JP7059292B2 - インコネルを機械加工するために円弧プロファイルを有するセラミック正面フライス - Google Patents

Description

本出願の主題は、円弧プロファイルを有し、新種の材料、特にインコネル（登録商標）を機械加工するために構成された、セラミック正面フライスに関する。

近年、エンド・ミルは、複数の要因の組み合わせ、特に、その粗さおよび硬度の品質のバランスと、相対的にコスト効率の良い価格との組み合わせに起因して、最も一般的には超硬合金から作製される。

本出願は、セラミック正面フライスに関する。セラミックは、数十年にわたって、機械加工に使用することができる材料のうちの１つとして知られているが、超硬合金等の他の材料よりも、比較的より脆く、実質的により高価であることに起因して、相対的に小さな切断インサートを除くと、稀にしか用いられていない。

インコネル等の新種の材料は、機械加工中に生じる過度な熱により切断工具が急速に劣化することに起因して、機械加工が困難である。したがって、これらの材料は、通常、低い切断速度（例えば、約２５ｍ／分）で機械加工される。そのような材料の場合、上述したセラミックの不利な点は、セラミックカーバイドよりもセラミック材料の温度耐性が比較的高いことにより、部分的に相殺される。そのような温度品質は、「ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｃｅｒａｍｉｃ ｅｎｄ ｍｉｌｌ」と題する特許文献１により詳細に論考されている。

しかしながら、有利な温度品質にもかかわらず、特許文献１に開示されているセラミック・エンド・ミルは、重大な摩耗を開示している。詳述すると、特許文献１では、「エンド・ミルは検査され、僅かなチッピングを有することがわかった・・・」（第５段４７行および４８行）と記述されているが、本出願人は、当業者であれば、この例において記載されている摩耗の量（０．１６ｍｍ～０．４０ｍｍの範囲をとる）は「僅かなチッピング」とみなされるものではないことを理解するであろうことを述べておく。それどころか、与えられた値は、超硬合金で作製された類似の直径の工具（この例では、直径は８ｍｍである）について通常許容される摩耗よりもかなり大きい。例えば、超硬合金の８ｍｍの直径のエンド・ミルの場合、本出願人の受容可能な摩耗の内部標準は０．０８ｍｍであり、これは、与えられた最も低い摩耗の例（０．１６ｍｍ）の半分である。それにもかかわらず、セラミックの既知の比較的脆い特性に起因して、比較的高い摩耗は驚くべきことではない。

本出願は更に、正面機械加工用途専用のエンド・ミル、すなわち正面フライスに関する。正面フライスは、その周縁に沿ってではなく、本来切断端面における切れ刃を用いて機械加工を行う。

より詳細には、本出願は、円弧プロファイルを有する正面フライスを対象とする。明示的に述べられていない場合であっても、本出願の下の全ての正面フライスは円弧プロファイルを有することが理解されよう。同様に、「セラミック」という語が用いられていない場合であっても、正面フライスの少なくとも切断部は、明示的に述べられていない場合であっても、セラミック材料（または換言すれば、「セラミック切断部」または「セラミック正面フライス」）から作製されていることが理解されよう。これらの記述は、少なくともセラミック基板を指し、切断部または正面フライス全体は、非セラミックコーティングを有し得ることが理解されよう。

円弧プロファイルは、回転軸の周りの回転中に、回転軸に垂直な方向に見ると示される。詳細な説明および特許請求の範囲において、これは、「プロファイル図」と呼ばれる。円弧プロファイルは、仮想円の一部分を定義する。円は、円中心点、軸方向および径方向の接線、軸方向および径方向の接点、ならびに円中心点から円弧プロファイルまで測定可能な半径の大きさを有する。軸方向の接点は、円と、円の中心点から、正面フライスの回転軸と平行な方向に前方に延びる軸方向の接線との交差部に位置する。径方向の接点は、円と、円の中心点から、回転軸に垂直な方向に、径方向に外方に延びる径方向の接線との交差部に位置する。理解を容易にするために、正面フライスの歯の切れ刃は、３つの副切れ刃、すなわち、正面フライスの切断端面に位置する軸方向副切れ刃、正面フライスの切断部の周縁に沿って位置する径方向副切れ刃、および軸方向副切れ刃から径方向副切れ刃まで延びるコーナー副切れ刃に理論上分割することができる。より厳密には、コーナー副切れ刃は、径方向の接点から軸方向の接点まで延びるものとして定義することができ、径方向副切れ刃は、径方向の接点から、コーナー副切れ刃から離れる方向に延びるものとして定義することができ、軸方向副切れ刃は、軸方向の接点から、コーナー副切れ刃から離れる方向に延びるものとして定義することができる。円弧プロファイルは、特許文献２に例示されており、その開示は参照により本明細書に援用される。

円、ならびに関連付けられた線、面、接点および半径の大きさは仮想的であり、このため正面フライス上で可視の特徴ではなく、その構造を通じて導出可能なものであることが理解されよう。

また、本出願は、混合ギャッシュを有する正面フライスに関する。混合ギャッシュは、例えば、本出願人の特許文献３およびその引用、すなわち、非特許文献１、および特許文献４に例示されている。

セラミック切断部を有するエンド・ミルの不利な特性に鑑みて、少なくとも超硬合金と比較したとき、そのような設計を経済的に達成可能にする特有の設計が必要とされていることが明らかである。

米国特許第８，６４７，０２５号 米国特許第９，５１７，５１５号 米国特許第８，８５８，１２８号 米国特許第８，４１４，２２８号

Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ ９８６（１９７３；ｓｈｅｅｔ ｎｏ．５５）

本出願の目的は、新規の改善されたセラミック正面フライスを提供することである。

本出願の第１の設計検討事項は、セラミック切断部を有する達成可能なエンド・ミルを提供することである。したがって、選択されるエンド・ミルのタイプは、少なくとも２つの理由からセラミックに特有に適合された正面フライスである。第１の理由は、比較的脆いセラミック・エンド・ミルが、その周面に沿って大いに用いられた場合、破壊する可能性がより高いことである。これは、予測される曲げ力のみでなく、セラミックが動作可能であることがわかっている切断速度において予測される比較的高度な振動に起因する。試験中、切断速度は、工具寿命に大きな影響を有さず、したがって、本質的に、ワークステーションの最大速度に依拠して、３００ｍ／分を超える切断速度が可能であることがわかった（例えば、試験は、６００ｍ／分であった、利用可能なワークステーションの最大速度で実行され、これにより、３００ｍ／分の試験に匹敵する工具寿命が得られた）。第２の理由は、エンド・ミルの側面に沿った長い溝を研磨するコストが高いことである。したがって、本出願の各態様は、正面フライスを対象とする。更に独立して有利な特徴が態様において詳述される。

本出願の主題の第１の態様によれば、構成されたセラミック正面フライスが提供され、このセラミック正面フライスは、シャンク部および切断部を備え、少なくとも切断部は、セラミック材料から作製され、正の軸方向すくい角αを有する軸方向副切れ刃を備える少なくとも１つの歯を備える。

正のすくい角を有する切れ刃は、負のすくい角を有する切れ刃よりも、工作物を機械加工するためのより鋭い刃を有することが理解されよう。正のすくい角は、工作物をより平滑に切り進むとみなすことができるが、比較的鈍い負のすくい角の切れ刃よりも摩耗および破損を受けやすい。まさにこの理由により、負のすくい角を有する切れ刃が用いられ、すなわち、ここでは刃の強化が望ましい。そのような負のすくい角は、セラミック等の脆い工具材料のために予期される選択でもある。なぜなら、急速な摩耗が予期されるためである。

本出願および特許請求の範囲全体を通じて、軸方向副切れ刃が正の軸方向すくい角αを有すると述べるとき、これは、軸方向副切れ刃全体が、正の軸方向すくい角を有することを意味することが理解されよう（ただし、角度自体は、ゼロを超える範囲で変動する場合がある）。本出願は、機械加工が主に軸方向副切れ刃を用いて実行される正面フライスを指すことが理解されよう。しかしながら、二次副切れ刃のうちの１つ、すなわち、コーナー副切れ刃または更には径方向の二次副切れ刃が特定のすくい角を有すると述べられるとき、コーナー副切れ刃または径方向副切れ刃全体が正または負のすくい角を有することが暗に意味されるのではなく、すくい角の明示的な位置が述べられるべきである。

セラミック切断部を有する正面フライスを用いるとき、急速な摩耗が予期されたため、正の軸方向すくい角αを有する軸方向副切れ刃（面削り用途のために主刃が用いられる）を組み込むことによって、刃が急速に劣化することが理論化され、現実においても実際にそうであることがわかった。比較対象の超硬合金正面フライスの場合、そのような劣化（言い換えれば、「摩耗」）の結果として、機械工が、過度に短い期間（および受容不可能な工具寿命）後に機械加工を停止することになる。これは、そのような劣化が工具故障とみなされることに起因する。しかしながら、現行の工具は、超硬合金正面フライスと動作が異なるとみなされるべきであるという新たな理解により、最初に正の軸方向すくい角αが組み込まれ、急速な摩耗が実際に生じるが、そのような摩耗は、単に、刃を負の軸方向すくい角形状に低減するにすぎないと予期された。したがって、最初に正の軸方向すくい角工具を提供することによって、以前はより有利な負のすくい角形状であるとみなされていたもので設計された比較対象の正面フライスよりも、寿命が比較的増大した。本出願において（例えば、上述した第１の態様において）、軸方向副切れ刃が正の軸方向すくい角αを有すると述べられるとき、これは、初回の使用の前の正面フライスを指すことが理解されよう。十分な長さの時間にわたって上述した切断速度３００～６００ｍ／分で（または、ワークステーションが対応可能である場合、より高い速度で）インコネルの正面フライス加工を行うことによって、初回の使用の前に存在する正の軸方向すくい角αが、摩耗により、負の径方向のすくい角に変形する。

セラミック工具の急速な故障およびそれらの法外なコストが、そのような工具が稀にしか市販されない理由であると思われるが、刃が脆く、急速に摩耗するという知識を利用することによって、その工具寿命を延ばす驚くべき方法、すなわち、正のすくい角を用い、超硬合金工具について知られている故障の判断基準を変えることによる方法が見つかったことが理解されよう。特に、摩耗に関してセラミック正面フライスを監視する代わりに、機械加工されているエリアの仕上げが受容不可能になるときについて、工作物自体が監視される。

使用頻度はより少ないが、コーナー副切れ刃も面削り用途のために用いられ、したがって、少なくとも軸方向副切れ刃に隣接したそのような刃も正のコーナーすくい角βを有するはずであるという更なる利点があるということが理解されよう。

逆に、径方向副切れ刃は、利用頻度はより少ないが、より頻繁に用いられる軸方向切れ刃およびコーナー切れ刃と等しい摩耗、またはそれらと比較して少なくとも低減された摩耗のために負の径方向のすくい角λと組み合わされる場合、より有利でさえあり得る。

上記の説明を鑑みて、本出願の主題の第２の態様によれば、インコネル工作物を機械加工するためのセラミック正面フライスが提供され、正面フライスは、反対側の軸方向前方および後方方向Ｄ_Ｆ、Ｄ_Ｒ、ならびに反対側の回転切断および後続方向Ｄ_Ｐ、Ｄ_Ｓを定義する中心回転軸Ａ_Ｒの周りを回転するように構成され、正面フライスは、シャンク部と、シャンク部から切断端面まで前方に延びる切断部とを備え、切断部は、有効切断長Ｌ_Ｅと、切断端面に位置する直径Ｄ_Ｅと、複数の歯と、複数の歯の隣接する歯の各対間に位置するギャッシュとを備え、複数の歯は、すくい面と、逃げ面と、すくい面および逃げ面の交差部に形成された切れ刃とを備え、切れ刃は、切断端面に位置する軸方向副切れ刃と、切断部の周縁に沿って位置する径方向副切れ刃と、軸方向副切れ刃から径方向副切れ刃まで延び、コーナー半径Ｒ_Ｃを定義するコーナー副切れ刃とを備え、正面フライス全体は、セラミック材料から作製され、単体モノリシック構造を有し、軸方向副切れ刃全体が正の軸方向すくい角αを有する。

本出願の主題の第３の態様によれば、シャンク部および切断部を備えるセラミック正面フライスが提供され、少なくとも切断部は、セラミック材料から作製され、少なくとも１つの歯および湾曲したすくい面を備える。

セラミック材料から作製された湾曲した表面を機械加工することは、比較的困難であり、高価であるにもかかわらず、湾曲したすくい面は、理論上、セラミック等の機械加工が困難な材料、ならびにＰＣＤおよびＰＣＢＮ等の超硬材料に用いられる一般的な平坦なすくい面よりも有利であると考えられる。

本出願の主題の第４の態様によれば、シャンク部および切断部を含むセラミック正面フライスが提供され、少なくとも切断部は、セラミック材料から作製され、複数の歯と、複数の歯の隣接する歯の各対間に位置するギャッシュとを備え、隣接する歯の各対間の各ギャッシュは、前記歯の対間の唯一のギャッシュである。

特に、ギャッシュは混合ギャッシュとすることができる。

セラミック材料から作製された表面を機械加工することが比較的困難であり、高価であることを鑑みて、切断部は、歯の各対間の単一のギャッシュのみで達成可能であることがわかった。超硬合金正面フライスにおいて、多くの場合、２つのギャッシュ、または通常、溝が後続する少なくとも１つのギャッシュが存在する。詳述すると、単一のギャッシュが存在すると述べる場合、または特許請求されるギャッシュが、歯の対間の唯一のギャッシュであると述べる場合、歯の対には、それに関連付けられた第２のギャッシュまたは溝がないことを意味する。有利と考えられる形状を形成するためにセラミック正面フライスの更なる機械加工が行われた上記の第３の態様と対照的に、ここでは、更なる機械加工ステップ（すなわち、第２のギャッシュまたは溝を形成するステップ）が回避され、それによって、製造ステップを最小限にすることができる。言い換えれば、セラミック切断部の特有の機能を鑑みて、単一のギャッシュが、受容可能な機械加工性能を生じるのに十分とすることができることがわかった。

セラミックの脆い特性に起因して、エンド・ミルは、比較的限られた有効切断長を有する正面フライスとして構成される。このため、材料の除去のためにはより長い切断長が有利であるにもかかわらず、これはセラミック切断部のまた別の制限であると考えられる。したがって、正面フライスは、セラミック切断部の場合に特に有利であると考えられる溝または第２のギャッシュをなくすことができる。

そのような構造は、切断端面の端面図において、独特な外観を与え、歯の切れ刃全体が湾曲している。

本出願の主題の第５の態様によれば、シャンク部および切断部を含むセラミック正面フライスが提供され、少なくとも切断部は、セラミック材料から作製され、複数の歯を備え、歯の各々は、中心より前方（ｆｒｏｎｔ－ｏｆ－ｃｅｎｔｅｒ）に位置決めされる。

チップの吐出を支援するために、中心より前方に位置決めされた歯を有する正面フライスを製造することが知られているが、セラミック正面フライスは、より高い温度での作業が可能であり、このため、熱伝達を低減する目的では、吐出があまり重要でないことに留意されたい。そのような位置決めにより、材料が正面フライスの中心に残されることになり、したがって、その除去のための更なる研磨作業が必要となることに更に留意されたい。それにもかかわらず、比較的高価なセラミック正面フライスのための更なる製造ステップのコストがあっても、改善された吐出が依然として好ましいことが理論化された。

本出願の主題の第６の態様によれば、インコネル工作物を機械加工する方法が提供され、この方法は、上記の態様のうちのいずれかに記載のセラミック正面フライスを提供することと、３００ｍ／分を超える速度で、最初に正の軸方向のすくい角が摩耗により負の軸方向すくい角に変形するのに十分な長さの時間にわたって、インコネル工作物を正面フライス加工することと、を含む。

本出願の主題の第７の態様によれば、インコネル工作物を機械加工する方法が提供され、この方法は、切断端面および複数の歯を有する切断部を備えるセラミック正面フライスであって、各歯は切れ刃を有し、各切れ刃は、切断端面に位置し、初回の使用の前に、最初に正の軸方向すくい角αを有する軸方向副切れ刃と、最初に負の径方向のすくい角λを有する径方向副切れ刃と、軸方向副切れ刃に隣接した最初に正のコーナーすくい角βを有するコーナー副切れ刃とを備える、セラミック正面フライスと；３００ｍ／分を超える速度で、最初に正の軸方向のすくい角が摩耗により負の軸方向すくい角に変形するのに十分な長さの時間にわたって、インコネル工作物を正面フライス加工することと、を含む。

上記の態様において述べられた速度は、用いられるワークステーションによって定義される上限（通常、６００～８００ｍ／分）を有し、利用可能な最も高い速度が好ましいことが理解されよう。例えば、上記の態様において述べられた速度は、好ましくは、６００ｍ／分以上とすることができる。

上述したものは概要であり、上記の態様のうちの任意のものは、本明細書において以下に記載する特徴のうちの任意のものを更に含むことができることも理解されよう。特に、以下の特徴は、単独または組み合わせのいずれかで、上記の態様のうちの任意のものに適用可能とすることができる。
Ａ．正面フライスは、単体モノリシック構造を有することができる。
Ｂ．正面フライスは、反対側の軸方向前方および後方方向Ｄ_Ｆ、Ｄ_Ｒ、ならびに反対側の回転切断および後続方向Ｄ_Ｐ、Ｄ_Ｓを定義する中心回転軸Ａ_Ｒの周りを回転するように構成することができる。
Ｃ．正面フライスは、シャンク部と、シャンク部から切断端面まで前方に延びる切断部とを備えることができる。シャンク部は、切断部と一体形成することができる。セラミックが比較的脆く高価な材料であり、したがって、シャンクを超硬合金等の代替的な材料から作製するのが理論的に有利であるにもかかわらず、実際には、一体型のセラミックシャンク部が、脆い場合があるが、チャッキングの信頼性がより高く、このため好ましいことがわかった。
Ｄ．正面フライスの切断部は、セラミック材料から作製される。正面フライス全体は、セラミック材料から作製することができる。セラミック材料は、ＳｉＡｌＯＮ複合材料とすることができる。例えば、セラミック材料は、ＴＡＥＧＵＴＥＣ（登録商標）によって商標ＴＣ３０３０の下で販売されるセラミック材料とすることができる。
Ｅ．切断部は、有効切断長Ｌ_Ｅと、切断端面に位置する直径Ｄ_Ｅと、複数の歯とを備えることができる。
Ｆ．切断部には、冷却チャネルをなくすことができる。チップの排出には、空気（すなわち、ガス）または流体の使用が有用である場合があるが、その比較的高いコストに起因して、セラミック工具の製造をより単純にすることにも好ましい利点があり得る。
Ｇ．切断部の複数の歯のうちの１つの歯または各歯は、すくい面と、逃げ面と、すくい面および逃げ面の交差部に形成された切れ刃とを備えることができる。
Ｈ．切断部の少なくとも１つの歯または好ましくは各歯は、中心より前方に位置決めすることができる。
Ｉ．各歯は同一とすることができる。言い換えれば、切断部は、回転対称とすることができる。より厳密には、セラミック正面フライスは、３６０°を歯の数で除算した角度で回転対称にすることができる。そのような対称性には、多くの工具に見られる対振動特性が欠けているにもかかわらず、その比較的高いコストに起因して、セラミック工具の製造をより単純にすることにも好ましい利点がある。
Ｊ．複数の歯は、好ましくは５個以上の歯である。セラミックを機械加工するために、歯が多数であることにより熱伝達が低減し（熱伝達を複数の歯間で分担することによる）、このため、少なくとも５つの歯が好ましい。しかしながら、歯の数を増大させることにより、利用可能な溝空間が低減する。したがって、複数の歯は、好ましくは１１個以下の歯である。最も好ましくは、複数の歯は、５、７、または９個に等しい歯であり、溝空間を考慮に入れると、７個の歯が歯の最も好ましい数とみなされる。好ましくは、振動を低減するために、複数の歯は、奇数の歯である。
Ｋ．少なくとも１つのすくい面または各すくい面は、湾曲したすくい面とすることができる。
Ｌ．切れ刃は、切断端面に位置する軸方向副切れ刃と、切断部の周縁に沿って位置する径方向副切れ刃と、軸方向副切れ刃から径方向副切れ刃まで延び、コーナー半径Ｒ_Ｃを定義するコーナー副切れ刃とを備えることができる。
Ｍ．少なくとも１つの、好ましくは各切れ刃の全体が、切断端面の端面図において湾曲している。
Ｎ．軸方向副切れ刃は、正の軸方向すくい角αを有することができる（すなわち、初回の使用前）。軸方向副切れ刃の最大軸方向すくい角α１は、条件：１°＜α１＜５°を満たす値を有することができる。理論にとらわれることなく、過度に大きな値の最初に正の軸方向すくい角は、工具寿命に何らかの利益を有するには過度に迅速に破砕を被る場合があると考えられている。
Ｏ．コーナー副切れ刃の少なくとも一部分は、正のコーナーすくい角βを有することができる。議論下の部分は、軸方向副切れ刃から遠隔ではなく、軸方向副切れ刃に隣接したコーナー副切れ刃の部分である。コーナー副切れ刃全体が正のコーナーすくい角βを有することができる。コーナー副切れ刃の正の最小コーナーすくい角β１および隣接する軸方向副切れ刃の軸方向の最大すくい角α１は、条件：β１＜α１を満たすことができる。コーナーすくい角βは、径方向副切れ刃に対する近接性が増大するにつれ、徐々に低減することができる。
Ｐ．コーナー副切れ刃に隣接した径方向の副切れ刃の少なくとも一部分は、正の径方向のすくい角λを有することができる。
Ｑ．切断部の複数の歯の隣接した歯の各対間にギャッシュが位置することができる。言い換えれば、隣接した歯の各対間に形成されたギャッシュが存在することができる。隣接した歯の各対間の各ギャッシュは、前記歯の対間の唯一のギャッシュとすることができる。ギャッシュは混合ギャッシュとすることができる。切断部には、歯の対間の溝または第２のギャッシュをなくすことができる。各ギャッシュは、ギャッシュ端へ後方に延びることができ、ギャッシュ端は、切断部の周面に出る。
Ｒ．少なくとも１つのギャッシュの軸方向の長さＬ_Ａは、切断端面から、少なくとも１つのギャッシュのギャッシュ端まで測定可能とすることができる。軸方向の長さＬ_Ａは、条件：Ｌ_Ａ＜Ｄ_Ｅ、好ましくはＬ_Ａ＜２Ｒ_Ｃを満たすことができる。少なくとも１つのギャッシュは、切断部の各ギャッシュとすることができる。言い換えれば、各ギャッシュは、条件：Ｌ_Ａ＜Ｄ_Ｅ、好ましくはＬ_Ａ＜２Ｒ_Ｃよりも短くすることができる。
Ｓ．シャンク部はシャンク部長さを有することができる。シャンク部長さは、切断部長さ全体よりも大きくすることができる。切断部長さは、正面フライスの首部の端部まで延びることができる。好ましくは、シャンク部長さは、切断部長さ全体の２倍よりも大きく、更には好ましくは３倍よりも大きくすることができる。
Ｔ．シャンク部は、円筒形の基本形状を有することができる。

本出願の主題をより良好に理解するために、およびこの主題を実際にどのように実行することができるかを示すために、ここで添付の図面を参照する。

本出願による例示的な正面フライスの斜視図である。 図１における正面フライスの側面図である。 図１および図２における正面フライスの切断部の拡大側面図である。 図３における切断部の切断端面の端面図である。 図３における線Ｖに沿って取得された断面図である。 図３における線ＶＩに沿って取得された断面図である。 図４における線ＶＩＩに沿って取得された断面図である。

図１および図２は、中心回転軸Ａ_Ｒの周りを回転するように構成された正面フライス１０を示す。中心回転軸は、正面フライスの中心を長手方向に通って延びる。

中心回転軸Ａ_Ｒは、反対側の軸方向前方および後方方向Ｄ_Ｆ、Ｄ_Ｒを定義し、反対側の回転先行および後続方向Ｄ_Ｐ、Ｄ_Ｓを定義し、先行方向Ｄ_Ｐは切断方向である。

正面フライス１０は、シャンク部１２と、シャンク部１２から前方に（すなわち、前方方向Ｄ_Ｆに）延びる切断部１４とを備える。

シャンク部は、シャンク部長さＬ_Ｓを有することができる。

シャンク部１２は、円筒形の基本形状を有することができる。シャンク部１２全体を円筒形にする（すなわち、溝または凹部がない）ことができる。

切断部１４は、切断端面１６から首部１８まで後方方向Ｄ_Ｒに延びる。より詳細には、切断部１４は、シャンク部１２との首交差部１９まで延びるとみなすことができ、首交差部１９は、首部１８がシャンク部１２から前方方向Ｄ_Ｆに直径を低減させ始める軸方向の場所として定義される。

首部１４は任意選択であり、切断部１４は、シャンク部１２の前方に延びる正面フライス１０の部分とみなされるべきであり、シャンク部１２は、それ自体当該技術分野において既知であるようなコレットまたはチャックによって把持されるように構成される部分として識別可能であることが理解されよう。

切断部１４は、全体切断部長さＬ_Ｃを有することができる。切断部長さＬ_Ｃは、この例では、切断端面１６から首部１８の端部、またはより厳密には、その首交差部１９まで延びる。

切断部１４はセラミック材料から作製される。特に、切断部１４は、ＳｉＡｌＯＮ複合材料から作製することができる。より詳細には、切断部１４は、商標ＴＣ３０３０の下で販売されているＳｉＡｌＯＮ複合材料とすることができる。

切断部１４およびシャンク部１２は、好ましくは、一体形成されているか、または言い換えれば、正面フライス１０全体が単体モノリシック構造を有する。したがって、この例では、シャンク部１２を含む正面フライス１０全体が、同じセラミック材料から作製される。

切断部１４は、複数の歯２０と一体形成される。例えば、複数の歯２０は、第１、第２、第３、第４、第５、第６および第７の歯２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇを含むことができる。それらの切れ目のない外観から示されるように、歯２０は非鋸歯状である。

正面フライス１０の直径Ｄ_Ｅは、切断端面１６に示される。切断端面１６における直径Ｄ_Ｅは、歯２０間の最も広い箇所であり、より厳密に言うと、正面フライス１０の最も前方の縁部より僅かに後方であるが、それ自体当該技術において測定されるような直径Ｄ_Ｅを構成することが知られていることが理解されよう。

複数の歯２０は、複数のギャッシュ２２と交互にされる。例えば、複数のギャッシュ２２は、混合ギャッシュとして形成され、第１、第２、第３、第４、第５、第６および第７のギャッシュ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇを含むことができる。

図２を参照すると、各ギャッシュ２２は、らせん状に延びる必要がないという点で、ねじれ溝と異なる。各ギャッシュ２２は、直線状のギャッシュ（すなわち、軸に沿って延びる）とすることができ、中心回転軸Ａ_Ｒにより形成されたギャッシュ角度μで延びることができる。ギャッシュ角度μは、好ましくは、４２°±５°とすることができ、そのような傾斜角は、更なる溝製造ステップを必要とすることなく、歯の製造を支援する。

直線状またはらせん状の経路においてギャッシュを後方方向に（すなわち、概ねシャンク部１２に向かって）続けることが実際に達成可能でありながら、セラミックの研削のコストが相対的に高いことに起因して、ギャッシュ２２の長さを最小限にすることが好ましい。

各ギャッシュ２２は、ギャッシュ端２６において切断部１４の周面２４に達するまで浅くなる。軸方向の長さＬ_Ａは、切断端面１６からギャッシュ端２６まで測定可能である。

本例における各歯２０は同一であり、円周上で等しく離間されているため、各要素の以下の説明は歯２０の各々に適用可能であり、異なる要素について異なる歯に向けられた符号または矢印は、単に、これらの要素を所与の図で特定の歯において示すのがより良好であることに起因する。

図３にも注意を向けると、各歯２０は、すくい面２８と、逃げ面３０と、すくい面２８および逃げ面３０の交差部に形成された切れ刃３２とを備えることができる。

提供される２次元の線図において、すくい面２８の曲率を見るのは困難であるが、すくい面は実際に湾曲していること、または言い換えれば、凸形状であることが理解されよう。実際に、第５の歯２０Ｅのすくい面２８（すなわち、図３の左側）は、平坦であり、中心回転軸Ａ_Ｒに対し平行であるように見えるが、他の歯２０、特に第６の歯２０Ｆを見ることにより、歯２０は中心回転軸Ａ_Ｒに平行ではなく、前方に傾斜し、そのすくい面が湾曲していることが理解される。

説明の目的で、図３に示す図における第５の歯２０Ｅのすくい面２８は、プロファイル図で示されるとみなされるべきである。

切れ刃３２は、切断端面１６に位置する軸方向副切れ刃３２Ａと、切断部１４の周縁に沿って位置する径方向副切れ刃３２Ｂと、軸方向副切れ刃３２Ａから径方向副切れ刃３２Ｂまで延び、コーナー半径Ｒ_Ｃを定義するコーナー副切れ刃３２Ｃとを含む。

コーナー副切れ刃３２Ｃは円弧プロファイルを与え、これは回転中、仮想円Ｉ_Ｃを定義するのに用いられる。

仮想円Ｉ_Ｃは、円中心点Ｃ_Ｐと、軸方向および径方向の接線Ｌ_ＡＴ、Ｌ_ＲＴと、軸方向および径方向の接点Ｐ_ＡＴ、Ｐ_ＲＴと、コーナー半径Ｒ_Ｃに対応する半径の大きさとを定義する。

軸方向の接線Ｌ_ＡＴは、円中心点Ｃ_Ｐから、中心回転軸Ａ_Ｒに平行な方向に前方に延びる。

軸方向の接点Ｐ_ＡＴは、円Ｉ_Ｃと、軸方向の接線Ｌ_ＡＴとの交差部に位置する。

径方向の接線Ｌ_ＲＴは、円中心点Ｃ_Ｐから、中心回転軸Ａ_Ｒに垂直な径外方向に延びる。

径方向の接点Ｐ_ＲＴは、円Ｉ_Ｃと、径方向の接線Ｌ_ＲＴとの交差部に位置する。

図２に示すように、軸方向の長さＬ_Ａは、直径Ｄ_Ｅよりも小さい。

対照的に、図３において、軸方向の長さＬ_Ａは、有効切断長Ｌ_Ｅよりも大きいことが示されている。有効切断長Ｌ_Ｅは、切断端面１６から、切れ刃３２の最も後方の部分である点３６まで測定可能とすることができる。

有効切断長Ｌ_Ｅは、推奨機械加工深度Ｌ_Ｄよりも大きい。正面フライス１０の推奨機械加工深度Ｌ_Ｄは、切断端面１６から、コーナー副切れ刃３２Ｃに沿った点３８（すなわち、径方向の接点Ｐ_ＲＴよりも切断端面１６に近い）まで測定可能とすることができる。径方向の接点Ｐ_ＲＴに位置する、または径方向の接点Ｐ_ＲＴよりも切断端面１６から遠い切れ刃３２の一部分を用いた機械加工は、径方向の力を生じ、この力は、過度に高速に動作している相対的に脆いセラミック正面フライス１０にとって、比較的弊害となり、このため、好ましくは回避されることが理解されよう。

図４を参照すると、歯２０はそれぞれ、示されるように中心より前方に位置決めされる。中心より前方が意味するものを詳述すると、第１の径方向の線Ｌ_Ｒ１を、中心回転軸Ａ_Ｒから、軸方向副切れ刃３２Ａの、この例では第４の歯２０Ｄの開始点３４と交差するように引くことができる。切れ刃３２全体の全ての点が径方向の線Ｌ_Ｒ１の後ろに（すなわち、後続方向Ｄ_Ｓに）位置するため、機械加工されている材料（図示せず）が切れ刃３２の任意の部分と接触するとき、径外方向Ｄ_Ｏにおいて、機械加工されている材料を押し出す（または外方に、すなわち正面フライス１０から離れるように削る）のを支援する何らかの力成分が常に存在する。

更に、切れ刃３２全体が単一のギャッシュにより形成され、図４に示す端面図において全体的に湾曲しているため、より平滑な切断動作が達成されると考えられる。

図３に示すように、径方向副切れ刃３２Ｂを通って延びるランダムな断面が選択され、図５において、負の径方向のすくい角λが意味するものを例示するのに用いられる。詳述すると、この断面は、中心回転軸Ａ_Ｒに対し垂直である。

径方向のすくい角λは、中心回転軸Ａ_Ｒから、第１の歯２０Ａの径方向副切れ刃３２Ｂに交差するように径方向に延びる第２の径方向の線Ｌ_Ｒ２と、関連付けられたすくい面２８から、またはより厳密には、関連付けられたすくい面２８と径方向副切れ刃３２Ｂとの交差部から、接線方向に延びる第１の接線Ｌ_Ｔ１との間で測定可能である。形成される径方向のすくい角λは、第１の接線Ｌ_Ｔ１が第２の径方向の線Ｌ_Ｒ２の後ろで外方向に（すなわち、中心回転軸Ａ_Ｒから距離を増大させて）延びる場合、負の角度であると理解することができる。言い換えれば、負の径方向のすくい角は、第１の接線Ｌ_Ｔ１が第２の接線Ｌ_Ｒ２よりも更に後続方向Ｄ_Ｓに位置するときに形成される。

図３の右側に示すように、
第１の歯２０Ａのコーナー副切れ刃３２Ｃを通って延びるランダムな断面（この例では、非限定的な例において中心回転軸Ａ_Ｒに対し４５°の角度を成す二等分線Ｌ_Ｂに沿う）が選択され、図６では、正のコーナーすくい角βが意味するものを例示するのに用いられる。

コーナーすくい角βは、中心回転軸Ａ_Ｒからコーナー副切れ刃３２Ｃに交差するように延びる二等分線Ｌ_Ｂと、関連付けられたすくい面２８から、またはより厳密には、関連付けられたすくい面２８とコーナー副切れ刃３２Ｃとの交差部から、接線方向に延びる第２の接線Ｌ_Ｔ２との間で測定可能である。形成されるコーナーすくい角βは、第２の接線Ｌ_Ｔ２が二等分線Ｌ_Ｂの前に延びる場合、正の角度であると理解することができる。言い換えれば、正の角度は、（外方向における）第２の接線Ｌ_Ｔ２が二等分線Ｌ_Ｂよりも更に先行方向Ｄ_Ｐに位置するときに形成される。

図４の右側に示すように、第１の歯２０Ａの軸方向副切れ刃３２Ｃを通って延びるランダムな断面が選択され、図７では、正の軸方向すくい角αが意味するものを例示するのに用いられる。詳述すると、断面は、中心回転軸Ａ_Ｒに対し平行な平面である。

軸方向のすくい角αは、中心回転軸Ａ_Ｒに対し平行に延びる軸方向の線Ｌ_Ｘと、関連付けられたすくい面２８から、またはより厳密には、関連付けられたすくい面２８と軸方向副切れ刃３２Ｃとの交差部から、接線方向に延びる第３の接線Ｌ_Ｔ３との間で測定可能である。形成される軸方向のすくい角αは、第３の接線Ｌ_Ｔ３が軸方向の線Ｌ_Ｘの前に延びる場合、正の角度であると理解することができる。言い換えれば、正の角度は、（外方向における）第３の接線Ｌ_Ｔ３が軸方向の線Ｌ_Ｘよりも更に先行方向Ｄ_Ｐに位置するときに形成される。

Claims (18)

1. インコネル工作物を機械加工するためのセラミック正面フライスであって、前記正面フライスは、軸方向前方方向Ｄ _Ｆ および反対側の後方方向Ｄ_Ｒ、ならびに回転切断方向Ｄ _Ｐ および反対側の後続方向Ｄ_Ｓを定義する中心回転軸Ａ_Ｒの周りを回転するように構成され、前記正面フライスは、
   シャンク部と、前記シャンク部から切断端面まで前方に延びる切断部と、を備え、
   前記切断部は、
   有効切断長Ｌ_Ｅと、前記切断端面の直径Ｄ_Ｅと、複数の歯と、前記複数の歯の隣接する歯の各対間に位置するギャッシュと、を備え、
   前記複数の歯のうちの少なくとも１つの歯は、
   すくい面と、逃げ面と、前記すくい面および前記逃げ面の交差部に形成された切れ刃と、を備え、
   前記切れ刃は、
   前記切断端面に位置する軸方向副切れ刃と、前記切断部の周縁に沿って位置する径方向副切れ刃と、前記軸方向副切れ刃から前記径方向副切れ刃まで延び、コーナー半径Ｒ_Ｃを定義するコーナー副切れ刃と、を備え、
   前記正面フライス全体は、
   セラミック材料から作製され、単体モノリシック構造を有し、前記軸方向副切れ刃全体が正の軸方向すくい角αを有し、
   隣接する歯の各対間の各ギャッシュが前記歯の対間の唯一のギャッシュであり、前記隣接する歯の各対には、それに関連付けられた第２のギャッシュまたは溝がない、セラミック正面フライス。
2. 前記軸方向副切れ刃の軸方向の最大すくい角α１は、条件：１°＜α１＜５°を満たす値を有する、請求項１に記載のセラミック正面フライス。
3. 前記１つの軸方向副切れ刃に隣接する前記コーナー副切れ刃の少なくとも一部分は、正のコーナーすくい角βを有する、請求項１または２に記載のセラミック正面フライス。
4. 前記コーナー副切れ刃全体が正のコーナーすくい角βを有する、請求項３に記載のセラミック正面フライス。
5. 前記コーナー副切れ刃の正の最小コーナーすくい角β１および前記軸方向副切れ刃の軸方向の最大すくい角α１は、条件：β１＜α１を満たす、請求項３または４に記載のセラミック正面フライス。
6. 前記コーナーすくい角βは、前記径方向副切れ刃に対する近接性が増大するにつれ、徐々に低減する、請求項３から５のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。
7. 隣接する歯の各対間の各ギャッシュは、ギャッシュ端へ後方に延び、前記ギャッシュ端は、前記切断部の周面に出る、請求項１から６のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。
8. 前記ギャッシュのうちの少なくとも１つの軸方向の長さＬ_Ａは、前記切断端面から、その前記ギャッシュ端まで測定可能であり、前記軸方向の長さＬ_Ａは、条件：Ｌ_Ａ＜Ｄ_Ｅを満たす、請求項７に記載のセラミック正面フライス。
9. 前記軸方向の長さＬ_Ａは、条件Ｌ_Ａ＜２Ｒ_Ｃを満たす、請求項８に記載のセラミック正面フライス。
10. 前記複数の歯は、５個以上の歯である、請求項１から９のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。
11. 前記複数の歯は、１１個以下の歯である、請求項１０に記載のセラミック正面フライス。
12. 前記複数の歯は、５、７または９個に等しい歯である、請求項１１に記載のセラミック正面フライス。
13. 前記少なくとも１つの歯の切れ刃全体の全ての点は、前記切断部の切断端面の端面視において前記少なくとも１つの歯の軸方向副切れ刃の開始点に交差するように前記中心回転軸Ａ_Ｒから延在する第１の径方向の仮想線Ｌ_Ｒ１の後ろに配置される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。
14. 更に冷却チャネルがない、請求項１から１３のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。
15. 前記切断端面の端面図において、前記セラミック正面フライスは、３６０°を歯の数で除算した角度で回転対称である、請求項１から１４のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。
16. ＳｉＡｌＯＮ複合材料から作製される、請求項１から１５のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。
17. 少なくとも１つのすくい面は湾曲している、請求項１から１６のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。
18. 少なくとも１つの切れ刃全体は、前記切断端面の端面図において湾曲している、請求項１から１７のいずれか一項に記載のセラミック正面フライス。

Images