単結晶ダイヤモンドエンドミル、およびその製造方法
【課題】安定した品質が得られる人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられたダイヤモンドチップを有する単結晶ダイヤモンドエンドミルの耐摩耗性を改善して耐久性を一層向上させる。
【解決手段】工具本体５２に工具軸心Ｏと平行に設けられたＶ字溝６２に正四角柱形状のダイヤモンド素材６４の第１稜線６６部分が嵌め入れられ、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているとともに、第１稜線６６に対して対角位置の第２稜線７０部分が除去されることによりすくい面７２が形成され、そのすくい面７２の一方の側端縁が外周刃７４として用いられるため、人工ダイヤモンドの稜線をそのまま外周刃として用いる場合に比較して、外周刃７４の耐摩耗性が改善されて耐久性が向上する。
【解決手段】工具本体５２に工具軸心Ｏと平行に設けられたＶ字溝６２に正四角柱形状のダイヤモンド素材６４の第１稜線６６部分が嵌め入れられ、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているとともに、第１稜線６６に対して対角位置の第２稜線７０部分が除去されることによりすくい面７２が形成され、そのすくい面７２の一方の側端縁が外周刃７４として用いられるため、人工ダイヤモンドの稜線をそのまま外周刃として用いる場合に比較して、外周刃７４の耐摩耗性が改善されて耐久性が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単結晶ダイヤモンドエンドミルに係り、特に、耐摩耗性を改善して耐久性を一層向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸状の工具本体の先端取付部にダイヤモンドチップが一体的に固設され、工具軸心Ｏまわりに回転駆動されることによりそのダイヤモンドチップに設けられた切れ刃で切削加工を行うダイヤモンドエンドミルが知られている（特許文献１参照）。そして、このようなダイヤモンドとして、単結晶の人工ダイヤモンドを素材として使用することが考えられている。単結晶の人工ダイヤモンドは、基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状、すなわち隣接する面が互いに直角な立方体や直方体で、一般に天然ダイヤモンドに比べて耐摩耗性は劣るものの、個々のばらつきが小さく、安定した品質が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４は、未だ公知ではないが、上記人工ダイヤモンドを使用したエンドミルの一例を説明する図で、(a) の人工ダイヤモンド１０は全ての平面１２が｛１００｝面にて構成されている板状の六面体形状を成しており、(b) に示すように先端取付部に工具軸心Ｏと平行な平坦なチップ取付座１４が形成された工具本体１６に対し、(c) に示すように銀ろう等を介して一体的に固設され、工具軸心Ｏと平行な稜線の一つが外周刃１８として用いられる。また、その外周刃１８に連続する先端の稜線が底刃２０として用いられ、上面がすくい面２２として機能する。すなわち、このような人工ダイヤモンド１０は加工が困難なことから、｛１００｝面の一つをそのまますくい面２２として使用し、そのすくい面２２の端縁に位置する稜線を外周刃１８および底刃２０として使用するのである。これ等の外周刃１８および底刃２０には、それぞれ必要に応じて逃げが設けられるとともに、外周刃１８と反対側の先端部には干渉回避のために面取り状の逃げ２４が設けられる。
【０００５】
上記『｛・・・｝』はミラー指数で、原子が一定の配列で配置されている結晶面を表している。また、図３の(d) に示す人工ダイヤモンド３０は、角部に面取り状平面３２を有する形状を成しているが、この面取り状平面３２は、人工ダイヤモンド３０の製造条件等によって生じるものであり、本明細書では、このような面取り状平面３２を有する人工ダイヤモンド３０を含めて基本的に六面体形状の単結晶の人工ダイヤモンドと称して説明する。
【０００６】
ところで、前記｛１００｝面は原子が比較的密であるため、すくい面２２については優れた耐摩耗性が得られるものの、｛１００｝面と平行で且つ稜線と平行な方向、すなわち稜線と平行なｘｙｚの３軸方向の研磨に対しては耐摩耗性が低く、そのような３軸の何れかの方向（図４の(c) ではｚ軸方向）に研磨作用が働く外周刃１８や底刃２０が摩耗し易く、必ずしも期待通りの耐久性が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、安定した品質が得られる人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられたダイヤモンドチップを有する単結晶ダイヤモンドエンドミルの耐摩耗性を改善して耐久性を一層向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明は、基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状の単結晶の人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられたダイヤモンドチップが、軸状の工具本体の先端取付部に一体的に固設されており、工具軸心Ｏまわりに回転駆動されることによりその切れ刃で切削加工を行う単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、(a) 前記先端取付部には、工具軸心Ｏと直角な断面が直角Ｖ字形状を成すＶ字溝がその工具軸心Ｏと平行に設けられ、前記六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分がそのＶ字溝内に嵌め入れられるとともに、その第１稜線に隣接する一対の側面がＶ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されている一方、(b) 前記Ｖ字溝に嵌め入れられる前記第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分が除去されることにより前記すくい面が形成され、そのすくい面の端縁が前記切れ刃として用いられることを特徴とする。
【０００９】
第２発明は、第１発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、前記すくい面は、前記第２稜線を挟んで対称的に除去されることにより形成された平坦な｛１１０｝面、或いはその｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜するように前記第２稜線を挟んで非対称に除去されることにより形成された平坦面であることを特徴とする。
【００１０】
第３発明は、第１発明または第２発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、前記Ｖ字溝は、工具軸心Ｏと直角な断面においてその工具軸心ＯとＶ字溝の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝の中心線Ｓとが一致、或いは±１０°の範囲内で傾斜する姿勢で設けられていることを特徴とする。
【００１１】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、前記人工ダイヤモンドの素材は四角柱形状を成していて、その四角柱形状の中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢で前記Ｖ字溝に一体的に固設されていることを特徴とする。
【００１２】
第５発明は、第１発明〜第４発明の何れかの単結晶ダイヤモンドエンドミルを製造する方法であって、(a) 前記人工ダイヤモンドの素材をロウ接により前記工具本体のＶ字溝に一体的に固設する固設工程と、(b) その工具本体に前記人工ダイヤモンドの素材が一体的に固設された状態で、前記第２稜線部分を工具軸方向すなわち第２稜線と平行な方向へ研磨除去して前記すくい面を形成する研磨工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいては、工具本体に工具軸心Ｏと平行に設けられたＶ字溝に六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分が嵌め入れられ、その第１稜線に隣接する一対の側面がＶ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているとともに、第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分が除去されることによりすくい面が形成され、そのすくい面の端縁が切れ刃として用いられるため、六面体形状の人工ダイヤモンドの稜線をそのまま切れ刃として用いる場合に比較して、その切れ刃の耐摩耗性が改善されて耐久性が向上する。
【００１４】
また、人工ダイヤモンドの素材、或いはすくい面および切れ刃が形成されたダイヤモンドチップは、第１稜線部分がＶ字溝内に嵌め入れられるとともに、その第１稜線に隣接する一対の側面がＶ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているため、工具本体に対するダイヤモンドチップの取付位置や取付姿勢に関する精度が容易に安定して得られる。また、単一の平坦面に比較して接触面積が大きくなるため、ロウ接等による固設強度が高くなり、先端取付部を十分に確保できない小径のエンドミルに対しても好適に適用できる。
【００１５】
第２発明では、すくい面が、第２稜線を挟んで対称的に除去されることにより形成された平坦な｛１１０｝面、或いはその｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜するように第２稜線を挟んで非対称に除去されることにより形成された平坦面であるため、その側端縁に形成される切れ刃の耐摩耗性を適切に向上させることができる。
【００１６】
第３発明では、工具軸心Ｏと直角な断面において、その工具軸心Ｏと前記Ｖ字溝の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝の中心線Ｓとが一致、或いは±１０°の範囲内で傾斜する姿勢でＶ字溝が設けられているため、このＶ字溝によりダイヤモンドチップがバランス良く固設され、単結晶ダイヤモンドエンドミルを適切に構成することができる。
【００１７】
第４発明では、人工ダイヤモンドの素材が四角柱形状を成していて、その四角柱形状の中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢でＶ字溝に一体的に固設されているため、人工ダイヤモンドの素材とＶ字溝との接触面積が大きくなって高い取付強度を容易に確保することができる。
【００１８】
第５発明では、人工ダイヤモンドの素材をロウ接により工具本体のＶ字溝に一体的に固設した後、第２稜線部分を工具軸方向すなわち第２稜線と平行な方向へ研磨除去してすくい面を形成するが、稜線と平行な方向の研磨は比較的容易であり、しかも人工ダイヤモンドの素材を工具本体に固設した状態で研磨するため、すくい面や切れ刃を高い精度で容易に加工することができる。また、ダイヤモンドチップがロウ接により工具本体のＶ字溝に一体的に固設されているが、単一の平坦面に比較して大きな接着面積が得られ、比較的小さな先端取付部に対しても十分な接着強度で取り付けることが可能で、先端取付部を十分に確保できない小径のエンドミルに対しても好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例である単結晶ダイヤモンドエンドミルを示す図で、(a) は正面図、(b) は(a) におけるIB矢視部分の拡大図、(c) は(b) の右方向から見た先端面図、(d) はダイヤモンドチップが取り付けられた工具先端部分の斜視図である。
【図２】図１の単結晶ダイヤモンドエンドミルの製造工程を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施例を説明する図で、(a) 〜(c) は図１(c) に対応する先端面図、(d) は図２(a) に対応する人工ダイヤモンドの斜視図である。
【図４】単結晶人工ダイヤモンドの稜線をそのまま切れ刃として用いるエンドミルの一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルは、例えば切れ刃として外周刃および底刃を有するスクエアエンドミルやラジアスエンドミルなどに好適に適用されるが、切れ刃としてボール刃を有するボールエンドミルにも適用され得るなど、少なくともすくい面の端縁に切れ刃が設けられておれば良い。切れ刃には、必要に応じて研磨加工等により逃げが設けられるとともに、工具中心線を挟んで反対側には干渉を避けるために必要に応じて面取り等の逃げが設けられる。
【００２１】
本発明では、Ｖ字溝により高い固設強度や位置決め精度が得られることから、切れ刃の外径（外周刃の刃先径など）が例えば３ｍｍ程度以下の小径エンドミルに好適に適用されるが、３ｍｍを超えるエンドミルにも適用され得る。
【００２２】
人工ダイヤモンドは、前記図４の(a) に示すように立方体或いは直方体のものだけでなく、図３の(d) に示すようにそれ等の立方体や直方体の角部に面取り状の平面を有するものでも良い。
【００２３】
工具本体の材質としては超硬合金が好適に用いられるが、モリブデン等の他の金属材料を採用することもできる。超硬合金製の工具本体の場合、Ｖ字溝を有する状態で成形、焼結することもできるが、研削加工等により後からＶ字溝を設けることも可能である。Ｖ字溝の底と人工ダイヤモンドの稜線との干渉を回避するために、Ｖ字溝の底に矩形断面或いは円弧断面等の逃げ溝を設けたり、人工ダイヤモンドの稜線部分を砥石等により研磨除去することが望ましい。この場合の研磨は、稜線部分を除去するだけで良く、精度は要求されないため、ダイヤモンド砥石等によって簡単に除去できる。
【００２４】
第２稜線部分は、人工ダイヤモンドを工具本体に取り付けた後に研磨加工等により除去することができるが、工具本体に取り付ける前の人工ダイヤモンド単体の状態で研磨加工等により除去することも可能である。研磨加工は、スカイフ盤等のダイヤモンド研磨盤を用いて行うことが望ましいが、レーザ加工やダイヤモンド砥石等の他の加工技術で除去することもできる。但し、最後はスカイフ盤等で仕上げ研磨することが望ましい。このような第２稜線部分の除去により、例えば工具軸心Ｏと平行な平坦なすくい面が形成されるが、所定のすくい角が得られるように湾曲形状等のすくい面を形成するようにしても良い。
【００２５】
本発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルは、｛１１０｝面或いはその近傍（傾斜角度が±１０°以下）の面をすくい面として用いることが適当で、傾斜角度が±５°以下の略｛１１０｝面をすくい面とすることが望ましいが、第２稜線部分を除去してすくい面が形成されていれば、傾斜角度が±１０°を超えていても差し支えなく、工具軸心Ｏまわりのバランスや切れ刃のすくい角などを考慮して適宜設定される。
【００２６】
Ｖ字溝は、工具軸心Ｏと直角な断面においてその工具軸心ＯとＶ字溝の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝の中心線Ｓとが一致する対称姿勢、或いは±１０°の範囲内で傾斜する姿勢で設けることが適当で、傾斜が±５°以下の略対称姿勢で設けることが望ましいが、±１０°を超えた傾斜姿勢で設けることも可能で、工具軸心Ｏまわりのバランスや切れ刃のすくい角などを考慮して適宜設定される。
【００２７】
人工ダイヤモンド素材としては、断面が正方形或いは長方形の四角柱形状すなわち長尺のものが好適に用いられるが、立方体等の比較的短い人工ダイヤモンド素材を採用することもできる。
【００２８】
工具本体に人工ダイヤモンドの素材、或いはすくい面および切れ刃が形成された後のダイヤモンドチップを固設する手段としては、ロウ接が望ましいが、クランプやねじ等による機械的な固設手段を採用することも可能である。ロウ接には活性金属ロウが好適に用いられる。活性金属ロウによる接着は、脱酸素雰囲気中で人工ダイヤモンドを加熱することによりチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の活性金属の膜を表面に生じさせ（メタライズ）、銀および銅を含む銀ロウでその人工ダイヤモンドを超硬合金等の工具本体に対して直接接着するものである。活性金属ロウにより十分な接着強度を得るためには十分な接着面積が必要であるが、本発明ではＶ字溝により単一平面に比較して大きな接着面積を確保できる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を説明する図で、(a) は工具軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は工具軸心Ｏまわりにおいて(a) とは９０°位相が異なる方向から見た部分拡大図で、(a) におけるIB矢視部分の拡大図、(c) は(b) の右方向から見た先端面図、(d) はダイヤモンドチップが取り付けられた工具先端部分の斜視図である。この単結晶ダイヤモンドエンドミル５０は、軸状の工具本体５２と、その工具本体５２の先端に一体に設けられた円柱形状の先端取付部５４に一体的に固設されたダイヤモンドチップ５６とを備えている。工具本体５２は、円柱形状のシャンク５８の先端側にテーパ部６０を介して先端取付部５４が同心に一体に設けられたもので、その先端取付部５４には工具軸心Ｏと直角な断面が直角Ｖ字形状を成すＶ字溝６２が工具軸心Ｏと平行に設けられ、工具先端に開口している。Ｖ字溝６２は、工具軸心Ｏと直角な断面において、工具軸心ＯとＶ字溝６２の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝６２の中心線Ｓとが略一致する対称姿勢で設けられている。図１の(c) の先端面図における先端取付部５４およびダイヤモンドチップ５６の形状は、工具軸心Ｏと直角な断面と実質的に同じである。この工具本体５２は超硬合金にて構成されている。
【００３０】
ダイヤモンドチップ５６は、図２に示すように前記人工ダイヤモンド１０から切り出した正四角柱形状のダイヤモンド素材６４を用いて製作されたものである。このダイヤモンド素材６４は、人工ダイヤモンド１０と同様に全ての外面が｛１００｝面にて構成されている。そして、このダイヤモンド素材６４は、その中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢で長手方向の第１稜線６６が前記Ｖ字溝６２内に嵌め入れられるとともに、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされ、活性金属ロウによるロウ接によりＶ字溝６２の一対の壁面に一体的に接着（固設）されている。Ｖ字溝６２の底部には、第１稜線６６との干渉を避けるために矩形断面の逃げ溝が設けられている。また、このようにＶ字溝６２内に嵌め入れられる第１稜線６６に対して対角位置の第２稜線７０側の上半分は工具軸心Ｏと平行に除去され、平坦なすくい面７２が形成されているとともに、そのすくい面７２の一方の側端縁が外周刃７４として機能し、すくい面７２の前端縁が底刃７６として機能するようになっており、スクエアエンドミルとして用いられる。すくい面７２は、第２稜線７０を挟んで対称的に除去されたもので、略｛１１０｝面にて構成されている。
【００３１】
上記ダイヤモンドチップ５６の先端部は、工具本体５２の先端取付部５４よりも前方へ所定寸法だけ突き出しており、主としてその突出部分で切削加工が行われるとともに、工具軸心Ｏを挟んで反対側には干渉を回避するために面取り状の逃げ７８が設けられている。外周刃７４および底刃７６にも必要に応じて逃げが設けられる。外周刃７４の刃先径ｄは３ｍｍ以下の小径で、本実施例では約１ｍｍである。
【００３２】
このような単結晶ダイヤモンドエンドミル５０は、シャンク５８側から見て工具軸心Ｏの右まわり（図１(c) では左まわり）に回転駆動されるとともに、図示しない被削材に対して工具軸心Ｏと交差する方向へ相対移動させられることにより、前記外周刃７４および底刃７６によって切削加工が行われる。具体的には、例えば角部に対する肩削り加工や面に対する溝削り加工、溝が連続して繋がった平面削り加工等を行うことができる。
【００３３】
一方、このような単結晶ダイヤモンドエンドミル５０は、例えば図２に示す手順に従って製造される。図２の(a) は、全ての平面１２が｛１００｝面にて構成されている薄板状で六面体形状の前記人工ダイヤモンド１０であり、これを稜線に沿ってレーザ加工やダイヤモンドブレードによる研削加工などで切断することにより、(b) に示すように断面が略正方形の正四角柱形状のダイヤモンド素材６４を切り出す。また、(c) は、ダイヤモンド素材６４とは別個に用意された超硬合金製の工具本体５２で、Ｖ字溝６２は、シャンク５８やテーパ部６０等を成形する段階で設けることもできるが、焼結後に研削加工等により形成することも可能である。ダイヤモンド素材６４の接着強度を高めるため、Ｖ字溝６２の一対の壁面が所定の面精度を有するように仕上げ研削等を行うようにしても良い。
【００３４】
そして、(d) に示すように、正四角柱形状のダイヤモンド素材６４に前記すくい面７２を形成する前に、中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢で長手方向の第１稜線６６が前記Ｖ字溝６２内に嵌め入れられ、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように、活性金属ロウによるロウ接により一体的に接着（固設）する。活性金属ロウは、例えばチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の活性金属を２〜４％程度の割合で含んでいる銀ロウで、脱酸素雰囲気中でダイヤモンド素材６４を８００℃〜１０００℃程度まで加熱することにより、チタン或いはクロム等の活性金属の膜を側面６８の表面に生じさせ（メタライズ）、銀および銅を含む銀ロウによりその側面６８をＶ字溝６２の壁面に直接接着する。その場合に、図１(c) に示すようにＶ字溝６２の底に逃げ溝が設けられることにより、側面６８とＶ字溝６２の壁面とがそれぞれ確実に密着させられるようになり、接着面積が十分に確保されて高い接着強度が得られる。このように活性金属ロウによりダイヤモンド素材６４をＶ字溝６２に一体的に接着する工程が固設工程である。図２では、Ｖ字溝６２の底部の逃げ溝が省略されている。
【００３５】
その後、このように正四角柱形状のダイヤモンド素材６４が工具本体５２に一体的に固設された状態で、スカイフ盤等のダイヤモンド研磨技術によりそのダイヤモンド素材６４に対して工具軸心Ｏと平行な方向すなわち第２稜線７０と平行な方向へ研磨処理が施されることにより、工具軸心Ｏと平行で平坦なすくい面７２を形成する。第２稜線７０を挟んで対称的に研磨されるように、第１稜線６６と第２稜線７０とを結ぶ直線方向に押圧することにより、略｛１１０｝面にて構成されるすくい面７２が形成される。これにより、すくい面７２および外周刃７４、底刃７６を備えているダイヤモンドチップ５６が製作され、且つ、このようなダイヤモンドチップ５６が一体的に固設された本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル５０が製造される。この工程では、必要に応じて外周刃７４や底刃７６に逃げが形成されるとともに、先端部にはスライフ盤等のダイヤモンド研磨技術或いはダイヤモンド砥石等により前記逃げ７８が設けられる。上記のように第２稜線７０を研磨加工により除去してすくい面７２を形成する工程が研磨工程である。
【００３６】
このような本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル５０においては、工具本体５２に工具軸心Ｏと平行に設けられたＶ字溝６２に正四角柱形状のダイヤモンド素材６４の第１稜線６６部分が嵌め入れられ、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているとともに、第１稜線６６に対して対角位置の第２稜線７０部分が除去されることによりすくい面７２が形成され、そのすくい面７２の一方の側端縁が外周刃７４として用いられるため、例えば図４のように人工ダイヤモンド１０の稜線をそのまま外周刃１８として用いる場合に比較して、外周刃７４の耐摩耗性が改善されて耐久性が向上する。
【００３７】
また、ダイヤモンド素材６４は、第１稜線６６部分がＶ字溝６２内に嵌め入れられるとともに、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているため、工具本体５２に対するダイヤモンド素材６４、更にはダイヤモンドチップ５６の取付位置や取付姿勢に関する精度が容易に安定して得られる。
【００３８】
また、本実施例では、第２稜線７０を挟んで対称的に除去されることによりすくい面７２が形成されるため、そのすくい面７２は略｛１１０｝面にて構成され、そのすくい面７２の側端縁に形成される外周刃７４や前端縁に形成される底刃７６の耐摩耗性が適切に向上させられる。
【００３９】
また、本実施例では、工具軸心Ｏと直角な断面においてその工具軸心ＯとＶ字溝６２の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝６２の中心線Ｓとが略一致する対称姿勢となるようにＶ字溝６２が設けられているため、このＶ字溝６２によりダイヤモンドチップ５６がバランス良く固設され、単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を適切に構成することができる。
【００４０】
また、本実施例では、ダイヤモンド素材６４が四角柱形状を成していて、その四角柱形状の中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢でＶ字溝６２に一体的に固設されているため、ダイヤモンド素材６４とＶ字溝６２との接触面積が大きくなって高い取付強度を容易に確保することができる。
【００４１】
また、本実施例では、ダイヤモンド素材６４をロウ接により工具本体５２のＶ字溝６２に一体的に固設した後、第２稜線７０部分をその第２稜線７０と平行な方向へ研磨除去してすくい面７２を形成するが、稜線と平行な方向の研磨は比較的容易であり、しかもダイヤモンド素材６４を工具本体５２に固設した状態で研磨するため、すくい面７２や外周刃７４、底刃７６、更には逃げ７８を高い精度で容易に加工することができる。
【００４２】
また、ダイヤモンドチップ５６がロウ接により工具本体５２のＶ字溝６２に一体的に固設されているが、単一の平坦面に比較して大きな接着面積が得られ、比較的小さな先端取付部５４に対しても十分な接着強度で取り付けることが可能で、先端取付部５４を十分に確保できない小径の単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を適切に構成することができる。
【００４３】
因に、本発明品（本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル５０）および図４に示す比較品を用意し、以下の加工条件で溝削り加工を行って工具寿命までの加工長さを調べたところ、比較品では３００〜５００ｍであったのに対し、本発明品では３００００〜５００００ｍ加工することが可能で、工具寿命が大幅に向上した。
《加工条件》
被削材：アルミニウム合金（ＪＩＳ−Ａ７０７５）
刃先径ｄ：φ１．０
回転速度：２００００ｍｉｎ-1
送り速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
切込み量（溝深さ）：５μｍ
【００４４】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４５】
図３の(a) 〜(c) は、何れも図１の(c) に対応する先端面図で、(a) の実施例は、ダイヤモンド素材６４に形成されるすくい面８０が前記実施例と相違する。すなわち、前記実施例のすくい面７２は、第２稜線７０を挟んで対称的に除去されたもので、略｛１１０｝面にて構成されていたが、本実施例のすくい面８０は、｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜するように第２稜線７０を挟んで非対称に除去されることにより形成された平坦面で、本実施例では外周刃７４の刃先角が４５°よりも小さくなる方向に傾斜している。この場合でも、すくい面８０は｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜しているだけであるため、前記実施例と同様に外周刃７４および底刃７６の耐摩耗性が適切に向上させられる。また、このすくい面８０の傾斜を適当に設定することにより、外周刃７４のすくい角を調整することができるなど設計の自由度が高くなる。
【００４６】
図３の(b) は、断面が長方形の四角柱形状のダイヤモンド素材８２が用いられた場合で、前記実施例と同等の刃先径ｄを確保しつつダイヤモンド素材８２の幅寸法を小さくして減量することができるとともに、逃げ７８の研磨加工代が少なくなり、全体として製造コストが低減される。
【００４７】
図３の(c) は、図３の(a) の実施例において、更にＶ字溝８４が傾斜している場合である。すなわち、このＶ字溝８４は、工具軸心Ｏと直角な断面において工具軸心ＯとＶ字溝８４の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝８４の中心線Ｓとが±１０°の範囲内で傾斜している場合で、本実施例では切削加工を行う際の工具回転方向側、すなわち図３の(c) では工具軸心Ｏの左回り方向へ１０°以下の角度で傾斜させられている。この場合でも、すくい面８０は図３の(a) と同様に｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜しているだけであるため、外周刃７４および底刃７６の耐摩耗性が適切に向上させられる。また、Ｖ字溝８４の傾斜を適当に設定することにより、外周刃７４のすくい角を調整することができるなど設計の自由度が高くなる。
【００４８】
図３の(d) は、角部に面取り状平面３２を有する人工ダイヤモンド３０を示す斜視図で、このような人工ダイヤモンド３０を四角柱形状に切断して素材として用いて、前記単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を製造することもできる。ダイヤモンド素材６４や８２のような四角柱形状の人工ダイヤモンドを製作し、そのまま素材として用いて単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を製造することもできる。
【００４９】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０、３０：人工ダイヤモンド ５０：単結晶ダイヤモンドエンドミル ５２：工具本体 ５４：先端取付部 ５６：ダイヤモンドチップ ６２、８４：Ｖ字溝 ６４、８２：ダイヤモンド素材（素材） ６６：第１稜線 ７０：第２稜線 ７２、８０：すくい面 ７４：外周刃（切れ刃） ７６：底刃（切れ刃） Ｏ：工具軸心 Ｓ：Ｖ字溝の中心線
【技術分野】
【０００１】
本発明は単結晶ダイヤモンドエンドミルに係り、特に、耐摩耗性を改善して耐久性を一層向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸状の工具本体の先端取付部にダイヤモンドチップが一体的に固設され、工具軸心Ｏまわりに回転駆動されることによりそのダイヤモンドチップに設けられた切れ刃で切削加工を行うダイヤモンドエンドミルが知られている（特許文献１参照）。そして、このようなダイヤモンドとして、単結晶の人工ダイヤモンドを素材として使用することが考えられている。単結晶の人工ダイヤモンドは、基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状、すなわち隣接する面が互いに直角な立方体や直方体で、一般に天然ダイヤモンドに比べて耐摩耗性は劣るものの、個々のばらつきが小さく、安定した品質が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４は、未だ公知ではないが、上記人工ダイヤモンドを使用したエンドミルの一例を説明する図で、(a) の人工ダイヤモンド１０は全ての平面１２が｛１００｝面にて構成されている板状の六面体形状を成しており、(b) に示すように先端取付部に工具軸心Ｏと平行な平坦なチップ取付座１４が形成された工具本体１６に対し、(c) に示すように銀ろう等を介して一体的に固設され、工具軸心Ｏと平行な稜線の一つが外周刃１８として用いられる。また、その外周刃１８に連続する先端の稜線が底刃２０として用いられ、上面がすくい面２２として機能する。すなわち、このような人工ダイヤモンド１０は加工が困難なことから、｛１００｝面の一つをそのまますくい面２２として使用し、そのすくい面２２の端縁に位置する稜線を外周刃１８および底刃２０として使用するのである。これ等の外周刃１８および底刃２０には、それぞれ必要に応じて逃げが設けられるとともに、外周刃１８と反対側の先端部には干渉回避のために面取り状の逃げ２４が設けられる。
【０００５】
上記『｛・・・｝』はミラー指数で、原子が一定の配列で配置されている結晶面を表している。また、図３の(d) に示す人工ダイヤモンド３０は、角部に面取り状平面３２を有する形状を成しているが、この面取り状平面３２は、人工ダイヤモンド３０の製造条件等によって生じるものであり、本明細書では、このような面取り状平面３２を有する人工ダイヤモンド３０を含めて基本的に六面体形状の単結晶の人工ダイヤモンドと称して説明する。
【０００６】
ところで、前記｛１００｝面は原子が比較的密であるため、すくい面２２については優れた耐摩耗性が得られるものの、｛１００｝面と平行で且つ稜線と平行な方向、すなわち稜線と平行なｘｙｚの３軸方向の研磨に対しては耐摩耗性が低く、そのような３軸の何れかの方向（図４の(c) ではｚ軸方向）に研磨作用が働く外周刃１８や底刃２０が摩耗し易く、必ずしも期待通りの耐久性が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、安定した品質が得られる人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられたダイヤモンドチップを有する単結晶ダイヤモンドエンドミルの耐摩耗性を改善して耐久性を一層向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明は、基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状の単結晶の人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられたダイヤモンドチップが、軸状の工具本体の先端取付部に一体的に固設されており、工具軸心Ｏまわりに回転駆動されることによりその切れ刃で切削加工を行う単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、(a) 前記先端取付部には、工具軸心Ｏと直角な断面が直角Ｖ字形状を成すＶ字溝がその工具軸心Ｏと平行に設けられ、前記六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分がそのＶ字溝内に嵌め入れられるとともに、その第１稜線に隣接する一対の側面がＶ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されている一方、(b) 前記Ｖ字溝に嵌め入れられる前記第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分が除去されることにより前記すくい面が形成され、そのすくい面の端縁が前記切れ刃として用いられることを特徴とする。
【０００９】
第２発明は、第１発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、前記すくい面は、前記第２稜線を挟んで対称的に除去されることにより形成された平坦な｛１１０｝面、或いはその｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜するように前記第２稜線を挟んで非対称に除去されることにより形成された平坦面であることを特徴とする。
【００１０】
第３発明は、第１発明または第２発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、前記Ｖ字溝は、工具軸心Ｏと直角な断面においてその工具軸心ＯとＶ字溝の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝の中心線Ｓとが一致、或いは±１０°の範囲内で傾斜する姿勢で設けられていることを特徴とする。
【００１１】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、前記人工ダイヤモンドの素材は四角柱形状を成していて、その四角柱形状の中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢で前記Ｖ字溝に一体的に固設されていることを特徴とする。
【００１２】
第５発明は、第１発明〜第４発明の何れかの単結晶ダイヤモンドエンドミルを製造する方法であって、(a) 前記人工ダイヤモンドの素材をロウ接により前記工具本体のＶ字溝に一体的に固設する固設工程と、(b) その工具本体に前記人工ダイヤモンドの素材が一体的に固設された状態で、前記第２稜線部分を工具軸方向すなわち第２稜線と平行な方向へ研磨除去して前記すくい面を形成する研磨工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいては、工具本体に工具軸心Ｏと平行に設けられたＶ字溝に六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分が嵌め入れられ、その第１稜線に隣接する一対の側面がＶ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているとともに、第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分が除去されることによりすくい面が形成され、そのすくい面の端縁が切れ刃として用いられるため、六面体形状の人工ダイヤモンドの稜線をそのまま切れ刃として用いる場合に比較して、その切れ刃の耐摩耗性が改善されて耐久性が向上する。
【００１４】
また、人工ダイヤモンドの素材、或いはすくい面および切れ刃が形成されたダイヤモンドチップは、第１稜線部分がＶ字溝内に嵌め入れられるとともに、その第１稜線に隣接する一対の側面がＶ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているため、工具本体に対するダイヤモンドチップの取付位置や取付姿勢に関する精度が容易に安定して得られる。また、単一の平坦面に比較して接触面積が大きくなるため、ロウ接等による固設強度が高くなり、先端取付部を十分に確保できない小径のエンドミルに対しても好適に適用できる。
【００１５】
第２発明では、すくい面が、第２稜線を挟んで対称的に除去されることにより形成された平坦な｛１１０｝面、或いはその｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜するように第２稜線を挟んで非対称に除去されることにより形成された平坦面であるため、その側端縁に形成される切れ刃の耐摩耗性を適切に向上させることができる。
【００１６】
第３発明では、工具軸心Ｏと直角な断面において、その工具軸心Ｏと前記Ｖ字溝の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝の中心線Ｓとが一致、或いは±１０°の範囲内で傾斜する姿勢でＶ字溝が設けられているため、このＶ字溝によりダイヤモンドチップがバランス良く固設され、単結晶ダイヤモンドエンドミルを適切に構成することができる。
【００１７】
第４発明では、人工ダイヤモンドの素材が四角柱形状を成していて、その四角柱形状の中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢でＶ字溝に一体的に固設されているため、人工ダイヤモンドの素材とＶ字溝との接触面積が大きくなって高い取付強度を容易に確保することができる。
【００１８】
第５発明では、人工ダイヤモンドの素材をロウ接により工具本体のＶ字溝に一体的に固設した後、第２稜線部分を工具軸方向すなわち第２稜線と平行な方向へ研磨除去してすくい面を形成するが、稜線と平行な方向の研磨は比較的容易であり、しかも人工ダイヤモンドの素材を工具本体に固設した状態で研磨するため、すくい面や切れ刃を高い精度で容易に加工することができる。また、ダイヤモンドチップがロウ接により工具本体のＶ字溝に一体的に固設されているが、単一の平坦面に比較して大きな接着面積が得られ、比較的小さな先端取付部に対しても十分な接着強度で取り付けることが可能で、先端取付部を十分に確保できない小径のエンドミルに対しても好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例である単結晶ダイヤモンドエンドミルを示す図で、(a) は正面図、(b) は(a) におけるIB矢視部分の拡大図、(c) は(b) の右方向から見た先端面図、(d) はダイヤモンドチップが取り付けられた工具先端部分の斜視図である。
【図２】図１の単結晶ダイヤモンドエンドミルの製造工程を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施例を説明する図で、(a) 〜(c) は図１(c) に対応する先端面図、(d) は図２(a) に対応する人工ダイヤモンドの斜視図である。
【図４】単結晶人工ダイヤモンドの稜線をそのまま切れ刃として用いるエンドミルの一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルは、例えば切れ刃として外周刃および底刃を有するスクエアエンドミルやラジアスエンドミルなどに好適に適用されるが、切れ刃としてボール刃を有するボールエンドミルにも適用され得るなど、少なくともすくい面の端縁に切れ刃が設けられておれば良い。切れ刃には、必要に応じて研磨加工等により逃げが設けられるとともに、工具中心線を挟んで反対側には干渉を避けるために必要に応じて面取り等の逃げが設けられる。
【００２１】
本発明では、Ｖ字溝により高い固設強度や位置決め精度が得られることから、切れ刃の外径（外周刃の刃先径など）が例えば３ｍｍ程度以下の小径エンドミルに好適に適用されるが、３ｍｍを超えるエンドミルにも適用され得る。
【００２２】
人工ダイヤモンドは、前記図４の(a) に示すように立方体或いは直方体のものだけでなく、図３の(d) に示すようにそれ等の立方体や直方体の角部に面取り状の平面を有するものでも良い。
【００２３】
工具本体の材質としては超硬合金が好適に用いられるが、モリブデン等の他の金属材料を採用することもできる。超硬合金製の工具本体の場合、Ｖ字溝を有する状態で成形、焼結することもできるが、研削加工等により後からＶ字溝を設けることも可能である。Ｖ字溝の底と人工ダイヤモンドの稜線との干渉を回避するために、Ｖ字溝の底に矩形断面或いは円弧断面等の逃げ溝を設けたり、人工ダイヤモンドの稜線部分を砥石等により研磨除去することが望ましい。この場合の研磨は、稜線部分を除去するだけで良く、精度は要求されないため、ダイヤモンド砥石等によって簡単に除去できる。
【００２４】
第２稜線部分は、人工ダイヤモンドを工具本体に取り付けた後に研磨加工等により除去することができるが、工具本体に取り付ける前の人工ダイヤモンド単体の状態で研磨加工等により除去することも可能である。研磨加工は、スカイフ盤等のダイヤモンド研磨盤を用いて行うことが望ましいが、レーザ加工やダイヤモンド砥石等の他の加工技術で除去することもできる。但し、最後はスカイフ盤等で仕上げ研磨することが望ましい。このような第２稜線部分の除去により、例えば工具軸心Ｏと平行な平坦なすくい面が形成されるが、所定のすくい角が得られるように湾曲形状等のすくい面を形成するようにしても良い。
【００２５】
本発明の単結晶ダイヤモンドエンドミルは、｛１１０｝面或いはその近傍（傾斜角度が±１０°以下）の面をすくい面として用いることが適当で、傾斜角度が±５°以下の略｛１１０｝面をすくい面とすることが望ましいが、第２稜線部分を除去してすくい面が形成されていれば、傾斜角度が±１０°を超えていても差し支えなく、工具軸心Ｏまわりのバランスや切れ刃のすくい角などを考慮して適宜設定される。
【００２６】
Ｖ字溝は、工具軸心Ｏと直角な断面においてその工具軸心ＯとＶ字溝の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝の中心線Ｓとが一致する対称姿勢、或いは±１０°の範囲内で傾斜する姿勢で設けることが適当で、傾斜が±５°以下の略対称姿勢で設けることが望ましいが、±１０°を超えた傾斜姿勢で設けることも可能で、工具軸心Ｏまわりのバランスや切れ刃のすくい角などを考慮して適宜設定される。
【００２７】
人工ダイヤモンド素材としては、断面が正方形或いは長方形の四角柱形状すなわち長尺のものが好適に用いられるが、立方体等の比較的短い人工ダイヤモンド素材を採用することもできる。
【００２８】
工具本体に人工ダイヤモンドの素材、或いはすくい面および切れ刃が形成された後のダイヤモンドチップを固設する手段としては、ロウ接が望ましいが、クランプやねじ等による機械的な固設手段を採用することも可能である。ロウ接には活性金属ロウが好適に用いられる。活性金属ロウによる接着は、脱酸素雰囲気中で人工ダイヤモンドを加熱することによりチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の活性金属の膜を表面に生じさせ（メタライズ）、銀および銅を含む銀ロウでその人工ダイヤモンドを超硬合金等の工具本体に対して直接接着するものである。活性金属ロウにより十分な接着強度を得るためには十分な接着面積が必要であるが、本発明ではＶ字溝により単一平面に比較して大きな接着面積を確保できる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を説明する図で、(a) は工具軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は工具軸心Ｏまわりにおいて(a) とは９０°位相が異なる方向から見た部分拡大図で、(a) におけるIB矢視部分の拡大図、(c) は(b) の右方向から見た先端面図、(d) はダイヤモンドチップが取り付けられた工具先端部分の斜視図である。この単結晶ダイヤモンドエンドミル５０は、軸状の工具本体５２と、その工具本体５２の先端に一体に設けられた円柱形状の先端取付部５４に一体的に固設されたダイヤモンドチップ５６とを備えている。工具本体５２は、円柱形状のシャンク５８の先端側にテーパ部６０を介して先端取付部５４が同心に一体に設けられたもので、その先端取付部５４には工具軸心Ｏと直角な断面が直角Ｖ字形状を成すＶ字溝６２が工具軸心Ｏと平行に設けられ、工具先端に開口している。Ｖ字溝６２は、工具軸心Ｏと直角な断面において、工具軸心ＯとＶ字溝６２の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝６２の中心線Ｓとが略一致する対称姿勢で設けられている。図１の(c) の先端面図における先端取付部５４およびダイヤモンドチップ５６の形状は、工具軸心Ｏと直角な断面と実質的に同じである。この工具本体５２は超硬合金にて構成されている。
【００３０】
ダイヤモンドチップ５６は、図２に示すように前記人工ダイヤモンド１０から切り出した正四角柱形状のダイヤモンド素材６４を用いて製作されたものである。このダイヤモンド素材６４は、人工ダイヤモンド１０と同様に全ての外面が｛１００｝面にて構成されている。そして、このダイヤモンド素材６４は、その中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢で長手方向の第１稜線６６が前記Ｖ字溝６２内に嵌め入れられるとともに、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされ、活性金属ロウによるロウ接によりＶ字溝６２の一対の壁面に一体的に接着（固設）されている。Ｖ字溝６２の底部には、第１稜線６６との干渉を避けるために矩形断面の逃げ溝が設けられている。また、このようにＶ字溝６２内に嵌め入れられる第１稜線６６に対して対角位置の第２稜線７０側の上半分は工具軸心Ｏと平行に除去され、平坦なすくい面７２が形成されているとともに、そのすくい面７２の一方の側端縁が外周刃７４として機能し、すくい面７２の前端縁が底刃７６として機能するようになっており、スクエアエンドミルとして用いられる。すくい面７２は、第２稜線７０を挟んで対称的に除去されたもので、略｛１１０｝面にて構成されている。
【００３１】
上記ダイヤモンドチップ５６の先端部は、工具本体５２の先端取付部５４よりも前方へ所定寸法だけ突き出しており、主としてその突出部分で切削加工が行われるとともに、工具軸心Ｏを挟んで反対側には干渉を回避するために面取り状の逃げ７８が設けられている。外周刃７４および底刃７６にも必要に応じて逃げが設けられる。外周刃７４の刃先径ｄは３ｍｍ以下の小径で、本実施例では約１ｍｍである。
【００３２】
このような単結晶ダイヤモンドエンドミル５０は、シャンク５８側から見て工具軸心Ｏの右まわり（図１(c) では左まわり）に回転駆動されるとともに、図示しない被削材に対して工具軸心Ｏと交差する方向へ相対移動させられることにより、前記外周刃７４および底刃７６によって切削加工が行われる。具体的には、例えば角部に対する肩削り加工や面に対する溝削り加工、溝が連続して繋がった平面削り加工等を行うことができる。
【００３３】
一方、このような単結晶ダイヤモンドエンドミル５０は、例えば図２に示す手順に従って製造される。図２の(a) は、全ての平面１２が｛１００｝面にて構成されている薄板状で六面体形状の前記人工ダイヤモンド１０であり、これを稜線に沿ってレーザ加工やダイヤモンドブレードによる研削加工などで切断することにより、(b) に示すように断面が略正方形の正四角柱形状のダイヤモンド素材６４を切り出す。また、(c) は、ダイヤモンド素材６４とは別個に用意された超硬合金製の工具本体５２で、Ｖ字溝６２は、シャンク５８やテーパ部６０等を成形する段階で設けることもできるが、焼結後に研削加工等により形成することも可能である。ダイヤモンド素材６４の接着強度を高めるため、Ｖ字溝６２の一対の壁面が所定の面精度を有するように仕上げ研削等を行うようにしても良い。
【００３４】
そして、(d) に示すように、正四角柱形状のダイヤモンド素材６４に前記すくい面７２を形成する前に、中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢で長手方向の第１稜線６６が前記Ｖ字溝６２内に嵌め入れられ、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように、活性金属ロウによるロウ接により一体的に接着（固設）する。活性金属ロウは、例えばチタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）等の活性金属を２〜４％程度の割合で含んでいる銀ロウで、脱酸素雰囲気中でダイヤモンド素材６４を８００℃〜１０００℃程度まで加熱することにより、チタン或いはクロム等の活性金属の膜を側面６８の表面に生じさせ（メタライズ）、銀および銅を含む銀ロウによりその側面６８をＶ字溝６２の壁面に直接接着する。その場合に、図１(c) に示すようにＶ字溝６２の底に逃げ溝が設けられることにより、側面６８とＶ字溝６２の壁面とがそれぞれ確実に密着させられるようになり、接着面積が十分に確保されて高い接着強度が得られる。このように活性金属ロウによりダイヤモンド素材６４をＶ字溝６２に一体的に接着する工程が固設工程である。図２では、Ｖ字溝６２の底部の逃げ溝が省略されている。
【００３５】
その後、このように正四角柱形状のダイヤモンド素材６４が工具本体５２に一体的に固設された状態で、スカイフ盤等のダイヤモンド研磨技術によりそのダイヤモンド素材６４に対して工具軸心Ｏと平行な方向すなわち第２稜線７０と平行な方向へ研磨処理が施されることにより、工具軸心Ｏと平行で平坦なすくい面７２を形成する。第２稜線７０を挟んで対称的に研磨されるように、第１稜線６６と第２稜線７０とを結ぶ直線方向に押圧することにより、略｛１１０｝面にて構成されるすくい面７２が形成される。これにより、すくい面７２および外周刃７４、底刃７６を備えているダイヤモンドチップ５６が製作され、且つ、このようなダイヤモンドチップ５６が一体的に固設された本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル５０が製造される。この工程では、必要に応じて外周刃７４や底刃７６に逃げが形成されるとともに、先端部にはスライフ盤等のダイヤモンド研磨技術或いはダイヤモンド砥石等により前記逃げ７８が設けられる。上記のように第２稜線７０を研磨加工により除去してすくい面７２を形成する工程が研磨工程である。
【００３６】
このような本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル５０においては、工具本体５２に工具軸心Ｏと平行に設けられたＶ字溝６２に正四角柱形状のダイヤモンド素材６４の第１稜線６６部分が嵌め入れられ、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているとともに、第１稜線６６に対して対角位置の第２稜線７０部分が除去されることによりすくい面７２が形成され、そのすくい面７２の一方の側端縁が外周刃７４として用いられるため、例えば図４のように人工ダイヤモンド１０の稜線をそのまま外周刃１８として用いる場合に比較して、外周刃７４の耐摩耗性が改善されて耐久性が向上する。
【００３７】
また、ダイヤモンド素材６４は、第１稜線６６部分がＶ字溝６２内に嵌め入れられるとともに、その第１稜線６６に隣接する一対の側面６８がＶ字溝６２の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されているため、工具本体５２に対するダイヤモンド素材６４、更にはダイヤモンドチップ５６の取付位置や取付姿勢に関する精度が容易に安定して得られる。
【００３８】
また、本実施例では、第２稜線７０を挟んで対称的に除去されることによりすくい面７２が形成されるため、そのすくい面７２は略｛１１０｝面にて構成され、そのすくい面７２の側端縁に形成される外周刃７４や前端縁に形成される底刃７６の耐摩耗性が適切に向上させられる。
【００３９】
また、本実施例では、工具軸心Ｏと直角な断面においてその工具軸心ＯとＶ字溝６２の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝６２の中心線Ｓとが略一致する対称姿勢となるようにＶ字溝６２が設けられているため、このＶ字溝６２によりダイヤモンドチップ５６がバランス良く固設され、単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を適切に構成することができる。
【００４０】
また、本実施例では、ダイヤモンド素材６４が四角柱形状を成していて、その四角柱形状の中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢でＶ字溝６２に一体的に固設されているため、ダイヤモンド素材６４とＶ字溝６２との接触面積が大きくなって高い取付強度を容易に確保することができる。
【００４１】
また、本実施例では、ダイヤモンド素材６４をロウ接により工具本体５２のＶ字溝６２に一体的に固設した後、第２稜線７０部分をその第２稜線７０と平行な方向へ研磨除去してすくい面７２を形成するが、稜線と平行な方向の研磨は比較的容易であり、しかもダイヤモンド素材６４を工具本体５２に固設した状態で研磨するため、すくい面７２や外周刃７４、底刃７６、更には逃げ７８を高い精度で容易に加工することができる。
【００４２】
また、ダイヤモンドチップ５６がロウ接により工具本体５２のＶ字溝６２に一体的に固設されているが、単一の平坦面に比較して大きな接着面積が得られ、比較的小さな先端取付部５４に対しても十分な接着強度で取り付けることが可能で、先端取付部５４を十分に確保できない小径の単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を適切に構成することができる。
【００４３】
因に、本発明品（本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル５０）および図４に示す比較品を用意し、以下の加工条件で溝削り加工を行って工具寿命までの加工長さを調べたところ、比較品では３００〜５００ｍであったのに対し、本発明品では３００００〜５００００ｍ加工することが可能で、工具寿命が大幅に向上した。
《加工条件》
被削材：アルミニウム合金（ＪＩＳ−Ａ７０７５）
刃先径ｄ：φ１．０
回転速度：２００００ｍｉｎ-1
送り速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
切込み量（溝深さ）：５μｍ
【００４４】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４５】
図３の(a) 〜(c) は、何れも図１の(c) に対応する先端面図で、(a) の実施例は、ダイヤモンド素材６４に形成されるすくい面８０が前記実施例と相違する。すなわち、前記実施例のすくい面７２は、第２稜線７０を挟んで対称的に除去されたもので、略｛１１０｝面にて構成されていたが、本実施例のすくい面８０は、｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜するように第２稜線７０を挟んで非対称に除去されることにより形成された平坦面で、本実施例では外周刃７４の刃先角が４５°よりも小さくなる方向に傾斜している。この場合でも、すくい面８０は｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜しているだけであるため、前記実施例と同様に外周刃７４および底刃７６の耐摩耗性が適切に向上させられる。また、このすくい面８０の傾斜を適当に設定することにより、外周刃７４のすくい角を調整することができるなど設計の自由度が高くなる。
【００４６】
図３の(b) は、断面が長方形の四角柱形状のダイヤモンド素材８２が用いられた場合で、前記実施例と同等の刃先径ｄを確保しつつダイヤモンド素材８２の幅寸法を小さくして減量することができるとともに、逃げ７８の研磨加工代が少なくなり、全体として製造コストが低減される。
【００４７】
図３の(c) は、図３の(a) の実施例において、更にＶ字溝８４が傾斜している場合である。すなわち、このＶ字溝８４は、工具軸心Ｏと直角な断面において工具軸心ＯとＶ字溝８４の溝底頂点とを通る直線とＶ字溝８４の中心線Ｓとが±１０°の範囲内で傾斜している場合で、本実施例では切削加工を行う際の工具回転方向側、すなわち図３の(c) では工具軸心Ｏの左回り方向へ１０°以下の角度で傾斜させられている。この場合でも、すくい面８０は図３の(a) と同様に｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜しているだけであるため、外周刃７４および底刃７６の耐摩耗性が適切に向上させられる。また、Ｖ字溝８４の傾斜を適当に設定することにより、外周刃７４のすくい角を調整することができるなど設計の自由度が高くなる。
【００４８】
図３の(d) は、角部に面取り状平面３２を有する人工ダイヤモンド３０を示す斜視図で、このような人工ダイヤモンド３０を四角柱形状に切断して素材として用いて、前記単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を製造することもできる。ダイヤモンド素材６４や８２のような四角柱形状の人工ダイヤモンドを製作し、そのまま素材として用いて単結晶ダイヤモンドエンドミル５０を製造することもできる。
【００４９】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０、３０：人工ダイヤモンド ５０：単結晶ダイヤモンドエンドミル ５２：工具本体 ５４：先端取付部 ５６：ダイヤモンドチップ ６２、８４：Ｖ字溝 ６４、８２：ダイヤモンド素材（素材） ６６：第１稜線 ７０：第２稜線 ７２、８０：すくい面 ７４：外周刃（切れ刃） ７６：底刃（切れ刃） Ｏ：工具軸心 Ｓ：Ｖ字溝の中心線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状の単結晶の人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられたダイヤモンドチップが、軸状の工具本体の先端取付部に一体的に固設されており、工具軸心Ｏまわりに回転駆動されることにより該切れ刃で切削加工を行う単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、
前記先端取付部には、工具軸心Ｏと直角な断面が直角Ｖ字形状を成すＶ字溝が該工具軸心Ｏと平行に設けられ、前記六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分が該Ｖ字溝内に嵌め入れられるとともに、該第１稜線に隣接する一対の側面が該Ｖ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されている一方、
前記Ｖ字溝に嵌め入れられる前記第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分が除去されることにより前記すくい面が形成され、該すくい面の端縁が前記切れ刃として用いられる
ことを特徴とする単結晶ダイヤモンドエンドミル。
【請求項２】
前記すくい面は、前記第２稜線を挟んで対称的に除去されることにより形成された平坦な｛１１０｝面、或いは該｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜するように前記第２稜線を挟んで非対称に除去されることにより形成された平坦面である
ことを特徴とする請求項１に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
【請求項３】
前記Ｖ字溝は、工具軸心Ｏと直角な断面において該工具軸心Ｏと該Ｖ字溝の溝底頂点とを通る直線と該Ｖ字溝の中心線Ｓとが一致、或いは±１０°の範囲内で傾斜する姿勢で設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
【請求項４】
前記人工ダイヤモンドの素材は四角柱形状を成していて、該四角柱形状の中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢で前記Ｖ字溝に一体的に固設されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミルを製造する方法であって、
前記人工ダイヤモンドの素材をロウ接により前記工具本体のＶ字溝に一体的に固設する固設工程と、
該工具本体に前記人工ダイヤモンドの素材が一体的に固設された状態で、前記第２稜線部分を工具軸方向へ研磨除去して前記すくい面を形成する研磨工程と、
を有することを特徴とする単結晶ダイヤモンドエンドミルの製造方法。
【請求項１】
基本的に６つの｛１００｝面を備える六面体形状の単結晶の人工ダイヤモンドを素材として切れ刃およびすくい面が設けられたダイヤモンドチップが、軸状の工具本体の先端取付部に一体的に固設されており、工具軸心Ｏまわりに回転駆動されることにより該切れ刃で切削加工を行う単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて、
前記先端取付部には、工具軸心Ｏと直角な断面が直角Ｖ字形状を成すＶ字溝が該工具軸心Ｏと平行に設けられ、前記六面体形状の人工ダイヤモンドの第１稜線部分が該Ｖ字溝内に嵌め入れられるとともに、該第１稜線に隣接する一対の側面が該Ｖ字溝の一対の壁面にそれぞれ密着するように位置決めされて一体的に固設されている一方、
前記Ｖ字溝に嵌め入れられる前記第１稜線に対して対角位置の第２稜線部分が除去されることにより前記すくい面が形成され、該すくい面の端縁が前記切れ刃として用いられる
ことを特徴とする単結晶ダイヤモンドエンドミル。
【請求項２】
前記すくい面は、前記第２稜線を挟んで対称的に除去されることにより形成された平坦な｛１１０｝面、或いは該｛１１０｝面から±１０°の範囲内で傾斜するように前記第２稜線を挟んで非対称に除去されることにより形成された平坦面である
ことを特徴とする請求項１に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
【請求項３】
前記Ｖ字溝は、工具軸心Ｏと直角な断面において該工具軸心Ｏと該Ｖ字溝の溝底頂点とを通る直線と該Ｖ字溝の中心線Ｓとが一致、或いは±１０°の範囲内で傾斜する姿勢で設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
【請求項４】
前記人工ダイヤモンドの素材は四角柱形状を成していて、該四角柱形状の中心線が工具軸心Ｏと平行となる姿勢で前記Ｖ字溝に一体的に固設されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミル。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の単結晶ダイヤモンドエンドミルを製造する方法であって、
前記人工ダイヤモンドの素材をロウ接により前記工具本体のＶ字溝に一体的に固設する固設工程と、
該工具本体に前記人工ダイヤモンドの素材が一体的に固設された状態で、前記第２稜線部分を工具軸方向へ研磨除去して前記すくい面を形成する研磨工程と、
を有することを特徴とする単結晶ダイヤモンドエンドミルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１７９４３９（Ｐ２０１０−１７９４３９Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７４５８（Ｐ２００９−２７４５８）
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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