JP4739200B2 - 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。そして、この被覆層について、各種の化合物を用いたり、種々の応力を付与することが試みられている（特開平０６−０７９５０２号公報（特許文献１））。

ところで、このような刃先交換型切削チップを切削工具に取り付ける場合、該刃先交換型切削チップが割れたり欠けたりする破損の問題が発生することがある。その破損は、特に該刃先交換型切削チップを切削工具のネジやロケーターで締め付ける場合に発生することが多い。

しかしながら、このような刃先交換型切削チップの破損を防止する有効な手段は未だ知られていない。たとえば、刃先交換型切削チップの被覆層に使用する化合物の種類を変更したり、すくい面と逃げ面との間で応力を調整すること（特許文献１）によっては、このような破損の問題を解決することはできないと考えられていた。
特開平０６−０７９５０２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、切削工具に取り付ける際の破損（割れたり欠けたりすること、以下単に破損という）を低減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、刃先交換型切削チップのすくい面と座面の応力を調整することにより切削工具に取り付ける際の破損の問題を有効に低減でき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、該層のうち少なくとも１の層は、上記基材の全面を被覆し、かつ上記すくい面における残留応力をＦ１、上記座面における残留応力をＦ２とした場合に、Ｆ１＜Ｆ２という関係を有することを特徴としている。

上記Ｆ１は、Ｆ１＜０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、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。

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、刃先交換型切削チップを切削工具に取り付ける際の破損を低減す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。 残留応力を概念的に表した図である。 残留応力を概念的に表した図である。

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°以上の角度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。

＜被覆層の残留応力＞
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、その層のうち少なくとも１の層は、上記基材の全面を被覆し、かつすくい面における残留応力をＦ１、座面における残留応力をＦ２とした場合に、Ｆ１＜Ｆ２という関係を有することを特徴としている。そして、このＦ１は、Ｆ１＜０であることが好ましい。

ここで、残留応力とは、該層に存する内部応力であって、固有ひずみの一種をいう。この残留応力について、特に「−」（マイナス）の数値（単位：本発明では「ＧＰａ」を使う）で表される応力を圧縮残留応力といい、「＋」（プラス）の数値（単位：本発明では「ＧＰａ」を使う）で表される応力を引張残留応力という。

また、Ｆ１＜Ｆ２という関係は、Ｆ１の数値がＦ２の数値よりも小さくなることを示しており、たとえば残留応力の「＋」と「−」を概念的に図示した図３および図４に示されるように、圧縮残留応力を左側（マイナス側）に配置し、引張残留応力を右側（プラス側）に配置した数直線において、Ｆ１が常にＦ２の左側に位置するような関係を満たすものである。したがって、一般に残留応力の大小をその絶対値の大小のみで表現するような表現形式とは異なった概念で規定されるものである。なお、上記図３および図４には、「０」という表記がされているが、本来的に０（ＧＰａ）とは圧縮残留応力も引張残留応力も有さない状態であるが、本発明においてはこの０（ＧＰａ）の状態であっても便宜的に残留応力を有するものと解し、上記Ｆ１、Ｆ２には０（ＧＰａ）が含まれるものとする。

このように、被覆層を構成する少なくとも１の層であって、基材の全面を被覆する層において、すくい面における残留応力Ｆ１を座面における残留応力Ｆ２よりも小さく設定する（すなわちＦ１＜Ｆ２）ことにより、刃先交換型切削チップを切削工具に取り付ける際の破損を極めて有効に低減させることが可能となる。このような優れた効果は、用いる基材の種類に関係なく発揮されるものであり、従来の常識を大きく覆す効果である。このように優れた効果が得られるのは、おそらく刃先交換型切削チップを切削工具に取り付けた際に、すくい面と座面との応力バランスが極めて良好に保たれること、すなわちすくい面と座面とが同程度の応力を有するようになるためであると考えられる。この点、このようなＦ１は、さらにＦ１＜０であること、すなわち圧縮残留応力であることが特に好ましい。しかし、この場合でもＦ１は−８ＧＰａ未満とはならないように調整することが好適である。残留応力が−８ＧＰａ未満になると当該層自体が自己破壊することがあるためである。

なお、このようなＦ１＜Ｆ２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形成される場合には、そのような被覆層は一般に引張残留応力を有したものとなるため、その形成後においてその被覆層のすくい面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公知の処理方法を施すことによりＦ１として圧縮残留応力を付与することができ、その結果としてＦ１＜Ｆ２という関係を付与することができる。この場合、被覆層が２以上の層で形成される場合は、全ての層が形成された後に被覆層の表面のすくい面に対して上記のような処理方法を施すことによりその被覆層のいずれか１以上の層に対して圧縮残留応力を付与することができる。またあるいは、２以上の層のうちいずれか１の層が一旦形成された後にその層に対して上記のような処理方法をそのすくい面に施した後、再度その層の上に他の層を形成させることにより、その処理方法を施した層に圧縮残留応力を付与することができる。なお、上記においては、Ｆ１として圧縮残留応力を付与する態様を中心として述べたが、当該処理方法の条件を調整することにより、座面のＦ２よりも小さくなる引張残留応力をＦ１に付与するようにしても良い。一方、当該処理方法をすくい面とともに座面に対しても行なうこと（ただしその程度はすくい面に対して行なうものより弱くする）により、座面のＦ２が圧縮残留応力を有していても良い。

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ターゲットに対する基材の方向を調整することにより、Ｆ１＜Ｆ２という関係を当該層に付与することができる。しかし、このような調整法以外にも、たとえば被覆層をＣＶＤ法により形成する場合の処理方法と同様の処理方法をすくい面等に施すことによってＦ１＜Ｆ２という関係を付与することもできる。

なお、上記残留応力は、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の当該層の当該部位（すなわちすくい面および座面の各々）に含まれる任意の点１０点（これらの各点は当該部位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。

＜被覆層の構成＞
本発明の被覆層は、上記のように１以上の層により構成されるものである。そして、それらの層のうち少なくとも１の層が、上記のようにすくい面における残留応力をＦ１、座面における残留応力をＦ２とした場合に、Ｆ１＜Ｆ２という関係を有することを特徴としている（以下、便宜的にこのような特徴を有する層を「本願特徴層」と記すこともある）。

このような本願特徴層は、基材の全面を被覆するものであるが、必ずしも基材の直上に（基材と直接接するように）配置される必要はなく、本願特徴層と基材との間に他の層が形成されていても良い。また、本願特徴層は、２以上形成させることもできるが、被覆層が１層のみで構成される場合は、その層が本願特徴層となる。また、本願特徴層は、被覆層の最外層を構成するものであっても良いが、本願特徴層の上にさらに他の層を設けることもできる。なお、被覆層を構成する本願特徴層以外の層は、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、本願特徴層が、基材の一部、たとえば前述のような貫通孔や、基材の製造条件により生じる溝部や凹部等において基材を被覆しない部分が含まれているとしても、本願では基材の全面を被覆しているものとみなす。

このような本願特徴層を含む本発明の被覆層は、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または酸化アルミニウムを主成分とす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。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。

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本願特徴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。耐摩耗性、耐溶着性、耐酸化性の見地より、工具用被膜として好ましいからである。

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り、また上記本願特徴層を少なくともその１層として含むものである。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。この刃先交換型切削チップは、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．１〜８）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た。また被覆層Ｎｏ．１〜５は公知のＣＶＤ法により形成し、被覆層Ｎｏ．６〜８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、表１中、ＭＴ−ＣＶＤの表示のあるものはＭＴ−ＣＶＤ法（成膜温度９００℃）により形成し、ＨＴ−ＣＶＤの表示のあるものはＨＴ−ＣＶＤ法（成膜温度１０００℃）により形成した。

続いて、以下のような処理方法を施すことにより、基材の全面を被覆する被覆層の少なくとも１の層において、すくい面における残留応力をＦ１、座面における残留応力をＦ２とした場合にＦ１＜Ｆ２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．１５）と比較例の刃先交換型切削チップ（Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．１９）を得た。なお、表２においては、「層」という欄に記載された層において上記ｓｉｎ²ψ法により残留応力を測定し、Ｆ１およびＦ２を求めた。

以下の表２に示した刃先交換型切削チップＮｏ．１〜Ｎｏ．８は、座面以外にブラスト処理（条件：平均粒径１００μｍのアルミナサンド使用、吐出圧０．３ＭＰａ、乾式）を施すことによりＦ１＜Ｆ２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〜Ｎｏ．１１は、最表面層であるＴｉＮ層が座面以外から除去されるように座面以外に対してブラスト処理（条件：平均粒径１００μｍのアルミナサンド使用、吐出圧０．３ＭＰａ、乾式）を施すことによりＦ１＜Ｆ２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．１２〜Ｎｏ．１３は、上記刃先交換型切削チップＮｏ．１とは異なった条件のブラスト処理（Ｎｏ．１２の条件：平均粒径１００μｍのアルミナサンド使用、吐出圧０．５ＭＰａ、乾式；Ｎｏ．１３の条件：平均粒径５０μｍのアルミナサンド使用、吐出圧０．２ＭＰａ、湿式）を施すことによりＦ１＜Ｆ２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．１４〜Ｎｏ．１５は、上記刃先交換型切削チップＮｏ．１のブラスト処理に代えて、ダイヤモンドブラシによる処理（Ｎｏ．１４の条件：＃８００ブラシ線径φ０．２５ｍｍ；Ｎｏ．１５の条件：＃４００ブラシ線径φ０．５ｍｍ）を施すことによりＦ１＜Ｆ２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．１６〜Ｎｏ．１８は、刃先交換型切削チップＮｏ．１〜Ｎｏ．３に対してブラスト処理を行なわなかったものであり、Ｆ１＜Ｆ２という関係を有さないものである。また、比較例の刃先交換型切削チップＮｏ．１９は、刃先交換型切削チップＮｏ．７に対して全面にブラスト処理（刃先交換型切削チップＮｏ．７と同一の条件）を施したものであり、Ｆ１＜Ｆ２という関係を有さないものである。

そして、これらの刃先交換型切削チップＮｏ．１〜Ｎｏ．１９を用いて、以下の破損試験を実施した。すなわち、これらの刃先交換型切削チップＮｏ．１〜Ｎｏ．１９の各々を切削工具であるカッター（ＷＧＣ４１００Ｒ、住友電工ハードメタル（株）製）に取り付ける操作と取り外す操作とを２０００回実施（すなわち各刃先交換型切削チップ２０００個について実施）することにより、それにより破損した刃先交換型切削チップの破損個数を測定した。この試験は、破損した個数が多くなる程、刃先交換型切削チップを切削工具に取り付ける際に破損する確率が大きくなることを示している。その結果を以下の表２に示す。

表２より明らかなように、Ｆ１＜Ｆ２という関係を有する本発明の刃先交換型切削チップは、Ｆ１＜Ｆ２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、切削工具に取り付ける際に発生する破損の確率が明らかに低減されていた。この結果は、刃先交換型切削チップにおいて被覆層のうち少なくとも１の層が基材の全面を被覆し、かつすくい面における残留応力をＦ１、座面における残留応力をＦ２とした場合に、Ｆ１＜Ｆ２という関係を有することにより、切削工具に取り付ける際の破損を効果的に低減できることを示している。

なお、上記で行なった破損試験を下記の条件（ただし基材組成、被覆層組成およびＦ１、Ｆ２の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（本発明の刃先交換型切削チップに比し、比較例の刃先交換型切削チップは２〜５倍のものが破損）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態様を形成するようにそれぞれ刃先交換型切削チップの必要箇所をマスクすることによりＮｏ．１と同様の条件でブラスト処理を施した。そして、これらの３態様の刃先交換型切削チップ（３態様ともＦ１、Ｆ２は刃先交換型切削チップＮｏ．１とほぼ同様の数値を示した）各々に対して上記で行なった破損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 (7)

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、かつ化学的蒸着法により形成され、
   前記層のうち少なくとも１の層は、前記基材（１０）の全面を被覆し、かつ前記すくい面（２）における残留応力をＦ１、前記座面（５）における残留応力をＦ２とした場合に、Ｆ１＜Ｆ２＜０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）。
3. 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２記載の刃先交換型切削チップ（１）。
4. 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）。
5. 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）。
6. 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）。
7. 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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