(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削端部からカッターシャンクの間のカッターコアの周囲に円柱状に設けられ、溝部により形状を決定された複数の螺旋状の切り歯を有し、エンドミルカッターの軸線と直交する方向の断面積及び前記切り歯の幅が、前記切削端部から前記カッターシャンクに向けて徐々に増加し、かつ、前記切削端部から前記カッターシャンクに向けて、前記カッターコアの直径が直線状に徐々に増加し、前記切り歯の外径が、前記切り歯の長さ方向に沿って一定とされている回転複数歯のエンドミルカッター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はミリングカッターに関する。
詳細には、本発明は、より多用途に適用可能な、剛性が改善されたツールを作るための、新しい形状のエンドミルのコアを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
ミリングカッターは、複数の切削エッジを有する、円柱状、円錐状、又は円盤状の、回転するツールである。そのようなカッターは、平形円柱状、側フライス、フェース及びエンドミル、総形フライス、並びに標準的及び特別なプロファイル（断面形状）のカッターのような、多くの形態のものが入手可能である。製造のショートランには高速スチールカッターが用いられ、ロングランには差込カーバイドブレードが用いられることが多い。
【０００３】
エンドミルは、しばしば円柱状の、単純なカッターであり、円周面の一端部には螺旋状の切削歯があり、カッターが両頭である場合を除き、他端部はブランクとなっていてシャンク（柄）の役割をする。カッターが両頭である場合は、中央部が機械によって把持される。円柱の端面にも歯が設けられている。恐らく、４溝ミルが最も一般的であるが、２、３、又は６溝も広く用いられる。エンドミルは、広範囲のミル作業を実行できるとともに、カッターの原価が適度なので、よく用いられる。円柱以外の形状もよく用いられる。シャンクは平行でもテーパがあってもよく、必ずしも歯の直径と等しい必要はない。
【０００４】
選択された切削速度との関係において、ツールの故障となる前に除去できる金属の最大限可能な量を決定するために、多くの研究が行われてきている。しかし、それには、それ自体が材料のタイプ及び熱処理の両方の関数である被加工物の被削性の等級(rating)、歯の形状、カッターのサイズ、歯の数及びカッターの材質、カッターに使用可能な工作機械の出力及び工作機械の剛性、カッターの剛性、冷却剤のタイプ及び流量、所要の表面仕上げ、選択された供給速度、並びにカットの深さ及び幅といった、あまりにも多くのファクターが絡んでいるので、１つの適用例について公開された結果を他の適用例と関係づけるのは、たとえ作業の基本的なタイプ、例えば正面削り、が同じであっても、困難である。
【０００５】
ミリングカッター、特にエンドミルの、改良の試みの最近の例は、クベルスキ(Kuberski)の米国特許第5,779,399号及びボスティック(Bostic)の米国特許第5,810,517号に見出される。これらの文書は、先行する多くの設計を参照している。
【０００６】
エンドミルの設計では、総直径が、コアの両側の歯の深さと残りのコアの直径との間に配分されなければならない。コアの直径が大きいと、ツールが堅固になるという長所がある。しかし、歯の深さが拡張（増加）されると、チップの除去が良好になり、切削エッジへの潤滑剤のアクセスを改善する。明らかに、好ましくはツールの予想される使用法に基づいて、これらの２つの矛盾する要求の間の適切なバランスが見出されなければならない。本発明の発明者は、対応するミリングタスクに最良である以下の比率を示す。
【表１】
0004975207.tif 000002
【０００７】
上の表は、実行中のミリング作業のタイプを変える場合、例えば、被加工物が、その側面の仕上げ加工後に、立削りされる場合に、ミリングカッターも変更されるべきであることを示している。この状況は機械工場の時間を無駄にするだけでなく、最適な加工結果を得ようとしたら、異なるエンドミルの大量のストックが使用可能な必要がある。
【０００８】
通常、エンドミルの動作中、切削力はカッターの１つのエッジに対抗して及ぼされる。生じたモーメントは、カッターシャンクを堅固に把持するツールホルダーによって抵抗される。カッターが回転するにつれてモーメントの方向が変化し続けるという事実を無視すると、カッターは、カンチレバーとして応力がかけられると見なすことができる。簡単にするために、荷重は点荷重と見なすことができる。カンチレバー上の曲げ応力は、W=荷重、Z=断面係数、l=ツールホルダーのあごの端部と荷重との間の距離、x=ツールホルダーのあごの端部と応力が測定される点との間の距離であるとき、W/Z(l-x) である。
【０００９】
明らかに、xが増加すると曲げモーメントは急激に増加する。従って、先行技術のエンドミルで広く用いられている、直径が一定のコアは、エンドミルの設計において限られた使用可能空間を配分する最良の方法ではない。
【００１０】
上記の注に、２つの注記を加える必要がある。
１.任意のビーム上の実際の応力はせん断応力も含むが、せん断応力は考察されるビーム部にわたって一定であるので、本明細書では無視する。
２.カッター部、及びそれに従ってZは一定ではなく、歯溝によって減っており、シャンクに沿って最大となっている。応力の集中を防止するために、歯溝はスロープ又はカーブとして終わる。
【００１１】
上述した応力の問題はツールの破損の回避に関係しているが、精度及び表面仕上げを改善するとともに振動及び騒音を低減するために、ツールの撓みを最小にするための要件も、重要さの点では劣らない。ツールホルダーに近く、またカッターシャンクに最も近い歯溝の端部にも近い高い曲げモーメンによって、切削力の結果としてカッターが曲がるので、コアの直径が一定だと、ツールが必要以上に撓む。切削エッジにおけるカッターの撓みは、カッターコアを構成するツールのスチールがより良い方法で配分されている場合、即ち、カッターのより軽い応力がかかる歯付き端部を犠牲として、より大きな応力がかかる部分により多くの金属が配分されている場合には、低減されよう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的の１つは、先行技術のエンドミルの短所を取り除き、剛性が改善されながら、依然としてチップ除去に適した歯の深さを可能とする、カッターを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、切削端部からカッターシャンクの間のカッターコアの周囲に円柱状に設けられ、溝部により形状を決定された複数の螺旋状の切り歯を有し、エンドミルカッターの軸線と直交する方向の断面積及び前記切り歯の幅が、前記切削端部から前記カッターシャンクに向けて徐々に増加し、かつ、前記切削端部から前記カッターシャンクに向けて、前記カッターコアの直径が直線状に徐々に増加し、前記切り歯の外径が、前記切り歯の長さ方向に沿って一定とされている回転複数歯のエンドミルカッターを提供することにより、上記目的を達成する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態では、前記カッターの長さに沿った中心断面において、カッターコアの直径が、切削端部からカッターシャンクに向けて徐々に増加する、エンドミルカッターが提供される。
【００１５】
本発明の最も好ましい実施の形態では、歯の幅が、切削端部からカッターシャンクに向けて徐々に増加するカッターが提供される。
【００１６】
以降、本発明の更なる実施の形態を述べる。
【００１７】
米国特許第5,452,971号では、ネビルズ(Nevills)によって、非常に複雑な回転端部切削ツールが説明及び特許請求されており、その数多くの特別な特徴のうちの１つは“テーパーのついた残存コア領域”である。しかし、このツールは、説明及び図からわかるようにドリルである。詳細には、コア領域は、エンドミルで見受けられるよりも遥かに小さく、ツールの端部は、穴を生成又は拡大するために軸方向の圧力により被加工物を貫通するための形状である。
【００１８】
それに対して、本発明は、実質的なコアを有するとともに平面又は曲面を加工することを意図された側歯を有するエンドミルに関する。
【００１９】
本発明の新規なエンドミルが、カッターを変更する必要なしに、立削り、表面の荒削り、及び仕上げ作業を可能にするための、十分な剛性を提供する役割をすることが、このように実現される。その結果、このカッターはより良い品質の表面を作り、より破損しにくく、振動及び騒音発生の傾向がより低い。同時に、冷却剤の切削領域へのアクセスを可能にし、発生したチップを除去するために、最も必要なところ、つまり、ミルの切削端部の近くに適切な歯の深さが備えられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を、添付の図面を参照して更に説明する。図面は、本発明の好ましい実施の形態を例として表している。構造上の詳細は、基本的な理解に必要なだけ示されている。説明される例は、図面とともに、本発明の更なる形態がどのように実現されるかを当業者に対して明らかにするものである。
【００２１】
図１には、回転複数歯エンドミルカッター１０が示されている。
【００２２】
このカッターのコア１２及び歯１４の両方を考えると、カッターの軸ＡＡに対して直角に切り取ったときの、カッター材料の総断面積は、切削端部１６からカッターシャンク１８に向けて徐々に増加する。
【００２３】
本実施の形態では、断面積の増加はコア直径の増加によるものである。コア直径は、歯溝の谷(root)を画定するカッターの充実の（中空でない）中心(solid center)である。
【００２４】
本実施の形態では、カッターコア１２は、カッター軸ＡＡで切り取った断面図でわかるように、直線テーパとされている。そのような形状は、勿論、最も製造が容易であるとともに、シャンク１８に近くなるほど高い強度及び剛性を与え、切削端部１６近くでは適切な歯の深さを与える。従って、このカッターは、異なるタイプの加工作業に用いられることが可能である。
【００２５】
残りの図面を参照すると、同様の参照番号は同様の部分を示すように用いられている。
【００２６】
次に、図２を参照すると、図１に示されている１０と類似のミリングカッター２０が示されている。本実施の形態では、カッターコア２２は、放物線状の凸面テーパを有する。この形状は、更なる剛性を与える一方で、切削端部２４における十分な歯の深さを維持する。この実施の形態は、曲げに対抗する最良の剛性を与えるとともに、立削りが切削端部２４に近い領域に限定される場合に有効に使用できる。更に、この実施の形態は、最良の方法で側フライス削り及び軽い立削り作業を行うように改造される。
【００２７】
図３は、カッターコア２８が凹面テーパを有する、エンドミルカッター２６を示している。この凹面テーパは放物線状であることが長所である。そのような形状は、荷重がかかったカンチレバーの応力ダイアグラムと良好に対応し、従って、コア金属を最も必要とされるところに正確に配分し、カッターに沿って延びる長さに対して良好な歯の深さを得る。この形状は、カッターの側面３０に沿って最良のチップ除去を提供し、従って、側フライス削り及び立削り作業にとって理想的である。
【００２８】
図４及び図５には、切削端部３４からカッターシャンク３６に向けて歯の幅TWが徐々に増加し溝の幅FWが徐々に減少する、エンドミルカッター３２が示されている。コア形状３８は、図１に示されているような直線テーパである。しかし、このコアのテーパは、シャンクに向けて進んだときの領域（面積）の所望の増加が、カッター歯４０によって部分的に占められるので、図１よりも幾分浅い。本実施の形態は、深い立削り及び側フライス削り作業に適用可能である。
【００２９】
図６及び７はエンドミルカッター４２を示しており、エンドミルカッター４２は、コア形状４４が、図２及び図３を参照して説明した理由により、放物線状の凸面又は凹面であることを除き、図４及び図５に示されているものと同一である。
【００３０】
ここに述べた発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の意味する範囲内の全ての実施の形態を含むことを意図される。上述した例は本発明の有用な形態を示すものであるが、本発明の範囲を限定するものとは見なされず、添付の特許請求の範囲の意味から逸脱することなく、本発明の更なる変更及び修正がなされ得ることに、当業者は容易に気づくであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったエンドミルカッターの好ましい実施の形態の部分断面正面図である。
【図２】更なる実施の形態の部分断面正面図である。
【図３】更なる実施の形態の部分断面正面図である。
【図４】歯の幅が増加する実施の形態の正面図である。
【図５】図４をＢＢで切り取ったときの断面図である。
【図６】図４と同じであるが、但し、凹放物線状コアを示す図である。
【図７】図６をＣＣで切り取ったときの断面図である。
【符号の説明】
１０    エンドミルカッター
１２    コア
１４    歯
１６    切削端部
１８    カッターシャンク
【図１】
0004975207.tif 000003
【図２】
0004975207.tif 000004
【図３】
0004975207.tif 000005
【図４】
0004975207.tif 000006
【図５】
0004975207.tif 000007
【図６】
0004975207.tif 000008
【図７】
0004975207.tif 000009