JP2004050317A

JP2004050317A - 小径孔の面取り加工用工具

Info

Publication number: JP2004050317A
Application number: JP2002208502A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takeuchi; 竹内　努; Naoki Toge; 峠　直樹; Teiji Hirashima; 平嶋　悌司; Masanori Matsukawa; 松川　正範
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】刃先の摩耗の偏りを低減させ、寿命と仕上面精度のバランスを保ち、かつ、加工時のバリの発生を抑制することが可能な、小径孔の面取り加工用工具を提供する。
【解決手段】角錐状の刃先部をダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体で形成するとともに、角錐状部の稜線を刃先部長手方向に凹状の曲線または傾斜線に形成する。
図１（ａ）の工具１０の刃先部は、４本の稜線１１が凹状の曲線となるように形成され、図１（ｂ）の工具２０の刃先部は、４本の稜線２１を、角度の異なる傾斜線２１ａ、２１ｂ、２１ｃで連続させたものとし、全体として凹状の傾斜線となるように形成されている。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ接続用フェルールのファイバ挿通孔の面取り加工に代表される小径孔の面取り加工用の工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの接続は、光ファイバを挿入した２本のフェルールを整列接合させることにより行われている。図３の（ａ）はフェルールの断面形状を示す図であり、フェルール５０は円筒状の本体５１の内部に光ファイバ挿通孔５２が形成されている。このようなフェルール５０においては、光ファイバ挿通孔５２の内径と偏心量、フェルール５０の外径と真円度に高度な寸法精度が要求され、高精度な研削、研磨により製作されている。
【０００３】
このフェルール５０の光ファイバ挿通孔５２の面取り加工を行うには、同図の（ｂ）に示すように先端の刃先部６１を角錐状または円錐状とした工具６０が用いられている。フェルール５０の材質としては主としてジルコニア系のセラミックスやニッケルを主成分とする金属が用いられており、硬脆性材料であるため、面取り加工用工具６０の刃先部６１には一般的に単結晶ダイヤモンドやダイヤモンド焼結体、ｃＢＮ焼結体が用いられている。今後ニッケルを主成分とする金属製フェノールが増加する傾向にあり、バリ発生の問題が大きくなる。
【０００４】
このようなフェルールのファイバ挿通孔の面取り加工などに代表される小径孔の面取り加工用の工具として、特開平５−８４６６８号公報、特開平５−１５４７４９号公報、特開平７−１３２４９９号公報、特開平９−８０２６１号公報などに記載の工具がある。特開平５−８４６６８号公報に記載の工具は、刃先部が円錐状の超砥粒焼結体から構成され、円錐面状の円周方向に対して交差する方向の複数本の長手状平面が設けられた工具である。特開平５−１５４７４９号公報に記載の工具は、刃先部を四角錐としたダイヤモンド工具であり、特開平７−１３２４９９号公報に記載の工具は、刃先部の四角錐の稜に幅を設けて切刃稜とした工具である。また特開平９−８０２６１号公報に記載の工具は刃先部を円錐状とした工具である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
小径孔の面取り加工においては、刃先部が円錐面状の場合は、円錐面状の研磨面が被研削材に接触するので、被研削材に焼けが発生しやすくなる。また、加工圧が高くなり、加工能率が低くなる。刃先部に単結晶ダイヤモンドを用いた場合は、単結晶ダイヤモンドは結晶構造に異方性があり、結合力の弱い方向に力が加わると劈開するために、刃先部の摩耗進行速度に偏りが生じる。そのため面取り部に欠けやチッピングが生じやすい。
【０００６】
上記のような欠点は、刃先部として超砥粒焼結体を用いることによりかなり改善される。これらの焼結体は、ダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒などの超砥粒の微粉末を焼き固めた焼結体から構成されていることから、その硬度および剛性が高く、摩耗の偏りも生じにくい。しかし、刃先部に超砥粒焼結体を用いた従来の面取り加工用工具においては、一部の工具において寿命の短い工具や仕上面精度の低い工具がみられた。この点に関しては、本発明者らの研究によれば、焼結体の素材の粒径が関係しているのではないかと推測された。
【０００７】
また、従来の面取り加工用工具においては、角錐状または円錐状の刃先部の断面形状が刃先角６０度や９０度の三角形状をしており、角錐または円錐の斜面が被研削材の小径孔に接触する部分において、面取り加工を行った後の被研削材の小径孔のエッジの部分にバリが発生する。図４はバリの発生箇所の例を示す図で、同図（ａ）の状態では、フェルール５０の光ファイバ挿通孔５２の先端エッジ５２ａ（図中○で示す）の部分に、同図（ｂ）の状態では、面取りが進展したエッジ５２ｂ，５２ｃ（同じく図中○で示す）の部分にバリが発生しやすい。このようなバリの発生は、先に述べたように、ニッケルを主成分とする金属製フェノールの増加に伴って大きな問題となっており、現状では加工後にこのバリを除去する工程が必要になっている。
【０００８】
本発明が解決すべき課題は、小径孔の面取り加工用工具の刃先部の材質、形状の改善により、刃先の摩耗の偏りを低減させるとともに、寿命と仕上面精度のバランスを保ち、かつ、加工時のバリの発生を抑制することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の面取り加工用工具は、角錐状の刃先部をダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体で形成するとともに、角錐状部の稜線を刃先部長手方向に凹状の曲線または傾斜線に形成した小径孔の面取り加工用工具である。
【００１０】
刃先部をダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体で形成することにより、工具の製造過程における刃先部の加工工程において、従来の単結晶ダイヤモンドで形成した刃先部に比較して加工しやすく、ダイヤモンド工具による刃先部の加工精度および加工能率が向上する。刃先部の加工精度の向上により、角錐状部の稜線の加工精度や同軸度の精度が高くなり、面取り加工の精度も向上し、面取り部の欠けやチッピングの発生を防止する。また加工能率の向上により、量産化が可能になる。さらに、ダイヤモンド焼結体やｃＢＮ焼結体は結晶構造が均一であるため、刃先の摩耗は均一に進行し、工具の寿命が長くなる。
【００１１】
ダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体は、ダイヤモンドまたはｃＢＮの粒子をコバルト、ニッケルなどの金属結合剤を用いて高温高圧下で焼結したものである。本発明の面取り加工用工具の刃先部をこのダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体で形成する場合、素材であるダイヤモンドまたはｃＢＮの粒子の粒径範囲は１〜１５μｍとするのが望ましい。素材粒子の粒径が１μｍより小さいと、粒子の結合力が弱くなり工具の摩耗が早くなる。粒径が１５μｍより大きいと、粒子が粒界から脱落して摩耗が進行するため稜線の欠落が大きくなり、面取り加工の仕上面精度が低下する。
【００１２】
また、金属結合剤の含有率は５〜３０％の範囲とするのが望ましい。金属結合剤の含有率が５％より少ないと、耐摩耗性は高いものの加工が困難なために加工精度が得られにくくなる。含有率が３０％より大きいと、加工精度は出やすいものの耐摩耗性が低下し、工具の寿命が短くなる。
【００１３】
本発明の面取り加工用加工具においては、角錐状の刃先部の稜線を刃先部長手方向に凹状の曲線または傾斜線に形成したことにより、工具が小径孔のエッジと接触する部分（図４の○部分）にバリが発生するのを抑制することができる。その理由は、刃先部の稜線と加工物との接触角θが小さくなるために、加工圧Ｆｂが大きくなり、逆にロスとなるＦａが小さくなる。Ｆａはバリを発生させる力であり、これを小さくすることでバリを抑制できる。なお、図４中において、Ｆは、加工圧Ｆｂとロスとなる力Ｆａとを合成したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態における小径孔の面取り加工用工具の刃先部形状を示す図で、（ａ）は角錐状の刃先部の稜線を刃先部長手方向に凹状の曲線に形成した工具であり、（ｂ）は刃先部の稜線を刃先部長手方向に凹状の傾斜線に形成した工具である。
【００１５】
図１（ａ）の工具１０の刃先部は、４本の稜線１１を凹状の曲線としたもので、この工具１０の刃先部でフェルール５０の光ファイバ挿通孔５２の面取り加工をしている状態を図２の（ａ）に示す。図１（ｂ）の工具２０の刃先部は、４本の稜線２１を角度の異なる傾斜線２１ａ、２１ｂ、２１ｃで連続させたものとし、全体として凹状の傾斜線としたものである。この工具２０の刃先部でフェルール５０の光ファイバ挿通孔５２の面取り加工をしている状態を図２の（ｂ）に示す。
【００１６】
図２の（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の工具１０および２０では、フェルール５０の光ファイバ挿通孔５２の面取り加工中に工具１０および２０が光ファイバ挿通孔５２のエッジと接触する部分（図４の○部分）の接触角度は約５〜３０度の範囲にあり、同部分にバリが発生しなくなる。
また、刃先部の稜線を回転方向にねじった形にすることで、加工物とのあたりがよくなり、精度が向上する。
【００１７】
〔試験例１〕
図１の（ａ）に示す形状で刃先部をダイヤモンド焼結体で形成した本発明の工具（発明品１）と、角錐が５角錐および６角錐で刃先部をダイヤモンド焼結体で形成した本発明の工具（発明品２，３）と、図１の（ａ）に示す形状で刃先部を天然ダイヤモンドで形成した工具（比較品１）と、図３の（ｂ）に示す形状で刃先部をダイヤモンド焼結体で形成した工具（従来品）を使用して、ジルコニア製のフェルールの光ファイバ挿通孔の面取り加工試験を行った。試験結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
刃先部をダイヤモンド焼結体で形成した本発明の工具は、均一な摩耗が持続するため、仕上面精度も安定しており、工具寿命も長くなった。４角錐と５角錐、６角錐の比較では、４角錐では加工能率が高い結果が得られたが、５角錐、６角錐では良好な仕上面精度が得られた。天然ダイヤモンドを使用した場合（比較品１）、加工速度は良好であるが、加工回数が増えるにつれ角錐状部の稜線に劈開が生じ、仕上面精度が著しく低下した。
【００２０】
〔試験例２〕
図１の（ａ），（ｂ）に示す形状で刃先部をダイヤモンド焼結体で形成した本発明の工具（発明品４，５）と、図３の（ｂ）に示す形状で刃先部をダイヤモンド焼結体で形成した工具（比較品２）を使用して、ガラス質の製品の小径孔の面取り加工試験を行った。試験結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】

【００２２】
刃先部の角錐状部の稜線を刃先部長手方向に凹状の曲線または傾斜線に形成することにより、小径孔のエッジに発生するバリを抑制することができた。
【００２３】
〔試験例３〕
図１の（ａ）に示す形状で刃先部をダイヤモンド焼結体で形成した本発明の工具の、焼結体のダイヤモンド粒子の粒径を０．５μｍ、１μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２５μｍとして形成した工具について試験例１と同様な加工試験を行った。試験結果を表３に示す。
【００２４】
【表３】

【００２５】
ダイヤモンド粒子の粒径を変化させると、粒径が細かい０．５μｍでは寿命が短くなり、２５μｍでは仕上面精度が低下する傾向がみられた。この傾向はｃＢＮ焼結体の場合も同様であり、粒径の好ましい範囲は１〜１５μｍであることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
（１）刃先部をダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体で形成することにより、刃先部の加工精度および加工能率が向上し、角錐状部の稜線の加工精度や同軸度の精度が高くなり、面取り加工の精度も向上し、面取り部の欠けやチッピングの発生を防止する。また加工能率の向上により、量産化が可能になる。さらに、ダイヤモンド焼結体やｃＢＮ焼結体は結晶構造が均一であるため、刃先の摩耗は均一に進行し、工具の寿命が長くなる。
【００２７】
（２）角錐状の刃先部の稜線を刃先部長手方向に凹状の曲線または傾斜線に形成することにより、刃先の稜線と加工物との接触が少なくなり、バリを発生する力が小さくなって、工具が小径孔のエッジと接触する部分にバリが発生するのを抑制することができる。
【００２８】
（３）ダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体の素材粒子の粒径範囲および金属結合剤の含有率を特定の範囲とすることにより、仕上面精度と寿命のバランスを最適にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における小径孔の面取り加工用加工具の刃先部形状を示す図で、（ａ）は角錐状の刃先部の稜線を刃先部長手方向に凹状の曲線に形成した例、（ｂ）は刃先部の稜線を刃先部長手方向に凹状の傾斜線に形成した例である。
【図２】図１の工具を使用してフェルールの光ファイバ挿通孔の面取り加工をしている状態を示す図である。
【図３】（ａ）はフェルールの断面形状を示す図であり、（ｂ）はこのフェルールの光ファイバ挿通孔の面取り加工を行う従来の工具の例を示す図である。
【図４】従来の工具によるバリの発生を説明する図である・
【符号の説明】
１０　工具
１１　稜線
２０　工具
２１　稜線
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　傾斜線
５０　フェルール
５２　光ファイバ挿通孔

Claims

角錐状の刃先部をダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体で形成するとともに、角錐状部の稜線を刃先部長手方向に凹状の曲線または傾斜線に形成した小径孔の面取り加工用工具。
粒径範囲が１〜１５μｍのダイヤモンド粒子またはｃＢＮ粒子を素材とするダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体で刃先部を形成した請求項１記載の小径孔の面取り加工用工具。
前記ダイヤモンド焼結体またはｃＢＮ焼結体の金属結合剤の含有率が５〜３０％の範囲である請求項１または２記載の小径孔の面取り加工用工具。