JP6224603B2 - 複数本の長寸要素を用いることにより２つの構成要素を結合してそれらの間の軸心的および角度的な整列を確実とする方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸心的および角度的に適切に整列されるべき各構成要素を相互に結合する方法に関し、更に詳細には、金属切削チップをシャフトに対して結合する方法に関する。
（関連出願に関する相互参照）
本出願は、２０１１年１０月２４日に出願された米国仮出願第６１／５５０，５６０号の特典を主張する。

当該製品の各構成要素を相互に結合することにより一定の製品を形成することは知られている。一定の場合、結合された各構成要素は、正確に整列されるべきである。たとえば、金属切削ビットは、縦溝付きの前端区画と、当該後部シャフト区画を貫通延在することで高圧冷却流体を各縦溝もしくは溝の後端部へと導いて当該ビットを冷却し且つ切り屑を洗流する冷却液孔を有する後部シャフト区画とを備えて成る。上記チップおよびシャフトは、それらの夫々の円筒状の外周縁が相互に整列される様に軸心的に整列されるべきである。上記チップおよびシャフトはまた、該シャフトの各冷却液孔が上記チップの対応縦溝と整列される様に、角度的にも整列されるべきである。もし各縦溝および各冷却液孔が誤整列されたなら、高圧冷却流体は、当該工具が、その意図された進行方向から偏向される如き様式で誤って導向され得る。

故に、金属切削工具、エンドミル、および、ドリル・ビットの如く、正確な整列を必要とする構成要素同士を相互に結合する方法を提供することが好適である。

第１構成要素の第１端部表面と交差する複数の第１開口を含む第１構成要素を、第２構成要素の第２端部表面と交差する複数の第２開口を含む第２構成要素に対して結合する方法が開示される。この方法は、
Ａ．複数本の長寸要素を位置決めし、各長寸要素は、第１開口および関連する第１開口内へと延在することで、各第１開口を夫々の第２開口に対して整列させ、
Ｂ．各第１開口は各長寸要素により、関連する第２開口に対する整列が維持され乍ら、上記第１および第２の構成要素を相互に結合し、且つ、
Ｃ．段階Ｂに引き続き、各長寸要素を除去する、という各段階を備えて成る。

また、金属切削チップの第１端部表面と交差する複数の第１開口を含む金属切削チップを、シャフトの第２端部表面と交差する複数の第２開口を含むシャフトに対して結合する方法も開示される。この方法は、
Ａ．複数本の長寸要素を位置決めする段階であって、上記第１および第２の端部表面間にろう付け材料を配設し、各長寸要素は、第１開口および関連する第２開口内へと延在することで、各第１開口を関連する第２開口に対して整列させるという段階と、
Ｂ．各長寸要素に対し、上記ろう付け材料に対する該長寸要素のろう付けを阻止する結合阻止材料を適用する段階と、
Ｃ．各第１開口は各長寸要素により、関連する第２開口に対する整列が維持され乍ら、上記ろう付け材料に対して熱を加えて上記第１および第２の端部表面を相互にろう付けする段階と、
Ｄ．段階Ｃに引き続き、各長寸要素および残留する結合阻止材料を除去する段階と、を備えて成る。

更に、チップおよびシャフトは相互に対向するカーバイド端部表面を含むというチップをシャフトに対して結合する方法が開示される。チップは、第１円筒状外周縁と、該外周縁に形成されて円周方向に離間された複数本の縦溝とを含む。各縦溝は丸み付き底部を有する実質的にＵ形状の断面である。上記シャフトは、第２円筒状外周縁と、該シャフトを貫通延在する複数本の冷却液孔とを有する。上記第１および第２の外周縁の半径は、実質的に等しい。各冷却液孔は、夫々の縦溝底部の半径に実質的に等しい半径を有する。
この方法は、
Ａ．上記縦溝底部および上記冷却液孔の夫々の半径に実質的に等しい半径を各々が有する複数本のゲージ・ワイヤを配備する段階と、
Ｂ．各ゲージ・ワイヤを、夫々の冷却液孔および夫々の縦溝底部内へと挿入し、各縦溝底部を関連する冷却液孔に対して整列させ、且つ、上記第１円筒状周縁を上記第２円筒状周縁に対して整列させる段階と、
Ｃ．上記第１および第２の端部表面間にろう付け材料を位置決めする段階と、
Ｄ．各ゲージ・ワイヤの露出部分に対し、結合阻止材料を適用し、上記ろう付け材料に対する上記ゲージ・ワイヤのろう付けを阻止する段階と、
Ｅ．上記縦溝底部は、上記ゲージ・ワイヤにより、関連する冷却液孔に対する整列が維持され乍ら、上記ろう付け材料に対して熱を加え、上記第１および第２の端部表面を相互にろう付けする段階と、
Ｆ．段階Ｅに引き続き、上記ゲージ・ワイヤを除去し、且つ、残留する結合阻止材料を溶媒中に溶解させる段階と、を備えて成る。

当業者であれば、更なる目的および利点は、以下における実施例の詳細な説明を読破したときに明らかであろう。

以下においては、添付図面を参照して実施例が更に記述される。

チップおよびシャフトの分解側面図である。 チップの端面図である。 シャフトの端面図である。 シャフトの冷却液孔を貫通して各ゲージ・ワイヤが挿入された後においてチップおよびシャフトの間にろう付け箔体が位置されたチップおよびシャフトの分解斜視図である。 各ゲージ・ワイヤが上記ろう付け箔体を貫通してチップの各縦溝内へと挿入された後の斜視図である。 チップがシャフトに対してろう付けされ且つ各ゲージ・ワイヤが除去された後における図５と同様の図である。

図１には、金属切削ビット１０の第１構成要素、すなわちチップ１２と、シャフト１４から成る第２構成要素とを有する実施例が描かれる。実施例において、チップ１２は、カーバイドから形成された後部区画１２ｂに対して結合されたＰＣＤ（多結晶質ダイヤモンド）もしくはｐＣＢＮ（多結晶質の立方晶窒化ホウ素）で形成され得る前部区画１２ａを備えて成る。前部区画１２ａを形成し得る他の材料としては、ダイヤモンド複合材料の如き超砥粒複合材料、または、３，０００ｋｇ／ｍｍ²のヌープ硬度を有する超砥粒材料を含有する他の複合材料が挙げられる。

実施例において、シャフト１２は、カーバイド（炭化物、超硬合金）から形成されると共に、チップ１２のカーバイド区画１２ｂに対して結合されるものである。カーバイドに加え、後部区画１２ｂおよびシャフト１２を形成し得る他の材料としては、サーメットと、周期表の４族、５族、および６族の中から選択された金属の炭化物、窒化物および炭窒化物から選択された一種類以上の材料を含有するサーメットとが挙げられる。

上記チップの外周縁１８には、該チップの全長に対して軸心方向に（すなわち該チップの中央軸心に対して平行に）延在する円周方向に離間された複数本の縦溝、チャネルもしくは溝１６の形態の第１開口が形成される。外周縁１８は、上記工具の用途に依存する任意の形状とされ得る。図２には６本の縦溝が示されるが、本数は変更され得る。各縦溝は、動作の間に、切り屑を受容すべく、且つ、工具を冷却すると共に切り屑を洗流する冷却流体を導くべく機能する。

上記冷却流体は、円筒状のシャフト１４を軸心方向に完全に貫通延在する冷却液孔２４（一例として、図３には６個の孔が示される）であって、拡径操作の間において加圧冷却流体の供給源に対して接続されるべきであるという冷却液孔２４の形態の第２開口から、各縦溝の後端部に対して供給されるものである。各図において円形の孔として描かれた冷却液孔２４は、任意の形状、または、複数の形状の組み合わせとされても良い。各孔２４は、上記シャフトの中央軸心の回りに等距離に離間され得ると共に、上記シャフトの前側表面３２に配設された夫々の前側吐出端を有し得る。冷却液孔２４の個数は、縦溝の本数に対応し得る、と言うのも、各孔２４は、夫々の縦溝１６に対して冷却流体を供与すべく機能するからである。

図２に示された如く、各縦溝１６は、断面が、丸み付き底部１６ａを備えたＵ形状とされ得る。該縦溝は、各縦溝底部１６ａが夫々の冷却液孔と整列され得る限りにおいて、任意の形状とされ得る。各縦溝底部１６ａの半径は、その夫々の冷却液孔２４の半径と等しくされ得ると共に、完成したビットにおいて、上記丸み付き底部の中心Ｃは、夫々の冷却液孔の中心Ｃ’と整列され得る。

チップ１２は、該チップの後側表面２８をシャフト１４の前側表面３２に対してろう付けすることにより、該シャフトに対して結合され得る。上記チップを上記シャフトに対して固着するために、たとえば、ろう付け技術、溶浸技術、圧力嵌め技術、締まり嵌め技術、および、溶接技術などの当業界で公知である任意の技術もしくは方法が使用され得る。チップ１２の円筒状外周縁１８がシャフト１４の円筒状外周縁３６と整列される様にチップ１２の中央軸心Ａがシャフト１４の中央軸心Ａ’と整列される如く、上記チップが上記シャフトに対して結合され得ることは理解される。同様に、上記に説明された如く、各縦溝の丸み付き底部１６ａの中心Ｃが、夫々の冷却液孔２４の中心Ｃ’と整列される様に、チップ１２はシャフト１４と角度的に整列され得る。

斯かる軸心的および角度的な整列は、各長寸要素４０の端部が上記シャフトの前側表面３２から突出する如く、各長寸要素を冷却液孔２４に貫通挿入する段階を含む方法により確立され得る。明瞭化のために、図４においては６本の長寸要素の内の３本のみが示される。実施例において、各長寸要素４０は、冷却液孔２４の共通直径に実質的に等しい直径を有するゲージ・ワイヤを備えて成るが、他の適切な形式の長寸要素が使用され得る。各長寸要素は、たとえば、プラスチック、金属、金属合金、紙材製品、繊維強化複合材料、および、それらの組み合わせから作製され得る。各長寸要素は、ワイヤ形状のもしくは平坦な材料片であり得る。

もし、ろう付けが使用されるなら、チップ１２をシャフト１４に対してろう付けするに先立ち、ゲージ・ワイヤ４０の露出端部は、ろう付け材料に対する該ゲージ・ワイヤの結合を阻止するに適した結合阻止材料により被覆され得る。適切な結合阻止材料は、ストップ・オフ（Ｓｔｏｐ−Ｏｆｆ）の名称でルーカス・ミルホープ社（Ｌｕｃａｓ−Ｍｉｌｈａｕｐｔ， Ｉｎｃ．）から市販されている水溶性のセラミック流体であり得る。被覆された後、ストップ・オフ材料の幾分かが夫々の冷却液孔２４に進入することで、ろう付け段階の間においてろう付け材料が各孔内に進入することを阻止する様に、被覆されたゲージ・ワイヤの部分は上記シャフト内へと部分的に引き戻される。

次に、上記チップの後側表面２８および上記シャフトの前側表面３２は相互に対向して位置され得ると共に、図５に示された如く、ゲージ・ワイヤ４０の露出端部は各縦溝１６の丸み付き底部１６ａ内へと挿入される。これにより、上記チップおよび上記シャフトが軸心的および角度的に確実に整列され得ると共に、ストップ・オフ材料が各縦溝に進入することで、該縦溝内へのろう付け材料の進入も阻止される。

表面２８および３２の間には、ろう付け材料、すなわち、各ゲージ・ワイヤの通過に対処すべく適切な孔もしくは凹所４４が形成されたろう付け箔体４２の如き溶加金属材（フィラー）が載置される。

チップ１２およびシャフト１４が各ゲージ・ワイヤにより軸心的および角度的な整列に保持される間、ろう付け箔体４２に対しては、たとえば誘導加熱によるなどの任意の適切な手法で熱が加えられ、該ろう付け箔体は溶融され且つチップ表面２８およびシャフト表面３２に付着される。上記ストップ・オフ材料の存在に依り、上記ろう付け材料は、各ゲージ・ワイヤに付着せず、且つ、冷却液孔２４もしくは縦溝１６に進入してその壁部に付着することはない。

上記チップおよびシャフトが相互にろう付けされてビット１０を一旦形成したなら、各長寸要素４０は除去される。同様に、上記ビット上に残留する水溶性のストップ・オフ材料は、該ビットを、超音波エネルギーに対して委ねられる熱水中に載置することにより、溶解され得る。図６には、完成したビット１０が示される。

上記第１および第２の構成要素として、ＰＣＤ、ｐＣＢＮおよびカーバイドが開示されたが、該第１および第２の構成要素は、プラスチック、ガラス、セラミックス、炭素繊維、および、ガラス繊維複合体、および、それらの組み合わせから作製され得ることは理解される。

本明細書中に開示された方法は、金属切削工具に限られるのではなく、両方の構成要素に孔、縦溝などの如き開口を有すると共に、正確な軸心的および角度的な整列を必要とする任意の構成要素同士の相互結合に対して適用可能であることも理解される。また、開示された各構成要素の結合に対しては、ビットが委ねられる強い角度的な力の故に、ろう付けが必要とされるが、同様の力には委ねられないという製品の構成要素同士の結合に対しては、半田付け、接着剤結合、溶接などの他の種類の結合法が採用され得る。

添付の各請求項において定義された本発明の精神および有効範囲から逸脱せずに、他の付加、除去、改変および置換が為され得ることも理解される。

Claims (10)

1. 金属切削チップをシャフトに対して結合する方法であって、
   金属切削チップは、該金属切削チップの第１端部表面と交差する複数の第１開口を含み、シャフトは、該シャフトの第２端部表面と交差する複数の第２開口を含む方法において、
   Ａ．複数本の長寸要素を位置決めするステップＡであって、第１および第２端部表面間にろう付け材料を配設し、各長寸要素は第１開口および関連する第２開口内へと延在することで、各第１開口を関連する第２開口に対して整列させるステップＡと、
   Ｂ．各長寸要素に対し、ろう付け材料に対する長寸要素のろう付けを阻止する結合阻止材料を適用するステップＢと、
   Ｃ．各第１開口は各長寸要素により、関連する第２開口に対する整列が維持され乍ら、ろう付け材料に対して熱を加えて第１および第２の端部表面を相互にろう付けするステップＣと、
   Ｄ．ステップＣに引き続き、各長寸要素および残留する結合阻止材料を除去するステップＤと、
   を備えて成り、
   各第１開口は金属切削チップの外周縁に形成された縦溝を備え、
   各第２開口はシャフトを軸心方向に貫通延在する貫通孔を備え、
   各縦溝は、夫々の貫通孔の半径に等しい半径を有する丸み付き底部を有し、且つ、
   各丸み付き底部の中心は、夫々の貫通孔の中心に対して整列される、
   方法。
2. ろう付け材料はろう付け箔体を備えて成り、且つ、
   前記ステップＡは、各長寸要素を前記ろう付け箔体における夫々の凹所を貫通して延在させるステップを備える請求項１記載の方法。
3. 金属切削チップおよびシャフトは、夫々、第１および第２円筒状外周縁を有し、且つ、
   前記ステップＡは第１および第２円筒状外周縁を相互に対して整列させる請求項１記載の方法。
4. 各長寸要素はゲージ・ワイヤを備える請求項１記載の方法。
5. 前記ステップＤは残留する結合阻止材料を溶媒中に溶解させる段階を備える請求項１記載の方法。
6. 第１および第２端部表面はカーバイドを備える請求項１記載の方法。
7. 前記ステップＢとＣとの間において、各長寸要素を金属切削チップおよびシャフトに対して軸心方向に移動させ、結合阻止材料を第１および第２開口に進入させるステップを更に備える請求項１記載の方法。
8. 金属切削チップをシャフトに対して結合する方法であって、金属切削チップおよびシャフトは相互に対向するカーバイド端部表面を含み、金属切削チップは、第１円筒状外周縁と、該第１円筒状外周縁に形成されて円周方向に離間された複数本の縦溝とを含み、各縦溝は丸み付き底部を有する実質的にＵ形状の断面であり、シャフトは、金属切削チップの半径に実質的に等しい半径を有する第２円筒状外周縁を含み、シャフトを複数本の冷却液孔が貫通延在し、各冷却液孔は関連する縦溝底部の半径に実質的に等しい半径を有する方法において、
   Ａ．縦溝底部および冷却液孔の夫々の半径に実質的に等しい半径を各々が有する複数本のゲージ・ワイヤを配備するステップＡと、
   Ｂ．各ゲージ・ワイヤを、夫々の冷却液孔およびその関連する縦溝底部内へと挿入し、各縦溝底部を関連する冷却液孔に対して整列させ、且つ、第１円筒状外周縁を第２円筒状外周縁に対して整列させるステップＢと、
   Ｃ．第１および第２端部表面間にろう付け材料を位置決めするステップＣと、
   Ｄ．各ゲージ・ワイヤの露出部分に対し、結合阻止材料を適用し、ろう付け材料に対するゲージ・ワイヤのろう付けを阻止するステップＤと、
   Ｅ．縦溝底部は、ゲージ・ワイヤにより、夫々の冷却液孔に対する整列が維持され乍ら、ろう付け材料に対して熱を加え、第１および第２端部表面を相互にろう付けするステップＥと、
   Ｆ．ステップＥに引き続き、ゲージ・ワイヤを取り除き、且つ、残留する結合阻止材料を溶媒中に溶解させるステップＦと、
   を備えて成る方法。
9. 前記ステップＤとＥとの間において、各ゲージ・ワイヤを金属切削チップおよびシャフトに対して移動させ、各ゲージ・ワイヤの露出部分上の結合阻止材料を、各縦溝底部および各冷却液孔に進入させるステップを更に備える請求項８記載の方法。
10. 前記ステップＣは、ろう付け材料が、夫々のゲージ・ワイヤの通過に対処する凹所を有するろう付け箔体を備えて成り乍ら、前記ステップＤに先立ち実施される請求項８記載の方法。

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