JPH0349834A - 金を接合材とする工具及びその製造方法 - Google Patents

金を接合材とする工具及びその製造方法

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JPH0349834A
JPH0349834A JP1180550A JP18055089A JPH0349834A JP H0349834 A JPH0349834 A JP H0349834A JP 1180550 A JP1180550 A JP 1180550A JP 18055089 A JP18055089 A JP 18055089A JP H0349834 A JPH0349834 A JP H0349834A
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shank
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Katsuyuki Tanaka
克享 田中
Yoshiaki Kumazawa
熊沢 佳明
Nobuo Urakawa
浦川 信夫
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はブランクとシャンクを熱圧着により接合した工
具であって、特に金を特徴とする特許及びその製造方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
ブランクとシャンクからなる工具を製造する従来の技術
としては、例えば超硬合金、ダイヤモンド焼結体、ダイ
ヤモンド単結晶、cBN焼結体等からなるブランクを、
鉄系金属、超硬合金、タングステン合金等からなるシャ
ンクに、銀糸ロー材。
全系ロー材、アルミニウム合金系ロー材、ニッケル系ロ
ー材等のような各種ロー材を用いるロー材は接合法、焼
結金属を用いて接合する焼結接合法、あるいは機械的に
固定する方法等が主に用いられてきた。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、前記の接合方法のうちロー材は接合法は、接
合強度確保の点から、工具の使用温度よりも300℃以
上高い融点を有するロー材を使用する必要がある。この
ため、例えば600 ”Cで使用する工具において、ブ
ランクが600〜800℃で変質するダイヤモンド単結
晶、ダイヤモンド焼結体、cBN焼結体等を用いる場合
、接合強度確保のため、シャンクの接合に900”C以
上の融点を有するロー材を使えば、接合時の加熱により
ダイヤモンドやcBNを材質とするブランクが変質し、
一方、ブランクの変質を避けるために600〜800℃
以下の融点を有するロー材を使えば、600℃の使用条
件下では接合強度が確保できないという問題があった。
また、焼結接合法或いは機械的接合法では、接合のため
に大きなサイズのブランクを確保する必要があり、小さ
なサイズのブランクの接合は困難であった。
本発明はシャンクとブランクの接合が低温でなされ、し
かも接合後は接合時の温度に左右されずに高温での使用
が可能となる工具及びその製造方法を提供を目的とした
ものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等はブランクとシャンクの間を金を接合材とし
て熱圧着法により接合した工具により、従来法における
諸問題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明はブランク及びシャンクからなる工具
において、該ブランクと該シャンクの間に熱圧着により
形成された金からなる接合層を有してなる金を接合材と
する工具に関する。
本発明の特に好ましい実施態様として、該ブランク及び
/又は該シャンクが下地層として、接着強化層及び/又
は拡散防止層を有する工具であり、該ブランク及び該シ
ャンクは第1層として接着強化層、次に(該接着強化層
の外側に)拡散防止層を有し、該ブランクの拡散防止層
と該シャンクの拡散防止層の間に熱圧着により形成され
た金からなる接合層を有する前記工具が挙げられる。
さらに本発明は上記本発明工具の製造方法として、ブラ
ンクとシャンクを接合して工具を製造する方法において
、該ブランクと該シャンクのそれぞれの接合面の最外層
として金を被覆しておき、接金の被覆どうしを対面させ
て、両者の間に金の薄片を挿入し、又は挿入せずに熱圧
着接合することを特徴とする金を接合材とする工具の製
造方法を提供するものである。
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明すると、第
1図+al及び(blは本発明のブランクとシャンクの
接合を説明する断面図であって、1はブランク、2はシ
ャンクである。ブランクlには先ずブランクと化合物を
作り易い金属からなる接着強化層3が設けられる。該接
着強化層3は、ブランクlと被膜の接着強度を確保する
ための層である。
ブランクとして例えばダイヤモンド単結晶、ダイヤモン
ド焼結体、cBN焼結体、窒化アルミニウム、ベリリア
、気相合成ダイヤモンド等が用いられ、このときの接着
強化層としては、例えばチタン(Tt)、クロム(Cr
) 、 vンガン(Mn)、バナジウム(V)、ジルコ
ニウム(Zr )等のブランクと酸化物、炭化物又は窒
化物を形成するものを用いることが好ましい。
この接着強化層の厚さは、接合強度確保と材料の経済的
問題より、100〜10000人が一般的である。
次に該接着強化層3の金属元素、例えばTi、 Cr。
Mn、 V、 Z「等が接合材の金の層へ拡散して合金
化するのを防止するための拡散防止層4が設けられる。
従って、この拡散防止層4としては、高融点金属で金と
合金化しにくい、例えばプラチナ(Pt)。
パラジウム(Pd) 、タングステン(W)、モリブデ
ン(Mo) 、タンタル(Ti)等が好ましく、その厚
さは拡散防止効果と材料の経済的問題より、100λ〜
5000人の範囲内が好ましい。
以上のブランクlの接着強化層3及び拡散防止層4は公
知の蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーティング
法、無電解メツキ、電解メツキ等により形成することが
できる。
一方シャンク2にもまずシャンク2の金属への拡散を防
止するための拡散防止層5が設けられる。
シャンク2としては、例えばタングステン−ニッケル合
金、タングステン−銅合金、超硬合金、鉄系金属等が挙
げられ、このときの拡散防止層5としては、例えばニッ
ケル(N1)等が挙げられる。
シャンク2の拡散防止層5の形成も公知の蒸着法、スパ
ッタリング法、イオンブレーティング法等により可能で
あり、この拡散防止層5の厚さは、前記したと同様の理
由から100人〜5000人の範囲内が好ましい。
シャンクに接着強化層を設ける場合にも、チタン(Ti
)、クロム(Cr) 、 7ンガン(Mn) 、バナジ
ウム(V)、ジルコニウム(Z「)等が好ましい。厚さ
は100人〜10000人の範囲内が好ましい。
次にブランクlの拡散防止層4の表面とシャンク2の拡
散防止層5の表面に、それぞれ金の層6゜7を被覆する
。金の層6及び7は、例えば公知の蒸着法、スパッタリ
ング法、イオンブレーティング法により、厚さ0.5〜
8.0−に被膜する。0.5p未満では全圧着の強度が
低下して好ましくなく、80−より大きくしても効果は
かわらず、材料コストがかかるためである。
このように形成した金被膜6,7が直接熱圧着を形成す
るわけである。すなわち、ブランクlには接着強化層3
.拡散防止層4.金被膜6を、シャンク2には拡散防止
層5.金被膜7を設けておいて、両者の間に金の薄片8
を挿入する。該全薄片8の厚さは、接合強度及び経済的
問題から、0.3〜0.003mが好ましい。また、こ
の金の薄片はヤング率がl ′LOX 10 ”dyn
/c−以下であれば、Sn、 Si、 Ge、 Cu、
 Sb等を不純物として含んでもよい。
この状態でブランク1とシャンク2を加熱して金の層6
,7.8を塑性変形させて、金を原子レベルで接合する
と、第1図(blに示すように、ブランクlとシャンク
2が接合される。このときの条件は圧力0.1kg/m
″〜40kg/w” 、温度は100℃以上で材料の耐
熱温度以下が好ましい。
なお、接着圧力が高い方が接着強度は高くなるが、高く
しすぎるとシャンクが座屈、塑性変形を起こしたり、ブ
ランクが破損したりすることがあるので、上記の範囲内
が好ましい。この接合は、接合時の温度に左右されず、
高温での使用が可能であるに加え、金のみで形成されて
いるので、接合ブランクの熱伝導も良好である。
また、金の薄片の挿入なしで、金被覆層どうしを熱圧着
接合してもよいし、接合強化層又は拡散防止層を設は無
くてもよい。
以上のようにブランクとシャンクを金を接合材として熱
圧着接合することにより、本発明の工具が得られる。
〔作用〕
第1図(a)−の状態で加熱・加圧することにより、金
の被膜層6,7と全薄片8は圧着・加熱されて、塑性変
形を起こす。この塑性変形によって、金6゜7.8の表
面の酸化膜、汚れの膜が破断し、金の新生面が露出し、
同時にこれらの新生面どうしが原子レベルで接近する。
このため、金の各原子の間に引力が働いて、金6.7.
8の間で接合が形成される。このように金の原子間で形
成される接合であるため、6,7.8の金は一体となっ
たと考えてよい。従って、接合時に高温に加熱しても接
合がはずれることはなく、又、接合ブランクが金の単体
で構成されているため、良好な熱伝導率が得られる。
また、本発明の工具では接着強化層の存在により、金に
よる熱圧着ブランクの信頼性を向上するに加え、拡散防
止層の存在により高温における信頼性を向上する効果を
得ている。
〔実施例〕
実施例1 750℃以上で材料特性が変質するcBN焼結体からな
るl(1+a角のブランク表面に先ずチタン層(500
0人厚さ)、次に白金層(1,n厚さ)、最外層として
金層(5,m厚さ)の3層の被覆をそれぞれ圧力I X
 I O−’Torr、基板温度200℃、速度lO人
/see、イオン化電圧50Vの条件のイオンブレーテ
ィング法により形成した。−2方のシャンクは、タング
ステン−ニッケルからなる合金を用い、その表面にまず
ニッケル層(1声厚さ)を無電解メツキで、次に金層(
5声厚さ)を電解メツキで2層被覆した。このように被
覆したブランク、シャンクの間に、厚さ0.05 Bの
99.99%の金の薄板を挿入し、両者を500℃に加
熱すると同時に500iqrfの力で加圧し、熱圧着接
合を行った。このようにして製造された工具は、接合強
度10kg/■1で600℃の高温で使用しても接合ブ
ランクにゆるみが生じなかった。
実施例2 700℃以上で材料特性が変質するダイヤモンド焼結体
からなる15am角のブランクの表面にクロム層(20
00人厚さ)、金層(3声厚さ)を、アルゴン圧力I 
X 10−”Torr、基板温度200℃、速度20人
/seeの条件のスパッタリング法により形成した。一
方シャンクのステンレス鋼 (SUS304)には、ニ
ッケル層(3U厚さ)、モリブデン層(2000人厚さ
)、金層(3−厚さ)をそれぞれ圧力I X 10−j
Torr、基板温度150℃、速度50人/SeC、イ
オン化電圧SOVの条件のイオンブレーティング法で形
成した。この後、ブランクとシャンクの最外層たる金属
の間に金の薄板を挿入せずに両者を400℃に加熱する
と同時に5.000kgfの力で加圧し熱圧着接合を行
った。このようにブランク側に拡散防止層を形成せずに
しかも金の薄板を挿入しない場合でも、熱圧着条件の変
更により、接合強度9.5kg/m”で650℃の高温
で使用しても接合部にゆるみの生じない工具が得られた
実施例3 600℃以上で表面が酸化するダイヤモンド単結晶から
なる5蘭角のブランクの表面に、先ずチタン層(600
人厚さ)、次にモリブデン層(1000人厚さ)、最外
層として金層(8s厚さ)の3層の被覆をそれぞれ圧力
I X 10−’Torr、基板温度280℃、速度5
人/secの条件のスパッタリング法により形成した。
一方のシャンクは超硬合金を用い、その表面にまずチタ
ン層(600人厚さ)、パラジウム層(2000人厚さ
)最外層に金層(8戸厚さ)をそれぞれ圧力I X 1
0−”Torr、基板温度150℃、速度15人/se
eの条件のスパッタリング法により形成した。この後、
ブランクとシャンクの最外層たる金層の間に、厚さ0.
2 mの99.99 ’Xの金の薄板を挿入し、両者を
500℃に加熱すると同時に50眩「の力で加圧し、熱
圧着接合を行った。このように最外層に挿入する金の膜
厚を変えたことにより、低い荷重でも、接合強度9.8
 kg/ m”で580℃で使用しても接合部にゆるみ
の生じない工具が得られた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の工具はブランクシャンク
間が金の塑性変形を利用して接合されており、ロー材を
使用していない。このため、ロー材による接合のように
接合時にロー材が必要部以外に流れ出すといった問題は
ない。そして本発明による工具は接合温度より高い温度
で使用することが可能である、接合部の熱伝導が良好で
ある等の利点がある。
従って、本発明の製造方法は例えばブランクをシャンク
に接合するタイプの工具において、ブランクの耐熱性が
低く、ロー付けの際のブランクの熱的変質が問題となる
工具の製造に利用すると効果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図18+及び(blは、本発明の工具及びその製造
方法の一具体例を示す断面図であって、同図1alはブ
ランク及びシャンクの接合前の状態を示す図、同図(b
lはブランク及びシャンクを接合されて、6 。 7 。 8の金属が一体化した状態を示す。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ブランク及びシャンクからなる工具において、該
    ブランクと該シャンクの間に熱圧着により形成された金
    からなる接合層を有してなる金を接合材とする工具。
  2. (2)該ブランク及び/又は該シャンクが下地層として
    接着強化層を有することを特徴とする請求項(1)に記
    載の工具。
  3. (3)上記接着強化層がチタン、クロム、バナジウム、
    ジルコニウム、マンガンから選ばれる1以上であること
    を特徴とする請求項(2)に記載の工具。
  4. (4)該ブランク及び/又は該シャンクが下地層として
    拡散防止層を有することを特徴とする請求項(2)に記
    載の工具。
  5. (5)上記拡散防止層は接着強化層より外側に形成され
    ていることを特徴とする請求項(4)に記載の工具。
  6. (6)上記拡散防止層がプラチナ、パラジウム、タング
    ステン、モリブデン、タンタル、ニッケルから選ばれる
    1以上であることを特徴とする請求項(4)に記載の工
    具。
  7. (7)ブランクとシャンクを接合して工具を製造する方
    法において、該ブランクと該シャンクのそれぞれの接合
    面の最外層として金を被覆しておき、該金の被覆どうし
    を対面させて、両者の間に金の薄片を挿入し、又は挿入
    せずに熱圧着接合することを特徴とする金を接合材とす
    る工具の製造方法。
  8. (8)該ブランク及び該シャンクに下地層としてまず接
    着強化層を、次いで拡散防止層を形成し、最外層として
    金被覆を形成することを特徴とする請求項(7)に記載
    の工具の製造方法。
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