(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層材被削物用の工具であり、前記積層材被削物が、第２の材料（１０５）に隣接して積層された第１の材料（１０３）を含む、工具であって、１つまたは複数の螺旋溝（２５、２５’’）を備える工具本体（２３、２３’’）を具備し、前記螺旋溝（２５、２５’’）が前記工具本体（２３、２３’’）の前方端（２７、２７’’）まで延在する、工具において、
各螺旋溝（２５、２５’’）が、第１の切削刃先（２９、２９’’）と第２の刃先（３１、３１’’）とによって画定される幅を有し、前記第１の切削刃先（２９、２９’’）に隣接する、前記溝（２５、２５’’）の第１の面（３３）が、前記工具本体（２３、２３’’）の前記前方端（２７、２７’’）に対向し、前記第２の刃先（３１、３１’’）に隣接する、前記溝（２５、２５’’）の第２の面（３５）が、前記工具本体（２３、２３’’）の前記前方端（２７、２７’’）とは逆方向に向き、前記工具が負のピッチ角度のみを有し、
各螺旋溝（２５、２５’’）が、第１の負のピッチ角度を有する第１の部分（３７、３７’’）と、前記第１の負のピッチ角度とは異なる第２の負のピッチ角度を有する第２の部分（３９、３９’’）とを備え、前記第１の部分（３７、３７’’）が、前記工具本体（２３、２３’’）の前記前方端（２７、２７’’）から前記第２の部分（３９、３９’’）まで延在し、
前記第１の負のピッチ角度が、前記第２の負のピッチ角度より大きく、
前記第１の部分（３７、３７’’）は前記第１の材料（１０３）に隣接するように配置され、前記第２の部分（３９、３９’’）は前記第２の材料（１０５）に隣接するように配置されることを特徴とする、工具。
【請求項２】
各螺旋溝（２５、２５’’）が、第１の切削刃先形状を有する第１の部分（３７、３７’’）と、前記第１の部分の前記切削刃先形状とは異なる第２の切削刃先形状を有する第２の部分（３９、３９’’）とを備え、前記第１の部分（３７、３７’’）が、前記工具本体（２３、２３’’）の前記前方端（２７、２７’’）から前記第２の部分（３９、３９’’）まで延在する、請求項１に記載の工具。
【請求項３】
各溝（２５、２５’’）が、前記第１の切削刃先（２９、２９’’）の、前記第１の面（３３）とは反対側に、ランド（４５）を備える、請求項１または２に記載の工具。
【請求項４】
前記工具本体（２３、２３’’）の前記前方端（２７、２７’’）が、前記工具（２１、２１’’）の長手方向軸に垂直であり、または半径方向に延在する切削刃先を設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の工具。
【請求項５】
前記第１の負のピッチ角度が、３５〜４５°の範囲内、好ましくは約４０°に選択され、前記第２の負のピッチ角度が、５〜１５°の範囲内、好ましくは約１０°に選択される、請求項１に記載の工具。
【請求項６】
各ランド（４５）が、複数の切り屑分割溝（４７）を備える、請求項３に記載の工具。
【請求項７】
各ランド（４５）が、各螺旋溝の前記第１の部分（３７、３７’’）の前記切削刃先（２９、２９’’）を横切る切り屑分割溝（４７）を備える、請求項３に記載の工具。
【請求項８】
各螺旋溝の前記第２の部分（３９、３９’’）では、どのランド（４５）にも、前記切削刃先（２９、２９’’）を横切る切り屑分割溝が設けられていない、請求項６または７に記載の工具。
【請求項９】
前記工具（２１、２１’’）が、前記工具（２１、２１’’）の長手方向軸周りに時計回り方向に回転させられるとき機械加工機能を果たすように構成され、前記螺旋溝（２５、２５’’）が左巻きである、請求項１から８のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１０】
積層材被削物（１０１）を機械加工する方法であり、前記被削物（１０１）が、ＦＲＰなどの第２の材料（１０５）に隣接して積層された第１の材料（１０３）を備える、方法であって、
前記被削物（１０１）に穴（１０７）を形成することと、
前記穴内に、前記被削物（１０１）を機械加工する工具（２１、２１’’）を位置決めすることであって、前記工具（２１、２１’’）が、１つまたは複数の螺旋溝（２５、２５’’）を備える工具本体（２３、２３’’）を具備し、前記螺旋溝（２５、２５’’）が前記工具本体（２３、２３’’）の前方端（２７、２７’’）まで延在する、前記工具（２１、２１’’）を位置決めすることと、
前記工具（２１、２１’’）を前記工具（２１、２１’’）の長手方向軸周りに機械加工方向に回転させて、前記第１の材料および前記第２の材料から切り屑を形成することによって、前記被削物（１０１）から材料を取り除くことと、
切り屑を、前記穴から前記１つまたは複数の溝（２５、２５’’）を通して前記第１の材料（１０３）の方向に、前記第２の材料（１０５）から遠ざかる方へ取り除くことと
を含み、
各螺旋溝（２５、２５’’）が、第１の負のピッチ角度を有する第１の部分（３７、３７’’）と、前記第１の負のピッチ角度とは異なる第２の負のピッチ角度を有する第２の部分（３９、３９’’）とを備え、前記第１の部分（３７、３７’’）を前記第１の材料（１０３）に隣接させ、前記第２の部分（３９、３９’’）を前記第２の材料（１０５）に隣接させて位置決めすることを含む、方法。
【請求項１１】
前記第１の部分（３７、３７’’）が第１の切削刃先形状を有し、前記第２の部分（３９、３９’’）が前記第１の切削刃先形状とは異なる第２の切削刃先形状を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の部分（３７、３７’’）および前記第２の部分（３９、３９’’）の少なくとも一方が前記被削物（１０１）の表面を越えて延出するように、前記工具（２１、２１’’）を前記穴内に位置決めすることを含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工工具および方法に関し、特に、様々な特性を有する積層材を機械加工する工具および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空宇宙産業では、積層材はごく一般的である。この業界で特に着目されている材料は、繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）−Ｔｉ、ＦＲＰ−Ａｌ、およびＦＲＰ−ステンレス鋼の積層材である。ＦＲＰは、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）あるいはガラス繊維強化ポリマー（ＧＦＲＰ）であってよい。、異なるタイプの切削刃先によらなけらば２つの材料の機械加工を良好に行えない場合には、積層材の機械加工は難しくなる。通常、ＣＦＲＰ向けに設計された工具と、その他の、たとえば、チタニウム向けに設計された工具のどちらかを選択する必要がある。その結果、工具の寿命が短くなり、被削物の表面仕上げが不十分になる。
【０００３】
積層材を機械加工する際の別の問題は、チタニウムなどの材料からの鋭い切り屑が、工具の溝から排出されると、ＣＦＲＰやＧＦＲＰなどのより傷つき易い材料にスクラッチを生じることである。
【０００４】
独国実用新案第２０  ２０１１  ００１５１２号および特開平０６−２４６５２５号公報はいずれも、正および負のピッチ角度を有する工具を記載している。
【０００５】
積層材の各材料に対して最適な機械加工特性を実現することができる、積層材を機械加工する工具および方法を提供することが望まれる。また、傷つき易い材料への損傷の可能性を低減する工具および方法を提供することが望まれる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様において、積層材被削物用工具は、１つまたは複数の螺旋溝を備える工具本体を具備し、その螺旋溝は、工具本体の前方端まで延在する。各螺旋溝は、第１の切削刃先と第２の刃先とによって画定される幅を有し、第１の切削刃先に隣接する、溝の面が、工具本体の前方端に対向し、第２の刃先に隣接する、溝の面が、工具本体の前方端とは逆方向に向き、各螺旋溝が、第１の負のピッチ角度を有する第１の部分と、第１の負のピッチ角度とは異なる第２の負のピッチ角度を有する第２の部分とを備え、第１の部分が、工具本体の前方端から第２の部分まで延在し、第１の負のピッチ角度が、第２の負のピッチ角度より大きく、第１の負のピッチ角度は、３５〜４５°の範囲内、好ましくは約４０°に選択され、第２の負のピッチ角度は、５〜１５°の範囲内、好ましくは約１０°に選択される。
【０００７】
工具は、被削物からの材料を、工具本体の前方端の方向に取り除くことを容易にし、それによって、螺旋溝の第１の部分に隣接する材料から形成される鋭い切り屑によって生じる虞のあった、第２の部分に隣接する、積層材の一方の材料への損傷を容易に避けることができる。さらに、第１の部分および第２の部分の機械加工特性を、それらが機械加工する積層材の特定の材料に合わせて最適化することができる。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、積層材被削物を機械加工する方法が提供され、その被削物は、ＦＲＰなどの第２の材料に隣接して積層された第１の材料を備え、第２の材料が第１の材料より傷つき易い。方法は、被削物に穴を形成することと、請求項１から８のいずれか一項による、被削物を機械加工する工具を穴内に位置決めすることであって、工具が、１つまたは複数の螺旋溝を備える工具本体を具備し、その螺旋溝が、工具本体の前方端まで延在し、各螺旋溝が、第１の負のピッチ角度を有する第１の部分と、第１の負のピッチ角度とは異なる第２の負のピッチ角度を有する第２の部分とを備え、第１の部分が、第１の材料に隣接して配置され、第２の部分が、第２の材料に隣接して配置される、位置決めすることと、工具を工具の長手方向軸周りに機械加工方向に回転させて、第１の材料および第２の材料から切り屑を形成することによって、被削物から材料を取り除くことと、切り屑を、穴から１つまたは複数の溝を通して第１の材料の方向に、第２の材料から遠ざかる方へ取り除くこととを含む。
【０００９】
本方法は、螺旋溝の第２の部分に隣接する、積層材のより傷つき易い方の材料への損傷を避けるような方向に、被削物からの材料を取り除くことを容易にする。さらに、第１の部分および第２の部分の機械加工特性を、それらが機械加工する積層材の特定の材料に合わせて最適化することができる。
【００１０】
本発明の特徴および利点が、図面と併せて以下の詳細な説明を読むことによって、十分に理解される。図面では、同じ番号は同様な要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の態様による工具の一部分の透視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの工具の一部分の側面図である。
【図２Ａ】本発明の態様による工具によって機械加工される被削物の部分断面図である。
【図２Ｂ】本発明の態様による工具によって機械加工される被削物の部分断面図である。
【図３Ａ】本発明の態様による工具の側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの工具の端面図である。
【図４Ａ】本発明の方法の態様による工具によって機械加工される被削物の部分断面図である。
【図４Ｂ】本発明の方法の態様による工具によって機械加工される被削物の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１Ａ、１Ｂは、積層材被削物１０１（図２Ａ参照）を機械加工する工具２１の一部分を示す。積層材被削物１０１は、第１の厚さを有する金属の第１の材料１０３と、金属とは異なる機械的特性を有し、第１の厚さより厚く、薄く、または等しくてもよい第２の厚さを有すると考えられるＦＲＰの第２の材料１０５を備える。第１の材料１０３および第２の材料１０５は、任意の積層可能な材料でよい。特に関心のある材料は、炭素またはガラス繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰまたはＧＦＲＰ）−Ｔｉ、（ＣＦＲＰまたはＧＦＲＰ）−Ａｌ、（ＣＦＲＰまたはＧＦＲＰ）−ステンレス鋼である。
【００１３】
工具２１は、１つまたは複数の螺旋溝２５を備える工具本体２３を具備し、その螺旋溝２５は工具本体の前方端２７まで延在する。たとえば図３Ｂに見られるように、例示された工具２１は４つの溝２５を有する。工具本体２３の前方端２７は、図示の通り工具２１の長手方向軸に垂直にすることができるが、その代わりに、回転させたとき円錐または他のプロファイルを形成してもよい。各螺旋溝２５は、第１の切削刃先２９と第２の刃先３１とによって画定される幅を有する。前方端２７は、完全に平坦であるなどによって、非切削型でもよく、あるいは、半径方向に延在する切削刃先が設けられている（図２Ａに示される作業のために）などによって、切削型でもよい。好ましくは、第１の切削刃先２９は正のすくい角を有する。
【００１４】
第１の材料１０３が第２の材料１０５より鋭い切り屑を生じる積層材を機械加工することが望まれ、工具本体２３の前方端２７が、第１の材料の穴１０７の中に配置され（図２Ａ）、または第１の材料の反対側で被削物１０１の外側へ第２の材料から穴を通って延出する（図２Ｂ）場合の工具２１の実施形態では、第１の切削刃先２９に隣接する、溝２５の第１の面またはすくい面３３が、工具本体の前方端２７に対向し、第２の刃先３１に隣接する、溝の第２の面３５が、工具本体の前方端とは逆方向に向いている。そのような形状を有する溝２５を形成することによって、切削または機械加工方向、すなわち切削刃先２９が切削または機械加工機能を果たす方向に工具２１を回転させると、工具によって被削物１０１から削り出された切り屑Ｃは、工具本体の前方端２７の方へ流れようとする。このようにして、第１の材料１０３の鋭い切り屑は、機械加工穴１０７から流れ出るとき、より傷つき易い第２の材料１０５を傷つけることを避ける方向に穴から取り除かれる。図１Ａ〜３Ｂに示される工具２１の実施形態では、工具は、工具の長手方向軸周りに時計回り方向に回転させたとき機械加工機能を果たすように構成され、螺旋溝２５は「左巻き」である。
【００１５】
各螺旋溝２５は、第１の負のピッチ角度を有する第１の部分３７と、第１の負のピッチ角度とは異なる第２の負のピッチ角度を有する第２の部分３９とを備え、第１の部分は、工具本体２３の前方端２７から第２の部分まで延在する。溝２５の形状は、工具のその高さの位置に来る材料１０３および１０５に対する最適な形状に則した螺旋、すくい角、および切削刃先タイプで変化する。溝２５の第１の部分３７は、通常、穴１０７内で第１の材料１０３に隣接して配置され、溝の第２の部分３９は、通常、穴内で第２の材料１０５に隣接して配置される。第１の材料１０３が、第２の材料１０５と比較して異なる機械的特性を有する、図２Ａおよび２Ｂに示される被削物の機械加工に関し、第１の負のピッチ角度は、通常（必ずではないが）、第２の負のピッチ角度より大きく、すなわち、第２の負のピッチ角度が第１の負のピッチ角度より小さい。第１の部分３７の負のピッチ角度は、工具の長手方向軸に対して、３５〜４５°の範囲内、好ましくは約４０°に選択することができ、第２の部分３９の負のピッチ角度は、５〜１５°の範囲内、好ましくは約１０°に選択することができる。
【００１６】
図２Ａ、２Ｂ、および３Ａに見られるように、螺旋状になっていないシャンク部分４１が、通常、工具本体２３の前方端２７とは反対側の端部４３に設けられている。
【００１７】
図１Ａ、１Ｂに見られるように、各溝２５は、通常、第１の切削刃先２９の、第１の面３３とは反対側に、ランド４５を備える。工具が複数の溝２５を有する場合、ランド４５は、通常、１つの溝の第１の切削刃先２９と別の溝の第２の刃先３１との間に配置される。各ランド４５には、切削刃先２９によって削り出された切り屑の分割を容易にする複数の切り屑分割溝４７を設けることができる。切り屑分割溝４７は、より傷つき易い材料の鈍い切り屑を分割するより、より鋭い切り屑を細片に分割する方が、通常、より効果的であるので、第２の部分３９の切削刃先を横切る切り屑分割溝を設けずに、第１の部分３７のみに設けることができるが、切り屑分割溝は、溝の第１および第２の部分の両方に設けてもよく、第１および第２の部分のどちらにも設けなくてもよく、あるいは、第１および第２の部分のどちらか一方に設けてもよい。このように、切り屑分割部は、工具の両方の部分に配置することができ、これら切り屑分割部は、力および熱を減少させ、金属材料に関しては、切り屑分割部はまた、切り屑の大きさを小さくして切り屑の排出を容易にする。工具の負のピッチまたは螺旋角度、および切り屑への重力が、協働して切り屑を排出する。螺旋に接する線（図１Ｂおよび１ＡのＴ１またはＴ２それぞれ）と工具の長手方向軸を通る平面とによって形成される角度が、負のピッチまたは負の螺旋角度を形成する。
【００１８】
図４Ａ、４Ｂは、ＦＲＰの第２の材料１０５に隣接して積層された第１の材料１０３を備える積層材被削物１０１を機械加工する方法を示し、穴１０７がその被削物に形成される。図４Ａに見られるように、被削物１０１を機械加工する工具２１’’が穴１０７内に位置決めされる。溝２５’’の第１の部分３７’’が、第１の材料１０３に隣接して配置され、第２の部分３９’’が、第２の材料１０５に隣接して配置される。図４Ｂに見られるように、工具２１’’を工具の長手方向軸周りに時計回りの機械加工方向に回転させて、第１の材料１０３および第２の材料１０５から切り屑を形成することによって、材料が被削物１０１から取り除かれる。切り屑は、第１の材料１０３に向かう方向に、第２の材料１０５から遠ざかる方へ、穴１０７から取り除かれる。図示されている工具２１’’は、左巻きであり、時計回りの切削または機械加工方向に回転させられる。被削物に対する最適な切削刃先形状に応じて、溝２５’’の第１の部分３７’’が、第２の部分３９’’の負のピッチ角度より大きい負のピッチ角度を有し得、切り屑分割部が、第１の部分および第２の部分のどちらか一方のみまたは両方に設けられ得ることを理解されたい。第１の材料１０３から形成される切り屑は、各螺旋溝２５’’の第１の部分３７’’の切削刃先を横切る切り屑分割部４７’’によって分断することができる。同様な切り屑分割部（図示せず）を、普通は好まれないが、第２の材料１０５からの切り屑を分割するために第２の部分３９’’に沿って設けてもよい。工具２１’’は、工具の前方端２７’’が被削物１０１の表面を越えて延出するように（図２Ｂ、４Ａおよび４Ｂに例示された実施形態におけるように）、または、特定の深さまでだけ穴を機械加工したいときなど、工具の前方端が被削物内に配置され得るように（図２Ａに示された実施形態におけるように）、穴１０７内に位置決めすることができる。
【００１９】
図示された工具２１および２１’’は、長手方向軸周りに回転させると、円筒状のプロファイルを形成するが、長手方向軸周りに回転させると非円筒状のプロファイルを有する工具もまた用意することができる。そのような工具は、非円筒状の壁を有する開口、または円筒状もしくは非円筒状の壁に溝もしくは突起を有する開口を機械加工したいときに有効であり得る。
【００２０】
このように、本発明は、積層材のそれぞれの材料に対して最適な機械加工特性を実現することができ、他の材料の鋭い切り屑を取り除く際に生じるＦＲＰを傷つける可能性を低減させる、積層材を機械加工する工具および方法を提供する。
【００２１】
本願において、「含む」などの用語の用法は開放型であり、「備える」などの用語と同じ意味を有することが意図され、他の構造、材料、または行為の存在を排除するものではない。同様に、「ことができる」または「してもよい」などの用語の用法も、開放型であること、および構造、材料、または行為が必須ではないことを反映することが意図されるが、そのような用語が使用されていなくても、構造、材料、または行為が必須であることを反映することが意図される訳ではない。構造、材料、または行為がその時点で必須であると考えられる範囲で、それらはそのように扱われる。
【００２２】
本発明が、好ましい実施形態に従って例示され説明されてきたが、特許請求の範囲に示された本発明から逸脱することなく、その実施形態に変形および変更を行うことができることを承知されたい。
【００２３】
本願がそれにより優先権を主張する欧州特許出願第１４１５６５２８．３号の開示が、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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