(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬材料からなる材料Ａと、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂを傾斜配合したことを特徴とする傾斜機能性超硬チップの製造方法であって、
前記材料Ａと前記材料Ｂの粉末を用意し、前記材料Ａの粉末と前記材料Ｂの粉末の混合比率を徐々に変えた均一混合粉末を製造する第１工程と、
カプセル内に高さ方向に混合比率を徐々に変えた前記各均一混合粉末を加圧積層した圧粉体を製造する第２工程と、
前記カプセル内を加熱しながら真空に減圧して、該カプセルを封じて前記圧粉体の焼結物を製造する第３工程と、
前記第３工程で作製された前記焼結物をＨＩＰ法によって緻密な組成物とする第４工程と、
前記組成物の周囲に張り付いた前記カプセルを除去すると共に、所要の形状及び寸法に加工して傾斜機能性超硬チップを製造する第５工程とを有し、
前記第２工程で製造される圧粉体の両側に配置される前記材料Ａ及び前記材料Ｂの１００％粉末の代わりに前記材料Ａ及び前記材料Ｂのバルク材がそれぞれ配置されていることを特徴とする傾斜機能性超硬チップの製造方法。
【請求項２】
前記材料ＡがＷＣで、前記材料Ｂが銅又は銅合金である請求項１記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法によって製造された傾斜機能性超硬チップと、該傾斜機能性超硬チップを取付けるセット面の少なくとも一部に面して、前記材料Ｂを配置したチップホルダーとを有してい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、熱伝導性、及び熱衝撃性に優れた傾斜機能性超硬チップの製造方法及び該方法によって製造された傾斜機能性超硬チップを用いた切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼等の工具鋼からなる切削工具が広く利用されていた。しかし、高硬度、高靭性、耐熱性等の諸特性を満たす上で、近年、ＷＣ等の超硬材料を主原料とする切削工具が広汎に利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の切削工具では、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。即ち、超硬材料の熱伝導率が小さいので、連続切削を行うと、この連続切削時に発生する熱が切削工具に蓄熱して温度が高くなり、硬さが低下する。また、断続切削を行うと、切削時の加熱、及び非切削時の放熱による熱サイクルが生じ、切削工具が割れたり欠けたりするというトラブルが生じると共に、熱サイクル疲労により工具寿命が短くなる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、熱伝導率が大きく、この結果、高速長時間の連続切削においても温度上昇を少なくして、耐摩耗性を向上することができると共に、断続切削においても熱サイクル疲労を緩和して、工具寿命の長寿命化が図れる傾斜機能性超硬チップの製造方法及び該方法によって製造された傾斜機能性超硬チップを用いた切削工具を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法は、超硬材料からなる材料Ａと、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂを傾斜配合したことを特徴とする傾斜機能性超硬チップの製造方法であって、
前記材料Ａと前記材料Ｂの粉末を用意し、前記材料Ａの粉末と前記材料Ｂの粉末の混合比率を徐々に変えた均一混合粉末を製造する第１工程と、
カプセル内に高さ方向に混合比率を徐々に変えた前記各均一混合粉末を加圧積層した圧粉体を製造する第２工程と、
前記カプセル内を加熱しながら真空に減圧して、該カプセルを封じて前記圧粉体の焼結物を製造する第３工程と、
前記第３工程で作製された前記焼結物をＨＩＰ法によって緻密な組成物とする第４工程と、
前記組成物の周囲に張り付いた前記カプセルを除去すると共に、所要の形状及び寸法に加工して傾斜機能性超硬チップを製造する第５工程とを有し、
前記第２工程で製造される圧粉体の両側に配置される前記材料Ａ及び前記材料Ｂの１００％粉末の代わりに前記材料Ａ及び前記材料Ｂのバルク材がそれぞれ配置されている。
請求項２記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法は、請求項１記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法において、前記材料ＡがＷＣで、前記材料Ｂが銅又は銅合金である。
【０００５】
請求項３記載の切削工具は、請求項１及び２のいずれか１項に記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法によって製造された傾斜機能性超硬チップと、該傾斜機能性超硬チップを取付けるセット面の少なくとも一部に面して、前記材料Ｂを配置したチップホルダーとを有している。
【０００６】
本発明者等は、超硬チップについて鋭意検討を重ねた結果、該超硬チップを、超硬材料からなる材料Ａと、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂとを傾斜配合した傾斜機能性超硬チップとすると、その熱伝導率を大きくすることができ、連続切削時の温度上昇を少なくして耐摩耗性を向上できると共に、断続切削時の熱サイクル疲労を緩和して工具寿命を延長できることを知見し得た。
ここで、異なる材料Ａ、Ｂを傾斜配合したｎ層の混合体を有する傾斜機能性超硬チップについて、一次元の非定常温度場で測定した熱伝導率を用いて、熱伝導解析を行った結果について説明する。
まず、この傾斜機能性超硬チップが、図６に示すように、異なる材料Ａ、Ｂを一列に傾斜配合したｎ個の混合体を有する多層壁であるため、一次元の熱伝導問題として取扱うことができ、下記３項目の仮定のもと、熱伝導に関するフーリエの法則から、下記（１）式が成立する。
【０００７】
▲１▼それぞれの混合体は均一で、混合体内部の温度分布は方向角に依存せず、平板の板厚方向のみの関数で示される。
▲２▼それぞれの混合体の温度は、測定時間内で定常状態と考える（即ち、界面（壁面）の温度は一定である）。
▲３▼それぞれの混合体の熱伝導率の温度依存性は、測定温度域で無視できる。
従って、
Ｑ＝−λ・∂Ｔ／∂ｘ  ・・・・・・・・・・・・・・・（１）
となる。但し、Ｑは単位面積、単位時間当たりの熱流量、λは物質の熱伝導率、∂Ｔ／∂ｘは熱流量方向の温度勾配である。
【０００８】
この際、厚さΔｘの平均値を考えて積分すると、下記（２）式が成立する。
Ｑ＝−λ・（ＴB −ＴA ）／Δｘ  ・・・・・・・・・・（２）
但し、ＴA 、ＴB は、それぞれ壁面（接合界面）の温度である。また、Ａは上流側（図６中、左端）、Ｂは下流側（図６中、右端）を示す。
また、熱流量Ｑはどの界面でも同じであるため、下記（３）式が成立する。
0003799112.tif 000002
但し、Ｔi は接合界面の温度、λi は混合体ｉの熱伝導率、Δｘi は混合体ｉの厚さである。
【０００９】
ここで、上述した式を連立させて、Ｔ1 〜Ｔn-1 を消去すると、下記（４）式が成立する。
0003799112.tif 000003
また、該傾斜機能性超硬チップの平均熱伝導率をλとすると、下記（５）式が成立する。
0003799112.tif 000004
従って、λは前記（４）、（５）式より、下記（６）式となる。
【００１０】
【数１】
0003799112.tif 000005
【００１１】
ここで、傾斜機能性超硬チップが、ＷＣ及び銅を傾斜配合させた６個の混合体（但し、各混合体の厚さΔｘ＝１ｍｍ（１０-3ｍ））からなり、各混合体の熱伝導率が、線型複合則を略満足すると仮定すると、表１に示す既知の熱伝導率より、この傾斜機能性超硬チップの平均熱伝導率λは、前記（６）式より、λ＝１５８．８７〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕となる。
従って、ＷＣの熱伝導率λ1 ＝８０．０〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕に比較して、複合材料である傾斜機能性超硬チップの平均熱伝導率λを大きくすることができ、この結果、たとえ、高速長時間の連続切削においても温度上昇が少なく、耐摩耗性を向上できることを確認し得た。また、傾斜機能性超硬チップに所望の平均熱伝導率を付与したい場合、前記（６）式において、各混合体の厚さΔｘi を適当に設定することにより、所望する平均熱伝導率λが得られることも確認できた。
【００１２】
【表１】
0003799112.tif 000006
【００１３】
一方、上述した傾斜機能性超硬チップの場合、各混合体の層数を増すに従って、断続切削時に、各混合体の界面に残留する熱応力を緩和することができ、熱膨張差による破壊等を防止して、工具寿命を延長できることも知見し得た。
ここで、ｎ層の混合体を有する傾斜機能性超硬チップについて、熱応力解析を行った結果について説明する。
一般に、線膨張係数（熱膨張係数）は、下記（７）式又は（８）式により定義される。
α＝Ｌ-1・ｄＬ／ｄｔ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
α＝Ｌ1 -1・（Ｌ2 −Ｌ1 ）／（ｔ2 −ｔ1 ）  ・・・・・・・（８）
但し、αは線膨張係数（熱膨張係数）、Ｌは対象物の長さ、Ｌ1 は温度ｔ1 時の対象物の長さ、Ｌ2 は温度ｔ2 時の対象物の長さである。
【００１４】
ここで、前記（８）式を、Ｌ2 について解くと下記（９）式となる。
Ｌ2 ＝Ｌ1 ・〔１＋α（ｔ2 −ｔ1 ）〕  ・・・・・・・・・・（９）
従って、ある物質の縦弾性係数（ヤング率）をＥとすると、温度上昇（ｔ1 ＜ｔ2 ）による伸びを完全に拘束した場合、圧縮応力σc が生じることになる。
この結果、該圧縮応力σc は下記（１０）式で表される。
0003799112.tif 000007
逆に、温度降下（ｔ1 ＞ｔ2 ）による縮みを完全に拘束すると、引張応力σt が生じ、該引張応力σt は下記（１１）式で表される。
0003799112.tif 000008
【００１５】
なお、前記（１０）式、（１１）式中、α（ｔ2 −ｔ1 ）は１に対して著しく小さいので、下記（１２）式のように整理される（但し、引張応力σt は正の値、圧縮応力σc は負の値となる）。
σ＝α・Ｅ・（ｔ2 −ｔ1 ）  ・・・・・・・・・・・・・・・（１２）
ここで、▲１▼単一材料の熱応力解析、▲２▼二つの材料を単一界面で接合した場合の接合界面の熱応力解析、▲３▼複数（層数：ｎ）の材料を一列に並べて接合した場合（図６参照）の任意の接合界面の熱応力解析を行い、傾斜機能性超硬チップの熱応力緩和の有効性を確認する。
【００１６】
まず、▲１▼単一材料の熱応力解析を行う。
ここで、ＷＣ単一材料を任意の温度範囲Δｔ（＝ｔ2 −ｔ1 ）内で加熱・冷却した場合を考えると、下記（１３）式に示すように、ＷＣ単一材料内に３．５２５×Δｔ〔ＭＰａ〕の残留熱応力が発生する。
0003799112.tif 000009
また、同様に、銅単一材料を任意の温度範囲Δｔ内で加熱・冷却した場合を考えると、下記（１４）式に示すように、銅単一材料内に２．１４７×Δｔ〔ＭＰａ〕の残留熱応力が発生する。
0003799112.tif 000010
なお、ＷＣ、及び銅の縦弾性係数（ヤング率）Ｅ1 、Ｅ2 、及び線膨張係数（熱膨張係数）α1 、α2 は、表２に示す通りである。
【００１７】
【表２】
0003799112.tif 000011
【００１８】
次に、▲２▼二つの材料（ＷＣ、銅）を単一界面で接合した場合の接合界面の熱応力解析を行う。
ここで、ＷＣと銅を単一界面で接合した複合材料を想定し、これを任意の温度範囲Δｔ内で加熱・冷却した場合を考えると、この単一界面に作用している残留熱応力ΔσA は、下記（１５）式に示すように、１．３７８×Δｔ〔ＭＰａ〕となる。
0003799112.tif 000012
【００１９】
更に、▲３▼複数の材料を一列に並べて接合した場合の任意の接合界面の熱応力解析を行う。
ここで、超硬材料（ＷＣ）と高靱性を有する材料（銅）とを組み合わせて傾斜組成化した複合材料（層数ｎ）を想定し、この複合材料の縦弾性係数（ヤング率）Ｅ1 、Ｅ2 、及び線膨張係数（熱膨張係数）α1 、α2 が、線型複合則に従うと仮定すると、端からｋ番目、及び（ｋ＋１）番目の混合体の残留熱応力σk 、σk+1 は、それぞれ、下記（１６）式、（１７）式となる。
0003799112.tif 000013
【００２０】
従って、ｋ番目、及び（ｋ＋１）番目の混合体の界面に作用している残留熱応力Δσk は、下記（１８）式となる。
0003799112.tif 000014
但し、Ｅ1 はＷＣの縦弾性係数、Ｅ2 は銅の縦弾性係数、α1 はＷＣの線膨張係数、α2 は銅の線膨張係数である。
【００２１】
この結果、たとえ、縦弾性係数（ヤング率）Ｅ1 、Ｅ2 、及び線膨張係数（熱膨張係数）α1 、α2 の温度依存性を考慮したとしても、
0003799112.tif 000015
となるので、前記（１３）〜（１５）、（１８）式より、下記（２１）式が成立する。
Δσk   ＜  ΔσA   ＜  σCu  ＜  σWC  ・・・・・・・（２１）
【００２２】
従って、単一材料に作用する残留熱応力（σWC、σCu）、二つの材料（ＷＣ、銅）を単一界面で接合した接合界面に作用する残留熱応力（ΔσA ）に比較して、超硬材料（ＷＣ）と高靱性を有する材料（銅）とを組み合わせて傾斜組成化した複合材料の各混合体の接合界面に作用する残留熱応力（Δσk ）が最も小さな値であることを知見し得、この結果、各混合体の接合界面に残留する熱応力を緩和して、熱膨張差による破壊等を防止し、工具寿命を延長できることを確認し得た。また、各混合体の組成比、層数及び厚みを変化させることによって、応力勾配（又は応力分布）も変化させることができるので、残留熱応力を所望の値に制御できることも確認し得た。
【００２３】
従って、請求項１、２記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法によって製造された傾斜機能性超硬チップにおいては、通常、超硬材料の熱伝導率が小さい（例えば、ＷＣの場合、約８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度）ため、連続切削時に発生する熱が切削工具に蓄熱し、切削工具の温度が高くなって硬さが低下していたが、超硬材料からなる材料Ａと、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂを傾斜配合しているので、前記熱を速やかにチップホルダー側へ逃がすことができ、チップ自体の温度上昇を抑制できると共に、摩耗減量も減少できる。
また、発生する熱を速やかに逃がすことができるので、断続切削時の熱サイクル疲労を抑制でき、靱性が改善されるので、該チップが割れたり欠けたりするのを防止して、長寿命化を図ることができる。
特に、請求項２記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法においては、前記材料ＡがＷＣで、前記材料Ｂが銅又は銅合金であるので、該チップに要求される諸特性（高硬度、高靭性、耐熱性等）を更に向上することができる。
【００２４】
また、請求項３記載の切削工具においては、前記と同様、傾斜機能性超硬チップが、超硬材料からなる材料Ａと、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂを傾斜配合しているので、温度上昇を抑制して、耐摩耗性を向上できると共に、熱サイクル疲労を抑制して、長寿命化を図ることができる。
また、チップホルダーのセット面の少なくとも一部に面して前記材料Ｂを配置しているので、この材料Ｂ分だけ、傾斜機能性超硬チップをコンパクト化できると共に、この材料Ｂの配分量にも依るが、混合体の層数（Σｘn ）が大きくなるので、更にこのチップホルダーに取付けられた傾斜機能性超硬チップの温度差Δｔ（＝Ｔn −Ｔ0 、前記（５）式参照）を大きくすることができ、平均熱伝導率λを大きくして、更に耐摩耗性の向上、及び長寿命化を図ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
（第１の実施の形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る傾斜機能性超硬チップＣについて説明する。
図示するように、本実施の形態に係る傾斜機能性超硬チップＣは、超硬材料からなる材料Ａ（本実施の形態ではＷＣ）と、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂ（本実施の形態では銅）が傾斜配合されている。
詳述すると、該チップＣの最上部から最下部に亘って、１００％ＷＣ、８０％ＷＣ−２０％Ｃｕ、６０％ＷＣ−４０％Ｃｕ、４０％ＷＣ−６０％Ｃｕ、２０％ＷＣ−８０％Ｃｕ、１００％Ｃｕの混合体１０〜１５が配設されている。
なお、１００％ＷＣ、１００％Ｃｕの混合体１０、１５は、説明の便宜上、「混合体」の名を付した。また、前記「％」は重量％又は体積％若しくは原子％いずれであってもよいが、本実施の形態では、重量％とした。また、各混合体１０〜１５の厚みは約１．０ｍｍとした。
【００２６】
次に、図２を参照して、上述した構成を有する傾斜機能性超硬チップＣの製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、ＷＣの粉末Ａと銅の粉末Ｂとを用意し、重量において２０ｗｔ％ずつ組成を変えた混合粉末を造る。そして、図２（ｂ）に示すように、各混合粉末をミキサーの一例であるＶ型混合機１６に入れて均一に混合し、混合比率を徐々に変えた均一混合粉末を製造する（以上、第１工程）。
なお、チップＣの最上、下部に配置される物質は、それぞれＷＣ１００ｗｔ％、銅１００％の粉末であるため、この工程を省略できる。また、１００％ＷＣ、１００％Ｃｕの混合体１０、１５には、バルク材を使用することもできる。
次に、図２（ｃ）に示すように、前工程で作製されたＷＣ１００％の均一混合粉末を、鉄又は鋼若しくはカーボンスチール製のカプセル１７に所望量入れ、図示しない加圧装置によって、約５０〜１００ＭＰａ程度の加圧力で加圧成形する。
そして、この加圧成形されたＷＣ１００％の成形体の上に、８０％ＷＣ−２０％Ｃｕの均一混合粉末を所望量入れた後、前記と同様、約５０〜１００ＭＰａ程度の加圧力で加圧成形する。
以下、同様に、６０％ＷＣ−４０％Ｃｕ、４０％ＷＣ−６０％Ｃｕ、２０％ＷＣ−８０％Ｃｕ、１００％Ｃｕの均一混合粉末の順に、繰り返す。
【００２７】
これによって、高さ方向に、各均一混合粉末が加圧積層された圧粉体が製造される（以上、第２工程）。なお、上述した加圧装置としては、１軸又は２軸加圧装置、若しくはＣＩＰ装置等が使用できる。
次に、図２（ｄ）に示すように、カプセル１７の上蓋１７ａをＴＩＧ溶接した後、加熱炉に入れて銅の融点以下の高温度（約６００℃以上）に加熱しながら、脱気管１７ｂより脱気する。
そして、この状態で、約１時間保持し、カプセル１７内を真空に減圧した後、脱気管１７ｂをかしめて封入し、かしめ部の上端を切断して、切断部をＴＩＧ溶接する（以上、第３工程）。
更に、図２（ｅ）に示すように、前工程で作製された圧粉体の焼結物１８を高温高圧の相乗効果を利用するＨＩＰ法（熱間等方加圧法）によって緻密な組成物を製造する（以上、第４工程）。
なお、この場合の加熱は材料の酸化を防止するため、不活性ガス雰囲気によって行うものとする。最後に、前工程で作製された焼結物１８の周囲に張り付いたカプセル１７を機械加工によって取り除くと共に、所要の形状・寸法に加工して、本実施の形態に係る傾斜機能性超硬チップＣを完成する（以上、第５工程）。
【００２８】
以上のように本実施の形態に係る傾斜機能性超硬チップＣによれば、超硬材料からなる材料Ａ（ＷＣ）と、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂ（銅）を傾斜配合しているので、連続切削を行う際に発生する熱を速やかにチップホルダー側へ逃がすことができ、温度上昇を防止して摩耗減量を減少できる。また、断続切削時においても熱サイクル疲労を抑制でき、該チップＣが割れたり欠けたりするのを防止して、長寿命化を図ることができる。もちろん、該傾斜機能性超硬チップＣが３層以上の層状物であるため、単一材料又は二つの材料を接合した場合に比べ、平均熱伝導率λを高めて前記の効果を更に向上できることはいうまでもない。
また、傾斜機能性超硬チップＣを製造する場合、例えば、各均一混合粉末毎に加圧成形して圧粉体を成形した後、これらを層状に積層しようとすると、各圧粉体毎に、最終製品である傾斜機能材料の寸法を考慮して、寸法・形状を出したり、また、超硬材料であるＷＣの接合性が悪いので、前記機械加工を行った後、表面研摩を行う必要があるなど、作業工程が煩雑・複雑になる恐れがあるが、カプセル１７に所望割合の均一混合粉末を所望量入れて加圧成形した後、更に別の均一混合粉末を所望量入れて加圧成形する作業を繰り返して圧粉体を作製したので、前記の問題を解消することができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
次に、図３、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る切削工具Ｄについて説明する。
図示するように、本実施の形態に係る切削工具Ｄは、超硬材料からなる材料Ａ（本実施の形態ではＷＣ）と、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂ（本実施の形態では銅）が傾斜配合された傾斜機能性超硬チップＥと、該傾斜機能性超硬チップＥを保持するチップホルダーＦとを有している。
詳述すると、前記チップＥは、その最上部から最下部に亘って、１００％ＷＣ、８０％ＷＣ−２０％Ｃｕ、６０％ＷＣ−４０％Ｃｕ、４０％ＷＣ−６０％Ｃｕ、２０％ＷＣ−８０％Ｃｕの混合体２０〜２４が配設されている。
また、前記ホルダーＦの長手方向中央部には、前記チップＥを取付けるセット面２５ａの一部を構成し、前記傾斜機能性超硬チップＣの１００％Ｃｕの混合体１５の代わりをなす銅板２５が、鋼材の一例であるＳＫ材からなるチップ取付け具２７、２８間に図示しないねじ又は拡散接合等で一体に固定されている。また、該銅板２５のセット面２５ａの下部には、冷却水を通す冷却水通路２５ｂが形成されており、更に冷却能を向上できる構造となっている。
なお、前記チップＥの１００％ＷＣの混合体２０は、説明の便宜上、「混合体」の名を付した。また、前記「％」は重量％又は体積％若しくは原子％いずれであってもよいが、本実施の形態では、重量％とした。また、各混合体２０〜２４の厚みは約１．０ｍｍとした。
【００３０】
次に、図２、図５を参照して、上述した構成を有する切削工具Ｄの傾斜機能性超硬チップＥの製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、ＷＣの粉末Ａと銅の粉末Ｂとを用意し、重量において２０ｗｔ％ずつ組成を変えた混合粉末を造る。そして、図２（ｂ）に示すように、各混合粉末をミキサーの一例であるＶ型混合機１６に入れて均一に混合し、混合比率を徐々に変えた均一混合粉末を製造する（以上、第１工程）。
次に、図５（ａ）に示すように、前工程で作製されたＷＣ１００％の均一混合粉末を、グラファイトダイ２６ａ及びグラファイトモールド２６ｂを有する２軸加圧装置２６に所望量入れる。
そして、約５０〜１００ＭＰａ程度の加圧力で加圧成形しつつ、図５（ｂ）に示すように、グラファイトダイ２６ａに、印加電流５０００Ａ、印加電圧約１０Ｖ以下のパルス電圧を所定時間（約９０秒以内）かけた後、焼結電流（図５（ｂ）中、右端）を数分間（約３〜５分間）通電する。
この結果、グラファイトダイ２６ａ及びグラファイトモールド２６ｂ中に、前記パルス電流及び焼結電流が流れると共に、２軸加圧装置２６内の均一混合粉末内にも前記電流が流れ、酸化物が除去されると共に、該均一混合粉末内でジュール熱が発生し、大気中において、緻密な焼結体が作製される。
【００３１】
そして、この加圧成形されたＷＣ１００％の焼結体の上に、８０％ＷＣ−２０％Ｃｕの均一混合粉末を所望量入れた後、前記と同様、約５０〜１００ＭＰａ程度の加圧力で加圧成形しつつ、パルス電流及び焼結電流を流して、焼結体を作製する。
以下、同様に、６０％ＷＣ−４０％Ｃｕ、４０％ＷＣ−６０％Ｃｕ、２０％ＷＣ−８０％Ｃｕの均一混合粉末の順に、繰り返す。なお、この第２工程は、先に各均一混合粉末を積層充填してタッピングした後、プラズマ放電焼結処理を行うことによっても実施できる。
これによって、高さ方向に、各均一混合粉末が加圧積層された焼結体が製造される（以上、第２工程）。そして、最後に、前工程で作製された焼結体を機械加工によって所要の形状・寸法に加工して、本実施の形態に係る傾斜機能性超硬チップＥを完成する（以上、第３工程）。
以上のように本実施の形態に係る切削工具Ｄによれば、本発明の第１の実施の形態と同様の効果が得られる他、チップホルダーＦのセット面２５ａの一部を構成する銅板２５を設けたので、例えば、各混合体１０〜１５、２０〜２４の厚みを同じにした場合、前記チップＣに比べ、コンパクト化することができる。
また、前記銅板２５に冷却水通路２５ｂを設けているので、たとえ、前記チップＣに比べ、混合体２４と銅板２５の接触面積が小さくなっても、冷却能を大きくして、熱流量を大きくすることができるので、温度差Δｔ（＝Ｔn −Ｔ0 、前記（５）式参照）を大きくして、平均熱伝導率λを大きくでき、更に耐摩耗性の向上、及び工具の長寿命化を図ることができる。
【００３２】
また、前記チップＥを製造する場合、例えば、本発明の第１の実施の形態の如く、ＨＩＰ法や拡散接合法を適用すると、焼結時間が長く（各混合体１０〜１５の大きさにも依るが約１時間程度）なったり、各混合体１０〜１５の表面が酸化しないよう焼結雰囲気を調整する必要がある（例えば、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気にする）。
しかし、本実施の形態では、ＰＡＳ法（プラズマ放電焼結法、又はＳＰＳ法という）を適用したので、上述した問題を解消して、各混合体２０〜２４の焼結時間を短くすることができる（数分程度）と共に、各混合体２０〜２４の酸化を防止しつつ、大気中での焼結を可能とすることができる。
また、本発明の第１の実施の形態では、圧粉体を、真空中の加熱により、脱気封入処理を行った後、ＨＩＰ法により緻密な組成物を作製したが、前記ＰＡＳ法を適用することにより、このような複雑・煩雑な工程を経ることなく、一度に緻密な焼結体を作製することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、本発明の第１の実施の形態では、６層の混合体１０〜１５を有する傾斜機能性超硬チップＣとしたが、３、４、５層、又は、７層以上の混合体を有するチップとしてもよい。
また、本発明の第２の実施の形態では、５層の混合体２０〜２４を有する傾斜機能性超硬チップＥとしたが、３、４層、又は、６層以上の混合体を有するチップとしてもよい。
もちろん、いずれも、チップの最上部から最下部に亘って、順次、各混合体の材料Ａ、Ｂの配合比を変化するものとする。
【００３４】
また、本発明の第１の実施の形態では、傾斜機能性超硬チップＣの最下部の混合体１５を純銅としたが、本発明の第２の実施の形態のように、Ｃｕ−ＷＣ合金としてもよい。また、前記銅の代わりにＮｉを使用してもよい。
また、本発明の第２の実施の形態では、チップホルダーＦの銅板２５に冷却水通路２５ｂを設けたが、この冷却水通路２５ｂを省略してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１、２記載の傾斜機能性超硬チップの製造方法によって製造された傾斜機能性超硬チップにおいては、超硬材料からなる材料Ａと、熱伝導が良く、しかも靱性を有する材料Ｂを傾斜配合しているので、たとえ、高速で長時間連続切削を行っても、高熱伝導性の材料Ｂを傾斜機能組成化しているため、該チップの温度上昇を少なくして、耐摩耗性を向上できる。また、断続切削を行う場合、靭性の高い材料Ｂを傾斜機能組成化しているため、耐熱衝撃性を向上して、脆性破壊を防止することができる。
材料ＡがＷＣで、材料Ｂが銅又は銅合金とした場合、チップに要求される諸特性（高硬度、高靭性、耐熱性等）を更に向上することができる。
【００３６】
また、請求項３記載の切削工具においては、前記と同様、高速で長時間連続切削を行っても、該チップの温度上昇を少なくして、耐摩耗性を向上できると共に、断続切削を行っても、耐熱衝撃性を向上して、脆性破壊を防止することができる。
また、チップホルダーのセット面の少なくとも一部に面して、材料Ｂを配置しているので、チップのコンパクト化が図れると共に、更に耐摩耗性の向上、及び長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る傾斜機能性超硬チップの斜視図である。
（ｂ）は同傾斜機能性超硬チップの要部断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は同傾斜機能性超硬チップの製造方法の説明図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る切削工具の要部斜視図である。
（ｂ）は同切削工具の傾斜機能性超硬チップの要部断面図である。
【図４】（ａ）は同切削工具のチップホルダーの平面図である。
（ｂ）は図４（ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同切削工具の傾斜機能性超硬チップの製造方法の説明図である。
【図６】傾斜機能性超硬チップの熱伝導解析の説明図である。
【符号の説明】
Ｃ  傾斜機能性超硬チップ            Ｄ  切削工具
Ｅ  傾斜機能性超硬チップ            Ｆ  チップホルダー
１０  １００％ＷＣの混合体
１１  ８０％ＷＣ−２０％Ｃｕの混合体
１２  ６０％ＷＣ−４０％Ｃｕの混合体
１３  ４０％ＷＣ−６０％Ｃｕの混合体
１４  ２０％ＷＣ−８０％Ｃｕの混合体
１５  １００％Ｃｕの混合体          １６  Ｖ型混合機（ミキサー）
１７  カプセル                      １７ａ  上蓋
１７ｂ  脱気管                      １８  焼結物
２０  １００％ＷＣの混合体
２１  ８０％ＷＣ−２０％Ｃｕの混合体
２２  ６０％ＷＣ−４０％Ｃｕの混合体
２３  ４０％ＷＣ−６０％Ｃｕの混合体
２４  ２０％ＷＣ−８０％Ｃｕの混合体
２５  銅板                          ２５ａ  セット面
２５ｂ  冷却水通路                  ２６  ２軸加圧装置
２６ａ  グラファイトダイ            ２６ｂ  グラファイトモールド
２７  チップ取付け具                ２８  チップ取付け具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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