(57)【要約】      （修正有）【課題】微細な溝を形成できるエンドミルを提供する。【解決手段】一端をチャックに把持されて所定の回転軸について回転するシャンク２１０と、シャンク２１０の他端に装着されてシャンク２１０と共に回転する刃体２４０とを備えたエンドミル１７０であって、刃体２４０は、回転軸に直交する平面上の断面積がシャンク２１０から遠ざかるほどより小さい形状を有し、さらに回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状の切刃２４２を有する。また、切刃２４２の線方向に隣接した底刃を設けてもよい。刃体２４０は、例えば、錐体の側面の一部となる形状を有し逃げ面を含む逃げ面側表面と、逃げ面側表面に２箇所で隣接したすくい面を含むすくい面側表面と、逃げ面側表面およびすくい面側表面が接する箇所の一方に形成された直線状の切刃２４２とを有する。【選択図】図２
2007160469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を主軸に把持されて所定の回転軸について回転するシャンクと、前記シャンクの他端に接合されて前記シャンクと共に回転する刃体とを備えたエンドミルであって、
前記刃体は、前記回転軸に直交する平面上の断面積が前記シャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有し、さらに前記刃体は、前記回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状の切刃を有する、エンドミル。
【請求項２】
前記刃体が、前記切刃の線方向に隣接する底刃を有する請求項１に記載のエンドミル。
【請求項３】
前記底刃が、前記切刃に対して直角に形成され、前記回転軸よりも一方の側に偏して配される請求項２に記載のエンドミル。
【請求項４】
前記底刃が、前記切刃に近いほど突出して斜めに配される請求項２に記載のエンドミル。
【請求項５】
前記刃体が、
錐体の側面の一部となる形状を有し逃げ面を含む逃げ面側表面、および、
前記逃げ面側表面に二箇所で隣接したすくい面を含むすくい面側表面
を有し、
前記切刃は、前記逃げ面側表面および前記すくい面側表面が接する前記二箇所の一方に形成される請求項１に記載のエンドミル。
【請求項６】
前記錐体の中心軸と、前記シャンクの回転軸とが交差する請求項５に記載のエンドミル。
【請求項７】
前記錐体が円錐体であり、前記すくい面側表面が前記円錐体の中心軸と平行である請求項５または請求項６に記載のエンドミル。
【請求項８】
前記すくい面側表面が、円錐面または円筒面の一部をなす請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のエンドミル。
【請求項９】
前記すくい面側表面が、円錐形または円筒形の研磨面を有する工具により、平坦面を研磨して形成される請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載のエンドミル。
【請求項１０】
前記シャンクの前記他端が前記回転軸に対して傾斜した端面および前記端面に対して直角に形成された装着穴を有し、前記刃体が、一端を前記装着穴に挿入されたチップの他端に支持された請求項１に記載されたエンドミル。
【請求項１１】
前記装着穴が、前記回転軸に対して傾斜した前記端面を形成した後に、前記端面に対して直角に工具を貫入させて形成した直穴である請求項１０に記載のエンドミル。
【請求項１２】
前記シャンクは、側面から前記装着穴に直交して形成されたネジ穴を有し、
前記チップが、前記ネジ穴に螺入されたネジにより固定された請求項１１に記載のエンドミル。
【請求項１３】
前記チップが、前記刃体の底面全体と接合される接合面を有する請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載のエンドミル。
【請求項１４】
前記チップの前記刃体に対する接合面が、前記刃体の前記すくい面側表面の一部に接合される接合面を有する請求項１０からは請求項１３までのいずれか１項に記載のエンドミル。
【請求項１５】
シャンクと、長手方向の中心軸が前記シャンクの回転軸に対して傾斜した状態で前記シャンクの一端に装着された刃体またはチップとを備えたエンドミルを製造する方法であって、
前記シャンクの前記一端を加工して、前記中心軸が前記回転軸に対してなす傾斜角の余角に相当する傾斜角を前記回転軸に対して有する傾斜端面を形成する工程と、
前記傾斜端面に対して直角に工具を貫入させて、刃体またはチップを挿入する装着穴を形成する工程と、
前記チップまたは前記刃体の切刃とは反対側の端部を前記装着穴に挿入した状態で固定する工程と
を備えるエンドミルの製造方法。
【請求項１６】
内面にネジ山が切られたネジ穴を前記装着穴に直交して前記シャンクに形成する工程と、
前記装着穴に挿入された前記刃体または前記チップを、前記ネジ穴に螺入されたネジにより前記装着穴の内面に押し付けて固定する工程と
を更に備える請求項１５に記載のエンドミルの製造方法。
【請求項１７】
回転する主軸を支持する主軸頭と、前記主軸に把持されて所定の回転軸について回転するエンドミルとを備えるミリング装置であって、
前記エンドミルが、
一端を前記主軸に把持されるシャンクと、
前記回転軸に直交する平面上の断面積が前記シャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有し、さらに前記回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状の切刃を有し、前記シャンクの他端に接合されて前記シャンクと共に回転する刃体と、
を有するミリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドミルとその製造方法に関する。より詳細には、ミリングマシン等の主軸に装着されて、ワークに微細な溝加工する場合に用いるエンドミルとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オプトエレクトロニクス機器においては、回折格子、マイクロレンズアレイをはじめとする微細な構造を有する光学部品が用いられる。この種の部品では、光源の短波長化、機器の小型化といった技術動向に従って一段と微細な構造を形成することが求められる。また、基板上に形成された光導波路を組み合わせた光集積回路の実用化も進められている。
【０００３】
一方、バイオチップ、マイクロ注射針アレイ、ケミカル・マイクロ・リアクタ等、医療およびバイオケミカル等の分野においても、微量の試料を扱うための構造を有する器具が用いられる。この種の器具も、より高い精度と滑らかな仕上がりを有する微細な構造が求められる。
【０００４】
このような微細な構造を有する製品の全体の大きさは、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度である。それに対して、構造物の形状精度および表面粗さについては、サブミクロン〜数十μｍ程度の精度が要求される。μｍオーダの微細な形状を加工する方法としては、半導体製造技術を応用したリソグラフィー技術が知られている。ただし、この種の技術における成形方法は化学反応を利用するので、加工深さの制御性、エッジ等のディテール成形の制御性が低い。
【０００５】
また、化学的な加工方法では、製品が完成するまでの手順が多く、各工程にも一定の時間がかかる。さらに、特定の化学反応を利用するので、加工対象となる材料にも制約がある。このため、化学的な加工方法で、例えば、光導波路の材料であるニオブ酸リチウム、赤外光学系で用いられるゲルマニウム製レンズなどを成形するのは困難である。
【０００６】
上記化学的な加工方法の他に、下記特許文献１には、微細な機械加工ができる高精度な工作機械が開示されている。これにより、加工工具の位置をμｍオーダで制御することができる。また、下記特許文献２には、上記工作機械に装着して微細加工ができるエンドミルの構造が開示されている。これにより、ダイヤモンドチップを有する工具で微細構造を形成することができる。更に、特許文献３には、他の構造を有する微細加工用エンドミルが開示されている。これにより、金属等の硬度の高い材料に対しても微細な構造を形成できる。
【特許文献１】特開２００２−２８３１７４号公報
【特許文献２】特開２００４−１４８４７１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４５０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載されたエンドミルの加工対象は樹脂材料なので、エンドミルの切刃部の抗折強度が低い。よって、このエンドミルを用いて、例えば金型となるような金属材料を加工すると、容易に折損するという課題がある。
【０００８】
また、特許文献３に記載されているエンドミルは、その結晶配向性が指定されるという構造上の制約がある。例えば、被加工材に溝を形成した場合は、開口側が開いたＶ字型断面の溝を形成することは容易である一方、エンドミルの回転軸に対して平行な加工面を形成することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、一端を主軸に把持されて所定の回転軸について回転するシャンクと、前記シャンクの他端に接合されて前記シャンクと共に回転する刃体とを備えたエンドミルであって、前記刃体は、前記回転軸に直交する平面上の断面積が前記シャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有し、さらに前記刃体は、前記回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状の切刃を有するエンドミルが提供される。このエンドミルは、回転軸と平行な切刃を有するので、加工対象の表面に直角な側壁を有する角溝を加工できる。また、刃体が、シャンクに近づくほど大きな断面積を有するので、加工中の切刃から受けた反力が刃体全体に分散され、特定の部位に応力集中が生じることを防ぐことができる。従って、折損に対する高い強度を有して、金型材料等、硬度の高い材料も加工できる。
【００１０】
また、上記エンドミルにおいて、刃体が、切刃の線方向に隣接する底刃を有してもよい。これにより、加工対象の表面から、エンドミルを効率よく貫入させることができる。
【００１１】
上記エンドミルにおいて、前記底刃が、前記切刃に対して直角に形成され、前記回転軸よりも一方の側に偏して配されてもよい。これにより、底刃の各部における加工量が小さく、耐久性の高い底刃により加工されるので、形成された溝、穴等の底面が平滑に仕上げられる。
【００１２】
上記エンドミルにおいて、前記底刃が、前記切刃に近いほど突出して斜めに配されてもよい。これにより、底刃先端における加工量が増し、高速な加工ができる。また、切刃を回転軸に寄せることができるので、より加工幅の狭いエンドミルを形成できる。
【００１３】
上記エンドミルにおいて、前記刃体が、錐体の側面の一部となる形状を有し逃げ面を含む逃げ面側表面、および、前記逃げ面側表面に二箇所で隣接したすくい面を含むすくい面側表面を有し、前記切刃は、前記逃げ面側表面および前記すくい面側表面が接する前記二箇所の一方に形成されてもよい。これにより、切刃を支持する刃体が、断面形状を連続的に変化させる形状を有し、加工するときに切刃が受ける反力を切刃全体に立体的に分散させるので、切刃特定の部位に応力集中が生じることが防ぐことができる。
【００１４】
上記エンドミルにおいて、錐体の中心軸とシャンクの回転軸とが交差してもよい。これにより、錐体の側面上に形成された切刃を、シャンクの回転軸と平行に配置することができる。
【００１５】
上記エンドミルにおいて、シャンクの回転軸の延長線は、刃体の先端において、底刃よりも逃げ面側表面に寄った位置を通過していてもよい。これにより、切刃が高速に回転して加工速度が向上されると共に、加工面の仕上がりが平滑になる。
【００１６】
上記エンドミルにおいて、錐体は円錐体であり、すくい面側表面は円錐体の中心軸と平行であってもよい。これにより、研磨加工により容易に刃体を形成できる。
【００１７】
上記エンドミルにおいて、すくい面側表面は、円錐面または円筒面の一部をなしてもよい。これにより、回転研磨工具により、精度の高いすくい面側表面を形成することができる。
【００１８】
上記エンドミルにおいて、すくい面側表面が、円錐形または円筒形の研磨面を有する工具により、平坦面を研磨して形成されてもよい。これにより、切刃を鋭利に仕上げることができる。
【００１９】
上記エンドミルにおいて、シャンクの他端が回転軸に対して傾斜した端面および端面に対して直角に形成された装着穴を有し、刃体が、一端を装着穴に挿入されたチップの他端に支持されていてもよい。これにより、チップから先を交換できるエンドミルが形成されるので、経済的に使用できる。
【００２０】
上記エンドミルにおいて、装着穴が、回転軸に対して傾斜した端面を形成した後に、端面に対して直角に工具を貫入させて形成した直穴であってもよい。これにより、装着穴が精度よく形成されるので、そこに装着されたチップおよび刃体の位置精度も向上される。
【００２１】
上記エンドミルにおいて、前記シャンクは、側面から前記装着穴に直交して形成されたネジ穴を有し、前記チップが、前記ネジ穴に螺入されたネジにより固定されてもよい。これにより、チップおよび刃体の装着および交換が容易になる。
【００２２】
上記エンドミルにおいて、チップが、刃体の底面全体と接合される接合面を有してもよい。これにより、刃体を広い面積で支持、固定できるので、エンドミルとしての耐久性が向上される。
【００２３】
上記エンドミルにおいて、チップの刃体に対する接合面が、刃体のすくい面側表面の一部に接合される接合面を有してもよい。これにより、刃体を広い面積で支持、固定できる。また、刃体の一部にチップを添えることにより、刃体の実用上の抗折強度を向上させることができる。
【００２４】
更に、本発明の第２の形態として、シャンクと、長手方向の中心軸がシャンクの回転軸に対して傾斜した状態でシャンクの一端に装着された刃体またはチップとを備えたエンドミルを製造する方法であって、シャンクの一端を加工して、中心軸が回転軸に対してなす傾斜角の余角に相当する傾斜角を回転軸に対して有する傾斜端面を形成する工程と、傾斜端面に対して直角に工具を貫入させて、刃体またはチップを挿入する装着穴を形成する工程と、チップまたは刃体の切刃とは反対側の端部を装着穴に挿入した状態で固定する工程とを備えるエンドミルの製造方法が提供される。これにより、装着穴を形成する工具が貫入するときにぶれることがないので、シャンクの回転軸に対して適切な角度を有する装着穴を精度よく形成できる。また、この装着穴に挿入されたチップまたは刃体により、切刃は確実に適切な角度でシャンクに保持される。
【００２５】
また、上記エンドミルの製造方法は、内面にネジ山が切られたネジ穴を装着穴に直交してシャンクに形成する工程と、装着穴に挿入された刃体またはチップを、ネジ穴に螺入されたネジにより装着穴の内面に押し付けて固定する工程とを更に備えてもよい。これにより、簡単な操作により刃体またはチップを確実に固定できる。また、ネジを緩めることにより切刃の位置を再調整し、また、劣化した切刃を容易に交換できる。
【００２６】
さらに、本発明の第３の形態として、回転する主軸を支持する主軸頭と、主軸に把持されて所定の回転軸について回転するエンドミルとを備えるミリング装置であって、そのエンドミルが、一端を主軸に把持されるシャンクと、回転軸に直交する平面上の断面積がシャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有し、さらに回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状の切刃を有し、シャンクの他端に接合されてシャンクと共に回転する刃体とを有するミリング装置が提供される。これにより、上記特徴を有するエンドミルの切刃を用いて、金型材料等の硬度の高い材料に、機械加工により微細構造を形成できる。よって、例えば、光導波路、マイクロリアクタ等の量産に適した金型を、迅速且つ容易に作製できる。
【００２７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２９】
図１は、微細加工に使用できるミリング装置１０全体の形状を示す斜視図である。同図に示すように、このミリング装置１０は、台座１１０上に順次積層された移動テーブル１２０および加工テーブル１３０と、台座１１０の後方に直立する支持柱１４０と、支持柱１４０の前面に支持された主軸頭１５０とを備える。
【００３０】
台座１１０の上面には、図中に矢印Ｙで示す前後方向に延在する一対の案内溝１１２が形成されている。また、移動テーブル１２０の下面には、図上には見えない突起が形成されており、案内溝１１２に嵌合している。従って、移動テーブル１２０は、前後方向に移動できる。
【００３１】
また、移動テーブル１２０の上面には、図中に矢印Ｘで示す、台座１１０の幅方向に延在する一対の案内溝１２２が形成されている。加工テーブル１３０の下面には、図上には見えない突起が形成されており、案内溝１２２に嵌合している。従って、加工テーブル１３０は、左右方向に移動できる。
【００３２】
これら移動テーブル１２０および加工テーブル１３０の各移動を組み合わせることにより、一定の範囲で、加工テーブル１３０を任意の位置に移動できる。なお、図示を省略したが、台座１１０および移動テーブル１２０の間、移動テーブル１２０および加工テーブル１３０の間には、それぞれ、移動テーブル１２０または加工テーブル１３０の移動量を制御すると共に、不要な移動を制限する送りネジが装着されている。また、精密な加工を目的としたミリング装置１０では、各送りネジのバックラッシュを除くために、移動テーブル１２０または加工テーブル１３０を一定の方向に付勢する手段が設けられている。
【００３３】
一方、支持柱１４０の前面にも、図中に矢印Ｚで示す、上下方向に延在する一対の案内溝１４２が形成されている。また、主軸頭１５０の背面には、図上には見えない突起が形成されており、案内溝１４２に嵌合している。従って、主軸頭１５０は、支持柱１４０に沿って、昇降方向に移動できる。なお、これも図示を省略したが、支持柱１４０および主軸頭１５０の間には、主軸頭１５０の移動量を制御すると共に、不要な移動を制限する送りネジが装着されている。また、この送りネジのバックラッシュを除くために、主軸頭１５０を一定の方向に付勢する手段も設けられている。
【００３４】
また、主軸頭１５０は前方に延在しており、その前端近傍において、チャック１６０を備えた主軸を、加工テーブル１３０に向かって垂下している。チャック１６０は、図示されない駆動手段により、鉛直な回転軸について、主軸と共に回転駆動される。更に、チャック１６０は、エンドミル１７０を把持することができ、把持されたエンドミル１７０はチャック１６０と共に回転する。
【００３５】
上記ミリング装置１０において、加工の対象となる被加工材１８０は、加工テーブル１３０の上面に、図示されない固定手段により固定される。主軸頭１５０は、チャック１６０に把持したエンドミル１７０を回転させながら被加工材１８０に向かって降下し、やがて、エンドミル１７０の下端を被加工材１８０に貫入させる。更に、この状態で加工テーブル１３０または移動テーブル１２０を移動させることにより、被加工材１８０の上面には所望の形状の穴または溝が形成される。また更に、これらの移動テーブル１２０および加工テーブル１３０の移動に加えて主軸頭１５０を僅かに昇降させることにより、被加工材１８０に形成される溝の深さを変化させることもできる。なお、これらの操作は、移動テーブル１２０および加工テーブル１３０の移動および主軸頭１５０の昇降を数値制御化して自動化することもできる。
【００３６】
図２は、ミリング装置１０に装着して使用するエンドミル１７０を単独で倒立させて、その先端（図１では下端）付近を概観する斜視図である。同図に示すように、このエンドミル１７０は、図２における下端でミリング装置１０のチャック１６０に把持されるシャンク２１０と、シャンク２１０の端面２１６に装着されたチップ２３０と、チップ２３０の先端に接合された刃体２４０とを備える。また、後述するような方法でチップ２３０をシャンク２１０に対して固定するネジ２２０も備える。なお、チップ２３０は、シャンク２１０の内部まで延在しており、この延在部分は、シャンク２１０に形成された装着穴２１２に挿入されている。
【００３７】
図３は、図２に示したエンドミル１７０を単独で倒立させてシャンク２１０の中心軸を垂直に立てた状態で、ネジ２２０の螺入方向からエンドミル１７０を見た側面図である。同図に示すように、刃体２４０は、シャンク２１０の端面２１６上に、シャンク２１０の回転軸ＳＲに対して図上で右側に寄った位置に装着されている。また、刃体２４０は、先端に近づくほど細いテーパ状の外形を有している。ただし、側面図である図３上では、刃体２４０は三角形に見えている。
【００３８】
図４は、図３において点線Ａで囲んだエンドミル１７０の先端部を拡大して示す図である。同図に示すように、このエンドミル１７０において、刃体２４０の端部の一方は、シャンク２１０の回転軸ＣＲと平行に配置されて切刃２４２を形成する。このため、図上で二等辺三角形に見える刃体２４０の中心線ＣＣは、鉛直線Ｖに対して角度αの傾斜角で傾斜する。また、刃体２４０の中心線ＣＣは、端面２１６に対して直角に装着される。このため、シャンク２１０の端面２１６は、水平面Ｈに対して傾斜角αをもって傾斜する。なお、この図では、切刃２４２はシャンク２１０の回転軸ＣＲと一致して見えるが、両者の間には僅かな間隔がある。
【００３９】
図５は、図４において点線Ｂで囲んだ刃体２４０の先端付近を拡大して示す図である。同図に示すように、刃体２４０の一辺である切刃２４２は、シャンク２１０の回転軸ＣＲに対して距離Ｄをおいて平行に配置される。また、刃体２４０の上端には、切刃２４２に隣接して底刃２４４としての水平端が形成される。従って、点線で示すように刃体２４０の全体形状を二等辺三角形と見做したときの中心線ＣＣは、シャンク２１０の回転軸ＣＲと交差する。また、エンドミル１７０が回転軸ＣＲについて回転したとき、切刃２４２は、距離Ｄを半径とする円（円筒）を描く。従って、エンドミル１７０の先端を被加工材に当接させて押圧することにより、底刃２４４が被加工材に貫入する。
【００４０】
なお、底刃２４４は、回転軸ＣＲよりも一方の側（図中では左側）に偏って配され、回転軸ＣＲ上には底刃２４４はない。これにより、エンドミル１７０の回転において底刃２４４全体が加工に関与するので、底刃２４４の各部における加工量が少なくなり、底刃２４４の耐久性が高くなると共に被加工材の加工面の性状も良好になる。
【００４１】
図６は、上記のエンドミル１７０を、図４に矢印Ｅで示すように、刃体２４０の先端側から見た様子を示す図である。同図に示すように、刃体２４０およびチップ２３０の上端部近傍は、いずれも円錐形の一部と同じ形状を有しており、それぞれ、円錐の中心軸上の切断面された半円の水平断面を有する半円錐形をなしている。刃体２４０においては、この円錐の側面と切断面との交差する線上に切刃２４２が形成される。
【００４２】
また、このエンドミル１７０は、回転軸ＣＲを軸にして図中に示す矢印Ｒの方向に回転する。従って、切刃２４２に対して、前記円錐の切断面がすくい面側表面をなす。また、同円錐の側面に相当する表面が、切刃２４２に対する切刃逃げ面２４１を含む逃げ面側表面をなす。従って、刃体２４０の先端が被加工材に貫入した状態でエンドミル１７０が側方に移動すると、切刃２４２が移動方向に対して前方の被加工材を切削する。
【００４３】
上記のようなエンドミル１７０を用いることにより、幅が数十μｍ程度の微細な角溝を、比較的簡単な設備で加工できる。また、このエンドミル１７０の刃体２４０は高い強度を有するので、樹脂、ガラス等の機能材料の他、銅、ニッケル等の金型材料を加工することもできる。従って、微細構造を有する光導波路、マイクロリアクタ等を生産するための角溝を有する金型を製造することもできる。
【００４４】
図７は、エンドミル１７０の刃体２４０が被加工材３０に貫入したときの状態を模式的に示す図である。同図に示すように、被加工材３０の被加工面３１０から先端を貫入させた刃体２４０において、底刃２４４は、被加工材３０に貫入しつつ、底面３１４を形成する。また、切刃２４２は、側壁３１２を形成する。従って、この加工により形成される一対の側壁３１２の間隔は、エンドミル１７０の回転軸ＣＲと切刃２４２との間隔Ｄの２倍になる。これにより、エンドミル１７０は、被加工材３０の上面からみてドーナツ状で底面が平らな溝を形成する。
【００４５】
図８は、エンドミル１７０により形成できる角溝の形状を示す図である。図７に示したように刃体２４０の先端を貫入させた状態で被加工材３０を移動させることにより、被加工材３０に、底面３１４および一対の側壁３１２を有する角溝が形成される。このとき、図７に示した断面図からも明らかなように、角溝の底面３１４は被加工面３１０に対して平行である。また、角溝の側壁３１２は、いずれも被加工面３１０に対して直角である。
【００４６】
なお、このエンドミル１７０により作成する加工物が金型である場合は、成形品を抜くことができるように開口側がわずかに開くような角溝を形成する。従って、その場合は切刃２４２も僅かに傾斜して形成される。
【００４７】
図９は、刃体２４０の製作過程の実施形態の一例を示す図である。同図に示すように、刃体２４０の材料として、中心線ＣＣの回りに形成された、円形の底面２４８を有する円錐形の刃材４０が用いられる。このような刃材４０は、ダイヤモンド、窒化ボロン、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、タングステンカーバイド等の丸棒を適切な長さに切断した上で、回転研磨することにより作製できる。なお、これらの材料は極めて高い硬度を有し、金属を含む硬質材の加工に使用できる。
【００４８】
図１０は、刃体２４０の製作過程の次工程における刃材４０の形状を示す図である。同図に示すように、当初円錐形であった刃材４０には、その底面２４８が半円形となるように、中心線ＣＣを含む平面が形成される。この平面は、研磨加工により形成することができる。これにより、円錐形の側面の端部に、最終的に切刃２４２となる稜線が形成される。また、残された円錐形の側面の一部は、切刃２４２に対して切刃逃げ面２４１となる。
【００４９】
なお、この実施形態では、すくい面となる面を回転軸に平行な平面としたが、この面を曲面にしてもよいし、円錐形の底面に向かうほど回転軸よりも側面側に寄った傾斜面にしてもよい。例えば、上記曲面を形成する場合に、円筒形の研磨面を有する工具を用い、切刃２４２となる稜線と研磨工具の回転軸とを平行にして研磨することにより、より鋭利な切刃２４２を形成することができる。また、円錐形の研磨面を有する研磨工具を用い、刃材４０の中心軸ＣＣと研磨工具の回転軸とを平行にして研磨することにより、鋭利な切刃２４２を有しながら対称形の刃体２４０を形成することもできる。
【００５０】
図１１は、図１０に示した刃材４０に更に次の工程を施して作製された刃体２４０の形状を示す斜視図である。同図に示すように、図１０に示した刃材４０に対して、刃体２４０は、その先端に底刃２４４と、底刃逃げ面２４６となる平面とが形成されている。この底刃逃げ面２４６となる平面は、刃材４０の先端を平坦な研磨面を有する研磨工具で研磨加工することにより形成される。
【００５１】
図１２と、図１１中に示す矢印Ｑの側から刃体２４０を見た側面図であり、特に、刃体２４０における底刃逃げ面２４６の配置を示す。同図に示すように、底刃逃げ面２４６は、一端を底刃２４４とし、逃げ角βで傾斜して形成されている。これにより、底刃２４４を被加工材３０に貫入させて加工することができる。
【００５２】
図１３は、図１１中に示す矢印Ｐの側から刃体２４０を見た側面図である。なお、この図においては、切刃２４２が鉛直になるように描かれている。同図に示すように、この刃体２４０においては、切刃２４２が鉛直に配置されたときに、図中に水平線Ｈで示す通りに水平になるように底刃２４４が形成されている。従って、切刃２４２および底刃２４４は、互いに直角をなす。これにより、底面３１４および側壁３１２が互いに直角な角溝を加工することができる。
【００５３】
図１４は、同図に示すように、刃体２４０における底刃２４４の他の配置を示す図である。同図に示すように、この形態において、底刃２４４は、切刃２４２対して直角よりも小さな角度を挟み、水平線Ｈに対して角度γを有する。すなわち、底刃２４４は、切刃２４２に近いほどより先端側に突出して斜めに形成されている。これにより、底刃２４４の先端において加工量が大きくなるので、被加工材３０に対してエンドミル１７０が貫入する場合の加工速度が高くなる。また、加工に関与するのは底刃２４４における切刃２４２側の先端部なので、エンドミル１７０の回転軸ＣＲの延長線が、底刃２４４の一端と他端の間を通るように配置するこができる。従って、切刃２４２および回転軸ＣＲの間隔Ｄを一段と狭くして、細幅の溝を加工できる。
【００５４】
図１５は、刃体２４０をチップ２３０に接合して形成された複合体２７０を、刃体２４０に対して図１１における矢印Ｑの側から見て示す側面図である。同図に示すように、チップ２３０の先端近傍には、水平な接合面２３１および垂直な接合面２３３が形成されている。また、刃体２４０は、その底面２４８を接合面２３１に、そのすくい面側表面の一部を接合面２３３に、例えばロウ付けによりそれぞれ接合されている。これにより、広い面積で接合されるので十分な接合強度が得られる。また、垂直な接合面２３３を形成するチップ２３０の延長部２３２が刃体２４０に側方から添えられるので、刃体２４０の抗折強度が補われる。
【００５５】
以上のような形状と構造を有する刃体２４０およびチップ２３０の複合体２７０において、刃体２４０は、その水平断面形状が全体に連続的に変化する形状を有するので、加工のときに切刃２４２および底刃２４４が受ける反力を立体的に全体に分散させ、特定の部位に応力集中が生じることを防ぐことができる。従って、刃体２４０の実用上の抗折強度が高くなる。
【００５６】
図１６は、上記のような刃体２４０およびチップ２３０の複合体２７０を装着するシャンク２１０の製造過程における端面２１６近傍の形状を示す側面図である。同図に示すように、シャンク２１０の製造において、当初は水平な端面を有する丸棒の端部に、傾斜角αを有する傾斜した端面２１６を形成する。なお、参考のために、図１６には、後に複合体２７０を装着したときの刃体２４０の方向を、図１１に示した矢印Ｑにより示す。
【００５７】
図１７は、次の製造過程におけるシャンク２１０に対する穴開け加工を示す図である。同図に示すように、傾斜した端面２１６に対して直角に工具を貫入させることにより、シャンク２１０の端部に装着穴２１２が形成される。端面２１６は、前述の通り、傾斜角αで傾斜しているので、装着穴２１２は水平面に対して、傾斜角αと余角をなす角度で傾斜して形成される。なお、この穴開け加工において、穴開け工具は端面２１６に対して直角に当接して貫入する。従って、加工位置および加工角度がぶれることがなく、装着穴２１２は正確に形成される。
【００５８】
図１８は、更に次の製造過程におけるシャンク２１０に対するネジ穴２１４の穴開け加工を示す図である。同図に示すように、ネジ穴２１４は、ネジ山を切られた雌ネジ２１３と、ここに螺入されるネジ２２０の頭部を密着させる座ぐり２１１とを複合した形状を有する。また、雌ねじ２１３は、装着穴２１２に対して直角に形成されている。従って、複合体２７０を装着穴２１２に挿入した状態でネジ２２０を螺入すると、複合体２７０は装着穴２１２の内壁に直角に押し付けられるので、複合体２７０の長手方向に装着位置が変移することがない。また、装着穴２１２および複合体２７０はいずれも円形の断面形状を有する。従って、双方の径が相互に異なっていても、複合体２７０が装着穴２１２の内壁に押し付けられることにより、複合体２７０の装着角度は装着穴２１２の傾斜角度に自動的に整合される。更に、ネジ２２０を緩めることにより、複合体２７０を容易に交換できる。
【００５９】
図１９は、エンドミル１７０の他の実施形態を、刃体２５０の先端形状で示す図であり、図４において点線Ｂで囲んだ刃体２４０の先端付近に対応して描かれている。同図に示すように、刃体２５０の一辺である直線状の切刃２５２は、シャンク２１０の回転軸ＣＲに対して距離Ｄをおいて平行に配置される。また、刃体２５０の上端には、一端を切刃２５２に隣接した１／４円弧の形をなす底刃２５４が形成される。ここで、底刃２５４の他端は、回転軸ＣＲとの交差点まで続いている。この終点において、底刃２５４に対する接線は水平になる。
【００６０】
上記のような刃体２５０を備えたエンドミル１７０が回転軸ＣＲについて回転したとき、切刃２５２は、距離Ｄを半径とする円（円筒）を描く。また、エンドミル１７０の先端を被加工材に当接させて押圧することにより、底刃２５４が被加工材に貫入する。更に、円弧状の底刃２５４が回転して被加工材に穴または溝を形成するので、穴または溝の底面は半円形の断面形状をなす。このような形状の底刃２５４は、内面が半球面状の研磨面を有して研磨面の中心を軸として回転する回転研磨工具、周面に半円形断面の溝を有する円板状回転工具等を用いて、図１０に示した刃材４０の先端を研磨して作製できる。
【００６１】
図２０は、エンドミル１７０の刃体２５０が被加工材３１に貫入したときの状態を模式的に示す図である。同図に示すように、被加工材３１の被加工面３１０から先端を貫入させた刃体２５０において、底刃２５４は、被加工材３１に貫入しつつ、半円形の断面形状を有する底面３１４を形成する。また、切刃２５２は、被加工材３１の加工面に直角な側壁３１２を形成する。なお、この図は模式的な図なので、底刃２５４の先端は回転軸ＣＲで終わっているが、溝の底面を平滑に仕上げるためには、底刃２５４が回転軸ＣＲを越えるまで延長されていることが好ましい。また、その場合、底刃２５４の形状は、円の１／４よりも大きな円弧をなす。
【００６２】
図２１は、図１９に示した刃体２５０を有するエンドミル１７０により形成される溝の形状を示す図である。図２０に示したように刃体２５０の先端を貫入させた状態で被加工材３１を移動させると、被加工材３１には、底面３１４および一対の側壁３１２を有する溝が形成される。このとき、図２０に示した断面図からも明らかなように、角溝の底面３１４は、半円形の断面形状を有する。また、溝の側壁３１２は、いずれも被加工面３１０に対して直角である。
【００６３】
なお、このエンドミル１７０により作成する加工物が金型である場合は、成形品を抜くことができるように開口側がわずかに開くような溝を形成する。従って、その場合は切刃２５２も僅かに傾斜して形成される。
【００６４】
以上、本実施形態によれば、回転軸と平行な切刃２４２、２５４を有するので、加工対象の表面に直角な側壁を有する角溝を加工できる。また、刃体２４０、２５０が、シャンク２１０に近づくほど大きな断面積を有すると共に、その断面積の変化が連続的なので、加工中の切刃２４２から受けた反力が刃体２４０、２５０全体に分散され、特定の部位に応力集中が生じない。従って、折損に対する高い強度を有して、金型材料等、硬度の高い材料も加工できる。
【００６５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。また、上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。更に、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】エンドミル１７０を装着して加工に用いるミリング装置１０の概形を示す図である。
【図２】刃体２４０を装着したエンドミル１７０の先端近傍のレイアウトを示す斜視図である。
【図３】図２に示したエンドミル１７０の側面図である。
【図４】エンドミル１７０の先端を拡大して示す図である。
【図５】刃体２４０の先端を拡大して示す図である。
【図６】エンドミル１７０を刃体２４０の先端側から見た様子を示す図である。
【図７】刃体２４０の被加工材３０に対する当接状態を模式的に示す図である。
【図８】エンドミル１７０により形成される角溝の形状を示す図である。
【図９】刃体２４０の製作過程における刃材４０の形状を示す図である。
【図１０】刃体２４０の製作過程の次工程における刃材４０の形状を示す図である。
【図１１】刃体２４０となった刃材４０の形状を示す図である。
【図１２】刃体２４０の底刃２４４に対する底刃逃げ面２４６の形状を示す図である。
【図１３】刃体２４０における底刃２４４の配置を示す図である。
【図１４】刃体２４０における底刃２４４の他の配置を示す図である。
【図１５】刃体２４０にチップ２３０を装着した状態を示す図である。
【図１６】シャンク２１０の製造過程における端面２１６の形態を示す図である。
【図１７】シャンク２１０の製造過程における装着穴２１２の形態を示す図である。
【図１８】シャンク２１０の製造過程におけるネジ穴２１４の形態を示す図である。
【図１９】エンドミル１７０の他の実施形態を、刃体２５０の先端形状で示す図である。
【図２０】刃体２４０が被加工材３１に貫入した状態を模式的に示す図である。
【図２１】エンドミル１７０により形成される溝の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  ミリング装置、３０、３１  被加工材、４０  刃材、１１０  台座、１１２、１２２、１４２  案内溝、１２０  移動テーブル、１３０  加工テーブル、１４０  支持柱、１５０  主軸頭、１６０  チャック、１７０  エンドミル、１８０  被加工材、２１０  シャンク、２１１  座ぐり、２１２  装着穴、２１３  雌ネジ、２１４  ネジ穴、２１６  端面、２２０  ネジ、２３０  チップ、２３１、２３３  接合面、２３２  延長部、２４０、２５０  刃体、２４１、２５１  切刃逃げ面、２４２、２５２  切刃、２４４、２５４  底刃、２４６  底刃逃げ面、２４８  底面、２７０  複合体、３１０  被加工面、３１２、３１３  側壁、３１４、３１５  底面
【図１】
2007160469.tif 000003
【図２】
2007160469.tif 000004
【図３】
2007160469.tif 000005
【図４】
2007160469.tif 000006
【図５】
2007160469.tif 000007
【図６】
2007160469.tif 000008
【図７】
2007160469.tif 000009
【図８】
2007160469.tif 000010
【図９】
2007160469.tif 000011
【図１０】
2007160469.tif 000012
【図１１】
2007160469.tif 000013
【図１２】
2007160469.tif 000014
【図１３】
2007160469.tif 000015
【図１４】
2007160469.tif 000016
【図１５】
2007160469.tif 000017
【図１６】
2007160469.tif 000018
【図１７】
2007160469.tif 000019
【図１８】
2007160469.tif 000020
【図１９】
2007160469.tif 000021
【図２０】
2007160469.tif 000022
【図２１】
2007160469.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月8日(2006.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を主軸に把持されて所定の回転軸について回転するシャンクと、
前記シャンクの他端に接合されて前記シャンクと共に回転する刃体とを備えたエンドミルであって、
前記刃体は、円錐体の側面の一部となる形状を有する逃げ面を含む逃げ面側表面と、
前記円錐体の中心軸と平行であるすくい面を含むすくい面側表面と、
前記逃げ面側表面と前記すくい面側表面とが接する二箇所の一方に形成された直線状の切刃と、を有し、
前記刃体は、前記回転軸に直交する平面上の断面積が前記シャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有し、
前記切刃は、前記回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状をなす、エンドミル。
【請求項２】
前記刃体が、前記切刃の線方向に隣接する底刃を有する請求項１に記載のエンドミル。
【請求項３】
前記底刃が、前記切刃に対して直角に形成され、前記回転軸よりも一方の側に偏して配される請求項２に記載のエンドミル。
【請求項４】
前記底刃が、前記切刃に近いほど突出して斜めに配される請求項２に記載のエンドミル。
【請求項５】
前記円錐体の中心軸と、前記シャンクの回転軸とが交差する請求項１から４までのいずれかに記載のエンドミル。
【請求項６】
前記すくい面側表面が、円錐面または円筒面の一部をなす請求項１から５までのいずれかに記載のエンドミル。
【請求項７】
前記すくい面側表面が、円錐形または円筒形の研磨面を有する工具により、平坦面を研磨して形成される請求項１から６までのいずれか１項に記載のエンドミル。
【請求項８】
前記シャンクの前記他端が前記回転軸に対して傾斜した端面および前記端面に対して直角に形成された装着穴を有し、前記刃体が、一端を前記装着穴に挿入されたチップの他端に支持された請求項１に記載のエンドミル。
【請求項９】
前記装着穴が、前記回転軸に対して傾斜した前記端面を形成した後に、前記端面に対して直角に工具を貫入させて形成した直穴である請求項８に記載のエンドミル。
【請求項１０】
前記シャンクは、側面から前記装着穴に直交して形成されたネジ穴を有し、
前記チップが、前記ネジ穴に螺入されたネジにより固定された請求項９に記載のエンドミル。
【請求項１１】
前記チップが、前記刃体の底面全体と接合される接合面を有する請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載のエンドミル。
【請求項１２】
前記チップの前記刃体に対する接合面が、前記刃体の前記すくい面側表面の一部に接合される接合面を有する請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載のエンドミル。
【請求項１３】
一端を主軸に把持されて所定の回転軸について回転するシャンクと、前記シャンクの他端に接合されて前記シャンクと共に回転する刃体とを備えたエンドミルを製造する方法であって、
前記刃体に、円錐体の側面の一部となる形状を有する逃げ面を含む逃げ面側表面と、前記円錐体の中心軸と平行であるすくい面側表面と、前記逃げ面側表面と前記すくい面側表面とが接する二箇所の一方に形成された直線状の切刃と、を形成する工程と、
前記刃体を、前記回転軸に直交する平面上の断面積が前記シャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有するように、かつ、前記切刃が前記回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状をなすように、前記刃体を支持すべきチップの一端に接合する工程と、
前記シャンクの前記他端を加工して、前記回転軸に対して所定の傾斜角で傾斜した傾斜端面を形成する工程と、
前記傾斜端面に対して直角に工具を貫入させて、前記回転軸に対して前記傾斜角の余角に相当する角度で前記チップを挿入する装着穴を形成する工程と、
前記チップを前記装着穴に挿入した状態で固定する工程と
を備えるエンドミルの製造方法。
【請求項１４】
内面にネジ山が切られたネジ穴を前記装着穴に直交して前記シャンクに形成する工程と、
前記装着穴に挿入された前記チップを、前記ネジ穴に螺入されたネジにより前記装着穴の内面に押し付けて固定する工程と
を更に備える請求項１３に記載のエンドミルの製造方法。
【請求項１５】
回転する主軸を支持する主軸頭と、前記主軸に把持されて所定の回転軸について回転するエンドミルとを備えるミリング装置であって、
前記エンドミルが、
一端を前記主軸に把持されるシャンクと、
前記シャンクの他端に接合されて前記シャンクと共に回転する刃体と、
を有し、
前記刃体は、円錐体の側面の一部となる形状を有する逃げ面を含む逃げ面側表面と、前記円錐体の中心軸と平行であるすくい面側表面と、前記逃げ面側表面と前記すくい面側表面とが接する二箇所の一方に形成された直線状の切刃を有し、
前記刃体は、前記回転軸に直交する平面上の断面積が前記シャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有し、
前記切刃は、前記回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状をなす、ミリング装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明の第１の形態として、一端を主軸に把持されて所定の回転軸について回転するシャンクと、前記シャンクの他端に接合されて前記シャンクと共に回転する刃体とを備えたエンドミルであって、前記刃体は、円錐体の側面の一部となる形状を有する逃げ面を含む逃げ面側表面と、前記円錐体の中心軸と平行であるすくい面側表面と、前記逃げ面側表面と前記すくい面側表面とが接する二箇所の一方に形成された直線状の切刃と、を有し、前記刃体は、前記回転軸に直交する平面上の断面積が前記シャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有し、前記切刃は、前記回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状をなすエンドミルが提供される。このエンドミルは、回転軸と平行な切刃を有するので、加工対象の表面に直角な側壁を有する角溝を加工できる。また、刃体が、シャンクに近づくほど大きな断面積を有するので、加工中の切刃から受けた反力が刃体全体に分散され、特定の部位に応力集中が生じることを防ぐことができる。従って、折損に対する高い強度を有して、金型材料等、硬度の高い材料も加工できる。また、上記エンドミルにおいて、前記刃体が、円錐体の側面の一部となる形状を有する逃げ面を含む逃げ面側表面と、前記円錐体の中心軸と平行であるすくい面を含むすくい面側表面と、前記逃げ面側表面と前記すくい面側表面とが接する二箇所の一方に形成された直線状の切刃と、を有することにより、切刃を支持する刃体が、断面形状を連続的に変化させる形状を有し、加工するときに切刃が受ける反力を切刃全体に立体的に分散させるので、切刃特定の部位に応力集中が生じることが防ぐことができる。さらに、すくい面側表面が円錐体の中心軸と平行であることにより、研磨加工により容易に刃体を形成できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記エンドミルにおいて、円錐体の中心軸とシャンクの回転軸とが交差してもよい。これにより、円錐体の側面上に形成された切刃を、シャンクの回転軸と平行に配置することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
更に、本発明の第２の形態として、一端を主軸に把持されて所定の回転軸について回転するシャンクと、シャンクの他端に接合されてシャンクと共に回転する刃体とを備えたエンドミルを製造する方法であって、刃体に、円錐体の側面の一部となる形状を有する逃げ面を含む逃げ面側表面と、円錐体の中心軸と平行であるすくい面側表面と、逃げ面側表面とすくい面側表面とが接する二箇所の一方に形成された直線状の切刃と、を形成する工程と、刃体を、回転軸に直交する平面上の断面積がシャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有するように、かつ、切刃が回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状をなすように、刃体を支持すべきチップの一端に接合する工程と、シャンクの他端を加工して、回転軸に対して所定の傾斜角で傾斜した傾斜端面を形成する工程と、傾斜端面に対して直角に工具を貫入させて、回転軸に対して傾斜角の余角に相当する角度でチップを挿入する装着穴を形成する工程と直角に工具を貫入させて、チップを挿入する装着穴を形成する工程と、チップを装着穴に挿入した状態で固定する工程とを備えるエンドミルの製造方法が提供される。これにより、装着穴を形成する工具が貫入するときにぶれることがないので、シャンクの回転軸に対して適切な角度を有する装着穴を精度よく形成できる。また、この装着穴に挿入されたチップまたは刃体により、切刃は確実に適切な角度でシャンクに保持される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、上記エンドミルの製造方法は、内面にネジ山が切られたネジ穴を装着穴に直交してシャンクに形成する工程と、装着穴に挿入されたチップを、ネジ穴に螺入されたネジにより装着穴の内面に押し付けて固定する工程とを更に備えてもよい。これにより、簡単な操作によりチップを確実に固定できる。また、ネジを緩めることにより切刃の位置を再調整し、また、劣化した切刃を容易に交換できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
さらに、本発明の第３の形態として、回転する主軸を支持する主軸頭と、主軸に把持されて所定の回転軸について回転するエンドミルとを備えるミリング装置であって、そのエンドミルが、一端を主軸に把持されるシャンクと、シャンクの他端に接合されてシャンクと共に回転する刃体と、を有し、刃体は、円錐体の側面の一部となる形状を有する逃げ面を含む逃げ面側表面と、円錐体の中心軸と平行であるすくい面側表面と、逃げ面側表面とすくい面側表面とが接する二箇所の一方に形成された直線状の切刃を有し、刃体は、前記回転軸に直交する平面上の断面積が前記シャンクから遠ざかるほどより小さい形状を有し、切刃は、前記回転軸に対して一定の距離をおいて平行な直線状をなすミリング装置が提供される。これにより、上記特徴を有するエンドミルの切刃を用いて、金型材料等の硬度の高い材料に、機械加工により微細構造を形成できる。よって、例えば、光導波路、マイクロリアクタ等の量産に適した金型を、迅速且つ容易に作製できる。