(57)【要約】【課題】被削材であるガラスの溝切削において、工具の摩滅を抑制して溝幅を安定して得ることのできる回転切削工具を提供することを課題とする。【解決手段】円柱状の工具本体の先端部に半球面を有する回転切削工具であり、前記半球面には、工具回転中心付近から後端へ向かって延在する複数の溝を設け、且つ、前記半球面と前記溝の比率を、半球面のＲ４５度付近で、１：０．５〜２．５としたことを特徴とするガラス加工用回転切削工具である。【選択図】図３
2008056542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の工具本体の先端部に半球面を有する回転切削工具であり、前記半球面には、工具回転中心付近から後端へ向かって延在する複数の溝を設け、且つ、前記半球面と前記溝の比率を、半球面のＲ４５度付近で、１：０．５〜２．５としたことを特徴とするガラス加工用回転切削工具。
【請求項２】
請求項１記載のガラス加工用回転切削工具において、前記複数の溝は、Ｒ１０度から後端へ向かって設けたことを特徴とするガラス加工用回転切削工具。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガラス加工用回転切削工具において、前記半球面部に硬質皮膜を被覆し、前記硬質皮膜の硬さはＨＶ３０ＧＰａ以上であることを特徴とするガラス加工用回転切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ガラスに溝を加工する回転切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスに溝切削加工する方法として、ボールエンドミルやスクエアエンドミルの回転中心軸を加工面に対して傾斜させた状態で加工面に平行に送って加工するものがあり（特許文献１参照）、回転中心軸付近の切れ刃より切削速度の高い部分にて、１μｍ以上の深さの溝を加工するものがあった。
【特許文献１】特開２００５−９６３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載されているエンドミルでは、ガラスなどの脆性材料はとても硬く、刃先の損傷により、工具回転軌跡の減寸（以下、摩滅と言う。）が進行しやすく、溝加工時に所望の溝幅を安定して得ることができなかった。特にスクエアエンドミルは底刃と外周刃で形成される回転軌跡がほぼ直角を成すコーナ部があるため、摩滅が進行しやすく、所望の溝深さを安定して得るのに向かない。
本願発明は以上のような背景を元になされたものであり、被削材であるガラスの損傷を抑制しつつ、工具の摩滅を抑制して長時間に亘って安定した溝幅を得ることのできる工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願発明は、円柱状の工具本体の先端部に半球面を有する回転切削工具であり、前記半球面には、工具回転中心付近から後端へ向かって延在する複数の溝を設け、且つ、前記半球面と前記溝の比率を、半球面のＲ４５度付近で、１：０．５〜２．５としたことを特徴とする。これにより、半球面と溝の壁面で形成される稜線が損傷しても工具の摩滅を抑制でき、長時間に亘って所望の溝幅を得ることができる。また、上記本願発明において、前記複数の溝は、Ｒ１０度の位置から後端へ向かって設けることが好ましく、工具先端に近い位置まで溝を設け、工具先端側を使用する加工にも対応できる。さらに、前記半球面部に硬質皮膜を被覆し、前記硬質皮膜の硬さはＨＶ３０ＧＰａ以上であることが好ましく、半球面の摩滅を抑制して回転軌跡をさらに長時間に亘って維持することができる。
【発明の効果】
【０００５】
以上のように本願発明によれば、被削材であるガラスの溝切削において、工具の摩滅を抑制して溝幅を安定して得ることのできる回転切削工具を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図を用いて本願発明を説明する。図１に示すように、本願発明の工具は、工具本体１の一端に半球面２を有する。図２、図３に示すように、半球面２の最も工具先端側に突出する最先端部３は工具の回転中心上に位置する。半球面２の最先端部３を中心として放射状に複数の溝４を設け、半球面２を工具中心側から外周側へ帯状に設ける。溝４の工具回転方向を向く壁面と半球面２とで稜線５を形成し、稜線５で被削材を切削する。図４に示すように、本願発明は工具回転軸を加工面に対して傾けて使用することで、切削速度が遅い工具先端側を使用せずに切削でき、溝４は必ずしも工具先端まで設ける必要はない。本願発明は、半球面２と溝４の比率をＲ４５度付近で１：０．５〜２．５の範囲に設けたので、稜線５が損傷しても、その後方に回転径の変化しない半球面２が存在するので、工具の回転軌跡の半径の減少である摩滅を抑制でき、長時間に亘って所望の溝幅を得ることができる。ここで、Ｒ４５度とは、工具正面視で、半球面の中心点を通り、且つ、工具回転中心軸と４５度を成す線が、半球面と交わる位置であり、半球面２と溝４の比率とは、工具左側面視で、前記線が半球面と交わる位置における半球面２と溝４の比率を取る。半球面２と溝４の比率が１：０．５より小さいと、半球面２の割合が大きくなり、半球面２が被削材と擦れる距離が大きくなり、摩滅が進行しやすい。また、半球面２と溝４の比率が１：２．５を超えると、半球面２の幅が小さくなり、摩滅を抑制することができない。
【０００７】
次に、本願発明は、溝４をＲ１０度の位置から工具後端へ向かって設けた。Ｒ１０度とは、上記Ｒ４５度と同様に、工具正面視で、半球面の中心点を通り、且つ、工具回転中心軸と１０度を成す線が、半球面２と交わる位置である。これにより、加工時の加工面に対する工具の傾斜角を大きく取ることができ、加工の自由度が高まる。Ｒ１０度の位置より工具先端側まで溝を設けると、工具先端まで十分な半球面の幅を設けることができず、工具の摩滅を抑制できない。
【０００８】
更に、半球面２の工具回転方向の幅は工具先端側から後端に向かうに従って大きく設ける事が好ましい。これは稜線５の切削負荷は部位によって異なり、工具先端部よりも後端側に向かうに従って、一刃送り量に対する切り込み量が大きくなり、且つ、工具径が大きくなって切削速度が大きくなることから、稜線の負荷が大きく、発熱して摩滅が進行しやすくなるため、後端に向かうに従って幅を大きくすることにより、工具の摩滅を抑え、溝幅を長時間に亘って安定して得ることができる。
【０００９】
前記複数の溝が工具回転軸を中心として工具回転方向に均等に配置されていることが好ましく、これにより、各稜線５の１刃送り量を一定にでき、負荷を均等にでき、摩滅を抑制できる。不均等に配置されていると、稜線によっては１刃送り量が大きくなり、切り込み量が大きくなり、被削材のヒビや欠けの原因となりやすい。
【００１０】
本願発明は、図４に示すように、工具を傾斜させた方向（図４左側）へ送りながら加工する場合、工具先端視で反時計周りの方向に工具が回転するとき、稜線５が工具先端から後端に向かうに従って工具回転方向へ向かうように形成することが好ましく、被削材と稜線５の切削開始部にかかる切削力は被削材内部の方向に働き、圧縮作用によって切り屑が生成され、被削材の割れを抑える事ができる。また、工具の送り方向とは反対側に切り屑の排出が行われ、稜線５への切り屑の噛み込みを防止できる。これにより稜線５の損傷を抑制でき、安定して溝幅が得られると共に、被削材の表面粗さを向上できる。
【００１１】
また、半球面２の工具回転中心軸に直角な断面視で、稜線５のすくい角は負である事が好ましい。これにより、被削材側に圧縮力を発生させ、被削材を押し付けるように切り屑が生成されていくことで、加工する溝と被削材の表面の境界部に割れやカケの発生を抑制でき、綺麗な加工面を得ることができる。ガラスは脆性材料であるため、鋭角な刃先で加工を行うと、ガラスの機械特性による脆さが原因で加工面に割れが多く発生してしまう。また、本願発明の工具は半球面に硬さがＨＶ３０ＧＰａ以上の硬質皮膜を被覆することが好ましく、半球面５の摩耗を抑制し、工具の摩滅を抑制できる。また、本願発明において、溝の数は４以上が好ましく、多数の稜線５を設けることで、送り速度を上げ、高能率にガラスの溝加工を行うことができる。溝の長手方向に直交する断面で、溝形状はＵ字状、Ｖ字状、半球状のいずれでも良い。更には、図７に例示するように、工具回転中心付近から後端へ向かって広角に延在する複数の溝を設けても良い。以下、実施例に基づいて、具体的に説明する。
【実施例】
【００１２】
（実施例１）
本発明例１として、超硬合金製の工具を用意し、工具径を０．４ｍｍに設け、半球面２に溝４を６つ、工具先端視で、図３に示すように、工具先端から後端へ工具の最先端を中心として放射状に等間隔に、Ｒ１０度の位置から工具後端へ向かって設けた。溝４と半球面２により稜線５を形成した。稜線５のすくい角は−１０°に設けた。Ｒ４５度の位置の半球面２と溝４の比率を１：２とした。比較例２として、本発明例１と同様の仕様で、隣り合う溝同士で隔てられた半球面に稜線から回転方向に逃げを設け、逃げ角を１０°に設けたものを用意した。
切削テストとして、被削材に長さ７０ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚み１．７ｍｍの石英ガラスを用い、図４に示すように、工具の回転中心軸を被削材の加工面に対して４５°傾けて工作機械のチャックに回転可能に把持した。工具の回転数は２００００ｍｉｎ−１、１刃送り量は６ｎｍ、送り速度は０．２４ｍｍ／ｍｉｎ、加工面に垂直方向の切り込み量は０．０２ｍｍで、工具の傾き方向（図４では左側）へ工具を送って加工する。加工する溝形状は最大溝幅が０．１７４ｍｍ、最大深さが０．０２ｍｍである。また加工に際し、冷却のため被削材を水中に沈めた状態で加工を行った。本テストでは溝幅０．１６５ｍｍ未満、溝深さ０．０１５ｍｍ未満に達した時、加工を中止した。また、切削距離２０ｍｍ毎の工具の最大摩滅量を測定した。
ここで、最大摩滅量とは、工具の回転軸を含む断面視で切れ刃が成す回転軌跡において、加工前の半球状の回転軌跡から、加工後の回転軌跡までの加工前の回転軌跡の半径方向の減寸量であり、半球面の回転軌跡の摩滅のうち、最大の箇所を記録した。
【００１３】
結果として、図５に示すように、工具の送りによって半球面に被削材との擦過痕が若干生じたが、ガラス切削加工は切り込み量が極小であるため、半球面の摩耗はそれほど進行せず、本発明例１の最大摩滅量は切削長２００ｍｍ時点において５．６μｍと良好であり、最大溝幅０．１６８ｍｍ、最大溝深さ０．０１６ｍｍと溝幅、溝深さ共に長時間維持できた。また、溝の底面の平均面粗さＲａは０．０７８μｍと良好であり、溝を平坦に設けることができた。一方、比較例２は、図６に示すように、２００ｍｍ切削した段階で、最大摩滅量は１０．２μｍと、７μｍを超え、溝幅が維持できなかった。これは、半球面に逃げを設けたため、切れ刃の機械的強度が不足し、切れ刃の摩耗と共に工具の回転軌跡が減寸したと考えられる。また、溝底の平均面粗さＲａは０．１μｍを超え、切れ刃の損傷により溝底が平坦に得られなかった。結果より、本願発明は摩滅の進行を抑え、所望の溝加工が可能であることが分かった。
【００１４】
（実施例２）
本発明例３〜５、比較例６として、本発明例１と同様の仕様で、Ｒ４５度で半球面と溝の比率を１：０．５〜３に設けたものを用いて実施例１と同様のテストを実施した。工具の仕様と切削テストの結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
2008056542.tif 000003
【００１６】
表１より、本発明例３〜５は２００ｍ切削時、最大摩滅量が７μｍ以下であり、摩滅の進行を抑制できた。これは、半球面の幅を十分に設けることで、摩耗を抑制し、工具の回転軌跡を維持することができたためと考えられる。この結果から、Ｒ４５度で半球面と溝の比率を１：０．５〜２．５とすることで、摩滅の進行を抑え工具寿命を大幅に長くすることができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明例の正面図である。
【図２】図２は、図１の拡大図である。
【図３】図３は、図２の左側面図である。
【図４】図４は、本願発明の加工状態を表す説明図である。
【図５】図５は、本発明例１の最大摩滅量の変化を示す。
【図６】図６は、比較例２の最大摩滅量の変化を示す。
【図７】図７は、本願発明の他の実施形態の左側面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  工具本体
２  半球面
３  最先端部
４  溝
５  稜線
６  被削材
【図１】
2008056542.tif 000004
【図２】
2008056542.tif 000005
【図３】
2008056542.tif 000006
【図４】
2008056542.tif 000007
【図５】
2008056542.tif 000008
【図６】
2008056542.tif 000009
【図７】
2008056542.tif 000010