(57)【要約】【課題】使用寿命が長く、作業効率および加工精度の向上されたエンドミルを提供すること。【解決手段】超硬基材に切刃部材を装着して成るエンドミルにおいて、前記切刃部材が多結晶ダイヤモンドであることを特徴とするエンドミル。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬基材に切刃部を装着して成るエンドミルにおいて、前記切刃部が多結晶ダイヤモンドによって形成されていることを特徴とするエンドミル。
【請求項２】
前記切刃部の底刃が、球状である請求項１に記載のエンドミル。
【請求項３】
前記多結晶ダイヤモンドが、ろう材によって接合されている請求項１または２に記載のエンドミル。
【請求項４】
前記ろう材が、Ｔｉ、Ａｇ、ＣｕおよびＩｎから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金である請求項３に記載のエンドミル。
【請求項５】
前記切刃部の刃径が、０．２〜３．０ｍｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンドミルに関し、さらに詳しくは、使用寿命が長く、作業効率および加工精度の向上されたエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンドミルは、その外周部および端面に切刃をもつシャンクタイプのフライスの総称（日本規格協会  ＪＩＳ工業用語大辞典  第５版）であって、溝掘り加工、傾斜加工、ヘリカル加工などを施す切削工具として広く使用されている。
【０００３】
このような切削工具として、これまでに、コバルトを含有する超微粒子超硬合金を母材とする切刃に、窒化チタンアルミ系硬質膜を被覆した、主にアルミニウム材料を被削材とするエンドミルが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、炭化タングステン基超硬合金基体の切刃部に、チタン化合物層と酸化アルミニウム層とにより構成された硬質被覆層を蒸着してなるエンドミルも知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、これらエンドミルは、溝の重切削性等には優れるものの、使用寿命が短いため作業効率が低く、その上、加工精度にも劣るという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２８７１１４号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開平１１−９０７３７号公報（請求項１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来の問題を解消し、使用寿命が長く、作業効率および加工精度の向上されたエンドミルを提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために、切刃部を形成する材料について検討を重ねた結果、この切刃部材として多結晶ダイヤモンドを用いることによって、前記課題が解決できるということを見出し、この知見に基づいてこの発明を完成するに到った。
【０００７】
すなわち、この発明の前記課題を解決するための手段は、超硬基材に切刃部を装着して成るエンドミルにおいて、前記切刃部が多結晶ダイヤモンドによって形成されていることを特徴とするエンドミルである。
【０００８】
この手段における好ましい態様としては、下記▲１▼〜▲４▼のエンドミルを挙げることができる。
▲１▼  前記切刃部の底刃が、球状であるエンドミル。
▲２▼  前記多結晶ダイヤモンドが、ろう材によって接合されているエンドミル。
▲３▼  前記ろう材が、Ｔｉ、Ａｇ、ＣｕおよびＩｎから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金であるエンドミル。
▲４▼  前記切刃部の刃径が、０．２〜３．０ｍｍであるエンドミル。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明のエンドミルは、超硬基材に切刃部を装着して成るエンドミルにおいて、前記切刃部が多結晶ダイヤモンドによって形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明のエンドミルにおいては、切刃部が装着される材料に、超硬基材が用いられる。超硬基材としては、通常、エンドミルに用いられる材料であれば特に制限はないが、サーメットまたは超硬合金が好ましい。
【００１１】
サーメットは、セラミックスと強靭性、可塑性を有する金属との複合材料である。超硬合金としては、炭化タングステン（ＷＣ）系超硬合金を挙げることができ、具体的には、例えば、Ｋ０１：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ９１質量％、Ｃｏ５質量％、Ｃ４質量％）、Ｋ１０：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ８７質量％、Ｃｏ７質量％、Ｃ６質量％）、Ｋ２０：ＷＣ−Ｃｏ（Ｗ８７質量％、Ｃｏ８質量％、Ｃ５質量％）、Ｐ１０：ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ（Ｗ５０質量％、Ｔｉ１６質量％、Ｔａ１７質量％、Ｃｏ９質量％、Ｃ８質量％）などを挙げることができる。なお、Ｋ０１、Ｋ１０、Ｋ２０およびＰ１０は、ＪＩＳ  Ｂ  ４０５３に基づく使用分類記号である。
【００１２】
この発明のエンドミルを、図面に基づいて説明する。図１はこの発明のエンドミルの一例を、図２はこの発明のエンドミルの他の例を示す図である。図１および２において、１はエンドミル、２は超硬基材、３は切刃部である。
【００１３】
図１に示すエンドミル１は、前記サーメットまたは超硬合金などの材料である超硬基材２と、多結晶ダイヤモンドによって形成されている切刃部３とから成っている。そして、図１は、前記切刃部３の底刃が、球状であるボールエンドミル（日本規格協会  ＪＩＳ工業用語大辞典  第５版）の例を示している。
【００１４】
この示すボールエンドミルにおいては、切刃部３が超硬基材２の先端部に直接接合されていてもよいが、図１に示すように、切刃部３が超硬基材２の先端部に挿入された状態で装着されていることが好ましい。挿入された状態で装着されていることにより、強固な接合が確保できるからである。この場合、超硬基材２の先端部を穿孔して、この孔に切刃部３を挿入して装着される。
【００１５】
図２に示すエンドミル１も、図１に示すエンドミルとほぼ同様であるが、座グリ加工された超硬基材２の先端部に切刃部３が嵌め込まれた状態で装着されている点で相違している。また、切刃部３を構成する刃は、１枚刃であってもよく、複数枚刃であってもよい。この発明のエンドミルは、前記切刃部３が多結晶ダイヤモンドによって形成されていれば、図１または図２に示す形状または構造のエンドミルに拘束されることはない。
【００１６】
前記切刃部３を形成する多結晶ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンド粒子の集合体である。この発明において用いるダイヤモンドは多結晶ダイヤモンドであれば、天然ダイヤモンドであってもよく、人工ダイヤモンドであってもよいが、気相合成法または高温高圧焼結法によって製造された人工多結晶ダイヤモンドが好ましく用いられる。
【００１７】
多結晶ダイヤモンドの気相合成法には、これまでに種々の方法が開発されており、この発明においては、いずれの合成法を採用した多結晶ダイヤモンドであっても用いることができる。この気相合成法による多結晶ダイヤモンドは、例えば、所定割合に混合された一酸化炭素と水素とを含有する混合ガスを、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、イオン蒸着法、イオンビーム蒸着法、熱フィラメント法などによって励起し、シリコン、アルミニウム、タングステンなどの金属、これらの酸化物、窒化物または炭化物、サーメット、セラミックスなどの基板に接触させることによって、基板上にダイヤモンドを析出、堆積させて製造される。
【００１８】
この発明においては、前記多結晶ダイヤモンドは、ろう材によって超硬基材２に接合されることが好ましい。用いるろう材としては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−ＣｄにＮｉを添加した多元素系の銀ろう（ＪＩＳ  Ｚ  ３２６１：１９８５）が一般的である。しかし、環境問題を考慮して、近年はＣｄを含まないろう材が主流となっている。
【００１９】
この発明で用いるろう材は、Ｔｉ、Ａｇ、ＣｕおよびＩｎから選ばれた少なくとも１種の金属を含有する合金であり、かつＣｄを含有しない合金でることが好ましい。このような合金をろう材とすることにより、強固な接合を達成することができると共に環境保全に寄与することができるからである。
【００２０】
ろう材による接合方法にも特別の制限はなく、通常の接合方法を採用することができる。例えば、トーチろう付け、高周波ろう付け、炉中ろう付けなどの接合方法を挙げることができ、熱源としては、電気、ガス、プラズマなどを用いることができる。実際のろう付けに当たっては、直接ろう材を介して接合する他に、熱膨張係数の相違から発生する応力を吸収するために、銅板を間に挟んだサンドイッチろうも使用される。
【００２１】
ダイヤモンドは通常、空気中、７００℃程度で黒鉛化が始まる。このため、ろう付け作業は、可能な限り短時間内に行う必要がある。この要請からすると、この発明においては、好適な接合方法として、高周波ろう付けを挙げることができる。
【００２２】
多結晶ダイヤモンドを接合するに当たっては、図１に示すエンドミルの場合、少なくとも切刃部３が挿入される超硬基材２の先端部に設けられた孔内面が、また、図２に示すエンドミルの場合、少なくとも切刃部３が嵌め込まれる超硬基材２の先端部に設けられた座グリ加工面が、粗面化されていることが好ましい。粗面化されていることによって、より強固な接合が得られるからである。
【００２３】
粗面化する手段に特に制限はないが、化学処理を施す手段または熱処理を施す手段が好ましく採用される。化学処理を施す手段としては、例えば、超硬基材を硝酸または塩酸などの酸に浸漬し、超硬基材の表面に存在するＣｏ、Ｎｉなどの金属成分を溶脱させることによって、前記超硬基材面に凹凸形状を形成させる手段を挙げることができる。このときの浸漬条件に制限はないが、通常は、室温で０．５〜１．０時間、浸漬処理される。
【００２４】
また、熱処理を施す手段としては、例えば、超硬基材を真空中に、１３００〜１５００℃で３〜５時間放置し、超硬基材中に含まれる炭化タングステンなどの金属化合物を粒成長させることによって、前記超硬基材面に凹凸形状を形成させる手段を挙げることができる。
【００２５】
前記の化学処理または熱処理は、超硬基材面を粗面化する処理の一態様であって、超硬基材面に凹凸形状を形成させるなどして粗面化することができる処理手段であれば、必ずしも化学処理または熱処理手段に拘束されることはない。例えば、超硬基材面を荒研磨することにより凹凸形状を形成させることもできる。
【００２６】
この発明においては、前記超硬基材面が粗面化されていれば足り、その粗面化の程度に特に制限はないが、その面粗度が、最大高さ（ＲＺ）で２〜１５μｍであることが好ましい。
【００２７】
ここに最大高さ（ＲＺ）とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に規定の粗さ曲線の最大高さをいう。前記面粗度において、最大高さ（ＲＺ）が２μｍ以上の場合、切削部材である多結晶ダイヤモンドが基材から剥離し難くなり、１５μｍ以下である場合、熱処理による粗面化を施すとき、熱処理時間が長くなることがなく、多結晶ダイヤモンドが反り易くなるという事態を回避または抑制することができるからである。
【００２８】
このようにして多結晶ダイヤモンドによって形成され接合された切刃部３の刃径は、０．２〜３．０ｍｍであることが好ましい。ここに刃径とは、切刃部３を回転させたときに占める部分のエンドミル中心軸を通る径をいう。この刃径が０．２ｍｍ以上の場合、切削部材である多結晶ダイヤモンドの強度不足による折損を回避することができ、３．０ｍｍ以下の場合、多結晶ダイヤモンドの反りが発生し難くなるからである。
【００２９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げてこの発明をさらに詳細に説明するが、これら実施例によってこの発明はなんら限定されるものではない。
【００３０】
実施例
ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金を基材２とし、この基材２の先端部を穿孔して、孔径０．５ｍｍの孔を設けた。次いで、この穿孔した基材２を２５℃で１時間、塩酸中に浸漬して粗面化し、孔内面の面粗度（ＲＺ）を５μｍとした。続いて、メタンと水素との混合ガスを用いた気相合成法（プラズマＣＶＤ法）により製造した所定形状の多結晶ダイヤモンドを、内面が粗面化された孔に挿入して切刃部３を形成した後、ろう材（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｉｎ合金）を用いて高周波ろう付けにより接合して、図１に示すエンドミル１を作製した。このときの刃径は０．５ｍｍとした。
【００３１】
このようにして作製したエンドミルを用い、切削試験を実施した。切削試験の条件は、下記のとおりである。
被切削材：アルミニウム合金
切削加工：エンドミル加工
回転数Ｎ＝１００００ｍｉｎ−１
送りｆ＝０．１ｍｍ／刃
切り込み＝１．０ｍｍ
【００３２】
切削試験を実施した結果、送りｆ＝０．１ｍｍ／刃においても、切刃部３に折損はなく、長期間に亘って高い加工精度を維持することのできるエンドミルであることが確認された。
【００３３】
比較例
超硬基材および切刃部を一体的に形成する材料として、サーメットを用いてエンドミルを作製し、実施例と同様の切削試験を実施した。
【００３４】
その結果、送りｆ＝０．１ｍｍ／刃において、切刃部に摩耗または折損が生じた。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、使用寿命が長く、作業効率および加工精度の向上されたエンドミルが提供提供され、工具の製造分野に寄与するところはきわめて多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のエンドミルの一例を示す図である。
【図２】この発明のエンドミルの他の例を示す図である。
【符号の説明】
１  エンドミル
２  超硬基材
３  切刃部
【図１】
2004255496.tif 000003
【図２】
2004255496.tif 000004