JP7568566B2

JP7568566B2 - インサートおよび切削工具

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Publication number: JP7568566B2
Application number: JP2021058879A
Authority: JP
Inventors: 佳樹岩下; 唯之今井; 聡史森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2024-10-16
Anticipated expiration: 2041-03-30
Also published as: JP2022155406A

Description

本開示は、インサートおよび切削工具に関する。

旋削加工や転削加工等の切削加工に用いられる工具として、たとえば超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体を有するインサートが知られている（特許文献１参照）。

特開２００２－３２８４号公報

上述した従来技術には、耐久性を損なうことなく、被削材の仕上げ面品位を向上させるという点で更なる改善の余地がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、耐久性を損なうことなく、被削材の仕上げ面品位を向上させることができるインサートおよび切削工具を提供することを目的とする。

本開示の一態様によるインサートは、すくい面を有する第１面と、逃げ面を有する第２面と、第１面および第２面との間に位置する稜線部と、を有し、稜線部の少なくとも一部に切刃が位置するインサートである。切刃は、少なくとも一部に第３面を有しており、第３面における稜線部に平行な方向の平均算術表面粗さＲａをＲａ１とした場合、Ｒａ１は、０．２０μｍ以下である。

本開示の一態様による切削工具は、端部にポケットを有する棒状のホルダと、ポケット内に位置する上述のインサートとを有する。

本開示によれば、耐久性を損なうことなく、被削材の仕上げ面品位を向上させることができる。

図１は、実施形態に係るインサートの一例を示す斜視図である。図２は、実施形態に係るインサートの一例を示す側断面図である。図３は、実施形態に係る被覆層の構成を示す模式的な側面図である。図４は、第３面に対して垂直な方向から第３被覆層を見た模式的な平面図である。図５は、図２に示すＶ部の模式的な拡大図である。図６は、図５に示すＶＩ部の模式的な拡大図である。図７は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。図８は、第３面の平均算術表面粗さＲａの測定結果を示す図である。図９は、第３面の十点平均表面粗さＲｚの測定結果を示す図である。図１０は、実施例１および比較例１，３，４に係るインサートに対する耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。図１１は、実施例１および比較例１，３，４に係るインサートに対する耐欠損性試験の結果を示すグラフである。図１２は、実施例１および比較例１に係るインサートの第２被覆層に対する残留応力測定の結果を示す表である。

以下に、本開示によるインサートおよび切削工具を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示によるインサートおよび切削工具が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。

＜インサート＞
図１は、実施形態に係るインサートの一例を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態に係るインサート１は、チップ本体２と、切刃部３とを有していてもよい。実施形態に係るインサート１は、たとえば、上面および下面（図１に示すＺ軸と交わる面）の形状が平行四辺形である六面体形状を有する。

インサート１は、第１面６（ここでは、上面）と、第１面６に連接する第２面７（ここでは、側面）と、第１面６と第２面７との間に位置する稜線部８とを有する。第１面６は、切削により生じた切屑をすくい取るすくい面を有する。また、第２面７は、逃げ面を有する。

第１面６は、平面視したとき、複数（ここでは、４つ）の角部６１を有する。角部６１は、第１面６の角を含む領域である。複数の角部６１のうちの少なくとも１つにおける稜線部８には、切刃１１が位置している。インサート１は、切刃１１を被削材に当てることによって被削材を切削する。

（チップ本体２）
チップ本体２は、たとえば超硬合金で形成される。超硬合金は、Ｗ（タングステン）、具体的には、ＷＣ（炭化タングステン）を含有する。また、超硬合金は、Ｎｉ（ニッケル）およびＣｏ（コバルト）の少なくとも一方を含有していてもよい。また、チップ本体２は、サーメットで形成されてもよい。サーメットは、たとえばＴｉ（チタン）、具体的には、ＴｉＣ（炭化チタン）またはＴｉＮ（窒化チタン）を含有する。また、サーメットは、ＮｉやＣｏを含有していてもよい。

チップ本体２のうち、インサート１の角部６１に対応する箇所の１つには、切刃部３を取り付けるための座面４が位置していてもよい。また、チップ本体２の中央部には、チップ本体２を上下に貫通する貫通孔５が位置していてもよい。貫通孔５には、後述するホルダ７０にインサート１を取り付けるためのネジ７５が挿入される（図７参照）。

（切刃部３）
切刃部３は、チップ本体２の座面４に取り付けられることによってチップ本体２と一体化されている。切刃部３は、インサート１が有する複数の角部６１のうちの１つを構成する。また、切刃部３は、上述した第１面６、第２面７および稜線部８の一部を構成する。切刃１１は、切刃部３における稜線部８の少なくとも一部に位置している。

かかる切刃部３の構成について図２を参照して説明する。図２は、実施形態に係るインサート１の一例を示す側断面図である。図２に示すように、切刃部３は、基体１０を有する。また、切刃部３は、被覆層２０を有していてもよい。

（基体１０）
基体１０は、超硬合金やサーメット、セラミックスであってもよい。また、複数の窒化硼素粒子を含有する窒化硼素質焼結体であってもよい。実施形態において、基体１０は、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）質焼結体であり、複数の立方晶窒化硼素粒子を含有していてもよい。基体１０は、複数の窒化硼素粒子の間に、ＴｉＮ、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３等を含有する結合相を有していてもよい。複数の窒化硼素粒子は、かかる結合相によって強固に結合される。なお、基体１０は、必ずしも結合相を有することを要しない。なお、図１や図２では、基体１０は切刃部３に位置しているが、基体１０が、チップ本体２と切刃部３とであってもよい。言い換えると、例えば、矩形状の基体１０を用いてもよい。

切刃１１の少なくとも一部には、第１面６と第２面７とに連続する第３面９が位置している。第３面９は、たとえば、第１面６と第２面７との角部を斜め且つ直線的に削ったＣ面（チャンファー面）である。第３面９は、第１面６と第２面７との角部を丸めたＲ面（ラウンド面）であってもよい。

基体１０の下面には、たとえば超硬合金またはサーメットからなる基板３０が位置していてもよい。この場合、基体１０は、基板３０および接合材４０を介してチップ本体２の座面４に接合している。接合材４０は、たとえばロウ材である。チップ本体２の座面４以外の部分では、基体１０は接合材４０を介してチップ本体２と接合していてもよい。

（被覆層２０）
被覆層２０は、例えば、切刃部３の耐摩耗性、耐熱性等を向上させることを目的として基体１０に被覆される。図２の例では、被覆層２０がチップ本体２および基体１０の両方に位置しているが、被覆層２０は、少なくとも基体１０の上に位置していればよい。被覆層２０が切刃部３の第２面７に相当する基体１０の側面に位置する場合、第２面７の耐摩耗性、耐熱性が高い。

図３は、実施形態に係る被覆層の構成を示す模式的な側面図である。また、図４は、第３面９に対して垂直な方向から第３被覆層２０３を見た模式的な平面図である。

図３に示すように、被覆層２０は、第１面６に位置する第１被覆層２０１と、第２面７に位置する第２被覆層２０２と、第３面９に位置する第３被覆層２０３とを有する。

ここで、第３面９における稜線部８に平行な方向Ｄ１（図４参照）の平均算術表面粗さＲａをＲａ１とした場合、Ｒａ１は、０．２０μｍ以下であってもよい。かかる構成を有するインサート１は、耐久性を損なうことなく、被削材の仕上げ面品位を向上させることができる。

また、第３面９における稜線部８に垂直な方向Ｄ２（図４参照）の平均算術表面粗さＲａをＲａ２とした場合、Ｒａ１とＲａ２との差は、０．１μｍ以下であってもよい。かかる構成を有するインサート１によれば、被削材の仕上げ面粗さを小さくすることができる。

また、第３面９における稜線部８に平行な方向Ｄ１の十点平均表面粗さＲｚをＲｚ１とした場合、Ｒｚ１は、１．５μｍ以下であってもよい。かかる構成を有するインサート１によれば、被削材の仕上げ面粗さを小さくすることができる。

また、第３面９における稜線部８に垂直な方向Ｄ２の十点平均表面粗さＲｚをＲｚ２とした場合、Ｒｚ１とＲｚ２との差は、０．２μｍ以下であってもよい。かかる構成を有するインサート１によれば、被削材の仕上げ面粗さを小さくすることができる。

また、被覆層２０のうち第２面７に位置する第２被覆層２０２は、立方晶粒子を含有していてもよい。たとえば、第２被覆層２０２に含有される立方晶粒子は、ＡｌＴｉＮであってもよい。

第１被覆層２０１および第２被覆層２０２を２Ｄ法（Ｘ線２次元検出器を用いた応力測定法）で測定した残留応力のうち、第１被覆層２０１の切刃１１近傍における残留応力をσ１とし、第２被覆層２０２の切刃１１近傍における残留応力をσ２とする。

たとえば、図３に示すように、第２被覆層２０２について、第１面６に垂直な方向における残留応力σ２_１１と、第１面６に水平な方向における残留応力σ２_２２とを２Ｄ法を用いてそれぞれ測定する。そして、得られたσ２_１１およびσ２_２２の平均値をσ２として算出してもよい。同様に、第１被覆層２０１について、第１面６に水平で第１面６と第２面７との稜線部に垂直な方向の残留応力をσ１_２２とし、σ１_２２に直角な方向における残留応力をσ１_１１として２Ｄ法を用いてそれぞれ測定し、これらの平均値をσ１として算出してもよい。

σ１およびσ２は、いずれも圧縮応力であってもよい。一般的に、被覆層の残留応力として引っ張り応力を有する被覆工具は、割れが生じ易い。これに対し、σ１およびσ２がいずれも圧縮応力であるインサート１は、割れが生じにくい。したがって、かかる構成を有するインサート１は、耐久性が高い。

また、σ１の残留応力値は、－１０５０ＭＰａ以上、－７５０ＭＰａ以下であってもよい。また、σ２の残留応力は、－１４００ＭＰａ以上、－１１００ＭＰａ以下であってもよい。かかる構成を有するインサート１は、さらに耐久性が高い。

第２被覆層２０２の厚みは、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であってもよい。上記の構成を有するインサート１は、被覆層２０の耐剥離性が高く耐衝撃性も高くなるため、被覆層２０の耐久性が更に高くなる。

（被覆層２０の具体的な構成）
次に、被覆層２０の具体的な構成について図５を参照して説明する。図５は、図２に示すＶ部の模式的な拡大図である。

図５に示すように、被覆層２０は、少なくとも硬質層２１を有する。硬質層２１は、１層以上の金属窒化物層を有していてもよい。硬質層２１は、金属層２２と比較して耐摩耗性に優れた層である。硬質層２１は１層であってもよい。また、複数の金属窒化物層が重なっていてもよい。また、硬質層２１は、複数の金属窒化物層が積層された積層部２３と、積層部２３の上に位置する第３金属窒化物層２４とを有していてもよい。かかる硬質層２１の構成については後述する。

（金属層２２）
また、被覆層２０は、金属層２２を有していてもよい。金属層２２は、基体１０と硬質層２１との間に位置していてもよい。具体的には、金属層２２は、一方の面において基体１０に接し、且つ、他方の面において硬質層２１に接していてもよい。

金属層２２は、基体１０との密着性が硬質層２１と比べて高い。このような特性を有する金属元素としては、たとえば、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙが挙げられる。金属層２２は、上記金属元素のうち少なくとも１種以上の金属元素を含有する。

なお、Ｔｉの単体、Ｚｒの単体、Ｖの単体、Ｃｒの単体およびＡｌの単体は、金属層２２としては用いられない。これらはいずれも融点が低く、耐酸化性が低いことから、切削工具への使用に適さないためである。また、Ｈｆの単体、Ｎｂの単体、Ｔａの単体、Ｍｏの単体は基体１０との密着性が低い。ただし、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ａｌを含む合金については、この限りではない。

金属層２２は、Ａｌ－Ｃｒ合金を含有するＡｌ－Ｃｒ合金層であってもよい。かかる金属層２２は、基体１０との密着性が特に高いことから、基体１０と被覆層２０との密着性を向上させる効果が高い。

金属層２２がＡｌ－Ｃｒ合金層である場合、金属層２２におけるＡｌの含有量は、金属層２２におけるＣｒの含有量よりも多くてもよい。たとえば、金属層２２におけるＡｌとＣｒとの組成比（原子％）は、７０：３０であってもよい。このような組成比率とすることで、基体１０と金属層２２との密着性はより高い。

金属層２２は、上記金属元素（Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ）以外の成分を含有していてもよい。ただし、基体１０との密着性の観点から、金属層２２は、上記金属元素を合量で少なくとも９５原子％以上含有していてもよい。より好ましくは、金属層２２は、上記金属元素を合量で９８原子％以上含有してもよい。たとえば、金属層２２がＡｌ－Ｃｒ合金層である場合、金属層２２は、少なくとも、ＡｌおよびＣｒを合量で９５原子％以上含有していてもよい。さらに金属層２２は、少なくとも、ＡｌおよびＣｒを合量で９８原子％以上含有していてもよい。なお、金属層２２における金属成分の割合は、たとえば、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いた分析により特定可能である。

また、Ｔｉは実施形態に係る基体１０との濡れ性が悪いため、基体１０との密着性向上の観点から、金属層２２は、Ｔｉを極力含有していないことが好ましい。具体的には、金属層２２におけるＴｉの含有量は、１５原子％以下であってもよい。

このように、実施形態に係るインサート１では、基体１０との濡れ性が硬質層２１と比べて高い金属層２２を基体１０と硬質層２１との間に設けることにより、基体１０と被覆層２０との密着性を向上させることができる。なお、金属層２２は、硬質層２１との密着性も高いため、硬質層２１が金属層２２から剥離するといったことも生じにくい。

また、基体１０として用いられるｃＢＮは、絶縁体である。絶縁体であるｃＢＮには、ＰＶＤ法（物理蒸着）により形成される膜との密着性に改善の余地があった。これに対し、実施形態に係るインサート１では、導電性を有する金属層２２を基体１０の表面に設けることで、ＰＶＤにより形成される硬質層２１と金属層２２との密着性が高い。

（硬質層２１）
次に、硬質層２１の構成について図６を参照して説明する。図６は、図５に示すＶＩ部の模式的な拡大図である。

図６に示すように、硬質層２１は、金属層２２の上に位置する積層部２３と、積層部２３の上に位置する第３金属窒化物層２４とを有する。

積層部２３は、複数の第１金属窒化物層２３ａと複数の第２金属窒化物層２３ｂとを有する。積層部２３は、第１金属窒化物層２３ａと第２金属窒化物層２３ｂとが交互に積層された構成を有している。

第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの厚みは、それぞれ５０ｎｍ以下としてもよい。このように、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂを薄く形成することで、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの残留応力が小さい。これにより、たとえば、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの剥離やクラック等が生じ難くなることから、被覆層２０の耐久性が高い。

第１金属窒化物層２３ａは、金属層２２に接する層であり、第２金属窒化物層２３ｂは、第１金属窒化物層２３ａ上に形成される。

第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂは、金属層２２に含まれる金属を含有していてもよい。

たとえば、金属層２２に２種類の金属（ここでは、「第１の金属」、「第２の金属」とする）が含まれているとする。この場合、第１金属窒化物層２３ａは、第１の金属および第３の金属の窒化物を含有する。第３の金属は、金属層２２に含まれない金属である。また、第２金属窒化物層２３ｂは、第１の金属および第２の金属の窒化物を含有する。

たとえば、実施形態において、金属層２２は、ＡｌおよびＣｒを含有してもよい。この場合、第１金属窒化物層２３ａは、Ａｌを含有してもよい。具体的には、第１金属窒化物層２３ａは、ＡｌおよびＴｉの窒化物であるＡｌＴｉＮを含有するＡｌＴｉＮ層であってもよい。また、第２金属窒化物層２３ｂは、ＡｌおよびＣｒの窒化物であるＡｌＣｒＮを含有するＡｌＣｒＮ層であってもよい。

このように、金属層２２に含まれる金属を含有する第１金属窒化物層２３ａを金属層２２の上に位置させることで、金属層２２と硬質層２１との密着性が高い。これにより、硬質層２１が金属層２２から剥離し難くなるため、被覆層２０の耐久性が高い。

第１金属窒化物層２３ａすなわちＡｌＴｉＮ層は、上述した金属層２２との密着性の他、たとえば耐摩耗性に優れる。また、第２金属窒化物層２３ｂすなわちＡｌＣｒＮ層は、たとえば耐熱性、耐酸化性に優れる。このように、被覆層２０は、互いに異なる組成の第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂを含むことで、硬質層２１の耐摩耗性や耐熱性等の特性を制御することができる。これにより、インサート１の工具寿命を延ばすことができる。たとえば、実施形態に係る硬質層２１においては、ＡｌＣｒＮが持つ優れた耐熱性を維持しつつ、金属層２２との密着性や耐摩耗性といった機械的性質を向上させることができる。

なお、積層部２３は、たとえばアークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）により成膜してもよい。ＡＩＰ法は、真空雰囲気でアーク放電を利用してターゲット金属（ここでは、ＡｌＴｉターゲットおよびＡｌＣｒターゲット）を蒸発させ、Ｎ_２ガスと結合することによって金属窒化物（ここでは、ＡｌＴｉＮとＡｌＣｒＮ）を成膜する方法である。なお、金属層２２もＡＩＰ法により成膜してもよい。

第３金属窒化物層２４は、積層部２３の上に位置してもよい。具体的には、第３金属窒化物層２４は、積層部２３のうち第２金属窒化物層２３ｂと接する。第３金属窒化物層２４は、たとえば、第１金属窒化物層２３ａと同様、ＴｉおよびＡｌを含有する金属窒化物層（ＡｌＴｉＮ層）である。

第３金属窒化物層２４の厚みは、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの各厚みよりも厚くてもよい。具体的には、上述したように第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの厚みは５０ｎｍ以下とした場合、第３金属窒化物層２４の厚みは、１μｍ以上としてもよい。たとえば、第３金属窒化物層２４の厚みは、１．２μｍであってもよい。

これにより、たとえば、第３金属窒化物層２４の摩擦係数が低い場合には、インサート１の耐溶着性を向上させることができる。また、たとえば、第３金属窒化物層２４の硬度が高い場合には、インサート１の耐摩耗性を向上させることができる。また、たとえば、第３金属窒化物層２４の酸化開始温度が高い場合には、インサート１の耐酸化性を向上させることができる。

また、第３金属窒化物層２４の厚みは、積層部２３の厚みよりも厚くてもよい。具体的には、実施形態において、積層部２３の厚みは０．５μｍ以下とした場合、第３金属窒化物層２４の厚みは、１μｍ以上であってもよい。たとえば、積層部２３の厚みが０．３μｍである場合、第３金属窒化物層２４の厚みは１．２μｍであってもよい。このように、第３金属窒化物層２４を積層部２３よりも厚くすることで、上述した耐溶着性、耐摩耗性等を向上させる効果がさらに高い。

なお、金属層２２の厚みは、たとえば０．１μｍ以上、０．６μｍ未満であってもよい。すなわち、金属層２２は、第１金属窒化物層２３ａおよび第２金属窒化物層２３ｂの各々よりも厚く、且つ、積層部２３よりも薄くてもよい。

＜切削工具＞
次に、上述したインサート１を備えた切削工具の構成について図７を参照して説明する。図７は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。

図７に示すように、実施形態に係る切削工具１００は、インサート１と、インサート１を固定するためのホルダ７０とを有する。

ホルダ７０は、第１端（図７における上端）から第２端（図７における下端）に向かって伸びる棒状の部材である。ホルダ７０は、たとえば、鋼、鋳鉄製である。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼が用いられることが好ましい。

ホルダ７０は、第１端側の端部にポケット７３を有する。ポケット７３は、インサート１が装着される部分であり、被削材の回転方向と交わる着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有する。着座面には、後述するネジ７５を螺合させるネジ孔が設けられている。

インサート１は、ホルダ７０のポケット７３に位置し、ネジ７５によってホルダ７０に装着される。すなわち、インサート１の貫通孔５にネジ７５を挿入し、このネジ７５の先端をポケット７３の着座面に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させる。これにより、インサート１は、切刃部３がホルダ７０から外方に突出するようにホルダ７０に装着される。

実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具にインサート１を用いてもよい。

たとえば、被削材の切削加工は、（１）被削材を回転させる工程、（２）回転する被削材にインサート１の切刃１１を接触させて被削材を切削する工程、および、（３）インサート１を被削材から離す工程を含む。なお、被削材の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。

（実施例）
次に、インサート１の製造方法の一例について説明する。ここでは、基体１０がｃＢＮからなる場合の製造方法の一例について説明する。まず、ＴｉＮ原料粉末７２体積％以上８２体積％以下と、Ａｌ原料粉末１３体積％以上２３体積％以下と、Ａｌ_２Ｏ_３原料粉末１体積％以上１１体積％以下とを準備する。そして、準備した各原料粉末に有機溶媒を添加する。有機溶媒としては、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等のアルコール類が用いられ得る。その後、ボールミルにて、２０時間以上２４時間以下、粉砕および混合する。粉砕および混合後、溶媒を蒸発させることにより、第１混合粉末が得られる。

次に、平均粒径が２．５μｍ以上４．５μｍ以下であるｃＢＮ粉末と、平均粒径が０．５μｍ１．５μｍ以下であるｃＢＮ粉末とを、体積比で８以上９以下：１以上２以下の割合で調合する。さらに、有機溶媒を添加する。有機溶媒としては、アセトン、ＩＰＡ等のアルコール類が用いられ得る。その後、ボールミルにて、２０時間以上２４時間以下、粉砕および混合する。粉砕および混合後、溶媒を蒸発させることにより、第２混合粉末が得られる。

次に、得られた第１混合粉末と第２混合粉末とを、体積比で６８以上７８以下：２２以上３２以下の割合で調合する。調合した粉末に有機溶媒と有機バインダとを添加する。有機溶媒としては、アセトン、ＩＰＡ等のアルコール類が用いられ得る。また、有機バインダとしては、パラフィン、アクリル系樹脂等が用いられ得る。その後、ボールミルにて２０時間以上２４時間以下粉砕混合し、さらにその後、有機溶媒を蒸発させることにより、第３混合粉末が得られる。なお、ボールミルを用いた工程では必要に応じて分散剤を添加しても良い。

そして、この第３混合粉末を所定形状に成形することによって成形体が得られる。成形には、一軸加圧プレス、冷間等方圧プレス（ＣＩＰ）等の既知の方法が使用され得る。この成形体を３００℃以上６００℃以下の範囲内の所定の温度にて加熱し、有機バインダを蒸発除去する。

次に、成形体を超高圧加熱装置に装入し、４ＧＰａ以上６ＧＰａ以下の圧力下において１２００℃以上１５００℃以下で１５分以上３０分以下加熱する。これにより、実施形態に係る立方晶窒化硼素質焼結体が得られる。そして、得られた立方晶窒化硼素質焼結体を、超硬合金からなるチップ本体の座面に接合材を介して取り付ける。

次に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）法によってチップの表面に被覆層２０を製膜する。その後、被覆層２０に対し、エアロラップ（登録商標）処理を以下に示す条件にて行うことにより、実施例１および比較例３～５に係るインサートを作製した。また、製膜した被覆層２０に対してエアロラップ（登録商標）処理を行わなかったインサートを比較例１とし、市販のインサートを比較例２とした。

＜エアロラップ（登録商標）処理の条件＞
装置：ヤマシタワークス社製エアロラップ（登録商標）
メディア：マルチコーン
メディア径：０．１～０．５ｍｍ
羽部インバータ周波数：４０Ｈｚ
噴射時間：０秒（処理なし、比較例１）、５秒（比較例２）、１０秒（実施例１）、１５秒（比較例３）
湿式／乾式：湿式

なお、メディアは、羽部の回転により噴射される。羽部の回転数は、インバータによって４０Ｈｚ（１秒間に４０回転）に制御される。

実施例１および比較例１～５に係るインサートについて、第３面９の表面粗さの測定を行った。表面粗さ測定には、たとえば、ＫＥＹＥＮＣＥ社製形状解析レーザ顕微鏡ＶＫ－Ｘ１０００が使用される。具体的な測定条件としては、第３面９に対して垂直な方向から第３面９を観察した時に、第１面６に平行な方向に７５０μｍ、第１面６から垂直な方向に３００μｍで囲まれる領域を、波長６６１ｎｍの赤色半導体レーザにて走査した。その後、測定領域内の第３面９の中央部に第１面６に平行な方向に測定距離０．４ｍｍ粗さ曲線を５ヶ所抽出し、測定５ヶ所の粗さ曲線を合成して１本の粗さ曲線を求めた。求めた１本の粗さ曲線から算術表面粗さ（Ｒａ）および十点表面粗さ（Ｒｚ）を測定した。

図８は、第３面９の平均算術表面粗さＲａの測定結果を示す図である。図８には、実施例１および比較例１～５について、第３面９における稜線部８に平行な方向Ｄ１の平均算術表面粗さＲａ１および第３面９における稜線部８に垂直な方向Ｄ２の平均算術表面粗さＲａ２を示している。

図８に示すように、比較例１～４に係るインサートの平均算術表面粗さＲａ１は、０．２０μｍよりも大きいのに対し、実施例１および比較例５に係るインサートの平均算術表面粗さＲａ１は、０．２０μｍ以下であった。

また、実施例１に係るインサートにおいて、平均算術表面粗さＲａ１と平均算術表面粗さＲａ２との差は、０．１μｍ以下であった。具体的には、Ｒａ１の方がＲａ２よりも大きく、その差（Ｒａ１－Ｒａ２）は、０．０１μｍ以上０．０２５μｍ以下であった。

図９は、第３面９の十点平均表面粗さＲｚの測定結果を示す図である。図９には、実施例１および比較例１～５について、第３面９における稜線部８に平行な方向Ｄ１の十点平均表面粗さＲｚ１および第３面９における稜線部８に垂直な方向Ｄ２の十点平均表面粗さＲｚ２を示している。

図９に示すように、比較例１～５に係るインサートの十点平均表面粗さＲｚ１は、１．５μｍよりも大きいのに対し、実施例１に係るインサートの十点平均表面粗さＲｚ１は、１．５μｍ以下であった。

また、実施例１に係るインサートにおいて、十点平均表面粗さＲｚ１と十点平均表面粗さＲｚ２との差は、０．２μｍ以下であった。具体的には、Ｒｚ１の方がＲｚ２よりも大きく、その差（Ｒｚ１－Ｒｚ２）は、０．１μｍ以上０．２０μｍ以下であった。

また、実施例１および比較例１，３，４に係るインサートについて、以下の条件にて耐摩耗性試験および耐欠損性試験を行った。

＜耐欠損性試験＞
被削材：ＳＣｒ４２０
切削速度：１６０ｍ／分
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：欠損するまでの衝撃回数

図１０は、実施例１および比較例１，３，４に係るインサートに対する耐摩耗性試験の結果を示すグラフである。また、図１１は、実施例１および比較例１，３，４に係るインサートに対する耐欠損性試験の結果を示すグラフである。

図１０および図１１に示すように、実施例１に係るインサートは、比較例１に係るインサートすなわちエアロラップ（登録商標）処理を行っていないインサートと比較して同等の耐摩耗性および耐欠損性を有することがわかる。また、比較例３，４に係るインサートについても、エアロラップ（登録商標）処理を行っていないインサートと比較して同等の耐摩耗性および耐欠損性を有することがわかる。なお、比較例５に係るインサートすなわちエアロラップ（登録商標）処理においてメディアを３０秒間照射したインサートは、比較例１に係るインサートと比較して、耐欠損性は同等であったが耐摩耗性が悪化した。

比較例５に係るインサートの耐摩耗性が悪化した原因は、メディアの照射時間を３０秒間とすることで、第２面と第３面との境界部分の角部に位置する被覆層の厚みが薄くなり過ぎたためだと考えられる。これに対し、実施例１に係るインサートは、メディアの照射時間を１０秒間に抑えることで、第２面と第３面との境界部分の角部に位置する被覆層の厚みが薄くなることが抑えられる結果、耐摩耗性が良好であったと考えられる。

また、上述した耐摩耗性試験に用いた被削材の仕上げ面の面粗さの測定を行った。
＜測定条件＞
測定装置：オリンパス製ＬＥＸＴＯＬＳ４０００
測定長さ：４．０ｍｍ
カットオフ値：０．８ｍｍ
走査速度：０．６ｍｍ／秒

実施例１に係るインサートを用いて切削した被削材は、比較例１に係るインサートを用いて切削した被削材と比べて仕上げ面粗さが小さかった。また、実施例１に係るインサートを用いて切削した被削材は、比較例３に係るインサートを用いて切削した被削材および比較例４に係るインサートを用いて切削した被削材と比べても仕上げ面粗さが小さかった。

実施例１および比較例１に係るインサートについて、第２被覆層の残留応力の測定を以下の条件にて行った。残留応力測定は、第１被覆層は、切刃の刃先からインサートの中心方向に向かって０．８ｍｍ離れた位置で行った。また、第２被覆層は、切刃の刃先から、第１面に平行な方向に１．３ｍｍ離れ、第１面に垂直な方向に０．５ｍｍ離れた位置で行った。残留応力値は第１被覆層の互いに垂直な２つの方向の残留応力値を平均し、第２被覆層の第１面と平行および垂直な方向の残留応力値を平均して、それぞれσ１およびσ２とした。

＜残留応力測定の条件＞
装置：Bruker Japan社製 D8 Discover Plus IμS
線源：ＣｕＫα
コリメータ径：０．３ｍｍ
測定回折線：ＴｉＡｌＮ（３１１）面、２θ＝７５．５°
測定方法：２Ｄ法

図１２は、実施例１および比較例１に係るインサートの第２被覆層に対する残留応力測定の結果を示す表である。なお、図１２には、実施例１および比較例１に係るインサートの第２被覆層に対する残留応力測定の結果と合わせて、実施例１および比較例１～３に係るインサートにおける第３面の表面粗さの測定結果を示している。表面粗さの測定結果は、図８および図９に示した結果と同様のものである。

図１２に示すように、実施例１に係るインサートにおいて、σ１は、－１０５０ＭＰａ以上、－７５０ＭＰａ以下の圧縮応力であり、σ２は、－１４００ＭＰａ以上、－１１００ＭＰａ以下の圧縮応力であった。これに対し、比較例１に係るインサートのσ２は、－１４００ＭＰａ以上、－１１００ＭＰａ以下の範囲からはずれていた。

＜その他の実施形態＞
上述した実施形態では、窒化硼素粒子等からなる基体１０を、超硬合金等からなるチップ本体２に取り付け、これらを被覆層２０でコーティングしたインサート１について説明した。これに限らず、本開示によるインサートは、たとえば、上面および下面の形状が平行四辺形である六面体形状の基体の全てが立方晶窒化硼素質焼結体であって、かかる基体の上に被覆層が形成されたものであってもよい。

上述した実施形態では、インサート１の上面および下面の形状が平行四辺形である場合の例を示したが、インサート１の上面および下面の形状は、ひし形や正方形等であってもよい。また、インサート１の上面および下面の形状は、三角形、五角形、六角形等であってもよい。

また、インサート１の形状は、ポジティブ型であってもよいしネガティブ型であってもよい。ポジティブ型は、インサート１の上面の中心および下面の中心を通る中心軸に対して側面が傾斜しているタイプであり、ネガティブ型は、上記中心軸に対して側面が平行なタイプである。

上述した実施形態では、基体１０が立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）の粒子を含有する場合の例について説明した。これに限らず、本願の開示する基体は、たとえば、六方晶窒化硼素（ｈＢＮ）、菱面体晶窒化硼素（ｒＢＮ）、ウルツ鉱窒化硼素（ｗＢＮ）等の粒子を含有していてもよい。また、基体１０は、窒化硼素に限らず、たとえば超硬合金およびサーメット等であってもよい。超硬合金は、Ｗ（タングステン）、具体的には、ＷＣ（炭化タングステン）を含有する。また、超硬合金は、Ｎｉ（ニッケル）やＣｏ（コバルト）を含有していてもよい。また、サーメットは、たとえばＴｉ（チタン）、具体的には、ＴｉＣ（炭化チタン）またはＴｉＮ（窒化チタン）を含有する。また、サーメットは、ＮｉやＣｏを含有していてもよい。

上述した実施形態では、インサート１が切削加工に用いられるものとして説明したが、本願によるインサートは、たとえば掘削用の工具や刃物など、切削工具以外への適用も可能である。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１インサート
２チップ本体
３切刃部
４座面
５貫通孔
６第１面
７第２面
８稜線部
９第３面
１０基体
１１切刃
２０被覆層
２１硬質層
２２金属層
２３積層部
２３ａ第１金属窒化物層
２３ｂ第２金属窒化物層
２４第３金属窒化物層
１００切削工具
２０１第１被覆層
２０２第２被覆層
２０３第３被覆層

Claims

超硬合金、サーメット、窒化硼素質焼結体、セラミックスのいずれかからなる基体と、
前記基体の上に位置する被覆層と
を有し、
前記基体は、
すくい面を有する第１面と、
逃げ面を有する第２面と、
前記第１面および前記第２面との間に位置する稜線部と、
前記稜線部の少なくとも一部に位置する切刃と
を有し、
前記切刃は、少なくとも一部に第３面を有しており、
前記第３面における前記稜線部に平行な方向の平均算術表面粗さＲａをＲａ１とした場合、前記Ｒａ１は、０．２０μｍ以下であり、
前記第３面における前記稜線部に垂直な方向の平均算術表面粗さＲａをＲａ２とした場合、前記Ｒａ１と前記Ｒａ２との差は、０．１μｍ以下であると共に、
前記被覆層は、前記第１面に位置する第１被覆層と前記第２面に位置する第２被覆層とを有しており、
前記第１被覆層の切刃近傍において、２Ｄ法で測定した残留応力をσ１とし、
前記第２被覆層の切刃近傍において、２Ｄ法で測定した残留応力をσ２とした場合、
前記σ１は、前記第１被覆層について、前記第１面に水平であって前記稜線部に垂直な方向における残留応力σ１_２２と、前記σ１_２２の方向に直角な方向における残留応力σ１_１１と、の平均値であり、
前記σ２は、前記第２被覆層について、前記第１面に垂直な方向における残留応力σ２_１１と、前記第１面に水平な方向における残留応力σ２_２２と、の平均値であり、
前記σ１は、－１０５０ＭＰａ以上、－７５０ＭＰａ以下であり、
前記σ２は、－１４００ＭＰａ以上、－１１００ＭＰａ以下である、インサート。
前記第３面における前記稜線部に平行な方向の十点平均表面粗さＲｚをＲｚ１とした場合、前記Ｒｚ１は、１．５μｍ以下である、請求項１に記載のインサート。
前記第３面における前記稜線部に垂直な方向の十点平均表面粗さＲｚをＲｚ２とした場合、前記Ｒｚ１と前記Ｒｚ２との差は、０．２μｍ以下である、請求項２に記載のインサート。
前記被覆層は、
硬質層と、
前記基体と前記硬質層との間に位置する、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ａｌの単体以外の金属層と
を含む、請求項１～３のいずれか一つに記載のインサート。
前記金属層は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙのうち少なくとも一種以上の元素を含有する、請求項４に記載のインサート。
端部にポケットを有する棒状のホルダと、
前記ポケット内に位置する、請求項１～５のいずれか一つに記載のインサートとを有する、切削工具。