JPH01193104A - 無電解Ｎｉ−Ｐメッキの超精密切削用工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、たとえば、仕上げ面粗さＲａ＜０．０１μ
■、平面度ＦＦ＜１μ園／１００ｍ５＋等の超精密切削
表面を形成する超精密切削用工具、特に無電解Ｎｉ−Ｐ
メッキの超精密切削用工具に関する。

（従来の技術） 非磁性表面、電子材料部品および光学部品等の被加工物
に超精密切削表面を形成する切削工具にはダイ６ヤモン
ドが多く用いられている。ダイヤモンドは、不純物の量
Ｑによって、Ｑ≧０．１％Ｎ（窒素）は夏型、Ｑ＜０．
１％Ｎと分けられる。したがって、夏型の方が格子欠陥
が多いため、工具寿命は短い、不純物の量は、赤外線吸
収係数が高いほど一般に少ないから、この測定によって
も判別できる。夏型にはＩａとＩｂ型があり、Ｉａ型は
天然ダイヤモンドが多く、Ｉｂ型は人造ダイヤモンドが
多い、また、Ｉａ型はＩｂ型より硬く。

主として砥石のドレッサー等に使われている。

ところで、一般に、天然ダイヤモンド、人造ダイヤモン
ドの切削工具においては、工具すくい面は、（１１０）
付近にとり、工具逃げ面は、（１００）付近に刃付けさ
れる。そして、従来の超精密切削用のダイヤモンド工具
は、刃先円半径ＲがＲ＝　１０００ｍ以上あるいは直線
刃１こ近いものが用いられ、工具機すくい角α、工具前
すくい角βは、いずれもＯｏ、工具前逃げ角γ１、工具
横逃げ角γ２は、ともに−２°〜−５°付近である。ま
た、他の工具刃先の刃先切れ刃稜先端はＲｎ＝１０〜４
０ｎｍ程度とされ、工具の前、横切れ刃角はＯｏあるい
はその付近となる工具形状である。そして、工具刃先円
半径を小さくするにつれて工具寿命が短くなるとともに
、仕上げ面粗さは漸次劣化し、粗面となるのが通常であ
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前述したような工具形状をＪＩＳ表示にした
がって、従来の超精密ダイヤモンド切削工具形状を示す
と、工具機すくい角α＝Ｏ′″、工具前すくい角β＝Ｏ
°、工具前逃げ角γ１＝−２°〜−５°、工具横逃げ角
γ３＝−２°〜−５°、前切れ刃角＝０°、横切れ刃角
＝０°、刃先切れ刃稜先端Ｒｎ＝１０〜４０ｎｍとなる
。しかし、このような形状を持ち、かつ前切れ刃稜が直
線刃に近い工具で無電解Ｎｉ−Ｐメッキを切削すると、
はとんどの場合、微小なチッピングによる前切れの刃の
欠損を生じ、仕上げ面粗さの増大や表面地疵の発生によ
り大きな精度劣化と工具寿命の低下がもたらされる。

この発明は、前述のような事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、工具形状を変えて、特に
チッピングの抑制により工具寿命を大幅に延ばすととも
に、超精密表面精度をも充分に確保することができる無
電解Ｎｉ−Ｐメッキの超精密切削用工具を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段及び作用）この発明は、前
述した課題を解決するために、天然または人造ダイヤモ
ンド工具のすくい面（１１０）を含む付近および逃げ面
（１００）を含む付近に、所定の刃先円半径Ｒ１工具横
すくい角α、工具前すくい角βおよび工具前逃げ角γ１
ならびに横逃げ角γ２を持ち、前記刃先円半径Ｒは０．
１〜１．０膿、工具機すくい角αならびに工具前すくい
角βは、工具ホルダ取付は平面に対して、α、βがとも
に一２°〜−１５°および工具前逃げ角γ１がらびに横
逃げ角γ２は、工具ホルダ取付は平面に垂直な面に対し
て、γいγ２がともに−２１〜−１５＠の形状としたこ
とにある。

すなわち、この発明は、無電解Ｎ、ｉ−Ｐメッキ層は微
小硬さＨｖが３００〜１０００と硬脆材料であることに
着目し、Ｇ　ｒｉｆｆｉｔｈの微小塑性理論の展開を工
具形状の変化により実際的に誘導することを試みたもの
である。つまり、切削領域はなるべく局所化し、それに
より、亀裂先行型による切りくずと切削表面生成を、刃
先力が作用する微小領域においては微小塑性条件を発生
せしめ、工具すくい面と切りくず接触、工具逃げ面と切
削表面においては、幾何学的に工具の運動機構によって
決まる切りくずや切削表面形状を創成することを目的と
している。そのため、工具の刃先力が切れ刃の刃先に集
中するように刃先半径を小さくすると同時に、工具ホル
ダ取付は平面に対する前および横すくい角をともにマイ
ナス側に２＠〜１５°と大きく振らせ、刃先に切削力が
過度に集中するようにして亀裂発生を防止し、塑性発生
をうながし、さらに刃先円半径の減少によるダイヤモン
ド刃先の耐チツピング性低下を、前ならびに横すくい角
をマイナス側に大きくとることにより抑制するようにし
たことにある。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は超精密旋盤等の工作機械に装着される無電解Ｎ
ｉ−Ｐメッキの超精密切削用工具を示すもので、１は工
具ホルダ、２は工具ホルダ１に装着されたダイヤモンド
工具である。この工具２は、すくい面（１１０）を含む
付近および逃げ面（１００）を含む付近において、特定
の、工具機すくい角α、工具前すくい角β、工工具退逃
角γい工具構過げ角γ２を持っている。また、第２図（
Ａ）ＣＢ）（Ｃ）は第１図の矢印（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）方
向から切削工具を見た状態を示すもので、この無電解 Ｎｉ−Ｐメッキの超精密切削用工具の形状は、つぎの通
りである。

工具横すくい角α；　−２°〜−１５１工具前すくい角
β；　−２°〜−１５゜工具前逃げ角γ１　；　−２°
〜−１５゜工具構過げ角γ２　；　−２°〜−１５゜工
具刃先円半径Ｒ：０．１〜１．０■ 刃先切れ刃稜先端Ｒｎ　；　　１０〜４０ｒｖ＋第３図
は、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ層を切削したときの図中に示
す工具の刃先摩耗量ａを、下記工具（イ）、（ロ）、（
ハ）、（ニ）について、それぞれ切削距離１０ｋｍおよ
び２０ｋｍにおいて比較して示したものである。

工具（イ）・・・横すくい角α：＋：０°、工具前すく
い角β＝０°の従来型形状の工具 工具（ロ）・・・工具機すくい角α＝Ｏ°、工具前すく
い角β＝０＠のＬ　Ｌ　Ｎ　Ｌ　（ＬａｖｅｎｃｅＬｉ
ｖｅｒｍｏｒｅ　　Ｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｌａｂｏｒａ
ｔｏｒｙ、ＵＳＡ）工具（ハ）　・・・工具機すくい角
α＝−５°、工具前すくい角β＝−５°の工具 工具（ニ）・・・工具機すくい角α＝−１Ｏ°。

工具前すくい角β＝−１０°の工具 なお、α、β以外の工具形状は同一である。

第３図から、工具摩耗量ａは、α、βが共にマイナス側
に増角になるにつれて減少することが分る。工具形状を
同一にした場合の工具（イ）と工具（ロ）についてみる
と、ダイヤモンド中の不純物の量が少く赤外線吸収係数
が大きいＬＬＮＬのダイヤモンド工具（ロ）の方が工具
寿命が長いが。

ダイヤモンド中の不純物の量の多少（工具（イ）は不純
物が多く、工具（ロ）は少い）は、摩耗量に対する影響
が、α、βをマイナス側に増角した場合の影響に比して
極めて小さい。

一般的に、刃先摩耗量ａがａ　＝０．２μ脂付近に至る
と、仕上げ面粗さが乱れて超精密仕上げ面としての精度
を満足させなくなる。このときの仕上げ面粗さＲｍａｘ
は、α、βがプラス側になるほど改良される。たとえば
、無電解Ｎｉ−１２％Ｐ（熱処理温度２００℃、熱処理
時間１　ｈｏｕｒ）のＲｍａｘは、α＝０°、β＝Ｏ°
　（他は同一形状）のときＲｍａｘ＝８ｎｍ、α＝−５
°、β；−５°のときＲｍａｘ　＝２０ｎｍ、ａ＝−１
０＠、　　β＝−１０”　のときＲ＋ｓａｘ　＝　３０
ｎｍとなる。しかしながら、Ｒｍａｘのα、βによる増
加を改良するためには、工具の刃先半径Ｒをα、βの増
角に伴って漸次小径化させればよいが、そのＲ増加の調
整は、耐チッピング性を低下させるので極めて微妙な兼
合いが求められる。

たとえば、工具刃先半径Ｒをパラメータにしたときの切
削距離Ｌ＝１０１ａｓにおける刃先摩耗量ａおよび仕上
げ面粗さＲ鵬ａｘを比較すると、以下の通りになる。

Ｒ＝０．４４５ｍ　：　ａ　＝０．１６μｓ、　Ｒｍａ
ｘ＝４０ｎｍＲ＝０．７６ｗｍ　；　　ａ　＝０．１１
　ｐｍ＋、Ｒｍａｘ＝３０ｒｖ＋Ｒ＝２．ＯＯｍ　；　
　ａ　＝０．０３μ鳳、Ｒｍａｘ＝２０ｎｍＲをパラメ
ータにしたときのα、βは共に０′のときのａおよびＲ
■ａＸの値である。そして、Ｒが小さい場合、たとえば
Ｒ＝０．４４および０．７６ｍの場合は切削距離が多く
なるにつれ、殊に、Ｌ＝１０ｋｍを過ぎた辺りからいず
れもチッピングを発生し始める。

ところが、Ｒ減少に伴う耐チッピング性の低下を防止す
るために、α、βをマイナス側に漸次増角すると、次第
にチッピング発生が少なくなり−たとえばＲ＝０．１０
閣としたとき切削距離Ｌ＝６０１ａｍに到達しても微小
あるいは巨視的なチッピングは発生せず、刃先摩耗量ａ
も０．１３μ園に過ぎない。

つまり、工具の前すくい角、横すくい角と刃先半径との
関係は工具寿命と仕上げ面粗さに対して相反する影響を
及ぼすことになる。したがって、仕上げ面粗さＲｍａｘ
は、α、βおよびＲの組合わせにより、はぼ一定の値を
切削初期から設定できることになり、工具寿命をどこに
決定するかによって、設定すべきα、βおよびＲが決ま
ることになる。

従来型の工具形状では、ＬＬＮＬのように極めて不純物
の少ないダイヤモンドバイトを使用したとしても、せい
ぜい切削距離りはＬ＝２５）Ｉ１ｍ程度である。

しかし、この発明によれば、Ｌ＝１００１ａｍとするこ
とができ、従来の超精密ダイヤモンド工具に比べて約４
倍も寿命を延長できる。このことは天然、人造ダイヤモ
ンド工具のいずれについても同一である。

特にこの発明の切削用工具は、被加工物である電子材料
部品、光学部品等に施される無電解Ｎｉ−Ｐメッキ層が
Ｐ成分；８〜１５重量％であり、熱処理温度；５０〜４
００℃、熱処理時間；　３０ｍｉｎ〜３ｈｏｕｒの範囲
で熱処理されているとき、最も永い工具寿命を有し、そ
の仕上げ面粗さＲ１１ａｘもＲ■ａｘ＜５０ｎｍの超精
密仕上げ面を創成することができる。

このようにこの発明によれば、従来の超精密切削用の天
然、人造ダイヤモンド工具で行われていなかった。前お
よび横すくい角のマイナス側への増角をすると共に、耐
チッピング性を損わない程度に巧みに工具刃先半径を減
少することにより。

一定の切削精度を保証した上で、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ
層を超精密切削する場合の工具寿命を延長できる。そし
て、この発明は、さらに最適形状を選択することによっ
て、他の硬脆材料の超精密切削加工用工具にも適用する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、無電解Ｎｉ−
Ｐメッキ層の超精密切削加工を実用的に行なうことが出
来るとともに、ダイヤモンド工具の寿命も従来の４倍、
つまり切削距離を１１００ｋ以上に延長できる。したが
って、工具の大幅なコストダウンを図ることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す工具の斜視図、第２
図（Ａ）ＣＢ）（Ｃ）は第１図の矢印（Ａ）（Ｂ）（Ｃ
）方向からの矢視図、第３図はこの発明の実施例と従来
の形状の工具との刃先摩耗量の比較を示す線図である。 Ｒ・・・刃先円半径　α　・・・前すくい角β　・・・
横すくい角　γ、・・・工具前逃げ角γ２・・・工具構
過げ角 （Ｃ） （Ａ） Ｗ２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）天然または人造ダイヤモンド工具のすくい面（１
   １０）を含む付近および逃げ面（１００）を含む付近に
   、刃先円半径Ｒ、工具横すくい角α、工具前すくい角β
   および工具前逃げ角γ＿１ならびに横逃げ角γ＿２を持
   ち、前記刃先円半径Ｒは０．１〜１．０ｍｍ、工具横す
   くい角αならびに工具前すくい角βは、工具ホルダ取付
   け平面に対して、α、βがともに−２°〜−１５°およ
   び工具前逃げ角γ＿１ならびに横逃げ角γ＿２は、工具
   ホルダ取付け平面に垂直な面に対して、γ＿１、γ＿２
   がともに−２°〜−１５°の形状を有することを特徴と
   する無電解Ｎｉ−Ｐメッキの超精密切削用工具。
2. （２）無電解Ｎｉ−Ｐメッキ層は、そのＰ成分が８〜１
   ５重量％であり、熱処理温度５０〜４００℃、熱処理時
   間３０ｍｉｎ〜３ｈｏｕｒの範囲で熱処理したことを特
   徴とする請求項第１項記載の無電解Ｎｉ−Ｐメッキの超
   精密切削用工具。