JP2004034185A - 金属筐体の製造方法及び該製造に用いるエンドミル - Google Patents

Abstract

【課題】部材の高い取付精度を要求される金属筐体の切削加工において、エンドミルの刃部の摩滅によるコーナ部のだれの許容範囲を広げることによって製造コストを引き下げる。
【解決手段】刃部が先端に向かうに従い広がる逆テーパ状のエンドミルを用い、筐体の凹部のコーナ部１４を、立壁面１３の垂直位置ｗよりも壁内部に傾斜して切削し、その傾斜面１５と底底面１２との成す角度θを６０〜８０°とする。これにより、エンドミルの刃先が摩滅し、筐体のコーナ部１４の角が或る程度丸まった場合でも、底壁面１２と立壁面１３との２面に密着するように光学部材を取り付けることができる。これにより、エンドミルの交換頻度を抑えることができ、製造コストの引き下げが達成できる。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い精度を要求される金属筐体の製造方法、及び該製造に用いる加工工具であるエンドミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば光ファイバ通信システムに使用される光変調器などの光モジュールでは、その外形を成す筐体と、その筐体に形成された凹部や溝の内側に装着される光学部材との位置関係の正確性が非常に重要である（例えば、特開平９−２６５３１号公報など参照）。そのため、こうした機器用の筐体としては、例えばステンレス鋼などの金属体を切削加工して形成されたものが用いられる。
【０００３】
金属体に穴や所定形状の凹部又は溝を形成するために、フライスの一種であるエンドミルが広く利用されている。エンドミルには様々な形状や寸法のものが知られているが、従来、凹部や溝の底の直角のコーナ部を形成するためには、図７に示すような形状のエンドミルが利用されている。なお、図７では、刃部３０について外周切れ刃及び先端面切れ刃を簡略化して描いている。このエンドミルは、刃部３０の外周面と先端面との成す角度が９０°となっており、これをフライス盤又は小型のマシニングセンタに装着してシャンク３１の中心軸線を中心に回転させることによって、金属体を切削して直角なコーナ部を形成する。
【０００４】
こうしたエンドミルによって、例えば図８（Ａ）に示すように、直角のコーナ部１４０を有する凹部が形成されたケース１００を作製し、そのコーナ部１４０に直角の角部を有する光学部材２００を嵌め合わせる。これによって、光学部材２００の角部を挟んだ２面はそれぞれ、ケース１００の底壁面１２０と立壁面１３０とに密着し、高い位置精度を保つことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンドミルの刃部３０、特にその先端の角部は加工の繰り返しに伴って急速に摩滅するため、摩滅の進行したエンドミルを使用して切削加工を行うと、ケース１００のコーナ部１４０は、図８（Ｂ）に示すように丸め半径が大きなものとなる。すると、角部が直角である光学部材２００を嵌め合わせようとしても立壁面１３０との間に隙間が生じるため、結果的に取付位置がずれてしまい、光学部材２００の位置精度が非常に重要である用途においては実用に耐えないものとなってしまう。
【０００６】
具体的に言うと、本発明者らの実験では、コーナ部１４０における丸め半径の許容範囲が０．０３ｍｍ以下であるとすると、切削長さが約５０ｍｍであるＳＵＳ３０４ステンレス鋼の試験材（金属体）を切削加工した場合、１０個程度の試験材を加工した時点で上記許容範囲を超えてしまう。換言すれば、１０個の筐体を切削加工する毎にエンドミルを新しいものに交換しなければならず、加工コストが非常に高くつくことになる。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、高精度の金属筐体の成形加工に好適であり、特にエンドミルが摩滅してもその交換の頻度を低く抑えることができ、それによって金属筐体の製造コストの引き下げが行える金属筐体の製造方法を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的とするところは、こうした製造コストの引き下げに有用な、金属筐体の製造に用いるエンドミルを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係る金属筐体の製造方法は、直角形状のコーナ部を有する内装部材の該コーナ部に嵌め合う底壁面とそれに直交する立壁面とを有する凹部又は溝を備えて成る金属筐体を製造する方法であって、前記凹部又は溝の立壁面の基部を傾斜状に切削することにより、その傾斜面と底壁面とで成すコーナ部の角度が鋭角となるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記課題を解決するために成された本発明に係るエンドミルは、上記製造方法に用いるエンドミルであって、外周切れ刃の回転時の外周面先端部側が、先端に向かって広がるように逆テーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態、及び効果】
本発明に係る方法によって製造された金属筐体の凹部又は溝に上記内装部材を取り付けるとき、該内装部材のコーナ部を形成する２つの面はそれぞれ、金属筐体の凹部又は溝の底壁面と立壁面とに密着する。その際に、立壁面の基部は傾斜状に削られているため、断面直角三角形状に内装部材との間に隙間が形成される。すなわち、この隙間が、凹部又は溝のコーナ部の角が丸まった場合でもそのだれ（又は鈍り）の吸収部分となり、内装部材の取付けに対しては影響を与えない。そのため、例えばこのコーナ部を切削加工するための工具、具体的には上記のようなエンドミルの摩滅等によって、コーナ部の角のだれが進行してきた金属筐体においても、内装部材を取り付ける際の位置ずれが相対的に小さくて済む。
【００１２】
従って、本発明に係る金属筐体の製造方法によれば、エンドミルの刃部の摩滅の許容度合が大きくなり、同一のエンドミルを用いて切削加工することができる筐体の個数を従来よりも増加させることができる。その結果、金属筐体の加工に要するコストを引き下げることができるという大きな利点がある。また、エンドミルの廃却頻度が減り、資源の有効利用という観点でも効果がある。
【００１３】
なお、本発明に係る金属筐体の製造方法は、筐体に対する内装部材の取付けの位置精度が非常に厳しい、つまり高い位置精度が要求されるようなものに特に有用である。そうした機器として考えられるものとしては、光ファイバ通信システムにおいて光ファイバの途中に介挿される光モジュールが挙げられる。従って、上記金属筐体は、そうした光モジュールの箱状の筐体であって、凹部又は溝の底壁面及び立壁面を挟む両側面に光ファイバの装着部を有して成る構成とすることができる。
【００１４】
【実施例】
本発明の一実施例として、本発明に係る金属筐体の製造方法を光モジュールの一種である光位相変調器用の筐体の製造に適用した場合について説明する。
【００１５】
図１はこの光位相変調器の外観上面図である。この光位相変調器では、外形が略直方体形状である筐体１の両側面に対向して入力側光ファイバ２と出力側光ファイバ３とが接続され、前面には、筐体１内部を光が通過する途中でその光の位相を変化させるための電圧を入力する入力端子４が設けられている。筐体１の内部には、そうした光の位相変調を行うための光学部材２０が設けられている。筐体１自体は、上面が開口した略箱状のケース１０と、図示しないものの該ケース１０の上面を閉塞する蓋体とから成る。
【００１６】
図２は、筐体１のケース１０内部に光学部材２０を取り付け蓋体を取り除いた状態を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）中のＡ−Ａ’切断線での側面断面図である。また、図３は、図２（Ｃ）において光学部材２０を取り除いた状態を示す断面図である。
【００１７】
上述したように、筐体１を構成するケース１０は上面が開口した箱形状であって、例えばステンレス鋼ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３、或いは低膨張合金でありＫＯＶＡＲとして知られている２９ｗｔ％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ−Ｆｅで代表されるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金などから成る。このケース１０に形成された凹部１１の内側に固定されている光学部材２０には、光ファイバを通して導入された光を案内するための光導波路などが形成されている。例えばＬｉＮｂＯ３結晶などの光導波路はその中心軸が光ファイバ２、３の中心軸と正確に合致している必要があるため、この光学部材２０の取付けは非常に高い位置精度で行われる必要がある。
【００１８】
光学部材２０の取付けの位置基準は、凹部１１の底壁面１２と前側の立壁面１３とである。すなわち、この底壁面１２と立壁面１３とは全体として高い精度で直交しており、そのコーナ部１４に、光学部材２０の直角な角部を嵌め合わせることによって位置決めを行う。従って、この位置決めを精度良く行うために重要なのは、凹部１１の底壁面１２及び立壁面１３の平滑性と、コーナ部１４における凹部１１空間側への膨出の少なさ、つまりコーナ部１４の角のだれの少なさである。上述したように、こうしたコーナ部１４をエンドミルを用いて切削加工する場合、角のだれの程度はエンドミルの刃先の角部の摩滅の程度に依存する。
【００１９】
そこで、本製造方法では、上記コーナ部１４を形成するために図５に示すような特徴的な形状のエンドミルを使用する。なお、図５においても図７と同様に刃部３０は簡略化して描いている。このエンドミルの特徴は、刃部３０が、シャンク３１側では中心軸線に平行な略円柱形状部３２であり、それよりも先端部側では先端に向かうに従って広がる逆テーパ形状部３３となっていることである。この逆テーパ角度は８０°を超えると、角度が不足し、逆に６０°よりも小さくすると、エンドミルの刃先の初期的摩滅が進みすぎて、当初の目的を達成し得ない。従って、好ましくは６０〜８０°の逆テーパ角度とするとよい。
【００２０】
また、エンドミルの刃部３０の最先端部には中心軸線に平行な、厚さＳが０〜０．１ｍｍ程度の扁平円柱形状部３４を設けている。この扁平円柱形状部３４は、後述するように凹部１１の立壁面１２を傾斜状に窪んで切削するためには不要である（つまり厚さＳは０ｍｍでよい）が、０．３ｍｍ程度以下、例えば０．１ｍｍ程度の厚さＳの扁平円柱形状部３４を設けることにより、刃部３０の特に先端の角部の強度を確保することができる。
【００２１】
上記のような形状のエンドミルを用いることによって、ケース１０のコーナ部１４の形状は、初期的（つまりエンドミルが新品であるとき）には、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、立壁面１３の垂直位置ｗから更に壁面を斜めに削り込むように切削される。すなわち、エンドミルの逆テーパ形状部３３及び扁平円柱形状部３４に対応して、立壁面１３よりも後退して傾斜面１５及び直立面１６が形成される。具体的な寸法の一例としては、立壁面１３の垂直位置ｗからの後退幅ｄを０．０１〜０．０５ｍｍ、直立面１６の高さｓを０〜０．１ｍｍ、傾斜面１５の上端の高さｈを０．０４〜０．３ｍｍ、底壁面１２と傾斜面１５とが成す角度θを６０〜８０°とすることができる。
【００２２】
上記のようなエンドミルも従来のエンドミルと同様に、切削加工の作業時間（つまりは切削加工対象の長さや対象物の個数）に伴って刃部３０の角部が摩滅してくる。そのため、使用回数を経たエンドミルを用いてケース１０を切削加工した場合には、凹部１１のコーナ部１４は例えば図４（Ｃ）に示す形状となる。すなわち、直立面１６は消滅し、傾斜面１５と底壁面１２との間は、或る半径を有する円の円弧の一部又はそれに近い形状の湾曲線状となる。こうして、角が丸くなることで、その丸めの終点位置ｕは、初期的な位置ｖから徐々に凹部１１の内側方向へと移動する。しかしながら、丸めの終点位置ｕがｖとｗとの間に存在する間は、光学部材２０の取付けには全く影響を与えず、その取付精度には無関係である。丸めの終点位置ｕが垂直位置ｗを越え、更に内側に入ってきたとき、始めて光学部材２０の取付精度に影響を与え始めることになる。
【００２３】
このように、本発明に係る製造方法により形成されたケース１０は、エンドミルの刃先の角の摩滅が始まっても、その摩滅の程度の小さい間は光学部材２０の取付精度に全く影響がなく、摩滅が或る程度大きくなってから影響が出始める。そのため、光学部材２０の取付精度の要請から、丸めの終点位置ｕと垂直位置ｗとの距離ｔを或る値以下にする必要があるという条件の下では、同一のエンドミルを用いた切削対象である加工個数を従来よりも増加させることができる。つまり、エンドミルの交換頻度を低く抑えることができる。その具体的な効果については以下に説明する。
【００２４】
〔効果の検証試験〕
本発明に係る製造方法の効果を検証するために、本発明者らが行った試験とその結果について説明する。
【００２５】
１．試験条件
この試験において、エンドミルは、タングステンカーバイドなどを主成分とする超硬合金から成る基材に対し、ＴｉＮコーティングを施したものであり、図５に示す形状で、逆てーパ角度を８０°、刃径を６．０φｍｍとした。このエンドミルを小型マシンニングセンタに装着し、予め直角に予備加工した切削線長さが５０ｍｍである試験材を対象として、切り込み深さを壁面、床面ともに０．１０ｍｍで精密仕上げ加工し、その回数（加工した試験材の個数）に対するコーナ部１４の寸法の変化を測定した。また、比較対象として、刃先の角の角度が９０°で刃径が６．０φｍｍである一般的なエンドミルを使用して、上記と同一条件で切削加工した場合についても測定した。なお、試験材の材質は、信頼性や安定性の点から光モジュールの筐体に好適なステンレス鋼材ＳＵＳ３０４である。
【００２６】
２．試験結果
加工個数が増すに従ってエンドミルの刃先が摩滅してゆき、それに伴って、コーナ部１４の丸め半径は大きくなる。ここで、その丸め半径の大きさに依存する丸めの終点位置を、図４（Ｃ）に示すｔで表すものとする。すなわち、底壁面１２上において垂直位置ｗを０とし、それよりも壁を切削する方向をマイナス、反対方向をプラスとした数値で表す。従って、プラス方向にその値が大きくなるほど、光学部材２０の取付位置精度が低下することになる。
【００２７】
図６は横軸に加工個数、縦軸に丸めの終点位置を示すグラフである。通常の角度９０°のエンドミルでは加工個数が１０個で０．０３ｍｍを超えてしまうのに対し、本発明に係る製造方法による逆テーパ状のエンドミルでは、加工個数が３５個でも０．０２８ｍｍと０．０３ｍｍ以下を維持しており、仮に０．０３ｍｍを許容限度としたときに３倍以上の加工個数を達成できていることがわかる。
【００２８】
すなわち、上記試験結果によると、本発明に係る金属筐体の製造方法によれば、１個のエンドミルを用いて切削加工可能な個体数が大幅に増えるため、エンドミルの交換頻度を低くすることができ、製造コストを大幅に削減できることがわかる。
【００２９】
なお、筐体の材質はＳＵＳ３０４ステンレス鋼に限るものではなく、ＳＵＳ３０３、ＫＯＶＡＲなどの各種合金にも広く適用して、同様の効果を奏することは明らかである。また、上記実施例は本発明の一例に過ぎず、本発明の請求項に記載の範囲で適宜変形や修正、追加を行っても本発明に包含されることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属筐体の製造方法の一実施例を適用する光位相変調器の外観上面図。
【図２】筐体のケース内部に光学部材を取り付け蓋体を取り除いた状態を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）中のＡ−Ａ’切断線での側面断面図。
【図３】図２（Ｃ）において光学部材を取り除いた状態を示す断面図。
【図４】凹部のコーナ部を示す拡大図。
【図５】本発明に係る製造方法に用いられるエンドミルの外観平面図。
【図６】本製造方法の効果を検証するための試験結果を示すグラフ。
【図７】一般に用いられる従来のエンドミルの外観平面図。
【図８】従来の製造方法による筐体の凹部のコーナ部の拡大図。
【符号の説明】
１…筐体
２、３…光ファイバ
４…入力端子
１０…ケース
１１…凹部
１２…底壁面
１３…立壁面
１４…コーナ部
１５…傾斜面
１６…直立面
２０…光学部材
３０…刃部
３１…シャンク
３２…略円柱形状部
３３…逆テーパ形状部
３４…扁平円柱形状部

Claims (3)

1. 直角形状のコーナ部を有する内装部材の該コーナ部に嵌め合う底壁面とそれに直交する立壁面とを有する凹部又は溝を備えて成る金属筐体を製造する方法であって、
   前記凹部又は溝の立壁面の基部を傾斜状に切削することにより、その傾斜面と底壁面とで成すコーナ部の角度が鋭角となるようにしたことを特徴とする金属筐体の製造方法。
2. 前記金属筐体は、光ファイバ通信システムにおいて光ファイバの途中に介挿される光モジュールの箱状の筐体であって、前記底壁面及び立壁面を挟む両側面に光ファイバの装着部を有して成ることを特徴とする請求項１に記載の金属筐体の製造方法。
3. 前記請求項１に記載の製造方法に用いるエンドミルであって、外周切れ刃の回転時の外周面先端部側が、先端に向かって広がるように逆テーパ状に形成されていることを特徴とするエンドミル。

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