特許 7144101 切削装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-20

(45)【発行日】2022-09-29

(54)【発明の名称】切削装置

(51)【国際特許分類】

   B23P 15/30 20060101AFI20220921BHJP

   B23K 26/36 20140101ALI20220921BHJP

   B23K 26/067 20060101ALI20220921BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20220921BHJP

   B23B 25/00 20060101ALI20220921BHJP

【ＦＩ】

B23P15/30

B23K26/36

B23K26/067

B23K26/064 Z

B23B25/00 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022034958

(22)【出願日】2022-03-08

(62)【分割の表示】P 2021511008の分割

【原出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2022069523

(43)【公開日】2022-05-11

【審査請求日】2022-03-09

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】社本 英二

【審査官】荻野 豪治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２２３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２４７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９４５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６１８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２７２８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】SAITO, Hiroshi, et al.，Mirror Surface Machining of Steel by Elliptical Vibration Cutting with Diamond-Coated Tools Sharpened by Pulse Laser Grinding，International Journal of Automation Technology，2018年，vol.12, No.4，p.573-581，p.575-576 (2.3)

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｐ １５／２８ － １５／５２

Ｂ２３Ｂ ２５／００

Ｂ２３Ｂ ２７／００ － ２７／２４

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｂ２３Ｋ ２６／０６７

Ｂ２３Ｋ ２６／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被削材に対して切削工具の刃先を相対移動させる運動機構と、
前記運動機構による相対移動を制御する制御部と、を備えた切削装置であって、
前記切削工具の前記刃先をレーザ加工するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、
レーザ光の光路を形成する光学部材と、をさらに備え、
前記光学部材は、
レーザ光の第１光路を形成する第１光学部材と、
レーザ光の第２光路を形成する第２光学部材と、を有し、
前記制御部は、
前記刃先を前記第１光路に対して相対移動させて、前記刃先の逃げ面を前記第１光路を通るレーザ光で加工するよう前記運動機構を制御し、
前記刃先の逃げ面を加工するタイミングとは別のタイミングで、前記刃先を前記第２光路に対して相対移動させて、前記刃先のすくい面を前記第２光路を通るレーザ光で加工するよう前記運動機構を制御する、
ことを特徴とする切削装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記刃先のすくい面を加工した後、前記刃先の逃げ面を加工するよう前記運動機構を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の切削装置。

【請求項3】

被削材に対して切削工具の刃先を相対移動させる運動機構と、
前記運動機構による相対移動を制御する制御部と、を備えた切削装置であって、
前記切削工具の前記刃先をレーザ加工するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、
レーザ光の光路を形成する光学部材と、をさらに備え、
前記光学部材は、
レーザ光の第１光路を形成する第１光学部材と、
レーザ光の第２光路を形成する第２光学部材と、を有し、
前記制御部は、前記切削工具の前記刃先を、前記第１光路および前記第２光路に対して相対移動させて、前記刃先をレーザ加工するよう前記運動機構を制御するものであって、
前記制御部は、前記切削工具の刃部の先端側から根元側に向かうレーザ光を利用した刃先加工を先に実施し、その後に、前記刃部の根元側から先端側に向かうレーザ光を利用した刃先加工を実施するよう前記運動機構を制御する、
ことを特徴とする切削装置。

【請求項4】

前記制御部は、切削時の前記切削工具の姿勢のまま、前記刃先を光路に対して相対移動させて、前記刃先をレーザ加工するよう前記運動機構を制御する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の切削装置。

【請求項5】

前記第１光路および前記第２光路の相対的な角度は、加工後の逃げ面とすくい面の角度を形成するように設定されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の切削装置。

【請求項6】

前記第１光路におけるレーザ光の進行を遮る第１遮光板と、
前記第２光路におけるレーザ光の進行を遮る第２遮光板と、
を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の切削装置。

【請求項7】

前記制御部は、レーザ光の集束箇所を含む筒状照射領域を走査して、前記刃先の逃げ面およびすくい面を加工するよう前記運動機構を制御する、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の切削装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ光により切削工具の刃部を加工する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を利用した加工法として、パルスレーザ光を集光し、集束箇所を含む筒状の照射領域を被加工部材の表面上で走査して面加工するパルスレーザ研削（Pulse Laser Grinding : PLG）が知られている。特許文献１は、パルスレーザ光において筒状に延び且つ加工可能なエネルギをもつ照射領域を加工対象物の表面側の部位に重ねて、加工可能な速度で走査することで、加工対象物の表面領域を除去する方法を開示する。非特許文献１は、パルスレーザ研削により工具母材の逃げ面を２方向に加工して、Ｖ字形状の切れ刃を形成する技術を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１５９３１８号公報

【非特許文献】

【0004】

【文献】Hiroshi Saito, Hongjin Jung, Eiji Shamoto, Shinya Suganuma, and Fumihiro Itoigawa;「Mirror Surface Machining of Steel by Elliptical Vibration Cutting with Diamond-Coated Tools Sharpened by Pulse Laser Grinding」, International Journal of Automation Technology, Vol.12, No.4, pp.573-581(2018年)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図１（ａ）および図１（ｂ）は、非特許文献１に記載された、パルスレーザ研削によりダイヤモンドコーティング工具の刃先を鋭利化する方法を説明するための図である。図１（ａ）は、すくい面側をパルスレーザ研削する様子を示し、図１（ｂ）は、逃げ面側を２方向にパルスレーザ研削する様子を示す。非特許文献１では、工具刃先に対してレーザ光をわずかに切り込ませ、その状態で刃先稜線に沿った送り運動をレーザ光と工具の間に与えることで、刃先の鋭利化を行っている。

【0006】

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、一つのレーザ光を利用して工具刃先のすくい面と逃げ面を加工するには、レーザ光に対する工具の相対的な姿勢を大きく変える必要がある。非特許文献１では、ＸＹＺの３つの並進軸と、Ａ軸、Ｃ軸の２つの回転軸をもつ５軸加工機を用いて、工具姿勢を刃物角（加工後のすくい面と逃げ面の間の角度）だけ回転させている。このように一つのレーザ光を利用する加工装置で工具刃先のすくい面と逃げ面を加工するには、工具姿勢を変化させるための回転制御軸が必要となる。

【0007】

本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの１つは、制御軸数を減少させることのできる刃先加工技術を提供することにある。また本開示の目的の１つは、実用性に優れた切削装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本開示のある態様の刃先加工装置は、切削工具の刃部をレーザ加工する刃先加工装置であって、レーザ光の第１光路を形成する第１光学部材と、レーザ光の第２光路を形成する第２光学部材と、刃部の刃先を、第１光路および第２光路のに対して相対移動させる運動機構と、運動機構による相対移動を制御する制御部とを備える。制御部は、運動機構により刃先を第１光路に対して相対移動させて、刃先の逃げ面を第１光路を通るレーザ光で加工する。また制御部は、運動機構により刃先を第２光路に対して相対移動させて、刃先のすくい面を第２光路を通るレーザ光で加工する。

【0009】

本開示の別の態様は切削装置である。この装置は、被削材に対して切削工具の刃先を相対移動させる運動機構と、運動機構による被削材と切削工具の刃先の相対移動を制御する制御部を備える。さらに切削装置は、切削工具の刃先をレーザ加工するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の光路を形成する光学部材とを備える。制御部は、運動機構により刃先を光路に対して相対移動させて、刃先をレーザ加工する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ダイヤモンドコーティング工具の刃先を鋭利化する方法を説明するための図である。

【図2】パルスレーザ研削を説明するための図である。

【図3】刃先加工装置を示す図である。

【図4】刃部がレーザユニット内に進入した状態を示す図である。

【図5】レーザユニットの内部構成を示す図である。

【図6】レーザユニットを統合した切削装置を示す図である。

【図7】統合部の上面図である。

【図8】刃先が被削材を切削している状態を示す図である。

【図9】刃先が被削材を切削している状態を示す図である。

【図10】刃部がレーザユニット内に進入した状態を示す図である。

【図11】刃部がレーザユニット内に進入した状態を示す図である。

【図12】超音波楕円振動切削工具の構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図２は、パルスレーザ研削を説明するための図である。パルスレーザ研削は、特許文献１および非特許文献１に開示されるように、レーザ光２の光軸方向に延び且つ加工可能なエネルギをもつ円筒状の照射領域を被加工部材２０の表面に重ねて、その光軸と交差する方向へ走査することで、円筒状の照射領域が通過した被加工部材２０の表面領域を除去する加工法である。パルスレーザ研削は、被加工部材２０の表面に、光軸方向および走査方向に平行な面を成形する。

【0012】

＜刃先加工装置の構造＞
図３は、切削工具の刃部をレーザ加工する刃先加工装置１０を示す。刃先加工装置１０は、レーザ加工部１１および制御部１７を備える。制御部１７は、ＮＣ（numerical control）プログラムにしたがってレーザ加工部１１を制御するＮＣ制御装置であってよい。刃先加工装置１０において、レーザ加工部１１および制御部１７は別体として構成され、ケーブル等により接続されてよいが、一体として構成されてもよい。

【0013】

レーザ加工部１１は、ベースとなるベッド部１２を備え、ベッド部１２上には、第１テーブル１３および第２テーブル１４が移動可能に支持される。第１テーブル１３は、ベッド部１２に形成されたレール部によりＸ軸方向に移動可能に支持され、第２テーブル１４は、第１テーブル１３に形成されたレール部によりＺ軸方向に移動可能に支持される。第２テーブル１４の上面には、被加工部材を取り付けるための工具支持部１５が設けられ、実施形態では、工具支持部１５に、レーザ加工の対象となる刃部２２を備えた切削工具２１が取り付けられる。刃部２２は、その先端に、被削材の切削に関与する逃げ面およびすくい面をもつ刃先２２ａを有する。

【0014】

レーザユニット１６は、刃部２２の刃先２２ａに対して２本のレーザ光を照射して、刃先２２ａを鋭利加工する機能をもつ。実施形態のレーザユニット１６は、レーザ光の集束箇所を含む筒状照射領域を刃先２２ａの逃げ面およびすくい面に同じタイミングまたは異なるタイミングで重ねて、その光軸と交差する方向へ走査し、筒状照射領域が通過した表面領域を除去するパルスレーザ研削機であるが、別の照射方式を利用するレーザ加工機であってもよい。

【0015】

第１テーブル１３および第２テーブル１４は、刃部２２の刃先２２ａをレーザユニット１６内のレーザ光路に対して相対移動させる運動機構を構成する。図示していないが、第１テーブル１３および第２テーブル１４は、それぞれモータなどのアクチュエータにより動かされる。なお実施形態では、第１テーブル１３および第２テーブル１４が、工具支持部１５に取り付けられた切削工具２１をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動させるが、切削工具２１の移動は、レーザユニット１６内のレーザ光路に対して相対的なものであればよい。つまり運動機構は、レーザユニット１６内のレーザ光路を切削工具２１に対して動かしてもよい。このように切削工具２１とレーザ光路は、いずれが動かされるかは問題ではなく、移動方向において相対的な移動が実現されればよい。

【0016】

レーザ加工時、制御部１７は、ＮＣプログラムにしたがって、第１テーブル１３および第２テーブル１４の動きを管理して、運動機構による切削工具２１とレーザ光路の間の相対移動を制御する。またレーザ加工時、制御部１７は、レーザユニット１６におけるレーザ光の照射を制御する。なお制御部１７は、レーザユニット１６内の光学部材の位置や姿勢を調整して、レーザ光路を可変とする機能を有してよい。

【0017】

図４は、切削工具２１の刃部２２がレーザユニット１６内に進入した状態を示す。レーザ加工の開始前、制御部１７は、第２テーブル１４をＺ軸正方向に動かして、切削工具２１の少なくとも先端側を、レーザユニット１６の開口からレーザユニット１６内に差し込む。それから制御部１７は、レーザユニット１６内のレーザ光源を駆動して、刃先２２ａの逃げ面の加工に利用するレーザ光と、刃先２２ａのすくい面の加工に利用するレーザ光とを出射させる。実施形態の刃先加工装置１０は、進行方向の異なる２つのレーザ光を利用して刃先２２ａの逃げ面およびすくい面を加工するため、逃げ面加工時とすくい面加工時とで切削工具２１の姿勢を変更しなくてよく、工具姿勢を変化させるための回転制御軸を不要とする利点をもつ。

【0018】

図５は、レーザユニット１６の内部構成を示す。レーザユニット１６は、開口３１を有する保護筐体３０を備え、保護筐体３０内に、レーザ光源３２および２つのレーザ光路を形成する複数の光学部材が設けられる。保護筐体３０は、レーザ光源３２により出射されるレーザ光が外部に漏れることを防止し、レーザユニット１６内に異物が侵入することを防止する。なお、それらの防止をより確実にするため、レーザ加工を実施しない時には、開口３１を閉じる機構を有しても良い。

【0019】

レーザ光源３２は、レーザ光を発生するレーザ発振器、レーザ光の出力を調整する減衰器、レーザ光の径を調整するビームエキスパンダなどを備えて、調整されたレーザ光を出射する。レーザ発振器は、たとえばＮｄ：ＹＡＧパルスレーザ光を生成してよい。ビームスプリッタ３３は、レーザ光源３２から出射されたレーザ光を２つの光路に分岐させる。図５に示すように、レーザ光源３２から出射されるレーザ光は、ビームスプリッタ３３で２つに分割されて、それぞれ異なる光路を通って刃先２２ａに向かう。ビームスプリッタ３３はハーフミラーであってよい。

【0020】

反射ミラー３４およびレンズ３５は、レーザ光の第１光路２５を形成する光学部材であり、ビームスプリッタ３３の透過光を刃先２２ａの逃げ面２３に向かわせる。反射ミラー３６、レンズ３７および反射ミラー３８は、レーザ光の第２光路２６を形成する光学部材であり、ビームスプリッタ３３の反射光を刃先２２ａのすくい面２４に向かわせる。レンズ３５およびレンズ３７は、レーザ光の集束箇所を含む筒状照射領域が刃先２２ａの位置にくるように、それぞれの入射光を集光する。レンズ３５およびレンズ３７は、複数のレンズから構成されるレンズシステムであってよい。Ｘ軸方向から見て、刃先２２ａ周辺における第１光路２５と第２光路２６の角度は、加工後の刃物角（加工後のすくい面と逃げ面の間の角度）に設定されている。

【0021】

制御部１７が、運動機構により切削工具２１の刃先２２ａを第１光路２５および／または第２光路２６に対して相対移動させることで、刃先２２ａの加工が実施される。図５に示す例では、刃先２２ａの切れ刃稜線がＸ軸方向に延びており、刃先２２ａに第１光路２５を通るレーザ光および／または第２光路２６を通るレーザ光を当てた（照射した）状態で、刃先２２ａをＸ軸方向に送り運動させることで、刃先２２ａの先端の鋭利加工を実現する。

【0022】

具体的に制御部１７は、刃先２２ａの逃げ面２３に、逃げ面２３に略平行な第１光路２５を通るレーザ光を照射した状態で、刃先２２ａを第１光路２５に対してＸ軸方向に相対移動させて、工具刃先の逃げ面２３を第１光路２５を通るレーザ光で加工する。また制御部１７は、刃先２２ａのすくい面２４に、すくい面２４に略平行な第２光路２６を通るレーザ光を照射した状態で、刃先２２ａを第２光路２６に対してＸ軸方向に相対移動させて、工具刃先のすくい面２４を第２光路２６を通るレーザ光で加工する。このように実施形態のレーザユニット１６によれば、切削工具２１の姿勢を変更することなく、２つのレーザ光路を通るレーザ光で逃げ面２３およびすくい面２４を加工できる。

【0023】

制御部１７は、運動機構により刃先２２ａを第１光路２５および第２光路２６に対して同時に相対移動させて、逃げ面２３の加工とすくい面２４の加工とを同時に実施してもよい。２つのレーザ光を利用して、逃げ面２３およびすくい面２４を同時に加工することで、鋭利加工時間を短縮できる利点がある。

【0024】

なお逃げ面２３およびすくい面２４は、異なるタイミングで加工されてもよい。刃先２２ａを備える切削工具２１を利用した切削の仕上げ加工精度は、すくい面２４の面粗さよりも逃げ面２３の面粗さに依存することが知られている。そのため、すくい面２４を先に加工し、その後、逃げ面２３を加工することで、逃げ面２３を最後に仕上げるようにしてもよい。

【0025】

この場合、最初に制御部１７は、運動機構により刃先２２ａを第２光路２６に対して相対移動させて、すくい面２４を加工する。このとき第１光路２５を通るレーザ光は利用しないため、制御部１７は、遮光板（図示せず）で第１光路２５におけるレーザ光の進行を遮ってよい。なお遮光板は、ビームスプリッタ３３とレンズ３５の間に設けられて、集光前のビーム光を遮ることが好ましい。このようにして、最初に工具刃先のすくい面２４が加工される。

【0026】

すくい面２４の加工終了後、制御部１７は、運動機構により刃先２２ａを第１光路２５に対して相対移動させて、逃げ面２３を加工する。このとき第２光路２６を通るレーザ光は利用しないため、制御部１７は、遮光板（図示せず）で第２光路２６におけるレーザ光の進行を遮ってよい。なお遮光板は、ビームスプリッタ３３とレンズ３７の間に設けられて、集光前のビーム光を遮ることが好ましい。このようにして、工具刃先の逃げ面２３が加工され、刃先加工が終了する。

【0027】

なお図５に示すように、第１光路２５および第２光路２６を通るレーザ光は、それぞれ刃部２２の根元側から先端側に向かう方向に進む。様々な条件でパルスレーザ研削を試行した結果として、レーザ光を刃部２２の先端側から根元側に向けて照射するときよりも、レーザ光を刃部２２の根元側から先端側に向けて照射するときの方が、高精度な平坦面を得られることが知られている。そこで第１光路２５および第２光路２６におけるレーザ光の進行方向は、それぞれ刃部２２の根元側から先端側に向かう方向に設定されることが好ましい。

【0028】

なおレーザ光を刃部２２の根元側から先端側に向かわせるためには、刃先２２ａ以外の切削工具２１の部位や治具部品等とレーザ光との干渉を回避しなければならない。空間的な制約から第１光路２５および第２光路２６の両方のレーザ光進行方向を、刃部２２の根元側から先端側に向かう方向に設定することが困難であれば、一方のレーザ光の進行方向を逆にしてもよい。一方のレーザ光の進行方向を逆にした場合、制御部１７は、刃部２２の先端側から根元側に向かうレーザ光を利用した刃先加工を先に実施し、その後に、刃部２２の根元側から先端側に向かうレーザ光を利用した刃先加工を実施する。これにより、先の刃先加工により形成された鈍い（若干鋭利でない）部分を、後の刃先加工により除去して、鋭利な刃先２２ａを形成できる。

【0029】

第１光路２５および第２光路２６は、ミラー角度を変更することで、刃先２２ａへのレーザ入射方向を変更できてもよい。図５に示す例では、反射ミラー３４、３８の配置角度を変更することで、刃先２２ａへのレーザ入射方向を調整できる。また上記の例では、１つのレーザ光源３２から出射されるレーザ光をビームスプリッタ３３で２つに分割しているが、第１光路２５用のレーザ光源と、第２光路２６用のレーザ光源とをそれぞれ設けてもよい。

【0030】

＜レーザユニット１６を組み込んだ切削装置＞
刃先加工装置１０は、２本のレーザ光を利用した刃先加工を実現するレーザユニット１６を搭載することで、工具姿勢を変更するための回転制御軸を不要とし、シンプルな構造を実現する。以下、被削材を切削加工する切削装置に、レーザユニット１６を組み込む構造を提案する。切削装置がレーザユニット１６を備えることで、切削工具２１の刃部２２の刃先２２ａが摩耗したとき、切削工具２１を切削装置から取り外すことなく、刃部２２をレーザユニット１６に送ってレーザ加工することで、刃先２２ａを研ぎ直すことができる。

【0031】

図６は、切削工具の刃部をレーザ加工するレーザユニット１６を統合した切削装置１００を示す。図６に示す切削装置１００は、被削材１０４に切削工具２１の刃先２２ａを切り込ませて、被削材１０４を旋削加工する加工装置である。切削装置１００は、統合部１１１および制御部１１７を備え、制御部１１７は、ＮＣ（numerical control）プログラムにしたがって統合部１１１を制御するＮＣ制御装置であってよい。切削装置１００において、統合部１１１および制御部１１７は別体として構成され、ケーブル等により接続されてよいが、一体として構成されてもよい。

【0032】

図７は、統合部１１１の上面図を示す。統合部１１１は、ベースとなるベッド部１１２を備え、ベッド部１１２上には、第１テーブル１１３および第２テーブル１１４が移動可能に支持される。第１テーブル１１３は、ベッド部１１２に形成されたレール部によりＸ軸方向に移動可能に支持され、第２テーブル１１４は、第１テーブル１１３に形成されたレール部によりＺ軸方向に移動可能に支持される。第２テーブル１１４の上面には、切削工具２１を取り付けるための刃物台１１５が設けられる。切削工具２１には刃部２２が固定され、刃部２２は、その先端に、被削材の切削に関与する逃げ面およびすくい面をもつ刃先２２ａを有する。

【0033】

ベッド部１１２上には、被削材１０４が取り付けられる主軸１０３と、主軸１０３を回転可能に支持する主軸台１０２とが設けられる。主軸台１０２の内部には、主軸１０３を回転させる回転機構１０５が設けられる。被削材１０４の切削時、制御部１１７は回転機構１０５を駆動して、主軸１０３を回転させる。

【0034】

第１テーブル１１３および第２テーブル１１４は、切削工具２１の刃先２２ａを被削材１０４に対して相対移動させる運動機構を構成する。図示していないが、第１テーブル１１３および第２テーブル１１４は、それぞれモータなどのアクチュエータにより動かされる。なお実施形態では、第１テーブル１１３および第２テーブル１１４が、刃物台１１５に取り付けられた切削工具２１をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動させるが、切削工具２１の移動は、被削材１０４に対して相対的なものであればよい。つまり運動機構は、被削材１０４を切削工具２１に対して動かしてもよい。このように切削工具２１と被削材１０４は、いずれが動かされるかは問題ではなく、移動方向において相対的な移動が実現されればよい。

【0035】

図８および図９は、切削工具２１の刃先２２ａが被削材１０４に切り込み、被削材１０４を切削している状態を示す。切削加工の開始時、制御部１７は回転機構１０５を回転し、第２テーブル１１４をＺ軸正方向に動かして、刃部２２の刃先２２ａを被削材１０４に切り込ませる。制御部１１７は、切削加工用のＮＣプログラムにしたがって、第１テーブル１１３および第２テーブル１１４の動きを管理して、運動機構による切削工具２１と被削材１０４の間の相対移動を制御し、被削材１０４を切削する。

【0036】

切削装置１００において、切削工具２１を用いた切削が繰り返し行われると、刃先２２ａは必ず摩耗する。摩耗した切削工具２１を一度切削装置１００から取り外して、専用の加工機で刃先２２ａを研ぎ直すと、位置校正のために、切削装置１００に再度取り付けたときの取り付け誤差等を測定し補正する必要がある。

【0037】

そこで実施形態の統合部１１１は、ベッド部１１２上に、刃部２２の刃先２２ａに対して２本のレーザ光を照射して、刃先２２ａを鋭利加工する機能をもつレーザユニット１６を備える。レーザユニット１６は、レーザ光の集束箇所を含む筒状照射領域を刃先２２ａの逃げ面および／またはすくい面に重ねて、その光軸と交差する方向へ走査し、筒状照射領域が通過した表面領域を除去するパルスレーザ研削機であってよいが、別の照射方式を利用するレーザ加工機であってもよい。制御部１１７は切削時間等を計測することで、刃先２２ａの摩耗度を推測し、摩耗度が所定の閾値を超えたタイミングで、刃先２２ａの研ぎ直し（鋭利加工）を行うことを決定してよい。

【0038】

図１０および図１１は、切削工具２１の刃部２２がレーザユニット１６内に進入した状態を示す。切削加工終了時、第１テーブル１１３は、Ｘ軸方向において図７に示す位置にある。制御部１１７が、刃先２２ａの鋭利加工を行うことを決定すると、第１テーブル１１３をＸ軸負方向に動かして、刃部２２を保護筐体３０の開口３１（図５参照）に対向させる。その後、制御部１１７は第２テーブル１１４をＺ軸正方向に動かして、切削工具２１の少なくとも先端側を、レーザユニット１６の開口３１からレーザユニット１６内に差し込む。それから制御部１１７は、レーザユニット１６内のレーザ光源３２を駆動して、刃先２２ａの逃げ面の加工に利用するレーザ光と、刃先２２ａのすくい面の加工に利用するレーザ光とを出射させる。刃先２２ａの鋭利加工については、図５に関して説明したとおりである。

【0039】

切削装置１００において、制御部１１７は、切削時の切削工具２１の姿勢のまま、運動機構により切削工具２１の先端側をレーザユニット１６内に差し込み、切削工具２１をレーザ光路に対して相対移動させて、刃先２２ａをレーザ加工する。実施形態の切削装置１００によれば、レーザユニット１６が刃先２２ａに対して２本のレーザ光を照射して、刃先２２ａを鋭利加工する機能をもち、鋭利加工時に切削工具２１の姿勢を変更する必要がないため、切削加工で使用される並進制御軸を用いたレーザ加工を実現できる。

【0040】

たとえば球面／非球面形状の旋削加工では、刃先２２ａが円弧形状のＲバイトが多く使用される。Ｒバイトの鋭利加工においては、図５を参照して、制御部１１７が運動機構のＸ軸およびＺ軸を同期制御して、刃先２２ａを円弧切れ刃稜線に沿ってレーザ光路に対して相対移動させればよい。

【0041】

なお切削装置１００がＢ軸の回転制御軸を有している場合は、刃先２２ａにレーザ光を照射した後、刃先２２ａの円弧の中心回りに、Ｂ軸制御で刃先２２ａをレーザ光路に対して相対回転させて、レーザ加工を行うことが望ましい。このように加工することで、レーザ光の強度分布が完全な軸対称でない場合であっても、レーザ光の周方向位置が同じ箇所で刃先２２ａの全域を加工することが可能となる。

【0042】

以上は、レーザユニット１６を搭載した切削装置１００が、旋削加工装置である場合について説明したが、他の種類の加工装置であってもよい。自由曲面加工装置はワークテーブルに取り付けられた被削材上に自由曲面を創製するが、レーザユニット１６は被削材と同じワークテーブルに並んで設けられてよい。なおレーザユニット１６を、ベッド部１２に固定して、ワークテーブルから切り離すことも可能である。切削加工に用いる制御軸数と、工具刃先のレーザ加工に用いる制御軸数は、必ずしも一致させなくて良いからである。

【0043】

また切削装置１００は、特開２００８－２２１４２７号公報に記載するような、超音波楕円振動切削装置であってもよい。超音波楕円振動切削は、金型鋼などの高硬度金属に対して、超精密微細切削を可能にする加工法である。

【0044】

図１２は、超音波楕円振動切削装置で利用する超音波楕円振動切削工具の構造を示す。切削装置１００では、レーザユニット１６において、切削時の工具姿勢を変えることなく、刃部２２の根元側から先端側に向かうレーザ光で刃先２２ａを加工するため、レーザ光が刃先２２ａ以外の切削工具２１の部位や治具部品等と干渉しないようにしなければならない。

【0045】

従来の超音波楕円振動切削工具は、すくい面の延長線上に超音波振動子が配置されており、この超音波楕円振動切削工具をレーザユニット１６に入れると、超音波振動子が刃部２２の根元側から先端側に向かうレーザ光に干渉する。そこで切削装置１００に搭載する超音波楕円振動切削工具では、刃先２２ａのすくい面と逃げ面の延長線に挟まれた領域に超音波振動子４０を配置する。

【0046】

なお図１２に示す超音波楕円振動切削工具を採用した超音波楕円振動切削装置では、超精密加工にとって重要な切込み方向の振動振幅を一定に保つ制御方法が新たに必要となる。なぜならば、楕円振動を生み出すために利用する２方向の超音波振動のいずれもが、切込み方向に一致しないためである。そこで制御部１１７は、一方の振動の共振周波数、または２つの方向の共振周波数の間（重み付き平均）の周波数を自動追尾するとともに、少なくとも切込み方向の振幅を算出して一定に保つ制御を行い、それによって切込み量の変化を抑えて高い加工精度を実現する。

【0047】

以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。実施形態では、刃先加工装置１０におけるレーザユニット１６において、２本のレーザ光が出射されるが、３本以上のレーザ光が出射されてもよい。一方で刃先加工装置１０における統合部１１１において、切削に要求される仕上げ精度が高くない場合には、レーザユニット１６は、１本のレーザ光のみを用いて、たとえば切削の加工仕上げ精度への影響が高い逃げ面のみを加工するものであってもよい。

【0048】

本開示の態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の刃先加工装置は、切削工具の刃部をレーザ加工する刃先加工装置であって、レーザ光の第１光路を形成する第１光学部材と、レーザ光の第２光路を形成する第２光学部材と、刃部の刃先を、第１光路および第２光路に対して相対移動させる運動機構と、運動機構による相対移動を制御する制御部とを備える。制御部は、運動機構により刃先を第１光路に対して相対移動させて、刃先の逃げ面を第１光路を通るレーザ光で加工する。また制御部は、運動機構により刃先を第２光路に対して相対移動させて、刃先のすくい面を第２光路を通るレーザ光で加工する。

【0049】

２つの異なる光路を通るレーザ光を利用して、刃先の逃げ面およびすくい面を加工することで、工具姿勢を変化させるための機構を不要とする利点がある。

【0050】

制御部は、運動機構により刃先を第１光路および第２光路に対して同時に相対移動させて、刃先の逃げ面およびすくい面を同時にレーザ加工してよい。これによりレーザ加工時間を短縮できる。第１光路および第２光路の少なくとも一方を通るレーザ光は、刃部の根元側から先端側に向かう方向に進むことが好ましい。特にパルスレーザ研削においては、レーザ光を刃部の根元側から先端側に向かう方向に照射することで、高精度な加工を実現することが可能となる。なお第１光路および第２光路の両方を通るレーザ光が、それぞれ刃部の根元側から先端側に向かう方向に進むことが好ましい。

【0051】

本開示の別の態様は切削装置である。この装置は、被削材に対して切削工具の刃先を相対移動させる運動機構と、運動機構による被削材と切削工具の刃先の相対移動を制御する制御部を備える。さらに切削装置は、切削工具の刃先をレーザ加工するためのレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光の光路を形成する光学部材とを備える。制御部は、運動機構により刃先を光路に対して相対移動させて、刃先をレーザ加工する。

【0052】

切削装置に、刃部を鋭利化するレーザ加工機能を搭載することで、刃先の摩耗時に、切削工具を切削装置から取り外すことなく、刃先の鋭利加工を行うことが可能となる。レーザ加工機能は、２つの異なる光路を通るレーザ光を利用して、刃先の逃げ面およびすくい面を加工できることが好ましい。制御部は、切削時の切削工具の姿勢のまま、運動機構により刃先を光路に対して相対移動させて、刃先をレーザ加工することが好ましい。

【符号の説明】

【0053】

１０・・・刃先加工装置、１１・・・レーザ加工部、１３・・・第１テーブル、１４・・・第２テーブル、１５・・・工具支持部、１６・・・レーザユニット、１７・・・制御部、２１・・・切削工具、２２・・・刃部、２２ａ・・・刃先、２３・・・逃げ面、２４・・・すくい面、２５・・・第１光路、２６・・・第２光路、３０・・・保護筐体、３１・・・開口、３２・・・レーザ光源、３３・・・ビームスプリッタ、３４・・・反射ミラー、３５・・・レンズ、３６・・・反射ミラー、３７・・・レンズ、３８・・・反射ミラー、１００・・・切削装置、１０２・・・主軸台、１０３・・・主軸、１０４・・・被削材、１０５・・・回転機構、１１１・・・統合部、１１３・・・第１テーブル、１１４・・・第２テーブル、１１７・・・制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】