JP2934927B2 - ダイヤモンドロータリカッタ - Google Patents

ダイヤモンドロータリカッタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はロータリカッタに関し、
特に多結晶ダイヤモンド等を含む硬質材の切刃を有する
螺旋フルート付きロータリカッタに係わる。
【0002】
【従来の技術】極端にきびしい条件下で切削を行うに
は、エンドミルのような螺旋フルート付きロータリカッ
タが必要である。螺旋フルート付きエンドミルの切削端
はエンドミル加工素材(ブランク)の対向面に1つずつ
少なくとも一対の切刃を含む。
【0003】エンドミル加工素材の切削端に位置して互
いに反対向きの切削面には軸荷重とねじり荷重が作用す
るので、エンドミルカッタの構造には材料的条件が要求
される。当然のことながら、切刃の材料は被切削物を切
削するためにできるだけ硬質でなければならず、エンド
ミルカッタの切刃を高温で維持するために耐熱性も要求
される。また、エンドミルカッタの使用中、負荷が掛け
られたエンドミルカッタは撓みに抵抗し外形を維持する
ため、エンドミル加工素材本体の材質は剛性と靭性を兼
備しなければならない。しかし、一般に硬い材料は脆
く、高靱性の材料は摩耗し易いから、上記条件を満たそ
うとすれば材料選択において妥協を余儀なくされざるを
得ないこととなる。
【0004】本発明は、溝切りフライス、ドリル、皿座
ぐり、端ぐり、リーマ、タップなどのようなさまざまな
回転切削工具にも応用できる。
【0005】切削面における硬度と耐摩耗特性を備えた
材料と、本体及びシャフトにおける高靭性かつ高剛性の
材料とを組合わせることは公知である。切削面と本体及
びシャフトを別々の材料で形成することはすでに提案さ
れている。その結果、炭素鋼またはカーバイドから成る
シャフトにタングステンカーバイドまたはダイヤモンド
のチップまたはインサートを組合わせるなど種々の組合
せが公知である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】これらの組合せは個別
的には有用であっても、インサートまたはチップとシャ
フトとの間のろう付に関連する共通の欠点がある。タン
グステンカーバイドを鋼またはカーバイドシャフトに直
接はんだ付またはろう付することは可能である。しかし
ながら、ダイヤモンドのチップまたはインサートは先ず
カーバイド基台に接着してから、この基台をシャフトに
はんだ付またはろう付しなければならない。ダイヤモン
ド粒子はPCD(多結晶ダイヤモンド)の圧縮成形体と
して形成すると同時に金属触媒を介して高圧高温プレス
中でカーバイド基台に接合するのが普通である。しか
し、大気圧においては、プレス中で起こるダイヤモンド
粒子の相互間及び基台との接合を触媒する金属は700
℃以上の温度においてダイヤモンドから黒鉛への転換を
も触媒し、その結果、PCD圧縮成形体の崩壊を招く。
そこでシャフトへの基台取付けには、低温のはんだ付ま
たはろう付が採用される。このろう付は、基台やシャフ
トよりも軟質であるから、このような旋回工具の耐用寿
命には限界がある。従って、ろう付部分は工具構造の最
大の弱点であり、工具の使用を制約する要因となる。
【0007】米国特許第4,762,445 号は、例えばカーバ
イドのような比較的摩削能力の低い材料から成るドリル
加工素材中に、例えば多結晶ダイヤモンドのような焼結
した研摩粒子の筋脈状成形体を互いに対向する位置に分
脈して埋込んだ螺旋フルート付きツイストドリル装置を
開示している。ドリルの先端及びウェブの近傍では、研
摩材の筋脈状成形体は並列から乱れて互いに交錯する。
ダイヤモンドの筋脈状成形体は螺旋ドリル加工素材の先
端で互いに180℃に開いて相対向している。この対向
する筋脈状成形体は螺旋ドリルの中心即ち軸心において
交錯することでダイヤモンドをツイストドリルの先端に
集中させている。しかし、ツイストドリルの先端におけ
るダイヤモンド筋脈状成形体は比較的浅く、短時間で摩
耗する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、例えば、少な
くとも一対の予め形成された溝のそれぞれにダイヤモン
ドを集中させることによって上記公知技術の問題点を克
服する。ロータリカッタ加工素材に設ける溝は、ロータ
リカッタフルートを形成する際にイヤモンド近傍からの
基材切除量が最少限で済むような適切なすくい角で形成
する。
【0009】上記公知技術では、ロータリカッタ加工素
材に半径方向に整列する溝を形成し、次いでこの溝の中
でダイヤモンドカッタ材を焼結する。ダイヤモンド焼結
処理によってそれぞれの溝にダイヤモンドを固定してか
ら、ロータリカッタの心棒にフルートを形成する時、特
に被切削物に対してダイヤモンドが正のすくい角を形成
するようにしたい場合、焼結ダイヤモンド前縁の大部分
が削り取られることになる。
【0010】本発明は隣接する被切削物に対する角度が
正、負または90°のいずれであっても、焼結ダイヤモ
ンドの前縁切刃角度と一致するダイヤモンド充填溝を形
成する方法を提供する。
【0011】ダイヤモンド充填溝が適正な切削角度とな
るように注意深く形成することにより、次いでフルート
をロータリカッタの心棒に形成する際には溝から焼結ダ
イヤモンドを削り取らずにすみ、ダイヤモンドに刃をつ
ける工程において焼結ダイヤモンドをそっくり維持しな
がら容易にフルートを形成することができる。
【0012】本発明のロータリカッタはその製造過程に
おいてダイヤモンドがそっくりそのまま残されるから従
来のものよりも耐用寿命が長く、製造コストも低く抑え
られる。
【0013】本発明はロータリカッタ加工素材に形成さ
れた螺旋溝のそれぞれが被切削物に対して正または負の
すくい角を形成する螺旋フルート付きロータリカッタを
提供する。溝には多結晶ダイヤモンド(PCD)または
立方晶窒化ホウ素(CBN)から成る圧縮成形体を充填
する。次いで溝の角度と一致する角度で凹状フルートを
形成する。従って、ダイヤモンドまたはCBNに正また
は負のすくい角で刃をつける際、ダイヤモンドまたはC
BNの損失は極めて少ない。
【0014】ダイヤモンドロータリカッタは先ずロータ
リカッタ加工素材の側面に少なくとも一対の溝を形成す
ることによって製造される。溝は半径方向に彫り込ま
れ、そのエッジの角度が、次にロータリカッタ加工素材
に形成される凹状フルートの角度とほぼ一致するように
形成される。ロータリカッタ加工素材に形成した螺旋溝
に多結晶ダイヤモンド系および立方晶窒化ホウ素系のい
ずれかから選択された硬質材を充填する。ロータリカッ
タ加工素材の溝内の硬質材に十分な高圧をかけて焼結
し、多結晶硬質材を形成する。螺旋溝の硬質材のエッジ
とほぼ平行にロータリカッタ加工素材に凹状フルートを
形成し、硬質材のエッジ角度とほぼ一致する角度で硬質
材を研削することにより、硬質材損失を最少限に抑えな
がら、焼結硬質材の前縁に沿って硬質材の切刃を形成す
る。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に沿ってさ
らに詳細に説明する。図1のダイヤモンドエンドミル1
0はエンドミル加工素材12から成り、加工素材の周り
に円周方向に等間隔で例えば4本のフルート14を有す
る。エンドミルの加工素材は、例えばタングステンカー
バイドのような硬くて靭性の高い材料で製造することが
望ましい。螺旋溝18はフルート14の前縁15に形成
される。溝のねじれ角度は次に形成されるフルート14
の形状に合わせて設定される。焼結した多結晶ダイヤモ
ンド(PCD)または立方晶窒化ホウ素(CBN)から
成る硬質材で螺旋溝18中に筋脈状圧縮成形体30を形
成する。ドリル状加工素材フルートに近い位置で、螺旋
溝18の加圧され焼結されたダイヤモンド材の筋脈状成
形体30を研削して切刃32を形成する。タングステン
カーバイドから成るこのドリル状加工素材を接合面17
に沿って鋼またはカーバイドから成るドリル心棒16に
金属間結合する。この金属間結合は例えばろう付けによ
って行うことができる。
【0016】図2に示すエンドミルの端面13も螺旋溝
18がフルートの前縁を形成することを示している。多
結晶ダイヤモンド(PCD)または立方晶窒化ホウ素
(CBN)から成る筋脈状成形体30は米国特許第4,99
1,467 号及び第5,031,484 号に詳述されているように、
まず螺旋溝に粉体状の硬質材として充填され、それから
高圧プレスにかけて溝の中で押固め、焼結することによ
って形成される。焼結処理が完了したらPCD材を研削
してフルート14及び切刃32を形成する。
【0017】溝を形成している材料の縁辺角度は焼結ダ
イヤモンドの切刃角度と一致するから、研削量は最少限
でよい。従って、刃を付ける工程中のダイヤモンド損失
を最少限に抑えて溝内のダイヤモンド量を最大限に維持
することができる。
【0018】図3から明らかなように、タングステンカ
ーバイドから成るエンドミル加工素材12に例えば4本
の螺旋溝18を形成する。次に溝内でダイヤモンドを焼
結処理したのち、エンドミル本体にフルートを形成す
る。螺旋溝は加工素材の外周壁に沿って円周方向に等間
隔であり、粉体PCDを詰込まれる容器の役割を果す。
螺旋溝の互いに角度を形成する側壁20は溝の丸みのあ
る底22へ移行するように構成するのが好ましい。それ
ぞれの溝には照合側壁20が設けられる。溝底に丸みを
与える理由は空隙が生じないように溝へ多結晶粉体ダイ
ヤモンドを充填するためである。溝の側壁を底に対して
90°となるように構成すると90°の鋭い隅部が形成
され、これが応力集中を生じてダイヤモンド素材中に空
隙を形成するおそれがある。
【0019】図4には加工素材112に一対の螺旋溝1
18を形成した別のエンドミル加工素材110の実施例
を示した。
【0020】ロータリカッタ加工素材の軸線とほぼ平行
な一本以上の螺旋溝をダイヤモンドカッタに設けてもよ
い。さらにまた、ロータリカッタ加工素材12,112
のそれぞれ端面13,113を横切る切刃を設けること
により、縦フライス削り及び横フライス削り効果を高め
ることも本発明の範囲内で可能である。
【0021】図1、図2及び図5から明らかなように、
螺旋溝18,118を粉体ダイヤモンド(または粉体窒
化ホウ素)で充填して、多結晶材を形成するのに十分高
圧なプレス中で焼結する。このようにしてエンドミル加
工素材側面の螺旋溝に多結晶ダイヤモンド固態が形成さ
れる。次いでエンドミル加工素材を研削してフルート1
4を形成する。螺旋溝は加工素材に形成されるフルート
の角度に一致させて切削形成されているから、次の研削
工程では、最少限のダイヤモンド損失で加工素材の側面
に切刃32が形成される。
【0022】図6には心棒本体212に溝218が形成
されている従来のエンドミル210を断面図で示した。
ダイヤモンド材230及び溝218は半径方向に形成さ
れているから、心棒本体212にフルート214を形成
し、ダイヤモンド材に刃付けをする時、陰影域217で
示すようにダイヤモンド材230の少なくとも1/3が
失われる。
【0023】このダイヤモンド損失は、正のカッタすく
い角“A”を設ける場合にあっては特に不都合である。
ダイヤモンド材230の研削に多大の時間を要するだけ
でなく、工具を研削する装置にとっても重い負担とな
る。さらに、ダイヤモンド損失はダイヤモンドカッタの
耐用寿命を縮める。
【0024】図7に示す実施態様では、PCDを詰めら
れるロータリカッタ心棒312の溝318を半径方向の
線から傾斜させて凹状フルート314と整合させる。さ
らにまた、ダイヤモンド材330の切刃332は(図示
しない)隣接の被工作物に対して正のすくい角を形成す
る。角度“B”は切刃332のすくい角度である。
【0025】加工素材にフルートを形成する時、切削面
319と平行にかつダイヤモンド材330の底317に
対して接線方向に加工素材の材料が削り取られる。すな
わち、図7から明らかなように、ダイヤモンド材330
が溝318の側面においてのみ研削される。これによれ
ば、フルート形成工程並びにダイヤモンド刃付け工程に
おいて失われるダイヤモンド素材がいかに僅かなもので
あるか明らかである。
【0026】図6の公知技術と比較すれば容易に理解さ
れるように、溝を所定の角度に形成すればロータリカッ
タ310の耐久力を著しく高め、その寿命を延ばすこと
ができる。
【0027】図8に示す実施例ではロータリカッタ41
0の加工素材412に“V”字形の溝418を形成し、
“V”字の底に丸み421が与えてある。上記実施例に
おける底331(図7)同様、底に丸み421を与える
ことで、図3の説明で上記したように、確実に空隙を発
生させず粉体ダイヤモンドをしっかり充填することがで
きる。
【0028】この実施例でも切削面419は正のすくい
角を形成するから、隣接する(図示しない)被切削物に
対して切刃432が正のすくい角を、即ち、カッタ面に
対する切線との間に正のすくい角を形成する。ここでも
フルートは切削面419に沿って形成され、底417の
レベルでダイヤモンド切削面419から移行するから、
先に述べたように、フルート形成工程及びダイヤモンド
刃付け工程において、切粉として除かれるダイヤモンド
の量は極めて少ない。
【0029】ダイヤモンド焼結溝及びフルートを負のす
くい角に形成することも本発明の範囲内で可能である。
螺旋状でない溝及びフルートを形成することも本発明の
範囲内で可能である。
【0030】本発明の構成及び手法において本発明の思
想を逸脱することなく多様な変更が可能であることはい
うまでもない。即ち、本発明の好ましい構成及び作業態
様を図示の実施例に基づいて説明したが、頭書した特許
請求の範囲内でその他の実施態様も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】フルート付きエンドミルの斜視図である。
【図2】図1の2−2矢視による端面図である。
【図3】4本の螺旋フルートを切削形成したエンドミル
加工素材の側面図である。
【図4】互いに180°の間隔を保つ一対の螺旋フルー
トを有するエンドミル加工素材の側面図である。
【図5】図4の5−5矢視による端面図である。
【図6】焼結ダイヤモンドが充填された溝を半径方向に
整列させて形成した、従来の技術によるフルート付きロ
ータリカッタ加工素材の断面図である。
【図7】螺旋フルートが半径方向の線と交差して正のす
くい角をなすダイヤモンド切刃を形成するフルート付き
ロータリカッタ加工素材の断面図である。
【図8】半径方向の線と交差して被切削物に対して正の
すくい角をなすダイヤモンド切刃を形成する“V”字形
溝を有するフルート付きロータリカッタ加工素材の断面
図である。
【符号の説明】
10 ダイヤモンドエンドミル 12 エンドミル加工素材 13 エンドミル端面 14 フルート 15 前縁 18 螺旋溝 20 側壁 22 底 30 筋脈状圧縮成形体 32 切刃
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−277412(JP,A) 米国特許4991467(US,A) 米国特許5031484(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23C 5/10 B23P 15/34

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の端部を有するロータリカ
    ッタ加工素材の側壁に少なくとも一対の溝を形成し、多
    結晶ダイヤモンド系および立方晶窒化ホウ素系のいずれ
    かから選択された硬質材を前記溝内に固定したロータリ
    カッタにおいて、前記溝がこの溝のそれぞれに隣接させ
    て前記ロータリカッタ加工素材に形成されるフルートの
    ねじれ角と合致する角度に沿って半径方向の彫り込みに
    よって形成され、次いで、前記溝内にある前記硬質材の
    前記ロータリカッタ円周方向縁辺に前記隣接するフルー
    トの間の凹状フルートが一致するように、前記ロータリ
    カッタ加工素材を研削してなり、この硬質材によって形
    成される傾斜前縁に沿って前記フルート及び切刃を形成
    することを特徴とするダイヤモンドロータリカッタ。
  2. 【請求項2】 前記溝の方向を、カッタ面に対する接線
    と正のすくい角を形成するように設定したことを特徴と
    する請求項1記載のダイヤモンドロータリカッタ。
  3. 【請求項3】 前記溝の方向を、カッタ面に対する接線
    と負のすくい角を形成するように設定したことを特徴と
    する請求項1記載のダイヤモンドロータリカッタ。
  4. 【請求項4】 前記溝をV型に形成し、カッタ面に対す
    る接線と正のすくい角を形成するように切刃前縁の方向
    を設定したことを特徴とする請求項1記載のダイヤモン
    ドロータリカッタ。
  5. 【請求項5】 切削端を第1端部とし基部を第2端部と
    するロータリカッタ加工素材を形成し、第1の切削端部
    から第2の基端部に向かってロータリカッタ加工素材の
    側面に少なくとも一対の溝を形成し、このロータリカッ
    タ加工素材に形成された前記溝に、多結晶ダイヤモンド
    系および立方晶窒化ホウ素系のいずれかから選択された
    硬質材を充填し、前記溝内の前記硬質材を多結晶硬質材
    を形成するのに十分な高圧プレス内で焼結し、ほぼ前記
    溝の縁端においてロータリカッタ加工素材に凹状フルー
    トを形成するステップを含むロータリカッタの形成方法
    において、前記溝が半径方向に向けて彫り込まれ、次い
    でロータリカッタ加工素材に形成される凹状フルートの
    ねじれ角とほぼ一致する角度で前記溝が形成され、前記
    ロータリカッタ加工素材の前記溝内で形成された硬質材
    の前記ロータリカッタ円周方向縁辺に前記凹状フルート
    が一致するように、前記ロータリカッタ加工素材が前記
    角度とほぼ等しい角度で研削されることにより、前記硬
    質材の前記縁辺が前記凹状フルートに臨んで成すエッジ
    と前記ロータリカッタの半径方向が成すすくい角に沿っ
    て硬質材の切刃を形成することを特徴とするダイヤモン
    ドロータリカッタの形成方法。
  6. 【請求項6】前記溝として、この溝底の幅がロータリカ
    ッタ加工素材の表面の溝幅よりも狭い”V”字形溝を画
    定するように”V”字形に傾斜側壁をロータリカッタ加
    工素材に形成するステップを含み、前記傾斜側壁がカッ
    タ表面に対する接線と正のすくい角を形成することを特
    徴とする請求項5記載のダイヤモンドロータリカッタの
    形成方法。
  7. 【請求項7】 隣接する被切削物に対して正のすくい角
    度で溝を形成するステップを含むことを特徴とする請求
    項5記載の方法。
  8. 【請求項8】 隣接する被切削物に対して負のすくい角
    度で溝を形成するステップを含むことを特徴とする請求
    項5記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記ロータリカッタの基端である第2端
    部をカッタ心棒にろう付けするステップを含むことを特
    徴とする請求項5乃至8のいずれか一項記載の方法。
  10. 【請求項10】 第1及び第2の端部を有するロータリ
    カッタ加工素材の側壁に少なくとも一対の溝を形成し、
    多結晶ダイヤモンド系および立方晶窒化ホウ素系のいず
    れかから選択された硬質材を前記溝内に固定したロータ
    リカッタにおいて、前記溝が、この溝に隣接させて前記
    ロータリカッタ加工素材に形成されるフルートのねじれ
    角と合致する角度に沿って半径方向に傾斜する側面を有
    する彫り込みによって形成され、次いで、前記ロータリ
    カッタ素材を研削することにより、硬質材によって形成
    される傾斜前縁に沿って前記フルート及び切刃を形成す
    るとともに、前記溝の方向が、前記切削面に対する接線
    と正のすくい角を形成するように設定されていることを
    特徴とするダイヤモンドロータリカッタ。
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