(57)【要約】【課題】耐欠損性に優れると共に、被削材の加工面粗度が良好な切削工具を提供する【解決手段】少なくとも切刃１８が、長尺状の芯材の外周を、該芯材とは異なる組成からなる表皮材で被覆した複合繊維体３１を複数本集束した複合構造体３４からなるとともに、少なくとも前記切刃１８の表面を１層以上の硬質被覆膜で被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも切刃が、長尺状の芯材の外周を該芯材とは異なる組成からなる表皮材で被覆した複合繊維体を複数本集束した複合構造体からなるとともに、少なくとも前記切刃稜の表面を１層以上の硬質被覆膜で被覆したことを特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記芯材が超硬質焼結体からなり、かつ、前記表皮材が硬質焼結体からなるとともに、前記硬質被覆膜がダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、立方晶窒化硼素および（Ｔｉ、Ｍ）ＣｘＮｙ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの群から選ばれる少なくとも１種、ｘ＝０〜１、ｙ＝０〜１）から選ばれる１層以上の硬質被覆層からなることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
【請求項３】
前記硬質被覆膜の膜厚が０．１〜２０μｍからなることを特徴とする請求項１または２記載の切削工具。
【請求項４】
前記芯材に含有される超硬質粒子の平均粒径ｄ１が３．５μｍ以下であるとともに、前記表皮材に含有される硬質粒子の平均粒径が０．０１〜３μｍであることを特徴とする請求項２または３記載の切削工具。
【請求項５】
前記複合構造体における繊維方向と切刃稜線の接線とのなす角度θが２°以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の切削工具。
【請求項６】
前記複合繊維体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請求項１乃至５のいずれか記載の切削工具。
【請求項７】
前記複合繊維体の繊維方向と工具本体の着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請求項１乃至６のいずれか記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削工具に関し、特に切刃稜に芯材と表皮材とからなる複合繊維体を複数本集束した複合構造体を具備する切削工具に関する。
【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、セラミック等の硬質材料で形成されており、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。このような切削工具においては、切削速度の高速化や高送り、難削材の切削等に対して靭性および強度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、下記特許文献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等からなる表皮材を配置した靭性の高い複合繊維体が開示されており、この複合繊維体を掘削工具等の刃先全周に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。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第６０６３５０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の複合繊維体が複数本整列した構造体をドリルビット等に貼り合わせ複合構造体の表面全体で加工を行うような掘削工具では、耐欠損性および耐摩耗性の両方を兼ね備えた効果が得られるものの、エッジ稜線の切刃稜のみを用いる切削工具に応用する場合には、切刃稜に芯材と表皮材の異なる特性を有する材料が周期的に現れた構造となるために芯材と表皮材との摩擦係数、被削材との親和性、耐摩耗性等の違いによって被削材の加工面状態に差異が生じて加工面粗度が問題になる場合があった。すなわち、上記特許文献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。
【０００６】
従って、本発明の目的は、高い靭性を有する複合繊維体状の芯材と表皮材とからなる複合繊維体を切削工具に応用する場合に、複合繊維体の特性を十分に切削工具に反映した高い耐欠損性を有し、かつ優れた加工面粗度を達成できる切削工具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題に対して検討した結果、各種材料を加工するための切削工具において、その切刃稜に単純で均一な組織からなる従来の焼結体に代えて、芯材とそれを被覆する表皮材からなる複合繊維体を集束した複合構造体を用いるとともに、複合構造体表面を硬質被覆膜にて被覆することによって、複合繊維体の特長を生かし、芯材と表皮材との組み合わせによって選択できる組成および特性幅が広がり、切削工具として最適な耐欠損性および耐摩耗性等の特性に調整した複合構造体からなる焼結体を用いることができ、さらに、切刃稜の摩擦係数や親和性等の耐溶着性、切れ味、摩耗量の局所的な相違を相殺して、優れた加工面粗度を達成できるとともに、優れた耐摩耗性や耐チッピング性等の切削性能を有する複合構造体を具備した切削工具となることを知見した。
【０００８】
すなわち、本発明の切削工具は、少なくとも切刃が、長尺状の芯材の外周を、該芯材とは異なる組成からなる表皮材で被覆した複合繊維体を複数本集束した複合構造体からなるとともに、少なくとも前記切刃稜の表面を１層以上の硬質被覆膜で被覆したことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、前記芯材が超硬質焼結体からなり、かつ、前記表皮材が硬質焼結体からなるとともに、前記硬質被覆膜がダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、立方晶窒化硼素および（Ｔｉ、Ｍ）ＣｘＮｙ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの群から選ばれる少なくとも１種）から選ばれる１層以上の硬質被覆層からなることが、加工面粗度の劣化の防止、および、耐摩耗性の向上の点で望ましい。
【００１０】
さらに、前記硬質被覆膜の膜厚が０．１〜２０μｍからなることが、膜剥離の防止と耐摩耗性の向上の点で望ましい。
【００１１】
さらには、前記芯材に含有される超硬質粒子の平均粒径ｄ１が３．５μｍ以下であるとともに、前記表皮材に含有される硬質粒子の平均粒径が０．０１〜３μｍであることが複合繊維体の硬度および強度向上の点、および芯材と表皮材中の結合材の含有量を適正化する点で望ましい。
【００１２】
また、前記複合構造体における繊維方向と切刃稜線の接線とのなす角度θが２°以上であること、前記複合繊維体の繊維方向が前記すくい面に平行であること、前記複合繊維体の繊維方向と工具本体の座面とのなす角度が０°〜３０°の範囲にあることが切削工具としての耐欠損性を向上させる点で望ましい。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１は本発明の切削工具を示し、図１（ａ）は概略斜視図であり、図１（ｂ）は要部断面図である。
【００１５】
図１に示す切削工具１１は、切刃チップ１２を、工具本体１３の角部に形成された取付座１４にロウ付け接合したものである。また、図１の切削工具１１によれば、工具本体１３は主面が多角形の平板状であり、この主面がすくい面１５および着座面１６を、側面が逃げ面１７をなして、すくい面１５と逃げ面１７との交差稜線部に切刃稜１８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２０が形成されている。
【００１６】
ここで、本発明によれば、切刃チップ１２が図２の模式図に示すような超硬質粒子を含有する焼結体からなる長尺状の芯材３２の外周を、芯材３２と異なる組成の表皮材３３にて被覆した複合繊維体３１（３１ｓ：単芯繊維体、３１ｍ：多芯繊維体）を、図３の模式図に示すように、複数本集束した複合構造体３４とし、これを超硬合金からなる裏打板２２に接合して裏打板２２を取付座１４にロウ付け接合するとともに、少なくとも切刃チップ１２の切刃１８の表面、図１（ｂ）では切削工具１１全面が硬質被覆膜４１にて被覆されている。
【００１７】
これによって、複合繊維体３１の芯材３２と表皮材３３との組成および特性の選択領域が広がり、高硬度、高靭性を両立させた切削工具として優れた特性を有する複合構造体３４を作製できるとともに、芯材３２および表皮材３３を異なる特性の組成にて形成させるため、芯材３２と表皮材３３の間で、硬度、熱膨張係数、熱伝導率および被削材成分との摩擦係数、拡散係数、濡れ性などの相違による切削加工時の微視的な摩耗現象に差異が生じることによって加工面が微視的に凸凹になるという問題が発生することなく、切刃稜の摩擦係数や親和性等の耐溶着性、切れ味、摩耗量の局所的な相違を相殺して優れた加工面粗度を達成できる切削工具１１が形成できる。
【００１８】
本発明において用いる複合繊維体３１（３１ｓ、３１ｍ）の芯材３２を構成する硬質材料としては、ハイス鋼などの金属、炭化タングステン（ＷＣ）を主とした硬質相と鉄族金属、特に、コバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）からなる結合相とからなる超硬合金、炭化チタン（ＴｉＣ）および／または炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）を主とした硬質相と鉄族金属、特にコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）からなる結合相とからなるサーメット、および窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック質焼結体等が挙げられるが、特に、ダイヤモンド粒子を含有し、所望により、鉄族金属、特にコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）からなる結合金属にて結合してなるダイヤモンド質焼結体や、立方晶窒化硼素（以下ｃＢＮとする）粒子を、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種以上からなる結合金属にて結合してなるｃＢＮ質焼結体が好適に使用可能である。
【００１９】
なお、ダイヤモンド質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。また、上記超高圧焼結体中のダイヤモンド粒子またはｃＢＮ粒子の超硬質粒子の含有量が８０体積％以上、特に９０体積％以上とすることが、切削工具として十分な耐摩耗性が得られるため好ましい。なお、結合相の結合金属としてはＣｏを必須として含有することが超硬質粒子の分解を抑制できる点で望ましく、また、その含有量は２〜２０体積％であることが好ましい。
【００２０】
一方、芯材３２の外周を覆う表皮材３３としては、芯材とは異なる超硬質焼結体、または金属であっても良いが、周期律表４ａ、５ａおよび６ａ族金属の炭化物、窒化物または炭窒化物を鉄族金属３〜５０体積％にて結合した超硬合金またはサーメットの硬質焼結体からなる材料を用いることが望ましい。
【００２１】
具体的には、表皮材３３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種以上の硬質粒子として、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種が好適に使用されるが、特に炭化タングステン、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種を５０〜９７体積％、特に炭化タングステン、炭化チタンまたは炭窒化チタンを、鉄族金属、特にＣｏおよび／またはＮｉからなる結合金属３〜５０体積％にて結合してなる超硬合金またはサーメットが破壊靱性、抗折強度等が高く、耐欠損性に優れ、かつ、耐摩耗性にも優れている点で望ましい。
【００２２】
一方、芯材３２をなす焼結体の超硬質粒子の平均粒径は、複合繊維体３１の硬度および強度向上の点、および芯材３２と表皮材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３．５μｍ以下、特に０．１〜３μｍであることが望ましく、他方、表皮材３３をなす硬質粒子の平均粒径は、複合繊維体３１の靭性向上の点で、０．０１〜５μｍ、特に０．１〜２μｍであることが望ましい。
【００２３】
また、本発明における硬質被覆膜４１としては、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ｃＢＮ、または周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素、ＡｌおよびＳｉのうち少なくとも１種以上の炭化物、窒化物、酸化物およびその相互固溶体、の群から選ばれた１層以上、特にＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＴｉＶＮ、ＴｉＡｌＶＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＡｌＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ｃＢＮ、ｃＢ２ＣＮ、ｃＢＣＮ、Ｃ３Ｎ４、ダイヤモンド、ＤＬＣの群から選ばれる少なくとも１層、さらにはＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、Ａｌ２Ｏ３、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ｃＢＮ、（Ｔｉ、Ｍ）ＣｘＮｙ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの群から選ばれる少なくとも１種、ｘ＝０〜１、ｙ＝０〜１）の群から選ばれる１種からなる単層または２種以上の複層、特に、ダイヤモンドおよびＤＬＣ、ｃＢＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮから選ばれる１種の単層または２種以上の複層が切削性能、加工面粗度の向上のため好適に使用される。
【００２４】
なお、硬質被覆膜４１の膜厚が０．１〜２０μｍ、特に、０．１〜１０μｍ、さらには、０．５〜５μｍであることが、硬質被覆層４１と複合構造体との膜剥離の防止および耐摩耗性の向上の点で望ましい。
【００２５】
ここで、本発明における切削工具の構成としては、上記材料のうち、芯材３２がダイヤモンド、ｃＢＮから選ばれる少なくとも１種以上からなり、かつ、前記表皮材３３が超硬合金、サーメットから選ばれる少なくとも１種以上からなるとともに、硬質被覆膜４１がダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、ｃＢＮ、およびＴｉ、Ｍ）ＣｘＮｙ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの群から選ばれる少なくとも１種、ｘ＝０〜１、ｙ＝０〜１：中でもＴｉＡｌＮ）から選ばれる１種以上からなることが、耐摩耗性の向上および被削材の加工面粗度の劣化防止の点で望ましい。
【００２６】
また、図２（ａ）（ｂ）は本発明において用いられる複合繊維体の概略斜視図である。（ａ）の複合繊維体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表皮材３３とからなるシングルタイプの複合繊維体である。また、（ｂ）の複合繊維体３１ｍは、（ａ）のシングルタイプの複合繊維体３１ｓの集合体を伸延したものでマルチタイプの複合繊維体である。本発明によれば、切刃稜１８を形成する前記複合構造体３４は、このような（ａ）または（ｂ）の複合繊維体３１を集束した構造体によって形成される。ここで、耐欠損性に優れるため（ｂ）のマルチタイプの複合繊維体３１ｍを用いることが望ましい。
【００２７】
また、複合繊維体３１のサイズは、裏打板２２との密着性向上および工具１１としての耐欠損性を高めるために、芯材３２の直径が５〜３００μｍ、表皮材３３を含めた複合繊維体３１の１本の直径が６〜５００μｍとすることが好ましい。
【００２８】
次に、複合構造体３４からなる切刃チップ１２の構造について述べる。本発明の切刃チップ１２は、複合構造体３４を複数本束ねて切刃の形状に成形してなる。ここで、複合構造体を束ねる方法としては、複合構造体３４を整列させる方法や、複合構造体を細かくしてランダムに配置する方法等があるが、図１の切削工具１１の切刃チップ１２部分についての平面図である図４に示すように、刃先方向に並列に整列した複数の複合繊維体３１、３１、・・・の繊維方向Ｌｆと、切刃稜１８における稜線での接線ＬＣとのなす角度θが、切刃稜１８のどの場所、つまり、図４中の切刃稜１８における点１での角度θ１、点２での角度θ２、点３での角度θ３のいずれにおいても角度θが２°以上、好ましくは５°以上、より好ましくは１０°以上であることが、切削時にかかる最も高い応力の方向が配列された複合繊維体３１の境界方向、または複合繊維体３１の芯材３２と表皮材３３との界面方向からずれることによって、この界面に切削による応力が集中するのを防止し、且つ発生した応力を高強度で高靭性である複合繊維体３１の長手方向に分散させて、切刃稜１８における耐チッピング性および耐欠損性を高める点で望ましい。
【００２９】
なお、上記角度θは、工具形状に対する複合繊維体３１における複合繊維体３１の配置方向、および切刃稜１８の形成領域、すなわちノーズＲ部の形状や角度等の工具形状そのものを調整することによって制御される。例えばノーズＲ部の角度が９０°未満、特に８０°以下、さらに６０°以下ですくい面１５が三角形形状、および菱形形状からなる、いわゆるＴ、Ｃ、Ｄ、Ｖタイプ形状のスローアウェイチップが適応可能である。また、図４によれば、ノーズＲ部は、頂点（Ｐ）から両方向に拡がり、直線部４２との境であるつなぎ部４３までの稜線を意味する。
【００３０】
また、図４によれば、複合繊維体３１の繊維方向ＬｆとノーズＲ部の頂点Ｐにおける接線Ｌｃ２とのなす角度θ（θ２）が９０°、すなわち、複合繊維体３１の繊維方向ＬｆがノーズＲ部の頂点Ｐに向かって垂直に伸びるように整列した配列となっている。また、このノーズＲの角度が９０°ですくい面１５の形状が正方形形状からなる、いわゆるＳタイプ形状のスローアウェイチップにおいては、図５のようにノーズＲ部の片側のみを切刃稜１８として用い、逆側４５は切刃として使用しない、すなわち右勝手または左勝手に限定されたスローアウェイチップであれば、複合繊維体３１の繊維方向Ｌｆと各切刃位置での接線ＬＣ１とのそれぞれの角度θが２°以上を満足する限り、複合繊維体３１の繊維方向ＬｆとノーズＲ部の頂点Ｐにおける接線Ｌｃ２とのなす角度θ２が４５°以下となっても差し支えない。
【００３１】
さらに、本発明によれば、図３に示すように、複合構造体３４が、複数の複合繊維体３１を一方向に並べて整列させたものからなり、図３（ａ）に示すように単層のシート状複合構造体（以下単層シートと呼ぶ）３４ｓであってもよいが、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、単層シート３４ｓを厚み方向に複数層積層した多層の複合構造体（以下、複層シートと呼ぶ）３４ｍであることが複合構造体３４ｍ中でより高い応力分散効果がある点で望ましい。また、本発明によれば、図３（ｃ）に示すように、多層構造の複合構造体３４ｍを作製するにあたって、複合シート３４ｓの向きが隣接する複合シート３４ｓ，３４ｓ間で複合繊維体３１の向きが異なるように積層することが望ましく、これによって複合構造体３４ｍの靭性をさらに高めて、切削工具１１としての耐欠損性をさらに向上させることができる。
【００３２】
さらに、図１に示すように、複合繊維体３１の繊維方向がすくい面１５に平行であるか、または複合繊維体３１の繊維方向と工具本体１３の座面とのなす角度が０°〜３０°の範囲にあることが切刃稜線１８のすくい面１５における耐チッピング性および耐欠損性を高め、かつ逃げ面１７における耐摩耗性を向上できる点で望ましい。
【００３３】
さらに、本発明の切削工具は、図１、図２のように、工具本体１３の切刃稜分を切り欠いて複合繊維体３１（３１ｓ、３１ｍ）からなる複合構造体３４を有する切刃チップ１２を取付座１４にはめ込んでロウ付け等で固定した構造からなり、工具の切刃形状に対する複合繊維体３１の繊維方向を容易に制御することができ、また、複数のコーナーに切刃稜１８を設ける際にも複合繊維体３１の配列が容易に行えるものからなることが望ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、切削工具全体が複合繊維体３１からなるものであってもよい。
【００３４】
（製造方法）
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の製造方法について説明する。図６、図７は、図２の複合繊維体３１の製造方法を説明するための工程図である。
【００３５】
複合繊維体３１を作製するにあたり、まず、芯材用成形体３２ａを作製する。芯材用成形体３２ａ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。
【００３６】
具体的な方法として、上述した芯材３２のうちダイヤモンド質焼結体を選択した場合について説明すると、初めに、平均粒径０．０１〜１０μｍ、特に０．１〜３．５μｍのダイヤモンド粉末を５０質量％以上、特に８０質量％以上と、所望により、平均粒径０．０１〜１０μｍの鉄族金属粉末を５０質量％以下と、の割合で混合し、さらに有機バインダ、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３２ａを作製する（図６（ａ）参照）。
【００３７】
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５０〜２００体積部、特に７０〜１５０体積部とすることが望ましい。
【００３８】
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。
【００３９】
一方、芯材用成形体３２ａとは異なる組成の表皮材３３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本の表皮材用成形体３３ａを作製し、この表皮材用成形体３３ａを芯材用成形体３２ａの外周を覆うように配置した成形体３１ａを作製する（図６（ｂ）および（ｃ）参照）。
【００４０】
そして、押出機１００を用いて芯材用成形体３２ａと表皮材用成形体３３ａとからなる上記成形体３１ａを共押出成形することにより、芯材用成形体３２ａの周囲に表皮材用成形体３３ａが被覆され、細い径に伸延された図２（ａ）のシングルタイプの複合繊維体３１ｓを作製することができる（図６（ｄ）参照）。
【００４１】
また、複合繊維体３１の形成にあたり、図７に示すように、上記共押出した長尺状の複合繊維体３１ｓを複数本集束した集束体３６を再度共押出成形することによって、図２（ｂ）の繊維密度の高いマルチタイプの複合繊維体３１ｍを作製することができる。なお、複合繊維体３１ｓ、３１ｍの断面は、円形のみならず、四角形、三角形でもよい。
【００４２】
そして、図３（ａ）〜（ｃ）に示したように、この長尺状の複合繊維体３１を２列〜１００列に整列させて型内で加熱加圧して複合シート３４ｓが得られる。また、所望により、さらにこの複合シート３４ｓの複数枚を、隣接する複合シート３４ｓ、３４ｓの複合繊維体３１同士の向きが異なる角度となるように複合シート３４ｓを厚み方向に複数枚積層して多層構造の複合構造体３４ｍを得る。但し、この場合、複合シート３４ｓのうち切刃を形成する最上層の複合シート３４ｓにおける複合繊維体３１の繊維方向が前述したように切刃稜線１８との関係で特定の角度になるように調整することが望ましい。
【００４３】
また、この複合構造体３４ｍを必要に応じ、図８に示すように、一対のローラ３７間に通して圧延処理し、さらに高密度の複合積層体３８を作製することもできる。
【００４４】
そして、単層の複合シート３４ｓ、多層の複合構造体３４ｍまたは複合積層体３８を上記複合成形体１２を３００〜７００℃で１０〜２００時間昇温または保持する脱バインダ処理した後、さらに所定の条件にて焼成を行う。焼成については通常の無加圧焼成であってもよいが、ホットプレスやＨＩＰ焼成または超高圧装置によって行ってもよい。
【００４５】
以上の工程で作成した複合構造体３４は、切削工具１１の切刃稜１８との関係が前述したように所定の角度θ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。
【００４６】
また、ロウ付け工具の場合は、裏打板２２と複合構造体３４とが一体化された切刃チップ１２を、取付座１４に銀ろうなどを用いてロウ付けする。
【００４７】
そして、本発明によれば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の化学的気相蒸着法や、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタリング法、真空蒸着法等の物理的気相蒸着法、メッキ法等による薄膜形成法にて、硬質被覆膜を少なくとも切刃稜に所定の膜厚にて成膜する。また、本発明によれば、ロウ材の劣化を防ぐために切刃チップ１２に硬質被覆膜４１を形成後、切刃チップ１２を工具本体１３にロウ付けすることも可能である。
【００４８】
また、ここでは実施例としてロウ付け工具を挙げているが、他にスローアウェイチップ、または、エンドミル、ドリル等のソリッド形状の切削工具でも使用可能である。
【００４９】
【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。
【００５０】
実施例１
焼結体中の超硬質粒子の平均粒径が１．５μｍとなる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、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。
【００５１】
一方、焼結体中の硬質粒子の平均粒径が１．５μｍとなるＷＣ粉末を９０体積％、平均粒径２μｍのＣｏ粉末を１０体積％を混合し、これに上記と同様の有機バインダと溶剤を加えて混錬して半割円筒形状の厚さが１ｍｍの表皮材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。
【００５２】
そして、上記複合繊維体を共押出して直径が１ｍｍ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。
【００５３】
次に、上記マルチフィラメント構造の複合繊維体を１００ｍｍの長さにカットし、並列に整列させてシート状とし、この複合シート３枚を積層して積層体を作製した。
【００５４】
その後、この積層体の下面に平均粒径２μｍのＷＣ粒子を敷き詰めて表１の組成からなる厚さ５ｍｍの超硬合金からなる裏打板を配し、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、表１の焼成条件で１５分焼成し、複合構造体と裏板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、超硬合金からなる工具本体の取付座に銀ろうを用いて７００℃でろう付けした。その後、所定の刃先形状に加工し、切刃稜線部はシャープエッジとした。
【００５５】
最後にアークイオンプレーティング法にて炉内にアルゴンガスを導入して炉内圧力を１×１０−１Ｐａとし、炉内温度をヒータにて１００℃とし、バイアス電圧１０００Ｖにて切刃チップを含む上記工具表面をボンバード処理した後、炉内にＮ２ガス、ＣＨ４ガス、アルゴンガスを流量１００ｍｌ／ｍｉｎにて導入しながら、グラファイトからなるターゲットを蒸発、イオン化させてダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を切削工具に１μｍ成膜した。
【００５６】
なお、前記シートを構成する複合繊維体の繊維方向Ｌｆと切刃チップの切刃稜線における接線Ｌｃとのなすそれぞれの角度θのうち最も小さい角度が３０°とし、チップ先端角度（ノーズＲ）を６０°とした。
【００５７】
（比較例１）
実施例１の切削工具について、表１の比較例１−１のように被覆層（ＤＬＣ膜）を被覆しない以外は実施例１と同様に切削工具を作製し、同様に評価した。
【００５８】
（比較例２）
実施例１の切刃チップを構成する複合構造体を、表１の比較例１−２の組成にて混合し、超高圧装置にて温度１５００℃、圧力５ＧＰａの条件で１５分焼成した単一構造の切刃チップとする以外は実施例１と同様に切削工具を作製した。
【００５９】
上記のようにして作製したダイヤモンド質焼結体切削工具に対して、
切削方法：フライス
被削材：ＡＤＣ１４、Ｗ１００ｍｍ×Ｌ２００ｍｍ  ４本溝入り
切込み量ｄ＝１ｍｍ
切削速度Ｖ＝２５０ｍ／分
送りｆ＝０．１ｍｍ／刃
の条件にて切削試験を行い、欠損またはチッピングが発生するまでの被削材の加工数（最大２０００個）を評価し、結果を表１に示した。
【００６０】
【表１】
2005014164.tif 000003
【００６１】
表１から明らかなように、比較例１−２の切削工具では微小チッピングの進行によって２００個で欠損し、２００個加工後に計測した被削材加工面の算術平均表面粗さ（Ｒａ）は、１．３２であった。また、比較例１−１では、２０００個加工後のＲａ＝１．１５であった。
【００６２】
これに対して、本発明に従い、切刃が複合構造体の表面に硬質被覆膜を被覆した構成からなる実施例１の切削工具は最大個数である２０００個まで切削できるとともに優れた加工面粗度を示した。
【００６３】
実施例２
実施例１の複合構造体の原料を芯材ではｃＢＮ粉末８０体積％、ＴｉＮ粉末１５体積％、Ａｌ粉末５体積％と置き換えて、表皮材をＷＣ粉末９０％、ＣｏとＮｉを８：２として混合した粉末を１０体積％と置き換えて実施例１と同様の製法にて実施例１と同様な構造の切削工具を作製した。
【００６４】
硬質被覆膜については、イオンプレーティング法にてｃＢＮ薄膜を２μｍの膜厚で成膜した。
【００６５】
また、比較例としてｃＢＮ粉末５０体積％、ＴｉＮ粉末４５体積％、Ａｌ粉末５体積％とし、実施例２と同様な製法にて実施例２と同様な構造の切削工具を作製した。
【００６６】
得られた切削工具に対して、以下の条件にて切削試験を行った。
【００６７】
切削方法：旋削
被削材  ：ＳＣＭ４３５、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）５８〜６０
１００ｍｍφ×２００ｍｍ４本溝入り
切込み量：ｄ＝０．５ｍｍ、
切削速度：Ｖ＝１００ｍ／分、
送り    ：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
欠損またはチッピングが発生するまでの被削材の加工数（最大１００個）で評価した。結果は表２に示した。
【００６８】
【表２】
2005014164.tif 000004
【００６９】
表２の結果、本発明に従う実施例２の構成からなる切削工具では、最大加工数である１００個まで達したが、単一組織の焼結体からなる比較例２の切削工具では２０個で欠損した。
【００７０】
実施例３
焼結体中の超硬質粒子の平均粒径が１．５μｍとなるＷＣ粉末を９４体積％、平均粒径２μｍのＣｏ粉末を６体積％を混合し、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。
【００７１】
一方、表皮材をなす焼結体中の硬質粒子の平均粒径が１．５μｍとなるＷＣ粉末を８６体積％、平均粒径２μｍのＣｏ粉末を１４体積％を混合し、これに上記と同様の有機バインダと溶剤を加えて混錬して半割円筒形状の厚さが１ｍｍの表皮材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成形体を作製した。
【００７２】
そして、上記複合成形体を共押出して直径が１ｍｍ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。
【００７３】
次に、上記マルチフィラメント構造の複合繊維体を１００ｍｍの長さにカットし、並列に整列させてシート状とし、この複合シート１０枚を積層して積層体を作製した。
【００７４】
作製した積層体をＣＮＭＡ１２０４０８の形状に切り出し、得られた成形体を３００〜７００℃まで７２時間で昇温させることによって脱バインダ処理を行った後、昇温速度２．５℃／分でさらに昇温し、真空中、１５００℃で２時間焼成し、さらに３℃／分で降温することにより焼結体を作製した。その後、化学蒸着法にて母材側よりＴｉＮ−ＴｉＣＮ−ＴｉＣＮＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＮの多層膜を総膜厚１０μｍで成膜し、本発明のスローアウェイ切削工具を作製した。
【００７５】
また、比較例として、粒径１．５μｍのＷＣ粉末を８０体積％と、粒径２μｍのＣｏ粉末を８体積％、ＴａＣ粉末を４体積％、ＴｉＣ粉末を８体積％を粉砕、混合し、プレス成形にてＣＮＭＧ１２０４０８の形状に成形した。得られた成形体を、真空焼成にて焼結させ、その後、化学蒸着法にて母材側よりＴｉＮ−ＴｉＣＮ−ＴｉＣＮＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＮの多層膜を総膜厚１０μｍで成膜し、スローアウェイ切削工具を作製した。
【００７６】
以上の方法で得られた切削工具を以下の条件にて切削試験を行った。
【００７７】
切削方法：旋削
被削材  ：ＦＣＤ７００  ４本溝入り
切込み量：ｄ＝２ｍｍ、
切削速度：Ｖ＝４００ｍ／分、
送り    ：ｆ＝０．３ｍｍ／ｒｅｖ
欠損またはチッピングが発生した時の衝撃回数（最大８０００回）を測定した。結果は表３に示した。
【００７８】
【表３】
2005014164.tif 000005
【００７９】
表３より、本発明のスローアウェイ切削工具では、衝撃回数８０００回まで達したが、比較品のスローアウェイ切削工具では、衝撃回数２０００回ほどで欠損が生じた。また、被削材の加工面粗度は本発明品と比較品は同等であった。
【００８０】
【発明の効果】
以上、詳述したとおり、本発明によれば、芯材と表皮材からなる複合繊維体を複数本収束させて作製した複合繊維体の表面に硬質被覆膜を被覆した切刃部を形成することにより、被削材の加工面粗度を劣化させずに耐欠損性に非常に優れた切削工具を作製することができる。
【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（ａ）斜視図、（ｂ）切刃チップ付近の断面図である。
【図２】本発明にかかる切削工具について、（ａ）シングルタイプ、（ｂ）マルチタイプ、のそれぞれの複合繊維体の構造を示す斜視図である。
【図３】（ａ）本発明の複合繊維体を平行に配列したシートの概略斜視図である。
（ｂ）図３（ａ）に示すシートを積層させた積層体の概略斜視図である。
（ｃ）図３（ａ）に示すシートを１段積層するごとに９０°傾けて積層した積層体の概略斜視図である
【図４】図１の切刃チップのすくい面側から見た平面図である。
【図５】本発明の他の実施態様について、すくい面側から見た模式図である。
【図６】（ａ）から（ｄ）は、本発明にかかる切削工具のシングルタイプの複合繊維体の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明にかかる切削工具のマルチタイプの複合繊維体の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明にかかる切削工具の複合積層体の製造方法の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
１１    切削工具
１２    切刃チップ
１３    工具本体
１４    取付座
１５    すくい面
１６    着座面
１７    逃げ面
１８    切刃稜
２０    取付孔
２２    裏打板
３１    複合繊維体
３１ｓ  シングルタイプの複合繊維体
３１ｍ  マルチタイプの複合繊維体
３２    芯材
３３    表皮材
３４    複合構造体
３４ｓ  単層構造の複合構造体
３４ｍ  多層構造の複合構造体
４１    硬質被覆膜
４２    直線部
４３    つなぎ部
Ｌｃ    切刃稜における接線
Ｌｆ    繊維方向
θ      ＬｃとＬｆがなす角度
Ｐ      ノーズＲの頂点
【図１】
2005014164.tif 000006
【図２】
2005014164.tif 000007
【図３】
2005014164.tif 000008
【図４】
2005014164.tif 000009
【図５】
2005014164.tif 000010
【図６】
2005014164.tif 000011
【図７】
2005014164.tif 000012
【図８】
2005014164.tif 000013