回転切削工具
【課題】耐折損性に優れた回転切削工具を提供することを目的とする。特に、小径ロングネック用であっても優れた性能を発揮する回転切削工具を提供することを目的とする。
【解決手段】
工具先端の刃部とこれに連なる軸部の後端が後軸部と同一軸線上に拡散接合された接合層を有する回転切削工具において、該後軸部は首部、テーパー部、シャンク部を有し、該刃部は高硬度焼結体部材であり、該軸部の超硬合金材と該後軸部の超硬合金材を有し、該接合層は、Ｃｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域と、Ｃｕを主体とし、Ｃｏ、Ｃを含むＢ領域から成り、該接合層の軸方向断面の断面積をＳＴ（μｍ２）とし、該軸方向断面における該Ａ領域の総面積をＳＡ（μｍ２）としたとき、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０であることを特徴とする回転切削工具である。
【解決手段】
工具先端の刃部とこれに連なる軸部の後端が後軸部と同一軸線上に拡散接合された接合層を有する回転切削工具において、該後軸部は首部、テーパー部、シャンク部を有し、該刃部は高硬度焼結体部材であり、該軸部の超硬合金材と該後軸部の超硬合金材を有し、該接合層は、Ｃｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域と、Ｃｕを主体とし、Ｃｏ、Ｃを含むＢ領域から成り、該接合層の軸方向断面の断面積をＳＴ（μｍ２）とし、該軸方向断面における該Ａ領域の総面積をＳＡ（μｍ２）としたとき、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０であることを特徴とする回転切削工具である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刃部を有する超硬合金と、軸部の超硬合金とが接合層を介して拡散接合されてなる回転切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金同士を高強度に接合する技術が特許文献１、非特許文献１に開示されている。特許文献１には、１２７３Ｋ未満では液相を生成しない接合層を用いた技術が開示されている。特許文献１は、加圧しながら接合金属材近傍のみを加熱する通電接合を採用している。非特許文献１には、接合金属にＣｕを用いた超硬合金同士の接合技術が開示されている。非特許文献２には、接合金属にＣｕを用いた超硬合金と炭素鋼の接合技術が開示されている。
特許文献１には、１２７３Ｋ未満では液相を生成しない接合層を有する接合体が開示されている。そして、加熱炉に入れて接合材に液相が生成される温度で加熱して接合するのではなく、積極的に加圧しながらインサート金属材近傍のみを効果的に加熱する通電接合を行なっている。この場合、通電方法によっては、ｃＢＮ素材が加熱されその性能が低下することや、部材の温度差により熱歪が生じる場合があった。
非特許文献１には、Ｃｕを用いた超硬合金同士の接合が開示されているが、固相拡散接合であり、その接合強度は十分とはいえない。
非特許文献２はＣｕを液相とした接合であるが、超硬合金同士の接合ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９０１３０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａ．Ｍ．Ｃｏｔｔｅｎｄｅｎ，Ｅ．Ａ．Ａｌｍｏｎｄ，Ｍｅｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｎｅ １９８１ ２２１−２３３
【非特許文献２】大村博彦、川尻鉱二、吉田亨、溶接学会論文集、第６巻、第４号（１９８８）、４９９−５０４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近の超硬ドリルや超硬エンドミルなどの回転切削工具は、高速化と高寿命を達成するために刃部を例えばｃＢＮで製造し、超硬合金と接続した工具が増えてきた。さらに小径の回転切削工具を使用した微細加工が要求され、加工物と切削工具との干渉をなくすために首下を長くした、いわゆるロングネックの回転切削工具が要望されている。この場合には必要に応じて、超硬合金と超硬合金を接続する必要がある。いずれの場合にも接合部の強度を、できるだけ、高める必要があるが、特に小径でロングネックとなると依然として折損しやすいという課題が残されている。
【０００６】
前述の公知例は超硬合金同士の接合技術をいくつか開示しているものの、特に１ｍｍ径程度以下の小径で、ロングネックの回転工具の場合においては、耐折損性が十分ではない。
従って、本発明の目的は、耐折損性に優れた回転切削工具を提供することにあり、特に、小径ロングネック用であって耐折損性に優れた回転切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回転切削工具は、工具先端の刃部１とこれに連なる軸部２の後端が後軸部３と同一軸線上に拡散接合された接合層４を有し、該後軸部３は首部５、テーパー部７、シャンク部６を有し、該刃部１は高硬度焼結体部材であり、該軸部２の超硬合金材と該後軸部３の超硬合金材を有し、該接合層４は、Ｃｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域と、Ｃｕを主体とし、Ｃｏ、Ｃを含むＢ領域から成り、該接合層の軸方向断面の断面積をＳＴ（μｍ２）とし、該軸方向断面における該Ａ領域の総面積をＳＡ（μｍ２）としたとき、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０であることを特徴とする。
【０００８】
特に、本発明の工具先端の刃部１はｃＢＮとすることが望ましい。上記の構成を採用することによって、従来の超硬合金の接合方法と比較して、安定して高い耐折損性を確保できる。また、本発明によれば、任意の長さの後端部３を選択しても安定して強度の高い接合層にすることができるので、小径ロングネック用で優れた性能を発揮できる回転切削工具を提供できる。
【０００９】
本発明の回転切削工具は、前記接合層の平均厚さをｔ（μｍ）としたとき、０．５≦ｔ≦２．０であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、耐折損性の優れた超硬合金同士の接合が達成された回転切削工具を提供することができるので、刃部をｃＢＮなど超硬合金以上の性能を有する材質とすることも容易となる。
また、首下長さを任意に選択して超硬合金同士を接合すればよいので、本発明によれば小径ロングネック用であっても、接合層の強度が高くて折損の心配がない回転切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のｃＢＮ小径ボールエンドミルの模式図を示す図である。
【図２】本発明例９の接合層の断面組織を示す図である。
【図３】本発明例９の接合層の断面の観察結果を示す図である。
【図４】比較例１３の接合層の断面の観察結果を示す図である。
【図５】保持時間とＳＡ／ＳＴ値との関係を示すグラフである。
【図６】接合圧力値とｔ値との関係を示すグラフである。
【図７】ＳＡ／ＳＴ値と抗折力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の回転切削工具の模式図に係り、高硬度焼結体部材（例えば、ｃＢＮなど）の先端に刃部１が形成された回転切削工具を示したものである。軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材とが接合層４によって接合されている。本発明の回転切削工具は、小径ロングネック用途で優れた性能を発揮する。本発明において小径のロングネックとは、刃径Ｄが１ｍｍ以下の小径であり、首下長のｌｎ値との比をｌｎ／Ｄとした場合、ｌｎ／Ｄ≧５のものをいう。
【００１３】
本発明の回転切削工具は耐折損性に優れており、接合層にその優れた特性を有する。接合層は、Ｃｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域と、Ｃｕを主体とし、Ｃｏ、Ｃを含むＢ領域から成っている。接合層は銅（Ｃｕ）を接合材料として使用し、拡散接合により形成するが、Ａ領域は、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材からのＣｏを主体とした拡散とＣｕとの反応により形成され強固な接合となる。Ａ領域とＢ領域は超硬合金中の金属成分が成長するため、例えば、超硬合金に添加されているＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂなどを含有する場合があるが、これらの元素はもともと少量であり、Ａ領域やＢ領域に拡散しても強度低下に至らない。またＡ領域は、高強度を有する。この接合層を形成するには、接合材料として、例えば、Ｃｕ箔やＣｕ膜等を使用することができる。
【００１４】
本発明における特徴のある接合層の形成方法について述べる。まず、Ｃｕ箔やＣｕ膜等の接合材料を、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材との接合面に設け、加圧しながらＣｕの融点である１３５６Ｋ以上の温度で加熱処理する。Ａ領域とＢ領域での固溶体には超硬合金から拡散で供給されるＣｏが主体として固溶しつづけ、接合処理の終了により、固溶体が凝固して固相となる。そしてＣｏを主体とし、副体として１種以上の元素を含むＡ領域が形成される。このＡ領域は液相となったＣｕの中を成長する。このときの成長方向は、夫々接合層方向に反対向きとなり、お互いが接近するように成長する。即ち、軸部２の超硬合金材のＣｏが主体として固溶して形成されたＡ領域と、後軸部３の超硬合金材のＣｏが主体として固溶して形成されたＡ領域とは、お互いが接近するように成長する。このとき、加熱処理における昇温速度、保持時間、冷却速度、接合圧力を調整することによって、両方のＡ領域同士が互いに接近して成長により結合される。この結合されたＡ領域を形成するため強固な接合強度を得ることができる。一方、加熱処理における昇温速度、保持時間、冷却速度を調整することにより、Ｂ領域がなくなるまでＡ領域の成長を進めると、Ａ領域間に空隙が生じてしまう等の不都合が生じる。
【００１５】
本発明者は、Ａ領域は接合強度向上に有効であること、しかしＡ領域が多くても少なくても弊害があることを折損強度の評価から確認した。その結果、本発明においては、接合層の軸方向断面の断面積をＳＴ（μｍ２）とし、該軸方向断面における該Ａ領域の総面積をＳＡ（μｍ２）としたとき、適正なＳＡ／ＳＴ値によって、高強度で優れた折損強度を有する接合層を得ることができることが分かった。即ち、ＳＡ／ＳＴ値がＳＡ／ＳＴ≧０．６０のとき、高強度の接合を得ることができる。回転切削工具では高い折損強度を得ることができる。しかし、ＳＡ／ＳＴ＜０．６０のときは、十分な高強度の接合を得ることができない。また、ＳＡ／ＳＴ＞０．９０のときは、接合層に空隙が生じ強度が低下する不都合が生じる。そこで、本発明は、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０に規定する。
【００１６】
接合層の平均厚さをｔ（μｍ）としたとき、本発明におけるｔ値は、０．５≦ｔ≦２．０であることが好ましい。ｔ値がｔ＜２．０のとき、軸部２と後軸部３の境目が近接し軸部２の超硬合金から成長するＡ領域と後軸部３の超硬合金から成長するＡ領域が接触し、より接合強度が向上する。一方、ｔ＜０．５のときは、超硬合金からのＣｏの拡散が多くてＡ領域のみとなる部分が生じ接合層に空隙が生じ強度が低下する傾向となりやすい。本発明の範囲内では、ＳＡ／ＳＴ値が高い程、ｔ値が薄い程、高い抗折力を得ることができる。
【００１７】
ここで接合層の厚さｔは、軸部２の超硬合金材のＷＣ粒子と、後軸部３の超硬合金材のＷＣ粒子について、工具長手方向における距離とする。ｔ値は接合層断面の略両端部２箇所と略中央部１箇所の計３箇所の各々の任意の１０μｍ間隔３箇所、計９箇所の平均値とした。ここでＳＴ値とは、接合層断面の略両端部２箇所と略中央部１箇所の計３箇所の接合面積の平均値を表し、ＳＡ値とは該３箇所の接合面積内のＡ領域の平均値を表す。接合面積とは接合層厚みのｔ値と接合層断面の５０μｍ長さの積とした。
【００１８】
また、ＳＡ／ＳＴ値やｔ値はＣｕの厚さや、接合圧力、昇温速度、処理温度での保持時間及び冷却速度を調整することにより制御することが可能である。例えば、処理温度での保持時間とＳＡ／ＳＴ値を示す図５と、接合圧力値とｔ値との関係を示す図６から次の制御条件が適しているといえる。接合圧力は昇温開始から冷却時まで０．１ＭＰａから１ＭＰａの範囲とした。昇温は常温から１３５６Ｋまでを０．１Ｋ／ｓｅｃから０．５Ｋ／ｓｅｃの範囲で昇温させた。１３５６Ｋに達した後に、１３５６Ｋから１４２３Ｋまでを０．１Ｋ／ｓｅｃから０．０１Ｋ／ｓｅｃの範囲で昇温した。処理温度での保持時間は１８００ｓｅｃ乃至５４００ｓｅｃの範囲とした。冷却速度は０．１Ｋ／ｓｅｃから０．５Ｋ／ｓｅｃの範囲で常温まで冷却した。ＳＡ／ＳＴ値を０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０の範囲にすることができる。より安定的に条件を満足させるためには、前記保持時間は２４００ｓｅｃ乃至４２００ｓｅｃが推奨される。いずれの場合にも処理温度での保持時間が長くなるとＡ領域が広くなり、ＳＡ／ＳＴ値は大きくなる傾向となる。
【００１９】
ｔ値の条件は本発明では必ずしも必須ではないが、ｔ値が０．５≦ｔ≦２．０となるように制御するのが望ましい。図６に示すように、接合時の圧力値を上げていくとｔ値は次第に小さくなるが、保持時間を１８００ｓｅｃ乃至２４００ｓｅｃ範囲として接合圧力を０．１ＭＰａから１ＭＰａの範囲とすることにより、上記の０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０の条件とｔ値が０．５≦ｔ≦２．０の条件を同時に満足できる。
【００２０】
以下に、本発明に規定される構成要件の各種の測定方法について、実施した例に基づいて解説する。
本発明の接合層は、工具長手方向の接合層断面を鏡面研磨した後、走査電子顕微鏡を用いて接合層断面を倍率１万倍で観察した。接合層厚みの測定は、軸部２の超硬合金材のＷＣ粒子と、後軸部３の超硬合金材のＷＣ粒子について、工具長手方向における距離の平均値を求めた。測定箇所は、接合層断面の略両端部２箇所と略中央部１箇所の計３箇所について実施した。各測定箇所においては、接合層断面の５０μｍ長さの範囲内について、１０μｍ間隔で行った。得られた測定値を平均することでｔ値を求めた。
【００２１】
次に、ｔ値を測定した３箇所について日本電子社製、ＪＸＡ−８５００Ｆ型のＦＥ−ＥＰＭＡ装置を用いて主体とするＣｏ及びＣｕの面分析を行なった。Ｃｏ、Ｃｕの面分析の条件は、加速電圧１５ｋＶ、照射電流０．０５μＡとした。この面分析の結果より、Ａ領域とＢ領域を特定した。ＳＡ値は、面分析した結果より求めた画像について白黒２階色化処理を施し、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製の画像解析ソフト、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓを用いて解析し、この画像解析によって求めた。ＳＴ値は、各箇所におけるｔ値と、接合層の厚さ方向と垂直な方向における５０μｍ長さとの積によって算出した。ＳＡ／ＳＴ値は、ＳＡ値をＳＴ値で除することによって算出した。そして、得られた３箇所のＳＡ／ＳＴ値より、平均値を求めた。
【００２２】
本発明における上記の画像を白黒２階色化処理する条件は、得られた面分析結果から、Ａ領域で得られたＣｏのカウント数の１／２の値を閾値とし、閾値以上のＣｏカウント数が得られた領域を白色、閾値未満のＣｏカウント数が得られた領域を黒色として２階色化した。言い換えれば、Ａ領域で得られたＣｏのカウント数の１／２の値を閾値とすることが、Ａ領域とＢ領域の区別の境界である。そして、上記白色がＡ領域、黒色がＢ領域に相当する。
以下に、本発明の回転切削工具を実施例により具体的に説明するが、それらの実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
本発明例１として本発明の回転切削工具の製造方法について述べる。第１に、軸部２の超硬合金材を作製した。軸部２の超硬合金材は、配合時のＷＣ平均粒径を３．８μｍ、Ｃｏ量を８．０質量％とした。１６７３Ｋ、３６００ｓｅｃの条件で真空中で焼結し、その後、１６２３Ｋ、５０ＭＰａ、１８００ｓｅｃの条件でＨＩＰ処理を行うことにより作製した。その後、研削加工により軸部２の超硬合金材を、厚み９ｍｍ、直径３０ｍｍの円板形状に仕上げた。以下、時間を表すｓｅｃをｓと記す場合がある。
【００２４】
第２に、ｃＢＮ焼結部材を作製した。厚さ９ｍｍの軸部２の超硬合金材における円板上に６５容量％のｃＢＮ粉末と、残部がＴｉＮとＡｌからなる粉末を混合した粉体からなるｃＢＮ成形体を配置し、５．６ＧＰａ、１７２３Ｋの超高圧高温条件で一体焼結後に研削加工を施し、ｃＢＮ焼結体の厚さが１ｍｍ、軸部２の超硬合金材の厚さが９ｍｍの総厚１０ｍｍのｃＢＮ焼結部材を作製した。このとき、ｃＢＮ焼結体と軸部２の超硬合金材との間には、接合部が形成されていた。
【００２５】
第３に、後軸部３の超硬合金材を作製した。後軸部３の超硬合金材は、配合時のＷＣ平均粒径を１．２μｍ、Ｃｏ量を８質量％とした。１６７３Ｋ、１８００ｓｅｃの条件で真空中で焼結し、その後、１６２３Ｋ、５０ＭＰａ、１８００ｓｅｃの条件でＨＩＰ処理を行うことにより作製した。その後、後軸部３の超硬合金材を厚み４０ｍｍ、直径３０ｍｍの円柱形状に仕上げた。
【００２６】
第４に、第２の工程で作製したｃＢＮ焼結部材における軸部２の超硬合金材と、第３の工程で作製した後軸部３の超硬合金材の間に１０μｍの厚さのＣｕ箔を挟み、１ＭＰａの接合圧力を印加した。真空度を１０Ｐａ以下として、昇温は常温から１３５６Ｋまでを０．３３Ｋ／ｓｅｃで昇温させた。１３５６Ｋに達した後に、１３５６Ｋから１４２３Ｋまでを０．０１７Ｋ／ｓｅｃで昇温した。１４２３Ｋで１８００ｓｅｃ保持して、Ｃｕ融点以上での累積保持時間は５８２０ｓｅｃとした。その後、冷却過程は０．３３Ｋ／ｓｅｃで常温まで冷却した。ｃＢＮ焼結体、軸部２の超硬合金材、後軸部３の超硬合金材で構成した厚さ５０ｍｍ、直径３０ｍｍの形状に仕上げた。このとき、軸部２の超硬合金材、後軸部３の超硬合金材との間には、接合層が形成されていた。接合温度はＣｕの融点以上において加圧しながら行った。Ｃｕは液相となり、過剰なＣｕは加圧により外周部に押し出されるため、接合層ＤはＣｕ箔の厚みより薄くなった。また、ＳＡ／ＳＴ値は１３５６Ｋ以上での保持時間により決定された。
【００２７】
第５に、ワイヤー放電加工により直径４．０１ｍｍの円柱部材を切り出した後、センタレス加工によって直径４ｍｍ、全長５０ｍｍの丸棒材に仕上げた。円筒研削加工で首部等を加工した。次に、溝研削加工で刃溝を加工し、刃付けにより切れ刃を形成した。第１から第５により、全長が５０ｍｍ、刃径Ｄが１ｍｍ、Ｒが０．５ｍｍ、首下長が１０ｍｍの小径ボールエンドミルを作製し、これを本発明例１とした。また、本発明例１に使用したのと同じ素材を使用して円柱形状の試験片を作成し、この試験片を用いて、ＳＡ／ＳＴ値、ｔ値の評価や抗折力試験を行った。
【００２８】
また、本発明例２から１２、比較例１３から１６は、基本的には本発明例１の製造条件に準じて作製した。ただし、加熱処理の保持時間及び接合圧力を調整した点が本発明例１の製造条件とは異なる。具体的に言えば、図５に示すように保持時間を長くすることにより、ＳＡ／ＳＴ値を大きくすることができる。また、図６に示すように接合圧力を大きくすることによりｔ値を小さくすることができる。このような調整条件の採用によって、ＳＡ／ＳＴ値やｔ値を調整した。また、従来例１７は、接合材料に１０μｍの厚さのＮｉ箔を使用した。
【００２９】
接合処理条件は、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材との間にＮｉ箔を挟み、２５ＭＰａの接合圧力、真空中で１４２３Ｋの処理温度の条件で接合してｃＢＮ焼結部材を作製した。Ｎｉ接合層はＮｉ箔厚みと略同様の９．８μｍ厚さに形成された。本発明例２から１２、比較例１３から１６、従来例１７も同様に、同じ素材を使用して円柱形状の試験片を作成し、この試験片を用いて、ＳＡ／ＳＴ値、ｔ値の評価や抗折力試験を行った。抗折力試験は、各々５本の工具素材を評価し、その平均値を求めた。表１に、本発明例、比較例及び従来例の作製条件と試験片を用いた評価結果を示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に、本発明例１から１２、比較例１３から１６及び従来例１７の抗折力の試験結果を示す。本発明に用いた超硬合金強度は３０１０ＭＰａであった。本発明例１から１２は、ＳＡ／ＳＴ値が、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０の範囲にあり、いずれも超硬合金対比７０％以上の抗折力を示した。また、ｔ値（μｍ）が０．５≦ｔ≦２．０の範囲にある本発明例１、２、４、５、７、８、１０及び１１の抗折力試験結果はいずれも超硬合金対比で本発明の中でもより高い８０％以上の抗折力を示した。
【００３２】
一方、比較例１３から１６は、ＳＡ／ＳＴ値が本発明の範囲から外れているため抗折力は低かった。特に、比較例１３、１６は、ＳＡ／ＳＴ値、ｔ値のいずれも本発明の範囲から外れているため、抗折力は低いものであった。比較例１５、１６はＡ領域間に空隙を生じ、強度が低下した。また、従来例１７は、Ｎｉ接合層の厚さが厚いため、接合力が本発明例より低かった。
【００３３】
図２に本発明例９における接合層の断面組織を示す。表２に、図２のスポットＰ、スポットＱの組成分析結果を示す。スポットＰはＣｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域であり、スポットＱはＣｕを主体とし、Ｃｏ、Ｗ、Ｃを含むＢ領域の一例である。
【００３４】
【表２】
【００３５】
図３、４に接合層の一例としての観察結果を示す。図３、４共に、画像に２階色化処理を施している。白色部がＡ領域、黒色部がＢ領域である。図３は本発明例９の接合層の状態を示す。白色部のＡ領域８は、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材から成長した組織が接合層中全体に広がっている。黒色部のＢ領域９は、所々に見られる程度である。これは、接合条件である接合圧力と保持時間が適切であったためである。軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材のＣｏがＣｕに固溶することによってお互いのＡ領域が十分に成長し接合層を形成したため、抗折力は２７１６ＭＰａを示す強固な接合となった。
【００３６】
一方、図４は比較例１３の接合層の状態を示す。白色部のＡ領域８の成長が接合層の途中で止まった状態であった。また、相対的に黒色部のＢ領域９が多い組織となっている。これは、接合条件である接合圧力と保持時間とが不適切であったため、ｔ値が２．０μｍを超えてしまったためと考えられる。図４では、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材から成長するお互いのＡ領域が結合していないため、抗折力は１９４６ＭＰａを示し、接合強度が低かった。
【００３７】
図５は、１３５６Ｋ以上での保持時間とＳＡ／ＳＴ値との関係を示す。いずれの接合圧力条件においても、保持時間が長くなるほどＳＡ／ＳＴ値が増大した。これはＡ領域が成長したためである。図６に接合圧力とｔ値との関係を示す。いずれの保持時間においても接合圧力の増大とともに、ｔ値は薄くなった。このように保持時間と接合圧力を調整することにより、ＳＡ／ＳＴ値及びｔ値を調整することができた。図７にＳＡ／ＳＴ値と抗折力との関係を示す。０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０の範囲では、ＳＡ／ＳＴ値と抗折力とは略比例関係にあることがわかった。本発明例１から１２は、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０を満たしていたため、２０００ＭＰａ以上の優れた抗折力を示した。特に本発明例１０は、ＳＡ／ＳＴ値が０．９０と最も高く、ｔ値も０．５μｍと薄いため最も高い抗折力を示した。
【実施例２】
【００３８】
次に、実施例１によって得られた本発明例、比較例及び従来例の小径ボールエンドミルを用いて、折損強度を評価するため切削試験を下記の試験条件で行った。折損強度を評価するために、切削試験では各々５本の小径ボールエンドミルを評価した。評価は、切削距離３００ｍまでに折損した本数を測定した。これらをもとに３段階の評価ランクに分けた。評価ランクは、折損が発生しなかったものを○印で示し、折損本数が１〜３本のものを△印、折損本数が４本以上のものを×印で示した。評価結果を表１に併記した。
（試験条件）
加工方法：乾式切削による片削り加工
被切削材：ＳＫＤ１１、硬さ、ＨＲＣ６０
工具回転数：毎秒６６７回転
送り速度：２５ｍｍ／秒
径方向切り込み量：０．０５ｍｍ
軸方向切り込み量：０．５ｍｍ
【００３９】
表１に示す切削試験の評価結果では、本発明例１から１２はいずれも折損本数が無く、全て○印レベルの優れた耐折損性を示した。これは、本発明例１から１２は本発明の条件を満足しており、試験片で得られた様に高い抗折力によるものである。一方、比較例１３から１６は、切削試験でも接合部での欠損が発生し、△印や×印のレベルであった。これは、比較例１３から１６は、いずれかの条件が本発明の規定から外れているため、低い抗折力によるものである。また、従来例１７も折損が発生し△印レベルであった。この理由は、Ｎｉ接合層が厚く、接合強度が低かったためである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の回転切削工具は、金属、非鉄金属加工用の超硬合金製小径ドリル、ドリル以外の小径回転工具として適している。特に本発明は拡散接合された強固な接合層を特徴としているので、例えばｃＢＮを刃部として超硬合金材と接合された回転切削工具や、首下長さの長いロングネックを有する回転切削工具として好適である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 刃部
２ 軸部（超硬合金材）
３ 後軸部（超硬合金材）
４ 接合層
５ 首部
６ シャンク部
７ テーパー部
８ 白色部（Ａ領域）
９ 黒色部（Ｂ領域）
Ｄ 刃径
ｌｎ 首下長
Ｐ Ａ領域の組成分析スポット
Ｑ Ｂ領域の組成分析スポット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刃部を有する超硬合金と、軸部の超硬合金とが接合層を介して拡散接合されてなる回転切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金同士を高強度に接合する技術が特許文献１、非特許文献１に開示されている。特許文献１には、１２７３Ｋ未満では液相を生成しない接合層を用いた技術が開示されている。特許文献１は、加圧しながら接合金属材近傍のみを加熱する通電接合を採用している。非特許文献１には、接合金属にＣｕを用いた超硬合金同士の接合技術が開示されている。非特許文献２には、接合金属にＣｕを用いた超硬合金と炭素鋼の接合技術が開示されている。
特許文献１には、１２７３Ｋ未満では液相を生成しない接合層を有する接合体が開示されている。そして、加熱炉に入れて接合材に液相が生成される温度で加熱して接合するのではなく、積極的に加圧しながらインサート金属材近傍のみを効果的に加熱する通電接合を行なっている。この場合、通電方法によっては、ｃＢＮ素材が加熱されその性能が低下することや、部材の温度差により熱歪が生じる場合があった。
非特許文献１には、Ｃｕを用いた超硬合金同士の接合が開示されているが、固相拡散接合であり、その接合強度は十分とはいえない。
非特許文献２はＣｕを液相とした接合であるが、超硬合金同士の接合ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９０１３０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａ．Ｍ．Ｃｏｔｔｅｎｄｅｎ，Ｅ．Ａ．Ａｌｍｏｎｄ，Ｍｅｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｎｅ １９８１ ２２１−２３３
【非特許文献２】大村博彦、川尻鉱二、吉田亨、溶接学会論文集、第６巻、第４号（１９８８）、４９９−５０４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近の超硬ドリルや超硬エンドミルなどの回転切削工具は、高速化と高寿命を達成するために刃部を例えばｃＢＮで製造し、超硬合金と接続した工具が増えてきた。さらに小径の回転切削工具を使用した微細加工が要求され、加工物と切削工具との干渉をなくすために首下を長くした、いわゆるロングネックの回転切削工具が要望されている。この場合には必要に応じて、超硬合金と超硬合金を接続する必要がある。いずれの場合にも接合部の強度を、できるだけ、高める必要があるが、特に小径でロングネックとなると依然として折損しやすいという課題が残されている。
【０００６】
前述の公知例は超硬合金同士の接合技術をいくつか開示しているものの、特に１ｍｍ径程度以下の小径で、ロングネックの回転工具の場合においては、耐折損性が十分ではない。
従って、本発明の目的は、耐折損性に優れた回転切削工具を提供することにあり、特に、小径ロングネック用であって耐折損性に優れた回転切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回転切削工具は、工具先端の刃部１とこれに連なる軸部２の後端が後軸部３と同一軸線上に拡散接合された接合層４を有し、該後軸部３は首部５、テーパー部７、シャンク部６を有し、該刃部１は高硬度焼結体部材であり、該軸部２の超硬合金材と該後軸部３の超硬合金材を有し、該接合層４は、Ｃｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域と、Ｃｕを主体とし、Ｃｏ、Ｃを含むＢ領域から成り、該接合層の軸方向断面の断面積をＳＴ（μｍ２）とし、該軸方向断面における該Ａ領域の総面積をＳＡ（μｍ２）としたとき、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０であることを特徴とする。
【０００８】
特に、本発明の工具先端の刃部１はｃＢＮとすることが望ましい。上記の構成を採用することによって、従来の超硬合金の接合方法と比較して、安定して高い耐折損性を確保できる。また、本発明によれば、任意の長さの後端部３を選択しても安定して強度の高い接合層にすることができるので、小径ロングネック用で優れた性能を発揮できる回転切削工具を提供できる。
【０００９】
本発明の回転切削工具は、前記接合層の平均厚さをｔ（μｍ）としたとき、０．５≦ｔ≦２．０であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、耐折損性の優れた超硬合金同士の接合が達成された回転切削工具を提供することができるので、刃部をｃＢＮなど超硬合金以上の性能を有する材質とすることも容易となる。
また、首下長さを任意に選択して超硬合金同士を接合すればよいので、本発明によれば小径ロングネック用であっても、接合層の強度が高くて折損の心配がない回転切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のｃＢＮ小径ボールエンドミルの模式図を示す図である。
【図２】本発明例９の接合層の断面組織を示す図である。
【図３】本発明例９の接合層の断面の観察結果を示す図である。
【図４】比較例１３の接合層の断面の観察結果を示す図である。
【図５】保持時間とＳＡ／ＳＴ値との関係を示すグラフである。
【図６】接合圧力値とｔ値との関係を示すグラフである。
【図７】ＳＡ／ＳＴ値と抗折力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の回転切削工具の模式図に係り、高硬度焼結体部材（例えば、ｃＢＮなど）の先端に刃部１が形成された回転切削工具を示したものである。軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材とが接合層４によって接合されている。本発明の回転切削工具は、小径ロングネック用途で優れた性能を発揮する。本発明において小径のロングネックとは、刃径Ｄが１ｍｍ以下の小径であり、首下長のｌｎ値との比をｌｎ／Ｄとした場合、ｌｎ／Ｄ≧５のものをいう。
【００１３】
本発明の回転切削工具は耐折損性に優れており、接合層にその優れた特性を有する。接合層は、Ｃｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域と、Ｃｕを主体とし、Ｃｏ、Ｃを含むＢ領域から成っている。接合層は銅（Ｃｕ）を接合材料として使用し、拡散接合により形成するが、Ａ領域は、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材からのＣｏを主体とした拡散とＣｕとの反応により形成され強固な接合となる。Ａ領域とＢ領域は超硬合金中の金属成分が成長するため、例えば、超硬合金に添加されているＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂなどを含有する場合があるが、これらの元素はもともと少量であり、Ａ領域やＢ領域に拡散しても強度低下に至らない。またＡ領域は、高強度を有する。この接合層を形成するには、接合材料として、例えば、Ｃｕ箔やＣｕ膜等を使用することができる。
【００１４】
本発明における特徴のある接合層の形成方法について述べる。まず、Ｃｕ箔やＣｕ膜等の接合材料を、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材との接合面に設け、加圧しながらＣｕの融点である１３５６Ｋ以上の温度で加熱処理する。Ａ領域とＢ領域での固溶体には超硬合金から拡散で供給されるＣｏが主体として固溶しつづけ、接合処理の終了により、固溶体が凝固して固相となる。そしてＣｏを主体とし、副体として１種以上の元素を含むＡ領域が形成される。このＡ領域は液相となったＣｕの中を成長する。このときの成長方向は、夫々接合層方向に反対向きとなり、お互いが接近するように成長する。即ち、軸部２の超硬合金材のＣｏが主体として固溶して形成されたＡ領域と、後軸部３の超硬合金材のＣｏが主体として固溶して形成されたＡ領域とは、お互いが接近するように成長する。このとき、加熱処理における昇温速度、保持時間、冷却速度、接合圧力を調整することによって、両方のＡ領域同士が互いに接近して成長により結合される。この結合されたＡ領域を形成するため強固な接合強度を得ることができる。一方、加熱処理における昇温速度、保持時間、冷却速度を調整することにより、Ｂ領域がなくなるまでＡ領域の成長を進めると、Ａ領域間に空隙が生じてしまう等の不都合が生じる。
【００１５】
本発明者は、Ａ領域は接合強度向上に有効であること、しかしＡ領域が多くても少なくても弊害があることを折損強度の評価から確認した。その結果、本発明においては、接合層の軸方向断面の断面積をＳＴ（μｍ２）とし、該軸方向断面における該Ａ領域の総面積をＳＡ（μｍ２）としたとき、適正なＳＡ／ＳＴ値によって、高強度で優れた折損強度を有する接合層を得ることができることが分かった。即ち、ＳＡ／ＳＴ値がＳＡ／ＳＴ≧０．６０のとき、高強度の接合を得ることができる。回転切削工具では高い折損強度を得ることができる。しかし、ＳＡ／ＳＴ＜０．６０のときは、十分な高強度の接合を得ることができない。また、ＳＡ／ＳＴ＞０．９０のときは、接合層に空隙が生じ強度が低下する不都合が生じる。そこで、本発明は、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０に規定する。
【００１６】
接合層の平均厚さをｔ（μｍ）としたとき、本発明におけるｔ値は、０．５≦ｔ≦２．０であることが好ましい。ｔ値がｔ＜２．０のとき、軸部２と後軸部３の境目が近接し軸部２の超硬合金から成長するＡ領域と後軸部３の超硬合金から成長するＡ領域が接触し、より接合強度が向上する。一方、ｔ＜０．５のときは、超硬合金からのＣｏの拡散が多くてＡ領域のみとなる部分が生じ接合層に空隙が生じ強度が低下する傾向となりやすい。本発明の範囲内では、ＳＡ／ＳＴ値が高い程、ｔ値が薄い程、高い抗折力を得ることができる。
【００１７】
ここで接合層の厚さｔは、軸部２の超硬合金材のＷＣ粒子と、後軸部３の超硬合金材のＷＣ粒子について、工具長手方向における距離とする。ｔ値は接合層断面の略両端部２箇所と略中央部１箇所の計３箇所の各々の任意の１０μｍ間隔３箇所、計９箇所の平均値とした。ここでＳＴ値とは、接合層断面の略両端部２箇所と略中央部１箇所の計３箇所の接合面積の平均値を表し、ＳＡ値とは該３箇所の接合面積内のＡ領域の平均値を表す。接合面積とは接合層厚みのｔ値と接合層断面の５０μｍ長さの積とした。
【００１８】
また、ＳＡ／ＳＴ値やｔ値はＣｕの厚さや、接合圧力、昇温速度、処理温度での保持時間及び冷却速度を調整することにより制御することが可能である。例えば、処理温度での保持時間とＳＡ／ＳＴ値を示す図５と、接合圧力値とｔ値との関係を示す図６から次の制御条件が適しているといえる。接合圧力は昇温開始から冷却時まで０．１ＭＰａから１ＭＰａの範囲とした。昇温は常温から１３５６Ｋまでを０．１Ｋ／ｓｅｃから０．５Ｋ／ｓｅｃの範囲で昇温させた。１３５６Ｋに達した後に、１３５６Ｋから１４２３Ｋまでを０．１Ｋ／ｓｅｃから０．０１Ｋ／ｓｅｃの範囲で昇温した。処理温度での保持時間は１８００ｓｅｃ乃至５４００ｓｅｃの範囲とした。冷却速度は０．１Ｋ／ｓｅｃから０．５Ｋ／ｓｅｃの範囲で常温まで冷却した。ＳＡ／ＳＴ値を０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０の範囲にすることができる。より安定的に条件を満足させるためには、前記保持時間は２４００ｓｅｃ乃至４２００ｓｅｃが推奨される。いずれの場合にも処理温度での保持時間が長くなるとＡ領域が広くなり、ＳＡ／ＳＴ値は大きくなる傾向となる。
【００１９】
ｔ値の条件は本発明では必ずしも必須ではないが、ｔ値が０．５≦ｔ≦２．０となるように制御するのが望ましい。図６に示すように、接合時の圧力値を上げていくとｔ値は次第に小さくなるが、保持時間を１８００ｓｅｃ乃至２４００ｓｅｃ範囲として接合圧力を０．１ＭＰａから１ＭＰａの範囲とすることにより、上記の０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０の条件とｔ値が０．５≦ｔ≦２．０の条件を同時に満足できる。
【００２０】
以下に、本発明に規定される構成要件の各種の測定方法について、実施した例に基づいて解説する。
本発明の接合層は、工具長手方向の接合層断面を鏡面研磨した後、走査電子顕微鏡を用いて接合層断面を倍率１万倍で観察した。接合層厚みの測定は、軸部２の超硬合金材のＷＣ粒子と、後軸部３の超硬合金材のＷＣ粒子について、工具長手方向における距離の平均値を求めた。測定箇所は、接合層断面の略両端部２箇所と略中央部１箇所の計３箇所について実施した。各測定箇所においては、接合層断面の５０μｍ長さの範囲内について、１０μｍ間隔で行った。得られた測定値を平均することでｔ値を求めた。
【００２１】
次に、ｔ値を測定した３箇所について日本電子社製、ＪＸＡ−８５００Ｆ型のＦＥ−ＥＰＭＡ装置を用いて主体とするＣｏ及びＣｕの面分析を行なった。Ｃｏ、Ｃｕの面分析の条件は、加速電圧１５ｋＶ、照射電流０．０５μＡとした。この面分析の結果より、Ａ領域とＢ領域を特定した。ＳＡ値は、面分析した結果より求めた画像について白黒２階色化処理を施し、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製の画像解析ソフト、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓを用いて解析し、この画像解析によって求めた。ＳＴ値は、各箇所におけるｔ値と、接合層の厚さ方向と垂直な方向における５０μｍ長さとの積によって算出した。ＳＡ／ＳＴ値は、ＳＡ値をＳＴ値で除することによって算出した。そして、得られた３箇所のＳＡ／ＳＴ値より、平均値を求めた。
【００２２】
本発明における上記の画像を白黒２階色化処理する条件は、得られた面分析結果から、Ａ領域で得られたＣｏのカウント数の１／２の値を閾値とし、閾値以上のＣｏカウント数が得られた領域を白色、閾値未満のＣｏカウント数が得られた領域を黒色として２階色化した。言い換えれば、Ａ領域で得られたＣｏのカウント数の１／２の値を閾値とすることが、Ａ領域とＢ領域の区別の境界である。そして、上記白色がＡ領域、黒色がＢ領域に相当する。
以下に、本発明の回転切削工具を実施例により具体的に説明するが、それらの実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
本発明例１として本発明の回転切削工具の製造方法について述べる。第１に、軸部２の超硬合金材を作製した。軸部２の超硬合金材は、配合時のＷＣ平均粒径を３．８μｍ、Ｃｏ量を８．０質量％とした。１６７３Ｋ、３６００ｓｅｃの条件で真空中で焼結し、その後、１６２３Ｋ、５０ＭＰａ、１８００ｓｅｃの条件でＨＩＰ処理を行うことにより作製した。その後、研削加工により軸部２の超硬合金材を、厚み９ｍｍ、直径３０ｍｍの円板形状に仕上げた。以下、時間を表すｓｅｃをｓと記す場合がある。
【００２４】
第２に、ｃＢＮ焼結部材を作製した。厚さ９ｍｍの軸部２の超硬合金材における円板上に６５容量％のｃＢＮ粉末と、残部がＴｉＮとＡｌからなる粉末を混合した粉体からなるｃＢＮ成形体を配置し、５．６ＧＰａ、１７２３Ｋの超高圧高温条件で一体焼結後に研削加工を施し、ｃＢＮ焼結体の厚さが１ｍｍ、軸部２の超硬合金材の厚さが９ｍｍの総厚１０ｍｍのｃＢＮ焼結部材を作製した。このとき、ｃＢＮ焼結体と軸部２の超硬合金材との間には、接合部が形成されていた。
【００２５】
第３に、後軸部３の超硬合金材を作製した。後軸部３の超硬合金材は、配合時のＷＣ平均粒径を１．２μｍ、Ｃｏ量を８質量％とした。１６７３Ｋ、１８００ｓｅｃの条件で真空中で焼結し、その後、１６２３Ｋ、５０ＭＰａ、１８００ｓｅｃの条件でＨＩＰ処理を行うことにより作製した。その後、後軸部３の超硬合金材を厚み４０ｍｍ、直径３０ｍｍの円柱形状に仕上げた。
【００２６】
第４に、第２の工程で作製したｃＢＮ焼結部材における軸部２の超硬合金材と、第３の工程で作製した後軸部３の超硬合金材の間に１０μｍの厚さのＣｕ箔を挟み、１ＭＰａの接合圧力を印加した。真空度を１０Ｐａ以下として、昇温は常温から１３５６Ｋまでを０．３３Ｋ／ｓｅｃで昇温させた。１３５６Ｋに達した後に、１３５６Ｋから１４２３Ｋまでを０．０１７Ｋ／ｓｅｃで昇温した。１４２３Ｋで１８００ｓｅｃ保持して、Ｃｕ融点以上での累積保持時間は５８２０ｓｅｃとした。その後、冷却過程は０．３３Ｋ／ｓｅｃで常温まで冷却した。ｃＢＮ焼結体、軸部２の超硬合金材、後軸部３の超硬合金材で構成した厚さ５０ｍｍ、直径３０ｍｍの形状に仕上げた。このとき、軸部２の超硬合金材、後軸部３の超硬合金材との間には、接合層が形成されていた。接合温度はＣｕの融点以上において加圧しながら行った。Ｃｕは液相となり、過剰なＣｕは加圧により外周部に押し出されるため、接合層ＤはＣｕ箔の厚みより薄くなった。また、ＳＡ／ＳＴ値は１３５６Ｋ以上での保持時間により決定された。
【００２７】
第５に、ワイヤー放電加工により直径４．０１ｍｍの円柱部材を切り出した後、センタレス加工によって直径４ｍｍ、全長５０ｍｍの丸棒材に仕上げた。円筒研削加工で首部等を加工した。次に、溝研削加工で刃溝を加工し、刃付けにより切れ刃を形成した。第１から第５により、全長が５０ｍｍ、刃径Ｄが１ｍｍ、Ｒが０．５ｍｍ、首下長が１０ｍｍの小径ボールエンドミルを作製し、これを本発明例１とした。また、本発明例１に使用したのと同じ素材を使用して円柱形状の試験片を作成し、この試験片を用いて、ＳＡ／ＳＴ値、ｔ値の評価や抗折力試験を行った。
【００２８】
また、本発明例２から１２、比較例１３から１６は、基本的には本発明例１の製造条件に準じて作製した。ただし、加熱処理の保持時間及び接合圧力を調整した点が本発明例１の製造条件とは異なる。具体的に言えば、図５に示すように保持時間を長くすることにより、ＳＡ／ＳＴ値を大きくすることができる。また、図６に示すように接合圧力を大きくすることによりｔ値を小さくすることができる。このような調整条件の採用によって、ＳＡ／ＳＴ値やｔ値を調整した。また、従来例１７は、接合材料に１０μｍの厚さのＮｉ箔を使用した。
【００２９】
接合処理条件は、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材との間にＮｉ箔を挟み、２５ＭＰａの接合圧力、真空中で１４２３Ｋの処理温度の条件で接合してｃＢＮ焼結部材を作製した。Ｎｉ接合層はＮｉ箔厚みと略同様の９．８μｍ厚さに形成された。本発明例２から１２、比較例１３から１６、従来例１７も同様に、同じ素材を使用して円柱形状の試験片を作成し、この試験片を用いて、ＳＡ／ＳＴ値、ｔ値の評価や抗折力試験を行った。抗折力試験は、各々５本の工具素材を評価し、その平均値を求めた。表１に、本発明例、比較例及び従来例の作製条件と試験片を用いた評価結果を示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に、本発明例１から１２、比較例１３から１６及び従来例１７の抗折力の試験結果を示す。本発明に用いた超硬合金強度は３０１０ＭＰａであった。本発明例１から１２は、ＳＡ／ＳＴ値が、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０の範囲にあり、いずれも超硬合金対比７０％以上の抗折力を示した。また、ｔ値（μｍ）が０．５≦ｔ≦２．０の範囲にある本発明例１、２、４、５、７、８、１０及び１１の抗折力試験結果はいずれも超硬合金対比で本発明の中でもより高い８０％以上の抗折力を示した。
【００３２】
一方、比較例１３から１６は、ＳＡ／ＳＴ値が本発明の範囲から外れているため抗折力は低かった。特に、比較例１３、１６は、ＳＡ／ＳＴ値、ｔ値のいずれも本発明の範囲から外れているため、抗折力は低いものであった。比較例１５、１６はＡ領域間に空隙を生じ、強度が低下した。また、従来例１７は、Ｎｉ接合層の厚さが厚いため、接合力が本発明例より低かった。
【００３３】
図２に本発明例９における接合層の断面組織を示す。表２に、図２のスポットＰ、スポットＱの組成分析結果を示す。スポットＰはＣｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域であり、スポットＱはＣｕを主体とし、Ｃｏ、Ｗ、Ｃを含むＢ領域の一例である。
【００３４】
【表２】
【００３５】
図３、４に接合層の一例としての観察結果を示す。図３、４共に、画像に２階色化処理を施している。白色部がＡ領域、黒色部がＢ領域である。図３は本発明例９の接合層の状態を示す。白色部のＡ領域８は、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材から成長した組織が接合層中全体に広がっている。黒色部のＢ領域９は、所々に見られる程度である。これは、接合条件である接合圧力と保持時間が適切であったためである。軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材のＣｏがＣｕに固溶することによってお互いのＡ領域が十分に成長し接合層を形成したため、抗折力は２７１６ＭＰａを示す強固な接合となった。
【００３６】
一方、図４は比較例１３の接合層の状態を示す。白色部のＡ領域８の成長が接合層の途中で止まった状態であった。また、相対的に黒色部のＢ領域９が多い組織となっている。これは、接合条件である接合圧力と保持時間とが不適切であったため、ｔ値が２．０μｍを超えてしまったためと考えられる。図４では、軸部２の超硬合金材と後軸部３の超硬合金材から成長するお互いのＡ領域が結合していないため、抗折力は１９４６ＭＰａを示し、接合強度が低かった。
【００３７】
図５は、１３５６Ｋ以上での保持時間とＳＡ／ＳＴ値との関係を示す。いずれの接合圧力条件においても、保持時間が長くなるほどＳＡ／ＳＴ値が増大した。これはＡ領域が成長したためである。図６に接合圧力とｔ値との関係を示す。いずれの保持時間においても接合圧力の増大とともに、ｔ値は薄くなった。このように保持時間と接合圧力を調整することにより、ＳＡ／ＳＴ値及びｔ値を調整することができた。図７にＳＡ／ＳＴ値と抗折力との関係を示す。０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０の範囲では、ＳＡ／ＳＴ値と抗折力とは略比例関係にあることがわかった。本発明例１から１２は、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０を満たしていたため、２０００ＭＰａ以上の優れた抗折力を示した。特に本発明例１０は、ＳＡ／ＳＴ値が０．９０と最も高く、ｔ値も０．５μｍと薄いため最も高い抗折力を示した。
【実施例２】
【００３８】
次に、実施例１によって得られた本発明例、比較例及び従来例の小径ボールエンドミルを用いて、折損強度を評価するため切削試験を下記の試験条件で行った。折損強度を評価するために、切削試験では各々５本の小径ボールエンドミルを評価した。評価は、切削距離３００ｍまでに折損した本数を測定した。これらをもとに３段階の評価ランクに分けた。評価ランクは、折損が発生しなかったものを○印で示し、折損本数が１〜３本のものを△印、折損本数が４本以上のものを×印で示した。評価結果を表１に併記した。
（試験条件）
加工方法：乾式切削による片削り加工
被切削材：ＳＫＤ１１、硬さ、ＨＲＣ６０
工具回転数：毎秒６６７回転
送り速度：２５ｍｍ／秒
径方向切り込み量：０．０５ｍｍ
軸方向切り込み量：０．５ｍｍ
【００３９】
表１に示す切削試験の評価結果では、本発明例１から１２はいずれも折損本数が無く、全て○印レベルの優れた耐折損性を示した。これは、本発明例１から１２は本発明の条件を満足しており、試験片で得られた様に高い抗折力によるものである。一方、比較例１３から１６は、切削試験でも接合部での欠損が発生し、△印や×印のレベルであった。これは、比較例１３から１６は、いずれかの条件が本発明の規定から外れているため、低い抗折力によるものである。また、従来例１７も折損が発生し△印レベルであった。この理由は、Ｎｉ接合層が厚く、接合強度が低かったためである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の回転切削工具は、金属、非鉄金属加工用の超硬合金製小径ドリル、ドリル以外の小径回転工具として適している。特に本発明は拡散接合された強固な接合層を特徴としているので、例えばｃＢＮを刃部として超硬合金材と接合された回転切削工具や、首下長さの長いロングネックを有する回転切削工具として好適である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 刃部
２ 軸部（超硬合金材）
３ 後軸部（超硬合金材）
４ 接合層
５ 首部
６ シャンク部
７ テーパー部
８ 白色部（Ａ領域）
９ 黒色部（Ｂ領域）
Ｄ 刃径
ｌｎ 首下長
Ｐ Ａ領域の組成分析スポット
Ｑ Ｂ領域の組成分析スポット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具先端の刃部とこれに連なる軸部の後端が後軸部と同一軸線上に拡散接合された接合層を有する回転切削工具において、該後軸部は首部、テーパー部、シャンク部を有し、該刃部は高硬度焼結体部材であり、該軸部の超硬合金材と該後軸部の超硬合金材を有し、該接合層は、Ｃｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域と、Ｃｕを主体とし、Ｃｏ、Ｃを含むＢ領域から成り、該接合層の軸方向断面の断面積をＳＴ（μｍ２）とし、該軸方向断面における該Ａ領域の総面積をＳＡ（μｍ２）としたとき、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０であることを特徴とする回転切削工具。
【請求項２】
請求項１に記載の回転切削工具において、該接合層の平均厚さをｔ（μｍ）としたとき、０．５≦ｔ≦２．０であることを特徴とする回転切削工具。
【請求項１】
工具先端の刃部とこれに連なる軸部の後端が後軸部と同一軸線上に拡散接合された接合層を有する回転切削工具において、該後軸部は首部、テーパー部、シャンク部を有し、該刃部は高硬度焼結体部材であり、該軸部の超硬合金材と該後軸部の超硬合金材を有し、該接合層は、Ｃｏを主体とし、Ｗ、Ｃ、Ｃｕを含むＡ領域と、Ｃｕを主体とし、Ｃｏ、Ｃを含むＢ領域から成り、該接合層の軸方向断面の断面積をＳＴ（μｍ２）とし、該軸方向断面における該Ａ領域の総面積をＳＡ（μｍ２）としたとき、０．６０≦ＳＡ／ＳＴ≦０．９０であることを特徴とする回転切削工具。
【請求項２】
請求項１に記載の回転切削工具において、該接合層の平均厚さをｔ（μｍ）としたとき、０．５≦ｔ≦２．０であることを特徴とする回転切削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１８８５０９（Ｐ２０１０−１８８５０９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５７０９７（Ｐ２００９−５７０９７）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]