JPH01310801A - 鏡面切削加工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （力技術分野 この発明は、レーザ反射鏡とするために、Ｃｕ。

Ａ７など軟質金属を超精密切削加工によって製作する方
法の改良に関する。

ここでレーザ反射鏡というのは、Ｃ０２レーザ、ＣＯレ
ーザなど赤外光を生ずるレーザの光を反射するための鏡
という事である。

可視光の反射鏡ではない。

ＣＯ２レーザは、いくつかの光を発振できるが、例えば
、１０．６μｍの強力な光を発生する事ができる。

可視光と赤外光とでは、波長が著しく違う。どのような
物質であっても、反射率が異なる。また赤外レーザ用の
反射鏡は、強力なレーザパワーが照射されるので、野し
い熱が発生する。

このようなわけで、赤外レーザ反射鏡は、可視光光学系
で使われる反射鏡とは、全く異なる特性が要求される。

ガラスの上に、金属被膜を蒸着したものは、使用できな
い。

一般に、金属の反射率は、光の波長が長くなるに従って
、上昇する。それゆえ、赤外用の反射鏡は、金属面を利
用するものが多い。

また、反射率が１００％ではないから、反射損失がとも
なう。損失分は熱にかわる。これを排除するため、冷却
するが、冷却可能であるためには、熱伝導率の高い拐刺
である事が必要である。

このような理由で、赤外レーザ用の反射鏡として、Ｃｕ
、Ａ玖Ｍｏ、Ｓｉの単体拐刺からなる反射鏡やこれらに
Ａｕ薄膜を被覆した反射鏡が用いられる。

ＭＯｌＳｉは表面が硬く、酸化され難い。反則率もかな
り高い。ところが、硬いだけに、これらの月利は、加工
が難しい。複雑な形状へと、自在に加工する事が困剣、
である。

Ｃｕ、、Ａｌは軟い金属である。被加工性がＪ：い。

複雑な形状に加工する事ができる。反射鏡といっても、
平面鏡ばかりではなく、凸面、凹面など複雑な函数形の
曲面が要求される。被加工性が良いという事は大切な事
である。

（イ）従来技術 本発明は、レーザ反射鏡とするため、Ｃｕ、　Ａ、ｄの
素材から、超精密切削加工して製作するための方法の改
良に関する。

第３図は、従来例の切削加工法を示す。

スピンドル１の先端に、銅Ｃｕ、アルミＡｌなどの累月
（ワークという）２を取りつける。これは、反射鏡とし
ての最終の形状より僅かに大きいものである。

ワーク２の表面を鏡面とするために、ダイヤモンドバイ
ト３によって、ワーク２の表面を切削する。

ここでは、被加工面が、平面のものを示しているが、実
際には、凹面、凸面など任意の回転対称性を有する面で
あればよい。

ワーク２の中心を０１外周をＫどする。

スピンドル１、ワーク２を高速回転きせ、ダイヤモンド
バイト３を、ワーク２の面に当てて、ワーク面を切削し
てゆく。

従来は、ダイヤモンドバイ）・３を外周Ｋがら、中心０
へ向って移動させる」：うになっていた。

これはどのような加工の場合も共通である。必ず外から
中へとバイトを移動させるのである。

（つ）　発明が解決しようとする問題点バイトによって
削られた切り粉４は、遠心力によって、外周に向って飛
ぶ。滞る事なく切１９粉４が刊除されるならば問題はな
い。

しかし、バイト刃先に切り粉４がからまって、直ちに外
周に向って飛ばない事もある。このような場合、切り粉
の一部が、既に切削した面に接触し、仕」ユリ面を傷つ
ける、という事がある。

切り粉は螺旋状の形状をする事が多く、自由端の方で仕
上り面に接触する確率は高い。

軟かい金属面であるので、切り粉４が強く接触しただけ
で傷がついてしまう。仕」−り面は鏡面でなければなら
ないのであるから、軽微な傷でも存在してはならない。

これは、超精密切削加工で鏡面を仕」二げている事から
生ずる問題である。

仕」ユリ面に切り粉が接触しなければよいわけである。

こうするためには、従来とは反対に、中心の０点から、
外周のに点に向けてバイトを移動させればよい。こうす
れば、仕」ユげ面は、バイト刃先より常に内側にあるか
ら、切り粉が仕−１ニリ而に接触しない。

ところが、実際には、このような切削は不可能である。

中心０に於てワーク２の周速は０である。ここにバイト
を当てると、切削速度は０である。切削速度というのは
、バイトとワークの相対速度である。バイ）・接触点と
中心Ｏとの距離をＲ、ワーク２、スピンドル１の角速度
をΩとして、切削速度■は、ＲΩによって与えられる。

切削速度がＯであるにもかかわらず、この部分を成る程
度掘り下げなければならない。

このような事はできない。無理に力を加えたりすると、
バイト刃先が欠ける。そうでなくても、中心の近傍に切
削不良の部分が必ず生ずる。

こういうわけで、中心０から切削を開始するという事は
できない。

に）本発明の方法 本発明の切削法は、中心Ｏの近傍の点より切削を始め、
まずバイトを内側へ移動させて中心０に至り、ついで中
心Ｏから外周点Ｋに向けてバイトを外側へ移動きせるも
のである。

このようにすると、切削開始点で周速が０でないから、
良好に切削を始める事ができる。

第１図はワークの中心部の断面図の約３陽である。

ワークの最初の面がＯ’Ｈで示されている。切削すべき
厚みがＤであるとする。つまり、切削後の面がＯＫであ
るとする。半直線ＯＫ上に点Ｒをとる。

従来法のバイトの移動は、Ｈ−＋に→Ｒ→０となる。中
心からバイトを移動させようとすればＯ′→Ｑ　−＋　
Ｒ−＋　Ｋとなる。これは不可能である事が分っている
。

本発明では、中心Ｏの近傍のある定点Ｓから、切削を開
始する。ここでは、切削速度が０でないので切削可能で
ある。

切削開始点Ｓから始めるという事だけではない。

本発明にはもうひとつ工夫がある。

従来法のように（Ｈ−＋Ｋ）、最初からバイトを垂直に
動かして切削厚みＤの全てを切削するという事はしない
。

そうではなくて、切削開始点Ｓから内向きにバイトを移
動させ、移動量とともに切削深さｄを増加させてゆこう
とするのである。

つまり、８点から０点へ内向に移動するバイト刃先の軌
跡ＳＱＯは、中心ＯでＯＫに接するような円弧、二次曲
線などとするのである。

ｏｐｓ　＝　ｓとする。バイト刃先がＯ８の中間点Ｑに
あるとする。Ｑから半直線Ｏ′Ｓに下した垂直の足をＱ
′とする。ＳＱ’−ｗとする。Ｗが移動量である。

０′Ｑ′−Ｘとする。ｗ　＋ｘ　＝　ｓである。

バイトが８点にあるとき切削深さｄはＯである。

８点から０点に近づくに従ってｄをＤに近づけてゆ　く
　。

条件は、 （１）８点で　　ｄ−Ｏ（１） （ｉｉ）　　０点で　　ｄ　＝　Ｄ　　　　　　　　　
　（２）０巾　８０間でｄが単調増加 という事である。（３）は０点で軌跡ＳＱＯが、半直線
ＯＫに接するという事である。

（１）〜（３）の条件を満足するものであれば切削深さ
の函数形はどのようなものでもよい。

最も単純なものは、放物線型の二次曲線である。

切削深さｄのかわりに、ＯＫ面からの高さｙと、Ｘとで
函数形を表現すると、 ｙ　＝　Ｄ　−ｄ　　　　　　　　　（４）ｘ　＝　ｓ
　−ｗ　　　　　　　　　（５）であるが、この二次曲
線は、Ｏを原点としてによって表現される。切削開始点
Ｓ点（ｘ＝ｓ）での曲線の勾配ｙ′は、 である。Ｄは切削厚みで、数μｍ程度で極めて小さいも
のである。したがって８点での曲線の勾配ｙ′は小さい
。

さらに、もうひとつ単純な例がある。ＯＱＳを円Ｘ−０
）の点を中心とする円弧の一部だとするものであり、中
心０を原点として として表現できる。切削開始点（８点）での曲線の勾配
ｙ′は となる。Ｄ　（（ｓであるから、（８）は（７）とほぼ
等しいが、僅かに大きい。

切削開始点Ｓでは切削深さがＯなのであるからバイトに
は殆ど力がかからない。ここでバイトが欠けるという事
はない。

８点からＱ点を経て、中心０点に向う時、バイト刃先に
かかる負荷が徐々に増大してゆく。切削深さｄが深くな
ってゆくからである。

このようなゆっくりした負荷の増大によってバイト刃先
がかけるという事はない。

でらにバイト刃先は中心０点に移動する。０点に達した
時、バイト刃先には、既に切削ずみのワーク表面のみが
存在する。つまり、この時ワークからバイト刃先にかか
る負荷はＯである。従って、周速が０であっても、バイ
ト刃先が欠ける惧れが全くない。

このように、８０間で、周速の小さい部分を最初に切削
するが、本来の切削深さＤより、切削深さｄが小さいの
で、負荷が小さいし、０点で負荷がＯになり、ここでも
バイト刃先に強い負荷がかからない。

このようにして、中心０に到達した後、バイトの移動方
向を反転し、Ｏ−＋　Ｒ−）　Ｋと移動させてゆく。こ
のようなバイトの移動は従来法とは全く異なるものであ
る。

この工程で創生される面ＯＲＫが仕上り面となる。この
工程に於て、切り粉が発生するが、これは外周へ飛ぶの
で、仕上り面に接触しない。

たとえば、Ｒ点に接触している瞬間を考える。

ＯＲが仕上り面である。ＲＫの部分は未だに表層によっ
て覆われている。このため、切り粉がＲＫの表層に接触
してもなんら差支えない事である。

本発明方法によるバイトの移動方向を第２図に示した。

○→Ｒ−＋にという切削に於て、０点の近傍で周速はき
わめて小さい。しかし、この部分はＯＱＳのように既に
かなりの部分が除かれているから、０点からの切削は容
易である。

（４）実施例 本発明の方法を、φ１．００ｍｍ　Ｘ　］−０ｒｎｍの
無酸素銅の鏡面切削加工に適用した。

イ吏用したバイトは、Ｒバイｌ□　（Ｒ＝　１．５ｉｍ
　：バイト刃先が半円形状で半径が１．．５ｍｍ）で、
レイクアングルが０°の単結晶ダイヤモンドバイトであ
る。

切削加工条件は次のと」っ・りである。

スピンドル回転数　　　　１００Ｏｒｐｍバイト送り（
移動）速度　　　　５ｒｎＪＭｎ切削深さ　　　　　　
　　　３μｍ バイト刃先は中心０点より、外周方向に５　ｍｍ離れた
位置（０’Ｓ　＝　５ｉｍ）より、半径］００ｍａの円
弧軌跡（ＳＱＯ）にのって、ＳからＯへ移動させて中心
部まで送り、それから外周方向へ（ＯＲＫ）送った。

折り返した後、０点から外周へ向う工程に於て、実効的
に切削が開始される点は、０点ではなく、０点より約２
．５　ｍｍ離れた点である。

Ｓ　＝　５　ｍｍ、　Ｄ　＝　３ｚｔｍであるので、切
削開始点での曲線の勾配ｙ’（Ｓ）は、（力、（８）の
いずれとしても、１、．２　Ｘ　１０−３である。角度
にして、４分はどである。

このような切削によって、 表面粗”ａ　　　　　０．００７μｍＲａ形状精度　　
　　ｏ２μｍ（測定長１００ｍｍ）の鏡面が得られた。

このような順序で切削加工した化ミラーは、従来のよう
な外周から中心へ向う切削加工に比べ、切り粉による仕
上り面の損傷が全くない。このため掛止りが３０％向上
した。

さらに、バイト刃先の挿入方法を変えて試みた。

中心０点へのバイト刃先の挿入を、円弧軌跡にそって遠
くから行うのではなく、３ｏ０の角度で中心のより近傍
から行うと、約４０％の確率でバイト先端がチッピング
を起こした。３０°というのは３点での挿入角である。

これが大きすぎるので、チッピングが起こるのである。

先述の円弧軌跡の場合（半径１００　ｍｍ　）は、チッ
ピングの起こる確率は約５％であった。これは挿入角が
小さいから、バイト刃先にががる衝撃が小さいためであ
る。

ｃの　　効　　　　　果 軟い金属であるＣｕ又はＡｌを超精密切削加工して鏡面
とする場合、本発明の方法によれば仕」ユリ面に切り粉
による傷がつかない。

このため製作掛止りが向」ニする。僅かな傷でもあって
はならないのであるから、これは優れた方法である。

また、バイト寺命を長くする事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバイト移動順序を説明するためのワー
ク中心近傍の拡大断面図。 第２図は本発明方法による切削に於て仕」ユリ面に切り
粉が接触しない事を示す図。 第３図は従来法の切削に於て、仕」ユリ面に切り粉が接
触する可能性がある事を示す図。 １・・　スピンドル ２・・・・　ワーク ３・・　・バイ　）・ ４・・・・切り粉 出願代理人　弁理士　川　瀬　茂　樹 ｋ　　　工　　　　　区− 体 へ 峙 銖 ＼ 計に灯゛ １、／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 銅又はアルミニウムのワークを単結晶ダイヤモンドバイ
   トで超精密切削して赤外レーザ光を反射するための反射
   鏡の鏡面とする方法であつて、スピンドルに取付けられ
   回転するワークの中心Ｏ点より外側に離れたＳ点からバ
   イト刃先をワークに当てて切削を開始し、まずＳ点から
   中心Ｏ点に向けて切削深さを０から徐々に増しながらバ
   イトを送り、中心Ｏ点での切削深さの微分が０であるよ
   うにし、さらに中心Ｏ点から外周のＫ点に向けて一様な
   切削深さＤを保ちながらバイトを送る事を特徴とする鏡
   面切削加工法。