JP7634574B2

JP7634574B2 - 被覆工具および切削工具

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Publication number: JP7634574B2
Application number: JP2022578450A
Authority: JP
Inventors: 聡史森; 太志磯部
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2025-02-21
Anticipated expiration: 2042-01-26
Also published as: JPWO2022163718A1; WO2022163718A1

Description

本開示は、被覆工具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、超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体の表面を被覆層でコーティングすることによって耐摩耗性等を向上させた被覆工具が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２－３２８４号公報

本開示の一態様による被覆工具は、基体と、基体の上に位置する被覆層と、を有する被覆工具である。被覆工具は、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する。第１面は、平面視したとき、複数の角部を有する。角部における稜線部には、切刃が位置する。切刃は、少なくとも一部に第３面を有している。また、被覆層は、第１面に位置する第１被覆層と、第２面に位置する第２被覆層と、第３面に位置する第３被覆層とを有する。第３被覆層の少なくとも一部には、底面および側壁を有する凹部が位置している。底面と基体との間の距離を第１距離とし、側壁における被覆層の表面と基体との間の距離を第２距離とした場合、第１距離は、第２距離の７０％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被覆工具とを有する。

図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す側断面図である。図３は、図２に示すＩＩＩ部の模式的な拡大図である。図４は、凹部の構成の一例を示す模式的な断面図である。図５は、凹部の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図６は、凹部の構成の一例を示す模式的な平面図である。図７は、凹部の構成の他の一例を示す模式的な平面図である。図８は、凹部の構成の他の一例を示す模式的な平面図である。図９は、凹部の構成の他の一例を示す模式的な平面図である。図１０は、凹部の構成の他の一例を示す模式的な平面図である。図１１は、被覆層の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図１２は、図３に示すＸＩＩ部の模式的な拡大図である。図１３は、図１２に示すＸＩＩＩ部の模式的な拡大図である。図１４は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。

以下に、本開示による被覆工具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被覆工具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。

超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体の表面を被覆層でコーティングすることによって耐摩耗性等を向上させた被覆工具が知られている。この種の被覆工具には、長寿命化を実現するという点で更なる改善の余地がある。

＜被覆工具＞
図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態に係る被覆工具１は、チップ本体２と、切刃部３とを有していてもよい。実施形態に係る被覆工具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。

被覆工具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。ここで、角部とは、第１面６の角を含む領域のことをいう。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。被覆工具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、被覆工具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に被覆工具１を取り付けるためのネジ７５が挿入される（図１４参照）。

（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、被覆工具１が有する複数の角部６１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の一部を構成している。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、実施形態に係る被覆工具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と、被覆層２０とを有する。

（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していてもよい。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、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、図２に示すＩＩＩ部の模式的な拡大図である。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とを有している。

これら第１被覆層２０１、第２被覆層２０２および第３被覆層２０３のうち、第３被覆層２０３の少なくとも一部には、凹部５０が位置している。実施形態において、第３被覆層２０３は、複数の凹部５０を有している。かかる凹部５０の構成について図４を参照して説明する。図４は、凹部５０の構成の一例を示す模式的な断面図である。

図４に示すように凹部５０は、第３被覆層２０３の厚み方向に沿って、すなわち、第３被覆層２０３の表面から基体１０の第３面９に向かって窪んでいる。凹部５０は、底面５１および側壁５２を有する。

ここで、底面５１と基体１０との間の距離を第１距離Ｄ１とし、側壁５２における被覆層２０の表面と基体１０との間の距離を第２距離Ｄ２とする。なお、「側壁５２における・・・第２距離Ｄ２」とは、具体的には、第３被覆層２０３の表面と凹部５０の側壁５２との縁部（すなわち、凹部５０の開口縁部）から基体１０までの最短距離が第２距離Ｄ２であることを意味する。

第１距離Ｄ１は、第２距離Ｄ２の７０％以下である。このように、凹部５０は、たとえば第３被覆層２０３の表面粗さに起因する窪みではなく、意図的に（具体的には、後述するようにレーザー加工により）形成されたものである。なお、好ましくは、第１距離Ｄ１は、第２距離Ｄ２の５０％以下である。より好ましくは、第１距離Ｄ１は、第２距離Ｄ２の３０％以下である。

このように、実施形態に係る第３被覆層２０３には、複数の凹部５０が位置している。一方、第１被覆層２０１および第２被覆層２０２には、上述したような凹部５０が位置していない。かかる第３被覆層２０３は、第１被覆層２０１および第２被覆層２０２と比較して基体１０との密着力が小さい。

本願発明者は、第３面９に位置する第３被覆層２０３の密着力を相対的に小さくすることで、被覆工具１の長寿命化を実現できることを見出した。この理由の一つとしては、被覆工具１が冷却液に接触しながら断続切削するような被覆工具１に熱衝撃が加わる加工の場合、第３被覆層２０３の密着力が強いと、第３被覆層２０３が破壊される際に母材である基体１０ごと損傷するためであることが考えられる。

そこで、実施形態に係る被覆工具１では、第３被覆層２０３に複数の凹部５０を設けて、第３被覆層２０３の基体１０との密着力を第１被覆層２０１および第２被覆層２０２と基体１０との密着力よりも小さくした。このような構成を有する被覆工具１は、第３面９における基体１０の損傷を抑制することができる。したがって、実施形態に係る被覆工具１によれば、長寿命化を図ることができる。

また、第３被覆層２０３は相対的に密着力が小さいため、たとえば被覆工具１の使用初期（たとえば、初回使用時）に被削材の切削に伴って第３面９から除去される。したがって、被覆工具１によれば、第３被覆層２０３の有無を確認することで、未使用品か使用済みかを容易に判断することができる。なお、被覆層２０は、基体１０と異なる色を有していることが好ましい。この場合、未使用品か使用済みかを目視にて容易に判断することができる。

図５は、凹部５０の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図５に示すように、凹部５０は、第３被覆層２０３を貫通していてもよい。すなわち、凹部５０の底面５１は、基体１０の第３面９であってもよい。かかる構成によれば、第１被覆層２０１および第２被覆層２０２と比較して、第３被覆層２０３の基体１０との密着力をさらに小さくすることができる。したがって、被覆工具１のさらなる長寿命化を図ることができる。

また、凹部５０は、第３被覆層２０３の表面のうち、１０面積％以上を占めていてもよい。かかる構成によれば、第３被覆層２０３の基体１０との密着力を適切に小さくすることができ、被覆工具１の長寿命化を図ることができる。

図６は、凹部５０の構成の一例を示す模式的な平面図である。なお、図６には、第３面９に対して垂直な方向から第３被覆層２０３を見た場合の平面図を示している。図６に示すように、凹部５０は、平面視した場合に、稜線部８に沿って線状に伸長していてもよい。かかる構成によれば、加工時に被削材と第３被覆層２０３との摩擦力が大きいため、第３被覆層２０３が除去されやすい。

図７～図１０は、凹部５０の構成の他の一例を示す模式的な平面図である。たとえば、図７に示すように、凹部５０は、平面視した場合に、第３面９において稜線部８に沿った方向と交差する方向に線状に伸長していてもよい。かかる構成によれば、凹部５０に冷却水が供給されやすく、被覆工具１が冷却されやすい。

また、図８に示すように、凹部５０は、平面視した場合に、稜線部８に沿って線状に伸長する部位５５と、第３面９において稜線部８に沿った方向と交差する方向に線状に伸長する部位５６を有していてもよい。この場合、凹部５０は、全体として格子状に広がっていてもよい。かかる構成によれば、被覆工具１を使用した際に、第３被覆層２０３がより均一に除去されるようになる。言い換えれば、第３面９に第３被覆層２０３が残ってしまうことを抑制することができる。

また、図９に示すように、凹部５０は、稜線部８に沿って線状に伸長する部位５５と、第３面９において稜線部８に沿った方向と交差する方向に線状に伸長する部位５６を有していてもよい。この場合、これらの部位５５，５６が交互に繋がることで、一筆書きで蛇行しながら伸長する１つの凹部５０を構成していてもよい。

また、図１０に示すように、凹部５０は、第３被覆層２０３の厚み方向にのみ伸長する穴であってもよい。ここでは、一例として丸穴を示しているが、凹部５０は、角穴であってもよい。このように、凹部５０は、必ずしも第３面９に沿って伸長していることを要しない。

図１１は、被覆層２０の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図１１に示すように、第３被覆層２０３の厚みは、第１面６に近い領域において、第２面７に近い領域よりも薄くてもよい。言い換えれば、第３被覆層２０３の厚みは、第１面６から第２面７に向かって漸次厚くなってもよい。このような構成を有する被覆工具１は、耐欠損性、耐摩耗性、耐熱性のバランスが良い。

この場合、凹部５０の深さは、第１面６に近い領域に位置する凹部５０よりも、第２面７に近い領域に位置する凹部５０の方が深くてもよい。なお、ここでは、凹部５０が、第３面９に対して垂直な方向に伸長する場合の例を示しているが、凹部５０は、第３被覆層２０３の表面に対して垂直な方向に伸長していてもよい。

この場合における第３被覆層２０３は、たとえば均等な厚みの被覆層を第３面９に形成した後、その被覆層の一部を除去することにより形成されてもよい。

（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１２を参照して説明する。図１２は、図３に示すＸＩＩ部の模式的な拡大図である。

図１２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、実施形態に係る被覆工具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、実施形態に係る被覆工具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１３を参照して説明する。図１３は、図１２に示すＸＩＩＩ部の模式的な拡大図である。

図１３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、被覆工具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、被覆工具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、被覆工具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、被覆工具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。

（被覆工具１の製造方法）
次に、被覆工具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。これにより、実施例に係るチップが得られる。

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、第３被覆層２０３に対してレーザー加工により凹部５０を形成する。これにより、被覆工具１が得られる。

＜切削工具＞
次に、上述した被覆工具１を備えた切削工具の構成について図１４を参照して説明する。図１４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１４に示すように、実施形態に係る切削工具１００は、被覆工具１と、被覆工具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１４における上端）から第２端（図１４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、被覆工具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。

被覆工具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、被覆工具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、被覆工具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被覆工具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）回転する被削材に被覆工具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）被覆工具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。

＜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被覆工具１について説明した。これに限らず、本開示による被覆工具は、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、被覆工具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、被覆工具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、被覆工具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、被覆工具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、被覆工具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、被覆工具１が切削加工に用いられるものとして説明したが、本願による被覆工具は、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：被覆工具
２：チップ本体
３：切刃部
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
３０：基板
５０：凹部
５１：底面
５２：側壁
６１：角部
１００：切削工具
２０１：第１被覆層
２０２：第２被覆層
２０３：第３被覆層
Ｄ１：第１距離
Ｄ２：第２距離

Claims

基体と、
前記基体の上に位置する被覆層と、を有する被覆工具であって、
前記被覆工具は、
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
を有し、
前記第１面は、平面視したとき、複数の角部を有し、
前記角部における前記稜線部には、切刃が位置し、
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、
前記第３面に位置する第３被覆層と
を有し、
前記第３被覆層の少なくとも一部には、底面および側壁を有する凹部が位置しており、
前記底面と前記基体との間の距離を第１距離とし、前記側壁における前記被覆層の表面と前記基体との間の距離を第２距離とした場合、
前記第１距離は、前記第２距離の７０％以下であると共に、
前記凹部は、前記稜線部に沿った方向と交差する方向に線状に伸長している、被覆工具。
基体と、
前記基体の上に位置する被覆層と、を有する被覆工具であって、
前記被覆工具は、
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
を有し、
前記第１面は、平面視したとき、複数の角部を有し、
前記角部における前記稜線部には、切刃が位置し、
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、
前記第３面に位置する第３被覆層と
を有し、
前記第３被覆層の少なくとも一部には、底面および側壁を有する凹部が位置しており、
前記底面と前記基体との間の距離を第１距離とし、前記側壁における前記被覆層の表面と前記基体との間の距離を第２距離とした場合、
前記第１距離は、前記第２距離の７０％以下であると共に、
前記凹部は、前記稜線部に沿った方向に線状に伸長している部位と、前記稜線部に沿った方向と交差する方向に線状に伸長している部位とを有する、被覆工具。
前記凹部は、前記第３被覆層を貫通しており、前記凹部の底面が、前記基体である、請求項１または２に記載の被覆工具。
前記凹部は、前記第３被覆層の表面のうち、１０面積％以上を占めている、請求項１～３のいずれか一つに記載の被覆工具。
前記基体は、立方晶窒化硼素粒子を含有する、請求項１～４のいずれか一つに記載の被覆工具。
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のうち少なくとも一種以上の元素を含有する合金である金属層と
を含む、請求項１～５のいずれか一つに記載の被覆工具。
前記金属層は、Ｗ、Ｓｉ、Ｙのうち少なくとも一種以上の元素をさらに含有する、請求項６に記載の被覆工具。
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１～７のいずれか一つに記載の被覆工具と
を有する、切削工具。