WO2022163718A1 - 被覆工具および切削工具 - Google Patents

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WO2022163718A1
WO2022163718A1 PCT/JP2022/002928 JP2022002928W WO2022163718A1 WO 2022163718 A1 WO2022163718 A1 WO 2022163718A1 JP 2022002928 W JP2022002928 W JP 2022002928W WO 2022163718 A1 WO2022163718 A1 WO 2022163718A1
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WO
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coating layer
layer
coated tool
substrate
metal
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/002928
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English (en)
French (fr)
Inventor
聡史 森
太志 磯部
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
    • B23B27/20—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts

Definitions

  • the present disclosure relates to coated tools and cutting tools.
  • a coated tool is a coated tool having a substrate and a coating layer positioned on the substrate.
  • the coated tool has a first face with a rake face, a second face with a flank face, and a ridge located between the first and second faces.
  • the first surface has a plurality of corners in plan view.
  • a cutting edge is positioned on the ridgeline of the corner.
  • the cutting edge has a third surface at least partially.
  • the coating layer has a first coating layer located on the first surface, a second coating layer located on the second surface, and a third coating layer located on the third surface.
  • a recess having a bottom surface and sidewalls is located in at least a portion of the third covering layer.
  • the first distance is 70% or less of the second distance, where the first distance is the distance between the bottom surface and the substrate, and the second distance is the distance between the surface of the coating layer on the side wall and the substrate.
  • a cutting tool has a rod-shaped holder having a pocket at its end, and the above-described coated tool positioned within the pocket.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a side cross-sectional view showing an example of the coated tool according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged view of section III shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the recess.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the recess.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing an example of the configuration of recesses.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing another example of the configuration of the recess.
  • FIG. 8 is a schematic plan view showing another example of the configuration of the recess.
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing another example of the configuration of the recess.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing another example of the configuration of the recess.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the coating layer.
  • 12 is a schematic enlarged view of the XII section shown in FIG. 3.
  • FIG. 13 is a schematic enlarged view of section XIII shown in FIG. 12.
  • FIG. FIG. 14 is a front view showing an example of a cutting tool according to the embodiment;
  • Coated tools are known in which wear resistance and the like are improved by coating the surface of a substrate such as cemented carbide, cermet, ceramics, etc. with a coating layer. Coated tools of this type have room for further improvement in terms of achieving longer life.
  • ⁇ Coated tool> 1 is a perspective view showing an example of a coated tool according to an embodiment; FIG. As shown in FIG. 1 , the coated tool 1 according to the embodiment may have a chip body 2 and a cutting edge portion 3 .
  • the coated tool 1 according to the embodiment has, for example, a hexahedral shape in which the upper and lower surfaces (surfaces intersecting the Z-axis shown in FIG. 1) are parallelograms.
  • the coated tool 1 has a first surface 6 (here, the top surface), a second surface 7 (here, the side surface) connected to the first surface 6, and a position between the first surface 6 and the second surface 7. It has a ridgeline portion 8 that The first face 6 has a rake face for scooping chips generated by cutting. Also, the second surface 7 has a flank.
  • the first surface 6 has a plurality of (here, four) corners 61 when viewed from above.
  • the corner means a region including the corner of the first surface 6 .
  • a cutting edge 11 is positioned on the ridgeline portion 8 of at least one of the plurality of corner portions 61 .
  • the coated tool 1 cuts a work material by bringing the cutting edge 11 into contact with the work material.
  • the tip body 2 is made of cemented carbide, for example.
  • Cemented carbide contains W (tungsten), specifically WC (tungsten carbide).
  • the cemented carbide may contain at least one of Ni (nickel) and Co (cobalt).
  • the tip body 2 may be made of cermet.
  • the cermet contains, for example, Ti (titanium), specifically TiC (titanium carbide) or TiN (titanium nitride).
  • the cermet may contain Ni or Co.
  • a bearing surface 4 for attaching the cutting edge portion 3 may be positioned on one of the locations of the tip body 2 corresponding to the corner portion 61 of the coated tool 1 . Further, a through hole 5 may be positioned in the central portion of the chip body 2 so as to vertically penetrate the chip body 2 . A screw 75 for attaching the coated tool 1 to a holder 70 described later is inserted into the through hole 5 (see FIG. 14).
  • the cutting edge portion 3 is integrated with the tip body 2 by being attached to the bearing surface 4 of the tip body 2 .
  • the cutting edge portion 3 constitutes one of the plurality of corner portions 61 of the coated tool 1 .
  • the cutting edge portion 3 constitutes a part of the first surface 6, the second surface 7 and the ridgeline portion 8 described above.
  • the cutting edge 11 is located on at least a part of the ridgeline portion 8 of the cutting edge portion 3 .
  • FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the coated tool 1 according to the embodiment.
  • the cutting edge portion 3 has a base 10 and a coating layer 20 .
  • the substrate 10 may be cemented carbide, cermet, or ceramics. Moreover, it may contain a plurality of boron nitride particles.
  • the substrate 10 is a cubic boron nitride (cBN) sintered body and may contain a plurality of cubic boron nitride particles.
  • the substrate 10 may have a binder phase containing TiN, Al, Al2O3 , etc. between the boron nitride particles. A plurality of boron nitride particles are strongly bound together by such a binding phase. Note that the substrate 10 does not necessarily need to have a binder phase. 1 and 2, the substrate 10 is positioned at the cutting edge portion 3, but the substrate 10 may be the main body 2 and the cutting edge portion 3. FIG. In other words, for example, a rectangular substrate 10 may be used.
  • a third surface 9 that is continuous with the first surface 6 and the second surface 7 is positioned on at least a portion of the cutting edge 11 .
  • the third surface 9 is, for example, a C surface (chamfer surface) obtained by cutting the corner between the first surface 6 and the second surface 7 obliquely and linearly.
  • the third surface 9 may be an R surface (round surface) in which the corners of the first surface 6 and the second surface 7 are rounded.
  • a substrate 30 made of cemented carbide or cermet, for example, may be located on the underside of the base body 10 .
  • the base 10 is bonded to the bearing surface 4 of the chip body 2 via the substrate 30 and the bonding material 40 .
  • the bonding material 40 is, for example, brazing material.
  • the base body 10 may be joined to the tip body 2 via a joining material 40 at a portion other than the seat surface 4 of the tip body 2 .
  • the coating layer 20 is coated on the substrate 10 for the purpose of improving wear resistance, heat resistance, etc. of the cutting edge portion 3, for example.
  • the coating layer 20 is positioned on both the chip body 2 and the base 10 in the example of FIG.
  • the coating layer 20 is positioned on the side surface of the substrate 10 corresponding to the second surface 7 of the cutting edge portion 3, the second surface 7 has high wear resistance and heat resistance.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged view of section III shown in FIG.
  • the coating layer 20 includes a first coating layer 201 located on the first surface 6, a second coating layer 202 located on the second surface 7, and a third coating layer 202 located on the third surface 9. and layer 203 .
  • the recess 50 is located in at least a part of the third coating layer 203.
  • the third covering layer 203 has a plurality of recesses 50 .
  • the configuration of the recess 50 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the recess 50. As shown in FIG.
  • the recess 50 is recessed along the thickness direction of the third coating layer 203 , that is, from the surface of the third coating layer 203 toward the third surface 9 of the base 10 .
  • Recess 50 has a bottom surface 51 and sidewalls 52 .
  • the distance between the bottom surface 51 and the base 10 is defined as a first distance D1
  • the distance between the surface of the coating layer 20 on the sidewall 52 and the base 10 is defined as a second distance D2.
  • the "second distance D2 on the side wall 52” specifically means the edge between the surface of the third coating layer 203 and the side wall 52 of the recess 50 (that is, the opening edge of the recess 50). It means that the shortest distance to the base 10 is the second distance D2.
  • the first distance D1 is 70% or less of the second distance D2.
  • the recesses 50 are not depressions caused by the surface roughness of the third coating layer 203, for example, but are intentionally formed (specifically, by laser processing as described later).
  • the first distance D1 is 50% or less of the second distance D2. More preferably, the first distance D1 is 30% or less of the second distance D2.
  • a plurality of recesses 50 are positioned in the third coating layer 203 according to the embodiment.
  • the concave portions 50 as described above are not located in the first covering layer 201 and the second covering layer 202 .
  • the third coating layer 203 has a smaller adhesive strength with the substrate 10 than the first coating layer 201 and the second coating layer 202 .
  • the inventors of the present application have found that the service life of the coated tool 1 can be extended by relatively reducing the adhesion force of the third coating layer 203 located on the third surface 9 .
  • One of the reasons for this is that, in the case of machining in which the coated tool 1 is subjected to intermittent cutting while being in contact with the cooling liquid, in which a thermal shock is applied to the coated tool 1, if the adhesion of the third coating layer 203 is strong, the third coating This is probably because the substrate 10, which is the base material, is damaged when the layer 203 is destroyed.
  • the plurality of concave portions 50 are provided in the third coating layer 203 so that the adhesion of the third coating layer 203 to the substrate 10 is increased by the first coating layer 201 and the second coating layer 202. It was made smaller than the adhesion force with the substrate 10 .
  • the coated tool 1 having such a configuration can suppress damage to the substrate 10 on the third surface 9 . Therefore, according to the coated tool 1 which concerns on embodiment, lifetime improvement can be achieved.
  • the third coating layer 203 since the third coating layer 203 has a relatively low adhesive strength, it is removed from the third surface 9 as the work material is cut, for example, during the initial use of the coated tool 1 (for example, when it is used for the first time). Therefore, according to the coated tool 1, by confirming the presence or absence of the third coating layer 203, it is possible to easily determine whether the tool is unused or used.
  • the coating layer 20 preferably has a color different from that of the substrate 10 . In this case, whether the product is unused or used can be easily visually determined.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the recess 50.
  • the recess 50 may penetrate through the third covering layer 203 . That is, the bottom surface 51 of the recess 50 may be the third surface 9 of the base 10 .
  • the adhesion of the third coating layer 203 to the substrate 10 can be further reduced compared to the first coating layer 201 and the second coating layer 202 . Therefore, further extension of the life of the coated tool 1 can be achieved.
  • the concave portion 50 may occupy 10 area % or more of the surface of the third coating layer 203 . According to such a configuration, the adhesive strength of the third coating layer 203 to the substrate 10 can be appropriately reduced, and the service life of the coated tool 1 can be extended.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the recess 50.
  • FIG. 6 shows a plan view of the third covering layer 203 viewed from a direction perpendicular to the third surface 9.
  • the concave portion 50 may linearly extend along the ridgeline portion 8 when viewed from above. According to such a configuration, the third coating layer 203 is easily removed because the frictional force between the work material and the third coating layer 203 is large during machining.
  • FIG. 7 to 10 are schematic plan views showing another example of the configuration of the recess 50.
  • the concave portion 50 may linearly extend in a direction intersecting the direction along the ridgeline portion 8 on the third surface 9 when viewed from above. According to such a configuration, cooling water is easily supplied to the concave portion 50, and the coated tool 1 is easily cooled.
  • the concave portion 50 includes a portion 55 that linearly extends along the ridgeline portion 8 and a direction that intersects the direction along the ridgeline portion 8 on the third surface 9 when viewed from above. It may have a portion 56 that extends linearly. In this case, the recesses 50 may spread out in a grid pattern as a whole. According to such a configuration, when the coating tool 1 is used, the third coating layer 203 can be removed more uniformly. In other words, it is possible to prevent the third coating layer 203 from remaining on the third surface 9 .
  • the recess 50 has a portion 55 linearly extending along the ridgeline portion 8 and a linearly extending portion 55 extending linearly in a direction intersecting the direction along the ridgeline portion 8 on the third surface 9 . It may have a portion 56 . In this case, these portions 55 and 56 may be alternately connected to form one recessed portion 50 extending while meandering in a single stroke.
  • the recess 50 may be a hole that extends only in the thickness direction of the third coating layer 203 .
  • a round hole is shown here as an example, the concave portion 50 may be a square hole.
  • recess 50 does not necessarily need to extend along third surface 9 .
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the coating layer 20.
  • the thickness of the third coating layer 203 may be thinner in the region near the first surface 6 than in the region near the second surface 7 .
  • the thickness of the third coating layer 203 may gradually increase from the first surface 6 toward the second surface 7 .
  • the coated tool 1 having such a configuration has a good balance of chipping resistance, wear resistance, and heat resistance.
  • the depth of the recessed portion 50 may be deeper in the recessed portion 50 located in the region closer to the second surface 7 than in the recessed portion 50 located in the region closer to the first surface 6 .
  • the recess 50 extends in the direction perpendicular to the third surface 9. You may have
  • the third coating layer 203 in this case may be formed, for example, by forming a coating layer of uniform thickness on the third surface 9 and then removing part of the coating layer.
  • FIG. 12 is a schematic enlarged view of the XII section shown in FIG. 3.
  • FIG. 12 is a schematic enlarged view of the XII section shown in FIG. 3.
  • the coating layer 20 has at least a hard layer 21.
  • the hard layer 21 may have one or more metal nitride layers.
  • the hard layer 21 is a layer superior in wear resistance as compared with the metal layer 22 .
  • the hard layer 21 may be one layer. Also, a plurality of metal nitride layers may overlap. Further, the hard layer 21 may have a laminated portion 23 in which a plurality of metal nitride layers are laminated, and a third metal nitride layer 24 located on the laminated portion 23 . The configuration of the hard layer 21 will be described later.
  • the coating layer 20 may have a metal layer 22 .
  • Metal layer 22 may be located between substrate 10 and hard layer 21 . Specifically, the metal layer 22 may be in contact with the substrate 10 on one side and the hard layer 21 on the other side.
  • the metal layer 22 has higher adhesion to the substrate 10 than the hard layer 21 does.
  • Metal elements having such properties include Zr, V, Cr, W, Al, Si, and Y, for example.
  • the metal layer 22 contains at least one metal element among the above metal elements.
  • Ti simple substance, Zr simple substance, V simple substance, Cr simple substance and Al simple substance are not used as the metal layer 22 . This is because they are not suitable for use in cutting tools because they all have low melting points and low oxidation resistance. Also, Hf alone, Nb alone, Ta alone, and Mo alone have low adhesion to the substrate 10 . However, this does not apply to alloys containing Ti, Zr, V, Cr, Ta, Nb, Hf and Al.
  • the metal layer 22 may be an Al--Cr alloy layer containing an Al--Cr alloy. Since the metal layer 22 has particularly high adhesiveness to the substrate 10, it is highly effective in improving the adhesiveness between the substrate 10 and the coating layer 20. FIG.
  • the Al content in the metal layer 22 may be higher than the Cr content in the metal layer 22 .
  • the composition ratio (atomic %) of Al and Cr in the metal layer 22 may be 70:30. By setting such a composition ratio, the adhesion between the substrate 10 and the metal layer 22 is higher.
  • the metal layer 22 may contain components other than the above metal elements (Zr, V, Cr, W, Al, Si, Y). However, from the viewpoint of adhesion to the substrate 10, the metal layer 22 may contain at least 95 atomic percent of the above metal elements in total. More preferably, the metal layer 22 may contain the above metal elements in a total amount of 98 atomic % or more. For example, when the metal layer 22 is an Al—Cr alloy layer, the metal layer 22 may contain at least Al and Cr in a total amount of 95 atomic % or more. Furthermore, the metal layer 22 may contain at least Al and Cr in a total amount of 98 atomic % or more. The ratio of metal components in metal layer 22 can be identified by analysis using, for example, an EDS (energy dispersive X-ray spectroscope).
  • EDS energy dispersive X-ray spectroscope
  • the metal layer 22 contains Ti as little as possible from the viewpoint of improving adhesion with the substrate 10 .
  • the Ti content in the metal layer 22 may be 15 atomic % or less.
  • the substrate 10 and the coating layer 20 can be improved.
  • the metal layer 22 has high adhesion to the hard layer 21 , the hard layer 21 is less likely to separate from the metal layer 22 .
  • the cBN used as the substrate 10 is an insulator.
  • cBN which is an insulator, has room for improvement in adhesion to films formed by the PVD method (physical vapor deposition).
  • the adhesion between the hard layer 21 formed by PVD and the metal layer 22 is high.
  • FIG. 13 is a schematic enlarged view of section XIII shown in FIG. 12.
  • FIG. 13 is a schematic enlarged view of section XIII shown in FIG. 12.
  • the hard layer 21 has a laminated portion 23 positioned on the metal layer 22 and a third metal nitride layer 24 positioned on the laminated portion 23 .
  • the laminated portion 23 has a plurality of first metal nitride layers 23a and a plurality of second metal nitride layers 23b.
  • the laminated portion 23 has a structure in which first metal nitride layers 23a and second metal nitride layers 23b are alternately laminated.
  • each of the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b may be 50 nm or less.
  • the first metal nitride layer 23a is a layer in contact with the metal layer 22, and the second metal nitride layer 23b is formed on the first metal nitride layer 23a.
  • the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b may contain the metal contained in the metal layer 22.
  • the metal layer 22 contains two types of metal (here, referred to as "first metal” and "second metal”).
  • first metal nitride layer 23a contains nitrides of the first metal and the third metal.
  • a third metal is a metal that is not contained in the metal layer 22 .
  • the second metal nitride layer 23b contains nitrides of the first metal and the second metal.
  • the metal layer 22 may contain Al and Cr.
  • the first metal nitride layer 23a may contain Al.
  • the first metal nitride layer 23a may be an AlTiN layer containing AlTiN, which is a nitride of Al and Ti.
  • the second metal nitride layer 23b may be an AlCrN layer containing AlCrN, which is a nitride of Al and Cr.
  • the adhesion between the metal layer 22 and the hard layer 21 is high. This makes it difficult for the hard layer 21 to separate from the metal layer 22, so that the durability of the coating layer 20 is high.
  • the first metal nitride layer 23a that is, the AlTiN layer
  • the second metal nitride layer 23b that is, the AlCrN layer is excellent in heat resistance and oxidation resistance, for example.
  • the coating layer 20 includes the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b having different compositions, thereby controlling the properties of the hard layer 21 such as wear resistance and heat resistance. can be done. Thereby, the tool life of the coated tool 1 can be extended.
  • mechanical properties such as adhesion to the metal layer 22 and wear resistance can be improved while maintaining the excellent heat resistance of AlCrN.
  • the laminated portion 23 may be formed by, for example, an arc ion plating method (AIP method).
  • AIP method utilizes arc discharge in a vacuum atmosphere to evaporate target metals (here, AlTi target and AlCr target) and form metal nitrides (here, AlTiN and AlCrN) by combining with N2 gas. It is a method of filming.
  • the metal layer 22 may also be formed by the AIP method.
  • the third metal nitride layer 24 may be positioned on the laminated portion 23 . Specifically, the third metal nitride layer 24 is in contact with the second metal nitride layer 23 b of the laminated portion 23 .
  • the third metal nitride layer 24 is, for example, a metal nitride layer (AlTiN layer) containing Ti and Al, like the first metal nitride layer 23a.
  • the thickness of the third metal nitride layer 24 may be thicker than each thickness of the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b. Specifically, when the thicknesses of the first metal nitride layer 23a and the second metal nitride layer 23b are set to 50 nm or less as described above, the thickness of the third metal nitride layer 24 may be set to 1 ⁇ m or more. For example, the thickness of the third metal nitride layer 24 may be 1.2 ⁇ m.
  • the welding resistance of the coated tool 1 can be improved.
  • the hardness of the third metal nitride layer 24 is high, the wear resistance of the coated tool 1 can be improved.
  • the oxidation start temperature of the third metal nitride layer 24 is high, the oxidation resistance of the coated tool 1 can be improved.
  • the thickness of the third metal nitride layer 24 may be thicker than the thickness of the laminated portion 23 .
  • the thickness of the third metal nitride layer 24 may be 1 ⁇ m or more.
  • the thickness of the third metal nitride layer 24 may be 1.2 ⁇ m. In this way, by making the third metal nitride layer 24 thicker than the laminated portion 23, the effect of improving the above-described adhesion resistance, wear resistance, etc. is further enhanced.
  • the thickness of the metal layer 22 may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and less than 0.6 ⁇ m. That is, the metal layer 22 may be thicker than each of the first metal nitride layer 23 a and the second metal nitride layer 23 b and thinner than the laminated portion 23 .
  • a cBN powder having an average particle size of 2.5 ⁇ m or more and 4.5 ⁇ m or less and a cBN powder having an average particle size of 0.5 ⁇ m or less and 1.5 ⁇ m or less are mixed at a volume ratio of 8 or more and 9 or less: 1 or more and 2 or less.
  • an organic solvent is added. Alcohols such as acetone and IPA can be used as the organic solvent. After that, they are pulverized and mixed in a ball mill for 20 hours or more and 24 hours or less. After grinding and mixing, the solvent is evaporated to obtain a second mixed powder.
  • the obtained first mixed powder and second mixed powder are blended at a volume ratio of 68 or more and 78 or less: 22 or more and 32 or less.
  • An organic solvent and an organic binder are added to the prepared powder. Alcohols such as acetone and IPA can be used as the organic solvent.
  • the organic binder paraffin, acrylic resin, or the like can be used. After that, they are pulverized and mixed in a ball mill for 20 hours or more and 24 hours or less, and then the organic solvent is evaporated to obtain a third mixed powder.
  • a dispersant may be added as necessary in the process using a ball mill.
  • a compact is obtained by molding this third mixed powder into a predetermined shape.
  • known methods such as uniaxial pressure pressing, cold isostatic pressing (CIP), etc. can be used.
  • This compact is heated at a predetermined temperature in the range of 300° C. or higher and 600° C. or lower to evaporate and remove the organic binder.
  • the compact is put into an ultra-high pressure heating device and heated at 1200°C or higher and 1500°C or lower under a pressure of 4 GPa or higher and 6 GPa or lower for 15 minutes or longer and 30 minutes or shorter.
  • the cubic boron nitride sintered body according to the embodiment is obtained.
  • the resulting cubic boron nitride sintered body is attached to the bearing surface of the tip body made of cemented carbide via a bonding material.
  • a chip according to the example is obtained.
  • a coating layer 20 is formed on the surface of the chip by physical vapor deposition (PVD). After that, the recesses 50 are formed in the third coating layer 203 by laser processing. Thereby, the coated tool 1 is obtained.
  • PVD physical vapor deposition
  • FIG. 14 is a front view showing an example of a cutting tool according to the embodiment.
  • a cutting tool 100 has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1. As shown in FIG. 14, a cutting tool 100 according to the embodiment has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1. As shown in FIG. 14, a cutting tool 100 according to the embodiment has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1. As shown in FIG. 14, a cutting tool 100 according to the embodiment has a coated tool 1 and a holder 70 for fixing the coated tool 1. As shown in FIG.
  • the holder 70 is a rod-shaped member extending from a first end (upper end in FIG. 14) toward a second end (lower end in FIG. 14).
  • the holder 70 is made of steel or cast iron, for example. In particular, among these members, it is preferable to use steel with high toughness.
  • the holder 70 has a pocket 73 at the end on the first end side.
  • the pocket 73 is a portion to which the coated tool 1 is mounted, and has a seating surface that intersects with the rotational direction of the work material and a restraining side surface that is inclined with respect to the seating surface.
  • the seating surface is provided with screw holes into which screws 75, which will be described later, are screwed.
  • the coated tool 1 is positioned in the pocket 73 of the holder 70 and attached to the holder 70 with screws 75 . That is, the screw 75 is inserted into the through hole 5 of the coated tool 1, and the tip of the screw 75 is inserted into the screw hole formed in the seating surface of the pocket 73 to screw the screw portions together. Thereby, the coated tool 1 is attached to the holder 70 so that the cutting edge portion 3 protrudes outward from the holder 70 .
  • the embodiment exemplifies a cutting tool used for so-called turning.
  • Turning includes, for example, inner diameter machining, outer diameter machining, and grooving.
  • the cutting tools are not limited to those used for turning.
  • the coated tool 1 may be used as a cutting tool used for milling.
  • the cutting of a work material includes (1) a step of rotating the work material, (2) a step of bringing the cutting edge 11 of the coated tool 1 into contact with the rotating work material to cut the work material, and and (3) separating the coated tool 1 from the work piece.
  • Representative examples of the material of the work material include carbon steel, alloy steel, stainless steel, cast iron, non-ferrous metals, and the like.
  • the coated tool 1 in which the substrate 10 made of boron nitride particles or the like is attached to the tip body 2 made of cemented carbide or the like and coated with the coating layer 20 has been described.
  • the coated tool according to the present disclosure for example, has a hexahedral substrate whose upper and lower surfaces are parallelograms, and all of which are cubic boron nitride sintered bodies, and the coated tool is coated on the substrate. Layers may be formed.
  • the upper and lower surfaces of the covered tool 1 are parallelogram-shaped is shown, but the upper and lower surfaces of the covered tool 1 may be rhombic, square, or the like. Moreover, the shape of the upper surface and the lower surface of the coated tool 1 may be triangular, pentagonal, hexagonal, or the like.
  • the shape of the coated tool 1 may be either positive type or negative type.
  • the positive type is a type in which side surfaces are inclined with respect to a central axis passing through the center of the upper surface and the center of the lower surface of the coated tool 1
  • the negative type is a type in which the side surfaces are parallel to the central axis.
  • the substrate 10 contains cubic boron nitride (cBN) particles.
  • the substrates disclosed herein may contain particles such as, for example, hexagonal boron nitride (hBN), rhombohedral boron nitride (rBN), wurtzite boron nitride (wBN), and the like.
  • the substrate 10 is not limited to boron nitride, and may be cemented carbide, cermet, or the like.
  • Cemented carbide contains W (tungsten), specifically WC (tungsten carbide).
  • the cemented carbide may contain Ni (nickel) or Co (cobalt).
  • the cermet contains, for example, Ti (titanium), specifically TiC (titanium carbide) or TiN (titanium nitride).
  • the cermet may contain Ni or Co.
  • the coated tool 1 is used for cutting, but the coated tool according to the present application can also be applied to tools other than cutting tools, such as excavating tools and blades.
  • Reference Signs List 1 Coated tool 2: Tip body 3: Cutting edge portion 6: First surface 7: Second surface 8: Ridge line portion 9: Third surface 10: Substrate 11: Cutting edge 20: Coating layer 21: Hard layer 22: Metal Layer 23 : Laminated portion 30 : Substrate 50 : Concave portion 51 : Bottom surface 52 : Side wall 61 : Corner portion 100 : Cutting tool 201 : First coating layer 202 : Second coating layer 203 : Third coating layer D1 : First distance D2 : second distance

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Abstract

本開示による被覆工具は、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。

Description

被覆工具および切削工具
　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、Ａｌ２Ｏ３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、Ｎ２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、Ａｌ２Ｏ３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 (10)

  1. 　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、被覆工具。
  2. 　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に記載の被覆工具。
  3. 　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または２に記載の被覆工具。
  4. 　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、請求項１～３のいずれか一つに記載の被覆工具。
  5. 　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、請求項１～３のいずれか一つに記載の被覆工具。
  6. 　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、請求項１～３のいずれか一つに記載の被覆工具。
  7. 　前記基体は、立方晶窒化硼素粒子を含有する、請求項１～６のいずれか一つに記載の被覆工具。
  8. 　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の単体以外の金属層と
    　を含む、請求項１～７のいずれか一つに記載の被覆工具。
  9. 　前記金属層は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙのうち少なくとも一種以上の元素を含有する、請求項８に記載の被覆工具。
  10. 　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１～９のいずれか一つに記載の被覆工具と
    　を有する、切削工具。
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