(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削インサートボディの全厚みに亘って形成された複数のキャビティを有する切削インサートボディと、
各キャビティにそれぞれ配置される複数の切削チップであって、該切削チップが前記切削インサートボディの前記キャビティに挿入されたときに、機械的保持又は係止をもたらすジオメトリを有すると共に、個々の前記切削チップと前記切削インサートボディとの間にろう付け接合部を有する切削チップと、を備え、
前記切削チップは括れ部を有する鳩尾形状であり、
前記キャビティは、前記切削チップの形状に対応する形状を有し、
前記切削インサートボディは、超硬合金、サーメット又は硬質合金から成形され、
個々の前記切削チップは全体が超硬質材料で成形され、該超硬質材料は、立方晶窒化硼素又は多結晶ダイヤモンドを含む第１層と半導体材料である第２層とを含む複合体を備え、
前記超硬質材料は、少なくとも一つの窒化物、炭窒化物、酸化物又は周期律表のＩＶａ族〜ＶＩａ族から選択された金属の硼化物をさらに含む切削インサート。
【請求項２】
前記複合体は金属、非金属又はその合金を有する層を含む請求項１に記載のインサート。
【請求項３】
前記切削チップは頂面と反対側の底面とを備え、前記超硬質材料は前記頂面から前記底面まで延び、これによって二つの切削エッジを定める請求項１に記載のインサート。
【請求項４】
前記切削チップは、丸い前向きノーズと、該ノーズで出会う一対の交差する前向きの面とを備える請求項１に記載のインサート。
【請求項５】
前記括れ部は、減少した幅の部分で出会う一対の第１の傾斜した面と一対の第２の面とを備える請求項１に記載のインサート。
【請求項６】
前記切削インサートボディは、ＷＣ及びＣｏを含む超硬合金で成形され、該超硬合金は１０〜２０重量％Ｃｏを含む請求項１に記載の切削インサート。
【請求項７】
前記切削インサートボディは、多角形、長円形又は円形の形態である請求項１に記載の切削インサート。
【請求項８】
前記切削インサートボディは、多角形の形態である請求項７に記載の切削インサート。
【請求項９】
少なくとも前記切削チップの一つ及び切削インサートボディは、少なくとも一部にコーティングを有している請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１０】
前記切削インサートボディは、チップ・ブレーカ構造を備える請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１１】
前記切削インサートは、２つの切削チップを備える請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１２】
前記切削インサートは、４つの切削チップを備える請求項１に記載の切削インサート。
【請求項１３】
切削インサートボディの全厚みに亘って形成された複数のキャビティを有する切削インサートボディと、
各キャビティにそれぞれ配置される複数の切削チップであって、該切削チップが前記切削インサートボディの前記キャビティに挿入されたときに、機械的保持又は係止をもたらすジオメトリを有すると共に、個々の前記切削チップと前記切削インサートボディとの間にろう付け接合部を有する切削チップと、を備え、
前記切削チップは括れ部を有する鳩尾形状であり、
前記キャビティは、前記切削チップの形状に対応する形状を有し、
前記切削インサートボディは、超硬合金、サーメット又は硬質合金から成形され、
個々の前記切削チップは、基材と部分的に一体化された超硬質材料で成形され、
前記超硬質材料は、立方晶窒化硼素又は多結晶ダイヤモンドを含む第１層と、半導体材料である第２層とを含む複合体を備え、さらに、少なくとも一つの窒化物、炭窒化物、酸化物又は周期律表のＩＶａ族〜ＶＩａ族から選択された金属の硼化物をさらに含む切削インサート。
【請求項１４】
前記切削チップは、丸い前向きノーズと、該ノーズで出会う一対の交差する前向きの面とを備える請求項１３に記載のインサート。
【請求項１５】
前記括れ部は、減少した幅の部分で出会う一対の第１の傾斜した面と一対の第２の面とを備える請求項１３に記載のインサート。
【請求項１６】
前記切削インサートボディは、ＷＣ及びＣｏを含む超硬合金で成形され、該超硬合金は１０〜２０重量％Ｃｏを含む請求項１３に記載の切削インサート。
【請求項１７】
少なくとも前記切削チップの一つ及び切削インサートボディは、少なくとも一部にコーティングを有している請求項１３に記載の切削インサート。
【請求項１８】
前記切削インサートボディは、チップ・ブレーカ構造を備える請求項１３に記載の切削インサート。
【請求項１９】
前記複合体は金属、非金属又はその合金を有する層を含む請求項１３に記載のインサート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超硬質研磨材料から形成された切刃を有する切削インサート及びこの切削インサートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術の説明では、引例が特定の構造及び方法を作ることになるが、このような引用例は、これらの構造及び方法が適用可能な法規定の下で従来例とみなされるということを必ずしも承認されたものと解釈されるべきではない。出願人は、引用された主題の如何なるものも、本発明に関して従来例を構成するものではないとうことを説明するための権利を留保している。
【０００３】
典型的な割り出し可能な切削インサートは、コーナ部を露出させた超硬質材料で作られ、多角形をなしている。立方晶窒化硼素や多結晶ダイヤモンドなどの超硬質材料は、金属などの硬い被削材の切削に役立っている。一般的に、これらの切削インサートは、コーナの一つ又は超硬質材料を含む領域を被削面に対して見せるように、切削工具の固定位置に取り付けられる。一定時間使用した後に、超硬質材料の領域は摩耗する。それから、切削インサートは、切削工具から外され、新しい使用していないコーナ又は超硬質材料を含む領域を被削面に対して見せるように回転させられる。
【０００４】
このようなインサートを製作するための２つの主要な方法がある。一つの方法によれば、スタック構造は、硬質基材の第１層と基材上で超硬質切削材料の層とを備えて形成されている。それから、切削チップはこのスタック構造から切断され、切削インサート・ボディに、一般的にはコーナ部でろう付けされる。引例によりここに取り込まれるKuroyama等による米国特許番号５１８３３６２号公報の開示は、全体として、このような技術を説明する。
【０００５】
しかしながら、いくつかの問題がこのような技術に関係付けられている。切削インサートのボディに対して切削チップを固定するろう付けは、構造的に弱い部分を作る。特に、これは、このような切削インサートの使用中に生じやすい高温によるものであり、ろう付け部分の近傍において生じる。このような技術によって引き起こされる他の問題は、被削材に対して提供され、摩耗に有効である超硬質材料の程度が制限されるということである。したがって、特別な切刃の有効な使用期間が制限されている。
【０００６】
割り出し可能な切削インサートを製造する第２の技術は、超硬質材料が満たされて形状が形成されるポケットを有するブランク又は基材を備えることを含んでいる。それから、基材に超硬質材料を結合する焼結工程に対してブランクを支配することを含んでいる。ブランクは、実質的に切削インサートがその最終的形状を得るために加工される。すなわち、超硬質材料の多角形ボディは、そのコーナに配置される。引例によりここに取り込まれる米国特許番号５６７６４９６号公報の開示は、全体として、このような技術を説明する。
【０００７】
このような技術もまた、所定の困難な問題を持っている。焼結工程によって、ブランク又は基材に超硬質材料を結合させることは、困難であり、コスト高となる。この点に関し、超硬質材料及び基材の原材料コストは、それらを結合させるために必要とされるプロセスサイクルに関係するコストと比較して相対的に低い。したがって、製造効率の視点からは、超硬質材料で作られた多くのコーナを持つ割り出し可能なインサートを作ることが望ましいと思われる。このようにすると、コストが高い結合プロセスサイクルの数が減少し、多数の切削コーナを持つインサートを作ることができる。しかしながら、このような切削インサートの消費者は、この技術を使用して単価がより高くなる比較的少ない切削コーナを持つ切削インサートを強く好むかもしれない。販売されているほとんどの切削インサートは、２〜４の切削コーナを持っている。
【０００８】
この第２の技術に関係している他の不利益は、超硬質材料の一つのポケットに欠陥があるならば、インサートが販売されず、破棄されなければならないということである。さらに、他の不利益なこと又は非効率的なことは、一つの切削インサートが高コストであり、難しいプロセスサイクルから作られるということである。
【０００９】
したがって、この技術分野においては、上述した問題及び他の問題の解決を図ることが必要になっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した問題及び他の問題の解決を図るデバイス及び方法を提供する。
【００１１】
本発明は、改良された割り出し可能な切削インサート及びこの切削インサートの改良された製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一つの特徴によれば、本発明は、次の技術事項を含む切削インサートの製造方法を提供する：（ｉ）４つ以上のポケットを有する基材及びポケット内に配置される超硬質材料を有するブランクを成形し；（ｉｉ）切削線に沿ってブランクを切削することによってブランクから切削チップを取り出し；（ｉｉｉ）対応する数の切削チップを受け入れるための複数のキャビティを有する切削インサート・ボディを準備し；（ｉｖ）複数の各キャビティに切削チップを挿入し；（ｖ）切削インサート・ボディに切削チップをろう付けする。
【００１３】
他の特徴によれば、本発明は、次の技術事項を含む切削インサートを備えている：複数のキャビティを有し；複数の各切削チップが各キャビティに配置され、切削チップは切削インサート・ボディのキャビティに挿入されたときに機械的保持又は係止を行うジオメトリを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による典型的な取り決め及び技術は、図面を参照することによって説明される。
【００１５】
本発明によれば、ブランクは、硬質材料及び超硬質切削材料から作られている。ブランクは、超硬質切削材料を受け入れるための複数のポケットと、そこに入る超硬質切削材料を有している。このようなブランクの実例となる実施形態が図１に示されている。図１に示されているように、ブランク１０は、複数のポケットを有する硬質材料の基材１２を備えている。ブランク１０は円板形を有するように図示される一方で、多角形などの他のジオメトリを持つことも可能である。また、ブランク１０に、取り扱いを容易にするスルーホールを形成することも可能である。同様にして、ポケット１４は、サイズ、配置、分布及び数が図示される実施形態と異なる態様をもつこともできる。例えば、ポケット１４は湾曲又はアーチ形を有するように示されている。しかしながら、長円形又は多角形などの他の形が、明確に検討されている。
【００１６】
図示される実施形態では、８つのポケット１４が基材１２に備えられている。他の数も明らかに可能である。前述したように、できるだけ超硬質切削材料を受け入れる多くのポケット１４をもつブランク１０を形成することが本発明として有利である。したがって、一つの実施形態によれば、基材は少なくとも６つのポケットをもっている。他の実施形態によれば、基材は少なくとも８つのポケットをもっている。
【００１７】
一方、図示されている実施形態は、対称に配置されている偶数のポケットを示す。また、７又は９などの奇数のポケットを備えることも、本発明の範囲内にある。また、ポケットは非対象のパターンで配置されることも検討されるべきである。
【００１８】
基材１２は、所定の適切な硬質材料から作られている。適切な材料の一例には、超硬合金、サーメット及び硬質合金が含まれる。一つの適切な構成は、１０〜２０重量％のＣｏ、好ましくは１５〜１７重量％のＣｏを含むＷＣ−Ｃｏ超硬合金である。
【００１９】
図２に示されるように、超硬質材料１６は一つ以上、好ましくは全てのポケット１４に備えられている。超硬質材料は、切削性に関して選択される所定の適切な材料で構成することもできる。超硬質材料１６は、最初は粉末の形態で備えられることもできる。代替的に、超硬質材料１６は予備プレスされた圧粉体とされることもできる。
【００２０】
超硬質材料は、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）などの窒化硼素又は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）などのダイヤモンド材料から構成することもできる。ＣＢＮやＰＣＤには、他の材料を添加してもよく、例えば、炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、及び／又は周期律表のＩＶａ族〜ＶＩａ族から選択された金属の硼化物を添加してもよい。超硬質材料１６は、第１層を形成するＣＢＮ又はＰＣＤ、及び半導体（例えばＳｉ）、金属（例えばＣｕ，Ｔｉ，Ａｌ）、非金属又はその合金の少なくとも第２層から構成することもできる。
【００２１】
超硬質材料１６がポケット１４内に配置された後に、ブランク１０は適切な処理を受け、超硬質材料１６と基材１２とが一体化される。処理は、高温及び高圧下で実施される焼結処理を含むことができる。初めに、超硬質材料が密でない粉体の状態にあるとき、例えば米国特許番号第５６７６４９６号に記載されているように、プレス作業が焼結前又は焼結中に実施されることができる。適切な作業の例が、米国特許番号第４９９１４６７号及び第５１１５６９７号に記載され、これらの開示が引例によってここに取り込まれている。
【００２２】
超硬質材料１６は、好ましくはブランク１０の頂面（図１及び２に図示する）からブランク１０の頂面の反対側の底面（図１及び２に図示せず）まで連続して延び、ポケット１４によって定められた基材１２のエッジ面に固定されている。
【００２３】
超硬質材料１６を基材１２に対して一体化する上記段階の後に、素材はカット又は他の方法でブランクから除去される。例えば、ブランク１０は、切削チップ２０の輪郭をそこに定める切削線１８に沿ってカットされることができる。
【００２４】
切削チップ２０は、所定の適切な切削、又は材料除去／分離方法によって除去されることもできる。以前のこのような方法は、ＥＤＭワイヤカットなどのワイヤカットである。
【００２５】
切削チップは所定の適切なジオメトリを備えることができる。本発明の一つの有利な特徴によれば、切削チップ２０は、後に詳細な説明がなされるように、割り出し可能な切削インサートのボディ内に配置された際、自身を機械的保持又は係止するジオメトリを備えている。図示された実施形態によれば、ブランク１０から除去される切削チップ２０は、一般に鳩尾形又はジオメトリとして特徴付けられることができる形状又はジオメトリを有している。
【００２６】
本発明によって検討されているこの種の切削チップ・ジオメトリの特別な図示例は、図３に示されている。図３に示されている切削チップ２０のジオメトリ又は形状は、以下のように説明されることができる。一対の交差する前側面２２ａ，２２ｂは、好ましくは丸く形成された前向きノーズ２４で繋がっている。前向きノーズ２４は、切削チップの使用中に被削材に対して差し出される。図３に示されるように、面２２ａ，２２ｂの部分とノーズ２４は、超硬質切削材料１６を備えている。ノーズ２４の頂点から、面２２ａ，２２ｂに沿って後方へ延びる超硬質切削材料の範囲は寸法Ｌに対応し、この部分は脚長と呼ばれることもできる。本発明の一つの実施形態によれば、寸法Ｌは少なくとも２ｍｍである。他の実施形態では、寸法Ｌを少なくとも３ｍｍとすることができる。
【００２７】
交差する面２２ａ，２２ｂに続いて、前向きノーズ２４から離れる方向に動くと、減少した幅の領域又は括れ部２５となる。括れ部は、一対の第２の面２８ａ，２８ｂと一対の傾斜した第１の面２６ａ，２６ｂとによって定められる。面２６ｂ，２８ｂと同じように面２６ａ，２８ａは、減少した幅の領域、喉のような形状を定める領域で出会う。切削チップは、平坦な面２９を備えることもできる。
【００２８】
切削インサートが切削インサート・ボディに配置された際に、インサート・ジオメトリが自身を位置決めし、自身を保持するものにおいて、上記ジオメトリに対する多くの変更が検討されている。
【００２９】
図４は、３つの他の切削チップの形態２０ａ，２０ｂ，２０ｃを図示している。これらの切削チップの形態は、そこに含まれる超硬質材料の量、ひいては脚長（Ｌ）に関して異なっている。切削チップ２０に含まれる超硬質材料の量は、切削線１８（図２）の位置を選択することによって変更することができる。大きさ、形態及び／又はブランク１０のポケット１４の深さも同様に変更可能である。図４に示されるように、切削チップ２０ｃは、全体が超硬質切削材料から形成されるように構成されたり、切削チップ２０ａは、超硬質材料が相対的に少ない量となるように構成されたりすることもできる。
【００３０】
本発明の上記切削チップは、切削インサートのボディに固定される。適切な切削インサート・ボディの一つの図示例が図５に示されている。図示されている切削インサート・ボディ３０は、切削チップ２０を受け入れるための適切な数のキャビティ３４，３５を有する硬質材料のボディ３２を備えている。キャビティ３４，３５は、そこに配置されている切削チップの形状又はジオメトリに対応する形状又はジオメトリを備えることが好ましい。
【００３１】
ボディ３２は、所定の適切な硬い材料で構成されている。適切な材料の例は、超硬合金、サーメット及び硬質合金を含んでいる。一つの適切な構成は、１０〜２０重量％のＣｏ、好ましくは１５〜１７重量％のＣｏを含むＷＣ−Ｃｏ超硬合金である。
【００３２】
図示例の多くの変更が検討されている。例えば、図示されたブランク３０は、一般に多角形又は菱形であり、２つの同一の切削チップを受け入れるために構成されている。しかしながら、ボディの形状は、他の多角形状、長円形又は円形とすることもできる。特別なタイプの取り付けのために使用される中心貫通孔は、省略されることができる。ボディ３０は、２つのチップよりも多くを受け入れるために構成されることもできる。例えば、４つのチップまでは各コーナに備えることもできる。ボディ３０に配置されるチップは互いに同じであるということは必要ない。切削チップ及び／又はボディ３０は、前もって、及び／又は切削チップの挿入に引き続いて、加工されることができる。切削インサート・ボディ３０及び／又は切削チップ２０は、コーティングが形成されることもできる。さらに、ボディ３０は、例えば、その開示が引例によってここに組み込まれる米国特許番号第５５６９０００号などの”チップ・ブレーカ”を備えることもできる。
【００３３】
図６は、保持されている切削チップを有する切削インサート・ボディ３２を備える割り出し可能な切削インサート６０を図示する。切削チップ２０は、所定の適切な技術によってボディ３２に固定されることができる。適切な技術は、はんだ付けやろう付けを含んでいる。一つのこのような技術は、その開示が引例によってここに組み込まれる米国特許番号第５１８３３６２号に記載されている。図示される実施形態では、切削チップがろう付け４０によってボディ３２に固定されている。
【００３４】
図７は、本発明の概念により形成された割り出し可能な切削インサート７０の他の実施形態である。切削インサート７０は、図４で説明されたように構成された切削チップ２０ｃを有している。
【００３５】
図８は、本発明により形成された切削インサート３００を従来のように形成された切削インサート１０００と比較している。図８に示されるように、本発明の切削インサート３００の超硬質材料の脚長は、従来の方法により形成された切削インサートの超硬質材料の脚長よりかなり長くなっており、切削チップの増加した工具寿命の可能性を提供する。
【００３６】
本発明及びその上記実施形態は、従来の切削インサート及びそれらの製造方法以上の多くの利益を提供する。
【００３７】
超硬質材料が配置される比較的多数のポケットを有するブランクを形成することによって、比較的多数の切削チップのそれぞれが、コストが高く、難しいプレス／焼結工程サイクルによって製造される。これによって、チップ当たりの単価が安くなり、経済性による利益を提供する。ブランクからチップを除去し、切削インサートのボディにそれらを固定することによって、各切削インサートは、ブランクから除去された数より少ない多数のチップを有することができる。したがって、相対的に少ない数の切削チップ、例えば２〜４のチップを有する切削インサートは、マーケットの需要に合うように製造されることができる。しかし、経済的方法で作られている利益は保持される。本発明の製造方法によるこれらの割り出し可能な切削インサートの製造コストは、発明の背景技術の中で説明された第２の技術によるインサートの製造コストよりも約５０〜６０％小さくすることができる。
【００３８】
また、本発明の技術は、本発明の背景技術で説明された第２の技術などと比較されたとき、生産性を高める利益を提供する。本発明の技術を利用するとき、一つの欠陥のある超硬質材料ポケットは、一つの切削チップが廃棄される結果を生じることがある。これに対して、第２の従来技術における一つの欠陥のある超硬質材料ポケットは、切削インサートの全体が廃棄されるという結果を生じることとなる。
【００３９】
本発明によると、切削チップは、切削インサートのボディ内でポジティブに配置されるジオメトリを備えている。したがって、ろう付け中に適所でインサートを保持するための複雑な固定の必要性がなくなる。さらに、切削チップのジオメトリは、切削インサートのボディ内での機械的保持を提供するものである。したがって、ろう付けの欠陥が全体的又は部分的に生じたとしても、切削インサートは上記機械的保持の特徴によって切削チップを保持することができる。
【００４０】
また、本発明の概念により形成された切削チップは、超硬質材料が従来の技術（例えば２〜３ｍｍ）によって達成されるよりも大きい脚長を有する切削チップの構成を容易にする。増加した脚長は、被削材の加工のために超硬質材料がより有用であることを提供する。これによって、切削チップの有効寿命に対する長さが増加する。さらに、本発明の切削チップの超硬質材料は頂面から底面まで延びている。これによって、切削インサートには、頂面上の第１の切削エッジ面と、切削インサートをひっくり返すことによって使用可能となる切削チップの底面上の第２の切削エッジ面とが備わる。
【００４１】
更なる利益は、この技術分野の当業者によって明らかにされる。
【００４２】
本発明の実施形態は、制限されるというよりは実例として説明することを意図するものであり、本発明の全ての可能な実施形態を提供することを意図したものではない。様々な変更が、文字通り及び法律によって認識された均等の範囲内で、以下のクレームに記載されるように、本発明の精神又は範囲から離れることなしに開示された実施形態で実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明により成形されたブランク又は予備成形物の平面図である。
【図２】超硬質材料で満たされたポケットと複数の切削チップを取り出すための切削線を有する図１のブランクの平面図である。
【図３】切削チップのジオメトリの詳細を示す平面図である。
【図４】本発明により形成された種々の切削チップの平面図である。
【図５】本発明により形成された切削インサート・ボディの平面図である。
【図６】本発明により形成された割り出し可能な切削インサートの平面図である。
【図７】本発明により形成された他の割り出し可能な切削インサートの平面図である。
【図８】本発明により形成された切削インサートを従来の切削インサートと比較しているイメージである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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