JP2012183597A - 刃先交換式ボールエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】 金型等の仕上げ加工を高速、高能率、高精度に行うための刃先交換式ボールエンドミルを提供する。
【解決手段】 工具本体２の先端部３から外周方向に円弧状切刃が形成された第１のインサート１２を固定するための第１取付座４と、第２、第３のインサート１３、１４を固定するための第２、第３取付座を備えている。第１取付座４に装着された第１のインサート１２を第１の固定用ネジ９により固定するための固定用ネジ穴８の向きは、第１取付座４となるインサート嵌合溝７が工具本体２の径方向に延びる向きと直交する方向に対して、工具本体２の回転方向とは逆方向に角度θ傾斜した方向に形成し、さらに、第１の固定用ネジ９を挿通させるために第１のインサート１２に形成した傾斜ネジ挿通穴１９も角度θ傾斜させている。第１取付座４に第１のインサート１２を固定したときには、傾斜ネジ挿通穴１９の内周面部１９ｃと第１の固定用ネジ９の外周面部９ｃとが密に係合するようにしている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、工具本体の先端部に設けた取付座に、切刃を備えたインサートを着脱自在に装着できるようにした刃先交換式ボールエンドミル、特に、金型等の仕上げ加工において、インサートを工具本体に繰り返して装着しても、装着精度が確保できるようにすることにより、高速度、高精度の切削加工を可能にした刃先交換式ボールエンドミルに関するものである。

各種の金型を製作する際には、３次元の切削加工を行う必要がある中で、従来から金型の切削加工用の工具としては、ボールエンドミルが用いられる。近年、金型の寸法は大型化する傾向にあり、これに伴って金型の切削加工を行うためのボールエンドミルには、高速、高能率、高精度の切削加工を可能、かつ長寿命化が要求されている。このような要求に対応するために、例えば、下記の技術を備えたボールエンドミルが提案されている。

（１）ボールエンドミルの工具本体の先端部に複数の切刃（多刃）、例えば４つの切刃（４枚刃）を設けて、被削材を高速、高能率、かつ高精度の切削加工を行うことができるようにする。また、工具本体の先端部に設けた取付座に、切刃となるインサートを着脱自在に装着することにより２枚刃、あるいは４枚刃とした刃先交換式のボールエンドミル（以下、「刃先交換式ボールエンドミル」という）も提案されている。さらに、この刃先交換式ボールエンドミルにおいて、チップポケットを大きくして切り屑の詰りを防止するために、インサートを取付座に着脱自在に装着するための装着（固定）機構を改善した技術も提案されている。

（２）刃先交換式ボールエンドミルにおいて、取付座に装着して固定したインサートが、切削加工中に発生する切削加工負荷によりその固定位置が狂わないように、インサートの固定機構を改善して高精度の切削加工ができるようにした技術も提案されている。

（３）切刃の長寿命化を図るために、耐摩耗性を有する立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）からなる硬質焼結体製の切刃を備えたボールエンドミルも提案されている。

上記（１）に関する技術としては、例えば、下記の特許文献１（特開昭６０−８５８１５号公報）、特許文献２（実開昭５４−２９４９０号公報）、特許文献３（特開２００１−１２１３３９号公報）に記載の発明が提案されている。

特許文献１には、高精度、かつ高い送り速度で切削加工を行うことを可能とした切削工具に関する発明が提案されている。特許文献１に記載されている切削工具は、一軸の回りに回転駆動されるホルダと、このホルダに取外し可能に取付けた４つの切削チップを備えている。この切削チップは、中心に円筒穴のある円板から扇形に切り出した形状であり、そのうちの１個の切削チップは円弧の中心角が９０°より大きくし、他の３個の切削チップは円弧の中心角が９０°より小さくしている。そして、円弧の中心角を９０°より大きくした切削チップは、ホルダの回転中心軸を越えて配置するとともに、この回転中心軸を越えて延びている部分には面取りを施して鋭角の縁を形成している。
一方、ホルダは、４つの切削チップの嵌め込み部の底部に、球を、回転中心軸上に位置するように接着により固定している。また、この球の半径は各扇形をなす切削チップの内側の円弧部の半径に等しくして、４つの切削チップを固定するための基準としている。これにより、切削チップの外側円弧に沿って形成された切刃の各部分と研削装置の心棒の中心軸との位置関係を、切削工具のホルダ内の球の中心とした切削チップの取付けの位置関係が同一になるので、高精度な刃先交換式ボールエンドミルの提供が可能になることが開示されている。

特許文献２には、切屑つまりを解消して工具の破損がなく、かつ作業能率を向上させた、切刃チップを交換自在とした穴あけ工具が提案されている。特許文献２に記載の考案は、切刃チップをホルダの相対する一対の挟持部間に挿入し、この切刃チップを貫通する締付ボルトにより固定する穴あけ工具において、一方の挟持部の縁部を切刃チップの一方の側面に対してホルダの回転方向へ鈍角をなすように切欠して一方の切削屑排出溝を形成するとともに、これと対称位置にある他方の挟持部の縁部を切刃チップの他方の側面に対しホルダの回転方向へ鈍角をなすように切欠して他方の切削屑排出溝を形成し、かつ締付ボルトを一方の挟持部の切欠した面と他方の挟持部の切欠した面とに、略平行となるように傾斜させた構成にすることが開示されている。

特許文献３には、上記特許文献２とほぼ同様な構成を有するスローアウエイエンドミルに関する発明が提案されている。このスローアウエイエンドミルは、ホルダ本体に形成されたチップ嵌合溝に嵌合されるチップの取付座に直交する位置に対して、周方向に所要の角度ほど傾斜した方向からクランプボルトがチップの挿通穴を挿通して両チップ挟持半体にわたってネジこまれる構成とすることにより、チップポケットを大きく取れるようにしたエンドミルである。

上記（２）に関する技術としては、例えば、下記の特許文献４（特開平１１−２３９９１１号公報）、特許文献５（実開昭６４−５０００８号公報）、特許文献６（特許第４５３１９８１号公報）に記載の発明が提案されている。

特許文献４には、切削加工中に作用する切削負荷に対して、チップをチップ取付座に装着した位置が狂わない強固な固定機構を有するスローアウエイ式切削工具に関する発明が提案されている。このスローアウエイ式切削工具は、工具本体の先端部にスリット状に設けた中空部からなるチップ座に、スローアウエイチップを挟持して締め付け部材で固定するスローアウエイ式切削工具において、工具本体のチップ取付座の一方の側面部には締め付け部材の頭部円錐面に対応する部分に工具本体後端方向に偏心した円錐状受け面を設け、他のチップ取付座の側面部には円筒部受け穴及びその側壁を設けた構成とすることが記載されている。そして、締め付け部材によるスローアウエイチップの固定は、スリット状中空部のチップ座側面部による押圧と、締め付け部材の円筒部がスローアウエイチップのピン穴の内壁面から工具本体の後端側への押圧とによって行うようにし、さらに、スローアウエイチップの取付基準面を上記した円筒部受け穴の側壁とするが記載されている。

特許文献５には、スローアウエイチップをチップ取付座に取付ボルトにより着脱自在にしたボールエンドミルにおいて、切削荷重によりスローアウエイチップが回転中心軸方向の後方に後退することを防止する手段を備えたボールエンドミルに関する発明が提案されている。このスローアウエイチップの後退を防止する手段は、チップ取付座に設けたねじ孔であってスローアウエイチップの着座面側に開口する部分に、このねじ孔より大径の凹部を形成すると共に、取付ボルトにこの凹部に密に係合する円柱部を形成した構成とすることが記載されている。このような構成にすることにより、切削加工時に回転中心軸方向に大きな荷重が作用しても、取付ボルトの円柱部がチップ取付座のねじ孔の開口部に形成された凹部に密に係合しているのでスローアウエイチップの後退を防止させるようにしている。

特許文献６には、ホルダの先端部（溝脚部）に形成された溝に挿入された切削インサートをクランプネジにより、確実にクランプする機構を備えた穴ぐり工具に関する発明が提案されている。このクランプ機構（特許文献６の図３参照）は、溝脚部に設けたクランプネジ用の穴の中心軸はＸ方向に対して傾斜させるとともに、切削インサートに設けた受容穴の中心軸もＸ方向に対して傾斜させ、さらに、クランプネジはその頭部と先端部のネジ部との間のシャフト部分の外周面を、頭部からネジ部に向かって先細にしたテーパ状の構成にしたことが記載されている。このような構成にすることにより、切削インサートはクランプネジのくさび面伝道装置のような形式で協働して、ストッパ面に押圧されるので、切削加工中における切削インサートに発生する振動もなくなり、優れたクランプ作用を達成することができると記載されている。

上記（３）に関する技術としては、例えば、下記の特許文献７（特開２００２−１２６９３０号公報）、特許文献８（特開平４−２７５８１５号公報）に記載の発明が提案されている。

特許文献７には、回転中心近傍の切刃の欠損を防止することにより長寿命とした多刃ボールエンドミルに関する発明が提案されている。この多刃ボールエンドミルは、超硬合金製の工具本体の先端部に工具本体と一体に成形された超硬合金製のねじり切刃（第１刃部）と、工具本体にロウ付け固着されると共に硬質焼結体（立方晶窒化硼素焼結体）からなる第２刃部から構成し、第１刃部は工具本体のボール刃の先端から工具本体の後端側へ向かって形成され、第２刃部は工具本体のボール刃側において工具本体の回転中心軸と所定の角度を隔てた位置から工具本体の後端側へ向かって形成された構成にすることが記載されている。さらに、切削加工を行う場合には、靱性に優れる超硬合金製の第１刃部で回転中心近傍の切削を行って回転中心近傍の切刃の欠損を防止し、耐摩耗性に優れる硬質焼結体製の第２刃部で外周側の切削を行うことが記載されている。

特許文献８には、刃部の製作が容易で、かつ安定した寿命の切削加工を行うことを可能としたボールエンドミルに関する発明が提案されている。このボールエンドミルは、工具本体の先端部に４つの切刃を周方向へ９０°位相をずらして設け、かつ切刃の材質を２種類として、各切刃はその材質が交互に異なるように工具本体の先端部にロウ付け、あるいはねじ等で固定した構成にされている。また、この２種類の材質からなる切刃は、じん性に富んだ超硬合金製の切刃と、耐摩耗性に富んだＣＢＮ焼結材製の切刃とされている。さらに、このじん性に富んだ超硬合金製の切刃は、ボール外周部から先端部まで切刃が延び、一方、耐摩耗性に富んだ切刃は、先端部には切刃はなく、回転中心軸から少し離れた位置から外周部にかけて切刃を有する構成にすることが記載されている。

特開昭６０−８５８１５号公報 実開昭５４−２９４９０号公報 特開２００１−１２１３３９号公報 特開平１１−２３９９１１号公報 実開昭６４−５０００８号公報 特許第４５３１９８１号公報 特開２００２−１２６９３０号公報 特開平４−２７５８１５号公報

特許文献１に記載の切削工具は刃先交換式の４枚刃からなるボールエンドミルであるが、インサートの固定はネジと押え板による固定であるため、高速回転による高速切削時にはインサートが抜けでる可能性がある。また、インサートを固定する基準となる嵌め込み部底の球については、球とインサート内側の円弧の精度、球の接着による取り付位置の精度、接着の耐久性等を考慮すると、繰り返して交換するインサートを、その都度、高精度にその固定位置を維持するのは困難であると考えられる。

特許文献２に記載の考案は切屑の排出性を良好にするために、工具先端部に、締付けボルトを傾斜した方向から締付けて切刃チップを固定する構成にすることにより、切屑排出溝を大きく確保するようにした穴あけ専用の工具である。従って、この穴あけ工具は、金型のキャビティー等の３次元切削加工を高速で行うための工具として使用することはできない。また、特許文献２には、切刃チップに形成した挿通穴と締付けボルトの外周面との係合関係の詳細については開示されていない。

特許文献３に記載のスローアウエイエンドミルは、ホルダ本体に形成されたチップ嵌合溝に嵌合されるチップの取付座に直交する位置に対して、周方向に所要の角度ほど傾斜した方向からクランプボルトがチップの挿通穴を挿通して両チップ挟持半体にわたってネジこまれる構成とすることにより、チップポケットを大きく取ることができるようにして切屑の排出性を良好にした刃先交換式エンドミルである。しかし、このスローアウエイエンドミルは切刃が２枚から構成されているので、金型を高速で切削加工するボールエンドミルとして適用することは困難である。金型を高速で切削加工するためには、切刃を少なくとも４枚刃からなる構成にすることが望ましい。また、特許文献３には、特許文献２と同様に、チップに形成した挿通穴とクランプボルトの外周面との係合関係の詳細については開示されていない。

特許文献４に記載のスローアウエイ式切削工具は、工具本体のチップ取付座の一方の側面部に、締め付け部材の頭部円錐面に対応する部分に工具本体後端方向に偏心した円錐状受け面を設け、他のチップ取付座の側面部には円筒部受け穴及びその側壁を設けた構成としている。そして、締め付け部材によるスローアウエイチップの固定は、スリット状中空部のチップ座側面部による押圧と、締め付け部材の円筒部がスローアウエイチップのピン穴の内壁面から工具本体の後端側への押圧とによって行うことにより、切削加工中においてチップがチップ取付座に装着した位置が狂わないような構成になっている。このスローアウエイ式切削工具においては、スローアウエイチップのピン穴の内壁面と締め付け部材（締め付けネジ）の外周面との係合について、さらに改善すれば、切削加工中においてチップ取付座に固定したチップの位置が狂わないようにすることが可能であると考えられる。なお、このスローアウエイ式切削工具は、２枚刃から構成されるスローアウエイ式切削工具であって、上記特許文献３と同様に、金型を高速で切削加工するボールエンドミルとしては適していない。

特許文献５に記載のボールエンドミルは、チップ取付座に設けたねじ孔であってスローアウエイチップの着座面側に開口する部分に、このねじ孔より大径の凹部を形成すると共に、取付ボルトにこの凹部に密に係合する円柱部を形成した構成とすることにより、切削加工時に回転中心軸方向に大きな荷重が作用しても、取付ボルトの円柱部がチップ取付座のねじ孔の開口部に形成された凹部に密に係合しているのでスローアウエイチップの位置ずれを防止するようにしている。しかし、特許文献５には、上記した取付ボルトの円柱部がチップ取付座のねじ孔の開口部に形成された凹部に密に係合させた係合関係の詳細については記載されていない。また、このボールエンドミルは２枚刃とした工具であると思われるが、高速加工を可能とするために４枚刃にした構成にすることについては開示されていない。

特許文献６に記載の切削インサートを備えた穴ぐり工具は、前記した特許文献２と同様に穴開け専用の工具であって、金型のキャビティー等を高速で切削加工するための工具として使用することはできない。また、クランプネジのテーパ状の外周面と切削インサートに設けた挿通穴との具体的な係合関係については記載されていない。

特許文献７に記載の多刃ボールエンドミルは、超硬合金製のねじれ切刃（第１刃部）とロウ付けにより固定され硬質焼結体製のチップに形成されたチップ切刃（第２刃部）の４枚の切刃を備えたボールエンドミルであるが、第１刃部に欠損が発生するとこのボールエンドミルは使用不可能になる。このため、金型の切削加工を高速度で行うための多刃ボールエンドミル、例えば、４枚の切刃を備えたボールエンドミルは、刃先交換式のボールエンドミルを採用して、インサートの切刃に摩耗あるいは欠損が発生すると新しいインサートを再装着して切削する刃先交換方式を採用した方が、切削加工の精度と効率は向上し、切削加工コストも低減させることが可能になり望ましい。

特許文献８に記載のボールエンドミルは、４枚刃の切刃のうち２つの切刃を耐摩耗性に富んだＣＢＮ焼結材等から構成し、これら４枚刃の切刃は工具本体にロウ付け、あるいはねじ等で固定される（特許文献８の段落０００６参照）と記載されているが、４枚の切刃を工具本体にねじで固定するときの具体的な固定手段については記載されていない。

一方、刃先交換式ボールエンドミルにおいて、インサートの工具本体への装着と固定は、取付座に装着したインサートを、このインサートに形成されたネジ挿通穴に固定用ネジを挿通させ、この固定用ネジを取付座と螺合させる手段が採用されている。一般的に、金型等の被削材の仕上げ加工に使用される刃先交換式工具では、摩耗したインサートを新しいインサートと交換して装着する都度、新しく装着したインサートの装着・固定状態、すなわち、工具本体の先端部に対する切刃の位置や切れ刃形状等を確認し、必要に応じてはインサートの固定位置を微調整することがある。従って、インサートを工具本体に装着する際において、新しいインサートを装着して固定する都度、この固定位置について高い精度を得るための改善は、インサートの位置調整時間の短縮につながることから、重要な技術課題の一つである。

本願の発明者は、高速で、かつ高精度で金型の切削加工、特に仕上げ加工を行うための刃先交換式ボールエンドミルの構成、さらにインサートの構成や取付座への固定方法の改善について、種々の検討と実験を行った結果、インサートの固定用のネジ挿通穴の向き、このネジ挿通穴の内周面の面粗さＲｚａと、固定用ネジの円筒部における外周面の面粗さＲｚｂとを適切に設定して、インサートのネジ挿通穴の内周面と固定用ネジの円筒部の外周面とを、密に係合させることが重要であるとの知見を得た。

従って、本発明の目的は、刃先交換式ボールエンドミルにおいて、工具本体の先端部に第１のインサート、第２及び第３のインサートをそれぞれの取付座に装着して固定するための固定機構を改善することにより、金型等の被削材の仕上げ加工を、高速、高能率、高精度に行うことを可能とし、さらにインサートを装着した１本当りの工具の寿命を長寿命とした刃先交換式ボールエンドミルを提供することにある。

本発明の請求項１に記載の刃先交換式ボールエンドミルは、工具本体の先端部に設けた取付座に、円弧状に形成された刃部を有するインサートを着脱自在に装着する刃先交換式ボールエンドミルであって、
前記取付座は、
前記工具本体の先端部から前記回転中心軸を含んで径方向に形成されたスリット状のインサート嵌合溝からなり、前記インサート嵌合溝に挿入された第１のインサートを第１の固定用ネジにより固定するための第１取付座と、
前記先端部が前記第１取付座を介して２分割された構成からなる先端半体部の一方と他方にそれぞれ設けられた取付座であって、第２のインサートを第２の固定用ネジにより固定するための第２取付座と、第３のインサートを第３の固定用ネジにより固定するための第３取付座と、を備え、
前記先端半体部は、前記インサート嵌合溝を介して、前記先端半体部の一方の外表面から他方側の前記先端半体部内であって、前記インサート嵌合溝が前記工具本体の径方向に延びる向きと直交する方向に対して、前記工具本体の回転方向とは逆方向に角度θ傾斜した方向に形成された第１インサート固定用ネジ穴を備え、
前記第１のインサートは、前記インサート嵌合溝に挿入したときに、前記第１インサート固定用ネジ穴と連通するように前記角度θ傾斜した方向に形成された傾斜ネジ挿通穴を備え、
前記インサート嵌合溝内において、前記第１のインサートは、前記第１インサート固定用ネジ穴に挿入された前記第１の固定用ネジが前記傾斜ネジ挿通穴を挿通するとともに、前記挿通した前記第１の固定用ネジの外周面に仕上げ加工を施した外周面部が、前記傾斜ネジ挿通穴に仕上げ加工を施した内周面部と密に係合した状態で、前記第１の固定用ネジの前記先端半体部とのネジ締結により固定されていることを特徴としている。

請求項２に記載の刃先交換式ボールエンドミルは、 請求項１に記載の刃先交換式ボールエンドミルに係り、前記第１のインサートを前記第１取付座に装着したときに、前記第１のインサートの前記円弧状の刃部は、前記工具本体の最先端から後端側に向かうように配置され、
前記第２及び第３のインサートを前記第２及び第３取付座に装着したときに、前記第２及び第３のインサートの前記円弧状の刃部は、前記工具本の最先端には配置されずに、前記刃部は前記工具本体の最先端から前記回転中心軸となす角度（α）が１５°〜３０°離れた位置から後端側に向かうように配置されていることを特徴としている。

請求項３に記載の刃先交換式ボールエンドミルは、 請求項１または請求項２に記載の刃先交換式ボールエンドミルに係り、前記第１取付座に装着される前記第１のインサートの前記円弧状の刃部の中心角βは、β≧１８０°に設定され、
前記第２及び第３取付座に装着される前記第２及び第３のインサートの前記円弧状の刃部の中心角γは、γ≦９０°に設定されていることを特徴としている。

請求項４に記載の刃先交換式ボールエンドミルは、請求項１から請求項３のいずかに記載の刃先交換式ボールエンドミルに係り、前記第１取付座に装着される前記第１のインサートは超硬合金から構成されていることを特徴としている、

請求項５に記載の刃先交換式ボールエンドミルは、請求項１から請求項３のいずかに記載の刃先交換式ボールエンドミルに係り、前記第２及び第３取付座に装着される前記第２及び第３のインサートは、その基体が超硬合金から構成されるとともに、前記円弧状の刃部は、前記超硬合金からなる基体に立方晶窒化硼素焼結体を含む硬質焼結体から形成された刃部を接合した構成とされていることを特徴としている。

請求項６に記載の刃先交換式ボールエンドミルは、請求項１に記載の刃先交換式ボールエンドミルに係り、前記第１の固定用ネジの前記外周面部の表面粗さは、前記傾斜ネジ挿通穴の内周面部の表面粗さより粗くしていることを特徴としている。

請求項７に記載の刃先交換式ボールエンドミルは、請求項１に記載の刃先交換式ボールエンドミルに係り、前記角度θは、２０°≦θ≦４０°に設定されていることを特徴としている。

本発明によれば、第１のインサートの固定用ネジ挿通穴と工具本体の第１インサート固定用ネジ穴を、工具本体の正回転方向とは逆方向に傾斜させることによって、第２、第３のインサートをネジにより装着できるスペースを充分に設けることができるので、刃先交換式ボールエンドミルを４枚刃とすることが可能になる。その結果として、切削工具１本当たりの切削性能を向上することができ、特に、立ち壁の高速切削加工において高能率、高精度、且つ、工具寿命に優れる刃先交換式ボールエンドミルを提供することができる。

さらに、第１のインサートを第１の固定用ネジを用いて第１取付座に装着して固定したときには、第１のインサートの傾斜ネジ挿通穴の内周面に形成した仕上げ加工を施した内周面部と第１の固定用ネジの外周面に仕上げ加工を施した外周面部とが密に係合した構成になるので、切削加工中において、第１のインサートが第１取付座から位置ずれすることを防止できる。これにより、金型などの立ち壁の高速切削加工において、高能率・高精度、且つ、工具寿命に優れる刃先交換式ボールエンドミルを提供することができる。

本発明に係る刃先交換式ボールエンドミルの実施形態について、インサートを装着していないときの状態を示す正面図である。 図１に示す刃先交換式ボールエンドミルについて、回転中心軸方向から見たときの先端部の構成を示す側面図である。 図１に示す刃先交換式ボールエンドミルについて、先端部の構成を説明するための部分正面図である。 図１に示す刃先交換式ボールエンドミルについて、インサートを装着したときの状態を示す正面図である。 図４に示す刃先交換式ボールエンドミルについて、回転中心軸方向から見たときの先端部の構成を示す側面図である。 図４に示す刃先交換式ボールエンドミルについて、先端部の構成を説明するための部分正面図である。 図４に示す第１のインサートの構成を示す平面図である。 図７に示す第１のインサートについて、紙面の左側方向から見たときの構成を示す側面図である。 図７に示す第１のインサートについて、Ａ−Ａ線に沿った断面の形状を示す断面図である。 図９に示す第１のインサートの傾斜ネジ挿通穴について、その内周面に仕上げ加工を施すための手順を説明するための図であって、（ａ）は第１のインサートを粉末成形により成形し、焼結した素材形状の断面図、（ｂ）は（ａ）に示す内周面部に仕上げ加工を施したときの状態を説明するための断面図である。 図４に示す第１の固定用ネジの構成を示す正面図である。 図５に示す第２のインサートの構成を示す平面図である。 図１２に示す第２のインサートについて、紙面の左側方向から見たときの構成を示す側面図である。 図１２に示す第２のインサートについて、切刃方向から見たときの構成を示す正面図である。 図６に示す 第２（又は第３）の固定用ネジの構成を示す正面図である。 本発明のボールエンドミルを試作して、ＦＣＤ５５０からなる被削材について切削加工試験を行ったときに、この試作したボールエンドミルの仕様を示す図表である。 同じく、本発明のボールエンドミルを試作して、ＳＫＤ１１からなる被削材について切削加工試験を行ったときに、この試作したボールエンドミルの仕様を示す図表である。

以下、図面を用いて本発明に係る刃先交換式ボールエンドミルの実施形態について、詳細に説明する。

（工具本体の構成）
図１〜図３は、本発明の一実施形態を示す刃先交換式ボールエンドミルについて、切刃となるインサートを装着していないときの工具本体２の構成を示す図であって、図１は工具本体２の正面図、図２は工具本体２を回転中心軸Ｏ方向からみたときの先端部の構成を示す側面図、図３は図１に示す工具本体２を回転中心軸Ｏに対して９０°異なる方向からみたときに、先端部の構成を示す正面図である。

インサートを装着していない工具本体２の正面視を示す図１において、工具本体２の一方の端部には半球状に形成され先端部３を備えている。先端部３には、切刃となるインサートを装着して締め付け部材となる固定用ネジによりこのインサートを着脱自在に固定するための取付座が形成されている。なお、工具本体２の他方の端部は、刃先交換式ボールエンドミルを加工装置に取り付けるためのシャンク部となっている。また、工具本体２は、例えば、ＳＫＤ６１等の合金工具鋼から製造されている。

次に、切刃を備えたインサートを装着して固定するための取付座の構成について説明する。工具本体２の先端部３には、第１取付座４と、第２取付座５と、第３取付座６が形成されている。図２、図３に示すように、第１取付座４は、先端部３の最先端部から、回転中心軸Ｏを含んでこの回転中心軸Ｏ方向に所定の深さを有し、かつ、工具本体２の径方向に先端部３を貫くように形成されたスリット状のインサート嵌合溝７から構成されている。図２に示す１０、１１は、先端部３に形成した切屑排出溝である。なお、上記した「先端部３の最先端部」とは、半球状に突出する先端部３の突出先端部が回転中心軸Ｏと交わる部分を示す。

また、図３に示すように、第１取付座４となるインサート嵌合溝７は対向して形成された側面壁７ａ、７ｂと、底部７ｃを備えており、これら側面壁７ａと７ｂは回転中心軸Ｏを挟んで平行になるように、機械加工により形成されている。この第１取付座４は、切刃となる第１のインサート１２（図５、図７参照）を装着してインサート嵌合溝７内に固定するための取付座になる。

さらに、図３に示すように、インサート嵌合溝７の深さ方向は、回転中心軸Ｏ方向に所定の長さ（深さ）を有するように、さらにインサート嵌合溝７の深さ方向の中心線は、回転中心軸Ｏと一致するように、インサート嵌合溝７は形成されている。そして、インサート嵌合溝７の形成により、先端部３はインサート嵌合溝７に対向して、２分割された構成になっている。以下の説明において、この２分割された先端部３の一方を先端半体部３ａ、他方を先端半体部３ｂという。

図１〜図３に示すように、先端半体部３ａの外面部には第２取付座５が、先端部半体３ｂの外面部には第３取付座６が形成されている。第２取付座５は、切刃となる第２のインサート１３（図５、図１２参照）を装着して固定するための取付座になる。また、第３取付座５は、切刃となる第３のインサート１４（５参照）を装着して固定するための取付座になる。第２取付座５と第３取付座６は、それぞれ第２及び第３のインサート１３、１４を装着するために回転中心軸Ｏ方向に形成された着座面を備えている。また、これら着座面には、それぞれ第２及び第３のインサート１３、１４を、締め付け部材となる第２及び第３の固定用ネジ（図１５参照）によりネジ固定するためのネジ穴が形成されている。

また、図２に示すように、一方の先端半体部３ａから他方の先端半体部３ｂに向けて第１インサート固定用ネジ穴８が形成されている。第１インサート固定用ネジ穴８は、第１取付座４（インサート嵌合溝７）に装着された第１のインサート１２を、第１の固定用ネジ９（図１１参照）により固定するためのネジ穴になる。第１インサート固定用ネジ穴８は、一方の先端部半体３ａを貫通し、インサート嵌合溝７を介して他方の先端部半体３ｂの内部の所定の深さまで形成されている。なお、先端部半体３ｂの内部には第１の固定用ネジ９のネジ部９ｅ（図１１参照）とネジ嵌合するためのネジ山が刻設されている。

さらに、図２に示しているように、第１インサート固定用ネジ穴８の向き（直線Ｏ_３）は、インサート嵌合溝７が工具本体２の半径方向に向かう向きとなる直線（中心線）Ｏ_１と直交する直線Ｏ_２に対して角度θほど傾斜させた方向に形成している。また、角度θ、すなわち、第１インサート固定用ネジ穴８の向きＯ_３は、図２に示すように、切削加工時における工具本体２（ボールエンドミル）の回転方向をＲとしたときに、角度θほど直線Ｏ_２に対してこの回転方向Ｒと逆方向に傾斜させている。この直線Ｏ_２に対する傾斜角度θは、２０°≦θ≦４０°の範囲に設定することが望ましい。

（ボールエンドミルの構成）
図４〜図６は、本発明の実施形態となる刃先交換式ボールエンドミル１を示しており、図１に示す工具本体２の第１取付座４に第１のインサート１２を、第２取付座５に第２のインサート１３を、第３取付座６に第３のインサート１４を装着して固定したときの状態を示す図である。

図４（図６）に示すように、第１取付座４を構成するインサート嵌合溝７に装着された第１のインサート１２は、第１の固定用ネジ９を用いたネジ締めにより固定される。また、第２取付座５に装着された第２のインサート１３は、第２の固定用ネジ１５（図１５参照）を用いたネジ締めにより固定され、さらに第３取付座５に装着された第３のインサート１４は、第３の固定用ネジ１６を用いたネジ締めにより固定される。第２の固定用ネジ１５と第３の固定用ネジ１６は、同一種のネジを使用することが望ましい。

なお、図５に示す例では、第２のインサート１３と第３のインサート１４は、回転中心軸Ｏに対して対称となるそれぞれの先端半体部３ａと３ｂの取付座に固定した例を示しているが、第２のインサート１３と第３のインサート１４を、必ずしも回転中心軸Ｏに対して対称となる位置に固定する必要はない。この場合には、先端半体部３ａ、３ｂに形成する第２取付座５と第３取付座６の位置とその形状などを適切に設定するようにする。

（第１のインサートの構成）
続いて、第１のインサート１２の構成を、図７〜図９を参照して説明する。図７は第１のインサート１２について上面部の構成を示す図、図８は図７に示す第１のインサート１２について、紙面の左側から見たときの構成を示す側面図、図９は図７に示すＡ−Ａ線における断面の形状を示す図である。

図７〜図９に示すように、第１のインサート１２の形状は、一方の平面部（上面部）１２ａと、他方の平面部（下面部）１２ｂ、及び上面部１２ａと下面部１２ｂの間に形成された円弧状部１２ｃと直線状平面部１２ｄを有し、略半円盤状をなした平板状の超硬合金からなる部材から構成されている。

第１のインサート１２の円弧状部１２ｃには、２つの円弧状の刃部（切刃）１７、１８が形成されている。すなわち、第１のインサート１２は、２つ（２枚）の切刃１７と１８を備えている。なお、この円弧状の刃部１７、１８は、図７に示す回転軸Ｏ_４を中心に１回転した時に、半径Ｒの半球を呈するように、一般的に直線もしくはＳ字刃形形状と言われるように形成されている。さらに、第１のインサート１２は、上面部１２ａから下面部１２ｂに向けて傾斜して貫通するように形成された傾斜ネジ挿通穴１９を備えている。また、第１のインサート１２を第１取付座４に装着して固定したときには、図７に示す直線Ｏ_４は、ボールエンドミル１の回転中心軸Ｏに一致するように固定される。なお、この直線Ｏ_４は、円弧状部１２ｃの中央部と傾斜ネジ挿通穴１９の中心部とを繋ぐ直線（回転中心軸Ｏ）を示す。

さらに、本実施形態において、刃部１７、１８は、図７及び図８に示すように、円弧状部１２ｃの端部から円弧状部１２ｃの中央部（図８に示す直線Ｏ_５）に向けて、それぞれ円弧状をなすように形成されている。そして、円弧状部１２ｃの中央部（第１のインサート１２の中心線Ｏ_５と交わる部分）には円弧状をなす２つの刃部１７と１８のそれぞれの端部が配置された状態、すなわち、第１のインサート１２を第１取付座４に装着して固定したときには、２つの切刃１７と１８により構成される第１のインサート１２の切刃は、回転中心軸Ｏ上に存在するように円弧形状をなしている。

なお、第１のインサート１２の円弧状部１２ｃに形成する切刃は、上記したように、２つの刃部１７と１８とから構成する他に、円弧状部１２ｃの一方の端部から他方の端部まで、一つの円弧形状の切刃から構成してもよい。これにより、第１のインサート１２を第１取付座４に装着して固定したときには、工具本体２の最先端部にも切刃を備える構成になり、第１のインサート１２は、この最先端部から工具本体２（先端部３）の外周方向に向かって２つの切刃を有する２枚刃から構成されることになる。

また、図７に示すように、第１のインサート１２の円弧状部１２ｃに形成されている円弧状をなす刃部（刃部１７と１８を一つの刃部とした場合）の中心角βは、β≧１８０°に設定し、この角度βの上限値は２１０°程度に設定することが望ましい。
このように、第１のインサート１２の中心角βが１８０°を超えた円弧状をなすような刃部を形成しておくと、例えば、金型のキャビティー部の立ち壁の仕上げの切削加工を行うときに、加工機の数値制御により、下り方向の切削加工は中心角βが１８０°以内の切刃部分を用い、上り方向の切削加工は中心角βが１８０°を超えた切刃部分を用いて切削加工を行うことが可能、すなわち、ボールエンドミルの上下方向の往復移動に追従させながら切削加工を行うことができるので、切削加工の高効率化と高精度化を達成することが可能になる。

なお、中心角βが１８０°を超えた部分の切刃は、図７に示す直線Ｏ_４と平行な直線状に形成するか、あるいは、中心角βが１８０°以内の部分に形成している円弧状の切刃をそのまま延長した円弧状に形成してもよい。中心角βは２１０°を超えると、インサートが長手方向に長くなり、大きくなるためコスト増、又は基準面である１２ｄの長さが短くなるため、インサートの繰り返し取付け精度が悪くなる。よって、中心角βの上限値は２１０°程度に設定することが望ましい。
また、第１のインサート１２の直線状平面部１２ｄは、第１のインサート１２を第１取付座４（インサート嵌合溝７）に固定したときに、インサート嵌合溝７の底部７ｃと密接する部分になるので、直線状平面部１２ｄに仕上げ加工を施しておくようにする。
さらに、その他の実施形態として、直線状平面部１２ｄを、凸Ｖ形状をなす取付け基準面としても、本発明の効果が期待できる。

続いて、本発明のエンドミルが備えている傾斜ネジ挿通穴１９の構成について説明する。
図９に示すように、傾斜ネジ挿通穴１９の向き、すなわち、傾斜ネジ挿通穴１９の中心軸を通る直線Ｏ_８の向きは、第１のインサート１２の断面の中心線Ｏ_７に対して角度δほど傾斜させている。なお、図９に示す直線Ｏ_７は、第１のインサート１２の上面部１２ａ（又は下面部１２ｂ）に対して直交する直線を示す。そして、傾斜ネジ挿通穴１９の内周面が直線Ｏ_８に沿う向きも、角度δほど傾斜した方向に設けるとともに、傾斜ネジ挿通穴１９の内周面には仕上げ加工を施した内周面部１９ｃを形成している。

第１のインサート１２が備えている傾斜ネジ挿通穴１９の構成の詳細を、図１０（ａ）、（ｂ）に基づいて説明すると次のようになる。
超硬合金製の第１のインサート１２は、後述するように、炭化タングステン粒子、コバルト粒子と必要に応じて添加物を加えて作製した混合造粒粉末を用いてプレス成形することにより、傾斜ネジ挿通穴１９を有する第１のインサート１２の成形体を成形することができる。図１０（ａ）は、プレス成形により成形した第１のインサート１２の成形体を焼結したインサート素材の断面形状を示している。このプレス成形においては、金型のキャビティーの形状を適切に設計することにより、角度δほど傾斜した傾斜ネジ挿通穴１９を有する第１のインサート１２を成形することができる。なお、角度δは、前記した角度θと同じ角度、すなわち、２０°≦δ≦４０°内の適切な角度に設定する。

このプレス成形においては、図１０（ａ）に示すように、傾斜ネジ挿通穴１９として、その中央部には長さＬ１にわたって内径Ｄ０の内周面部１９ａを、さらにこの内周面部１９ａの両端部には内径Ｄ０より大きい内径Ｄ１を有し、傾斜ネジ挿通穴１９の方向（直線Ｏ_８）に所定の長さの内周面部１９ｂを備えた成形体を予め焼結後、辺の長さが２０％から３０％収縮することを見込み大きく成形する。そして、この成形体を焼結した後に、長さＬ１の内周面部１９ａに仕上げ加工を施して、図１０（ｂ）に示すように内周面部１９ａの全面に仕上げ加工を行った仕上げ内周面部１９ｃを形成することにより、第１のインサート１２を製造することができる。なお、図１０（ｂ）に示すＤ２は、焼結が完了後、仕上げ加工を行ったときの仕上げ内周面部１９ｃの内径を示している。なお、以下の説明において、内周面部１９ａに仕上げ加工を行った仕上げ内周面部１９ｃのことを単に「内周面部１９ｃ」と記載する。

上記したように、本発明のボールエンドミル１は、第１のインサート１２を第１取付座４（インサート嵌合溝７）に装着して第１の固定用ネジ９により固定したときに、第１のインサート１２の傾斜ネジ挿通穴１９と工具本体２に設けた第１インサート固定用ネジ穴８の向きは、ともに、インサート嵌合溝７が工具本体２の半径方向に向かう直線Ｏ_１と直交する直線Ｏ_２に対して、工具本体２の回転方向Ｒとは逆方向に角度θ（δ）ほど傾斜させた方向になるように構成したことに本発明の第１の特徴がある。
この第１の特徴により、第２及び第３のインサート１３、１４を、それぞれ第２、及び第３の固定ネジ１５、１６により第２及び第３取付座に装着して安定した状態で固定するためのスペースを確保することができる。また、これにより、刃先交換式ボールエンドミル１を、４枚刃から構成されて高速切削加工ができるボールエンドミルとすることが可能になる。

上記したように、第２及び第３のインサート１３、１４を、それぞれ第２、及び第３の固定ネジ１５、１６により第２及び第３取付座に装着して固定するための十分なスペースを確保して、４枚刃からなる刃先交換式ボールエンドミルの構成にするためには、角度θ（δ）は、２０°≦θ（δ）≦４０°の範囲に設定することが望ましい。この理由は、第２及び第３のインサート１３、１４をそれぞれ第２、及び第３の固定ネジ１５、１６により第２及び第３取付座に固定するためのスペースを十分に確保することができるからである。なお、角度θ（δ）は、２０°≦θ（δ）≦３０°の範囲に設定することがより好ましい。

（第１のインサートの製造方法）
続いて、第１のインサート１２の製造方法について説明する。超硬合金製の第１のインサート１２は、例えば、次の手順（１）〜（５）により製造することができる。

（１）炭化タングステン粒子、コバルト粒子と必要に応じて添加物を加えて作製した混合造粒粉末を用いて、プレス金型成形により、第１のインサート１２の成形体を成形する。なお、前記したように、この金型成形時に、図１０（ａ）に示すように、内径Ｄ０を有する内周面部１９ａと、内径Ｄ１を有する内周面部１９ｂを備えた傾斜ネジ挿通穴１９を、粉末冶金法による焼結後の２０％から３０％収縮することを踏まえて大きくし、さらに研削代として０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍを加味し、形成するようにする。

（２）続いて、第１のインサート１２の成形体を所定の温度（１３００℃から１４００℃程度）に加熱した加熱炉に装入して焼結を行う。

（３）続いて、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、傾斜ネジ挿通穴１９の中央部の長さＬ１の内周面部１９ａに、その研削代０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍついた内周面の全面に、ダイヤモンド砥粒を有する砥石を用いた研削加工、バフ研磨加工、あるいはホーニング加工のいずれか又は併用した仕上げ加工を施して、内径Ｄ２を有する内周面部１９ｃを形成する。なお、この仕上げ加工においては、砥粒の材質、粒度、及び加工処理時間を適切に設定することによって、仕上げ内周面部１９ｃの面粗さＲｚａ値を１．０μｍ以下になるようにする。

（４）さらに、焼結した第１のインサート１２の円弧状部１２ｃに形成されている刃部ついて、ダイヤモンド砥粒を有する研削砥石を用いて仕上げ加工を行って、円弧状の刃部１７と刃部１８を仕上げ加工する。また、直線状平面部１２ｄにも仕上げ加工を行う。

（５）焼結が完了した第１のインサート１２について、傾斜ネジ挿通穴１９を除いた表面に、耐摩耗性と耐熱性を付与するための被膜をコーティングする。この被膜の材質は、例えば、Ｔｉ−Ａｌ系窒化物、Ｔｉ−Ｓｉ系窒化物、Ｔｉ−Ｂ系窒化物などの被膜をＰＶＤ法により形成する。なお、焼結が完了した第１のインサート１２の仕上げ内周面部１９ｃの内径Ｄ２は、例えば、ボールエンドミルの工具径が２０ｍｍの場合には３．５ｍｍ、工具径が３０ｍｍの場合には５．０ｍｍを目標として設定するようにする。

（第１の固定用ネジの構成）
続いて、第１の固定用ネジ９の構成について説明する。第１の固定用ネジ９は、第１取付座４となるインサート嵌合溝７に装着された第１のインサート１２を、第１取付座４にネジ結合により固定するための締め付け部材である。第１のインサート１２を第１取付座４に固定したときには、第１の固定用ネジ９が第１のインサート１２に設けている傾斜ネジ挿通穴１９内に挿入される部分（図１１に示す外周面部９ｃ）は、傾斜ネジ挿通穴１９内の内周面部１９ｃと密に係合する。このように、第１のインサート１２を第１取付座４に固定したときに、内周面部１９ｃと外周面部９ｃとが密に係合するような構成にしたことに、本発明の第２の特徴がある。

図１１に第１の固定用ネジ９の正面図を示している。図１１に示すように、第１の固定用ネジ９は、その上端部にネジ頭部９ａが形成され、ネジ頭部９ａから下方に向かって、第１円筒部９ｂ、仕上げ加工を施した外周面部９ｃ、第２円筒部９ｄ、下端部には外周面にネジ山を刻設した所定の長さを有するネジ部９ｅを備えている。本発明のボールエンドミル１においては、第１のインサート１２を第１取付座４に装着して固定したときには、前記したように、この仕上げ加工を施した外周面部９ｃが上記した第１のインサート１２の内周面部１９ｃと密に係合することになる。なお、以下の説明において、仕上げ加工を施した外周面部９ｃのことを単に「外周面部９ｃ」と記載して説明する。

なお、外周面部９ｃは、前記した内周面部１９ｃに仕上げ加工を施した方法と同様の技術、例えば、ダイヤモンド砥粒を有する円筒型の研削砥石を用いて仕上げ加工を施すことができる。そして、仕上げ加工を施したときには、外周面部９ｃの表面粗さを（Ｒｚｂ）としたときに、この表面粗さ（Ｒｚｂ）は、表面粗さＲｚで１．５μｍ〜３．５μｍ程度の仕上げ加工面を有するようにして、前記した第１のインサート１２の傾斜ネジ挿通穴１９に形成した内周面部１９ｃの表面粗さ（Ｒｚａ）であるＲｚ＝１．０μｍ以下より粗くなるようにする。

本発明において、第１の固定用ネジ９の外周面部９ｃの表面粗さを、第１のインサート１２の傾斜ネジ挿通穴１９に形成した内周面部１９ｃの表面粗さより粗くする理由は、下記の通りである。
すなわち、第１の理由は、両者の表面粗さを異にすることにより、工具本体２に第１の固定用ネジ９で第１のインサート１２を固定するときに、ネジ締め締付けによる接触する両者の摩擦力を下げるができる。しかしながら、第２の理由としては、鋼製の第１の固定用ネジ９の外周面部９ｃに高品位に研削加工やラップ加工を行うとコスト高になるため、この外周面部９ｃは適度な表面粗さを有するように研削加工を施した仕上げ加工面とし、超硬合金製の第１のインサート１２の内周面部１９ｃは高品位に研削加工やラップ加工を施すことにより、摩耗し難い超硬合金製の第１のインサート１２に表面粗さの精度基準をおいた方が、日々の加工精度の管理がし易くなるからである。

（第１の固定用ネジの製造方法）
第１の固定用ネジ９の製造は、ＳＫＤ６１等の合金工具鋼製の棒材（線材）から、プレス加工、旋盤加工によるネジ部９ｅを形成した後に、ダイヤモンド砥粒を有する砥石を用いた機械研磨加工等により、外周面部９ｃの全外周面に仕上げ加工を施す。なお、外周面部９ｃの外径は、第１のインサート１２の内周面部１９ｃの内径より３μｍ〜１０μｍ程度と僅かに小さくする。これにより、第１のインサート１２の内周面部１９ｃに第１の固定用ネジ９の外周面部９ｃが挿入されたときに、両者は密に係合することになる。

（第２のインサートの構成）
続いて、第２のインサート１３の構成について説明する。図１２は第２のインサート１３について上面部の構成を示す平面図、図１３は図１２に示す第２のインサート１３を紙面の左側から見たときの図、図１４は図１２に示す第２のインサート１３を切刃方向から見たときの図である。

図１２〜図１４に示すように、第２のインサート１３の概略の形状は平板状をなし、その基体は上面となる上面部１３ａ、下面（底面）となる下面部１３ｂ、これら上面部１３ａと下面部１３ｂとの間の側面に形成された円弧状部１３ｃ、第１の直線状部１３ｄ、第２の直線状部１３ｅ、さらに、上面部１３ａから下面部１３ｂまで貫通して形成された第２のネジ挿通穴１３ｆを備えている。

第２のインサート１３の基体は、超硬合金製の部材から構成されている。そして、第２のインサート１３は、この基体の円弧状部１３ｃに硬質焼結体からなる円弧状の刃部（切刃）２０がロウ付けにより接合した構成にしている。この硬質焼結体としては、立方晶窒化硼素焼結体（ＣＢＮ）を質量比で９５％程度含む部材を用いることが好ましい。第２のネジ挿通穴１３ｆは、第２取付座５にこの第２のインサート１３を装着して固定するときに、第２の固定用ネジ１５を挿通させるための挿通穴である。なお、図１２に示す第２のインサート１３の刃部２０の中心角γは、γ≦９０°に設定することが望ましい。

上記した第２のインサート１３の刃部２０の中心角γを、γ≦９０°に設定することが望ましい理由は、下記の通りである。第１のインサート１２と、第２、第３のインサート１３、１４とが、工具本体２の先端部３における回転中心軸Ｏに相当する箇所、及びその近傍で干渉することを回避するために、第２、第３のインサート１３、１４の中心角γを、γ≦９０°に設定することが望ましい。これによって、第２、第３のインサート１３、１４を工具本体２に装着したときに、図６に示すように角度αを設定し、第２及び第３のインサート１３、１４の円弧状の刃部（切刃）２０、２１が、工具本体２の最先端部に配置されることなく装着されることとなり、好ましくなる。

なお、上記した角度α、すなわち、第２、第３のインサート１３、１４の刃部の回転中心軸Ｏ側の端部が回転中心軸Ｏとなす角度は、１５°〜３０°に設定することが好ましい。この理由は、次の通りである。角度αが１５°より小さいと、第２、第３のインサート１３、１４の端部が回転中心軸Ｏ側に近づき過ぎるので、切れ刃の回転による周速度が小さくなり、平面切削を行うときに第２、第３のインサート１３、１４の回転中心軸Ｏ側の端部が欠損し易くなる。一方、角度αが３０°より大きいと、第２、第３のインサート１３、１４の円弧状切刃のうち切削に寄与する部分が少なくなり、加工効率が低下するとともに、それだけ第１のインサート１２に加工負荷がかかるようになって、第１のインサート１２に欠損が生じるからである。

このように、第２のインサート１３は、その円弧状部１３ｃに立方晶窒化硼素焼結体を含む硬質焼結体からなる円弧状の刃部２０を一体に接合した構成にしているので、高速度の切削加工を行うためのインサートとして、耐摩耗性と耐熱性を発揮させることが可能になる。なお、円弧状部１３ｃに円弧状の刃部２０を接合したときに、図１２に示す第２のインサート１３の刃部２０の半径Ｒは、図７に示す第１のインサート１２の円弧状切刃の半径Ｒと同一にする。

第２のインサート１３を構成する超硬合金からなる基体の製造方法は、前記した超硬合金製の第１のインサート１２の製造方法とほぼ同一であるが、ネジ挿通穴１３ｆの内周面には仕上げ加工を施した仕上げ内周面部を必ずしも設ける必要はない。

なお、第２のインサート１３に立方晶窒化硼素焼結体を含む硬質焼結体からなる刃部２０を形成する方法は、例えば、次の第１から第３の工程により製造することができる。

（第１の工程）
超硬合金基体からなる第２のインサート１３の刃部に相当する箇所に、予め、切り欠き部を作製しておく。この切り欠き部は、超硬合金基体のプレス成形時に作成しておくこともできる。プレス成形体の焼結後は、この切り欠き部に立方晶窒化硼素焼結体からなる刃部を固着するため、この切り欠き部の焼き肌面にダイヤ砥石などで表面仕上げ加工を施しておくことが好ましい。

（第２の工程）
円盤状の立方晶窒化硼素焼結体から、ワイーヤーカットによって所定の円弧形状となるように切り出して、刃部を作製する。

（第３の工程）
前記した第１の工程で作製した超硬合金基体の切り欠き部に、第２の工程で作製した立方晶窒化硼素焼結体からなる刃部を、ロウ材を用い、熱処理によって固着する。これを、最終工程として、ダイヤモンド砥石によりＲ形状に研削し、刃部２０を備えた第２のインサート１３を製造することができる。

（第２の固定用ネジの構成）
第２の固定用ネジ１５の構成を図１５に示している。第２の固定用ネジ１５は、ネジ頭部１５ａと、円筒部１５ｂと、ネジ部１５ｃを備えている。第２のインサート１３を第２取付座５に装着して、第２の固定用ネジ１５の締付けにより固定したときには、第２の固定用ネジ１５は第２のネジ挿通穴１３ｆを挿通し、ネジ部１５ｃは第２取付座５に設けたネジ穴にネジ込まれる。これにより、第２のインサート１３は、第２取付座５に強固に固定される。
なお、第２の固定用ネジ１５の製造方法は、前記した第１の固定用ネジ９と同様に、ＳＫＤ６１等の合金工具鋼製の棒材（線材）から、プレス加工、ネジ加工等の機械加工を用いて製造することができる。

本発明のボールエンドミルの第３取付座６に装着する第３のインサート１４は、前記した第２のインサート１３と同一の構成からなるインサートを使用することができるので、第３のインサート１４及び第３の固定用ネジ１６の構成及びその製造方法についての説明は省略する。

（工具本体へのインサートの装着・固定）
続いて、工具本体２に第１、第２、第３のインサートを装着する操作の手順の概要について説明する。この操作手順は、例えば、次の手順により行うことができる。

（操作手順１）
第１のインサート１２を工具本体２の先端部３に設けた第１取付座４に挿入し、第１の固定用ネジ９を用いて仮止めを行う。
（操作手順２）
第２のインサート１３を工具本体２の先端部３に設けた第２取付座５に合わせて、第２の固定用ネジ１５を用いて仮止めを行う。
（操作手順３）
第３のインサート１４を工具本体２の先端部３に設けた第３取付座６に合わせて、第３の固定用ネジ１６を用いて仮止めを行う。
（操作手順４）
先に仮止めした第１、第２、第３のインサート１２、１３、１４について、これらの位置決め精度と、図６に示す角度αの値が所定の設定値になっていることを確認した後、上記した各固定用ネジ９、１５、１６を所定のトルク値まで増し締めを行って、各取付座に固定する。

（実施例１）
［第１のインサートの固定精度の確認テスト］
刃先交換式ボールエンドミルに装着されているインサートは、切削加工時間が多くなるにつれて切刃が摩耗し、切削精度が低下する。このため、例えば、切削加工時間の累計値が所定の時間に達すると、所定の切削加工精度が得られなくなる前に、これまで使用したインサートに代えて新しいインサートを工具本体の取付座に装着して固定した後に、切削加工を再開する。
このインサートを再装着する操作においては、新規なインサートの切刃が、工具本体２の先端部３において所定の位置に高精度に位置決めされるように、インサートを取付座に固定する必要がある。インサートの切刃の位置決め位置に誤差が生じると、インサートを再装着する都度、切削加工の精度に狂いが発生するからである。特に、金型などの仕上げ切削加工においては、この切刃の位置決めについて高い精度が要求される。

この実施例１においては、第１のインサート１２を、繰り返して第１取付座４に固定したときに、第１のインサート１２の切刃についてその固定位置の精度を確認するテストを行った。

この第１のインサートの固定精度の確認テストを実施するために、図１（図２）に示す刃数が「４」（４枚刃）となる工具径３０ｍｍの工具本体２と、この工具本体２の第１取付座４に装着する第１のインサート１２を４種、この第１取付座４に装着した第１のインサート１２を固定するための第１の固定用ネジ９を３種作製し、計１２試料について評価を行った。
そして、作製した第１のインサート１２を第１取付座４に装着して第１の固定用ネジ９で固定したときに、第１のインサート１２の第１取付座４に対する固定位置を測定し、その精度を確認するテストを実施した。この固定位置の精度確認テストは、同一の第１のインサート１２と第１の固定用ネジ９とについて、「装着と取り外し（着脱）」を５回繰り返して行った。
なお、作製した第１のインサート１２の内周面部１９ｃの面粗さ（Ｒｚａ）と、第１の固定用ネジ９の外周面部９ｃの面粗さ（Ｒｚｂ）については、予め面粗さ測定装置によって測定した。

また、この第１のインサート１２の固定位置の精度確認テストにおいて、その固定位置の精度の評価は、初回で第１のインサート１２を第１取付座４に装着したときの切刃の位置を、評価の基準値「０」とし、切刃の位置を測定した後にこのインサート１２を一度取り外し、再度このインサート１２を装着したときの切れ刃の位置を測定し、この差を比較することとした。そして、この第１のインサート１２について、第１取付座４への「装着・固定」と「取り外し」の操作（着脱操作）を５回繰り返して実施し、切刃の位置を測定した。なお、切刃の位置の測定は、円弧状切刃１７（１８）の径方向最外径付近、すなわち、工具本体２の先端部３の最先端部（回転中心軸Ｏと交わる位置）から切刃が半径方向（工具径付近）に突出する長さ（変化量）を測定した。

表１は、この第１のインサート１２の固定位置の精度確認テストに用いた工具本体（試料番号１〜１２）ごとに、この工具本体の仕様、工具本体に装着した第１のインサートの仕様、第１の固定用ネジ、及び切刃の固定位置の精度（Ｓ）とその評価を記載している。表１に示す「評価」欄において、「◎」は固定位置の精度Ｓが４回とも精度（Ｓ）がＳ＜±１．５μｍの場合、「○」は１回でも精度Ｓが±１．５μｍ≦Ｓ＜±４．０μｍ内に含まれた場合、「△」は１回でも精度Ｓが±４．０μｍを超えた場合を示している。

また、固定位置の精度確認テストに用いた第１のインサート１２の傾斜ネジ挿通穴１９に形成した仕上げ内周面部１９ｃの径Ｄ２は「（５ｍｍ＋５μｍ）〜５ｍｍ＋１５μｍ）」内の第１のインサート１２を選択し、一方、第１の固定用ネジ９に成形した仕上げ外周面部９ｃの径ｄ２は「（５ｍｍ＋２μｍ）〜（５ｍｍ−５μｍ）」内の第１の固定用ネジ９を選択し、かつ、径Ｄ２と径ｄ２の差が３μｍ〜２０μｍ内に入る第１のインサート１２と第１の固定用ネジ９とを組合わせて、第１のインサート１２の仕上げ内周面部１９ｃと第１の固定用ネジ９の仕上げ外周面部９ｃとが密に係合するように第１取付座４に固定するようにした。

表１に示す「固定位置の精度と評価」欄の記載内容等から明らかなように、第１のインサートの内周面部１９ｃの面粗さ（Ｒｚａ）値が０．８μｍ以下であり、かつ第１の固定用ネジ９ｃの外周面部９ｃの面粗さ（Ｒｚｂ）値が３．２μｍ以下となる、第１のインサートと第１の固定用ネジ９との組み合わせ、すなわち、試料番号１、２、４、５では、第１のインサート１２の固定位置の誤差（精度Ｓ）が±１．５μｍｍより小さくなり、極めて固定位置の精度Ｓが高くなり、満足のいく結果を得られた。
一方、固定位置の誤差（精度Ｓ）が±４．０μｍｍを超えて精度Ｓが劣った第１のインサートと第１の固定用ネジ９ｃとの組み合わせにおいては、それだけ固定位置の寸法精度のバラツキが大きくなるので、第１のインサートの固定位置の微調整のための操作と調整時間を必要とすることになる。

上記した実施例１による第１のインサート１２の固定位置の精度確認テスト結果から、本発明のボールエンドミルに装着する第１のインサート１２については、その内周面部１９ｃの面粗さＲｚａは０．８μｍ以下とし、第１の固定用ネジ９の外周面部９ｃの面粗さＲｚｂは３．２μｍ以下にした、第１のインサート１２と第１の固定用ネジ９を用い、かつ、内周面部１９ｃと外周面部９ｃとを密に係合させることが望ましいと言える。

（実施例２）
［切削試験例１］
本発明例及び従来例となるボールエンドミルについて、被削材の立ち壁、及び平面の切削試験を行ってその高能率加工性について評価を行った。最初に、切削試験例１について説明する。
この切削試験例１では、材質がＦＣＤ５５０（２２０ＨＢ）からなる被削材について切削試験を行った。また、高能率加工性の評価については、切削速度を１１３０ｍ／分の高速度で切削加工を行ったときに、第１から第３のインサートの切刃の寸法変化が０．０１ｍｍ、逃げ面摩耗幅（ＶＢｍａｘ）が０．０５ｍｍに達したときにこのインサートは寿命に達したと判定し、この寿命（インサート工具寿命）に達するまでの切削時間を測定した。

切削試験例１を実施するために、試料番号Ｂ１〜Ｂ４の４種のボールエンドミルを作製した。これら製作した４種のボールエンドミルについて、工具本体、第１、第２及び第３のインサートの仕様を図１６に示している。図１６に示すように、試料番号Ｂ１とＢ２のボールエンドミルは、第１、第２及び第３のインサートを装着した４枚刃から構成された本発明に係る刃先交換式ボールエンドミルである。また、試料番号Ｂ３のボールエンドミルは、第１のインサートのみを装着した２枚刃から構成された従来のボールエンドミルを作製し、試料番号Ｂ４のボールエンドミルは、４枚の切刃を工具本体の先端部にロウ付けにより固定した従来のボールエンドミルを作製した。

また、図１６に示しているように、本発明例に係る試料番号Ｂ１とＢ２のボールエンドミルは、次のような構成とした。すなわち、工具本体２の先端部３に形成した第１インサート固定用ネジ穴８の傾斜角度θは２５°とし、さらに、第１取付座４に装着する第１のインサート１２は、ＷＣ基からなる超硬合金製のインサートを、前記した第１のインサート１２の製造方法に基づいて作製した。なお、前記した第１のインサート１２の傾斜ネジ挿通穴１９ａの傾斜角度δは２５°とし、内周面部１９ｃの内径Ｄ２は５．００７ｍｍとした。また、第１のインサート１２を第１の取付座４に固定するための第１の固定用ネジ９は、前記した第１の固定用ネジ９の製造方法で記載した方法で作製し、外周面部９ｃの径ｄ２は４．９９７ｍｍとした。

従来例となる試料番号Ｂ３のボールエンドミルは、２枚刃としたため前記した角度θと角度δは０°とした。また、従来例となる試料番号Ｂ４のボールエンドミルは、切刃をロウ付けとした４枚刃としたため、角度θと角度δは存在しない。

なお、切削試験例１で実施した切削評価の各種条件は次のように設定した。
加工方法 ： 仕上げの立ち壁切削と平面切削、乾式切削
切削速度Ｖｃ ： １１３０ｍ／ｍｉｎ
回転数ｎ ： １２０００ｍｉｎ^−１
送り速度Ｖｆ ： １０８００ｍｍ／ｍｉｎ
１刃当たりの送り量ｆｚ ： ０．２２〜０．４５ｍｍ／刃
軸方向切込み量ａｐ ： ０．１５ｍｍ
径方向切込み量ａｅ ： ０．５ｍｍ
工具突き出し量 ： １１０ｍｍ

上記した切削条件で切削評価を行った試料番号Ｂ１〜Ｂ４のボールエンドミルについて、その試験結果を表２に「インサート工具寿命」として時間値で示している。

表２に示す切削試験例１の結果から次のことが明らかになった。
インサートの耐摩耗性を評価する立ち壁の切削試験では、従来例のインサートを装着した試料番号Ｂ３の２枚刃からなるボールエンドミルを用いて切削評価を行った場合、インサート工具寿命は１２０分となり、従来例のロウ付け４枚刃からなる試料番号Ｂ４のボールエンドミルでは、耐熱性のポイントとなるコーティング処理を施してないため、インサート工具寿命は２０分になった。

これに対して、本発明例のボールエンドミルとなる試料番号Ｂ１のインサート工具寿命は、２４０分となり、同じく本発明例の試料番号Ｂ２は８００分となった。このように、本発明例の試料番号Ｂ１とＢ２のボールエンドミルは、目標である立ち壁切削の高速切削において耐摩耗性の向上、工具の長寿命化を達成することができた。

また、表２には示していないが、本発明例である試料番号Ｂ１とＢ２について、切削速度Ｖｃ＝５００ｍ/ｍｉｎの従来の切削速度の条件下で立ち壁の切削評価を行ったときは、さらに工具寿命が延び、本発明例の試料番号Ｂ１では１２００分、試料番号Ｂ２では２５００分になった。このように、本発明例は、高速切削域（Ｖｃ＝１０００ｍ/ｍｉｎ）において、従来例の切削速度と比較して高速・高能率加工に優れた効果を発揮することができる。さらに、従来から一般的に実施されている切削速度Ｖｃ＝５００ｍ/ｍｉｎの条件下では、耐摩耗性の向上、工具の長寿命化を図ることができるので、被削材の加工品質の安定化に寄与することができる。

切削試験例１において、平面切削の試験では表２に示すように次のような結果が得られた。
従来例のボールエンドミルを示す試料番号Ｂ３、すなわち、２枚刃から構成されたボールエンドミルを用いて加工を行った場合、インサート工具寿命は５５０分を示し、従来例のボールエンドミルを示す試料番号４のロウ付け４枚刃ボールエンドミルでは、インサート工具寿命は１００分を示した。これに対して、本発明例となる試料番号Ｂ１では６００分のインサート工具寿命を示し、同じく本発明例となる試料番号Ｂ２では６５０分のインサート工具寿命を示した。これにより、平面切削においては、ボールエンドミルの先端部及びその近傍の切刃で低速切削を行うが、本発明例となるボールエンドミルではこの低速切削を行う切刃の領域について、工具寿命に悪影響を与えないことが確認された。

このように、本発明のボールエンドミルは、高速切削加工を行ってもインサートの工具寿命が延びる理由は、４枚刃から構成されたボールエンドミルとしたこと、及び主として前記した第１の特徴と、第２の特徴を備えていることに基づくものであると考えられる。

［切削試験例２］
前記した切削試験例１と同様に、図１７の試料番号欄において、試料番号Ｂ５〜Ｂ８に示す仕様を備えた４種のボールエンドミルを作製した。そして、材質がＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）からなる被削材について、この４種のボールエンドミル（試料番号Ｂ５〜Ｂ８）について、立ち壁切削と平面切削についての切削試験を行って、その高能率加工性について評価を行った。
この切削試験例２の高能率加工性の評価は、次のようにした。すなわち、切削速度を３００ｍ／ｍｉｎの高速度で切削加工を行ったときに、第１から第３のインサートの切刃の寸法変化が０．０３ｍｍ、逃げ面摩耗幅（ＶＢｍａｘ）が０．１５ｍｍに達したときにこのインサートは寿命に達したと判定し、この寿命（インサート工具寿命）に達するまでの時間を測定した。

なお、この切削試験例２において、本発明例となる試料番号Ｂ５とＢ６のエンドミルに装着した第１のインサート１２の傾斜ネジ挿通穴１９ａの傾斜角度δは２５°とし、内周面部１９ｃの内径Ｄ２は５．００７ｍｍとした。また、第１のインサート１２を第１の取付座４に固定するための第１の固定用ネジ９の外周面部９ｃの径ｄ２は４．９９７ｍｍとした。

この切削試験例２における切削条件は、下記のように設定した。
加工方法 ： 仕上げの立ち壁切削と平面切削、乾式切削
切削速度Ｖｃ ： ３００ｍ／ｍｉｎ
回転数ｎ ： ３２００ｍｉｎ^−１
送り速度Ｖｆ ： １９２０ｍｍ／ｍｉｎ
１刃当たりの送り量ｆｚ ： ０．１５〜０．３ｍｍ／刃
軸方向切込み量ａｐ ： ０．１５ｍｍ
径方向切込み量ａｅ ： ０．５ｍｍ
工具突き出し量 ： １１０ｍ
切削試験例２による切削評価を行った結果を、表３に示している

表３に示す切削試験例２の試験結果から、次のことが明らかになった。
インサートの耐摩耗性を評価する立ち壁切削試験では、従来例を示す試料番号Ｂ７の２枚刃のボールエンドミルを用いて加工を行った場合、インサート工具寿命は３３分を示し、同じく従来例となる試料番号Ｂ８のロウ付けされた４枚刃のボールエンドミルでは、インサートに耐熱性を付与するためのコーティング処理を施していなかったため、インサート工具寿命は僅か３分であった。
これに対して、本発明例となる試料番号Ｂ５のボールエンドミルのインサート工具寿命は６５分、同じく本発明例となる試料番号Ｂ６は２３０分となった。この結果、本発明例となる試料番号Ｂ５、Ｂ６のボールエンドミルは、目標となる金型の立ち壁等の高速切削において耐摩耗性の向上を発揮し、切削工具の長寿命化を得ることが可能であることが明らかになった。

また、インサートの耐摩耗性を評価する平面切削の加工試験結果から、次のことが明らかになった。
従来例を示す試料番号Ｂ７の２枚刃のボールエンドミルを用いて加工を行った場合、インサート工具寿命は２００分を示し、同じく従来例となる試料番号Ｂ８のロウ付けされた４枚刃のボールエンドミルでは、インサート工具寿命は２０分であった。
これに対して、本発明例となる試料番号Ｂ５のボールエンドミルのインサート工具寿命は２２０分、同じく本発明例となる試料番号Ｂ６は２４０分となった。この結果、ボールエンドミルの先端部又は先端部を含む近傍、すなわち、低速切削域にＣＢＮ製の切刃を配置すると、この切刃にはチッピングや欠損が発生し、そのＣＢＮ製の切刃は短くなる。
一方、本発明のボールエンドミルにおいては、工具本体２の最先端部とその近傍には第２、第３のインサート１３、１４のＣＢＮ製の円弧状の切刃を配置せず、超硬合金にコーティング処理した第１のインサート１２の円弧状切刃を配置した構成としていること、及び前記した第１の特徴と第２の特徴を備えていることにより、工具寿命を向上させることが可能になったと考えられる。

以上に記載した第１のインサートの固定精度の確認テスト、切削加工試験例１及び２の結果から、本発明の刃先交換式ボールエンドミルは、鋳物系のＦＣＤ５５０材、高硬度材である冷間ダイス鋼ＳＫＤ１１（６２ＨＲＣ）からなる金型の形状（キャビティー）部を加工するために、立ち壁切削や平面切削を行う場合、従来のボールエンドミルと比較して、高速切削において耐摩耗性の向上、工具の長寿命化を達成できることが明らかになった。

１…ボールエンドミル、２…工具本体、３…先端部、３ａ、３ｂ…先端半体部、
４…第１取付座、５…第２取付座、６…第３取付座、７…インサート嵌合溝、
８…第１インサート固定用ネジ穴、９…第１の固定用ネジ、９ｃ…外周面部、
１２…第１のインサート、１３…第２のインサート、１４…第３のインサート、
１５…第２の固定用ネジ、１６…第３の固定用ネジ、
１７、１８…第１のインサートの円弧状切刃、
１９…傾斜ネジ挿通穴、１９ｃ…内周面部、
２０…第２のインサートの円弧状切刃、２１…第３のインサートの円弧状切刃、
Ｏ…回転中心軸、
Ｏ_１…インサート嵌合溝が工具本体の半径方向に向かう中心線、
Ｏ_２…直線Ｏ_１と直交する中心線、
Ｏ_３…第１インサート固定用ネジ穴の向き、
Ｏ_４…第１のインサートの回転中心軸（回転中心軸Ｏと同じ）、
Ｏ_５…第１のインサートの中心線、
Ｏ_６…第１のインサートの直線Ｏ_５と直交する中心線、
Ｏ_７…第１のインサートの断面図の中心線、
Ｏ_８…直線Ｏ_７に対して傾斜したネジ挿通穴の中心線、
Ｏ_９…Ｏ_７と直交する直線、
Ｒ…工具本体の回転方向、
α…第２（第３のインサート）の刃部の端部が回転中心軸Ｏとなす角度、
β…第１のインサートの刃部の中心角β、
θ…直線Ｏ_２と直線Ｏ_３とがなす角度、
δ…第１のインサートの傾斜ネジ挿通穴の傾斜角
γ…第２及び第３のインサートの刃部の中心角。

Claims (7)

1. 工具本体の先端部に設けた取付座に、円弧状に形成された刃部を有するインサートを着脱自在に装着する刃先交換式ボールエンドミルであって、
   前記取付座は、
   前記工具本体の先端部から前記回転中心軸を含んで径方向に形成されたスリット状のインサート嵌合溝からなり、前記インサート嵌合溝に挿入された第１のインサートを第１の固定用ネジにより固定するための第１取付座と、
   前記先端部が前記第１取付座を介して２分割された構成からなる先端半体部の一方と他方にそれぞれ設けられた取付座であって、第２のインサートを第２の固定用ネジにより固定するための第２取付座と、第３のインサートを第３の固定用ネジにより固定するための第３取付座と、を備え、
   前記先端半体部は、前記インサート嵌合溝を介して、前記先端半体部の一方の外表面から他方側の前記先端半体部内であって、前記インサート嵌合溝が前記工具本体の径方向に延びる向きと直交する方向に対して、前記工具本体の回転方向とは逆方向に角度θ傾斜した方向に形成された第１インサート固定用ネジ穴を備え、
   前記第１のインサートは、前記インサート嵌合溝に挿入したときに、前記第１インサート固定用ネジ穴と連通するように前記角度θ傾斜した方向に形成された傾斜ネジ挿通穴を備え、
   前記インサート嵌合溝内において、前記第１のインサートは、前記第１インサート固定用ネジ穴に挿入された前記第１の固定用ネジが前記傾斜ネジ挿通穴を挿通するとともに、前記挿通した前記第１の固定用ネジの外周面に仕上げ加工を施した外周面部が、前記傾斜ネジ挿通穴に仕上げ加工を施した内周面部と密に係合した状態で、前記第１の固定用ネジの前記先端半体部とのネジ締結により固定されていることを特徴とする刃先交換式ボールエンドミル。
2. 前記第１のインサートを前記第１取付座に装着したときに、前記第１のインサートの前記円弧状の刃部は、前記工具本体の最先端から後端側に向かうように配置され、
   前記第２及び第３のインサートを前記第２及び第３取付座に装着したときに、前記第２及び第３のインサートの前記円弧状の刃部は、前記工具本の最先端には配置されずに、前記刃部は前記工具本体の最先端から前記回転中心軸となす角度（α）が１５°〜３０°離れた位置から後端側に向かうように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の刃先交換式ボールエンドミル。
3. 前記第１取付座に装着される前記第１のインサートの前記円弧状の刃部の中心角βは、β≧１８０°に設定され、
   前記第２及び第３取付座に装着される前記第２及び第３のインサートの前記円弧状の刃部の中心角γは、γ≦９０°に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の刃先交換式ボールエンドミル。
4. 前記第１取付座に装着される前記第１のインサートは超硬合金から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずかに記載の刃先交換式ボールエンドミル。
5. 前記第２及び第３取付座に装着される前記第２及び第３のインサートは、その基体が超硬合金から構成されるとともに、前記円弧状の刃部は、前記超硬合金からなる基体に立方晶窒化硼素焼結体を含む硬質焼結体から形成された刃部を接合した構成とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずかに記載の刃先交換式ボールエンドミル。
6. 前記第１の固定用ネジの前記外周面部の表面粗さは、前記傾斜ネジ挿通穴の内周面部の表面粗さより粗くしていることを特徴とする請求項１に記載の刃先交換式ボールエンドミル。
7. 前記角度θは、２０°≦θ≦４０°に設定されていることを特徴する請求項１に記載の刃先交換式ボールエンドミル。

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