JPH09239613A - ダイヤモンドロータリカッタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素の刃付
エンドミルを提供する。 【構成】 ロータリカッタブランク１２に少なくとも一
対の螺旋溝１８を設ける。溝１８に多結晶粉体ダイヤモ
ンドまたは粉体立方晶窒化ホウ素３０を溝に詰めて焼結
する。必要に応じて正または負のすくい角を形成するよ
うに溝の角度を選択し、次いでブランク１２の溝に充填
した多結晶ダイヤモンドの縁端１５と平行な縁端を有す
る凹状フルート１４をそれぞれの溝に隣接させて形成す
る。この状態でダイヤモンドを研削すると、ダイヤモン
ド損失は極めて少なくカッタの完全性が損なわれること
がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロータリカッタに関し、
特に多結晶ダイヤモンド等を含む硬質材の切刃を有する
螺旋フルート付きロータリカッタに係わる。

【０００２】

【従来の技術】極端にきびしい条件下で切削を行うに
は、エンドミルのような螺旋フルート付きロータリカッ
タが必要である。螺旋フルート付きエンドミルの切削端
はエンドミル加工素材（ブランク）の対向面に１つずつ
少なくとも一対の切刃を含む。

【０００３】エンドミル加工素材の切削端に位置して互
いに反対向きの切削面には軸荷重とねじり荷重が作用す
るので、エンドミルカッタの構造には材料的条件が要求
される。当然のことながら、切刃の材料は被切削物を切
削するためにできるだけ硬質でなければならず、エンド
ミルカッタの切刃を高温で維持するために耐熱性も要求
される。また、エンドミルカッタの使用中、負荷が掛け
られたエンドミルカッ夕は撓みに抵抗し外形を維持する
ため、エンドミル加工素材本体の材質は剛性と靭性を兼
備しなければならない。しかし、一般に硬い材料は脆
く、高靱性の材料は摩耗し易いから、上記条件を満たそ
うとすれば材料選択において妥協を余儀なくされざるを
得ないこととなる。

【０００４】本発明は、溝切りフライス、ドリル、皿座
ぐり、端ぐり、リーマ、タツプなどのようなさまざまな
画転切削工具にも応用できる。

【０００５】切削面における硬度と耐摩耗特性を備えた
材料と、本体及びシャフトにおける高靭性かつ高剛性の
材料とを組合わせることは公知である。切削面と本体及
びシャフトを別々の材料で形成することはすでに提案さ
れている。その結果、炭素鋼またはカーバイドから成る
シャフトにタングステンカーバイドまたはダイヤモンド
のチツプまたはインサートを組合わせるなど種々の組合
せが公知である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの組合せは個別
的には有用であっても、インサートまたはチップとシャ
フトとの間のろう付に関連する共通の欠点がある。タン
グステンカーバイドを鋼またはカーバイドシャフトに直
接はんだ付またはろう付することは可能である。しかし
ながら、ダイヤモンドのチップまたはインサートは先ず
カーバイド基台に接着してから、この基台をシャフトに
はんだ付またはろう付しなければならない。

【０００７】ダイヤモンド粒子はPCD（多結晶ダイヤモ
ンド）の圧縮成形体として形成すると同時に金属触媒を
介して高圧高温プレス中でカーバイド基台に接合するの
が普通である。しかし、大気圧においては、プレス中で
起こるダイヤモンド粒子の相互間及び基台との接合を触
媒する金属は７００℃以上の温度においてダイヤモンド
から黒鉛への転換をも触媒し、その結果、ＰＣＤ圧縮成
形体の崩壊を招く。

【０００８】そこでシャフトヘの基台取付けには、低温
のはんだ付またはろう付が採用される。このろう付は、
基台やシャフトよりも軟質であるから、このような旋回
工具の耐用寿命には限界がある。従って、ろう付部分は
工具構造の最大の弱点であり、工具の使用を制約する要
因となる。

【０００９】米国特許第４, ７６２, ４４５号は、例え
ばカーバイドのような比較的摩削能力の低い材料から成
るドリル加工素材中に、例えば多結晶ダイヤモンドのよ
うな焼結した研摩粒子の筋脈状成形体を互いに対向する
位置に分脈して埋込んだ螺旋フルート付きツイストドリ
ル装置を開示している。ドリルの先端及びウェブの近傍
では、研摩材の筋脈状成形体は並列から乱れて互いに交
錯する。ダイヤモンドの筋脈状 成形体は螺旋ドリル加
工素材の先端で互いに１８０℃に開いて相対向してい
る。

【００１０】この対向する筋脈状成形体は螺旋ドリルの
中心即ち軸心において交錯することでダイヤモンドをツ
イストドリルの先端に集中させている。しかし、ツイス
トドリルの先端におけるダイヤモンド筋脈状成形体は比
較的浅く、短時間で摩耗する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば、少な
くとも一対の予め形成された溝のそれぞれにダイヤモン
ドを集中させることによって上記公知技術の問題点を克
服する。ロータリカッ夕加工素材に設ける溝は、ロータ
リカッタフルートを形成する際にダイヤモンド近傍から
の基材切除量が最少限で済むような適切なすくい角で形
成する。

【００１２】上記公知技術では、ロータリカッタ加工素
材に半径方向に整列する溝を形成し、次いでこの溝の中
でダイヤモンドカッタ材を焼結する。ダイヤモンド焼結
処理によってそれぞれの溝にダイヤモンドを固定してか
ら、ロータリカッタの心棒にフルートを形成する時、特
に被切削物に対してダイヤモンドが正のすくい角を形成
するようにしたい場合、焼結ダイヤモンド前縁の大部分
が削り取られることになる。

【００１３】本発明は隣接する被切削物に対する角度が
正、負または９０゜のいずれであっても、焼結ダイヤモ
ンドの前縁切刃角度と一致するダイヤモンド充填溝を形
成したする方法を提供する。

【００１４】ダイヤモンド充填溝が適正な切削角度とな
るように注意深く形成することにより、次いでフルート
をロータリカッタの心棒に形成する際には溝から焼結ダ
イヤモンドを削り取らずにすみ、ダイヤモンドに刃をつ
ける工程において焼結ダイヤモンドをそっくり維持しな
がら容易にフルートを形成することができる。

【００１５】本発明のロータリカッタはその製造過程に
おいてダイヤモンドがそっくりそのまま残されるから従
来のものよりも耐用寿命が長く、製造コストも低く抑え
られる。

【００１６】本発明はロータリカッタ加工素材に形成さ
れた螺旋溝のそれぞれが被切削物に対して正または負の
すくい角を形成する螺旋フルート付きロータリカッタを
提供する。溝には多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）または
立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から成る圧縮成形体を充填
する。次いで溝の角度と一致する角度で凹状フルートを
形成する。従って、ダイヤモンドまたはＣＢＮに正また
は負のすくい角で刃をつける際、ダイヤモンドまたはＣ
ＢＮの損失は極めて少ない。

【００１７】ダイヤモンドロータリカッタは先ずロータ
リカッタ加工素材の側面に少なくとも一対の溝を形成す
ることによって製造される。溝は半径方向に彫り込ま
れ、そのエッジの角度が、次にロータリカッタ加工素材
に形成される凹状フルートの角度とほぼ一致するように
形成される。ロータリカッタ加工素材に形成した螺旋溝
に多結晶ダイヤモンド系および立方晶窒化ホウ素系のい
ずれかから選択された硬質材を充填する。ロータリカッ
タ加工素材の溝内の硬質材に十分な高圧をかけて焼結
し、多結晶硬質材を形成する。螺旋溝の硬質材のエッジ
とほぼ平行にロータリカッタ加工素材に凹状フルートを
形成し、硬質材のエッジ角度とほぼ一致する角度で硬質
材を研削することにより、硬質材損失を最少限に抑えな
がら、焼結硬質材の前縁に沿って硬質材の切刃を形成す
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に沿ってさ
らに詳細に説明する。図１のダイヤモンドエンドミル１
０はエンドミル加工素材１２から成り、加工素材の周り
に円周方向に等間隔で例えば４本のフルート１４を有す
る。エンドミルの加工素材は、例えばタングステンカー
バイドのような硬くて靭性の高い材料で製造することが
望ましい。螺旋溝１８はフルート１４の前縁１５に形成
される。溝のねじれ角度は次に形成されるフルート１４
の形状に合わせて設定される。焼結した多結晶ダイヤモ
ンド（ＰＣＤ）または立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から
成る硬質材で螺旋溝１８中に筋脈状圧縮成形体３０を形
成する。ドリル状加工素材フルートに近い位置で、螺旋
溝１８の加圧され焼結されたダイヤモンド材の筋脈状成
形体３０を研削して切刃３２を形成する。タングステン
カーバイドから成るこのドリル状加工素材を接合面１７
に沿って鋼またはカーバイドから成るドリル心棒１６に
金属間結合する。この金属間結合は例えばろう付けによ
って行うことができる。

【００１９】図２に示すエンドミルの端面１３も螺旋溝
１８がフルートの前縁を形成することを示している。多
結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）または立方晶窒化ホウ素
（ＣＢＮ）から成る筋脈状成形休３０は米国特許第４,
９９１, ４６７号及び第５, ０３１, ４８４号に詳述さ
れているように、まず螺旋溝に粉体状の硬質材として充
填され、それから高圧プレスにかけて溝の中で押固め、
焼結することによって形成される。焼結処理が完了した
らＰＣＤ材を研削してフルート１４及び切刃３２を形成
する。

【００２０】溝を形成している材料の縁辺角度は焼結ダ
イヤモンドの切刃角度と一致するから、研削量は最少限
でよい。従って、刃を付ける工程中のダイヤモンド損失
を最少限に抑えて溝内のダイヤモンド量を最大限に維持
することができる。

【００２１】図３から明らかなように、タングステンカ
ーバイドから成るエンドミル加工素材１２に例えば４本
の螺旋溝１８を形成する。次に溝内でダイヤモンドを焼
結処理したのち、エンドミル本体にフルートを形成す
る。螺旋溝は加工素材の外周壁に沿って円周方向に等間
隔であり、粉体ＰＣＤを詰込まれる容器の役割を果す。

【００２２】螺旋溝の互いに角度を形成する側壁２０は
溝の丸みのある底２２へ移行するように構成するのが好
ましい。それぞれの溝には照合側壁２０が設けられる。
溝底に丸みを与える理由は空隙が生じないように溝へ多
結晶粉体ダイヤモンドを充填するためである。溝の側壁
を底に対して９０゜となるように構成すると９０゜の鋭
い隅部が形成され、これが応力集中を生じてダイヤモン
ド素材中に空隙を形成するおそれがある。

【００２３】図４には加工素材１１２に一対の螺旋溝１
１８を形成した別のエンドミル加工素材１１０の実施例
を示した。

【００２４】ロータリカッタ加工素材の軸線とほぼ平行
な一本以上の螺旋溝をダイヤモンドカッタに設けてもよ
い。さらにまた、ロータリカッタ加工素材１２，１１２
のそれぞれ端面１３，１１３を横切る切刃を設けること
により、縦フライス削り及び横フライス削り効果を高め
ることも本発明の範囲内で可能である。

【００２５】図１、図２及び図５から明らかなように、
螺旋溝１８，１１８を粉体ダイヤモンド（または粉体窒
化ホウ素）で充填して、多結晶材を形成するのに十分高
圧なプレス中で焼結する。このようにしてエンドミル加
工素材側面の螺旋溝に多結晶ダイヤモンド固態が形成さ
れる。次いでエンドミル加工素材を研削してフルート１
４を形成する。螺旋溝は加工素材に形成されるフルート
の角度に一致させて切削形成されているから、次の研削
工程では、最少限のダイヤモンド損失で加工素材の側面
に切刃３２が形成される。

【００２６】図６には心棒本体２１２に溝２１８が形成
されている従来のエンドミル２１０を断面図で示した。
ダイヤモンド材２３０及び溝２１８は半径方向に形成さ
れているから、心棒本体２１２にフルート２１４を形成
し、ダイヤモンド材に刃付けをする時、陰影域２１７で
示すようにダイヤモンド材２３０の少なくとも１／３が
失われる。

【００２７】このダイヤモンド損失は、正のカッタすく
い角“Ａ”を設ける場合にあっては特に不都合である。
ダイヤモンド材２３０の研削に多大の時間を要するだけ
でなく、工具を研削する装置にとっても重い負担とな
る。さらに、ダイヤモンド損失はダイヤモンドカッタの
耐用寿命を縮める。

【００２８】図７に示す実施態様では、ＰＣＤを詰めら
れるロータリカッタ心棒３１２の溝３１８を半径方向の
線から傾斜させて凹状フルート３１４と整合させる。さ
らにまた、ダイヤモンド材３３０の切刃３３２は（図示
しない）隣接の被工作物に対して正のすくい角を形成す
る。角度“Ｂ”は切刃３３２のすくい角度である。

【００２９】加工素材にフルートを形成する時、切削面
３１９と平行にかつダイヤモンド材３３０の底３１７に
対して接線方向に加工素材の材料が削り取られる。フル
ート形成工程並びにダイヤモンド刃付け工程において失
われるダイヤモンド素材がいかに僅かなものであるか明
らかである。

【００３０】図６の公知技術と比較すれば容易に理解さ
れるように、溝を所定の角度に形成すればロータリカッ
タ３１０の耐久力を著しく高め、その寿命を延ばすこと
ができる。

【００３１】図８に示す実施例ではロータリカッタ４１
０の加工素材４１２に“Ｖ”字形の溝４１８を形成し、
“Ｖ”字の底に丸み４２１が与えてある。上記実施例に
おける底３３１（図７）同様、底に丸み４２１を与える
ことで、図３の説明で上記したように、確実に空隙を発
生させず粉体ダイヤモンドをしっかり充填することがで
きる。

【００３２】この実施例でも切削面４１９は正のすくい
角を形成するから、隣接する（図示しない）被切削物に
対して切刃４３２が正のすくい角を、即ち、カッタ面に
対する切線との間に正のすくい角を形成する。ここでも
フルートは切削面４１９に沿って形成され、底４１７の
レベルでダイヤモンド切削面４１９から移行するから先
に述べたように、フルート形成工程及びダイヤモンド刃
付け工程において、切粉として除かれるダイヤモンドの
量は極めて少ない。

【００３３】ダイヤモンド焼結溝及びフルートを負のす
くい角に形成することも本発明の範囲内で可能である。
螺旋状でない溝及びフルートを形成することも本発明の
範囲内で可能である。

【００３４】本発明の構成及び手法において本発明の思
想を逸脱することなく多様な変更が可能であることはい
うまでもない。即ち、本発明の好ましい構成及び作業態
様を図示の実施例に基づいて説明したが、頭書した特許
請求の範囲内でその他の実施態様も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】フルート付きエンドミルの斜視図である。

【図２】図１の２−２矢視による端面図である。

【図３】４本の螺旋フルートを切削形成したエンドミル
加工素材の側面図である。

【図４】互いに１８０゜の間隔を保つ一対の螺旋フルー
トを有するエンドミル加工素材の側面図である。

【図５】図４の５−５矢視による端面図である。

【図６】焼結ダイヤモンドが充填された溝を半径方向に
整列させて形成した、従来の技術によるフルート付きロ
ータリカッタ加工素材の断面図である。

【図７】螺旋フルートが半径方向の線と交差して正のす
くい角をなすダイヤモンド切刃を形成するフルート付き
ロータリカッタ加工素材の断面図である。

【図８】半径方向の線と交差して被切削物に対して正の
すくい角をなすダイヤモンド切刃を形成する“V”字形
溝を有するフルート付きロータリカッタ加工素材の断面
図である。

【符号の説明】

１０ ダイヤモンドエンドミル １２ エンドミル加工素材 １３ エンドミル端面 １４ フルート １５ 前縁 １８ 螺旋溝 ２０ 側壁 ２２ 底 ３０ 筋脈状圧縮成形体 ３２ 切刃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド ビー，クロケット アメリカ合衆国，84601 ユタ州，プロボ, サウス 350 ウエスト 500

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１及び第２の端部を有するロータリカ
   ッタ加工素材の側壁に少なくとも一対の溝を形成し、多
   結晶ダイヤモンド系および立方晶窒化ホウ素系のいずれ
   かから選択された硬質材を前記溝内に固定したロータリ
   カッタにおいて、前記溝がこの溝のそれぞれに隣接させ
   て前記ロータリカッタ加工素材に形成されるフルートの
   ねじれ角と合致する角度に沿って半径方向の彫り込みに
   よって形成され、次いで前記硬質材及びロータリカッタ
   加工素材を研削することにより、硬質材によって形成さ
   れる傾斜前縁に沿って前記フルート及び切刃を形成する
   ことを特徴とするダイヤモンドロータリカッタ。
2. 【請求項２】 前記溝の方向を、カッタ面に対する接線
   と正のすくい角を形成するように設定したことを特徴と
   する請求項１記載のダイヤモンドロータリカッタ。
3. 【請求項３】 前記溝の方向を、カッタ面に対する接線
   と負のすくい角を形成するように設定したことを特徴と
   する請求項１記載のダイヤモンドロータリカッタ。
4. 【請求項４】 前記溝をＶ型に形成し、カッタ面に対す
   る接線と正のすくい角を形成するように切刃前縁の方向
   を設定したことを特徴とする請求項１記載のダイヤモン
   ドロータリカッタ。
5. 【請求項５】 切削端を第１端部とし基部を第２端部と
   するロータリカッタ加工素材を形成し、第１の切削端部
   から第２の基端部に向かってロータリカッタ加工素材の
   側面に少なくとも一対の溝を形成し、このロータリカッ
   タ加工素材に形成された前記溝に、多結晶ダイヤモンド
   系および立方晶窒化ホウ素系のいずれかから選択された
   硬質材を充填し、前記溝内の前記硬質材を多結晶硬質剤
   を形成するのに十分な高圧プレス内で焼結し、ほぼ前記
   溝の縁端においてロータリカッタ加工素材に凹状フルー
   トを形成するステップを含むロータリカッタの形成方法
   において、前記溝が半径方向に向けて彫り込まれ、次い
   でロータリカッタ加工素材に形成される凹状フルートの
   ねじれ角とほぼ一致する角度でエッジが形成され、ロー
   タリカッタ加工素材の前記溝内で形成された硬質材をこ
   の硬質材の前記エッジの角度とほぼ等しい角度で研削す
   ることにより、焼結された硬質材の前縁と前記エッジの
   角度とほぼ一致するすくい角に沿って硬質材の切刃を形
   成することを特徴とするダイヤモンドロータリカッタの
   形成方法。
6. 【請求項６】前記溝として、この溝底の幅がロータリカ
   ッタ加工素材の表面の溝幅よりも狭い”Ｖ”字形溝を画
   定するように”Ｖ”字形に傾斜側壁をロータリカッタ加
   工素材に形成するステップを含み、前記傾斜側壁がカッ
   タ表面に対する接線と正のすくい角を形成することを特
   徴とする請求項５記載のダイヤモンドロータリカッタの
   形成方法。
7. 【請求項７】 隣接する被切削物に対して正のすくい角
   度で溝を形成するステップを含むことを特徴とする請求
   項５記載の方法。
8. 【請求項８】 隣接する被切削物に対して負のすくい角
   度で溝を形成するステップを含むことを特徴とする請求
   項５記載の方法。
9. 【請求項９】 前記ロータリカッタの基端である第２端
   部をカッタ心棒にろう付けするステップを含むことを特
   徴とする請求項５乃至８のいずれか一項記載の方法。