JPH09272022A

JPH09272022A - 耐摩耗工具およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09272022A
Application number: JP8811796A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kotani; 小谷一典
Original assignee: Goei Seisakusyo Co Ltd
Current assignee: Goei Seisakusyo Co Ltd
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】被穿孔材料の穿孔作業時の円滑な推進力に優
れ、耐摩耗性の工具を得ること。【解決手段】化学的または物理的に表面処理された鋼基
材（コアビット，チューブ）の刃部分以外の面に有機糊
剤を塗布した後、自溶合金粉末を散布し、所定温度に加
熱して乾燥するか、基材表面に有機糊剤と自溶合金との
混合物を塗布し、所定温度に加熱乾燥し、これを非酸化
性雰囲気下において９００〜１１５０°Ｃの温度に加熱
処理する。または、これら有機糊剤と自溶合金にさらに
超硬合金やダイヤモンド粒子のような砥粒を混合した付
着層を形成し、加熱乾燥し、徐冷して表面に耐摩耗層を
形成する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、掘削、研削およ
び切削用として使用するダイヤモンド工具などの耐摩耗
工具の製造方法に関し、特に、耐摩耗性に優れる鋼基材
を備えた耐摩耗工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】砥石工具は鋼基材表面を脱脂洗浄による
表面処理後、その先端部分にダイヤモンド粒子、立方晶
窒化ほう素粒子等の砥粒を電着結合法や金属焼結結合法
等によって固着して製造されていた。しかし、この刃先
の先端部分以外の鋼基材表面はなんらの表面処理されて
いないのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、砥石工
具は、先端部分はダイヤモンド粒子等の砥粒を有するの
で、耐摩耗性に優れるが、この鋼基材の刃先以外部分で
は被加工物の切削、穿孔作業中に、その被加工物の一部
が基材に触れ、高速回転している基材の大きな抵抗とな
り、工具の回転力は極端に減衰する。また、基材表面
が、被加工物との摩擦により摩耗が激しく、鋼基材部分
が破損することもあった。更に、穿孔作業などのとき刃
先部分の推進力の弊害となっており、そのため切削、穿
孔等の作業に長時間かかっていた。この発明の課題は、
簡易な製造方法によって砥石工具の鋼基材の耐摩耗性を
改善し、砥石工具の推進力の向上や、切削や穿孔作業な
どの処理時間の短縮などを可能とする耐摩耗工具および
その製造方法を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の前記課題は、
鋼基材（台金・基板・チューブなど）の内面および外面
の片面または両面を表面処理し、この表面に有機糊剤を
塗布した後、自溶合金粉末を散布するか、有機糊剤と自
溶合金との混合物を塗布した後、所定温度に加熱乾燥し
て鋼基材の表面に付着層を設け、これを非酸化性雰囲気
下において９００〜１１５０°Ｃの温度に加熱処理し、
その後、これを徐々に冷却して前記有機糊剤と自溶合金
との混合物を鋼基材表面に融着させ、耐摩耗性層を形成
した構成で達成できる。

【０００５】また、前記鋼基材の内面および外面の片面
または両面を表面処理し、有機糊剤を塗布してから砥粒
を散布し、その後、自溶合金を散布するか、有機糊剤と
自溶合金との混合物を塗布して乾燥後、再度有機糊剤を
塗布し、その表面に砥粒を散布するか、または、有機糊
剤、自溶合金およびダイヤモンド粒子を混合して鋼基材
表面に塗布して所定温度に加熱して乾燥することによっ
てダイヤモンド粒子等の砥粒を含有する付着層を設け、
この鋼基材を非酸化性雰囲気下において９００〜１１５
０°Ｃの温度に加熱処理して前記有機糊剤と自溶合金と
の混合物とともに砥粒を鋼基材表面に融着し、徐々に冷
却して耐摩耗性層を形成したことにより前記課題は達成
できる。

【０００６】更に、前記鋼基材の表面処理された内面お
よび外面の片面または両面に有機糊剤と自溶合金との混
合物および／または砥粒を含有する付着層を縦筋状、横
筋状または曲線状（螺旋状）に間隔を設けて塗布し、こ
の鋼基材を非酸化性雰囲気下において９００〜１１５０
°Ｃの温度に加熱処理して前記有機糊剤と自溶合金との
混合物とともに砥粒を鋼基材表面に固着し、徐々に冷却
して前記鋼基材の表面に耐摩耗性層を設け、耐久性を改
良した構成によっても達成できる。

【０００７】更に、前記自溶合金が、ニッケル基自溶合
金、コバルト基自溶合金を使用しても良いことや、前記
ダイヤモンド粒子に立方晶窒化ほう素粒子を混合した砥
粒またはこれら粒子にアルミナ、アランダム、炭化珪素
および他の超硬質粉末を混合してなる砥粒を使用するこ
とによっても達成できる。また、前記自溶合金の５０wt
％未満の遷移金属あるいは遷移金属の合金を混合して構
成しても構わない。

【０００８】また、加熱炉内の前記非酸化雰囲気が、１
×１０^-4〜５×１０^-4torrの真空であることや、前記非
酸化雰囲気がアルゴンガス雰囲気であること、あるい
は、前記非酸化雰囲気が水素ガス雰囲気であっても良
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。図１は、この発明の耐摩耗工具の製造方法の有
機糊剤と自溶合金を鋼基材表面に付着させる各実施例の
工程図である。図２は、この発明の耐摩耗工具の製造方
法の有機糊剤と自溶合金を付着させると共に表面に砥粒
を融着させた各実施例の工程図である。図３は、図２の
他の実施例の工程図である。図４は、この発明の製造方
法によるダイヤモンド粒子を用いた耐摩耗工具の砥粒の
保持状態を示す部分模式図で、(a) は加熱工程前の状
況、(b) は加熱工程後の状況を示す模式図、図５は、耐
摩耗工具の実施例の斜視図である。図６は、耐摩耗工具
の他の実施例の斜視図である。

【００１０】図１（Ａ）で示すように、この発明の耐摩
耗工具の製造方法は、砥石工具の鋼基材の刃先部分以外
の基材表面を化学的、物理的に表面処理し、この鋼基材
表面に高分子有機化合物等の有機糊剤を塗布した後、自
溶合金を散布し、加熱乾燥して有機糊剤によって自溶合
金を抱着し、鋼基材の表面を９００〜１１５０°Ｃに加
熱して基材の表面に自溶合金を溶着し、徐々に冷却し、
鋼基材の表面に耐摩耗層を形成する。この後、先端部分
に金属焼結結合法で作成したダイヤモンド粒子等の砥粒
を含有したチップをレーザー溶接して耐摩耗工具とす
る。そのため、鋼基材が耐摩擦、耐摩耗性に優れ、先端
刃先の切削寿命に比較して長い期間の使用に耐えること
ができる。

【００１１】また、図１（Ｂ）で示すように、この発明
の耐摩耗工具の製造方法は、鋼基材表面を化学的、物理
的に表面処理し、この鋼基材表面に高分子有機化合物等
の有機糊剤と自溶合金との混合物を塗布し、加熱乾燥し
て有機糊剤によって自溶合金を抱着し、鋼基材の表面を
加熱して鋼基材の表面に自溶合金を溶着し、加熱温度か
ら徐々に冷却し、鋼基材の表面に自溶合金を設ける構成
としも良い。

【００１２】更に、前記自溶合金にダイヤモンド粒子な
どの砥粒を混合して鋼基材の表面に溶着する構成として
も良い。すなわち、図２（Ａ）に示すように、鋼基材の
表面を物理的あるいは化学的な表面処理を施した後、そ
の表面に有機糊剤を塗布した後、砥粒を散布し、その
後、結合材として自溶合金を散布し、乾燥させる。そし
て、乾燥させた後、所定加熱温度で加熱することで自溶
合金を溶着させ、徐々に冷却して耐摩耗層を形成する。
このとき砥粒がその溶けた自溶合金で付着性が良好な、
所謂濡れ性の良い状態で鋼基板の表面に設けられること
が可能となる。

【００１３】また、図２（Ｂ）で示すように、耐摩耗工
具の鋼基材の表面を表面処理した後、有機糊剤と自溶合
金との混合物を鋼基材に塗布して乾燥し、再度有機糊剤
を塗布し、その表面に砥粒を散布したのち、乾燥させ、
その後所定加熱温度で加熱し、その加熱温度から徐々に
冷却することで耐摩耗工具の鋼基材の表面に自溶合金お
よび砥粒を設ける構成としている。

【００１４】さらに、図３（Ａ）に示すように鋼基材の
表面処理した後、有機糊剤と自溶合金との混合物を塗布
し、これに砥粒を散布して乾燥し、その後所定加熱温度
で加熱し、その加熱温度から徐々に冷却することで耐摩
耗工具の鋼基材の表面に自溶合金および砥粒を設ける構
成としている。図３（Ｂ）に示すように砥石工具の鋼基
材の表面に表面処理を施して、有機糊剤と自溶合金およ
び砥粒の混合物をその鋼基材に塗布したあとは同じ工程
乾燥、加熱、徐冷して鋼基材の表面に自溶合金および砥
粒を設ける構成としても良い。このように耐摩耗性処理
した鋼基材の先端部分に研削用の刃を従来方法によって
形成する。

【００１５】特に、この自溶合金とダイヤモンド粒子等
の砥粒を備える鋼基材によって形成された耐摩耗工具
は、被加工物に対する穿孔工程における穴あけ作業の際
の推進力に優れ、研磨、掘削作業に適した耐摩耗工具で
ある。耐摩耗工具の鋼基材の表面に上記のような方法で
設ける自溶合金あるいは自溶合金と砥粒の付着層を形成
する場合は、その鋼基材の表面全部に設ける構成とする
ことや、鋼基材の表面および裏面の全部に設ける構成と
することや、鋼基材の一部、例えば、縦筋状や横筋状に
間隔を開けて設けることや、螺旋状に設ける構成にして
も良い。また、前記付着層を島状に散点した状態で設け
る構成としても構わない。

【００１６】有機糊剤および自溶合金などの混合物を鋼
基材の表面に塗布する場合は、ブラシやハケおよびディ
スペンサー塗布によって行われる。この場合、塗布面の
間隔をあけて縦筋状・横筋状（縞状）に塗布することに
よって鋼基材表面の耐摩耗層を形成し、耐久性を改善す
ることもできる。特に、コアビット及びチューブの場合
はこの鋼基材表面に螺旋状に塗布して、固着して螺旋状
の突起を設け、被研削物との接触面積を削減することに
より接触抵抗が減少し、穿孔工具の推進力を高めること
ができる。

【００１７】この発明の耐摩耗工具の鋼基材は、一般的
に知られる機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）一般構造用
圧延鋼材（ＳＳ４９０等）、機械構造用合金鋼管（ＳＣ
Ｍ４１５ＴＫ等）、一般構造用炭素鋼管（ＳＴＫ２９０
等），クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、炭素工具鋼（Ｓ
Ｋ等）、合金工具鋼（ＳＫＳ等）あるいは不銹鋼等によ
る鋼基材及びタングステンを主成分とする超硬合金基材
等が用途に応じて選択使用できる。

【００１８】この鋼基材の表面処理は、その表面に塗布
する有機糊剤や自溶合金の混合物との接着性を改善し、
これら塗布層と基材とを強固に接着する。例えば、２４
メッシュのアルミナ砥粒を高圧で吹きつけるブラスト処
理によって表面を清浄化するとともに、微細な凹凸を表
面に形成させ、アンカー効果を付与する。

【００１９】また、前記有機糊剤としては、水溶性のも
ので、自溶合金と混合することができるものである。ま
た、この表面に混合散布する自溶合金や砥粒を抱着保持
し、約５００°Ｃ以上の加熱によって揮発するとともに
遷移金属等の結合材を置換的に砥粒に付着接合させる。
この有機糊剤としては、高分子有機化合物で粘弾性に優
れたもので、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセ
ルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース
エーテルが好ましい。これらセルロース化合物を溶剤
（水）に溶解して所定の希釈濃度に応じた高粘性高弾性
を示す。このようなセルロース化合物が砥粒の保持性に
優れ、砥粒を基材表面に固着した後の作業性が良好であ
る。特に、水溶性のものが好ましい。

【００２０】この発明に使用する結合材としての自溶合
金は、ニッケルー珪素ーほう素（以下自溶合金Ａとい
う）、ニッケルークロムー珪素ーほう素（以下自溶合金
Ｂという）を主体としたニッケル基自溶合金またはコバ
ルトーニッケルークロムー珪素ーほう素（以下自溶合金
Ｃという）を主体としたコバルト基自溶合金等の耐摩耗
性溶射用合金の総称で、市販されている多種類のものが
利用できる。

【００２１】例えば、前記自溶合金Ａに鉄および炭素を
加えたものや、前記自溶合金Ｂに鉄とタングステンを加
えたものや、前記自溶合金Ｂに鉄とモリブテンを加えた
ものや、前記自溶合金Ｂに鉄および炭素を加えたもの
（以下自溶合金Ｄという）でもよい。また前記自溶合金
Ｄにタングステンを加えたものや、自溶合金Ｃに銅を加
えたものや、自溶合金Ｃに銅とタングステンを加え、リ
ン、アルミニウム、イオウ、チタン、ジルコニウム（以
下添加物類という）を１wt％以下添加したものや、自溶
合金Ｃに銅とモリブテンおよびタングステンを加えると
ともに、前記添加物類を添加したものや、前記自溶合金
Ｄにタングステンカーバイトを加え、前記添加物類を添
加したもの等が利用できる。

【００２２】また、前記自溶合金Ｃにクロム、およびタ
ングステンを加えたものや、前記自溶合金Ｃにタングス
テンおよびニッケルを加えたものや、前記自溶合金Ｃに
クロムとニッケルおよびモリブデンを加えたコバルト基
自溶合金でもよい。さらに、前記自溶合金Ｃにクロムと
タングステンと炭素とニッケルおよび鉄を加えたもの
や、前記自溶合金Ｃにクロム，炭素，ニッケル，鉄およ
びモリブデンを加えたものであっても構わない。

【００２３】この発明に使用する自溶合金Ａおよび自溶
合金Ｂとしてのニッケル基自溶合金は、クロムを５〜３
０重量パーセント（以下wt％）、珪素２〜１５wt％、ほ
う素を１．０〜５wt％、銅を０．０１〜５wt％、モリブ
デンを０．０１〜４wt％、タングステンを２〜４０wt
％、炭素を０．０１〜１．０wt％を含み、必要に応じて
鉄を５wt％以下、残りがニッケルであるニッケル基自溶
合金が好ましく使用できる。

【００２４】また、この発明に使用する自溶合金Ｃとし
てのコバルト基自溶合金は、コバルト金属を主成分とす
るもので、クロムを１０〜３０wt％、珪素を８.０wt％
以下、ほう素を４.０wt％以下、タングステンを１５.０
wt％以下、炭素を２.５wt％以下、その他、鉄を５wt％
以下、ニッケルを５０wt％以下、モリブデンを７wt％以
下で、残りがコバルトである合金が好ましく使用するこ
とができる。ここに挙げた自溶合金はその一例であり、
すでに公知のものも使用できることは勿論である。

【００２５】この自溶合金と砥粒とを混合塗布または散
布する場合は、チタンろうを使用してもよい。このチタ
ンろうとしては、銀−銅−チタン，銀−銅−インジウム
−チタン，銅−チタン−ジルコニウム−ニッケル，銅−
チタン−ジルコニウム系統のものが使用でき、例えば、
銀６０〜７０wt％、銅２０〜５０wt％、インジウム１４
wt％、チタン２〜４０wt％，ジルコニウム２０〜２５wt
％、銅２０wt％、およびニッケル２０wt％からなるもの
が使用できる。また、チタンを２５wt％、ジルコニウム
２５wt％および銅５０wt％のチタンろうも使用可能であ
る。

【００２６】その他としてニッケルろう（リン−ニッケ
ル、クロム−リン−ニッケル−）で、例えば、リン１０
〜１１wt％、クロム１３〜２５wt％、残りがニッケルの
ものも使用可能である。

【００２７】この発明に使用する自溶合金等の結合材と
して前記ニッケル基またはコバルト基自溶合金に他の遷
移金属または遷移金属の合金を５０wt％未満混合してな
る混合物を使用することにより耐摩耗性に優れた耐摩耗
工具が得られる。

【００２８】この自溶合金におけるクロムは、ニッケル
および／またはコバルトとの組合せによって硬さ及び耐
摩耗性を向上させるが、この発明においては、特に、ダ
イヤモンド粒子との化学反応性を高め濡れ性を改善する
のに有意義である。前述のようにクロムは硬さおよび耐
摩耗性を向上させるために優れるが、特に、ニッケルや
コバルトの含有量の範囲内で、耐熱性を改善する効果を
有し、比較的高い発熱を伴う難研削材に対して有利であ
る。このニッケルやコバルト主成分の他に含有するクロ
ムの含有量が５wt％以下の場合、耐摩耗性の効果が期待
できず、２９wt％以上ではこの効果の向上が望まれな
い。

【００２９】また、この自溶合金に含まれる珪素とほう
素は、加熱により生成するその酸化物がフラックス作用
をし、溶融合金の融点を下げ、流動性を増し、砥粒への
濡れや融着性を向上させるものであるが、それぞれの含
有量が２wt％以下ではその効果が期待できず、これらの
含有量が５．０wt％以上でも効果の向上は期待できな
い。

【００３０】この発明に用いる前記自溶合金に、銅を添
加することは、溶融合金の融点を下げ、ダイヤモンド粒
子等の砥粒の濡れ性を改善するのに効果がある。さらに
モリブデンおよびタングステンを含む自溶合金を使用す
ることもできる。この場合のモリブデンは融着加熱に際
し、骨材として混合物内に分散せしめ、液相化した自溶
合金の過剰の流動を防止し、砥粒の移動を防止するため
に添加する。これを砥石工具として使用した際、潤滑作
用を示し、活性フィラーとしての効果を示す。このモリ
ブデンの含有量が２wt％以下ではその効果が期待でき
ず、７wt％以上になっても効果の向上は期待できない。

【００３１】また、添加されるタングステンは、前記成
分範囲内において有効な耐摩耗性の向上を示し、鉄と炭
素は不純物として混入することが多いが、この炭素はク
ロムと化合物をつくり合金中に細かく分散して強度を改
善する作用が齎される。この自溶合金には各金属を融合
させる結合材として５０wt％未満の遷移金属または遷移
金属の合金との混合物の粉末とすることにより、その性
能を殆ど阻害することなく、自溶合金の融点を下げ、内
部応力を緩和させることができ、砥石製造工程におい
て、ダイヤモンド粒子や立方晶窒化ほう素粒子による砥
粒を傷めることなく固定保持させることができる。

【００３２】なお、この合金の硬度を増すため添加する
遷移金属は周期律表原子番号２１〜２８，３９〜４６の
チタン、マンガン、鉄、ジルコニウム、モリブデン等の
高融点の硬い固体金属である。また、これら遷移金属の
他にほう素、炭素、アルミニウム、珪素、リン、硫黄お
よびタングステン等やタングステンカーバイトを添加す
ることによって自溶合金の耐摩耗性を向上することがで
きる。また、リンやアルミニウムを添加することにより
耐摩耗性を保持したまま融点を低くすることができる。

【００３３】このような自溶合金または遷移金属を含有
する自溶合金を鋼基材表面に塗布後、融着加熱する際に
酸素の存在は有害で、僅かな酸素の存在によっても砥粒
表面が酸化されるので好ましくない。また、砥粒として
ダイヤモンド粒子を散布したものでは表面の黒鉛化が促
進され、融着が阻害される。これを防止するには加熱炉
内を真空にして、アルゴンガスや水素ガスを導入して非
酸化雰囲気とすることも有効である。この場合、特に、
空気に代え上記ガスを置換導入するにあたり、真空吸引
工程を介在させ、酸素の残存を極力避けることにより、
融着加熱後の効果は更に良好なものとなる。また、非酸
化性雰囲気として真空雰囲気を採用する場合は、１×１
０^-4〜５×１０^-4torrの高真空度が好ましい。この範囲
以下に真空度が低下すると砥粒の酸化防止が不十分であ
り、この範囲以上の高真空度にしても効果は余り変わら
ない。

【００３４】有機糊剤と自溶合金または砥粒等を塗布
し、これら合金や砥粒を付着させた基材を融着加熱する
温度が、９００°Ｃ未満では、自溶合金（遷移金属を含
む）等と砥粒との融着が不十分で砥粒の保持力が悪くな
る。また、１１５０°Ｃを超えると、液相化した自溶合
金の過剰の流動化により砥粒の保持状態が悪くなり、ま
た、砥粒の酸化による脆化が始まる。特に、ダイヤモン
ド粒子の場合、更に、基材が鋼材である場合、鉄とダイ
ヤモンド粒子の炭素が反応し、脆いセメンタイトを生じ
易くなる。従って、ダイヤモンド工具として使用できな
くなる恐れがある。

【００３５】融着加熱処理後、これを冷却するとき、急
冷すると鋼基材に歪みを発生し、製品として使用する際
に振れることがあるので、徐冷、好ましくは加熱炉の真
空等の非酸化性雰囲気内で炉中冷却を行う。

【００３６】この発明に使用する砥粒として、一般的に
ダイヤモンド粒子を使用するが、立方晶窒化ほう素粒子
（ＣＢＮ）、アルミナ、アランダム、炭化珪素、および
超硬合金等の単体からなる超砥粒を主成分とするもので
もよく、また、これらの混合物でもよい。

【００３７】

【実施例】この発明の製造方法によって製造された鋼基
材の耐摩耗性処理した耐摩耗工具の実施例について図５
(a),(b) および図６に基づいて説明する。１は鋼基材
で、この表面に有機糊剤を塗布したのちダイヤモンド粒
子４を散布し、その後、結合材として自溶合金粉末２Ａ
を散布し、加熱乾燥し、これを非酸化雰囲気中の加熱炉
内で９００〜１１５０°Ｃに加熱処理後、徐々に冷却
し、耐摩耗層７を形成する。この鋼基材１の先端部分に
は金属焼結結合法で作成したダイヤモンド粒子含有チッ
プをレーザー溶接して刃部６を形成し、耐摩耗工具５を
構成している。

【００３８】図２（Ｂ）の実施例に基づき説明する。前
記鋼基材として軟鋼合金工具鋼からなる径５cmの円筒状
の穿孔用鋼基材を用い、全面に２４メッシュのアルミナ
砥粒を６kg/cm²の圧力で５分間吹きつけるブラスト処理
を施し、表面を清浄化させた。この鋼基材の刃部以外の
部分面に、市販の水溶性メチルセルロースを約３．３倍
量の水で希釈した有機糊剤と、重量％で、１６％のクロ
ム、４.０％の珪素、４.０％のほう素、４.０％の鉄、
２．４％の銅、２.４％のモリブデン、２.４％のタング
ステン、および０.５％の炭素を含み、残部がニッケル
からなるニッケル基自溶合金の予め合金化した市販のア
トマイズ粉と混合して鋼基材に散布し、加熱乾燥した
後、更に有機糊剤を塗布した。

【００３９】この表面に４０〜５０メッシュのダイヤモ
ンド粒子１カラット(０.２g)を散布する。この表面を加
圧し、粒子の突出状態の調整を行い、８０°Ｃで１０
分、１５０°Ｃで２０分の加熱処理を行い乾燥させ、こ
の時のダイヤモンド粒子の保持状況を図４（ａ）に示
す。すなわち、表面処理された鋼基材１上に自溶合金粉
末２Ａが敷装され、その上に有機糊剤３を介してダイヤ
モンド粒子４が保持される。

【００４０】有機糊剤の溶媒を飛ばした後、加熱炉内の
真空度を３×１０^-4torrとし、約７時間で、８７０°Ｃ
で加熱して１時間保持し、自溶合金の組成の安定を図
り、さらに、約１５分間で１１００°Ｃまで上昇させ、
１０〜１５分間保持した。その後、加熱炉内の真空雰囲
気中で常温迄炉冷する徐冷を行った。図４(b)に示した
ように、ダイヤモンド粒子を単一層に保持したダイヤモ
ンド工具を得た。このようにして自溶合金２Ｂは鋼基材
１に融着し、また、盛り上がる形にダイヤモンド粒子４
を濡らし、ダイヤモンド粒子と化学的に接合、融着して
いる。

【００４１】また、図３（Ａ）の工程に基づいて説明す
ると、鋼基材として一般用構造用炭素鋼管を使用し、こ
の表面に２０メッシュの炭化珪素グリットを６kg/cm²の
圧力で圧縮空気を５分間吹きつけてブラスト後処理を行
い、刃部部分以外の鋼基材表面にヒドロオキシメチルセ
ルロースを水で３．５倍に希釈し、これにニッケル基自
溶合金( Ｃr５．０wt％、Ｂ１．０wt％、Ｓi３．０wt
％、Ｆe３．５wt％、Ｃ０．４５wt％、残り全部がＮ
i）を混合したものをハケで図５(b) に示すように一定
間隔をあけて筋条に螺旋状に塗布し、この塗布面に４０
〜５０メッシュのダイヤモンド粒子１．０カラット
(０．２g)を散布し、１００°Ｃで乾燥し、次いで１５
０°Ｃに加熱したのち、９００°Ｃで１時間の保持し、
１１５０°Ｃで１５分間加熱焼結処理して、鋼基材表面
に耐摩耗層を形成した。

【００４２】この鋼基材５の先端部分に金属焼結結合法
で作成したダイヤモンド粒子含有チップをレーザー溶接
して刃部を形成する。この本発明の穿孔工具と従来の耐
摩耗性処理していない工具との鉄筋コンクリートの穿孔
テストを行った。結果従来の工具では被掘削物と台金と
が接触して台金の摩耗が激しく、この発明の前記耐摩耗
工具では台金への影響は全くなく、摩耗していなかっ
た。

【００４３】また、自溶合金としてニッケル基自溶合
金、コバルト基自溶合金として市販のものを使用しても
良い。例えば、４０〜５０メッシュのダイヤモンド粒子
を１.０カラット(０.２g)と前記有機糊剤( ヒドロオキ
シメチルセルロース) を３．３倍に水で希釈し、とコバ
ルト基自溶合金(Cr19.0wt%,Si8.0wt%,B0.8wt%,W4.0wt%,
Co残部) とを混合して、表面処理した鋼基材の表面に塗
布し、加熱乾燥した後、焼結して砥粒を融着させ、金属
焼結結合法で作成した砥粒を含有した焼結チップを先端
部にレーザー溶接して内径２０mmのダイヤモンドビット
の試料を製造した。

【００４４】鋼基材である円筒状のビットの内面および
外面に有機糊剤としてヒドロキシエチルメチルセルロー
ス( 水で3.5 倍に希釈) とニッケル基自溶合金（Ｃr １
４.０wt％、珪素３.７５wt％、ほう素３．０wt％、鉄
４．３７wt％、炭素０．７wt％、モリブデン１．７５wt
％、銅１．７５wt％、残り全部がニッケル）および４０
〜５０メッシュのダイヤモンド粒子０.１g とを混合し
た混合物をディスペンサ塗布によって螺旋状で所定の幅
で塗布する。これを加熱乾燥し、水素ガスを充填した非
酸化雰囲気の加熱炉内で１１００°Ｃで加熱処理して基
材の表面に螺旋状の突条の砥粒層を設け、これを徐々に
冷却して耐摩耗工具の台金を製造する。この台金の先端
に金属焼結結合法で作成した砥粒を含有した焼結チップ
をレーザー溶接して内径２０mmの耐摩耗工具を製造し
た。

【００４５】図６に示すものは、砥粒を備えたビット部
分がチューブ部分と着脱自在になっている例で、ねじ溝
によって連結されている。この発明の製造による耐摩耗
工具の利用範囲は広く、切断用、切削用、研削用、穿孔
用および掘削用の工具として、前記のようなカッターや
ビットに利用することができる。例えば、８インチ以上
の径を有するブレード、カップホイール、コアビット、
ダイヤモンドワイヤソー等の穿孔、切削、掘削、切断お
よび研磨加工の工具として適用できる。他方被研削材料
としては、コンクリート、鉄筋コンクリート、煉瓦、御
影石等の石材、結晶化ガラス、建材ブロック、磁器タイ
ル、瓦、硬質カーボン、ＦＲＰ、金属板等である。これ
らで研削等の作業を行うときは冷却水を使用せず、乾式
法で研削加工ができる。

【００４６】この発明の有機糊剤と自溶合金およびダイ
ヤモンド粒子等の砥粒との混合物は、既存の砥石工具の
表面に塗布して加熱乾燥して、更に、加熱焼結を行って
鋼基材表面に保護膜を形成することができる。

【００４７】

【発明の効果】この発明の耐摩耗工具の製造方法によれ
ば、鋼基材の表面に有機糊剤を介して自溶合金を付着さ
せ、乾燥、加熱、徐冷することで、耐摩耗性に優れた耐
摩耗工具の鋼基材を形成することが可能なため、被加工
物の穴あけ作業をしているときに、基材が被加工物に接
触しても最小限の磨耗で済む。また、被加工物に基材が
接触してもその自溶合金の付着層があるため、被加工物
の接触による回転抵抗を小さくできるので、作業の推進
力に与える悪影響を最小限にできる。

【００４８】また、自溶合金にダイヤモンド粒子などの
砥粒を混合して基材に溶着する構成とすることで、作業
中に鋼基材に接触する被加工物による回転抵抗をさらに
小さくすることが可能となり、耐摩耗性も向上できる。
さらに、連続使用にも耐えることができる耐摩耗工具と
なる。また、従来の砥石工具に比較して、先端の刃部部
分とは別にチューブ等の保持部材の片面および両面に加
工を施してあるからこの部分の耐久性に優れ、刃部の推
進力に悪影響を与えることなく、円滑な切削、穿孔作業
を行うことができる。

【００４９】更に、胴体（チューブ）部分の表裏面に縦
・横筋状または曲線（螺旋状）などに、自溶合金のみあ
るいは、自溶合金と砥粒を設ける構成にすることで、耐
久性に優れる鋼基材を形成することが可能となる。その
ため、刃部が摩耗して寿命に達したときは刃部（ビット
部分）のみ交換し、耐摩耗工具の使用寿命を延ばすこと
が可能である。

【００５０】有機糊剤は自溶合金およびダイヤモンド粒
子等の砥粒を付着させ、自溶合金は鋼基材と砥粒とに対
する濡れ性がよく、融着結合するので、鋼基材の砥粒保
持力が強固で工具の耐久性が向上した。また、簡単な製
造工程で、鋼基材の耐摩耗性が向上でき、作業中の耐摩
耗工具の推進力の減衰を最小限に押さえることが可能と
なる。

【００５１】さらに、自溶合金をニッケル基自溶合金
や、コバルト基自溶合金あるいはチタンろうを使用する
ことで、鋼基材の耐摩耗性を向上できる。また、自溶合
金に遷移金属または遷移金属の合金を５０wt％未満含む
ことで、その性能を殆ど阻害することなく、さらに自溶
合金の融点を下げ、自溶合金による内部応力を緩和させ
ることができる。そして、非酸化雰囲気が所定の真空、
また、非酸化雰囲気がアルゴン雰囲気あるいは水素ガス
雰囲気であるため、砥粒とくにダイヤモンド粒子を使用
した場合に、融着を確実に行うことが可能となる。

【００５２】また、切削、穿孔、研磨、などの耐摩耗工
具の基材に幅広く適用することができると共に、製造工
程も簡易で、耐摩耗工具の作動中の接触抵抗が軽減さ
れ、推進力の向上を望むことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の耐摩耗工具の製造方法の有機糊剤と
自溶合金を鋼基材表面に付着させる各実施例の工程図で
ある。

【図２】この発明の耐摩耗工具の製造方法の有機糊剤と
自溶合金を付着させると共に表面に砥粒を融着させた各
実施例の工程図である。

【図３】図２の他の実施例の工程図である。

【図４】この発明の製造方法によるダイヤモンド粒子を
用いた耐摩耗工具の砥粒の保持状態を示す部分模式図
で、(a) は加熱工程前の状況、(b) は加熱工程後の状況
を示す模式図である。

【図５】この発明の耐摩耗工具の他の実施例の斜視図で
ある。（ａ）および（ｂ）は穿孔工具である。

【図６】この発明の耐摩耗工具の他の実施例の斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ …鋼基材２Ａ…自溶合金粉末２Ｂ…自溶合金３ …有機糊剤４ …ダイヤモンド粒子５ …耐摩耗工具６ …刃部７ …耐摩耗層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼基材の先端に砥粒を固着させ、研磨、切
削、穿孔または掘削用の刃部を一体的に形成するか、ま
たはこの刃部を着脱自在に形成してなる耐摩耗工具にお
いて、前記刃部以外の鋼基材の内面および外面の片面または両
面を表面処理し、以下の製造方法で選択された方法によ
り鋼基材の表面に付着層を設け、非酸化性雰囲気下にお
いて９００〜１１５０°Ｃの温度に加熱処理して有機糊
剤と自溶合金との混合物を鋼基材表面に融着し、徐々に
冷却して前記鋼基材表面に耐摩耗性層を形成し、耐久性
を改良したことを特徴とする耐摩耗工具の製造方法。鋼基材表面に有機糊剤を塗布した後、自溶合金粉末を
散布し、所定温度に加熱して乾燥する。鋼基材表面に有機糊剤と自溶合金との混合物を塗布し
た後、所定温度に加熱乾燥する。
【請求項２】鋼基材の先端に砥粒を固着させ、研磨、切
削、穿孔または掘削用の刃部を一体的に形成するか、ま
たはこの刃部を着脱自在に形成してなる耐摩耗工具にお
いて、前記刃部以外の鋼基材の内面および外面の片面または両
面を表面処理し、以下の製造方法で選択された一つの方
法によりダイヤモンド粒子等の砥粒を含有する付着層を
設け、非酸化性雰囲気下において９００〜１１５０°Ｃ
の温度に加熱処理して前記有機糊剤と自溶合金との混合
物とともに砥粒を基材表面に融着し、これを徐々に冷却
して前記鋼基材表面に耐摩耗性層を形成し、耐久性を改
良したことを特徴とする耐摩耗工具の製造方法。鋼基材表面に有機糊剤を塗布してから砥粒を散布し、
その後、自溶合金を散布し、所定温度に加熱して乾燥す
る。鋼基材表面に有機糊剤と自溶合金との混合物を塗布し
て乾燥後、再度有機糊剤を塗布し、その表面に砥粒を散
布して所定温度に加熱して乾燥する。鋼基材表面に有機糊剤と自溶合金との混合物を塗布
し、この塗布面に砥粒を散布した後、所定温度に加熱し
て乾燥する。鋼基材表面に有機糊剤、自溶合金および砥粒との混合
物を塗布し、所定温度に加熱して乾燥する。
【請求項３】前記鋼基材の表面に設けた前記付着層は、
縦筋状・横筋状または曲線状（螺旋状）に間隔をあけて
塗布して鋼基材表面に筋状の耐摩耗性層を設けたことを
特徴とする請求項１または２記載の耐摩耗工具の製造方
法。
【請求項４】前記鋼基材の表面処理が、鋼基材の表面に
硬質粒子を高圧で吹きつけるブラスト処理であることを
特徴とする請求項１，２または３記載の耐摩耗工具の製
造方法。
【請求項５】前記ダイヤモンド粒子に立方晶窒化ほう素
粒子を混合した砥粒を使用したことを特徴とする請求項
２または３記載の耐摩耗工具の製造方法。
【請求項６】前記砥粒としてダイヤモンド粒子に立方晶
窒化ほう素粒子、アルミナ、アランダム、炭化珪素およ
び他の超硬質粉末を混合してなる混合物またはこれらの
単体から構成される砥粒を使用することを特徴とする請
求項２または３記載の耐摩耗工具の製造方法。
【請求項７】前記自溶合金がニッケル基自溶合金である
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６記
載の耐摩耗工具の製造方法。
【請求項８】自溶合金が、コバルト基自溶合金であるこ
とを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６記載
の耐摩耗工具の製造方法。
【請求項９】前記自溶合金に、この合金の５０重量パー
セント（以下wt％と略す）未満の遷移金属を含むことを
特徴とする請求項１，２，３，４，５または６記載の耐
摩耗工具の製造方法。
【請求項１０】前記自溶合金に、この合金の５０wt％未
満の遷移金属の合金を含むことを特徴とする請求項１，
２，３，４，５または６記載の耐摩耗工具の製造方法。
【請求項１１】加熱炉内の前記非酸化雰囲気が１×１０
^-4〜５×１０^-4torrの真空であることを特徴とする請求
項１，２，３，４，５または６記載の耐摩耗工具の製造
方法。
【請求項１２】前記非酸化雰囲気がアルゴンガス雰囲気
であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５また
は６記載の耐摩耗工具の製造方法。
【請求項１３】前記非酸化雰囲気が水素ガス雰囲気であ
ることを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６
記載の耐摩耗工具の製造方法。
【請求項１４】前記請求項１乃至請求項１３に記載の耐
摩耗工具の製造方法によって得られたことを特徴とする
耐摩耗工具。