JP2001300813A

JP2001300813A - ボールエンドミル

Info

Publication number: JP2001300813A
Application number: JP2001009062A
Authority: JP
Inventors: Nagatoshi Kunimori; 永年國森; Yasuyuki Kaneda; 泰幸金田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2001-10-30
Also published as: KR20010082729A; EP1125667B1; US20010051076A1; CN1310069A; DE60108536D1; EP1125667A3; EP1125667A2; DE60108536T2; US6652201B2

Abstract

(57)【要約】【課題】焼き入れ鋼などを切削加工したとき、切削面
の表面粗さをＲｚで１．６μｍ以下の精度に高めようと
するものである。【解決手段】ボールエンドミルの切刃が、立方晶窒化
硼素を２０〜９５容積％含有する多結晶硬質焼結体から
なり、切刃稜線部１４の断面曲率半径Ｒが５〜３０μｍ
であり、切刃の逃げ面１２とすくい面１３またはネガラ
ンド面１１が断面曲率半径Ｒ上で滑らかにつながり、切
刃稜線部１４の表面粗さを十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．
１〜１．０μｍに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、等速ジョイント等
のボール溝を加工するのに用いられるボールエンドミル
に係り、詳しくは立方晶窒化硼素を含有した多結晶硬質
焼結体を用いて製作されたボールエンドミルの切刃の形
状に関する。

【０００２】

【従来の技術】微細な立方晶窒化硼素粉末を種々の結合
材を用いて焼結した材料は、高硬度の鉄族金属や鋳鉄の
切削に対して優れた性能を示す。特に高い硬度を有する
焼入鋼材料の加工においても、立方晶窒化硼素焼結体工
具を用いて切削加工した場合、研削加工と同等の仕上げ
面粗さと、加工寸法精度が得られる。このため、焼き入
れ鋼の切削加工の一部は、従来の砥石を用いた研削加工
から立方晶窒化硼素焼結体工具を用いた切削加工に置き
換えられている。

【０００３】これに対して、精密切削加工の最も進んで
いるのは、単結晶ダイヤモンドを用いた非鉄金属の切削
加工である。主な利用分野は、メモリーディスクの基
板、ポリゴンミラーなどのアルミニウム系合金の加工で
ある。最近では、この単結晶ダイヤモンドをより安価で
加工しやすい多結晶ダイヤモンドで置き換えようとする
動向にある。多結晶ダイヤモンド工具では、切刃稜線部
に結晶界面の段差などにより大きな凹凸が形成される
と、逃げ面、すくい面を研磨しても凹凸を除去できな
い。この凹凸が研磨された面に残り、被削材に転写され
るので高精度の加工が出来ないと言う課題があった。特
開平６−１９０６１０号公報に記載されている多結晶ダ
イヤモンド切削工具の場合は、刃先を面取りすることで
この課題が解決されている。すなわち、多結晶ダイヤモ
ンドを用いたチップの切刃の逃げ面を研磨痕のない研磨
面に形成し、その切刃稜線部に研磨加工によって微少幅
の面取りを施し、切刃稜線部を平滑にする技術が開示さ
れている。しかしながら、多結晶ダイヤモンド工具は、
ダイヤモンドを構成する炭素と鋼とが反応するので、焼
き入れ鋼や鋳鉄の切削加工に用いることが出来ない。

【０００４】Ｓ５０Ｃ等の炭素鋼からなる等速ジョイン
トのハウジングとボール溝は、粗加工後、高周波焼入等
によってＨＲＣ５０〜６０の硬度に熱処理される。ハウ
ジング内における対角線上の複数のボール溝は、仕上加
工によって高い寸法精度の真位置度、真球度に形成する
必要がある。又、ボールエンドミルの切刃の材質と切刃
形状が、硬く熱処理された被削材に対応したものであっ
ても、コレットホルダーとの結合が周知の技術である図
５に示すようなサイドロックタイプは好ましくない。

【０００５】図５（イ）は、コレットホルダーの結合部
の断面図であり、図５（ロ）は、セットボルト上におけ
るＸ−Ｘ断面を示す。図５（イ）において、ボールエン
ドミル本体１００のシャンク１０１は、コレットホルダ
ー１０２のクランプ孔１０３に挿入され、セットボルト
１０４にて固定される。ところが、セットボルト上で
は、図５（ロ）に示すようにセットボルト１０４によっ
てシャンク１０１はクランプ孔１０３の一方に押し付け
られ、ボールエンドミル本体１００の軸心はＳだけ偏心
する。偏心量Ｓは、数μｍであってもコレットホルダー
１０２の軸心からみると倍加されるので、高精度のボー
ル溝加工には適さない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
の課題に鑑み、本発明は、多結晶硬質焼結体を用いて焼
き入れ鋼などを切削加工したとき、切削面の表面粗さを
Ｒｚで１．６μｍ以下の精度に高めようとするものであ
る。すなわち、立方晶窒化硼素を含有する多結晶硬質焼
結体切削工具の切刃の形状や表面粗さを改良することに
より、優れた仕上げ面粗さと高い寸法精度を実現しよう
とするものである。なおＲｚは、ＪＩＳＢ０６０１「表
面粗さ−定義及び表示」に規定されている１０点平均粗
さのことである。

【０００７】さらに、上記寸法精度を達成するために
は、ボールエンドミル本体とコレットホルダーの結合手
段を改良する必要がある。そして、結合手段に焼嵌め接
合を用いるとするなら、シャンク部には剛性が高く熱膨
張係数の小さい材質を選択する必要がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ボールエンドミルの切刃
に、立方晶窒化硼素を２０〜９５容積％含有する多結晶
硬質焼結体を用い、切刃稜線部の断面曲率半径を５〜３
０μｍにホーニングし、切刃の逃げ面とすくい面または
ネガランド面を前記断面曲率半径上で滑らかにつながら
せ、切刃稜線部の表面粗さを十点平均粗さ（Ｒｚ）で
０．１〜１．０μｍに仕上げる。

【０００９】又、切刃の逃げ面とすくい面またはネガラ
ンド面の表面粗さは、十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１〜
０．５μｍであることが好ましく、そして、切刃の逃げ
面とすくい面またはネガランド面とのなす切刃くさび角
は、６５°〜１２５°であることが好ましい。

【００１０】さらに、多結晶硬質焼結体は、立方晶窒化
硼素を２０〜９５容積％含有し、その平均粒径が０．０
１〜５μｍであるものを採用する。そして、前記切刃の
表面に周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素及びＡｌ、Ｓ
ｉ、Ｂの元素からなる群から選択される、少なくとも１
種の元素または該群から選択される少なくとも１種の金
属の窒化物、炭化物、酸化物及びこれらの固溶体の中か
ら選択される、少なくとも１種の化合物からなる被覆層
を、物理的蒸着方法または化学的蒸着方法によって形成
する。

【００１１】また、ボールエンドミル本体に超硬合金ま
たは焼結超重量合金を採用し、シャンク部がコレットホ
ルダーに焼嵌めされる形状として、切刃の芯ブレを極小
化すると共にシャンク部とコレットホルダの熱膨張係数
の差を利用して強固に接合する。

【００１２】

【発明の実施の形態】ボールエンドミルの形態は、切削
工具としての精度を重視すれば切刃と本体が一体となっ
たソリッドタイプが好ましい。またボールエンドミル本
体の切刃固定部とシャンク部の機能分担や切刃が損耗し
た場合の経済性を重視するなら、切刃は別体のスローア
ウェイ式の板状チップであってもよい。図１に、多結晶
硬質焼結体を切刃としたソリッドタイプのボールエンド
ミルを示す。図１（イ）は、正面図であり、図１（ロ）
は、側面図である。

【００１３】図１（イ）において、１は、超硬合金また
はＷを９０〜９７質量％及び残余にＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、
Ｃｕを含む原料粉末を焼結してなる焼結超重量合金を用
いたボールエンドミル本体である。焼結超重量合金は、
縦弾性係数が２８０〜３７０ＧＰａと剛性が高く、熱膨
張係数も鋼より小さいためコレットホルダー（図示省
略）との焼嵌め接合の際、充分な締代を確保できる。２
は切刃であり、多結晶硬質焼結体２ａと超硬合金からな
る台金２ｂが一体化した２層構造をなし、ボールエンド
ミル本体１に鑞付けされる。３は切り屑ポケットであ
る。

【００１４】図１（ロ）において、ボールエンドミル本
体１に切刃２が鑞付けされ、シャンク部４がコレットホ
ルダー（図示省略）と焼嵌め接合される。この形状のシ
ャンク部４であれば、従来技術のサイドロックタイプで
説明したような問題は発生しない。又、図１（イ）のセ
ンター穴５を利用して、容易に精度の高い刃先研磨が可
能である。

【００１５】次に、図１（イ）の切刃Ａ部を拡大した図
２、図３により、切刃を構成する技術用語について説明
する。図２は、ネガランド面１１を有する切刃の拡大断
面図である。１２は逃げ面、１３はすくい面、１４は切
刃稜線部をそれぞれ示す。切刃稜線部１４は、断面曲率
半径Ｒでネガランド面１１、又は図３のすくい面１３と
逃げ面１２とに滑らかにつながっている。尚、滑らかに
つながるとは、連続的につながること、言い換えると角
のないことを言う。切削時の基準となる水平線１５とネ
ガランド面１１とのなす角θ₁はすくい角、垂直線１６
と逃げ面とのなす角θ₂は逃げ角を示す。ネガランド面
１１と逃げ面１２のなす角θ₃は、切刃くさび角であ
る。図２の場合はすくい角θ₁がマイナスであり、図３
の場合はすくい角θ₁がプラス方向で、かつネガランド
面がない。

【００１６】切刃稜線部１４は、図３の逃げ面１２とす
くい面１３、または図２の逃げ面１２とネガランド面１
１が交差する部分に形成される。切刃稜線部１４の断面
曲率半径Ｒと、切刃稜線部１４の表面粗さは特に重要で
ある。すなわち、切刃稜線部１４が５〜３０μｍの範囲
内の断面曲率半径を有する曲線により形成され、その曲
線が逃げ面１２、すくい面１３、ネガランド面１１等と
滑らかにつながっていることが重要である。そして、切
刃稜線部１４の表面粗さを十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．
１〜１μｍの範囲内に収めることにより、優れた仕上げ
面粗さが実現でき、高精度な加工が行える。

【００１７】従来、立方晶窒化硼素を含有する多結晶硬
質焼結体の切刃２は、含有するダイヤモンド粒度が＃６
００程度のダイヤモンド砥石を用いて、逃げ面１２とす
くい面１３またはネガランド面１１とを研削加工して刃
付けされていた。しかし、この方法で刃付けされる切刃
２の切刃稜線部１４は、しばしば部分的に大きく欠落す
ることがあった。

【００１８】焼入鋼などの高硬度材料を立方晶窒化硼素
焼結体からなる切刃で切削する場合、切刃稜線部１４の
形状は被加工面に転写されやすい。このため高硬度材料
を優れた仕上げ面粗さに加工する場合には、切刃稜線部
１４において立方晶窒化硼素焼結体の欠落のない、滑ら
かで且つ微細な表面粗さに形成することが必要である。
また切削抵抗が高い場合には、被削材表面にいわゆるヒ
ビリ等が発生し易い。従って、本発明の課題を解決する
ためには、第１に上記の切刃稜線部１４の表面粗さを小
さくして且つ滑らかにすることであり、第２には切削抵
抗を下げることが重要である。

【００１９】単に表面粗さの小さな切刃稜線部１４を有
する切刃２は、ダイヤモンド粒度が＃３,０００〜＃４,
０００程度の細い粒子を有するダイヤモンド砥石によ
り、時間と労力をかけて切刃を形成することができる。
しかしながら逃げ面１２とすくい面１３またはネガラン
ド面１１等と、切刃稜線部１４を滑らかにつなぐことは
困難であった。

【００２０】本発明の多結晶硬質焼結体からなる切刃
は、ダイヤモンド粒度が＃６００〜＃３,０００程度の
ダイヤモンド砥石を用いて逃げ面１２とすくい面１３ま
たはネガランド面１１を研磨して刃付けする。次に、＃
１,５００〜＃３,０００程度の粒子径を有するダイヤモ
ンド遊離砥粒を回転ブラシに塗布して、刃付けされた近
辺をホーニングすることが最も有効であることを見出し
た。切刃稜線部１４及び逃げ面１２とすくい面１３また
はネガランド面１１を滑らかにつなぐことによつて、切
り屑の排出が円滑になり、また切刃稜線部１４の表面粗
さを小さくすることにより、仕上げ面の表面粗さを向上
させることができる。

【００２１】次に、切削抵抗を下げるために、切刃稜線
部１４の断面曲率半径Ｒを小さくすることを検討した。
この過程で断面曲率半径が小さすぎると、目標とする表
面粗さを得ることが工業的に出来ないことが判明した。
小さすぎる断面曲率半径では、欠落部の凹みを滑らかに
に出来ないためである。そこで、試切削を重ねた結果、
断面曲率半径Ｒは５〜３０μｍの範囲のとき、切削抵抗
の小さくなることが判明した。切刃稜線部の断面曲率半
径が３０μｍを越えると、実体のすくい角θ₁が負の方
向に大きくなるために、切削抵抗が増加し加工中の切れ
味が低下する。特に高硬度材料を高精度に加工する場合
には、背分力が高くこの変動量が大きいために、高い寸
法精度を得ることが困難である。

【００２２】従来、研削加工によって得られる高硬度材
の仕上げ面における通常の表面粗さは、十点平均粗さ
（Ｒｚ）で１．６μｍ程度であった。これを切削加工で
達成するためには、切刃稜線部１４の表面粗さは十点平
均粗さ（Ｒｚ）で１．０μｍ以下であることが好ましい
ことが判った。そして、切刃稜線部１４の表面粗さを
０．１μｍ未満に仕上げても、その効果は飽和し、経済
性の観点からも無駄であることを確認した。従って、切
刃稜線部１４の表面粗さは十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．
１〜１．０μｍの範囲が適切である。

【００２３】また、加工の進行と共に切刃は摩耗するた
め切刃稜線部１４も後退するが、新たに形成される切刃
稜線部１４は摩耗した逃げ面１２と、すくい面１３また
はネガランド面１１とから形成されることになる。この
ため、加工進行中も優れた面粗さを維持し、クレータ摩
耗や逃げ面摩耗を防ぐためには、逃げ面１２とすくい面
１３またはネガランド面１１はできるだけ平滑であるこ
とが望ましい。従って、逃げ面１２とすくい面１３、ま
たはネガランド面１１の表面粗さは十点平均粗さ（Ｒ
ｚ）で０．１〜０．５μｍの範囲内であることが好まし
い。

【００２４】一方、高硬度材料を加工するためには、切
刃材料にも高い硬度が要求される。このため、多結晶硬
質焼結体中の立方晶窒化硼素の含有量は、２０〜９５容
積％であることが望ましい。また、硬度の点のみを考慮
した場合、単結晶の立方晶窒化硼素もこの分野の加工用
途に適すると考えられるが、しかし、単結晶の場合劈開
に起因する欠けが発生し易いなどの問題があるために、
高硬度材料の加工用途においては、劈開しにくい多結晶
の立方晶窒化硼素焼結体を用いる方が好ましい。

【００２５】また、逃げ面１２とすくい面１３またはネ
ガランド面１１のなす切刃くさび角θ₃が６５゜未満の
場合、切刃くさび角θ₃が小さいことにより高硬度材料
の切削初期において欠けが発生し易くなる。一方、切刃
くさび角θ₃が１２５゜を超える場合には、切削抵抗が
増加して、所望の仕上げ面粗さは得られるものの、要求
する寸法精度が得られなくなる。このため、逃げ面１２
とすくい面１３またはネガランド面１１のなす切刃くさ
び角θ₃は、６５゜〜１２５゜の範囲であることが好ま
しい。

【００２６】さらに、切刃稜線部１４の表面粗さを十点
平均粗さ（Ｒｚ）で０．１〜１．０μｍの範囲内に納め
るためには、含有する立方晶窒化硼素の平均粒子径は
０．０１〜５μｍであることが好ましい。含有する立方
晶窒化硼素の平均粒子径が０．０１μｍ未満で小さすぎ
る場合、焼結体中にこのような微粒子の凝集部分が発生
しやすく、これに起因して刃先の欠けが発生しやすくな
る。このため、立方晶窒化硼素の平均粒子径は小さすぎ
ても良くなく、大きすぎるのも好ましくないので、０．
０１〜５μｍの範囲が望ましい。

【００２７】また、前記切刃の表面に、周期律表４ａ、
５ａ、６ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉ、Ｂの元素からなる群
から選択される少なくとも１種の元素または該群から選
択される少なくとも１種の金属の窒化物、炭化物、酸化
物及びこれらの固溶体の中から選択される少なくとも１
種の化合物からなる被覆層を、物理的蒸着方法または化
学的蒸着方法によって形成して、耐摩耗性及び耐溶着性
を向上させることが好ましい。また、多結晶硬質焼結体
を接合している台金には、超硬合金、鋼材料等が用いら
れるが、高硬度材料を高精度に加工するためには、台金
も高い剛性を有することが望まれるので、台金の材料と
しては超硬合金、焼結超重量合金等を選択するのが適切
である。

【００２８】

【実施例】本発明に係わるボールエンドミルの実施例
を、以下に説明する。（実施例１）立方晶窒化硼素を含有する多結晶硬質焼結
体の切刃稜線部の断面曲率半径と切刃稜線部の粗さが、
被削材の仕上げ面粗さと加工精度に及ぼす影響を調べる
ために、立方晶窒化硼素を含有する表１の多結晶硬質焼
結体のボールエンドミルを準備した。

【００２９】表１におけるボールエンドミルは、切刃が
図１に示すようにボールエンドミル本体と一体となって
いるソリッドタイプである。その切刃２は、０．５〜１
μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を５０容積％
含有する多結晶硬質焼結体２ａが台金２ｂと一体となっ
て、図１に示すようにコーナー部に鑞付けされている。
刃付け研摩は、＃１,０００ダイヤモンド砥石によって
実施した。この後、回転運動を行うブラシ表面に、５〜
８μｍの粒子径（＃２,０００相当）のダイヤモンド遊
離砥粒を塗布し、これを切刃２のすくい面から押し当て
ることにより、切刃稜線部にホーニング加工を行った。
この時、加工時間を変えることにより、切刃稜線部の断
面曲率半径を種々変化させて試料の作製を行った。な
お、切刃くさび角はいずれも８３゜とした。

【００３０】切刃稜線部の断面曲率半径は、コントレー
サーを用いて測定した。コントレーサーの測定原理は表
面粗さ計と同じ手法であって、測定縦倍率と横倍率を同
等にして得られた曲線の曲率を測定する。また各試料の
切刃稜線部の粗さの測定は、ナイフエッジ状端子を切刃
稜線部に直角に当てたが、測定距離が充分に取れず、カ
ットオフ値０．０８ｍｍ、測定長さ１．０ｍｍにて、下
記の条件にて行った。粗さ計の測定子形状：ナイフエッジ状端子測定長さ：１ｍｍ測定子送り速度：０．０３ｍｍ／ｓｅｃカットオフ値：０．０８ｍｍ測定縦倍率：２０，０００倍測定横倍率：１００倍

【００３１】

【表１】

【００３２】この結果、切刃稜線部の断面曲率半径の小
さい試料１Ａはすくい面、あるいは逃げ面の加工時に切
刃稜線部に発生したチッピングを、ホーニングにより充
分に除去できず、これが原因で表面粗さが際立って大き
くなっている。これら５個の試料について、下記に示す
条件にて切削試験を実施した。

【００３３】図４に、被削材２００の形状寸法を示す。
浸炭焼入鋼（ＳＣＭ４１５）からなる被削材２００は、
硬度ＨＲＣ６０に浸炭処理されている。斜面には、半径
１０ｍｍのボール溝２０１が５溝設けられ、ボールエン
ドミル本体１を矢印Ｂの如く直線的に移動させ、αから
βまでを１パスとして１溝あたり往復４パスさせた後の
仕上げ面粗さを表２に示す。切削条件の詳細を下記に示
す。切削速度：２５０（ｍ／ｍｉｎ）切り込み深さｄ：０．２（ｍｍ）送り速さ：０．２（ｍｍ／ｒｅｖ）切削溝数：５溝ボールエンドミルの刃数：２枚刃被削材目標仕上げ面粗さ：Ｒｚ＝１．２（μｍ）以下

【００３４】切刃稜線部の断面曲率半径が小さい試料１
Ａは、切刃稜線部の粗さが大きいために転写される仕上
げ面粗さが大きく、所望の仕上げ面粗さを得ることがで
きなかった。一方、切刃稜線部の断面曲率半径が大きい
試料１Ｅは、切刃稜線部の表面粗さは小さいが、切削抵
抗が大きいために負荷変動も大きく、部分的にビビリが
発生したので結果的に目標仕上げ面粗さに到達しなかつ
た。

【００３５】これに対して本特許請求の範囲内である試
料１Ｂ〜１Ｄは、切刃稜線部の表面粗さが小さいため
に、優れた仕上げ面粗さを得られることが判った。加え
て切刃稜線部の断面曲率半径が小さいために切削抵抗の
増加が抑制されて、ビビリの発生もなく高精度な加工が
できることが明らかとなった。

【００３６】

【表２】

【００３７】（実施例２）立方晶窒化硼素を含有する多
結晶硬質焼結体の切刃のすくい面粗さと切刃稜線部の粗
さが、被削材の仕上げ面粗さに及ぼす影響を調べるため
に、立方晶窒化硼素を含有する表３の多結晶硬質焼結体
のボールエンドミルを準備した。

【００３８】表３におけるボールエンドミルは、図１に
示すようなソリッドタイプである。その切刃２は、１〜
３μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を６５容積
％含有する多結晶硬質焼結体２ａが台金２ｂと一体とな
って、図１に示すようにコーナー部に鑞付けされてい
る。刃付け研摩は、＃１,２００ダイヤモンド砥石によ
って実施した。

【００３９】その後、試料２Ａは、＃８００相当のダイ
ヤモンド砥粒が埋め込まれたワイヤーブラシを回転させ
ながら切刃に当てることにより、切刃稜線部にホーニン
グ加工を実施した。一方、試料２Ｂは、回転運動を行う
ブラシ表面に、８〜１６μｍの粒子径（＃１、５００相
当）のダイヤモンド遊離砥粒を塗布し、これを切刃２の
すくい面から押し当てることにより、切刃稜線部にホー
ニング加工を行った。また試料２Ｃは、２Ｂと同様の方
法により、ブラシ表面に５〜８μｍの粒子径（＃２,０
００相当）のダイヤモンド遊離砥粒を塗布し、切刃稜線
部にホーニング加工を行った。なお、切刃くさび角はい
ずれも１１５゜とした。

【００４０】その後、実施例１と同様の方法により、各
試料の切刃稜線部の粗さを測定した。また、すくい面の
表面粗さは、すくい面に直角に針状端子を当て、カット
オフ値０．０８ｍｍ、測定長さ１．０ｍｍにて、下記の
条件にて行った。粗さ計の測定子形状：針状端子測定長さ：１ｍｍ測定子送り速度：０．０３ｍｍ／ｓｅｃカットオフ値：０．０８ｍｍ測定縦倍率：２０，０００倍測定横倍率：１００倍

【００４１】

【表３】

【００４２】この結果、比較的粗い粒度のダイヤモンド
ワイヤーブラシによって、切刃にホーニング加工がなさ
れた試料２Ａは、すくい面や逃げ面の粗さを改善する効
果が低く、また、切刃稜線部の表面粗さも大きい値とな
った。これら３個の試料について、次に示す条件で切削
試験を実施した。

【００４３】被削材の材質と形状寸法は、図４と同様の
ものを用い、斜面には、半径１０ｍｍのボール溝２０１
を１５溝設け、ボールエンドミル本体１を矢印Ｂの如く
直線的に移動させ、αからβまでを１パスとして１溝あ
たり往復４パスさせて、第１パスと第６０パス後の仕上
げ面粗さを表４に示す。切削条件の詳細を下記に示す。切削速度：２００（ｍ／ｍｉｎ）切り込み深さｄ：０．１５（ｍｍ）送り速さ：０．２（ｍｍ／ｒｅｖ）切削溝数：１５溝ボールエンドミルの刃数：２枚刃被削材目標仕上げ面粗さ：Ｒｚ＝１．２（μｍ）以下

【００４４】

【表４】

【００４５】その結果試料２Ａは、切刃稜線部の粗さが
大きくこれが被削材表面に転写されるために、切削初期
の段階から終了に至る迄要求の表面粗さを得ることがで
きなかった。これに対して切刃稜線部の粗さの小さい試
料２Ｂ、２Ｃは、切削初期から優れた仕上げ面が得ら
れ、要求の表面粗さを確保することができた。

【００４６】（実施例３）立方晶窒化硼素を含有する多
結晶硬質焼結体の切刃において、立方晶窒化硼素の平均
粒子径が、切刃稜線部の粗さと被削材の仕上げ面粗さに
及ぼす影響を調べるために、立方晶窒化硼素を含有する
表５の多結晶硬質焼結体のボールエンドミルを準備し
た。

【００４７】表５におけるボールエンドミルは、図１に
示すようなソリッドタイプである。その切刃２は、立方
晶窒化硼素を５５容積％含有する多結晶硬質焼結体２ａ
が台金２ｂと一体となって、図１に示すようにコーナー
部に鑞付けされている。刃付け研摩は、＃１,０００ダ
イヤモンド砥石によって実施した。その後、実施例１と
同様の手順により刃先にホーニング加工を行った。な
お、このとき切刃稜線部の断面曲率半径は２０μｍであ
り、切刃くさび角は１０８°とした。

【００４８】

【表５】

【００４９】表５のうち、立方晶窒化硼素の平均粒子径
が非常に細かい試料３Ａは、焼結体中に微粒子の凝集に
起因する不均一な組織が存在するために、切刃強度が低
く切刃形成中に欠けが発生し易すかった。切刃に欠けの
生じなかった試料３Ｂ〜３Ｆについて、下に示す条件に
て切削試験を実施した。

【００５０】被削材の材質と形状寸法は、図４と同様の
ものを用い、斜面には、半径１０ｍｍのボール溝２０１
を１０溝設け、ボールエンドミル本体１を矢印Ｂの如く
直線的に移動させ、αからβまでを１パスとして１溝あ
たり往復４パスさせた後の仕上げ面粗さを表６に示す。
切削条件の詳細を下記に示す。切削速度：２５０（ｍ／ｍｉｎ）切り込み深さｄ：０．２（ｍｍ）送り速さ：０．３（ｍｍ／ｒｅｖ）切削溝数：１０溝ボールエンドミルの刃数：４枚刃被削材目標仕上げ面粗さ：Ｒｚ＝１．２（μｍ）以下

【００５１】

【表６】

【００５２】その結果、立方晶窒化硼素の平均粒子径の
大きい試料３Ｆは、切刃稜線部の粗さが大きいために、
要求される被削材の仕上げ面粗さを確保する事ができな
かったことが判る。これに対して、本件発明である試料
３Ｂ〜３Ｅは、切刃稜線部の粗さが小さいために、要求
される仕上げ面粗さを安定して確保でき、高精度な加工
が行えることが明らかとなった。

【００５３】(実施例４)立方晶窒化硼素を含有する多結
晶硬質焼結体の切刃において、逃げ面とネガランド面と
のなす角である切刃くさび角が、被削材の加工精度と仕
上げ面粗さに及ぼす影響を調べるために、立方晶窒化硼
素を含有する表７の多結晶硬質焼結体のボールエンドミ
ルを準備した。

【００５４】表７におけるボールエンドミルは、図１に
示すようなソリッドタイプである。その切刃２は、１．
２μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を７０容積
％含有する多結晶硬質焼結体２ａが台金２ｂと一体とな
って、図１に示すようにコーナー部に鑞付けされてい
る。そして異なる逃げ面とネガランド面を組み合わせ
て、表７に示すように６段階の切刃くさび角の試料を用
意した。刃付け研摩は、＃１,５００ダイヤモンド砥石
によって実施した後、実施例１と同様の手順により切刃
稜線部の断面曲率半径が２８μｍである試料４Ａ〜４Ｆ
を準備した。なお、切刃稜線部の表面粗さはＲｚ=０．
３〜０．８μｍの範囲であった。

【００５５】

【表７】

【００５６】被削材の材質と形状寸法は、図４と同様の
ものを用い、斜面には、半径１０ｍｍのボール溝２０１
を５溝設け、ボールエンドミル本体１を矢印Ｂの如く直
線的に移動させ、αからβまでを１パスとして１溝あた
り往復４パスさせた後の仕上げ面粗さを表８に示す。切
削条件の詳細を下記に示す。切削速度：２３０（ｍ／ｍｉｎ）切り込み深さｄ：０．２（ｍｍ）送り速さ：０．２（ｍｍ／ｒｅｖ）切削溝数：５溝ボールエンドミルの刃数：２枚刃被削材目標仕上げ面粗さ：Ｒｚ＝１．２（μｍ）以下

【００５７】

【表８】

【００５８】表８の結果から明らかなように、逃げ面と
ネガランド面とのなす切刃くさび角の小さい４Ａは、切
刃のくさび角が小さいために切削抵抗が変動し易く、実
用上差し支えない程度のビビリが発生した。又、切刃く
さび角が大きい４Ｆは、切刃のくさび角が大きいため相
対的に切削抵抗が大きく、実用上差し支えない程度のビ
ビリが発生した。これに対して４Ｂ〜４Ｅは、好ましい
切刃くさび角の範囲内であるため、切削抵抗は小さくこ
れの変動も小さくビビリの発生がなく目標仕上げ面粗さ
を達成することができた。

【００５９】（実施例５）切刃表面に被覆層を形成した
場合の、被削材の仕上げ面粗さへの効果を確認するため
に、表９の被覆層を形成したボールエンドミルを準備し
た。

【００６０】表９におけるボールエンドミルは、図１に
示すようなソリッドタイプである。その切刃２は、１〜
３μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を６５容積
％含有する多結晶硬質焼結体２ａが台金２ｂと一体とな
って、図１に示すようにコーナ部に鑞付けされている。
試料５Ａ、５Ｂともに刃付け研磨を、＃１,２００ダイ
ヤモンド砥石を使用して実施し、切刃くさび角が何れも
１０５°となるように製作した。

【００６１】さらに、回転運動を行うブラシ表面に８〜
１６μｍの粒子径(＃１,５００相当)のダイヤモンド遊
離砥粒を塗布して、これを切刃２のすくい面から押し当
てることにより、切刃稜線部に断面曲率半径１５μｍの
ホーニング加工を行った。その後、試料５Ｂには切刃２
の表面に物理的蒸着方法により厚みが２μｍのＴｉＡｌ
Ｎの被覆層を形成した。そして、実施例２と同様の方法
により、各試料の切刃稜線部の粗さを測定した。

【００６２】

【表９】

【００６３】これら２個の試料を用いて、下記に示す条
件で切削試験を実施した。切削速度：２００(ｍ／ｍｉｎ) 切り込み深さ：０．１５(ｍｍ) 送り早さ：０．２（ｍｍ／ｒｅｖ）切削溝数：２０溝ボールエンドミルの刃数：２枚刃被削材目標仕上げ面粗さ：Ｒｚ＝１．２(μｍ) 被削材の材質と形状寸法は、図４と同様のものを用い、
斜面には、半径１０ｍｍのボール溝２０１を２０溝設
け、ボールエンドミル本体１を矢印Ｂの如く直線的に移
動させ、αからβまでを１パスとして１溝あたり往復４
パスさせて、第１パスと第８０パス後の仕上げ面粗さを
測定した。その結果を表１０に示す。

【００６４】

【表１０】

【００６５】この結果、２個の試料ともに要求の被削材
目標仕上げ面粗さ：Ｒｚ＝１．２(μｍ)以下を確保する
ことが出来、更にいえば、試料５Ｂは試料５Ａに比較し
て、第１パス後及び第８０パス後ともに仕上げ面粗さが
優れている。これは、ＴｉＡｌＮ被覆層の耐溶着性の効
果と考えられ、切削パス数を増加するにつれて耐摩耗性
の効果もあらわれ、工具の寿命延長を図ることができ
る。

【００６６】

【発明の効果】本発明に基づく、切刃稜線部の断面曲率
半径が５〜３０μｍで、且つ切刃稜線部の表面粗さが
０．１〜１．０μｍであるボールエンドミルは、ホルダ
ーとの接合形状や手段を工夫することにより、切刃の芯
ブレを極小化して焼入れ鋼や鋳鉄などの材料を切削加工
により高精度に加工することができた。すなわち、本発
明のボールエンドミルを用いることにより、被削材の表
面粗さが１．６μｍ以下の滑らかな仕上げ面を得ること
ができた。その結果、従来の能率の劣る研削加工に依存
していた工程を、切削加工に置き換えて加工能率を飛躍
的に向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボールエンドミルの正面図及び側面図
である。

【図２】本発明に係わるネガランド面を有する切刃の拡
大図である。

【図３】本発明に係わるネガランド面の無い切刃の拡大
図である。

【図４】本発明に係わる被削材の形状寸法である。

【図５】従来のサイドロックタイプにおけるコレットホ
ルダー結合部の断面図である。

【符号の説明】

１ボールエンドミル本体２切刃２ａ多結晶硬質焼結体２ｂ台金３切り屑ポケット４シャンク部５センター穴１１ネガランド面１２逃げ面１３すくい面１４切刃稜線部１５水平線１６垂直線２００被削材２０１ボール溝 θ₁ すくい角 θ₂ 逃げ角 θ₃ 切刃くさび角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボールエンドミルの切刃が、立方晶窒化硼
素を２０〜９５容積％含有する多結晶硬質焼結体からな
り、切刃稜線部の断面曲率半径が５〜３０μｍであり、
切刃の逃げ面とすくい面またはネガランド面が前記断面
曲率半径上で滑らかにつながり、前記切刃稜線部の表面
粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１〜１．０μｍであ
ることを特徴とするボールエンドミル。
【請求項２】前記切刃の逃げ面とすくい面またはネガラ
ンド面の表面粗さが、十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１〜
０．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のボ
ールエンドミル。
【請求項３】前記切刃の逃げ面とすくい面またはネガラ
ンド面とのなす切刃くさび角が、６５°〜１２５°であ
ることを特徴とする請求項１または２に記載のボールエ
ンドミル。
【請求項４】前記多結晶硬質焼結体が、立方晶窒化硼素
を２０〜９５容積％含有し、その平均粒径が０．０１〜
５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のボール
エンドミル。
【請求項５】前記切刃の表面に、周期律表４ａ、５ａ、
６ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉ、Ｂの元素からなる群から選
択される少なくとも１種の元素または該群から選択され
る少なくとも１種の金属の窒化物、炭化物、酸化物及び
これらの固溶体の中から選択される少なくとも１種の化
合物からなる被覆層が形成されていることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれかに記載のボールエンドミル。
【請求項６】ボールエンドミル本体が超硬合金または焼
結超重量合金からなり、シャンク部がコレットホルダー
に焼嵌めされる形状としたことを特徴とする請求項１乃
至５のいずれかに記載のボールエンドミル。