(57)【要約】      （修正有）【課題】高速高送り、高切り込みといった厳しい加工条件において、様々な座面形状を有するインサートへ自在に交換しても、摩耗・変形を生じることがなく、これを原因とする切削加工時の欠損発生等の問題を解消した着座シートを提供する。【解決手段】インサートとバイトホルダーとの間に介在して設けられる着座シートであって、該着座シートは、炭化タングステン基超硬合金シートまたは炭窒化チタン基サーメットシートの表面に、２３００以上のビッカース硬度を有する硬質皮膜が一層または二層以上被覆されたものであり、該硬質皮膜は、化学蒸着法または物理蒸着法で形成された膜厚０．５μｍ以上の周期律表４ａ、５ａ族金属の炭化物膜、窒化物膜、または炭窒化物膜である硬質皮膜を被覆した着座シート。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インサートとバイトホルダーとの間に介在して設けられる着座シートであって、該着座シートは、炭化タングステン基超硬合金シートまたは炭窒化チタン基サーメットシートの表面に、２３００以上のビッカース硬度を有する硬質皮膜が一層または二層以上被覆されたものであることを特徴とする硬質皮膜を被覆した着座シート。
【請求項２】
前記硬質皮膜は、化学蒸着法または物理蒸着法で形成された周期律表４ａ、５ａ族金属の炭化物膜、窒化物膜、または炭窒化物膜であることを特徴とする請求項１に記載の硬質皮膜を被覆した着座シート。
【請求項３】
前記硬質皮膜の膜厚は、０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の硬質皮膜を被覆した着座シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイトホルダーにインサートを装着した切削工具において、バイトホルダーに形成された座面とインサートとの間に介在させる着座シート（シムシートとも呼ばれる。）に関し、特に、高送り、高切り込みといった厳しい加工条件で使用した場合でも、摩耗・変形がない硬質皮膜を被覆した着座シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトホルダーの座面に着脱自在に取り付けて用いられるインサート、被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、またインサートを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。
そして、図１（ａ）に示すようなバイトホルダーの座面にインサートが着脱自在に取り付けられる切削工具においては、バイトホルダーに形成された座面とインサートとの間には着座シートが設けられ、インサートを強固に固定するとともに、インサートが破損した場合にバイトホルダーを保護する目的でスチールや超硬合金製の着座シートが使用されている。
即ち、図１（ｂ）に示すように、着座シートをバイトホルダーの座面に装着し、一方、バイトホルダーにクランプ手段を設け、着座シートとクランプ手段の間に挟み込むようにしてインサートが固定されている。
【０００３】
着座シートに関する従来技術においては、例えば、特許文献１に、バイトホルダーのポケットの平坦な座面に、切削インサートを安定的に固定するために、バイトホルダーのポケットの平坦な座面に、所定厚さの着座シート（シムシート）を介して、切削インサートを固定することが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、セラミックインサートをバイトホルダー等に装着するときあるいは切削加工時に、セラミックインサートが欠損する（割れる）ことを防止するために、窒化珪素、アルミナ等のセラミックインサートとバイトホルダーとの間に介在させる着座シート（シムシート）として、少なくともセラミックインサートと接する面の表面粗さをＲmax≦０.１μｍに設定することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８７８１３号公報
【特許文献２】特開２００３−１７０３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、切削工具の耐摩耗性を向上させる目的で、インサート表面にセラミックス等からなる硬質被覆層を被覆した被覆インサートが多く使われるようになってきており、また、切削加工条件も、高能率化等を目的として、高送り、高切り込みといった厳しい切削加工条件が採用されるようになってきている。
そして、刃先交換インサートをバイトホルダーの座面に、所定厚さの着座シートを介して固定した切削工具においては、通常の切削加工時には特に問題はないが、高送り、高切り込みといった厳しい加工条件においては、インサートの着座面の形状に沿って着座シートの変形が生じることが多く、例えば、異なる座面形状を有するインサートに変更しようとした場合には、着座不良により切れ刃の異常損傷や未使用切れ刃の欠損が発生するという問題点が生じてきている。
例えば、図２に示されるように、インサートとのこすれによって、インサートの着座面の形状に沿って、着座シートに凹み変形が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、着座シートに発生する変形は、着座シートと接触する硬質被覆層を被覆したインサートとの摩耗に起因して発生することを見出した。
つまり、着座シートの変形は、高硬度の硬質被覆層が被覆されたインサートと着座シートとの接触箇所において、切削加工時に発生する微振動に伴うインサートとのこすれによって、該接触箇所の着座シートが次第に摩耗していくことにより発生することが分かった。
そこで、本発明者は、従来から使用されている炭化タングステン基超硬合金からなる着座シートまたは炭窒化チタン基サーメットからなる着座シートの耐摩耗性を改善すべく、所定の硬さを有する硬質皮膜を前記着座シートに被覆し、硬質皮膜を被覆した着座シート（以下、「本発明着座シート」という）を作製し、これを、インサートとバイトホルダーとの間に介在して設けたところ、高速高送り、高切り込みといった厳しい加工条件において、本発明着座シートは、長期間に亘って使用した場合でも、摩耗・変形を生じることがなく、そして、様々な座面形状を有するインサートへ自在に交換しても、着座シートの摩耗・変形に起因する着座不良が生じないため、切削加工時の欠損発生等の問題が生じないことを見出した。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、
「（１）インサートとバイトホルダーとの間に介在して設けられる着座シートであって、該着座シートは、炭化タングステン基超硬合金シートまたは炭窒化チタン基サーメットシートの表面に、２３００以上のビッカース硬度を有する硬質皮膜が一層または二層以上被覆されたものであることを特徴とする硬質皮膜を被覆した着座シート。
（２）前記硬質皮膜は、化学蒸着法または物理蒸着法で形成された周期律表４ａ、５ａ族金属の炭化物膜、窒化物膜、または炭窒化物膜であることを特徴とする（１）に記載の硬質皮膜を被覆した着座シート。
（３）前記硬質皮膜の膜厚は、０．５μｍ以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の硬質皮膜を被覆した着座シート。」
であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のインサートとバイトホルダーとの間に介在して設けられる着座シートは、炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットからなるシ−ト表面に、２３００以上のビッカース硬度を有する硬質皮膜、例えば、化学蒸着法または物理蒸着法で形成された周期律表４ａ、５ａ族金属の炭化物膜、窒化物膜、または炭窒化物膜が一層または二層以上被覆されていることから、高送り、高切り込みといった厳しい切削加工条件における着座シートとして使用した場合でも、着座シートの摩耗・変形に起因する着座不良、切削加工時の欠損発生等の問題を抑制することができる。
また、様々な座面形状を有するインサートへ自在に交換しても、着座不良により切れ刃の異常損傷や未使用切れ刃の欠損が発生するという問題点が発生することもないので、切削加工の省力化、省エネ化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、切削工具の全体斜視図、（ｂ）は、切削工具の分解斜視図を示す。
【図２】従来の着座シートにおけるインサートとのこすれによる凹み(変形)発生の一例を示す。
【図３】（ａ）は、比較例着座シート１の形状測定箇所を示し、（ｂ）は、着座シート基準面に対する測定箇所による摩耗変形による凹み量（変位量）の変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１に示すように、切削工具においては、通常、バイトホルダーの座面に着座シートを装着し、また、バイトホルダーにクランプ手段を設け、着座シートとクランプ手段の間に挟み込むようにしてインサートが固定されている。
炭化タングステン基超硬合金からなる着座シートまたは炭窒化チタン基サーメットからなる着座シートを使用した従来技術においては、高送り、高切り込みといった厳しい切削加工条件にあっては、切削加工時に発生する微振動に伴うインサートとのこすれによって、着座シートが摩耗・変形し、このため様々な座面形状を有するインサートへの交換の自由度が制限されるばかりか、着座シートの摩耗・変形によって切削加工時の欠損発生等、種々の弊害が生じている。
【００１３】
本発明は、炭化タングステン基超硬合金からなる着座シートまたは炭窒化チタン基サーメットからなる着座シートに硬質皮膜を被覆し、着座シートの耐摩耗性・耐変形性を向上させることによって、従来の着座シートによってもたらされる弊害を低減することができる。
そして、着座シートの耐摩耗性を高め、また、これに伴う耐変形性を高めるためには、炭化タングステン基超硬合金シートまたは炭窒化チタン基サーメットシートの表面に硬質皮膜を一層または二層以上被覆するとともに、該硬質皮膜の硬さは、ビッカース硬度（ＨＶ）で２３００以上とすることが必要である。
なお、硬質皮膜の硬さをビッカース硬度（ＨＶ）で２３００以上としたのは、ビッカース硬度（ＨＶ）が２３００未満の硬さの場合には、長期の使用にわたる着座シートの耐摩耗性・耐変形性向上効果を持続できなくなり、着座シートの変形等による着座不良が発生するようになるためである。
【００１４】
なお、着座シートの硬質皮膜の硬さの上限について特に制限はないが、着座シートの硬質皮膜の硬さがインサートを被覆する硬質被覆層の硬さより遥かに高くなった場合には、インサートの硬質被覆層自身を損傷する恐れがあることから、着座シートの硬質皮膜の硬さは、インサートを被覆する硬質被覆層の硬さと同程度(±１０％の範囲内)のビッカース硬度（ＨＶ）とすることが望ましく、このような場合に、インサートの硬質被覆層を損傷することもなく、着座シートとして必要とされる耐摩耗性・耐変形性を十分に発揮することができる。
【００１５】
本発明で定めるビッカース硬度（ＨＶ）２３００以上の着座シートの硬質皮膜としては、通常の化学蒸着法または物理蒸着法で形成される周期律表４ａ、５ａ族金属の炭化物膜、窒化物膜、または炭窒化物膜が好適である。
具体的な膜種としては、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆのいずれかの炭化物、窒化物、炭窒化物からなる硬質皮膜を挙げることができる。
また、本発明の着座シートの硬質皮膜の膜厚は、０．５μｍ未満であると、着座シートの耐摩耗性・耐変形性向上効果が十分ではないことから、着座シートの硬質皮膜の膜厚は、０．５μｍ以上とすることが望ましく、また製造コストの観点から上限は３０μｍ程度とすることが妥当である。
【００１６】
つぎに、本発明の着座シートについて、実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００１７】
まず、表１に示す成分組成の炭化タングステン基超硬合金(以下、「ＷＣ超硬合金」で示す)焼結体および表２に示す成分組成の炭窒化チタン基サーメット（以下、「ＴｉＣＮサーメット」で示す）焼結体から切り出すことにより、表１に示すＷＣ超硬合金シート１〜４および表２に示すＴｉＣＮサーメットシート５〜８を作製した。
【００１８】
次いで、前記で作製したＷＣ超硬合金シート１〜４およびＴｉＣＮサーメットシート５〜８の表面に、従来から知られている通常の化学蒸着法あるいは物理蒸着法により、周期律表４ａ、５ａ族金属の炭化物膜、窒化物膜、または炭窒化物膜からなる硬質皮膜を所定の厚さで被覆することにより、表３に示す本発明の着座シート(「本発明着座シート」という) １〜８を作製した。
また、上記本発明着座シート１〜８について、硬質皮膜の硬さを超微小硬度計で１０箇所測定し、その平均値を硬質皮膜の硬度（ＨＶ）として、表３に示す。
【００１９】
また、比較のために、表１に示すＷＣ超硬合金シート１、３およびＴｉＣＮサーメットシート５、７を、それぞれ、そのまま比較例の着座シート(「比較例着座シート」という) １〜４として使用した。
比較例着座シート１〜４についても、その硬さを超微小硬度計で１０箇所測定し、その平均値を比較例着座シートの硬度（ＨＶ）として、表４に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【００２２】
【表３】
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【００２３】
【表４】
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【００２４】
次に、以下に示す２種類のインサートＡ、Ｂを用意した。
≪インサートＡ≫
基体材質  ：ＵＥ６０３５（商品名：三菱マテリアル株式会社製）
サイズと形状：ＣＮＭＧ１２０４１２−ＭＡ
硬質被覆層の種類：ＴｉＣＮ層とＡｌ２Ｏ３層の積層構造
≪インサートＢ≫
基体材質  ：ＵＥ６０２０（商品名：三菱マテリアル株式会社製）
サイズと形状：ＣＮＭＧ１２０４１２−ＭＨ
硬質被覆層の種類：ＴｉＣＮ層とＡｌ２Ｏ３層の積層構造
【００２５】
また、上記インサートを、着座シートを介して保持固定するバイトホルダーとして、ＰＣＬＮＬ２５２５Ｍ１２（商品名：三菱マテリアル株式会社製）を用意した。
【００２６】
次いで、高送り、高切り込みの断続切削加工という厳しい切削加工条件下で、前記本発明着座シートおよび比較例着座シートを用いた切削加工試験を実施することにより、着座シートの性能を調べた。
【００２７】
まず、前記バイトホルダーの座面に、前記本発明着座シート１〜８および比較例着座シート１〜４を装着し、これら着座シートの上にインサートＡを載置し、着座シートとバイトホルダーに設けたクランプ手段の間に挟み込むようにしてインサートＡを固定し、本発明切削工具１Ａ〜８Ａおよび比較例切削工具１Ａ〜４Ａを作製した。
【００２８】
切削加工試験の条件として、微振動が発生しやすく、かつ、着座シートに対して強い負荷のかかる高送り、高切り込みの断続切削条件を選定した。
具体的には、次のとおりである。
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の４本溝入り丸棒の外径断続切削
切削速度：１８０  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．５ｍｍ、
送り：０．４０  ｍｍ／ｒｅｖ、
上記の条件で、合金鋼の湿式高送り、高切り込み断続切削を実施した。
【００２９】
まず、インサートＡによる切削加工試験において、４コーナー使用後にインサートＡをバイトホルダーから取り外す切削加工試験を、１００個のインサートＡについて継続して実施し、次いで、インサートＢを、前記着座シートとクランプ手段の間に挟み込んで固定し、本発明切削工具１Ｂ〜８Ｂおよび比較例切削工具１Ｂ〜４Ｂとし、前記と同条件の切削加工条件で、切削加工試験を継続して行い、インサートＢによる切削加工試験において、１コーナー使用後にインサートＢをバイトホルダーから取り外し、インサートＢの逃げ面摩耗幅あるいは欠損等の異常損傷の有無を調べ、さらに、本発明着座シート１〜８および比較例着座シート１〜４の状態（摩耗・損耗の有無と、着座シートの変形の有無および変形量）を観察・測定した。
表５に、この結果を示す。
なお、着座シートの変形量は、非接触表面性状測定装置ＰＦ−９０（三鷹光器株式会社製）により測定した。
図３に、比較例着座シート１について、上記非接触表面性状測定装置ＰＦ−９０を用いて測定した表面形状測定の説明図を示すが、（ａ）は、比較例着座シート１の形状測定箇所を示し、（ｂ）は、着座シート基準面に対する測定箇所による摩耗変形による凹み量（変位量）の変化を示す。なお、図３（ｂ）によれば、シート基準面に対して、最大０．０１ｍｍ（１０μｍ）の凹みが着座シートに形成されていることが分かる。
【００３０】
【表５】
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【００３１】
表５の結果から、着座シートとして、本発明着座シート１〜８を装着した本発明切削工具１Ａ〜８Ａおよび本発明切削工具１Ｂ〜８Ｂによる湿式高送り、高切り込み断続切削試験において、切削加工時の欠損の発生はなく、また、切削試験終了後の本発明着座シート１〜８には、摩耗損耗、あるいは変形は認められなかった。
これに対して、硬質皮膜を被覆していない比較例着座シート１〜４を装着した比較例切削工具１Ａ〜４Ａおよび比較例切削工具１Ｂ〜４Ｂによる湿式高送り、高切り込み断続切削試験においては、比較例切削工具１Ｂ〜４Ｂによる切削加工時に欠損が発生することがあり、また、切削試験終了後の比較例着座シート１〜４には、摩耗損耗、変形の発生が観察された。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の着座シートによれば、高送り、高切り込みといった厳しい切削加工条件に用いた場合でも、着座シートの摩耗・変形に起因する切削加工時の欠損発生等の問題が発生することはなく、また、様々な座面形状を有するインサートへ交換した場合でも、着座不良により切れ刃の異常損傷や未使用切れ刃の欠損が発生するという問題点が発生することもなく、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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