(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のコアドリルと、このコアドリルの内部空間から前記コアドリルの先端に向けて液体が噴出される噴出部と、を備える加工用ドリルと、
前記コアドリルを軸方向に沿って回転させる回転手段と、
前記噴出部に液体を導入する液体導入手段と、を備え、
前記噴出部は、前記液体が導入される導入路と、この導入路を前記コアドリルの内部空間に連通させ且つ前記コアドリルの前記軸方向に対し１０°以上８０°以下の角度をなして延びる噴出路と、を有し、
前記噴出路の延長線上に前記コアドリルの先端が位置し、
前記コアドリルを被加工体から離間している間に前記噴出路から前記液体を噴出するとき、前記液体は、前記コアドリルの先端に衝突し、前記コアドリルの先端から前記軸方向に直交する方向又はそれより基端側の方向へと放射状に散乱する、加工装置。
【請求項２】
前記噴出路の開口は、１つである請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記コアドリル及び前記噴出部は、前記軸方向に沿った相対回転を抑制する回転抑制機構を介して接続されている請求項１又は２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記液体導入手段は、前記液体の導入圧を調節する導入圧調節手段を有する請求項１から３のいずれかに記載の加工装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の加工装置を用い、前記コアドリルの先端で被加工体を研削して加工体を製造する加工体の製造方法であって、
前記液体の噴出は、前記コアドリルを前記被加工体から離間したとき、前記液体が前記コアドリルの先端に衝突し、前記コアドリルの先端から前記軸方向に直交する方向又はそれより基端側の方向へと放射状に散乱するように行う方法。
【請求項６】
前記液体の前記噴出部への導入を０．０５ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の圧力で行う請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記被加工体は、非晶質ガラス及び／又は結晶質ガラスを含む請求項５又は６に記載の製造方法。
【請求項８】
研削後の被加工体の表面を処理し除去する表面処理工程を更に有する請求項５から７のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工体を研削によって加工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の被加工体の加工には、研削が汎用されている。図１０に示されるように、研削は、加工用ドリル９００を、その先端９１０を被加工体９５０に当接させた状態で回転させることにより行うのが一般的である。
【０００３】
この研削の間、先端９１０と被加工体９５０との間には強い摩擦が生じ、先端９１０が高度に加熱されるため、急速に劣化する。この状態を放置すると、加工用ドリル９００のツールライフが短くなり、加工コストが嵩むのみならず、劣化した先端９１０で研削されることによる加工体の品質低下が招来する。そこで、かかる事態を抑制するため、加工用ドリル９００の内部に液体Ｌを供給する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０８５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の加工用ドリル９００では、液体Ｌが先端９１０と被加工体９５０との隙間に入り込みにくいため、最も冷却すべき先端９１０の冷却が不充分である。また、液体Ｌの流通が遅延する結果、削粉の排出が阻害され、残留した削粉が被加工体９５０にクラックを生じさせやすい。このように、従来の加工用ドリル９００は、ツールライフが短く、被加工体９５０の品質を充分に確保することが困難であった。
【０００６】
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、ツールライフを長期化し且つ加工体の品質及び加工速度を向上することができる加工用ドリル、加工装置、及び加工体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、コアドリルの軸方向に対し所定角度をなして液体を噴出することで、コアドリル先端と被加工体との隙間への液体の入り込みが円滑化されることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【０００８】
（１）  筒状のコアドリルと、このコアドリルの内部空間から前記コアドリルの先端に向けて液体が噴出される噴出部と、を備える加工用ドリルであって、
前記液体は、前記噴出部から、前記コアドリルの軸方向に対し所定角度をなして噴出される加工用ドリル。
【０００９】
（２）  筒状のコアドリルと、このコアドリルの内部空間から前記コアドリルの先端に向けて液体が噴出される噴出部と、を備える加工用ドリルであって、
前記噴出部は、前記液体が導入される導入路と、この導入路を前記コアドリルの内部空間に連通させ且つ前記コアドリルの軸方向に対し所定角度をなして延びる噴出路と、を有する加工用ドリル。
【００１０】
（３）  前記所定角度は、１０°以上である（１）又は（２）記載の加工用ドリル。
【００１１】
（４）  前記コアドリルは、前記噴出部から噴出される液体に衝突される形状を有する（１）から（３）いずれか記載の加工用ドリル。
【００１２】
（５）  前記噴出路の開口は、１つである（２）記載の加工用ドリル。
【００１３】
（６）  前記コアドリル及び前記噴出部は、前記軸方向に沿った相対回転を抑制する回転抑制機構を介して接続されている（１）から（５）いずれか記載の加工用ドリル。
【００１４】
（７）  （１）から（６）いずれか記載の加工用ドリルと、前記コアドリルを前記軸方向に沿って回転させる回転手段と、前記噴出部に前記液体を導入する液体導入手段と、を備える加工装置。
【００１５】
（８）  前記液体導入手段は、前記液体の導入圧を調節する導入圧調節手段を有する（７）記載の加工装置。
【００１６】
（９）  （７）又は（８）記載の加工装置を用い、前記コアドリルの先端で被加工体を研削して加工体を製造する加工体の製造方法。
【００１７】
（１０）  前記液体の前記噴出部への導入を０．０５ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の圧力で行う（９）記載の製造方法。
【００１８】
（１１）  前記液体の噴出は、前記コアドリルを前記被加工体から離間したとき、前記液体が前記コアドリルの先端から、前記軸方向に直交する方向又はそれより基端側の方向へと散乱するように行う（９）又は（１０）記載の製造方法。
【００１９】
（１２）  前記被加工体は、非晶質ガラス及び／又は結晶質ガラスを含む（９）から（１１）いずれか記載の製造方法。
【００２０】
（１３）  研削後の被加工体の表面を処理し除去する表面処理工程を更に有する（９）から（１２）いずれか記載の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、コアドリルの軸方向に対し所定角度をなして液体が噴出されるので、液体がコアドリル先端と被加工体との隙間へ入り込みやすい。これにより、ツールライフを長期化し、加工体の品質及び加工速度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工用ドリルを備える加工装置の使用状態を示す図である。
【図２】図１の加工用ドリルの拡大断面図である。
【図３】図１の加工装置の使用時における液体の挙動を示す模式図である。
【図４】図１の加工装置のコアドリルを被加工体から離間したときにおける液体の挙動を示す模式図である。
【図５】図１の加工装置の別の使用状態を示す図である。
【図６】図５の加工装置の使用時における液体の挙動を示す模式図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る加工用ドリルを備える加工装置の使用状態を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係る加工用ドリルを備える加工装置の使用状態を示す写真である。
【図９】比較例に係る加工用ドリルを備える加工装置の使用状態を示す写真である。
【図１０】従来例に係る加工用ドリルの使用状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態以外の各実施形態の説明において、第１実施形態と共通するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る加工用ドリル２０を備える加工装置１０の使用状態を示す図である。図１に示されるように、本発明に係る加工体の製造方法では、加工用ドリル２０が備えるコアドリル２１の先端２１１で、被加工体９０を研削する。具体的には、先端２１１を被加工体９０の当接面９１に当接させた状態で、駆動装置３０の回転部３１が備える駆動源３１１を稼動させることで、駆動源３１１の駆動力が回転軸３１３を介してシャンク２３に伝わり、このシャンク２３に設けられたコアドリル２１が回転する。これにより、先端２１１が当接面９１を研削し、所望の形状の加工体が製造される。
【００２５】
前述のように、先端２１１と当接面９１との間には強い摩擦が生じ、先端２１１が高度に加熱されて消耗しやすい。また、当接面９１が研削されて生じる削粉がたまると、この削粉が被加工体９０にクラックを生じさせやすい。そこで、コアドリル２１の先端に形成された噴出口２７より、液体Ｌがコアドリル２１の先端２１１に向けて噴出される。これにより、上記事態の抑制が期待される。
【００２６】
具体的には、液体導入部４０の液体源４１からの液体が供給管４３を通じてシャンク２３に導入される。シャンク２３の内部には、供給管４３を噴出口２７に連通する噴出部２５が設けられているため、この噴出部２５を流通した液体Ｌが噴出口２７から噴出されることになる。
【００２７】
図２は、図１の加工用ドリル２０の拡大断面図である。図２に示されるように、本実施形態に係る噴出部２５は、液体Ｌが導入される導入路２５１と、この導入路２５１をコアドリル２１の内部空間ＩＳに連通させ且つコアドリル２１の軸方向ＡＸに対し所定角度Θをなして延びる噴出路２５３と、を有する。これにより、液体Ｌは軸方向ＡＸに対し所定角度Θをなして噴出される。
【００２８】
これにより、図３に示すように本実施形態の加工装置１０では、液体Ｌが端面２１３及び当接面９１の間に入り込み、外面２１４側へと流れる。このように液体Ｌの外部への流通が円滑に行われるため、先端２１１を中心としてコアドリル２１が充分に冷却され、また削粉の排出が促進される。これにより、コアドリル２１のツールライフを長期化し且つ加工体の品質及び加工速度を向上することができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、液体Ｌを軸方向ＡＸに角度をなして噴出させるため、噴出路２５３が軸方向ＡＸに角度をなして延びる構成を採用したが、これに限られない。例えば、軸方向ＡＸ又は他の任意の方向に沿って延びる噴出路から液体を噴出するとともに、噴出した液体を軸方向に角度をなして延びる板状部材に当てることで、液体の移動方向を軸方向に角度をなす方向へと変えてもよい。
【００３０】
所定角度Θは、過小であると、液体の端面２１３及び当接面９１の隙間への入り込みが不充分になりやすい一方、過大であると、内面２１２への液体の衝突位置が先端２１１から離れる結果、同様に液体の端面２１３及び当接面９１の隙間への入り込みが不充分になりやすい。そこで、所定角度Θの下限は１０°であることが好ましく、より好ましくは２０°、最も好ましくは３０°である。また、所定角度Θの上限は８０°であることが好ましく、より好ましくは６０°、最も好ましくは４５°である。
【００３１】
図４は、図１の加工装置１０のコアドリル２１を被加工体９０から離間したときにおける液体の挙動を示す模式図である。図４に示されるように、軸方向ＡＸに対し所定角度Θをなして噴出された液体Ｌは、内面２１２に衝突すると、コアドリル２１を被加工体９０から離間したときには、多方向へと散乱する。これにより、液体Ｌが端面２１３及び当接面９１の隙間に更に入り込みやすくなり、コアドリル２１のツールライフを更に長期化し且つ加工体の品質及び加工速度を向上することができる。従って、コアドリル２１は、噴出部２５から噴出される液体Ｌに衝突される形状を有することが好ましい。ただし、コアドリル２１の形状あるいは先端２１１の消耗に伴って、液体Ｌが内面２１２に衝突しない場合も想定されるが、この場合でも、従来例に比較し端面２１３及び当接面９１の隙間に入り込みやすいことには変わりがなく、本発明に包含される。
【００３２】
「噴出部から噴出される液体に衝突される形状」は、所定角度Θに応じて、コアドリル２１の内径Ｒ及び長さＬＧを適宜設定することで実現できる。上記した散乱現象は、液体Ｌが内面２１２のうち先端２１１の近傍に衝突した際に顕著に生じることが分かっている。このため、噴出路２５３の延長線上に先端２１１が位置するよう、コアドリル２１を設計することが好ましい。
【００３３】
なお、長さＬＧは、研削に伴うコアドリル２１の消耗を考慮し、適宜設定されることが好ましい。即ち、長さＬＧが過小であると、コアドリル２１が消耗して間もなくコアドリル２１を交換する必要がある一方、長さＬＧが過大であると、液体Ｌを先端２１１の近傍に衝突させるための角度Θが小さくなる結果、液体Ｌの流通を充分に促進するのが困難である。
【００３４】
また、噴出口２７の個数は、特に限定されないが、図１に示すように１つであることが好ましい。これにより、液体Ｌの流れが単純化するため、流通を促進するとともに、液体Ｌの使用量を削減することもできる。ただし、これに限られず、噴出口２７の個数は２つ以上であってもよく、これにより液体Ｌの供給量の自由度を広げることができる。
【００３５】
ところで、所望の効果を得るためには、液体Ｌを当接面９１の全周に亘って供給する必要があり、そのためには、噴出部２５を軸方向ＡＸを軸にして回転させる必要がある。ここで、軸方向ＡＸを軸にして噴出部２５を回転させるため、コアドリル２１及び噴出部２５が、軸方向ＡＸに沿った相対回転を抑制する回転抑制機構を介して接続されていることが好ましい。回転抑制機構は、具体的には、コアドリル２１及び噴出部２５を互いに固着する機構等であってよい。これにより、噴出部２５を回転させるための駆動源は駆動装置３０で代用することができ、部品点数の増加を防止できる。ただし、これに限られず、噴出部２５を回転させる機構を別途設置してもよく、これにより液体Ｌが先端２１１の全周に噴出されるため、先端２１１の冷却効率の向上が期待できる。
【００３６】
液体Ｌの流通をより促進するためには、液体Ｌの噴出圧が充分に高いことが好ましい一方、噴出圧が過大であっても、液体Ｌの流通促進の向上は飽和する。そこで、図１に戻って、液体導入部４０は、液体Ｌの導入圧を調節する導入圧調節手段としての導入ポンプ４５を有することが好ましい。これにより、液体Ｌの導入圧を適切に調節できるので、液体Ｌの流通を必要最低限の導入圧により促進することができる。導入圧の下限は、０．０５ＭＰａであることが好ましく、より好ましくは０．１ＭＰａ、最も好ましくは０．２ＭＰａである。また、導入圧の上限は、１ＭＰａであることが好ましく、より好ましくは０．５ＭＰａ、最も好ましくは０．３ＭＰａである。
【００３７】
コアドリル２１は、従来公知の構成、例えばメタルボンド、レジンボンド、又は電着を有してよいが、耐摩耗性に優れるメタルボンドを有することが好ましい。
【００３８】
本実施形態に係る加工装置１０は、図１に示すように穴を掘削する（つまり軸方向ＡＸに沿って進行するのみ）ために用いられてもよいが、これに限られない。例えば、図５〜６に示されるように、加工用ドリル２０を水平方向（図５の左右及び表裏方向）に移動させる（つまり、駆動装置３０は水平方向への移動を行う駆動源も備えている）ことにより、所定面積に亘り被加工体９０Ａの厚みを軽減することもできる。特に、孔部９５が設けられている被加工体９０Ａを加工する場合、従来の加工装置では液体が孔部９５を通じて下方へと通過してしまい、端面２１３と当接面９１Ａとの隙間への入り込みが著しく阻害される。しかし、本実施形態の加工装置１０によれば、図６に示されるように、孔部９５の存否にかかわらず、液体Ｌが端面２１３と当接面９１Ａとの隙間に充分に入り込むため、ツールライフを長期化し且つ加工体の品質及び加工速度を向上することができる。
【００３９】
なお、前記実施形態に係る加工装置１０では、コアドリル２１の径がシャンク２３の径よりも小さかったが、これに限られない。例えば図７に示される加工装置１０Ｂのように、コアドリル２１Ｂの径がシャンク２３Ｂの径よりも大きくてもよい。これにより、被加工体９０Ｂが、コアドリル２１Ｂの鍔部２１６の幅に対応（つまり、コアドリル２１Ｂの径とシャンク２３Ｂの径との差に依存）した幅の蓋部９７を残して加工されるため、加工後に蓋部を別途設置する手間を省くことができる。このように、コアドリル２１及びシャンク２３の形状を適宜選択することで、種々の形状の加工体を製造することができる。
【００４０】
また、前記実施形態では、先端２１１への液体Ｌの導入をコアドリル２１の内部空間ＩＳから行ったが、更にコアドリル２１の外側から行ってもよい。例えば図５〜７に示されるように、先端２１１の外周に液体導入器具を配置するのに充分な空間が確保できる場合には、コアドリル２１の外側からの液体Ｌの導入を並行するのが特に好ましい。ただし、図３に示すように、外面２１４と側面９３との隙間が狭く、液体導入器具を先端２１１の外周に配置するのが困難な場合であっても、充分にツールライフの長期化、並びに加工体の品質及び加工速度の向上をすることができる。
【００４１】
また、前記実施形態では、１つの加工用ドリル２０を使用したが、複数の加工用ドリル２０を同時並行で使用（いわゆるマルチヘッド方式）してもよい。これにより、加工体の製造効率をより向上できる。
【００４２】
被加工体は、特に限定されず任意の素材からなってよいが、本発明の加工用ドリルは硬脆性材料の加工に特に適している。硬脆性材料は、非晶質ガラス及び／又は結晶質ガラスを含むことが好ましい。結晶化ガラスとしては、例えばβ−石英及び／又はβ−石英固溶体が結晶相として析出している低膨張結晶化ガラスが挙げられる。これらのガラスは、一般に硬く脆いため、ドリルによる加工が困難であるが、本実施形態の加工装置１０によれば、高い加工速度で高品質に加工することができる。
【００４３】
また、このように研削した後、被加工体の表面を処理し除去する表面処理工程を更に有してもよい。これにより、被加工体の表面に残り得る微細なクラックが除去されるため、更に高品質の加工体を製造することができる。本発明では、従来の方法に比べ、残り得るクラックの深さが格段に小さい（特に限定されないが、５μｍ以下）ため、除去すべき表面の厚みも小さくて足りる点で有利である。なお、表面処理の手順は、従来周知の方法に従えばよい。
【実施例】
【００４４】
図５に示される輪状の被加工体９０Ａ（多結晶シリコン製）の当接面９１Ａ（幅が約８０ｍｍ）を加工装置１０で研削した。この間、被加工体９０Ａの表面を観察し続け、表面に粗さが目視で観察されない最大速度で、コアドリル２１を水平移動させた。
【００４５】
＜実施例１、２＞
実施例１では加工装置１０を用い、先端２１１がメタルレジンからなるコアドリル２１の寸法は、外径１８ｍｍ、長さ９ｍｍ、厚み１．５ｍｍであり、噴出口２７の径は２．５ｍｍであった。また、液体の導入圧は０．３ＭＰａとした。実施例２では、噴出路２５３が軸方向ＡＸに直交するコアドリルを用い、比較例１では、噴出路２５３が軸方向ＡＸに平行であるコアドリルを用いた点を除き、実施例１と同様の条件で研削を行った。
【００４６】
実施例１及び比較例１において、コアドリルを被加工体から離間したときの液体の挙動を図８、９に示す。図８に示されるように、実施例では、液体がコアドリルの先端から、軸方向に直交する方向より基端側の方向へと散乱していた。これに対し、比較例では、図９に示されるように液体がコアドリルの軸方向に沿って噴出されるのみで、ほぼ散乱していなかった。なお、図示はしないが、実施例２では、液体が散乱するものの、軸方向に直交する方向又はそれより基端側の方向への散乱はほぼなかった。
【００４７】
＜実施例３、４＞
実施例３、４、比較例２では、被加工体として、多結晶シリコン製の代わりに単結晶シリコン製のものを用いた点を除き、実施例１、２、比較例１とそれぞれ同様の手順で、研削を行った。
【００４８】
＜実施例５、６＞
実施例５、６、比較例３では、被加工体として、多結晶シリコン製の代わりに、β−石英及びβ−石英固溶体が結晶相として析出している低膨張結晶化ガラス製のものを用いた点を除き、実施例１、２、比較例１とそれぞれ同様の手順で、研削を行った。
【００４９】
実施例及び比較例における研削の結果を表１に示す。加工速度は前述したコアドリルの加工体に対する水平移動の相対速度の相対値であり、ツールライフは研削の間に消耗した先端２１１の長さの相対値である。また、加工体の表面を、コロイダルシリカの遊離砥粒及びスウェードタイプの研磨パッドを用いて厚み５μｍだけ除去した後、走査型白色干渉顕微鏡（ＺＹＧＯ社製  ＮＥＷＶＩＥＷ）にて観察し、表面に生じたクラックの頻度を、３段階（◎：優秀、○：良、×：不良）で評価した。この結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
0005623716.tif 000002
【００５１】
表１に示されるように、実施例では、比較例に比べ、ツールライフを長期化しつつ、高い加工速度にてクラックの浅い高品質の加工体を製造できていた。これにより、液体をコアドリルの軸方向に対し角度をなして噴出することで、ツールライフを長期化し且つ高い加工速度にて加工体の品質を向上できることが分かった。
【００５２】
また、特に実施例１、３、５において、加工速度、ツールライフ及びクラックのいずれも高評価であることから、所定角度Θを９０°未満とし、液体がコアドリル先端の近傍に衝突するように噴出し、コアドリルを被加工体から離間したとき、液体がコアドリルの先端から、軸方向に直交する方向又はそれより基端側の方向へと散乱するように行うことで、ツールライフをより長期化し且つより高い加工速度にて加工体の品質をより向上できることが分かった。
【００５３】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１０  加工装置
２０  加工用ドリル
２１  コアドリル
２１１  先端
２５  噴出部
２５１  導入路
２５３  噴出路
２７  噴出口
３１  回転部（回転手段）
４０  液体導入部（液体導入手段）
４５  導入ポンプ（導入圧調節手段）
９０、９０Ａ  被加工体
ＡＸ  軸方向
Ｌ  液体
Θ  所定角度
【図１】
0005623716.tif 000003
【図２】
0005623716.tif 000004
【図３】
0005623716.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005623716.tif 000009
【図１０】
0005623716.tif 000010
【図８】
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【図９】
0005623716.tif 000012