(57)【要約】【課題】  優れた耐摩耗性及び耐欠損性を兼ね備えた切削インサート、工具ユニット、切削インサートの製造方法、セラミックの製造方法を提供することである。【解決手段】  切削インサート１は、例えばＪＩＳ規格のＳＮＧＮ１２０４１２のチップであり、アルミナを主成分とし、３Ａ族金属酸化物（例えばＹｂ2Ｏ3）を０．０２〜２．０モル％を含むアルミナ質焼結体である。この切削インサート１は、主面側である両側（同図上下方向の両表面）３、５を、それぞれすくい面として用いることができるものであり、両すくい面側の表面３、５の破壊靱性値は中心部（例えば表面３から１００μｍ）の破壊靱性値の２倍以上である。【選択図】  図１
2005059190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナを主成分とし、３Ａ族金属酸化物のいずれか１種以上を０．０２〜２．０モル％含む切削インサートにおいて、
前記切削インサートの表面における破壊靱性値が、前記表面より内部の中心部における破壊靱性値の２倍以上であることを特徴とする切削インサート。
【請求項２】
前記切削インサートの表面が、少なくとも切削抵抗で主分力方向の応力がかかる表面であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３】
前記切削インサートの中心部が、前記表面より１００μｍ以上内部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートを要旨とする。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートと、該切削インサートを保持するホルダと、を備えたことを特徴とする工具ユニット。
【請求項５】
前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートの製造方法であって、
前記切削インサートの中心部を急加熱することなく前記表面を急加熱し、その後前記切削インサート全体を冷却することを特徴とする切削インサートの製造方法。
【請求項６】
セラミック部材の表面に、０．５×１０-12Ｆ・ｍ-1以上の誘電損率を有する加熱部材を配置し、マイクロ波加熱によって前記加熱部材を加熱することにより、当該高温となった加熱部材によって前記セラミック部材の表面を加熱することを特徴とするセラミックの製造方法。
【請求項７】
前記加熱部材が、ガラスであることを特徴とする請求項６に記載のセラミックの製造方法。
【請求項８】
前記加熱部材を用いたマイクロ波加熱により、前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートを製造することを特徴する前記請求項６又は７に記載のセラミックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば切削工具、研削工具などに用いられる切削インサート等に関するものであり、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を兼ね備えた切削インサート、その切削インサートを備えた工具ユニット、切削インサートの製造方法、及びセラミックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスの焼結体として、アルミナ焼結体は、高強度であり、且つ高い化学安定性を示すため、優れた耐摩耗性を有している。そのため、このアルミナ焼結体は、切削加工用のチップ（切削インサート）として、鋳鉄等の高速仕上げ加工用に広く一般的に使用されている。
【０００３】
しかし、アルミナ焼結体よりなる切削インサートは、靭性が十分ではないため、切削加工中に欠損を起こしやすい傾向がある。そのため、従来より、この問題に対して、様々な改善手法を用いた切削インサートが提案されている。
【０００４】
例えば、アルミナにジルコニアを添加することで、アルミナ焼結体の破壊靭性を改善する方法が提案されており、これを基にした切削インサートが開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、炭化ケイ素ウイスカーを複合化することにより、破壊靭性を改善する方法が提案されており、これを基にした切削インサートも開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６１−５８８５７号公報   （第１頁）
【特許文献２】特開昭６４−３３０６９号公報   （第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した先行文献１の技術では、ジルコニアを添加することで、耐摩耗性が損なわれるという問題があった。また、この素材を切削インサートに用いた場合には、特に切削速度が６００ｍ／ｍｉｎを超える様な高速加工では、ジルコニアが相変態を起こし、急激にチップ強度が低下して欠損してしまうという問題があった。
【０００７】
一方、前記先行文献２の技術では、ウイスカー原料は高価であり、また、難焼結性であるため、製造コストが高くなるという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的は、低コストで、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を兼ね備えた切削インサート、工具ユニット、切削インサートの製造方法、及びセラミックの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１の発明は、アルミナを主成分とし、３Ａ族金属酸化物のいずれか１種以上を０．０２〜２．０モル％含む切削インサートにおいて、前記切削インサートの表面における破壊靱性値が、前記表面より内部の中心部における破壊靱性値の２倍以上であることを特徴とする切削インサートを要旨としている。
【０００９】
本発明の切削インサートは、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体であり、添加物として、３Ａ族金属酸化物のいずれか１種以上を０．０２〜２．０モル％含むので、高速切削等の高温環境下での使用に対して、十分な耐摩耗性及び耐欠損性を兼ね備えている。尚、切削インサートの組成としては、３Ａ族金属酸化物以外の残部が全てアルミナであることが望ましい。
【００１０】
ここで、３Ａ族金属酸化物を０．０２モル％以上としたのは、０．０２モル％未満では、高温での強度や高度が不足するため、十分な耐摩耗性や耐欠損性が得られないからである。一方、２．０モル％以下としたのは、２．０モル％を上回ると、添加した３Ａ族金属酸化物が凝集し粗大化したものが、粒界に存在するようになり、室温や高温での強度や硬度が低下するため、十分な耐摩耗性や耐欠損性が得られないからである。
【００１１】
特に本発明では、切削インサートの表面における破壊靱性値が、表面より内部の中心部における破壊靱性値の２倍以上であるので、後述する実験例からも明らかな様に、例えば高速切削の際などに、切削インサートに大きな応力がかかる表面（例えばすくい面）において、疲労クラックの発生が抑制され、欠損に至るまでの工具寿命が延びるという顕著な効果を奏する。これによって、近年の難削化傾向にある被削材を、高速、高能率で切削加工することができる。
【００１２】
この理由は必ずしも明らかではないが、切削インサートの表面において、粒界に存在する３Ａ族金属酸化物とアルミナとの過度の係合が弱められ、（耐欠損性が向上する様な）適度な係合状態になったためと推定される。
【００１３】
また、本発明の構成により、従来品（炭化ケイ素ウイスカーを用いたもの）と比べて、廉価で優れた性能を有する切削インサートが得られるという利点がある。
・尚、本発明において、切削インサートの表面とは、加工時に被削材と接する領域（特に加工時に最大の応力がかかる面を含む）を指すものであり、例えばすくい面が挙げられる。
【００１４】
・前記３Ａ属金属酸化物を構成する３Ａ族金属としては、Ｙ及びＹｂが好ましく、特にＹｂが好ましい。
・前記破壊靱性値としては、後述の実験例に示すＪＩＳ  Ｒ  １６０７にて規定される測定法により得られた値を採用することができる。
【００１５】
・前記切削インサートとは、鋳鉄や鋼等の金属材料の加工に使用される工具であり、ホルダ等に機械的に装着して使用され交換可能なチップのことである。
（２）請求項２の発明は、前記切削インサートの表面が、少なくとも切削抵抗で主分力方向の応力がかかる表面であることを特徴とする請求項１に記載の切削インサートを要旨とする。
【００１６】
従って、本発明の切削インサートを用いて切削加工等を行う場合には、切削抵抗等で主分力方向の応力がかかる表面（例えばすくい面）に、欠損が発生しにくいという効果がある。
【００１７】
（３）請求項３の発明は、前記切削インサートの中心部が、前記表面より１００μｍ以上内部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削インサートを要旨とする。
本発明は、中心部を例示したものである。
【００１８】
（４）請求項４の発明は、前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートと、該切削インサートを保持するホルダと、を備えたことを特徴とする工具ユニットを要旨とする。
【００１９】
本発明は、上述した切削インサートをホルダに取り付けた工具ユニットを例示したものである。
（５）請求項５の発明は、前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートの製造方法であって、前記切削インサートの中心部を急加熱することなく前記表面を急加熱し、その後前記切削インサート全体を冷却することを特徴とする切削インサートの製造方法を要旨とする。
【００２０】
本発明では、切削インサートの中心部を急加熱することなく表面を急加熱するので、この熱的衝撃により、表面側の破壊靱性値を高めて中心部の２倍以上とすることができる。よって、耐摩耗性及び耐欠損性の優れた切削インサートが得られる。
【００２１】
尚、急加熱の程度としては、昇温速度４０℃／ｍｉｎ以上が挙げられる。
また、この急加熱によって熱的衝撃を与える方法として、切削インサートの表面に誘電損率の高い加熱部材を配置してマイクロ波加熱を行う方法、或いは、切削インサートの放熱プラズマ焼結や高温炉への投入などの方法が挙げられる。
【００２２】
（６）請求項６の発明は、セラミック部材の表面に、０．５×１０-12Ｆ・ｍ-1以上の誘電損率を有する加熱部材を配置し、マイクロ波加熱によって前記加熱部材を加熱することにより、当該高温となった加熱部材によって前記セラミック部材の表面を加熱することを特徴とするセラミックの製造方法を要旨とする。
【００２３】
本発明では、セラミック部材の表面に、０．５×１０-12Ｆ・ｍ-1以上の誘電損率を有する加熱部材を配置し、マイクロ波加熱を行うので、加熱部材の温度が急速に上昇し、それによって、加熱部材に隣接する切削インサートの表面の温度も急速に上昇する。
【００２４】
これにより、切削インサートの表面に熱的衝撃を与えることで、切削インサートの表面を（中心部に比べて）破壊靱性値の高い状態とすることができる。
（７）請求項７の発明は、前記加熱部材が、ガラスであることを特徴とする請求項６に記載のセラミックの製造方法を要旨とする。
【００２５】
本発明は、加熱部材を例示したものであり、加熱部材がガラスである場合には、マイクロ波加熱により速やかに温度が上昇するので、切削インサートの表面を速やかに上昇させることができる。
【００２６】
（８）請求項８の発明は、前記加熱部材を用いたマイクロ波加熱により、前記請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサートを製造することを特徴する前記請求項６又は７に記載のセラミックの製造方法を要旨とする。
【００２７】
上述したマイクロ波加熱により、切削インサートの表面に熱的衝撃を与えることで、切削インサートの表面を破壊靱性値の高い状態とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の切削インサート、工具ユニット、切削インサートの製造方法、及びセラミックの製造方法を実施するための最良の形態の例（実施例）について説明する。
【実施例】
【００２９】
ａ）まず、本実施例の切削インサートについて説明する。
図１に示す様に、本実施例の切削インサート（切削工具）１は、例えばＪＩＳ規格のＳＮＧＮ１２０４１２のチップであり、アルミナを主成分とし、３Ａ族金属酸化物（例えばＹｂ2Ｏ3）を０．０２〜２．０モル％（例えば１．０モル％）を含むアルミナ質焼結体である。
【００３０】
この切削インサート１は、主面側である両表面（同図上下方向の両表面）３、５を、それぞれすくい面として用いることができるものであり、両すくい面側の表面３、５の破壊靱性値は１２．７ＭＰ・ｍ-1/2、中心部（例えば表面３、５から１００μｍ内側）の破壊靱性値は３．４ＭＰ・ｍ-1/2である。よって、すくい面側の表面３、５の破壊靱性値が中心部の破壊靱性値の２倍以上である。
【００３１】
この切削インサート１は、図示しない周知の柱状のチップホルダの先端に、固定部材により、着脱可能に取り付けられて使用される。尚、切削インサート１を装着したチップホルダを工具ユニットと称する。
【００３２】
ｂ）次に、前記切削インサート１の製造方法を説明する。
・まず、市販の平均粒径０．５μｍのアルミナ粉末と、平均粒径０．５μｍの３Ａ族金属酸化物を、前記含有量（モル％）となる様に所定量調合し、水を溶媒としてボールミルにて１６時間混合した。
【００３３】
・次に、混合後のスラリーを乾燥して素地とし、この素地を圧粉体に成形した。
・次に、得られた成形体を、大気中にて、温度１３５０〜１４００℃で２時間焼成した後に、１００〜２００ＭＰａの圧力で、Ａｒガス中にて、温度１４００〜１５００℃でＨＩＰ処理することにより、焼結体を得た。
【００３４】
・次に、得られた焼結体を、切削加工用チップ形状（前記ＳＮＧＮ１２０４１２の形状）に研磨加工した。
次に、図２に示す様に、研磨されたチップ７（即ち表面処理前の切削インサート１）を挟む様に、その両すくい面の表面３、５に、誘電損率の高い例えばソーダガラス（誘電損率：１．０×１０-12Ｆ・ｍ-1）の板材９、１１を接した状態で配置し、それらをアルミナ製のケース１３に収容するとともに、ケース１３を加熱炉１５内に収容した。
【００３５】
次に、加熱炉１５（従ってケース１３）内に不活性ガス雰囲気中を充填し、加熱炉１５内に収容されたソーダガラスの板材９、１１を、マイクロ波加熱法により、周波数２５ＧＨｚ、昇温速度５０℃／ｍｉｎで、７００℃に急加熱した。そして、７００℃に１０分間保った後に、マイクロ波加熱を中止して自然冷却を行った。
【００３６】
これにより、ソーダガラスの板材９、７に接したチップ７の両すくい面側の表面３、５が、ソーダガラスの板材９、７からの受熱により急加熱されるが、急加熱は短時間であるので、中心部はそれほど加熱されない。よって、この熱的衝撃により、すくい面側の表面３、５のみに高靱化処理が施されることになる。
【００３７】
つまり、上述したソーダガラスの板材９、７を介した間接的なマイクロ波加熱により、両すくい面側の表面３、５の破壊靱性値が中心部の破壊靱性値の２倍以上である切削インサート１が得られる。
【００３８】
ｃ）次に、上述した製造方法にて得られた切削インサートの特性を確認した実験例について説明する。
（実験例）
ここでは、上述した製造方法により、下記表１に示す本発明例の試料No.１〜４、８の切削インサートを製造するとともに、本発明の範囲外の比較例の試料No.５、６、７、９の切削インサートを製造した。
【００３９】
尚、比較例の試料No.５は、３Ａ属金属酸化物であるＹｂ2Ｏ3を３．０モル％添加したものであり、比較例の試料No.６は、マイクロ波加熱の際の昇温温度を２０℃／ｍｉｎとしたものであり、比較例の試料No.７は、マイクロ波加熱を実施しなかったものであり、比較例の試料No.９は、３Ａ属金属酸化物を添加しなかったものである。
【００４０】
そして、各試料に対して、そのすくい面の表面及び中心部における破壊靱性値を測定した。
具体的には、各試料の一方のすくい面の表面において、その四隅の点（隣接する各辺から１ｍｍの距離）に対して、ＪＩＳ  Ｒ  １６０７に準じ、ＩＦ法により、圧入荷重：４９Ｎ、圧入時間：３０秒の条件で、破壊靱性値を測定した。
【００４１】
一方、各試料の一方のすくい面の表面を研磨して、表面から２ｍｍの厚みの部分を除去して中心部を露出させ、その露出面の四隅の点（隣接する各辺から１ｍｍの距離）に対して、同様に、ＪＩＳ  Ｒ  １６０７に準じ、ＩＦ法により、圧入荷重：４９Ｎ、圧入時間：３０秒の条件で、破壊靱性値を測定した。これらの値を下記表１に記す。
【００４２】
更に、各試料の切削インサートをチップホルダに装着し、下記条件によって、切削試験の評価を行った。
具体的には、切削試験は、１パス３０ｍｍの加工長の部分を、最初送り速度：０．２０ｍｍ／ｒｅｖよりスタートし、各パス毎に送り速度を０．０５ｍｍ／ｒｅｖづつ増やす評価方法で、欠損に到るまでの切削距離により評価した。
【００４３】
これらの結果を、下記表１に記す。
＜切削条件＞
被削材  ：鋳鉄（ＦＣ２００）
切削速度Ｖ：６００ｍ／ｍｉｎ
送り速度ｆ：０．２０〜ｍｍ／ｒｅｖ
切込量ｄ  ：２．０ｍｍ
切削油    ：なし（乾式）
チップ形状：ＳＮＧＮ１２０４１２、刃先処理（０．１ｍｍ×２５°）
【００４４】
【表１】
2005059190.tif 000003
【００４５】
この表１に示すように、本発明例の試料（試料No.１〜４、８）では、欠損に到るまでの距離が３０１ｍ以上と長く、優れた耐欠損性を備えているので好適である。尚、耐摩耗性に関しても、逃げ面摩耗量を測定したところ、本発明例の試料は、０．１ｍｍ以下であり、優れた性能を有している。
【００４６】
それに対して、比較例の試料（試料No.５〜７、９）では、欠損に到るまでの距離が２７８ｍ以下と短く、耐欠損性が十分ではなく、好ましくない。
この様に、本発明の範囲の実施例の切削インサートは、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を備えているので、切削工具として好適であり、近年の難削化傾向にある被削材を、高速、高能率で切削加工することができるという顕著な効果を奏する。
【００４７】
また、前記実施例の切削インサートを製造する場合には、ソーダガラスを利用したマイクロ波加熱により急加熱が可能であるので、容易に優れた性能を有する切削インサートを製造することができる。
【００４８】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えばセラミック部材の表面のみを加熱処理する場合には、セラミック部材の表面にソーダガラスの様な高い誘電損率を有する加熱部材を配置し、その加熱部材をマイクロ波加熱するにより加熱することにより、間接的にセラミック部材の表面を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例の切削インサートを示す斜視図である。
【図２】実施例の切削インサートの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…工具ユニット
３、５…すくい面の表面
５、５５…カートリッジ
９、１１…ソーダガラスの板材
１３…ケース
１５…加熱炉
【図１】
2005059190.tif 000004
【図２】
2005059190.tif 000005