(57)【要約】【課題】  ボール刃の先端の中心軸付近における切れ味を改善するとともに、切屑排出性を向上して加工面粗度を改善できるボールエンドミルを提供する。【解決手段】  工具本体２と、先端側に設けられた円弧状の２つのボール刃３と、２つのボール刃３それぞれに連結されたウェブ４と、ウェブ４の中央部を通って工具本体２の先端に設けられたチゼルエッジ９と、ボール刃３からエンドミルの回転方向にそれぞれ設けられた切屑排出溝７と、ボール刃３からエンドミルの逆回転方向にそれぞれ設けられたヒール部８と、を具備し、切屑排出溝７の開き角θが９０〜１２０°、エンドミル１の直径Ｄに対するウェブ４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）が０．０１〜０．０８、チゼルエッジ９とウェブ４の長さ方向とのなす角αが２０〜７０°、ヒール部８の後方端のうちの最も後方の位置が、ボール刃３の最大径Ｒとなる位置よりも後方にあるボールエンドミル１である。【選択図】図２
2015062978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を有する工具本体と、
該工具本体の先端側に設けられた円弧状の２つのボール刃と、
該２つのボール刃よりも前記工具本体の先端かつ前記中心軸側に設けられ、前記２つのボール刃それぞれに連結されるとともに、前記２つのボール刃間に設けられたウェブと、
該ウェブの中央部を通って前記工具本体の先端に設けられたチゼルエッジと、
前記２つのボール刃からエンドミルの回転方向にそれぞれ設けられた２つの切屑排出溝と、
前記２つのボール刃からエンドミルの逆回転方向にそれぞれ設けられた２つのヒール部と、
を具備するボールエンドミルであって、
前記切屑排出溝の開き角が９０〜１２０°であり、
前記ボールエンドミルの直径に対する前記ウェブの長さの比が０．０１〜０．０８であり、
前記チゼルエッジと前記ウェブの長さ方向とのなす角が２０〜７０°であるとともに、
側面視で、前記ヒール部の後方端のうちの最も後方の位置が、前記ボール刃の最大径となる位置よりも後方にあるボールエンドミル。
【請求項２】
先端視したとき、前記ボール刃が前記中心軸側から外周側に向かって次第に曲率半径が小さくなる曲線からなる請求項１記載のボールエンドミル。
【請求項３】
前記ボール刃の中心軸側における逃げ角が、前記ボール刃の外周側における逃げ角よりも小さい請求項１または２記載のボールエンドミル。
【請求項４】
先端視したとき、前記２つのボール刃の先端視形状が異なっている請求項１乃至３のいずれか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する。
【背景技術】
【０００２】
ボールエンドミルは、主として金型などの切削加工に用いられている。ボールエンドミルには、側面視で円弧状の複数のボール刃が設けられており、かかるボール刃の間にはエンドミルの先端かつ中心側に、ボール刃の接線同士に挟まれた細いウェブが設けられている。ウェブは切削速度が小さくなるエンドミルの中心部における切削抵抗を低減する効果を有し、エンドミルの先端で加工される加工面の底面にむしれ現象が生じて加工面が荒れることを抑制する。
【０００３】
そこで、特許文献１、２では、ウェブの中央部で工具本体の先端の位置に形成され、ウェブを２つの面に分けるチゼルエッジの角度や、２つのボール刃とチゼルエッジとの交点における２刃のボール刃の接線同士の間（ウェブ）の幅を調整したボールエンドミルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３４４０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３００４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に開示されたボールエンドミルでは、切屑排出性が十分でなく、切屑がボール刃から延在するすくい面上のギャッシュに詰まって、ボール刃が欠損する場合があった。
【０００６】
本発明は、この問題点を解決するものであり、ボール刃の先端の中心軸付近における切れ味を改善するとともに切屑排出性を向上して、加工面粗度を改善でき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】
【０００７】
本発明のボールエンドミルは、中心軸を有する工具本体と、
該工具本体の先端側に設けられた円弧状の２つのボール刃と、
該２つのボール刃よりも前記工具本体の先端かつ前記中心軸側に設けられ、前記２つのボール刃それぞれに連結されるとともに、前記２つのボール刃間に設けられたウェブと、
該ウェブの中央部を通って前記工具本体の先端に設けられたチゼルエッジと、
前記２つのボール刃からエンドミルの回転方向にそれぞれ設けられた２つの切屑排出溝と、
前記２つのボール刃からエンドミルの逆回転方向にそれぞれ設けられた２つのヒール部と、
を具備し、
前記切屑排出溝の開き角が９０〜１２０°であり、
前記ボールエンドミルの直径に対する前記ウェブの長さの比が０．０１〜０．０８であり、
前記チゼルエッジと前記ウェブの長さ方向とのなす角が２０〜７０°であるとともに、
側面視で、前記ヒール部の後方端のうちの最も後方の位置が、前記ボール刃の最大径とな
る位置よりも後方にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のボールエンドミルによれば、切屑排出溝の開き角θが９０〜１２０°であり、ボールエンドミルの直径に対するウェブの長さの比が０．０１〜０．０８であり、ヒール部の後方端のうちの最も後方の位置が、側面視でボール刃の最大直径となる位置よりも後方にあることによって、切屑ポケットとなる切屑排出溝の容積を大きくでき、切削速度が速くて多量の切屑が生成する場合でも、切屑がスムーズに排出される。また、チゼルエッジとウェブの長手方向とのなす角αが２０〜７０°であることによって、チゼルエッジの長さを短くすることができる。これによって、切削抵抗が低減されてボール刃の切れ味が向上する。その結果、ボール刃で切削することによって発生する切屑の形状が平滑な表面を有する排出されやすい形状となり、切屑排出性がさらに向上する。さらに、角αが上記範囲内であることによって、側面視が円弧でないチゼルエッジの長さが短くなる。そのため、ボールエンドミルを側方から見たとき、ウェブを含むボール刃の形状が円弧により近づき、切削加工の加工精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）本発明のボールエンドミルの概略側面図であり、（ｂ）（ａ）を９０°回転した概略側面図である。
【図２】図１のボールエンドミルを先端Ｘ側から見た先端視図である。
【図３】図２のボールエンドミルの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のボールエンドミルについて、図１−３を用いて説明する。図１−３のボールエンドミル（以下、単にエンドミルと略す。）１は、ソリッドタイプのボールエンドミルであり、中心軸Ｏ周りに回転する工具本体２と、工具本体２の先方側（Ｘ側）の中心軸Ｏ側から後方側（Ｙ側）に向かって設けられた側面視で円弧状のボール刃３を具備している。ボール刃３の中心軸Ｏについての回転軌跡は略半球状となる。
【００１１】
工具本体２は後方側が略円柱形状であり、工具本体２の後方側（Ｙ側）は、ホルダ（図示せず）に装着されて、切削加工機に取り付けられる。エンドミル１には、図１（ａ）の側面図に示されるように、ボール刃３の回転方向に設けられるすくい面５および切屑排出溝７と、ボール刃３の逆回転方向設けられる逃げ面６とを有し、切屑排出溝７はすくい面５の後方に続いて設けられており、後方に向かってねじれている。
【００１２】
図２に示されるように、ボール刃３は２枚（３ａ、３ｂ）設けられており、ボール刃３ａ、３ｂ間の中心軸Ｏ上を含む位置には、ウェブ４が設けられている。ウェブ４は、図３の要部拡大図に記載されるとおり、２つのボール刃３よりも工具本体２の先端かつ中心軸Ｏ側に位置し、２つのボール刃３ａ、３ｂそれぞれに連結されるように２つのボール刃３ａ、３ｂ間に隣接して設けられる。ウェブ４の中央部を通る工具本体２の先端の位置には、チゼルエッジ９が存在し、チゼルエッジ９によってウェブ４は２面に分かれている。
【００１３】
また、図２の先端視図に示されるように、ボールエンドミル１は、２つのボール刃３からエンドミルの回転方向にそれぞれ設けられた２つの切屑排出溝７と、２つのボール刃３からエンドミルの逆回転方向にそれぞれ設けられた２つの逃げ面６およびヒール部８とを具備する。なお、切屑排出溝７の先端側の一部は研磨されて、いわゆるギャッシュとなっている。
【００１４】
そして、本実施態様によれば、図１−３に示すように、切屑排出溝７の開き角θが９０〜１２０°であり、ボールエンドミル１の直径Ｄに対するウェブ４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ
）が０．０１〜０．０８であり、チゼルエッジ９とウェブ４の長手方向とのなす角αが２０〜７０°であるとともに、ヒール部８の後方終端のうちの最も後方の位置Ａが、側面視でボール刃３の最大径Ｒとなる位置Ｂよりも後方にある。
【００１５】
すなわち、ヒール部８の位置Ａが、側面視でボール刃３の最大径Ｒとなる位置Ｂよりも後方にあることによって、切屑ポケットを大きくでき、多量の切屑が生成するような切削条件の場合でも、切屑がスムーズに排出される。また、チゼルエッジ９とウェブ４の長手方向とのなす角αが２０〜７０°であることによって、チゼルエッジ９の長さを短くすることができる。これによって、回転速度がほぼゼロのボールエンドミル１の中心において、ボール刃３の切削抵抗が低減されてボール刃３の切れ味が向上する。その結果、ボール刃３で切削することによって発生する切屑の形状が平滑な表面を有する排出されやすい形状となり、切屑排出性がさらに向上する。さらに、角度αが上記範囲内であることによって、ボールエンドミル１を側方から見たとき、側面視が円弧でないチゼルエッジ９の長さが短くなる。そのため、ウェブ４を含むボール刃３の回転軌跡が球形により近づくので、切削される加工面の寸法精度が向上する。なお、角αが７０°よりも大きいと、ボール刃３の摩耗が大きくなる。なお、ウェブ４の長さＬと最短幅ｖとの比（ｖ／Ｌ）は、０．１〜０．７である。
【００１６】
切屑排出溝７の開き角θのより好適な範囲は、１００〜１１０°である。ボールエンドミル１の直径Ｄに対するウェブ４の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）のより好適な範囲は、０．０２〜０．０７である。チゼルエッジ９とウェブ４の長手方向とのなす角αのより好適な範囲は、３０〜５０°である。ヒール部８の後方終端のうちの最も後方の位置Ａと、側面視でボール刃３の最大直径となる位置Ｂとの側方位置のずれ幅ｈは、ボールエンドミル１の先端から位置Ｂまでの側方位置の距離ｗに対する比（ｈ／ｗ）で０．１〜０．２である。なお、ウェブ４の長さＬは、ヒール部８とボール刃３とが交差する交点の位置同士のウェブ４の長さと垂直な方向についての長さを指す。
【００１７】
また、図２によれば、ボール刃３の形状は、ボール刃３とウェブ４との境界である点Ｐから外周に位置する点Ｑに向かって曲率半径ｒが漸次小さくなっている。すなわち、ボール刃３の各点を中心として描ける円弧の曲率半径ｒが中心軸Ｏ側の点Ｐから外周に位置する点Ｑに向かって小さくなっている。これによって、回転速度が速い加工条件で切削しても、ボール刃３の中心軸Ｏ側が必要以上に被削材に接触することを抑制できるので、ボール刃３の中心軸Ｏ側の点Ｐ付近における切削抵抗の増大を抑制できる。その結果、加工面のむしれが発生することなく、加工面粗度が低下を抑制でき、かつボール刃３の耐摩耗性が向上する。また、ボール刃３にかかる負荷も小さいので、エンドミル本体１が切削加工時の衝撃による振動も小さくできる。なお、ボール刃３の端部である点Ｐおよび点Ｑにおける曲率半径ｒは点Ｐおよび点Ｑを終端として描ける円弧の曲率半径ｒにて求められる。
【００１８】
さらに、本実施態様によれば、回転軸Ｏ側の点Ｐにおけるボール刃３の曲率半径ｒＰは、工具本体２の直径Ｄに対して１．５〜２の比率であり、中間の点Ｈにおけるボール刃３の曲率半径ｒＨは、工具本体２の直径Ｄに対して０．８〜１．２の比率であり、かつ外周の点Ｑにおけるボール刃３の曲率半径ｒＱは、工具本体２の直径Ｄに対して０．２〜０．６の比率となっている。これによって、ボール刃３の耐摩耗性とエンドミル本体１の防振性をともに満足させることができる。
【００１９】
ここで、ボール刃３の形状が点Ｐから点Ｑに向かって曲率半径ｒが漸次小さくなっているとは、曲率半径ｒが段階的に小さくなっているものであってもよく、一定の割合で連続的に小さくなっているものであってもよい。本実施態様では、中心軸Ｏ側の点Ｐから外周の点Ｑに向かって、ボール刃３の曲率半径ｒが一定の割合で連続的に小さくなっている。これによって、ボール刃３には曲率半径ｒが変わる特異点ができないので、切削抵抗が局
所的に増大することがなく、ボール刃３全体としての耐摩耗性が向上する。
【００２０】
また、ボール刃３の中心Ｏ側におけるすくい面５と逃げ面６とがなす逃げ角（図示せず）が、前記ボール刃の外周側におけるすくい面５と逃げ面６とがなす逃げ角（図示せず）よりも小さくなっている。これによって、切屑が多量に発生するボール刃３の外周側における切れ味を良くして、切屑処理性を高めるとの効果を有する。
【００２１】
ボール刃３が２枚の形状では、刃径の小さいボールエンドミルを用いて加工時に発生する切屑の排出性が良好であるという効果がある。また、図示はしないが、他の実施態様では、先端視で、２つのボール刃３の先端視形状が異なっていてもよい。これによって、少なくとも１つのボール刃は非対称な形状となり、切削時にエンドミル１が共振してびびりが発生することを抑制することができる。少なくとも１つのボール刃を非対称な形状とする一例としては、１つのボール刃の形状を先端視におけるボール刃の曲率半径ｒを段階的に小さくする構成とし、他のボール刃では先端視におけるボール刃の曲率半径ｒを連続的に小さくする構成等が挙げられる。
【００２２】
なお、上述の実施形態においては、図１、２に示すように工具本体２自体の所定部位に切刃が形成された所謂ソリッドタイプの構成を例にとって説明したが、これに代えて、所謂スローアウェイチップをホルダに装着した所謂スローアウェイタイプの構成、特にモジュラー式の刃先交換型エンドミルの構成であっても良い。
【実施例】
【００２３】
図１、２の概略形状で、表１に示す開き角θ、比Ｌ／Ｄ、α、ヒール部の後方端のうちの最も後方の位置Ａと、ボール刃の最大直径となる位置Ｂとの側方位置のずれ幅ｈと、ボールエンドミルの先端から位置Ｂまでの側方位置の距離ｗに対する比（ｈ／ｗ）、ボール刃の曲線形状および工具本体の直径に対する点Ｐ、点Ｑ、点Ｈの各位置での曲率半径ｒＰ、ｒＨ、ｒＱが表１の寸法を有するボールエンドミルを作製し、下記条件で切削加工評価を行った。結果は表２に示した。なお、エンドミルのボール刃は２枚、工具本体の直径（刃径Ｄ＝２Ｒ）は６ｍｍのものを用いた。また、ｈ／ｗについては、位置Ａが位置Ｂよりも後にある場合をプラス表記とし、位置Ａが位置Ｂよりも前にある場合をマイナス表記とした。
（切削条件）
被削材  ：ＨＰＭ３８鋼
加工径  ：φ６ｍｍ
加工速度：２２０ｍ／分
回転数  ：１１，７００回／分
送り    ：０．０５８ｍｍ／刃
切込深さ：０．６ｍｍ×０．３ｍｍ
切削形態：肩加工
切削環境：乾式切削
評価項目：切削長１００ｍ加工時点で、ボール刃を先端視した状態での最大摩耗量と加工面粗度（最大高さ）、およびボール刃の欠損状態
【００２４】
【表１】
2015062978.tif 000003
【００２５】
【表２】
2015062978.tif 000004
【００２６】
表１、２の結果から明らかなとおり、切屑排出溝の開き角θが９０°より小さい試料Ｎｏ．８では、切屑が詰まりやすくて加工面粗度が大きくなり、開き角θが１２０°より大きい試料Ｎｏ．１１では、ボール刃の強度が低下して、欠けが発生した。ボールエンドミルの直径Ｄに対するウェブの長さＬの比（Ｌ／Ｄ）が０．０１より小さい試料Ｎｏ．１２では、切屑が詰まりやすくてボール刃の摩耗が大きくなり、比（Ｌ／Ｄ）が０．０８より大きい試料Ｎｏ．１５では、ウェブの強度が低下して、欠けが発生した。チゼルエッジとウェブの長手方向とのなす角αが２０°よりも小さい試料Ｎｏ．１６では、ボール刃の切削抵抗が高くなって、ボール刃の摩耗量が大きくなった。チゼルエッジとウェブの長手方向とのなす角αが７０°よりも大きい試料Ｎｏ．１９では、ボール刃の摩耗が大きくなった。ヒール部の後方端のうちの最も後方の前後位置が、側面視でボール刃の最大直径となる位置と同じ位置にある試料Ｎｏ．２０、およびヒール部の後方端のうちの最も後方の位置が、側面視でボール刃の最大直径となる位置よりも前の位置にある試料Ｎｏ．２１では、いずれもボール刃に欠けが発生した。
【００２７】
これに対して、本発明の範囲内の形状である試料Ｎｏ．１〜７、９、１０、１３、１４、１７、１８、２２、２３では、いずれも、ボール刃の最大摩耗幅が小さく、加工面粗度が小さく、かつボール刃の大きな欠けもなかった。
【符号の説明】
【００２８】
１    ボールエンドミル（エンドミル）
２    工具本体
３    ボール刃
４    ウェブ
５    すくい面
６    逃げ面
７    切屑排出溝
９    チゼルエッジ
８    ヒール部
Ｏ    中心軸
θ    切屑排出溝の開き角
Ｄ    ボールエンドミルの直径
Ｌ    ウェブの長さ
α    チゼルエッジとウェブの長手方向とのなす角
Ｒ    ボール刃の最大径
【図１】
2015062978.tif 000005
【図２】
2015062978.tif 000006
【図３】
2015062978.tif 000007