JP4466956B2

JP4466956B2 - ダイヤモンド工具の製造方法

Info

Publication number: JP4466956B2
Application number: JP2005216597A
Authority: JP
Inventors: 篤史小林; 収一川野; 雄平藤本
Original assignee: ALMT Corp
Current assignee: ALMT Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: JP2007030095A

Description

本発明は、ダイヤモンドチップに切刃が形成されたダイヤモンド工具の製造方法に関するものであり、特にテレビ画面や携帯電話などの表示器用光学シートや導光板などの光学素子成形用の金型などの超精密加工を行うためのダイヤモンド工具の製造方法に関する。

従来、光ディスク用ピックアップ対物レンズや光学シートなど光学素子の成形用金型の光学面加工には、先端に円弧状切刃を有する単結晶ダイヤモンドのＲバイトが用いられており、超精密加工機を使用して切削加工のみにより高精度な光学面を得るために、その円弧の半径が０．０５μｍ〜２．５μｍ程度のものが用いられている。このＲバイトの具体例として、円弧部分の幅が０．８μｍ、頂角は３０°で、第１逃げ面の逃げ角が１１°、第２逃げ面の逃げ角が４５°の切刃を有するダイヤモンドバイトがあげられている（例えば、特許文献１参照）。
また、切刃が複雑な形状を有する総形形状の切刃を有するダイヤモンドバイトとして、その切刃の加工に紫外線域のレーザを用いて加工を行ったダイヤモンドバイトがある。このダイヤモンドバイトは、切刃稜線が直線や曲線の組み合わせからなる複雑な形状の切刃であっても、波長が紫外線域のレーザを用いることにより、高精度に加工された切刃が得られるものである（例えば、特許文献２参照）。
これらのダイヤモンドバイトは、高精度な加工を行うことができる先端切刃が要求されるものであるが、そのようなダイヤモンドバイトの製造方法に関するものとして、逃げ面を研磨方向とは異なる方向に送りをかけながら研磨痕のない状態に研磨し、すくい面を研磨方向と異なる方向に送りをかけない状態で研磨して刃付けすることにより、逃げ面とすくい面の境界線の切刃稜部の切削方向に投影した形状はうねりがなく、切削方向と直角方向に投影した形状はうねりを有する切削稜を有するダイヤモンドバイトを製造する方法がある（例えば、特許文献３参照）。
さらに、集束イオンビームを用いてダイヤモンドに３次元の微細形状を高精度に加工する方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００３−６２７０７号公報（段落番号００５５、第３図）特開２００３−２５１１８号公報（段落番号００１９、第１−３図）特開平５−１９２８０５号公報特開２００５−１４０２８号公報

しかしながら、特許文献３に記載の方法により刃付けを行っても、切刃先端の大きさが微細になると加工中に欠けが発生しやすく、また高精度な加工ができる切刃とするのは容易ではないという問題がある。また、特許文献４に記載の集束イオンビームを用いた加工方法では、無負荷加工であるため微細な切刃を形成する加工は可能であるが、集束イオンビームを用いた加工は加工に長時間を要するため、生産性やコスト面で現実的でないという問題がある。このようなことから、本発明は超精密切削加工の可能な高精度のダイヤモンド切刃を容易に低コストで形成できるダイヤモンド工具の製造方法を提供するものである。

本発明のダイヤモンド工具の製造方法は、予め切刃の概略形状を研削および研磨により形成し、切刃周辺を形成するすくい面および逃げ面を鏡面に加工した上で、切刃の形成を集束イオンビームにより行うものである。

本発明のダイヤモンド工具の製造方法の第１の特徴は、ダイヤモンドチップに切刃が形成されたダイヤモンド工具の製造方法であって、
ダイヤモンドにすくい面と第２の逃げ面を形成する工程と、
前記すくい面および第２の逃げ面を鏡面に研磨加工する工程と、
前記すくい面と第２の逃げ面との交差稜およびその周辺を集束イオンビームにより加工を行い、第１の逃げ面を形成する工程とを含むことである。

本発明のダイヤモンド工具の製造方法では、まず初めにダイヤモンドチップにすくい面および第２の逃げ面を形成することにより、切刃周辺の形状を作る。第２の逃げ面は単一の面に限らず、複数の平面や曲面を組み合わせたものも含み、これらの面とすくい面とで切刃周辺の形状が形成される。すくい面および第２の逃げ面は鏡面に研磨加工がなされ、すくい面と第２の逃げ面とが交わる交差稜およびその周辺を集束イオンビームにより除去加工を行うことで第１の逃げ面が形成される。集束イオンビームによる加工では、ダイヤモンドの結晶方位にほとんど左右されずにどの方向であってもほぼ同じように加工ができ、超精密加工用工具として使用するには問題のないレベルの精度に加工することができる。従って、すくい面と第２の逃げ面とを研磨が容易な方向に設定し、切刃を耐摩耗性の高い方向に設定することも可能である。

第２の特徴は、前記研磨加工されたすくい面は平面であり、前記研磨加工された第２の逃げ面は複数の平面を組み合わせた面であることである。

すくい面および第２の逃げ面は上記のように鏡面に研磨加工がなされるが、加工の容易さの点からすくい面は平面で、第２の逃げ面は複数の平面を組み合わせた面とするのが好ましい。

第３の特徴は、前記研磨加工されたすくい面のうち、少なくとも前記切刃周辺のＰＶ値は３〜３００ｎｍであることである。

第４の特徴は、前記研磨加工された第２の逃げ面は、前記複数の平面のうち少なくとも一部の面のＰＶ値が３〜５００ｎｍであることである。

上記のようにして形成したすくい面と第２の逃げ面との交差稜およびその周辺を集束イオンビームにより加工し、新たに第１の逃げ面を形成するので、すくい面と第１の逃げ面との交差稜が切刃となる。従って、第２の逃げ面は切刃を形成する面とはならないが、すくい面も含めて少なくとも切刃周辺の面は鏡面に仕上げておく必要がある。これは、集束イオンビームによる加工をできるだけ少なくし短時間で切刃を形成するために必要なものである。研磨加工により加工される面の精度は、すくい面のうち、少なくとも切刃周辺の部分、より好ましくは切刃から０．５ｍｍ以内の領域はＰＶ値で３〜３００ｎｍ、第２の逃げ面は複数の平面のうち少なくとも一部の面のＰＶ値が３〜５００ｎｍとなるように研磨する。複数の平面からなる第２の逃げ面のうち、このような面精度にする面は、集束イオンビームにより第１の逃げ面を形成し切刃を設ける部分に必要となる。

第５の特徴は、前記集束イオンビームの照射角度は、前記研磨加工されたすくい面とは交差し、前記研磨加工された第２の逃げ面の逃げ角よりも小さい角度で照射することである。

集束イオンビームを照射する角度は、すくい面とは交差する方向に照射し、上記の研磨加工された第２の逃げ面の逃げ角よりも小さい角度で照射して行う。このようにすることで、第１の逃げ面の逃げ角は第２の逃げ面の逃げ角よりも小さくすることができ、第１の逃げ面を形成するための集束イオンビームによる加工量は少なくて済む。なお、集束イオンビームの照射方向は、第２の逃げ面側からすくい面側に向かって照射するのが好ましい。このようにすれば、切刃部分のダレが発生せず、非常に鋭利な切刃が形成される。

第６の特徴は、前記第１の逃げ面の幅は６０μｍ以下であることである。

上記のようにして形成した第１の逃げ面の幅は６０μｍ以下とする。この幅が大きくなれば大きくなるほど集束イオンビームでの加工時間が長くなる。しかも、超精密加工用工具では微細な加工のためバニッシング作用による被加工物の弾性回復現象も無視できず、この幅が大きくなると被加工物と接触して切削抵抗が増大する恐れも生じるので、６０μｍ以下とするのが好ましい。

本発明のダイヤモンド工具の製造方法では、すくい面および逃げ面の大部分を予め研削および研磨加工により形成した上で、切刃周辺部のみを集束イオンビームにより加工するので、高精度の切刃が得られるとともに、集束イオンビームで加工する量が非常に少なくなり、短時間で製造することが可能になる。また、集束イオンビームの加工は結晶方位に左右されないため、研磨する面と切刃部分の結晶方位のみを考慮して工具の設計ができるため、工具の設計の自由度が向上し、寿命を向上させた工具とすることが可能になる。

本発明のダイヤモンド工具の製造方法を図面に基づいて説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は本発明のダイヤモンド工具の製造工程を説明するための概要図であり、（ｂ）と（ｄ）は切刃先端部の部分拡大図である。ダイヤモンドチップ２はダイヤモンドの原石を研削により板状に加工し、シャンク３にろう付けなどにより接合する。シャンク３は超硬合金などからなり、先端部にはダイヤモンドチップ２を接合するために切欠が設けられている。ダイヤモンドチップ２は、シャンク３に接合した後、図１（ａ）に示すように研削により所定の形状に加工する。この加工により、刃先の形状は図１（ｂ）に示すようにすくい面４と第２の逃げ面６ａ、６ｂが設けられた形状となっており、次にこれらの面をラップ加工し、すくい面４のうち少なくとも切刃周辺はＰＶ値が３〜３００ｎｍになるように研磨し、第２の逃げ面６ａ、６ｂはＰＶ値が３〜５００ｎｍになるように研磨する。この研磨が終わった後、集束イオンビーム装置にダイヤモンド工具１を取り付け、切刃の先端部に集束イオンビーム８を照射する。集束イオンビーム８はすくい面４とは交差する方向に照射し、第２の逃げ面６の逃げ角よりも小さい角度で照射する。このようにしてすくい面４と第２の逃げ面６ａ、６ｂとの交差稜およびその周辺を除去する。この加工を行うことで、図１（ｄ）に示すように、第１の逃げ面５が形成され、すくい面４と第１の逃げ面５との交差する部分にＲ形状の切刃７が形成される。

上記の製造方法に従い、ダイヤモンド工具を製作し、切削加工試験を行った。大きさが約３ｍｍの単結晶ダイヤモンドの原石を準備し、結晶方位を定めた後、すくい面４になる上面およびシャンク３との接合面になる下面を研削加工により平面に加工し、板状のダイヤモンドチップ２にした。この板状に加工したダイヤモンドチップ２を、予め用意した超硬合金製のシャンク３の先端部にろう付けにより接合した。このシャンク３の先端部には切欠が設けられており、この切欠にダイヤモンドチップ２を接合した。このあと、ダイヤモンドチップ２の上面をラップ加工し、ＰＶ値が１０ｎｍになるように仕上げた。次に、ダイヤモンドチップ２に第２の逃げ面６を形成するために研削により平面からなる第２の逃げ面６ａおよび６ｂを形成し、ラップ加工を行って第２の逃げ面６ａはＰＶ値が２０ｎｍ、第２の逃げ面６ｂはＰＶ値が５０ｎｍに仕上げた。第２の逃げ面６ａの逃げ角は１８°、第２の逃げ面６ｂの逃げ角は２４°になってる。この加工により、ダイヤモンドチップ２の先端側は、すくい面４と第２の逃げ面６ａおよび６ｂの３つの平面で形成された状態になっており、この状態でダイヤモンド工具１を集束イオンビーム装置に取り付け、集束イオンビームを照射してすくい面４と第２の逃げ面６との交差稜およびその周辺に第１の逃げ面５を形成し、切刃７を形成した。集束イオンビームの照射方向は、すくい面４に対しほぼ垂直方向であり、第１の逃げ面５の逃げ角が７°になるようにビームの角度を調整した。この加工により、第１の逃げ面５はＰＶ値が１０ｎｍになっており、すくい面４に対してほぼ垂直方向の研磨痕を有している。

上記のようにして製作したダイヤモンド工具１を使用して、無酸素銅の切削加工を行った。加工は、フライカットにより１０μｍの深さの溝を形成するものであり、切削条件は、切削速度５６５ｍ／ｍｉｎ、工具切り込み５μｍ、送り４０ｍｍ／ｍｉｎである。

以上の条件で切削加工試験を行った結果、本発明のダイヤモンド工具は１００ｎｍの良好な形状転写が認められ、本発明のダイヤモンド工具は高精度な加工ができることがわかった。また、刃先の強度が高くなってチッピングが起こりにくいため寿命が向上し、被加工物との干渉も発生しなかった。

本発明のダイヤモンド工具の製造方法は、均一な直線あるいは曲線形状の切刃を有するダイヤモンド工具の他、複雑な形状の切刃を有するダイヤモンド工具の製造に用いることができる。

本発明のダイヤモンド工具の製造方法を説明するための概要を示す図である。

符号の説明

１ダイヤモンド工具
２ダイヤモンドチップ
３シャンク
４すくい面
５第１の逃げ面
６第２の逃げ面
７切刃
８集束イオンビーム

Claims

ダイヤモンドチップに切刃が形成されたダイヤモンド工具の製造方法であって、
ダイヤモンドにすくい面と第２の逃げ面を形成する工程と、
前記すくい面および第２の逃げ面を鏡面に研磨加工する工程と、
前記すくい面と第２の逃げ面との交差稜およびその周辺を集束イオンビームにより加工を行い、第１の逃げ面を形成する工程とを含むダイヤモンド工具の製造方法。
前記研磨加工されたすくい面は平面であり、前記研磨加工された第２の逃げ面は複数の平面を組み合わせた面である請求項１に記載のダイヤモンド工具の製造方法。
前記研磨加工されたすくい面のうち、少なくとも前記切刃周辺のＰＶ値は３〜３００ｎｍである請求項１または２に記載のダイヤモンド工具の製造方法。
前記研磨加工された第２の逃げ面は、前記複数の平面のうち少なくとも一部の面のＰＶ値が３〜５００ｎｍである請求項２に記載のダイヤモンド工具の製造方法。
前記集束イオンビームの照射角度は、前記研磨加工されたすくい面とは交差し、前記研磨加工された第２の逃げ面の逃げ角よりも小さい角度で照射する請求項１〜４のいずれかに記載のダイヤモンド工具の製造方法。
前記第１の逃げ面の幅は６０μｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載のダイヤモンド工具の製造方法。