JPWO2018092195A1 - 切削工具 - Google Patents

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Abstract

本開示の一態様に係る切削工具は、シャンク部と、接合部と、接合部を介してシャンク部に取り付けられる切削部とを備える。切削部は、コア部と、表面部とを有する。表面部は、切削部の中心軸まわりに配置されることでコア部の外周面を覆う。表面部は、切れ刃を含む。切れ刃は、表面部の外周面上において中心軸回りの螺旋状に形成される。表面部は、複数のダイヤモンド粒子と複数の立方晶窒化硼素粒子とにより構成される硬質相と、残部を構成する結合相を含む複合焼結体である。

Description

本開示は、切削工具に関する。
従来から、ダイヤモンド粒子又は立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子の焼結体により構成される切れ刃を有する切削工具として、例えば特開２０００−２６３３２８号公報（特許文献１）に記載されたリーマ及び特開平３−１０７０７号公報（特許文献２）に記載された切削工具が知られている。
特許文献１に記載されたリーマは、シャンクと、刃径部と、切刃体とを有している。刃径部は、シャンクから延びている。シャンク及び刃径部は、超硬合金又は鋼により形成されている。刃径部の先端には、切刃体が接合されている。切刃体は、ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素粒子の焼結体で形成されている。刃径部及び切刃体の外周には、刃溝ブレードと、刃溝とが形成されている。刃溝ブレード及び刃溝は、中心軸回りに螺旋状に形成されている。刃溝は、刃溝ブレードの間に配置されている。
特許文献２に記載の切削工具は、工具本体と、切れ刃チップとを有している。切れ刃チップは、工具本体に固着されている。切れ刃チップは、ダイヤモンド粒子、高圧相窒化硼素粒子、又はこれらの混合物の焼結体である。
特開２０００−２６３３２８号公報 特開平３−１０７０７号公報
本開示に係る切削工具は、シャンク部と、接合部と、接合部を介してシャンク部に取り付けられる切削部とを備える。切削部は、コア部と表面部とを有する。表面部は、切削部の中心軸まわりに配置されることでコア部の外周面を覆う。表面部は、切れ刃を含む。切れ刃は、表面部の外周面上において中心軸回りの螺旋状に形成される。表面部は、複数のダイヤモンド粒子と複数の立方晶窒化硼素粒子とにより構成される硬質相と、残部を構成する結合相を含む複合焼結体である。
図１は、第１実施形態に係る切削工具の側面図である。 図２は、第１実施形態に係る切削工具の斜視図である。 図３は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 図４は、第１実施形態の第１の変形例に係る切削工具の切削部における断面図である。 図５は、第１実施形態の第２の変形例に係る切削工具の切削部における断面図である。 図６は、第１実施形態に係る切削工具の製造方法を説明するための工程図である。
［本開示に係る切削工具が解決しようとする課題］
一般に、ニッケル（Ｎｉ）基の耐熱合金等は、難削材とされている。難削材を高能率で転削するためには、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性及び耐熱性が必要とされる。
上記のとおり、特許文献１に記載されたリーマにおける切刃体は、ダイヤモンド粒子又は立方晶窒化硼素粒子の焼結体により形成されている。ダイヤモンド粒子は、硬度は高いものの、耐熱性に改善の余地がある（ダイヤモンドは、空気中において、６００℃以上で炭化を開始することにより硬度が低下し、８００℃以上で燃焼を開始する）。立方晶窒化硼素粒子は、耐熱性は高いが、ダイヤモンド粒子と比較して硬度が低いため、特許文献１に記載されたリーマは、耐摩耗性及び耐欠損性の点において改善の余地がある。
特許文献２に記載された切削工具における切れ刃チップは、ダイヤモンド粒子及び高圧相窒化硼素の混合物の焼結体により形成される場合がある。しかしながら、特許文献２に記載されている切削工具における切れ刃チップは、ろう付けにより工具本体に固着される必要がある。そのため、切れ刃チップ付近が切削熱により高温となった際に、ろう付けされている部分が溶融するおそれがある。そのため、特許文献２に記載された切削工具は、耐熱性の点で改善の余地がある。
本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示に係る切削工具は、被削材が難削材であったとしても耐摩耗性、耐欠損性及び耐熱性を確保することが可能な切削工具を提供する。
［本開示に係る切削工具の効果］
本開示に係る切削工具によると、被削材が難削材であったとしても耐摩耗性、耐欠損性及び耐熱性を確保することができる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の一態様に係る切削工具は、シャンク部と、接合部と、接合部を介してシャンク部に取り付けられる切削部とを備える。切削部は、コア部と表面部とを有する。表面部は、切削部の中心軸まわりに配置されることでコア部の外周面を覆う。表面部は、切れ刃を含む。切れ刃は、表面部の外周面上において中心軸回りの螺旋状に形成される。表面部は、複数のダイヤモンド粒子と複数の立方晶窒化硼素粒子とにより構成される硬質相と、残部を構成する結合相を含む複合焼結体である。
上記（１）の切削工具によると、被削材が難削材であったとしても耐摩耗性、耐欠損性及び耐熱性を確保することができる。
（２）上記（１）の切削工具において、複合焼結体中における硬質相の体積の比率は、０．６以上０．９９以下であってもよい。
上記（２）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（３）上記（１）の切削工具において、硬質相の体積に対する複数の立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、０．１以上０．５以下であってもよい。
上記（３）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（４）上記（２）の切削工具において、硬質相の体積に対する複数の立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、０．２以上０．４以下であってもよい。
上記（４）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（５）上記（１）の切削工具において、複数のダイヤモンド粒子のＤ５０は０．３μｍ以上５μｍ以下であってもよく、複数のダイヤモンド粒子のＤ９０は１０μｍ以下であってもよい。上記（１）の切削工具において、複数の立方晶窒化硼素粒子のＤ５０は０．３μｍ以上３μｍ以下であってもよく、複数の立方晶窒化硼素粒子のＤ９０は５μｍ以下であってもよい。
上記（５）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（６）上記（５）の切削工具において、複数のダイヤモンド粒子のＤ５０は０．３μｍ以上２μｍ以下であってもよく、複数のダイヤモンド粒子のＤ９０は３μｍ以下であってもよい。上記（５）の切削工具において、複数の立方晶窒化硼素粒子のＤ５０は０．３μｍ以上２μｍ以下であってもよく、複数の立方晶窒化硼素のＤ９０は３μｍ以下であってもよい。
上記（６）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（７）上記（１）の切削工具において、結合相は、コバルトを含んでいてもよい。
上記（７）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（８）上記（１）〜（７）の切削工具において、コア部は、コバルトを含有する超硬合金で構成されていてもよい。超硬合金中におけるコバルトの体積の比率は、０．１以上０．２以下であってもよい。
上記（８）の切削工具によると、表面部とコア部との熱膨張差に起因した破損を抑制することができる。
（９）上記（１）〜（８）の切削工具において、切れ刃のねじれ角は、３５°以上７５°以下であってもよい。
上記（９）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（１０）上記（９）の切削工具において、ねじれ角は、４５°以上７０°以下であってもよい。
上記（１０）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（１１）上記（１０）の切削工具において、ねじれ角は、５５°以上６５°以下であってもよい。
上記（１１）の切削工具によると、耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
（１２）上記（１）〜（１１）の切削工具は、接合部により切削部に接合され、かつシャンク部に着脱可能に取付けられる取付部をさらに備えていてもよい。
［本開示の実施形態の詳細］
以下に、本開示の実施形態の詳細について図を参照して説明する。なお、各図中同一または相当部分には同一符号を付している。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
（第１実施形態に係る切削工具の構成）
以下に、第１実施形態に係る切削工具の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る切削工具の側面図である。図２は、第１実施形態に係る切削工具の斜視図である。図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る切削工具は、中心軸Ａを有している。
第１実施形態に係る切削工具は、シャンク部１と、切削部２と、接合部３とを有している。第１実施形態に係る切削工具は、取付部４とを有していてもよい。第１実施形態に係る切削工具は、シャンク部１は、工作機械の主軸に取り付けられている。切削部２は、接合部３を介してシャンク部１に取り付けられる。第１実施形態に係る切削工具が取付部４を有している場合は、切削部２は、取付部４を介してシャンク部１に取り付けられてもよい。具体的には、切削部２が接合部３により取付部４に接合され、取付部４がシャンク部１に着脱可能に取り付けられることにより、切削部２がシャンク部１に取り付けられる。なお、第１実施形態に係る切削工具が取付部４を有しない場合には、切削部２は、接合部３がシャンク部１に接合されることにより、シャンク部１に取り付けられる。
なお、シャンク部１、切削部２及び取付部４の各々の中心軸は、中心軸Ａと一致している。接合部３には、例えば、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）等の鉄系元素の１種又は２種以上を含む材料が用いられる。取付部４には、例えば超硬合金又はサーメットが用いられる。
図３は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。なお、図３においては、取付部４が示されているが、第１実施形態に係る切削工具においては、取付部４を設けることなく、切削部２が接合部３を介してシャンク部１に取り付けられてもよいことは、上記のとおりである。図３に示すように、切削部２は、コア部２１と、表面部２２とを有している。コア部２１は、柱状形状を有している。好ましくは、コア部２１は、円柱形状を有していてもよい。コア部２１は、外周面２１ａと、上面２１ｂとを有している。
コア部２１は、例えば超硬合金により構成されている。超硬合金は、炭化タングステン（ＷＣ）等の硬質相と結合相とを焼結した合金である。超硬合金の結合相としては、例えばコバルトを用いることができる。但し、コア部２１を構成する材料はこれに限られるものではない。コア部２１を構成する材料は、例えばサーメットであってもよい。サーメットは、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）等の硬質相と結合相とを焼結した合金である。
コア部２１が超硬合金により構成されている場合、コア部２１を構成する超硬合金中におけるコバルトの体積の比率は、例えば０．１以上０．２以下である。
コア部２１が超硬合金により構成されている場合は、コア部２１中のコバルトの体積の比率は、以下の方法により測定される。まず、コア部２１の任意の断面において、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）により、コバルトの結晶粒を特定する。次に、当該断面においてコバルトの結晶粒の面積の比率を測定する。そして、測定されたコバルトの面積の比率を、コア部２１を構成する超硬合金中における結合相の体積の比率とみなす。
表面部２２は、中心軸Ａまわりに配置されることで（すなわち、切削部２の中心軸Ａまわりに配置されることで）、コア部２１の外周面２１ａを覆っている。このことを別の観点からいえば、表面部２２は、コア部２１の外周面２１ａ上に配置されている。コア部２１と表面部２２とは、互いに接合されている。表面部２２は、筒状形状を有している。表面部２２は、円筒形状を有していることが好ましい。表面部２２は、コア部２１の上面２１ｂを覆っていてもよい。すなわち、表面部２２は、コア部２１の上面２１ｂ上にも設けられていてもよい。
表面部２２は、外周面２２ａと上面２２ｂとを有している。上面２２ｂは、例えば平坦な面となっている。表面部２２は、切れ刃２２ｃを有している。すなわち、切れ刃２２ｃは、表面部２２と一体となっている。切れ刃２２ｃは、外周面２２ａに設けられている。切れ刃２２ｃは、好ましくは、外周面２２ａ上において、中心軸Ａ回りの螺旋状に形成されている。切れ刃２２ｃは、複数条形成されていてもよい。なお、切れ刃２２ｃは、表面部２２のみならず、他の部分（例えば、コア部２１、接合部３、取付部４のうちの１つ以上）に形成されていてもよい。
切れ刃２２ｃは、ねじれ角θを有している。ねじれ角θは、ねじれた切れ刃２２ｃと中心軸Ａとがなす角度である。ねじれ角θは、例えば３５°以上７５°以下である。ねじれ角θは、好ましくは、４５°以上７０°以下である。ねじれ角θは、殊に好ましくは、５５°以上６５°以下である。
表面部２２は、複合焼結体により形成されている。より具体的には、表面部２２は、複数のダイヤモンド粒子と、複数の立方晶窒化硼素粒子と、結合相とを含む焼結体である。以下においては、ダイヤモンド粒子及び立方晶窒化硼素粒子を合わせて硬質相という場合がある。結合相は、ダイヤモンド粒子及び立方晶窒化硼素粒子を除く複合焼結体の残部を構成している。複合焼結体は、不可避不純物を含んでいてもよい。なお、複合焼結体が不可避不純物を含んでいる場合も、結合相がダイヤモンド粒子及び立方晶窒化硼素粒子を除く複合焼結体の残部を構成している場合に含まれる。
複合焼結体中において、ダイヤモンド粒子は、スケルトン構造を形成していることが好ましい。すなわち、複合焼結体中において隣接して配置されているダイヤモンド粒子の各々は、少なくとも一部が互いに結合していることが好ましい。
結合相には、コバルトが含まれていてもよい。結合相にコバルトが含まれている場合には、結合相には、例えばニッケル、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）等がさらに含まれていてもよい。
結合相には、他にチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）等がさらに含まれていてもよい。
複合焼結体中おける硬質相の体積の比率は、好ましくは、０．６以上０．９９以下である。
複合焼結体中における硬質相の体積の比率は、以下の方法で測定される。まず、複合焼結体の任意の断面において、ＥＤＸにより硬質相を構成する結晶粒を特定する。次に、上記の特定結果に基づき、当該断面における硬質相の面積の比率を測定する。そして、測定された硬質相の面積の比率を、複合焼結体中における硬質相の体積の比率とみなす。
硬質相の体積に対する複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、好ましくは０．１以上０．５以下である。硬質相の体積に対する複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、殊に好ましくは０．２以上０．４以下である。
硬質相の体積に対する複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、以下の方法により測定される。まず、複合焼結体の任意の断面において、ＥＤＸによりダイヤモンド粒子及び立方晶窒化硼素粒子を特定する。次に、当該断面における硬質相及び立方晶窒化硼素粒子の面積の各々を測定する。そして、当該断面における立方晶窒化硼素粒子の面積を硬質相の面積で除することにより得られる値を、硬質相の体積に対する複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子の体積の比率とみなす。
複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０は、０．３μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０は、１０μｍ以下であることが好ましい。複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０は、０．３μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ９０は、５μｍ以下である。
複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０は、０．３μｍ以上２μｍ以下であることが、殊に好ましい。複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０は、３μｍ以下であることが、殊に好ましい。複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０は、０．３μｍ以上２μｍ以下であることが、殊に好ましい。複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ９０は、３μｍ以下であることが、殊に好ましい。
結晶粒径がある値よりも小さい結晶粒の体積の合計と結晶粒径が当該値よりも大きい結晶粒の体積の合計とが等しくなる場合、当該値がＤ５０となる。結晶粒径がある値よりも粒径が小さい結晶粒の体積の合計が、結晶粒の全体積の９０パーセントとなる場合、当該値がＤ９０となる。
上記のＤ５０及びＤ９０は、以下の方法により測定される。まず、複合焼結体の任意の断面において、ＥＤＸを用いてダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）を特定する。次に、画像解析ソフトを用いて、各々のダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の断面積を算出する。続いて、各々のダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の断面積から、各々のダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の円相当径を算出する。また、各々のダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の断面積を当該断面におけるダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の全面積で除することにより、各々のダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の面積の比率を算出する。そして、算出された各々のダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の断面積の比率を各々のダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の体積の比率とみなすとともに、この算出された円相当径を各々のダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）の結晶粒径とみなす。これらの数値を用いることにより、ダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）のＤ５０及びＤ９０を得る。
なお、上記のような複合焼結体中における硬質相の体積の比率、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０及びＤ９０並びに複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０及びＤ９０の数値範囲が充足されている場合は、複合焼結体中において、ダイヤモンド粒子のスケルトン構造が形成されている。
図４は、第１実施形態の第１の変形例に係る切削工具の切削部における断面図である。図４に示すように、表面部２２の上面２２ｂは、曲面となっている。図５は、第１実施形態の第２の変形例に係る切削工具の切削部における断面図である。図５に示すように、表面部２２には、孔２２ｄが設けられている。孔２２ｄは、表面部２２の上面２２ｂ側に設けられている。孔２２ｄは、例えば円錐形状を有している。孔２２ｄは、表面部２２を貫通し、コア部２１に達していてもよい。なお、図４及び図５においては、取付部４が示されているが、第１実施形態の第１及び第２の変形例に係る切削工具においては、取付部４を設けることなく、切削部２が接合部３を介してシャンク部１に取り付けられてもよいことは、上記のとおりである。
（第１実施形態に係る切削工具の製造方法）
以下に、第１実施形態に係る切削工具の製造方法について説明する。図６は、第１実施形態に係る切削工具の製造方法を説明するための工程図である。図６に示すように、第１実施形態に係る切削工具の製造方法は、焼結工程Ｓ１と、切れ刃形成工程Ｓ２と、組立工程Ｓ３とを有している。
焼結工程Ｓ１は、第１工程Ｓ１１と、第２工程Ｓ１２と、第３工程Ｓ１３とを有している。第１工程Ｓ１１においては、複合焼結体を構成する材料の準備が行われる。具体的には、ダイヤモンド粒子の粉末と、立方晶窒化硼素粒子の粉末と、結合相を構成する材料の粉末とが準備される。なお、結合相を構成する材料の粉末を用いることなく、結合相を構成する材料でダイヤモンド粒子の粉末及び立方晶窒化硼素粒子の粉末を被覆してもよい。
第２工程Ｓ１２においては、ダイヤモンド粒子の粉末、立方晶窒化硼素粒子の粉末及び結合相を構成する材料の粉末の混合が行われる。この混合には、例えばボールミル混合、ビーズミル混合、遊星ミル混合、ジェットミル混合等が用いられる。以下においては、第２工程Ｓ１２において混合されたダイヤモンド粒子の粉末、立方小窒化硼素の粉末及び結合相を構成する材料の粉末の混合物を、混合粉末ということがある。
第３工程Ｓ１３においては、複合焼結体の焼結が行われる。第３工程Ｓ１３においては、第１に、第２工程Ｓ１２において得られた混合粉末が、金型に充填される。第３工程Ｓ１３においては、第２に、コア部２１が、金型に充填された混合粉末中に押し込まれる。第３に、金型中に充填された混合粉末に対する加熱及び焼結圧力の印加が行われる。これにより、表面部２２を構成する複合焼結体が形成される。また、これにより、コア部２１と表面部２２との接合が行われる。
この加熱の温度は、例えば１４００℃以上２０００℃以下である。この加熱温度は、好ましくは１５００℃以上１８００℃以下である。この焼結圧力は、例えば４ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下である。この焼結圧力は、好ましくは６ＧＰａ以上８ＧＰａ以下である。焼結時間は、例えば１５分以上６０分以下である。
切れ刃形成工程Ｓ２においては、切れ刃２２ｃの形成が行われる。切れ刃２２ｃは、表面部２２の外周面２２ａに対して研磨を行うことにより形成される。切れ刃２２ｃは、表面部２２の外周面２２ａに対してレーザ加工を行うことにより形成されてもよい。これにより、切削部２の形成が行われる。
組立工程Ｓ３においては、第１実施形態に係る切削工具の組立が行われる。第１実施形態に係る切削工具の組立は、切れ刃形成工程Ｓ２を経て形成された切削部２が、取付部４に接合部３により接合されるとともに、取付部４がシャンク部１に取り付けられることにより行われる。取付部４は、例えば、ねじ締結、ピン止め、その他の係合、圧入、ろう付け等によりシャンク部１に取り付けられる。以上により、第１実施形態に係る切削工具の製造方法が完了する。
（第１実施形態に係る切削工具の効果）
以下に第１実施形態に係る切削工具の効果について説明する。第１実施形態に係る切削工具においては、切れ刃２２ｃが表面部２２と一体となっている。すなわち、第１実施形態に係る切削工具においては、切れ刃２２ｃがろう付け等により取り付けられていない。そのため、第１実施形態に係る切削工具によると、切削熱により切れ刃２２ｃの周辺が溶融することはなく、切れ刃２２ｃ周辺の破損が生じにくい。
また、第１実施形態に係る切削工具においては、切れ刃２２ｃを含む表面部２２が複合焼結体により形成されている。複合焼結体中の硬質相は、ダイヤモンド粒子及び立方晶窒化硼素粒子から構成されている。そのため、第１実施形態に係る切削工具においては、切れ刃２２ｃの耐熱性、耐摩耗性及び耐欠損性が両立されている。したがって、第１実施形態に係る切削工具によると、被削材が難削材であったとしても耐摩耗性、耐欠損性及び耐熱性を確保することができる。
第１実施形態に係る切削工具において、複合焼結体中でダイヤモンド粒子のスケルトン構造が形成されている場合、立方晶窒化硼素粒子内で発生したクラックが複合焼結体中に伝播しがたくなる。そのため、この場合には、切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
第１実施形態に係る切削工具において、コア部２１が結合相としてコバルトを含む超硬合金により構成されており、かつ超硬合金中におけるコバルトの体積の比率が、０．１以上０．２以下の場合、複合焼結体とコア部２１との熱膨張係数の差が小さくなる。そのため、この場合には、コア部２１が表面部２２との間で剥離することを抑制することができる。
（切削試験）
第１実施形態に係る切削工具のより詳細な効果を確認するため、以下の第１の切削試験、第２の切削試験及び第３の切削試験を行った。
＜第１の切削試験＞
第１の切削試験における被削材は、ニッケル基の耐熱合金で難削材であるインコネル（登録商標）７１８である。第１の切削試験においては、切削速度Ｖが５００ｍｍ／秒、刃当たり送り量ｆｚが０．０５ｍｍ／枚、切込幅Ａｅが０．５ｍｍ、切込量Ａｐが０．３ｍｍとの切削条件を適用した。なお、切削油としては、エマルジョンタイプの切削油（２０倍希釈）が用いられた。
表１には、実施例１〜１２に係る切削工具における複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０及びＤ９０、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０及びＤ９０、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子及び立方晶窒化硼素粒子の体積比、結合相となる材料の種類並びに切れ刃２２ｃのねじれ角θが示されている。表１には、実施例１〜１２に係る切削工具を用いて第１の切削試験を行った場合における工具寿命が示されている。
なお、工具寿命は、逃げ面摩耗幅ＶＢが０．１ｍｍに達するまで又は切れ刃２２ｃに欠損が生じるまでの切削距離により評価した。
Figure 2018092195
表１に示されるように、実施例９〜１２に係る切削工具と比較して、実施例１〜８に係る切削工具の寿命は長くなっている。また、実施例１〜４及び６〜８に係る切削工具の寿命が特に長くなっている。
実施例１〜８に係る切削工具においては、複合焼結体中における硬質相の体積の比率は、０．６以上０．９９以下の範囲内にあり、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率が０．１以上０．５以下の範囲内にある。
実施例１〜８に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上５μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０が１０μｍ以下の範囲内にある。実施例１〜８に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ９０が５μｍ以下の範囲内にある。
実施例１〜４及び６〜８に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上２μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０が３μｍ以下の範囲内にある。実施例１〜４及び６〜８に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上２μｍ以下の範囲内にあり、立方晶窒化硼素粒子のＤ９０が３μｍ以下の範囲内にある。
実施例９〜１２に係る切削工具においては、実施例１〜８に係る切削工具と同様に、複合焼結体中における硬質相の体積の比率は、０．６以上０．９９以下の範囲内にあり、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率が０．１以上０．５以下の範囲内にある。
しかしながら、実施例９に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上５μｍ以下の範囲内になく、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲内にない。
また、実施例１０に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上５μｍ以下の範囲内になく、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０が１０μｍ以下の範囲内になく、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲内にない。
さらに、実施例１１に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上５μｍ以下の範囲内になく、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲内になく、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ９０が５μｍ以下の範囲内にない。
実施例１２に係る切削工具においては、実施例１〜１１に係る切削工具と異なり、結合相を構成する材料にコバルトが含まれていない（結合相がアルミニウムにより構成されている）。
以上の試験結果から、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上５μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０が１０μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上３μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ９０が５μｍ以下の範囲内にあることで、切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性がさらに向上することが確認された。
また、以上の試験結果から、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上２μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０が３μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上２μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ９０が３μｍ以下の範囲内にあることにより、切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性がより一層向上することが確認された。
さらに、以上の試験結果から、複合焼結体が結合相としてコバルトを含むことにより、切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性がさらに向上することが確認された。
＜第２の切削試験＞
第２の切削試験における被削材は、第１の切削試験と同様に、インコネル（登録商標）７１８である。第２の切削試験においては、切削速度Ｖが５００ｍｍ／秒、刃当たり送り量ｆｚが０．１５ｍｍ／枚、切込幅Ａｅが０．１ｍｍ、切込量Ａｐが０．３ｍｍとの切削条件を適用した。なお、切削油としては、エマルジョンタイプの切削油（２０倍希釈）が用いられた。
表２には、実施例１３〜２４に係る切削工具における複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０及びＤ９０、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０及びＤ９０、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子及び立方晶窒化硼素粒子の体積比、結合相となる材料の種類並びに切れ刃２２ｃのねじれ角θが示されている。表１には、実施例１３〜２４に係る切削工具を用いて第１の切削試験を行った場合の工具寿命が示されている。
なお、工具寿命は、第１の切削試験と同様に、逃げ面摩耗幅ＶＢが０．１ｍｍに達するまで又は切れ刃２２ｃに欠損が生じるまでの切削距離により評価した。
Figure 2018092195
表２に示されるように、実施例２１〜２４に係る切削工具と比較して、実施例１３〜２０に係る切削工具の寿命は長くなっている。特に、実施例１３〜１６、１８及び１９に係る切削工具の寿命が長くなっている。
実施例１３〜２４に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上２μｍ以下の範囲内にある。実施例１３〜２４に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０が３μｍ以下の範囲内にある。さらに、実施例１３〜２４に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上２μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ９０が３μｍ以下の範囲内にある。
実施例１３〜２０に係る切削工具においては、複合焼結体中における硬質相の体積の比率は、０．６以上０．９９以下の範囲内にあり、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率が０．１以上０．５以下の範囲内にある。実施例１３〜１６、１８及び１９に係る切削工具においては、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率が０．２以上０．４以下の範囲内にある。
しかしながら、実施例２２及び２３に係る切削工具においては、複合焼結体中における硬質相の体積の比率が０．６以上０．９９の範囲内にない。また、実施例２４及び実施例２５に係る切削工具においては、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率が０．１以上０．５以下の範囲内にない。
以上の試験結果から、複合焼結体中における硬質相の体積の比率は、０．６以上０．９９以下の範囲内にあることにより、切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性がさらに向上することが確認された。
また、以上の試験結果から、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率が０．１以上０．５以下の範囲内にあることにより、切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性がさらに向上することが確認された。
さらに、以上の試験結果から、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率が０．２以上０．４以下の範囲内にあることにより、切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性がより一層向上することが確認された。
＜第３の切削試験＞
第３の切削試験における被削材は、第１及び第２の切削試験と同様に、インコネル（登録商標）７１８である。第３の切削試験においては、切削速度Ｖが５００ｍｍ／秒、刃当たり送り量ｆｚが０．１５ｍｍ／枚、切込幅Ａｅが０．５ｍｍ、切込量Ａｐが０．３ｍｍとの切削条件を適用した。なお、切削油としては、エマルジョンタイプの切削油（２０倍希釈）が用いられた。
表３には、実施例２５〜３１に係る切削工具における複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０及びＤ９０、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０及びＤ９０、複合焼結体中におけるダイヤモンド粒子及び立方晶窒化硼素粒子の体積比、結合相となる材料の種類並びに切れ刃２２ｃのねじれ角θが示されている。表３には、実施例２５〜３１に係る切削工具を用いて第３の切削試験を行った場合の工具寿命が示されている。実施例２５〜３１に係る切削工具の各々は、ねじり角θのみが異なっている。
なお、実施例２５〜３１に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０が０．３μｍ以上２μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ９０が３μｍ以下の範囲内にある。さらに、実施例２５〜３１に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ５０が０．３μｍ以上２μｍ以下の範囲内にあり、複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素粒子のＤ９０が３μｍ以下の範囲内にある。
実施例２５〜３１に係る切削工具においては、複合焼結体中における硬質相の体積の比率は、０．６以上０．９９以下の範囲内にあり、硬質相の体積に対する立方晶窒化硼素粒子の体積の比率が０．１以上０．５以下の範囲内にある。
Figure 2018092195
表３に示されるように、ねじり角θが小さい場合、工具寿命が相対的に短い（実施例３０）。ねじり角θが大きくなるにしたがい、工具寿命が改善する傾向がある（実施例２５〜２９）。しかしながら、ねじり角θが過度に大きくなると、工具寿命が相対的に低下する傾向にある（実施例３１）。
以上の試験結果から、ねじり角θは３５°以上７５°以上であることが好ましく、４５°以上７０°以下であることがさらに好ましく、５５°以上６５°以下であることが殊に好ましいことが確認された。
（第２実施形態に係る切削工具の構成）
以下に、第２実施形態に係る切削工具の構成について説明する。以下においては、第１実施形態と異なる点について主に説明し、同様の説明は繰り返さない。
第２実施形態に係る切削工具は、複合焼結体中のダイヤモンド粒子の体積の比率、複合焼結体中における立方晶窒化硼素の体積の比率、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０及びＤ９０、並びに複合焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素のＤ５０及びＤ９０を除き、第１実施形態に係る切削工具と同様である。
第２実施形態に係る切削工具においては、複合焼結体中でのダイヤモンド粒子の体積の比率は、０．３以上０．９４以下であることが好ましい。第２実施形態に係る切削工具において、複合焼結体中でのダイヤモンド粒子の体積の比率は、０．５以上０．７以下であることがさらに好ましい。第２実施形態に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０、Ｄ９０は、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。第２実施形態に係る切削工具においては、複合焼結体中に含まれるダイヤモンド粒子のＤ５０、Ｄ９０は、２μｍ以下であることがさらに好ましい。
第２実施形態に係る切削工具においては、複合焼結体中での立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、０．０３以上０．４以下であることが好ましい。第２実施形態に係る切削工具においては、複合焼結体中での立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、０．１以上０．４以下であることがさらに好ましい。第２実施形態に係る切削工具においては、複合焼結体中での立方晶窒化珪素粒子のＤ５０、Ｄ９０は、２μｍ以下であることが好ましい。第２実施形態に係る切削工具においては、複合焼結体中でのダイヤモンド粒子のＤ５０、Ｄ９０は、１μｍ以下であることがさらに好ましい。
複合焼結体中におけるダイヤモンド粒子の体積比率は、以下の方法により測定される。まず、複合焼結体の任意の断面において、ＥＤＸによりダイヤモンド粒子を特定する。次に、上記の特定結果に基づき、当該断面におけるダイヤモンド粒子の面積の比率を測定する。そして、測定されたダイヤモンド粒子の面積の比率を、複合焼結体中におけるダイヤモンド粒子の体積の比率とみなす。複合焼結体中における立方晶窒化硼素粒子の体積の比率も同様に測定される。
ダイヤモンド粒子（立方晶窒化硼素粒子）のＤ５０及びＤ９０の意義及び測定方法は、上記のとおりである。
（第２実施形態に係る切削工具の製造方法）
第２実施形態に係る切削工具の製造方法は、第１実施形態に係る切削工具の製造方法と同様である。
（第２実施形態に係る切削工具の製造方法）
第２実施形態に係る切削工具によると、複合焼結体中にダイヤモンド粒子のスケルトン構造が形成される。そのため、第２実施形態に係る切削工具によると、切削工具の耐摩耗性及び耐欠損性をさらに向上させることができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した実施の形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１ シャンク部、２ 切削部、３ 接合部、４ 取付部、Ａ 中心軸、２１ コア部、２１ａ 外周面、２１ｂ 上面、２２ 表面部、２２ａ 外周面、２２ｂ 上面、２２ｃ 切れ刃、２２ｄ 孔、Ｓ１ 焼結工程、Ｓ１１ 第１工程、Ｓ１２ 第２工程、Ｓ１３ 第３工程、Ｓ２ 切れ刃形成工程、Ｓ３ 組立工程、Ｖ 切削速度、ＶＢ 摩耗幅、ｆｚ 刃当たり送り量、Ａｅ 切込幅、Ａｐ 切込量、θ ねじり角。

Claims (12)

  1. シャンク部と、
    接合部と、
    前記接合部を介して前記シャンク部に取り付けられる切削部とを備え、
    前記切削部は、コア部と、前記切削部の中心軸まわりに配置されることで前記コア部の外周面を覆う表面部とを有し、
    前記表面部は、前記表面部の外周面上に設けられ、かつ前記中心軸回りの螺旋状に形成された切れ刃を含み、
    前記表面部は、複数のダイヤモンド粒子と複数の立方晶窒化硼素粒子とにより構成される硬質相と、残部を構成する結合相とを含む複合焼結体である、切削工具。
  2. 前記複合焼結体中における前記硬質相の体積の比率は、０．６以上０．９９以下である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 前記硬質相の体積に対する前記複数の前記立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、０．１以上０．４以下である、請求項１に記載の切削工具。
  4. 前記硬質相の体積に対する前記複数の前記立方晶窒化硼素粒子の体積の比率は、０．２以上０．４以下である、請求項３に記載の切削工具。
  5. 前記複数の前記ダイヤモンド粒子のＤ５０は、０．３μｍ以上５μｍ以下であり、
    前記複数の前記ダイヤモンド粒子のＤ９０は、１０μｍ以下であり、
    前記複数の前記立方晶窒化硼素粒子のＤ５０は、０．３μｍ以上３μｍ以下であり、
    前記複数の前記立方晶窒化硼素粒子のＤ９０は、５μｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
  6. 前記複数の前記ダイヤモンド粒子のＤ５０は、０．３μｍ以上２μｍ以下であり、
    前記複数の前記ダイヤモンド粒子のＤ９０は、３μｍ以下であり、
    前記複数の前記立方晶窒化硼素粒子のＤ５０は、０．３μｍ以上２μｍ以下であり、
    前記複数の前記立方晶窒化硼素粒子のＤ９０は、３μｍ以下である、請求項５に記載の切削工具。
  7. 前記結合相は、コバルトを含む、請求項１に記載の切削工具。
  8. 前記コア部は、コバルトを含有する超硬合金で構成されており、
    前記超硬合金中における前記コバルトの体積比率は、０．１以上０．２以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の切削工具。
  9. 前記切れ刃のねじれ角は３５°以上７５°以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の切削工具。
  10. 前記ねじれ角は４５°以上７０°以下である、請求項９に記載の切削工具。
  11. 前記ねじれ角は５５°以上６５°以下である、請求項１０に記載の切削工具。
  12. 前記接合部により前記切削部に接合され、かつ前記シャンク部に着脱可能に取付けられる取付部をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の切削工具。
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