JP2777733B2 - 丸鋸刃用セラミックス製複合チップ及びその製造方法 - Google Patents

丸鋸刃用セラミックス製複合チップ及びその製造方法

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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、木材,金属材,プラスチック材,積層材,
繊維強化材又はセラミックス材などの各種の材料を切断
するための丸鋸刃用のチップ、特にこの分野で難削材と
される積層材,繊維強化材又はセラミックス材の切断に
適する丸鋸刃用セラミックス製複合チップ及びその製造
方法に関するものである。
(従来の技術) 一般に、メタルソー又はチップソーなどと称されてい
る丸鋸は、例えばJISB4802の木工用丸鋸のような全体が
鋼製でなるもの、又はJISB4109の超硬メタルソーのよう
な鋼製本体に超硬合金のチップが刃先として鑞付されて
いるものとがある。これらの丸鋸の内、超硬メタルソー
は、耐摩耗性にすぐれていることから、主として硬質材
料又は難削材料とされている材料の切断に用いられてい
る。
ところが、最近建造物に用いられる外壁材,床材,内
装材などの建築用材料,炉壁などの耐火材、又は宇宙ロ
ケットにおける断熱材料などに代表される各種の材料
は、材質的又は構造的に特徴のある新素材が用いられて
いる。これらの新素材を超硬メタルソーで切断する場
合、従来の材料に比べて超硬合金チップの摩耗が著しく
大きく、その結果切断時の抵抗の増加及び切断力の低下
を起し、被切断材である新素材の切断面に欠け、割れ又
はバリが発生するという問題がある。そこで、超硬合金
よりも耐摩耗性にすぐれていると考えられているセラミ
ックス製チップを丸鋸の刃先に使用するための検討が行
われている。セラミックス製チップを丸鋸の刃先に使用
する場合、セラミックス製チップと鋼製本体との接合が
最大の課題である。
セラミックスと金属の接合法については、多数の提案
がなされており、その中の1つに、窒化ケイ素基焼結体
と金属との接合として、テレフンケン法,活性金属法,
水素化合物法,酸化物ソルダー法,炭酸銀法などのメタ
ライシング法が提案されている。しかしながら、丸鋸の
刃先は、接合面積が数mm2〜約30mm2と小さく、しかも切
断という苛酷な条件により接合面に加わる衝撃力が非常
に大きく厳しいために、これまでの提案内容をそのまま
丸鋸に応用しても実用化できないという問題がある。
(発明が解決しようとする問題点) 丸鋸刃用のチップの表面に鑞材を塗布する場合、例え
ばスパッタリングやイオンプレーテイングのような物理
蒸着法で行う方法又は鑞材をペースト状混合物として塗
布する方法がある。この内、前者の方法は均一の塗布で
きるすぐれた方法であるけれども、高価になること及び
厚く塗布するのが困難であるという問題があり、後者の
方法、割合に安価であるけれども、小形チップで、塗布
すべき面積も狭いことから量産化が困難なこと、均一に
塗布するのが困難なこと及び厚く塗布することが割合に
困難であるという問題がある。
また、後者の方法において、鑞材のペースト状態を良
好にして、塗布厚さの制御及び均一厚さの塗付を可能に
したとしても、特に鑞材を厚く塗布したチップの表面
で、鑞材を溶融してメタライズ層にした場合、メタライ
ズ層の表面が凸状となり、その結果鋼製本体との接合を
困難にするという問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具
体的には、鋼製本体に窒化ケイ素を主成分としたセラミ
ックス焼結体を接合するときに、クラックの発生及び剥
離が起り難い、厚いメタライズ層を有する丸鋸刃用セラ
ミックス製複合チップ及びその製造方法の提供を目的と
するものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、丸鋸の刃先に使用できるセラミックス
製チップの開発を目的に、丸鋸刃用チップ形状でもって
チップの表面のメタライズ層の形成方法と共に、主とし
てメタライズ層厚さと接合強度との関係について検討し
ていた所、 鋼製本体とチップとの熱膨張係数の差から生じる接合
時における熱応力の緩和と、実用時における応力から生
じるメタライズ層の塑性変形性から丸鋸刃用セラミック
ス製チップとして最適なメタライズ層厚さがあるという
ことを確認することにより、本発明を完成するに至った
ものである。
すなわち、本発明の丸鋸刃用セラミックス製複合チッ
プは、多面体形状でなる窒化ケイ素を主成分としたセラ
ミックス焼結体の少なくとも一面に、最大厚さが40〜10
0μm、組成成分が50〜83wt%Agと15〜40wt%Cuと2〜1
0wt%Tiとを含むメタライズ層を固着してなることを特
徴とするものである。また、本発明の丸鋸刃用セラミッ
クス製複合チップは、鋼製本体と、多面体形状でなる窒
化ケイ素を主成分としたセラミックス焼結体の少なくと
も一面とを、最大厚さが40〜100μm、組成成分が50〜8
3wt%Agと15〜40wt%Cuと2〜10wt%Tiとを含むメタラ
イズ層により接合したことを特徴とするものである。
本発明の丸鋸刃用セラミックス製複合チップにおける
多面体形状でなるセラミックス焼結体は、形状的には、
特に制限を受けることはなく、窒化ケイ素を主成分とし
たセラミックス焼結体がセラミックス系の建築用材料,
耐火材料,断熱材料などを切断するたの丸鋸刃用チップ
として、特に好ましいものである。この窒化ケイ素を主
成分とした焼結体としては、窒化ケイ素を50vol%以上
含有した従来からの窒化ケイ素焼結体又はサイアロン系
焼結体など、特に室温での硬さが92.0HRA以上及び破壊
靱性値(KIC)が6.0MN/m3/2以上の特性を有する窒化ケ
イ素を主成分とした焼結体が好ましいことである。
本発明の丸鋸刃用セラミックス製複合チップにおける
メタライズ層は、具体的には、例えばAg−Cu−Ti,Zrな
どの活性化金属,Ag−Cu−Sn−活性化金属,Cu−Al−活性
化金属,Ag−Cu−Al−活性化金属,Ag−Cu−Ni−活性化金
属,Ag−Cu−Si−活性化金属,Cu−活性化金属,Ag−活性
化金属などを挙げることができる。この内、窒化ケイ素
を主成分とする焼結体の場合で、メタライズ層がAg−Cu
−Tiを含む組合わせにすると接合強度がすぐれ、特にAg
50〜83wt%と、Cu15〜40wt%と、Ti2〜10wt%とを含む
場合には鋼製本体とセラミックスとの接合強度を高める
ので好ましいことである。
このメタライズ層は最大厚さが40μm未満になると、
丸鋸としての鋼製本体とセラミックス焼結体との接合時
に、メタライズ層を形成する鑞材中のTi,Zrなどの活性
化金属の還元が生じやすくなること及び鑞材が飛散して
さらにメタライズ層の厚さを薄くしてしまう結果にな
り、結局接合強度の低下となり、逆に、最大厚さが100
μmを超えると丸鋸としての鋼製本体とセラミックス焼
結体との接合時にセラミックス焼結体内にクラックが発
生しやすくなって接合強度を低下する。このために、メ
タライズ層の最大厚さを40〜100μmと定めたものであ
る。
本発明の丸鋸刃用セラミックス製複合チップを作製す
る場合、前述したテレフンケン法,水素化合物法,酸化
物ソルダー法,炭酸銀法,の他に無電解メッキなどを利
用したパターンメッキ法,接着剤を付着したチップを用
いるアディティブ法又は接着剤の上にメッキを行うフル
アディティブ法などのドライフィルムレジストを応用し
てチップの表面にメタライズ層を形成することもできる
けれども、特に数mm2〜約30mm2という小面積部分に厚膜
のメタライズ層を形成する必要があること、メタライジ
ングするチップの面に平行な面を有するダレのないメタ
ライズ層にする必要があること、小面積部分全体に均一
メタライズ層を形成する必要があること及び量産化の可
能な方法として、次の方法が好ましいことである。
すなわち、本発明の丸鋸刃用のセラミックス製複合チ
ップの製造方法は、50〜83wt%Agと15〜40wt%Cuと2〜
10wt%Tiとを含む金属及び/又は合金の粉末と、セルロ
ースと、有機溶剤とでなるペースト状混合物を多面体形
状でなるセラミックス焼結体の少なくとも一面に塗布し
た後、乾燥し、次いで真空中又は不活性ガス中で、該金
属及び/又は合金の粉末が溶融される温度に加熱して、
該セラミックス焼結体の少なくとも一面に、最大厚さが
40〜100μm、組成成分が50〜83wt%Agと15〜40wt%Cu
と2〜10wt%Tiとを含むメタライズ層を固着させること
を特徴とする方法である。
この本発明の製造方法におけるペースト状混合物は、
メタライズ層となる金属及び/又は合金の粉末と、アセ
チルセルロース,エチルセルロース,メチルセルロース
などを代表例とするセルロースと、炭化水素系,アルコ
ール系,フエノール系,エーテル系,などの有機溶剤と
でなる混合物で、特にエーテル系のエチルセルロースと
テレピネオールなどのテルペン化合物の有機溶剤とを含
有させてペースト状にした金属及び/又は合金の粉末と
の混合物が好ましいものである。このペースト状混合物
をセラミックス焼結体チップの少なくとも一面に塗布す
る場合は、吹付け法,羽毛塗り法又はスクリーン印刷法
を応用することが好ましいことである。このようにして
チップの表面に混合物を塗布した後、乾燥し、次いで反
応容器内に設置し、混合物中の金属及び/又は合金の粉
末が溶融される温度に加熱し、チップの表面にメタライ
ズ層を固着させることにより本発明の複合チップを作製
することができる。このメタライズ層の形成時における
反応容器内は、例えば10-3Torrよりも高真空、又は不活
性ガスによる減圧もしくは加圧した後、例えば850〜120
0℃に加熱し、次いで混合物の中の金属及び/又は合金
が溶融すると例えば1〜60分保持、特に好ましくは1〜
5分程度の短時間保持後、できるだけ急冷することがダ
レ又は凸面状のメタライズ層を防止することになること
から好ましいことである。
(作用) 本発明の丸鋸刃用セラミックス製複合チップは、メタ
ライズ層とチップとの境界部、特にメタライズ層中の活
性化金属とチップとが拡散溶着しており、その結果メタ
ライズ層とチップとの接着強度が高められており、又最
大厚さ40〜100μmのメタライズ層が丸鋸の鋼製本体に
接合するときに、主として熱膨張係数の差により生じる
応力を緩和する作用及びセラミックス焼結体チップ内へ
のクラックの防止作用をするものである。また、本発明
の丸鋸刃用セラミックス製複合チップの製造方法は、金
属及び/又は合金の粉末と、セルロースと、有機溶剤と
でなる最適な粘性を有するペースト状混合物が厚膜のメ
タライズ層の形成を容易にするという作用をしているも
のである。
(実施例) 実施例1 市販されているSi3N4−AlN−Y2O3系のSi3N4を主成分
とするセラミックス焼結体チップ(形状2×2.4×6mm)
の2.4×6mmの面と2×2.4mmの面の2面に、70wt%Ag−2
6wt%Cu4wt%Ti組成の金属粉末とエチルセルロースとテ
レピネオールとを混練してなるペースト状混合物をスク
リーン印刷法を応用して塗布後、乾燥させた。次いで、
それぞれの試料を10-3Torrの真空中で900℃に加熱後、
1分間保持及び冷却して本発明品1〜4及び比較品1〜
4を得た。こうして得た、それぞれの試料のメタライズ
層の厚さを顕微鏡で調べて、その結果を第1表に示し
た。
次に、これらの本発明品1〜4及び比較品1〜4のそ
れぞれを従来の銀鑞付法と同様のフラックスを用いる高
周波鑞付法でもってSK5の炭素工具鋼に接合し、チップ
とメタライズ層と鋼本体との接合部分におけるクラック
の発生の有無を顕微鏡で調べて、第1表に併記した。
この第1表の内、接合部分にクラックの発生してない
本発明品1〜4及び比較品1〜4を用いて、上記と同様
の鑞付法でもってSK5の鋼本体に接合して丸鋸を作製し
た。こうして得たそれぞれの丸鋸及び市販の超硬刃付丸
鋸を比較品5として比較に加えて、厚さ30mmのグラスフ
ァイバー入りセメントの切断試験を行い、寿命迄の切断
距離を求めて、その結果を第1表に併記した。
実施例2 Si3N4−AlN−Al2O3−Y2O3−WC系のSi3N4を主成分とす
るセラミックス焼結体チップ(形状2×2.4×6mm)を用
いたこと、ペースト状混合物中の金属粉末組成を第2表
に示したものを用いた以外は、実施例1と同様にして本
発明品5〜9及び比較品6〜10を得た。こうして得た、
本発明品5〜9及び比較品6〜10のメタライズ層の厚さ
を実施例1と同様にして調べて、その結果を第2表に併
記した。次に、第2表のそれぞれの試料を用いて実施例
1と同様に丸鋸を作製し、これらの丸鋸を用いて厚さ50
mmの木片入りセメントの切断試験を行い、寿命迄の切断
距離を求めて、その結果を第2表に併記した。
(発明の効果) 以上の結果から、本発明の丸鋸刃用セラミックス製複
合チップは、丸鋸として実用した場合に、従来の超硬合
金又は本発明から外れた比較品に比べて、約3.1倍〜10
倍も寿命が向上するという効果がある。このことから、
本発明の丸鋸刃用セラミックス製複合チップは、硬質繊
維材(ハードボード),パーチクルボード,石こうボー
ド,合板,積層板などを切断するための丸鋸として実用
できるという産業上有用なものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−169712(JP,A) 特開 昭51−75287(JP,A) 特開 昭63−190787(JP,A) 特開 昭60−9604(JP,A) 特開 昭60−90879(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 41/80 - 41/91 C04B 37/00 - 37/02 B23D 61/00 - 61/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多面体形状でなる窒化ケイ素を主成分とし
    たセラミックス焼結体の少なくとも一面に、最大厚さが
    40〜100μm、組成成分が50〜83wt%Agと15〜40wt%Cu
    と2〜10wt%Tiとを含むメタライズ層を固着してなるこ
    とを特徴とする丸鋸刃用セラミックス製複合チップ。
  2. 【請求項2】鋼製本体と、多面体形状でなる窒化ケイ素
    を主成分としたセラミックス焼結体の少なくとも一面と
    を、最大厚さが40〜100μm、組成成分が50〜83wt%Ag
    と15〜40wt%Cuと2〜10wt%Tiとを含むメタライズ層に
    より接合したことを特徴とする丸鋸刃用セラミックス製
    複合チップ。
  3. 【請求項3】50〜83wt%Agと15〜40wt%Cuと2〜10wt%
    Tiとを含む金属及び/又は合金の粉末と、セルロース
    と、有機溶剤とでなるペースト状混合物を多面体形状で
    なる窒化ケイ素を主成分としたセラミックス焼結体の少
    なくとも一面に塗布した後、乾燥し、次いで真空中又は
    不活性ガス中で、該金属及び/又は合金の粉末が溶融さ
    れる温度に加熱して、該セラミックス焼結体の少なくと
    も一面に、最大厚さが40〜100μm、組成成分が50〜83w
    t%Agと15〜40wt%Cuと2〜10wt%Tiとを含むメタライ
    ズ層を固着させることを特徴とする丸鋸刃用セラミック
    ス製複合チップの製造方法。
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