JPH10507972A - 複合物を工作する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転工具として、後位シャフト部とこれと一体化した中心軸線を有する前位切刃部とを含んで成る斯ゝる回転工具、好ましくは回転エンドミルを用いてファイバ補強材料に孔や凹所を工作する方法が開示されている。該切刃部は少なくとも１対の縦方向へ延在するフルートと工具直径を規定するように各フルートに隣接し且つ円周上に配位するダイヤモンド製や立方晶窒化ホウ素製の対応する１対の切刃とを有する焼結体である。工具は軸線に関して回転させられ、且つその初期侵徹が達成されるまで当該軸線に沿って送られる。工具は該初期侵徹の後にその中心軸線が工具の該送り軸線に対して工具直径より大きな所望直径の孔を穿削するに要する距離だけ偏位した状態で以て旋回するように支持される。工具は孔の完成まで該方向へ送られる。

Description

【発明の詳細な説明】 複合物を工作する方法 本発明はファイバ補強複合材の工作物に孔或いは凹所（穴）を工作する方法に 関する。 複合材は、特定の用途のために有用な物性をこれに具備させるために、通常異 なる独自の特性を各々が有している２個以上の材料を複合させたときの結果物で ある。組込み材の各々は複合物の中で特殊の機能を発揮する結果として、複合物 が顕著に新しい或いは顕著に改良さた特性を呈する。 複合材は当業技術において周知である。これらは釣り竿、軽量自動車や飛行機 、工作工具ビット、宇宙船の宇宙から大気圏への帰還のための熱保護システム等 の増加しつつある多くの製品に適用される。 複合材は等価な金属性構造より軽量で高い構造的効能を付与するので、飛行機 システムで使用される基本材料として急速に浮上してきた。この種の複合物は一 般に基本的には２種の異質材料、ファイバ（繊維）とマトリックス（母材）から 構成され、両者は複合され、次いで熱と圧力の下で結合されることによって低密 度で以て高い強度と剛性（スティフネス）の物性を達成する。進んだ複合材は全 てスチールやアルミより格段に強く且つ剛性のあるものである。進歩した複合材 の他の顕著な利点は疲労抵抗と腐食抵抗を有し、しかも剛性に劣る材料よりも素 早く振動を吸収する傾向を呈することである。 マトリックス材料は触媒、熱、或いは圧力で通常硬化するエポキシ、ポリエス テル、或いはポリアミドであり得る。これは更に、熱 と圧力によって硬化するが、熱で軟化され且つ再成形され得るポリカーボネート やポリサルホンであり得る。しかしながら、エポキシは進歩した複合物のために 最も普遍的に使用されている。この種の用途のために入手可能な高性能ファイバ はボロン、グラファイト並びにKevlarとして知られるアラミド繊維である。 複合材から成る物品は仕上品にするために接着手段やボルト或いはリベットに よって合体された要素群から構成される。この理由から、孔明け、特にボルト孔 明けは、例えば飛行機産業における組立構造物を作製する際の主要な製作活動で ある。ボルトやリベット結合の強度は孔の品質と精度によって著しい度合で以て 左右される。 複合積層体に孔を明けるために使用される方法はボーリング法、ミリング（フ ライス）法、ソーイング法，並びにグライング法の伝統的ソリッドツール法であ る。更に、ウオータジェットやレーザカッティング等の一段と新しい工作法が使 われ始めている。これらの穴あけ法を現時点で使用して生じる問題は技術的／経 済的な観点からの色々な理由から十分に有効ではない。 スエーデン特許出願9201420-8はファイバ補強複合材に貫通孔を予め形成され た孔から工作を開始して成形する。予形成孔より実質的に小さい直径の少なくと も１つの回転対称研削体をこの予形成孔に挿置し、そして研削体をそれ自体の軸 線に関して回転させ且つ予形成孔の端縁（エッジ）の方へ相対的に移行させるこ とによって予形成孔を工作し、成形する。この方法においては、ファイバ補強複 合材は予形成孔を、研削体の回転軸線が予形成孔端縁においてファイバの縦方向 に対して実質的に直角になるように配向させる。仕上げ孔のサイズ及び／或いは 形状は予形成孔とは顕著に異なる。損傷及び／或いは欠陥の半径方向の広がりは 除去材料量の下限を規定する。 米国特許出願第08/428,702号と第08/419,288号はこゝに参考として組み込まれ ているが、両文献は研削体に代わるフライス削体（ミリング体）として、これが 相対的に顕著に高い切削速度、低い熱発生量、並びに良好な工作経済をもたらす 斯ゝるフライス削体の使用を開示している。 SE 173 899は基本軸線の周りで偏心的に旋回する工具担持体を有する工作ツー ルを開示しており、この場合の工具担持体と基本軸線の間の距離は調節可能にな っている。SE 382 506は静止工作物に孔として、円錐状の出発チャンファ（角取 り面）を具備し得る斯ゝる孔を明けるために回転駆動される複合工具を開示して いる。 先行技術の別の事例は複合材に孔を明ける方法を記述した米国特許第4,190,38 6号、米国特許第4,338,050号及び米国特許第4,757,645号に見られる。GB 2 048 135は予形成孔を所望のサイズ／外形（ジオメトリ）にまで工作する方法を開示 している。 WO 94/11142は方法として、少なくとも１つの切削工具が中心軸線に対して偏 心配位している斯ゝる方法を開示している。材料は工具をそれ自体の軸線に関し て回転させるだけでなく、中心軸線の周りで偏位状態で旋回させることによって 軸と半径の両方向へ同時に工作される。この発明の特徴構成によれば、切削によ る材料除去はグライニング工具、ミリング（フライス）工具、ボーリング工具、 或いはこれらの組み合わせで以って行う。 発明の目的と要旨 本発明の目的は先行技術の問題点を解消することにある。 本発明の基本的目的はファイバ補強工作物材に孔や凹所（穴）を工作するため の増大した摩耗抵抗によって工具寿命の増長している回転工具であって、最終の 孔或いは凹所が作られるまでの１連の全 ての工作操作を実行することの必要性を解消出来る斯ゝる回転工具を提供するこ とにある。 別の目的はこの種のファイバ補強材料に工作された孔に関して、その周りに通 常見られる欠陥を解消することが出来る方法を規定することにある。 こゝに特許請求している発明は、ファイバ補強材料の工作物に孔或いは凹所（ 穴）を工作する方法として、これが：後位シャフト部と当該シャフト部とこれと 一体化された中心軸線を有する前位切削部とを有する回転工具として、当該切削 部が少なくとも１対の縦方向へ延在するフルートと該工具の直径を規定するため に円周上に配置された対応する１対のダイヤモンド製や立方晶窒化ホウ素製の切 刃とを有する焼結体である斯ゝる回転工具を準備し；該工具を軸線に関して回転 させ；該工具の初期侵徹（侵入）が完了するまで該工具を当該軸線に沿って送り ；当該初期侵徹の後に、該工具の中心軸線が該工具の該送り軸線に対して該工具 直径より大きい所望直径の孔を穿削するに要する距離だけ偏位した状態で以て旋 回するように該工具を支持し；そして該孔が完成するまで該工具を該送り方向へ 送る諸工程を含んで成る斯ゝる補強材料の工作物に孔或いは凹所（穴）を工作す る方法を提供する。 図面の簡単な説明 図１は本発明による工作方法の実施に用いるのに適した穿削エンドミルの斜視 図である。 図２は本発明による工作方法の実施に用いるのに適した別のタイプの回転工具 、ドリル、の斜視図である。 図３は図２に示す工具を用いて工作物に孔明けする仕方を示す説明図である。 図４は図２の工具の正面図である。 発明の好適例の詳細な説明 驚くべきことに、許容される品質の孔を後位シャフト部とこれと一体に成る前 位切削部とを含んで成る回転工具、適切な例では穿削エンドミル、の使用によっ てファイバ補強材料に孔明けすることが出来るということが判明した。切削部は 少なくとも１対の縦方向へ延在するフルートと、当該フルートに隣接し且つ円周 上に配置されているダイヤモンド製や立方晶窒化ホウ素製の縦方向へ延在する切 刃とを含んで成る。該工具は軸線に関して回転させられ、且つ該工作物の孔に送 り込みにより侵徹させられる。工具は孔侵徹の完了するまで軸方向に移動しなが ら回転するように支持される。前記エンドミルの直径より大きな直径の孔を明け る工作は該第１侵徹の後に工具軸線を偏位させ、そして工具が軸方向運動を描き 且つ工具軸線に関して回転させるだけでなく、該軸線を偏位した状態で以て旋回 させることによる軸方向と半径方向の両方における工作物の同時工作によって実 行される。旋回運動は工具の中心軸線と旋回軸線との間に一定距離を保って実行 される。好ましくは、該工具は捩じれドリル形態として、該ドリルの前位切削端 部の頂点を完全に横切るように延在するダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素の部分 と捩じれ切刃が相互接続されている斯ゝるドリル形態で提供される。 別に採り得る実施態様においては、工具はエンドミルの前端を越えて延在する 前位切削部を具備している。当該前位切削部は該工具の縦軸線の近傍から始まっ て外方へ湾曲する線に沿って半径外方へ延在する切刃を含んで成る。 更に別の採り得る実施態様においては、工具は回転中心から始まって対称的に 延在し且つ回転方向とは逆の方へ且つ外方へ湾曲され ている２つの切刃で構成された前位切削部を具備している。各切刃はすくい（レ ーキ）角として、すくい面の半径内位部分で略ゼロの値である斯ゝるすくい角を 有するように形成される。 好ましくは、工具の送り方向は工作物材のファイバの方向に対して直角にする 。 図１に示す工具は穿削エンドミルとして、後位円筒形シャフト部と１２示す接 続個所に沿ってろう付けされた前位刃部１１とを含んで成る斯ゝる穿削エンドミ ルである。シャフト部は硬質金属或いは高速度鋼で作り得るのに対し、刃部は焼 結基材、代表的にはセメンテッドカーバイドで作るべきである。この場合の刃部 は２つの捩じれ切刃１３ａ、１３ｂとその間にある２つの螺旋形の捩じれフルー トとを所有している。この工具の端部はフライスカッタのように、成形される。 工具の中心軸線を通る平面に対して直角に延在する或いは内方へ先細る端切刃１ ５、１６を具備したものに形作られる。焼結多結晶ダイモンド或いは立方晶窒化 ホウ素材料は、製造の事後に螺旋状に延在する切刃１３ａ、１３ｂと直線切刃１ ５、１６を研削によって成形することにする斯ゝる製造との関係から、セメンテ ッドカーバイドのブランクの前記螺旋溝と工具端部を横切るように直径方向に配 設された溝の両方に圧入される。 図２、３に示す回転ドリルは、対称的な２つの捩じれフルートと対応する２つ の捩じれ切刃１３ａ、１３ｂとを有しているセメンテッドカーバイド刃部１１で あって、当該刃部の外面にある縦方向へ延在する対応した溝に充填されている高 硬度、高摩耗抵抗の焼結コンパクトで作られている斯ゝるセメンテッドカーバイ ドの刃部１１を含んで成る。当該切刃は該焼結コンパクトをその先行端縁に沿っ て研削することによって成形される。ドリルの前位頂点は、図１の工具と同じよ うに作られた焼結コンパクト１３ａ、１３ｂのような 、多結晶ダイモンド或いは立方晶窒化ホウ素で作られた円錐状に延在する切削部 分１７によって与えられている。それより更に周辺側に配位した切刃はドリル中 心軸線から始まって周辺の方へ該中心から外方へ湾曲した曲線に従った湾曲切刃 １８ｂ、１９ｂまで延在している２つの直線切刃１８ａ、１９ａを含んで成る。 鋼製のシャンク１０とカーバイド製の刃部１１は接合個所１２で接合される。 該湾曲切刃材部分１８ｂ、１９ｂの半径最内位局部のすくい面は略ゼロ度のす くい角で以て配向している。 図３はファイバ補強材料の工作物２０の孔侵徹として、初期の孔侵徹の後にド リルが穿削されるべき孔の中心軸線２１から偏位しているドリル中心軸線Ｃの方 向で軸方向送りされる斯ゝる孔侵徹を示している。ドリル軸線は工作物２０のフ ァイバの方向に対して直角に配向している。ドリルは、当該ドリルの直径より大 きな所望の直径の孔を穿削するのに要する距離だけ該送り軸線に対して偏位した 状態で以て旋回するように支持される。貫通孔の工作が図３に示されているとは いえ、こゝに請求されている発明はファイバ補強材料に凹所を工作するためにも 使用することが出来る。 こゝに請求されている発明はファイバ補強材料に孔や凹所を工作する事例を参 考にして説明されている。しかしながら、当業者にとって、この方法がファイバ 補強材料のもっと一般的な成形のために使用され得ることは自明である。 いまや、発明の原理、好適態様並びに作用効果はこゝに記述された。しかしな がら、こゝで保護を意図した発明は開示されている具体例が制限用というよりも 説明用と見なすべきものであるが故に、当該具体例に限定されるとは解すべきで はない。当業者は本発明の精神から逸脱することなく種々の変更や変化を為すこ とが出来る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ファイバ補強材料の工作物に孔や凹所を明ける方法として、これが： 後位シャフト部と前者と一体化した中心軸線を有する前位切削部とを有する回 転工具であって、当該切削部が少なくとも１対の縦方向へ延在するフルートと当 該工具の直径を規定するように各フルートに隣接し且つ円周上に配位するダイヤ モンド製や立方晶窒化ホウ素製の対応する１対の切刃とを有する焼結体である斯 ゝる回転工具を準備し； 該工具を軸線に関して回転させ； 該工具が初期の侵徹を達成するまで当該軸線に沿って該工具を送り； 該初期侵徹の完了後に該工具の軸線が該工具の前記送り軸線に対して該工具の 直径より大きな所望直径の孔を穿削するに要する距離だけ偏位した状態で以て旋 回するように該工具を支持し；そして 当該孔が完成するまで該方向へ該工具を送る、以上の工程を含んで成る斯ゝる ファイバ補強材料の工作物に孔や凹所を工作する方法。 ２．該工具が少なくとも１対の捩じれフルートと対応する捩じれ切刃を具備し ている、請求項１の方法。 ３．該工具は捩じれドリルの形状として、該捩じれ切刃が該工具の前位切削端 部の頂点を完全に横切って延在するダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素の部分と相 互接続している斯ゝるドリル形状のものである、請求項１の方法。 ４．該工具は該エンドミルの前端を越えて延在する前位切削部として、これが 該工具の縦軸線の近傍から始まり、周辺に向けて外方 へ湾曲した曲線に沿って半径外方へ延在する切刃を含んで成る斯ゝる前位切削部 を具備している、請求項１の方法。 ５．該工具は回転中心から始まって、対称的に延在し、且つ回転方向とは逆の 方向に外方へ湾曲している２つの切刃であって、各切刃がそのすくい面の半径内 位局部で略ゼロになるすくい角を有するように形成されている斯ゝる２つの切刃 から構成されている前位切削部を具備している、請求項２の方法。 ６．該工具の送り方向が該工作物材のファイバの方向に対し直角である、請求 項１の方法。 ７．該工具が該工具端を横切る直径方向に配設された溝の中で延在するダイヤ モンドや立方晶窒化ホウ素で作られた切刃を具備している、請求項２の方法。