(57)【要約】【課題】単結晶ダイヤモンド工具を用いて乾式で鏡面仕上げ等の高精度加工を行う際に一層優れた加工精度が得られるようにする。【解決手段】ボデー１２の外周面に放熱用溝として複数の環状溝３０が設けられているため、切削加工の際に切れ刃２４、２６やすくい面２２等に生じる発熱によるボデー１２の温度上昇、更にはその温度上昇に伴うボデー１２の熱膨張が抑制される。これにより、乾式で鏡面仕上げ等の高精度加工を行う場合でも、ボデー１２の熱膨張に起因する単結晶ダイヤモンド１４の切れ刃２４、２６の位置変化、すなわち軸方向の先端側への変位が抑制されて、一層優れた加工精度が得られるようになる。【選択図】図１
2010207999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切れ刃を有する単結晶ダイヤモンドが超硬合金のボデーに一体的に固設され、該切れ刃によって切削加工を行う単結晶ダイヤモンド工具において、
前記ボデーの外周面には放熱用溝が設けられている
ことを特徴とする単結晶ダイヤモンド工具。
【請求項２】
前記ボデーは、軸心Ｏまわりに回転駆動されるシャンクと前記単結晶ダイヤモンドが一体的に固設されるダイヤ取付部とを一体に有するエンドミル用のもので、
前記放熱用溝は、前記シャンクの外周面に軸心Ｏに対して直角に全周に設けられた環状溝である
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工具。
【請求項３】
前記環状溝は、前記シャンクの軸方向に所定の間隔を隔てて複数設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の単結晶ダイヤモンド工具。
【請求項４】
前記環状溝の溝深さおよび溝幅は、何れも０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内で、
該環状溝は前記ボデーの先端から２０ｍｍ以下の範囲内に設けられている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の単結晶ダイヤモンド工具。
【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工具に係り、特に、乾式で鏡面仕上げ等の高精度加工を行う際に一層優れた加工精度が得られるようにする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切れ刃を有する単結晶ダイヤモンドが超硬合金のボデーに一体的に固設され、その切れ刃によって切削加工を行う単結晶ダイヤモンド工具、例えば単結晶ダイヤモンドエンドミルや単結晶ダイヤモンドバイトが提案されている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４８４７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３５３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような単結晶ダイヤモンド工具は、小さな切込み量（例えば数μｍ）で早送りされることにより鏡面仕上げ等の高精度加工を行う際に好適に用いられ、そのような高精度加工では切削油剤を使用しない乾式で使用されることが多い。その場合に、図２に示すようにダイヤモンドの熱伝導率は５程度であるのに対し、ボデーを構成している超硬合金の熱伝導率は０．０８〜０．２９程度と小さいため、切削加工の際に単結晶ダイヤモンドの切れ刃やすくい面等に生じた熱は速やかにボデーに伝達されるとともに、そのボデーに蓄積されて温度が上昇する。超硬合金の熱膨張係数は５．１〜７．６程度であり、温度上昇に伴ってボデーが膨張しても、通常の加工であれば殆ど問題になることはないが、鏡面仕上げ等の高精度加工では、ボデーの熱膨張による単結晶ダイヤモンドの切れ刃の僅かな位置変化に起因して加工精度が影響を受けることがあった。
【０００５】
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、単結晶ダイヤモンド工具を用いて乾式で鏡面仕上げ等の高精度加工を行う際に一層優れた加工精度が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、第１発明は、切れ刃を有する単結晶ダイヤモンドが超硬合金のボデーに一体的に固設され、その切れ刃によって切削加工を行う単結晶ダイヤモンド工具において、前記ボデーの外周面には放熱用溝が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、第１発明の単結晶ダイヤモンド工具において、(a) 前記ボデーは、軸心Ｏまわりに回転駆動されるシャンクと前記単結晶ダイヤモンドが一体的に固設されるダイヤ取付部とを一体に有するエンドミル用のもので、(b) 前記放熱用溝は、前記シャンクの外周面に軸心Ｏに対して直角に全周に設けられた環状溝であることを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、第２発明の単結晶ダイヤモンド工具において、前記環状溝は、前記シャンクの軸方向に所定の間隔を隔てて複数設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第４発明は、第２発明または第３発明の単結晶ダイヤモンド工具において、(a) 前記環状溝の溝深さおよび溝幅は、何れも０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内で、(b) その環状溝は前記ボデーの先端から２０ｍｍ以下の範囲内に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような単結晶ダイヤモンド工具においては、ボデーの外周面に放熱用溝が設けられているため、切削加工の際に切れ刃やすくい面等に生じる発熱によるボデーの温度上昇、更にはその温度上昇に伴うボデーの熱膨張が抑制される。これにより、乾式で鏡面仕上げ等の高精度加工を行う場合でも、ボデーの熱膨張に起因する単結晶ダイヤモンドの切れ刃の位置変化が抑制されて、一層優れた加工精度が得られるようになる。また、このようにボデーの温度上昇が抑制されると、単結晶ダイヤモンドそのものの温度上昇も軽減されるため、黒鉛化による寿命低下が抑制される。
【００１１】
第２発明は単結晶ダイヤモンドエンドミルに関するもので、シャンクの外周面に軸心Ｏに対して直角に設けられた環状溝が放熱用溝として用いられるため、シャンクが軸心Ｏまわりに回転駆動される際に環状溝内の空気が良好に入れ替えられて優れた放熱性能が得られ、ボデーの温度上昇が効果的に抑制される。
【００１２】
第３発明では、上記環状溝がシャンクの軸方向に所定の間隔を隔てて複数設けられているため、放熱性能が更に向上してボデーの温度上昇が一層効果的に抑制される。
【００１３】
第４発明では、上記環状溝の溝深さおよび溝幅が何れも０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内であるため、シャンクの剛性や強度を維持しつつ所定の放熱性能が得られる。すなわち、単結晶ダイヤモンドエンドミルは、一般に切れ刃（外周刃）の径寸法が３ｍｍ程度以下の小径で、シャンク径はそれよりも大きいとともに、小さな切込み量で使用されるため切削負荷が小さく、環状溝の溝深さおよび溝幅が１．０ｍｍ以下であれば、シャンクの剛性や強度には殆ど影響しないのである。また、環状溝はボデーの先端から２０ｍｍ以下の範囲内に設けられているため、単結晶ダイヤモンドからボデーへ伝達された熱が環状溝によって良好に放熱され、ボデーの熱膨張に起因する単結晶ダイヤモンドの切れ刃の位置変化や単結晶ダイヤモンドそのものの温度上昇が一層効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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) は軸心Ｏと直角方向から見た平面図、(b) は単結晶ダイヤモンドが設けられた先端部分の拡大図である。
【図２】ダイヤモンドおよび超硬合金の熱伝導率、熱膨張係数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の単結晶ダイヤモンド工具は、単結晶ダイヤモンドエンドミルや単結晶ダイヤモンドバイトに好適に適用される。また、単結晶ダイヤモンドエンドミルとしては、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。
【００１６】
単結晶ダイヤモンドとしては、人工ダイヤモンドでも天然ダイヤモンドでも良い。人工ダイヤモンドの場合、基本的に６つの｛１００｝面（ミラー指数）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。その立方体や直方体の人工ダイヤモンドの稜線をそのまま切れ刃として使用し、｛１００｝面をすくい面として使用することもできるが、人工ダイヤモンドの一部を研磨除去するなどして｛１００｝面から所定角度傾斜した面や他の結晶面をすくい面としても良いなど種々の態様が可能である。
【００１７】
単結晶ダイヤモンドは、例えば活性金属ロウによるロウ接等によりボデーのダイヤ取付部に接着されるが、ねじ等を用いた機械的なクランプ手段により一体的に固設することもできる。活性金属ロウによる接着は、脱酸素雰囲気中で単結晶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単結晶ダイヤモンドを超硬合金のボデーに対して直接接着するものである。
【００１８】
放熱用溝は複数本設けることが望ましいが、少なくとも１本設けられれば良い。放熱用溝の形状は、ボデーの形状に応じて適宜定められ、ボデーの長手方向と平行に設けたり、その長手方向と直角な方向に設けたりするなど種々の態様が可能である。放熱用溝の断面形状は、角形やＶ字形、半円弧形、Ｕ字形など種々の態様が可能である。
【００１９】
第２発明のエンドミル用のボデーは、円柱形状のシャンクの先端にダイヤ取付部が直接設けられても良いが、径寸法が漸減するテーパ部等を介してその先端にダイヤ取付部が設けられても良い。放熱用溝としての環状溝は、円柱形状部分に設けることもできるし、テーパ部等の径寸法が漸減する部分に設けることもできる。
【００２０】
放熱用溝の溝深さおよび溝幅は、例えば０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範囲内で設定することが望ましいが、ボデーの大きさに応じて１．０ｍｍを超える溝深さや溝幅で放熱用溝を形成することも可能である。単結晶ダイヤモンドエンドミルにおいて放熱用溝として環状溝を設ける場合、溝底径が単結晶ダイヤモンドの外周刃の径寸法以上となるように溝深さを設定することが望ましい。
【００２１】
第４発明では、環状溝がボデーの先端から２０ｍｍ以下の範囲内に設けられるが、２０ｍｍ以下の範囲内に少なくとも１本の環状溝が設けられれば良く、２０ｍｍを超えた位置まで環状溝を設けることも可能である。また、ボデーの先端から１０ｍｍ以下など、できるだけ単結晶ダイヤモンドに近い部分に設けることが望ましい。
【実施例】
【００２２】
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１０を示す図で、(a) は軸心Ｏと直角方向から見た平面図、(b) は工具先端部分の拡大図である。この単結晶ダイヤモンドエンドミル１０は、超硬合金製の軸状のボデー１２と、そのボデー１２の先端に一体的に固設された単結晶ダイヤモンド１４とを備えている。ボデー１２は、円柱形状のシャンク１６の先端にダイヤ取付部１８が同心に一体に設けられたもので、円柱形状のダイヤ取付部１８の一部を研磨除去するなどして形成された取付座２０に単結晶ダイヤモンド１４が活性金属ロウによるロウ接等により一体的に接着（固設）されている。シャンク１６は、径寸法（シャンク径）Ｄが約４ｍｍで、先端部には先端側程小径となるテーパ部１６ｔが設けられており、そのテーパ部１６ｔの先端にダイヤ取付部１８が設けられている。
【００２３】
単結晶ダイヤモンド１４は直方体形状の人工ダイヤモンドで、ダイヤ取付部１８の先端から所定寸法だけ突き出すように設けられており、シャンク１６が工作機械の主軸等に把持されて軸心Ｏまわりに回転駆動されることにより、その突出部分で切削加工が行われる。単結晶ダイヤモンド１４は、例えば外周面を構成している｛１００｝面の一つがそのまますくい面２２として用いられるとともに、そのすくい面２２の一方の側端縁が外周刃２４として機能し、すくい面２２の前端縁が底刃２６として機能するようになっていて、スクエアエンドミルとして用いられる。軸心Ｏを挟んで底刃２６と反対側の部分には、干渉を避けるために逃げ２８が設けられている。外周刃２４および底刃２６にも必要に応じて逃げが設けられる。外周刃２４および底刃２６は切れ刃に相当し、外周刃２４の径寸法は３ｍｍ以下の小径で、本実施例では約１ｍｍである。なお、図１における各部の寸法は、必ずしも正確な比率で図示したものではない。
【００２４】
ここで、このような単結晶ダイヤモンドエンドミル１０は、小さな切込み量（例えば数μｍ）で早送りされることにより鏡面仕上げ等の高精度加工を行う際に好適に用いられ、そのような高精度加工では切削油剤を使用しない乾式で使用されることが多い。その場合に、図２に示すようにダイヤモンドの熱伝導率は５程度であるのに対し、ボデー１２を構成している超硬合金の熱伝導率は０．０８〜０．２９程度と小さいため、切削加工の際に単結晶ダイヤモンド１４の切れ刃２４、２６やすくい面２２等に生じた熱は速やかにボデー１２に伝達されるとともに、そのボデー１２に蓄積されて温度が上昇する。超硬合金の熱膨張係数は５．１〜７．６程度で、温度上昇に伴ってボデー１２が膨張しても、通常の加工であれば殆ど問題にならないが、鏡面仕上げ等の高精度加工では、ボデー１２の熱膨張による単結晶ダイヤモンド１４の切れ刃２４、２６の僅かな位置変化（主に軸方向先端側への変位）に起因して加工精度が影響を受けることがある。これを防止するために、本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル１０には、放熱用溝として多数の環状溝３０がシャンク１６の先端部外周面に設けられている。
【００２５】
上記環状溝３０は、シャンク１６の円柱形状部分の先端部すなわちテーパ部１６ｔのすぐ後の部分に、砥石等による研削加工によって設けられており、その断面形状は略四角形の角形で、軸心Ｏに対して直角にシャンク１６の全周に設けられているとともに、シャンク１６の軸方向に所定の間隔ｗ２を隔てて５本設けられている。環状溝３０の溝深さｄは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内で、本実施例では約０．５ｍｍであり、その溝底径は約３ｍｍである。環状溝３０の溝幅ｗ１は０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内で、本実施例では約０．５ｍｍであり、間隔ｗ２も０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内で、本実施例では約０．５ｍｍである。最も先端側の環状溝３０は、ボデー１２の先端からの寸法Ｌｇが２０ｍｍ以下で、本実施例では寸法Ｌｇが約８ｍｍの付近に設けられており、そこから約４．５ｍｍの範囲内、すなわちボデー１２の先端から約１２．５ｍｍまでの範囲内に、計５本の環状溝３０が等間隔で設けられている。なお、このような環状溝３０をテーパ部１６ｔに設けることも可能である。
【００２６】
このように、本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル１０は、ボデー１２の外周面に放熱用溝として環状溝３０が設けられているため、切削加工の際に切れ刃２４、２６やすくい面２２等に生じる発熱によるボデー１２の温度上昇、更にはその温度上昇に伴うボデー１２の熱膨張が抑制される。これにより、乾式で鏡面仕上げ等の高精度加工を行う場合でも、ボデー１２の熱膨張に起因する単結晶ダイヤモンド１４の切れ刃２４、２６の位置変化、すなわち軸方向の先端側への変位が抑制されて、一層優れた加工精度が得られるようになる。また、このようにボデー１２の温度上昇が抑制されると、単結晶ダイヤモンド１４そのものの温度上昇も軽減されるため、黒鉛化による寿命低下が抑制される。
【００２７】
また、本実施例ではシャンク１６の外周面に軸心Ｏに対して直角に設けられた環状溝３０が放熱用溝として用いられるため、シャンク１６が軸心Ｏまわりに回転駆動される際に環状溝３０内の空気が良好に入れ替えられて優れた放熱性能が得られ、ボデー１２の温度上昇が効果的に抑制される。
【００２８】
また、本実施例では環状溝３０がシャンク１６の軸方向に所定の間隔ｗ２を隔てて複数設けられているため、放熱性能が更に向上してボデー１２の温度上昇が一層効果的に抑制される。
【００２９】
また、本実施例では、上記環状溝３０の溝深さｄおよび溝幅ｗ１が何れも０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内で本実施例では約０．５ｍｍであるため、シャンク１６の剛性や強度を維持しつつ所定の放熱性能が得られる。すなわち、本実施例の単結晶ダイヤモンドエンドミル１０は、外周刃２４の径寸法が約１ｍｍの小径で、シャンク径Ｄ（実施例では約４ｍｍ）はそれよりも十分に大きいとともに、小さな切込み量で使用されるため切削負荷が小さく、環状溝３０の溝深さｄおよび溝幅ｗ１が０．５ｍｍであれば、シャンク１６の剛性や強度には殆ど影響しないのである。
【００３０】
また、環状溝３０はボデー１２の先端から２０ｍｍ以下の範囲内、実施例では約８ｍｍから１２．５ｍｍまでの範囲内に設けられているため、単結晶ダイヤモンド１４からボデー１２へ伝達された熱が環状溝３０によって良好に放熱され、ボデー１２の熱膨張に起因する単結晶ダイヤモンド１４の切れ刃２４、２６の位置変化や単結晶ダイヤモンド１４そのものの温度上昇が一層効果的に抑制される。
【００３１】
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】
【００３２】
１０：単結晶ダイヤモンドエンドミル（単結晶ダイヤモンド工具）    １２：ボデー    １４：単結晶ダイヤモンド    １６：シャンク    １８：ダイヤ取付部    ２４：外周刃（切れ刃）    ２６：底刃（切れ刃）    ３０：環状溝（放熱用溝）    Ｏ：軸心    ｗ１：溝幅    ｗ２：環状溝の間隔    ｄ：溝深さ
【図１】
2010207999.tif 000003
【図２】
2010207999.tif 000004