(57)【要約】【課題】アルミナを主成分とする工具用接合体において、耐欠損性をより向上させる技術を提供する。【解決手段】すくい面と、すくい面に隣接する第１の面と、すくい面と第１の面の両方に隣接する第２の面とを有する外側部材と、少なくとも一部が外側部材により覆われた内側部材と備える工具用接合体は、外側部材の熱膨張率は、内側部材の熱膨張率よりも小さく、外側部材にはすくい面と、第１の面と、第２の面とが交差する稜線部に切刃部が形成され、内側部材には切刃部と対応する位置に内側角部が形成され、すくい面方向から見た場合に、切刃部の中点と、中点から内側部材へ向けて引いた垂線が内側部材と交差する交差点との間の長さをＬ１[ｍｍ]とし、すくい面と第１の面とが接する辺と、当辺に対応する位置にある内側部材上の辺との間を結ぶ複数の垂線のうち、最小の長さを有する垂線の長さＬ２[ｍｍ]としたとき、Ｌ１＞Ｌ２の条件を満たす。【選択図】図２
2013184234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナを主成分とした第１の材料組成を有すると共に、すくい面と、前記すくい面に隣接する第１の面と、前記すくい面と前記第１の面の両方に隣接する第２の面と、を有する外側部材と、
アルミナを主成分とすると共に、前記第１の材料組成とは異なる第２の材料組成を有し、少なくとも一部が前記外側部材により覆われた内側部材と、
を備える工具用接合体であって、
前記外側部材の熱膨張率は、前記内側部材の熱膨張率よりも小さく、
前記外側部材には、前記すくい面と、前記第１の面と、前記第２の面とが交差する稜線部に切刃部が形成され、
前記内側部材には、前記切刃部と対応する位置に内側角部が形成され、
前記すくい面方向から見た場合に、
前記切刃部の中点と、前記中点から前記内側部材へ向けて引いた垂線が前記内側部材と交差する交差点と、の間の長さをＬ１[ｍｍ]とし、
前記すくい面と前記第１の面とが接する辺と、当該辺に対応する位置にある前記内側部材上の辺と、の間を結ぶ複数の垂線のうち、最小の長さを有する垂線の長さＬ２[ｍｍ]としたとき、
Ｌ１＞Ｌ２
の条件を満たすことを特徴とする、工具用接合体。
【請求項２】
請求項１記載の工具用接合体であって、さらに、
０．２≦Ｌ１≦０．８
の条件を満たすことを特徴とする、工具用接合体。
【請求項３】
請求項１または２記載の工具用接合体であって、さらに、
Ｌ２＝０
の条件を満たすことを特徴とする、工具用接合体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項記載の工具用接合体であって、さらに、
前記第１の面方向から見た場合に、前記内側部材は、０．２［ｍｍ］以上かつ０．５［ｍｍ］以下の厚さで前記外側部材により覆われている、工具用接合体。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項記載の工具用接合体であって、さらに、
前記すくい面方向から見た場合に、前記すくい面と前記第２の面とが接する辺と、当該辺に対応する前記内側部材上の辺と、の間を結ぶ複数の垂線のうち、最小の長さを有する垂線の長さをＬ３[ｍｍ]としたときに、
Ｌ２≒Ｌ３
の条件を満たすことを特徴とする、工具用接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具用接合体やこれを用いた切削工具、この工具用接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、切削速度の高速化に伴う切削条件の高温化により、超硬合金やサーメットからなる工具用接合体は適用できない場合が生じてきた。この点、アルミナを主成分とする工具用接合体は、化学的安定性と高温での耐摩耗性に優れ、鋳鉄部品の高速仕上げ加工をはじめ多くの用途に使用されている。
【０００３】
しかし、アルミナのようなセラミックは金属に比べて弾性率が大きく、弾性変形も塑性変形もほとんど起こさない。このため、アルミナを主成分とする工具用接合体は、焼結体内部の欠陥に対して非常に敏感であり、ひとたび亀裂が進展し始めると途中で止めることは困難であるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、従来では、セラミック焼結体からなり、基材を構成する面のうち少なくとも工具用接合体の逃げ面として用いられる面上に外層が積層された工具用接合体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３１００５号公報
【特許文献２】特開平４−３１９４３５号公報
【特許文献３】特開平７−１３７１９９号公報
【特許文献４】特開平３−２０２４０４号公報
【特許文献５】特開２００９−２２０２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の技術では、近年の高速切削に伴う切削条件の高温化には十分対応できず、工具用接合体に欠損が生じる場合があった。
【０００７】
本発明は、アルミナを主成分とする工具用接合体において、耐欠損性をより向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
アルミナを主成分とした第１の材料組成を有すると共に、すくい面と、前記すくい面に隣接する第１の面と、前記すくい面と前記第１の面の両方に隣接する第２の面と、を有する外側部材と、
アルミナを主成分とすると共に、前記第１の材料組成とは異なる第２の材料組成を有し、少なくとも一部が前記外側部材により覆われた内側部材と、
を備える工具用接合体であって、
前記外側部材の熱膨張率は、前記内側部材の熱膨張率よりも小さく、
前記外側部材には、前記すくい面と、前記第１の面と、前記第２の面とが交差する稜線部に切刃部が形成され、
前記内側部材には、前記切刃部と対応する位置に内側角部が形成され、
前記すくい面方向から見た場合に、
前記切刃部の中点と、前記中点から前記内側部材へ向けて引いた垂線が前記内側部材と交差する交差点と、の間の長さをＬ１[ｍｍ]とし、
前記すくい面と前記第１の面とが接する辺と、当該辺に対応する位置にある前記内側部材上の辺と、の間を結ぶ複数の垂線のうち、最小の長さを有する垂線の長さＬ２[ｍｍ]としたとき、
Ｌ１＞Ｌ２
の条件を満たすことを特徴とする、工具用接合体。
このような構成とすれば、切刃部に効果的に残留圧縮応力を付与することができ、工具用接合体の耐欠損性を向上させることができる。さらに、切刃部の切削加工によるクラック発生を低減することができる。また、クラックが発生した場合でも、切削方向と異なる方向に最大のせん断応力がかかっているため、クラックが進展することによる刃先の欠落が起こりづらくなり、加工できなくなるまでの時間を延長させることができる。すなわち、工具用接合体を高寿命化することができる。また、アルミナを主成分とすることにより高速で加工することが可能になる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１記載の工具用接合体であって、さらに、
０．２≦Ｌ１≦０．８
の条件を満たすことを特徴とする、工具用接合体。
このような構成とすれば、工具用接合体が一般的に切削に使用される条件においてクラックが発生する頻度が高い場所に対して、効果的に残留圧縮応力を付与することが可能となり、工具用接合体の耐欠損性を更に向上させることができる。
【００１１】
［適用例３］
適用例１または２記載の工具用接合体であって、さらに、
Ｌ２＝０
の条件を満たすことを特徴とする、工具用接合体。
このような構成とすれば、工具用接合体の耐欠損性をさらに向上させることができる。
【００１２】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか一項記載の工具用接合体であって、さらに、
前記第１の面方向から見た場合に、前記内側部材は、０．２［ｍｍ］以上かつ０．５［ｍｍ］以下の厚さで前記外側部材により覆われている、工具用接合体。
このような構成とすれば、工具用接合体にクラックが発生しても、発生したクラックの進展を抑制することができ、工具用接合体の耐欠損性を向上させることができる。
【００１３】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか一項記載の工具用接合体であって、さらに、
前記すくい面方向から見た場合に、前記すくい面と前記第２の面とが接する辺と、当該辺に対応する前記内側部材上の辺と、の間を結ぶ複数の垂線のうち、最小の長さを有する垂線の長さをＬ３[ｍｍ]としたときに、
Ｌ２≒Ｌ３
の条件を満たすことを特徴とする、工具用接合体。
このような構成とすれば、工具用接合体の送り方向が変わるような使い方をしても、工具用接合体を、その性能に変化なく使用することができる。
【００１４】
［適用例６］
適用例１ないし５のいずれか一項記載の工具用接合体であって、
前記第１の材料組成は、Ａｌ2Ｏ3を９９．９質量％以上含有し、前記第２の材料組成は、約７０質量％のＡｌ2Ｏ3に対して他の材料を添加することを特徴とする、工具用接合体。
このような構成とすれば、第１の材料組成は、Ａｌ2Ｏ3を９９．９質量％以上含有し、第２の材料組成は、約７０質量％のＡｌ2Ｏ3に対して他の材料を添加するため、外側部材の熱膨張率と内側部材の熱膨張率との差を好ましい範囲内に維持することが可能となる。この結果、化学的安定性と高温での耐摩耗性に優れたアルミナを主成分とする工具用接合体を作製することができる。
【００１５】
［適用例７］
適用例１ないし５のいずれか一項記載の工具用接合体であって、
前記第１の材料組成は、約７０質量％のＡｌ2Ｏ3に対して他の材料を添加し、前記第２の材料組成は、サーメットであることを特徴とする、工具用接合体。
このような構成とすれば、第１の材料組成は、約７０質量％のＡｌ2Ｏ3に対して他の材料を添加し、第２の材料組成は、サーメットを採用するため、外側部材の熱膨張率と内側部材の熱膨張率との差を好ましい範囲内に維持することが可能となる。この結果、化学的安定性と高温での耐摩耗性に優れたアルミナを主成分とする工具用接合体を作製することができる。
【００１６】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、工具用接合体およびその工具用接合体を用いた切削工具、工具用接合体の製造方法、製造装置、製造システム等の形態で実現することができる。また、本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略して構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態としての工具用接合体の概略構成を示す透視図である。
【図２】図１のＹ軸に沿ってすくい面方向から見た場合の切削チップの構成を示す平面透視図である。
【図３】図１のＺ軸に沿って第１の面方向から見た場合の切削チップの構成を示す平面透視図である。
【図４】切削チップの製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】切削チップの成型方法について説明するための説明図である。
【図６】第２実施形態における切削チップの透視図である。
【図７】第１実施形態の切削チップおよび第２実施形態の切削チップを対象として実施した性能評価試験の結果を示す説明図である。
【図８】図７で示した評価試験結果のうち切刃部側の外側部材厚さを０．２ｍｍとしたサンプルについての評価試験結果を示すグラフである。
【図９】図７で示した評価試験の結果のうち切刃部側の外側部材厚さを０．０ｍｍとしたサンプルについての評価試験結果を示すグラフである。
【図１０】変形例における工具用接合体の概略構成を示す透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の一態様である工具用接合体の実施の形態を説明する。
【００１９】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．工具用接合体の構成：
図１は、本発明の一実施形態としての工具用接合体の概略構成を示す透視図である。この工具用接合体１は、切削バイトの先端に取り付けられる切削チップであり、外側部材１０と、内側部材２０とを備えている。以降、工具用接合体１を「切削チップ１」とも呼ぶ。本実施形態における内側部材２０は、各角部にＲ（丸コーナ）を有する四角柱形状に形成されている。また、外側部材１０は、各角部にＲ（丸コーナ）を有する四角柱形状であり、内側部材２０の全ての面を覆うように形成されている。
【００２０】
切削チップ１は、少なくとも一の面が切削バイトに接触するように取り付けられる。図１に示す本実施形態では、鉛直方向（Ｙ軸方向）の下側に位置する底面１２が切削バイトに接触する接触面であるとして説明する。
【００２１】
このとき、底面１２と反対側の面、換言すれば、鉛直方向の上側に位置する平面１１を「すくい面１１」と呼ぶ。すくい面１１は、切削バイトによる切削を営む主体となる面である。また、すくい面１１に隣接する一の面である正面１３を「第１の面１３」と呼ぶ。すくい面１１と第１の面１３との両方に隣接する面である左側面１４を「第２の面１４」と呼ぶ。
【００２２】
外側部材１０のうち、すくい面１１と第１の面１３とは、辺ＯＳ１を介して接している。すくい面１１と第２の面１４とは、辺ＯＳ２を介して接している。また、内側部材２０のうち、辺ＯＳ１に対応する位置にある辺を辺ＩＳ１と呼ぶ。同様に、内側部材２０のうち、辺ＯＳ２に対応する位置にある辺を辺ＩＳ２と呼ぶ。外側部材１０には、すくい面１１と、第１の面１３と、第２の面１４とが交差する稜線部、換言すれば、辺ＯＳ１と辺ＯＳ２との間に切刃部１５が形成されている。切刃部１５は、実際の切削に使用され、切削対象である加工物を削り取る機能を有する。また、内側部材２０のうち、外側部材１０の切刃部１５と対応する位置にある角部、換言すれば、辺ＩＳ１と辺ＩＳ２との間の部分を「内側角部２５」と呼ぶ。なお、図１では説明の便宜上、切刃部１５および内側角部２５を太線で表している。
【００２３】
外側部材１０は、アルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ2Ｏ3）を主成分とした第１の材料組成を有している。内側部材２０は、アルミナを主成分とすると共に、第１の材料組成とは異なる第２の材料組成を有している。第１の材料組成と、第２の材料組成とは、外側部材１０の熱膨張率が内側部材２０の熱膨張率よりも小さくなる限りにおいて、任意に設定することができるが、外側部材１０の熱膨張率と内側部材２０の熱膨張率との差は、約０．２〜１．５ｐｐｍ／Ｋとなることが好ましい。このようにすれば、外側部材１０に圧縮応力を残留させることが可能となり、切削チップ１の耐欠損性や耐熱衝撃性を向上させることができる。
【００２４】
例えば、第１の材料組成と第２の材料組成の組み合わせの例として、第１の材料組成はアルミナを９９．９９質量％含有し、第２の材料組成はアルミナ約７０質量％に対して任意の他の材料を添加する組成とすることができる。添加物としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等の酸化物や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の窒化物や、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の炭化物を採用することができる。
【００２５】
第１の材料組成と第２の材料組成の組み合わせとして上記のような組み合わせを採用すれば、外側部材１０の熱膨張率と内側部材２０の熱膨張率との差を好ましい範囲内に維持することが可能となる。この結果、化学的安定性と高温での耐摩耗性に優れたアルミナを主成分とする切削チップ１を作製することができる。
【００２６】
また、第１の材料組成と第２の材料組成の他の組み合わせの例として、第１の材料組成はアルミナを約７０質量％に対して任意の他の材料を添加する組成とし、第２の材料組成はサーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ−Ｎｉ、Ｃｏ）とすることができる。添加物としては、上述と同様の酸化物、窒化物、炭化物を採用することができる。
【００２７】
第１の材料組成と第２の材料組成の組み合わせとして上記のような組み合わせを採用しても、外側部材１０の熱膨張率と内側部材２０の熱膨張率との差を好ましい範囲内に維持することが可能となる。この結果、化学的安定性と高温での耐摩耗性に優れたアルミナを主成分とする切削チップ１を作製することができる。
【００２８】
図２は、図１のＹ軸に沿ってすくい面１１方向から見た場合の切削チップ１の構成を示す平面透視図である。なお、本実施形態において、「すくい面１１方向から見た場合の切削チップ１の構成」とは、すくい面１１の方向からＸ線を照射することにより得られた切削チップ１のＸ線撮影画像に映し出された切削チップ１の構成と同義とする。しかし、すくい面１１と並行かつ内側部材２０が含まれる面で切削チップ１を切断した切断面における切削チップ１の構成としてもよい。なお、図２においても、説明の便宜上、切刃部１５および内側角部２５を太線で表している。
【００２９】
図２に示すように、切刃部１５の先端において外側部材１０が内側部材２０を覆う厚さをＬ１（ｍｍ）とする。Ｌ１は、切刃部１５の中点ＯＣと、内側角部２５の交差点ＩＣとの間の長さとして表すことができる。なお、交差点ＩＣは、切刃部１５の中点ＯＣから内側部材２０へ向けて引いた垂線ＰＥが内側部材２０と交差する点を意味する。また、以降では、切刃部１５の先端において外側部材１０が内側部材２０を覆う厚さＬ１を「切刃部側の外側部材厚さＬ１」とも呼ぶ。
【００３０】
また、図２に示すように、第１の面１３の側において外側部材１０が内側部材２０を覆う最小厚さをＬ２（ｍｍ）とする。Ｌ２は、外側部材１０上の辺ＯＳ１と、内側部材２０上の辺ＩＳ１とを垂直に結ぶ複数の垂線のうち、最小の長さを有する垂線の長さとして表すことができる。具体的には、例えば、図のように内側部材２０が傾斜した状態で外側部材１０内部に配置されていた場合、辺ＯＳ１と辺ＩＳ１とを結ぶ複数の垂線ＶＬ１、ＶＬ２は、その長さに差異が生じる。この場合、複数の垂線ＶＬ１、ＶＬ２の中でも最小の長さを有する垂線ＶＬ１の長さをＬ２とする。一方で、例えば、内側部材２０が傾斜しない状態で内側部材２０が辺ＯＳ１と辺ＩＳ１とを結ぶ複数の垂線ＶＬ１、ＶＬ２は、全て同じ長さとなる。この場合、複数の垂線ＶＬ１、ＶＬ２の長さをＬ２とする。なお、図２では図示の便宜上、２本の垂線のみを図示した。また、以降では、第１の面１３の側において外側部材１０が内側部材２０を覆う最小厚さＬ２を「第１の面側の外側部材厚さＬ２」とも呼ぶ。
【００３１】
このとき、本実施形態では、切刃部側の外側部材厚さＬ１と、第１の面側の外側部材厚さＬ２との関係は、
Ｌ１＞Ｌ２
の条件を満たす。この条件を「第１の条件」とも呼ぶ。
【００３２】
切削チップ１が第１の条件を満たすことが好ましい理由について説明する。本実施形態のように、内側部材２０とその表面を覆うように設けられた外側部材１０とを有する切削チップ１においては、外側部材１０の残留圧縮応力の大きさは、切削チップ１の耐欠損性や耐熱衝撃性に比例する。すなわち、外側部材１０の残留圧縮応力が大きければ、切削チップ１の耐欠損性や耐熱衝撃性が高くなり、切削チップ１の切削性能が向上する。このため、外側部材の残留圧縮応力を確保し、切削チップ１の切削性能を向上させるためには、少なくとも、切刃部側の外側部材厚さＬ１をある程度の厚さとしたほうが良い。すなわち、切刃部側の外側部材厚さＬ１と、第１の面側の外側部材厚さＬ２とが「Ｌ１＝Ｌ２＝０」となる構成は採用しないことが好ましい。
【００３３】
その反面、本実施形態のような構成の切削チップ１には、切削加工によって、外側部材１０と内側部材２０との境界面にせん断応力が生じる。このせん断応力によって、切削チップ１内部にクラックが発生し、切削チップ１の切削性能が低下する場合がある。この点、上記Ｌ１とＬ２とが第１の条件を満たす場合、すなわち、切刃部側の外側部材厚さＬ１が、第１の面側の外側部材厚さＬ２よりも大きい場合は、局所（例えば、切刃部１５の刃先付近等）へのせん断応力の集中を抑制することができる。このため、せん断応力によるクラックの発生を低減することが可能となり、切削チップ１の切削性能の低下を抑制することができる。さらに、クラックが発生した場合であっても、切削方向と異なる方向に最大のせん断応力がかかっているため、発生したクラックが進展することによる刃先の欠落が起こりづらくなり、加工できなくなるまでの時間を延長させることができる。すなわち、切削チップ１の高寿命化を図ることができる。
【００３４】
さらに、図２において、切刃部側の外側部材厚さＬ１は、
０．２≦Ｌ１≦０．８
の条件を満たすことが好ましい。この条件を「第２の条件」とも呼ぶ。
【００３５】
切削チップ１が第２の条件を満たすことが好ましい理由について説明する。切削チップ１が一般的に切削に使用される条件において、クラックは、切刃部１５の先端（中点ＯＣ）から０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの位置に発生する頻度が高いことが知られている。このため、切刃部側の外側部材厚さＬ１が第２の条件を満たす場合、クラックが発生しやすい場所に対して効果的に残留圧縮応力を付与することが可能となるため、切削チップ１の耐欠損性を更に向上させることができる。
【００３６】
さらに、図２のように、第２の面１４の側において外側部材１０が内側部材２０を覆う最小厚さをＬ３（ｍｍ）とする。Ｌ３は、外側部材１０上の辺ＯＳ２と、内側部材２０上の辺ＩＳ２とを垂直に結ぶ複数の垂線のうち、最小の長さを有する垂線の長さとして表すことができる。また、以降では、第２の面１４の側において外側部材１０が内側部材２０を覆う最小厚さＬ３を「第２の面側の外側部材厚さＬ３」とも呼ぶ。
【００３７】
このとき、本実施形態では、第１の面側の外側部材厚さＬ２と、第２の面側の外側部材厚さＬ３との関係は、
Ｌ２≒Ｌ３
の条件を満たしていてもよい。この条件を「第３の条件」とも呼ぶ。
【００３８】
切削チップ１が第３の条件を満たすこととすれば、切削チップ１の送り方向が変わるような使い方をした場合であっても、切削チップ１を、その性能に変化なく使用することができる。
【００３９】
図３は、図１のＺ軸に沿って第１の面１３方向から見た場合の切削チップ１の構成を示す平面透視図である。なお、本実施形態において、「第１の面１３方向から見た場合の切削チップ１の構成」とは、第１の面１３の方向からＸ線を照射することにより得られた切削チップ１のＸ線撮影画像に映し出された切削チップ１の構成と同義とする。
【００４０】
図３に示すように、すくい面１１側において外側部材１０が内側部材２０を覆う厚さをＵＯ１（ｍｍ）とする。ＵＯ１は、例えば、内側部材２０のうちすくい面１１と対応する面の中心部から、すくい面１１へ向けて引いた垂線の長さとして表すことができる。同様に、底面１２側において外側部材１０が内側部材２０を覆う厚さをＵＯ２（ｍｍ）とする。ＵＯ２は、例えば、内側部材２０のうち底面１２と対応する面の中心部から、底面１２へ向けて引いた垂線の長さとして表すことができる。なお、以降では、すくい面１１側において外側部材１０が内側部材２０を覆う厚さＵＯ１を「すくい面側の外側部材厚さＵＯ１」と、底面１２側において外側部材１０が内側部材２０を覆う厚さＵＯ２を「底面側の外側部材厚さＵＯ２」とも呼ぶ。
【００４１】
このとき、本実施形態では、すくい面側の外側部材厚さＵＯ１と、底面側の外側部材厚さＵＯ２とは、
０．２≦ＵＯ１≦０．５
０．２≦ＵＯ２≦０．５
の条件を満たしていることが好ましい。この条件を「第４の条件」とも呼ぶ。
【００４２】
切削チップ１が第４の条件を満たすことが好ましい理由について説明する。クラックは切刃部１５の先端部から少し離れたすくい面１１の端部から発生する。このため、端部に外側部材１０と内側部材２０との接合面があると、接合面に大きなせん断応力がかかり、発生したクラックがその接合面に沿って進展してしまい、耐欠損性を低下させる原因となりやすい。これを抑制するためには、すくい面側の外側部材厚さＵＯ１と、底面側の外側部材厚さＵＯ２とは、第４の条件を満たすことが好ましい。
【００４３】
Ａ−２．工具用接合体の製造方法：
図４は、切削チップ１の製造方法の手順を示すフローチャートである。図５は、切削チップ１の成型方法について説明するための説明図である。
【００４４】
図４のステップＳ１０では、切削チップ１を成型する。具体的には、まず、外側部材１０用の原料粉末を所定の質量比となるように配合し、必要に応じて水酸化マグネシウム等を焼結助剤として添加し、エタノール中で０．５時間〜４０時間の範囲内で湿式粉砕混合を行う。ここでは、バインダーとしてユニルーブを添加してもよい。その後、スプレードライヤー法により造粒し、外側部材１０用の混合粉末を得る。内側部材２０用の原料粉末についても、同様に、原料粉末を配合し、粉砕混合し、混合粉末を得る。
【００４５】
混合粉末作製後、図５（Ａ）に示すように、内側部材２０用の混合粉末を単圧０．３〜０．８ｔでプレス成型し、所望の大きさおよび形状とした内側部材２０用の成型体を得る。その後、図5（Ｂ）に示すように、ゴム型等に外側部材１０用の混合粉末を敷き、プレス成型により外側部材１０の一部を成型する。その後、図５（Ｃ）に示すように、図５（Ａ）で作製した内側部材２０用の成型体を、所定の場所に配置する。その後、図５（Ｄ）に示すように、ゴム型の空間部に対して外側部材１０用の混合粉末を充填した後、単圧１．０〜２．０ｔでプレス成型して、内側部材２０を内包した外側部材１０の成型体を得る。この成型体を、冷間静水圧プレス処理（ＣＩＰ）により高密度化することで、切削チップ１用の成型体を得る。なお、ＣＩＰ後に得られた切削チップ１用の成型体の大きさは、縦（図１のＺ軸方向の長さ）約１６．０ｍｍ、横（図１のＸ軸方向の長さ）約１６．０ｍｍ、厚さ（図１のＹ軸方向の長さ）約７．０ｍｍとする。
【００４６】
図４のステップＳ２０では、ステップＳ１０で得られた切削チップ１用の成型体を焼成する。具体的には、切削チップ１用の成型体を脱脂した後、大気圧下、温度１４００℃〜１５００℃で２時間保持することにより一時焼成する。その後、カプセルフリーＨＩＰ（hot isostatic press）を用いて、アルゴン雰囲気下で、圧力１３０〜１５８ＭＰａ、温度１４５０℃で２．５時間保持することにより二次焼成する。
【００４７】
ステップＳ３０では、ステップＳ２０により得た焼結体を、所定形状に研磨する。所定形状とは任意に定めることができる。本実施形態では、ＩＳＯ ＳＮＧＮ４３２に規定された形状及び寸法、具体的には、縦（図１のＺ軸方向の長さ）１２．７ｍｍ、横（図１のＸ軸方向の長さ）１２．７ｍｍ、厚さ（図１のＹ軸方向の長さ）４．７６ｍｍに加工する。その後、第１の面１３および第２の面１４に対して、チャンファ面取り加工を施す。
【００４８】
Ｂ．第２実施形態：
本発明の第２実施形態では、内側部材の一部のみが外側部材に覆われている構成について説明する。以下では、第１実施形態と異なる構成を有する部分についてのみ説明する。なお、図中において第１実施形態と同様の構成部分については先に説明した第１実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
Ｂ−１．工具用接合体の構成：
図６は、第２実施形態における切削チップ１ａの透視図である。図６（Ａ）は、図１のＹ軸に沿ってすくい面１１ａ方向から見た場合の切削チップ１ａの構成を示す平面透視図である。図６（Ｂ）は、図１のＺ軸に沿って第１の面１３ａ方向から見た場合の切削チップ１ａの構成を示す平面透視図である。図２に示した第１実施形態との違いは、第１の面１３ａの側において外側部材１０ａが内側部材２０ａを覆う最小厚さＬ２と、第２の面１４ａの側において外側部材１０ａが内側部材２０ａを覆う最小厚さＬ３とが、共に「０」であることのみであり、他の構成は第１実施形態と同様である。第２実施形態の切削チップ１ａは、上述の通り「Ｌ２＝Ｌ３＝０」であり、換言すれば、第１の面１３ａ側および第２の面１４ａ側において、内側部材２０ａが外部に露出している構成となっている。
【００５０】
このうち、
Ｌ２＝０
の条件を「第５の条件」とも呼ぶ。
【００５１】
切削チップ１ａが第５の条件を満たすこととすれば、切刃部の切削加工によるクラック発生部位において、効果的に残留圧縮応力を付与することができ、切削チップ１ａの耐欠損性をさらに向上させることができる。
【００５２】
なお、第２実施形態に示す切削チップ１ａにおいても、切刃部１５ａの先端において外側部材１０ａが内側部材２０ａを覆う厚さＬ１は、第１の条件（Ｌ１＞Ｌ２）を満たしている。さらに、第２実施形態に示す切削チップ１ａにおいても、切刃部側の外側部材厚さＬ１は、第１の条件に加えて、第２の条件（０．２≦Ｌ１≦０．８）を満たすことが好ましい。同様に、第２実施形態に示す切削チップ１ａにおいても、すくい面１１ａ側において外側部材１０ａが内側部材２０ａを覆う厚さＵＯ１と、底面１２ａ側において外側部材１０ａが内側部材２０ａを覆う厚さＵＯ２とは、第4の条件（０．２≦ＵＯ１≦０．５、０．２≦ＵＯ２≦０．５）を満たすことが好ましい。各条件を満たすことが好ましい理由は、第１実施形態で説明した通りである。
【００５３】
Ｂ−２．工具用接合体の製造方法：
第２実施形態における切削チップ１ａの製造方法は、図４、図５で説明した第１実施形態とほぼ同様である。第２実施形態の切削チップ１ａは、図５（Ａ）で成型する内側部材２０ａ用の成型体の形状を変更し、図５（Ｃ）で内側部材２０ａ用の成型体を配置する位置を調整することで作製可能である。
【００５４】
Ｃ．性能評価：
図７は、第１実施形態の切削チップ１および第２実施形態の切削チップ１ａを対象として実施した性能評価試験の結果を示す説明図である。図８は、図７で示した評価試験結果のうち、切刃部側の外側部材厚さＬ２を０．２ｍｍとしたサンプルについての評価試験結果を示すグラフである。図９は、図７で示した評価試験の結果のうち、切刃部側の外側部材厚さＬ２を０．０ｍｍとしたサンプルについての評価試験結果を示すグラフである。
【００５５】
性能評価試験では、まず、内側部材を内包しない単層構造の切削チップのサンプル＃０１と、外側部材が内側部材を内包する構造、かつ、切刃部側の外側部材厚さＬ１と第１の面側の外側部材厚さＬ２とをそれぞれ変化させた切削チップのサンプル＃１１〜＃５２とを作製した。
【００５６】
サンプル＃１１〜＃２１は、第１の面側の外側部材厚さＬ２を「０．０ｍｍ」に固定し、切刃部側の外側部材厚さＬ１を変化させた。特に、サンプル＃１２〜＃２１は、第２実施形態として示した切削チップ１ａであって、厚さＬ１と厚さＬ２とが上述の第１の条件を満たす。また、サンプル＃１３〜＃１８は、厚さＬ１と厚さＬ２とが上述の第１の条件および第２の条件を満たす。
【００５７】
サンプル＃３１、＃３２は、第１の面側の外側部材厚さＬ２を「０．１ｍｍ」に固定し、切刃部側の外側部材厚さＬ１を変化させた。サンプル＃３１、＃３２は、第１実施形態として示した切削チップ１であって、厚さＬ１と厚さＬ２とが上述の第１の条件および第２の条件を満たす。
【００５８】
サンプル＃４１〜＃４５は、第１の面側の外側部材厚さＬ２を「０．２ｍｍ」に固定し、切刃部側の外側部材厚さＬ１を変化させた。サンプル＃４２〜＃４５は、第１実施形態として示した切削チップ１であって、厚さＬ１と厚さＬ２とが上述の第１の条件を満たす。サンプル＃４２〜＃４４は、厚さＬ１と厚さＬ２とが上述の第１の条件および第２の条件を満たす。
【００５９】
サンプル＃５１、＃５２は、第１の面側の外側部材厚さＬ２を「０．３ｍｍ」に固定し、切刃部側の外側部材厚さＬ１を変化させた。サンプル＃５２は、第１実施形態として示した切削チップ１であって、厚さＬ１と厚さＬ２とが上述の第１の条件および第２の条件を満たす。
【００６０】
また、上述の各サンプルは、外側部材を構成する第１の材料組成として、アルミナを９９．９９質量％使用した。外側部材の熱膨張係数は、８．３ｐｐｍ／Ｋであった。内側部材を構成する第２の材料組成として、アルミナを７０．０質量％、ジルコニア（ＺｒＯ2）を３０．０質量％使用した。内側部材の熱膨張係数は９．１ｐｐｍ／Ｋであった。さらに、上述の各サンプルは、すくい面側の外側部材厚さＵＯ１と、底面側の外側部材厚さＵＯ２とは、それぞれ０．５ｍｍとした。
【００６１】
以上のようにして形成したサンプルのそれぞれを切削バイトに取り付け、切削試験を実施した。切削試験では、以下の切削条件の下で、送り量ｆを５山断続加工するごとに０．０５ｍｍ／ｒｅｖずつ増加させながら、切削チップに欠損が生じる送り量ｆ（ｍｍ／ｒｅｖ）を求めた。求めた送り量ｆが大きければ大きいほど、耐欠損性に優れることを示している。
【００６２】
＜切削条件＞
・被削材：  ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ６００）
・切削速度Ｖｃ：  ２００ｍ／ｍｉｎ
・切り込み深さａｐ：  １．５ｍｍ
・切削油：  なし
【００６３】
図７〜図９に示す性能評価試験の結果を考察する。内側部材を内包しない単層構造のサンプル＃０１は、送り量ｆが０．５０ｍｍ／ｒｅｖであった。これに対して、外側部材が内側部材を内包する構造のサンプル＃１１〜＃５２は、送り量ｆが最小でも０．６０ｍｍ／ｒｅｖであった。このことから、内側部材を内包しない単層構造のサンプルに比べて、外側部材が内側部材を内包する構造のサンプルは送り量ｆが大きいことがわかる。これは、内側部材を内包しない単層構造を採用した切削チップよりも、外側部材が内側部材を内包する構造を採用した切削チップの方が耐欠損性に優れていることを示している。
【００６４】
また、Ｌ２＝Ｌ１＝０．０ｍｍとしたサンプル＃１１の送り量ｆは０．６０ｍｍ／ｒｅｖであり、Ｌ２＝Ｌ１＝０．２ｍｍとしたサンプル＃４１の送り量ｆは０．６５ｍｍ／ｒｅｖであり、Ｌ２＝Ｌ１＝０．３ｍｍとしたサンプル＃５１の送り量ｆは０．６５ｍｍ／ｒｅｖであった。これに対して、例えば、Ｌ２＝０．０ｍｍ、Ｌ１＝０．１ｍｍとしたサンプル＃１２の送り量ｆは０．６５ｍｍ／ｒｅｖであり、Ｌ２＝０．２ｍｍ、Ｌ１＝０．３ｍｍとしたサンプル＃４２の送り量ｆは０．７０ｍｍ／ｒｅｖであり、Ｌ２＝０．３ｍｍ、Ｌ１＝０．５ｍｍとしたサンプル＃５２の送り量ｆは０．７５ｍｍ／ｒｅｖにおいても欠損が生じなかった（図中では「未欠損」と表記）。このことから、Ｌ１＝Ｌ２であるサンプルに比べて、Ｌ１＞Ｌ２であるサンプルは送り量ｆが相対的に大きいことがわかる。これは、第１の条件（Ｌ１＞Ｌ２）を満たす切削チップが、耐欠損性に優れていることを示している。
【００６５】
さらに、Ｌ２＝０．０ｍｍとしたサンプル＃１１〜＃２１の中でも、厚さＬ１が０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下のサンプル＃１３〜＃１８の送り量ｆはいずれも０．７ｍｍ／ｒｅｖ以上であった。同様に、Ｌ２＝０．２ｍｍとしたサンプル＃４１〜＃４５の中でも、厚さＬ１が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下のサンプル＃４２〜＃４４の送り量ｆはいずれも０．７ｍｍ／ｒｅｖ以上であった。このことから、第１の条件（Ｌ１＞Ｌ２）を満たしつつ、かつ、厚さＬ１が０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であるサンプルは送り量ｆが大きいことがわかる。これは、第１の条件に加えて、さらに、第２の条件（０．２≦Ｌ１≦０．８）を満たす切削チップが、より耐欠損性に優れていることを示している。
【００６６】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６７】
Ｄ１．変形例１：
上記実施形態では、工具用接合体の構成について例示した。しかし、工具用接合体の構成は、工具用接合体の用途や、必要とされる性能等に応じて適宜設定することが可能である。
【００６８】
図１０は、変形例における工具用接合体の概略構成を示す透視図である。図１に示した第１実施形態との違いは、切削チップ１ｂ（工具用接合体）の外側部材１０ｂの内側に、４つの内側部材２１０〜２４０を含む点である。変形例の内側部材２１０〜２４０は、外側部材１０ｂの内側の各角にそれぞれ内包されると共に、各角部にＲを有する四角柱形状に形成されている。外側部材１０ｂは、すくい面１１ｂの４方の角部に、それぞれ切刃部１５ｂが形成されている。また、内側部材２１０〜２４０のうち、それぞれの切刃部１５ｂと対応する位置にある角部を内側角部２５ｂと呼ぶ。図１０においても、説明の便宜上、切刃部１５ｂおよび内側角部２５ｂを太線で表している。
【００６９】
変形例の切削チップ１ｂにおいても、切刃部１５ｂの先端において外側部材１０ｂが内側部材２１０を覆う厚さＬ１と、第１の面１３ｂの側において外側部材１０ｂが内側部材２１０を覆う最小厚さＬ２とは、上記第１の条件を満たす。また、変形例の切削チップ１ｂにおいても、第１実施形態と同様に、第２の条件、第３の条件、第４の条件を満たすことが好ましい。上記第１〜第４の条件については、内側部材２２０、２３０、２４０についても同様である。なお、第１実施形態のＬ２およびＬ３の定義において、変形例の切削チップ１ｂでは、以下のように読み替えを行う。
【００７０】
内側部材２１０が内包されている側の切刃部１５ｂを切削に使用する場合は、上記第１実施形態と同様に、正面１３ｂが上記第１実施形態における「第１の面１３」に相当し、左側面１４ｂが上記第１実施形態における「第２の面１４」に相当する。しかし、内側部材２２０が内包されている側の切刃部１５ｂを切削に使用する場合は、左側面１４ｂが上記第１実施形態における「第１の面１３」に相当し、背面１７ｂが上記第１実施形態における「第２の面１４」に相当する。内側部材２３０が内包されている側の切刃部１５ｂを切削に使用する場合は、背面１７ｂが上記第１実施形態における「第１の面１３」に相当し、右側面１８ｂが上記第１実施形態における「第２の面１４」に相当する。内側部材２４０が内包されている側の切刃部１５ｂを切削に使用する場合は、右側面１８ｂが上記第１実施形態における「第１の面１３」に相当し、正面１３ｂが上記第１実施形態における「第２の面１４」に相当する。
【００７１】
このような構成とすれば、１つの切削チップ１ｂの四つの方向を切削に使用することができるため、１つの切削チップ１ｂを用いて加工が可能な時間を長くすることができ、切削チップ１ｂの可用性を向上させることができる。
【００７２】
図１０の例では、切削チップ１ｂの平面１１ｂを「すくい面」、底面１２ｂを「接触面」と固定して説明したが、これらはさらに上下反転させて使用可能な構成としてもよい。すなわち、図１０に示した角部１６ｂを切刃部として使用可能な構成とすることもできる。
【００７３】
上記変形例１は、第１実施形態の変形として記載したが、第２実施形態の変形として構成してもよい。
【００７４】
Ｄ２．変形例２：
上記実施形態では、工具用接合体は四角柱形状であるものとして説明した。しかし、工具用接合体の形状は四角柱形状には限られず、例えば、多角柱形状としてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１、１ａ、１ｂ…工具用接合体（切削チップ）
１０、１０ａ、１０ｂ…外側部材
１１、１１ａ、１１ｂ…すくい面（平面）
１２、１２ａ、１２ｂ…底面
１３、１３ａ、１３ｂ…第１の面（正面）
１４、１４ａ、１４ｂ…第２の面（左側面）
１５、１５ａ、１５ｂ…切刃部
１６ｂ…角部
１７ｂ…背面
１８ｂ…右側面
２０、２０ａ、２１０、２２０、２３０、２４０…内側部材
２５、２５ｂ…内側角部
ＯＣ…中点
ＰＥ…垂線
Ｖｃ…切削速度
ＶＬ１…垂線
ＯＳ１…辺
ＩＳ１…辺
ＯＳ２…辺
ＩＳ２…辺
【図１】
2013184234.tif 000003
【図２】
2013184234.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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