(57)【要約】【課題】少なくとも部分的に成形された本体を有する切削工具及びその作成方法を提供する。【解決手段】切削工具が工作機械により中心軸を中心として回転される時に被加工物上で切削操作を行うための切削工具であって、該切削工具は、中心軸を中心として配置された略円筒形の本体を含む。略円筒形の本体は第１の端部および対向する第２の端部を含む。切削工具は切削部分および取り付け部分をさらに含む。切削部分は、略円筒形の本体の第１の端部またはその周囲に配置され、切削操作の間、被加工物と係合するように構造化されたいくつかの刃先を含む。取り付け部分は略円筒形の本体の対向する第２の端部またはその周囲に配置され、工作機械に結合されるように構造化される。略円筒形の本体の少なくとも一部は、成形プロセスを介して切削部分の周囲に、切削部分を略円筒形の本体に結合するような様式で形成され成形された部分を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具が工作機械により中心軸を中心として回転されるときに被加工物上に切削操作を実施するための前記切削工具であって、
前記中心軸を中心として配置され、第１の端部および対向する第２の端部を有する、略円筒形の本体と、 
略円筒形の本体の前記第１の端部またはその周囲に配置され、切削操作の間、前記被加工物と係合するように構造化されたいくつかの刃先を有する切削部分と、 
略円筒形の本体の対向する第２の端部またはその周囲に配置され、前記工作機械に結合されるように構造化された取り付け部分と、を備え、
前記略円筒形の本体の少なくとも一部が、成形プロセスを介して形成された成形された部分を備え、
前記成形された部分は、前記切削部分の周囲に、前記切削部分を前記略円筒形の本体に結合する様式で形成される切削工具。
【請求項２】
前記成形された部分が、基質材料の間に／内部に配置された無作為にまたは所定の層状構造（ｐｌｙ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）で配置された繊維、または粒子を備える、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記円筒状本体部分が、前記中心軸またはその周囲に配置された予め形成された内側コア部分を備え、前記成形された部分が前記内側コア部分の周囲に形成された、請求項１に記載の切削工具。
【請求項４】
前記内側コア部分が、中空管状部材または中実円筒状部材のうちの１つを備える、請求項３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記内側コア部分が、鋼、炭化物、繊維強化複合材料、または粒子強化複合材料のうちの１つから形成される、請求項３に記載の切削工具。
【請求項６】
前記成形された部分が、その中に配置された、または形成された、いくつかの耐摩耗要素を備える、請求項１に記載の切削工具。
【請求項７】
前記耐摩耗要素がＰＣＤ、ＰＣＢＮ、炭化物、サーメット、またはセラミックのうちの少なくとも１つから形成される、請求項６に記載の切削工具。 
【請求項８】
前記円筒状本体部分は、いくつかの切粉排出フルートを含み、前記成形された部分は、前記いくつかのフルートまたはその周囲に配置された、いくつかの耐摩耗および／または耐熱性粒子を備える、請求項１に記載の切削工具。
【請求項９】
前記成形された部分は、前記取り付け部分および前記切削部分のうちの少なくとも１つまたはその周囲に配置された、いくつかの耐摩耗および／もしくは耐熱金属層ならびに／またはシムを備える、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１０】
前記成形された部分は、その中に形成された、いくつかの冷却経路を備える、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１１】
前記切削部分は、前記成形された部分を介して前記円筒状本体に結合された、いくつかの板状部材を備え、前記いくつかの刃先は、前記いくつかの板状部材に選択的に結合されるいくつかの切削インサート内に形成される、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１２】
回転切削操作で使用するための切削工具を形成する方法であって、
１つ以上の金型の区画から形成され、前記金型の内部に前記切削工具の形状の内部空間を画定するいくつかの内側表面を有する、金型を提供することと、
前記切削工具の切削部分を前記金型の内部に固定することと、
前記金型の内部に切削工具を形成するために、ある量の硬化可能な材料を前記金型の前記内部空間、および前記切削部分の一部分の周囲に提供することと、
前記硬化可能な材料が硬化できるようにすることと、
前記切削工具を前記金型から取り出すことと、を含む方法。
【請求項１３】
前記金型の内部に前記ある量の硬化可能な材料を提供する前に、前記金型の内部にコア部分を位置付けることをさらに含み、前記金型の内部に前記ある量の硬化可能な材料を提供することは、前記硬化可能な材料を前記コア部分の周囲に提供することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ある量の硬化可能な材料を前記金型の内部に提供する前に、いくつかの管状部材を前記金型の中に位置付けることをさらに含み、前記金型の内部に前記ある量の硬化可能な材料を提供することは、前記材料を前記いくつかの管状部材の周囲に提供することを含む、請求項１２に記載の方法。 
【請求項１５】
前記ある量の硬化可能な材料が、射出プロセスを介して提供される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記ある量の硬化可能な材料は、前記硬化可能な材料を、真空プロセスを介して前記金型の前記内部空間に引き込むことにより提供される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
いくつかの耐摩耗要素を前記硬化可能な材料の内部に提供することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記切削工具を前記金型から取り出した後、前記硬化材料の一部分を電気メッキすることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して回転切削工具に関し、より具体的には、略円筒形の本体を有し、少なくともその一部が成形プロセスを介して形成される切削工具に関する。本発明は、かかる切削工具を作成する方法にさらに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、非限定的に、ドリル、リーマ、エンドミルなどのような回転切削工具は、通常、全体的に、硬化工具鋼から、２次的に硬化された材料でコーティングされた硬化工具鋼から形成されるか、例えば多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）、セラミック、超硬合金、およびサーメットなどのような他の硬化材料から形成された交換可能な切削インサートを提供された硬化工具鋼から形成される。かかる硬化材料は、概して望ましい最終製品を生産するが、一方で、硬化材料は一般的に完成した製品を生産するために多大な量の時間および機械加工を要するので、かかる最終製品を生産することに付随する費用は概して望ましいものではない。
【０００３】
既知の回転切削工具は、概して多くの用途に適しているが、未だ改良の余地がある。例えば、炭化物の単一片で作成されたドリルが、刃先が鈍くなる時点まで使用されたとき、ドリルは廃棄されるかまたは再調整されるかのいずれかとしなければならない。多くの場合、摩耗したのは刃先のみであって、切削工具本体の残りの部分は摩耗していない。切削工具を廃棄すると、工具をさらに使用することはできなくなるということは明らかである。その一方で、再調整は、工具のさらなる使用を提供するが、かかるさらなる使用は、多くの場合、最初の使用のよりも限られ、かつ概して多大な再調整費用を伴う。
【０００４】
したがって、切削工具の改良の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
先行技術の欠陥は、改良された切削工具、およびそれを作成する方法を目的とする、本発明の実施形態により対処される。
【０００６】
本発明の一実施形態として、工作機械により切削工具が中心軸を中心として回転したときに、被加工物上に切削操作を実施するための切削工具が提供される。切削工具は、中心軸を中心として配置された、第１の端部および対向する第２の端部を有する略円筒形の本体と、略円筒形の本体の第１の端部またはその周囲に配置された切削部分であって、切削操作の間被加工物に係合するように構造化されたいくつかの刃先を有する切削部分と、略円筒形の本体の対向する第２の端部またはその周囲に配置された工作機械に結合されるように構造化された取り付け部分と、を備える。略円筒形の本体の少なくとも一部は、成形プロセスを介して形成された、成形された部分を備える。成形された部分は、切削部分の周囲に、切削部分を略円筒形の本体に結合する様式で形成される。
【０００７】
成形された部分は、基質材料の間に／内部に無作為に、または所定の層状構造（ｐｌｙ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）で配置された繊維、または粒子から形成されてもよい。
【０００８】
円柱状の本体部分は、中心軸において、またはそれを中心として配置された、予め形成された内側コア部分を備えてもよく、かつ成形された部分は、内側コア部分の周囲に形成されてもよい。内側コア部分は、中空管状部材、または中実円筒状部材のうちの１つを備えてもよい。内側コア部分は、鋼、炭化物、繊維強化複合材料、または粒子強化複合材料のうちの１つから形成されてもよい。
【０００９】
成形された部分は、その中に配置された、または形成された、いくつかの耐摩耗要素を備えてもよい。耐摩耗要素は、ＰＣＤ、ＰＣＢＮ、炭化物、サーメット、またはセラミックのうちの少なくとも１つから形成されてもよい。
【００１０】
円柱状本体部分は、いくつかの切粉排出フルートを含んでもよく、成形された部分は、いくつかのフルートまたはその周囲に配置された、いくつかの耐摩耗および／または耐熱粒子を備えてもよい。
【００１１】
成形された部分は、取り付け部分またはその周囲に配置された、いくつかの耐摩耗金属層および／またはシムを備えてもよい。  
【００１２】
成形された部分は、その中に形成された、いくつかの冷却経路を備えてもよい。
【００１３】
切削部分は、成形された部分を介して円筒状本体に結合されたいくつかの板状部材を備えてもよく、いくつかの刃先は、いくつかの板状部材に選択的に結合された、いくつかの切削インサートに形成されてもよい。
【００１４】
本発明の別の態様として、回転切削操作で使用するための切削工具を形成する方法が提供される。この方法は、１つ以上の金型の区画から形成された金型を提供することであって、金型が、その内部に切削工具の形状の内部空間を画定するいくつかの内部表面を有する、提供することと、その金型の内部に切削工具の切削部分を固定することと、金型の内部に切削工具を形成するために、ある量の硬化可能な材料を金型の内部空間の内部、および切削部分の一部分の周囲に提供することと、硬化可能な材料を硬化できるようにすることと、金型から切削工具を取り出すことと、を含む。
【００１５】
この方法は、ある量の硬化可能な材料を金型の内部に提供する前に、コア部分を金型の内部に位置付けることをさらに含んでもよく、ある量の硬化可能な材料を金型の内部に提供することは、硬化可能な材料をコア部分の周囲に提供することを含んでもよい。
【００１６】
この方法は、いくらかの量の硬化可能な材料を金型の内部に提供する前に、いくつかの管状部材を金型に位置付けることをさらに含んでもよく、いくらかの量の硬化可能な材料を金型の内部に提供することは、いくつかの管状部材の周囲に材料を提供することを含んでもよい。
【００１７】
ある量の硬化可能な材料は、射出プロセスを介して提供されてもよい。
【００１８】
ある量の硬化可能な材料は、硬化可能な材料を金型の内部空間内に真空プロセスを介して引き込むことによって提供されてもよい。
【００１９】
この方法は、いくつかの耐摩耗要素を硬化可能な材料の内部に提供することをさらに含んでもよい。
【００２０】
この方法は、切削工具を金型から取り出した後、硬化した材料の一部を電気メッキすることを含んでもよい。
【００２１】
本発明の完全な理解は、添付の図面とともに読まれるときに、以下の発明を実施するための形態から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の例示的な実施形態による回転切削工具の等角図である。
【図２】図１の回転切削工具の線２−２に沿った断面図である。
【図３】本発明の別の例示的な実施形態による回転切削工具の断面図である。
【図４】本発明のさらに別の例示的な実施形態による回転切削工具の断面図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による回転切削工具の一部の等角図である。
【図６】本発明のさらなる例示的な実施形態による回転切削工具の一部の等角図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態による切削工具を形成するための金型の概略的な等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
例えば左、右、前、後、上、下、およびこれらの派生語などのような、本明細書で使用される指示句は、図面に示される要素の配向に関し、その中に明示的に記述されない限り特許請求の範囲を制限しない。すべての図面内で、同一の部品には同じ参照番号が与えられる。
【００２４】
本明細書で使用される場合、「数（ｎｕｍｂｅｒ）」という用語は、任意のゼロでない数量（すなわち、１つ、または１より大きい任意の数量）を示すために使用されることとする。
【００２５】
図１は、本発明の非限定的な実施形態による、切削工具１０が中心長手方向軸１１を中心として回転するときに被加工物（図示せず）上に回転切削操作を実施するための例示的な切削工具を示す。切削工具１０は、第１の端部１４、および対向する第２の端部１６を有する、略円筒状の工具本体１２を含む。切削工具１０は、リーマの形状で示されるが、本明細書に記載される概念は、例えば、非限定的に、ドリル（例えば、単一フルート付き、複数のフルート付き、らせん状、直線状）、モジュラードリル、ステップドリル、エンドミル、正面フライス、溝切り工具、旋削工具、中ぐり棒、ルーター、タップ、および丸のこなどのような、他の回転切削工具にも適用されてもよいことが理解される。
【００２６】
引き続き図１を参照すると、切削工具１０は、切削工具１０が中心長手方向軸１１を中心として回転するとき、被加工物（図示せず）に係合し、かつその上に切削操作を実施するように構造化された、略第１の端部１４またはその周囲に配置された切削部分１７を含む。図示された実施形態において、切削部分１７は、略軸１１を横切って配置され、その一部として形成された、または（恒久的に、または選択的にのいずれかで）それに結合されるいくつか（図示された実施形態では２つ）の切削部分２０を有する、板状部材１８を含む。図１に図示される実施形態では切削工具１０は、リーマとして示されているが、切削部分２０は、２つのリーマインサートを備え、各インサートは、使用による損耗に起因して、必要に応じて選択的に除去され、交換されてもよいように、各々選択的に板状部材１８に結合される。かかる選択的な結合は、取り外し可能なインサートを切削工具に結合するために当該技術分野で通常採用されるような様々な手段を通して達成されてもよい。
【００２７】
引き続き図１を参照すると、切削工具１０は、軸１１を中心として切削工具１０を回転するために、チャック、または工作機械の他の類似の部分に取り付けられるように適合された、略第２の端部１６またはその周囲に配置された取り付け部分２２をさらに含む。切削部分１７から取り付け部分２２に向かって延在する１つ以上のフルート２３は、切削操作の間に形成された切粉を排出するのを補助するために工具本体１２内に提供されてもよい。示された例示的な実施形態では、直線的なフルートを有するように示されるが、工具本体１２内に提供されたフルートは、本発明の範囲から逸脱することなく、らせん状であってもよく、様々な数量であってもよく、または他の適切な配設であってもよいことが理解される。切削工具１０は、本発明の範囲から逸脱することなく、上述のいずれかの、またはすべての特徴に加えて、本明細書で特に識別されない既知の切削工具の他の特徴を含んでもよいことが理解される。
【００２８】
切削工具１０は、円筒状本体１２のすべて、または少なくとも一部が成形プロセスから完成した状態または半完成の状態で形成される点で既知の切削工具とは異なる。図２の断面図で示されるように、切削工具１０の工具本体１２の全体は、成形プロセスを介して形成された部分２４として形成される。かかる成形プロセスは、図７に概略的に示される金型２５などのような金型を使用して行われる。金型２５は、切削工具１０の外形の形状の内部空間２８を画定する、いくつかの内部表面２６を含む。金型２５は、好ましくは、一般に金型を形成するために使用されるような、適切な剛体、または半剛体材料から形成され、金型２５を形成するために共に結合されてもよく、その後形成された切削工具１０を取り出すのを容易にするように引き続いて分離されてもよい、いくつかの区画（番号をつけられていない）から形成されても、またはいくつかの区画を含んでもよい。金型２５は、切削部分１７を切削工具１０に対して内部空間２８の内部の正確な場所に固定するために、１つ以上の結合機構３０を含む。図７には概略的にのみ示されているが、かかる結合機構は、クランプ、ネジ式精密位置決め装置、接着剤、またはピンを含んでもよい。
【００２９】
好ましくは、成形された部分２４は、複合材料から形成される。例えば、成形された部分２４は、硬化可能な基質材料の間に／内部に配置された、無作為にまたは所定の層状構造（ｐｌｙ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）で配置された繊維、または粒子から形成されてもよい。かかる硬化可能な基質材料は、繊維に予め含浸され、さらなる処理の間に後で硬化する、または好ましくは射出プロセス、もしくは真空プロセスを介して金型２５の中に提供され、その後硬化することが可能になる。成形された部分２４がそれによって形成されてもよい適切な材料の例としては、非限定的に、強化プラスチック、炭素繊維複合材料、金属基質複合材料、および合金が挙げられる。
【００３０】
追加的に、成形された部分２４のすべて、または選択された部分は、特に高温または摩耗に耐える選択された材料から形成されてもよい。例えば、切削部分１７に近い領域は、通常研磨性の切粉とともに切削操作からの高い熱を受ける。同様に工具本体１２の切粉排出部（例えば、フルート２３）も、通常かかる条件を受ける。図１の成形された部分２４の部分２４’は、耐温度／耐摩耗材料から望ましく形成されたかかる領域の何らかの非限定的な例を示す。
【００３１】
図３および図４は、切削工具１０と類似の特徴（例えば、非制限的に、フルート２３）を組み込むが、わずかに異なる様式で形成される、本発明の他の実施形態による例示的な切削工具１０’および１０’’の断面図を示す。より具体的には、切削工具１０’および１０’’は、工具本体１２’および１２’’が、予め形成された中央コア５２の周囲に形成される成形された部分５０から形成される、例示的な実施形態を示す。かかる例では、成形された部分５０は、一般に上述したように形成される。図３の例示的な実施形態に示されるように、コア５２は、中実円筒状部材６０から形成されてもよい。図４の例示的な実施形態に示されるように、コア５２は、中空管状部材７０からもまた形成されてもよい。いずれの場合でも、コア５２は、好ましくは、鋼、炭化物、繊維強化複合材料、粒子強化複合材料、または他の適切な材料から形成される。コア５２は、当初は応力のない状態で供給されてもよく、または代替的には、成形された部分５０の形成の前にその周囲に予め応力を与えられていてもよい。例えば、コア５２は、当初、成形された部分５０をその周囲に形成させる前に、半径方向に応力を受けた状態（すなわち、ねじった状態）で、金型２５などのような、金型の中に位置付けられてもよい。かかるコア５２に予め応力を与えることは、曲げおよびねじり挙動を改変するために使用されてもよい。
【００３２】
中空管状部材７０は、概して切削工具１０’’の切削部分へ、工具本体１２’’を通過する冷却剤の流れを提供するための、冷却剤通路として利用されてもよい。代替的に、ある特定の用途では、管状部材７０は、切削工具１０’’の切削部分に隣接する切削領域から内側の切粉排出のための手段を提供するために使用されてもよい。
【００３３】
切削工具１０の耐久性、および全体的な性能を向上するために、１つ以上の耐摩耗要素がその中に配置された、または形成された。かかる耐摩耗要素は、例えば、非制限的に、１つ以上のＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）、ＰＣＢＮ（多結晶立方晶窒化ホウ素）、炭化物、サーメット、セラミック、または他の適切な材料から形成されてもよい。例えば、切削操作の間に形成された高温で、かつ研磨性の切粉との接触による劣化からのフルートの保護を補助するために、図１の部分２４’に関して上述のように、耐摩耗および／または耐熱粒子が、フルートに隣接する成形された部分の中に組み込まれていてもよい。同様に、フルートにおける、またはフルートの周囲の成形された材料の部分は、かかる領域に追加的な保護を提供するために、切削工具が金型内に形成され、かつ引き続いて金型２５から取り出された後、電気メッキプロセスを介してコーティングされてもよい。
【００３４】
図５に示すような別の例として、成形された部分は、工作機械（図示せず）に取り付けられることになる場所またはその周囲の切削工具の強度／耐摩耗性を向上するために、切削工具１０’’’の取り付け部分２２またはその周囲に配置された、いくつかの耐摩耗金属層および／またはシム７０を含んでもよい。 
【００３５】
図６に示すようなさらに別の例として、成形された部分は、切削工具の先端（すなわち、第１の端部１４）において、またはその周囲でその中に成形された、切削工具のためのガイドパッドとして機能する、いくつかの耐摩耗部分７２を含んでもよい。したがって、部分７２は、一般的に、工具本体１２から外向きにわずかに延長することになる。
【００３６】
耐摩耗要素に加えて、他の有益な要素が、切削工具本体の成形された部分の中に容易に組み込まれてもよい。一例として、剛体の、または半剛体の管状部材は、 成形された部分が略その周囲に形成されることになるように、金型２５内に提供されてもよい。かかる成形された部分が形成され、切削工具が金型から取り出されると、かかる管状部材は、切削操作の間、工具本体または切削部分のうちの一方または両方において、温度を低下させるのを補助するために使用するために、冷却経路として採用されてもよい。   
【００３７】
本発明の特定の実施形態が本明細書に詳細に記述されてきたが、本開示の全体的な教示を考慮してこれらの詳細に対する様々な変更および代替を行うことができることは、当業者により理解されるであろう。したがって、開示された特定の配設は、例示に過ぎず、添付の特許請求の範囲、ならびにありとあらゆるその均等物の全容を与えられる本発明の範囲として限定しないことを意味する。 
【符号の説明】
【００３８】
１０  切削工具
１０’  切削工具
１０’’  切削工具
１０’’’  切削工具  
１１  中心長手方向軸
１２  工具本体  
１２’  工具本体  
１２’’  工具本体    
１４  第１の端部
１６  第２の端部
１７  切削部分
１８  板状部材
２０  切削部分
２２  取り付け部分
２３  フルート
２４  成形された部分
２４’  成形された部分の部分
２５  金型
２６  内部表面
２８  内部空間
３０  結合機構
５０  成形された部分
５２  コア
６０  中実円筒状部材
７０  耐摩耗金属層および／またはシム
７２  耐摩耗部分
【図１】
2013103333.tif 000003
【図２】
2013103333.tif 000004
【図３】
2013103333.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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