JP7463555B2 - エンドミル - Google Patents

Description

本発明はエンドミルに係り、特に、防振性能およびバリやデラミネーションの抑制に有効な新たな技術に関するものである。

防振性能に優れたエンドミルとして、複数枚の外周切れ刃のねじれ角が互いに相違している不等リードエンドミルが知られているが（特許文献１参照）、ねじれ角の影響で外周切れ刃がワーク表面に対して鈍角で切り込む側でバリやデラミネーション（以下、バリ等という。）が発生し易いという問題がある。これに対し、ねじれ方向が逆向きの２種類の外周切れ刃を工具軸方向に隣接して設けた所謂ヘリングボーン形状のエンドミルが提案されている（特許文献２参照）。このヘリングボーン形状のエンドミルによれば、ワークの上下両側の表面に対して何れも外周切れ刃が鋭角で切り込むようにすることが可能で、バリ等の発生が抑制される。

特開昭６３－８９２１２号公報 特開２０１３－２２６５７号公報

しかしながら、このようなヘリングボーン形状のエンドミルの場合、ねじれ方向が逆向きの２種類の外周切れ刃の重複部分の形状が複雑で切り屑が滞留し易く、切り屑詰まりにより加工条件が制約される可能性があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、防振性能およびバリ等の抑制に有効な新たな外周切れ刃の切れ刃形状を提供することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、刃長の全長に亘って刃径が一定の複数枚の外周切れ刃を有するエンドミルにおいて、前記複数枚の隣り合う外周切れ刃は、ねじれ方向が途中で左右逆転するように刃長の全長において左右の一方から他方へ不可逆的に滑らかに変化しているとともに、軸心まわりに展開した展開図において円弧状乃至は弓状に湾曲した湾曲形状を成しており、且つその湾曲形状の凹側に切れ刃が設けられている湾曲刃であることを特徴とする。

第２発明は、第１発明のエンドミルにおいて、前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状は真円の一部から成る円弧であることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明のエンドミルにおいて、前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とした時、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法ａ、およびＰ１とＰ３との間の周方向の幅寸法ｂは、何れも刃長×０．０００２以上で刃長×０．１３００以下の範囲内であり、且つＰ１は工具軸方向においてＰ２から刃長の５％～９５％の範囲内にあることを特徴とする。

第４発明は、第１発明～第３発明の何れかのエンドミルにおいて、前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記複数枚の各湾曲刃の前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂは相違しており、且つ隣り合う湾曲刃における前記幅寸法ａおよび前記幅寸法ｂはそれぞれ互いに相違していることを特徴とする。

第５発明は、第１発明～第３発明の何れかのエンドミルにおいて、前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記複数枚の各湾曲刃の前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂは相違しており、且つ隣り合う湾曲刃は前記幅寸法ａおよび前記幅寸法ｂがそれぞれ互いに等しい同一形状であることを特徴とする。

第６発明は、第１発明～第３発明の何れかのエンドミルにおいて、前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記複数枚の各湾曲刃の前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂは同じで、且つ隣り合う湾曲刃における前記幅寸法ａおよび前記幅寸法ｂはそれぞれ互いに相違していることを特徴とする。

第７発明は、第１発明～第３発明の何れかのエンドミルにおいて、前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記複数枚の各湾曲刃の前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂは同じで、且つ隣り合う湾曲刃は前記幅寸法ａおよび前記幅寸法ｂがそれぞれ互いに等しい同一形状であることを特徴とする。

第８発明は、第１発明～第３発明の何れかのエンドミルにおいて、前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂが相違しているａｂ相違湾曲刃と、前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂが同じａｂ同一湾曲刃と、が混在していることを特徴とする。

第９発明は、第１発明～第８発明の何れかのエンドミルにおいて、前記複数枚の隣り合う外周切れ刃は、普通刃、ニック刃、およびラフィング刃の中の何れか１種類で構成されていることを特徴とする。なお、普通刃は、ニック（溝）やラフィング（波形）が無い一定外径寸法の滑らかな通常の切れ刃である。

第１０発明は、第１発明～第９発明の何れかのエンドミルにおいて、前記複数枚の外周切れ刃が設けられた刃部の表面は硬質被膜で被覆されていることを特徴とする。

このようなエンドミルにおいては、複数枚の隣り合う外周切れ刃が、ねじれ方向が途中で左右逆転しているとともに、軸心まわりに展開した展開図において湾曲形状を成しており、且つその湾曲形状の凹側に切れ刃が設けられている湾曲刃であるため、ねじれ角の変化によって切削力の向きが連続的に変化することで防振効果が得られる。また、湾曲刃によってワークの上下両側の表面におけるバリ等の発生が抑制されるとともに、滑らかな湾曲形状を成しているため切り屑の滞留が抑制されて加工条件の制約等が緩和される。

第２発明は、湾曲刃が展開図において真円の一部から成る円弧の場合で、刃長の全域に亘って曲率が一定でねじれ角が一定の変化率で滑らかに変化しているため、防振効果や、バリ等の抑制効果、切り屑の滞留抑制効果が適切に得られる。

第３発明では、Ｐ１が工具軸方向において底刃側端部のＰ２から刃長の５％～９５％の範囲内にあり、且つ幅寸法ａ、ｂが何れも刃長×０．０００２以上で刃長×０．１３００以下の範囲内であるため、Ｐ２およびＰ３付近における曲率が比較的小さく、湾曲形状の切れ刃の内側に切り屑が溜り難くて切り屑の絡みつきが少なくなり、湾曲刃による防振効果や、バリ等の抑制効果、切り屑の滞留抑制効果が適切に得られる。

第４発明～第８発明は、複数枚の湾曲刃の幅寸法ａおよび幅寸法ｂの種々の態様を例示したもので、何れの場合も防振効果や、バリ等の抑制効果、切り屑の滞留抑制効果が得られる。

第９発明は、複数枚の隣り合う外周切れ刃が普通刃、ニック刃、およびラフィング刃の中の何れか１種類で構成されている場合で、仕上げ用、中仕上げ用、荒取り用等の用途や、ワークの材質等に応じて、所定の切れ刃形状のエンドミルを採用することができる。

第１０発明では、複数枚の外周切れ刃が設けられた刃部の表面が硬質被膜で被覆されているため、ねじれ方向が途中で左右逆転している湾曲刃においても優れた切削耐久性が得られる。

本発明の一実施例であるエンドミルを示した斜視図である。 図１のエンドミルが備えている３枚の外周切れ刃の湾曲形状を説明する図である。 外周切れ刃の湾曲形状の種々の態様を例示した写真である。 外周切れ刃の湾曲形状の更に別の態様を例示した図である。 ３枚刃のエンドミルの外周切れ刃が図４の８種類の刃Ａ～刃Ｈにて構成されている場合の組合せを説明する図である。 ３枚刃のエンドミルの外周切れ刃がニック刃またはラフィング刃にて構成されている場合を、普通刃と比較して例示した図である。 ３枚の外周切れ刃による切削力の向きおよび大きさと被削材に対する切込み態様を、本発明品と不等リードの従来品とを比較して説明する図である。 不等リードの従来品の外周切れ刃の干渉を説明する図である。 ヘリングボーン形状の従来品の被削材に対する位置ずれを説明する図である。 切削加工試験を行なう際に用いた３種類の試験品を説明する図である。 切削加工試験で測定する抵抗値の合力を説明する図である。 切削加工試験における被削材と工具との位置関係を説明する図である。 切削加工試験で測定した抵抗値の合力の振幅を説明する図である。 切削加工試験の加工条件を説明する図である。 図１４の加工条件で切削加工を行なって測定された抵抗値の合力の振幅と比率を説明する図である。 図１５の振幅をグラフにより比較して示した図である。 図１０と同じ試験品を用いて被削材が異なる別の切削加工試験を行なった際の加工条件を説明する図である。 図１７の加工条件で切削加工を行なって測定された抵抗値の合力の振幅と比率を説明する図である。 図１８の振幅をグラフにより比較して示した図である。 外周切れ刃の湾曲形状の幅寸法ａ、ｂが異なる５種類の試験品を説明する図である。 図２０の５種類の試験品の外周切れ刃の湾曲形状の写真である。 図２０の試験品を用いて行なった切削加工試験の加工条件を説明する図である。 図２２の切削加工試験で切り屑の絡み付き状況を観察した結果を説明する図である。 図２２の切削加工試験で１刃当りの送り量が０．１８ｍｍ／ｔの時の切り屑の写真を比較して示した図である。 外周切れ刃の形状が異なる４種類の４枚刃の試験品を説明する図である。 図２５の４種類の試験品が備えている外周切れ刃の形状を具体的に説明する図である。 図２５の試験品を用いて行なった切削加工試験の加工条件を説明する図である。 図２７の加工条件で切削加工を行なって測定された抵抗値の合力の最大値および振幅とそれぞれの比率を説明する図である。 図２７の加工条件で切削加工を行なって測定された抵抗値の合力の振動波形を比較して示した図である。 外周切れ刃の形状が異なる４種類の４枚刃の試験品を説明する図である。 図３０の４種類の試験品が備えている外周切れ刃の形状を具体的に説明する図である。 図３０の試験品を用いて行なった切削加工試験の加工条件を説明する図である。 図３２の加工条件で切削加工を行なって測定された抵抗値の合力の最大値および振幅とそれぞれの比率を説明する図である。 図３２の加工条件で切削加工を行なって測定された抵抗値の合力の振動波形を比較して示した図である。 外周切れ刃の形状が異なる２種類の３枚刃の試験品を説明する図である。 図３５の試験品No２の円弧刃の形状を具体的に説明する図である。 図３５の試験品を用いて切削加工試験を行なった際の被削材と工具との位置関係を説明する図である。 図３７の切削加工試験で得られた加工面のバリの写真を比較して示した図である。 ３種類の試験品を説明する図である。 図３９の試験品を用いて行なった切削加工試験の加工条件を説明する図である。 図４０の加工条件で切削加工試験を行なって得られた試験結果を説明する図で、抵抗値の合力の振動波形や、その合力の最大値および振幅、それ等の比率、バリの写真を示した図である。

本発明のエンドミルは、シャンク側から見て右まわりに回転駆動されて切削加工を行なうものでも、左まわりに回転駆動されて切削加工を行なうものでも良い。シャンク側から見て右まわりに回転駆動されて切削加工を行なう場合、湾曲刃はシャンク側が左ねじれで底刃側が右ねじれとなるように変化する湾曲形状を成すように構成され、シャンク側から見て左まわりに回転駆動されて切削加工を行なう場合、湾曲刃はシャンク側が右ねじれで底刃側が左ねじれとなるように変化する湾曲形状を成すように構成される。

軸心まわりに展開した展開図において湾曲形状を成す湾曲刃は、例えば展開図において真円の一部から成る円弧とされるが、楕円形の一部から成る円弧であっても良いし、曲率が異なる複数の円弧を滑らかに接続したものでも良いし、円弧の途中に直線部が設けられたものでも良いなど、種々の態様が可能である。すなわち、シャンク側端部と底刃側端部との間において、右ねじれから左ねじれ、或いは左ねじれから右ねじれとなるように、ねじれ方向が左右の一方から他方へ不可逆的に滑らかに変化していれば良い。このような湾曲刃は、例えば５軸等の複合研削盤を用いてグラインダによる研削加工によって形成することができる。

湾曲刃の展開図における湾曲形状の最も凹んだ点Ｐ１は、工具軸方向において底刃側端部のＰ２から刃長の５％～９５％の範囲内にあることが望ましいが、少なくとも両端部における切れ刃のねじれ方向が逆であれば、５％未満や９５％を超えた位置にＰ１があっても良い。また、幅寸法ａ、ｂは、何れも刃長×０．０００２以上で刃長×０．１３００以下の範囲内が適当であるが、刃長×０．０００２未満や刃長×０．１３００を超える幅寸法であっても良い。この湾曲刃の底刃側端部Ｐ２、シャンク側端部Ｐ３付近における曲率は、上記幅寸法ａ、ｂとも関係し、幅寸法ａ、ｂが大きい程一般的に曲率が大きくなる。幅寸法ａ、ｂとしては、例えば０．０８ｍｍ～１．１９ｍｍ程度の範囲が適当である。

上記幅寸法ａ、ｂの少なくとも一方が異なる複数種類の湾曲刃を有する場合、隣り合う湾曲刃は異なる種類であることが望ましい。また、複数枚の湾曲刃が同一形状か否かに拘らず、複数枚の隣り合う湾曲刃は周方向に等間隔で配置することが望ましいが、周方向の間隔が異なる不等間隔で配置することも可能である。

本発明のエンドミルは、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やＣＦＲＴＰ（炭素繊維強化熱可塑性プラスチック）等のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）に対するトリミング加工（外周切削加工）に好適に用いられるが、鉄鋼材料などの他の被削材に対する切削加工に使用することも可能である。エンドミルの材質としては、例えば超硬合金や高硬度焼結体が好適に用いられるが、高速度工具鋼等の他の硬質工具材料を採用することも可能で、必要に応じて切削耐久性を高めるために硬質被膜がコーティングされる。硬質被膜としては、金属間化合物の他、ダイヤモンド被膜などを採用することもできる。金属間化合物としては、元素の周期表の４族、５族、６族、１３族の金属、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒなどの炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはこれ等の相互固溶体が適当で、具体的にはＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣｒＮ、ＡｌＣｒＮなどが好適に用いられる。このような金属間化合物の硬質被膜は、例えばアークイオンプレーティング法やスパッタリング法等のＰＶＤ法によって好適に設けられるが、プラズマＣＶＤ法等の他の成膜法で設けることもできる。エンドミルの刃数は３枚または４枚が広く用いられているが、２枚刃或いは５枚刃以上のエンドミルにも適用され得る。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図１は、本発明の一実施例であるエンドミル１０を示す斜視図である。このエンドミル１０は、シャンク１２と刃部１４とを同心に備えており、刃部１４には３本の溝が設けられることにより３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（以下、特に区別しない場合は単に外周切れ刃２０という。）が形成されている。３枚の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃの先端には、それぞれ底刃２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、特に区別しない場合は単に底刃２２という。）が連続して設けられている。エンドミル１０は、シャンク１２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行なうものである。このエンドミル１０は超硬合金にて構成されているとともに、刃部１４の表面にはダイヤモンド被膜等の硬質被膜２４がコーティングされている。図１の斜線部は硬質被膜２４を表している。

３枚の外周切れ刃２０は、何れもねじれ方向が途中で左右逆転しているとともに、軸心まわりに展開した展開図において円弧状乃至は弓状に湾曲した湾曲形状を成しており、且つ湾曲形状の凹側に切れ刃が設けられている湾曲刃である。この湾曲刃は、例えば図２に示す円弧刃Ａ～Ｃのように、軸心まわりに展開した展開図における湾曲形状が真円の一部から成る円弧である。また、その展開図における湾曲形状の最も凹んだ点（凹点）、すなわち周方向において切削回転方向の最も後側の点、をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とした時、凹点Ｐ１と底刃側端部Ｐ２との間の周方向の幅寸法（底刃側幅寸法）ａ、および凹点Ｐ１とシャンク側端部Ｐ３との間の周方向の幅寸法（シャンク側幅寸法）ｂが、次式(1) 、(2) に示すように何れも刃長Ｌ×０．０００２以上で刃長Ｌ×０．１３００以下の範囲内となることが望ましい。幅寸法ａ、ｂの具体的寸法としては、例えば０．０８ｍｍ～１．１９ｍｍ程度の範囲内とされる。また、底刃側端部Ｐ２から凹点Ｐ１までの工具軸方向寸法Ｌｐ１は、次式(3) に示すように刃長Ｌの５％～９５％の範囲内であることが望ましい。本実施例では、底刃側端部Ｐ２では右ねじれで、シャンク側端部Ｐ３では左ねじれとされている。なお、湾曲形状が円弧の場合、その円弧の中心点の工具軸方向位置は凹点Ｐ１と一致する。
Ｌ×０．０００２≦ａ≦Ｌ×０．１３００ ・・・(1)
Ｌ×０．０００２≦ｂ≦Ｌ×０．１３００ ・・・(2)
Ｌ×０．０５≦Ｌｐ１≦Ｌ×０．９５ ・・・(3)

本実施例のエンドミル１０は、３枚の外周切れ刃２０が例えば図２の３種類の円弧刃Ａ～Ｃの何れか１種類のみ、或いは２種類、或いは３種類で構成される。すなわち、例えば外周切れ刃２０ａは円弧刃Ａで、外周切れ刃２０ｂは円弧刃Ｂで、外周切れ刃２０ｃは円弧刃Ｃで構成される。

図３は、上記寸法Ｌｐ１の割合を０％、５％、５０％、９５％、１００％とした場合の切れ刃形状の写真で、０％の場合は底刃側端部Ｐ２で軸心と平行な直刃になるため、底刃２２側でバリ等を抑制する効果が適切に得られない。また、１００％の場合はシャンク側端部Ｐ３で軸心と平行な直刃になるため、シャンク１２側でバリ等を抑制する効果が適切に得られない。

図４は、外周切れ刃２０の更に別の例を説明する図で、刃Ａ～刃Ｈは何れも外周切れ刃のことである。刃Ａ～刃Ｃは、前記図２の円弧刃Ａ～円弧刃Ｃと同じである。刃Ｄは、刃Ａと同様に底刃側幅寸法ａとシャンク側幅寸法ｂが等しいが、円弧の曲率が小さい場合、すなわち円弧の半径が大きい場合で、幅寸法ａ、ｂは刃Ａに比較して小さくなる。刃Ｅは、刃Ａと同様に底刃側幅寸法ａとシャンク側幅寸法ｂが等しいが、円弧の曲率が大きい場合、すなわち円弧の半径が小さい場合で、幅寸法ａ、ｂは刃Ａに比較して大きくなる。刃Ｆは、湾曲形状が複数の曲線から構成されている場合で、凹点Ｐ１付近では刃Ａと同じ曲率の円弧であるが、底刃側端部Ｐ２およびシャンク側端部Ｐ３付近では円弧の曲率が大きくされており、底刃側幅寸法ａおよびシャンク側幅寸法ｂは互いに同じで前記刃Ａの幅寸法ａ、ｂよりも大きい。刃Ｇは、湾曲形状が複数の曲線から構成されている場合で、刃Ａに比較して底刃側端部Ｐ２付近の円弧の曲率が大きくされており、シャンク側幅寸法ｂは前記刃Ａの幅寸法ｂと同じであるが、底刃側幅寸法ａは前記刃Ａの幅寸法ａよりも大きい。刃Ｈは、刃Ｇとは逆に刃Ａに比較してシャンク側端部Ｐ３付近の円弧の曲率が大きくされており、底刃側幅寸法ａは前記刃Ａの幅寸法ａと同じであるが、シャンク側幅寸法ｂは前記刃Ａの幅寸法ｂよりも大きい。図５は、前記３枚刃のエンドミル１０において、３枚の外周切れ刃２０を図４の８種類の刃Ａ～刃Ｈの中の何れか３種類で構成した場合の組合せを示した図である。図５の刃１、刃２、刃３はエンドミル１０の外周切れ刃２０ａ、２０ｂ、２０ｃで、Ａ～Ｈは図４の刃Ａ～刃Ｈを表している。上記刃Ａ、刃Ｄ、刃Ｅ、刃Ｆは幅寸法ａ＝ｂのａｂ同一湾曲刃であり、他の刃Ｂ、刃Ｃ、刃Ｇ、刃Ｈは幅寸法ａ≠ｂのａｂ相違湾曲刃である。なお、図５には示されていないが、８種類の刃Ａ～刃Ｈの中の何れか１種類のみ、或いは２種類で、３枚の外周切れ刃２０を構成することも可能である。

エンドミル１０の外周切れ刃２０はまた、図６に示すように、ニックもラフィングも無い普通刃３０ａ～３０ｃ（以下、特に区別しない場合は単に普通刃３０という。）でも良いが、ニック刃３２ａ～３２ｃ（以下、特に区別しない場合は単にニック刃３２という。）としたりラフィング刃３４ａ～３４ｃ（以下、特に区別しない場合は単にラフィング刃３４という。）としたりすることも可能である。図６の上段の写真は、すくい面側から見た普通刃３０、ニック刃３２、ラフィング刃３４の拡大図で、下段は図１のように斜め先端側から見た刃部１４の写真である。普通刃３０ａ～３０ｃは、前記図４に示すように展開図において所定の湾曲形状を成す湾曲刃である。ニック刃３２ａ～３２ｃおよびラフィング刃３４ａ～３４ｃは、湾曲形状の普通刃３０ａ～３０ｃにニックまたはラフィングを設けたもので、例えば刃長Ｌの全域にニックやラフィングを設けることもできるが、工具軸方向の一部、例えば刃長Ｌの５％～６５％程度の範囲に設けるだけでも良い。ニックやラフィングを設ける位置は、刃長Ｌの中央部分でも良いし、シャンク１２側や底刃２２側であっても良く、異なる位置に設けることが望ましい。例えば図６のニック刃３２ａ、ラフィング刃３４ａは刃長Ｌの全域にニックやラフィングが設けられており、ニック刃３２ｂ、ラフィング刃３４ｂはシャンク１２側の一部にニックやラフィングが設けられており、ニック刃３２ｃ、ラフィング刃３４ｃは底刃２２側の一部にニックやラフィングが設けられている。上記ニックやラフィングは、例えば工具軸方向においてシャンク側端部Ｐ３から底刃２２側に向かって刃長Ｌの７０％の範囲の中の刃長Ｌの５％～６５％の範囲に設けたり、底刃側端部Ｐ２からシャンク１２側に向かって刃長Ｌの７０％の範囲の中の刃長Ｌの５％～６５％の範囲に設けたり、工具軸方向における刃長Ｌの中央から工具軸方向の両方向へ刃長Ｌの３５％の範囲の中の刃長Ｌの５％～６５％の範囲に設けたりすることが望ましい。

このようなエンドミル１０によれば、３枚の外周切れ刃２０が、ねじれ方向が途中で左右逆転しているとともに、軸心まわりに展開した展開図において湾曲形状を成しており、且つその湾曲形状の凹側に切れ刃が設けられている湾曲刃であるため、ねじれ角の変化によって切削力の向きが連続的に変化することで防振効果が得られる。また、湾曲刃によってワークの上下両側の表面におけるバリ等の発生が抑制されるとともに、滑らかな湾曲形状を成しているため切り屑の滞留が抑制されて加工条件の制約等が緩和される。

また、外周切れ刃２０が展開図において真円の一部から成る円弧である場合、例えば図４における刃Ａ～刃Ｅの場合には、刃長Ｌの全域に亘って曲率が一定でねじれ角が一定の変化率で滑らかに変化しているため、防振効果や、バリ等の抑制効果、切り屑の滞留抑制効果が適切に得られる。

また、外周切れ刃２０の湾曲形状が、Ｐ１が工具軸方向において底刃側端部Ｐ２から刃長Ｌの５％～９５％の範囲内にあり、且つ幅寸法ａ、ｂが何れも刃長Ｌ×０．０００２以上で刃長Ｌ×０．１３００以下の範囲内である場合、底刃側端部Ｐ２およびシャンク側端部Ｐ３付近における曲率が比較的小さく、湾曲形状の切れ刃の内側に切り屑が溜り難くて切り屑の絡みつきが少なくなり、湾曲刃による防振効果や、バリ等の抑制効果、切り屑の滞留抑制効果が適切に得られる。

また、図６に示すように３枚の外周切れ刃２０が普通刃３０、ニック刃３２、およびラフィング刃３４の中の何れか１種類で構成されている場合、仕上げ用、中仕上げ用、荒取り用等の用途や、ワークの材質等に応じて、所定の切れ刃形状のエンドミル１０を採用することができる。

また、複数枚の外周切れ刃２０が設けられた刃部１４の表面が硬質被膜２４で被覆されているため、ねじれ方向が途中で左右逆転している湾曲刃である図４の刃Ａ～Ｈにおいても優れた切削耐久性が得られる。

図７は、前記エンドミル１０から成る本発明品１～３、および不等リードの従来品について、３枚の外周切れ刃の展開図に切削力を白抜き矢印で示すとともに、ワークＷにトリミング加工（外周切削加工）を行なう場合の位置関係を示した図である。図７の上段に示した白抜き矢印の方向は切削力の方向で、太さは切削力の大きさを表している。図７の下段に示した位置関係は、ワークＷが手前側で、外周切れ刃２０を有する工具が奥側である。本発明品１は３枚の外周切れ刃２０が何れも前記図２の円弧刃Ａの場合で、本発明品２は３枚の外周切れ刃２０が図２の円弧刃Ａ、Ｂ、Ｃの場合で、本発明品３は３枚の外周切れ刃２０が図２の円弧刃Ａのニック刃３２の場合であり、何れの場合も切削力の向きおよび大きさが変化しているため、共振が抑制されて、不等リードの従来品と同様に防振効果が適切に得られる。本発明品３のニック刃３２は、破線部分にニックが設けられている。また、本発明品１～３によれば、ワークＷの上下両面に対して湾曲形状の外周切れ刃２０またはニック刃３２が鋭角で切り込むためバリ等の発生が抑制されるのに対し、従来品は、ワークＷの上面側で鈍角になるため、星印で示す部分にバリ等が発生し易い。星印の大きさは、バリの大きさを表している。

また、不等リードの従来品は、図８に示すように干渉する可能性があるため、刃長や刃数、ねじれ角差が制約される場合がある。例えば左端の３枚刃の場合には、ねじれ角差が大きい刃３と刃１とが干渉する場合がある。中央の６枚刃の場合には、間隔が狭くて刃２と刃３、刃４と刃５、刃６と刃１とが、それぞれ干渉する場合がある。右端のロング刃長の４枚刃の場合には、ねじれ角差が比較的小さくても刃２と刃３、刃４と刃１とが、それぞれ干渉する場合がある。

また、図９に示すように、右ねじれ刃４０と左ねじれ刃４２とが工具軸方向に一部重複するように隣接して設けられているヘリングボーン形状のエンドミルの場合、それ等のねじれ刃４０、４２の重複部分で切り屑が滞留し易く、切り屑詰まりにより加工条件が制約される場合がある。また、位置ずれ１のように工具が左ねじれ刃４２側へずれて右ねじれ刃４０だけで切削加工が行なわれると、星印で示すようにワークＷの上面にバリ等が発生する可能性があり、位置ずれ２のように工具が右ねじれ刃４０側へずれて左ねじれ刃４２だけで切削加工が行なわれると、星印で示すようにワークＷの下面にバリ等が発生する可能性がある。また、曲面部分を加工プログラミングで動かすと、かけ上がり加工やかけ下がり加工になるため、工具にチッピングが発生し易い。

次に、本発明の効果を具体的に明らかにするために行なった幾つかの切削加工試験を説明する。

図１０は切削加工試験を行なう際に用いた比較品（試験品No１、No２）および本発明品（試験品No３）を説明する図で、刃１～刃３は３枚の外周切れ刃のことである。本発明品（試験品No３）は３枚の刃１～刃３が前記図２の円弧刃Ａにて構成されているエンドミル１０である。試験品No１、No２の３枚の刃１～刃３のねじれ角は同じで何れも５°である。試験品No３の３枚の刃１～刃３の幅寸法ａ、ｂは同じで、ａ＝ｂ＝０．２６ｍｍである。これ等の試験品No１～No３の刃長Ｌは１２ｍｍで、刃径Φは６ｍｍである。図１１は、切削加工試験で測定する抵抗値の合力Ｆを説明する図で、工具送り方向の送り分力Ｆｘ、加工面に直角な方向の主分力Ｆｙ、および工具軸方向（被削材の板厚方向）の背分力Ｆｚの合力Ｆを測定する。この合力Ｆは、ワークＷに加えられる負荷に対応する。図１２は、切削加工試験におけるワークＷと工具Ｔとの位置関係を説明する図で、テーブルから３０ｍｍ突き出した位置でワークＷの外周面にトリミング加工が行なわれる。Ｗｆは加工面である。図１３は、切削加工試験で測定した抵抗値の合力Ｆの振幅を説明する図で、合力Ｆの最大値と最小値との幅が振幅である。

そして、図１４に示す加工条件で切削加工を行い、合力Ｆを測定してその振幅を求めた結果が図１５であり、試験品Ｎｏ３の本発明品によれば、従来のねじれ刃の比較品（試験品Ｎｏ１、Ｎｏ２）に比較して振幅が２５％程度小さくなった。図１５の比率（％）は、試験品Ｎｏ１の振幅を１００％とした場合の値である。また、図１６は、図１５の振幅をグラフにより比較して示した図である。

図１７は、図１０と同じ試験品No１～No３を用いて被削材が異なる別の切削加工試験を行なった際の加工条件であり、ここではＳ５０Ｃ（機械構造用炭素鋼）に対して切込みａｐ（軸方向）＝６ｍｍ、切込みａｅ（径方向）＝０．３ｍｍで側面切削加工を行なった。図１８は測定した合力Ｆの振幅と、試験品No１の振幅を１００％とした場合の比率を示した図で、試験品No３の本発明品によれば、従来のねじれ刃の比較品（試験品No１、No２）に比較して振幅が３６％程度小さくなった。図１９は、図１８の振幅をグラフにより比較して示した図である。

図２０～図２４は、更に別の切削加工試験を行なった結果を説明する図で、図２０は、湾曲形状の底刃側幅寸法ａ、シャンク側幅寸法ｂが異なる５種類の試験品No１～No５を説明する図であり、何れも幅寸法ａ＝ｂである。すなわち、試験品No１～No５は何れも本発明品で、３枚の外周切れ刃２０が前記図２の円弧刃Ａにて構成されているエンドミル１０であり、幅寸法ａ、ｂの寸法がそれぞれ相違している。ここで、刃長Ｌ＝１２ｍｍの場合、前記(1) 式および(2) 式におけるＬ×０．０００２は０．００２４ｍｍで、Ｌ×０．１３００は１．５６ｍｍであり、試験品No５を除いて前記(1) 式および(2) 式の条件を満たしている。図２１は、図２０の５種類の試験品No１～No５の外周切れ刃２０の湾曲形状の写真であり、幅寸法ａ、ｂが大きくなるに従って円弧の曲率が大きくなる。

そして、図２２に示す加工条件で１刃当りの送り量を変更しつつ切削加工を行い、切り屑の絡み付き状況を観察したところ、図２３に示す試験結果が得られた。図２３に示されるように、試験品No１～No４については１刃当りの送り量が０．０２ｍｍ／ｔ～０．１８ｍｍ／ｔの総ての条件で絡み付きが認められなかった。これに対し、幅寸法ａ、ｂが比較的大きい試験品No５では、１刃当りの送り量が０．０６ｍｍ／ｔ～０．１４ｍｍ／ｔの範囲で小さな絡み付きが認められ、１刃当りの送り量が０．１８ｍｍ／ｔになると絡み付きが大きくなって加工不可になった。図２４は、１刃当りの送り量が０．１８ｍｍ／ｔにおける各試験品No１～No５の切り屑の写真で、試験品No５では、多数の切り屑が絡み合って大きな固まりになっていることが分かる。これは、幅寸法ａ、ｂが大きくなるに従って外周切れ刃２０の円弧の曲率が大きくなるため、その外周切れ刃２０の円弧の内側に切り屑が溜まり易くなり、互いに絡み合って大きな固まりになるものと考えられる。この結果から、幅寸法ａ、ｂとしては０．０８ｍｍ～１．１９ｍｍ程度の範囲内が望ましい。

図２５～図２９は、更に別の切削加工試験を行なった結果を説明する図で、図２５は、４種類の４枚刃の試験品No１～No４を説明する図であり、図２６は４種類の試験品No１～No４が備えている刃１～刃４の形状を具体的に説明する図である。刃１～刃４は、何れも外周切れ刃のことである。試験品No１は、４枚の刃１～刃４が何れも右ねじれ刃の従来品で、ねじれ角は総て５°である。試験品No２～No４は、４枚の刃１～刃４が何れも円弧刃の本発明品で、試験品No２は、底刃側幅寸法ａがシャンク側幅寸法ｂよりも大きい図２６の円弧刃Ａにて４枚の刃１～刃４が構成されている。円弧刃Ａの底刃側幅寸法ａは０．９６ｍｍで、シャンク側幅寸法ｂは０．０１ｍｍである。試験品No３は、底刃側幅寸法ａがシャンク側幅寸法ｂよりも小さい図２６の円弧刃Ｂにて４枚の刃１～刃４が構成されている。円弧刃Ｂの底刃側幅寸法ａは０．０１ｍｍで、シャンク側幅寸法ｂは０．９６ｍｍである。試験品No４は、図２６の円弧刃Ａと円弧刃Ｂが交互に設けられて４枚の刃１～刃４が構成されている。

そして、図２７に示す加工条件で切削加工を行い、合力Ｆを測定してその最大値および振幅と、試験品No１の最大値および振幅を１００％とした場合の比率を求めた結果が図２８である。また、図２９は、測定した合力Ｆの抵抗値の実際の振動波形を比較して示した図である。この結果から、試験品No２、No３の本発明品によれば、試験品No１の右ねじれ刃の従来品に比較して、合力Ｆの最大値および振幅が２０％～２１％程度小さくなった。また、２種類の円弧刃Ａ、Ｂを交互に設けた試験品No４の本発明品によれば、試験品No１の右ねじれ刃の従来品に比較して、合力Ｆの最大値および振幅が何れも５２％程度小さくなった。

図３０～図３４は、更に別の切削加工試験を行なった結果を説明する図で、図３０は４種類の４枚刃の試験品No１～No４を説明する図であり、刃１～刃４は何れも外周切れ刃のことである。試験品No１は、４枚の刃１～刃４が、何れもねじれ角が０°のストレート刃である図３１の刃Ａにて構成されている従来品である。試験品No２は、４枚の刃１～刃４が、何れもねじれ角が５°の右ねじれ刃である図３１の刃Ｂにて構成されている従来品である。試験品No３、No４は、４枚の刃１～刃４が何れも円弧刃の本発明品で、試験品No３は、底刃側幅寸法ａとシャンク側幅寸法ｂが同じａｂ同一湾曲刃であるが、その幅寸法ａ、ｂの大きさが異なる図３１の２種類の刃Ｃおよび刃Ｄが交互に設けられて４枚の刃１～刃４が構成されている。試験品No４は、底刃側幅寸法ａとシャンク側幅寸法ｂが同じａｂ同一湾曲刃で、その幅寸法ａ、ｂが比較的小さい図３１の１種類の刃Ｃのみで４枚の刃１～刃４が構成されている。

そして、図３２に示す加工条件で切削加工を行い、合力Ｆを測定してその最大値および振幅と、試験品No１の最大値および振幅を１００％とした場合の比率を求めた結果が図３３である。また、図３４は、測定した合力Ｆの抵抗値の実際の振動波形を比較して示した図である。この結果から、試験品No３、No４の本発明品によれば、試験品No１のストレート刃の従来品に比較して、合力Ｆの最大値が２５％～２７％程度小さくなり、振幅が３４％程度小さくなった。なお、２種類の異なる円弧刃からなる試験品No３と等しい円弧刃からなる試験品No４との間に有為な差異は認められなかった。また、試験品No２の右ねじれ刃の従来品は、試験品No１のストレート刃の従来品に比較して、合力Ｆの最大値や比率が３％～５％程度大きくなった。

図３５～図３８は、更に別の切削加工試験を行なった結果を説明する図で、図３５は２種類の３枚刃の試験品No１、No２を説明する図であり、刃１～刃３は何れも外周切れ刃のことである。試験品No１は、３枚の刃１～刃３のねじれ角が異なる不等リードの従来品で、何れも右ねじれ刃にて構成されているとともに、刃１のねじれ角は５°、刃２のねじれ角は７°、刃３のねじれ角は９°である。試験品No２は、３枚の刃１～刃３が何れも円弧刃の本発明品で、図３６に示されている円弧刃Ａ、円弧刃Ｂ、円弧刃Ｃの３種類の円弧刃にて構成されている複合円弧刃である。円弧刃Ａは底刃側幅寸法ａ＝シャンク側幅寸法ｂのａｂ同一湾曲刃で、円弧刃Ｂは底刃側幅寸法ａ＞シャンク側幅寸法ｂのａｂ相違湾曲刃で、円弧刃Ｃは底刃側幅寸法ａ＜シャンク側幅寸法ｂのａｂ相違湾曲刃である。

そして、前記図１４と同じ加工条件で図３７に示すように切削加工を行い、ワークＷの加工面Ｗｆの上面側および下面側のバリの発生状況を調べたところ、図３８に示す結果が得られた。図３８は、加工面Ｗｆの上面側および下面側のバリの写真を比較して示した図で、複合円弧刃の試験品Ｎｏ２の本発明品によれば、不等リードの試験品Ｎｏ１の従来品に比較して上面側および下面側のバリが何れも小さくなった。

図３９～図４１は、更に別の切削加工試験を行なった結果を説明する図で、図３９は３種類の３枚刃の試験品No１～No３を説明する図である。試験品No１～No３は、前記図６および図４１の工具画像に示されているように、前記外周切れ刃２０として普通刃３０、ニック刃３２、またはラフィング刃３４が設けられたもので、何れも本発明品である。試験品No１は、３枚の普通刃３０が前記図２の円弧刃Ａにて構成されているエンドミル１０で、幅寸法ａ、ｂは同じで、ａ＝ｂ＝０．２６ｍｍであり、試験品No２および試験品No３は、試験品No１の普通刃３０にニックやラフィングを設けたものである。

そして、図４０に示す加工条件で切削加工を行い、合力Ｆの抵抗値の振動波形や、その合力Ｆの最大値および振幅、試験品No１の最大値および振幅を１００％とした場合の比率、加工面の上面側および下面側のバリの発生状況を調べたところ、図４１に示す結果が得られた。この結果から、ラフィング刃３４が設けられた試験品No３によれば、普通刃３０の試験品No１に比較して、合力Ｆの最大値および振幅が何れも５６％程度小さくなるが、上面側および下面側のバリが何れも大きくなり、例えば荒取り用に好適に用いられる。ニック刃３２が設けられた試験品No２によれば、普通刃３０の試験品No１に比較して、合力Ｆの最大値および振幅が何れも４７％程度小さくなる一方、上面側および下面側のバリが何れも大きくなるが、ラフィング刃３４の試験品No３よりはバリが小さく、例えば中仕上げ用に好適に用いられる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：エンドミル １２：シャンク １４：刃部 ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：外周切れ刃（湾曲刃） ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：底刃 ２４：硬質被膜 ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：普通刃 ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ：ニック刃 ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ：ラフィング刃 Ｌ：刃長 Ｐ１：凹点 Ｐ２：底刃側端部 Ｐ３：シャンク側端部 ａ：底刃側幅寸法 ｂ：シャンク側幅寸法

Claims (10)

1. 刃長の全長に亘って刃径が一定の複数枚の外周切れ刃を有するエンドミルにおいて、
   前記複数枚の隣り合う外周切れ刃は、ねじれ方向が途中で左右逆転するように刃長の全長において左右の一方から他方へ不可逆的に滑らかに変化しているとともに、軸心まわりに展開した展開図において円弧状乃至は弓状に湾曲した湾曲形状を成しており、且つ該湾曲形状の凹側に切れ刃が設けられている湾曲刃である
   ことを特徴とするエンドミル。
2. 前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状は真円の一部から成る円弧である
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
3. 前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とした時、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法ａ、およびＰ１とＰ３との間の周方向の幅寸法ｂは、何れも刃長×０．０００２以上で刃長×０．１３００以下の範囲内であり、且つＰ１は工具軸方向においてＰ２から刃長の５％～９５％の範囲内にある
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンドミル。
4. 前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記複数枚の各湾曲刃の前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂは相違しており、且つ隣り合う湾曲刃における前記幅寸法ａおよび前記幅寸法ｂはそれぞれ互いに相違している
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のエンドミル。
5. 前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記複数枚の各湾曲刃の前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂは相違しており、且つ隣り合う湾曲刃は前記幅寸法ａおよび前記幅寸法ｂがそれぞれ互いに等しい同一形状である
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のエンドミル。
6. 前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記複数枚の各湾曲刃の前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂは同じで、且つ隣り合う湾曲刃における前記幅寸法ａおよび前記幅寸法ｂはそれぞれ互いに相違している
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のエンドミル。
7. 前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記複数枚の各湾曲刃の前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂは同じで、且つ隣り合う湾曲刃は前記幅寸法ａおよび前記幅寸法ｂがそれぞれ互いに等しい同一形状である
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のエンドミル。
8. 前記湾曲刃の前記展開図における湾曲形状の最も凹んだ点をＰ１、工具軸方向における底刃側端部をＰ２、工具軸方向におけるシャンク側端部をＰ３とし、Ｐ１とＰ２との間の周方向の幅寸法をａ、Ｐ１とＰ３との間の周方向の幅寸法をｂとした時、前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂが相違しているａｂ相違湾曲刃と、前記幅寸法ａと前記幅寸法ｂが同じａｂ同一湾曲刃と、が混在している
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のエンドミル。
9. 前記複数枚の隣り合う外周切れ刃は、普通刃、ニック刃、およびラフィング刃の中の何れか１種類で構成されている
   ことを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載のエンドミル。
10. 前記複数枚の外周切れ刃が設けられた刃部の表面が硬質被膜で被覆されている
    ことを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載のエンドミル。

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