JP2004345031A

JP2004345031A - 単結晶ダイヤモンドエンドミル

Info

Publication number: JP2004345031A
Application number: JP2003145490A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kobayashi; 篤史小林
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】光ファイバー用の金属製フェルールを切断する時に発生するバリ取り用の単結晶ダイヤモンドエンドミルを提供する。
【解決手段】工具本体１の端部に単結晶ダイヤモンド２を挟持した単結晶ダイヤモンドエンドミルであって、単結晶ダイヤモンドの先端部３は四角錐状であり、四角錐状の稜線のうち相対する2つのみを切刃５とし、切刃がねじれ角を有する単結晶ダイヤモンドエンドミル。ねじれ角とは、単結晶ダイヤモンドエンドミルを先端部平行四辺形６側から底面部平行四辺形側に向かって投影した平面において、「切刃と底面部平行四辺形が交わる点」と工具軸心１０を結ぶ線を基準線とし、次に前記基準線を回転し「切刃と先端部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線に重なったときの基準線の回転角を言う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単結晶ダイヤモンドエンドミルに関するものである。特に、細い内径の金属性チューブの面取り加工をするための単結晶ダイヤモンドエンドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバー用のＮｉ製フェルールは、電鋳によって製造されたＮｉ製の長いパイプを切断して製造される。切断されたチューブは、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すようにバイト２１を用いて内周開口縁部を面取り加工２３して使用されていた。図６（Ａ）は、フェルール２０の中心線２２に沿いバイト２１のすくい面２４に平行な断面図であり、バイト２１により面取り加工している状態を示す。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。バイト２１で面取り加工する場合、フェルール２０の中心線２２と工具のすくい面２４の高さを合わせて切削する。
【０００３】
別の方法として、回転切削工具により面取りすることが考えられる。そのような構造の工具として、四角錐の形状のドリルが特許文献１に開示されている。このドリルでは、四角錐の稜線がドリル中心軸と一点で交わる構造であり、ねじれていない。従って、４つの稜線全部が切刃となり、被削材を４つの切刃で同時に加工する構造である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３６０１７号公報（第２−４頁、図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術では次のような問題があった。
まず、図６に記載のバイトでは、面取り加工する際、フェルール２０の中心線２２と工具のすくい面２４の高さを合わせて切削している。そのため、切削時の逃げ角γを大きくしなければ、フェルール２０とバイト２１が干渉する。特に、チューブの穴の直径が０．１ｍｍ以下と小さい場合は、スペースが小さいので刃先の角度が小さくなる。その結果、工具の強度が小さくなり、欠損しやすく工具寿命が短くなる。
一方、特許文献１に記載の技術では、先端部の形状が四角錐で、四角錐の中心線は単結晶ダイヤモンドのひとつの結晶軸およびドリル軸心と一致している。つまり、このような構造のドリルでは、４つの稜線全部が切刃となり、被削材を４つの切刃で同時に加工する構造である。そのため、このようなダイヤモンドを用いた微細工具は切削抵抗が高く、工具が欠損し易い。
従って、本発明は、切削抵抗が小さく、欠損し難い構造の単結晶ダイヤモンドエンドミルを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、切刃を２つとし、かつそれら切刃の構成に工夫を施すことで上記の目的を達成する。
第一の発明は、工具本体の端部に単結晶ダイヤモンドを挟持した単結晶ダイヤモンドエンドミルであって、単結晶ダイヤモンドの先端部は四角錐状であり、四角錐状の稜線のうち相対する２つのみを切刃とし、切刃がねじれ角を有する単結晶ダイヤモンドエンドミルである。
ただしねじれ角とは、単結晶ダイヤモンドエンドミルを先端部平行四辺形側から底面部平行四辺形側に向かって投影した平面において、「切刃と底面部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線を基準線とし、次に前記基準線を回転し「切刃と先端部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線に重なったときの基準線の回転角θ（θはゼロではない）を言う。ねじれ角は、５〜２５°の範囲が望ましい。
【０００７】
第二の発明は、工具本体の端部に単結晶ダイヤモンドを挟持した単結晶ダイヤモンドエンドミルであって、単結晶ダイヤモンドの先端部は四角錐状であり、四角錐状の稜線のうち相対する２つのみを切刃とし、切刃の延長線が工具軸心に非交差である単結晶ダイヤモンドエンドミルである。
【０００８】
第三の発明は、工具本体の端部に単結晶ダイヤモンドを挟持した単結晶ダイヤモンドエンドミルであって、単結晶ダイヤモンドの先端部は四角錐状であり、四角錐状の底面が平行四辺形であり、切刃がねじれている単結晶ダイヤモンドエンドミルである。
ただしねじれているとは、単結晶ダイヤモンドエンドミルを先端部平行四辺形側から底面部平行四辺形側に向かって投影した平面において、「切刃と底面部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線を基準線とし、前記基準線と「切刃と先端部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線がねじれ角θ（θはゼロではない）を有していることを言う。ねじれ角は、５〜２５°の範囲が望ましい。
【０００９】
さらに切削抵抗を下げるために、切刃が工具軸心に対してねじれている構造とし、かつ切刃を２つにした。本発明は、ねじれ角がゼロではない。さらに本発明のエンドミルの切刃は、ラディアル方向の負のすくい角とすることができるために、刃先強度を高めることができる。
【００１０】
本発明においては、工具軸心と四角錐状の中心線を一致させる。２つの切刃の切削抵抗をバランスさせるためである。しかしながら、切刃が工具軸心に対してねじれるためには、切刃または切刃の延長線と工具軸心が交わらない。
【００１１】
四角錐の底面の形状が平行四辺形であることが望ましい。２つの対角線のうち長いほうの対角線方向の稜線が切刃となる。そのために、四角錐の底面を平行四辺形とした。また、底面部を平行四辺形とすると、切刃となる稜線をはさむ角度が鋭角となる。その結果、底面が正方形や長方形の場合に比べると、すくい角の絶対値が従来のすくい角より小さく、切削抵抗も小さくなる。
【００１２】
平行四辺形の鋭角をなす部分の角度が、８５〜８８度であることが望ましい。８８度を越えると、切れ味が劣り、２つの対角線の距離が実質的に同じになり４枚刃のエンドミルに近づく。８５度未満であると切刃の強度が小さくなりすぎる。
【００１３】
底面部の平行四辺形において、長辺Ｌ１と短辺Ｌ２の比Ｌ１／Ｌ２が１．２〜２．５であることが望ましい。切削性能と工具強度を考慮すると、Ｌ１とＬ２が異なる方が望ましい。強度のみを考慮すると、Ｌ１とＬ２が同じで、且つ正方形にする方がいいと考えられる。しかしながら、この考えはねじれ角を小さくし、負のすくい角の絶対値が大きくなるので、切削抵抗が高くなる。従って上記の範囲が望ましい。
【００１４】
本発明の底面部の平行四辺形が、単結晶ダイヤモンドの（１１０）面であることが望ましい。単結晶ダイヤモンドから、切り出しやすい方位であるためである。
【００１５】
本発明の単結晶ダイヤモンドは、相対する２つの（１１０）面で工具本体に挟持されていることが望ましい。単結晶ダイヤモンドから切り出しやすく且つ平面に研磨しやすいためである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、単結晶ダイヤモンドエンドミルの拡大斜視図である。単結晶ダイヤモンド２は、先端部３と挟持部４があり、挟持部４が工具本体１にロウ付けされている。先端部３は、四角錐状で４つの稜線のうち、２つが切刃５である。先端部平行四辺形６は、１つの辺の長さが１００μｍ以下と小さいが、小さな穴の中へ挿入できるようにするためである。なお、底部平行四辺形の対角線の交点を工具軸心１０は通る。
【００１７】
図２は、本発明の切刃が工具軸心１０に対してねじれていることを示す図である。図２は、単結晶ダイヤモンドエンドミルを先端部平行四辺形６側から底面部平行四辺形７側に向かって投影した図である。この平面図において、「切刃５と底面部平行四辺形７が交わる点５’’」と工具軸心１０を結ぶ線を基準線とする。次に前記基準線を工具軸心１０を中心として回転し「切刃５と先端部平行四辺形６が交わる点５’」と工具軸心１０を結ぶ線に重なったときの基準線の回転角θをねじれ角と言う。このとき、切刃５は、５’と５’’を結ぶ線である。
【００１８】
図３は、四角錐の底部を工具軸心に直交する面で切断したときの断面図である。この面は、底面部平行四辺形７をなし、鋭角の部分が切刃５となり、切刃をはさむ角度βは８５〜８８度が望ましい。対角線の交点を工具軸心１０が通る。この図では、第一の斜面８と第二の斜面９が辺として現れる。底面部平行四辺形７の長い辺の長さをＬ１、短い辺をＬ２とする。
【００１９】
図４は、四角錐の第一の斜面と第二の斜面を説明する図である。図４の（Ａ）は、単結晶ダイヤモンドエンドミルの側面図であり、第一の先端角α１は２つの第一の斜面８の交わる角度であることを示している。図４の（Ｂ）は、２つの第二の斜面９と直行する面への平面図である。第二の先端角α２は２つの第二の斜面９に挟まれた角度であることを示している。α１の値は任意に選定できる。α２の値は被加工物の角度により、通常は５０°〜９０°の範囲から選択される。
【００２０】
図５は、本発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルを製造する途中の状態を説明する図である。図４を参照して、単結晶ダイヤモンドの先端部に、第一の先端角α１をなす２つの第一の斜面８を形成し先端部を切妻屋根の型にする。次に、第二の先端角を形成する第二の斜面９を形成する。実線は、切妻屋根の左右から研磨により第二の斜面９を作製している状況を示し、点線は完成した状態を示している。第一の斜面８と第二の斜面９の交わってできた４つの稜線のうち２つが切刃５である。なお、２つある第一、第二の斜面および切刃となる稜線のうち１つのみを図示した。
【００２１】
切妻屋根の稜線は直線状であり、工具軸心１０と点Ｃで交わる。第二の斜面９の研磨を進め、切妻屋根の稜線が第二の斜面９と交わる点がＡ、Ａ’である。この状態では、ＡとＡ’の距離が長すぎて、到底０．１ｍｍの穴の中へ挿入できない。そこで第二の斜面の研磨をさらに進めて、ＢとＢ’の距離が５０μｍ程度の点まで研磨を進め、点線で示した状態となる。この状態で研磨を中断すると、工具軸心１０と切刃５はねじれ角を持ち、相互に交わらない。研磨をさらに進めると、ねじれ角は次第に小さくなりやがてＢＢ’が工具軸心と切妻屋根の稜線との交点であるＣ点に到達する。このとき切刃のねじれ角はゼロとなる。さらに研磨を進めていくと、図とちょうど逆の状態となり２つの第二の斜面が交わって形成される稜線が現れ、切刃と工具軸心は再びねじれる。
【００２２】
前記したとおり、被削材の穴が小さく、ＢＢ’の距離を小さくしないと使用できない。従って、実際のねじれ角も小さなものである。工具の先端が小さいということが、ねじれさせるための手段を大幅に制限していることがわかる。
【００２３】
先端部の形状は、尖ったままでも使用できるが、鋭利な先端部は強度が弱いので、平たくしておく方が使用しやすい。通常は、先端部を研磨して図１に示すように、四角錐台状にしておく。
【００２４】
図１において先端部の平行四辺形６が小さくなればなるほど、四角錐の４つの稜線は工具軸心に接近していく。そうすると、本発明の切刃５が工具軸心１０に対してねじれが小さくなる。従って、先端部平行四辺形６は、ある程度以上の大きさを持たねばならない。
【００２５】
（実施例１）
１×１．５ｍｍの断面形状で長さ３ｍｍの板状であって長さ方向が＜１１０＞である単結晶ダイヤモンドを準備した。これを長さ約４０ｍｍで直径３ｍｍの工具本体の先端部に設けられた溝に入れてロウ付けした。溝の幅は１ｍｍで、深さ１．５ｍｍであった。幅の広い１．５ｍｍの上下面である（１１０）面をロウ付けした。次にロウ付けされた面を、第一の先端角を２０度として研磨し第一の斜面を形成した。上下二つの第一の斜面が先端部平行四辺形において３０μｍの距離となるまで研磨した。工具軸心は、前記した上下二つの研磨面の中間を通過するように上下対称に研磨した。次に、工具軸心を中心として右に８８度回転して、工具軸心に対して２３度３０分の傾斜角で第一の斜面と同様に第二の斜面を作製した。先端部平行四辺形における第二の斜面の距離は、４０μｍであった。
【００２６】
このようにして作製した、単結晶ダイヤモンドエンドミルは、底面平行四辺形の対角線が長い方の稜線を切刃とするものである。得られたエンドミルを用いて、内径が０．１２５ｍｍのＮｉ製フェルールの開口縁の面取り加工をした。従来のバイトによる加工に比べて、美しい面取り面を得ることができ、かつ寿命も長かった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の構成要件を満足する単結晶ダイヤモンドエンドミルは、刃先強度が高く、切削抵抗の小さな、寿命の長いエンドミルである。従って、本発明のエンドミルは、Ｎｉ製のフェルールの面取り加工のように微細部分の加工に適している。特に、本発明エンドミルは内径約１００μｍの小さなフェルールの内周縁面取り加工用での利用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルの斜視図である。
【図２】本発明の切刃が軸心に対してねじれていることを示す図である。
【図３】四角錐状先端部の底面の形状を示す図。
【図４】本発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルの先端角を示す図で、（Ａ）は第一先端角を（Ｂ）は第二先端角を示す図である。
【図５】本発明のエンドミルを製作している状態を示した斜視図である。
【図６】バイトを用いた従来の面取り加工を示す図で、図６（Ａ）はフェルールの中心を通りバイトのすくい面に平行な面で切断した断面図であり、図６（Ｂ）は図（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１工具本体
２単結晶ダイヤモンド
３先端部
４挟持部
５切刃
５’ 切刃と先端部平行四辺形が交わる点
５’’ 切刃と底面部平行四辺形が交わる点
６先端部平行四辺形
７底面部平行四辺形
８第一の斜面
９第二の斜面
１０工具軸心
１１切刃上の任意の点
２０フェルール
２１バイト
２２フェルールの中心線
２３面取部
２４すくい面
α１第一先端角
α２第二先端角
β 底面部平行四辺形の鋭角をなす部分の角度
γ 逃げ角
θ ねじれ角
Ｌ１底面部平行四辺形の長辺の長さ
Ｌ２底面部平行四辺形の短辺の長さ

Claims

工具本体の端部に単結晶ダイヤモンドを挟持した単結晶ダイヤモンドエンドミルであって、
前記単結晶ダイヤモンドの先端部は四角錐状であり、
前記四角錐状の稜線のうち相対する２つのみを切刃とし、
前記切刃がねじれ角を有することを特徴とする単結晶ダイヤモンドエンドミル。
ただしねじれ角とは、単結晶ダイヤモンドエンドミルを先端部平行四辺形側から底面部平行四辺形側に向かって投影した平面において、「切刃と底面部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線を基準線とし、次に前記基準線を回転し「切刃と先端部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線に重なったときの基準線の回転角θ（θはゼロではない）を言う。
工具本体の端部に単結晶ダイヤモンドを挟持した単結晶ダイヤモンドエンドミルであって、
前記単結晶ダイヤモンドの先端部は四角錐状であり、
前記四角錐状の稜線のうち相対する２つのみを切刃とし、
前記切刃の延長線が工具軸心に非交差であることを特徴とする単結晶ダイヤモンドエンドミル。
工具本体の端部に単結晶ダイヤモンドを挟持した単結晶ダイヤモンドエンドミルであって、
前記単結晶ダイヤモンドの先端部は四角錐状であり、
前記四角錐状の底面が平行四辺形であり、
前記切刃がねじれていることを特徴とする単結晶ダイヤモンドエンドミル。
ただし、ねじれているとは、単結晶ダイヤモンドエンドミルを先端部平行四辺形側から底面部平行四辺形側に向かって投影した平面において、「切刃と底面部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線を基準線とし、前記基準線と「切刃と先端部平行四辺形が交わる点」と工具軸心を結ぶ線がねじれ角θ（θはゼロではない）を有していることを言う。
前記ねじれ角は、５〜２５°の範囲であることを特徴とする請求項１または３に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
前記四角錐状の底面の形状が平行四辺形であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
前記平行四辺形の鋭角をなす部分の角度βが、８５〜８８度であることを特徴とする請求項３または５に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
前記平行四辺形の長い辺と短い辺の比：Ｌ１／Ｌ２が１．２〜２．５であることを特徴とする請求項３、５〜６のいずれかに記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
前記平行四辺形が、単結晶ダイヤモンドの（１１０）面であることを特徴とする請求項３、５〜７のいずれかに記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
単結晶ダイヤモンドが相対する２つの（１１０）面で工具本体に挟持されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。