(57)【要約】  切削工具部品用の耐摩耗性被覆層。切削工具は、バイトホルダ（１２）と、インサート（２２）をバイトホルダ（１２）に解放可能に固定するように構造化および配置されたクランプ（３４）とを含む。切削工具はまた、クランプ（３４）の少なくとも一部にろう付けされ、かつ／またはバイトホルダ（１２）の少なくとも一部にろう付けされた耐摩耗性被覆層（５０）を含み、その耐摩耗性被覆層（５０）は、硬質粒子およびろう付け材料を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイトホルダと、
インサートを前記バイトホルダに解放可能に固定するように構造化および配置されたクランプと、
前記クランプの少なくとも一部にろう付けされ、かつ／または前記バイトホルダの少なくとも一部にろう付けされた耐摩耗性被覆層であって、硬質粒子およびろう付け材料を含む耐摩耗性被覆層と、
を含む切削工具。
【請求項２】
前記耐摩耗性被覆層は、約０．００３インチ〜約０．１００インチの厚さを有する、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記ろう付け材料には、ニッケル系ろう付け合金が含まれる、請求項１に記載の切削工具。
【請求項４】
前記ニッケル系ろう付け合金は、約５〜約２０重量％のＣｒ、約２〜約５重量％のＢ、および残量分のＮｉと、付随する不純物とを含む、請求項３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記硬質粒子には超硬合金が含まれる、請求項１に記載の切削工具。
【請求項６】
前記硬質粒子には、コバルトで結合された炭化タングステンが含まれる、請求項１に記載の切削工具。
【請求項７】
前記耐摩耗性被覆層は、前記硬質粒子または前記ろう付け材料の一方を含有する第１の層と、前記第１の層に含有されない、前記硬質粒子または前記ろう付け材料のもう一方を含有する第２の層とを含む、請求項１に記載の切削工具。
【請求項８】
インサートを固定（クランプ）するためのバイトホルダであって、
インサート受け入れポケットを含むバイトホルダ本体と、
前記インサートを前記バイトホルダ本体に解放可能に固定するように構造化および配置されたクランプと、
前記クランプの少なくとも一部にろう付けされ、かつ／または前記バイトホルダ本体の少なくとも一部にろう付けされた耐摩耗性被覆層であって、硬質粒子およびろう付け材料を含む耐摩耗性被覆層と、
を含むバイトホルダ。
【請求項９】
前記耐摩耗性被覆層は、約０．００３インチ〜約０．１００インチの厚さを有する、請求項８に記載のバイトホルダ。
【請求項１０】
前記ろう付け材料には、ニッケル系ろう付け合金が含まれる、請求８に記載のバイトホルダ。
【請求項１１】
前記ニッケル系ろう付け合金は、約５〜約２０重量％のＣｒ、約２〜約５重量％のＢ、および残量分のＮｉと、付随する不純物とを含む、請求項１０に記載のバイトホルダ。
【請求項１２】
前記硬質粒子には超硬合金が含まれる、請求項８に記載のバイトホルダ。
【請求項１３】
前記硬質粒子には、コバルトで結合された炭化タングステンが含まれる、請求項８に記載のバイトホルダ。
【請求項１４】
前記インサート受け入れポケットに動かないように固定され、前記インサートと前記インサート受け入れポケットとの間に配置された座部材をさらに含み、前記座部材は、それの少なくとも一部にろう付けされた別の耐摩耗性被覆層を含む、請求項８に記載のバイトホルダ。
【請求項１５】
インサートをバイトホルダに解放可能に固定するクランプであって、
前記バイトホルダに取り付けられるように構造化および配置されたクランプ本体と、
前記クランプ本体の少なくとも一部にろう付けされ、硬質粒子およびろう付け材料を含む耐摩耗性被覆層と、
を含むクランプ。
【請求項１６】
前記耐摩耗性被覆層は、約０．００３インチ〜約０．１００インチの厚さを有する、請求項１５に記載のクランプ。
【請求項１７】
前記ろう付け材料には、ニッケル系ろう付け合金が含まれる、請求１５に記載のクランプ。
【請求項１８】
前記ニッケル系ろう付け合金は、約５〜約２０重量％のＣｒ、約２〜約５重量％のＢ、および残量分のＮｉと、付随する不純物とを含む、請求項１７に記載のクランプ。
【請求項１９】
切削工具部品と、
前記切削工具部品の少なくとも一部にろう付けされ、硬質粒子およびろう付け材料を含む耐摩耗性被覆層と、
を含む切削工具。
【請求項２０】
前記切削工具部品には、クランプ、座部材、またはバイトホルダのうちの１つが含まれる、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具部品に関し、より詳細には、切削工具部品用の耐摩耗性被覆層に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、被加工物から材料を除去する金属切削工具などの切削工具は周知である。通常、切削工具は、バイトホルダと、インサートをバイトホルダに解放可能に固定するクランプ装置とを含む。そのようなクランプ装置に関する種々の形態が提案されてきた。例えば、ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）らに付与された米国特許第３，７５４，３０９号明細書は、切削インサートおよびクランプ装置を開示しており、クランプ部材は、切削インサートに形成された溝と係合するのに適した丸いノーズを含む。マクリーリ（ＭｃＣｒｅｅｒｙ）らに付与された米国特許第３，８６４，７９９号明細書は、インサートをバイトホルダシャンクに固定（クランプ）するためのクランプ部材を含むバイトホルダを開示している。
【０００３】
切削工具による旋削作業において、インサートによって生成された切り屑が、切削作業の邪魔をすることがある。マクリーリ（ＭｃＣｒｅｅｒｙ）らに付与された’７９９号特許では、クランプ部材の切刃に面する部分が面取りされて、チップブレーカまたは切り屑そらせ部材として機能し、切り屑を切削領域から遠ざける助けとなる。これにより、クランプ部材の切り屑破断面、さらには、クランプおよび切刃を囲む隣接領域が深刻な摩耗および摩滅を受けることになる。マクリーリ（ＭｃＣｒｅｅｒｙ）らに付与された’７９９号特許では、クランプ部材に焼入れ処理および／または摩擦低減処理を施すことができる。具体的には、これは、クランプ部材を空気焼入れ鋼で形成するか、蒸着法（例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）など）を使用して、切り屑破断面に比較的薄い炭化チタンコーティングを施すか、またはクランプ部材の切り屑破断面にホウ化処理（ｂｏｒａｄｉｚｉｎｇ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を施すことにより行うことができる。しかし、そのような焼入れ処理および／または摩擦低減処理では、十分な耐摩耗および摩滅性を付与することができないと分かった。
【０００４】
本発明は、上記を考慮して発案された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３７５４３０９号
【特許文献２】米国特許第３８６４７９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、切削工具部品用の耐摩耗性被覆層を提供する。切削工具による旋削作業時に、切削工具の様々な部品が、例えば、切削工具の切削インサートによって生成された切り屑によりアブレシブ摩耗を受ける。したがって、耐摩耗および摩滅性を改善した切削工具および／または切削工具の部品を有することは有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様では、バイトホルダと、インサートをバイトホルダに解放可能に固定するように構造化および配置されたクランプとを含む切削工具が提供される。切削工具はまた、クランプの少なくとも一部にろう付けされ、かつ／またはバイトホルダの少なくとも一部にろう付けされた耐摩耗性被覆層を含み、その耐摩耗性被覆層は、硬質粒子およびろう付け材料を含む。
【０００８】
本発明の別の態様では、インサートを固定するためのバイトホルダが提供され、このバイトホルダは、インサート受け入れポケットを有するバイトホルダ本体と、インサートをそのバイトホルダ本体に解放可能に固定するように構造化および配置されたクランプとを含む。さらに、インサートを固定するためのバイトホルダは、クランプの少なくとも一部にろう付けされ、かつ／またはバイトホルダ本体の少なくとも一部にろう付けされた耐摩耗性被覆層を含み、その耐摩耗性被覆層は、硬質粒子およびろう付け材料を含む。
【０００９】
本発明のさらなる態様では、インサートをバイトホルダに解放可能に固定するためのクランプが提供され、このクランプは、バイトホルダに取り付けられるように構造化および配置されたクランプ本体と、そのクランプ本体の少なくとも一部にろう付けされた耐摩耗性被覆層とを含む。耐摩耗性被覆層は、硬質粒子およびろう付け材料を含む。
【００１０】
本発明のさらなる態様では、切削工具部品と、切削工具部品の少なくとも一部にろう付けされた耐摩耗性被覆層とを含む切削工具が提供される。耐摩耗性被覆層は、硬質粒子およびろう付け材料を含む。切削工具部品には、例えば、クランプ、座部材、またはバイトホルダがあり得る。当然のことながら、切削工具部品には、耐摩耗および摩滅性を改善するために、耐摩耗性被覆層が施されるのが望ましい、通常切削工具に付属する他の部品を含めることもできる。
【００１１】
本明細書および図面を再検討した後、本発明のこれらおよび他の態様がより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の態様によるバイトホルダの側部分解斜視図である。
【図２】本発明の態様による、図１の２−２切断線で切り取ったクランプの断面図である。
【図２ａ】本発明の態様による、図２に示す領域２ａの拡大図である。
【図３】本発明の態様による、図１の３−３切断線で切り取った座部材の断面図である。
【図４】本発明の態様による、図１の４−４切断線で切り取ったバイトホルダ本体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一態様によるバイトホルダアセンブリ１０の側部分解斜視図である。バイトホルダアセンブリ１０は、その前端部分のかど部で、その上側面１６にインサート受け入れポケット１４が形成されたバイトホルダ本体１２を含む。インサート受け入れポケット１４は、底部１８および側壁２０を有する。貫通して形成された取付穴２４を有するインサート２２は、座部材２６を介してポケット１４の底部１８に配置される。インサート２２は任意の形状とすることができるが、図示したインサート２２は、上面２２ａを有する略正方形形状である。雌ねじが切られた穴２８がポケット１４の底部１８に形成され、上側部分が下方に先細りとなった穴３０が、座部材２６を貫通して形成されている。座部材２６は、穴３０に挿入され、ねじ穴２８に螺入される皿ねじ３２を用いて、インサート受け入れポケット１４に動かないように固定される。
【００１４】
図１をさらに参照すると、クランプ３４が、バイトホルダ本体１２の上側面１６に配置される。バイトホルダ本体１２に形成されたクランプ固定穴３８とほぼ同じ直径を有する開孔３６が、クランプ本体３５内でクランプ３４のほぼ中心に形成されている。開孔３６は、その軸が、クランプ固定穴３８の軸と同軸になるように形成されている。クランプ３４は、対向するねじ部４２、４４を有する両ねじのクランプねじ４０を用いてバイトホルダ本体１２に固定され、クランプねじ４０は、ねじの切られたクランプ固定穴３８およびクランプ３４の開孔３６に螺入される。クランプ本体３５の前方部分４６の下側面は、周知のように、インサート２２の取付穴２４の内側面と係合した状態で保持される、全体として下方に突出したノーズ部分４８を含む。
【００１５】
図２は、本発明の一態様による、図１の２−２切断線で切り取ったクランプ３４の断面図である。図２に示すように、クランプ３４のクランプ本体３５の周縁部の少なくとも一部に耐摩耗性被覆層５０が設けられている。図２は、基本的にクランプ本体３５の全周縁部に施された被覆層５０を示しているが、当然のことながら、被覆層５０は、所望通りに耐摩耗性を付与するために、クランプ本体の周縁部の一部のみに施すこともできる。さらに、被覆は、他のバイト保持用途において、他のバイト保持部品に対して有用であると考えられる。
【００１６】
図２ａに示すように、耐摩耗性被覆層５０は、約０．００３インチ〜約０．１００インチの範囲、例えば、約０．００７インチ〜約０．０３０インチとすることができる厚さＴを有する。
【００１７】
被覆層５０は、柔軟性布を利用してクランプ本体３５に固着される硬質粒子およびろう付け材料を含む。一態様では、硬質粒子およびろう付け材料は、同じ柔軟性布内に一緒に加えることができる。別の態様では、硬質粒子か、またはろう付け材料のいずれかを別々に含む交互配置の布層が使用される。硬質粒子およびろう付け材料を含有する布の層を有するクランプ本体３５は、不活性雰囲気または還元性雰囲気の炉内に置かれ、次いで、ろう付け材料のろう付け温度まで、すなわち、ろう付け材料の固相線温度より高く加熱される。ろう付け材料は硬質粒子に浸透し、これら硬質粒子を互いにおよびクランプ本体３５にろう付けする。
【００１８】
硬質粒子として、例えば、超硬合金、窒化物、ホウ化物、および／または炭窒化物があり得る。適切な硬質粒子の一例は、コバルトで結合された炭化タングステン粒子である。例えば、これらの粒子は、約５重量％〜約１１重量％のコバルトと、約８９重量％〜約９５重量％の炭化タングステンとを含む。焼結炭化タングステン粒子は、通常約２μｍ〜約５００μｍの範囲の粒径を有する。焼結炭化タングステン以外の適切な焼結硬質粒子の他の例には、焼結炭化バナジウム、焼結炭化ニオブ、焼結炭化クロム、焼結炭化チタン、焼結炭化タンタル、焼結炭化モリブデン、焼結炭化ハフニウム、焼結炭化ケイ素、および焼結炭化ホウ素が含まれる。酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、および酸化ハフニウムなどの焼結酸化物も硬質粒子として使用することができる。
【００１９】
ろう付け材料として、クロム、ホウ素、ケイ素、タングステン、チタン、モリブデン、鉄、および／またはコバルトといった合金添加物を有するニッケル系合金があり得る。本明細書では、「ニッケル系」という用語は、ニッケルを少なくとも５０重量％含む合金を意味する。本発明の一態様では、ニッケル系ろう付け材料は、５〜２０重量％のＣｒ、２〜５重量％のＢ、および残量分のＮｉを含む。一般的なニッケル系のろう付け材料は、次の組成、すなわち、１５．５重量％のＣｒ、４．０重量％のＢ、および残量分のＮｉを有するニッケル−クロム−ホウ素ろう付け合金である。ろう付け合金はまた、例えば、所望の溶融特性を得るために適切な量のシリコンおよびリンを含む融点抑制剤を含有することもできる。
【００２０】
被覆材料には、高分子剤などの有機結合剤をさらに含めることができる。好ましい結合剤には、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）という名称でデュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）から販売されているポリテトラフルオロエチレンがある。
【００２１】
硬質粒子を含浸した布を所定の厚さに圧延して、均一な重量を維持し、部品、例えば、クランプ３４の形状と容易に合致できる柔軟性布を形成することができる。次いで、形をなすように布を切断し、低温接着剤を布に加える。次いで、ろう付け材料粉末を含む別の布を硬質粒子布の層にあてがう。硬質粒子で含浸された布層を部品にあてがった後、これらの布層をろう付け材料のろう付け温度まで加熱して、硬質粒子を互いにおよび部品に冶金的に結合する。溶融したろう付け合金は、硬質粒子の層内まで下方に浸透して（ｃａｐｉｌａｔｅ）、硬質粒子を互いにおよび部品に冶金的に結合し、耐摩耗性被覆を形成する。加熱ステップは、耐摩耗性コーティングになる布層を部品に接合する。
【００２２】
本発明の別の態様では、単一の柔軟性布が、硬質粒子およびろう付け材料の混合物で作られ、次いで、部品、例えば、クランプ３４にあてがわれる。上記に説明したように、ろう付け材料のろう付け温度まで加熱することで、硬質粒子が互いにおよび部品にろう付けされる。
【００２３】
ろう付け温度は、ろう付け材料の特性に応じて変わりうるが、典型的な温度は、下限値約５５０℃〜上限値約１，２３０℃の範囲である。当然のことながら、冶金的結合に影響を及ぼす加熱プロセスは、複数のステップを含むことができる。
【００２４】
本発明の耐摩耗性切削工具部品は、非常に高い耐摩耗性を持つと判明しており、例えば、耐摩耗性は、通常１００ＡＲＦを超える。本明細書では、ＡＲＦは「耐摩耗性因子」を指す。
【００２５】
図３は、本発明の一態様による、図１の３−３切断線で切り取った座部材２６の断面図である。図３に示すように、座部材２６の周縁部の少なくとも一部に耐摩耗性被覆層５０が設けられている。座部材２６に設けた耐摩耗性被覆層５０は、クランプ本体３５に設けた被覆層５０に関して本明細書で説明したのと同じ範囲の厚さを有する。座部材２６に設けた耐摩耗性被覆層５０は、クランプ本体３５に形成した被覆層５０に関して説明したのと同じ態様で座部材２６に形成される。
【００２６】
図４は、本発明の一態様による、図１の４−４切断線で切り取ったバイトホルダ本体１２の断面図である。図４に示すように、バイトホルダ本体１２の周縁部の少なくとも一部に耐摩耗性被覆層５０が設けられている。バイトホルダ本体１２に設けた耐摩耗性被覆層５０は、クランプ本体３５に設けた被覆層５０に関して本明細書で説明したのと同じ範囲の厚さを有する。バイトホルダ本体１２に設けた耐摩耗性被覆層５０は、クランプ本体３５に形成した被覆層５０に関して説明したのと同じ態様で座部材２６に形成される。
【００２７】
図２〜４に示すように、耐摩耗性被覆層は、バイトホルダアセンブリ１０の１つまたは複数の部品（例えば、クランプ本体３５、座部材２６、および／またはバイトホルダ本体１２）に設けられて、切削工具の旋削作業時にインサートによって生成される切り屑による摩耗および摩滅に対する高い耐性をこれらの部品に付与する。当然のことながら、耐摩耗性被覆層は、耐摩耗性および耐摩滅性を所望通りに高めるために、本明細書で図示および説明した特定の部品のほかに、切削工具の他の部品、または切削工具もしくは旋削作業に関連する部品に施すことができる。
【００２８】
一態様では、本明細書で説明した本発明は、厚さが比較的厚いことと、ろう付けによりなされる冶金的結合と、炭化タングステン摩耗粒子の高い含有量と、硬質の母材（＞５５ＨＲｃ）とにより、より長い寿命の切削工具部品を提供する。例えば、ＰＶＤコーティングなどの他の技術はコーティングが薄く、ＡＲＦが通常１００を超える、本明細書で説明したコーティング策と比べてＡＲＦ値が５０未満である。また、本明細書で説明したコーティングでは、コーティングが基材に冶金的に結合され、この結合により、過酷な使用中にコーティングが無傷のままであることを保証する強度が付与される。
【００２９】
表１は、本明細書で説明したクランプ３４などのクランプの比較試験結果を示している。具体的には、表１は、未コーティングクランプと、ＰＶＤコーティングクランプと、それぞれが本発明による耐摩耗性被覆層を有し、第１の被覆クランプおよび第２の被覆クランプとそれぞれ名付けた２つのクランプとの試験結果を示している。オークマ（Ｏｋｕｍａ）（登録商標）ＬＣ５０およびＬＵ４５旋盤を使用して、鋳鉄製のトラック用ブレーキドラムを機械加工する試験を行った。示すように、本発明の耐摩耗性被覆層を有するクランプは非常に良好に働き、未コーティングクランプおよびＰＶＤコーティングクランプよりも工具寿命が大幅に延びている。具体的には、未コーティングクランプは、４３０個のブレーキドラムを機械加工後に不良になり（すなわち、その意図した用途に対してもはや機能不能になった）、ＰＶＤコーティングクランプは、１，３００個のブレーキドラムを機械加工後に不良になった。それに対して、第１の被覆クランプは、３，３７５個のブレーキドラムを機械加工後も不良にはならず、第２の被覆クランプは、２，３４５個のブレーキドラムを機械加工後も不良にならなかった。
【表１】
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【００３０】
したがって、当然のことではあるが、本明細書で説明した耐摩耗性被覆層を施すことにより、様々な部品の機械での使用時間が延び、その結果、交換部品および機械中断時間にかかわるコストが低減される。耐摩耗性被覆層はまた、早期破壊を阻止する長い部品寿命により、安全な作業環境をもたらす。本明細書で示したように、コーティングされた部品は、試験において、耐摩耗性被覆層を含まない部品よりも大幅に長持ちすることを証明した。
【００３１】
本発明の特定の実施形態が、例示を目的として上記に説明されたが、添付の特許請求の範囲に定義した本発明から逸脱することなく、本発明の細部を様々に変形できることが当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2012517912.tif 000009
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