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【発明の名称】 ボールエンドミルおよびその製造方法
【発明者】 【氏名】山中 一史

【要約】 【課題】ボール刃4の中心刃4aを超硬合金で、外周刃4bを硬質焼結体でそれぞれ形成して切れ刃の耐摩耗性と耐欠損性を高めたボールエンドミルの加工性能向上、コスト低減、小径工具への適用規制の緩和などを図ることを課題としている。

【構成】シャンク2の先端に複合焼結体から切り出された円柱状の母材3を接合し、その母材3の刃付け加工を施す。母材3は、ボール刃4の外周刃4bを構成する硬質焼結体層3aと中心刃4aを構成する超硬合金層3aが重ねられて一体焼結されているものとなす。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボール刃(4)が回転中心側に配置される中心刃(4a)とその中心刃の外端に連なる外周刃(4b)とで構成され、前記中心刃(4a)が超硬合金で、外周刃(4b)が硬質焼結体でそれぞれ形成されるボールエンドミルにおいて、前記外周刃(4b)を構成する硬質焼結体と中心刃(4a)を構成する超硬合金が重ねられて一体焼結されていることを特徴とするボールエンドミル。
【請求項2】
前記ボール刃(4)の刃先部にネガランド(8)を設け、そのネガランド(8)の工具の軸心に対する傾斜角θ、又は幅w、若しくは傾斜角θと幅wを、中心刃(4a)の内端から外周刃(4b)の外端に向かって順次増大させた請求項1に記載のボールエンドミル。
【請求項3】
外周刃(4b)を構成する硬質焼結体層(3a)と中心刃(4a)を構成する超硬合金層(3b)を軸方向に重ね、その両者の境界部(3c)をエンドミルの軸心と直角な面に対して傾斜させた請求項1又は2に記載のボールエンドミル。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかに記載のボールエンドミルの製造方法であって、硬質焼結体層用の原料と超硬合金層用の原料が重ねられて一体焼結された複合焼結体(10)を作成し、この複合焼結体(10)から硬質焼結体層(3a)と超硬合金層(3b)が積層された構造の円柱状の母材(3)を切り出し、この母材(3)を、シャンク(2)の先端に鑞付けした後、シャンク先端の母材(3)に刃付け加工を施して中心刃(4a)が超硬合金層(3b)で形成されるようにしたことを特徴とするボールエンドミルの製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
この発明は、高速加工領域で優れた性能を発揮するボールエンドミルに関する。
【背景技術】
【0002】
切れ刃の回転中心側領域(以下、中心刃と言う)と外周側領域(以下、外周刃と言う)を異なる材料で形成したボールエンドミルが、例えば、下記特許文献1〜3に開示されている。
【0003】
これらの特許文献が開示しているボールエンドミルは、高速加工領域での使用において切れ刃の優れた耐摩耗性と耐欠損性を両立させるために、切削速度の遅い中心刃を超硬合金で、切削速度の速い外周刃をCBN(立方晶窒化硼素)焼結体などの硬質焼結体でそれぞれ形成している。
【0004】
特許文献1のボールエンドミルは、超硬合金の周りを環状のCBN焼結体で囲った部材をシャンクの先端に固着し、この部材に刃付け加工を施すことで中心刃と外周刃の材質を異ならせている。
また、特許文献2のボールエンドミルは、超硬合金で形成されたチップ本体にCBN焼結体を接合した切削チップを使用して材質の異なる中心刃と外周刃を作り出しており、一方、特許文献3のボールエンドミルは、超硬合金で形成された本体に硬質体のチップ切刃を鑞付けし、本体とチップ切刃に刃をつけて材質の異なる中心刃と外周刃を作り出している。
【特許文献1】特開平10−113810号公報
【特許文献2】特開2000−176726号公報
【特許文献3】特開2002−126930号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1は、「CBN焼結体は円柱状で中心部を除去するか、または、中心部に超硬合金を埋めた状態で超高圧焼結により作成した」と述べている(段落[0008])が、円柱のCBN焼結体の中心部を除去して超硬合金に置き換えた材料を用いると、CBN焼結体と超硬合金の境界部に鑞材などの接合材が介在されることになり、加工面の面粗さの悪化を招く。
【0006】
また、中心部に超硬合金を埋めて超高圧焼結を行った材料を用いると、製造が煩雑になって製造コストがかなり高くなる。
【0007】
特許文献2が開示しているボールエンドミルも、超硬合金で形成されたチップ本体に中心刃を、チップ本体に接合されたCBN焼結体に外周刃をそれぞれ加工しており、中心刃と外周刃の境界部に切れ刃の材料としての適性に欠ける接合材が介在されるため、加工面の面粗さの悪化を招く。
【0008】
さらに、特許文献3が開示しているボールエンドミルは、超硬合金によって形成される第1刃部と硬質焼結体によって形成される第2刃部を混在させているが、第2刃部に中心刃がないために中心刃の歯数が外周刃に比べて少なく、中心刃の負担が増す。また、通常の使用状況でエンドミルに送りをかけた加工を行うと、ワークが超硬合金の外周刃と硬質焼結体の外周刃によって交互に加工され、加工面の品位が安定しない。これに加え、特許文献3の構造や、切削チップをクランプねじで本体に固定する特許文献2の構造は、スペース面での規制があって小径エンドミルには適用し難い。
【0009】
この発明は、中心刃を超硬合金で、外周刃を硬質焼結体でそれぞれ形成して切れ刃の耐摩耗性と耐欠損性を高めたボールエンドミルの加工性能向上、コスト低減、小径工具への適用規制の緩和などを図ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するため、この発明においては、切れ刃の中心刃が超硬合金で、外周刃が硬質焼結体でそれぞれ形成されるボールエンドミルを対象にしてそのエンドミルの外周刃を構成する硬質焼結体と中心刃を構成する超硬合金が重ねられて一体焼結されているものとなす。
【0011】
硬質焼結体と超硬合金は、それらが各1層ずつ軸方向に重ねてられていてもよいし、重ね方向が工具径方向となるように、かつ、2層の硬質焼結体間に超硬合金の層が挟まれるように重ねられていてもよい。
【0012】
このボールエンドミルは、切れ刃の刃先部にネガランドを設け、そのネガランドの工具の軸心に対する傾斜角θを、中心刃の内端から外周刃の外端に向かって順次増大させたものにすると好ましい。ネガランドの工具の軸心に対する傾斜角θを変化させる代わりに、そのネガランドの幅wを中心刃の内端から外周刃の外端に向かって順次増大させてもよく、また、傾斜角θと幅wの双方を中心刃の内端から外周刃の外端に向かって順次増大させてもよい。
【0013】
外周刃を構成する硬質焼結体と中心刃を構成する超硬合金を軸方向に重ね、その両者の境界部をエンドミルの軸心と直角な面に対して傾斜させた構造とするのも好ましい。
【0014】
この発明のボールエンドミルは、硬質焼結体層用の原料と超硬合金層用の原料が重ねられて一体焼結された複合焼結体を作成し、この複合焼結体から硬質焼結体層と超硬合金層が積層された構造の母材を切り出し、この母材を、超硬合金層が素材の最先端に置かれる状態にしてシャンクの先端に鑞付けし、しかる後、母材に刃付け加工を施して中心刃が超硬合金層で形成されるようにする方法で製造することができる。この発明は、かかるボールエンドミルの製造方法も併せて提供する。なお、上記の原料は、粉末、圧粉体を問わない。
【発明の効果】
【0015】
この発明のボールエンドミルは、中心刃を構成する超硬合金と外周刃を構成する硬質焼結体が重ねられて一体焼結されており、中心刃と外周刃の境界部に刃具材として不適切な接合材がなく、中心刃と外周刃の境界部による加工面の荒れが抑制される。また、外周刃が硬質焼結体で形成されるため、加工面の品位が安定する。
【0016】
硬質焼結体層用の原料と超硬合金層用の原料を重ねて一体焼結した複合焼結体は量産性のよい一般的な形状の材料であり、それを使用するので、製造コストの上昇も抑えられ、安価なものを提供することができる。
【0017】
なお、ボール刃の刃先部にネガランドを設け、そのネガランドの工具の軸心に対する傾斜角θや、ネガランドの幅wを中心刃の内端から外周刃の外端に向かって順次増大させたものは、超硬合金で形成される中心刃の切れ味が高まってより高速での加工が可能になり、また、硬質焼結体で形成される外周刃はネガランドによって強化されるため刃先の欠損が起こり難くなる。
【0018】
硬質焼結体と超硬合金を軸方向に重ねて両者の境界部をエンドミルの軸心と直角な面に対して傾斜させたものは、エンドミルを回転させたときに硬質焼結体によって形成された刃と超硬合金によって形成された刃の境界部の軌跡が重ならず、加工面のさらなる品位向上を期待できる。
【0019】
また、この発明の製造方法によれば、硬質焼結体層用の原料と超硬合金層用の原料が一体焼結された複合焼結体から母材を切り出してその母材を超硬合金層が素材の最先端に置かれる状態にしてシャンクの先端に鑞付けし、この母材に刃付け加工を施すので、母材を予め特別な形状にしておく必要がなく、製造煩雑化や製造コストの上昇が起こらない。また、シャンクの先端に母材を接合してその母材に刃付け加工を施すので、小径エンドミルに対する適用規制も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、この発明のボールエンドミルの実施の形態を添付図面の図1〜図12に基づいて説明する。図1〜図5に示すボールエンドミル1は、シャンク2の先端に2種類の材料によって形成される母材3を接合し、この母材3に、刃付け加工を施して作られている。刃付け加工により、ボール刃4、すくい面5、逃げ面6及びチップポケットとなるギャッシュ7が形成されている。
【0021】
母材3は、複合焼結体から切り出されたものであって、重ねて一体焼結された硬質焼結体層3aと超硬合金層3bを有している。硬質焼結体層3aはCBN焼結体やダイヤモンド焼結体である。この母材3の作成方法の一例を図6〜図8に示す。
【0022】
図6の方法は、硬質焼結体層3a用の原料と超硬合金層3b用の原料を一層ずつ重ね、それを高温、高圧下で一体焼結し、得られた複合焼結体10からワイヤーカット法(ワイヤー11を電極にして放電加工で材料を切断する)で所望サイズの円柱状の母材3を切り出す。
【0023】
図7の方法は、硬質焼結体層3a用の原料を超硬合金層3b用の原料の間に挟み、それを高温、高圧下で一体焼結し、得られたサンドイッチ構造の複合焼結体10からワイヤーカット法で所望サイズの3層構造の円柱状の母材3を切り出す。
【0024】
また、図8の方法は、超硬合金層3b用の原料を硬質焼結体層3a用の原料の間に挟み、それを高温、高圧下で一体焼結し、得られたサンドイッチ構造の複合焼結体10からワイヤーカット法で2層の硬質焼結体層3a間に超硬合金層3bが挟まれた所定サイズの2次材料12を切り出し、その2次材料12から所望サイズの3層構造の、硬質焼結体層3aと超硬合金層3bが径方向に重なった円柱状の母材3を切り出す。いずれの方法も、製造の煩雑化が無く、製造コストも特別に高くなることがない。
【0025】
このようにして得た複合構造の母材3をシャンク2の先端に鑞付けして接合し、エンドミル用の素材(ブランク)13を得る。このとき、図6の方法で作成した母材3は、図9に示すように、超硬合金層3bが素材13の最先端に位置するようにシャンク2に接合する。また、図7の方法で作成した母材3は図10に示すように超硬合金層3bのどちらか一方が素材13の最先端に位置するようにシャンク2に接合し、図8の方法で作成した母材3は、図11に示すように、超硬合金層3bが径方向の中央に位置し、その両側に硬質焼結体層3aが位置するようにシャンク2に接合する。
【0026】
その後、素材13の先端の母材3に、刃付け加工を施し、ボール刃4、すくい面5、逃げ面6及びチップポケットとなるギャッシュ7を付けて図1〜図5に示したような完成品のボールエンドミル1となす。ボール刃4は、エンドミルの回転中心側に配置される中心刃4aとその中心刃の外端に連なる外周刃4bとで構成され、中心刃4aが超硬合金で、外周刃4bが硬質焼結体でそれぞれ形成された刃となる。このようにして中心刃と外周刃が異なる材料で形成されたボールエンドミルを製造するので、サイズ規制が緩和され、R=2mm程度の小径ボールエンドミルにもこの発明を適用することが可能になる。
【0027】
例示のボールエンドミル1は、ボール刃4の刃先部に図5に示すネガランド8を設け、そのネガランド8の工具の軸心に対する傾斜角θを、中心刃4aの内端から外周刃4bの外端に向かって順次増大させたものにしている。傾斜角θを変化させる代わりに、ネガランド8の幅wを中心刃4aの内端から外周刃4bの外端に向かって順次増大させてもよいし、傾斜角θと幅wの双方をともに増大させてもよい。
【0028】
なお、図1、図2のボールエンドミルは、図10の素材で形成されたものである。図9或いは図10の素材で形成されるボールエンドミルは、図12に示すように、超硬合金層3bと硬質焼結体層3aの境界部3cをエンドミルの軸心と直角な面に対して傾斜させることによって、エンドミルを回転させたときに硬質焼結体によって形成された外周刃4bと超硬合金によって形成された中心刃4aの境界の軌跡が重ならない。従って、加工面のさらなる品位向上を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】この発明のボールエンドミルの一例を示す側面図
【図2】図1のボールエンドミルの要部を示す拡大側面図
【図3】図1のボールエンドミルを図2のA方向に見た図
【図4】図1のボールエンドミルの拡大正面図
【図5】ボール刃のネガランドを示す図
【図6】複合焼結体からの母材切り出しの一例を示す図
【図7】複合焼結体からの母材切り出しの他の例を示す図
【図8】複合焼結体からの母材切り出しのさらに他の例を示す図
【図9】図6の方法で切り出された母材をシャンクに接合した素材の斜視図
【図10】図7の方法で切り出された母材をシャンクに接合した素材の斜視図
【図11】図8の方法で切り出された母材をシャンクに接合した素材の斜視図
【図12】この発明のボールエンドミルの他の例の要部を示す拡大側面図
【符号の説明】
【0030】
1 ボールエンドミル
2 シャンク
3 母材
3a 硬質焼結体層
3b 超硬合金層
3c 境界部
4 ボール刃
4a 中心刃
4b 外周刃
5 すくい面
6 逃げ面
7 ギャッシュ
8 ネガランド
10 複合焼結体
11 ワイヤー
12 2次材料
13 素材
θ ネガランドの傾斜角
w ネガランドの幅
【出願人】 【識別番号】503212652
【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社
【出願日】 平成18年8月22日(2006.8.22)
【代理人】 【識別番号】100074206
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二

【識別番号】100087538
【弁理士】
【氏名又は名称】鳥居 和久

【識別番号】100112575
【弁理士】
【氏名又は名称】田川 孝由

【識別番号】100084858
【弁理士】
【氏名又は名称】東尾 正博


【公開番号】 特開2008−49409(P2008−49409A)
【公開日】 平成20年3月6日(2008.3.6)
【出願番号】 特願2006−225208(P2006−225208)