JP2006527663A - 切削チップ、切削チップの製造方法及び切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は石材、煉瓦のような脆性を有する被削材を切断、穿孔するのに用いられる切削工具用切削チップ、該切削チップを製造する方法及び該切削チップを有する切削工具に関し、優れた切削性能、製造工程の単純化が可能であり、さらに製造費も顕著に低減できる切削チップ及び該切削チップを有する切削工具を提供する。
【解決手段】本発明は切削面からみて、切削面に垂直し、切削方向に平行するように積層されている多数個の板状の金属結合材を含み、上記板状の金属結合材は一体に結合されており、そして板状の金属結合材は鉄系又は非鉄係材料からなっており、さらに、上記板状の金属結合材の間には切削面において、列として表れるよう配列されているダイヤモンド粒子層が配列されていることを特徴とする切削チップ、該切削チップを製造する方法及び該切削チップを有する切削工具をその要旨とする。

Description

本発明は石材、煉瓦, コンクリート, アスファルトのような脆性を有する被削材を切断したり、穿孔するのに使用される切削工具用切削チップ、該切削チップを製造する方法及び該切削チップが具備された切削工具に関する。より詳しくは粉末状の金属結合材を用いる代りに、板状の金属結合材を用いて製造される切削工具用切削チップ、該切削チップを製造する方法及び該切削チップが具備された切削工具に関するものである。

石材、煉瓦、コンクリート、アスファルトのような脆性を有する被削材を切断したり、穿孔するためには被削材より高い硬度を有する研磨材が要求される。

上記研磨材には人造ダイヤモンド粒子、天然ダイヤモンド粒子、ホウ化窒素、及び超硬粒子等が知られており、その中でも人造ダイヤモンド粒子が最も広く使用されている。

人造ダイヤモンド(以下、“ダイヤモンド”という)は１９５０年代に発明されたものであって、地球上に存在する物質中、最も硬度の高い物質として知られており、こういった特性により切削、研削工具などに用いられるようになった。

とりわけ、上記ダイヤモンドは花崗岩、大理石などの石材を切削、研削する石材加工分野及びコンクリート構造物を切削、研削する建設業分野において広く利用されるようになった。

以下、研磨材としてダイヤモンド粒子を用いた切削チップ及び切削工具に基づいて説明する。

通常、ダイヤモンド工具はダイヤモンド粒子が分布されている切削チップと該切削チップを固定する金属ボディー(Ｃｏｒｅ)で構成される。

図１にはセグメントタイプのダイヤモンド工具の一例を示す。図１に示すように、セグメントタイプのダイヤモンド工具１はディスク形態の金属ボディー２に固定されている多数個の切削チップ（１１、１２)を含み、それぞれの切削チップ(１１、１２)にはダイヤモンド粒子５らが無秩序に分布されている。

上記の切削チップはダイヤモンド粒子を結合材の役割をする金属粉末と混合してから成形した後、焼結する粉末冶金法により製造される。

上記したようにダイヤモンド粒子を金属結合材粉末と混合する場合には、ダイヤモンド粒子が金属粉末の間に均一に分布されないため、結果的にダイヤモンド粒子らの切削效率が落ちたり、寿命が低下する問題点が生じる。

すなわち、ダイヤモンド粒子と結合材の役割をする金属粉末の混合時、粒子の大きさ、比重の差などによりダイヤモンド粒子が金属結合材の間に均一に分布されなくなり、図１に示すように過多なダイヤモンド粒子が分布されている切削面３となったり、または過少なダイヤモンド粒子が分布されている切削面４となったりするという偏析の問題が生じる。

上記のように、ダイヤモンド粒子が偏析されると工具の切削性能が劣るばかりでなく、工具の寿命が低下するという問題点が生じる。

上記ダイヤモンド粒子の偏析による問題点を解決するための技術として、ダイヤモンド粒子をパターン化させる技術が提案されており、その例を図２に示す。

図２にはダイヤモンド粒子がパターン化されたセグメントタイプのダイヤモンド工具２０の一例を示す。図２に示すように、それぞれの切削チップ(２１、２２)にはダイヤモンド粒子５がパターン化、すなわち規則的に分布している。

上記パターン化技術は粉末状の金属結合材とダイヤモンド粒子を混合せず、金属結合材粉末上にダイヤモンド粒子を所定の、ランダムではないパターンに配列した後、再び金属結合材粉末をダイヤモンド粒子上に配置する過程を繰り返して金属結合材粉末とダイヤモンド粒子を層状で配列してから成形した後、焼結して切削チップを製造する技術である。

上記ダイヤモンド粒子のパターン化技術はダイヤモンド粒子の偏析による問題点は解決できるが、金属結合材を粉末状で用いることにより、引き起こされる本質的な問題点は解決できない。

すなわち、切削チップ製造の際、結合材として金属粉末を用いる場合には、金属粉末に高圧力をかけて成形する工程が行われる。、金属結合材を成形する工程中、ダイアモンド粒子による成形ダイの摩耗により、結合材の厚さ偏差が生じたり、頻繁に破損する現象が起り、生産性が低下するばかりでなく、ひどい場合には成形寸法を変化させ切削チップの寸法がそれぞれ変わり、ダイヤモンド工具の性能偏差及び不良を引き起こさせる問題点がある。

また、結合材として用いられる金属粉末は様々な方法によって製造されるが、同じ成分といっても異なる形態、例えば板、コイル又は棒の形態で製造される金属バルク材に比べ、価格が高いという問題点もある。

さらに、粉末冶金法によって切削チップを製造する場合にはダイヤモンド粒子と結合材粉末を混合する工程、ダイヤモンド粒子と結合材粉末の混合物を成形して成形体を製造する工程及び該成形体を焼結する焼結工程を経るようになるので、製造工程が複雑になる問題点が生じる。

本発明者らは上記従来技術の問題点を解決するために、研究及び実験を重ね、その結果に基づいて本発明を提案するまでに至った。本発明の目的は製造時、結合材として金属粉末の代りに板状の金属結合材を用いることで優れた切削性能を有するばかりでなく、その製造工程も単純化、かつ製造費も顕著に低減させることのできる切削チップを提供することにある。

本発明の他の目的は上記本発明の切削チップを製造する方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は上記本発明の切削チップを有する切削工具を提供することにある。

本発明は、切削面からみて、切削面に垂直に、切削方向に平行に積層されている多数個の板状の金属結合材層を含み、
板状の金属結合材層は互いに一体に結合されており、そして鉄系または非鉄系材料からなり、さらに、
板状の金属結合材層の間には切削面において列として表れるよう配列されているダイヤモンド粒子層が配列されていることを特徴とする切削チップに関する。
また、本発明は多数個の層からなり、
上記それぞれの層は板状のメタル焼結層と鉄系または非鉄係材料からなる板状の金属結合材層とからなり、
上記それぞれの層は上記板状メタル焼結層と上記板状金属結合材層が交互に配列されるように積層されており、
上記板状メタル焼結層と上記板状金属結合材層の積層は切削面からみて切削面に垂直に、切削方向に平行に積層され、そして
少なくとも一部がメタル焼結層内に位置され、残り部分が金属結合材層内に位置され、そして切削面において列として表れるようダイヤモンド粒子層が配列されていることを特徴とする切削チップに関する。

また、本発明は上記の切削チップを有する切削工具に関するものである。

また、本発明はa)鉄系または非鉄係材料からなる板状の金属結合材を予め用意する工程；
b)上記板状金属結合材中の一つの金属結合材上にダイヤモンド粒子層を配列させる工程；
c)上記ダイヤモンド粒子層上に異なる板状の金属結合材を積層させる工程；
d)上記異なる板状金属結合材上にダイヤモンド粒子を配列させる工程；
e)所望の厚さが得られるまで上記の工程a)〜d)を繰り返して積層物を得るる工程；及び
f)上記積層物を構成する要素が互いに結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧する工程を含む切削チップの製造方法に関する。

また、本発明はa)粉末冶金法により得られたメタルプリフォームを用意する工程；
b)上記メタルプリフォームにダイヤモンド粒子層を配列する工程；
c)上記ダイヤモンド粒子層上に鉄系または非鉄係材料からなる板状の金属結合材を積層させる工程；
d)所望の厚さが得られるまで上記のa)〜c)工程を繰り返して積層物を得る工程；
e)上記積層物を構成する要素が互いに結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧する工程を含む切削チップの製造方法に関する。
また、本発明はa)メタルプリフォームらを用意する工程；
b)上記メタルプリフォームら中の一つのメタルプリフォーム上にダイヤモンド粒子層を配列させる工程；
c)上記ダイヤモンド粒子層上に他のメタルプリフォームを積層させる工程；
d)上記他のメタルプリフォーム上に鉄系または非鉄係材料からなる板状の金属結合材を積層させる工程；
e)所望の厚さが得られるまで上記の工程a)〜d)を繰り返して積層物を得る工程；
f)上記積層物を構成する要素が互いに結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧する工程を含む切削チップの製造方法に関する。

また、本発明は上記の方法によって製造された切削チップを有する切削工具に関する。

以下、本発明について詳しく説明する。本発明は石材、煉瓦、コンクリート、アスファルトのような脆性を有する被削材を切断したり、穿孔するのに用いられる切削工具用切削チップ及び切削工具に適用されるものである。

切削工具用切削チップは被削材の切削時、切削を直接行うダイヤモンド粒子と該ダイヤモンド粒子を固定する役目を果たす金属結合材を含む。

上記切削チップを製造するために、従来には粉末状の金属結合材を用いた。粉末状の金属結合材を用いて切削チップを製造すると、ダイヤモンド粒子が偏析され工具の切削性能が劣るばかりではなく、工具の寿命が低下するという問題点が生じる。

さらに、粉末状の金属結合材を用いて切削チップを製造すると、ダイヤモンド粒子を金属結合材粉末と混合する工程、該混合物を成形する工程、及び該成形体を焼結する工程を経なければならない。

そのため、粉末状の金属結合材を用いて切削チップを製造する場合には、製造工程が複雑になるばかりではなく、製造費が過多にかかる問題点が生じる。

上記ダイヤモンド粒子の偏析による問題点を解決するための技術としてダイヤモンド粒子を所定の、ランダムではなくパターン化させる技術が提案された。

上記パターン化技術は粉末状の金属結合材とダイヤモンド粒子を混合する代りに、金属結合材粉末上にダイヤモンド粒子を所定の、非ランダム状に配列した後、再び金属結合材粉末をダイヤモンド粒子上に配置する工程を繰り返して金属結合材粉末とダイヤモンド粒子を層状に配列してから成形した後、焼結して切削チップを製造する技術である。

上記ダイヤモンド粒子のパターン化技術は、ダイヤモンド粒子の偏析による問題点は解決できるが、粉末状の金属結合材を用いることで引き起こされる製造工程の複雑化及び製造費用の増加は解決できない。

ダイヤモンド粒子がパターン化された切削チップは、大きく見ると、ダイヤモンド粒子が配列されている金属結合材部位（１）とダイヤモンド粒子が配列されていない金属結合材部位（２）に分けることができる。

本発明の基本思想はダイヤモンド粒子が配列されていない金属結合材部位（２）を最初から粉末状ではなく板状の金属結合材を用いて形成することにある。

切削チップの製造時、最初から板状金属結合材を用いると、ダイヤモンド粒子が偏析なしに所望どおりに分布されるばかりでなく、製造工程を単純化させ、製造費を最小化させることができる。

以下、本発明を図面を用いて詳しく説明する。図３は本発明の切削チップの一例を示す。図３に示すように、本発明の切削チップ１００は切削面からみて、切削面と垂直に、切削方向に平行に積層されている多数個の板状の金属結合材層１０１を含み、該板状の金属結合材層の間には切削面において列として表れるよう配列されているダイヤモンド粒子層１０２が配列されている。

図４には本発明の切削チップの他の例が示す。図４に示すように、本発明の他の切削チップ２００はそれぞれの層２０１が板状のメタル焼結層２０１ａと板状の金属結合材層２０１ｂからなっている多数個の層２０１で構成されている。
上記それぞれの層２０１は、上記板状のメタル焼結層２０１ａと上記板状の金属結合材層２０１ｂが交互に配列されるよう積層されている。上記板状のメタル焼結層２０１ａと上記板状の金属結合材層２０１ｂは切削面からみて、切削面に垂直に、切削方向へ平行に積層される。
ダイヤモンド粒子層２０２は少なくともその一部が板状のメタル焼結層２０１ａ内に位置し、残り部分が板状の金属結合材層２０１ｂ内に位置する。また、上記ダイヤモンド粒子層２０２は切削面において列として表れるように配列される。
上記板状の金属結合材層１０１及び２０１ｂは鉄系または非鉄系材料からなることが好ましく、より好ましきことは鉄鋼材からなることである。
上記非鉄系材料には、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｗなどが挙げられる。

本発明において、板状の金属結合材層は溶融圧延材、焼結材及び粉末成形材を用いて製造されたものである。

上記板状の金属結合材層は全てが溶融圧延材を用いて製造されるか、あるいは図７に示すように上記溶融圧延材の一部を焼結材に取り替えて製造されることが望ましい。

また、上記板状の金属結合材層は、上記溶融圧延材の一部を粉末成形材に取り替えて製造されるか、あるいは上記溶融圧延材の一部を焼結材及び粉末成形材に取り替えて製造され得る。

また、上記板状の金属結合材層は全てが焼結材を用いて製造されるか、あるいは上記焼結材の一部を粉末成形材に取り替えて製造され得る。
本発明において、最も好ましきことは板状の金属結合材層全てが溶融圧延材を用いて製造されることである。好ましき溶融圧延材には、鉄鋼材である熱間圧延鋼板及び冷間圧延鋼板等が挙げられる。

通常、ダイヤモンドと一緒に粉末または粉末成形材を焼結する場合にはその焼結温度が１０００℃以下である。

従って、上記板状の金属結合材層が粉末成形材を用いて製造される場合には、１０００℃以下で焼結されるので、成形材の材質が制限を受けるようになる。

しかし、上記板状の金属結合材層が溶融圧延材または焼結材を用いて製造される場合には、焼結温度による材質選択の制限はない。

本発明の切削チップにおいて、板状の金属結合材層の厚さはダイヤモンド粒子の大きさによって変化され得るが、少なくともダイヤモンド粒子の平均直径の二倍より大きくならないように制限することが望ましい。

一方、板状のメタル焼結層２０１ａが存在する場合には、メタル焼結層２０１ａと板状の金属結合材層の厚さの合計が少なくともダイヤモンド粒子の平均直径の二倍より大きくないように制限することが望ましい。

また、本発明においては、図５、図６及び図７に示すように、ダイヤモンド粒子層３０２、４０２及び８０２が外層にも配列されている切削チップ３００、４００及び８００を提供する。

以下、本発明の切削チップを製造する方法について説明する。本発明のダイヤモンド工具は、切削チップらまたは領域らを有することが可能であるが、これらはダイヤモンド粒子がｎ層配列された先行切削チップ及びダイヤモンド粒子がｎ’(ｎ’≦ｎ)層配列された後行切削チップからなる。ここで、上記後行切削チップのそれぞれのダイヤモンド粒子層は、上記先行切削チップのダイヤモンド粒子層の間に置かれるように配列される。

また、上記ダイヤモンド粒子層らは被削材の切削時、後行するダイヤモンド層によって被削材に形成される切削溝が先行するダイヤモンド層によって被削材に形成された切削溝の間に形成されるようにすることで被削材を完全に取り除くことができる。

本発明は２つ以上の領域に区分されている切削チップを備えたダイヤモンド工具に適用され得る。上記領域は切削方向からみて、前方部にはｎ層のダイヤモンド粒子層が配列され、後方部にはｎ’層のダイヤモンド粒子層が配列され(この際、ｎ’≦ｎ)る。上記前方部のそれぞれのダイヤモンド粒子層は被削材の切削の際、後行するダイヤモンド粒子層によって被削材に形成される切削溝が先行するダイヤモンド粒子層によって被削材に形成された切削溝の間に置かれるように上記後方部のダイヤモンド粒子層の間に置かれるように配列される。
この場合にダイヤモンド粒子がｎ層配列された切削チップの両側面に交互に一定深さの陰刻を加えて一定区間においてダイヤモンド粒子層が交互に配列されるようにすることもできる。

上記陰刻が形成された切削チップにおいて、後方部にあるダイヤモンド粒子層は前方部にあるダイヤモンド粒子層の間に置かれるように配列されるべきである。

図１１−１５には、本発明に適用され得る切削チップの例等が提示されており、これらの切削チップは２つ以上の領域に区分されている。図１１は２つの領域に区分して切削方向に向かった前方部には３層のダイヤモンド粒子層が配列され、後方部には２層のダイヤモンド粒子層が配列されている切削チップを示す。図１１に示すように、上記後方部のそれぞれのダイヤモンド粒子層(１４１ｄ、１４１ｅ)は、上記前方部のダイヤモンド粒子層(１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ)の間に置かれるように配列される。

図１２には切削方向に向かって前方部２１１と後方部２１２の両方にそれぞれ交互に陰刻が形成されている切削チップ２１が示されている。図１２に示すように、切削チップ２１の前方部２１１に３層のダイヤモンド粒子層（２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ）が配列され、後方部２１２にも３層のダイヤモンド粒子層（２１２ａ、２１２ｂ、２１１ｃ）が配列され、さらに上記前方部２１１の３層のダイヤモンド粒子層（２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ）のそれぞれは上記後方部２１２の３層のダイヤモンド粒子層 （２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ）間に置かれるように配列される。

また、図１３は切削チップの両側面(切削方向からみた時、側面)に交互に陰刻を加えるが、陰刻を有する部分が複数個繰り返されるようにしてダイヤモンド粒子層が交互に配列される区間が２つ以上(複数個)になるようにした切削チップ(２２)を示す。図１３に示すように、切削チップ２２の前方部２２１の前面部２２１１と後面部２２１２に３層のダイヤモンド粒子層（２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ）及び（２２１ｄ、２２１ｅ、２２１ｆ）が配列され、後方部２２２の前面部２２２１と後面部２２２２にも３層のダイヤモンド粒子層（２２１ｇ、２２１ｈ、２２１ｉ）及び（２２１ｊ、２２１ｋ、２２１ｌ）が配列され、上記３層のダイヤモンド粒子層（２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ）及（２２１ｇ、２２１ｈ、２２１ｉ）のそれぞれは上記３層のダイヤモンド粒子層（２２１ｄ、２２１ｅ、２２１ｆ）及び （２２１ｊ、２２１ｋ、２２１ｌ）の間に置かれるように配列される。

図１４及び図１５には、ダイヤモンド粒子が切削チップの側面部と接するように配列されている切削チップの例が提示されている。

上記陰刻が加えられる部分の深さと長さ及び個数は、切削チップの大きさ、ダイヤモンド粒子の集中度及びダイヤモンド粒子の粒子大きさによって適切に変化され得る。

また、本発明はダイヤモンド粒子がｎ層配列された切削チップとダイヤモンド粒子がｎ−１層に配列された切削チップを交互に配置したダイヤモンド工具にも適用される。

上記ダイヤモンド粒子がｎ−１層配列された切削チップにおけるそれぞれのダイヤモンド粒子層はダイヤモンド粒子がｎ層配列された切削チップのダイヤモンド粒子層の間に置かれるように配列される。

上記のようにダイヤモンド粒子が配置されたダイヤモンド工具において、ダイヤモンド粒子が被削材の切削時、ダイヤモンド粒子が切削チップの切削面に一定間隔を置いて突出されるよう(切削方向に平行に配列されたダイヤモンド粒子列を有するように) 切削面に垂直に切断された断面上で該断面の上部頂点を連結する線または下部頂点を連結する線と一定角度で傾いて配列されることが望ましい。

［板状金属結合材の準備工程］
本発明に従って切削チップを製造するためには、鉄系または非鉄系材料からなる板状の金属結合材を準備する。上記板状の金属結合材として好ましきものには鉄鋼材が挙げられる。上記板状の金属結合材は、製造しようにとする切削チップに対応して適切な形状を有するように準備する。

本発明において、板状の金属結合材には溶融圧延材、焼結材及び粉末成形材が挙げられるが、最も好ましきものは溶融圧延材である。上記溶融圧延材には熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板が望ましい。上記板状の金属結合材として溶融圧延材を用いる場合には、溶融圧延材の密度が理論密度に近いので、金属結合材として溶融圧延材を用いて製造された切削チップは、粉末状の金属結合材を用いて成形及び焼結して製造された切削チップより優れた機械的物性を表した。

表１は本発明者らの実験結果の一例を提示したものであって、金属結合材に板状のＳＫ８５鋼板を用いた場合と金属結合材としてＣｏ粉末を用いた場合の曲げ強度を示した。下記表１の発明例（１）は厚さ０．５ｍｍのＳＫ８５鋼板を数枚積層して加圧焼結した試片である。発明例(２)はＳＫ８５鋼板とＣｏ１００％のプリフォームを交互に積層して加圧焼結した試片である。従来例(１)は金属結合材として１００％Ｃｏ粉末を用いて加圧焼結した試片である。

［表１］

上記表１に示すように、本発明に従い、板状の溶融圧延材を金属結合材として用いる場合には、切削チップとして使用される粉末中に、最も優れた曲げ強度を示すものとして知られているＣｏ１００％粉末を用いる場合より曲げ強度がはるかに高いことがわかる。

上記板状の金属結合材には鉄鋼材以外にもアルミニウム合金、ニッケル合金、銅合金、黄銅等、様々な形態と物性を有した結合材を使用できる。

［ダイヤモンド粒子配列及び異なる板状金属結合材の積層工程］
上記のように備えられた板状の金属結合材中の一つの金属結合材上にダイヤモンド粒子を配列させる。上記のようにダイヤモンド粒子を配列する方法の一例には次のような方法が挙げられる。スプレー式接着剤を切削チップ形状に切断した金属網上に塗布し、その上に一定の間隔でレーザー加工により打孔された金属治具を載せ、微細なダイヤモンド粒子を撒く。この際、金属治具に形成されている一孔あたりダイヤモンド粒子が一つずつ入るようにする。金属治具を分離するとその上にダイヤモンド粒子が一定に配列された金属網が得られる。

上記のように、ダイヤモンド粒子が一定に配列された金属網を板状の金属結合材中の一つの金属結合材上に位置させることにより、ダイヤモンド粒子を一つの板状金属結合材上に配列させることが可能である。

ダイヤモンド粒子を配列させる他の方法には、接着成分を有するテープを用いてダイヤモンド粒子を配列させる方法が挙げられる。次に、上記ダイヤモンド粒子上に他の板状の金属結合材を積層させる。所望の厚さが得られるまで上記のように板状の金属結合材を多数積層して積層物を備える。

すなわち、上記のように金属網を用いる場合には板状の金属結合材-ダイヤモンドが配列された金属網 - 板状の金属結合材の順に数回繰り返し所望の切削チップの厚さが得られるまで積層すれば良い。

好ましくは、上記板状の金属結合材の間に粉末成形体層を挿入して粉末成形体層でダイヤモンドを包むようにすることである。

上記のように粉末成形体層でダイヤモンドを包むようにすると、ダイヤモンドの熱による損傷を防止することができると共に、諸種類の粉末成形体を用いることが可能なので、切削チップの摩耗性を変化させ用途に合うダイヤモンド工具切削チップを製作することが可能になる。
さらに、挿入される粉末成形体は通電方式の加熱、加圧(ホットプレース（Ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ焼結) 方法において、ダイヤモンドを保護する機能もする。

上記粉末成形体は、板状のメタルプリフォーム形態で挿入されることが好ましい。上記メタルプリフォームはテープキャスティング(ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ)方法等によって製造され得る。上記メタルプリフォームにはバインダーが１０〜４０ｗｔ％程度含有されているものが望ましい。

メタルプリフォームはメタルプリフォームの層として挿入することもできる。メタルプリフォームの厚さは添加するバインダーの量によって異なる。メタルプリフォームが十分な厚さを有する限りダイヤモンドを保護する役割を果たすことができるからである。但し、メタルプリフォームを構成する金属粉末の成分を変化させて摩耗特性を変化させるためには焼結後、厚さが厚くなければならないが、この場合にもメタルプリフォームの焼結後厚さはダイヤモンド粒子の平均直径より薄いものが望ましい。
メタルプリフォームは、有機化合物、あるいは無機化合物と金属粉末が混合されており、ダイヤモンド粒子やフィラー(ｆｉｌｌｅｒ)(硬度の高い研磨材)が含有され得る。

上記したように、メタルプリフォームを用いると、板状金属結合材とメタルプリフォームのみで切削チップの製作が可能であり、金属粉末の混合、グラニュール(粒子化)、成形工程が不要なため、現在使用中の方法より、はるかに簡便に切削チップを製作することができる。

上記板状メタルプリフォームはダイヤモンド粒子層の上部及び下部全て、あるいはいずれかの一側に配置され得る。

板状の金属結合材として溶融圧延材を用い、板状のメタルプリフォームがダイヤモンド粒子層の上部及び下部全てに配置された切削チップの積層形状の一例を図８に示す。図８に示すように、メタルプリフォーム５０３はダイヤモンド粒子層５０２を両側から包んでいる。そして板状の金属結合材層５０１がダイアモンド粒子層５０２の上側に位置するメタルプリフォーム５０３の上側を包んでおり、そしてダイアモンド粒子層５０２の下側に位置する他のメタルプリフォーム５０３の下側を包んでいる。上記メタルプリフォームにフィラー(ｆｉｌｌｅｒ)(硬度の高い研磨材)を添加させ耐磨耗性を増加させることが望ましい。この際、用いられるフィラーにはＳｉC、ＷＣ、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などのような耐磨耗性を有する粒子を単独又は２種以上を複合して用いることができる。また、本発明においては、ダイヤモンド粒子が含まれたメタルプリフォームを用いることも可能である。

所望の厚さが得られるまで上記のようにメタルプリフォーム及び板状の金属結合材を多数層積層して積層物を得る。

すなわち、上記のように金属網を用いる場合には板状の金属結合材-メタルプリフォーム-ダイヤモンドが配列された金属網-メタルプリフォーム-板状の金属結合材の順に数回繰り返して所望の切削チップ厚さが得られるまで繰り返せば良い。

上記したように本発明においては、一つのメタルプリフォーム上にダイヤモンド粒子を配列させた後、ダイヤモンドのすぐ上に板状の金属結合材を積層させることもできるが、この場合には上記のように金属網を用いると、板状の金属結合材-メタルプリフォーム-ダイヤモンドが配列された金属網-板状の金属結合材の順に数回繰り返して所望の切削チップの厚さになるまで繰り返せれば良い。

また、本発明においては、ダイヤモンド粒子が含まれたメタルプリフォームを用いることもできる。この場合には板状の金属結合材-メタルプリフォーム-板状の金属結合材の順に積層すれば良い。

一方、図９ａには図８の配列で、上部及び下部メタルプリフォームである焼結層６０３それぞれの下及び上にダイヤモンド層６０２を配置し、該ダイヤモンド層６０２の下及び上に粉末成形材の焼結層である上、下部金属結合材６０１ａをそれぞれ配置し、上、下部金属結合材６０１ａ層それぞれの下及び上にダイヤモンド層を配置し、該ダイヤモンド層６０２の下及び上にメタルプリフォーム６０３を配置し、上記上、下部金属結合材６０１ａの間の内部金属結合材６０１ｂが溶融圧延材又は焼結材あるいは、これらが複合して成る切削チップ６００の例を示している。

また、図９ｂには図８の配列で、上部及び下部金属結合材７０１ａはメタルプリフォームである焼結層７０３に取り囲まれており、上記上部及び下部金属結合材７０１ａの間に位置される内部金属結合材７０１ｂはダイヤモンド層７０２と直接接触し、上記上部及び下部金属結合材７０１ａは溶融圧延材または焼結材あるいは、これらが複合して成り、上記内部金属結合材７０１ｂらは成形材からなる切削チップの例を示している。

上記したように、本発明の切削チップは多数のダイヤモンド粒子含有層を含み、少なくともその一部は板状金属層によって分離されている。ダイヤモンド粒子含有層はそれぞれ(１)二つのメタルプリフォームの間、(２)二つの焼結金属結合材の間あるいは、(３)メタルプリフォームと焼結金属結合材との間に位置している。

それぞれの切削チップの最外部層/表面はメタルプリフォームから構成されることが望ましい。

メタルプリフォームは、金属粉末と結合材及び/又はフィラーが混合された成形物として知られている。

上記焼結金属結合材層は鉄又は非鉄金属、好ましくは鋼(ｓｔｅｅｌ)で構成され、冷間圧延鋼及び熱間圧延鋼で構成されることができ、また鍛造金属(ｆｏｒｇｅｄ ｍｅｔａｌ)(例えば、鋼)層であり得る。

他の具体例において、切削チップは図１１に示すように、陰刻領域を含むことができる。

上記具体例によれば、上記切削チップは、多数の層と共に配置した後、最終加熱工程の前に上記切削チップの一部領域が他の領域に対して加圧された図１１に示す最終製品を形成することを除けば、下記のように製造される。

図１１は切削チップの第１領域(後方部)(Ａ)が第２領域(後方部)(B)からオフセットされている切削チップを示す。
このような陰刻構造によってダイヤモンド粒子層らが配列されるので、第１領域(Ａ)における水平ダイヤモンド層が第２領域(Ｂ)での水平ダイヤモンド粒子層から垂直にオフセットされる。
［積層物を加熱及び加圧する工程］
上記積層物を構成する要素らが互いに結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧することにより、切削チップが製造される。
粉末成形体とは違って、板状の金属結合材は密度がほぼ１００％であるため、板上金属結合材の間の接合のために加熱、加圧する。従って、一般的な焼結条件と同じくする必要がない。

接合温度と圧力は板状金属結合材の表面にある金属原子らが他の層の板状金属結合材の表面にある金属原子と結合することができるエネルギーを供給する。

粉末成形体は数〜数十ミクロメーターの大きさの金属粉末が互いに結合されなければならないので、多量のエネルギーが必要である。

一般的な焼結は７００〜１０００℃の焼結温度及び３５０ｋｇ/ｃｍ^２の焼結圧力で5分間行うが、本発明においては、金属板はこの条件よりさらに低い温度、圧力及び時間でも接合が可能である。

接合条件は用いられる板状金属結合材の種類によって異なり、金属結合材の表面条件によっても変わる。板状金属結合材として溶融圧延材を用いる場合には溶融温度が低いほど、板状金属結合材の表面が酸化膜や異物質なしにきれいなほど接合温度と圧力が低くなり、且つ接合時間が短くなる。上記板状の金属結合材の間にメタルプリフォームが挿入されたり、板状の金属結合材として粉末成形材を用いる場合には、メタルプリフォーム及び粉末成形材を構成する金属粉末が焼結される程度の温度と圧力が必要である。
ダイヤモンド粒子層が挿入されると、接合過程においてダイヤモンドの一部は板状金属結合材内部に打ち込まれるようになる。

金属結合材として溶融圧延材を用いる場合には、接合圧力は板状金属結合材の高温における降伏強度に応じて決まる。例えば接合温度が高いほど板状金属結合材の降伏強度が低くなり、接合圧力は反比例して低くなるようになる。

熱延又は冷延鉄鋼材を板状金属結合材に用いる場合、鉄鋼材は温度によって降伏強度が持続的に減少し、約５００℃で常温における降伏強度の半分程度に落ち、８００℃で大部分の鉄鋼材が５０Ｎ/ｍｍ^２の値を占める。

本発明者らが行なった実験によれば、８００℃以上では３５０ｋｇ/ｃｍ^２の接合圧力でダイヤモンド粒子が十分に板状金属結合材の内部に打ち込まれることを確認した。

上記したように積層物を加熱及び加圧する場合においてメタルプリフォームが挿入される場合には、ダイヤモンド粒子がメタルプリフォーム又はメタルプリフォーム及び板状の金属結合材の内部に打ち込まれるようになり、メタルプリフォームが挿入されない場合にはダイヤモンド粒子が板状の金属結合材内部に打ち込まれるようになる。

一方、本発明は上記のように製造された切削チップを有する切削工具を提供する。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。

本発明によって製造されたソーブレード（ｓａｗ ｂｌａｄｅ）(発明例３)及び従来方法によって製造されたソーブレード(従来例２)について切削試験を行なって切削性能と寿命性能を調査し、その結果を下記表２に示した。

下記表２の発明例３は０．５ｍｍ厚さのＳＫ８５鋼板４枚を結合材として用い、該鋼板の間には２つのＣｏ１００％のメタルプリフォームが挿入され、該メタルプリフォームの間にはダイヤモンド粒子が規則的に配列されたテープ(ｔａｐｅ)を挿入させ製作したものであり、従来例２はダイヤモンド粒子を金属粉末と混合して製作したものである。

ここで用いられたダイヤモンド粒子はアメリカＧＥ社のＭＢＳ９５５であった。ここで、焼結（接合）はホットプレース（Ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ）方式により、焼結（接合）温度９５０℃、焼結（接合）時間５分の条件で行った。

切削試験のために上記のように製作された切削チップをレーザー熔接で１４ｉｎｃｈコア（ｃｏｒｅ）に２４個付着して切削工具を製作し、コンクリート、花崗岩、ウオッシュドコンクリートを切削する試験を行った。

この際、使用した機械はＥＤＣＯ（社）の１４ｉｎｃｈテーブルソー（ｓａｗ）であって、ＲＰＭは３，５００であった。上記使用された各ソーブレードの切削チップの大きさは長さ４０ｍｍ、高さ８．２ｍｍ、厚さ３．２ｍｍであった。
[表２]

上記表２に示すように、本発明によって製造された発明例３が従来方法によって製作された従来例２に比べ切削性能において優れることがわかる。

上記実施例１における発明例３のソーブレードと従来例２のソーブルレードに対するウオッシュドコンクリート切削試験において、切削行数による切断時間の変化を調査し、その結果を図１０に示した。
そこで、切削時間とは切削作業時のソーブレードが１回切削するのにかかる時間を言う。１回切削は３０ｃｍ長さの被削材を一定深さで１回切削することを意味する。
図１０に示すように、発明例３のソーブレードが従来例２のソーブレードより切削時間が短く、かつ切削時間の傾向が安定的で、より均一な性能を表すことが分かる。

産業上の利用の可能性

上述したように、本発明は切削チップ製作の際、粉末状の結合材代りに板状の金属結合材を用いることにより材料費を減少させ製品単価を減少させると共に、金属結合材の混合、グラニュール化及び成形工程を省略することができるので、製造工程を単純化させ、生産性を画期的に向上させることができる效果がある。
また、本発明は切削チップ製作の際、粉末状の結合材代りに板状の金属結合材を用いることによりダイヤモンド粒子を均一に分布させることが可能なので、切削性能及び寿命が優れた切削チップを提供することができる效果があるものである。

切削チップの切削面にダイヤモンド粒子が無秩序に分布されたダイヤモンド工具の一例図。 切削チップの切削面にダイヤモンド粒子が規則的に分布されたダイヤモンド工具の一例図。 本発明に符合する切削チップの一例図。 本発明に符合する切削チップの他の一例図。 本発明に符合する切削チップのさらに他の一例図。 本発明に符合する切削チップのさらに他の一例図。 本発明に符合する切削チップのさらに他の一例図。 本発明により切削チップの製造時、構成要素らの配列状態の一例を示す概略図。 本発明により切削チップの製造時、構成要素らの配列状態の他の例を示す概略図。 本発明により製造された切削チップと従来方法により製造された切削チップが付着されたソーブレードに対する切断行数による切断時間の変化を示すグラフ。 本発明のダイヤモンド工具において、本発明により陰刻が加えられた切削チップの一例図。 本発明のダイヤモンド工具において、本発明により陰刻が加えられた切削チップの一例図。 本発明のダイヤモンド工具において、本発明により陰刻が加えられた切削チップの一例図。 本発明のダイヤモンド工具において、本発明により陰刻が加えられた切削チップの一例図。 本発明のダイヤモンド工具において、本発明により陰刻が加えられた切削チップの一例図。

符号の説明

１． ダイアモンド工具
２． 金属ボディ
５． ダイアモンド粒子
１１． 切削チップ
１２． 切削チップ
２０． セグメントタイプのダイアモンド工具
１００． 切削チップ
１０１． 金属結合材層
１０２． ダイアモンド粒子層
１４１a. ダイアモンド粒子層
２００． 切削チップ
２０１a. メタル焼結層
２０１b. 板状金属結合材層
２１１． 切削方向前方部
２１１a. ダイアモンド粒子層
２１２． 切削方向後方部
２１２a. ダイアモンド粒子層
２２１a. ダイアモンド粒子層
２０２． ダイアモンド粒子層
３０２． ダイアモンド粒子層
４０２． ダイアモンド粒子層
５０１． 金属結合材層
５０２． ダイアモンド粒子層
５０３． メタルプリフォーム
６０１a. 金属結合材
６０１b. 内部金属結合材
６０２． ダイアモンド層
６０３． メタルプリフォーム
７０１a. 金属結合材
７０１b. 内部金属結合材
７０２. ダイアモンド粒子層
７０３. メタルプリフォーム
８０２． ダイアモンド粒子層

Claims (54)

1. 切削面からみて切削面と垂直し、切削方向に平行するように積層されている多数個の板状の金属結合材層を含み、
   上記板状の金属結合材層は一体に結合されており、そして鉄系又は非鉄系の材料からなっており、さらに
   上記板状の金属結合材層の間には切削面において列として表れるよう配列されているダイヤモンド粒子層が配列されていることを特徴とする切削チップ。
2. 板状の金属結合材層は、ダイヤモンド粒子平均直径の二倍より大きくない厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の切削チップ。
3. 板状の金属結合材層は、鉄鋼材、アルミニウム合金、ニッケル合金、銅合金及び黄銅からなるグループより選択された材質からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の切削チップ。
4. 板状の金属結合材層らは溶融圧延材及び焼結材を単独または複合で用いて製造されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の切削チップ。
5. 溶融圧延材の一部または焼結材の一部がメタル粉末成形材に取り替えられることを特徴とする請求項４に記載の切削チップ。
6. 板状の金属結合材層は溶融圧延材及び焼結材を単独または複合で用いて製造されたことを特徴とする請求項３に記載の切削チップ。
7. 溶融圧延材の一部または焼結材の一部がメタル粉末成形材に取り替えられることを特徴とする請求項６に記載の切削チップ。
8. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項４に記載の切削チップ
9. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項５に記載の切削チップ。
10. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項６又は７に記載の切削チップ。
11. 多数個の層からなり、
    上記それぞれの層は板状のメタル焼結層と鉄系又は非鉄系の材料からなる板状の金属結合材層からなり、
    上記それぞれの層は上記板状のメタル焼結層と上記板状の金属結合材層が交互に配列されるよう積層されており、
    上記板状のメタル焼結層と上記板状の金属結合材層の積層は切削面からみて切削面と垂直し、切削方向に平行してなり、さらに
    少なくとも一部が板状のメタル焼結層内に位置され、残り部分が板状の金属結合材層内に位置され、そして切削面において列として表れるようダイヤモンド粒子層が配列されていることを特徴とする切削チップ。
12. 上記メタル焼結層と金属結合材層の厚さの合計がダイヤモンド粒子平均直径の二倍より大きくならないように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の切削チップ。
13. 板状の金属結合材層は鉄鋼材、アルミニウム合金, ニッケル合金, 銅合金及び黄銅からなるグループより選択された材質からなること特徴とする請求項１１又は１２に記載の切削チップ。
14. 板状の金属結合材層は溶融圧延材及び焼結材を単独または複合で用いて製造されたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の切削チップ。
15. 溶融圧延材の一部または焼結材の一部が成形材に取り替えられることを特徴とする請求項１４に記載の切削チップ。
16. 板状の金属結合材層らは溶融圧延材及び焼結材を単独または複合で用いて製造されたことを特徴とする請求項１３に記載の切削チップ。
17. 溶融圧延材の一部または焼結材の一部が成形材に取り替えられることを特徴とする請求項１６に記載の切削チップ。
18. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項１４に記載の切削チップ。
19. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項１５に記載の切削チップ。
20. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の切削チップ。
21. ｎ層のダイヤモンド粒子層を有する前方部及びｎ’（ｎ’≦ｎ）層のダイヤモンド粒子層を有する後方部を含み、そして上記前方部と上記後方部が切削方向に向かって上記前方部のダイヤモンド粒子層が上記後方部のダイアモンド粒子層の間に起これるように切削チップ内で交互に配列されることを特徴とする請求項１又は１１に記載の切削チップ。
22. 上記前方部のダイヤモンド粒子層が上記後方部のダイヤモンド粒子層の間に置かれるようにする配列が切削方向に向かった側面部に陰刻を加えることによりなることを特徴とする請求項２１に記載の切削チップ。
23. 上記先行する各ダイヤモンド粒子層と粒子層との間の間隔は後行するダイヤモンド粒子層の厚さより小さいか、同じくすることを特徴とする請求項２１に記載の切削チップ。
24. ダイヤモンド粒子層のない部位にフィラーが分布されていることを特徴とする請求項２１に記載の切削チップ。
25. 上記フィラーがＳｉＣ、ＷＣ、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３及びダイヤモンド粒子からなるグループより選択された1種又は２種以上であることを特徴とする請求項２４に記載の切削チップ。
26. フィラーがダイヤモンドであり、フィラーで添加されたダイヤモンドの集中度が切削を目的とするダイヤモンドの集中度の１０〜６０％程度であることを特徴とする請求項２４に記載の切削チップ。
27. 鉄系または非鉄系材料からなる板状の金属結合材を備える工程；
    上記板状の金属結合材中の一つの板状の金属結合材上にダイヤモンド粒子を配列させる工程；
    上記ダイヤモンド粒子上に他の板状の金属結合材を積層させる工程；
    上記他の板状の金属結合材上にダイヤモンド粒子を配列させる工程；
    所望の厚さが得られるまで上記の工程を繰り返して積層物を備える工程；及び
    上記積層物を構成する要素が結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧する工程を含む切削チップの製造方法。
28. 板状の金属結合材は鉄鋼材、アルミニウム合金、ニッケル合金、銅合金及び黄銅からなるグループより選択された材質からなることを特徴とする請求項２７に記載の切削チップの製造方法。
29. 板状の金属結合材は溶融圧延材及び焼結材を単独または複合で用いて製造されたことを特徴とする請求項２７又は２８に記載の切削チップの製造方法。
30. 溶融圧延材の一部または焼結材の一部が成形材に取り替えられることを特徴とする請求項２９に記載の切削チップの製造方法。
31. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項２９に記載の切削チップの製造方法。
32. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項３０に記載の切削チップの製造方法。
33. メタルプリフォームを備える工程；
    上記メタルプリフォーム上にダイヤモンド粒子を配列する工程；
    上記ダイヤモンド粒子上に鉄系または非鉄系材料からなる板状の金属結合材を積層させる工程；
    所望の厚さが得られるまで上記の工程を繰り返して積層物を得る工程；
    上記積層物を構成する要素が結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧する工程を含む切削チップの製造方法。
34. 板状の金属結合材は鉄鋼材、アルミニウム合金、ニッケル合金、銅合金及び黄銅からなるグループより選択された材質からなることを特徴とする請求項３３に記載の切削チップの製造方法。
35. 板状の金属結合材は溶融圧延材及び焼結材を単独または複合で用いて製造されたことを特徴とする請求項３３又は３４に記載の切削チップの製造方法。
36. 溶融圧延材の一部または焼結材の一部が成形材に取り替えられることを特徴とする請求項３５に記載の切削チップの製造方法。
37. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項３５に記載の切削チップの製造方法。
38. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項３６に記載の切削チップの製造方法。
39. メタルプリフォームらを備える工程；
    上記メタルプリフォームら中の一つのメタルプリフォーム上にダイヤモンド粒子を配列させる工程；
    上記ダイヤモンド粒子上に他のメタルプリフォームを積層させる工程；
    上記他のメタルプリフォーム上に鉄系または非鉄系材料からなる板状の金属結合材を積層させる工程；
    所望の厚さが得られるまで上記の工程を繰り返して積層物を得る工程；
    上記積層物を構成する要素が結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧する工程を含む切削チップの製造方法。
40. 板状の金属結合材は鉄鋼材、アルミニウム合金、ニッケル合金、銅合金及び黄銅からなるグループより選択された材質からなることを特徴とする請求項３９に記載の切削チップの製造方法。
41. 板状の金属結合材は溶融圧延材及び焼結材を単独または複合で用いて製造されたことを特徴とする請求項３９又は４０に記載の切削チップの製造方法。
42. 溶融圧延材の一部または焼結材の一部がメタル粉末成形材に取り替えられることを特徴とする請求項４１に記載の切削チップの製造方法。
43. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項４１に記載の切削チップの製造方法。
44. 溶融圧延材が熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項４２に記載の切削チップの製造方法。
45. ａ．多数のダイヤモンド粒子層、多数のメタルプリフォーム層、少なくとも一つの板状焼結金属マトリックス層及び少なくとも一つの板状金属層を含み、
    上記ダイヤモンド粒子層のそれぞれは二つのメタルプリフォーム層の間、二つの焼結金属マトリックス層の間、あるいはメタルプリフォーム層と焼結金属マトリックス層の間に位置されるように成る多数層積層物を備える工程；及び
    ｂ．上記多数層積層物を構成している要素が互いに結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧する工程を含む切削チップの製造方法。
46. 上記多数層積層物の最外部層がメタルプリフォーム層からなることを特徴とする請求項４５に記載の切削チップの製造方法。
47. 上記板状金属層のそれぞれは二つのメタルプリフォーム層の間に位置されることを特徴とする請求項４５に記載の切削チップの製造方法。
48. ａ．多数のダイヤモンド粒子層、多数のメタルプリフォーム層及び少なくとも一つの板状金属層を含み、
    上記ダイヤモンド粒子層のそれぞれは二つのメタルプリフォーム層の間に位置されるようになる多数層積層物を備える工程；及び
    ｂ．上記多数層積層物を構成している要素が互いに結合されるよう上記積層物を加熱及び加圧する工程を含む切削チップの製造方法。
49. 上記多数層積層物の最外部層がメタルプリフォーム層からなることを特徴とする請求項４８に記載の切削チップの製造方法。
50. 請求項２７、３３、３９、４５及び４８中のいずれか１項の方法により製造された切削チップ。
51. 請求項１、１１及び２１中のいずれか１項に記載の切削チップを有する切削工具。
52. 請求項２７、３３、３９、４５及び４８中のいずれか１項の方法により製造された切削チップを有する切削工具。
53. 上記ダイヤモンド粒子らが規則的なパターンで配列されていることを特徴とする請求項１に記載の切削チップ。
54. 上記ダイヤモンド粒子層らが規則的なパターンで配列された多数のダイヤモンド粒子らから構成されることを特徴とする請求項２７、３３、３９、４５及び４８中のいずれか１項に記載の切削チップの製造方法。
    
    

Images