JP4829409B2 - 微細刃具の刃先検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は刃先幅が０．０５〜０．５ｍｍの微細刃具の刃先の検査に好適であり、０．００１ｍｍ単位まで測定可能な微細刃具の刃先の検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０（ａ），（ｂ）はＪＩＳ Ｂ ４２１１で規定されている通常のエンドミルの側面図である。
（ａ）は刃先が角である普通のスクエアエンドミル１０１を示し、（ｂ）は刃先が球面である普通のボールエンドミル１０２を示し、図中、Ｄは刃先幅である。
【０００３】
細いエンドミルは、歯科用ドリルのやすりの様に極く小さなもので、外径２ｍｍ程度の丸棒の先端を鉛筆の様に尖らせ、その先端に切れ刃を形成したものであり、市販品としては刃先幅Ｄの最小値が、０．２ｍｍのものが実用に供されている。
【０００４】
ところで近年、精密樹脂成形金型のキャビティ形状は増々微細になり、それを達成するためにより細いエンドミルが必要となってきた。すなわち、より細かな機械加工を施すには、さらに小さな刃先幅のエンドミル（微細エンドミル）が必要となってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エンドミルの更なる微細化を妨げている大きな要因は、刃先の検査装置にある。従来、この種の刃具の刃先検査には、時計修理工が用いる８倍ルーペを経て、５０倍単眼（又は双眼）顕微鏡が用いられてきた。
【０００６】
図１１（ａ），（ｂ）は従来の単眼顕微鏡の原理図である。
（ａ）に示す通り、単眼顕微鏡１１０は、筒１１１に対物レンズ１１２、目盛付きガラス板１１３、接眼レンズ１１４を直列に取付け、検査対象１１５を、例えば５０倍に拡大して見ることのできる検査具である。
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図、すなわち目盛付きガラス板１１３の平面図であり、目盛付きガラス板１１３は透明なガラス板に同心円状の目盛１１６を刻む若しくはプリントしたものである。
【０００７】
図１２は従来の目盛付きガラス板の目盛を拡大した図であり、目盛１１６を構成する線１１７の幅（太さ）ｔは０．０１ｍｍが刻み若しくはプリントの限度（製造限界）であり、そのために線１１７と線１１７とのピッチｐは０．１ｍｍが製造の限度となる。
【０００８】
ところで、検査対象のみならず、線１１７，１１７も図１１（ａ）の接眼レンズで拡大される。倍率が上がるほど、線の幅が大きくなり、しかも輪郭が不明朗になる。これは、ドットプリンタで打った文字（フォント）を拡大すると、輪郭がギザギザになることと同じである。
そのために、拡大率があまりあげることができず、５０倍程度の倍率が常用される。
【０００９】
そして、５０倍で例えば０．１ｍｍを見れば５ｍｍ（５０×０．１＝５ｍｍ）の像を見ることができるが、この大きさの像において長さや角度を正確に計測するには熟練を要し、生産性が悪く、実用的でない。
そのため、上述した通りに、市販品の刃先幅Ｄは０．２ｍｍが限度となる。
【００１０】
逆に、従来は０．５ｍｍ以上の刃先幅のエンドミルが主流であって５０倍程度の工具顕微鏡で不自由はしていなかったのが実情であると言える。
【００１１】
しかし、エンドミルの微細化要求は留ることはなく、０．２ｍｍを下回る０．１ｍｍの微細エンドミル、さらには０．０５ｍｍ、この好ましくは０．０３ｍｍの刃先幅の超微細エンドミルが切望されている。
そこで、本発明の目的は０．０５〜０．５ｍｍの刃先幅の刃具を提供することのできる技術を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の微細刃具の刃先検査装置は、刃先幅が０．０５〜０．５ｍｍの微細刃具をセットすることのできる刃具セット台と、前記微細刃具の移動量を測定するデジタルカウンタと、３００倍を超える倍率を有するズーム機構を内蔵するとともに光学情報を電気情報に変換する固体撮像デバイスカメラを備える顕微鏡と、この顕微鏡の先を刃具セット台に臨ませるべく顕微鏡を支える顕微鏡支持部材と、固体撮像デバイスからの電気情報を処理して映像情報にする処理部と、この処理部からの情報を映像表示すると共に表示面が平坦であるフラットディスプレイと、このフラットディスプレイの表示面に取外し可能に貼り付ける透明ゲージプレートと、からなる微細刃具の刃先検査装置において、
前記透明ゲージプレートには、適用倍率を示す倍率文字及び長さを測るときに使用する直線目盛が明示され、且つこの直線目盛に添えて１目盛が０．０１ミリであることが明示されていることを特徴とする。
【００１３】
刃先幅が０．０５ｍｍの刃先を、６００倍でズームアップすれば、フラットディスプレイに見掛け上３０ｍｍの大きさの刃先像を表示させることができる。この見掛け上（拡大像）３０ｍｍの刃先像に透明ゲージプレートを重ねることで、刃先幅の計測、形状の確認などを観察者の目視で行うことができる。
透明ゲージプレートに付す目盛は線の太さを０．１ｍｍ、線と線のピッチを１〜５ｍｍにすることは、通常の学童用物差しを作る技術を以てすれば容易なことである。この程度の目盛で見掛け上３０ｍｍの大きさを精度良く計測できることは言うまでもない。
【００１４】
すなわち、従来は対物レンズと接眼レンズとの間に目盛板を配置していたものを、本発明では接眼レンズより観察者寄りに、具体的には接眼レンズに代わる固体撮像デバイスより観察者寄りのフラットディスプレイに目盛板に代わる透明ゲージプレートを配置したことを特徴とする。この結果、透明ゲージプレートに付す目盛の線の太さ、ピッチは容易に定めることができ、透明ゲージプレートはごく安価のもので済ませることができる。
そして、安価な透明ゲージプレートを多種類準備しておき、観察対象に応じて、交換すればよい。
【００１５】
請求項２では、透明ゲージプレートには円錐状に尖らせた刃具先端のテーパ角を測るときに使用する斜線目盛、及びボールエンドミルのボールの直径を測るときに使用する同心円目盛が明示されていることを特徴とする。
【００１６】
微細刃具のうちで微細エンドミルはスクエアエンドミル、ボールエンドミルともに刃具先端のテーパ角を測る必要があり、加えてボールエンドミルはボールの直径を測る必要がある。
そこで、透明ゲージプレートに、傾斜目盛と同心円目盛を付すことで検査能率を高める。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、方位線ｘ，ｙは説明の必要なので図の余白に記載した。
図１は本発明に係る微細刃具の刃先検査装置の構成図であり、微細刃具の刃先検査装置１０は、刃先幅が０．０５〜０．５ｍｍの微細刃具１１をセットすることのできる刃具セット台２０と、３００倍を超える倍率（実施例では約３００倍〜３０００倍の倍率）を有するズーム機構３１を内蔵するとともに光学情報を電気情報に変換する固体撮像デバイスカメラ（ＣＣＤカメラ）３２を備える顕微鏡３０と、この顕微鏡の先３３を刃具セット台２０に臨ませるべく顕微鏡３０を支える顕微鏡支持部材４０と、固体撮像デバイスカメラ３２の電気情報を処理し映像情報に変換する処理部３５と、この処理部３５からの情報を映像表示すると共に表示面５１が平坦であるフラットディスプレイ５０と、表示面５１に取外し可能に貼り付ける透明ゲージプレート６０と、からなる。６１，６１は取外し容易な粘着剤付き透明テープである。
【００１８】
なお、図が複雑になるので研削盤は省略したが、装置ベース２１に研削盤を付属することで、検査装置付き研削盤が得られる。具体的に、砥石を顕微鏡の先３３まで横移動可能にし、砥石での研削を実施したら、砥石を待機させ、刃具を検査し、また砥石での研削を実施する如くに、検査と研削とを交互に実施する。
従来は研削盤から刃具を外し、この刃具を工具顕微鏡で検査し、また研削盤に取付けて研削することから、能率が悪かった。この点、本発明によれば、刃具を外す必要がないので、能率良く研削が行える。
【００１９】
刃先検査装置１０を詳しく説明すると、刃具セット台２０は、装置ベース２１にｙ軸に沿って移動可能なｙ方向スライダ２２を載せ、このｙ方向スライダ２２を移動させると共にそのときの移動量を計測するデジタルカウンタ２３（１位の目盛０．００１ｍｍ）を備えたｙ方向移動つまみ２４の回転で移動できるようにし、この様なｙ方向スライダ２２にｘ軸に沿って移動可能なｘ方向スライダ２５を載せ、このｘ方向スライダ２５を移動させると共にそのときの移動量を計測するデジタルカウンタ２６（１位の目盛０．００１ｍｍ）を備えたｘ方向移動つまみ２７の回転で移動できるようにし、この様なｘ方向スライダ２５に水平スピンドル２８を回転自在に取付け、この水平スピンドル２８の先端に刃具１１を把持するチャック２９を取付け、水平スピンドル２８の後端に回転用つまみ２８ａを取付けたものである。
【００２０】
顕微鏡支持部材４０は、装置ベース２１に立てた支柱４１に、スライドブロック４２を取付け、このスライドブロック４２を任意の高さでロックボルト４３で固定することができるスタンドであり、スライドブロック４２に上下腕４４，４５を上下動スライド可能に取付け、これらの上下腕４４，４５で顕微鏡３０を支えさせる。ピント合せつまみ４６を回すことで、顕微鏡３０のピントを合せることができる。なお、顕微鏡支持部材４０は顕微鏡３０を支えることができれば図の構造に限定するものではない。
【００２１】
ところで、本発明では表示面が湾曲している一般のディスプレイは採用しない。映像が、ディスプレイの周囲において歪み、後述する透明ゲージプレート６０の目盛と合わなくなるからである。
そこで、本発明では表示面５１が平坦（含むほぼ平坦）面であるフラットディスプレイ５０を採用する。
【００２２】
図２は本発明に係る透明ゲージプレート図であり、透明ゲージプレート６０は、樹脂透明板６２に倍率文字６３、及び長さを測るときに使用する直線目盛６４，６５を必須事項し、円錐状に尖らせた刃具先端のテーパ角を測るときに使用する斜線目盛６６を選択事項とし、ボールエンドミルのボールの直径を測るときに使用する同心円目盛６７を選択事項としたものである。
【００２３】
図１に示すズーム機構３１には倍率を示す目盛３４が刻まれており、凡その倍率を設定することができる。しかし、この倍率は正確であるべきである。
また、透明ゲージプレート６０は簡単に交換できるためズーム倍率と異なっていることがあり得る。従って、初期チェックとしてこれらの確認をする必要がある。
【００２４】
図３（ａ）〜（ｃ）は透明ゲージプレートの倍率にズーム倍率が合致することの確認説明図である。
（ａ）において、先ず、表示面５１に刃具の像１２を写し、この像１２をｘ方向に移動させる（図１のｘ方向移動つまみ２７を回す）。この像１２の移動軌跡に直線目盛６４を合致させつつ透明ゲージプレート６０を表示面５１に貼り付ける。
【００２５】
次に透明ゲージプレート６０の原点６８に、矢印▲１▼の要領で像１２の例えば尖先を合せる。そして、（ｂ）に示すｘ方向デジタルカウンタ２６をリセットして「０．０００」にする。
（ａ）に戻って、刃具の像１２をｘ軸に沿って矢印▲２▼のごとく、例えば３目盛（０．０３ｍｍ）移動させる。
このときにｘ方向デジタルカウンタ２６を読み、（ｃ）に示す通りに「０．０３０」になっていれば、透明ゲージプレートの倍率文字にズーム倍率が合致している。
仮に、不一致であれば、ズームの倍率を微調整し、再度確認すればよい。
【００２６】
ここで、重要なことは、透明ゲージプレート６０に倍率文字６３と直線目盛６４が記されていれば、ズーム倍率の較正のみならず、刃具の長さの計測が可能となることである。刃具で重要な刃先幅などは図３（ａ）〜（ｃ）の要領で簡単に計測することができる。
従って、本発明の透明ゲージプレート６０は好ましくは図２とするが、簡便的には図３（ａ）であっても差支えない。
【００２７】
図４（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る微細刃具の素材加工工程図である。
（ａ）に示す通り、例えば直径２．０ｍｍの素材７１を準備する。素材は超硬など刃具として常用されている材料であれば、材質の種類は問わない。
この素材７１を研削盤で鉛筆の様に先端を突にする。
（ｂ）は、先端が円錐部７２になった第１中間材７３を示す。円錐部７２を研削盤で半割りにする。
（ｃ）は、先端が半割り円錐になった第２中間材７４を示す。
（ｄ）は、（ｃ）のｄ矢視図であり、削り出した平坦面がすくい面７５になる。
この第２中間材７４に更に手を加えて、微細スクエアエンドミル又は微細ボールエンドミルを製造する。この要領を以下に説明する。
【００２８】
図５は（ａ）〜（ｄ）は微細スクエアエンドミルの加工工程図である。
（ａ）は図４（ｄ）の拡大図であり、この第２中間材７４の先端を加工線７６に沿って削り落とす。
（ｂ）は先端を削り落としたところの第３中間材７７を示す。
（ｃ）は（ｂ）のｃ線断面図であり、加工線７８に沿って第１逃げ面７９を形成することですくい面７５との間のコーナに底刃８０を付け、加工線８１に沿って第２逃げ面８２を形成する。
（ｄ）は（ｂ）のｄ線断面図であり、加工線８３に沿って円周第１逃げ面８４を形成することですくい面７５との間のコーナに側刃８５を付け、加工線８６に沿って円周第２逃げ面８７を形成する。
これで、スクエアエンドミルを得ることができる。
【００２９】
図６は本発明の透明ゲージプレートの斜線目盛及び同心円目盛の使用法説明図である。なお、同心円目盛６７の使用法は後述する。
スクエアエンドミルの円錐状に尖らせた刃具先端の側刃８５を斜線目盛６６に重ねることで、テーパ角（例えば１５度）を読み取ることができる。ただし、透明ゲージプレートの貼り方によっては斜線目盛６６に角度誤差が発生する。そこで、若干手間は掛るが、本発明では、別の角度計測法も用意している。
【００３０】
図７（ａ）〜（ｆ）は本発明の別の角度計測法の説明図である。
（ａ）において、先ず原点６８に刃具の側刃８５を合せる。
そして、（ｂ）において、ｙ側のデジタルカウンタ２３及びｘ側のデジタルカウンタ２６をリセットして「０．０００」にする。
（ｃ）において、ｙ側のデジタルカウンタ２３の目盛を例えば「０．０１５」に合せる。この作業は図１のｙ方向移動つまみ２４を回すことで実施できる。
（ｄ）はそのときのデジタルカウンタ２３，２６の表示を示す。
【００３１】
（ｅ）において、表示面上の側刃８５を右に移動して、原点６８に合せる。この作業は、図１のｘ方向移動つまみ２７を回すことで実施する。この移動中にはｘ側のデジタルカウンタ２６の目盛を読む必要はない。
側刃８５が原点６８に重なったら、（ｆ）にてｘ側のデジタルカウンタ２６の数値（例えば「０．００４」）を読取る。
【００３２】
（ｇ）に示す通り、刃具の側刃をｙ（０．０１５ｍｍ）上げ、次に結果としてｘ（０．００４ｍｍ）右へ移動したことになるため、この結果得られる角度θは、ｔａｎθ＝０．００４／０．０１５＝４／１５＝０．２６６６、θ＝１５゜の単純な三角法演算で求めることができる。
図６では角度を簡易的に求め、最終的に図７の三角法演算で精密な角度を計算すれば、能率良くテーパ角を計測し、仕上げることができる。
【００３３】
図８は本発明の透明ゲージプレートによる逃げ面の仕上り確認要領図であり、表示面５１に写った刃具の像１２を矢印▲３▼のごとく回す（図１の回転用つまみ２８ａを回す。）と、側刃８５は矢印▲４▼のごとく右に移動する軌跡が目視できる。この移動が滑らかであれば、図５（ｄ）に示した円周第１逃げ面８４及び円周第２逃げ面８７が仕様通りに形成できていることになる。
もし、移動軌跡が図の矢印▲４▼のごとく右へ移動しなければ、刃具破損の原因になることから逃げ面８４，８７の再加工が必要になる。
【００３４】
図９は（ａ）〜（ｃ）は微細ボールエンドミルの加工工程図である。
（ａ）は図４（ｄ）の拡大図であり、この第２中間材７４の先端を加工線８８に沿って丸める。
（ｂ）は先端を丸めたところの第３中間材７７を示す。
（ｃ）は（ｂ）のｃ線断面図であり、加工線８９に沿って第１逃げ面９１を形成することですくい面７５との間のコーナに底刃８０を付け、加工線９３に沿って第２逃げ面９４を形成する。これで微細ボールエンドミルを得ることができる。
【００３５】
図６に戻って、ボールエンドミルの先端９５を同心円目盛６７に合せることで、ボールエンドミルのボールの直径を測ることができる。
【００３６】
尚、本発明の刃先検査装置１０は、微細エンドミル（スクエアエンドミル、ボールエンドミル）の検査に好適であるが、０．５ｍｍ以上の図１０（ａ），（ｂ）のような通常のエンドミルや、その他の微細刃具であるドリル、リーマ、バイト、ブローチの検査に適用することは差支えない。
また、請求項１では刃先幅０．０５〜０．５ｍｍの刃具を対象としたが、ズームの倍率をアップすれば、０．００１ｍｍまで計測可能である。従って、検査対象は０．０５ｍｍ以下であっても差支えない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、接眼レンズより観察者寄りに、具体的には接眼レンズに代わる固体撮像デバイスより観察者寄りのフラットディスプレイに目盛板に代わる透明ゲージプレートを配置したことを特徴とする。
この結果、透明ゲージプレートに付す目盛の線の太さ、ピッチは容易に定めることができ、透明ゲージプレートはごく安価のもので済ませることができる。
そして、安価な透明ゲージプレートを多種類準備しておき、観察対象に応じて、交換すればよい。
ところで、ズーム機構には倍率を示す目盛が刻まれており、凡その倍率を設定することができる。しかし、この倍率は正確であるべきである。また、透明ゲージプレートは簡単に交換できるためズーム倍率と異なっていることがあり得る。従って、初期チェックとして、ズーム倍率と選ばれた透明ゲージプレートの適合性を確認する必要がある。
そこで、請求項１では、透明ゲージプレートに、適用倍率を示す倍率文字及び長さを測るときに使用する直線目盛を明示し、且つこの直線目盛に添えて１目盛が０．０１ミリであることを明示した。
微細刃具を移動させる。この移動量を、透明ゲージプレートに付した直線目盛で読取る。
併行して、移動量を、刃具セット台に付属するデジタルカウンタで読取る。直線目盛での読みとデジタルカウンタでの読みとが合致すれば、透明ゲージプレートの倍率文字にズーム倍率が合致している。仮に、不一致であれば、ズームの倍率を微調整し、再度確認すればよい。
【００３８】
また、従来の技術で説明した顕微鏡では、観察者だけが検査対象を見ることができ、その他の者は同時には見ることができない。そこで、従来は、観察者が像を紙に描き、この紙上の像で他の者に説明をすることになる。この結果、微細刃具に対する教育が非能率的になり、従来は微細刃具の学習が極めて困難であった。
この点において、本発明では観察すべき刃具の像はフラットディプレイに表示でき、この像を複数の者が同時に目視できるため、１人が指導者で残りが学習者であれば、能率良く刃具の見方、研磨の仕方など必要な技術を伝承することができる。
【００３９】
請求項２では、透明ゲージプレートには円錐状に尖らせた刃具先端のテーパ角を測るときに使用する斜線目盛、及びボールエンドミルのボールの直径を測るときに使用する同心円目盛が明示されていることを特徴とする。
【００４０】
微細刃具のうちで微細エンドミルはスクエアエンドミル、ボールエンドミルともに刃具先端のテーパ角を測る必要があり、加えてボールエンドミルはボールの直径を測る必要がある。
そこで、透明ゲージプレートに、傾斜目盛と同心円目盛を付すことで検査能率を高める。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微細刃具の刃先検査装置の構成図
【図２】本発明に係る透明ゲージプレート図
【図３】透明ゲージプレートの倍率にズーム倍率が合致することの確認説明図
【図４】本発明に係る微細刃具の素材加工工程図
【図５】微細スクエアエンドミルの加工工程図
【図６】本発明の透明ゲージプレートの斜線目盛及び同心円目盛の使用法説明図
【図７】本発明の別の角度計測法の説明図
【図８】本発明の透明ゲージプレートによる逃げ面の仕上り確認要領図
【図９】微細ボールエンドミルの加工工程図
【図１０】ＪＩＳ Ｂ ４２１１で規定されている通常のエンドミルの側面図
【図１１】従来の単眼顕微鏡の原理図
【図１２】従来の目盛付きガラス板の目盛を拡大した図
【符号の説明】
１０…微細刃具の刃先検査装置、１１…刃具、１２…刃具の像、２０…刃具セット台、３０…顕微鏡、３１…ズーム機構、３２…固体撮像デバイスカメラ（ＣＣＤカメラ）、３３…顕微鏡の先、３５…処理部、４０…顕微鏡支持部材、５０…フラットディスプレイ、５１…表示面、６０…透明ゲージプレート、６３…倍率文字、６４，６５…直線目盛、６６…傾斜目盛、６７…同心円目盛、６８…原点。

Claims (2)

1. 刃先幅が０．０５〜０．５ｍｍの微細刃具（１１）をセットすることのできる刃具セット台（２０）と、前記微細刃具（１１）の移動量を測定するデジタルカウンタ（２３）と、３００倍を超える倍率を有するズーム機構（３１）を内蔵するとともに光学情報を電気情報に変換する固体撮像デバイスカメラ（３２）を備える顕微鏡（３０）と、この顕微鏡（３０）の先を前記刃具セット台（１１）に臨ませるべく前記顕微鏡（３０）を支える顕微鏡支持部材（４０）と、前記固体撮像デバイスからの電気情報を処理して映像情報にする処理部（３５）と、この処理部（３５）からの情報を映像表示すると共に表示面（５１）が平坦であるフラットディスプレイ（５０）と、このフラットディスプレイ（５０）の表示面（５１）に取外し可能に貼り付ける透明ゲージプレート（６０）と、からなる微細刃具の刃先検査装置（１０）において、
   前記透明ゲージプレート（６０）には、適用倍率を示す倍率文字（６３）及び長さを測るときに使用する直線目盛（６４）が明示され、且つこの直線目盛（６４）に添えて１目盛が０．０１ミリであることが明示されていることを特徴とする微細刃具の刃先検査装置。
2. 前記透明ゲージプレート（６０）には、円錐状に尖らせた刃具先端のテーパ角を測るときに使用する斜線目盛（６６）、及びボールエンドミルのボールの直径を測るときに使用する同心円目盛（６７）が明示されていることを特徴とする請求項１記載の微細刃具の刃先検査装置。

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