(57)【要約】長寿命を有しかつ変形が生じ難く、しかも、割れや欠けも生じ難い加工用刃具およびその製造方法を提供する。加工用刃具、例えば、ドリル（１０）の加工面は、セラミックスリッチ部（２０）からなる。また、このドリル（１０）の内部には金属リッチ部（２２）が設けられており、さらに、セラミックスリッチ部（２０）と金属リッチ部（２２）との間には傾斜部（２４）が介在されている。傾斜部（２４）は、セラミックスリッチ部（２０）側から金属リッチ部（２２）側に指向して金属の組成比が漸増するように構成されている。すなわち、ドリル（１０）は、加工面（表面）から内部に指向してセラミックスの組成比が増加するとともに金属の組成比が減少する傾斜複合材により構成されている。
2004517207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも１種をセラミックスとして含有するとともに、
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの中の２種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも１種と、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉの少なくとも１種とを金属として含有し、
かつ前記セラミックスと前記金属との組成比が重量比で８５：１５〜９５：５である複合材からなり、
表面から内部に指向して前記セラミックスの組成比が増加するとともに前記金属の組成比が減少することを特徴とする加工用刃具。
【請求項２】
請求項１記載の加工用刃具において、表面のビッカース硬度が１７００以上であることを特徴とする加工用刃具。
【請求項３】
請求項１記載の加工用刃具において、当該加工用刃具がドリル（１０）またはリーマ（３０）であることを特徴とする加工用刃具。
【請求項４】
表面から内部に指向してセラミックスの組成比が増加するとともに金属の組成比が減少する加工用刃具の製造方法であって、
セラミックス粒子と金属粒子とが混合されてなる混合粉末を成形して成形体とする成形工程と、
前記成形体を焼結して多孔質体とする一次焼結工程と、
前記多孔質体の内部に触媒含有溶液を含浸させる含浸工程と、
前記触媒含有溶液が含浸された前記多孔質体を窒化ガス雰囲気中で再焼結して緻密焼結体とする二次焼結工程と、
を有し、
前記二次焼結工程では、昇温開始時から窒化ガスを導入することを特徴とする加工用刃具の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも１種の粉末を前記セラミックス粒子とし、かつＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの中の２種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも１種の粒子を前記金属粒子として、前記セラミックス粒子と前記金属粒子とが重量比で８５：１５〜９５：５である混合粉末を調製することを特徴とする加工用刃具の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記金属にさらにＣｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉの少なくとも１種を混合することを特徴とする加工用刃具の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載の製造方法において、前記触媒含有溶液に含有される触媒をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉまたはランタノイドとすることを特徴とする加工用刃具の製造方法。
【請求項８】
請求項４記載の製造方法において、前記窒化ガスとして窒素を使用することを特徴とする加工用刃具の製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の製造方法において、前記触媒含有溶液に含有される触媒をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉまたはランタノイドとすることを特徴とする加工用刃具の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の製造方法において、前記窒化ガスとして窒素を使用することを特徴とする加工用刃具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工用刃具およびその製造方法に関し、一層詳細には、表面から内部に指向して金属およびセラミックスの組成比が変化する傾斜複合材からなる加工用刃具およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークに孔部や穴部を設ける場合、まず、該ワークに対してドリルを用いた穿孔加工が行われ、次にリーマを用いた切削加工が行われている。
【０００３】
ドリルまたはリーマの構成材料としては、例えば、高炭素鋼を主成分とするＳＫ材、ＳＫＤ材もしくはＳＫＨ材（いわゆる高速度工具鋼）や、ニッケル系合金もしくはコバルト系合金等の超合金材、またはセラミックスと金属との複合材である超硬材等が採用されている。また、耐摩耗性の向上を図るために、表面がＴｉＣやＴｉＮ等、硬質セラミックスのコーティング膜で被覆される場合もある。
【０００４】
これらのうち、高速度工具鋼や超合金材には、高強度および高靭性を有するものの、耐摩耗性や圧縮強度および剛性等が不足しているという不具合がある。一方、超硬材には、耐摩耗性や圧縮強度および剛性等に優れてはいるものの、靱性が不足しており、割れや欠けが生じ易いという不具合がある。すなわち、高速度工具鋼および超合金材と超硬材は、互いに相反する特性を有しており、したがって、ドリルまたはリーマの構成材料は、ワークの構成材料や、穿孔加工または切削加工が行われる際にドリルおよびリーマに作用する種々の応力、例えば、ワークに押し付け力を付与する際の圧縮応力、食い付き部や切削部に作用する引っ張り応力、さらに加工を行う部分と加工されない部分との間の引っ張り応力等の大きさが考慮された上で選定されている。
【０００５】
ドリルおよびリーマは、高硬度、高強度、高靭性等をともに兼ね備えることが本来は望ましい。すなわち、高硬度であるものは耐摩耗性も高く、したがって、長寿命であるからである。また、強度が高いと、上記したような応力が作用した場合であっても変形が生じ難いからである。さらに、高靭性であるものは割れや欠けが生じ難いからである。しかしながら、これらの特性を全て兼ね備えるドリルやリーマはこれまでのところ知られていない。
【０００６】
例えば、超硬材からなるドリルまたはリーマの靱性を向上させるには、金属の組成比を増加すればよい。しかしながら、この場合、硬度および強度が低下してしまう。したがって、寿命が低下することが懸念される。これに対し、金属の組成比を減少すると、硬度や強度が向上する一方で靱性が低下する。このため、割れや欠けが一層生じ易くなってしまう。
【０００７】
このことから諒解されるように、超硬材からなるドリルやリーマにおいては、硬度および強度を向上しようとすると靱性が低下し、一方、靱性を向上しようとすると硬度および強度が低下するので、硬度および強度と靱性とを同時に向上させることは著しく困難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、長寿命を有しかつ変形が生じ難く、しかも、割れや欠けも生じ難い加工用刃具およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、セラミックスと金属とを含む複合材で構成されており、かつ表面から内部に指向して前記セラミックスの組成比が増加するとともに前記金属の組成比が減少することを特徴とする。
【００１０】
このように構成された加工用刃具は、金属に由来する靱性と、セラミックスに由来する硬度および強度とを兼ね備える。このため、割れや欠けが生じ難く、しかも、耐摩耗性が向上するとともに変形が生じ難くなる。
【００１１】
なお、加工用刃具の構成材料のうち、セラミックスの好適な例としては、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも１種を挙げることができる。一方、金属の好適な例としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの中の２種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも１種を挙げることができる。これらに加え、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉの少なくとも１種がさらに含有されていてもよい。
【００１２】
この場合、セラミックスと金属との組成比は、重量比で８５：１５〜９５：５に設定される。金属が５重量部未満であると、靱性が乏しくなるので割れや欠けが生じ易くなる。また、１５重量部を超えると、硬度や強度が低下するので耐摩耗性が乏しくなるとともにワークの加工時に変形が生じ易くなる。
【００１３】
そして、加工用刃具の表面、すなわち、加工面のビッカース硬度は、１７００以上であることが好ましい。該加工用刃具の長寿命化を図ることができるとともに、ワークの加工精度が向上するからである。
【００１４】
加工用刃具の好適な例としては、ドリルまたはリーマを挙げることができる。
【００１５】
また、本発明は、表面から内部に指向してセラミックスの組成比が増加するとともに金属の組成比が減少する加工用刃具の製造方法であって、
セラミックス粒子と金属粒子とが混合されてなる混合粉末を成形して成形体とする成形工程と、
前記成形体を焼結して多孔質体とする一次焼結工程と、
前記多孔質体の内部に触媒含有溶液を含浸させる含浸工程と、
前記触媒含有溶液が含浸された前記多孔質体を窒化ガス雰囲気中で再焼結して緻密焼結体とする二次焼結工程と、
を有し、
前記二次焼結工程では、昇温開始時から窒化ガスを導入することを特徴とする。
【００１６】
この場合、二次焼結工程において、多孔質体の表面近傍に存在する金属粒子がセラミックス粒子に比して早期に粒成長を開始する。さらに、多孔質体の表面近傍に存在するセラミックス粒子は、窒素等の窒化ガスにより粒成長が抑制される。窒化ガスは、一般的にセラミックス粒子の粒成長を阻害するからである。その一方で、多孔質体の内部に存在するセラミックス粒子は、窒化ガスが到達し難いので粒成長が抑制されることはない。しかも、触媒によって粒成長が促進される。このような理由から、金属粒子が表面に集中するような再配列が起こり、その結果、表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加する傾斜複合材が得られる。
【００１７】
穿孔加工や切削加工に使用されるに際し、充分な硬度、強度および靱性を有する加工用刃具とするためには、セラミックス粒子をＷ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも１種とし、かつ金属粒子をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの中の２種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも１種とすることが好ましい。さらに、金属粒子にＣｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉの少なくとも１種を添加するようにしてもよい。
【００１８】
この場合、セラミックスと金属との組成比は、重量比で８５：１５〜９５：５に設定される。上記したように、金属が５重量部未満であると、靱性が乏しくなるので割れや欠けが生じ易くなるからである。また、１５重量部を超えると、硬度や強度が低下するので耐摩耗性が乏しくなるとともにワークの加工時に変形が生じ易くなる。
【００１９】
なお、触媒含有溶液に含有される触媒としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉまたはランタノイドを好適な例として挙げることができる。
【００２０】
また、前記窒化ガスとしては、取り扱いの容易さや反応速度を容易に制御することができる等の点から、窒素が好適である。
【００２１】
上述された本発明の目的、特徴および効果は、本発明の好適な実施の形態を例示する添付図面と明細書の下記の記載からより一層明確となるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る加工用刃具およびその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１実施形態に係る加工用刃具であるドリルの一部縦断面概略全体構成図を図１に示す。このドリル１０は、ツイストドリルを構成しており、刃部１２とシャンク部１４とを一体的に備えている。刃部１２には、刃先先端１６から２つの切刃１８、１８が所定のねじれ角を有して軸方向（矢印Ａ方向）に設けられている。
【００２４】
図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である図２に示すように、ドリル１０の内部には、セラミックスの組成比が比較的大きなセラミックスリッチ部２０が設けられており、かつ表面には、金属の組成比が比較的大きな金属リッチ部２２が設けられている。そして、これらの間には、セラミックスリッチ部２０から金属リッチ部２２側に指向して金属の組成比が漸増する傾斜部２４が介在されている。
【００２５】
すなわち、ドリル１０においては、金属の組成比は加工面で最も高く、内部に指向して減少している。また、その逆に、セラミックスの組成比は加工面で最も低く、内部に指向して増加している。換言すれば、ドリル１０は、表面から内部に指向して金属の組成比が減少しかつセラミックスの組成比が増加する傾斜複合材により構成されている。
【００２６】
ドリル１０の構成材料であるセラミックスとしては、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも１種が好ましく、また、金属としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの中の２種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも１種が好ましい。金属には、これらに加え、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉの少なくとも１種がさらに含有されていてもよい。上記したセラミックスおよび金属を構成材料とすることにより、穿孔加工を行う上で必要な強度、硬度および靱性を有するドリル１０を構成することができる。
【００２７】
上記したセラミックスおよび金属をドリル１０の構成材料とする場合、セラミックスと金属との組成比は、８５：１５〜９５：５（重量比、以下同じ）に設定される。金属が５重量部未満であると、靱性が乏しくなるので割れや欠けが生じ易くなる。また、１５重量部を超えると、硬度や強度が低下するので耐摩耗性が乏しくなるとともにワークの加工時に変形が生じ易くなる。
【００２８】
また、ドリル１０の加工面は、ビッカース硬度（Ｈｖ）が１７００以上であることが好ましい。Ｈｖが１７００未満である場合、硬度が乏しいのでドリル１０を長寿命化することが容易ではなくなる。しかも、この場合にはワークとドリル１０との摩擦係数（μ）が高くなり、その結果、穿孔加工時における発熱や発生する応力の増大が惹起されるので、ワークに表面荒れが生じ易くなる。ワークの表面荒れを低減して加工精度を向上するとともにドリル１０を確実に長寿命化するためには、Ｈｖが１７５０以上であることが好ましい。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態に係る加工用刃具であるリーマの概略全体構成図を図３に示す。このリーマ３０は、刃部３２とシャンク部３４とを一体的に備え、このうち、刃部３２には６つの切刃３６が軸方向（矢印Ｂ方向）に所定の長さに亘って設けられている。
【００３０】
図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である図４に示すように、リーマ３０においても、内部にセラミックスリッチ部３８が設けられており、かつ表面に金属リッチ部４０が設けられている。そして、これらの間には、セラミックスリッチ部３８から金属リッチ部４０側に指向して金属の組成比が漸増する傾斜部４２が介在されている。すなわち、上記ドリル１０と同様に、リーマ３０も表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加する傾斜複合材から構成されている。
【００３１】
リーマ３０を構成するセラミックスおよび金属としては、上記したような非酸化物セラミックスおよび金属を挙げることができる。この場合においても、セラミックスと金属との組成比を８５：１５〜９５：５に設定することにより、切削加工を行う上で必要な強度、硬度および靱性を有するリーマ３０を構成することができる。そして、ドリル１０と同様に、加工面のＨｖが１７５０以上であることが好ましい。
【００３２】
上記したように構成されたドリル１０およびリーマ３０は、表面が高靱性でかつ内部が高硬度および高強度を有する。すなわち、ワークが穿孔加工または切削加工されるに際して充分な硬度、強度および靱性を兼ね備える。このため、長寿命でかつ変形が生じ難く、しかも、割れや欠けが生じ難い。
【００３３】
ドリル１０およびリーマ３０は、その過程がフローチャートとして図５に示される製造方法により製造することができる。図５に示されるように、この製造方法は、成形体を得る成形工程Ｓ１と、前記成形体を焼結して多孔質体とする一次焼結工程Ｓ２と、前記多孔質体の内部に触媒含有溶液を含浸する含浸工程Ｓ３と、前記多孔質体を再焼結して緻密焼結体とする二次焼結工程Ｓ４とを備える。
【００３４】
上記した理由から、セラミックス粒子としては、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、ランタノイドの炭化物、窒化物または炭窒化物の群から選択された少なくとも１種が好ましく、また、金属粒子としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの中の２種以上で構成される合金の群から選択された少なくとも１種が好ましい。さらに、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉの少なくとも１種を添加するようにしてもよい。なお、混合粉末におけるセラミックス粒子と金属粒子との組成比は、セラミックス粒子：金属粒子＝８５：１５〜９５：５とする。
【００３５】
そして、この混合粉末に成形加重を加えて、ドリル１０またはリーマ３０に対応する形状の成形体を作製する。この際、成形荷重は、後述する一次焼結工程Ｓ２において多孔質体が得られるようにするため、金属粒子が塑性変形を起こさない程度に設定される。具体的には、成形荷重を１００〜３００ＭＰａ程度とすることが好ましい。この場合、金属粒子が塑性変形を起こすことを回避することができるので、成形体の開気孔が閉塞されることはない。
【００３６】
次いで、一次焼結工程Ｓ２において、開気孔が残留するように前記成形体を焼結して多孔質体とする。この時点で緻密焼結体とすると、含浸工程Ｓ３において触媒含有溶液を内部に含浸させることが困難となるからである。
【００３７】
したがって、一次焼結工程Ｓ２における焼結温度や時間は、金属粒子同士の融着が起こり、該金属粒子同士にネックが形成された状態で終了されるように設定される。すなわち、一次焼結工程Ｓ２では、セラミックス粒子同士は融着されない。このため、成形体が多孔質体になる過程においては、体積はほとんど変化しない。
【００３８】
次いで、含浸工程Ｓ３において、触媒を含有する触媒含有溶液を前記多孔質体の内部に含浸させる。具体的には、触媒含有溶液中に前記多孔質体を浸漬する。この浸漬により、触媒含有溶液が多孔質体の開気孔を介してその内部へと浸透する。
【００３９】
なお、触媒は、二次焼結工程Ｓ４においてセラミックス粒子の成長を促進する物質であれば特に限定されるものではないが、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉまたはランタノイド等を好適な例として挙げることができる。触媒含有溶液としては、上記した金属を含有する金属塩を溶媒に溶解したものや有機金属溶液を使用すればよい。
【００４０】
この場合、触媒は、溶媒中に分散または溶解されることにより単一分子またはイオンにまで解離される。したがって、含浸工程Ｓ３においては、単一分子またはイオンにまで解離された触媒が多孔質体の内部に均一に分散される。このため、二次焼結工程Ｓ４におけるセラミックス粒子の粒成長は、多孔質体の表面から内部に亘り促進される。
【００４１】
含浸工程Ｓ３を行った後には、自然放置により触媒含有溶液を乾燥する。または、多孔質体を加熱して触媒含有溶液を乾燥するようにしてもよい。
【００４２】
最後に、二次焼結工程Ｓ４において、多孔質体を窒素雰囲気中で再焼結して緻密焼結体とする。なお、雰囲気とする窒化ガスは、二次焼結工程Ｓ４の昇温開始時から導入する。これにより、セラミックスと金属との組成比が８５：１５〜９５：５である緻密焼結体（傾斜複合材）、すなわち、製品としてのドリル１０またはリーマ３０が得られるに至る。
【００４３】
二次焼結工程Ｓ４では、雰囲気である窒化ガスによって、多孔質体の表面近傍に存在するセラミックス粒子の粒成長が阻害される。その一方で、窒化ガスは多孔質体の内部には到達し難い。このため、内部に存在するセラミックス粒子の粒成長が窒化ガスによって阻害される度合いは、表面に比して小さい。しかも、内部に存在するセラミックス粒子の粒成長は、前記触媒によって促進される。
【００４４】
結局、二次焼結工程Ｓ４においては、多孔質体の表面ではセラミックス粒子の粒成長が抑制され、内部では促進される。その結果、金属粒子が表面近傍に集中するような再配列が起こる。すなわち、表面では金属の組成比が高く、内部ではセラミックスの組成比が高い傾斜複合材が得られる。
【００４５】
このように、昇温開始時から窒化ガス雰囲気を導入して二次焼結工程Ｓ４を行うことにより、触媒含有溶液が含浸された多孔質体の内部に存在するセラミックス粒子の粒成長の度合いを表面近傍に比して大きくすることができる。これに伴って金属粒子が再配列することにより、表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加する傾斜複合材（ドリル１０またはリーマ３０）を得ることができる。
【００４６】
このようにして得られたドリル１０またはリーマ３０の表面に対し、寸法精度を確保するために研削加工を行う場合、これらドリル１０またはリーマ３０の表面における金属の組成比が比較的高いので、該表面に対し研削加工を容易に施すことができる。すなわち、研削加工が施された後のドリル１０またはリーマ３０においては、高硬度でかつ高強度なセラミックスリッチ部２０、３８の厚みが著しく大きくなる。その一方で、これらドリル１０またはリーマ３０の表面には金属リッチ部２２、４０が残存している。したがって、靱性、硬度、強度を兼ね備えるドリル１０またはリーマ３０を得ることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、成形工程Ｓ１と一次焼結工程Ｓ２とを個別に行っているが、熱間等圧成形（ＨＩＰ）等のように、両工程Ｓ１、Ｓ２を同時に行うようにしてもよい。
【００４８】
実施例
平均粒径１μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を９０重量部、平均粒径２μｍの炭化タンタル（ＴａＣ）を２重量部、平均粒径３．５μｍの炭化ニオブ（ＮｂＣ）を１重量部、平均粒径１．４μｍのコバルト（Ｃｏ）を７重量部を、ヘキサンを用いて湿式混合して混合粉末とした。次いで、この混合粉末を、金型内静水圧加圧成形法にて１２０ＭＰａの加圧力でドリル１０に対応する形状に成形した。そして、この成形体を９００℃で３０分間保持することにより多孔質体とした。
【００４９】
次いで、この多孔質体を濃度１０％のＮｉイオン溶液に３分間浸漬することにより、該多孔質体の内部にＮｉイオンを分散させた。さらに、多孔質体を９０℃で１時間保持することにより乾燥した。
【００５０】
次いで、前記多孔質体を、窒素雰囲気中において１４００℃で１時間２０分保持して再焼結することにより、緻密焼結体である直径１２ｍｍ、全体の長さ１００ｍｍ、刃部１２の長さ６０ｍｍのドリル１０（傾斜複合材）を得た。なお、窒素は、昇温を開始した時点から導入した。
【００５１】
得られたドリル１０を切断して電子顕微鏡により観察したところ、表面に存在するセラミックス粒子は丸みを帯びた微細なものであり、一方、内部に存在するセラミックス粒子は大きく粒成長していることが認められた。
【００５２】
このドリル１０と、原材料であるセラミックス粒子の粒径が０．６〜０．８μｍ程度である、市販品の超微粒子焼結体からなるドリル、および原材料であるセラミックス粒子の粒径がおよそ０．４μｍ以下の超超微粒子焼結体からなるドリルとを使用して、ＡＣ８Ｂ材（ハイシリコンアルミニウム合金）に対し５００ｍ／分の穿孔速度で深さ４０ｍｍの穴を連続的に設け、加工穴数とＶＢ摩耗量との関係を調べた。結果を図６に示す。図６から、両市販品に比してドリル１０の方が著しく耐摩耗性に優れ、長寿命であることが明らかである。
【００５３】
また、両市販品では、加工穴数が１００００個に達する以前に構成刃先が形成され、その結果、穴の寸法精度も低下した。これに対して、ドリル１０では加工穴数が６００００個に達した後も構成刃先の形成が認められず、精度よく穴を設けることができた。
【００５４】
その一方で、上記と同様にして直径１５ｍｍ、全体の長さ９０ｍｍ、刃部３２の長さ３０ｍｍのリーマ３０（傾斜複合材）を得た。該リーマ３０の切断面を電子顕微鏡で観察することにより、このリーマ３０においても、表面に存在するセラミックス粒子は微細で丸みを帯びており、かつ内部に存在するセラミックス粒子は大きく粒成長していることが認められた。また、セラミックスリッチ部３８は、表面から深さ５ｍｍに亘り形成されていた。
【００５５】
このリーマ３０と、市販品である超微粒子焼結体からなるリーマおよび超超微粒子焼結体からなるリーマとを使用して、ＡＣ８Ｂ材に設けられた穴を切削加工して加工穴数とＶＢ摩耗量との関係を調べた。その結果、両市販品のＶＢ摩耗量は、加工穴数が３００００個に達した時点で０．２ｍｍ以上となったが、リーマ３０においては、加工穴数が６００００個に達した時点でも０．１５ｍｍにも満たなかった。また、両市販品では、加工穴数が１００００個に達する以前に構成刃先が形成されたが、リーマ３０では加工穴数が６００００個に達した後も構成刃先の形成が認められず、精度よく穴を設けることができた。
【００５６】
以上のことから、ドリル１０およびリーマ３０が市販品に比して著しく優れた耐摩耗性を有し、したがって、長寿命であることが明らかである。
【００５７】
ドリル１０およびリーマ３０に構成刃先の形成が認められなかった理由は、これらの加工面がセラミックスリッチ部２０、３８からなるためであると考えられる。すなわち、加工面における金属の組成比が小さいので、穿孔加工または切削加工時にワークであるＡＣ８Ｂ材との相互反応が著しく抑制されたからである。
【００５８】
以上説明したように、本発明に係る加工用刃具によれば、表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加する傾斜複合材からなるので、高硬度および高強度と高靱性とを兼ね備える。このため、耐摩耗性に優れるので長寿命であるとともに変形が生じ難く、また、割れや欠けが生じ難いという効果が達成される。しかも、加工精度の向上を図ることもできる。
【００５９】
また、本発明に係る加工用刃具の製造方法によれば、触媒含有溶液が含浸された多孔質体を窒素雰囲気中で再焼結して切削加工用刃具（傾斜複合材）とするようにしている。この場合、多孔質体の表面近傍に存在するセラミックス粒子は窒素により粒成長が抑制され、一方、内部に存在するセラミックス粒子は触媒により粒成長が促進される。このために金属粒子が表面に集中するような再配列が起こり、その結果、表面から内部に指向して金属の組成比が減少するとともにセラミックスの組成比が増加する加工用刃具、すなわち、表面が高靱性でかつ内部が高硬度の加工用刃具を得ることができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、第１の実施形態に係る加工用刃具（ドリル）の一部縦断面概略全体構成図である。
【図２】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】
図３は、第２の実施形態に係る加工用刃具（リーマ）の概略全体構成図である。
【図４】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】
図５は、本実施の形態に係る加工用刃具の製造方法のフローチャートである。
【図６】
図６は、第１実施形態に係るドリルおよび市販ドリルにおける加工穴数とＶＢ摩耗量との関係を示すグラフである。
【図５】
2004517207.tif 000003
【図６】
2004517207.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004517207.tif 000005
2004517207.tif 000006
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
2004517207.tif 000040
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