(57)【要約】  本発明は、切屑除去用の切削工具を被覆するための支持物体及びその方法に関する。支持物体は、ＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤ法において切削工具インサートを被覆する際に使用するのに適している。この支持物体は、少なくとも支持物体の表面及び／または前記表面下の層がＭＡＸ相の群Ｍｎ＋１ＡＸｎ（ｎ＝１、２、３）から選択された材料から少なくとも部分的になり、Ｍが周期律表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ及びＶＩＩＩ族から選択された１種または２種以上の元素及び／または前記元素の混合物の少なくとも1種であり、Ａが周期律表のＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ及びＶＩＡ族から選択された１種または２種以上の元素及び／または前記元素の混合物の少なくとも1種であり、且つＸが炭素及び／または窒素である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤ法における切削工具インサートの被覆の際、一つ以上の切削工具インサートを支えるのに適している支持物体であって、
前記支持物体の少なくとも表面及び／または前記表面の下の層が、ＭＡＸ相の群であるＭｎ＋１ＡＸｎ（ｎ＝１、２、３）から選択された材料から少なくとも部分的になり、
Ｍが、元素周期律表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ及びＶＩＩＩ族から選択された金属及び／または前記金属の混合物の少なくとも1種であり、
Ａが、元素周期律表のＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ及びＶＩＡ族から選択された金属及び／または前記金属の混合物の少なくとも1種であり、且つＸが、炭素及び／または窒素である、
ことを特徴とする支持物体。
【請求項２】
被覆の際、前記切削工具インサートが配置されることを目的とする前記支持物体の少なくとも区域が、前記ＭＡＸ相の群から選択された材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の支持物体。
【請求項３】
前記支持物体の全体が、前記ＭＡＸ相の群から選択された材料から実質的に成ることを特徴とする請求項１または２に記載の支持物体。
【請求項４】
前記支持物体の少なくとも一つの表面層が、前記ＭＡＸ相の群から選択された材料から実質的に成ることを特徴とする請求項１または２に記載の支持物体。
【請求項５】
前記表面層が、工具インサートの被覆の際、接触マークを回避するために十分な厚みであり、且つ前記支持物体の前記表面層の厚みが、好ましくは少なくとも２５μｍの大きさであることを特徴とする請求項４に記載の支持物体。
【請求項６】
前記支持物体が、三つ以上の側面を備える角錐形または円錐形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の支持物体。
【請求項７】
前記角錐形または円錐形の露出側面が、凸部または凹部であることを特徴とする請求項６に記載の支持物体。
【請求項８】
前記ＭＡＸ相の群から選択された材料が、Ｔｉ３ＳｉＣ２であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の支持物体。
【請求項９】
切削インサートが、被覆の際、請求項１に規定するような支持物体に位置決めされることを特徴とする
下地、及びＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤ法を用いて堆積した被膜より成る切削工具インサートを被覆する方法。
【請求項１０】
三つ以上の側面を備える角錐形または円錐形のような実質的にＴｉ３ＳｉＣ２の前記支持物体を備えること、または表面形態を含むかまたは含まない平坦な表面を有する実質的にＴｉ３ＳｉＣ２の前記支持物体を備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持物体と、付加された独立請求項の前段にしたがう切屑除去用の切削工具（割り出し可能な切削インサート）を被覆するためのその被覆方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ（化学蒸着）で堆積した耐摩耗層、具体的には超硬合金切削インサート上のＴｉＣ、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、ＴｉＮ及びＡｌ２Ｏ３が、３０年の間工業的に製造されてきた。ＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤ（中温化学蒸着）の層の堆積条件に係わる詳細、及びＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤを基にする層の設計が、文献並びに特許において広範囲に検討されてきている。
【０００３】
ＣＶＤ及び／またはＭＹＣＶＤ技術の主要な利点の一つは、同一バッチ処理において非常に沢山の工具の被覆が可能であり、インサートの大きさ及び使用する装置に依存して３０，０００個におよび、切削インサート全周に被膜を備えた安い製造価格のインサートを提供する。均一な被膜厚み分布を得るために、切削インサートの機能表面が、被覆作業の際、比較的等しく分離されていることが重要である。しかしながら、被覆作業の際に、工具が被覆されるだけでなく、切削インサートを載せる支持部は、インサートがこの支持部の表面とともに成長するような結果と成る。被覆サイクルの終了後にインサートが取除かれたときに、接触マークがこれらの場所に現れる。
【０００４】
これらの接触マークは体裁的な問題だけでない。このマークが金属切削作業の際の作業中に実際に表面に現れた場合、このマークが工具寿命の減少をもたらすであろう。さらに、インサートの支持表面は、切削インサートの工具ホルダーへの誤った位置決めを回避するために、膨らんだマークのない平坦にする必要がある。誤って位置決めされた切削インサートは、切削工具の性能にマイナスの影響をもたらす。即ち、靭性が減少し、加工部品の精度と表面仕上げが劣る。接触マークのマイナスの影響を最小にするために、幾つかの完全な配置が報告されており、これは機能面から他の区域にこのマークを移動することを目的とする。
【０００５】
ＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤで被覆したインサートのバッチ処理装てん方法の他の重要な態様は、切削インサートの形状の相違のために、非常に順応性を必要とする。典型的な標準ＣＶＤ及びＭＴＣＶＤの被膜は、内接円が５ｍｍから５０ｍｍまで変化する種々の大きさの切削インサートに堆積される。切削インサートの基本形は非常に変化し、例えば、長方形、八角形、四角形、円形、三角形、ダイアモンド形などである。切削インサートは、中央の穴を備えるか備えないで、２ｍｍから１０ｍｍまで変化する種々の厚みを有する。一つの典型的なＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤの被覆サイクルは、したがって、種々の配置を必要とする切削インサート全ての数百に相当する種々の形状に堆積する。したがって、均一装てん密度を得るために、種々の切削インサート形状に対して種々の配置を必然的に必要とするバッチ処理を装備する方法は、低価格及び短い準備時間に焦点を絞った製造環境では決して合理的に作動することができない。
【０００６】
欧州特許第４５４，６８６号は、特にＰＡＣＶＤを目的とした装備する方法を開示し、切削インサートは、中間スペーサのあるなしに係わらず中央ピンの互いの頂部に積み重ねられる。この方法をＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤに使用することは、種々の切削インサートは種々のピンの構成を必要とするので、第１に、上述するように普遍的な方法でないので、種々の不利益が生じるであろう。第２に切削インサートに穴を必要とする。第３に、厚いＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤの層を付ける場合、互いに成長する傾向が強まる積層された切削インサートからの圧力のため、切削インサートはスペーサ及び／または他の切削インサートに非常に強く付着するであろう。
【０００７】
米国特許第５，５７６，０５８号は、足部、肩部、首部及び頭部を含む種々の掛け釘配置を基にするバッチ処理装備方法を開示する。
【０００８】
普通に使用される装備配置は、切削インサートを受け皿の穴または溝に配置することである。この方法は、切れ刃または切削インサートの逃げ面に接触マークが付く。この方法は、切削インサートがその位置から落下することを回避するために、運搬及び受け皿への装備の際に非常に注意深い取扱いを必要とする。また、この配置は、自動切削インサートの装着法が使用される場合、切削インサートは非常に不安定な位置に配置しなければならないので、使用することが非常に難しい。
【０００９】
さらに別の方法において、切削インサートは棒にネジ止めされる。この棒は、上述と同じ危険を備える欧州特許第４５４，６８６号のように垂直に配置されか、または水平に配置される。水平配置のおもな欠点は、全ての形状の切削インサートを処理するために、必然的に種々の取り付けが必要となるので、種々の切削インサート形状に対して普遍性の不足である。さらに、この方法は、穴を備えるインサートだけに使用される。
【００１０】
最も普遍的な配置は、金網またはその他の表面（ほとんどはグラファイトで作られる）の必要なスペース表面に切削インサートを簡単に配置することを基本にしている。このバッチ処理は、この金網をスペーサによって互いに分離されている頂部に固定することによって、またはこの金網が固定されるグラファイト運搬具を用いることによって、積み重なり合う。この処理の最大の欠点は、今までのところ金網と切削インサートの間に形成される接触マークがほとんど存在する。これらのマークは、工具ホルダーへの切削インサートの不正確な位置だしとなり、且つ切削インサートの深刻な性能低下となるであろう。ほとんどが形成されたこれらのマークを除去するために、研削加工のようなある種の後処理を必要とする。この金網についての別の不都合は、切削インサートが堆積される前に比較的容易に互いに滑りあうことができるので、それによって切削インサート上に被覆されていない区域が現れる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、被覆の際切削インサートに接触マークを形成することを回避する支持物体を提供することである。
本発明の別の目的は、被覆の際切削インサートに積み重なりあいの形成を回避する支持物体を提供することである。
本発明の別の目的は、被覆の際切削インサートに積み重なりあいの形成を回避する方法を提供することである。
本発明の目的は、従属項の特徴とする部分に定義される特徴を備える方法及び支持物体によって実現される。
【００１２】
続いての記載において、我々は次のような事項を使用する。
事前被膜は、網または支持材料上で添付するＣＶＯ及び／またはＭＴＣＶＤの層を定義し、且つ、製造被膜は、ここで定義される最終製品状の耐摩耗性のＣＶＤ及び／またはＭＴＣＶＤの層の堆積に以前に被覆される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ここに使用される「ＭＡＸ相の群」は、材料がＭｎ＋１ＡＸｎ（ｎ＝１，２，３）を含むことを意味し、Ｍは、周期律表のＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ及びＶＩＩＩ族から選択された１種または２種以上の金属及び／または前記金属の混合物の少なくとも1種であり、Ａが、周期律表のＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ及びＶＩＡ族から選択された１種または２種以上の金属及び／または前記金属の混合物の少なくとも1種であり、且つ
Ｘが、炭素及び／または窒素である。
【００１４】
Ｔｉ３ＳｉＣ２は、ＭＡＸ相の群のひとつの材料であり、且つその注目すべき特性は既知である。その特性は、容易な機械加工性、硬さ、熱衝撃耐性、耐損傷性、強靭性、高温強度、耐酸化性及び耐食性である。いままではそれはＴｉ金属密度を有していた。この材料は、電気ヒータ用（国際出願第ＷＯ０２／５１２０８号）、溶融金属用（米国特許出願第２００３０７５２５１号）、及び切削インサートの被膜用（スウェーデン特許第０２０２０３６−０号）のような幾つかの適用が考慮されている。
【００１５】
本発明にしたがって、インサートと直接または間接に接触している表面及び／または支持物体が、ＭＡＸ相の群から選択された材料を実質的に含む場合、大きな接触マーク、特に突出しているマークを回避可能である驚くべきことが判明した。基本的に切削インサートと接触している支持物体（例えばポリアミドの円錐状など）の性質は、先行技術の問題を抑制できる。
【００１６】
本発明にしたがい、切削インサートと直接または間接に接触して使用される材料は、上記で定義したようなＭＡＸ相の材料を実質的に含み、好ましくは８５ｗｔ％以上を含んで成る。
【００１７】
一つの実施態様において、一つ以上のＭは、周期律表のＩＶＢ、ＶＢ及びＶＩＢ族から選択される。
一つの実施態様において、一つ以上のＡはＳｉ、Ａｌ、ＧａまたはＧｅである。
別の実施態様において、ＭＡＸ相は、Ｍｎ＋１ＡＸｎにおいてｎ＝２のタイプである。
さらに別の好ましい実施態様においては、ＭＡＸ相は、実質的にＴｉ３ＳｉＣ２好ましくは少なくとも８５ｗｔ％を含み、残部は、ＴｉＣ、ＴｉＳｉ２、Ｔｉ５Ｓｉ３またはＳｉＣの１種以上である。
【００１８】
この材料は、例えば米国特許第５，９４２，４５５号に記載するように先行技術において既知である。
【００１９】
この支持物体は、図１Ａ及び図１Ｂに示す実際の切削インサート形状に適するために、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥが双方の図に示される形状を表現する種々の幾何学形状に形成することができる。それぞれの支持物体は、図示しないが、支持する物体に接触する基部または主表面を有する。一般的には切削インサートは支持物体上に載せられ、切削インサートの穴に向かって突き出ている支持物体の部分を備える。実施例の点線は、被覆される両側側面を示す切削インサートを表現する。ほとんどの場合には、切削インサートを支持物体に重力保持されることに注目すべきである。中央穴を備えた切削インサートに対しては、その形状は３個以上の側面を備える角錐状、または円錐状のように好ましく作られる。この角錐形の円錐形は、また１０μｍ〜２ｍｍの半径と置き換えることができる。また、半径のあるまたは半径を備えないこの角錐形は、凹状及び／または凸状の中間側面区分を含んで製造することができる。可能な限り切削インサート形状に依存せずに普遍的な形状を保障するために、角錐形または円錐形の露出側面が、真っ直ぐであるか、或いは唯一つの半径例えば凹面がトランペット状または凸面が弾丸状のように形成することが好ましい。
【００２０】
角錐形または円錐形は、さらに容易にそれらの取り扱いをするために、幾分切り詰めることができる。また、切り詰められた角錐形または円錐形は、次の支持物体用の支持として使用することができる。
【００２１】
さらに、切り詰められた角錐形または円錐形は、ガス流形態を改良するために、中央の穴で作ることもできる。また、角錐形または円錐形の望ましい表面粗さは、利点を提供する。
【００２２】
単一側面を持った切削インサート、すなわち、インサートの底側は作業に使用されないインサートに対して、切削インサートは、ＭＡＸ相の群から選ばれた材料の支持物体上に直接位置決めすることができる。これは、この側面が重要でない効果であり機能的でないので、支持物体に向き合う切削インサートの側面上にさらに薄い層を備える。その後、この表面は穴の有無に関らず、平坦な表面或いは凸凹のある表面を形成することができる。この凸凹のある表面は、高さと平滑な寸法で規則的または不規則に変化する極小形態として形成することができる。図２Ａは、被覆作業の際に、単一側面を備える切削インサートの支持物体に使用できる表面形態を有する本発明の六つの支持物体の実施例を示す。図２Ｂは他の実施例を斜視図で示し、単一側面を備えた切削インサート用の本発明にしたがう支持物体一部分を示す。この図２Ｂは、巨視的または微視的な形状の双方を存在させることができる。
【００２３】
好ましい規則的かつ微視的な形態は、５０μｍ〜５ｍｍの基部と２０μｍ〜５ｍｍの高さとを備える三つ以上の側面を有する角錐形とすることができる。５０μｍ〜５００μｍのＲａ値を備える微細な表面粗さを得るためのブラスト加工、ブラシ加工またはスクラチ加工の方法が、不規則な形態を得ることができる。
【００２４】
好ましい実施態様においては、支持物体は、最初の製造被膜の使用前に、周期律表のＩＶＢ、ＶＢ及びＶＩＢ族からの金属の窒化物及び／または炭化物及び／または酸化物の５〜１００μｍの厚みの被膜で事前被覆される。
【００２５】
より厚い製造被膜の切削インサートを支持するために支持物体としての使用する際、より厚い被膜がこの支持物体の頂部に堆積される。驚くことには、このことはその結果にマイナスに影響を及ぼさないことが判明した。支持材料としての本発明にしたがう支持物体の寿命は、好ましい特性のいずれの劣化もなく、５０回の製造被膜の回数より多い。
【００２６】
切削インサートは、ＭＡＸ相の群から選ばれた材料で作られた本発明にしたがう支持物体上に位置決めするために支持される。
【００２７】
本発明は切削インサートを参照して記載したが、他の形の被覆構成物例えばエンドミル、摩耗部品などの処理に使用可能であることは明確である。
【００２８】
被覆する際に切削工具インサートが配置されることを意図している支持物体の少なくとも区域は、ＭＡＸ相の群から選ばれた材料から成る。ＭＡＸ相の群の材料から実質的に全体が成る支持物体に代えて、支持物体の少なくとも表面及び／またはこの表面の真下の層が、ＭＡＸ相の群から選ばれた材料から少なくとも部分的に成ることが考えられる。例えば、任意の材料の支持物体が、ＭＡＸ相の群から選ばれた材料の少なくとも一つの表面層で被覆される。この表面層は、工具インサートの被覆の際の接触マークを回避するために十分な厚みにする必要がある。この支持物体の表面層の厚みは、少なくとも２５μｍの厚みにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施例１
真っ直ぐな隅部を備える４つの側面を備える角錐形、すなわち、図１Ａ及び図２Ｂに示す１０ｍｍの側面と高さ７ｍｍの基部を備える改良型Ａは、少量の不純物を含むＭＡＸ相の材料Ｔｉ３ＳｉＣ２から作られ、以後改良型Ａ−ＭＡＸと称呼し、かつグラファイトの改良型Ａ−グラファイトと称呼する。この角錐形は、直径３ｍｍの規則的に配置された穴を有する平坦なグラファイト受け皿状に配置される。この角錐形は、２５μｍの合計厚みのＴｉ（Ｃ、Ｎ）＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＮのＣＶＤ及びＭＴＣＶＤの層で事前被覆される。Ｐ２５適用のための型式ＣＮＭＧ１２０４０８の超硬合金切削インサートが、二つの改良型の全ての角錐形上に位置付けされた。改良型当たり全部で１００個の角錐形が使用された。
【００３０】
約１５μｍの合計被膜厚みを備えるＴｉ（Ｃ、Ｎ）＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＮのＣＶＤ／ＭＴＣＶＤの製造被膜が、切削インサートに堆積された。
【００３１】
被覆後に、全ての切削インサートは、ステレオ顕微鏡でマークを１０倍の倍率で検査した。このマークは、目視不可、２０μｍ高さより小さい目視可能マーク、２０μｍ高さ以上のマークについて分類した。２０μｍ高さの臨界大きさは、この製品に良好な性能を与えることができる最大の大きさであるために選ばれた。
測定された切削インサートは、事前被覆した後に、最初の製造被膜の工程で被覆された。以下の表１はその結果を要約する。
【００３２】
表１                                                                        
目視可能マーク    ２０μｍ以下の    ２０μｍ以上の    付着
の無いインサー    目視可能マーク    目視可能マーク    程度
トの数            を有するインサ    を有するインサ
ートの数          ートの数                  
改良型              ７３              ２７              ０          なし
Ａ−ＭＡＸ
（本発明）
改良型                ０              ６２            ２８          付着
グラファイト
（従来例）                                                                  
【００３３】
改良型Ａ−ＭＡＸは、同一の支持物体の形状を備えるのにもかかわらず、Ａ−グラファイトより少なくかつ小さなマークであることが明確である。また、Ａ−ＭＡＸの角錐形は付着が無い。この試験は、ＭＡＸ相の群から選ばれた材料の支持物体の利点を示す。
【００３４】
実施例２
９１ｗｔ％のＷＣ−９ｗｔ％のＣｏの組成を有しＸＯＭＸ０９０８−ＭＥ０６形状の単一の側面を備える超硬合金切削インサートが用いられた。堆積前に、被覆されていない下地は洗浄された。約５μｍの合計被膜厚みを有するＴｉ（Ｃ、Ｎ）＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＮのＣＶＤ製造被膜が切削インサートに堆積された。
【００３５】
この切削インサートは、図１Ａのものと同じで軽量であるが大きい平らな受け皿の上で直接堆積された。この受け皿は、改良型Ａ−ＭＡＸで少量の不純物を含む実質的にＴｉ３ＳｉＣ２を含んで成るグラファイトの支持物体、及び改良型Ａ−グラファイトから成る。この領域の厚みは５ｍｍであった。この領域は、製造被膜の検査前に、ＣＶＤ及びＭＴＣＶＤのＴｉ（Ｃ、Ｎ）＋Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＮの被膜で２０μｍの合計被膜厚みに事前被覆された。全部で１００個のインサートが被覆された。
【００３６】
被膜製造後に、全部の切削インサートが、実施例１にしたがって検査された。
測定された切削インサートは、事前被覆した後、最初の製造被覆工程において被覆された。表２はその結果の要約である。
【００３７】
表２                                                                        
目視可能マーク    ２０μｍ以下の    ２０μｍ以上の    付着
の無いインサー    目視可能マーク    目視可能マーク    程度
トの数            を有するインサ    を有するインサ
ートの数          ートの数                  
改良型              ８８              １２              ０          なし
Ａ−ＭＡＸ
（本発明）
改良型                ０              ７７            ２３          付着
グラファイト
（従来例）                                                                  
【００３８】
本発明の改良型Ａ−ＭＡＸは、最良の結果を明確に示し、大部分の切削インサートはいずれのマークもなく完全であり、マークの付いたものはそのマークが２０μｍより小さかった。また、この実施例において、付着の明確な相違を検出することができた。
【００３９】
本発明は、論理的かつ生産的な状態でかつ硬質かつ耐摩耗性の耐火性層を備えた大きな容積の切削インサート被覆するための方法及び支持物体に関する。この方法は、被覆過程に使用する耐久性のある支持材料として、ＭＡＸ相の群から選ばれた材料の使用を基にする。この方法において、従来の方法の欠点すなわち接触マークを減少させることを可能であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の種々の幾何学的形状の支持物体の実施例を断面図で示し、切削インサートを支持するために用いることができる。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの幾つかの実施例を斜視図で示す。
【図２Ａ】図２Ａは６種の実施例を側面図で示し、被覆作業の際単一の側面を備えた切削インサート用の支持物体に使用できる表面形態を有する本発明にしたがう支持物体分である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の支持物体の一部分である別の実施例を斜視図で示し、単一の側面を持った切削インサートの被覆に使用できる。
【図１Ａ】
2007518878.tif 000003
【図１Ｂ】
2007518878.tif 000004
【図２Ａ】
2007518878.tif 000005
【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
2007518878.tif 000007
2007518878.tif 000008