JP2014217936A

JP2014217936A - 切削工具の製造方法

Info

Publication number: JP2014217936A
Application number: JP2013100101A
Authority: JP
Inventors: 亘秀山田; Nobuhide Yamada; 貴雄中野; Takao Nakano; 西尾　悟; Satoru Nishio; 悟西尾
Original assignee: Kanefusa Corp
Current assignee: Kanefusa Corp
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2014-11-20
Also published as: EP2801433A2; EP2801433A3; TW201443237A

Abstract

【課題】鋼製のボディの台座に硬質材料の刃金をレーザ等の高エネルギービームの照射によって接合させたときに、台座のビッカース硬度を７００ＨＶ以下に確保できる切削工具の製造方法を提供する。【解決手段】丸鋸１０は、炭素量０．５％以上を含む鋼製の台金１１の台座１３に硬質材料の切刃チップ２１を接合したものである。ファイバーレーザ２３のレーザ光を照射して台座１３を溶かして切刃チップ２１との接合を形成し、再照射して台金１１のビッカース硬度を７００ＨＶ以下に保持する。焼き戻し工程が、溶接工程におけるファイバーレーザ２３の出力より低出力であるか、ファイバーレーザ２３の焦点をずらすか、またはそれらの組み合わせにより行われる。【選択図】図５

Description

本発明は、金属、木材、プラスチック、窯業系材料等の種々の材料の切断等に使用される、鋼製のボディの台座に硬質材料の刃金を接合してなる切削工具の製造方法に係り、特に接合の形成がレーザ等の高エネルギービームの照射によって行われる切削工具の製造方法に関する。

従来、この種の切削工具の製造方法としては、特許文献１に示すように、台座と刃先チップの接合部にニッケル系金属片を配設し、レーザ等の高エネルギービームを接合部の近傍において台座と刃先チップのうち台座のみに照射し、ニッケル系金属片による接合層で台座に刃先チップを接合する製造方法が知られている。

ところで、例えば鋼製の台金の厚みが０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度の丸鋸のような切削工具の場合、台金の剛性を確保するために鋼材の炭素含有量が０．５％以上であることが必要である。このような丸鋸において、上述したような台座のみに高エネルギービームを照射して台座に刃先チップを接合させるような製造方法を用いると、照射による加熱とその後の急冷による鋼材の焼き入れ作用により、台座のビッカース硬度が７００ＨＶ以上の高硬度となる。そのため、台座の靭性が低下して脆くなり、その結果、切削時の衝撃によって台金が破損するおそれが高くなる。

特許第３５８４７１６号公報

本発明は、このような問題を解決しようとするもので、鋼製のボディ（台金）の台座に硬質材料の刃金（刃先チップ）をレーザ等の高エネルギービームの照射によって接合させたときに、台座のビッカース硬度を７００ＨＶ以下に確保できる切削工具の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、炭素量０．５％以上を含む鋼製のボディに設けた台座に硬質材料の刃金を接合してなる切削工具の製造方法であって、高エネルギービームの照射により台座を溶かして刃金を溶接し、高エネルギービームを再照射することにより、接合形成後のボディのビッカース硬度を７００ＨＶ以下となるようにすることにある。なお、高エネルギービームとしては、ＣＯ_２レーザ，ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ、グリーンレーザ等のレーザ光、あるいは電子ビーム等である。また、硬質材料としては、超硬合金、サーメット、ハイス、セラミックス（アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、立方晶窒化ホウ素等）、多結晶ダイヤモンド等である。

上記のように構成した本発明においては、高エネルギービームを適正条件で照射して炭素量０．５％以上を含む鋼製ボディの台座と刃金との接合を形成し、再照射することにより、ボディのビッカース硬度を７００ＨＶ以下に保持することができ、ボディの靭性が適正に確保される。その結果、本発明においては、台座の靭性が適正に確保されるため、切削時のボディの破損を抑えることができる。

また、本発明において、焼き戻し工程が、高エネルギービームの出力を溶接工程における出力より低くするか、または高エネルギービームの焦点をずらすか、あるいはそれらの組み合わせにより行われることが好ましい。このように、ビームの焦点をずらせることにより照射面積が広げられるため、ビームの出力自体を低くした場合と同様に台座に照射される単位面積あたりのエネルギーが低くなる。その結果、本発明によれば、台金に吸収される単位面積あたりのエネルギーが低下するため、溶接工程で焼入れ状態にされたボディの焼き戻しを確実に実行することができる。

また、本発明において、焼き戻し工程が、高エネルギービームを同一位置又は異なった位置において複数回照射することにより行われることが好ましい。これにより、ビーム照射の照射開始位置や停止位置、あるいは照射を往復させる場合には折り返し位置を調節することができ、特に熱の拡散が起こりにくい台座の端部等の箇所における照射エネルギーを抑えることにより加熱の集中が抑えられ、台座への均一なエネルギー照射が可能になる。

本発明においては、炭素量０．５％以上を含む鋼製のボディの台座における硬質材料の刃金との境界近傍に高エネルギービームを適正条件で照射し、特に高エネルギー照射による溶接工程とそれより低いエネルギーでの照射による焼き戻し工程とを組み合わせて接合を形成することにより、ボディのビッカース硬度を７００ＨＶ以下に保持することできる。その結果、本発明においては、台座の靭性が適正に確保されるため、切削時のボディの破損を抑えることができる。

本発明の一実施例に係る切削工具としての丸鋸を概略的に示す正面図である。台座に切刃チップが接合された状態を拡大して示す一部拡大正面図である。台座に切刃チップが接合された状態を拡大して示す一部拡大側面断面図である。レーザ照射前の台座への刃金及び中間層の組み付け過程を説明する説明図である。台座への刃金の溶接工程におけるレーザの照射態様を説明する拡大平面図である。台座へのレーザの焼き戻し照射の態様を説明する拡大平面図である。台座へのレーザの焼き戻し照射の態様を説明する拡大正面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、一実施例に係る切削工具である丸鋸１０を、正面図により示したものである。丸鋸１０は、鋼製の円盤状のボディである台金１１を設けている。台金１１は、炭素量が０．５％以上の鋼製でビッカース硬度が７００ＨＶ以下の厚さが２ｍｍの薄板であり、中心に加工機械の回転軸に挿嵌される中心孔１２を設けている。台金１１の外周側は、周方向に等間隔な多数箇所にて径方向に突出した台座１３となっており、台座１３の間が相対的に径方向に凹んだ刃袋１４になっている。台座１３の回転前方側の先端側には、図２に詳細に示すように、刃金である切刃チップ２１を取り付けるための多数の取付座１５が、中心角が略６０°でＶ字状に切り欠かれて設けられている。

取付座１５には、図２，図３に示すように、薄肉のニッケル合金製の中間層１８を挟んで切刃チップ２１が接合されている。ニッケル合金としては、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ等がある。なお、中間層１８の材質としては、ニッケル合金の代わりに、ニッケル単体、銀ろう材、銅ろう材などでもよく、さらに、必要に応じて中間層を省くことも可能である。切刃チップ２１は、超硬合金製で厚さ３ｍｍの四辺形形状であり、取付座１５にほぼ密着するように合わせた形状にされている。

つぎに、実施例に係る丸鋸の製造方法について説明する。

最初に溶接工程が行われる。図４に示すように、図示しない台上に載置された台金１１の台座１３に設けた取付座１５に薄肉のニッケル合金片１８ａが装着され、さらにニッケル合金片１８ａに重ねて切刃チップ２１が押しつけられて、取付座１５に嵌め合わされる。ここで、台金１１は、切刃チップ２１の溶接が行われる台座１３近傍部分において図示しないクランプ治具により台上に固定される。クランプ治具については、銅等の熱伝導率の良い素材が用いられ、これにより後述するレーザ照射の際の熱を速やかに放出することができ、台金１１や切刃チップ２１への熱による影響を抑えることが可能になる。また、切刃チップ２１については、図示しないが、通常は外側から切刃チップ加圧シリンダのような押圧部材により取付座１５に押し付けられることが好ましく、それにより溶接時に切刃チップ位置が動かないので、その後の取付座１５への切刃チップ２１の溶接が精度よく行われる。

つぎに、図５に示すように、台座１３と切刃チップ２１の境界であるニッケル合金片１８ａとその近傍の台座１３片面側にファイバーレーザ２３による所定の高出力のレーザ光が照射され、台座１３およびニッケル合金片１８ａを溶融させ、切刃チップ２１と接合が形成される。この場合、台座１３の厚さが２ｍｍと薄く熱の伝導が速いため、レーザ光の照射は台座１３の片面側からのみでも均一な加熱が行われる。ただし、台座１３の厚さが厚い場合は、熱の均一な伝導を確保して均一な接合を形成するために、台座１３の両側からレーザ光を照射することが好ましい。

ファイバーレーザ２３の照射は、図５に示すように、台座１３の平坦面に対して垂直方向から台座１３側に略１０°程度傾斜して行われ、これにより、反射光の発生による入射光との無用な干渉が抑えられる。また、ファイバーレーザ２３の照射の間は、台座１３と切刃チップ２１の接合部分に窒素ガスあるいはアルゴンガス等の不活性なシールドガスを吹き付けることが望ましく、これにより照射の加熱による台座１３と切刃チップ２１の酸化が抑えられる。この溶接工程の加熱によって台金１１に焼入れが行われることにより、台座１３及びその周辺の台金１１部分のビッカース硬度が７００ＨＶ以上となる。ビッカース硬度はマイクロビッカース硬度計で測定される。

つぎに、ファイバーレーザ２３を再照射することによる台金１１の焼き戻し工程が行われる。図６に示すように、再照射は、上記溶接工程とは異なり、ファイバーレーザ２３からのレーザ光の焦点をずらして照射領域の幅を広くし、さらに出力を溶接工程より低い照射エネルギーにより焼き戻しを行う。

再照射は、図７に示すように、台金１１の切刃チップ２１との接合部分近傍の同じ位置ではなく異なった位置にわたる広い領域Ｍにおいて、矢印に示すように取付座１５に沿って３回程度繰り返し走査が行われる。また、台座１３の形状に応じて、照射の開始位置及び停止位置、また往復させる場合は折り返し位置を調節することができる。これにより、台座１３の端部等の熱の放出が起こり難い部分の照射を抑えることができ、照射エネルギーの低い再照射においても焼入れ状態となることが避けられ、台金１１のビッカース硬度が７００ＨＶより高くなることが抑えられる。さらに、複数回の照射は、それぞれ前回の照射による焼き戻し熱が台金１１に残っている段階で続けて行われることが望ましく、これにより焼き戻しの時間を短縮することができる。本実施例においては、丸鋸１０による切削時の台金１１の破損が抑えられるため、長期間の安定した切削が可能になる。

上記実施例においては、焼き戻し工程において、ファイバーレーザ２３からのレーザ光の焦点をずらすことにより広範囲に、さらに溶接時よりも低い出力の照射エネルギーで再照射が行われている。これに代えて、低い照射エネルギーだけで焼き戻しを行うことも可能である。その場合は、レーザ光の照射回数を増やして、照射領域を図７に示すような広い範囲に行う。あるいは、焦点をずらしただけで再照射を行ってもよい。

なお、上記実施例においては、切削工具として丸鋸の場合について説明したが、これに限らずかんな刃等にも本発明を同様に適用できる。また、切刃チップの材質としても、超硬合金に限らず、サーメット、ハイス、種々のセラミックス、多結晶ダイヤモンド等でもよい。また、高エネルギービームとして電子ビームを用いてもよい。レーザについてもファイバーレーザに限らず、ＣＯ_２レーザ，ＹＡＧレーザ、グリーンレーザ等でもよい。その他、上記実施例については一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することができる。

１０…丸鋸、１１…台金、１３…台座、１５…取付座、１８…中間層、２１…切刃チップ、２３…ファイバーレーザ。

Claims

炭素量０．５％以上を含む鋼製のボディに設けた台座に硬質材料の刃金を接合してなる切削工具の製造方法であって、高エネルギービームの照射により前記台座を溶かして前記刃金を溶接させる溶接工程と、該高エネルギービームを再照射することにより前記台座の焼き戻しを行う焼き戻し工程との組み合わせにより行われ、接合形成後の前記ボディのビッカース硬度を７００ＨＶ以下となるようにすることを特徴とする切削工具の製造方法。
前記焼き戻し工程が、前記高エネルギービームの出力を前記溶接工程における出力より低くするか、または該高エネルギービームの焦点をずらすか、またはそれらの組み合わせにより行われることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の製造方法。
前記焼き戻し工程が、前記高エネルギービームを同一位置又は異なった位置において複数回照射することにより行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削工具の製造方法。