JP2002187011A - 多刃ボールエンドミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切りくず詰まりを防止することができ、高寿
命を有する多刃ボールエンドミルを提供すること。 【解決手段】 各ボール刃６ａ〜６ｃには、ボール刃６
ａ〜６ｃの回転方向後方側からボール刃６ａ〜６ｃを越
える回転方向前方側にかけての範囲にシンニングが施さ
れる。かかるシンニングによって、ボール刃６ａ〜６ｃ
が回転中心Ｏ及びその近傍で欠落され、回転中心Ｏ及び
その近傍にチップポケットとして作用する凹部が形成さ
れる。このように、各ボール刃６ａ〜６ｃに対してシン
ニングを施すことによって、回転中心Ｏ近傍に十分な容
量のチップポケットを確保することができ、切削中の切
りくず詰まりに起因する切刃のチッピングを防止するこ
とができる。また、各ボール刃６ａ〜６ｃの切刃長さを
同じ長さとすることができるので、特定のボール刃６ａ
〜６ｃに切削負荷が集中することを防止でき、各ボール
刃６ａ〜６ｃのチッピングを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、多刃ボールエン
ドミルに関し、特に、切りくず詰まりを防止することが
でき、高寿命を有する多刃ボールエンドミルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】 一般に、３枚以上のボール刃を有する
多刃ボールエンドミルでは、その先端視において、各ボ
ール刃が多刃ボールエンドミルの回転方向に対して凸と
なる曲面形状に形成される。そして、例えば３枚のボー
ル刃を有する３枚刃ボールエンドミル１００では、図７
（ａ）に示すように、各ボール刃１０１，１０２，１０
３が外周側から回転軸線Ｏまで延在すると共に、回転軸
線Ｏで一致して形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、この
３枚刃ボールエンドミル１００では、回転軸線Ｏ近傍の
チップポケットが不足するために切削中に切りくず詰ま
りが発生しやすく、かかる切りくず詰まりによって各ボ
ール刃１０１，１０２，１０３にチッピングが発生し、
寿命が低下してしまうという問題点があった。

【０００４】このため、例えば図７（ｂ）に示す３枚刃
ボールエンドミルが提案されている。この３枚刃ボール
エンドミル１０４では、ボール刃１０５，１０６，１０
７のうち１枚のボール刃１０５のみが外周側から回転軸
線Ｏを越えて延在し、残りの２枚のボール刃１０６，１
０７がいずれも外周側から回転軸線Ｏに対して若干の距
離を残して延在することにより、離間部１０８，１０９
が形成されている。この離間部１０８，１０９によって
切削中の切りくずの収容、及び、排出を行うのである。

【０００５】しかしながらこの３枚刃ボールエンドミル
１０４では、回転軸線Ｏ近傍が１枚のボール刃１０５だ
けで構成されているため、このボール刃１０５の負担が
大きくなり、チッピングの発生により寿命が低下してし
まうという問題点があった。

【０００６】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、回転中心近傍にチップポケットを
確保することによって切りくず詰まりを防止することが
でき、高寿命を有する多刃ボールエンドミルを提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 この目的を達成するた
めに請求項１記載の多刃ボールエンドミルは、軸線回り
に回転される工具本体と、その工具本体の先端側に設け
られると共に回転軌跡が略半球状を呈するボール刃とを
備え、前記ボール刃は、前記工具本体に３枚以上設けら
れており、その３枚以上のボール刃の各ランドには、各
ボール刃が前記工具本体の回転中心及びその近傍におい
て欠落するようにシンニングが施されている。

【０００８】請求項２記載の多刃ボールエンドミルは、
請求項１記載の多刃ボールエンドミルにおいて、前記シ
ンニングは、前記工具本体の軸線方向先端視で、ボール
刃の回転方向後方側からボール刃を越える回転方向前方
側にかけての範囲に施されている。

【０００９】請求項３記載の多刃ボールエンドミルは、
請求項１又は２に記載の多刃ボールエンドミルにおい
て、シンニング角は、前記工具本体の軸線と垂直な方向
に対して２０°以上かつ４５°以下とされ、シンニング
によって前記工具本体の回転中心及びその近傍に形成さ
れる前記ボール刃の欠落部は、前記工具本体の軸線方向
先端視で、その欠落部の端部の回転直径がボール刃の回
転半径の２％以上かつ２５％以下とされると共に、前記
工具本体の軸線と垂直な方向から見て、前記工具本体の
軸線と垂直な方向に対して２°以上かつ２０°以下だけ
前記工具本体の後端側に向かって傾斜して形成されてい
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】 以下、本発明の好ましい実施例
について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発
明における多刃ボールエンドミル１の正面図であり、図
中では、多刃ボールエンドミル１の一端側の図示を省略
している。まず、図１を参照して多刃ボールエンドミル
１の全体構成について説明する。

【００１１】多刃ボールエンドミル１は、超硬合金から
なる工具本体２を有するソリッドタイプのボールエンド
ミルであり、その工具本体２の一端（図２の右側）を保
持するホルダー（図示せず）を介してマシニングセンタ
ー等の加工機械の回転力が伝達され、主に、金型等の自
由曲面加工を行う用途に用いられる工具である。

【００１２】工具本体２は、タングステンカーバイト
（ＷＣ）等を加圧焼結した超硬合金により構成されてお
り、その一端側（図１の右側）にはシャンク（図示せ
ず）が円柱状に形成されている。このシャンクがホルダ
ーに保持されることによって、多刃ボールエンドミル１
が加工機械に取り付けられるのである。

【００１３】一方、工具本体２の他端側（図１の左側）
には、丸棒状をなすと共にその先端が半球状をなす切刃
部３が形成されている。切刃部３は、主に、切りくず排
出溝４ａ〜４ｃ、外周刃５ａ〜５ｃ、ボール刃６ａ〜６
ｃ、ランド７ａ〜７ｃ等を備えており、この切刃部３に
よって金型等の自由曲面加工が行われる。切りくず排出
溝４ａ〜４ｃは、切削加工中の切りくずの生成、収容及
び排出を行うためのものであり、ねじれを伴う３本の切
りくず排出溝４ａ〜４ｃが工具本体２の回転軸線Ｏに対
して対称に配設されている。

【００１４】外周刃５ａ〜５ｃは、切刃部３の丸棒状部
に形成される切刃であり、切刃部３の外周側に所定の幅
を有して形成されるランド７ａ〜７ｃと切りくず排出溝
４ａ〜４ｃとが交差する稜線部分に３枚の外周刃５ａ〜
５ｃが形成されている。また、ボール刃６ａ〜６ｃは、
切刃部３の先端の半球状部に形成され、その回転軌跡が
略半球状を呈する切刃である。このボール刃６ａ〜６ｃ
は、前述した外周刃５ａ〜５ｃと同様に、ランド７ａ〜
７ｃと切りくず排出溝４ａ〜４ｃとが交差する稜線部分
に形成されると共に、前述した３枚の外周刃５ａ〜５ｃ
と連設して形成されている。

【００１５】図２は、図１の矢印ＩＩ方向から見た多刃
ボールエンドミル１の側面図である。多刃ボールエンド
ミル１の回転軸線Ｏに沿う方向（図１の矢印ＩＩ方向）
から見たボール刃６ａ〜６ｃは、図２に示すように、外
周側から回転軸線Ｏに向かって延在すると共に、多刃ボ
ールエンドミル１の回転方向（図２の反時計回り）に凸
型の曲線形状に形成されている。このボール刃６ａ〜６
ｃには、多刃ボールエンドミル１の回転軸線Ｏ近傍にお
けるランド７ａ〜７ｃにシンニングが施されており、か
かるシンニングによって、回転軸線Ｏ近傍においてボー
ル刃６ａ〜６ｃが欠落されている。ここで、図３を参照
して、回転軸線Ｏ近傍のボール刃６ａ〜６ｃについて説
明する。

【００１６】図３は、図１の矢印ＩＩ方向から見た多刃
ボールエンドミル１の部分拡大側面図であり、多刃ボー
ルエンドミル１の外周側の図示を省略している。上述し
たシンニングは、各ボール刃６ａ〜６ｃに対して同条件
でそれぞれ行われる。例えば、ボール刃６ａに対して
は、図３に示すように、ボール刃６ａの回転方向（図３
の反時計回り）後方側（図３の下方側）からボール刃６
ａを越える回転方向前方側（図３の上方側）にかけての
範囲にシンニングが施され、平面状のシンニング面８ａ
が形成されている。ボール刃６ａは、このシンニングに
よって回転軸線Ｏ及びその近傍で欠落し、欠落部９ａが
シンニング面８ａの一辺に形成される。この欠落部９ａ
の一端は、ボール刃６ａの端部と交点ｍにおいて連設さ
れ、一方、この欠落部９ａの他端は、同様のシンニング
によって他のボール刃６ｂ，６ｃにそれぞれ交点ｍにお
いて連設して形成される欠落部９ｂ，９ｃと回転軸線Ｏ
上で一致している。これら欠落部９ａ〜９ｃの回転軸線
Ｏ上における交点は、後述するように、多刃ボールエン
ドミル１の後端側（図３の紙面奥側）に後退した位置に
おいて一致して形成されている。このように、各ボール
刃６ａ〜６ｃに対して同様にシンニングを施すことによ
って、回転軸線Ｏ近傍における各ボール刃６ａ〜６ｃの
切刃長さを同じ長さとすることができる。従って、特定
のボール刃６ａ〜６ｃの一枚だけに切削負荷が集中する
ことを防止し、各ボール刃６ａ〜６ｃにかかる切削負荷
を一定とすることができるので、各ボール刃６ａ〜６ｃ
のチッピングを防止することができるのである。

【００１７】図４は、多刃ボールエンドミル１の先端部
の拡大模式図である。図４は、多刃ボールエンドミル１
をその回転軸線Ｏ回りに回転させた場合の回転軌跡を平
面投射して得られた模式図であり、図中の実線は、ボー
ル刃６ａ〜６ｃ及び欠落部９ａ〜９ｃの回転軌跡を表し
ており、また、図中の２点鎖線は、シンニング面８ａ〜
８ｃ及び切りくず排出溝４ａ〜４ｃの溝底の回転軌跡か
ら求まる輪郭線である。ボール刃６ａ〜６ｃは、図４に
示すように、その回転軌跡が半径Ｒの円弧状を呈するよ
うに形成されており、欠落部９ａ〜９ｂは、その回転軌
跡が多刃ボールエンドミル１の先端部（回転軸線Ｏ近
傍）において、ボール刃６ａ〜６ｃとの交点ｍ，ｍから
多刃ボールエンドミル１の後端側（図４の下側）に向か
って傾斜角αで傾斜するように形成されている。この傾
斜角αは、欠落部９ａ〜９ｃの回転軌跡が回転軸線Ｏと
垂直な方向に対してなす角度であり、２°以上かつ２０
°以下の範囲とされている。かかる傾斜によって多刃ボ
ールエンドミル１の先端には、Ｖ字状の凹部が形成され
る。このように傾斜角αが２°以上かつ２０°以下の範
囲に設定されているので、交点ｍにおいてボール刃６ａ
〜６ｃと欠落部９ａ〜９ｃとにより形成される部位が剛
性のない鋭角な形状となり、切削中に欠損してしまうこ
とを防止することができる。

【００１８】また、欠落部９ａ〜９ｃは、その回転軌跡
において、ボール刃６ａ〜６ｃとなす交点ｍ，ｍ間の距
離が回転軸線Ｏと垂直な方向に距離Ｌだけ離間するよう
に形成されている。そして、交点ｍ，ｍ間の距離Ｌは、
ボール刃６ａ〜６ｃの回転半径Ｒに対して、Ｒの２％以
上かつ２５％以下の範囲とされている。このように、交
点ｍ，ｍ間の距離Ｌがボール刃６ａ〜６ｃの回転半径Ｒ
の２％以上とされているので、回転軸線Ｏ近傍に十分な
容量のチップポケットを確保することができ、切削中の
切りくず詰まりに起因する切刃のチッピングを防止する
ことができる。また、距離Ｌは回転半径Ｒの２５％以下
とされているので、切刃が存在しないことによって被削
材に削り残しが発生する不都合を防止することができる
のである。なお、請求項３に記載した、欠落部の端部の
回転直径とは、上述した距離Ｌをいう。

【００１９】シンニング面８ａ〜８ｃの輪郭線は、外方
に向かって凸型となる曲線により形成される切りくず排
出溝４ａ〜４ｃの溝底の輪郭線の終端と交点ｐにおいて
連結し、その交点ｐから多刃ボールエンドミル１の先端
側（図４の上方）に向かってシンニング角βで傾斜する
直線によって形成されている。このシンニング角βは、
シンニング面８ａ〜８ｃの輪郭線が回転軸線Ｏと垂直な
方向に対してなす角度であり、２０°以上かつ４５°以
下の範囲とされている。このように、シンニング面８ａ
〜８ｃのシンニング角βは、回転軸線Ｏと垂直な方向に
対して２０°以上とされているので、多刃ボールエンド
ミル１の回転軸線Ｏ及びその近傍に十分な容量のチップ
ポケットを確保することでき、更に、そのシンニング角
βは、回転軸線Ｏと垂直な方向に対して４５°以下とさ
れているので、心厚が薄くなり多刃ボールエンドミル１
の先端部の工具剛性が低下することを防止することがで
きるのである。

【００２０】次に、上述のように構成された多刃ボール
エンドミル１を用いて行った切削試験について以下に示
す。図５は、切削試験に使用される被削材１０の斜視図
であり、被削材１０の奥行き方向（図５の左上方）及び
幅方向（図５の右上方）の図示が省略されている。

【００２１】切削試験は、図５に示すように、基準面１
１と垂直に直立する状態の多刃ボールエンドミル１（図
示せず）を、基準面１１と平行となるように被削材１０
に設けられる被切削面１０ａに沿って所定の条件で報復
直線移動させることにより、その被切削面１０ａの切削
加工を行い、切刃に所定の逃げ面最大摩耗幅が生じるま
での切削距離を測定する試験である。

【００２２】切削試験の詳細諸元は、被削材：ＪＩＳ−
ＳＫＤ６１（５０ＨＲＣ）、切削方法：ダウンカット
（往路）及びアップカット（復路）、切削油材：不使用
（乾式切削）、使用機械：横型マシニングセンタ、主軸
回転速度：６４００回転／ｍｉｎ、テーブル送り速度：
１５００ｍｍ／ｍｉｎ、軸方向切り込み深さｘ：０．６
ｍｍ、ピックフィードＰｆ：２ｍｍ、試験打ち切り逃げ
面最大摩耗幅ＶＢ：０．１５ｍｍである。

【００２３】また、切削試験には、本実施例で説明した
多刃ボールエンドミル１（以下、本発明品Ａと称す）
と、図７（ａ）に示した等底刃タイプの多刃ボールエン
ドミル１００（以下、従来品Ｂと称す）、及び、図７
（ｂ）に示した不等底刃タイプの多刃ボールエンドミル
１０４（以下、従来品Ｃと称す）とを用いて行った。な
お、本発明品Ａ、従来品Ｂ及び従来品Ｃは、いずれも同
一の工具材料（超硬合金）から構成されている。また、
これらのボール刃の刃数は３枚であり、その回転半径Ｒ
は、Ｒ＝５ｍｍで構成されている。

【００２４】図６は、上記切削試験の結果を本発明品
Ａ、従来品Ｂ及び従来品Ｃについて示した図である。図
６中、横軸１２は切削試験において被削材１０を切削し
た切削距離Ｙを示しており、縦軸１３は切削試験を行っ
た測定品名を示している。また、横棒１４は従来品Ｂの
グラフであり、横棒１５は従来品Ｃのグラフであり、そ
して、横棒１６は、本発明品Ａのグラフである。

【００２５】従来品Ｂは、その切刃に生じた逃げ面最大
摩耗幅が試験打ち切り逃げ面最大摩耗幅ＶＢに達するこ
となく、切削距離Ｙが１１０ｍの時点でボール刃１０１
〜１０３（図７（ａ）参照）の回転軸線Ｏ近傍に切りく
ず詰まりに起因するチッピングが発生し、従来品Ｃは、
同様に試験打ち切り逃げ面最大摩耗幅ＶＢに達すること
なく、切削距離Ｙが４０ｍの時点で過大な切削負荷が集
中するボール刃１０５（図７（ｂ）参照）の回転軸線Ｏ
近傍にチッピングが発生した。その為、以降は逃げ面最
大摩耗幅の測定が不可能となったため、従来品Ｂ及び従
来品Ｃの切削試験を中止した。一方、本発明品Ａは、切
削距離Ｙが１５０ｍの時点で、切刃の逃げ面最大摩耗幅
が試験打ち切り逃げ面最大摩耗幅ＶＢ（＝０．１５ｍ
ｍ）に達した。また、この時点においても切刃に欠損が
発生することなく、正常摩耗で摩耗が進行しており、以
降も十分に切削に耐えるものであった。

【００２６】以上説明したように、多刃ボールエンドミ
ル１は、シンニングによってボール刃６ａ〜６ｃが回転
中心及びその近傍において欠落し、その欠落部に十分な
容積のチップポケットが確保されている。よって、切削
中の切りくずの収容及び排出がスムーズに行われ、切り
くず詰まりに起因して回転中心近傍のボール刃６ａ〜６
ｃが欠損することを防止することができるのである。ま
た、かかるシンニングは、各ボール刃６ａ〜６ｃに対し
て同一条件で施されているので、各ボール刃６ａ〜６ｃ
の切刃長さを同じ長さとすることができる。よって、特
定のボール刃に負荷が集中することを防止し、各ボール
刃６ａ〜６ｃにかかる負荷を一定とすることができるの
で、チッピングを防止することができ、多刃ボールエン
ドミル１の高寿命化を得ることができるのである。

【００２７】以上、実施例に基づき本発明を説明した
が、本発明は上記実施例に何ら限定される物ではなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可
能であることは容易に推察できるものである。

【００２８】例えば、上記実施例では、多刃ボールエン
ドミル１が３枚のボール刃によって構成される場合を説
明したが、少なくとも３枚以上のボール刃によって構成
されるものであれば良く、４枚、或いは、それ以上の枚
数のボール刃によって構成されることは当然に可能であ
る。また、多刃ボールエンドミル１は、炭化チタニウ
ム、窒化チタニウム、炭窒化チタニウム、酸化アルミニ
ウムチタン等の高硬質物質を単独で、或いは、これらを
組み合わせて、多層コーティングされたものであっても
良い。また、切刃と工具本体とが一体の工具材料で構成
されるソリッドタイプの多刃ボールエンドミル１を説明
したが、多刃ボールエンドミル１は、例えば、立方晶窒
化硼素焼結体、或いは、ダイヤモンド焼結体を主体とす
る硬質焼結体によって構成されるチップをろう付けなど
により固着し、切刃としたものであっても良い。

【００２９】

【発明の効果】 本発明によれば、３枚以上のボール刃
の各ランドには、各ボール刃が工具本体の回転中心及び
その近傍において欠落するように、シンニングが施され
ている。よって、かかるシンニングにより工具本体の回
転中心及びその近傍にチップポケットが確保されるの
で、切削中の切りくずの収容、排出を行うことができ、
ボール刃のチッピングの原因となる切りくず詰まりを防
止することができるという効果がある。また、すべての
ボール刃にシンニングを施すことによって、各ボール刃
の切刃長さを同じ長さとすることができる。従って、特
定のボール刃にだけ負荷が集中することを防止し、各ボ
ール刃にかかる負荷を一定とすることができるので、ボ
ール刃のチッピングを防止することができるという効果
がある。更に、ボール刃は、工具本体に３枚以上設けら
れているので、各ボール刃が分担する負荷を低減するこ
とができるという効果がある。

【００３０】シンニング角は、工具本体の軸線と垂直な
方向に対して２０°以上とされているので、工具本体の
回転中心及びその近傍に十分な容量のチップポケットを
確保することでき、切削中の切りくず詰まりを防止する
ことができるという効果がある。更に、そのシンニング
角は４５°以下とされているので、工具本体が削られ過
ぎることにより心厚が薄くなり多刃ボールエンドミルの
剛性が低下することを防止することができるという効果
がある。

【００３１】そして、シンニングによって工具本体の回
転中心及びその近傍に形成されるボール刃の欠落部は、
工具本体の軸線方向先端視で、その欠落部の端部の回転
直径がボール刃の回転半径の２％以上とされているの
で、十分な容量のチップポケットを確保することがで
き、切削中の切りくず詰まりを防止することができると
いう効果がある。更に、その回転直径がボール刃の回転
半径の２５％以下とされているので、被削材に削り残し
が発生する不都合を防止することができるという効果が
ある。また、欠落部は、工具本体の軸線と垂直な方向か
ら見て、工具本体の軸線と垂直な方向に対して２°以上
かつ２０°以下だけ工具本体の後端側に向かって傾斜し
て形成されている。よって、ボール刃とそのボール刃の
欠落部とがなす部位が剛性のない鋭角な形状となり、切
削中に欠損してしまうことを防止することができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である多刃ボールエンドミ
ルの正面図である。

【図２】 図１の矢印ＩＩ方向から見た多刃ボールエン
ドミルの側面図である。

【図３】 図１の矢印ＩＩ方向から見た多刃ボールエン
ドミル１の部分拡大側面図である。

【図４】 多刃ボールエンドミル１の先端部の拡大模式
図である。

【図５】 切削試験に使用される被削材の斜視図であ
る。

【図６】 切削試験の結果を本発明品Ａ、従来品Ｂ及び
従来品Ｃについて示した図である。

【図７】 従来の多刃ボールエンドミルを示した図であ
り、（ａ）は、等底刃タイプの多刃ボールエンドミルの
正面図であり、（ｂ）は、不等底刃タイプの多刃ボール
エンドミルの正面図である。

【符号の説明】

１ 多刃ボールエンドミル ２ 工具本体 ６ａ〜６ｃ ボール刃 ７ａ〜７ｃ ランド ９ａ〜９ｃ 欠落部 β シンニング角 ｍ 交点（欠落部の端部） Ｏ 回転軸線（軸線） Ｌ 交点間の距離（欠落部の端部
の回転直径） Ｒ ボール刃の回転半径

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸線回りに回転される工具本体と、その
   工具本体の先端側に設けられると共に回転軌跡が略半球
   状を呈するボール刃とを備える多刃ボールエンドミルに
   おいて、 前記ボール刃は、前記工具本体に３枚以上設けられてお
   り、 その３枚以上のボール刃の各ランドには、各ボール刃が
   前記工具本体の回転中心及びその近傍において欠落する
   ようにシンニングが施されていることを特徴とする多刃
   ボールエンドミル。
2. 【請求項２】 前記シンニングは、前記工具本体の軸線
   方向先端視で、ボール刃の回転方向後方側からボール刃
   を越える回転方向前方側にかけての範囲に施されている
   ことを特徴とする請求項１記載の多刃ボールエンドミ
   ル。
3. 【請求項３】 シンニング角は、前記工具本体の軸線と
   垂直な方向に対して２０°以上かつ４５°以下とされ、 シンニングによって前記工具本体の回転中心及びその近
   傍に形成される前記ボール刃の欠落部は、前記工具本体
   の軸線方向先端視で、その欠落部の端部の回転直径がボ
   ール刃の回転半径の２％以上かつ２５％以下とされると
   共に、前記工具本体の軸線と垂直な方向から見て、前記
   工具本体の軸線と垂直な方向に対して２°以上かつ２０
   °以下だけ前記工具本体の後端側に向かって傾斜して形
   成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   多刃ボールエンドミル。