JP2018199198A - ボールエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】たとえ一刃送り量が小さくても、優れた加工面精度を達成できること。【解決手段】エンドミル本体２と、エンドミル本体２の軸線Ｏ方向の先端部に配置され、軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏ上に中心を有する半球状をなす複数の底刃９と、複数の底刃９に対してエンドミル回転方向にそれぞれ隣接配置される複数のギャッシュ７と、を備え、複数の底刃９には、第１底刃、第２底刃及び第３底刃が含まれ、底刃９は、軸線Ｏ上に中心点Ｃを有する仮想半球面ＲＬに沿って延びており、底刃９上の所定の点Ａ及び軸線Ｏを含む基準面Ｐｒ内において、中心点Ｃと所定の点Ａとを通る仮想直線ＶＬが、軸線Ｏに対して傾斜する角度を放射角度θと定義して、所定の放射角度θにおいて、第１底刃、第２底刃及び第３底刃の軸線Ｏ回りの各回転軌跡のうち、放射方向の最も外側に位置する回転軌跡と、最も内側に位置する回転軌跡と、の間の放射方向に沿う距離が、５μｍ以下である。【選択図】図４

Description

本発明は、ボールエンドミルに関する。

従来、例えば下記特許文献１に示されるようなボールエンドミルが知られている。
ボールエンドミルは、軸状をなすエンドミル本体を有しており、エンドミル本体の軸線方向の先端部には刃部が形成され、エンドミル本体の刃部以外の部位はシャンク部とされている。また、刃部には、切屑排出溝、ギャッシュ、外周刃及び底刃（先端刃）がそれぞれ複数形成されている。

ボールエンドミルの複数の底刃のうち、少なくとも１つの底刃は、刃長方向の先端が軸線付近まで延ばされた長刃となっている。複数の底刃の軸線回りの回転軌跡は、軸線上に中心を有する半球状をなす。切削加工時においてボールエンドミルは、エンドミル本体の軸線回りのうちエンドミル回転方向に回転させられつつ、軸線に交差する方向に送りを与えられて被削材に切り込んでいく。

特開２００３−３９２２３号公報

しかしながら、従来のボールエンドミルでは、例えば、工作機械として５軸加工機を用いた高能率加工において、一刃当たりの送り量（一刃送り量）を大きく設定しなければ十分な加工面精度が得られ難く、加工面精度を向上させる点に改善の余地があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、例えば５軸加工機を用いた高能率加工においてたとえ一刃送り量が小さくても、優れた加工面精度を達成できるボールエンドミルを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、軸状をなすエンドミル本体と、前記エンドミル本体の軸線方向の先端部に、前記軸線回りに互いに間隔をあけて配置され、それぞれが凸円弧状をなすとともに、前記軸線回りの回転軌跡が前記軸線上に中心を有する半球状をなす複数の底刃と、複数の前記底刃に対して、前記軸線回りのうちエンドミル回転方向にそれぞれ隣接配置される複数のギャッシュと、を備えたボールエンドミルであって、複数の前記底刃には、前記軸線に直交する径方向の内側へ向けた刃長が、複数の前記底刃の中で最も長くされた第１底刃と、前記第１底刃に対して、前記エンドミル回転方向に隣り合い、前記第１底刃よりも前記径方向の内側へ向けた刃長が短くされた第２底刃と、前記第２底刃に対して、前記エンドミル回転方向に隣り合い、前記第２底刃よりも前記径方向の内側へ向けた刃長が短くされた第３底刃と、が含まれ、前記底刃は、前記軸線上に中心点を有する仮想半球面に沿って延びており、前記底刃上の所定の点及び前記軸線を含む基準面内において、前記中心点と前記所定の点とを通る仮想直線が、前記軸線に対して傾斜する角度を放射角度と定義して、所定の前記放射角度において、前記第１底刃、前記第２底刃及び前記第３底刃の前記軸線回りの各回転軌跡のうち、前記中心点を中心とする放射方向の最も外側に位置する回転軌跡と、最も内側に位置する回転軌跡と、の間の前記放射方向に沿う距離が、５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明のボールエンドミルは、軸線回りの回転軌跡が半球状をなす複数の底刃として、第１底刃、第２底刃及び第３底刃を備えている。第１底刃、第２底刃及び第３底刃は、径方向の内側へ向けた刃長がこの順に短くされている。つまり、第１〜第３底刃のうち、第１底刃の刃長が最も長く、第３底刃の刃長が最も短い。第１底刃の刃長を最も長く、第３底刃の刃長を最も短くすることで、エンドミル先端面の中心部付近（軸線付近）にもギャッシュを形成することができ、切屑排出性を高めることができる。また、各底刃の切削量が異なるため、切削中のびびり振動が抑制される傾向にある。

そしてこのボールエンドミルは、底刃上の所定の点及び軸線を含む基準面内において、所定の放射角度における第１底刃、第２底刃及び第３底刃の軸線回りの各回転軌跡のうち、中心点を中心とした放射方向の最外周に位置する回転軌跡と、最内周に位置する回転軌跡と、の放射方向に沿う距離が５μｍ以下とされている。つまり、上記基準面内における所定の放射角度での、放射方向に沿う第１〜第３底刃の振れ（振れ精度）が５μｍ以下に抑えられている。このように高精度の底刃を形成できるのは、上述したように、径方向の内側へ向けた刃長を第１底刃、第２底刃及び第３底刃の順に短く形成しているためである。つまり、このような刃型とすることで、ボールエンドミル製造時において各底刃を加工する際に砥石の干渉が発生しにくく、高精度な多刃を形成しやすくなる。

このため、例えば切削時の使用頻度が高い所定の放射角度において、底刃の振れを極めて小さくすることができる。これにより、例えば５軸加工機を用いた高能率加工においてたとえ一刃送り量が小さくても、各底刃がそれぞれ同様の機能を果たすことができて、優れた加工面精度を達成することが可能になる。
一方、本発明とは異なり、放射方向に沿う第１〜第３底刃の振れが５μｍを超えると、一刃送り量を大きく設定しないと、各底刃が十分に機能せずに加工面精度が低下する傾向にある。また、一刃送り量を大きく設定することで、早期に工具損傷が発生するおそれがある。

また、上記ボールエンドミルにおいて、前記第１底刃、前記第２底刃及び前記第３底刃の組が、前記軸線を中心として１８０°回転対称に２組設けられたことが好ましい。

この場合、底刃が６枚刃とされたボールエンドミルとなり、切削の加工能率を高めることができる。そしてこのような多刃のボールエンドミルであっても、本発明によれば、切屑排出性が安定して確保される。

また、上記ボールエンドミルにおいて、前記第１底刃のギャッシュ、前記第２底刃のギャッシュ及び前記第３底刃のギャッシュが、互いにすべて連通していることが好ましい。

この場合、第１〜第３底刃の各ギャッシュが、互いにすべて連通しているので、切屑排出性を安定して高められるという上述した効果が、より顕著なものとなる。

また、上記ボールエンドミルにおいて、前記エンドミル本体の外周には、前記軸線回りに互いに間隔をあけて配置され、それぞれが前記底刃の前記径方向の外側の端縁に接続するとともに、前記端縁から前記軸線方向の基端側へ向けて延びる複数の外周刃が備えられ、前記エンドミル本体の正面視で、前記第１底刃は、前記外周刃との接続部分から前記径方向の内側へ向けて延びるとともに、その刃長方向の先端が、前記軸線を越えた位置に配置されることが好ましい。

この場合、外周刃との接続部分から径方向内側へ向けて延びる第１底刃の刃長方向の先端が、軸線を越えた位置に配置されているので、エンドミル本体の軸線方向の最先端位置（つまり軸線上）においても、第１底刃により被削材に切削加工を施すことができる。従って、加工面精度を高めつつ、様々な切削加工の種類や形態に対応しやすい。

また、上記ボールエンドミルにおいて、前記所定の放射角度は、４０〜５０°であることが好ましい。

所定の放射角度が４０〜５０°の範囲の底刃は特に使用頻度が高い傾向にあるため、この範囲において各底刃の振れを抑制することで加工面精度をより高めることができる。

また、上記ボールエンドミルにおいて、前記放射方向に沿う距離が、３μｍ以下であることが好ましい。

所定の放射角度において、第１底刃、第２底刃及び第３底刃の軸線回りの各回転軌跡のうち、中心点を中心とする放射方向の最も外側に位置する回転軌跡と、最も内側に位置する回転軌跡と、の間の放射方向に沿う距離が、３μｍ以下であることで、加工能率と加工精度を合わせて高めることができる。特に、所定の放射角度が４０〜５０°である場合には、上記作用効果が格別に顕著なものとなる。

本発明のボールエンドミルによれば、例えば５軸加工機を用いた高能率加工においてたとえ一刃送り量が小さくても、優れた加工面精度を達成できる。

本発明の一実施形態に係るボールエンドミルの要部（刃部）を示す斜視図である。 図１のボールエンドミルの側面図（平面図）である。 図１のボールエンドミルの正面図である。 図１のボールエンドミルの基準面、放射角度、底刃の振れ及びギャッシュ深さ等を説明する模式図である。

以下、本発明の一実施形態に係るボールエンドミル１について、図面を参照して説明する。本実施形態のボールエンドミル１は、金属材料等からなる被削材に対して、例えば仕上げ加工や中仕上げ加工等の切削加工（転削加工）を施す切削工具（転削工具）である。

図１〜図３に示されるように、本実施形態のボールエンドミル１は、軸状をなし、例えば超硬合金や高速度工具鋼等からなるエンドミル本体２を有している。
エンドミル本体２は概略円柱状をなしており、該エンドミル本体２の軸線Ｏ方向に沿う少なくとも先端部に刃部３ａが形成され、該刃部３ａ以外の部位はシャンク部３ｂとされている。

ボールエンドミル１は、エンドミル本体２において円柱状をなすシャンク部３ｂがマシニングセンタ等の工作機械の主軸に取り付けられ、該主軸によって軸線Ｏ回りのうちエンドミル回転方向Ｔに回転させられる。ボールエンドミル１は、上記回転とともに軸線Ｏ方向への切り込みや軸線Ｏに直交する径方向への送りを与えられて、被削材に切り込んでいき、被削材を切削加工する。ボールエンドミル１は、被削材に対して例えば曲面加工、ポケット加工、深掘り加工、Ｒ加工（凸Ｒ、凹Ｒ）、面取り加工、穴加工等の各種加工を施す。
具体的に、本実施形態のボールエンドミル１は、例えば４〜６軸の多軸制御のマシニングセンタ等の工作機械の主軸に着脱可能に装着されて、被削材の切削に用いられる。本実施形態の例では、工作機械として５軸加工機を用いている。

ボールエンドミル１により被削材を切削加工する際には、該ボールエンドミル１の刃部３ａ及び被削材の切削面（被加工部）に向けて、クーラントが供給される。クーラントとしては、例えば、油性又は水溶性の切削液剤や圧縮エア等が用いられる。クーラントは、工作機械の主軸からエンドミル本体２の内部を通して刃部３ａ及び加工面に供給されてもよいし、エンドミル本体２の外部から刃部３ａ及び加工面に供給されてもよい。

本実施形態では、エンドミル本体２の軸線Ｏに沿う方向（軸線Ｏが延在する方向）を、軸線Ｏ方向という。また、軸線Ｏ方向のうち、シャンク部３ｂから刃部３ａへ向かう方向を先端側といい、刃部３ａからシャンク部３ｂへ向かう方向を基端側という。
また、軸線Ｏに直交する方向を径方向という。径方向のうち、軸線Ｏに接近する向きを径方向の内側といい、軸線Ｏから離間する向きを径方向の外側という。
また、軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。周方向のうち、切削時に工作機械の主軸によりエンドミル本体２が回転させられる向きをエンドミル回転方向Ｔといい、これとは反対の回転方向を、エンドミル回転方向Ｔとは反対側（反エンドミル回転方向）という。

本実施形態では、エンドミル本体２の刃部３ａの心厚が、刃部３ａの外径（刃径）の６０％以上であり、好ましくは６５％以上である。また、刃部３ａの軸線Ｏ方向に沿う長さ（刃長）が、刃径に対して１．５倍以下であり、好ましくは、１．０倍以下である。

刃部３ａの外周には、周方向に互いに間隔をあけて複数の切屑排出溝４が形成されている。本実施形態ではこれらの切屑排出溝４が、互いに周方向に等間隔をあけて配置されている。また、本実施形態の例では、刃部３ａの外周に切屑排出溝４が６つ形成されている。

切屑排出溝４は、エンドミル本体２の軸線Ｏ方向の先端から基端側へ向かうに従い周方向へ向けて延びている。本実施形態では、切屑排出溝４が、エンドミル本体２の先端面（刃部３ａにおいて軸線Ｏ方向の先端側を向く凸半球面）に開口し、該先端面から基端側へ向かうに従い徐々にエンドミル回転方向Ｔとは反対側へ向けてねじれて、螺旋状に延びている。切屑排出溝４は、刃部３ａの基端側の端部において、エンドミル本体２の外周に切り上がっている。言い換えると、エンドミル本体２において、軸線Ｏ方向に沿う切屑排出溝４が形成された領域が、刃部３ａとされている。

各切屑排出溝４は、エンドミル回転方向Ｔを向く壁面を有しており、この壁面のうち、切れ刃に隣接する部分がすくい面である。具体的には、切れ刃のすくい面のうち、該切れ刃の後述する外周刃５及び底刃９に隣接する部分がそれぞれ、外周刃５のすくい面１１及び底刃９のすくい面１２とされている。底刃９のすくい面１２は、切屑排出溝４のうちギャッシュ７に形成されている。

切屑排出溝４の軸線Ｏ方向の先端部には、溝状のギャッシュ７が形成されている。図３に示されるように、エンドミル本体２を軸線Ｏ方向の先端から基端側へ向けて見たエンドミル本体２の正面視において、ギャッシュ７は径方向に沿うように延びている。ギャッシュ７は、径方向内側の端部が軸線Ｏ近傍に配置されており、この径方向内側の端部から径方向外側へ向かうに従い徐々に軸線Ｏ方向の基端側へ向けて延びている。

ギャッシュ７の数は、切屑排出溝４の数に対応しており、本実施形態の例では６つのギャッシュ７が形成されている。これらのギャッシュ７には、後述する底刃９の種類（第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃ）に応じて、複数種類のギャッシュ７Ａ〜７Ｃが含まれる。これらのギャッシュ７Ａ〜７Ｃについては、別途後述する。

図１〜図３に示されるように、刃部３ａには、周方向に互いに間隔をあけて複数の切れ刃が形成されている。これらの切れ刃はそれぞれ、外周刃５及び底刃９を有している。切れ刃は、外周刃５と底刃９とが互いに接続されることで、全体として略Ｊ字状をなしている。切れ刃の数は、切屑排出溝４の数に対応しており、本実施形態の例では６つ（６組）の切れ刃が設けられている。つまり、本実施形態のボールエンドミル１は、６枚刃のボールエンドミルである。

切れ刃のうち、底刃（先端刃。ボール刃）９は、切屑排出溝４の先端部に位置するギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面と、エンドミル本体２の先端面との交差稜線に形成されている。底刃９は、ギャッシュ７の前記壁面の先端外周縁に沿って延びており、エンドミル本体２の先端外周側へ向けて凸となる円弧状をなしている。底刃９は、その先端（径方向内端）から径方向外側へ向かうに従い基端側へ向けて、かつエンドミル回転方向Ｔとは反対側へ向けて延びている。

底刃９は、ギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔを向く壁面のうち、先端外周側の端部に位置するすくい面１２と、刃部３ａの先端面のうち、該ギャッシュ７のエンドミル回転方向Ｔとは反対側に隣接する先端逃げ面８と、の交差稜線に形成されている。
刃部３ａの先端面には、周方向に隣り合うギャッシュ７（切屑排出溝４）同士の間に、先端逃げ面８がそれぞれ形成されている。先端逃げ面８は、底刃９からエンドミル回転方向Ｔとは反対側へ向かうに従い基端内周側へ向けて傾斜しており、これにより底刃９には逃げ角が付与されている。本実施形態では、底刃９の逃げ角が、５〜１５°である。

複数（本実施形態の例では６つ）の底刃９は、エンドミル本体２の軸線Ｏ方向の先端部に、軸線Ｏ回りに互いに間隔をあけて配置され、それぞれが凸円弧状をなすとともに、軸線Ｏ回りの回転軌跡が軸線Ｏ上に中心を有する半球状をなす。複数の底刃９には、互いに刃長が異なる複数種類の底刃が含まれており、具体的には、第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃの３種類の底刃が含まれる。

これらの底刃９Ａ〜９Ｃのうち、第１底刃９Ａは、径方向の内側へ向けた刃長が、複数の底刃９の中で最も長くされている。図３に示されるエンドミル本体２の正面視で、第１底刃９Ａは、外周刃５との接続部分（第１底刃９Ａにおける径方向外側の端縁）から径方向の内側へ向けて延びるとともに、その刃長方向の先端２１が、軸線Ｏを越えた位置に配置されている。つまり第１底刃９Ａは、径方向内側へ向けて延びる刃長方向の先端２１が、軸線Ｏに達しているとともに、その先にまで延びている。なお、本実施形態において第１底刃９Ａは、軸線Ｏの直上は通っていない。

第２底刃９Ｂは、第１底刃９Ａに対して、エンドミル回転方向Ｔに隣り合い、第１底刃９Ａよりも径方向の内側へ向けた刃長が短くされている。図３に示されるエンドミル本体２の正面視で、第２底刃９Ｂは、外周刃５との接続部分（第２底刃９Ｂにおける径方向外側の端縁）から径方向の内側へ向けて延びるとともに、その刃長方向の先端２２が、軸線Ｏを越えない位置に配置されている。つまり第２底刃９Ｂは、径方向内側へ向けて延びる刃長方向の先端２２が、軸線Ｏに達していない。

第３底刃９Ｃは、第２底刃９Ｂに対して、エンドミル回転方向Ｔに隣り合い、第２底刃９Ｂよりも径方向の内側へ向けた刃長が短くされている。図３に示されるエンドミル本体２の正面視で、第３底刃９Ｃは、外周刃５との接続部分（第３底刃９Ｃにおける径方向外側の端縁）から径方向の内側へ向けて延びるとともに、その刃長方向の先端２３が、軸線Ｏを越えない位置に配置されている。つまり第３底刃９Ｃは、径方向内側へ向けて延びる刃長方向の先端２３が、軸線Ｏに達していない。また、第３底刃９Ｃの先端２３は、第２底刃９Ｂの先端２２よりも径方向の外側に配置されている（軸線Ｏからの距離が遠い）。

第２底刃９Ｂの先端２２は、軸線Ｏからの直線距離が工具径ｄの０．０５ｄ〜０．１５ｄの範囲に設けることが好ましい。なお、工具径ｄとは、刃部３ａの外径（刃径）を指す。前記直線距離が０．０５ｄ未満であると、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａを形成することが困難となる。また、前記直線距離が０．１５ｄよりも大きくなると切削性能が低下する。
第３底刃９Ｃの先端２３は、軸線Ｏからの直線距離が工具径ｄの０．１５ｄ〜０．３ｄの範囲に設けることが好ましい。前記直線距離が０．１５ｄ未満であると、第２底刃９Ｂとの刃長の差が小さくなり過ぎてびびり振動が発生し易くなる。また、前記直線距離が０．３ｄよりも大きくなると切削性能が低下する。

本実施形態では、第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃの組が、軸線Ｏを中心として１８０°回転対称に２組設けられている。

図４は、軸線Ｏを含むボールエンドミル１の縦断面図であり、刃部３ａを簡略化して表している。図４において、底刃９は、軸線Ｏ上に中心点Ｃを有する仮想半球面ＲＬに沿って延びている。
ここで、底刃９上の所定の点Ａ及び軸線Ｏを含む仮想平面を、基準面Ｐｒと定義する。基準面Ｐｒは、エンドミル回転方向Ｔ（つまり主運動方向）に垂直な面である。また、基準面Ｐｒ内において、中心点Ｃと所定の点Ａとを通る仮想直線ＶＬが、軸線Ｏに対して傾斜する角度を、放射角度θと定義する。放射角度θは、所定の点Ａが軸線Ｏ上に配置される場合を０°とし、所定の点Ａが中心点Ｃに対して軸線Ｏ方向の同一位置に配置される場合を９０°とする。

本実施形態では、所定の放射角度θにおいて、第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃの軸線Ｏ回りの各回転軌跡のうち、中心点Ｃを中心とする放射方向（図４において仮想直線ＶＬが延在する方向）の最も外側に位置する回転軌跡と、最も内側に位置する回転軌跡と、の間の放射方向に沿う距離が、５μｍ以下である。好ましくは、前記距離が３μｍ以下である。

つまり、基準面Ｐｒ内の所定の放射角度θにおける、放射方向に沿う第１〜第３底刃９Ａ〜９Ｃの振れ（底刃位置のばらつき）が５μｍ以下に抑えられており、好ましくは３μｍ以下に抑えられている。言い換えると、所定の放射角度θにおける底刃９のＲ精度の最大値と最小値との差が、５μｍ以下であり、好ましくは３μｍ以下である。
本実施形態では、前記所定の放射角度θが、４０〜５０°である。

また特に図示していないが、基準面Ｐｒに垂直で仮想直線ＶＬを含む仮想平面内において、基準面Ｐｒに対して底刃９のすくい面１２が傾斜する角度である真のすくい角を、放射方向すくい角と定義する。
本実施形態では、底刃９の放射方向すくい角は、０〜５°である。また、底刃９の放射方向すくい角は、底刃９の先端（放射角度θ＝０°付近）から外周刃５に接続する径方向の外縁（放射角度θ＝９０°付近）へ向かうに従い大きくなる。

図３において、エンドミル本体２の先端部には、複数の底刃９に対して、エンドミル回転方向Ｔにそれぞれギャッシュ７が隣接配置されている。複数のギャッシュ７には、互いに長さ（溝長）が異なる複数種類のギャッシュが含まれており、具体的には、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａ、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂ及び第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃの３種類のギャッシュが含まれる。

本実施形態では、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａ、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂ及び第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃの組が、軸線Ｏを中心として１８０°回転対称に２組設けられている。
図３に示されるエンドミル本体２の正面視において、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａに対して第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂの長さが短く、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂに対して第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃの長さが短い。

また、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａ、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂ及び第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃは、互いにすべて連通している。
本実施形態の例では、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａの先端と、第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃの先端とが互いに接続しており、また、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａのうち、第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃと接続する先端から基端側へ向けて離間した部分に対して、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂの先端が接続している。つまり、ギャッシュ７Ａに対してギャッシュ７Ｂ、７Ｃが連通しており、ギャッシュ７Ａを通してギャッシュ７Ｂ、７Ｃ同士も連通している。

ここで、図４は、ギャッシュ７Ａ〜７Ｃ同士を比較しやすくするために、これらのギャッシュ７Ａ〜７Ｃを同一の仮想平面（軸線Ｏを含むエンドミル本体２の縦断面）上に表した模式図でもある。
図４に示されるように、第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃに対して、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂの深さは深く、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂに対して、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａの深さは深い。
なお、「ギャッシュ７の深さ」とは、軸線Ｏ回りに底刃９が回転して得られる半球状の回転軌跡（仮想半球面）と、ギャッシュ７の底面のうち前記回転軌跡からの距離が最も遠い部分（ギャッシュ７の最深部）と、の間の前記距離を指す。つまり、仮想半球面ＲＬに対して、ギャッシュ７底面のうち、中心点Ｃを中心とする放射方向の最も内側に位置する部分と、仮想半球面ＲＬと、の間の放射方向に沿う距離が、「ギャッシュの深さ」である。
具体的には、図４において符号ＲＬで示されるものが、底刃９が軸線Ｏ回りに回転して得られる回転軌跡（仮想半球面）であり、符号Ｄで示される距離が、底刃９の回転軌跡ＲＬからギャッシュ７の最深部までのギャッシュ７深さ（図示の例ではギャッシュ７Ａの深さ）である。

図１及び図２に示されるように、切れ刃のうち、外周刃５は、切屑排出溝４のギャッシュ７以外の部分（ギャッシュ７よりも基端側に位置する部分）においてエンドミル回転方向Ｔを向く壁面と、エンドミル本体２の外周面との交差稜線に形成されている。外周刃５は、底刃９の径方向外側の端縁（この端縁は、底刃９の基端側の端縁でもある）に接続しているとともに、前記端縁から軸線Ｏ方向の基端側へ向けて延びている。具体的に、外周刃５は、底刃９に接続する該外周刃５の先端から基端側へ向かうに従いエンドミル回転方向Ｔとは反対側へ向けて延びている。
本実施形態では、外周刃５のねじれ角が、１５〜３０°である。

外周刃５は、切屑排出溝４のギャッシュ７以外の部分においてエンドミル回転方向Ｔを向く壁面のうち、径方向外側の端部に位置するすくい面１１と、刃部３ａの外周面のうち、該切屑排出溝４のエンドミル回転方向Ｔとは反対側に隣接する外周逃げ面６と、の交差稜線に形成されている。本実施形態では、外周刃５のすくい角が、−１０〜０°である。

刃部３ａの外周面には、周方向に隣り合う切屑排出溝４同士の間に、外周逃げ面６がそれぞれ形成されている。外周逃げ面６は、外周刃５からエンドミル回転方向Ｔとは反対側へ向かうに従い径方向の内側へ向けて傾斜しており、これにより外周刃５には逃げ角が付与されている。本実施形態では、外周刃５の逃げ角が、５〜１５°である。

複数（本実施形態の例では６つ）の外周刃５は、エンドミル本体２の外周に、軸線Ｏ回りに互いに間隔をあけて配置され、互いに略平行に延びている。各外周刃５は、周方向位置が対応する各底刃９の径方向の外側の端縁に、それぞれ接続している。本実施形態では、複数の外周刃５が、軸線Ｏ回りに互いに等ピッチで配置されている。複数の外周刃５が軸線Ｏ回りに回転して得られる回転軌跡は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなす。

以上説明した本実施形態のボールエンドミル１は、軸線Ｏ回りの回転軌跡が半球状をなす複数の底刃９として、第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃを備えている。第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃは、径方向の内側へ向けた刃長がこの順に短くされている。つまり、第１〜第３底刃９Ａ〜９Ｃのうち、第１底刃９Ａの刃長が最も長く、第３底刃９Ｃの刃長が最も短い。第１底刃９Ａの刃長を最も長く、第３底刃９Ｃの刃長を最も短くすることで、エンドミル先端面の中心部付近（軸線Ｏ付近）にもギャッシュ７を形成することができ、切屑排出性を高めることができる。また、各底刃９Ａ〜９Ｃの切削量が異なるため、切削中のびびり振動が抑制される傾向にある。

そしてこのボールエンドミル１は、底刃９上の所定の点Ａ及び軸線Ｏを含む基準面Ｐｒ内において、所定の放射角度θにおける第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃの軸線Ｏ回りの各回転軌跡のうち、中心点Ｃを中心とした放射方向の最外周に位置する回転軌跡と、最内周に位置する回転軌跡と、の放射方向に沿う距離が５μｍ以下とされている。つまり、上記基準面Ｐｒ内における所定の放射角度θでの、放射方向に沿う第１〜第３底刃９Ａ〜９Ｃの振れ（振れ精度）が５μｍ以下に抑えられている。このように高精度の底刃９を形成できるのは、上述したように、径方向の内側へ向けた刃長を第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃの順に短く形成しているためである。つまり、このような刃型とすることで、ボールエンドミル製造時において各底刃９Ａ〜９Ｃを加工する際に砥石の干渉が発生しにくく、高精度な多刃を形成しやすくなる。

このため、例えば切削時の使用頻度が高い所定の放射角度θにおいて、底刃９Ａ〜９Ｃの振れを極めて小さくすることができる。これにより、本実施形態のように５軸加工機を用いた高能率加工においてたとえ一刃送り量が小さくても、各底刃９Ａ〜９Ｃがそれぞれ同様の機能を果たすことができて、優れた加工面精度を達成することが可能になる。
一方、本実施形態とは異なり、放射方向に沿う第１〜第３底刃９Ａ〜９Ｃの振れが５μｍを超えると、一刃送り量を大きく設定しないと、各底刃９Ａ〜９Ｃが十分に機能せずに加工面精度が低下する傾向にある。また、一刃送り量を大きく設定することで、早期に工具損傷が発生するおそれがある。

なお、上述した本実施形態の作用効果をより格別なものとするには、放射方向に沿う第１〜第３底刃９Ａ〜９Ｃの振れが３μｍ以下であることが好ましい。振れを３μｍ以下にすることで、一刃送り量を下げても各底刃９Ａ〜９Ｃが機能するようになるため、送り速度が速くなり過ぎるのを防止することができる。

一刃送り量と各底刃が機能するための振れの関係は、理論カスプハイトの計算から簡易的に求めることができる。例えば、ボール半径が４ｍｍのボールエンドミルにおいて、一刃送り量が０．２５ｍｍ／ｔのときは、底刃の振れが８．０μｍ以下でないと各底刃が機能しなくなる。そこで本実施形態のように、底刃９の振れを５．０μｍ以下にすれば、一刃送り量を０．２ｍｍ／ｔとしても各底刃９Ａ〜９Ｃが機能することができ、一刃送り量を下げることができる。一刃送り量を下げることで切削抵抗が低減するため、より高精度の加工が可能となる。さらに、底刃９の振れが４．０μｍ以下であれば、一刃送り量が０．１７ｍｍ／ｔ以上で各底刃９Ａ〜９Ｃが機能することができ好ましい。さらには、底刃９の振れが３．０μｍ以下であれば、一刃送り量が０．１５ｍｍ／ｔ以上で各底刃９Ａ〜９Ｃが機能するようになり好ましい。
通常、６枚刃のような多刃のボールエンドミルにおいては、製造時に砥石の干渉が発生しやすいことから各底刃の振れをより抑制するのは困難である。本実施形態のように、６枚刃ボールエンドミルの底刃９の振れを５μｍ以下、さらには４μｍ以下、３μｍ以下にまで量産ベースで達成するには、製造時の砥石の干渉を抑制するため、底刃９Ａ〜９Ｃの長さを第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ、第３底刃９Ｃの順に短くし、かつこれらを軸線Ｏを中心に対称に設けた刃型が有効である。

また本実施形態では、第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃの組が、軸線Ｏを中心として１８０°回転対称に２組設けられているので、下記の作用効果を奏する。
すなわちこの場合、底刃９が６枚刃とされたボールエンドミル１となり、切削の加工能率を高めることができる。そしてこのような多刃のボールエンドミル１であっても、本実施形態によれば、切屑排出性が安定して確保される。

また本実施形態では、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａ、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂ及び第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃが、互いにすべて連通しているので、切屑排出性を安定して高められるという上述した効果が、より顕著なものとなる。

また本実施形態では、図３に示されるエンドミル本体２の正面視で、第１底刃９Ａが、外周刃５との接続部分（第１底刃９Ａの径方向外側の端縁）から径方向の内側へ向けて延びるとともに、その刃長方向の先端２１が、軸線Ｏを越えた位置に配置されている。これにより、エンドミル本体２の軸線Ｏ方向の最先端位置（つまり軸線Ｏ上）においても、第１底刃９Ａによって被削材に切削加工を施すことができる。従って、加工面精度を高めつつ、様々な切削加工の種類や形態に対応しやすい。

また本実施形態では、所定の放射角度θが４０〜５０°である。
刃部３ａの先端付近では第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃが形成されていないため、各底刃９Ａ〜９ＣのＲ精度を正確に測定することは困難となる。このため、本実施形態で説明したように、所定の放射角度θを４０〜５０°に設定することが好ましい。つまり、底刃９Ａ〜９ＣのＲ精度の測定を、刃部３ａの先端から軸線Ｏに対して４０〜５０°の箇所で測定すればよい。この範囲の底刃９Ａ〜９Ｃは特に使用頻度が高い傾向にあるため、各底刃９Ａ〜９Ｃの振れを抑制することで加工面精度をより高めることができる。

また、これらの底刃９Ａ〜９Ｃには、各底刃９Ａ〜９Ｃのエンドミル回転方向Ｔに隣接してギャッシュ７Ａ〜７Ｃがそれぞれ配置される。ギャッシュ７Ａ〜７Ｃの径方向内側へ向けたギャッシュ長さは、該ギャッシュ７Ａ〜７Ｃが隣接する底刃９Ａ〜９Ｃの刃長に対応している。このため、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａ、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂ及び第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃは、ギャッシュ長さがこの順に短くなる。つまり、第１〜第３底刃９Ａ〜９Ｃの各ギャッシュ７Ａ〜７Ｃのうち、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａの長さが最も長く、第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃの長さが最も短い。そして、底刃９の刃長が長くなるほど、１回の切り込み（単位切り込み）あたりの切削量が増えるため、切屑の排出性を確保することが難しくなる。つまり、ギャッシュ７長さが長くなるほど、切屑の排出性を確保することが難しい。

そこで本実施形態では、第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃに対して、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂの深さが深く、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂに対して、第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａの深さが深いという特別な構成を用いた。
つまり、第３底刃９Ｃのギャッシュ７Ｃ、第２底刃９Ｂのギャッシュ７Ｂ及び第１底刃９Ａのギャッシュ７Ａが、この順に深くされている。そして、第１〜第３底刃９Ａ〜９Ｃのうち、刃長が長いものほどギャッシュ７の容積（断面積）が大きくなる。言い換えると、切削量の多い底刃９になるほどギャッシュ容積を大きく確保できる。従って、切屑排出性が安定して高められる。

よって本実施形態のボールエンドミル１によれば、ギャッシュ７の切屑排出性を安定して高めることができ、切屑詰まりを防止して加工面精度を向上できる。

また本実施形態では、底刃９の放射方向すくい角が、０〜５°である。
底刃９の放射方向すくい角が、０°未満であると、切れ味が悪くなり切削抵抗が増大してたわみが発生するため、高精度加工に影響する。また、底刃９の放射方向すくい角が、５°よりも大きくなると、底刃９の刃物角が小さくなって刃先強度が低下する。

また本実施形態では、底刃９の放射方向すくい角が、底刃９の先端（放射角度θ＝０°付近）から径方向の外縁（放射角度θ＝９０°付近）へ向かうに従い大きくなる。
このような底刃９とすることで、該底刃９の先端部での剛性を高められ、かつ、チップポケット（切屑排出溝４）が大きくなる外周刃５との接続部分付近においては、切れ味を高めて切削効率を向上させることができる。

また本実施形態では、底刃９の逃げ角が、５〜１５°である。
底刃９の逃げ角が、５°未満であると、被削材の加工面が先端逃げ面８に擦れやすくなり、またこれらの間に切屑が噛み込むなどして、チッピングや欠けが発生しやすくなる。また、底刃９の逃げ角が、１５°よりも大きくなると、底刃９の刃物角が小さくなって刃先強度が低下する。

また本実施形態では、外周刃５のすくい角が、−１０〜０°である。
外周刃５のすくい角が、−１０°未満であると、底刃９のすくい面１２と外周刃５のすくい面１１との接続部分に段差が生じやすくなり、切屑の流れが悪くなって、切屑詰まり等の不具合が発生しやすくなる。また、外周刃５のすくい角が、０°よりも大きくなると、外周の刃溝（エンドミル製造時に切屑排出溝４を成形する際に付く溝条）が底刃９のすくい面１２に干渉し、底刃９の剛性に影響してチッピングが発生しやすくなる。

また本実施形態では、外周刃５の逃げ角が、５〜１５°である。
外周刃５の逃げ角が、５°未満であると、立ち壁加工時において、被削材の加工面が外周逃げ面６に擦れやすくなり、またこれらの間に切屑が噛み込むなどして、チッピングや欠けが発生しやすくなる。また、外周刃５の逃げ角が、１５°よりも大きくなると、外周刃５の刃物角が小さくなって刃先強度が低下し、チッピングや欠けが生じやすくなり、また製造時においては、隣接する外周刃５の刃先に砥石が干渉しやすくなるため、エンドミルの製造が困難となる。

また本実施形態では、外周刃５のねじれ角が、１５〜３０°である。
外周刃５のねじれ角が、１５°未満や３０°を超える場合には、底刃９と外周刃５との接続部に段差が生じやすくなり、被削材の加工面にスジ（切削痕）が発生しやすくなる。

また本実施形態では、エンドミル本体２の外周に、周方向に互いに間隔をあけて形成された複数の外周刃５が、軸線Ｏ回りに互いに等ピッチで配置されているので、ボールエンドミル１の製造時において、これらの外周刃５を成形しやすく、製造容易性が高められる。

また本実施形態では、エンドミル本体２の刃部３ａの心厚が、刃部３ａの外径（刃径）の６０％以上であり、好ましくは６５％以上である。また、刃部３ａの軸線Ｏ方向に沿う長さ（刃長）が、刃径に対して１．５倍以下であり、好ましくは、１．０倍以下である。
ボールエンドミル１による加工面精度をより向上させるには、工具の剛性をより高めることが好ましい。工具の剛性を高めるためには、心厚を６０％以上とすることが効果的であり、心厚を６５％以上とすることがより好ましい。また、刃部３ａの刃長については、刃径に対して１．５倍以下とすることが効果的であり、１．０倍以下とすることがより好ましい。

本実施形態のボールエンドミル１は、高速送りで使用してもむしれが無い優れた加工面を達成することができる。なお、このボールエンドミル１は、５軸加工で使用することが好ましい。また、本実施形態のボールエンドミル１は、送り速度を１００００ｍｍ／ｍｉｎ以上で使用することが好ましく、送り速度を１５０００ｍｍ／ｍｉｎ以上で使用することがより望ましい。さらには、送り速度を２００００ｍｍ／ｍｉｎ以上で使用することが望ましい。さらには、送り速度を２３０００ｍｍ／ｍｉｎ以上で使用することが望ましい。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、例えば下記に説明するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

前述の実施形態では、複数の外周刃５が、エンドミル本体２の外周において軸線Ｏ回りに互いに等ピッチで（等間隔をあけて）配置されているとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、複数の外周刃５は、エンドミル本体２の外周において軸線Ｏ回りに互いに不等ピッチで（不等間隔をあけて）配置されていてもよい。複数の外周刃５が不等ピッチで配置された場合には、該外周刃５を用いた切削時における共振（びびり振動等）が抑制される。

また、前述の実施形態では、エンドミル本体２の刃部３ａに６つ（６組）の切れ刃が設けられた６枚刃のボールエンドミル１について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、エンドミル本体２の刃部３ａに３つ（３組）の切れ刃が設けられた３枚刃のボールエンドミル１であってもよく、この場合、３つの底刃９として、第１底刃９Ａ、第２底刃９Ｂ及び第３底刃９Ｃの組が１組設けられる。

また、前述の実施形態では、所定の放射角度θが４０〜５０°であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、第２底刃９Ｂや第３底刃９Ｃの各刃長方向の先端２２、２３が、軸線Ｏにより接近して配置される場合には、これに応じて、所定の放射角度θの下限を４０°より小さく設定してもよい。この場合、例えば所定の放射角度θは、３０〜５０°である。

その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例及びなお書き等で説明した各構成（構成要素）を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

本発明のボールエンドミルは、例えば５軸加工機を用いた高能率加工においてたとえ一刃送り量が小さくても、優れた加工面精度を達成できる。従って、産業上の利用可能性を有する。

１ ボールエンドミル
２ エンドミル本体
５ 外周刃
７ ギャッシュ
７Ａ 第１底刃のギャッシュ
７Ｂ 第２底刃のギャッシュ
７Ｃ 第３底刃のギャッシュ
９ 底刃（先端刃。ボール刃）
９Ａ 第１底刃
９Ｂ 第２底刃
９Ｃ 第３底刃
２１ 第１底刃の刃長方向の先端
Ａ 底刃上の所定の点
Ｃ 中心点
Ｏ 軸線
Ｐｒ 基準面
ＲＬ 仮想半球面（底刃の回転軌跡）
Ｔ エンドミル回転方向
ＶＬ 仮想直線
θ 放射角度

Claims (6)

1. 軸状をなすエンドミル本体と、
   前記エンドミル本体の軸線方向の先端部に、前記軸線回りに互いに間隔をあけて配置され、それぞれが凸円弧状をなすとともに、前記軸線回りの回転軌跡が前記軸線上に中心を有する半球状をなす複数の底刃と、
   複数の前記底刃に対して、前記軸線回りのうちエンドミル回転方向にそれぞれ隣接配置される複数のギャッシュと、を備えたボールエンドミルであって、
   複数の前記底刃には、
   前記軸線に直交する径方向の内側へ向けた刃長が、複数の前記底刃の中で最も長くされた第１底刃と、
   前記第１底刃に対して、前記エンドミル回転方向に隣り合い、前記第１底刃よりも前記径方向の内側へ向けた刃長が短くされた第２底刃と、
   前記第２底刃に対して、前記エンドミル回転方向に隣り合い、前記第２底刃よりも前記径方向の内側へ向けた刃長が短くされた第３底刃と、が含まれ、
   前記底刃は、前記軸線上に中心点を有する仮想半球面に沿って延びており、
   前記底刃上の所定の点及び前記軸線を含む基準面内において、前記中心点と前記所定の点とを通る仮想直線が、前記軸線に対して傾斜する角度を放射角度と定義して、
   所定の前記放射角度において、前記第１底刃、前記第２底刃及び前記第３底刃の前記軸線回りの各回転軌跡のうち、前記中心点を中心とする放射方向の最も外側に位置する回転軌跡と、最も内側に位置する回転軌跡と、の間の前記放射方向に沿う距離が、５μｍ以下であることを特徴とするボールエンドミル。
2. 請求項１に記載のボールエンドミルであって、
   前記第１底刃、前記第２底刃及び前記第３底刃の組が、前記軸線を中心として１８０°回転対称に２組設けられたことを特徴とするボールエンドミル。
3. 請求項１又は２に記載のボールエンドミルであって、
   前記第１底刃のギャッシュ、前記第２底刃のギャッシュ及び前記第３底刃のギャッシュが、互いにすべて連通していることを特徴とするボールエンドミル。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールエンドミルであって、
   前記エンドミル本体の外周には、前記軸線回りに互いに間隔をあけて配置され、それぞれが前記底刃の前記径方向の外側の端縁に接続するとともに、前記端縁から前記軸線方向の基端側へ向けて延びる複数の外周刃が備えられ、
   前記エンドミル本体の正面視で、
   前記第１底刃は、前記外周刃との接続部分から前記径方向の内側へ向けて延びるとともに、その刃長方向の先端が、前記軸線を越えた位置に配置されることを特徴とするボールエンドミル。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールエンドミルであって、
   前記所定の放射角度は、４０〜５０°であることを特徴とするボールエンドミル。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のボールエンドミルであって、
   前記放射方向に沿う距離が、３μｍ以下であることを特徴とするボールエンドミル。

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