発明の名称 ： インサートおよびそれを備えた切削工具

技術分野

[0001 ] 本開示は、 インサートおよびそれを備えた切削工具に関 する。

背景技術

[0002] 超硬合金やサーメッ ト、 セラミックス等を基体として用いたインサー トが 知られている。 このインサートは、 ホルダに固定して切削工具として用いら れている。

[0003] インサートは、 最近の切削加工の高能率化に伴って、 大きな衝撃が切刃に かかる重断続切削等に用いられる機会が増え ている。 このような過酷な切削 条件においては、 切刃に大きな衝撃がかかり、 チッビングが発生しやすくな る。 そのためインサートには、 耐欠損性の向上が求められている。

[0004] 上記インサートにおいて、 耐欠損性を向上させる技術として、 特許文献 1 には、 すくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部を含む すくい面部に、 表面から 2 0〜 1 〇〇 の深さに亙って、 光学顕微鏡を用いた縦断面組織観察によ る測定で、 空孔が 5〜 3 0面積％の割合で存在する多孔質帯域部分を� �成し 、 その他の部分の空孔割合を 2面積％以下とする技術が開示されている。 先行技術文献

特許文献

[0005] 特許文献 1 :特開 2 0 0 3 _ 4 8 1 0 6号公報

発明の概要

[0006] 本開示のインサートは、 第 1面と、 前記第 1面に繫がる第 2面と、 前記第

1面および前記第 2面の稜線の少なくとも一部に位置する切刃� �を有する基 体を具備する。 前記第 1面における前記切刃から 2 . 〇 以内を面域八と する。 該面域八を含み、 前記面域八から 0 . 5 までの領域を領域八 1 と する。 前記面域 及び前記第 2面から 1 . 2 〜 2 . 〇 の領域を領域 八 2とする。 前記領域八 1 における空孔の面積比が 0 . 0 0 5〜〇. 0 4面 〇 2020/175459 卩（：171? 2020 /007410

積％であり、 前記領域八 2における空孔の面積比が〇. 0 5〜〇. 2面積％ である。

[0007] 本開示の切削工具は、 第 1端から第 2端に亙る長さを有し、 前記第 1端側 に位置するポケッ トを有するホルダと、 前記ポケッ トに位置する上述のイン サートと、 を備える。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1 ]本開示のインサートの一例を示す概略斜視� �である。

[図 2]図 1のインサートにおける基体の断面の構成を� �明するための模式図で ある。

[図 3]本開示の切削工具の一例を示す平面図であ� ��。 発明を実施するための形態

[0009] ＜インサ _卜＞

図 1 に示すように、 本開示のインサート 1は、 第 1面 3 （以下、 主面 3と も記載する。 ） と、 第 2面 5とを有し、 第 1面 3と第 2面 5とが交わる部分 （稜線） の少なくとも一部に切刃 7を有する基体 9を具備している。 第 1面 3は、 すくい面と呼ばれる面であり、 第 2面 5は逃げ面と呼ばれる面である 。 そのため、 すくい面 3と逃げ面 5とが交わる部分の少なくとも一部に切刃 7を有しているともいえるものである。 なお、 図 1 においては、 主面 3が概 略四角形状の板状である例を示しているが、 インサート形状は、 これに限定 されるものではない。

[0010] 図 2に、 本開示のインサート 1の切刃 7の近傍における、 第 1面 3に垂直 な基体 9の断面の拡大図を示す。

[001 1 ] 本開示のインサート 1 において、

を面域 という。

[0012] 本開示のインサート 1 において、 面域八を含み、 面域八から〇. ま での領域 1 とする。 この領域 1は、 面域 から基体 9の内側に位置する 。 また、 面域 及び第 2面から 1 . の領域を領域 2と する。 この領域 2は、 領域 1 よりも基体 9の内部に位置している。 本開 〇 2020/175459 3 卩（：171? 2020 /007410

示のインサート 1は、 領域八 1 における空孔 （図示しない） の面積比が〇.

0 0 5〜〇. 0 4面積％であり、 領域八 2における空孔 （図示しない） の面 積比が〇. 0 5〜〇. 2面積％である。 なお、 面積比とは、 所定の面積にお ける占有率ともいえるものであり、 面積占有率と言い換えることができる。

[0013] このような構成を有することにより、 本開示のインサート 1は優れた耐欠 損性を有する。

[0014] 本開示のインサート 1は、 領域 1 よりも、 基体 9の内部に位置する領域 八 2の方がより多くの空孔を有している。 そして、 領域八 2の空孔の割合が 〇. 0 5〜〇. 2面積％であることで、 基体 9が全体として、 優れた靭性と 硬度を有する。

[0015] また、 基体 9の表面近傍に位置する領域八 1 においては、 空孔の割合が 0 . 0 0 5〜〇. 0 4面積％であることで、 領域八 1 において、 〇. 0 4面積 %を超える空孔を有する場合に比べ領域 1が高い硬度を有する。 また、 領 域八 1の空孔の割合が 0 . 0 0 5面積％未満である場合に比べ、 領域 1が 欠けにくい。

[0016] 本開示のインサート 1は、 基体 9の表面から〇. を超え、 1 . 未満までの領域において、 〇. 0 0 5〜〇. 0 4面積％の空孔を有するも のであつてもよい。

[0017] また、 領域八 1の空孔の平均径が領域八 2の空孔の平均径よりも小さくて もよい。 このような構成を有すると領域八 1の強度が高いため、 耐欠損性に 優れる。

[0018] また、 領域八 1の空孔の平均径は、 1 . 5 以下であってもよい。 この ような構成を有すると、 特に領域八 1の強度が高いため、 耐欠損性に優れる

[0019] また、 領域八 2の空孔の平均径は、 2 以下であってもよい。 このよう な構成を有すると、 基体 9が全体として、 高い靭性と硬度を有する。

[0020] また、 本開示のインサート 1は、 領域八 1 と、 領域八 2との間、 すなわち 、 面域八から〇. 5 を超えて、 面域八から第 2領域八 2との間に領域八 〇 2020/175459 4 卩（：171? 2020 /007410

3を有していてもよい。 この領域八3が空孔 （図示しない） を有しており、 領域 3における空孔の面積比が、 領域 1の空孔の面積比よりも大きく、 領域八 2の空孔の面積比よりも小さくてもよい。

[0021 ] このような構成を有すると、 インサート 1 における空孔の面積比がなだら かに変化することになるため、 基体 9における特性の変化がなだらかになり 、 インサート 1は、 さらに優れた耐欠損性を有する。

[0022] また、 本開示のインサート 1 においては、 第 2面から〇. までの領 域の空孔の面積比率を、 領域 1 と同様の面積比率としてもよい。 このよう な構成を有すると、 第 2面から〇. 5 までの領域の硬度も高い。

[0023] 本開示のインサート 1 における基体 9を構成する材質は、 硬質合金、 セラ ミックスまたは金属が挙げられる。 硬質合金としては、 炭化タングステン （ と、 コバルト （〇〇） やニッケル （1\1 丨） 等の鉄属金属を含有する超 硬合金であってもよい。 他の硬質合金として、 炭窒化チタン （丁 丨 〇1\!） と 、 コバルト （〇〇） やニッケル （1\1 丨） 等の鉄属金属を含有する丁 丨基サー メツ トであってもよい。 セラミツクスが、 3 丨 ₃ 1\1 ₄ 、 八 丨 ₂ 〇 ₃ 、 ダイヤモンド 、 立方晶窒化ホウ素 （〇巳1\1） であってもよい。 金属としては、 炭素鋼、 高 速度鋼、 合金鋼であってもよい。 上記材質の中でも、 インサート 1 として用 いる場合には、 基体 9は、 超硬合金またはサーメッ トからなることが耐欠損 性および耐摩耗性の点でよい。

[0024] また、 本開示のインサート 1は、 基体 9の表面にさらに被覆層 （図示しな い） を有していてもよい。 このような被覆層を有すると、 インサート 1の耐 摩耗性が高い。 なお、 被覆層を有するものであるとき、 第 1面 3に沿った被 覆層と、 第 2面 5に沿った被覆層とが交わる部分の少なくと� �一部が切刃 7 となることはいうまでもない。

[0025] 被覆層は、 単層であってもよく、 複数の層を積層した積層膜であってもよ い。 被覆膜は、 いわゆるダイヤモンド膜や口 !_（3膜、 丁 丨 1\!膜、 、 八 丨 ₂ 〇 ₃ 膜であってもよく、 これらの組み合わせであってもよい。

[0026] 次に、 基体 9の各領域における空孔の面積比は、 基体 9の表面に対して垂 〇 2020/175459 5 卩（：171? 2020 /007410

直な断面を鏡面加工し、 金属顕微鏡や電子顕微鏡で観察することで測 定する ことができる。 空孔の大きさにもよるが、 5 0 0倍の倍率で測定するとよい 。 各領域における測定面積は、 〇. 0 3〇1 111 ² ~ 0 . 0 9〇1 111 ² とするとよい。

[0027] 本開示のインサート 1は、 第 1面 3が所謂すくい面であるとき、 第 2面 5 が逃げ面であり、 これらの交差部に位置するのが切刃 7である。 そして、 こ の切刃 7を被切削物に当てて切削加工に用いられる� �のであり、 耐欠損性に 優れる。 また、 本開示のインサート 1は、 切削工具以外にも、 掘削工具、 刃 物等の工具、 耐衝撃部品等の各種の用途へ応用可能であり 、 この場合にも優 れた機械的信頼性を有するものである。

[0028] 次に、 本開示のインサート 1の製造方法について、 一例を説明する。

[0029] まず、 基体となる硬質合金を焼成によって形成しう る炭化物、 窒化物、 炭 窒化物、 酸化物等の無機物粉末に、 金属粉末、 力ーボン粉末等を適宜添加、 混合して、 混合粉末を作製する。 次に、 この混合粉末を用いて、 プレス成形 、 錶込成形、 押出成形、 冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法に よって 所定の工具形状に成形する。 この成形体を、 真空中または非酸化性雰囲気中 にて焼成することによって上述した基体を作 製する。

[0030] 本開示のインサートにおける基体を作製する には、 例えば、 上記の混合粉 末に直径が〇. 5 〜 2 0 程度の樹脂球を混合してもよい。

[0031 ] 焼成後に基体における領域 2となる成形体 （以下、 第 2成形体ともいう ） に、 例えば、 〇. 0 6〜〇. 2 4体積％の割合で樹脂球を含有させる工程 と、 その第 2成形体の表面を、 〇. 7〜 1 . 4 111程度の厚さの 0 . 0 1〜

〇. 〇 5体積％の樹脂球を含有する混合粉末で覆う� �程と、 前記成形体とそ の表面を覆う混合粉末とを加圧して一体化す る工程により、 第 2成形体の表 面に、 焼成後に領域八 1 となる成形体 （以下、 第 1成形体ともいう） が位置 する複合成形体を作製して、 位置によって樹脂球の存在量が異なる複合形 成 体を得ることができる。 この複合成形体を焼成することで、 本開示のインサ -卜を作製することができる。

[0032] また、 焼成後に領域 2となる成形体の表面を、 焼成後に領域 3となる 〇 2020/175459 6 卩（：171? 2020 /007410

混合粉末で覆い、 さらに焼成後に領域 1 となる混合粉末で覆ってもよい。 この場合、 焼成後に領域 3となる混合粉末には、 焼成後に領域 2となる 混合粉末に添加した樹脂球よりも、 少ない量の樹脂球を添加してもよい。

[0033] そのような組み合わせとすると、 領域八 2における空孔の面積比が最も大 きく、 領域八 3における空孔の面積比が、 その次に大きいインサート 1 を作 製することができる。

[0034] また、 上記の例では、 樹脂球を含有する第 1成形体を用いているが、 焼成 条件によって領域八 1の空孔の割合を本発明の範囲となるように� �れば、 第 1成形体において樹脂球を含有しなくてもよ� �。

[0035] 以上説明したように、 樹脂球を利用した製造方法によると、 空孔を所望の 位置に、 所望の面積比で配置することができる。

[0036] 上記のように作製した成形体を焼成する際に は、 まず、 いわゆる脱バイン ダエ程で成形体を加熱してバインダ成分を除 去した後、 温度を上げて樹脂球 を除去するとよい。 そのあとで、 例えば、 八 「雰囲気中で 1 3 5 0 ^° 〇~ 1 6 0 0 °〇の条件で焼成するとよい。

[0037] このようにして作製した基体の表面に、 所望によって研磨加工や切刃部の ホーニング加工を施してもよい。

[0038] 次に、 その表面に例えば、 化学気相蒸着 （＜3 0） 法によって被覆層を成 膜してもよい。

[0039] 以下に、 基体の表面に被覆層を形成する一例を示す。 まず、 基体をチャン バ内にセツ トし、 下地層である丁 丨 1\!層を成膜する。 成膜温度を 8 3 0 °〇、 ガス圧を 反応ガスの組成が、 四塩化チタン （丁 丨 〇 丨 ₄ ） ガス を〇. 1〜 2 0体積％、 窒素 （1\1 ₂ ） ガスを 2 0体積％、 残りが水素 （1 ^~ 1 ₂ ） ガ スとして成膜する。

[0040] 次に、 丁 丨 〇!\1層である第 1層を成膜する。 成膜温度を 8 3 0 °〇、 ガス圧 を 9 ₃ とし、 反応ガス組成として、 体積％で四塩化チタン （丁 丨 〇 丨 ₄ ） ガスを 5 . 〇〜 2 0体積％、 窒素 （1\1 ₂ ） ガスを 1 〇〜 9 0体積％、 ァセトニ トリル （〇1 ^~ 1 ₃ 〇1\1） ガスを 0 . 3体積％〜 3 . 0体積％、 残りが水素 （ ） 〇 2020/175459 7 卩（：171? 2020 /007410

ガスとして、 成膜する。 このとき、 アセトニトリル （〇1 ^~ 1 ₃ 〇1\1） ガスの含有 比率を成膜初期よりも成膜後期で増すことに よって、 第 1 丁 丨 〇!\］層を構成 する炭窒化チタン柱状結晶の平均結晶幅を基 体側よりも表面側の方が大きい 構成とすることができる。 第 1層の厚みは、 1 以上である。 第 1層の厚 みは、 3〜 2 0 〇1としてもよい。

［0041］ 次に、 丁 丨 〇!\1層である第 1中間層を作製する。 成膜温度を 9 5 0 °〇、 ガ ス圧を 9 3、 反応ガスの組成が、 四塩化チタン （丁 丨 〇 丨 ₄ ） ガスを 1 0 〜 2 0体積％、 メタン （〇1 ^~ 1 ₄ ） ガスを〇. 5〜 1 0体積％、 窒素 （1\1 ₂ ） ガス を 1 〇〜 7 0体積％、 残りが水素 （1 ^~ 1 ₂ ） ガスとして成膜する。 この第 1中間 層の厚みは 1 未満である。

［0042］ 次に、 丁 丨 〇!\1〇層である第 2中間層を成膜する。 まず、 成膜温度を 9 5 〇 ^° 〇、 ガス圧を 9 3とし、 反応ガス組成が、 四塩化チタン （丁 丨 〇 丨 ₄ ） ガスを 1 〇〜 2 0体積％、 メタン （〇1 ^~ 1 ₄ ） ガスを〇. 5〜 1 0体積％、 窒素 （1\1 ₂ ） ガスを 1 0〜 2 0体積％、 一酸化炭素 （〇〇） ガスを〇. 1〜 3 . 0 体積％、 残りが水素 （1 ^~ 1 ₂ ） ガスとして成膜する。 この第 2中間層の厚みは 1 未満である。 また、 第 1中間層と第 2中間層の厚みの和は、 1 01未満 である。

［0043］ 八 丨 ₂ 〇 ₃ 層である第 2層は、 成膜温度を 9 8 0 °〇~ 1 1 0 0 °〇、 ガス圧を 5 反応ガスの組成が、 三塩化アルミニウム （八 丨 〇 I ₃ ） ガスを 5〜 2 0体積％、 塩化水素 （1 ^~ 1〇 丨） ガスを 2〜 8体積％、 二酸 化炭素 （〇〇 ₂ ） ガスを 3〜 8体積％、 硫化水素 ） ガスを〇. 0 0 1〜 〇. 〇 1体積％、 アルゴン （八 〇 残りが水素 （1 ^~ 1 ₂ ） ガスとして成膜する。 第 2層の厚みは、 1〜 1 5 〇1としてもよい。

［0044］ そして、 最表層であり、 第 3層である丁 丨 層を成膜する。 成膜温度を 1

0 1 0 °〇、 ガス圧を 1 0 1＜ 3とし、 反応ガス組成は、 四塩化チタン （丁 I 〇 丨 ₄ ） ガスを〇. 0 6〜 5体積％、 窒素 （1\1 ₂ ） ガスを 1 〇〜 3 0体積％、 残 りが水素 （| ^~ | ₂ ） ガスとして、 成膜する。 第 3層の厚みは、 〇. 1〜 2 と してもよい。 〇 2020/175459 8 卩（：171? 2020 /007410

[0045] なお、 上記の例では、 第 1中間層や第 2中間層や第 3層を設けた例を示し たが、 直接、 基体の表面に、 丁 丨 〇1\1層である第 1層と、 八 丨 ₂ 〇 ₃ 層である第 2層とを積層してもよい。

[0046] 以上、 本開示のインサート 1 について説明したが、 本開示は上述の実施形 態に限定されず、 本開示の要旨を逸脱しない範囲において、 各種の改良およ び変更を行なってもよい。

[0047] <切削工具 >

次に、 本開示の切削工具について図面を用いて説明 する。

[0048] 本開示の切削工具 1 0 1は、 図 3に示すように、 例えば、 第 1端 （図 3に おける上端） から第 2端 （図 3における下端） に向かって延びる棒状体であ る。 切削工具 1 〇 1は、 図 3に示すように、 第 1端側 （先端側） にポケッ ト 1 0 3を有するホルダ 1 0 5と、 ポケッ ト 1 0 3に位置する上記のインサー 卜 1 とを備えている。 切削工具 1 0 1は、 インサート 1 を備えているため、 長期に渡り安定した切削加工を行うことがで きる。

[0049] ポケッ ト 1 0 3は、 インサート 1が装着される部分であり、 ホルダ 1 0 5 の下面に対して平行な着座面と、 着座面に対して傾斜する拘束側面とを有し ている。 また、 ポケッ ト 1 0 3は、 ホルダ 1 0 5の第 1端側において開口し ている。

[0050] ポケッ ト 1 0 3にはインサート 1が位置している。 このとき、 インサート

1の下面がポケッ ト 1 0 3に直接に接していてもよく、 また、 インサート 1 とポケッ ト 1 0 3との間にシート （不図示） が挟まれていてもよい。

[0051 ] インサート 1は、 第 1面 3及び第 2面 5が交わる稜線における切刃 7とし て用いられる部分の少なくとも一部がホルダ 1 0 5から外方に突出するよう にホルダ 1 0 5に装着される。 本実施形態においては、 インサート 1は、 固 定ネジ 1 0 7によって、 ホルダ 1 0 5に装着されている。 すなわち、 インサ —卜 1の貫通孔 1 7に固定ネジ 1 0 7を揷入し、 この固定ネジ 1 0 7の先端 をポケッ ト 1 0 3に形成されたネジ孔 （不図示） に揷入してネジ部同士を螺 合させることによって、 インサート 1がホルダ 1 0 5に装着されている。 〇 2020/175459 9 卩（：171? 2020 /007410

[0052] ホルダ 1 0 5の材質としては、 鋼、 錶鉄などを用いることができる。 これ らの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい 。

[0053] 本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 1 0 1 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 加工などが挙げられる。 なお、 切削工具 1 0 1 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上記の実 施形態のインサート 1 を用いてもよい。

実施例

[0054] まず、 平均粒径 1 . 2 の金属コバルト粉末を 6質量％、 平均粒径 2 .

〇 の炭化チタン粉末を〇. 5質量％、 平均粒径 2 . 〇 の炭化ニオブ 粉末を 5質量％、 残部が平均粒径 1 . 5 のタングステンカーバイ ト粉末 の割合で添加、 混合し、 混合粉末を作製した。

[0055] さらに、 表 1 に示す平均粒径、 割合の樹脂球を混合粉末に添加して、 焼成 後に領域八 2となる第 2成形体を作製した。 なお、 表 1 において、 樹脂球の 平均粒径、 割合が記載されていない試料では、 樹脂球を添加しない、 混合粉 末を用いた。

[0056] そして、 第 2成形体の表面の全面に焼成後に領域 1 となる第 1成形体を 形成した複合成形体を作製した。

[0057] なお、 これらの成形体は、 工具形状 （〇 1\/1〇 1 2 0 4 0 8） に成形した

[0058] その後、 脱バインダ処理を施し、 さらに樹脂球を除去した後、 1 5 0 0 ^° 〇 、 〇. 0 1 3の真空中において、 1時間焼成して超硬合金からなる基体を 作製した。 その後、 作製した基体にブラシ加工をし、 切刃となる部分に ホ —ニングを施した。

[0059] 次に、 上記の超硬合金の基体に対して、 化学気相蒸着 （＜3 0） 法により 、 基体側から順に丁 丨 1\!層、 丁 丨 〇1\1層、 丁 丨 〇1\1〇層、 八 丨 ₂ 〇 ₃ 層、 丁 I 層を成膜して、 被覆層を有するインサートを作製した。

[0060] 上記試料について、 被覆層を含む断面について、 3巳 IV!観察を行い、 領域 〇 2020/175459 10 卩（：171? 2020 /007410

八 1、 領域 2における空孔の面積比と空孔の平均径を測� �した。 測定は、

500倍の倍率で 0. の面積について行った。

[0061] 具体的には、 鏡面研磨した基体の断面について、 金属顕微鏡で 500倍の 倍率で撮影し、 その画像データを画像ソフ 丨 ₆ （株式会社マ ウンテック製 バージョン 4） を用いて画像解析した。 画像は、 粒子の検出 と確定条件は、 取得モードを非球形とし、 検出感度は 20とした。 また、 検 出確度は、 標準 （0. 7） とした。 粒子の操作条件において、 走査密度は標 準とし、 走査回数は 1回とした。 得られた、 空孔の面積比を表 1 に記載した

[0062] 上記の条件で作製したインサートについて、 下記の条件で断続切削試験を 行い、 耐欠損性を評価した。 試験結果は表 1 に示す。

＜断続切削条件＞

被削材 ： 301\/1440丸棒 4本溝入り （02000101X4500101） 工具形状 204 1 2

切削速度： 200〇!/分

送り速度： 〇. 3〇1111/「 6

切り込み： 1. 50101

その他 ：水溶性切削液使用

評価項目 ：欠損までの衝撃回数

[0063]

〇 2020/175459 1 1 卩（：171? 2020 /007410

[表 1 ]

[0064] 表 1 に示す通り、 本開示のインサートである試料 !\!〇. 3〜 7、 9〜 1 3 、 1 5〜 1 9は、 耐欠損性に優れていた。

符号の説明

[0065] 1 インサート

3 第 1面、 主面、 すくい面

5 第 2面、 逃げ面

7 切刃

9 基体

八 1 領域八 1

八 2 領域八 2

八 3 領域八 3 \¥02020/175459 12 卩（：171? 2020 /007410

1 01 切削工具

1 03 ポケッ ト

1 05 ホルダ

1 07 固定ネジ