WO2017119298A1

WO2017119298A1 - 回転切削工具を用いたディンプル加工方法及びディンプル加工用回転切削工具

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Publication number: WO2017119298A1
Application number: PCT/JP2016/088119
Authority: WO
Inventors: 西尾　悟
Original assignee: 兼房株式会社
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2017-07-13
Also published as: CN108602139B; EP3401044A1; JP6679620B2; KR20180102102A; JPWO2017119298A1; US20200282478A1; CN108602139A; EP3401044A4; US11027341B2; KR102470776B1

Abstract

棒状の本体（４）の表面に複数の切れ刃部（５）を備えるエンドミル（１）を軸心（６）を中心に回転させつつエンドミル（１）を軸心（６）に対して直交する送り方向にかつ被加工材（２０）に沿って相対移動させる。送り方向の相対移動の際にエンドミル（１）を被加工材（２０）に相対的に軸方向にも移動させる。これにより被加工材（２０）に相互に離間する複数のディンプル（２２）を形成する。送り方向に隣接する複数のディンプル（２２）が軸方向に対して一部が重なりつつ軸方向に位置がずれて形成される。

Description

回転切削工具を用いたディンプル加工方法及びディンプル加工用回転切削工具

　本発明は、被加工材の表面に回転切削工具によって微小な凹みであるディンプルを形成するディンプル加工方法及びディンプル加工用回転切削工具に関する。

　アルミ、銅合金、それらの鋳造品、鋳鉄、樹脂などの被加工材の表面に多数の微小な凹みであるディンプルを形成する場合がある。例えば複数のディンプルによって梨地模様を被加工材の表面に形成する場合がある。被加工材にディンプルを形成することで、被加工材に接触する相手材と被加工材の間に生じる摩擦抵抗を小さくすることができるためである。その原理は、例えば被加工材と相手材が接触することで摩耗粉が生じ、摩耗粉が被加工材と相手材との間に挟まることでかじりが生じ、摩擦抵抗を大きくする場合がある。この摩耗粉をディンプル内に収容させることで、摩耗粉による摩擦抵抗の増大を抑制できる。あるいは被加工材と相手材との間に油が注入され、油がディンプルに充填される場合がある。相手材がディンプルの近傍を通過すると、油がディンプルから高い圧力で相手材と被加工材の間に排出される（スクイーズ効果）。この圧力によって相手材が被加工材に対して接触し難くなって、相手材と被加工材の間の摩擦抵抗が小さくなる。

　そのためエンジンのピストン、エンジンのシリンダやターボチャージャー等の筒状部材の内壁、人工関節の接合面等にディンプルを形成する場合がある。ディンプルを加工する方法としては、レーザ照射による方法、微小球を被加工材に高速で衝突させるショットピーニングによる方法等が知られている。しかしレーザ照射を利用する場合、被加工材が高温で加熱されるために、被加工材に大きな熱応力が生じるという問題や被加工材にドロス（溶融物）が付着するという問題がある。そしてレーザによって生じる膨らみやドロスを除去するのは困難である。ショットピーニングを利用する場合は、ディンプルの周りが膨らんで被加工材が平坦でなくなる場合がある。またディンプルを含む周囲に残留応力が発生し、被加工材の変形あるいは破損の原因になるおそれもある。

　特開平１０－０５２９９８号公報では、フライス、エンドミル等の回転切削工具を利用して被加工材の表面を加飾する方法が開示されている。この方法では、回転切削工具を回転させつつ被加工材の表面にわずかに回転切削工具の切れ刃を当てる。これにより被加工材の表面に例えば複数の円を有する水玉模様を形成できる。そして円は、例えば回転切削工具の軸方向に並設するように形成され、かつ軸方向に直交する送り方向にも等間隔に形成される。

　従来、ディンプルによって摩擦抵抗をより均一に低下させたい、摩耗粉を必ずディンプル内に収容したいとの要望がある。またディンプルの周りにバリが発生し難い、あるいはディンプルの周りを平坦にしたいという要望もある。そのため回転切削工具によってこのようなディンプルを加工する方法が従来必要とされている。あるいはこのようなディンプルを加工する回転切削工具が必要とされている。

　本発明の１つの特徴は、回転切削工具を用いて被加工材にディンプルを形成するディンプル加工方法に関する。このディンプル加工方法では、棒状の本体の表面に複数の切れ刃部を備える回転切削工具を軸心を中心に回転させつつ回転切削工具を軸心に対して直交する送り方向にかつ被加工材に沿って相対移動させる。送り方向の相対移動の際に回転切削工具を被加工材に相対的に軸方向にも移動させて、被加工材に相互に離間する複数のディンプルを形成する。送り方向に隣接する複数のディンプルが軸方向に対して一部が重なりつつ軸方向に位置がずれて形成される。

　したがって送り方向に並設される複数のディンプルは、軸方向に一部が重なりつつ、ずれて位置する。そのため被加工材を送り方向で見た際にディンプルが軸方向に分散されており、ディンプルが必ず存在するように配設され得る。

　そのため被加工材に対して相手材が送り方向に移動する際、相手材の大部分は、軸方向に分散されたディンプルのいずれかに影響を受ける。具体的には被加工材と相手材の間に生じる摩耗粉が送り方向に移動し、軸方向に分散されたいずれかのディンプルに確保され得る。あるいはディンプルによって生じ得るスクイーズ効果が軸方向に分散されて発生する。その結果、被加工材と相手材の間における摩擦抵抗が小さくなり、被加工材の耐摩耗性が向上する。

　本発明の他の特徴によるディンプル加工方法では、棒状の本体の表面に複数の切れ刃部を備える回転切削工具を軸心を中心に回転させつつ回転切削工具を軸心に対して直交する送り方向に被加工材に沿って相対移動させる。これにより被加工材に相互に離間する複数のディンプルを形成する。回転切削工具の本体の表面において軸心と平行な線に対してリード角を有するリード線上において複数の切れ刃部が並設される。回転切削工具を軸心中心に回転させつつ送り方向に移動させることで、軸方向に隣接する複数のディンプルが軸方向に対して角度を有して配設されるように形成される。

　したがって軸方向に並設される複数のディンプルは、送り方向に一部が重なりつつ、ずれて位置する。そのため被加工材を軸方向に見た際にディンプルが送り方向に分散されており、ディンプルが必ず存在するように配設され得る。

　そのため被加工材に対して相手材が軸方向に移動する際、相手材の大部分は、送り方向に分散されたディンプルのいずれかに影響を受ける。具体的には被加工材と相手材の間に生じる摩耗粉が軸方向に移動し、送り方向に分散されたいずれかのディンプルに確保され得る。あるいはディンプルによって生じ得るスクイーズ効果が送り方向に分散されて発生する。その結果、被加工材と相手材の間における摩擦抵抗が小さくなり、被加工材の耐摩耗性が向上する。

円筒状の内壁を有する被加工材の断面とエンドミルの正面図である。図１の矢印II方向からのエンドミルの下面図である。エンドミルの一部を径方向に見た際の外周刃の投影図である。加工装置の概略正面図である。加工装置およびワーク保持装置の制御装置のブロック図である。被加工材の一部拡大展開図である。被加工材の展開図である。切れ刃部によって形成されるディンプルの断面図である。エンドミルを軸方向に移動させずにディンプルを形成した場合の被加工材の展開図である。平面を有する被加工材とエンドミルの斜視図である。円筒状の外壁を有する被加工材とエンドミルの正面図である。円錐台状の外壁を有する被加工材とエンドミルの正面図である。円盤状の表面を有する被加工材とエンドミルの正面図である。他の形態におけるエンドミルの正面図である。図１４のエンドミルでディンプルを形成した場合の被加工材の展開図である。他の形態におけるエンドミルの正面図である。図１６のXVII―XVII線におけるエンドミルの断面図である。図１６のXVIII―XVIII線におけるエンドミルの断面図である。図１６のXIX－XIX線におけるエンドミルの下面図である。図１６のエンドミルの一部を径方向に見た際の外周刃の投影図である。

　本発明の１つの実施形態を図１～８にしたがって説明する。図１に示すようにエンドミル１は、離間した複数のディンプル（微小な凹み）２２を形成するための回転切削工具である。エンドミル１は、超硬合金製の丸棒状であって同軸上にシャンク２と連結部（首）３と本体４を連続して有する。シャンク２は、円柱状であって図４に示すように加工装置１００のスピンドル１０６に装着される。シャンク２は、本体４と同じ大きさの径を有していても良いし、剛性を高めたい際には図１に示すように本体４の径よりも大きい径を有していても良い。連結部３は、円錐台状であって、シャンク２と同じ径の大径部３ａと本体４と同じ径の小径部３ｂを有する。

　図１，２に示すように本体４は、小径の略丸棒状であって、連結部３の先端から延出する。本体４には、少なくとも１つ、例えば２つの溝（フルート）９が形成される。溝９は、ヘリカル状に本体４の外周に形成され、軸心６と平行な線７に対してリード角８を有する。例えば溝９は、本体４を展開した際に本体４の外周面を直線状に軸心６に対してリード角８を有して延出する。リード角８は、例えば６°、１～４０°、好ましくは２°以上になるように設定され、例えば本体４の略半周において形成される。溝９は、所定の幅を有し、本体４の略全長に渡って延出する。

　図１に示すように溝９は、本体４の基部から先端１３に向けて反時計回り（図１の上から見た場合）に延出している。本体４は、図２に示すように溝９に沿って複数の切れ刃部５を有する。図２に示すように本体４を軸方向下から見ると、本体４には、軸心６を中心とする対角となる位置に１対の切れ刃部５が位置し、一対の切れ刃部５の間に溝９が位置する。各切れ刃部５は、円弧状の逃げ面５ｃと、逃げ面５ｃの一端に位置する外周切れ刃５ａと、外周切れ刃５ａから軸心６および溝９に向けて延出するすくい面５ｂを有する。逃げ面５ｃは、本体４の外周に沿って周方向に略円弧状に延出する。詳しくは逃げ面５ｃは、外周切れ刃５ａが最も軸心６から遠い場所に位置し、外周切れ刃５ａから離れるほど軸心６に近づく形状を有する。すくい面５ｂは、平面状または曲面状に形成される。

　図１，３に示すように溝９は、幅方向に一端縁（リード線１０）と他端縁を有し、一端縁が他端縁よりもエンドミル１の回転方向先方に位置する。溝９の一端縁に沿って複数の切れ刃部５が形成される。複数の切れ刃部５は、軸方向に所定のピッチ１１、例えば等間隔で連続して形成される。連続する切れ刃部５は、溝９に沿って延出する外周刃を構成し、エンドミル１は、例えば２つの外周刃を有する。

　図１，３に示すように外周刃は、波状であって、円弧状の山部を連続して有し、山部の間に谷部が位置する。各切れ刃部５は、円弧状の山部に相当し、本体４において径方向に突出する。２列の外周刃は、軸方向に位置がずれており、例えばピッチ１１の半分の長さだけ軸方向に位置がずれている。これにより山部（切れ刃部５）は、隣の列の谷部に対応する位置に位置する。各切れ刃部５の外周切れ刃５ａ（図２参照）は、軸心６を通過する本体４の断面において所定の大きさの曲率半径１２を有する略円弧の形状を有する。曲率半径１２は、例えば本体４の半径の大きさの７０～１３０％の大きさである。

　図４に示すようにエンドミル１は、加工装置１００に装着される。加工装置１００は、Ｘ軸ガイド１０１と、Ｘ軸ガイド１０１に沿って移動可能なＸ方向移動部材１０３と、Ｘ方向移動部材１０３に対してＹ方向（図４の紙面厚み方向）に移動するＹ方向移動部材１０４と、Ｙ方向移動部材１０４に対してＺ軸方向に移動するＺ方向移動部材１０５を有する。Ｘ軸ガイド１０１は、図示省略の支持台に保持されてＸ軸方向に延設する。

　Ｘ方向移動部材１０３は、例えば送りねじ機構のナット部材を有する。ナット部材は、サーボモータ（移動用モータ１２６、図５参照）によって回転してＸ軸ガイド１０１に設けられたねじ軸に対して移動する。あるいはＸ方向移動部材１０３は、ラックピニオン機構とサーボモータ１２６を利用してＸ軸ガイド１０１に対して移動する。Ｙ方向移動部材１０４とＺ方向移動部材１０５も、例えば送りねじ機構、ラックピニオン機構、サーボモータ（移動用モータ１２７，１２８、図５参照）を利用してＸ方向移動部材１０３とＹ方向移動部材１０４に対して移動する。

　図４に示すようにＺ方向移動部材１０５には、回転可能にスピンドル１０６が設けられる。スピンドル１０６にエンドミル１が装着され、スピンドル１０６がサーボモータ（移動用モータ１２８、図５参照）等を利用して該軸を中心に回転する。加工装置１００の各部材の移動または回転は、図５に示すＰＣ１２０内に格納された制御部１２３によって制御される。

　図４に示すように被加工材２０は、ワーク保持装置１１０によって保持される。ワーク保持装置１１０は、基台１０７と基台１０７に対して回転するテーブル１０８と保持具１０９を有する。保持具１０９は、テーブル１０８から延出するアーム１０９ａと、アーム１０９ａに進退可能に装着される保持部１０９ｂを有する。１対の保持部１０９ｂは、その間隔を変更することで被加工材２０を保持し得る。テーブル１０８は、サーボモータ（回転用モータ１３０、図５参照）等を利用して基台１０７に対して回転し、サーボモータ（回転用モータ１３０）は、ＰＣ１２０内に格納された制御部１２３によって制御される。

　図１，４に示すように被加工材２０は、例えばアルミニウム製であって、内壁２１を有し、内壁２１は、例えば円筒状である。あるいは被加工材２０は、円筒状の部材を周方向に分割した形状であり、内壁２１が円弧状である。例えば分割した形状の複数の被加工材２０は、円筒状になるように組合される。被加工材２０は、軸中心２３とテーブル１０８の回転軸が一致するようにワーク保持装置１１０に装着される。これによりワーク保持装置１１０が被加工材２０を軸中心２３に回転させる。

　加工装置１００とワーク保持装置１１０の各部材の移動制御、回転制御は、ＰＣ１２０内の制御部（ＣＰＵ）１２３により、Ｉ／Ｆ回路１２４を介して制御される。ＲＯＭ１２５には、制御部１２３の実行に必要な命令やデータが格納されている。加工態様に関するデータや被加工材２０の座標データ、スピンドル１０６の回転数等に関するデータがキーボード等を介して入力され、Ｉ／Ｆ回路１２１を経由して記憶部（ＲＡＭ）１２２に格納される。制御部１２３は、格納データに基づいて各モータ１２６～１３０に所定の駆動指令を送信し、送信信号に基づいて各モータ１２６～１３０が所定の駆動動作を行う。

　図１に示すようにエンドミル１の軸心６と被加工材２０の軸中心２３が平行になるようにエンドミル１と被加工材２０がそれぞれ加工装置１００とワーク保持装置１１０に装着される。さらにエンドミル１の位置は、軸心６と被加工材２０の軸中心２３との距離が所定の大きさとなるように決定される。詳しくは、被加工材２０の内壁２１に切れ刃部５の先端のみが接するようにエンドミル１のＸ方向とＹ方向の位置が決定される。これによりディンプル２２の深さが決定され得る。例えば図８に示すようにエンドミル１の位置が決定され、切れ刃部５が所定の大きさの曲率半径１２を有する際、ディンプル２２の深さ３３が決定され得る。

　図１に示すようにエンドミル１の軸心６と被加工材２０の軸中心２３が平行となるようにエンドミル１と被加工材２０の位置を決定する。エンドミル１の切れ刃部５の先端（外周切れ刃５ａ）が被加工材２０の内壁２１に接するようにエンドミル１と被加工材２０の位置を決定する。エンドミル１を軸心６を中心に回転させつつ被加工材２０を軸中心２３を中心に回転させる。エンドミル１の回転速度は、エンドミル１が被加工材２０の内壁２１に対して送られる送り速度よりも速く、エンドミル１が回転することで各切れ刃部５の外周切れ刃５ａ（図２参照）が各ディンプル２２を形成する。

　図６に示すようにディンプル２２は、エンドミル１の軸方向（縦方向）に複数列、送り方向Ｆ（横方向）に複数列、並設される。軸方向に並設されるディンプル２２は、エンドミル１の軸方向に平行ではなく、エンドミル１の軸方向（図中の線２４）に対して所定の角度２６を有して並設される。角度２６は、エンドミル１の回転速度と送り速度と図１に示すリード角８によって決定される。角度２６は、リード角８より小さく、例えばリード角８の約１０分の１の大きさになる。

　図６に示すように軸方向に並設されるディンプル２２は、送り方向に一部が重なるように位置しつつ、送り方向に位置がずれている。例えばディンプル２２の送り方向Ｆの径２２ｂの略２分の１、具体的には３分の１～５分の１が重なるように、軸方向に隣接する２つのディンプル２２の位置が送り方向Ｆにずれている。あるいは少なくとも送り方向Ｆの径２２ｂの２分の１よりも大きい幅で２つのディンプル２２の位置がずれている。

　図６に示すように軸方向に並設される複数のディンプル２２は、例えば送り方向Ｆに順にずれている。軸方向の最終端（例えば図６の下端）に位置するディンプル２２は、隣列の軸方向に並設される複数のディンプル２２の先端（図６の上端）に位置するディンプル２２と一部重なるように位置する。したがって複数のディンプル２２は、送り方向Ｆの全長において位置するように送り方向Ｆに相互に位置がずれている。また、軸方向に並設される１列のディンプル２２は、隣の列のディンプル２２に対して軸方向に一部のみが重なり、かつ同期しないように位置する。そのため送り方向Ｆに必ずいずれかのディンプル２２が位置するように複数のディンプル２２が位置している。

　ディンプル２２の送り方向Ｆの径２２ｂ（図６参照）は、図２に示すように本体４の径１４と切れ刃（外周切れ刃）５ａが被加工材２０を切削する深さ３３によって決定される送りＦが０の場合の幅２２ｅと略同じである。厳密には、ダウンカットの場合、送り速度が速いほど、ディンプル２２の送り方向Ｆの径２２ｂが小さくなるが、ディンプル２２の送り方向Ｆの径２２ｂは、幅２２ｅと略同じである。

　さらに厳密には、円筒状の内壁２１にディンプル２２を形成する場合、ディンプル２２の送り方向Ｆの径が長くなる。一方、図１１に示すように円筒状の外壁５１にディンプル５２を形成する場合、ディンプル５２の送り方向Ｆの径が短くなる。切れ刃５ａが外壁５１に接触する時間が切れ刃５ａが内壁２１に接触する時間よりも短くなるためである。

　一方、ディンプル２２の軸方向の径２２ａ（図６参照）は、図８に示すように外周切れ刃５ａ（図２参照）の曲率半径１２と深さ３３によって決定される幅２２ｄと略同じである。エンドミル１の送り速度、回転速度、軸方向の速度は、ディンプル２２が略円形となるように、すなわち送り方向Ｆの径２２ｂと軸方向の径２２ａが略同じになるように曲率半径１２を調整することも可能である。

　図１に示すようにエンドミル１が回転する毎に同一の切れ刃５ａ（図２参照）によって形成されるディンプル２２は、図６に示すように送り方向Ｆに並設される。エンドミル１が軸方向に移動することで、送り方向Ｆに並設されるディンプル２２は、送り方向Ｆに対して所定の角度を有して並設される。

　例えば、ディンプル２２の軸方向径２２ａの略２分の１、具体的には３分の１～５分の１が重なるように、送り方向Ｆに隣接する２つのディンプル２２が軸方向に位置がずれている。あるいは少なくとも軸方向径２２ａの２分の１よりも大きい幅で２つのディンプル２２の位置がずれている。送り方向Ｆに並設される複数のディンプル２２は、例えば軸方向の一方（例えば下方）に順に位置がずれている。

　図６に示すように送り方向Ｆに並設される複数のディンプル２２の後端（例えば一番左）のディンプル２２は、隣列のディンプル２２の先頭（例えば一番右）のディンプル２２と軸方向に一部重なるように位置する。したがって複数のディンプル２２は、軸方向の全長において位置するように軸方向に相互に位置がずれている。また、送り方向Ｆに並設される１列のディンプル２２は、隣の列のディンプル２２に対して軸方向に一部のみが重なり、かつ同期しないように位置する。そのため軸方向に必ずいずれかのディンプル２２が位置するように複数のディンプル２２が分散されている。

　図１に示すようにエンドミル１を軸方向に往復動させる。これにより図７に示すように送り方向に並設される複数のディンプル２２は、波形状あるいはジグザグ状を有するように並設される。例えば凹状円弧と凸状円弧が繰返すように、あるいは三角形が繰返すように、あるいはサインカーブ、コサインカーブを描くように複数のディンプル２２の位置が決定される。

　上述のようにエンドミル（回転切削工具）１によってディンプル２２が形成される。すなわち図１に示すように棒状の本体４の表面に複数の切れ刃部５を備えるエンドミル１を軸心６を中心に回転させつつエンドミル１を軸心６に対して直交する送り方向Ｆにかつ被加工材２０に沿って相対移動させる。送り方向Ｆの相対移動の際にエンドミル１を被加工材２０に相対的に軸方向にも移動させる。これにより被加工材２０に相互に離間する複数のディンプル２２を形成する。送り方向Ｆに隣接する複数のディンプル２２が軸方向に対して一部が重なりつつ軸方向に位置がずれて形成される。

　したがって図６に示すように送り方向Ｆに並設される複数のディンプル２２は、軸方向（縦方向）に一部重なりつつ、ずれて位置する。そのため被加工材２０を送り方向Ｆに見た際にディンプル２２が軸方向に分散されており、ディンプル２２が必ず存在するように配設され得る。

　そのため被加工材２０に対して相手材が送り方向Ｆに移動する際、相手材の大部分は、軸方向に分散されたディンプル２２のいずれかに影響を受ける。具体的には被加工材２０と相手材の間に生じる摩耗粉が送り方向Ｆに移動し、軸方向に分散されたいずれかのディンプル２２に確保され得る。あるいはディンプル２２によって生じ得るスクイーズ効果が軸方向に分散されて発生する。その結果、被加工材２０と相手材の間における摩擦抵抗が小さくなり、被加工材２０の耐摩耗性が向上する。

　図１，６に示すようにエンドミル１を軸心６を中心に回転させつつ送り方向に相対移動させることで、同一の切れ刃部５によって送り方向Ｆに隣接する複数のディンプルを形成する。各ディンプル２２が軸方向に軸方向幅を有し、軸心６を中心とする１回転に対してエンドミル１を軸方向幅よりも小さい移動量で軸方向に移動させる。これにより送り方向Ｆに隣接する複数のディンプル２２は、軸方向に対して一部が重なるように軸方向にずれて位置する。

　図１に示すように複数の切れ刃部５がエンドミル１の本体４の表面において軸心６と平行な線に対してリード角８を有するリード線１０上において並設される。エンドミル１を軸心６中心に回転させつつ送り方向Ｆに相対移動させることで、図６に示すように軸方向に隣接する複数のディンプル２２が軸方向に対して角度２６を有して配設される。

　したがってエンドミル１を軸心６を中心に回転させることで、リード線１０上の複数の切れ刃部５が順次被加工材２０に当たる。そしてエンドミル１を被加工材２０に送り方向Ｆに相対移動させることで、複数のディンプル２２が軸方向に対して角度２６を有し、例えばリード角８よりも小さい角度を有して並設される。

　図６に示すように軸方向に隣接する複数のディンプル２２が送り方向Ｆに対して一部が重なりつつ、送り方向Ｆに位置がずれて形成される。そのため被加工材２０を軸方向に見た際にディンプル２２が送り方向Ｆに分散されており、ディンプル２２が必ず存在するように配設され得る。

　そのため被加工材２０に対して相手材が軸方向に移動する際、相手材の大部分は、送り方向Ｆに分散されたディンプル２２のいずれかに影響を受ける。具体的には被加工材２０と相手材の間に生じる摩耗粉が軸方向に移動し、送り方向Ｆに分散されたいずれかのディンプル２２に確保され得る。あるいはディンプル２２によって生じ得るスクイーズ効果が送り方向Ｆに分散されて発生する。その結果、被加工材２０と相手材の間における摩擦抵抗が小さくなり、被加工材の耐摩耗性が向上する。

　図１に示すように被加工材２０が円筒状または断面円弧状の内壁２１を有する。被加工材２０の内壁２１の軸中心２３とエンドミル１の軸心６が平行になるように、エンドミル１を被加工材２０に沿って設置する。エンドミル１を回転させつつ被加工材２０の内壁に沿ってエンドミル１を送り方向Ｆに相対移動させかつ軸方向にエンドミル１を移動させて内壁２１にディンプル２２を形成する。

　したがって送り方向Ｆに並設される複数のディンプル２２は、被加工材２０の軸方向において一部が重なりつつ、ずれて位置する。例えば円筒状の被加工材２０に挿入された円柱状または円筒状の相手材を周方向に回転させる際、軸方向に分散されたディンプル２２によって相手材が広い範囲でディンプル２２の影響を受ける。そのため被加工材２０と相手材の間の摩擦抵抗が小さくなる。

　また図１に示すようにエンドミル（回転切削工具）１を軸心６を中心に回転させつつエンドミル１を軸心６に対して直交する送り方向Ｆに被加工材２０に沿って相対移動させる。これにより被加工材２０に相互に離間する複数のディンプル２２を形成する。エンドミル１の本体４の表面において軸心６と平行な線に対してリード角８を有するリード線１０上において複数の切れ刃部５が並設される。エンドミル１を軸心６中心に回転させつつ送り方向Ｆに移動させることで、軸方向に隣接する複数のディンプル２２が軸方向に対して角度２６（図６参照）を有して配設されるように形成される。

　図１に示すようにエンドミル１は、棒状の本体４と、本体４の軸心６と平行な線に対してリード角８を有して本体４の表面に形成された溝９と、溝９に沿って所定のピッチ１１にて連続して形成される複数の切れ刃部５を有する。図１，３に示すように切れ刃部５は、溝９に接しかつ軸心６を含む断面において本体４において円弧状に突出する形状を有する。

　したがってエンドミル１を軸心６を中心に回転させることで、溝９に沿う複数の切れ刃５ａが順次被加工材２０に当たる。そしてエンドミル１を送り方向Ｆに移動させることで、複数のディンプル２２が軸方向に対して角度２６を有して、例えばリード角８の約１０分の１の大きさの角度を有して並設される。また切れ刃５ａは、円弧状であるために被加工材２０を切削する際に応力集中を受け難い。例えば三角形等よりも応力集中を受け難く、これにより切れ刃部５は、破損し難い。

　切れ刃部５の外周切れ刃５ａの円弧状は、図３に示すように曲率半径１２を有する。半径（径１４の半分の長さ）と曲率半径１２がほぼ等しい場合（例えば曲率半径１２が本体４の半径の大きさの７０～１３０％の大きさの場合）、ディンプル２２の形状を真円に近い形状にすることができる。ディンプル２２を略円形にすることで被加工材２０と相手材との間に生じる摩擦係数の指向性を小さくすることができる。ただし、指向性が必要でないときは、ディンプル形状を円形にする必要はない。つまり、曲率半径と本体の半径の大きさの比は、こだわるのものではなく、１／８、１／４、１／２、２倍、４倍、８倍等で、楕円でも良い。外周切れ刃の形状が凸状平刃の場合は長方形になる。

　図６などに示すようにディンプル２２が形成される面積比率は、加工面の１０％－４０％である。ディンプル２２の面積比率が４０％よりも多いと被加工材２０と相手材の接触面積が少なくなって接触部分における圧力が高くなり、摩耗が多くなるために好ましくない。一方、ディンプルの面積比率が１０％よりも少ないと、ディンプル２２の総面積が小さくなり、十分に摩擦抵抗を小さくすることができず好ましくない。したがってディンプル２２の面積比率を加工面の１０％－４０％にすることが好ましい。

　図１に示すようにエンドミル１は、切れ刃部５の先端のみが被加工材２０に接触するように回転してディンプル２２を形成する。そのためディンプル２２が比較的浅くなり、切れ刃部５が受ける荷重が小さくなる。これにより被加工材２０にバリが生じ難く、被加工材２０の内壁２１を平坦に保持し易い。

　図１に示すように複数の切れ刃部５は、リード角８を有してエンドミル１の本体４の外周に周方向に分散される。そのためエンドミル１が回転すると、複数の切れ刃部５の外周切れ刃５ａが時間差を有して順に被加工材２０を切削する。そのため複数の切れ刃部５の外周切れ刃５ａが一度に被加工材２０に接する場合に比べて、エンドミル１が一度に受ける力が小さくなる。その結果、エンドミル１の加工時における変形量が少なくなり、エンドミル１の耐久性が向上する。あるいは加工時におけるエンドミル１のたわみ量が小さくなり、ディンプル２２を正確な位置に形成することができる。

　本発明の形態を上記構造を参照して説明したが、本発明の目的を逸脱せずに多くの交代、改良、変更が可能であることは当業者であれば明らかである。したがって本発明の形態は、添付された請求項の精神と目的を逸脱しない全ての交代、改良、変更を含み得る。例えば本発明の形態は、前記特別な構造に限定されず、下記のように変更が可能である。

　図１に示すエンドミル１を利用して、被加工材２０に図９に示す状態になるように複数のディンプル２２を形成することもできる。図９に示すように送り方向Ｆに並設される複数のディンプル２２は、軸方向にずれずに送り方向Ｆに平行に形成される。一方、軸方向に並設される複数のディンプル２２は、送り方向Ｆに一部重なりつつ、ずれている。

　図９に示す状態になるように複数のディンプル２２を形成する場合には、図１に示すようにエンドミル１の軸心６と被加工材２０の軸中心２３が平行になるようにエンドミル１と被加工材２０をセットする。エンドミル１を被加工材２０に対して軸心６と直交する方向に移動させる。例えば被加工材２０を軸中心２３に回転させる。この時、エンドミル１は、軸心６を中心に回転させるものの軸方向には移動させない。これにより複数のディンプル２２が図９に示すように分散されて形成される。

　したがって図９に示すように軸方向に並設される複数のディンプル２２は、送り方向Ｆに一部が重なりつつ、ずれて位置する。そのため被加工材２０を軸方向に見た際にディンプル２２が送り方向Ｆに分散されており、ディンプル２２が必ず存在するように配設され得る。そのため被加工材２０に対して相手材が軸方向に移動する際、相手材の大部分は、送り方向Ｆに分散されたディンプル２２のいずれかに影響を受ける。具体的には被加工材２０と相手材の間に生じる摩耗粉が軸方向に移動し、送り方向Ｆに分散されたいずれかのディンプル２２に確保され得る。

　図１に示す被加工材２０に代えて図１０に示す被加工材４０にディンプル４２を形成することもできる。被加工材４０は、例えば板状であって、平面状の表面４１を有する。表面４１は、例えば長辺を有する四角形状である。エンドミル１は、軸心６が被加工材２０の長辺に対して直交するよう設置される。エンドミル１を軸心６を中心に回転しつつ、表面４１に沿ってエンドミル１を被加工材４０に対して長手方向４３に移動させる。

　図１０に示すようにエンドミル１を被加工材４０に対して長手方向（送り方向）４３に移動させつつ、軸方向にも移動させる。軸方向には、エンドミル１を所定の周期にて進退させる。これによりディンプル４２も、図６のディンプル２２と同様に軸方向および送り方向Ｆに分散される。例えばエンドミル１の軸方向に隣接するディンプル４２は、送り方向に一部重なりつつ送り方向Ｆ（長手方向４３）にずれて位置する。長手方向４３（送り方向）に隣接するディンプル４２は、軸方向に一部重なりつつ軸方向にずれて位置する。

　図１に示す被加工材２０に代えて図１１に示す被加工材５０にディンプル５２を形成することもできる。被加工材５０は、円筒状または円柱状であって、円筒状の外壁５１を有する。エンドミル１は、軸心６が被加工材５０の軸中心５３と平行になるように設置される。エンドミル１を軸心６中心に回転させ、被加工材５０を軸心５３中心にエンドミル１と反対方向あるいは同じ方向に回転させる。同時にエンドミル１を軸方向にも移動させる。軸方向への移動は、所定の周期にて進退される。

　これによりディンプル５２は、図６のディンプル２２と同様に軸方向および送り方向Ｆに分散される。例えばエンドミル１の軸方向に隣接するディンプル５２は、送り方向に一部が重なりつつ送り方向Ｆ（周方向）にずれて位置する。送り方向Ｆに隣接するディンプル５２は、軸方向に一部が重なりつつ軸方向にずれて位置する。

　したがって複数のディンプル５２は、被加工材５０の軸方向および周方向において一部が重なりつつ、ずれて位置する。例えば被加工材５０が挿入される相手材に対して被加工材５０を周方向に回転させる際、軸方向に分散されたディンプル５２によって相手材が広い範囲でディンプル５２の影響を受ける。被加工材５０を軸方向に移動させる際、周方向に分散されたディンプル５２によって相手材が広い範囲でディンプル５２の影響を受ける。そのため被加工材５０の外壁５１を相手材に沿って移動させる際に摩擦抵抗が小さくなる。

　図１に示す被加工材２０に代えて図１２に示す被加工材５４にディンプル５６を形成することもできる。被加工材５４は、円錐台状または円錐状であって展開時扇状の外壁５５を有する。エンドミル１は、軸心６が被加工材５４の側面に沿うように設置される。被加工材５４を軸中心５７に回転させ、エンドミル１を軸心６中心に被加工材５４と反対方向に回転させる。同時にエンドミル１を被加工材５４の側面に平行にかつ軸方向に移動させる。軸方向には、所定の周期にてエンドミル１を進退させる。

　これによりディンプル５６は、図６のディンプル２２と同様に軸方向および送り方向Ｆに分散される。例えばエンドミル１の軸方向に隣接するディンプル５６は、送り方向に一部が重なりつつ送り方向Ｆ（周方向）にずれて位置する。軸方向に直交する送り方向Ｆに隣接するディンプル５６は、軸方向に一部が重なりつつ軸方向にずれて位置する。

　図１に示す被加工材２０に代えて図１３に示す被加工材４４にディンプル４８を形成することもできる。被加工材４４は、円盤状であって平面状の表面４７を有する。エンドミル１は、軸心６が被加工材４４の表面４７に沿うように設置され、かつ被加工材４４の中心４６を通過する径方向に延出するように設置される。被加工材４４をその中心４６を中心として回転させ、エンドミル１を軸心６中心に被加工材４４の回転に従ずる方向に回転させる。同時にエンドミル１を被加工材４４の表面４７に沿ってエンドミル１の軸方向（被加工材４４の径方向）に移動させる。軸方向には、所定の周期にてエンドミル１を進退させる。

　これによりディンプル４８は、図６のディンプル２２と同様に軸方向（被加工材４４の径方向）および送り方向Ｆに分散される。例えば軸方向に隣接するディンプル４８は、送り方向に一部が重なりつつ送り方向Ｆ（周方向）にずれて位置する。送り方向Ｆ（周方向）に隣接するディンプル４８は、軸方向に一部が重なりつつ軸方向（径方向）にずれて位置する。

　図１に示すエンドミル１に代えて図１４に示すエンドミル３１によってディンプル２２を形成しても良い。図１４に示すようにエンドミル３１は、リード角８を有する図１に示す溝９に代えてリード角を有しない溝３９を有する。エンドミル３１は、同軸上にシャンク３２、連結部３３、本体３４を有する。本体３４に直線状に延出する２つの溝３９が形成される。溝３９は、リード角を有さず、軸心３６と平行に軸方向に延出する。溝３９は、所定の幅を有し、本体３４の軸方向略全長に渡って延出する。

　図１４に示すように各溝３９の一端縁に外周刃が形成され、外周刃は、波状であって、円弧状の山部を連続して有し、山部の間に谷部が位置する。山部が各切れ刃部３５を構成し、切れ刃部３５が本体３４において径方向に突出する。２列の外周刃は、軸心３６を中心とする対称となる場所に位置する。２列の外周刃は、軸方向に位置がずれており、例えば切れ刃部３５のピッチの半分の長さだけ軸方向に位置がずれている。

　図１４に示すようにエンドミル１の軸心３６と被加工材２０の軸中心２３が平行となるようにエンドミル３１と被加工材２０をセットする。エンドミル３１を被加工材２０に対して軸心３６と直交する方向に相対移動させる。例えば被加工材２０を軸中心２３に回転させる。この時、エンドミル３１を軸方向にも移動させる。これによりディンプル２２が図１５に示すように分散される。図１５に示すように送り方向Ｆに並設される複数のディンプル２２は、送り方向Ｆに平行ではなく、軸方向に一部重なりつつ、ずれている。一方、軸方向に並設される複数のディンプル２２は、軸方向に平行に配設され、送り方向にずれていない。

　図１５に示すように被加工材２０を送り方向Ｆに見た際にディンプル２２が軸方向に分散されており、ディンプル２２が必ず存在するように配設され得る。そのため被加工材２０に対して相手材が送り方向Ｆに移動する際、相手材の大部分は、軸方向に分散されたディンプル２２のいずれかに影響を受ける。具体的には被加工材２０と相手材の間に生じる摩耗粉が送り方向Ｆに移動し、軸方向に分散されたいずれかのディンプル２２に確保され得る。あるいはディンプル２２によって生じ得るスクイーズ効果が軸方向に分散されて発生する。その結果、被加工材２０と相手材の間における摩擦抵抗が小さくなり、被加工材２０の耐摩耗性が向上する。

　図１に示すエンドミル１に代えて図１６に示すエンドミル６１によってディンプルを形成しても良い。図１に示すエンドミル１は、リード角８を有する溝９を有し、溝９は、本体４の略半周において伸びている。一方、図１６に示すエンドミル６１は、大きなリード角６８を有する溝６９を有し、溝６９は、本体４の略全周において伸びている。

　図１６に示すエンドミル６１は、同軸上にシャンク６２、連結部６３、本体６４を有し、本体６４に２つの溝６９を有する。溝６９は、ヘリカル状に本体６４の外周に形成され、軸心６６と平行な線に対してリード角６８を有する。例えば溝６９は、本体６４を展開した際に本体６４の外周面を直線状に軸心６に対してリード角６８を有して延出する。リード角６８は、例えば１０～４０°になるように設定される。溝６９は、所定の幅を有し、本体６４の略全長および略全周において形成される。

　図１６～２０に示すように溝６９は、本体６４の基部から先端に向けて反時計回り（図１の上から見た場合）に延出している。溝６９の幅方向一端縁７０に沿って複数の切れ刃部６５が連続に形成される。複数の切れ刃部６５は、軸方向に所定の大きさのピッチ７１にて配設され、本体６４から円弧状に径方向に突出する。切れ刃部６５の外周切れ刃６５ａは、軸心６６を通りかつ溝６９の端縁を横断する断面上において曲率半径７２を有する円弧の形状を有する。

　図１７～２０に示すように本体６４には、軸心６６を中心とする対角となる位置に１対の切れ刃部６５が位置し、一対の切れ刃部６５の間に溝６９が位置する。各切れ刃部６５は、周方向に延出する円弧状の逃げ面６５ｃと、逃げ面６５ｃの一端に位置する外周切れ刃６５ａと、外周切れ刃６５ａから延出するすくい面６５ｂを有する。逃げ面６５ｃは、本体６４の外周に沿って周方向に略円弧状に延出する。詳しくは逃げ面６５ｃは、外周切れ刃６５ａが最も軸心６６から遠い場所に位置し、外周切れ刃６５ａから軸方向に離れるほど軸心６６に近づく形状を有する。すくい面６５ｂは、平面状または曲面状に形成される。

　図１６に示すエンドミル６１を利用してディンプルを形成する場合、軸方向に隣接するディンプルは、軸方向に対して所定角度を有して配設される。その所定角度は、例えば図６に示す角度２６よりも大きく、例えば略２倍の大きさを有する。

　エンドミル１，６１の溝９，６９の螺旋方向は、シャンク２，６２から本体４，６４を見た際に反時計回りであり、ディンプルを形成する際に本体４，６４を時計回りに回転させる。これに代えて、エンドミル１，６１の溝９，６９の螺旋方向が時計回りであって、ディンプルを形成する際に本体４，６４を時計回りに回転しても良い。

　ディンプルが形成された被加工材は、様々な部品に利用される。例えば、エンジンのシリンダ、ピストン、クランクシャフト、ターボチャージャー等に利用され得る。あるいはコンプレッサの部品、人工関節の接合面等に利用され得る。被加工材が円筒状を分割した形状を有する場合には、複数の被加工材が円筒状になるようにして利用され得る。

　エンドミル１，３１，６１は、溝９，３９，６９を有し、溝９，３９，６９に沿って複数の切れ刃部５，３５，６５が形成されている。これに代えてエンドミル１，３１，６１が溝９，３９，６９を有さず、本体の外周から突出する複数の切れ刃部を有していても良い。複数の切れ刃部は、本体の軸心と平行な線に対してリード角を有するリード線に沿って並設されても良いし、あるいは軸心と平行な線に沿って並設されても良い。

　エンドミル１，３１，６１は、連続して並設された複数の切れ刃部５，３５，６５を有する。これに代えてエンドミルは、外周面に点在する複数の切れ刃部を有していても良い。

　エンドミル１，３１，６１は、２列の切れ刃部５，３５，６５を有する。これに代えてエンドミルは、１列または３列以上の切れ刃部を有していても良い。

　エンドミル１，３１，６１は、本体４，３４，６４と切れ刃部５，３５，６５が一体のソリッドタイプである。これに代えてエンドミルは、本体に取付けられたチップによって形成された切れ刃部を有していても良い。なおチップは、本体にろう付けされていても良いし、交換可能に本体に取付けられても良い。

　上記形態では、ディンプルを形成する際に被加工材を回転させることで、エンドミルを被加工材に対して送り方向に移動させる。これに代えて、被加工材を固定したまま、エンドミルを被加工材に対して送り方向に移動させても良い。例えばエンドミルを多関節ロボット等の装置に装着する。そしてエンドミルを軸中心に回転させつつ、エンドミルを被加工材の内壁または外壁の形状に沿って移動させても良い。この時、エンドミルを軸方向に移動させても良い。

　上記形態では、ディンプルを形成する際にエンドミル１，３１，６１を軸方向に移動させる。これに代えてあるいは加えて被加工材をエンドミルに対して軸方向に移動させても良い。

　ディンプルが形成された被加工材の面に表面処理を施しても良い。表面処理は、例えば、クロム、ニッケル、チタン系のめっきや、PVD、CVD等によるコーティング、ダイヤのCVD、DLC、カーボン、グラファイト、樹脂、二硫化モリブデンの塗布等である。

　複数の切れ刃部５，６５は、リード角８，６８を有するリード線上に並設される。これに代えて複数の切れ刃部は、展開されたエンドミルの本体の曲線上に並設され、曲線が軸心に対して所定の角度を有する構成であっても良い。

　ディンプルは、被加工材の表面において略円形状に開口する形状である。これに代えてディンプルは、被加工材の表面に楕円状あるいは卵形状、四角状、菱形状、六角状等に開口する形状であっても良い。

　切れ刃部５，３５，６５は、溝９，３９，６９に接しかつ軸心６，３６，６６を含む断面において本体４，３４，６４から円弧状に突出する。円弧状とは、完全な円形のみならず楕円等も含み得る。また切れ刃部は、円弧状に代えて三角形状や凸状平面であっても良い。

　上記形態では、複数の切れ刃部５，３５，６５が軸方向に同一ピッチ１１，７１にて並設される。これに代えて複数の切れ刃部５，３５，６５が軸方向に不均一なピッチにて並設されても良い。

　上記形態では、２列の外周刃を有し、２列の外周刃が軸方向に位置がずれており、例えば切れ刃部５，３５，６５のピッチの略半分の距離だけ位置がずれている。これに代えて２列の外周刃が軸方向に位置がずれておらず、各外周刃の切れ刃部が周方向に並設されても良い。

　上記形態では、回転切削工具としてシャンク２，３２，６２と連結部３，３３，６３を有するエンドミル１，３１，６１を利用してディンプルを形成する。これに代えて、シャンクと連結部を有さないフライスを利用してディンプルを形成しても良い。

　図１０－１３の形態では、ディンプルを形成する際にエンドミル１を軸方向に移動させている。これに代えてエンドミル１を軸方向に移動させずにディンプルを形成しても良い。

Claims

　回転切削工具を用いて被加工材にディンプルを形成するディンプル加工方法であって、
　棒状の本体の表面に複数の切れ刃部を備える前記回転切削工具を軸心を中心に回転させつつ前記回転切削工具を前記軸心に対して直交する送り方向に前記被加工材に沿って相対移動させ、前記送り方向の相対移動の際に前記回転切削工具を前記被加工材に相対的に軸方向にも移動させて、前記被加工材に相互に離間する複数のディンプルを形成し、前記送り方向に隣接する複数のディンプルが軸方向に対して一部が重なりつつ前記軸方向に位置がずれて形成されるディンプル加工方法。
　請求項１に記載のディンプル加工方法であって、
　前記回転切削工具を前記軸心を中心に回転させつつ前記送り方向に相対移動させることで、同一の前記切れ刃部によって前記送り方向に隣接する前記複数のディンプルを形成し、各前記ディンプルが前記軸方向に軸方向幅を有し、前記軸心を中心とする１回転に対して前記回転切削工具を前記軸方向幅よりも小さい移動量で前記軸方向に移動させるディンプル加工方法。
　請求項１または２に記載のディンプル加工方法であって、
　前記複数の切れ刃部の外周切れ刃が前記回転切削工具の前記本体の表面において前記軸心と平行な線に対してリード角を有するリード線上において並設され、前記回転切削工具を前記軸心中心に回転させつつ前記送り方向に相対移動させることで、前記軸方向に隣接する前記複数のディンプルが前記軸方向に対して角度を有して配設されるように形成されるディンプル加工方法。
　請求項３に記載のディンプル加工方法であって、
　前記軸方向に隣接する前記複数のディンプルが前記送り方向に対して一部が重なりつつ前記送り方向に位置がずれて形成されるディンプル加工方法。
　請求項１～４のいずれか１つに記載のディンプル加工方法であって、
　前記被加工材が円筒状または断面円弧状の内壁または外壁を有し、
　前記被加工材の前記内壁または前記外壁の軸中心と前記回転切削工具の前記軸心が平行になるように、前記回転切削工具を前記被加工材に沿って設置し、
　前記回転切削工具を回転させつつ前記被加工材の前記内壁または前記外壁に沿って前記回転切削工具を前記送り方向に相対移動させかつ前記軸方向に前記回転切削工具を移動させて前記内壁または前記外壁に前記ディンプルを形成するディンプル加工方法。
　回転切削工具を用いて被加工材にディンプルを形成するディンプル加工方法であって、
　棒状の本体の表面に複数の切れ刃部を備える前記回転切削工具を軸心を中心に回転させつつ前記回転切削工具を前記軸心に対して直交する送り方向に前記被加工材に沿って相対移動させ、前記被加工材に相互に離間する複数のディンプルを形成し、
　前記回転切削工具の前記本体の表面において前記軸心と平行な線に対してリード角を有するリード線上において前記複数の切れ刃部が並設され、前記回転切削工具を前記軸心中心に回転させつつ前記送り方向に相対移動させることで、前記軸方向に隣接する前記複数のディンプルが前記軸方向に対して角度を有して配設されるように形成されるディンプル加工方法。
　請求項６に記載のディンプル加工方法であって、
　前記送り方向の相対移動の際に前記回転切削工具を前記被加工材に対して相対的に軸方向に移動させて、前記軸方向に隣接する前記複数のディンプルが前記送り方向に対して一部が重なりつつ前記送り方向に位置がずれて形成されるディンプル加工方法。
　相互に離間するディンプルを被加工材に形成するためのディンプル加工用回転切削工具であって、
　棒状の本体と、前記本体の軸心と平行な線に対してリード角を有して前記本体の表面に形成された溝と、前記溝に沿って所定のピッチにて連続して形成される複数の切れ刃部を有し、前記切れ刃部は、前記溝に接しかつ前記軸心を含む断面において前記本体から円弧状に突出する形状を有するディンプル加工用回転切削工具。
　請求項５に記載のディンプル加工方法に使用するディンプル加工用回転切削工具であって、
　前記切れ刃部の前記円弧状は、曲率半径を有し、前記曲率半径は、前記本体の半径の大きさの７０～１３０％の大きさであるディンプル加工用回転切削工具。