JPS6234715B2 - - Google Patents
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- JPS6234715B2 JPS6234715B2 JP58096727A JP9672783A JPS6234715B2 JP S6234715 B2 JPS6234715 B2 JP S6234715B2 JP 58096727 A JP58096727 A JP 58096727A JP 9672783 A JP9672783 A JP 9672783A JP S6234715 B2 JPS6234715 B2 JP S6234715B2
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- Japan
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- processing
- energy
- ceramics according
- machining
- surface area
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic materials other than metals or composite materials
- B23K2103/52—Ceramics
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Description
本発明は、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、
珪化物、弗化物、硫化物、燐化物、砒化物、セレ
ン化物、又はテルル化物等のセラミツクスの主に
一種類の化合物で構成されている単一相セラミツ
クスや、前記セラミツクスの二種若しくは二種以
上の化合物から成る複合セラミツクス、或いは更
にセラミツクス中に金属を添加した酸化物、炭化
物、若しくは硼化物系のサーメツト等の天然若し
くは人工の粉末状化合物を成型、高温焼成により
作られ、金属と非金属元素による無機化合物から
成る多結晶固体材料である所謂セラミツクスの加
工方法に係る。 斯種セラミツクスは、特殊のものを除き通常は
下記の表に数例を示すように、一般的に金属より
融点が高く、その生成自由エネルギ（結合エネル
ギ）も高く、かつ化学的にも極めて安定である。
珪化物、弗化物、硫化物、燐化物、砒化物、セレ
ン化物、又はテルル化物等のセラミツクスの主に
一種類の化合物で構成されている単一相セラミツ
クスや、前記セラミツクスの二種若しくは二種以
上の化合物から成る複合セラミツクス、或いは更
にセラミツクス中に金属を添加した酸化物、炭化
物、若しくは硼化物系のサーメツト等の天然若し
くは人工の粉末状化合物を成型、高温焼成により
作られ、金属と非金属元素による無機化合物から
成る多結晶固体材料である所謂セラミツクスの加
工方法に係る。 斯種セラミツクスは、特殊のものを除き通常は
下記の表に数例を示すように、一般的に金属より
融点が高く、その生成自由エネルギ（結合エネル
ギ）も高く、かつ化学的にも極めて安定である。
【表】
又その硬度も高いため、これを機械的に加工す
るためには、ダイヤモンドやcBN（立方晶窒化硼
素）等の切削チツプ又は砥粒を切刃として有する
切削工具やドリル、或いは研削砥石等の超高硬質
工具による外はなく、切削又は研削加工能も金
属、合金に比較して著しく低い訳で、又脆く割れ
易い所から、機械的切削又は研削による加工成形
には適さず、用途及び適用の幅を減じていた。又
斯種セラミツクスは、一般的には絶縁体とも言う
べく、その電気伝導率は金属、合金に比べ著しく
低く、又その熱伝導率も同様に極めて低いのでダ
イヤモンド等のチツプ又は砥粒による切削又は研
削加工に要したたエネルギは、前記チツプ又は砥
粒を有する工具側に伝達され、従つて工具側の摩
耗、損傷は、金属、合金の切削又は研削加工の場
合に比べて著しく大きくなることが少なくない。 このようにセラミツクスは、融点が高く、高硬
度であるが割れ易く、電気伝導率が低く、又化学
的にも安定である所から、従来通常の加工手段に
対しては、相当な難加工材であることが知られて
いる訳であるが、本発明はこのような難加工性を
克服せんとするもので、従来からある機械的切削
又は研削加工、電解又は放電等の電気加工、レー
ザや電子ビーム等のエネルギ線加工、或いは各種
化学加工等の各加工方法を個別に適用する単純加
工ではなく、上記の如く各種加工方法を二つ、又
は二つ以上の加工方法を各加工方法の特質、特性
のみだけでなく、二つ以上の加工方法を施すタイ
ミング、即ち例えば被加工体の同一箇所に対して
ほとんど同時又は一方の加工方法の適用後時間を
置かずに直後に引き続いて他の加工方法を適用す
るとか、或いは又二つ以上の加工方法交互に適用
する等、一方の加工方法による加工作用又は効果
が残存している状態に於て他の加工方法を適用す
る如くにした複合加工方法にセラミツクス加工の
難点を克服したものである。 セラミツクスに用いられている金属酸化物の如
き化学的に安定な金属酸化やその他の化合物は、
通常の金属、合金等に比し、一般的に耐酸及び耐
アルカリ性に優れているが、これは例えば通常の
居室等の室温程度の比較的低温領域のことであつ
て、高温域では、金属、合金等に或いは劣らない
程度に反応性が高い。即ち、一般的に知られてい
るように通常の金属酸化物は、高音域（例えば約
100℃前後よりも高い約100〜400℃前後）の酸
（例えば硫酸）、アルカリ（例えば苛性ソーダで通
常強酸、強アルカリ）に溶解する。 従つて、かかる高温の酸、アルカリによる反応
作用を、セラミツクスの所望加工部分に限定して
局部的に与えて周囲の他の部分から切り離し、そ
してその加工部分を何等かの手段で除去すること
ができれば、セラミツクスの加工ができたと言う
ことになるもので、かかる加工の態様は高温の
酸、アルカリに限らず、例えば電解により正極に
酸、そして負極にアルカリを生ずるNaCl等の中
性塩電解液、化学的に活性なイオン、例えばハロ
ゲンガスCl--等を所定の高温度条件下でセラミ
ツクスに作用させて、当該部分の酸化物を分解さ
せる態様のものであつても良い。 しかして、上記の如き高温の酸又はアルカリに
よる化学反応作用をセラミツクスに対して行なう
にしても、そのような高温の酸やアルカリに耐え
得る容器や供給、回収等の信頼性を置ける物及び
手段がなく、又被加工体セラミツクスの所望局部
部分のみに作用させることも従来技術では難しか
つた。 そこで、本発明はこのような難点を解決して、
被加工体セラミツクスへの穿孔、型彫、切断、溝
形成等の成形等の加工を可能としたもので、被加
工体セラミツクスの所望加工部の表面領域に単位
局部に酸又はアルカリの電解質を水に溶解した加
工液の所望単位量を噴射、流下、滴加等供給介在
せしめた状態で、当該局部に外部からエネルギ供
給して高温状態とで、当該局部に於て酸又はアル
カリ加工液の高温状態に於けるセラミツクスとの
反応を好ましくは供給加工液中の酸又はアルカリ
の全部乃至大部分が行なうようにし、この反応に
よる変質生成物又は残溜物、或いは前記反応によ
り脆弱化等した反応部分を各種適宜の機械的手段
によつて前記局部から除去することにより加工が
行なわれるようにしたもので、前記加工局部を被
加工体セラミツクス上の水平面内の所定の位置又
は厚さ方向に順次に制御移動させて所望の目的加
工が行なわれるものである。 そして、このようにすることにより、高温の酸
又はアルカリ加工液の加工部からの回収除去は、
仮令或る程度の回収量があるにしても、機械的加
工に冷却液を必要としない場合には、その量は極
めて少なくすることができ、又回収加工液が高温
状態である可能性はほとんど無いから、本発明の
目的を達成する加工装置を構成することが可能と
なる。 前記の外部から供給するエネルギとしては、例
えばレーザ光線とか電解放電作用（後者電解放電
の場合は、所謂電解による電気化学的作用、電気
の通電に伴う通電加熱作用及び放電による熱及び
衝撃作用等の複合作用）を、例えば数10μｍ〜１
μｍの所定の局部範囲に作用させるが、それ以外
の領域には熱等を全く作用させないので、局部加
工が可能となる。 そして、例えば、レーザ光線によれば、照射光
線のエネルギ密度が106watt／cm2以上になれば、
通常の物質を分解、分離等させることができ、
103〜104watt／cm2では、ほぼ加熱のエネルギ密度
であるから、本発明に於ける高温域に於ける酸又
はアルカリによる反応をセラミツクスに一般的に
生ぜしめるためには、ほぼ105watt／cm2程度、又
はそれ以上のエネルギ密度の光線として照射する
ことが必要であるが、他に通電、電解、放電、プ
ラズマ、マイクロウエーブ等の外部エネルギを併
用するようにすれば、被加工体セラミツクスが熱
伝導が悪く、加工局部から熱拡散が比較的少ない
ことから上記レーザ光線の照射エネルギ密度は、
最低102watt／cm2以上あれば、ほぼ充分である。 以下図面の実施例により本発明加工方法を説明
すると、第１図は本発明の加工方法を実施する一
実施例装置の正断面図で、ベツド１上に図示しな
い数値制御装置等の制御装置により制御されるｘ
及びｙ軸駆動モータ３及び４を有するクロステー
ブル２が載置され、該クロステーブル２上に被加
工体６固定具を有する好ましくは耐酸、耐アルカ
リ性の一方又は両方を有する加工テーブル５が設
けられている。７はベツド１内に収設された塩酸
（HCl）、硫酸（H2SO4）、硝酸（HNO3）、苛性ソ
ーダ（NaOH）、又は苛性カリ（KOH）等の好ま
しくは強酸又は強酸基の濃度が５〜50％程度の常
温の加工液収納タンクで、８はその供給配管であ
るが、その汲み上げポンプ等は省略されている。
９はベツド１の一端部側に立てて設けられたカラ
ムで、機械的な研削加工ヘツド１０と、エネルギ
供給及び加工液供給ヘツド１１とを保持してい
る。ヘツド１０には、例えば通常の機械的研削砥
石１０ａと該砥石１０ａを回転駆動するモータと
を備え（図示せず）、さらに該ヘツド１０は前述
制御装置によりＺ軸モータ１０ｂを制御駆動し、
砥石１０ａのＺ軸位置を制御設定する。ヘツド１
１にはレーザ発振器、マイクロウエーブ発振器、
又は電子ビーム発生装置等のエネルギ発生装置１
１Ａと、加工液の供給制御装置１１Ｂとが設けら
れ、さらに該ヘツド１１の先端部にはエネルギ発
生装置１１Ａよりの、例えばレーザ光線を反射
鏡、収束レンズ等により所望の大きさのビームと
して加工部に照射するエネルギ照射銃１１ａと、
前記加工液を制御して加工部に噴射、流下等して
供給する加工液ノズル１１ｂとが設けられてい
る。１２は加工屑や加工液飛散防止と共に発生ガ
スやミスト、蒸気等を補集するカバーで、特に強
散や強塩基の加工液の高温化及び反応等に伴つて
発生するガスやミストを補集し、これを吸引ポン
プ１３で取り出して、斯種ガスやミスト等の無害
化処理装置１４に送り、所定の処理をして排出す
るように構成されている。なお、上記の場合砥石
１０ａによる研削加工の冷却液を、ノズル１１ｂ
による余分の加工液や、被加工体６セラミツクス
上に於ける分解や溶解物等が兼用し得ない場合に
は、砥石１０ａに対して、別途独立の例えば通常
の研削液（冷却用）供給手段が設けられることに
なる。 次に作用について説明すると、加工液ノズル１
１ｂから、セラミツクスから成る被加工体６の次
の所望加工領域に間歇的に所定量ずつ、又は所定
微小流量（例えば１〜10c.c.／ｓ）及び所定流速
（例えば10〜100ｍ／ｓ）で、薄いフイルム状に幅
を持たせて連続的に噴出させ、この加工液が供給
により付着介在するようになつた部分へ、例えば
レーザ光線を少なくとも102watt／cm2、通常
105watt／cm2程度のエネルギ密度で砥石10aの厚さ
方向に100KHz〜200MHzで首振りさせながら照
射し、供給した加工液及びその部分の被加工体６
の表面を瞬時的に高温に加熱することにより、当
該部分のセラミツクスを分解、溶解、又は複合セ
ラミツクスの場合一部のセラミツクス材のみを分
解、溶解等して当該部分の全体を脆弱化等し、そ
してこの部分が次いで研削砥石により機械的研削
加工されて、分解又は溶解物、及び脆弱化物が研
削除去される。従つて上述の加工作用を予めプロ
グラムされた数値制御信号等により所望の部分の
位置に於いて所定幅及び所定深さの加工をするが
如く順次に加を行なつて行くことにより、単なる
表面部の面取り的加工だけでなく穿孔加工や３次
元の形状加工等も可能となる。 そして、その際エネルギ照射銃１１ａからの照
射エネルギ密度を極端に高くしない限り、砥石１
０ａは未処理の被加工体６部分に対して刃が立た
ないのであるから割れるようなことはなく、ノズ
ル１１ｂからの加工液の供給量と該供給加工液を
被加工体６セラミツクスの分解、溶解、及び脆弱
化等に有効に作用せしめるための照射エネルギ
（少なくとも102watt／cm2以上のレーザ、放電、プ
ラズマ、マイクロウエーブ、通電又は電解電流、
又は超音波振動）の照射制御状態とにより加工性
能が決定された状態で加工が進行することにな
る。 又、エネルギ照射銃１１ａの首振制御により、
レーザ光線により砥石１０ａの目詰り防止、目立
を随時行なうことにより、砥石１０ａによる研削
性能を高く保ち、加工性能を高く保つことができ
る。 第２図は、他の実施例の構成説明断面図で、前
述第１図と同一符号を付した部分は、同一物又は
同一作用物を示す。この実施例はヘツド１０，１
１から鉛直に垂下保持された加工液ノズル１１ｂ
を中心軸として、レーザ光線等のエネルギ照射銃
１１ａと機械的研削加工を行なうための例えばホ
ーニングノズル１０ｃとが廻りを制御回転により
回転割り出し位置決めができるように構成され、
例えば被加工体６セラミツクスが比較的薄い板状
のもので、これに所定の輪郭形状の切抜き切断加
工を行なうような場合、ノズル１１ｂから被加工
体６表面に供給された加工液に対して、エネルギ
照射銃１１ａを常に加工の進行方向の変化があつ
ても現時点の加工進行方向の前方、又は後方、或
いは進行方向と直角方向の側方の何れかに位置さ
せて加工を進行させるのに対し、機械的加工を行
なうホーニングノズル１０ｃを前記エネルギ照射
銃１１ａと常に対向することがなく、かつ加工液
が供給され同時に又は次いでエネルギ線が照射さ
れて終つた分にホーニング加工の噴射が行なわれ
るようにホーニングノズル１０ｃを常に加工の進
行方向と直角方向の左又は右側方、或いは加工の
進行方向の後方若しくは前方の何れかに位置させ
得るように考慮したものである。 即ち、図示実施例では、ヘツド１０，１１から
垂下保持された加工液ノズル１１ｂの保持軸１１
ｃにホーニングノズル１１ｃをノズル１１ｂの先
端部を指向するように取り付けた回転盤１５が、
ヘツド１０，１１に設けたモータ１６により歯車
１７を介して制御回動自在に取り付けられてお
り、又更にエネルギ照射銃１１ａをノズル１１ｂ
先端部を指向するように取り付けた回転盤１８が
前記の回転盤１５に対し、ヘツド１０，１１に設
けたモータ１９により歯車２０を介して制御回動
自在に取り付けられている。図示の場合エネルギ
照射銃１１ａがレーザ光線である場合、可撓性光
フアイバ等を介してレーザ光線を供給することが
必要になるがマイクロウエーブやプラズマを供給
する場合とか、一対の電極により供給された加工
液を介する通電又は放電を行なわせる構成の場合
には別の構成が採られることになる。第３図Ａ，
Ｂはエネルギ照射銃１１ａ以外からも外部エネル
ギとして通電、通電電解、又は電解放電で供給が
行なわれる場合の構成例を示す部分の側面図と上
面図で、ノズル１１ｂより供給された加工液１１
ｄに、照射銃１１ａの先端近傍から延びた一対の
弾性リード腕２１の先端に取り付けた耐熱耐摩電
極２２が被加工体６表面に於て接触し、該加工液
１１ｄを通電加熱、通電電解、更には放電若しく
は電解放電により高温として、特に放電の場合は
熱的作用及び放電衝撃も強く作用することにな
る。 又、上記第２図の場合ホーニングノズル１０ｃ
に代えて先端に小型回転研削砥石や、切削工具、
或いは超音波振動加工工具を有す腕を必要に応じ
て姿勢制御等を可能にして設けるようにしても良
く、又夫々の回転盤１５及び１８に夫々同一又は
別種の複数の機械的加工手段、及び同一又は別種
の複数のエネルギ照射銃を設けて加工を行なうよ
うに構成しても良い。 図面第４図は、本発明加工方法の別の実施例の
説明図で、先端を幅広の偏平とした加工液ノズル
１１ｂを用い、例えば濃度５〜40％塩酸（HCl）
を、約10ｍ／ｓ〜100ｍ／ｓの速度で、かつ流量
約１〜10c.c.で研削砥石１０ａの幅約10mmに合わせ
てフイルム状に必要に応じて超音波振動を重畳さ
せて噴出させ、このフイルム状の噴出加工液に、
ノズル１１ｂを一方の電極１１ｅ（＋極）とし、
かつノズル１１ｂから前方に延びた腕２３から噴
出加工液と接するように設けた他方の電極２４と
の間に直流、交流、高周波、又は間歇的電圧パル
スの電圧を印加してフイルム状加工液を通電、電
解、及び放電により所定の高温状態に加熱した状
態で被加工体６の加工すべきセラミツクス表面に
供給し、セラミツクスの分解、溶解反応層、脆弱
化層６ａを生ぜしめこれを研削砥石１０ａにより
機械的に研削加工除去するものである。 この場合使用砥石１０ａとしては、活性酸素に
対して強いものが望ましく、又砥石１０ａとして
は導電性を有しないものであつても良いが、例え
ばダイヤモンド、cBM、B4C、SiC等の砥粒を、
例えば30〜100μの導電性のあるTiC、TiN等に
より混合、成形、焼結した導電性砥石１０ａの場
合には、図示の如く砥石１０ａを負極に接続して
砥石１０ａの損耗を防止するようにすることが望
ましい。 第５図は、又他の実施例の加工方法を示す側面
図で、前記通電、電解、及び放電の電源（図示せ
ず）を、ノズル１１ｂから前方に延びた腕２３先
端に設けた電極２５と、導電性砥石１０ａとの間
に砥石１０ａを負極として接続したもので、前記
電極２５と砥石１０ａ間の通電、電解、及び放電
は両者間に介在する加工液を介しても行なわれる
ものの、被加工体６セラミツクス当該部分が高温
になれば、その温度に応じてセラミツクスは導電
性を増すから、記号Ｄで示すように電極２５から
セラミツクスの高温低抵抗部、又は該部分に対す
る電極２５材の付着物を中間電極として砥石１０
ａとの間に放電が発生し、加工液及びセラミツク
ス表面を更に加熱しつつ加工が行なわれる。 この場合、被加工体６がAl2O3セラミツクスの
場合、加工液を40％NaOHとし、砥石として前述
第４図で説明した幅約10mmの導電性砥石＃150の
物を用い、約1500R.P.M.とし、電極２５として
銅（Cu）を用い、電源を電圧約90V、電圧パルス
幅約30μｓ、休止幅約50μｓ、放電電流振幅約
30A、切込み約５μｍで、加工送り約10ｍ／min
とした所、約0.5cm3／minで加工でき、加工面粗
さは約0.5μｍRmax又はそれ以下であつた。 上記の場合電極２５と砥石１０ａとの間の加工
液がある被加工体６表面にレーザ光線を連続又は
間歇的に照射するようにすると、これが単に加熱
だけでなく放電のトリガ作用としても働き加工性
能を一段と向上させることができる。 又、前述第３図及び第４図の場合を含めて、通
電、電解、更には放電を行なう通電方式の場合に
は、加工液中の電解質が例えば塩（NaCl）とか
塩化カリ（KCl）等の中性塩であつても、電解に
より正極で酸、又負極でアルカリを生成するか
ら、必ずしも強酸及び強アルカリである必要はな
い。又高温の酸又はアルカリによるセラミツクス
への分解、溶解等の作用は、少なくとも当該部分
に超音波振動を付与すれば（エネルギ密度
102watt／cm2程度以上）反応が促進される所から
有効であつて、被加工体６に振動を付与する等併
用することが望ましい。 以上詳述したように、本発明によれば、被加工
体セラミツクスを局部的に高温の酸又はアルカリ
加工液により少なくとも一部以上を分解、溶解等
反応させ、又部分的に脆弱化し、そしてその部分
を機械的加工手段により除去加工をすると言う特
殊な複合加工方法の適用によりセラミツクス加工
の目的を達したもので、今後ホームユース用や各
種産業用等として広い範囲への適用が予想される
セラミツクスの容易かつ安価な適用を可能とする
ものである。
るためには、ダイヤモンドやcBN（立方晶窒化硼
素）等の切削チツプ又は砥粒を切刃として有する
切削工具やドリル、或いは研削砥石等の超高硬質
工具による外はなく、切削又は研削加工能も金
属、合金に比較して著しく低い訳で、又脆く割れ
易い所から、機械的切削又は研削による加工成形
には適さず、用途及び適用の幅を減じていた。又
斯種セラミツクスは、一般的には絶縁体とも言う
べく、その電気伝導率は金属、合金に比べ著しく
低く、又その熱伝導率も同様に極めて低いのでダ
イヤモンド等のチツプ又は砥粒による切削又は研
削加工に要したたエネルギは、前記チツプ又は砥
粒を有する工具側に伝達され、従つて工具側の摩
耗、損傷は、金属、合金の切削又は研削加工の場
合に比べて著しく大きくなることが少なくない。 このようにセラミツクスは、融点が高く、高硬
度であるが割れ易く、電気伝導率が低く、又化学
的にも安定である所から、従来通常の加工手段に
対しては、相当な難加工材であることが知られて
いる訳であるが、本発明はこのような難加工性を
克服せんとするもので、従来からある機械的切削
又は研削加工、電解又は放電等の電気加工、レー
ザや電子ビーム等のエネルギ線加工、或いは各種
化学加工等の各加工方法を個別に適用する単純加
工ではなく、上記の如く各種加工方法を二つ、又
は二つ以上の加工方法を各加工方法の特質、特性
のみだけでなく、二つ以上の加工方法を施すタイ
ミング、即ち例えば被加工体の同一箇所に対して
ほとんど同時又は一方の加工方法の適用後時間を
置かずに直後に引き続いて他の加工方法を適用す
るとか、或いは又二つ以上の加工方法交互に適用
する等、一方の加工方法による加工作用又は効果
が残存している状態に於て他の加工方法を適用す
る如くにした複合加工方法にセラミツクス加工の
難点を克服したものである。 セラミツクスに用いられている金属酸化物の如
き化学的に安定な金属酸化やその他の化合物は、
通常の金属、合金等に比し、一般的に耐酸及び耐
アルカリ性に優れているが、これは例えば通常の
居室等の室温程度の比較的低温領域のことであつ
て、高温域では、金属、合金等に或いは劣らない
程度に反応性が高い。即ち、一般的に知られてい
るように通常の金属酸化物は、高音域（例えば約
100℃前後よりも高い約100〜400℃前後）の酸
（例えば硫酸）、アルカリ（例えば苛性ソーダで通
常強酸、強アルカリ）に溶解する。 従つて、かかる高温の酸、アルカリによる反応
作用を、セラミツクスの所望加工部分に限定して
局部的に与えて周囲の他の部分から切り離し、そ
してその加工部分を何等かの手段で除去すること
ができれば、セラミツクスの加工ができたと言う
ことになるもので、かかる加工の態様は高温の
酸、アルカリに限らず、例えば電解により正極に
酸、そして負極にアルカリを生ずるNaCl等の中
性塩電解液、化学的に活性なイオン、例えばハロ
ゲンガスCl--等を所定の高温度条件下でセラミ
ツクスに作用させて、当該部分の酸化物を分解さ
せる態様のものであつても良い。 しかして、上記の如き高温の酸又はアルカリに
よる化学反応作用をセラミツクスに対して行なう
にしても、そのような高温の酸やアルカリに耐え
得る容器や供給、回収等の信頼性を置ける物及び
手段がなく、又被加工体セラミツクスの所望局部
部分のみに作用させることも従来技術では難しか
つた。 そこで、本発明はこのような難点を解決して、
被加工体セラミツクスへの穿孔、型彫、切断、溝
形成等の成形等の加工を可能としたもので、被加
工体セラミツクスの所望加工部の表面領域に単位
局部に酸又はアルカリの電解質を水に溶解した加
工液の所望単位量を噴射、流下、滴加等供給介在
せしめた状態で、当該局部に外部からエネルギ供
給して高温状態とで、当該局部に於て酸又はアル
カリ加工液の高温状態に於けるセラミツクスとの
反応を好ましくは供給加工液中の酸又はアルカリ
の全部乃至大部分が行なうようにし、この反応に
よる変質生成物又は残溜物、或いは前記反応によ
り脆弱化等した反応部分を各種適宜の機械的手段
によつて前記局部から除去することにより加工が
行なわれるようにしたもので、前記加工局部を被
加工体セラミツクス上の水平面内の所定の位置又
は厚さ方向に順次に制御移動させて所望の目的加
工が行なわれるものである。 そして、このようにすることにより、高温の酸
又はアルカリ加工液の加工部からの回収除去は、
仮令或る程度の回収量があるにしても、機械的加
工に冷却液を必要としない場合には、その量は極
めて少なくすることができ、又回収加工液が高温
状態である可能性はほとんど無いから、本発明の
目的を達成する加工装置を構成することが可能と
なる。 前記の外部から供給するエネルギとしては、例
えばレーザ光線とか電解放電作用（後者電解放電
の場合は、所謂電解による電気化学的作用、電気
の通電に伴う通電加熱作用及び放電による熱及び
衝撃作用等の複合作用）を、例えば数10μｍ〜１
μｍの所定の局部範囲に作用させるが、それ以外
の領域には熱等を全く作用させないので、局部加
工が可能となる。 そして、例えば、レーザ光線によれば、照射光
線のエネルギ密度が106watt／cm2以上になれば、
通常の物質を分解、分離等させることができ、
103〜104watt／cm2では、ほぼ加熱のエネルギ密度
であるから、本発明に於ける高温域に於ける酸又
はアルカリによる反応をセラミツクスに一般的に
生ぜしめるためには、ほぼ105watt／cm2程度、又
はそれ以上のエネルギ密度の光線として照射する
ことが必要であるが、他に通電、電解、放電、プ
ラズマ、マイクロウエーブ等の外部エネルギを併
用するようにすれば、被加工体セラミツクスが熱
伝導が悪く、加工局部から熱拡散が比較的少ない
ことから上記レーザ光線の照射エネルギ密度は、
最低102watt／cm2以上あれば、ほぼ充分である。 以下図面の実施例により本発明加工方法を説明
すると、第１図は本発明の加工方法を実施する一
実施例装置の正断面図で、ベツド１上に図示しな
い数値制御装置等の制御装置により制御されるｘ
及びｙ軸駆動モータ３及び４を有するクロステー
ブル２が載置され、該クロステーブル２上に被加
工体６固定具を有する好ましくは耐酸、耐アルカ
リ性の一方又は両方を有する加工テーブル５が設
けられている。７はベツド１内に収設された塩酸
（HCl）、硫酸（H2SO4）、硝酸（HNO3）、苛性ソ
ーダ（NaOH）、又は苛性カリ（KOH）等の好ま
しくは強酸又は強酸基の濃度が５〜50％程度の常
温の加工液収納タンクで、８はその供給配管であ
るが、その汲み上げポンプ等は省略されている。
９はベツド１の一端部側に立てて設けられたカラ
ムで、機械的な研削加工ヘツド１０と、エネルギ
供給及び加工液供給ヘツド１１とを保持してい
る。ヘツド１０には、例えば通常の機械的研削砥
石１０ａと該砥石１０ａを回転駆動するモータと
を備え（図示せず）、さらに該ヘツド１０は前述
制御装置によりＺ軸モータ１０ｂを制御駆動し、
砥石１０ａのＺ軸位置を制御設定する。ヘツド１
１にはレーザ発振器、マイクロウエーブ発振器、
又は電子ビーム発生装置等のエネルギ発生装置１
１Ａと、加工液の供給制御装置１１Ｂとが設けら
れ、さらに該ヘツド１１の先端部にはエネルギ発
生装置１１Ａよりの、例えばレーザ光線を反射
鏡、収束レンズ等により所望の大きさのビームと
して加工部に照射するエネルギ照射銃１１ａと、
前記加工液を制御して加工部に噴射、流下等して
供給する加工液ノズル１１ｂとが設けられてい
る。１２は加工屑や加工液飛散防止と共に発生ガ
スやミスト、蒸気等を補集するカバーで、特に強
散や強塩基の加工液の高温化及び反応等に伴つて
発生するガスやミストを補集し、これを吸引ポン
プ１３で取り出して、斯種ガスやミスト等の無害
化処理装置１４に送り、所定の処理をして排出す
るように構成されている。なお、上記の場合砥石
１０ａによる研削加工の冷却液を、ノズル１１ｂ
による余分の加工液や、被加工体６セラミツクス
上に於ける分解や溶解物等が兼用し得ない場合に
は、砥石１０ａに対して、別途独立の例えば通常
の研削液（冷却用）供給手段が設けられることに
なる。 次に作用について説明すると、加工液ノズル１
１ｂから、セラミツクスから成る被加工体６の次
の所望加工領域に間歇的に所定量ずつ、又は所定
微小流量（例えば１〜10c.c.／ｓ）及び所定流速
（例えば10〜100ｍ／ｓ）で、薄いフイルム状に幅
を持たせて連続的に噴出させ、この加工液が供給
により付着介在するようになつた部分へ、例えば
レーザ光線を少なくとも102watt／cm2、通常
105watt／cm2程度のエネルギ密度で砥石10aの厚さ
方向に100KHz〜200MHzで首振りさせながら照
射し、供給した加工液及びその部分の被加工体６
の表面を瞬時的に高温に加熱することにより、当
該部分のセラミツクスを分解、溶解、又は複合セ
ラミツクスの場合一部のセラミツクス材のみを分
解、溶解等して当該部分の全体を脆弱化等し、そ
してこの部分が次いで研削砥石により機械的研削
加工されて、分解又は溶解物、及び脆弱化物が研
削除去される。従つて上述の加工作用を予めプロ
グラムされた数値制御信号等により所望の部分の
位置に於いて所定幅及び所定深さの加工をするが
如く順次に加を行なつて行くことにより、単なる
表面部の面取り的加工だけでなく穿孔加工や３次
元の形状加工等も可能となる。 そして、その際エネルギ照射銃１１ａからの照
射エネルギ密度を極端に高くしない限り、砥石１
０ａは未処理の被加工体６部分に対して刃が立た
ないのであるから割れるようなことはなく、ノズ
ル１１ｂからの加工液の供給量と該供給加工液を
被加工体６セラミツクスの分解、溶解、及び脆弱
化等に有効に作用せしめるための照射エネルギ
（少なくとも102watt／cm2以上のレーザ、放電、プ
ラズマ、マイクロウエーブ、通電又は電解電流、
又は超音波振動）の照射制御状態とにより加工性
能が決定された状態で加工が進行することにな
る。 又、エネルギ照射銃１１ａの首振制御により、
レーザ光線により砥石１０ａの目詰り防止、目立
を随時行なうことにより、砥石１０ａによる研削
性能を高く保ち、加工性能を高く保つことができ
る。 第２図は、他の実施例の構成説明断面図で、前
述第１図と同一符号を付した部分は、同一物又は
同一作用物を示す。この実施例はヘツド１０，１
１から鉛直に垂下保持された加工液ノズル１１ｂ
を中心軸として、レーザ光線等のエネルギ照射銃
１１ａと機械的研削加工を行なうための例えばホ
ーニングノズル１０ｃとが廻りを制御回転により
回転割り出し位置決めができるように構成され、
例えば被加工体６セラミツクスが比較的薄い板状
のもので、これに所定の輪郭形状の切抜き切断加
工を行なうような場合、ノズル１１ｂから被加工
体６表面に供給された加工液に対して、エネルギ
照射銃１１ａを常に加工の進行方向の変化があつ
ても現時点の加工進行方向の前方、又は後方、或
いは進行方向と直角方向の側方の何れかに位置さ
せて加工を進行させるのに対し、機械的加工を行
なうホーニングノズル１０ｃを前記エネルギ照射
銃１１ａと常に対向することがなく、かつ加工液
が供給され同時に又は次いでエネルギ線が照射さ
れて終つた分にホーニング加工の噴射が行なわれ
るようにホーニングノズル１０ｃを常に加工の進
行方向と直角方向の左又は右側方、或いは加工の
進行方向の後方若しくは前方の何れかに位置させ
得るように考慮したものである。 即ち、図示実施例では、ヘツド１０，１１から
垂下保持された加工液ノズル１１ｂの保持軸１１
ｃにホーニングノズル１１ｃをノズル１１ｂの先
端部を指向するように取り付けた回転盤１５が、
ヘツド１０，１１に設けたモータ１６により歯車
１７を介して制御回動自在に取り付けられてお
り、又更にエネルギ照射銃１１ａをノズル１１ｂ
先端部を指向するように取り付けた回転盤１８が
前記の回転盤１５に対し、ヘツド１０，１１に設
けたモータ１９により歯車２０を介して制御回動
自在に取り付けられている。図示の場合エネルギ
照射銃１１ａがレーザ光線である場合、可撓性光
フアイバ等を介してレーザ光線を供給することが
必要になるがマイクロウエーブやプラズマを供給
する場合とか、一対の電極により供給された加工
液を介する通電又は放電を行なわせる構成の場合
には別の構成が採られることになる。第３図Ａ，
Ｂはエネルギ照射銃１１ａ以外からも外部エネル
ギとして通電、通電電解、又は電解放電で供給が
行なわれる場合の構成例を示す部分の側面図と上
面図で、ノズル１１ｂより供給された加工液１１
ｄに、照射銃１１ａの先端近傍から延びた一対の
弾性リード腕２１の先端に取り付けた耐熱耐摩電
極２２が被加工体６表面に於て接触し、該加工液
１１ｄを通電加熱、通電電解、更には放電若しく
は電解放電により高温として、特に放電の場合は
熱的作用及び放電衝撃も強く作用することにな
る。 又、上記第２図の場合ホーニングノズル１０ｃ
に代えて先端に小型回転研削砥石や、切削工具、
或いは超音波振動加工工具を有す腕を必要に応じ
て姿勢制御等を可能にして設けるようにしても良
く、又夫々の回転盤１５及び１８に夫々同一又は
別種の複数の機械的加工手段、及び同一又は別種
の複数のエネルギ照射銃を設けて加工を行なうよ
うに構成しても良い。 図面第４図は、本発明加工方法の別の実施例の
説明図で、先端を幅広の偏平とした加工液ノズル
１１ｂを用い、例えば濃度５〜40％塩酸（HCl）
を、約10ｍ／ｓ〜100ｍ／ｓの速度で、かつ流量
約１〜10c.c.で研削砥石１０ａの幅約10mmに合わせ
てフイルム状に必要に応じて超音波振動を重畳さ
せて噴出させ、このフイルム状の噴出加工液に、
ノズル１１ｂを一方の電極１１ｅ（＋極）とし、
かつノズル１１ｂから前方に延びた腕２３から噴
出加工液と接するように設けた他方の電極２４と
の間に直流、交流、高周波、又は間歇的電圧パル
スの電圧を印加してフイルム状加工液を通電、電
解、及び放電により所定の高温状態に加熱した状
態で被加工体６の加工すべきセラミツクス表面に
供給し、セラミツクスの分解、溶解反応層、脆弱
化層６ａを生ぜしめこれを研削砥石１０ａにより
機械的に研削加工除去するものである。 この場合使用砥石１０ａとしては、活性酸素に
対して強いものが望ましく、又砥石１０ａとして
は導電性を有しないものであつても良いが、例え
ばダイヤモンド、cBM、B4C、SiC等の砥粒を、
例えば30〜100μの導電性のあるTiC、TiN等に
より混合、成形、焼結した導電性砥石１０ａの場
合には、図示の如く砥石１０ａを負極に接続して
砥石１０ａの損耗を防止するようにすることが望
ましい。 第５図は、又他の実施例の加工方法を示す側面
図で、前記通電、電解、及び放電の電源（図示せ
ず）を、ノズル１１ｂから前方に延びた腕２３先
端に設けた電極２５と、導電性砥石１０ａとの間
に砥石１０ａを負極として接続したもので、前記
電極２５と砥石１０ａ間の通電、電解、及び放電
は両者間に介在する加工液を介しても行なわれる
ものの、被加工体６セラミツクス当該部分が高温
になれば、その温度に応じてセラミツクスは導電
性を増すから、記号Ｄで示すように電極２５から
セラミツクスの高温低抵抗部、又は該部分に対す
る電極２５材の付着物を中間電極として砥石１０
ａとの間に放電が発生し、加工液及びセラミツク
ス表面を更に加熱しつつ加工が行なわれる。 この場合、被加工体６がAl2O3セラミツクスの
場合、加工液を40％NaOHとし、砥石として前述
第４図で説明した幅約10mmの導電性砥石＃150の
物を用い、約1500R.P.M.とし、電極２５として
銅（Cu）を用い、電源を電圧約90V、電圧パルス
幅約30μｓ、休止幅約50μｓ、放電電流振幅約
30A、切込み約５μｍで、加工送り約10ｍ／min
とした所、約0.5cm3／minで加工でき、加工面粗
さは約0.5μｍRmax又はそれ以下であつた。 上記の場合電極２５と砥石１０ａとの間の加工
液がある被加工体６表面にレーザ光線を連続又は
間歇的に照射するようにすると、これが単に加熱
だけでなく放電のトリガ作用としても働き加工性
能を一段と向上させることができる。 又、前述第３図及び第４図の場合を含めて、通
電、電解、更には放電を行なう通電方式の場合に
は、加工液中の電解質が例えば塩（NaCl）とか
塩化カリ（KCl）等の中性塩であつても、電解に
より正極で酸、又負極でアルカリを生成するか
ら、必ずしも強酸及び強アルカリである必要はな
い。又高温の酸又はアルカリによるセラミツクス
への分解、溶解等の作用は、少なくとも当該部分
に超音波振動を付与すれば（エネルギ密度
102watt／cm2程度以上）反応が促進される所から
有効であつて、被加工体６に振動を付与する等併
用することが望ましい。 以上詳述したように、本発明によれば、被加工
体セラミツクスを局部的に高温の酸又はアルカリ
加工液により少なくとも一部以上を分解、溶解等
反応させ、又部分的に脆弱化し、そしてその部分
を機械的加工手段により除去加工をすると言う特
殊な複合加工方法の適用によりセラミツクス加工
の目的を達したもので、今後ホームユース用や各
種産業用等として広い範囲への適用が予想される
セラミツクスの容易かつ安価な適用を可能とする
ものである。
図面第１図は、本発明加工方法を実施する一実
施例装置の正断面図、第２図は同じく他の実施例
装置の部分の正面図、第３図Ａ及びＢは他の実施
例の部分の側面図と上面図、第４図及び第５図は
夫々他の実施例の構成説明図である。 ６……被加工体セラミツクス、１０ａ……研削
砥石、１０ｃ……ホーニングノズル、１１ｄ……
加工液、１１ｂ……加工液供給ノズル、１１ａ…
…エネルギ照射銃、２２，２４，２５……電極。
施例装置の正断面図、第２図は同じく他の実施例
装置の部分の正面図、第３図Ａ及びＢは他の実施
例の部分の側面図と上面図、第４図及び第５図は
夫々他の実施例の構成説明図である。 ６……被加工体セラミツクス、１０ａ……研削
砥石、１０ｃ……ホーニングノズル、１１ｄ……
加工液、１１ｂ……加工液供給ノズル、１１ａ…
…エネルギ照射銃、２２，２４，２５……電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被加工体セラミツクスの所望加工部の表面部
領域に、酸又はアルカリの電解質を水に溶解した
加工液を供給浸漬等により介在せしめた状態で、
該加工部の表面領域にエネルギを付与して該加工
部を変質せしめ、次いで前記変質加工部を機械的
に除去する機械加工を行なうことを特徴とするセ
ラミツクスの加工方法。 ２ 前記加工液が、塩酸、硫酸、又は硝酸等の強
酸であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のセラミツクスの加工方法。 ３ 前記加工液が、苛性ソーダ、又は苛性カリ等
の強塩基であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のセラミツクスの加工方法。 ４ 前記加工部表面領域に付与されるエネルギ
が、超音波振動エネルギである前記特許請求の範
囲第１項乃至第３項の何れか一に記載のセラミツ
クスの加工方法。 ５ 前記加工部表面領域に付与されるエネルギ
が、前記加工液に通電される電流である前記特許
請求の範囲第１項乃至第３項の何れか一に記載の
セラミツクスの加工方法。 ６ 前記加工部表面領域に付与されるエネルギ
が、電気放電エネルギである前記特許請求の範囲
第１項乃至第３項の何れか一に記載のセラミツク
スの加工方法。 ７ 前記加工部表面領域に付与されるエネルギ
が、電磁波、特にレーザ光線である前記特許請求
の範囲第１項乃至第３項の何れか一に記載のセラ
ミツクスの加工方法。 ８ 前記加工部表面領域に付与されるエネルギ
が、電磁波、特に超高周波のマイクロ波である前
記特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか一に
記載のセラミツクスの加工方法。 ９ 前記加工部表面領域に付与されるエネルギ
が、超音波振動、加工液に通電される電流、電気
放電エネルギ、又はレーザ光線若しくは超音波の
マイクロ波等の電磁波の内の二つ以上の組合せで
あつて、該二つ以上のエネルギが同時又は相互に
影響し得る短い時間間隔を置いて付与されるもの
である前記特許請求の範囲第１項乃至第３項の何
れか一に記載のセラミツクスの加工方法。 １０ 前記機械加工が、切削工具による切削加工
である前記特許請求の範囲第１項乃至第９項の何
れか一に記載のセラミツクスの加工方法。 １１ 前記機械加工が、砥粒、砥石による研削加
工である前記特許請求の範囲第１項乃至第９項の
何れか一に記載のセラミツクスの加工方法。 １２ 前記機械加工が、砥粒を気体と液体の一方
又は両方により噴射する砥粒加工である特許請求
の範囲第１項乃至第９項の何れか一に記載のセラ
ミツクスの加工方法。 １３ 前記機械加工が、導電性円板若しくは円柱
状の回転砥石を用い、該砥石を負極とする電解乃
至は電解放電研削加工である特許請求の範囲第１
項乃至第９項の何れか一に記載のセラミツクスの
加工方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58096727A JPS59223282A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | セラミツクスの加工方法 |
| US06/615,416 US4559115A (en) | 1983-05-30 | 1984-05-30 | Method of and apparatus for machining ceramic materials |
| EP84303619A EP0131367B1 (en) | 1983-05-30 | 1984-05-30 | Method of and apparatus for machining ceramic materials |
| DE8484303619T DE3477590D1 (en) | 1983-05-30 | 1984-05-30 | Method of and apparatus for machining ceramic materials |
| DE198484303619T DE131367T1 (de) | 1983-05-30 | 1984-05-30 | Verfahren und einrichtung zum bearbeiten von keramischen werkstoffen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58096727A JPS59223282A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | セラミツクスの加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59223282A JPS59223282A (ja) | 1984-12-15 |
| JPS6234715B2 true JPS6234715B2 (ja) | 1987-07-28 |
Family
ID=14172760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58096727A Granted JPS59223282A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | セラミツクスの加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59223282A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62294463A (ja) * | 1986-06-12 | 1987-12-21 | Hokkai Koki Kk | 金属材の連続粉体塗装装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2617842B2 (ja) * | 1991-10-18 | 1997-06-04 | 関西電力株式会社 | 石材の電気的破壊装置 |
| JP4809509B2 (ja) * | 1998-10-02 | 2011-11-09 | 財団法人ファインセラミックスセンター | セラミックス加工用工具。 |
| JP6010827B2 (ja) * | 2012-05-10 | 2016-10-19 | 株式会社東京精密 | ダイシング装置及びダイシング方法 |
| CN106113291A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种微波切割装置 |
| JP6218052B2 (ja) * | 2016-09-16 | 2017-10-25 | 株式会社東京精密 | ダイシング装置及びダイシング方法 |
-
1983
- 1983-05-30 JP JP58096727A patent/JPS59223282A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62294463A (ja) * | 1986-06-12 | 1987-12-21 | Hokkai Koki Kk | 金属材の連続粉体塗装装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59223282A (ja) | 1984-12-15 |
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