【手続補正書】
【提出日】平成24年2月13日(2012.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−２５°以上−５°以下の範囲であることにより、ボール刃の稜線が刃先先端方向から見たときに、逆Ｓ形状となるように形成された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ることを特徴とする請求項１に記載の小径ＣＢＮボールエンドミル。
【請求項３】
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−１０°以上０°以下の範囲を含み、前記２０％を超える外周側のボール刃のラジアルレーキは−２５°以上−１２°以下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。
【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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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を超える高硬度鋼材（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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−２５°以上−５°以下の範囲であることにより、ボール刃の稜線が刃先先端方向から見たときに、逆Ｓ形状となるように形成された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。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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ることを特徴とする小径ＣＢＮボールエンドミルである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明ではボール刃のアキシャルレーキを−２５°以上−５°以下の範囲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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の小径ＣＢＮボールエンドミルは、外周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。また切れ刃の剛性が上がり、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−２５°以上−５°以下の範囲にすることで、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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−２５°以上−５°以下の範囲にすることにより、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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−２５°以上−５°以下の範囲であり、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−１０°以上０°以下の範囲を含み、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−２５°以上−１２°以下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−１０°以上０°以下の範囲を含むとは、ラジアルレーキが−１０°以上０°以下の角度が、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。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−２５°以上−５°以下の範囲にすることにより、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。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−２５°以上−５°以下の範囲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−２５°以上−５°以下の範囲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−２５°以上−５°以下の範囲にすることで、安定して加工できるようになる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−２５°以上−５°以下の範囲にしてあるので、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。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−１０°以上０°以下の範囲を含み、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−２５°以上−１２°以下の範囲で外周刃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。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
以下の表中にある各実施例では、本発明例、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、刃数が２枚刃、刃径が１ｍｍ、ボール刃の半径Ｒが０．５ｍｍ、外周刃長さが０．１ｍｍすなわち刃長が０．６ｍｍとし、首下長さが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。被削材には幅が５０ｍｍ、奥行きが５０ｍｍ、高さが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。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
（実施例２）
実施例２では刃数が２枚刃、刃径が１ｍｍ、ボール刃の半径Ｒが０．５ｍｍ、外周刃長さが０．１ｍｍすなわち刃長が０．６ｍｍとし、首下長さが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。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。被削材には幅が５０ｍｍ、奥行きが５０ｍｍ、高さが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。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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例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。被削材には幅が５０ｍｍ、奥行きが５０ｍｍ、高さが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。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−１０°以上０°以下の範囲であると、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。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
（実施例５）
実施例５は本発明例１８〜２３において、工具基本形状を本発明例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。被削材には幅が５０ｍｍ、奥行きが５０ｍｍ、高さが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。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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−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−２５°以上−１２°以下の範囲とするのがより好ましい。