JP3379868B2 - チップソーの製造方法 - Google Patents
チップソーの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板や鋼管を切断
するのに用いるチップソーに関し、特に耐久性の向上を
めざして改善されたチップソーに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】鋼板や鋼管の切断作業に、図１に示すよ
うな円板状の丸鋸が用いられている。この丸鋸として
は、超硬チップ１を刃先にろう付けしたチップソー２が
一般に用いられている。このチップソー２は、図２に示
すように、超硬チップ１のフランク摩耗量３が多くなる
と切断抵抗が増大するので耐用限度（寿命）となるが、
この寿命が短いと、交換頻度が増えて作業効率が低下す
るため、できるだけ寿命は長いことが好ましい。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】このような鋼板や鋼管
を切断するチップソーの寿命は、チップの摩耗量とチッ
プ先端の欠損の発生とによって決まるが、耐摩耗性を向
上しようとしてチップの硬度を高めると、靭性が低下し
て欠損し易くなるという問題が生じる。 【０００４】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、本発明の目的は、
耐摩耗性を高めると共に刃先の欠損が生じ難くなるよう
に改善された長寿命のチップソーを効率的に製造する製
造方法を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、刃先にろう付けされる超硬チップの表面
に、Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ及びＺｒのうちいずれか１種若し
くは２種以上を成分とする炭化物、窒化物、または炭窒
化物からなる膜厚１μｍ以上１０μｍ以下のセラミック
ス皮膜を成膜するチップソーの製造方法において、イオ
ンプレーティング法を用い、基材温度を１００℃以上４
００℃以下に設定すると共に、基材表面へのイオン密度
を、成膜初期の１０秒以上１５分以内は３Ａ／ｍ２以上
５Ａ／ｍ２以下、その後は１Ａ／ｍ２以上３Ａ／ｍ２以
下に調整して成膜することを特徴とするチップソーの製
造方法を提供することにより達成される。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。 【０００７】チップソーの寿命は、前記のようにチップ
の摩耗とチップ先端の欠損とで決まるが、耐摩耗性の向
上を図るべく硬度を上げると、靭性が犠牲になって欠損
が発生し易くなる。そこで、靭性は基材である超硬チッ
プで保ち、耐摩耗性はセラミックスコーティングを表面
に施すことで向上させるものとする。超硬チップ基材と
しては、ビッカース硬度が８００〜１６００Ｈｖ（荷重
５０ｇ）で、靭性の指標となる抗折力が１〜４ＧＰａで
ある焼結合金が適当であり、Ｃｏを１０％含むＷＣ超硬
合金を使用する。 【０００８】また、硬度が高くても、鋼との凝着を起こ
すと耐摩耗性が低下するので、鋼との凝着を起こし難い
皮膜を選ぶことが重要である。そこで、Ｔｉ、Ａｌ、Ｈ
ｆ、Ｚｒの炭化物、窒化物、または炭窒化物からなるセ
ラミックスの皮膜を超硬チップの表面に成膜するものと
する。これらのセラミックス皮膜は、硬度が高く、鋼と
凝着し難く、耐磨耗性に優れている。例えば、ＴｉＣ
Ｎ、ＴｉＡｌＣＮ、ＺｒＣ、ＨｆＣは、ビッカース硬度
でそれぞれ２５００〜４０００、２０００〜２７００、
２６００〜２８００、２６００〜３２００となり、超硬
チップ基材が８００〜１２００であるのに比べて高硬度
である。このように硬度が１６００以上であると、特に
鋼に対する耐磨耗性に優れている。 【０００９】さらに、皮膜の厚さは、１μｍより薄いと
耐磨耗性が十分でなく、１０μｍより厚いと成膜処理時
間が長くなる上に皮膜剥離といった問題を引き起こすこ
とから、１μｍ以上１０μｍ以下とする。 【００１０】特に、耐久性の高いチップソーを得るに
は、セラミックス皮膜を３層構造にすることが好まし
い。つまり、チップソーの表面に、Ｔｉ及びＴｉの窒化
物のうちいずれか１種若しくは２種以上を主成分とする
内層と、Ｔｉの炭化物及びＴｉの炭窒化物のうちいずれ
か１種若しくは２種以上を主成分とする中間層と、Ｔｉ
の窒化物及びＴｉの炭窒化物のうちいずれか１種若しく
は２種以上を主成分とする外層とを順次積層するものと
する。 【００１１】まず、皮膜と基材との十分な密着性を確保
するためには、両者の界面にＴｉ及び／またはＴｉの窒
化物を施すことが効果的である。これは、皮膜中に炭素
が含有すると、鉄鋼をべースとした基材との密着性が劣
ることによる。次いで、皮膜の硬度を上げるために、Ｔ
ｉの炭化物及び／または炭窒化物からなる中間層を成膜
する。このように皮膜中の炭素含有量を大きくすると、
皮膜を高硬度化することができる。そして、外層には、
耐食性、耐酸化性といった化学的に安定な特性が必要で
あることから、Ｔｉの窒化物及び／またはＴｉの炭窒化
物が適当である。なお、このように多層膜化すること
で、皮膜中の結晶粒の粗大化を防ぐと共に欠陥の連続性
を絶つことができ、耐久性が向上するといった利点があ
る。 【００１２】ところで、前記のように靱性を確保すべき
超硬チップにおいてはその抗折力が問題となるが、この
抗折力は、皮膜の残留応力によって左右される。この皮
膜の残留応力は、０．５ＧＰａ以上４ＧＰａ以下の圧縮
応力となるようにするのが望ましい。このようにする
と、コーティングされた超硬チップの抗折力が高まり、
超硬チップの耐欠損性を向上させることができる。０．
５ＧＰａに満たない圧縮応力では抗折力を高める効果が
でなく、逆に４ＧＰａを越える圧縮応力では、皮膜剥離
が起こりやすくなり好ましくない。一方、引張応力では
抗折力を下げるので適当でない。実際に、膜厚５．２μ
ｍで１．５ＧＰａの圧縮応力を有するＴｉＣ皮膜がコー
ティングされた超硬合金では、１５％の抗折力の向上が
見られた。 【００１３】このように皮膜中に圧縮応力を残留させる
には、基材温度を４００℃以下とするイオンプレーティ
ングが効果的である。皮膜内残留応力（internal stres
s）は、図３に示すように、成膜時に格子間に押し込ま
れた原子が安定位置に戻ろうとする時に発生する応力、
すなわち真性応力（intrinsic stress）と、基材と皮膜
との熱膨張係数の違いによって発生する応力、すなわち
熱応力（thermal stress）との和であり、イオンプレー
ティングのような低温成膜では熱応力の寄与が少なく、
真性応力の影響が大きい。したがって、低温で成膜する
ほど圧縮残留応力が高くなるが、基材の温度が低く過ぎ
ると圧縮応力が著しく高くなり皮膜剥離を起こし易くな
る。 【００１４】例えば、ＷＣ超硬基材に温度２００℃でＴ
ｉＮを３μｍ成膜した場合、真性応力が２．７ＧＰａ、
熱応力が０．８ＧＰａであり、これらの和である皮膜内
残留応力は３．５ＧＰａであった．一方、基材温度を５
００℃として成膜した場合は、真性応力が０．２ＧＰ
ａ、熱応力が２．２ＧＰａで、皮膜内残留応力は２．４
ＧＰａとなり、真性応力が低い。 【００１５】この残留応力の測定は、Ｘ線応力測定法：
２θ−ｓｉｎ２ψ法と基板の変形量から求める方法とを
併用した（測定法は例えば以下の文献に記載されてい
る：西田典秀、岡田光正、本田和男、川崎仁土、細川智
生／表面技術、vol.40、No.2、（1989）、p.332）。基
板の変形から求める場合は、基板として厚さ０．３ｍｍ
で直径３０ｍｍのＳＵＳ３０４円板を使用し、成膜前後
の基板の反りを表面粗さ計で測定した。 【００１６】Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒの炭化物、窒化
物、または炭窒化物からなるセラミックスの皮膜は、い
ずれもプラズマを媒体とし、金属蒸気あるいは金属蒸気
とガスとをイオン化して成膜するイオンプレーティング
法で得ることができる。すなわち、金属蒸発源としての
Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒを１×１０−３Ｔｏｒｒ以下の
高真空下で電子銃によって溶解し、これを、電子銃蒸発
源の上部に設置されたイオン化電極に正の直流バイアス
を印加することで発生させた直流プラズマ中で活性化さ
せて得られる。コーティング中は、負の直流バイアスを
基材に印加すると共に、窒素ガスやアセチレンガスを反
応ガスとして基材付近に導入する。 【００１７】なお、成膜方法としてはこの他に溶射法、
ＣＶＤ法並びにスパッタリング法があるが、溶射法で
は、窒化物、炭化物の高純度の緻密皮膜は得られ難く、
ＣＶＤ法では、高温成膜のために結晶粒が粗大化し、あ
るいは熱によるチップソーの変形を招き、スパッタリン
グ法では、密着性のある厚膜が得られ難いので不適当で
ある。 【００１８】皮膜の密着性は、例えば、ＬＥＶＥＴＥＳ
Ｔのスクラッチテスター（詳細は例えば次の文献に記
載：山口隆洋／材料試験技術、Vol.32、No.3、（198
2）、p.229.）で測定した臨界剥離荷重値が２０Ｎ以上
であることが望ましい。このスクラッチテスターは、皮
膜を引っ掻くダイヤモンド圧子とそれに取り付けられた
ＡＥ（acoustic emission）センサーとからなってい
る。圧子は、ロックウエルＣ型の円錐形ダイヤモンドで
あり、圧子先端の半径は０．２ｍｍ、頂角は１２０°で
ある。負荷速度は１００Ｎ／ｍｉｎで、試料送り速度は
１０ｍｍ／ｍｉｎとした。 【００１９】均質な皮膜を得るには、チップソーを蒸発
源上に配置し、蒸発源とチップソー中心とを結ぶ線に直
交する軸を中心に回転させて成膜することが望ましい。
皮膜表面粗度も１０μｍ程度であれば、基材とほぼ同じ
粗度に成膜できるので再研磨の必要がなく、回転させな
がら成膜することが容易である。 【００２０】成膜時のチップソーの温度は、温度による
変形を避けるため、通常のイオンプレーティング（基材
温度５００℃程度）より低温で成膜する必要があるが、
低温成膜では、皮膜密着性が劣るため改善が必要であ
る。以下に、その方法を説明する。 【００２１】まず、成膜時のチップソーの温度は、１０
０℃以上４００℃以下とする。４００℃を越えると、１
時間程度の保持で、チップソーの温度による変形が生じ
て２／１００ｍｍ以上の面振れが発生し、チップソーの
使用寿命を著しく悪化させる。一方、チップソーの温度
が１００℃未満では、密着性のある硬質皮膜が形成でき
ない。 【００２２】このように低い基材温度でのコーティング
は、前記のように皮膜内の圧縮残留応力を高め、被覆超
硬合金の抗折力を高めるのにも効果的であるが、イオン
プレーティングでは、基材温度が低いほど、皮膜の密着
性が劣る。 【００２３】この皮膜の密着性を向上させるには、超硬
合金表面に０．０１μｍ以上０．１μｍ以下のイオン衝
撃による反応層を形成した上でセラミックス皮膜を成膜
するのが効果的である。このイオン衝撃による反応層
は、透過型電子顕微鏡で観察可能であり、多くの格子欠
陥が高密度で観察される。実際に、基材の成膜温度を２
００℃として２μｍのＴｉＮを成膜した場合、イオン衝
撃による反応層がないと臨界剥離荷重値が１１Ｎと実用
レベル（２０Ｎ）に達しないのに対して、図４に示すよ
うに、０．０５μｍのイオン衝撃による反応層が観察さ
れた試料では、臨界剥離荷重値が２５Ｎを示し、密着性
が大きく改善された。 【００２４】このイオン衝撃による反応層は、成膜初期
に基材に高いバイアスを印加してイオン衝撃を行うこと
で得られる。このとき、基材へのイオン密度は、成膜初
期１５分以内に３Ａ／ｍ２以上５Ａ／ｍ２以下とする。
１５分より長い時間に渡るイオン衝撃や、５Ａ／ｍ２よ
り大きいイオン密度では、４００℃以上の基材の温度上
昇を容易に招くので好ましくない。また、３Ａ／ｍ２未
満のイオン密度では反応層が形成されない。 【００２５】 【実施例】以上のようにしてイオンプレーティング法に
より成膜した皮膜の特性を表１に示す。試料番号１〜８
が本発明による実施例であり、試料番号９〜１２が在来
品を用いた比較例である。なお、皮膜の化学組成は、Ｇ
ＤＳ（Glow Discharged Spectroscopy）法により決定し
た。 【００２６】このときのイオンプレーティングでは、金
属蒸発源にＴｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒを使い、これを電子
銃で溶解した上で直流プラズマ中で活性化させた。反応
ガスとしては、窒素並びにアセチレンを用いた。また、
コーティング中は、いずれも３００Ｖの直流バイアスを
印加し、圧力を４×１０−４Ｔｏｒｒとした。 【００２７】耐久性の比較は、超硬チップを刃先に５０
個ろう付けされたチップソーを使用し、チップ刃先のフ
ランク摩耗３が幅０．５ｍｍとなるまでに切断し得た１
枚当たりの切断面積で行った。この超硬チップは、すく
い角１５°、逃げ角８°で取り付けられ、組成がＷＣ７
２％、Ｃｏ１０％、ＴｉＣ＋ＴａＣ１８％で、ビッカー
ス硬度が９９０（荷重５０ｇ）である。サイズは、外径
２８０ｍｍ、厚さ３．７ｍｍである。切削条件は、周速
２００ｍ／ｍｉｎ、送り速度０．０６ｍｍ／刃とした。
被切断材４は、外径３４０ｍｍ、肉厚１０ｍｍで、強度
（Ｔｓ）０．７１Ｐａ（７０ｋｇ／ｍｍ２）の硬質油井
管である。 【００２８】 【表１】 【００２９】切断面積を比較すると明らかなように、膜
厚１μｍ以上１０μｍ以下のセラミックス皮膜を基材表
面に成膜することで、在来品（比較例）に比して２倍以
上の耐久性が得られることが分かる。特に、基材表面に
ＴｉＮ、ＴｉＣ０．６Ｎ０．４、ＴｉＮの順に成膜した
３層膜構造のもの（試料番号１）が、最も優れた特性を
有している。なお、コーティングを施さない場合の切断
面積は０．７ｍ２／枚程度である。 【００３０】 【発明の効果】このように本発明によれば、チップソー
の耐久性を向上するうえに多大な効果を奏することがで
きる。すなわち、Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒの炭化物、窒
化物、または炭窒化物からなるセラミックス皮膜は、硬
度が高く、鋼と凝着しにくく、耐摩耗性に優れている。
これらセラミックス皮膜を靭性に富むチップ基材の表面
に施すことにより、耐摩耗性と耐欠損性とが共に向上
し、チップソーの耐久性が高められる。
するのに用いるチップソーに関し、特に耐久性の向上を
めざして改善されたチップソーに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】鋼板や鋼管の切断作業に、図１に示すよ
うな円板状の丸鋸が用いられている。この丸鋸として
は、超硬チップ１を刃先にろう付けしたチップソー２が
一般に用いられている。このチップソー２は、図２に示
すように、超硬チップ１のフランク摩耗量３が多くなる
と切断抵抗が増大するので耐用限度（寿命）となるが、
この寿命が短いと、交換頻度が増えて作業効率が低下す
るため、できるだけ寿命は長いことが好ましい。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】このような鋼板や鋼管
を切断するチップソーの寿命は、チップの摩耗量とチッ
プ先端の欠損の発生とによって決まるが、耐摩耗性を向
上しようとしてチップの硬度を高めると、靭性が低下し
て欠損し易くなるという問題が生じる。 【０００４】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、本発明の目的は、
耐摩耗性を高めると共に刃先の欠損が生じ難くなるよう
に改善された長寿命のチップソーを効率的に製造する製
造方法を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、刃先にろう付けされる超硬チップの表面
に、Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ及びＺｒのうちいずれか１種若し
くは２種以上を成分とする炭化物、窒化物、または炭窒
化物からなる膜厚１μｍ以上１０μｍ以下のセラミック
ス皮膜を成膜するチップソーの製造方法において、イオ
ンプレーティング法を用い、基材温度を１００℃以上４
００℃以下に設定すると共に、基材表面へのイオン密度
を、成膜初期の１０秒以上１５分以内は３Ａ／ｍ２以上
５Ａ／ｍ２以下、その後は１Ａ／ｍ２以上３Ａ／ｍ２以
下に調整して成膜することを特徴とするチップソーの製
造方法を提供することにより達成される。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。 【０００７】チップソーの寿命は、前記のようにチップ
の摩耗とチップ先端の欠損とで決まるが、耐摩耗性の向
上を図るべく硬度を上げると、靭性が犠牲になって欠損
が発生し易くなる。そこで、靭性は基材である超硬チッ
プで保ち、耐摩耗性はセラミックスコーティングを表面
に施すことで向上させるものとする。超硬チップ基材と
しては、ビッカース硬度が８００〜１６００Ｈｖ（荷重
５０ｇ）で、靭性の指標となる抗折力が１〜４ＧＰａで
ある焼結合金が適当であり、Ｃｏを１０％含むＷＣ超硬
合金を使用する。 【０００８】また、硬度が高くても、鋼との凝着を起こ
すと耐摩耗性が低下するので、鋼との凝着を起こし難い
皮膜を選ぶことが重要である。そこで、Ｔｉ、Ａｌ、Ｈ
ｆ、Ｚｒの炭化物、窒化物、または炭窒化物からなるセ
ラミックスの皮膜を超硬チップの表面に成膜するものと
する。これらのセラミックス皮膜は、硬度が高く、鋼と
凝着し難く、耐磨耗性に優れている。例えば、ＴｉＣ
Ｎ、ＴｉＡｌＣＮ、ＺｒＣ、ＨｆＣは、ビッカース硬度
でそれぞれ２５００〜４０００、２０００〜２７００、
２６００〜２８００、２６００〜３２００となり、超硬
チップ基材が８００〜１２００であるのに比べて高硬度
である。このように硬度が１６００以上であると、特に
鋼に対する耐磨耗性に優れている。 【０００９】さらに、皮膜の厚さは、１μｍより薄いと
耐磨耗性が十分でなく、１０μｍより厚いと成膜処理時
間が長くなる上に皮膜剥離といった問題を引き起こすこ
とから、１μｍ以上１０μｍ以下とする。 【００１０】特に、耐久性の高いチップソーを得るに
は、セラミックス皮膜を３層構造にすることが好まし
い。つまり、チップソーの表面に、Ｔｉ及びＴｉの窒化
物のうちいずれか１種若しくは２種以上を主成分とする
内層と、Ｔｉの炭化物及びＴｉの炭窒化物のうちいずれ
か１種若しくは２種以上を主成分とする中間層と、Ｔｉ
の窒化物及びＴｉの炭窒化物のうちいずれか１種若しく
は２種以上を主成分とする外層とを順次積層するものと
する。 【００１１】まず、皮膜と基材との十分な密着性を確保
するためには、両者の界面にＴｉ及び／またはＴｉの窒
化物を施すことが効果的である。これは、皮膜中に炭素
が含有すると、鉄鋼をべースとした基材との密着性が劣
ることによる。次いで、皮膜の硬度を上げるために、Ｔ
ｉの炭化物及び／または炭窒化物からなる中間層を成膜
する。このように皮膜中の炭素含有量を大きくすると、
皮膜を高硬度化することができる。そして、外層には、
耐食性、耐酸化性といった化学的に安定な特性が必要で
あることから、Ｔｉの窒化物及び／またはＴｉの炭窒化
物が適当である。なお、このように多層膜化すること
で、皮膜中の結晶粒の粗大化を防ぐと共に欠陥の連続性
を絶つことができ、耐久性が向上するといった利点があ
る。 【００１２】ところで、前記のように靱性を確保すべき
超硬チップにおいてはその抗折力が問題となるが、この
抗折力は、皮膜の残留応力によって左右される。この皮
膜の残留応力は、０．５ＧＰａ以上４ＧＰａ以下の圧縮
応力となるようにするのが望ましい。このようにする
と、コーティングされた超硬チップの抗折力が高まり、
超硬チップの耐欠損性を向上させることができる。０．
５ＧＰａに満たない圧縮応力では抗折力を高める効果が
でなく、逆に４ＧＰａを越える圧縮応力では、皮膜剥離
が起こりやすくなり好ましくない。一方、引張応力では
抗折力を下げるので適当でない。実際に、膜厚５．２μ
ｍで１．５ＧＰａの圧縮応力を有するＴｉＣ皮膜がコー
ティングされた超硬合金では、１５％の抗折力の向上が
見られた。 【００１３】このように皮膜中に圧縮応力を残留させる
には、基材温度を４００℃以下とするイオンプレーティ
ングが効果的である。皮膜内残留応力（internal stres
s）は、図３に示すように、成膜時に格子間に押し込ま
れた原子が安定位置に戻ろうとする時に発生する応力、
すなわち真性応力（intrinsic stress）と、基材と皮膜
との熱膨張係数の違いによって発生する応力、すなわち
熱応力（thermal stress）との和であり、イオンプレー
ティングのような低温成膜では熱応力の寄与が少なく、
真性応力の影響が大きい。したがって、低温で成膜する
ほど圧縮残留応力が高くなるが、基材の温度が低く過ぎ
ると圧縮応力が著しく高くなり皮膜剥離を起こし易くな
る。 【００１４】例えば、ＷＣ超硬基材に温度２００℃でＴ
ｉＮを３μｍ成膜した場合、真性応力が２．７ＧＰａ、
熱応力が０．８ＧＰａであり、これらの和である皮膜内
残留応力は３．５ＧＰａであった．一方、基材温度を５
００℃として成膜した場合は、真性応力が０．２ＧＰ
ａ、熱応力が２．２ＧＰａで、皮膜内残留応力は２．４
ＧＰａとなり、真性応力が低い。 【００１５】この残留応力の測定は、Ｘ線応力測定法：
２θ−ｓｉｎ２ψ法と基板の変形量から求める方法とを
併用した（測定法は例えば以下の文献に記載されてい
る：西田典秀、岡田光正、本田和男、川崎仁土、細川智
生／表面技術、vol.40、No.2、（1989）、p.332）。基
板の変形から求める場合は、基板として厚さ０．３ｍｍ
で直径３０ｍｍのＳＵＳ３０４円板を使用し、成膜前後
の基板の反りを表面粗さ計で測定した。 【００１６】Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒの炭化物、窒化
物、または炭窒化物からなるセラミックスの皮膜は、い
ずれもプラズマを媒体とし、金属蒸気あるいは金属蒸気
とガスとをイオン化して成膜するイオンプレーティング
法で得ることができる。すなわち、金属蒸発源としての
Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒを１×１０−３Ｔｏｒｒ以下の
高真空下で電子銃によって溶解し、これを、電子銃蒸発
源の上部に設置されたイオン化電極に正の直流バイアス
を印加することで発生させた直流プラズマ中で活性化さ
せて得られる。コーティング中は、負の直流バイアスを
基材に印加すると共に、窒素ガスやアセチレンガスを反
応ガスとして基材付近に導入する。 【００１７】なお、成膜方法としてはこの他に溶射法、
ＣＶＤ法並びにスパッタリング法があるが、溶射法で
は、窒化物、炭化物の高純度の緻密皮膜は得られ難く、
ＣＶＤ法では、高温成膜のために結晶粒が粗大化し、あ
るいは熱によるチップソーの変形を招き、スパッタリン
グ法では、密着性のある厚膜が得られ難いので不適当で
ある。 【００１８】皮膜の密着性は、例えば、ＬＥＶＥＴＥＳ
Ｔのスクラッチテスター（詳細は例えば次の文献に記
載：山口隆洋／材料試験技術、Vol.32、No.3、（198
2）、p.229.）で測定した臨界剥離荷重値が２０Ｎ以上
であることが望ましい。このスクラッチテスターは、皮
膜を引っ掻くダイヤモンド圧子とそれに取り付けられた
ＡＥ（acoustic emission）センサーとからなってい
る。圧子は、ロックウエルＣ型の円錐形ダイヤモンドで
あり、圧子先端の半径は０．２ｍｍ、頂角は１２０°で
ある。負荷速度は１００Ｎ／ｍｉｎで、試料送り速度は
１０ｍｍ／ｍｉｎとした。 【００１９】均質な皮膜を得るには、チップソーを蒸発
源上に配置し、蒸発源とチップソー中心とを結ぶ線に直
交する軸を中心に回転させて成膜することが望ましい。
皮膜表面粗度も１０μｍ程度であれば、基材とほぼ同じ
粗度に成膜できるので再研磨の必要がなく、回転させな
がら成膜することが容易である。 【００２０】成膜時のチップソーの温度は、温度による
変形を避けるため、通常のイオンプレーティング（基材
温度５００℃程度）より低温で成膜する必要があるが、
低温成膜では、皮膜密着性が劣るため改善が必要であ
る。以下に、その方法を説明する。 【００２１】まず、成膜時のチップソーの温度は、１０
０℃以上４００℃以下とする。４００℃を越えると、１
時間程度の保持で、チップソーの温度による変形が生じ
て２／１００ｍｍ以上の面振れが発生し、チップソーの
使用寿命を著しく悪化させる。一方、チップソーの温度
が１００℃未満では、密着性のある硬質皮膜が形成でき
ない。 【００２２】このように低い基材温度でのコーティング
は、前記のように皮膜内の圧縮残留応力を高め、被覆超
硬合金の抗折力を高めるのにも効果的であるが、イオン
プレーティングでは、基材温度が低いほど、皮膜の密着
性が劣る。 【００２３】この皮膜の密着性を向上させるには、超硬
合金表面に０．０１μｍ以上０．１μｍ以下のイオン衝
撃による反応層を形成した上でセラミックス皮膜を成膜
するのが効果的である。このイオン衝撃による反応層
は、透過型電子顕微鏡で観察可能であり、多くの格子欠
陥が高密度で観察される。実際に、基材の成膜温度を２
００℃として２μｍのＴｉＮを成膜した場合、イオン衝
撃による反応層がないと臨界剥離荷重値が１１Ｎと実用
レベル（２０Ｎ）に達しないのに対して、図４に示すよ
うに、０．０５μｍのイオン衝撃による反応層が観察さ
れた試料では、臨界剥離荷重値が２５Ｎを示し、密着性
が大きく改善された。 【００２４】このイオン衝撃による反応層は、成膜初期
に基材に高いバイアスを印加してイオン衝撃を行うこと
で得られる。このとき、基材へのイオン密度は、成膜初
期１５分以内に３Ａ／ｍ２以上５Ａ／ｍ２以下とする。
１５分より長い時間に渡るイオン衝撃や、５Ａ／ｍ２よ
り大きいイオン密度では、４００℃以上の基材の温度上
昇を容易に招くので好ましくない。また、３Ａ／ｍ２未
満のイオン密度では反応層が形成されない。 【００２５】 【実施例】以上のようにしてイオンプレーティング法に
より成膜した皮膜の特性を表１に示す。試料番号１〜８
が本発明による実施例であり、試料番号９〜１２が在来
品を用いた比較例である。なお、皮膜の化学組成は、Ｇ
ＤＳ（Glow Discharged Spectroscopy）法により決定し
た。 【００２６】このときのイオンプレーティングでは、金
属蒸発源にＴｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒを使い、これを電子
銃で溶解した上で直流プラズマ中で活性化させた。反応
ガスとしては、窒素並びにアセチレンを用いた。また、
コーティング中は、いずれも３００Ｖの直流バイアスを
印加し、圧力を４×１０−４Ｔｏｒｒとした。 【００２７】耐久性の比較は、超硬チップを刃先に５０
個ろう付けされたチップソーを使用し、チップ刃先のフ
ランク摩耗３が幅０．５ｍｍとなるまでに切断し得た１
枚当たりの切断面積で行った。この超硬チップは、すく
い角１５°、逃げ角８°で取り付けられ、組成がＷＣ７
２％、Ｃｏ１０％、ＴｉＣ＋ＴａＣ１８％で、ビッカー
ス硬度が９９０（荷重５０ｇ）である。サイズは、外径
２８０ｍｍ、厚さ３．７ｍｍである。切削条件は、周速
２００ｍ／ｍｉｎ、送り速度０．０６ｍｍ／刃とした。
被切断材４は、外径３４０ｍｍ、肉厚１０ｍｍで、強度
（Ｔｓ）０．７１Ｐａ（７０ｋｇ／ｍｍ２）の硬質油井
管である。 【００２８】 【表１】 【００２９】切断面積を比較すると明らかなように、膜
厚１μｍ以上１０μｍ以下のセラミックス皮膜を基材表
面に成膜することで、在来品（比較例）に比して２倍以
上の耐久性が得られることが分かる。特に、基材表面に
ＴｉＮ、ＴｉＣ０．６Ｎ０．４、ＴｉＮの順に成膜した
３層膜構造のもの（試料番号１）が、最も優れた特性を
有している。なお、コーティングを施さない場合の切断
面積は０．７ｍ２／枚程度である。 【００３０】 【発明の効果】このように本発明によれば、チップソー
の耐久性を向上するうえに多大な効果を奏することがで
きる。すなわち、Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒの炭化物、窒
化物、または炭窒化物からなるセラミックス皮膜は、硬
度が高く、鋼と凝着しにくく、耐摩耗性に優れている。
これらセラミックス皮膜を靭性に富むチップ基材の表面
に施すことにより、耐摩耗性と耐欠損性とが共に向上
し、チップソーの耐久性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるチップソーの部分的な概念
図。 【図２】超硬チップの部分的拡大図。 【図３】成膜時の基盤温度と残留応力との関係を概念的
に示すグラフ。 【図４】超硬チップとセラミック皮膜との界面における
イオン衝撃による反応層を示す透過電子顕微鏡による金
属組織写真。 【符号の説明】 １ 超硬チップ ２ チップソー ３ フランク摩耗量 ４ 被切断材
図。 【図２】超硬チップの部分的拡大図。 【図３】成膜時の基盤温度と残留応力との関係を概念的
に示すグラフ。 【図４】超硬チップとセラミック皮膜との界面における
イオン衝撃による反応層を示す透過電子顕微鏡による金
属組織写真。 【符号の説明】 １ 超硬チップ ２ チップソー ３ フランク摩耗量 ４ 被切断材
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(56)参考文献 特開 平６−126528（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−38621（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−1412（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−285740（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−65079（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−32516（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−316756（ＪＰ，Ａ)
特公 平６−74497（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23D 63/00
B23D 61/00
B23P 15/28
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 刃先にろう付けされる超硬チップの表
面に、Ｔｉ、Ａｌ、Ｈｆ及びＺｒのうちいずれか１種若
しくは２種以上を成分とする炭化物、窒化物、または炭
窒化物からなる膜厚１μｍ以上１０μｍ以下のセラミッ
クス皮膜を成膜するチップソーの製造方法において、 イオンプレーティング法を用い、基材温度を１００℃以
上４００℃以下に設定すると共に、基材表面へのイオン
密度を、成膜初期の１０秒以上１５分以内は３Ａ／ｍ ２
以上５Ａ／ｍ ２ 以下、その後は１Ａ／ｍ ２ 以上３Ａ／ｍ
２ 以下に調整して成膜することを特徴とするチップソー
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02461896A JP3379868B2 (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | チップソーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02461896A JP3379868B2 (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | チップソーの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09192925A JPH09192925A (ja) | 1997-07-29 |
| JP3379868B2 true JP3379868B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=12143142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02461896A Expired - Fee Related JP3379868B2 (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | チップソーの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3379868B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1053815A3 (en) * | 1999-05-21 | 2003-10-29 | Kapman AB | Saw blade with recurring goups of teeth of different height and width for smooth cut |
| CN103537761B (zh) * | 2013-10-31 | 2016-05-18 | 昆山兼房高科技刀具有限公司 | 附有切刃刀头的圆锯的制造方法 |
| CN108817881A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-16 | 潍坊百耀机械有限公司 | 一种开孔器的加工工艺及专用加工工具 |
-
1996
- 1996-01-17 JP JP02461896A patent/JP3379868B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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