(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する三角形状の三面で構成され稜線が角隅部になっている閉じた凹部を切削により形成する方法において、
Ｖ字状の切れ刃稜線部を備える刃先部を有する切削工具を用いて、
切削方向の運動成分を持つように楕円振動を加えながら被削材に対して相対的に連続したワンパスの折れ曲がったツールパスで切削運動させ、
一方側の直線状の切れ刃稜線部で前記三面のうちの一面を形成し、かつ他方側の直線状の切れ刃稜線部で前記三面のうちの二面を形成するように調整しながら切削することで、
前記Ｖ字状の切れ刃稜線部の輪郭の掃引形状の転写で前記三面を同時に仕上げることを特徴とする凹部の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載した凹部の形成方法において、
複数の凹部を平面や曲面上に並べて形成することを特徴とする凹部の形成方法。
【請求項３】
切削により閉じた凹部に含まれる角隅部の仕上げ加工方法において、
切削工具に切削方向の運動成分を持つように楕円振動を加えながら、予め粗く形成された被削材の角隅部に向かって、相対的に切削運動させ、
前記角隅部で切削運動の方向を変えて連続したツールパスで前記角隅部を仕上げ加工する際に、
楕円振動面を、切削方向と前記被削材の切り取り厚さの方向を含む面と、切削方向と前記切削工具の切れ刃の稜線方向を含む面との間の面とすることを特徴とする角隅部の仕上げ加工方法。
【請求項４】
請求項３に記載した角隅部の仕上げ加工方法において、
直交する角隅部を仕上げ加工することを特徴とする角隅部の仕上げ加工方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載した角隅部の仕上げ加工方法において、
送り運動も加えてその送り運動によって角隅部を稜線とする二つの面を同時に仕上げ加工することを特徴とする角隅部の仕上げ加工方法。
【請求項６】
請求項３から５のいずれかに記載した角隅部の仕上げ加工方法において、
逃げ面が切削済みの面から離れる向きに楕円運動を加えながら切削運動させることを特徴とする角隅部の仕上げ加工方法。
【請求項７】
閉じた凹部を有する金型の製造方法において、
請求項１から６のいずれかに記載した方法を利用して前記凹部を形成または仕上げ加工する工程を備える金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角隅部の加工方法に係り、特に、金型のように閉じた三次元凹部に含まれる角隅部の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金型の加工や更には一般的な製品でも、図１に示すように閉じた三次元凹部内に角隅部を作り出す必要がある場合が少なくない。
そのような場合、従来は、逆の形状を図２のように、切削加工によって作り、その形状を例えば放電加工によって転写して目的の粗形状を作り出し、更に磨きをかけていた。そのため、精度を高く出せず、しかも手間が掛かって加工効率が低いだけでなく、コストも高くついていた。
【０００３】
また、微細で複雑な形状を有する製品例として、リフレックスリフレクタと称される反射板がある。リフレックスリフレクタは自動車等に取り付けておくと、向かってくる他車から放射された光を、その他車の方向に折り返し反射するため、自車が不点灯時であっても自車の存在をその他車に知らせることができるようになっている。
このリフレックスリフレクタは、反転型で製作した成型品であるが、上記した放電加工により作り出した金型では精度的に対応できず、特許文献１に示すように、矢型状のピンを多数束ねてマトリクス状にし、これを電鋳メッキ処理に供して作り出した金型を使用していた。
しかしながら、この方法でも製作誤差が出易く、しかも上記した放電加工より更に手間が掛かっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２５６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
角隅部を作り出す場合でも、切削加工できれば手間が掛からず加工効率が高くなるが、エンドミルのような回転工具による切削では回転半径を下回る角隅部を作り出すことができず、角隅部を高い精度で作り出したい場合には不本意ながら上記のような手法を利用してきた。
本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、切削方式でありながら高精度の角隅部を作り出せて、上記した課題を解決できる、新規且つ有用な方法を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、互いに直交する三角形状の三面で構成され稜線が角隅部になっている閉じた凹部を切削により形成する方法において、Ｖ字状の切れ刃稜線部を備える刃先部を有する切削工具を用いて、切削方向の運動成分を持つように楕円振動を加えながら被削材に対して相対的に連続したワンパスの折れ曲がったツールパスで切削運動させ、一方側の直線状の切れ刃稜線部で前記三面のうちの一面を形成し、かつ他方側の直線状の切れ刃稜線部で前記三面のうちの二面を形成するように調整しながら切削することで、前記Ｖ字状の切れ刃稜線部の輪郭の掃引形状の転写で前記三面を同時に仕上げることを特徴とする凹部の形成方法である。
請求項２の発明は、請求項１に記載した凹部の形成方法において、複数の凹部を平面や曲面上に並べて形成することを特徴とする凹部の形成方法である。
【０００７】
請求項３の発明は、切削により閉じた凹部に含まれる角隅部の仕上げ加工方法において、切削工具に切削方向の運動成分を持つように楕円振動を加えながら、予め粗く形成された被削材の角隅部に向かって、相対的に切削運動させ、前記角隅部で切削運動の方向を変えて連続したツールパスで前記角隅部を仕上げ加工する際に、楕円振動面を、切削方向と前記被削材の切り取り厚さの方向を含む面と、切削方向と前記切削工具の切れ刃の稜線方向を含む面との間の面とすることを特徴とする角隅部の仕上げ加工方法である。
請求項４の発明は、請求項３に記載した角隅部の仕上げ加工方法において、直交する角隅部を仕上げ加工することを特徴とする角隅部の仕上げ加工方法である。
【０００８】
請求項５の発明は、請求項３または４に記載した角隅部の仕上げ加工方法において、送り運動も加えてその送り運動によって角隅部を稜線とする二つの面を同時に仕上げ加工することを特徴とする角隅部の仕上げ加工方法である。
【０００９】
請求項６の発明は、請求項３から５のいずれかに記載した角隅部の仕上げ加工方法において、逃げ面が切削済みの面から離れる向きに楕円運動を加えながら切削運動させることを特徴とする角隅部の仕上げ加工方法である。
【００１０】
請求項７の発明は、閉じた凹部を有する金型の製造方法において、請求項１から６のいずれかに記載した方法を利用して前記凹部を形成または仕上げ加工する工程を備える金型の製造方法である。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【発明の効果】
【００１４】
本発明の方法によれば、手間の掛からない、切削により高い精度の角隅部を作り出せる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の角隅部の仕上げ加工方法を利用して製作する三次元構造体の例である。
【図２】図１の三次元構造体を、従来の方法（放電加工）により製作する場合の説明図である。
【図３】本発明の角隅部の仕上げ加工方法を利用して角隅部を作り出す場合の説明図である。
【図４】図１の三次元構造体を本発明の角隅部の仕上げ加工方法を利用して製作する場合の切削工具のツールパスの説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る凹部の形成方法による一つの凹部の製作直後の状態を示す斜視図である。
【図６】図５で使用した切削工具の刃先部の五面図である。
【図７】図５で製作した凹部の上面図と断面図である。
【図８】図５で製作中の切削工具の刃先部の当て姿勢と楕円振動の軌跡を示す側面図である。
【図９】図５で製作中の切削工具の刃先部の移動軌跡を示す斜視図である。
【図１０】図５の凹部を平面上に多数並べて製作したリフレックスリフレクタの金型の上面図である。
【図１１】図５の凹部を曲面上に多数並べてリフレックスリフレクタの金型を製作する途中の段階を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ａ．一般の角隅部の加工方法
図３（１）に示すように、予め粗く形成された被削材の角隅部に向かって、切削工具を用いて切削運動だけを与えて切削加工すると、角隅部で、切削速度がゼロになり、少なくともその近傍では極めて低い切削速度になる。
そのような低い切削速度においては、切りくずと工具すくい面との間、または仕上げ面と工具逃げ面との間で生じる摩擦力が垂下特性（速度が増加すると摩擦力が低下する特性）を持つため、自励振動の一つである摩擦振動（スティックスリップを含む）を生じやすいことが知られている。この振動を生じると、高い精度で、角隅部を作り出すことはできない。しかしながら、本発明では、切削工具Ａに対して切削方向の運動成分を持つように、図中曲線で示す微小な高周波楕円振動（円振動を含む）を加えながら切削させるので、刃先が常に振動速度を持つため、実際の切削速度がゼロになることも、極めて小さくなることもない。そのため、摩擦振動の問題を生じない。
【００１７】
また、そのような低い切削速度においては、被削材と工具材料の組み合わせによって、分離したばかりの被削材の新生面と工具表面が凝着しやすく、仕上げ面がむしれたり、工具表面がはく離するなどの問題を生じる。しかしながら、本発明では、上記したように刃先が常に振動速度を持つため、凝着現象は起り難い。さらに、切削速度（見かけの平均速度）より切削方向の最大振動速度を大きくすることで、振動周期ごとに工具が被削材から離脱するため、被削材の新生面が空気や切削油材で汚されることで化学的活性が低下し、凝着が抑制されるものと考えられる。
【００１８】
また、振動軌跡を直線ではなく、楕円としたことで、切削方向と切り取り厚さの方向を含む面内で、切削の瞬間に、工具に相対的に切りくず流出方向の速度を持たせて、切りくずの流出を妨げる摩擦力が発生せず、逆に切りくずの流出を促進させることができる。また、切削方向と切れ刃の稜線方向を含む面内で、切削の瞬間に、いわゆる引き切り方向の速度を持たせて、包丁で切る時に引きながら切ると切れ易いように、切りくずの生成・排出を促進させることができる。実用的な（即ち、三次元的な）角隅部の加工では、楕円振動面を上記二つの間の面とすることで、両者の中間的な効果が得られ、いずれの場合にも、楕円振動を付加しない場合に比べて、大幅に切りくず生成・排出が容易になる。
【００１９】
なお、その切削方向の振動と切り取り厚さ方向の振動との位相関係については、逃げ面で仕上げ面を押しつぶす向きではなく、逃げ面（一つの平面とは限らず、実用的な切削では二つ以上の平面か曲面となる。これらのすべての面）が常に切削済の仕上げ面から離れる向きに楕円運動するように調整することで、鏡面仕上げが可能となる。
【００２０】
また、図３（２）に示すように、切削運動の方向を変えて連続したツールパスで角隅部を仕上げることもできる。
角隅部で切削方向が急に変化する前後では、切削方向に対する工具のすくい角と逃げ角が大きく変化する。角隅部前は、すくい角が（正の側に）大きい（刃が鋭い）ため、切削抵抗が小さく、切りくずの生成・排出が容易である。一方、角隅部後は、すくい角が小さい（負の側に絶対値が大きい、刃が鈍い）ため、切削抵抗が大きく、切りくずの生成・排出が困難になり、角の角度、被削材、工具の形状等によっては、切りくずの生成・排出が不可能になる場合もある。
また、角隅部後で特に背分力（切り取り厚さの方向、切削方向と切れ刃に垂直な方向の成分）が大きくなるため、被削材と工具、それらを支える機械構造等の変形によって所望の切り取りを実現できなくなり、所望の形状を作り出すことができなかったり、工具が欠損するなどの問題を生じる。金型鋼などの難削材では実用上不可能に近く、不可能でない場合にも、角隅部後の仕上げ面性状が劣化する（うねりやむしれが生じる等の問題がある）。
しかしながら、本発明では、楕円振動を与えるので、切削方向が変わっても、振動方向に対する相対的な振動軌跡が変化し難く、切削方向に対する振動効果をそのまま享受できるので、上記した切りくず生成・排出の促進により、特に背分力が低減され、変形による加工誤差やばりの問題が大幅に軽減され、高精度の角隅部を作り出せる。
また、角隅部直後の工具姿勢のままで工具が被削材から離脱する場合には、いわゆる出口ばりが大きくなったりする問題が考えられるが、上記した切りくず生成・排出の促進により、特に背分力が低減され、変形による加工誤差やばりの問題が大幅に軽減される。
【００２１】
楕円振動の軌跡の一部が加工形状に転写されて残ることで、角隅部に若干の丸みが残ることとなるが、エンドミル工具などを（サブ）ミリメートルオーダの半径で回転させた場合と違って、楕円振動の振幅はマイクロメートルオーダの微小寸法とすることができ、一般的な製品（金型を含む）の角隅部として問題になることはない。
また、楕円振動の周波数は、一般には超音波領域の高周波を利用するため、比較的大きな機械構造は応答することができず、その結果ほとんど変形を生じないため加工精度に悪影響を及ぼすことはない。
【００２２】
上記したように、本発明の仕上げ加工方法を利用すれば、この楕円振動を利用することにより切削で角隅部を複数のツールパスでも連続したツールパスでも高精度に作り出すことに成功している。当該楕円振動は、特許第３５００４３４号に記載のものであり、超音波を利用しミクロンオーダーで生成したものである。
【００２３】
本発明の加工の際には、上記した切削運動に、送り運動も加えれば角隅部を稜線とする二つの面を同時に仕上げることができる。
例えば、図１に示した三次元形状を、図４に示すように、切削運動以外に、送り運動（等高線に沿った複数のツールパスでもよいし、らせん状につながったツールパスでもよい）を与えることにより、その送り運動に沿った形状の面を仕上げることができる。図４において、各ツールパスを稜線方向に見ると、図３に示すように切削が行われている。仕上げ面は工具の刃先形状が送り運動方向に転写されて形成されるので、フラットバイトとＲバイトのいずれを使用しても、送り運動を直線的にすれば図４（１）に示すように、平面を作り出せ、Ｒバイトを使用して送り運動を曲線的にすれば図４（２）に示すように、曲面を作り出せる。これは開いた三次元切削の場合と同様である。
【００２４】
Ｂ．リフレックスリフレクタの金型の製作例
本発明の凹部の形成方法によれば、工具刃先の形状をそのまま転写することにより、その掃引形状として精度の高い角隅部を作り出すこともできる。
従って、その一例として、連続した一つのツールパスにより、三面を同時に仕上げて製作したリフレックスリフレクタの金型の製作例を以下に説明する。
【００２５】
図５はブロック状の上面が平らな金属体１に閉じた凹部３を一つ形成した直後を示している。この凹部３は互いに直交する三角形状の三面５、７、９が鏡面で構成されており、この三面５、７、９の隣り合う面どうしの稜線部が角隅部１１、１３、１５になっている。
この凹部３は切削工具２１で切削されて形成されている。
【００２６】
切削工具２１の先端部の刃先部には、図６に示すように、すくい面２３が形成されている。すくい面２３は両側に先端部２５からＶ字状に傾斜して延びる主切れ刃稜線部２７、２９が存在する平面になっており、工具の下面には傾斜した稜線部３１を挟んで逃げ面３３、３５が形成されている。
切削工具２１の刃先部の形状は、図７に示す金属体１に形成する凹部３に対応しており、その一部断面図に示すように、主切れ刃稜線部２７、２９の交差する刃先角αは、溝角θ（０）に対応し、主切れ刃稜線部２７の傾斜角βは一方側の面５の傾斜角θ（１）に対応し、主切れ刃稜線部２９の傾斜角γは他方側の面７、９の傾斜角θ（２）に対応している。
【００２７】
図８に示すように、この切削工具２１を金属体１に対して姿勢保持する。この姿勢では、進行方向後側には逃げ角εが形成されている。上記した姿勢で、切削工具２１に矢印に示すような超音波楕円振動を与える。この楕円振動面は切削方向と切り取り厚さの方向を含む面と、切削方向と切れ刃の稜線方向を含む面との間の面になっている。また、楕円振動面は、逃げ面３３、３５が切削済みの新生面から離れる向きを持っている。
【００２８】
上記姿勢を保持したまま、切削工具２１の刃先部の先端部２５を、金属体１内に送り込んで進行させると、主切れ刃稜線部２７、先端部２５、および主切れ刃稜線部２９と連続した輪郭が金属体１に転写される。
図５、図７の矢印に示すツールパスＰは連続したワンパス（一筆書き）可能になっており、切削工具２１をこのツールパスＰに合わせて進行させると、図１０に示すようにワンパス（一筆書き）でこの輪郭の移動軌跡である掃引形状が凹部３として作り出される。
【００２９】
刃先部の先端部２５とそれを挟む主切れ刃稜線部２７、２９の輪郭の移動軌跡によって稜線部が作り出される。この稜線部が凹部３の角隅部１１、１３になる。
主切れ刃稜線部２７はツールパスＰを含む面に存在するように設定されているので、その輪郭の移動軌跡により一つの面５が作り出される。また、主切れ刃稜線部２９はツールパスＰを含む面と交差し、且つツールパスＰが折れ曲がっているので、その輪郭の移動軌跡により、二つの面７、９が作り出され、この二つの面７、９の間の稜線部で角隅部１５が作り出される。
従って、凹部３では、互いに直交する三角形状の三面５、７、９が作り出され、それぞれの稜線が角隅部になっている。作り出された三面５、７、９は鏡面になっており、誤差を生じさせる「磨き」は不要となっている。
【００３０】
なお、上記では、１回の切削で凹部３を製作しているが、回数は限定されない。従って、凹部３を深くしたい場合には、凹部３の深さ方向に少しずつ工具を送り、複数回の切削（複数回のツールパス）で加工しても良い。
また、三面を同時に仕上げなくても、図３（１）に示すように、一面ずつ３回に分けて仕上げてもよく、図３（２）に示すように、二面を仕上げた後、三つ目の面のみを仕上げても良い。
【００３１】
この凹部３を多数並べて製作すると、図１０に示すようなリフレックスリフレクタの金型３７となる。
上記の図１０に示す金型３７は金属体１の平面に直交三面体の再帰反射形状を作り出したものであるが、図１１に示すように切削工具２１の工具姿勢を傾けて矢印に示す方向に進行させることで、自由曲面に作り出すこともできる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、上記実施の形態では、被切削物は、金属体に限定されず、切削できるものであればよく、アモルファス状態のNi系のコーティング層やガラスや、更には、超硬合金やSiCなどのセラミックスも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の方法は、高い精度の角隅度が求められる金型の製造業での実施に特に適している。
【符号の説明】
【００３４】
１…金属体                        ３…凹部
５、７、９…面                  １１、１３、１５…角隅部
２１…切削工具                    ２３…すくい面
２５…先端部                      ２７、２９…主切れ刃稜線部
３１…稜線部                      ３３、３５…逃げ面
α…刃先角                        β、γ…傾斜角
ε…逃げ角
θ（０）…溝角                    θ（１）、θ（２）…傾斜角
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
0006006959.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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