JP2556393B2

JP2556393B2 - ねじれ刃を有する切削工具及びその製造方法

Info

Publication number: JP2556393B2
Application number: JP2195481A
Authority: JP
Inventors: 隆侑西村
Original assignee: GN Tool Co Ltd
Current assignee: GN Tool Co Ltd
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1996-11-20
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JPH03277412A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、刃部にねじれ刃を有するエンドミル、リ
ーマ、ドリル等の切削工具の改良に関し、より詳細に
は、刃部にねじれ刃に沿って、母材よりも硬度が高く且
つ耐摩耗性に優れた多結晶ダイヤモンド焼結体、立方晶
窒化硼素焼結体等の高硬度・高耐摩耗性焼結体を埋設・
固着して成る切削工具とその製造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来より、切削能率の向上、工具寿命の延長という要
請に応えるため、刃部に硬度が非常に高く且つ耐摩耗性
に優れたダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素の焼結体を
用いたエンドミル、リーマ等の切削工具が開発され、使
用されて来ている。

これら従来の切削工具に使用されている高硬度・高耐
摩耗性焼結体は、ダイヤモンドや立方晶窒化硼素の微粉
末を高温高圧下で焼結して形成されたチップ状のもので
ある。また、刃部の母材である超硬合金、鋼等への接合
を容易にするため、ダイヤモンドや立方晶窒化硼素の原
料粉末を単独で焼結するのではなく、超硬合金等からな
る基板上に焼結して形成されている。こうして形成され
た焼結体チップは、厚さが0.5mm程度で形状が円形、半
円形、扇形、三角形、長方形等の薄板状とされ、当該焼
結体チップをろう付によって刃部の母材の一部に埋設・
固着して使用されている。

このような従来の切削工具の一例を第６図と第７図に
示す。

第６図の直刃エンドミル（１）は、刃部（２）とシャ
ンク部（３）から成り、超硬合金、網等からなる刃部
（２）には先端刃（4a）と側面直刃（4b）が設けてあ
る。また刃部（２）には、特に加工中に負荷の多くかか
る箇所に、各刃（4a）（4b）の一部を形成するように、
ろう付けにより前述した半円板形の高硬度・高耐摩耗性
焼結体チップ（５）が２枚埋設・固着されている。

第７図に示す直刃エンドミル（1a）もまったく同様で
あり、２個の棒形の高硬度・高耐摩耗性焼結体チップ
（５）が、先端刃（4a）及び側面直刃（4b）の一部を形
成するように埋設・固着されている。

なお、このような事情は、エンドミル以外の他の切削
工具においてもまったく同様である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、前記従来の切削工具では、いずれもダイ
ヤモンドや立方晶窒化硼素等の高硬度焼結体チップが、
直刃の一部を形成するように埋設・固着されており、当
該直刃の他の部分は母材そのもので形成されている。

また、前記のような高硬度・高耐摩耗性焼結体チップ
が埋設されている切削工具は、ほとんど刃が直線状のも
のに限られており、ねじれ刃を有するエンドミル、リー
マ等の切削工具は存在しないのである。これは、前記の
ような焼結体が、高温・超高圧下で原料粒子を焼結させ
て形成されるため、チップの形状や寸法におのずと制限
が生じ、ねじれた形状に形成したり、ねじれ刃の一部を
形成するように埋設したりすることができないからであ
る。

また、ダイヤモンドや立方晶窒化硼素の焼結体チップ
をろう付けによって刃部の母材に埋設・固着する場合、
当該チップがかなりの高温に加熱されるため、その熱に
よる悪影響も無視できない。特に、ダイヤモンド焼結体
チップの場合には、熱を加えることによって焼結体チッ
プ表面に黒鉛層を生じてチップが燃焼する恐れがあり、
作業に十分な注意が必要である。

さらに、これはダイヤモンド、立方晶窒化硼素のいず
れにも言えることであるが、切削加工中の切削熱によっ
て、これらの焼結体チップと母材とのろう付けが剥離す
る恐れがある。

他方、刃部の側面にねじれ刃を持つ切削工具、例えば
スパイラル・エンドミルは、直刃エンドミルよりも切削
性能や切削後の寸法精度が優れていることはよく知られ
ている。

そこで、この発明の目的は、ねじれ刃に沿ってダイヤ
モンド、立方晶窒化硼素等の刃部の母材よりも硬度が硬
く且つ耐摩耗性に優れた焼結体が埋設・固着されてい
て、切削性能、切削能率、切削後の寸法精度に優れ、さ
らには、長寿命である切削工具及びその製造方法を提供
することである。

この発明の他の目的は、ダイヤモンド等の高硬度・高
耐摩耗性焼結体の母材への埋設・固着が簡単且つ確実に
行え、さらに加工中に当該焼結体が剥離したりする恐れ
がない切削工具及びその製造方法を提供することを課題
とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、この発明の切削工具は、刃
部にねじれ刃を有する切削工具において、前記刃部が、
外周の前記ねじれ刃を形成する箇所にねじれ凹溝を有す
る母材焼結体と、前記ねじれ凹溝に充填・埋設され且つ
前記母材焼結体に一体焼結固着された、多結晶ダイヤモ
ンド焼結体または立方晶窒化硼素焼結体とを備えてな
り、さらに、前記多結晶ダイヤモンド焼結体または立方
晶窒化硼素焼結体に、これのねじれにしたがって連続す
るねじれ刃が形成されている。

また、この発明の切削工具の製造方法は、刃部にねじ
れ刃を有する切削工具の製造方法において、原料粉末を
仮焼結して、前記刃部の母材焼結体を形成する第１工程
と、前記母材焼結体の外周の前記ねじれ刃を形成する箇
所にねじれ凹溝を形成する第２工程と、前記ねじれ凹溝
に、多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素の焼結体
用の原料粉末を充填する第３工程と、前記ねじれ凹溝に
前記多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素の焼結体
用の原料粉末が充填された前記母材焼結体を加熱及び加
圧し、前記母材焼結体の焼結を完了すると共に前記原料
粉末を焼結して母材焼結体に一体焼結固着する第４工程
と、多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素の焼結体
が固着された母材焼結体を加工して、前記多結晶ダイヤ
モンドまたは立方晶窒化硼素の焼結体に、このねじれに
したがって連続するねじれ刃を形成する第５工程を備え
てなる。

〔作用〕

以上のようにした結果、 i.ねじれ刃を形成する箇所にのみ多結晶ダイヤモンド焼
結体または立方晶窒化硼素焼結体が存在することから、
超硬質で加工が困難な多結晶ダイヤモンド焼結体等の部
分加工が非常に少なくなる。

ii.ねじれ刃が多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶
窒化硼素焼結体で構成され且つこのねじれ刃が２つ以上
ある切削工具についても製造できる。

iii.母材焼結体に対して、ねじれ刃を構成する多結晶ダ
イヤモンド焼結体または立方晶窒化硼素焼結体が一体焼
結固着されているから高速切削加工しても、ねじれ刃が
母材から剥離するようなことはなく且つねじれ刃が短期
間で欠損するようなことはない。

iv.多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化硼素焼
結体が構成するねじれ刃は長いものであっても連続した
ものにできるから、精密切削加工も可能である。

〔実施例〕

以下、発明の構成を実施例として示した図面に従って
説明する。

第１図及び第２図は、この発明をスパイラル・エンド
ミルに適用した場合の実施例を示している。

このスパイラル・エンドミル（10）は、４本の螺旋状
のねじれ刃（15）と４本の直線状の先端刃（17）を持つ
超硬合金製の刃部（11）と、当該刃部（11）の基端部に
接合された鋼製のシャンク部（12）とから構成されてい
る。刃部（11）の側面には、４本の螺旋状ねじれ溝（1
3）とランド（14）が設けてあり、前記４本のねじれ刃
（15）は、各ランド（14）の切削側の端縁に当該端縁に
沿って形成されている。また、前記先端刃（17）は刃部
（11）の先端面に形成され、ねじれ刃（15）とそれぞれ
連続している。

前記ランド（14）のねじれ刃（15）側の端部には、そ
れぞれ、当該ねじれ刃（15）に沿って螺旋状のねじれ凹
溝（14a）が形成されていて、当該ねじれ凹溝（14a）内
に、前記刃部（11）の母材を形成する超硬合金よりも硬
度が高く耐摩耗性にも優れた、高硬度・高耐摩耗性の焼
結体（16）が埋設・固着されている。そして、前記ねじ
れ刃（15）は、これらの高硬度・高耐摩耗性焼結体（1
6）の上に形成されている。

また図から明らかなように、ねじれ凹溝（14a）は刃
部（11）の先端面まで達しており、高硬度・高耐摩耗性
焼結体（16）の一部が当該先端面に露出している。この
ため先端刃（17）は、外端部のみが高硬度・高耐摩耗性
焼結体（16）により形成され、多の部分は母材である超
硬合金により形成されている。

この高硬度・高耐摩耗性焼結体（16）としては、前記
刃部（11）の母材焼結体よりも硬度が高く耐摩耗性に優
れた焼結体であれば、公知の任意のものを使用できる
が、特に多結晶ダイヤモンドあるいは立方晶窒化硼素の
粉末を高温・超高圧下で焼結させてなるものが好まし
い。

前記高硬度・高耐摩耗性焼結体（16）は、ここでは厚
さ（半径方向の長さ）が0.5mm程度の薄い層として形成
してある。またこの実施例では前記ねじれ凹溝（14a）
がねじれ刃（15）のほぼ全長にわたって設けてあるの
で、高硬度・高耐摩耗性焼結体（16）もねじれ刃（15）
のほぼ全長にわたって埋設されている。

高硬度・高耐摩耗性焼結体（16）は通常、非常に高コ
ストであるので、使用量を少なくするため、ねじれ刃
（16）の先端に近い部分のみに設けても良い、またラン
ド（14）のねじれ刃（15）に近い部分のみに且つ薄い層
として埋設するのが好ましい。

なお、（18）は刃部（11）とシャンク（12）との接合
部である。

次に、第３図〜第５図を参照して、前記構成としたス
パイラル・エンドミル（10）の製造方法について説明す
る。

第１工程まず、刃部（11）の母材となる超硬合金の原料粉末を
仮焼結して、第３図（ａ）に示すように、円柱形の母材
焼結体（20）を形成する。

第２工程次に、前記母材焼結体（20）の外側面に、前述したね
じれ凹溝（14a）を螺旋状に４本形成する。すると、母
材焼結体（20）は第３図（ｂ）のような形状になる。当
該ねじれ凹溝（14a）は、ねじれ刃（15）が形成される
箇所に、当該ねじれ刃（15）の数及びリード等に対応さ
せて設定され、また通常、幅及び深さをいずれも1mm程
度とするのが好ましい。

第３工程第３に、高硬度・高耐摩耗性焼結体（16）となる多結
晶ダイヤモンドあるいは立方晶窒化硼素の焼結体用の原
料粉末に、適当な焼結助剤を混合し、前記母材焼結体
（20）のねじれ凹溝（14a）に充填する。そうして、全
体がほぼ完全な円筒形となるようにする。

第４工程続いて、前記母材焼結体（20）を第５図に示す加熱・
加圧装置（21）に入れ、圧力約45,000気圧以上、温度約
1,400〜1,600℃の条件で少なくとも３分以上加熱及び加
圧する。すると、仮焼結されていた母材焼結体（20）が
完全に焼結されると共に、ねじれ凹溝（14a）に充填さ
れていた高硬度・高耐摩耗性焼結体（16）の原料粉末も
焼結され、ねじれ凹溝（14a）内に高硬度・高耐摩耗性
焼結体（16）が形成される。そしてそれと同時に、高硬
度・高耐摩耗性焼結体（16）は母材焼結体（20）と強固
に固着し、一体化する。

こうして、第３図（ｃ）のように、超硬合金製の母材
焼結体（20）の外周のねじれ凹溝（14a）に高硬度・高
耐摩耗性焼結体（16）を埋設・固着してなる円柱形焼結
体が製造される。これが前記スパイラル・エンドミル
（10）の刃部（11）となる。

第５図に概略を示している加熱・加圧装置（21）は、
前記母材焼結体（20）等のような被焼結体（22）を加熱
すると同時に、当該被焼結体（22）にＸ、Ｙ及びＺの３
軸方向（対向する三組の加圧体により六箇所から押圧さ
れる）から同時に加圧できる構造を持っている。従っ
て、平面的な焼結体しか製造できない従来の装置とは異
なり、前述したような立体的形状の焼結体の製造が可能
なものである。

第５工程次に、前工程で製造された、ねじれ凹溝（14a）に高
硬度・高耐摩耗性焼結体（16）が埋設・固着された母材
焼結体（20）の一端に、ろう付けによってシャンク用部
材（23）が接合され、第４図に示すようなスパイラル・
エンドミル（10）の半完成品（24）が製造される。

第６工程続いて、第４図に示す半完成品（24）の母材焼結体
（20）の外側面に、ねじれ溝（13）とねじれ刃（15）を
加工する。

まず、前記半完成品（24）を工具研削盤等に装置し、
ダイヤモンド砥石を使用して、当該半完成品（24）の母
材焼結体（20）の外側面に、各高硬度・高耐摩耗性焼結
体（16）に仕上げ用の取り代が残るように、４本のねじ
れ溝（13）及びランド（14）を切削加工する。母材焼結
体（20）は超硬合金からなるので、このねじれ溝（13）
及びランド（14）の加工は、通常の超硬合金からなる切
削工具の切削加工と同様に行えばよい。

次に、ねじれ溝（13）およびランド（14）の加工が終
了すると、放電加工、電解研磨加工等によって各高硬度
・高耐摩耗性焼結体（16）に対して精密且つ高精度に仕
上げ加工を行い、ねじれ刃（15）及び先端刃（17）を形
成して第１図及び第２図に示したスパイラル・エンドミ
ル（10）を完成させるのである。

このスパイラル・エンドミル（10）を使用すると、全
体が高硬度・高耐摩耗性焼結体（16）により形成された
ねじれ刃（15）と、一部が高硬度・高耐摩耗性焼結体
（16）に形成された先端刃（17）によって、通常のスパ
イラル・エンドミルと同様にして切削加工が行われる。

尚、上記実施例では、第１工程における原料粉末の焼
結度合を仮焼結としたが、本焼結としてもよい。

他方、上記実施例ではスパイラル・エンドミルについ
てのみ説明したが、この発明はねじれ刃を持つ切削工具
であれば、エンドミル以外の任意の切削工具にも適用で
きることは勿論である。

〔発明の効果〕

この発明は上記構成であるから次の効果を有する。

作用に記載した内容から、比較的低コストで製造で
き、高速切削加工しても、短期間でねじれ刃が母材か
ら剥離したり欠損するようなことはなく、高速による
精密切削加工が可能である切削工具を提供することがで
き、また、前記切削工具を比較的容易に製造できる方法
を提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、この発明をスパイラル・エドミル
に適用した実施例を示し、第１図はスパイラル・エンド
ミルの正面図、第２図はその先端側から見た側面図であ
る。第３図は、第１図及び第２図に示すスパイラル・エンド
ミルの製造工程を示す説明図で、（ａ）は仮焼結した母
材焼結体の斜視図、（ｂ）は（ａ）の母材焼結体にねじ
れ凹溝を形成した状態の斜視図、（ｃ）は同母材焼結体
のねじれ凹溝に高硬度・高耐摩耗性焼結体を充填した状
態の斜視図である。第４図は、ねじれ凹溝に高硬度・高耐摩耗性焼結体を充
填した母材焼結体をシャンク用部材に接合した半完成品
の斜視図である。第５図は、焼結に使用する３軸方向加圧・加熱装置の概
略説明図である。第６図及び第７図は、従来の直刃エンドミルを示す正面
図である。（10）……スパイラル・エンドミル（11）……刃部（12）……シャンク部（13）……ねじれ溝（14）……ランド（14a）……ねじれ凹溝（15）ねじれ刃（16）……高硬度・高耐摩耗性焼結体（17）……先端刃（18）……接合部（20）……刃部の母材焼結体（21）……加熱・加圧装置（22）…被焼結体（23）……シャンク用部材（24）……半完成品

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】刃部にねじれ刃を有する切削工具におい
て、前記刃部が、外周の前記ねじれ刃を形成する箇所に
ねじれ凹溝を有する母材焼結体と、前記ねじれ凹溝に充
填・埋設され且つ前記母材焼結体に一体焼結固着され
た、多結晶ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化硼素焼
結体とを備えてなり、さらに、前記多結晶ダイヤモンド
焼結体または立方晶窒化硼素焼結体に、これのねじれに
したがって連続するねじれ刃が形成されていることを特
徴とする切削工具。
【請求項２】前記母材焼結体が超硬合金である請求項１
に記載の切削工具。
【請求項３】刃部にねじれ刃を有する切削工具の製造方
法において、原料粉末を仮焼結して、前記刃部の母材焼
結体を形成する第１工程と、前記母材焼結体の外周の前
記ねじれ刃を形成する箇所にねじれ凹溝を形成する第２
工程と、前記ねじれ凹溝に、多結晶ダイヤモンドまたは
立方晶窒化硼素の焼結体用の原料粉末を充填する第３工
程と、前記ねじれ凹溝に前記多結晶ダイヤモンドまたは
立方晶窒化硼素の焼結体用の原料粉末が充填された前記
母材焼結体を加熱及び加圧し、前記母材焼結体の焼結を
完了すると共に前記原料粉末を焼結して母材焼結体に一
体焼結固着する第４工程と、多結晶ダイヤモンドまたは
立方晶窒化硼素の焼結体が固着された母材焼結体を加工
して、前記多結晶ダイヤモンドまたは立方晶窒化硼素の
焼結体に、これのねじれにしたがって連続するねじれ刃
を形成する第５工程を備えてなることを特徴とする切削
工具の製造方法。
【請求項４】前記第５工程の前に、前記多結晶ダイヤモ
ンド焼結体または立方晶窒化硼素焼結体が固着された前
記母材焼結体の一端に、シャンク用部材を接合する工程
が含まれている請求項３記載の製造方法。
【請求項５】前記第５工程が、前記母材焼結体の外周に
切削加工によりねじれ溝を加工する工程と、前記多結晶
ダイヤモンド焼結体または立方晶窒化硼素焼結体に放電
加工または電解研磨加工によって前記ねじれ刃を加工す
る工程を含んでいる請求項３又は４記載の製造方法。