硬質焼結体ボールエンドミル
【課題】工具の特性として、特に刃径が２ｍｍ以上の硬質焼結体を有したボールエンドミルについて、先端部中心まで切れ刃を形成させ、なおかつコストを抑えながら製造することが可能な硬質焼結体ボールエンドミルを提供する。
【解決手段】回転により切削加工を行うボールエンドミルであって、切れ刃が硬質焼結体で構成されており、シャンク本体に、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされており、該シャンク本体には該硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝が形成されているとともに、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミルである。
【解決手段】回転により切削加工を行うボールエンドミルであって、切れ刃が硬質焼結体で構成されており、シャンク本体に、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされており、該シャンク本体には該硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝が形成されているとともに、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミルである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質焼結体を用いた切削工具の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金型などの仕上げ切削加工には、ｃＢＮやＰＣＤといった硬質焼結体により切れ刃部を形成したボールエンドミルが使用されている。刃径が２ｍｍ未満の小径ボールエンドミルの場合は、硬質焼結体が工具の先端に位置するように、硬質焼結体をシャンクに接合して、ボールエンドミルを形成することが一般的である。しかし、一方の刃径が２ｍｍ以上の中径もしくは大径のボールエンドミルの場合は、それぞれの切れ刃部となる付近にのみ硬質焼結体をシャンクに接合して形成することが多い。この理由としては素材の製造上の課題から、硬質焼結体を厚くすることに関する技術的な制限があることなどが挙げられる。
【０００３】
しかしながら、対となる切れ刃を有するボールエンドミルにおいて、それぞれの切れ刃部のみに硬質焼結体を接合して形成したボールエンドミルの場合、先端部中心における切れ刃は２枚の硬質焼結体が重なり合うなどして、先端部中心まで切れ刃が形成できないのが現状である。
【０００４】
従来の硬質焼結体を用いたボールエンドミルは先端部中心まで切れ刃が形成されていないために、良好な加工精度、加工面が得られないといった課題や、２枚の硬質焼結体が重なり合うことなどにより切れ刃部に生じる角立ちを起点としてチッピングが生じるなどの寿命面での課題などを抱えていた。
【０００５】
また、ｃＢＮや多結晶ダイヤモンドなどの硬質焼結体を有するボールエンドミルは、超硬合金を素材としたボールエンドミルに比べて硬質焼結体の研削性が悪いことなどから製造コストが高くなるといった問題を抱えている。
【０００６】
ｃＢＮや多結晶ダイヤモンドなどの硬質焼結体を有するボールエンドミルの製造に用いられている、硬質焼結体を有したディスクは、硬質焼結体の厚みによって様々なサイズのものが存在する。エンドミルの製造においても、様々なサイズのものが使用されているが、従来のエンドミルの製造方法においては、エンドミルの直径や切れ刃の刃型などにより、使用できるディスクの種類すなわち使用できる硬質焼結体の厚さが決定されてしまうため、様々な種類のエンドミルを作成する場合には、それぞれに対応する硬質焼結体の厚みを有するディスクを用いなければならず、予め様々な厚さの硬質焼結体を有するディスクを製造しておく必要が生じてしまう。このことも、ｃＢＮや多結晶ダイヤモンドなどの硬質焼結体を有するボールエンドミルが、超硬合金を素材としたボールエンドミルに比べて製造コストが高くなる原因となっている。
【０００７】
加えて、ｃＢＮや多結晶ダイヤモンドなどの硬質焼結体の研削性は超硬合金と比べ悪いため、なるべく硬質焼結体の厚さは薄くした方が、切れ刃を研削加工により形成する際の砥石の寿命を延長させることができる。しかし、従来のエンドミルの製造方法では、大径のボールエンドミルを製造するときにおいて、硬質焼結体を厚くせざるを得ず、大径のボールエンドミルの製造が一層困難になるという問題も生じる。
【０００８】
これらの問題に対して、特に、先端部中心に切れ刃を形成する硬質焼結体をもつ切削工具についていくつかの提案がなされている。
【０００９】
特許文献１には、ミル本体に半リング状のＣＢＮの切削用チップを、半円状の２枚の超硬材により両側から保持することで、切れ刃を一体的に連続して構成させたボールエンドミルが記載されている。
【００１０】
特許文献２には、ＣＢＮ若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体を超硬合金などの工具材料で両側からサンドイッチした切削用チップの製造方法について記載されている。
【００１１】
特許文献３には、ＣＢＮ切れ刃付き式切削工具であり、切れ刃の一部が超硬合金材に裏打ち補強されており、この超硬合金材の１つは工具本体にロウ付け接合されている回転切削工具について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】実開昭６３−１６９２０９号公報
【特許文献２】特許第４１９８８２４号
【特許文献３】特開２００２−２８８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、様々なサイズのボールエンドミル、特に刃径が２ｍｍ以上の硬質焼結体を有したボールエンドミルについて、先端部中心まで切れ刃を形成させ、なおかつコストを抑えながら製造することを目的としている。しかし、従来のエンドミル及びその製造方法では、これらの目的を達成することができない。
【００１４】
特許文献１に記載のボールエンドミルは、無垢のｃＢＮ素材を切れ刃部に使用しており、別となる超硬材により挟み込むようにして形成されている。この場合、先端部中心に切れ刃を形成することは可能であるが、無垢のｃＢＮ素材は割れやすく取り扱いが困難であることや、構造自体が複雑になること、または工具径が小さい場合は、無垢のｃＢＮの厚みを極めて薄くしなければならないことから製造が困難であることなど、様々な課題を抱えており現実的ではない。
【００１５】
特許文献２に記載の切削用チップは、特許文献１と同様に先端部中心に切れ刃を形成することは可能であるが、硬質焼結体の製造時において、高硬度焼結体を超硬合金などの工具材料で両側からサンドイッチするときのプレスの圧力が充分でなく、ｃＢＮ素材の性能が得られにくい。さらに、特許文献２に記載の切削用チップは、高硬度焼結体を超硬合金などの工具材料で両側からサンドイッチした構造であるため、硬質焼結体を有するディスクの単価が高くなることなどが課題となっており、工業生産上現実的ではない。
【００１６】
特許文献３に記載の回転切削工具では、主にＣＢＮ面とシャンク側の面をロウ付けにてシャンクと接合する方式や、超硬面側に勾配面を形成してロウ付けにて接合する方式が提案されているが、前者は、ボールエンドミルとして製造する場合において、工具本体の突起が無い部分に剛性を持たせる為には、この部分をｃＢＮの裏打ち超硬材にて構成する必要があり、言い換えると裏打ちの超硬が厚いものが必要となる為に素材費が高くなる。また、回転方向に生じる切削抵抗が大きくなったとき、ロウ付け部を起点として剥がれるなどの課題がある。一方の後者においても、ＣＢＮの裏打ち超硬材に勾配面を形成する工数が必要である。
【００１７】
さらに、特許文献３に記載の回転切削工具の製造方法では、エンドミルの直径や切れ刃の刃型などに対応した厚みを有する硬質焼結体のディスクを用いなければならず、製造コストが高くなってしまうことから、本発明の目的が達成できない。
【００１８】
本発明は、超硬などの板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクをシャンクに差し込む方式によってロウ付けして、且つ対となるボール刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴としており、一般的に市販されている硬質焼結体の素材を容易に用いて高精度な加工が可能なボールエンドミルを提案するものである。
【００１９】
本発明は前述のような従来の工具における問題を解決し、安定性が高く、長時間に渡って高品位な加工面、加工精度を維持できると共に、製造を容易にして対象の被削材に合わせた組成の素材を用いて様々なサイズの硬質焼結体ボールエンドミルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するための本発明は、回転により切削加工を行うボールエンドミルであって、切れ刃が硬質焼結体で構成されており、シャンク本体に、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされており、該シャンク本体には該硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝が形成されているとともに、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミルである。
【００２１】
本発明によって、様々な既存の硬質焼結体ディスクを使用することができるため、被削材や加工用途に合わせた組成の硬質焼結体を選択して、様々な加工状況において良好な切削性能を得ることができる。
【００２２】
また本発明において、硬質焼結体とシャンク材のロウ付け時の接合面は３面以上になることで、接合強度が高く、大きな切削負荷が生じた場合においても剥がれること無く安定して切削加工ができる。
【００２３】
また硬質焼結体ディスク自体の直径と同じ刃径のボールエンドミルまで本発明を適用させることができるため、刃径が２ｍｍ〜７０ｍｍの非常に大きなサイズの硬質焼結体ボールエンドミルの提供が可能となる。
【００２４】
本発明において、シャンク本体には硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように溝が形成してあることで、回転した時の動的なバランスが良好であり、高品位な加工面が得られる。また、製造上においては、ロウ付け作業において容易に高い位置決め精度が得られることで作業性が向上すると共に、対となる切れ刃のすくい面や逃げ面を研削加工する際の砥石の研削負荷が共に均一となり、左右の切れ刃の振れや研削面粗さが均一になる。
【００２５】
また本発明において、先端中心部に中心切れ刃を有しており、対となるボール刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されている。これにより、先端中心部の切れ刃が無い従来の硬質焼結体を有したボールエンドミルに比べて、底面の加工面粗さと加工精度が高くなると共に、チッピングやカケといった損傷の発生を抑制して、長時間に渡って安定して加工できるようになる。
【００２６】
また本発明において、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃は１枚の硬質焼結体ディスクから形成されていることにより、硬質焼結体を切り出す工数を少なくできる。
【００２７】
さらに本発明によって、硬質焼結体の厚みを薄く設計することも容易となり、必要最低限の硬質焼結体の厚みにすることで、特に切れ刃のすくい面の研削負荷を低減することができる。これにより、製造時間の短縮、研削面状態の向上、更に研削砥石の寿命を向上することが可能となる。また素材費を低減することも可能となる。
【００２８】
また本発明において、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲に位置するように、硬質焼結体ディスクを配置することが望ましい。
【００２９】
これにより、回転した時の動的なバランスが更に良好になることで、加工面の品位が向上する。また、製造上においては、更にロウ付け時の位置決め精度が良くなることで作業性が向上すると共に、対となる切れ刃のすくい面や逃げ面を研削加工する際の砥石の研削負荷が共に更に均一となり、左右の切れ刃の振れや研削面粗さがより均一になる。また硬質焼結体の厚みを薄く設計した時においても、対となるボール刃が硬質焼結体により形成されると共に、それぞれの切れ刃の研削性を更に同等にすることが可能となる。
【００３０】
また本発明において、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面の最低１カ所が２面以上で形成された凹状にすることが、より一層望ましい。
【００３１】
これにより、ロウ付け時の径方向の位置決め精度を高くすることができるため、対となるボール刃の主に逃げ面の研削加工時の負荷を均一にすることができる。また、ラジアル方向の切削抵抗に対して横滑りが生じにくく、且つロウ付けの面積が上がることで接合強度が向上するため、大きな切削負荷が生じた時に硬質焼結体ディスクがシャンク本体から取れにくくなる。
【００３２】
さらに本発明によって、硬質焼結体ディスクから切り出せる個数を多くできるため、素材に掛かる費用を低減することができる。また無駄な資源の浪費を押さえることができる。
【００３３】
また本発明によって、硬質焼結体とシャンク本体をロウ付けする際、もし使用するロウ材が均一に接合面に流れ込まなかった場合においても、接合面積が多いことから接合強度を高くできる。これにより、より一層硬質焼結体ディスクがシャンク本体から取れにくくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、刃径が２ｍｍ以上の大径のボールエンドミルにおけるボール刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることにより、安定性が高く、長時間に渡って高品位な加工面、加工精度を維持できると共に、製造を容易にして対象の被削材に合わせた組成の素材を用いて様々なサイズの硬質焼結体ボールエンドミルを提供することができる。
【００３５】
本発明は、ボールエンドミルの製造において、硬質焼結体の厚さが薄いディスクを使用することができるため、研削砥石の寿命を延長することができる。さらに従来の硬質焼結体を用いたボールエンドミルに比べ研削性が高いことから、高い形状精度を有することが可能となる。
【００３６】
本発明は、硬質焼結体の厚さによらず、様々な厚さの硬質焼結体を有したディスクを用いることができるため、一種類の厚さの硬質焼結体を有したディスクを、異なる直径を有する複数のボールエンドミルの製造に流用することが可能となる。
【００３７】
本発明は、ロウ付けによる接合強度を向上することができるため、工具の研削加工時もしくは切削加工時において、硬質焼結体ディスクがシャンク本体から取れることを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の硬質焼結体ボールエンドミルの外観図である。
【図２】本発明におけるシャンク本体の図である。
【図３】研削加工前の硬質焼結体ディスクの図である。
【図４】本発明におけるシャンク本体と研削加工前の硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。
【図５】硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層を薄くした一例の図である。
【図６】硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層を厚くした一例の図である。
【図７】図５に示す領域Ａの拡大図である。
【図８】従来の硬質焼結体ボールエンドミルの先端中心部付近を側面から撮影した写真である。
【図９】本発明におけるシャンク本体と硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。
【図１０】本発明に用いる硬質焼結体ディスクの別の実施例を示す図である。
【図１１】硬質焼結体のみで焼結された無垢材を用いて製造した従来のボールエンドミルを示す図である。
【図１２】特許文献３に記載の従来のボールエンドミルにおけるシャンク本体を示す図である。
【図１３】硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えたシャンク本体に研削加工前の硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。
【図１４】２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれの硬質焼結体ディスクをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルを示す図である。
【図１５】２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれの硬質焼結体ディスクをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルにおける先端中心部の拡大写真である。
【図１６】従来の硬質焼結体ボールエンドミルにおける図７に相当する拡大図である。
【図１７】硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の３面が形成された本発明例を示す図である。
【図１８】硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の４面が形成された本発明例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、回転により切削加工を行うボールエンドミルであって、切れ刃が硬質焼結体で構成されており、シャンク本体に、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされており、該シャンク本体には該硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝が形成されているとともに、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミルである。以下、図１〜図１０に基いて本発明のエンドミルについての説明を行う。
【００４０】
図１は本発明の硬質焼結体ボールエンドミルの外観図である。図２は本発明におけるシャンク本体の図である。図３は研削加工前の硬質焼結体ディスクの図である。図４は本発明におけるシャンク本体と研削加工前の硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。図１〜図４に示すように、本発明の硬質焼結体ボールエンドミル１４はシャンク本体１に形成した差し込み溝２に、研削加工を行う前の硬質焼結体ディスク３を差し込み、研削加工を行い切れ刃６を形成することにより製造される。
【００４１】
図２に示すシャンク本体１は円筒状に切り出した母材に凹状の差し込み溝２を形成したものである。ここで、シャンク本体１の差し込み溝２は、例えば母材が超硬合金の場合はダイヤモンド砥石などで研削にて製造するか、またはワイヤー放電加工などにより形成すればよい。また母材の種類としては、超硬合金を使用することが強度の点で望ましいが、母材の種類が高速度鋼である場合にも、本発明を適用させることが可能である。
【００４２】
図３における下の図は、硬質焼結体ディスク３の正面図であり、硬質焼結体層５と板材４の境界を点線にて示している。図３に示した硬質焼結体ディスク３は、硬質焼結体層５と超硬合金などから成る板材４との厚さを等しくした一例であるが、板材４と硬質焼結体層５の厚さが異なる硬質焼結体ディスク３に関しても、本発明に適用することが可能である。なお、図３に示す硬質焼結体ディスク３は、シャンク本体におけるシャンク側端面に接合される面である硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０の形状を平面形状にした例である。
【００４３】
本発明に用いる硬質焼結体ディスク３において、硬質焼結体層５の厚さは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲とすることが望ましい。硬質焼結体層５の厚さが０．５ｍｍ未満であれば硬質焼結体からなる切れ刃の強度が低下する傾向が確認され、硬質焼結体層５の厚さが５ｍｍを超えれば硬質焼結体ディスク３のコストが高くなる傾向が確認される。特に望ましい硬質焼結体層５の厚さは０．８ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲である。また、板材４の厚さは０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲とすることが望ましい。板材４の厚さが０．１ｍｍ未満であれば硬質焼結体層５と板材４の密着強度が低下する傾向が確認され、板材４の厚さが３ｍｍを超えれば硬質焼結体ディスク３自体の厚さが大きくなりすぎるため、ボールエンドミルの刃径によっては、シャンク本体に差し込む方式によるロウ付けができなくなる可能性がある。特に望ましい板材４の厚さは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲である。
【００４４】
図３における上の図は、硬質焼結体ディスク３の平面図である。硬質焼結体ディスク３はワイヤーカットなどの製造方式により必要なサイズに成形したものを使用する。図３に示す硬質焼結体ディスク３は研削加工後にボール刃となる円弧状の部分と、研削加工後に外周刃となる直線状の部分とで構成された一例である。適用するボールエンドミルの刃径や用途によっては、研削加工後にボール刃となる円弧状の部分のみで構成しても良い。また、硬質焼結体ディスク３に適用できる硬質焼結体としては、ｃＢＮ、ＰＣＤ及び単結晶ダイヤモンドが挙げられる。
【００４５】
本発明においては、図３に示すように超硬合金などの板材４の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスク３を用いることを前提としている。例えば、ｃＢＮなどの硬質焼結体を用いたディスクは、ｃＢＮなどの硬質焼結体のみで焼結された無垢材と、超硬合金などの板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結したものがあるが、一般的に後者の方が、エンドミルなどの製造においては使用しやすく、生産性が良いと言える。その理由として、具体的には、例えば硬質焼結体を超硬合金などの板材に一体焼結することで、ディスク自体の厚みを調整するときにおいて、板材を研削することで、容易に高精度に仕上げることができる。例えば刃径が３ｍｍの硬質焼結体ボールエンドミルに本発明を適用するときには、ディスク自体の厚みを２ｍｍにする。この場合、硬質焼結体層５の厚さに応じ、板材４の厚さを調節する。例えば硬質焼結体層５の厚さを１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲に設定した場合には、板材４の厚さを０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲に設定する。また、無垢材に比べて硬質焼結体の厚みすなわち硬質焼結体ディスク３の硬質焼結体層５の厚みを薄く製造することが可能である。
【００４６】
図５は硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層を薄くした一例の図である。図６は硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層を厚くした一例の図である。図５及び図６において、シャンク本体１に差し込まれた硬質焼結体ディスク３及び、硬質焼結体ディスク３における硬質焼結体層５と板材４の境界を点線で示す。本発明により、例えば図５、及び図６に示すように、ボールエンドミルの切れ刃形状に合わせて、最低限必要な硬質焼結体層５の厚みの物を選択することができる。このことから、切れ刃を形成する為の研削加工において、研削砥石に掛かる負荷を可能な限り低減できるため、研削砥石の寿命を向上させ、かつ工具の切れ刃の稜線も良好になる。また同時に研削時における工具のたおれなどを低減して、ボールエンドミルの精度や振れの精度も向上することができる。更には砥石の送り速度を上げることにより、製造時間を短縮することも可能となる。
【００４７】
また本発明には、硬質焼結体ディスク自体の直径と同じ刃径のボールエンドミルまで本発明を適用させることができるため、例えば刃径が２ｍｍ〜７０ｍｍといった極めて大きな工具径の硬質焼結体ボールエンドミルの提供が可能となる。このような工具径であったとしても、硬質焼結体を極力薄くして研削加工に掛かる負荷を減らすことで、研削加工を容易にすることが可能である。刃径が２ｍｍ未満の場合にも本発明を適用させることが可能だが、従来の方法と比較したときのメリットが少なくなる。また、刃径が７０ｍｍを超える場合には、硬質焼結体ディスクの製造コストが上がってしまうため、工業生産上現実的ではない。
【００４８】
また、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクは既に多く市販されており、切削工具として用いる場合においては被削材や加工用途に合わせた硬質焼結体を、様々な組成や厚さのものから選択することが重要である。本発明の方法によれば、様々な硬質焼結体から加工用途に合わせた物を容易に選択することが可能になる上、既に記載の製造上の利点から、従来では研削が困難であった硬質焼結体であっても容易に高精度なボールエンドミルが製造できるようになる。なお、硬質焼結体の両側に超硬などの板材で挟み込む方式にて、安定した性能の素材を製造することは極めて困難である。この方式により硬質焼結体ディスクを作製したとしても、硬質焼結体を板材で挟み込んで焼結したときの圧力が分散し、ち密な組織ができないことなどから、硬質焼結体からなる切れ刃の強度が劣ってしまう可能性がある。
【００４９】
本発明は、図４に示すように硬質焼結体ディスク３をシャンク本体１にロウ付け方式により差し込むようにして接合する。本発明の製造方式では、硬質焼結体とシャンク材のロウ付け時の接合面は３面以上になるように構成することが好ましく、これにより接合強度が高く、大きな切削負荷が生じた場合においても剥がれること無く安定して切削加工ができる構造を実現する。また、例えばｃＢＮなどの硬質焼結体の場合はＴｉを含有したロウ材を用いて接合することが好ましい。
【００５０】
本発明は図４に示すように、シャンク本体には硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心７とシャンク本体の中心８とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝２が形成されていることが望ましい。これにより、切削時において回転した時の動的なバランスが良好であり、より高品位な加工面が得られるようになる。
また、これによりロウ付け作業において容易に高い位置決め精度が得られることができる。特に、硬質焼結体ディスク自体の厚みにおける寸法精度に関しても、超硬合金などの板材側を研削などで加工することで高精度に製造できるという効果がある。
更に、硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心７とシャンク本体の中心８とがほぼ同じ位置になるようにすることで、工具中心軸を基準として対となる切れ刃のすくい面や逃げ面を研削加工する際、研削砥石にかかる負荷が共に均一となるため、形成された左右の切れ刃稜線の振れや、研削面粗さ、刃先稜線の状態などを２枚共に均一にすることが可能になる。よって、刃径が２ｍｍ以上の大径のボールエンドミルにおいて、より高精度な工具を提供することができる。
【００５１】
図７は図５に示す領域Ａの拡大図である。本発明は図７に示すように、先端中心部である領域Ａには切れ刃を有しており、工具中心軸を基準として対となるボール刃１２と先端の中心切れ刃１３が１枚の硬質焼結体ディスク３で形成されている。これにより、底面の加工面粗さと加工精度が高くなると共に、チッピングや欠けといった損傷の発生を抑制して、長時間に渡って安定して加工できるようになる。
【００５２】
図１６は従来の硬質焼結体ボールエンドミルにおける図７に相当する拡大図である。一般的に市販されている硬質焼結体をロウ付けした２枚の刃を有する従来の硬質焼結体ボールエンドミルでは、図１６に示すように２枚の硬質焼結体ディスク３を用いて、切れ刃毎にそれぞれをシャンク本体にロウ付けする為に、ボール刃１２は形成されるが、先端中心部に中心切れ刃１３が形成されていない。このような場合には、中心切れ刃１３が形成されていないことから底面の加工面粗さと加工精度が非常に悪くなってしまう。
【００５３】
図８は従来の硬質焼結体ボールエンドミルの先端中心部付近を側面から撮影した写真である。図８に示すように、それぞれの硬質焼結体ディスク３には先端中心部付近に鋭利な角立ち１７が生じており強度が不足している状態であった。このため、実施例５に後述する通り、特に底面の加工を行った際、角立ち部からのチッピングが影響して、良好な加工面を長時間に渡って維持することは非常に困難であった。また本発明では、対となるボール刃と先端の中心切れ刃は全て１枚からなる硬質焼結体ディスクから形成されている。これにより、硬質焼結体を切り出す工数も少なくできるため生産性も高い。
【００５４】
図９は本発明におけるシャンク本体と硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。本発明は硬質焼結体ディスク３における硬質焼結体層の厚み方向の中心７を基準としたときに、硬質焼結体層の厚み方向の中心７から硬質焼結体層５の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲を示す、硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲９にシャンク本体の中心８が位置するように、硬質焼結体ディスク３を配置していることが好ましい。
【００５５】
これにより、特に高速で回転した時の動的なバランスが更に良好になることで、加工面の品位が向上する。また、製造上においては、更にロウ付け時の位置決め精度が良くなることで作業性が向上すると共に、対となる切れ刃のすくい面や逃げ面を研削加工する際の砥石の研削負荷が共に更に均一となり、左右の切れ刃の振れや研削面粗さがより均一になる。また硬質焼結体層の厚みを薄く設計した時においても、対となるボール切れ刃が硬質焼結体により形成されると共に、それぞれの切れ刃の研削負荷を更に同等にすることが可能となる。
【００５６】
ここで＋とは、シャンク本体の中心８から硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面への向き、すなわち図９における上向きを示す。また−とは、シャンク本体の中心８から板材４とシャンク本体１が接合される面への向き、すなわち図９における下向きを示す。硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲９にシャンク本体の中心８が位置しないように、硬質焼結体ディスク３を配置した場合には、高速で回転した時の動的なバランスが悪くなる傾向が確認される。本発明において特に望ましいのは、硬質焼結体層の厚さの＋１０％〜−１０％の範囲にシャンク本体の中心８が位置するように、硬質焼結体ディスク３を配置することである。
【００５７】
図１０は本発明に用いる硬質焼結体ディスクの別の実施例を示す図である。本発明において、図１０に示すように、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０の最低１カ所が２面以上で形成された凹状になっていることが望ましい。また、このとき、シャンク本体の差し込み溝も、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に対応する形状に成形することが望ましい。これにより、ロウ付け時における径方向の位置決め精度を高くすることができる。さらに、二枚のボール刃の製造工程において、主に逃げ面の研削加工時の負荷をより均一にすることができる。また、ラジアル方向の切削抵抗に対して硬質焼結体ディスク３の横滑りが生じにくくなるため、より研削時における砥石の送り速度を上げて、すなわち研削の負荷を大きくして研削能率を上げて、製造に掛かる時間を短縮することも可能となる。
【００５８】
また本発明においては、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０の最低１カ所を２面以上７面以下の範囲にまで設定することもできる。８面以上に設定した場合には、硬質焼結体ディスク及びシャンク本体の製造コストが上昇する傾向が見られる。特に望ましいのは硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０の最低１カ所が２面以上４面以下の範囲に設定することである。これにより、硬質焼結体ディスクの横滑りの発生がさらに抑制される。
【００５９】
更に本発明によれば、使用される硬質焼結体の体積を少なくすることができる。よって硬質焼結体ディスクから切り出せる個数を多くできるため、素材に掛かる費用を低減することができる。また無駄な資源の浪費を押さえることができる。
【００６０】
また本発明によって、硬質焼結体とシャンク本体をロウ付けする際、もし使用するロウ材が均一に接合面に流れ込まなかった場合においても、接合面積が多いことから接合強度を高くできる。これにより、より硬質焼結体ディスクがシャンク本体から取れにくくすることが可能となる。なお、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０を凸状にして、シャンク本体に、凸状の硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０に対応する凹状の差し込み溝を形成する工具は、シャンク本体に例えば放電加工などにて差し込み溝を形成しなければならないため、生産性が悪く実用的ではない。
【００６１】
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６２】
（実施例１）
実施例１として、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを用いた本発明と、硬質焼結体のみで焼結された無垢材を用いた従来のボールエンドミルとの比較試験を行った。なお、以下に示す実施例において、試料番号は本発明例及び従来例の種類による区別をせず、全て通し番号とする。
【００６３】
図１１は硬質焼結体のみで焼結された無垢材を用いて製造した従来のボールエンドミルを示す図である。従来例１として、図１１に示すような、バインダー入りのｃＢＮを成分とした硬質焼結体の無垢材１５を用いて、差し込み溝を形成した超硬合金製のシャンク本体１に差し込み、ロウ付けにて接合した工具を準備した。工具サイズは刃径が６ｍｍの２枚刃ボールエンドミルであり、刃長は４ｍｍ、シャンク本体の直径は６ｍｍとした。この時、ｃＢＮを成分とした硬質焼結体の無垢材１５の厚みは３．８ｍｍとした。
【００６４】
比較用として、本発明例２のボールエンドミルを準備した。本発明例２の工具は図１に示したボールエンドミルである。工具サイズは従来例１と同じとして、硬質焼結体ディスクには従来例と同じ組成のｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結をした素材を用いた。この時、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスク自体の厚みは２ｍｍ、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚みは１．５ｍｍ、板材の厚みは０．５ｍｍのものを用いた。尚、本発明に用いた硬質焼結体ディスクは、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスク自体の厚みが４ｍｍのディスクから超硬合金の板材のみを厚み方向に２ｍｍだけ研削加工にて除去している。本素材のｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心すなわちｃＢＮ側の端面から０．７５ｍｍの位置が、シャンク本体の中心すなわちシャンク外径から３ｍｍの位置と同じになるように差し込み溝を設計して作成した。なお、従来例１も同様に、無垢材のｃＢＮディスクの厚み方向の中心すなわち厚み方向の端面から１．９ｍｍの位置がシャンクの中心すなわちシャンク外径から３ｍｍの位置と同じになるように差し込み溝を設計して作成している。
【００６５】
切削テストの条件として、被削材にはＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）の焼き入れ材を用いて、４５°の勾配面の仕上げ加工を行った。回転数は２００００ｍｉｎ−１、送り速度は２０００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向切り込み量を０．０５ｍｍ、径方向切り込み量を０．０５ｍｍとして切削距離が５０ｍになるまで加工した。クーラントには油性ミストクーラントを用いて行った。
【００６６】
切削テストの評価方法として、１０ｍ切削毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行った。さらに被削材については、４５°の勾配面における送り方向の加工面粗さを接触式粗さ測定器にて測定した。
【００６７】
切削テストの評価基準として、加工面粗さがＲｚで３．０μｍ以下であり、なおかつ５０ｍ切削後にチッピングもしくは欠損が生じていない工具状態である工具を良好とした。テストの結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１に示す通り、従来例１は切削距離が２０ｍ付近にて片方の刃にチッピングが生じ、さらに加工初期からビビり振動が生じ、加工面に不均一な加工傷が確認されたため加工面粗さが４．６μｍであり、不良であった。これに対し、本発明例２は加工初期から５０ｍ加工する間において変化は無くチッピングもしくは欠損が生じていなかった。さらに加工面状態は均一な加工面であり、加工面粗さが１．５μｍであったため、良好な結果を示した。このことは、硬質焼結体の無垢材を用いた従来例１は、工具製造時における研削の負荷が大きいため、切れ刃の振れが大きく、かつ切れ刃の稜線が安定していない事が原因であると考えられる。また、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚みを比較的薄く設計した本発明例２は、左右の切れ刃の振れが小さい事と刃先稜線が安定しているだけでなく、工具の逃げ面側後ろに超硬合金が２刃共に存在しており、切削負荷を受けて逃げ面側に応力を緩和できる構造になっている。従来例１の様にｃＢＮを厚くした状態にすると、超硬に比べて硬度が高い材料であるため、本結果の様に切れ刃に突発的な欠損が生じやすい。
【００７０】
（実施例２）
実施例２として、硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされた本発明と、シャンク本体に突起部を形成し、突起部の側面に硬質焼結体ディスクをロウ付けを行った特許文献３に記載の従来のボールエンドミルとの比較試験を行った。
【００７１】
図１２は特許文献３に記載の従来のボールエンドミルにおけるシャンク本体を示す図である。従来例３には図１２に示すように、シャンク本体１に特許文献３における突起部１６及びＬ字状の溝１１を形成し、そこに本発明例２で用いたｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクをロウ付けにより貼り付けた。このとき、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクと超硬合金のシャンク本体は、側面と底面の２面で接合されている。その他の工具サイズは比較例１と同じとした。比較用として実施例１で用いた本発明例２の工具を準備して評価テストを行った。
【００７２】
被削材は実施例１と同じ材料を使用した。被削材の形状をＲ５の凹状半球面として送り方向に５０ｍｍとなる形状の仕上加工にて評価した。なお、このときの切削条件は、回転数は２００００ｍｉｎ−１、送り速度は２０００ｍｍ／ｍｉｎ、径方向切り込み量を０．０５ｍｍとし、軸方向切り込み量を０．０５ｍｍから１面加工する毎に０．０５ｍｍずつ大きくする方法にて評価を行った。また、クーラントには油性ミストクーラントを用いて行った。
【００７３】
切削テストの評価方法として、１面加工する毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行い、生じていなければ継続して使用可能な状態であるとみなし、軸方向切り込み量を０．０５ｍｍ大きくして切削加工を行った。
【００７４】
切削テストの評価基準として、軸方向切り込み量が０．５０ｍｍになるまで切削した後に、継続して使用可能な状態である工具を良好とした。テストの結果を表２に示す。なお表２に示す結果において、加工後継続して使用可能な状態であれば○と記載し、チッピングもしくは欠損が生じた場合には、その状態を記載している。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２に示す通り、本発明例２は、軸方向切り込み量を０．５０ｍｍにしても大きな欠損など無く継続して使用できる状態であり、良好な結果を示した。これに対し、従来例３は軸方向切り込み量を０．２０ｍｍとして切削を行った時点で、刃が欠損しており、且つｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクがシャンク本体から一部剥がれている状態であった。このことから、本発明例２のように、差し込み方式により３面をロウ付けにて接合した工具は、切り込み量を上げても安定して切削できる領域が広いのに対して、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクの側面と底面のみを接合した従来例３の工具では、安定性が低く、切削抵抗が大きくなると硬質焼結体が剥がれるといった課題があることを確認した。
【００７７】
（実施例３）
ｃＢＮディスクの厚み方向の中心とシャンク本体の中心のズレ量による性能差を確認するため、硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えた本発明例４〜１２の工具を作成して、評価テストを行った。なお実施例３において、その他の工具サイズは本発明例２と同じとした。
【００７８】
図１３は硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えたシャンク本体に研削加工前の硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。本発明例４として、図１３に示すようにｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスク３の差し込み溝２の位置を変え、研削加工を行った工具を準備した。本発明例４はシャンク本体の中心８に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心７が大きく外れており、硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例４は、図１３に示すようにシャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスク３における硬質焼結体層の厚み方向の中心７を基準としたときに、硬質焼結体層の厚み方向の中心７から硬質焼結体層５の厚さの−３０％となる位置に、硬質焼結体ディスク３を配置した工具である。
【００７９】
本発明例５は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例５は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの−２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８０】
本発明例６は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．３０ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例６は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの−２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８１】
本発明例７は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例７は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの−１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８２】
本発明例８は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．００３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例８は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋０．２％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８３】
本発明例９は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例９は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８４】
本発明例１０は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．３０ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１０は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８５】
本発明例１１は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１１は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８６】
本発明例１２は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１２は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８７】
切削テストの条件、切削テストの評価方法及び切削テストの評価基準は実施例１と同様とした。テストの結果を表３に示す。なお表３において、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離を「ズレ量（ｍｍ）」として記載した。また、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離の硬質焼結体層の厚さに対する割合を「ズレ量（％）」として記載した。ここで＋とは、シャンク方向の中心８から硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示し、−とは、シャンク方向の中心８から板材４とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
表３に示す通り、本発明例４〜１２は、加工初期から５０ｍ加工する間において変化は無くチッピングもしくは欠損が生じていなかった。さらに加工面状態は均一な加工面であり、加工面粗さが３．０μｍ以下であったため、良好な結果を示した。特にズレ量（％）が＋２５％〜−２５％の範囲である本発明例５〜１１は加工面粗さが１．５μｍ以下であり、特に良好な結果であった。これにより、硬質焼結体の厚み方向の中心位置を変えると、加工面粗さに影響を与えることが分かり、硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲にシャンク本体の中心８が位置するように、硬質焼結体ディスク３を配置することにより良好な加工面が得られることが分かった。
【００９０】
（実施例４）
実施例４として、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けした本発明のボールエンドミルと、２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルとの比較試験を行った。
【００９１】
図１４は２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれの硬質焼結体ディスクをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルを示す図である。従来例１３として、図１４及び図１６に示すように、工具サイズは本発明例２と同じとし、ボール刃の各刃に対してそれぞれ、超硬合金の板材にｃＢＮからなる硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクをワイヤーカットでＲ状に切り出した物の板材側をシャンクの溝にロウ付けにて貼り付けたボールエンドミルを作成した。この時、工具の先端部は構造上の問題から、２枚のｃＢＮディスクが重なり合わないように設計し、先端部は図８に示す工具と同様にしてＶ字の形状とした。なお、本発明例２は実施例１に用いたものと、同様の工具とした。
【００９２】
切削テストの条件として、被削材はＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）の焼き入れ材とし、底面の切削加工にて評価を行った。回転数は２００００ｍｉｎ−１、送り速度は２０００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向切り込み量を０．０５ｍｍ、径方向切り込み量を０．１ｍｍとして切削距離が１００ｍになるまで加工した。クーラントには油性ミストクーラントを用いて行った。
【００９３】
切削テストの評価方法として、１０ｍ切削毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行った。さらに被削材については、加工面における送り方向の加工面粗さを接触式粗さ測定器にて測定した。
【００９４】
切削テストの評価基準として、加工面粗さがＲｚで３．０μｍ以下であり、なおかつ１００ｍ切削後にチッピングもしくは欠損が生じていない工具状態である工具を良好とした。テストの結果を表４に示す。
【００９５】
【表４】
【００９６】
表４に示す通り、従来例１３は８０ｍ切削したあたりで加工面にむしれが生じており、１００ｍ加工後の工具状態を観察すると、先端部にチッピングが生じていた。また、加工面粗さがＲｚで５．８μｍであったため、不良であった。図１５は２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれの硬質焼結体ディスクをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルにおける先端中心部の拡大写真である。先端部を図８及び図１５に示すようなＶ字の形状にすると、先端部の強度が著しく低下する為に、長時間の加工や、突発的な加工時の切削負荷の増大に耐えきれずに安定して加工できないことを確認した。一方で、本発明例２は、１００ｍ加工しても先端部の逃げ面摩耗は小さく、継続して使用可能な状態であり、加工面粗さがＲｚで３．０μｍ以下であったため、良好な結果を示した。
【００９７】
（実施例５）
実施例５として、本発明における硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面の数による性能の違いを確認する比較テストを行った。
【００９８】
本発明例２として、図３に示すような、切り出したｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面が１面すなわち平面形状のものを準備した。
【００９９】
本発明例１４として、図１０に示すようなｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の２面が形成されたものを準備した。
【０１００】
図１７は硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の３面が形成された本発明例を示す図である。本発明例１５として、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の３面が形成されたものを準備した。
【０１０１】
図１８は硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の４面が形成された本発明例を示す図である。本発明例１６として、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の４面が形成されたものを準備した。
【０１０２】
なお、シャンク側はｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクと合わさる様にして、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクに対して凸状の２面乃至４面を有した形状に設計した。本発明例１４〜１６において、その他の工具サイズは本発明例２と同様とした。
【０１０３】
被削材は実施例１と同じ材料を使用した。被削材の形状をＲ５の凹状半球面として送り方向に５０ｍｍとなる形状の仕上加工にて評価した。なお、このときの切削条件は、回転数は２００００ｍｉｎ−１、送り速度は２０００ｍｍ／ｍｉｎ、径方向切り込み量を０．１０ｍｍとし、軸方向切り込み量を０．１０ｍｍから１面加工する毎に０．１０ｍｍずつ大きくする方法にて評価を行った。また、クーラントには油性ミストクーラントを用いて行った。
【０１０４】
切削テストの評価方法として、１面加工する毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行い、生じていなければ継続して使用可能な状態であるとみなし、軸方向切り込み量を０．１０ｍｍ大きくして切削加工を行った。
【０１０５】
切削テストの評価基準として、軸方向切り込み量が０．５０ｍｍになるまで切削した後に、継続して使用可能な状態である工具を良好とした。テスト結果を表５に示す。表５には、加工後継続して使用可能な状態であれば○と記載し、チッピングもしくは欠損が生じた場合には、その状態を記載している。
【０１０６】
【表５】
【０１０７】
表５に示す通り、本発明例２及び本発明例１４〜１６は、軸方向切り込み量を０．５０ｍｍにしても大きな欠損など無く継続して使用できる状態であり、良好な結果を示した。特に本発明例１４〜１６は、軸方向の切り込み量を０．８０ｍｍにしても工具損傷は無く継続して加工可能な状態であった。このことから、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の２面以上を形成したことにより、更に安定して切削できることを確認した。
【０１０８】
（実施例６）
実施例６として、本発明における硬質焼結体をＰＣＤにしたものを準備して性能評価を行った。本評価テストでは実施例３と同様にＰＣＤディスクの厚み方向の中心とシャンク本体の中心のズレ量による性能差を確認するため、硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えた本発明例１７〜２５の工具を作製して評価テストを行った。尚、硬質焼結体ディスクのサイズは、硬質焼結体ディスク自体の厚みは４ｍｍ、ＰＣＤからなる硬質焼結体層の厚みが１．５ｍｍで、板材の厚みは２．５ｍｍのものを用いた。刃径は１２ｍｍとし、刃長は８ｍｍ、シャンク本体の直径は１２ｍｍのボールエンドミルを作製した。
【０１０９】
本発明例１７は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が大きく外れており、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１７は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１０】
本発明例１８は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１８は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１１】
本発明例１９は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１９は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１２】
本発明例２０は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２０は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１３】
本発明例２１は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．００３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２１は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋０．２％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１４】
本発明例２２は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２２は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１５】
本発明例２３は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２３は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１６】
本発明例２４は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２４は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１７】
本発明例２５は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２５は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１８】
切削テストの条件として、被削材にはシリコン含有量の比較的高いアルミニウム合金であるＡＤＣ１２を用いて、４５°の勾配面の仕上げ加工を行った。回転数は６６００ｍｉｎ−１、送り速度は１５８０ｍｍ／ｍｉｎ、４５°方向の切り込み量を０．１ｍｍ、ピッチを０．１ｍｍとして切削距離が１００ｍになるまで加工した。エアーブローを用いて評価テストを行った。
【０１１９】
切削テストの評価方法として、１０ｍ切削毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行った。さらに被削材については、４５°の勾配面における送り方向の加工面粗さを接触式粗さ測定器にて測定した。
【０１２０】
切削テストの評価基準として、加工面粗さがＲｚで２．０μｍ以下であり、なおかつ１００ｍ切削後にチッピングもしくは欠損が生じていない工具状態である工具を良好とした。テストの結果を表６に示す。なお表６において、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離を「ズレ量（ｍｍ）」として記載した。また、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離の硬質焼結体層の厚さに対する割合を「ズレ量（％）」として記載した。ここで＋とは、シャンク方向の中心８から硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示し、−とは、シャンク方向の中心８から板材４とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示す。
【０１２１】
【表６】
【０１２２】
表６に示す通り、本発明例１７〜２５は、加工初期から１００ｍ加工する間において変化はなく、チッピングもしくは欠損は生じていなかった。また加工面状態も均一であり、加工面粗さも２．０μｍ以下であったため、良好な結果を示した。特にズレ量（％）が＋２５％〜−２５％の範囲である本発明例１８〜２４は加工面粗さが１．５μｍ以下であり、特に良好な結果であった。
【０１２３】
（実施例７）
実施例７として、本発明における硬質焼結体を実施例１で用いたものと同じ組成のｃＢＮにしたものを準備して性能評価を行った。本評価テストでは実施例３と同様にｃＢＮディスクの厚み方向の中心とシャンク本体の中心のズレ量による性能差を確認するため、硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えた本発明例２６〜３４の工具を作製して評価テストを行った。尚、硬質焼結体ディスクのサイズは、硬質焼結体ディスク自体の厚みは５ｍｍ、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚みが１．５ｍｍで、板材の厚みは３．５ｍｍのものを用いた。刃径は３２ｍｍとし、刃長は２２ｍｍ、シャンク本体の直径は３２ｍｍのボールエンドミルを作製した。
【０１２４】
本発明例２６は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が大きく外れており、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２６は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２５】
本発明例２７は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２７は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２６】
本発明例２８は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２８は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２７】
本発明例２９は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２９は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２８】
本発明例３０は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．００３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３０は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋０．２％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２９】
本発明例３１は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３１は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１３０】
本発明例３２は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３２は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１３１】
本発明例３３は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３３は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１３２】
本発明例３４は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３４は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１３３】
切削テストの条件として、被削材にはＳＫＤ１１（Ｈ）（６０ＨＲＣ）の焼き入れ鋼を用いて、４５°の勾配面の仕上げ加工を行った。回転数は７５００ｍｉｎ−１、送り速度は１０５０ｍｍ／ｍｉｎ、４５°方向の切り込み量を０．１ｍｍ、ピッチを０．３ｍｍとして切削距離が５０ｍになるまで加工した。クーラントには油性ミストクーラントを用いて評価テストを行った。
【０１３４】
切削テストの評価方法として、１０ｍ切削毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行った。さらに被削材については、４５°の勾配面における送り方向の加工面粗さを接触式粗さ測定器にて測定した。
【０１３５】
切削テストの評価基準として、加工面粗さがＲｚで２．５μｍ以下であり、なおかつ５０ｍ切削後にチッピングもしくは欠損が生じていない工具状態である工具を良好とした。テストの結果を表７に示す。なお表７において、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離を「ズレ量（ｍｍ）」として記載した。また、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離の硬質焼結体層の厚さに対する割合を「ズレ量（％）」として記載した。ここで＋とは、シャンク方向の中心８から硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示し、−とは、シャンク方向の中心８から板材４とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示す。
【０１３６】
【表７】
【０１３７】
表７に示す通り、本発明例２６〜３４は、加工初期から５０ｍ加工する間において変化はなく、チッピングもしくは欠損は生じていなかった。また加工面状態も均一であり、加工面粗さも２．５μｍ以下であったため、良好な結果を示した。特にズレ量（％）が＋２５％〜−２５％の範囲である本発明例２７〜３３は加工面粗さが２．０μｍ未満であり、特に良好な結果であった。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明により、焼き入れ綱や鋳鋼などを代表とする金型の加工において、安定してかつ長寿命に加工できる硬質焼結体を用いたボールエンドミルを提供する。
【符号の説明】
【０１３９】
１ シャンク本体
２ 差し込み溝
３ 硬質焼結体ディスク
４ 板材
５ 硬質焼結体層
６ 切れ刃
７ 硬質焼結体層の厚み方向の中心
８ シャンク本体の中心
９ 硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲
１０ 硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面
１１ Ｌ字状の溝
１２ ボール刃
１３ 中心切れ刃
１４ 硬質焼結体ボールエンドミル
１５ 硬質焼結体の無垢材
１６ 突起部
１７ 角立ち
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質焼結体を用いた切削工具の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金型などの仕上げ切削加工には、ｃＢＮやＰＣＤといった硬質焼結体により切れ刃部を形成したボールエンドミルが使用されている。刃径が２ｍｍ未満の小径ボールエンドミルの場合は、硬質焼結体が工具の先端に位置するように、硬質焼結体をシャンクに接合して、ボールエンドミルを形成することが一般的である。しかし、一方の刃径が２ｍｍ以上の中径もしくは大径のボールエンドミルの場合は、それぞれの切れ刃部となる付近にのみ硬質焼結体をシャンクに接合して形成することが多い。この理由としては素材の製造上の課題から、硬質焼結体を厚くすることに関する技術的な制限があることなどが挙げられる。
【０００３】
しかしながら、対となる切れ刃を有するボールエンドミルにおいて、それぞれの切れ刃部のみに硬質焼結体を接合して形成したボールエンドミルの場合、先端部中心における切れ刃は２枚の硬質焼結体が重なり合うなどして、先端部中心まで切れ刃が形成できないのが現状である。
【０００４】
従来の硬質焼結体を用いたボールエンドミルは先端部中心まで切れ刃が形成されていないために、良好な加工精度、加工面が得られないといった課題や、２枚の硬質焼結体が重なり合うことなどにより切れ刃部に生じる角立ちを起点としてチッピングが生じるなどの寿命面での課題などを抱えていた。
【０００５】
また、ｃＢＮや多結晶ダイヤモンドなどの硬質焼結体を有するボールエンドミルは、超硬合金を素材としたボールエンドミルに比べて硬質焼結体の研削性が悪いことなどから製造コストが高くなるといった問題を抱えている。
【０００６】
ｃＢＮや多結晶ダイヤモンドなどの硬質焼結体を有するボールエンドミルの製造に用いられている、硬質焼結体を有したディスクは、硬質焼結体の厚みによって様々なサイズのものが存在する。エンドミルの製造においても、様々なサイズのものが使用されているが、従来のエンドミルの製造方法においては、エンドミルの直径や切れ刃の刃型などにより、使用できるディスクの種類すなわち使用できる硬質焼結体の厚さが決定されてしまうため、様々な種類のエンドミルを作成する場合には、それぞれに対応する硬質焼結体の厚みを有するディスクを用いなければならず、予め様々な厚さの硬質焼結体を有するディスクを製造しておく必要が生じてしまう。このことも、ｃＢＮや多結晶ダイヤモンドなどの硬質焼結体を有するボールエンドミルが、超硬合金を素材としたボールエンドミルに比べて製造コストが高くなる原因となっている。
【０００７】
加えて、ｃＢＮや多結晶ダイヤモンドなどの硬質焼結体の研削性は超硬合金と比べ悪いため、なるべく硬質焼結体の厚さは薄くした方が、切れ刃を研削加工により形成する際の砥石の寿命を延長させることができる。しかし、従来のエンドミルの製造方法では、大径のボールエンドミルを製造するときにおいて、硬質焼結体を厚くせざるを得ず、大径のボールエンドミルの製造が一層困難になるという問題も生じる。
【０００８】
これらの問題に対して、特に、先端部中心に切れ刃を形成する硬質焼結体をもつ切削工具についていくつかの提案がなされている。
【０００９】
特許文献１には、ミル本体に半リング状のＣＢＮの切削用チップを、半円状の２枚の超硬材により両側から保持することで、切れ刃を一体的に連続して構成させたボールエンドミルが記載されている。
【００１０】
特許文献２には、ＣＢＮ若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体を超硬合金などの工具材料で両側からサンドイッチした切削用チップの製造方法について記載されている。
【００１１】
特許文献３には、ＣＢＮ切れ刃付き式切削工具であり、切れ刃の一部が超硬合金材に裏打ち補強されており、この超硬合金材の１つは工具本体にロウ付け接合されている回転切削工具について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】実開昭６３−１６９２０９号公報
【特許文献２】特許第４１９８８２４号
【特許文献３】特開２００２−２８８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、様々なサイズのボールエンドミル、特に刃径が２ｍｍ以上の硬質焼結体を有したボールエンドミルについて、先端部中心まで切れ刃を形成させ、なおかつコストを抑えながら製造することを目的としている。しかし、従来のエンドミル及びその製造方法では、これらの目的を達成することができない。
【００１４】
特許文献１に記載のボールエンドミルは、無垢のｃＢＮ素材を切れ刃部に使用しており、別となる超硬材により挟み込むようにして形成されている。この場合、先端部中心に切れ刃を形成することは可能であるが、無垢のｃＢＮ素材は割れやすく取り扱いが困難であることや、構造自体が複雑になること、または工具径が小さい場合は、無垢のｃＢＮの厚みを極めて薄くしなければならないことから製造が困難であることなど、様々な課題を抱えており現実的ではない。
【００１５】
特許文献２に記載の切削用チップは、特許文献１と同様に先端部中心に切れ刃を形成することは可能であるが、硬質焼結体の製造時において、高硬度焼結体を超硬合金などの工具材料で両側からサンドイッチするときのプレスの圧力が充分でなく、ｃＢＮ素材の性能が得られにくい。さらに、特許文献２に記載の切削用チップは、高硬度焼結体を超硬合金などの工具材料で両側からサンドイッチした構造であるため、硬質焼結体を有するディスクの単価が高くなることなどが課題となっており、工業生産上現実的ではない。
【００１６】
特許文献３に記載の回転切削工具では、主にＣＢＮ面とシャンク側の面をロウ付けにてシャンクと接合する方式や、超硬面側に勾配面を形成してロウ付けにて接合する方式が提案されているが、前者は、ボールエンドミルとして製造する場合において、工具本体の突起が無い部分に剛性を持たせる為には、この部分をｃＢＮの裏打ち超硬材にて構成する必要があり、言い換えると裏打ちの超硬が厚いものが必要となる為に素材費が高くなる。また、回転方向に生じる切削抵抗が大きくなったとき、ロウ付け部を起点として剥がれるなどの課題がある。一方の後者においても、ＣＢＮの裏打ち超硬材に勾配面を形成する工数が必要である。
【００１７】
さらに、特許文献３に記載の回転切削工具の製造方法では、エンドミルの直径や切れ刃の刃型などに対応した厚みを有する硬質焼結体のディスクを用いなければならず、製造コストが高くなってしまうことから、本発明の目的が達成できない。
【００１８】
本発明は、超硬などの板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクをシャンクに差し込む方式によってロウ付けして、且つ対となるボール刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴としており、一般的に市販されている硬質焼結体の素材を容易に用いて高精度な加工が可能なボールエンドミルを提案するものである。
【００１９】
本発明は前述のような従来の工具における問題を解決し、安定性が高く、長時間に渡って高品位な加工面、加工精度を維持できると共に、製造を容易にして対象の被削材に合わせた組成の素材を用いて様々なサイズの硬質焼結体ボールエンドミルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するための本発明は、回転により切削加工を行うボールエンドミルであって、切れ刃が硬質焼結体で構成されており、シャンク本体に、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされており、該シャンク本体には該硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝が形成されているとともに、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミルである。
【００２１】
本発明によって、様々な既存の硬質焼結体ディスクを使用することができるため、被削材や加工用途に合わせた組成の硬質焼結体を選択して、様々な加工状況において良好な切削性能を得ることができる。
【００２２】
また本発明において、硬質焼結体とシャンク材のロウ付け時の接合面は３面以上になることで、接合強度が高く、大きな切削負荷が生じた場合においても剥がれること無く安定して切削加工ができる。
【００２３】
また硬質焼結体ディスク自体の直径と同じ刃径のボールエンドミルまで本発明を適用させることができるため、刃径が２ｍｍ〜７０ｍｍの非常に大きなサイズの硬質焼結体ボールエンドミルの提供が可能となる。
【００２４】
本発明において、シャンク本体には硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように溝が形成してあることで、回転した時の動的なバランスが良好であり、高品位な加工面が得られる。また、製造上においては、ロウ付け作業において容易に高い位置決め精度が得られることで作業性が向上すると共に、対となる切れ刃のすくい面や逃げ面を研削加工する際の砥石の研削負荷が共に均一となり、左右の切れ刃の振れや研削面粗さが均一になる。
【００２５】
また本発明において、先端中心部に中心切れ刃を有しており、対となるボール刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されている。これにより、先端中心部の切れ刃が無い従来の硬質焼結体を有したボールエンドミルに比べて、底面の加工面粗さと加工精度が高くなると共に、チッピングやカケといった損傷の発生を抑制して、長時間に渡って安定して加工できるようになる。
【００２６】
また本発明において、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃は１枚の硬質焼結体ディスクから形成されていることにより、硬質焼結体を切り出す工数を少なくできる。
【００２７】
さらに本発明によって、硬質焼結体の厚みを薄く設計することも容易となり、必要最低限の硬質焼結体の厚みにすることで、特に切れ刃のすくい面の研削負荷を低減することができる。これにより、製造時間の短縮、研削面状態の向上、更に研削砥石の寿命を向上することが可能となる。また素材費を低減することも可能となる。
【００２８】
また本発明において、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲に位置するように、硬質焼結体ディスクを配置することが望ましい。
【００２９】
これにより、回転した時の動的なバランスが更に良好になることで、加工面の品位が向上する。また、製造上においては、更にロウ付け時の位置決め精度が良くなることで作業性が向上すると共に、対となる切れ刃のすくい面や逃げ面を研削加工する際の砥石の研削負荷が共に更に均一となり、左右の切れ刃の振れや研削面粗さがより均一になる。また硬質焼結体の厚みを薄く設計した時においても、対となるボール刃が硬質焼結体により形成されると共に、それぞれの切れ刃の研削性を更に同等にすることが可能となる。
【００３０】
また本発明において、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面の最低１カ所が２面以上で形成された凹状にすることが、より一層望ましい。
【００３１】
これにより、ロウ付け時の径方向の位置決め精度を高くすることができるため、対となるボール刃の主に逃げ面の研削加工時の負荷を均一にすることができる。また、ラジアル方向の切削抵抗に対して横滑りが生じにくく、且つロウ付けの面積が上がることで接合強度が向上するため、大きな切削負荷が生じた時に硬質焼結体ディスクがシャンク本体から取れにくくなる。
【００３２】
さらに本発明によって、硬質焼結体ディスクから切り出せる個数を多くできるため、素材に掛かる費用を低減することができる。また無駄な資源の浪費を押さえることができる。
【００３３】
また本発明によって、硬質焼結体とシャンク本体をロウ付けする際、もし使用するロウ材が均一に接合面に流れ込まなかった場合においても、接合面積が多いことから接合強度を高くできる。これにより、より一層硬質焼結体ディスクがシャンク本体から取れにくくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、刃径が２ｍｍ以上の大径のボールエンドミルにおけるボール刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることにより、安定性が高く、長時間に渡って高品位な加工面、加工精度を維持できると共に、製造を容易にして対象の被削材に合わせた組成の素材を用いて様々なサイズの硬質焼結体ボールエンドミルを提供することができる。
【００３５】
本発明は、ボールエンドミルの製造において、硬質焼結体の厚さが薄いディスクを使用することができるため、研削砥石の寿命を延長することができる。さらに従来の硬質焼結体を用いたボールエンドミルに比べ研削性が高いことから、高い形状精度を有することが可能となる。
【００３６】
本発明は、硬質焼結体の厚さによらず、様々な厚さの硬質焼結体を有したディスクを用いることができるため、一種類の厚さの硬質焼結体を有したディスクを、異なる直径を有する複数のボールエンドミルの製造に流用することが可能となる。
【００３７】
本発明は、ロウ付けによる接合強度を向上することができるため、工具の研削加工時もしくは切削加工時において、硬質焼結体ディスクがシャンク本体から取れることを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の硬質焼結体ボールエンドミルの外観図である。
【図２】本発明におけるシャンク本体の図である。
【図３】研削加工前の硬質焼結体ディスクの図である。
【図４】本発明におけるシャンク本体と研削加工前の硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。
【図５】硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層を薄くした一例の図である。
【図６】硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層を厚くした一例の図である。
【図７】図５に示す領域Ａの拡大図である。
【図８】従来の硬質焼結体ボールエンドミルの先端中心部付近を側面から撮影した写真である。
【図９】本発明におけるシャンク本体と硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。
【図１０】本発明に用いる硬質焼結体ディスクの別の実施例を示す図である。
【図１１】硬質焼結体のみで焼結された無垢材を用いて製造した従来のボールエンドミルを示す図である。
【図１２】特許文献３に記載の従来のボールエンドミルにおけるシャンク本体を示す図である。
【図１３】硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えたシャンク本体に研削加工前の硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。
【図１４】２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれの硬質焼結体ディスクをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルを示す図である。
【図１５】２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれの硬質焼結体ディスクをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルにおける先端中心部の拡大写真である。
【図１６】従来の硬質焼結体ボールエンドミルにおける図７に相当する拡大図である。
【図１７】硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の３面が形成された本発明例を示す図である。
【図１８】硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の４面が形成された本発明例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、回転により切削加工を行うボールエンドミルであって、切れ刃が硬質焼結体で構成されており、シャンク本体に、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされており、該シャンク本体には該硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝が形成されているとともに、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミルである。以下、図１〜図１０に基いて本発明のエンドミルについての説明を行う。
【００４０】
図１は本発明の硬質焼結体ボールエンドミルの外観図である。図２は本発明におけるシャンク本体の図である。図３は研削加工前の硬質焼結体ディスクの図である。図４は本発明におけるシャンク本体と研削加工前の硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。図１〜図４に示すように、本発明の硬質焼結体ボールエンドミル１４はシャンク本体１に形成した差し込み溝２に、研削加工を行う前の硬質焼結体ディスク３を差し込み、研削加工を行い切れ刃６を形成することにより製造される。
【００４１】
図２に示すシャンク本体１は円筒状に切り出した母材に凹状の差し込み溝２を形成したものである。ここで、シャンク本体１の差し込み溝２は、例えば母材が超硬合金の場合はダイヤモンド砥石などで研削にて製造するか、またはワイヤー放電加工などにより形成すればよい。また母材の種類としては、超硬合金を使用することが強度の点で望ましいが、母材の種類が高速度鋼である場合にも、本発明を適用させることが可能である。
【００４２】
図３における下の図は、硬質焼結体ディスク３の正面図であり、硬質焼結体層５と板材４の境界を点線にて示している。図３に示した硬質焼結体ディスク３は、硬質焼結体層５と超硬合金などから成る板材４との厚さを等しくした一例であるが、板材４と硬質焼結体層５の厚さが異なる硬質焼結体ディスク３に関しても、本発明に適用することが可能である。なお、図３に示す硬質焼結体ディスク３は、シャンク本体におけるシャンク側端面に接合される面である硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０の形状を平面形状にした例である。
【００４３】
本発明に用いる硬質焼結体ディスク３において、硬質焼結体層５の厚さは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲とすることが望ましい。硬質焼結体層５の厚さが０．５ｍｍ未満であれば硬質焼結体からなる切れ刃の強度が低下する傾向が確認され、硬質焼結体層５の厚さが５ｍｍを超えれば硬質焼結体ディスク３のコストが高くなる傾向が確認される。特に望ましい硬質焼結体層５の厚さは０．８ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲である。また、板材４の厚さは０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲とすることが望ましい。板材４の厚さが０．１ｍｍ未満であれば硬質焼結体層５と板材４の密着強度が低下する傾向が確認され、板材４の厚さが３ｍｍを超えれば硬質焼結体ディスク３自体の厚さが大きくなりすぎるため、ボールエンドミルの刃径によっては、シャンク本体に差し込む方式によるロウ付けができなくなる可能性がある。特に望ましい板材４の厚さは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲である。
【００４４】
図３における上の図は、硬質焼結体ディスク３の平面図である。硬質焼結体ディスク３はワイヤーカットなどの製造方式により必要なサイズに成形したものを使用する。図３に示す硬質焼結体ディスク３は研削加工後にボール刃となる円弧状の部分と、研削加工後に外周刃となる直線状の部分とで構成された一例である。適用するボールエンドミルの刃径や用途によっては、研削加工後にボール刃となる円弧状の部分のみで構成しても良い。また、硬質焼結体ディスク３に適用できる硬質焼結体としては、ｃＢＮ、ＰＣＤ及び単結晶ダイヤモンドが挙げられる。
【００４５】
本発明においては、図３に示すように超硬合金などの板材４の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスク３を用いることを前提としている。例えば、ｃＢＮなどの硬質焼結体を用いたディスクは、ｃＢＮなどの硬質焼結体のみで焼結された無垢材と、超硬合金などの板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結したものがあるが、一般的に後者の方が、エンドミルなどの製造においては使用しやすく、生産性が良いと言える。その理由として、具体的には、例えば硬質焼結体を超硬合金などの板材に一体焼結することで、ディスク自体の厚みを調整するときにおいて、板材を研削することで、容易に高精度に仕上げることができる。例えば刃径が３ｍｍの硬質焼結体ボールエンドミルに本発明を適用するときには、ディスク自体の厚みを２ｍｍにする。この場合、硬質焼結体層５の厚さに応じ、板材４の厚さを調節する。例えば硬質焼結体層５の厚さを１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲に設定した場合には、板材４の厚さを０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲に設定する。また、無垢材に比べて硬質焼結体の厚みすなわち硬質焼結体ディスク３の硬質焼結体層５の厚みを薄く製造することが可能である。
【００４６】
図５は硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層を薄くした一例の図である。図６は硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層を厚くした一例の図である。図５及び図６において、シャンク本体１に差し込まれた硬質焼結体ディスク３及び、硬質焼結体ディスク３における硬質焼結体層５と板材４の境界を点線で示す。本発明により、例えば図５、及び図６に示すように、ボールエンドミルの切れ刃形状に合わせて、最低限必要な硬質焼結体層５の厚みの物を選択することができる。このことから、切れ刃を形成する為の研削加工において、研削砥石に掛かる負荷を可能な限り低減できるため、研削砥石の寿命を向上させ、かつ工具の切れ刃の稜線も良好になる。また同時に研削時における工具のたおれなどを低減して、ボールエンドミルの精度や振れの精度も向上することができる。更には砥石の送り速度を上げることにより、製造時間を短縮することも可能となる。
【００４７】
また本発明には、硬質焼結体ディスク自体の直径と同じ刃径のボールエンドミルまで本発明を適用させることができるため、例えば刃径が２ｍｍ〜７０ｍｍといった極めて大きな工具径の硬質焼結体ボールエンドミルの提供が可能となる。このような工具径であったとしても、硬質焼結体を極力薄くして研削加工に掛かる負荷を減らすことで、研削加工を容易にすることが可能である。刃径が２ｍｍ未満の場合にも本発明を適用させることが可能だが、従来の方法と比較したときのメリットが少なくなる。また、刃径が７０ｍｍを超える場合には、硬質焼結体ディスクの製造コストが上がってしまうため、工業生産上現実的ではない。
【００４８】
また、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクは既に多く市販されており、切削工具として用いる場合においては被削材や加工用途に合わせた硬質焼結体を、様々な組成や厚さのものから選択することが重要である。本発明の方法によれば、様々な硬質焼結体から加工用途に合わせた物を容易に選択することが可能になる上、既に記載の製造上の利点から、従来では研削が困難であった硬質焼結体であっても容易に高精度なボールエンドミルが製造できるようになる。なお、硬質焼結体の両側に超硬などの板材で挟み込む方式にて、安定した性能の素材を製造することは極めて困難である。この方式により硬質焼結体ディスクを作製したとしても、硬質焼結体を板材で挟み込んで焼結したときの圧力が分散し、ち密な組織ができないことなどから、硬質焼結体からなる切れ刃の強度が劣ってしまう可能性がある。
【００４９】
本発明は、図４に示すように硬質焼結体ディスク３をシャンク本体１にロウ付け方式により差し込むようにして接合する。本発明の製造方式では、硬質焼結体とシャンク材のロウ付け時の接合面は３面以上になるように構成することが好ましく、これにより接合強度が高く、大きな切削負荷が生じた場合においても剥がれること無く安定して切削加工ができる構造を実現する。また、例えばｃＢＮなどの硬質焼結体の場合はＴｉを含有したロウ材を用いて接合することが好ましい。
【００５０】
本発明は図４に示すように、シャンク本体には硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心７とシャンク本体の中心８とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝２が形成されていることが望ましい。これにより、切削時において回転した時の動的なバランスが良好であり、より高品位な加工面が得られるようになる。
また、これによりロウ付け作業において容易に高い位置決め精度が得られることができる。特に、硬質焼結体ディスク自体の厚みにおける寸法精度に関しても、超硬合金などの板材側を研削などで加工することで高精度に製造できるという効果がある。
更に、硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心７とシャンク本体の中心８とがほぼ同じ位置になるようにすることで、工具中心軸を基準として対となる切れ刃のすくい面や逃げ面を研削加工する際、研削砥石にかかる負荷が共に均一となるため、形成された左右の切れ刃稜線の振れや、研削面粗さ、刃先稜線の状態などを２枚共に均一にすることが可能になる。よって、刃径が２ｍｍ以上の大径のボールエンドミルにおいて、より高精度な工具を提供することができる。
【００５１】
図７は図５に示す領域Ａの拡大図である。本発明は図７に示すように、先端中心部である領域Ａには切れ刃を有しており、工具中心軸を基準として対となるボール刃１２と先端の中心切れ刃１３が１枚の硬質焼結体ディスク３で形成されている。これにより、底面の加工面粗さと加工精度が高くなると共に、チッピングや欠けといった損傷の発生を抑制して、長時間に渡って安定して加工できるようになる。
【００５２】
図１６は従来の硬質焼結体ボールエンドミルにおける図７に相当する拡大図である。一般的に市販されている硬質焼結体をロウ付けした２枚の刃を有する従来の硬質焼結体ボールエンドミルでは、図１６に示すように２枚の硬質焼結体ディスク３を用いて、切れ刃毎にそれぞれをシャンク本体にロウ付けする為に、ボール刃１２は形成されるが、先端中心部に中心切れ刃１３が形成されていない。このような場合には、中心切れ刃１３が形成されていないことから底面の加工面粗さと加工精度が非常に悪くなってしまう。
【００５３】
図８は従来の硬質焼結体ボールエンドミルの先端中心部付近を側面から撮影した写真である。図８に示すように、それぞれの硬質焼結体ディスク３には先端中心部付近に鋭利な角立ち１７が生じており強度が不足している状態であった。このため、実施例５に後述する通り、特に底面の加工を行った際、角立ち部からのチッピングが影響して、良好な加工面を長時間に渡って維持することは非常に困難であった。また本発明では、対となるボール刃と先端の中心切れ刃は全て１枚からなる硬質焼結体ディスクから形成されている。これにより、硬質焼結体を切り出す工数も少なくできるため生産性も高い。
【００５４】
図９は本発明におけるシャンク本体と硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。本発明は硬質焼結体ディスク３における硬質焼結体層の厚み方向の中心７を基準としたときに、硬質焼結体層の厚み方向の中心７から硬質焼結体層５の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲を示す、硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲９にシャンク本体の中心８が位置するように、硬質焼結体ディスク３を配置していることが好ましい。
【００５５】
これにより、特に高速で回転した時の動的なバランスが更に良好になることで、加工面の品位が向上する。また、製造上においては、更にロウ付け時の位置決め精度が良くなることで作業性が向上すると共に、対となる切れ刃のすくい面や逃げ面を研削加工する際の砥石の研削負荷が共に更に均一となり、左右の切れ刃の振れや研削面粗さがより均一になる。また硬質焼結体層の厚みを薄く設計した時においても、対となるボール切れ刃が硬質焼結体により形成されると共に、それぞれの切れ刃の研削負荷を更に同等にすることが可能となる。
【００５６】
ここで＋とは、シャンク本体の中心８から硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面への向き、すなわち図９における上向きを示す。また−とは、シャンク本体の中心８から板材４とシャンク本体１が接合される面への向き、すなわち図９における下向きを示す。硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲９にシャンク本体の中心８が位置しないように、硬質焼結体ディスク３を配置した場合には、高速で回転した時の動的なバランスが悪くなる傾向が確認される。本発明において特に望ましいのは、硬質焼結体層の厚さの＋１０％〜−１０％の範囲にシャンク本体の中心８が位置するように、硬質焼結体ディスク３を配置することである。
【００５７】
図１０は本発明に用いる硬質焼結体ディスクの別の実施例を示す図である。本発明において、図１０に示すように、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０の最低１カ所が２面以上で形成された凹状になっていることが望ましい。また、このとき、シャンク本体の差し込み溝も、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に対応する形状に成形することが望ましい。これにより、ロウ付け時における径方向の位置決め精度を高くすることができる。さらに、二枚のボール刃の製造工程において、主に逃げ面の研削加工時の負荷をより均一にすることができる。また、ラジアル方向の切削抵抗に対して硬質焼結体ディスク３の横滑りが生じにくくなるため、より研削時における砥石の送り速度を上げて、すなわち研削の負荷を大きくして研削能率を上げて、製造に掛かる時間を短縮することも可能となる。
【００５８】
また本発明においては、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０の最低１カ所を２面以上７面以下の範囲にまで設定することもできる。８面以上に設定した場合には、硬質焼結体ディスク及びシャンク本体の製造コストが上昇する傾向が見られる。特に望ましいのは硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０の最低１カ所が２面以上４面以下の範囲に設定することである。これにより、硬質焼結体ディスクの横滑りの発生がさらに抑制される。
【００５９】
更に本発明によれば、使用される硬質焼結体の体積を少なくすることができる。よって硬質焼結体ディスクから切り出せる個数を多くできるため、素材に掛かる費用を低減することができる。また無駄な資源の浪費を押さえることができる。
【００６０】
また本発明によって、硬質焼結体とシャンク本体をロウ付けする際、もし使用するロウ材が均一に接合面に流れ込まなかった場合においても、接合面積が多いことから接合強度を高くできる。これにより、より硬質焼結体ディスクがシャンク本体から取れにくくすることが可能となる。なお、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０を凸状にして、シャンク本体に、凸状の硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面１０に対応する凹状の差し込み溝を形成する工具は、シャンク本体に例えば放電加工などにて差し込み溝を形成しなければならないため、生産性が悪く実用的ではない。
【００６１】
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６２】
（実施例１）
実施例１として、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを用いた本発明と、硬質焼結体のみで焼結された無垢材を用いた従来のボールエンドミルとの比較試験を行った。なお、以下に示す実施例において、試料番号は本発明例及び従来例の種類による区別をせず、全て通し番号とする。
【００６３】
図１１は硬質焼結体のみで焼結された無垢材を用いて製造した従来のボールエンドミルを示す図である。従来例１として、図１１に示すような、バインダー入りのｃＢＮを成分とした硬質焼結体の無垢材１５を用いて、差し込み溝を形成した超硬合金製のシャンク本体１に差し込み、ロウ付けにて接合した工具を準備した。工具サイズは刃径が６ｍｍの２枚刃ボールエンドミルであり、刃長は４ｍｍ、シャンク本体の直径は６ｍｍとした。この時、ｃＢＮを成分とした硬質焼結体の無垢材１５の厚みは３．８ｍｍとした。
【００６４】
比較用として、本発明例２のボールエンドミルを準備した。本発明例２の工具は図１に示したボールエンドミルである。工具サイズは従来例１と同じとして、硬質焼結体ディスクには従来例と同じ組成のｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結をした素材を用いた。この時、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスク自体の厚みは２ｍｍ、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚みは１．５ｍｍ、板材の厚みは０．５ｍｍのものを用いた。尚、本発明に用いた硬質焼結体ディスクは、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスク自体の厚みが４ｍｍのディスクから超硬合金の板材のみを厚み方向に２ｍｍだけ研削加工にて除去している。本素材のｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心すなわちｃＢＮ側の端面から０．７５ｍｍの位置が、シャンク本体の中心すなわちシャンク外径から３ｍｍの位置と同じになるように差し込み溝を設計して作成した。なお、従来例１も同様に、無垢材のｃＢＮディスクの厚み方向の中心すなわち厚み方向の端面から１．９ｍｍの位置がシャンクの中心すなわちシャンク外径から３ｍｍの位置と同じになるように差し込み溝を設計して作成している。
【００６５】
切削テストの条件として、被削材にはＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）の焼き入れ材を用いて、４５°の勾配面の仕上げ加工を行った。回転数は２００００ｍｉｎ−１、送り速度は２０００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向切り込み量を０．０５ｍｍ、径方向切り込み量を０．０５ｍｍとして切削距離が５０ｍになるまで加工した。クーラントには油性ミストクーラントを用いて行った。
【００６６】
切削テストの評価方法として、１０ｍ切削毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行った。さらに被削材については、４５°の勾配面における送り方向の加工面粗さを接触式粗さ測定器にて測定した。
【００６７】
切削テストの評価基準として、加工面粗さがＲｚで３．０μｍ以下であり、なおかつ５０ｍ切削後にチッピングもしくは欠損が生じていない工具状態である工具を良好とした。テストの結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１に示す通り、従来例１は切削距離が２０ｍ付近にて片方の刃にチッピングが生じ、さらに加工初期からビビり振動が生じ、加工面に不均一な加工傷が確認されたため加工面粗さが４．６μｍであり、不良であった。これに対し、本発明例２は加工初期から５０ｍ加工する間において変化は無くチッピングもしくは欠損が生じていなかった。さらに加工面状態は均一な加工面であり、加工面粗さが１．５μｍであったため、良好な結果を示した。このことは、硬質焼結体の無垢材を用いた従来例１は、工具製造時における研削の負荷が大きいため、切れ刃の振れが大きく、かつ切れ刃の稜線が安定していない事が原因であると考えられる。また、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚みを比較的薄く設計した本発明例２は、左右の切れ刃の振れが小さい事と刃先稜線が安定しているだけでなく、工具の逃げ面側後ろに超硬合金が２刃共に存在しており、切削負荷を受けて逃げ面側に応力を緩和できる構造になっている。従来例１の様にｃＢＮを厚くした状態にすると、超硬に比べて硬度が高い材料であるため、本結果の様に切れ刃に突発的な欠損が生じやすい。
【００７０】
（実施例２）
実施例２として、硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされた本発明と、シャンク本体に突起部を形成し、突起部の側面に硬質焼結体ディスクをロウ付けを行った特許文献３に記載の従来のボールエンドミルとの比較試験を行った。
【００７１】
図１２は特許文献３に記載の従来のボールエンドミルにおけるシャンク本体を示す図である。従来例３には図１２に示すように、シャンク本体１に特許文献３における突起部１６及びＬ字状の溝１１を形成し、そこに本発明例２で用いたｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクをロウ付けにより貼り付けた。このとき、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクと超硬合金のシャンク本体は、側面と底面の２面で接合されている。その他の工具サイズは比較例１と同じとした。比較用として実施例１で用いた本発明例２の工具を準備して評価テストを行った。
【００７２】
被削材は実施例１と同じ材料を使用した。被削材の形状をＲ５の凹状半球面として送り方向に５０ｍｍとなる形状の仕上加工にて評価した。なお、このときの切削条件は、回転数は２００００ｍｉｎ−１、送り速度は２０００ｍｍ／ｍｉｎ、径方向切り込み量を０．０５ｍｍとし、軸方向切り込み量を０．０５ｍｍから１面加工する毎に０．０５ｍｍずつ大きくする方法にて評価を行った。また、クーラントには油性ミストクーラントを用いて行った。
【００７３】
切削テストの評価方法として、１面加工する毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行い、生じていなければ継続して使用可能な状態であるとみなし、軸方向切り込み量を０．０５ｍｍ大きくして切削加工を行った。
【００７４】
切削テストの評価基準として、軸方向切り込み量が０．５０ｍｍになるまで切削した後に、継続して使用可能な状態である工具を良好とした。テストの結果を表２に示す。なお表２に示す結果において、加工後継続して使用可能な状態であれば○と記載し、チッピングもしくは欠損が生じた場合には、その状態を記載している。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２に示す通り、本発明例２は、軸方向切り込み量を０．５０ｍｍにしても大きな欠損など無く継続して使用できる状態であり、良好な結果を示した。これに対し、従来例３は軸方向切り込み量を０．２０ｍｍとして切削を行った時点で、刃が欠損しており、且つｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクがシャンク本体から一部剥がれている状態であった。このことから、本発明例２のように、差し込み方式により３面をロウ付けにて接合した工具は、切り込み量を上げても安定して切削できる領域が広いのに対して、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクの側面と底面のみを接合した従来例３の工具では、安定性が低く、切削抵抗が大きくなると硬質焼結体が剥がれるといった課題があることを確認した。
【００７７】
（実施例３）
ｃＢＮディスクの厚み方向の中心とシャンク本体の中心のズレ量による性能差を確認するため、硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えた本発明例４〜１２の工具を作成して、評価テストを行った。なお実施例３において、その他の工具サイズは本発明例２と同じとした。
【００７８】
図１３は硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えたシャンク本体に研削加工前の硬質焼結体ディスクをロウ付け接合した図である。本発明例４として、図１３に示すようにｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスク３の差し込み溝２の位置を変え、研削加工を行った工具を準備した。本発明例４はシャンク本体の中心８に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心７が大きく外れており、硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例４は、図１３に示すようにシャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスク３における硬質焼結体層の厚み方向の中心７を基準としたときに、硬質焼結体層の厚み方向の中心７から硬質焼結体層５の厚さの−３０％となる位置に、硬質焼結体ディスク３を配置した工具である。
【００７９】
本発明例５は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例５は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの−２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８０】
本発明例６は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．３０ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例６は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの−２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８１】
本発明例７は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例７は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの−１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８２】
本発明例８は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．００３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例８は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋０．２％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８３】
本発明例９は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例９は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８４】
本発明例１０は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．３０ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１０は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８５】
本発明例１１は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１１は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８６】
本発明例１２は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚み方向の中心が、板材４とシャンク本体１が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１２は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【００８７】
切削テストの条件、切削テストの評価方法及び切削テストの評価基準は実施例１と同様とした。テストの結果を表３に示す。なお表３において、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離を「ズレ量（ｍｍ）」として記載した。また、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離の硬質焼結体層の厚さに対する割合を「ズレ量（％）」として記載した。ここで＋とは、シャンク方向の中心８から硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示し、−とは、シャンク方向の中心８から板材４とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
表３に示す通り、本発明例４〜１２は、加工初期から５０ｍ加工する間において変化は無くチッピングもしくは欠損が生じていなかった。さらに加工面状態は均一な加工面であり、加工面粗さが３．０μｍ以下であったため、良好な結果を示した。特にズレ量（％）が＋２５％〜−２５％の範囲である本発明例５〜１１は加工面粗さが１．５μｍ以下であり、特に良好な結果であった。これにより、硬質焼結体の厚み方向の中心位置を変えると、加工面粗さに影響を与えることが分かり、硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲にシャンク本体の中心８が位置するように、硬質焼結体ディスク３を配置することにより良好な加工面が得られることが分かった。
【００９０】
（実施例４）
実施例４として、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けした本発明のボールエンドミルと、２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルとの比較試験を行った。
【００９１】
図１４は２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれの硬質焼結体ディスクをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルを示す図である。従来例１３として、図１４及び図１６に示すように、工具サイズは本発明例２と同じとし、ボール刃の各刃に対してそれぞれ、超硬合金の板材にｃＢＮからなる硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクをワイヤーカットでＲ状に切り出した物の板材側をシャンクの溝にロウ付けにて貼り付けたボールエンドミルを作成した。この時、工具の先端部は構造上の問題から、２枚のｃＢＮディスクが重なり合わないように設計し、先端部は図８に示す工具と同様にしてＶ字の形状とした。なお、本発明例２は実施例１に用いたものと、同様の工具とした。
【００９２】
切削テストの条件として、被削材はＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）の焼き入れ材とし、底面の切削加工にて評価を行った。回転数は２００００ｍｉｎ−１、送り速度は２０００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向切り込み量を０．０５ｍｍ、径方向切り込み量を０．１ｍｍとして切削距離が１００ｍになるまで加工した。クーラントには油性ミストクーラントを用いて行った。
【００９３】
切削テストの評価方法として、１０ｍ切削毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行った。さらに被削材については、加工面における送り方向の加工面粗さを接触式粗さ測定器にて測定した。
【００９４】
切削テストの評価基準として、加工面粗さがＲｚで３．０μｍ以下であり、なおかつ１００ｍ切削後にチッピングもしくは欠損が生じていない工具状態である工具を良好とした。テストの結果を表４に示す。
【００９５】
【表４】
【００９６】
表４に示す通り、従来例１３は８０ｍ切削したあたりで加工面にむしれが生じており、１００ｍ加工後の工具状態を観察すると、先端部にチッピングが生じていた。また、加工面粗さがＲｚで５．８μｍであったため、不良であった。図１５は２枚の硬質焼結体ディスクを用いて、切れ刃毎にそれぞれの硬質焼結体ディスクをシャンク本体にロウ付けした従来のボールエンドミルにおける先端中心部の拡大写真である。先端部を図８及び図１５に示すようなＶ字の形状にすると、先端部の強度が著しく低下する為に、長時間の加工や、突発的な加工時の切削負荷の増大に耐えきれずに安定して加工できないことを確認した。一方で、本発明例２は、１００ｍ加工しても先端部の逃げ面摩耗は小さく、継続して使用可能な状態であり、加工面粗さがＲｚで３．０μｍ以下であったため、良好な結果を示した。
【００９７】
（実施例５）
実施例５として、本発明における硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面の数による性能の違いを確認する比較テストを行った。
【００９８】
本発明例２として、図３に示すような、切り出したｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面が１面すなわち平面形状のものを準備した。
【００９９】
本発明例１４として、図１０に示すようなｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の２面が形成されたものを準備した。
【０１００】
図１７は硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の３面が形成された本発明例を示す図である。本発明例１５として、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の３面が形成されたものを準備した。
【０１０１】
図１８は硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の４面が形成された本発明例を示す図である。本発明例１６として、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の４面が形成されたものを準備した。
【０１０２】
なお、シャンク側はｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクと合わさる様にして、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクに対して凸状の２面乃至４面を有した形状に設計した。本発明例１４〜１６において、その他の工具サイズは本発明例２と同様とした。
【０１０３】
被削材は実施例１と同じ材料を使用した。被削材の形状をＲ５の凹状半球面として送り方向に５０ｍｍとなる形状の仕上加工にて評価した。なお、このときの切削条件は、回転数は２００００ｍｉｎ−１、送り速度は２０００ｍｍ／ｍｉｎ、径方向切り込み量を０．１０ｍｍとし、軸方向切り込み量を０．１０ｍｍから１面加工する毎に０．１０ｍｍずつ大きくする方法にて評価を行った。また、クーラントには油性ミストクーラントを用いて行った。
【０１０４】
切削テストの評価方法として、１面加工する毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行い、生じていなければ継続して使用可能な状態であるとみなし、軸方向切り込み量を０．１０ｍｍ大きくして切削加工を行った。
【０１０５】
切削テストの評価基準として、軸方向切り込み量が０．５０ｍｍになるまで切削した後に、継続して使用可能な状態である工具を良好とした。テスト結果を表５に示す。表５には、加工後継続して使用可能な状態であれば○と記載し、チッピングもしくは欠損が生じた場合には、その状態を記載している。
【０１０６】
【表５】
【０１０７】
表５に示す通り、本発明例２及び本発明例１４〜１６は、軸方向切り込み量を０．５０ｍｍにしても大きな欠損など無く継続して使用できる状態であり、良好な結果を示した。特に本発明例１４〜１６は、軸方向の切り込み量を０．８０ｍｍにしても工具損傷は無く継続して加工可能な状態であった。このことから、ｃＢＮを超硬合金の板材に一体焼結した硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面に凹状の２面以上を形成したことにより、更に安定して切削できることを確認した。
【０１０８】
（実施例６）
実施例６として、本発明における硬質焼結体をＰＣＤにしたものを準備して性能評価を行った。本評価テストでは実施例３と同様にＰＣＤディスクの厚み方向の中心とシャンク本体の中心のズレ量による性能差を確認するため、硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えた本発明例１７〜２５の工具を作製して評価テストを行った。尚、硬質焼結体ディスクのサイズは、硬質焼結体ディスク自体の厚みは４ｍｍ、ＰＣＤからなる硬質焼結体層の厚みが１．５ｍｍで、板材の厚みは２．５ｍｍのものを用いた。刃径は１２ｍｍとし、刃長は８ｍｍ、シャンク本体の直径は１２ｍｍのボールエンドミルを作製した。
【０１０９】
本発明例１７は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が大きく外れており、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１７は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１０】
本発明例１８は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１８は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１１】
本発明例１９は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例１９は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１２】
本発明例２０は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２０は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１３】
本発明例２１は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．００３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２１は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋０．２％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１４】
本発明例２２は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２２は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１５】
本発明例２３は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２３は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１６】
本発明例２４は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２４は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１７】
本発明例２５は、シャンク本体の中心に対して、ＰＣＤからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２５は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１１８】
切削テストの条件として、被削材にはシリコン含有量の比較的高いアルミニウム合金であるＡＤＣ１２を用いて、４５°の勾配面の仕上げ加工を行った。回転数は６６００ｍｉｎ−１、送り速度は１５８０ｍｍ／ｍｉｎ、４５°方向の切り込み量を０．１ｍｍ、ピッチを０．１ｍｍとして切削距離が１００ｍになるまで加工した。エアーブローを用いて評価テストを行った。
【０１１９】
切削テストの評価方法として、１０ｍ切削毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行った。さらに被削材については、４５°の勾配面における送り方向の加工面粗さを接触式粗さ測定器にて測定した。
【０１２０】
切削テストの評価基準として、加工面粗さがＲｚで２．０μｍ以下であり、なおかつ１００ｍ切削後にチッピングもしくは欠損が生じていない工具状態である工具を良好とした。テストの結果を表６に示す。なお表６において、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離を「ズレ量（ｍｍ）」として記載した。また、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離の硬質焼結体層の厚さに対する割合を「ズレ量（％）」として記載した。ここで＋とは、シャンク方向の中心８から硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示し、−とは、シャンク方向の中心８から板材４とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示す。
【０１２１】
【表６】
【０１２２】
表６に示す通り、本発明例１７〜２５は、加工初期から１００ｍ加工する間において変化はなく、チッピングもしくは欠損は生じていなかった。また加工面状態も均一であり、加工面粗さも２．０μｍ以下であったため、良好な結果を示した。特にズレ量（％）が＋２５％〜−２５％の範囲である本発明例１８〜２４は加工面粗さが１．５μｍ以下であり、特に良好な結果であった。
【０１２３】
（実施例７）
実施例７として、本発明における硬質焼結体を実施例１で用いたものと同じ組成のｃＢＮにしたものを準備して性能評価を行った。本評価テストでは実施例３と同様にｃＢＮディスクの厚み方向の中心とシャンク本体の中心のズレ量による性能差を確認するため、硬質焼結体ディスクの差し込み溝の位置を変えた本発明例２６〜３４の工具を作製して評価テストを行った。尚、硬質焼結体ディスクのサイズは、硬質焼結体ディスク自体の厚みは５ｍｍ、ｃＢＮからなる硬質焼結体層の厚みが１．５ｍｍで、板材の厚みは３．５ｍｍのものを用いた。刃径は３２ｍｍとし、刃長は２２ｍｍ、シャンク本体の直径は３２ｍｍのボールエンドミルを作製した。
【０１２４】
本発明例２６は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が大きく外れており、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２６は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２５】
本発明例２７は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２７は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２６】
本発明例２８は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２８は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２７】
本発明例２９は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、硬質焼結体層とシャンク本体が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例２９は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの−１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２８】
本発明例３０は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．００３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３０は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋０．２％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１２９】
本発明例３１は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．１５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３１は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋１０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１３０】
本発明例３２は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３２は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１３１】
本発明例３３は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．３７５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３３は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１３２】
本発明例３４は、シャンク本体の中心に対して、ｃＢＮからなる硬質焼結体の厚み方向の中心が、板材とシャンク本体が接合される面がある向きに０．４５ｍｍずれた工具を準備した。つまり本発明例３４は、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体の厚み方向の中心から硬質焼結体層の厚さの＋３０％となる位置に、硬質焼結体ディスクを配置した工具である。
【０１３３】
切削テストの条件として、被削材にはＳＫＤ１１（Ｈ）（６０ＨＲＣ）の焼き入れ鋼を用いて、４５°の勾配面の仕上げ加工を行った。回転数は７５００ｍｉｎ−１、送り速度は１０５０ｍｍ／ｍｉｎ、４５°方向の切り込み量を０．１ｍｍ、ピッチを０．３ｍｍとして切削距離が５０ｍになるまで加工した。クーラントには油性ミストクーラントを用いて評価テストを行った。
【０１３４】
切削テストの評価方法として、１０ｍ切削毎に工具を光学式顕微鏡で観察し、チッピングもしくは欠損が生じていないかの観察を行った。さらに被削材については、４５°の勾配面における送り方向の加工面粗さを接触式粗さ測定器にて測定した。
【０１３５】
切削テストの評価基準として、加工面粗さがＲｚで２．５μｍ以下であり、なおかつ５０ｍ切削後にチッピングもしくは欠損が生じていない工具状態である工具を良好とした。テストの結果を表７に示す。なお表７において、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離を「ズレ量（ｍｍ）」として記載した。また、シャンク本体の中心に対して硬質焼結体層の厚み方向の中心がずれた距離の硬質焼結体層の厚さに対する割合を「ズレ量（％）」として記載した。ここで＋とは、シャンク方向の中心８から硬質焼結体層５とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示し、−とは、シャンク方向の中心８から板材４とシャンク本体１が接合される面への向きにずれた場合を示す。
【０１３６】
【表７】
【０１３７】
表７に示す通り、本発明例２６〜３４は、加工初期から５０ｍ加工する間において変化はなく、チッピングもしくは欠損は生じていなかった。また加工面状態も均一であり、加工面粗さも２．５μｍ以下であったため、良好な結果を示した。特にズレ量（％）が＋２５％〜−２５％の範囲である本発明例２７〜３３は加工面粗さが２．０μｍ未満であり、特に良好な結果であった。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明により、焼き入れ綱や鋳鋼などを代表とする金型の加工において、安定してかつ長寿命に加工できる硬質焼結体を用いたボールエンドミルを提供する。
【符号の説明】
【０１３９】
１ シャンク本体
２ 差し込み溝
３ 硬質焼結体ディスク
４ 板材
５ 硬質焼結体層
６ 切れ刃
７ 硬質焼結体層の厚み方向の中心
８ シャンク本体の中心
９ 硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲
１０ 硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面
１１ Ｌ字状の溝
１２ ボール刃
１３ 中心切れ刃
１４ 硬質焼結体ボールエンドミル
１５ 硬質焼結体の無垢材
１６ 突起部
１７ 角立ち
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転により切削加工を行うボールエンドミルであって、切れ刃が硬質焼結体で構成されており、シャンク本体に、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされており、該シャンク本体には該硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝が形成されているとともに、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミル。
【請求項２】
請求項１に記載の硬質焼結体ボールエンドミルにおいて、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲に位置するように、硬質焼結体ディスクを配置したことを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボールエンドミルにおいて、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面の最低１カ所が２面以上で形成された凹状にしたことを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミル。
【請求項１】
回転により切削加工を行うボールエンドミルであって、切れ刃が硬質焼結体で構成されており、シャンク本体に、板材の片面のみに硬質焼結体を一体焼結した硬質焼結体ディスクを差し込む方式によってロウ付けされており、該シャンク本体には該硬質焼結体ディスクの硬質焼結体層の厚み方向の中心と該シャンク本体の中心とがほぼ同じ位置になるように差し込み溝が形成されているとともに、対となるボール切れ刃と先端の中心切れ刃が１枚の硬質焼結体ディスクで形成されてあることを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミル。
【請求項２】
請求項１に記載の硬質焼結体ボールエンドミルにおいて、シャンク本体の中心が、硬質焼結体ディスクにおける硬質焼結体層の厚み方向の中心を基準としたときに、硬質焼結体層の中心から硬質焼結体層の厚さの＋２５％〜−２５％の範囲に位置するように、硬質焼結体ディスクを配置したことを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボールエンドミルにおいて、硬質焼結体ディスクのシャンク側接合面の最低１カ所が２面以上で形成された凹状にしたことを特徴とする硬質焼結体ボールエンドミル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図８】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図８】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−６３５０２（Ｐ２０１３−６３５０２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６７６３９（Ｐ２０１１−２６７６３９）
【出願日】平成２３年１２月７日（２０１１．１２．７）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月７日（２０１１．１２．７）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
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