JP4407975B2 - ボールエンドミル - Google Patents

Description

本発明は、ボールエンドミルに関し、特に、振動を抑制することで送り速度の高速化や切込み深さの増大を可能として、その分、切削効率の向上を図ることができるボールエンドミルに関するものである。

金型などの切削加工には、軸線方向先端にボール刃が設けられたボールエンドミルが多用されている。従来、このボールエンドミルでは、切削性の改善を図るべく、ボール刃がボールエンドミルの回転方向に凸となる円弧状に形成され、その曲率半径がボール刃の内周部から外周部にかけて一定となるように構成されるのが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。
実公平４−５１９２８号公報

ところで、近年、金型などの切削加工においては、切削作業の時間短縮が要請されている。切削作業の時間短縮、即ち、切削効率の向上を図るためには、送り速度を高速化したり切込み深さを増大することが必要となる。

しかしながら、従来のボールエンドミルでは、曲率半径がボール刃の内周部から外周部にかけて一定となるように構成されているため、被削材から受ける切削抵抗（切削トルク）の方向がボールエンドミルの径方向に対し一定の方向に集中してしまい、その結果、ボールエンドミルが振動してしまうという問題点があった。このため、送り速度を高速化したり切込み深さを増大することができず、切削効率の向上を図ることができなかった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、振動を抑制することで送り速度の高速化や切込み深さの増大を可能として、その分、切削効率の向上を図ることが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。

この目的を解決するために請求項１記載のボールエンドミルは、軸線を回転軸として回転される円柱状の工具本体と、前記工具本体の先端側に設けられると共に回転軌跡が半球状となるボール刃とを備えるものであり、前記ボール刃は、前記軸線を始端として形成される第１刃部と、前記第１刃部の終端に接続され前記第１刃部の終端を始端として形成される第２刃部と、前記第２刃部の終端に接続され前記第２刃部の終端を始端として形成される第３刃部とを備え、前記第１刃部は、前記軸線方向の先端視において、前記工具本体の回転方向に凸となる第１曲率半径を有する円弧状に形成され、前記第１曲率半径が外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上かつ０．１０Ｄ以下の範囲となり、かつ、円周角が６０°以上かつ１２０°以下の範囲となるように構成され、前記第２刃部は、前記軸線方向の先端視において、前記工具本体の回転方向に凸となる第２曲率半径を有する円弧状又は直線状に形成され、前記第２刃部が円弧状に形成される場合には、前記第２曲率半径が前記第１曲率半径よりも大きい曲率半径となるように構成され、前記第３刃部は、前記軸線方向の先端視において、前記工具本体の回転方向に凸となる第３曲率半径を有する円弧状に形成され、前記第２刃部が前記第２曲率半径を有する円弧状に形成される場合には、前記第３曲率半径が前記第２曲率半径よりも小さい曲率半径となるように構成されている。

請求項１記載のボールエンドミルによれば、ボール刃に第１刃部と第２刃部とを備え、第１曲率半径と第２曲率半径と第３曲率半径とがそれぞれが異なる曲率半径となるように構成されているので（但し、第２刃部は直線状に形成されていても良い）、被削材から受けるボールエンドミルの径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を、第１刃部と第２刃部と第３刃部とで変化させて、ボールエンドミルの振動を抑制することができるという効果がある。

つまり、ボールエンドミルが被削材から受ける切削抵抗（切削トルク）の方向は、そのボールエンドミルのボール刃に沿う方向、即ち、ボール刃を形成する円弧の接線方向となるため、従来のボールエンドミルのように曲率半径がボール刃の内周部から外周部にかけて一定に形成されている場合には、ボール刃の内周部と外周部とで切削抵抗（切削トルク）の方向がほとんど変化せず、ボールエンドミルが振動を起こし易かった。

これに対し、本発明におけるボールエンドミルでは、上述したように、被削材から受ける切削抵抗（切削トルク）の方向を、第１刃部と第２刃部と第３刃部とでそれぞれ異なる方向に分散させることができるので、ボールエンドミルの振動を抑制することができる。その結果、送り速度を高速化したり切込み深さを増大することができ、その分、切削効率の向上を図ることができる。

また、本発明におけるボールエンドミルは、第１曲率半径が外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上かつ０．１０Ｄ以下の範囲となるように構成されている。ここで、第１曲率半径が外径Ｄに対し０．０２５Ｄよりも小さい場合には、ボールエンドミルの軸線付近において隣り合う第１刃部同士の間隙が減るため、切り屑の排出性が低下する。これに対し、本発明におけるボールエンドミルは、第１曲率半径を外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上とすることで、隣り合う第１刃部同士の間隙を確保し、切り屑の排出性を向上させることができるという効果がある。

更に、第１曲率半径が外径Ｄに対し０．０２５Ｄよりも小さい場合には、ボールエンドミルの軸線付近において隣り合う第１刃部同士の間隙が減り、研磨工程の際に砥石が隣の第１刃部側に干渉してしまう。これに対し、本発明におけるボールエンドミルは、第１曲率半径を外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上とすることで、隣り合う第１刃部同士の間隙を確保し砥石の干渉を防ぐことができるという効果がある。よって、研磨工程において不必要に高精度な管理が不要となるので、ボールエンドミルの加工コストを低減することができる。

また、上述したように、砥石の干渉が発生する場合には、干渉部の形状に制限を受けてしまう（例えば、干渉部の除去に伴い強度の低下を招く）。よって、隣り合う第１刃部同士の間隙を確保することができれば干渉を防ぐことができるので、設計の自由度を高めることができるという効果がある。

一方、第１曲率半径が外径Ｄに対し０．１０Ｄよりも大きい場合には、従来のボールエンドミルのように、第１刃部に沿う接線の方向がほとんど変化しなくなるため、被削材から受けるボールエンドミルの径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向が分散されず、ボールエンドミルが振動を起こし易くなってしまう。これに対し、本発明におけるボールエンドミルは、第１曲率半径を外径Ｄに対し０．１０Ｄ以下とすることで、第１刃部に沿う接線の方向を多方向に変化させて切削抵抗（切削トルク）の方向を分散させることで、ボールエンドミルの振動を抑制することができるという効果がある。

また、第１曲率半径が外径Ｄに対し０．１０Ｄよりも大きい場合には、ボールエンドミルの軸線方向に対する切込み深さを限界値０．１Ｄ（外径Ｄに対し１０％）とすると、第１刃部のみが被削材に接触して、被削材から受けるボールエンドミルの径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を第１刃部と第２刃部とで変化させるという効果を有効に活かすことができなくなる。これに対し、本発明におけるボールエンドミルは、第１曲率半径を外径Ｄに対し０．１０Ｄ以下とすることで、ボールエンドミルの軸線方向に対する切込み深さを限界値０．１Ｄとした場合でも、第１刃部と第２刃部とを被削材に接触させることができるので、被削材から受けるボールエンドミルの径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を第１刃部と第２刃部とで変化させることができるという効果がある。よって、ボールエンドミルの振動を抑制することができる。

また、本発明におけるボールエンドミルは、ボール刃に第１刃部と第２刃部と第３刃部とを備え、第１曲率半径が外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上かつ０．１０Ｄ以下の範囲となるように構成されているので、従来のボールエンドミルに比べ、第１曲率半径、第２曲率半径及び第３曲率半径をそれぞれ小さい曲率半径で構成することができ、その分、ボール刃の長さを長くすることができる。これにより、被削材とボール刃とが接触している時間が長くなり衝撃荷重を低減することができるので、ボールエンドミルの振動を抑制することができるという効果がある。

更に、本発明におけるボールエンドミルは、上述したように、ボール刃の長さを長くすることができるので、被削材とボール刃とが接触する面積が拡大され切削性を高めることができる。その結果、送り速度の高速化や切込み深さの増大を可能として、その分、切削効率の向上を図ることができるという効果がある。

具体的には、例えば、直方体（高さａ、幅ｂ、奥行きｃ）に形成された金属柱により金属線（直径ｄ）を切断する際に、その金属柱の２の面（高さａと幅ｂとを形成する２の面）が交差する１の稜線を金属線に押圧して切断する場合に比べ、その稜線の長さ（奥行きｃ）を活用するように金属柱を摺動させて切断する場合は、その切断に要する時間を短縮することができる。即ち、切削性を高めることにより、切削効率を高めることができる。

また、本発明におけるボールエンドミルは、第２刃部が第１刃部と同様にボールエンドミルの回転方向に凸となる円弧状に形成され（但し、第２刃部は直線状に形成されていても良い）、第１刃部の終端に接続されており、第３刃部が第１刃部と同様にボールエンドミルの回転方向に凸となる円弧状に形成され、第２刃部の終端に接続されているので、切り屑をボール刃に沿って円滑に排出することができる。即ち、切り屑の排出性を向上させることができるという効果がある。

更に、本発明におけるボールエンドミルは、第２刃部と第３刃部とを備え、第２曲率半径と第３曲率半径とがそれぞれが異なる曲率半径となるように構成されているので（但し、第２刃部は直線状に形成されていても良い）、ボール刃の外周部で被削材を切削する場合にそれら第２刃部と第３刃部とが被削材に接触して、被削材から受けるボールエンドミルの径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を、第２刃部と第３刃部とで変化させて、ボールエンドミルの振動を抑制することができるという効果がある。

更に、第１刃部の円周角が６０°以上かつ１２０°以下の範囲となるように構成されている。ここで、円周角が６０°よりも小さい場合には、第１刃部の始端（ボールエンドミルの軸線）から終端（第２刃部との接続部）までの長さが短くなり、第１刃部で被削材から受けるボールエンドミルの径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を分散するという効果を有効に活かすことができなくなる。これに対し、本発明におけるボールエンドミルは、円周角を６０°以上とすることで、第１刃部の長さを長くして、切削抵抗（切削トルク）の方向を分散するという第１刃部の効果を有効に活かすことができるという効果がある。

一方、円周角が１２０°よりも大きい場合には、ボールエンドミルの軸線方向に対する切込み深さを限界値０．１Ｄ（外径Ｄに対し１０％）とすると、第１刃部のみが被削材に接触して、被削材から受けるボールエンドミルの径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を第１刃部と第２刃部とで変化させるという効果を有効に活かすことができなくなる。これに対し、本発明におけるボールエンドミルは、円周角を１２０°以下とすることで、ボールエンドミルの軸線方向に対する切込み深さを限界値０．１Ｄとした場合でも、第１刃部と第２刃部とを被削材に接触させることができるので、被削材から受けるボールエンドミルの径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を第１刃部と第２刃部とで変化させることができるという効果がある。よって、ボールエンドミルの振動を抑制することができる。

（ａ）は本発明の一実施の形態におけるボールエンドミルの正面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｉｂ方向視におけるボールエンドミルを拡大して示す拡大側面図である。 ボールエンドミルの先端部を模式的に示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は切削試験に使用される被削材の側面図である。

１ ボールエンドミル
２ 工具本体
６ａ〜６ｃ ボール刃
６ａ１〜６ｃ１ 第１刃部
６ａ２〜６ｃ２ 第２刃部
６ａ３〜６ｃ３ 第３刃部
Ｄ 外径
Ｏ 軸線
Ｐ 接続部（第１刃部の終端、第２刃部の始端）
Ｑ 接続部（第２刃部の終端、第３刃部の始端）
Ｒ１ 第１曲率半径
Ｒ２ 第２曲率半径
Ｒ３ 第３曲率半径
θ 円周角

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施の形態におけるボールエンドミル１の正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢印Ｉｂ方向視におけるボールエンドミル１を拡大して示す拡大側面図である。

ボールエンドミル１は、ソリッドタイプのボールエンドミルであり、その工具本体２の一端（図１の右側）を保持するホルダ（図示せず）を介してマシニングセンタ等の加工機械の回転力が伝達されて、主に、金型等の自由曲面加工を行う用途に用いられる工具である。

工具本体２は、タングステンカーバイト（ＷＣ）等を加圧焼結した超硬合金により構成されており、その一端側（図１の右側）にはシャンク２ａが円柱状に形成されている。このシャンク２ａがホルダに保持されることによって、ボールエンドミル１が加工機械に取り付けられる。

一方、工具本体２の他端側（図１の左側）には、図１（ａ）に示すように、刃部３が形成されている。刃部３は、切り屑排出溝４ａ〜４ｃと、外周刃５ａ〜５ｃと、ボール刃６ａ〜６ｃと、ランド７ａ〜７ｃとを主に備えており、この刃部３によって金型等の自由曲面加工が行われる。

切り屑排出溝４ａ〜４ｃは、切削加工時の切り屑の生成、収容及び排出を行うためのものであり、ねじれを伴う３本の切り屑排出溝４ａ〜４ｃがボールエンドミル１の軸線Ｏに対して対称に配設されている。

外周刃５ａ〜５ｃは、工具本体２の外周側に形成される切れ刃であり、刃部３の外周側に所定の幅を有して形成されるランド７ａ〜７ｃと切り屑排出溝４ａ〜４ｃとが交差する各稜線部分に３枚の外周刃５ａ〜５ｃがそれぞれ形成されている。

ボール刃６ａ〜６ｃは、刃部３の先端側（図１の左側）に形成され、その回転軌跡が半球状となる切れ刃である。このボール刃６ａ〜６ｃは、上述した外周刃５ａ〜５ｃと同様に、ランド７ａ〜７ｃと切り屑排出溝４ａ〜４ｃとが交差する各稜線部分にそれぞれ形成されると共に、上述した３枚の外周刃５ａ〜５ｃと連接して形成されている。

また、ボール刃６ａ〜６ｃは、ボールエンドミル１の軸線Ｏ方向の先端視（図１（ａ）の矢印Ｉｂ方向視）において、図１（ｂ）に示すように、外周側から軸線Ｏに向かって延在すると共に、ボールエンドミル１の回転方向（図１（ｂ）の反時計回り）に凸となる円弧状に形成されている。ここで、図２を参照して、ボール刃６ａ〜６ｃについて詳細に説明する。

図２は、ボールエンドミル１の先端部を模式的に示す模式図であり、図２（ａ）はボール刃６ａ〜６ｃを平面投射して得られた模式図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）を部分的に拡大したボール刃６ａ〜６ｃの拡大模式図である。なお、図２（ｂ）では、ボール刃６ａ〜６ｃの外周側の図示を省略している。

ボール刃６ａ〜６ｃは、図２（ａ）に示すように、ボールエンドミル１の軸線Ｏを始端として形成される第１刃部６ａ１〜６ｃ１と、その第１刃部６ａ１〜６ｃ１の終端に接続されその接続部Ｐを始端として形成される第２刃部６ａ２〜６ｃ２と、その第２刃部６ａ２〜６ｃ２の終端に接続されその接続部Ｑを始端として形成される第３刃部６ａ３〜６ｃ３とにより構成されている。

第１刃部６ａ１〜６ｃ１は、ボール刃６ａ〜６ｃの内周部を構成するものであり、図２（ａ）に示すように、ボールエンドミル１の回転方向（図２（ａ）の反時計回り）に凸となる第１曲率半径Ｒ１を有する円弧状に形成されている。

なお、第１曲率半径Ｒ１は、外径Ｄ（刃部３の一番大きい箇所の直径。但し、テーパ刃エンドミルでは小端外径における直径をいう）に対し０．０２５Ｄ以上かつ０．１０Ｄ以下の範囲の曲率半径とすることが好ましい。ここで、第１曲率半径Ｒ１が外径Ｄに対し０．０２５Ｄよりも小さい場合には、ボールエンドミル１の軸線Ｏ付近において隣り合う第１刃部６ａ１〜６ｃ１同士の間隙が減るため、切り屑の排出性が低下する。これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、第１曲率半径Ｒ１を外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上とすることで、隣り合う第１刃部６ａ１〜６ｃ１同士の間隙を確保し、切り屑の排出性を向上させることができる。

また、第１曲率半径Ｒ１が外径Ｄに対し０．０２５Ｄよりも小さい場合には、ボールエンドミル１の軸線Ｏ付近において隣り合う第１刃部６ａ１〜６ｃ１同士の間隙が減り、研磨工程の際に砥石が隣の第１刃部６ａ１〜６ｃ１側に干渉してしまう。これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、第１曲率半径Ｒ１を外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上とすることで、隣り合う第１刃部６ａ１〜６ｃ１同士の間隙を確保し砥石の干渉を防ぐことができる。よって、研磨工程において不必要に高精度な管理が不要となるので、ボールエンドミル１の加工コストを低減することができる。

また、上述したように、砥石の干渉が発生する場合には、干渉部の形状に制限を受けてしまう（例えば、干渉部の除去に伴い強度の低下を招く）。よって、隣り合う第１刃部６ａ１〜６ｃ１同士の間隙を確保することができれば干渉を防ぐことができるので、設計の自由度を高めることができる。

一方、第１曲率半径Ｒ１が外径Ｄに対し０．１０Ｄよりも大きい場合には、従来のボールエンドミルのように、第１刃部６ａ１〜６ｃ１に沿う接線の方向がほとんど変化しなくなるため、被削材から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向が分散されず、ボールエンドミル１が振動を起こし易くなってしまう。これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、第１曲率半径Ｒ１を外径Ｄに対し０．１０Ｄ以下とすることで、第１刃部６ａ１〜６ｃ１に沿う接線の方向を多方向に変化させて切削抵抗（切削トルク）の方向を分散させることで、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。

また、第１曲率半径Ｒ１が外径Ｄに対し０．１０Ｄよりも大きい場合には、ボールエンドミル１の軸線Ｏ方向に対する切込み深さを限界値０．１Ｄ（外径Ｄに対し１０％）とすると、第１刃部６ａ１〜６ｃ１のみが被削材に接触して、被削材から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を、図２（ｂ）の矢印で示すように、第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２とで変化させるという効果を有効に活かすことができなくなる。これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、第１曲率半径Ｒ１を外径Ｄに対し０．１０Ｄ以下とすることで、ボールエンドミル１の軸線Ｏ方向に対する切込み深さを限界値０．１Ｄとした場合でも、第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２とを被削材に接触させることができるので、被削材から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２とで変化させることができる。よって、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。

なお、外径Ｄは、１ｍｍ以上とすることが好ましい。ここで、外径Ｄが１ｍｍよりも小さい場合には、ボールエンドミル１の軸線Ｏ付近において隣り合う第１刃部６ａ１〜６ｃ１同士の間隙が減り、研磨工程の際に砥石が隣の第１刃部６ａ１〜６ｃ１に干渉してしまう。これに対し、外径Ｄを１ｍｍ以上とすることで、隣り合う第１刃部６ａ１〜６ｃ１同士の間隙を確保し砥石の干渉を防ぐことができる。なお、本実施の形態では、外径Ｄは１２ｍｍであり、第１曲率半径Ｒ１が外径Ｄ（Ｄ＝１２ｍｍ）に対し０．７５ｍｍ（Ｒ１＝０．０６２５Ｄ）となるように構成され、各第１刃部６ａ１〜６ｃ１のそれぞれの第１曲率半径Ｒ１が全て同一の曲率半径で構成されている。

また、第１刃部６ａ１〜６ｃ１は、図２（ａ）に示すように、円周角θで形成されている。

なお、円周角θは、６０°以上かつ１２０°以下の範囲の円周角とすることが好ましい。ここで、円周角が６０°よりも小さい場合には、第１刃部６ａ１〜６ｃ１の始端（ボールエンドミル１の軸線Ｏ部）から終端（接続部Ｐ）までの長さが短くなり、第１刃部６ａ１〜６ｃ１で被削材から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を分散するという効果を有効に活かすことができなくなる。これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、円周角を６０°以上とすることで、第１刃部６ａ１〜６ｃ１の長さを長くして、切削抵抗（切削トルク）の方向を分散するという第１刃部６ａ１〜６ｃ１の効果を有効に活かすことができる。

一方、円周角が１２０°よりも大きい場合には、ボールエンドミル１の軸線Ｏ方向に対する切込み深さを限界値０．１Ｄ（外径Ｄに対し１０％）とすると、第１刃部６ａ１〜６ｃ１のみが被削材に接触して、被削材から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を、図２（ｂ）の矢印で示すように、第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２とで変化させるという効果を有効に活かすことができなくなる。

これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、円周角を１２０°以下とすることで、ボールエンドミル１の軸線Ｏ方向に対する切込み深さを限界値０．１Ｄとした場合でも、第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２とを被削材に接触させることができるので、被削材から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ１〜６ｃ１とで変化させることができる。よって、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。なお、本実施の形態では、この円周角θが９０°となるように構成され、各第１刃部６ａ１〜６ｃ１のそれぞれの円周角θが全て同一の円周角で構成されている。

第２刃部６ａ２〜６ｃ２は、ボール刃６ａ〜６ｃの第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第３刃部６ａ３〜６ｃ３との中間部を構成するものであり、図２（ａ）に示すように、ボールエンドミル１の回転方向（図２（ａ）の反時計回り）に凸となる第２曲率半径Ｒ２を有する円弧状、又は、第１刃部６ａ１〜６ｃ１の終端（接続部Ｐ）における接線となる直線状に形成されている。なお、本実施の形態では直線状に形成されている。

また、第２刃部６ａ２〜６ｃ２は、図２（ａ）に示すように、始端（接続部Ｐ）から終端（接続部Ｑ）までの長さが長さＬとなるように形成されている。

なお、長さＬは、第２刃部６ａ２〜６ｃ２の終端（接続部Ｑ）の位置が外径Ｄに対し０．２０Ｄ以上かつ０．３０Ｄ以下の範囲に位置する長さとすることが好ましい。ここで、接続部Ｑの位置が外径Ｄに対し０．２０Ｄよりも小さい場合には、第３刃部６ａ３〜６ｃ３の曲率半径が大きくなってしまうため、第３刃部６ａ３〜６ｃ３に沿う接線の方向がほとんど変化しなくなり、被削材から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向が分散されず、ボールエンドミル１が振動を起こし易くなってしまう。これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、接続部Ｑの位置を外径Ｄに対し０．２０Ｄ以上とすることで、第３刃部６ａ３〜６ｃ３に沿う接線の方向を多方向に変化させて切削抵抗（切削トルク）の方向を分散させることで、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。

一方、接続部Ｑの位置が外径Ｄに対し０．３０Ｄよりも大きい場合には、第３刃部６ａ３〜６ｃ３と外周刃５ａ〜５ｃとが滑らかに連成できなくなり切り屑の排出性が低下する。これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、接続部Ｑの位置が外径Ｄに対し０．３０Ｄ以下とすることで、切り屑の排出性を向上させることができる。なお、本実施の形態では、接続部Ｑの位置が外径Ｄ（Ｄ＝１２ｍｍ）に対し、３．０ｍｍ（Ｌ＝０．２５Ｄ）となるように構成され、各第２刃部６ａ２〜６ｃ２のそれぞれの長さＬが全て同一の長さで構成されている。

第３刃部６ａ３〜６ｃ３は、ボール刃６ａ〜６ｃの外周部を構成するものであり、図２（ａ）に示すように、ボールエンドミル１の回転方向（図２（ａ）の反時計回り）に凸となる第３曲率半径Ｒ３を有する円弧状に形成されていると共に第２刃部６ａ２〜６ｃ２が第３刃部６ａ３〜６ｃ３の始端（接続部Ｑ）における接線となるように構成されている。

なお、第３曲率半径Ｒ３は、外径Ｄに対し０．３５Ｄ以上かつ０．４５Ｄ以下の範囲の曲率半径とすることが好ましい。ここで、第３曲率半径Ｒ３が外径Ｄに対し０．３５Ｄよりも小さい場合には、第３刃部６ａ３〜６ｃ３と外周刃５ａ〜５ｃとが滑らかに連成できなくなり切り屑の排出性が低下する。これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、第３曲率半径Ｒ３を外径Ｄに対し０．３５Ｄ以上とすることで、切り屑の排出性を向上させることができる。

一方、第３曲率半径Ｒ３が外径Ｄに対し０．４５Ｄよりも大きい場合には、従来のボールエンドミルのように、第３刃部６ａ３〜６ｃ３に沿う接線の方向がほとんど変化しなくなるため、被削材から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向が分散されず、ボールエンドミル１が振動を起こし易くなってしまう。

これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、第３曲率半径Ｒ３が外径Ｄに対し０．４５Ｄ以下とすることで、第３刃部６ａ３〜６ｃ３に沿う接線の方向を多方向に変化させて切削抵抗（切削トルク）の方向を分散させることで、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。なお、本実施の形態では、第３曲率半径Ｒ３が外径Ｄ（Ｄ＝１２ｍｍ）に対し４．８ｍｍ（Ｒ３＝０．４０Ｄ）となるように構成され、各第３刃部６ａ３〜６ｃ３のそれぞれの第３曲率半径Ｒ３が全て同一の曲率半径で構成されている。

次に、上述のように構成されたボールエンドミル１を用いて行った切削試験について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、切削試験に使用される被削材２０の側面図であり、被削材２０の幅方向（図３の右方向）の図示が省略されている。

切削試験では、ボールエンドミル１を被削材２０に設けられる被切削面２０ａと垂直に対向させ、そのボールエンドミル１を軸線Ｏ回りに回転駆動させつつ、所定の切削条件（軸線Ｏ方向切り込み深さａａ）で軸線Ｏと直交する方向へ移動させることにより、切削中のボールエンドミル１に発生する振動（切削抵抗）を測定する試験である。なお、切削試験は、後述する異なる２の諸元（以下、それぞれ「切削試験１」及び「切削試験２」と称す。）により行った。

切削試験１の詳細諸元は、被削材２０：ＪＩＳ−Ｓ５０Ｃ、切削油材：不使用（エアブローによる乾式切削）、使用機械：横型マシニングセンタ、主軸回転速度：４０００回転／ｍｉｎ、テーブル送り速度：１０００ｍｍ／ｍｉｎ、軸線Ｏ方向切り込み深さａａ：０．５ｍｍである（図３（ａ）参照）。

切削試験２の詳細諸元は、上述した切削試験１と主要諸元は同一であるが、本実施の形態におけるボールエンドミル１の第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とのみが被切削面２０ａに接触するように軸線Ｏ方向切込み深さａａを設定した（図３（ｂ）参照）。

また、切削試験１及び切削試験２には、本実施の形態で説明したボールエンドミル１（以下、「本発明品」と称す。）と、ボール刃の曲率半径がボール刃の内周部から外周部にかけて一定に形成されているボールエンドミル（以下、「従来品」と称す。）とを用いて行った。なお、本発明品及び従来品は、どちらも同一の工具材料（超硬合金）であると共に、それらボール刃の刃数が３枚で構成されている。また、従来品は、ボールエンドミルの軸線方向の先端視におけるボール刃の曲率半径が１４．４ｍｍ（本発明品における第３刃部６ａ３〜６ｃ３の第３曲率半径Ｒ３に対し３倍）に形成されており、３枚の切れ刃に対しその曲率半径が全て同一の曲率半径により構成されている。

切削試験１の結果によれば、従来品は、切削抵抗（切削トルク）の方向がボールエンドミルの径方向に対し一定の方向に集中してしまうので、ボールエンドミルが振動を起こし易かった。具体的には、切削する時間を１０秒間とした場合の切削トルクの平均値は１８０Ｎｍとなり、その切削トルクの振れ幅は１５０Ｎｍ（振れ幅の最大値は２３０Ｎｍ）となった。

一方、本発明品は、切削抵抗（切削トルク）の方向をボールエンドミル１の径方向に対し多方向へ分散させることができるので、従来品に比べ、ボールエンドミル１の振動を抑制することができることが判明した。具体的には、切削する時間を１０秒間とした場合の切削トルクの平均値は１４０Ｎｍとなり、その切削トルクの振れ幅は７０Ｎｍ（振れ幅の最大値は１００Ｎｍ）となった。

また、切削試験２の結果によれば、従来品は、ボール刃の外周部において切削抵抗（切削トルク）の方向がボールエンドミルの径方向に対し変化しないので、ボールエンドミルが振動を起こし易かった。具体的には、切削する時間を５秒間とした場合の切削トルクの平均値は３８０Ｎｍとなり、その切削トルクの振れ幅は２２０Ｎｍ（振れ幅の最大値は５００Ｎｍ）となった。

一方、本発明品は、切削抵抗（切削トルク）の方向が第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とで変化するので、従来品に比べ、ボールエンドミル１の振動を抑制することができることが判明した。具体的には、切削する時間を５秒間とした場合の切削トルクの平均値は２９０Ｎｍとなり、その切削トルクの振れ幅は１００Ｎｍ（振れ幅の最大値は１５０Ｎｍ）となった。

以上説明したように、ボールエンドミル１は、ボール刃６ａ〜６ｃに第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とを備え、第１曲率半径Ｒ１と第２曲率半径Ｒ２第３曲率半径Ｒ３とがそれぞれ異なる曲率半径となるように構成されているので（但し、本実施の形態では第２刃部６ａ２〜６ｃ２が直線状に形成されている）、被削材２０から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を、第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とで変化させて（図２（ｂ）参照）、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。

つまり、ボールエンドミル１が被削材２０から受ける切削抵抗（切削トルク）の方向は、そのボールエンドミル１のボール刃６ａ〜６ｃに沿う方向、即ち、ボール刃６ａ〜６ｃを形成する円弧の接線方向となるため、従来のボールエンドミルのように曲率半径がボール刃６ａ〜６ｃの内周部から外周部にかけて一定に形成されている場合には、ボール刃６ａ〜６ｃの内周部と外周部とで切削抵抗（切削トルク）の方向がほとんど変化せず、ボールエンドミル１が振動を起こし易かった。

これに対し、本実施の形態におけるボールエンドミル１では、上述したように、被削材２０から受ける切削抵抗（切削トルク）の方向を、第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とでそれぞれで異なる方向に分散させることができるので、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。その結果、送り速度を高速化したり切込み深さを増大することができ、その分、切削効率の向上を図ることができる。

また、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、ボール刃６ａ〜６ｃに第１刃部６ａ１〜６ｃ１と第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とを備え、第１曲率半径Ｒ１が外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上かつ０．１０Ｄ以下の範囲となるように構成されているので、従来のボールエンドミルに比べ、第１曲率半径Ｒ１、第２曲率半径Ｒ２及び第３曲率半径Ｒ３をそれぞれ小さい曲率半径で構成することができ、その分、ボール刃６ａ〜６ｃの長さを長くすることができる。これにより、被切削面２０ａとボール刃６ａ〜６ｃとが接触している時間が長くなり衝撃荷重を低減することができるので、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。

更に、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、上述したように、ボール刃６ａ〜６ｃの長さを長くすることができるので、被切削面２０ａとボール刃６ａ〜６ｃとが接触する面積が拡大され切削性を高めることができる。その結果、送り速度の高速化や切込み深さの増大を可能として、その分、切削効率の向上を図ることができる。

また、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、第２刃部６ａ２〜６ｃ２が第１刃部６ａ１〜６ｃ１と同様にボールエンドミル１の回転方向に凸となる円弧状に形成され（但し、本実施の形態では第２刃部６ａ２〜６ｃ２が直線状に形成されている）、第１刃部６ａ１〜６ｃ１の終端（接続部Ｐ）に接続されており、第３刃部６ａ３〜６ｃ３が第１刃部６ａ１〜６ｃ１と同様にボールエンドミル１の回転方向に凸となる円弧状に形成され、第２刃部６ａ２〜６ｃ２の終端（接続部Ｑ）に接続されているので、切り屑をボール刃６ａ〜６ｃに沿って円滑に排出することができる。即ち、切り屑の排出性を向上させることができる。

更に、本実施の形態におけるボールエンドミル１は、第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とを備え、第２曲率半径Ｒ２と第３曲率半径Ｒ３とがそれぞれが異なる曲率半径となるように構成されているので（但し、本実施の形態では第２刃部６ａ２〜６ｃ２が直線状に形成されている）、ボール刃６ａ〜６ｃの外周部で切削材２０を切削する場合にそれら第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とが被切削面２０ａに接触して、被削材２０から受けるボールエンドミル１の径方向に対する切削抵抗（切削トルク）の方向を、第２刃部６ａ２〜６ｃ２と第３刃部６ａ３〜６ｃ３とで変化させて、ボールエンドミル1の振動を抑制することができる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定される物ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、本実施の形態では、ボールエンドミル１が３枚の切れ刃を備える３枚刃として構成されたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、ボールエンドミル１を、例えば、２枚刃、或いは、４枚刃以上のものとして構成しても良い。この場合にも、上述した実施の形態と同様に、被削材２０から受ける切削抵抗（切削トルク）の方向をボールエンドミル１の径方向に対し多方向へ分散させて、ボールエンドミル１の振動を抑制することができる。

また、本実施の形態では、第１曲率半径Ｒ１及び第３曲率半径Ｒ３が全ての第１刃部６ａ１〜６ｃ１及び第３刃部６ａ３〜６ｃ３において同一の曲率半径により構成されたが、各第１刃部６ａ１〜６ｃ１及び第３刃部６ａ３〜６ｃ３においてそれぞれ異なる曲率半径で構成しても良い。

更に、本実施の形態では、第２刃部６ａ２〜６ｃ２が直線状に形成されていたが、ボールエンドミル１の回転方向（図２（ａ）の反時計回り）に凸となる第２曲率半径Ｒ２を有する円弧状に形成されても良い。

Claims (1)

1. 軸線を回転軸として回転される円柱状の工具本体と、前記工具本体の先端側に設けられると共に回転軌跡が半球状となるボール刃とを備えるボールエンドミルにおいて、
   前記ボール刃は、前記軸線を始端として形成される第１刃部と、前記第１刃部の終端に接続され前記第１刃部の終端を始端として形成される第２刃部と、前記第２刃部の終端に接続され前記第２刃部の終端を始端として形成される第３刃部とを備え、
   前記第１刃部は、前記軸線方向の先端視において、前記工具本体の回転方向に凸となる第１曲率半径を有する円弧状に形成され、前記第１曲率半径が外径Ｄに対し０．０２５Ｄ以上かつ０．１０Ｄ以下の範囲となり、かつ、円周角が６０°以上かつ１２０°以下の範囲となるように構成され、
   前記第２刃部は、前記軸線方向の先端視において、前記工具本体の回転方向に凸となる第２曲率半径を有する円弧状又は直線状に形成され、前記第２刃部が円弧状に形成される場合には、前記第２曲率半径が前記第１曲率半径よりも大きい曲率半径となるように構成され、
   前記第３刃部は、前記軸線方向の先端視において、前記工具本体の回転方向に凸となる第３曲率半径を有する円弧状に形成され、前記第２刃部が前記第２曲率半径を有する円弧状に形成される場合には、前記第３曲率半径が前記第２曲率半径よりも小さい曲率半径となるように構成されていることを特徴とするボールエンドミル。

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