JP2982546B2 - 硬脆性材の穴加工方法 - Google Patents

硬脆性材の穴加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス等の硬脆材
料において、冷却及び切粉排出のための内部通液方式で
コア砥石を用いた穴加工を行う時に用いる工具の保持と
内部通液のシール性を兼ね備えた特殊ホルダを用いた穴
加工方法とコア砥石負荷を検出することにより異常を判
断するシステムを持った硬脆材穴加工方法に関するもの
である。 本発明は硬脆材料を利用する自動車,エレク
トロニクス等のあらゆる工業製品分野の穴加工技術を対
象とする。
【0002】
【従来の技術】セラミックス等の硬脆材料に穴加工(特
に小径)を行うにはダイヤモンドを砥粒とした加工が主
流である。その中で遊離砥粒と固定砥粒とがあり、前者
の場合例えば「機械技術」第35巻第2号に示す超音波
加工があるが、加工精度を維持するための工具寿命と加
工能率低下の関係及び遊離砥粒方式では砥粒の処理の問
題があった。一方後者には研削加工があり、軸付砥石が
代表的だが、この場合の加工は砥石が中実であり、加工
穴全体を除去するため冷却方法が難しいために砥石が短
寿命であった。この軸付砥石の難点を解決できると予想
されたのが中空でパイプ状のコア砥石であった。しか
し、このコア砥石を使った加工法を有効に使うには内部
通液とコア砥石を保持するコレットチャックとコア砥石
の3つを構成する必要があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では特に加工
能率が多数の穴加工をするには問題があった。また、コ
ア砥石についてはセラミックスのような硬脆材対象で40
kgf/cm2以上の高圧の内部通液が使えるようなコレット
チャックが存在しなかった。
【0004】本発明は、工具にコア砥石を用いることに
より冷却及び切粉排出は内部通液方式が可能となるた
め、効果的な穴加工実用化が可能となる。また、コア砥
石は中空で研削面積が小さいため、加工除去体積が小さ
く、その分能率の良い加工が可能となり、その優れた加
工方法を提供するものである。また、その具体的な加工
法としてドリル振れの管理やコア砥石加工面を均一化す
る技術的手段を工夫することによって、より高能率な加
工を提供することができる。
【0005】また、加工時における負荷を検出すること
により、コア砥石及び加工品質の異常を事前に判断する
制御方式も兼ね備えた穴加工システムを同時に提供す
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には硬脆性材料の穴加工にコア砥石を用いる研削加工を
採用する。本発明の特徴はコア砥石を高精度に保持(取
付後の砥石振れ15μ以下)し、且つ内部通液をシー
ルできる特殊コレットチャックを用いることにある。こ
れらコア砥石,内部通液,コレットチャックを有効に構
成し、且つ加工プロセスを工夫することによって高精度
で高能率な加工となる。この加工プロセスの工夫とは内
部通液圧力を40kgfcm 2 以上とし、第1穴目か
ら第N穴目までは穴加工入口部から深さΔhmmまで進
入加工速度F 1 で加工し、Δhmm以降は進入加工速度
2 (F 2 >5F 1 で加工し、N+1穴目からは加工
入口部から進入加工速度3 3 >2F2)で加工す
る。つまり、コア砥石をワーク穴加工中に慣らしを行
い、N+1穴目から高速度F3で加工することを実施す
る。
【0007】次に負荷検出については、研削抵抗検出セ
ンサーをテーブル内に埋め込むことによって加工時の負
荷を加工実時間で検出するものであり、その負荷の変化
を制御するものである。
【0008】
【作用】このコア砥石を用いた加工は、コア砥石を高精
度に保持する方法と、内部通液を有効に利用するための
シール性が重要である。前者については、パイプに変形
を与えずに高精度に保持すると同時に研削時の負荷に耐
えるだけの保持力が必要である。そのためには保持部分
はピンバイス型とすることによって前記した内容を満足
できるものである。後者については、コレットチャック
の高圧内部通液入口部にOリングを用いたシールと、ピ
ンバイスの締め付けによるシールを用いて内部通液の完
全シールを行っている。
【0009】負荷検出については、加工テーブル上の任
意の加工位置であっても検出できるように研削抵抗検出
センサーをテーブル内に埋め込んだものである。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。
【0011】尚、今回の実施例ではHv1100セラミ
ックス,対象φ2mm,深さ4mmの止まり穴を加工し
た。加工時の回転数は10000回/分,砥石の周速は
63m/分,冷却用研削液は水溶性のもので行った。
尚、図1は本発明に使用した装置の概略図を示したもの
である。コレットチャック1は装置主軸に組み込んだ状
態であり、コア砥石2をチャックし、内部に高圧の研削
液を流している。また、コア砥石2の研削抵抗を検出す
るために研削抵抗センサ内蔵真空チャックテーブル3上
に被加工物を乗せて加工を行うものである。
【0012】図2,3,4は本加工における3種類のコ
レットチャックを示したものである。このコレットチャ
ックのポイントはコア砥石の保持精度とシール性であ
る。図2の場合はすり割りタイプであり、保持精度にポ
イントを置いたものであるが、シール性が悪くすり割り
部をエポキシ樹脂を用いてシール性を高めてみたが、内
部通液圧が10〜20kgfcm 2 と小さくシール性
が充分ではなかった。図3の場合はシール性にポイント
を置いたものである。すり割りが無い分シール性は良く
40kgfcm 2 の内部通液圧が得られた。しかし、
保持方法がエポキシ樹脂による接着のため保持力が充分
でなく加工時にコア砥石が沈んでいく現象が起こる。一
方、本発明で効果が得られた図4の場合は、この両者の
利点を兼ね備えたコレットチャックである。この詳細を
図5に示す。通液入口側はOリング7によってシール性
を保っている。また、通液出口側にあたるすり割り部分
は、コア砥石のパイプを現物合わせにより調整している
ため、チャックとコア砥石の隙間は5μ程である。ま
た、コア砥石はすり割り部より漏れないように、すり割
り部以上( 1 )挿入する。更に、シール性を高めるた
めに締め付けナット6で締め付ける(例えば90kgf
cm 2 )ことによって、チャックとコア砥石の隙間を
最小にしている。これでシール性は40kgfcm 2
と充分となる。尚、コレットの材質はCRDが良好でS
KS材ではピンバイス部が取扱い等により折れることが
発生した。
【0013】次に保持したときの振れ精度が問題であ
り、寿命や加工品質(入口チィッピング,カケが発生す
る)に効いてくるものである。図6は振れと寿命の関係
をまとめたものである。振れ15μ以内であれば寿命
も延びていることが分かる。また、当然のように振れが
大きいと加工品位は劣ってチィッピングやカケが発生す
る。したがって、振れ精度15μ以内であれば寿命及
び加工品位共に安定した穴加工が提供できる。一方、内
部通液の影響を調べたものが図7である。この結果から
も明らかなように低圧であると寿命も延びてないことが
言える。よって、内部通液圧は40kgfcm 2 以上
が効果的である。次に穴加工1穴目〜N穴目まではコア
砥石自身のバラツキ(ダイヤ砥粒の先端形状の違い等)
があるために、セラミックスワークに発生するチィッピ
ングを防ぐために入口喰付部(深さΔhmm)はコア砥
石の進入速度を低速F1 mm/minで送りΔhmm
降はF2 2 >5F1mm/minで加工する。N+
1穴目からは、コア砥石の当初のバラツキが取れてく
る。このようなバラツキの取れたコア砥石を用いると、
新品砥石では入口喰付部を低速で送っていたのに対し、
コア砥石進入速度を初めから高速F3 3 >2F 2
m/minで送ることができる。これにより、N+1穴
目以降の加工時間を短くすることが可能である。尚、図
8ではF 2 =5F 1 、F 3 =2F 2 の場合を例にとって加工
穴数と加工時間の関係を示しており、本実施例ではこれ
よりも加工時間が短くなる。これらを総合すると加工の
難しい硬脆材料においても高精度で高能率な加工が実現
できるものである。
【0014】次に負荷検出システムについて説明する。
図9は本発明に使用したテーブルの研削抵抗検出センサ
の配置場所を示したものである。ここで研削抵抗(F
n)は垂直方向成分力である。このように4つのセンサ
を用いて図9のような位置に置くことによって全域のど
の位置においても加工時の研削抵抗(Fn)を検出でき
るようにしたものである。尚、本実施例では負荷の出力
は4つの負荷センサーの総和により出力している。この
センサ4個をテーブル寸法Lに対しL1を0.1L,L2
を0.8L,W1は0.2W,W2は0.6Wで実施例で
はL400mm,W270mm,深さ方向取付位置12
mm内部のところへ、例えば垂直力検出90kN分解能
0.01Nの水晶圧電式力変換センサで測定可能となっ
た。(センサ1ヶの形状φ34.5mm,厚さ12
)この負荷検出を用いて加工した合成の研削抵抗特性
値Fn−nの関係例を図10に示す。基準研削抵抗(F
n−nカーブ)を実験より実測設定し、それに対して異
常現象を実験確認し±20[N]の上限値と下限値を設
定することによって、コア砥石の異常を事前に発見する
システムである。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明はセラミック
ス等の硬脆材料において穴加工を行う際、コア砥石,コ
レットチャック,内部通液を用いることによって高精度
で高能率な加工が実現可能であると同時に負荷検出を行
うことにより安全性も考慮された総合的な穴加工法であ
る。従来超音波加工では精度維持や冷却のための工具上
下動作等で3分/穴だった加工能率が20倍に効率向
上。また、コア砥石加工でも速度で2〜2.5倍,コア
砥石寿命も4.5倍以上となった。更に、事前にコア砥
石の異常検出が可能となったことによりワークへのダメ
ージを前もって予防できる効果があり、経済性で効果が
ある。加工能率向上は加工時間短縮のみに滞まらず生産
設備台数の削減に直結し効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用した装置の概略図を示す。
【図2】3分割コレットチャックの斜視図である。
【図3】樹脂固定用コレットチャックの斜視図である。
【図4】本発明コレットチャックの斜視図である。
【図5】本発明コレットチャックの平面図及び側面図で
ある。
【図6】コア砥石の軸振れδと砥石寿命の実験データで
ある。
【図7】内部通液圧と砥石寿命の実験データである。
【図8】加工穴数と加工時間の関係データである。
【図9】研削抵抗センサ組み込みテーブルの平面図であ
る。
【図10】穴加工数と合成研削抵抗の関係データであ
る。
【符号の説明】
1…コレットチャック 2…コア砥石 3…研削抵抗セ
ンサ内蔵真空チャックテーブル 4…3分割コレットチ
ャック 5…樹脂接着コレットチャック 6…締め付けナット 7…Oリング 8…内部通液用コ
ネクタ 9…研削抵抗センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 博之 神奈川県秦野市堀山下1番地株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 塩川 武次 神奈川県秦野市堀山下1番地株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 佐々木 秀昭 神奈川県秦野市堀山下1番地株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部内 (56)参考文献 特開 昭60−201908(JP,A) 特開 平4−82651(JP,A) 特開 平6−190689(JP,A) 実開 平3−93008(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23B 31/20 B28D 1/00 - 7/04 B24D 3/00 - 18/00 B23Q 17/00 - 23/00 B26F 1/00 - 3/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パイプ状コア砥石を保持するためのコレッ
    トチャックにおいて、 研削液が通液可能なように内部が中空である本体部と、
    前記本体部の軸方向の一端に形成され、前記コア砥石を
    保持するためのすり割り部と、前記すり割り部より軸方
    向で内側に設けられ、その外周部分に締め付けナットが
    勘合する締め付け部とを備え、前記すり割り部に前記コ
    ア砥石を前記すり割り部以上に挿入し、前記締め付けナ
    ットを前記締め付け部に勘合させて前記すり割り部を締
    め付けて前記コア砥石を固定することを特徴とするコレ
    ットチャック。
  2. 【請求項2】 前記コア砥石を固定した状態で、前記コア
    砥石の振れ精度が15μm以下であることを特徴とする
    請求項1記載のコレットチャック。
  3. 【請求項3】 コレットチャックに保持されたパイプ上コ
    ア砥石によりワークに穴加工を行う穴加工方法であっ
    て、 加工の際、最初に加工する第1穴目から所定の穴数の第
    N穴目までは加工入口部から深さΔhmmまで進入加工
    速度F1で加工し、深さΔhmm以降は進入加工速度F2
    (F2>5F1)で加工し、穴数が第N+1穴目からは加
    工入口部から進入加工速度F3(F3>2F2)で加工す
    ることを特徴とする穴加工方法。
  4. 【請求項4】 前記コア砥石に、内部通液圧力を40kg
    f/cm2以上として研削液を内部通液しながら前記穴
    加工を行うことを特徴とする請求項2記載の穴加工方
    法。
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