用いてろう付けされる。なお、切刃チップ１４に裏板２１を取り付けず、切刃チップ１４を工具本体１２に直接ろう付けしてもよい。
【００３２】
図６は、本発明の他の実施形態である切削工具を示している。図６に示すように、この切削工具５１は、工具本体５２の角部に形成された取付座５３に裏板６０と一体化された切刃チップ５４がろう付けされたものである。また、切屑処理用のブレーカ５８が切刃チップ５４の角部上面に形成され、切刃５７がすくい面５５と横逃げ面５６との交差稜線部にて構成されている。
【００３３】
図７は、切刃チップ５４を構成する積層されたシート２０’，２０’・・・の配列状態を示す概略図である。図６および図７に示すように、シート２０’，２０’・・・は、工具本体５２の座面５９と平行に配置されている。すなわち、シート２０’を構成する複合構造体の芯材の繊維方向は座面５９に平行である。また、この芯材の繊維方向はすくい面５５に平行である。切刃チップ５４を構成する材質としては、前記した切刃チップ１４と同じものを使用することができる。この切刃チップ５４は、取付座５３の形状に合うように切削または研磨により加工することにより得られる。また、切刃チップ５４の角部に形成されたブレーカ５８も切削または研磨により形成される。
【００３４】
【実施例】
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。
【００３５】
実施例
平均粒径１．５μｍのダイヤモンド粉末に、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、円柱形状に押出成形して芯材用成形体を作製した。
【００３６】
一方、平均粒径２．０μｍのＷＣ粉末８９重量％と、平均粒径１．０μｍのＣｏ粉末１１重量％とを混合し、これに、上記と同様の有機バインダ、溶剤を加えて混錬し、半割円筒形状の表皮部材用成形体を押出成形にて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構造体を作製した。
【００３７】
そして、上記複合構造体を共押出して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、マルチフィラメント構造の複合構造体を作製した。
【００３８】
次に、上記マルチフィラメント構造の複合構造体を１００ｍｍの長さにカットし、並列に整列させてシート状とし、このシート６枚を積層して積層体を作製した。
【００３９】
その後、この積層体の下面に超硬合金からなる裏板を配し、これを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、１４５０℃×１５分の条件で焼成し、図１に示す切刃チップ１４と同じ形状で裏板が一体化された切刃チップを作製した。
【００４０】
この切削工具では、前記シートを構成する複合構造体の芯材の繊維方向と工具本体の座面とのなす角度θは１０°とした。また、切刃チップを構成する芯材はダイヤモンド焼結体からなり、表皮部材は超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）からなる。
【００４１】
比較例
平均粒径２μｍのダイヤモンド粉末９４重量％と、Ｃｏからなる焼結助剤６重量％とを混合し、それに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、これを図１に示す切刃チップ１４と同じ形状に成形し、焼成することによって、単一組成の切刃チップを作製した他は、実施例１と同様にして切削工具を作製した。
【００４２】
＜試験例＞
実施例および比較例で得た各切削工具を用いて、切込み量ｄ＝０．０３ｍｍ、切削速度Ｖ＝５００ｍ／分、送りｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖにて複数の被削材（ＡＤＣ１２）を順次切削し、欠損が生じたときの被削材の個数と切屑処理の状況を調べた。その結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2004001105.tif 000003
【００４４】
【発明の効果】
本発明の切削工具は、高い耐欠損性を有するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる切削工具の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】切刃チップを構成する積層されたシートの配列状態を示す概略図である。
【図３】複合構造体を示す斜視図である。
【図４】切刃チップの製造方法を示す模式図である。
【図５】マルチフィラメント構造の複合構造体を示す概略図である。
【図６】本発明にかかる切削工具の他の実施形態を示す斜視図である。
【図７】切刃チップを構成する積層されたシートの配列状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１１　切削工具
１２　工具本体
１３　取付座
１４　切刃チップ
１４ａ　すくい面
１５　ブレーカ
１９　座面
２０　シート
２１　裏板
３１　複合構造体
３２　芯材
３３　表皮部材
【図１】
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【図２】
2004001105.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004001105.tif 000008
【図６】
2004001105.tif 000009
【図７】
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