CN109382590B - 线模的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线模的制造方法，可缩短包含形成有具有高的面精度的模孔的金刚石的线模的制造时间。线模的制造方法包括：第1孔形成步骤，一面使包含金刚石的板状构件旋转且进行并进运动，一面从铅垂方向朝规定位置照射飞秒激光，由此在第1面侧形成研钵状的第1孔；第2孔成形成步骤，在与第1面对向的第2面侧形成与第1孔连接来构成模孔的研钵状的第2孔；以及圆滑化步骤，使第1孔及第2孔的内壁的角部平滑地形成。

Description

线模的制造方法

技术领域

本发明涉及一种包含金刚石的线模的制造方法。

背景技术

作为具有微细的孔的金刚石工具(diamond tool)的例子，有线模(wire dies)。线模是用以使线放电加工机(wire electric discharge machining machine) 的加工中所使用的电极丝插通至模孔中来进行保持者。在专利文献1中记载有如下的方法：将脉冲宽度为0.1ns以上、30ns以下的YVO₄激光照射至金刚石的表面上而形成模孔后，对其内壁进行研磨来实施修整加工，由此制造包含金刚石的线模。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利第6062798号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，在利用熔解的加工的特性方面，在使用具有纳秒以上的长度的脉冲宽度的激光的加工中，在被加工物的激光照射部位周边会产生热影响。因此，必须在利用激光形成模孔后，例如将进行超声波振动的针状构件的前端部按压在旋转的线引导件的模孔的内壁上，利用金刚石粉末仔细地研磨激光加工面，由此提升面精度。此研磨处理所需要的时间长，因此存在线模的制造时间变长这一问题。

本发明是鉴于所述情况而成者，其目的在于提供一种可缩短包含形成有具有高的面精度的模孔的金刚石的线模的制造时间的线模的制造方法。

[解决问题的技术手段]

第1发明的线模的制造方法包括：第1孔形成步骤，一面使包含金刚石的板状构件绕着穿过所述板状构件的中心部且在厚度方向上延长的第1轴旋转，一面使所述板状构件在相对于所述厚度方向垂直的方向上，反复往返移动至以所述中心部的位置为基准仅相隔第1距离的位置为止，并一面使所述板状构件绕着穿过所述中心部且在相对于所述第1轴垂直的方向上延长的第 2轴旋转且相对于水平面仅倾斜第1角度，一面从铅垂方向朝规定位置将飞秒激光照射至与所述厚度方向正交的所述板状构件的第1面上，由此从所述第1面至所述厚度方向中央部形成研钵状的第1孔；第2孔形成步骤，使所述板状构件绕着所述第2轴旋转而反转后，一面使所述板状构件绕着所述第 1轴旋转，一面使所述板状构件在相对于所述厚度方向垂直的方向上，反复往返移动至以所述中心部的位置为基准仅相隔第2距离的位置为止，并一面使所述板状构件绕着所述第2轴旋转且相对于水平面仅倾斜第2角度，一面从铅垂方向朝所述规定位置将飞秒激光照射至与所述第1面对向的第2面上，由此从所述第2面至所述厚度方向中央部形成与所述第1孔连接来构成模孔的研钵状的第2孔；以及圆滑化步骤，一面使所述板状构件绕着所述第1轴旋转，一面使所述板状构件在相对于所述厚度方向垂直的方向上，反复往返移动至以所述中心部的位置为基准相隔至所述模孔的内壁为止的距离以上的位置为止，并一面使所述板状构件绕着所述第2轴旋转且相对于水平面倾斜，一面从铅垂方向朝所述规定位置将飞秒激光照射至所述第1孔及所述第2孔的内壁的角部，由此使所述角部平滑地形成。

此处，当对包含金刚石的构件的特定部位持续照射固定时间以上的飞秒激光时，此照射部位变质，无法进行进一步的加工。

在本发明中，在第1孔形成步骤、第2孔形成步骤及圆滑化步骤中，一面使作为被加工物的板状构件旋转且进行并进运动，一面照射飞秒激光。即，在利用飞秒激光的激光加工步骤中，一面使激光的照射位置经常变化一面进行加工。由此，可防止如所述般激光的照射部位变质，并进行加工至所期望的深度为止。

另外，飞秒激光由于脉冲宽度极短，因此可在极短时间内照射具有高的激光强度的脉冲光。由此，可在热能被传导至周边之前，不经过熔融而仅使照射有激光的部分蒸发。通过此所谓的激光烧蚀加工，可无限地减小板状构件因热扩散而受到的热影响，因此可仅对照射有激光的部分实施精度高的加工。由此，可获得具备高的面精度的激光加工面，因此可省略所述研磨处理。因此，与利用脉冲宽度为纳秒以上的激光的加工相比，可缩短线模的制造时间。

第2发明的线模的制造方法：在所述第1发明中，在所述圆滑化步骤后，还包括修整步骤，所述修整步骤将涂布有金刚石粉末的钢丝绳插通至包含所述第1孔及所述第2孔的模孔中，对所述第1孔及所述第2孔的内壁进行研磨。

在本发明中，在圆滑化步骤后，利用涂布有金刚石粉末的钢丝绳来进行研磨模孔的内壁的修整步骤。由此，可严格地规定第1孔与第2孔的连接部的内径，并且进一步提升激光加工面的面精度。

[发明的效果]

根据本发明，可缩短包含形成有具有高的面精度的模孔的金刚石的线模的制造时间。

附图说明

图1是表示实施方式的模孔形成装置的整体构成的概略正面图。

图2是图1中所示的金刚石板周边的夹具的俯视图。

图3是图2中所示的金刚石板周边的夹具的剖面图。

图4是图1中所示的激光照射装置的立体图。

图5中的(a)、图5中的(b)是表示上侧孔及下侧孔形成步骤中的金刚石板的动作的剖面图。

图6是表示圆滑化步骤中的金刚石板的动作的剖面图。

图7是表示修整步骤中的金刚石板的动作的剖面图。

符号的说明

1：五轴加工台

2：第1移动体

3：第2移动体

4：第3移动体

5：旋转驱动部

6：旋转体

6a：旋转夹具

7：旋转台

7a：凸部

6b、7b、8a、9a：贯穿孔

8：基座夹具

9：安装板

10：不锈钢板

11：压板

12：金刚石板

12a：模孔

12a1：上侧孔

12a2：下侧孔

12a3：引导部

13：钢丝绳

20：激光照射装置

20a：激光振荡器

20b：镜子

20c：聚焦透镜

100：模孔形成装置

d1、d2、d3：距离

θ1、θ2、θ3：角度

A：穿过金刚石板12的中心且在X方向上延长的轴

C：穿过金刚石板12的中心且在Z方向上延长的轴

L：飞秒激光(激光)

X、Y、Z：方向

具体实施方式

以下，一面参照附图一面对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，模孔形成装置100是用以利用飞秒激光L(激光L)，在包含金刚石的圆盘状的金刚石板12上形成模孔12a者。模孔形成装置100包括五轴加工台1与激光照射装置20。再者，以下将图1的附图的左右方向定义为X方向，将正交的方向定义为Y方向，将上下方向定义为Z方向，适宜使用“X”、“Y”、“Z”的方位词进行说明。另外，图2、图3中所记载的点划线及双点划线表示后述的A轴及C轴。

五轴加工台1是用以进行与激光加工中的金刚石板12的移动及旋转相关的动作者。五轴加工台1从下方起依次具有进行金刚石板12的Y方向的移动的第1移动体2、进行X方向的移动的第2移动体3、进行Z方向的移动的第3移动体4、及设置有环绕水平轴及铅垂轴的旋转机构的旋转驱动部5。

如图2、图3所示，金刚石板12嵌入至设置在不锈钢板10中的孔内，并通过银焊料来固定。不锈钢板10在由压板11按压的状态下固定在安装板 9上。

在安装板9的中央部设置有呈研钵状的贯穿孔9a，所述贯穿孔9a越往下侧，内径越大。从Z方向观察，贯穿孔9a以在不锈钢板10的安装时金刚石板12位于中心的方式构成。安装板9固定在基座夹具8上。

在基座夹具8的中央部设置有呈大致研钵状的贯穿孔8a，所述贯穿孔8a 与设置在安装板9中的贯穿孔9a连通，且越往下侧，内径越大。基座夹具8 固定在旋转台7上。

在旋转台7的上表面中央部，形成有具有与设置在基座夹具8中的贯穿孔8a的内壁对应的形状的凸部7a，以凸部7a嵌合在所述贯穿孔8a中的状态将基座夹具8与旋转台7固定。在旋转台7的中央部设置有呈大致研钵状的贯穿孔7b，所述贯穿孔7b与设置在基座夹具8中的贯穿孔8a连通，且越往下侧，内径越大。如图1、图2所示，旋转台7以如下方式构成：其外周部的上表面与设置在后述的旋转体6上的旋转夹具6a抵接，伴随此旋转夹具6a的旋转而可独立地旋转。旋转台7的旋转轴以与穿过金刚石板12的中心且在 Z方向上延长的轴(以下称为C轴)一致的方式设定。旋转台7安装在旋转体6上。

如图3所示，在旋转体6的中央部设置有呈研钵状的贯穿孔6b，所述贯穿孔6b与设置在旋转台7中的贯穿孔7b连通，上端的内径与设置在旋转台 7中的贯穿孔7b的下端的内径相等，且越往下侧，内径越大。如图1所示，旋转体6安装在旋转驱动部5上，且构成为可通过设置在此旋转驱动部5中的未图示的驱动马达而旋转。旋转体6的旋转轴以与穿过金刚石板12的中心且在X方向上延长的轴(以下称为A轴)一致的方式设定。

如图4所示，激光照射装置20是用以照射飞秒激光L者。激光照射装置 20具有设置有未图示的激光光源的激光振荡器20a、变更激光L的照射方向的镜子20b、及将激光L收集成束的聚焦透镜20c。

激光振荡器20a将从未图示的激光光源中进行了振荡的激光转换成脉冲宽度为飞秒级的飞秒激光L，并调节成所期望的光点直径及激光强度来进行振荡。从激光振荡器20a中进行了振荡的激光经由未图示的激光传导构件而到达镜子20b中，以其照射方向与Z方向一致的方式被反射后，通过聚焦透镜20c来收集成束。在激光加工中，激光L的照射位置不变更而固定，如后述般，通过使金刚石板12并进移动及旋转来进行激光加工。

继而，针对使用飞秒激光L的模孔12a的形成方法，一面参照图5～图7 一面从加工前的金刚石板12的定位至模孔12a的修整加工完成为止进行详细说明。再者，在图5～图7中，为了动作说明的明了化，仅图示作为被加工物的金刚石板12，而省略所述各装置的图示。

通过驱动第1移动体2及第2移动体3，以从Z方向观察时的金刚石板 12的中心位置与激光L的照射位置一致的方式调节X方向、Y方向的位置。进而，通过驱动第3移动体4，以从水平方向观察时的金刚石板12位于激光 L的焦深的范围内的方式调节Z方向的位置。将此时的金刚石板12的位置称为“初始的位置”。另外，加工前的金刚石板12以上表面及下表面与水平面大致平行、且倾斜角度大致变成零的方式配置。将此时的金刚石板12的倾斜角度称为“初始的倾斜角度”。

如图5中的(a)所示，通过使旋转台7旋转，而使金刚石板12绕着C 轴旋转。而且，一面对金刚石板12的上表面照射飞秒激光L，一面使第1移动体2在Y方向上移动，由此使金刚石板12在初始的位置与从初始的位置起在Y方向上仅相隔距离d1的位置之间反复并进移动，并使旋转体6绕着A 轴旋转，由此使金刚石板12在初始的倾斜角度与相对于初始的倾斜角度绕着 A轴仅倾斜角度θ1的倾斜角度之间反复旋转。更具体而言，以如下方式一面使金刚石板12反复并进移动及旋转一面照射飞秒激光L：金刚石板12位于初始的位置上时变成初始的倾斜角度，金刚石板12位于从初始的位置起在Y 方向上仅相隔距离d1的位置上时，变成相对于初始的倾斜角度绕着A轴仅倾斜角度θ1的倾斜角度。由此，从金刚石板12的上侧起依次进行加工，而从上表面至厚度方向中央部形成大致研钵状的上侧孔12a1。

通过使旋转体6绕着A轴旋转，而使金刚石板12的表背反转。而且，通过进行所述位置调节，将金刚石板12配置在初始的位置及初始的倾斜角度上。

如图5中的(b)所示，通过使旋转台7旋转，而使金刚石板12绕着C 轴旋转。而且，一面对金刚石板12的下表面照射激光L，一面使第1移动体 2在Y方向上移动，由此使金刚石板12在初始的位置与从初始的位置起在Y 方向上仅相隔距离d2的位置之间反复并进移动，并使旋转体6绕着A轴旋转，由此使金刚石板12在初始的倾斜角度与相对于初始的倾斜角度绕着A 轴仅倾斜角度θ2的倾斜角度之间反复旋转。更具体而言，以如下方式一面使金刚石板12反复并进移动及旋转一面照射飞秒激光L：金刚石板12位于初始的位置上时变成初始的倾斜角度，金刚石板12位于从初始的位置起在Y 方向上仅相隔距离d2的位置上时，变成相对于初始的倾斜角度绕着A轴仅倾斜角度θ2的倾斜角度。由此，从金刚石板12的上侧起依次进行加工，而从金刚石板12的下表面至厚度方向中央部形成大致研钵状的下侧孔12a2，所述下侧孔12a2与已形成的上侧孔12a1连接来构成模孔12a。再者，距离d1 及距离d2与角度θ1及角度θ2可适宜设定。例如，将距离d1与距离d2、角度θ1与角度θ2分别设定成相等的值，由此可形成包含上下对称且具有相同形状的两个孔(12a1、12a2)的模孔12a。

通过进行所述位置调节，将金刚石板12配置在初始的位置及初始的倾斜角度上。

如图6所示，通过使旋转台7旋转，而使金刚石板12绕着C轴旋转。而且，一面使第1移动体2在Y方向上移动，由此使金刚石板12在初始的位置与从初始的位置起在Y方向上仅相隔距离d3的位置之间反复并进移动，并使旋转体6绕着A轴旋转，由此使金刚石板12在初始的倾斜角度与相对于初始的倾斜角度绕着A轴仅倾斜角度θ3的倾斜角度之间反复旋转，一面对模孔12a的内壁照射激光L。更具体而言，以如下方式一面使金刚石板12反复并进移动及旋转一面照射飞秒激光L：金刚石板12位于初始的位置上时变成初始的倾斜角度，金刚石板12位于从初始的位置起在Y方向上仅相隔距离d3的位置上时，变成相对于初始的倾斜角度绕着A轴仅倾斜角度θ3的倾斜角度。再者，将距离d3设定成从C轴至模孔12a的内壁为止的最接近距离，即，设定成从C轴至上侧孔12a1与下侧孔12a2的连接部为止的距离以上的长度。由此，对上侧孔12a1与下侧孔12a2的连接部及其周边部照射激光L，而可使此部位平滑地形成。进而，通过将角度θ3设定得比角度θ1及角度θ2 大，可对已形成的模孔12a的内壁的整个区域再次照射激光L，而使其形状整齐。其后，自安装板9上卸除固定有金刚石板12的不锈钢板10。

如图7所示，将涂布有金刚石粉末的钢丝绳13插通至金刚石板12的模孔12a中，对模孔12a的内壁进行研磨。由此，使上侧孔12a1与下侧孔12a2 的连接部的最小内径形成为对应于所期望的电极丝的粗细的大小，由此形成在放电加工时规定线引导件的位置的引导部12a3。

(作用·效果)

在本实施方式中，一面使作为被加工物的金刚石板12旋转且进行并进运动，一面照射飞秒激光L。即，当利用飞秒激光L形成模孔12a时，一面使激光L的照射位置经常变化一面进行加工。由此，可防止激光L的照射部位变质，并进行加工至所期望的深度为止。

另外，飞秒激光L由于脉冲宽度极短，因此可在极短时间内照射具有高的激光强度的脉冲光。由此，可在热能被传导至周边之前，不经过熔融而仅使照射有激光L的部分蒸发。通过此所谓的激光烧蚀加工，可无限地减小金刚石板12因热扩散而受到的热影响，因此可仅对照射有激光L的部分实施精度高的加工。由此，可形成具有具备高的面精度的激光加工面的模孔12a，因此可省略所述研磨处理。因此，与利用脉冲宽度为纳秒以上的激光的加工相比，可缩短线模的制造时间。

另外，利用涂布有金刚石粉末的钢丝绳13来进行研磨模孔12a的内壁的修整加工。由此，可使上侧孔12a1与下侧孔12a2的连接部的最小内径形成为对应于所期望的电极丝的粗细的大小，而形成在放电加工时保持电极丝的引导部12a3，并且进一步提升激光加工面的面精度。

另外，设置在安装板9、基座夹具8、旋转台7及旋转体6中的贯穿孔6b 、贯穿孔7b、贯穿孔8a、贯穿孔9a是以分别连通，并且越往下侧，内径变得越大的方式构成。因此，各贯穿孔(6b 、7b、8a、9a)作为整体，以越往下侧，内径变得越大的方式构成。由此，如上所述，当在形成上侧孔12a1 后使金刚石板12倾斜来形成下侧孔12a2时，可防止激光L照射至已形成的上侧孔12a1的内壁上。

以上，对本发明的适宜的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于所述实施方式或实施例，只要记载在专利申请的范围内，则可进行各种设计变更。

在本实施方式中，记载有旋转体6的旋转轴以与穿过金刚石板12的中心且在X方向上延长的A轴一致的方式设定，但只要在模孔12a的形成过程中，金刚石板12可配置在激光L的焦深的范围内，则旋转体6的旋转轴的高度也可以从金刚石板12的中心的高度进行变更。旋转体6的旋转轴的高度例如也可以设定成激光加工开始前的金刚石板12的上表面的高度。

另外，记载有在金刚石板12反转后、以及使上侧孔12a1与下侧孔12a2 的连接部及其周边部平滑地形成前进行位置调节，由此将金刚石板12配置在初始的位置及初始的倾斜角度上，但当以在金刚石板12反转后、以及使上侧孔12a1与下侧孔12a2的连接部及其周边部平滑地形成前将金刚石板12配置在初始的位置及初始的倾斜角度上的方式，事先设定金刚石板12的配置时，不需要所述位置调节。

另外，记载有如图5中的(a)、图5中的(b)所示，使金刚石板12在初始的位置与从初始的位置起在Y方向上仅相隔距离d1、距离d2的位置之间反复并进移动，并使旋转体6绕着A轴旋转，由此使金刚石板12在初始的倾斜角度与相对于初始的倾斜角度绕着A轴仅倾斜角度θ1、角度θ2的倾斜角度之间反复旋转，但也可以一面使角度阶段性地变化至角度θ1、角度θ2 为止，一面进行上侧孔12a1及下侧孔12a2的形成。在此情况下，在上侧孔 12a1及下侧孔12a2的内壁上形成对应于使角度θ1、角度θ2变化的次数的角部。此角部通过图6中所示的圆滑化处理来去除。

另外，当如图5中的(a)、图5中的(b)所示般形成模孔12a时，一面使金刚石板12在Y方向上并进移动且绕着A轴旋转，一面照射激光L，由此在上侧与下侧分别形成研钵状的孔12a1、孔12a2，但例如也可以一面使金刚石板12在Y方向上并进移动，一面从上表面侧及下表面侧分别照射激光L 而在金刚石板12中形成圆筒状的模孔12a后，一面使金刚石板12绕着A轴旋转，一面从上表面侧及下表面侧分别照射激光L而形成锥面，由此形成与本实施方式相同的模孔12a。

另外，对实施利用涂布有金刚石粉末的钢丝绳13的修整加工的情况进行了记载，但当激光加工面不需要特别高的面精度时，也可以省略此修整步骤。在此情况下，如图6所示，当使上侧孔12a1与下侧孔12a2的连接部及其周边部平滑地形成时，以上侧孔12a1与下侧孔12a2的连接部的最小内径变成对应于所期望的电极丝的粗细的大小，设定距离3及角度θ3后，对上侧孔 12a1与下侧孔12a2的连接部照射激光L，而形成引导部12a3。

Claims (2)

1.一种线模的制造方法，其特征在于，包括：

第1孔形成步骤，一面使包含金刚石的板状构件绕着穿过所述板状构件的中心部且在厚度方向上延长的第1轴旋转，一面使所述板状构件在相对于所述厚度方向垂直的方向上，反复往返移动至以所述中心部的位置为基准仅相隔第1距离的位置为止，并一面使所述板状构件绕着穿过所述中心部且在相对于所述第1轴垂直的方向上延长的第2轴旋转且相对于水平面仅倾斜第1角度，一面从铅垂方向朝规定位置将飞秒激光照射至与所述厚度方向正交的所述板状构件的第1面上，由此从所述第1面至所述厚度方向中央部形成研钵状的第1孔；

第2孔形成步骤，使所述板状构件绕着所述第2轴旋转而反转后，一面使所述板状构件绕着所述第1轴旋转，一面使所述板状构件在相对于所述厚度方向垂直的方向上，反复往返移动至以所述中心部的位置为基准仅相隔第2距离的位置为止，并一面使所述板状构件绕着所述第2轴旋转且相对于水平面仅倾斜第2角度，一面从铅垂方向朝所述规定位置将飞秒激光照射至与所述第1面对向的第2面上，由此从所述第2面至所述厚度方向中央部形成与所述第1孔连接来构成模孔的研钵状的第2孔；以及

圆滑化步骤，一面使所述板状构件绕着所述第1轴旋转，一面使所述板状构件在相对于所述厚度方向垂直的方向上，反复往返移动至以所述中心部的位置为基准相隔至所述模孔的内壁为止的距离以上的位置为止，并一面使所述板状构件绕着所述第2轴旋转且相对于水平面倾斜的角度大于第1角度以及第2角度，一面从铅垂方向朝所述规定位置将飞秒激光照射至所述第1孔及所述第2孔的内壁的整个区域，由此使所述第1孔及所述第2孔的内壁的整个区域平滑地形成。

2.根据权利要求1所述的线模的制造方法，其特征在于：在圆滑化步骤后，还包括修整步骤，所述修整步骤将涂布有金刚石粉末的钢丝绳插通至所述模孔中，对所述第1孔及所述第2孔的内壁进行研磨。

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