JP5186273B2

JP5186273B2 - 研削工具

Info

Publication number: JP5186273B2
Application number: JP2008115483A
Authority: JP
Inventors: 健一三井; 豊三井; 究三橋; 肇角井; 満三井
Original assignee: 有限会社三井刻印
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: JP2009262286A

Description

本発明は、微細研削工具に関する。

微細研削工具として、ボールエンドミルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−７５９４４公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１７は従来のボールエンドミルを説明する図であり、ボールエンドミル１００は、円柱状のシャンク１０１と、このシャンク１０１の先端に嵌合された台金１０２と、この台金１０２の先端に接合されたｃＢＮ焼結体１０３とからなる。台金１０２は超硬合金で構成される。ｃＢＮ焼結体１０３は研削対象物１０６に直接接触して研削作用を発揮する研削部であり、先端が半球状であるためボールと呼ばれ、全体としてボールエンドミルと呼ばれる。

このようなボールエンドミル１００は、想像線で示すチャック１０５に取付け、毎分数千〜数万回転の高速度で回転させながら、研削対象物１０６に当てる。すると、ｃＢＮ焼結体１０３で研削対象物１０６を研削することができる。

ところで、研削対象物１０６の材質が、工具鋼などの鋼であれば問題ないが、超硬合金の場合には問題が起こる。
すなわち、ｃＢＮ焼結体１０３で超硬合金を研削すると、直ぐ摩滅してしまう。いわゆる歯が立たない。
しかし、近年、超硬合金にも研削を施したいという要望が高まってきた。

本発明は、超硬合金をも研削可能な研削工具を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、台金と、この台金の先に接合された多結晶焼結ダイヤ層と、を備え、前記多結晶焼結ダイヤ層の前面には、複数の溝が彫られて、柱状又は帯状の島が多数個残され、これらの島で研削部を構成する研削工具であって、
前記多結晶焼結ダイヤ層の前面には、前記円柱又は円錐台状の島に加えて、前記円柱又は円錐台より頂面が長く延びている長い島を備え、
この長い島には、研削対象物に、側壁を出現させる側刃が設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、多結晶焼結ダイヤ層の前面を見たときに、多結晶焼結ダイヤ層の外径は、０．２〜２ｍｍであり、島の外径は、０．０３〜０．５ｍｍであり、隣り合う島のピッチは、０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、研削部を多数個の島で構成した。島の材質は多結晶焼結ダイヤである。ダイヤであるから超硬合金も研削可能となる。加えて、島は溝で囲まれており、発生した微細な切粉は溝を介して排出される。切粉の排出が極めて円滑に行われるため、研削面は綺麗になる。

さらに、研削部と研削面との間に摩擦熱が発生するが、この熱は溝を通じて逃がされるため、研削部の温度上昇を抑えることができ、研削部の寿命を飛躍的に延ばすことができる。
したがって、本発明によれば、難しいとされてきた超硬合金を効率よく研削することができる研削工具を提供することができる。

加えて、請求項１に係る発明では、島は、円柱又は円錐台とした。円柱であれば、研削面に対向して極めて多数の島を碁盤目又は千鳥に配置することができる。
研削量は、島の数に比例するため、密集して配置することできれば、研削速度を高めることができる。
さらに加えて、請求項１に係る発明では、円柱又は円錐台状の島に加えて、長い島を備え、この長い島には、研削対象物に、側壁を出現させる側刃が設けられているため、この側刃で研削エリアを明確にすることができる。

請求項２に係る発明は、多結晶焼結ダイヤ層の前面を見たときに、多結晶焼結ダイヤ層の外径は、０．２〜２ｍｍであり、島の外径は、０．０３〜０．５ｍｍであり、隣り合う島のピッチは、０．０５〜０．５ｍｍである。
研削部の最大径が０．２〜２ｍｍであるため、微細加工が可能な研削工具を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る研削工具の斜視図であり、研削工具１０は、円柱状のシャンク１１と、このシャンク１１の先端に接合された台金１２と、この台金１２の先に接合された多結晶焼結ダイヤ層１３とからなる。

寸法を例示すると、工具の全長Ｌは３０〜５０ｍｍ、シャンク１１の外径Ｄは２〜６ｍｍ、台金１２及び多結晶焼結ダイヤ層１３の外径ｄは０．２〜２．０ｍｍである。

多結晶焼結ダイヤ層１３は、微細なダイヤモンド粒子をＮｉ、Ｃｏなどと混ぜて高温高圧で焼結してなり、一般にＰＣＤ（ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ）と呼ばれる。単結晶ダイヤに比較して、安価なダイヤモンド粉末を使用するため、多結晶焼結ダイヤ層１３は低コストで製造できる。
この多結晶焼結ダイヤ層１３の前面に無数の島１４が形成されている。これらの島１４については、次図で説明する。

図２は研削工具の先端を拡大した斜視図であり、多結晶焼結ダイヤ層１３の前面には、放電加工により、多数個の島１４が残るように溝１６が彫られている。島１４には、研削エリアを明確にする長い島１４Ａ（形状を区別するために、符号１４に英文字（Ａ、Ｂ・・・）を添える。以下同じ）と、大多数の円柱状の島１４Ｂとからなる。

図３は作用説明図であり、多結晶焼結ダイヤ層１３の前面、すなわち島１４Ａ、１４Ｂの前面を研削対象物１７に当てながら、毎分数万回転で回転させる。すると、研削対象物１７に底１７ａ及び側壁１７ｂを研削により出現させることができる。すなわち、島１４Ａの前面が、底刃１８、側面が側刃１９となる。島１４Ｂは前面が底刃１８となる。
この際、切粉が発生するが、この切粉は溝１６に排出される。したがって、切粉で底１７ａや側壁１７ｂの面が荒れる心配はない。

さらに、島１４Ａ、１４Ｂが研削面１８と高速で接触するため、摩擦熱が発生する。この熱を放置すると、島１４Ａ、１４Ｂが高温になり、損傷（摩滅）する。
この点、本発明では、島１４Ａ、１４Ｂの周囲が溝１６で囲まれており、摩擦熱は溝１６に逃げる。溝１６には空気が高速で流通するため、高速の空気で摩擦熱を外部へ放出する。この結果、島１４Ａ、１４Ｂが過熱される心配はなく、島１４Ａ、１４Ｂの寿命を保つことができる。

以上に述べた島１４Ａ、１４Ｂの形成方法の一例を次に説明する。
図４は島の形成方法を説明する斜視図であり、先ず、円柱状のシャンク１１と、このシャンク１１の先端に接合された台金１２と、この台金１２の先に接合された多結晶焼結ダイヤ層１３（まだ、島は形成されていない。）とからなる中間製品２０を準備する。

この中間製品２０を、Ｖブロック２１、２１に載せ、ローラ２２で軽く抑える。Ｖブロック２１は１個であってもよい。次に、シャンク１１にコレットチャック２３を連結する。コレットチャック２３は回転軸２４及びフレキシブルカップリング２９を介してサーボモータ２５で回される。フレキシブルカップリング２９は、回転力を伝える作用を発揮すると共にサーボモータ２５のモータ軸の振れが回転軸２４に伝わらないようにする役割を有する。

また、放電加工のために、多結晶焼結ダイヤ層１３の外周面に臨ませる第１放電電極２６Ａと、多結晶焼結ダイヤ層１３の前面に臨ませる第２放電電極２６Ｂを準備する。
そして、多結晶焼結ダイヤ層１３に第１放電電極２６Ａを臨ませ、サーボモータ２５で回しながら、多結晶焼結ダイヤ層１３の側面に放電加工を施すことで、図３に示す側刃１９を仕上げる。
または、静止状態の多結晶焼結ダイヤ層１３の前面に第２放電電極２６Ｂを臨ませ、多結晶焼結ダイヤ層１３の前面に溝（図２、符号１６）を形成することで、島（図２、符号１４、１４Ａ、１４Ｂ）が成立する。

ところで、コレットチャック２３は分割ピースを中心に寄せることでシャンク１１を掴む。分割ピース相互に僅かな位置ずれが不可避的に存在する。その結果、回転時にシャンク１１が振れる。このままでは、多結晶焼結ダイヤ層１３の側面の仕上がり精度に影響が出る。その対策を次に説明する。

図５は図４の要部断面図であり、Ｖブロック２１でシャンク１１が位置決めされているため、中間製品２０が軸直角方向に振れる心配はない。シャンク１１を回転させる際にＶブロック２１から浮き上がることが考えられるので、ローラ２２で浮き上がりを防止する。これで、シャンク１１は全く振れないで回転させることができる。この結果、多結晶焼結ダイヤ層１３の側面の仕上がり精度を高めることができ、多結晶焼結ダイヤ層１３の外径を精密に決定することができる。

ところで、島の形態は各種のものが実用可能である。そこで、島の形態や配列について以下に説明する。
図６は円柱又は円錐台状の島を説明する図であり、島は（ａ）に示すように円柱状の島１４Ｂや、（ｂ）に示すように円錐台状の島１４Ｃであってもよい。
図７は別の島の断面図であり、島は（ａ）に示すように円錐台の頂面に凹部２７を設けた、富士壺（ふじつぼ）形状の島１４Ｄや、（ｂ）に示すように、円錐台の頂面が球面２８である島１４Ｅであってもよい。

図６、図７に示した島１４Ｂ〜１４Ｅは、次図で説明するように、碁盤目や千鳥に配置することができる。
図８は島の配列を示す図であり、島は（ａ）に示すように円柱状の島１４Ｂを碁盤目に配置することや、（ｂ）に示すように長い島１４Ａと円柱状の島１４Ｂを碁盤目に配置することや、（ｃ）に示すように円柱状の島１４Ｂを千鳥に配置することや、（ｄ）に示すように比較的大径の島１４Ｆを碁盤目に配置することや、（ｅ）に示すように比較的大径の島１４Ｆ及び長い島１４Ｇを碁盤目に配置することができる。何れも、島は溝１６が囲われている。ただし、（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）は参考図である。

形状が円柱や円錐台であれば、外径ｄの多結晶焼結ダイヤ層１３の前面に極めて多数の島を碁盤目又は千鳥に配置することができる。
研削量は、島の数に比例するため、密集して配置することできれば、研削速度を高めることができる。

さらには、多結晶焼結ダイヤ層１３の前面を拡大した（ａ）において、多結晶焼結ダイヤ層１３の外径ｄは、０．２〜２ｍｍであり、島１４Ｂの外径ｄｉは、０．０３〜０．５ｍｍであり、隣り合う島１４Ｂ、１４Ｂのピッチｐは、０．０５〜０．５ｍｍとすることが望ましい。研削部の最大径が０．２〜２ｍｍであるため、微細加工が可能な研削工具を提供することができるからである。

図９は放射状の島を説明する図であり、（ａ）に示すように複数本の放射状の島１４Ｈとすることや、（ｂ）に示すように複数個の円柱状の島１４Ｂ（又は円錐台状の島）を放射線に沿って点在させることや、（ｃ）に示すように長い島１４Ａ及び円柱状の島１４Ｂ（又は円錐台状の島）を放射線に沿って点在させることができる。ただし、（ａ）及び（ｂ）は参考図である。

図１０は図９の変更例を示す図であり、（ａ）に示すように多結晶焼結ダイヤ層１３の前面には、外周面に内接する（内側から接する）ように長い島１４Ａが設けられ、これらの長い島１４Ａの内側（回転中心側）に円柱状の島１４Ｂ（又は円錐台状の島）が設けられている。長い島１４Ａが底刃と側刃を備えていることは既に説明した通りである。

（ｂ）は（ａ）において回転中心に近い円柱状の島１４Ｂ（又は円錐台状の島）を削除した。この結果、回転中心に大きな面積の溝１６を確保することができ、切粉の排出性をより高めることができる。
また、（ｃ）は（ｂ）から回転中心に近い円柱状の島１４Ｂ（又は円錐台状の島）を削除した。この結果、回転中心により大きな面積の溝１６を確保することができ、切粉の排出性をさらに高めることができる。

図１１は渦状の島を説明する図（参考図）であり、島は湾曲帯状の島１４Ｊであってもよい。
図１２は渦状配置の例を説明する図であり、（ａ）に示すように長い島１４Ａ及び円柱状の島１４Ｂ（又は円錐台状の島）を左巻き渦線に沿って点在させることや、（ｂ）に示すように長い島１４Ａ及び円柱状の島１４Ｂ（又は円錐台状の島）を右巻き渦線に沿って点在させることや、（ｃ）に示すように左巻き渦状の島１４Ｋとすることや、（ｄ）に示すように右巻き渦状の島１４Ｌとすることができる。ただし、（ｃ）及び（ｄ）は参考図である。

次に研削工具の別実施例を説明する。
図１３はカップ型研削工具を説明する図であり、（ａ）に示すように研削工具１０Ｂはカップ砥石と呼ばれ、カップ状の台金１２Ｂと、この台金１２Ｂの縁に回転軸３１（図面表裏方向へ延びる軸）に平行に延ばした多結晶焼結ダイヤ層１３Ｂとからなる。
（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、外径がｄの多結晶焼結ダイヤ層１３Ｂの前面には、多数個の島（例えば円柱状の島１４Ｂ及び長い島１４Ａ）が形成されている。

図１４は平型研削工具を説明する図であり、（ａ）に示すように研削工具１０Ｃは、平砥石と呼ばれ、平板状の台金１２Ｃと、この台金１２Ｃの縁に回転軸３１に直角に延ばした多結晶焼結ダイヤ層１３Ｃとからなる。
（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、外径がｄの多結晶焼結ダイヤ層１３Ｃの前面には、多数個の島（例えば円柱状の島１４Ｂ及び長い島１４Ａ）が形成されている。

図１５は別の平型研削工具を説明する図であり、（ａ）に示すように研削工具１０Ｄは、平状の台金１２Ｄと、この台金１２Ｄの縁に設けられている多結晶焼結ダイヤ層１３Ｄとからなる平砥石である。
（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、多結晶焼結ダイヤ層１３Ｄの前面及び側面には、多数個の島（例えば円柱状の島１４Ｂ）が形成され、前面と側面とが交差する角の部位には長い島１４Ａが形成されている。この長い島１４Ａは直角に折れ曲がっている。すなわち、通常の平砥石と同様に、砥石の角で研削を実施することができる。

図１６は別のカップ型研削工具を説明する図であり、（ａ）に示すように研削工具１０Ｅは、カップ状の台金１２Ｅと、この台金１２Ｅの縁に設けられている多結晶焼結ダイヤ層１３Ｅとからなるカップ砥石である。
（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、多結晶焼結ダイヤ層１３Ｅの前面及び
側面には、多数個の島（例えば円柱状の島１４Ｂ）が形成され、前面と側面とが交差する角の部位には長い島１４Ａが形成されている。この長い島１４Ａは直角に折れ曲がっている。すなわち、通常のカップ砥石と同様に、砥石の角で研削を実施することができる。

本発明の研削工具は、超硬合金の微細加工に好適である。

本発明に係る研削工具の斜視図である。研削工具の先端を拡大した斜視図である。作用説明図である。島の形成方法を説明する斜視図である。図４の要部断面図である。円柱又は円錐台状の島を説明する図である。別の島の断面図である。島の配列を示す図である。放射状の島を説明する図である。図９の変更例を示す図である。渦状の島を説明する図である。渦状配置の例を説明する図である。カップ型研削工具を説明する図である。平型研削工具を説明する図である。別の平型研削工具を説明する図である。別のカップ型研削工具を説明する図である。従来のボールエンドミルを説明する図である。

符号の説明

１０、１０Ｂ〜１０Ｅ…研削工具、１１…シャンク、１２、１２Ｂ〜１２Ｅ…台金、１３、１３Ｂ〜１３Ｅ…多結晶焼結ダイヤ層、１４、１４Ａ〜１４Ｌ…島、１６…溝、ｄ…多結晶焼結ダイヤ層の外径、ｄｉ…島の外径、ｐ…島と島のピッチ。

Claims

台金（１２）と、この台金（１２）の先に接合された多結晶焼結ダイヤ層（１３）と、を備え、
前記多結晶焼結ダイヤ層（１３）の前面には、複数の溝（１６）が彫られて、円柱又は円錐台状の島（１４Ｂ又は１４Ｃ）が多数個残され、これらの島（１４Ｂ又は１４Ｃ）で研削部を構成する研削工具であって、
前記多結晶焼結ダイヤ層（１３）の前面には、前記円柱又は円錐台状の島（１４Ｂ又は１４Ｃ）に加えて、前記円柱又は円錐台より頂面が長く延びている長い島（１４Ａ）を備え、
この長い島（１４Ａ）には、研削対象物（１７）に、側壁（１７ｂ）を出現させる側刃（１９）が設けられていることを特徴とする研削工具。
前記多結晶焼結ダイヤ層（１３）の前面を見たときに、前記多結晶焼結ダイヤ層（１３）の外径は、０．２〜２ｍｍであり、前記島（１４Ｂ又は１４Ｃ）の外径は、０．０３〜０．５ｍｍであり、隣り合う島（１４Ｂ又は１４Ｃ）のピッチは、０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の研削工具。