WO2021100705A1 - 加工装置および加工方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to, for example, a processing apparatus and a processing method for members such as glass and diamond.
- a diamond tool is generally used in processing such as cutting glass. Since this diamond tool is slippery on the surface of glass, it is necessary to perform cutting while pressing the diamond tool against the glass with a strong force during processing.
- the tip of the diamond tool is arranged so as to be in contact with the surface of the glass plate and the processing is performed while pressing. It may not be possible to place a glass plate support member (jig) on (the back side of the surface that the tool comes into contact with). In this case, it is necessary to process at least excluding the drilled portion, that is, in a state where the region outside the drilled portion (the peripheral portion of the glass plate) is held by the jig.
- the surface is polished using diamond abrasive grains.
- the work is a diamond for jewelry
- a method of applying diamond slurry (abrasive containing micron-sized diamond) to a disk-shaped cast iron tool, rotating it to press the diamond, and polishing it (Skyf polishing) is used. Often done. This skyf polishing may also be used in the processing of precision industrial diamonds.
- a special processing method such as laser (beam) processing or ion beam processing will be used.
- Laser (beam) processing irradiates diamond with a laser (eg, YAG laser). Diamond is locally heated by laser irradiation and reacts with oxygen in the atmosphere to become carbon dioxide and disappear. This reaction is used to process diamond. Laser machining is commonly used for drilling and cutting diamonds.
- the diamond surface is irradiated with argon ions having a kinetic energy of several tens of ev (electron volt). As a result, the argon ions collide with the carbon atoms constituting the diamond, the kinetic energy is exchanged, and the carbon atoms on the diamond surface are ejected (sputtering). This is a process that uses this sputtering to gradually remove the diamond surface.
- the first problem is that when the workpiece is a glass plate, for example, when the drilled portion is not supported, the glass plate is damaged by the pressing force of the diamond tool when the glass plate becomes thin. There is a problem that it will be damaged (damage will extend to areas other than the desired drilling area).
- the second issue is that when the work piece is diamond, in the processing using diamond powder (mainly polishing), the crystal plane of the work piece diamond (mainly single crystal diamond) can be confirmed and polished. It is important to identify the (easy) direction, and skill is required. In addition, it is not practical to perform processing such as drilling and cutting by polishing.
- laser machining and ion beam machining can be used for drilling and cutting diamonds, as well as machining with aggressive (large) deformation, but these devices are expensive due to the special machining method, and by extension, machining. There is a limit to cost reduction.
- the present invention has been made in view of the above problems. First, even when the pressing force of the tool during machining is large with respect to the rigidity (strength) of the workpiece, machining, particularly holes. It is an object of the present invention to provide a processing apparatus and a processing method capable of reducing processing defects in opening processing and improving processing efficiency.
- the present invention is a processing device that reduces a part of a work piece to change it into a desired shape, and comprises a jig for holding the work piece and a tool for contacting the part of the work piece. , A driving means for moving the tool relative to the work piece, and a feed for moving one of the tool and the work piece in order to move the tool in a desired feed direction with respect to the work piece.
- the present invention relates to a processing apparatus having a driving means, wherein the workpiece is a glass-based material, and the tool is made of zirconia.
- the present invention is a processing device for reducing a part of a work piece to change it into a desired shape, and brings the jig for holding the work piece into contact with a part of the work piece.
- the tool a driving means for moving the tool relative to the work piece while ultrasonically vibrating the tool, and the tool for moving the tool in a desired feed direction with respect to the work piece.
- the work piece is first provided with a feed driving means for moving one of the work pieces and a buffer mechanism for buffering the pressure applied to the work piece when the tool comes into contact with the work piece.
- the tool is composed of a second member different from the first member, and a part of the workpiece is reduced while causing a chemical reaction between the tool and the workpiece. It is related to a processing apparatus characterized by being made to.
- the present invention is a processing method for reducing a part of a work piece of a glass-based material to change it into a desired shape, in which the work piece is held by a jig, a tool made of zirconia, and the work piece. It is characterized by having a step of moving the work piece relative to the work piece and a step of moving one of the tool and the work piece in order to move the tool in a desired feed direction with respect to the work piece. It is related to the processing method.
- the present invention is a processing method for reducing a part of a work piece made of a first member to change it into a desired shape, and a tool made of a second member different from the first member.
- a processing method for reducing a part of a work piece made of a first member to change it into a desired shape, and a tool made of a second member different from the first member While ultrasonically vibrating, one of the tool and the workpiece is moved in the feed direction, and the other of the tool and the workpiece is retracted and moved in the same direction as the feed direction, whereby the tool is moved in the same direction as the feed direction.
- the machining proceeds while causing a chemical reaction between the tool and the workpiece, and the workpiece is processed until the desired shape is obtained. It relates to a processing method characterized in that a part of an object is reduced in weight.
- the present invention is a processing method for reducing a part of a work piece made of a first member to change it into a desired shape, in which the work piece is held by a jig and the first member is held.
- the work piece is held by a jig and the first member is held.
- the relative feed amount between the tool and the work piece decreases with respect to the step of moving one of the tool and the work piece and the actual feed amount of the tool or the work piece.
- the present invention relates to a processing method comprising a step of urging the work piece and a step of reducing a part of the work piece while causing a chemical reaction between the tool and the work piece. ..
- the present invention is a processing device for reducing a part of a work piece to change it into a desired shape, and brings the jig for holding the work piece into contact with a part of the work piece.
- a tool a driving means for moving the tool relative to the work piece, and one of the tool and the work piece to move the tool in a desired feed direction with respect to the work piece.
- the present invention relates to a processing apparatus having a feed driving means for causing the work piece to be made of a diamond-based material, and the tool being made of an aluminum-based material.
- the present invention is a processing method in which a part of a work piece of a diamond-based material is reduced in weight to change it into a desired shape, and the work piece is held by a jig to form a tool made of an aluminum-based material. It has a step of moving the work piece relative to the work piece and a step of moving one of the tool and the work piece in order to move the tool in a desired feed direction with respect to the work piece. It relates to a processing method characterized by.
- FIG. 1 is a schematic view for explaining the processing apparatus 1 of the present embodiment
- FIG. 1A is a side schematic view of the processing apparatus 1
- FIG. 1B is a work piece W and a processing target area WA.
- the figure (C) is a top view of the figure (B).
- 2A and 2B are views for explaining the tool 7, in which FIG. 2A is a side view showing the tool 7 and the driving means 9, and FIG. 2B is a side view showing the shape of the tool 7 and FIG. 2C. ) Is a cross-sectional view of FIG.
- the processing apparatus 1 of the present embodiment includes a jig 5 for holding the workpiece W, a tool 7 for contacting a part of the workpiece W, and a driving means 9.
- the feed driving means 25 is provided, and a part of the workpiece W is reduced in weight to be changed into a desired shape.
- the processing for reducing the weight of a part of the workpiece W is, for example, a drilling process for penetrating the workpiece W from one surface side to the other surface side, and a thickness from one surface side to the other surface of the workpiece W.
- FIGS. (B) and (C) a case where a part of the plate-shaped workpiece W is drilled in a circular shape is illustrated.
- the area to be machined (the area to be drilled) WA is shown by a large broken line.
- the workpiece W is a glass-based material, and specifically, borosilicate glass, soda-lime glass (soda-lime glass), lead glass, alkali barium silicate glass, aluminosilicate glass, or synthetic melt. It is silica or the like, and is preferably soda-lime glass (soda-lime glass).
- the tool 7 is made of zirconia (zirconium dioxide (ZrO2)).
- the jig 5 holds (for example, grips) the workpiece W around it except at least the area WA to be processed.
- the tool 7 is arranged on one surface (first surface Sf1) of the workpiece W, abuts on the first surface Sf1 during machining, and applies an appropriate pressing force to the other surface. Processing proceeds toward (second surface Sf2).
- the tool 7 has a cylindrical shape (cylindrical shape) as an example as shown in FIG. 2 (A), or a core (cup) shape as shown in FIGS. (B) and (C). Specifically, it has a base portion 7A and a diameter-expanded portion 7B, the base portion 7A has a cylindrical (cylindrical) shape, and the diameter-expanded portion 7B is provided at the tip of the base portion 7A (the tip that abuts on the workpiece W). It has a substantially cylindrical shape with a diameter larger than that of the base 7A and an opening on the tip side.
- the shape of the tool 7 is not limited to the one shown in the figure, and may be, for example, a flat end mill, a ball end mill, a taper end mill, or the like.
- the driving means 9 is a means for driving the tool 7 and the workpiece W so as to reduce the weight of a part of the workpiece W by physically moving the tool 7 and the workpiece W relative to each other.
- the drive means 9 in this example is a rotary drive means for rotating the tool 7 and the workpiece W relative to each other, and is, for example, a motor for rotationally driving the main shaft of the tool 7 or the tool 7.
- the spindle 50 includes, for example, an ultrasonic vibration means 55.
- the ultrasonic vibration means 55 has an ultrasonic vibrator 56 and an ultrasonic horn 57.
- the ultrasonic vibrator 56 causes ultrasonic vibration in the axial direction.
- the ultrasonic horn 57 resonates with the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 56 and amplifies the ultrasonic vibration. Then, the ultrasonic horn 57 transmits the amplified axial ultrasonic vibration to the tool 7. That is, the driving means 9 rotationally drives the tool 7 while ultrasonically vibrating it.
- a part of the workpiece W (work area WA) is, in this example, the rotation direction of the tool 7 (X-axis-Y-axis direction in FIG. 1A). Weight loss.
- the feed driving means 25 is a means for relatively moving the tool 7 and the workpiece W in a direction in which they are pressed against each other, and is a means for feeding the tool 7 or a means for feeding the workpiece W. ..
- the pressing direction is the extending direction of the main shaft of the tool 7, that is, the vertical direction (Z-axis direction, the direction from the first surface Sf1 to the second surface Sf2).
- the tool 7 and the workpiece W are driven by the driving means 9 in the rotational driving direction (X-axis-Y-axis) of the tool 7 in a state where the tool 7 is in contact with the workpiece W and pressed against each other.
- the work piece W is reduced in the rotation drive direction (X-axis-Y-axis direction) by ultrasonically vibrating the tool 7 while rotating relative to the direction).
- the machining apparatus 1 uses the feed drive means 25 so that the tool 7 and the workpiece W are pressed against each other.
- the tool 7 and the workpiece W are relatively moved (pressed) in the Z-axis direction, and the weight loss of the workpiece W is advanced in the vertical direction. That is, the machining apparatus 1 rotates the tool 7 to reduce the weight of the workpiece W in a certain direction (for example, in a planar shape), and feeds (extrudes) the tool 7 in a further direction, for example. Weight loss proceeds in another direction (for example, the depth (thickness) direction).
- the direction in which the tool 7 is rotationally driven X-axis-Y-axis direction
- the pressing direction (Z-axis direction) between the tool 7 and the workpiece W is referred to as a feeding direction.
- the processing device 1 has a shock absorber 20.
- the buffer mechanism 20 buffers the pressure (pressing pressure) applied to the workpiece W when the tool 7 comes into contact with the workpiece W. Although the details will be described later, for example, the buffer mechanism 20 moves one of the tool 7 and the workpiece W in the feed direction, and retracts and moves the other of the tool 7 and the workpiece W in the same direction as the feed direction. When the tool 7 presses the workpiece W, the excessive pressure applied to the workpiece W is buffered.
- the processing apparatus 1 uses a tool 7 formed of zirconia to bring it into contact with soda-lime glass, which is the work piece W, and proceeds with processing while reducing (wearing) at least one of them. That is, the processing apparatus 1 of the present embodiment physically presses the tool 7 that vibrates ultrasonically and the workpiece W with an appropriate pressure to perform machining, but at that time, the processing apparatus W is excessively applied to the workpiece W. While buffering the pressure (pressing pressure), the workpiece W is relatively moved in the weight loss direction.
- reducing weight (processing) while mainly causing a chemical reaction in the present embodiment is, for example, due to an event in which at least 50% or more of the weight loss (processing) is caused by a chemical reaction (chemistry).
- the degree of weight loss due to a target reaction accounts for 50% of the total weight loss), and it may be due to an event caused by a 100% chemical reaction, or it may be part of the weight loss (processing) (less than 50%). It may include mechanical cutting and the like.
- FIG. 3 is a side view of the processing device 1.
- the processing device 1 is a device such as a milling machine for rotationally driving a tool 7 such as a drill will be described as an example.
- the processing device 1 of the present embodiment includes a table 3, a jig 5, a retracting movement mechanism 21, an urging mechanism 23, a tool (machining tool) 7 made of zirconia, a driving means 9 of the tool 7, and a feed. It has a drive means 25, a tool support portion 17 for supporting the tool 7, a control means, and the like.
- Table 3 is, for example, an X-axis-Y-axis table (stage) for moving a work piece (for example, soda-lime glass) W in a horizontal X-axis-Y-axis plane.
- a work piece for example, soda-lime glass
- the jig 5 is a means for holding (supporting) the workpiece W provided on the table 3, and as shown in FIGS. (B) and (C), for example, a base 51 and a holding portion. It has 52, a support portion 53, and the like.
- a jig 5 for drilling a work piece W is shown so that the work piece W around the work piece W can be held (for example, gripped) except at least the work target area WA.
- the jig 5 is shown in a cross-sectional view taken along the line aa in the figure (B) in order to show the holding state of the workpiece W.
- the jig 5 of the present embodiment includes a shock absorber 20 as an example.
- the buffer mechanism 20 is, for example, a mechanism including a retracting movement mechanism 21 and an urging mechanism 23.
- the retracting movement mechanism 21 uses the other of the tool 7 and the workpiece W so that the relative feed amount between the tool 7 and the workpiece W decreases with respect to the actual feed amount by the feed driving means 25. It is a mechanism that retracts and moves in the feed direction.
- the urging mechanism 23 is a mechanism that urges the workpiece W or the tool 7 to be retracted and moved in the return movement direction when the workpiece W or the tool 7 is retracted and moved by the retracting and moving mechanism 21.
- the buffer mechanism 20 will be described in detail later.
- a support portion 53 is erected on the base 51 at an appropriate position, and a flat plate holding portion 52 is provided on the upper end portion of the support portion 53, for example.
- the holding portion 52 has a rectangular (square) frame shape in a plan view, and the supporting portions 53 are provided at four positions corresponding to the four corners near the outer circumference of the holding portion 52.
- the outer shape of the holding portion 52 is not limited to this example, and may be a rectangular shape or a circular shape having a long side and a short side. In either case, the holding portion 52 has a shape capable of holding at least the outer edge portion of the workpiece W as a whole (or selectively), and holds the workpiece W in contact with the inside (inner peripheral side) thereof.
- the upper surface side of the holding portion 52 (the upper surface side in the Z-axis direction in the figure (C)) is referred to as a holding surface 521 for convenience of explanation.
- the holding portion 52 does not have to have a frame shape depending on the processing mode of the workpiece W.
- the holding portion 52 may have a flat plate shape (having no opening).
- the arrangement and the number of the support portions 53 may be two locations corresponding to both ends of the holding portion 52 or one location corresponding to the center, depending on the shape of the holding portion 52.
- the holding portion 52 is in the extending direction of the spindle of the tool 7 with respect to the base 51 (in this example, the vertical direction (Z-axis direction in the drawing)). It is configured to be relatively movable.
- the drive means 9 is, for example, a rotary drive means for relatively moving (relatively rotating) the tool 7 and the workpiece W in the weight loss direction, and has the same configuration as shown in FIGS. 1 and 2.
- the drive means 9. The tool 7 is rotationally driven by a spindle about a vertical Z-axis and is ultrasonically vibrated.
- the feed drive means 25 is a means for moving the tool 7 in a desired feed direction with respect to the workpiece W, and is provided, for example, in the tool support portion 17 that supports (holds) the tool 7.
- the tool support portion 17 is a Z-axis feed stage that moves in the Z-axis direction, and in this example, the feed direction is the extending direction of the spindle of the tool 7, that is, the vertical direction (Z-axis direction in the figure, jig). (Direction perpendicular to the surface of the holding portion 52 of 5).
- the processing apparatus 1 of the present embodiment includes the measuring means 11.
- the measuring means 11 includes, for example, a retracted state detecting means 111 that detects a retracted state by the retracted moving mechanism 21, a feed state detecting means 113 that detects an actual feed state by the feed driving means 25, and a retracted state and a feed state. It has a calculation means 115 and the like for calculating the relative feed amount of the tool 7 and the workpiece W from the relative difference.
- the measuring means 11 will be described in detail later.
- the control means is composed of a CPU, RAM, ROM, and the like, and executes various controls.
- the CPU is a so-called central processing unit, and various programs are executed to realize various functions.
- the RAM is used as a work area of the CPU.
- the ROM stores the basic OS and programs executed by the CPU.
- the control means includes a numerical control means (numerical control device) (not shown) that numerically controls the table (X-axis-Y-axis table) 3 and the tool support portion (Z-axis feed stage) 17.
- the numerical control device rotates the tool (grinding stone) 7 at high speed around the Z axis by the spindle, and the rotation torque and the like are controlled to move the workpiece W in the horizontal XY plane to rotate the tool 7. By bringing them into contact with each other, the work piece W can be reduced in weight and processed into a desired shape.
- the machining proceeds while buffering the excessive pressure applied to the workpiece W until the desired shape is obtained.
- the weight of the work piece W is reduced. In other words, the amount of the workpiece W is reduced until the desired shape is obtained while maintaining the pressure when the tool 7 presses the workpiece W on the workpiece W within a predetermined range in which the machining proceeds. ..
- the tool 7 presses the workpiece portion by advancing the machining while retracting one of the tool 7 or the workpiece W in the same direction as the other feed direction for advancing the machining.
- the excess pressure applied to the part to be machined is buffered, and the pressure (pushing pressure) at which the tool 7 and the part to be machined come into contact with each other is maintained within a predetermined range in which the machining proceeds efficiently. Can be done.
- the soda-lime glass which is the work piece W
- the tool is slippery on the surface of the soda-lime glass, and in order to prevent this, it was necessary to press the diamond tool with considerable pressure. For this reason, when the soda-lime glass is thin, or when the support (jig, table, etc.) cannot be arranged in the feed direction of the tool such as drilling, the soda-lime glass is damaged and the processing is very difficult.
- the applicant of the present application reduces (wears) at least one of the zirconia by bringing it into contact with a glass-based material (soda-lime glass, etc.) at an appropriate pressure (while releasing excessive pressure) while ultrasonically vibrating the zirconia.
- a glass-based material such as silica, glass, etc.
- an appropriate pressure while ultrasonically vibrating the zirconia.
- the surface of the glass becomes hot (600 ° C to 700 ° C) and a chemical reaction occurs between the ultrasonically vibrating zirconia and soda-lime glass, which causes at least one (a part of the material). Is considered to be weight loss (wear).
- the materials of the abutting tool 7 and the work piece W for example, zirconia and soda-lime glass
- the materials of the abutting tool 7 and the work piece W for example, zirconia and soda-lime glass
- the materials are separated from each other by ultrasonic vibration, a part of one material (for example, the material of the workpiece W) is peeled off in a state of being joined (adhered) to the other material (for example, the material of the tool 7), and one of them. Material is thought to be reduced. Depending on the material, both may lose weight (the degree of weight loss differs).
- the tool 7 and the workpiece W are materials that can be chemically bonded to each other, and one of them selects a material that is less likely to peel off (separate) after bonding, and the other is compared to the other. It can be said that it is desirable to select a material that easily peels off (separates) after bonding.
- the tool 7 selects a material that is difficult to peel (separate) after bonding (for example, zirconia), and the workpiece W is a material that is easier to peel (remove) after bonding (for example) than the tool 7.
- a glass-based material sina-lime glass, etc.
- weight loss due to a chemical reaction other than the above may be mixed with the weight loss due to another chemical reaction.
- these may include weight loss by mechanical processing (cutting or grinding), but in that case, weight loss progresses mainly by a chemical reaction (the degree of weight loss by a chemical reaction is 50% of the total weight loss). Occupy).
- the materials are brought into contact with each other (tool 7 and work piece W) are brought into contact with each other to the extent that mechanical processing (polishing or cutting) does not occur (mechanical processing does not occur, and the weight is reduced. It is considered that the process proceeds by forming a chemical (molecular or atomic level) bond, and it has been found that it is desirable to bring the tool 7 and the workpiece W into contact with each other at an appropriate pressure.
- the pressing force between the zirconia (tool 7) and the soda-lime glass (workpiece W) is set within a predetermined range in which the machining proceeds most efficiently (weight loss due to a chemical reaction occurs efficiently).
- one of the tool 7 or the workpiece W is retracted in the same direction as the other feeding direction for advancing the machining.
- the machining can proceed while buffering the excessive pressure applied to the workpiece area WA when the tool 7 presses the workpiece.
- one of the jig 5 and the tool support portion 17 has a shock absorbing mechanism 20, whereby the workpiece W The excess pressure of the tool 7 applied to the tool 7 is buffered (absorbed), and the machining load on the workpiece W and the tool 7 is reduced.
- the buffer mechanism 20 is, for example, a mechanism including a retracting movement mechanism 21 for retracting and moving the tool 7 or the workpiece W and an urging mechanism 23 for urging the tool 7 or the workpiece W in the return moving direction. ..
- the jig 5 includes a buffer mechanism 20, that is, a retracting movement mechanism 21 and an urging mechanism 23.
- the retracting movement mechanism 21 is a supporting portion 53 that holds the holding portion 52 (holding surface 521) so as to be movable up and down in the direction perpendicular to the base 51 (vertical in this example). More specifically, the support portion 53 has an outer cylinder 531 and an inner cylinder 532 that is held inside the outer cylinder 531 so as to be able to advance and retreat with respect to the outer cylinder 531.
- the urging mechanism 23 is, for example, an elastic member 533 provided on the outer periphery of the support portion 53 and whose upper and lower ends are fixed to the holding portion 52 and the base 51.
- the elastic member 533 is, for example, a spring (coil spring) wound around the outer circumference of the outer cylinder 531 and having both upper and lower ends fixed to the holding portion 52 and the base 51.
- the support portion 53 (evacuation movement mechanism 21) is the same as the actual feed direction of the tool 7 (the direction in which the tool 7 is fed by the feed drive means 25 when the machining is advanced, in this example, the direction toward the lower side of the Z axis).
- the holding portion 52 is configured to be retractable and movable in the direction, whereby the workpiece W on the holding portion 52 can be retracted and moved in the same direction as the actual feed direction of the tool 7.
- the urging mechanism 23 urges the workpiece W to be retracted and moved in the return movement direction when the workpiece W is retracted and moved by the retracting and moving mechanism 21.
- the return movement direction is opposite to the evacuation movement direction, and is a direction toward the upper side of the Z axis.
- a stopper 535 is provided on the upper surface of the holding portion 52.
- the stopper 535 regulates the movement of the holding portion 52, which is urged upward in the Z direction by the urging mechanism 23 (elastic member 533), to a predetermined height.
- the holding portion 52 and the workpiece W held by the holding portion 52 are pressed by the tool 7 during machining, and the evacuation movement mechanism 21 resists the urging force of the urging mechanism 23 while the tool 7 is pressed. It retracts and moves in the actual feed direction (downward on the Z axis), but as the machining by the workpiece W and the tool 7 progresses, the workpiece W (holding unit) retracted and moved by the retracting movement mechanism 21 and the urging mechanism 23. 52) moves in the direction of returning to the initial position while being pressed by the tool 7.
- the tool 7 is subjected to ultrasonic vibration by the ultrasonic vibration means 55, but in this case, the machining proceeds by the sound pressure and vibration by the ultrasonic waves and the pressurization of the tool 7. That is, since the sound pressure is also involved in the pressure (pushing pressure), the feed driving means 25, the retracting movement mechanism 21, the urging mechanism 23, and the like are controlled in consideration of the sound pressure.
- the measuring means 11 includes, for example, a retracted state detecting means 111 for detecting the retracted state by the retracted moving mechanism 21, a feed state detecting means 113 for detecting the actual feed state by the feed driving means 25, and a retracted state and a feed. It has a calculation means 115 for calculating the relative feed amount of the tool 7 and the workpiece W from the relative difference between the states.
- the evacuation state detected by the evacuation movement mechanism 21 is, for example, the amount of evacuation movement due to being pressed by the tool 7 (hereinafter referred to as "evacuation amount ⁇ N").
- the actual feed state detected by the feed drive means 25 is, for example, an actual (absolute) feed amount (hereinafter, “absolute”) that is a target (set when machining) for machining.
- the feed amount is referred to as “ ⁇ T1”).
- the relative feed amount calculated by the calculation means 115 is the difference ( ⁇ T1- ⁇ N) between the absolute feed amount ⁇ T1 and the evacuation amount ⁇ N, and is hereinafter referred to as “relative feed amount ⁇ T2”.
- the evacuation movement mechanism 21 of the present embodiment when the workpiece W is placed on the holding portion 52, the workpiece W is not pressed by the feed driving means 25 even when the tool 7 is not pressing the workpiece W. It moves in the evacuation movement direction by a predetermined amount according to the weight of the (biasing mechanism 23 is set as such).
- the evacuation amount ⁇ N detected by the evacuation state detecting means 111 is such that the workpiece W presses (delivers) the workpiece W by the feed driving means 25, so that the workpiece W has a Z axis. It is assumed that the amount of change that has been retracted and moved downward (the amount of change that has been retracted and moved by pressing the tool 7 from the state where the workpiece W is placed on the holding portion 52 at the start of machining) is detected.
- the holding portion 52 may not move downward on the Z axis only by placing the workpiece W on the holding portion 52, and is configured as such. May be.
- the evacuation movement mechanism 21 is urged by the urging mechanism 23, so that the absolute feed amount ⁇ T1 of the tool 7 by the feed drive means 25
- the workpiece W is retracted and moved in the direction in which the relative feed amount ⁇ T2 between the tool 7 and the workpiece W decreases.
- "moving the workpiece W back and forth in the direction in which the relative feed amount ⁇ T2 decreases" is, in other words, moving in the direction of returning to the initial position, but the initial position. It is a movement that seems to be still evacuating from.
- the processing device 1 is controlled to end processing (one step) when the evacuation amount ⁇ N by the evacuation movement mechanism 21 becomes (omitted) zero.
- the absolute feed amount ⁇ T1 (evacuation amount ⁇ N) of the tool 7 by the feed drive means 25 is set to 2 mm, and the evacuation amount ⁇ N (2 mm) becomes (omitted) zero.
- the absolute feed amount ⁇ T1 (evacuation amount ⁇ N) of the tool 7 by the feed drive means 25 is set to 0.
- the urging force of the urging mechanism 23 (elastic force of the elastic member 533) is set to be linked to the evacuation amount ⁇ N detected by the evacuation state detecting means 111, so that the evacuation movement and the return movement as described above are possible. It is set in a range that does not exceed the desired amount.
- the urging force of the urging mechanism 23 is determined by the buffer mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23). It is set so that the relative feed amount ⁇ T2 between 7 and the workpiece W can be retracted and moved in a decreasing direction. More specifically, for example, the position of the workpiece W in the Z-axis direction (of the jig 5) corresponds to the feed operation of the feed drive means 25 (the amount of relief ⁇ N by the retract movement mechanism 21).
- the urging force of the urging mechanism 23 is set so that the workpiece W can vibrate in a small range, for example, while allowing a minute displacement of the holding portion 52 (position in the Z-axis direction).
- the urging mechanism 23 is an elastic member (coil spring) 533
- a spring constant capable of expanding and contracting in conjunction with the evacuation amount ⁇ N by the evacuation movement mechanism 21 is appropriately selected.
- the elastic member 533 receives the pressing force of the feed driving means 25 and is compressed in the feeding direction (downward of the Z axis) of the feeding driving means 25, but resists the pressing force and the actual feed amount (absolute) of the tool 7.
- the work piece W (holding portion 52) is stretched to such an extent that the work piece W (holding portion 52) can be moved in a direction in which the relative feed amount ⁇ T2 between the tool 7 and the work piece W decreases with respect to the feed amount ⁇ T1.
- the spring constant is selected.
- a spring constant is selected so that the workpiece W (holding portion 52) retracted and moved downward in the Z direction moves in the return direction.
- the urging force of the urging mechanism 23 including the shape (size) of the tool 7 (zirconia) and the shape (thickness) of the workpiece W (soda-lime glass), is processed due to the chemical reaction between the two. It depends on the progress of. Therefore, the urging force of the urging mechanism 23 is controlled within a range not exceeding a desired amount that enables the above-mentioned evacuation movement and return movement according to the progress of processing caused by the chemical reaction between the two. .. That is, when the urging mechanism 23 is an elastic member 533, a spring constant within a range not exceeding a desired amount that enables the above-mentioned retract movement and return movement is appropriately selected.
- the feed driving means 25 controls the absolute feed amount ⁇ T1 so that the withdrawal amount ⁇ N of the workpiece W (holding unit 52) does not exceed a predetermined threshold value. Specifically, when the evacuation amount ⁇ N exceeds a predetermined threshold value (for example, a target machining amount), the absolute feed amount ⁇ T1 of the tool 7 is reduced, and the evacuation amount ⁇ N is a predetermined threshold value. If the position is less than the position (when the pushing amount is small and the tool 7 is in an idling state or a state close to it), control is performed to increase the absolute feed amount ⁇ T1 of the tool 7.
- a predetermined threshold value for example, a target machining amount
- the evacuation amount ⁇ N may be controlled so as not to exceed a predetermined threshold value.
- the elastic member 522 is not limited to the coil spring, and may be, for example, an air spring, a sponge, or the like, and the urging mechanism 23 is a mechanism (elastic force) for urging by magnetic force, hydraulic pressure, pneumatic pressure, or the like. It may be a mechanism having).
- the shock absorbing mechanism 20 is not limited to the above configuration, and has a configuration in which one of the tool 7 and the workpiece W is moved in the feed direction, and the other of the tool 7 and the workpiece W is retracted and moved in the same direction as the feed direction. It should be.
- the cushioning mechanism 20 may be configured to buffer the excessive pressure applied to the workpiece W when the tool 7 presses the workpiece W.
- the processing apparatus 1 is not limited to the configuration shown in FIG. 3, and has a configuration in which processing of the workpiece W (soda-lime glass) proceeds by the tool 7 (zirconia), for example, the tool 7 (zirconia) is used as the workpiece W.
- Any configuration may have at least 25 and 25. Therefore, the ultrasonic vibration means 55 may not be provided, and the buffer mechanism 20 may not be provided.
- the processing method in the processing apparatus 1 will be described in chronological order.
- the workpiece W is shown above the jig 5 (holding portion 52) for convenience of explaining the state of the workpiece W and the operation of the jig 5, but in reality, FIG.
- the jig 5 holds the peripheral portion of the workpiece W.
- the holding configuration may be the same as in FIG. 3, or the holding configuration shown in FIG. 4 may be used (in that case, the workpiece may be held.
- a means of fixing W so that it does not move is necessary). That is, the mode of holding the workpiece W by the jig 5 can be appropriately selected depending on the mode of processing.
- the processing method of the present embodiment is a processing method of reducing a part of the workpiece W of a glass-based material (for example, soda-lime glass) to change it into a desired shape, and the workpiece W is used as a jig 5
- the workpiece W for example, soda-lime glass
- the holding portion 52 of the jig 5 In this example, in the state where the workpiece W is held by the jig 5 and before being pressed by the tool 7 (for example, zirconia), the urging mechanism 23 (elastic member 533) is caused by the weight of the workpiece W. After being compressed by a predetermined amount, the holding portion 52 is moved downward in the Z direction by the retracting movement mechanism 21 and the urging mechanism 23 from the position (indicated by the broken line) before holding the workpiece W.
- the urging mechanism 23 elastic member 533
- the holding portion 52 may not move downward on the Z axis only by holding the workpiece W on the holding portion 52, and even if it is configured as such. Good. In this example, the movement due to the weight of the workpiece W alone is not included in the evacuation amount ⁇ N.
- one of the tool 7 and the workpiece W is moved in the feed direction, and the other of the tool 7 and the workpiece W is retracted and moved in the same direction as the feed direction.
- the machining proceeds while buffering the excessive pressure applied to the workpiece W.
- the table 3 is moved to adjust the workpiece area WA so as to be below the tool 7, and the tool 7 is moved in a desired feed direction with respect to the workpiece W. That is, the feed driving means 25 of the tool support portion 17 moves the tool 7 downward on the Z axis to bring the tool 7 into contact with the machining start portion of the work area WA. At this time, the feed driving means 25 moves the tool 7 so as to bring the tool 7 into contact with (press) the workpiece W with a pressing force sufficient for machining. The workpiece W receives this pressing force, and the retracting movement mechanism 21 retracts and moves downward in the Z direction with a certain retracting amount ⁇ N.
- the evacuation amount ⁇ N may be, for example, a reduction amount (total processing amount) until the target final shape is reached, or a value smaller than the reduction amount (total processing amount) (total processing amount may be plural). It may be an equally divided value).
- the tool 7 and the workpiece W are relatively moved in the weight loss direction (in this case, the X-axis-Y-axis direction).
- the tool 7 is rotationally driven and ultrasonically vibrated by the driving means 9.
- the driving means 9 With the physical relative movement of zirconia and soda-lime glass, a chemical reaction between the two occurs, and a part of the workpiece W is reduced by the physical relative movement and the chemical reaction.
- the feed driving means 25 moves the tool 7 in the feed direction (downward on the Z axis) with an absolute feed amount ⁇ T1 to press the workpiece W, while the urging mechanism 23
- the work piece W to be retracted and moved is urged in the return moving direction (the direction to move toward the returning position P0), and the retracting and moving mechanism 21 receives the tool 7 and the object with respect to the actual feed amount ⁇ T1 of the tool 7.
- the workpiece W (holding portion 52) is retracted and moved in the direction in which the relative feed amount ⁇ T2 between the workpieces W decreases (in this case, downward).
- the urging force of the urging mechanism 23 is linked to the evacuation amount ⁇ N by the evacuation movement mechanism 21 and is set within a range not exceeding a desired amount.
- the calculation means 115 calculates the relative feed amount ⁇ T2 between the tool 7 and the workpiece W from the relative difference ( ⁇ T1- ⁇ N) between the two.
- the feed driving means 25 controls the absolute feed amount ⁇ T1 so that the evacuation amount ⁇ N does not exceed a predetermined threshold value.
- the retracting movement mechanism 21 retracts and moves the workpiece W in the direction in which the relative feed amount ⁇ T2 between the tool 7 and the workpiece W decreases.
- the workpiece W retracted and moved by the retracting movement mechanism 21 and the urging mechanism 23 moves in the return position P0 direction, and the machining is performed so that the retracting amount ⁇ N decreases. proceed.
- the work piece W (holding portion) is reduced in the relative reduction amount with respect to the degree of weight loss (reduction amount) of the work piece W due to the tool 7 being fed by the feed drive means 25. It can be said that 52) is evacuated and moved.
- the position of the workpiece W in the Z-axis direction is not fixed with respect to the table 3, and movement (change in position) within a predetermined range is allowed in the Z-axis direction. Processing proceeds at. While the work piece W is pushed downward on the Z axis by the tool 7, the work piece W vibrates up and down, and the work progresses while the jig 5 (work piece W) gradually returns to the return position P0.
- the absolute feed amount ⁇ T1, the withdrawal amount ⁇ N, and the relative feed amount ⁇ T2 may be appropriately controlled.
- the measuring means 11 may include a measuring means for detecting whether or not the final machining amount is reached and a desired shape is obtained, so that the final machining shape can be confirmed after the machining is completed. ..
- the evacuation amount ⁇ N is set to a desired value (final processing amount or a value obtained by dividing it into equal parts), and when the evacuation amount ⁇ N becomes (omitted) zero, the processing (for one step) is completed. Therefore, it is possible to control the machining amount in micron units, which was difficult with conventional grinding and cutting.
- the machining load (machining pressure) on the workpiece W and the tool 7 when the machining load (machining pressure) on the workpiece W and the tool 7 is small, the surface (machining grain) becomes a machining grain close to polishing (polishing), and the polishing level is fine. Processing becomes possible.
- the machining load (machining pressure) on the workpiece W and the tool 7 changes at any time, but the machining load (machining) on the workpiece W and the tool 7 throughout the machining process. Roughly speaking, the machining load (machining pressure) is high at the initial stage of machining, and the machining load (machining pressure) is low at the end of machining (immediately before the end). That is, at the final stage of processing (immediately before the end), the surface (processed grain) can be processed with a processed grain close to polishing (polishing) by fine-grained processing at the polishing level.
- the processing method of the first embodiment is a processing method of reducing a part of the workpiece W of the glass-based material (for example, soda-lime glass) by the tool 7 (zirconia) to change it into a desired shape, for example.
- Any processing method may be used as long as it has at least a step of moving one side of W, and ultrasonic vibration of the tool 7 may not be performed. Further, it is not necessary to buffer the excessive pressure applied to the workpiece W when the tool 7 presses the workpiece W.
- the first embodiment illustrates the case where the tool 7 is, for example, zirconia, and the workpiece W is a glass-based material, particularly soda-lime glass.
- the members of the tool 7 and the workpiece W are not limited to this.
- the processing apparatus 1 of the second embodiment includes a jig 5, a tool 7, a driving means 9, a feed driving means 25, and a buffering mechanism 20, and a chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W.
- This is a device that reduces the weight of a part of the workpiece W to change it into a desired shape.
- the workpiece W is made of a first member
- the tool 7 is made of a second member different from the first member.
- the first member of the workpiece W is, for example, a glass-based material or a natural mineral, and more specifically, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass (soda-lime glass), lead glass, alkaline barium kei. It is either acid glass, aluminosilicate glass, synthetic fused silica, crystal, amber, etc., and the second member of the tool 7 is zirconia, alumina, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, etc. Either.
- the second member of the tool 7 is ceramic. Further, the second member may be diamond (single crystal diamond, polycrystalline diamond).
- the workpiece W is any one of zirconia, alumina, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride and the like, and the workpiece W is ceramic. Further, the workpiece W may be diamond (single crystal diamond, polycrystalline diamond).
- Tool 7 (first member) is a glass-based material or natural mineral, and more specifically, quartz glass, borosilicate glass, soda lime glass (soda lime glass), lead glass, alkali barium silicate glass, etc. It may be any of aluminosilicate glass, synthetic fused silica, crystal, amber, and the like.
- the urging force of the urging mechanism 23 differs depending on the processing conditions such as the material and shape of the workpiece W to be processed and the tool 7 to be used. Therefore, the urging force of the urging mechanism 23 is controlled in a range not exceeding a desired amount that enables the above-mentioned retracting movement and returning movement according to the processing conditions. That is, when the urging mechanism 23 is an elastic member 533, a spring constant within a range not exceeding a desired amount that enables the above-mentioned retract movement and return movement is appropriately selected.
- the processing apparatus 1 brings the tool 7 formed of the first member into contact with the workpiece W which is the second member, and proceeds with processing while reducing (wearing) at least one of them. That is, the processing apparatus 1 physically presses the tool 7 that vibrates ultrasonically and the workpiece W with an appropriate pressure to perform machining, but at that time, the excessive pressure (pressing pressure) applied to the workpiece W is applied. ) Is buffered, and the workpiece W is relatively moved in the weight loss direction.
- the processing method of the second embodiment is a processing method of reducing a part of the workpiece W made of the first member to change it into a desired shape, and is different from the first member.
- one of the tool 7 and the workpiece W is moved in the feed direction, and the other of the tool 7 and the workpiece W is retracted and moved in the same direction as the feed direction.
- the tool 7 presses the workpiece W the excessive pressure applied to the workpiece W is buffered, and the machining proceeds while causing a chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W to be desired. A part of the work piece is reduced until it becomes a shape.
- the work piece W is held by the jig 5, and the tool 7 and the work piece W are physically relative to each other (in the weight loss direction) while the tool 7 is ultrasonically vibrated.
- a step of moving a step of moving one of the tool 7 and the work piece W in order to move the tool 7 with respect to the work piece W in a desired feed direction, and an actual feed of the tool 7 or the work piece W.
- a chemical reaction is generated between both the materials of the tool 7 that vibrates ultrasonically and the work piece W, and at least one (a part of the material) is reduced (worn).
- the weight loss due to this chemical reaction is, for example, the same as in the first embodiment, in which the materials of the abutting tool 7 and the workpiece W are chemically bonded to each other at the molecular level (or atomic level) and temporarily bonded (adhered).
- peeling (pulling) the materials from each other by ultrasonic vibration a part of one material (for example, the material of the workpiece W) is joined (adhered) to the other material (for example, the material of the tool 7).
- the tool 7 and the workpiece W are materials that can be chemically bonded to each other, and one of them (for example, the tool 7) selects a material that is difficult to peel off (separate) after bonding, and the other (for example, the tool 7).
- the processing can proceed more effectively by adding water.
- the materials are brought into contact with each other to the extent that mechanical processing (polishing or cutting) does not occur (mechanical processing does not occur and the work piece W) is brought into contact with each other. It is considered to proceed by forming a chemical (molecular or atomic level) bond, and it is desirable to bring the tool 7 and the workpiece W into contact with each other at an appropriate pressure.
- the tool 7 or the workpiece W is used. Machining is performed while retracting one of the workpieces W in the same direction as the other feed direction for advancing the machining. As a result, the machining can proceed while buffering the excessive pressure applied to the workpiece area WA when the tool 7 presses the workpiece.
- the weight loss may be due to a chemical reaction other than the above (chemical bond and exfoliation), or the weight loss due to the above chemical reaction and the weight loss due to another chemical reaction are mixed. May be.
- these may include weight loss by mechanical processing (cutting or grinding), but in that case, weight loss progresses mainly by a chemical reaction (the degree of weight loss by a chemical reaction is 50% of the total weight loss). Occupy).
- the third embodiment is an example of the processing apparatus 1 and the processing method when the workpiece (work) W is a diamond-based material and the tool 7 is an aluminum-based material.
- the third embodiment is an embodiment in which the materials of the workpiece W and the tool 7 are different from those of the first embodiment.
- the parts different from those of the first embodiment will be mainly described, and for matters not described below, "glass-based material” and “soda-lime glass” are referred to as “diamond-based materials” in the first embodiment.
- zirconia (zirconium dioxide)” should be read as "aluminum-based material", and duplicate explanations will be omitted.
- the configuration of the processing apparatus 1 is, for example, the same as in FIGS. 1 to 4.
- the workpiece (work) W in the third embodiment is a diamond-based material.
- the diamond-based material is diamond or a diamond-containing material.
- diamond is, for example, natural diamond (produced inside the earth) (diamond of 100% purity, or diamond containing a very small amount of non-crystalline carbon or non-diamond crystal), high-temperature and high-pressure synthetic method or chemical. Synthetic diamond (artificial diamond) synthesized by the vapor phase growth method or the like.
- the use may be an industrial diamond containing a binder or other components, or a diamond for jewelry (jewel).
- the crystal structure may be a single crystal diamond or a polycrystalline diamond.
- the diamond-containing material in the third embodiment is a material containing the above-mentioned diamond as a main component, and "containing the above-mentioned diamond as a main component" means, for example, that the content of the above-mentioned diamond is 50% or more of the whole. Or when a plurality of components other than diamond (referred to as sub-components) are contained, it means that the content of diamond is larger than the content of any of the sub-components.
- the tool 7 of the third embodiment is made of an aluminum-based material.
- the aluminum-based material in the present embodiment includes aluminum (pure aluminum), an aluminum alloy (aluminum with copper (Cu) manganese (Mn), silicon (Si), magnesium (Mg), zinc (Zn) nickel, and the like. (Alloy to which one or more kinds of metals are added) or a metal containing aluminum as a main component.
- "containing aluminum as a main component” means that, for example, the content of aluminum or an aluminum alloy occupies 50% or more of the whole, or a plurality of components (referred to as sub-components) other than aluminum or an aluminum alloy are contained.
- the content of aluminum or aluminum alloy is larger than the content of any of the subcomponents.
- the sub-component may be, for example, aluminum oxide, aluminum nitride, other ceramics, or other components.
- the content of aluminum oxide is small. Specifically, the content of aluminum oxide is preferably less than 30% of the whole (aluminum-based material), preferably less than 20%, and more preferably less than 10%.
- the jig 5 holds (for example, grips) the workpiece W around it except at least the area WA to be processed.
- the tool 7 is arranged on one surface (first surface Sf1) of the workpiece W, and is in contact with the first surface Sf1 during machining, and the tool 7 is applied with an appropriate pressing force. And the workpiece W are relatively moved in the plane direction, and the machining proceeds toward the other plane (second plane Sf2).
- the machining target region WA is a region in which machining proceeds by the tool 7 and finally machining is completed in a desired shape.
- the area to be machined (the area machined in contact with the tool 7) in the machining target area WA is the tool at the start of machining. Gradually expand from the size equivalent to the area of the tip of 7. In this way, the area of the machining target area WA (worked area) is assumed to be larger than the area of the tip of the tool 7.
- the processing apparatus 1 of the third embodiment uses a tool 7 formed of an aluminum-based material to bring it into contact with a diamond-based material which is a workpiece W, and at least reduces the weight of the workpiece W (diamond-based material) (wear, Proceed with processing while depleting, peeling, separating, etc.). That is, the processing apparatus 1 of the third embodiment physically presses the tool 7 that vibrates ultrasonically and the workpiece W with an appropriate pressure to perform machining, but at that time, the excess applied to the workpiece W is applied. The work piece W is relatively moved in the weight loss direction while buffering the pressure (pressing pressure).
- the weight is reduced while causing at least a chemical reaction. ..
- reducing the weight while causing at least a chemical reaction in the third embodiment means that the aluminum-based material which is the tool 7 and the object to be processed are processed in the process (from the start to the end) of the processing (weight reduction) of a certain part.
- weight loss (processing) while mainly causing a chemical reaction means, for example, that at least 50% or more of the weight loss (processing) is due to an event caused by the chemical reaction (weight loss due to the chemical reaction).
- the degree accounts for more than 50% of the total weight loss), which may be due to an event caused by a 100% chemical reaction, or physical processing to a part (less than 50%) of the weight loss (processing). (Especially mechanical cutting, polishing, etc.) may be included.
- the processing apparatus 1 is a tool (machining tool) made of a table 3, a jig 5, a retracting movement mechanism 21, an urging mechanism 23, and an aluminum-based material (for example, an aluminum alloy). It has a 7, a drive means 9 for the tool 7, a feed drive means 25, a tool support portion 17 for supporting the tool 7, a control means, and the like.
- the table 3 is, for example, an X-axis-Y-axis table (stage) for moving a workpiece (for example, polycrystalline diamond (industrial diamond)) W in a horizontal X-axis-Y-axis plane.
- the diamond-based material to be the workpiece W has conventionally been processed by using a diamond tool or diamond powder (abrasive grains) (mainly polishing processing), laser processing, and ion beam processing.
- a diamond tool or diamond powder mainly polishing processing
- laser processing mainly laser processing
- ion beam processing mainly ion beam processing.
- diamond powder mainly polishing processing
- the crystal plane of diamond mainly in the case of single crystal diamond
- the direction in which polishing is possible is determined. This became important, and there was a problem that required skill.
- laser machining and ion beam machining can be used for drilling and cutting diamonds (industrial diamonds) and machining with aggressive (large) deformation, but these devices are expensive due to the special machining method. As a result, there was a limit to the reduction of processing cost.
- the applicant of the present application has at least brought the tool 7 made of the aluminum-based material into contact with the diamond-based material which is the workpiece W at an appropriate pressure (while releasing the excessive pressure) while ultrasonically vibrating. It has been found that the workpiece W is reduced in weight (wear, wear, peeling, etc.). This is because the aluminum-based material is softer than the diamond-based material, and the contact surface between the two becomes high temperature (for example, 600 ° C to 700 ° C). Therefore, the aluminum-based material and the diamond-based material that vibrate ultrasonically It is considered that at least the diamond-based material loses weight (wear, wear, and falls off) due to a chemical reaction with the material.
- the materials of the abutting tool 7 and the work piece W are chemically bonded to each other at the molecular level (or atomic level), and the materials are separated from each other by ultrasonic vibration from the state where they are once bonded (bonded).
- a part of the material of the work piece W is peeled off in a state of being joined (adhered) to the material of the tool 7, and a part of the material of the work piece W is reduced in weight.
- the crystal structure of diamond (carbon) which is at least the workpiece W, is formed by an event caused by at least a chemical reaction, such as the formation of carbides by high-temperature contact between an aluminum-based material and a diamond-based material. It is considered that the weight loss (processing) of the diamond-based material progresses when the diamond-based material is altered and / or destroyed and a part of the diamond is removed (peeled, separated, consumed).
- both the tool 7 and the workpiece W may lose weight (the degree of weight loss differs). In some cases, the processing can proceed more effectively by adding water.
- the weight loss due to the chemical reaction of the third embodiment may include a mixture of weight loss due to a chemical reaction other than the above (chemical bond and exfoliation) and weight loss due to another chemical reaction. Further, these may include weight loss (cutting or grinding) by mechanical processing, but in that case, at least a part of the processing is assumed to proceed by a chemical reaction, and preferably chemical. It is assumed that the degree of weight loss due to the reaction accounts for 50% of the total weight loss, and more preferably, the weight loss proceeds mainly by the chemical reaction (the degree of weight loss due to the chemical reaction exceeds 50% of the total weight loss).
- the materials are brought into contact with each other (for example, mechanical processing) to the extent that mechanical processing (polishing or cutting) does not actively occur (for example, mechanical processing). It is considered that the degree of progress is low (preferably little mechanical machining occurs) and chemical (molecular or atomic level) bonds are formed, and the tool 7 and the workpiece W are suitable. It was found that it is desirable to bring them into contact with each other with sufficient pressure.
- the tool 7 or Machining is performed while retracting one of the workpieces W in the same direction as the other feed direction for advancing the machining.
- the machining can proceed while buffering the excessive pressure applied to the workpiece area WA when the tool 7 presses the workpiece.
- the machining apparatus 1 of the third embodiment also has a cushioning mechanism 20 on one side of the jig 5 or the tool support portion 17, whereby the tool 7 joins the workpiece W. It is configured to buffer (absorb) excess pressure and reduce the machining load on the workpiece W and the tool 7.
- the buffer mechanism 20 of the processing apparatus 1 includes, for example, a retracting movement mechanism 21 that retracts and moves the tool 7 or the workpiece W, and the tool 7 or the workpiece W in the return moving direction. It is a mechanism including the urging mechanism 23 for urging, detects and controls the absolute feed amount ⁇ T1 and the withdrawal amount ⁇ N, and calculates the relative feed amount ⁇ T2.
- the feed amount ⁇ T1 (evacuation amount ⁇ N) is controlled so that
- the processing apparatus 1 is not limited to the configuration shown in FIG. 3, and has a configuration in which machining of the workpiece W (diamond-based material) proceeds by the tool 7 (aluminum-based material), for example, the tool 7 is used as the workpiece W. It has at least a drive means 9 for relative movement with respect to the work piece W and a feed drive means 25 for moving one of the tool 7 and the work piece W in order to move the tool 7 with respect to the work piece W in a desired feed direction. It may be configured. Therefore, the ultrasonic vibration means 55 may not be provided, and the buffer mechanism 20 may not be provided.
- the processing method of the third embodiment is a processing method of reducing a part of the workpiece W of a diamond-based material (for example, diamond) to change it into a desired shape, and the workpiece W is changed to a desired shape by a jig 5.
- a jig 5 In the process of holding and relatively moving the tool 7 made of an aluminum-based material and the workpiece W, and in order to move the tool 7 in a desired feed direction with respect to the workpiece W, the tool 7 and the workpiece W It has a step of moving one side and the like.
- the processing method in the processing apparatus 1 is as described in time series with reference to FIG.
- the workpiece W is, for example, an industrial diamond, and even when drilling or hollowing is performed, a special laser processing device, an ion beam processing device, or the like is used. Processing can be performed inexpensively and easily without using an apparatus (special method).
- the machining method of the third embodiment is a machining method in which a part of the work piece W, which is a diamond-based material, is reduced by the tool 7 of the aluminum-based material to change the shape to a desired shape, for example, the tool 7 and the work piece.
- a machining method having at least a step of relatively moving the object W and a step of moving one of the tool 7 and the workpiece W in order to move the tool 7 with respect to the workpiece W in a desired feed direction. It is sufficient, and the ultrasonic vibration of the tool 7 does not have to be performed. Further, it is not necessary to buffer the excessive pressure applied to the workpiece W when the tool 7 presses the workpiece W.
- processing for reducing a part of the workpiece W for example, drilling, hollowing, and reducing the area of the workpiece W in a plan view (in the plane direction of the workpiece W). Machining other than polishing, such as deformation (reduction) processing (to reduce the shape) and shaving processing to deform (reduce) to an arbitrary shape, has been exemplified.
- the present invention is not limited to this, and the "processing for reducing the weight of a part of the workpiece W" may include a polishing process for a part or the whole thereof.
- the tool 7 is not limited to the single-layer structure made of the above-mentioned aluminum-based material, and may have a laminated structure in which the surface of a base material such as metal or diamond is coated with the above-mentioned aluminum-based material having a desired thickness. Since the aluminum-based material may decrease as the processing progresses, a thickness sufficient for processing is appropriately selected.
- the tool 7 contains the above-mentioned aluminum-based material as a main component, and may contain components other than the aluminum-based material.
- an aluminum-based material as the main component it is desirable that the content of the aluminum-based material is larger than the content of other components (in the case of a plurality of components, any of the other components), and preferably, other components are used. It is assumed that the content of the aluminum-based material is larger than the content of any of the components of.
- a part of the workpiece W is reduced while causing a chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W, and the tool 7 is also partially reduced in weight with the machining.
- the tool 7 may have a hardness lower than that of the workpiece W, or may have a higher hardness.
- FIG. 5 is a photograph showing a state of processing by the processing apparatus 1 and the processing method of the third embodiment.
- the tool 7 is an aluminum alloy
- the workpiece W is an industrial diamond (polycrystalline diamond) that has been ground with a conventionally known diamond tool.
- FIG. 3A is an image of the appearance of the vicinity of the tip of the tool 7 before machining
- FIG. 3B is an image of the surface of the workpiece W before machining.
- FIG. 3C is an image of a state during machining
- FIG. 3D is an image of a machined surface (contact surface with a workpiece W) taken from the axial direction of the tool 7 after machining. is there.
- the surface of the workpiece W has fine scratches during grinding, but as shown in FIG.
- the aluminum alloy of the third embodiment is processed by the tool 7. It can be confirmed that the weight loss in the machining thickness direction (axial direction of the tool 7) progresses in the work area WA and the scratches are eliminated. Further, in this example, as shown in FIG. 3D, a part of the tool 7 is also reduced in weight.
- FIG. 5 when the workpiece W is machined in the machining apparatus 1 (machining method) of the third embodiment, deposits remain on the tool 7. From this, it is considered that a chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W occurs in the processing process. Elemental analysis was performed to examine this deposit. The examination results are shown in FIGS. 6 to 8. Here, an aluminum alloy was used as the tool 7, and an industrial diamond in which diamond powder and tungsten were bonded with cobalt, which is a binder, was used as the workpiece W.
- FIG. 6 is a photograph of the appearance of the tool 7 after machining
- FIG. 6A is an image taken from the side surface
- FIG. 6B is an image taken from the axial direction with the machined surface (workpiece W). This is an image of the contact surface).
- elemental analysis was performed on the site where black deposits (foreign substances) were present by using an electron probe microanalyzer (EPMA / WDS: Electron probe microanalyzer / Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer).
- FIG. 3C is a secondary electron image of the deposit.
- the elemental analysis method using an electron probe microanalyzer is a method of measuring the types and content ratios of constituent elements by measuring the wavelength and intensity of the obtained characteristic X-rays.
- the measuring device and analysis conditions used in this test are as follows.
- FIG. 7 is a table showing the EPMA semi-quantitative analysis result based on the characteristic X-ray intensity at the time of qualitative analysis of the deposit
- FIG. 8 is a chart (EPMA / WDS elemental analysis chart) showing the measurement result.
- Aluminum produces carbides (aluminum carbide (Al 4 C 3 )) with diamond.
- diamond can be worn by the formation of carbonized material (aluminum carbide), aluminum oxide (alumina) is not reduced by carbon, and it is difficult to wear diamond.
- aluminum carbide is a transparent crystal, it gradually reacts with water, oxygen, and carbon dioxide, so it must be stored in an inert atmosphere such as nitrogen.
- Aluminum carbide gradually reacts with moisture (water vapor in the air, etc.) and decomposes while releasing methane (CH 4 ) to become aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ).
- Aluminum carbide gradually reacts with oxygen (O) in the air and releases carbon monoxide (CO) to become aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ).
- Aluminum carbide gradually reacts with carbon dioxide in the air and precipitates carbon (C) to become aluminum oxide.
- Aluminum carbide gradually reacts with carbon monoxide and precipitates carbon (C) to become aluminum oxide.
- this carbon is a component derived from a diamond-based material, it is considered that carbon is deposited as an deposit via aluminum carbide by the chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W.
- the aluminum alloy of the tool 7 may contain carbon, but even if this is the case, the amount of carbon in that case is usually less than 1%, which is a very small amount. Therefore, it is considered that the amount of carbon (9.7%) in the above analysis result is mainly derived from the diamond-based material.
- the processing device 1 is a device using a milling machine for rotationally driving a drill-type tool 7, and the jig 5 includes a buffer mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23).
- the jig 5 includes a buffer mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23).
- a buffer mechanism 20 evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23.
- the tool support portion 17 is provided with a buffer mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23). There may be.
- the processing device 1 is a device for processing by a milling machine that rotationally drives an end mill type tool 7
- the table 3 that supports the jig 5 is a buffer mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23). It may be configured to include.
- the evacuation movement mechanism 21 and the urging mechanism 23 have different configurations is shown, but the evacuation movement mechanism 21 and the urging mechanism 23 are integrated as a buffer mechanism 20.
- the jig 5 itself may be made of an elastic body having a cushioning function (rubber, sponge-like resin material, etc.), or in the example shown in FIG. 3, for example, the spindle of the tool 7.
- the shank itself may be made of an elastic body having a cushioning function (rubber, sponge-like resin material, or the like).
- the machining of the present embodiment includes, for example, front milling, end mill milling, flat milling, flat milling, side cutting, grooving, and lathe (turning), which are cutting (milling) machining (machining, milling). Machining (outer rounding, surface shaving, taper shaving, threading, parting, etc.), drilling, hollowing (cutting through), etc., and grinding (plane grinding, forming grinding, cylindrical grinding, dying, slicing, etc.) ) Etc. can be applied.
- the cushioning means 10 may be another spring regardless of the coil spring, or may be an elastic member such as a sponge or a resin. Further, it may be buffered by hydraulic pressure or pneumatic pressure. Further, when the jig 5 includes the cushioning means 10, the material of the jig 5 may be made of an elastic body such as sponge or resin.
- shock absorbing mechanism 20 is not limited to the above example as long as it is a mechanism for advancing machining while retracting one of the tool 7 or the workpiece W in the same direction as the other feeding direction for advancing machining.
- the position of the reference portion of the workpiece W is determined by the measuring means (for example, a micrometer, a dial gauge, etc.) of the measuring means 11 at an appropriate timing (for example, at the start of machining, during machining, or at the end of machining).
- the pressure is appropriately (as needed) detected by measuring at such timings) and fed back to the control means to appropriately control the feed drive means 25, the evacuation movement mechanism 21, the urging mechanism 23, and the like.
- the processing may be performed while maintaining a predetermined range in which the processing proceeds efficiently.
- the pressure at which the tool 7 and the workpiece W come into contact with each other is detected at an appropriate timing, and the pressure is fed back to the control means to appropriately control the feed drive means 25, the evacuation movement mechanism 21, the urging mechanism 23, and the like.
- the processing may be performed while maintaining the pressure within a predetermined range in which the processing proceeds efficiently.
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Abstract
加工時の工具の押圧力が被加工物の剛性(強度)に対して大きい場合であっても、加工、特に穴開け加工の加工不良を低減するとともに加工効率を向上させることが可能な、加工装置および加工方法を提供する。 加工装置1は、被加工物Wを保持する治具5と、被加工物Wの一部に当接させる工具7と、工具7を被加工物Wに対して相対移動させる駆動手段9と、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させるべく、工具7および被加工物Wの一方を移動させる送り駆動手段25と、を有し、被加工物Wの一部を減量させて所望の形状に変化させるものであり、被加工物Wはガラス系材料であり、工具7はジルコニアにより構成される。
Description
本発明は、例えば、ガラスやダイヤモンドなどの部材の加工装置および加工方法に関する。
従来、ガラスの加工においては切削工具を用いる方法やレーザ照射などを用いる方法が検討されている(例えば、特許文献1参照)。切削工具の材質としてはダイヤモンド、セラミックス、超硬合金などがあり、被加工物に応じて選択されている。
例えば、ガラスの切削等の加工においては、ダイヤモンド工具が用いられることが一般的である。このダイヤモンド工具はガラスの表面において滑り易いため、加工の際にはガラスに対してダイヤモンド工具を強い力で押圧しながら切削を行なう必要がある。
ここで、ガラス板の一部に貫通穴を形成する穴開け加工の場合には、ダイヤモンド工具の先端がガラス板の表面に当接するように配置して押圧しながら加工を行なうが、その押圧方向(工具が当接する面の裏側)にはガラス板の支持部材(治具)を配置することはできない場合がある。この場合は、少なくとも穴開け部分を除いて、つまり穴開け部分より外側の領域(ガラス板の周辺部分)を治具によって保持した状態で加工する必要がある。
また、ダイヤモンドを加工する場合は、ダイヤモンド粉末、またはそれを用いた工具により加工(主に研磨)することが一般的である(例えば、特許文献2参照)。
具体的に、ワークが工業用ダイヤモンドの場合、ダイヤモンドの砥粒を用いて表面を研磨する。また、ワークが宝飾用ダイヤモンドの場合は、円盤状の鋳鉄器具にダイヤモンドスラリー(ミクロンサイズのダイヤモンドが入った研磨剤)を塗布し、回転させてダイヤモンドを押し付け、研磨する方法(スカイフ研磨)が用いられることが多い。このスカイフ研磨は、精密な工業用ダイヤモンドの加工にも使用される場合がある。
また、粉末のダイヤモンドを使わない加工法としては、レーザー(ビーム)加工やイオンビーム加工など特殊な加工法を用いることになる。
レーザー(ビーム)加工はダイヤモンドにレーザー(例えばYAGレーザー)を照射する。ダイヤモンドはレーザー照射により局部的に加熱され大気中の酸素と反応し、炭酸ガスとなって消滅する。この反応を利用して、ダイヤモンドを加工する。レーザー加工は、一般的にダイヤモンドの穴あけや切断に用いられる。
またイオインビーム加工では、数十ev(エレクトロンボルト)の運動エネルギーを持っているアルゴンイオンをダイヤモンド表面に照射する。これによりアルゴンイオンとダイヤモンドを構成している炭素原子が衝突し、運動エネルギーの交換が行われダイヤモンド表面の炭素原子がはじき出される(スパッタリング)。このスパッタリングを利用してダイヤモンド表面を少しずつ除去していく加工である。
またイオインビーム加工では、数十ev(エレクトロンボルト)の運動エネルギーを持っているアルゴンイオンをダイヤモンド表面に照射する。これによりアルゴンイオンとダイヤモンドを構成している炭素原子が衝突し、運動エネルギーの交換が行われダイヤモンド表面の炭素原子がはじき出される(スパッタリング)。このスパッタリングを利用してダイヤモンド表面を少しずつ除去していく加工である。
第一の課題として、まず、被加工物(ワーク)が例えばガラス板の場合において、穴開け部分が支持されていない状態では、ガラス板が薄くなるとダイヤモンド工具の押圧力によってガラス板が破損してしまう(所望の穴開け領域以外に破損が及んでしまう)問題がある。
また、ダイヤモンド工具の押圧力をガラス板が割れない程度に維持しながら研削する方法もあるが、その場合加工には膨大な時間がかかり、実用的ではない。
このように、ガラス板に対する穴開け加工は、その板厚が薄い場合には特に、非常に難易度が高い問題があった。
またこれは、ガラス板をダイヤモンド工具で加工する場合に限らず、加工時の工具の押圧力が被加工物の剛性(強度)に対して大きい場合において、同様に生じる問題である。
第二の課題として、被加工物がダイヤモンドの場合において、ダイヤモンド粉末を用いる加工(主に研磨加工)では、被加工物のダイヤモンド(主に単結晶ダイヤモンド)の結晶面を確認し、研磨が可能な(容易な)方向を見極めることが重要となり、熟練の技術を要する。また、穴あけや切断などの加工を研磨により行うことは実用的でなない。
またレーザー加工やイオンビーム加工であれば、ダイヤモンドの穴あけや切断、積極的な(大きな)変形を伴う加工も可能ではあるが、加工方法が特殊であるためこれらの装置は高価であり、ひいては加工コストの低減には限界がある。
このように、ダイヤモンドに対する加工(特に穴あけや切断、積極的な(大きな)変形を伴う加工ばど)を安価、且つ容易に行うことは困難である。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、第一には、加工時の工具の押圧力が被加工物の剛性(強度)に対して大きい場合であっても、加工、特に穴開け加工の加工不良を低減するとともに加工効率を向上させることが可能な、加工装置および加工方法を提供するものである。
また、第二には、特にダイヤモンド(またはダイヤモンド含有材料)の加工に際し、特に穴あけや切断などの加工であっても、安価且つ容易に加工することが可能な加工装置および加工方法を提供するものである。
本発明は、被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、前記被加工物を保持する治具と、前記被加工物の一部に当接させる工具と、前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、前記被加工物はガラス系材料であり、前記工具はジルコニアにより構成される、ことを特徴とする加工装置に係るものである。
また、本発明は、被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、前記被加工物を保持する治具と、前記被加工物の一部に当接させる工具と、前記工具を超音波振動させつつ、該工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、前記工具が前記被加工物と当接する際に該被加工物にかかる圧力を緩衝させる緩衝機構とを備え、前記被加工物は第一の部材からなり、前記工具は前記第一の部材とは異なる第二の部材からなるものであり、前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、ことを特徴とする加工装置に係るものである。
また、本発明は、ガラス系材料の被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記被加工物を治具により保持し、ジルコニアからなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有する、ことを特徴とする加工方法に係るものである。
また、本発明は、第一の部材からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具を超音波振動させつつ、該工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させるとともに、該工具と該被加工物による化学的反応を生じさせながら加工を進行させて、前記所望の形状になるまで前記被加工物の一部を減量する、ことを特徴とする加工方法に係るものである。
また、本発明は、第一の部材からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記被加工物を治具により保持し、前記第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具を超音波振動させつつ該工具を前記被加工物に対して相対移動させる工程と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、前記工具または前記被加工物の実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる工程と、前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する工程と、前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる工程と、を備える、ことを特徴とする加工方法に係るものである。
また、本発明は、被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、前記被加工物を保持する治具と、前記被加工物の一部に当接させる工具と、前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、前記被加工物はダイヤモンド系材料材料であり、前記工具はアルミニウム系材料により構成される、ことを特徴とする加工装置に係るものである。
また、本発明は、ダイヤモンド系材料の被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記被加工物を治具により保持し、アルミニウム系材料からなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有する、ことを特徴とする加工方法に係るものである。
本発明によれば、加工時の工具の押圧力が被加工物の剛性(強度)に対して大きい場合であっても、加工、特に穴開け加工の加工不良を低減するとともに加工効率を向上させることが可能な、加工装置および加工方法を提供することが可能となる。
また、特にダイヤモンド(またはダイヤモンド含有材料)の加工に際し、特に穴あけや切断などの加工であっても、安価且つ容易に加工することが可能な加工装置および加工方法を提供することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る加工装置1および加工方法について詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本実施形態の加工装置1について説明する概要図であり、同図(A)が加工装置1の側面概要図であり、同図(B)は被加工物Wおよび加工対象領域WAを示す側面図、同図(C)は同図(B)の上面図である。また、図2は工具7について説明する図であり、同図(A)が工具7および駆動手段9を示す側面図、同図(B)が工具7の形状を示す側面図、同図(C)は同図(B)の断面図である。
図1は、本実施形態の加工装置1について説明する概要図であり、同図(A)が加工装置1の側面概要図であり、同図(B)は被加工物Wおよび加工対象領域WAを示す側面図、同図(C)は同図(B)の上面図である。また、図2は工具7について説明する図であり、同図(A)が工具7および駆動手段9を示す側面図、同図(B)が工具7の形状を示す側面図、同図(C)は同図(B)の断面図である。
図1(A)に示すように、本実施形態の加工装置1は、被加工物Wを保持する治具5と、被加工物Wの一部に当接させる工具7と、駆動手段9と、送り駆動手段25を有し、被加工物Wの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工を行なうものである。被加工物Wの一部を減量させる加工とは例えば、被加工物Wの一面側から他方の面側までを貫通させる穴開け加工、被加工物Wの一面側から他方の面までの厚みを減少させるも他方の面側まで貫通はさせない(被加工物Wの厚み方向に凹凸を形成する)刳り抜き加工、被加工物の平面視における面積を減少させる(被加工物Wの平面方向の形状を縮小する)変形(縮小)加工、例えば、任意の形状に変形(縮小)させる削り加工などである。ここでは同図(B)、同図(C)に示すように、板状の被加工物Wの一部に、円形状に穴開け加工を施す場合を例示する。同図(B)、同図(C)では加工対象領域(穴開けされる領域)WAを大破線で示している。
この例では、被加工物Wはガラス系材料であり、具体的には、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス(ソーダライムガラス)、鉛ガラス、アルカリバリウムケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、または、合成溶融シリカなどであり、好適にはソーダ石灰ガラス(ソーダライムガラス)である。また、工具7はジルコニア(二酸化ジルコニウム(ZrO2)により構成される。
治具5は、少なくとも加工対象領域WAを除き、その周囲の被加工物Wを保持(例えば把持)する。そして工具7は、被加工物Wの一方の面(第一の面Sf1)側に配置され、加工の際には第一の面Sf1に当接し、適宜の押圧力を付与しながら他方の面(第二の面Sf2)に向かって加工を進める。
工具7は、図2(A)に示すように一例として円柱状(円筒状)あるいは、同図(B)および同図(C)に示すようにコア(カップ)形状である。具体的には、基部7Aと拡径部7Bを有し、基部7Aは円柱(円筒)状であり、拡径部7Bは基部7Aの先端(被加工物Wに当接する先端)に設けられ、基部7Aよりも拡径されるとともに先端側が開口した略円筒状である。
なお、工具7の形状は図示のものに限らず、例えば、フラットエンドミル、ボールエンドミル、あるいはテーパエンドミルなどであってもよい。
駆動手段9は、工具7と被加工物Wとを物理的に相対移動させることで、工具7によって被加工物Wの一部を減量するように駆動させる手段である。この例の駆動手段9は工具7と被加工物Wを相対回転させる回転駆動手段であり、例えば、工具7あるいは工具7の主軸を回転駆動するモータである。駆動手段9により、工具7は、鉛直なZ軸を中心にスピンドル50により回転駆動される。また、スピンドル50は例えば、超音波振動手段55を備えると望ましい。超音波振動手段55は、超音波振動子56と、超音波ホーン57を有する。超音波振動子56は、軸方向に超音波振動を生じさせる。超音波ホーン57は、超音波振動子56で生じる超音波振動に共振して、当該超音波振動を増幅させる。そして、超音波ホーン57は、増幅させた軸方向の超音波振動を工具7に伝達する。つまり駆動手段9は、工具7を超音波振動させながら回転駆動させる。
この工具7が当接し、押圧されることにより被加工物Wの一部(被加工領域WA)は、この例では、工具7の回転方向(図1(A)のX軸-Y軸方向)に減量する。
図1を参照して、送り駆動手段25は、工具7と被加工物Wとが互い押圧される方向に相対移動させる手段であり、工具7を送る手段あるいは被加工物Wを送る手段である。押圧する方向は、この例では、工具7の主軸の延在方向、すなわち鉛直方向(Z軸方向、第一の面Sf1から第二の面Sf2に至る方向)である。
つまり本実施形態の加工装置1は、工具7が被加工物Wに当接し互いに押圧した状態で、駆動手段9によって工具7と被加工物Wを工具7の回転駆動方向(X軸-Y軸方向)に相対回転しつつ工具7を超音波振動させることで被加工物Wを回転駆動方向(X軸-Y軸方向)に減量する。回転駆動方向の減量が所定量まで進むと(減量する分がなくなり)減量が進行しなくなるので、加工装置1は、工具7と被加工物Wが互いに押圧状態となるように送り駆動手段25によって工具7と被加工物WをZ軸方向に相対移動(押圧)し、鉛直方向に被加工物Wの減量を進行させる。つまり加工装置1は、工具7を回転駆動して被加工物Wを或る方向に(例えば面状に)減量しながら、工具7をさらに別の方向に送る(押出す)ことで例えば、当該別の方向(例えば、深さ(厚み)方向)に減量を進行させるものである。以下、工具7が回転駆動する方向(X軸-Y軸方向)を減量方向といい、工具7と被加工物Wの押圧方向(Z軸方向)を送り方向という。
また、加工装置1は、緩衝機構20を有すると望ましい。緩衝機構20は、工具7が被加工物Wと当接する際に被加工物Wにかかる圧力(押圧力)を緩衝させるものである。詳細については後述するが、緩衝機構20は例えば、工具7および被加工物Wの一方を送り方向に移動し、工具7および被加工物Wの他方を送り方向と同方向に退避移動させることにより、工具7が被加工物Wを押圧する際に、当該被加工物Wにかかる過剰圧力を緩衝させる。
さらに、加工装置1は、ジルコニアで形成した工具7を用いて被加工物Wであるソーダ石灰ガラスに当接させ、少なくとも一方を減量(磨耗)させながら加工を進める。すなわち、本実施形態の加工装置1は、超音波振動する工具7と被加工物Wとを適宜の圧力で物理的に押圧して加工を行うが、その際、被加工物Wにかかる過剰な圧力(押圧力)を緩衝させながら、被加工物Wの減量方向に相対移動させる。そうすることで、工具7と被加工物Wの物理的な相対移動(減量方向の移動と送り方向の移動)に加えて、工具7と被加工物Wが相互に作用を及ぼし合う接触面(及びその近傍)において主として化学的反応を生じさせながら減量するものである。これにより、被加工物Wを破損することなく加工対象領域のみを減量させて所望の形状に変化させることができる。ここで、本実施形態における「主として化学的反応を生じさせながら減量(加工)する」とは、例えば、減量(加工)の少なくとも50%以上が化学的反応に起因する事象によるものである(化学的反応による減量の程度が減量全体の50%を占める)ことをいい、100%化学的反応に起因する事象によるものであってもよいし、減量(加工)の一部(50%未満)に機械的な切削等が含まれる場合があってもよい。
図3を参照して、加工装置1の具体的な一例について説明する、同図は加工装置1の側面概要図である。なお、以下の実施形態では、加工装置1が、例えばドリルなどの工具7を回転駆動するフライス盤などの装置である場合を例に説明する。
本実施形態の加工装置1は、テーブル3と、治具5と、退避移動機構21と、付勢機構23と、ジルコニアからなる工具(加工具)7と、工具7の駆動手段9と、送り駆動手段25と、工具7を支持する工具支持部17と制御手段などを有する。
テーブル3は例えば、被加工物(例えば、ソーダ石灰ガラス)Wを水平なX軸-Y軸面内で移動させるX軸-Y軸テーブル(ステージ)である。
治具5は、テーブル3上に設けられて被加工物Wを保持(支持)する手段であり、同図(B)、同図(C)に示すように例えば、基台51と、保持部52と、支持部53などを有する。ここでは一例として被加工物Wに穴開け加工を施す場合の治具5を示しており、例えば少なくとも加工対象領域WAを除き、その周囲の被加工物Wを保持(例えば把持)可能なように、中央部分が開口した額縁形状を有している(同図(B))。なお、同図(A)では被加工物Wの保持状態を示すために治具5を同図(B)のa-a線の断面図で示している。
また、本実施形態の治具5は一例として緩衝機構20を備える。緩衝機構20は、例えば、退避移動機構21と、付勢機構23を含む機構である。退避移動機構21は、送り駆動手段25による実際の送り量に対して、工具7と被加工物Wの間の相対的な送り量が減少するように、工具7および被加工物Wの他方を送り方向に退避移動させる機構である。また、付勢機構23は、退避移動機構21により被加工物Wまたは工具7が退避移動する際、退避移動する被加工物Wまたは工具7を復帰移動方向に付勢する機構である。緩衝機構20については後に詳述する。
基台51には例えば、適宜の位置に支持部53が立設され、支持部53の上端部には例えば平板の保持部52が設けられる。この例では、保持部52は平面視において外形が矩形状(正方形状)の額縁形状であり、支持部53は、保持部52の外周付近の四隅に対応する位置の4箇所に設けられる場合を説明する。なお、保持部52の外形状は、この例に限らず、長辺と短辺を有する長方形状や円形状であってもよい。いずれの場合も保持部52は、被加工物Wの少なくとも外縁部を全体的に(あるいは選択的に)保持できる形状を有し、その内側(内周側)で被加工物Wを当接保持(支持)する。また、以下の例では保持部52の上面側(同図(C)のZ軸方向上面側)を説明の便宜上、保持面521と称する。
なお、被加工物Wの加工の態様によっては、保持部52は額縁形状でなくてもよい。例えば、被加工物Wを厚み方向(図3のZ軸方向)に貫通しない刳り貫き加工の場合には、保持部52は(開口部を有しない)平板状であってもよい。
また、支持部53の配置およびその数は、保持部52の形状に応じて、保持部52の両端に対応する2箇所でもよいし、中央に対応する1箇所でもよい。
また、後に詳述するが、本実施形態の治具5は、保持部52が基台51に対して、工具7の主軸の延在方向(この例では、鉛直方向(図示のZ軸方向)に相対的に移動可能に構成されている。
駆動手段9は、例えば、工具7と被加工物Wを減量方向に相対移動させる(相対回転させる回転駆動手段であり、図1および図2に示した構成と同様である。駆動手段9により、工具7は、鉛直なZ軸を中心にスピンドルにより回転駆動されるとともに、超音波振動される。
送り駆動手段25は、この例では、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させる手段であり、例えば、工具7を支持(保持)する工具支持部17に設けられる。工具支持部17は一例として、Z軸方向に移動するZ軸送りステージであり、送り方向は、この例では、工具7の主軸の延在方向、すなわち鉛直方向(図示のZ軸方向、治具5の保持部52の面に垂直な方向)である。
また、本実施形態の加工装置1は、計測手段11を備えていると望ましい。計測手段11は例えば、退避移動機構21による退避状態を検出する退避状態検出手段111と、送り駆動手段25による実際の送り状態を検出する検出する送り状態検出手段113と、退避状態と送り状態の相対差から、工具7と被加工物Wの相対的な送り量を算出する計算手段115などを有している。計測手段11については、後に詳述する。
これら加工装置1の各部は、制御手段(不図示)によって統括的に制御される。制御手段は、CPU、RAM、及びROMなどから構成され、各種制御を実行する。CPUは、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて各種機能を実現する。RAMは、CPUの作業領域として使用される。ROMは、CPUで実行される基本OSやプログラムを記憶する。
制御手段は、テーブル(X軸-Y軸テーブル)3と工具支持部(Z軸送りステージ)17とを数値制御する不図示の数値制御手段(数値制御装置)を含む。数値制御装置により、工具(砥石)7をスピンドルによりZ軸を中心に高速回転させるとともに回転トルク等が制御され、被加工物Wを水平なX-Y面内で移動させて回転する工具7に接触させることにより、被加工物Wを減量し、所望の形状に加工することができる。
本実施形態の加工装置1は、工具7が被加工物Wの被加工部位を押圧する際に当該被加工部位にかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させて、所望の形状になるまで被加工物Wを減量するものである。換言すると、工具7が被加工物Wの被加工部位を押圧する際の圧力を、加工が進行する所定範囲内に維持しながら、所望の形状になるまで被加工物Wを減量するものである。
より具体的には、工具7または被加工物Wのうち一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を進行させることで工具7が被加工部位を押圧する際に被加工部位にかかる過剰圧力を緩衝させるものであり、これにより工具7と被加工部位が当接する圧力(押圧力)を加工が効率よく進行する所定範囲内に維持しながら加工を行うことができる。
ここで、被加工物Wであるソーダ石灰ガラスは従来では、ダイヤモンド工具を用いて加工を行なっていた。しかしながら、工具がソーダ石灰ガラスの表面で滑り易く、これを防止するために、ダイヤモンド工具を相当の圧力で押し付ける必要があった。このため、ソーダ石灰ガラスが薄い場合や、穴開け加工など、工具の送り方向に支持(治具、テーブルなど)が配置できない加工においてはソーダ石灰ガラスが破損するなど加工が大変困難であった。
しかしながら、本願出願人は、ジルコニアを超音波振動させながら適宜の圧力で(過剰な圧力を逃がしながら)ガラス系材料(ソーダ石灰ガラスなど)に当接させることにより、少なくとも一方が減量(磨耗)することを見出した。これは、ガラスの表面が高温(600℃~700℃)になることなどから、超音波振動するジルコニアとソーダ石灰ガラスとの間に化学的反応が生じることで、少なくとも一方(材料の一部)が減量(磨耗)するものと考えられる。より詳細には、当接した工具7と被加工物Wの材料同士(例えば、ジルコニアとソーダ石英ガラス)が分子レベル(または原子レベル)で化学的に結合し、一旦接合(接着)した状態から超音波振動によって材料同士が引き離されることで一方の材料(例えば被加工物Wの材料)の一部が他方の材料(例えば工具7の材料)に接合(接着)した状態で引き剥がされ、一方の材料が減量すると考えられる。なお、材料によっては、両者が互いに減量する(減量の程度が異なる)場合もある。このような知見から、工具7と被加工物Wは、互いに化学的な結合が可能な材料であるとともに、そのうちの一方は結合後に剥離(離脱)しにくい材料を選択し、他方は一方に比べて結合後に剥離(離脱)しやすい材料を選択することが望ましいといえる。具体的な一例としては、工具7は結合後に剥離(離脱)しにくい材料(例えば、ジルコニア)を選択し、被加工物Wは工具7に比べて結合後に剥離(離脱)しやすい材料(例えば、ガラス系材料(ソーダ石灰ガラスなど))を選択することが望ましいといえる。また、水分を加えることでより効果的に加工を進行させることができる場合もある。
なお、上記(化学的結合と剥離)以外の化学的反応による減量と他の化学的反応による減量とが混在していてもよい。また、これらに機械的な加工による減量(切削や研削)が含まれていてもよいが、その場合主として化学的反応によって減量が進行する(化学的反応による減量の程度が減量全体の50%を占める)ものとする。
また、このような化学的反応による減量は、機械的な加工(研磨や切削)が生じない程度で材料同士(工具7と被加工物W)を当接させる(機械的加工が生じず、かつ化学的な(分子レベルまたは原子レベルの)結合を生じさせる)ことで進行すると考えられ、工具7と被加工物Wを適切な圧力で当接させることが望ましいことが判った。
そこで、本実施形態では、ジルコニア(工具7)とソーダ石灰ガラス(被加工物W)の間の押圧力を、最も効率よく加工が進行する(効率よく化学的反応による減量が生じる)所定範囲に維持すべく、工具7または被加工物Wの一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を行う。これにより工具7が被加工部位を押圧する際に被加工領域WAにかかる過剰圧力を緩衝させながら、加工を進行させることができる。
具体的には、図3に示すように、本発明の実施形態の加工装置1は、治具5または工具支持部17の一方が、緩衝機構20を有しており、これにより被加工物Wに加わる工具7の過剰圧力を緩衝し(吸収し)、被加工物Wおよび工具7への加工負荷を軽減させるように構成した。この緩衝機構20とは、例えば、工具7または被加工物Wを退避移動させる退避移動機構21と、工具7または被加工物Wを復帰移動方向に付勢する付勢機構23を含む機構である。
同図(B)、同図(C)を参照してより詳細に説明する。本実施形態では一例として、治具5が、緩衝機構20すなわち、退避移動機構21と付勢機構23とを備えている場合である。
退避移動機構21は、この例では、保持部52(保持面521)を基台51に対して垂直(この例では鉛直)方向上下に移動可能に保持する支持部53である。より具体的には、支持部53は、外筒531と、外筒531の内側で外筒531に対して進退可能に保持される内筒532とを有している。
また、付勢機構23は例えば、支持部53の例えば外周に設けられて上下両端が保持部52と基台51とに固定れた弾性部材533である。弾性部材533は例えば、外筒531の外周に巻回され、上下両端が保持部52と基台51とに固定されたばね(コイルばね)である。
支持部53(退避移動機構21)は、工具7の実際の送り方向(加工を進行させる場合に送り駆動手段25によって工具7が送られる方向、この例ではZ軸の下方に向かう方向)と同方向に保持部52を退避移動可能に構成されており、これにより保持部52上の被加工物Wは工具7の実際の送り方向と同方向に退避移動可能となっている。
付勢機構23は、退避移動機構21により被加工物Wが退避移動する際、退避移動する被加工物Wを復帰移動方向に付勢する。復帰移動方向は、退避移動方向とは逆方向であり、Z軸の上方に向かう方向である。
また、保持部52の上面にはストッパー535が設けられる。ストッパー535は、付勢機構23(弾性部材533)によってZ方向上方へ付勢される保持部52のZ軸上方への移動が所定高さに規制する。
これにより、保持部52およびこれに保持される被加工物Wは、加工が行われている間は工具7によって押圧され、退避移動機構21によって付勢機構23の付勢力に抗いながら工具7の実際の送り方向(Z軸下方)に退避移動するが、被加工物Wと工具7による加工が進展するにつれて、退避移動機構21及び付勢機構23によって、退避移動した被加工物W(保持部52)が工具7に押圧されながらも初期の位置に復帰する方向に移動する。
なお、工具7は、超音波振動手段55によって超音波振動が付与されると望ましいが、この場合、超音波による音圧及び振動と、工具7への加圧によって加工が進行する。つまり音圧も当該圧力(押圧力)に関与するため、この音圧を考慮して送り駆動手段25、退避移動機構21および付勢機構23等の制御を行う。
さらに、計測手段11は例えば、退避移動機構21による退避状態を検出する退避状態検出手段111と、送り駆動手段25による実際の送り状態を検出する検出する送り状態検出手段113と、退避状態と送り状態の相対差から、工具7と被加工物Wの相対的な送り量を算出する計算手段115を有している。
ここで、退避移動機構21が検出する退避状態は、例えば、工具7に押圧されることによる退避移動の量(以下「退避量ΔN」と称する。)である。
また、送り駆動手段25が検出する実際の送り状態は、例えば、加工を行うための目標となる(加工を行う場合に設定する)実際の(絶対的な)送り量(以下、「絶対的な送り量ΔT1」と称する。)である。
また、計算手段115が算出する相対的な送り量とは、絶対的な送り量ΔT1と退避量ΔNの差(ΔT1-ΔN)であり、以下、「相対的な送り量ΔT2」と称する。工具7と被加工物Wの相対的な送り量ΔT2(=ΔT1-ΔN)は、加工の進展量ともいえる。
本実施形態の退避移動機構21は、保持部52に被加工物Wを載置すると、送り駆動手段25によって工具7を被加工物Wを押圧してはいない状態であっても被加工物Wの重量に応じた所定量で退避移動方向に移動する(付勢機構23がそのように設定されている)。しかし、本実施形態では一例として、退避状態検出手段111が検出する退避量ΔNは、送り駆動手段25によって工具7を被加工物Wを押圧する(送り出す)ことによって、被加工物WがZ軸下方に退避移動した変化量(加工開始時では保持部52に被加工物Wを載置した状態から更に工具7の押圧によって退避移動した変化量)を検出するものとする。
なお、後に述べる付勢機構23の付勢力の設定によっては、保持部52に被加工物Wを載置したのみでは、保持部52はZ軸下方に移動しない場合もあり、そのように構成されていてもよい。
そして、退避移動機構21は、加工の進行中(工具7によって押圧されている間)は、付勢機構23によって付勢されることにより、送り駆動手段25による工具7の絶対的な送り量ΔT1に対して、工具7と被加工物Wの間の相対的な送り量ΔT2が減少する方向に、被加工物Wを退避移動させる。なお、本実施形態における「相対的な送り量ΔT2が減少する方向に、被加工物Wを退避移動する」とは、換言すれば、初期位置に復帰する方向への移動ではあるが、初期位置からは依然として退避しているような移動である。
そして加工装置1は、退避移動機構21による退避量ΔNが(略)ゼロとなる際に、加工(の1ステップ)を終了させるように制御される。
具体的には、例えば、2mmの加工を行う場合、送り駆動手段25による工具7の絶対的な送り量ΔT1(退避量ΔN)を2mmとし、退避量ΔN(2mm)が(略)ゼロとなる際に加工を終了する。あるいは、例えば、2mmの加工を行う場合、複数ステップの加工を行うようにしても良く、例えば1ステップ目において送り駆動手段25による工具7の絶対的な送り量ΔT1(退避量ΔN)を0.2mmとして、退避量ΔN(0.2mm)が(略)ゼロとなる際に加工の1ステップ目を終了し、次のステップ(2ステップ目)に進み、これを繰り返して加工を行うようにしてもよい。この場合10ステップ目が終了した場合に、加工が完了する。なお、ジルコニアとソーダ石灰ガラスの化学的反応によりジルコニアも減量(磨耗)するが、その量は極僅かであり、送り量ΔT1(退避量ΔN)の制御にほとんど影響はない。
付勢機構23の付勢力(弾性部材533の弾性力)は、退避状態検出手段111が検出した退避量ΔNに連動するように設定され、上記のような退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲に設定されている。
具体的には、付勢機構23の付勢力は、送り駆動手段25が工具7を絶対的な送り量ΔT1で送り出した場合、緩衝機構20(退避移動機構21および付勢機構23)によって、工具7と被加工物Wの間の相対的な送り量ΔT2が減少する方向に退避移動することが可能となるように設定されている。より具体的な現象で説明すると、例えば、送り駆動手段25の送り動作(それによる退避移動機構21による退避量ΔN)に対応して、被加工物WのZ軸方向の位置(治具5の保持部52のZ軸方向位置)の微小な変位を許容しつつ、例えば僅かな範囲で被加工物Wが振動可能となるように、付勢機構23の付勢力が設定されている。
例えば、付勢機構23が弾性部材(コイルばね)533の場合、退避移動機構21による退避量ΔNに連動して伸縮が可能なばね定数が適宜選択される。弾性部材533は、送り駆動手段25による押圧力を受けて送り駆動手段25の送り方向(Z軸下方)に圧縮されながらも、当該押圧力に抗って、工具7の実際の送り量(絶対的な送り量)ΔT1に対して、工具7と被加工物Wの間の相対的な送り量ΔT2が減少する方向に被加工物W(保持部52)を移動させることが可能な程度に伸張するようなばね定数が選択される。
換言すると、被加工物Wと工具7による加工が進展するにつれて、Z方向下方に退避移動した被加工物W(保持部52)が復帰方向に移動するようなばね定数が選択される。
ただし、この付勢機構23の付勢力は、工具7(ジルコニア)の形状(サイズ)と被加工物W(ソーダ石灰ガラス)の形状(厚み)等も含め、両者の化学的反応に起因する加工の進行具合により異なる。従って、付勢機構23の付勢力は、両者の化学的反応に起因する加工の進行具合に応じて、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲に制御される。つまり、付勢機構23が弾性部材533の場合は、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲のばね定数が適宜選択される。
また、送り駆動手段25は、被加工物W(保持部52)の退避量ΔNが所定の閾値を超えないように、絶対的な送り量ΔT1を制御する。具体的には、退避量ΔNが所定の閾値(例えば、目標とする加工量)を超える状態となった場合は、工具7の絶対的な送り量ΔT1を減少させ、退避量ΔNが所定の閾位置に満たない場合(押し込みが少なく工具7が空転状態またはそれに近い状態となる場合)は、工具7の絶対的な送り量ΔT1を増加させる制御を行う。
なお、送り駆動手段25による加工中の送り制御は行わなくても良く、送り駆動手段25による制御に代えて、あるいはこれと併用して、工具7の駆動手段9による制御(回転制御、回転トルクの制御)などによって、退避量ΔNが所定の閾値を超えないように制御してもよい。
また、弾性部材522は、コイルばねに限らず、例えば空気ばねや、スポンジ等であってもよく、また、付勢機構23は、磁力、油圧、空圧などにより付勢する機構(弾性力を有する機構)であってもよい。
更に、緩衝機構20は、上記の構成に限らず、工具7および被加工物Wの一方を送り方向に移動し、工具7および被加工物Wの他方を送り方向と同方向に退避移動させる構成であればよい。あるいは、緩衝機構20は、工具7が被加工物Wを押圧する際に当該被加工物Wにかかる過剰圧力を緩衝させる構成であればよい。
また、加工装置1は、図3に示す構成に限らず、工具7(ジルコニア)によって被加工物W(ソーダ石灰ガラス)の加工が進行する構成、例えば、工具7(ジルコニア)を被加工物W(ソーダ石灰ガラス)に対して相対移動させる駆動手段9と、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させるべく、工具7および被加工物Wの一方を移動させる送り駆動手段25と、を少なくとも有する構成であればよい。従って、超音波振動手段55は設けなくてもよいし、緩衝機構20を設けなくてもよい。
図4を参照して、加工装置1における加工方法について時系列に説明する。なお、同図においては、被加工物Wの状態と治具5の動作を説明する便宜上、治具5(保持部52)の上方に被加工物Wを記載しているが、実際は、図3に示すように、治具5は被加工物Wの周辺部を保持しているものとする。なお、被加工物Wを貫通しない刳り貫き加工の場合には、図3と同様の保持の構成であってもよいし、図4に示す保持の構成であってもよい(その場合被加工物Wが移動しないように固定する手段は必要である)。すなわち、治具5による被加工物Wの保持の態様は、加工の態様により適宜選択可能である。
本実施形態の加工方法は、ガラス系材料(例えば、ソーダ石灰ガラス)の被加工物Wの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、被加工物Wを治具5により保持し、ジルコニアからなる工具7と被加工物Wとを相対移動させる工程と、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させるべく、工具7および被加工物Wの一方を移動させる工程と、を有する。
まず、同図(A)に示すように、治具5の保持部52によって被加工物W(例えば、ソーダ石灰ガラス)を保持する。この例では、被加工物Wが治具5により保持され、且つ工具7(例えば、ジルコニア)によって押圧される前の状態では、被加工物Wの重量により付勢機構23(弾性部材533)は所定量圧縮され、保持部52は、退避移動機構21と付勢機構23によって被加工物Wの保持前の位置(破線で示す)よりもZ方向下方に移動する。なお、付勢機構23の付勢力の設定によっては、保持部52に被加工物Wを保持したのみでは、保持部52はZ軸下方に移動しない場合もあり、そのように構成されていてもよい。この例では、被加工物Wの重量のみによる移動は、退避量ΔNに含まないものとする。
そしてこのときの(加工前の被加工物Wが保持(把持)された状態の)被加工物W表面(あるいは保持面521(図3(C)参照))の(床面などの基準面からの高さ)を復帰位置P0とする。
次に、同図(B)に示すように、工具7および被加工物Wの一方を送り方向に移動し、工具7および被加工物Wの他方を送り方向と同方向に退避移動させることにより工具が被加工物Wを押圧する際に被加工物Wにかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させる。
具体的には、テーブル3を移動させて被加工領域WAを工具7の下方になるように調整し、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させる。すなわち、工具支持部17の送り駆動手段25によって、工具7をZ軸下方に移動させて被加工領域WAの加工開始部位に工具7を当接させる。このとき、送り駆動手段25は、加工が可能な程度の押圧力で工具7を被加工物Wに当接(押圧)させるように工具7を移動する。被加工物Wはこの押圧力を受け、退避移動機構21は、或る退避量ΔNでZ方向下方に退避移動する。退避量ΔNは例えば、目標とする最終的な形状に至るまでの減少量(総加工量)であってもよいし、当該減少量(総加工量)よりも小さい値(総加工量を複数に等分割した値)であってもよい。
次に、同図(C)に示すように、工具7と被加工物Wを減量方向(この場合は、X軸-Y軸方向)に相対移動させる。このとき、工具7は駆動手段9によって回転駆動および超音波振動が付与される。また、ジルコニアとソーダ石灰ガラスの物理的な相対移動に伴い、両者の化学的反応が生じ、物理的な相対移動と化学的反応によって被加工物Wの一部が減量される。
本実施形態ではこの加工において、送り駆動手段25が、工具7を絶対的な送り量ΔT1で送り方向(Z軸下方)に移動させて被加工物Wを押圧する一方で、付勢機構23は、退避移動する被加工物Wを復帰移動方向(復帰位置P0に向かって移動する方向)に付勢し、退避移動機構21は、工具7の実際の送り量ΔT1に対して、工具7と被加工物Wの間の相対的な送り量ΔT2が減少する方向(この場合は下方)に、被加工物W(保持部52)を退避移動させる。付勢機構23の付勢力は退避移動機構21による退避量ΔNに連動し、所望量を超えない範囲に設定されている。
具体的には、退避状態検出手段111が検出した退避移動機構21による退避状態(退避量ΔN)と、送り状態検出手段113が検出した送り駆動手段25による実際の送り状態(絶対的な送り量ΔT1)に基づき、計算手段115が両者の相対差(ΔT1-ΔN)から、工具7と被加工物Wの相対的な送り量ΔT2を算出する。また、送り駆動手段25は、退避量ΔNが所定の閾値を超えないように、絶対的な送り量ΔT1を制御する。
そして、同図(C)に示すように、退避移動機構21は、工具7と被加工物Wの間の相対的な送り量ΔT2が減少する方向に、被加工物Wを退避移動させる。被加工物Wと工具7による加工が進展するにつれて、退避移動機構21及び付勢機構23によって退避移動した被加工物Wが復帰位置P0方向に移動し、退避量ΔNは減少するように加工が進行する。なお、この場合は、送り駆動手段25によって工具7が送られることによる被加工物Wの減量の程度(減少量)に対して、相対的減少量が減少する方向に被加工物W(保持部52)を退避移動するともいえる。
つまり、現象的に一例を挙げると、被加工物Wはテーブル3に対してZ軸方向の位置が固定されず、Z軸方向において所定範囲内での移動(位置の変動)が許容された状態で加工が進行する。被加工物Wは工具7によってZ軸下方に押されながらも、上下に振動するようにして、治具5(被加工物W)が徐々に復帰位置P0に戻りながら加工が進行する。
そして、同図(D)に示すように被加工領域WAの形状が所望の最終形状となり(総加工量に到達し)退避量ΔNが(略)ゼロとなった際に、加工を終了させる。
なお、複数のステップに分割して加工を実行する場合は、1ステップの退避量ΔNが(略)ゼロとなった場合に、当該ステップの加工を終了し、次ステップの加工に進む。
なお、加工が完了する直前において、退避量ΔNに対して相対的な送り量ΔTが不足し、目標値に僅かに満たずに工具7が空転する可能性がある場合には、それらを考慮して絶対的な送り量ΔT1,退避量ΔNおよび相対的な送り量ΔT2を適宜制御するとよい。
また、計測手段11は、最終の加工量に達し、所望の形状が得られているか否かを検出する測定手段を備え、加工の終了後に最終の加工形状を確認可能とするようにしてもよい。
このような構成によれば、保持部52に保持された被加工物Wおよび工具7に対して、加工が最も効率よく進行する圧力範囲を超えるような過剰な圧力が加わった場合であってもそれを緩衝(吸収)しつつ、加工を進行させることができる。
また、退避量ΔNを所望の値(最終加工量、あるいはそれを等分割にした値)に設定し、退避量ΔNが(略)ゼロになった場合に(1ステップ分の)加工を終了するように制御すればよいため、従来の研削や切削では困難であったミクロン単位での加工量の制御が可能となる。
従って、被加工物Wがソーダ石灰ガラスであり、また特に、薄い板厚に対する穴開け加工や刳り貫き加工を行なう場合であっても、被加工物Wの破損を防ぎ、また効率よく加工を行なうことができる。
さらに、本実施形態では、被加工物Wおよび工具7への加工負荷(加工圧)が小さい場合、その表面(加工目)は、磨き(研磨)に近い加工目となり、研磨レベルの目の細かい加工が可能となる。本実施形態の加工では、被加工物Wおよび工具7への加工負荷(加工圧)は随時変化しているが、加工処理の全体を通した被加工物Wおよび工具7への加工負荷(加工圧)は、大まかに、加工の初期は加工負荷(加工圧)が高く、加工の終期(終了直前)では加工負荷(加工圧)が低くなる。つまり、加工の終期(終了直前)において、研磨レベルの目の細かい加工によって、その表面(加工目)は、磨き(研磨)に近い加工目の加工を行うことができる。
なお、第1実施形態の加工方法は、工具7(ジルコニア)によってガラス系材料(例えば、ソーダ石灰ガラス)の被加工物Wの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法、例えば、工具7(ジルコニア)と被加工物W(例えば、ソーダ石灰ガラス)とを相対移動させる工程と、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させるべく、工具7および被加工物Wの一方を移動させる工程と、を少なくとも有する加工方法であればよく、工具7の超音波振動は行なわなくてもよい。また、工具7が被加工物Wを押圧する際の被加工物Wにかかる過剰圧力を緩衝させなくてもよい。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態は、工具7が例えばジルコニアであり、被加工物Wがガラス系材料、特にソーダ石灰ガラスである場合を例示した。しかしながら、工具7および被加工物Wの部材はこれに限らない。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態は、工具7が例えばジルコニアであり、被加工物Wがガラス系材料、特にソーダ石灰ガラスである場合を例示した。しかしながら、工具7および被加工物Wの部材はこれに限らない。
すなわち、第2実施形態の加工装置1は、治具5と、工具7と、駆動手段9と、送り駆動手段25と、緩衝機構20とを備え、工具7と被加工物Wによる化学的反応を生じさせながら被加工物Wの一部を減量させて所望の形状に変化させる装置である。この場合、被加工物Wは第一の部材からなり、工具7は第一の部材とは異なる第二の部材からなるものである。
被加工物Wの第一の部材は、例えば、ガラス系材料や天然鉱物であり、より具体的には、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス(ソーダライムガラス)、鉛ガラス、アルカリバリウムケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、合成溶融シリカまたは、水晶や瑪瑙(メノウ)等のうちいずれかであり、工具7の第二の部材は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素など、のいずれかである。また、工具7の第二の部材は、セラミック(セラミックス)である。また、第二の部材は、ダイヤモンド(単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド)であってもよい。
あるいはまた、被加工物W(第一の部材)は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素などのいずれかであり、また被加工物Wは、セラミックである。また被加工物Wは、ダイヤモンド(単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド)であってもよい。工具7(第一の部材)は、ガラス系材料や天然鉱物であり、より具体的には、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス(ソーダライムガラス)、鉛ガラス、アルカリバリウムケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、合成溶融シリカまたは、水晶や瑪瑙(メノウ)等などのうちいずれかであってもよい。
治具5と、工具7と、駆動手段9と、送り駆動手段25と、緩衝機構20の構成は、第1実施形態(図1~図3)と同様であるので、説明は省略する。ただし、付勢機構23の付勢力は、加工する被加工物Wの材質、形状、使用する工具7などの加工条件により異なる。従って、付勢機構23の付勢力は、加工条件に応じて、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲に制御される。つまり、付勢機構23が弾性部材533の場合は、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲のばね定数が適宜選択される。
第2実施形態においても、加工装置1は、第一の部材で形成した工具7を第二の部材である被加工物Wに当接させ、少なくとも一方を減量(磨耗)させながら加工を進める。すなわち、加工装置1は、超音波振動する工具7と被加工物Wとを適宜の圧力で物理的に押圧して加工を行うが、その際、被加工物Wにかかる過剰な圧力(押圧力)を緩衝させながら、被加工物Wの減量方向に相対移動させる。そうすることで、工具7と被加工物Wの物理的な相対移動(減量方向の移動と送り方向の移動)に加えて、工具7と被加工物Wが相互に作用を及ぼし合う接触面(及びその近傍)において化学的反応を生じさせるものである。これにより、被加工物Wを破損することなく加工対象領域のみを減量させて所望の形状に変化させることができる。
また、第2実施形態の加工方法は、第一の部材からなる被加工物Wの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具7を超音波振動させつつ、該工具7および被加工物Wの一方を送り方向に移動し、工具7および被加工物Wの他方を送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具7が該被加工物Wを押圧する際に被加工物Wにかかる過剰圧力を緩衝させるとともに、工具7と被加工物Wによる化学的反応を生じさせながら加工を進行させて、所望の形状になるまで被加工物の一部を減量する、ものである。
より具体的には、被加工物Wを治具5により保持し、工具7を超音波振動させつつ該工具7と被加工物Wとを被加工物Wの(減量方向に)物理的に相対移動させる工程と、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させるべく、工具7および被加工物Wの一方を移動させる工程と、工具7または被加工物Wの実際の送り量に対して、工具7と被加工物Wの間の相対的な送り量が減少するように、工具7および被加工物Wの他方を送り方向に退避移動させる工程と、被加工物Wまたは工具7が退避移動する際、退避移動する被加工物Wまたは工具7を復帰移動方向に付勢する工程と、工具7と被加工物Wによる化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる工程と、を有する。
第2実施形態においても、超音波振動する工具7と被加工物Wの両材料の間に化学的反応を生じさせ、少なくとも一方(材料の一部)を減量(磨耗)させる。この化学的反応による減量は例えば、第1実施形態と同様に、当接した工具7と被加工物Wの材料同士を分子レベル(または原子レベル)で化学的に結合させ、一旦接合(接着)した状態から超音波振動によって材料同士を引き剥がす(引き離す)ことで、一方の材料(例えば被加工物Wの材料)の一部を他方の材料(例えば工具7の材料)に接合(接着)した状態で引き剥がし、一方の材料を減量させるものである。なお、材料によっては、両者が互いに減量する(減量の程度が異なる)場合もある。この場合、工具7と被加工物Wは、互いに化学的な結合が可能な材料であるとともに、そのうちの一方(例えば、工具7)は結合後に剥離(離脱)しにくい材料を選択し、他方(例えば、被加工物W)は一方(例えば、工具7)に比べて結合後に剥離(離脱)しやすい材料を選択することが望ましいといえる。また、水分を加えることでより効果的に加工を進行させることができる場合もある。
また、このような化学的反応による減量は、機械的な加工(研磨や切削)が生じない程度で材料同士(工具7と被加工物W)を当接させる(機械的加工が生じず、かつ化学的な(分子レベルまたは原子レベルの)結合を生じさせる)ことで進行すると考えられ、工具7と被加工物Wを適切な圧力で当接させることが望ましい。
そこで、本実施形態では、工具7と被加工物Wの間の押圧力を、最も効率よく加工が進行する(効率よく化学的反応による減量が生じる)所定範囲に維持すべく、工具7または被加工物Wの一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を行う。これにより工具7が被加工部位を押圧する際に被加工領域WAにかかる過剰圧力を緩衝させながら、加工を進行させることができる。
なお、この場合も、水分を加えることでより効果的に加工を進行させることができる場合もある。
また、第2実施形態においては、上記(化学的結合と剥離)以外の化学的反応による減量であってもよいし、上記の化学的反応による減量と他の化学的反応による減量とが混在していてもよい。また、これらに機械的な加工による減量(切削や研削)が含まれていてもよいが、その場合主として化学的反応によって減量が進行する(化学的反応による減量の程度が減量全体の50%を占める)ものとする。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態は、被加工物(ワーク)Wがダイヤモンド系材料であり、工具7がアルミニウム系材料である場合の加工装置1および加工方法の一例である。第3実施形態は、第1実施形態と被加工物Wおよび工具7の材料が異なる実施形態である。以下の説明では、主に第1実施形態と異なる部分について説明し、以下に記載の無い事項については、第1実施形態において、「ガラス系材料」および「ソーダ石灰ガラス」を「ダイヤモンド系材料」と、「ジルコニア(二酸化ジルコニウム)」を「アルミニウム系材料」と読み替えるものとして、重複する説明を省略する。加工装置1の構成は、例えば図1~図4と同様である。
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態は、被加工物(ワーク)Wがダイヤモンド系材料であり、工具7がアルミニウム系材料である場合の加工装置1および加工方法の一例である。第3実施形態は、第1実施形態と被加工物Wおよび工具7の材料が異なる実施形態である。以下の説明では、主に第1実施形態と異なる部分について説明し、以下に記載の無い事項については、第1実施形態において、「ガラス系材料」および「ソーダ石灰ガラス」を「ダイヤモンド系材料」と、「ジルコニア(二酸化ジルコニウム)」を「アルミニウム系材料」と読み替えるものとして、重複する説明を省略する。加工装置1の構成は、例えば図1~図4と同様である。
第3実施形態における被加工物(ワーク)Wは、ダイヤモンド系材料である。ここで、ダイヤモンド系材料とは、ダイヤモンド又はダイヤモンド含有材料である。具体的にダイヤモンドとは例えば、(地球内部で生成される)天然ダイヤモンド(純度100%のダイヤモンド、または極めて少量の非結晶カーボンもしくは非ダイヤモンドの結晶を含んだダイヤモンド)あるいは、高温高圧合成法や化学気相成長法などにより合成された合成ダイヤモンド(人工ダイヤモンド)である。また、用途としてはバインダや他の成分を含む工業ダイヤモンドでもよいし、宝飾(宝石)用ダイヤモンドであってもよい。また、結晶構造としては単結晶ダイヤモンドでもよいし、多結晶ダイヤモンドであってもよい。
また、第3実施形態におけるダイヤモンド含有材料とは上記のダイヤモンドを主成分として含有する材料であり、「ダイヤモンドを主成分として含有する」とは例えば、上記のダイヤモンドの含有量が全体の50%以上を占めること、あるいはダイヤモンド以外の成分(副成分という)が複数含有される場合、各副成分のいずれの含有量よりもダイヤモンドの含有量が大きいことをいう。
また、第3実施形態の工具7は、アルミニウム系材料により構成される。ここで、本実施系形態におけるアルミニウム系材料とは、アルミニウム(純アルミニウム)、アルミニウム合金(アルミニウムに銅(Cu)マンガン(Mn)、ケイ素(Si)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)ニッケルなどの1種以上の金属が加えれた合金)、アルミニウムを主成分として含有する金属、のいずれかである。また、「アルミニウムを主成分として含有する」とは例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の含有量が全体の50%以上を占めること、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金以外の成分(副成分という)が複数含有される場合、各副成分のいずれの含有量よりもアルミニウム又はアルミニウム合金の含有量が大きいことをいう。副成分は例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、その他のセラミックスでもよく、それ以外の他の成分であってもよい。なお、工具7が酸化アルミニウムを含んで構成される場合、酸化アルミニウムの含有量は少ない方が好ましい。具体的に、酸化アルミニウムの含有量は、望ましくは全体(アルミニウム系材料)の30%未満であり、好適には20%未満、さらに好適には10%未満である。
治具5は、少なくとも加工対象領域WAを除き、その周囲の被加工物Wを保持(例えば把持)する。そして工具7は、被加工物Wの一方の面(第一の面Sf1)側に配置され、加工の際には第一の面Sf1に当接し、適宜の押圧力を付与しながら、工具7と被加工物Wを面方向に相対移動させるとともに、他方の面(第二の面Sf2)に向かって加工を進める。ここで、加工対象領域WAとは、工具7によって加工が進行し、且つ最終的に所望の形状に加工が完了する領域である。つまり、工具7と被加工物Wを面方向に相対移動させた場合、加工対象領域WAにおける被加工面積(工具7と接触(当接)して加工される面積)は、加工開始時の工具7の先端の面積と同等なサイズから徐々に拡大する。このように、加工対象領域WAの面積(被加工面積)は工具7の先端の面積よりも大きいものとする。
第3実施形態の加工装置1は、アルミニウム系材料で形成した工具7を用いて被加工物Wであるダイヤモンド系材料に当接させ、少なくとも被加工物W(ダイヤモンド系材料)を減量(磨耗、消耗、剥離、分離など)させながら加工を進める。すなわち、第3実施形態の加工装置1は、超音波振動する工具7と被加工物Wとを適宜の圧力で物理的に押圧して加工を行うが、その際、被加工物Wにかかる過剰な圧力(押圧力)を緩衝させながら、被加工物Wの減量方向に相対移動させる。そうすることで、工具7と被加工物Wの物理的な相対移動(減量方向の移動と送り方向の移動)に加えて、工具7と被加工物Wが相互に作用を及ぼし合う接触面(及びその近傍)において、少なくとも化学的反応的を生じさせながら減量するものである。。これにより、被加工物Wを破損することなく加工対象領域のみを減量させて所望の形状に変化させることができる。ここで、第3実施形態における「少なくとも化学的反応を生じさせながら減量する」とは、ある部位の加工(減量)の過程(開始から終了まで)において、工具7であるアルミニウム系材料と被加工物Wであるダイヤモンド系材料との間で何等かの化学的反応が生じていることを意味し、工具7の押圧による物理的な加工(従来既知の機械的な切削加工や研磨加工を含んでもよいし、含まなくてもよい)と化学的反応による加工が混在してもよく、例えば物理的な加工の程度と化学的反応による加工の程度が同程度であってもよく、さらに好適には、主として化学的反応を生じさせながら減量(加工)することをいう。ここで「主として化学的反応を生じさせながら減量(加工)する」とは、例えば、減量(加工)の少なくとも50%超が化学的反応に起因する事象によるものである(化学的反応による減量の程度が減量全体の50%超を占める)ことをいい、100%化学的反応に起因する事象によるものであってもよいし、減量(加工)の一部(50%未満)に物理的な加工(特に機械的な切削や研磨等)が含まれる場合があってもよい。
図1および図2に示すように加工装置1は、テーブル3と、治具5と、退避移動機構21と、付勢機構23と、アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)からなる工具(加工具)7と、工具7の駆動手段9と、送り駆動手段25と、工具7を支持する工具支持部17と制御手段などを有する。テーブル3は例えば、被加工物(例えば、多結晶ダイヤモンド(工業用ダイヤモンド))Wを水平なX軸-Y軸面内で移動させるX軸-Y軸テーブル(ステージ)である。
ここで、被加工物Wであるダイヤモンド系材料は従来では、ダイヤモンド工具またはダイヤモンド粉末(砥粒)等を用いる加工(主に研磨加工)や、レーザー加工、イオンビーム加工を行なっていた。しかしながら、ダイヤモンド粉末を用いる加工(主に研磨加工)では、被加工物(ワーク)のダイヤモンド(主に単結晶ダイヤモンドの場合)の結晶面を確認し、研磨が可能な(容易な)方向を見極めることが重要となり、熟練の技術を要する問題があった。また、穴あけや切断などの加工を研磨により行うことは実用的ではなかった。
またレーザー加工やイオンビーム加工であれば、ダイヤモンド(工業用ダイヤモンド)の穴あけや切断、積極的な(大きな)変形を伴う加工も可能ではあるが、加工方法が特殊であるためこれらの装置は高価であり、ひいては加工コストの低減には限界があった。
このように、ダイヤモンドに対する加工(特に穴あけや切断、積極的な(大きな)変形を伴う加工ばど)を安価、且つ容易に行うことは困難であった。
しかしながら、本願出願人は、アルミニウム系材料からなる工具7を超音波振動させながら適宜の圧力で(過剰な圧力を逃がしながら)、被加工物Wであるダイヤモンド系材料に当接させることにより、少なくとも被加工物Wが減量(磨耗、消耗、剥離など)することを見出した。これは、アルミニウム系材料はダイヤモンド系材料に比べて軟質であること、および両者の接触面が高温(例えば、600℃~700℃)になることなどから、超音波振動するアルミニウム系材料とダイヤモンド系材料との間に化学的反応が生じることで、少なくともダイヤモンド系材料が減量(磨耗、消耗、脱落)するものと考えられる。より詳細には、当接した工具7と被加工物Wの材料同士が分子レベル(または原子レベル)で化学的に結合し、一旦接合(接着)した状態から超音波振動によって材料同士が引き離されることで被加工物Wの材料の一部が工具7の材料に接合(接着)した状態で引き剥がされ、被加工物Wの材料の一部が減量すると考えられる。具体的には、例えば、アルミニウム系材料とダイヤモンド系材料の高温の接触によって炭化物が生成されるなど、少なくとも化学的反応に起因する事象により少なくとも被加工物Wであるダイヤモンド(炭素)の結晶構造が変質および/または破壊され、その一部が脱落(剥離、分離、消耗)することで、ダイヤモンド系材料の減量(加工)が進行すると考えられる。
なお、材料によっては、工具7と被加工物Wの両者が互いに減量する(減量の程度が異なる)場合もある。また、水分を加えることでより効果的に加工を進行させることができる場合もある。
なお、第3実施形態の化学的反応による減量には、上記(化学的結合と剥離)以外の化学的反応による減量と他の化学的反応による減量とが混在していてもよい。また、これらに機械的な加工による減量(切削や研削)が含まれていてもよいが、その場合、加工の少なくとも一部は化学的反応によって減量が進行するものとし、好適には、化学的反応による減量の程度が減量全体の50%を占めるものとし、より好適には主として化学的反応によって減量が進行する(化学的反応による減量の程度が減量全体の50%を超える)ものとする。
また、このような化学的反応による減量は、機械的な加工(研磨や切削)が積極的には生じない程度で材料同士(工具7と被加工物W)を当接させる(例えば機械的加工の程度が低く(好適には機械的加工がほとんど生じず)、かつ化学的な(分子レベルまたは原子レベルの)結合を生じさせる)ことで進行すると考えられ、工具7と被加工物Wを適切な圧力で当接させることが望ましいことが判った。
そこで、第3実施形態では、工具7と被加工物Wの間の押圧力を、最も効率よく加工が進行する(効率よく化学的反応による減量が生じる)所定範囲に維持すべく、工具7または被加工物Wの一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を行う。これにより工具7が被加工部位を押圧する際に被加工領域WAにかかる過剰圧力を緩衝させながら、加工を進行させることができる。
すなわち、第3実施形態の加工装置1も図3に示すように、治具5または工具支持部17の一方が、緩衝機構20を有しており、これにより被加工物Wに加わる工具7の過剰圧力を緩衝し(吸収し)、被加工物Wおよび工具7への加工負荷を軽減させるように構成される。また、第1実施形態と同様に加工装置1の緩衝機構20とは、例えば、工具7または被加工物Wを退避移動させる退避移動機構21と、工具7または被加工物Wを復帰移動方向に付勢する付勢機構23を含む機構であり、絶対的な送り量ΔT1や退避量ΔNの検出や制御を行い、相対的な送り量ΔT2を算出する。そして、この場合も工具7と被加工物Wの化学的反応によって被加工物Wだけでなく工具7も減量(磨耗)する場合があるが、その量(減量の程度)も考慮して、加工が進行するように送り量ΔT1(退避量ΔN)の制御を行う。
なお、加工装置1は、図3に示す構成に限らず、工具7(アルミニウム系材料)によって被加工物W(ダイヤモンド系材料)の加工が進行する構成、例えば、工具7を被加工物Wに対して相対移動させる駆動手段9と、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させるべく、工具7および被加工物Wの一方を移動させる送り駆動手段25と、を少なくとも有する構成であればよい。従って、超音波振動手段55は設けなくてもよいし、緩衝機構20を設けなくてもよい。
第3実施形態の加工方法は、ダイヤモンド系材料(例えば、ダイヤモンド)の被加工物Wの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、被加工物Wを治具5により保持し、アルミニウム系材料からなる工具7と被加工物Wとを相対移動させる工程と、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させるべく、工具7および被加工物Wの一方を移動させる工程と、を有する。加工装置1における加工方法は、図4を参照して時系列で説明した通りである。
第3実施形態によれば、被加工物Wが例えば工業用ダイヤモンドであり、また特に、穴開け加工や刳り貫き加工を行なう場合であっても、レーザー加工装置やイオンビーム加工装置などの特殊な装置(特殊な方法)を用いることなく、安価且つ容易に加工を行なうことができる。
なお、第3実施形態の加工方法は、アルミニウム系材料の工具7によってダイヤモンド系材料である被加工物Wの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法、例えば、工具7と被加工物Wとを相対移動させる工程と、被加工物Wに対して工具7を所望の送り方向に移動させるべく、工具7および被加工物Wの一方を移動させる工程と、を少なくとも有する加工方法であればよく、工具7の超音波振動は行なわなくてもよい。また、工具7が被加工物Wを押圧する際の被加工物Wにかかる過剰圧力を緩衝させなくてもよい。
また第3実施形態において「被加工物Wの一部を減量させる加工」として例えば、穴開け加工、刳り抜き加工、被加工物の平面視における面積を減少させる(被加工物Wの平面方向の形状を縮小する)変形(縮小)加工、任意の形状に変形(縮小)させる削り加工など、研磨加工以外の加工を例示した。しかしこれに限らず、「被加工物Wの一部を減量させる加工」には、その一部または全部に研磨加工を含んでもよい。
また工具7は、上述のアルミニウム系材料による単層構造に限らず、例えば、金属やダイヤモンドなどの基材の表面に所望の厚みの上述のアルミニウム系材料を被覆した積層構造であってもよい。アルミニウム系材料は、加工の進行により減少する場合があるため、その厚みは加工に十分な厚みが適宜選択される。
また、工具7は、上述のアルミニウム系材料を主成分とし、アルミニウム系材料以外の他の成分が含まれてもよい。アルミニウム系材料を主成分とする、とは他の成分(複数の場合は他のいずれの成分)の含有量よりもアルミニウム系材料の含有量が大きいものであることが望ましく、好適には、他の成分のいずれの含有量よりもアルミニウム系材料の含有量が大きいものであるとする。
また、第3実施形態は、工具7と被加工物Wによる化学的反応を生じさせながら該被加工物Wの一部を減量させるものであり、工具7も加工に伴ってその一部が減量するものであってもよく、工具7は被加工物Wより硬度が低いものであってもよいし、硬度が高いものであってもよい。
図5は、第3実施形態の加工装置1および加工方法による加工の状態を示す写真である。工具7はアルミニウム合金であり、被加工物Wは、従来既知のダイヤモンド工具で研削加工済みの工業用ダイヤモンド(多結晶ダイヤモンド)である。同図(A)は加工前の工具7の先端付近の外観を撮影した画像であり、同図(B)は加工前の被加工物Wの表面を撮影した画像である。同図(C)は、加工中の状態を撮影した画像であり、同図(D)は加工後の工具7の軸方向から加工面(被加工物Wとの接触面)を撮影した画像である。被加工物Wの表面は同図(B)に示すように研削加工時の細かい傷が存在するが、同図(C)に示すように第3実施形態のアルミニウム合金の工具7による加工により、被加工領域WAにおいて加工厚み方向(工具7の軸方向)の減量が進み、傷も無くなっていることが確認できる。またこの例では同図(D)に示すように、工具7の一部も減量される。
<第3実施形態/工具の付着物についての検討>
図5に示したように第3実施形態の加工装置1(加工方法)において被加工物Wを加工すると、工具7に付着物が残留する。このことからも加工の過程において工具7と被加工物Wによる化学的反応が生じていると考えられる。この付着物について検討するため、元素分析を行った。図6~図8にその検討結果を示す。ここでは工具7としてアルミニウム合金を用い、被加工物Wは、ダイヤモンド粉とタングステンをバインダであるコバルトで結合させた工業用ダイヤモンドを用いた。
図5に示したように第3実施形態の加工装置1(加工方法)において被加工物Wを加工すると、工具7に付着物が残留する。このことからも加工の過程において工具7と被加工物Wによる化学的反応が生じていると考えられる。この付着物について検討するため、元素分析を行った。図6~図8にその検討結果を示す。ここでは工具7としてアルミニウム合金を用い、被加工物Wは、ダイヤモンド粉とタングステンをバインダであるコバルトで結合させた工業用ダイヤモンドを用いた。
まず図6は、加工後の工具7の外観を撮影した写真であり、同図(A)が側面から撮影した画像であり、同図(B)が軸方向から加工面(被加工物Wとの接触面)を撮影した画像である。そして、同図(B)において、黒色の付着物(異物)の存在する部位について、電子線マイクロアナライザー(EPMA/WDS:Electron probe microanalyzer/Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer)により元素分析を行った。同図(C)が付着物の二次電子像である。
真空中で物質に電子線を照射すると、二次電子や構成元素の種類に固有の特性X線が発生する。電子線マイクロアナライザーによる元素分析法は得られた特性X線の波長と強度を測定することによって、構成元素の種類と含有比を測定する手法である。本試験に用いた測定装置および分析条件は以下の通りである。
装置:日本電子製 JXA-8230型、加速電圧:15kV、プローブ電流:4×10-8A、分析範囲: 5B ~ 92U、X線分光器:波長分散型(WDS)、前処理:金蒸着(スパッタコート)
図7は、付着物の定性分析時の特性X線強度に基づくEPMA半定量分析結果を示す表であり、図8は、測定結果を示すチャート(EPMA/WDS元素分析チャート)である。
図7に示すように、付着物が視認された部位からはアルミニウム(Al)と酸素(O)が強く検出されたことから、付着物の主成分はアルミニウムの酸化物と考えられた。また、その他に炭素(C)やコバルト(Co)等が検出された。
これらの結果について、本願出願人は以下(1)~(7)の知見に基づき(8)の通り推察した。
(1) アルミニウムはダイヤモンドとの間で炭化物(炭化アルミニウム(Al4C3))を生成する。
(2) 炭化物(炭化アルミニウム)の生成によりダイヤモンドを摩耗させることができる一方で、酸化アルミニウム(アルミナ)は炭素による還元は起きず、ダイヤモンドを摩耗させることは困難である。
(3) 炭化アルミニウムは、透明結晶体であるが、水、酸素、二酸化炭素と徐々に反応してしまうので窒素等の不活性雰囲気で保管する必要がある。
(4) 炭化アルミニウムは水分(空気中の水蒸気等)と徐々に反応して、メタン(CH4)を放出しながら分解し水酸化アルミニウム(Al(OH)3)となる。
(5)炭化アルミニウムは空気中の酸素(O)と徐々に反応し、一酸化炭素(CO)を放出して酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)となる。
(6)炭化アルミニウムは、空気中の二酸化炭素と徐々に反応し、炭素(C)を析出して酸化アルミニウムとなる。
(7)炭化アルミニウムは、一酸化炭素と徐々に反応し、炭素(C)を析出して酸化アルミニウムとなる。
(8)第3実施形態によれば、工具(例えば、アルミニウム合金)7が被加工物(例えば、工業用ダイヤモンド)Wを押圧する際に被加工物Wにかかる過剰圧力を緩衝させながら(低加重で)加工することで、例えば、摩擦による熱の発生等が適宜に抑制され、酸化アルミニウムの生成をできる限り抑えつつ(遅らせつつ)、炭化アルミニウムが生成される状態が維持できるものと考えられる。そして、炭化アルミニウムの効率的な生成(および生成の継続)によりダイヤモンド系材料の加工が進んだと考えられる。生成された炭化アルミニウムは加工中に空気中の水分、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素や、冷却用の切削油(水分あり)などと反応し、炭素の一部は気体(メタン、一酸化炭素など)として放出され、残部は工具7側に、酸化アルミニウムおよび/または水酸化アルミニウム(元素として、アルミニウム(Al)と酸素)および炭素として析出されると考えられ、これは上記の付着物の分析結果と一致するものである。
(1) アルミニウムはダイヤモンドとの間で炭化物(炭化アルミニウム(Al4C3))を生成する。
(2) 炭化物(炭化アルミニウム)の生成によりダイヤモンドを摩耗させることができる一方で、酸化アルミニウム(アルミナ)は炭素による還元は起きず、ダイヤモンドを摩耗させることは困難である。
(3) 炭化アルミニウムは、透明結晶体であるが、水、酸素、二酸化炭素と徐々に反応してしまうので窒素等の不活性雰囲気で保管する必要がある。
(4) 炭化アルミニウムは水分(空気中の水蒸気等)と徐々に反応して、メタン(CH4)を放出しながら分解し水酸化アルミニウム(Al(OH)3)となる。
(5)炭化アルミニウムは空気中の酸素(O)と徐々に反応し、一酸化炭素(CO)を放出して酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)となる。
(6)炭化アルミニウムは、空気中の二酸化炭素と徐々に反応し、炭素(C)を析出して酸化アルミニウムとなる。
(7)炭化アルミニウムは、一酸化炭素と徐々に反応し、炭素(C)を析出して酸化アルミニウムとなる。
(8)第3実施形態によれば、工具(例えば、アルミニウム合金)7が被加工物(例えば、工業用ダイヤモンド)Wを押圧する際に被加工物Wにかかる過剰圧力を緩衝させながら(低加重で)加工することで、例えば、摩擦による熱の発生等が適宜に抑制され、酸化アルミニウムの生成をできる限り抑えつつ(遅らせつつ)、炭化アルミニウムが生成される状態が維持できるものと考えられる。そして、炭化アルミニウムの効率的な生成(および生成の継続)によりダイヤモンド系材料の加工が進んだと考えられる。生成された炭化アルミニウムは加工中に空気中の水分、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素や、冷却用の切削油(水分あり)などと反応し、炭素の一部は気体(メタン、一酸化炭素など)として放出され、残部は工具7側に、酸化アルミニウムおよび/または水酸化アルミニウム(元素として、アルミニウム(Al)と酸素)および炭素として析出されると考えられ、これは上記の付着物の分析結果と一致するものである。
つまり、この炭素がダイヤモンド系材料に由来の成分であれば、工具7と被加工物Wの化学的反応により炭化アルミニウムを経由して炭素が付着物として析出したと考えられる。なお、別の可能性として、工具7であるアルミニウム合金に炭素が含まれる場合もあるが、仮にそうであったとしてもその場合の炭素量は通常は1%未満とごく微量である。したがって、上記分析結果の炭素の量(9.7%)は主にダイヤモンド系材料に由来すると考えられる。
<他の実施形態>
上記の例では、加工装置1がドリル型の工具7を回転駆動するフライス盤による装置の場合であって、治具5が緩衝機構20(退避移動機構21および付勢機構23)を備える例を示したが、これに限らない。
上記の例では、加工装置1がドリル型の工具7を回転駆動するフライス盤による装置の場合であって、治具5が緩衝機構20(退避移動機構21および付勢機構23)を備える例を示したが、これに限らない。
例えば、加工装置1が円柱状の被加工物Wを回転させる旋盤加工等の装置の場合であって、工具支持部17が緩衝機構20(退避移動機構21および付勢機構23)を備える構成であってもよい。
また、加工装置1がエンドミル型の工具7を回転駆動するフライス盤による加工等の装置の場合であって、治具5を支持するテーブル3が緩衝機構20(退避移動機構21および付勢機構23)を備える構成であってもよい。
また、上記の実施形態では、退避移動機構21と付勢機構23とを別の構成とする例を示したが、退避移動機構21と付勢機構23は、緩衝機構20として一体的なものであってもよい。例えば、図1に示す例において、治具5自体を緩衝機能を有する弾性体(ゴムやスポンジ状の樹脂材料など)で構成してもよいし、図3に示す例において、例えば工具7の主軸またはシャンク自体を緩衝機能を有する弾性体(ゴムやスポンジ状の樹脂材料など)で構成してもよい。
また、本実施形態の加工は、例えば、切削(ミーリング)加工(マシニング加工、フライス加工)である正面フライス削り、エンドミル削り、平フライス削り、平面切削、側面切削、溝削りや、旋盤(旋削)加工(外丸削り、面削り、テーパ削り、ねじ切り、突切り等)、穴開け、中ぐり(刳り貫き)等の加工や、研削加工(平面研削、成形研削、円筒研削、ダイシング加工、スライシング加工等)などに適用可能である。
また、緩衝手段10は、コイルばねによらず他のばねであってもよいし、スポンジや樹脂などの弾性部材であってもよい。また、油圧や空圧などで緩衝させるものであってもよい。また、治具5が緩衝手段10を備える場合、治具5の材質をスポンジや樹脂などの弾性体で構成するものであってもよい。
また、緩衝機構20は、工具7または被加工物Wの一方を、加工を進行させる他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を進行させる機構であれば上記の例に限らない。
また、例えば、被加工物Wの基準となる部位の位置を、計測手段11の測定手段(例えば、マイクロメータやダイヤルゲージなど)によって適宜のタイミング(例えば、加工開始時、加工途中、加工終了時などのタイミング)で計測することによって、加工量を適宜(随時)検出し、制御手段にフィードバックして送り駆動手段25、退避移動機構21および付勢機構23等を適宜制御することにより、当該圧力を加工が効率よく進行する所定の範囲に維持しながら加工を行うものであってもよい。
また、工具7と被加工物Wの当接する圧力を適宜のタイミングで検出し、制御手段にフィードバックして送り駆動手段25、退避移動機構21および付勢機構23等を適宜制御することによって、当該圧力を加工が効率よく進行する所定の範囲に維持しながら加工を行うものであってもよい。
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨および技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
1 加工装置
3 テーブル
5 治具
7 工具
9 駆動手段
10 緩衝手段
11 計測手段
17 工具支持部
20 緩衝機構
21 退避移動機構
23 付勢機構
25 駆動手段
51 基台
52 保持部
53 支持部
111 退避状態検出手段
113 状態検出手段
115 計算手段
521 保持面
531 外筒
532 内筒
533 弾性部材
535 ストッパー
P0 復帰位置
W 被加工物
3 テーブル
5 治具
7 工具
9 駆動手段
10 緩衝手段
11 計測手段
17 工具支持部
20 緩衝機構
21 退避移動機構
23 付勢機構
25 駆動手段
51 基台
52 保持部
53 支持部
111 退避状態検出手段
113 状態検出手段
115 計算手段
521 保持面
531 外筒
532 内筒
533 弾性部材
535 ストッパー
P0 復帰位置
W 被加工物
Claims (35)
- 被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、
前記被加工物を保持する治具と、
前記被加工物の一部に当接させる工具と、
前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、
前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、
前記被加工物はガラス系材料であり、
前記工具はジルコニアにより構成される、
ことを特徴とする加工装置。 - 前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させる緩衝機構を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の加工装置。 - 前記送り駆動手段による実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる退避移動機構と、
前記退避移動機構により前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する付勢機構と、を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の加工装置。 - 前記駆動手段は、前記工具を超音波振動させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の加工装置。 - 前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の加工装置。 - 被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、
前記被加工物を保持する治具と、
前記被加工物の一部に当接させる工具と、
前記工具を超音波振動させつつ、該工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、
前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、
前記工具が前記被加工物と当接する際に該被加工物にかかる圧力を緩衝させる緩衝機構とを備え、
前記被加工物は第一の部材からなり、
前記工具は前記第一の部材とは異なる第二の部材からなるものであり、
前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
ことを特徴とする加工装置。 - 前記緩衝機構は、前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させる、
ことを特徴とする請求項6に記載の加工装置。 - 前記緩衝機構は、
前記送り駆動手段による実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる退避移動機構と、
前記退避移動機構により前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する付勢機構と、を有する、
ことを特徴とする請求項6に記載の加工装置。 - 前記被加工物の減量が進展するにつれて、前記退避移動機構及び前記付勢機構により、退避移動した前記被加工物または前記工具が前記送り方向とは逆の復帰方向に移動する、
ことを特徴とする請求項8に記載の加工装置。 - 前記付勢機構による付勢力が、前記退避移動機構による退避量に連動する、
ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の加工装置。 - 前記第一の部材は、ガラス系材料または天然鉱物材料であり、
前記第二の部材は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素のいずれかである、
ことを特徴とする請求項6乃至請求項10のいずれか一項に記載の加工装置。 - 前記第一の部材は、ガラス系材料または天然鉱物材料であり、
前記第二の部材は、セラミックである、
ことを特徴とする請求項6乃至請求項10のいずれか一項に記載の加工装置。 - 前記第一の部材は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素のいずれかであり、
前記第二の部材は、ガラス系材料または天然鉱物材料である、
ことを特徴とする請求項6乃至請求項10のいずれか一項に記載の加工装置。 - 前記第一の部材は、セラミックであり、
前記第二の部材は、ガラス系材料または天然鉱物材料である、
ことを特徴とする請求項6乃至請求項10のいずれか一項に記載の加工装置。 - ガラス系材料の被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、
前記被加工物を治具により保持し、ジルコニアからなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、
前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有する、
ことを特徴とする加工方法。 - 前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、
前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させる、
ことを特徴とする請求項15に記載の加工方法。 - 前記工具または前記被加工物の実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる工程と、
前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する工程と、を備える、
ことを特徴とする請求項15に記載の加工方法。 - 前記工具を超音波振動させる、
ことを特徴とする請求項15に記載の加工方法。 - 前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
ことを特徴とする請求項15乃至請求項18のいずれか一項に記載の加工方法。 - 第一の部材からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、
前記第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具を超音波振動させつつ、該工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、
前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させるとともに、該工具と該被加工物による化学的反応を生じさせながら加工を進行させて、前記所望の形状になるまで前記被加工物の一部を減量する、
ことを特徴とする加工方法。 - 第一の部材からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、
前記被加工物を治具により保持し、前記第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具を超音波振動させつつ該工具を前記被加工物に対して相対移動させる工程と、
前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、
前記工具または前記被加工物の実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる工程と、
前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する工程と、
前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる工程と、を備える、
ことを特徴とする加工方法。 - 前記第一の部材は、ガラス系材料であり、
前記第二の部材は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素のいずれかである、
ことを特徴とする請求項20または請求項21に記載の加工方法。 - 前記第一の部材は、ガラス系材料であり、
前記第二の部材は、セラミックである、
ことを特徴とする請求項20または請求項21に記載の加工方法。 - 前記第一の部材は、ジルコニア、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素のいずれかであり、
前記第二の部材は、ガラス系材料である、
ことを特徴とする請求項20または請求項21に記載の加工方法。 - 前記第一の部材は、セラミックであり、
前記第二の部材は、ガラス系材料である、
ことを特徴とする請求項20または請求項21に記載の加工方法。 - 被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、
前記被加工物を保持する治具と、
前記被加工物の一部に当接させる工具と、
前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、
前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、
前記被加工物はダイヤモンド系材料であり、
前記工具はアルミニウム系材料により構成される、
ことを特徴とする加工装置。 - 前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
ことを特徴とする請求項26に記載の加工装置。 - 前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させる緩衝機構を備える、
ことを特徴とする請求項26または請求項27に記載の加工装置。 - 前記送り駆動手段による実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる退避移動機構と、
前記退避移動機構により前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する付勢機構と、を備える、
ことを特徴とする請求項26または請求項27に記載の加工装置。 - 前記駆動手段は、前記工具を超音波振動させる、
ことを特徴とする請求項26から請求項29のいずれか一項に記載の加工装置。 - ダイヤモンド系材料からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、
前記被加工物を治具により保持し、アルミニウム系材料からなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、
前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有する、
ことを特徴とする加工方法。 - 前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
ことを特徴とする請求項31に記載の加工方法。 - 前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、
前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させる、
ことを特徴とする請求項31または請求項32に記載の加工方法。 - 前記工具または前記被加工物の実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる工程と、
前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する工程と、を備える、
ことを特徴とする請求項31または請求項32に記載の加工方法。 - 前記工具を超音波振動させる、
ことを特徴とする請求項31から請求項34のいずれか一項に記載の加工方法。
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---|---|
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---|---|
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