(57)【要約】【課題】  長い切れ刃を設けるために３ヶ以上のダイヤモンドチップからなる切削刃であっても、ダイヤモンドチップを接合した際の位置精度が高く、高精度な切れ刃を形成することができる切削刃を提案する。【解決手段】  切れ刃を形成した３ヶ以上のダイヤモンドチップ４を固定台座２の一端に設け、それぞれのダイヤモンドチップ４ａ、４ｂ、４ｃに形成された切れ刃７は一直線上に形成し、ダイヤモンドチップ４の底面５ｆと内側面５ｃ、５ｄとの境界およびダイヤモンドチップ４の底面５ｆと背面５ｅとの境界に面取り面６ａ、６ｂ、６ｃを形成し、ダイヤモンドチップ４の底面５ｆと固定台座２とをロー材８により固定した切削刃とする。面取り面６ａ、６ｂ、６ｃの大きさは５０〜１５０μｍとし、ダイヤモンドチップ４同士の境界部には微小な隙間を有し、微小な隙間にはロー材を有さず、微小な隙間の大きさは２〜１５μｍとするのが好ましい。【選択図】      図２
2008093772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定台座の一端に単結晶のダイヤモンドチップが設けられ、前記ダイヤモンドチップの一端側に直線切れ刃を形成した単結晶ダイヤモンド切削刃であって、
前記ダイヤモンドチップは３ヶ以上のダイヤモンドチップからなり、前記それぞれのダイヤモンドチップに形成された切れ刃は一直線上に形成されており、
前記ダイヤモンドチップの底面と内側面との境界および前記ダイヤモンドチップの底面と背面との境界に面取り面が形成され、
前記ダイヤモンドチップの底面と固定台座とがロー材により固定されていることを特徴とする単結晶ダイヤモンド切削刃。
【請求項２】
前記面取り面の大きさは、５０〜１５０μｍ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切削刃。
【請求項３】
前記ダイヤモンドチップ同士の境界部には微小な隙間を有し、前記微小な隙間にはロー材を有さない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切削刃。
【請求項４】
前記微小な隙間の大きさは、２〜１５μｍであることを特徴とする請求項３に記載の単結晶ダイヤモンド切削刃。
【請求項５】
前記それぞれのダイヤモンドチップに形成された切れ刃の長さは、ダイヤモンドチップにより異なることを特徴とする請求項３または４に記載の単結晶ダイヤモンド切削刃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種材料の超精密切削加工を行う工具に取り付けるダイヤモンド切削刃に関するものであり、特に作用する切れ刃の長さを長くするために複数の単結晶ダイヤモンドチップに切れ刃が形成され、この切れ刃を連続的に形成することで１つの切れ刃とした単結晶ダイヤモンド切削刃に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超精密切削加工を行う工具として、例えば光ファイバーや棒状レンズなどの光伝送体の光伝送面の加工を行う工具があり、この工具の本体に取り付ける切削刃として図４に示すようなものがある。この切削刃は、固定台座１２に単結晶のダイヤモンドチップ１４を設け、ダイヤモンドチップ１４に切れ刃１７を形成したもので、ダイヤモンドチップ１４の一端に直線状の切れ刃１７を有しており、フライス方式で被加工物の切削を行う工具や、切削刃１１と被加工物とを相対的に移動させるカンナ方式で切削を行う工具などに使用されている。また、切削加工を効率的に行うために、切れ刃１７はできるだけ長いものが要求され、上記工具の具体的な例として１１ｍｍ以下の切れ刃のものが用いられるものがある。
【０００３】
このように長い切れ刃を形成するためには、必然的に大きなダイヤモンド原石が必要となるが、価格や供給量の問題から、大きいダイヤモンド原石を大量に入手するのは容易ではない。そのため、図５に示すような１つの固定台座２２に２ヶあるいは３ヶ以上のダイヤモンドチップ２４を設け、それぞれのダイヤモンドチップ２４ａ、２４ｂに形成された切れ刃２７ａ、２７ｂが一直線上にある切削刃２１を用いることが提案されている。この切削刃２１では、未切削領域をできるだけ小さくするため、隣り合うダイヤモンドチップ２４ａおよび２４ｂの間隔はできるだけ小さいことが好ましく、５０μｍ以下とすることが好ましく、１０μｍ以下とすることが特に好ましいものとされている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５１４号公報（段落番号０００２、００２７、００２８、００２９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ミクロンオーダーの精度が必要とされる超精密切削加工工具の場合、特許文献１に記載された切削刃のうち３ヶ以上のダイヤモンチップを設けたものでは、それぞれのチップを固定台座に接合する場合に精度良く接合するのが容易でなく、それぞれのチップの接合精度が悪くなり、超精密切削加工用工具として要求される高精度な工具にするのが困難になる恐れがある。チップの接合精度が悪くなる大きな理由の一つとして、以下のようなことが考えられる。
【０００６】
ダイヤモンドチップを固定台座に接合するには、一般的にロー材を使ったロー付けが行われる。ロー付けを行う場合、予めダイヤモンドチップと固定台座との間にロー材を設けておき、高温下でロー材を溶かし、その後冷却することでダイヤモンドチップが接合される。この冷却した際にロー材の収縮が起こりダイヤモンドチップに応力がかかるため、ダイヤモンドチップの位置が僅かにずれ、その際にダイヤモンドチップ同士が接触して位置精度が悪化しやすい。
【０００７】
また、ダイヤモンドチップ同士の隙間にロー材が流れ込んだ場合、そのロー材が冷却されると上記と同様に応力がかかり、ダイヤモンドチップの位置がずれるため、さらに位置精度が悪化することになる。このようなことから、３ヶ以上のダイヤモンドチップを設けた切削刃の場合、両端のダイヤモンドチップに比べて間に挟まれたダイヤモンドチップの位置が非常にずれやすく、位置精度が悪化しやすい。従って、ダイヤモンドチップの間隔も正確に制御できず、高精度な切れ刃を形成することが困難になる恐れがある。以上のことから、本発明は３ヶ以上のダイヤモンドチップからなる切削刃であっても、ダイヤモンドチップを接合した際の位置精度が高く、高精度な切れ刃を形成することができる切削刃を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃の第１の特徴は、固定台座の一端に単結晶のダイヤモンドチップが設けられ、前記ダイヤモンドチップの一端側に直線切れ刃を形成した単結晶ダイヤモンド切削刃であって、
前記ダイヤモンドチップは３ヶ以上のダイヤモンドチップからなり、前記それぞれのダイヤモンドチップに形成された切れ刃は一直線上に形成されており、
前記ダイヤモンドチップの底面と内側面との境界および前記ダイヤモンドチップの底面と背面との境界に面取り面が形成され、
前記ダイヤモンドチップの底面と固定台座とがロー材により固定されていることである。なお、本願でダイヤモンドチップの内側面とは、ダイヤモンドチップを並べて接合した際のダイヤモンドチップ同士が対向するそれぞれの面のことを言う。
【０００９】
上記のように固定台座に３ヶ以上のダイヤモンドチップを並べて固定し、それらのダイヤモンドチップに一直線上に切れ刃を形成すれば、ダイヤモンドチップ１ヶの大きさが小さくても長い切れ刃を形成することができ、大きなダイヤモンドの原石を必要としない。そして、ダイヤモンドチップの底面と内側面との境界およびダイヤモンドチップの底面と背面との境界に面取り面を設けておけば、ダイヤモンドチップの底面と固定台座とをロー付けする際に、ロー材がダイヤモンドチップの内側面や背面に流れていくことがなく、ごく一部のロー材が面取り面に流れ出た状態で止めることができるので、ダイヤモンドチップの位置精度を悪化させる恐れが非常に少なくなる。
【００１０】
第２の特徴は、前記面取り面の大きさは、５０〜１５０であることである。なお、本願で面取り面の大きさとは、図３（ｃ）に示すように、面取り面を形成するために除去した部分の内側面および底面の面方向の大きさ（図のＸ寸法）を言う。
【００１１】
面取り面の大きさを５０μｍ以上とするのは、ロー材が内側面や背面に流れていくのを確実に止めるために必要な大きさであり、１５０μｍ以下とするのはこれ以上大きくてもロー材が内側面や背面に流れていくのを止める効果が向上しないばかりか、底面の面積が小さくなるため底面と固定台座との接合面積が小さくなり、接合力が低下するためである。
【００１２】
第３の特徴は、前記ダイヤモンドチップ同士の境界部には微小な隙間を有し、前記微小な隙間にはロー材を有さないことである。
【００１３】
ダイヤモンドチップ同士の境界部に微小な隙間を有しておれば、ロー材が冷却されて収縮しダイヤモンドチップに応力がかかって僅かに移動してもダイヤモンドチップ同士が接触することが防止され、ダイヤモンドチップの位置精度が悪化することがない。また、微小な隙間にロー材がないことで、側面からダイヤモンドチップにかかる応力をなくすことができるので、ダイヤモンドチップの位置精度が悪化するのをより防止することができる。
【００１４】
第４の特徴は、前記微小な隙間の大きさは、２〜１５μｍであることである。
【００１５】
２μｍ以上とするのは、ダイヤモンドチップの底面と固定台座とがロー付けされた時にダイヤモンドチップにかかる応力で位置が僅かにずれてもダイヤモンドチップ同士が接触するのを防止するためであり、１５μｍ以下とするのは、未切削領域をできるだけ小さくし、３ヶ以上のダイヤモンドチップに形成された切れ刃が一つの切れ刃として有効に作用させるためである。
【００１６】
第５の特徴は、前記それぞれのダイヤモンドチップに形成された切れ刃の長さは、ダイヤモンドチップにより異なることである。
【００１７】
それぞれのダイヤモンドチップに形成された切れ刃の長さを異なるものとするのは、切れ刃長さが同じ場合に切れ刃長さと送り量が整数倍であると、ダイヤモンドチップ間の１つの微小な隙間が被加工面上を通り、その後切れ刃が送られた時に別の微小な隙間が同じ軌跡を通ることになるため、１つめの微小な隙間が通った部分に発生した切り残しが除去できなくなるためであり、それぞれのダイヤモンドチップに形成された切れ刃の長さが異なれば、いずれかの切れ刃長さと送り量が整数倍であっても、１つめの微小な隙間により発生した切り残しはその後切れ刃が送られた時に別の微小な隙間がその部分を通ることなく切れ刃により除去されるので、切り残しは発生しない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の構成の単結晶ダイヤモンド切削刃とすることで、供給量を確保するのが困難な大きいダイヤモンド原石を必要とせず、ロー付けされたダイヤモンドチップの位置精度が高く、高精度な切れ刃を形成することができる。また、ダイヤモンドチップ間の微小な隙間による切り残しも発生しないので、超精密切削加工を行うのに適した工具とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃に用いるダイヤモンドチップおよび固定台座を図１（ａ）（ｂ）に、ダイヤモンドチップを固定台座に取り付けた単結晶ダイヤモンド切削刃を図２に示す。また、単結晶ダイヤモンド切削刃を正面から見た図を図３（ａ）、側面から見た図を図３（ｂ）、図３（ａ）のＡ部の例を拡大した図を図３（ｃ）および（ｄ）に示す。ダイヤモンドチップ４は、図１（ａ）に示す形状のものが、単結晶ダイヤモンド材料からレーザなどにより所定の大きさに切断され、各面が形成される。逃げ面５ａやすくい面５ｂはダイヤモンドチップ４の結晶方向に合わせてその方向が決められており、すくい面５ｂと交差する方向に逃げ面５ａが設けられて、両者の面の交差部には切れ刃７が形成される。すくい面５ｂと対向する側には底面５ｆが設けられ、この面が固定台座２と接合される面になる。また、逃げ面５ａと対向する側には背面５ｅが設けられる。すくい面５ｂや逃げ面５ａと交差する方向には、第１の側面５ｃや第２の側面５ｄが設けられ、これらの側面と底面５ｆとの境界部には面取り面６ａや６ｂが設けられる。また、背面５ｅと底面５ｆとの境界部にも面取り面６ｃが設けられる。なお、図１（ａ）では第１の側面５ｃや第２の側面５ｄと背面５ｅとの境界部に傾斜面５ｇを設けているが、この傾斜面５ｇは必ずしも必要ではなく、傾斜面５ｇを設けた場合には、傾斜面５ｇと底面５ｆとの境界部にも面取り面を形成することが好ましい。
【００２０】
固定台座２は、図１（ｂ）に示す形状のものが使われ、超硬合金などの材料から加工される。この固定台座２の一端には、起立面３ａと座面３ｂとからなる切欠部３が設けられており、他端側には工具本体に取り付けるための取付孔２ａが設けられている。
【００２１】
これらのダイヤモンドチップ４と固定台座２は、図２に示すように、固定台座２の切欠部３に３ヶ以上のダイヤモンドチップ４がロー付けにより接合される。この接合は、図３に示すようにダイヤモンドチップ４の底面５ｆと固定台座２の座面３ｂとがロー付けにより接合される。このロー付けは、例えばペースト状のロー材をダイヤモンドチップ４の底面５ｆに塗布して固定台座２の座面３ｂ上に載置し、押さえ治具でダイヤモンドチップ４を仮固定した状態で真空炉に入れて、ロー付けを行う。この例では、ダイヤモンドチップ４ａの第２の側面５ｄ、ダイヤモンドチップ４ｂの第１の側面５ｃおよび第２の側面５ｄ、ダイヤモンドチップ４ｃの第１の側面５ｃの４つの側面が内側面となる。
【００２２】
ロー付けを行った際、ダイヤモンド４には面取り面６ａ、６ｂ、６ｃが設けられているので、ロー材８は側面５ｃ、５ｄや背面５ｅに流れていくのが防止され、図３（ｃ）に示すように底面５ｆの全面と面取り面６ａ、６ｂ、６ｃの一部に付着した状態になる。なお、ロー材の流れ方によっては、図３（ｄ）に示すように固定台座２上の隣り合うチップの境界部にロー材が流れて繋がることもあるが、この場合でも面取り面６ａ、６ｂがあることで側面５ｃおよび５ｄに流れることが防止される。また、それぞれのダイヤモンドチップ４ａ、４ｂ、４ｃの間には微小な隙間が形成されており、上記のようなことから、それぞれのダイヤモンドチップ４ａ、４ｂ、４ｃの内側面にはロー材が流れていないので、相互にロー付けされてはいない。従って、これらの微小な隙間にもロー材を有しておらず、この微小な隙間の大きさＷ１、Ｗ２は、２〜１５μｍになっている。また、面取り面６ａ、６ｂ、６ｃの大きさＸは、５０〜１５０μｍになっている。なお、この例では、面取り面６ａ、６ｂ、６ｃは、底面５ｆに対して４５°としているが、必ずしも４５°にする必要はなく、ロー材が側面５ｃ、５ｄに流れるのを防止する観点からは、３０〜６０°とするのが好ましい。
【実施例１】
【００２３】
本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃の効果を確認するため、図２に示すような３ヶのダイヤモンドチップを有する単結晶ダイヤモンド切削刃を製作して、切れ刃の精度を測定した。まず、ダイヤモンドチップ４として、厚み２ｍｍの単結晶ダイヤモンド材料をレーザーにより切断し、切れ刃７の方向の大きさが約４．１ｍｍ、切れ刃７と直角方向の大きさが約３．１ｍｍになるように切断した。その後、各面をダイヤモンド砥石により研削して形状を整え、各側面、背面、底面、すくい面をスカイフ盤により研磨仕上げを行った。３ヶのダイヤモンドチップ４ａ、４ｂ、４ｃの切れ刃方向の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ０．１ｍｍずつ長さが異なるように寸法を調整しながら各側面５ｃおよび５ｄの加工を行った。さらに、本発明品は各側面５ｃおよび５ｄと底面５ｆとの境界および背面５ｅと底面５ｆとの境界に５０μｍの大きさの面取り面６ａ、６ｂおよび６ｃを形成した。また、従来品は面取り面６ａ、６ｂおよび６ｃを設けないものとした。
【００２４】
以上のように加工したダイヤモンドチップ４の底面５ｆにペーストロー材を塗布し、超硬合金製の固定台座２の切欠部３に載置した。その後、ダイヤモンドチップ４の位置を調整しながら押さえ治具でダイヤモンドチップ４を仮固定し、真空炉に入れてロー付けを行った。
【００２５】
ロー付けを完了したこれらの切削刃を確認した結果、本発明品はダイヤモンドチップ４同士の微小な隙間にはロー材が流れ込んでおらず、微小な隙間の大きさＷは６〜７μｍとなっていて、ほぼロー付け前に調整した位置にダイヤモンドチップ４が固定されていた。これに対し、面取り面を設けていない従来品では、ダイヤモンドチップ４同士の間にロー材が流れ込んで隙間はロー材で埋まっていた。しかも中央のダイヤモンドチップ４ｂは少し向きが変わっており、ダイヤモンドチップ４同士の間のロー材の厚みが一定でなく、この厚みは１０〜３５μｍとばらつきがあった。
【実施例２】
【００２６】
実施例１で製作した単結晶ダイヤモンド切削刃の逃げ面を研削および研磨加工し、切れ刃７を形成した。この時、従来品は中央のダイヤモンドチップ４ｂの位置ずれが酷かったため、逃げ面を形成するための研削量が多くなって、切れ刃７と直角方向のダイヤモンドチップ４の長さが約０．１ｍｍほど短くなってしまった。その後、これらの切削刃をフライスカッタの工具本体に取り付けて、１０ｍｍ幅のアクリル板の切削加工を行った。その結果、本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃を使ったものでは未切削領域が非常に小さく切り残しはほとんど発生しなかったのに対し、従来の単結晶ダイヤモンド切削刃を使ったものでは未切削領域が大きく発生し、切削抵抗が本発明のものより約２０％大きくなり、加工面の表面あらさが本発明のものより悪くなる傾向が見られた。
【００２７】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示されると考慮されるべきである。また、図面については本発明の特徴をわかりやすくするために特徴部分を強調したものであり、これについても制限されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃は、樹脂材料、アルミニウム合金、レンズなどの各種材料をフライス方式やカンナ方式により鏡面加工を行う工具に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃に用いるダイヤモンドチップの例で、（ｂ）は本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃に用いる固定台座の例を示す図である。
【図２】本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃の例を示す図である。
【図３】本発明の単結晶ダイヤモンド切削刃の例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｄ）は（ａ）のＡ部拡大図の別の例である。
【図４】従来の単結晶ダイヤモンド切削刃の例を示す図である。
【図５】従来の単結晶ダイヤモンド切削刃の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、１１、２１  単結晶ダイヤモンド切削刃
２、１２、２２  固定台座
２ａ、１２ａ、２２ａ  固定台座の取付部
３    切欠部
３ａ  切欠部の起立面
３ｂ  切欠部の座面
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、１４、２４、２４ａ、２４ｂ  ダイヤモンドチップ
５ａ  逃げ面
５ｂ  すくい面
５ｃ  第１の側面
５ｄ  第２の側面
５ｅ  背面
５ｆ  底面
５ｇ  傾斜面
６ａ、６ｂ、６ｃ  面取り面
７、１７、２７ａ、２７ｂ  切れ刃
８    ロー材
Ｗ    微小な隙間の大きさ
Ｘ    面取り面の大きさ
【図１】
2008093772.tif 000003
【図２】
2008093772.tif 000004
【図３】
2008093772.tif 000005
【図４】
2008093772.tif 000006
【図５】
2008093772.tif 000007