JP5459667B2

JP5459667B2 - 微細工具の加工方法及び微細工具

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Publication number: JP5459667B2
Application number: JP2010021650A
Authority: JP
Inventors: 李　　和樹; 高三山田; 浩一三浦
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: JP2011156631A

Description

本発明は、放電加工用の電極等に供される微細工具の加工方法及び微細工具に関する。

従来、微細工具の製造方法として特許文献１に記載のものがある。この方法は、図１３のように、棒状工具本体１０１を放電加工、電解加工、切削加工、研削加工などにより均一径の微細軸として形成し、この棒状工具本体１０１の外周部を除去成形が容易な材料のクラッド材１０３によって被覆し複合構造工具１０５を形成する。

クラッド材１０３としては、例えば棒状工具本体１０１の材料よりも融点あるいは昇華点の低い低融点の金属、金属粉末、プラスチック樹脂、透明プラスチック、光硬化樹脂、あるいは低昇華温度材料が用いられている。

この複合構造工具１０５のクラッド材１０３の一部を除去して棒状工具本体１０１を必要長さに露出させて微細工具１００を製造する。

この微細工具１００を把持して軸芯周りに回転させつつ放電加工により穴加工や溝加工をするとき、クラッド材１０３の部分は被把持部として機能する。

しかし、かかる製造方法では、棒状工具本体１０１にクラッド材１０３を被覆させるものであるため、工具として使用するときに被把持部として機能するクラッド材１０３の部分と棒状工具本体１０１の工具先端部との芯出しが難しく、微細穴や微細溝の加工精度に限界があった。

特開２００９−２０２３２０号公報

解決しようとする問題点は、工具としての被把持部に対する工具先端部の芯出しが難しく、微細穴や微細溝等の加工精度に限界があった点である。

本発明は、工具としての被把持部に対する工具先端部の芯出しが容易であり、微細穴や微細溝等の加工精度をより向上させることを可能とするために、棒状ワークの基端部をチャックに保持させ、前記棒状ワークの先端部を、横切れ刃に負のアプローチ角をなす部分を与えた切削工具により背分力を抑制して旋削し微細な工具先端部を加工する微細工具の加工方法であって、前記棒状ワークは、前記基端部及び先端部間に工具として使用するときの被把持部を形成するための被把持部加工部を備え、前記棒状ワークの先端部及び被把持部加工部を前記旋削加工で共に加工し前記被把持部に対し前記工具先端部を同芯に形成することを微細工具の加工方法の特徴とする。

工具先端部は、軸芯方向に均一径又は異径な微細軸であることを微細工具の主要な特徴とする。

棒状ワークの基端部をチャックに保持させ、前記棒状ワークの先端部を、横切れ刃に負のアプローチ角をなす部分を与えた切削工具により背分力を抑制して旋削し微細な工具先端部を加工する微細工具の加工方法であって、前記棒状ワークは、前記基端部及び先端部間に工具として使用するときの被把持部を形成するための被把持部加工部を備え、前記棒状ワークの先端部及び被把持部加工部を前記旋削加工で共に加工し前記被把持部に対し前記工具先端部を同芯に形成する。

このため、微細工具の工具としての被把持部に対し、工具先端部を容易に同芯に形成することができる。

また、工具先端部が異径の微細軸であっても、被把持部に対し、異径の工具先端部を容易に同芯に形成することができる。

工具先端部は、軸芯方向に均一径又は異径な微細軸である。

このため、均一径又は異径に応じて対象物を精度よく微細加工することができる。

微細工具の加工方法を示す説明図である。（実施例１）微細工具の加工方法を示す説明図である。（実施例１）工具先端部が、軸芯方向に均一径の微細軸である微細工具の要部斜視図である。（実施例１）切削工具の一例を示す要部平面図である。（実施例１）切削工具の他の例を示す要部平面図である。（実施例１）背分力の値を示すグラフである。（実施例１）背分力の値を示すグラフである。（実施例１）微細工具の加工方法を示す説明図である。（実施例１）工具先端部が、段付きの微細軸である微細工具の要部斜視図である。（実施例１）微細工具の加工方法の他の例を示す説明図である。（実施例１）工具先端部が、テーパ形状の微細軸である微細工具の要部斜視図である。（実施例１）加工穴を示す断面図である。（実施例１）微細工具の製造方法の製造過程を概略的に示すもので、（ａ）は、棒状工具本体をクラッド材によって被覆した複合構造工具の概略的断面図、（ｂ）は、（ａ）の複合構造工具を加工機械の把持部で把持した状態の概略的断面図、（ｃ）は、（ｂ）の複合構造工具のクラッド材の一部を除去した状態の概略的断面図、（ｄ）は、（ｃ）のピーリング過程が終了して製造された微細工具の概略的斜視図である。（従来例）

工具としての被把持部に対して工具先端部の芯出しが容易であり、微細穴や微細溝等の加工精度をより向上させることを可能にするという目的を、工具として使用するときの被把持部となる棒状ワークの基端部をチャックに保持させ、前記棒状ワークの先端部を、横切れ刃に負のアプローチ角をなす部分を与えた切削工具により背分力を抑制して旋削し微細な工具先端部を加工することにより実現した。

図１，図２は、本実施例に係る微細工具の加工方法を示す説明図である。

図１は、棒状ワークの基端部が微細工具として使用するときの被把持部となる場合の加工方法、図２は、被把持部も共に加工する加工方法を示す。

図１の加工方法では、例えば断面円形の棒状ワークＷ０の基端部１をチャックである旋盤のコレット・チャック３に保持させ、後述する切削工具であるバイトをバイト台に取り付ける。

棒状ワークＷ０は、加工前の外郭を二点鎖線で追記してある。

棒状ワークＷ０の先端部５を、横切れ刃に負のアプローチ角をなす部分を与えた切削工具である後述するバイトにより背分力を抑制して旋削し微細な工具先端部１１を加工する。

この旋削加工は、切込み量ｔ０で先端部５から長さＬ０の範囲で行い、被把持部７に対し工具先端部１１を同芯に形成する。切込み量ｔ０は、例えば後述のバイト１３（図４）又はバイト１５（図５）などにより旋削加工することができる。

図２の加工方法でも、例えば断面円形の棒状ワークＷの基端部１を旋盤のコレット・チャック３に保持させ、後述する切削工具であるバイトをバイト台に取り付ける。

棒状ワークＷは、前記同様加工前の外郭を二点鎖線で追記してある。この棒状ワークＷは、前記基端部１及び先端部５間に工具として使用するときに把持する被把持部７を形成するための被把持部加工部９を備えている。被把持部加工部９は、長さＨを有している。

前記棒状ワークＷの先端部５及び被把持部加工部９をバイトによる旋削加工で共に加工し被把持部７に対し工具先端部１１を同芯に形成する。

先端部５及び被把持部加工部９の間では、被把持部加工部９を先に旋削加工する。この旋削加工は、切込み量ｔ１で先端部５から長さＬ１の範囲で行い、被把持部７を形成する。次に先端部５の旋削加工を行う。この旋削加工は、切込み量ｔ２で先端部５の長さＬ２の範囲で行い、工具先端部１１を形成する。

なお、図２の切込み量ｔ２は、図１の切込み量ｔ０と同一であり、図２の長さＬ２は、図1の長さＬ０と同一である。但し、これらの関係は、図３の説明上同一としているのであり、図１、図２において、それぞれ異なる切込み量、長さを選択し、旋削しても良いことはもちろんである。

切込み量ｔ１は、例えば後述のバイト１３（図４）により旋削加工し、切込み量ｔ２は、後述のバイト１５（図５）により旋削加工することができる。但し、バイトの形状設計によって単一のバイトにより切込み量ｔ１，ｔ２に対応させることもできる。

被把持部７及び工具先端部１１の旋削加工後は、ラインＣでカットする。

図３は、工具先端部が、軸芯方向に均一径の微細軸である微細工具の要部斜視図である。

図１又は図２の加工方法により、図３の微細工具Ｔ１を得ることができる。微細工具Ｔ１は、放電加工時等に把持する被把持部７と、例えば、軸芯方向に均一径の微細軸として工具先端部１１とを備えている。

工具先端部１１は、後述のバイト１３，１５を用いることにより、例えば、直径０．１ｍｍ以下、アスペクト比５０以上の軸にすることもできる。

図４，図５は、旋削工具の一例と他の例とを示す要部平面図、図６，図７は、各例の背分力の値を示すグラフである。

図４，図５の切削工具であるバイト１３，１５は、例えば本願出願人の先の提案である特開２００９−１１３１４３号に記載された方法により設計されている。

図４のように、バイト１３は、円弧形のノーズ部１３ａと横切れ刃１３ｂとを備えている。横切れ刃１３ｂは、正のアプローチ角α１（例えば＝９°）をなす部分Ａ１Ｂ１と、例えばゼロのアプローチ角β１をなす部分Ｂ１Ｃ１とからなっている。

部分Ａ１Ｂ１は、切込み量が、例えば０．９１ｍｍまでの範囲に対応し、部分Ｂ１Ｃ１は、切込み量が０．９１ｍｍを超える範囲に対応する。

したがって、切削工具であるバイト１３には、横切れ刃１３ｂに負のアプローチ角α１をなす部分Ａ１Ｂ１を与えた構成となっている。

図５のように、バイト１５は、円弧形のノーズ部１５ａと横切れ刃１５ｂとを備えている。横切れ刃１５ｂは、正のアプローチ角α２（例えば＝５°）をなす部分Ａ２Ｂ２と、負のアプローチ角β２（例えば＝１１°）をなす部分Ｂ２Ｃ２と、例えばゼロのアプローチ角γをなす部分Ｃ２Ｄ２とからなっている。

部分Ａ２Ｂ２は、切込み量が、例えば０．６５ｍｍまでの範囲に対応し、部分Ｂ２Ｃ３は、切込み量が０．６５ｍｍを超え１．５３ｍｍまでの範囲に対応し、部分Ｃ２Ｄ２は、切込み量が１．５３ｍｍを超える範囲に対応する。

したがって、切削工具であるバイト１５には、横切れ刃１５ｂに負のアプローチ角β２をなす部分Ｂ２Ｃ２を与えた構成となっている。

図４のバイト１３を用いた場合、切込み量に対する背分力の変化は、図６のようになる。

図６において、背分力は、当初、切込み量ｔの増大とともに減少し、ｔ＝０．９１ｍｍを超えると背分力がゼロとなる。

図５のバイト１５を用いた場合、切込み量に対する背分力の変化は、図７のようになる。

図７において、背分力は、当初、切込み量ｔの増大とともにｔ＝０．６５ｍｍまで増加し、ｔ＝０．６５ｍｍを超えてからｔ＝１．５３ｍｍまで減少しはじめ、ｔ＝１．５３ｍｍを超えるとゼロになる。

したがって、いずれのバイト１３，１５による場合でも、バイト１３,１５に働く背分力を設定以上の切込み量でゼロにする。

図８は、微細工具の加工方法の他の例を示す説明図である。

図８の加工方法も基本的には図１と同様であり、同一又は対応する構成部分に同符号又は同符号にＡを付し、重複説明は省略する。

一方、図８では、棒状ワークＷの先端部５及び被把持部加工部９をバイトによる旋削加工で共に加工し被把持部７に対し工具先端部１１Ａを同芯に形成する。

先端部５及び被把持部加工部９の間では、被把持部加工部９を切込み量ｔ１で先に旋削加工する。先端部５の旋削加工は、切込み量ｔ３、長さＬ２の範囲、切込み量ｔ４、長さＬ３の範囲で順に行い段付きの工具先端部１１Ａを形成する。

図９は、工具先端部が、軸芯方向に異径な微細軸である微細工具の要部斜視図である。

図９の微細工具Ｔ２は、軸芯方向に異径な微細軸であり、工具先端部１１Ａに、基部１Ａａ及び先端部１１Ａｂを段付き状に備えている。先端部１１Ａｂは、直径０．１ｍｍ以下にすることができる。

図１０は、微細工具の加工方法の他の例を示す説明図である。

図１０の加工方法も基本的には図１と同様であり、同一又は対応する構成部分に同符号又は同符号にＢを付し、重複説明は省略する。

一方、図９では、棒状ワークＷの先端部５及び被把持部加工部９をバイトによる旋削加工で共に加工し被把持部７に対し工具先端部１１Ｂを同芯に形成する。

先端部５及び被把持部加工部９は、被把持部加工部９を切込み量ｔ１で先に旋削加工する。先端部５の加工は、切込み量ｔ５、長さＬ２の範囲を旋削し、次いで、被把持部７の端部からＬ２の範囲で送りながら切込み量ｔ６まで切込みを次第に増加させ、テーパ形状の微細軸の工具先端部１１Ｂを形成する。

図１１は、工具先端部が、軸芯方向に異径な微細軸である微細工具の要部斜視図である。

図１１の微細工具Ｔ３は、軸芯方向に異径な微細軸であり、工具先端部１１Ｂがテーパ形状となっている。工具先端部１１Ｂの基端は、直径０．１ｍｍ以下にすることができる。

図１２は、加工穴を示す断面図である。

工作物１７に均一断面の微細穴１９ａ、段付きの微細穴１９ｂ、テーパ形状の微細穴１９ｃを形成してある。微細穴１９ａは、前記微細工具Ｔ１を用い、微細穴１９ｂは、前記微細工具Ｔ２を用い、微細穴１９ｃは、前記微細工具Ｔ３を用いた。

微細工具Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、放電加工機のチャックに被把持部７を把持させる。この工具を、軸回転させながら工具先端部１１，１１Ａ，１１Ｂを放電電極として微細穴１９ａ，１９ｂ，１９ｃを放電加工する。

この放電加工により、均一径の微細穴１９ａのみならず、異径の微細穴１９ｂ，１９ｃをも正確かつ容易に形成することができる。

特に、棒状ワークＷの先端部５及び被把持部加工部９を前記旋削加工で共に加工し前記工具先端部１１，１１Ａ，１１Ｂ及び被把持部７を同芯に形成するため、両者間の芯出しが極めて正確かつ容易となり、微細穴１９ａ，１９ｂ，１９ｃの放電加工の精度を確実に向上させることができる。

前記旋削加工を、異なる設計の複数のバイト１３，１５を用いて行わせると、異径の工具先端部１１Ａ，１１Ｂを備えた微細工具Ｔ２，Ｔ３をより正確に形成することができる。
［その他］
微細工具Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、放電加工の電極以外に、電解加工、切削加工、研削加工などにも適用することができる。

バイト１３，１５は、背分力を設定以上の切込み量でゼロにする設計としたが、加工する微細工具によっては、多少の配分力が働くものを使用することもできる。

微細工具Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を用いた放電加工等は、穴あけのみならず、溝加工等に適用することもできる。

１棒状ワークの基端部
３コレット・チャック（チャック）
５棒状ワークの先端部
７被把持部
９被把持部加工部
１１，１１Ａ，１１Ｂ工具先端部
１３，１５バイト（切削工具）
１３ｂ，１５ｂ横切れ刃
ｔ０〜ｔ６切込み量
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３微細工具
Ｗ０，Ｗ棒状ワーク
α１，α２，β１，β２，γ アプローチ角

Claims

棒状ワークの基端部をチャックに保持させ、
前記棒状ワークの先端部を、横切れ刃に負のアプローチ角をなす部分を与えた切削工具により背分力を抑制して旋削し微細な工具先端部を加工する微細工具の加工方法であって、
前記棒状ワークは、前記基端部及び先端部間に工具として使用するときの被把持部を形成するための被把持部加工部を備え、
前記棒状ワークの先端部及び被把持部加工部を前記旋削加工で共に加工し前記被把持部に対し前記工具先端部を同芯に形成する、
ことを特徴とする微細工具の加工方法。
請求項１記載の微細工具の加工方法であって、
前記切削工具に働く背分力を設定以上の切込み量でゼロにする、
ことを特徴とする微細工具の加工方法。
請求項１又は２に記載の微細工具の加工方法であって、
前記工具先端部を、軸芯方向に均一径又は異径に形成する、
ことを特徴とする微細工具の加工方法。
請求項３記載の微細工具の加工方法であって、
前記旋削加工を、異なる設計の複数の切削工具を用いて行わせることにより前記工具先端部を軸芯方向に異径に形成する、
ことを特徴とする微細工具の加工方法。
請求項１〜４の何れか1項に記載の微細工具の加工方法により形成された微細工具であって、
前記工具先端部は、軸芯方向に均一径又は異径な微細軸である、
ことを特徴とする微細工具。
請求項５記載の微細工具であって、
前記異径の微細軸は、段付きの微細軸、テーパ形状の微細軸のいずれかである、
ことを特徴とする微細工具。
請求項５又は６記載の微細工具であって、
前記工具先端部は、放電加工用の電極である、
ことを特徴とする微細工具。