(57)【要約】　　　（修正有）【課題】超高圧焼結体を用いたエンドミル状の工具であって、工具の刃振れと外径寸法精度を高め、バニシングにより仕上げ面粗さを向上させ、加工時にビビリが発生しないものを提供する。【解決手段】超高圧焼結体２を用いたエンドミルであって、超高圧焼結体２は支持部１２に接合され、６枚以上のネジレ形状の切刃につながる外周丸ランドを有し、芯厚比が８０〜９５％である。特に、外周丸ランドの表面粗さがＲｚで０．５μｍ以下である。このようなエンドミルは、硬質焼結体素材１１の外周を研削加工した後に、切刃を形成することで寸法精度が高く心振れのない工具が得られる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高圧焼結体を用いたエンドミルにおいて、該超高圧焼結体は、支持部に接合され、６枚以上のネジレ形状の切刃と外周丸ランドを有し、芯厚比が８０〜９５％であることを特徴とするエンドミル。
【請求項２】
前記ネジレ形状の切刃のネジレ角が１０°〜４５°であることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
【請求項３】
前記外周丸ランドの幅が０．０２〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のエンドミル。
【請求項４】
前記外周丸ランドの表面粗さがＲｚで０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンドミル。
【請求項５】
超高圧焼結体が、立方晶窒化硼素焼結体またはダイヤモンド焼結体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエンドミル。
【請求項６】
前記支持部の外径が、超高圧焼結体の外径より小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエンドミル。
【請求項７】
前記支持部がシャンクに接合されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエンドミル。
【請求項８】
超高圧焼結体を用いたエンドミルの製造方法において、該超高圧焼結体が支持部に接合された硬質焼結体素材を準備し、該硬質焼結体素材の外周面を表面粗さがＲｚ（最大高さ）で０．５μｍ以下に研磨し、次に外周丸ランド（マージン）を残して６枚以上のネジレ形状の切刃を形成することを特徴とするエンドミルの製造方法。
【請求項９】
前記ネジレ形状のネジレ角が１０°〜４５°であることを特徴とする請求項８に記載のエンドミルの製造方法。
【請求項１０】
外周丸ランドの幅が０．０２〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項８または９に記載のエンドミルの製造方法。
【請求項１１】
前記支持部の外径が、超高圧焼結体の外径より小さいことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のエンドミルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はネジレ刃を有するエンドミルおよびその製造方法に関するもので、鋼の中でも特に高硬度焼入鋼加工や鋳鉄加工に用いられる立方晶窒化硼素焼結体（ＣＢＮ焼結体）、さらに非鉄金属加工に用いられるダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ焼結体）を切刃に有するエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の工具材質である超硬合金やハイス、またそれらの表面にセラミック物質をコーティングした工具に比べ、ＣＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ焼結体）などの超高圧焼結体はより高い硬度を有する工具材料である。このことからＣＢＮ焼結体は、ＨＲＣ５５以上の高硬度焼入鋼の切削加工や、さらに鋳鉄材料の高速切削条件での加工に用いられるようになった。ＰＣＤ焼結体は非鉄金属材料の加工に用いられる。
【０００３】
しかしながら、超高圧焼結体は極めて高い硬度を有する反面、比較的もろい材料である。従って、超高圧焼結体をエンドミル形状に成型する際においては、以下で詳細に説明するように種々の問題が発生する。
【０００４】
その主なものは以下のとおりである。
（１）工具寸法精度：工具の基本寸法である、工具径寸法や刃振れ精度などを高い精度に仕上げることが困難である。
（２）切刃のチッピング：研削時に切刃稜線（エッジ）に微少なチッピングが生じ、これが原因となってエンドミルでの加工面の仕上げ面粗さが悪化する。
（３）ビビリの発生：特に高硬度焼入鋼では切削抵抗が大きいため、エンドミルのような断続衝撃を受ける加工においては、ビビリ現象が生じやすく、工具も破損しやすい。また、仕上げ面も悪くなる。
【０００５】
以上のような問題点に対して、現状実施されている改善や工夫点をまとめると以下のようになる。
（１）工具寸法精度
ドリルやリーマはもとより、エンドミルにおいても工具径寸法や外周刃振れ精度を向上させるために丸ランドを付することが一般的である。例えば、スパイラルエンドミルに外周丸ランドを付すことにより加工仕上げ面、倒れ精度が向上するという効果が得られている（例えば、特許文献１参照。）。その一例を図３に示す。図３（Ａ）は、スパイラルエンドミル４の正面図、図３（Ｂ）は切刃部１の拡大正面図であり、超高圧焼結体２の切刃部１に幅がＷの外周丸ランド３が設けられている。図３（Ｃ）は、スパイラルエンドミル４の側面図である。
【０００６】
上記公開公報に見られるような超高圧焼結体を使った工具は、２枚或いは４枚（それ以上の場合もあるが）の切刃部に焼結体をロー付けすることによりエンドミルの切刃を構成する。この場合、円筒研削加工において、図４（Ａ）に示すように円筒研削砥石５とエンドミル４を矢印の方向に回転させ外周丸ランド３を形成する。図４（Ａ）からも明らかなように、切刃の丸ランド３と円筒研削砥石５が断続的に接触して研削される。得られたエンドミルの外周丸ランドの形状を詳細に観察すると、図４（Ｂ）に示すように焼結体のすくい面近傍には、砥石が抜ける際に生じる研削ダレ６が残る。従って、丸ランドは微少に工具回転半径の曲率半径からずれてしまっている。なお、丸ランドとは、エンドミルの外周部と同心円であってかつ同じ半径を持つ切刃の外周部のことである。又、ランド部のダレとは、切刃形状がエンドミルの外周面からずれた部分のことである。
【０００７】
最近は工具に要求される精度が益々厳しくなり、僅かなずれですら認められなくなってきている。即ち、一層厳密に工具の性能、切れ味を追求する上においてはダレが全くない状態が望ましいことは明白である。
【０００８】
（２）切刃のチッピング
超高圧焼結体は約０．５〜１０μｍ、大きいもので５０μｍ程度のＣＢＮやダイヤモンドの粉末粒子を結合材とともに高圧焼結した材料である。従って、粉末粒子が構成要素であることから研削加工で鋭利な切刃を研磨した場合、エッジ先端部における粒子の脱落によるチッピングは避けられない。
【０００９】
このチッピングの大きさは数μｍから数十μｍの大きさとなり、このようなチッピングのある切刃エッジを持つ工具で切削加工した場合、チッピングした切刃形状が被削材に転写し、仕上げ面が悪化する。このチッピングが切削時の衝撃を受けることにより、更に大きな欠損の誘発要因となり、工具寿命を短くさせることになる。
【００１０】
（３）ビビリの発生
エンドミルにおける切削時の衝撃抵抗の大きさを小さくするためにはネジレ刃形状切刃を形成することが最も有効である。従来、超高圧焼結体材料におけるネジレ形状の素材を提供する方法として以下のものがある。（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）
【００１１】
これらの方法においてはロー付けをともなうこと或いは、構造上の制約から直径４ｍｍ以下の細径サイズで、６枚刃以上の切刃を有する多刃形状のエンドミルを製作することは事実上不可能であった。小径サイズにおいて６枚刃以上の多刃構造のエンドミルを得ようとする場合、特開平８−３３６７１６号公報に開示されているような「円柱状の超砥粒焼結体を削りだして作製された回転切削工具」がある。ここでは、超砥粒焼結体の製法などが明らかではない。超高圧焼結体を用いる先行技術もある（特許文献５参照）。この出願の中ではＰＣＤ焼結体ドリルが開示されている。
【００１２】
以上詳細に検討したように、個々の課題の解決策は明らかになっているが、これらの問題全体を解決する手段はいまだに明らかになっていなかった。
【００１３】
【特許文献１】
特開平８−２７６３１１号公報（第３−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平５−２６１６１３号公報（図１）
【特許文献３】
特開平３−１０７０７号公報（図５）
【特許文献４】
特開平８−８５０１２号公報（図５）
【特許文献５】
特公平７−４２４８９号公報（第４−６頁、第６図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明のエンドミルは、直径５ｍｍ、深さが３０ｍｍ程度の細い深穴の内面の面粗さを小さくしようとするものである。このような市場からの新しい要求に対して、本発明は従来の切削と研削の中間的な加工方法を提供しようとするものである。
（１）工具寸法精度の向上
刃先に超高圧焼結体を有するロー付け工具ではエンドミルやリーマなどの外周切刃部を円筒研削した場合、前述のようにダレが生じる。この結果外周部のランド幅を小さくする３番面加工の実施により、外周径寸法が小さくなってしまう不具合が発生する。これは外周丸ランドの研磨ダレをなくすことにより、その寸法精度は変化せず狙い通りの寸法の工具を得ることができる。更に多数刃工具において、一般に丸ランドを有しない場合、刃先位置のずれ（刃振れ）が生じる。
【００１５】
（２）仕上げ面粗さの向上
一般にエンドミルの外周切刃に丸ランド（マージン）を付することによってバニシング効果により仕上げ面が向上することが知られている。本発明では丸ランド内の表面粗さをより平滑にすることにより、加工面粗さを更に向上させようと考え、そのような工具製造方法を提供しようとするものである。
【００１６】
（３）ビビリの抑制
前述したように、ビビリ解決の手段は切刃をネジレ刃とすることと、一枚当たりの切刃にかかる負荷を小さくするために多刃とすることである。
【００１７】
以上をまとめると従来の加工技術は、切削と研削に大別でき、前述の先行技術はいずれもこのどちらかに区別できる。切粉の大きなものが、切削加工であり、前述したようにＣＢＮなど粉末粒子程度の大きさの切粉を出すものを、研削という。本発明はこのような従来技術では解決できない、新しい加工分野を切り開くことによって解決しようとするものである。即ち、切削と研削の中間に位置する工具を提供することで上述の寸法精度の向上、仕上げ面粗さの向上およびビビリの防止を達成しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する超高圧焼結体を用いたエンドミルは、該超高圧焼結体が、支持部に接合され、６枚以上のネジレ形状の切刃と外周丸ランド（マージン）を有し、芯厚比が８０〜９５％のものである。ここで芯厚とは、ポケット溝の底を外接円とする円の直径を切刃の直径で割った値に１００を掛けたものである。芯厚比が９５％を越えると、溝が浅すぎて加工能率が悪くなる。一方、芯厚比が８０％未満であれば、工具としての剛性が不足して目的を達成できない。
【００１９】
ここで超高圧焼結体とは、ＣＢＮ粉末やダイヤモンド粉末を超高圧高温下で焼き固めたものである。ＣＢＮ焼結体の場合は、Ｃｏ粉末やＴｉＮ粉末などとＣＢＮ粉末を混合・焼結して硬度の大変高い焼結体を得ることができる。ダイヤモンド焼結体の場合は、Ｃｏ粉末またはＣｏ板とダイヤモンド粉末を焼結して作製される。本発明の支持部は、ＣＢＮやダイヤモンドを焼結するときにＣＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体に直接接合した超硬合金やＷ合金が適している。但し、超高圧焼結体と支持体とをロー付けすることもできる。
【００２０】
また、切刃をネジレ形状とすることで、切削抵抗を下げ且つ切り粉の排出を助ける。切刃の外周部にランドを設けることで、被削材の表面をバニッシュする効果があり、仕上げ面の表面をきれいにする。エンドミルの外周切刃に、丸ランド（マージン）を付すことによって、バニシング効果により仕上げ面を向上することができる。本発明では、外周丸ランドの表面粗さをＲｚで０．５μｍ以下とすることにより、加工面粗さをさらに向上させようとするものである。切刃に沿ってポケット溝が形成されるが、この溝は極浅いものである。溝を浅くすることで切削時の取り代を少なくし、工具にかかる切削抵抗を小さくし、刃数を増やして加工速度を補い、芯厚比を大きくとることにより工具の剛性を保つことによって、目的とする工具を得ることができる。
【００２１】
本発明が提供する超高圧焼結体を用いたエンドミルは、超高圧焼結体が支持部に接合された硬質焼結体素材を準備し、該硬質焼結体素材の外周面を表面粗さがＲｚ（最大高さ）で０．５μｍ以下に研磨し、次に外周丸ランド（マージン）を残して６枚以上のネジレ形状の切刃を形成する工程などを経て製造される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のエンドミルは、図１（Ａ）〜（Ｄ）の工程により工具を製作する。円筒研削盤などにより円柱の外周面を研削加工する工程（Ｃ）の後に、刃付けをする工程（Ｄ）をもってくることで研削ダレを防ぐことができる。この工程順序が、本発明では特に重要である。以下図面を用いて説明すると、図１（Ａ）に示すように支持部１２の先端部に超高圧焼結体２を有する円柱状の硬質焼結体素材１１を準備する。必要に応じてシャンク１３にロー付けして図１（Ｂ）に示す形状とするかまたはそのままをエンドミルシャンクとして丸研削して使用する。
【００２３】
まず、先端部焼結体部分を所要の形状に仕上げる。図１（Ｃ）に例示した形状は、側面図で矩形（スクエア）のものである。そのほかにラジアス（前記スクエアの先端コーナー部にＲの付いたもの）、テーパ状（外周部に傾斜稜線を有するもの）など所定の形状、寸法に円筒研削盤などによって仕上げる。
【００２４】
このとき、創成された超高圧焼結体の表面をそのまま工具の外周丸ランドとして残すことにより、外周丸ランド内でのダレや振れなどの工具形状精度が悪化する要因が発生しにくくなる。このため、必然的に形状精度の良好な工具が得られることになる。この外周面は最終的に丸ランドとして加工表面へのバニシング効果により仕上げ面を向上させる効果をもつものであるため、この部分の面粗さが良好に仕上げられていることが良い。
【００２５】
良好な面粗さの焼結体表面を得るためには、円筒研削での砥石番手を上げる、もしくは円筒加工後フィルムラップなどの方法で研削面の粗さをよくすることで工具の性能を向上させることができる。このときの焼結体表面の面粗さは最大高さＲｚで０．５μｍ以下にすることが望ましい。
【００２６】
こののち、図１（Ｄ）に示すように、外周部分にポケット溝１４を形成するが、その際焼結体外周面を丸ランドの幅０．０２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で残すようにする。０．５ｍｍを越えると切削抵抗が高くなり、工具と被削材との擦りが大きくなり刃先温度も上昇するため、工具寿命が短くなる。０．０２ｍｍ未満では、丸ランドの効果が得られない。
【００２７】
そして、前記ネジレ形状のネジレ角が１０°〜４５°であることが望ましい。ネジレ角が１０°未満の場合は、切削抵抗を下げる効果も切粉の排出にも効果がなく、また４５°を越えると切削抵抗がかえって高くなり、切粉の排出も悪くなる。
【００２８】
又本発明エンドミルの別の特徴は、支持部の外径が、超高圧焼結体の外径より小さくまた、切刃が超高圧焼結体の表面に形成されている。したがって、支持部の外径が、超高圧焼結体で形成された切刃の外径より小さい。使用に当たっては、支持部をさらにシャンクに接合させることができる。
【００２９】
（実施例）
図２（Ａ）は、本発明のスクエアエンドミルの正面図である。このエンドミルは、切刃１および幅Ｗの丸ランド３が超高圧焼結体２に形成されており、この焼結体２は、支持部１２に接合されている。切粉を排出するポケット溝１４は、超高圧焼結体２の全長にわたり形成される。図２（Ｂ）は、エンドミルの側面図であり、ポケット溝１４がネジレていることを示している。
【００３０】
上記のスクエアトエンドミルは、図１に示す方法で製作され、各部の寸法は下記の通りであった。切刃の直径は４ｍｍ、切刃の長さが４ｍｍ、丸ランドの幅Ｗは０．０５ｍｍ、溝の深さは０．３ｍｍ、刃数は８枚刃で超高圧焼結体としてはＣＢＮ焼結体として住友電気工業株式会社製のＢＮ２５０を使用した。なお支持部の直径は３．５ｍｍ、切刃のネジレ角は１５°、丸ランドの表面粗さがＲｚで０．３μｍであった。この実施例で用いた、エンドミルの芯厚比は、３．４／４×１００なので、８５％であった。
【００３１】
この工具を用いて焼き入れ鋼の側面部を加工した結果を以下に示す。切削条件は表１に示す。被削材はＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）である。切削試験の結果仕上げ面の粗さとしてＲｚ＝０．５２μｍが得られ、従来工具では１〜２μｍ程度の粗さであったものを大幅に向上させることができた。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
上記は一つの実施例であるが、硬質焼結体素材からは任意形状に切刃を削り出すことができるため、設計においては刃数、ネジレ角、すくい角などの要素を本発明の範囲内で自由に設定することができる。特に小径サイズ（工具回転径が４ｍｍ以下）の場合には従来のロー付け方法では不可能であったような６枚刃以上の多くの刃数を持つ工具を作ることができる。また、前述の通り工具径寸法も円筒研削により±０．００５ｍｍでの管理が容易にできるようになり、刃振れも０．００３ｍｍ以内にすることができた。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の製造方法により、小径多刃構造のネジレ刃エンドミルを寸法精度及び刃振れ精度良く得ることができる。また、原理的に刃振れが生じることなく精度の高い、研削ダレのない工具を得ることができる。更に、本発明によって得られた工具で切削すると、ランド面によるバニシング効果により仕上げ面粗さも良好な結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明エンドミルの製造工程を示す模式図で、図１（Ａ）は先端部に超高圧焼結体を有する円柱状素材の模式図、図１（Ｂ）は円柱状素材をシャンクにロー付けした状態を示す模式図、図１（Ｃ）は研削仕上げした先端形状を示す模式図、図１（Ｄ）は刃溝加工（外周部はランド面を残す）を施した完成品の模式図である。
【図２】図２は本発明の一つの実施例で、図２（Ａ）はスクエアエンドミルの正面図で、図２（Ｂ）はその側面図である。
【図３】図３は、従来の外周丸ランドを有するスパイラルエンドミルで、図３（Ａ）はその正面図、図３（Ｂ）は切刃部の拡大正面図、図３（Ｃ）は側面図である。
【図４】図４は従来のエンドミルの外周研削の状況を模式的に示すもので、図４（Ａ）は外周研削の模式図、図４（Ｂ）はエンドミル切刃の拡大模式図である。
【符号の説明】
１　　切刃部
２　　超高圧焼結体
３　　外周丸ランド
４　　エンドミル
５　　円筒研削砥石
６　　研削ダレ
１１　　硬質焼結体素材
１２　　支持部
１３　　シャンク
１４　　ポケット溝
Ｗ　　丸ランドの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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