JP4235449B2 - 切削工具の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は切削工具の製造方法に関するものである。
【０００２】
エンドミルのような切削工具には、螺旋状にフルート（溝）加工した加工端が付与される。螺旋形フルートは、工具用の刃先を付与する。これらの刃先は、典型的には、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素製研磨性圧密品によって提供可能であろう。ダイヤモンド製研磨性圧密品はＰＣＤとしても知られている。立方晶窒化ホウ素製圧密品はＰＣＢＮとしても知られている。
【０００３】
研磨性圧密品である切削端縁を有する螺旋形フルートの切削工具を製造するために、多くの方法が関連技術で公知である。例えば、米国特許第５０３１４８４号は、エンドミルの製造方法を開示しており、この方法では、螺旋形の溝が工具素材に形成され、溝にダイヤモンド粉末とコバルトとの混合物が満たされ、次に、ダイヤモンドが結晶学的に安定である高温および高圧状態に、工具素材が置かれる。これらの状態では、ダイヤモンドとコバルトが溝内にＰＣＤを作り、このＰＣＤが工具素材に結合される。この方法の不都合は、予備焼結された工具素材の溝内にＰＣＤまたはＰＣＢＮを焼結する結果、ＰＣＤまたはＰＣＢＮ相と予備焼結されたブランクとの間に著しい収縮差が生じることである。したがって、溝の深さおよび形状の可能性が制限される。
【０００４】
ＰＣＤまたはＰＣＢＮのストリップ（帯材）をこのような工具の螺旋形にフルート加工した端部にろう付けすることも可能である。しかし、ろう付けは脆さを招き、形状の可能性を著しく制限する。
【０００５】
（発明の概要）
本発明によれば、以下の切削工具の製造方法が提供される。
端部と、形状保持性のある未焼結層によって部分的または完全に覆われた細長い側面とを有する円筒状コアを含む未結合組み合わせ品を用意する段階であり、前記未焼結層が、前記円筒状コアと同一の材料を作るための成分から成る部分と、超硬質材料を作るための、一つ以上の筋状に連続する形状をなす超硬質研磨粒子成分から成る部分とで形成されている、前記未結合組み合わせ品を用意する段階、
前記未結合組み合わせ品を、前記超硬質研磨材が結晶学的に安定である高温および高圧状態に置く段階、
円筒状コアと該円筒状コアに結合された超硬質研磨材料とを含む焼結製品を回収する段階、および、
前記焼結製品の前記焼結層から前記円筒状コアと同一の材料の少なくとも所定部分を除去する加工を施して、前記超硬質研磨材料に一つ以上の切削端縁を形成する段階を含む切削工具の製造方法。
【０００６】
細長い側面の少なくとも一部を覆う層は、コヒーレントで未焼結、すなわち未加工状態の層である。この層は、その形状を表面に保持するという点でコヒーレントであり、未結合組み合わせ品が高温および高圧処理を受けていないという意味で未焼結である。一般に、この層は、有機結合剤のような結合剤によって結合された粒子を含む。適切な有機結合剤の例はメチルセルロースである。
【０００７】
前記未焼結層は、コアと同一の材料を作るための成分から成る部分と、超硬質材料を製造するために適切な一つ以上の筋状に連続する形状をなす超硬質研磨粒子成分から成る部分とで形成されている。筋状に連続する形状をなす超硬質研磨粒子成分から成る部分は、コアの一端から他端に向って長手方向に延在することが好ましく、湾曲形状、螺旋形状または捩り形状を規定するだろう。超硬質材料の一つ以上の切削端縁は、焼結製品内の焼結層からコア材料のある部分を除去することによって形成される。
【０００８】
超硬質材料は一般にＰＣＤまたはＰＣＢＮである。このような材料を製造するために、超硬質研磨粒子は、ダイヤモンド粒子または立方晶窒化ホウ素粒子のみであるか、または、好ましくは微粒子形態の適切な溶剤／触媒を含む。
【０００９】
また、超硬質材料は、結合炭化物内に分散されたダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のような不連続超硬質研磨粒子を有する結合炭化物であってよい。このような材料を製造するために、炭化物粒子の微粒子混合物、金属結合剤および超硬質研磨粒子が製造され、コヒーレントな（すなわち、形状保持性のある）未焼結層を形成する。
【００１０】
コアは、典型的に、焼結形態、または高温および高圧状態を適用する前の未焼結形態であってよい超硬合金または鋼等の材料である。
【００１１】
（実施形態の説明）
本発明の参考例が図１と図２に示されている。この参考例は、図３に示す本発明の実施例と共通する構成を含んでいる。
図１を見ると、切削工具の製造の際に使用するための未結合組み合わせ品が示されている。組み合わせ品は、平坦な端面１２、１４と、細長い湾曲側面１６を有するコア１０と を含む。側面１６の全体は層１８によって覆われている。
【００１２】
コア１０は、典型例として、例えば結合タングステン炭化物のような結合炭化物または鋼で作られる。コア１０は焼結体であっても、また、未焼結形態であってもよい。
【００１３】
層１８は、形状保持性のある未焼結の未処理層であり、すなわち、層１８は高温および高圧状態にさらされていない。層１８は、超硬質材料を作るために必要な超硬質研磨粒子を含む。研磨粒子は、他の粒子、例えば適切な溶剤／触媒の粒子と混合し得る。粒子は、有機結合剤のような結合剤によってコヒーレント形態（形状保持性のある形態）に結合される。適切な有機結合剤の例はメチルセルロースである。
【００１４】
次に、未結合組み合わせ品は従来の高温／高圧装置の反応カプセルに配置される。塩のような材料を使用して、カプセル内の組み合わせ品を圧縮し得る。カプセルは装置の反応ゾーンに配置され、また超硬質研磨材が結晶学的に安定である高温および高圧状態にさらされる。好ましい超硬質研磨材はダイヤモンドである。この場合、高温は、典型的に１４００〜１７００℃の範囲にあり、高圧は４〜７ＧＰａの範囲にある。これらの状態では、今や焼結されまたコアに結合されている層１８はＰＣＤとなる。ＰＣＤを製造するために、微粒子形態で、ダイヤモンド粒子をコバルトまたは他のダイヤモンド溶剤／触媒と混合することが好ましい。
【００１５】
未結合組み合わせ品を反応カプセルに挿入する前に、コア１０が未焼結形態である場合、コアの焼結は、高温および高圧状態を適用して行われる。
【００１６】
焼結された製品は、従来の公知の技術を用いてカプセルから除去される。焼結製品は、コアに確実に結合された超硬質材料、例えばＰＣＤの焼結外層を有する。焼結製品は図１の未焼結製品と同一の形状を有し、焼結された超硬質材料は層１８である。次に、図２に示したように切断、研削等によって、ツイスト状または螺旋状の溝２０を焼結層１８内に形成し得る。この結果、超硬質材料のフルート２２が形成される。フルート２２のエッジ２４、２６は工具用の切削端縁を提供する。
【００１７】
本発明の実施例を図３に示す。本実施例は、図１、図２に示す参考例と共通する構成を含んでおり、その共通する構成部分の説明を本実施例の説明として援用する。
本図を見ると、切削工具の製造の際に使用するための未結合組み合わせ品が、平坦な端部３２、３４と、細長い湾曲側面３６とを有するコア３０を含む。側面３６の全体は層３８によって覆われている。
【００１８】
コア３０は、典型例として、結合タングステン炭化物等の超硬合金または鋼で作られる。コア３０の形態は焼結体であっても、また、未焼結形態であってもよい。
【００１９】
層３８は未処理層であり、コヒーレント（すなわち、形状保持性のある形態）で未焼結であり、すなわち、層３８は高温および高圧で処理されていない。層３８は２つの領域４０と４２を含む。領域４０は、コアと同一の材料を製造するために必要な成分を含む。これらの成分は、上述の種類の結合剤によってコヒーレント形態に結合される。第２の領域４２は、超硬質材料を製造するために必要な超硬質研磨粒子を含む。
【００２０】
未結合組み合わせ品は、従来の高温／高圧装置の反応カプセル内に配置される。塩のような材料を使用して、カプセル内の組み合わせ品を圧縮し得る。カプセルは装置の反応ゾーンに配置され、また超硬質研磨粒子が結晶学的に安定である高温および高圧状態にさらされる。これらの状態は、領域４０の成分の焼結および領域４２の成分の焼結をもたらし、超硬質材料を製造するような状態である。コア３０が未焼結形態にある場合、コアの焼結が同時に行われる。
【００２１】
焼結製品は、従来の公知の技術を用いてカプセルから除去される。焼結製品は、図３に示されている形状と同一の形状を有し、焼結外層は、コアに互いに確実に結合された２つの焼結領域４０、４２を備える。螺旋フルートは、連続した領域４２の間の焼結領域４０を除去することによって、例えば研削によって形成される。この結果得られる製品は、図２に示されている製品と本質的に同一である。
【００２２】
本発明は、ツイストドリル、エンドミル等のような切削工具としての具体的用途を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例の斜視図である。
【図２】 本発明の参考例の斜視図である。
【図３】 本発明の実施例の斜視図である。

Claims (7)

1. 端部と、形状保持性のある未焼結層によって部分的または完全に覆われた細長い側面とを有する円筒状コアを含む未結合組み合わせ品を用意する段階であり、前記未焼結層が、前記円筒状コアと同一の材料を作るための成分から成る部分と、超硬質材料を作るための、一つ以上の筋状に連続する形状をなす超硬質研磨粒子成分から成る部分とで形成されている、前記未結合組み合わせ品を用意する段階、
   前記未結合組み合わせ品を、前記超硬質研磨材が結晶学的に安定である高温および高圧状態に置く段階、
   円筒状コアと該円筒状コアに結合された超硬質研磨材料とを含む焼結製品を回収する段階、および、
   前記焼結製品の前記焼結層から前記円筒状コアと同一の材料の少なくとも所定部分を除去する加工を施して、前記超硬質研磨材料に一つ以上の切削端縁を形成する段階を含む切削工具の製造方法。
2. 前記一つ以上の筋状に連続する形状をなす超硬質研磨粒子成分から成る部分が、前記コアの一方の端部から他方の端部まで長手方向に延在する請求項１に記載された切削工具の製造方法。
3. 前記一つ以上の筋状に連続する形状をなす超硬質研磨粒子成分から成る部分が、湾曲形状、螺旋形状または捩り形状をなす請求項１または請求項２に記載された切削工具の製造方法。
4. 前記コア材料が超硬合金または鋼である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された切削工具の製造方法。
5. 前記超硬質材料がＰＣＤまたはＰＣＢＮである請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された切削工具の製造方法。
6. 前記超硬質材料が超硬合金を含み、該超硬合金が、その内部に分散した不連続超硬質研磨粒子を有する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された切削工具の製造方法。
7. 前記超硬質研磨粒子がダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素である請求項６に記載された切削工具の製造方法。

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