JP6289991B2 - 二層構造超硬合金 - Google Patents

Description

本発明は、工具に使用する超硬合金に関するものである。

超硬合金から形成される切削工具が供されており、母材となる超硬合金の表面にダイヤモンドをコーティングすることで、切削性や耐摩耗性の向上を図る技術が知られている。超硬合金にはＣｏが結合剤として含有される。Ｃｏは、超硬合金の抗折力の向上に寄与する一方で、母材表面に対するダイヤモンドの密着力を低下させる。

これに対し、特許文献１には、母材となる超硬合金の表層部（外層部）におけるＣｏ含有量を、中間層部および内層部におけるＣｏ含有量よりも小さな値に設定することで、コーティングされたダイヤモンドの密着力を確保する技術が開示される。

特開平１１−１７２３６１号公報（例えば、段落０００８）

しかしながら、上述した従来の技術では、表層部（外層部）、中間層部および内層部のそれぞれにおいてＷＣの粒径が異なるため、粒径による境界が形成される。そのため、境界面での強度低下に起因して、抗折力が低下するという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、コーティングされたダイヤモンドの密着力を確保しつつ、抗折力の向上を図ることができる超硬合金および切削工具を提供することを目的とする。

この目的を達成するために請求項１記載の超硬合金は、ＷＣに少なくともＣｏを混合して焼結した超硬合金において、コア層部と、そのコア層部の外面側に配設される外層部と、を備え、前記Ｃｏの含有量は、前記コア層部において５ｗｔ％以上かつ１５ｗｔ％以下に設定されると共に、前記外層部において０．２ｗｔ％以上かつ１．５ｗｔ％以下に設定され、前記ＷＣの粒径は、前記コア層部および外層部において同一であって、０．１μｍ以上かつ０．２μｍ以下に設定される。

請求項２記載の超硬合金は、請求項１記載の超硬合金において、前記コア層部と外層部との間に介設され、前記コア層部から外層部へ向かうに従って前記Ｃｏの含有濃度が減少される濃度勾配層部を備える。

請求項３記載の超硬合金は、請求項２記載の超硬合金において、前記濃度勾配層部の厚み寸法が１μｍ以上かつ１０μｍ以下に設定される。

請求項４記載の超硬合金は、請求項１から３のいずれかに記載の超硬合金において、前記外層部の厚み寸法が２００μｍ以上かつ６００μｍ以下に設定される。

請求項５記載の超硬合金は、請求項１から４のいずれかに記載の超硬合金において、前記コア層部は、円柱状に形成され、前記外層部は、前記円柱状のコア層部の一方の軸方向端面および外周面を覆う有底筒状に形成される。

請求項６記載の切削工具は、請求項１から５のいずれかに記載の超硬合金から形成される切削工具であって、前記外層部に切れ刃が形成されると共に少なくとも前記切れ刃にダイヤモンドがコーティングされる。

請求項１記載の超硬合金によれば、外層部では、Ｃｏの含有量が１．５ｗｔ％以下に設定されるので、コーティングされたダイヤモンドの密着力を確保できる。この場合、Ｃｏの含有量が０．２ｗｔ％以上に設定されることで、靱性の低下が抑制される。一方、コア層部では、Ｃｏの含有量が５ｗｔ％以上に設定されるので、抗折力の向上を図ることができる。この場合、Ｃｏの含有量が１５ｗｔ％以下に設定されることで、抗折力の向上に寄与できる上限を越えてＣｏが含有されることが抑制される。

特に、請求項１によれば、コア層部と外層部とにおけるＷＣの粒径が同一に設定されるので、粒径による境界が形成されて境界面での強度が低下することを抑制できる。よって、抗折力の向上を図ることができる。

この場合、ＷＣの粒径は、０．１μｍ以上に設定されるので、粒径を小さくする特殊な加工を必要とせず、コストの低減を図ることができる一方、０．２μｍ以下に設定されるので、コーティングされたダイヤモンドの密着力を良好にすることができる。

請求項２記載の超硬合金によれば、請求項１記載の超硬合金の奏する効果に加え、コア層部と外層部との間に介設され、コア層部から外層部へ向かうに従ってＣｏの含有濃度が減少される濃度勾配層部を備えるので、含有濃度による境界が形成されて境界面での強度が低下することを抑制できる。よって、その分、抗折力の向上を図ることができる。

請求項３記載の超硬合金によれば、請求項２記載の超硬合金の奏する効果に加え、濃度勾配層部の厚み寸法が１μｍ以上かつ１０μｍ以下に設定されるので、抗折力の向上とコストの低減との両立を図ることができる。即ち、濃度勾配層部の厚み寸法が１μｍ以上に設定されることで、コア層部と外層部とをなじませる（含有濃度による境界が形成されることを抑制する）のに必要な厚み寸法を確保して、抗折力の向上を図ることができる。一方で、濃度勾配層部の厚み寸法が１０μｍ以下に設定されることで、濃度勾配層部を形成するのに必要な時間が過大となることを抑制して、コストを低減できる。

請求項４記載の超硬合金によれば、請求項１から３のいずれかに記載の超硬合金の奏する効果に加え、外層部の厚み寸法が２００μｍ以上かつ６００μｍ以下に設定されるので、切削工具の素材として必要な特性を確保できる。即ち、外層部の厚み寸法が２００μｍ以上に設定されることで、十分な大きさの切れ刃を外層部に形成することができると共に、コーティングされたダイヤモンドの密着力を向上できる。一方で、外層部の厚み寸法が６００μｍ以下に設定されることで、外層部が不必要に厚肉となることを抑制して、コア層部の大きさを確保できる。その結果、抗折力の向上を図ることができる。

請求項５記載の超硬合金によれば、請求項１から４のいずれかに記載の超硬合金の奏する効果に加え、コア層部が円柱状に形成され、その円柱状のコア層部の一方の軸方向端面および外周面を覆う有底筒状に外層部が形成されるので、切削工具の素材に適した形状を得ることができる。

請求項６記載の切削工具によれば、請求項１から５のいずれかに記載の超硬合金から形成されるものであって、外層部に切れ刃が形成されると共に少なくとも切れ刃にダイヤモンドがコーティングされるので、コーティングされたダイヤモンドの密着力を確保しつつ、抗折力の向上を図ることができる。

超硬合金部材の断面図である。 （ａ）は、コア層部の正面図であり、（ｂ）は、筒状部の正面図であり、（ｃ）は、円板部の正面図である。 （ａ）は、コア層部の正面図であり、（ｂ）から（ｄ）は、乾粉およびコア層部が収容される金型の断面図である。 （ａ）は、耐久試験１の試験結果を示す表であり、（ｂ）は、耐久試験２の試験結果を示す表であり、（ｃ）は、耐久試験３の試験結果を示す表であり、（ｄ）は、耐久試験４の試験結果を示す表である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態における超硬合金部材１の断面図である。

図１に示すように、超硬合金部材１は、タングステンカーバイド（以下「ＷＣ」と称す）及びコバルト（以下「Ｃｏ」と称す）を含有する超硬合金から形成される部材であって、芯となるコア層部２と、そのコア層部２の周囲を覆う外層部３と、それらコア層部２及び外層部３の境界に層状に形成される濃度勾配層部４とを主に備えて形成される。なお、本実施形態では、コア層部２は円柱状の部材であって、外層部３はコア層部２の一方の軸方向端面および外周面を覆う有底筒状に形成され、濃度勾配層部４は若干幅広に図示される。なお、超硬合金部材１は直径６ｍｍのスクエアエンドミルの素材として形成される。

コア層部２及び外層部３を構成する超硬合金の内、ＷＣの平均粒径は同一に設定されるので、コア層部２及び外層部３の間に粒径による境界が形成されることで強度が低下することが抑制される。よって、超硬合金部材１の抗折力を向上させることができる。

ここで、ＷＣの原料粉の平均粒径は、０．１μｍ以上かつ０．５μｍ以下で形成されることが好ましい。ＷＣの粒径が０．１μｍ以上とされることで、ＷＣの粒径を過度に小さくする特殊な加工を必要とせず、加工コストを低減させることができる。一方、ＷＣの粒径が０．５μｍ以下とされるので、ＷＣの粒どうしの間の隙間が大きくなることを抑制することができる。

また、外層部３では表面荒さを抑制するためにＷＣの粒径を小さくしたいという要求があり、その一方でコア層部２では靱性を向上させるためにＷＣの粒径を大きくしたいという要求がある。これらを両立させる範囲としてもＷＣの平均粒径は、０．１μｍ以上かつ０．５μｍ以下で形成されることが好ましい。なお、本実施形態では、ＷＣの平均粒径は０．２μｍに設定される。

コア層部２を構成するＣｏの含有量は５ｗｔ％以上に設定されることが好ましい。これにより、超硬合金部材１の抗折力を向上させることができる。また、Ｃｏの含有量が１５ｗｔ％以下に設定されることが好ましい。これにより、超硬合金部材１の抗折力の向上に寄与できる上限を超えてＣｏが含有されることが抑制される。なお、本実施形態では、コア層部２のＣｏの含有量が５ｗｔ％に設定される。

外層部３を構成するＣｏの含有量は１．５ｗｔ％以下に設定されることが好ましい。これにより、超硬合金部材１にダイヤモンドコーティングをする場合に、そのコーティングの密着力を確保することができる。また、Ｃｏの含有量が０．２ｗｔ％以上に設定されることが好ましい。これにより、超硬合金部材１の靱性の低下を抑制することができる。なお、本実施形態では、外層部３のＣｏの含有量が０．２ｗｔ％に設定される。

外層部３の厚み寸法は、２００μｍ以上かつ６００μｍ以下に設定されることが好ましい。これにより、切削工具の素材として必要な特性を確保することができる。即ち、外層部３の厚み寸法が２００μｍ以上に設定されることで、十分な大きさの切れ刃を外層部３に形成することができると共に、超硬合金部材１にダイヤモンドコーティングをする場合に、そのコーティングの密着力を向上できる。一方で、外層部３の厚み寸法が６００μｍ以下に設定されることで、外層部３が不必要に厚肉となることを抑制して、コア層部２の大きさを確保できる。その結果、抗折力の向上を図ることができる。なお、本実施形態では、外層部３の厚み寸法は２００μｍに設定される。

ここで、上述した特徴を備える超硬合金部材１の製造方法として、２通りの製造方法を順に説明する。まず、図２を参照して、第１の製造方法について説明する。

図２は、超硬合金部材１の第１の製造方法を模式的に示した模式図であって、図２（ａ）は、コア層部２の正面図であり、図２（ｂ）は、筒状部３ａの正面図であり、図２（ｃ）は、円板部３ｂの正面図である。なお、図２（ｂ）は、筒状部３ａが部分的に断面視される。

図２に示すように、第１の製造方法では、コア層部２及び外層部３は、予め目的の形状に形成されたものが使用される。また、外層部３は、筒形状の筒状部３ａ及び円板形状の円板部３ｂに分割して形成される。

第１の製造方法は、コア層部形成工程と、筒状部形成工程と、円板部形成工程と、合体工程と、焼結工程と、仕上げ工程と、を主に備える。

コア層部形成工程は、コア層部２を円柱状に押し固める工程である。本実施形態では、第１の製造方法で形成されるコア層部２は、直径が５．６ｍｍの円柱状に形成される。

筒状部形成工程は、筒状部３ａを押し固める工程である。本実施形態では、第１の製造方法で形成される筒状部３ａは、外径が６．８ｍｍかつ厚み寸法が５００μｍの筒形状に形成される。コア層部２及び筒状部３ａが上述した寸法関係に形成されることで、後述する合体工程にかかる時間を短縮化することができる。ここで、コア層部２及び筒状部３ａが簡易な形状なので、寸法を調整する加工が容易であり、加工コストの低減を図ることができる。

円板部形成工程は、円板部３ｂを押し固める工程である。本実施形態では、第１の製造方法で形成される円板部３ｂは、直径が６．８ｍｍかつ厚み寸法が５００μｍの円板形状に形成される。

合体工程は、上述した各工程で形成されたコア層部２、筒状部３ａ及び円板部３ｂを重ね合わせる工程である。本実施形態では、コア層部２が筒状部３ａの内部に挿入され、円板部３ｂがコア層部２及び筒状部３ａの一方の端部に当接される。ここで、コア層部２と筒状部３ａとの間のクリアランスは、片側５０μｍで確保されるので、コア層部２を筒状部３ａに挿入しやすくすることができる。

焼結工程は、上述した合体工程で重ね合わされたコア層部２及び外層部３を焼結炉で焼結する工程である。焼結工程では、コア層部２及び外層部３が高温状態にされるため、内部のＣｏが液状になり、コア層部２及び外層部３の境界付近のＣｏが、コア層部２及び外層部３に含有されるＣｏの濃度の差を小さくする方向へ流動する。これにより、コア層部２及び外層部３の境界付近に、Ｃｏの濃度が径方向へ移動するにつれて変化する濃度勾配層部４（図１参照）が形成される。これにより、Ｃｏの含有濃度の境界が形成されることで強度が低下されることを防止でき、その分、焼結品の抗折力を大きくすることができる。

この濃度勾配層部４のＣｏの含有濃度は、本実施形態では、５ｗｔ％（コア層部２のＣｏ含有量）より小さく、かつ０．２ｗｔ％（外層部３のＣｏ含有量）より大きい範囲で、コア層部２から外層部３へ向かうに従いＣｏの含有濃度が減少される勾配が形成される。なお、濃度勾配層部４を除くコア層部２及び外層部３のＣｏの含有濃度は略一定に形成される。

濃度勾配層部４の厚み寸法は、１μｍ以上かつ１０μｍ以下に設定されることが好ましい。これにより、超硬合金部材１の抗折力の増大と加工コストの低減との両立を図ることができる。

即ち、濃度勾配層部４の厚み寸法が１μｍ以上に設定されることで、コア層部２と外層部３とをなじませる（Ｃｏの含有濃度による境界が形成されることを抑制する）のに必要な厚み寸法を確保して、抗折力を増大させることができる。一方で、濃度勾配層部４の厚み寸法が１０μｍ以下に設定されることで、濃度勾配層部４を形成するのに必要な時間が過大となることを抑制して、加工コストを低減することができる。なお、本実施形態では、濃度勾配層部４の厚み寸法が１μｍで形成される。

仕上げ工程は、焼結品を研削加工する工程である。本実施形態では、超硬合金部材１の外径は６ｍｍに仕上げられるので、外層部３の径方向の厚み寸法は２００μｍとされる。即ち、超硬合金部材１を用いて直径６ｍｍのスクエアエンドミルを製造すると、逃げ面に形成される外層部３の厚み寸法が２００μｍで形成される。

次いで、図３を参照して、第２の製造方法について説明する。図３は、超硬合金部材１の第２の製造方法を模式的に示した模式図であって、図３（ａ）は、コア層部２の正面図であり、図３（ｂ）から図３（ｄ）は、乾粉およびコア層部２が収容される金型の断面図である。なお、図３（ｂ）から図３（ｄ）は、第２の製造方法を時系列で表しており、乾粉およびコア層部２が順に収容される様子が図示される。図３に示すように、第２の製造方法では、コア層部２のみが予め円柱状に焼結形成される。

第２の製造方法は、コア層部焼結工程と、円板部乾粉敷設工程と、コア層部配置工程と、筒状部乾粉流入工程と、放電プラズマ焼結工程と、仕上げ工程と、を主に備える。

コア層部焼結工程は、円柱状のコア層部２を焼結する工程である。本実施形態では、第２の製造方法のコア層部２は直径５．６ｍｍの円柱状の部材に形成される。

円板部乾粉敷設工程は、内径６．８ｍｍの有底円筒形状の金型の底部に乾粉を敷き詰める工程である。本実施形態では、ＷＣ及びＣｏから形成される乾粉が５００μｍの厚み寸法で敷き詰められる。

コア層部配置工程は、円板部乾粉敷設工程で敷き詰められた乾粉の上に、コア層部２を立てる工程である。本実施形態では、金型の軸とコア層部２の軸とを合わせた状態で、コア層部２が金型の内側に配置される。

筒状部乾粉流入工程は、金型とコア層部２との間の隙間に乾粉を流入させ、詰め込む工程である。本実施形態では、隙間はコア層部２の両側に６００μｍずつ形成され、その隙間にＷＣ及びＣｏから形成される乾粉が詰め込まれる。

このように、第２の製造方法では、コア層部２を外層部３に挿入するためのクリアランスを設ける必要がなく、コア層部２の外径寸法に要求される寸法精度を低くすることができる。これにより、加工コストを低減することができる。

放電プラズマ焼結工程は、金型内に配置されたコア層部２及び乾粉（焼結により外層部３となる）を放電プラズマ焼結により焼結する工程である。放電プラズマ焼結とは、焼結対象を加圧すると共に電気エネルギー（直流パルス電圧および電流）を与え、それにより生じる焼結対象の自己発熱を焼結駆動力として利用するものである。これによれば、電気炉等で行う雰囲気加熱に比較して、短時間で焼結をおこなうことができる。なお、仕上げ工程は、第１の製造方法で上述した工程と同様であるので説明を省略する。

なお、第２の製造方法で製造された超硬合金部材１も、第１の製造方法で製造された超硬合金部材１と同様に、コア層部２及び外層部３の境界付近に濃度勾配層部４が形成される。

第１の製造方法または第２の製造方法により製造された超硬合金部材１には、仕上げ加工の後、外層部３の底側（円板部３ｂ側）を先端側とする切れ刃が形成される。これにより、切れ刃（底刃および外周刃）の先端に外層部３が厚み寸法２００μｍで形成される。その後、その切れ刃にダイヤモンドをコーティングすることで、スクエアエンドミルが完成する。ここで、切れ刃の先端にはＣｏの含有量が低い外層部３が形成されるので、コーティングされたダイヤモンドの密着力を確保することができる。

次に、図４を参照して、ダイヤモンド被膜の耐久試験１〜４の試験結果について説明する。図４（ａ）は、耐久試験１の試験結果を示す表である。

まず、耐久試験１では、本実施形態における超硬合金部材１にダイヤモンドを被膜したもの（以下「本発明品１」と称す）と、その本発明品１と外層部３の厚さ寸法のみが異なるもの（以下「本発明品２」と称す）と、コア層部および外層部を形成するＷＣの粒径が０．２μｍである直径６ｍｍの円柱状部材であって外層部が厚さ寸法１ｍｍで形成されると共に外層部にのみＣｏが含有されるもの（以下「従来品１」と称す）と、外層部を有しない直径６ｍｍの円柱状部材であってＷＣの粒径が０．２μｍでありかつＣｏの含有量が５ｗｔ％に形成されるもの（以下「従来品２」と称す）とを試験する。これら試験対象の、それぞれの抗折力と、ダイヤモンド被膜の膜厚が１０μｍである位置に＃１８０のＳｉＣを投射メディアとしてゲージ圧３ｂａｒで照射し、ダイヤモンド被膜が剥がれるまでの耐久時間（以下「耐久時間」と称す）とを計測した。

なお、抗折力は、ＪＩＳ−Ｒ１６０１の規定に準ずる試験方法で測定された値を記載し、３ＧＰａ以上を良好であるとする。また、耐久時間は、１４０秒以上（発明品２の耐久時間の７０％以上）を良好であるとする。

図４（ａ）に示すように、従来品１では、外層部のＣｏの含有量が低いため耐久時間は良好な値を示すものの、コア層部にＣｏが含有されず、かつ濃度勾配層部４が形成されないために抗折力が不足する。

また、従来品２では、Ｃｏの含有量が全体的に多いため抗折力は良好であるが、その表面付近のＣｏの含有量の多さから耐久時間が不足する。これは、従来品２の表面付近のＣｏにより、ダイヤモンドがグラファイト化したことが原因と考えられる。

一方、本発明品１では、抗折力および耐久時間が共に良好な値を示し、本発明品２では、抗折力は良好な値を維持したまま、耐久時間が本発明品１に比較して飛躍的に向上した。このように、耐久試験１から、コア層部２のＣｏの含有量が多くされると共に、外層部３のＣｏの含有量が少なくされることで、超硬合金部材１の抗折力と耐久時間とを共に向上可能であることが確認された。また、外層部３の厚さ寸法を大きくすることで、耐久時間をより長くできることが確認された。

次に、耐久試験２として、外層部３の厚さ寸法が１５０μｍのもの（以下「試験品１−１」と称す）及び外層部３の厚さ寸法が６５０μｍのもの（以下「試験品１−２」と称す）を直径６ｍｍの超硬合金部材で用意して、それにダイヤモンドを被膜したものに対し、耐久試験１の場合と同様の方法で、抗折力と耐久時間とを計測した。なお、試験品１−１及び試験品１−２のＷＣの原料粉の粒径、コア層部２のＣｏの含有量、外層部３のＣｏの含有量および濃度勾配層部４の厚さ寸法は本発明品１と同等である。

図４（ｂ）は、耐久試験２の試験結果を示す表である。なお、耐久試験２は、本発明の外層部３の厚さ寸法における境界値の意義を確認するために行われたものである。そのため、本発明品１及び本発明品２の試験結果（図２（ａ））と比較することにより、耐久試験２の試験結果の理解を容易とすることができる。

まず、試験品１−１の試験結果と本発明品１の試験結果とを比較すると、抗折力は共に良好な値を示すが、耐久時間は大きく異なる。即ち、試験品１−１の耐久時間は、本発明品１の耐久時間の約２５％であった。これにより、外層部３の厚さ寸法の下限を２００μｍ以上とすることの意義が確認された。

次に、試験品１−２の試験結果と本発明品２の試験結果とを比較すると、外層部３の厚さ寸法の増加量に比較して、耐久時間の変化量の割合が減少していることが確認される。まず、本発明品１と本発明品２とでは、外層部３の厚さ寸法が４００μｍ変化することにより耐久時間は４００秒長くなった。一方、本発明品２と試験品１−２とでは、外層部３の厚さ寸法が５０μｍ変化することにより耐久時間は５秒長くなった。即ち、外層部３の厚さ寸法の増加量に対する耐久時間の変化量が、外層部３の厚さ寸法が６００μｍ以上になると１０倍小さくなることになる。これにより、外層部３の厚さ寸法の上限を６００μｍ以下とすることの意義が確認された。

また、試験品１−２は、抗折力が２．８ＧＰａであり、３ＧＰａ以下の値であった。これは、Ｃｏの含有量が少ない外層部３の厚さ寸法を大きくし過ぎたことが原因と考えられる。このことからも、外層部３の厚さ寸法の上限を６００μｍ以下とすることの意義が確認された。

次に、耐久試験３として、外層部３のＣｏの含有量が０．１ｗｔ％のもの（以下「試験品２−１」と称す）及び外層部３のＣｏの含有量が１．６ｗｔ％のもの（以下「試験品２−２」と称す）を直径６ｍｍの超硬合金部材で用意して、それにダイヤモンドを被膜したものに対し、耐久試験１の場合と同様の方法で、抗折力と耐久時間とを計測した。なお、試験品２−１及び試験品２−２のＷＣの原料粉の粒径、コア層部２のＣｏの含有量および外層部３の厚さ寸法は本発明品１と同等である。

図４（ｃ）は、耐久試験３の試験結果を示す表である。なお、耐久試験３は、本発明の外層部３のＣｏの含有量における境界値の意義を確認するために行われたものである。そのため、本発明品１の試験結果（図２（ａ））と比較することにより、耐久試験３の試験結果の理解を容易とすることができる。

まず、試験品２−１の試験結果と本発明品１の試験結果とを比較すると、抗折力は共に良好な値を示すが、試験品２−１の耐久時間は本発明品１の耐久時間の約１０％にまで短縮された。これは、外層部３に含有されるＣｏが少なすぎたために、超硬合金部材の靱性が低下したことが原因であると考えられる。これにより、外層部３のＣｏの含有量の下限値を０．２ｗｔ％とすることの意義が確認された。

次に、試験品２−２の試験結果と本発明品１の試験結果とを比較すると、抗折力は共に良好な値を示すが、試験品２−２の耐久時間は本発明品１の耐久時間の約１２．５％にまで短縮された。これは、外層部３に含有されるＣｏが多すぎたために、ダイヤモンドコーティングの密着力を確保できなかったことが原因であると考えられる。これにより、外層部３のＣｏの含有量の上限値を１．５ｗｔ％とすることの意義が確認された。

なお、試験品２−２において、濃度勾配層部４の厚さ寸法が０．７μｍであるにも関わらず、抗折力に減少傾向が見られないのは、外層部３のＣｏの含有量が１．６ｗｔ％と多いためであると考えられる。そのため、試験品２−２の試験結果は、本発明における濃度勾配層部４の下限値（１μｍ）に何ら影響を及ぼすものでも無い。

次に、耐久試験４として、ＷＣの原料粉の粒度が０．１μｍのもの（以下「本発明品３」と称す）及びＷＣの原料粉の粒度が０．５μｍのもの（以下「本発明品４」と称す）を直径６ｍｍの超硬合金部材で用意して、それにダイヤモンドを被膜したものに対し、耐久試験１の場合と同様の方法で、抗折力と耐久時間とを計測した。なお、本発明品３及び本発明品４のコア層部２のＣｏの含有量、外層部３のＣｏの含有量、外層部３の厚さ寸法および濃度勾配層部４の厚み寸法は、上述した好ましい数値範囲内でそれぞれ設定される。

図４（ｄ）は、耐久試験４の試験結果を示す表である。試験結果によれば、本発明品３及び本発明品４の抗折力および耐久時間が共に良好な値をとることが確認される。

ここで、本発明品１と本発明品３とを比較すると、外層部３の厚さ寸法の増加量は１００μｍであるのにも関わらず、耐久時間が２００秒以上長くされた（本発明品１と本発明品２との比較では、外層部３の厚さ寸法の増加量が４００μｍの場合に耐久時間が約４００秒長くされた）。これは、ＷＣの原料粉の粒度が０．１μｍと小さくされたことが原因であると考えられる。即ち、ＷＣの原料粉の粒度が小さくされることにより、超硬合金部材１の硬度が上昇し、ダイヤモンド被膜の密着力が維持されるため、耐久時間が飛躍的に向上されたと考えられる。

以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。特に、下限および上限を指定した数値範囲により特定される値は、その数値範囲内であれば、いずれの値を採用することも可能である。

上記実施形態では、超硬合金部材１を約直径６ｍｍの円柱状部材として説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、超硬合金部材１が直径３ｍｍの円柱状部材であっても良いし、直径２０ｍｍの円柱状部材であっても良い。

上記実施形態では、超硬合金部材１を用いた工具としてスクエアエンドミルを例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、超硬合金１がドリルやタップなど他の円柱状の工具に利用されても良いし、スローアウェイチップ等に利用されても良い。スローアウェイチップに超硬合金部材１が利用される場合には、超硬合金部材１は円柱状ではなく、略矩形板形状に形成される。

１ 超硬合金部材（超硬合金）
２ コア層部
３ 外層部
４ 濃度勾配層部

Claims (6)

1. ＷＣに少なくともＣｏを混合して焼結した超硬合金において、
   コア層部と、そのコア層部の外面側に配設される外層部と、を備え、
   前記Ｃｏの含有量は、前記コア層部において５ｗｔ％以上かつ１５ｗｔ％以下に設定されると共に、前記外層部において０．２ｗｔ％以上かつ１．５ｗｔ％以下に設定され、
   前記ＷＣの粒径は、前記コア層部および外層部において同一であって、０．１μｍ以上かつ０．２μｍ以下に設定されることを特徴とする超硬合金。
2. 前記コア層部と外層部との間に介設され、前記コア層部から外層部へ向かうに従って前記Ｃｏの含有濃度が減少される濃度勾配層部を備えることを特徴とする請求項１記載の超硬合金。
3. 前記濃度勾配層部の厚み寸法が１μｍ以上かつ１０μｍ以下に設定されることを特徴とする請求項２記載の超硬合金。
4. 前記外層部の厚み寸法が２００μｍ以上かつ６００μｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超硬合金。
5. 前記コア層部は、円柱状に形成され、
   前記外層部は、前記円柱状のコア層部の一方の軸方向端面および外周面を覆う有底筒状に形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超硬合金。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の超硬合金から形成される切削工具であって、前記外層部に切れ刃が形成されると共に少なくとも前記切れ刃にダイヤモンドがコーティングされることを特徴とする切削工具。

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