JP2008538536A5

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Publication number: JP2008538536A5
Application number: JP2008504434A
Authority: JP
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2009-04-23

Description

エンドミル及びその作製方法

本発明は、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）又は多結晶ダイアモンド(ＰＣＤ)の切刃を有した螺旋エンドミルと、これを作製する方法とに関する。

エンドミルは、典型的には、表面、角、溝、くぼみ、スロットを加工するために使用される。エンドミルは、高速度鋼又は中実超硬合金から作られるが、エンドミルは、切削手段として超硬合金製インサートを有した鋼製の工具本体から構成されることもある。ある用途として、ＰＣＤのような超硬質材料から形成される切刃を有したエンドミルは、通常、アルミニウム、黄銅、マグネシウム、複合材等のような非鉄合金の加工に使用される一方、ＰｃＢＮのような超硬質研磨材から形成される切刃を有するエンドミルは、通常、鋳鉄や硬化鋼のような鉄材料の加工に使用される。

幾つかのタイプのＰＣＤ又はＰｃＢＮ製のエンドミルが、今日市販されている。エンドミルを作製する一つの方法は、高温高圧（ＨＰＨＴ）で、中実の筒形状の炭化物本体、すなわちシャンクにロウ付けされエンドミルに仕上げられるブランク、の割れ目（ｖｅｉｎｓ）にダイアモンド又はｃＢＮ粉末を焼結するステップを含む。シャンクが、ロウ付け又は他の接合方法によりエンドミルブランクに取り付けられると、結果的に接合部において固有の弱点を有した工具となる。一般的な条件下でのエンドミルの使用は、複合的な引張り及び剪断荷重がエンドミルに作用し、接合部におけるエンドミルの破損につながる可能性がある。結果として、固有の弱点を有しないエンドミルが所望される。また、このようなエンドミルを形成する方法がさらに所望される。

シャンクにブランクをロウ付けする必要性無しに、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）又は多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）のような超硬質材料製のエンドミルを単体の中実ブランクから形成することを可能にする方法が提供される。例示の実施形態では、この方法は、少なくとも４．０６４ｃｍ（１．６ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有するブランクからエンドミルを形成するステップを含む。別の例示の実施形態では、この方法は、少なくとも４．３１８ｃｍ（１．７ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有するブランクからエンドミルを形成するステップを含む。他の例示の実施形態では、この方法は、少なくとも４．４４５ｃｍ（１．７５ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有するブランクからエンドミルを形成するステップを含む。またさらに別の例示の実施形態では、この方法は、少なくとも５．０８ｃｍ（２ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有するブランクからエンドミルを形成するステップを含む。別の例示の実施形態では、この方法は、ベルトプレス機又はピストン−シリンダプレス機のような従来の焼結プレス装置内で、より長い包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅｓ）を使用するステップを含む。一つの例示の実施形態では、この方法は、端部の加熱器の使用の問題を解決することにより、端部加熱ユニットを組み入れることなく、より長い焼結包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅｓ）及びより長い加熱器の使用を可能にしている。

他の例示の実施形態では、多結晶超硬質材料を有するエンドミルを形成する方法が提供される。この方法は、溝を有するブランクを提供するステップと、溝内に超硬質材料を配置するステップと、耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）内にブランクを配置するステップと、４．０６４ｃｍ（１．６ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有し、加熱器内に耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）を配置するステップと、溝内で超硬質材料を焼結して、多結晶超硬質材料を形成するため、加熱器を使用して加熱しながら、プレス装置内で、耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）及びブランクを有した加熱器を加圧するステップとを含む。他の例示の実施形態では、焼結に用いる加熱器は、約６．３５ｃｍ（２．５ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有する。一つの例示の実施形態では、焼結に用いるブランクは、少なくとも４．０６４ｃｍ（１．６ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有する。さらに他の例示の実施形態では、加熱器は、４．３１８ｃｍ（１．７ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有し、ブランクは、４．３１８ｃｍ（１．７ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有する。さらに別の例示の実施形態では、加熱器は、４．４４５ｃｍ（１．７５ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有し、ブランクは、４．３１８ｃｍ（１．７５ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有する。他の例示の実施形態では、加熱器は、約５．０８ｃｍ（２ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有し、ブランクは、５．０８ｃｍ（２ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有する。

他の例示の実施形態では、多結晶超硬質材料を有するエンドミルを形成する方法が提供される。この方法は、４．０６４ｃｍ（１．６ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さと溝を有するブランクを提供するステップと、溝内に超硬質材料を配置するステップと、耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）内にブランクを配置するステップと、加熱器内に耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）を配置するステップと、溝内で超硬質材料を焼結して、溝内に多結晶超硬質材料を形成するため、加熱器を使用して加熱しながら、プレス装置内で、耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）及びブランクを有した加熱器を加圧するステップとを含む。一つの例示の実施形態では、焼結されるブランクは、４．３１８ｃｍ（１．７ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有し得る。別の例示の実施形態では、ブランクは、４．４４５ｃｍ（１．７５ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有し得る。他の例示の実施形態では、ブランクは、約５．０８ｃｍ（２ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有し得る。

各々の前述の例示の実施形態では、ブランクは、中実の又は粉末形態として提供され得る。さらに各々の前述の例示の実施形態の方法では、多結晶超硬質材料を特徴とする切刃を有する溝（フルート）を形成するためのブランクを加工するステップも含み得る。例示の実施形態では、各々の前述の例示の実施形態では、加熱器は、両端部に端部加熱ユニットを具備していない。さらに例示の実施形態では、プレス装置は、べルトプレス機又はピストン−シリンダプレス機が用いられ得る。

さらに別の例示の実施形態では、把持部分を含んで、少なくとも４．０６４ｃｍ（１．６ｉｎｃｈｅｓ）の長さを本体として有するエンドミルが提供され、エンドミルは、単体の材料から形成される。多結晶超硬質材料は、その本体に接合されている。他の例示の実施形態では、本体は、少なくとも４．３１８ｃｍ（１．７ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有する。別の例示の実施形態では、本体は、少なくとも４．４４５ｃｍ（１．７５ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有する。さらに他の例示の実施形態では、本体は、少なくとも５．０８ｃｍ（２ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有する。別の例示の実施形態では、多結晶超硬質材料は、把持する部分まで延びていない。

本発明は、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）又は多結晶ダイアモンド(ＰＣＤ)の切刃を有した螺旋エンドミルと、これを作製する方法とに関する。幾つかのタイプのＰＣＤ又はＰｃＢＮ製のエンドミルが、今日市販されている。エンドミルを作製する１つの方法は、高温高圧下において（ＨＰＨＴ）、中実の筒形状の炭化物本体、すなわちシャンクにロウ付けされエンドミルに仕上げられるブランク、の割れ目（ｖｅｉｎｓ）にダイアモンド又はＣＢＮ粉体を焼結させるステップを含む。例示のエンドミル及びこれを作製する方法が、米国特許第４，９９１，４６７号、同第５，０３１，４８４号、同第５，１１５，６９７号及び同第５，６８５，６７１号の明細書に開示されている。これらの内容は、本願と一体のものとして参照される。

例えば、図１に示されるように、エンドミルは、典型的には円柱状のタングステンカーバイドブランク１０から形成され、その外側表面上に長手方向に形成された螺旋状の溝又は割れ目（ｖｅｉｎｓ）１２を有し、これら溝又は割れ目には、ダイアモンド又は立方晶窒化ホウ素どちらか一方と結合材とが詰められる。溝に詰物がされた状態のブランクは、次に、ＨＰＨＴ（高温高圧）で、ニオブ又はタンタルから作られる缶のような“缶”と典型的には呼称される耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）内で焼結される。焼結は、立体型プレス装置のようなプレス装置内で行われる。焼結の際に、ダイアモンド又はＣＢＮは、それぞれ多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）又は多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）を形成し同時にタングステンカーバイドブランクに接合する。

最近のエンドミルにおいて、ブランクの長さはとても短くなっており、典型的には３．８１ｃｍ（１．５ｉｎｃｈｅｓ）より小さい。短い長さのブランクに適合させ、工具すなわちエンドミルを把持する手段を提供するために、例えば図２に示されるように、ブランクがシャンク１６上にロウ付けされる。多結晶超硬質材料とシャンクの結合体を有したブランクが、溝（フルート）１５を形成するように加工され、これにより、例えば図３に示されるように、超硬質材料製の切刃１７を有するエンドミルを形成する。

従来のエンドミルを形成するためのブランクを焼結するとき、ダイアモンド又は立方晶窒化ホウ素を詰め込まれた溝を有するブランクが、耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）１１内に配置され、次に、この耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）は、塩１３によって周囲を取り囲まれ、そして、筒形状の加熱器２０内に配置される。電流リング(図示されない)及び端部ディスク２６が、加熱器に連結されており、これらが加熱器に電流を供給し、加熱器が抵抗加熱によってブランクを有した耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）を加熱する。電流リング（図示せず）を通して耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）に電気が供給されると、抵抗加熱は、加熱器の外側周面を通して半径方向に加熱する（図４において矢印２２で示すように）。矢印２４で示されるように、端部ディスクは、軸線方向の加熱を提供する。端部ディスク２６は、典型的には抵抗式加熱器である。次に、耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）を内包した加熱器は、プレス装置の作業スペース内に配置され、そこで加圧を受ける。焼結するために、加熱器によって提供される温度とプレス装置によって提供される圧力は、ダイアモンド及びＣＢＮが熱力学的に安定化するレベルである。

従来の立体型焼結プレス装置は、端部加熱器を有したより長い加熱器を収容出来ないため、焼結されるブランクの長さに制限がかかっていた。典型的な立体型プレス装置は、一般的に、長さが６．３５ｃｍ（２．５ｉｎｃｈｅｓ）の作業スペースを有しており、二つの端部ディスク２６と共に、約４．０６４ｃｍ（１．６０ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有する従来の加熱器に収容することが出来る。従来の耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）は、約３．８１ｃｍ（１．５０ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有する。加熱器全体の長さは、耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）と塩に周囲を取り込まれている。結果的に、立体型焼結プレス装置及び加熱器によって製造されるエンドミルのブランクの長さは、約３．８１ｃｍ（１．５ｉｎｃｈｅｓ）の長さに制限される。

これらの長さの制限を克服する試みとして、出願人は、高圧装置によって供給された十分な圧力下において端部加熱を用いることなく、半径方向の加熱のみを使用して焼結するのに十分な程度にブランクを加熱することが出来ることを見出した。この点において、通常、端部を加熱するために使用される端部ディスク２６は必要とされなくなり、プレス装置作業スペース内の長さをより長くして、より長い加熱器３２（図５に示す）に適応し、より長いブランクに対応することを可能にさせる。例えば、例示の実施形態では、出願人は、６．４２１１２ｃｍ（２．５２８ｉｎｃｈｅｓ）の長さを有する加熱器を使用することが出来た。このサイズの加熱器は、ベルトプレス機又はピストン−シリンダプレス機に収容されることが出来る。この加熱器を用いて、出願人は、エンドミルブランクを形成するためのより長い耐熱金属包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）を使用することが出来た。より長い加熱器を用いて、出願人は、５．０８ｃｍ（２ｉｎｃｈｅｓ）又はそれより大きい長さを有するエンドミルブランクを形成することが出来た。より長いブランクを形成することにより、ブランクにシャンクをロウ付けする必要性が解消される。

例示の実施形態において、円柱状タングステンカーバイド基材のようなブランク４０は、長手方向に延びる螺旋溝４２を備えており、これらの溝は、例えばダイアモンド又はＣＢＮ粉体のような適宜の粉体を詰め込まれる。溝を有するブランクは、公知の方法を使用して形成され得る。例えば、円柱状のブランクは、従来の方法を用いて形成された後に、溝を形成するための加工を施され得る。あるいはまた、ブランクが、適当な位置に溝を有して成型され得る。他の例示の実施形態では、ブランクは、焼結過程において固結するように粉末形態で提供され得る。さらに他の例示の実施形態では、ブランクは、結合材と一緒に結合された粉末形態で提供され得る。

図６に示される例示の実施形態では、螺旋溝４２は、ブランク本体４０の全長４４に沿って延びてはいない。この点において、ブランクは、それが形成されるとき、超硬質材料を有していない部分４６を有して形成される。超硬質材料を含むブランクの一部分は、シャンクにロウ付けされることなく、適当な形状に加工される。結果的に、エンドミルは、部分４６が把持部分を規定するように形成される。把持部分は、機械コレット又は把持器具のような別の装置にエンドミルを取り付けるために使用される。例えば、エンドミルの端部は、エンドミル加工用途に使用される工具に取り付けられる焼き嵌めホルダーに焼き嵌めされ得る。代わりの例示の実施形態では、より長いブランクは、ブランクの全長に沿って延びる長手方向螺旋溝を有して形成される。さらに別の例示の実施形態では、ブランクは、適当な超硬質材料からなる一条溝だけを有して形成され得る。

典型的なエンドミルは、３．８１ｃｍ（１．５ｉｎｃｈｅｓ）未満の長さであるのでシャンクにロウ付けする必要がある一方、本発明は、４．０６４ｃｍ（１．６ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さ、より好ましくは４．３１８ｃｍ（１．７ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有するエンドミルブランクを形成することを提供する。こうして、把持する部分を提供し、シャンクにロウ付けする必要性がなくなる。例示の実施形態では、４．４４５ｃｍ（１．７５ｉｎｃｈｅｓ）以上の長さを有してエンドミルのブランクが形成される。他の例示の実施形態では、４．３１８ｃｍ（１．７ｉｎｃｈｅｓ）以上５．０８ｃｍ（２ｉｎｃｈｅｓ）以下までにエンドミルのブランクが形成される。他の例示の実施形態では、エンドミルのブランクは、少なくとも５．０８ｃｍ（２ｉｎｃｈｅｓ）に形成される。

本発明を複数の実施形態について記述し、図示してきたが、特許請求の範囲に記載される目的とする本発明の全ての範囲内で変更及び改変がなされ得ることから、本発明がそのように制限されるべきものでないことは理解されよう。

焼結した超硬質材料の割れ目（ｖｅｉｎｓ）を有している従来のエンドミルブランクの側面図である。シャンクにロウ付けされた従来のエンドミルブランクの側面図である。エンドミルに仕上げられた従来のエンドミルブランクの斜視図である。焼結過程で使用される従来の加熱器の部分の断面図である。例示の実施形態の焼結過程において用いられる、例示の実施形態のより大きな長さの加熱器の断面図である。本発明に係る例示の実施形態のエンドミルブランクの側面図である。

Claims

多結晶超硬質材料を有するエンドミルの形成方法であって、
溝を有するブランクを提供するステップと、
前記溝内に超硬質材料を配置するステップと、
耐熱金属包囲体内に前記ブランクを配置するステップと、
４．０６４ｃｍ以上の長さを有する加熱器内に前記耐熱金属包囲体を配置するステップと、
前記溝内で超硬質材料を高圧高温焼結して、該溝内に多結晶超硬質材料を形成するため、前記加熱器を使用して加熱しながら、プレス装置内でブランクを有した前記加熱器を加圧するステップと、
を含むエンドミル形成方法。
前記加熱器が、約６．３５ｃｍの長さを有する、請求項１に記載のエンドミル形成方法。
ブランクを提供するステップは、少なくとも４．０６４ｃｍの長さを有するブランクを提供することを含む、請求項１又は請求項２に記載のエンドミル形成方法。
前記加熱器は、４．３１８ｃｍ以上の長さを有し、ブランクを提供するステップは、４．３１８ｃｍ以上の長さを有するブランクを提供することを含む、請求項１に記載のエンドミル形成方法。
前記加熱器は、４．４４５ｃｍ以上の長さを有し、ブランクを提供するステップは、４．４４５ｃｍ以上の長さを有するブランクを提供することを含む、請求項１に記載のエンドミル形成方法。
前記加熱器は、約５．０８ｃｍの長さを有し、ブランクを提供するステップは、約５．０８ｃｍ以上の長さを有するブランクを提供することを含む、請求項１に記載のエンドミル形成方法。
前記加熱器は、両端部に端部加熱ユニットを有さない、請求項１から請求項６の何れか一項に記載のエンドミル形成方法。
多結晶超硬質材料を有するエンドミルの形成方法であって、
４．０６４ｃｍ以上の長さと溝を有するブランクを提供するステップと、
前記溝内に超硬質材料を配置するステップと、
耐熱金属包囲体に前記ブランクを配置するステップと、
加熱器内に耐熱金属包囲体を配置するステップと、
前記溝内で超硬質材料を高圧高温焼結して、該溝内に多結晶超硬質材料を形成するため、前記加熱器を使用して加熱しながら、プレス装置内の前記加熱器を加圧するステップと、
を含むエンドミル形成方法。
ブランクを提供するステップは、４．３１８ｃｍ以上の長さを有するブランクを提供することを含む、請求項８に記載のエンドミル形成方法。
ブランクを提供するステップは、４．４４５ｃｍ以上の長さを有するブランクを提供することを含む、請求項８に記載のエンドミル形成方法。
ブランクを提供するステップは、約５．０８ｃｍの長さを有するブランクを提供することを含む、請求項８に記載のエンドミル形成方法。
前記プレス装置は、ベルトプレス機とピストン−シリンダプレス機からなるプレス装置グループから選択される、請求項８から請求項１１の何れか一項に記載のエンドミル形成方法。
前記加熱器は、長尺であり、かつ両端部に端部加熱ユニットを有さない、請求項８から請求項１２の何れか一項に記載のエンドミル形成方法。
少なくとも４．０６４ｃｍの長さを有し、かつ把持部分を備え、単体の焼結材料から形成されている本体と、
該本体上で超硬質材料を高圧高温焼結して該本体に接合された多結晶超硬質材料と、
を備えることを特徴とするエンドミル。
前記本体は、５．０８ｃｍ以上の長さを備える、請求項１４に記載のエンドミル。
前記本体は、少なくとも４．３１８ｃｍの長さを備える、請求項１４に記載のエンドミル。