特許 7575028 超硬工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】超硬工具

(51)【国際特許分類】

   B21D 28/14 20060101AFI20241022BHJP

   C22C 1/051 20230101ALI20241022BHJP

   B21D 33/00 20060101ALI20241022BHJP

   B21D 28/02 20060101ALI20241022BHJP

   C22C 29/08 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

B21D28/14 B

C22C1/051 H

B21D33/00

B21D28/02 B

C22C29/08

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2024524976

(86)(22)【出願日】2024-04-24

(86)【国際出願番号】 JP2024016009

【審査請求日】2024-04-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000238016

【氏名又は名称】冨士ダイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080012

【弁理士】

【氏名又は名称】高石 橘馬

(74)【代理人】

【識別番号】100168206

【弁理士】

【氏名又は名称】高石 健二

(72)【発明者】

【氏名】青柳 翔太

(72)【発明者】

【氏名】中山 優斗

【審査官】豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－１３８６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－００６０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０６３４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１０８８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－３００１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－６３８３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ２８／００ － ２８／３６

Ｂ２１Ｄ ３３／００

Ｃ２２Ｃ ２９／０８

Ｃ２２Ｃ １／０５１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

WC相と、Coを含む結合相とを含み、
前記WC相の平均粒径Xμmと、前記結合相の総量Y質量％とが、下記式(1)，(2)及び(3)：X≦1.2 ・・・(1)
2≦Y ・・・(2)
-6.7X+6≦Y≦-14X+38 ・・・(3)
を満たし、
Cr及び／又はVを前記結合相の総量に対して炭化物換算で２～20質量％含むことを特徴
とする金属箔又は薄板の打抜き用超硬工具。

【請求項3】

前記結合相の総量Y質量％は下記式(5)：
X≦0.9 ・・・(5)
を満たすことを特徴とする請求項２に記載の金属箔又は薄板の打抜き用超硬工具。

【請求項4】

前記結合相の総量Y質量％は下記式(6)：
-11X+22≦Y ・・・(6)
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の金属箔又は薄板の打抜き用超硬工具。

【請求項6】

Cr及びV以外の周期律表第４～６族からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含
み、
前記元素の総含有量は炭化物換算で0.2～５質量％であることを特徴とする請求項１～
５のいずれかに記載の金属箔又は薄板の打抜き用超硬工具。

【請求項7】

Cr及び／又はVの炭化物及び／又は炭窒化物、又はCr及び／又はVとCr及びV以外の周期
律表第４～６族からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素との炭化物及び／又は炭窒 化物からなる化合物相を含むことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の金属箔又 は薄板の打抜き用超硬工具。

【請求項9】

前記結合相がNi及びFeのうち少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項６に記載の 金属箔又は薄板の打抜き用超硬工具。

【請求項13】

硬質被膜を被覆していることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の金属箔又は 薄板の打抜き用超硬工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超硬工具に関する。

【背景技術】

【0002】

脱炭素社会への大きな流れのなか、その大きな役割を担うものに自動車等の電動化がある。電動自動車に用いられるモータには軽量化と高性能化がさらに求められている。モータ等の鉄心としては、低鉄損かつ高磁束密度を達成するために電磁鋼板を複数枚積層した鉄心が多く用いられる。特にアモルファス合金箔は機械的特性、磁気特性、耐食性等に優れた特性を示す。中でも磁気特性が特に優れているため、通常の電磁鋼板の代わりにアモルファス合金箔を使用することにより大幅な性能の向上が見込まれる。

【0003】

モータ等の鉄心に使用する電磁鋼板は一般的に厚さ100～500μmのものであるのに対し、アモルファス金属箔は厚さ10～100μm程度あるため、アモルファス金属箔の場合には多数の打抜きを行う必要がある。ここで、アモルファス合金箔のような高硬度かつ高強度な金属箔を所定形状に連続して打抜いていくと、打抜き用工具が急速に摩耗してしまうため、工具寿命が短いという問題がある。

【0004】

特開2021-130131号公報（特許文献１）は、非晶質合金リボンの表面に、所定形状の打抜き輪郭線となる塑性加工溝を形成し、打抜き用パンチ及びダイにより、塑性加工溝に沿って打抜き加工を行い、非晶質合金片を得る方法を開示している。合金箔の表面に所定形状の打抜き輪郭線となる塑性加工溝を形成することにより、打抜き荷重を低下させ工具寿命を向上させている。

【0005】

またアモルファス合金箔の打抜きを行う際、生産性確保の観点から合金箔を複数枚積層させて打抜きが行われる場合があるが、積層枚数が増すとともに打抜き荷重は上昇し、被打抜き材の品質も低下する。特開2023-8048号公報（特許文献２）は、アモルファス電磁鋼板をダイ及びパンチを用いて打抜くに際し、打抜き加工前のアモルファス電磁鋼板に弾性皮膜を塗布することにより、打抜き荷重を低下させる打抜き加工方法を開示している。このように合金箔の間に弾性被膜を塗布した積層材とすることにより、打抜き荷重を抑制し、工具の摩耗を低減させている。

【0006】

打抜き用工具の形状を工夫する試みもある。特許第7129048号（特許文献３）は、複数枚積層されたアモルファス合金箔の打抜き加工に用いるパンチに、パンチ先端面に形成された第１のエッジと、パンチ側面に形成された第２のエッジとを設け、第１のエッジからパンチ側面までの水平方向の距離と、第２のエッジからパンチ先端面までの垂直方向の距離を所定の距離にするアモルファス合金箔のせん断加工法を開示している。アモルファス合金箔を複数枚積層させて打抜きする際、割れがなく寸法安定性が高い製品が得られるように打抜き用工具の先端を所定の形状にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開2021-130131号公報

【文献】特開2023-8048号公報

【文献】特許第7129048号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献１の製造方法では、所定形状の打抜き輪郭線となる塑性加工溝を予め形成する必要があるため、特殊な加工を行う工具が必要であり、工数も多くなる。また特許文献２の打抜き加工方法は、合金箔の間に弾性被膜を塗布した積層材を作製する工程を必要とする。特許文献３のせん断加工法では、打抜き用工具の先端を所定の形状にする必要があるため、加工の自由度が制限される。

【0009】

以上のように、アモルファス合金箔への加工や、打抜き用工具の形状の検討等は行われているが、高硬度かつ高強度な金属箔（単層又は複数枚積層させたもの）を所定形状に連続して打抜く工具の材料として好適な超硬合金についての検討は見当たらない。

【0010】

従って、本発明の目的は、高硬度かつ高強度な金属箔（単層又は複数枚積層させたもの）を所定形状に連続して打抜くのに好適な超硬工具を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、アモルファス合金箔などの高硬度かつ高強度の金属箔（単層又は複数枚積層させたもの）を打抜くための抜き用工具に最適な超硬合金に関する発明である。上記課題を解決するために、本発明ではアモルファス合金箔の打抜き用工具の摩耗・損傷形態を詳しく調査し、その改善を試みた。

【0012】

最も重要な点は、アモルファス合金箔の打抜き加工において、使用する打抜き用工具の超硬合金の硬度と耐摩耗性が必ずしも比例関係にあるとは言えないことである。これまで打抜き用工具の耐摩耗性は工具材料の硬さで議論されてきた。つまり、打抜き用工具の耐摩耗性を向上させるためには硬度の高い超硬合金を選定するが、それに伴い靭性も低下し、耐チッピング性は低下する。本発明では、アモルファス合金箔を打抜く際の打抜き用工具への合金箔の凝着による摩耗が、打抜き用工具の超硬合金のWC相粒径に大きく依存し、かつWC相が微粒である超硬合金を用いた打抜き用工具ほど耐摩耗性に優れる傾向がある点に注目した。

【0013】

電磁鋼板などの厚さ250μm程度の従来の金属箔を潤滑油を使用して打抜く際は、被加工材の打抜き用工具への凝着量は少ない。このため、打抜き中に凝着物が引きはがされる際の応力も小さく、WC粒径が大きいほうが結合相による担持力が優れるため、同じ硬度でWC粒径が異なる超硬合金を比較すると、相対的にWC相粒径が大きい超硬合金は粒子が脱落せず耐摩耗性に優れる。

【0014】

一方、厚さが10～100μm程度アモルファス合金箔の打抜き加工をする際に潤滑油を使用するとコア接着積層を行うことができない。一方、アモルファス合金箔を潤滑油を使用せずに打抜くと、被加工材の打抜き用工具への凝着物の量が多くなり、アモルファス合金が高硬度かつ高強度であるため、凝着物が引きはがされる際の応力が非常に大きい。そのため、粒径が大きく結合相による担持力が高いWC相であっても凝着物が引きはがされる際の応力により脱落し、打抜き用工具が摩耗してしまう。

【0015】

上記知見に基づき鋭意研究の結果、発明者は、WC相粒径が小さい超硬合金のほうが脱落時の損失体積が小さいため、脱落の繰り返しによるトータルの損失体積＝摩耗量が少なくなることを見出だした。すなわち、高硬度かつ高強度の金属箔（単層又は複数枚積層させたもの）を打抜き加工を行う際には、同等の硬度を有する超硬合金であってもWC粒径が小さい超硬合金のほうが耐摩耗性が小さくなる。結果として、所定の打抜き加工条件で打抜き用工具がチッピングしない範囲でより高い硬度を有し、かつWC粒径が小さい超微粒子超硬合金を打抜き用工具に用いることにより、従来の超硬合金製打抜き用工具と比べて優れた耐摩耗性と耐チッピング性を両立できることを見出した。

【0016】

すなわち、本発明の一実施態様による打抜き用の超硬工具は、WC相と、Coを含む結合相からなり、
前記WC相の平均粒径Xμmと、前記結合相の総量Y質量％とが、下記式(1)，(2)及び(3)：
X≦1.2 ・・・(1)
2≦Y ・・・(2)
-6.7X+6≦Y≦-14X+38 ・・・(3)
を満たし、
Cr及び／又はVを前記結合相の総量に対して炭化物換算で２～20質量％含むことを特徴とする。

【0017】

前記結合相の総量Y質量％は下記式(4)：
-7X+12≦Y ・・・(4)
を満たすのが好ましく、下記式(5)及び(6)：
X≦0.9 ・・・(5)
-11X+22≦Y ・・・(6)
を満たすのがより好ましい。

【0018】

本発明の一実施態様による超硬工具において、前記結合相の総量Y質量％は下記式(7)及び(8)：
X≦0.7 ・・・(7)
-6.7X+9.1≦Y ・・・(8)
を満たすのが好ましい。

【0019】

本発明の一実施態様による超硬工具において、Cr及びV以外の周期律表第４～６族からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記元素の総含有量は炭化物換算で0.2～５質量％であるのが好ましく、
前記元素の炭化物及び／又は炭窒化物からなる化合物相を含み、前記化合物相の粒径は0.02～２μmであるのが好ましい。

【0020】

本発明の一実施態様による超硬工具において、前記結合相がNi及びFeのうち少なくとも一種を含むのが好ましい。

【0021】

かかる超硬工具は、厚さ10～100μmで硬度が700 HV以上の金属箔の打抜き用工具として好適に用いることができ、前記金属箔はアモルファス合金箔であるのが好ましい。

【0022】

本発明の一実施態様による超硬工具において、厚さ25μm及び硬度900 HVのアモルファス合金箔を５枚重ねた積層材に対してクリアランス5％t及び無潤滑で500回以上の打抜き加工試験を行った後、刃先部の表面粗さRaが0.1μm以下であるのが好ましい。

【0023】

本発明の一実施態様による超硬工具は、硬質被膜を被覆しているのが好ましい。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、高硬度かつ高強度な金属箔（単層又は複数枚積層させたもの）を所定形状に連続して打抜くのに好適な超硬工具が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】摩耗部の線粗さRaの測定位置を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の一実施態様による打抜き用の超硬工具は、WC相と、Coを含む結合相からなり、
前記WC相の平均粒径Xμmと、前記結合相の総量Y質量％とが、下記式(1)，(2)及び(3)：
X≦1.2 ・・・(1)
2≦Y ・・・(2)
-6.7X+6≦Y≦-14X+38 ・・・(3)
を満たし、
Cr及び／又はVを前記結合相の総量に対して炭化物換算で２～20質量％含むことを特徴とする。

【0027】

WC相の平均粒径Xは1.2μm以下である。WC相の平均粒径Xは、超硬合金の任意の断面の組織を基にしてフルマンの式により求められる。WC相の平均粒径Xが1.2μm超であると、高硬度かつ高強度の金属箔（単層又は複数枚積層させたもの）を打抜き加工を行う際に、WC相の脱落摩耗が起きやすく、打抜き用工具として十分な耐摩耗性が得にくい。硬質相の平均粒径Xは0.9μm以下であるのが好ましく、0.7μm以下であるのがより好ましく、0.6μm以下であるのがさらに好ましく、0.4μm以下であるのが特に好ましい。

【0028】

結合相の総量Y（質量％）は２以上であって、かつ下記式(3)：
-6.7X+6≦Y≦-14X+38 ・・・(3)
を満たす。ここで、結合相の総量Yは、結合相における結合相成分として添加した成分の総和を意味し、それ以外の成分として添加した後に固溶している成分は結合相の総量Yには含めない。結合相の総量Y（質量％）が２未満又は-6.7X+6未満であると、超硬合金の靭性が低下し、打抜き用工具の耐チッピング性が低下する。結合相の総量Y（質量％）が-14X+38超であると、超硬合金の硬度が不足し、打抜き用工具の耐摩耗性が低下する。結合相の総量Y（質量％）は-6.7X+9.1以上あるのが好ましく、Y（質量％）は-6.7X+9.6以上あるのがより好ましく、Y（質量％）は-6.7X+10.1以上あるのがさらに好ましく、-7X+12以上あるのがさらに好ましく、-11X+22であるのが特に好ましい。

【0029】

結合相は主成分であるCoに加え、Ni及びFeのうち少なくとも一種を含むのが好ましい。結合相の総量に対してNi及びFeのうち少なくとも一種が30質量％含まれても良く、20質量％であればさらに特性を低下させずに長所を引き出すことができる。またAl，Cu等の結合相として用いうる成分を含んでも良い。これらの成分が上述の結合相成分として添加した成分に該当する。また超硬合金の結合相には硬質相を構成する金属元素が固溶しうる。上述のようにCo以外の成分が結合相成分として含まれている場合、結合相の総量に対してCoは70質量％以上含まれているのが好ましく、80質量％以上含まれているのがより好ましい。

【0030】

本発明の超硬合金は、Cr及び／又はVを前記結合相に対して炭化物換算で２～20質量％含む。Crを炭化物換算で２～20質量％添加すると、焼結時におけるWCの粒成長が抑制されるとともに、耐食性が向上する。Vを炭化物換算で２～20質量％添加すると、Crよりもさらに粒成長抑制効果が得られる。Cr及び／又はVの添加量は炭化物換算で3～18質量％であるのが好ましく、4～15質量％であるのがより好ましい。

【0031】

Cr及びV以外の周期律表第４～６族からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含んでいても良い。上記元素の総含有量は炭化物換算で0.2～５質量％であるのが好ましい。上記元素の総含有量は炭化物換算で0.5～４質量％であるのがより好ましく、1～3質量％であるのがさらに好ましい。なお、これらの成分は結合相にも固溶しうる。

【0032】

上記元素の炭化物及び／又は炭窒化物からなる化合物相を含み、化合物相の粒径は0.02～２μmであるのが好ましい。化合物相は、複数の化合物が単独で存在していても良いし、固溶相を形成していても良い。固溶相としては、例えば（Ta,Nb）C，（W，Ti）C，（W，Cr，Ti）C，（W，Ti）CN，（Ｗ，Ti，Nb）C等が挙げられる。化合物相の粒径は0.05～1μmであるのがより好ましい。

【0033】

本発明の一実施態様による超硬工具は、耐チッピング性の向上を重視し、下記式(4)：
-7X+12≦Y ・・・(4)
を満たすのが好ましい。超硬合金のWC相粒径を小さくしつつ、Coを主成分とする結合相量を多くすることにより、高硬度かつ高強度な金属箔（単層又は複数枚積層させたもの）を所定形状に連続して打抜いても刃先に欠けが生じにくく、より好適な超硬合金製の金属箔打抜き用工具が得られる。

【0034】

耐チッピング性をさらに向上させ、かつ耐摩耗性も従来品よりさらに改善するために、本発明の一実施態様による超硬工具は、下記式(5)及び(6)：
X≦0.9 ・・・(5)
-11X+22≦Y ・・・(6)
を満たすのがより好ましい。かかる超硬工具は、特に高硬度かつ高強度な金属箔を複数枚積層させて打抜くのに好適であり、打抜き荷重が上昇したとしても刃先に欠けが生じにくく、打抜き用工具刃先の摩耗を抑えることができる。つまり負荷の大きい条件や欠けが生じやすい形状の工具で打抜き加工する場合に有利となる。

【0035】

また本発明の一実施態様による超硬工具は、十分な耐チッピング性を確保しつつ、耐摩耗性の向上を重視し、下記式(7)及び(8)：
X≦0.7 ・・・(7)
-6.7X+9.1≦Y ・・・(8)
を満たすのが好ましい。超硬合金のWC相粒径を0.7μmと小さくすることにより、耐摩耗性をさらに向上させることができる。WC相粒径は0.6μm以下であるとさらに耐摩耗性に優れてより好ましく、0.4μm以下であるとさらに好ましい。またWC相の平均粒径Xμmと結合相の総量Y質量％が-6.7X+9.6≦Yの関係を満たすと、打抜き用工具の刃先に欠けも生じにくく安定して加工することができてより好ましく、-6.7X+10.1≦Yであるとさらに好ましい。

【0036】

本発明の一実施態様による超硬工具は、適宜用途に応じて、その表面に硬質被膜を被覆しても良い。それにより、工具寿命を延ばすことができる。硬質被膜の被覆方法は特に限定されないが、DLC、PVD、CVD等の既知の被覆方法を採用できる。

【0037】

また本発明の一実施態様による超硬工具は、その表面にショットピーニング、レーザーピーニング等の処理をして耐チッピング性を高めることができる。ショットピーニング及びレーザーピーニングは通常用いられている方法を採用できる。

【0038】

本発明の超硬工具の製造方法の一例を以下説明する。ただし、本発明の超硬工具の製造方法は以下のものに限らず、金属箔打抜き用工具などの超硬工具を製造する通常の方法であれば適用可能である。原料粉末をボールミル等で湿式混合した後、乾燥し、超硬合金の素材となる成形用粉末を調製する。成形用粉末を、金型成形、冷間静水圧成形（CIP）等の方法で成形する。得られた成形体を液相出現温度以上の温度で真空中又は不活性雰囲気中で焼結する。成形体の液相出現温度は、焼結の昇温過程で液相が発生する温度であり、示差熱分析装置を用いて測定する。焼結温度の上限は液相出現温度＋100℃以下であるのが好ましい。得られた焼結体に対して、さらにHIP処理を行っても良い。

【0039】

本発明の超硬工具は、アモルファス合金箔のような高硬度かつ高強度な金属箔を所定形状に連続して打抜くのに用いることができる。本発明の超硬工具は、HV200程度以上の被加工材で効果を発揮することができ、HV500以上の被加工材ではより効果を発揮でき、HV700以上の被加工材ではさらに効果を発揮する。被加工材の厚さは特に限定されず、例えば電磁鋼板等の厚さ100～500μmの一般的な金属板に対しても適用可能であるが、10～100μm程度の金属箔に対して好適であり、25～50μm程度の金属箔に対して特に好適である。被加工材の加工性により単層または積層での打抜き加工をすれば良く、打抜き方法も最適な方法で行えばよい。特にアモルファス合金箔を潤滑油を使用せずに打抜くのに好適である。またアモルファス合金箔等の高硬度かつ高強度な金属箔を複数枚積層させて打抜く場合であっても、打抜き用工具の摩耗を抑えることができる。従って、本発明の金属箔打抜き用工具は、アモルファス合金箔を複数枚積層させて潤滑油を使用せずに打抜く場合にも好適に用いることができる。

【0040】

超硬工具において、摩耗面から超硬合金のWC相が脱落すると、その部分は窪み、その周辺部は鋭角なWC粒子角部が突出しやすくなるため、摩耗面の粗さは大きくなる。その結果、打抜き時の被加工材と摩耗面との摩擦力も増大し摩耗面はさらに摩耗しやすくなる。つまり、摩耗面粗さが小さい超硬工具の摩耗面は打抜き時の被加工材との摩擦力が小さく、摩耗もしにくいことが分かった。

【0041】

すなわち、厚さ25μm及び硬度900 HVのアモルファス合金箔を５枚重ねた積層材に対してクリアランス5％t及び無潤滑で500回以上の打抜き加工試験を行った後、刃先部の表面粗さRaが0.1μm以下であるのが好ましい。ここで、刃先部の表面粗さRaの測定方法を図１を用いて説明する。刃先部の表面粗さRaは、図１(1) に示すように打抜き加工試験の後に超硬工具の刃先周辺の側面の摩耗している部分を摩耗部とし、工具端面から摩耗部の端までの距離（工具端面と垂直方向の長さ）をAとしたとき、工具端面からA/2の位置における打抜き方向に垂直な方向の線粗さRa（カットオフλcは8μmとし他はJIS B 0601に準拠した。）を意味する。凝着物を避けて計測しにくい場合、工具端面からA/8～A/2の範囲における位置において測定した値を刃先部の表面粗さRaとしても良い。

【0042】

また刃先にC面加工（図１(2)）又はＲ加工（図１(3)）等が施されている場合、それらの加工部と側面部の境界に相当する摩耗部位置（図１(2)及び図１(3)の矢印で示す位置）における打抜き方向に垂直な方向の線粗さRa（カットオフλcは8μmとし他はJIS B 0601に準拠した。）とする。凝着物を避けて計測しにくい場合や、刃先に加工が施されているが加工部と側面部の境界が明瞭でない場合には図１(1) の工具における測定位置に従う。

【0043】

線粗さRaの測定方法は、凝着物を避けて、または凝着物を除去してから測定長さ258μm以上で3カ所以上を全測定長さ1,000μm以上となるように測定するのが好ましい。また凝着物を避けて測定しやすいように、A/2の位置は工具端面から10μｍ以上の位置にあるのが望ましい。上記打抜き加工試験を行った後の刃先部の表面粗さRaは0.06μｍ以下であるのがより好ましく、0.04μｍ以下であるのがさらに好ましい。

【0044】

本発明の金属箔打抜き用工具は、潤滑油を使用して打抜きを行う場合は、より優れた耐摩耗性、耐チッピング性を発揮することができる。特許文献２に開示されているような積層材に対しても優れた性能を発揮する。アモルファス合金に限らす、ナノ結晶合金でも優れた性能を発揮できるし、通常の電磁鋼板打抜きの場合にはさらに優れた性能を発揮することができる。また、モータコア用の打抜きに限らず、各種用途に用いる箔、薄板の打抜きに適用できる。

【0045】

次に示す実施例では研削加工で作製した工具で性能評価を行い、本発明の超硬工具は種々の打抜き条件でも優れた性能を発揮することを示した。なお、打抜き工具が複雑な形状を有する場合には放電加工により作製することがある。このとき、例えば耐チッピング性向上を重視した超硬合金の工具であれば打抜き加工時に欠けになりうる放電加工時に発生する欠陥をごくわずかに抑えて優れた工具性能を発揮することができる。

【実施例】

【0046】

本発明を発明品によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

【0047】

実施例１
原料粉末として、粒径の異なるWC粉末（0.07～1.4μｍ）、Co粉末（1.3μm）、Ni粉末（2.5μm）、VC粉末（2.2μｍ）、TaC粉末（1.2μｍ）、Cr₃C₂粉末（2.3μm）及びMo2C粉末（3.4μm）を用い、表１に示す組成に粉末を配合して湿式混合し、乾燥して混合粉末を得た。この混合粉末を加圧成形した後、1320～1400℃の真空焼結を行い、さらにHIP処理を行って焼結体（超硬合金）を作製した。

【0048】

【表1】

【0049】

発明品1～15及び比較品1～５の超硬合金のWC相粒径、結合相量、抗折力及びビッカース硬度を以下の方法によりそれぞれ求めた。得られた結果を表２に示す。

【0050】

（WC相粒径）
発明品1～15及び比較品1～５の超硬合金のWC相の平均粒径Xを、超硬合金の任意の断面の組織を基にしてフルマンの式により求めた。

【0051】

（結合相量）
発明品1～15及び比較品1～５の超硬合金の結合相量Yは配合組成の質量比とした。

【0052】

（抗折力）
発明品1～15及び比較品1～５の超硬合金の抗折力（MPa）を、JISB4104の方法による抗折力測定（３点曲げ試験）により求めた。

【0053】

（ビッカース硬度）
発明品1～15及び比較品1～５の超硬合金のビッカース硬度（HV）を、ビッカース硬度計HV30を用いて計測した。

【0054】

【表2】

【0055】

発明品1～15及び比較品1～４の超硬合金を用いて、打抜き形状５mm角の打抜き用工具をそれぞれ研削加工により作製した。またこれに対応するダイを超硬合金（WC-1.0%Cr₃C₂-15Co，WC相粒径1.4μm）で作製し、これらの打抜き用工具を用いて、アモルファス合金箔（厚さ25μm）の打抜き試験を実施した。その際、工具寿命の傾向は打抜き条件によって変わるので、打抜き試験は以下の２条件（試験A、試験B）で実施した。なお比較品５については結合相量Yが1質量％と少なく、ポアが生じたため打抜き試験は実施しなかった。
(1) 試験A：単層のアモルファス合金箔（厚さ25μm、硬度900 HV）を、クリアランス10%t、無潤滑で打抜き加工した。
(2) 試験B：上記のアモルファス合金箔を単純に５枚重ねたもの（厚さ計125μm）を、クリアランス5％t、無潤滑で打抜き加工した。

【0056】

試験後の打抜き工具刃先をそれぞれ観察し、耐摩耗性及び耐チッピング性の評価を行った。耐摩耗性の評価は、摩耗が小さいものを〇、ある程度摩耗はしているが使用可能なものを△、摩耗が大きいものを×とした。耐チッピング性の評価は、欠けやチッピングが認められないものを〇、微小なチッピングが認められるものを△、比較的大きい欠けがあるものを×とした。得られた結果を表３に示す。

【0057】

【表3】

【0058】

(1) 試験Aについて
比較品１及び２は、WC相粒径が1.2μmより大きいため、耐摩耗性が低かった。比較品３は、WC相粒径が1.2μmより小さいが、WC相粒径に対して結合相量が27質量％と多いため、硬度が非常に低く、耐摩耗性が劣っていた。比較品４は、WC相粒径が0.25μmと小さいが、WC相粒径に対して結合相量が39質量％と多いため、硬度が非常に低く、耐摩耗性が劣っていた。発明品１～５及び14は、硬度が高いため微小チッピングが生じたが、使用には問題ない程度であった。またWC相粒径が1.2μmより小さく、硬度が高いので耐摩耗性が優れていた。発明品６～９，11及び12は、硬度が高すぎないので欠けやチッピングは認められず、WC相粒径が1.2μmより小さいため、耐摩耗性も優れていた。発明品10及び13は、WC相粒径がそれぞれ1.0μm及び0.90μmと1.2μmに近く硬度が低めであったため、ある程度摩耗したが、使用可能であった。発明品15は、WC相粒径が0.25μmと小さい一方で、結合相量が34質量％と多く硬度が低めであったため、ある程度摩耗したが、使用可能であった。

【0059】

(2) 試験Bについて
比較品１は、硬度が高いため微小チッピングが生じたが使用には問題ない程度であった。またWC相粒径が1.2μmより大きいため、耐摩耗性が低かった。比較品２は、欠けやチッピングは認められなかったが、WC相粒径が1.2μmより大きく、硬度も低いため、耐摩耗性が低かった。比較品３は、WC相粒径が1.2μmより小さいが、WC相粒径に対して結合相量が27質量％と多いため、硬度が非常に低く、耐摩耗性が劣っていた。比較品４は、WC相粒径が0.25μmと小さいが、WC相粒径に対して結合相量が39質量％と多いため、硬度が非常に低く、耐摩耗性が劣っていた。発明品１～４及び14は、硬度が高すぎるため、打抜き初期に大きな欠けが発生した。また早期に使用不可となったため、摩耗量の定量比較はできなかった。発明品５及び６は、WC相粒径が1.2μmより小さいため耐摩耗性に優れていたが、硬度が高すぎるため大きな欠けが発生した。発明品７，８及び10は、硬度が高いため微小チッピングが生じたが使用には問題ない程度であった。また、ある程度摩耗したが使用可能であった。発明品９は、WC相粒径が0.24μmと小さいため、耐摩耗性も優れていた。また微小チッピングが生じたが使用には問題ない程度であった。発明品11～13及び15は、硬度が低めであったため、ある程度摩耗したが、使用可能であった。

【0060】

実施例２
実施例１で行った打抜き試験Bにおいて、発明品５、７及び９、及び比較品２の500ショット及び1000ショット後の刃先部の各摩耗部の表面粗さRaを測定した。測定位置は前記の所定位置での線粗さとし、測定はレーザー顕微鏡OLS4100（オリンパス社製）にて凝着物を避けて、または凝着物を除去してから測定長さ258μmで４カ所を測定、カットオフλc＝8μmとしそれ以外はJIS B 0601に準拠して算出した数値を平均化した。得られた結果を表４に示す。

【0061】

【表4】

【0062】

発明品５はパンチ刃先の表面粗さRaが0.1μm以下で、硬さもHV1530と高いため耐摩耗性が優れていた。発明品７はパンチ刃先の表面粗さある程度摩耗したが使用可能であった。発明品９はパンチ刃先の表面粗さRaが非常に小さいため耐摩耗性が優れていた。比較品２はパンチ刃先の表面粗さRaが0.1μmを超えており、耐摩耗性が劣っていた。

【要約】

WC相と、Coを含む結合相からなる超硬合金を用いた超硬工具であって、前記WC相の平均粒径Xμmと、前記結合相の総量Y質量％とが、下記式(1)，(2)及び(3)：
X≦1.2 ・・・(1)
2≦Y ・・・(2)
-6.7X+6≦Y≦-14X+38 ・・・(3)
を満たし、Cr及び／又はVを前記結合相の総量に対して炭化物換算で２～20質量％含む超硬工具。

【図1】