小径超硬エンドミル
【課題】底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルにおいて、剛性や機械的強度を向上させるとともに、傾斜面の追い込み加工にも好適に用いられるようにする。
【解決手段】刃部１４に連続して第１テーパ部３０および第２テーパ部３２が設けられるとともに、第２テーパ部３２のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する第１テーパ部３０のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、且つその第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２は底刃２２の外径Ｄに対して７Ｄ未満である。これにより、所定の剛性および機械的強度が得られるとともに、径寸法の急な変化による応力集中が抑制され、工具の撓み変形や折損が抑制される一方、第１テーパ部３０のテーパ半角β１が小さく維持され、追い込み加工が可能な傾斜面の傾斜角度や高さの許容範囲が拡大される。
【解決手段】刃部１４に連続して第１テーパ部３０および第２テーパ部３２が設けられるとともに、第２テーパ部３２のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する第１テーパ部３０のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、且つその第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２は底刃２２の外径Ｄに対して７Ｄ未満である。これにより、所定の剛性および機械的強度が得られるとともに、径寸法の急な変化による応力集中が抑制され、工具の撓み変形や折損が抑制される一方、第１テーパ部３０のテーパ半角β１が小さく維持され、追い込み加工が可能な傾斜面の傾斜角度や高さの許容範囲が拡大される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小径超硬エンドミルに係り、特に、工具の撓み変形や折損を抑制して加工精度および耐久性を向上させるとともに、傾斜面の追い込み加工にも好適に用いられる小径超硬エンドミルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金にて構成されているとともに、底刃および外周刃を有する刃部がシャンクの先端側に同軸に一体に設けられており、且つその底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルが提案されている。特許文献１に記載のエンドミルはその一例で、シャンクの先端側には、径寸法が直線的に小さくなる第１テーパ部と、径寸法が一定の首部と、径寸法が直線的に小さくなる第２テーパ部と、を介して小径の刃部が一体に設けられている。
【０００３】
また、特許文献２は、底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以上のエンドミルに関するものであるが、(a) 前記刃部の後端からシャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、その刃部の後端と同じ外径からテーパ半角（テーパ角度の１／２）β１で径寸法が直線的に大きくなる第１テーパ部と、(b) その第１テーパ部とシャンクとの間に設けられるとともに、その第１テーパ部の後端と同じ外径から前記テーパ半角β１よりも大きいテーパ半角β２で径寸法が直線的に大きくなってシャンクに達する第２テーパ部と、を備えている。このような２段階テーパのエンドミルにおいては、第１テーパ部のテーパ半角β１を小さくすることにより、傾斜面の追い込み加工にも好適に用いられる。傾斜面の追い込み加工とは、目的とする傾斜面に沿ってエンドミルをステップ的に移動（前進）させながら、その傾斜面を切削加工するもので、傾斜した側壁面や溝の内壁面の加工などに用いられている。
【特許文献１】特開２００６−８８２２９号公報
【特許文献２】特開２００４−２０２６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の小径超硬エンドミルは、シャンクから刃部の先端までの突出寸法が大きくなるため、剛性や機械的強度を確保することが困難で、切削加工時に撓み変形や折損が生じ易く、十分な加工精度や耐久性が得られ難いばかりでなく、刃部の研削加工時やホルダに装着する際の段取り時等にも折損する可能性があり、取り扱いが容易でなかった。
【０００５】
これに対して、特許文献２に記載の小径超硬エンドミルは、第２テーパ部のテーパ半角β２が比較的大きい（図面では約４０°）ため、シャンクから刃部の先端までの突出寸法が短くなるが、第１テーパ部のテーパ半角β１が小さい（実施例では１°３０′）ため、刃部の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径の超硬エンドミルにおいては、その第１テーパ部の径寸法も小さくなり、十分な剛性や強度が得られ難い。また、第１テーパ部に対して第２テーパ部のテーパ半角β２が極端に大きくなっているため、それ等の第１テーパ部と第２テーパ部との境界部分では径寸法の急な変化で応力集中が生じ易く、刃部の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径の超硬エンドミルにおいては、その応力集中による折損が問題になる。
【０００６】
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、底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルにおいて、工具の撓み変形や折損を抑制して加工精度および耐久性を向上させるとともに、刃部の研削加工時や段取り時等の取り扱いを容易にする一方、傾斜面の追い込み加工にも好適に用いられるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、超硬合金にて構成されているとともに、底刃および外周刃を有する刃部がシャンクの先端側に同軸に一体に設けられており、且つその底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルであって、(a) 前記刃部の後端から前記シャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、その刃部の後端と同じ外径からテーパ半角β１で径寸法が直線的に大きくなる第１テーパ部と、(b) その第１テーパ部の後端から前記シャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、その第１テーパ部の後端と同じ外径から前記テーパ半角β１よりも大きいテーパ半角β２で径寸法が直線的に大きくなる第２テーパ部と、を備えており、且つ、(c) 前記第２テーパ部のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する前記第１テーパ部のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、その第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２は前記底刃の外径Ｄの７倍未満であることを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明の小径超硬エンドミルにおいて、前記第２テーパ部と前記シャンクとの間には、その第２テーパ部の後端に滑らかに接続されるとともに、軸方向の外形線が凹円弧状となるように径寸法が非線形に増大させられてそのシャンクの先端外周縁に達している凹円弧形状部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このような小径超硬エンドミルにおいては、刃部に連続して第１テーパ部および第２テーパ部が設けられているとともに、第２テーパ部のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する第１テーパ部のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、且つその第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２は底刃の外径Ｄに対して７Ｄ未満であるため、テーパ半角β２が比較的大きい第２テーパ部の存在で剛性や機械的強度が向上するとともに、第１テーパ部のテーパ半角β１は２．５°以上、１０°未満になり、且つ長さ寸法Ｌ２は７Ｄ未満であるため、テーパ半角β１を比較的小さく維持しつつ所定の剛性および機械的強度を確保することができる。また、第１テーパ部のテーパ半角β１は２．５°以上、１０°未満であることから、その第１テーパ部と刃部１４との境界部分における径寸法の急な変化による応力集中が抑制されるとともに、第１テーパ部のテーパ半角β１と第２テーパ部のテーパ半角β２の角度割合β１／β２が０．５以上、１．０未満で、そのテーパ半角β１、β２の差が比較的小さいため、それ等の境界部分における径寸法の急な変化による応力集中も抑制される。
【００１０】
このように、第１テーパ部および第２テーパ部では所定の剛性および機械的強度が得られるとともに、第１テーパ部と刃部との境界部分や第１テーパ部と第２テーパ部との境界部分における応力集中も抑制されるため、底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルにおいても工具の撓み変形や折損が抑制され、切削加工時に高い加工精度が得られるとともに耐久性が向上する一方、刃部の研削加工時やホルダに装着する際の段取り時等における折損も抑制されて、取り扱いが容易になる。また、第１テーパ部のテーパ半角β１が比較的小さく維持されるため、そのテーパ半角β１や第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２に応じて、追い込み加工が可能な傾斜面の傾斜角度や高さの許容範囲が拡大される。
【００１１】
第２発明では、第２テーパ部とシャンクとの間に凹円弧形状部を備えているため、径寸法の急な変化による応力集中を防止しつつシャンクから刃部の先端までの突出寸法を短くすることが可能で、シャンクから刃部までの剛性や機械的強度を全体的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の小径超硬エンドミルは、底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下であれば良く、その外径Ｄと同じ一定の径寸法の外周刃を備えているストレート刃のエンドミルや、径寸法が外径Ｄから直線的に大きくなるテーパ刃エンドミルに好適に適用されるが、底刃が半球面上に設けられているボールエンドミルなどの他のエンドミルにも適用され得る。本発明は外径Ｄが０．１ｍｍ以下のエンドミルに好適に適用される一方、外径Ｄが０．５ｍｍより大きいエンドミルについても、本発明と同様に構成することが可能である。
【００１３】
刃部には、切り屑排出用の溝が形成され、その溝に沿って外周刃が設けられるとともに、その外周刃に連続するように底刃が設けられる。溝としてはねじれ溝が望ましいが、加工が容易な直溝を採用することもできる。溝数すなわち刃数は、極めて小径であることから２本（２枚刃）が適当であるが、１本（１枚刃）または３本（３枚刃）以上とすることも可能である。
【００１４】
第２テーパ部のテーパ半角β２が２０°以上になると、第１テーパ部との境界や、その第１テーパ部と刃部との境界部分で径寸法が急に変化し、応力集中により折損が生じ易くなるため、テーパ半角β２は２０°未満にする必要があり、１８°以下、更には１５°以下が望ましい。逆にテーパ半角β２が５°未満になると、第２テーパ部の径寸法が小さいとともにシャンクから刃部までの突出寸法が大きくなって剛性や機械的強度が低下するため、テーパ半角β２は５°以上にする必要がある。
【００１５】
テーパ半角β１とβ２の角度割合β１／β２を１以上にすると、第１テーパ部のテーパ半角β１が大きくなり、刃部と第１テーパ部との境界部分で径寸法が急に変化して応力集中が生じたり、追い込み加工が可能な傾斜面の許容範囲が狭くなったりするため、角度割合β１／β２は１未満にする必要があり、０．８以下が望ましい。逆に角度割合β１／β２が０．５未満になると、第１テーパ部のテーパ半角β１が小さくなって剛性や機械的強度が低下するとともに、テーパ半角β２との差が大きくなって第１テーパ部と第２テーパ部との境界部分で応力集中が生じ易くなるため、角度割合β１／β２は０．５以上にする必要がある。
【００１６】
第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２については、７Ｄ以上になると第１テーパ部の剛性や機械的強度が低下して折損し易くなるため、長さ寸法Ｌ２は７Ｄ未満にする必要がある。なお、この長さ寸法Ｌ２は、追い込み加工を行なう傾斜面の高さ寸法等に応じて、７Ｄ未満で適宜定められ、例えば３Ｄ以上で設定される。
【００１７】
第２発明の凹円弧形状部は、例えば軸方向の外形線が一定の半径Ｒで湾曲させられるように構成されるが、第１発明の実施に際しては、例えばシャンクに向かうに従って曲率が連続的に大きくなるなど、曲率が変化している凹円弧形状部を採用することもできる。凹円弧形状部が一定の半径Ｒで湾曲させられている場合には、その設計や加工が容易で、高い寸法精度で凹円弧形状部を加工することができる。
【００１８】
シャンクは、例えば外径が一定の円柱形状のストレートシャンクが好適に用いられるが、径寸法が直線的に変化しているテーパシャンクを採用することも可能で、少なくとも先端部が円形状を成していれば良い。
【００１９】
シャンクから刃部の先端までの突出寸法が大きくなると、剛性や機械的強度が低下するため、例えば前記刃部の底刃と外周刃とを接続しているコーナと前記シャンクの先端外周縁とを結ぶ傾斜直線Ｓが、中心線Ｏに対して傾斜する先端半角αが、１５°以上になるように、前記第１テーパ部および第２テーパ部を有する径増大部を刃部とシャンクとの間に設けることが望ましい。第２テーパ部とシャンクとの間に、第２テーパ部の後端に滑らかに接続されるとともに軸方向の外形線が一定の半径Ｒで湾曲する凹円弧形状部を備えている場合には、所定の長さ寸法の第１テーパ部および第２テーパ部を確保する上で、先端半角αが３５°以下の範囲で径増大部を構成することが望ましい。
【００２０】
シャンクの先端部の外径ｄは、そのシャンクを把持するホルダの規格等に応じて適宜定められる一方、シャンクから刃部の先端までの突出寸法Ｌ３は、前記先端半角αおよびシャンクの外径ｄに応じて定まり、例えばｄ≒４ｍｍで、先端半角α≒１５°であれば、突出寸法Ｌ３は７．４ｍｍ程度になり、突出寸法Ｌ３が７．４ｍｍ以下になるように径増大部を構成するようにしても良い。ｄ≒５ｍｍで、先端半角α≒１５°であれば、突出寸法Ｌ３は９．３ｍｍ程度になり、ｄ≒１０ｍｍで、先端半角α≒１５°であれば、突出寸法Ｌ３は１８．６ｍｍ程度になるが、剛性や機械的強度は突出寸法Ｌ３が大きくなるのに伴って低下するため、シャンクの外径ｄが大きくなるに従って前記先端半角αを大きくすることが望ましい。例えば、シャンクの先端部の外径ｄの大きさに拘らず、突出寸法Ｌ３が所定値（例えば７．４ｍｍ）以下になるように先端半角αを設定するようにしても良い。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である２枚刃の小径超硬エンドミル１０を示す図で、(a) は中心線Ｏと直角方向から見た拡大正面図、(b) は先端部分を更に拡大して示す正面図、(c) は刃部１４および第１テーパ部３０付近を更に拡大して示す正面図、(d) は刃部１４を更に拡大して示す正面図である。この小径超硬エンドミル１０は、超硬合金にて構成されているとともに、円柱形状のシャンク（ストレートシャンク）１２と、そのシャンク１２の先端側に設けられた刃部１４と、それ等の間の径増大部１６とが、共通の中心線Ｏ上に一体に設けられている。刃部１４は、ストレート刃のエンドミルとして機能するもので、径増大部１６の先端部分すなわち第１テーパ部３０に達するように一対のねじれ溝１８が砥石による研削加工によって設けられており、そのねじれ溝１８に沿って径寸法が一定の外周刃２０が形成されているとともに、軸方向の先端部には、その外周刃２０に連続して底刃２２が設けられている。底刃２２の外径Ｄすなわち工具径は０．５ｍｍ以下で、本実施例では０．０５ｍｍであり、刃長Ｌ１は０．０７５ｍｍである。また、シャンク１２の外径ｄは４ｍｍである。
【００２２】
前記径増大部１６は、刃部１４からシャンク１２側へ向かうに従って径寸法が連続的に大きくされた部分で、刃部１４側から第１テーパ部３０、第２テーパ部３２、および凹円弧形状部３４を備えている。第１テーパ部３０は、刃部１４の後端と同じ外径（底刃２２の外径Ｄ）からテーパ半角β１で径寸法が直線的に大きくなるテーパ形状（截頭円錐形状）を成しており、刃部１４の後端に連続して設けられている。第２テーパ部３２は、第１テーパ部３０の後端と同じ外径から上記テーパ半角β１よりも大きいテーパ半角β２で径寸法が直線的に大きくなるテーパ形状（截頭円錐形状）を成しており、第１テーパ部３０の後端に連続して設けられている。また、凹円弧形状部３４は、第２テーパ部３２とシャンク１２との間に設けられており、第２テーパ部３２の後端に滑らかに接続されるとともに軸方向の外形線が凹円弧状となるように径寸法が非線形に増大させられてシャンク１２の先端外周縁に達している。この凹円弧形状部３４の軸方向の外形線は、一定の半径Ｒで湾曲させられており、第２テーパ部３２との境界（接続部）では円弧の接線が第２テーパ部３２の外周面（テーパの母線）と一致している。
【００２３】
上記第１テーパ部３０、第２テーパ部３２、および凹円弧形状部３４は、底刃２２と外周刃２０とを接続しているコーナＣ１とシャンク１２の先端外周縁Ｃ２とを結ぶ傾斜直線Ｓが、中心線Ｏに対して傾斜する先端半角αが、１５°〜３５°の範囲内となるように構成されている。また、第２テーパ部３２のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する第１テーパ部３０のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２は底刃２２の外径Ｄの７倍未満である。本実施例では、第１テーパ部３０のテーパ半角β１＝５°、第２テーパ部３２のテーパ半角β２＝１０°、凹円弧形状部３４の半径Ｒ＝３ｍｍ、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２＝０．１５ｍｍ＝３Ｄで、先端半角αが２５°となるように設計されており、シャンク１２から刃部１４の先端までの突出寸法Ｌ３は約４．３ｍｍである。
【００２４】
このような本実施例の小径超硬エンドミル１０によれば、刃部１４に連続して第１テーパ部３０および第２テーパ部３２が設けられているとともに、第２テーパ部３２のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する第１テーパ部３０のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、且つその第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２は底刃２２の外径Ｄに対して７Ｄ未満であるため、テーパ半角β２が比較的大きい第２テーパ部３２の存在で剛性や機械的強度が向上するとともに、第１テーパ部３０のテーパ半角β１は２．５°以上、１０°未満となり、且つその長さ寸法Ｌ２は７Ｄ未満であるため、テーパ半角β１を比較的小さく維持しつつ所定の剛性および機械的強度を確保することができる。また、第１テーパ部３０のテーパ半角β１は２．５°以上、１０°未満であることから、その第１テーパ部３０とストレートの刃部１４との境界部分における径寸法の急な変化による応力集中が抑制されるとともに、第１テーパ部３０のテーパ半角β１と第２テーパ部３２のテーパ半角β２の角度割合β１／β２が０．５以上、１．０未満で、そのテーパ半角β１、β２の差が比較的小さいため、それ等の境界部分における径寸法の急な変化による応力集中も抑制される。
【００２５】
このように、第１テーパ部３０および第２テーパ部３２では所定の剛性および機械的強度が得られるとともに、第１テーパ部３０と刃部１４との境界部分、および第１テーパ部３０と第２テーパ部３２との境界部分における応力集中が共に抑制されるため、底刃２２の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルにおいても工具の撓み変形や折損が抑制され、切削加工時に高い加工精度が得られるとともに耐久性が向上する一方、刃部１４の研削加工時やホルダに装着する際の段取り時等における折損も抑制されて、取り扱いが容易になる。
【００２６】
また、第１テーパ部３０のテーパ半角β１が比較的小さく維持されるため、そのテーパ半角β１や第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２に応じて、追い込み加工が可能な傾斜面の傾斜角度や高さの許容範囲が拡大される。図２は、傾斜した側壁面或いは溝の内壁面を構成する傾斜面４０の追い込み加工を説明する図で、第１テーパ部３０の存在で比較的高い急な傾斜面４０を、その傾斜面４０に沿って小径超硬エンドミル１０を所定の切込み寸法で前進させながら追い込み加工することができるが、二点鎖線で示すように第１テーパ部３０を設けることなく第２テーパ部３２を刃部１４に連続して直接設けた場合には、その第２テーパ部３２が傾斜面４０の上端部と干渉して追い込み加工が不可になる。一方、第２テーパ部３２を設けることなく第１テーパ部３０を延長した場合には、テーパ半角β１が小さいとともに径寸法が小さいため、剛性や機械的強度が十分に得られない。
【００２７】
また、本実施例では第２テーパ部３２とシャンク１２との間に凹円弧形状部３４を備えているため、径寸法の急な変化による応力集中を防止しつつシャンク１２から刃部１４の先端までの突出寸法を短くすることが可能で、シャンク１２から刃部１４までの剛性や機械的強度を全体的に向上させることができる。本実施例では先端半角αが１５°以上になるように上記凹円弧形状部３４および前記第１テーパ部３０、第２テーパ部３２から成る径増大部１６が構成されているため、シャンク１２から刃部１４の先端までの突出寸法Ｌ３が小さくなり、刃部１４を含む突出部分の機械的強度や剛性が高くなって工具の撓み変形や折損が抑制される。
【００２８】
また、凹円弧形状部３４が一定の半径Ｒで湾曲させられているため、その設計や加工が容易で、高い寸法精度で凹円弧形状部３４を加工することができる。
【００２９】
また、先端半角αが３５°以下とされているため、追い込み加工の可能範囲を拡大したり径寸法の急な変化による応力集中を防止したりする第１テーパ部３０および第２テーパ部３２として所定長さを確保しつつ、一定の半径Ｒの凹円弧形状部３４によってシャンク１２と同じ外径ｄまで径寸法を滑らかに増大させることができる。
【００３０】
図３は、前記先端半角αを種々変更して、径増大部１６を設計した場合の形状を具体的に説明する図で、何れも第１テーパ部３０のテーパ半角β１は５°、第２テーパ部３２のテーパ半角β２は１０°、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２は３Ｄすなわち０．１５ｍｍである。図３の(a) は先端半角α＝１８°の場合で、半径Ｒ＝３ｍｍであり、突出寸法Ｌ３は約６ｍｍである。(b) は先端半角α＝２３°の場合で、半径Ｒ＝３ｍｍであり、突出寸法Ｌ３は約４．７ｍｍである。(c) は先端半角α＝３０°の場合で、半径Ｒ＝３ｍｍであり、突出寸法Ｌ３は約３．４ｍｍである。(d) は先端半角α＝３７°の場合で、半径Ｒ＝２．５ｍｍであり、突出寸法Ｌ３は約２．６ｍｍである。この(d) では、一応第２テーパ部３２が存在するが、その長さ寸法が短く、径寸法の急な変化による応力集中を防止するという第２テーパ部３２の効果が必ずしも十分に得られないとともに、半径Ｒが小さくなって径寸法の変化が大きくなるため、シャンク１２の外径ｄによっても異なるが、先端半角αは３５°以下が望ましい。
【００３１】
また、図４は、第１テーパ部３０のテーパ半角β１、第２テーパ部３２のテーパ半角β２、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２が異なる１４種類の試験品Ａ〜Ｎをそれぞれ３本（No１〜No３）ずつ用意し、以下の加工条件で溝切削加工を行なって工具折損までの切削距離（耐久性）を調べた結果を説明する図である。なお、テーパ半角β１、β２、長さ寸法Ｌ２以外の工具諸元は同じで、工具径すなわち底刃２２の外径Ｄ＝０．０５ｍｍ、刃数は２枚、刃長Ｌ１＝０．０７５ｍｍ、先端半角α＝２５°、凹円弧形状部３４の半径Ｒ＝３ｍｍである。
《加工条件》
・被削材：プリハードン鋼（ＨＲＣ４０）
・被削材寸法：１００ｍｍ×３０ｍｍ、板厚５ｍｍ
・回転数：３５０００ｍｉｎ-1
・切込み：０．００２ｍｍ
・送り：４０ｍｍ／ｍｉｎ
・加工溝形状：長さ１００ｍｍ、幅０．０５ｍｍ、深さ０．０５ｍｍ
・加工方法：長さ１００ｍｍの溝を深さ（切込み）０．００２ｍｍずつステップ加工
【００３２】
図４の切削距離は、ステップ加工の合計切削距離で、例えば切削距離が２２５ｍｍの場合は、切込み０．００２ｍｍで長さ１００ｍｍの溝加工を２回行なった後、３回目の溝加工の途中（２５ｍｍ）で工具が折損したことを意味している。また、評価の欄の「○」は合格、「×」は不合格を意味し、平均切削距離が２００ｍｍ以上の場合を「○」、２００ｍｍ未満を「×」とした。
【００３３】
図４において網掛けを施した欄は、テーパ半角β２が５°以上、２０°未満の範囲から外れているか、角度割合β１／β２が０．５以上、１．０未満の範囲から外れているか、或いは第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２が７Ｄ未満の範囲を外れている項目である。すなわち、網掛けを施した項目を有する試験品種類Ｃ、Ｄ、Ｇ、Ｋ〜Ｎは何れも比較品で、切削距離が２００ｍｍに達する前に工具が折損したのに対し、それ以外の試験品種類Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｆ、Ｈ〜Ｊは本発明品で、何れも切削距離が２００ｍｍを超えている。
【００３４】
また、図５は、先端半角αを１０°〜３０°の範囲内で変更して溝の加工精度を調べた結果を説明する図である。すなわち、先端半角α＝１０°、１５°、２０°、２５°、３０°の５種類の小径超硬エンドミル１０をそれぞれ３本（No１〜No３）ずつ用意し、深さ０．００２ｍｍの溝切削加工を行なって溝幅を顕微鏡で測定し、加工前の実際の刃径（外径Ｄ）と比較した。加工条件は、前記図４の耐久性試験の時と同じであるが、切込み０．００２ｍｍで１回だけ溝加工を行なって溝幅寸法を測定した。また、溝幅および刃径（外径Ｄ）を測定する測定顕微鏡の測定精度は０．２μｍである。なお、先端半角α以外の工具諸元は同じで、工具径すなわち底刃２２の外径Ｄ＝０．０５ｍｍ、刃数は２枚、刃長Ｌ１＝０．０７５ｍｍ、テーパ半角β１＝５°、β２＝１０°、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２＝０．１５ｍｍ（３Ｄ）、凹円弧形状部３４の半径Ｒ＝３ｍｍである。
【００３５】
図５の結果から明らかなように、先端半角αが１５°〜３０°の場合は、何れも差の平均が０．００１ｍｍ以下であったのに対し、先端半角α＝１０°の場合は、差の平均が０．００３７７ｍｍで、先端半角α＝１５°〜３０°の場合の３倍以上である。これは、先端半角αが小さくなるに従ってシャンク１２からの突出寸法Ｌ３が大きくなり、先端半角α＝１０°の場合には突出寸法Ｌ３≒１１ｍｍになるため、工具の撓み変形による振れで溝幅が拡大するものと考えられる。なお、評価の欄の「○」は合格、「×」は不合格を意味し、差の平均が０．００１ｍｍ以下の場合を「○」、０．００１ｍｍを超える場合を「×」とした。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用された小径超硬エンドミルを説明する図で、(a) は中心線Ｏと直角方向から見た拡大正面図、(b) は先端部分を更に拡大して示した正面図、(c) は刃部および第１テーパ部付近を更に拡大して示す正面図、(d) は刃部を更に拡大して示す正面図である。
【図２】図１の小径超硬エンドミルを用いて傾斜面を追い込み加工する場合を説明する断面図である。
【図３】先端半角αを種々変更して径増大部を設計した場合の形状を具体的に示す図で、(a) はα＝１８°の場合、(b) はα＝２３°の場合、(c) はα＝３０°の場合、(d) はα＝３７°の場合である。
【図４】テーパ半角β１、β２、第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２が異なる複数種類の試験品を用いて折損までの耐久性を調べた結果を説明する図である。
【図５】先端半角αが異なる複数種類の試験品を用いて加工精度を調べた結果を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０：小径超硬エンドミル １２：シャンク １４：刃部 ２０：外周刃 ２２：底刃 ３０：第１テーパ部 ３２：第２テーパ部 ３４：凹円弧形状部 Ｏ：中心線 β１、β２：テーパ半角 Ｄ：底刃の外径 Ｌ２：第１テーパ部の長さ寸法
【技術分野】
【０００１】
本発明は小径超硬エンドミルに係り、特に、工具の撓み変形や折損を抑制して加工精度および耐久性を向上させるとともに、傾斜面の追い込み加工にも好適に用いられる小径超硬エンドミルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金にて構成されているとともに、底刃および外周刃を有する刃部がシャンクの先端側に同軸に一体に設けられており、且つその底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルが提案されている。特許文献１に記載のエンドミルはその一例で、シャンクの先端側には、径寸法が直線的に小さくなる第１テーパ部と、径寸法が一定の首部と、径寸法が直線的に小さくなる第２テーパ部と、を介して小径の刃部が一体に設けられている。
【０００３】
また、特許文献２は、底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以上のエンドミルに関するものであるが、(a) 前記刃部の後端からシャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、その刃部の後端と同じ外径からテーパ半角（テーパ角度の１／２）β１で径寸法が直線的に大きくなる第１テーパ部と、(b) その第１テーパ部とシャンクとの間に設けられるとともに、その第１テーパ部の後端と同じ外径から前記テーパ半角β１よりも大きいテーパ半角β２で径寸法が直線的に大きくなってシャンクに達する第２テーパ部と、を備えている。このような２段階テーパのエンドミルにおいては、第１テーパ部のテーパ半角β１を小さくすることにより、傾斜面の追い込み加工にも好適に用いられる。傾斜面の追い込み加工とは、目的とする傾斜面に沿ってエンドミルをステップ的に移動（前進）させながら、その傾斜面を切削加工するもので、傾斜した側壁面や溝の内壁面の加工などに用いられている。
【特許文献１】特開２００６−８８２２９号公報
【特許文献２】特開２００４−２０２６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の小径超硬エンドミルは、シャンクから刃部の先端までの突出寸法が大きくなるため、剛性や機械的強度を確保することが困難で、切削加工時に撓み変形や折損が生じ易く、十分な加工精度や耐久性が得られ難いばかりでなく、刃部の研削加工時やホルダに装着する際の段取り時等にも折損する可能性があり、取り扱いが容易でなかった。
【０００５】
これに対して、特許文献２に記載の小径超硬エンドミルは、第２テーパ部のテーパ半角β２が比較的大きい（図面では約４０°）ため、シャンクから刃部の先端までの突出寸法が短くなるが、第１テーパ部のテーパ半角β１が小さい（実施例では１°３０′）ため、刃部の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径の超硬エンドミルにおいては、その第１テーパ部の径寸法も小さくなり、十分な剛性や強度が得られ難い。また、第１テーパ部に対して第２テーパ部のテーパ半角β２が極端に大きくなっているため、それ等の第１テーパ部と第２テーパ部との境界部分では径寸法の急な変化で応力集中が生じ易く、刃部の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径の超硬エンドミルにおいては、その応力集中による折損が問題になる。
【０００６】
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、底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルにおいて、工具の撓み変形や折損を抑制して加工精度および耐久性を向上させるとともに、刃部の研削加工時や段取り時等の取り扱いを容易にする一方、傾斜面の追い込み加工にも好適に用いられるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、超硬合金にて構成されているとともに、底刃および外周刃を有する刃部がシャンクの先端側に同軸に一体に設けられており、且つその底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルであって、(a) 前記刃部の後端から前記シャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、その刃部の後端と同じ外径からテーパ半角β１で径寸法が直線的に大きくなる第１テーパ部と、(b) その第１テーパ部の後端から前記シャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、その第１テーパ部の後端と同じ外径から前記テーパ半角β１よりも大きいテーパ半角β２で径寸法が直線的に大きくなる第２テーパ部と、を備えており、且つ、(c) 前記第２テーパ部のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する前記第１テーパ部のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、その第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２は前記底刃の外径Ｄの７倍未満であることを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明の小径超硬エンドミルにおいて、前記第２テーパ部と前記シャンクとの間には、その第２テーパ部の後端に滑らかに接続されるとともに、軸方向の外形線が凹円弧状となるように径寸法が非線形に増大させられてそのシャンクの先端外周縁に達している凹円弧形状部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このような小径超硬エンドミルにおいては、刃部に連続して第１テーパ部および第２テーパ部が設けられているとともに、第２テーパ部のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する第１テーパ部のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、且つその第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２は底刃の外径Ｄに対して７Ｄ未満であるため、テーパ半角β２が比較的大きい第２テーパ部の存在で剛性や機械的強度が向上するとともに、第１テーパ部のテーパ半角β１は２．５°以上、１０°未満になり、且つ長さ寸法Ｌ２は７Ｄ未満であるため、テーパ半角β１を比較的小さく維持しつつ所定の剛性および機械的強度を確保することができる。また、第１テーパ部のテーパ半角β１は２．５°以上、１０°未満であることから、その第１テーパ部と刃部１４との境界部分における径寸法の急な変化による応力集中が抑制されるとともに、第１テーパ部のテーパ半角β１と第２テーパ部のテーパ半角β２の角度割合β１／β２が０．５以上、１．０未満で、そのテーパ半角β１、β２の差が比較的小さいため、それ等の境界部分における径寸法の急な変化による応力集中も抑制される。
【００１０】
このように、第１テーパ部および第２テーパ部では所定の剛性および機械的強度が得られるとともに、第１テーパ部と刃部との境界部分や第１テーパ部と第２テーパ部との境界部分における応力集中も抑制されるため、底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルにおいても工具の撓み変形や折損が抑制され、切削加工時に高い加工精度が得られるとともに耐久性が向上する一方、刃部の研削加工時やホルダに装着する際の段取り時等における折損も抑制されて、取り扱いが容易になる。また、第１テーパ部のテーパ半角β１が比較的小さく維持されるため、そのテーパ半角β１や第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２に応じて、追い込み加工が可能な傾斜面の傾斜角度や高さの許容範囲が拡大される。
【００１１】
第２発明では、第２テーパ部とシャンクとの間に凹円弧形状部を備えているため、径寸法の急な変化による応力集中を防止しつつシャンクから刃部の先端までの突出寸法を短くすることが可能で、シャンクから刃部までの剛性や機械的強度を全体的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の小径超硬エンドミルは、底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下であれば良く、その外径Ｄと同じ一定の径寸法の外周刃を備えているストレート刃のエンドミルや、径寸法が外径Ｄから直線的に大きくなるテーパ刃エンドミルに好適に適用されるが、底刃が半球面上に設けられているボールエンドミルなどの他のエンドミルにも適用され得る。本発明は外径Ｄが０．１ｍｍ以下のエンドミルに好適に適用される一方、外径Ｄが０．５ｍｍより大きいエンドミルについても、本発明と同様に構成することが可能である。
【００１３】
刃部には、切り屑排出用の溝が形成され、その溝に沿って外周刃が設けられるとともに、その外周刃に連続するように底刃が設けられる。溝としてはねじれ溝が望ましいが、加工が容易な直溝を採用することもできる。溝数すなわち刃数は、極めて小径であることから２本（２枚刃）が適当であるが、１本（１枚刃）または３本（３枚刃）以上とすることも可能である。
【００１４】
第２テーパ部のテーパ半角β２が２０°以上になると、第１テーパ部との境界や、その第１テーパ部と刃部との境界部分で径寸法が急に変化し、応力集中により折損が生じ易くなるため、テーパ半角β２は２０°未満にする必要があり、１８°以下、更には１５°以下が望ましい。逆にテーパ半角β２が５°未満になると、第２テーパ部の径寸法が小さいとともにシャンクから刃部までの突出寸法が大きくなって剛性や機械的強度が低下するため、テーパ半角β２は５°以上にする必要がある。
【００１５】
テーパ半角β１とβ２の角度割合β１／β２を１以上にすると、第１テーパ部のテーパ半角β１が大きくなり、刃部と第１テーパ部との境界部分で径寸法が急に変化して応力集中が生じたり、追い込み加工が可能な傾斜面の許容範囲が狭くなったりするため、角度割合β１／β２は１未満にする必要があり、０．８以下が望ましい。逆に角度割合β１／β２が０．５未満になると、第１テーパ部のテーパ半角β１が小さくなって剛性や機械的強度が低下するとともに、テーパ半角β２との差が大きくなって第１テーパ部と第２テーパ部との境界部分で応力集中が生じ易くなるため、角度割合β１／β２は０．５以上にする必要がある。
【００１６】
第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２については、７Ｄ以上になると第１テーパ部の剛性や機械的強度が低下して折損し易くなるため、長さ寸法Ｌ２は７Ｄ未満にする必要がある。なお、この長さ寸法Ｌ２は、追い込み加工を行なう傾斜面の高さ寸法等に応じて、７Ｄ未満で適宜定められ、例えば３Ｄ以上で設定される。
【００１７】
第２発明の凹円弧形状部は、例えば軸方向の外形線が一定の半径Ｒで湾曲させられるように構成されるが、第１発明の実施に際しては、例えばシャンクに向かうに従って曲率が連続的に大きくなるなど、曲率が変化している凹円弧形状部を採用することもできる。凹円弧形状部が一定の半径Ｒで湾曲させられている場合には、その設計や加工が容易で、高い寸法精度で凹円弧形状部を加工することができる。
【００１８】
シャンクは、例えば外径が一定の円柱形状のストレートシャンクが好適に用いられるが、径寸法が直線的に変化しているテーパシャンクを採用することも可能で、少なくとも先端部が円形状を成していれば良い。
【００１９】
シャンクから刃部の先端までの突出寸法が大きくなると、剛性や機械的強度が低下するため、例えば前記刃部の底刃と外周刃とを接続しているコーナと前記シャンクの先端外周縁とを結ぶ傾斜直線Ｓが、中心線Ｏに対して傾斜する先端半角αが、１５°以上になるように、前記第１テーパ部および第２テーパ部を有する径増大部を刃部とシャンクとの間に設けることが望ましい。第２テーパ部とシャンクとの間に、第２テーパ部の後端に滑らかに接続されるとともに軸方向の外形線が一定の半径Ｒで湾曲する凹円弧形状部を備えている場合には、所定の長さ寸法の第１テーパ部および第２テーパ部を確保する上で、先端半角αが３５°以下の範囲で径増大部を構成することが望ましい。
【００２０】
シャンクの先端部の外径ｄは、そのシャンクを把持するホルダの規格等に応じて適宜定められる一方、シャンクから刃部の先端までの突出寸法Ｌ３は、前記先端半角αおよびシャンクの外径ｄに応じて定まり、例えばｄ≒４ｍｍで、先端半角α≒１５°であれば、突出寸法Ｌ３は７．４ｍｍ程度になり、突出寸法Ｌ３が７．４ｍｍ以下になるように径増大部を構成するようにしても良い。ｄ≒５ｍｍで、先端半角α≒１５°であれば、突出寸法Ｌ３は９．３ｍｍ程度になり、ｄ≒１０ｍｍで、先端半角α≒１５°であれば、突出寸法Ｌ３は１８．６ｍｍ程度になるが、剛性や機械的強度は突出寸法Ｌ３が大きくなるのに伴って低下するため、シャンクの外径ｄが大きくなるに従って前記先端半角αを大きくすることが望ましい。例えば、シャンクの先端部の外径ｄの大きさに拘らず、突出寸法Ｌ３が所定値（例えば７．４ｍｍ）以下になるように先端半角αを設定するようにしても良い。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である２枚刃の小径超硬エンドミル１０を示す図で、(a) は中心線Ｏと直角方向から見た拡大正面図、(b) は先端部分を更に拡大して示す正面図、(c) は刃部１４および第１テーパ部３０付近を更に拡大して示す正面図、(d) は刃部１４を更に拡大して示す正面図である。この小径超硬エンドミル１０は、超硬合金にて構成されているとともに、円柱形状のシャンク（ストレートシャンク）１２と、そのシャンク１２の先端側に設けられた刃部１４と、それ等の間の径増大部１６とが、共通の中心線Ｏ上に一体に設けられている。刃部１４は、ストレート刃のエンドミルとして機能するもので、径増大部１６の先端部分すなわち第１テーパ部３０に達するように一対のねじれ溝１８が砥石による研削加工によって設けられており、そのねじれ溝１８に沿って径寸法が一定の外周刃２０が形成されているとともに、軸方向の先端部には、その外周刃２０に連続して底刃２２が設けられている。底刃２２の外径Ｄすなわち工具径は０．５ｍｍ以下で、本実施例では０．０５ｍｍであり、刃長Ｌ１は０．０７５ｍｍである。また、シャンク１２の外径ｄは４ｍｍである。
【００２２】
前記径増大部１６は、刃部１４からシャンク１２側へ向かうに従って径寸法が連続的に大きくされた部分で、刃部１４側から第１テーパ部３０、第２テーパ部３２、および凹円弧形状部３４を備えている。第１テーパ部３０は、刃部１４の後端と同じ外径（底刃２２の外径Ｄ）からテーパ半角β１で径寸法が直線的に大きくなるテーパ形状（截頭円錐形状）を成しており、刃部１４の後端に連続して設けられている。第２テーパ部３２は、第１テーパ部３０の後端と同じ外径から上記テーパ半角β１よりも大きいテーパ半角β２で径寸法が直線的に大きくなるテーパ形状（截頭円錐形状）を成しており、第１テーパ部３０の後端に連続して設けられている。また、凹円弧形状部３４は、第２テーパ部３２とシャンク１２との間に設けられており、第２テーパ部３２の後端に滑らかに接続されるとともに軸方向の外形線が凹円弧状となるように径寸法が非線形に増大させられてシャンク１２の先端外周縁に達している。この凹円弧形状部３４の軸方向の外形線は、一定の半径Ｒで湾曲させられており、第２テーパ部３２との境界（接続部）では円弧の接線が第２テーパ部３２の外周面（テーパの母線）と一致している。
【００２３】
上記第１テーパ部３０、第２テーパ部３２、および凹円弧形状部３４は、底刃２２と外周刃２０とを接続しているコーナＣ１とシャンク１２の先端外周縁Ｃ２とを結ぶ傾斜直線Ｓが、中心線Ｏに対して傾斜する先端半角αが、１５°〜３５°の範囲内となるように構成されている。また、第２テーパ部３２のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する第１テーパ部３０のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２は底刃２２の外径Ｄの７倍未満である。本実施例では、第１テーパ部３０のテーパ半角β１＝５°、第２テーパ部３２のテーパ半角β２＝１０°、凹円弧形状部３４の半径Ｒ＝３ｍｍ、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２＝０．１５ｍｍ＝３Ｄで、先端半角αが２５°となるように設計されており、シャンク１２から刃部１４の先端までの突出寸法Ｌ３は約４．３ｍｍである。
【００２４】
このような本実施例の小径超硬エンドミル１０によれば、刃部１４に連続して第１テーパ部３０および第２テーパ部３２が設けられているとともに、第２テーパ部３２のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、そのテーパ半角β２に対する第１テーパ部３０のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、且つその第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２は底刃２２の外径Ｄに対して７Ｄ未満であるため、テーパ半角β２が比較的大きい第２テーパ部３２の存在で剛性や機械的強度が向上するとともに、第１テーパ部３０のテーパ半角β１は２．５°以上、１０°未満となり、且つその長さ寸法Ｌ２は７Ｄ未満であるため、テーパ半角β１を比較的小さく維持しつつ所定の剛性および機械的強度を確保することができる。また、第１テーパ部３０のテーパ半角β１は２．５°以上、１０°未満であることから、その第１テーパ部３０とストレートの刃部１４との境界部分における径寸法の急な変化による応力集中が抑制されるとともに、第１テーパ部３０のテーパ半角β１と第２テーパ部３２のテーパ半角β２の角度割合β１／β２が０．５以上、１．０未満で、そのテーパ半角β１、β２の差が比較的小さいため、それ等の境界部分における径寸法の急な変化による応力集中も抑制される。
【００２５】
このように、第１テーパ部３０および第２テーパ部３２では所定の剛性および機械的強度が得られるとともに、第１テーパ部３０と刃部１４との境界部分、および第１テーパ部３０と第２テーパ部３２との境界部分における応力集中が共に抑制されるため、底刃２２の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルにおいても工具の撓み変形や折損が抑制され、切削加工時に高い加工精度が得られるとともに耐久性が向上する一方、刃部１４の研削加工時やホルダに装着する際の段取り時等における折損も抑制されて、取り扱いが容易になる。
【００２６】
また、第１テーパ部３０のテーパ半角β１が比較的小さく維持されるため、そのテーパ半角β１や第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２に応じて、追い込み加工が可能な傾斜面の傾斜角度や高さの許容範囲が拡大される。図２は、傾斜した側壁面或いは溝の内壁面を構成する傾斜面４０の追い込み加工を説明する図で、第１テーパ部３０の存在で比較的高い急な傾斜面４０を、その傾斜面４０に沿って小径超硬エンドミル１０を所定の切込み寸法で前進させながら追い込み加工することができるが、二点鎖線で示すように第１テーパ部３０を設けることなく第２テーパ部３２を刃部１４に連続して直接設けた場合には、その第２テーパ部３２が傾斜面４０の上端部と干渉して追い込み加工が不可になる。一方、第２テーパ部３２を設けることなく第１テーパ部３０を延長した場合には、テーパ半角β１が小さいとともに径寸法が小さいため、剛性や機械的強度が十分に得られない。
【００２７】
また、本実施例では第２テーパ部３２とシャンク１２との間に凹円弧形状部３４を備えているため、径寸法の急な変化による応力集中を防止しつつシャンク１２から刃部１４の先端までの突出寸法を短くすることが可能で、シャンク１２から刃部１４までの剛性や機械的強度を全体的に向上させることができる。本実施例では先端半角αが１５°以上になるように上記凹円弧形状部３４および前記第１テーパ部３０、第２テーパ部３２から成る径増大部１６が構成されているため、シャンク１２から刃部１４の先端までの突出寸法Ｌ３が小さくなり、刃部１４を含む突出部分の機械的強度や剛性が高くなって工具の撓み変形や折損が抑制される。
【００２８】
また、凹円弧形状部３４が一定の半径Ｒで湾曲させられているため、その設計や加工が容易で、高い寸法精度で凹円弧形状部３４を加工することができる。
【００２９】
また、先端半角αが３５°以下とされているため、追い込み加工の可能範囲を拡大したり径寸法の急な変化による応力集中を防止したりする第１テーパ部３０および第２テーパ部３２として所定長さを確保しつつ、一定の半径Ｒの凹円弧形状部３４によってシャンク１２と同じ外径ｄまで径寸法を滑らかに増大させることができる。
【００３０】
図３は、前記先端半角αを種々変更して、径増大部１６を設計した場合の形状を具体的に説明する図で、何れも第１テーパ部３０のテーパ半角β１は５°、第２テーパ部３２のテーパ半角β２は１０°、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２は３Ｄすなわち０．１５ｍｍである。図３の(a) は先端半角α＝１８°の場合で、半径Ｒ＝３ｍｍであり、突出寸法Ｌ３は約６ｍｍである。(b) は先端半角α＝２３°の場合で、半径Ｒ＝３ｍｍであり、突出寸法Ｌ３は約４．７ｍｍである。(c) は先端半角α＝３０°の場合で、半径Ｒ＝３ｍｍであり、突出寸法Ｌ３は約３．４ｍｍである。(d) は先端半角α＝３７°の場合で、半径Ｒ＝２．５ｍｍであり、突出寸法Ｌ３は約２．６ｍｍである。この(d) では、一応第２テーパ部３２が存在するが、その長さ寸法が短く、径寸法の急な変化による応力集中を防止するという第２テーパ部３２の効果が必ずしも十分に得られないとともに、半径Ｒが小さくなって径寸法の変化が大きくなるため、シャンク１２の外径ｄによっても異なるが、先端半角αは３５°以下が望ましい。
【００３１】
また、図４は、第１テーパ部３０のテーパ半角β１、第２テーパ部３２のテーパ半角β２、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２が異なる１４種類の試験品Ａ〜Ｎをそれぞれ３本（No１〜No３）ずつ用意し、以下の加工条件で溝切削加工を行なって工具折損までの切削距離（耐久性）を調べた結果を説明する図である。なお、テーパ半角β１、β２、長さ寸法Ｌ２以外の工具諸元は同じで、工具径すなわち底刃２２の外径Ｄ＝０．０５ｍｍ、刃数は２枚、刃長Ｌ１＝０．０７５ｍｍ、先端半角α＝２５°、凹円弧形状部３４の半径Ｒ＝３ｍｍである。
《加工条件》
・被削材：プリハードン鋼（ＨＲＣ４０）
・被削材寸法：１００ｍｍ×３０ｍｍ、板厚５ｍｍ
・回転数：３５０００ｍｉｎ-1
・切込み：０．００２ｍｍ
・送り：４０ｍｍ／ｍｉｎ
・加工溝形状：長さ１００ｍｍ、幅０．０５ｍｍ、深さ０．０５ｍｍ
・加工方法：長さ１００ｍｍの溝を深さ（切込み）０．００２ｍｍずつステップ加工
【００３２】
図４の切削距離は、ステップ加工の合計切削距離で、例えば切削距離が２２５ｍｍの場合は、切込み０．００２ｍｍで長さ１００ｍｍの溝加工を２回行なった後、３回目の溝加工の途中（２５ｍｍ）で工具が折損したことを意味している。また、評価の欄の「○」は合格、「×」は不合格を意味し、平均切削距離が２００ｍｍ以上の場合を「○」、２００ｍｍ未満を「×」とした。
【００３３】
図４において網掛けを施した欄は、テーパ半角β２が５°以上、２０°未満の範囲から外れているか、角度割合β１／β２が０．５以上、１．０未満の範囲から外れているか、或いは第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２が７Ｄ未満の範囲を外れている項目である。すなわち、網掛けを施した項目を有する試験品種類Ｃ、Ｄ、Ｇ、Ｋ〜Ｎは何れも比較品で、切削距離が２００ｍｍに達する前に工具が折損したのに対し、それ以外の試験品種類Ａ、Ｂ、Ｅ、Ｆ、Ｈ〜Ｊは本発明品で、何れも切削距離が２００ｍｍを超えている。
【００３４】
また、図５は、先端半角αを１０°〜３０°の範囲内で変更して溝の加工精度を調べた結果を説明する図である。すなわち、先端半角α＝１０°、１５°、２０°、２５°、３０°の５種類の小径超硬エンドミル１０をそれぞれ３本（No１〜No３）ずつ用意し、深さ０．００２ｍｍの溝切削加工を行なって溝幅を顕微鏡で測定し、加工前の実際の刃径（外径Ｄ）と比較した。加工条件は、前記図４の耐久性試験の時と同じであるが、切込み０．００２ｍｍで１回だけ溝加工を行なって溝幅寸法を測定した。また、溝幅および刃径（外径Ｄ）を測定する測定顕微鏡の測定精度は０．２μｍである。なお、先端半角α以外の工具諸元は同じで、工具径すなわち底刃２２の外径Ｄ＝０．０５ｍｍ、刃数は２枚、刃長Ｌ１＝０．０７５ｍｍ、テーパ半角β１＝５°、β２＝１０°、第１テーパ部３０の長さ寸法Ｌ２＝０．１５ｍｍ（３Ｄ）、凹円弧形状部３４の半径Ｒ＝３ｍｍである。
【００３５】
図５の結果から明らかなように、先端半角αが１５°〜３０°の場合は、何れも差の平均が０．００１ｍｍ以下であったのに対し、先端半角α＝１０°の場合は、差の平均が０．００３７７ｍｍで、先端半角α＝１５°〜３０°の場合の３倍以上である。これは、先端半角αが小さくなるに従ってシャンク１２からの突出寸法Ｌ３が大きくなり、先端半角α＝１０°の場合には突出寸法Ｌ３≒１１ｍｍになるため、工具の撓み変形による振れで溝幅が拡大するものと考えられる。なお、評価の欄の「○」は合格、「×」は不合格を意味し、差の平均が０．００１ｍｍ以下の場合を「○」、０．００１ｍｍを超える場合を「×」とした。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用された小径超硬エンドミルを説明する図で、(a) は中心線Ｏと直角方向から見た拡大正面図、(b) は先端部分を更に拡大して示した正面図、(c) は刃部および第１テーパ部付近を更に拡大して示す正面図、(d) は刃部を更に拡大して示す正面図である。
【図２】図１の小径超硬エンドミルを用いて傾斜面を追い込み加工する場合を説明する断面図である。
【図３】先端半角αを種々変更して径増大部を設計した場合の形状を具体的に示す図で、(a) はα＝１８°の場合、(b) はα＝２３°の場合、(c) はα＝３０°の場合、(d) はα＝３７°の場合である。
【図４】テーパ半角β１、β２、第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２が異なる複数種類の試験品を用いて折損までの耐久性を調べた結果を説明する図である。
【図５】先端半角αが異なる複数種類の試験品を用いて加工精度を調べた結果を説明する図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０：小径超硬エンドミル １２：シャンク １４：刃部 ２０：外周刃 ２２：底刃 ３０：第１テーパ部 ３２：第２テーパ部 ３４：凹円弧形状部 Ｏ：中心線 β１、β２：テーパ半角 Ｄ：底刃の外径 Ｌ２：第１テーパ部の長さ寸法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金にて構成されているとともに、底刃および外周刃を有する刃部がシャンクの先端側に同軸に一体に設けられており、且つ該底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルであって、
前記刃部の後端から前記シャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、該刃部の後端と同じ外径からテーパ半角β１で径寸法が直線的に大きくなる第１テーパ部と、
該第１テーパ部の後端から前記シャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、該第１テーパ部の後端と同じ外径から前記テーパ半角β１よりも大きいテーパ半角β２で径寸法が直線的に大きくなる第２テーパ部と、
を備えており、且つ、
前記第２テーパ部のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、該テーパ半角β２に対する前記第１テーパ部のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、該第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２は前記底刃の外径Ｄの７倍未満である
ことを特徴とする小径超硬エンドミル。
【請求項２】
前記第２テーパ部と前記シャンクとの間には、該第２テーパ部の後端に滑らかに接続されるとともに、軸方向の外形線が凹円弧状となるように径寸法が非線形に増大させられて該シャンクの先端外周縁に達している凹円弧形状部が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の小径超硬エンドミル。
【請求項１】
超硬合金にて構成されているとともに、底刃および外周刃を有する刃部がシャンクの先端側に同軸に一体に設けられており、且つ該底刃の外径Ｄが０．５ｍｍ以下の小径超硬エンドミルであって、
前記刃部の後端から前記シャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、該刃部の後端と同じ外径からテーパ半角β１で径寸法が直線的に大きくなる第１テーパ部と、
該第１テーパ部の後端から前記シャンク側へ向かって連続して設けられるとともに、該第１テーパ部の後端と同じ外径から前記テーパ半角β１よりも大きいテーパ半角β２で径寸法が直線的に大きくなる第２テーパ部と、
を備えており、且つ、
前記第２テーパ部のテーパ半角β２は５°以上、２０°未満で、該テーパ半角β２に対する前記第１テーパ部のテーパ半角β１の角度割合β１／β２は０．５以上、１．０未満で、該第１テーパ部の長さ寸法Ｌ２は前記底刃の外径Ｄの７倍未満である
ことを特徴とする小径超硬エンドミル。
【請求項２】
前記第２テーパ部と前記シャンクとの間には、該第２テーパ部の後端に滑らかに接続されるとともに、軸方向の外形線が凹円弧状となるように径寸法が非線形に増大させられて該シャンクの先端外周縁に達している凹円弧形状部が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の小径超硬エンドミル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−７７１（Ｐ２００９−７７１Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６３０９６（Ｐ２００７−１６３０９６）
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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