(57)【要約】【課題】底刃および外周刃の強度を同時に確保したテーパボールエンドミルを提供する。【解決手段】球状の底刃とテーパ状の外周刃とを備えた軸線周りに回転するテーパボールエンドミルであって、底刃に連なり回転方向を向く先端すくい面を有し、底刃の球半径に対する、底刃の球径方向に沿う先端すくい面の最大幅の百分率であるすくい幅率を１５％以上３０％以下とし、外周刃の捻れ角と外周刃のテーパ角との差を１１°以上２１°以下とする、テーパボールエンドミル。【選択図】図４
2018051722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の底刃とテーパ状の外周刃とを備えた軸線周りに回転するテーパボールエンドミルであって、
前記底刃に連なり回転方向を向く先端すくい面を有し、
前記底刃の球半径に対する、前記底刃の球径方向に沿う前記先端すくい面の最大幅の百分率をＡとし、
前記外周刃の捻れ角をθ°とし、
前記外周刃のテーパ角をβ°として、
下記の２つの式を満たす、テーパボールエンドミル。
１５≦Ａ≦３０
１１≦θ−β≦２１
【請求項２】
さらに、下記の式を満たす、請求項１に記載のテーパボールエンドミル。
２（θ−β）−１７≦Ａ≦２（θ−β）−２
【請求項３】
さらに、下記の式を満たす、請求項２に記載のテーパボールエンドミル。
Ａ≦２５
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーパボールエンドミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
インペラやブリスクなどの切削加工には、奥まった箇所の加工に好適なテーパボールエンドミルが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２６９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
テーパボールエンドミルは、先端に設けられたボール状の底刃と、テーパ状の外周刃とを有する。一般的に、テーパボールエンドミルは、一般的なボールエンドミルと比較して、底刃のみならず外周刃の使用頻度も高い。したがって、底刃および外周刃の強度をバランスよく確保したテーパボールエンドミルが求められている。
【０００５】
本発明は、底刃および外周刃の強度を同時に確保したテーパボールエンドミルを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、球状の底刃とテーパ状の外周刃とを備えた軸線周りに回転するテーパボールエンドミルであって、前記底刃に連なり回転方向を向く先端すくい面を有し、前記底刃の球半径に対する、前記底刃の球径方向に沿う前記先端すくい面の最大幅の百分率をＡとし、前記外周刃の捻れ角をθ°とし、前記外周刃のテーパ角をβ°として、下記の２つの式を満たす、テーパボールエンドミル。
【０００７】
１５≦Ａ≦３０
１１≦θ−β≦２１
【０００８】
ここで、底刃の球半径に対する、底刃の球径方向に沿う先端すくい面の最大幅の百分率をすくい幅率と呼ぶこととする。上述の構成によれば、すくい幅率を１５％以上３０％以下とすることを意味する。また、上記の構成によれば、外周刃の捻れ角と外周刃のテーパ角との差を１１°以上２１°以下とすることを意味する。すくい幅率および捻れ角とテーパ角との差を上述の関係とすることで、底刃と外周刃との強度バランスを最適とすることができ、折損を生じ難いテーパボールエンドミルを提供できる。
【０００９】
また、上述のテーパボールエンドミルは、さらに、下記の式を満たすことが好ましい。
２（θ−β）−１７≦Ａ≦２（θ−β）−２
【００１０】
また、上述のテーパボールエンドミルは、さらに、下記の式を満たすことが好ましい。
Ａ≦２５
【００１１】
上述の構成によれば、さらに折損を生じ難いテーパボールエンドミルを提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、底刃および外周刃の強度を同時に確保したテーパボールエンドミルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態のテーパボールエンドミルを示す斜視図。
【図２】実施形態のテーパボールエンドミルの側面図。
【図３】実施形態のテーパボールエンドミルの正面図。
【図４】図２の領域IVの拡大図。
【図５】捻れ角とテーパ角との差およびすくい幅率の好ましい関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分をわかりやすくするために、特徴とならない部分を便宜上省略して図示している場合がある。
【００１５】
図１は、本実施形態のテーパボールエンドミル１を示す斜視図である。図２は、テーパボールエンドミル１の側面図である。図３は、テーパボールエンドミル１の正面図である。以下テーパボールエンドミル１について、単にエンドミルと呼ぶ。
【００１６】
エンドミル１は、軸線Ｏに沿って延びる概略円柱状の部材である。エンドミル１は、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス等の硬質材料からなる。エンドミル１は、軸線Ｏ方向の一方の端部に位置する刃部３ａと、刃部３ａを除く部位に設けられたシャンク部３ｂと、を有する。
【００１７】
本明細書においては、エンドミル１の軸線Ｏ方向のうち、シャンク部３ｂから刃部３ａへ向かう方向を先端側、刃部３ａからシャンク部３ｂへ向かう方向を基端側という。また、軸線Ｏに直交する方向を径方向という。径方向のうち、軸線Ｏに接近する向きを径方向の内側、軸線Ｏから離間する向きを径方向の外側という。また、軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。周方向のうち、切削加工時にエンドミル１が回転する方向を工具回転方向Ｔという。
【００１８】
エンドミル１は、シャンク部３ｂにおいて工作機械の主軸等に把持され、軸線Ｏ周りのうち工具回転方向Ｔに回転させられる。エンドミル１は、金属材料等の被削材の切削加工（転削加工）に使用される。また、エンドミル１は、軸線Ｏ周りの回転とともに、軸線Ｏに交差する方向に送りを与えられて、刃部３ａにより被削材に対して肩削り加工、溝加工、Ｒ削り加工、倣い加工等を行う。
【００１９】
刃部３ａは、エンドミル１の先端側に向かうに従って細くなる先細りのテーパ状に形成されている。また、刃部３ａの先端は、球形状に形成されている。刃部３ａにおいて、テーパ状に形成された領域には外周刃６が設けれ、球状に形成された先端には底刃９が設けられている。すなわち、エンドミル１は、ボール状の底刃９とテーパ状の外周刃６とを備える。
【００２０】
刃部３ａの外周には、複数条（本実施形態では四条）の切屑排出溝４が形成されている。複数の切屑排出溝４は、周方向に等間隔に形成されている。切屑排出溝４は、エンドミル１の先端面に開口している。切屑排出溝４は、エンドミル１の先端面から基端側へ向かうに従い工具回転方向Ｔとは反対側へ向かって一定の捻れ角θ°で螺旋状に捻れている。切屑排出溝４は、刃部３ａの基端側の端部において、エンドミル１の外周に切り上がっている。
【００２１】
切屑排出溝４の工具回転方向Ｔ側の端縁に切れ刃が形成されている。切れ刃は、刃部３ａのテーパ部に位置する外周刃６と刃部３ａの先端に位置する底刃９とを含む。外周刃６と底刃９とは、切屑排出溝４に沿って滑らかに連続する。本実施形態のエンドミル１は、４枚の外周刃６と２枚の底刃９を有する。したがって、４枚中の２枚の外周刃６は、底刃９と滑らかに連続し、残る２枚の外周刃６は、底刃９と連続せず先端近傍で途切れている。底刃９と連続しない外周刃６の周方向両側に位置する一対の切屑排出溝４は、エンドミル１の先端近傍で繋がっている。なお、エンドミル１の切れ刃の数（外周刃６及び底刃９の数）は、特に限定されるものではない。
【００２２】
切屑排出溝４の壁面は、底面２とすくい面７、１０とを含む。
底面２は、切屑排出溝４において軸線Ｏに対し径方向外側を向く面である。
また、すくい面７、１０は、切屑排出溝４において工具回転方向Ｔを向く壁面である。すくい面７、１０は、外周刃６に連なって形成される外周すくい面１０と、底刃９に連なって形成される先端すくい面７と、を含む。
【００２３】
外周刃６は、刃部３ａの外周面において、外周すくい面１０と外周逃げ面５との交差稜線に形成されている。外周逃げ面５は、切屑排出溝４の工具回転方向Ｔとは反対側に隣接する面である。外周刃６は、切屑排出溝４の外周端縁に沿って、つる巻き線状（螺旋状）に延びている。外周逃げ面５の幅（外周刃６に直交する向きの長さ）は、外周刃６の長さ方向後端側（シャンク部３ｂ側）に向かうに従って徐々に幅広となっている。
【００２４】
外周刃６は、テーパ刃である。したがって、外周刃６の径（径方向に沿う軸線Ｏから外周刃６までの距離。つまり半径）は、軸線Ｏ方向に沿って先端側に向かうに従って小さくなっている。外周刃６が軸線Ｏ回りに回転して形成される回転軌跡は、軸線Ｏを中心とする１つの円錐面となる。
【００２５】
底刃９は、刃部３ａの先端において、先端すくい面７と先端逃げ面８との交差稜線に形成されている。先端逃げ面８は、エンドミル１の先端外周側へ向けて凸となる凸曲面状をなしている。先端逃げ面８の基端部は、外周逃げ面５の先端部に接続している。
【００２６】
底刃９は、エンドミル１の先端外周側へ向けて凸となる凸円弧状である。したがって、図２に示されるエンドミル１の側面視において、底刃９が軸線Ｏ回りに回転して形成される回転軌跡は、軸線Ｏ状の中心点Ｃを中心とする１つの半球面となる。
【００２７】
（すくい幅率Ａ）
図４は、図２の領域IVの拡大図であって、底刃９の先端すくい面７に対向する方向から見た図である。
底刃９は、中心点Ｃを中心とした半径Ｒの球面上の線分である。図４に示すように、底刃９の球径方向に沿う先端すくい面７の寸法を幅ｄとする。先端すくい面の幅ｄは、底刃９の球径方向における、底刃９と底面２との距離である。先端すくい面７の幅ｄは、先端側から基端側に向かって徐々に大きくなって最大幅Ｄとなり、さらに基端側に向かって徐々に小さくなる。なお、底刃９の球径方向とは、底刃９の回転軌跡である半球面の中心点Ｃを通過する直線方向の方向を意味する。
【００２８】
ここで、底刃９の球半径Ｒに対する、底刃９の球径方向に沿う先端すくい面７の最大幅Ｄの百分率をすくい幅率Ａと呼ぶこととする。すくい幅率Ａは、１００×Ｄ／Ｒと表すことができる。
すくい幅率Ａは、下記の（式１）を満たすことが好ましい。
１５≦Ａ≦３０    ・・・（式１）
【００２９】
図４に示すように、先端すくい面７と底面２との間には、境界線２ａが形成される。境界線２ａは、先端すくい面７の突出方向基端側に位置している。底刃９が被削材から受ける反力に起因する曲げモーメントは、境界線２ａに沿って最大となる。また、先端すくい面７の幅ｄが最大となる部位において、境界線２ａに生ずる曲げモーメントも最大となる。したがって、底刃９が形成されたエンドミル１のボール状の先端部において、境界線２ａが折損の起点となり易い。特に、先端すくい面７の幅ｄが最大となる最大幅Ｄに対応する部位において、折損が生じやすい。すくい幅率Ａを３０％以下とすることで、先端すくい面７の最大幅Ｄが抑制され、切削時に底刃９に折損が生じることを抑制できる。
また、先端すくい面７の幅ｄは、エンドミル１の先端における切屑排出溝４の深さと相関する。すくい幅率Ａを１５％超とすることで、切屑排出溝４を十分な深さとして、底刃９および外周刃６の切削時の切屑排出性を十分に確保できる。
【００３０】
なお、先端すくい面７と底面２との境界線２ａには、先端すくい面７と底面２とを滑らかに接続する曲面部（スミＲ）が形成される場合がある。このような場合には、先端すくい面７と底面２との間の曲線部を仮想的に除去しこれらが鋭利に交差するものとして境界線２ａを仮想的に定め、この境界線２ａを基準として先端すくい面７の幅ｄを定めるものとする。
【００３１】
（捻れ角θ°およびテーパ角β°）
次に、外周刃６の捻れ角θ°およびテーパ  角β°の関係について説明する。
図２に示すように、外周刃６の捻れ角θ°は、エンドミル１を側方から見て、軸線Ｏと外周刃６の交差における外周刃６の軸線Ｏに対する傾き角度である。捻れ角θ°は、軸線Ｏに沿って一定である。
【００３２】
外周刃６は、捻れ角θ°を大きくすると従って剛性が損なわれる。すなわち、捻れ角θ°を大きくすると、外周刃６は、強度が低下し折損しやすくなる。
一方で、底刃９は、捻れ角θ°を大きくすると折損し難くなる。底刃９は、外周刃６に滑らかに接続される。外周刃の捻れ角θ°を大きくすると、それに伴い正面視（図３）における底刃９の曲率も大きくなる。これにより、底刃９が長く形成され、底刃９による切削抵抗を小さくすることが可能となり、結果として底刃９は、折損し難くなる。
反対に、外周刃６の捻れ角θ°を小さくすると、外周刃６は折損し難くなり、底刃９は折損しやすくなる。
【００３３】
図２に示すように、外周刃６のテーパ角β°は、エンドミル１を側方から見て、軸線Ｏに沿って並ぶ複数の外周刃６の一対の共通接線同士がなす角度である。テーパ角β°が変わると、好ましい外周刃６の捻れ角θ°が変わる。
【００３４】
外周刃６がテーパ形状をなし、捻れ角θ°が軸線Ｏに沿って一定である場合、外周刃６同士の距離（ピッチ）は、先端に向かうに従い徐々に短くなる。ここで、底刃９の形状および外周刃の６の捻れ角θ°が同一であり、テーパ角β°が異なるエンドミルを比較する。この場合、テーパ角β°が大きいエンドミルは、テーパ角β°が小さいものより、外周刃６のシャンク部３ｂ側が大径となるとなる。したがって、エンドミル１は、テーパ角β°を大きくすることで外周刃６の剛性を高めて、結果として外周刃６は折損し難くなる。一方で、テーパ角βが大きくなると、外周刃６の剛性が上がるため相対的に底刃9の強度が低下する。このため切削負荷が増加した場合に底刃９が折損しやすくなる。すなわち、テーパ角β°の増減は、捻れ角θ°の増減と比較して、外周刃６の折損しやすさの観点において、反対方向に作用する。
なお、テーパ角β°を大きくしすぎると、エンドミル１は、ワークの非切削部分に干渉しやすくなる。このため、テーパ角β°には制限が設けられる。
【００３５】
テーパ角β°は、３°以上５°以下とすることが好ましい。テーパ角β°を３°以上５°以下とすることで、奥まった形状の加工を容易としつつ十分な剛性を有するエンドミル１を提供できる。
【００３６】
上記の作用を鑑みて、捻れ角θ°とテーパ角β°は、以下の（式２）に示す関係を満たすことが好ましい。
１１≦θ−β≦２１    ・・・（式２）
【００３７】
捻れ角θ°およびテーパ角β°の差を、１１°超２１°未満とすることにより、外周刃６および底刃９の強度のバランスを最適化し、外周刃６および底刃９の折損を抑制することができる。
【００３８】
図５は、エンドミル１において、捻れ角θ°とテーパ角β°との差（θ−β）およびすくい幅率Ａの好ましい関係を示すグラフである。図５において、実線Ｌ１で囲まれた領域が、好ましい捻れ角θ°、テーパ角β°およびすくい幅率Ａの関係である。
【００３９】
捻れ角θ°、テーパ角β°およびすくい幅率Ａは、さらに以下の（式３）に示す関係を満たすことがより好ましい。
２（θ−β）−１７≦Ａ≦２（θ−β）−２    ・・・（式３）
【００４０】
（式３）の関係を満たす捻れ角θ°、テーパ角β°およびすくい幅率Ａは、図５に示す鎖線Ｌ２、Ｌ３に挟まれる領域内に位置する。（式３）の関係を満たす捻れ角θ°、テーパ角β°およびすくい幅率Ａを採用することで、外周刃６および底刃９の折損を抑制することができる。
【００４１】
すくい幅率Ａは、さらに以下の（式４）に示す関係を満たすことがより好ましい。
Ａ≦２５・・・（式４）
【００４２】
（式４）の関係を満たすすくい幅率Ａは、図５に示す鎖線Ｌ４より下側の領域内に位置する。（式３）の関係を満たす捻れ角θ°、テーパ角β°およびすくい幅率Ａを採用することで、より折損し難いエンドミル１を提供できる。
【００４３】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
【実施例】
【００４４】
実施形態のテーパボールエンドミル１の効果を確認するサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１４を作成しその効果を確認した。
サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１４のエンドミル１について、共通の構成について説明する。各サンプルのエンドミル１は、コーテッド超硬合金からなる。また、各サンプルのエンドミル１は、底刃９が２枚刃であり、外周刃６が４枚刃であり、底刃９の球半径Ｒが１ｍｍであり、外周刃６のテーパ角β°が４°であり、外周刃６の刃長が２０ｍｍであり、外周逃げ面５および先端逃げ面８の逃げ角が１０°である。
また、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１４のエンドミル１は、外周刃６の捻れ角θ°およびすくい幅率Ａが、後段の表１に示すように、様々に変えられている。
【００４５】
サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１４のエンドミル１を用いて、回転数１７，０００／ｍｉｎにより、エンドミル１の送り速度を１，０２０ｍｍ／ｍｉｎ〜４，０８０ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変えて、深さ５ｍｍの溝加工を行う切削試験を行った。被削材としては、Ａ２６１８を用いた。
【００４６】
エンドミル１の回転数を一定として、送り速度を様々に変化させると、エンドミル１の回転当たりの送り量が変わる。回転当たりの送り量を大きくすると、エンドミル１に加わる負荷が大きくなり、外周刃６又は底刃９の折損が生じやすくなる。切削試験では、送り速度を変えた際のエンドミル１の折損を確認し、折損時の送り量を表１にまとめた。また、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１４の捻れ角θ°とテーパ角β°との差（θ−β）およびすくい幅率Ａを図５中に図示する。
【００４７】
【表１】
2018051722.tif 000003
【００４８】
表１に示すように、（式１）および（式２）を満たす場合に、回転当たりの送り量を０．１８ｍｍ／ｒｅｖ未満において折損が生じないエンドミル１を構成できることが確認できた。また、（式３）を満たす場合には、回転当たりの送り量を０．２１ｍｍ／ｒｅｖ未満において折損が生じないエンドミル１を構成できることが確認できた。さらに、（式４）を満たす場合には、回転当たりの送り量を０．２４ｍｍ／ｒｅｖ未満において折損が生じないエンドミル１を構成できることが確認できた。
【符号の説明】
【００４９】
１…エンドミル（テーパボールエンドミル）、６…外周刃、９…底刃、Ａ…すくい幅率、Ｄ…最大幅、ｄ…幅、Ｏ…軸線、Ｒ…球半径、θ…捻れ角（°）、β…テーパ角（°）
【図１】
2018051722.tif 000004
【図２】
2018051722.tif 000005
【図３】
2018051722.tif 000006
【図４】
2018051722.tif 000007
【図５】
2018051722.tif 000008