JP5856074B2 - 加工工具ブランク - Google Patents

Description

本発明は、加工工具の構成、及び加工工具の製造のための加工工具ブランクを作る方法に関し、工具は、ＰＣＤ及びＰＣＢＮと言われる多結晶ダイヤモンド及び立方晶窒化硼素を含む材料によって少なくとも部分的に形成された加工チップ及び／又は加工面を備える。

加工工具ブランクの一実施形態の側面図である。 加工工具ブランクの一実施形態の側面図である。 ドリルビットの一実施形態の側面図である。 加工工具ブランクの一実施形態の斜視図である。 加工工具ブランクの一実施形態の側面図である。 加工工具ブランクの平面図である。 加工工具ブランクのリセスの一実施形態の図である。 加工工具ブランクのリセスの一実施形態の図である。 加工工具ブランクのリセスの一実施形態の図である。 加工工具ブランクのリセスの一実施形態の図である。 加工工具ブランクの形状の一実施形態の図である。 加工工具ブランクの形状の一実施形態の図である。 加工工具ブランクの形状の一実施形態の図である。 加工工具ブランクの形状の一実施形態の図である。 加工工具ブランクの一実施形態の輪郭を示す図である。 加工工具ブランクの一実施形態の輪郭を示す図である。 焼結された加工工具ブランクの一実施形態の斜視図である。

本発明の方法、システム、構成を開示するに当たり、本開示は、特定の方法、システム、構成に制限するものではなく、これらは変更可能であるということが理解されるべきである。また、使用される用語は、特別の実施形態を記載する目的のためのものであり、特許請求の範囲を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。例えば、特許請求の範囲で使用される、一つを表す「a」、「an」及び「the」は、文脈が明確に他の意味を示さない限り、複数の意味を含む。更に、「comprising」は、「including」を意味し、限定されるものではない。他に規定されない限り、全ての技術的及び科学的な用語は、当業者によって一般的に理解されるように同じ意味を有する。

図１は、加工工具ブランクの平面図を示す。加工工具ブランクは、超硬工具などの材料で作ることができる。加工工具ブランク２は、少なくとも一つの端面５を含む本体４を有する。少なくとも二つのリセス６，１０及び／又は１２，１４は、端面５に形成されている。図１に示すように、第１のリセス６は、３３゜の角度Ｃで少なくとも一つの端面５から延びている。角度Ｃは１５゜から６０゜までの範囲とすることができる。第２のリセス１０は第１のリセス６に続き、端面５から７７゜の角度Ｂで延びている。角度Ｂは、４０゜から９０゜の範囲内にある。図１に示すように、第１のリセス６と第２のリセス１０は第１の領域３で接続する。

図１に示すように、第１のリセス６と第２のリセス１０は、第１の側面リセス１１を形成する。図２に示されるように、第１の側面リセス１１は、３０゜の角度Ａでブランクの軸方向中心点８からブランクの少なくとも一つの側面に沿って延びる。角度Ａは０゜から５０゜までの範囲内である。

一実施形態において、図１に示すように、ブランク２は３３゜の角度Ｄで端面５から延びる第３のリセスを含む。角度Ｄは、１５゜から６０゜の範囲内にある。第４のリセス１４は、第３のリセス１２に続き、７７゜の角度Ｅで端面から延びる。角度Ｅは４０゜から８０゜の範囲内にある。第３のリセス１２と第４のリセス１４は第２の領域７で接続する。図１で示すように、第３のリセス１２と第４のリセス１４は、３０゜の角度Ｆでブランクの軸方向中心点８からブランクの少なくとも一つの側面に沿って延びている。角度Ｆは、０゜から５０゜の範囲内である。上述した側面リセスは、任意の形状であり、リセスの底面において曲面又は平坦面とすることができる。側面リセスの端部３９は任意の形状とすることができる。端部の形状の一例は図７ａ〜７ｃに示されている。

図８ａ〜８ｅに示すように、領域３及び領域７の幾何学形状が示されている。幾何学形状の例は、鎌状の形状、平坦形状、曲面形状、三角形状、正方形形状、長方形形状、ジグザグ形状などであり、また、それらの結合を含む。

２つから４つのリセスを有するブランクが示されているが、追加的のリセスが存在する。更に、リセスは一つの領域で接続するように記載されているが、代わりに、リセスは図５に示すように任意の領域を有することなく接続することができる。図５は、少なくとも一つのリセス３４を有するブランク３０を示す。付加的に、リセス３６を形成することもできる。リセス３４，３６は、一つの連続的なリセスを形成したり、接続しない二つの分離したリセス（不図示）を形成することもできる。一実施形態において、図６に示すように、キャビティ１３はブランク２内に作ることができる。キャビティは、任意の形状とされ、リセス６及び１２を接続する。

円柱状のブランクが示されているが、加工工具ブランクは長方形形状、三角形状、六角形状、八角形状などの他の形状を有することができる。

図４は、図１及び２のブランク２の斜視図である。図４において、加工工具ブランク２は少なくとも一つの端面５を含む本体４を有する。第１のリセス６、第２のリセス１０、領域３及び第３のリセス１２が示されている。キャビティ１３はリセス６と１２を接続する。

加工工具ブランク及び加工工具を形成するために、ブランク２は、先ず材料を除去するために加工され、ブランクがリセス部分を有する所望の形状にされる。リセスは、少なくとも連続的に形成された端面を工具に形成するために、ＰＣＤ又はＰＣＢＮが配置される位置に設けられ、これにより、使用されるＰＣＤ又はＰＣＢＮの利点を得ることができる。

加工工具ブランク２は、超硬合金又は他の同様の硬い炭化物から形成される。アブレッシブ粒子、例えば、０．１μｍ〜２００μｍの多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）又は多結晶立方晶窒化硼素ＰＣＢＮなどの体積は、リセスに満たされる。任意的に、アルコールなどのバインダー又は任意の他のバインダーが、スラリーを形成するアブレッシブ粒子に加えられる。アブレッシブ粒子／スラリーは、ブランクのリセスを少なくとも部分的に満たすように、リセスに詰め込まれる。一実施形態において、リセスはアブレッシブ粒子／スラリーで完全に満たされる。

粉末状のＰＣＤ又はＰＣＢＮ又はスラリー状のＰＣＤ又はＰＣＢＮはリセスに満たされ、リセスの粉末／スラリーに高圧及び高温に晒される。ＰＣＤ又はＰＣＢＮ材料をブランクに効果的に接合する。

ＰＣＤ又はＰＣＢＮパウダー又はスラリーは、１分〜５０分間、４５００Ｍｐａから７５００Ｍｐａの圧力と１２００℃から１６００℃の温度を受ける。このような焼結の装置及び技術は、米国特許番号第2,941,248号、3,141,746号、3,745,623号及び3,743,489号で開示され、ここでは参照に組み込まれている。焼結プロセスによって、アブレッシブ粒子が全部焼結され、粒子が超硬合金に結合すると、ブランクがプレス機から取り外される。図１０に示すように、得られた焼結アブレッシブブランクは、超硬合金シリンダ４０で構成され、焼結アブレッシブ粒子４１がブランクの一端を横切って延び、はめ込まれる。

図３は、ここで説明されている加工工具ブランクから作られた加工工具２４を示す。ブランク２は、ろう付け又は接合には限定されないが、任意の手段でシャンク４３に結合している。図３において、ブランク２は結合線４０でシャンク４３に結合している。工具は、最終的な工具２４を形成するために加工される。

一実施形態において、端面は、図９ａ又は図９ｂに示すように、一つ又は複数のチャンファを有するように加工してもよい。ブランクは、他の輪郭形状を作るために、ＰＣＤ又はＰＣＢＮでリセスを満たし、焼結する前後に加工される。

上述したように作られた加工工具ブランクは、ブランクの高圧、高温プロセス中に、クラックが生ずることを減らす。モデルに基づいて、図９ａに示された設計から作られた多数のリセスを有する加工工具ブランクは、一つのリセスを含むブランクに比較して（欠陥を生ずる）応力を６０％軽減する。

リセスが設けられるブランクの端面は、工具に依存して任意の形態とすることができる。例えば、工具がツイストドリルであるならば、端面は円錐形状を有し、底面の通常の角度と底面の傾斜は、頂面の角度及び傾斜に対応する。頂面は、一般的なモールド成形の装置の圧縮動作のために、ブランクの円錐状の先端の角度に対応する。円錐状の先端の角度は、工具に依存するが、通常の角度は１１８゜である。工具が、ツイストドリルとは対称的にリセスドリル又はエンドミルである場合は、円錐状の先端は形成されない。

ある場合において、ブランクはシャンクと共に一体的に設けることもできる。上述したブランクは、工具に依存する超硬合金、セラミック、金属又は合金などの他の材料で形成してもよい。加工工具を形成するために、シャンク部分に結合されるブランクの一つのオプションは、ろう付け又は他の接合方法を実施することである。シャンクは、超硬合金、鋼、合金鋼などの任意の材料で作ることもできる。

形成されたブランクは、加工工具を形成するために、ろう付けによってシャンクに接合され、シャンク部分に取り付ける前に加工され、切り屑排出溝と加工面がそこに形成される。ブランクがシャンクに取り付けられ、必要な切り屑排出溝がシャンクに形成される。代わりに、ブランクはシャンクに接合され、形成された加工面と切り屑排出溝とが整列することを容易にする観点から、加工面がブランク及びシャンクに形成される。

切削工具、エンドミル、ブラッドポイントドリル及び医療工具、すなわち歯科用バーは、必要な設計を伴いつつ記載された設計からの利益を得る。例えば、エンドミルは０゜〜６０゜の間の角度Ｃを有し、ブラッドミルは任意のネガティブな角度から０゜までの角度Ｃを有し、歯科用バーは６０゜から９０゜までの角度Ｃを有する。
ブランクの端面に形成されたリセスが、ブランクの端面の直径の２％〜３０％の範囲内にある幅を有する。
ブランクに形成された第１のリセス、第２のリセス、第３のリセス及び第４のリセスが、０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの幅を有する。
加工工具のための加工工具ブランクを形成するための方法において、遷移元素のグループから材料を提供するステップを備える。
加工工具のための加工工具ブランクを形成するための方法において、第１のリセスと第２のリセスとによって形成される第１の側面リセスを、ブランクの軸方向の中心点から５゜〜５０゜の角度で、ブランクの少なくとも一つの側面に沿って延設する。
加工工具のための加工工具ブランクを形成するための方法において、ブランクに、少なくとも一つの端面から５゜〜６０゜の角度で延びている第３のリセスを形成し、第３のリセスに続く第４のリセスを、少なくとも一つの端面から４０゜〜８０゜の角度で延設する。
加工工具のための加工工具ブランクを形成するための方法において、第３のリセスと第４のリセスとによって形成される第２の側面リセスを、ブランクの軸方向の中心点から５゜〜５０゜の角度でブランクの少なくとも一つの側面に沿って延設する。
加工工具のための加工工具ブランクを形成するための方法において、ブランクの端面の直径の２％〜２０％の幅を有するように、ブランクの端面にリセスを形成する。
加工工具のための加工工具ブランクを形成するための方法において、ブランクに形成された第１のリセス、第２のリセス、第３のリセス及び第４のリセスが、０．７ｍｍ〜１．０ｍｍの幅を有する。
加工工具を形成する方法において、遷移元素のグループから材料を提供するステップをさらに備える。
加工工具を形成する方法において、ブランクの端面の直径の２％〜２０％の幅を有するように、リセスを端面に形成する。
加工工具を形成する方法において、ブランクに形成された第１のリセス、第２のリセス、第３のリセス及び第４のリセスが、０．７ｍｍ〜１．０ｍｍの幅を有する。
加工工具を形成する方法において、工具が、５゜〜５０゜のねじれ角と、９０゜〜１８０゜のチゼル角と、４０゜〜６０゜のチャンファ角と、０．８ｍｍ〜２．４ｍｍのチャンファ長さと、６０゜〜１４０゜のシングルポイント角と、を有する。
加工工具を形成する方法において、工具が、５゜〜５０゜のねじれ角と、９０゜〜１８０゜のチゼル角と、４０゜〜６０゜のチャンファ角と、０．８ｍｍ〜２．４ｍｍのチャンファ長さと、６０゜〜１４０゜のシングルポイントと、大きくても６０゜のダブルポイント角と、を有する。

Claims (49)

1. 加工工具の形成に使用するブランクであって、
   本体は、少なくとも一つの端面と、該端面に形成された第１のリセスを含む少なくとも二つのリセスと、を有し、
   第１のリセスが１５〜６０゜の角度Ｃで少なくとも一つの端面から延び、第２のリセスが、第１のリセスに続いて４０〜９０゜の角度Ｂで少なくとも一つの端面から延び、
   １５〜６０゜の角度で少なくとも一つの端面から延びる第３のリセスと、該第３のリセスに続き、４０〜８０゜の角度で少なくとも一つの端面から延びる第４のリセスと、を有することを特徴とするブランク。
2. 第１のリセス及び第２のリセスは第１の領域で接続することを特徴とする請求項１に記載のブランク。
3. 第１のリセス及び第２のリセスは第１の側面リセスを形成することを特徴とする請求項１に記載のブランク。
4. 第１の側面リセスは、ブランクの軸方向の中心点からブランクの少なくとも一つの側面に沿って０〜５０゜の角度Ａで延びることを特徴とする請求項３に記載のブランク。
5. 第３のリセスと第４のリセスとが第２の領域で接続することを特徴とする請求項１に記載のブランク。
6. 第３のリセスと第４のリセスとが第２の側面リセスを形成することを特徴とする請求項５に記載のブランク。
7. 第２の側面リセスは、ブランクの軸方向の中心点からブランクの少なくとも一つの側面に沿って０〜５０゜の角度Ｆで延びることを特徴とする請求項６に記載のブランク。
8. キャビティが第１のリセスと第３のリセスとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のブランク。
9. キャビティが円形であることを特徴とする請求項８に記載のブランク。
10. 第１のリセスが少なくとも一つの端面から２８〜３８°の角度で延びていることを特徴とする請求項９に記載のブランク。
11. 第１のリセスに続く第２のリセスが、少なくとも一つの端面から７７゜の角度で延びることを特徴とする請求項１に記載のブランク。
12. ブランクのリセスを満たし、該ブランクと接合しているＰＣＤ又はＰＣＢＮを有することを特徴とする請求項１に記載のブランク。
13. 本体が回転体であることを特徴とする請求項１に記載のブランク。
14. リセスが、ブランクの少なくとも一つの端面の直径の２〜３０％の範囲内にある幅を有することを特徴とする請求項１３に記載のブランク。
15. 第１のリセス、第２のリセス、第３のリセス及び第４のリセスが、０．３〜１．５ｍｍの幅を有することを特徴とする請求項１に記載のブランク。
16. ブランクがカーバイド材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブランク。
17. 加工工具のための加工工具ブランクを形成するための方法であって、
    ブランクを形成するステップであって、任意の形状を有し、少なくとも一つの第１の端面又は第２の端面内において第１のリセスと、第１のリセスが少なくとも一つの端面から１５〜６０゜の角度で延び、第１のリセス６に続き、少なくとも第１の端面から４０〜９０゜の角度で延びる第２のリセスと、１５〜６０゜の角度で少なくとも一つの端面から延びる第３のリセスと、該第３のリセスに続き、４０〜８０゜の角度で少なくとも一つの端面から延びる第４のリセスと、を有するブランクを形成するステップと、
    リセスを少なくとも部分的にＰＣＤ又はＰＣＢＮで満たすステップと、
    ブランク及びＰＣＤ又はＰＣＢＮを高圧、高温下に置き、ＰＣＤ又はＰＣＢＮをブランクに接合し、焼結ブランクを形成するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
18. ブランクの形状が円柱形状であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 遷移元素のグループから材料を提供するステップを備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 第１のリセス及び第２のリセスが第１の領域で接続することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 第１のリセス及び第２のリセスが第１の側面リセスを形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
22. 第１の側面リセスが、ブランクの軸方向の中心点から５〜５０゜の角度で、ブランクの少なくとも一つの側面に沿って延びていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 第３のリセスと第４のリセスが第２の領域で接続することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
24. 第３のリセスと第４のリセスが第２の側面リセスを形成することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 第２の側面リセスが、ブランクの軸方向の中心点から５〜５０゜の角度でブランクの少なくとも一つの側面に沿って延びていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. キャビティが第１のリセスと第３のリセスとの間に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
27. キャビティが円形であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 第１のリセスが少なくとも一つの端面から２８〜３８°の角度で延びていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
29. 第１のリセスに続く第２のリセスが、少なくとも一つの端面から７７゜の角度で延びていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
30. ＰＣＤ又はＰＣＢＮがブランクのリセスに満たされ、粉末状のＰＣＤ又はＰＣＢＮが、圧縮されると共に十分な温度に加熱され、粉末状のＰＣＤ又はＰＣＢＮをブランクに接合することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
31. 本体が回転体であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
32. リセスが、ブランクの端面の直径の２〜２０％の幅を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
33. 第１のリセス、第２のリセス、第３のリセス及び第４のリセスが、０．７〜１．０ｍｍの幅を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
34. ブランクがカーバイト材料で形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
35. 加工工具を形成するために使用するブランクであって、
    本体が、
    少なくとも一つの端面と、
    第１のリセスを有する少なくとも一つの端面に形成された複数のリセスとを備え、
    第１のリセスが、少なくとも一つ端面から１５〜６０゜の角度で延び、第１のリセスに続く第２のリセスが少なくとも一つの端面から４０〜９０゜の角度で延び、第１のリセスと第２のリセスが第１の領域で接続し、第１のリセスと第２のリセスが側面リセスを形成し、
    第１の側面リセスが、ブランクの少なくとも一つの側面に沿って、ブランクの軸方向の中心点から５〜５０゜の角で延び、
    第３のリセスが、少なくとも一つの端面から１５〜６０゜の角度で延び、
    第３のリセスに続く第４のリセスが４０〜８０゜の角度で延び、
    第３のリセス及び第４のリセスが第２の領域で接続し、
    第３のリセス及び第４のリセスが第２の側面リセスを形成し、
    第２の側面リセスが、ブランクの軸方向の中心点から５〜５０゜の角度でブランクの少なくとも一つの側面に沿って延び、
    キャビティがリセス間に配設されている、
    ことを特徴とするブランク。
36. 加工工具を形成するために使用するブランクであって、
    本体が、
    少なくとも一つの端面と、
    少なくとも一つの端面に形成され、少なくとも一つの端面から５〜９０゜の角度で延びる少なくとも一つリセスと、を備え、該リセスは前記端面に対して傾斜する角度が連続的に変化するアーチ形を成すことを特徴とするブランク。
37. 加工工具を形成する方法であって、
    円柱形状を有するブランクを形成するステップであって、第１の端面又は第２の端面の少なくとも一つにおいて、少なくとも一つの端面から１５〜６０゜の角度で延びる第１のリセスを形成し、第１のリセスに続き４０〜９０゜の角度で延びる第２のリセスを形成するステップと、
    少なくとも一つの端面から５〜６０゜の角度で延びる第３のリセスと、該第３のリセスに続き、４０〜８０゜の角度で少なくとも一つの端面から延びる第４のリセスとを形成するステップと、
    ＰＣＤ又はＰＣＢＮを少なくとも部分的にリセスに満たすステップと、
    ブランク及びＰＣＤ又はＰＣＢＮに高温及び高圧を適用し、ＰＣＤ又はＰＣＢＮをブランクに接合して焼結ブランクを形成するステップと、
    加工工具を形成するために、焼結ブランクをシャンクに接合するステップと、
    加工面を形成するために加工工具を加工するステップであって、少なくとも部分的に加工面からＰＣＤ又はＰＣＢＮを露出するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
38. 遷移元素のグループから材料を提供するステップをさらに備えることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
39. 第１のリセス及び第２のリセスが第１の領域で接続することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
40. 第３のリセス及び第４のリセスが第２の領域で接続することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
41. キャビティが第１のリセスと第３のリセスとの間に配置されていることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
42. キャビティが円形であることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
43. 第１のリセスが、少なくとも一つの端面から２８〜３８゜の角度で延びていることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
44. 第１のリセスに続く第２のリセスが、少なくとも一つの端面から７７゜の角度で延びていることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
45. ＰＣＤ又はＰＣＢＮがブランクのリセスを満たし、粉末状のＰＣＤ又はＰＣＢＮが圧縮され、十分な温度に加熱され、ＰＣＤ又はＰＣＢＮがブランクに接合することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
46. 本体が円柱体であることを特徴とする請求項３７に記載の方法。
47. リセスがブランクの端面の直径の２〜２０％の幅を有することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
48. 第１のリセス、第２のリセス、第３のリセス及び第４のリセスが、０．７〜１．０ｍｍの幅を有することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
49. ブランクがカーバイト材料で形成されていることを特徴とする請求項３７に記載の方法。

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