JP4851029B2

JP4851029B2 - 焼結超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具

Info

Publication number: JP4851029B2
Application number: JP2001201778A
Authority: JP
Inventors: 吉正松本; 規央隅田
Original assignee: Sankyo Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Sankyo Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: JP2003011067A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼製基材にダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒を主成分とする、超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具に係り、詳しくは、該鋼製基材に形成された超砥粒チップ取付部に、焼結超砥粒チップを強固に固着した、例えばチップソーなどの超砥粒工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステンレス鋼などの難削材を切削する工具として、鋼製基材に切り刃としての超硬チップを取着した工具が広く用られているが、同時に各種新建材、プラスチック、セラミックス、非鉄金属材料等多様化した各種の被削材に対応するために、切り刃をダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒に置き換えた、所謂超砥粒工具も汎用されている。
【０００３】
これらの工具は被削材の材種や、目的とする切削加工に応じて適宜に選択されるが、例えばそれらの被削材を切断するに際し、ハンデイータイプの電動工具や切削機械に装着されて使用されるチップソーが広く用いられている。これらのチップソーは、通常円盤状の鋼製基板（通常「台金」と呼ばれる。）の外周縁に設けた超砥粒チップ取付部に、ダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒を主成分とする焼結超砥粒チップを、ロー付け方法により固着して形成される。
【０００４】
焼結超砥粒チップの製造方法は従来より種々提案されているが、特公昭５２−１２１２６号公報においては、溶浸材として作用するコバルト含有超硬合金材上に、ダイヤモンド砥粒をセットして焼成することにより、超硬合金材から供給されるコバルトを主成分とした共融合金の融液を、ダイヤモンド粒子間に浸透させ、その作用によりダイヤモンドの焼結と併せてダイヤモンド層と超硬合金材との溶着を完結する方法が開示されている。
【０００５】
また、特公昭６２−２９３８７号公報によれば、上記の方法におけるダイヤモンド層の強度不足と、層間における焼結体同士の剥離の問題を解決する手段として、ダイヤモンド粒子の集合体と溶浸材金属との間に、高融点金属材からなる隔壁を設けて加圧焼成することにより、優れた焼結体強度を有するダイヤモンド焼結体を提供できる旨提案されている。
【０００６】
このようにして得られた焼結体超砥粒からなるチップ素材は、機械加工、ワイヤカット加工、放電加工等の手段により成形加工されて焼結超砥粒チップが形成され、次いで鋼製基板の外周縁に設けられた焼結超砥粒チップ取付部に、ロー付け方法によって固着されて所望のチップソーが完成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如くして得られたチップソーは、各種新建材、プラスチック、セラミックス、非鉄金属材料等の被削材に対する切断、溝切り、端面切削等の加工に好適に用いられるが、焼結超砥粒チップ自体の焼結体強度や層間剥離の問題は解決されたものの、焼結超砥粒チップと鋼製基板との接合手段がロー材を用いたロー接にあるところから、焼結超砥粒の熱損傷に加えて、接合強度の熱による低下が大きく、比較的高温強度に優れる銀ロウによるロー付けであっても、十分な接合強度が維持できず、被削材に対する加工作業における過酷な条件下で、焼結超砥粒チップが基板から脱落して、チップソーの寿命性能を低下させるという課題が残されていた。
【０００８】
一方、焼結超砥粒チップを鋼製基材により強固に固着させる手段として、従来公知のレーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接、摩擦溶接等によって溶着させる方法も試みられているが、鋼製基材と焼結超砥粒チップとの界面に存在する超硬合金層が、熱損傷を来して焼き割れを生ずるため実用に供し得ないのが実状であった。
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決して優れた焼結体強度を維持しながら、鋼製基材との強固な接合強度を有する超砥粒工具を提供するために種々検討を重ねた結果、炭素含有量の少ない金属素材が、溶接の際に熱損傷を起こし難い性質を有することに着目し、焼結超砥粒チップそのもの構造に改良を加え、鋼製基材と焼結超砥粒チップとの接合界面に、溶接可能でかつ層間剥離の畏れのない金属素材を用いるべく、さらに実験を重ねて本発明を完成するに至った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本第１の発明による超砥粒工具は、鋼製基材に超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具であって、該超砥粒チップが、焼結超砥粒層、超硬合金材および／または高融点金属材からなる中間層及び炭素含有量が０．９０質量％以下の鋼材層の三層からなり、該三層は、炭化タングステン、炭化チタン及び炭化タンタルから選択される少なくとも１種の炭化物に、コバルト又はニッケルを配合した溶浸材成分の粉末と超砥粒粉末の混合粉末と、超硬合金材の板材と、炭素含有量が０．９０％質量以下の鋼材の板材を、溶着により一体に結合したものである焼結超砥粒チップであることを特徴的構成要件とする。
なお、本明細書中、炭素含有量「％」は「質量％」を意味する。
【００１３】
上記第１の発明において、焼結超砥粒チップの鋼材層を形成する炭素含有量が０．９０％以下の鋼材は、さらに炭素含有量が０．４０％以下であることが望ましく、具体的にはクロムモリブデン鋼鋼材、ステンレス鋼鋼材であることがより好ましい。
【００１４】
また、上記第１の発明に係わる該超砥粒は、ダイヤモンド砥粒またはｃＢＮ砥粒若しくはこれらの混合物である。さらに、該焼結超砥粒チップの鋼製基材への接合手段は、溶接・溶着方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本明細書中、第２の発明及び実施例２は、本発明においては参考例となるものである。本発明に係わる上記焼結超砥粒層は、ダイヤモンド砥粒またはｃＢＮ砥粒およびそれらの混合物が、直接接合された構造であっても、或いは結合材としてのセラミック相を介した間接接合構造であっても良い。セラミック相を介することにより焼結超砥粒層の硬度を低下させるが、焼結工程における液相の供給により積層構造体の全体の結合を確実なものにするので、適切な種類並びに混合量を選択して混合する。使用可能なセラミック相としては、炭化タングステンとコバルトの混合粉末が最適であるが、炭化タングステンは他の成分の炭化物、例えば炭化チタンや炭化タンタルで、またコバルトはニッケルで部分的に代替して用いることが可能である。
【００１６】
上記焼結超砥粒層は、超硬合金材および／または高融点金属材からなる中間層を介して、炭素含有量が０．９０％以下の低炭素鋼材層との三層からなり、これらの各層は溶着により一体に結合されて、焼結超砥粒チップ素材が形成される。該超硬合金材は、炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル等から選択される少なくとも１種の炭化物に、コバルト、ニッケル等から選択される少なくとも１種を含有する合金材のうち、１種以上が用いられる。
【００１７】
高融点金属材としては、チタン、タンタルおよびモリブデン単体金属、並びに該金属のいずれかを主成分とし、且つ融点が１４００℃以上の金属から選択される１種又は２種以上の組み合わせであっても良い。超硬合金材および高融点金属材はそれぞれ単独であっても、同時に用いても良いが、通常は超硬合金材が単独で用いられ、焼結超砥粒層、超硬合金材層、炭素含有量が０．９０％以下の鋼材層の三層が、溶着により一体に結合された焼結超砥粒チップ素材が提供される。
【００１８】
焼結超砥粒層、超硬合金材および／または高融点金属材からなる中間層、炭素含有量が０．９０％以下の鋼材層の三層一体化は、超高圧高温装置を用いてダイヤモンド砥粒などの、熱力学的安定領域内における超高圧力・高温度条件下で処理されるのが好ましい。具体的には超硬合金製の円筒状カプセル内に、ダイヤモンド砥粒などの超砥粒粉末の集合体、炭化タングステンなどの溶浸材成分を含む超硬合金材、ステンレス鋼材をそれぞれこの順序でセットし、例えば特開昭５６−１４７６２４号公報に開示されているような、超高圧装置の反応室に装填して超高圧・高温下で処理することによって、層状一体化した焼結超砥粒チップ素材が得られる。
【００１９】
本発明の超砥粒工具に用いられる焼結超砥粒チップは、三層一体化構造の上記焼結超砥粒チップ素材の他に、焼結超砥粒層と炭素含有量が０．９０％以下の鋼材層との二層からなる、焼結超砥粒チップ素材も有効に用いられるが、該二層構造一体化方法も、上記三層構造一体化方法に準じて処理される。なお、焼結超砥粒層、超硬合金材および／または高融点金属材からなる中間層、炭素含有量０．９０％以下の鋼材層の各層の厚さは、基本的に任意であり使用される焼結超砥粒チップの用途、並びに溶着方法に応じて適宜に設定される。また、各層は互いの隣接層と溶着するため、その境界は明確に表れるものではない。
【００２０】
上記の如くして得られた焼結超砥粒チップ素材は、機械加工、ワイヤカット加工、放電加工等の手段によって成型加工され、所望の焼結超砥粒チップが形成され、例えばチップソ−などの焼結超砥粒チップ取付部（鋼製基材）に、レーザー溶接等の溶接手段によって溶着される。溶接方法については特に制限はないが、前記レーザー溶接法のほか例えば電子ビーム溶接法、光ビーム溶接法、摩擦溶接法等が好ましく採用される。
【００２１】
本発明の焼結超砥粒チップを取着して成る超砥粒工具としては、上記チップソーのほか丸鋸、丸鋸ブレード、ドリルビット、コアビット、エンドミル、溝切り刃、各種カップホイール、バンドソー、チエーンソー、各種バイト、フライスカッター等の切削工具が挙げられるが、それ以外の各種耐摩耗部品に適用することも可能である。
【００２２】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれにより特定されるものではなく、本発明の主旨の範囲内において自由に設計変更が可能である。
【００２３】
（実施例１）
内径１４．４mmの金属タンタル製カプセルに公称値８〜１６μｍのダイヤモンド粉末（東名ダイヤモンド工業株式会社製）１００部と、溶浸材成分の炭化タングステンとコバルト金属の予混合粉末４０部との混合粉末を装入し、次いで、外径１４．３ｍｍ、厚さ１ｍｍの超硬合金（ＷＣ−８％Ｃｏ）の円板、およびＳＵＳ３０４ステンレス鋼円板（外径１４．３ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を、この順序で装入してカプセルの端部を内側に折り込んで封鎖し、ダイヤモンド充填物を調製した。このダイヤモンド充填物を超高圧装置の反応室に装填し、圧力６ＧＰa、温度１５５０℃の条件下で５分間処理した。超高圧装置の圧力と温度を平常値に戻した後、ダイヤモンド充填物を取り出し、反応室構成材料及びタンタルカプセル材料を除去すると共に表面と、背面のステンレス鋼を研磨し、焼結超砥粒ダイヤモンドチップ素材を得た。ついでこの焼結超砥粒チップ素材を、ワイヤカットによって４×２×２．２ｍｍの短冊状に切断加工して焼結超砥粒チップを得た。
【００２４】
このようにして加工された焼結超砥粒チップを、丸鋸型切削工具の鋼製基材に形成されたチップ取付部にレーザー溶接により、溶着してダイヤモンドチップソーを完成した。焼結超砥粒チップが溶着された本実施例のダイヤモンドチップソーを図１〜図３に示した。図１はダイヤモンドチップソーの正面図、図２は図１の符号Ａの拡大模式図、図３は焼結超砥粒チップの溶着部分のマイクロスコープ（約３０倍）写真をそれぞれ示す。図２の焼結超砥粒チップは切削側より、焼結超砥粒層３ｃ、超硬合金材および／または高融点金属材からなる中間層３ｂ及びＳＵＳ３０４ステンレス鋼材層３ａの３層構造を採るが、該図は３層構造を判りやすくするため模式的に示したものであり、実際は各層の境界は明確に表れるものではない。焼結超砥粒チップ３並びに溶着部２をマイクロスコープで詳細に観察したところ、図３から明らかなように、焼結超砥粒チップ３に層間剥離などの現象は見られず、鋼製基材１と焼結超砥粒チップ３との接合界面には、熱損傷による焼き割れもなく、強固に溶着していることが確認された。
【００２５】
（実施例２）
実施例１と同様の金属タンタル製カプセルに、超硬合金円板を用いなかった以外は実施例１と同様にしてダイヤモンド充填物を調製した。次いでこのダイヤモンド充填物を実施例１同様の高圧装置の反応室に装填し、実施例１と同一の条件で処理することにより、焼結ダイヤモンド層とステンレス層の二層からなる焼結超砥粒チップ素材を得た。このチップ素材を実施例１と同様に加工して焼結超砥粒チップ３を得、この焼結超砥粒チップ３を用いて実施例１と同様にしてダイヤモンドチップソーを作製し、焼結超砥粒チップ３と溶着部２の状態を、実施例１と同様マイクロスコープ（約３０倍）にて詳細に観察し、その結果を図４に示した。図４から明らかなように、焼結超砥粒チップ３に層間剥離などの現象は見られず、鋼製基材１と焼結超砥粒チップ３との接合界面には、熱損傷による焼き割れもなく、強固に溶着されていることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
実施例からも明らかなように本発明による超砥粒工具は、焼結超砥粒チップそのものの層間剥離も見られず、焼結超砥粒チップと鋼製基材との接合界面が、溶接による接合手段を採用しているにも係わらず、熱損傷による焼き割れもなく、強固に溶着されているため、従来汎用されている超硬チップソーでは切削不能であった被削材への対応が可能となった。さらに、超砥粒工具の寿命性能も著しく向上し、それによってもたらされる経済的効果が飛躍的に上昇した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１で得られたダイヤモンドチップソーの正面図である。
【図２】図１の符号Ａ部分の拡大図である。
【図３】本発明の実施例１における溶着部のマイクロスコープ拡大写真である。
【図４】本発明の実施例２における溶着部のマイクロスコープ拡大写真である。
【符号の説明】
１鋼製基材
２溶着部
３焼結超砥粒チップ

Claims

鋼製基材に超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具において、該超砥粒チップが、焼結超砥粒層、超硬合金材からなる中間層及び炭素含有量が０．９０質量％以下の鋼材層の三層からなり、該三層は、炭化タングステン、炭化チタン及び炭化タンタルから選択される少なくとも１種の炭化物に、コバルト又はニッケルを配合した溶浸材成分の粉末と超砥粒粉末の混合粉末と、超硬合金材の板材と、炭素含有量が０．９０質量％以下の鋼材の板材を、溶着により一体に結合したものであることを特徴とする焼結超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具。
該超砥粒が、ダイヤモンド砥粒またはｃＢＮ砥粒若しくはこれらの混合物である、請求項１に記載の焼結超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具。
該焼結超砥粒チップを形成する鋼材の炭素含有量が０．４０質量％以下である、請求項１又は２に記載の焼結超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具。
該焼結超砥粒チップを形成する鋼材が、クロムモリブデン鋼鋼材またはステンレス鋼鋼材である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼結超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具。
該焼結超砥粒チップの鋼製基材への取着手段が、溶接・溶着方法である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結超砥粒チップを取着してなる超砥粒工具。