JPH09300139A - 切削工具基材材料を予備調製する方法及び得られた切削工具 - Google Patents

切削工具基材材料を予備調製する方法及び得られた切削工具

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JPH09300139A
JPH09300139A JP9003082A JP308297A JPH09300139A JP H09300139 A JPH09300139 A JP H09300139A JP 9003082 A JP9003082 A JP 9003082A JP 308297 A JP308297 A JP 308297A JP H09300139 A JPH09300139 A JP H09300139A
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grooves
diamond
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Scott D Martin
ディー．マーティン スコット
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Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
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Saint Gobain Norton Industrial Ceramics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヤモンドでコーティングされた切削工具
において、ダイヤモンドの剥落の少ない切削工具基材の
調製方法を提供する。 【解決手段】 切削工具の基材材料の上面の少なくとも
一部に第１パターンの溝を刻み入れ、その切削工具の基
材材料の少なくとも２つの隣接側面の少なくとも一部に
第２パターンの溝を刻み入れること特徴とする、切削工
具の基材材料にダイヤモンドコーティングを施す前に切
削工具基材材料を予備調製する方法である。好ましく
は、その第１と第２のパターンがクロスハッチパターン
又はダイヤモンドハッチパターンであり、その上面とそ
の２つの隣接側面のその部分が、切削工具基材材料の切
削エッジの直ぐ近くの領域を含まず、その上面のその部
分の溝のその第１パターンがハッチングされたパターン
を有し、その側面のその部分の溝の第２パターンがその
上面に平行な平行ラインのパターンである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは、ダイヤモ
ンドコーティングされた切削工具材料に関する。より詳
しくは、本発明は、切削工具の基材材料により高い接着
性を示すダイヤモンドコーティングを得るため、ダイヤ
モンドの化学蒸着（ＣＶＤ）の前に切削工具の基材材料
を予備調製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ダイヤ
モンドコーティングされた切削工具基材材料の例えば切
削工具インサートは周知であり、一般に炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）又は炭化タングステ
ン（ＷＣ）のような硬質基材から作成され、これらはダ
イヤモンドの化学蒸着に供される。
【０００３】従来技術のＣＶＤダイヤモンドコーティン
グされた切削工具材料の欠点は、ダイヤモンドコーティ
ングが、切削工具の基材材料に必らずしも十分に接着し
ていないことである。このことは、切削プロセスの際に
ダイヤモンドコーティングが基材から剥落し易いため、
短い工具寿命をもたらす。膜の基材への接着性は、機械
的要素と化学的要素の２つがある。ＷＣ基材との良好な
化学的接着性を得ることは特に難かしく、これは、ＷＣ
粒子のコバルトのバインダーマトリックスが、ＣＶＤ温
度でダイヤモンド膜をグラファイトに転化させる傾向に
あり、ダイヤモンドとＷＣとの乏しい界面結合をもたら
すためである。したがって、ＷＣ基材をコーティングす
る場合、機械的接着を最大限にすることが必要である。
基材とダイヤモンドコーティングの機械的接着性を改良
するため、ＣＶＤの前にＷＣ基材の表面を粗くすること
が当該技術で公知である。一方で、切屑が切削工具の表
面上を走るときの摩擦を減らす目的で、切削工具のすく
い面は滑らかな表面を有する必要があることが広く認識
されている。したがって、すくい面を粗くすることは避
けるべきである。また、工具の基材材料の一部を選択的
に研削し、その表面の一部を粗くすることも公知であ
る。しかしながら、研削は同方向の粗化を与え、接着性
は顕著には改良されない。
【０００４】公知のＣＶＤダイヤモンドでコーティング
された切削工具１０が図１に示されている。ダイヤモン
ドは、切削工具１０の上面１２と側面１４及び切削エッ
ジ１６にコーティングされている。使用からわずか数分
間後に、図２に示されたような従来技術においては、切
削工具１０の上面１２に結合したダイヤモンドコーティ
ングは、切削エッジ１６から剥落し始める。さらに切削
工具を使用すると、図３〜５に示したように、切削エッ
ジ１６の直ぐ近くの側面１４に沿って、ダイヤモンドコ
ーティングが剥落する。
【０００５】ＣＶＤコーティングの前に切削工具を予備
調製するための比較的最近の技術が、特開平６−１８３
８９０号公報（１９９４年７月５日出願）に開示されて
いる。この技術は図６に示されており、切削工具１０の
上面１２に、エキシマレーザーを用いて溝１８が入れら
れる。この溝１８は相互に平行であり、工具１０のサイ
ドエッジ２０にも平行である（したがって、工具１０の
他方のサイドエッジ１０に垂直である。）工具がこのよ
うに処理された後、液洗され、清浄化され、ＣＶＤダイ
ヤモンドでコーティングされる。上記の特許技術は工具
の上面からの剥落を減らす上である程度有効であるが、
十分な効果はない。また、この技術は、工具の側面から
の剥落を減らすには有効でない。
【０００６】したがって、本発明の目的は、ＣＶＤによ
ってより高い接着性のダイヤモンドコーティングが得ら
れるように、切削工具の基材材料を予備調製する方法を
提供することである。本発明のもう１つの目的は、基材
材料の切削エッジを鈍化させない、ＣＶＤによるダイヤ
モンドコーティングのための切削工具基材材料を予備調
製する方法を提供することである。
【０００７】本発明のさらにもう１つの目的は、ダイヤ
モンドコーティングが側面と同時に上面により強く接着
した、ダイヤモンドコーティングされた切削工具インサ
ートの製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】下記に詳しく説明するよ
うに、本発明の方法は、切削工具の基材材料の少なくと
も上面の選ばれた部分と、好ましくは側面の選ばれた部
分に明確なパターンを提供することを含む。このパター
ンは、クロスハッチング、ダイヤモンドハッチング、又
は他のデザインでよい。このパターンは、好ましくは、
レーザーアブレーション装置を用いて刻みつけることに
よって工具に施される。このパターンは、切削プロセス
の際に最も攻撃を受けると考えられる工具基材の部分の
ＣＶＤダイヤモンドの接着性が最適となるように設計さ
れる。パターンの寸法（例えば、刻みラインの深さと間
隔）は、工具基材のＣＶＤコーティングの際に、機械的
結合とダイヤモンド成核の最適な組み合わせを与えるよ
うに選択される。本発明の好ましい局面にしたがうと、
このパターンは、工具基材の切削エッジの直ぐ近くでは
ない表面の部分にのみ施され、それによって、切削エッ
ジそのものの寸法形状を維持する。ＣＶＤの際に、ダイ
ヤモンドの接着と成長は、パターンが施された表面の部
分で高められる。
【０００９】本発明の第１の態様にしたがうと、このパ
ターンは、基材の上面と側面にクロスハッチを有する。
第２の態様にしたがうと、基材のエッジの近くの上面と
側面からハッチングが省略される。第３の態様にしたが
うと、上面は中央でクロスハッチされ、一方で、上面の
コーナーに平行な４５°の溝が設けられる。第２の態様
において、側面に、上面と平行な平行溝が設けられる。
各々の態様において、ＣＶＤコーティングの前に酸で基
材をエッチングすることが有益なことがある。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に図７と８に関し、四角い切削
工具インサート１０２は、上面１０４、フランク又は側
面１０６，１０８など、底面（図示せず）を有する。イ
ンサートの１つ以上のコーナーの例えば１０７が鋭利に
され、切削エッジ１０９を形成する。インサートには、
中央の装着用穴（図示せず）が設けられることもでき
る。インサート１０２は、一般に、公知の機械加工技術
又は成形技術によって炭化タングステン（ＷＣ）から作
成される。ここで、この他の適切な基材材料には、炭化
ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、その他
の遷移金属の炭化物、窒化物及びホウ化物、ジルコニウ
ムアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 −Ｚr Ｏ2 ）、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）が挙げられる。本発明の第１の態様にしたがう
と、上面１０４とフランク表面１０６，１０８などに刻
みが入れられ、クロスハッチパターン（所望によりダイ
ヤモンドハッチパターン）が形成される。この刻み入れ
は、レーザーアブレーションによって、あるいは下記に
詳しく説明する成形によって行われることができる。
【００１１】クロスハッチパターンは、１１１と１１３
のような複数の対角線の溝を刻むことによって形成され
る。即ち、この溝は、切削工具のどのエッジにも平行で
はない。この溝は、好ましくは深さが約１５〜２０μｍ
で幅が１０〜１５μｍであり、約５０〜１００μｍの間
隔で離れている。上記のように、刻み入れは、レーザー
アブレーションによって行うことができる。本発明の現
状で好ましい態様にしたがうと、２．５ｋＨｚの周波数
と６ワットの切削パワーを有するＮｄ−Ｙａｇレーザー
が、溝を作成するために使用される。溝が刻み入れられ
た後、インサートは、約８分間にわたってＨＮＯ3 の１
０％溶液の中でエッチングされる。このエッチングは、
インサートの表面の５〜１０μｍ下までコバルトを除去
し、レーザーによる刻み入れプロセスにおいて残った弱
い結合の粒子をきれいにする。エッチングの後、通常の
ＣＶＤプロセスを用いてダイヤモンドがインサートの上
に推積される。
【００１２】レーザーアブレーションの代わりに、ハッ
チングされたパターンを有する型を用いて成形すること
によって、クロスハッチ又はダイヤモンドハッチのパタ
ーンがインサートに施されることもできる。次に図９と
１０に関し、本発明の第２の態様による切削工具インサ
ート２０２は、上面２０４、フランク又は側面２０６，
２０８，２１０，２１２、及び下面（図示せず）を有す
る。各フランク面は、フランク面と上面がそれぞれ交差
する箇所にエッジ２０６ａ，２０８ａ，２１０ａ，２１
２ａを形成する。インサートの１つ以上のコーナーの例
えば２０７は、切削エッジを形成するために鋭利にされ
る。本発明の第２の態様にしたがうと、上面２０４とフ
ランク面２０６，２０８などは刻みを入れられ、クロス
ハッチパターンを形成し（所望によりダイヤモンドハッ
チパターン）、このパターンはインサートのエッジ２０
６ａ，２０８ａなどまで延びず、特に切削エッジ２０７
までは延びない。好ましくは、ハッチングされた溝パタ
ーンは、エッジから約１００μｍまでで止まる。
【００１３】本発明の第３の現状で好ましい態様が図１
１と１２に示されている。ここで、切削工具のインサー
ト３０２は、その中央領域３０４ａにクロスハッチパタ
ーンを刻まれた上面３０４を有する。上面３０４のコー
ナー領域３０４ｂ〜ｅはクロスハッチされずに、図１１
に的確に示されているように、平行な対角線ラインが刻
まれている。ハッチングされたパターンと平行なコーナ
ーの刻みのいずれも、上面のエッジまでは延びない。側
面３０６〜３１２には、上面３０４と実質的に平行な平
行ラインが刻まれている。また、側面の刻みは、工具の
エッジまでは延びない。第２の態様と同様に、刻み
（溝）は、エッジ（３０６ａ〜３１２ａ，３０７，３０
９，３１１、及び３１３）から約１００μｍまでで止ま
ることが好ましい。
【００１４】本発明のいろいろな態様による切削工具イ
ンサートが作成され、いくつかの仕方で試験された。第
１の対照標準インサートは、表面をエッチングすること
によって作成したが、ＣＶＤコーティングの前に表面に
刻みを入れなかった。第２のインサートは、エッチング
とＣＶＤコーティングの前に上面に刻みを入れたが、側
面には刻みを入れずに作成した。第３のインサートは、
エッチングとＣＶＤコーティング前に、上面と側面に刻
みを入れることによって作成した。これらのインサート
を、アルミニウム加工片を切削することによって試験し
た。使用から５，１０，１５，２０分後にインサートの
検査と測定を行なった。また、多結晶ダイヤモンド（Ｐ
ＣＤ）切削工具を、アルミニウム加工片と同じ時間間隔
で摩耗について試験した。
【００１５】第１の対照標準インサートは、使用時間の
全体で（after wear-through）上面と側面のダイヤモン
ドコーティングの剥落を呈した。第２のインサートは、
使用期間の全体で側面のダイヤモンドコーティングの剥
落を呈したが、上面は剥落しなかった。第３のインサー
トは、使用期間の全体で剥落を呈さなかった。また、本
発明によって得られたインサートの摩耗性は、ＰＣＤ切
削工具よりも優れていた。具体的には、本発明の第３の
態様は、使用の５分と１０分後に、ＰＣＤ切削工具より
も優れた摩耗性を示した。
【００１６】ダイヤモンドコーティングを施すために切
削工具の基材材料を予備調製する方法と、その方法によ
って得られたダイヤモンドコーティングされた切削工具
インサートを、本願で開示し、説明した。本発明の特定
の態様を説明してきたが、本発明はそれらに限定される
ものではなく、当該技術で許容すると同程度に本発明の
範囲は広く認識されるべきであり、本明細書もそのよう
に読解されるべきである。即ち、四角いインサートを開
示したが、他の物理的形状のインサートも同じく使用可
能である。また、クロスハッチのパターンとダイヤモン
ドハッチのパターンを示したが、他のパターンでも実質
的に同じ結果を得ることができる。ここで、上面の刻み
は、基材のエッジに対してある角度にされることが好ま
しい。また、ダイヤモンド推積の前に切削工具インサー
トにパターンを形成するための刻みを入れる方法につい
て特定の切削技術と仕上げ技術を開示したが、他の切削
技術と仕上げ技術もやはり使用可能である。例えば、レ
ーザー切削法と成形法を開示したが、フライス加工のよ
うな他の方法で溝パターンを形成することもできる。ま
た、仕上げのホーニング法とエッチング法を開示した
が、他の方法を使用することもできる。このように、当
業者には、特許請求の範囲に示した技術的思想から逸脱
することなく、さらに別な変更が可能なことが認識され
るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＣＶＤコーティングされた切削工具
インサートのブランクの透視図である。
【図２】いろいろな使用程度の後の従来技術の切削工具
を示す。
【図３】いろいろな使用程度の後の従来技術の切削工具
を示す。
【図４】いろいろな使用程度の後の従来技術の切削工具
を示す。
【図５】いろいろな使用程度の後の従来技術の切削工具
を示す。
【図６】ＣＶＤコーティングの前の、平行な表面の溝に
よって予備調製された、従来技術の切削工具インサート
の大要の破断透視図である。
【図７】ＣＶＤコーティングの前の、本発明の第１の態
様によって予備調製された切削工具インサートの顕微鏡
写真に基づいた図である。
【図８】図７のインサートの上に形成されたパターンの
拡大図である。
【図９】ＣＶＤコーティングの前の、本発明の第２の態
様によって予備調製された切削工具インサートの大要の
上平面図である。
【図１０】図９の切削工具インサートの大要の立側面図
である。
【図１１】ＣＶＤコーティングの前の、本発明の第３の
態様によって予備調製された切削工具インサートの大要
の上平面図である。
【図１２】図１１の切削工具インサートの大要の立側面
図である。
【符号の説明】
１０２…インサート １０４…上面 １０６…側面 １０９…切削エッジ １１１…溝
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年２月１４日
【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
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 切削工具の基材材料の上面の少なくとも
    一部に第１パターンの溝を刻み入れ、その切削工具の基
    材材料の少なくとも２つの隣接側面の少なくとも一部に
    第２パターンの溝を刻み入れること特徴とする、切削工
    具の基材材料にダイヤモンドコーティングを施す前に切
    削工具基材材料を予備調製する方法。
  2. 【請求項２】 その第１と第２のパターンがクロスハッ
    チパターンであることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 その第１と第２のパターンがダイヤモン
    ドハッチパターンであることを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  4. 【請求項４】 その上面とその２つの隣接側面のその部
    分が、切削工具基材材料の切削エッジの直ぐ近くの領域
    を含まないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 その上面のその部分の溝のその第１パタ
    ーンがハッチングされたパターンを有し、その側面のそ
    の部分の溝の第２パターンがその上面に平行な平行ライ
    ンのパターンであることを特徴とする請求項４に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 その上面のその部分の溝のその第１パタ
    ーンが、中央のハッチングされたパターンと、その上面
    のコーナーのハッチングされていない平行ラインパター
    ンを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 そのハッチングされていない平行ライン
    パターンが、その上面の少なくとも１つのエッジに対し
    てある角度に配向されたことを特徴とする請求項６に記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 切削工具基材材料を仕上げる(honing)こ
    とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 切削工具基材材料を化学エッチングする
    ことをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 上面、少なくとも３つの側面、及びそ
    の側面と上面が交差してなる少なくとも３つのエッジを
    有する切削工具基材材料をダイヤモンドコーティングす
    る前に予備調製する方法であって、切削工具基材材料の
    上面の少なくとも一部に第１パターンの溝を刻み入れ、
    その第１パターンの溝の溝の少なくとも一部が、少なく
    とも１つのエッジに対して鋭角に配向されたこと特徴と
    する切削工具基材材料を予備調製する方法。
  11. 【請求項１１】 その第１パターン溝の溝の少なくとも
    一部が全てのエッジに対して鋭角に配向されたこと特徴
    とする請求項１０に記載の製する方法。
  12. 【請求項１２】 その切削工具の基材材料の２つの隣接
    側面の少なくとも一部に第２パターンの溝を刻み入れる
    ことをさらに含むこと特徴とする請求項１１に記載の製
    する方法。
  13. 【請求項１３】 その第２パターンの溝が上面に平行な
    溝を有すること特徴とする請求項１２に記載の製する方
    法。
  14. 【請求項１４】 その上面のその部分の溝のその第１パ
    ターンが、中央のハッチングされたパターンと、その上
    面のコーナーのハッチングされていない平行ラインパタ
    ーンを有することを特徴とする請求項１０に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 上面、少なくとも２つの側面、その側
    面と上面が交差してなる少なくとも２つの上エッジ、及
    びその側面が互いに交差してなる少なくとも１つのサイ
    ドエッジを有する切削工具基材材料をダイヤモンドコー
    ティングでコーティングする前に切削工具基材材料を予
    備調製する方法であって、切削工具の基材材料の上面の
    少なくとも一部に第１パターンの溝を刻み入れ、その上
    面の部分は少なくとも１つの上エッジの直ぐ近くの領域
    は含まないこと特徴とする切削工具基材材料を予備調製
    する方法。
  16. 【請求項１６】 上面のその部分が、少なくとも２つの
    上エッジの直ぐ近くの領域を含まないことを特徴とする
    請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 切削工具基材材料の少なくとも１つの
    側面の一部に第２パターンの溝を刻み入れ、その少なく
    とも１つの側面のその部分は、少なくとも１つのサイド
    エッジの直ぐ近くの領域を含まないことを特徴とする請
    求項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 その上面のその部分の溝のその第１パ
    ターンが、中央のハッチングされたパターンと、その上
    面のコーナーのハッチングされていない平行ラインパタ
    ーンを有することを特徴とする請求項１５に記載の方
    法。
  19. 【請求項１９】 ａ）上面、少なくとも２つの隣接側
    面、各側面とその上面が交差してなる少なくとも２つの
    上エッジ、及び少なくとも１つの切削エッジを有する基
    材であって、その上面の少なくとも一部に第１パターン
    の溝とその少なくとも２つの隣接側面の少なくとも一部
    に第２パターンの溝を有する基材、及びｂ）その基材の
    上に堆積されたダイヤモンド層、を含んでなるダイヤモ
    ンドコーティングされた切削工具。
  20. 【請求項２０】 その上面のその部分とその少なくとも
    ２つの隣接側面のその部分は、その切削エッジに直ぐ近
    い領域を含まないことを特徴とする請求項１９に記載の
    ダイヤモンドコーティングされた切削工具。
  21. 【請求項２１】 その第１パターンと第２パターンが、
    クロスハッチパターン又はダイヤモンドハッチパターン
    のいずれか一方であることを特徴とする請求項１９に記
    載のダイヤモンドコーティングされた切削工具。
  22. 【請求項２２】 その第１パターンがクロスハッチパタ
    ーン又はダイヤモンドハッチパターンのいずれか一方で
    あり、その溝の第２パターンがその上面に実質的に平行
    な溝を有することを特徴とする請求項１９に記載のダイ
    ヤモンドコーティングされた切削工具。
  23. 【請求項２３】 その第１パターンの溝が、その上エッ
    ジの少なくとも１つに対して鋭角に配向された溝を有す
    ることを特徴とする請求項１９に記載のダイヤモンドコ
    ーティングされた切削工具。
  24. 【請求項２４】 その上面のその部分の溝のその第１パ
    ターンが、中央のハッチングされたパターンと、その上
    面のコーナーのハッチングされていない平行ラインパタ
    ーンを有することを特徴とする請求項１９に記載のダイ
    ヤモンドコーティングされた切削工具。
  25. 【請求項２５】 ａ）上面、少なくとも２つの隣接側
    面、各側面とその上面が交差してなる少なくとも２つの
    上エッジ、及び少なくとも１つの切削エッジを有する基
    材であって、その上面の少なくとも一部に第１パターン
    の溝を有し、その第１パターンの溝は、その上エッジの
    少なくとも１つに対して鋭角に配向された溝を有する基
    材、及びｂ）その基材の上に堆積されたダイヤモンド
    層、を含んでなるダイヤモンドコーティングされた切削
    工具。
  26. 【請求項２６】 その上面のその部分が、その切削エッ
    ジの直ぐ近くの領域を含まないことを特徴とする請求項
    ２５に記載のダイヤモンドコーティングされた切削工
    具。
  27. 【請求項２７】 その上面のその部分の溝のその第１パ
    ターンが、中央のハッチングされたパターンと、その上
    面のコーナーのハッチングされていない平行ラインパタ
    ーンを有することを特徴とする請求項２５に記載のダイ
    ヤモンドコーティングされた切削工具。
  28. 【請求項２８】 ａ）上面、少なくとも２つの隣接側
    面、各側面とその上面が交差してなる少なくとも２つの
    上エッジ、及び少なくとも１つの切削エッジを有する基
    材であって、その上面の少なくとも一部に第１パターン
    の溝を有し、その上面のその部分はその切削エッジの直
    ぐ近くの領域を含まない基材、及びｂ）その基材の上に
    堆積されたダイヤモンド層、を含んでなるダイヤモンド
    コーティングされた切削工具。
  29. 【請求項２９】 その上面のその部分の溝のその第１パ
    ターンが、中央のハッチングされたパターンと、その上
    面のコーナーのハッチングされていない平行ラインパタ
    ーンを有することを特徴とする請求項２８に記載のダイ
    ヤモンドコーティングされた切削工具。
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