JP5913300B2 - カッタ要素、カッタ要素を有する回転機械工具及びカッタ要素製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、概略的には、回転機械工具、特にエンドミル、ルータ又はリーマ工具用のカッタ要素、カッタ要素の製作方法及びカッタ要素を有する回転機械工具に関する。

幾つかの形式の回転機械工具、例えばツイストドリルやリーマ仕上げ工具は、回転機械工具の回転軸線と全体として整列した方向において工作物中を前進するよう構成されている。換言すると、このような工具は、物体を穴あけし又は中ぐりするよう設計されており、主要な送り方向は、回転軸線と実質的に整列している。他形式の機械工具、例えばエンドミル工具及びルータ工具は、工作物中に側方から前進するよう構成されており、主送り方向は、回転軸線と実質的に整列していない（それどころか、回転軸線に対して実質的に横方向である）。比較的小さな直径をもつ回転工具は、十分な数のインサートを回転工具本体に十分に正確に又は頑丈にクランプし又は鑞付けすることによって製作するには小さすぎる場合がある。セグメントを工具に鑞付けする場合のもう１つの欠点として、側部切削面の切れ刃相互間の間隔の密接度に関する実用上の制限がある場合がある。例えば、おおかたの実験的工具は、側部切削面に約１０ｍｍよりも狭い間隔をおいて配置された超硬質切れ刃を有することが困難な場合がある。その結果、工具、特に回転工具に関して達成できる切れ刃の数に実用上の制限が生じる場合があり、それにより工具を用いて達成できる生産性が制限される場合がある。金属切削の場合、工具生産性は、主として、切れ刃１つ当たりの切り屑負荷（chip load）と切れ刃の数の積によって決定される場合がある。

欧州特許第１，３５１，７９８号明細書は、切削工具を製作する方法を開示しており、この方法は、端部を備えた円筒形コア及び超硬質研磨粒子の未焼結層により部分的に又は全体的に覆われた細長い側面を含む未結合状態の組立体を用意するステップと、未結合状態の組立体を焼結して円筒形コア及びこのコアに結合された超硬質研磨材料から成る製品を提供するステップとを有する。次に、焼結製品を加工して超硬質研磨材料に１つ又は２つ以上の切れ刃を作る。

欧州特許第１，３５１，７９８号明細書

切れ刃の数が多い方が使用にあたって機械工具の効率を向上させることができるが、多数の切れ刃を提供する上でのコスト及び複雑さは、特に比較的小型の回転カッタ要素の場合に比較的高くなる恐れがある。

一態様によれば、工具要素、特に、回転軸線（使用中、回転可能な）回転機械工具、例えばフライス加工又はルータ加工工具用のカッタ要素であって、カッタ要素が超硬質材料、例えばＰＣＤ材料又はＰＣＢＮ材料から成る少なくとも１つのカッタ構造体により構成された複数個（又は少なくとも３つ）の切れ刃を有し、連続して位置する切れ刃が最大で１０ｍｍの相互間隔をおいて配置されていて、回転軸線と実質的に整列していない又は回転軸線に対して実質的に側方の方向に動かされると、物体を切削するよう動作可能に構成されていることを特徴とする工具要素が提供される。幾つかの例示の構成例では、連続して位置する切れ刃は、回転軸線回りに方位角的に（周方向に）最大で約１０ｍｍの間隔をおいて配置されるのが良い。

別の態様によれば、回転機械工具用のカッタ要素であって、カッタ要素が近位端部、遠位端部及び近位端部と遠位端部を連結した周囲側部を有し、カッタ要素が超硬質材料、例えばＰＣＤ材料又はＰＣＢＮ材料から成るカッタ構造体により周囲側部に設けられた複数個（又は少なくとも３つ）の切れ刃を有し、周囲側部の連続して位置する切れ刃が使用の際に全体として回転方向に（幾つかの構成例では、方位角的に又は周方向に）最大で１０ｍｍの間隔をおいて配置されていることを特徴とするカッタ要素が提供される。

幾つかの例示の構成例では、連続して位置する切れ刃は、約６ｍｍ以下、最大で約５ｍｍ、最大で約２ｍｍ又は最大で約１ｍｍの間隔をおいて配置されるのが良い。

別の態様によれば、回転機械工具用のカッタ要素であって、超硬合金基体に結合されていて、少なくとも３つの切れ刃を構成する超硬質構造体を有し、複数本の二方向螺旋溝が超硬質構造体に形成されていることを特徴とするカッタ要素が提供される。

別の態様によれば、回転軸線を有する回転機械工具、例えばフライス加工又はルータ加工工具であって、開示したカッタ要素を有する回転機械工具が提供される。

別の態様によれば、回転機械工具用のカッタ要素を製作する方法であって、この方法は、超硬合金基体に接合された超硬質構造体、例えばＰＣＤ又はＰＣＢＮ構造体を有する前駆体を用意するステップを有し、前駆体は、近位端部、遠位端部及び近位端部と遠位端部を連結した周囲側部を有し、超硬質構造体は、周囲側部に設けられ、この方法は、周囲側部から超硬質構造体を部分的に除去して周囲側部に複数個の切れ刃を形成するステップを更に有し、連続して位置する切れ刃は、最大で約１０ｍｍ、最大で約６ｍｍ、最大で約５ｍｍ、最大で約２ｍｍ又は最大で約１ｍｍの間隔をおいて配置されることを特徴とする方法が提供される。この方法は、カッタ要素を機械加工して切れ刃の逃げ角及びレーキフェース角を形成するステップを有する。この方法は、超硬構造体を部分的に除去して複数本の溝を形成するステップを有する。

例示の二方向溝付き回転機械工具の概略斜視図である。 例示の二方向溝付き回転機械工具の概略斜視図である。 例示の二方向溝付き回転機械工具の概略斜視図である。 例示の溝付き回転機械工具の概略斜視図である。 ボールエンドミルの一例の概略側面図及び平面図（即ち、近位端部側から見た図）である。 例示の前駆体の概略側面図である。

非限定的な例示の構成例について説明して本発明を開示する。

図１を参照すると、回転機械工具（図示せず）用の例示のカッタ要素１００がＰＣＤ材料又はＰＣＢＮ材料から成る超硬質カッタ構造体１２０により提供されている（構成されている）複数個の（この特定の構成例では、少なくとも１６個）の互いに間隔をおいた切れ刃１１０を有している。例えば、回転機械工具は、炭素繊維入り材料のシートを耳切りするためのものであるのが良い。カッタ要素１００は、近位端部１０２、遠位端部１０４及び近位端部１０２と遠位端部１０４を連結した周囲側部１０６を有している。周囲側部１０６の連続して位置する切れ刃１１０は、最大で約５ｍｍの間隔をおいて配置されている。換言すると、連続して位置する切れ刃１１０は、この構成例では、方位角的に最大で約５ｍｍの間隔をおいて配置され、この場合、カッタ要素１００は、全体として円筒形の形をしている。超硬質カッタ構造体１２０は、全体として管状の形態を有するのが良く、この超硬質カッタ構造体は、全体として円筒形のコバルト焼結タングステンカーバイド（cobalt-cemented tungsten carbide）基体１３０の近位端部１０２に隣接して一体に結合されるのが良い。カッタ要素１００の遠位端部１０４は、工具本体に鑞付けされ又は違ったやり方で接合されるのが良い。二方向溝１４０が基体１３０の超硬合金材料を露出させた状態でカッタ構造体１２０に形成されている。

使用にあたり、例えば、繊維強化プレート又はシート（図示せず）のエッジ又は耳を切り落とす（耳切りする）際、カッタ要素１００は、方向Ｒにおいて長手方向軸線Ｌ回りに回転し、しかもこのカッタ要素を工作物のエッジに当てて全体方向Ｔにおいて長手方向軸線Ｌに対して実質的に側方に並進させて工作物のエッジを切り落とすのが良い。周囲側部１０６の連続して位置する切れ刃１１０は、使用の際と同様全体として回転方向Ｒにおいて最大で約５ｍｍの間隔をおいて配置されている。溝１４０の二方向構成により、カッタ要素が切削行為を行っているときにプレート又はシートの上面と下面の両方を圧縮するという作用効果を提供することによってプレート又はシートの皮むけを減少させることができる。

図２を参照すると、回転機械工具用のカッタ要素１００の別の例示の構成例がＰＣＤ材料又はＰＣＢＮ材料から成る超硬質カッタ構造体１２０により形成されている互いに間隔をおいた切れ刃１１０を有し、この場合、周囲側部１０６の連続して位置する切れ刃１１０は、最大で約５ｍｍの間隔をおいて配置されている。二方向溝１４０が基体１３０の超硬合金材料を露出させた状態でカッタ構造体１２０に形成されている。

図３を参照すると、回転機械工具用のカッタ要素１００の別の例示の構成例がＰＣＤ材料又はＰＣＢＮ材料から成る超硬質カッタ構造体１２０により形成されている互いに間隔をおいた切れ刃１１０を有し、この場合、周囲側部１０６の連続して位置する切れ刃１１０は、最大で約５ｍｍの間隔をおいて配置されている。二方向溝１４０が基体１３０の超硬合金材料を露出させた状態でカッタ構造体１２０に形成されている。

図４を参照すると、回転機械工具用のカッタ要素１００の例示の構成例がＰＣＤ材料又はＰＣＢＮ材料から成る超硬質カッタ構造体１２０により形成されている互いに間隔をおいた切れ刃１１０を有し、この場合、周囲側部１０６の連続して位置する切れ刃１１０は、最大で約５ｍｍの間隔をおいて配置されている。二方向溝１４０が基体１３０の超硬合金材料を露出させた状態でカッタ構造体１２０に形成されている。

図５を参照すると、一形式の回転機械工具（図示せず）であるボールノーズエンドミル用の例示のカッタ要素１００がＰＣＤ又はＰＣＢＮカッタ構造体１２０により形成された間隔をおいた切れ刃１１０を有し、周囲側部（即ち、側部から見て）の連続して位置する切れ刃１１０は、最大で約５ｍｍの間隔をおいて配置されている。カッタ構造体１２０は、全体として凸状又はドーム状の形をしているのが良く、これらカッタ構造体は、全体として円筒形のコバルト焼結タングステンカーバイド基体１３０の近位端部１０２に隣接して一体に結合されるのが良い。基体の遠位端部１０４は、工具本体（図示せず）に鑞付けされ又は違ったやり方で接合されるのが良い。単一方向溝１４０が基体１３０の超硬合金材料を露出させた状態でカッタ構造体１２０に形成されている。

例示の構成例では、カッタ要素１００は、超硬質カッタ構造体１２０と基体１３０との間に位置する少なくとも１つの中間層（図示せず）によって超硬合金基体１３０に接合された超硬質カッタ構造体１２０を有するのが良く、中間層は、マトリックス材料中に分散して設けられた金属炭化物の結晶粒及び超硬質材料の結晶粒から成る。例えば、カッタ要素１００は、少なくとも３つの中間層から成るのが良い。各中間層は、厚さが少なくとも約０．１ｍｍ又は少なくとも約０．２ｍｍであるのが良い。少なくとも１つの中間層は、コバルトから成るマトリックス中に分散して位置するダイヤモンドの結晶粒及びタングステンカーバイドの結晶粒を有するのが良く、カーバイド結晶粒とダイヤモンド結晶粒の含有量の合計は、中間層の少なくとも約２０体積パーセントである。このような構成は、向上した耐破壊性を示すという特徴を有するのが良い。

カッタ要素を製作する方法の一例は、超硬合金材料から成る基体に接合された超硬質構造体から成る前駆体を用意するステップと、超硬質構造体を部分的に除去して基体材料を露出させると共に側方切れ刃を形成するステップとを有する。前駆体は、近位端部及び近位端部から垂下した周面を有するのが良く、この前駆体を製作するのに、凝集状態の複数個のダイヤモンド粒子を超硬合金基体の周面上に超高圧及び高温で互いに焼結するのが良い。

例示の一構成例では、前駆体は、全体として丸形又はドーム状の近位端部を有するのが良く、この前駆体は、複雑な空所をフライス加工するボール状ツールを製作するのに適していると言える。このような工具は、約１０ｍｍから約２５ｍｍまでの範囲の横方向断面直径を有するのが良い。

回転機械工具用のカッタ要素を製作する例示の方法は、超硬合金基体に接合された超硬質構造体を有する前駆体を用意するステップを有するのが良い。前駆体は、近位端部、遠位端部及び近位端部と遠位端部を連結する周囲側部を有するのが良く、この前駆体は、実質的に周囲側部に設けられた超硬質構造体を備えるのが良い。超硬質構造体は、超硬質構造体と基体との間に位置する３つの中間層によって超硬合金基体に接合されるのが良い。中間層は、コバルトから成るマトリックス中に分散して設けられたタングステンカーバイドの結晶粒及び超硬質材料の結晶粒を有するのが良い。第１の中間層中のコバルトの含有量は、第２の中間層中のコバルトの含有量よりも少なく、この第２の中間層中のコバルト含有量は、第３の中間層中のコバルト含有量よりも少ない。各中間層の厚さは、少なくとも約０．２ｍｍであり、最大で約０．３ｍｍである。超硬合金基体は、近位端部、遠位端部及び近位端部と遠位端部を連結した側面を備えた細長い又は全体として円筒形の形をしているのが良い。近位端部は、実質的に丸形の円錐形のものであって良く又は実質的に扁平であり又は平板状であっても良い。超硬質構造体は、近位端部の近くで又はこれに隣接して基体に接合されるのが良い。超硬質構造体は、部分的に除去され、それにより除去部分の下に位置する基体材料が露出され、それにより、周囲側部に設けられると共に超硬質カッタ構造体により構成される間隔をおいた切れ刃が提供され、前駆体の周囲側部に設けられた連続して位置する切れ刃は、互いに最大で約１０ｍｍの間隔をおいて配置されている。

例示の方法では、前駆体は、全体として凸状、丸形又はドーム状の端部を有するのが良く、この前駆体は、地面をボーリングするためのパーカッション又はローラコーンビットに用いることができるように超硬合金基体に接合されたＰＣＤ又はＰＣＢＮ構造体を有するのが良い。機械加工法（例えば、放電加工、レーザ切断又は研削）によって複数個の切れ刃をＰＣＤ又はＰＣＢＮ構造体に形成して上述したボール形カッタ要素の実施形態を形成するのが良い。用途に応じて切れ刃の数を選択することができる。一実施形態では、切れ刃は、切り屑の制御を向上させるために螺旋「スイープ（sweep）」を提供するよう全体として螺旋の形をしているのが良い。例えば、ボール形カッタ要素は、ＰＣＢＮ構造体に形成された切れ刃を有するのが良い。

図６を参照すると、ボールエンドミルを製作するための前駆体２００の例示の構成例が全体としてドーム状の近位端部２０２、遠位端部２０４及び近位端部と遠位端部を連結した周囲側部２０６を有している。前駆体２００は、超硬合金基体２３０に接合された全体としてドーム状のＰＣＤ構造体１２０を有している。例示の方法は、ＰＣＤ構造体１２０からＰＣＤ材料を除去して切れ刃及び溝を形成するステップを有するのが良い。

開示しているカッタ要素を有する例示の機械工具は、工作物、特に硬質又は研磨性の材料、例えば金属、セラミック材料、複合材、木材、石、コンクリート又はメーソンリ（masonry）をフライス加工し又はルータ加工するためのものであるのが良い。例えば、機械工具は、繊維強化プラスチック材料から成る物体を耳切りする圧縮ルータ又は複合材から成る物体をエッジ仕上げするための螺旋多溝形ルータ又はバー（burr）であるのが良い。カッタ要素は、ルータ加工工具又は本体、特に炭素繊維で強化された材料から成る物体のエッジをフライス加工し又は切り落とす工具であるのが良い。別の例では、カッタ要素は、ボール形工具用である。

例示の方法の一構成例では、焼結タングステンカーバイド基体の近位端部上に積み重ねられた複数枚のダイヤモンド含有箔を含む予備焼結組立体を調製するステップ及び予備焼結組立体に超高圧及び高温を加えてダイヤモンドを焼結すると共にダイヤモンド結晶粒及びカーバイド結晶粒を含む少なくとも１つの中間層を介して焼結炭化物又は超硬合金基体に接合されたＰＣＤ構造体を形成するステップを用いて前駆体を製作するのが良い。有機結合剤によって互いに保持されたダイヤモンド結晶粒を含むシートから箔を切断するのが良く、中間層用のシートは、有機結合剤によって互いに保持されたダイヤモンド結晶粒及びタングステンカーバイド結晶粒を含むのが良い。シートを当該技術分野において知られている方法、例えば押出し又はテープ成形法によって作ることができ、この場合、ダイヤモンド結晶粒及び結合材料を含むスラリを表面上に載せて乾燥させる。米国特許第５，７６６，３９４号明細書及び同第６，４４６，７４０号明細書に記載されているダイヤモンド担持シートを製作する他の方法も又使用できる。ダイヤモンド担持層を被着させる別の方法としては、吹き付け法、例えば溶射が挙げられる。予備焼結組立体を当該技術分野において知られているように超高圧炉用のカプセルに入れてこれに少なくとも約５ＧＰａの圧力及び少なくとも約１，３００℃の温度を加え、そしてダイヤモンド結晶粒を互いに焼結させてＰＣＤを形成するのが良い。ダイヤモンドの焼結を促進すると共に１つ又は２つ以上の中間層の結晶粒を焼結接合するためのコバルトの源を焼結タングステンカーバイド基体とするのが良い。

例示の方法の一構成例は、支持面を構成する付形された細長い近位端部分を備えた超硬合金基体を用意するステップと、支持面の形状と相補する形状を有するよう構成されている接合面を備えた超硬質構造体を用意するステップと、超硬質構造体を部分的に除去して除去部分の下に位置する基体材料を露出させて切れ刃を構成する逃げ角及びレーキフェース角を提供するステップとを有するのが良い。

この方法の一変形例では、超硬合金基体は、細長い又は全体として円筒形の形態を有するのが良い。基体は、近位端部及び遠位端部を有するのが良く、遠位端部は、取り付け用端部であり、側面が近位端部と遠位端部を連結し、近位端部の少なくとも一部は、実質的に円錐形、切頭円錐形又は丸形円錐形、例えば球のように丸い円錐形の形を有し、超硬質構造体は、近位端部に隣接して設けられる。

この方法の一変形例では、前駆体は、地面をボーリングするためのドリルビットに用いられるＰＣＤ材料から成る超硬質インサートである。

例示のカッタ要素を用いる方法は、カッタ要素を有するルータ加工又は耳切り工具を用意するステップと、繊維強化材料から成るプレートのエッジを切り落とす（耳切りする）ステップとを有するのが良い。

回転機械工具の或る特定の構成例は、生産性を向上させることができるという特徴を有することができ、或る特定の構成例は、切れ刃についてより複雑且つ精巧な形態を示すと共に／或いは工具設計者に切れ刃の設計における融通性を提供して機械加工用途の要求を良好に満たすようにするという特徴を有することができる。カッタ要素を製作する或る特定の開示した例示としての方法は、実施するのが容易且つコスト安であるという特徴を有することができる。

カッタ要素の別の非限定的な例について以下に詳細に説明する。

実施例１
複数本の螺旋溝及び関連の切れ刃を超硬合金から成る全体として円筒形の細長い基体の端部分上に形成されたＰＣＤ層に形成することによってルータ工具用の先端部を製作することができる。超硬合金基体は、約１０ｍｍの端部直径及び約１５ｍｍの長さを有するのが良く、この超硬合金基体は、約１３重量パーセントコバルト結合剤を含む。ＰＣＤ層のための前駆体構造を受け入れる円筒形凹部を基体の遠位端部に隣接して且つ近位端部から遠位端部に向かって所与の距離にわたって延びるよう形成するのが良い。凹部の深さは、約３ｍｍであるのが良い。

ＰＣＤ層のための前駆体構造を製作するのに、水性有機結合剤によって互いに保持されたダイヤモンド結晶粒を含むシートを調製するのが良い。シートは、厚さが約５００ミクロンであるのが良く、このシートは、約５ミクロンから約１５ミクロンまでの範囲の平均サイズを有するダイヤモンド結晶粒を含み、このシートは、テープ成形によって作られるのが良い。このために、ダイヤモンド結晶粒及び結合剤溶剤を除去するためにベルト状に注がれて乾燥させた有機結合剤を含むスラリを調製する。シート中のダイヤモンド結晶粒の含有量は、シートの少なくとも約５０体積パーセントであるべきである。約６枚のストリップをシートから切断形成するのが良く、ストリップは各々、最も短いストリップで始まって最も長いストリップで終わるよう互いに順次積み重ねることができるよう僅かに異なる長さを有し、次にこれらストリップを最も短いストリップが基体に接触した状態で近位端部に隣接して基体の凹部回りに巻き付ける。ストリップのそれぞれの長さは、積み重ね体中のストリップのそれぞれの位置に応じて、基体に巻き付けられると、各ストリップの端部が互いに当たるのにちょうど十分であるべきである。ストリップの幅は、互いに実質的に同一であり且つ凹部の幅に等しくあるべきである。

ダイヤモンド結晶粒を含む複数本の巻きストリップの実質的に同軸の管状構造体を含む予備焼結組立体を形成することができる。予備焼結組立体を当業者には知られているように超高圧炉用のカプセルに封入してこれに少なくとも約５ＧＰａの圧力及び少なくとも約１，３００℃の温度を加え、この時点で、ダイヤモンド結晶粒は、コバルトの存在下において、互いに焼結することができる。超高圧及び高温処理中、コバルトの源を基体とするのが良い。その結果得られるコンポーネントは、カーバイド基体筒体の端のところに同軸上に一体に結合された焼結ＰＣＤ材料の管から成る。

次に、焼結コンポーネントを処理してルータ工具用のカッタ要素を形成するのが良い。８本の螺旋溝を放電加工によりＰＣＤ管に形成するのが良く、溝の深さは、カーバイド材料を下に位置する基体から露出させるのに十分である。８つの切れ刃をそれぞれの溝に隣接して形成するのが良く、連続して位置する切れ刃相互間の平均周方向距離は、約４ｍｍである。カッタ要素を放電加工と機械的ダイヤモンド研削の組み合わせによって最終の形状及び寸法公差に合わせて仕上げるのが良い。

実施例２
ＰＣＤ構造を有する回転機械工具用のカッタ要素をこの実施例において説明するように製作することができる。一端部にＰＣＤ構造の加工面の意図した形状と全体として同一の形状を備えた内部形状を有するハウジングを用意し、ＰＣＤ構造及び中間層のための前駆体層並びに基体本体をハウジングの状態に組み立てることによって予備焼結組立体を調製するのが良い。超硬合金基体を約１３重量パーセントコバルト及び約４ミクロンから約６ミクロンまでの範囲の平均サイズを備えたＷＣ結晶粒を含むコバルト焼結タングステンカーバイドで形成するのが良い。基体の近位端部は、ドーム状の形をしているのが良く、基体の最大横方向寸法は、約１０ｍｍであるのが良い。

符号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３でそれぞれ示された３つの中間層のための３つの前駆体層を各々ダイヤモンド及びタングステンカーバイド結晶粒について３つの互いに異なる組成を有する符号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３でそれぞれ示されたシートから形成するのが良い。符号Ｓ１で示されたシートのうちの１枚は、混合コバルトを粉末の形態で更に含むのが良い。シートの組成は、重量パーセントの状態で以下の表１に示されており、有機結合剤は、含まれない。ダイヤモンド結晶粒、タングステンカーバイド結晶粒及び有機結合剤を含むそれぞれのスラリをテープ成形し、成形したスラリが乾燥することができるようにすることによってシートを形成するのが良い。ダイヤモンド結晶粒は、多モードサイズ分布状態及び約５ミクロンから約１５ミクロンまでの範囲の平均サイズを有するのが良い。ブランク箔Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３をそれぞれのシートＳ１，Ｓ２，Ｓ３からハウジングの状態に組み立てて各箔がハウジングの端部の内部形状に適合するよう各箔を形成するのに適した寸法形状に合わせて切断するのが良い。

表１

ＰＣＤ構造のための前駆体層をハウジングの付形内側端部と接触した状態でハウジング内に配置し、箔Ｆ１をＰＣＤ前駆体層に当てて配置し、箔Ｆ２を箔Ｆ１に当てて配置し、箔Ｆ３を箔Ｆ２に当てて配置し、次に基体本体をハウジング内に配置し、その近位端部を箔Ｆ３に圧接することによって予備圧縮（コンパクト）組立体を形成するのが良い。

次に、予備圧縮組立体に真空中で熱処理を施し、それにより有機結合剤の実質的に全てを焼いて除去し、次に超高圧炉のためのカプセル中に組み込むのが良い。予備圧縮組立体に約５．５ＧＰａの圧力及び約１，３５０℃の温度を加えてＰＣＤ前駆体構造を焼結し、それにより３つの中間層を介して基体本体に接合されるＰＣＤ端キャップを形成するのが良い。

次に、焼結コンポーネントを処理してボールエンドミル工具用のカッタ要素を形成するのが良い。８本の螺旋溝を放電加工によってＰＣＤ半球形表面に形成するのが良く、溝の深さは、下に位置する基体からカーバイド材料を露出させるのに十分である。８つの切れ刃をそれぞれの溝に隣接して形成するのが良く、連続して位置する切れ刃相互間の平均周方向距離は、約４ｍｍである。カッタ要素を放電加工と機械的ダイヤモンド研削の組み合わせによって最終の形状及び寸法公差に合わせて仕上げるのが良い。

本明細書において用いた或る特定の用語及び概念について説明する。

機械工具は、動力式機械装置であり、これは、例えば金属、複合材、木材又はポリマーのような材料から成るコンポーネントを機械加工によって製造するために使用できる。機械加工は、物体又は工作物からの材料の選択的除去である。回転機械工具は、使用にあたり、それ自体の軸線回りに回転するカッタ要素、例えばドリルビットを含む機械工具である。カッタ要素のレーキフェースは、工具を用いて物体から材料を除去したときに切り屑が流れる１つ又は２つ以上の表面であり、レーキフェースは、新たに形成される切り屑の流れを方向付ける。切り屑は、使用にあたり、機械工具によって物体の加工面から除去された物体の屑片である。カッタ要素のフランクは、機械工具によって物体上に生じた機械加工面上を通る機械工具の１つ又は２つ以上の表面である。フランクは、物体からクリアランス又は第２逃げ面を提供することができ、フランクは、２つ以上のフランクフェースを有するのが良い。切れ刃は、物体の切削を実施するようになったレーキフェースのエッジであり、溝は、回転機械工具が使用中に回転しているときに切り屑を切れ刃から運び去ることができる回転機械工具の凹み部分である。例示の回転機械工具、例えばタップ、ボールエンドミル、直線エンドミル（これは、スロットドリルと呼ばれる場合がある）は、最高６つ又はそれ以上の切れ刃及び溝を有する場合がある。螺旋溝（渦巻き状溝とも呼ばれる）は、回転機械工具の回転軸線に対して全体的に又は少なくとも部分的に螺旋に配置された溝から成り、二方向形態の螺旋溝は、互いに異なる又は互いに逆の螺旋方向を備えた溝から成る。

本明細書に用いられる超硬質材料は、少なくとも約２８ＧＰａのビッカース硬度を有する。ダイヤモンド及び立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）材料は、超硬質材料の例である。多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）材料は、ダイヤモンド結晶粒の塊（複数個のダイヤモンド結晶粒の凝集体）を有し、その大部分は、互いに直接的に内部結合されており、ダイヤモンドの含有量は、材料の少なくとも約８０体積パーセントである。ダイヤモンド結晶粒相互間の間隙は、合成ダイヤモンド用の触媒材料を含む結合材料で少なくとも部分的に満たされても良く、或いは、実質的に空であっても良い。合成ダイヤモンド用の触媒材料は、合成ダイヤモンド結晶粒の成長及び／又は合成又は天然ダイヤモンドが熱力学的に安定している温度及び圧力において合成又は天然ダイヤモンド結晶粒の直接内方成長を促進することができる。ダイヤモンド用の触媒材料の例は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びこれらを含む或る特定の合金である。ＰＣＤ材料を含む超硬質構造体は、少なくとも、触媒材料を間隙から除去する元になる領域を有するのが良く、後にはダイヤモンド結晶粒相互間に間隙ボイドが残される。ダイヤモンド用の触媒材料が減少し又は触媒材料が触媒として比較的活性度の低い形態にある相当広い領域を少なくとも有するＰＣＤ構造体を熱安定性のあるＰＣＤと呼ぶことができる。

ＰＣＢＮ材料は、金属又はセラミック材料から成るマトリックス内に分散して設けられた立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）の結晶粒から成る。例えば、ＰＣＢＮ材料は、Ｔｉ含有化合物、例えばチタン炭窒化物及び／又はＡｌ含有化合物、例えば窒化アルミニウム及び／又は金属例えばＣｏ及び／又はＷを含む化合物から成る結合剤マトリックス材料中に分散して設けられた少なくとも約６０体積パーセントｃＢＮを含むのが良い。ＰＣＢＮ材料の幾つかのバージョン（又は「等級」）は、少なくとも約８０体積パーセント又はそれどころか少なくとも約８５体積パーセントｃＢＮ結晶粒を含む場合がある。

より一般的に言えば、多結晶超硬質（ＰＣＳ）材料は、超硬質材料の結晶粒の塊及び超硬結晶粒相互間の間隙を有し、このような間隙は、少なくとも部分的に充填剤又は結合材料で満たされるのが良く、超硬結晶粒の含有量は、材料の少なくとも約体積パーセントである。結晶粒は、ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）から成るのが良い。

Claims (4)

1. 使用中における回転軸線を有するボールノーズエンドミル工具用のカッタ要素を製作する方法であって、前記カッタ要素は、前記使用中における回転軸線と実質的に非整列状態にある方向に動かされると、物体を切断するよう動作可能に構成され、多結晶立方晶窒化硼素（ＰＣＢＮ）材料を含む少なくとも一つのカッタ構造体により画成された少なくとも７つの切れ刃を有し、
   前記方法は、
   超硬合金基体に接合されたＰＣＢＮ材料を有する超硬質構造体を有する前駆体を用意するステップを有し、前記前駆体は、全体としてドーム状の近位端部、遠位端部及び前記近位端部と前記遠位端部を連結した周囲側部を有し、
   前記超硬質構造体は、前記近位端部に隣接する前記周囲側部に設けられ、
   前記工具は、１０〜２５ｍｍの横方向断面直径を有し、
   前記ＰＣＢＮ材料は、Ｗ及びＣｏを含む化合物を含む結合剤中に分散された少なくとも８０体積％の立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子を含み、
   前記方法は、放電機械加工により、前記周囲側部から前記超硬質構造体を部分的に除去して前記周囲側部に少なくとも７つの切れ刃を形成するステップを更に有し、隣り合う切れ刃は、最大で５ｍｍの間隔をおいて配置される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記カッタ要素を機械加工して前記切れ刃の逃げ角及びレーキフェース角を形成するステップを有する、
   請求項１記載の方法。
3. 前記超硬構造体を部分的に除去して複数本の溝を形成するステップを有する、
   請求項１又は２記載の方法。
4. 凝集状態の複数個の立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子を超硬合金基体の周面上に超高圧及び高温で互いに焼結することによって前記前駆体を用意するステップを有する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。

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