JP2016506876A - 対称的な割り出し角配置を有する、チタニウムの機械加工のためのエンドミル - Google Patents

Abstract

チタニウムの機械加工用のエンドミル（１０）が、溝（２２）と交互になった鈍い切れ刃（３０）を有する切削部分（１）を含む。各溝（２２）は、切れ刃（３０）から順番に、すくい面（２８）、凹形状の曲げ部分（３８）、凸形状の追い出し部分（３６）および歯の逃げ刃（３２）を含む。凸形状の追い出し部分（３６）は、追い出し部分（３６）の頂点と、溝（２２）の隣接する曲げ部分（３６）の最下点から隣接する歯の逃げ刃（３２）まで延びる仮想上の直線との間で測定可能である追い出し高さＥを有する。エンドミル（１０）の回転軸ＡＲに垂直な平面では、追い出し高さＥおよび切削部分直径ＤＥは、条件０．０１０ＤＥ＜Ｅ＜０．０３１ＤＥを満たす。

Description

発明の分野
[001]本出願の主題は、チタニウムを機械加工するために構成されたエンドミルに関する。

発明の背景
[002]チタニウムは、その特性によってエンドミルの劣化を速め得るため、ミリングを行うことが比較的困難な材料であると考えられ得る。そのような劣化は、理論上は、少なくともその原因の一部は、加工物を機械加工するエンドミルへの、チタニウム製加工物の熱伝達にあると考えられている。

[003]熱伝達の他に、エンドミルを設計するときの別の検討事項は、切り屑の排出である。従って、エンドミルの設計の最中に、溝の形状を考慮する。ＣＮ第２０１４５５３８号、ＣＮ第１０２３０３１５８号およびＣＮ第２０２１９９８１７号には、異なる数学的モデルに従う溝の形状のエンドミルが開示されている。

[004]さらに別の検討事項は、エンドミルのびびりを低減させることである。びびりの低減は、理論上は、例えば、米国特許第６，９９１，４０９号、同第７，３０６，４０８号および同第８，００７，２０９号に開示されているように、非対称的な特徴のあるエンドミルを設計することによって、達成できる。米国特許第８，００７，２０９号の図１にはまた、鋸歯（図１、参照符号７）を有するエンドミルが開示されている。

[005]多くのエンドミルは同じように見えるが、細密に検査すると、多くの関連性のある僅かな違いがあることがあり、いくつかの違いは、エンドミルが特定のタイプの材料の、または特定の切削条件下で、所望の機械加工作業を達成できるかどうかに関して、重要である。

[006]通常、切れ刃は、互いに異なる割り出し角で配置され、ねじれ角、半径方向すくい角、および軸方向すくい角は、異なる切れ刃毎に変わっていることがあり、かつ単一の切れ刃に沿っても変わっている可能性がある。エンドミルにおける各要素の向き、位置、およびサイズは、その性能に大きな影響を与え得る。

[007]考えられる極めて多数の設計変形例を考慮して、特に、チタニウムなどの特定の材料の機械加工に関し、より効率的なエンドミルを見つけようとする研究が継続的に行われている。

[008]本発明の目的は、新しくかつ改良型のエンドミルを提供することにある。

発明の概要
[009]特定の歯の形状と特定の溝の形状を組み合せたエンドミルが、ある条件下でチタニウムを機械加工すると、驚くべき耐用寿命を達成できることが見出された。

[0010]もっと正確に言えば、歯の形状は、鈍いすなわち切れ味の悪い切れ刃（切れ刃は、切削副すくい面と逃げ面とが交わるところにある）と、切削副すくい面から延在する、窪んだ副すくい面（以下、「凹型副すくい面」）とを含む。

[0011]鈍い切れ刃は、それによって機械加工するために要する電力が比較的増加することにより、不利益であると考えられていたが、実験結果では逆の結果が示された。

[0012]もっと正確に言えば、鈍い切れ刃は、切削副すくい面と逃げ面とが交わるところに形成された実内部切削角を有していると定義され、実内部切削角の値は、凹型副すくい面の仮想上の延長線と逃げ面の仮想上の延長線とが交わるところに形成された仮想上の内部切削角よりも大きい。

[0013]以下、切れ刃に言及するとき、用語「鈍い」は、上述の定義と置き換えることができることを理解されたい。

[0014]切削副すくい面に隣接して凹型副すくい面を設けること（すなわち、隣接する凹型副すくい面は、切れ刃を通過する仮想上の放射状線に対して、隣接する切削副すくい面よりも歯の方に窪んでいるか、または、換言すると、切削副すくい面は、切れ刃を通過する仮想上の放射状線に対して、凹型副すくい面よりも隆起している）は、理論上は、チタニウムの機械加工時のエンドミルへの熱伝達を低減させると考えられている。

[0015]同様に、切削副すくい面の長さを最小限にすることも、エンドミルのすくい面と切り屑の接触を減少させることによって、熱伝達を低減させると考えられている。

[0016]ここで上述の溝の形状を参照すると、溝は、凹形状の曲げ部分を含み、それに、特定のサイズの凸形状の追い出し部分が続く。

[0017]曲げ部分は、フライス作業中にチタニウム切り屑を曲げるように構成される。曲げ部分を含む溝が、ＣＮ第１０２３０３１５８号の図４に示されている。

[0018]一般的に言えば、凸形状の溝部分は、歯に構造強度をもたらし（すなわち、その厚さを厚くする）、かつ慣性モーメントを大きくし得る。しかしながら、そのような凸部分が存在することによって、溝の横断面形状は小さくなり、これは、溝からの切り屑排出に不利益であると考えられている。そのような凸部分がない溝を、ＣＮ第１０２３０３１５８号の図３に示す。

[0019]ここで、特定のサイズであるにもかかわらず、凸部分を設けることにより、チタニウム加工物の機械加工中に有益な切り屑排出効果を提供し得る（その結果、本出願の主題の凸形状の部分は、「追い出し部分」と称する）ことが見出された。もっと正確に言えば、そのような追い出し部分は、切り屑排出用の空間が限定されているチタニウムの溝削り作業中に、より良好な機械加工性能をもたらし、比較的高速のチタニウム機械加工において特に良好な結果が示されることが見出された。

［0020]チタニウムを機械加工するときの別の検討事項は、典型的には、エンドミルの非対称的な特徴によって、びびりを低減させることである。非対称性の利益があることは認識されているにも関わらず、対称的な割り出し角度配置を有するエンドミルは、他と比べて耐用寿命が優っていることが見出された。

[0021]本明細書および特許請求の範囲のために、対称的な割り出し角配置のエンドミルは、切削端面において、全ての溝が、対向する溝の割り出し角の値と同一の割り出し角の値を有するものと定義される。反対に、非対称的な割り出し角配置を備えるエンドミルは、この定義に入らないものとし得る。

[0022]本出願の主題の第１の態様によれば、チタニウムを機械加工するためのエンドミルが提供され、このエンドミルは、らせん形状の溝と交互に歯を有し、切削部分直径Ｄ_Ｅを有する切削部分を含み；各歯は、切削副すくい面と逃げ面とが交わるところに形成された鈍い切れ刃、および切削副すくい面よりも歯に窪んでいる凹型副すくい面を含み；各溝は、エンドミルの回転軸に垂直な平面において、凸形状の追い出し部分に接続された凹形状の曲げ部分を含み、凸形状の追い出し部分は、条件０．０１０Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０３１Ｄ_Ｅを満たす追い出し高さＥを有する。

[0023]本出願の主題の別の態様によれば、チタニウムを機械加工するためのエンドミルが提供され、このエンドミルは、縦方向に延在する回転軸Ａ_Ｒを有し、かつ、シャンク部分、およびシャンク部分から切削端面まで延在し、かつらせん形状の溝と交互になった少なくとも４つの切歯と一体的に形成されており、および切削部分直径Ｄ_Ｅを有する切削部分を含み；各歯は、すくい面、逃げ面、すくい面と逃げ面とが交わるところに形成された切れ刃、および切れ刃から離間し、かつ逃げ面と、この歯に後続する溝の隣接する面とが交わるところに形成された逃げ刃（relief edge）を含み；各すくい面が、凹型副すくい面、回転軸から凹型副すくい面よりも遠くに位置決めされ、かつ切れ刃を通過する仮想上の放射状線に対して、凹型副すくい面の上側に隆起した切削副すくい面、および凹型副すくい面と切削副すくい面とが交わる点に形成されたすくい不連続点を含み；各歯は、切削副すくい面と逃げ面とが交わるところに形成された実内部切削角を含み、実内部切削角の値は、凹型副すくい面の仮想上の延長線と逃げ面の仮想上の延長線とが交わるところに形成された仮想上の内部切削角よりも大きく；回転軸Ａ_Ｒに垂直な平面において、各溝は、凸形状の追い出し部分、および追い出し部分と凹型副すくい面とを接続する凹形状の曲げ部分を含み；追い出し部分は、追い出し部分の頂点と、隣接する曲げ部分の最下点から隣接する逃げ刃まで延びる仮想上の直線との間で測定可能である追い出し高さＥを有し、追い出し高さＥは、条件０．０１０Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０３１Ｄ_Ｅを満たす大きさを有し；および切削端面において、溝の割り出し角は、対称的な割り出し角配置にある。

[0024]本出願の主題のさらに別の態様によれば、チタニウムを機械加工するためのエンドミルが提供され、このエンドミルは、縦方向に延在する回転軸Ａ_Ｒを有し、かつ、シャンク部分、およびシャンク部分から切削端面まで延在し、かつらせん形状の溝と交互になった少なくとも４つの切歯と一体的に形成されており、および切削部分直径Ｄ_Ｅを有する切削部分を含み；各歯は、すくい面、逃げ面、すくい面と逃げ面とが交わるところに形成された切れ刃、および切れ刃から離間し、かつ逃げ面と、この歯に後続する溝の隣接する面とが交わるところに形成された逃げ刃を含み；各すくい面は、凹型副すくい面、回転軸から凹型副すくい面よりも遠くに位置決めされかつ切れ刃を通過する仮想上の放射状線に対して凹型副すくい面の上側に隆起した切削副すくい面、および凹型副すくい面と切削副すくい面とが交わる点に形成されたすくい不連続点を含み；各歯は、切削副すくい面と逃げ面とが交わるところに形成された実内部切削角を含み、実内部切削角の値は、凹型副すくい面の仮想上の延長線と逃げ面の仮想上の延長線とが交わるところに形成された仮想上の内部切削角よりも大きく；各歯は、そのすくい不連続点からその切れ刃まで測定された切削副すくい面長寸法Ｌ_Ｃを有し、条件０．０１Ｒ_Ｔ＜Ｌ_Ｃ＜０．０５Ｒ_Ｔ（式中、Ｒ_Ｔは、回転軸から切れ刃まで直線的に測定された歯の半径寸法である）を満たし；各歯の半径方向すくい角は、６°〜−６°の範囲であり；各溝のねじれ角Ｈは、条件３０°＜Ｈ＜５０°を満たし；回転軸Ａ_Ｒに垂直な平面において、各溝は、凸形状の追い出し部分、および追い出し部分と凹型副すくい面とを接続する凹形状の曲げ部分を含み；追い出し部分は、追い出し部分の頂点と、隣接する曲げ部分の最下点から隣接する逃げ刃まで延びる仮想上の直線との間で測定可能である追い出し高さＥを有し、追い出し高さＥは、条件０．０１０Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０３１Ｄ_Ｅを満たす大きさを有し；および切削端面において、溝の割り出し角は、対称的な割り出し角配置にある。

[0025]上記は概要であること、および上述の態様のいずれかは、さらに、以下説明する特徴のいずれかを含み得ることを理解されたい。具体的には、以下の特徴は、単独または組み合わせのいずれかで、上述の態様のいずれかに適用可能である。
Ａ． 追い出し高さＥが、条件０．０１４Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０２９Ｄ_Ｅを満たす大きさを有し得る。詳しく述べると、範囲０．０１０Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０３１Ｄ_Ｅが、チタニウムの機械加工に実現可能であると考えられるが、範囲０．０１４Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０２９Ｄ_Ｅが、試験中に良好な結果を達成できる。理論上は、そのような適度な追い出し高さ（すなわち、０．０１０Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０３１Ｄ_Ｅ）は、好適な歯の強度（好適な歯幅を可能にすることによって）および慣性モーメントを容易にできる。
Ｂ． 回転軸Ａ_Ｒに垂直な、エンドミルの有効切削部分の各平面には、追い出し部分および曲げ部分が存在し得る。各平面では、追い出し部分は、上述の条件（すなわち、０．０１０Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０３１Ｄ_Ｅ、または０．０１４Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０２９Ｄ_Ｅ）を満たす追い出し高さＥを有し得る。
Ｃ． 少なくとも１つのねじれ角は、別のねじれ角とは異なるとし得る。
Ｄ． 溝の１つのねじれ角および追い出し部分半径は、溝の別の１つのそれぞれねじれ角および追い出し部分半径よりも小さいとし得る。
Ｅ． 溝の最小ねじれ角よりも溝の最大ねじれ角に近いねじれ角は、比較的大きなねじれ角であるとみなされ、および溝の最大ねじれ角よりも最小ねじれ角に近いねじれ角は、比較的小さなねじれ角であるとみなされる。比較的大きなねじれ角の各溝の追い出し部分半径は、比較的小さなねじれ角の各溝の追い出し部分よりも大きいとし得る。
Ｆ． 溝の１つのねじれ角および曲げ部分半径は、溝の別の１つのそれぞれねじれ角および曲げ部分半径よりも小さいとし得る。
Ｇ． 溝の最小ねじれ角よりも溝の最大ねじれ角に近いねじれ角は、比較的大きなねじれ角とみなすことができ、および溝の最大ねじれ角よりも最小ねじれ角に近いねじれ角は、比較的小さなねじれ角とみなすことができる。比較的大きなねじれ角の各溝の曲げ部分半径は、比較的小さなねじれ角の各溝の曲げ部分よりも大きいとし得る。
Ｈ． 溝の１つの曲げ部分半径は、その追い出し部分半径よりも小さいとし得る。各溝の曲げ部分半径は、溝の追い出し部分半径よりも小さいとし得る。
Ｉ． 対称的な割り出し角配置を備えるエンドミルの厚くなる部分の潜在的に有益な構成は、以下の通りとし得る。切削端面において、いくつかの溝のみが、追い出し部分とその逃げ刃とを接続する凹形状の厚くなる部分を含み得る。そのような厚くなる部分は、歯幅を広くし、それゆえ、チタニウムの機械加工に必要な構造強度を高め得る。端面においては、厚くなる部分は、シャンク部分へ近づくにつれてサイズが小さくなり得る。端面から離間した位置で開始し、かつシャンク部分へ近づくにつれてサイズが大きくなる厚くなる部分があるとし得る。エンドミルには、切削部分全体に沿って延在する厚くなる部分がないとし得る。
Ｊ． 切削部分において、コア径Ｄ_Ｃは、条件０．４７Ｄ_Ｅ＜Ｄ_Ｃ＜０．６０Ｄ_Ｅを満たす。コア径Ｄ_Ｃは、０．５３Ｄ_Ｅ±０．０１Ｄ_Ｅとし得る。前者の条件（０．４７Ｄ_Ｅ＜Ｄ_Ｃ＜０．６０Ｄ_Ｅ）は、切り屑を排出するための溝のサイズと、チタニウムの機械加工に許容可能な結果をもたらし得る許容可能な慣性モーメントとの実現可能なバランスをもたらすと考えられている。理論上は、０．５３Ｄ_Ｅに近い値が最適であると考えられており、および実際に、そのような値は、試験の最中、良好な結果を達成した。
Ｋ． 実内部切削角の値は、仮想上の内部切削角とは４°〜１５°だけ異なるとし得る。実内部切削角は、仮想上の内部切削角から８°〜１３°だけ異なり得る。前者の条件（４°〜１５°）は、チタニウムの機械加工に実現可能であると考えられている。理論上は、差を小さくすること（特に８°〜１３°に）が最適であると考えられており、および実際に、後者の範囲は、試験の最中、良好な結果を達成した。
Ｌ． 各歯の半径方向すくい角は、６°〜−６°の範囲内とし得る。半径方向すくい角は、２°±１°および−２°±１°とし得る。前者の範囲（６°〜−６°）は、チタニウムの機械加工に実現可能であると考えられている。理論上は、より小さな角度（すなわち、６°および−６°よりも小さい半径方向すくい角を使用する）が、チタニウムの機械加工性能を向上させると考えられている。実際に、約２°〜約−２°の値は、試験の最中、良好な結果を達成した。
Ｍ． エンドミルの歯は、各第２の半径方向すくい角が同じ値を有し、その値は交互の歯の半径方向すくい角とは異なる、配置にあるとし得る。各第２の歯は、同一の幾何学的形状を有し得る。
Ｎ． 各歯は、すくい不連続点から同じ歯の切れ刃まで測定される切削副すくい面長寸法Ｌ_Ｃを有し、条件０．０１Ｒ_Ｔ＜Ｌ_Ｃ＜０．０５Ｒ_Ｔ（式中、Ｒ_Ｔは、回転軸から切れ刃まで直線的に測定される歯の半径寸法である）を満たし得る。切削副すくい面長寸法Ｌ_Ｃは、０．０２６Ｒ_Ｔ±０．００５Ｒ_Ｔとし得る。前者の範囲（０．０１Ｒ_Ｔ＜Ｌ_Ｄ＜０．０５Ｒ_Ｔ）が、チタニウムの機械加工に実現可能であると考えられている。理論上は、０．０２６Ｒ_Ｔに近い切削副すくい面長寸法Ｌ_Ｃの値が最適であると考えられており、および実際に、そのような値は、試験の最中、良好な結果を達成した。
Ｏ． 切削端面において、溝の割り出し角は、対称的な割り出し角配置にあるとし得る。溝の割り出し角は、切削部分の全長に沿って対称的な割り出し角配置にあるとし得る。
Ｐ． 切削端面において、直径方向に対向する割り出し角は全て、同じ大きさである。切削部分の等割り出し角平面Ｐ_Ｅにある割り出し角は、等しいとし得る。等割り出し角平面Ｐ_Ｅは、切削部分の有効長の中央にあるとし得る。
Ｑ． 切削端面において、全ての歯幅は同じ大きさを有し得る。そのような構成によって生産を促進する。
Ｒ． 切削端面において、各歯は、条件０．１３Ｄ_Ｅ＜Ｗ_Ｔ＜０．２２Ｄ_Ｅを満たす歯幅Ｗ_Ｔを有し得る。切削端面において、歯幅Ｗ_Ｔは、０．１６５Ｄ_Ｅ±０．０１Ｄ_Ｅとし得る。前者の範囲（０．１３Ｄ_Ｅ＜Ｗ_Ｔ＜０．２２Ｄ_Ｅ）は、チタニウムの機械加工に実現可能であると考えられている。理論上は、０．１６５Ｄ_Ｅに近い歯幅Ｗ_Ｔの値が最適であると考えられており、および実際に、そのような値は、試験の最中、良好な結果を達成した。
Ｓ． それぞれ関連の切削副すくい面および凹型副すくい面は、加工物から切削された切り屑が切削副すくい面には接触するが、切れ刃から離れた側にあるすくい不連続点に直接隣接した凹型副すくい面には接触しないように、互いに対して配置され得る。
Ｔ． 各歯には鋸歯がなくてもよい。
Ｕ． エンドミルの工具の寿命は、チタニウム、具体的にはＴＩ６ＡＬ４Ｖを、速度Ｖ_Ｃ８０．０メートル／分で、送り量Ｆ_Ｚ０．０８ミリメートル／歯で、切り屑厚さａ_ｅ２．００ミリメートルで、深さａ_Ｐ２２．０ミリメートルで機械加工する間、少なくとも６０分とし得る。そのような機械加工条件下では、工具の寿命は、少なくとも８０分または少なくとも９０分とし得る。
Ｖ． 各溝は、条件３０°＜Ｈ＜５０°を満たすねじれ角Ｈを有し得る。ねじれ角Ｈは、３５°±１°または３７°±１°とし得る。前者の範囲は、チタニウムの機械加工に実現可能であると考えられている。理論上は、３５°および３７°に近い値が最適であると考えられており、および実際に、そのような値は、試験の最中、良好な結果を達成した。ねじれ角は、それぞれ、溝の長さに沿って一定にもまたは可変にもできる（すなわち、１つ以上の点で値が変化するか、または切削部分の長さに沿った各点で値が変化する）。
Ｗ． 各凹型副すくい面は、凹形状とし得る。各凹型副すくい面は、同一の形状を有し得る。
Ｘ． 各溝は、そのシングルパス生産（single-pass production）を可能にする形状とし得る（マルチパス生産(multi-pass production）よりも単純な製造を可能にする）。

図面の簡単な説明
[0026]本出願の主題をより理解し、かつ本出願の主題の実際の実施方法を示すために、以下、添付図面を参照する。

本出願の主題によるエンドミルの斜視図である。 図１Ａのエンドミルの側面図である。 図１Ａおよび図１Ｂのエンドミルの端面図である。 図１Ｂの線２Ｂ−２Ｂに沿って取った断面図である。 仮想上の円を追加した図２Ｂの拡大図である。 図２Ｂに示す切れ刃の拡大図である。 図２Ｂに示す切れ刃の拡大図である。 図１Ａ〜３Ｂのエンドミルを含むエンドミルの試験結果を示す。 図１Ａ〜３Ｂのエンドミルを含むエンドミルの試験結果を示す。 図１Ａ〜３Ｂのエンドミルを含むエンドミルの試験結果を示す。 図１Ａ〜３Ｂのエンドミルを含むエンドミルの試験結果を示す。

詳細な説明
[0027]図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、これらの図には、一般に、超硬合金などの極めて硬質かつ耐摩耗性の材料で作製され、チタニウムを機械加工するように、およびその中心を通って縦方向に延びる回転軸Ａ_Ｒの周りで回転できるように構成された、エンドミル１０が示されている。この例では、図２Ａに示す図のように、エンドミル１０の回転方向Ｄ_Ｒは反時計回りである。

[0028]エンドミル１０は、シャンク部分１２と、そこから延在する切削部分１４とを含む。

[0029]切削部分１４は、切削部分直径Ｄ_Ｅを有し、および回転軸Ａ_Ｒに沿って、軸方向後方Ｄ_Ｂに切削端面１６から最も遠い溝端部１８まで延在する。

[0030]切削部分１４は、第１、第２、第３および第４のらせん形状の溝２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄと交互になった第１、第２、第３および第４の歯２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄと一体的に形成されている。この例では、同一の対向割り出し角に加えて、対向歯２０および対向溝２２の構造も同一である。

[0031]同様に図２Ａを参照して説明すると、割り出し角Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂ、Ｉ_Ｃ、Ｉ_Ｄは、非対称的な割り出し角配置にある。割り出し角は、繰り返しパターンを辿り、切削端面１６において、以下の値：Ｉ_Ａ＝８３°、Ｉ_Ｂ＝９７°、Ｉ_Ｃ＝８３°、Ｉ_Ｄ＝９７°で効果的であることが分かっている。

[0032]また、図２Ａに示すように、第１および第３の歯２０Ａ、２０Ｃは、第２および第４の歯２０Ｂ、２０Ｄよりも短く、それぞれの各対の両歯は、互いに平行である。

[0033]以下、初めにアルファベットの添え字によって識別された同様の要素（例えば、「２０Ａ」、「２０Ｂ」）は、それ以降、共通の特徴に関して言及する際には、本明細書および特許請求の範囲においては、そのような添え字を用いずに言及し得る（例えば、「２０」）。

[0034]同様に図２Ｂを参照して説明すると、各歯２０は、逃げ面２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、すくい面２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、逃げ面とすくい面２６、２８とが交わるところに形成された切れ刃３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、および各逃げ面２６と、後続の溝２２の隣接する面とが交わるところに形成された逃げ刃３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄを含む。この例では、以下説明するように、切削端面１６において、第１および第３の歯２０Ａ、２０Ｃには、第２および第４の厚くなる部分４０Ｂ、４０Ｄを備える第２および第４の溝２２Ｂ、２２Ｄが続き、およびそのような場合、厚くなる部分４０は、後続の溝２２に最接近した（隣接する）部分である。それゆえ、例えば、切削端面１６において、第１の逃げ刃３２Ａは、第１の逃げ面２６Ａと第４の厚くなる部分の面４０Ｄとが交わるところに形成されている。それに対して、例えば、第２の逃げ刃３２Ｂは、下記でさらに説明するように、第２の逃げ面２６Ｂと第１の凸形状の追い出し部分３６Ａとが交わるところに形成されている。

[0035]切削部分１４は、切削端面１６から刃長平面Ｐ_Ｃにまでわたる有効刃長Ｌを有し、この刃長平面は、回転軸Ａ_Ｒに垂直に延在し、かつ溝２２が終了し始める（すなわち浅くなり始める）箇所に、または歯の逃げ面３３がもはや有効的ではない個所に位置決めされる。有効切削部分は、切削端面１６から刃長平面Ｐ_Ｃまでと規定される。

[0036]切削端面１６において、全ての直径方向に対向する割り出し角（Ｉ）は、同じ大きさであるが、割り出し角が等しい平面を設けること、すなわち、切削部分の等割り出し角平面Ｐ_Ｅを等しくすることができ、これによりエンドミル１０の製造を単純にする。等割り出し角平面Ｐ_Ｅは、アクティブ切削部分の中央、すなわち切削端面１６から刃長平面Ｐ_Ｃまでの半分の距離（Ｌ／２）に配置されているときに最も利点があると考えられている。

[0037]エンドミル１０は、深い溝をつけることができ、およびこの例では、図２Ａにギャッシュ（end gash）３４を示す。

[0038]各溝２２は、凸形状の追い出し部分３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄと、各追い出し部分３６を各すくい面２８に接続する凹形状の曲げ部分３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄとを含む。

[0039]各溝２２はまた、関連の追い出し部分３６とその逃げ刃３２を接続する第１、第２、第３および第４の凹形状の厚くなる部分４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄの対応する１つを含み得る。図１Ａに示すように、第３の厚くなる部分４０Ｃ（および、同一の第１の厚くなる部分４０Ａ、図示せず）のみが、切削端面１６から離間した位置から始まり、およびシャンク部分１２に近づくにつれてサイズが大きくなる。図２Ａに示すように、第２のおよび第４の厚くなる部分４０Ｂ、４０Ｄは、切削端面１６において始まり、および、図１Ａに示すように、シャンク部分１２に近づくにつれてサイズが小さくなる。厚くなる部分４０Ｂのサイズが小さくなるおよび大きくなる構成は、歯に強度をもたらすのを支援し得る。

[0040]ここで図２Ｃを参照して説明すると、各追い出し部分３６、曲げ部分３８、および凹型副すくい面４８（下記でさらに詳細に説明する）は、湾曲しており、かつ仮想上の円Ｃの一部分に対応する半径Ｒを有し得る。簡単にするために、以下の説明は、第２の溝２２Ｂにのみ関するが、対応する要素および参照文字がこの例の各溝２２に対して存在することを理解されたい。もっと正確に言えば、第２の凹型副すくい面４８Ｂは、仮想上のすくい円Ｃ_１Ｂの半径に対応するすくい半径Ｒ_１Ｂを有することができる；第２の曲げ部分３８Ｂは、仮想上の曲げ円Ｃ_２Ｂの半径に対応する曲げ半径Ｒ_２Ｂを有することができる；第２の追い出し部分３６Ｂは、仮想上の追い出し円Ｃ_３Ｂの半径に対応する追い出し半径Ｒ_３Ｂを有することができる；および第２の厚くなる部分４０Ｂは、仮想上の厚くなる円Ｃ_４Ｂの半径に対応する厚くなる半径Ｒ_４Ｂを有することができる。溝の横断面内において、１つの曲率から別の曲率への変化は、溝に沿った不連続点において発生し得る。例えば、第１の溝の不連続点４２Ｂは、第２の凹型副すくい面４８Ｂと第２の曲げ部分３８Ｂとが交わる点に位置決めできる；第２の溝の不連続点４４Ｂは、第２の曲げ部分３８Ｂと第２の追い出し部分３６Ｂとが交わる点に位置決めできる；および第３の溝の不連続点４６Ｂは、第２の追い出し部分３６Ｂと第２の厚くなる部分４０Ｂとが交わる点に位置決めできる。

[0041]実際のエンドミルの部分は、完全な円からわずかに逸脱し得ることを理解されたい。従って、凹型副すくい部分、曲げ部分、追い出し部分および厚くなる部分は、そのような半径を近似的に有するとみなされるべきである。

[0042]例として第１の溝２２Ａを参照して説明すると、追い出し高さＥの測定は、以下の通り例示される。追い出し高さＥ_Ａは、第１の追い出し部分３６Ａの頂点Ａ_Ａと、隣接する曲げ部分３８Ａの最下点Ｎ_Ａ（すなわち、最下点Ｎは、エンドミルの中心点Ｃ_Ｐに最も近い曲げ部分の点である）から関連の隣接する第２の逃げ刃３２Ｂ（第２の逃げ刃３２Ｂは、便宜上、関連の第２の歯２０Ｂの部分と定義されるが、隣接する後続の第１の溝２２Ａにも関連付けられている）まで延在する仮想上の直線Ｉ_ＬＡとの間で測定可能である。

[0043]各溝２２は、回転軸Ａ_Ｒとで形成されるねじれ角Ｈ（図１Ｂ）を有する。この例では、第１および第３の溝２２Ａおよび２２Ｃのねじれ角Ｈは、３７°であり、および第２および第４の溝２２Ｂおよび２２Ｄのねじれ角は３５°である。ねじれ角Ｈが３７°の第１および第３の溝２２Ａおよび２２Ｃは、ねじれ角Ｈが３５°の第２および第４の溝２２Ｂおよび２２Ｄと比較して、大きなねじれ角を有するとみなされる。

[0044]図２Ｂに示すように、切削部分１４は、コア径Ｄ_Ｃを有する。コア径Ｄ_Ｃは、中心点Ｃ_Ｐから各溝２２の最接近点までの距離の和の２倍を、溝の数で割ったものと定義される。本例では、溝は全て、深さが等しく、それゆえ、図２Ｂに示すように、コア径Ｄ_Ｃは内接円Ｃ_Ｉの直径に等しい。詳しく述べると、溝の深さが等しくない例では、コア径Ｄ_Ｃは、エンドミルの中心から各溝の最接近点までの平均距離の２倍である。

[0045]図２Ｃを参照して説明すると、各歯２０は、第１の歯２０Ａを例として参照すると、歯半径Ｒ_ＴＡおよび歯幅Ｗ_ＴＡを有する。

[0046]図示の例では、各歯半径Ｒ_Ｔは同じ大きさを有する。その結果、切削部分直径Ｄ_Ｅは、歯半径Ｒ_Ｔの大きさの２倍である。歯の歯半径が等しくない例では、切削部分直径Ｄ_Ｅは、歯半径Ｒ_Ｔの和の２倍を、歯の数で割ったものと定義される。

[0047]歯幅Ｗ_ＴＡは、中心点Ｃ_Ｐから切れ刃３０Ａまで延びる第１の想像線と、第１の想像線に平行しかつ逃げ刃３２Ａに交わる第２の想像線との間で測定可能である。

[0048]図示の例では、各歯幅Ｗ_ＴＡは、同じ大きさを有し得る。

[0049]簡単にするために、以下の説明は、２つの歯２０Ｂ、２０Ｃのみに関して行う。

[0050]図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明すると、すくい面２８Ｂ、２８Ｃはそれぞれ、凹型副すくい面４８Ｂ、４８Ｃと、切削副すくい面５０Ｂ、５０Ｃと、それらが交わる点に形成されたすくい不連続点５２Ｂ、５２Ｃとを含む。

[0051]製造を簡略化するために、凹型副すくい面４８は、同じ形状を有することができ、その形状は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように凹形状とし得る。特に、この形状は、関連の切削副すくい面５０から窪んでいるため、加工物（図示せず）から切削された金属切り屑が、好ましくは、凹型副すくい面４８を、特にすくい不連続点５２に直接隣接した点において接触せずに通り抜けることができ、それにより、エンドミルへの熱伝達を低減させる。

[0052]各切削副すくい面５０は、同じ歯２０の凹型副すくい面４８に関連付けられた仮想上の内部切削角λ_Ｂ、λ_Ｃよりも値が大きい実内部切削角γ_Ｂ、γ_Ｃを有する。もっと正確に言えば、図３Ｂを例として参照すると、すくい不連続点５２Ｂから第２の凹型副すくい面４８Ｂを延ばす仮想上のすくい延長線５３Ｂは、第２の逃げ面２６Ｂを延ばす仮想上の逃げ延長線５５Ｂと交わり、およびそれらが交わるところにおいて鋭角の内部切削角λ_Ｂを形成する。

[0053]図３Ａおよび図３Ｂに最もよく示すように、各切削副すくい面５０の横断面は直線とし得る。

[0054]各歯２０は、切削副すくい面長寸法Ｌ_Ｃ（図３Ａにのみ示すが、各切削副すくい面５０に存在する）を有し得る。この例では、Ｌ_Ｃは０．０２６Ｒ_Ｔである。

[0055]各歯２０は、回転軸Ａ_Ｒから切れ刃３０まで延びるエンドミル１０の仮想上の放射状線Ｌ_Ｒから、切削副すくい面５０まで測定される半径方向すくい角βを有し得る。

[0056]図示の例では、第２の歯２０Ｂの半径方向すくい角β_Ｂは−２°であり、および第３の歯２０Ｃの半径方向すくい角β_Ｃは、２°である。

[0057]逃げ面２６は、双方とも、関連する歯２０の同じ直径を有する仮想上の円形状線Ｌ_ＴＢ、Ｌ_ＴＣに対して測定された同じ半径方向逃げ角α_Ｂ、α_Ｃを形成し得る。図示の例では、半径方向逃げ角α_Ｂ、α_Ｃは７°である。

[0058]図４Ａ〜４Ｄに示すような試験結果は、チタニウムの機械加工のために設計された異なるエンドミルの工具の寿命の比較を示す。それぞれの例において、工具の寿命は、機械加工を予め決められた間隔で（または、機械加工のための所要電力の上昇を検出すると）停止し、かつ工具の摩耗を判断することによって、決定された。フランクの摩耗が０．２ｍｍに達するかまたはコーナーの摩耗が０．５ｍｍに達すると、工具の故障であるとみなされ、その後、継続的な機械加工を停止した。

[0059]試験では、エンドミルには、以下の通りの符号を付した：
− 「番号１」は、本出願の主題によるものである；
− 「番号２」は、本出願の主題による追い出し部分を有するが、エンドミル番号１との１つの顕著な違いは、非対称的な割り出し角配置である；
− 「番号３」は、エンドミル番号１と同じコーティングを有し、および同様に鋸歯状の歯がないが、顕著な違いは、鋭い切れ刃、および非対称的な割り出し角配置を含む；および
− 「番号４」は、エンドミル番号１と同じコーティングを有するが、顕著な違いは、鋸歯状の歯、鋭い切れ刃、切削部分の全長に対し共通のねじれ角、および非対称的な割り出し角配置を含む。

[0060]より詳細には、図４Ａ〜４Ｄは、それぞれ、特定の機械加工条件下で異なる金属を切削することによるエンドミルの試験結果を示す。下記の表１は、切削される金属、および機械加工条件に関する、図４Ａ〜４Ｄのそれぞれとの対応を示し、および表２は、表形式で、試験結果を示す。

[0061]図４Ａに示すチタニウム機械加工試験の結果は、本出願の主題に従って作製されたエンドミル番号１の工具の寿命が最長であったことを示した。しかしながら、特に、図４Ｂ〜４Ｄに示す結果は、他の材料の機械加工時には、これが明白ではなかったことを示す。

[0062]上述の説明は、本出願の特許請求の範囲から、例示しない実施形態を除外しない、例示的な実施形態を含む。

Claims (24)

1. 縦方向に延在する回転軸Ａ_Ｒを有し、かつ、
   シャンク部分、および
   前記シャンク部分から切削端面まで延在し、およびらせん形状の溝と交互になった少なくとも４つの切歯と一体的に形成されており、および切削部分直径Ｄ_Ｅを有する、切削部分
   を含む、チタニウムを機械加工するためのエンドミルにおいて、
   各歯が、
   すくい面、
   逃げ面、
   前記すくい面と逃げ面とが交わるところに形成された切れ刃、および
   前記切れ刃から離間し、かつ前記逃げ面と、前記歯に後続する前記溝の隣接する面とが交わるところに形成された逃げ刃
   を含み、
   各すくい面が、
   凹型副すくい面、
   前記回転軸から前記凹型副すくい面よりも遠くに位置決めされ、かつ前記切れ刃を通過する仮想上の放射状線に対して、前記凹型副すくい面の上側に隆起する切削副すくい面、および
   前記凹型副すくい面と切削副すくい面とが交わる点に形成されたすくい不連続点
   を含み、
   各歯は、前記切削副すくい面と前記逃げ面とが交わるところに形成された実内部切削角を含み、前記実内部切削角は、前記凹型副すくい面の仮想上の延長線と前記逃げ面の仮想上の延長線とが交わるところに形成された仮想上の内部切削角よりも、大きい値を有し；
   各歯が、その前記すくい不連続点からその前記切れ刃まで測定される切削副すくい面長寸法Ｌ_Ｃを有し_、条件０．０１Ｒ_Ｔ＜Ｌ_Ｃ＜０．０５Ｒ_Ｔ（式中、Ｒ_Ｔは、前記回転軸から前記切れ刃まで直線的に測定された前記歯の半径寸法である）を満たし；
   各歯の半径方向すくい角は、６°〜−６°の範囲であり；
   各溝は、条件３０°＜Ｈ＜５０°を満たすねじれ角Ｈを有し；
   回転軸Ａ_Ｒに垂直な平面では、各溝は、凸形状の追い出し部分、および前記追い出し部分と前記凹型副すくい面とを接続する凹形状の曲げ部分を含み；
   前記追い出し部分は、前記追い出し部分の頂点と、前記隣接する曲げ部分の最下点から前記隣接する逃げ刃まで延びる仮想上の直線との間で測定可能な、追い出し高さＥを有し、前記追い出し高さＥは、条件０．０１０Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０３１Ｄ_Ｅを満たす大きさであり；および
   前記切削端面において、前記溝の割り出し角は対称的な配置にある、エンドミル。
2. 前記追い出し高さＥが、条件０．０１４Ｄ_Ｅ＜Ｅ＜０．０２９Ｄ_Ｅを満たす大きさを有する、請求項１に記載のエンドミル。
3. 前記追い出し部分、曲げ部分および追い出し高さＥが、前記エンドミルの有効切削部分の前記回転軸Ａ_Ｒに垂直な各平面に存在する、請求項１または２に記載のエンドミル。
4. 前記溝の１つのねじれ角および追い出し部分半径は、前記溝の別の１つのそれぞれねじれ角および追い出し部分半径よりも小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンドミル。
5. 前記溝の最小ねじれ角よりも前記溝の最大ねじれ角に近いねじれ角は、比較的大きなねじれ角であるとみなされ、および前記溝の前記最大ねじれ角よりも最小ねじれ角に近いねじれ角は、比較的小さなねじれ角であるとみなされ、および比較的大きなねじれ角の各溝の追い出し部分半径は、比較的小さなねじれ角の各溝の追い出し部分半径よりも大きい、請求項４に記載のエンドミル。
6. 前記溝の１つのねじれ角および曲げ部分半径が、前記溝の別の１つのそれぞれねじれ角および曲げ部分半径よりも小さい、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンドミル。
7. 前記溝の最小ねじれ角よりも前記溝の最大ねじれ角に近いねじれ角が、比較的大きなねじれ角であるとみなされ、および前記溝の前記最大ねじれ角よりも最小ねじれ角に近いねじれ角が、比較的小さなねじれ角であるとみなされ、および比較的大きなねじれ角の各溝の曲げ部分半径は、比較的小さなねじれ角の各溝の曲げ部分半径よりも大きい、請求項６に記載のエンドミル。
8. 前記溝の１つの曲げ部分半径が、その追い出し部分半径よりも小さいか、または各溝の曲げ部分半径が、溝の追い出し部分半径よりも小さい、請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンドミル。
9. 前記切削端面において、前記溝の全てではなくいくつかが、前記追い出し部分と前記逃げ刃とを接続する凹形状の厚くなる部分を含むか、または前記切削端面において厚くなる部分を含まない各溝が、前記切削端面から離間した位置から始まる厚くなる部分を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のエンドミル。
10. 各厚くなる部分が前記切削端面から離れる方向に延在するとき、前記厚くなる部分のいくつかのサイズが小さくなり、およびその他の厚くなる部分のサイズが大きくなる、請求項９に記載のエンドミル。
11. 前記切削部分において、コア径Ｄ_Ｃが条件０．４７Ｄ_Ｅ＜Ｄ_Ｃ＜０．６０Ｄ_Ｅを満たすか、または前記コア径Ｄ_Ｃが０．５３Ｄ_Ｅ±０．０１Ｄ_Ｅである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のエンドミル。
12. 前記実内部切削角の値が、前記仮想上の内部切削角から４°〜１５°だけ異なるか、または前記仮想上の内部切削角から８°〜１３°だけ異なる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のエンドミル。
13. 前記歯のすくい角が、２°±１°または−２°±１°である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエンドミル。
14. 前記歯が、各第２の半径方向すくい角が同じ値を有し、その値は交互の歯の前記半径方向すくい角とは異なる、配置にある、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のエンドミル。
15. 各歯が、前記すくい不連続点から同じ歯の前記切れ刃まで測定した切削副すくい面長寸法Ｌ_Ｃを有し、条件０．０１Ｒ_Ｔ＜Ｌ_Ｃ＜０．０５Ｒ_Ｔ（式中、Ｒ_Ｔは、前記それぞれの歯の半径寸法である）を満たすか、または前記切削副すくい面長寸法Ｌ_Ｃは０．０２６Ｒ_Ｔ±０．００５Ｒ_Ｔである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のエンドミル。
16. 前記切削端面における全ての歯幅が同じ大きさである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のエンドミル。
17. 各関連の切削副すくい面および凹型副すくい面が、互いに対して、加工物から切削された切り屑が前記切削副すくい面には接触するが、前記切れ刃から離れた側の前記すくい不連続点に直接隣接した前記凹型副すくい面には接触しないように、配置されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のエンドミル。
18. 各歯には鋸歯がない、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のエンドミル。
19. 前記溝の割り出し角が、等割り出し角平面Ｐ_Ｅにおいて同じ大きさを有する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のエンドミル。
20. 前記エンドミルの工具の寿命が、チタニウム、具体的にはＴＩ６ＡＬ４Ｖを、速度Ｖ_Ｃ２６２フィート（８０．０メートル）／分で、送り量Ｆ_Ｚ０．０８ミリメートル／歯で、切り屑厚さａ_ｅ２．００ミリメートルで、深さａ_ｐ２２．０ミリメートルで機械加工する間、少なくとも６０分である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のエンドミル。
21. 前記工具の寿命が少なくとも８０分または少なくとも９０分である、請求２０に記載のエンドミル。
22. 各溝が、条件３０°＜Ｈ＜５０°を満たすねじれ角Ｈを有するか、または前記溝が３５°±１°または３７±１°である、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のエンドミル。
23. 各歯が、前記切削端面において、条件０．１３Ｄ_Ｅ＜Ｗ_Ｔ＜０．２２Ｄ_Ｅを満たす歯幅Ｗ_Ｔを有し得る、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のエンドミル。
24. 各溝が、そのシングルパス生産を可能にする形状にされている、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のエンドミル。

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