(57)【要約】  【課題】押圧部材と切削インサートとの拘束および切削インサートと工具ホルダとの拘束を安定させ、切削加工時において切削インサートと工具ホルダとの間に位置ずれが生じることのない切削工具を提供する。  【解決手段】  押圧部材４により、貫通孔２２の内壁２２ａを少なくとも拘束壁面３０ｂに向かって押圧し、切削インサート２を工具ホルダ３に取付けてなる切削工具１において、貫通孔２２の内壁２２ａのうち押圧部材４により押圧されている部分は、平滑面を有するとともに、切削インサート２の側面２１のうち、工具ホルダ３の拘束壁面３０ｂに拘束されている部分よりも表面粗さを小さくする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板形状をなし、上面と側面との間に切刃を有するとともに、前記上面から下面に貫通する貫通孔を有する切削インサートと、
前記切削インサートが載置される載置面と、前記切削インサートの側面と当接する拘束壁面とを有するインサートポケットが形成された工具ホルダと、
前記切削インサートを前記工具ホルダに押圧する押圧部材と、を具えており、
前記押圧部材により、前記貫通孔の内壁を少なくとも前記拘束壁面に向かって押圧し、前記切削インサートが前記工具ホルダに拘束されてなる切削工具において、
前記貫通孔の内壁のうち前記押圧部材により押圧されている部分は、平滑面を有するとともに、前記切削インサートの側面のうち、前記拘束壁面に当接している部分よりも表面粗さが小さいことを特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記押圧部材により押圧されている部分は、被覆層によって被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の切削工具。
【請求項３】
略平板形状をなし、上面と側面との間に切刃が形成されるとともに、前記上面から下面に貫通する貫通孔を有しており、前記貫通孔の内壁が少なくとも側面方向に押圧されて工具ホルダに拘束される切削インサートにおいて、
前記貫通孔の内壁のうち押圧される部分は、被覆層により被覆されているとともに平滑面を有しており、前記側面のうち、前記工具ホルダに当接する部分よりも表面粗さが小さいことを特徴とする切削インサート。
【請求項４】
前記被覆層は、化学蒸着法によって成膜されたことを特徴とする請求項３に記載の切削インサート。
【請求項５】
前記被覆層は、柱状結晶をなす炭窒化チタンを少なくとも一層有することを特徴とする請求項３または４に記載の切削インサート。
【請求項６】
前記平滑面は、ウェットブラストにより形成されたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の切削インサート。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれかに記載の切削インサートの製造方法であって、
前記切削インサートの前記貫通孔に対して前記内壁の内径よりも外径の小さい噴出口ノズルを前記貫通孔に近づけ、前記内壁に砥粒を吹き付けて研磨する工程を具えることを特徴とする切削インサートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具ホルダのインサートポケットに単数または複数個の切削インサートを取り付け、鋼、鋳鉄等の被削材の切削加工に用いられる切削工具と、この切削工具に取付けられる切削インサートと、この切削インサートの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼、鋳鉄等の切削加工を行う際に、ＷＣ基超硬合金やＴｉＣＮ基サーメット等の基体表面に、Ｔｉの窒化物、炭化物、または炭窒化物や、Ａｌ２Ｏ３、或いはＴｉとＡｌの固溶体の窒化物、炭化物、炭窒化物、または炭酸化物等の被覆層を成膜することにより、切削インサートの工具寿命を改善する技術が知られている。また、被覆層が成膜された切削インサートの切刃部にホーニング加工やチャンファ加工等の刃先処理を施すことにより、刃先強度を向上させて工具寿命を高める技術が知られている。さらに、被覆膜が成膜された切刃の表面やすくい面、逃げ面の表面を研磨加工することにより、切削加工時における切屑の溶着の防止や切屑の排出性を向上させる技術が知られている。
【０００３】
上記のように、基体表面に被覆層が成膜された切削インサートに関する技術としては、例えば特許文献１のように、被覆層が成膜されたブレーカ上部や座面において、平滑化をすることにより摩擦係数を減少させ、切削加工時において熱亀裂の発生や進展を効果的に抑制したものが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２５０４４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の切削インサートを、貫通孔の内壁を側面方向に押圧し、工具ホルダに拘束するレバーロック方式やカムロック方式を用いて拘束する場合は、切削加工時における切削インサートと工具ホルダとの間に生じる位置ずれが問題となっており、その原因の一つとして、内壁の面状態が粗い、焼成により内壁が変形している等により、内壁と押圧部材との拘束力が弱くなることが挙げられる。
【０００５】
しかしながら、切削インサートと工具ホルダとの間に生じる位置ずれは、２つの要因から構成されている。すなわち、切削インサートの内壁と押圧部材との間に生じる位置ずれと、切削インサートの側面とインサートポケットの拘束壁面に生じる位置ずれである。そのため、切削インサートと工具ホルダとの間に生じる位置ずれを抑制するためには、切削インサートの内壁と押圧部材との拘束力を向上させるだけでは足りず、切削インサートの側面とインサートポケットの拘束壁面との拘束力もまた向上させなければならない。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、切削加工時における押圧部材と内壁との拘束力と、切削インサートの側面と工具ホルダの拘束側面との拘束力を共に向上させ、切削インサートと工具ホルダとの間に位置ずれが生じることのない切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のうち、請求項１に係る発明は、略平板形状をなし、上面と側面との間に切刃を有するとともに、前記上面から下面に貫通する貫通孔を有する切削インサートと、前記切削インサートが載置される載置面と、前記切削インサートの側面と当接する拘束壁面とを有するインサートポケットが形成された工具ホルダと、前記切削インサートを前記工具ホルダに押圧する押圧部材と、を具えており、前記押圧部材により、前記貫通孔の内壁を少なくとも前記拘束壁面に向かって押圧し、前記切削インサートが前記工具ホルダに拘束されてなる切削工具において、前記貫通孔の内壁のうち前記押圧部材により押圧されている部分は、平滑面を有するとともに、前記切削インサートの側面のうち、前記拘束壁面に当接している部分よりも表面粗さが小さいことを特徴とする。
【０００８】
また、前記押圧部材により押圧されている部分は、被覆層によって被覆されていることが好ましい。
【０００９】
本発明のうち、請求項３に係る発明は、略平板形状をなし、上面と側面との間に切刃が形成されるとともに、前記上面から下面に貫通する貫通孔を有しており、前記貫通孔の内壁が少なくとも側面方向に押圧されて工具ホルダに拘束される切削インサートにおいて、前記貫通孔の内壁のうち押圧される部分は、被覆層により被覆されているとともに平滑面を有しており、前記側面のうち、前記工具ホルダに当接する部分よりも表面粗さが小さいことを特徴とする。
【００１０】
また、前記被覆層は、化学蒸着法によって成膜されたことが好ましい。
【００１１】
また、前記被覆層は、柱状結晶をなす炭窒化チタンを少なくとも一層有することが好ましい。
【００１２】
また、前記平滑面は、ウェットブラストにより形成されたことが好ましい。
【００１３】
本発明のうち、請求項７に係る発明は、請求項３〜６のいずれかに記載の切削インサートの製造方法であって、前記切削インサートの前記貫通孔に対して前記内壁の内径よりも外径の小さい噴出口ノズルを前記貫通孔に近づけ、前記内壁に砥粒を吹き付けて研磨する工程を具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の切削工具によれば、切削加工時において、切削インサートの内壁と押圧部材との間に生じる位置ずれを抑制するとともに、切削インサートの側面とインサートポケットの拘束壁面との間に生じる位置ずれを抑制し、その結果、工具ホルダに対する切削インサートの位置ずれを抑制することができる。さらに、切削インサートの貫通孔の内壁を起点とする破損を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明において切削インサートは、ＷＣ基超硬合金やＴｉＣＮ基サーメット等の基体からなるものや、この基体の表面に被覆層を成膜したものをいう。
【００１６】
以下に、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る切削インサートの第一実施形態を示す斜視図である。図２は本発明に係る切削インサートを拘束する工具ホルダの斜視図であり、図３は、図１の切削インサートを図２の工具ホルダに取付けた切削工具を示す平面図であり、図４は、図３におけるＸ‐Ｘ断面図である。
【００１８】
本実施形態に係る切削インサート２は、図１に示すように、この切削インサート２は、すくい面が設けられた上面２０と、逃げ面が設けられた側面２１を有している。そして、すくい面と逃げ面との間には、切刃２０ａが形成されている。また、上面２０の中心付近には、上面２０と下面とをほぼ垂直に貫通する貫通孔２２が設けられている。
【００１９】
この切削インサート２は、図２に示す工具ホルダ３に拘束される。工具ホルダ３の先端部には、載置面３０ａと拘束側面３０ｂとを有するインサートポケット３０が形成されており、この載置面３０ａの中央部には、工具ホルダ３の取付孔３０ｃが載置面３０ａとほぼ垂直に形成されている。また、インサートポケット３０の近傍で工具ホルダ３の上面基端側には、ネジ孔３１が形成されている。このネジ孔３１には、切削インサート２を工具ホルダ３に拘束する際に、後述するネジ部材４１がねじ込まれる。
【００２０】
図３に示すように、上記の切削インサート２は、クランプレバー４０とネジ部材４１からなる押圧部材４によって、工具ホルダ３に拘束される。図４に示すように、押圧部材４のうち、断面形状がＬ字状のクランプレバー４０は、インサートポケット３０より下方の工具ホルダ３内部に配設されており、その一端４０ａがインサートポケット３０に設けられた取付孔３０ｃから外方へ突出し、他端４０ｂが工具ホルダ内部３に配置されている。このＬ字形状のクランプレバー４０の一端４０ａが切削インサート２の貫通孔２２に挿通するように、切削インサート２をインサートポケット３０に配置する。次に、クランプレバー４０の他端４０ｂと係合するテーパ部分を具えたネジ部材４１を工具ホルダ３内部にねじ込んでいく。このとき、クランプレバー４０の他端４０ｂはネジ部材４１のテーパ部分により下方に押圧され、ネジ部材４１とともに工具ホルダ３の内部に沈み込んでいき、クランプレバー４０の一端４０ａは、貫通孔２２の内壁２２ａに向かって移動する。そして、クランプレバー４０の一端４０ａは、内壁２２ａのうち、上面２０と下面とから略等距離にある中間領域に当接し、切削インサート２の内壁２２ａを押圧する。これにより、切削インサート２の側面２１がインサートポケット３０の拘束壁面３０ｂに押付けられ、工具ホルダ３に拘束される。
【００２１】
本発明の特徴として、貫通孔２２の内壁２２ａのうちクランプレバー４０の一端４０ａにより押圧されている部分には、平滑面が形成されている。これにより、側面２１と同様に焼肌のままの凹凸面を有していた従来の切削インサート２の内壁２２ａに比べて、本発明に係る切削インサート２の内壁２２ａは研磨加工によってより平滑な面となるため、クランプレバー４０の一端４０ａと内壁２２ａとの接触割合が大きくなり、クランプレバー４０による切削インサート２のクランプ力が高まる。すなわち、切削加工時におけるクランプレバー４０と内壁２２ａとの間に発生する位置ずれを効果的に抑制することができる。
【００２２】
上記のように、クランプレバー４０と内壁２２ａとの間に発生する位置ずれと、切削インサート２の側面２１と工具ホルダ３の拘束壁面３０ｂとの間に発生する位置ずれを共に抑制することができるため、切削インサート２と工具ホルダ３との間に発生する位置ずれを抑制することができる。
【００２３】
さらに、内壁２２ａが研磨され平滑となっているため、クランプレバー４０の一端４０ａから内壁２２ａにかかる拘束時の応力が内壁２２ａの一点に集中することを防ぎ、内壁を起点とする切削インサート２の破損を防止することができる。
【００２４】
また、本実施形態において、内壁２２ａは基体よりも硬質な被覆層によって被覆されている。これにより、内壁２２ａの強度を向上させることができ、内壁２２ａを起点とする切削インサート２の破損を防止する効果を高めることができる。なお、被覆層としては、酸化アルミニウムや、チタン、ジルコニウム、ハフニウムから選ばれる元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物からなる硬質膜が膜の強度、膜の付着力の点で優れるため好適に使用される。
【００２５】
また、本実施形態に係る切削インサート２は、内壁２２ａ以外の表面上にも、上述したような被覆層が成膜されている。これにより、被覆層が成膜された表面部分の強度や対磨耗性が向上している。
【００２６】
また、被覆層として、柱状結晶をなす炭窒化チタンが含まれている。これにより、柱状結晶からなる炭窒化チタンの高い靭性によって、切削インサート２を工具ホルダ３に拘束させる際の破損を防止する効果を高めることができる。
【００２７】
このとき、切削インサート２を被覆させる方法としては、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）が使用できる。中でも、化学蒸着法を用いることが他の蒸着法よりも貫通孔２２の内壁２２ａに被覆層を均一な厚みで成膜することができるため好ましい。一般的に科学蒸着法によって被覆層を成膜した場合は、異常粒成長等によって膜の表面が荒れる可能性があるため、本発明のように、膜の表面に研磨を施し平滑にすることは、効果的である。  
また、クランプレバー４０の一端４０ａにより押圧される内壁２２ａの中間領域は、内壁２２ａの他の領域よりも表面粗さが小さいことが好ましい。これにより、クランプレバー４０の一端によって押圧されている部分を起点とする切削インサート２の破損を、より効果的に抑制することができる。なお、内壁２２ａに成膜された被覆層の最大高さＲｚが０．５μｍ以下、特に０．２μｍ以下であることが好ましい。ここで、被覆層の最大高さＲｚを測定する方法としては、ＪＩＳ  Ｂ０６０１’０１に準拠して触針式表面粗さ測定器を用いて測定すればよく、かかる測定が困難な場合には、レーザー顕微鏡や原子間力顕微鏡等の測定器を用い、被覆層の表面における凹凸形状を走査しながら見積もることによって測定することが可能である。この最大高さＲｚの測定においては、触針式表面粗さ測定器を用いる場合には、カットオフ値：０．２５ｍｍ、基準長さ：０．８ｍｍ、走査速度：０．１ｍｍ／秒にて測定する。また、上述したいずれの測定器を用いる場合も、Ｒｚは貫通孔の貫通方向に沿って測定される。
【００２８】
［製造方法］
以下に本発明に係る切削インサートの製造方法について説明する。
【００２９】
本実施例に係る切削インサートの基体は、炭化タングステン（ＷＣ）と、所望により周期表第４、５、６族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）の鉄属金属からなる結合相にて結合させた超硬合金や、Ｔｉ基サーメット、または窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素等のセラミックスのいずれかからなる。
【００３０】
係る基体の製法は、例えば基体として超硬合金を用いる場合には、炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対し、金属コバルト（Ｃｏ）粉末を５〜１０質量％、周期表第４、５、６族元素の炭化物（炭化タングステンを除く）、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種の硬質相を形成可能な化合物を０．１〜８．０質量％の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状に成形する。そして、この成形体に対して脱バインダ処理を施した後、真空中にて、１３５０〜１５５０℃で０．５〜３時間焼成して超硬合金からなる基体を作製する。
【００３１】
次に、図５に示すように、貫通孔２２の内壁２２ａに対して、ブラスト加工を施す。加工条件はアルミナ＃２００〜１０００の砥粒を使用し、噴出圧力が２〜１０Ｍｐａにて最大高さＲｚが０．３μｍ〜１．５μｍ程度の均一な粗さに調節する。
【００３２】
本発明に係る製造方法の特徴として、貫通孔２２の内径よりも小さい外径が小さく、先端に噴出口５０を有する噴出ノズル５を貫通孔２２に近づけ、内壁２２ａに砥粒を吹き付けることにより、研磨加工を施している。これにより、内壁２２ａの全域にわたって砥粒を十分に吹き付けることができ、内壁２２ａをより平滑に研磨することができる。
【００３３】
このとき、上記のブラスト加工として、冷却液と同時に砥粒を噴出して加工するウェットブラストを用いることが好ましい。これにより、研磨加工時に生じる熱によって基体が酸化され強度が低下するのを防ぎ、耐欠損性の低下を防止できるため望ましい。
【００３４】
なお、切削インサート２にバレル加工等の全体研磨を施す場合は、貫通孔２２の内壁２２ａのみならず、側面２１も研磨されてしまうため、側面２１と拘束壁面３０ｂとの間に生じる摩擦力が低下する。これにより、切削インサート２の側面２１と工具ホルダ３の拘束側面３０ｂとの間には位置ずれが生じやすくなりやすい。
【００３５】
次に、基体の内壁２２ａへ被覆層を、例えば化学蒸着法を用いて成膜する際の方法について説明する。
【００３６】
本実施例においては、基体の表面に最下層である第１層から、１層ずつ順に第６層まで成膜する。具体的な成膜条件としては、最下層の第１層である窒化チタン（ＴｉＮ）層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを順次調整し、チャンバ内を炉内温度８００〜１１００℃、圧力５〜８５ｋＰａとなるように調整する。
【００３７】
次に第２層である炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを０〜４０体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．３〜２．０％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを順次調整し、チャンバ内を炉内温度７５０〜９００℃、圧力５〜８５ｋＰａとなるように調整する。
【００３８】
また、第３層である粒状のＴｉＣＮ層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを３〜１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５〜４０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを１〜１５体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを順次調整し、チャンバ内を炉内温度９５０〜１１００℃、圧力５〜８５ｋＰａとなるように調整する。
【００３９】
さらに、第４層であるＴｉＣＮＯ層を成膜するには、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１〜３体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを０．１〜１０体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．０１〜５体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜３０ｋＰａとなるように調整する。
【００４０】
そして、第５層であるＡｌ２Ｏ３層を成膜するには、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスを３〜２０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５〜３．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを０．０１〜５．０体積％、硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスを０〜０．１体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを用い、９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａとなるように調整する。
【００４１】
最後に最表層となる第６層である窒化チタン（ＴｉＮ）または炭化チタン（ＴｉＣ）を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１〜１０体積％、窒化チタン（ＴｉＮ）の場合は窒素（Ｎ２）ガスを５〜６０体積％、炭化チタン（ＴｉＣ）の場合はメタン（ＣＨ４）ガスを５〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを調整し、チャンバ内を炉内温度８００〜１１００℃、圧力５〜８５ｋＰａとなるように調整する。
【００４２】
上記条件下における成膜方法により、他の蒸着法と比較して、貫通孔２２の内壁２２ａに均一な膜厚の被覆層を成膜することができる。
【００４３】
次に、成膜された被覆層の表面を平滑にするため、貫通孔２２の内壁２２ａに対して、ブラスト加工を施す。具体的には、図６に示すように、成膜された被覆層６の表面のうち、貫通孔２２の内壁２２ａに対して、貫通孔２２の内径よりも外径が小さく、先端に噴出口５０を有する噴出ノズル５を貫通孔２２に近づけ、炭化珪素、酸化アルミニウム等の砥粒を用いてブラスト加工をする。これにより、貫通孔２２の内壁２２ａに成膜された被覆層６を均一に研磨することができるため、切削加工時におけるクランプレバー４０と内壁２２ａとの間に生じる位置ずれや、拘束時の応力集中による切削インサート２の欠損を抑制することができる。
【００４４】
なお、加工条件は基体のブラスト加工と同様のアルミナ＃２００〜１０００の砥粒を使用し、噴出圧力が２〜１０Ｍｐａにて行うことが望ましい。また、基体のブラスト加工と同様にウェットブラストを用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る切削インサートの第一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る切削インサートを拘束する工具ホルダの斜視図である。
【図３】、図１に示す切削インサートを図２に示す工具ホルダに取付けた切削工具を示す平面図である。
【図４】図３におけるＸ‐Ｘ断面図である。
【図５】本発明に係る切削インサートの貫通孔内壁の研磨方法である。
【図６】貫通孔内壁に成膜された被覆層の研磨方法である。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・切削工具
２・・・切削インサート
２０・・・上面
２０ａ・・・切刃
２１・・・側面
２２・・・貫通孔
２２ａ・・・内壁
３・・・工具ホルダ
３０・・・インサートポケット
３０ａ・・・載置面
３０ｂ・・・壁面
３０ｃ・・・取付孔
３１・・・ネジ孔
４・・・押圧部材
４０・・・クランプレバー
４０ａ・・・一端
４０ｂ・・・他端
４１・・・ネジ部材
５・・・噴出ノズル
５０・・・噴出口
６・・・被覆層
【図１】
2009107059.tif 000003
【図２】
2009107059.tif 000004
【図３】
2009107059.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009107059.tif 000007
【図６】
2009107059.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
上記のように、基体表面に被覆層が成膜された切削インサートに関する技術としては、例えば特許文献１のように、被覆層が成膜されたブレーカ上部や座面において、平滑化をすることにより摩擦係数を減少させ、切削加工時において熱亀裂の発生や進展を効果的に抑制したものが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２５４４１１号公報