JP5336095B2 - Laser diamond cutting tool and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long tool life for a diamond tip mounted on a diamond cutting tool. <P>SOLUTION: After completing shape forming of the diamond tip mounted on the distal end of the diamond cutting tool such as a diamond cutting tool, an ultrashort pulsed laser beam is cast to the surfaces of the diamond tip in contact with a workpiece so that a finely rugged surface having a periodic structure of 5 nm to 3,000 nm is formed. Since frictional resistance between the tip and the contact surface is reduced, the resistance during the cutting is lowered, realizing the longer tool life of the diamond tip. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、先端にダイヤモンド刃先を有するダイヤモンド切削工具、特にダイヤモンドバイト、ダイヤモンドローラーカッター、およびミクロトーム、並びにダイヤモンド切削工具の製造方法に関する。   The present invention relates to a diamond cutting tool having a diamond cutting edge at a tip, in particular, a diamond cutting tool, a diamond roller cutter, a microtome, and a method for manufacturing a diamond cutting tool.

切削工具にダイヤモンドを用い超精密加工を行うことは光ビームスキャナ用ポリゴンミラー、コピー機用のコピードラム、メモリディスクのアルミニウム基盤、赤外線レーザ共振器や集光反射鏡など、超精密切削面が光学反射に必要な装置や精密成膜用に実用化されている。また、ダイヤモンドバイトは、金型の仕上げ加工、あるいは金属表面の装飾加工に多く用いられる重要な工具である。さらに、ダイヤモンドの刃先はミクロトームとしての用途もある。   Ultra-precision machining using diamond as a cutting tool is possible with ultra-precision cutting surfaces such as polygon mirrors for light beam scanners, copy drums for copiers, aluminum bases for memory disks, infrared laser resonators and condenser mirrors. It has been put to practical use for equipment required for reflection and precision film formation. The diamond tool is an important tool that is often used for finishing a mold or decorating a metal surface. In addition, the diamond cutting edge can be used as a microtome.

ダイヤモンド切削工具はアルミニウム他、銅などが被削材となる。また、ダイヤモンド刃先の磨耗の進行が速いので通常環境下では実用に耐えないが、摩耗の進行が抑えられるよう特殊ガス内の雰囲気内では鉄系材料の加工にも用いられる。ミクロトームの切断対象は有機物の場合が多い。   The diamond cutting tool is made of aluminum or copper. Further, since the wear of the diamond blade tip is fast, it cannot be practically used in a normal environment, but it is also used for processing an iron-based material in an atmosphere in a special gas so as to suppress the progress of wear. In many cases, the microtome is cut by organic matter.

ダイヤモンド切削工具を量産製品の製造工程に用いるには刃先の寿命が長いこと、切削性能が安定なことが求められる。ダイヤモンドは硬度が最も高い材料であるが、温度が大気中において873K(600℃)以上の温度で容易に炭化するので、切削時に被削材との摩擦などでこのような高温領域にならないようにする必要がある。   In order to use a diamond cutting tool in the production process of a mass-produced product, it is required that the cutting edge has a long life and that the cutting performance is stable. Diamond is the material with the highest hardness, but since it is easily carbonized at a temperature of 873 K (600 ° C.) or higher in the air, it will not be in such a high temperature region due to friction with the work material during cutting. There is a need to.

ダイヤモンド切削工具の刃先は「研磨」により仕上げられている。研磨仕上げ加工のため、刃先を形成する面が平滑な鏡面となっている。そのため、被削材の切りくず等の滑りが悪く、加工時の抵抗となる。加工時の抵抗により、高速加工すると温度上昇が起きるため、加工速度を抑えざるをえない。また、加工時の抵抗はダイヤモンドバイトの破損要因の一つでもある。一方ミクロトームの場合、刃先の研磨面が平滑な鏡面ではせっかく切り出した切片を剥がしにくい場合もある。   The cutting edge of the diamond cutting tool is finished by “polishing”. The surface that forms the cutting edge is a smooth mirror surface for polishing finishing. For this reason, the slip of the work material such as chips is poor, and it becomes a resistance during machining. Due to resistance at the time of machining, the temperature rises when machining at high speed, so the machining speed must be suppressed. In addition, resistance during processing is one of the causes of damage to diamond tools. On the other hand, in the case of a microtome, there are cases where it is difficult to peel off a section cut with a mirror surface with a smooth polished surface of the cutting edge.

一方、超短パルスのレーザ技術の進展につれて金属、シリコンなどの材料に微細な周期構造を形成し、工業用途に用いることが開発されつつある。   On the other hand, with the progress of ultrashort pulse laser technology, it is being developed to form a fine periodic structure in a material such as metal or silicon and use it for industrial applications.

特開2003―25118号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-25118 特開2003−57422号公報JP 2003-57422 A 特開2003−334683号公報JP 2003-334683 A 特開2004−360011号公報JP 2004-360011 A 特開2004−360012号公報JP 2004-360012 A 特開2006−212646号公報JP 2006-212646 A

本発明で解決しようとする課題は、ダイヤモンド切削工具による加工速度の向上と耐久性向上のため、摩擦の低減を図り、ダイヤモンド表面から切削切りくずの剥離を容易にし、切削加工面の鏡面性能向上を図り、切りくずの処理を容易にし、ダイヤモンドチップによる加工部の切れ味を向上する点にある。   The problem to be solved by the present invention is to improve the processing speed and durability with a diamond cutting tool, reduce friction, facilitate peeling of cutting chips from the diamond surface, and improve the mirror surface performance of the cutting surface. Therefore, the chip processing is facilitated, and the sharpness of the processed part by the diamond tip is improved.

摩擦を低減出来れば、従来使用できなかったすくい角、逃げ角となる使用状況での設計が可能となり、刃先角度の設計の自由度が増大する。ダイヤモンドバイトのみならずミクロトーム用のダイヤモンドナイフでも同様である。   If the friction can be reduced, it is possible to design in a use situation where the rake angle and clearance angle cannot be used conventionally, and the degree of freedom in designing the blade edge angle increases. The same applies not only to diamond tools but also to microtome diamond knives.

本発明は、ダイヤモンド切削工具におけるダイヤモンドチップに超短パルスで作成される微細な周期構造を適用し、超精密加工におけるダイヤモンドチップの耐久性と加工効率の向上、長寿命化を図るものである。   The present invention applies a fine periodic structure created by an ultrashort pulse to a diamond tip in a diamond cutting tool, thereby improving the durability and processing efficiency of the diamond tip and extending its life in ultraprecision machining.

本発明は、前記課題を解決するために、加工物と接触して切削するダイヤモンド刃先を備えたダイヤモンド切削工具において、前記加工物と接触する前記ダイヤモンド刃先の少なくとも1の接触面または稜線部分に周期構造の縞状微細凹凸面を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a diamond cutting tool including a diamond cutting edge that contacts and cuts a workpiece, and has a period on at least one contact surface or ridge portion of the diamond cutting edge that contacts the workpiece. It has a striped fine irregular surface of structure.

また、前記縞状微細凹凸面の周期は5nmないし3000nmであることを特徴とする。   The period of the striped fine uneven surface is 5 nm to 3000 nm.

また、前記ダイヤモンド刃先は形状が円弧刃形、直線刃形または三角刃形のダイヤモンドチップであることを特徴とする。また、前記ダイヤモンド刃先は形状が楕円刃形、放物線刃形または双曲線刃形のダイヤモンドチップであることを特徴とする。   Further, the diamond blade tip is a diamond tip having a circular arc shape, a straight blade shape, or a triangular blade shape. Further, the diamond blade tip is a diamond tip having an elliptical blade shape, a parabolic blade shape or a hyperbolic blade shape.

また、前記ダイヤモンドチップのすくい面、逃げ面及び逃げ面とすくい面の交差する刃稜線の表面に前記周期構造の縞状微細凹凸面を有することを特徴とする。   The diamond chip has a striped fine uneven surface having the periodic structure on the rake face, the flank face, and the surface of the edge line where the flank face and the rake face intersect.

また、前記ダイヤモンド切削工具はダイヤモンドローラーカッターであり、前記ダイヤモンド刃先は、そろばん玉の形状を有し、前記加工物と接触する稜線部分に前記周期構造の縞状微細凹凸面を有することを特徴とする。   Further, the diamond cutting tool is a diamond roller cutter, the diamond cutting edge has a abacus ball shape, and has a striped fine irregular surface of the periodic structure on a ridge line portion in contact with the workpiece. To do.

さらに、前記ダイヤモンド刃先はミクロトームであって、刃先の稜線、前記稜線を形成する傾斜面及び前記傾斜面に挟まれた斜面に前記周期構造の縞状微細凹凸面を有することを特徴とする。   Furthermore, the diamond blade edge is a microtome, and has a ridgeline of the blade edge, an inclined surface that forms the ridgeline, and a stripe-shaped fine irregular surface of the periodic structure on an inclined surface sandwiched between the inclined surfaces.

一方、本発明は、加工物と接触して切削するダイヤモンド刃先を備えたダイヤモンド切削工具の製造方法において、前記刃先の形状成形工程後に、前記刃先の少なくとも1の加工物との接触面にレーザ光を照射して周期構造の縞状微細凹凸面を形成するステップを有することを特徴とする。   On the other hand, the present invention provides a method of manufacturing a diamond cutting tool provided with a diamond cutting edge that contacts and cuts a workpiece, and a laser beam is applied to a contact surface of the cutting edge with at least one workpiece after the shape forming step of the cutting edge. The step of forming a striped fine irregular surface having a periodic structure by irradiation

また、前記レーザ光は、フェムト秒レーザパルスの照射による光干渉による強弱の周期的パワー分布を有するレーザ光であることを特徴とする。また、前記レーザ光は、パルス幅を10fsないし2000fsとするレーザパルスの照射による光干渉による強弱の周期的パワー分布を有するレーザ光であることを特徴とする。   The laser beam may be a laser beam having a strong and weak periodic power distribution due to optical interference caused by irradiation with a femtosecond laser pulse. The laser beam may be a laser beam having a strong and weak periodic power distribution due to optical interference caused by irradiation with a laser pulse having a pulse width of 10 fs to 2000 fs.

また、前記周期構造の縞状微細凹凸面の周期が5nmないし3000nmであることを特徴とする。   The period of the striped fine uneven surface of the periodic structure is 5 nm to 3000 nm.

また、前記レーザ光の波長帯域が近赤外域から紫外域の波長スペクトルにあるレーザ光によるものであることを特徴とする。また、前記レーザ光の波長が100nmないし2000nmであるレーザ光によるものであることを特徴とする。また、前記レーザ光は、固体レーザ光であることを特徴とする。   Further, the wavelength band of the laser beam is based on a laser beam having a wavelength spectrum from the near infrared region to the ultraviolet region. Further, the laser light has a wavelength of 100 nm to 2000 nm. The laser beam is a solid-state laser beam.

さらに、前記レーザ光が球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ及び反射ミラー、またはこれらの組み合わせから構成される集光光学系を通過したレーザ光であることを特徴とする。   Furthermore, the laser light is laser light that has passed through a condensing optical system composed of a spherical lens, an aspherical lens, a cylindrical lens, a reflecting mirror, or a combination thereof.

ダイヤモンド工具等におけるダイヤモンド刃先の表面に微細な凹凸を形成したことにより、切削物とダイヤモンド刃先の表面の密着性から生じるすくい面や逃げ面の接触摩擦抵抗の低減が図れ、特に切削物が鉄系統である場合においてはダイヤモンドとの化学的相互反応が低減でき、刃先の長寿命化が図れる。   By forming fine irregularities on the surface of the diamond cutting edge in diamond tools, etc., it is possible to reduce the contact frictional resistance of the rake face and flank caused by the adhesion between the cutting edge and the surface of the diamond cutting edge. In this case, chemical interaction with diamond can be reduced, and the life of the cutting edge can be extended.

また、切削や切り込み加工で発生する切削切りくずの工具表面からの剥離を容易化し、加工面からの加工物のはがれ現象を低減し、切り込みに要する加工物に向けた工具の印加力を低減する。したがって、刃先と加工物間に発生する加工発熱を低減して刃先温度上昇を低減する。このことは切削工具のダイヤモンド刃先の磨耗の低減により長寿命化に結びつく。そろばん玉形状の刃を用いたダイヤモンドローラーカッターにおいても切り込みに要する印加力を低減でき、切り込み線の周囲にクラックの発生を防止でき、切断部の表面仕上がり性状を改善できる。ミクロトームにおいては切断面と工具刃面との摩擦低減が図れ、高精度の微細加工が可能となる。   It also facilitates the removal of cutting chips from the tool surface that occur during cutting and incision processing, reduces the peeling phenomenon of the workpiece from the machining surface, and reduces the applied force of the tool toward the workpiece required for cutting . Therefore, the processing heat generated between the cutting edge and the workpiece is reduced, and the rise in the cutting edge temperature is reduced. This leads to longer life by reducing wear of the diamond cutting edge of the cutting tool. Even in a diamond roller cutter using an abacus-shaped blade, the applied force required for cutting can be reduced, cracks can be prevented from being generated around the cutting line, and the surface finish of the cut portion can be improved. In the microtome, friction between the cutting surface and the tool blade surface can be reduced, and high-precision fine processing is possible.

図1は本発明によるダイヤモンドバイト100を示す。(a)は平面図、(b)は側面図である。ダイヤモンドチップ1がダイヤモンドバイト100のシャンク2に直接ろう付け(合金化する接合)される。ダイヤモンドチップ1は、刃先部4並びに刃先面5及び6を有する。   FIG. 1 shows a diamond tool 100 according to the present invention. (A) is a top view, (b) is a side view. The diamond tip 1 is directly brazed (joined to be alloyed) to the shank 2 of the diamond tool 100. The diamond tip 1 has a cutting edge portion 4 and cutting edge surfaces 5 and 6.

図1(c)はダイヤモンドチップ1が加工物10の切削に用いられているところである。バイトシャンク(図示されず)を切削機(図示なし)に搭載し、加工物10にダイヤモンド刃先部4を押し当て、刃先部4を加工物10から相対的に矢印14方向に動かす。加工物10の表面から切削厚さ11でダイヤモンドチップ1の刃先のすくい面7(図1(b)の刃先面5に相当)に沿って加工物10を切削剥離し、切削剥離した加工物が切削くず12となって矢印13方向に加工物10から分離される。刃先部4の丸み部分8(刃先とはいえども拡大するとミクロンオーダーの曲率半径を有する)を通過した加工物10はバニッシング部である逃げ面9(図1(b)の刃先面6に相当)に沿ってダイヤモンドチップ1の進行方向14に対して後方に送られ加工面15が形成される。   FIG. 1 (c) shows that the diamond tip 1 is used for cutting the workpiece 10. A bite shank (not shown) is mounted on a cutting machine (not shown), the diamond blade tip 4 is pressed against the workpiece 10, and the blade tip 4 is moved relative to the workpiece 10 in the direction of arrow 14. The workpiece 10 is cut and peeled from the surface of the workpiece 10 along the rake face 7 of the cutting edge of the diamond tip 1 (corresponding to the cutting edge surface 5 in FIG. 1 (b)) with a cutting thickness of 11. It becomes cutting waste 12 and is separated from the workpiece 10 in the direction of arrow 13. The workpiece 10 that has passed through the rounded portion 8 of the cutting edge portion 4 (although the cutting edge has a radius of curvature of the order of microns when enlarged) is a flank 9 that corresponds to the burnishing portion (corresponding to the cutting edge surface 6 in FIG. 1B). The processed surface 15 is formed by feeding the diamond chip 1 rearward along the traveling direction 14 of the diamond tip 1.

ダイヤモンド刃先の形状には、円弧状、直線状、三角状及びそろばん玉状のものがある。また、楕円状、放物線状及び双曲線状など2次関数で表現される形状のものもある。これらのうち円弧状、直線状、三角状、楕円状、放物線状、または双曲線状というのはバイトを上から見たときの刃形状で表現している。図2に円弧状、直線状、三角状、楕円状、放物線状、または双曲線状のダイヤモンドチップ1をバイトシャンク2に取り付けた切削工具を示す。(a)(b)は切削工具の側面図であり、切削工具は(a)または(b)のいずれかの形態となる。(c)〜(h)は平面図であり、それぞれ円弧状、直線状及び三角状並びに楕円状、放物線状、及び双曲線状の刃形状を示す。   The shape of the diamond cutting edge includes an arc shape, a straight shape, a triangular shape, and an abacus ball shape. In addition, there are shapes represented by quadratic functions such as an elliptical shape, a parabolic shape, and a hyperbolic shape. Among these, the arc shape, the straight shape, the triangular shape, the elliptical shape, the parabolic shape, or the hyperbolic shape is expressed by a blade shape when the cutting tool is viewed from above. FIG. 2 shows a cutting tool in which a circular, linear, triangular, elliptical, parabolic or hyperbolic diamond tip 1 is attached to a bite shank 2. (A) (b) is a side view of a cutting tool, and a cutting tool becomes a form of either (a) or (b). (C)-(h) is a top view, and shows the circular arc shape, the linear shape, the triangular shape, the elliptical shape, the parabolic shape, and the hyperbolic shape, respectively.

本願発明において、ダイヤモンドバイト100のダイヤモンドチップ1は、刃先の丸み部分8を形成しているすくい面7と逃げ面9の交差する部分の稜線、すくい面7、逃げ面9の各表面に向けて超短パルスのレーザビームを照射し、表面に微細な周期的凹凸面を形成して加工する。   In the present invention, the diamond tip 1 of the diamond cutting tool 100 is directed toward the ridgeline of the portion where the rake face 7 and the flank face 9 forming the rounded portion 8 of the blade intersect, the rake face 7 and the flank face 9. Irradiation with an ultra-short pulse laser beam forms a fine periodic uneven surface on the surface and processes it.

一方、そろばん玉状というのは、回転体の形状を有する刃が加工物と接触しながら回転することにより、加工物を切断する切削工具、すなわちローラーカッターとして用いられる場合のダイヤモンド刃先の形状である。該ローラーカッターは図3に示す構造を有する。(a)は正面図、(b)は側面図であり、(c)は側面図におけるX−X’部分の断面である。ローラーカッター50はそろばん玉の形状をしたダイヤモンドの刃51を有している。この刃51は両側の支柱52で挟まれており、支柱のテーパー部53は、刃51の側面の傾きとは別の傾斜を有しているので、先端部56でのみ刃51と接触する。このため、刃51は両側先端部56を結ぶ直線を軸として、回転可能となっている。刃51の回転により加工物を切削する。支柱52はハンドル54に固定されている。刃51が加工物に接触する稜線部分の刃先55に超短パルスのレーザを照射して表面に微細な周期的凹凸を設け、一種ののこぎりの刃のような鋭利な先端を持たせる。   On the other hand, the abacus bead shape is the shape of a diamond cutting edge when used as a cutting tool, that is, a roller cutter, for cutting a workpiece by rotating a blade having the shape of a rotating body in contact with the workpiece. . The roller cutter has a structure shown in FIG. (A) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a cross section of the X-X ′ portion in the side view. The roller cutter 50 has a diamond blade 51 in the shape of an abacus ball. The blade 51 is sandwiched between the support columns 52 on both sides, and the tapered portion 53 of the support column has an inclination different from the inclination of the side surface of the blade 51, so that the blade 51 contacts the blade 51 only at the distal end portion 56. For this reason, the blade 51 is rotatable about a straight line connecting the tip portions 56 on both sides. The workpiece is cut by the rotation of the blade 51. The support column 52 is fixed to the handle 54. The edge 51 of the ridge line where the blade 51 contacts the workpiece is irradiated with an ultrashort pulse laser to provide fine periodic irregularities on the surface so as to have a sharp tip like a kind of saw blade.

また、図4に示すようなダイヤモンド製のミクロトーム刃先40にも微細な周期的凹凸は適用できる。刃先の稜線41、稜線を形成する傾斜面42、及び傾斜面42に挟まれた斜面44の表面に超短パルスのレーザを照射し、表面に微細な凹凸を形成する。非傾斜の側面43,45,46については必ずしも設ける必要はないが、設けてもよい。この表面形状の付与により、切断面と工具刃面との摩擦低減が図れ、高精度の微細加工が可能となる。   Further, fine periodic irregularities can also be applied to a diamond microtome cutting edge 40 as shown in FIG. The ridgeline 41 of the blade edge, the inclined surface 42 forming the ridgeline, and the surface of the slope 44 sandwiched between the inclined surfaces 42 are irradiated with an ultrashort pulse laser to form fine irregularities on the surface. The non-inclined side surfaces 43, 45, and 46 are not necessarily provided, but may be provided. By providing this surface shape, friction between the cutting surface and the tool blade surface can be reduced, and high-precision fine processing can be performed.

以上に示した、ダイヤモンドチップ、そろばん玉状の刃、及びミクロトーム刃先の表面上の微細な凹凸形状は、例えば、数十ないし数百フェムト秒のパルス幅を有する超短パルスで、基本波の波長が700nmないし1500nm及びその高調波のレーザを照射することによって形成される。超短パルスの照射技術は周知の固体レーザを用いた構成を用いて実施可能である。図5はその1形態である。この実施形態では、数100フェムト秒のパルス幅のファイバレーザなどから得られるモード同期パルスを、増幅器に整合するように波長を同調させ、チタンサファイヤ増幅器で高出力化した近赤外波長域のレーザパルス発振器20を用いる。また、周期構造の縞状微細凹凸面を形成できる工業用レーザ装置として現実的に容易に入手できるレーザ光源は、パルス幅が10fsないし2000fsである。   The fine irregularities on the surface of the diamond tip, the abacus-shaped blade, and the microtome edge shown above are, for example, ultrashort pulses having a pulse width of several tens to several hundreds of femtoseconds, and the wavelength of the fundamental wave. Is formed by irradiating a laser having a wavelength of 700 nm to 1500 nm and its harmonics. The ultrashort pulse irradiation technique can be implemented using a configuration using a known solid-state laser. FIG. 5 shows one form. In this embodiment, the wavelength of a mode-locked pulse obtained from a fiber laser having a pulse width of several hundred femtoseconds is tuned so as to match the amplifier, and a laser in the near-infrared wavelength region with high output by a titanium sapphire amplifier. A pulse oscillator 20 is used. Further, a laser light source that can be easily obtained as an industrial laser apparatus capable of forming a striped fine uneven surface having a periodic structure has a pulse width of 10 fs to 2000 fs.

レーザパルス21をビーム分割ミラー22により、2つのビーム23,28に分け、一方はミラー24で反射し、集光レンズ33に入射させビーム27となり、他方はミラー25,26を経由してビーム集光レンズ33に入射させビーム30となる。加工物であるダイヤモンドチップ1の刃先面5または6にレーザビームを照射し、周期的な微細加工溝を作成する。ダイヤモンドの面積が照射レーザビームのスポットサイズ(表面性状変更に有効な面積)より広い場合は、ダイヤモンドチップ1を例えば移動方向32に駆動テーブル31で移動して表面性状改変に必要な面積を照射する。これらは、加工物がそろばん玉形状のダイヤモンド刃先やダイヤモンドのミクロトームの刃先でも同様である。   The laser pulse 21 is divided into two beams 23 and 28 by a beam splitting mirror 22, one of which is reflected by the mirror 24 and incident on a condenser lens 33 to become a beam 27, and the other is collected through a mirror 25 and 26. The beam 30 is made incident on the optical lens 33. The cutting edge surface 5 or 6 of the diamond tip 1 that is a workpiece is irradiated with a laser beam to create periodic finely processed grooves. When the diamond area is larger than the spot size of the irradiation laser beam (effective area for changing the surface properties), the diamond tip 1 is moved by, for example, the driving table 31 in the moving direction 32 to irradiate the area necessary for the surface property modification. . The same applies to the case where the workpiece is an abacus-shaped diamond cutting edge or a diamond microtome cutting edge.

要素29は分岐したビーム28のレンズに達するまでの光路長を調整することにより、2つのレーザビーム23,28の光路長を相対的に変化させる機能を有する。通常は、図5のように別途設けるものとする。しかし、例えば波長が800nmであれば、ミラー25または26の位置をサブミクロン程度の長さで前後に動かすだけで2つのレーザビーム23,28の光路長に差違が生じるので干渉の状態が変化する。したがって、かかる場合はミラー25及び/またはミラー26及び図示されないそれらの移動機構が要素29になる。集光レンズ33を通ったレーザビーム27,30の集光照射位置であるダイヤモンドチップ表面で、適切な表面の微細構造が得られるように設置してある。超短パルスは2レーザビームが異なる光路を通過することにより干渉作用が変化する。また2本のレーザビームのダイヤモンドチップへの照射タイミングを変化させて、先行照射と後続照射の相互作用によるダイヤモンドチップ表面の形成状態を観察して、最適な条件に設定することも可能である。   The element 29 has a function of relatively changing the optical path lengths of the two laser beams 23 and 28 by adjusting the optical path length until the branched beam 28 reaches the lens. Usually, it is provided separately as shown in FIG. However, if the wavelength is 800 nm, for example, a difference in optical path length between the two laser beams 23 and 28 occurs only by moving the position of the mirror 25 or 26 back and forth by a length of about submicron, so the state of interference changes. . Therefore, in such a case, the mirror 25 and / or the mirror 26 and their moving mechanism (not shown) become the element 29. It is installed so that a fine structure of an appropriate surface can be obtained on the surface of the diamond chip, which is the focused irradiation position of the laser beams 27 and 30 that have passed through the condenser lens 33. The interference action of the ultrashort pulse changes when the two laser beams pass through different optical paths. It is also possible to set the optimum condition by changing the irradiation timing of the two laser beams to the diamond tip and observing the formation state of the diamond tip surface by the interaction between the preceding irradiation and the subsequent irradiation.

レーザ発振器のレーザ波長は近赤外域の波長の他、短波長のレーザ光を波長変換技術で発生して用いてもよい。周期構造の縞状微細凹凸面を形成できる工業用レーザ装置として現実的に容易に入手できる光源は、発振可能波長100nmないし2000nmの固体レーザ光である。集光レンズは通常の球面レンズ、非球面レンズの他に、反射鏡による集光光学系、シリンドリカルレンズ、さらにはそれらの組み合わせによる光学系でもよい。ダイヤモンド表面に照射される2つのレーザビーム27,30の角度を変化させることにより、ダイヤモンドの表面に形成される微細な凹凸の縞状ピッチを変化することが可能である。   In addition to the near-infrared wavelength, the laser wavelength of the laser oscillator may be a short wavelength laser beam generated by a wavelength conversion technique. A light source that is practically easily available as an industrial laser device capable of forming a striped fine irregular surface having a periodic structure is a solid-state laser beam having an oscillation wavelength of 100 nm to 2000 nm. The condensing lens may be an ordinary spherical lens or aspherical lens, or a condensing optical system using a reflecting mirror, a cylindrical lens, or an optical system using a combination thereof. By changing the angles of the two laser beams 27 and 30 irradiated on the diamond surface, it is possible to change the striped pitch of fine irregularities formed on the surface of the diamond.

縞状の凹凸の形成ピッチは5nmないし3000nmの範囲が好適である。凹凸の溝はピッチの概略1/2ないし1/4程度が好適である。また、この2つのレーザビーム27、30が形成する面の方向とダイヤモンドの設置方向の相対的な角度で微細な凹凸の縞状パターンの形成方向が決定できる。縞状パターンの形成方向は切削工具のすくい面形や逃げ面の形状に応じて、切りくずの排出の容易さとの関係や摩擦力の低減を推し量って最適方向を選定できる。   The formation pitch of the striped irregularities is preferably in the range of 5 nm to 3000 nm. The rough groove is preferably about 1/2 to 1/4 of the pitch. The formation direction of the fine uneven stripe pattern can be determined by the relative angle between the direction of the surface formed by the two laser beams 27 and 30 and the installation direction of the diamond. The formation direction of the striped pattern can be selected in accordance with the rake face shape and flank shape of the cutting tool, and the optimum direction can be selected based on the relationship with the ease of chip discharge and the reduction of frictional force.

以上本発明の実施形態を説明した。特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想から逸脱することなく、これらに変更を施すことができることは明らかである。   The embodiment of the present invention has been described above. Obviously, modifications may be made to the invention without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims.

本発明の活用例として、超精密切削加工、例えば非球面ミラー、レンズ、あるいはその金型、ポリゴンミラー、コピードラム等の加工、磁気記憶ディスクなどのアルミニウム原盤加工、硬脆材料の工具など広くダイヤモンドの工具の表面に適用して高性能の工具並びにその製造方法として用いることができる。   Examples of applications of the present invention include ultra-precision cutting, such as aspherical mirrors, lenses or their molds, polygon mirrors, copy drums, aluminum masters such as magnetic storage disks, and tools for hard and brittle materials. It can be used as a high-performance tool and its manufacturing method by applying to the surface of the tool.

この発明を適用するレーザビーム照射で製造するダイヤモンドバイトの例と動作説明図。The example and operation | movement explanatory drawing of the diamond bit manufactured by laser beam irradiation to which this invention is applied. ダイヤモンドチップの形状を説明する図。The figure explaining the shape of a diamond tip. そろばん玉形状のダイヤモンド刃先を有するレーザーカッターを説明する図。The figure explaining the laser cutter which has a abacus ball-shaped diamond blade edge. ミクロトームの形状を説明する図。The figure explaining the shape of a microtome. ダイヤモンドチップ表面に微細凹凸を形成するための超短パルスレーザ照射構成例の図。The figure of the ultrashort pulse laser irradiation structural example for forming the fine unevenness | corrugation in the diamond-tip surface.

符号の説明Explanation of symbols

1:ダイヤモンドチップ
2:先端にろう付けするダイヤモンド切削工具のシャンク
4:ダイヤモンドの刃先部
5,6:刃先面
7:すくい面
8:ダイヤモンドの丸み部(稜線)
9:逃げ面
10:加工物
11:切削厚さ
12:切削くず
13、14:方向を示す矢印
15:加工面
20:レーザパルス発振器
21:レーザパルス
22:ビーム分割ミラー
23,28:分割されたレーザビーム
24,25,26:ミラー
27,30:集光レンズを通った2つのレーザビーム
29:要素
31:駆動テーブル
32:駆動テーブルの移動方向
33:集光レンズ
40:ダイヤモンドのミクロトーム刃先
41:刃先の稜線
42:稜線を形成する傾斜面
44:斜面
43、45、46: 側面
50:ローラーカッター
51:そろばん玉形状の刃
52:支柱
53:支柱のテーパー部
54:ハンドル
55:稜線部分の刃先
56:先端部
100:ダイヤモンドバイト
1: Diamond tip 2: Shank of diamond cutting tool to be brazed to the tip 4: Diamond cutting edge portion 5, 6: Cutting edge surface 7: Rake surface 8: Round portion of diamond (ridge line)
9: Flank 10: Work piece 11: Cutting thickness 12: Cutting waste 13, 14: Directional arrow 15: Processing surface 20: Laser pulse oscillator 21: Laser pulse 22: Beam splitting mirror 23, 28: Split Laser beam 24, 25, 26: Mirror 27, 30: Two laser beams that have passed through the condenser lens 29: Element 31: Driving table 32: Moving direction of the driving table 33: Condensing lens 40: Diamond microtome cutting edge 41: Edge line 42 of the blade edge: inclined surface forming the ridge line
44: Slope 43, 45, 46: Side 50: Roller cutter 51: Abacus ball shaped blade 52: Strut 53: Tapered portion 54 of the strut 54: Handle 55: Edge of the ridge 56: Tip 100: Diamond bite

Claims (15)

加工物と接触して切削するダイヤモンド刃先を備えたダイヤモンド切削工具において、
前記加工物と接触する前記ダイヤモンド刃先の少なくとも1の接触面及び稜線部分に周期構造の縞状微細凹凸面を有するダイヤモンド切削工具。
In a diamond cutting tool with a diamond cutting edge that cuts in contact with the workpiece,
The diamond cutting tool which has the striped fine uneven surface of a periodic structure in the at least 1 contact surface and ridgeline part of the said diamond blade edge which contacts the said workpiece.
前記縞状微細凹凸面の周期は5nmないし3000nmである請求項1に記載のダイヤモンド切削工具。 The diamond cutting tool according to claim 1, wherein the period of the striped fine uneven surface is 5 nm to 3000 nm. 前記ダイヤモンド刃先は形状が円弧刃形、直線刃形または三角刃形のダイヤモンドチップである、請求項1または2に記載のダイヤモンド切削工具。 The diamond cutting tool according to claim 1 or 2, wherein the diamond cutting edge is a diamond tip having an arcuate blade shape, a straight blade shape, or a triangular blade shape. 前記ダイヤモンド刃先は形状が楕円刃形、放物線刃形または双曲線刃形のダイヤモンドチップである、請求項1または2に記載のダイヤモンド切削工具。 The diamond cutting tool according to claim 1 or 2, wherein the diamond cutting edge is a diamond tip having an elliptical blade shape, a parabolic blade shape, or a hyperbolic blade shape. 前記ダイヤモンドチップのすくい面、逃げ面及び逃げ面とすくい面の交差する刃稜線の表面に前記周期構造の縞状微細凹凸面を有する請求項3または4に記載のダイヤモンド切削工具。 The diamond cutting tool according to claim 3 or 4, wherein the diamond chip has a striped fine irregular surface of the periodic structure on a rake face, a flank face, and a ridge line where the flank face and the rake face intersect. 前記ダイヤモンド切削工具はダイヤモンドローラーカッターであり、前記ダイヤモンド刃先は、そろばん玉の形状を有し、前記加工物と接触する稜線部分に前記周期構造の縞状微細凹凸面を有する請求項1または2に記載のダイヤモンド切削工具。 The diamond cutting tool is a diamond roller cutter, and the diamond cutting edge has an abacus ball shape, and has a striped fine irregular surface of the periodic structure at a ridge line portion in contact with the workpiece. The diamond cutting tool described. 前記ダイヤモンド刃先はミクロトームであって、刃先の稜線、前記稜線を形成する傾斜面及び前記傾斜面に挟まれた斜面に前記周期構造の縞状微細凹凸面を有する請求項1または2に記載のダイヤモンド切削工具。 The diamond according to claim 1 or 2, wherein the diamond blade edge is a microtome, and has a ridgeline of the blade edge, an inclined surface that forms the ridgeline, and a stripe-shaped fine irregular surface of the periodic structure on an inclined surface sandwiched between the inclined surfaces. Cutting tools. 加工物と接触して切削するダイヤモンド刃先を備えたダイヤモンド切削工具の製造方法において、
前記刃先の形状成形工程後に、前記刃先の少なくとも1の加工物との接触面及び稜線部分にレーザ光を照射して周期構造の縞状微細凹凸面を形成するステップを有するダイヤモンド切削工具の製造方法。
In a method of manufacturing a diamond cutting tool having a diamond cutting edge for cutting in contact with a workpiece,
A method of manufacturing a diamond cutting tool, comprising: forming a striped fine uneven surface having a periodic structure by irradiating laser light onto a contact surface and a ridge line portion of at least one workpiece of the blade edge after the shape forming process of the blade edge .
前記レーザ光は、フェムト秒レーザパルスの照射による光干渉による強弱の周期的パワー分布を有するレーザ光である、請求項8に記載のダイヤモンド切削工具の製造方法。 The said laser beam is a manufacturing method of the diamond cutting tool of Claim 8 which is a laser beam which has strong and weak periodic power distribution by the light interference by irradiation of a femtosecond laser pulse. 前記レーザ光は、パルス幅を10fsないし2000fsとするレーザパルスの照射による光干渉による強弱の周期的パワー分布を有するレーザ光である、請求項8に記載のダイヤモンド切削工具の製造方法。 9. The method for manufacturing a diamond cutting tool according to claim 8, wherein the laser beam is a laser beam having a strong and weak periodic power distribution due to optical interference caused by irradiation of a laser pulse with a pulse width of 10 fs to 2000 fs. 前記周期構造の縞状微細凹凸面の周期が5nmないし3000nmである請求項8ないし10のいずれか1項に記載のダイヤモンド切削工具の製造方法。 The method of manufacturing a diamond cutting tool according to any one of claims 8 to 10, wherein a period of the striped fine uneven surface of the periodic structure is 5 nm to 3000 nm. 前記レーザ光の波長帯域が近赤外域から紫外域の波長スペクトルにあるレーザ光によるものである請求項8ないし11のいずれか1項に記載のダイヤモンド切削工具の製造方法。 The method for manufacturing a diamond cutting tool according to any one of claims 8 to 11, wherein a wavelength band of the laser beam is based on a laser beam having a wavelength spectrum from a near infrared region to an ultraviolet region. 前記レーザ光の波長が100nmないし2000nmであるレーザ光によるものである請求項8ないし11のいずれか1項に記載のダイヤモンド切削工具の製造方法。 The method for manufacturing a diamond cutting tool according to any one of claims 8 to 11, wherein the laser beam has a wavelength of 100 nm to 2000 nm. 前記レーザ光が固体レーザ光であることを特徴とする請求項12または13記載のダイヤモンド切削工具の製造方法。 The method for manufacturing a diamond cutting tool according to claim 12 or 13 , wherein the laser beam is a solid-state laser beam. 前記レーザ光が球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ及び反射ミラー、またはこれらの組み合わせから構成される集光光学系を通過したレーザ光である請求項8ないし14のいずれか1項に記載のダイヤモンド切削工具の製造方法。 The diamond according to any one of claims 8 to 14, wherein the laser light is laser light that has passed through a condensing optical system composed of a spherical lens, an aspherical lens, a cylindrical lens and a reflecting mirror, or a combination thereof. Cutting tool manufacturing method.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012006135A (en) * 2010-06-28 2012-01-12 Mitsubishi Materials Corp End mill and manufacturing method therefor
JP5899905B2 (en) * 2010-12-26 2016-04-06 三菱マテリアル株式会社 Carbon film-coated drill and manufacturing method thereof
JP5990372B2 (en) * 2011-10-20 2016-09-14 ダイプラ・ウィンテス株式会社 SAMPLE ANALYSIS METHOD, SAMPLE SECTION COLLECTION DEVICE, AND SAMPLE SECTION COLLECTION CUTTER
KR101462381B1 (en) * 2013-04-11 2014-11-18 한국기계연구원 Tip machining appratus, tip and muluty pattern forming method using the tip
JP5683640B2 (en) * 2013-05-20 2015-03-11 日本航空電子工業株式会社 Cutlery tool
JP6497894B2 (en) * 2014-11-14 2019-04-10 キヤノンマシナリー株式会社 Method and apparatus for forming fine periodic structure
JP6635365B2 (en) * 2015-03-20 2020-01-22 アウレアワークス株式会社 Single crystal growing device with laser beam splitting device
JP6046229B1 (en) * 2015-11-02 2016-12-14 株式会社不二Wpc Cutting cutter manufacturing method
JP2017094467A (en) * 2015-11-26 2017-06-01 住友電工ハードメタル株式会社 Rotary tool
WO2018179666A1 (en) * 2017-03-28 2018-10-04 住友電工ハードメタル株式会社 Method for manufacturing cutting tool
CN109454249B (en) * 2018-11-16 2021-03-02 深圳市誉和钻石工具有限公司 Optical turning tool and cutting method thereof
CN114206537A (en) * 2019-08-01 2022-03-18 住友电工硬质合金株式会社 Method for manufacturing cutting tool and cutting tool
WO2022028714A1 (en) 2020-08-07 2022-02-10 Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation Gmbh Honing tool and method for producing same
CN112461263B (en) * 2020-11-20 2023-03-24 大连理工大学 Nano manufacturing method of diamond gyro harmonic oscillator
CN114850517B (en) * 2022-02-23 2024-06-18 深圳富联精匠科技有限公司 Polycrystalline diamond cutter and processing method thereof
CN116100169B (en) * 2023-03-29 2023-08-04 杭州超然金刚石有限公司 Diamond laser cutting machine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11267902A (en) * 1998-03-23 1999-10-05 Hiroshi Hashimoto Tool having ultra-fine cutting blade and processing tool having ultra-fine cutting blade
JP2003025118A (en) * 2001-07-13 2003-01-29 Allied Material Corp Diamond tool for cutting
JP4132750B2 (en) * 2001-08-17 2008-08-13 独立行政法人科学技術振興機構 Fabrication method of quantum dot device by femtosecond laser irradiation
JP2006212646A (en) * 2005-02-01 2006-08-17 Canon Machinery Inc Method for preparing periodic structure

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