(57)【要約】【課題】切削加工時の工具の振動やビビリを抑制して、折損強度が高く、良好な切削面を得られる高寿命ＣＢＮ小径ボールエンドミルを提供することを目的とする。特に、首下長さＬが刃径Ｄの５倍以上というロングネックでも振動が少なく、折損の心配のない小径ボールエンドミルを提供することを目的とする。【解決手段】刃径Ｄが３ｍｍ以下で、刃部を成す円弧状半径Ｒｍｍのボール刃と外周刃がＣＢＮから構成される小径ＣＢＮボールエンドミルであって、前記ボール刃のすくい面と前記外周刃長さのＲ／５以上の外周刃すくい面とが同一平面で形成されており、前記外周刃は右刃左ねじれで形成され、前記ボール刃のアキシャルレーキが−５°〜−２５°であることを特徴とする小径ＣＢＮボールエンドミルである。【選択図】図２
2010162677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃径が３ｍｍ以下で、刃部を成す円弧状半径Ｒｍｍのボール刃と外周刃がＣＢＮから構成される小径ＣＢＮボールエンドミルであって、前記ボール刃のすくい面と前記外周刃長さのＲ／５以上の外周刃すくい面とが同一平面で形成されており、前記外周刃は右刃左ねじれで形成され、前記ボール刃のアキシャルレーキが−５°〜−２５°であることを特徴とする小径ＣＢＮボールエンドミル。
【請求項２】
刃径Ｄが３ｍｍ以下で、前記刃径に対する工具の首下長さＬの比Ｌ／Ｄが５以上のロングネックのエンドミルであり、前記エンドミルの刃部を成す円弧状半径Ｒｍｍのボール刃と外周刃がＣＢＮから構成される小径ＣＢＮボールエンドミルであって、前記ボール刃のすくい面と前記外周刃長さのＲ／５以上の外周刃すくい面が同一平面で形成されており、前記外周切れ刃は右刃左ねじれで形成され、前記ボール刃のアキシャルレーキが−５°〜−２５°であることを特徴とする小径ＣＢＮボールエンドミル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の小径ＣＢＮボールエンドミルにおいて、ボール刃の先端を中心にして、ボール刃全体の長さの２０％の範囲はラジアルレーキが０°から−１０°の角度範囲を含み、前記２０％を超える外周側のボール刃のラジアルレーキは−１０°を超え−２５°の範囲で外周刃に至るまでマイナス角度が漸増していることを特徴とする小径ＣＢＮボールエンドミル。
【請求項４】
外周刃後方に被削材との干渉回避部分が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の小径ＣＢＮボールエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、立方晶窒化硼素（以下ＣＢＮという）焼結体を刃部に用いる小径ＣＢＮボールエンドミルに関する。本発明は特に刃径Ｄが３ｍｍ以下、エンドミルの首下長さをＬとしたときの比率である、Ｌ／Ｄが５以上のロングネックで、首部に刃部となる前記焼結体とシャンク側である超硬合金との接合部を有する小径ＣＢＮボールエンドミルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ＣＢＮ焼結体を刃部に用いる回転工具は、主として金型の加工用工具として用いられている。３次元加工の必要な金型の加工ではボールエンドミルが多く用いられる。特にリブ溝加工や深い部分の隅部加工、削り残し部分の仕上げ加工では刃径が３ｍｍ以下の小径ボールエンドミルを用いることが多い。近年、この小径ボールエンドミルの首下長さＬは刃径Ｄの５倍以上が要求されている。さらに、被削材（以下、ワークとも言う）とのクリアランスの小さい閉鎖領域での加工であることから、工具のたわみや振動の問題が大きく切り屑の排出性も十分でないために、これらが主原因で工具の折損やチッピングの原因になっている。【０００３】  これに対して、ボールエンドミルのボール部の切り屑ポケットを大きく設けて切り屑排出性を改善する技術が特許文献１に記載されている。また、外周刃をシャンク側から見た切削回転方向に対して反対方向へねじれるように軸心に対して傾斜させ、すくい角を負にして刃先強度を向上させたＣＢＮエンドミルが特許文献２に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１４７１７号公報
【特許文献２】特開２００８−１１０４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  近年、家電製品や機械製品の小型精密化は目を見張るものがあり、電子部品関係や半導体関連の部品も精密かつ複雑化している。例えばコネクタ関連の金型ではＨＲＣ６０を越える高硬度鋼材（例えば熱処理したＪＩＳ  ＳＫＤ１１）の加工に小径エンドミルを用いて切削する必要がでてきている。また近年、例えば携帯電話の厚みは年々薄くなってきており、薄くてもフレームの強度を持たせるためにリブの構造が変わってきている。つまり微細なリブのプレス加工のために、従来よりも、さらに硬い金型材料が必要とされており、切削加工も、微細加工の必要性から特に刃径が３ｍｍ以下の小径エンドミルが要請されている。しかしながら前記のような高硬度鋼材の切削工具による加工では、工具の摩耗に問題があり、長時間における高能率・高精度な加工が困難である。このため、極めて加工能率の低い放電加工が依然として採用されている場合が多い。【０００６】  放電加工を用いないでこれら高硬度材の材料を切削加工する場合、一般的には超硬合金製のコーティング被覆工具が用いられている。高硬度材の材料を長時間において高精度な加工を行うためには、工具の材質そのものの硬度を上げ、耐摩耗性を向上させる必要がある。そのような背景の中で近年、刃部がＣＢＮ焼結体で形成されたＣＢＮ焼結工具が用いられるケースが増えてきた。しかしながらＣＢＮ焼結工具は、超硬工具に比べて極めて脆く、切削中にチッピングや欠損を起こしやすいという欠点があり、切り込みを上げたり送り速度を早くした高能率切削は不可能であり、制約された環境化で超仕上げ加工として使われているにすぎない。【０００７】  ＣＢＮ焼結材特有の問題点を解決するために切れ味と刃先強度に重点を置いてＣＢＮエンドミルの形状を改善した提案が前述した特許文献２でなされている。しかし、上述に示すように高能率な加工を行う上で問題があり、無理に高能率な加工を行って切削条件を上げるとチッピングや折損を起こしてしまうという課題が依然として残っている。この課題の大きな原因として、現在では３ｍｍ以下と言う小径の工具に加えて、刃径に対する加工深さの比率が５倍以上のもの、すなわちロングネックの小径ボールエンドミルが必要とされてきているのが現状であるからである。具体的には、微細かつ深溝の加工をおこなうために、刃径Ｄに対する首下長さＬの比率が５乃至１０程度の細長いボールエンドミルの使用が急増しているのである。このようなボールエンドミルは切削中にビビリ、振動を生じ、特にＣＢＮ焼結体の場合は刃先がチッピングしやすく、折損事故に至ることも多い。このような課題に対しては、前記の特許文献も含めて従来技術では対応しきれていない。【０００８】  刃先にボール刃を有する小径のＣＢＮボールエンドミルに共通する現在の課題をまとめると下記のようになる。
１）超硬よりも高性能のＣＢＮ工具を用いるときの最大の課題は、ＣＢＮが本質的に脆性材であり剛性の確保が必要であることである。特に、刃径が３ｍｍ以下の小径のＣＢＮボールエンドミルとなると、工具全体の剛性を確保する必要がある。
２）金型の加工に使用される最近の小径ＣＢＮボールエンドミルは深彫りを行うために首下長さが長いので、工具首部のたわみが大きくなって、切削中に振動やビビリの発生が容易に生じる。狭くて深溝の金型の切削加工などでは、ボールエンドミルのボール刃による底面切削だけではなく、むしろ外周刃による勾配面切削が主流と考えなければならない。ところが、勾配面切削に小径のボールエンドミルを用いる場合には、ワークへの切れ刃接触長さが同じ刃径のラジアスエンドミルと比較しても長くなり、工具自体の振動が発生しやすい。
３）一般的に、ＣＢＮ工具を用いて加工する場合においては、ミスト状のクーラントを用いることが多い。従来から多用されている右刃右ねじれのＣＢＮ工具を用いて深いリブ加工などを行う場合、ミスト状のクーラントは、刃先まわりの空気と共にシャンク側に流れてしまうため、刃先に充分なクーラントの供給ができなくなる。【０００９】  上記のような課題に対して、本発明は、特に振動やビビリを抑制して、折損強度の高い小径ＣＢＮボールエンドミル、特に首下長さが刃径の５倍以上というロングネックでも振動の少ない小径ＣＢＮボールエンドミルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明者は特に小径のＣＢＮエンドミルの刃先からシャンクまでの全体の構成と刃先の形状を詳しく検討した。その結果、特に刃径が３ｍｍ以下の小径ＣＢＮボールエンドミルの場合は、少なくとも刃部がＣＢＮ焼結材で構成されていると、刃部後方の逃げ面、及びバックメタルの部分もＣＢＮ焼結材であるので、全体の剛性が小さく切削中にワークとの接触で横方向の力が加わると、小径のため振動が大きくなり強度不足でチッピングや折損を起こしてしまうことが分かった。【００１１】  そこで本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは、本質的な剛性確保のために前記刃部の外周刃は右刃左ねじれで形成する。さらに本発明の小径ボールエンドミルは、特に外周刃に対する切削中のワークからの横方向からの力で振動が大きくならないように、ボール刃のすくい面と外周刃のすくい面の大部分以上を段差の無い同一平面にするものである。また、刃の剛性確保とミスト状のクーラントの最適な供給のためにアキシャルレーキはマイナス角度とする。【００１２】  すなわち本発明は、刃径が３ｍｍ以下で、刃部を成す円弧状半径Ｒｍｍのボール刃と外周刃がＣＢＮから構成される小径ＣＢＮボールエンドミルであって、前記ボール刃のすくい面と前記外周刃長さのＲ／５以上の外周刃すくい面が同一平面で形成されており、前記外周刃は右刃左ねじれで形成され、前記ボール刃のアキシャルレーキが−５°〜−２５°であることを特徴とする小径ＣＢＮボールエンドミルである。ここで、Ｒとはボール刃の半径のことをいう。【００１３】  特に本発明は前記の工具形状の特徴により、ロングネックの小径ＣＢＮボールエンドミルを実現する。すなわち、本発明の他の発明は、刃径Ｄが３ｍｍ以下で、前記刃径Ｄに対する首下長さＬの比Ｌ／Ｄが５以上のロングネックの工具であり、前記工具の刃部を成す円弧状半径Ｒｍｍのボール刃と外周刃がＣＢＮから構成される小径ＣＢＮボールエンドミルであって、前記ボール刃のすくい面と前記外周刃長さのＲ／５以上の外周刃すくい面が同一平面で形成されており、前記外周刃は右刃左ねじれで形成され、前記ボール刃のアキシャルレーキが−５°〜−２５°であることを特徴とする小径ＣＢＮボールエンドミルである。【００１４】  また本発明では従来のような刃溝の形成方法による剛性が低下する部分がなくなる。言い換えると、従来よりも刃溝を短く形成できる。この工具剛性の確保の効果は、本発明が対象とする刃径が３ｍｍ以下で、ＣＢＮという脆性工具を小径ボールエンドミルで実現するためにとても大切な効果である。特にロングネックの小径ボールエンドミルの場合においては、工具の剛性不足により振動が発生し易くなるため、刃部の剛性確保は非常に重要である。【００１５】  また、本発明ではボール刃のアキシャルレーキを−５°〜−２５°にすることを特徴としている。これにより、軸方向に掛かる抵抗に対して対チッピング性が上がり、仕上げ工程の前工程で取りしろが不均一な加工の場合においても、従来の小径ＣＢＮボールエンドミルの最大の問題点である工具の振動および強度不足から生じるＣＢＮ粒子の脱落、チッピングや欠損、切削の不安定性を防止できる効果がある。【００１６】  本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは、外���刃は右刃左ねじれで形成される。この効果によって該エンドミルは工作機械の主軸側へ引っ張られる方向に力が加わるため、切削工具の保持剛性が上がり、工作物側への振動が軽減できる。また切れ刃剛性が上がり、チッピングを抑制する効果もある。また特に、Ｌ／Ｄが５以上で振動が発生しやすいロングネックの場合においては、刃部が加工ワークに叩かれることが多くなるが、ボール刃のアキシャルレーキを−５°〜−２５°にすることで、刃部自身の剛性をあげることができるため、欠けやチッピングといった損傷を生じにくくすることができる。【００１７】  ＣＢＮ焼結体を用いて鋼材の切削加工を行う場合、刃先の冷却に用いられるのはミスト状のクーラントが多い。ミスト状にしてクーラントを用いるのは、急冷をするとＣＢＮは脱落摩耗が進行し易いためである。ミスト状のクーラントは大気中に霧状に散布されるために、空気の流れに沿ってクーラントも流れる。特に切削時に回転数を上げて使用する小径ＣＢＮ工具において従来のような右刃右ねじれの形状では、刃先のまわりの空気と共にミスト状のクーラントもシャンク側に流れるため、冷却を必要とする肝心な刃先に散布されにくくなる。本発明のように、右刃左ねじれの形状として、ボール刃のアキシャルレーキを−５°〜−２５°にすることにより、ミスト状クーラントを効率的に刃部先端まで行き渡らせることができる。それにより、刃先の冷却効果を高めてさらに工具寿命を伸ばすとともに、潤滑性を高めることで加工面の面粗さ品位を向上させることができる。【００１８】  本発明の別の発明は、刃径が３ｍｍ以下で、刃部を成す円弧状半径Ｒｍｍのボール刃と外周刃がＣＢＮから構成される小径ＣＢＮボールエンドミルであって、前記ボール刃のすくい面と前記外周刃長さのＲ／５以上の外周刃すくい面が同一平面で形成されており、前記外周刃は右刃左ねじれで形成され、前記ボール刃のアキシャルレーキが−５°〜−２５°であり、さらに、ボール刃の先端を中心にして、ボール刃全体の長さの２０％の範囲はラジアルレーキが０°〜−１０°の角度範囲を含み、前記ボール刃全体の長さの２０％を超える外周側のボール刃のラジアルレーキは−１０°を超え２５°の範囲で外周刃に至るまでマイナス角度が漸増していることを特徴とする小径ＣＢＮボールエンドミルである。ここで、上記のボール刃全体の長さの２０％の範囲はラジアルレーキが０°〜−１０°の角度範囲を含むとは、ラジアルレーキが０°〜−１０°の角度が、ボール刃の先端を中心にしてボール刃全体の長さの２０％の範囲に確実にあるということである。例えば、ボール刃全体の長さの１０％の位置ではラジアルレーキが−１５°であり、１５％の位置では−５°のラジアルレーキであるのが一例である。このアキシャルレーキとラジアルレーキの条件はＬ／Ｄが５以上のロングネックの工具の場合に有効に作用する。すなわち、例えば、上記のラジアルレーキの条件により、ボール刃の先端付近における食付き性を確保し、ボール刃の工具外周側においては強度を確保できるので、切削性能と強度の両方を兼備した小径ＣＢＮボールエンドミルとなる。
【発明の効果】
【００１９】  本発明によって、例えば刃径が３ｍｍ以下のＣＢＮ小径ボールエンドミルを使用する精密部品や携帯電話のリブ構造と異なるフレーム部分の金型加工などの加工において、たとえ金型材が高硬度材であっても、かつ、刃径Ｄに対する首下長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）が５倍以上になるようなロングネック形状であっても、ボールエンドミルの剛性を確保でき切削加工中のビビリや振動の発生を抑制することができ、チッピングを引き起こすことがない。【００２０】  本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは、右刃左ねじれの形状として、ボール刃のアキシャルレーキを−５°〜−２５°にすることにより、ミスト状クーラントを刃部先端まで行き渡らせることが容易になり、刃先の冷却効果を高めてさらに工具の寿命を伸ばすとともに、潤滑性を高めることでワークの加工面の面粗さ品位を向上させることができる。すなわち、リブ溝加工や深い部分の隅部加工でも安定して長時間の高精度加工が実現でき、本発明が主に対象とする精密部品加工などのコスト削減に有効である。【００２１】  本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは、ボール刃の位置によってラジアルレーキが変えてある。ボールエンドミルは、ボール刃の先端付近は切削速度が上がらないために食付き性が悪いが、上記のラジアルレーキの条件により、ボール刃中心付近の食付き性を確保し、ボール刃の工具外周側においては強度を確保できるので、切削性能と強度の両方を兼備した小径ＣＢＮボールエンドミルとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る小径ＣＢＮボールエンドミルを示す正面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ方向から見た図であり、（ｂ）は図１の刃部の周辺の拡大図である。
【図３】一般的なボールエンドミルとラジアスエンドミルで勾配面を有する被削材を加工した場合の切れ刃の接触長さの違いを比較した図であって、（ａ）はボールエンドミルの図であり、（ｂ）はラジアスエンドミルの図である。
【図４】本発明のＣＢＮボールエンドミルの刃部の周辺の拡大図であって、（ａ）は本発明のＣＢＮボールエンドミルの正面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図であり、（ｃ）は（ｂ）のＰ部分の拡大図である。
【図５】従来のＣＢＮボールエンドミルの刃部の周辺の拡大図であって、（ａ）は従来のＣＢＮボールエンドミルの正面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図であり、（ｃ）は（ｂ）のＱ部分の拡大図である。
【図６】従来のボールエンドミルと本発明のＣＢＮボールエンドミルの切削抵抗を示す模式図である。
【図７】従来のボールエンドミルと本発明のＣＢＮボールエンドミルのミスト状のクーラントの流れる方向を示す模式図であって、（ａ）は従来のボールエンドミルの図であり、（ｂ）は本発明のＣＢＮボールエンドミルの図である。
【図８】（ａ）は従来のボールエンドミルの刃先先端方向から見た図であり、（ｂ）は本発明のＣＢＮボールエンドミルの刃先先端方向から見た図である。
【図９】本発明のＣＢＮボールエンドミルのボール刃全体長さと、ラジアルレーキの条件の角度範囲を説明する図である。
【図１０】（ｂ）は本発明のＣＢＮボールエンドミルの図９のＡ−Ａ断面を示す図であり、（ａ）は前記Ａ−Ａ断面に相当する位置での従来のボールエンドミルの断面を示す図であり、（ｃ）は（ａ）の断面を有するボールエンドミルの底面切削における切削抵抗の方向を示す概略図であり、（ｄ）は（ｂ）の断面を有するボールエンドミルの底面切削における切削抵抗の方向を示す概略図である。
【図１１】（ｂ）は本発明のＣＢＮボールエンドミルの図９のＢ−Ｂ断面を示す図であり、（ａ）は前記Ｂ−Ｂ断面に相当する位置での従来のボールエンドミルの断面を示す図であり、（ｃ）は（ａ）の断面を有するボールエンドミルの勾配面の切削における切削抵抗の方向を示す概略図であり、（ｄ）は（ｂ）の断面を有するボールエンドミルの勾配面の切削における切削抵抗の方向を示す概略図である。
【図１２】実施例の加工方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  上記の本発明の構成要件に加え、さらに発明を実施するための形態を以下図１〜図１１に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る小径ＣＢＮボールエンドミルを示す正面図である。図２及び図９は刃部の周辺の拡大図である。図３は一般的なボールエンドミルとラジアスエンドミルの切れ刃の接触長さの違いを比較した図である。図４及び図５は刃部の周辺の拡大図である。図６は切削抵抗の方向を示す模式図である。図７はミスト状のクーラントの流れる方向を示す模式図である。図８は刃先先端方向から見た図である。図１０は図９のＡ−Ａ断面図と底面切削における切削抵抗の方向を示す概略図である。図１１は図９のＢ−Ｂ断面図と勾配面の切削における切削抵抗の方向を示す概略図である。
【００２４】  本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは、図１に示すように、刃径Ｄを有するＣＢＮ焼結体からなる刃部１と首部２が接合部３で超硬合金に接合され、首下長さＬを構成し、シャンク４と繋がっている。
【００２５】  本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは、図２に示すように、刃の形状として、刃部１を成す円弧状半径Ｒｍｍのボール刃５と外周刃６がＣＢＮ焼結体から構成され、前記ボール刃すくい面８と前記外周刃長さ７のＲ／５以上の外周刃すくい面９が同一平面で形成されており、右刃左ねじれであることを特徴としている。尚、本発明のＣＢＮボールエンドミルは、刃部１を成すボール刃５は必ずしも厳密な意味の円弧ではないが、刃の部分は軸心を含む断面では円弧に近いボール形状であるので、ここの部分を総称して円弧状と呼ぶ。尚、図中の黒丸の点Ｏは半径Ｒの中心点を示している。
【００２６】  金型などの勾配面を加工した場合における、一般的なボールエンドミルとラジアスエンドミルの切れ刃の接触長さ１１の違いを比較したものを図３に示す。勾配面を加工する場合において、刃径Ｄが同径の場合ではラジアスエンドミルに比べてボールエンドミルの方が切れ刃の接触長さ１１が長くなるため、切削抵抗が上がって振動を生じやすくなるといった問題が生じる。
【００２７】  すなわち、ボールエンドミルを勾配面加工に使用する場合には、工具の振動防止対策が重要である。これに対して、本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ボール刃すくい面８と外周刃すくい面９が同じすくい面で形成される。本発明では、ボール刃と外周刃のすくい面が同一平面であることが望ましい。ただし、外周刃すくい面の長さがＲ／５以上で同一平面であることでも良い。従来のボールエンドミルのボール刃と外周刃の外周刃すくい面９は異なる面で形成されており、その場合には切削時に少なくとも２方向からの抵抗を受けて、振動が大きくなる。しかし、本発明はボール刃のボール刃すくい面８と外周刃の外周刃すくい面９が同一平面で形成された形状なので、切削時の抵抗を１方向から受けるため振動が生じにくく安定して加工することが可能になる。
【００２８】  本発明のこのボール刃すくい面８と外周刃すくい面９の特長は、小さな抜き勾配角度を持った金型などの勾配面を切削する場合において大きな効果として発揮される。ワーク１２の勾配角度が０．５°といった小さな場合は、本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルではボール刃５と外周刃６が同時に切削に関与することになる。
【００２９】  本発明のこの効果を、従来の形状の小径ＣＢＮボールエンドミルと比較して図５（ａ）〜（ｃ）と図６（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図５（ａ）は、右刃左ねじれの従来形状を示す。従来のＣＢＮボールエンドミルでは、図５（ｂ）に示すようにボール刃すくい面８と外周刃のすくい面９は別々に形成されているため、図５（ｃ）の外周刃６の部分拡大図に示すように、ボール刃すくい面８と外周刃すくい面９に角度差が発生してしまう。
この結果、従来の工具形状の場合は、図６（ａ）に示すようにボール刃すくい面８と外周刃すくい面９の方向が異なるため、異なった２方向からの切削抵抗を受けることになるり、振動が発生しやすくなる。これに対して本発明の小径ＣＢＮボールエンドミでは、図６（ｂ）に示すように、１方向のみからの切削抵抗を受けるため、とくに首下長さＬが刃径Ｄの５倍以上のような長い場合において、振動の発生を抑制してより安定加工がおこなえるようになる。
【００３０】  本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルのアキシャルレーキを図４（ｂ）に示す。本発明では、ボールエンドミルのボール刃５のアキシャルレーキ１３を−５°〜−２５°としていることを特徴としている。これによって外周刃６は右刃左ねじれで形成されることになるが、この効果によって該エンドミルは工作機械の主軸側へ引っ張られる方向に力が加わるため、保持剛性が上がり、工作物側への振動が軽減できる。また、ボールエンドミルのボール刃５のアキシャルレーキ１３が−５°〜−２５°であるためボール刃５の剛性が上がり、チッピングを抑制することができる。ここでボール刃５のアキシャルレーキ１３が−５°よりもプラス方向に大きいと、ボール刃５の剛性が不足し、ＣＢＮ焼結材の強度が持たず、ＣＢＮ粒子が脱落して、最終的にはチッピングを起こしてしまい、アキシャルレーキ１３が−２５°よりもマイナス方向に大きいとボール刃５の剛性は上がるものの、抵抗が増大してしまい、逆にＣＢＮ粒子の脱落が進行し、大きな欠損につながってしまう。特に、刃径Ｄに対する首下長さＬの比率が５倍以上になるような小径のロングネックエンドミルの場合、切削抵抗が大きくなると、倒れや振動の発生に影響するため、ボールエンドミルのボール刃５のアキシャルレーキ１３を−５°〜−２５°にすることで、安定して加工できるようになる。
【００３１】  本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルでは、ボール刃５及び外周刃６の冷却や潤滑性を向上させる為に用いる切削液を霧状にしたミスト状のクーラントを使用する場合において、特に、散布が困難となるリブ溝形状の加工でも、ボール刃５及び外周刃６への切削液の散布量を向上させる効果がある。特にＣＢＮ工具の場合、高硬度材の加工において水溶性の切削液を直接刃部１にかけると、発生する切削熱が急冷されてＣＢＮ内部に亀裂が発生してＣＢＮの粒子が脱落するため、霧状にしたミスト状のクーラントを散布することが望ましい。ここで、ミスト状のクーラントの流れる方向は、図７（ａ）に示すように従来の右刃右ねじれの場合には、高速回転によって刃部１周辺の気流はエンドミルのシャンク４側に向かって流れる方向（矢印Ｍ方向）となり、すなわちワークの上面１８の方向から散布する霧状の切削液を押し返す状態となる。一方の本発明では高速回転時において、ミスト状のクーラントの流れる方向は、図７（ｂ）に示すようにワークの上面１８の方向から散布される霧状の切削液は、刃部先端に向かって流れる方向（矢印Ｍ方向）となり、すなわち刃部１周辺の気流を押し返すことなく、ボール刃５及び外周刃６への切削液の散布量を向上することができるため、さらに加工面粗さを向上させるとともに、工具寿命を向上させることで高精度な仕上げ加工を長時間にわたって行えるようになる。
【００３２】  従来の右刃右ねじれのボールエンドミルは図８（ａ）に示すようにボール刃５の稜線が刃先先端方向から見た図でありＳ字の形状をしている。これに対して、本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは右刃左ねじれであり、ボール刃５のアキシャルレーキ１３を−５°〜−２５°にしてあるので、図８（ｂ）に示すようにボール刃５の稜線が刃先先端方向から見た図で、逆Ｓ形状であることを特徴とする。これにより、ボール刃５の先端付近のラジアルレーキ１４を従来のＳ字形状よりも小さな負のすくい角にすることができるため、切削抵抗を下げてさらに安定加工をすることができるようになる。
【００３３】  図９は本発明のＣＢＮボールエンドミルにおけるボール刃全体長さと、ラジアルレーキの条件の角度範囲を説明する図である。図１０と図１１で表されるラジアルレーキ１４は図９のボール刃先端１７を中心として、ボール刃全体の長さ１５の２０％の範囲１６（Ｅ−Ｅ´の曲線の範囲をいう）はラジアルレーキ１４が０°から−１０°の角度範囲を含み、前記２０％の範囲１６を超える外周側のボール刃５のラジアルレーキ１４は−１０°を超え２５°の範囲で外周刃６に至るまでマイナス角度が漸増している。ここで、ボール刃全体の長さ１５とは、正面図における−９０°から９０°のボール刃長さを示す。言い換えれば図２のＣ−Ｃ´の曲線の範囲をいう。これにより、ボール刃５の先端付近の切れ味を向上して、特に首下長さＬが長い状態でも振動の発生を抑制して安定加工ができると共に、外周付近のボール刃５の剛性を向上して、欠けやチッピングの発生を抑制することが可能になった。尚、図中の黒丸の点Ｏは半径Ｒの中心点を示している。
【００３４】  次に従来のエンドミルと本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルを用いて底面切削を行った場合を示す。図１０（ｂ）は本発明のＣＢＮボールエンドミルの図９のＡ−Ａ断面を示す図である。（ａ）は前記Ａ−Ａ断面に相当する位置での従来のボールエンドミルの断面を示す図である。（ｃ）は、（ａ）の断面を有するボールエンドミルの底面切削における切削抵抗の方向を示す概略図である。（ｄ）は、（ｂ）の断面を有するボールエンドミルの底面切削における切削抵抗の方向を示す概略図である。図１０（ａ）の従来のエンドミルでは先端部の切れ味が低いため、図１０（ｃ）に示すように左右に先端が振られやすい。これに対して、本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルでは図１０（ｂ）に示すようにラジアルレーキ１４が図１０（ａ）と比較して相対的に正側に設定してあるので、切れ味が高い。また本発明のＣＢＮボールエンドミルでは前記のラジアルレーキ１４によって図１０（ｄ）に示すように切削抵抗が小さくなる。小径ＣＢＮエンドミルへの要望は、仕上げ切削において、高精度かつ高品位にワーク１２を加工することであり、特に刃部１の食付き性は重要である。また、特に、刃径Ｄに対する首下長さＬの比率が５倍以上になるような小径のロングネックエンドミルの場合においては、刃部１の食付き性が低い場合、振動が発生しやすくなり、加工面品位を下げてしまう。また、同時に工具の倒れが大きくなってしまう為に、加工精度が低下し、加工狙いに対する誤差である削り残し量が多くなってしまう。
【００３５】  図１１（ａ）〜（ｄ）は、従来のエンドミルと本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルを用いて勾配面の切削を行った場合を示す。図１１（ｂ）は本発明のＣＢＮボールエンドミルの図９のＢ−Ｂ断面を示す図である。（ａ）は前記Ｂ−Ｂ断面に相当する位置での従来のボールエンドミルの断面を示す図である。（ｃ）は、（ａ）の断面を有するボールエンドミルの勾配面の切削における切削抵抗の方向を示す概略図である。（ｄ）は、（ｂ）の断面を有するボールエンドミルの勾配面の切削における切削抵抗の方向を示す概略図である。図１１（ｃ）の従来のエンドミルも、図１１（ｄ）の本発明のエンドミルも共に振動が発生しやすい状況である勾配面の切削の場合であるが、本発明の場合は特に図１１（ｂ）に示すようにラジアルレーキ１４が負側に大きいため刃先剛性が向上し、欠けやチッピングの発生を抑制することができる。このようなことから、本発明の場合は、特に首下長さＬが刃径Ｄの５倍を超えるような首下長さＬが長い形状においても、底面切削、勾配面の切削のどちらにおいても安定して高能率で加工できるようになった。
【００３６】  本発明においては図２に示すように工具の回転軌跡とワークとの干渉部分を必要最低限だけ除去した干渉回避部分１０を外周刃回転方向後方に設けるとよい。これによってむだな工具剛性の低下を抑制でき、つまり全体の剛性が向上し、ワークとの干渉がないので、より安定した加工を実現することができる。ここで干渉回避部分１０の形状は凹状、凸状または多角形状などでよく、必要最低限のワークとの干渉部分を除去できればどのような形状でも効果を発揮することができる。
【００３７】  以下、本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルを実施例により具体的に説明するが、それらの実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００３８】  以下の表中にある各実施例では、本発明、従来例、比較例を区分として示し、資料番号は前記区分にかかわらず、連続の通し番号で記載した。
（実施例１）
実施例１は、代表的な従来例である右刃右ねじれの刃形状に対して、本発明の形状を有する右刃左ねじれの刃形状の切削結果を比較したものである。従来例１と本発明例２はいずれもにおいて、刃数が２枚刃、刃径１ｍｍ、ボール刃の半径Ｒ０．５ｍｍ、外周刃長さ０．１ｍｍすなわち刃長が０．６ｍｍとし、首下長さ１０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝１０）、シャンク径が４ｍｍの小径ＣＢＮロングネックボールエンドミルである。従来例１は右刃右ねじれのものと、本発明例２は右刃左ねじれのものを作製しテストに供した。被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）の焼き入れ鋼を用いた。ワーク形状は、図１２に示すように、１°の勾配が付く面を作製し、ワークの深さを１０ｍｍとし、底面部は加工面の状態を評価するために平面幅０．１ｍｍを形成した。切削条件は、工具性能の差を明確にするため径方向の切り込み量を０．０５ｍｍ、ピッチ方向の切り込み量は０．０５ｍｍと大きめに設定し、また、底面部の切り込み量は０．０５ｍｍとした。回転数は１６０００回／ｍｉｎ、送り速度は９６０ｍｍ／ｍｉｎとし、冷却にはミスト状のクーラントを使用し、工具の逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍになるまで切削を行った。切削結果は刃の損傷状況、勾配面での加工面状態、底面部での加工面状態、工具寿命で比較した。それらの結果を表１に示す。【００３９】
【表１】
2010162677.tif 000003
【００４０】  切削試験の結果、従来例１は、上記で説明したように工具剛性が低いため振動が発生した。これにより刃先に欠けが発生しており、勾配面での加工面状態の加工面粗さが悪くなったと思われる。勾配面には刃欠けによる刃先の段差が転写された形で、スジが多く残っていた。これに対して、本発明例２は非常に安定した加工面であり、勾配面の面粗さの最大高さはＲｚ＝０．６８μｍであった。また工具寿命では、比較例１が１２０ｍで規定の逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍに達していたのに対して、本発明例２は４００ｍまで削っても逃げ面摩耗幅は０．０７ｍｍであり継続して加工可能な状態であった。また、ワークの底面部での加工面状態を比較すると、本発明例２は均一なカッターマークの加工面が得られたのに対して、比較例１は不均一なカッターマークが発生していると共に、加工面がムシレた状態になっていた。従来例１ではミスト状のクーラントが充分に供給できておらず、加工面にムシレが発生したのに対して、本発明２は先端部まで充分にミストクーラントを供給して、良好な加工面粗さを得られるからである。【００４１】  （実施例２）
実施例２では刃数が２枚刃、刃径１ｍｍ、ボール刃の半径Ｒ０．５ｍｍ、外周刃長さ０．１ｍｍすなわち刃長が０．６ｍｍとし、首下長さ１０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝１０）、シャンク径が４ｍｍ、右刃左ねじれの小径ＣＢＮロングネックボールエンドミル形状であるものの、ボール刃すくい面と外周刃すくい面の形状の相違による影響を確認した。本発明例５において、ボール刃すくい面と外周刃すくい面を同一平面で形成するように、ボール刃すくい面と外周刃すくい面を同時に研削する方法を用いて製作した。比較例として、ボール刃すくい面と外周刃すくい面を別工程で形成したボール刃すくい面と外周刃すくい面の角度差が１０°とした比較例３と、ボール刃すくい面と外周刃すくい面の角度差を３°と小さくした比較例４を用いて切削テストを実施した。比較例３，４の外周切れ刃のすくい面は、図５に示す従来のボールエンドミルと同様に、外周溝研削を行う方法で形成した。切削試験は、実施例１と同様の切削条件、加工ワーク形状、加工方法にて行い、切削結果は刃の損傷状況、勾配面での加工面状態、工具寿命で比較し評価した。その結果を、表２に示す。【００４２】
【表２】
2010162677.tif 000004
【００４３】  切削試験の結果、比較例３，４共に振動が発生し、これにより比較例３では１５０ｍ削った段階で、比較例４では２４０ｍｍ削った段階で、いずれも逃げ面に大きなカケが発生した。勾配面での加工面状態としては、勾配面にはカッターマークが多く残った状態で、さらにうねりが発生していた。また、勾配面にはピッチ方向にスジが発生しており、勾配面の面粗さの最大高さは共にＲｚ＝２μｍ以上になった。これに対して、本発明例５はビビリ振動の発生もなく、安定した加工面状態であった。特に勾配面の面粗さの最大高さはＲｚ＝０．６６μｍであり、比較例と比べても非常に小さな面粗さを得ることができた。本発明例５は４００ｍ削った段階でも特に大きな欠損は無く、逃げ面摩耗幅も０．０５６ｍｍと小さく、継続して加工可能な状態であった。【００４４】  （実施例３）
実施例３は、ボール刃のアキシャルレーキの影響を確認したものである。比較例６、本発明例７〜１１、比較例１２は、基本的な工具形状は本発明例５と同じにして、表３に示すようにボール刃のアキシャルレーキを変えたものを製作して切削試験に供した。被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）の焼き入れ鋼を用いた。本試験では、底面切削にてボール先端部の評価を行った。切削条件は、軸方向の切り込み量を０．０５ｍｍ、ピッチ方向の切り込み量を０．０５ｍｍ、回転数は１６０００回／ｍｉｎ、送り速度は９６０ｍｍ／ｍｉｎとし、冷却にはミスト状のクーラントを使用して切削距離が４００ｍになるまで評価を行った。切削結果は刃の損傷状況、底面部での加工面状態で比較した。結果を表３に示す。【００４５】
【表３】
2010162677.tif 000005
【００４６】  切削試験の結果、本発明例７〜１１のものはビビリ振動もなく、４００ｍ削った段階でも刃先は安定した逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍ以下の摩耗状態であり、継続して加工可能な状態であった。また、加工面状態も良好な仕上げ面であり、底面部の面粗さの最大高さは全てＲｚ＝１μｍ以下であり、均一なカッターマークを得ることができた。これに対して、比較例６は刃先の剛性が低いことから、底面からの抵抗に対して弱いため、すくい面側に大きな欠けが生じた。また、比較例１２は逃げ面側へ大きなチッピングが発生し、その後すくい面側に摩耗が進行していた。これはアキシャルレーキが負側に大きすぎるため、切削時に受ける刃先の抵抗が大きくなることが原因で逃げ面側へのチッピング発生したと考えられる。【００４７】  （実施例４）
実施例４は、ボール刃先端部のラジアルレーキの影響を確認した本発明例である。本発明例１３〜１７は、工具基本形状を本発明１０と同じにして、表４に示すようにボール刃の先端からシャンク側に０．０２ｍｍ入った所までのラジアルレーキを変えたものを製作し切削試験に供した。ボール刃の先端からシャンク側に０．０２ｍｍ入った所までとは、ボール刃全体の長さの２０％に相当する範囲である。被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）の焼き入れ鋼を用いた。本試験では、底面切削にてボール先端部の評価を行った。切削条件は、軸方向の切り込み量を０．０５ｍｍ、ピッチ方向の切り込み量を０．０５ｍｍ、回転数は１６０００回／ｍｉｎ、送り速度は９６０ｍｍ／ｍｉｎとし、冷却にはミスト状のクーラントを使用して切削距離が４００ｍになるまで評価を行った。切削結果は刃の損傷状況、底面部での加工面粗さで比較した。結果を表４に示す。【００４８】
【表４】
2010162677.tif 000006
【００４９】  切削試験の結果、本発明例１３〜１７のもの全てにおいて、４００ｍ削った段階でも刃先は安定した逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍ以下の摩耗状態であり、継続して加工可能な状態であった。従って、工具寿命では従来のボールエンドミルに比較して良好な結果を得た。底面部での加工面粗さで比較をすると、いずれも加工面粗さは発明の目的からは満足できるものであるが、本発明例１５が最も小さな加工面粗さを得ることができた。本発明例１７がこのグループの中では相対的に加工面粗さの最大高さＲｚが大きく、本発明例１７のようにラジアルレーキが正になると食付き性は向上するが、刃先の剛性が低下するため刃先の微少なチッピングが加工面粗さに影響していると考えられる。一方、本発明例１３のようにラジアルレーキが大きな負になると刃先の受ける切削抵抗が向上し、若干の振動発生に影響してしまった。この結果より、ボール刃全体の長さの２０％の範囲でのラジアルレーキが０°から−１０°の範囲であると、より安定して長時間加工することが可能であることを確認した。【００５０】  （実施例５）
実施例５は本発明１８〜２３において、工具基本形状を本発明１５と同じとして（よって、ボール刃先端部のラジアルレーキは実施例４で最適と確認した−５°である。）、外周刃側のボール刃のラジアルレーキを変えたものを製作しテストに供した。被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）の焼き入れ鋼を用いた。ワーク形状は、図１２に示すように、１°の勾配が付く面を作製し、ワークの深さを１０ｍｍとし、底面部は加工面の状態を評価するために平面幅０．１ｍｍを形成した。切削条件は、径方向の切り込み量を０．０５ｍｍ、ピッチ方向の切り込み量は０．０５ｍｍと大きめに設定し、故意に振動を発生させる為に回転数はこれまでの回転数よりも上げた３００００回／ｍｉｎとし、送り速度も１２５０ｍｍ／ｍｉｎとして、冷却にはミスト状のクーラントを使用して試験を行った。切削結果は刃の損傷状況、底面部での加工面状態、勾配面での加工面粗さ、削り残し量で比較した。結果を表５に示す。【００５１】
【表５】
2010162677.tif 000007
【００５２】  全ての工具において若干のビビリ振動を発生させた状態でテストを行った結果、本発明例１９〜２２は刃の損傷状況も安定した摩耗であり、勾配面での面粗さの最大高さがＲｚ＝１μｍ以下、底面部での加工面状態としてもスジやムシレもなく、削り残し量が０．０１５ｍｍ以下で良好であり、非常に高精度な加工を実現することができた。特に、本発明例２０は加工面粗さ、削り残し量ともに最も優れた結果となった。また刃先の剛性と食付き性の面においてもラジアルレーキはー２０°付近が良好であり、本発明の中でもさらに安定して高能率で加工できる刃形形状であることを確認した。本発明例１８のものは、面粗さの最大高さがＲｚ＝１μｍ以下、底面部での加工面状態としてもスジやムシレもなく安定した摩耗で良好であったが、このグループの中では相対的に削り残し量が０．０２５ｍｍと大きかった。これは外周側のラジアルレーキが負側に大きく、切削抵抗が大きくなったためと考えられる。一方、本発明例２３、２４において、刃の損傷状況、面粗さの最大高さ、底面部での加工面状態も共に、本発明例１９〜２２と同様に良好な状況を示していたが、ラジアルレーキが負側に小さいと、刃先の剛性が若干下がることで摩耗が進行し、削り残し量が増加したと考えられる。この結果より、外周側のボール刃のラジアルレーキは−１０°を超え、−２５°までとするのがより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】  本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルが適用できる産業分野を例示すれば、金型や部品の加工等において、特にＨＲＣ５０以上の高硬度材の加工であって、長時間にわたって安定して高精度な加工が可能である。具体的な適用分野は、例えば携帯電話などのプラスチック金型の仕上げ加工や、ギアなどＨＲＣ６０以上の被削材となる鍛造金型の仕上げ加工に適している他、加工範囲の広い金型においても１本の工具で広範囲を切削できる。従来品よりも高精度な加工が可能であるため、より高精度な切削を求められる精密金型の加工に適している。
【符号の説明】
【００５４】  １  刃部
２  首部
３  接合部
４  シャンク
５  ボール刃
６  外周刃
７  外周刃長さ
８  ボール刃すくい面
９  外周刃すくい面
１０  干渉回避部分
１１  切れ刃の接触長さ
１２  被削材（ワークとも言う）
１３  アキシャルレーキ
１４  ラジアルレーキ
１５  ボール刃全体の長さ
１６  ２０％の範囲
１７  ボール刃先端
１８  ワークの上面
１９
２０
Ｄ  刃径
Ｌ  首下長さ
Ｒ  半径
【図１】
2010162677.tif 000008
【図２】
2010162677.tif 000009
【図３】
2010162677.tif 000010
【図４】
2010162677.tif 000011
【図５】
2010162677.tif 000012
【図６】
2010162677.tif 000013
【図７】
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【図８】
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【図９】
2010162677.tif 000016
【図１０】
2010162677.tif 000017
【図１１】
2010162677.tif 000018
【図１２】
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