(57)【要約】【課題】この合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具は，バイトを合成樹脂と反応し難い単結晶のコランダムで構成し，バイトの欠損，摩耗を抑制し，耐久性を向上させる。【解決手段】この合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具は，主軸１０に設けられたチャック装置８に把持された合成樹脂製ワーク９を切削加工するＮＣ加工機におけるＸ軸バイト１１及びＹ軸バイト１５に適用でき，バイト１１，１５の少なくとも切削に寄与する刃先が単結晶のコランダムから構成されている。コランダムは，単結晶ルビー及び単結晶サファイヤを含むものである。単結晶のコランダムから成る刃先は，Ｒ形状に高精度に研磨されている。【選択図】　　　　図１
2004136421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸台に回転可能に配置された主軸，及び該主軸に設けられたチャック装置に把持された合成樹脂製ワークを切削加工するバイトを備えた加工機において，前記バイトの少なくとも切削に寄与する刃先が単結晶のコランダムから構成されていることを特徴とする合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具。
【請求項２】
前記単結晶のコランダムは，単結晶ルビー及び単結晶サファイヤを含むものであることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具。
【請求項３】
前記単結晶のコランダムから成る前記刃先は，Ｒ形状に高精度に研磨されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具。
【請求項４】
前記単結晶のコランダムから成る前記バイトは，前記コランダムの最も硬い面が前記バイトのすくい面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具。
【請求項５】
前記加工機は，ＮＣ加工機であって，前記主軸台に設置された前記主軸の軸方向であるＺ軸方向に移動可能なＺ軸テーブル，前記Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸テーブル，前記Ｘ軸テーブルに固定された刃物台とスライドベース，前記刃物台に取り付けられたＸ軸バイト，前記スライドベースに配設されたスライドブロック上で前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に往復移動するスライダ，及び前記スライダに取り付けられたＹ軸バイトを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，例えば，ワークを把持した主軸に対して往復移動するスライダに設けたバイトによって主軸の回転に同期してスライダを高速高加速度で往復移動させてワークを切削加工するＮＣ加工機に適用される合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，旋盤等に使用されるバイトを単結晶ダイヤモンドで作製したものは知られている。該単結晶ダイヤモンドバイトは，ダイヤモンドチップの切削工具の前逃げ面のところに，規則正しい凹凸状の条痕を設け，仕上げ面粗さが０．５μｍから３．５μｍまでの粗さを有するものである。該バイトは，単結晶ダイヤモンドに刃先チップを結合手段を用いてシャンクに取り付け，刃先チップのすくい面及び前逃げ面のところに鏡面仕上げ状に研磨したものである（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
また，切削工具として，高温における断続切削での欠損を低減するとともに，溶着による欠損を防止するための潤滑性を同時に備えたものが知られている。該切削工具は，基材と，基材上に形成されたチタン，クロム及びアルミニウムの二種以上の元素と炭素及び／又は窒素の元素からなる化合物とを含む耐摩耗性被覆と，耐摩耗性被覆上に形成された潤滑油被膜から構成されている（例えば，特許文献２参照）。
【０００４】
また，セラミック部材から成るセラミック加工工具が知られている。該セラミック部材は，アルミナ系相を含有するアルミナ系セラミック材料から構成され，部材外面には２つのエッジ形成面の交差位置に稜線状に現れるエッジ部が形成され，該エッジ部を稜線方向と直交する任意の平面にて切断したときの切り口に現れるエッジ先端部の幅が０．１５ｍｍ以下である尖鋭エッジ部に形成されているエッジ付きセラミック部材である（例えば，特許文献３参照）。
【０００５】
また，切削工具又は工具ビットセグメントとして使用される焼結α−Ａｌ２　Ｏ３　の製造が知られている。該α−Ａｌ２　Ｏ３　を基にした微結晶性物体は，サブミクロン粉末を乾燥させ，プレス圧縮させ，１３００〜１５５０℃の中間焼結温度範囲で衝撃焼結させることによって作られたものである（例えば，特許文献４参照）。
【０００６】
また，光学特性を持つ合成樹脂材として，高屈折率で低比重の材料から成り，光学特性，機械的特性に優れた材料のものが知られている（例えば，特許文献５参照）。
【０００７】
また，合成樹脂材として，比重が小さく軽量で，耐衝撃性に優れた光学的特性，機械的特性を有するものが知られている（例えば，特許文献６参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３８５０６号公報（第１頁，図１）
【特許文献２】
特開２００２−１１３６０４号公報（第１，２頁）
【特許文献３】
特開２００１−１９５３７号公報（第１頁）
【特許文献４】
特開平８−２７７１５９号公報（第１頁）
【特許文献５】
特開平１１−１６７００６号公報（第１頁）
【特許文献６】
特開平１０−２０１０１号公報（第１頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，現在では，ＮＣ加工機では，合成樹脂材料を切削加工する場合に，ワークの任意の曲面を切削加工する最終工程において，形状と面粗さをできるだけ良くするため，切削工具には切り刃の正確なＲ形状と，高い硬度が要求されるため，単結晶ダイヤモンドが使用されている。しかしながら，合成樹脂製ワークを切削加工する場合に，ワークとの硬度差が大きくなる単結晶ダイヤモンド製のバイトで切削加工しているにもかかわらず，刃先の摩耗や欠損が発生し易いのが現状である。この現象は，バイトが高速回転するワークに対して高速高加速度で往復移動する時に，切削加工の地点において，例えば，高温高圧条件下に晒されるため，ダイヤモンドの炭素と合成樹脂との間で化学的反応が発生し，そのためにダイヤモンドが摩耗したり消耗しているものと考えられる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記課題を解決することであり，合成樹脂製のワークを切削加工するに当たって，バイトの組成物を合成樹脂製ワークの組成物と異なった元素から成る材料でバイトを作製し，高速回転する主軸に取り付けられた合成樹脂製ワークを，例えば，高速高加速度で往復移動するバイトで切削加工して切削加工領域が高圧高温になったとしても，バイトがワークの組成物と反応し難いものとし，バイトの欠損を防止し，バイトの耐摩耗性や耐久性を確保することができる合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具を提供することである。
【００１１】
この発明は，主軸台に回転可能に配置された主軸，及び該主軸に設けられたチャック装置に把持された合成樹脂製ワークを切削加工するバイトを備えた加工機において，前記バイトの少なくとも切削に寄与する刃先が単結晶のコランダムから構成されていることを特徴とする合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具に関する。
【００１２】
前記単結晶のコランダムは，単結晶ルビー及び単結晶サファイヤを含むものである。
【００１３】
前記単結晶のコランダムから成る前記刃先は，Ｒ形状に高精度に研磨されているものである。単結晶のコランダム自体は，ダイヤモンドによって容易に研磨でき，コランダムバイトの刃先を，例えば，ダイヤモンドによってＲ形状に加工し易く，バイトの刃先形状の管理がし易いものである。
【００１４】
前記単結晶のコランダムから成る前記バイトは，前記単結晶のコランダムの最も硬い面が前記バイトのすくい面に形成されているものである。
【００１５】
前記加工機は，ＮＣ加工機であって，前記主軸台に設置された前記主軸の軸方向であるＺ軸方向に移動可能なＺ軸テーブル，前記Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸テーブル，前記Ｘ軸テーブルに固定された刃物台とスライドベース，前記刃物台に取り付けられたＸ軸バイト，前記スライドベースに配設されたスライドブロック上で前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に往復移動するスライダ，及び前記スライダに取り付けられたＹ軸バイトを有するものである。
【００１６】
この合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具は，上記のように，少なくともバイトの刃先が単結晶のコランダムで作製されており，単結晶のコランダムがダイヤモンドに次ぐ硬度を有し，融点が２０４５℃と高く，合成樹脂の組成物であるＣ元素を含んでいないので，バイトの刃先がワークの合成樹脂と反応し難く，摩耗，消耗，変質，欠損等が発生し難く，耐久性に富んだバイトを構成することができる。即ち，単結晶のコランダムは，組成がＡｌ２　Ｏ３　が主組成であり，微量のＦｅ３　Ｏ４　を含有するアルミナの安定相のα−Ａｌ２　Ｏ３　であり，Ｃ元素を含んでいないので，例えば，レンズ素材等の合成樹脂との反応が発生し難いものである。また，ルビーはコランダムを酸化クロムで着色したものであり，サファイヤはコランダムを酸化コバルトで着色したものであるので，バイトとしてルビーやサファイヤをコランダムと同様に適用することができる。即ち，コランダム，ルビー，サファイヤは，合成樹脂製ワークの組成物との化学的な反応がし難く，バイトの刃先が合成樹脂との反応によって摩耗して消耗することがなく，バイトが耐久性に富み，バイトの寿命が長くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下，図１を参照して，この発明による合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具の実施例を説明する。この合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具は，合成樹脂製ワークを切削加工する種々のＮＣ加工機等の加工機に適用すると，バイトの耐久性が向上して好ましいものである。
【００１８】
この合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具は，例えば，図１に示すように，ＮＣ加工機におけるＹ軸バイト１５やＸ軸バイト１１として使用できるものである。この合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具は，バイト１１，１５の少なくとも切削に寄与する刃先を単結晶のコランダムから構成したものである。この切削工具は，例えば，主軸台５に回転可能に配置された主軸１０に設けられたチャック装置８に把持された合成樹脂製のワーク９を，特に，高速往復移動するスライダ１３に取り付けられたＹ軸バイト１５によって切削加工する場合に，Ｙ軸バイト１５に適用して少なくとも刃先を単結晶のコランダムで作製することが好ましいものである。勿論，スライダ１３には，１本或いは複数本の取り付けられたＹ軸バイト１５が取り付けられ得るものであり，切削加工するワーク９に応じて本数や刃先形状は適宜に選択できるものである。
【００１９】
この合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具を構成する単結晶のコランダムは，単結晶ルビー及び単結晶サファイヤを含むものである。単結晶のコランダムから成るＸ軸バイト１１やＹ軸バイト１５の刃先は，例えば，Ｒ形状に高精度に研磨されているものである。また，単結晶のコランダムから成るＸ軸バイト１１とＹ軸バイト１５は，単結晶のコランダムの最も硬い面がＸ軸バイト１１やＹ軸バイト１５のすくい面に形成されるように指向されている。
【００２０】
図１に示す加工機は，ＮＣ加工機であって，加工機ベース２に設置されたＺ軸ベース１９とＸ軸ベース１８，Ｚ軸ベース１９に設定され且つ主軸１０の軸方向であるＺ軸方向に移動可能なＺ軸テーブル３，Ｚ軸テーブル３に載置された主軸台５，Ｘ軸ベース１８に設定され且つＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸テーブル４，Ｘ軸テーブル４に固定されたスライドベース１，及びスライドベース１に配設されたスライドブロック１６上でＸ軸方向に直交するＹ軸方向に往復移動するスライダ１３を有している。
【００２１】
また，このＮＣ加工機は，主軸台５に回転可能に配置された主軸１０がスピンドルモータ７で回転駆動され，主軸１０の回転中心に回転中心を位置させ且つワーク９を固定したブロック治具１７がチャック装置８に把持され，Ｚ軸テーブル３がサーボモータ６によって主軸１０の軸方向であるＺ軸方向に往復移動し，Ｘ軸テーブル４がＺ軸方向に直交するＸ軸方向にサーボモータ１４によって往復移動するように構成されている。更に，Ｘ軸テーブル４に設けられた刃物台１２は，主軸１０に対向して各種のＸ軸バイト１１が取り付けられている。スライドベース１には，スライドブロック１６が固定されている。更に，スライドブロック１６には，スライドブロック１６上でＸ軸方向に直交するＹ軸方向に往復移動するＹ軸バイト１５を取り付けたスライダ１３が摺動可能に設けられている。このＮＣ加工機は，主軸１０の回転に同期してスライダ１３を往復移動させる駆動装置を有している。
【００２２】
Ｘ軸テーブル４は，Ｚ軸テーブル３のＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能であり，主軸１０のチャック装置８に取り付けられたワーク９と対向する位置の加工機ベース２上のＸ軸ベース１８に配置されている。スライドベース１には，例えば，長手方向に延びる凹部をそれぞれ備えた一対のスライドブロック部材から成るスライドブロック１６が取り付けられている。主軸１０の回転に同期してＺ軸テーブル３，Ｘ軸テーブル４及びスライダ１３を駆動制御するコントローラ（図示せず）を有している。
【００２３】
スライドブロック１６は，図示していないが，例えば，スライドベース１上にスライドブロック部材の凹部を互いに対向状態に配置し，一方のスライドブロック部材をスライドベース１に形成された係止段部に当接させ，スライドブロック部材の対向面に他方のスライドブロック部材の対向面を当接させてスライドベース１に設けた幅決めブロックで固定することによって組み立ててスライドベース１に固定されている。また，スライダ１３は，リニアモータによって往復駆動される。リニアモータは，電磁コイルと該電磁コイルに対して相対移動する界磁マグネットから構成され，電磁コイルと界磁マグネットとの何れか一方がスライダ１３に組み込まれ，他方がスライドブロック１６に組み込まれている。従って，スライダ１３は，軽量であって慣性力が小さくなる構造を有しているので，スライドベース１上を高速で高加速度にスライドベース１上を往復移動することができる。
【００２４】
コントローラは，主軸１０の回転に同期してリニアモータでスライダ１３を往復移動させてＹ軸バイト１５によってワーク９を予め決められた所定の加工形状に切削加工するように構成されている。また，コントローラは，ワーク９を加工形状に応じて主軸１０の回転とＹ軸方向のＹ軸バイト１５の刃先のデータによって決められたプログラムに従って切削加工する制御を行うように構成されている。また，コントローラは，スライドベース１上で摺動移動するスライダ１３に設けたＹ軸バイト１５によってチャック装置８に把持されたワーク９を所定の加工形状に切削加工されている。
【００２５】
スライドブロック１６には，Ｙ軸方向に延びる軌道レール（図示せず）が設けられ，スライダ１３は軌道レールに沿ってスライドブロック１６上をＹ軸方向にリニアモータによる電磁力等の駆動力によって高速高加速度で往復移動できるように構成されている。例えば，スライダ１３をＹ軸方向に往復移動させる駆動装置は，例えば，本出願人に係る特開２００２−１２６９０７号公報に開示されたリニアモータ（図示せず）が適用でき，リニアモータを構成する界磁マグネットと該界磁マグネットに対して相対移動する電磁コイルから構成され，界磁マグネットと電磁コイルとの何れか一方がスライダ１３に組み込まれ，他方がスライドブロック１６に組み込むことによって適用できる。この場合には，スライドブロック１６には，スライドベース１上に固定されたＸ軸方向に直交するＹ軸方向（Ｚ軸方向と同一方向）に延びるリニアガイドを構成する軌道レールが複数箇所に固定されている。スライダ１３には，スライドガイドが固定されており，スライダ１３は，スライドブロック１６に設けた軌道レールに沿ってスライドガイドをＹ軸方向に往復移動させることによって，スライダ１３は，スライドベース１上を高速高加速度で往復移動できる。スライダ１３の移動範囲において，リニアモータコイルに沿って延びるリニアスケールとリニアスケール検出器が設けられている。従って，スライダ１３のスライドブロック１６に対する移動量は，リニアスケール検出器によって直ちに検出され，その移動量の情報はコントローラにフィードバックされ，次のスライダ１３の移動制御に反映される。
【００２６】
また，このＮＣ加工機は，上記のように構成されており，合成樹脂製ワーク９を切削加工する場合には，例えば，まず，Ｘ軸テーブル４に設けられた刃物台１２に取り付けられた適正なＸ軸バイト１１によって，ブロック治具１７にセットされた合成樹脂製ワーク９の予め決められた所定の加工形状に基づいてワーク９を荒加工し，次いで，Ｘ軸テーブル４上のスライドベース１に対して高速で高加速度で摺動するスライダ１３に取り付けたＹ軸バイト１５によって荒加工されたワーク９を主軸１０の回転に同期してスライダ１３をＹ軸方向に往復移動させてＹ軸バイト１５によってワーク９の所定の加工形状に切削加工する。この時，コントローラは，予め決められた加工指令値に基づいてスライダ１３に設けたＹ軸バイト１５によってワーク９の切削加工を行わせ，その切削加工情報をフィードバックさせ，切削加工情報と加工指令値との差を零に近づける制御をし，ワーク９に対する次の切削加工に活かす学習機能を備えている。また，コントローラは，予め備えている切削能力を考慮してスライダ１３に設けたＹ軸バイト１５によってワーク９の切削加工を行わせる予見機能を備えている。
【００２７】
この発明による切削工具が取り付けられたＮＣ加工機は，上記に実施例では，Ｚ軸テーブル３上に主軸台５が載置され，Ｘ軸テーブル４上にＹ軸バイト１５及び刃物台１２が設けられているが，逆に，Ｘ軸テーブル４上に主軸台が載置され，Ｚ軸テーブル３上にＹ軸バイト及び刃物台が設けられても同等の構成であることは勿論である。また，Ｘ軸テーブル４には，スライドベース１と刃物台２３が設けられているが，その他の磨き加工手段等を搭載することもできることは勿論である。また，上記の実施例では，この発明による切削工具がＸ軸バイト１１とＹ軸バイト１５とに適用された場合を説明しているが，いずれか一方のバイトに適用されてもよいものである。しかしながら，特に，この発明による切削工具は，高速高加速度で往復移動するＹ軸バイト１５に適用されると，効果が大であり，有効であることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
この発明による合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具は，上記のように構成されているので，例えば，Ｘ軸バイトで合成樹脂製のワークを非軸対称非球面形状等の近似面形状に荒加工し，また，Ｙ軸バイトでワークを高速高加速度で所定の加工形状に高精度に切削加工せて短時間にワークの切削加工を達成することができ，バイトの摩耗を最小限に抑えることができる。また，この切削工具を備えたＮＣ加工機は，スライダをリニアモータで構成した場合には，スライダ自体を軽量に構成でき，スライダの慣性力を低減し，スライダを主軸の回転に対応させて追従性，応答性を向上させ，高速高加速度に対応でき，Ｙ軸バイトによるワークの切削加工が高速高加速度で，しかも高精度に切削加工を達成することができ，短時間でワークを切削加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による合成樹脂製ワークの切削加工用の切削工具を用いるＮＣ加工機を説明する概略平面図である。
【符号の説明】
１　　スライドベース
２　　加工機ベース
３　　Ｚ軸テーブル
４　　Ｘ軸テーブル
５　　主軸台
８　　チャック装置
９　　ワーク
１０　主軸
１１　Ｘ軸バイト
１２　刃物台
１３　スライダ
１５　Ｙ軸バイト
１６　スライドブロック
【図１】
2004136421.tif 000003