JP2995320B2 - セラミックスの微細穿孔加工方法 - Google Patents
セラミックスの微細穿孔加工方法Info
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Landscapes
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファイン・セラミック
ス、ガラス等の硬質材に対して微細径の穿孔加工を能率
的に行う方法に関するものである。
ス、ガラス等の硬質材に対して微細径の穿孔加工を能率
的に行う方法に関するものである。
【０００２】難加工材であるファイン・セラミックスの
穿孔加工は、加工製品の精密化と共に穿孔径はますます
微細化し、製品当りの穿孔個数も多数化している。した
がって、従来の工具の直接接触よる加工方法では対応で
きず、新しい加工法としてレーザー加工、放電加工、Ａ
ＪＭ加工等の加工素材に対して工具が直接接触しない方
法が提案されている。しかし、これらの加工法は、いず
れも加工コスト、加工精度、特に加工能率の点で課題が
多く残っている。
穿孔加工は、加工製品の精密化と共に穿孔径はますます
微細化し、製品当りの穿孔個数も多数化している。した
がって、従来の工具の直接接触よる加工方法では対応で
きず、新しい加工法としてレーザー加工、放電加工、Ａ
ＪＭ加工等の加工素材に対して工具が直接接触しない方
法が提案されている。しかし、これらの加工法は、いず
れも加工コスト、加工精度、特に加工能率の点で課題が
多く残っている。
【０００３】一方、従来の加工法の内で、穿孔形状精度
の点で現在一番信頼のおける加工法は超音波研削加工で
ある。これは、砥粒ドリルの回転による研削加工に加え
て、超音波による縦振動の衝撃力を付与し、被加工材を
徐々に破砕しながら穿孔する加工法である。
の点で現在一番信頼のおける加工法は超音波研削加工で
ある。これは、砥粒ドリルの回転による研削加工に加え
て、超音波による縦振動の衝撃力を付与し、被加工材を
徐々に破砕しながら穿孔する加工法である。
【０００４】穿孔径が２ｍｍ以上の太径の場合、ドリル
による穿孔加工法は研削抵抗の低減と切削水の噴出を目
的とする筒状のコア・ドリルが使用できるので、工具コ
スト、加工能率は共に問題なく、現在もっとも多用され
る加工法である。
による穿孔加工法は研削抵抗の低減と切削水の噴出を目
的とする筒状のコア・ドリルが使用できるので、工具コ
スト、加工能率は共に問題なく、現在もっとも多用され
る加工法である。
【０００５】しかし、穿孔径が１ｍｍ未満の微細径にな
ると、中空型のコア・ドリルが製作できなくなり、中実
型のドリルしか使用できなくなる。そして、ドリル径が
細くなるとともに、ドリルの座屈剛性は著しく低下す
る。したがって、この場合、超音波研削加工によるセラ
ミックスに対するの微細孔径の穿孔は、ドリルの強度保
持と研削切粉の排出を確保するために、「微小切込みの
多段繰り返し」の加工となり、加工時間は著しく長くな
り、加工能率は低下する。
ると、中空型のコア・ドリルが製作できなくなり、中実
型のドリルしか使用できなくなる。そして、ドリル径が
細くなるとともに、ドリルの座屈剛性は著しく低下す
る。したがって、この場合、超音波研削加工によるセラ
ミックスに対するの微細孔径の穿孔は、ドリルの強度保
持と研削切粉の排出を確保するために、「微小切込みの
多段繰り返し」の加工となり、加工時間は著しく長くな
り、加工能率は低下する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】仕上り寸法精度のよい
超音波研削加工を利用しながら、セラミックスに対する
微細孔径の穿孔加工の能率を、飛躍的に向上させる方法
について研究開発を行った。超音波研削加工による極細
穿孔の加工能率の低下は、加工ドリルの細径化によるド
リルの剛性の低下が最大の理由である。そのため、ドリ
ルの剛性を高めるため、ドリル芯金の材質を従来の普通
鋼から、熱処理合金鋼、超硬合金またはファイン・セラ
ミックス製に変更することを試験し、その結果、加工時
間短縮の改善が得られた。
超音波研削加工を利用しながら、セラミックスに対する
微細孔径の穿孔加工の能率を、飛躍的に向上させる方法
について研究開発を行った。超音波研削加工による極細
穿孔の加工能率の低下は、加工ドリルの細径化によるド
リルの剛性の低下が最大の理由である。そのため、ドリ
ルの剛性を高めるため、ドリル芯金の材質を従来の普通
鋼から、熱処理合金鋼、超硬合金またはファイン・セラ
ミックス製に変更することを試験し、その結果、加工時
間短縮の改善が得られた。
【０００７】さらに加工能率を向上させるために、穿孔
の工程を穿孔の作用に応じて２つに分割して実行するこ
とが有効であることを見出した。すなわち、超音波研削
加工による穿孔は仕上り加工のみにとどめ、加工負荷の
大きい貫通までの穿孔は、加工精度は低くても加工能率
の大きい穿孔法を採用することにした。すなわち「１次
穿孔：任意の加工法による粗穿孔」と「２次穿孔：超音
波研削による仕上り穿孔」の２段工程にすることであ
る。この発明が解決しようとする課題は、一連の穿孔加
工工程のなかで、加工精度の高い超音波研削加工を有効
に如何に適用するかにある。
の工程を穿孔の作用に応じて２つに分割して実行するこ
とが有効であることを見出した。すなわち、超音波研削
加工による穿孔は仕上り加工のみにとどめ、加工負荷の
大きい貫通までの穿孔は、加工精度は低くても加工能率
の大きい穿孔法を採用することにした。すなわち「１次
穿孔：任意の加工法による粗穿孔」と「２次穿孔：超音
波研削による仕上り穿孔」の２段工程にすることであ
る。この発明が解決しようとする課題は、一連の穿孔加
工工程のなかで、加工精度の高い超音波研削加工を有効
に如何に適用するかにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の手段は請求項１の
とうりである。「ファイン・セラミックスに対する穿孔
加工において、１次の粗加工として被加工材と工具が直
接接触をしない加工法を利用して貫通する穴を穿孔した
後、２次の仕上げ加工を、ダイヤモンドあるいはｃＢＮ
を電着して製造されたドリルを用いドリル加工を行うこ
とを特徴とする加工方法」
とうりである。「ファイン・セラミックスに対する穿孔
加工において、１次の粗加工として被加工材と工具が直
接接触をしない加工法を利用して貫通する穴を穿孔した
後、２次の仕上げ加工を、ダイヤモンドあるいはｃＢＮ
を電着して製造されたドリルを用いドリル加工を行うこ
とを特徴とする加工方法」
【０００９】第２の手段は請求項２のとおりである。
「ファイン・セラミックスに対する穿孔加工において、
１ｍｍ以下の微細口径の穴を多数個連続して加工する場
合、１次の粗加工として被加工材と工具が直接接触をし
ない加工法を利用して貫通する穴を穿孔した後、２次の
仕上げ加工を、ダイヤモンドあるいはｃＢＮを電着して
製造された円柱形の中実ドリルを用い、超音波振動付与
による研削加工を行うことを特徽とする加工方法であ
る」
「ファイン・セラミックスに対する穿孔加工において、
１ｍｍ以下の微細口径の穴を多数個連続して加工する場
合、１次の粗加工として被加工材と工具が直接接触をし
ない加工法を利用して貫通する穴を穿孔した後、２次の
仕上げ加工を、ダイヤモンドあるいはｃＢＮを電着して
製造された円柱形の中実ドリルを用い、超音波振動付与
による研削加工を行うことを特徽とする加工方法であ
る」
【００１０】請求項１および請求項２の１次の粗加工の
方法として「被加工材と工具が直接接触をしない加工
法」としたのは、２次に行われる「ドリル加工」あるい
は「超音波研削加工は」よりも穿孔加工精度は劣るが、
加工能率でははるかに優れている被加工材に加工工具が
接触しない加工法例えばレーザー加工、放電加工、サン
ドブラスト加工、ウォタージェット加工などが対象にな
る。
方法として「被加工材と工具が直接接触をしない加工
法」としたのは、２次に行われる「ドリル加工」あるい
は「超音波研削加工は」よりも穿孔加工精度は劣るが、
加工能率でははるかに優れている被加工材に加工工具が
接触しない加工法例えばレーザー加工、放電加工、サン
ドブラスト加工、ウォタージェット加工などが対象にな
る。
【００１１】請求項２の手段において、穿孔する微細孔
の径を１ｍｍ以下としたのは、これより太径の穿孔では
コア・ドリルが使用でき、加工能率の点で必ずしも本発
明を適用する必要がないからである。
の径を１ｍｍ以下としたのは、これより太径の穿孔では
コア・ドリルが使用でき、加工能率の点で必ずしも本発
明を適用する必要がないからである。
【００１２】また、２次の仕上げ加工に使用するドリル
を、ダイヤモンドあるいはＣＢＮを電着して製造された
円柱形の中実ドリル刃としたのは、ドリルの口径が１ｍ
ｍ以下になると実用上のドリルは電着ドリルしかなく、
同時にコア状のドリルは製造できず、ドリルの形状はソ
リッド状の中実型になるからである。
を、ダイヤモンドあるいはＣＢＮを電着して製造された
円柱形の中実ドリル刃としたのは、ドリルの口径が１ｍ
ｍ以下になると実用上のドリルは電着ドリルしかなく、
同時にコア状のドリルは製造できず、ドリルの形状はソ
リッド状の中実型になるからである。
【００１３】
【作用】請求の範囲に示すように、本発明の特徴である
「穿孔工程を粗加工と仕上り加工に分けたこと」がどう
作用するかについて説明する。貫通までの粗加工の時間
は、当然のことながら従来実施されていたドリル加工あ
るいは超音波研削加工による場合よりも著しい時間短縮
が可能となる。
「穿孔工程を粗加工と仕上り加工に分けたこと」がどう
作用するかについて説明する。貫通までの粗加工の時間
は、当然のことながら従来実施されていたドリル加工あ
るいは超音波研削加工による場合よりも著しい時間短縮
が可能となる。
【００１４】２次穿孔は、粗加工により貫通している穴
に対して、穴径の仕上げ加工のみとなることから研削量
は少なく、研削抵抗は格段に小さい。このため、剛性強
度の小さい極細ドリルでも、従来よりも研削速度大きく
することが出来、１回の研削量も増やすことが出来るか
ら穿孔のための繰り返し回数も減らすことが可能とな
る。これには、仕上り加工が貫通孔にそう穿孔であるこ
とから、研削切屑は冷却水の流れによって直接排出でき
ることも寄与している。
に対して、穴径の仕上げ加工のみとなることから研削量
は少なく、研削抵抗は格段に小さい。このため、剛性強
度の小さい極細ドリルでも、従来よりも研削速度大きく
することが出来、１回の研削量も増やすことが出来るか
ら穿孔のための繰り返し回数も減らすことが可能とな
る。これには、仕上り加工が貫通孔にそう穿孔であるこ
とから、研削切屑は冷却水の流れによって直接排出でき
ることも寄与している。
【００１５】
【実施例】穿孔加工を「１次：粗加工」、「２次：仕上
り加工」に分割し、粗加工として加工能率のよいＡＪＭ
法を採用し、仕上り加工法として超音波研削加工法を組
み合せ実施する試験を行った。ＡＪＭ法とは、微細な砥
粒粉末を高圧気体により加工物に対して噴射して穿孔加
工するものであり、加工物の脆性破壊の集積で加工が進
行していくため、多数個の穿孔を短時間に行うことがで
き硬脆材料の加工に適している。
り加工」に分割し、粗加工として加工能率のよいＡＪＭ
法を採用し、仕上り加工法として超音波研削加工法を組
み合せ実施する試験を行った。ＡＪＭ法とは、微細な砥
粒粉末を高圧気体により加工物に対して噴射して穿孔加
工するものであり、加工物の脆性破壊の集積で加工が進
行していくため、多数個の穿孔を短時間に行うことがで
き硬脆材料の加工に適している。
【００１６】ＡＪＭ法による１次の粗穿孔の加工条件を
下記に示した。 「ＡＪＭ法による粗加工の加工条件」 被加工材 ：グラッシーカーボン 板厚：４ｍｍ 砥 粒 ：ＳｉＣ 粒径：５８μ 搬送ガス ：窒素 圧力：２ＭＰａ 使用ノズル：０．６８ｍｍ 目標穿孔径：１．５ｍｍ
下記に示した。 「ＡＪＭ法による粗加工の加工条件」 被加工材 ：グラッシーカーボン 板厚：４ｍｍ 砥 粒 ：ＳｉＣ 粒径：５８μ 搬送ガス ：窒素 圧力：２ＭＰａ 使用ノズル：０．６８ｍｍ 目標穿孔径：１．５ｍｍ
【００１７】超音波研削加工による仕上り加工条件を下
記に示す。 「超音波研削による仕上り加工条件」 仕上り加工用ドリル ：ダイヤモンド電着ドリル（中実型） 外径：１．８５ｍｍ 仕上り加工の穿孔モード：Ｇ７２（高速深穴開けサイクル） Ｇ８２（深穴開けサイクル） 図１に仕上り加工において試験した穿孔モードを示し
た。
記に示す。 「超音波研削による仕上り加工条件」 仕上り加工用ドリル ：ダイヤモンド電着ドリル（中実型） 外径：１．８５ｍｍ 仕上り加工の穿孔モード：Ｇ７２（高速深穴開けサイクル） Ｇ８２（深穴開けサイクル） 図１に仕上り加工において試験した穿孔モードを示し
た。
【００１８】試験によって得られた穿孔加工時間、穿孔
時の研削抵抗の測定結果を表１に示した。
時の研削抵抗の測定結果を表１に示した。
【表１】
【００１９】このように、従来の超音波研削１段のみの
加工法に比較して、本発明法による２段の穿孔は、穿孔
加工時間は従来より通常使用の「穿孔モードＧ８３」に
おいても２／３に、さらに「穿孔モードＧ７３」の場合
は１／５と著しい時間の短縮が達成されている。そし
て、研削抵抗は「穿孔モードＧ８３、Ｇ７３」共に従来
法の４０％までに減少している。このように穿孔工程を
加工当初より「粗加工と仕上げ加工」の２段とする本発
明は、加工時間の短縮と工具寿命の延長の両面における
メリットが確認できた。
加工法に比較して、本発明法による２段の穿孔は、穿孔
加工時間は従来より通常使用の「穿孔モードＧ８３」に
おいても２／３に、さらに「穿孔モードＧ７３」の場合
は１／５と著しい時間の短縮が達成されている。そし
て、研削抵抗は「穿孔モードＧ８３、Ｇ７３」共に従来
法の４０％までに減少している。このように穿孔工程を
加工当初より「粗加工と仕上げ加工」の２段とする本発
明は、加工時間の短縮と工具寿命の延長の両面における
メリットが確認できた。
【００２０】
【発明の効果】本発明において仕上り加工の研削抵抗が
著しく減少することから、穿孔モードは図１に示すよう
にドリルの繰り返し切込み回数の少ないモードが採用で
きるようになり、穿孔加工の時間は大幅に短縮させるこ
とができる。すなわち、本発明による効果は、第１に従
来法に比べて「加工能率が著しく向上する」ことであ
る。例えば、プラズマ・エッチャー用電極のように穴径
０．８ｍｍ、深さ３ｍｍ、穴個数１７３３個の多数孔の
加工製品の場合、従来の９０秒／個の加工時間が本発明
法によって加工時間が約１／５になるとすると、製品１
個の加工時間は従来の５２時間から１２時間と大幅な短
縮が達成できる。最近、微細で多数個の穿孔製品が増え
ており、本発明は加工生産能率の向上に有効である。
著しく減少することから、穿孔モードは図１に示すよう
にドリルの繰り返し切込み回数の少ないモードが採用で
きるようになり、穿孔加工の時間は大幅に短縮させるこ
とができる。すなわち、本発明による効果は、第１に従
来法に比べて「加工能率が著しく向上する」ことであ
る。例えば、プラズマ・エッチャー用電極のように穴径
０．８ｍｍ、深さ３ｍｍ、穴個数１７３３個の多数孔の
加工製品の場合、従来の９０秒／個の加工時間が本発明
法によって加工時間が約１／５になるとすると、製品１
個の加工時間は従来の５２時間から１２時間と大幅な短
縮が達成できる。最近、微細で多数個の穿孔製品が増え
ており、本発明は加工生産能率の向上に有効である。
【００２１】また本発明法によって研削抵抗は大幅に低
下するから、工具寿命もこれに比例して減少するとする
と、約２倍以上になることが推定できる。
下するから、工具寿命もこれに比例して減少するとする
と、約２倍以上になることが推定できる。
【００２２】そして、１ｍｍ以下の穿孔の場合、小口径
の中実ドリルがコア・ドリルに替えて、問題なく使用で
きることは、本発明の最大の効用である。
の中実ドリルがコア・ドリルに替えて、問題なく使用で
きることは、本発明の最大の効用である。
【図１】仕上り加工に用いられる穿孔モードとドリルの
上下切込み移動のパターンを示す模式図である。
上下切込み移動のパターンを示す模式図である。
Claims (2)
- 【請求項１】ファイン・セラミックスに対する穿孔加工
において、１次の粗加工として被加工材と工具が直接接
触しない加工法を利用して貫通する穴を穿孔した後２次
の仕上げ加工を、ダイヤモンドあるいはｃＢＮを電着し
て製造されたドリルを用いドリル加工を行うことを特徴
とする加工方法。 - 【請求項２】ファイン・セラミックスに対する穿孔加工
において、１ｍｍ以下の微細口径の穴を多数個連続して
加工する場合、１次の粗加工として被加工材と工具が直
接接触をしない加工法を利用して貫通する穴を穿孔した
後、２次の仕上げ加工を、ダイヤモンドあるいはｃＢＮ
を電着して製造された円柱形の中実ドリルを用い、超音
波振動付与による研削加工を行うことを特徴とする加工
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8249243A JP2995320B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | セラミックスの微細穿孔加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8249243A JP2995320B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | セラミックスの微細穿孔加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1071612A JPH1071612A (ja) | 1998-03-17 |
| JP2995320B2 true JP2995320B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=17190062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8249243A Expired - Lifetime JP2995320B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | セラミックスの微細穿孔加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2995320B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009155159A (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Tosoh Quartz Corp | 石英ガラス板の高精度微細径穴加工方法 |
| CN105345613B (zh) * | 2015-10-19 | 2017-11-07 | 上海现代先进超精密制造中心有限公司 | 一种用于角镜深孔精密加工的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04122607A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Hitachi Seiko Ltd | 硬脆体の穴明け方法 |
-
1996
- 1996-08-29 JP JP8249243A patent/JP2995320B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1071612A (ja) | 1998-03-17 |
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