(57)【要約】【課題】切削加工後の被削面粗さを十分に良好なものとするボールエンドミルを提供する。【解決手段】部分球状部１６ａに少なくとも１本のスリット１８が先端から放射状に形成され、そのスリット１８のエッジ１８ａが切削加工におけるボール刃として機能するものであることから、基本は部分球状部１６ａ総当たりの仕様とすることで仕上げを重視した切削加工が実現できると共に、削り残しが発生していた場合でも切れ刃として機能するスリット１８により仕上げ切削加工延いては研削加工に近い加工を行うことができる。すなわち、切削加工後の被削面粗さを十分に良好なものとするボールエンドミル１０を提供することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体の先端に部分球状部が設けられ、該部分球状部に形成されたボール刃により切削を行うボールエンドミルであって、
前記部分球状部に少なくとも１本のスリットが先端から放射状に形成され、該スリットのエッジが前記ボール刃として機能するものであること
を特徴とするボールエンドミル。
【請求項２】
前記部分球状部の軸心を基準として該部分球状部の中心角４５°の断面形状において、前記スリットのエッジのすくい角が５°以上１５°以下の範囲内である請求項１に記載のボールエンドミル。
【請求項３】
前記部分球状部の軸心を基準として該部分球状部の中心角４５°の断面形状において、前記スリットの幅寸法が０．０５Ｄ以上０．１５Ｄ以下の範囲内である請求項１又は２に記載のボールエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールエンドミルに関し、特に、そのボールエンドミルによる切削加工後の被削面粗さを十分に良好なものとするための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
工具本体の先端に部分球状部が設けられ、その部分球状部に形成されたボール刃により切削を行うボールエンドミルが知られている。例えば、特許文献１に記載された球状刃エンドミルがそれである。斯かるボールエンドミルは、例えばよく知られたマシニングセンタに取り付けられて用いられることで３次元自由曲面の切削加工を可能とするものであり、金型のならい加工やコーナーアールの加工等、各種被削材の切削加工に広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５６６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記ボールエンドミルを用いた金型の加工では、通常、切削加工後の被削面に磨き加工が施される。特に、意匠面等は、金型に鏡面が求められるため、斯かる磨き加工の必要性が高いが、従来の技術では、この磨き加工に要するコストが問題となっていた。すなわち、従来のボールエンドミルによる切削加工では十分な被削面粗さが得られないため、手作業で仕上げ研磨を行う必要があるが、磨き技術や加工時間に人的或いは時間的コストを要するという弊害があった。斯かる弊害を解消するため、ダイヤモンドやＣＢＮ工具等を用いて同様の加工を行うことが考えられるが、工具コストがかさむという新たな弊害を生じさせるものであった。このため、切削加工後の被削面粗さを十分に良好なものとするボールエンドミルの開発が求められていたが、斯かるボールエンドミルは未だ開発されていないのが現状である。
【０００５】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、切削加工後の被削面粗さを十分に良好なものとするボールエンドミルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
斯かる目的を達成するために、本第１発明の要旨とするところは、工具本体の先端に部分球状部が設けられ、その部分球状部に形成されたボール刃により切削を行うボールエンドミルであって、前記部分球状部に少なくとも１本のスリットが先端から放射状に形成され、そのスリットのエッジが前記ボール刃として機能するものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
このように、前記第１発明によれば、工具本体の先端に部分球状部が設けられ、その部分球状部に形成されたボール刃により切削を行うボールエンドミルであって、前記部分球状部に少なくとも１本のスリットが先端から放射状に形成され、そのスリットのエッジが前記ボール刃として機能するものであることから、基本は前記部分球状部総当たりの仕様とすることで仕上げを重視した切削加工が実現できると共に、削り残しが発生していた場合でも切れ刃として機能する前記スリットにより仕上げ切削加工延いては研削加工に近い加工を行うことができる。すなわち、切削加工後の被削面粗さを十分に良好なものとするボールエンドミルを提供することができる。
【０００８】
前記第１発明に従属する本第２発明の要旨とするところは、前記部分球状部の軸心を基準としてその部分球状部の中心角４５°の断面形状において、前記スリットのエッジのすくい角が５°以上１５°以下の範囲内である。このようにすれば、前記スリットのエッジに必要十分な切削性能を付与することができ、そのスリットにより仕上げ切削加工延いては研削加工に近い加工を行うことができる。
【０００９】
前記第１発明乃至第２発明に従属する本第３発明の要旨とするところは、前記部分球状部の軸心を基準としてその部分球状部の中心角４５°の断面形状において、工具径をＤとして前記スリットの幅寸法が０．０５Ｄ以上０．１５Ｄ以下の範囲内である。このようにすれば、前記スリットのエッジに必要十分な切削性能を付与できることに加え、余の部分球状部により仕上げを重視した切削加工が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の好適な実施例であるボールエンドミルを軸心に垂直な方向から見た正面図である。
【図２】図１に示すボールエンドミルに備えられた刃部の構成を詳しく説明する正面図である。
【図３】図２に示す刃部に形成されたスリットの構成を詳しく説明する写真である。
【図４】図２に示す刃部を一点鎖線IVで切断して示す部分断面図である。
【図５】本発明の効果を検証するために本発明者等が行った試験について説明する図であり、従来品による切削加工後の被削面のピックフィード方向の粗さ曲線を示している。
【図６】本発明の効果を検証するために本発明者等が行った試験について説明する図であり、従来品による切削加工後の被削面の送り方向の粗さ曲線を示している。
【図７】本発明の効果を検証するために本発明者等が行った試験について説明する図であり、本実施例のボールエンドミルによる切削加工後の被削面のピックフィード方向の粗さ曲線を示している。
【図８】本発明の効果を検証するために本発明者等が行った試験について説明する図であり、本実施例のボールエンドミルによる切削加工後の被削面の送り方向の粗さ曲線を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のボールエンドミルは、好適には、金型の加工面やキャビティをはじめとする３次元曲面を加工するための切削加工に用いられる。好適には、加工対象となる曲面に沿って切削加工を行うならい加工法や、加工対象となる部分の高さを段階的に変化させながら切削加工を行う等高線加工法等による金型の加工に用いられるが、その他にも各種被削材の切削加工に広く用いられる。
【００１２】
本発明のボールエンドミルの材質としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の材料でもよい。必要に応じてＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の硬質被膜を刃部等の表面にコーティングすることが望ましい。
【００１３】
本発明のボールエンドミルは、好適には、部分球状部に３本のスリットが放射状に形成された３刃ボールエンドミルであるが、斯かる部分球状部に１本乃至２本のスリットが形成されたもの、或いは４本以上のスリットが形成された多刃ボールエンドミルにも本発明は好適に適用される。
【００１４】
本発明のボールエンドミルに設けられたスリットは、好適には、部分球状部の軸心側端部から外周側へ向かって捩れることなく形成されたもの、換言すれば、部分球状部の軸心を含む平面に沿って形成されたものであるが、軸心側端部から外周側へ向かうに従って、換言すれば工具先端から離隔するに従って、切削加工方向と反対方向へ捩れたスパイラル状に形成されたものであってもよい。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明に用いる図面において、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。
【００１６】
図１は、本発明の好適な実施例であるボールエンドミル１０を軸心に垂直な方向から見た正面図である。この図１に示すように、本実施例のボールエンドミル１０は、円柱形状のシャンク部１２と、首部１４と、工具本体の先端に設けられて切削加工に関与する刃部１６とを、一体的に備えている。前記ボールエンドミル１０は、好適には、例えば超硬合金や高速度工具鋼等の材料の研磨加工により、前記シャンク部１２、首部１４、及び刃部１６が一体に形成されたものである。
【００１７】
図２は、前記ボールエンドミル１０に備えられた刃部１６の構成を詳しく説明する正面図である。この図２に示すように、前記ボールエンドミル１０に備えられた刃部１６は、少なくとも一部が規定の径寸法の球面に相当する部分球状部１６ａと、斯かる部分球状部１６ａのシャンク側に、例えばその部分球状部１６ａと等しい径寸法の円筒状をなす外周部１６ｂとを、備えている。好適には、規定の径寸法の半球に相当する部分球状部１６ａのシャンク側に、その部分球状部１６ａと等しい径寸法の円筒に相当する外周部１６ｂが一体に設けられている。好適には、前記刃部１６の表面には、必要に応じてＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等の硬質被膜がコーティングされる。
【００１８】
図３は、前記刃部１６に形成されたスリット１８の構成を詳しく説明する写真であり、図４は、前記部分球状部１６ａの軸心Ｃを基準としてその部分球状部１６ａの中心角（対応する球面の中心をＯとして軸心Ｃを一方の半径とした場合の中心角）４５°の断面形状（Ｒ４５°位置断面）を例示する図、すなわち図２に示す刃部１６を一点鎖線IVで切断して示す部分断面図である。図２〜図４に示すように、本実施例のボールエンドミル１０における前記部分球状部１６ａには、少なくとも１本のスリット１８が先端から放射状に形成されている。好適には、図２及び図３に示すように、前記部分球状部１６ａに３本のスリット１８が等しい角度間隔（部分球状部１６ａの頂部から視た場合に１２０°間隔）で放射状に形成された３刃ボールエンドミルであるが、前記部分球状部１６ａに１本乃至２本のスリットが形成されたもの、或いは４本以上のスリットが形成されたものであってもよい。斯かる構成においても、前記スリット１８は前記部分球状部１６ａの頂部から視た場合に等しい角度間隔で形成されることが望ましい。前記スリット１８は、好適には、図２に示すように、前記部分球状部１６ａの軸心Ｃ側端部から外周部１６ｂへ向かって捩れることなく形成されたもの、換言すれば、前記部分球状部１６ａの軸心Ｃを含む平面に沿って形成されたものであるが、軸心Ｃ側端部から外周側へ向かうに従って、換言すれば工具先端から離隔するに従って、切削加工方向と反対方向へ捩れたスパイラル状に形成されたものであってもよい。図３の写真において、前記スリット１８は工具先端（部分球状部１６ａに対応する球面の頂部）までは延伸して設けられていないが、少なくとも１本のスリット１８が工具先端まで延伸して設けられたものであってもよい。
【００１９】
図４に示すように、前記スリット１８は、好適には、前記部分球状部１６ａの中心Ｏを含む断面形状において円弧状をなすように構成されている。好適には、前記スリット１８のエッジ１８ａすなわちそのスリット１８と前記部分球状部１６ａ表面との境界（縁部）は鉤状（フック状）とされており、そのエッジ１６ａのすくい角θは正の値とされたものである。前記スリット１８は、好適には、前記部分球状部１６ａの軸心Ｃを基準としてその部分球状部１６ａの中心角φ＝４５°の断面形状において、前記エッジ１８ａのすくい角θが５°以上１５°以下の範囲内となるように形成されたものである。前記スリット１８は、好適には、前記中心角φ＝４５°の断面形状において、幅寸法ｗすなわち前記部分球状部１６ａとの境界部分（部分球状部１６ａの表面）における幅（長手方向に垂直な方向の長さ寸法）が、工具径をＤとして０．０５Ｄ以上０．１５Ｄ以下の範囲内となるように形成されたものである。前記スリット１８は、好適には、その深さ寸法ｄすなわち前記部分球状部１６ａの表面を基準とする径方向の深さ（法線方向の深さ寸法）が０〜０．２Ｄ程度（工具先端付近においてはスリット１８が形成されず、その深さが０となる場合がある）、最深部で０．２Ｄ程度とされたものである。前記スリット１８は、少なくとも前記部分球状部１６ａ（中心Ｏに対応する球面に相当する部分）に設けられたものであればよく、必ずしも前記外周部１６ｂにまで延伸して設けられたものでなくともよい。
【００２０】
本実施例のボールエンドミル１０の具体的な寸法として、前記シャンク部１２は、例えば径寸法６ｍｍφ程度、長さ寸法４０ｍｍ程度の円柱形状とされたものである。前記首部１４は、例えば径寸法３．８５ｍｍφ程度、長さ寸法４ｍｍ程度の円柱形状とされたものであり、例えば図１に示すように、前記シャンク部１２から首部１４へ向かって径寸法が漸減させられるテーパ部が設けられている。前記刃部１６は、例えば軸方向長さ寸法（刃長）４ｍｍ程度、径寸法４ｍｍφ程度とされたものであり、前記部分球状部１６ａにおける球面は、例えば半径２ｍｍ程度に相当するものである。前記スリット１８のエッジ１８ａのすくい角θは、例えば前記中心角φ＝４５°の断面形状において１０°程度とされたものである。前記スリット１８の幅寸法ｗは、例えば前記中心角φ＝４５°の断面形状において０．１Ｄ程度（Ｄ＝４ｍｍの場合、ｗ＝０．４ｍｍ程度）とされたものである。前記スリット１８の深さ寸法ｄは、例えばその最深部において０．２Ｄ程度（Ｄ＝４ｍｍの場合、ｗ＝０．８ｍｍ程度）とされたものである。
【００２１】
以上のように構成された本実施例のボールエンドミル１０による被削材の切削加工においては、前記シャンク部１２において図示しないマシニングセンタ等の切削装置に取り付けられてその切削装置により軸心まわりに回転駆動させられることにより、前記スリット１８のエッジ１８ａにより被削材に対する切削加工が行われる。すなわち、前記スリット１８のエッジ１８ａが前記ボールエンドミル１０による切削加工におけるボール刃（切れ刃）として機能する。本実施例のボールエンドミル１０は、好適には、金型のキャビティをはじめとする３次元曲面を加工するための切削加工に用いられる。例えば、加工対象となる曲面に沿って切削加工を行うならい加工法や、加工対象となる部分の高さを段階的に変化させながら切削加工を行う等高線加工法等による金型の加工に好適に用いられる。ここで、本実施例のボールエンドミル１０の刃部１６においては、前記部分球状部１６ａの表面が切削加工に際して被削材における被削面に当接（摺接）させられる構成とされているため、そのバニシ効果（バニシング）により、切削加工後の被削面の面粗さを最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）で１．２μｍ以下といった磨き面に近いものとすることができる。更に、前記エッジ１８ａがボール刃として機能するスリット１８が前記部分球状部１６ａに形成されていることで、削り残しが発生していた場合でも好適に仕上げ切削加工延いては研削加工に近い加工を行うことができる。
【００２２】
続いて、本発明の効果を検証するために本発明者等が行った試験について説明する。本発明者等は、前記ボール刃に沿って二番角１７°に対応する二番面（逃げ面）が形成されると共に、その二番面の幅寸法が０．１ｍｍ、ボール刃のすくい角が５°、コーティング無しとされたＲ２ボールエンドミル従来品（標準品）と、前記部分球状部１６ａに３本の前記スリット１８が放射状に形成され、前記中心角φ＝４５°の断面形状において前記エッジ１８ａのすくい角θが１０°、スリット幅ｗが０．４ｍｍ（＝０．１Ｄ）、前記外周部１６ｂとの境界におけるスリット深さｄが０．８ｍｍ（＝０．２Ｄ）とされた本実施例のボールエンドミル１０とを用意し、それぞれのボールエンドミルを用いて以下の切削条件で切削試験を行った。
【００２３】
［切削条件］
・被削材：ＳＴＡＶＡＸ（登録商標）５０ＨＲＣ
・被削材形状：Ｒ１１ｍｍコア形状
・走査線加工
・工具形状：Ｒ２ボールエンドミル
・主軸回転速度：２００００ｒｐｍ
・送り速度：１０００ｍｍ／ｍｉｎ
・ピックフィード：０．１ｍｍ
・切込量：０．０５ｍｍ
・切削油：センタースルーオイルミスト
【００２４】
図５〜図８は、前記切削試験の結果として、各試料による切削加工後の被削面の面粗さを示す粗さ曲線を例示するものであり、前記従来品による切削加工後の被削面のピックフィード方向の粗さ曲線を図５に、送り方向（被削材周面の円周方向）の粗さ曲線を図６に、本実施例のボールエンドミル１０による切削加工後の被削面のピックフィード方向の粗さ曲線を図７に、送り方向の粗さ曲線を図８にそれぞれ示している。図５及び図６に示す粗さ曲線に対応する被削面すなわち従来品による切削加工後の被削面では、ピックフィード方向の十点平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）は０．３０９μｍ、最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１）は１．７２５μｍであった。送り方向の十点平均粗さＲａは０．２１４μｍ、最大高さＲｚは１．３７９μｍであった。一方、図７及び図８に示す粗さ曲線に対応する被削面すなわち本実施例のボールエンドミル１０による切削加工後の被削面では、ピックフィード方向の十点平均粗さＲａは０．０８μｍ、最大高さＲｚは１．１２μｍであった。送り方向の十点平均粗さＲａは０．０７μｍ、最大高さＲｚは０．９８μｍであった。これらの結果から明らかなように、本実施例のボールエンドミル１０による切削加工後の被削面の面粗さは、ピックフィード方向及び送り方向の何れにおいても従来品による切削加工後の被削面よりも大幅に改善されており、磨き加工後の被削面に近い仕上がりが得られていることがわかる。
【００２５】
このように、本実施例によれば、前記部分球状部１６ａに少なくとも１本のスリット１８が先端から放射状に形成され、そのスリット１８のエッジ１８ａが切削加工におけるボール刃として機能するものであることから、基本は前記部分球状部１６ａ総当たりの仕様とすることで仕上げを重視した切削加工が実現できると共に、削り残しが発生していた場合でも切れ刃として機能する前記スリット１８により仕上げ切削加工延いては研削加工に近い加工を行うことができる。すなわち、切削加工後の被削面粗さを十分に良好なものとするボールエンドミル１０を提供することができる。
【００２６】
前記部分球状部１６ａの軸心Ｃを基準としてその部分球状部１６ａの中心角φ＝４５°の断面形状において、前記スリット１８のエッジ１８ａのすくい角θが５°以上１５°以下の範囲内であるため、前記スリット１８のエッジ１８ａに必要十分な切削性能を付与することができ、そのスリット１８により仕上げ切削加工延いては研削加工に近い加工を行うことができる。
【００２７】
前記部分球状部１６ａの軸心Ｃを基準としてその部分球状部１６ａの中心角φ＝４５°の断面形状において、前記スリット１８の幅寸法ｄが０．０５Ｄ以上０．１５Ｄ以下の範囲内であるため、前記スリット１８のエッジ１８ａに必要十分な切削性能を付与できることに加え、余の部分球状部１６ａにより仕上げを重視した切削加工が実現できる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
【００２９】
例えば、本発明のボールエンドミルは、切削加工後の被削面に関して磨き面に近い面粗さを実現するものであるが、本発明のボールエンドミルによる被削材の切削加工後に、被削面に磨き加工を施してもよい。斯かる態様においても、従来のボールエンドミルにより切削された被削材に対する磨き加工よりも短時間の簡単な処理で済むため、本発明の一応の効果を奏する。また、本発明のボールエンドミルは、専ら切削加工用の他のボールエンドミルによる切削加工後の仕上げ加工に用いられるものであってもよい。斯かる態様においても、手作業による磨き加工の人的或いは時間的コストを大幅に削減することができる。
【００３０】
前述の実施例においては、前記部分球状部１６ａの軸心Ｃを基準としてその部分球状部１６ａの中心角φ＝４５°の断面形状において、前記スリット１８のエッジ１８ａのすくい角θが５°以上１５°以下の範囲内、前記スリット１８の幅寸法ｄが０．０５Ｄ以上０．１５Ｄ以下の範囲内であるボールエンドミル１０を例示したが、これらの数値範囲は最良の実施形態を示すものであり、斯かる数値範囲を逸脱する構成においても本発明の一応の効果を奏する。
【００３１】
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１０：ボールエンドミル、１６ａ：部分球状部、１８：スリット、１８ａ：エッジ
【図１】
2014083642.tif 000003
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図３】
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