JP4739201B2 - 刃先交換型切削チップ - Google Patents

Description

本発明は、切削工具に着脱自在に取り付けて被削材の切削加工に用いられる刃先交換型切削チップ（スローアウェイチップ）に関する。

従来より、切削工具に着脱自在に刃先交換型切削チップを取り付け、各種の被削材を切削加工することが行なわれてきた。このような刃先交換型切削チップは、たとえば図１に示したような一般的構造を有している。すなわち、この種の刃先交換型切削チップの一般的構造を表した図１に示されるように、該刃先交換型切削チップ１は、通常上面、側面および下面から構成され、該下面を着脱自在な状態で切削工具に取り付けることが多く、このように切削工具に着脱自在な状態で取り付けられる下面を座面５と呼んでいる。これに対して、座面５を下面とした場合の上面は、被削材を切削する際に切り屑と接触する側に位置し、すくい面２と呼ばれる。また、側面は、被削材自体と接触する側に位置することになり、これを逃げ面３と呼ぶ。そして、すくい面２と逃げ面３とが交差する稜に相当する部分が刃先稜線部４と呼ばれ、切削に中心的に関与する部位となる。このような刃先交換型切削チップ１は、図２に示したように基材１０の表面を被覆層１１で被覆した構成のものが一般的である。

ところで、このような刃先交換型切削チップを装着した切削工具で被削材を切削する場合、刃振れ精度を向上させることが重要となる。刃振れとは、刃先交換型切削チップを切削工具に取り付けた場合に、その取り付け位置（刃先の高さ）が一定とならずばらつくことをいい、刃振れ精度を向上させるとはこの刃振れの発生を低減させることをいう。刃振れが大きくなると切削精度が害され、被削材の外観品質が低下することになる。

このため、このような刃振れ精度を向上させる試みが種々なされているが、そのような試みの大部分は切削工具側の取り付け構造を改善するものであり（たとえば特開２００４−２６１９３３号公報（特許文献１））、刃先交換型切削チップ自体を改良するアプローチはほとんどなされていないのが現状である。
特開２００４−２６１９３３号公報

本発明は、上述のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、刃振れ精度が特段に向上した刃先交換型切削チップを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねたところ、切削工具に取り付けられた刃先交換型切削チップの取り付け安定性が劣ると切削加工中に取り付け位置が容易に変動することにより刃振れ精度を悪化させるのではないかという知見を得、この知見に基きさらに検討を重ね刃先交換型切削チップの切削工具への取り付け安定性を向上させる手段を鋭意検討することによりついに本発明を完成させるに至ったものである。

すなわち、本発明の刃先交換型切削チップは、すくい面と、座面とを少なくとも含む構造の刃先交換型切削チップであって、この刃先交換型切削チップは、基材と、該基材上に形成された被覆層とを有してなり、該被覆層は、１以上の層により構成され、該すくい面における該被覆層表面の面粗度ＲｚをＲ１、該座面における該被覆層表面の面粗度ＲｚをＲ２とした場合に、０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を有することを特徴としている。

上記Ｒ１は、上記すくい面における切削に関与する部位の面粗度Ｒｚであることが好ましく、上記被覆層は、元素周期律表のＩＶａ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等）、Ｖａ族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等）、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等）、ＡｌおよびＳｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とにより構成される化合物によって形成される１以上の層により構成されることが好ましい。

また、上記化合物は、酸化アルミニウムであることが好ましく（すなわち上記被覆層は酸化アルミニウムからなる層を含むことが好ましく）、上記被覆層は０．０５μｍ以上３０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。さらに、上記被覆層は、すくい面の最外層が酸化アルミニウムからなる層で構成されていることが好ましく、また酸化アルミニウムからなる層は圧縮残留応力を有していることが好ましい。

また、上記被覆層は、化学的蒸着法により形成されることができ、アーク式イオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法により形成されることもできる。

また、上記基材は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体のいずれかにより構成されることが好ましい。また、上記刃先交換型切削チップは、ドリル加工用、エンドミル加工用、メタルソー加工用、歯切工具加工用、リーマ加工用、タップ加工用、クランクシャフトのピンミーリング加工用、フライス加工用または旋削加工用のものとすることができるとともに、ポジティブ型チップとすることができる。

本発明の刃先交換型切削チップは、上述のような構成を採用したことにより、刃振れ精度を特段に向上させることに成功したものである。

刃先交換型切削チップの一般的な構造を表した概略斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線概略断面図である。

符号の説明

１ 刃先交換型切削チップ、２ すくい面、３ 逃げ面、４ 刃先稜線部、５ 座面、１０ 基材、１１ 被覆層。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。また、各図面はあくまでも説明用の模式的なものであって、被覆層の積層構造、被覆層の厚みと基材とのサイズ比、コーナーのアール（Ｒ）のサイズ比等は実際のものとは異なっている。また、本願で用いるすくい面、逃げ面、刃先稜線部および座面等という表現は、刃先交換型切削チップの最表面部に位置する部分や面だけではなく、基材の表面部や被覆層の各層の表面部、あるいは各層の層内部等に位置する相当部分をも含む概念である。

＜刃先交換型切削チップ＞
本発明の刃先交換型切削チップは、各種の切削工具に着脱自在に取り付けられて、各種の被削材の切削加工に用いられるものである。このような刃先交換型切削チップは、この種の刃先交換型切削チップとして知られる一般的構造を具備しており、たとえばそのような一般的構造を模式的に示した図１に示されるように、すくい面２と、座面５とを少なくとも含む構造を有している。すくい面２は、逃げ面３とともに刃先稜線部４を挟み、この刃先稜線部４を介してすくい面２と逃げ面３は繋がっている。座面５は、すくい面２を上面とした場合に下面に相当する位置に配置するものであり、切削工具に取り付けられる部位となる。

このような刃先交換型切削チップは、図１のＩＩ−ＩＩ線概略断面図である図２に示したように、基材１０と該基材上に形成された被覆層１１とを有してなるものである。このように被覆層１１を形成することにより、靭性や耐摩耗性等の特性が向上し刃先交換型切削チップの耐久性（寿命）を大幅に向上させることができる。なお、このような被覆層についての詳細は後述する。図２では、被覆層１１が１層のみ存在し、基材１０の全面を被覆するように表されているが、これはあくまで模式的なものであって、被覆層の態様がこのような態様に限定されることを示すものではない。

このような刃先交換型切削チップは、たとえばドリル加工用、エンドミル加工用、メタルソー加工用、歯切工具加工用、リーマ加工用、タップ加工用、クランクシャフトのピンミーリング加工用、フライス加工用または旋削加工用の用途に適用することが可能である。

また、本発明の刃先交換型切削チップの形状は、特に限定されるものではないが、ポジティブ型チップ（すくい面と逃げ面とが鋭角をなして交差するもの）であることが好ましい。ポジティブ型チップは、上下面のいずれか一方のみを使用する構成となるため概して座面の面積が広くなり、本発明の効果が発揮され易いためである。しかし、片面使いのネガティブ型チップ（すくい面と逃げ面とが９０°以上の角をなして交差するもの）や縦使いのチップも含まれる。また、このような本発明の刃先交換型切削チップは、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれる。また、刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合せたもののいずれのものも含まれる。

なお、本発明の刃先交換型切削チップは、刃先交換型切削チップを切削工具に取り付ける固定孔として使用される貫通孔が、すくい面と座面とを貫通するように形成されていても良い。必要に応じ、この固定孔の他にまたはその代わりに、別の固定手段を設けることもできる。

＜基材＞
本発明の刃先交換型切削チップの基材としては、このような刃先交換型切削チップの基材として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金等、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭化物、窒化物、炭窒化物等を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体等）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。このような基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素やε相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。

なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていても良く、このように表面が改質されていても本発明の効果は示される。

＜被覆層の面粗度Ｒｚ＞
本発明の刃先交換型切削チップの被覆層は、１以上の層により構成されるものであって、該すくい面における該被覆層表面の面粗度ＲｚをＲ１、該座面における該被覆層表面の面粗度ＲｚをＲ２とした場合に、０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を有することを特徴としている。そして、このＲ１は、上記すくい面における切削に関与する部位の面粗度Ｒｚであることが好ましい。

ここで、面粗度Ｒｚとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１において規定される十点平均粗さをいう。そして、該すくい面における該被覆層表面の面粗度ＲｚをＲ１、該座面における該被覆層表面の面粗度ＲｚをＲ２とした場合に、０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を有することが必要である。この関係を具備することにより、刃先（切削に関与する部位）への被削材の溶着を効果的に低減することができるとともに、刃先交換型切削チップの切削工具への取り付け安定性が飛躍的に向上し、刃振れ精度が特段に向上したものとなる。このため、これらの効果が相乗的に作用することにより、本発明の刃先交換型切削チップを用いて切削加工を行なった被削材の外観品質は飛躍的に向上したものとなる。Ｒ１／Ｒ２は、好ましくは０．８５＞Ｒ１／Ｒ２であり、さらに好ましくは０．８＞Ｒ１／Ｒ２である。

この座面における被覆層表面の面粗度ＲｚであるＲ２は、１０〜０．１μｍの範囲内の面粗度を有することにより切削工具への取り付け安定性が向上したものとなる。一方、すくい面における被覆層表面の面粗度ＲｚであるＲ１は、小さな数値を示すものほど好ましい。それにより、刃先への被削材の溶着を効果的に低減することができるからである。

さらに、該すくい面における該被覆層表面の面粗度ＲｚであるＲ１は、該すくい面における切削に関与する部位の面粗度Ｒｚであることが好ましい。このような部位の面粗度ＲｚをＲ１と規定することにより、特に刃先への被削材の溶着を低減することができ、切削加工後の被削材の外観品質の向上が達成されることになる。なお、すくい面における切削に関与する部位とは、刃先稜線部からすくい面の方向に少なくとも０．０１ｍｍの幅をもって広がった領域をいう。この幅は、一般的には０．０５ｍｍ以上、より一般的には０．１ｍｍ以上の幅となることが多い。

一方、該座面における該被覆層表面の面粗度ＲｚであるＲ２は、座面の平坦面における面粗度Ｒｚであることが好ましい。切削工具との接触面積が大きくなる部位だからである。ここで、上記平坦面とは、平坦な部分であって、基材の座面上に形成されることがある溝部や凹部を除いた部分をいう。

上記Ｒ１／Ｒ２が０．９を超えると、切削加工後の被削材の外観品質が悪化することになる。これは、恐らく刃先交換型切削チップの切削工具への取り付け安定性が劣ることによる刃振れ精度の悪化がその原因と考えられる。しかし、単に該座面のＲ２を上記のような数値範囲の面粗度Ｒｚとするだけでは被削材の良好な外観品質を定常的に得ることができないことから、Ｒ１とＲ２とを０．９＞Ｒ１／Ｒ２というように相関させることにより切削工具に取り付けられた刃先交換型切削チップの切削加工時の振動等の諸条件を絶妙に制御することができ、上述のような優れた効果が奏されるものと推測される。

なお、上記のような面粗度Ｒｚ（すなわちＲ１とＲ２）を有するすくい面の被覆層と座面の被覆層とは、その化合物組成が同一のもの（同一工程で形成される同一層である場合を含む）であっても良いし、異なるものであっても良い。また、上記Ｒ１とＲ２とを具体的に測定する部位の下地として存在する基材は、Ｒ１とＲ２の両測定部位において同様の表面状態を有していることが好ましい。すなわち、一方の部位の基材の表面状態が焼結肌（研磨加工等を施していない未処理面）であれば、他方のそれも焼結肌とすることが必要であり、逆に一方の部位の基材の表面状態が研磨面であれば、他方のそれも研磨面とすることが必要である。このような基材の表面状態は、被覆層の表面状態（すなわち面粗度Ｒｚ）に影響するためである。

なお、このような０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を付与する方法は、特に限定されるものではない。たとえば、被覆層が後述するようなＣＶＤ法により基材を被覆するようにして形成される場合には、その形成後において、座面以外の被覆層表面に対して（またはすくい面の被覆層表面に対して）従来公知の研磨処理方法を適用する方法を採用することができる。たとえば、ダイヤモンド砥石、ＳｉＣ砥石、レジンボンド砥石、弾性砥石、電着砥石、ショットブラスト、ダイヤモンドブラシ、ＳｉＣブラシ、バフ布等による公知の研磨処理を適用することができる。この場合、被覆層が２以上の層で形成される場合には、すくい面等の被覆層の最外層（１以上の層）が除去されたものとなっていても差し支えない。また、座面の被覆層表面に対して上記のような研磨処理（ただし、すくい面の被覆層表面に対して行なわれる条件とは異なった条件のもの）が行なわれていても差し支えない。

一方、被覆層が後述するようなＰＶＤ法により形成される場合には、その形成時において座面をターゲットに対向するようにして基材をセットすることにより、座面の被覆層中にドロップレットを形成させ、以ってすくい面より粗面とすることができる。なお、このような場合でも、上記のような研磨処理方法を併用することができる。

＜被覆層の構成＞
本発明の被覆層は、上記基材上に形成されるものであって、上記のように１以上の層により構成されるものである。このような被覆層は、必ずしも基材の全面を被覆する必要はなく、その一部のみを被覆するものであっても差し支えない。また、該被覆層は、基材の全表面において必ずしも同一の構成を有する必要はない。たとえば、すくい面と座面との間で、あるいはすくい面と逃げ面との間において被覆層は異なった積層構成を有していても差し支えない。すなわち、上記Ｒ１を有する被覆層表面と、上記Ｒ２を有する被覆層表面の化合物組成が異なるものであっても差し支えない。

このような本発明の被覆層は、元素周期律表のＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、Ａｌ、およびＳｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素、および硼素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とにより構成される化合物によって形成される１以上の層により構成することができる。

このような被覆層を構成する好適な化合物としては、たとえばＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＢ₂、ＴｉＢＮ、ＴｉＢＮＯ、ＴｉＣＢＮ、ＺｒＣ、ＺｒＯ₂、ＨｆＣ、ＨｆＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＡｌＮ、ＣｒＮ、ＶＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＡｌＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＣＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＣＮ、ＺｒＣＮＯ、ＡｌＮ、ＡｌＣＮ、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＣなどを挙げることができる。これらの化合物の中でも、特に酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を選択し、酸化アルミニウムからなる層を被覆層の少なくとも１の層とすることが好ましい。優れた耐溶着性および耐摩耗性を示し、高強度を有する被覆層を提供することができるからである。この点、すくい面の最外層が酸化アルミニウムからなる層で構成されていることが好ましく、すくい面における切削に関与する部位の被覆層の最外層を酸化アルミニウムからなる層で構成することが特に好ましい。なお、この酸化アルミニウムは、結晶構造を特に限定するものではなく、たとえばα−Ａｌ₂Ｏ₃、γ−Ａｌ₂Ｏ₃、κ−Ａｌ₂Ｏ₃が含まれる。

また、酸化アルミニウムからなる層は圧縮残留応力を有していることが好ましく、特にすくい面における切削に関与する部位において圧縮残留応力を有していることが好ましい。これにより刃先強度を極めて向上させることができ、優れた耐欠損性を得ることができる。

なお、圧縮残留応力とは、被覆層に存する内部応力（固有ひずみ）の一種であって、「−」（マイナス）の数値（単位：本発明では「ＧＰａ」を使う）で表される応力をいう。このため、圧縮残留応力が大きいという概念は、上記数値の絶対値が大きくなることを示し、また、圧縮残留応力が小さいという概念は、上記数値の絶対値が小さくなることを示す。因みに、引張残留応力とは、被覆層に存する内部応力（固有ひずみ）の一種であって、「＋」（プラス）の数値で表される応力をいう。

このような圧縮残留応力を付与する方法は、特に限定されるものではなく、たとえば被覆層がＣＶＤ法により形成される場合には、その形成後においてその被覆層に対してブラスト処理、ショットピーニング処理、バレル処理、ブラシ処理、イオン注入処理等の処理を施すことにより圧縮残留応力を付与することができる。一方、被覆層がＰＶＤ法により形成される場合には、形成時において既に圧縮残留応力が付与された状態となるのであえて上記のような処理を施す必要はない。しかし、この場合でも所望により上記のような処理を施しても差し支えない。

なお、上記残留応力（圧縮残留応力と引張残留応力の両者）は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ²ψ法により測定することができる。そしてこのような残留応力は被覆層中に含まれる任意の点１０点（これらの各点は当該層の応力を代表できるように互いに０．５ｍｍ以上の距離を離して選択することが好ましい）の応力を該ｓｉｎ²ψ法により測定し、その平均値を求めることにより測定することができる。

このようなＸ線を用いたｓｉｎ²ψ法は、多結晶材料の残留応力の測定方法として広く用いられているものであり、たとえば「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４〜６７頁に詳細に説明されている方法を用いれば良い。

また、上記残留応力は、ラマン分光法を用いた方法を利用することにより測定することも可能である。このようなラマン分光法は、狭い範囲、たとえばスポット径１μｍといった局所的な測定ができるというメリットを有している。このようなラマン分光法を用いた残留応力の測定は、一般的なものであるがたとえば「薄膜の力学的特性評価技術」（サイぺック（現在リアライズ理工センターに社名変更）、１９９２年発行）の２６４〜２７１頁に記載の方法を採用することができる。

そして、このような被覆層を構成する化合物の中でも特に上記Ｒ１を有するすくい面における最外層を構成する好適な化合物としては、上記酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）をはじめ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴｉＢＮ、ＴｉＣＮＯ、ＡｌＮ、ＺｒＣＮ、ＺｒＮ、ＺｒＣ、Ｚｒ含有Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂等を挙げることができる。

一方、上記Ｒ２を有する座面における最外層を構成する好適な化合物としては、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＢ₂、ＴｉＢＮ、ＴｉＢＮＯ、ＴｉＣＢＮ、ＨｆＣ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＺｒＣＮ、ＺｒＣＮＯ、ＡｌＣＮ、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＣ等を挙げることができる。

このような被覆層は、０．０５μｍ以上３０μｍ以下の厚み（２以上の層で形成される場合はその全体の厚み）を有することが好ましい。その厚みが０．０５μｍ未満の場合、上記のような諸特性が十分に示されない場合があり、３０μｍを超えても効果に大差なく経済的に不利となる。このような被覆層の厚みは、より好ましくはその上限が２０μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以下、その下限が０．１μｍ以上、さらに好ましくは０．５μｍ以上である。

このような被覆層は、基材上に直接形成することができ、その形成方法（成膜方法）は、従来公知の化学的蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的蒸着法（ＰＶＤ法、スパッタリング法を含む）等いかなる方法を採用しても差し支えなく、その形成方法は特に限定されない。とりわけ、化学的蒸着法で形成する場合は、ＭＴ−ＣＶＤ（ｍｅｄｉｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＣＶＤ）法により形成することが好ましく、特にその方法により形成した耐摩耗性に優れるＴｉＣＮ（炭窒化チタン）層を備えることが最適である。従来のＣＶＤ法は、約１０２０〜１０３０℃で成膜を行なうのに対して、ＭＴ−ＣＶＤ法は約８５０〜９５０℃という比較的低温で行なうことができるため、成膜の際加熱による基材のダメージを低減することができるからである。したがって、ＭＴ−ＣＶＤ法により形成した層は、基材に近接させて備えることがより好ましい。また、成膜の際に使用するガスは、ニトリル系のガス、特にアセトニトリル（ＣＨ₃ＣＮ）を用いると量産性に優れて好ましい。なお、上記のようなＭＴ−ＣＶＤ法により形成される層と、ＨＴ−ＣＶＤ（ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＣＶＤ、上記でいう従来のＣＶＤ）法により形成される層とを積層させた複層構造のものとすることにより、これらの被覆層の層間の密着力が向上する場合があり、好ましい場合がある。

また、本発明の被覆層を物理的蒸着法で形成する場合は、アーク式イオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法により形成することが好ましい。基材と被覆層との密着性に優れるためである。

このような本発明の被覆層は、基層と、該基層上に形成された使用状態表示層とを含む構成とすることが好ましい。ここで、基層とは、主として刃先交換型切削チップの耐摩耗性や靭性等の諸特性を向上させる作用を担うものである。これに対して使用状態表示層とは、主として刃先稜線部の使用／未使用を識別する作用を担うものである。また使用状態表示層は、隣接する刃先稜線部が使用されると、容易に変色する機能を有していることが好ましい。この変色は、使用状態表示層自体が変色するものであっても良いし、使用状態表示層が剥離することによってその下地の基層が露出することによりあたかも変色したかのような外観を与えるものであっても良い。このため、使用状態表示層は、基層に比し耐摩耗性が劣るものであることが好ましく、基層と使用状態表示層とは、互いに異なった色を呈し、大きな色コントラストを有していることが好ましい。

このような基層の具体例としては、上記において被覆層として説明したものがそのまま該当する。一方、使用状態表示層の具体例としては、このような基層と同様のものが挙げられる他、さらに以下のようなものも挙げることができる。

すなわち、使用状態表示層としては、元素周期律表のＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属（元素）またはその金属を含む合金によって形成される１以上の層を挙げることができる。

たとえば、基層の最外層がＡｌ₂Ｏ₃層でほぼ黒色の外観を呈するような場合は、使用状態表示層としてＴｉＮ層（金色）やＣｒ層（銀色）を採用することにより比較的大きな色コントラストを得ることができる。

このような使用状態表示層は、基層よりも薄く形成することが好適であり、好ましい厚み（使用状態表示層が２層以上で形成される場合は全体の厚み）は０．０５μｍ以上２μｍ以下であり、さらに好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。０．０５μｍ未満では、所定部位に均一に被覆することが工業的に困難となり、このためその外観に色ムラが発生し外観を害することがある。また、２μｍを超えても使用状態表示層としての機能に大差なく、却って経済的に不利となる。

このような使用状態表示層は、すくい面上であって、切削に関与する部位を除く部位の全面または部分の上記基層上に形成されていることが好ましい。また、この使用状態表示層は、逃げ面上の全面または部分の上記基層上に形成されたものとすることも好ましい。使用状態表示層をこのような部位に形成することにより、使用状態表示層と被削材が溶着し、切削後の被削材の外観が害されるというデメリットを伴うことなく刃先稜線部の使用／未使用を容易に識別することができる。ここで、すくい面上であって切削に関与する部位を除く部位とは、刃先稜線部からすくい面の方向に少なくとも０．０１ｍｍの幅をもって広がった領域を除くすくい面上の領域をいう。この幅は、一般的には０．０５ｍｍ以上、より一般的には０．１ｍｍ以上の幅となることが多い。

＜実施例＞
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

まず、８７．８質量％のＷＣ、１．７質量％のＴａＣ、および１０．５質量％のＣｏからなる組成の超硬合金粉末をプレスし、続けて真空雰囲気中で１４００℃、１時間の条件で焼結を行ない、その後平坦研磨処理および刃先稜線部に対してＳｉＣブラシホーニング処理により刃先処理（すくい面と逃げ面との交差部に対して半径が約０．０５ｍｍのアール（Ｒ）を付与したもの）をすることにより、切削チップＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇ（住友電工ハードメタル（株）製）の形状と同形状の超硬合金製の刃先交換型切削チップの基材を得た。この基材の表面には、脱β層が形成されていなかった。なお、この刃先交換型切削チップ（基材）は、１つのすくい面と１つの座面とを含む構造を有していた。

次いで、この基材を複数準備し、以下の表１に示した被覆層（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９）をそれぞれ別個の基材上の全面に形成した。下記表１において、被覆層は左側のものから順に基材の表面上に積層させ、最右側のものが被覆層の最外層（被覆層の表面）を構成するものとなる。また被覆層Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５は公知のＣＶＤ法により形成し、被覆層Ｎｏ．６〜Ｎｏ．９は公知のアーク式イオンプレーティング法により形成した。

なお、被覆層Ｎｏ．９は基材の座面をターゲット（カソード側）に対向させてセットしたのに対して、被覆層Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８は基材のすくい面をターゲット（カソード側）に対向させてセットすることにより各々被覆層を形成させた。また、被覆層Ｎｏ．４は被覆層Ｎｏ．１の最外層であるＴｉＮ層を成膜後にショットブラスト法により除去した構成を有し、被覆層Ｎｏ．５は被覆層Ｎｏ．２の最外層であるＴｉＮ層を成膜後にショットブラスト法により除去した構成を有するものである。

続いて、このようにして基材上に被覆層を形成した各刃先交換型切削チップに対して以下のような研磨処理方法（ショットブラスト法）を施すことにより、被覆層が１以上の層により構成され、該すくい面における該被覆層表面の面粗度ＲｚをＲ１、該座面における該被覆層表面の面粗度ＲｚをＲ２とした場合に、０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を有する以下の表２に記載した本発明の刃先交換型切削チップ（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４）と比較例の刃先交換型切削チップ（Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１７）を得た。なお、Ｒ１は、各刃先交換型切削チップのすくい面における切削に関与する部位（刃先稜線部からすくい面の方向に０．３ｍｍの幅をもって広がった領域）の被覆層表面を測定し、Ｒ２は座面の平坦面の被覆層表面を測定した。

以下の表２に示した刃先交換型切削チップＮｏ．１〜Ｎｏ．８およびＮｏ．１０は、座面以外に（すなわちすくい面側から）研磨処理（研磨材粒子：アルミナサンド１２０番（平均粒径１００μｍ）、圧力：０．３ＭＰａ）を施すことにより０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を付与したものである。

以下の表２に示した刃先交換型切削チップＮｏ．９は、上記刃先交換型切削チップＮｏ．１０に対して研磨処理を行なわずに０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を付与したものである。

以下の表２に示した刃先交換型切削チップＮｏ．１１〜Ｎｏ．１２は、座面以外に（すなわちすくい面側から）上記刃先交換型切削チップＮｏ．４とは異なった条件の研磨処理（処理時間およびワーク（刃先交換型切削チップ）とノズルとの距離を変更）を施すことにより０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を付与したものである。

以下の表２に示した刃先交換型切削チップＮｏ．１３〜Ｎｏ．１４は、上記刃先交換型切削チップＮｏ．４の研磨処理に代えて、ＳｉＣブラシによる研磨処理（＃８００のＳｉＣブラシ使用）を座面以外に（すなわちすくい面側から）施すことにより０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を付与したものである。

また、表２に示した比較例の刃先交換型切削チップＮｏ．１５〜Ｎｏ．１７は、刃先交換型切削チップＮｏ．１、Ｎｏ．６およびＮｏ．８に対して研磨処理を行なわなかったものであり、０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を有さないものである。

一方、本実施例の刃先交換型切削チップＮｏ．１と比較例の刃先交換型切削チップＮｏ．１５において、酸化アルミニウム（α−Ａｌ₂Ｏ₃）からなる層の残留応力を上述のｓｉｎ²ψ法により測定したところ（測定箇所はすくい面における切削に関与する部位）、刃先交換型切削チップＮｏ．１が−０．８ＧＰａであったのに対して刃先交換型切削チップＮｏ．１５は０．２ＧＰａであった。

そして、これらの刃先交換型切削チップＮｏ．１〜Ｎｏ．１７を用いて、下記の条件により、刃振れ試験およびフライス切削試験を行なった。その結果を以下の表２に示す。

（刃振れ試験）
本刃振れ試験では、切削工具として刃先交換型切削チップを７枚取り付けることができるカッター（型番ＷＧＣ４１６０Ｒ、住友電工ハードメタル（株）製）を使用した。該カッターにおけるチップ取り付け位置に対して予めＮｏ．１〜Ｎｏ．７の番号を定めておき、表２に記載した各刃先交換型切削チップを７枚ずつそのカッターに取り付けた。そして、Ｎｏ．１に取り付けた刃先交換型切削チップの刃先の位置（刃先の高さ）を基準とし、Ｎｏ．２〜７に取り付けた刃先交換型切削チップの刃先の位置とＮｏ．１に取り付けた刃先交換型切削チップの刃先の位置との高低差を求め、その差が最も大きくなるものの差を絶対値として求めた（この値を絶対値１とする）。

続いて、下記のフライス切削試験と同条件の切削を１分間実施した後に、上記と同様にして差が最も大きくなるものの差を絶対値として求めた（この値を絶対値２とする）。

そして、この絶対値１と絶対値２との差を求め、その結果（差の絶対値）を表２に示す。その数値が大きくなる程、切削時に刃先交換型切削チップが大きく動いたこと（すなわち切削工具への取り付け安定性が悪化すること）を示している。

（フライス切削試験）
切削工具：カッター（型番ＷＧＣ４１６０Ｒ（住友電工ハードメタル（株）製））
被削材：ＳＣＭ４３５
切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ
切込み：２．０ｍｍ
送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ．
乾式／湿式：湿式（切削油有り）
切削距離：１０ｍ
なお、この試験は上記条件の下、上記刃振れ試験とは異なりカッターに各刃先交換型切削チップを１枚だけ取り付けることにより行なった。

そして、上記条件で切削加工後、逃げ面摩耗量を測定するとともに、刃先への被削材の溶着状態および被削材の加工面の状態を観察した。なお、刃先への被削材の溶着状態および被削材の加工面の状態は以下の基準で評価した。

逃げ面摩耗量は、数値が小さいもの程耐摩耗性が良好であることを示している。刃先への被削材の溶着状態は、数字が大きいもの程耐摩耗性が良好であることを示している。被削材の加工面の状態は、数字が大きいもの程状態が良好（鏡面に近い状態）であることを示している。

（刃先への被削材の溶着状態の評価）
３：溶着量が極小の状態
２：僅かに溶着量が認められる状態
１：溶着量が多い状態
（被削材の加工面の状態の評価）
３：ほぼ鏡面とみなされる状態
２：鏡面に近い状態
１：白濁した状態

表２より明らかなように、０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を有する本発明の刃先交換型切削チップは、０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を有さない比較例の刃先交換型切削チップに比し、刃振れ試験において良好な結果を示し刃振れ精度が特段に向上していた。また、刃先への被削材の溶着量も減少していた。このため、本発明の刃先交換型切削チップは、比較例の刃先交換型切削チップに比べ、切削加工後の被削材の外観品質が良好であり（鏡面に近い状態）、逃げ面摩耗量も低減していた。

なお、上記のフライス切削試験後において、刃先交換型切削チップＮｏ．１とＮｏ．１５の刃先の状態を観察したところ、Ｎｏ．１についてはチッピングが認められなかったのに対して、Ｎｏ．１５についてはチッピングが認められた。よって、被覆層（特にすくい面の酸化アルミニウムからなる層）が圧縮残留応力を有していると耐欠損性が向上することが確認できた。

なお、上記で行なった各試験を下記の条件（ただし基材組成、被覆層組成および研磨処理方法は同一とした）でも実施したが、同様の結果が得られることを確認した。すなわち、上記で用いた刃先交換型切削チップの形状と切削工具（カッター）の型番とを、それぞれ刃先交換型切削チップの形状（ＳＤＫＮ４２ＭＴ（住友電工ハードメタル（株）製））およびカッター（型番ＦＰＧ４１００Ｒ（住友電工ハードメタル（株）製））に置き換えたもの、ならびに刃先交換型切削チップの形状（ＣＮＭＭ１９０６１２Ｎ−ＭＰ（住友電工ハードメタル（株）製））およびバイト（型番ＰＣＢＮＲ４０４０−６４（住友電工ハードメタル（株）製））に置き換えたものにおいても同様の結果が得られた。

また、上記本発明の刃先交換型切削チップＮｏ．１において、被覆層の最外層（すなわちＴｉＮ層）を使用状態表示層とし、この使用状態表示層の形成態様を（１）すくい面のみに形成する、（２）逃げ面のみに形成する、（３）刃先稜線部の近傍部以外に形成する、という異なった３態様の刃先交換型切削チップを作成し、これらの刃先交換型切削チップ各々に対して上記で行なった各試験と同一の試験を行なったところ、上記同様に優れた効果が示されたとともに刃先稜線部の使用／未使用を極めて容易に識別することができるものであった。

なお、上記の実施例では切削工具としてカッターを用い、刃先交換型切削チップの形状としてポジティブ型チップを採用したが、旋削加工用のネガティブ型チップやポジティブ型チップにおいても本発明の効果を得ることができる。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (10)

1. すくい面（２）と、座面（５）とを少なくとも含む構造の刃先交換型切削チップ（１）であって、
   前記刃先交換型切削チップ（１）は、基材（１０）と、該基材（１０）上に形成された被覆層（１１）とを有してなり、
   前記被覆層（１１）は、１以上の層により構成され、前記すくい面（２）と前記座面（５）の両方を被覆し、かつその両方の表面において研磨処理されており、
   前記すくい面（２）における前記被覆層（１１）表面の面粗度ＲｚをＲ１、前記座面（５）における前記被覆層（１１）表面の面粗度ＲｚをＲ２とした場合に、０．９＞Ｒ１／Ｒ２という関係を有することを特徴とする刃先交換型切削チップ（１）。
2. 前記Ｒ１は、前記すくい面（２）における切削に関与する部位の面粗度Ｒｚであることを特徴とする請求項１記載の刃先交換型切削チップ（１）。
3. 前記被覆層（１１）は、元素周期律表のＩＶａ族元素、Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とにより構成される化合物によって形成される１以上の層により構成されることを特徴とする請求項１記載の刃先交換型切削チップ（１）。
4. 前記化合物は、酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項３記載の刃先交換型切削チップ（１）。
5. 前記被覆層（１１）は、０．０５μｍ以上３０μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１記載の刃先交換型切削チップ（１）。
6. 前記被覆層（１１）は、化学的蒸着法により形成されることを特徴とする請求項１記載の刃先交換型切削チップ（１）。
7. 前記被覆層（１１）は、アーク式イオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法により形成されることを特徴とする請求項１記載の刃先交換型切削チップ（１）。
8. 前記基材（１０）は、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、または窒化硅素焼結体のいずれかにより構成されることを特徴とする請求項１記載の刃先交換型切削チップ（１）。
9. 前記刃先交換型切削チップ（１）は、ドリル加工用、エンドミル加工用、メタルソー加工用、歯切工具加工用、リーマ加工用、タップ加工用、クランクシャフトのピンミーリング加工用、フライス加工用または旋削加工用のものであることを特徴とする請求項１記載の刃先交換型切削チップ（１）。
10. 前記刃先交換型切削チップ（１）は、ポジティブ型チップであることを特徴とする請求項１記載の刃先交換型切削チップ（１）。

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