JP2003159602A

JP2003159602A - 切削工具

Info

Publication number: JP2003159602A
Application number: JP2001359846A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Sekiguchi; 豊関口; Yoshihito Igai; 良仁猪飼; Yasuhiro Takagi; 保宏高木; Kazuhiro Urashima; 和浩浦島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】積層構造のセラミック焼結体からなり、特に
優れた耐欠損性を有する切削工具を提供する。【解決手段】本発明の切削工具は、基材と、この基材
の一面に形成された第１外層及び他面に形成された第２
外層とからなり、これらはいずれもセラミック焼結体に
より形成され、第１外層及び該第２外層の熱膨張係数
が、いずれも基材の熱膨張係数より小さいことを特徴と
する。この切削工具では、第１外層及び第２外層のうち
の少なくとも一方が、すくい面として用いられ、第１外
層及び第２外層が、それぞれ窒化珪素又はアルミナを主
成分とすることが好ましい。また、基材と、第１外層及
び第２外層の各々との熱膨張係数の差が、２５〜１００
０℃の平均値で、０．１×１０^−６〜３．０×１０^−６
／Ｋであり、第１外層及び第２外層の厚さが０．０１〜
２ｍｍであることがより好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック焼結体
を積層してなる切削工具に関する。更に詳しくは、基材
の両面に、この基材より熱膨張係数の小さい外層を形成
してなり、それによって外層の端縁部に残留圧縮応力が
発生している切削工具に関する。本発明の切削工具は、
耐欠損性及び耐摩耗性等に優れ、高速旋盤、高速フライ
ス盤などの高速工作機械における切削工具として使用す
ることができる。また、フライス工具、エンドミル、ド
リル等として用いることもでき、特に、鋳鉄の加工に用
いる切削工具として有用である。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミック焼結体からなる切削工
具は、単一組成のセラミックにより形成されることがほ
とんどであった。そして、組成を最適化することによ
り、強度及び靭性等を向上させ、耐欠損性と耐摩耗性と
の両立を図ってきた。しかし、実際には、十分な耐欠損
性と耐摩耗性とを併せ有する切削工具とすることは困難
であった。

【０００３】一方、内部に比べて表面側の熱膨張係数が
小さくなるような構成とし、焼成後の冷却時に表面側に
圧縮応力を残留させることにより、強度及び靭性等を向
上させることも検討されている。例えば、特開平４−１
３９０６５号公報には、窒化珪素マトリックス中に、熱
膨張係数が窒化珪素より大きい異種粒子を分散、含有さ
せ、この異種粒子の含有量をマトリックス表面から内部
に向かって増加させた傾斜組成を有する窒化珪素複合材
料が開示されている。そして、この複合材料によれば、
焼結後の冷却時に表面部分に強い圧縮応力を残すことが
でき、亀裂の発生及び進展に対する抵抗力が高められ、
強度及び靭性を更に向上させることができると説明され
ている。

【０００４】更に、特開平４−３１９４３５号公報に
は、セラミック焼結体等からなる基材の少なくとも一面
に、基材よりも熱膨張率の小さい最外層を形成する際
に、基材と最外層との熱膨張率の大きな段差を解消する
ため、熱膨張率が漸次変化する傾斜組成を有する中間層
を形成させた積層焼結体が開示されている。そして、こ
の積層焼結体は、機械的強度が大きく、熱衝撃に強く、
摺動材料及び工具材料等、特に、急激に高温に曝され、
又は高温から急冷される切削工具材料として有用である
と説明されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、内部から表面
側へと熱膨張係数を変化させた傾斜組成を有する複合材
料、或いは熱膨張率の異なる基材と外層等との間に傾斜
組成を有する中間層を介在させて積層させた積層焼結体
を切削工具として実際に使用した場合、熱膨張について
特に考慮していない切削工具と比べて、耐欠損性等が必
ずしも向上するとは限らないことが、実験などにより明
らかになっている。これは、ただ単に積層構造としただ
けでは、すくい面の中央部にのみ残留圧縮応力が発生
し、実際の切削時に被切削材と接触する端縁部に十分な
残留圧縮応力を発生させることができないためである。
このように、より確実に耐欠損性等を向上させるために
は、基材及び外層の各々の熱膨張係数、或いはそれぞれ
の厚さなどを最適化する必要がある。本発明は、上記の
従来技術の問題点を解決するものであり、簡易な構造で
あって、且つ優れた耐欠損性及び耐摩耗性等を有する切
削工具を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の切削工具は、基
材と、該基材の一面に形成された第１外層と、該基材の
他面に形成された第２外層と、から構成され、上記基材
並びに上記第１外層及び上記第２外層は、いずれもセラ
ミック焼結体からなり、該第１外層及び該第２外層の熱
膨張係数が、いずれも上記基材の熱膨張係数より小さい
ことを特徴とする。

【０００７】本発明では、上記第１外層及び上記第２外
層のそれぞれの端縁部の少なくとも一部に残留圧縮応力
が発生している切削工具とすることができる。また、上
記第１外層及び上記第２外層のうちの少なくとも一方
が、すくい面として用いられる切削工具とすることがで
きる。更に、上記第１外層及び上記第２外層が、それぞ
れ窒化珪素又はアルミナを主成分とする切削工具とする
ことができる。また、上記第１外層及び上記第２外層の
それぞれの上記端縁部にビッカース圧子を圧入した場合
に、逃げ面と垂直方向に生成した亀裂の長さに基づき算
出した破壊靭性値が、上記端縁部の少なくとも一部にお
いて、上記第１外層及び上記第２外層の各々を形成する
セラミック焼結体のＪＩＳＲ１６０７により測定し
た破壊靭性値より１０％以上大きい切削工具とすること
ができる。更に、上記第１外層及び上記第２外層のそれ
ぞれの上記端縁部の少なくとも一部の上記残留圧縮応力
が３０ＭＰａ以上である切削工具とすることができる。
また、上記端縁部は、上記第１外層及び上記第２外層の
各々の端縁から３ｍｍ以内の部分である切削工具とする
ことができる。更に、上記第１外層及び上記第２外層の
それぞれの厚さが、０．０１〜２ｍｍである切削工具と
することができる。

【０００８】

【発明の効果】本発明の切削工具は、基材の両面に、こ
の基材と比べて熱膨張係数が小さい外層が形成されてな
り、特に、この外層の少なくとも一部に残留圧縮応力が
発生していることにより、３層の簡易な構造でありなが
ら十分な耐欠損性と耐摩耗性とを併せ有する。この切削
工具は、両外層のうちの少なくとも一方がすくい面とし
て用いられ、これら外層を窒化珪素質焼結体又はアルミ
ナ質焼結体により形成することにより、容易に優れた耐
欠損性と耐摩耗性とを有する切削工具とすることができ
る。また、外層の端縁部、特に、端縁から３ｍｍ以内の
部分において、特定の破壊靭性値及び残留圧縮応力を有
する切削工具とすることにより、耐欠損性と耐摩耗性と
が大きく向上する。更に、外層の厚さを限定することに
よっても、耐欠損性と耐摩耗性とをより確実に向上させ
ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
セラミック焼結体からなる切削工具において、熱膨張係
数が内部から表面側へと小さくなっていく傾斜組成構
造、或いは傾斜組成を有する中間層を設けた積層構造と
することなく、基材の両面にセラミック焼結体からなる
外層を形成した３層の簡易な構造であっても、すくい面
となる外層の端縁部において十分な破壊靭性値及び残留
圧縮応力を有しておれば、優れた耐欠損性と耐摩耗性と
を併せ備える切削工具とすることができる。特に、基材
と外層との熱膨張係数の差及び外層の厚さを特定するこ
とによって、熱膨張の差による亀裂の発生等もなく、よ
り確実に十分な耐欠損性等を有する切削工具とすること
ができる。本発明は、このような知見に基づきなされた
ものである。

【００１０】上記「基材」並びに上記「第１外層」及び
上記「第２外層」（以下、第１外層と第２外層とを単に
「外層」ということもある。）を構成する上記「セラミ
ック焼結体」としては、一般に切削工具として用いられ
ているセラミック焼結体を使用することができ、特に限
定はされない。そのようなセラミック焼結体としては、
アルミナ、ジルコニア、チタニア等の酸化物系セラミッ
ク焼結体、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒
化チタン、窒化タンタル等の窒化物系セラミック焼結
体、炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化タ
ングステン、炭化タンタル、炭化クロム等の炭化物系セ
ラミック焼結体などが挙げられる。

【００１１】基材と、第１外層及び第２外層とは、被切
削材を切削する際に剥離することのないように強固に接
合されていなければならない。そのため、通常、基材と
なる未焼成体と、それぞれ第１外層及び第２外層となる
未焼成体とを一体に積層したうえで、必要に応じて冷間
静水圧プレス処理等により緻密度を高めた後、同時焼成
することによって接合される。従って、基材と外層との
各々の未焼成体は、同時焼成することができ、且つ焼成
により強固に接合されるセラミックからなることが好ま
しい。

【００１２】本発明の切削工具では、通常、第１外層及
び第２外層の少なくとも一方がすくい面として用いられ
る。従って、これらの外層は、十分な強度と破壊靭性と
を有している必要があり、そのためには窒化珪素又はア
ルミナを主成分とすることが好ましい。それによって優
れた耐欠損性と耐摩耗性とを併せ備える切削工具とする
ことができる。窒化珪素には少量の窒化アルミニウム、
アルミナ等が含まれていてもよく、アルミナには少量の
ムライト、スピネル等が含まれていてもよい。

【００１３】第１外層及び第２外層の各々を１００質量
％とした場合に、窒化珪素又はアルミナの含有量は、６
０質量％以上、特に８０質量％以上、更には９０質量％
以上であることが好ましい。窒化珪素又はアルミナの他
には、炭化チタン、炭化珪素等の耐熱性が高く、硬度の
大きいセラミックが含有されていてもよく、希土類元素
酸化物等の焼結助剤として用いられた酸化物が含有され
ていてもよい。尚、第１外層及び第２外層の全体が窒化
珪素又はアルミナにより形成されていてもよい。

【００１４】基材も窒化珪素又はアルミナを含有するこ
とが好ましい。窒化珪素又はアルミナの含有量は、基材
を１００質量％とした場合に、２０〜８０質量％、特に
３０〜７０質量％であることが好ましい。窒化珪素又は
アルミナの他には、窒化チタン、炭化タングステン、炭
化チタン、炭化珪素、炭化クロム等のセラミックが含有
されていることが好ましく、希土類元素酸化物等の焼結
助剤として用いられた酸化物が含有されていてもよい。

【００１５】このように基材と外層、特に外層に窒化珪
素又はアルミナを除く他の耐熱性の高いセラミックを含
有させることによって、より耐熱性等に優れた切削工具
とすることができる。更に、基材及び外層に含有される
窒化珪素又はアルミナ並びにその他のセラミックの量比
によって、基材並びに第１外層及び第２外層の熱膨張係
数を容易に調整することができる。尚、この切削工具に
は、装置に取り付けること等を目的として、貫通孔、切
り欠きなどが設けられていてもよく、また、表面及び端
面等の一部に他のセラミック層などが積層されていても
よい。

【００１６】この切削工具では、第１外層及び第２外層
の熱膨張係数が、いずれも基材の熱膨張係数より小さ
い。これにより、焼結後の冷却時に第１外層及び第２外
層に十分な残留圧縮応力が発生し、強度及び靭性が向上
する。基材と第１外層及び第２外層との熱膨張係数の差
は、２５〜１０００℃の平均値で、０．１×１０^−６〜
３．０×１０^−６／Ｋ、特に０．５×１０^−６〜３．０
×１０^−６／Ｋ、更には１．０×１０^−６〜３．０^−６
／Ｋであることが好ましい。熱膨張係数の差が０．１×
１０^−６／Ｋ未満であると、十分な残留圧縮応力が発生
せず、耐欠損性等に優れた切削工具とすることができな
い場合がある。一方、熱膨張係数の差が３．０×１０
^−６／Ｋを越えると、成形体の焼成時、或いは焼結体を
工具形状に加工する際などに亀裂が発生することがあ
り、好ましくない。

【００１７】また、第１外層及び第２外層のそれぞれの
端縁部にビッカース圧子を圧入した場合に、逃げ面と垂
直方向に生成した亀裂の長さに基づき算出される破壊靭
性値（Κ_１）が、端縁部の少なくとも一部において、Ｊ
ＩＳＲ１６０７により測定される第１外層及び第２
外層の各々の破壊靭性値（Κ_２）より１０％以上大きい
ことが好ましい。Κ_１はΚ_２より２５％以上、特に５０
％以上（通常、２００％以下）大きいことが好ましく、
これにより耐欠損性等に優れた切削工具とすることがで
きる。

【００１８】更に、第１外層及び第２外層のそれぞれの
端縁部の少なくとも一部の残留圧縮応力が３０ＭＰａ以
上であることが好ましい。この残留圧縮応力は５０ＭＰ
ａ以上、特に１００ＭＰａ以上であることが好ましく、
１５０ＭＰａ以上、更には２００ＭＰａ以上とすること
もできる。残留圧縮応力が３０ＭＰａ未満であると、耐
欠損性等を十分に向上させることができない場合があ
る。

【００１９】上記「端縁部」は、被切削材に接する部位
に近接する部分であり、第１外層及び第２外層の平面方
向の中央部を除く部分である。端縁からの距離は限定さ
れないが、端縁から３ｍｍ以内、好ましくは２ｍｍ以内
の部分である。特に、端縁部の逃げ面と平行な方向の両
端部、更には逃げ面と平行な方向の端縁から３ｍｍ以
内、好ましくは２ｍｍ以内において、破壊靭性が向上
し、十分な残留圧縮応力が発生していることがより好ま
しい。この被切削材に接する部位に近接する端縁部であ
り、且つその逃げ面と平行な方向の両端部とは、例え
ば、第１外層及び第２外層の平面方向の形状が正方形で
ある場合に、図１において斜線により表される部分であ
る。

【００２０】このように、第１外層及び第２外層、即
ち、すくい面の端縁部の破壊靭性を向上させること、或
いは十分な残留圧縮応力を発生させること、によって切
削工具の耐欠損性等を十分に向上させることができる。
また、すくい面端縁部の逃げ面と平行な方向の両端部の
破壊靭性を向上させ、且つ十分な残留圧縮応力を発生さ
せることにより、切削工具の耐欠損性等を確実に向上さ
せることができる。

【００２１】第１外層及び第２外層の厚さは限定されな
いが、０．０１〜２ｍｍ、特に０．０１〜１ｍｍ、更に
は０．０５〜０．８ｍｍとすることが好ましい。この厚
さが０．０１〜２ｍｍであれば、端縁部に十分な残留圧
縮応力を発生させることができる。外層の厚さが０．０
１ｍｍ未満であると、基材が耐欠損性に大きく影響を及
ぼし、耐欠損性等を十分に向上させることができない場
合がある。一方、この厚さが２ｍｍを越えると、全厚さ
に渡って十分な残留圧縮応力を発生させることが容易で
はなく、好ましくない。

【００２２】本発明の切削工具では、後記の実施例にお
ける耐欠損性の評価方法による加工山数の比を、１を越
え、１．３以下とすることができ、特に１．１〜１．３
とすることもでき、更には１．３を越えて大きくするこ
ともできる。このように特定の積層構造とすることによ
って、簡易な構造でありながら十分に優れた耐欠損性等
を有する切削工具とすることができる。

【００２３】この切削工具は、原料粉末を一軸プレスに
より積層する多段プレス法、予め原料粉末を含有するシ
ートを成形し、これを圧着して積層させるシート積層
法、及び原料粉末をホットプレスにより積層させるホッ
トプレス法等によって所定形状の成形体とした後、１０
ＭＰａ程度の窒素ガス圧下で焼成するガス圧焼結法、１
０〜３００ＭＰａ程度の圧力下で焼成する熱間静水圧焼
結法、及び機械的に一軸方向に加圧しながら焼成するホ
ットプレス焼結法等により焼成し、得られた焼結体を所
定形状に加工することによって製造することができる。

【００２４】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。（１）切削工具の製造実験例１〜１４の３層構造の焼結体の作製基材用及び外層用の各々の原料粉末を、表１に記載の所
定の質量比となるように配合した。その後、水を媒体と
して、窒化珪素製の容器とボールとを使用し、容器の回
転数を５０ｒｐｍとして４０時間湿式粉砕し、混合し
た。次いで、スプレードライヤー法により造粒し、基材
用及び外層用のそれぞれの混合粉末を得た。その後、第
１外層用、基材用、第２外層用の順に各々の混合粉末を
金型に注入し、一軸プレスにより積層する多段プレス法
によって成形した。

【００２５】次いで、冷間静水圧プレス処理により高密
度化し、縦１７ｍｍ×横１７ｍｍ×高さ７ｍｍの成形体
とした。その後、実験例１〜１１では、窒素雰囲気下、
圧力１ＭＰａ、温度１９００℃で２時間保持して一次焼
成し、その後、窒素雰囲気下、圧力１００ＭＰａ、温度
１６００℃で２時間保持して二次焼成した。また、実験
例１２〜１４では、大気雰囲気下、温度１３００℃で２
時間保持して焼成した。このようにして各々３層構造の
焼結体を得た。

【００２６】実験例１５の５層構造の焼結体の作製表３に記載の所定の質量比の原料粉末を使用し、（１）
と同様にして混合粉末とし、同様の方法で同寸法の成形
体とした。その後、窒素雰囲気下、圧力１ＭＰａ、温度
１９００℃で２時間保持して一次焼成し、その後、窒素
雰囲気下、圧力１００ＭＰａ、温度１６００℃で２時間
保持して二次焼成し、５層構造の焼結体を得た。

【００２７】工具形状への加工上記のようにして作製した実験例１〜１５のそれぞれの
焼結体を所定形状の切削工具［ＩＳＯＳＮＧＮ４３２
に規定された形状、寸法；縦１２．７ｍｍ×横１２．７
ｍｍ×厚さ４．７６ｍｍ（第１及び第２外層は同じ厚さ
であり、各々表１に記載の厚さである。）］に加工し
た。その後、各々の切削工具の逃げ面にチャンファ０．
０８５の面取り加工を施した。尚、実験例１〜１４の切
削工具の第１及び第２外層の厚さ及び実験例１５の切削
工具の各々の層の厚さは２点間距離の測定が可能なマイ
クロスコープにより測定した。

【００２８】（２）物性の評価熱膨張係数実験例１〜１４の切削工具では、基材用のみ、又は外層
用のみの原料粉末を使用し、また、実験例１５の切削工
具では、それぞれの層の原料粉末のみを用いた他は、前
記と同様にして焼結体を製造し、それぞれの熱膨張係数
（表１では「α」と表す。）を下記の式により算出し
た。熱膨張係数（１０^−６／Ｋ）＝−［（１０００℃におけ
る標準試料長さ−１０００℃における測定試料長さ）／
２５℃における測定試料長さ×（１０００℃−２５
℃）］＋８．４５×１０^−６上記の式において、「１０００℃における標準試料長
さ」は、標準試料として１０００℃における熱膨張係数
が８．４５×１０^−６／℃であるアルミナを使用した場
合の、このアルミナの１０００℃における長さを意味す
る。尚、この標準試料の２５℃における長さは、測定試
料の２５℃における長さと等しい長さであるとする。ま
た、標準試料及び測定試料の長さは圧縮荷重法により測
定した。

【００２９】破壊靭性実験例１〜１３の切削工具の外層及び実験例１４の切削
工具の第１層（いずれも切削工具のすくい面となる。）
の端縁から３ｍｍ以内の角部における破壊靭性値（Ｋ
_ｃ１）を、ビッカース硬さ試験機を用いた圧子圧入法に
より測定した。即ち、すくい面となる外層又は第１層を
鏡面仕上げした後、端縁から３ｍｍ以内のすくい面の角
部に、圧痕の対角線が逃げ面と垂直になるように圧子を
圧入荷重９８Ｎで圧入し、発生した亀裂のうち、逃げ面
に垂直な方向における亀裂長さ［逃げ面に垂直な方向と
は、図２のように圧子を圧入した位置に最も近い逃げ面
に対して垂直な方向のことであり、圧子Ｂ_１及びＢ_２の
各々の場合に亀裂長さは（２ａ）で表される。尚、この
亀裂長さ（２ａ）は、図２のように、圧子の対角線を含
む長さである。］に基づき破壊靭性値（Ｋ_ｃ１）を下記
の式により算出した。Ｋ_ｃ１＝0.026×Ｅ^１／２×Ｐ^１／２×ａ／Ｃ^３／２［但し、Ｅ；すくい面のヤング率（ＧＰａ）、Ｐ；圧入
荷重（Ｎ）、ａ；亀裂長さの半分（ｍ）、Ｃ；圧痕の対
角線長さの半分（ｍ）］また、実験例１〜１３の切削工具では外層用のみの原料
粉末を、実験例１４の切削工具では第１層用のみの原料
粉末を用いた他は、前記と同様にして比較のための焼結
体を製造し、この焼結体の破壊靭性値（Ｋ_ｃ２）をＪＩ
ＳＲ１６０７（予亀裂発生起点をビッカース圧子に
より導入する方法）により測定した。尚、３層構造又は
５層構造の切削工具及び比較のための焼結体の各々を１
０個以上作製し、それぞれの積層体及び焼結体について
１０箇所以上測定し、得られた測定値のうちの最大値を
各々の破壊靭性値（Ｋ_ｃ１及びＫ_ｃ２）とした。表２及
び表３の破壊靭性向上率は、下記の式により算出した。破壊靭性向上率（％）＝［（Ｋ_ｃ１−Ｋ_ｃ２）／
Ｋ_ｃ２］×１００

【００３０】残留圧縮応力の最大値の測定実験例１〜１３の切削工具の外層及び実験例１４の切削
工具の第１層（いずれも切削工具のすくい面となる。）
の端縁から３ｍｍ以内の角部における圧縮応力を、日本
材料学会標準ＪＳＭＳ−ＳＤ１−００「Ｘ線応力測定
法標準−セラミックス編−」に準じ、Ｘ線回折装置（理
学電機工業株式会社製、型式「ＲＴＰ３００」、Ｘ線；
Ｋα、対陰極；Ｃｕ、Ｘ線出力；５０ｋＶ、１００ｍ
Ａ）を用い、Ｘ線入射方法はΨ一定法、検出器の走査方
法は並傾法により測定した。表２及び表３の最大残留圧
縮応力は、異なる位置で３個所以上測定した圧縮応力の
うちの最大値である。

【００３１】耐欠損性実験例１〜１４の切削工具、及び実験例１〜１３の切削
工具では外層用のみの原料粉末を、また、実験例１４の
切削工具では第１層用のみの原料粉末を用いた他は、前
記と同様にして焼結体を作製し、同様にして工具形状に
加工して得られた比較用の切削工具、を使用し、鋳鉄
「ＦＣ２００」を被切削材とし、乾式下、切削速度１５
０ｍｍ/分、切り込み２．０ｍｍ、送り速度１．０ｍｍ/
分の条件で切削を行い、欠損が生じるまでの加工山数を
評価した。尚、加工山数とは、被切削材に多数の溝を等
間隔に設け、形成された山部を連続切削した場合に、切
削工具が欠損せずに切削することができた山部の数を意
味する。耐欠損性は、実験例１〜１４の切削工具を使用
した場合の加工山数（Ｍ_１）と、対応する比較用の切削
工具を用いた場合の加工山数（Ｍ_２）との比（Ｍ_１／Ｍ
_２）により評価した。耐欠損性の評価基準は、◎；加工
山数比＝１．３以上、○；加工山数比＝１を越え、１．
３未満、△；加工山数比＝０．７を越え、１未満、であ
る。

【００３２】耐摩耗性実験例１〜１４の切削工具、及び実験例１〜１３の切削
工具では外層用のみの原料粉末を、また、実験例１４の
切削工具では第１層用のみの原料粉末を用いた他は、前
記と同様にして焼結体を製造し、同様にして工具形状に
加工して得られた比較用の切削工具、を使用し、鋳鉄
「ＦＣ２００」を被切削材とし、乾式下、切削速度３０
０ｍｍ／分、切り込み１．５ｍｍ、送り速度０．３４ｍ
ｍ／分の条件で、連続切削を行った後、フランク最大摩
耗量を測定し、これを逃げ面の摩耗量とした。耐摩耗性
は、実験例１〜１４の切削工具を用いて得られた摩耗量
を、対応する比較用の切削工具を用いて得られた摩耗量
で除した値により評価した。耐摩耗性の評価基準は、
○；摩耗量比＝０．８以上、１未満である。実験例１〜
１３の切削工具の外層及び基材の組成、それぞれの熱膨
張係数、それらの差、外層の厚さを表１に、破壊靭性向
上率、最大残留圧縮応力、耐欠損性及び耐摩耗性の結果
を表２に、実験例１４の切削工具の組成及び同様の物性
等を表３に記載する。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】表１及び表２の結果によれば、基材と外層
との熱膨張係数の差と、外層の厚さがともに好ましい範
囲にある実験例１〜５及び実験例７〜１３の切削工具、
並びに外層の厚さが好ましい範囲をやや上回っている実
験例６では、破壊靭性が向上し、残留圧縮応力の最大値
は３０ＭＰａ以上と大きく、優れた耐欠損性と耐摩耗性
とを併せ有していることが分かる。特に、外層の厚さが
０．５ｍｍ以下である実験例１〜３の切削工具、或いは
熱膨張係数の差が１．３×１０^−６／Ｋ以上である実験
例８〜１０の切削工具では、破壊靭性は４０％以上向上
し、最大残留圧縮応力は２３０ＭＰａ以上であり、より
優れた性能の切削工具を得ることができる。

【００３７】更に、実験例１４の５層構造の積層体から
なる切削工具では、第３層を基材とし、第１、２層及び
第４、５層を外層とした場合も、第２、３、４層を基材
とし、第１、２層を外層とした場合も、ともに熱膨張係
数の差及び外層の厚さは好ましい範囲内となっているに
もかかわらず、破壊靭性は向上せず、最大残留圧縮応力
も小さい。その結果、耐欠損性は第１層の組成のみから
なる切削工具より劣っている。これは特定の構成の３層
の積層体とすることにより所要の効果が得られることを
裏付けるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切削工具において破壊靭性を向上さ
せ、十分な残留圧縮応力を発生させる最も好ましい部分
を表す模式図である。

【図２】破壊靭性値を算出するための亀裂の方向を説明
するための模式図である。

【符号の説明】

１；すくい面、２；破壊靭性を向上させ、十分な残留圧
縮応力を発生させた部分、３；ビッカース圧子による圧
痕、４；亀裂、５；逃げ面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高木保宏名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者浦島和浩名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 3C046 FF04 FF16 FF19 FF25 4G001 BA03 BA08 BA32 BB03 BB08 BB32 BC24 BC43 BC46 BC52 BC54 BC55 BD11 BD12 BD16 BD18 4G030 AA36 AA45 AA47 BA19 GA03 GA04 GA05 GA22 GA24 GA29 GA36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材と、該基材の一面に形成された第１
外層と、該基材の他面に形成された第２外層と、から構
成され、上記基材並びに上記第１外層及び上記第２外層
は、いずれもセラミック焼結体からなり、該第１外層及
び該第２外層の熱膨張係数が、いずれも上記基材の熱膨
張係数より小さいことを特徴とする切削工具。
【請求項２】上記第１外層及び上記第２外層のそれぞ
れの端縁部の少なくとも一部に残留圧縮応力が発生して
いる請求項１記載の切削工具。
【請求項３】上記第１外層及び上記第２外層のうちの
少なくとも一方が、すくい面として用いられる請求項１
又は２に記載の切削工具。
【請求項４】上記第１外層及び上記第２外層が、それ
ぞれ窒化珪素又はアルミナを主成分とする請求項１乃至
３のうちのいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項５】上記第１外層及び上記第２外層のそれぞ
れの上記端縁部にビッカース圧子を圧入した場合に、逃
げ面と垂直方向に生成した亀裂の長さに基づき算出した
破壊靭性値が、上記端縁部の少なくとも一部において、
上記第１外層及び上記第２外層の各々を形成するセラミ
ック焼結体のＪＩＳＲ１６０７により測定した破壊
靭性値より１０％以上大きい請求項１乃至４のうちのい
ずれか１項に記載の切削工具。
【請求項６】上記第１外層及び上記第２外層のそれぞ
れの上記端縁部の少なくとも一部の上記残留圧縮応力が
３０ＭＰａ以上である請求項１乃至５のうちのいずれか
１項に記載の切削工具。
【請求項７】上記端縁部は、上記第１外層及び上記第
２外層の各々の端縁から３ｍｍ以内の部分である５又は
６に記載の切削工具。
【請求項８】上記第１外層及び上記第２外層のそれぞ
れの厚さが、０．０１〜２ｍｍである請求項１乃至７の
うちのいずれか１項に記載の切削工具。