(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃径がシャンク径より小さく、首部にテーパ部を有するエンドミルにおいて、該エンドミルの側面視で、該テーパ部の刃部側に凹状部を設け、該凹状部は漸次外径が大きくなる連続曲線からなり、該凹状部とテーパ部との繋ぎの位置の直径を刃径の１．５倍以上の位置としたことを特徴とするテーパ部を有するエンドミル。
【請求項２】
請求項１記載のテーパ部を有するエンドミルにおいて、該凹状部を円弧状で形成すると共に、該円弧の曲率半径がテーパ部前端部の外径と後端部の外径との差の２倍〜８倍であることを特徴とするテーパ部を有するエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、マシニングセンタ等の工作機械を使用して用いる小径エンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
製品の軽薄短小化に伴い、その部品や金型が小さくなり、これらを加工するエンドミルにおいても刃径が３ｍｍ以下のいわゆる小径エンドミルのニーズが高まっている。小径エンドミルは中径や大径のものと異なり、工具寿命が折損によるものが大半を占めている。これは、小径であるが故、剛性面が弱く、また、小径エンドミルは一般に刃径がシャンク径より小さく、刃部とシャンク部を首部のテーパ部を介して繋いでおり、刃部または首部のストレート部と首部のテーパ部との繋ぎ部に凹状の段差を生じ、切削応力がこの段差部に集中することにより、折損しやすく、工具寿命が短かった。これを改善したものに特開平１０−１５１５１３号公報に開示される小径エンドミルがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
小径エンドミルの工具寿命状況は、大きく２種類あり、第１に切削中のエンドミルのたわみ量が大きくなり、その負荷が工具剛性を超え、折損する場合である。一般にエンドミルのたわみ量は工具突き出し長さの３乗に比例すると言われており、これを小径エンドミルに置き換えると、小径エンドミルのたわみ量はエンド端からたわみの起点までの長さの３乗に比例することになり、エンド端からたわみの起点までの長さは、僅かな差でも大きな影響がある。ここで、たわみの起点は、外径が増加する勾配が大きくなる変曲点付近となるため、この部位は特に応力集中を生じ易く、少ない工具摩耗、即ち少ない切削負荷で折損に至る。第２は、切削中のびびり振動による切れ刃のチッピング、欠け等の異常摩耗発生した場合である。小径エンドミルの場合、切削中のびびり振動は中径や大径のものと異なり、工具自体の剛性が高いほど発生しやすい傾向にある。これは、小径であるが故、元々の剛性面が弱く、びびり振動を抑制するまでの剛性を得ることができないためである。尚、工具剛性を弱くしすぎると、たわみが大きくなり、第１の理由で折損に至る。
【０００４】
しかしながら、特開平１０−１５１５１３号公報の小径エンドミルは、段差を有しないものの変曲点と大差ない状態であるため、切削応力はこの部位に集中し、またこの部位の外径が細いため、強度低下を抑制した効果は少なく、折損しやすい状態は変わらず、工具寿命が短いという課題があった。また、テーパ部全体をアール状にしたものは、切削時の応力集中を分散させる効果はあるものの、エンド端からたわみの起点までの長さが長くなり過ぎ、たわみが大きく、且つ、切削中のびびり振動が激しく、切れ刃のチッピング、欠損等の異常摩耗発生により工具寿命が短いという課題があった。
【０００５】
【本発明の目的】
本発明は、以上のような背景をもとになされたものであり、切削による応力集中を分散するとともに、工具のたわみ量を制御することにより、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命が向上する小径エンドミルを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため、本願発明は、刃径がシャンク径より小さく、首部にテーパ部を有するエンドミルにおいて、該エンドミルの側面視で、該テーパ部の刃部側に凹状部を設け、該凹状部は漸次外径が大きくなる連続曲線からなり、該凹状部とテーパ部との繋ぎの位置の直径を刃径の１．５倍以上の位置としたことを特徴とするテーパ部を有するエンドミルである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
先ず、テーパ部の刃部側に凹状部を有したことにより、たわみの起点を凹状部のシャンク端側に位置させるとともに、その直径径を太くすることができる。これにより、首部のストレート部と凹状部とを段差を生じないように滑らかに繋ぐことができ、且つ、たわみの起点を凹状部のシャンク端側に位置させることになり、エンド端からたわみの起点までの長さを制御できる。更に、繋ぎの位置の直径を刃径の１．５倍以上の位置に設けることにより、太くすることにより強度を高めることができる。工具側面視で外径が増加する勾配が大きくなる変曲点、凹状の屈曲部、外径が極小値となる部位等では切削応力が集中しやすく、応力が集中しやすい部位があると、少ない切削負荷でも折損に至るため、該凹状部を漸次外径が大きくなる連続曲線とし、応力集中を分散させるとともに、たわみの起点となる位置の外径を太くし、強度と耐折損性を向上させた。連続曲線は、剛性面で一番安定する円弧状が望ましく、円弧状の曲率半径が大きいほど、応力集中を分散させる効果が大きいが、その反面、凹状部の曲率半径が大きくなるにしたがって、繋ぎ部の位置がシャンク側に移動し、必要以上にエンド端からたわみの起点までの長さが長くなる。そのため、より好ましくは、テーパ部の刃部側、すなわちテーパ部の半分より刃側の位置が良い。
【０００８】
本願発明では、小径ゆえに、繋ぎの位置の直径の上限は、刃径によりその適切な径の太さが大きく変動する。例えば、刃径０．５ｍｍでは、シャンク径４ｍｍを用いるので、径の差が８倍あり、凹状部を設けて１．５〜６倍程の太さとするのが好ましい。更に好ましくは、３〜６倍である。同様に、刃径１ｍｍでは、径の差が４倍となるため、１．５〜３倍程度の太さとするのがのましい。また、刃径３ｍｍでは、シャンク径６ｍｍを用いるので、径の差が２倍となり、凹状部を設けて１．２〜１．６倍程度まで設けることができる。本発明では、これらの相乗効果により、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命を大幅に向上することができた。
【０００９】
テーパ部前端部の外径と後端部の外径との差によってもテーパ部の形状が変わってくることから、曲率半径は、テーパ部前端部の外径と後端部の外径との差の２倍〜８倍の範囲が良い。これは、曲率半径がテーパ部前端部の外径と後端部の外径との差の２倍よりも小さくなると、たわみの起点となる部位の外径が小さくなると共に、応力集中を分散させる効果が少なく折損を引き起こす可能性がある。また、８倍を越えるとエンド端からたわみの起点までの距離が長くなり必要以上に剛性が下がってしまい十分な加工精度が得にくくなるからであり、好ましくは、２．５倍〜５倍が望ましい。更に、テーパ部のテーパ片角が大きくなると凹状部の曲率半径を小さくせざるえなくなり、たわみの起点で応力が集中しやすく折損の原因となり、切削中に被削材との干渉も生じ易くなる。小さくなると必要以上にテーパ部の長さが長くなるため、工具剛性が低下することから、テーパ部のテーパ片角は１０°〜１５°の範囲が望ましい。首部に工具軸線に対して略平行のストレート部を有する場合、ストレート部を被削材と干渉しない程度に微小テーパを設けても良く、テーパ部の凹状部と滑らかに繋ぐことにより、凹状部の曲率半径を大きくでき、応力分散において一層効果が向上するとともに、剛性面の向上が計れる。ここで、１／１０〜１／１００程度の微小テーパでも十分効果がある。本発明を適用することにより、テーパ部を有するエンドミルにおいて、切削による応力集中を分散するとともに、工具のたわみ量を制御することにより、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命を大幅に向上することができた。以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【００１０】
（実施例１）
本発明例１として、図１に示す、工具母材が超硬合金製の工具刃径０．４ｍｍ、シャンク径４ｍｍ、刃数２枚刃、外周ねじれ角が３０°、エンドすくい角が５°、刃長が０．６ｍｍで、一般に首盗みタイプと呼ばれる、首部１がストレート部２、凹状部３、テーパ部４とからなり、首部ストレート部の直径は刃部５の刃径よりも小さい径で、工具軸線に平行のストレート部を有している。刃長と首部ストレート部２の長さの和、即ち首下長さ６が３ｍｍ、テーパ部４のテーパ片角７が１２°、凹状部３は円弧状に設け、繋ぎの位置８の直径は２．２ｍｍとし、刃径の５．５倍としたソリッドスクエアエンドミルに、ＴｉＡｌＮコ−ティングを３μｍ被覆したものを製作した。
比較のため、従来例２として、図２に示す、首部ストレート部２と直線状のテーパ部４とを微小アールで繋ぎ、繋ぎ部に段差をなくしたタイプ、従来例３として、図３に示す、テーパ部４全体をアール状にし、首部ストレート部２と段差を生じないように滑らかに繋いだタイプを製作した。
【００１１】
切削諸元は、被削材にプリハ−ドン鋼（ＨＲＣ３８）を用い、回転数１９５００ｍｉｎ−１、送り速度２００ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量は工具軸方向に０．００８ｍｍ／回とし、油性の切削液を用いて湿式による等高線リブ溝切削を行い、切削状態と仕上げ面の観察を行った。ここで等高線リブ溝切削の形状は、幅が０．５ｍｍで深さが３ｍｍで曲線加工部を有した止まり溝であり、工具軸方向送り回数３７５回で等高線加工を行った。その結果、本発明例１は折れる事なく、図４に示す、加工面もびびり等のない良好な加工面であるのに対し、従来例２は、切削途中に刃部と首部の繋ぎ目を起点に折損し、従来例３は、折れることはなかったものの、図５に示す、加工面にはびびりが発生し、たおれ精度も悪く、刃先等に欠損を生じており、工具としてもすでに工具寿命に達していた。
【００１２】
（実施例２）
本発明例４〜１２として、次に、本発明例１と同仕様で、凹状部の形状が漸次外径が大きくなる連続曲線であり、その凹状部の形状を円弧形状にし、円弧状の曲率半径がテーパ部前端部の外径と後端部の外径との差の、本発明例４として１．５倍、本発明例５として２倍、本発明例６として２．５倍、本発明例７として３倍、本発明例８として４倍、本発明例９として５倍、本発明例１０として６倍、本発明例１１として８倍、本発明例１２として１０倍、とした９種類のエンドミルを製作し、切削テストを行った。切削諸元は、被削材にプリハ−ドン鋼（ＨＲＣ３８）を用い、回転数１９５００ｍｉｎ−１、送り速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量は工具軸方向に０．０２ｍｍ／回とし、油性の切削液を用いて湿式による等高線リブ溝切削を行い、切削状態と仕上げ面の観察を行った。ここで等高線リブ溝切削の形状は、幅が１．２ｍｍで深さが１０ｍｍで曲線加工部を有した止まり溝であり、工具軸方向送り回数５００回で等高線加工を行った。その結果、どの工具もチッピングや欠損等の異常摩耗を生じず、折れることなく加工できた。ここで、本発明例５〜１１は、加工面もびびり等のない良好な加工面であり、特に本発明例６〜９が良好であり、更に本発明例７、８が安定していた。しかし、本発明例４は、被削材の加工面がびびり面の傾向にあり、若干加工面に影響を及ぼした。また、本発明例１２は、加工面のたおれ精度が若干悪い結果となり、これは曲率半径が大きくなったことにより、エンド端からたわみの起点までの長さが若干長くなり、加工面のたおれ精度に影響した。
【００１３】
【発明の効果】
本発明を適用することにより、小径エンドミルにおいて、切削による応力集中を分散するとともに、工具のたわみ量を制御することにより、チッピング、欠損及び折損を抑制し、工具寿命を大幅に向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明例の側面図を示す。
【図２】図２は、従来例２側面図を示す。
【図３】図３は、従来例３の側面図を示す。
【図４】図４は、図１のエンドミルを用いたテスト結果を示す説明図を示す。
【図５】図５は、図３のエンドミルを用いたテスト結果を示す説明図を示す。
【符号の説明】
１  首部
２  首部ストレート部
３  凹状部
４  テーパ部
５  刃部
６  首下長さ６
７  テーパ部４のテーパ片角
８  凹状部とテーパ部の繋ぎの位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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