JP2012125863A

JP2012125863A - １枚刃構造のラジアスエンドミル

Info

Publication number: JP2012125863A
Application number: JP2010278443A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Fukuda; 田将彦福
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】１０ｎｍ以下の超精密レベルの加工精度を実現できるようなラジアスエンドミルを提供すること。
【解決手段】本発明は、工具シャンクと、前記工具シャンクに取り付けられたダイヤモンド製の１枚刃チップと、を備えたことを特徴とするラジアスエンドミルである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラジアスエンドミルに関する。特には、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工する際に利用可能なラジアスエンドミルに関する。

図３に示すストレートエンドミルは、平底面を加工することに優れた工具であるが、刃先のチッピング（欠損）が生じ易いという欠点がある。一方、図４に示すボールエンドミルでは、刃先のチッピングは生じ難いが、平底面を加工することができない。

そこで、図５に示すようなラジアスエンドミルという工具が開発されている。当該工具は、ストレートエンドミルとボールエンドミルとを融合したような工具であり、平底面を加工することができ、刃先のチッピングも生じ難い。

従来のラジアスエンドミルでは、工具製造上の便宜と加工効率の観点とから、図５に示すような２枚刃構造や、４枚刃構造が採用されていた。

しかしながら、２枚刃構造や４枚刃構造の超硬チップを採用するラジアスエンドミルでは、十分な刃先形状精度が得られず、１０ｎｍ以下の超精密レベルの加工精度を実現できなかった。本件発明者は、工具メーカーと共に検討を繰り返し、１枚刃構造のダイヤモンド製のラジアスエンドミルであれば、１０ｎｍ以下の超精密レベルの加工精度を実現できることを知見した。

本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、１０ｎｍ以下の超精密レベルの加工精度を実現できるようなラジアスエンドミル、特には、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工する際に利用可能なラジアスエンドミルを提供することにある。

本発明は、工具シャンクと、前記工具シャンクに取り付けられたダイヤモンド製の１枚刃チップと、を備えたことを特徴とするラジアスエンドミルである。

本発明によれば、ダイヤモンド製の１枚刃チップによる１枚刃構造を採用したことにより、１０ｎｍ以下の超精密レベルの加工精度を実現できる。

好ましくは、前記１枚刃チップは、９０°を超えた刃先領域を有している。これにより、刃先領域の効果的な逃げを実現することができる。特に、底面側の逃げについては、０．５°〜１．０°程度が好ましい。

好ましくは、前記工具シャンクは、タングステンカーバイド製であり、前記１枚刃チップは、前記工具シャンクに銀蝋付けされている。

また、好ましくは、当該ラジアスエンドミルは、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工するために利用される。

また、本発明は、前記特徴のいずれかを有するラジアスエンドミルと、当該ラジアスエンドミルの工具軌跡を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする加工機械である。

また、本発明は、前記加工機械を用いた加工方法であって、ダミーワークを加工する工程と、前記ダミーワークの加工形状を測定する工程と、前記ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を補正する工程と、補正された工具軌跡に従って加工対象のワークを加工する工程と、を備えたことを特徴とする加工方法である。特には、本発明は、前記加工機械を用いたレンズアレイを成形加工するための金型の加工方法であって、銅製のダミーワークを加工する工程と、前記ダミーワークの加工形状を測定する工程と、前記ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて、前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を補正する工程と、補正された工具軌跡に従って加工対象の銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークを加工する工程と、を備えたことを特徴とする加工方法である。

本発明の一実施の形態のラジアスエンドミルの概略断面図である。本発明の一実施の形態の加工方法を示す概略フロー図である。一般的なストレートエンドミルの概略図である。一般的なボールエンドミルの概略図である。一般的なラジアスエンドミルの概略図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態のラジアスエンドミルの概略断面図である。図１に示すように、本実施の形態のラジアスエンドミル１０は、加工機械２０の主軸２１に接続される工具シャンク１１と、工具シャンク１１に取り付けられた単結晶ダイヤモンド製の１枚刃チップ１２と、を備えている。本実施の形態では、工具シャンク１１はタングステンカーバイド製であり、１枚刃チップ１２は工具シャンク１１に銀蝋付けされている。なお、１枚刃チップ１２は、単結晶ダイヤモンド製でなく、焼結ダイヤモンド製でもよい。

図１に示すように、１枚刃チップ１２は、９０°を超えた（好ましくは９０．５°または９１°を超えた）刃先領域（Ｒ刃と底面刃との領域）を有している。これにより、刃先領域の効果的な逃げを実現している。特に、底面側の逃げについては、０．５°〜１．０°程度が好ましい。

加工機械２０の主軸２１は、制御部２５によって直交３軸で位置制御されるようになっており、その結果として、ラジアスエンドミル１０の工具軌跡が制御されるようになっている。

工具シャンク１１に対する１枚刃チップ１２の固定方法は、銀蝋付けに限定されないで、他の蝋付け方法等が採用されてもよい。

次に、本実施の形態の加工機械２０を用いて、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工する方法について、図２を参照しつつ説明する。

まず、銅製のダミーワークを用意する（ＳＴＥＰ１）。そして、当該ダミーワークに対する相対的な主軸２１の位置制御を行いながら、当該ダミーワークをラジアスエンドミル１０によって所望形状に加工する（ＳＴＥＰ２）。そして、ダミーワークの加工形状を測定する（ＳＴＥＰ３）。

測定されたダミーワークの加工形状が、加工指令である所望形状と完全に一致する場合には、そのままの制御プログラム（制御体系）の下で、実際の加工対象である銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークを加工することができる。しかしながら、通常は、測定されたダミーワークの加工形状には、加工指令である所望形状に対して僅かなずれ（誤差）が生じている。

従って、制御部２５は、ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて、ラジアスエンドミル１０の工具軌跡を補正する（ＳＴＥＰ４）。そして、補正された工具軌跡に従って、加工対象である銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークを加工する（ＳＴＥＰ５）。

以上のような方法により、シリコン製のレンズアレイを成形するための金型を極めて高精度に加工することができる。前記のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５は、加工開始時のみならず、加工の合間にも行われることが好ましい。例えば、数日間連続で加工が継続するような場合には、１２時間毎にＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５を実施して、加工環境の経時変化等に対する制御プログラム（制御体系）の補償を実施することが好ましい。

次に、実際の加工例について説明する。ここでは、部品直径２ｍｍ、レンズ直径０．８６６ｍｍ、レンズ形状曲率Ｒ＝０．５ｍｍ凸球面、レンズ高さ０．２５ｍｍ、というレンズのアレイ（マトリクス）が加工された。

除去体積が０．７０３ｍｍ^３と大きいため、ボールエンドミルでは加工時間が長くなって実用できない。また、ボールエンドミルでは底平面の加工の際にいわゆるピックフィードを０．００５ｍｍ程度にまで小さくする必要があり、やはり実用できない。

そこで、このような加工例のために、本発明に従うラジアスエンドミルが、オフセット径０．１５ｍｍ、刃先Ｒ０．１０ｍｍ、で製造された。すなわち、工具半径は０．２５ｍｍであった（工具直径は０．５０ｍｍ）。

そして、ピックフィードを０．０５ｍｍと設定して銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークをレンズアレイ成型用の金型に加工したところ、底平面についてＲａ５ｎｍ以下を達成することができた。また、ピックフィードを０．０５ｍｍと設定できることは、切削長が短縮されることを意味し、すなわち、工具磨耗も低減される。

１０ラジアスエンドミル
１１工具シャンク
１２１枚刃チップ
２０加工機械
２１主軸
２５制御部

Claims

工具シャンクと、
前記工具シャンクに取り付けられたダイヤモンド製の１枚刃チップと、
を備えたことを特徴とするラジアスエンドミル。
前記１枚刃チップは、９０°を超えた刃先領域を有している
ことを特徴とする請求項１に記載のラジアスエンドミル。
前記工具シャンクは、タングステンカーバイド製であり、
前記１枚刃チップは、前記工具シャンクに銀蝋付けされている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のラジアスエンドミル。
当該ラジアスエンドミルは、シリコン樹脂からレンズアレイを成形加工するための金型を切削加工するために利用される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のラジアスエンドミル。
請求項１乃至４のいずれかに記載のラジアスエンドミルと、
前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする加工機械。
請求項５に記載の加工機械を用いた加工方法であって、
ダミーワークを加工する工程と、
前記ダミーワークの加工形状を測定する工程と、
前記ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて、前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を補正する工程と、
補正された工具軌跡に従って加工対象のワークを加工する工程と、
を備えたことを特徴とする加工方法。
請求項５に記載の加工機械を用いたレンズアレイを成形加工するための金型の加工方法であって、
銅製のダミーワークを加工する工程と、
前記ダミーワークの加工形状を測定する工程と、
前記ダミーワークの加工形状の測定結果に基づいて、前記ラジアスエンドミルの工具軌跡を補正する工程と、
補正された工具軌跡に従って加工対象の銅製あるいはニッケルリン等のニッケル合金製のワークを加工する工程と、
を備えたことを特徴とする加工方法。