(57)【要約】工具（１０）を処理する方法は、表面粗さ及び摩擦抵抗を増大するために、該工具の少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することを含む。該工具は、切削工具インサートなどの様々な形態であってよい。粗面加工プロセスは、レーザビーム衝撃法、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ及び／又は反応性イオンエッチングのような任意の適した方法によって行われる。該方法によって製られた工具も開示する。
2004527382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料除去用工具であって、該工具は、複数の表面及び少なくとも１つの刃部を含んでおり、該工具は、前記刃部から離れて設けられた粗面加工領域を含む少なくとも１つの表面を含んでおり、前記領域の表面粗さは工具の他の表面よりも大きい材料除去用工具。
【請求項２】
粗面加工領域は、粗面加工領域が、工具による材料の除去を妨害しないように、前記切刃部から間隔を置いて設けられている請求項１の工具。
【請求項３】
該工具は、高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形から成る群から選択される少なくとも１つのプロセスによって作られる請求項１の工具。
【請求項４】
前記粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも３０μｉｎである請求項１の工具。
【請求項５】
該工具の摩擦抵抗は５ｉｎ−ｌｂｓより大きい請求項１の工具。
【請求項６】
該工具は、カーバイド、超硬合金、サーメット、立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド及びセラミックから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項１の工具。
【請求項７】
該工具は、それの少なくとも１つの表面上に形成されたコーティングをさらに含んでいる請求項１の工具。
【請求項８】
前記のコーティングは、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＮ及びＴｉＡｌＮから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項７の工具。
【請求項９】
該工具は８ｉｎ−ｌｂｓより大きい摩擦抵抗を有する請求項１の工具。
【請求項１０】
前記粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも６３μｉｎである請求項１の工具。
【請求項１１】
前記粗面加工領域は、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング及びレーザビーム衝撃法から成る群から選択される少なくとも１つのプロセスによって形成される請求項１の工具。
【請求項１２】
該工具は、切削工具インサートと、チップブレーカとから成る群から選択される請求項１の工具。
【請求項１３】
複数の表面と、少なくとも１つの切刃部とを有する工具を処理する方法であって、該方法は、少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を、該領域の表面粗さが、工具の他の表面の表面粗さ以上であるように、粗面加工することを含んでおり、前記の粗面加工領域は、前記の切刃部から間隔を置いて設けられている工具を処理する方法。
【請求項１４】
該工具は、高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形から成る群から選択される少なくとも１つの方法を含んでいるプロセスによって作られる請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも３０μｉｎである請求項１３の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することにより、工具の摩擦抵抗を５ｉｎ−ｌｂｓより大きくなるまで増大させる請求項１３の方法。
【請求項１７】
該工具は、カーバイド、超硬合金、サーメット、立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド及びセラミックから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項１３の方法。
【請求項１８】
該工具の少なくとも１つの表面上にコーティングを形成することを、さらに含んでいる請求項１３の方法。
【請求項１９】
該コーティングは、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＮ及びＴｉＡｌＮから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項１８の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することにより、工具の摩擦抵抗を８ｉｎ−ｌｂｓより大きくなるまで増大させる請求項１３の方法。
【請求項２１】
該粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも６３μｉｎである請求項１３の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することは、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング及びレーザビーム衝撃法から成る群から選択される少なくとも１つのプロセスによって、該領域を処理することを含む請求項１３の方法。
【請求項２３】
複数の表面と、少なくとも１つの切刃部とを有する工具を製造する方法であって、該方法は、
製品に、複数の表面と、少なくとも１つの切刃部とを設ける工程と、
製品の少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工し、該領域は、切刃部から間隔を置いて設けられて、粗面加工領域の表面粗さは、工具の他の粗面加工されていない表面以上である工程、
を含んでいる方法。
【請求項２４】
製品は、高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形から成る群から選択される少なくとも１つの方法を含んでいるプロセスによって作られる請求項２３の方法。
【請求項２５】
該粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも３０μｉｎである請求項２３の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することが、工具の摩擦抵抗を５ｉｎ−ｌｂｓより大きくなるまで増大させる請求項２３の方法。
【請求項２７】
該工具は、カーバイド、超硬合金、サーメット、立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド及びセラミックから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項２３の方法。
【請求項２８】
該工具の少なくとも１つの表面上にコーティングを形成することを、さらに含んでいる請求項２３の方法。
【請求項２９】
該コーティングは、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＮ及びＴｉＡｌＮから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項２３の方法。
【請求項３０】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することにより、工具の摩擦抵抗を８ｉｎ−ｌｂｓより大きくなるまで増大させる請求項２３の方法。
【請求項３１】
該粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも６３μｉｎである請求項２３の方法。
【請求項３２】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することには、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング及びレーザビームインパクティングから成る群から選択される少なくとも１つのプロセスを含む請求項２３の方法。
【請求項３３】
製品から材料を除去する方法であって、該方法は、製品を工具で機械加工することを含んでおり、該工具は、複数の表面及び少なくとも１つの刃部を含んでおり、該工具は、少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することを含む方法によって提供されており、該領域は、切刃部から間隔を置いて設けられ、粗面加工領域の表面粗さは工具の他の表面以上である製品から材料を除去する方法。
【請求項３４】
該工具は、高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形から成る群から選択される少なくとも１つを含んでいるプロセスによって作られた、切削工具インサートである請求項３３の方法。
【請求項３５】
粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも３０μｉｎである請求項３３の方法。
【請求項３６】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することにより、製品の摩擦抵抗を５ｉｎ−ｌｂｓより大きくなるまで増大させる請求項３３の方法。
【請求項３７】
該工具は、カーバイド、超硬合金、サーメット、立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド及びセラミックから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項３３の方法。
【請求項３８】
該工具は、その少なくとも１つの表面上に形成されたコーティングをさらに含んでいる請求項３３の方法。
【請求項３９】
該コーティングは、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＮ及びＴｉＡｌＮから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項３８の方法。
【請求項４０】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工することが、工具の摩擦抵抗を８ｉｎ−ｌｂｓより大きくなるまで増大させる請求項３３の方法。
【請求項４１】
粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも６３μｉｎである請求項３３の方法。
【請求項４２】
少なくとも１つの表面の少なくとも１つの領域を粗面加工する方法には、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング及びレーザビーム衝撃法から成る群から選択される少なくとも１つのプロセスによって、該領域を処理することを含む請求項３３の方法。
【請求項４３】
高温圧縮成形と、常温圧縮成形とから成る群から選択される少なくとも１つを含んでいる方法によって作られた、切削工具インサートであって、該インサートは、複数の表面、少なくとも１つの刃部及び、前記表面の少なくとも一表面上にある少なくとも１つの粗面加工領域を含んでおり、前記粗面加工領域は、切刃部から間隔を置いて設けられており、表面粗さはインサートの他の表面以上である、切削工具インサート。
【請求項４４】
切削工具システムは、
工具ホルダー、及び
前記工具ホルダーに選択的に固定可能な切削工具インサート、
を含んでおり、前記切削工具インサートは、複数の表面及び少なくとも１つの刃部を含んでおり、少なくとも１つの前記表面は、表面粗さが他の表面以上である粗面加工領域を含んでおり、前記粗面加工領域は、前記切刃部から離れている切削工具システム。
【請求項４５】
前記切削工具インサートは、高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形から成る群から選択される少なくとも１つのプロセスを含んでいる方法によって作られた請求項４４の切削工具システム。
【請求項４６】
前記切削工具インサートの摩擦抵抗は８ｉｎ−ｌｂｓより大きい請求項４４の切削工具システム。
【請求項４７】
粗面加工領域は、表面粗さの算術平均が少なくとも６３μｉｎである請求項４４の切削工具システム。
【請求項４８】
前記粗面加工領域は、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング及びレーザビーム衝撃法から成る群から選択される少なくとも１つのプロセスを含む方法によって製られる請求項４４の切削工具システム。
【請求項４９】
前記切削工具インサートを前記工具ホルダーに選択的に固定するクランプを、さらに含んでいる請求項４４の切削工具システム。
【請求項５０】
前記粗面加工領域は、前記クランプが前記切削工具インサートに接触する領域に形成されており、前記クランプは、前記クランプが前記粗面加工領域に強く押し付けられる時に塑性変形するように、前記切削工具インサートを含む材料より柔らかい材料で作られている請求項４４の切削工具システム。
【請求項５１】
上面及び底面を含むプレートであって、該プレートは、前記切削工具インサートを構成する材料より柔らかい材料から成るものであり、前記プレートの前記底面は、前記切削工具インサートの前記粗面加工領域と接触するプレートと、
上面及び底面を含むチップブレーカであって、前記底面は、表面粗さが工具の他の粗面加工されていない表面以上である粗面加工領域を含んでおり、前記粗面加工領域は、前記プレートの前記上面に接触するチップブレーカと、をさらに含んでいる請求項４９の切削工具システム。
【請求項５２】
切削工具システムは、
工具ホルダー、
高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形から成る群から選択される少なくとも１つの方法によって作られた切削工具インサートであって、前記切削工具インサートは、複数の表面及び少なくとも１つの切刃部を含んでおり、少なくとも１つの前記表面は、表面粗さが他の表面以上である粗面加工領域を含んでおり、前記粗面加工領域は、前記切刃部から離れている切削工具インサート、及び
前記切削工具インサートを前記工具ホルダーに選択的に固定するためのクランプであって、前記クランプは、第１端部及び第２端部を有しており、前記第１端部は、該工具ホルダーに取外し可能に固定されており、前記第２端部は、前記粗面加工領域に選択的に接触する表面を有しており、前記表面は、前記粗面加工領域に強く押し付けられる時に、塑性変形して、前記粗面加工領域の表面を凹凸に変形させるように、前記切削工具インサートを含む材料より柔らかい材料で作られているクランプ、
を含んでいる切削工具システム。
【請求項５３】
切削工具システムであって、
工具ホルダーと、
高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形から成る群から選択される少なくとも１つの方法によって作られた切削工具インサートであって、前記切削工具インサートは、複数の表面及び少なくとも１つの切刃部を含んでおり、前記表面の少なくとも１つは、表面粗さがインサートの他の表面以上である粗面加工領域を含んでおり、前記粗面加工領域は、前記切刃部から離れている切削工具インサートと、
上面及び底面を含むプレートであって、該プレートは、前記切削工具インサートを構成する材料より柔らかい材料から成るものであり、前記プレートの前記底面は、前記切削工具インサートの前記粗面加工領域と接触するプレートと、
上面及び底面を含むチップブレーカであって、前記底面は、表面粗さが工具の他の粗面加工されていない表面以上である粗面加工領域を含んでおり、前記粗面加工領域は、前記プレートの前記上面に接触するチップブレーカ、及び
前記切削工具インサートを前記工具ホルダーに選択的に固定するためのクランプであって、前記クランプは、第１端部及び第２端部を有しており、前記第１端部は、該工具ホルダーに取外し可能に固定されており、前記第２端部は、前記粗面加工領域に選択的に接触する表面を有しているクランプ、
とを含んでいる切削工具システム。
【発明の詳細な説明】
発明者
ドナルド  Ｒ．ヒューズ，アメリカ合衆国市民，ペンシルヴェニア州  １６３３５，ミードヴィル，オークビュウドライブ１４１８１  居住、ジェームス  Ｍ．グリーンリーフ，アメリカ合衆国民，ペンシルヴァニア州  １６３３５，ミードヴィル，リンダレーン１５９  居住、及びスタンレー  Ｂ．ホウルズ，アメリカ合衆国民，ペンシルヴェニア州  １６４３３，セアジャータウン，サウスモジャータウンロード１９７３３  居住。
関連出願
該当なし。
連邦政府後援の研究又は開発に関する陳述
該当なし。
【０００１】
【発明の産業上の利用分野】
本発明は、工具と、それを製造及び処理する方法に関するものである。より具体的には、本発明は、例えば、工具ホルダに工具を保持する能力を改善するため、工具の少なくとも１つの表面の、少なくとも１つの領域を粗面加工（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）し、改変することによって処理される工具に関するものである。工具は、例えば、切削工具インサート又はチップブレーカである。本発明は又、工具を製造又は処理する方法に関するものである。従って、本発明の方法は、切削工具の製造又は処理に適用され、特に本発明の主たる用途は、金属及びその他の材料を機械加工するのに用いられる切削工具インサート及び／又はチップブレーカを製造する際に適用される。
【０００２】
【発明の背景】
鋳造物、鍛造物、又はその他の金属を含む予備成形物には、しばしば機械加工が施されて、該予備成形物を所望の形状、サイズ及び／又は表面状態の最終製品に加工する。機械加工は一般に、素材から不要な材料を除去する工程であると定義付けされている。チップ加工で知られる一般的な形態の機械加工工程では、切削工具の表面は、素材と強く接触させられ、素材から材料を小さなチップの形態で分離する。
切削工具は、工作機械に取り付けられるシャンクを有する工具ホルダを含む。高い強度と高い硬度を有する材料から形成された切削工具インサートは、工具ホルダに取外し可能に固定され、切削工具インサートは、一旦消耗すれば取り替え可能である。機械加工中は、切削工具インサートを工具ホルダ内の定位置に堅固に固定し、保持することが重要である。機械加工中には、切削工具インサートが僅かにでも動くと、インサートを破損し、又は規格の所望許容範囲から外れて加工してしまう。殆どの製品は、機械加工によって製造された１又は２以上の要素を含んでおり、しばしば機械加工工程は、それら要素を、非常に精密な許容範囲にまで製造する。
機械加工は、金属製品を製造する際に用いられる最も基本的で重要な工程の１つであり、又、より高価な工程の１つでもある。従って、機械加工の工程での僅かな改良さえも、実質的なコスト削減をもたらす。
【０００３】
基本的なチップ機械加工の種類は多数あり、旋削、穿孔、シェービング、フライス削り、孔開け、鋸引及びブローチが挙げられる。これら工程のうちの１つである旋削では、回転する素材上へ切削工具インサートが働くことによって、外表面の回転面が作られる。一般的には、素材を旋盤に取り付けて、回転させる。旋削では、その他の各々のチップ加工と同様に、材料を素材から取り除くことのできる切削工具の形状が、効率化にとって重要である。従って、毎年相当な金額が、機械加工用の切削工具の改良に関する研究や開発に費やされている。
【０００４】
製造機械加工工程に主に使用される切削工具の材料には、高速度鋼、炭化カルシウム、超硬合金（例えば、結合型炭化タングステン等）、サーメット（炭化カルシウム／セラミック）、ＣＢＮ（立方窒化硼素）、ＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）及びセラミックが挙げられる。セラミックは、旋削工程で用いられる切削工具インサートにて通常用いられるのに好ましい材料である。それは又、最も最近開発された材料分野の１つである。セラミックは、特に都合の良い材料である。というのも、セラミックは、一般に高い硬度を有し、比較的、耐酸化性であるため、高い切削温度でも工具の摩耗率は低いことを示すからである。切削速度が速まれば、切削温度も高くなる。従って、セラミックの硬度、耐酸化性及び耐摩耗特性によって、セラミック切削工具は、工具の寿命を長く保ちつつ、速い切削速度で用いることができるため、機械加工工程の効率性は向上する。
【０００５】
切削工具インサートを製造するのに用いられる現代のセラミック材料は、通常、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）の何れかをベースとしている。セラミック製品、特にセラミック切削工具インサートの製造は、一般的に、粉末材料の圧密化及び焼結を伴う。セラミック製品の製造方法には、基本的に２つあり、それは、常温圧縮成形と高温圧縮成形である。常温圧縮成形では、粉末材料は先ず、圧密化又は押圧されて、（非焼結の）素地になる。次に素地は、粉末粒子の融点よりも低い高温まで加熱することによって焼結される。粉末材料を十分に溶解させ、素地を十分に高密度化するのに十分な時間だけ、素地を高温に保持する。高温圧縮成形では、一方向の高圧を素地に加えながら、粉末材料を金型で加熱する。高温圧縮成形セラミックは、通常、常温圧縮成形セラミックよりも細かい粒度と高密度を有するため、それにより一層硬度が優れ、より工具の寿命が長くなる。
【０００６】
高温圧縮成形セラミックから作製されたセラミック切削工具インサートは、常温圧縮成形セラミックから作製されたものより優れた特性を有しているが、通常、常温圧縮成形セラミックインサートが使用されている。常温圧縮成形セラミック切削工具インサートが継続して使用されている理由の１つは、常温圧縮成形でセラミックを形成すると、間違いなく、インサートの外形状をかなり柔軟に設計できるからである。
【０００７】
切削工具インサートを工具ホルダに保持するために、何らかの手段が必要である。従来、高温圧縮成形又は常温圧縮成形で形成された切削工具インサートには、図４（ａ）で示す通り、貫通孔が開設された。このデザインでは、切削工具インサート（１３０）は、ロックピン（１５０）を孔（１３２）を通って工具ホルダ（１２０）内の孔（１２４）に挿入し、且つ螺合して固定することによって、工具ホルダ（１２０）のポケット（１２６）に固定される。切削工具インサート（１３０）の中央部から大量の材料が取り除かれて、孔（１３２）が形成されるので、インサートの強度は低下する。
【０００８】
他のデザインでは、切削工具インサートは、クランプによって工具ホルダ上に保持される。この設計の一例は、図４（ｂ）に示されている。略Ｌ形のクランプ（２４０）が、切削工具インサート（２３０）を工具ホルダ（１２０）に固定する。Ｌ形クランプ（２４０）の一方の脚部（２４６）は、工具ホルダ（１２０）の孔（１２２）の内側で固定されるが、他方の脚部（２４８）は、切削工具インサート（２３０）の露出した平面（２３２）に対向して配置される。常温圧縮成形又は高温圧縮成形セラミックの何れかで構成された切削工具インサートが、この切削工具の構成では使用される。図４（ｂ）の切削工具インサート（２３０）は、中央の孔を欠いているため、インサートの強度は悪くない。一方、図４（ｂ）の構成のインサート（２３０）は一般に、図４（ａ）のインサート（１３０）程には、強く工具ホルダに固定されない。
【０００９】
他の従来技術の切削工具の構成は、図４（ｃ）に示されている。この切削工具インサート（１３０）は、少なくとも１つの表面（３３４）に凹部（３３２）を有する。略Ｌ形のクランプ（３４０）の一方の脚部（３４６）は、工具ホルダ（１２０）の孔（１２２）の内側で固定され、その一方、他方の脚部（３４８）は、凹部（３３２）に配置される。当該技術分野の専門家には自明の通り、従来から多くの異なった形状のＬ形クランプ（３４０）がある。この装置は、図４（ｂ）の装置に比して、工具ホルダ（１２０）のポケット（１２６）にインサート（３３０）をよりしっかりと固定する。図４（ｃ）に示すような凹部を有する切削工具インサートを製造するのに、高温圧縮成形を経済的に直ちに適用することはできない。
【００１０】
従って、切削工具インサートを工具ホルダに堅固に保持する改良された装置が必要とされている。改良された保持装置は、高温圧縮成形及び常温圧縮成形インサートの両方にて使用することができ、インサートの強度特性に悪影響を与えることがないのが好ましい。
【００１１】
【発明の要旨】
本発明は、材料を除去する工具と、工具を処理する方法とを提供する。工具は、該工具の表面の少なくとも１つの部分の粗面加工を含む方法によって製造し、その部分の表面粗度は、工具の粗面加工されていない表面の表面粗度よりも大きく、粗面加工部分は、工具の切刃から離れている。粗面加工部分は、例えば、工具ホルダでの工具の保持特性を改善するために用いられる。望ましくは、粗面加工部分は、３０μｉｎより大きな算術平均表面粗さＲａを有する。工具は、例えば、切削工具インサート又はチップブレーカである。
【００１２】
本発明の粗面処理は、後述する“プッシュブロック”試験で測定された通り、５ｉｎ−ｌｂを越える数値まで、工具の摩擦抵抗を増大させる。これは、本発明によって処理されていない略平面を有する、従来の粉末セラミック切削工具インサートについて、本願発明者により測定された最大の摩擦抵抗を示している。
【００１３】
本発明は又、製品を工具で機械加工することにより、製品から材料を取り除く方法に関するものであって、工具の少なくとも１つの表面の、少なくとも１つの部分を粗面加工することからなる方法によって工具を提供し、該粗面加工部分の表面粗度が、工具の粗面無加工部分の表面粗度よりも大きくなるようにする。粗面加工部分は、工具の切刃から離れている。望ましくは、粗面加工部分は、３０μｉｎ（７６２μｍ）を越えるＲａを有し、工具は、５ｉｎ−ｌｂを越える摩擦抵抗を有する。
【００１４】
粗面加工部分は、任意の種類の方法によってでも製造できる。望ましい方法には、該部分へのレーザービーム衝撃法がある。しかしながら、粗面加工部分は、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング等の、化学的及び／又は機械的技術を含む、他の技術によっても、生成することもできる。本発明の記載を考慮すれば、通常の技術者にとっては、他の技術は自明のことである。本願発明では、製品の未処理部分を粗面加工するのに、これら技術の１又は２以上が利用され、粗面加工部分の表面粗度は、工具の粗面無加工部分の表面粗度よりも大きくなる結果となる。粗面加工部分は、工具ホルダの工具保持性を改善するために用いられる。粗面加工部分の表面粗度は、３０μｉｎを越えるのが好ましい。同様の粗面加工工程は又、５ｉｎ−ｌｂを越えるまで摩擦抵抗を増大させるのが好ましい。本発明の工具は、切刃と、少なくとも１つの粗面加工部分を有する少なくとも１つの表面とを伴った、何れの形態の工具であってもよく、工具ホルダに固定される際、保持性を改善するように位置づけられ、適合される。そのような工具では、粗面加工部分は、切刃から離れている。そのような工具は、例えば、切削工具システムに組み込まれるセラミック切削工具インサートのような材料除去工具を含んでいる。
【００１５】
本発明は又、切削工具システムと、それを用意する方法とに関するものであり、該システムは、工具ホルダと、３０μｉｎを越える（そして望ましくは少なくとも６３μｉｎである）Ｒａ及び５ｉｎ−ｌｂを越える摩擦抵抗を伴った粗面加工部分を有する、少なくとも１つの表面を有する切削工具インサートとを含み、切削工具インサートは、工具ホルダに選択的に固定可能である。本発明に基づいて構成された切削工具インサートは、切削工具を改変することなく、通常の従来技術の切削インサートクランプや工具ホルダに使用することができるが、切削工具インサートを動かすのに必要な力の大きさは、本発明の粗面加工処理が施されていない切削工具インサートの場合よりも大きい。本発明の粗面加工処理によって表面粗度が増大すると、切削工具インサートと切削インサートクランプとの間の摩擦抵抗が増加する結果になると考えられる。切削インサートクランプは、該クランプと接触するインサートの表面を構成する材料よりも柔らかい材料で構成される。本発明に基づいて構成された切削インサートの粗面加工部分の上に、切削インサートクランプを締め付けた後は、粗面加工部分と接触するクランプ表面は変形するから、クランプに対して相対的に工具ホルダポケットから、切削工具インサートが変位できるのは、クランプ表面が剪断され、塑性変形した後にのみである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、少なくとも１つの切刃を有する工具と、少なくとも１つの切刃を有する工具を処理する方法とを提供する。工具は、該工具の表面の少なくとも１部分であって、工具の切刃から離れている部分が、粗面加工を含む方法によって製造されるため、その部分の表面粗度は、他の部分、即ち相対的に粗面加工されていない工具の表面の表面粗度よりも大きい。粗面加工部分は、工具ホルダ内で工具の保持能力を改善するために用いられる。粗面加工部分は、３０μｉｎを越えるＲａを有するのが好ましい。Ｒａは、当業者には公知の表面粗度の測定値である。例えば、ＡＳＭハンドブック（第９版）第１６巻機械加工２１頁を参照されたい。粗面加工部分は工具の切刃から十分な距離だけ離れているため、該部分が工具の切削動作に干渉することはない。言い換えると、例えば、粗面加工部分は、チップ加工作業中に形成されているチップと通常接触する位置にはない。
【００１７】
本発明の粗面加工処理によって、工具の“摩擦抵抗”が増大する。摩擦抵抗は、ここに記載の“プッシュブロック”試験によって決定される数値である。本発明の工具の摩擦抵抗値は、例えば、本発明の方法による処理がなされていない略平面を有する、従来のセラミック切削工具インサートについて、本願発明者が測定した最大の摩擦抵抗値５ｉｎ−ｌｂと比較される。
【００１８】
本発明の材料除去工具は、多くの形態をとることができ、例えば、切削工具システムに組み込まれる切削工具インサート又はチップブレーカを含んでいる。本発明のある望ましい実施例では、工具は、チップ形成する金属の機械加工用のセラミック切削工具インサートで構成されている。特に、ここで記載した切削工具は、旋削工程での使用に特に利点がある。本発明は又、切削工具システムと、それを用意する方法に関するものである。
【００１９】
本発明の切削工具システムは、図１を参照すると最もよく理解することができ、該図１は、工具ホルダ（２０）とセラミック切削工具インサート（３０）を具えた、本発明の切削工具システム（１０）を示している。切削工具インサート（３０）は、例えば、高温圧縮成形又は常温圧縮成形によって作製され、工具ホルダ（２０）に選択的に固定される。切削工具インサート（３０）は、例えば、炭化カルシウム（粉末又は非粉末）、サーメット（炭化カルシウム／セラミック）、立方窒化硼素、セラミック及び多結晶ダイヤモンド等の、何れの種類の材料で構成されていてもよい。切削工具インサート（３０）は又、コーティングされている。コーティングは、使用されるならば、何れかの種類の公知方法によって切削工具インサート（３０）に付着される、１又は２以上の材料の層を具えている。一般的なコーティング材料は、例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＮ及びＴｉＡＩＮを含んでいる。種々の材料から作製された切削工具インサートについて、発明者により測定された一般的な表面粗度の最大値は、表１に示されている。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図１に図示した実施例では、第１及び第２脚部を具えたＬ形クランプ（４０）が示されており、該Ｌ形クランプは、３５−３９ロックウェルＣまで硬化させた４１４０スチール等の硬質材料で構成されているが、切削工具インサート（３０）を形成する材料よりも軟質である。Ｌ形クランプ（４０）は、セラミック切削インサート（３０）を工具ホルダ（２０）に選択的に固定する。この実施例によると、Ｌ形クランプは、ネジ（４４）が挿入される開口部（４２）を有している。ネジ（４４）は、開口部（４２）を通り、工具ホルダ（２０）に形成された孔（２２）へ挿入される。孔（２２）とネジ（４４）が螺合することにより、Ｌ形クランプ（４０）を容易に工具ホルダ（２０）へ固定し、該工具ホルダ（２０）から取り外される。
【００２２】
図１に図示した切削工具システムは又、第２ネジ（５０）とシム（６０）を有している。この実施例によると、シム（６０）は、工具ホルダ（２０）内に形成された第２孔（２４）の上にある。第２ネジ（５０）は、シム（６０）内に形成された開口部を通って第２孔（２４）まで伸びる。シム（６０）は、切削工具インサート（３０）が載置される台座を提供する。
【００２３】
図４に図示した従来技術の切削工具システム（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）とは異なり、本発明の切削工具インサート（３０）は、すくい面（３６）と逃げ面（３８）を有し、すくい面（３６）は、粗面加工部分（３２）を有しており、それは図２及び図３を参照すると最も容易に見ることができる。粗面加工部分（３２）は、すくい面（３６）の一部分を占め、切削工具インサート（３０）の切刃（３４）から離れている。粗面加工部分（３２）は、すくい面（３６）の中央にあることが望ましい。粗面加工部分（３２）は、何れの種類の方法によっても形成可能である。しかし、好ましい方法は、レーザー光線衝撃であり、粗面加工部分（３２）は、例えば、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング等の他の技術によっても形成される。前記の如く、切削工具インサート（３０）にコーティングする場合、粗面加工部分（３２）の表面粗度に著しく影響を与えることのないようコーティングを施さねばならない。同じく自明の通り、粗面加工部分（３２）は、Ｌ形クランプ（４０）が切削工具インサート（３０）と接触する部分に配備される。
【００２４】
本発明の切削工具システムは又、当該技術分野では周知のチップブレーカ（図示せず）を有している。チップブレーカは一般に、Ｌ形クランプ（４０）の１つの脚部と切削工具インサート（３０）のすくい面（３６）との間にて、Ｌ形クランプ（４０）に固定される。ある実施例では、チップブレーカは、切削工具インサート（３０）の粗面加工部分（３２）を構成する材料よりも柔らかい材料で形成され、Ｌ形クランプ（４０）が工具ホルダ（２０）に固定されると、チップブレーカは、粗面加工部分（３２）と接触する。他の実施例では、チップブレーカは任意の材料で形成され、粗面加工部分（３２）を構成する材料よりも柔らかい材料で形成された他の部材、例えば剛板は、チップブレーカと切削工具インサート（３０）の間に配置される。この実施例では、Ｌ形クランプ（４０）が工具ホルダ（２０）に固定されると、該鋼板の底部は、粗面加工部分（３２）と接触する。又、チップブレーカは、その底面に粗面加工部分を含んでいるため、該鋼板の頂部が鋼板の粗面加工部分と接触し、それによって、鋼板と切削工具インサート（３０）の保持性が改善する。
【００２５】
粗面加工部分（３２）は、任意の様々な種類の異なるパターン、例えば、平行線、渦巻線、同心円又は重なり円、及び／又はクロスハッチング等によっても形成することができる。更に、切削工具インサート（３０）が負のすくい角インサートであって、頂部及び底部上の多数の切刃（３４）が使用されるとき、粗面加工部分（３２）が、切削工具インサート（３０）の各々のすくい面（３６）に形成される。
この実施例では、ネジ（５０）の頂部は、粗面加工部分（３２）と接触し、それによって、工具ホルダ（２０）内の切削工具インサート（３０）の保持性は更に向上する。一般的に、粗面加工部分（３２）の隆起は、表面にて隣接した粗面無加工部分と同じか、それよりも僅かに下でなければならない。一方、切削工具インサート（３０）が正のすくい角インサートの場合、天面（すくい面（３６））上の切刃（３４）のみが使用され、粗面加工部分（３２）の隆起は制限されず、実際は表面にて隣接した粗面無加工部分よりも高くなる。
【００２６】
粗面加工部分（３２）は、切削工具インサート（３０）の他の粗面無加工部分に比して、表面粗度が増大している。Ｌ形クランプ（４０）が切削工具インサート（３０）を工具ホルダ（２０）内に保持する能力に及ぼす、表面粗面加工の影響を示すため、幾つかのセラミック切削インサートの試料（等級別ＧＳＮ、ペンシルヴァニア州セアジャータウン、グリーンリーフコーポレーションが製造する窒化珪素ベースのインサート）を、様々な程度の表面粗度に粗面加工し、粗度は、算術平均表面粗度Ｒａによって測定し、当業者であれば、図５は、Ｒａが計算される方法を示していることが判り、一般にＲａは、手軽な市販の試験装置を用いて測定されることが判るであろう。表面粗度Ｒａは、ミツトヨ表面試験機、モデルサーフテスト２１１で測定された。
【００２７】
試験を行なった実施例では、粗面加工部分（３２）は、ＣＮＣガイドワークテーブルに装着された、４００ワットＮｄ  ＹＡＧパルスエネルギーレーザーのレーザー光線衝撃法によって生成された。レーザー光線は、光線エネルギーを集中し、所望の深度にだけセラミック材料を表面で蒸発させるよう配置された曲面ミラーによって修正された。この種のレーザーの修正は、レーザー技術の専門家によって容易に行なうことができ、粗面加工部分を形成する時間は、生成すべき粗面加工部分のサイズ及びパターンによって変化するが、殆どのパターンは、約３０秒で生成され得る。当業者は又、レーザー光線衝撃法が、本発明に基づいて表面を粗面加工できる、多数の方法のうちの１つに過ぎないことが判るだろう。
【００２８】
摩擦抵抗の増加を測定するため、サンプルは、発明者によって開発され、図６の装置を用いて実施される、“プッシュブロック”試験を受けた。この試験では、粉末セラミックで構成される切削工具インサート（３０）は、工業規格の４１４０スチールで構成される工具ホルダ（２０）の中に、通常の方法で配置された。切削工具インサート（３０）は、標準的なデザインの、接合型タングステンカーバイトから構成されるシム（６０）の表面に置かれた。Ｌ形クランプ（４０）は、ネジ（４４）を孔（２２）に挿入することによって工具ホルダ（２０）に取り付けられ、トルクレンチで８０ｉｎ−ｌｂまで締め付けされた。工業規格の４３４０スチールで構成されるＣＬクランプは、後述する試験結果のために使用された。しかしながら、他の従来技術のクランプと工具ホルダを用いて実施した試験でも、同様の結果が得られた。プッシュブロック試験に関しては、工具ホルダ（２０）は、孔と、該孔を通って、ネジ（４４）の軸に対し略垂直の方向へ伸びる固定ネジ（７０）とを含むように改変された。固定ネジ（７０）の端部は、工具ホルダのインサートポケットまで進められ、切削工具インサート（３０）と接触することができた。摩擦抵抗を測定するため、（如何なるクランプのバックラッシュも取り除かれたことを最初に確認した後、）固定ネジ（７０）をトルクレンチを用いて切削工具インサート（３０）に切削工具インサート（３０）が０．０００５”の距離を移動するまで締め付けた。０．０２”は、ポケットから出るネジ（７０）の縦軸方向である。距離は、標準的な市販で入手できるダイヤルインジケータ（インテラピッド３１２−Ｂ１型）で測定した。
【００２９】
改変された工具ホルダ（２０）に取り付けられた種々のセラミック切削インサートを、２つの距離を移動させるのに要求されるトルクは、次の表２に記録されている。明らかなように、Ｌ形クランプ（２０）と接触するようになる切削工具インサート（３０）の表面粗度を増大させると、測定される切削工具インサート（３０）の摩擦抵抗は、劇的に増大する。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
これらの結果は、インサート上でパターン形成された任意のはっきりした表面粗さは、それが不規則又は途切れとぎれであろうと、セラミック切削工具インサートの通常の表面仕上げの予想される粗度（通常はＲａが１６μｉｎ）を越えたものは、切削工具インサート（３０）の摩擦抵抗を増大させることを示している。摩擦抵抗は通常、表面粗度の増大に伴って増大する。摩擦抵抗が増大するのは、Ｒａが３０μｉｎの際に特に著しく、それは、摩擦抵抗の測定値が未処理面のそれの約２倍となる時である。摩擦抵抗が増大するのは、Ｒａが６７μｉｎの際に、より顕著である。このレベルの表面粗度は、ＡＳＭハンドブック（第９版）第１６巻１２頁に記載されているように、通常の鋸引処理を受けた標準的な表面の表面粗度に近似しており、未加工面のそれよりも約２００％大きい。従って、一部分を少なくとも６３μｉｎのＲａまで粗面加工することが特に望ましい。
【００３２】
何れかの動作理論に基づいたものではないが、図７−図９は、本発明に基づいて処理された切削インサートの摩擦抵抗の増加に対して説明となりうるものと発明者が考えるものを図示している。これらの拡大（４０倍）イメージは、粗面加工部分（３２）と接触するＬ形クランプ（４０）の部分の表面を図示している。図７から判るように、クランプの表面は、粗面加工部分（３２）と係合する前は、比較的滑らかである。しかしながら、図８から判るように、Ｌ形クランプ（４０）が粗面加工部分（３２）上に締め付けられた後では、クランプの表面は粗面加工部分の表面凹凸に入り込んで変形する。この歪みは、粗面加工部分（３２）を構成する材料（この場合セラミック）がＬ形クランプ（４０）の材料よりも硬いという事実に起因するようである。最後に、図９において明らかな通り、摩擦抵抗が増大するのは、切削工具インサート（３０）を動かすためには、クランプの表面を剪断し、塑性的に変形させなければならないという事実に起因する。
【００３３】
従って、本発明は、滑りに対し、より大きな抵抗を持つセラミック製品を製造する経済的な方法を提供する。具体的に、本発明は、切削工具を修正することなく種々の標準的な工具ホルダに使用できる、有利な切削工具インサートを製造するのに特に有用である。この様なインサートは、少なくとも高温圧縮成形と常温圧縮成形のうちの１つからなる方法によって形成することができる。本発明の方法は又、切削面から離れた粗面加工部分を含む、他の有用な工具を形成するのに用いられる。本発明の工具は、一般に用いられる如何なる方法、例えば、高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形、及び／又は焼結等によっても形成することができる。
【００３４】
ここまで本発明の具体的な実施例を記載してきたが、当業者であれば、添付の請求の範囲中で述べられた発明の精神と範囲から逸脱しない限り、本発明に多くの修正や変化を加えうることは認識しているだろう。
【図面の簡単な説明】
本発明の利点は、次の図面を参照することによって、更によく理解することができるだろう。
【図１】
本発明に基づいて構成されたセラミック切削工具システムの実施例の斜視図である。
【図２】
本発明に基づいて構成されたセラミック切削工具インサートの実施例の斜視図である。
【図３】
図２のセラミック切削工具インサートの平面図である。
【図４】
（ａ）−（ｃ）は、従来のセラミック切削工具システムを示す図である。
【図５】
Ｒａの点から見た表面粗度を表示している。
【図６】
本発明の明細書で引用されたプッシュブロックテスト装置を図示している。
【図７】
本発明に基づいて構成されたセラミック切削工具インサートの粗面加工部分の上に締め付ける前の、切削工具インサートクランプの表面の拡大（４０倍）イメージである。
【図８】
本発明に基づいて構成されたセラミック切削工具インサートの粗面加工部分の上に締め付けた後の、切削工具インサートクランプの表面の拡大（４０倍）イメージである。
【図９】
本発明に基づいて構成されたセラミック切削工具インサートが、切削工具インサートクランプによって工具ホルダに固定され、次に、本発明の明細書に引用したプッシュブロックテストに基づいて工具ホルダから強制的に取り外された後の、切削工具インサートクランプの表面の拡大（４０倍）イメージである。
【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年12月17日(2002.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の粉末状セラミック材料を硬化することを含む工程によって作られる材料除去用工具であって、該工具は、すくい面、複数の逃げ面及び複数の刃部を有している基体を含んでおり、前記刃部の夫々は、前記すくい面と、前記複数の逃げ面の１つとの接合部に位置していて、前記すくい面は、粗面加工表面を有する領域を含んでおり、前記粗面加工表面は、前記切刃部の各々から離れて設けられ、その表面粗さは工具の他の表面よりも大きい材料除去用工具。
【請求項２】
粗面加工表面は、粗面加工表面が、工具によって除去された材料に干渉しないような距離をとり、前記切刃部から間隔を置いて設けられている請求項１の工具。
【請求項３】
粗面加工表面は、少なくとも１種の粉末状セラミック材料を硬化した後に形成される請求項１の工具。
【請求項４】
前記の複数の刃部の少なくとも１つは切刃部である請求項１の工具。
【請求項５】
少なくとも１種の粉末状セラミック材料の硬化には、高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形のうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１の工具。
【請求項６】
前記粗面加工表面は、表面粗さの算術平均が少なくとも３０μｉｎである請求項１の工具。
【請求項７】
該工具の摩擦抵抗は５ｉｎ−ｌｂｓより大きい請求項１の工具。
【請求項８】
該工具は、カーバイド、超硬合金、サーメット、立方晶系窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド及びセラミックから成る群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項１の工具。
【請求項９】
該工具は、それの少なくとも１つの表面上に形成されたコーティングをさらに含んでいる請求項１の工具。
【請求項１０】
前記のコーティングは、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＮ及びＴｉＡｌＮから選択される少なくとも１つの物質を含んでいる請求項９の工具。
【請求項１１】
該工具の摩擦抵抗は８ｉｎ−ｌｂｓより大きい請求項１の工具。
【請求項１２】
前記粗面加工表面は、表面粗さの算術平均が少なくとも６３μｉｎである請求項１の工具。
【請求項１３】
前記粗面加工表面は、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング及びレーザビーム衝撃法から選択される少なくとも１つのプロセスによって形成される請求項１の工具。
【請求項１４】
該工具は、切削工具インサートと、チップブレーカとから成る群から選択される請求項１の工具。
【請求項１５】
複数の表面と、少なくとも１つの切刃部とを有する工具の製造方法であって、該方法は、
すくい面、逃げ面、及び該すくい面と該逃げ面の１つとの接合部に位置する切刃部を有している基体を設け、該基体は、少なくとも１種の粉末状セラミック材料を硬化することを含む過程によって作られている工程；及び
少なくとも１種の粉末状セラミック材料を硬化した後に、すくい面の少なくとも１つの領域を粗面加工し、粗面加工領域を設け、該粗面加工領域は、該切刃部から離れて、表面粗さは工具の他の表面よりも大きい工程、
を含む工具の製造方法。
【請求項１６】
少なくとも１種の粉末状セラミック材料の硬化には、高温圧縮成形、常温圧縮成形、熱間等静圧圧縮成形及び焼結成形のうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記粗面加工表面は、表面粗さの算術平均が少なくとも３０μｉｎである請求項１５の方法。
【請求項１８】
該すくい面の少なくとも１つの領域を粗面加工することにより、工具の摩擦抵抗を５ｉｎ−ｌｂｓより大きくなるまで増大させる請求項１５の方法。
【請求項１９】
該工具は、カーバイド、超硬合金、サーメット、立方晶窒化ホウ素、多結晶ダイヤモンド及びセラミックから選択される少なくとも１つの材料を含んでいる請求項１５の方法。
【請求項２０】
該工具の少なくとも１表面上にコーティングを形成する工程をさらに含む請求項１５の方法。
【請求項２１】
前記のコーティングは、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＮ及びＴｉＡｌＮから選択される少なくとも１つの物質を含んでいる請求項１５の方法。
【請求項２２】
少なくともすくい面の領域の粗面加工は、工具の摩擦抵抗を８ｉｎ−ｌｂｓより大きく増加させる請求項１５の方法。
【請求項２３】
前記粗面加工表面は、表面粗さの算術平均が少なくとも６３μｉｎである請求項１５の方法。
【請求項２４】
該すくい面の少なくとも１つの領域を粗面加工する工程には、研削、サンドブラスト、鋳造、化学的エッチング、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング及びレーザビーム衝撃法のうちの少なくとも１つが含まれている請求項１５の方法。
【請求項２５】
複数の表面と、少なくとも１つの切刃部とを有する工具の製造方法であって、該方法は、
すくい面、複数の逃げ面、及び複数の刃部を有している基体であって、前記刃部はそれぞれ、前記すくい面と、前記複数の逃げ面の１つとの接合部に位置し、該基体は、少なくとも１種の粉末状セラミック材料を硬化することを含む過程によって作られている基体を配備する工程；及び
少なくとも１種の粉末状セラミック材料を硬化した後に、すくい面の少なくとも１つの領域を粗面加工して、粗面加工領域を設け、該粗面加工領域は、前記切刃部の各々から離れており、表面粗さは工具の他の表面よりも大きい工程、
を含む工具の製造方法。
【国際調査報告】
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