WO2022181123A1 - 切削インサートおよび刃先交換式切削工具 - Google Patents

Abstract

この切削インサート（１）は、すくい面（２）と逃げ面（４）との交差稜線部に、平面視において円弧状に延びる円弧状切刃部（５ａ，６ａ）と、直線状切刃部（５ｂ，６ｂ）とをそれぞれ備えた２つの切刃（５，６）が形成されている。切刃（５，６）は、少なくとも円弧状切刃部（５ａ，６ａ）が直線状切刃部（５ｂ，６ｂ）から離れるに従い、着座面（３）から離れた後に着座面（３）に近づく凸曲線部（１７）を有し、側面視において、円弧状切刃部（５ａ，６ａ）は、着座面（３）から最も離れた最凸点（Ｓ１，Ｓ２）と円弧状切刃部の刃先先端（２ａ，２ｂ）との間に曲率変化点（Ｑ１，Ｑ２）を有する。

Description

切削インサートおよび刃先交換式切削工具

　本発明は、切削インサートおよび刃先交換式切削工具に関する。
　本願は、２０２１年２月２６日に、日本に出願された特願２０２１－０３０５３１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　刃先交換式切削工具に取り付けられる切削インサートとして、例えば、特許文献１には、工具本体の回転方向に向けられるすくい面と、このすくい面とは反対側を向いてインサート取付座の底面に着座される着座面と、これらすくい面と着座面との周囲に延びる逃げ面とを備えた切削インサートが開示されている。前記すくい面と逃げ面との交差稜線部には、すくい面に対向する方向から見た平面視において円弧状に延びる円弧状切刃部と、この円弧状切刃部に接するように延びる直線状切刃部とをそれぞれ備えた２つの切刃が、円弧状切刃部と直線状切刃部をすくい面の周方向に交互に位置させて形成されている。さらに、前記主切刃の円弧状切刃部や副切刃の円弧状切刃部が、直線状切刃部から離れるに従い着座面側から離れた後に再び着座面側に近づく凸曲線状に形成されている。これにより、前記円弧状切刃部は、切削の際に着座面に対して最も離れて凸となる上記最凸点から徐々に被削材に食い付いて切り込むことになるので、切削抵抗を低減することができると特許文献１には記載されている。

特許第６５４０９２８号公報

　しかし、特許文献１に記載の切削インサートを、最凸点設計位置と適合しない切込み量で切削すると、切刃の強度不足により切削インサートが短寿命になり易いという課題がある。特許文献１は、最凸点の位置を、第１の交差角や第２の交差角を用いて円弧状切刃上の広い範囲に設定することが可能であることが記載されているが、実際には、最凸点を、切り込み深さが大きい加工に対応する位置に設けるか、切り込み深さが小さい加工に対応する位置に設けるかを選択しなくてはならない。

　例えば、切り込み深さが大きい加工に対応する位置に最凸点を設けた場合、その切削インサートを切込み深さの小さいに加工に用いると、切削インサートの先端部に応力集中に起因する欠損が生じ、短寿命となってしまう。
　一方で、高硬度材や難削材といった切り込み深さが小さい加工に対応する位置に最凸点を設けた場合、その切削インサートは、切り込み深さが変動する加工において、最凸点を超える切込み量で加工を施した場合にも応力集中による破損(き裂)等が生じ、短寿命となってしまう。

　例えば、複雑な金型形状部の加工にボールエンドミルを用いた場合は、切り込み深さが加工箇所ごとに変動する。切込み深さに応じた切削工具を、部分的に適用するのは現実的ではない。
　また、肉盛溶接材を加工する場合にも切り込み深さが変動するが、その場合においても切り込み深さに応じて工具を交換するのは現実的ではない。肉盛溶接材は金型の補修や部分的な強度確保を目的として使用されており、上記のような加工箇所ごとに加工面の凹凸が生じることから、これら凹凸に起因する切り込み深さの変動が生じる場合が多い。

　本発明は、このような背景の下になされたもので、従来よりも幅広い切り込み深さにおいて、切削時の応力を分散して刃先先端側の強度を高めることで切刃部にき裂が発生するのを抑制できる、切削インサート及び刃先交換式切削工具を提供することを目的としている。

　本発明の一態様における切削インサートは、軸線の回りに回転される刃先交換式切削工具における工具本体の先端に形成されたインサート取付座に着脱可能に取り付けられる切削インサートであって、前記工具本体の回転方向に向けられるすくい面と、前記すくい面とは反対側を向いて前記インサート取付座の底面に着座される着座面と、前記すくい面と前記着座面との周囲に延びる逃げ面とを備える。前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部には、前記すくい面に対向する方向から見た平面視において円弧状に延びる円弧状切刃部と、前記円弧状切刃部に接するように延びる直線状切刃部と、をそれぞれ備えた２つの切刃が、前記円弧状切刃部と直線状切刃部を前記すくい面の周方向に交互に位置させて形成されている。前記切刃においては、少なくとも前記円弧状切刃部が前記直線状切刃部から離れるに従い、前記着座面から離れた後に前記着座面に近づく凸曲線部を有しているとともに、前記逃げ面に対向する方向から見た側面視において、前記円弧状切刃部は、前記凸曲線部上の前記着座面から最も離れた点を最凸点とすると、前記最凸点と前記円弧状切刃部の刃先先端との間に曲率変化点を有する。

　この構成によれば、切刃の逃げ面に対向する方向から見た側面視において、円弧状切刃部は、凸曲線部上のうち、着座面から最も離れた最凸点と円弧状切刃部の刃先先端との間に曲率変化点を有していることにより、曲率変化点を境にして曲率が異なる形状となり、従来よりも幅広い切り込み深さの切削加工時において、前記円弧状切刃部の広い範囲にわたって切削時の応力が分散される。これにより、切削インサートの欠損や破損（き裂）等の発生を回避し、前記円弧状切刃部全体の強度を高めることができ、切刃部にき裂が発生するのを抑制できる。さらに、最凸点と刃先先端の間に曲率変化点を設けることで、切削インサートが被削材に食い込む初期の段階における切刃形状が滑らかになるため、切りくず形状も捻じれが小さくなる。そのため、捻じれた切りくずが切削インサートや被削材へ不規則な力をかけることを回避できる。

　本発明の一態様における切削インサートは、前記最凸点を通る前記円弧状切刃部の接線に対する法線方向から見た前記側面視において、前記切刃は、少なくとも異なる２つの曲率の円弧を含み、前記刃先先端側の円弧半径をＲ１、前記最凸点側の円弧半径をＲ２とすると、Ｒ１＜Ｒ２の関係を満たしてもよい。

　この構成によれば、切刃の一部を構成する異なる２つの曲率の円弧半径Ｒ１，Ｒ２のうち、刃先先端側の円弧半径Ｒ１の方が最凸点側の円弧半径Ｒ２よりも小さく、刃先先端側の円弧のカーブが急な形状とされているので、切刃が被削材に対して滑らかに接触することになり、刃先に作用する衝撃が小さくなって、応力が分散されるとともに切削抵抗を低減する効果が得られる。

　なお、この構成によれば、異なる２つの曲率の円弧を刃先先端側から前記最凸点側の切刃に含んでいればよく、例えば異なる２つの曲率の円弧の間や最凸点側の円弧と最凸点の間を曲線や直線で繋いでもよい。また、異なる２つの曲率の円弧の内、最凸点側の円弧と最凸点の間を曲線や直線で繋いでもよい。このような場合、直線は円弧の接線であってもなくてもよい。一方で、本発明は切削時に前記円弧状切刃部が被削材に徐々に接することで加工時に刃先に作用する衝撃を緩和させる形状としているため、直線は着座面に対して平行または刃先先端から最凸点に向かうに従い着座面から離れるよう形成される。同様に、曲線も常に刃先先端から最凸点に向かうに従い着座面から離れるよう形成される。

　本発明の一態様における切削インサートは、前記円弧半径Ｒ１は、前記円弧半径Ｒ２の１／２以下の大きさで形成される構成としてもよく、好ましくは１／３以下、より好ましくは１／４倍以下である。

　この構成によれば、前記円弧半径Ｒ１は少なくとも前記円弧半径Ｒ２の１／２以下の大きさで形成されることで、刃先先端側の円弧切刃が急なカーブを形成し、切刃への衝撃を十分に小さくできる。さらに円弧半径Ｒ１を円弧半径Ｒ２の１／３以下、１／４以下で形成することで、よりカーブは急になり、刃先先端への衝撃が緩和される。Ｒ１／Ｒ２の下限は限定されないが、現実的には１／１００程度である。

　本発明の一態様における切削インサートは、前記側面視において、前記切刃は前記曲率変化点を境に、前記刃先先端側が前記着座面に対して上に凸の曲線状の第１切刃と、前記最凸点側が前記着座面に対して上に凸の第２切刃からなり、前記第２切刃が前記第１切刃よりも曲率の小さい曲線状あるいは直線状の第２切刃で形成され、前記第１切刃と前記第２切刃との交点が前記曲率変化点である構成としてもよい。

　この構成によれば、曲率の異なる２つの第１切刃と第２切刃との交点となる曲率変化点を境にして、最凸点側に位置する第２切刃よりも刃先先端側に位置する第１切刃の方が急なカーブ形状とされているので、切刃が被削材に対して滑らかに接触することになり、刃先に作用する衝撃が小さくなって、応力が分散されるとともに、切削抵抗を低減する効果が得られる。

　なお、直線の曲率は「０」である。したがって、第２切刃が直線の場合においても第１切刃の曲率よりも第２切刃の曲率は小さくなるので、第２切刃が第１切刃よりも小さな曲率の曲線で形成されている場合と同様の効果が得られる。

　本発明の一態様における切削インサートは、前記第１切刃の曲率が前記第２切刃の曲率の２倍以上ある構成としてもよく、好ましくは３倍以上、より好ましくは４倍以上である。

　この構成によれば、前記第１切刃の曲率よりも前記第２切刃の曲率が２倍以上のときに、刃先に作用する衝撃が十分に小さくなる。一方で、前記第１切刃の曲率に対する前記第２切刃の曲率が２倍を下回ると、前記第１切刃の曲率は十分に大きいとは言えず、切削加工時に切刃に応力が集中しやすくなってしまう。

　本発明の一態様における切削インサートは、前記側面視における円弧状切刃部において、着座面と垂直な方向における前記刃先先端から前記最凸点までの高さに対する前記刃先先端から任意の切刃稜線までの高さの割合が、９０％以上となる部分を前記第２切刃としてもよい。

　この構成によれば、着座面に対して垂直な方向において、曲率変化点から最凸点までの高さに対して、刃先先端から曲率変化点までの高さが９０％以上であり、曲率変化点を境にして最凸点側よりも刃先先端側の方が急なカーブ形状とされているので、切刃が被削材に対して滑らかに接触することになり、刃先に作用する衝撃が小さくすることができる。前記曲率変化点から最凸点までの高さに対して、刃先先端から曲率変化点までの高さの上限は限定されないが、現実的には９８％程度である。

　本発明の一態様における切削インサートは、前記インサート取付座の前記底面から突出する凸部に当接可能な壁面を有する溝部が形成されており、前記溝部は、前記切削インサートを取り付けるための取付孔を挟んで２つ形成されており、前記曲率変化点は、２つの前記溝部のうち前記円弧状切刃部に近い一方の前記溝部よりも刃先先端側に形成されている構成としてもよい。

　この構成によれば、前記円弧状切刃部に近い一方の前記溝部よりも刃先先端側に曲率変化点が形成されていることにより、曲率変化点における肉厚を確保して、刃先強度を高めることが可能である。

　本発明の一態様の切削インサートでは、前記円弧状切刃部は、工具先端側に対応する位置から順に、少なくとも２以上の互いに円弧半径が異なる円弧状の第１切刃、第２切刃～第Ｎ切刃（Ｎは２以上の整数）から構成され、前記先端側の前記第１切刃は、それ以外の前記第２切刃～第Ｎ切刃よりも円弧半径が小さく、前記第１切刃においては、前記第２切刃側から前記工具先端側へ向けて、前記逃げ面と前記すくい面の成す角である刃物角が徐々に小さくなっていてもよい。

　この構成によれば、前記円弧状切刃部の前記第１切刃の後端から先端へ向けて切刃部の刃物角を漸次小さくすることにより、刃先先端部による切削時に切刃の逃げ角を大きくすることができ、刃先先端部の逃げ面摩耗の進行を抑制できる。

　なお、一般にこの種の工具では、円弧状切刃部の先端部は、切削時にＺ軸方向からの突き上げる力がかかるため、欠損するおそれが高い。また、一般に、切刃の刃物角が大きいほうが肉厚となり切刃強度は増すが、高硬度鋼などの被削材を切削加工する際は、逃げ角が小さいと肉厚が大きくても、切刃の寿命にばらつきが生じることがある。これに対し、上記態様においては、前記第１切刃の後端側から先端側へ刃先先端部の逃げ角を徐々に大きくし、切削加工時に円弧状切刃部の先端部での逃げ角をある程度確保することにより、円弧状切刃部の先端部の寿命を安定させることが可能である。

　本発明の一態様における刃先交換式切削工具は、前記軸線上に位置した前記円弧状切刃部の中心点をＰと定義した場合、前記中心点と前記最凸点とを結んだ線と前記軸線との成す角度をθ１とし、前記中心点と前記曲率変化点とを結んだ線と前記軸線との成す角度をθ２とすると、θ２＜θ１、３０°≦θ１≦５０°、１５°≦θ２≦４０°である構成としてもよく、好ましくは４０°≦θ１≦５０°、１７°≦θ２≦３７°の範囲である。

　この構成によれば、最凸点よりも刃先先端側に曲率変化点を形成することとなり、切刃の広い範囲に切削応力を分散させることができるので、応力集中に起因した応力集中に伴う欠損や破損（き裂）等の発生を回避することが可能である。これにより、刃先先端側の強度を高めることができ、切刃部にき裂が発生するのを抑制できる。さらに、切削時の抵抗を低減する効果も得られる。

　本発明の一態様における刃先交換式切削工具は、軸線に沿う方向において、前記切削インサートにおける切刃の刃先先端から曲率変化点までの距離をＨとし、工具本体の直径をＤとすると、Ｄ／３０≦Ｈ≦Ｄ／１０の関係を満たす構成としてもよい。

　この構成によれば、工具径に応じて変化する切り込み深さに関わらず、切刃への応力集中の回避と切刃先端への切削時の衝撃を緩和できるという効果が得られる。

　また、本発明の一態様における刃先交換式切削工具は、前記円弧状切刃部は、工具先端側に対応する位置から順に、少なくとも２以上の互いに円弧半径が異なる円弧状の第１切刃、第２切刃～第Ｎ切刃（Ｎは２以上の整数）から構成され、前記先端側の前記第１切刃は、それ以外の前記第２切刃～第Ｎ切刃よりも円弧半径が小さく、前記第１切刃においては、前記第２切刃側から前記工具先端側へ向けて、前記切削インサートの前記逃げ面と被削材面の成す逃げ角が徐々に大きくなっていてもよい。

　この構成によれば、前記円弧状切刃部の前記第１切刃において、前記第２切刃側から前記工具先端側へ向けて、前記切削インサートの逃げ角が徐々に大きくなっていることにより、刃先先端部による切削時に切刃の逃げ角を相対的に大きくすることができ、刃先先端部の逃げ面摩耗の進行を抑制できる。

　また、前記第２切刃側から前記工具先端側へ向けて、前記切削インサートの前記第１切刃の逃げ角が徐々に大きくなっていることにより、切削加工時に逃げ角をある程度確保することができ、円弧状切刃部の先端部の寿命を安定させることができる。

　本発明の一態様における刃先交換式切削工具は、前記切削インサートを、前記工具本体に複数取り付けた状態において、いずれか一つの前記切削インサートの最下点と、他の切削インサートの最下点の差をＨとすると、前記工具本体直径Ｄとの関係は、Ｈ／Ｄが０．０２５以下であってもよい。

　この構成では、Ｈ／Ｄが０．０２５以下とされることにより、工具直径Ｄに対する切削インサートの刃先段差を十分に小さくすることができる。その結果、最下点が低い方の切削インサート（後述する実施形態での切削インサート１Ａ、すなわち親刃）のみで切削加工をする範囲が小さくなり、最下点が低い方の切削インサート（親刃）の先端部における摩耗が抑制され、切削インサートの寿命を延ばすことができる。Ｈ／Ｄは好ましくは０．０２０以下であり、より好ましくは０．０１７以下である。Ｈ／Ｄの下限は限定はされないが、現実的には０．０１０程度である。

　本発明の一態様における刃先交換式切削工具は、前記工具本体の先端部に、互いに１８０°隔てた位置に二つのインサート取付座が形成され、これらの二つのインサート取付座のそれぞれに、前述したいずれかの切削インサートが着脱可能に取り付けられていてもよい。ただし、本発明では、前記工具本体の先端部に互いに１２０°隔てて３つのインサート取付座が形成されていてもよいし、同様に、周方向等間隔に４以上のインサート取付座が形成されていてもよい。

　本発明によれば、円弧状切刃部に発生する応力を分散させることで切刃部にき裂が発生するのを抑制できる切削インサート及び刃先交換式切削工具を提供することができる。

図１は、本発明の刃先交換式ボールエンドミルの一実施形態の先端側を示す図（図９における矢印Ｉ方向視）であって、本発明の一実施形態の切削インサートが工具本体に対して着脱可能に複数取り付けられた構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態の切削インサートの構成を示す正面図である。 図３は、本発明の一実施形態の切削インサートの構成を示す背面図である。 図４は、図２における矢印ＩＶの方向から見た側面図である。 図５は、図２における矢印Ｖの方向から見た側面図である。 図６は、図２における矢印ＶＩの方向から見た側面図である。 図７は、図２における矢印ＶＩＩの方向から見た側面図である。 図８は、本発明の一実施形態の切削インサートを示す斜視図である。 図９は、本発明の一実施形態の刃先交換式ボールエンドミルの正面図である。 図１０は、工具本体に取り付けられた際の位置関係で配置された２つの切削インサートを、主切刃が切削に使用される第１の切削インサート（図１０における右側の切削インサート）のすくい面に対向する方向から見た平面図である。 図１１Ａは、円弧状切刃部５ａ上の任意の位置における刃先先端２ｂからの距離と高さとの関係示すグラフである。 図１１Ｂは、円弧状切刃部５ａ上の任意の位置における着座面と平行な方向における刃先先端から刃先先端２ｂから最凸点までの割合と、着座面と垂直な方向における刃先先端から最凸点の高さに対する円弧状切刃部上の任意の点の高さとの割合の関係を示すグラフである。 図１２Ａは、軸線から最凸点までの角度が１６．５°をなす従来の切削インサートによる切削時のシミュレーション解析による切りくず形状と切削インサートおよび切りくずにかかる最大主応力を示す図である。 図１２Ｂは、軸線から最凸点までの角度が１６．５°をなす従来の切削インサートによる切削時のシミュレーション解析による切削インサートへかかる最大主応力を示す図である。 図１３Ａは、軸線から最凸点までの角度が２２．５°をなす従来の切削インサートによる切削時のシミュレーション解析による切りくず形状と切削インサートおよび切りくずにかかる最大主応力を示す図である。 図１３Ｂは、軸線から最凸点までの角度が２２．５°をなす従来の切削インサートによる切削時のシミュレーション解析による切削インサートへかかる最大主応力を示す図である。 図１４Ａは、軸線Ｏから最凸点Ｓ１までの角度が４５°をなし、かつ軸線から曲率変化点までの角度が２２．５°をなす本発明の一実施形態の切削インサート１による切削時のシミュレーション解析による切りくず形状と切削インサートおよび切りくずにかかる最大主応力を示す図である。 図１４Ｂは、軸線から最凸点までの角度が４５°をなし、かつ軸線から曲率変化点までの角度が２２．５°をなす本発明の一実施形態の切削インサートによる切削時のシミュレーション解析による切削インサートへかかる最大主応力を示す図である。 図１５は、軸線から最凸点までの角度θ１が１６．５°をなす従来の切削インサートによる切削時のシミュレーション解析による切削インサートへかかる最大主応力を示す図である。 図１６は、軸線から最凸点までの角度θ１が４５°をなし、かつ軸線から切刃変化点までの角度θ２が２２．５°をなす本発明の一実施形態の切削インサートによる切削時のシミュレーション解析による切削インサートへかかる最大主応力を示す図である。

　以下、本発明における一実施形態の切削インサート、刃先交換式切削工具の構成について、図１から図１１Ｂを用いて説明する。
　図１は、本発明の刃先交換式ボールエンドミルの一実施形態の先端側を示す図（図９における矢印Ｉ方向視）であって、本発明の一実施形態の切削インサート１が工具本体１１に対して着脱可能に複数（この実施形態では２個）取り付けられた構成を示す図である。図９は、本発明の一実施形態の刃先交換式ボールエンドミルの正面図である。

＜刃先交換式切削工具＞
　本発明の一実施形態における刃先交換式ボールエンドミル（刃先交換式切削工具）１００は、図１及び図９に示すように、複数の切削インサート１と、これら複数の切削インサート１を保持する工具本体１１と、を備えている。工具本体１１は、軸線Ｏの回りに回転される。

　複数の切削インサート１は、工具本体１１の先端側に形成された複数（この実施形態では２個）のインサート取付座１２に対して、それぞれが着脱可能に取り付けられている。本実施形態では、エンドミル本体に設けられた２つのインサート取付座１２（１２Ａ，１２Ｂ）に対して２つの切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）が取り付けられている。これら２つの切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）は、互いに同形同大である。本発明では、切削インサート１およびインサート取付座１２の個数は２個に限定されず、軸線Ｏ回りの周方向等間隔に３以上のインサート取付座１２が設けられていてもよい。この実施形態では、切削インサート１Ａは切削インサート１Ｂよりも下方に位置し、この場合、切削インサート１Ａを親刃、切削インサート１Ｂを子刃と称する。

（エンドミル本体）
　工具本体１１は、鋼材等の金属材料により形成され、その後端側は軸線Ｏを中心とした円柱状のチャンク部とされるとともに、先端側は軸線Ｏ上に中心を有する凸半球形状とされている。

　本実施形態の刃先交換式ボールエンドミル１００は、上記工具本体１１が軸線Ｏの回りに工具本体１１の回転方向へ回転させられつつ、軸線Ｏに交差する方向に送り出されることにより、インサート取付座１２に取り付けられた切削インサート１によって被削材に切削加工を施す。

　なお、本実施形態においては、軸線Ｏが延びる方向のうち、工具本体１１のシャンク部からインサート取付座１２へ向かう方向を先端側（図１の下端側）といい、インサート取付座１２からシャンク部へ向かう方向を後端側（図１の上端側）という。また、軸線Ｏに直交する方向を径方向という。径方向のうち軸線Ｏに接近する方向を内周側といい、軸線Ｏから離間する方向を外周側という。

　本実施形態では、工具本体１１の先端部の外周を切り欠くようにして２つのチップポケット１３が形成されており、これら２つのチップポケット１３のエンドミル回転方向Ｔを向く底面１２ａに、それぞれインサート取付座１２が周方向に間隔をあけて互いに反対側に形成されている。

　本実施形態では、工具本体１１の２つのインサート取付座１２（１２Ａ，１２Ｂ）に対して、同形同大の１種で、２つの切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）が着脱可能に取り付けられる。工具本体１１に対して１種２つの切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）を取り付けることによって、工具本体１１の先端の軸線Ｏ付近から外周にかけての切削と、軸線Ｏから離れた位置から外周にかけての切削を行うことができる。これにより、切削インサート１の管理を容易にすることができるとともに、切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）を製造するための金型も１種で済む。

　切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）は、円弧状切刃部と直線状切刃部とをそれぞれ有する主切刃５と副切刃６を備えている。切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）をそれぞれ工具本体１１に取り付けた際の位置関係においては、図１０に示すように、一方の切削インサート１Ａの主切刃５の先端と、他方の切削インサート１Ｂの副切刃６の先端との間で、軸方向に段差Ｈ３を有する。具体的には、図１０に示すように、一方の切削インサート１Ａの刃先先端２ｂの方が、他方の切削インサート１Ｂの刃先先端２ａよりも前方に位置している。また、一方の切削インサート１Ａの主切刃５と、他方の切削インサート１Ｂの副切刃６とは、前記段差Ｈ３に相当する領域を除いて切削時の回転軌跡が重なるよう取り付けられる。

　インサート取付座１２（１２Ａ，１２Ｂ）に対して、切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）が取り付けられた際、第１の切削インサート１Ａは、主切刃５の円弧状切刃部５ａが、工具本体１１における先端側の軸線Ｏの付近から後端側へ延びるように配置される。また、第２の切削インサート１Ｂは、副切刃６の円弧状切刃部６ａが、工具本体１１における先端側の軸線Ｏから外周側へ離れた位置から後端側へ延びるようにして配置されている。

　これに伴い、図１に示した本実施形態の刃先交換式ボールエンドミル１００においても、第１のインサート取付座１２Ａは、工具本体１１の先端側を、先端側で軸線Ｏを含む範囲まで切り欠くように形成されているのに対して、第２のインサート取付座１２Ｂは、軸線Ｏから外周側に僅かに離れた位置から形成されている。

　これら２つの切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）は、互いに、工具本体１１の先端側における同一の凸半球面状に位置している。

　第１の切削インサート１Ａの主切刃５と、第２の切削インサート１Ｂの副切刃６とに、切削によって摩耗等が生じた場合には、これらの切削インサート１を反対側のインサート取付座１２に取り付け直すことによって、第１の切削インサート１Ａを第２の切削インサート１Ｂとして、また第２の切削インサート１Ｂを第１の切削インサート１Ａとして再使用することができるので、経済的である。

（切削インサート）
　次に、本発明の一実施形態における切削インサート１の構成について詳述する。
　図２は、本発明の一実施形態の切削インサート１の構成を示す正面図である。図３は、本発明の一実施形態の切削インサート１の構成を示す背面図である。図４は、図２における矢印ＩＶの方向から見た側面図である。図５は、図２における矢印Ｖの方向から見た側面図である。図６は、図２における矢印ＶＩの方向から見た側面図である。図７は、図２における矢印ＶIIの方向から見た側面図である。図８は、本発明の一実施形態の切削インサート１の構成を示す斜視図である。図１０は、工具本体１１に取り付けられた際の位置関係で配置された２つの切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）を、主切刃５が切削に使用される第１の切削インサート１Ａ（図１０における右側の切削インサート）のすくい面に対向する方向から見た平面図である。

　図２～図８に示すように、本発明の一実施形態の切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）は、図１に示す工具本体１１に取り付けられることで、上述した本発明の刃先交換式ボールエンドミル１００の一実施形態を構成する。

　図２に示すように、本実施形態における切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）は、図１に示した工具本体１１の回転方向Ｔに向けられるすくい面２と、すくい面２とは反対側を向いて上記インサート取付座１２の底面１２ａに着座される着座面３と、すくい面２と着座面３との周囲に延びる逃げ面４と、を備えている。
　すくい面２と逃げ面４とが交差する位置においてこれらによって形成される稜線（以下、交差稜線部と言う）に、２つの主切刃（切刃）５及び副切刃（切刃）６が形成されている。

　主切刃５及び副切刃６は、図２に示すように、すくい面２に対向する軸方向から見た切削インサート１の正面視において、円弧状に延びる円弧状切刃部５ａ，６ａと、各円弧状切刃部５ａ，６ａに接するように延びる直線状切刃部５ｂ，６ｂと、をそれぞれ備えている。これら２つの主切刃５及び副切刃６が、円弧状切刃部５ａ，６ａと直線状切刃部５ｂ，６ｂとをすくい面２の周方向に交互に位置させて形成される。

　図４、図５及び図６に示すように、本実施形態の主切刃５及び副切刃６においては、少なくとも円弧状切刃部５ａ，６ａが直線状切刃部５ｂ，６ｂから離れるにしたがって、着座面３から離れた後に着座面３に近づく凸曲線部１７をそれぞれ有する。これら円弧状切刃部５ａ，６ａがなす凸曲線部１７が着座面３に対して最も離れて凸となる点（着座面３から最も突出した最凸点）が、それぞれ主切刃最凸点Ｓ１、副切刃最凸点Ｓ２となる。

　図４及び図５に示すように、逃げ面４に対向する方向から見た側面視において、円弧状切刃部５ａは、凸曲線部１７上の着座面３から最も離れた主切刃最凸点Ｓ１と、円弧状切刃部５ａの刃先先端２ｂとの間に、主切刃曲率変化点Ｑ１を有する。また、図６に示すように、副切刃６の円弧状切刃部６ａにおいても、凸曲線部１７上の着座面３から最も離れた副切刃最凸点Ｓ２と、円弧状切刃部６ａの刃先先端２ａとの間に、曲率変化点Ｑ２を有する。

　曲率変化点Ｑ１（Ｑ２）は、刃先先端２ｂ（２ａ）から主切刃最凸点Ｓ１（副切刃最凸点Ｓ２）までの円弧状切刃部５ａ（６ａ）が、異なる２つの曲率の円弧または曲線から構成されている場合は、２つの円弧または曲線の曲率が互いに異なる点で特定できる。また、異なる２つの円弧の間に直線または曲線を有する場合は、最凸点Ｓ１（Ｓ２）に最も近い円弧の刃先先端２ｂ（２ａ）側の端点で特定できる。さらに、刃先先端２ｂ（２ａ）側が曲線で、最凸点Ｓ１（Ｓ２）側が直線で構成されている場合は、曲線と直線の交わる点で特定することが可能である。
　また、曲率変化点Ｑ１（Ｑ２）を境に刃先先端２ｂ（２ａ）側の曲率に対して最凸点Ｓ１（Ｓ２）側の曲率が２倍以上となることが好ましい。つまり、刃先先端２ｂ（２ａ）から最凸点Ｓ１（Ｓ２）までの曲率を測定することにより、曲率変化点Ｑ１（Ｑ２）を特定することが可能である。

　逃げ面４に対向する方向、すなわち主切刃最凸点Ｓ１を通る円弧状切刃部５ａの接線Ｎ１に対する法線方向（図２の矢印ＶII方向）から見た側面視（図７）において、円弧状切刃部５ａは、少なくとも異なる２つの曲率の円弧を含む。具体的に、円弧状切刃部５ａは、主切刃曲率変化点Ｑ１を境にして、刃先先端２ｂ側に位置する曲線状の第１切刃５１と、主切刃最凸点Ｓ１側に位置するとともに第１切刃５１よりも曲率の小さい曲線状（あるいは直線状）の第２切刃５２と、で形成されている。このように、本実施形態における円弧状切刃部５ａは、主切刃曲率変化点Ｑ１を境に、刃先先端２ｂ側が着座面３に対して上に凸の曲線状の第１切刃５１と、主切刃最凸点Ｓ１側が着座面３に対して上に凸の第２切刃５２とからなる。これら第１切刃５１と第２切刃５２との交点が主切刃曲率変化点Ｑ１となる。

　また、円弧状切刃部６ａにおいても、逃げ面４に対向する方向、すなわち副切刃最凸点Ｓ２を通る円弧状切刃部６ａの接線Ｎ２に対する法線方向から見た側面視において、円弧状切刃部６ａは、少なくとも異なる２つの曲率の円弧を含む。具体的に、円弧状切刃部６ａは、副切刃曲率変化点Ｑ２を境に、刃先先端２ａ側に位置する曲線状の第１切刃６１と、副切刃最凸点Ｓ２側に位置するとともに第１切刃６１よりも曲率の小さい曲線状（あるいは直線状）の第２切刃６２とで形成されている。このように、本実施形態における円弧状切刃部６ａは、副切刃曲率変化点Ｑ２を境に、刃先先端２ａ側が着座面３に対して上に突の曲線状の第１切刃６１と、副切刃最凸点Ｓ２側が着座面３に対して上に凸の第２切刃６２とからなる。これら第１切刃６１と第２切刃６２との交点が副切刃曲率変化点Ｑ２となっている。

　円弧状切刃部５ａは、上述した異なる２つの曲率の円弧をなす第１切刃５１と第２切刃５２とで形成されている。円弧状切刃部５ａのうち、刃先先端２ｂ側の第１切刃５１の円弧の半径を円弧半径Ｒ１、主切刃最凸点Ｓ１側の第２切刃５２の円弧の半径を円弧半径Ｒ２とすると、Ｒ１＜Ｒ２の関係をなし、円弧半径Ｒ１は、円弧半径Ｒ２の１／２以下の大きさで形成される。この実施形態では、具体的に、これら２つの円弧半径Ｒ１，Ｒ２の大きさは、Ｒ１＝６．８ｍｍ、Ｒ２＝５６．４ｍｍであり、円弧半径Ｒ２が円弧半径Ｒ２の２倍以上となる関係を満たしている。

　また、円弧状切刃部６ａにおいても、上述した異なる２つの曲率の円弧をなす第１切刃６１と第２切刃６２とで形成されていてもよく、その場合は第１切刃６１の円弧半径Ｒ１よりも、第２切刃６２の円弧半径Ｒ２の方が大きい形状とされている。すなわち、円弧状切刃部６ａにおいても、Ｒ１＜Ｒ２の関係をなし、円弧半径Ｒ１は、円弧半径Ｒ２の１／２以下の大きさで形成される。この実施形態では、具体的に、これら２つの円弧半径Ｒ１，Ｒ２の大きさは、Ｒ１＝２．７ｍｍ、Ｒ２＝５６．４ｍｍであり、円弧半径Ｒ２が円弧半径Ｒ２の２倍以上となる関係を満たしている。

　表１は本実施形態の、主切刃最凸点Ｓ１を通る円弧状切刃部５ａの接線Ｎ１に対する法線方向（図２の矢印ＶII方向）から見た側面視（図７）における刃先プロファイルである。刃先先端２ｂを原点とし、主切刃最凸点Ｓ１へ向かって着座面３に平行な方向に向かって１ｍｍずつ切刃位置を測定すると、「着座面３に垂直な方向における着座面３からの高さ［ｍｍ］」は（１）、「着座面３に垂直な方向における刃先先端２ｂからの高さ［ｍｍ］」は（２）のように変化する。また、「着座面３に垂直な方向における刃先先端２ｂから主切刃最凸点Ｓ１までの高さを１００％としたとき（各測定点における刃先の高さ）の割合［％］」は（３）となる。

　図１１Ａは、表１の「着座面３に平行な方向における刃先先端２ｂからの距離[ｍｍ]」を横軸に、上記（１）を縦軸にとることで、円弧状切刃部５ａ上の任意の位置における刃先先端２ｂからの着座面３に平行な方向における距離と、着座面３に垂直な方向における着座面３からの高さとの関係を示したグラフである。ここで、着座面３から円弧状切刃部５ａまでの高さは、いわゆる「肉厚」を意味する。
　円弧状切刃部５ａの接線Ｎ１に対する法線方向から見た図７に示す側面視において、例えば、図１３Ａに示すように、着座面３から刃先先端２ｂまでの高さが４．５７１ｍｍ、着座面３から主切刃曲率変化点Ｑ１までの高さが７．２５０ｍｍ、着座面３から主切刃最凸点Ｓ１までの高さが７．４９８ｍｍである。

　本実施形態では、円弧状切刃部５ａの接線Ｎ１に対する法線方向から見た図７に示す側面視において、刃先先端２ｂから主切刃曲率変化点Ｑ１までの着座面３からの高さＴ１は、主切刃曲率変化点Ｑ１から主切刃最凸点Ｓ１までの着座面３からの高さＴ２の１０倍以上である。

　具体的な一例としては、刃先先端２ｂから主切刃曲率変化点Ｑ１までの着座面３からの高さＴ１が２．６７９ｍｍ、主切刃曲率変化点Ｑ１から主切刃最凸点Ｓ１までの着座面３からの高さＴ２が０．２４８ｍｍであり、高さＴ１は、高さＴ２の１０倍以上となっている。

　図１１Ｂは、表１の「着座面３に平行な方向における刃先先端２ｂからの距離［ｍｍ］」を横軸に、「刃先先端２ｂから最凸点Ｓ１までを１００％としたときの割合[％]」を縦軸に示したグラフである。
　図１１Ｂに示すように、刃先先端２ｂから主切刃最凸点Ｓ１までの高さを基準（１００％）としたとき、刃先先端２ｂから主切刃曲率変化点Ｑ１までの高さが基準の約９２％程度である。本実施形態では、主切刃曲率変化点Ｑ１から主切刃最凸点Ｓ１までの任意の複数の点における高さは、基準の９０％以上を満たしており、主切刃曲率変化点Ｑ１から主切刃最凸点Ｓ１までは高低差が小さい。一方、主切刃曲率変化点Ｑ１から刃先先端２ｂまでの任意の複数の点における高さは、基準の９０％から０％に至っており、隣り合う点との間で高さが大きく変化している。よって、主切刃曲率変化点Ｑ１を境にして、主切刃最凸点Ｓ１側よりも刃先先端２ｂ側は高低差が大きく、刃先先端２ｂから主切刃曲率変化点Ｑ１にかけて着座面３へと急激に近づく曲線形状とされている。

　本実施形態においては、第１切刃５１及び第２切刃Ｒ５２を含む円弧状切刃部５ａのうち、刃先先端２ｂ側に位置する第１切刃５１の方が、主切刃最凸点Ｓ１側に位置する第２切刃５２よりも円弧のカーブが急な形状とされている。また、円弧状切刃部６ａにおいても同様のことが言える。

　このように本実施形態では、円弧状切刃部５ａ，６ａのうち、主切刃曲率変化点Ｑ１を含む主切刃最凸点Ｓ１側において主切刃最凸点Ｓ１の９割以上の肉厚を確保することで耐久性を確保できる。また、主切刃曲率変化点Ｑ１よりも刃先先端２ｂ、２ａ側の円弧カーブを急な形状にしておくことで、円弧状切刃部５ａ、６ａが被削材に対して滑らかに接触することになり、刃先に作用する衝撃が小さくなって切削抵抗を低減する効果が得られる。

　本実施形態のすくい面２においては、図２及び図８に示すように、交差稜線部（円弧状切刃部５ａ，６ａ）の各近傍に着座面３から離れる方向へ凸曲線状にブレーカー２１がそれぞれ形成されている。主切刃５及び副切刃６に直交する断面において、各ブレーカー２１の頂点（稜線）２１ａは、円弧状切刃部５ａ，６ａよりも着座面３からの距離（高さ）が大きい。ブレーカー２１は、軸線Ｏ上に位置する円弧状切刃部５ａ，６ａの中心点Ｐを中心として、軸線Ｏから０°＜θ３＜５０°の範囲内に形成されていることが好ましい。

　切削インサート１の着座面３側には、図３に示すように、第１のインサート取付座１２Ａの底面１２ａから突出する凸部に係合可能な溝部８が形成されている。溝部８は、切削インサート１を取り付けるための取付孔７の径方向両側に２つ形成されている。主切刃曲率変化点Ｑ１は、これら２つの溝部８Ａ，８Ｂのうち、円弧状切刃部５ａに近い一方の溝部８Ｂよりも刃先先端２ｂ側に形成されている。副切刃曲率変化点Ｑ２は、円弧状切刃部６ａに近い他方の溝部８Ａよりも刃先先端２ａ側に形成されている。

　刃先先端２ｂに近い側の溝部８Ｂは、長さ方向一端側が副切刃６側の側面に開口するとともに他端側が主切刃５側の側面に開口する溝であって、主切刃５側の幅よりも副切刃６側の幅の方が狭い。副切刃６における副切刃最凸点Ｓ２及び副切刃曲率変化点Ｑ２は、溝部８Ｂによる肉厚減少の影響を受けない位置に形成されており、副切刃最凸点Ｓ２及び副切刃曲率変化点Ｑ２における肉厚は十分に確保されている。そのため、切削インサート１の強度の向上を図ることができ、切削加工時の負荷による切削インサート１の損傷を防止することができる。

　一方、刃先先端２ａに近い側の溝部８Ａは、長さ方向の一端側が副切刃６側の側面に開口するが、他端側は主切刃５側の側面には開口していない止まり溝形状とされている。このため、主切刃５における主切刃最凸点Ｓ１及び主切刃曲率変化点Ｑ１は、溝部８Ａによる肉厚減少の影響を受けない位置に形成されており、主切刃最凸点Ｓ１及び主切刃曲率変化点Ｑ１における肉厚は十分に確保されている。よって、主切刃５においても円弧状切刃部５ａの強度の向上を図って損傷を防止することができる。

　また、図１０に示すように、切削インサート１を工具本体１１に取り付けた状態において、軸線Ｏ上にある工具本体１１（切削インサート１）の半球面の中心点をＰ、中心点Ｐと主切刃最凸点Ｓ１とを結んだ線Ｌ１と軸線Ｏとの成す角度をθ１、中心点Ｐと主切刃曲率変化点Ｑ１とを結んだ線Ｌ２と軸線Ｏとの成す角度をθ２と定義した場合、角度θ２は、角度θ１よりも小さい関係（θ２＜θ１）となる。

　ここで、中心点Ｐと主切刃最凸点Ｓ１とを結んだ線Ｌ１と軸線Ｏとの成す角度θ１は、３０°≦θ１≦５０°の範囲内であり、４０°≦θ１≦５０°の範囲内がより好ましい。本実施形態において、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１は、４５°である。

　上記角度θ１が３０°未満となる角度位置に主切刃最凸点Ｓ１が存在する場合、荒加工工程など切り込み深さを大きくした場合において、引張応力が集中する部分が切削インサートに生じてしまうという問題が生じる一方、上記角度θ１が５０°を超えた角度位置に主切刃最凸点Ｓ１が存在する場合、被削材と切削インサートの接する箇所から工具後端側へ離れた位置に主切刃最凸点Ｓ１を設けることとなり、応力集中を分散させる効果が小さくなってしまう。よって、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１を上記範囲内とすることが好ましい。

　また、中心点Ｐと主切刃曲率変化点Ｑ１とを結んだ線Ｌ２と軸線Ｏとの成す角度θ２は、１５°≦θ２≦４０°の範囲内であり、１７°≦θ２≦３７°の範囲内がより好ましい。本実施形態において、軸線Ｏから曲率変化点までの角度θ２は、２２．５°である。

　上記角度θ２が１５°未満となる角度位置に主切刃曲率変化点Ｑ１を設けてしまうと、主切刃曲率変化点Ｑ１よりも切り込み深さを大きくした条件において、主切刃５と被削材との境界で応力集中が発生し欠損により早期寿命となる。一方、上記角度θ２が４０°を超えた角度位置に主切刃曲率変化点Ｑ１が存在する場合、円弧状切刃部５ａの先端に応力が集中する部分が生じてしまうという問題が生じる。よって、軸線Ｏから主切刃曲率変化点Ｑ１までの角度θ２を上記範囲内とすることが好ましい。

　図１２Ａ～図１６は、従来の切削インサート又は本発明の切削インサートによる被削材の切削時のシミュレーション解析の結果である。
　図１２Ａ～図１４Ｂのシミュレーション解析の条件は、主軸回転速度ｎ＝２１２２［ｍｉｎ^-１］、１刃あたりの送り量ｆｚ＝０．４［ｍｍ／ｔооｔｈ］、切り込み深さａｐ×切り込み幅ａｅ＝３×３［ｍｍ］、工具径３０［ｍｍ］、被削材ＳＫＤ６１(４４ＨＲＣ)、最大主応力で評価した。
　一方、図１５および図１６のシミュレーション解析の条件は、主軸回転速度ｎ＝２１２２［ｍｉｎ^-１］、１刃あたりの送り量ｆｚ＝０．４［ｍｍ／ｔооｔｈ］、切り込み深さａｐ×切り込み幅ａｅ＝３×３［ｍｍ］、工具径３０［ｍｍ］、被削材ＳＫＤ６１(４４ＨＲＣ)、最小主応力で評価した。

　図１２Ａは、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１が１６．５°をなす従来の切削インサート９０による切削時のシミュレーション解析による切削応力を示す図であり、切削によって切削インサート９０と被削材９１（切りくず９１ａを含む）へかかる最大主応力を示している。図１２Ｂは、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度が１６．５°をなす従来の切削インサート９０による切削時のシミュレーション解析による切削インサート９０へかかる最大主応力を示す図である。

　図１３Ａは、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１が２２．５°をなす従来の切削インサート９２による切削時のシミュレーション解析による切削応力を示す図であり、切削によって切削インサート９２と被削材９１（切りくず９１ａを含む）へかかる最大主応力を示している。図１３Ｂは、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１が２２．５°をなす従来の切削インサート９２による切削時のシミュレーション解析による切削インサート９２へかかる最大主応力を示す図である。図１３Ｂは、図１３Ａから切削インサート９２のみを示した図である。

　図１４Ａは、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１が４５°、軸線Ｏから主切刃曲率変化点Ｑ１までの角度θ２が２２．５°をなす本発明の一実施形態の切削インサート１による切削時のシミュレーション解析による切削応力を示す図であり、切削によって切削インサート１と被削材９１（切りくず９１ａを含む）へかかる最大主応力を示している。図１４Ｂは、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１が４５°をなし、かつ軸線Ｏから主切刃曲率変化点Ｑ１までの角度θ２が２２．５°をなす本発明の一実施形態の切削インサート１による切削時のシミュレーション解析による切削インサート１へかかる最大主応力を示す図である。図１４Ｂは、図１４Ａから切削インサート１のみを示した図である。

　図１５は、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１が１６．５をなす従来の切削インサート９４による切削時のシミュレーション解析による切削応力を示す図であり、切削によって切削インサート９４へかかる最小主応力を示している。

　図１６は、軸線Ｏから主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１が４５°、軸線Ｏから主切刃曲率変化点Ｑ１までの角度θ２が２２．５°をなす本発明例の一実施形態の切削インサート１による切削時のシミュレーション解析による切削応力を示す図であり、切削によって切削インサート１へかかる最小主応力を示している。

　図１２Ｂからは、主切刃最凸点Ｓ１が、軸線Ｏからの角度θ１が１６．５°の位置にあるとき、主切刃最凸点Ｓ１近傍で切削時に最大主応力、つまり引張応力が集中してしまうことがわかる。さらに、図１５からは、図１２Ｂと同じ位置に主切刃最凸点Ｓ１を設けた場合には、主切刃最凸点Ｓ１の前後に最小主応力、つまり圧縮応力が集中する部分があることがわかる。図１２Ｂおよび図１５より、従来の円弧状切刃形状においては、切削時に円弧状切刃部５ａへ引張応力集中部と圧縮応力集中部の両方が発生してしまうため、切削インサートの欠損や破損（き裂）等が生じやすくなってしまう。

　また、本実施形態の曲率変化点Ｑ１と同じ位置（軸線Ｏからの角度θ１が１６．５°に最凸点Ｓ１を設け、主切刃最凸点Ｓ１と刃先先端２ｂとの間に主切刃曲率変化点Ｑ１が存在しない切刃形状をなす場合においても、図１３A及び図１３Ｂに示すように、主切刃最凸点Ｓ１近傍で切削時に引張応力集中部が発生してしまうことがわかる。

　これに対して、本実施形態の主切刃５のように、主切刃最凸点Ｓ１が軸線Ｏから４５°の位置にあり、主切刃最凸点Ｓ１と刃先先端２ｂとの間（軸線Ｏからの角度θ２が２２．５°の位置）に主切刃曲率変化点Ｑ１が存在する切刃形状をなす場合は、図１４Ｂに示すように、円弧状切刃部５ａの広い範囲に切削時の応力が分散されている。同様に、圧縮応力においても、図１６に示すように円弧状切刃部５ａの広い領域に分散されている。つまり、主切刃最凸点Ｓ１側から主切刃曲率変化点Ｑ１にかけて徐々に被削材を切り込むことになるので、応力が集中することを回避でき、主切刃５の強度の向上を図ることが可能である。

　また、図１２Ａおよび図１３Ａにおいては、切りくず９１ａが大きく捻じれていることが示されている。一方、本実施形態である図１４Ａにおいては、切りくず９１ａの捻じれが従来例よりも小さいことが示されている。切りくず９１ａは円弧状切刃部５ａに沿って形成される。つまり、主切刃最凸点Ｓ１と刃先先端２ｂとの間に主切刃曲率変化点Ｑ１を設けることで、捻じれの小さい切りくず９１ａを形成することが可能となる。

　このような本実施形態の切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）が、図１に示す工具本体１１の先端部に形成されたインサート取付座１２（１２Ａ，１２Ｂ）にそれぞれ取り付けられた状態において、図１０に示すように、軸線Ｏに対する第１の切削インサート１Ａの主切刃最凸点Ｓ１までの角度θ１と、軸線Ｏに対する第２の切削インサート１Ｂの副切刃最凸点Ｓ２までの角度θ３とは互いに等しい。そのため、本実施形態では、角度θ１と同様に、角度θ３は４５°とされている。

　本実施形態の切削インサート１（１Ａ，１Ｂ）は、主切刃５と副切刃６とが非対称な形状となっていることから、これに伴って、２つのインサート取付座１２Ａ，１２Ｂのうち、第１のインサート取付座１２Ａは、工具本体１１の先端部を、先端側で軸線Ｏを含む範囲まで切り欠くように形成されている。一方、第２のインサート取付座１２Ｂは、図１に示すように、工具本体１１の先端側で軸線Ｏから外周側に僅かに離れた位置から形成されている。

　第１の切削インサート１Ａ及び第２の切削インサート１Ｂは、図１に示すように、それぞれの取付孔７（図１０）に挿通されたクランプネジ９によって、第１のインサート取付座１２Ａあるいは第２のインサート取付座１２Ｂに対して各々取り付けられる。

　第１の切削インサート１Ａは、第１のインサート取付座１２Ａに対して、主切刃５の円弧状切刃部５ａを、軸線Ｏの近傍から延びて軸線Ｏ上に中心を有する凸半球上に位置させる。また、第１の切削インサート１Ａは、主切刃５の直線状切刃部５ｂをこの凸半球に接する軸線Ｏを中心とした円筒面上に位置させるようにして取り付けられる。

　第２の切削インサート１Ｂは、第２のインサート取付座１２Ｂに対して、副切刃６の円弧状切刃部６ａを、軸線Ｏから離れた位置から第１の切削インサート１Ａの主切刃５の円弧状切刃部５ａが位置する上記凸半球上に位置させるようにして取り付けられている。また、第２の切削インサート１Ｂは、副切刃６の直線状切刃部６ｂを第１の切削インサート１Ａの主切刃５の直線状切刃部５ｂが位置する上記円筒面上に位置させるようにして取り付けられる。

　このようにして第１の切削インサート１Ａ及び第２の切削インサート１Ｂが工具本体１１にそれぞれ取り付けられた状態のとき、図１０に示すように、工具本体１１の直径をＤとすると、軸線Ｏに沿う方向において、主切刃５における刃先先端２ｂから主切刃曲率変化点Ｑ１までの距離をＨとすると、Ｄ／３０≦Ｈ≦Ｄ／１０の関係を満たし、例えば、Ｈ≧Ｄ／２０であることが好ましい。

　軸線Ｏに沿う方向において、主切刃曲率変化点Ｑ１の下限の位置及び主切刃最凸点Ｓ１の上限の位置は、最大切り込み深さ（最大切り込み量）にそれぞれ関係する。また、一般に最大切り込み深さは工具径Ｄが大きくなるほど大きくなる。例えば、工具径Ｄが３０ｍｍのとき、主切刃曲率変化点Ｑ１と刃先先端２ｂとの間に曲率が異なる複数の円弧が存在していたとしても、最大切り込み深さが１．０ｍｍ以下となる部分は、本実施形態における主切刃曲率変化点Ｑ１にはならない。すなわち、軸線Ｏに沿う方向において、刃先先端２ｂから主切刃曲率変化点Ｑ１までの距離Ｈ（主切刃曲率変化点Ｑ１の下限位置）は、工具径Ｄが３０ｍｍのときは、１．０ｍｍ以上であることが好ましい。

　例えば、工具径Ｄが３０ｍｍのとき、刃先先端２ｂから主切刃曲率変化点Ｑ１までの上記距離Ｈは、最大切り込み深さ３．０ｍｍよりも小さい。具体的に、本実施形態において刃先先端２ｂから主切刃曲率変化点Ｑ１までの距離Ｈは約１．４ｍｍである。

　また、軸線Ｏに沿う方向において、主切刃最凸点Ｓ１の上限の位置は、最大切り込み深さ以上であることが好ましい。工具径Ｄが３０ｍｍのとき、刃先先端２ｂから主切刃最凸点Ｓ１までの距離Ｈ１は、最大切り込み深さ３．０ｍｍよりも大きい。具体的に、本実施形態では、刃先先端２ｂから主切刃最凸点Ｓ１までの距離Ｈ１は約４．６ｍｍである。

　主切刃５における円弧状切刃部５ａを、最大切り込み深さよりも刃先先端２ｂから主切刃最凸点Ｓ１までの距離Ｈ１が大きい形状とすることで、主切刃最凸点Ｓ１側から主切刃曲率変化点Ｑ１にかけて徐々に被削材を切り込むことになるので、応力集中を回避できると同時に切削抵抗を低減できて、主切刃５の強度の向上を図ることが可能である。
　最大切り込み深さよりも刃先先端２ｂから主切刃最凸点Ｓ１までの距離Ｈ１が小さい形状の場合、最初に主切刃最凸点Ｓ１から被削材を切り込むことになるので、主切刃最凸点Ｓ１において切削応力が集中しやすく、主切刃最凸点Ｓ１よりも工具後端側においてき裂が発生しやすくなる。そのため、最大切り込み深さよりも刃先先端２ｂから主切刃最凸点Ｓ１までの距離Ｈ１が大きくなる形状とすることが好ましい。

　以上述べたように、本実施形態では、主切刃５の円弧状切刃部５ａや副切刃６の円弧状切刃部６ａが、直線状切刃部５ｂ、６ｂから離れるに従って着座面３側から離れた後に再び着座面３側に近づく凸曲線状に形成されており、円弧状切刃部５ａ，６ａのうち上記着座面３に対して最も凸となる最凸点Ｓ１，Ｓ２から刃先先端２ｂ，２ａまでの間に、曲率変化点Ｑ１，Ｑ２を有する。最凸点Ｓ１，Ｓ２だけでなく曲率変化点Ｑ１，Ｑ２を設けることによって、切削時に、円弧状切刃部５ａ、６ａは、着座面３に対して最も離れて凸となる上記最凸点Ｓ１，Ｓ２側から曲率変化点Ｑ１，Ｑ２にかけて、徐々に被削材に食い付いて切り込むことになるので、切削加工時の応力を最凸点Ｓ１，Ｓ２から曲率変化点Ｑ１，Ｑ２までの範囲を含む広い範囲に分散させることができる。
　このように、最凸点Ｓ１，Ｓ２を設けることで切削インサート１の肉厚を確保して強度の向上を図るとともに、最凸点Ｓ１，Ｓ２と刃先先端２ｂ，２ａとの間に曲率変化点Ｑ１，Ｑ２を設けることで切削抵抗を低減することができるので、切削加工時の負荷による切削インサート１の損傷を防止することができる。

　また、切削加工時に切りくずが生成されるが、円弧状切刃部５ａのうち、最凸点Ｓから刃先先端２ｂとの間に曲率変化点Ｑがない従来の形状の場合は、切りくずが曲がって引っ張られてしまう。

　これに対して本実施形態では、最凸点Ｓから刃先先端２ｂまでの間に曲率変化点Ｑが存在するため、切削によって生成される切りくずが曲がりにくくなり、切削時の応力が分散される。これにより、切りくずの排出性が改善されて、円弧状切刃部５ａに欠損や破損（き裂）等が発生するのを防ぐことができる。その結果、切削インサート１の寿命を延ばすことが可能である。

　また、図３に示すように、最凸点Ｓ１，Ｓ２及び曲率変化点Ｑ１，Ｑ２は、溝部８の逃げ面４への開口部とは重ならない位置に配置されているので、着座面３から最凸点Ｓ１，Ｓ２及び曲率変化点Ｑ１，Ｑ２までの肉厚を十分に確保して、切削インサート１に大きな切削不可が作用しても主切刃５及び副切刃６に損傷が生じるのを防ぐことができる。

　このように、本実施形態の切削インサート１は、従来よりも幅広い切り込み深さにおいて、切削時の応力を分散して刃先先端側の強度を高めることで切刃部にき裂が発生するのを抑制できる。

　以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得る。それらについても本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。

　また、本発明に係る切削インサートは、炭化タングステン－コバルト基（ＷＣ－Ｃｏ基）を主原料とした超硬合金で製作することが望ましいが、炭化タングステン－コバルト基の他に、炭窒化系のサーメットを含む超硬合金製の他に、高速度鋼、炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びこれらの混合体からなるセラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、多結晶ダイヤモンドあるいは立方晶窒化硼素からなる硬質相と、セラミックスや鉄族金属などの結合相とを超高圧下で焼成する超高圧焼成体など、を用いることも可能である。

　なお、上記実施形態の切削インサートにおいて、前記円弧状切刃部（５ａ，６ａ）は、工具先端側に対応する位置から順に、少なくとも２以上の互いに円弧半径が異なる円弧状の第１切刃（５１、６１）、第２切刃（５２、６２）～第Ｎ切刃（Ｎは２以上の整数、上述した実施形態ではＮ＝２）から構成されていてもよい。また、前記先端側の前記第１切刃（５１、６１）は、それ以外の前記第２切刃（５２、６２）～第Ｎ切刃よりも円弧半径が小さく、前記第１切刃（５１、６１）においては、前記第２切刃（５２、６２）側から、前記工具先端側へ向けて、前記逃げ面（４）と前記すくい面（２）の成す角である刃物角が徐々に小さくされていてもよい。

　この場合、前記円弧状切刃部（５ａ，６ａ）の前記第１切刃（５１、６１）において、第２切刃（５２、６２）側から先端部へ向けて、切刃部の刃物角を漸次小さくすることにより、刃先先端部による切削時に切刃の逃げ角を大きくすることができ、刃先先端部の逃げ面摩耗の進行を抑制できる。
　なお、一般に、円弧状切刃部の先端部は、切削時にＺ軸方向からの突き上げる力がかかり、欠損するおそれが高い。また、一般には、刃物角が大きいほうが肉厚となり切刃強度は増すが、高硬度鋼などの被削材を切削加工する際は、逃げ角が小さいと肉厚が大きくても寿命にばらつきが生じることがある。これに対し、上記の構成においては、第１切刃（５１、６１）の後端側から先端側へ刃先先端部の逃げ角を徐々に小さくし、切削加工時に円弧状切刃部の先端部での逃げ角をある程度確保することにより、円弧状切刃部の先端部の寿命を安定させることができる。前記第１切刃（５１、６１）の逃げ角は、前記工具先端側では１０～２５°程度、前記第２切刃（５２、６２）側では５～２０°程度、両者の差は５～１５°程度であると好適である。より好ましくは、前記第１切刃（５１、６１）の刃物角は、前記工具先端側では１５～２５°程度、前記第２切刃（５２、６２）側では８～１８°程度、両者の差は１０～１５°程度とされる。

　また、前記実施形態において、切削インサート１Ａの最下点と、他の切削インサート１Ｂの最下点の差Ｈ３は、工具本体１１の直径Ｄとの関係で、Ｈ３／Ｄが０．０２５以下であってもよい。この場合、Ｈ３／Ｄが０．０２５以下とされることにより、工具直径Ｄに対する切削インサートの刃先段差を十分に小さくすることができる。その結果、最下点が低い方の切削インサート１Ａ（すなわち親刃）のみで切削加工をする範囲が小さくなり、最下点が低い方の切削インサート１Ａの先端部における摩耗が抑制され、切削インサート１Ａの寿命を延ばすことができる。Ｈ３／Ｄは好ましくは０．０２０以下であり、より好ましくは０．０１７以下である。Ｈ３／Ｄの下限は限定はされないが、現実的には０．０１０程度である。

　本発明の切削インサート及び刃先交換式切削工具によれば、円弧状切刃部に発生する応力を分散させることで、切刃部にき裂が発生するのを抑制できるから、本発明は産業上の利用が可能である。

　１…切削インサート
　２…すくい面
　２ａ，２ｂ…刃先先端
　３…着座面
　４…逃げ面
　５…主切刃（切刃）
　５ａ，６ａ…円弧状切刃部
　５ｂ，６ｂ…直線状切刃部
　６…副切刃（切刃）
　７…取付孔
　８（８Ａ，８Ｂ）…溝部
　１１…工具本体
　１２，１２Ａ…インサート取付座
　１２ａ…底面
　１７…凸曲線部
　２１…ブレーカー
　２１ａ…頂点（稜線）
　　５１，６１…第１切刃
　５２，６２…第２切刃
　１００…刃先交換式ボールエンドミル（刃先交換式切削工具）
　Ｈ，Ｈ１，Ｈ３…距離
　Ｌ１，Ｌ２…線
　Ｎ１，Ｎ２…接線
　Ｏ…軸線
　Ｐ…中心点
　Ｑ（Ｑ１，Ｑ２）…曲率変化点
　Ｒ１，Ｒ２…円弧半径
　Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）…最凸点
　Ｔ…エンドミル本体の回転方向
　Ｔ１…刃先先端から曲率変化点までの着座面からの高さ（肉厚）
　Ｔ２…曲率変化点から最凸点までの着座面からの高さ（肉厚）
　θ１，θ２，θ３…角度
 

Claims (13)

1. 　軸線の回りに回転される刃先交換式切削工具における工具本体の先端に形成されたインサート取付座に着脱可能に取り付けられる切削インサートであって、
   　前記工具本体の回転方向に向けられるすくい面と、
   　前記すくい面とは反対側を向いて前記インサート取付座の底面に着座される着座面と、
   　前記すくい面と前記着座面との周囲に延びる逃げ面とを備え、
   　前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部には、前記すくい面に対向する方向から見た平面視において円弧状に延びる円弧状切刃部と、前記円弧状切刃部に接するように延びる直線状切刃部と、をそれぞれ備えた２つの切刃が、前記円弧状切刃部と直線状切刃部を前記すくい面の周方向に交互に位置させて形成され、
   　前記各切刃においては、少なくとも前記円弧状切刃部が前記直線状切刃部から離れるに従い、前記着座面から離れた後に前記着座面に近づく凸曲線部を有しているとともに、前記逃げ面に対向する方向から見た側面視において、前記円弧状切刃部は、前記凸曲線部上の前記着座面から最も離れた点を最凸点とすると、前記最凸点と前記円弧状切刃部の刃先先端との間に曲率変化点を有する、切削インサート。
2. 　前記最凸点を通る前記円弧状切刃部の接線に対する法線方向から見た前記側面視において、
   　前記各切刃は、少なくとも異なる２つの曲率の円弧を含み、
   　前記刃先先端側の円弧半径をＲ１、前記最凸点側の円弧半径をＲ２とすると、Ｒ１＜Ｒ２の関係を満たす、請求項１に記載の切削インサート。
3. 　前記円弧半径Ｒ１は、前記円弧半径Ｒ２の１／２以下である請求項２に記載の切削インサート。
4. 　前記側面視において、
   　前記切刃は、前記曲率変化点を境に、前記刃先先端側が前記着座面に対して上に凸の曲線状の第１切刃と、前記最凸点側が前記着座面に対して上に凸の第２切刃からなり、
   　前記第２切刃が前記第１切刃よりも曲率の小さい曲線状あるいは直線状の前記第２切刃で形成され、
   　前記第１切刃と前記第２切刃との交点が前記曲率変化点である、請求項１又は２に記載の切削インサート。
5. 　前記第１切刃の曲率が前記第２切刃の曲率の２倍以上である、請求項４に記載の切削インサート。
6. 　前記側面視における前記円弧状切刃部において、
   　前記着座面と垂直な方向における前記刃先先端から前記最凸点までの高さに対する前記刃先先端から任意の切刃稜線までの高さの割合が９０％以上となる部分が前記第２切刃である、請求項５に記載の切削インサート。
7. 　前記切削インサートは、前記インサート取付座の前記底面から突出する凸部に当接可能な壁面を有する溝部が形成されており、
   　前記溝部は、前記切削インサートを取り付けるための取付孔を挟んで２つ形成されており、
   　前記曲率変化点は、２つの前記溝部のうち前記円弧状切刃部に近い一方の前記溝部よりも刃先先端側に形成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の切削インサート。
8. 　前記円弧状切刃部は、工具先端側に対応する位置から順に、少なくとも２以上の互いに円弧半径が異なる円弧状の第１切刃、第２切刃～第Ｎ切刃（Ｎは２以上の整数）から構成され、
   　前記先端側の前記第１切刃は、それ以外の前記第２切刃～第Ｎ切刃よりも円弧半径が小さく、
   　前記第１切刃においては、前記第２切刃側から前記工具先端側へ向けて、前記逃げ面と前記すくい面の成す角である刃物角が徐々に小さくなる、請求項１から７のいずれか１項に記載の切削インサート。
9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の切削インサートと、
   　前記切削インサートを複数取り付けることができる工具本体とを有する刃先交換式切削工具であって、
   　前記工具本体の前記軸線上に位置した前記円弧状切刃部の中心点をＰと定義した場合、
   　前記中心点Ｐと前記最凸点とを結んだ線と前記軸線との成す角度をθ１とし、
   　前記中心点と前記曲率変化点とを結んだ線と前記軸線との成す角度をθ２とすると、θ２＜θ１、３０°≦θ１≦５０°、１５°≦θ２≦４０°である、刃先交換式切削工具。
10. 　前記軸線に沿う方向において、前記切削インサートにおける切刃の刃先先端から曲率変化点までの距離をＨとし、前記工具本体の直径をＤとすると、Ｄ／３０≦Ｈ≦Ｄ／１０の関係を満たす、請求項９に記載の刃先交換式切削工具。
11. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の切削インサートを前記工具本体に取り付けた状態において、
    　前記円弧状切刃部は、工具先端側に対応する位置から順に、少なくとも２以上の互いに円弧半径が異なる円弧状の第１切刃、第２切刃～第Ｎ切刃（Ｎは２以上の整数）から構成され、
    　前記先端側の前記第１切刃は、それ以外の前記第２切刃～第Ｎ切刃よりも円弧半径が小さく、
    　前記第１切刃においては、前記第２切刃側から前記工具先端側へ向けて、前記切削インサートの前記逃げ面と被削材面の成す角である逃げ角が徐々に大きくなる、請求項９または１０に記載の刃先交換式切削工具。
12. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の前記切削インサートを、前記工具本体に複数取り付けた状態において、
    　いずれか一つの前記切削インサートの最下点と、他の切削インサートの最下点の差をＨとすると、前記工具本体直径Ｄとの関係は、Ｈ／Ｄが０．０２５以下である、請求項９から１１のいずれか１項に記載の刃先交換式切削工具。
13. 　前記工具本体の先端部には、互いに１８０°隔てた位置に二つのインサート取付座が形成され、
    　これらの二つのインサート取付座のそれぞれに、請求項１から８のいずれか１項に記載の前記切削インサートが着脱可能に取り付けられている、請求項９から１２のいずれか１項に記載の刃先交換式切削工具。
     

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