JP2751443B2 - 硬質多刃ろう付工具及びその製造方法 - Google Patents

硬質多刃ろう付工具及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄系金属、非鉄金属等の各種金属の加工に
用いることのできる硬質多刃ろう付工具及びその製造方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、金属加工の分野においては難削材の加工や精度
の高い加工の要求が増大してきている。このような加工
に使用する工具として、Al合金、Cu合金及びFRP等の非
金属にはダイヤモンド工具が、鉄系金属には立方晶型窒
化硼素工具が適しているので、現在それぞれ多用されて
いる。また、工具分類からは、ドリル、エンドミル、リ
ーマ、カッター等の回転工具の需要が増大してい。
特に最近では、精密機械部品等の精密加工が多くなっ
ており、この場合、工具には、直径5mm以下の小径で、
なお且つ高い加工精度を維持するために、2枚刃以上の
多刃であることが要求されている。
本発明者らは、これらの用途に適した工具として切削
用多結晶ダイヤモンド工具が有効であることを見出し、
既に特願平1−93223号として出願した。このものは、
厚さ0.2mm以下0.05以上の多結晶ダイヤモンドが超硬合
金又は鋼に接合されたことを特徴とするものであり、好
ましくは多結晶ダイヤモンドとしては超高圧、高温下で
製造された焼結ダイヤモンド或いは気相合成法で製造さ
た多結晶ダイヤモンドを用いて、超硬合金又は鋼と接合
するダイヤモンド面にTi又はTi化合物と鉄族金属の薄膜
を付着させ、この付着面と超硬合金又は鋼とをロー付け
等により接合するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、多刃工具では、上記の多結晶ダイヤモンド
等の工具素材を工具母材上に隣接してろう付しなければ
ならない。その際、従来は隣接するろう付部から他の刃
のろう付時に発生する熱の影響を受け、ゆるみが起こ
り、工具素材の位置ずれを起こすという問題があった。
特に小径を要する工具の製作においてこの現象が顕著
であり、製造歩留りを低下させる大きな原因であった。
本発明はこのような現状に鑑みなされたものであっ
て、特に従来品の欠点を解消し、複数の工具素材を順次
ろう付する際にゆるみや位置ずれを起こすことなく、歩
留り良く高品質な工具を得るための硬質多刃ろう付工具
の新規な構造及びその製造方法を提供することを目的と
するものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究の結果、
従来法では多刃つまり2ケ以上の工具素材について同一
(融点)のろう材を使用していたため、隣接するろう付
け部のろう付けの時に熱的影響を受けていると考えつ
き、融点が各々異なるろう材を刃数に対応して選択し、
高い融点のろう材から順に用いてろう付けする本発明の
工具及び方法に到達できた。
すなわち、本発明はダイヤモンド又は立方晶型窒化硼
素を主成分とする多結晶体の2ケ以上を工具素材とし、
該工具素材を超硬合金製の母材にろう材を用いてろう付
した多刃工具であって、各ろう材の融点が500〜1200℃
の範囲内にあり、且つ該ろう材の融点が30〜700℃の範
囲内の差で互いに異なることを特徴とする硬質多刃ろう
付工具に関する。
また、本発明は上記本発明の硬質多刃ろう付工具を実
現する方法として、ダイヤモンド又は立方晶型窒化硼素
を主成分とする多結晶体の2ケ以上を工具素材とし、該
工具素材を超硬合金製の母材にろう付するに際し、ろう
材として各ろう材の融点が500〜1200℃の範囲内であ
り、且つ該各ろう材の融点が30〜700℃の範囲内の差で
互いに異なったろう材を使用し、融点の高いろう材より
順に用いてろう付けすることを特徴とする硬質多刃ろう
付工具の製造方法を提供するものである。
〔作用〕
本発明における工具母材としては超硬合金を用い、例
えばJIS規格K01、K10、K20、K30、P10、M10等を挙げる
ことができるが、これらに限定されるものではない。
この工具母材に刃の数だけ工具素材をろう付する為
に、ダイヤモンド砥石を使用し、座ぐり加工を行なう。
本発明に係る工具素材としては、ダイヤモンド又は立
方晶型窒化硼素を主成分とした多結晶体を用いる。前者
のダイヤモンド多結晶体としては気相合成法による多結
晶体または超高温・高圧下で焼結した焼結ダイヤモンド
を挙げることができる。
このようなダイヤモンドを主成分とする多結晶体をよ
り具体的に示すと、例えば特願平1−51485号として出
願した、厚さが50μm以上、平均結晶粒径が50μm以下
であって、純度の指標としてラマン分光分析によるダイ
ヤモンド炭素(X)と非ダイヤモンド炭素(Y)のピー
ク比(Y/X)が0.2以下であることを特徴とする、気相合
成によるダイヤモンド多結晶体がある。
また例えば、特公昭52−12126号公報に提案されるよ
うな、ダイヤモンド結晶材の塊が70容量%を越える濃度
のダイヤモンド結晶からなり且つ実質的に全てのダイヤ
モンド結晶が隣接ダイヤモンド結晶と直接に結合してお
り、そしてダイヤモンド結晶材の塊が焼結炭化物支持材
の塊と直接結合していることを特徴とするCoを結合材と
した焼結ダイヤモンド、これからCoを抜いた耐熱性の多
結晶ダイヤモンド(例えば特開昭53−114589号公報に提
案されている、ダイヤモンド及び立方晶窒化硼素から成
る群れより選ばれ部品の約70〜95%容量%と占める自己
結合粒子と、前記の選ばれた研磨剤粒子集合体に対する
焼結助剤物質からなる金属相約0.05〜3容量%及び前記
粒子によって区画されて部品全体に分散され部品の約5
〜30容量%を占める相互に連結されて網状をなした空の
孔とより構成される工具構成部品)がある。
またさらに、特開昭61−33865号公報に提案される、8
0〜90容量%のダイヤモンド粒子の塊と、インサートと
して10〜20容量%存在する第2相(結合材)を含み、該
第2相がSiである焼結ダイヤモンド等を挙げることがで
きる。
後者の立方晶型窒化硼素を主成分とする多結晶体とし
ては、例えば特公昭57−49621号公報に提案されてい
る、立方晶型窒化硼素を80〜20体積%含有し残部が周期
律表4a,5a,6a族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物、珪
化物もしくはこれ等の混合物または相互固溶体化合物を
第1の結合相とし、Al,Si,Ni,Co,Feまたは、これらを含
む合金、化合物を第2の結合相として、該第1、第2の
結合相が焼結体組織中で連続した結合相をなし、前記4
a,5a,6a族金属の化合物が結合相中の体積で50%以上99.
9%以下であることを特徴とするものを挙げることがで
きる。
ただし、以上のものはあくまで例示であって本発明は
これに限定されるものではない。
これらの硬質材料を工具母材にろう付する際に、各ろ
う材の融点が500〜1200℃の範囲内で、且つ各々の融点
の差が30〜700℃の範囲内、好ましくは50〜200℃の範囲
内であるように、ろう材を選定して使用する。
融点の範囲を上記のように限定する理由は、融点が50
0℃未満のろう材では、ろう材自身の剪断強度が低く、
実用上問題があり、また1200℃を越えるとろう付の際の
熱で、工具材料そのものが熱劣化するからである。尚、
使用できるろう材の例としては、銀ろう、金ろう、Niろ
う、銅ろう等を挙げることができる。
更に、融点の差を上記の範囲内に限定する理由は、通
常のろう付装置において、温度制御の最小幅が30℃であ
ること、及びろう材の低温側の最小値が実用上500℃で
ある為、700℃以上の温度差を設けた場合、前述の工具
素材の熱劣化温度に達してしまうためである。
そして、本発明においては、ろう付を融点の高いろう
材より順にろう付する。1具体例を第1図で説明する
と、本4枚刃エンドミルにおいて、A,B,C,Dの4種類の
ろう材を使用する。各々の融点は順に940℃、860℃、78
0℃、700℃であり、ろう付の手順として、まず最初に融
点の高い黄銅ろう材Aを用いて、その次に銀ろう材B,C,
Dのろう材の順で工具素材をろう付する。
このようにする理由は、先にろう付した部分が後のろ
う付の際に発生する熱の影響を受け、ろう材のゆるみ及
びそれに伴うろう層の厚み増加がでることを防ぐ為であ
る。なお、ろう層の厚みは0.05mm以下が好ましく、それ
を越える厚みになると、ろう付強度の低下をまねく。
ろう付後は、ダイヤモンド砥石を用いて工具刃先を加
工し、切れ刃を形成する。
このような方法によって製造された本発明の硬質多刃
ろう付工具は、従来の同一融点のろう材(1種類のろう
材)を使用した方法に比較して、隣接したろう付部のゆ
るみが起こらず、安定したろう付強度が保証できる。
更に本発明の工具の製造方法は、ろう付部のゆるみに
よる工具素材の位置ずれが起こらず、加工取代が均一に
できるため、従来の製造方法に比較し、刃先加工時間も
短縮できる。
〔実施例〕
実施例1及び比較例1 直径3mmの超硬工具母材(JIS規格K10)の先端に工具
素材をろう付する為に、2ケ所の座ぐり加工を行った。
その部分の各々に、工具素材として、気相合成法によっ
て得られた、厚さ0.1mmで且つ表面にスパッタリング法
によりTiを1μm、Niを2μm厚さに付着した多結晶ダ
イヤモンドを、大気中でろう付した。ろう材としてJIS
規格BAg−4(融点780℃)及びBAg−1(融点620℃)
を使用し、融点の高いBAg−4を用いたろう付の方から
行って、本発明によるエンドミル工具を得た(実施例
1)。
また、比較として、従来の方法に従い、BAg−1のみ
で2ケの工具素材のろう付をして工具を作製した(比較
例1)。
表1に実施例1及び比較例1の工具の、ろう付部のゆ
るみを測定、評価した結果をまとめた。なお、ろう付時
のゆるみ量は、ろう材によって構成されるろう層の厚み
の最大及び最小部の差を測定して表した。この理由は、
ろう付部を再加熱した場合、ろう層内側でろう材の流動
が起こり、最終的に不均一な厚みになることからであ
る。
表1の結果から、本発明の方法によれば、先にろう付
した部分が、後ろでろう付される時に発生する熱の影響
を受けないため、ろう付部にゆるみが起こらず、均一な
ろう付が可能であることが判る。
以上のようにろう付した本発明品及び比較品の刃先部
を各々ダイヤモンド砥石にて加工して、直径3mmの2枚
刃多結晶ダイヤモンドエンドミルを作製した。これらの
工具を用いて、Al−Si合金(AC4C)を周速150m/min、半
径方向の切り込み1.0mm、軸方向の切り込み1.0mmで湿式
加工した。各送りによる切削時間は20分とした。結果を
表2に示す。
表2の結果から、本発明により安定したろう付強度を
有するろう付多刃工具の製造が可能であることが判る。
実施例2,比較例2 直径6mmの超硬母材(JIS規格K01)の先端に工具素材
をろう付する為、4ケ所の座ぐり加工を行い、その各々
の部分に、TiNを結合材として40容量%含有する立方晶
型窒化硼素の多結晶体をろう付した。この際に、融点の
異なる4種のろう材、JIS規格でBAg−1(融点620
℃)、BAg−2(融点700℃)BAg−4(融点780℃)及
びBAg−20A(融点860℃)を使用し、融点の高いろう材
よりろう付を行った。
このろう付の際の工具素材の位置ずれ量を測定して、
BAg−1のみでろう付した場合の位置ずれ量と比較した
結果を、表3にまとめて示す。工具素材位置ずれ量は、
第2図に示すように工具素材8の設定飛び出し量Aより
のずれ量を測定した。
表3の結果から明らかなように、本発明によれば、先
にろう付した部分が後でろう付した時に発生する熱の影
響を受けない為、工具素材を位置ずれを起こさず、精度
の高いろう付ができることが判る。
次に、実施例2及び比較例2の工具刃先をダイヤモン
ド砥石にて加工し、4枚刃のエンドミルを作製した。こ
の際本発明によれば、従来のろう付方法に比較し、精度
の高いろう付が可能である為、加工取代が減少でき、工
具作製時間を従来品では2時間であったのに対して、本
発明品エンドミルにおいては、1時間にて加工可能であ
った。
実施例3 直径8mmの超硬合金(JIS規格M10)からなる円板の5
ケ所に工具素材をろう付する為に、座ぐり加工を行っ
た。その各々の部分に、超高圧焼結法によって得られた
多結晶ダイヤモンドより結合材であるCoを抜いた多結晶
ダイヤモンドで且つその表面にイオンプレーティング法
によりTiを1μm、Niを3μm付着されたものを大気中
でろう付した。
その結果、従来のBAg−1(融点620℃)のみで行な
うろう付方法では、各々のろう付部が、他のろう付の際
の温度の影響を受け、ろう材にゆるみが起こり、最初に
ろう付した工具素材が他の部分の工具素材ろう付中に外
れ、工具を製造することはできなかった。
しかしながら、本発明により、JIS規格のBAg−1
(融点620℃)、BAg−2(融点700℃)、BAg−4(融
点780℃)、BAg−20A(融点860℃)及びCuZn−6(融
点940℃)の5種類のろう材を使用し、融点の高いろう
材よりろう付を行ったところ、各々のろう付部が互いの
他のろう付部の熱による影響を受けず、全ての工具素材
のろう付が可能であり、第3図に示すような5枚刃ダイ
ヤモンドカッターを寸法精度よく製造できた。第3図中
9は工具素材、10は工具母材を表す。
〔発明の効果〕
以上の説明のごとく、本発明の硬質多刃工具はろう付
部強度及び位置精度の安定性の高い優れた工具であり、
また、本発明の製造方法は上記本発明工具を実現できる
に加え、加工取代を減少し、しかも作製時間も短縮して
製造できるという経済性の面でも優れた方法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の硬質多刃ろう付工具及びその製造工程
を説明するための部分斜視図であり、第2図は設定飛び
出し量Aを説明する断面図、第3図は実施例3で製造し
た本発明の5枚刃ダイヤモンドカッターの断面図を示
す。 図中、1は工具母材、2は工具素材、3はろう材A、4
はろう材B:5はろう材C、6はろう材D、7は工具母
材、8は工具素材、9は工具素材、10は工具母材を示
す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ダイヤモンド又は立方晶型窒化硼素を主成
    分とする多結晶体の2ケ以上を工具素材とし、該工具素
    材を超硬合金製の母材にろう材を用いてろう付した多刃
    工具であって、各ろう材の融点が500〜1200℃の範囲内
    にあり、且つ該各ろう材の融点が30〜700℃の範囲内の
    差で互いに異なることを特徴とする硬質多刃ろう付工
    具。
  2. 【請求項2】ダイヤモンド又は立方晶型窒化硼素を主成
    分とする多結晶体の2ケ以上を工具素材とし、該工具素
    材を超硬合金製の母材にろう付するに際し、ろう材とし
    て各ろう材の融点が500〜1200℃の範囲内であり、且つ
    該各ろう材の融点が30〜700℃の範囲内の差で互いに異
    なったろう材を使用し、融点の高いろう材より順に用い
    てろう付けすることを特徴とする硬質多刃ろう付工具の
    製造方法。
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