(57)【要約】ポケット（６２）を含む本体（６４）から成る非コーティング切削工具（６６）。多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランク（６０）は切削チップ（７３）を有する。ブランク（６０）は、ろう付け合金を用いてポケット（６２）にろう付けされ、本体（６４）と多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランク（６０）との間にろう接継手（６３）が形成される。ろう付け合金は少なくとも約９００℃の液相温度を有し、該ろう付け合金は、ニッケルと金を含むニッケル−金ろう付け合金、銅と金を含む銅−金ろう付け合金、銀とチタンを含む銀−チタンろう付け合金、及び銀とパラジウムを含む銀−パラジウムろう付け合金を含む群から選択される。
2006528077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポケットを含む本体と、
ろう付け合金を使用して前記ポケットにろう付けされる多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクと、
少なくとも約９００℃の液相温度を有する前記ろう付け合金と、
を含む、非コーティング切削工具。
【請求項２】
前記ろう付け合金が金及び銅を含み、金が約３０重量％乃至約６０重量％の範囲内の量で存在し、銅が約４０重量％乃至約７０重量％の範囲内の量で存在する、請求項１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３】
前記ろう付け合金がニッケルをさらに含み、ニッケルが約２重量％乃至約７重量％の範囲内の量で存在する、請求項１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項４】
前記ろう付け合金が、約３５重量％乃至約４０重量％の金、約６０重量％乃至約６５重量％の銅、及び約１重量％乃至約５重量％のニッケルを含む、請求項３に記載の非コーティング切削工具。
【請求項５】
前記ろう付け合金が、約３０重量％乃至約４０重量％の金及び約６０重量％乃至約７０重量％の銅を含む、請求項１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項６】
前記ろう付け合金が、約５０重量％の金及び約５０重量％の銅を含む、請求項１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項７】
前記ろう付け合金が、約３７．５重量％の金及び約６２．５重量％の銅を含む、請求項１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項８】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約１０００℃である、請求項１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項９】
前記ろう付け合金が約９０重量％乃至約９８重量％の銀及び約２重量％乃至約１０重量％のパラジウムを含む、請求項１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項１０】
前記ろう付け合金が約９３重量％乃至約９７重量％の銀及び約３重量％乃至約７重量％のパラジウムを含む、請求項９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項１１】
ポケットを含む本体と、
ろう付け合金を使用してポケットにろう付けされる多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクと、
少なくとも約９４０℃の液相温度を有するとともに、金及びニッケルを含むろう付け合金であって、金が約６５重量％乃至約９０重量％の範囲内の量で存在し、ニッケルが約１５重量％乃至約２５重量％の範囲内の量で存在する、前記ろう付け合金と、
を含む、非コーティング切削工具。
【請求項１２】
前記ろう付け合金がパラジウムをさらに含み、パラジウムが約５重量％乃至約１５重量％の範囲内の量で存在する、請求項１１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項１３】
前記ろう付け合金が、約６５重量％乃至約７５重量％の金、約２０重量％乃至約２５重量％のニッケル、及び約５重量％乃至約１０重量％のパラジウムを含む、請求項１２に記載の非コーティング切削工具。
【請求項１４】
前記ろう付けが、約７０重量％の金、約２２重量％のニッケル、及び約８重量％のパラジウムを含む、請求項１３に記載の非コーティング切削工具。
【請求項１５】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約１０４０℃である、請求項１２に記載の非コーティング切削工具。
【請求項１６】
前記ろう付け合金が、約８０重量％乃至約８５重量％の金及び約１５重量％乃至約２０重量％のニッケルを含む、請求項１１に記載の非コーティング切削工具。
【請求項１７】
ポケットを含む本体と、
ろう付け合金を使用してポケットにろう付けされる多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクと、
少なくとも約９００℃の液相温度を有するとともに、銀、銅及びチタンを含むろう付け合金であって、銀が約６５重量％乃至約７５重量％の範囲内の量で存在し、銅が約２０重量％乃至約３０重量％の範囲内の量で存在し、チタンが約２重量％乃至約６重量％の範囲内の量で存在する、前記ろう付け合金と、
を含む、非コーティング切削工具。
【請求項１８】
銀が約６８重量％乃至約７０重量％の範囲内の量で存在し、銅が約２６重量％乃至約２８重量％の範囲内の量で存在し、チタンが約４重量％乃至約５重量％の範囲内の量で存在する、請求項１７に記載の非コーティング切削工具。
【請求項１９】
材料除去作業において工作物から材料を除去するための非コーティング切削工具であって、該非コーティング切削工具が選択された切込み深さで工作物と係合し、
ポケットを含む本体と、
レーキ面と切削端、及び該切削端から離れて延出する脚部を有する多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクと、
を含み、
前記ブランクがろう付け合金を用いてポケットにろう付けされ、それによって前記本体及び前記多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクの間にろう接継手が形成され、
前記ろう付け合金が少なくとも約９００℃の液相温度を有し、ろう付け合金がニッケルと金を含むニッケル−金ろう付け合金、銅と金を含む銅−金ろう付け合金、金と銅とニッケルを含む金−銅−ニッケルろう付け合金、銀とチタンと銅を含む銀−チタン−銅ろう付け合金、及び銀とパラジウムを含む銀−パラジウムろう付け合金を含む群から選択され、
前記ろう接継手が、約１．５ｍｍ乃至約４．９ｍｍの距離で多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクのレーキ面から離れて配置され、前記脚部が切込み深さの少なくとも約１．７倍の長さを有する、
前記非コーティング切削工具。
【請求項２０】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約９６０℃であり、前記ろう付け合金が金及び銅を含み、金が約３０重量％乃至約６０重量％の範囲内の量で存在し、銅が約４０重量％乃至約７０重量％の範囲内の量で存在する、請求項１９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２１】
前記ろう付け合金がニッケルをさらに含み、ニッケルが約２重量％乃至約７重量％の範囲内の量で存在する、請求項２０に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２２】
前記ろう付け合金が約５０重量％の金及び約５０重量％の銅を含む、請求項１９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２３】
前記ろう付け合金が約３７．５重量％の金及び約６２．５重量％の銅を含む、請求項１９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２４】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約９４０℃であり、前記ろう付け合金が金及びニッケルを含み、金が約６５重量％乃至約９０重量％の範囲内の量で存在し、ニッケルが約１５重量％乃至約２５重量％の範囲内の量で存在する、請求項１９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２５】
前記ろう付け合金がパラジウムをさらに含み、パラジウムが約５重量％乃至約１５重量％の範囲内の量で存在する、請求項２４に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２６】
前記ろう付け合金が約８０重量％乃至約８５重量％の金及び約１５重量％乃至約２０重量％のニッケルを含む、請求項１９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２７】
前記ろう付け合金が約９０重量％乃至約９８重量％の銀及び約２重量％乃至約１０重量％のパラジウムを含む、請求項１９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２８】
前記ろう付け合金が約９３重量％乃至約９７重量％の銀及び約３重量％乃至約７重量％のパラジウムを含む、請求項２７に記載の非コーティング切削工具。
【請求項２９】
ポケットを含む本体と、
レーキ面及び切削端を有する超硬質ブランクであって、該ブランクがろう付け合金を使用してポケットにろう付けされ、それによって前記本体とブランクとの間にろう接継手が形成される、前記ブランクと、
液相温度を有する前記ろう付け合金と、
を含み、
前記超硬質ブランクが材料除去作業の際に工作物と係合して、切削力が前記ブランクに加えられ、ブランクの切削部に熱が生じられ、
前記ろう接継手における温度が前記ろう付け合金の液相温度より低くなるように、ろう接継手が前記切削端から選択距離だけ離れて配置され、それによって、ろう接継手が材料除去作業の間に前記ブランクをポケットに保持するのに十分なせん断強度を有する、
材料除去作業において工作物から材料を除去するための非コーティング切削工具。
【請求項３０】
前記超硬質ブランクが多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクを含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３１】
前記超硬質ブランクが多結晶ダイヤモンド・ブランクを含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３２】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約９５０℃であり、前記ろう付け合金が金及び銅を含み、金が約３０重量％乃至約６０重量％の範囲内の量で存在し、銅が約４０重量％乃至約７０重量％の範囲内の量で存在する、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３３】
前記ろう付け合金がニッケルをさらに含み、ニッケルが約２重量％乃至約７重量％の範囲内の量で存在する、請求項３２に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３４】
前記ろう付け合金が約５０重量％の金及び約５０重量％の銅を含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３５】
前記ろう付け合金が約３７．５重量％の金及び約６２．５重量％の銅を含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３６】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約９５０℃であり、前記ろう付け合金が金及びニッケルを含み、金が約６５重量％乃至約９０重量％の範囲内の量で存在し、ニッケルが約１５重量％乃至約２５重量％の範囲内の量で存在する、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３７】
前記ろう付け合金がパラジウムをさらに含み、パラジウムが約５重量％乃至約１５重量％の範囲内の量で存在する、請求項３６に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３８】
前記ろう付け合金が約８０重量％乃至約８５重量％の金及び約１５重量％乃至約２０重量％のニッケルを含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項３９】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約９００℃であり、前記ろう付け合金が銀、銅及びチタンを含み、銀が約６５重量％乃至約７５重量％の範囲内の量で存在し、銅が約２０重量％乃至約３０重量％の範囲内の量で存在し、チタンが約２重量％乃至約６重量％の範囲内の量で存在する、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項４０】
前記ろう付け合金が少なくとも９５０℃の液相温度を有し、約９０重量％乃至約９８重量％の銀及び約２重量％乃至約１０重量％のパラジウムを含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項４１】
前記ろう付け合金が約９３重量％乃至約９７重量％の銀及び約３重量％乃至約７重量％のパラジウムを含む、請求項４０に記載の非コーティング切削工具。
【請求項４２】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約６００℃であり、前記ろう付け合金が、約４０重量％乃至約５０重量％の金、約１０重量％乃至約２０重量％の銅、約１０重量％乃至約２０重量％の亜鉛、及び約２０重量％乃至約３０重量％のカドミウムを含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項４３】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約６００℃であり、前記ろう付け合金が、約４５重量％の金、約１５重量％の銅、約１６重量％の亜鉛、及び約２４重量％のカドミウムを含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項４４】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約６４０℃であり、前記ろう付け合金が、約５０重量％乃至約６０重量％の金、約１５重量％乃至約３０重量％の銅、約１０重量％乃至約２０重量％の亜鉛、及び約２重量％乃至約８重量％のカドミウムを含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項４５】
前記ろう付け合金の液相温度が少なくとも約６４０℃であり、前記ろう付け合金が、５６重量％の金、約２２重量％の銅、約１７重量％の亜鉛、及び約５重量％のカドミウムを含む、請求項２９に記載の非コーティング切削工具。
【請求項４６】
非コーティング切削工具を使用して約５０ロックウェルＣ乃至約６５ロックウェルＣの範囲内の硬度を有する合金鉄を含む工作物からネジ切り作業によって材料を除去する方法であって、
ポケットを含む本体を有する非コーティング切削工具を提供することであって、超硬質ブランクがろう付け合金を使用してポケットにろう付けされて、ろう接継手を形成し、前記ろう付け合金が少なくとも約９００℃の液相温度を有し、該ろう付け合金が、ニッケルと金を含むニッケル−金ろう付け合金、銅と金を含む銅−金ろう付け合金、金と銅とニッケルを含む金−銅−ニッケルろう付け合金、銀とパラジウムを含む銀−パラジウムろう付け合金、及び銀とパラジウムを含む銀−パラジウムろう付けを含む群から選択される、前記コーティング切削工具を提供することと、
多数のパス上で工作物をコーティング切削工具に係合することであって、各パスが前のパスにおける工作物から除去された材料の体積と略等しい若しくはそれより少ない体積の材料を除去する、前記工作物をコーティング切削工具に係合することを含む、前記方法。
【請求項４７】
前記係合ステップが、多数のパス上で工作物を非コーティング切削工具に係合させることを含み、各パスが前のパスにおける工作物から除去された材料の体積に略等しい体積の材料を除去する、請求項４６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超硬質ブランクを使用する切削工具に関する。より詳細には、本発明は、ろう付けされた多結晶性立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）ブランク、又はその代わりに、ろう付けされた多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）ブランクを使用する非コーティング切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削端となる切削要素として超硬質ブランクを使用する切削工具が知られていた。こうした切削工具は、切欠き若しくはポケットを含む切削工具本体を有する。ろう接継手が超硬質ブランク及び切削工具本体の間に形成されるように、超硬質ブランクはブレーズ（ろう付け）合金を使用して切欠き若しくはポケットにろう付けされる。
【０００３】
１つの代替方法では、超硬質ブランクは超硬質材料（例えば多結晶性立方晶窒化ホウ素若しくは多結晶ダイヤモンド）の層が上部に設けられた支持体（例えば炭化タングステン）を含んでいる。別の方法として、超硬質ブランクは単一部品の超硬質材料（例えば多結晶性立方晶窒化ホウ素若しくは多結晶ダイヤモンド）から構成される。材料除去作業の際に、超硬質層は、切削要素として機能するように被加工材料を除去するために被加工材料と接触する切削端を画定する。
【０００４】
材料除去作業の際に、超硬質材料の切削端及び被工作材料の間の接触点に熱（及び相当量の熱であることもある）が生成される。これは、切削工具がＰｃＢＮブランクを使用する場合に特にそうである。例えば三次元（Ｄ３）工具鋼（ＡＩＳＩ  Ｄ３）のように硬質な被加工材料から材料を除去するために超硬質ブランクを使用する場合に切削温度が高くなることもある。こうした材料は、ロックウェルＣ６０程度の硬度を有し、クエンチング硬度は約６４乃至約６６ロックウェルＣの範囲内で変動可能であり、焼戻し硬度は約５４乃至約６１ロックウェルＣの範囲内で変動可能である。ネジ切り、溝切り、仕切り、及び何か特別困難な旋盤／フライス加工の各作業等の特定の材料除去作業において切削温度が高くなることもある。
【０００５】
過剰な熱の発生のために、ろう付けされた超硬質ブランクを有する切削工具の使用により、切削工具本体から超硬質ブランクのろう付けを除去するという欠点が生じた。すなわち、超硬質ブランク及び被工作材料間の接触点において生成される熱は、超硬質ブランクを通過し、ろう接継手における温度をろう付け合金が溶融（若しくは軟化）するレベルに到達させるようにすることによって、ろう接継手のせん断強度を低下させる。ろう接継手のせん断強度の低下により、ろう接継手が弱められて、超硬質ブランクにかけられる切削力が超硬質ブランクを切削工具本体から離れられるようになる。
【０００６】
ろう付けされたＰＣＤブランクを使用する切削工具の使用によって炭素：炭素複合材料、研削材強化高分子材料、及び種々の木材から機械加工することによって材料を除去するような乾式切削プロセスもまた、一層高い切削温度を生じる可能性がある。上記のように、こうして切削温度が高くなると、結果的にろう接継手における温度が高くなる可能性がある。ろう接継手における温度がこのように高くなると、結果としてろう付け合金が軟化又は溶融することによって、せん断強度を低下させ、ＰＣＤブランクにかかる切削力の影響を受けてＰＣＤブランクを切削工具本体から引き離したり、若しくは分離させたりすることになる。
【０００７】
切削温度を考慮に入れた切削工具にかかる切削力の程度、ろう接継手における温度、ろう付け合金の液相温度、及びろう付け合金のせん断強度は、超硬質ブランクが切削工具のポケットに保持される機能に影響を及ぼすように見える。ろう接継手における温度が一定のレベルに到達すると、ろう接継手のせん断強度の減少が始まる。ろう接継手のせん断強度が超硬質ブランクにかかる切削力に対してその全体を維持することが必要不可欠でないとき、超硬質ブランクは切削工具本体から分離されることになる。理解できるように、切削工具本体からの超硬質ブランクの時期尚早の（若しくは突発的な）分離若しくは取り外しは結果的に望ましくない。
【０００８】
このように、切削端となる切削要素としてろう付けされた超硬質ブランクを使用する非コーティング切削工具を提供することは望ましいということなり、切削工具本体及び超硬質ブランク間のろう接継手が、材料除去作業の際に生じた熱に耐えることができる。
【０００９】
切削端となる切削要素としてろう付けされた超硬質ブランクを使用する非コーティング切削工具であって、切削工具本体及び超硬質ブランク間のろう接継手は、ろう接継手の完全性を維持するように材料除去作業の間にろう接継手に存在する温度における十分なせん断強度を維持するろう付け合金（即ち、高温ろう付け合金）を使用して材料除去動作の際に生じられる熱に耐えられる、上記非コーティング切削工具を提供することもまた望ましいことになる。
【００１０】
切削端となる切削要素としてろう付けされた超硬質ブランクを使用する非コーティング切削工具であって、切削工具本体及び超硬質ブランク間のろう接継手は、切削工具本体及び超硬質ブランク間のろう接継手は、該ろう接継手の完全性が材料除去作業の間に維持されるようにろう接継手が過度の温度にさらされるのを緩和するために超硬質ブランクの形状及びデザインとともに高温ろう接継手の使用により材料除去動作の間に生じられる温度に耐えることができる、上記非コーティング切削工具を提供することもさらに望ましいことになる。
【００１１】
最後に、切削端となる切削要素としてろう付けされた超硬質ブランクを使用する非コーティング切削工具であって、切削工具本体及び超硬質ブランク間のろう接継手は、ろう接継手の完全性が材料除去作業の間に維持されるようにろう接継手が過度の温度にさらされるのを緩和するために超硬質ブランクの形状及びデザインとともに高温ろう接継手の使用により材料除去動作の間に生じられる熱に耐えることができる、上記非コーティング切削工具を提供することが望ましいことになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１つの形態において、本発明は、ポケットを含む本体を有する非コーティング切削工具である。多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクは、ろう付け合金を用いてポケットにろう付けされる。ろう付け合金は、少なくとも約９００℃の液相温度を有する。
【００１３】
さらに別の形態において、本発明は、ポケットを含む本体から成る非コーティング切削工具である。多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクはろう付け合金を使用してポケットにろう付けされる。ろう付け合金は少なくとも約９４０℃の液相温度を有する。このろう付け合金は金及びニッケルを含み、金が約６５重量％乃至約９０重量％の範囲内の量で存在し、ニッケルが約１５重量％乃至約２５重量％の範囲内の量で存在する。
【００１４】
さらにまた別の形態において、本発明は、ポケットを含む本体から成る非コーティング切削工具である。多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクはろう付け合金を使用してポケットにろう付けされる。ろう付け合金は少なくとも約９００℃の液相温度を有する。このろう付け合金は銀、銅及びチタンを含み、銀が約６５重量％乃至約７５重量％の範囲内の量で存在し、銅が約２０重量％乃至約３０重量％の範囲内の量で存在し、チタンが約２．５重量％乃至約６．５重量％の範囲内の量で存在する。
【００１５】
なおまた別の形態において、本発明は、材料除去作業において工作物から材料を除去するための非コーティング切削工具であって、該非コーティング切削工具が選択された切込み深さで工作物と係合する。この非コーティング切削工具は、ポケットを含む本体を有する。多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクは、レーキ面、切削端、及び該切削端から離れて延出する脚部を有する。ブランクは、ろう付け合金を使用してポケットにろう付けされ、それによって本体及び多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクの間にろう接継手が形成される。ろう付け合金は少なくとも約９００℃の液相温度を有し、該ろう付け合金は、ニッケルと金を含むニッケル−金ろう付け合金、銅と金を含む銅−金ろう付け合金、金と銅とニッケルを含む金−銅−ニッケルろう付け合金、銀とチタンと銅を含む銀−チタン−銅ろう付け合金、及び銀とパラジウムを含む銀−パラジウムろう付け合金を含む群から選択される。ろう接継手は、約１．５ｍｍ乃至約４．９ｍｍの距離だけ多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクのレーキ面から離れて配置され、脚部は切込み深さの少なくとも約１．７倍の長さを有する。
【００１６】
さらにまた別の形態において、本発明は、材料除去作業において工作物から材料を除去するための非コーティング切削工具であり、この非コーティング切削工具は、ポケットを含む本体を有する。超硬質ブランクはレーキ面及び切削端を有し、ブランクはろう付け合金を用いてポケットにろう付けされ、それによって本体及びブランクの間にろう接継手が形成される。ろう付け合金は液相温度を有する。超硬質ブランクは、材料除去作業の際に工作物と係合して、切削力が超硬質ブランクに加えられ、該超硬質ブランクの切削端に熱が生じられる。ろう接継手の温度がろう付け合金の液相温度より低くなるように、ろう接継手は選択された距離だけ上記切削端から離れて配置され、それによって、ろう接継手は、材料除去作業の際に超硬質ブランクをポケットに保持するのに十分なせん断強度を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面を参照すると、図１及び図２は、概して切削工具２０と示される非コーティング切削工具の一実施の形態を示している。切削工具２０は、切欠き又はポケット２４を含む本体２２を有する。本体２２は、多数の材料から形成されることができるが、１つの好ましい材料はコバルト結合炭化タングステンである。切欠き２４は本体２２の一角部に設置されるが、この切欠きが本体２２の対向角部若しくは四隅すべてにあってもよいことを理解すべきである。
【００１８】
多結晶性立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）ブランク２５は、切欠き２４において本体２２にろう付けされる。ＰｃＢＮブランク２５はコバルト／タングステン炭化物支持体２６を含み、その上に多結晶性立方晶窒化ホウ素２７の層が設けられる。ＰｃＢＮの特定の組成物を以下に示すが、一般的なＰｃＢＮ材料は、立方晶窒化ホウ素と、例えば炭化チタンやコバルトあるいは何か別の好適なバインダ材料などの他の材料との混合物である。ろう接継手２８は、本体２２及びＰｃＢＮブランク２５間の接合点にある。上記のように、発明の１つの目的は、ろう付けされた超硬質ブランクを使用する非コーティング切削工具を提供することであり、切削工具本体とＰｃＢＮブランクとの間のろう接継手は材料除去作業の際に生じた熱に耐えることができる。この目的を達成するための１つの方法は、高温ろう付け合金を使用することである。この点について、こうした用途に対する１つの容認可能なろう付け合金は、液相温度（即ち、合金が完全に液状であるところの最低温度）が少なくとも約９００℃である高温ろう付け合金である。本明細書の表１に特定されたようなろう付け合金は好適な高温ろう付け合金である。
【００１９】
図３を参照すると、概して４０として示される非コーティング切削工具の別の実施の形態が示されている。切削工具４０は、ネジ切り工具の一例である。切削工具４０は、ポケット４４及び開口４５を含む本体４２を含んでいる。切削工具２０の本体２２に関して上述したように、本体４２は、コバルト結合炭化タングステンを含む多数の材料から形成されることもできる。非コーティング多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランク４６は、ポケット４４内にろう付けされる。ＰｃＢＮブランク４６は、ＰｃＢＮ層４８及び超硬合金（例えばコバルト結合炭化タングステン）支持体５０から構成される。ＰｃＢＮブランク４６はレーキ面５２及びフランク面５４を有する。レーキ面５２及びフランク面５４の交点には切削端５６が形成される。
【００２０】
図１及び図２の切削工具２０と同様に、ＰｃＢＮ層の組成物は、特定の用途に応じて変更することもできる。ＫＤ０５０はＰｃＢＮ層の特定の組成物であり、この組成物は、約５０体積％の立方晶窒化ホウ素及び約５０体積％の炭化チタンから構成される。ＫＤ１２０はＰｃＢＮ層の別の特定の組成物であり、この組成物は、約８８体積％の立方晶窒化ホウ素及び約１２体積％のコバルトから構成される。支持体５０は、用途に応じて種々の組成物のいずれからも構成することができる。上記のように、支持体５０の１つの一般的な材料はコバルト結合炭化タングステンである。
【００２１】
図４及び図５を参照すると、概して６６で表示されるネジ切り工具に対して本体６４のポケット６２にろう付けされるＰｃＢＮブランク６０の配置が図式的に示されている。ＰｃＢＮブランク６０は、ＰｃＢＮ６８の層及びコバルト結合炭化タングステン支持体７０から構成される。ろう接継手６３は、ＰｃＢＮブランク６０と、ポケット６２を画定する工具本体６４の表面との間にある。ＰｃＢＮブランク６０はレーキ面７１及びフランク面７２を有する。切削端７３はレーキ面７１とフランク面７２との交点にある。
【００２２】
上記のように、発明の目的は、ろう付けされた超硬質（ＰｃＢＮ）ブランクを使用する非コーティング切削工具を提供することであり、切削工具本体とＰｃＢＮブランクとの間にあるろう接継手は材料除去作業の際に生じた熱に耐えることができる。切削作業の際にろう接継手が該ろう接継手に存在する温度に耐える能力を最適化する方法は、ＰｃＢＮブランク（即ち、切削端）及び被加工材料間の接触点から最適距離だけ離してろう接継手を配置することである。
【００２３】
ＰｃＢＮブランクの寸法が、接触点及びろう接継手間の距離を決定する。コバルト結合炭化タングステン支持体上のＰｃＢＮ層から構成される超硬質ブランクの場合、こうした寸法の選択は、接触点及びろう接継手間の距離によるろう接継手への熱保護の範囲に対してＰｃＢＮの層のサイズを増大し、又は支持体のサイズを増大する費用（又は、ＰｃＢＮの層のサイズ及び支持体のサイズを増大することの組み合わせのバランスをとることに基づいている。ＰｃＢＮの一部品である超硬質ブランクの場合、ＰｃＢＮ部分のサイズ（と結果としての費用）は、接触点及びろう接継手間の距離によってろう接継手の熱保護の範囲に対してバランスがとられる。
【００２４】
図５Ａは、材料除去作業の間に発生するように、切削工具に対して熱勾配ラインＴmax及びＴ1乃至Ｔ5を示す概略図である。最高温度は、ＰｃＢＮブランクの切削端及び被工作材料間の接点にある（Ｔmax）である。温度勾配ラインＴ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、及びＴ5は、接触点から異なる距離をおいた地点の５つの異なる温度を示している。理解できるように、接触点からさらにまた離れると、温度は低下する。温度勾配は、以下の関係を有する。
Ｔ1＞Ｔ2＞Ｔ3＞Ｔ4＞Ｔ5
【００２５】
ろう接継手６３は、ＰｃＢＮブランクと、切削工具本体に含まれるポケットとの間の接合部から構成され、ろう接継手は２つの主要部分を有する。１つの部分はＰｃＢＮブランクと、ポケットの座り（又は図５Ａの水平）面との間にあり、他の部分は、ＰｃＢＮブランクと、バッキング（又は図５Ａにおいて垂直）面との間にある。これらの温度勾配ラインは、ろう接継手６３が接触点に近い位置における高温にさらされ、接触点から離れるほど温度が減少することを示している。切削端に対するろう接継手の位置に影響を及ぼすＰｃＢＮブランクの特定の寸法を選択することによって、ろう接継手に存在する温度を選択し、又は、ろう接継手に対するある程度の熱保護を少なくとも付与することができる。支持体及びＰｃＢＮ層から構成される超硬質ブランクの場合、支持体の厚さは、超硬質ブランクのこれら２つの構成要素のうち最も安価な構成要素であるので、一般的に増大される。支持体の厚さが増大される範囲は、切削温度、及び特定のろう付け合金の特性（例えば、液相温度及びせん断強度）によって決まる。ろう接継手に存在する温度、即ち、図５Ａにおいて約Ｔ５、がろう付け合金の液相温度よりも低く、ろう付け合金が十分なせん断強度を保持してろう接継手の完全性を維持し、これによって、ＰｃＢＮブランクに加えられることになる切削力に対抗してＰｃＢＮブランクを切削工具本体に保持することになるように、支持体の厚さは十分な厚さでなければならない。
【００２６】
図４及び図５に図示したような一実施の形態において、ＰｃＢＮブランク６０の長さ「ａ」は０．１９０インチ（４．８２ｍｍ）であり、ＰｃＢＮ層６８の厚さ「ｄ」は０．０３０インチ（０．７６ｍｍ）であり、支持体７０の厚さ「ｃ」は０．１６０インチ（４．１ｍｍ）であり、ＰｃＢＮブランク６０の全体の厚さ「ｂ」は、０．１９０インチ（４．８３ｍｍ）である。ＰｃＢＮブランクの脚長は寸法「ｅ」であり、それは約０．２２０インチ（５．５９ｍｍ）に等しい。
【００２７】
多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクを切削工具の本体にろう付けするのに有用な一般的ろう付け合金を以下の表１に示す。
【００２８】
【表１】
2006528077.tif 000003
【００２９】
上記の表１において、せん断強度はポンドで記録され、一辺が２分の１インチの炭化物が炭化物部材にろう付けされ、これら炭化物部材間のろう接継手（即ち、炭化物−炭化物ろう接継手）が純粋せん断に置かれる試験の結果である。ろう接継手は故障が生じるまで連続的に負荷がかけられ、その結果はろう接継手が故障した時点のポンドで示される。
【００３０】
切削工具は、ブランクのＰｃＢＮ層がＫＤ０５０組成物又はＫＤ１２０組成物のいずれか一方から成る上記ろう付け合金を使用して製造される。試験中に、本出願人は、低温ろう付け合金（即ち、６７５℃以下の液相線を有する合金）を使用したろう付けされたＰｃＢＮブランクを有する切削工具と比較して、高温ろう付け合金を使用するろう付けされたＰｃＢＮブランクを有するこうした切削工具が優れた性能結果を示していることを見出した。この方針に沿って、本出願人は、こうした結果が、約６０ロックウェルＣの範囲内の硬度を有し、クエンチング硬度が約６４乃至約６６ロックウェルＣの範囲内で変動可能であり、焼戻し硬度が約５４乃至約６１ロックウェルＣの範囲内で変動可能である、ＡＩＳＩ  Ｄ３工具鋼などの硬鋼の急回転の際に非常に良好であることを見出した。
【００３１】
以下で論じることから明らかなように、一部の例において本出願人は、切削工具本体と超硬質ブランクとの間のろう接継手が材料除去作業の際に過度の温度にさらされないような構造を有するろう付けされた超硬質ブランクを使用する切削工具と関連して、約６００℃乃至約６５０℃（あるいは約７５０℃）の範囲内の液相温度を有する低温ろう付け合金を使用することもまた予期している。前述したように、ＰｃＢＮブランクの寸法が被加工材料との接触点及びろう接継手間の距離を決定して、ろう接継手に対し一定の熱保護を行なう。支持体（若しくはＰｃＢＮ層）の厚さが増加する範囲は、切削温度及び特定のろう付け合金の特性によって決まる。こうした寸法は、ろう接継手における温度がろう付け合金の液相温度よりも低く、ろう付け合金がろう接継手の完全性を維持するのに十分なせん断強度を保持することによって、ＰｃＢＮブランクに加えられることになる切削力に対抗してＰｃＢＮブランクを切削工具本体に保持するように、選択されなければならない。下記の表２は、特定の例示としての有用な低温ろう付け合金の特性を示している。
【００３２】
【表２】
2006528077.tif 000004
【００３３】
図６を参照すると、概して７６と示される切削工具の断面図が示されている。切削工具７６は、ポケット８０を含む切削工具本体７８を有する。ＰｃＢＮブランク８２はろう付け合金を用いてポケット８２にろう付けされて、ＰｃＢＮブランクと、ポケット８０を画定する表面との間にろう接継手８４を形成する。ＰｃＢＮブランク８２は、単一部品の多結晶性立方晶窒化ホウ素から構成される。これは、支持体上に多結晶性立方晶窒化ホウ素の層を有するＰｃＢＮブランクとは対照的である。ＰｃＢＮブランク８２はレーキ面８５及びフランク面８６を有する。レーキ面８５とフランク面８６とが交差して切削端８７を形成する。
【００３４】
図７を参照すると、ろう付け合金を用いて工具の本体にろう付けされるＰｃＢＮブランク９２を有する溝切り工具９０が示される。この溝切り工具９０はTOP NOTCH（登録商標）構造であり、このTOP NOTCHは米国ペンシルバニア州ラトローブに在るケンナメタル（Kennametal Inc.）社の登録商標である。
【００３５】
図８を参照すると、ろう付け合金を用いて工具の本体にろう付けされるＰｃＢＮブランク９８を有するネジ切り工具９６が示される。このネジ切り工具９６はTOP NOTCH（登録商標）構造であり、このTOP NOTCHは米国ペンシルバニア州ラトローブに在るケンナメタル（Kennametal Inc.）社の登録商標である。
【００３６】
こうした切削工具（即ち、ネジ切り工具）を使用するときに優れた結果をもたらした１つの特定のネジ切り方法は、定容量ネジ切り方法である。この方法において、このパスの深さは一定して減少されて、工作物から除去される材料の体積はパスごとに一定している。この定容量であることを達成するために、パスごとの切込み深さに到達するように、以下のパス公式ごとにインフィードを利用する。
累積深さ＝初期の切込み深さ（ｄｏｃ）・（パス番号）1/2
下記の表３は、第１の４つのパスを示す方法の一例を示している。計算ごとに決定される更なるパスは、０．０７８９インチの雄ネジ面の高さを得るのに必要である。
【００３７】
【表３】
2006528077.tif 000005
【００３８】
定容量方法は、非コーティング切削工具を使用して約５０ロックウェルＣ乃至約６５ロックウェルＣの範囲内の硬度を有する合金鉄から成る工作物からネジ切り作業において材料を除去する方法として述べることができる。この方法は以下のステップを有する。即ち、ポケットを含む本体を有する非コーティング切削工具を提供するステップであって、超硬質ブランクがろう付け合金を使用してポケットにろう付けされて、ろう接継手を形成し、ろう付け合金が少なくとも約９００℃の液相温度を有し、該ろう付け合金が、ニッケルと金を含むニッケル−金ろう付け合金、銅と金を含む銅−金ろう付け合金、金と銅とニッケルを含む金−銅−ニッケルろう付け合金、銀とチタンと銅を含む銀−チタン−銅ろう付け合金、及び銀とパラジウムを含む銀−パラジウムろう付け合金を含む群から選択される、上記コーティング切削工具提供ステップ、及び、多数のパス上で工作物をコーティング切削工具と係合させるステップであって、各パスが前のパスにおいて工作物から除去された材料の体積とほぼ等しい体積の材料を除去する、上記係合ステップである。
【００３９】
定容量ネジ切り法は好ましいネジ切り方法であるが、本出願人は、１つ以上のネジ切りパスが、公式ごとに計算したものよりも小さい体積の材料又は前のパスにおいて除去されたものよりも小さい体積の材料のいずれかを除去してもよいことを想定している。したがって、こうした方法は、多数のパス上で工作物を非コーティング切削工具と係合させるステップを有し、各パスは、前のパスにおいて工作物から除去された材料の体積とほぼ等しいか、又はそれより小さい体積の材料を除去する。
【００４０】
本出願人は、本特許出願と同日付けで出願された同一発明者による、ろう付けされた超硬質ブランクを使用したコーティング切削工具（COATED CUTTING TOOL USING BRAZED-IN SUPERHARD BLANK）と題した米国特許出願があることを示している。
【００４１】
本明細書中に認められるすべての特許、特許出願、論文、及びその他の文献は、参考のために本明細書中に組み込まれる。発明の他の実施の形態は、明細書又は明細書中に開示された発明の実施を考慮することから当業者には明らかになり得る。本明細書及びそこに示されたいずれの例も、一例にすぎないものとして考え、発明の精神及び範囲が添付の請求の範囲によって指示されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、ポケット若しくは切欠きを備えた本体と、内部にろう付けされた非コーティング多結晶性立方晶窒化ホウ素インサートと、を有する非コーティング切削工具の一実施の形態の等角投影図である。
【図２】図２は、図１のハッチング２−２に沿った図１の切削工具の断面図である。
【図３】図３は、ポケット及びその内部にろう付けされたコーティングされていない多結晶性立方晶窒化ホウ素ブランクを含む非コーティング切削工具（即ち、ネジ切り工具）において、上記ブランクが多結晶性立方晶窒化ホウ素の層及び炭化タングステンの層から構成される、上記非コーティング切削工具の別の実施の形態の等角投影図である。
【図４】図４は、多結晶性立方晶窒化ホウ素の選択寸法を示す非コーティングネジ切り工具の一部を概略図示する上面図である。
【図５】図５は、多結晶性立方晶窒化ホウ素の選択寸法を示す図４の非コーティング切削工具を概略図示する側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、材料除去作業の際に生じることになるような熱勾配を示す図４の非コーティング切削工具の概略側面図である。
【図６】図６は、ＰｃＢＮブランクが単一部品のＰｃＢＮ材料から構成される非コーティング切削工具の角部の断面図である。
【図７】図７は、TOP NOTCH（登録商標）（TOP NOTCHは米国ペンシルバニア州ラトローブに在るケンナメタル（Kennametal）社の登録商標である）方式の構造を示す、非コーティング溝切り工具の等角投影図である。
【図８】図９は、TOP NOTCH（登録商標）（TOP NOTCHは米国ペンシルバニア州ラトローブに在るケンナメタル（Kennametal）社の登録商標である）方式の構造を示す、非コーティングネジ切り工具の等角投影図である。
【図１】
2006528077.tif 000006
【図２】
2006528077.tif 000007
【図３】
2006528077.tif 000008
【図４】
2006528077.tif 000009
【図５】
2006528077.tif 000010
2006528077.tif 000011
【図６】
2006528077.tif 000012
【図７】
2006528077.tif 000013
【図８】
2006528077.tif 000014
【国際調査報告】
2006528077.tif 000015
2006528077.tif 000016
2006528077.tif 000017
2006528077.tif 000018
2006528077.tif 000019