(57)【要約】  逃げ面（２２）およびすくい面（２４）とその交差部に切削刃（２６）とを有する基体（４０）を有し、かつ、その基体に固着すると共にアルミナ、ハフニアおよびジルコニアの１つ以上の被膜層（５２）を１層以上含む耐摩耗被膜組織（４４）を備える被覆切削インサート（２０）が説明される。その耐摩耗被膜組織には摩耗表示被膜が固着している。摩耗表示被膜（５６）はＭ（ＯｘＣｙＮｚ）を含み、ここで、Ｍは、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ＝０、ｚ＝０およびｙ＋ｚ＞０である。切削インサート（２０）の製作方法も提供され、この方法は、析出したままの非摩耗表示被膜層を被覆処理するステップと、その非摩耗表示被膜層を処理して摩耗表示被膜層に転化するステップとによる。
2010531745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切りくずを形成する材料の除去操作に使用する被覆切削インサートであって、
逃げ面およびすくい面を有する基体であり、前記逃げ面は前記すくい面と交差してその交差部に切削刃を形成する、基体と、
前記基体の少なくとも一部分に固着する耐摩耗被膜組織であり、アルミナ、ハフニアおよびジルコニアの１つ以上の被膜層を１層以上含む、耐摩耗被膜組織と、
前記耐摩耗被膜組織の少なくとも一部分に固着する摩耗表示被膜で、Ｍ（ＯxＣyＮz）を含む摩耗表示被膜であり、ここで、Ｍは、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ≧０、ｚ≧０およびｙ＋ｚ＞０である、摩耗表示被膜と、
を含む被覆切削インサート。
【請求項２】
前記耐摩耗被膜組織がアルミナを含み、かつ、Ｍがチタンである、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項３】
前記耐摩耗被膜組織がアルミナを含み、かつ、Ｍがチタン−アルミニウムである、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項４】
前記耐摩耗被膜組織が、引張応力を低減し、圧縮残留応力を呈する、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項５】
前記耐摩耗被膜組織が圧縮残留応力を呈する、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項６】
前記摩耗表示被膜層が、被膜処理後の機械的処理を通して前記耐摩耗被膜組織への固着を維持する、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項７】
前記摩耗表示被膜が、前記すくい面の少なくとも一部分の上および前記逃げ面の少なくとも一部分の上にある、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項８】
前記基体が複数の切削刃を有し、前記切削刃の選択された１つが、チップくずを形成する材料の除去操作の間に加工物と係合し、かつ、前記摩耗表示被膜が、前記切削刃の前記選択された１つが使用状態にあることを表示する視覚認識可能な標識を提供する、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項９】
前記摩耗表示層の厚さの範囲が０マイクロメータより上から約５マイクロメータの間にある、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項１０】
前記摩耗表示層の厚さの範囲が０．１マイクロメータより上から約３マイクロメータの間にある、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項１１】
前記摩耗表示層の厚さの範囲が０．５マイクロメータより上から約２マイクロメータの間にある、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項１２】
前記耐摩耗被膜組織が約１００ＭＰａから約２０００ＭＰａの間の範囲の圧縮残留応力を呈する、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項１３】
前記耐摩耗被膜組織が約２００ＭＰａから約１０００ＭＰａの間の範囲の圧縮残留応力を呈する、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項１４】
前記基体のすくい面上に存在する前記摩耗表示被膜が１つの視覚認識可能な色彩を有し、前記基体の逃げ面上に存在する前記摩耗表示被膜が別の視覚認識可能な色彩を有する、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項１５】
前記すくい面上の前記摩耗表示被膜については、Ｍがチタンで、ｙ＞０およびｚ＞０であり、前記逃げ面上の前記摩耗表示被膜については、最外層の被膜層が窒化チタンを含む、請求項１４に記載の被覆切削インサート。
【請求項１６】
前記摩耗表示被膜が前記耐摩耗被膜組織上の酸炭窒化チタンの層を含み、かつ、最外層の被膜層が窒化チタンを含む、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項１７】
前記摩耗表示被膜が、前記耐摩耗被膜組織上の酸炭窒化チタン−アルミニウムの層と、前記酸炭窒化チタン−アルミニウムの層上の酸炭窒化チタンの層とを含む、請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項１８】
切りくずを形成する材料の除去操作に使用する被覆切削インサートであって、
逃げ面およびすくい面を有する基体であり、前記逃げ面は前記すくい面と交差してその交差部に切削刃を形成する、基体と、
前記基体の少なくとも一部分に固着する耐摩耗被膜組織であり、アルミナ、ハフニアおよびジルコニアの１つ以上の被膜層を１層以上含み、かつ、圧縮残留応力を呈する、耐摩耗被膜組織と、
前記耐摩耗被膜組織の少なくとも一部分に固着する摩耗表示被膜で、Ｍ（ＯxＣyＮz）を含む摩耗表示被膜であり、ここで、Ｍは、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ≧０、ｚ≧０およびｙ＋ｚ＞０である、摩耗表示被膜と、
を含み、
前記摩耗表示被膜が、使用後に、使用されたことを表示する視覚認識可能な色彩標識を呈する、
被覆切削インサート。
【請求項１９】
前記耐摩耗被膜組織がアルミナを含み、かつ、Ｍがチタンおよびチタン−アルミニウムを含む群から選択される、請求項２０に記載の被覆切削インサート。
【請求項２０】
前記摩耗表示被膜層が、被膜処理後の機械的処理を通して前記耐摩耗被膜組織への固着を維持する、請求項２０に記載の被覆切削インサート。
【請求項２１】
前記摩耗表示被膜が、前記すくい面の少なくとも一部分の上および前記逃げ面の少なくとも一部分の上にある、請求項２０に記載の被覆切削インサート。
【請求項２２】
前記基体が複数の切削刃を有し、前記切削刃の選択された１つが、チップくずを形成する材料の除去操作の間に加工物と係合し、かつ、前記摩耗表示被膜が、前記切削刃の前記選択された１つが使用状態にあることを表示する視覚認識可能な標識を提供する、請求項１８に記載の被覆切削インサート。
【請求項２３】
前記摩耗表示層の厚さの範囲が０マイクロメータより上から約５マイクロメータの間にある、請求項１８に記載の被覆切削インサート。
【請求項２４】
前記耐摩耗被膜組織が約１００ＭＰａから約２０００ＭＰａの間の範囲の圧縮残留応力を呈する、請求項１８に記載の被覆切削インサート。
【請求項２５】
前記耐摩耗被膜組織が約２００ＭＰａから約１０００ＭＰａの間の範囲の圧縮残留応力を呈する、請求項１８に記載の被覆切削インサート。
【請求項２６】
切りくずを形成する材料の除去操作に使用する被覆切削インサートであって、
逃げ面およびすくい面を有する基体であり、前記逃げ面は前記すくい面と交差してその交差部に切削刃を形成する、基体と、
前記基体の少なくとも一部分に固着する耐摩耗被膜組織であり、アルミナ、ハフニアおよびジルコニアの１つ以上の被膜層を１層以上含む、耐摩耗被膜組織と、
前記すくい面上の耐摩耗被膜組織の少なくとも一部分に固着する第１の摩耗表示被膜で、第１の視覚認識可能な色彩を有する第１の摩耗表示被膜、および、前記逃げ面上の耐摩耗被膜組織の少なくとも一部分に固着する第２の摩耗表示被膜で、第２の視覚認識可能な色彩を有する第２の摩耗表示被膜と、
を含む被覆切削インサート。
【請求項２７】
前記第１の摩耗表示被膜がＭ１（ＯxＣyＮz）を含み、前記第２の摩耗表示被膜はＭ２（Ｎ）を含み、ここで、Ｍ１は、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０であり、Ｍ２は、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択される、請求項２６に記載の被覆切削インサート。
【請求項２８】
摩耗表示被膜を備えた切削インサートの製作方法であって、
外側のアルミナ被膜層を有する基体を用意するステップと、
前記アルミナ被膜層に、析出したままの非摩耗表示被膜層を被覆処理するステップと、
前記非摩耗表示被膜層を処理して前記非摩耗表示被膜層を摩耗表示被膜層に転化するステップと、
を含む切削インサートの製作方法。
【請求項２９】
前記非摩耗表示被膜層がＭ（ＯxＣyＮz）を含み、ここで、Ｍは、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ≧０、ｚ≧０およびｙ＋ｚ＞０である、請求項２８に記載の切削インサートの製作方法。
【請求項３０】
前記摩耗表示被膜層がＭ（ＯxＣyＮz）を含み、ここで、Ｍは、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ≧０、ｚ≧０およびｙ＋ｚ＞０であり、さらに、前記摩耗表示被膜層が前記アルミナ被膜層の色彩から視覚認識可能な色彩を呈する、請求項２８に記載の切削インサートの製作方法。
【請求項３１】
前記摩耗表示被膜層の厚さの範囲が０マイクロメータより上から約５マイクロメータの間にある、請求項２８に記載の切削インサートの製作方法。
【請求項３２】
前記非摩耗表示被膜層を処理するステップがブラスチングを含む、請求項２８に記載の切削インサートの製作方法。
【請求項３３】
前記基体が逃げ面およびすくい面を有し、前記逃げ面は前記すくい面と交差してその交差部に切削刃を形成し、前記外側のアルミナ層が、前記基体のすくい面の少なくとも一部分の上および前記基体の逃げ面の少なくとも一部分の上にあり、かつ、前記非摩耗表示被膜層を処理するステップが、前記すくい面上のアルミナ被膜層上の析出したままの非摩耗表示被膜層のみを処理することを含む、請求項２８に記載の切削インサートの製作方法。
【請求項３４】
前記基体が逃げ面およびすくい面を有し、前記逃げ面は前記すくい面と交差してその交差部に切削刃を形成し、前記外側のアルミナ層が、前記基体のすくい面の少なくとも一部分の上および前記基体の逃げ面の少なくとも一部分の上にあり、かつ、前記非摩耗表示被膜層を処理するステップが、前記すくい面上のアルミナ被膜層上の析出したままの非摩耗表示被膜層を所定の程度に処理し、前記逃げ面上のアルミナ被膜層上の析出したままの非摩耗表示被膜層を前記所定の程度とは異なる程度に処理することを含む、請求項２８に記載の切削インサートの製作方法。
【請求項３５】
摩耗表示被膜を備えた切削インサートの製作方法であって、
外側のアルミナ被膜層を有する基体を用意するステップと、
前記アルミナ被膜層に摩耗表示被膜組織を被覆処理するステップであり、前記摩耗表示被膜組織は、第１の厚さを有する最外層の摩耗表示被膜層を有する、ステップと、
前記最外層の摩耗表示被膜層を部分的に除去するように前記摩耗表示被膜組織を処理するステップであり、前記最外層の摩耗表示被膜層が第２の厚さになり、前記第１の厚さが前記第２の厚さより厚い、ステップと、
を含む切削インサートの製作方法。
【請求項３６】
前記最外層の摩耗表示被膜層が窒化チタンを含む、請求項３５に記載の切削インサートの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
同時係属中の先特許出願の相互参照
本願は、「摩耗表示を呈示する耐摩耗被膜組織を備えた切削インサートおよびその製作方法（ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＥＲＴ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＷＥＡＲ−ＲＥＳＩＳＴＡＮＴ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＳＣＨＥＭＥ  ＥＸＨＩＢＩＴＩＮＧ  ＷＥＡＲ  ＩＮＤＩＣＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ）」なる表題において、ジーガン  バン（Ｚｈｉｇａｎｇ  Ｂａｎ）、マーク  Ｊ．ロウ（Ｍａｒｋ  Ｊ．Ｒｏｗｅ）、イーション  リウ（Ｙｉｘｉｏｎｇ  Ｌｉｕ）およびアルフレッド  Ｓ．ゲイツ  Ｊｒ．（Ａｌｆｒｅｄ  Ｓ．Ｇａｔｅｓ  Ｊｒ．）によって２００７年６月２８日に出願された先願で同時係属中の米国特許出願第１１／８２３，６７９号の一部継続出願である。出願人（ジーガン  バン（Ｚｈｉｇａｎｇ  Ｂａｎ）、マーク  Ｊ．ロウ（Ｍａｒｋ  Ｊ．Ｒｏｗｅ）、イーション  リウ（Ｙｉｘｉｏｎｇ  Ｌｉｕ）、アルフレッド  Ｓ．ゲイツ  Ｊｒ．（Ａｌｆｒｅｄ  Ｓ．Ｇａｔｅｓ  Ｊｒ．）、ケント  Ｐ．ミツガルスキ（Ｋｅｎｔ  Ｐ．Ｍｉｚｇａｌｓｋｉ）およびマーク  Ｓ．グリーンフィールド（Ｍａｒｋ  Ｓ．Ｇｒｅｅｎｆｉｅｌｄ））は、米国特許法第１２０条を含む米国特許法令（米国特許法）の下で、先特許出願（特許出願第１１／８２３，６７９号）の出願日の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、摩耗表示を呈示する耐摩耗被膜組織を備えた被覆切削インサートおよびその製作方法に関する。本発明は、特に、アルミナ被膜層に機能的に固着している外側の摩耗表示被膜層の視覚的に対照的な色彩によって摩耗表示を呈示する耐摩耗被膜組織を備えた被覆切削インサートと、その被覆切削インサートの製作方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
加工物から材料を除去（例えば加工物を機械加工）するために用いられるフライスカッタおよび他の工具は、１つまたは数個の切削インサートを備える場合がある。これらの切削インサートは、それぞれ、ある長さの工具寿命を呈するので、運転者は、適時に、使用済みの切削インサートを未使用の切削インサートと取り換えなければならない。運転者は、切削インサートがただ１つの切削刃を有する場合は、その切削インサートを完全に取り換えるであろう。複数の切削刃を有する切削インサートの場合は、運転者は、使用していた切削刃がその有効な工具寿命の末期に近付いていると、切削インサートを割り出し進行させて未使用の切削刃を露出させるであろう。
【０００４】
使用済みの切削刃が運転位置に戻されることは材料の除去操作全体に対して有害になる可能性がある。従って、使用済みの切削刃が運転位置に戻されることを避けるために、使用済みの切削刃を容易に認識することが有利になるであろう。
【０００５】
これまでにも、特定の切削刃の使用状態を検知するのに有用な切削インサート用の被膜組織が存在した。この点について、フェッチ（Ｖｏｅｔｓｃｈ）らに付与された米国特許第６，６８２，２７４Ｂ２号明細書は、摩耗表示特性を有する被覆切削インサートに関するものである。この発明による切削インサートの１つまたは複数の逃げ面には、摩耗可能な表示層で、その下の表面または層の色彩とは異なる色彩を有する表示層が設けられる。この摩耗表示被膜層は、切削刃までは延びておらず、「隣接する切削刃が短時間使用された場合でも表示層に明確な痕跡が残る程度に十分に敏感なものである。」要約書を参照されたい。
【０００６】
欧州特許出願公開第１７５７３８９Ａ１号明細書は２００７年２月２８日に漸く公刊された（対応するＰＣＴ特許（国際公開第２００６／０６７９５６号パンフレット）は２００６年６月２９日の公刊日を有する）が、この欧州特許出願公開第１７５７３８９Ａ１号明細書は、４つの基層を含む切削工具表面上の被膜構成を開示している。これらの層は基体から以下の順序で配置される。すなわち、第３層（基体の次）、第１層、第２層および第４層である。第１層は、第２層の下にあり、硼窒化チタン（ＴｉＢＮ）または硼窒酸化チタン（ＴｉＢＮＯ）を含む。第２層は、「酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、およびこれらの２つ以上を主成分とする固溶体からなる群から選択される少なくともいずれか１つによって、単一層または複数の層として構成され、かつ、第２被膜層は第１被膜層の上に直接載せられる。」第３層は、第１層および基体の間にあり、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＢ2、ＴｉＢＮ、ＴｉＣＢＮ、ＺｒＣ、ＺｒＯ2、ＨｆＣ、ＨｆＮ、ＴｉＡｌＮ、ＡｌＣｒＮ、ＣｒＮ、ＶＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＡｌＴｉＣｒＮ、およびＴｉＡｌＣＮを含む。第４層は、摩耗表示被膜層として機能する被膜層であり、ＴｉＣＮＯを含むことができ、ブラスチングによって切削領域から取り除かれる。
【０００７】
米国ペンシルベニア（Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）１５６５０、ラトローブ（Ｌａｔｒｏｂｅ）のケナメタル社（Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．）は、先行技術による商業的な被覆切削インサートを製造販売している。この先行技術による被覆切削インサートは、以下のような被膜組織を備えている。すなわち、基体上の窒化チタン基の被膜層と、窒化チタン被膜層上の炭窒化チタンの被膜層と、炭窒化チタン被膜層上のＴｉ、Ａｌ、Ｏ、ＣおよびＮを含む結合層と、結合層上のアルファ−アルミナ被膜層とである。この先行技術の切削インサートの製造においては、アルファ−アルミナ被膜層に対して窒化チタン／炭窒化チタンの被膜層を被覆処理し、続いて、これをブラスチングによって除去する。これによって、アルファ−アルミナ被膜層における引張残留応力または圧縮残留応力が低下する。
【０００８】
ロドマー（Ｒｏｄｍａｒ）らに付与された米国特許第７，１５３，５６２号明細書は、ＴｉＣＯＮ層を含む被覆切削インサートで、炭窒化チタンが外側の被膜層である被覆切削インサートに関する。
【０００９】
ルッピ（Ｒｕｐｐｉ）らに付与された米国特許第６，４７２，０６０号明細書は、関連する発行済み特許のルッピ（Ｒｕｐｐｉ）らに付与された米国特許第６，６２０，４９８号明細書およびルッピ（Ｒｕｐｐｉ）らに付与された米国特許第６，６５２，９１３号明細書と共に、７００〜９００℃の温度範囲においてＭＴＣＶＤ法によって被覆処理されるＴｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）のナノ結晶被膜を被膜組織に含む被覆切削インサートに関する。第２欄３６〜４５行目を参照されたい。
【００１０】
ルッピ（Ｒｕｐｐｉ）に付与された米国特許第６，０１５，６１４号明細書は、切削インサート用の複数層の被膜組織に関し、被膜処理後のブラスチング処理を含む。この米国特許第６，０１５，６１４号明細書は、結合層（（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｃ，Ｏ，Ｎ））の上に有するα−Ａｌ2Ｏ3層と、結合層上の単一層または複数層のＴｉＮ組織とを示している。表３の実施例Ｎｏ．９およびＮｏ．１０を参照されたい。複数層のＴｉＮ組織は、ＴｉＮおよびＴｉＣが交替する層を含む。表３の実施例Ｎｏ．８参照。この米国特許第６，０１５，６１４号明細書は、被膜処理されたインサートの表面を、Ａｌ2Ｏ3粒子（３２０メッシュ、媒体粒径３０μｍ）を用いてブラスチング処理するステップを含む。第３欄６６行目〜第４欄３行目を参照されたい。
【００１１】
ルッピ（Ｒｕｐｐｉ）らに付与された米国特許第７，１９２，６３７号明細書は、切削インサート用の多層被膜組織の開示に関する。この米国特許第７，１９２，６３７号明細書は、Ｔｉ（Ｃ，Ｏ，Ｎ）（またはＴｉ（Ｃ，Ｎ））の結合層［第２欄３７〜４７行目参照］の上に有するα−Ａｌ2Ｏ3層と、結合層上のＴｉＮ層とを示している。第４欄３１〜４４行目を参照されたい。α−Ａｌ2Ｏ3層上には、ＴｉＣＮ／ＴｉＮ被膜組織が存在する。第５欄１〜３行目を参照されたい。
【００１２】
矢崎に付与された米国特許第６，３７９，７９８号明細書は、炭窒酸化チタンの最外層を有する内側のＡｌ2Ｏ3層を示している。第３欄８〜２０行目を参照されたい。最外層は機械的応力を受けると離脱し、色彩の違いによって摩耗表示特性を呈する。第２欄９〜３８行目を参照されたい。同様に、ラーソン（Ｌａｒｓｓｏｎ）らに付与された米国特許第７，０９７，９０１号明細書は、Ａｌ2Ｏ3層上のＴｉＣxＮyＯzの層を開示し（第４欄５５〜５９行目参照）、ツァクリソン（Ｚａｃｋｒｉｓｓｏｎ）らに付与された米国特許第７，１３２，１５３号明細書は、Ａｌ2Ｏ3層上のＴｉＣxＮyＯzの層を開示している（第４欄５６〜５９行目参照）。
【００１３】
ゲイツ  Ｊｒ．（Ｇａｔｅｓ，Ｊｒ．）らに関わる米国特許出願公開第２００６／０１７７５８４号明細書（本願の譲受人に譲渡されたもの）は、ＴｉＡｌＯＣＮ／ＴｉＯＣＮの組合せ被膜の開示を含む。表８（発明の試験ヒートＮｏ．９）参照。しかし、この結合構成はアルミナ層の下にあるので、ＴｉＡｌＯＣＮ／ＴｉＯＣＮの被膜組織は、外側のアルミナ被膜と内側のＴｉＣＮ被膜層との間にある変更組織の一部分である。
【００１４】
岡田らに関わる米国特許出願公開第２００７／０１２８４６９号明細書は、基底被膜、中間被膜および最外層被膜を含む被膜組織の一般的な説明を与えている。この点に関して、段落［００１３］〜［００２１］は部分的に以下のように記述されている。
［００１３］本発明の表面被覆切削インサートは、炭化タングステン基の超硬合金、炭窒化チタン基のサーメット、またはセラミックスの基体を有するインサート本体と、このインサート本体の表面上にインサート本体側から順に設けられる基底層、中間層および最外層とを含み、この場合、インサート本体のすくい面および逃げ面が交差する交差稜線部に切削刃が形成され、基底層および最外層は、周期律表のＩＶａ族の金属、Ｖａ族の金属、ＶＩａ族の金属、アルミニウムおよび珪素からなる群から選択されるいずれか１つの炭化物、窒化物、酸化物または硼化物、あるいは、その複合化合物から形成される単一層または２層以上の層から構成され、中間層は主としてＡｌ2Ｏ3から形成され、さらに、少なくとも逃げ面と逃げ面に結合する交差稜線部の逃げ面側の切削刃部分とを含むインサート本体表面の一部分の上においては、基本的に中間層が露出された状態で残るように最外層が除去され、一方、交差稜線部との境界の内側のすくい面の少なくとも一部分の上には最外層が残存する。
［００１４］最外層は、基本的に中間層が逃げ面および交差稜線部の全領域上に露出された状態で残るように、除去してもよい。
［００１５］最外層は、基本的に中間層が逃げ面から、交差稜線部とすくい面の間との境界からすくい面内部の範囲まで露出された状態で残るように、除去してもよい。
［００１６］最外層は、基本的に中間層が交差稜線部とすくい面との間の境界からすくい面内部の２ｍｍまでの範囲内で露出された状態で残るように、除去してもよい。
＊＊＊
［００１８］基底層または最外層、あるいはその両者は、周期律表のＩＶａ族の金属、Ｖａ族の金属およびＶＩａ族の金属から選択されるＴｉ、Ｚｒ、ＨｆおよびＣｒ、並びにアルミニウムおよび珪素からなる群から選択されるいずれか１つの炭化物、窒化物、酸化物または硼化物、あるいは、その複合化合物から形成される単一層または２層以上の層を有してもよい。
［００１９］中間層は、Ａｌ2Ｏ3を８０容積％以上の含有量で含む層であってもよい。
［００２０］逃げ面および逃げ面側の切削刃の部分において、中間層は表面積の７０％以上露出してもよい。
［００２１］最外層は湿式ブラスチングによって除去してもよい。
この米国特許出願公開第２００７／０１２８４６９号明細書は、また、被膜処理されたままの切削インサートから被膜の一部を除去する湿式ブラスチングの変形態様を提示している。段落［００２９］〜［００３３］を参照されたい。
【００１５】
吉村らに付与された米国特許第５，３７２，８７３号明細書は、被覆切削インサートをショットピーニングする利益を開示している。ショットピーニングは引張応力を圧縮応力に転化できる。ショットピーニングは、選択された表面が選択された応力状態を呈するように局所化して行うことができる。第６欄３２〜５２行目参照。関連する被膜組織は、炭窒化チタン層をその上に有するアルミナを含む。この炭窒化チタン層は、続いて、その上に窒化チタンの層を有する。第８欄４〜１０行目、および、表２の試験５〜８および試験１３〜１６を参照されたい。この米国特許第５，３７２，８７３号明細書は、技術的には、以下の特許、すなわち、吉村らに付与された米国特許第５，５７６，０９３号明細書、吉村らに付与された米国特許第５，３７４，４７１号明細書および吉村らに付与された米国特許第５，６８１，６５１号明細書と同様である。
【００１６】
ウェストファル（Ｗｅｓｔｐｈａｌ）らに付与された米国特許第６，８８４，４９６号明細書は、圧縮応力の増大が生じる被覆切削インサートの乾式ブラスチングの基本的な利益を開示している。第２欄４２〜６７行目を参照されたい。リード（Ｒｅｅｄ）に付与された米国特許第４，６７４，３６５号明細書は機械的な処理を開示している。レナンダー（Ｌｅｎａｎｄｅｒ）らに付与された米国特許第５，８６１，２１０号明細書はアルミナの上のＴｉＣxＮyＯzの層を開示している（第２欄３０〜４３行目参照）が、この特許明細書は、異なる結果を得るために、ブラスチングのパラメータを変える（実施例１、第４欄４８行目〜第５欄１１行目参照）ことが知られていることを開示している。
【００１７】
ビヨルマンダー（Ｂｊｏｒｍａｎｄｅｒ）に関わる米国特許出願公開第２００６／０２５７６９０号明細書（欧州特許出願公開第１７１７３４８Ａ２号明細書が欧州対応特許出願である）は、後処理（好ましくはブラスチングまたはブラシ掛け）によって、刃先ラインおよびすくい面上の最外層被膜層を除去する被覆切削工具インサートに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第６，６８２，２７４号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１７５７３８９号明細書
【特許文献３】国際公開第２００６／０６７９５６号パンフレット
【特許文献４】米国特許第７，１５３，５６２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，４７２，０６０号明細書
【特許文献６】米国特許第６，６２０，４９８号明細書
【特許文献７】米国特許第６，６５２，９１３号明細書
【特許文献８】米国特許第６，０１５，６１４号明細書
【特許文献９】米国特許第７，１９２，６３７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３７９，７９８号明細書
【特許文献１１】米国特許第７，０９７，９０１号明細書
【特許文献１２】米国特許第７，１３２，１５３号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００６／０１７７５８４号明細書
【特許文献１４】米国特許出願公開第２００７／０１２８４６９号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，３７２，８７３号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，５７６，０９３号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，３７４，４７１号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，６８１，６５１号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，８８４，４９６号明細書
【特許文献２０】米国特許第４，６７４，３６５号明細書
【特許文献２１】米国特許第５，８６１，２１０号明細書
【特許文献２２】米国特許出願公開第２００６／０２５７６９０号明細書
【特許文献２３】欧州特許出願公開第１７１７３４８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、１つの態様において、切りくずを形成する材料の除去操作に使用する被覆切削インサートである。この被覆切削インサートは逃げ面およびすくい面を有する基体を含み、逃げ面はすくい面と交差してその交差部に切削刃を形成する。基体の少なくとも一部分に固着する耐摩耗被膜組織が存在する。この耐摩耗被膜組織は、アルミナ、ハフニアおよびジルコニアの１つ以上の被膜層を１層以上含む。この耐摩耗被膜組織の少なくとも一部分に固着する摩耗表示被膜が存在する。この摩耗表示被膜はＭ（ＯxＣyＮz）を含み、ここで、Ｍは、以下の要素、すなわち、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ≧０、ｚ≧０およびｙ＋ｚ＞０である。
【００２０】
本発明は、別の態様において、切りくずを形成する材料の除去操作に使用する被覆切削インサートである。この被覆切削インサートは逃げ面およびすくい面を有する基体を含み、逃げ面はすくい面と交差してその交差部に切削刃を形成する。耐摩耗被膜組織が基体の少なくとも一部分に固着する。この耐摩耗被膜組織は、アルミナ、ハフニアおよびジルコニアの１つ以上の被膜層を１層以上含み、かつ、この耐摩耗被膜組織は圧縮残留応力を呈する。摩耗表示被膜が耐摩耗被膜組織の少なくとも一部分に固着する。この摩耗表示被膜はＭ（ＯxＣyＮz）を含み、ここで、Ｍは、以下の要素、すなわち、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ≧０、ｚ≧０およびｙ＋ｚ＞０である。摩耗表示被膜は、使用後に、使用されたことを表示する視覚認識可能な色彩標識を呈する。
【００２１】
本発明は、別のその態様において、切りくずを形成する材料の除去操作に使用する被覆切削インサートである。この被覆切削インサートは逃げ面およびすくい面を有する基体を含み、逃げ面はすくい面と交差してその交差部に切削刃を形成する。基体の少なくとも一部分に固着する耐摩耗被膜組織が存在し、この耐摩耗被膜組織は、アルミナ、ハフニアおよびジルコニアの１つ以上の被膜層を１層以上含む。すくい面上の耐摩耗被膜組織の少なくとも一部分に固着する第１の摩耗表示被膜が存在し、この第１の摩耗表示被膜は、第１の視覚認識可能な色彩を有する。逃げ面上の耐摩耗被膜組織の少なくとも一部分に固着する第２の摩耗表示被膜が存在し、この第２の摩耗表示被膜は、第２の視覚認識可能な色彩を有する。
【００２２】
本発明は、さらに別の態様において、摩耗表示被膜を備えた切削インサートの製作方法である。この方法は、外側のアルミナ被膜層を有する基体を用意するステップと、そのアルミナ被膜層に、析出したままの非摩耗表示被膜層を被覆処理するステップと、その非摩耗表示被膜層を処理してそれを摩耗表示被膜層に転化するステップとを含む。
【００２３】
本発明は、さらに別の態様において、摩耗表示被膜を備えた切削インサートの製作方法である。この方法は、外側のアルミナ被膜層を有する基体を用意するステップと、そのアルミナ被膜層に摩耗表示被膜組織を被覆処理するステップであって、その摩耗表示被膜組織が、第１の厚さを有する最外層の摩耗表示被膜層を有するステップと、その最外層の摩耗表示被膜層を部分的に除去するように摩耗表示被膜組織を処理するステップであって、最外層の摩耗表示被膜層が第２の厚さになり、第１の厚さが第２の厚さより厚いステップとを含む。
【００２４】
次に、本願の一部を構成する図面を簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の被覆切削インサートの特定の実施態様の未使用状態における等角図である。
【図１Ｂ】本発明の被覆切削インサートの特定の実施態様の使用済み状態における等角図であり、摩耗によって上部被膜層が除去され、すくい面上に、使用されたことを表す視覚認識可能な表示が現れている。
【図２】基体の表面上の特定の被膜組織の模式図であり、複数の上部被膜層は、本明細書の表１のプロセスパラメータに従って被覆処理される。
【図３】被覆切削インサートの特定の実施態様における被膜組織の後方散乱モードの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の白黒写真（１０マイクロメータのスケール）であり、基体と、炭窒化チタンの被膜層と、結合被膜層と、アルミナ被膜層と、ＴｉＡｌＯＣＮの被膜中間層と、酸炭窒化チタンの上部被膜層とが示されている。
【図４Ａ】酸炭窒化チタンの外側の被膜層を有する切削インサートの特定の実施態様の、被膜処理後のブラスチング処理を実施する前の表面の形態のＳＥＭ写真（２０マクロメータのスケール）である。
【図４Ｂ】酸炭窒化チタンの外側の被膜層を有する切削インサートの特定の実施態様の、被膜処理後のブラスチング処理を実施した後の表面の形態のＳＥＭ写真（２０マクロメータのスケール）である。
【図５Ａ】先行技術の被覆切削インサートの２つの試料について、アルミナ被膜においてＸ線回折技法によって測定した圧縮応力の大きさを表す棒グラフであり、２つの試料がハッチングおよび描点で示され、平均の圧縮応力が無印で示されている。
【図５Ｂ】本発明の切削インサートの２つの試料について、アルミナ被膜においてＸ線回折技法によって測定した圧縮応力の大きさ（被膜処理後のブラスチング処理の実施後）を表す棒グラフであり、２つの試料がハッチングおよび描点で示され、平均の圧縮応力が無印で示されている。
【図６】アルミナ被膜層における応力測定のプサイ（ψ）法を表現する図である。
【図７】本発明の被覆切削インサートの特定の実施態様の等角図であり、すくい面が１つの視覚認識可能な色彩を有し、逃げ面が別の視覚認識可能な色彩を有する。
【図７Ａ】本発明の被覆切削インサートの特定の実施態様の等角図であり、すくい面が１つの視覚認識可能な色彩（例えば金色）を有し、逃げ面が別の視覚認識可能な色彩（例えばブロンズ色）を有する。
【図８】図７の基体のすくい面上の特定の被膜組織の模式図である。
【図９】図７の基体の逃げ面上の特定の被膜組織の模式図である。
【図１０】被膜組織がまだ処理に掛けられていない、基体の表面上の特定の被膜組織の模式図である。
【図１１】被膜組織が表面処理に掛けられた後の、図１０の特定の被膜組織の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、全体として符号２０で指示される切削インサートが表現されている。切削インサート２０は切りくずを形成する材料の除去操作に有用であり、この切削インサートが加工物から材料を除去する。切削インサートの構造に関しては、切削インサート２０は複数の逃げ面２２および１つのすくい面２４を有し、各逃げ面２２とすくい面２４との接合部に切削刃２６が位置している。従って、切削インサート２０は複数の切削刃を備えている。切削インサート２０は、さらに、切削インサートのホルダ装着用の中心開口２８を含む。
【００２７】
前記のように、本発明は、アルミナ被膜層に機能的に固着している外側の摩耗表示被膜層の視覚的に対照的な色彩によって摩耗表示を呈示する耐摩耗被膜組織を備えた、被覆切削インサート２０に関する。図１Ａおよび１Ｂに表現される被覆切削インサートのすくい面を比較すると、切削インサートが摩耗表示を呈示する様子が示されている。耐摩耗被膜組織は、切削インサートの逃げ面における摩耗をも表示し得ることが認められるべきである。
【００２８】
図１Ａは未使用状態の切削インサート２０を示し、図１Ｂは使用済み状態の切削インサート２０を示す。未使用状態の場合は、切削インサートの外面は、外観においてほぼ一様であるかまたはむらがない。切りくずを形成する材料の除去操作の間に、加工物の材料の切りくずが切削インサートの表面を通過し、その結果、例えば、上部被膜層が摩耗脱落して下側のアルミナ被膜層を露出させる。上部被膜層およびアルミナ被膜層の間には視覚認識可能な色彩の相違が存在するので、摩耗領域には、摩耗していない（またはあまり摩耗していない）領域に比べてより暗色のアルミナを認めることができる。上部被膜層は、熱酸化から生じる変色によって、使用済みであることを視覚的に表示するものでもよい。この場合は、酸化された上部被膜層と非酸化の上部被膜層との間に色彩の相違が存在するものとする。また、上部被膜層は、切削インサート上への加工物材料の付着または堆積によって、使用を視覚的に表示するものでもよい。この場合は、堆積した加工物材料と上部被膜層との間に色彩の相違が存在するものとする。使用されたことを表示する視覚認識可能な領域は、摩耗領域であるか、熱酸化された領域であるか、あるいは、加工物材料の堆積を含む領域である可能性があるが、これが、図１Ｂにおいて、符号３０として示されている。従って、運転者は、切削インサートを見て、使用済み切削刃を未使用の切削刃から認識することができる。
【００２９】
図２は、本発明の被膜組織の特定の実施態様の模式図を示しており、以下の表１に述べるプロセスに従って基体４０の表面４２に化学蒸着法によって被覆処理される被膜組織を示す。表１においては、「材料」と表記される欄は被膜層の材料を表し、「温度範囲」と表記される欄は、対応する被膜層を析出させるプロセスステップに対する摂氏表示（℃）の温度範囲（または温度）を表し、「圧力範囲」と表記される欄は、対応する被膜層を析出させるプロセスステップに対するミリバール（ｍｂ）表示の圧力範囲を表し、「全時間」と表記される欄は、対応する被膜層を析出させるプロセスステップに対する分表示の全時間を表し、「存在ガス」と表記される欄は、対応する被膜層を析出させるプロセスステップにおいていつかの時刻に存在したガスを特定する。
【表１】
2010531745.tif 000003
【００３０】
基体は、超硬合金、炭化物、セラミックスおよびサーメットから製作することができる。代表的な超硬合金は（コバルト）タングステン系超硬合金であり、この場合のコバルト含有量は、０．２重量パーセントから１５重量パーセントの間の範囲にある。（コバルト）タングステン系超硬合金の場合は、基体の幾分かは、基体の表面を始点として内側に広がる結合材リッチの帯域を呈してもよい。また、超硬合金の基体は、以下の元素および／またはその化合物を有してもよい。すなわち、チタン、ニオブ、バナジウム、タンタル、クロム、ジルコニウムおよび／またはハフニウムである。炭化物基体の場合は、結合材合金（例えばコバルト）は欠落している。
【００３１】
セラミックの基体は、窒化珪素基セラミックス、ＳｉＡｌＯＮ基セラミックス、炭窒化チタン基セラミックス、二硼化チタン基セラミックス、アルミナ基セラミックス、および酸窒化アルミニウム基セラミックスを含む。サーメットの基体は、ニッケル−コバルト結合材および高レベルのチタンを有するサーメットを含み、さらに、炭化タングステン、炭化チタン、および窒素を含むことができる。
【００３２】
図２の特定の実施態様に関して、被膜組織（括弧４４参照）は、化学蒸着法（ＣＶＤ）によって被覆処理される従来型の部分を有する。この場合、この従来型の部分は、以下の各項、すなわち、
（Ａ）厚さの範囲が０マイクロメータより上から約１マイクロメータの間にあり、代替的には、その範囲が０マイクロメータより上から約０．５マイクロメータの間にあり、かつ、基体４０の表面４２に被覆処理される窒化チタン基の被膜層４６と、
（Ｂ）窒化チタンの被膜層４６に被覆処理される炭窒化チタンの被膜層４８であって、厚さの範囲が、約１マイクロメータから約２０マイクロメータの間、１つの代替範囲として約２マイクロメータから約１５マイクロメータの間、さらに別の代替範囲として約２マイクロメータから約１０マイクロメータの間にある炭窒化チタンの被膜層４８と、
（Ｃ）炭窒化チタンの被膜層に被覆処理され、かつＴｉ、Ａｌ、Ｏ、ＣおよびＮ（並びに幾分かの高温ＣＶＤ炭窒化チタン）を含有する結合被膜層５０であって、厚さの範囲が、約０．１マイクロメータから約５マイクロメータの間、代替範囲として約０．５マイクロメータから約３マイクロメータの間にある結合被膜層５０と、
（Ｄ）結合被膜層５０に被覆処理されるアルファ−アルミナ被膜層５２であって、厚さの範囲が、約１マイクロメータから約２０マイクロメータの間、１つの代替範囲として約２マイクロメータから約１５マイクロメータの間、さらに別の代替範囲として約４マイクロメータから約１２マイクロメータの間にあるアルファ−アルミナ被膜層５２と、
を含む。
【００３３】
本発明による被膜を参照すると、アルファ−アルミナ被膜層５２の表面に、酸炭窒化チタン−アルミニウムの被膜中間層５４がＣＶＤによって被覆処理される。被膜中間層５４の厚さの範囲は、０マイクロメータより上から約３マイクロメータの間にあり、代替的には、０マイクロメータより上から約１マイクロメータの間にある。
【００３４】
被膜中間層５４の表面に、酸炭窒化チタンの外側の被膜層５６がＣＶＤによって被覆処理される。この酸炭窒化チタンの外側の被膜層５６は、炭窒化チタンの外側の被膜層の核形成のためのベースとするために、炭窒化チタンのベース部分をも含む。酸炭窒化チタン（ＴｉＯxＣyＮz、ここでｘ＞０、ｙ＞０およびｚ＞０）の被膜層５６の厚さの範囲は、約０．１マイクロメータから約３マイクロメータの間にあり、代替的には、約０．５マイクロメータから約２マイクロメータの間にある。
【００３５】
上記の記述において、アルファ−アルミナ被膜層は、１層以上の層を含むことができる耐摩耗被膜組織としてもよい。この場合、この耐摩耗被膜組織は、アルミナ、ハフニアおよびジルコニアの１つ以上の被膜層を１層以上含むことができる。また、この耐摩耗被膜組織は圧縮残留応力を呈し、その圧縮残留応力の範囲は約１００ＭＰａから約２０００ＭＰａの間にあり、代替的な範囲としては約２００ＭＰａから約１０００ＭＰａの間にある。
【００３６】
上記の記述において、外側の被膜層は酸炭窒化チタンである。外側の被膜層（または摩耗表示被膜層）はＭ（ＯxＣyＮz）を含み得ることが認められるべきである。ここで、Ｍは、以下の要素、すなわち、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ≧０、ｚ≧０およびｙ＋ｚ＞０である。アルミニウムが摩耗表示層の「Ｍ」成分の中に存在する場合は、それは、１つ以上の他の元素（すなわち、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム）と組み合わされている。外側の被膜層は、酸炭化チタン、酸窒化チタン、酸炭化チタン−アルミニウム、または酸窒化チタン−アルミニウムを含み得ることが理解されるべきである。
【００３７】
図３は、本発明の切削インサートの研磨された基体／被膜断面を示すＳＥＭ後方散乱画像（１０マイクロメータのスケール）である。図３においては、基体は（コバルト）タングステン系超硬合金であり、明るい色彩を呈する。基体の表面には、明るい灰色の炭窒化チタンの被膜層が載っている。窒化チタンの非常に薄い基層が存在するが、写真には見えていないことが理解されるべきである。炭窒化チタンの被膜層の表面上には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｏ、ＣおよびＮを含む結合層がある。この結合層の上に暗色のアルファ−アルミナ被膜層がある。このアルファ−アルミナ被膜層の表面上には、酸炭窒化チタン−アルミニウムの中間層が載っている。
【００３８】
最後に、この酸炭窒化チタン−アルミニウムの中間層の上に、酸炭窒化チタンの明るい灰色の外側の被膜層があるが、この外側の被膜層は、酸炭窒化チタンの核形成のためのベースとして炭窒化チタンのベース層をも含む。
【００３９】
図４Ａおよび４Ｂは酸炭窒化チタンの上部層のＳＥＭ画像を表す写真である。図４Ａは、被膜処理後の酸炭窒化チタンの上部層の表面で、被膜処理後の機械的処理、すなわちブラスチング処理に掛ける前の表面を示し、図４Ｂは、ブラスチング表面処理実施後の酸炭窒化チタンの上部層の表面を示す。湿式ブラスチングが好ましいが、他の種類のブラスチング処理も適用できる。
【００４０】
図４Ａに示すように、酸炭窒化チタンの上部層は、ブラスチング前には、きわめて高い２次元アスペクト比を有する血小板の形態を呈する。血小板状の結晶構造の性質は光の散乱を大きくする結果をもたらし、それは、被膜表面がブラスチング表面処理の前に黒くまたは暗赤色に見えるようにするが、黒色表面または暗赤色表面を有する被膜層は摩耗表示層として機能するには適していない。図４Ｂに示すように、ブラスチング表面処理後には、被膜表面は、平滑化され、実際の試料においてブロンズ色として現れるが、ブロンズ色を有する被膜層は摩耗表示層として適している。本発明の被覆切削インサートの２つの試料のブラスト処理された外表面の粗さ（Ｒa）は、１つの試料については３４０ｎｍ±６ｎｍ、第２の試料については３５２ｎｍ±４ｎｍであった。
【００４１】
ブラスチング処理は、外側の被膜層の表面の平滑化に加えて、析出したままの外側の被膜層を、摩耗表示層とするには適していない被膜層から摩耗表示被膜層とするのに適した被膜層に転化する。外側の被膜層の表面をブラスチング処理すると、被膜層の色彩が黒色または暗赤色（すなわち暗い色彩）からブロンズ色（すなわちかなり明るい色彩）に変化する結果が得られる。暗い色彩を有する被膜層は摩耗表示層として不適であり、明るい色彩の被膜層は摩耗表示層として適していることが理解されるべきである。外側の被膜層が明るい色彩であれば、摩耗表示を、使用中に生じる以下のいずれか１つ以上の機構によって、すなわち、切削インサートの変色、切削インサート上への加工物材料の堆積、または、外側の被膜層の除去による、外側の被膜層とは異なる視覚認識可能な色彩を有するアルミナ被膜層の曝露によって、表示することが可能である。
【００４２】
ブラスチングから得られるさらに別の結果は、アルミナ被膜層における引張残留応力のレベルを、析出したままのアルミナ被膜層に存在するレベルから引き下げる効果である。この引き下げは、引張残留応力の量を、応力が引張応力として残る程度に低下させる程度のものであるか、あるいは、残留応力を低下させて圧縮残留応力に転化する程度のものとすることができる。
【００４３】
被膜処理後にアルミナ被膜層に存在する残留応力を低減する被膜処理後のブラスチング処理を行う影響に関しては、図５Ａが、先行技術の切削インサートの２つの試料に対する、アルミナ被膜においてＸ線回折技法によって測定した圧縮応力の大きさを表す棒グラフである。図５Ａにおいては、２つの先行技術の試料がハッチングおよび描点の棒で示され、平均の圧縮応力が無印の棒で示される。図５Ｂは、本発明の切削インサートの２つの試料についてＸ線回折技法によって測定したアルミナ被膜層の圧縮応力（被膜処理後のブラスチング処理実施後）の大きさを表す棒グラフである。図５Ｂにおいては、２つの本発明の試料がハッチングおよび描点の棒で示され、平均の圧縮応力が無印の棒で示される。図５Ａおよび図５Ｂのそれぞれにおいて、応力はＭＰａ単位で表される。
【００４４】
図５Ｂに示すように、本発明の試料のアルミナにおける圧縮残留応力は、約−６５０ＭＰａから−８００ＭＰａの間の範囲にある。圧縮応力の最大値は、被膜の組成、被膜厚さ、被膜の被覆処理技法、あるいは、被膜−基体の熱膨張係数の不一致に応じて変化する可能性があるが、最大圧縮応力は約２ＧＰａであることが予期される。本発明の試料のアルミナ被膜層における圧縮残留応力は、先行技術の切削インサートのアルミナ被膜層における圧縮残留応力と同じ範囲にあることが評価されるべきである。しかし、本発明の場合には、先行技術の切削インサートとは対照的に、外側の摩耗表示層が、ブラスチング処理によっても所定箇所に留まったままである。これは、本発明の外側の被膜層のアルミナへの固着強度が改善されたことと、ブラスチング法に対する外側の被膜層の摩滅抵抗が改善されたこととによるものである。
【００４５】
アルミナ被膜層におけるＸＲＤ残留応力はプサイ（ψ）傾斜角法によって測定し、アルミナ被膜層における反射（０２４）は、この測定に対して選定した。残留応力レベル測定用として、０、３３．９、５２．１および７５°のプサイ（ψ）傾斜角を選択した。可能性があるせん断応力の測定に必要なデータを供給するため、正および負のプサイ（ψ）傾斜角を選定した。さらに、材料の二軸応力状態の測定に必要なデータを供給するため、３つのファイ（φ）回転角を選定した（０、４５および９０）。
二軸応力の計算は次式を用いて完成させた。すなわち、
【数１】
2010531745.tif 000004
ここで、
Ｓ1および１／２Ｓ2はＸ線的弾性定数であり、
ｄφψはプサイ（ψ）傾斜角およびファイ（φ）回転角に対して測定されたｄ間隔のピーク値であり、
ｄ0は回折された反射に対する応力なしの場合のｄ間隔のピーク値である。
また、σφ＝σ1ｃｏｓ2φ＋σ2ｓｉｎ2φで、
σ1およびσ2は主応力である。
この方法における種々の傾斜および回転角の関係を図６に示す。Ａｌ2Ｏ3被膜における応力計算用として、ヤング率（Ｅ）は４０１ＧＰａとし、ポアソン比（ν）は０．２２とし、Ｘ線的弾性定数（Ｓ1およびＳ2）はそれぞれ−０．５３×１０6ｍｍ2／Ｎおよび２．９４×１０6ｍｍ2／Ｎとした。
【００４６】
本発明の被覆切削インサートを先行技術の切削インサートと比較するため、切削試験を行った。これらの試験における本発明の切削インサートは表１に記載するプロセスに従って作製されたものである。先行技術の切削インサートは、その切削インサートの外層が、残留応力を圧縮応力になるまで低減するようにブラスト処理されたアルファ−アルミナを含むという点を除いて、本発明の試料と同様の被膜組織を示した。先行技術の切削インサートをブラスチングする前に、アルミナ被膜層をＴｉＮ／ＴｉＣＮ層によって被覆した。しかし、ブラスチングによってＴｉＮ／ＴｉＣＮ層は除去され、アルミナ被膜層が黒色の外層として露出した。
【００４７】
先行技術の切削インサートおよび本発明の切削インサートの双方の基体は、以下のような概略組成を有する（コバルト）タングステン系超硬合金を含むものであった。すなわち、１．８重量パーセントのタンタル、０．４重量パーセントのチタン、０．３重量パーセントのニオブ、６重量パーセントのコバルト、および残余の部分の炭化タングステン、並びに通例認められる不純物、である。
【００４８】
金属切削試験に関する試験パラメータは以下のとおりである。
インサート型式：ＣＮＭＡ４３２
リード角度：−５°
加工物材料：８０−５５−０６ダクタイル鉄
運転：湿式旋削サイクル断続切削
速度：６５６表面フィート／分
送り速度：０．００４インチ／回転
切削深さ：０．０８インチ
故障基準は、逃げ面摩耗、刃先摩耗および切り込みノッチ（ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｃｕｔ  ｎｏｔｃｈｉｎｇ：ＤＯＣＮ）が０．０１２インチ（０．０３０５ｍｍ）になった時点とした。これらの試験の場合、故障のモードは切り込みノッチおよび逃げ面摩耗であった。試験結果を表２および表３に示す。
【表２】
2010531745.tif 000005
【表３】
2010531745.tif 000006
表２および表３は、本発明の切削インサートが、先行技術の切削インサートと平均して同等の工具寿命を有することを示している。しかし、本発明の切削インサートは、先行技術の切削インサートに比べて、より良好な刃先の認識性を備えている。
【００４９】
特定の環境においては、被覆切削インサートのすくい面が逃げ面とは異なる視覚認識可能な色彩を有することによっていくつかの利点が現存することが認められるべきである。通常、これは、被覆切削インサートのそれぞれの表面における被膜の組成の違いによって生じる。視覚認識可能な色彩の違いに関連する利点としては、切削インサートの外観上の訴求性、観察による等級認識の可能性、および、異なる組成に関連して異なる表面粗さおよび内部応力がもたらされる可能性が含まれるが、それに限定されるわけではない。これらを異なる用途に適合するように利用することが可能である。
【００５０】
すくい面および逃げ面の間において組成に違いがある被覆切削インサートを作製するには、異なる技法が有用になる可能性がある。図７〜９の特定の被覆切削インサートは、すくい面が逃げ面とは異なる組成を有する被覆切削インサートを結果として得るために、機械的な表面処理（例えば、アルミナの細粒による乾式ブラスチング、または湿式ブラスチング）を利用することを示している。組成の違いによって、その表面上に視覚認識可能な色彩の違いが生じる。処理技法がいくつか存在するので、表面処理の程度によって、異なる視覚認識可能な色彩を有する表面が得られる。例えば、切削インサートの１つの表面を、１つの視覚認識可能な色彩を呈する表面になる程度に処理し、同じ切削インサートの別の表面を、別の視覚認識可能な色彩を呈する表面になる別の程度に処理することが可能である。
【００５１】
図７を参照すると、全体として符号２００で示される被覆切削インサートの特定の実施態様が表現されている。被覆切削インサート２００は、複数の逃げ面２０２および１つのすくい面２０４を含む。逃げ面２０２はすくい面２０４と交差し、それによって、その交差部に切削刃２０６が生成する。
【００５２】
図７に示すように、すくい面２０４は視覚認識可能なブロンズ色を有し、逃げ面２０２はそれぞれ視覚認識可能な金色を有する。本明細書で述べるように、すくい面および逃げ面における視覚認識可能な色彩の違いは、これらの表面（すなわち、すくい面２０４および逃げ面２０２）における組成の違いによるものである。
【００５３】
図７Ａを参照すると、全体として符号３００で示される被覆切削インサートの特定の実施態様が表現されている。被覆切削インサート３００は、複数の逃げ面３０２および１つのすくい面３０４を含む。逃げ面３０２はすくい面３０４と交差し、それによって、その交差部に切削刃３０６が生成する。図７Ａに示すように、すくい面３０４は視覚認識可能な金色を有し、逃げ面３０２はそれぞれ視覚認識可能なブロンズ色を有する。本明細書で述べるように、すくい面および逃げ面の視覚認識可能な色彩の違いは、これらの表面（すなわち、すくい面３０４および逃げ面３０２）における組成の違いによるものである。
【００５４】
図８は、全体として符号２１２で示される被膜組織の模式図であり、この被膜組織は被覆切削インサート２００の基体２１０の逃げ面上のものである。被膜組織２１２は、下層の被膜構成（図８に「下層」と表示される）を含む。典型的な下層の被膜構成は、
（Ａ）厚さの範囲が０マイクロメータより上から約１マイクロメータの間にあり、代替的には、その範囲が０マイクロメータより上から約０．５マイクロメータの間にあり、かつ、基体の表面に被覆処理される窒化チタン基の被膜層と、
（Ｂ）窒化チタンの被膜層に被覆処理される炭窒化チタンの被膜層であって、厚さの範囲が、約１マイクロメータから約２０マイクロメータの間、１つの代替範囲として約２マイクロメータから約１５マイクロメータの間、さらに別の代替範囲として約２マイクロメータから約１０マイクロメータの間にある炭窒化チタンの被膜層と、
（Ｃ）炭窒化チタンの被膜層に被覆処理され、かつＴｉ、Ａｌ、Ｏ、ＣおよびＮ（並びに幾分かの高温ＣＶＤ炭窒化チタン）を含有する結合被膜層であって、厚さの範囲が、約０．１マイクロメータから約５マイクロメータの間、代替範囲として約０．５マイクロメータから約３マイクロメータの間にある結合被膜層と、
を含む。
【００５５】
下層の被膜構成の最上層の上に、アルミナ被膜層（図８に「アルミナ」と表示される）が設けられる。この被膜層の被覆処理に用いられる代表的な技法は化学蒸着法（ＣＶＤ）である。アルミナの被膜構成は、アルミナの単一被膜層を含むものでもよいし、あるいはその代わりに、複数のアルミナ被膜層を含むものでもよい。アルミナ被膜層は耐摩耗被膜層構成である。
【００５６】
アルミナ被膜層の最外層の表面上に、酸炭窒化チタンの被膜層（図８に「酸炭窒化チタン」と表示される）が設けられる。この被膜層の被覆処理に用いられる代表的な技法は化学蒸着法（ＣＶＤ）である。酸炭窒化チタン被膜層は、以下に述べる最外層の被膜層（すなわち炭窒化チタン被膜層／窒化チタン被膜層）の固着を改善することが期待される。酸炭窒化チタン被膜層の表面上に、炭窒化チタンの被膜層（図８に「炭窒化チタン」と表示される）が設けられる。この被膜層の被覆処理に用いられる代表的な技法は化学蒸着法（ＣＶＤ）である。炭窒化チタン被膜層の表面上に、窒化チタンの被膜層（図８に「窒化チタン」と表示される）が設けられる。この被膜層の被覆処理に用いられる代表的な技法は化学蒸着法（ＣＶＤ）である。この特定の実施態様においては、窒化チタン被膜層は視覚認識可能な金色を呈する。
【００５７】
図９は、全体として符号２１６で示される被膜組織の模式図であり、この被膜組織は被覆切削インサート２００の基体２１０のすくい面上のものである。被膜組織２１６は、当初すくい面上にあった被膜組織２１２に対して、窒化チタン被膜層および炭窒化チタン被膜層を取り除くためのブラスチング（例えば湿式ブラスチングまたは乾式ブラスチング）による表面処理を施した後に得られた被膜組織である。表面処理の結果として、アルミナ被膜層は、その引張応力が低下し、あるいは実際には、すくい面に対して行われた表面処理によって圧縮応力状態になっている。この表面処理は、被覆切削インサートの刃先の靭性を改善すると期待される。これは、特に、断続切削用途に使用される被覆切削インサート用の場合である。この特定の実施態様においては、酸炭窒化チタン被膜層が視覚認識可能なブロンズ色を呈する。摩耗表示被膜は、Ｍ１（ＯxＣyＮz）を含むものとして特徴付けることができる。ここで、Ｍ１は、以下の要素、すなわち、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択され、かつ、ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０である。
【００５８】
被覆切削インサート２００が、すくい面および逃げ面上において異なる視覚認識可能な色彩を有することは明らかである。この違いは、炭窒化チタン被膜層／窒化チタン被膜層を取り除いて酸炭窒化チタンを露出させるためのすくい面のブラスチングによる機械的処理によって生じる。窒化チタンは、ブロンズ色を有する酸炭窒化チタンとは対照的に金色である。摩耗表示被膜は、Ｍ２（Ｎ）を含むものとして特徴付けることができる。ここで、Ｍ２は、以下の要素、すなわち、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、チタン−アルミニウム合金、ハフニウム−アルミニウム合金、ジルコニウム−アルミニウム合金、クロム−アルミニウム合金、およびこれらの合金の１つ以上を含む群から選択される。
【００５９】
図１０は、全体として符号２２２で示される被膜組織の模式図であり、この被膜組織は被覆切削インサートの特定の実施態様の基体２２０の選択された表面上のものである。図１０の状態の被膜組織は、切削インサートのすべての表面上（少なくともすくい面および／または逃げ面上）に存在し得ることが認められるべきである。代替的には、被膜組織２２２を処理して、窒化チタン被膜／炭窒化チタン被膜を取り除いて酸炭窒化チタンの被膜層を露出させることができる。この構成においては、酸炭窒化チタン被膜層は酸炭窒化チタン−アルミニウム被膜層の上にある。
【００６０】
この被膜組織２２２は、図８に関連して述べた下層の被膜組織と同様のＣＶＤによる下層の被膜構成（図１０に「下層」と表示される）を含む。下層の被膜構成の最上層の上に、ＣＶＤによるアルミナ被膜層（図１０に「アルミナ」と表示される）が設けられる。このアルミナの被膜構成は、アルミナの単一被膜層を含むものでもよいし、あるいはその代わりに、複数のアルミナ被膜層を含むものでもよい。アルミナ被膜層は耐摩耗被膜層構成である。
【００６１】
アルミナ被膜層の最外層の表面上に、ＣＶＤによる酸炭窒化チタン−アルミニウムの被膜層（図１０に「酸炭窒化チタン−アルミニウム」と表示される）が設けられる。アルミナ被膜層の表面上には、ＣＶＤによる酸炭窒化チタンの被膜層（図１０に「酸炭窒化チタン」と表示される）が設けられる。酸炭窒化チタン−アルミニウム被膜層／酸炭窒化チタン被膜層の組合せは、以下に述べる最外層の被膜層（すなわち炭窒化チタン／窒化チタン）の固着を改善すると期待される。
【００６２】
酸炭窒化チタン被膜層の表面上に、ＣＶＤによる炭窒化チタンの被膜層（図１０に「炭窒化チタン」と表示される）が設けられる。炭窒化チタン被膜層の表面上には、ＣＶＤによる窒化チタンの被膜層（図１０に「窒化チタン」と表示される）が設けられる。この窒化チタン被膜層の厚さは「Ｙ」である。この特定の実施態様においては、窒化チタン被膜層は視覚認識可能な金色を呈する。
【００６３】
いくつかの状況においては、被覆切削インサートの表面に表面処理を施さない。上記のように、図１０に示す被膜組織がこの場合に該当する。他の状況においては、外側の被膜層を部分的に除去することに伴う利点が存在する。外側の被膜層は、すくい面および逃げ面の両方から、あるいはそれらの表面の選択された部分のみから取り除くことができる。図１１は、図１０の被膜組織と同様の被膜組織を示すが、図１１の場合は、最外層の被膜層（すなわち窒化チタン被膜層）が表面処理（例えばブラスチング）によって部分的に除去されている。
【００６４】
図１１は、全体として符号２２６で示される被膜組織の模式図であり、この被膜組織は被覆切削インサートの特定の実施態様の基体２２４の選択された表面上のものである。この被膜組織２２６は、図８に関連して述べた下層の被膜組織と同様のＣＶＤによる下層の被膜構成（図１１に「下層」と表示される）を含む。
【００６５】
下層の被膜構成の最上層の上に、ＣＶＤによるアルミナ被膜層（図１１に「アルミナ」と表示される）が設けられる。このアルミナの被膜構成は、アルミナの単一被膜層を含むものでもよいし、あるいはその代わりに、複数のアルミナ被膜層を含むものでもよい。アルミナ被膜層は耐摩耗被膜層構成である。
【００６６】
アルミナ被膜層の最外層の表面上に、ＣＶＤによる酸炭窒化チタン−アルミニウムの被膜層（図１１に「酸炭窒化チタン−アルミニウム」と表示される）が設けられる。アルミナ被膜層の表面上には、ＣＶＤによる酸炭窒化チタンの被膜層（図１１に「酸炭窒化チタン」と表示される）が設けられる。
【００６７】
酸炭窒化チタン被膜層の表面上に、ＣＶＤによる炭窒化チタンの被膜層（図１１に「炭窒化チタン」と表示される）が設けられる。炭窒化チタン被膜層の表面上には、窒化チタンの被膜層（図１１に「窒化チタン」と表示される）が設けられる。この窒化チタン被膜層の厚さは「Ｚ」である。この特定の実施態様においては、窒化チタン被膜層は視覚認識可能な金色を呈する。
【００６８】
図１０および１１の実施態様の窒化チタン被膜層の厚さを比較すると、寸法Ｙが寸法Ｚより大きいことは明らかである。この状況は、被膜組織２２６が、外側の窒化チタン被膜層を部分的に除去するブラスチングに掛けられた場合である。すなわち、厚さＺは、ブラスチング前の窒化チタン被膜層の厚さＹよりも薄い。
【００６９】
本発明は、摩耗（または使用）表示特性を備えた改良型の被覆切削インサートを提供することを認めることができる。これらの特性は、摩耗表示被膜層における色彩の相違を利用している。この摩耗表示被膜層は、未使用状態においてはほぼ一様であるかまたはむらがない外観を呈する。しかし、使用中に、摩耗表示被膜層が除去されて、下層の耐摩耗被膜層（例えばアルミナ被膜層）が露出すると、上部被膜層とアルミナ被膜層との間に視覚認識可能な色彩の相違が生じて、使用または摩耗を表示する。上部被膜層は、また、熱酸化から生じる変色によって、使用済みであることを視覚的に表示するものでもよい。この場合は、酸化された上部被膜層と非酸化の上部被膜層との間に色彩の相違が存在するものとする。また、上部被膜層は、切削インサート上への加工物材料の付着または堆積によって、使用を視覚的に表示するものでもよく、この場合は、堆積した加工物材料と上部被膜層との間に色彩の相違が存在するものとする。従って、運転者は、切削インサートを見て、使用済みの切削刃を未使用の切削刃から認識することができる。
【００７０】
さらに、本発明は平滑な表面を呈するような切削インサートを提供する。さらにまた、本発明は、有効な工具寿命を向上させると共に摩耗表示特性および平滑な表面の両方を備えた切削インサートを提供する。
【００７１】
本明細書において確認したすべての特許、特許出願、論文および他の文献は、参照によって本願に組み込まれる。本発明の他の実施態様は、本明細書に開示した本発明の詳細または実際を考慮することによって、当業者には明らかになるであろう。本明細書に述べた具体的な詳細とあらゆる例は例示としてのみ考えられており、本発明の真の本質および範囲は特許請求の範囲によって示されるものと意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2010531745.tif 000008
【図２】
2010531745.tif 000009
【図３】
2010531745.tif 000010
【図４Ａ】
2010531745.tif 000011
【図４Ｂ】
2010531745.tif 000012
【図５Ａ】
2010531745.tif 000013
【図５Ｂ】
2010531745.tif 000014
【図６】
2010531745.tif 000015
【図７】
2010531745.tif 000016
【図７Ａ】
2010531745.tif 000017
【図８】
2010531745.tif 000018
【図９】
2010531745.tif 000019
【図１０】
2010531745.tif 000020
【図１１】
2010531745.tif 000021
【国際調査報告】
2010531745.tif 000022
2010531745.tif 000023
2010531745.tif 000024