JP5615053B2 - 総形カッターの製造方法および総形カッターの研削工具 - Google Patents

Description

本発明は、総形カッターの製造方法および総形カッターの研削工具に係り、特に、加工対象物に複雑な形状を作りこむために使用される総形カッターの製造方法及びそのすくい面を形成するために用いられる研削工具に関する。

従来から、加工対象物（被切削材）に複雑な形状を作りこむための総形カッター（フォームドカッター）が用いられている。例えば、蒸気タービン、ガスタービン、圧縮機等に用いる動静翼には、翼根部がいわゆるクリスマスツリー形状をはじめとする複雑な形状を有するものがあり、このような複雑な形状は総形カッターによる切削加工で作りこまれるのが一般的である。

例えば、特許文献１には、先端側に向けて縮径する切刃部を回転軸周りに回転させて、クリスマスツリー形状等の複雑な形状の溝を被切削材に形成する総形カッターが記載されている。この総形カッターの切刃部は、工具径が異なる凹部（谷部）と凸部（山部）とが回転軸方向に沿って交互に配置されている。なお、切りくずを確実に排出するために、工具先端側に向かって漸次拡大された切屑排出溝が隣接する刃の間に設けられている。

ここで、総形カッターの切刃部のすくい面は、円盤砥石による研削で形成されるのが一般的である。

図７は、円盤砥石を用いて総形カッターのすくい面を研削する様子を示す斜視図である。同図に示すように、総形カッター１の先端側に設けられた切刃部２のすくい面４は、矢印方向に回転する円盤砥石１００によって研削することで形成される。

すくい面４が形成された総形カッター１は、回転軸Ｏを中心として回転しながら送り運動を行って、複数の刃６で加工対象物（被切削材）の表面を加工するのに用いられる。ここで、総形カッター１の刃６として、図７に示すようなねじれ刃が通常用いられるが、これは切削時に発生する応力を分散させるためである。また、隣接する刃６の間には溝８が設けられており、この溝８自体も円盤砥石１００による研削で形成されるのが一般的である。

なお、特許文献２には、総形カッターではないが、一般的な切削工具を研削する略円盤形状の砥石として、両面の周縁には研磨コートされた屋根面がそれぞれ設けられ、この屋根面同士が周縁棟に収束して合わされた双円錐形状の砥石が記載されている。

特開２００７−２４５２７７号公報 特開２００７−２４５３３７号公報

しかしながら、図７に示すように、回転軸に対して捩れた溝８のすくい面４を円盤砥石１００で形成する場合、円盤砥石１００を溝８に合わせて回転軸Ｏに対して傾けた状態で、円盤砥石１００を溝８のすくい面４に面接触させながら研削を行うことになる。このため、溝８のすくい面４を高い自由度で加工することができず、結果的に得られるすくい面４は、溝８の深さ方向に湾曲した形状（刃先７側から溝８の底面まで連続的に湾曲した形状）になってしまう。したがって、切刃部２の直径が大きい箇所に比べて、切刃部２の直径が小さな箇所における刃６のすくい角が小さくなる傾向があり、具体的には、刃６の山部６Ａにおけるすくい角がプラスであったとしても、刃６の谷部６Ｂにおけるすくい角がマイナスになってしまう。

図８は総形カッター１の断面形状を示す図であり、図８（ａ）が刃６の山部６Ａの断面形状を示す図７のＡ−Ａ線に沿った断面図、図８（ｂ）が刃６の谷部６Ｂの断面形状を示す図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図８（ａ）に示すように刃６の山部６Ａにおけるすくい角α１はプラスの値であるが、図８（ｂ）に示すように刃６の谷部６Ｂにおけるすくい角α２はマイナスの値である。ここで、「すくい角」とは、回転軸Ｏから刃先７に向かって延びる直線Ｌに対して、刃先７におけるすくい面４の接線Ｔがなす角のことである。

このように刃６の谷部６Ｂにおいてすくい角α２がマイナスになってしまうと（いわゆる「ネガ」の状態）、単に谷部６Ｂの切削性が低いというだけでなく、山部６Ａよりも早く摩耗してしまう谷部６Ｂの摩耗劣化タイミングに合わせて総形カッター１全体を交換する必要があり、ランニングコストの点でも問題となる。

一方、総形カッター１の刃６が回転軸Ｏに対して平行な直刃の場合、円盤砥石１００をすくい面４に面接触させながら研削することですくい面４を平坦に形成することができる。しかしながら、切刃部２の直径が大きい箇所（山部６Ａ）と小さい箇所（谷部６Ｂ）とでは、回転軸Ｏから刃先７に延びる直線Ｌの傾きが異なるので、すくい面４が平坦であってもすくい角のばらつきが生じてしまう。したがって、総形カッター１の刃６の形状（ねじれ刃か直刃か）にかかわらず、すくい面４の加工自由度が高く、すくい角が任意に設定可能な手法の開発が望まれている。

また、上述のように、円盤砥石１００を溝８に合わせて回転軸Ｏに対して傾けた状態で、円盤砥石１００を溝８のすくい面４に面接触させながら研削を行うと、円盤砥石１００の背面側が隣接する刃６と干渉してしまうおそれがあるので、溝８を必要以上に幅広に設計せざるを得ない。溝８が幅広になると、その分だけ切刃部２自体を太くする（直径を大きくする）ことになり、材料費が嵩んでしまう。

なお、溝８のねじれ角、円盤砥石１００の直径、所望のすくい角等を入力パラメータとして、刃６の山部６Ａおよび谷部６Ｂのいずれにおいてもすくい角が所望の値になるように、円盤砥石１００の研削面を複雑な曲面形状に最適化することも考えられる。しかし、この手法だと、形状が異なる複数の品種の総形カッター１に対して、最適な曲面形状の研削面を有する円盤砥石１００をそれぞれ準備しなければならず、コストが嵩んでしまう。また、この手法を用いても、円盤砥石１００の背面側が隣接する刃６と干渉するおそれがあるので、溝８を必要以上に幅広に設計せざるを得ない。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、すくい面の加工自由度が高く、すくい角が任意に設定可能であり、すくい面の研削時における、隣接する刃と研削工具との干渉を防止しうる総形カッターの製造方法および総形カッターの研削工具を提供することを目的とする。

本発明の各態様に係る総形カッターの製造方法は、
刃と溝とが交互に形成された切刃部を先端側に有し、回転軸を中心として前記切刃部が回転することで切削を行う総形カッターの製造方法であって、
前記回転軸に沿って、直径の異なる山部と谷部とを切刃部材に形成する工程と、
前記切刃部材に前記溝を形成する工程と、
研削工具を軸心周りに回転させながら、前記溝の深さ方向に沿って前記溝の側壁に線接触させて、前記溝の前記側壁にすくい面を形成する工程とを備えることを特徴とする。

ここで、「研削工具を溝の側壁に線接触させる」とは、少なくとも、すくい面の研削仕上げ段階において、研削工具と溝の側壁（すくい面）とが線接触していれば足り、必ずしも、研削の初期段階から仕上げ段階にかけて両者が常に線接触している必要はない。また、溝の深さ方向に沿って「線接触」させるとは、研削工具と溝の側壁との接触領域について、溝の深さ方向に沿った接触領域の長さがその幅に比べて十分に大きいことを指す。

この総形カッターの製造方法では、研削工具を回転させながら、溝の深さ方向に沿って溝の側壁に線接触させてすくい面を形成するので、すくい面の加工自由度が向上し、すくい角を任意に設定することができる。
また、研削時に研削工具を溝の側壁に線接触させるので、隣接する刃と研削工具との干渉を防止することができる。したがって、溝を必要以上に幅広に設計する必要がなくなり、その分だけ切刃部自体を小径にすることができる。

上記総形カッターの製造方法において、前記すくい面を形成する工程では、ペンシル形状の前記研削工具を軸心周りに回転させながら前記側壁に線接触させた状態で、前記溝に沿って、前記研削工具を前記切刃部材に対して相対移動させることが好ましい。

このようにペンシル形状の研削工具を線接触させながら溝に沿って相対移動させることで、溝の全長にわたって、所望のすくい角を有するすくい面を形成することができる。

なお、「ペンシル形状」は、軸心に対して線対称な形状を軸線周りに回転させたときに当該形状の輪郭が通る軌跡で形成される棒状体を指し、例えば、円柱状、円錐台状、円柱形状と円錐台状とを組み合わせた形状（円錐台柱状）や、これらに準ずる形状であってもよい。

本発明の第１の態様においては、前記ペンシル形状の前記研削工具の軸心を通る断面の輪郭は、その反転形状を前記溝の前記側壁に転写したときに、前記溝の深さ方向位置によらず、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が一定となるように決定してもよい。

このように点群を利用してペンシル形状の研削工具の輪郭を決定することで、切刃部の直径が大きい箇所（山部）と小さい箇所（谷部）とのすくい角を一定に近づけることができる。

あるいは、本発明の第２の態様においては、前記ペンシル形状の前記研削工具の軸心を通る断面の輪郭は、その反転形状を前記溝の前記側壁に転写したときに、前記溝の底から前記刃の刃先に近づくにつれ、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が小さくなるように決定してもよい。

切刃部の直径が大きい箇所（山部）と小さい箇所（谷部）とでは周速差があるため、両者間には切削性の差異が生じる。そこで、ペンシル形状の研削工具の輪郭を、溝の底から刃先に近づくにつれ、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が小さくなるように決定することで、切刃部の直径が大きい箇所のすくい角を比較的小さく、切刃部の直径が小さい箇所のすくい角を比較的大きくして、切刃部の切削性を均一化することができる。

また、上述のようにして決定された輪郭を有するペンシル形状の研削工具を用いる場合、前記すくい面を形成する工程では、前記溝の底のプロファイルに応じて、前記研削工具の前記切刃部材に対する相対移動方向に直交する方向に前記研削工具を変位させてもよい。

所望のすくい面が得られるように決定された輪郭の研削工具を用いる場合、溝底の形状がストレート（溝底の直径が不変）ではなく、テーパー形状や凹凸形状のとき、溝底のプロファイルの影響によってすくい面を規定する点群と回転軸（総形カッターの中心）との関係が崩れ、すくい角にずれが生じてしまう。
そこで、溝底のプロファイルに応じて研削工具を変位させることで、溝底のプロファイルに起因するすくい角のずれを補正することができる。

あるいは、本発明の第３の態様として、前記すくい面を形成する工程では、前記研削工具の前記切刃部材に対する相対移動方向に直交する方向に前記研削工具を変位させることで、前記刃の刃先のプロファイルに応じて、前記切刃部材の半径方向に対する前記研削工具の軸心のずれ量を前記回転軸から前記刃先までの距離に比例して変化させてもよい。
この場合、前記ペンシル形状の前記研削工具は径が一定な円柱体であってもよい。

刃先のプロファイルに応じて研削工具を変位させることで、径が一定な円柱体の研削工具によって、切刃部の直径が大きい箇所（山部）と小さい箇所（谷部）とのすくい角を自由に設定することができる。このように、単純な円柱形状の研削工具を用いても、研削工具の軌跡を調節することで、所望のすくい角を得ることができる。すなわち、特別な成形を施していない安価な研削工具を用いて、形状の異なる多品種の総形カッターについて、切刃部の直径が大きい箇所（山部）と小さい箇所（谷部）とのすくい角をそれぞれ独立して自由に調節することが可能となる。

上記総形カッターの製造方法において、前記ペンシル形状の前記研削工具は、母材が焼入れをした高速度鋼であることが好ましい。

従来のすくい面形成用の円盤砥石では、軽量性を重視してアルミニウム合金等からなる母材が用いられることが多かったが、上述したペンシル形状の研削工具の場合、研削時にうける抵抗により研削工具自体が変形して、すくい面を高精度に加工することが困難な場合がある。そこで、ペンシル形状の研削工具の母材として焼入れをした高速度鋼を用いることで、研削工具の剛性を高め、すくい面の加工を高精度に行うことができる。

上記総形カッターの製造方法において、前記溝を形成する工程では、エンドミルで前記切刃部材を切削して前記溝を形成することが好ましい。

このようにエンドミルを用いることで、切削時の切り屑を排出するのに必要最小限な幅の溝を容易に形成することができる。なお、上述のように、研削時に研削工具を溝の側壁に面接触ではなく線接触させるので、エンドミルによって幅狭の溝を形成しても、隣接する刃と研削工具との干渉のおそれがない。
また、エンドミルによって溝を形成する際、エンドミルをその軸心方向に移動させながら溝を形成することで、溝の底面に凹凸を付けることができる。このため、例えば、刃先のプロファイルに応じて溝の底面に凹凸を付して、溝の底面から刃先までの距離（溝の深さ）を一定にして、切刃部の直径が大きい箇所（山部）と小さい箇所（谷部）との剛性を均等に高めることができる。

上記総形カッターの製造方法において、前記溝は前記回転軸に対して捩れたねじれ溝であってもよい。

切刃部の溝がねじれ溝である場合、従来の円盤砥石を用いた研削では、すくい面の加工自由度の低さや隣接する刃との干渉の問題が特に顕著となる。この点、上記総形カッターの製造方法は、切刃部の溝がねじれ溝であっても、すくい面の加工自由度が高く、すくい角を任意に設定することが可能であり、すくい面の研削時における、隣接するねじれ刃と研削工具との干渉を防止することができる。

本発明の一態様に係る総形カッターの研削工具は、刃と溝とが交互に形成された切刃部を先端側に有し、回転軸を中心として前記切刃部が回転することで切削を行う総形カッターのすくい面を形成するために用いられる研削工具であって、軸心を通る断面の輪郭が、その反転形状を前記すくい面となる前記溝の側壁に転写したときに、前記溝の深さ方向位置によらず、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が一定となるように決定されたペンシル形状を有することを特徴とする。

この総形カッターの研削工具を用いて総形カッターの溝にすくい面を形成するには、研削工具を回転させながら、溝の深さ方向に沿って溝の側壁に線接触させて、すくい面を研削する。
このように、上記研削工具を回転させながら、溝の深さ方向に沿って溝の側壁に線接触させてすくい面を形成することで、すくい面の加工自由度が向上し、すくい角を任意に設定することができる。
また、研削時に研削工具を溝の側壁に面接触ではなく線接触させるので、隣接する刃と研削工具との干渉を防止することができる。したがって、溝を必要以上に幅広に設計する必要がなくなり、その分だけ切刃部自体を小径にすることができる。
しかも、上述のように、点群を利用してペンシル形状の研削工具の輪郭を決定しているので、溝の深さ方向位置によらずすくい角を一定に近づけることができる。

また、本発明の別の態様に係る総形カッターの研削工具は、刃と溝とが交互に形成された切刃部を先端側に有し、回転軸を中心として前記切刃部が回転することで切削を行う総形カッターのすくい面を形成するために用いられる研削工具であって、軸心を通る断面の輪郭が、その反転形状を前記すくい面となる前記溝の側壁に転写したときに、前記溝の底から前記刃の刃先に近づくにつれ、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が小さくなるように決定されたペンシル形状を有することを特徴とする。

この総形カッターの研削工具を用いて総形カッターの溝にすくい面を形成するには、研削工具を回転させながら、溝の深さ方向に沿って溝の側壁に線接触させて、すくい面を研削する。
このように、上記研削工具を回転させながら、溝の深さ方向に沿って溝の側壁に線接触させてすくい面を形成することで、すくい面の加工自由度が向上し、すくい角を任意に設定することができる。
また、研削時に研削工具を溝の側壁に面接触ではなく線接触させるので、隣接する刃と研削工具との干渉を防止することができる。したがって、溝を必要以上に幅広に設計する必要がなくなり、その分だけ切刃部自体を小径にすることができる。
しかも、上述のように、溝の底から刃先に近づくにつれ、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が小さくなるようにペンシル形状の研削工具の輪郭を決定しているので、周速が互いに異なる、切刃部の直径が大きい箇所と小さい箇所との切削性を均一化することができる。

上記総形カッターの研磨工具において、研削工具の剛性を高め、すくい面の加工を高精度に行う観点から、母材は焼入れをした高速度鋼であることが好ましい。

本発明によれば、研削工具を回転させながら、溝の深さ方向に沿って溝の側壁に線接触させてすくい面を形成することで、すくい面の加工自由度が向上し、すくい角を任意に設定することができる。また、研削時に研削工具を溝の側壁に面接触ではなく線接触させることで、隣接する刃と研削工具との干渉を防止することができる。

本実施形態に係る総形カッターの製造方法の手順の一例を示す図である。 ねじれ溝の底面に凹凸を付した総形カッターの構成例を示す斜視図である。 すくい面が形成された切刃部材の断面形状を示す図であり、（ａ）はねじれ刃の山部の断面形状を示し、（ｂ）はねじれ刃の谷部の断面形状を示している。 研削工具の輪郭の反転形状が転写されたねじれ溝の側壁（すくい面）を示す拡大断面図である。 溝底のプロファイルがすくい角に与える影響について説明するための図である。 円柱形状の研削工具を用いて、刃先のプロファイルに応じて研削工具を変位させながら研削を行う手法を説明するための図である。 円盤砥石を用いて総形カッターのすくい面を研削する様子を示す斜視図である。 切刃部の断面形状を示す図であり、（ａ）は刃の山部の断面形状を示す図７のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は刃の谷部の断面形状を示す図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本実施形態に係る総形カッターの製造方法の手順の一例を示す図である。

図１（ａ）に示すように、まず、シャンク１０が取り付けられた切刃部材１２を旋盤に装着し、旋盤によって回転させながら、円盤状の砥石１４で研削する。この研削によって、回転軸Ｏに沿って、直径の異なる山部６Ａと谷部６Ｂとを切刃部材１２に形成する。山部６Ａおよび谷部６Ｂのサイズや配置は、最終的に得たい総形カッターの形状に応じて決定される。

また、この工程における研削を荒削りのみとし、山部６Ａおよび谷部６Ｂの精密な加工は後述する刃付けの工程（図１（ｄ）参照）で行うことが好ましい。これにより、砥石１４による研削で、山部６Ａおよび谷部６Ｂの荒形状を迅速に形成することができる。

なお、ここでは、旋盤で切刃部材１２を回転させながら円盤状の砥石１４で研削する例を説明したが、山部６Ａと谷部６Ｂを形成可能であれば加工手法は特に限定されず、例えば、バイトを用いた切削で山部６Ａと谷部６Ｂを形成してもよいし、旋盤に代えて、マシニングセンタを含む任意の工作機械を用いて加工を行ってもよい。

次に、図１（ｂ）に示すように、フライス盤を用いて、回転軸Ｏに対して所定のねじれ角を付けて、切刃部材１２にねじれ溝８をエンドミル１６で形成する。なお、図１（ｂ）には、エンドミル１６を用いた切削時における、エンドミル１６と切刃部材１２との相対移動の方向を太矢印で示している。

具体的には、フライス盤のテーブルに切刃部材１２を固定し、エンドミル１６を軸心周りに回転させながら、切刃部材１２が固定されたテーブルを動かして、エンドミル１６を切刃部材１２に対して相対移動させ、ねじれ溝８を形成する。ねじれ溝８の形状（幅や深さ）および数は、最終的に得たい総形カッターの形状に応じて決定される。

このようにエンドミル１６による切削でねじれ溝８を形成することで、切削時の切り屑を排出するのに必要最小限な幅のねじれ溝８を容易に形成することができる。なお、後述のように、本実施形態ではすくい面４の研削時に、研削工具をねじれ溝の側壁に面接触ではなく線接触させるので、エンドミル１６によって幅狭のねじれ溝８を形成しても、隣接するねじれ刃６と研削工具との干渉のおそれがない。

なお、エンドミル１６による切削時に、エンドミル１６をその軸心方向に移動（上下移動）させてもよい。これにより、ねじれ溝８の底面に凹凸を付けることができる。
図２は、ねじれ溝８の底面に凹凸を付した総形カッターの構成例を示す斜視図である。同図に示す例では、ねじれ溝８の底面９には刃先７のプロファイルに応じた凹凸が形成されており、底面９から刃先７までの距離（ねじれ溝８の深さ）がほぼ一定になっている。これにより、切刃部２の直径が大きい箇所（山部６Ａ）と小さい箇所（谷部６Ｂ）との剛性を均等に高めることができる。

なお、ここでは、フライス盤を用いてエンドミル１６でねじれ溝８を切削する例を説明したが、ねじれ溝８を形成可能であれば加工手法は特に限定されず、例えば、円盤砥石を用いた研削でねじれ溝８を形成してもよいし、フライス盤に代えて、マシニングセンタを含む任意の工作機械を用いて加工を行ってもよい。

この後、図１（ｃ）に示すように、研削盤を用いて研削工具１８を軸心周りに回転させながら、ねじれ溝８の深さ方向に沿ってねじれ溝８の側壁に線接触させて、ねじれ溝８の側壁にすくい面４を形成する。なお、図１（ｃ）には、研削工具１８を用いた研削時における、研削工具１８と切刃部材１２との相対移動の方向を太矢印で示している。

具体的には、研削盤のテーブルに切刃部材１２を固定し、研削工具１８を軸心周りに回転させながら、切刃部材１２が固定されたテーブルを動かして、研削工具１８を切刃部材１２に対して相対移動させ、すくい面４を形成する。なお、研削工具１８の先端側の外周には、砥粒を含む砥石面１９が形成されており、すくい面４を形成するとともに、すくい面４を平滑にするようになっている。

また、ここでは、研削盤を用いてねじれ溝８の側壁にすくい面４を研削工具１８で形成する例を説明したが、研削工具１８をねじれ溝８の側壁に線接触させて研削可能であれば具体的な手法は特に限定されず、例えば、研削盤に代えて、マシニングセンタやグラインディングセンタを含む任意の工作機械を用いて研削加工を行ってもよい。

このように、研削工具１８を回転させながら、ねじれ溝８の深さ方向に沿ってねじれ溝８の側壁に線接触させてすくい面４を形成することで、すくい面４の加工自由度が向上し、ねじれ刃６の山部６Ａと谷部６Ｂとのすくい角を任意に設定することが可能となる。

図３は研削工具１８による研削ですくい面４が形成された切刃部材１２の断面形状を示す図であり、図３（ａ）はねじれ刃６の山部６Ａの断面形状を示し、図３（ｂ）はねじれ刃６の谷部６Ｂの断面形状を示している。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ねじれ刃６の山部６Ａにおけるすくい角α１と、ねじれ刃６の谷部６Ｂにおけるすくい角α２とは、いずれもプラスの値を有し、大きさもほぼ同等である。なお、「すくい角」とは、回転軸Ｏから刃先７に向かって延びる直線Ｌに対して、刃先７におけるすくい面４の接線Ｔがなす角のことである。

また研削工具１８は、ねじれ溝８の全長にわたって、ねじれ刃６の山部６Ａと谷部６Ｂとのすくい角を任意に設定可能とする観点から、ペンシル形状、すなわち、軸心に対して線対称な形状を軸線周りに回転させたときに当該形状の輪郭が通る軌跡で形成される棒状体であることが好ましい。ペンシル形状は、例えば、円柱状、円錐台状、円柱形状と円錐台状とを組み合わせた形状（円錐台柱状）や、これらに準ずる形状が挙げられる。なお、図１（ｃ）には、円柱が先端に向かって徐々に縮径されたペンシル形状の研削工具１８を例示している。

さらに、ペンシル形状の研削工具１８の軸心を通る断面の輪郭は、その反転形状をねじれ溝８の側壁に転写したときに、ねじれ溝８の深さ方向位置によらず、ねじれ溝８の側壁上の点における接線と、回転軸Ｏから当該点に延ばした直線とがなす角度が一定となるように決定されることが好ましい。

図４は、ペンシル形状の研削工具１８の輪郭を決定する手法の一例を説明するための図であり、研削工具１８の輪郭の反転形状が転写されたねじれ溝８の側壁（すくい面４）を示している。なお図４では、説明の便宜上、ペンシル形状の研削工具１８の軸心を通る断面の輪郭を決定するための点群Ｑ_ｉ（ｉ＝０〜ｎ）が、ねじれ溝８の側面（すくい面４）上に存在するかの如く示しているが、実際には点群Ｑ_ｉはねじれ溝８の側面（すくい面４）に接する研削工具１８の輪郭上に存在している。

図４に示すねじれ溝８の側面（すくい面４）は、理想的な点群Ｑ_ｉを結んで形成される研削工具１８の輪郭の反転形状であり、ねじれ溝８の深さ方向位置によらず、ねじれ溝８の側壁上の点における接線と、回転軸Ｏから当該点に延ばした直線とがなす角度が一定となるようになっている。すなわち、回転軸Ｏから延ばした直線Ｔ_ｉと、各点におけるすくい面４の接線Ｌ_ｉとがなす角度α_ｉが一定である（α_０＝α_１＝α_２＝・・・＝α_ｎ−１＝αを満たす）。この条件から、研削工具１８の輪郭を形成する理想的な点群Ｑ_ｉを、以下のようにして算出する。

まず、ねじれ刃６を有する切刃部材１２の半径（工具半径）をＲとし、各点間のピッチをＰとし、刃先７に相当する点Ｑ_０の座標を（０，Ｒ）とすると、隣の点Ｑ_１の座標（Ｘ_１，Ｙ_１）は次の式で表される。

そして、さらに隣の点Ｑ_２の座標（Ｘ_２，Ｙ_２）は次の式で表される。

ここで、角度θについては、ｔａｎθ＝ΔＸ_１／（Ｒ−ΔＹ_１）の関係から求めることができる。
同様に、後続の点Ｑ_３〜Ｑ_ｎ−１についても座標を算出すると、ねじれ溝８の深さ方向位置によらず角度α_ｉが一定となるような点群Ｑ_ｉが得られる。
このようにして得られた点群Ｑ_ｉを結ぶことで、研削工具１８の軸心を通る断面の輪郭形状を決定する。なお、各点間のピッチＰを小さくすることで、点群Ｑ_ｉを結んで得られる研削工具１８の輪郭形状が滑らかになる。

このように点群Ｑ_ｉを利用してペンシル形状の研削工具１８の輪郭を決定することで、切刃部２の直径が大きい箇所（山部６Ａ）と小さい箇所（谷部６Ｂ）とのすくい角を一定に近づけることができる。

また、すくい面４を形成するために従来用いられていた円盤砥石１００（図７参照）では、軽量性を重視してアルミニウム合金等からなる母材が用いられることが多かったが、ペンシル形状の研削工具１８の場合、研削時にうける抵抗により研削工具１８自体が変形して、すくい面４を高精度に加工することが困難な場合がある。そこで、ペンシル形状の研削工具１８の母材は、研削工具１８の剛性を高め、すくい面４の加工を高精度に行う観点から、焼入れをした高速度鋼であることが好ましい。
なお、研削工具１８の剛性をより一層高める観点から、研削工具１８は、隣接するねじれ刃６と干渉せずにねじれ溝８にスムーズに挿入可能な範囲で、直径ができるだけ大きいほど好ましい。

このように研削工具１８を用いた研削によってすくい面４を形成した後、図１（ｄ）に示すように、研削盤を用いて円盤砥石２０を回転させながら、円盤砥石２０の周縁をねじれ刃６の外表面に接触させて、ねじれ刃６の刃付けを行う。なお、図１（ｄ）には、円盤砥石２０を用いた研削時における、円盤砥石２０と切刃部材１２との相対移動の方向を太矢印で示している。

具体的には、研削盤のテーブルに切刃部材１２を固定し、円盤砥石２０を回転させながら、切刃部材１２が固定されたテーブルを動かして、円盤砥石２０を切刃部材１２に対して相対移動させ、ねじれ刃６に逃げ面５を形成する。なお、図１（ａ）に示した山部６Ａおよび谷部６Ｂの形成工程において荒削りのみを行った場合には、最終的に得たい総形カッター１の形状に応じて、円盤砥石２０によって、山部６Ａおよび谷部６Ｂを精密に研削する。

なお、ここでは、研削盤を用いてねじれ刃６に逃げ面５を円盤砥石２０で形成する例を説明したが、すくい面５を形成可能であれば具体的な手法は特に限定されず、例えば、バイトを用いた切削で逃げ面５を形成してもよいし、研削盤に代えて、マシニングセンタやグラインディングセンタを含む任意の工作機械を用いて研削加工を行ってもよい。

このように、図１（ａ）〜（ｄ）に示した手順で加工を行うことにより、最終的に、ねじれ刃６とねじれ溝８とが交互に形成された切刃部２を先端側に有する総形カッター１が得られる。この総形カッター１は、回転軸Ｏを中心として切刃部２が回転することで、加工対象物（被切削材）をねじれ刃６のすくい面４で切削するようになっている。

以上説明したように、本実施形態に係る総形カッターの製造方法では、ねじれ刃６とねじれ溝８とが交互に形成された切刃部２を先端側に有し、回転軸Ｏを中心として切刃部２が回転することで切削を行う総形カッター１の製造方法であって、回転軸Ｏに沿って、直径の異なる山部６Ａと谷部６Ｂとを切刃部材１２に形成する工程と、回転軸Ｏに対してねじれ角を付けて、切刃部材１２にねじれ溝８を形成する工程と、研削工具１８を軸心周りに回転させながら、ねじれ溝８の深さ方向に沿ってねじれ溝８の側壁に線接触させて、ねじれ溝８の側壁にすくい面４を形成する工程とを備える。

このように本実施形態では、研削工具１８を回転させながら、ねじれ溝８の深さ方向に沿ってねじれ溝８の側壁に線接触させてすくい面４を形成するので、すくい面４の加工自由度が向上し、すくい角を任意に設定することができる。
また、研削時に研削工具１８をねじれ溝８の側壁に面接触ではなく線接触させるので、隣接するねじれ刃６と研削工具１８との干渉を防止することができる。したがって、ねじれ溝８を必要以上に幅広に設計する必要がなくなり、その分だけ切刃部２自体を小径にすることができる。

以上、本発明の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

例えば、上述の実施形態では、まず切刃部材１２に山部６Ａおよび谷部６Ｂを形成し、続いて切刃部材１２にねじれ溝８を形成した後に、ねじれ溝８の側壁にすくい面４を形成する例について説明したが、各工程は必ずしもこの順番で行う必要はなく、適宜順番を変更してもよい。

また、上述の実施形態において、図１（ａ）〜（ｄ）では、回転軸Ｏに対して捩れたねじれ刃６及びねじれ溝８が切刃部２に形成され、ねじれ刃６が４個の山部６Ａと３個の谷部６Ｂとを有し、切刃部２の形状が先端側に向かって縮径されたクリスマスツリー形状の総形カッター１を例に挙げたが、総形カッターの形状は、少なくとも一組の山部６Ａおよび谷部６Ｂを有する限り特に限定されず、例えば切刃部２の刃６が回転軸Ｏに対して捩じれていない直刃であってもよい。なお、以降、単に「刃６」又は「溝８」というときは、刃６又は溝８が回転軸Ｏに対して捩じれている場合だけでなく、回転軸Ｏに対して捩じれていない場合をも指すものとする。

また、上述の実施形態において、ペンシル形状の研削工具１８の輪郭を決定する手法の一例について図４を用いて説明したが、研削工具１８の輪郭の決定手法はこれに限定されず、種々の手法を用いることができる。

例えば、研削工具１８の軸心を通る断面の輪郭は、その反転形状を溝８の側壁（すくい面４）に転写したときに、溝８の底から刃６の刃先７に近づくにつれ、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、回転軸Ｏから前記点に延ばした直線とがなす角度が小さくなるように決定されてもよい。すなわち、図４において、すくい面４上の点Ｑ_ｉにおけるすくい面４の接線Ｔ_ｉと、回転軸Ｏから点Ｑ_ｉに延ばした直線Ｌ_ｉとがなす角度α_ｉが、溝８の底から刃６の刃先７に近づくにつれ小さくなっていてもよい（言い換えると、α_０＜α_１＜α_２＜・・・＜α_ｎ−１を満たしてもよい）。
切刃部２の直径が大きい箇所（山部６Ａ）と小さい箇所（谷部６Ｂ）とでは周速差があるため、両者間には切削性の差異が生じる。そこで、ペンシル形状の研削工具１８の輪郭を、溝８の底から刃６の刃先７に近づくにつれ、溝８の側壁（すくい面４）上の点Ｑ_ｉにおけるすくい面４の接線Ｔ_ｉと、回転軸Ｏから点Ｑ_ｉに延ばした直線Ｌ_ｉとがなす角度α_ｉが小さくなるように決定することで、切刃部２の直径が大きい箇所のすくい角を比較的小さく、切刃部２の直径が小さい箇所のすくい角を比較的大きくして、切刃部２の切削性を均一化することができる。

また、上述の実施形態において、図１（ｃ）では、研削時における研削工具１８の軌跡について特に説明しなかったが、研削工具１８の切刃部材１２に対する相対移動方向に直交する方向に研削工具１８を変位させながら研削を行ってもよい。

例えば、溝８の底のプロファイルに応じて、研削工具１８の切刃部材１２に対する相対移動方向に直交する方向に研削工具１８を変位させながら研削を行ってもよい。
研削工具１８の軸心を通る断面の輪郭を、溝８の側壁上の点における接線Ｔ_ｉと、回転軸Ｏから当該点に延ばした直線Ｌ_ｉとがなす角度α_ｉが、溝８の深さ方向位置によらず一定となる、あるいは、溝８の底から刃６の刃先７に近づくにつれ小さくなるように決定した場合（すなわち、所望のすくい面４が得られるように研削工具１８の輪郭を決定した場合）、溝８の底のプロファイルの影響によって、すくい面４を規定する点群と回転軸Ｏとの関係が崩れ、すくい角にずれが生じてしまう。
図５は、溝８の底のプロファイルがすくい角に与える影響について説明するための図である。溝８の底９がテーパー形状の場合、溝８の底面の直径が小さい切刃部２の先端側の箇所（図５（ａ）参照）と、溝８の底面の直径が大きい切刃部２の基端側の箇所（図５（ｂ）参照）とでは、溝８の深さが同じであり、研削工具１８の同一の位置が刃先７に接触しており、刃先７におけるすくい面４の接線は共通している。一方、回転軸Ｏから刃先７に延ばした直線Ｌは、図５（ａ）の場合と図５（ｂ）の場合とでは傾きが異なる。したがって、刃先７におけるすくい面４の接線と直線Ｌとがなす角度（すくい角）は、溝８の底９のプロファイルの影響によって、ずれが生じてしまう。
そこで、図５（ｃ）に示すように、溝８の底９のプロファイルに応じて、研削工具１８の切刃部材１２に対する相対移動方向に直交する方向に研削工具１８を変位させる（軸心２２をずらす）ことで、溝８の底９のプロファイルに起因するすくい角のずれを補正することができる。

あるいは、刃６の刃先７のプロファイルに応じて、研削工具１８の切刃部材１２に対する相対移動方向に直交する方向に研削工具１８を変位させながら研削を行ってもよい。これにより、単純な円柱形状の研削工具１８を用いても、研削時における研削工具１８の軌跡を調節することで、所望のすくい角を得ることができる。
図６は、円柱形状の研削工具１８を用いて、刃先７のプロファイルに応じて研削工具１８を変位させながら研削を行う手法を説明するための図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、刃先７と回転軸Ｏとの距離（刃先７のプロファイル）に応じて、研削工具１８の切刃部材１２に対する相対移動方向に直交する方向に研削工具１８を変位させる（軸心２２をずらす）ことで、山部６Ａ及び谷部６Ｂのすくい角αをそれぞれ任意に設定することができる。これにより、特別な成形を施していない安価な円柱形状の研削工具１８を用いて、形状の異なる多品種の総形カッター１について、切刃部２の直径が大きい箇所（山部６Ａ）と小さい箇所（谷部６Ｂ）とのすくい角αをそれぞれ任意に設定することが可能となる。
例えば、回転軸Ｏを通るすくい面４に平行な直線とすくい面４との距離をｄとし、回転軸Ｏから刃先７までの距離（切刃部２の半径）をＲとしたときに、切刃部２のいずれの箇所においても次の式を満たすように決定されたｄに基づいて、研削工具１８を変位させることで、刃先７のプロファイルによらずすくい角を一定にできる。

ただし、すくい角αは一定の値である。例えば、図６（ａ）及び（ｂ）に示した例の場合、この式を満たすためには、ｄ１／Ｒ１＝ｄ２／Ｒ２の関係が成立していればよい。

１ 総形カッター
２ 切刃部
４ すくい面
５ 逃げ面
６ ねじれ刃
７ 刃先
８ ねじれ溝
１０ シャンク
１２ 切刃部材
１４ 砥石
１６ エンドミル
１８ 研削工具
１９ 砥石面
２０ 円盤砥石
２２ 軸心
１００ 円盤砥石

Claims (12)

1. 刃と溝とが交互に形成された切刃部を先端側に有し、回転軸を中心として前記切刃部が回転することで切削を行う総形カッターの製造方法であって、
   前記回転軸に沿って、直径の異なる山部と谷部とを切刃部材に形成する工程と、
   前記切刃部材に前記溝を形成する工程と、
   研削工具を軸心周りに回転させながら、前記溝の深さ方向に沿って前記溝の側壁に線接触させて、前記溝の前記側壁にすくい面を形成する工程とを備え、
   前記すくい面を形成する工程では、ペンシル形状の前記研削工具を軸心周りに回転させながら前記側壁に線接触させた状態で、前記溝に沿って、前記研削工具を前記切刃部材に対して相対移動させるとともに、
   前記すくい面を形成する工程では、前記研削工具の前記切刃部材に対する相対移動方向に直交する方向に前記研削工具を変位させることで、前記刃の刃先のプロファイルに応じて、前記切刃部材の半径方向に対する前記研削工具の軸心のずれ量を前記回転軸から前記刃先までの距離に比例して変化させることを特徴とする総形カッターの製造方法。
2. 前記ペンシル形状の前記研削工具は径が一定な円柱体である請求項１に記載の総形カッターの製造方法。
3. 刃と溝とが交互に形成された切刃部を先端側に有し、回転軸を中心として前記切刃部が回転することで切削を行う総形カッターの製造方法であって、
   前記回転軸に沿って、直径の異なる山部と谷部とを切刃部材に形成する工程と、
   前記切刃部材に前記溝を形成する工程と、
   研削工具を軸心周りに回転させながら、前記溝の深さ方向に沿って前記溝の側壁に線接触させて、前記溝の前記側壁にすくい面を形成する工程とを備え、
   前記すくい面を形成する工程では、ペンシル形状の前記研削工具を軸心周りに回転させながら前記側壁に線接触させた状態で、前記溝に沿って、前記研削工具を前記切刃部材に対して相対移動させるとともに、
   前記ペンシル形状の前記研削工具の軸心を通る断面の輪郭は、その反転形状を前記溝の前記側壁に転写したときに、前記溝の深さ方向位置によらず、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が一定となるように決定されることを特徴とする総形カッターの製造方法。
4. 刃と溝とが交互に形成された切刃部を先端側に有し、回転軸を中心として前記切刃部が回転することで切削を行う総形カッターの製造方法であって、
   前記回転軸に沿って、直径の異なる山部と谷部とを切刃部材に形成する工程と、
   前記切刃部材に前記溝を形成する工程と、
   研削工具を軸心周りに回転させながら、前記溝の深さ方向に沿って前記溝の側壁に線接触させて、前記溝の前記側壁にすくい面を形成する工程とを備え、
   前記すくい面を形成する工程では、ペンシル形状の前記研削工具を軸心周りに回転させながら前記側壁に線接触させた状態で、前記溝に沿って、前記研削工具を前記切刃部材に対して相対移動させるとともに、
   前記ペンシル形状の前記研削工具の軸心を通る断面の輪郭は、その反転形状を前記溝の前記側壁に転写したときに、前記溝の底から前記刃の刃先に近づくにつれ、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が小さくなるように決定されることを特徴とする総形カッターの製造方法。
5. 前記すくい面を形成する工程では、前記溝の底のプロファイルに応じて、前記研削工具の前記切刃部材に対する相対移動方向に直交する方向に前記研削工具を変位させることを特徴とする請求項３又は４に記載の総形カッターの製造方法。
6. 前記すくい面を形成する工程では、前記切刃部の半径Ｒに対する、前記回転軸を通る前記すくい面に平行な直線と前記すくい面との間の距離ｄの比ｄ／Ｒが一定になるように前記研削工具を変位させることを特徴とする請求項２に記載の総形カッターの製造方法。
7. 前記ペンシル形状の前記研削工具は、母材が焼入れをした高速度鋼であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の総形カッターの製造方法。
8. 前記溝を形成する工程では、エンドミルで前記切刃部材を切削して前記溝を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の総形カッターの製造方法。
9. 前記溝は前記回転軸に対して捩れたねじれ溝であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の総形カッターの製造方法。
10. 刃と溝とが交互に形成された切刃部を先端側に有し、回転軸を中心として前記切刃部が回転することで切削を行う総形カッターのすくい面を形成するために用いられる研削工具であって、
    軸心を通る断面の輪郭が、その反転形状を前記すくい面となる前記溝の側壁に転写したときに、前記溝の深さ方向位置によらず、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が一定となるように決定されたペンシル形状を有することを特徴とする総形カッターの研削工具。
11. 刃と溝とが交互に形成された切刃部を先端側に有し、回転軸を中心として前記切刃部が回転することで切削を行う総形カッターのすくい面を形成するために用いられる研削工具であって、
    軸心を通る断面の輪郭が、その反転形状を前記すくい面となる前記溝の側壁に転写したときに、前記溝の底から前記刃の刃先に近づくにつれ、前記側壁上の点における前記側壁の接線と、前記回転軸から前記点に延ばした直線とがなす角度が小さくなるように決定されたペンシル形状を有することを特徴とする総形カッターの研削工具。
12. 母材が焼入れをした高速度鋼であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の総形カッターの研削工具。

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