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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024093295
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20240702BHJP
B23P 15/28 20060101ALI20240702BHJP
C23C 16/30 20060101ALI20240702BHJP
C22C 1/051 20230101ALN20240702BHJP
B22F 3/24 20060101ALN20240702BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 B
B23B27/14 A
B23P15/28 A
B23P15/28 Z
C23C16/30
C22C1/051 G
B22F3/24 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022209584
(22)【出願日】2022-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100142424
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 文広
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】久保 拓矢
【テーマコード（参考）】
3C046
4K018
4K030
【Ｆターム（参考）】
3C046FF25
3C046FF32
3C046FF39
4K018AB02
4K018AD06
4K018BA04
4K018CA11
4K018FA24
4K018FA50
4K018KA15
4K030BA18
4K030BA41
4K030BA43
4K030CA03
4K030CA17
4K030JA01
(57)【要約】
【課題】刃先欠損の原因となる亀裂の伝播を安定して抑制でき、耐欠損性を高めて工具寿命を延長できる切削工具を提供する。
【解決手段】ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する超硬合金製の工具基体と、工具基体の稜線部に配置される切れ刃と、切れ刃と隣り合って配置されるすくい面と、工具基体の表面のうち少なくとも切れ刃及びすくい面にわたって配置される硬質被膜と、を備える切削工具であって、硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、工具基体のうち刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、工具基体の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体の表面から内部へ向けた深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える。
【選択図】図４
【解決手段】ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する超硬合金製の工具基体と、工具基体の稜線部に配置される切れ刃と、切れ刃と隣り合って配置されるすくい面と、工具基体の表面のうち少なくとも切れ刃及びすくい面にわたって配置される硬質被膜と、を備える切削工具であって、硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、工具基体のうち刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、工具基体の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体の表面から内部へ向けた深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する超硬合金製の工具基体と、前記工具基体の稜線部に配置される切れ刃と、前記切れ刃と隣り合って配置されるすくい面と、前記工具基体の表面のうち少なくとも前記切れ刃及び前記すくい面にわたって配置される硬質被膜と、を備える切削工具であって、
前記硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、
前記工具基体のうち前記切れ刃及び前記すくい面が配置される刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える、
切削工具。
前記硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、
前記工具基体のうち前記切れ刃及び前記すくい面が配置される刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える、
切削工具。
【請求項2】
ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する超硬合金製の工具基体と、前記工具基体の稜線部に配置される切れ刃と、前記切れ刃と隣り合って配置されるすくい面と、前記工具基体の表面のうち少なくとも前記切れ刃及び前記すくい面にわたって配置される硬質被膜と、を備える切削工具であって、
前記硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、
前記工具基体のうち前記切れ刃及び前記すくい面が配置される刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える、
切削工具。
前記硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、
前記工具基体のうち前記切れ刃及び前記すくい面が配置される刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える、
切削工具。
【請求項3】
前記工具基体のうち前記刃先部の表層における残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．２を超える、
請求項２に記載の切削工具。
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．２を超える、
請求項２に記載の切削工具。
【請求項4】
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が、前記工具基体の表面近傍よりも深部において高められている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の切削工具。
請求項１から３のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項5】
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ２０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．０５以下である、
請求項４に記載の切削工具。
請求項４に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐欠損性を高めて工具寿命を延長できる切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、超硬合金製の工具基体上に硬質被膜がコーティングされた硬質被膜付き切削工具（以下、単に切削工具と呼ぶ）が知られている。この種の切削工具では、切れ刃付近の工具基体の表層や硬質被膜に圧縮残留応力を付与することで、刃先欠損の原因となる亀裂の伝播を抑制して、工具寿命を延ばしている。
【0003】
例えば、特許文献１では、ショットピーニングにより、工具基体表層のＷＣ粒子に最大８００ＭＰａ程度の圧縮残留応力を付与している。このとき、同時に、工具基体表層におけるＣｏの六方晶構造（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ－ｐａｃｋｅｄ，ｈｃｐ）と面心立方格子構造（ｆａｃｅ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ，ｆｃｃ）の比率（ｈｃｐ／ｆｃｃ）が、ショットピーニングを行う前に比べて増加する。ｈｃｐは、ｆｃｃに比べて結晶構造中のすべり面の数が少ないため、Ｃｏのｈｃｐの増加も亀裂の伸展防止に寄与していると考えられる。このような現象は、ウェットブラストやレーザピーニングなどの他のピーニング処理でも同様に見られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平６－１０８２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１では、工具基体の表面（硬質被膜との界面）から深さ１０μｍ程度の範囲において、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による改質がなされている。しかしながら、それ以上深くまで達した亀裂のさらなる伸展を抑制する効果は得られず、刃先の突発的欠損を十分に抑えることができない。
【0006】
本発明は、刃先欠損の原因となる亀裂の伝播を安定して抑制でき、耐欠損性を高めて工具寿命を延長できる切削工具を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【0008】
〔本発明の態様１〕
ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する超硬合金製の工具基体と、前記工具基体の稜線部に配置される切れ刃と、前記切れ刃と隣り合って配置されるすくい面と、前記工具基体の表面のうち少なくとも前記切れ刃及び前記すくい面にわたって配置される硬質被膜と、を備える切削工具であって、前記硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、前記工具基体のうち前記切れ刃及び前記すくい面が配置される刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える、切削工具。
ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する超硬合金製の工具基体と、前記工具基体の稜線部に配置される切れ刃と、前記切れ刃と隣り合って配置されるすくい面と、前記工具基体の表面のうち少なくとも前記切れ刃及び前記すくい面にわたって配置される硬質被膜と、を備える切削工具であって、前記硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、前記工具基体のうち前記切れ刃及び前記すくい面が配置される刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える、切削工具。
【0009】
〔本発明の態様２〕
ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する超硬合金製の工具基体と、前記工具基体の稜線部に配置される切れ刃と、前記切れ刃と隣り合って配置されるすくい面と、前記工具基体の表面のうち少なくとも前記切れ刃及び前記すくい面にわたって配置される硬質被膜と、を備える切削工具であって、前記硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、前記工具基体のうち前記切れ刃及び前記すくい面が配置される刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える、切削工具。
ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する超硬合金製の工具基体と、前記工具基体の稜線部に配置される切れ刃と、前記切れ刃と隣り合って配置されるすくい面と、前記工具基体の表面のうち少なくとも前記切れ刃及び前記すくい面にわたって配置される硬質被膜と、を備える切削工具であって、前記硬質被膜は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含み、全体の膜厚が１μｍ以上２５μｍ以下であり、前記工具基体のうち前記切れ刃及び前記すくい面が配置される刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下であり、前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える、切削工具。
【0010】
本発明の切削工具では、工具基体の刃先部の表層における残留応力が、－１ＧＰａ以下である。すなわち、工具基体の表面近傍に大きな圧縮残留応力が付与されているため、切れ刃近傍の耐欠損性が高められている。
【0011】
そしてこの切削工具では、工具基体の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＥＢＳＤ）による結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体の表面から深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲、または、深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１よりも大きい。ｈｃｐは、ｆｃｃに比べて結晶構造中のすべり面の数が少ないため、Ｃｏのｈｃｐの増加は工具基体内部の亀裂の伸展防止に寄与する。すなわち、工具基体の深い位置において、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による改質がなされている。このため、工具基体の深部に亀裂が達した場合でも、亀裂のさらなる伸展を抑制することができる。
【0012】
具体的に、本発明の上述の特別な構成を得るには、下記のような手法が挙げられる。
例えば、切削工具を数百度に加熱した状態で、レーザピーニング処理を行う。すなわち、工具基体の刃先部に、ウォームレーザピーニング処理を施す。レーザピーニングは、ショットピーニングやウェットブラストなどの処理に比べて、ワーク（切削工具）の表面から深い位置にまで圧縮残留応力を付与することができる。さらに、ワークを加熱することで硬質被膜や工具基体が熱により軟化し、レーザピーニングによる衝撃波がより深部にまで到達しやすくなるとともに、Ｃｏの構造相転移温度に近づくため、ｆｃｃからｈｃｐへの変化が生じやすくなる。その結果、工具基体の表面から深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲や深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲の深部にまで改質を促すことができ、刃先部深部での亀裂の伸展を顕著に抑制できる。
例えば、切削工具を数百度に加熱した状態で、レーザピーニング処理を行う。すなわち、工具基体の刃先部に、ウォームレーザピーニング処理を施す。レーザピーニングは、ショットピーニングやウェットブラストなどの処理に比べて、ワーク（切削工具）の表面から深い位置にまで圧縮残留応力を付与することができる。さらに、ワークを加熱することで硬質被膜や工具基体が熱により軟化し、レーザピーニングによる衝撃波がより深部にまで到達しやすくなるとともに、Ｃｏの構造相転移温度に近づくため、ｆｃｃからｈｃｐへの変化が生じやすくなる。その結果、工具基体の表面から深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲や深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲の深部にまで改質を促すことができ、刃先部深部での亀裂の伸展を顕著に抑制できる。
【0013】
また、硬質被膜全体の膜厚については、１μｍ以上とされることで、硬質被膜によって耐摩耗性を高める効果が安定して奏功される。また、前記膜厚が２５μｍ以下とされることで、硬質被膜の自壊による剥離の発生を安定して抑えることができる。
【0014】
以上より本発明によれば、刃先欠損の原因となる亀裂の伝播を安定して抑制でき、耐欠損性を高めて工具寿命を延長できる。
【0015】
〔本発明の態様３〕
前記工具基体のうち前記刃先部の表層における残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．２を超える、態様１または２に記載の切削工具。
前記工具基体のうち前記刃先部の表層における残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．２を超える、態様１または２に記載の切削工具。
【0016】
この場合、工具基体の表面近傍により大きな圧縮残留応力が付与されているため、切れ刃近傍の耐欠損性がより高められる。そして、工具基体の深部にまで、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による、さらなる改質がなされている。したがって、上述した本発明による作用効果がより格別顕著なものとなる。
【0017】
〔本発明の態様４〕
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が、前記工具基体の表面近傍よりも深部において高められている、態様１から３のいずれか１つに記載の切削工具。
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が、前記工具基体の表面近傍よりも深部において高められている、態様１から３のいずれか１つに記載の切削工具。
【0018】
上述のように工具基体の深部においては、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による改質がなされることで、亀裂の伸展を効果的に抑制することができる。その一方で、工具基体の表面近傍においては、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が高くなり過ぎると、工具基体と硬質被膜の界面付近に過剰な歪が生じて、切削加工中の被膜剥離が発生しやすくなる。
【0019】
そこで上記構成のように、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が、工具基体の表面近傍よりも深部において高められていることで、切削加工中の被膜剥離の発生を抑制しつつ、亀裂の伸展を安定して抑えることができる。
【0020】
〔本発明の態様５〕
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ２０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．０５以下である、態様１から４のいずれか１つに記載の切削工具。
前記工具基体の前記刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、前記工具基体の表面から内部へ向けた深さ２０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．０５以下である、態様１から４のいずれか１つに記載の切削工具。
【0021】
この場合、工具基体の表面近傍において、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が高くなり過ぎることを安定して抑制できる。これにより、切削加工中の被膜剥離の発生を安定して抑えることができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明の前記態様の切削工具によれば、刃先欠損の原因となる亀裂の伝播を安定して抑制でき、耐欠損性を高めて工具寿命を延長できる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明の一実施形態の切削工具１０について、図面を参照して説明する。
本実施形態の切削工具１０は、切削インサートである。本実施形態の切削工具１０は、例えば、ステンレス鋼等の被削材に旋削加工を施す刃先交換式バイトに用いられる。
本実施形態の切削工具１０は、切削インサートである。本実施形態の切削工具１０は、例えば、ステンレス鋼等の被削材に旋削加工を施す刃先交換式バイトに用いられる。
【0025】
図１に示すように、本実施形態の切削工具１０は、板状である。具体的に、切削工具１０は多角形板状であり、図示の例では四角形板状である。なお切削工具１０は、四角形板状以外の多角形板状や円板状等であってもよい。
【0026】
本実施形態では、切削工具１０の中心軸Ｃが延びる方向、つまり中心軸Ｃと平行な方向を、軸方向と呼ぶ。切削工具１０の平面視において、中心軸Ｃは、切削工具１０の中心に位置する。中心軸Ｃは、切削工具１０の厚さ方向に沿って延びる。
中心軸Ｃと直交する方向を径方向と呼ぶ。径方向のうち、中心軸Ｃに近づく向きを径方向内側と呼び、中心軸Ｃから離れる向きを径方向外側と呼ぶ。
中心軸Ｃ回りに周回する方向を周方向と呼ぶ。
中心軸Ｃと直交する方向を径方向と呼ぶ。径方向のうち、中心軸Ｃに近づく向きを径方向内側と呼び、中心軸Ｃから離れる向きを径方向外側と呼ぶ。
中心軸Ｃ回りに周回する方向を周方向と呼ぶ。
【0027】
図２に示すように、本実施形態の切削工具１０は、超硬合金製の工具基体１と、工具基体１の稜線部に配置される切れ刃３と、切れ刃３と隣り合って配置されるすくい面５と、工具基体１の表面のうち少なくとも切れ刃３及びすくい面５にわたって配置される硬質被膜２と、を備える。すなわち、本実施形態の切削工具１０は、工具基体１上に硬質被膜２がコーティングされた硬質被膜付き切削インサートである。工具基体１は、ＷＣを含む硬質相及びＣｏを含む結合相を有する。
【0028】
図１に示すように、切削工具１０は、一対の板面１０ａ，１０ｂと、外周面１０ｃと、貫通孔１０ｄと、を備える。
一対の板面１０ａ，１０ｂは、多角形状であり、軸方向を向く。本実施形態では、一対の板面１０ａ，１０ｂがそれぞれ四角形状である。一対の板面１０ａ，１０ｂは、一方の板面（上面）１０ａと、他方の板面（下面）１０ｂと、を有する。一方の板面１０ａと他方の板面１０ｂとは、軸方向に互いに離れて配置され、軸方向において互いに反対側を向く。
一対の板面１０ａ，１０ｂは、多角形状であり、軸方向を向く。本実施形態では、一対の板面１０ａ，１０ｂがそれぞれ四角形状である。一対の板面１０ａ，１０ｂは、一方の板面（上面）１０ａと、他方の板面（下面）１０ｂと、を有する。一方の板面１０ａと他方の板面１０ｂとは、軸方向に互いに離れて配置され、軸方向において互いに反対側を向く。
【0029】
本実施形態では、軸方向のうち、他方の板面１０ｂから一方の板面１０ａへ向かう方向を軸方向一方側と呼び、一方の板面１０ａから他方の板面１０ｂへ向かう方向を軸方向他方側と呼ぶ。なお軸方向は、上下方向と言い換えてもよい。この場合、軸方向一方側は上側に相当し、軸方向他方側は下側に相当する。
一対の板面１０ａ，１０ｂのうち、少なくとも一方の板面１０ａは、板面１０ａの一部（コーナ部等）が切削加工時に図示しない被削材と対向する。
一対の板面１０ａ，１０ｂのうち、少なくとも一方の板面１０ａは、板面１０ａの一部（コーナ部等）が切削加工時に図示しない被削材と対向する。
【0030】
一対の板面１０ａ，１０ｂのうち、少なくとも一方の板面１０ａには、すくい面５が配置される。すくい面５は、板面１０ａの少なくとも一部を構成する。本実施形態ではすくい面５が、板面１０ａの周縁部に位置する４つのコーナ部のうち、少なくとも２つのコーナ部にそれぞれ配置される。上記２つのコーナ部は、中心軸Ｃを中心として互いに１８０°回転対称となる位置に配置される。
【0031】
図２に示すように、すくい面５は、ランド部５ａと、傾斜部５ｂと、を有する。
ランド部５ａは、すくい面５のうち、切れ刃３と接続される部分である。ランド部５ａは、切れ刃３の径方向内側に配置される。本実施形態ではランド部５ａが、切れ刃３から径方向内側へ向かうに従い軸方向他方側（下側）に向けて傾斜する傾斜面である。なおランド部５ａは、中心軸Ｃと垂直な方向に拡がる平面状でもよい。
ランド部５ａは、すくい面５のうち、切れ刃３と接続される部分である。ランド部５ａは、切れ刃３の径方向内側に配置される。本実施形態ではランド部５ａが、切れ刃３から径方向内側へ向かうに従い軸方向他方側（下側）に向けて傾斜する傾斜面である。なおランド部５ａは、中心軸Ｃと垂直な方向に拡がる平面状でもよい。
【0032】
傾斜部５ｂは、すくい面５のうち、ランド部５ａよりも径方向内側に位置する部分である。傾斜部５ｂは、ランド部５ａの径方向内端部と接続される。傾斜部５ｂは、ランド部５ａから径方向内側へ向かうに従い軸方向他方側（下側）に向けて傾斜する傾斜面である。傾斜部５ｂの径方向に沿う単位長さあたりの軸方向へ向けた変位量は、ランド部５ａの前記変位量よりも大きい。すなわち、中心軸Ｃと垂直な図示しない仮想平面に対する傾斜部５ｂの傾きは、前記仮想平面に対するランド部５ａの傾きよりも大きい。
【0033】
図１に示すように、外周面１０ｃは、一対の板面１０ａ，１０ｂと接続され、径方向外側を向く。外周面１０ｃは、軸方向の両端部が一対の板面１０ａ，１０ｂと接続される。具体的に、外周面１０ｃのうち軸方向一方側の端部は、一方の板面１０ａと接続される。外周面１０ｃのうち軸方向他方側の端部は、他方の板面１０ｂと接続される。外周面１０ｃは、切削工具１０の周方向全域にわたって延びる。
【0034】
外周面１０ｃには、逃げ面６が配置される。すなわち切削工具１０は、逃げ面６を有する。逃げ面６は、外周面１０ｃの少なくとも一部を構成する。逃げ面６は、外周面１０ｃのうち各すくい面５と隣接する部分にそれぞれ配置される。逃げ面６は、切れ刃３と隣り合って配置される。
【0035】
貫通孔１０ｄは、切削工具１０を軸方向に貫通する。貫通孔１０ｄは、一対の板面１０ａ，１０ｂに開口し、軸方向に延びる。貫通孔１０ｄの中心軸は、中心軸Ｃと同軸に配置される。図示の例では、貫通孔１０ｄが円孔状である。貫通孔１０ｄには、例えば、図示しないクランプ駒の突起やクランプネジ等の締結部材が挿入される。締結部材は、切削工具１０を図示しないホルダのインサート取付座に着脱可能に固定する。
【0036】
切れ刃３は、すくい面５と逃げ面６とが接続される稜線部、つまりすくい面５と逃げ面６との交差稜線部に配置される。本実施形態では切れ刃３が、板面１０ａの周縁部に位置する４つのコーナ部のうち、少なくとも２つのコーナ部にそれぞれ配置される。図２に示すように、本実施形態では切れ刃３が、丸ホーニングを有する。なお切れ刃３は、チャンファホーニング等の他のホーニング形状を有していてもよい。また切れ刃３が、ホーニング形状を有していなくてもよい。
【0037】
図１に示すように、切れ刃３は、コーナ刃部３ａと、一対の直線刃部３ｂと、を有する。コーナ刃部３ａは、径方向外側に向けて突出する凸曲線状である。直線刃部３ｂは、直線状であり、コーナ刃部３ａと接続される。本実施形態では、コーナ刃部３ａの刃長方向の両端部に、一対の直線刃部３ｂが接続される。なお刃長方向とは、切れ刃３が延びる方向であり、具体的には切れ刃３の各刃部３ａ，３ｂが延びる方向である。コーナ刃部３ａ及び一対の直線刃部３ｂは、軸方向から見て、全体として略Ｖ字状である。
【0038】
図２に示すように、切れ刃３は、工具基体１の稜線部（交差稜線部）と、硬質被膜２のうち前記稜線部にコーティングされる部分と、により構成される。
【0039】
工具基体１は、上述した切削工具１０の形状と同じ形状を有する。本実施形態では工具基体１が、ＷＣ基の超硬合金製である。
後述するウォームレーザピーニング工程を経ることにより、工具基体１のうち切れ刃３及びすくい面５が配置される部分（以下、刃先部と呼ぶ）の表層１ａには、圧縮残留応力が付与される。工具基体１のうち刃先部の表層１ａにおける残留応力は、例えば－１ＧＰａ以下であり、好ましくは－１．５ＧＰａ以下である（マイナスが圧縮側）。本実施形態でいう上記「表層１ａ」とは、工具基体１のうち、工具基体１の表面（硬質被膜２との界面）から少なくとも深さ１μｍの表層部分を指す。なお、上記残留応力は、ＷＣ粒子の残留応力等と言い換えてもよい。工具基体１の上記以外の構成については、別途後述する。
後述するウォームレーザピーニング工程を経ることにより、工具基体１のうち切れ刃３及びすくい面５が配置される部分（以下、刃先部と呼ぶ）の表層１ａには、圧縮残留応力が付与される。工具基体１のうち刃先部の表層１ａにおける残留応力は、例えば－１ＧＰａ以下であり、好ましくは－１．５ＧＰａ以下である（マイナスが圧縮側）。本実施形態でいう上記「表層１ａ」とは、工具基体１のうち、工具基体１の表面（硬質被膜２との界面）から少なくとも深さ１μｍの表層部分を指す。なお、上記残留応力は、ＷＣ粒子の残留応力等と言い換えてもよい。工具基体１の上記以外の構成については、別途後述する。
【0040】
硬質被膜２は、化学蒸着法（ＣＶＤ法）または物理蒸着法（ＰＶＤ法）により、工具基体１の表面（外面）上に成膜される。硬質被膜２は、工具基体１の表面のうち、少なくとも切れ刃３及びすくい面５を含む領域に配置される。本実施形態では硬質被膜２が、少なくとも切れ刃３、すくい面５及び逃げ面６に配置される。なお硬質被膜２は、工具基体１の表面全体に成膜されていてもよい。
【0041】
硬質被膜２は、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含んで構成されている。硬質被膜２の全体としての膜厚は、例えば１μｍ以上２５μｍ以下である。硬質被膜２は、単層または複数層で構成される。硬質被膜２が単層の場合、この単層が第１層とされる。硬質被膜２が複数層の場合、複数の層の中で最も厚さ（膜厚）が厚い層が、第１層とされる。すなわち、硬質被膜２は、少なくとも第１層を有する。第１層は、例えばＴｉＣＮ層等である。
【0042】
特に図示しないが、硬質被膜２を複数層により構成する場合、硬質被膜２は、第１層の表面に配置される第２層を有する。また硬質被膜２は、第２層の表面に配置される第３層を有していてもよい。
第２層及び第３層、すなわち硬質被膜２のうち第１層以外の層は、例えば、周期律表の第４，第５，第６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、硼化物、Ｓｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、Ａｌの酸化物、窒化物、及びこれらの相互固溶体、ダイヤモンド、ＤＬＣ、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）などにより構成される。なお、硬質被膜２のうち第１層以外の層は、第１層の膜種によっては限定されないため、ここでは一般に切削工具の硬質被膜として用いられるものを列挙した。
第２層及び第３層、すなわち硬質被膜２のうち第１層以外の層は、例えば、周期律表の第４，第５，第６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、硼化物、Ｓｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、Ａｌの酸化物、窒化物、及びこれらの相互固溶体、ダイヤモンド、ＤＬＣ、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）などにより構成される。なお、硬質被膜２のうち第１層以外の層は、第１層の膜種によっては限定されないため、ここでは一般に切削工具の硬質被膜として用いられるものを列挙した。
【0043】
ここで、切削工具１０の製造方法について説明する。
特に図示しないが、本実施形態の切削工具１０の製造方法は、焼結工程と、成膜工程と、ウォームレーザピーニング工程と、を備える。
特に図示しないが、本実施形態の切削工具１０の製造方法は、焼結工程と、成膜工程と、ウォームレーザピーニング工程と、を備える。
【0044】
焼結工程では、原料粉末をプレス成型することで工具基体１の形状とされた圧粉体を、焼結する。圧粉体は、工具基体１の製造過程において圧粉成形される中間成形体である。本実施形態では、圧粉体は板状であり、具体的には多角形板状である。上記原料粉末は、ＷＣ及びＣｏを主成分とする混合粉末等である。
【0045】
成膜工程では、工具基体１の表面上に、酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物及び硼化物の少なくとも１つを含む層（第１層）を有する硬質被膜２を成膜する。詳しくは、工具基体１の表面のうち少なくとも切れ刃３、すくい面５及び逃げ面６が配置される部分に対して、化学蒸着法（ＣＶＤ法）または物理蒸着法（ＰＶＤ法）により、硬質被膜２を成膜する。
【0046】
硬質被膜２が複数層からなる場合、例えば３層構造の場合には、工具基体１の表面上に第１層を成膜し、第１層上に第２層を成膜し、第２層上に第３層を成膜する。
第２層及び第３層、すなわち硬質被膜２のうち第１層以外の層は、例えば、周期律表の第４，第５，第６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、硼化物、Ｓｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、Ａｌの酸化物、窒化物、及びこれらの相互固溶体、ダイヤモンド、ＤＬＣ、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）などにより構成される。
なお以下の説明では、工具基体１の表面に硬質被膜２がコーティングされた状態の切削工具１０を、ワークと呼ぶ場合がある。
第２層及び第３層、すなわち硬質被膜２のうち第１層以外の層は、例えば、周期律表の第４，第５，第６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、硼化物、Ｓｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、Ａｌの酸化物、窒化物、及びこれらの相互固溶体、ダイヤモンド、ＤＬＣ、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）などにより構成される。
なお以下の説明では、工具基体１の表面に硬質被膜２がコーティングされた状態の切削工具１０を、ワークと呼ぶ場合がある。
【0047】
ウォームレーザピーニング工程では、加熱された切削工具１０の切れ刃３及びすくい面５（つまり刃先部）に、パルス幅が１００ｐｓ（ピコ秒）以下のパルスレーザを照射することにより、圧縮残留応力を付与する。
【0048】
特に図示しないが、本実施形態ではウォームレーザピーニング工程において、ホットプレート（加熱手段）上にワークを載置し、ワークを数百度に加熱した状態として、ワークの刃先部に位置する硬質被膜２に対して、及び、この硬質被膜２を介して工具基体１の表層１ａに対して、パルスレーザを照射する。
【0049】
ウォームレーザピーニング処理によってワークに所望の圧縮残留応力を付与するために、ワークの加熱温度には、適正な温度範囲が存在する。具体的に本実施形態では、加熱されたワークの刃先部の温度が、例えば１００℃以上４００℃以下である状態において、ワークにレーザピーニング処理（温間レーザピーニング処理）を施す。
なお加熱手段については、上記ホットプレートなどのワーク接触式の加熱手段に限らず、例えば誘導加熱などのワーク非接触式の加熱手段を用いてもよい。
なお加熱手段については、上記ホットプレートなどのワーク接触式の加熱手段に限らず、例えば誘導加熱などのワーク非接触式の加熱手段を用いてもよい。
【0050】
ウォームレーザピーニング工程では、集光したレーザビーム（パルスレーザ）で、ワークの稜線部（切れ刃３）を含むようにハッチング走査を行う。なお本実施形態では、ワークの加熱温度が水の沸点よりも高いことから、例えばワークを水中に沈めて、水によりプラズマ衝撃波を閉じ込める水中レーザピーニングを行うことは困難である。このため本実施形態では、所定の温度範囲に加熱されたワークに対して、大気中や不活性ガス中などの気体中において、レーザピーニング処理を行う。
【0051】
気体中でのレーザピーニング処理は、水中でのレーザピーニング処理と比較して衝撃が小さいため、ワークに十分な圧縮残留応力を付与するためには、パルス幅が１００ｐｓ以下のパルスレーザを用いる必要がある。言い換えると、このようなパルスレーザを用いることで、大気中（気体中）でもピーニング効果が得られるため、ワークを加熱しながらのウォームレーザピーニングが容易となる。
【0052】
好ましくは、ウォームレーザピーニング工程では、ワークの刃先部に、パルス幅が１０ｐｓ以下のパルスレーザを照射する。より望ましくは、ワークの刃先部に、パルス幅が２ｐｓ以下のパルスレーザを照射する。
【0053】
また好ましくは、ウォームレーザピーニング工程では、ワークの刃先部に、パルス幅が１０ｆｓ（フェムト秒）以上のパルスレーザを照射する。より望ましくは、ワークの刃先部に、パルス幅が５００ｆｓ以上のパルスレーザを照射する。
【0054】
パルスレーザのピークパワー密度は、１ＴＷ（テラワット）／ｃｍ２以上が好ましく、より好ましくは５ＴＷ／ｃｍ２以上であり、さらに望ましくは、２０ＴＷ／ｃｍ２以上である。このように、１ＴＷ（テラワット）／ｃｍ２以上で衝撃を与えることで、ワークの刃先部に高い圧縮残留応力を安定して付与することができる。また好ましくは、ピークパワー密度は、１０ＰＷ（ペタワット）／ｃｍ２以下である。その理由は、１０ＰＷ（ペタワット）／ｃｍ２を超えたあたりから、大気のブレイクダウンによるプラズマが生じ、レーザビームが遮蔽されてしまうためである。なお、ピークパワー密度は、パルスエネルギー／（パルス幅×スポット面積）で計算される値である。
【0055】
本実施形態ではウォームレーザピーニング工程において、ワークの稜線部（切れ刃３）と平行な方向にパルスレーザを走査させる。具体的に、パルスレーザの走査方向は、切れ刃３のうち直線刃部３ｂの刃長領域では、直線刃部３ｂと平行な直線状であり、またコーナ刃部３ａの刃長領域では、コーナ刃部３ａと平行な曲線状である。
【0056】
なお、ウォームレーザピーニング工程において、ワークの稜線部（切れ刃３）と直交する方向にパルスレーザを走査させてもよい。この場合、ワークの稜線部と直交する方向に沿って、この稜線部、ランド部５ａ、及び傾斜部５ｂの径方向外端部の順に、パルスレーザを走査させる。すなわち、パルスレーザを、切れ刃３と直交する方向のうち、切れ刃３からすくい面５の内側へ向けて走査させる。
【0057】
特に図示しないが、本実施形態では、パルスレーザの走査方向において隣り合うスポット同士、及び、走査方向と直交する方向において隣り合うスポット同士が、互いにオーバーラップしている。ただしこれに限らず、隣り合うスポット同士は、互いにオーバーラップしていなくてもよい。またスポットは、ワークの稜線部（切れ刃３）上にも配置される。
【0058】
パルスレーザのワーク表面におけるスポットの直径（以下、スポット直径と呼ぶ場合がある）は、１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。スポット直径が１０μｍ以上であれば、レーザアブレーションによるクレーター（凹み）の発生が抑制され、平滑な面を維持することができる。スポット直径が２００μｍ以下であれば、ワークに付与される圧縮残留応力の値が低下するのを抑制できる。なお、パルスレーザのスポット直径は、２０μｍ以上１００μｍ以下とすることがより望ましい。
【0059】
また、図１及び図２にレーザ照射範囲Ａとして示すように、パルスレーザは、少なくともワークの切れ刃３及びすくい面５にわたって照射される。レーザ照射範囲Ａは、切れ刃３に沿って延びる帯状であり、本実施形態では、全体として略Ｖ字状である。レーザ照射範囲Ａ（の幅寸法）は、切削加工時に切削条件として設定される送り量に対して、１１０～２００％の範囲であることが好ましい。但し、切削加工時の条件としての送り量は様々な状況によって逐次設定される値であるため、本発明工具の製造時はカタログ等に記載の各工具の推奨送り量範囲の上限値の１１０～２００％の範囲、あるいは推奨送り量が設定されていない場合は、切れ刃３からすくい面５へ向けた２００μｍ以上、１０００μｍ以下の範囲Ａで処理（レーザ照射）することが好ましい。
【0060】
具体的に、本実施形態では、ワークのうち切れ刃３、ランド部５ａ、及び傾斜部５ｂの径方向外端部にわたるレーザ照射範囲Ａに、パルスレーザを照射する。
より詳しくは、上記レーザ照射範囲Ａに、図示しないガルバノスキャナ・Ｆθレンズユニットを用いてパルスレーザをハッチング走査する。このときの処理雰囲気は、大気中または任意のガス中とする。任意のガスとは、例えば酸化を抑える不活性ガス等である。
より詳しくは、上記レーザ照射範囲Ａに、図示しないガルバノスキャナ・Ｆθレンズユニットを用いてパルスレーザをハッチング走査する。このときの処理雰囲気は、大気中または任意のガス中とする。任意のガスとは、例えば酸化を抑える不活性ガス等である。
【0061】
なお、ウォームレーザピーニング工程では、ワークの刃先部の圧縮残留応力に、切れ刃３に平行な方向と、切れ刃３と直交する方向とで異方性を付与してもよい。特に図示しないが、このような異方性を付与するには、ウォームレーザピーニング工程において、例えば、切れ刃３と平行な方向のパルスレーザ照射点間隔と、切れ刃３と直交する方向のパルスレーザ照射点間隔とを、互いに異ならせればよい。ただしこれに限らず、例えば、切れ刃３と平行な方向のパルスレーザ照射点間隔と、切れ刃３と直交する方向のパルスレーザ照射点間隔とを互いに同じ値（一定）とし、ピークパワー密度を、切れ刃３と直交する方向において変化させたり、切れ刃３と平行な方向において変化させたりすることにより、圧縮残留応力に異方性を付与してもよい。
【0062】
なお、切削工具１０の製造方法は、ウォームレーザピーニング工程よりも前工程として、犠牲層形成工程を備えていてもよい。また、ウォームレーザピーニング工程よりも後工程として、犠牲層除去工程を備えていてもよい。
犠牲層形成工程では、ワークの硬質被膜２上に、例えば厚さ数μｍ程度のＣｕメッキなどの犠牲層を形成する。なお犠牲層は、保護層などと言い換えてもよい。
犠牲層形成工程では、ワークの硬質被膜２上に、例えば厚さ数μｍ程度のＣｕメッキなどの犠牲層を形成する。なお犠牲層は、保護層などと言い換えてもよい。
【0063】
そして、ウォームレーザピーニング工程において、この犠牲層上にパルスレーザを照射し、犠牲層を介して、ワークの刃先部に圧縮残留応力を付与する。
次に、犠牲層除去工程において、ワークの硬質被膜２上から犠牲層を除去する。
ただし、本実施形態では硬質被膜２が犠牲層としての機能も有するため、犠牲層形成工程によって犠牲層を形成したり、犠牲層除去工程によって犠牲層を除去したりしなくてもよい。この場合、製造プロセスがよりシンプルとなる。
次に、犠牲層除去工程において、ワークの硬質被膜２上から犠牲層を除去する。
ただし、本実施形態では硬質被膜２が犠牲層としての機能も有するため、犠牲層形成工程によって犠牲層を形成したり、犠牲層除去工程によって犠牲層を除去したりしなくてもよい。この場合、製造プロセスがよりシンプルとなる。
【0064】
ここで、本実施形態の切削工具１０が備える工具基体１の特別な構成について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、工具基体１の刃先部の断面を電子線後方散乱回析法（ＥＢＳＤ）によって面解析し得られたＣｏ－ｈｃｐ相のマッピングを示す画像であり、詳しくは、工具基体１の表面（硬質被膜２との界面）から内部へ向けた所定深さ（深部）までのＣｏ－ｈｃｐ相の分布を表している。具体的に、図３（ａ）は、レーザピーニング未処理品のＣｏ－ｈｃｐ相マッピングを表し、図３（ｂ）は、室温でのレーザピーニング処理品のＣｏ－ｈｃｐ相マッピングを表し、図３（ｃ）は、本実施形態のウォームレーザピーニング処理品のＣｏ－ｈｃｐ相マッピングを表す。
図３は、工具基体１の刃先部の断面を電子線後方散乱回析法（ＥＢＳＤ）によって面解析し得られたＣｏ－ｈｃｐ相のマッピングを示す画像であり、詳しくは、工具基体１の表面（硬質被膜２との界面）から内部へ向けた所定深さ（深部）までのＣｏ－ｈｃｐ相の分布を表している。具体的に、図３（ａ）は、レーザピーニング未処理品のＣｏ－ｈｃｐ相マッピングを表し、図３（ｂ）は、室温でのレーザピーニング処理品のＣｏ－ｈｃｐ相マッピングを表し、図３（ｃ）は、本実施形態のウォームレーザピーニング処理品のＣｏ－ｈｃｐ相マッピングを表す。
【0065】
また、図４に示す各グラフは、工具基体１の刃先部の断面におけるＥＢＳＤによるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの面積比率の測定結果を表している。具体的に、グラフの横軸は、工具基体１の表面（硬質被膜２との界面）からの深さを示しており、縦軸は、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの面積比率（以下、単に比率と呼ぶ場合がある）を示す。また、図４に示す３つのグラフは、レーザピーニング未処理品（ＬＰ未処理品）と、室温でのレーザピーニング処理品（室温でのＬＰ処理品）と、本実施形態のウォームレーザピーニング処理品（ＷＬＰ処理品）を表す。グラフ上の各プロットは、そのプロットの位置からの深さ±１０μｍの範囲におけるＥＢＳＤによるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの面積比率の値である。たとえば、深さ１００μｍのプロットは、深さ９０μｍから１１０μｍの領域におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの面積比率の値を表している。
【0066】
より詳しくは、ＷＣ基超硬合金における結合相中のＣｏ相については、ＥＢＳＤ法を用いた画像解析により、面心立方晶構造を有するＣｏ相（Ｃｏ－ｆｃｃ相）と、六方晶構造を有するＣｏ相（Ｃｏ－ｈｃｐ相）とを区別して認識することができる。このため、工具基体１の刃先部の断面における各所定深さにおいて、Ｃｏ－ｈｃｐ相の分布（図３）や、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの面積比率（図４）を測定することができる。
【0067】
具体的に、本実施形態（及び後述する実施例）では、工具基体１の刃先部の断面を表面研磨した後、この工具基体１を電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、下記の測定条件にて研磨面の測定を行い、反射回折パターン（ＥＢＳＤパターン）を得た。
＜測定条件＞
・測定領域：２４μｍ×２００μｍ
・測定ステップ：０．１μｍ／ｓｔｅｐ
・加速電圧：１５ｋｖ
＜測定条件＞
・測定領域：２４μｍ×２００μｍ
・測定ステップ：０．１μｍ／ｓｔｅｐ
・加速電圧：１５ｋｖ
【0068】
そして、上述のように製造された本実施形態の切削工具１０は、下記の特別な構成を備える。
図４に示すように、本実施形態のＷＬＰ処理品である切削工具１０では、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面（硬質被膜２との界面）から内部へ向けた深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える。また、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える。すなわち本実施形態では、前記深さ４０μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える。
図４に示すように、本実施形態のＷＬＰ処理品である切削工具１０では、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面（硬質被膜２との界面）から内部へ向けた深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える。また、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える。すなわち本実施形態では、前記深さ４０μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１を超える。
【0069】
より詳しくは、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．２を超える。
【0070】
また、図３（ｃ）に示すように、本実施形態のＷＬＰ処理品である切削工具１０では、工具基体１の刃先部の断面において、単位面積（所定の面積）あたりに占めるＣｏ－ｈｃｐ相の割合が、工具基体１の表面近傍よりも深部において高められている。言い換えると、Ｃｏ－ｈｃｐが、工具基体１の表面近傍よりも深部に多く分布している。
【0071】
上記に関連して本実施形態では、図４に示すように、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が、工具基体１の表面近傍よりも深部において高められている。
【0072】
また、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面から内部へ向けた深さ２０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．０５以下である。
【0073】
なお、本実施形態でいう「工具基体１の刃先部の断面」とは、例えば、工具基体１の刃先部における切れ刃３の刃長方向に垂直な断面等を意味する。また、「工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、」との記載は、「工具基体１の刃先部の断面のＥＢＳＤ像において、」などと言い換えてもよい。
【0074】
以上説明した本実施形態の切削工具１０では、工具基体１の刃先部の表層１ａにおける残留応力が、－１ＧＰａ以下である。すなわち、工具基体１の表面近傍に大きな圧縮残留応力が付与されているため、切れ刃３近傍の耐欠損性が高められている。
【0075】
そしてこの切削工具１０では、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析法による結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面（硬質被膜２との界面）から深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲、または、深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１よりも大きい。具体的に本実施形態では、工具基体１の表面から深さ４０μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．１よりも大きい。ｈｃｐは、ｆｃｃに比べて結晶構造中のすべり面の数が少ないため、Ｃｏのｈｃｐの増加は工具基体１内部の亀裂の伸展防止に寄与する。すなわち、工具基体１の深い位置において、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による改質がなされている。このため、工具基体１の深部に亀裂が達した場合でも、亀裂のさらなる伸展を抑制することができる。
【0076】
具体的に本実施形態では、上述の特別な構成を得るにあたり、切削工具１０を数百度に加熱した状態で、レーザピーニング処理を行う。すなわち、工具基体１の刃先部に、ウォームレーザピーニング処理を施す。レーザピーニングは、ショットピーニングやウェットブラストなどの処理に比べて、ワーク（切削工具１０）の表面から深い位置にまで圧縮残留応力を付与することができる。さらに、ワークを加熱することで硬質被膜２や工具基体１が熱により軟化し、レーザピーニングによる衝撃波がより深部にまで到達しやすくなるとともに、Ｃｏの構造相転移温度に近づくため、ｆｃｃからｈｃｐへの変化が生じやすくなる。その結果、工具基体１の表面から深さ４０μｍ以上１００μｍ以下の範囲や深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲の深部にまで改質を促すことができ、刃先部深部での亀裂の伸展を顕著に抑制できる。
【0077】
また、硬質被膜２全体の膜厚については、１μｍ以上とされることで、硬質被膜２によって耐摩耗性を高める効果が安定して奏功される。また、前記膜厚が２５μｍ以下とされることで、硬質被膜２の自壊による剥離の発生を安定して抑えることができる。
【0078】
以上より本実施形態によれば、刃先欠損の原因となる亀裂の伝播を安定して抑制でき、耐欠損性を高めて工具寿命を延長できる。
【0079】
ここで、本実施形態の切削工具１０の製造方法が備えるウォームレーザピーニング工程による作用効果について、補足して説明する。
本実施形態では、ワークの刃先部にパルス幅１００ｐｓ以下の短パルスレーザを照射する。これにより、熱影響を抑えつつレーザのピークパワー密度を高められるため、例えば大気中や不活性ガス中などの気体中においても、ワーク表面に大きな衝撃力を作用させることができ、大きな圧縮残留応力を付与できる。この処理はいわゆる超短パルスレーザピーニングであり、レーザ照射したワークの表面を若干加工することで発生するプラズマが爆発的に拡散する際の、力学的な反作用によりワークに衝撃波を発生させ、塑性変形や転位などの結晶欠陥を付与することで、ワーク表面に圧縮残留応力を付与する手法である。
本実施形態では、ワークの刃先部にパルス幅１００ｐｓ以下の短パルスレーザを照射する。これにより、熱影響を抑えつつレーザのピークパワー密度を高められるため、例えば大気中や不活性ガス中などの気体中においても、ワーク表面に大きな衝撃力を作用させることができ、大きな圧縮残留応力を付与できる。この処理はいわゆる超短パルスレーザピーニングであり、レーザ照射したワークの表面を若干加工することで発生するプラズマが爆発的に拡散する際の、力学的な反作用によりワークに衝撃波を発生させ、塑性変形や転位などの結晶欠陥を付与することで、ワーク表面に圧縮残留応力を付与する手法である。
【0080】
詳しくは、本実施形態では、ワークを例えば数百度に加熱し、この加熱されたワークの刃先部に対して、パルスレーザ照射によるレーザピーニング処理を行う。すなわち、ワークに「ウォームレーザピーニング（温間レーザピーニング）」処理を施すことにより、圧縮残留応力を付与するため、切削時などに切削工具１０が高温状態となっても、圧縮残留応力の解放が抑えられ、高い圧縮残留応力を維持することができる。
【0081】
このメカニズムとしては、ワークを加熱した状態でレーザピーニングを行うことで、工具基体１の表層１ａを構成する結晶中に、コットレル雰囲気（転位の端部に炭素などの軽元素が入り込んだ状態のもの）が形成されるためと考えられる。一般に、圧縮残留応力は転位によって保持されるが例えば室温でワークにレーザピーニング処理を行った場合に結晶中に発生する通常の転位と比べて、上記「コットレル雰囲気」は、エネルギー的に安定しているため移動や消滅が生じにくく、つまり加熱等に対する安定性が高い。
したがって本実施形態によれば、製造される切削工具１０の耐欠損性を安定して高めることができ、工具寿命を延ばすことができる。
したがって本実施形態によれば、製造される切削工具１０の耐欠損性を安定して高めることができ、工具寿命を延ばすことができる。
【0082】
また本実施形態では、工具基体１のうち刃先部の表層１ａにおける残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面から内部へ向けた深さ１００μｍ以上１８０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．２を超える。
この場合、工具基体１の表面近傍により大きな圧縮残留応力が付与されているため、切れ刃３近傍の耐欠損性がより高められる。そして、工具基体１の深部にまで、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による、さらなる改質がなされている。したがって、上述した本実施形態による作用効果がより格別顕著なものとなる。
この場合、工具基体１の表面近傍により大きな圧縮残留応力が付与されているため、切れ刃３近傍の耐欠損性がより高められる。そして、工具基体１の深部にまで、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による、さらなる改質がなされている。したがって、上述した本実施形態による作用効果がより格別顕著なものとなる。
【0083】
また本実施形態では、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が、工具基体１の表面近傍よりも深部において高められている。
上述のように工具基体１の深部においては、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による改質がなされることで、亀裂の伸展を効果的に抑制することができる。その一方で、工具基体１の表面近傍においては、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が高くなり過ぎると、工具基体１と硬質被膜２の界面付近に過剰な歪が生じて、切削加工中の被膜剥離が発生しやすくなる。
上述のように工具基体１の深部においては、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の増加による改質がなされることで、亀裂の伸展を効果的に抑制することができる。その一方で、工具基体１の表面近傍においては、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が高くなり過ぎると、工具基体１と硬質被膜２の界面付近に過剰な歪が生じて、切削加工中の被膜剥離が発生しやすくなる。
【0084】
そこで上記構成のように、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が、工具基体１の表面近傍よりも深部において高められていることで、切削加工中の被膜剥離の発生を抑制しつつ、亀裂の伸展を安定して抑えることができる。
【0085】
また本実施形態では、工具基体１の刃先部の断面について、電子線後方散乱回析装置を用いた結晶構造の面解析を行った場合に、工具基体１の表面から内部へ向けた深さ２０μｍ以下の範囲におけるＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率の平均値が、０．０５以下である。
この場合、工具基体１の表面近傍において、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が高くなり過ぎることを安定して抑制できる。これにより、切削加工中の被膜剥離の発生を安定して抑えることができる。
この場合、工具基体１の表面近傍において、Ｃｏのｈｃｐ／ｆｃｃの比率が高くなり過ぎることを安定して抑制できる。これにより、切削加工中の被膜剥離の発生を安定して抑えることができる。
【0086】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、例えば下記に説明するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の変更等が可能である。
【0087】
前述の実施形態では、切削工具１０が刃先交換式バイトに用いられる例を挙げたが、これに限らない。切削工具１０は、例えば、被削材に転削加工を施す刃先交換式ドリルや刃先交換式エンドミル等に用いられてもよい。
また、切削工具１０が切削インサートである例を挙げたが、これに限らない。切削工具１０は、例えばソリッドタイプのバイト、ドリル、エンドミル、リーマ及びそれ以外の切削工具であってもよい。
また、切削工具１０が切削インサートである例を挙げたが、これに限らない。切削工具１０は、例えばソリッドタイプのバイト、ドリル、エンドミル、リーマ及びそれ以外の切削工具であってもよい。
【0088】
本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態等で説明した各構成を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態等によって限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【実施例0089】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されない。
【0090】
本発明の実施例として、前述の実施形態で説明した切削工具１０を用意した。この切削工具１０は、ＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８形状を有する切削インサートである。工具基体１は、結合相にＣｏを含むＷＣ基超硬合金製である。硬質被膜２は、工具基体１の表面上に、第１層としてＴｉＣＮ層を厚さ５μｍ、第２層としてＡｌ２Ｏ３層を厚さ３μｍとなるように、この順に化学気相成長（ＣＶＤ）法によってコーティングした。
【0091】
また、ウォームレーザピーニング工程では、ホットプレートにワークを載せ３００℃に加熱した状態とし、大気中においてパルスレーザによりレーザピーニング処理を行った。レーザ条件は、レーザ波長１０３０ｎｍ、パルス幅１ｐｓ、パルスエネルギー０．４ｍＪ、ビーム集光直径（スポット直径）φ５０μｍとした。このような短パルスレーザによって、ワークの刃先部を切れ刃３に沿って一定の間隔で複数回走査し、切れ刃３の稜線からすくい面５の内側に向かって５００μｍまでの範囲Ａにレーザピーニング処理を行った。また、レーザ照射後は、室温のアルミニウム板の上にワークを置いて自然冷却した。
【0092】
上記ウォームレーザピーニング工程を経た実施例の切削工具１０（ウォームレーザピーニング処理品）の切れ刃３近傍における工具基体１の表層１ａのＷＣ粒子の残留応力を、パルステック社製のＸ線残留応力測定装置を使用し、ｃｏｓα法を用いて測定した。なお、この測定では、２θ＝１５４°付近にあるＷＣ（１１３）の回折ピークを使用し、Ｘ線の照射エリアは直径φ０．３ｍｍとした。
【0093】
また、比較例１として、レーザピーニング処理を施していない切削工具（レーザピーニング未処理品）を用意した。また、比較例２として、室温においてレーザピーニング処理を施した切削工具（室温でのレーザピーニング処理品）を用意した。これらの比較例１、２についても上記実施例と同様に、切れ刃３近傍における工具基体１の表層１ａのＷＣ粒子の残留応力を測定した。
ＷＣ残留応力の測定の結果、比較例１は－２２８ＭＰａ、比較例２は－１６１２ＭＰａ、実施例は－１７６５ＭＰａであった（下記表１を参照）。
ＷＣ残留応力の測定の結果、比較例１は－２２８ＭＰａ、比較例２は－１６１２ＭＰａ、実施例は－１７６５ＭＰａであった（下記表１を参照）。
【0094】
比較例１、２及び実施例の各切削工具の切れ刃３近傍を、ダイヤモンドブレードを用いて切れ刃３と垂直な方向に切断し、この切断面をＣＰ（クロスセクションポリッシャ）加工にて研磨した後、工具基体１の刃先部の表面（硬質被膜２との界面）から約１８０μｍまでの深さに対し、ＥＢＳＤを用いてＣｏのｈｃｐ相のマッピングを行った。その結果が図３に示されており、具体的に、図３（ａ）は比較例１（ＬＰ未処理品）、図３（ｂ）は比較例２（室温でのＬＰ処理品）、図３（ｃ）は実施例（ＷＬＰ処理品）を表す。また同様に、上記ＥＢＳＤを用いてＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃの面積比率を測定した結果が、図４の３つのグラフに示されている。
【0095】
図３及び図４に示すように、比較例１（ＬＰ未処理品）では、Ｃｏ－ｈｃｐ相がほとんど検出されていないのに対し、比較例２（室温でのＬＰ処理品）では、工具基体１の表面（界面）付近にＣｏ－ｈｃｐ相が表れている様子が確認された。これに対し、実施例（ＷＬＰ処理品）では、工具基体１の表面付近にはＣｏ－ｈｃｐ相が見られず、この表面から深部へ向かうほどＣｏ－ｈｃｐ相が増加し、深さ１６０μｍ付近においてはＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃが０．４に近い値となった。
【0096】
上記実施例のような、工具基体１の表面付近での高いＷＣ残留応力（圧縮残留応力）値と、深部での高いＣｏのｈｃｐ／ｆｃｃ値との組合せは、従来の比較例１、２等では得られない構成である。実施例のように特別な構成とされることで、工具基体１の表面から深部にわたって広範囲に亀裂の伸展を抑制する効果が得られるものと考察される。
【0097】
上記考察を実証するため、比較例１、２及び実施例の各切削工具を用いて、ＮＣ旋盤による断続的な切削試験（衝撃付与試験）を行った。切削条件は下記の通りである。
＜切削条件＞
・被削材：材質ＳＣＭ４４０、幅２０ｍｍの板材
・切削速度：Ｖｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ
・切込み量：ａｐ＝２．５ｍｍ
・送り量：ｆ＝０．３ｍｍ／ｒｅｖ
そして、切削開始から切れ刃３の刃先欠損が生じるまでの衝撃付与回数を計測した。結果を表１に示す。
＜切削条件＞
・被削材：材質ＳＣＭ４４０、幅２０ｍｍの板材
・切削速度：Ｖｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ
・切込み量：ａｐ＝２．５ｍｍ
・送り量：ｆ＝０．３ｍｍ／ｒｅｖ
そして、切削開始から切れ刃３の刃先欠損が生じるまでの衝撃付与回数を計測した。結果を表１に示す。
【0098】
【表1】
【0099】
表１に示すように、比較例１（レーザピーニング未処理品）及び比較例２（室温でのレーザピーニング処理品）に比べて、実施例（ウォームレーザピーニング処理品）では衝撃付与回数が顕著に増大し、工具寿命が大幅に延長されることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【0100】
本発明の切削工具によれば、刃先欠損の原因となる亀裂の伝播を安定して抑制でき、耐欠損性を高めて工具寿命を延長できる。したがって、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【0101】
１…工具基体、１ａ…表層、２…硬質被膜、３…切れ刃、５…すくい面、１０…切削工具
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】