JP2003145321A

JP2003145321A - 単結晶ダイヤモンドバイト

Info

Publication number: JP2003145321A
Application number: JP2001345739A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Obata; 一志小畠
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】特に微細な部品などを高精度に加工できる単
結晶ダイヤモンドバイトであって、容易に製作できる形
状とし、寿命や耐久性にも優れたダイヤモンドバイトを
得る。【解決手段】切れ刃部３が、端面側の逃げ面５、第１
側面側の逃げ面６ａ、第２側面側の逃げ面７ａ、及びす
くい面４からなる単結晶ダイヤモンドバイトであって、
前記第１側面側の逃げ面６ａ及びこれに連なる第１側面
６ｂは平面で形成され、前記第２側面側の逃げ面７ａ及
びこれに連なる第２側面７ｂは平面と凹形の曲面が連続
した面で形成されるものにする。また、前記第１側面側
の逃げ面６ａと前記第２側面側の逃げ面７ａは略平行、
あるいはこれら２つの逃げ面がなす角度が１度以上２０
度以下の形状とする。さらに、前記端面側の逃げ面５の
幅Ｗは１μｍ以上２００μｍ以下とし、すべての逃げ面
の表面粗さＲｙは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするのが好
ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、無酸素銅、銅合
金、純アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル−リ
ン合金などの非鉄金属材料やアクリル、ポリカーボネイ
ト、テフロン（登録商標）、樹脂、ゴムなどの非金属材
料を切削加工するためのダイヤモンドバイトに関し、特
に微細な部品加工などに用いられる超精密切削加工用の
ダイヤモンドバイトに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、ＤＶＤやＣＤなどの光ディスクド
ライブは、小型化や低コスト化のため、光学系に回折格
子（ホログラム）が用いられている。従来の回折格子は
数枚のレンズの組み合わせが必要であったが、マイクロ
メーターオーダーで微細溝が形成された回折格子とする
ことで、一枚のレンズで同じ光学性能を得ることができ
るようになった。今後は、光ディスクの分野だけでな
く、光通信の分野においても回折格子の需要は広がるこ
とが予想される。微細溝を設ける方法として、従来はフ
ォトエッチングにより形成するというものがあった。し
かしながら、この方法では１回で形成できる溝の深さが
浅く、深い溝を形成するためには段階的に行うことが考
えられるが、これでは溝の側面に段が付いてしまうとい
う問題があり、さらに溝の底が丸くなるという問題もあ
った。これらの段差や丸みがあると回折格子としての性
能が落ち、集光や分光の効率が悪くなるという問題が発
生する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、微細溝を設
けるための別の手段としてダイヤモンドバイトを使用し
ての切削加工が考えられる。ダイヤモンドバイトであれ
ば、深い溝の形成も容易であり、溝の側面に段が付くと
いう問題も発生しない。しかしながら、上記のような用
途に用いるマイクロメーターオーダーの微細溝加工を行
うためには、ダイヤモンドバイトの刃先を１〜２００μ
ｍの幅に加工しなければならないが、工業的には実用化
されていない。

【０００４】従来の溝加工用ダイヤモンドバイトは、図
３（ａ）に示すように細い板状のダイヤモンドをシャン
クにろう付けし、そのダイヤモンドを研削や研磨をしな
がら、所定の寸法に仕上げていくという方法で製作され
ていた。この方法で上記のような刃先が極めて細いダイ
ヤモンドバイトにする場合、研削あるいは研磨加工中に
ダイヤモンドが欠けたり折れたりしやすいと問題が生じ
る。この問題を防止するには、図３（ｂ）に示すよう
に、刃先が形成される部分までシャンクにろう付けし、
ダイヤモンドを加工していた。しかしながら、歩留まり
が悪く工業的には成功していなかった。

【０００５】本発明は、以上のような問題を解決するも
のであり、刃先の加工が比較的容易にでき、高精度な刃
先が得られるとともに刃先が欠けにくいダイヤモンドバ
イトを提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のダイヤモンドバ
イトの第１の特徴は、切れ刃が、端面側の逃げ面、第１
側面側の逃げ面、第２側面側の逃げ面、及びすくい面か
らなる単結晶ダイヤモンドバイトであって、前記第１側
面側の逃げ面及びこれに連なる第１側面は平面で形成さ
れ、前記第２側面側の逃げ面及びこれに連なる第２側面
は平面と凹形の曲面が連続した面で形成されたことであ
る。

【０００７】第２の特徴は、前記第１側面側の逃げ面と
前記第２側面側の逃げ面が略平行とされたことである。

【０００８】第３の特徴は、前記第１側面側の逃げ面と
前記第２側面側の逃げ面がなす角度が１度以上２０度以
下とされたことである。

【０００９】第４の特徴は、前記端面側の逃げ面の幅
が、１μｍ以上２００μｍ以下とされたことである。

【００１０】第５の特徴は、前記逃げ面の表面粗さＲｙ
は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下としたことである。

【００１１】第６の特徴は、前記切れ刃は、シャンクよ
り突出していることである。

【００１２】第７の特徴は、前記すくい面及び前記端面
側の逃げ面を（１００）面としたことである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明をなすに至った経緯は、本
発明者が歩留まりの悪い理由として前述の問題点に記載
の事項と推定した点にある。本発明のダイヤモンドバイ
トは、刃先の材料として単結晶ダイヤモンドが使用さ
れ、これに切れ刃が形成される。このダイヤモンドが超
硬合金などからなるシャンクにろう付けなどにより接合
されてダイヤモンドバイトが形成される。刃先の材料を
単結晶ダイヤモンドにし、切れ刃部をシャンクから突出
させることによって、超精密切削加工用のダイヤモンド
バイトとすることができ、寿命などの耐久性も向上させ
ることができる。

【００１４】図１を参照して、このダイヤモンド１に
は、主に４つの面で切れ刃部３が形成され刃先となる。
刃先の先端部の端面側に逃げ面５が形成され、この逃げ
面５より後端側の２つの側面にそれぞれ第１側面側の逃
げ面６ａと第２側面側の逃げ面７ａが形成される。第１
側面側の逃げ面６ａ及びこれに連なる第１側面６ｂは平
面で形成されており、第２側面側の逃げ面７ａ及びこれ
に連なる第２側面７ｂは平面と凹形の曲面が連続した面
で形成されている。そして、これら３つの逃げ面と交差
するようにすくい面４が平面で形成されていて、それぞ
れの逃げ面とすくい面４との交差部に切れ刃部３が形成
される。すくい面４と対向する面はシャンク１との接合
面となるが、切れ刃部３が形成される部分のすくい面４
と対向する部分の面は少なくともろう付けされない部分
とする。この理由は、ろう付けされた部分は熱の影響を
受けているため応力が集中しており、刃先を加工する時
やこのダイヤモンドバイトを使用して切削を行う時に欠
けやすいという問題が起こりやすいが、切れ刃が形成さ
れる付近をろう付けしない部分とすることで熱の影響を
防止することができる。なお、第２側面７ｂは凹形の曲
面で形成されているが、最も後端側では平面でもよく、
第２側面側の逃げ面７ａと連なる部分の面が凹形となっ
てダイヤモンドの幅が大きくなっていればよい。

【００１５】第１側面側の逃げ面６ａと第２側面側の逃
げ面７ａは略平行となっており、その２つの面の幅すな
わち端面側の逃げ面の幅Ｗは、１μｍ以上２００μｍ以
下に形成される。このように刃先の幅Ｗが極めて小さい
場合、欠ける問題が起こりやすいが、本発明の形状とす
ることで切れ刃部３のみを小さくし、切れ刃部３となら
ない後端側は幅を大きくできるので、欠けやすい問題が
防止できる。より限定的には、端面側の逃げ面の幅Ｗが
１μｍ以上５０μｍ以下のものに適用すれば、高精度な
刃先が得られる。

【００１６】また、図３に示す従来のダイヤモンドバイ
トのように刃先を含むダイヤモンド２全体の幅が小さい
形状では、逃げ面を研磨するのに刃先の幅方向（第２側
面７ｂから第１側面６ｂへの方向あるいは第１側面６ｂ
から第２側面７ｂへの方向）に砥石や研磨盤を送りなが
ら研磨するため欠けやすい問題を生じるのに対し、本発
明の形状では、まず第１側面６ｂを研磨しておき、その
後第２側面７ｂを研磨するときに、研磨盤を刃先の先端
側から後端側の方向に送りながら研磨できるので、幅方
向（第２側面７ｂから第１側面６ｂへの方向）に無理な
力がかからず欠ける恐れがない。さらに、ダイヤモンド
２の後端側は幅を大きくできるので、シャンク１への接
合強度も向上し、加工時にダイヤモンド２がはずれる恐
れもなく、先端部の刃先付近はろう付けする必要がない
ので、ろう付け時の応力がかからず、切削加工時の応力
に対して強くなる。

【００１７】さらに、端面側の逃げ面５の幅Ｗが２００
μｍ以下と小さくなった後に、幅Ｗのサイズ調整のため
の研磨が必要になった場合には、第１側面側の逃げ面６
ａ及び第１側面６ｂを研磨する。この場合、第１側面側
から第２側面側の方向に力を受けるが、第２側面側の逃
げ面７ａと第２側面７ｂは平面と凹面で連続的につなが
っているため、力が連続的に分散して集中する所がなく
なり、幅Ｗが２００μｍ以下となっても切れ刃部３は折
れにくくなる。

【００１８】ダイヤモンド２の結晶方位については、す
くい面４及び端面側の逃げ面５を（１００）面とするの
が好ましい。このようにすることで、すべての逃げ面の
研磨容易方向が上下方向（図１（Ｂ）の上下方向）にな
り、研磨が容易になるためである。

【００１９】以上のものとは別の形態として、図２を参
照して、第１側面側の逃げ面６ａと第２側面側の逃げ面
７ａのなす角度αが１度以上２０度以下というような刃
先についても同様の効果が得られる。この場合、端面側
の逃げ面５は、ごく僅かな面取り程度の平面あるいは微
小なＲの面で形成される。

【００２０】逃げ面の表面粗さＲｙは、５ｎｍ以上５０
ｎｍ以下とするのが好ましい。５ｎｍ以上とするのは、
これ以上精密に研磨するのは困難なためであり、５０ｎ
ｍ以下とするのは高精度な切れ刃を形成するために必要
なためである。より好ましくは、５ｎｍ以上３０ｎｍ以
下とする。

【００２１】本発明のダイヤモンドバイトは以上のよう
な特徴があるので、溝入れ加工用に適している。特に微
細で高精度な溝が要求されるＤＶＤやＣＤなどの光ディ
スクドライブの回折格子の溝入れ加工を行うのに好適で
あり、回折格子の金型あるいは試作用の樹脂からなる回
折格子自身の加工に使用される。これ以外には液晶の導
光板の加工、高精度樹脂製品の金型加工あるいはその樹
脂製品の試作品加工、微細な部品の切削加工を行うのに
も好適である。

【００２２】

【実施例】本発明のダイヤモンドバイトの第１の実施例
を図１に示す。このダイヤモンドバイトを製作するた
め、１辺３．５ｍｍ、厚み１．０ｍｍの人造単結晶ダイ
ヤモンドを用意し、対角線方向に切断した。この単結晶
ダイヤモンドの上面及び下面の結晶方位は（１００）面
であり予め研磨しておいた。また端面側の逃げ面５も
（１００）面とした。切断したダイヤモンド２をシャン
ク１にろう付けするが、刃先となる部分はろう付けされ
ないようシャンク１から突出させた状態でろう付けを行
った。なお、第１側面側の逃げ面６ａ及びこれに連なる
第１側面６ｂはシャンク１に対して所定の位置より突出
するようにろう付けを行った。この後、刃先の先端部と
なる端面側の逃げ面５を形成するために砥石で研削後、
遊離砥粒により研磨を行った。

【００２３】次に、第１側面側の逃げ面６ａ及びこれに
連なる第１側面６ｂを砥石で研削した後、遊離砥粒によ
り研磨し、所定の面に仕上げた。第１側面側の逃げ面６
ａ及びこれに連なる第１側面６ｂは１つの平面で形成さ
れている。

【００２４】その後、第２側面側の逃げ面７ａ及びこれ
に連なる第２側面７ｂの形状を反転させた砥石により第
２側面側を研削しておおよその形状に加工した後、同様
の形状の研磨盤と遊離砥粒を用いて研磨を行った。この
際、砥石および研磨盤に対してダイヤモンド２を送る方
向は、刃先の先端側から後端側へ順次研削及び研磨され
るようにシャンク１を移動させた。このように送ること
により、刃先の先端の幅Ｗが小さくても幅方向へかかる
力は小さく、ダイヤモンド２が折れるという問題は防止
される。第２側面側の逃げ面７ａ及びこれに連なる第２
側面７ｂを研削及び研磨し、端面側の逃げ面５の幅Ｗを
５μｍに仕上げた。また、第２側面側の逃げ面７ａの幅
（ダイヤモンド２の先端側から後端側方向にかけての切
れ刃部３の長さ）は６μｍとした。第２側面側の逃げ面
７ａは平面で形成されており、これに連なる第２側面７
ｂは凹形の曲面となっている。この曲面はＲの曲面とす
るのがよい。

【００２５】最後に、すくい面４を研磨することによ
り、前述の３つの逃げ面との交差部に切れ刃部３を形成
した。これら３つの逃げ面及びすくい面４は、表面粗さ
Ｒｙが１０ｎｍとなるように研磨した。

【００２６】以上のようにして製作したダイヤモンドバ
イトを超精密ＣＮＣ旋盤に取り付け、無電解ニッケルメ
ッキ金型の切削加工を行った。この金型は樹脂製回折型
光学素子の金型として用いられるもので、この金型を高
精度に加工することで高精度な樹脂製回折型光学素子が
低価格で量産できるものである。加工条件は、回転速度
１０００ｍ^−１、工作物送り速度０．５μｍ／ｒｅｖ、
切り込み量１μｍで、加工液は放電加工用オイルを使用
した。この結果、切削された溝のコーナ部のダレがほと
んど無く、従来のフォトエッチング加工のものと比較し
て、極めて高精度な加工が可能であった。

【００２７】本発明のダイヤモンドバイトの第２の実施
例を図２に示す。このダイヤモンドバイトは、第１側面
側の逃げ面６ａと第２側面側の逃げ面７ａのなす角度が
１０度のものの例である。製作方法は第１の実施例と同
じであり、加工中にダイヤモンド２が欠けたり折れたり
する問題は発生しなかった。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のダイヤモ
ンドバイトは、刃先の幅が極めて小さいものでも、刃先
以外の部分は順次幅が大きくなっているので、刃先の加
工時に応力がかかっても欠けにくい。また、このような
形状は容易に製作できる形状であり、シャンクとの接合
力も高く、シャンクへのろう付けなどの際にも刃先に熱
影響が少なく応力などの影響を受けにくいので、切削加
工時に刃先にかかる応力に対しても強くなり欠けたり折
れたりする問題が起こりにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイヤモンドバイトの実施例の刃先の
周囲を示す部分拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）
は正面図、（ｃ）は（ｂ）の右側面図である。

【図２】本発明のダイヤモンドバイトの別の実施例の刃
先の周囲を示す部分拡大図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図である。

【図３】従来のダイヤモンドバイトの刃先の周囲を示す
部分拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図で
ある。

【符号の説明】

１シャンク２ダイヤモンド３切れ刃部４すくい面５端面側の逃げ面６ａ第１側面側の逃げ面６ｂ第１側面７ａ第２側面側の逃げ面７ｂ第２側面８ろう付け層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切れ刃が、端面側の逃げ面、第１側面側
の逃げ面、第２側面側の逃げ面、及びすくい面からなる
単結晶ダイヤモンドバイトであって、前記第１側面側の
逃げ面及びこれに連なる第１側面は平面で形成され、前
記第２側面側の逃げ面及びこれに連なる第２側面は平面
と凹形の曲面が連続した面で形成されることを特徴とす
る単結晶ダイヤモンドバイト。
【請求項２】前記第１側面側の逃げ面と前記第２側面
側の逃げ面が略平行であることを特徴とする請求項１記
載のダイヤモンドバイト。
【請求項３】前記第１側面側の逃げ面と前記第２側面
側の逃げ面がなす角度が１度以上２０度以下であること
を特徴とする請求項１記載のダイヤモンドバイト。
【請求項４】前記端面側の逃げ面の幅が、１μｍ以上
２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載のダイヤモンドバイト。
【請求項５】前記逃げ面の表面粗さＲｙは、５ｎｍ以
上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載のダイヤモンドバイト。
【請求項６】前記切れ刃は、シャンクより突出してい
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のダ
イヤモンドバイト。
【請求項７】前記すくい面及び前記端面側の逃げ面を
（１００）面としたことを特徴とする請求項１〜６のい
ずれかに記載のダイヤモンドバイト。