JP2019084604A - テーパエンドミルおよびリブ溝の壁面の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工面の面荒さを保ちつつ取り残し量を少なくできるテーパエンドミルおよび当該テーパエンドミルを用いたリブ溝の壁面の加工方法の提供を目的とする。【解決手段】工作機械に保持されるシャンク部と、シャンク部の先端側に位置し軸線方向に沿ってテーパ状に延びる首部と、首部の先端側に位置する刃部と、を備え、刃部は、軸線に沿って先端側に向かうに従い細くなる先細りのテーパ状に形成される芯厚部と、芯厚部の外周に位置し軸線に沿って螺旋状に延びる複数の外周刃と、を有し、複数の外周刃は、１段の逃げ面で構成される第１の外周刃と、２段の逃げ面で構成される第２の外周刃と、を含む、テーパエンドミル。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、テーパエンドミルおよびリブ溝の壁面の加工方法に関する。

従来、金型のリブ溝加工においては、特許文献１の図１にあるような刃長が長いテーパエンドミルを用いて往復加工が行われている。

特開２００２−１２６９２９号公報

金型のリブ溝の加工において、テーパエンドミルを用いて往復加工をする場合、加工部分が深くなるに従いエンドミルの撓みが大きくなり取り残し量が増大するという問題があった。一方で、取り残し量を少なくする目的で、外周刃の逃げ面を被削材に対する食いつきの良い１段の逃げ面で構成すると、加工面の面荒さが悪化するという問題があった。

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、加工面の面荒さを保ちつつ取り残し量を少なくできるテーパエンドミルおよび当該テーパエンドミルを用いたリブ溝の壁面の加工方法の提供を目的とする。

本発明の一態様のテーパエンドミルは、工作機械に保持されるシャンク部と、前記シャンク部の先端側に位置し軸線方向に沿ってテーパ状に延びる首部と、前記首部の先端側に位置する刃部と、を備え、前記刃部は、前記軸線に沿って先端側に向かうに従い細くなる先細りのテーパ状に形成される芯厚部と、前記芯厚部の外周に位置し前記軸線に沿って螺旋状に延びる複数の外周刃と、を有し、複数の前記外周刃は、１段の逃げ面で構成される第１の外周刃と、２段の逃げ面で構成される第２の外周刃と、を含む。

上述の構成のテーパエンドミルは、１段の逃げ面で構成される第１の外周刃と、２段の逃げ面で構成される第２の外周刃と、が設けられている。１段の逃げ面で構成される第１の外周刃は、被削材に対する食いつきがよい一方で、第１の外周刃によって加工された加工面は、荒くなりやすい。これに対して、２段の逃げ面で構成される第２の外周面は、加工面の面性状が優れる一方で、被削材に対して食いつきが悪い。上述の構成によれば、第１の外周刃と第２の外周刃とが設けられることで、第１の外周刃によって被削材に対して食いつきを良くし、加工面の取り残し量を減少させるとともに、第２の外周刃によって加工面の面荒さを良好にすることができる。

また、上述のテーパエンドミルにおいて、前記第１の外周刃と前記第２の外周刃とが、周方向に交互に並ぶ。

上述の構成によれば、第１の外周刃と第２の外周刃とが、周方向に交互に並ぶため、第１の外周刃による取り残し量減少の効果と第２の外周刃による面荒さを良好にする効果のバランスを良くして、優れた加工面を形成するテーパエンドミルを提供できる。

また、上述のテーパエンドミルにおいて、前記刃部は、２つの前記第１の外周刃と、２つの前記第２の外周刃と、を含む、４つの前記外周刃を有する構成としてもよい。

上述の構成によれば、外周刃と被削材との接触回数を十分に確保して、取り残し量を減少させることができる。

また、上述のテーパエンドミルにおいて、前記刃部は、前記芯厚部の先端に位置する球状部と、前記球状部の外周に位置する底刃と、を有し、前記底刃は、複数の前記外周刃のうち少なくとも一部と連なる構成としてもよい。

上述の構成によれば、外周刃と底刃とが連なった切刃を構成する。結果として、底刃による切削において形成された切屑を、外周刃同士の間に設けられた切屑排出溝においてスムーズに排出させることができる。

また、上述のテーパエンドミルにおいて、前記第１の外周刃が、前記底刃と連なる構成としてもよい。

上述の構成によれば、底刃に連続する外周刃の逃げ面が１段の逃げ面で構成される。切刃の逃げ面が１段で構成されることで、底刃と外周刃との境界部の近傍において被削材に対する食いつきがよくなる。このため、テーパエンドミルの外周刃の先端側において、被削材に対する食いつきを高めて軸方向に沿う加工面全体において、取り残し量を抑制できる。また、底刃に連なる外周刃が、底刃と同様に一段の逃げ面であるため、エンドミル製造時における逃げ面の研磨工程が容易となり、テーパエンドミルを安価に製造できる。

また、上述のテーパエンドミルにおいて、前記刃部は、軸方向の長さが２ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、前記首部は、軸方向の長さが前記刃部の軸方向の長さ以上であり、前記刃部と前記首部との境界部において、前記首部の直径は、前記外周刃の直径より小さく、前記芯厚部の直径より大きい構成としてもよい。

上述の構成によれば、刃部と首部との境界部において、首部の直径が外周刃の直径より小さく、芯厚部の直径より大きい。境界部において首部の直径が外周刃の直径より小さいため、等高線加工によるリブ溝の壁面の加工において被削材と首部との干渉を確実に抑制できる。また、境界部において首部の直径が芯厚部の直径より大きいため、加工時の首部の撓みを抑制して取り残し量を抑制することができる。なお、首部は先細り状のテーパ状に形成されているため、首部の直径は境界部において最も細くなる。
また、上述のテーパエンドミルには、軸方向の長さが２ｍｍ以上８ｍｍ以下の刃部と、刃部の軸方向の長さ以上の首部と、が設けられている。刃部を８ｍｍ以下とすることで、等高線加工によるリブ溝の壁面の加工において、深さ方向に沿う取り残し量の不均一さを解消することができる。反対に、刃部が長くなりすぎると、深さ方向において外周刃と被削材との接触回数の不均一さが顕著となる。より具体的には、刃部が長くなるに従い、加工領域の下端近傍における外周刃と被削材との接触回数が、上端近傍における接触回数と比較して顕著に少なくなる。被削材において外周刃との接触回数が減少すると、取り残し量が相対的に増加する。このため、刃部が長すぎると、仕上げ加工が施された加工面において、深さ方向に向かうに従い取り残し量が増加する虞がある。加えて、刃部を８ｍｍ以下とすることで、首下部において剛性が高い首部を相対的に長くすることができる。これにより、首下部の剛性を高めて首下部の撓みを抑止し、深さ方向における被削材の取り残し量の不均一さを抑制できる。
また、刃部を２ｍｍ以上とすることで、等高線加工によるリブ溝の壁面の加工において、取り残し量を十分に抑制することができる。特に仕上げ加工に適用すれば、荒加工により生じた段差を確実に除去することができる。なお、刃部が短すぎると、外周刃と被削材との接触回数が減少し、荒加工により生じた段差の除去が不十分となる虞がある。
また、首部を刃部より長くすることで、十分に深いリブ溝の加工が可能となる。上述したように、首部は、刃部と比較して高剛性であるため、首部を刃部より長くすることで首下部の剛性を高めて撓みを抑止、取り残し量を低減することができる。

また、上述のテーパエンドミルにおいて、前記芯厚部の先端における前記外周刃の直径に対する前記刃部および前記首部の軸線方向の合計の長さの比が、８以上２０以下である構成としてもよい。

上述の構成によれば、十分に深いリブ溝の加工を可能とするとともに、首下部の撓みを抑制して取り残し量を低減することができる。

また、上述のテーパエンドミルにおいて、軸方向の任意の点において、テーパ状の前記首部の直径は、テーパ状の前記外周刃の延長面の直径に対して９０％以上である構成としてもよい。

上述の構成によれば、首部の直径が十分に太く構成されているため、加工時の首部の撓みを抑制して、取り残し量を抑制することができる。

また、上述のテーパエンドミルにおいて、前記外周刃の捻れ角が４０°以上である構成としてもよい。

上述の構成によれば、取り残し量を減少させることができ仕上げ加工に用いる場合には荒加工により生じた段差を十分に除去できる。

本発明の一態様のリブ溝の壁面の加工方法は、上述のテーパエンドミルを用いて等高線加工を行う方法である。

上述の構成によれば、上述のテーパエンドミルを用いることによって、取り残し量を抑制しつつ良好な面荒さの加工面を形成できる。

また、上述のリブ溝の壁面の加工方法において、微小な段差を有するリブ溝の壁面の仕上げ加工を行う方法としてもよい。

上述の加工方法は、荒加工により生じた段差を確実に除去することができるので、微小な段差を有するリブ溝の壁面の仕上げ加工に適用することが効果的である。
一方、本発明の加工方法は荒加工に適用することもできる。リブ溝の荒加工に適用すれば、段差が無い一定の取り残し量の壁面を形成できるので、次工程の仕上げ加工の負荷が低減されるとともに、より高精度のリブ溝の壁面を達成することができる。また、本発明の加工方法を、荒加工、次いで、仕上げ加工のそれぞれに適用すれば、加工能率をより高めることができる。

また、上述のリブ溝の壁面の加工方法において、軸方向の切り込み量を０．０２５ｍｍ以上とする方法としてもよい。
上述の構成によれば、上述のテーパエンドミルを用いたことによって、軸方向の切り込み量を０．０２５ｍｍ以上とした場合であっても、仕上げ加工に用いる場合には荒加工により生じた段差を十分に除去することができる。したがって仕上げ加工に適用する場合、仕上げに要する加工時間を短縮することができる。なお、軸方向の切込み量は０．０５ｍｍ以上であることがより好ましく、さらに、０．１０ｍｍ以上であることがさらに好ましく、０．２０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

本発明によれば、加工面の面荒さを保ちつつ取り残し量を少なくできるテーパエンドミルおよび当該テーパエンドミルを用いたリブ溝の壁面の加工方法を提供できる。

図１は、一実施形態の加工方法に用いられるエンドミルの正面図である。 図２は、一実施形態のエンドミルによる加工工程を示す模式図である。 図３Ａは、図１のIII−III線に沿う断面図である。 図３Ｂは、図３Ａの領域Ｂの拡大図である。 図３Ｃは、図３Ａの領域Ｃの拡大図である。 図４は、エンドミルの先端近傍の斜視図である。 図５は、切削試験において形成するリブ溝の斜視図である。 図６は、切削試験において、第１の被削材に対するサンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．４を用いた仕上げ加工後の仕上げ加工面の深さと取り残し量の測定結果の関係を示すグラフである。 図７は、切削試験において、第２の被削材に対するサンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．４を用いた仕上げ加工後の仕上げ加工面の深さと取り残し量の測定結果の関係を示すグラフである。 図８は、比較例として首下部の略全体に亘って刃部が設けられたエンドミルを例示する模式図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分をわかりやすくするために、特徴とならない部分を便宜上省略して図示している場合がある。また、以下の説明では、荒加工より微小な段差が生じたリブ溝の壁面の仕上げ加工を主に説明をしている。

図１は、本実施形態の加工方法に用いられるテーパエンドミル（以下、単にエンドミル）１の正面図である。図２は、エンドミル１による加工工程を模式的に示す図である。図３Ａは、図１のIII−III線に沿う断面図である。図３Ｂは、図３Ａの領域Ｂの拡大図である。図３Ｃは、図３Ａの領域Ｃの拡大図である。図４は、エンドミル１の先端近傍の斜視図である。

図１に示すように、エンドミル１は、軸線Ｏを中心として軸線方向に沿って延びる概略円柱の棒体である。エンドミル１は、超硬合金等の硬質材料から構成される。
本明細書において、エンドミル１の軸線Ｏと平行な方向を単に軸線方向という。また、軸線Ｏに直交する方向を径方向という。また、軸線Ｏ周りに周回する方向を周方向という。周方向のうち、切削加工時にエンドミル１が回転する方向を工具回転方向Ｔという。また、以下の説明において、特定部位に対して回転方向Ｔ側の領域を回転方向前方側とよび回転方向Ｔ側と反対側の領域を回転方向後方側と呼ぶ場合がある。

エンドミル１は、エンドミル１を工作機械９の主軸に装着するためのシャンク部３と、シャンク部３の先端側に位置する首下部２と、を有する。
エンドミル１は、シャンク部３において工作機械９の主軸等に把持され、軸線Ｏ周りのうち工具回転方向Ｔに回転させられる。エンドミル１は、金属材料等の被削材の切削加工（転削加工）に使用される。また、エンドミル１は、軸線Ｏ周りの回転とともに、軸線Ｏに交差する方向に送りを与えられて、被削材Ｗの仕上げ加工を行う。

図２に示すように、エンドミル１は、所定の傾斜角に荒加工された被削材Ｗの荒加工面８に首下部２を対向配置して等高線加工によって仕上げ加工を行う。被削材Ｗの荒加工面８には、荒加工を行う工具のツールパスに起因する段差８ａが形成されている。エンドミル１は、段差８ａを除去するとともに、目標とする面までを用いた仕上げ加工を行う。エンドミル１の被削材Ｗは、金型であり、エンドミル１によって加工された溝は、リブとなる。すなわち、本実施形態のエンドミル１は、微小な段差を有する金型のリブ溝の壁面の仕上げ加工を行うために用いられる。

本実施形態の加工方法において、軸方向の切り込み量を０．０２５ｍｍ以上としてもよい。以下に説明するエンドミル１を用いる場合には、軸方向の切り込み量を０．０２５ｍｍ以上とした場合であっても、荒加工により生じた段差を十分に除去することができる。これにより、リブ溝の仕上げ加工に要する加工時間を短縮することができる。

エンドミル１の各部について具体的に説明する。
エンドミル１のシャンク部３は、エンドミル１の基端側に位置する。シャンク部３は、工作機械の主軸に把持される部分となるストレートの円柱状部３ａと、この円柱状部３ａの先端側にあって、漸次縮径する円錐台状部３ｂとからなっている。すなわち、シャンク部３は、円柱状部３ａと円錐台状部３ｂを合わせた部分である。円錐台状部３ｂの先端側は、首下部２の基端側と同径となって首下部２につながっている。

首下部２は、シャンク部３の先端側に位置する。首下部２は、先細りのテーパ状である。すなわち、エンドミル１は、首下部２において、軸線Ｏ方向に沿って先細りのテーパ状に延びる。首下部２は、エンドミル１を用いた等高線加工により形成された加工面に対向する領域である。

首下部２には、先端側（すなわちシャンク部３と反対側）に位置する刃部２０と、基端側（すなわち刃部２０とシャンク部３との間）に位置する首部１０と、が設けられている。すなわち、刃部２０は、首部１０の先端側に位置する。

シャンク部３と首下部２との境界からエンドミル１の先端までの長さが首下部２の長さＬである。すなわち、首下部２の長さＬとは、刃部２０および首部１０の軸線方向の合計の長さである。本実施形態において、首下部２の長さＬは例えば１７ｍｍである。

首下部２において、首部１０と刃部２０との境界から先端までの長さが、刃部２０の長さＮである。本実施形態において、刃部２０の長さＮは、例えば４ｍｍである。刃部２０および首部１０は、ともにテーパ形状を有する。刃部２０のテーパ角θ２０および首部１０のテーパ角θ１０は、互いに一致している。刃部２０のテーパ角θ２０および首部１０のテーパ角θ１０は、例えば０．５°である。

刃部２０は、軸方向に沿ってエンドミル１の先端側に向かうに従い細くなる先細りのテーパ状に形成される芯厚部２２と、芯厚部２２の先端に位置する球状部２３と、芯厚部２２および球状部２３の外周に設けられた切刃２１と、を有する。

切刃２１は、テーパ状の芯厚部２２の外周面に位置する外周刃２１ａと、球状部２３の外周面に位置する底刃２１ｂと、に区分される。すなわち、刃部２０は、外周刃２１ａと底刃２１ｂとを有する。外周刃２１ａは、軸方向に沿って螺旋状に延びる。外周刃２１ａは、刃部２０に４つ設けられている。４つの外周刃２１ａは、周方向に沿って等間隔に並んでいる。底刃２１ｂは、球状部２３の外周面において径方向に沿って延びる。底刃２１ｂは、刃部２０に２つ設けられている。２つの底刃２１ｂは、周方向に沿って等間隔に並んでいる。すなわち、刃部２０は、テーパ状の芯厚部２２と、芯厚部２２の外周に位置し軸方向に沿って螺旋状に延びる４つの外周刃２１ａと、芯厚部２２の先端に位置する球状部２３の外周に位置する２つの底刃２１ｂと、を有する。図４に示すように、４つの外周刃２１ａのうち２つの外周刃２１ａは、底刃２１ｂと滑らかに連続する。また、残る２つの外周刃２１ａは、底刃２１ｂと連続せず先端近傍で途切れている。

外周刃２１ａは、軸方向に沿って螺旋状に延びる。外周刃２１ａは、エンドミル１の先端面から基端側へ向かうに従い工具回転方向Ｔとは反対側へ向かって一定の捻れ角φで螺旋状に捻れている。

図１に示すように、切刃２１同士の間には、切屑排出溝２４が構成される。本実施形態において、切屑排出溝２４は、芯厚部２２に対応する部分で４条設けられ、球状部２３に対応する部分で２条設けられている。複数の切屑排出溝２４は、周方向に等間隔に形成されている。切屑排出溝２４は、軸方向に沿って一定の捻れ角で螺旋状に捻れている。切屑排出溝２４の捻れ角は、外周刃２１ａの捻れ角φと一致する。切屑排出溝２４は、刃部２０の基端側の端部において、エンドミル１の外周に切り上がっている。

図３Ａに示すように、切屑排出溝２４の回転方向後方側の端縁に切刃２１が形成されている。すなわち、切屑排出溝２４は、切刃２１（外周刃２１ａおよび底刃２１ｂ）の回転方向前方側に位置する。切屑排出溝２４の壁面は、底面２４ａとすくい面２４ｂとを含む。

底面２４ａは、切屑排出溝２４において軸線Ｏに対し径方向外側を向く面である。また、すくい面２４ｂは、切屑排出溝２４において工具回転方向Ｔを向く壁面である。なお、すくい面２４ｂは、外周刃２１ａに連なって形成される外周すくい面と、底刃２１ｂに連なって形成される先端すくい面と、を含む。

外周刃２１ａは、刃部２０の外周面において、すくい面２４ｂと逃げ面２５との交差稜線に形成されている。逃げ面２５は、切屑排出溝２４に対し回転方向後方側に隣接する面である。逃げ面２５は、外周刃２１ａの回転方向後方側において外周刃２１ａから切屑排出溝２４に向かって周方向に１連なりに延びる。

４つの外周刃２１ａは、逃げ面２５の構成の違いから、２つの第１の外周刃２６と、２つの第２の外周刃２７と、に分類される。すなわち、複数（本実施形態では４つ）の外周刃２１ａは、第１の外周刃２６と、第２の外周刃２７と、を含む。第１の外周刃２６と第２の外周刃２７とは、周方向に交互に並ぶ。

図３Ｂは、第１の外周刃２６の拡大断面図である。第１の外周刃２６は、１段の逃げ面２５Ａで構成される。第１の外周刃２６の逃げ面２５Ａは、周方向において第１の外周刃２６から切屑排出溝２４まで延びる。第１の外周刃２６の逃げ面２５Ａは、２段目の逃げ面で構成されておらず、１段の逃げ面で構成される。第１の外周刃２６の逃げ面２５Ａは、エンドミル１の横断面において、軸線Ｏを中心とする仮想円に対して偏心する円形状に構成されている。第１の外周刃２６の逃げ面２５Ａの逃げ角αは、例えば１５°である。
なお、本明細書において、逃げ面の逃げ角は、軸線Ｏに直交する切断面において測定される。測定時には、まず外周刃の先端を結ぶ仮想円を求め、測定対象の外周刃の先端を通過する仮想円の接線に対して、逃げ面の角度を求める。

図３Ｃは、第２の外周刃２７の拡大断面図である。第２の外周刃２７は、２段の逃げ面２５Ｂで構成される。第２の外周刃２７の逃げ面２５Ｂは、周方向において第２の外周刃２７から切屑排出溝２４まで延びる。第２の外周刃２７の逃げ面２５Ｂは、周方向に沿って並ぶ第１領域２８および第２領域２９を有する。第１領域２８は、第２の外周刃２７側に位置する。また、第２領域２９は、切屑排出溝２４側に位置する。第１領域２８および第２領域２９は、それぞれエンドミル１の横断面において、軸線Ｏを中心とする仮想円に対して偏心する円形状に構成されている。第１領域２８と第２領域２９とは、それぞれ互いに異なる偏心する円形状に構成されている。第２の外周刃２７の逃げ面２５Ｂにおいて、第１領域２８の逃げ角βは、例えば５°である。また、第２の外周刃２７の逃げ面２５Ｂにおいて、第２領域２９の逃げ角γは、例えば１５°である。すなわち、第２領域２９の逃げ角γは、第１領域２８の逃げ角βより大きい。

２段の逃げ面２５Ｂで構成される第２の外周刃２７は、微小な１段目の逃げ面（第１領域２８）が加工面に接触して擦れることで、加工面に形成された傷や凹凸を平滑にでき、加工面精度を向上させる。しかしながら、第２の外周刃２７は、２段の逃げ面２５Ｂを構成するため、先端の刃物角が十分に鋭利にならず、このために加工面に対する食いつきがよくなく、加工面の取り残し量が増加しやすくなる。したがって、第２の外周刃２７を用いた切削加工では、加工面精度を向上させる一方で、加工面の取り残し量が増加しやすくなる。
一方で、１段の逃げ面２５Ａで構成される第１の外周刃２６は、１段の逃げ面２５Ａで構成されることで、先端の刃物角が十分に鋭利になるため、被削材に対する食いつきがよくなる。しかしながら、第１の外周刃２６は、逃げ面２５Ａが加工面に接触し難くなるため、加工面を平滑にし難く、加工面精度が低下する。したがって、第１の外周刃２６を用いた切削加工では、加工面の取り残し量が減少しやすくなる一方で、加工面精度が低下しやすくなる。

本実施形態のエンドミル１は、１段の逃げ面２５Ａで構成される第１の外周刃２６と、２段の逃げ面２５Ｂで構成される第２の外周刃２７と、が設けられている。このため、外周刃２１ａは、第１の外周刃２６によって被削材に対して食いつきを良くし加工面の取り残し量を減少させるとともに、第２の外周刃２７によって加工面の面荒さを良好にすることができる。結果として、本実施形態のエンドミル１によれば、取り残し量および面荒さに優れた加工面を形成することができる。

本実施形態によれば、第１の外周刃２６と第２の外周刃２７とが、周方向に沿って交互に並ぶ。このため、第１の外周刃２６による取り残し量減少の効果と第２の外周刃２７による面荒さを良好にする効果のバランスを良くして、優れた加工面を形成するエンドミル１を提供できる。

図４に示すように、底刃２１ｂは、それぞれ４つの外周刃２１ａのうち第１の外周刃２６に連なる。なお、底刃２１ｂは、ボール刃の回転方向後方側に形成される二番面と、この二番面に回転方向後方側に連続して形成され、二番面と異なる面をなる三番面とを有する。更に、三番面に回転方向後方側に連続して形成され、三番面と異なる面をなる四番面を有しても良い。
上述したように、第１の外周刃２６は、１段の逃げ面２５Ａで構成されている。そして、底刃２１ｂの逃げ面２５Ｃと第１の外周刃２６の逃げ面２５Ａは、連なっている。

図４に示す様に、エンドミル１は、第１の外周刃２６と底刃２１ｂとの境界部において、外周に第２の外周刃２７を有さず第１の外周刃２６のみが設けられた２枚刃領域Ａを有する。２枚刃領域Ａは、第１の外周刃２６のみが設けられているため、加工面に対する食いつきがよい。

本実施形態によれば、底刃２１ｂに連続する外周刃（第１の外周刃２６）の逃げ面は１段の逃げ面で構成される。第１の外周刃２６の逃げ面が１段で構成されることで、底刃と外周刃との境界部の近傍（２枚刃領域Ａ）において被削材に対する食いつきがよい。このため、エンドミル１の外周刃の先端側において、被削材に対する食いつきを高めて軸方向に沿う加工面全体において、取り残し量を抑制できる。また、底刃２１ｂに連なる第１の外周刃２６が、底刃２１ｂと同様に一段の逃げ面２５Ａであるため、エンドミル製造時における逃げ面２５Ａ、２５Ｃの研磨工程が容易となり、エンドミル１を安価に製造できる。

本実施形態によれば、底刃２１ｂは、複数の外周刃２１ａのうち少なくとも一部と連なり切刃２１を構成できる。結果として、底刃２１ｂによる切削において形成された切屑を、外周刃２１ａ同士の間に設けられた切屑排出溝２４においてスムーズに排出させることができる。
なお、外周刃および底刃は、エキセントリック刃付けの逃げ面にすることで、逃げ面の仕上げ面荒さが向上するのと同時に、刃先強度を高めることができる。

図２に示すように、外周刃２１ａは、テーパ刃である。したがって、外周刃２１ａの直径は、軸線Ｏ方向に沿って先端側に向かうに従って小さくなっている。外周刃２１ａが軸線Ｏ周りに回転して形成される回転軌跡は、軸線Ｏを中心とする１つの円錐面となる。なお、本明細書において、切刃２１（外周刃２１ａおよび底刃２１ｂ）の直径とは、該当部分における切刃２１の回転軌跡の直径を意味する。

底刃２１ｂは、エンドミル１の先端外周側へ向けて凸となる凸円弧状である。エンドミル１の側面視において、底刃２１ｂが軸線Ｏ周りに回転して形成される回転軌跡は、軸線Ｏ状の中心点を中心とする１つの半球面となる。外周刃２１ａの直径は、底刃２１ｂと外周刃２１ａとの境界部において最も小さくなる。外周刃２１ａの最小の直径Ｄ（図２参照）は、底刃２１ｂの回転軌跡が構成する半球面の直径と一致する。

本実施形態において、刃部２０と首部１０との境界部１５において、首部１０の直径が、外周刃２１ａの直径より小さく、芯厚部２２の直径より大きい。境界部１５の首部１０の直径が、境界部１５の外周刃２１ａの直径より小さいため、等高線加工によるリブ溝の壁面の仕上げ加工において被削材Ｗと首部１０との干渉を確実に抑制できる。また、境界部１５の首部１０の直径が、境界部１５の芯厚部２２の直径より大きいため、首部１０の剛性を刃部２０と比較して高くすることができる。首下部２において首部１０は、基端側に位置するため、首部１０の剛性を高めることで首下部２の撓みを効果的に抑制することができ、被削材Ｗの加工面における取り残し量を低減することができる。

本実施形態において、首部１０の軸方向の長さＭは、刃部２０の軸方向の長さＮ以上であることが好ましい。これにより、エンドミル１は、刃部２０の長さに対して２倍以上の十分に深いリブ溝の仕上げ加工を行うことができる。また上述したように、首部１０は、刃部２０と比較して剛性が高い。首部１０の軸方向の長さＭを刃部２０の軸方向の長さＮより長くすることで、首下部２の剛性を高くすることができ、首下部２の撓みを抑制できる。これにより、被削材Ｗの加工面における取り残し量を低減することができる。

本実施形態において、刃部２０の軸方向の長さＮが２ｍｍ以上８ｍｍ以下であることが好ましい。また、刃部２０の軸方向の長さＮが、３ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることがより好ましい。
比較例として、図８は、首下部９０２の略全体に亘って刃部９２０が設けられたエンドミル９０１の模式図を示す。比較例のエンドミル９０１は、首下部９０２の長さＬが１７ｍｍであり、刃部９２０の長さＮが１６ｍｍである。比較例のエンドミル９０１を用いて軸方向の切り込み量０．０２５ｍｍの等高線加工によって、深さ１６ｍｍのリブ溝の壁面の仕上げを行うと、加工面の上端では、外周刃と被削材とが６４０回接触する。一方で、加工面の下端近傍（例えば下端から４ｍｍ上側）では、外周刃と被削材が１６０回しか接触しない。このため、比較例のエンドミル９０１を用いた仕上げ加工では、加工面の取り残し量が深さ方向に下側に向かうに従い増大する。

これに対して、本実施形態のエンドミル１は、図２に示すように、刃部２０が軸方向の長さＮが８ｍｍ以下（より好ましくは５ｍｍ以下）であるため、深さ方向における取り残し量の不均一さを解消することができる。すなわち、本実施形態のエンドミル１を用いたリブ溝の壁面の仕上げ加工方法によれば、被削材Ｗの加工面の取り残し量を深さ方向に沿って均一にすることができる。なお、被削材Ｗの加工面の取り残し量が軸方向にそって均一である場合には、エンドミル１のパスラインを、取り残し量を減少する方向にオフセットさせることで、取り残し量を全体的に少なくすることができる。

本実施形態によれば、刃部２０を２ｍｍ以上（より好ましくは３ｍｍ以上）とすることで、等高線加工によるリブ溝の壁面の仕上げ加工において、取り残し量を十分に抑制することができ、荒加工により生じた段差を確実に除去することができる。なお、刃部が短すぎると、外周刃と被削材との接触回数が減少し、荒加工により生じた段差の除去が不十分となる虞がある。

本実施形態のエンドミル１において、外周刃２１ａの先端の直径Ｄに対する首下部２の軸方向の長さＬの比（Ｌ／Ｄ）が、８以上２０以下であることが好ましい。Ｌ／Ｄを８以上とすることによって、十分に深いリブ溝の仕上げ加工が可能となる。また、Ｌ／Ｄを２０以下とすることによって、首下部２の撓みを抑制でき被削材Ｗの加工面における取り残し量を低減することができる。
なお、本実施形態において、外周刃２１ａの先端の直径は、例えば１ｍｍであり、首下部２の軸方向の長さＬは、例えば１７ｍｍである。したがって、本実施形態のエンドミル１のＬ／Ｄは、例えば１７である。

図２に示すように、テーパ状の外周刃２１ａの延長面ＶＳを定義する。外周刃２１ａの回転軌跡は、先端側に向かって先細りのテーパ状の円錐面である。延長面ＶＳは、外周刃２１ａの回転軌跡が構成する円柱面を基端側に延長する面である。したがって、延長面ＶＳは、テーパ状の円錐面である。

本実施形態のエンドミル１において、軸方向の任意の点において、テーパ状の首部１０の直径は、延長面ＶＳの直径に対して９０％以上であることが好ましい。
軸方向の任意の点として、外周刃２１ａの先端（すなわち外周刃２１ａと底刃２１ｂとの境界部）から基端側に距離Ｘの点について考える。
距離Ｘの点における延長面ＶＳの直径Ｄ２０は、外周刃２１ａの先端の直径Ｄおよび外周刃２１ａのテーパ角θ２０を用いて、以下の式により表される。
Ｄ２０＝Ｄ＋２Ｘｔａｎθ２０

このような延長面ＶＳの直径Ｄ２０に対して、テーパ状の首部１０の直径Ｄ１０を９０％以上（すなわちＤ１０≧０．９×Ｄ２０）とすることが好ましい。

外周刃２１ａの先端の直径Ｄを１ｍｍ（Ｄ＝１ｍｍ）、外周刃２１ａおよび首部１０のテーパ角θ２０、θ１０を０．５°（θ１０＝θ２０＝０．５°）の場合、距離Ｘ＝１０ｍｍにおける延長面ＶＳおよび首部１０の直径Ｄ２０、Ｄ１０は、概ね以下のようになる。
Ｄ２０＝１．１７４
Ｄ１０≧１．０５６

一般的にテーパエンドミルにおいて、芯厚部２２の直径は、外周刃の直径に対して８０％程度とされる。本実施形態によれば、首部１０の直径Ｄ１０を、外周刃２１ａを延長した延長面の直径Ｄ２０に対して９０％以上とすることで、首部１０の剛性を刃部２０に対して十分に高めて、首下部２全体の剛性を高めることができる。これにより、被削材Ｗの加工面における取り残し量を低減することができる。

本実施形態のエンドミル１において、刃部２０は、周方向に沿って並ぶ４つの外周刃２１ａを有する。外周刃２１ａは、刃部２０に４つ以上設けられていることが好ましい。外周刃２１ａを増加させることで、被削材Ｗに対する外周刃２１ａの接触回数が増加する。上述したように、被削材Ｗと外周刃２１ａとの接触回数は、取り残し量に影響を与えるため、外周刃２１ａを４つ以上とすることで、取り残し量を減少させることができ、荒加工により生じた段差を効果的に除去することができる。なお、切屑排出溝２４の幅を十分に確保する観点から、外周刃２１ａの数は、４つであることが最も好ましい。

本実施形態のエンドミル１において、外周刃２１ａの捻れ角φ（図１参照）を４０°以上としてもよい。外周刃２１ａの捻れ角φを４０°以上とする場合には、取り残し量を減少させることができ荒加工により生じた段差を十分に除去できる。

なお本実施形態では、エンドミル１をリブ溝の壁面の仕上げ加工に使用する場合について説明した。しかしながら、エンドミル１は、リブ溝の壁面の荒加工に用いてもよい。この場合には、荒加工後の壁面（荒加工面）の段差を小さくすることができ、結果として仕上げ加工後の壁面（仕上げ加工面）の取り残し量を深さ方向において均一に近づけることができる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

リブ溝の加工において、上述の第１の外周刃および第２の外周刃を有するエンドミルの効果を確認する切削試験を行った。

図５に本試験において形成するリブ溝Ｇの斜視図を示す。この試験では、深さ１６ｍｍの十字状のリブ溝を形成する。リブ溝の勾配角は、０．５°である。また、リブ溝の底幅は、１．１ｍｍである。
本試験において２種類の被削材（第１の被削材および第２の被削材）に対してリブ溝の加工を行った。第１の被削材としては、プラスチック金型用鋼であるＳＴＡＶＡＸ（登録商標）のロックウェル硬さＨＲＣ５２のものを用いた。第２の被削材としては、プラスチック金型用鋼であるＮＡＫ８０（登録商標）を用いた。

（荒加工）
まず、リブ溝の壁面の荒加工について説明する。荒加工は、３種類の工具を用いて深さ方向を３段階に分けて加工を行った。なお、この試験において、荒加工では、最終的な加工面（仕上げ加工を行った後の加工面）に対して、仕上げ加工における取り代を３０μｍ残した荒加工面を形成する。

まず、溝の開口から深さ６ｍｍまでの領域を、首下長さ６ｍｍのボールエンドミルを用いて加工する。ボールエンドミルとしては、三菱日立ツール社製のEPDBPE2010-6-04-ATHを用いた。
次いで、深さ６ｍｍの領域から深さ１０ｍｍまでの領域を首下長さ１０ｍｍのボールエンドミルを用いて加工する。ボールエンドミルとしては、三菱日立ツール社製のEPDBPE2010-10-04-ATHを用いた。
次いで、深さ１０ｍｍの領域から深さ１６ｍｍまでの領域を首下長さ１５ｍｍのボールエンドミルを用いて加工する。ボールエンドミルとしては、三菱日立ツール社製のEPDBPE2010-15-04-ATHを用いた。

（仕上げ加工）
荒加工面に対して、外周刃および底刃の構成が異なるサンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．４のエンドミルを用いて仕上げ加工を行い最終的な加工面（以下、仕上げ加工面と呼ぶ）を形成した。
サンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．４のエンドミルの外周刃および底刃の構成と、仕上げ面の評価結果について表１にまとめて示す。なお、サンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．４のエンドミルの先端の直径Ｄは、１ｍｍ、刃部の長さは、４ｍｍ、首下部の長さＬは１７ｍｍ、外周刃のテーパ角度は、０．５°、外周刃の捻れ角は、４０°である。また、サンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．４のエンドミルによる仕上げ加工において、回転数は、１０８２０［／ｍｉｎ］、送り量は４２４［ｍｍ／ｍｉｎ］、切り込み量は０．０２５［ｍｍ］、加工深さは１６［ｍｍ］、取り代は０．０３［ｍｍ］である。

表１において、（１段）とは、外周刃が１段の逃げ面で構成さえることを意味し、（２段）とは、外周刃が２段の逃げ面で構成されることを意味する。

また、各サンプルにおける取り残し量および面荒さについて上段および下段の測定結果を別々に示す。仕上げ加工面の深さ方向の取り残し量の測定範囲は、深さ０ｍｍから深さ５ｍｍの範囲を上段とし、深さ１０ｍｍから１５ｍｍの範囲を下段とする。

サンプルＮｏ．１のエンドミルは、第１の外周刃および第２の外周刃が１段の逃げ面で構成され、逃げ角が１５°である。サンプルＮｏ．１のエンドミルにおいて、第１の外周刃と第２外周刃との形状は、同じである。

サンプルＮｏ．２のエンドミルは、第１の外周刃が１段の逃げ面で構成され、逃げ角が１５°である。また、第２の外周刃は、２段の逃げ面で構成され、刃先に近い第１領域の逃げ角が５°であり、第１領域より刃先から遠い第２領域の逃げ角が１５°である。

サンプルＮｏ．３のエンドミルは、第１の外周刃が２段の逃げ面で構成され、刃先に近い第１領域の逃げ角が５°であり、第１領域より刃先から遠い第２領域の逃げ角が１５°である。また、第２の外周刃は、１段の逃げ面で構成され、逃げ角が１５°である。

サンプルＮｏ．４のエンドミルは、第１の外周刃および第２の外周刃は、２段の逃げ面で構成され、刃先に近い第１領域の逃げ角が５°であり、第１領域より刃先から遠い第２領域の逃げ角が１５°である。サンプルＮｏ．４のエンドミルにおいて、第１の外周刃と第２外周刃との形状が同じである。

図６は、第１の被削材に対するサンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．４を用いた仕上げ加工後の仕上げ加工面の深さと取り残し量の測定結果の関係を示すグラフである。図７は、第２の被削材に対するサンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．４を用いた仕上げ加工後の仕上げ加工面の深さと取り残し量の測定結果の関係を示すグラフである。

サンプルＮｏ．１のエンドミルで形成された加工面は、図６および図７に示すように、何れの被削材に対しても、他のサンプルのエンドミルで形成された加工面と比較して、取り残し量が小さい。一方で、表１に示すように、サンプルＮｏ．１のエンドミルで形成された加工面は、何れの被削材に対しても、他のサンプルのエンドミルで形成された加工面と比較して、面荒さが大きくなっている。
また、図６、図７および表１に示すようにサンプルＮｏ．１のエンドミルで形成された加工面は、上段および下段においても、比較的取り残し量が小さい。これは、サンプルＮｏ．１のエンドミルの外周刃が、１段の逃げ面で構成されているために、深さ方向全域において加工面に対して食いつきがよいためであると考えられる。

サンプルＮｏ．４のエンドミルで形成された加工面は、図６および図７に示すように、何れの被削材に対しても、他のサンプルのエンドミルで形成された加工面と比較して、取り残し量が大きくなっている。一方で、表１に示すように、サンプルＮｏ．４のエンドミルで形成された加工面は、何れの被削材に対しても、他のサンプルのエンドミルで形成された加工面と比較して、面荒さが小さい。
また、図６、図７および表１に示すようにサンプルＮｏ．４のエンドミルで形成された加工面は、上段における取り残し量と比較して、下段における取り残し量が大きい。これは、サンプルＮｏ．４のエンドミルの外周刃が、２段の逃げ面で構成されているために、深さ方向全域において加工面に対して食いつきがよくなく、特に先端においてエンドミルに撓みが生じたためであると考えられる。

このように、サンプルＮｏ．１およびサンプルＮｏ．４のエンドミルで形成された加工面では、取り残し量又は面荒さの何れか一方の特性が悪い。これに対して、サンプルＮｏ．２およびサンプルＮｏ．３のエンドミルで形成された加工面は、取り残し量および面荒さの特性のバランスが良い。サンプルＮｏ．２およびサンプルＮｏ．３のエンドミルのように１段の逃げ面で構成される外周刃と、２段の逃げ面で構成される外周刃とが、設けられたエンドミルを用いることで、取り残し量又は面荒さの何れについても良好な特性を示す。

表１に示すように、サンプルＮｏ．２のエンドミルで形成された加工面は、サンプルＮｏ．３のエンドミルで形成された加工面と比較して、取り残し量が小さい一方で、面荒さが大きい。サンプルＮｏ．２およびサンプルＮｏ．３の比較において、面荒さの差は小さく、取り残し量の差が大きい。したがって、サンプルＮｏ．２は、サンプルＮｏ．３に対して優れた特性を有すると言える。これは、サンプルＮｏ．２においては、底刃に連なる第１の外周刃が、１段の逃げ面で構成されるため、底刃と第１の外周刃との境界部（すなわち、エンドミル先端の近傍）において被削材に対する食いつきを高めて、結果としてエンドミルの軸方向に沿う加工面全体において、取り残し量を抑制しているためであると考えられる。このことは、表１を参照し、サンプルＮｏ．２のエンドミルで形成された加工面において、下段においても取り残し量が十分に抑制されていることからも確認できる。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…エンドミル、２…首下部、３…シャンク部、９…工作機械、１０…首部、１５…境界部、２０…刃部、２１ａ…外周刃、２１ｂ…底刃、２２…芯厚部、２３…球状部、２４…切屑排出溝、２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ…逃げ面、２６…第１の外周刃、２７…第２の外周刃、Ｄ，Ｄ１０，Ｄ２０…直径、Ｇ…リブ溝、Ｌ…首下部の軸方向の長さ，Ｍ…首部の軸方向の長さ，Ｎ…刃部の軸方向の長さ、ＶＳ…延長面、φ…捻れ角

Claims (12)

1. 工作機械に保持されるシャンク部と、前記シャンク部の先端側に位置し軸線方向に沿ってテーパ状に延びる首部と、前記首部の先端側に位置する刃部と、を備え、
   前記刃部は、
   前記軸線に沿って先端側に向かうに従い細くなる先細りのテーパ状に形成される芯厚部と、
   前記芯厚部の外周に位置し前記軸線に沿って螺旋状に延びる複数の外周刃と、を有し、
   複数の前記外周刃は、
   １段の逃げ面から構成される第１の外周刃と、
   ２段の逃げ面から構成される第２の外周刃と、を含む、
   テーパエンドミル。
2. 前記第１の外周刃と前記第２の外周刃とが、周方向に交互に並ぶ、
   請求項１に記載のテーパエンドミル。
3. 前記刃部は、２つの前記第１の外周刃と、２つの前記第２の外周刃と、を含む、４つの前記外周刃を有する、
   請求項１又は２に記載のテーパエンドミル。
4. 前記刃部は、前記芯厚部の先端に位置する球状部と、前記球状部の外周に位置する底刃と、を有し、
   前記底刃は、複数の前記外周刃のうち少なくとも一部と連なる、
   請求項１〜３の何れか一項に記載のテーパエンドミル。
5. 前記第１の外周刃が、前記底刃と連なる、
   請求項４に記載のテーパエンドミル。
6. 前記刃部は、軸方向の長さが２ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、
   前記首部は、軸方向の長さが前記刃部の軸方向の長さ以上であり、
   前記刃部と前記首部との境界部において、前記首部の直径は、前記外周刃の直径より小さく、前記芯厚部の直径より大きい、
   請求項１〜５の何れか一項に記載のテーパエンドミル。
7. 前記芯厚部の先端における前記外周刃の直径に対する前記刃部および前記首部の軸線方向の合計の長さの比が、８以上２０以下である、
   請求項６に記載のテーパエンドミル。
8. 軸方向の任意の点において、テーパ状の前記首部の直径は、テーパ状の前記外周刃の延長面の直径に対して９０％以上である、
   請求項６又は７に記載のテーパエンドミル。
9. 前記外周刃の捻れ角が４０°以上である、
   請求項６〜８の何れか一項に記載のテーパエンドミル。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載のテーパエンドミルを用いたリブ溝の壁面の加工方法であって、
    前記テーパエンドミルを用いて等高線加工を行う、
    リブ溝の壁面の加工方法。
11. 微小な段差を有するリブ溝の壁面の仕上げ加工を行う、
    請求項１０に記載のリブ溝の壁面の加工方法。
12. 軸方向の切り込み量を０．０２５ｍｍ以上とする、
    請求項１１に記載のリブ溝の壁面の加工方法。

Images