JP5177982B2 - エンドミル - Google Patents

Description

本発明は、工具本体の先端部外周に外周刃が形成されるとともに、この工具本体の先端には外周刃に連なる底刃が形成された工具径を有するエンドミルに関するものである。

一般にエンドミルは主として横送りを行うことで金型製造用等の被削材の切削加工に用いられる。エンドミルで横送り加工を連続して行う場合、被削材に所定の切り込みを入れて、横送り切削することになる。このような切削加工に用いられるエンドミルは、一般に次のような構成を有している。
即ち、超硬合金等の硬質材料から成り、その中心軸線回りに回転される略円柱軸状の工具本体の先端部外周に切屑排出溝が形成され、切屑排出溝の工具回転方向を向く溝壁面と、工具本体の外周面との交差稜線部に外周刃が形成される。そして切屑排出溝の溝壁面と工具本体の先端面との交差稜線部に、外周刃の先端から工具本体先端の略回転中心に向かって延びる底刃が形成されている。

ここで、切屑排出溝の溝壁面は外周刃および底刃のすくい面とされ、また工具本体の外周面は外周刃の逃げ面（外周逃げ面）とされ、工具本体の先端面は底刃の逃げ面（先端逃げ面）とされる。
このようなエンドミルとして、例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。このエンドミルでは、二枚の底刃が中心軸線回りにほぼ回転対称に配設され、底刃の径方向外側端部に接続されている外周刃は中心軸線に対して正角のすくい角（アキシャルレーキ角）を備えている。また溝壁面の先端にギャッシュ溝が形成されている。そのため、横送りをしながら被削材の切削加工をすることで、外周刃で側壁を肩削り切削して生成された切屑が切屑排出溝を走行して外部へ排出され、底刃で底部を仕上げ切削して切屑がすくい面をなすギャッシュ溝のギャッシュ面を通して外部へ排出されることになる。
特許第３３４２５２２号公報

ところで、近年、携帯電話等の発達や普及に伴ってその部品や外筺等の微細加工品用の金型を切削加工するエンドミルの需要が増大してきている。このような微細加工品用の金型を切削加工するエンドミルは工具本体の外径が例えば２ｍｍ以下の微小径のものが用いられている。このような微細加工用のエンドミルとして上述の特許文献１に記載された構成を備えたものを用いると、底面の仕上げ加工精度が悪化し、バリの発生が顕著になるという欠点がある。
そのため、放電加工によって微細加工品用の金型を製造することも行われているが、工具による切削加工と比較して製造コストが高いという欠点があった。

本発明は、このような実情に鑑みて、耐折損性が高く、底面の仕上げ面精度が良好でバリの発生を抑制できるようにしたエンドミルを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は外径が２ｍｍ以下の微小径のエンドミルを提供することである。

本発明によるエンドミルは、中心軸線回りに回転される外径２ｍｍ以下の工具本体の先端部にギャッシュ面が形成され、このギャッシュ面と工具本体の外周面との交差稜線部に外周刃が形成されるとともに、ギャッシュ面と工具本体の先端面との交差稜線部には外周刃の先端から中心軸線方向に延びる底刃が形成され、該底刃は前記外周刃との交差部から他端に向けて基端側に後退するように傾斜しており、ギャッシュ面はすくい面をなすと共に中心軸線に対して−２０°〜−３０°の範囲の負角（θ）に形成され、ギャッシュ面の後端における工具本体の外周面及び底刃の他端は、底刃の回転軌跡の直径をＤとして０．０１Ｄ〜０．１５Ｄだけ中心軸線方向に逃げていることを特徴とする。
本発明によれば、被削材を切削加工する際にギャッシュ面が−２０°〜−３０°の負角（θ）に設定されているために外周刃と底刃のすくい角も負角に設定されることになり、底面の切削加工時に底刃は底面に荷重を押しつける圧縮力として働くために加工精度が向上し、外周刃で被削材の側壁を切削する際に下方に荷重を押しつける圧縮力として働くためバリを抑制できる。負角θが−２０°〜−３０°の範囲では加工面粗さＲｚの上限とバリの高さの上限とについて一層好ましい結果が得られた。しかも、エンドミルにおけるギャッシュ面の後端部分の断面積がすくい角を正角に設定したものと比較して増大するため、工具剛性が増して耐折損性が高い。
また、ギャッシュ面の後端における工具本体の外周面及び底刃の他端の逃げ幅（Ｌ）が０．０１Ｄより小さいと切削中に被削材に接触して工具本体の折損を生じるおそれがあり、０．１５Ｄより大きいと工具剛性が著しく低下する。

また、底刃と外周刃の交差部には略１／４円弧形状または面取り形状のコーナー刃が形成されていることが好ましく、コーナー刃の欠けを抑制できて加工精度を良好にできる。
また、外周刃はテーパ状に形成されていてもよい。
なお、ギャッシュ面の後端は外周刃の刃長の後端とほぼ一致することが好ましい。

本発明によるエンドミルによれば、ギャッシュ面によって外周刃と底刃のすくい角が負角に形成され、切削加工時に底刃は加工面に荷重を押しつける圧縮力として働くために加工精度が向上する。しかも、外周刃によって側壁を切削する際に荷重を被削材に押しつける圧縮力が働くためバリの発生を抑制できる。更に、エンドミルにおけるギャッシュ部の後端部分の断面積が、外周刃や底刃の一方または両方のすくい角を正角に設定したものと比較して増大し工具剛性が増して耐折損性が高いという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図１乃至図４により説明する。図中、図１は本実施の形態によるエンドミルの先端部をギャッシュ面から見た正面図、図２は図１に示すエンドミルを９０°異なる角度からみたＡ方向矢視図、図３はエンドミルの底面図、図４はエンドミルによる横送り切削状態を示す概略縦断面図、図５は実施例によるエンドミルのギャッシュ面の負角と加工面粗さ及びバリの高さとの関係を示す試験結果の図である。
本実施の形態によるエンドミル１は図１乃至図３に示すように１枚刃の転削工具であり、工具本体２が例えば超硬合金等の硬質材料から形成されて略円柱の軸状をなし、中心軸線Ｏ回りに回転可能とされている。なお、図１及び図２に示すエンドミル１の工具本体２において中心軸線Ｏ方向の切刃側を先端側とし、後端側を基端側という。工具本体２の外径は例えば２ｍｍ以下、好ましくは１０〜２００μｍの範囲に設定されている。
エンドミル１において、工具本体２の先端部は例えば段差を介して工具本体２の外径より若干小径の刃部３が設けられている。刃部３において、工具本体２の先端から基端側に向かって中心軸線Ｏに対して負の角度（負角）θを以て例えば略平面状に切除されてなるギャッシュ面４が傾斜状態で形成されている。

ギャッシュ面４と刃部３の外周面５との交差稜線には外周刃６が形成されている。そのため、外周刃６も図２に示す側面視で中心軸線Ｏに対して負角θのすくい角（アキシャルレーキ角）を備えており、中心軸線Ｏに対してテーパ状に形成されている。そして、ギャッシュ面４は外周刃６のすくい面を構成する。外周面５は外周刃６の回転方向後方側に設けた正の逃げ角を有する例えば平坦な逃げ面５ａと、その後方に続く略円筒面５ｂとで構成されている（図２、３参照）。
ギャッシュ面４と刃部３の先端面７との交差稜線は底刃８を形成し、図に示す例では底刃８は回転軸線Ｏに重なっている。なお、底刃８は芯上がりまたは芯下がりに形成されていてもよい。底刃８は一端から他端に向けて次第に基端側に後退するように中心軸線Ｏに直交する線に対して傾斜している。底刃８の一端は最も先端側に突出していて外周刃６の先端と交差する部分は略１／４円弧状のコーナー刃８ａを構成する。刃部３の先端面７は底刃８から離間するに従って次第に工具本体２の後端に近づくように傾斜しており、底刃８の逃げ面を構成する。またギャッシュ面４は底刃８のすくい面を構成する。

図１に示すようにギャッシュ面４は底刃８で最大幅を有し刃部３の後端に向かって次第に幅が小さくなるように形成され、刃部３の後端である段差部がギャッシュ面４の後端４ａに重なる。外周刃６は底刃８のコーナー刃８ａ部分からギャッシュ面４の後端４ａまで略凸曲線状のテーパに形成されており、外周刃６の中心軸線Ｏ方向の刃長がギャッシュ面４の先端から後端４ａまでの長さに等しい。エンドミル１は外周刃６が左捻れに形成されている（図３参照）。
また、図３において、エンドミル１の回転による底刃８のコーナー刃８ａの回転軌跡Ｒが切刃最大外径Ｄを構成するものとして、ギャッシュ面４の後端４ａの周方向における刃部３の外周面５は底刃８の切刃最大外径Ｄに対して０．０１Ｄ〜０．１５Ｄの範囲で中心軸線Ｏ側に全周に亘って引っ込められて形成されており、これを逃げ幅Ｌとする。
なお、逃げ幅Ｌが０．０１Ｄより小さいと切削中に被削材に接触して工具本体２の折損を生じるおそれがあり、０．１５Ｄより大きいと工具剛性が著しく低下する。

ギャッシュ面４が中心軸線Ｏとなす角度θは−５°〜−６０°の負角に設定するものとする（図２参照）。この範囲内であれば、加工面の面粗さを良好にできると共にバリの発生を抑制できる。角度θが−５°〜−６０°の範囲を外れると、加工面の面粗さとバリの抑制の一方または両方が低下する。なお、ギャッシュ面４の角度θは好ましくは−２０°〜−３０°の範囲とし、この範囲であれば最も良好な結果が得られる。
エンドミル１の素材として超硬合金に限定されることなく、ｃＢＮ焼結体、ダイヤモンド焼結体、単結晶ダイヤモンド等の各種のものを採用できる。

本実施の形態によるエンドミル１は上述の構成を有しており、次にその作用を説明する。
先ずエンドミル１を用いて被削材に対して例えば横送り加工を行う場合、工具本体２を中心軸線Ｏ回りに回転させつつ中心軸線Ｏ方向に送り、被削材に対して切り込み加工する。この場合、エンドミル１は図３に示すように外周刃６が左捻れに形成されており、反時計回りに回転する。エンドミル１による被削材への切り込み切削は主として底刃８によって行われ、そして横送り切削する。
所定深さに切り込んだ後、図４に示すように、エンドミル１を横送りして切削加工する。その際、回転する切刃部３の外周刃６によって被削材Ｗの側壁を肩削りして切削加工しながら底刃８によって底面を仕上げ加工する。

側壁の切削加工に際し、外周刃６のすくい角が負角θであるために、被削材Ｗの側壁上端では押しつける方向に荷重が働き、側壁上端に圧縮力が作用する。そのため、外周刃６によって側壁を切削する際に被削材Ｗを工具本体２の基端側に剥ぎ取る力が小さく、加工面に押しつけられる力が働くために側壁上端でのバリの発生を抑えることができる。
そして、外周刃６で肩削りした底面を、底刃８を横送りしながら仕上げ加工する。底刃８で生成される切屑はすくい面に沿って走行して工具本体２の基端側に繰り出される。その際、底刃８はギャッシュ面４からなるすくい面のすくい角が負角θのネガに設定されているため、被削材の底面に押しつける方向に荷重が働き、底面に圧縮力が作用する。そのため、底刃８によって底面を切削する際に被削材が工具本体２の基端側に剥ぎ取られる力が小さく、加工面に押しつけられる力が強く働くために加工面の仕上がりと面粗さが良好になる。
またギャッシュ面４が負角θに形成されているために後端４ａにおける工具本体２の断面積が増大し、工具剛性が高く折損しにくい。

これに対し、上述した従来のエンドミルでは、底刃と外周刃のすくい面が正角、即ちポジに設定されているために被削材の底面と側壁からそれぞれ切屑を引きはがす方向に力が働く。そのため、本実施形態によるエンドミル１と比較して底面の加工精度が劣ると共に側壁にはバリが発生し易いという不具合がある。
特に被削材が硬質素材であると、底刃や外周刃の少なくともいずれかが正のすくい角の場合に切刃を欠損し易いという欠点がある。また、底刃がネガ（負角）のすくい角を有する場合でも、正のすくい角を有する右捻れの外周刃を有すると切屑を基端側に引っ張る方向に力が働き、安定しない。
また、底刃や外周刃のすくい角が正であるとギャッシュ面の後端の断面積が小さくなり、工具剛性が低下する。

次に本実施形態の実施例について説明する。
本実施例におけるエンドミルは、上述の実施形態によるエンドミル１と同一の構成を備えており、工具本体２の外径を１００μｍとし、ギャッシュ面４の中心軸線Ｏに対する負角θを図４の横軸に示す各値にそれぞれ設定したものを用いる。被削材はＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）とした。そしてエンドミル１の回転数を４００００ｍｉｎ^-１、Ａｄ（軸方向切り込み）０．００２５ｍｍ×Ｒｄ（径方向切り込み）０．００５ｍｍとし、横方向の送り速度を５０ｍｍ／ｍｉｎとして切削加工を行った。
切削結果は図５の通りとなった。底刃８による良好な加工面粗さＲｚの上限を０．２３μｍとすると負角θは−５°〜−６２°の範囲となるが、外周刃６による良好なバリの高さの上限を０．００４ｍｍとすると、−５°〜−６０°の範囲となった。そのため、底面の加工面粗さと側壁のバリの高さの両方を満足する負角θの範囲は−５°〜−６０°となる。
また、負角θが−２０°〜−３０°の範囲では加工面粗さＲｚの上限が０．０８μｍ、バリの高さの上限が０．０００６ｍｍとなり、一層好ましい結果が得られた。

上述のように本実施の形態によるエンドミル１によれば、刃部３のギャッシュ面４を中心軸線Ｏに対して負角θ＝−５°〜−６０°の範囲に設定したためにギャッシュ面４の終端４ａである刃部３の付け根の断面積が大きくなり、工具剛性が増大して耐折損性が高くなる。また、底刃８はすくい角を負角θとしたために被削材の底面に圧縮力を働かせることになり、加工面の精度が良好になる。更に外周刃６が左捻れですくい角が負角θであるために被削材の側壁にバリが発生するのを防止して加工面の精度を良好にできる。

以下、本実施形態によるエンドミル１の変形例について図６乃至図８により説明するが、上述したものと同一または同様の部材、部品には同一の符号を用いて説明を省略する。
上述の実施形態ではエンドミル１の刃数を１枚としたが、多刃で構成してもよい。図６及び図７はその一例として二枚刃で構成されたエンドミルを示すものである。
このエンドミル２０は、工具本体２の先端部に設けた刃部３では先端から基端側に向けて一対の切屑排出溝２１、２１が中心軸線Ｏ回りに概略回転対称に形成され、各切屑排出溝２１の回転方向前方側の壁面先端側にはギャッシュ面２２がそれぞれ形成されている。各ギャッシュ面２２は工具本体２の中心軸線Ｏに対して負角θ＝−５°〜−６０°に設定されている。そのため、外周刃２３，２３もすくい角が負角θとされ、底刃２４，２４もすくい角が負角θに設定されている。
これらギャッシュ面２２、外周刃２３、底刃２４は上述の実施形態によるものと同一の機能を有している。

次に図８は本発明をテーパエンドミルに適用した変形例を示すものである。図８に示すテーパエンドミル３０において、外周刃６は底刃８につながる先端側から基端側に向けて次第に中心軸線Ｏから離間するように外側に傾斜するテーパ角を備えたテーパ形状に形成されている。図８に示すテーパエンドミル３０の側面図で、ギャッシュ面４の外周刃６とは反対側の外周面５は外周刃６の回転軌跡よりも内側に逃げたテーパ形状を有している。
このようなテーパエンドミルは金型加工に際して外周刃６をテーパに構成することで抜き勾配を形成することができる。
なお、上述の実施形態や変形例において、ギャッシュ面４、２２を略平面としたが、これに限定されることなく凹曲面や凸曲面等でもよく、この場合の中心軸線Ｏに対する角度θはいずれの領域で設定してもよいが、底刃８，２４側で設定することが好ましい。また、外周刃６，２３も直線、凹曲線、凸曲線等で形成してもよい。

本発明の本実施の形態によるエンドミルの先端部をギャッシュ面から見た正面図である。 図１に示すエンドミルを９０°異なる方向から見たＡ方向矢視図である。 実施形態によるエンドミルの底面図である。 本実施形態のエンドミルによる被削材の横送り切削状態を示す要部縦断面図である。 本発明の実施例によるエンドミルのギャッシュ面の負角を異ならせた場合における加工面粗さ及びバリの高さを示す試験結果の図 本発明の変形例によるエンドミルの概略側面図である。 図６に示すエンドミルの概略底面図である。 本発明の別の変形例によるテーパエンドミルを示す概略側面図である。

符号の説明

１、２０ エンドミル
２ 工具本体
３ 刃部
４、２２ ギャッシュ面（すくい面）
５ 外周面（外周刃逃げ面）
６、２３ 外周刃
７ 先端面（底刃逃げ面）
８、２４ 底刃
３０ テーパエンドミル（エンドミル）
Ｏ 中心軸線
Ｗ 被削材

Claims (3)

1. 中心軸線回りに回転される外径２ｍｍ以下の工具本体の先端部にギャッシュ面が形成され、このギャッシュ面と上記工具本体の外周面との交差稜線部に外周刃が形成されるとともに、上記ギャッシュ面と上記工具本体の先端面との交差稜線部には上記外周刃の先端から中心軸線方向に延びる底刃が形成され、該底刃は前記外周刃との交差部から他端に向けて基端側に後退するように傾斜しており、上記ギャッシュ面はすくい面をなすと共に中心軸線に対して−２０°〜−３０°の範囲の負角に形成され、
   上記ギャッシュ面の後端における工具本体の外周面及び前記底刃の前記他端は、上記底刃の回転軌跡の直径をＤとして０．０１Ｄ〜０．１５Ｄだけ中心軸線方向に逃げていることを特徴とするエンドミル。
2. 上記底刃と外周刃の交差部には略１／４円弧形状または面取り形状のコーナー刃が形成されている請求項１に記載のエンドミル。
3. 上記外周刃がテーパ状に形成されている請求項１または２に記載のエンドミル。

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