JP3372017B2 - 回転式エンドミルカッタ - Google Patents

回転式エンドミルカッタ

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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、回転式切削工具、特に
らせん形のフルート付きエンドミルカッタに関するもの
である。
【０００２】
【発明の背景】らせん形のフルート付きエンドミルは、
最も一般的に用いられているフライス工具であり、一般
的に非常に困難な状態において過酷な加工作業を実施し
なければならない。らせん形フルート付きエンドミルの
切削端には、少なくとも１対の切削刃が設けられてい
る。
【０００３】エンドミルの切削端に位置して反対方向を
向いている切削表面は軸方向及びねじれ方向の荷重を受
け、これらからフライス削り工具の製造に対する材料的
要求が出てくる。当然ながら、切削刃の材料は被加工物
を切削できるようにできるだけ硬くするする必要があ
り、同時にエンドミルの切削刃を高温に維持できるよう
に耐熱性を持たせる必要もある。さらに、エンドミル本
体の材料は、たわみに耐えると共に、フライスカッタの
使用中に荷重を受けてもエンドミルの一体性を維持でき
るように、剛性と粘り強さとの両方が必要である，硬い
材料は脆くなり易い一方、粘り強い材料は非常に摩耗し
易いため、材料の選択では上記の必要条件が折衷されて
いた。
【０００４】本発明は、その他の回転式切削工具、例え
ばルータピット、リーマ及びタップ等にも適用される。
【０００５】
【従来技術】従来から、この種工具の切削表面には硬さ
及び耐摩耗性を備えた材料を用い、本体及び軸部には粘
り強さ及び剛性を備えた材料を組み合わせて用いること
が知られている。切削表面を形成する材科と本体及び軸
部を形成する材料とを別のものにすることにより、炭素
鋼または焼結炭化タングステンの軸部の上に焼結炭化タ
ングステンまたはダイヤモンドのインサートまたはチッ
プを設けるなどの様々な組み合わせが可能になってい
る。
【０００６】これらの組み合わせはそれぞれに有益であ
るが共通した欠点、すなわちインサートまたはチップと
軸部との間のろう付け接合を伴っている。炭化タングス
テンは、鋼または炭化物の軸部に直接的にはんだ付けま
たはろう付けできる。しかし、ダイヤモンドチップまた
はインサートは、まず炭化物の基材に付着させてから、
それを軸部にはんだ付けまたはろう付けしなければなら
ない。ダイヤモンド粒子は、一般的に成形ディスクまた
はＰＣＤ（多結晶性ダイヤモンド）ディスクの形になっ
ており、高圧高温プレス機において金属触媒を用いて炭
化物の基材に結合される。
【０００７】しかし、大気圧では、プレス機内でダイヤ
モンド粒子同土及びそれと基材との結合に触媒作用を及
ぼす金属が、７００℃以上の温度においてダイヤモンド
をグラフアイトに変化させる触媒として作用するため、
ＰＣＤ成形体の分解を引き起こす。従って、低温のはん
だ付けまたはろう付け接合によって基材が軸部に取り付
けられる。例えば、上記ダイヤモンドディスク及びダイ
ヤモンドインサートは、炭化タングステン基材の表面に
多結晶性材料からなるダイヤモンド層を焼結したもので
形成されている。
【０００８】合成多結晶性ダイヤモンドインサートは、
たとえば米国特許第4,527.643号及び第4,627,503号に開
示されている。これらの米国特許は、ドリルブランク内
にダイヤモンドカッタを取り付けるためにろう付け式の
結合材を用いている。一般的に、低温のばんだ付けまた
はろう付け接合によって、基材を軸部に、例えばらせん
形ツイストドリルの軸部に取り付ける。このろう付け接
合は、それが基材及び軸部のいずれよりも軟らかいの
で、そのようなドリル工其の有効寿命を縮める。このた
め、ろう付けは工具構造の最も弱い点となり、工具の使
用上の制限的要因となる。
【０００９】米国特許第4,762・445号は、ダイヤモンド
等の焼結研摩粒子からなる斜め方向に対向した脈を炭化
物などの研摩性が低い材料からなるエンドミルブランク
内に埋め込んだらせん形フルート付きのツイストドリル
を開示している，このドリルの欠点は、ダイヤモンド脈
はッイストドリル上の所定位置にろう付けされているだ
けであり、比較的早く摩耗し易い。
【００１０】本発明は、フライス削り工具ブランクの１
対のフルートの各々の中に例えば多結晶性ダイヤモンド
様材料凝縮物を形成することによって、上記従来技術の
間題点を解決するものである。
【００１１】
【発明の概要】本発明は、切削端部及び底端部とを有す
るカッタブランクを備えたらせん形フルート付きの回転
式エンドミルカッタを提供する。カッタブランクには、
少なくとも１対のフルートが形成されている。カッタブ
ランクは比較的粘り強い材料で形成されている。ダイヤ
モンド様粉末材料を溝に詰め込んで、プレス機内で焼結
する。
【００１２】そのカッタブランクをその底端部で軸部に
金属結合することにより、フルート付きのエンドミルカ
ッタが完成する。
【００１３】本発明の利点は、回転式カッタのらせん形
フルート内に多結晶性タイヤモンド様材料を付着させる
ことである。
【００１４】本発明の上記特徴及び利点は、添付の図面
を参照した以下の説明からさらに十分理解されるであろ
う。
【００１５】
【実施例】図１に示されているエンドミルカッタ１０
は、カッタブランク１２を有しており、カッタブランク
１２の外周には４本の長手方向のフルート１４が円周方
向に等間隔に形成されている。カッタブランク１２は、
例えば焼結炭化タングステン等の硬く粘り強い材料で形
成することができる。カッタブランク１２の外周に設け
られたフルート１４間の各部分の前縁部１５に溝１８が
形成されている。焼結多結晶性ダイヤモンド様材料３０
はこのらせん形に形成された溝１８内に形成される。フ
ルート１４に隣接した溝１８内にプレス加工された焼結
タイヤモンド様材料３０の前緑部１５に切削刃３２が形
成される。このようにして形成されたカッタブランク１
２は、鋼または炭化物製のドリル軸部１６に接合部１７
で金属結合される。金属結合は、例えばろう付けにする
ことができる。
【００１６】溝１８内の多結晶性ダイヤモンド様材料３
０は、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ほう素（ＣＢＮ）
のいずれかにすることができる。溝１８内に多結晶性ダ
イヤモンドを形成するためには、溝１８にダイヤモンド
粉末を充填する。溝１８内に多結晶性立方晶窒化ほう素
を形成するためには、溝１８に立方晶窒化ほう素を充填
する。なおダイヤモンドまたは立方晶窒化ほう素のいず
れの場合も、以下の説明では多結晶性ダイヤモンド様材
料の便宜的短縮形としてＰＣＤを用いる。
【００１７】図２に示されているエンドミルの端部１３
は、溝１８がフルート１４間の金属部分の前縁部１５を
形成していることを示しており、多結晶性ダイヤモンド
（ＰＣＤ）が溝１８に詰め込まれて焼結される。焼結処
理が完了した後（図６の概略工程図を参照）、切削刃ま
たは切削リップ３２がＰＣＤ材料に形成される。
【００１８】図３では、焼結炭化タングステン製のカッ
タブランク１２に例えば４本のらせん形溝１８が形成さ
れている。好ましくは、ダイヤモンド様材料３０を溝１
８内に焼結させた後、フルート１４をカッタブランクに
形成する。らせん形に形成された溝１８は、カッタブラ
ンク１２の外周面上に等間隔に設けられており、ＰＣＤ
粉末を詰め込む収容部となっている。らせん形溝１８の
側壁２０は、丸みを付けた底部２２に続くようにするこ
とが好ましい。同様な側壁２０が他の溝にも形成されて
いる。溝１８の底部２２に丸みを付けるのは、ダイヤモ
ンド様粉末材料３０が溝１８に詰め込まれる際に空隙が
形成されないようにするためである。溝の側壁が溝の底
部２２に対して９０。になっている場合、その尖った隅
部が応力発生源となり、ダイヤモンド様材料に空隙を発
生させる。
【００１９】図４に示されている別の回転式エンドミル
１１０には、カッタブランク１１２に１対の溝１１８が
形成されている。
【００２０】カッタブランクの軸線にほぽ平行な１本ま
たは複数本の溝を形成したエンドミルカッタ（図示せ
ず）を提供することもできる。
【００２１】さらに、カッタブランク１２及び１１２の
端部１３及び１１３を横切る方向にカッタを設けて、プ
ランジ加工及びフライス加工を向上させることもでき
る。
【００２２】図１、図２及び図５において、溝１８及び
１１８にダイヤモンド様粉末３０及び１３０を詰め込ん
でから、プレス機で焼結する。多結晶性ダイヤモンド様
材科は、炭化タングステンからなるカッタブランクのら
せん形溝内に形成される。このようにして、溝１８及び
１１８に入ったダイヤモンド様材料の固形物が、カッタ
ブランク１２及び１１２の側壁２０内に形成される。次
いで研摩または放電加工によって加工してフルート１４
を形成する。さらにその後の研摩または放電加工によっ
て、カッタブランク１２及び１１２の側壁２０に切削ゲ
ージ面すなわち切削刃３２が形成される。
【００２３】次に、３／８インチ(9.5mm)のエンドミル
カッタを形成する工程の一例を説明する。図６におい
て、例えば４つのフルートを設けたカッタブランクは、
所定のカッタブランクの直径よりもわずかに大径（１ｍ
ｍまで）に形成され、ダイヤモンド焼結工程が完了した
後、適当な直径に加工される。前述したように、カッタ
ブランクは焼結炭化タングステン材料で形成するのが好
ましい。らせん形の溝１８は、カッタブランクの各フル
ートに隣接する部分に、深さが約１．２ｍｍ、溝幅が約
１．５ｍｍに形成されており、側壁２０はらせん形溝の
丸みを付けた底部２２と合流し、フルート１４の表面の
広い開口部に続いている。前述したように、溝は、空隙
を生じることなくダイヤモンド様粉末を詰め込むことが
できる形状になっている。
【００２４】ダイヤモンド様材料は、３〜６０ミクロン
の大きさのダイヤモンド粉末であることが好ましい。粉
未の好適な大きさは４〜３０ミクロンである。ダイヤモ
ンド粉末の結合材はコバルトであり、これはダイヤモン
ド粉末と混含して溝に詰め込むか、または隣接の焼結炭
化タングステンからダイヤモンド粉末内へ浸透させるこ
とができる。ダイヤモンドに対するコバルトの適切な比
は、コバルト６〜１５重量％である。コバルトの割合は
１３％が好ましい。小径のダイヤモンド粉末からなる隙
間充填材をダイヤモンドの大径粒子に混ぜてもよい。隙
間充填ダイヤモンド粉末の粒径は１〜３ミクロンが好ま
しい。
【００２５】炭化タングステンで形成されたカッタブラ
ンクのフルートは、フルートに隣接した前縁部の隅部に
わずかに丸みをつけて形成することが好ましい。フルー
トの隅部の「角を落とす」理由は、工程についての以下
の説明から明らかになるであろう。次に、カッタブラン
ク１２を「ゲッタ」缶または容器３１に入れる。次に、
ダイヤモンド粉末及びコバルトの混合体を溝１８に詰め
込む。「ゲッタ」は、汚染物及び酸化物と反応して、ダ
イヤモンドの良好な結合を促進する反応金属である。ゲ
ッタは混合物内の不純物と結合して良好な結合を促進す
る。一般的なゲッタ材は、ジルコニウム、コロンビウ
ム、タンタル及びハフニウムの中から選択される。例え
ば、容器３１はコロンビウムゲッタ材で形成して、両方
のフルートに形成された溝内に詰め込まれたダイヤモン
ド粉末の上に被せる。次に、容器３１に入ったカッタブ
ランクをダイ５１で処理することにより、カッタブラン
クを圧縮縮する。次に、コロンビウムからなる第２容器
５３をダイ５４で処理することにより、第２容器５３を
第１容器３１上に完全に密封する。カッタブランクを内
蔵している密封容器５５に対して予備圧縮処理を施す。
容器５５をまず塩５７で包囲してから、予備圧縮プレス
機５６に入れて、容器５５をさらに圧縮する。予備圧縮
プレス機内で容器５５は約100ksi(7,000kg/cm2)を受け
る。容器５５に加えられる力の範囲は、例えば3,500〜
7,000kg/cm2にすることができる。これにより、第１容
器３１及び第２容器５３内に閉じこめられているカッタ
ブランクが焼結前に最大限まで高密度化される。ここ
で、容器５５は焼結工程へ送られる。縁部の角を落とし
た理由は、予備圧縮工程中にコロンビウム容器が傷つけ
られないようにするためである。
【００２６】次に、容器５５をパイロフィライト製のキ
ューブ６０に入れる。このキューブ６０には塩リング５
７が詰め込まれ、グラファイト材６６で内張りされる。
次に、キユーブ６０をチタン製のディスク６５で蓋をし
た後、続いて雲母製のリングバッフル６４及び別のチタ
ンディスク６３で蓋をする。比較的厚い鋼製のリング６
２でパイロフィライト製のキヤップ材６１を包囲する。
キューブ６０の両端部には同じ組み立て体が配置されて
おり、これによって容器５５を塩リング５７内において
キューブ６０の中心位置に閉鎖することができる。
【００２７】次に、この組み立てたキューブ６０をプレ
ス機７０に入れる。キューブ６０を溝内の位置に多結晶
性ダイヤモンドを形成できる十分な圧力、すなわち約１
００万ポンド／平方インチ(70,000kg/cm2)において約1,
300〜1,600℃の温度下でプレスする。プレス機７０に入
れる時間は約１０分間てある。特殊な例として、約４分
間は温度を順次1,400℃まで上昇させ、キューブ６０を
1,400〜1,500℃の温度に約１分間保持した後、約５分間
だけ冷却させる。この方法の重要な特徴は、加熱が比較
的ゆっくりしており、冷却もゆっくり行われることであ
る。これは主に、完成した回転式エンドミルカッタ内の
残留応力を滅少させるためのものである。
【００２８】続いて、容器５５を壊してキューブ６０か
ら取り出す。焼結エンドミルカッタばまだコロンビウム
材からなる容器３１及び５３内に収容されている。次
に、包囲状態のカッタブランクを溶融水酸化カリウムの
槽に浸す。水酸化カリウムによってコロンビウム容器材
がカッタブランクから除去される。
【００２９】焼結工程の後、カッタブランク１２はエン
ドミル軸部１６にろう付けされる。このように取り付け
られたカッタブランク及び軸部は最終直径まで研摩され
てから、必要に応じて多結晶性ダイヤモンド及び逃げ角
の研摩が行われる。
【００３０】予備焼結多結晶性ダイヤモンドは、たとえ
ば米国特許第4,797,241号に記載されている方法を用い
て形成することができる。
【００３１】前述したように、これらのエンドミルカッ
タを製造する際に、ＰＣＤの代わりに立方晶窒化ほう素
を用いることもできる。
【００３２】本発明の精神から逸脱しない純囲において
本説明の構造及び作用に様々な変更を加えることができ
ることは理解されるであろう。このため、現時点で最良
の態様であると考えられる上記の実施例によって本発明
の好適な中心的構造及び作用モードを説明してきたが、
本発明の技術的思想の下に上記実施例以外の形式で実施
できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】フルルート付きエンドミルカッタブランクの斜
視図である。
【図２】図１の矢印２−２方向に見た端面図である。
【図３】４本のらせん形フルートを形成したエンドミル
カッタブランクの斜視図である。
【図４】１対のらせん形フルートを互いに１８０。の間
隔をおいて設けたエンドミルカッタブランクの側面図で
ある。
【図５】図４の矢印５−５方向に見た端面図である。
【図６】エンドミルカッタの製造工程を示す概略図であ
る。
【符号の説明】
１０ エンドミルカッタ １２ カッタブランク １４ フルート １５ 前縁部 １８ 溝 ２０ 側壁 ３０ ダイヤモンド様材料 ３２ 切削刃
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−277412（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外周に少なくとも１対の溝を設けたカッ
    タブランクと、当該溝内に形成された焼結多結晶性ダイ
    ヤモンド様材料とを有しており、当該溝の側壁は丸みを
    付けた底部に続くように形成されてなり、かつ、当該焼
    結多結晶性ダイヤモンド様材料の前縁部に沿って切削刃
    を形成したことを特徴とする回転式エンドミルカッタ。
  2. 【請求項２】 前記カッタブランクに沿って長手方向に
    延びた少なくとも１対のフルートを有しており、前記各
    溝内の前記焼結多結晶性ダイヤモンド様材料が、当該フ
    ルートに隣接した前記カッタブランクの前縁部に形成さ
    れることを特徴とする請求項１記載の回転式エンドミル
    カッタ。
  3. 【請求項３】 焼結炭化タングステンからカッタブラン
    クを形成する工程と、当該カッタブランクの外周に少な
    くとも１対の溝であって、その側壁が丸みを付けた底部
    に続くようにした溝を長手方向に形成する工程と、当該
    溝に焼結多結晶性ダイヤモンド様材料を充填する工程
    と、当該焼結多結晶性ダイヤモンド様材料を前記カッタ
    ブランクの溝内で焼結させる工程と、当該焼結多結晶性
    ダイヤモンド様材料の前縁部に沿って切削刃を形成する
    工程とを含むことを特徴とする回転式エンドミルカッタ
    の形成方法。
  4. 【請求項４】 前記溝内に焼結多結晶性ダイヤモンド様
    材料を形成した後、前記カッタブランクの前記焼結多結
    晶性ダイヤモンド様材料の前縁部に沿って、前記フルー
    トを前記カッタブランクの長手方向に形成することを特
    徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記焼結多結晶性ダイヤモンド様材料が
    立方晶窒化ほう素であることを特徴とする請求項３又は
    ４記載の方法。
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