(57)【要約】【課題】  電子機器の小型軽量化、高密度実装化にともない、その構成部品は薄肉化が進むとともにその形状精度の要求が高まっている。加工条件の影響をあまり受けることなく、薄肉部品の加工を高精度かつ高能率に加工できる工具（エンドミル）を提供する。【解決手段】  形状精度に影響が大きい軸方向切り込みが少ない仕上げ加工に着目し、複数の刃先をもつエンドミルに対して、その刃先の形状を、一つはシャープコーナ刃先形状とし、もうひとつは仕上げ加工における軸方向切り込み高さよりも大きな正面戻しを形成し、その刃先を複数の刃先で交互に配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の切れ刃を有するスクエアエンドミルであって、
前記複数の切れ刃のうち、１つの切れ刃の刃先はシャープコーナを有する刃先であり、
前記複数の切れ刃のうち、他の１つの切れ刃の刃先は正面戻しを付けた刃先であることを特徴とするスクエアエンドミル。
【請求項２】
２枚の切れ刃を有するスクエアエンドミルであって、
１つの切れ刃の刃先はシャープコーナを有する刃先であり、
他の切れ刃の刃先は正面戻しを付けた刃先であることを特徴とするスクエアエンドミル。
【請求項３】
前記シャープコーナを有する刃先は、当該刃先で切削した切削加工面に引張り応力を残留し、
前記正面戻しを付けた刃先は、当該刃先で切削した切削加工面に圧縮応力を残留することを特徴とする請求項１、２いずれか記載のスクエアエンドミル。
【請求項４】
前記正面戻しをつけた刃先の部分は、超硬材よりも硬度の高い材質で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のスクエアエンドミル。
【請求項５】
前記超硬材よりも硬度が高い材質は、ダイヤモンド焼結体、あるいはｃＢＮ焼結体であることを特徴とする請求項４記載のスクエアエンドミル。
【請求項６】
複数の切れ刃を有するスクエアエンドミルであって、
前記複数の切れ刃は、２以上の異なるすくい角を有する切れ刃からなることを特徴とするスクエアエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は切削工具に関するものである。特に、厚みが薄い平面を有する製品の仕上げ加工の際に適用するエンドミルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型軽量化、高密度化に伴い、電子機器を構成する部品の加工精度に対する要求は高まる傾向にある。特に、薄板の製品においては、切削加工による加工歪の影響が大きく、製品が加工歪により変形し、例えば高密度に設置すると隣接する部品で干渉が発生するなどの問題がある。従って、製品を構成する部品に対する加工精度の要求が高くなってきている。
【０００３】
部品の形状精度を決定する要因のひとつとして、加工時に発生する加工歪の影響があり、加工歪を小さくかつ高能率に加工することが求められている。加工歪は、加工に用いる工具の形状と加工条件の影響を大きく受ける。形状精度に影響する加工は、最終の仕上げ加工の工程であり、このような高精度の加工には、ソリッドスクエアエンドミルが用いられることが一般的である。
【０００４】
従来、アルミニウム切削において、刃先へのアルミニウムの溶着を防止し、工具を長寿命化することを目的として、同じ刃先形状をした複数（２枚）の刃部に二層コーティングを施したソリッドスクエアエンドミル（以下、エンドミルという）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９３６１１号公報(０００６段落、図１)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
刃先形状が全て同じである従来のエンドミルを使用した場合、加工時に発生する加工歪は、加工条件により変化する。
例えば裏面も表面も平らな平板であれば、同じ工具、同じ加工条件で加工すれば加工歪も同等となるため、加工歪を原因とする平板の変形を防止できる。しかしながら、現実には裏面の形状と表面の形状とは異なる場合が多く、この場合、同じ工具、同じ加工条件によって加工すると、加工歪が発生して加工対象物（ワーク）が変形してしまう。
加工歪の変形を抑えるためには加工条件を変更する必要があるが、一般的には切削速度を落とすことを行うため切削体積が小さくなり、加工能率が低下する課題があった。
【０００７】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、加工歪が小さく、かつ高能率な条件で加工可能なエンドミルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るスクエアエンドミルは、複数の切れ刃を有するエンドミルであって、前記複数の切れ刃のうち１つの切れ刃の刃先はシャープコーナを有する刃先であり、前記複数の切れ刃のうち他の１つの切れ刃の刃先は正面戻しを付した刃先とした。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るスクエアエンドミルによれば、このエンドミルにより切削した加工面全体の加工歪が低減され、低歪な切削加工品を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るスクエアエンドミルの刃先説明図である（（ａ)）は全体図、（ｂ）は正面戻し付き刃先のＡ方向からの矢視図、（ｃ）はシャープコーナ刃先のＢ方向からの矢視図）。
【図２】実施の形態１に係るエンドミルによる平面加工の模式図である（（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図）。
【図３】実施の形態１に係るエンドミル加工における切れ刃１，２による加工面の模式図である。
【図４】実施の形態１に係るエンドミルの切れ刃の刃先形状の差による切り屑生成の模式図である（（ａ）は正面戻し付き刃先の場合、（ｂ）はシャープコーナ刃先の場合）。
【図５】実施の形態１に係るエンドミルの刃先形状による加工面応力の違いを表わす図である。
【図６】本発明の実施の形態１および２で加工した製品の模式図である（（ａ）は上面、（ｂ）はＣ部断面、（ｃ）は底面）。
【図７】本発明実施の形態２によるスクエアエンドミルの刃先説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１.
図１は、本発明の実施の形態１に係るスクエアエンドミル１（以下、エンドミル１という）の刃先を説明する図である。実施の形態１のスクエアエンドミル１は刃先形状の異なる２枚刃を備える。
図１（ａ）はエンドミル１の刃先部分の拡大図である。図１（ｂ）はエンドミル１を図中のＡ方向からみた、正面戻し２をつけた刃の刃先形状を示した図であり、図１（ｃ）は２枚刃のうちシャープコーナ３の刃をつけた刃先形状を示した図である。
本実施の形態のエンドミルは主にアルミ合金加工を目的としたもので、図１に示すように刃数は２枚刃、側面加工に用いられる側面切れ刃４のねじれ角は４５度、エンドミルの母材は超硬材の構成である。
【００１２】
通常、アルミ合金のバルク材から製品を削りだし加工する場合、除去体積が多い荒加工を行い、最後に図面に指定された寸法精度、形状精度を満足するために、除去体積を少なくした仕上げ加工の２工程で行われることが多い。本実施の形態のエンドミルは、仕上げ加工を対象としたエンドミルであり、特に製品の厚みが薄い部分の製品の変形を防止することに効果を奏する。
【００１３】
図２は本実施の形態のエンドミルが平面を形成する加工の一例を説明する図である。
図２（ａ）は加工対象物であるワーク１０の表面を均一に加工している状況の上面図であり、図２（ｂ）はその側面図である。２枚刃のエンドミル１１は径方向切り込み量と軸方向の切り込み量を設定しワークを除去する。図２に示す２枚刃のエンドミルの場合、切れ刃Ｃ１２と切れ刃Ｄ１３が交互にワークの除去を行う。切れ刃Ｃ１２および切れ刃Ｄ１３が除去するエリアを除去エリア１４に示す。この工具切れ刃毎に工具が進んだ長さを工具一刃当り送り量と呼ぶ。工具一刃当り送り量は、除去体積に関連する指標であり、加工歪への影響が多い加工条件の一つである。この工具一刃当り送り量は式（１）で求められる。
【００１４】
工具一刃当り送り量[mm/刃］＝
工具送り速度[mm/分]  /  工具回転数[1/分]  /  工具刃数［刃］  ・・  式（１）
【００１５】
以後、工具の送り量を示す指標としては式（１）に示される工具一刃当り送り量（以下、一刃当り送り量という）を用いて説明を行う。
【００１６】
次に、一刃当り送り量と加工表面の関係について詳しく説明する。
図３は、工具の回転により形成される加工面を模式的に示す図である。図２で示した切れ刃Ｃ１２による加工面１５と切れ刃Ｄ１３による加工面１６は、図３中で示されるように交互に配置され、全体として加工により形成された加工面１７となる。
切れ刃１と切れ刃２が全く同じ構成であれば、切れ刃Ｃ１２と切れ刃Ｄ１３により形成される加工面１５、１６は、まったく同じ性質を備えた加工面となるが、本実施の形態のスクエアエンドミルでは、切れ刃Ｃ１２と切れ刃Ｄ１３に異なる刃先形状を与えているので、形成される加工面１５、１６は、それぞれ異なった性質を持つこととなる。
【００１７】
図４は、仕上げ加工工程における刃先形状の影響について説明する図である。
ワーク１０のアルミ材の仕上げ加工工程の特徴としては一般的に軸方向切込み量は０.２mm以下、工具一刃当り送り量に関しては０.１mm/刃以下であり、特に精度が要求される場合には、軸方向切込み量は０.１mm以下、工具一刃当り送り量に関しては０.０５mm/刃程度で加工されることが多い。
本実施の形態では、正面戻しの高さが０.２mmに設定されており、軸切り込み高さ０.１mmに対して大きくなるように設定されている。
【００１８】
図４は軸方向切込み深さ０．１ｍｍに対して、図４（ａ）は０．２ｍｍの正面戻し高さを備えた工具の刃先の場合、図４（ｂ）はシャープコーナ刃先を備えた工具の場合について、２次元切削モデルで模式的に表したものである。先に述べたように軸方向切込みが非常に少ない仕上げ加工の加工現象に限れば、このような２次元切削モデルでの考察で十分である。
図４（ａ）に示すように、軸方向切込み量よりも正面戻し高さが高いエンドミルの場合、正面戻し部分はすくい角“ゼロ”度に相当する。すくい角が小さく工具は、すくい角が大きい工具と比べると、「せん断角」が小さく切り屑が生成されるため、切り屑の変形が大きく切削抵抗が高くなる。同時に、加工面には圧縮応力が残留する。一方、図４（ｂ）に示すようなシャープコーナ刃先の場合、すくい角が大きいためせん断角が大きく切り屑が生成されるため、切り屑の変形が小さく、切削抵抗も低くなる。このときの残留応力は、引張り残留応力となる。
【００１９】
図５は、刃先形状ごとの加工面応力の一例を示した解析結果である。
図５において、△プロットは正面戻しがある刃先形状（正面戻し高さ２００μｍ、すくい角０度）の工具を用いて所定の一刃当り送り量で加工した際の加工面に残留する応力の解析結果である。一方、■プロットは、正面戻しの無いシャープコーナの刃先形状（すくい角４０度）の工具を用いて所定の一刃当り送り量で加工した際の加工面に残留する応力の結果を示したものである。
解析に用いた工具材質は超硬（ＷＣ、タングステンカーバイド）、工具直径は６ｍｍであり、被削材はアルミ合金、カット方向はダウンカット、工具回転数は１０，０００ｒｐｍとした。また、径方向の切込み量は４．２ｍｍ、軸方向切込み量は０．１ｍｍ、工具一刃当り送り量を０．０４〜０．２ｍｍ/刃としている。
図５に示すように、正面戻しがある工具では所定の一刃当り送り量の加工条件において圧縮応力が残留し、正面戻しの無いシャープコーナを有する工具では、引張り応力が残留することがわかる。このように加工面に残量する応力で、相反する圧縮応力と引張り応力の性質を利用することにより、加工歪を低減することができる。
【００２０】
図３に示したとおり、本実施の形態のエンドミルでは、２枚の異なる刃先形状で加工された加工面１５、１６は交互に配置される。
この残留応力の状態が異なる加工面は、工具一刃当り送り量である０.０５mmの微小なピッチで配置することにより、加工面全体としての残留応力を小さくすることが出来る。
【００２１】
図６は、実施の形態１に係るφ１０のエンドミルとφ３のエンドミルを用いてケース状のワーク１０を加工した際の一例を示した図である。
ワーク１０の寸法は、外径が２００×２５０mm、高さ６mm、彫りこみ深さが４.５mmとなっており、彫りこみ部分底面の厚みは１.５mmと薄くなっている。彫りこみ面の反対側は平面で構成されている。ここでは、彫りこみ加工を実施している面を表面、平面で構成される面を裏面と便宜上呼ぶこととする。
表面は、彫り込み加工がなされるため、形状を仕上げる仕上げ加工ではφ３のエンドミルを用いる必要がある。これに対し、平面で構成される裏面については加工能率を高めるため大きな径の工具が使用可能であり、図６の例ではφ１０エンドミルを用いている。
【００２２】
φ３、φ１０のエンドミルは共に２枚刃のエンドミルで、アルミ合金を切削対象としており、ねじれ角は４５度、材質は超硬材である。刃先形状は本発明を適用して、φ３、φ１０のエンドミル共に、正面戻し高さ０．２ｍｍをつけた刃先とシャープコーナの刃先の２種類の異なる刃先形状を備えている。
【００２３】
加工条件は、以下の通りである。
（１）φ１０エンドミルを用いた加工条件
・回転数：１０,０００回転／分
・工具一刃当り送り量：０.０５ｍｍ
・軸方向切込み：０.０５mm
・径方向切り込み：工具径の７０％
（２）φ３エンドミルを用いた加工条件
・回転数：１８,０００回転／分
・工具一刃当り送り量：０.０５ｍｍ
・軸方向切込み：０.０５mm
・径方向切り込み：工具径の７０％
【００２４】
比較のため、従来のエンドミルを用いた加工を実施した。エンドミルとして２枚の刃先形状がいずれもシャープコーナで形成されている工具を用いた。
従来のエンドミルで加工した場合は、ワークの変形を抑制するため次のようなプロセスで加工する必要があった。
すなわち、従来のエンドミルではエンドミルの径が異なるため、表面と裏面の加工歪が一致せず「裏面仕上げ加工→表面仕上げ加工」の工程だけでは変形が残ってしまう。このため、更に「裏面仕上げ加工２回目」を実施し、要求された平面度を達成する必要がある。
【００２５】
これに対し、本実施の形態のエンドミルを適用して同じ加工条件で加工を行う場合、エンドミル径によらず、加工歪（加工残留応力）が低減されているので、それぞれの加工における変形量が小さくなるため、「裏面仕上げ加工→表面仕上げ加工」の２工程だけで要求された加工精度を達成することができる。
【００２６】
以上のように、本発明に係るスクエアエンドミルによれば、表面と裏面の工具形状や、加工条件の違いに依存することなく、裏面仕上げ、表面仕上げを各々一回の加工で行うことができる。
そして、加工においては加工歪による製品の変形を低減することができ、工具形状や加工条件の影響を少なくして、高能率な加工条件でかつ高精度/低歪な製品を提供することができる。
【００２７】
なお、実施の形態１では２枚刃を備えたエンドミルの例について説明したが、刃の数は２枚に限られず多数枚であってもよく、エンドミルに備えられた多数枚の刃において各々の刃を用いた加工の際にその加工面に生ずる圧縮歪と加工歪の性質を利用することで、高能率な加工条件でかつ高精度/低歪な製品を提供することができる。
【００２８】
実施の形態２.
実施の形態１では正面戻しの刃先とシャープコーナの刃先の２枚の刃先を備えたエンドミルの例を説明した。
実施の形態２では、実施の形態１と同じ２枚の刃先を備えるアルミ加工用のエンドミルであるが、１枚の刃は正面戻しがないねじれがあるシャープコーナ刃先３１であり、他の１枚の刃はねじれがない刃先に焼結ダイヤモンドのチップがろう付けされた刃先３０とした構成のエンドミルについて説明する。
【００２９】
図７は、実施の形態２に係るエンドミルの刃先を説明する図である。
一般に知られているようにダイヤモンドは非常に硬度が高く、切削工具として高精度加工に用いられる工具材料である。しかし、焼結ダイヤモンドは欠け易い材料であるため、刃先強度を持たせるためには、直方体のような形状で使用される。したがって、すくい角がない切れ刃に適用することで、切れ味が向上し、加工時の発熱を低減することで工具の長寿命化が図れる。
実施の形態２のエンドミルは刃先形状の異なる２枚刃を備え、１枚はシャープコーナーの刃をつけた刃先３１であり、１枚は焼結ダイヤモンドの直方体３０を超硬エンドミル本体にろう付けするようにした。
【００３０】
実施の形態２のエンドミルを用いて、特に高精度でかつ長い切削距離が要求され彫りこみ側を加工するφ３の工具を製作した。このエンドミルを用いて、実施の形態１で加工した図６に示すワークの表面（彫りこみ側）仕上げ加工に適用する。
【００３１】
φ３エンドミルを用いた加工条件（一例）は、以下の通りである。
・回転数：１８,０００回転／分
・工具一刃当り送り量：０.０５ｍｍ
・軸方向切込み：０.０５mm
・径方向切り込み：工具径の７０％
【００３２】
本実施の形態のエンドミルによれば、正面戻しがある刃先の摩耗劣化を低減し、かつ裏面と表面をそれぞれ一回の仕上げ加工で製品の変形を低減することが可能になり、少ない加工工程で製品の要求精度を満足することができる。
なお、実施の形態２では焼結ダイヤモンドの直方体３０を超硬エンドミル本体にろう付けしたが、ｃＢＮ焼結体を超硬エンドミル本体にろう付けするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ スクエアエンドミル部分拡大図、２ 刃先正面戻し、３ 刃先シャープコーナ、４ 側面切れ刃、１０ ワーク、１１ 加工中のエンドミル、１２ エンドミル切れ刃Ｃ、１３ エンドミル切れ刃Ｄ、１４ 一刃当りの除去エリア、１５ 切れ刃Ｃによる加工面、１６ 切れ刃Ｄによる加工面、１７ 形成された加工面、２１ 正面戻し付きの刃先、２２ シャープコーナ刃先、２３ 加工により生成される切り屑、３０ ねじれがない焼結ダイヤチップ、３１ ねじれがあるシャープコーナ刃先。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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