(57)【要約】  本発明は、サイアロン焼結体の耐摩耗性能を向上させる技術を提供する。サイアロン焼結体は、α−サイアロンと、β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンのうち、少なくともβ−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンとを含むサイアロン相を有する。また、このサイアロン焼結体は、α−サイアロンとβ−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンの含有量の合計を第１のサイアロン合計量とし、α−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンの含有量を第２のサイアロン合計量としたときに、第１のサイアロン合計量に対する第２のサイアロン合計量の割合が、２０％より大きく、５５％以下であるとともに、第１のサイアロン合計量に対する１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、２％以上かつ５５％以下である。
2010103839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
α−サイアロンと、β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンのうち、少なくとも前記β−サイアロンと、前記１２Ｈ−サイアロンとを含むサイアロン相を有するサイアロン焼結体であって、
前記α−サイアロンと前記β−サイアロンと前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の合計を第１のサイアロン合計量とし、前記α−サイアロンと前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の合計を第２のサイアロン合計量としたとき、前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２サイアロン合計量の割合が、２０％より大きく、５５％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、２％以上かつ５５％以下である、サイアロン焼結体。
【請求項２】
請求項１記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２のサイアロン合計量の割合は、２０％より大きく５０％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、２％以上かつ５０％以下である、サイアロン焼結体。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２のサイアロン合計量の割合が、２１％以上かつ４６％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が３％以上かつ４６％以下である、サイアロン焼結体。
【請求項４】
請求項１記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記α−サイアロンの含有量の割合が、０％より大きく１５％以下であるとともに、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、５％以上かつ３０％以下である、サイアロン焼結体。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のサイアロン焼結体であって、
Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Zで表されるβ−サイアロンのＺ値が、０．７より大きく、１．５より小さい、サイアロン焼結体。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のサイアロン焼結体であって、さらに、
前記α−サイアロンまたは前記サイアロン相に含まれる各サイアロン粒子の間に存在する相である粒子間相にイットリウムを含む、サイアロン焼結体。
【請求項７】
切削インサートであって、
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のサイアロン焼結体によって構成される切削インサート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サイアロン焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐熱合金を加工するための切削工具として、切削インサートを用いた工具が知られている。「切削インサート」とは、切削工具の本体部先端に着脱可能に取り付けられた使い捨ての刃先であり、スローアウェイチップや、刃先交換チップなどとも呼ばれる工具部品である（特許文献１等）。【０００３】
切削インサートは、耐摩耗性能を向上させるために、一般に、サイアロンセラミックス（サイアロン焼結体）や、ＳｉＣウィスカーによって強化されたアルミナセラミックス（ＳｉＣウィスカー強化アルミナ）などによって構成される。ここで、耐摩耗性能には、耐横逃げ境界摩耗性能と、耐ＶＢ摩耗性能とがあることが知られている。「耐横逃げ境界摩耗性能」とは、物理的な要因による摩耗劣化に対する特性であり、「耐ＶＢ摩耗性能」とは、化学的な要因による摩耗劣化（「逃げ面摩耗」または「フランク摩耗」とも呼ばれる摩耗）に対する特性である。【０００４】
サイアロン焼結体を用いた切削インサートは一般に、ＳｉＣウィスカー強化アルミナを用いた切削インサートに比較して、上記耐摩耗性能のうち、耐横逃げ境界摩耗性能に優れるが、耐ＶＢ摩耗性能に劣る傾向にある。即ち、サイアロン焼結体を用いた切削インサートの耐摩耗性能を向上させるためには、サイアロン焼結体の耐横逃げ境界摩耗性能の低下を抑制しつつ、耐ＶＢ摩耗性能を向上させることが好ましい。こうした要求は、切削インサートに限らず、サイアロン焼結体を用いた加工用工具に共通する要求であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８２４７０１号公報
【特許文献２】特許第４１９１２６８号公報
【特許文献３】特開２００８−１６２８８２号公報
【特許文献４】特開２００６−１７５５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、サイアロン焼結体の耐摩耗性能を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。【０００８】
［適用例１］
α−サイアロンと、β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンのうち、少なくとも前記β−サイアロンと、前記１２Ｈ−サイアロンとを含むサイアロン相を有するサイアロン焼結体であって、
前記α−サイアロンと前記β−サイアロンと前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の合計を第１のサイアロン合計量とし、前記α−サイアロンと前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の合計を第２のサイアロン合計量としたとき、前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２サイアロン合計量の割合が、２０％より大きく、５５％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、２％以上かつ５５％以下である、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、β−サイアロンを有することにより耐横逃げ境界摩耗性能を向上させることができる。また、このサイアロン焼結体は、含有比率を好適な範囲で調整された１２Ｈ−サイアロンやα−サイアロンを有することによって耐横逃げ境界摩耗性能の低下を抑制しつつ、耐ＶＢ摩耗性能を向上させることができる。従って、サイアロン焼結体の耐摩耗性能が向上する。【０００９】
［適用例２］
適用例１記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２のサイアロン合計量の割合は、２０％より大きく５０％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、２％以上かつ５０％以下である、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、サイアロン相における１２Ｈ−サイアロンやα−サイアロンの含有比率が大きくなりすぎることにより、耐横逃げ境界摩耗性能が低下してしまうことを、さらに抑制できる。【００１０】
［適用例３］
適用例１または適用例２記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２のサイアロン合計量の割合が、２１％以上かつ４６％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が３％以上かつ４６％以下である、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、サイアロン相における１２Ｈ−サイアロンやα−サイアロンの含有量が適切に調整されるため、さらに耐摩耗性能が向上する。【００１１】
［適用例４］
適用例１記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記α−サイアロンの含有量の割合が、０％より大きく１５％以下であるとともに、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、５％以上かつ３０％以下である、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、サイアロン相に、α−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンと、β−サイアロンとをそれぞれ含み、かつ、α−サイアロンの含有量および１２Ｈ−サイアロンの含有量が適切に調整されている。従って、サイアロン焼結体の強度を向上させるとともに、耐摩耗性能を向上させることができる。【００１２】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載のサイアロン焼結体であって、
Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Zで表されるβ−サイアロンのＺ値が、０．７より大きく、１．５より小さい、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、β−サイアロンの耐摩耗性能の低下や、β−サイアロンの靱性及び耐熱衝撃性能の低下を抑制できる。【００１３】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載のサイアロン焼結体であって、さらに、
前記α−サイアロンまたは前記サイアロン相に含まれる各サイアロン粒子の間に存在する相である粒子間相にイットリウムを含む、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、粒子間相に存在するイットリウムが高融点のガラス相を生成するため、または、α−サイアロンに存在するイットリウムがα−サイアロン自体の耐熱性を向上させるため、サイアロン焼結体の高温領域における耐摩耗性能を向上させることができる。【００１４】
［適用例７］
切削インサートであって、
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載のサイアロン焼結体によって構成される、切削インサート。
この切削インサートによれば、強度および耐摩耗性能が向上するため、その切削性能が向上する。【００１５】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、サイアロン焼結体、そのサイアロン焼結体を用いた切削インサート、その切削インサートを備えた切削装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】切削インサートおよび切削インサートを備えた切削工具を示す概略図。
【図２】β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンと、α−サイアロンとの組み合わせごとのサイアロン焼結体の耐摩耗性能の評価結果を示す図。
【図３】実施例および比較例ごとの原料粉末の調整量を示す図。
【図４】実施例および比較例ごとのサイアロン焼結体の組成に関する測定値および切削距離の測定値を示す図。
【図５】実施例および比較例ごとに第１と第２の含有量比率をプロットしたグラフ。
【図６】実施例および比較例ごとに第２と第３の含有量比率をプロットしたグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１（Ａ）は本発明の一実施形態としての切削インサートの構成を示す概略図であり、図１（Ｂ）は、当該切削インサートを備えた切削工具の構成を示す概略図である。この切削インサート１は、耐熱合金の切削加工に用いられる切削工具１０に取り付けられる略直方体形状の使い捨ての刃先である。切削インサート１は通常、ホルダーと呼ばれる切削工具１０の本体部１１の先端において、取付部１２に着脱可能に取り付けられる。
【００１８】
一般に、切削インサートを構成する部材としては、切削工具として実加工に耐えうる程度の強度や耐摩耗性能を有することが好ましい。ここで、「耐摩耗性能」とは、耐横逃げ境界摩耗性能と耐ＶＢ摩耗性能とを含む、摩擦に対する劣化特性を意味し、「切削工具」とは、旋削加工や、フライス加工、溝入加工などの粗加工、仕上加工などを行う工具全般を意味する。なお、本明細書においては、強度や耐摩耗性能を含む、切削工具が有する性能を「切削性能」と呼ぶ。本実施形態の切削インサート１は、切削性能を向上させるために、以下に説明するサイアロン焼結体によって構成される。
【００１９】
本実施形態のサイアロン焼結体は、β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンと、α−サイアロンのうち、少なくともβ−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンとを含むサイアロン相を有する。各サイアロンの特徴は以下の通りである。
（１）β−サイアロン
β−サイアロンの粒子形態は柱状（針状）である。従って、サイアロン焼結体は、サイアロン相にβ−サイアロンを多量に含有する場合には、β−サイアロンの粒子同士が複雑に絡み合うため、外部応力などによってサイアロン焼結体に生じる亀裂の進行が抑制される。即ち、サイアロン相におけるβ−サイアロンの含有量が多いほど、サイアロン焼結体の強度を向上させ、耐横逃げ境界摩耗性能を向上させることができる。
【００２０】
（２）１２Ｈ−サイアロン
１２Ｈ−サイアロンは、比較的高温における耐摩耗性能が高い。従って、サイアロン相に１２Ｈ−サイアロンを含有させることにより、サイアロン焼結体において、摩擦熱に起因するＶＢ摩耗を抑制でき、サイアロン焼結体の耐ＶＢ摩耗性能を向上させることができる。ただし、１２Ｈ−サイアロンの粒子形態は板状であるため、β−サイアロンに比較してサイアロン焼結体の靱性を向上させる効果は低く、サイアロン相に多量に１２Ｈ−サイアロンが含有する場合には、サイアロン焼結体の靱性の低下を引き起こす可能性がある。
【００２１】
（３）α−サイアロン
α−サイアロンは、比較的高い硬度を有している。そのため、サイアロン相にα−サイアロンを含有させることにより、サイアロン焼結体の耐摩耗性能を向上させることができる。ただし、α−サイアロンの粒子形態は粒状であるため、その含有量が多くなると、β−サイアロンや、１２Ｈ−サイアロンよりも、サイアロン焼結体の靱性の低下及び横逃げ境界摩耗性能の低下を引き起こす可能性が高い。
本発明の発明者は、これらの特性を有する各サイアロンを組み合わせることにより、サイアロン焼結体の耐摩耗性能を向上させることができることを見出した。
【００２２】
図２は、β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンと、α−サイアロンとの組み合わせによるサイアロン焼結体の耐摩耗性能の評価をまとめた表である。本発明の発明者は、サイアロン焼結体が、β−サイアロンのみを有する場合と、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンとを有する場合と、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンとα−サイアロンとを有する場合とについてそれぞれ比較評価を行った。具体的には、それぞれの組合せについて、サイアロン焼結体の強度や、耐横逃げ境界摩耗性能、耐ＶＢ摩耗性能の評価を行った。なお、この表では、「◎」、「○」、「△」の順に評価結果が高いことを示している。
【００２３】
この表が示すように、サイアロン焼結体は、サイアロン相にβ−サイアロンのみを有する場合に強度が最も高くなった。これは、上述したように、β−サイアロンの粒子形態が針状であるためであると推察される。また、β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンと、α−サイアロンとを有する方が、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンとを有する場合より、サイアロン焼結体の強度は向上した。これは、β−サイアロンの熱膨張係数とα−サイアロンの熱膨張係数との差によって生じる残留内部応力の効果でサイアロン焼結体に生じる亀裂の進行が抑制されるためである。
【００２４】
サイアロン焼結体は、サイアロン相に、β−サイアロンのみを有する場合よりも、１２Ｈ−サイアロンやα−サイアロンを有する場合の方が、耐横逃げ境界摩耗性能及び耐ＶＢ摩耗性能が高くなった。具体的には、耐横逃げ境界摩耗性能は、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンとの組合せの方が、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンとα−サイアロンとの組合せより若干高くなった。また、耐ＶＢ摩耗性能は、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンとα−サイアロンとを組み合わせたときに最も高くなった。
【００２５】
以上の評価結果から、サイアロン相をβ−サイアロンのみで構成した場合に比較して、サイアロン相に１２Ｈ−サイアロンを含む場合の方が、サイアロン焼結体を切削工具に用いた場合の切削性能が向上することがわかった。特に、サイアロン相に、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンに加え、α−サイアロンを有する場合に切削性能がさらに向上することがわかった。
【００２６】
ここで、先行技術文献（特開２００８−１６２８８２号公報）における実験結果を参照する。上記文献には、焼結材料として、サイアロン相に、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンとを有するとともにα−サイアロンを有しない材料Ｃと、１２Ｈ−サイアロンを有さず、α−サイアロンとβ−サイアロンとを有する材料Ｅとが開示されている（表１ｂ）。また、上記文献には、サイアロン相に、β−サイアロンを有し、１２Ｈ−サイアロンとα−サイアロンとを有しない材料Ｆとが開示されている（同表）。
【００２７】
さらに、上記文献には、それらの焼結材料Ｃ，Ｅ，Ｆを用いた切削インサートの切削性能の評価結果（表４，表５）が開示されている。これらの評価結果によれば、β−サイアロンおよび１２Ｈ−サイアロンを有する材料Ｃは、β−サイアロンは有するが、１２Ｈ−サイアロンは有していない材料Ｆに比較して高い切削性能を示している。また、β−サイアロンおよびα−サイアロンを有する材料Ｅは、β−サイアロンは有するが、α−サイアロンは有していない材料Ｆに比較して高い切削性能を示している。このことからも、サイアロン相に、β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンと、α−サイアロンとを有する焼結材料であれば、高い切削性能を有する切削インサートを製造できるものと推察できる。
【００２８】
しかし、本発明者による実験結果（図２）によれば、サイアロン相中における１２Ｈ−サイアロンや、α−サイアロンの含有量の比率が好ましい範囲から外れてしまう（好ましい範囲の詳細は以下に述べる）と、強度や、耐横逃げ境界摩耗性能、耐ＶＢ摩耗性能のいずれもが著しく低下してしまう評価結果が得られた。これは、上述したように、１２Ｈ−サイアロンやα−サイアロンの粒子形態が板状や粒状であるためであると推察される。なお、図２の表では、他に比較して著しく低下した評価結果を「×」で示してある。本発明の発明者は、サイアロン相における１２Ｈ−サイアロンやα−サイアロンの含有比率は、以下の範囲内であることが望ましいことを見出した。
【００２９】
ここで、サイアロン焼結体のサイアロン相におけるα−サイアロンの含有量Ｉαとβ−サイアロンの含有量Ｉβと１２Ｈ−サイアロンの含有量Ｉ12Hとの合計量（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）を「第１のサイアロン合計量」と呼ぶ。また、サイアロン焼結体のサイアロン相におけるα−サイアロンの含有量Ｉαと１２Ｈ−サイアロンの含有量Ｉ12Hとの合計量（Ｉα＋Ｉ12H）を「第２のサイアロン合計量」と呼ぶ。第１のサイアロン合計量（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）に対する第２のサイアロン合計量（Ｉα＋Ｉ12H）の比率（以下、単に「第１の含有量比率」と呼ぶ）は５５％以下であることが望ましい。第１の含有量比率（Ｉα＋Ｉ12H）／（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）が５５％を超える場合には、１２Ｈ−サイアロン及び／またはα−サイアロンの含有量がβ−サイアロンの含有量に対して多すぎるために、β−サイアロンによる靱性向上効果が抑制され、サイアロン焼結体の強度が低下してしまう。また、第１の含有量比率（Ｉα＋Ｉ12H）／（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）は、２０％より大きいことが望ましい。第１の含有量比率（Ｉα＋Ｉ12H）／（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）が２０％以下となる場合には、サイアロン焼結体中における１２Ｈ−サイアロンまたはα−サイアロンの含有量が少なすぎるために、１２Ｈ−サイアロンやα−サイアロンによる耐摩耗性能の向上効果が小さくなってしまうためである。
【００３０】
さらに、サイアロン相中における第１のサイアロン合計量（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）に対する１２Ｈ−サイアロンの含有量Ｉ12Hの比率（以後、「第２の含有量比率」と呼ぶ）は、２％以上かつ５５％以下であることが望ましい。第２の含有量比率Ｉ12H／（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）が２％より小さくなる場合（特に、ほぼ０％に近い場合）には、サイアロン相における１２Ｈ−サイアロンの含有量が少なくなりすぎ、１２Ｈ−サイアロンによるサイアロン焼結体の耐ＶＢ摩耗性能向上効果を得ることができない。また、サイアロン相中にα−サイアロンが存在する場合、１２Ｈ−サイアロンの含有量が少なくなりすぎると、α−サイアロンが存在することによるサイアロン焼結体の靱性の低下および横逃げ境界摩耗性能の低下を抑制することができない。一方、第２の含有量比率Ｉ12H／（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）が５５％より大きくなる場合には、サイアロン相において１２Ｈ−サイアロンの占める割合が大きくなりすぎるため、サイアロン焼結体の強度が著しく低下してしまう。
【００３１】
ところで、サイアロン焼結体のサイアロン相に、α−サイアロンが含まれていなくとも、β−サイアロンと１２Ｈ−サイアロンとが含まれ、第１と第２の含有量比率が上記の範囲内であれば、サイアロン焼結体の耐摩耗性能の向上は可能である。しかし、図２の表で説明したように、サイアロン焼結体は、１２Ｈ−サイアロンとともにα−サイアロンを適切な含有量で有することにより、さらに強度と耐ＶＢ摩耗性能とを向上させることができる。従って、サイアロン焼結体のサイアロン相には、１２Ｈ−サイアロンとともにα−サイアロンを、適切な含有量で有することが、より好ましい。
【００３２】
ここで、サイアロン相中における第１のサイアロン合計量（Ｉα＋Ｉβ＋Ｉ12H）に対するα−サイアロンの含有量Ｉαの比率を「第３の含有量比率」と呼ぶ。サイアロン焼結体は、第１の含有量比率が上記の範囲内であるとともに、第２と第３の含有量比率が以下の範囲内の値となるように、サイアロン相に、β−サイアロン、１２Ｈ−サイアロン、α−サイアロンの各サイアロンを有していることが好ましい。即ち、第２の含有量比率は、５％以上、かつ、３０％以下の値であり、第３の含有量比率は、０％より大きく１５％以下の値であることが好ましい。第１ないし第３の含有量比率がこれらの範囲内であれば、サイアロン焼結体のサイアロン相に、適切な含有量のβ−サイアロンおよび１２Ｈ−サイアロン、α−サイアロンが含まれるため、サイアロン焼結体の耐摩耗性や強度を向上させることが可能である。
【００３３】
ここで、β−サイアロンは、組成式Ｓｉ6-ZＡｌZＯZＮ8-Zとして表される化合物である（Ｚは、０．２〜４．２の実数）。サイアロン焼結体としては、この組成式中のＺ値が、０．７より大きく、１．５より小さいことが好ましい。このＺ値が０．７以下である場合には、β−サイアロンの耐摩耗性能が著しく低下してしまい、１．５以上である場合には、β−サイアロンの靱性及び耐熱衝撃性能が低下してしまう。ここで、「耐熱衝撃性能」とは、急激な温度変化に対する耐久性能を意味する。
【００３４】
さらに、サイアロン焼結体には、粒子間相や、α−サイアロン中にイットリウム（Ｙ）が含まれることが好ましい。ここで、「粒子間相」とは、各サイアロンの粒子間に存在するガラス相や結晶相を含む粒界相を意味する。イットリウムは、通常、焼結時に二酸化ケイ素（Ｓｉ０2：「シリカ」とも呼ばれる）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3：「アルミナ」とも呼ばれる）とともに高融点のガラスを生成する。即ち、例えば、焼結助剤としてイットリウムの酸化物を用いることにより、高融点のガラス相を有する粒子間相が生成される。また、α−サイアロンにイットリウムが含まれる場合には、α−サイアロンの耐熱性が向上する。そのため、このイットリウムを含むサイアロン焼結体を用いた切削工具であれば、切削工具を高速回転させて高温度領域で耐熱合金を加工する高速加工時などにおける耐摩耗性能を向上させることができる。
【００３５】
なお、粒子間相は、非晶質相または部分的に非晶質を含む相であることが好ましく、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）や、Ｂ相のような結晶相を含むものとしても良い。また、粒子間相は、サイアロン焼結体中に３％〜１５％程度含まれることが好ましい。これによって、さらに、サイアロン焼結体の高温における耐摩耗性能を向上させることが可能である。
【００３６】
A．実施例：
図３は、本発明によるサイアロン焼結体の実施例および比較例における各原料粉末の調整比率をまとめた表である。具体的には、まず、平均粒径１．０μｍ以下のα−Ｓｉ3Ｎ4粉末およびＡｌ2Ｏ3粉末、ＡｌＮ粉末、Ｙ2Ｏ3粉末、Ｄｙ2Ｏ3粉末、Ｙｂ2Ｏ3粉末、ＡｌＮ結晶多形の２１Ｒ（６ＡｌＮ・ＳｉＯ2）粉末を、この表に示す割合で配合した。次に、配合された原料粉末と、エタノールおよびエタノールに溶解したマイクロワックス系の有機バインダとを、Ｓｉ3Ｎ4製のポットに投入し、Ｓｉ3Ｎ4製のボールを用いて湿式混合した。これによって得られたスラリーを十分に乾燥させ、ＩＳＯ規格でＳＮＧＮ１２０４１２の切削インサートの形状にプレス成形した。得られた成形体に対して、加熱装置を用いて、１気圧の窒素雰囲気下、約６００℃にて、６０分間の脱脂処理を施した。さらに、脱脂された成形体をＳｉ3Ｎ4製の容器中に配置し、窒素雰囲気下、温度１８５０℃で１８０分間にわたり加熱してサイアロン焼結体を得た。このサイアロン焼結体をダイヤモンド砥石で研磨加工することにより、ＩＳＯ規格でＳＮＧＮ１２０４１２形状に整え、切削工具用の切削インサート１（図１（Ａ））を得た。
【００３７】
図４は、上記の製造方法によって得られたサイアロン焼結体における組成の実測値と耐摩耗性能の評価結果とを実施例および比較例ごとにまとめた表である。この実施例では、サイアロン焼結体中におけるα−サイアロン、β−サイアロン、１２Ｈ−サイアロンの各含有量Ｉα，Ｉβ，Ｉ12HをＸ線回折測定におけるそれぞれのピーク高さとして求めた。具体的には、以下の通りである。
（ａ）α−サイアロンの含有量Ｉα：２θ＝３０．８°付近、（２０１）面におけるα−サイアロンのピーク高さ
（ｂ）β−サイアロンの含有量Ｉβ：２θ＝３３．４°付近、（１０１）面におけるβ−サイアロンのピーク高さ
（ｃ）１２Ｈ−サイアロンの含有量Ｉ12H：２θ＝３２．８°付近、（０，０，１２）面における１２Ｈ−サイアロンのピーク高さ
【００３８】
また、β−サイアロンのＺ値は、Ｘ線回折により、サイアロン焼結体の焼き肌面から約１ｍｍ以上内部におけるβ−サイアロンのａ軸格子定数を求め、β−窒化珪素のａ軸格子定数（７．６０４４２Å）との差によって算出した。算出方法は、下記の計算式（１）による。なお、式中のａは、測定されたβ−サイアロンのａ軸格子定数である。
Ｚ＝（ａ−７．６０４４２Å）／０．０３  …（１）
【００３９】
ここで、焼き肌面から約１ｍｍ以上内部を測定した理由は、焼き肌面におけるβ−サイアロンの組成が変化している可能性があるためである。なお、焼き肌面から約０．１ｍｍ程度内部における測定値と、焼き肌面から約０．２ｍｍ程度内部における測定値とでは、測定値にほぼ差はなかった。そのため、焼き肌面から約１ｍｍ以上内部であれば、どの箇所でも安定した正確な測定値を得られるものと推察される。これは、以下に説明する蛍光Ｘ線分析においても同様である。
【００４０】
イットリウム含有量は、サイアロン焼結体の焼き肌面から約１ｍｍ以上内部を蛍光Ｘ線分析することによって測定した。表では、イットリウムの含有量は、サイアロン焼結体全体に対する重量百分率（ｗｔ％）によって示されている。なお、サイアロン焼結体をほぼ中央部で切断し、鏡面加工したその切断面を、走査型電子顕微鏡に付属のＥＤＸ分析器を用いて、倍率５００００倍で分析することにより、α−サイアロン粒子または粒子間相にイットリウムが存在することが確認された。
【００４１】
切削距離は、切削インサート１の耐摩耗性能を示す測定値である。切削距離は、下記の切削条件において、切削インサート１を用いて切削加工を実行し、切削インサート１の横逃げ境界摩耗が０．５ｍｍを超えたとき、または、ＶＢ摩耗が０．２ｍｍを超えたときの切削距離を測定した値である。即ち、この切削距離の測定値には、切削インサート１の耐横逃げ境界摩耗性能と耐ＶＢ摩耗性能の双方が反映される。
切削条件：
（ａ）被削材：インコネル７１８（４５ＨＲＣ）
（ｂ）切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
（ｃ）送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
（ｄ）切り込み：１．０ｍｍ
（ｅ）インサート形状：ＩＳＯ規格ＳＮＧＮ１２０４１２
（ｆ）刃先処理：０．０５ｍｍ
（ｇ）切削油あり
なお、表では、切削インサート１が、横逃げ境界摩耗やＶＢ摩耗などの摩耗劣化を超えて破損に至ってしまった場合を「欠損」として示してある。
【００４２】
図５は、サイアロン焼結体における第１と第２の含有量比率をそれぞれ横軸と縦軸とし、図４の表に示した実施例および比較例ごとの測定結果をプロットしたグラフである。なお、このグラフでは、各実施例の測定値については「◆」でプロットし、各比較例の測定値については「▲」でプロットしてある。また、図４の表の各実施例番号および各比較例番号に対応する番号を、それぞれのプロットされた点の近傍に付してある。さらに、各実施例の測定値をプロットした点には、測定値±１０％の測定誤差の範囲を図示してある。
【００４３】
図５のグラフには、さらに、上述した第１と第２の含有量比率Ｒ1，Ｒ2の好適な範囲（２０％＜Ｒ1≦５５％、２％≦Ｒ2≦５５％）を破線で図示してある。各実施例の測定値は、当該範囲の中にプロットされており、各比較例の測定値は、当該範囲から外れている。このグラフから、第１の含有量比率Ｒ1の上限は５５％とすることが好ましく、５０％とすることがより好ましい。また、第２の含有量比率Ｒ2の上限は、５５％とすることが好ましく、５０％とすることが特に好ましい。さらに、第１の含有量比率Ｒ1は２０％を超えることが好ましく、第２の含有量比率Ｒ2は２％以上であることが好ましい。
【００４４】
なお、第１の含有量比率Ｒ1が２１％以上かつ４６％以下であるとともに、第２の含有量比率Ｒ2が３％以上かつ４６％以下であれば、いずれの実施例においても切削距離は、０．５ｋｍ以上の測定値を得ることができた。従って、第１と第２の含有量比率Ｒ1，Ｒ2はこの範囲内であることがより好ましい。さらに、第１の含有量比率Ｒ1が２１％以上かつ４６％以下であるとともに、第２の含有量比率Ｒ2が７％以上かつ４６％以下であれば、切削距離として０．５８ｋｍ以上の測定値を得ており、より好ましい（実施例１〜５）。
【００４５】
実施例８および実施例９では、β−サイアロンのＺ値の測定値が、上述した好適範囲（０．７＜Ｚ値＜１．５）から外れている。この実施例８および実施例９における切削距離の測定値はそれぞれ、０．５１ｋｍ、０．５０ｋｍであり、ともに、第１と第２の含有量比率Ｒ1，Ｒ2の測定値が比較的近い実施例１の切削距離の測定値０．６７ｋｍよりも低い値となっている。このことから、β−サイアロンのＺ値は、０．５より大きく、１．７より小さいことが好ましく、さらに、０．７より大きく、１．５より小さいことがより好ましいことが解る。また、実施例１〜実施例７における各Ｚ値の測定値に±１０％程度の測定誤差を考慮して、β−サイアロンのＺ値は、１．０以上かつ１．４以下であることが好ましい。さらに、β−サイアロンのＺ値は、１．０以上かつ１．２以下であることがより好ましい。
【００４６】
実施例６および実施例７では、サイアロン焼結体にイットリウムが含まれていない。また、実施例６および実施例７における切削距離の測定値は、全実施例の切削距離の平均値（約０．５９ｋｍ）よりも低い値となっている。従って、サイアロン焼結体のα−サイアロンまたは粒子間相には、イットリウムが含まれることが好ましい。
【００４７】
ここで、サイアロン相にα−サイアロンを有する実施例１〜３のサイアロン焼結体は、α−サイアロンを有していない実施例４，５のサイアロン焼結体より高い切削性能を示している（図４）。また、比較例６，７に示すように、１２Ｈ−サイアロンの含有量が少なく、かつ、α−サイアロンを有していないサイアロン焼結体では、高い切削性能の評価を得ることはできなかった。さらに、比較例１，４に示すように、サイアロン相にα−サイアロン相を有する場合であっても、１２Ｈ−サイアロンを有していないサイアロン焼結体では、高い切削性能の評価を得ることができなかった。これらの実験結果からも、サイアロン焼結体のサイアロン相には、β−サイアロン、１２Ｈ−サイアロン、α−サイアロンのそれぞれが含まれていることが好ましいことがわかる。
【００４８】
図６は、サイアロン焼結体における第２と第３の含有量比率をそれぞれ横軸と縦軸とし、図４の表に示した実施例および比較例ごとの測定結果を、図５のグラフと同様にプロットしたグラフである。図６のグラフには、さらに、上述した第２と第３の含有量比率Ｒ2，Ｒ3の好適な範囲（５％≦Ｒ2≦３０％，０％＜Ｒ3≦１５％）を破線で図示してある。このグラフでは、当該範囲内に、図４の表において比較的高い切削性能を示している実施例１〜実施例３の各測定値がプロットされており、第２と第３の含有量比率Ｒ2，Ｒ3を、上記範囲内とすることが、より好ましいことを示している。
【００４９】
また、図４の評価結果によれば、実施例１，３に比較して、実施例２において、最も高い切削距離が測定されている。このことから、第２と第３の含有量比率Ｒ2，Ｒ3はそれぞれ、上記範囲の中央領域に近い値ほど好ましい可能性がある。具体的には、第２の含有量比率Ｒ2は、１０％以上かつ２５％以下であることがより好ましく、１５％以上かつ２０％以下であることが、さらに好ましい。また、第３の含有量比率Ｒ3は、５％以上かつ１０％以下であることがより好ましく、６％以上かつ８％以下であることが、さらに好ましい。
【００５０】
このように、本発明によるサイアロン焼結体を用いた切削インサート１によれば、サイアロン相に含まれるβ−サイアロンや、１２Ｈ−サイアロン、α−サイアロンのそれぞれの含有比率を調整することにより、その耐摩耗性能を向上させることができる。特に、この切削インサート１では、サイアロン相における１２Ｈ−サイアロンの含有比率を好適な範囲とすることにより、サイアロン焼結体の横逃げ境界摩耗性能の低下を抑制しつつ、耐ＶＢ摩耗性能を向上させることが可能である。
【００５１】
B．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５２】
B1．変形例１：
上記実施例では、サイアロン焼結体を用いて切削インサート１を構成していた。しかし、本発明のサイアロン焼結体は、切削インサートに限らず、他の工具や、製品の部材として用いられるものとしても良い。
【００５３】
B2．変形例２：
上記実施例のサイアロン焼結体には、さらに、窒化チタン（ＴｉＮ）や炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）など、サイアロン粒子以外の硬質粒子が添加されるものとしても良い。これによって、サイアロン焼結体の耐摩耗性能をさらに向上させることができる。また、サイアロン焼結体には、β−サイアロン、１２Ｈ−サイアロン、α−サイアロン以外のサイアロン粒子が含まれているものとしても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１…切削インサート
１０…切削工具
１１…本体部
１２…取付部
【図１】
2010103839.tif 000003
【図２】
2010103839.tif 000004
【図３】
2010103839.tif 000005
【図４】
2010103839.tif 000006
【図５】
2010103839.tif 000007
【図６】
2010103839.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月9日(2010.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
α−サイアロンと、β−サイアロンと、１２Ｈ−サイアロンのうち、少なくとも前記β−サイアロンと、前記１２Ｈ−サイアロンとを含むサイアロン相を有するサイアロン焼結体であって、
前記α−サイアロンと前記β−サイアロンと前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の合計を第１のサイアロン合計量とし、前記α−サイアロンと前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の合計を第２のサイアロン合計量としたとき、前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２のサイアロン合計量の割合が、２０％より大きく、５５％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、２％以上かつ５５％以下（５％以下を除く）である、サイアロン焼結体。
【請求項２】
請求項１記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２のサイアロン合計量の割合は、２０％より大きく５０％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、２％以上かつ５０％以下（５％以下を除く）である、サイアロン焼結体。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記第２のサイアロン合計量の割合が、２１％以上かつ４６％以下であるとともに、前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が３％以上かつ４６％以下（５％以下を除く）である、サイアロン焼結体。
【請求項４】
請求項１記載のサイアロン焼結体であって、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記α−サイアロンの含有量の割合が、０％より大きく１５％以下であるとともに、
前記第１のサイアロン合計量に対する前記１２Ｈ−サイアロンの含有量の割合が、５％以上かつ３０％以下（５％以下を除く）である、サイアロン焼結体。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のサイアロン焼結体であって、
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚで表されるβ−サイアロンのＺ値が、０．７より大きく、１．５より小さい、サイアロン焼結体。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のサイアロン焼結体であって、さらに、
前記α−サイアロンまたは前記サイアロン相に含まれる各サイアロン粒子の間に存在する相である粒子間相にイットリウムを含む、サイアロン焼結体。
【請求項７】
切削インサートであって、
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のサイアロン焼結体によって構成される切削インサート。
【国際調査報告】
2010103839.tif 000009
2010103839.tif 000010
2010103839.tif 000011
2010103839.tif 000012