(57)【要約】【課題】放電加工を用いて複合材を機械加工するための方法及びシステムを提供する。【解決手段】コンポーネントを製作するための方法は、工作物（２０）を提供する工程と、電極ツール（３０）を備えた放電加工装置（１０）を提供する工程と、を含む。この放電加工装置（１０）は工作物（２０）の一部分を除去するために工作物（２０）に対して動作する。複合材磁石を製作するための方法は、磁化可能な材料（４６）と合成樹脂（４８）を含む複合材料からなる工作物（２０）を提供する工程を含む。研磨材を有する電極ツールを備えた放電加工装置（１０）は、工作物（２０）に対する電極ツールの研磨作用によって工作物（２０）の一部分を除去している。【選択図】      図１
2006007410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンポーネントを製作するための方法であって、
少なくとも１つの工作物（２０）を提供する工程と、
電極ツール（３０）を備えた放電加工装置（１０）を提供する工程と、
前記少なくとも１つの工作物（２０）に対して前記放電加工装置（１０）を動作させることによって前記少なくとも１つの工作物（２０）の少なくとも一部分（１８）を除去する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記工作物（２０）は磁化可能な材料（４６）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記磁化可能な材料（４６）はサマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料の少なくとも一方を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの工作物（２０）を提供する前記工程は、
複数の工作物（２０）を提供する工程と、
１つの複合材料を形成させるように前記複数の工作物（２０）を組み上げる工程と、を含むと共に、
少なくとも１つの工作物（２０）の少なくとも一部分（１８）を除去する前記工程は、前記複合材料に対して前記放電加工装置（１０）を動作させることによって前記複合材料の少なくとも一部分を除去する工程を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記組み上げの工程は結合剤を用いて前記工作物（２０）を互いに結合させる工程を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記工作物（２０）は磁化可能な材料（４６）を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記工作物（２０）は複合材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複合材料は非導電性の材料を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記非導電性材料は、シリコーン、合成樹脂、セラミック、ガラス繊維及びこれらの少なくとも１つを含む組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複合材料は少なくとも１種類の金属を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記除去の工程は、前記工作物（２０）に対する前記電極ツール（３０）の研磨作用によって前記複合材料の少なくとも一部分を除去する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
磁石を製作するための方法であって、
サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料の少なくとも一方を含む少なくとも１つの工作物（２０）を提供する工程と、
放電加工装置（１０）を提供する工程と、
前記工作物（２０）に対して前記放電加工装置（１０）を動作させることによって前記工作物（２０）の少なくとも一部分（１８）を除去する工程と、
を含む方法。
【請求項１３】
磁石アセンブリを製作するための方法であって、
サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料の少なくとも一方を含む少なくとも１つの工作物（２０）を提供する工程と、
放電加工装置（１０）を提供する工程と、
複数の磁石セグメントを形成させるように前記少なくとも１つの工作物（２０）に対して前記放電加工装置（１０）を動作させることによって前記少なくとも１つの工作物（２０）の少なくとも一部分（１８）を除去する工程と、
磁石アセンブリを形成させるように前記複数の磁石セグメントを組み上げる工程と、
を含む方法。
【請求項１４】
複合材磁石を製作するための方法であって、
複合材料を含む少なくとも１つの工作物（２０）を提供する工程であって、該複合材料は、
サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料の少なくとも一方を含んだ磁化可能な材料（４６）と、
エポキシ樹脂と、
を含む工作物の提供工程と、
研磨材を含んだ電極ツール（３０）を備える放電加工装置（１０）を提供する工程と、
前記工作物（２０）に対して前記放電加工装置（１０）を動作させることによって前記工作物（２０）の少なくとも一部分（１８）を除去する工程であって、前記工作物（２０）に対する前記電極ツール（３０）の研磨作用によって前記複合材料の少なくとも一部分を除去することを含む除去工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には複合材を機械加工するための方法及びシステムに関し、より具体的には、放電加工（ｅｌｅｃｔｒｏｅｒｏｓｉｏｎ）を用いて複合材を機械加工するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
「複合材料（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」という用語（「複合材（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）」とも呼ぶ）は一般に、２種類以上の材料の機械的混合物からなる材料を意味している。多くの場合に複合材は、強度が高いが脆い材料を延性のある材料内に封入し、複合材全体で実際の用途に対する十分な靭性を与えるなど、補完的な特性を有する材料から製作されている。複合材料の例としては例えば、延性のある金属が高強度の繊維または微粒子相（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｐｈａｓｅ）によって強化されている金属基複合材料、集合体材料がセメントで互いに結合されているコンクリート、並びに高分子材料がグラスファイバによって強化されているガラス繊維が含まれる。
【０００３】
複合材（特に、脆性材料を大きな体積比率で含む複合材）を含むコンポーネントの製作は技術的にかなりの難題を生じさせる。材料が脆性であるために、機械加工の間のチッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）に関する問題が生じており、これにより例えば、必要な寸法及び表面仕上げ許容値を達成するには研磨式（ａｂｒａｓｉｖｅ）ウォータージェット切断や精細ダイヤモンド研磨（ｆｉｎｅ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）などの低速で精密な処理法を使用することが必要となることが多い。
【０００４】
低速な処理の問題は、第１の脆性材料の「ブロック」を個別に機械加工して整形した後これらのブロックを所望の構成に組み上げ、さらに最終的にこれらのブロックを第２の材料を用いて一体に結合させて１つの複合材コンポーネントを形成させることによって複合材コンポーネントが製作されるような用途ではさらにひどくなる。この方法は、例えば医用イメージング用途に関する大型磁石の製造で通常使用されている技法である。こうした処理法では、磁化可能な材料（脆性で希土類の磁化可能材料であることが多い）はウォータージェット切断装置によって切断されて、指定された幾つかの形状のブロックとし、これが組み上げられてエポキシによって互いに結合され、磁化可能な複合材料コンポーネントを形成させている。このウォータージェット処理は、磁化可能な材料のチッピングやクラック形成を回避するために必然的に低速である。さらに、ブロックを組み上げるには各ブロックに対する厄介な番号付けが必要であり、これにより最終的な複合材形状に関するエラーの確率が高くなる。これによればさらに、最終的な複合材形状に対して、精密な形状を要求したり許容値が厳しかったりする複合材部品において望ましくない不整性が導入される。本願譲受人に譲渡された米国特許第６，５１８，８６７号に記載された方法などのある種の方法によれば、切断して整形する前における磁化可能材料の組み上げ及び結合（すなわち、複合材の配列）が可能となる。これによって処理時間が大幅に短縮されるが、その切断は未だウォータージェットなどの比較的低速な処理法によって実施されている。
【特許文献１】米国特許第６，５１８，８６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、複雑な製品の生産性及び歩留まりを高めるためにコンポーネント（特に、チッピングを受けやすい脆性材料を含む複合材料を含むコンポーネント）を製作するための方法をより高速にできると有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はこれらの要求及びその他の要求に対して、少なくとも１つの工作物を提供する工程と、放電加工装置を提供する工程と、この工作物に対して放電加工装置を動作させることによって工作物の一部分を除去する工程と、を含むコンポーネント製作のための方法を提供することによって対処している。
【０００７】
本発明の一態様は、磁石を製作するための方法にある。本方法は、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料のうちの一方を含んだ少なくとも１つの工作物を提供する工程を含む。本方法はさらに、放電加工装置を提供する工程と、工作物に対して放電加工装置を動作させることによって工作物の一部分を除去する工程と、を含む。
【０００８】
本発明の一態様は磁石アセンブリを製作するための方法にある。本方法は、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料のうちの一方を含んだ少なくとも１つの工作物を提供する工程を含む。放電加工装置が提供されており、工作物（複数のこともある）に対してこの放電加工装置を動作させて工作物の一部分を除去することによって複数の磁石セグメントを形成させている。次いで、これらのセグメントは１つの磁石アセンブリを形成するように組み上げられる。
【０００９】
本発明の別の態様は、複合材磁石を製作するための方法であって、この方法では複合材料を有する工作物が提供される。この複合材料は、エポキシ樹脂と、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料の少なくとも一方を含んだ磁化可能材料と、を含む。研磨材を有する電極ツールを備えた放電加工装置が提供されており、工作物に対してこの放電加工装置を動作させることによって工作物の一部分が除去されている。工作物の少なくとも一部分は工作物に対する電極ツールの研磨作用によって除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
開示した実施形態によれば、コンポーネントを製作するための方法は、１つの（「少なくとも１つ」の意味）工作物を提供する工程を含む。この工作物はコンポーネント自体であることや、その下位部分であることがある。電極ツールを備えた放電加工装置が提供されて工作物に対して動作しており、工作物に対する放電加工装置の動作によって工作物の一部分が除去される。
【００１１】
米国特許出願第１０／２４８，２１４号（米国特許第６８５８１２５号）は、放電加工装置の一例を開示している。一般に放電加工は、円筒形状など選択可能な形状、あるいは工作物から材料を除去するために長手方向の軸の周りにテーパが付けられかつプロファイルド型先端を有する同様なプロファイルド型電極に対する回転運動を利用している。以下において「電極ツール（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｔｏｏｌ）」と呼ぶツール電極は電源の負極に接続され、これにより電極ツールが陰極として構成されており、一方工作物は正極に接続され、これにより工作物が陽極として構成されている。工作物２０は放電加工装置１０内に含まれている。簡単に述べると、放電加工処理法の物理原理に従って、陰極のツールが陽極の工作物表面に対してわずかな近接ギャップ（例えば、概ね１０マイクロメートルの範囲）まで接近すると、陰極ツールと陽極工作物の間のギャップ間の電圧下で電気的な放電やスパークが生じる。このギャップは機械加工領域をなしており、中程度の導電率から低い導電率までの電解液媒質で満たされているのが一般的であると共に、このギャップによって、放電加工のための電気的な放電またはスパークに適した媒質を提供すること以外に剥ぎ取られた粒子をギャップから除去するための電解液の流れが可能となる。
【００１２】
図１は、陰極として構成されるのが一般的である電極ツール３０を備えた一実施形態による放電加工装置１０を表している。この電極ツール３０は、陽極工作物２０とでアーク１４を発生させる作用面１２を含んでいる。この作用面１２は、アーク１４を誘導するために工作物２０の方向に向いたツール３０の先行側のエッジであると理解すべきである。「アーク」という用語は一般に、電極３０と工作物２０の間に確立された電流を意味しており、またこうした電流は、典型的には電解液１６内に垂設された陰極電極と陽極工作物の間（あるいは、ツール３０と工作物２０の間に電解液１６が提供されている）の電離柱、放電柱またはスパークを含む。電解液１６は、導電率が低い水道水などの適当な化学溶液や、ＮａＮＯ３、ＮａＮＯ２、ＮａＣｌその他の水溶液などの電解液とすることがあり、これらは弱導電性媒質を提供すると共に、工作物の一部１８（例えば、剥ぎ取られた工作物粒子１８）も除去している。本明細書で検討したのと同様なこうした同等の放電加工装置の多くはコンポーネントを製作するように構成されることがあり、これについては例えば上で言及した出願第１０／２４８，２１４号において検討されている。
【００１３】
図２は、放電加工装置１０の別の実施形態を表している。ツール３０は、ギザギザした及び／または研磨性の作用面１２を有する少なくとも１つのツール要素２２を備えている。この作用面１２は、作用面１２と工作物２０の間の電圧のために生じたアークによる工作物２０に対する機械加工の役割を担っており、剥ぎ取られた工作物粒子１８を除去する役割をする電解液１６を伴うツールの先行側エッジとなっている。図３に表した機械加工法の一実施形態によれば、ツール３０は、工作物２０に対して作用面１２の研磨作用を生じさせることによって工作物内の非導電性粒子を除去するように構成されている。具体的な実施形態では、ツール要素２２は、少なくとも非導電性部分２４の工作物粒子１８を除去するために本質的にギザギザした及び／または研磨性の作用面１２の研磨作用を工作物２０に対して生じさせるように構成されている。より具体的には、作用面１２はアーク１４を確立させるために導電性であり、またさらに、作用面１２は研磨作用を通じて工作物から粒子を除去するためにギザギザしているかつ／または研磨性である。ツール３０及びツール要素２２の作用面１２は、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、並びに工具鋼や前出の少なくとも１つの組み合わせを含む合金のうちの少なくとも１つを含むことがある。検討したように、ツール３０は、ギザギザした及び／または研磨性の作用面を有しており、またしたがって追加的に研磨材（例えば、ダイヤモンド材料や炭化物または窒化物などのセラミック材料）を含むことがある。ここで、図１〜３の放電加工装置は単に例示目的で示したものであり、構成を限定するように意図したものでないことを理解されたい。この装置の別の構成は添付の図面に示した装置と同一でないことがある。例えば、本明細書で検討する実施形態のうちの１つは、一例として、単独のツール要素２２を用いたツール３０の研磨作用を表している。しかし、このツールは別の実施形態も可能であること、その用途に応じて当業者には多くのこうしたツール構成が得られること、またこうした構成は開示した実施形態の趣旨の域内に含まれること、を理解されたい。
【００１４】
一実施形態では、製作のために提供される工作物２０は磁化可能な材料を含んでいる。具体的な実施形態では、この磁化可能材料は、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料、希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料、あるいはこれらの組み合わせを含む。電極ツール３０を有する放電加工装置１０は工作物の少なくとも一部分を除去する。本明細書で使用する場合「磁化可能な材料」という用語は一般に、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料や希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料（例えば、ネオジム鉄ホウ素（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ））などの希土類材料を含んだ永久磁石材料、フェライト鋼、ニッケル鉄合金、鉄コバルト合金などの軟磁化可能材料、例えばアルニコ（アルミニウム、ニッケル及びコバルトの合金）などこれらの組み合わせ、その他を含むものと理解されたい。さらに、この説明は磁化可能な材料の一般的な範疇を示すことを意図しており、また本明細書で検討するような特定の材料に限定することを意味するものでないことを理解されたい。
【００１５】
この製作方法の一実施形態では、少なくとも１つの工作物の提供には複数の工作物の提供を含む。この複数の工作物は１つの複合材料が形成されるように組み上げられる。複合材料に対して放電加工装置を動作させることによってこの複合材料の少なくとも一部分が除去される。具体的な実施形態では、複数の工作物の組み上げは複数の工作物を結合剤を用いて結合することを含む。この結合剤は、合成樹脂やシリコーンを含むことがあり、また一実施形態では、この合成樹脂はエポキシを含む。ある種の実施形態では、その複数の工作物は希土類元素（例えば、ネオジム、サマリウム、その他）を含むことがある磁化可能な材料を含む。具体的な実施形態では、その磁化可能材料はサマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料のうちの一方を含む。
【００１６】
別の実施形態では、その工作物は複合材料である。具体的な実施形態ではその複合材料は、シリコーンなどの非導電性材料、セラミック（例えば、酸化物、ホウ化物、ケイ化物、アルミニウム化物、水素化物、炭化物、窒化物、フェライト、炭化酸化窒化物、ホウ化ケイ化物、ホウ化炭化物、またはこれらの組み合わせのうちの１つ）、ガラス繊維、またはこれらの組み合わせ（ただし、これらに限らない）を含む。さらに、この複合材料は、様々な材料を結合させるために合成樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を含むことがある。
【００１７】
一般に、導電性材料は概して約０．０１ジーメンス／ｃｍを超える導電率を有するものと理解されており、一方約０．０００１ジーメンス／ｃｍ未満の導電率などかなり低い導電率を有する材料は一般に非導電性材料と理解されよう。非導電性材料ではアークの維持が極めて困難であるため、一般に放電加工を用いた非導電性材料の製作では問題が生じる。典型的には、こうした非導電性材料が存在すると、工作物とツールの間に確立されるアークを消滅させることがあり、したがって、放電加工処理を意図せずに終了させることがある。本明細書で開示したある種の実施形態は工作物２０の非導電性部分を除去するためにギザギザした及び／または研磨性の作用面１２を有するツール３０の研磨作用を用いることによって非導電性材料除去の問題を克服していることが理解されよう。
【００１８】
具体的な別の実施形態では、その複合材料は、チタン−アルミニウム化合物やモリブデン−二ケイ化物その他などの金属間材料を含む。金属間材料と金属合金とは、金属間材料の構成要素が化学的に会合（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）されている一方、合金ではその構成要素が実質的に物理的に混合させている点において異なっている。別の実施形態では、その複合材料は、金属及び／または金属合金を含む。この金属の例としては、ニッケル、鉄、銅、アルミニウム、コバルト、ニオブ、タンタル、モリブデン、クロム、亜鉛、スズ、ジルコニウム、チタン、並びにこれらのいずれかを含む合金（ただし、これらに限らない）が含まれる。別の実施形態では、その複合材料はプリント回路基板を含む。プリント回路基板は非導電性の基板層を有しており、この上には典型的には金属からなる導体回路が形成されている。プリント回路基板上には回路チップなどの電子コンポーネントが装着されると共に、これらははんだ付けジョイントなどの金属接触によってプリント回路基板に導電性に関連付けされることがある。
【００１９】
本明細書に開示した方法のうちの１つを具現化している具体的な一例によれば、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料のうちの一方、あるいはこれらの組み合わせを含んだ工作物を提供することによって磁石が製作される。放電加工装置１０は工作物２０に対して動作すると共に、この工作物の少なくとも一部分を除去している。このようにして得られた製作した磁石は、医用イメージング装置その他の用途向けの磁石コンポーネントを提供するために使用されることがある。
【００２０】
別の実施形態では、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料の少なくとも一方を含む１つまたは複数の工作物と、放電加工装置と、を提供することによって磁石アセンブリが製作される。この放電加工装置１０は工作物（複数のこともある）に対して動作し、これによりこの工作物（複数のこともある）の少なくとも一部分を除去すると共に多数の磁石セグメントを形成している。次いで、これらの磁石セグメントは１つの磁石アセンブリが形成されるように組み上げられる。
【００２１】
複合材磁石を製作するための一例では、複合材料を含んだ工作物が提供される。図４を参照すると、この複合材料は、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）材料と希土類−鉄−ホウ素（ＲＥ−Ｆｅ−Ｂ）材料の少なくとも一方を有する磁化可能材料４６と、合成樹脂４８（例えば、エポキシ樹脂）と、を含んでおり、これらが組み上げられて複合材磁化可能材料工作物４０である１つの複合材磁石が形成される。次いで、この複合材料工作物に対して電極ツール３０を有する放電加工装置１０が動作し、この複合材磁化可能材料工作物に対する電極ツールの研磨作用によって工作物の少なくとも一部分が除去される。この電極ツールはこうした研磨作用を提供するために、研磨材（例えば、ダイヤモンド材料やセラミック材料）を含むことがある。別の例では、その研磨作用は、銅、鉄、ニッケル、モリブデン、タングステン、及びこれらの少なくとも１つを含んだ合金のうちの少なくとも１つからギザギザした作用表面をその上に構成させた電極ツールによって提供される。複合材磁化可能材料工作物４０に対して放電加工装置１０の機械加工作用が働くと、機械加工された複合材磁石の少なくとも２つの部品４２、４４が得られる。上で検討したように、本方法によれば磁化可能材料をあらかじめ切断しておくことが不要になるので有利である。組み上げを目的として機械加工済みの工作物を接着する際に生じる誤差も排除される。
【００２２】
本発明は様々な修正形態や代替形態とする余地があるが、具体的な実施形態を、一例として図面に示すと共に本明細書で詳細に記載してきた。しかし、本発明を、開示した特定の形態に限定しようとする意図ではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲で規定した本発明の精神及び範囲に属するすべての修正形態、等価形態、代替形態に及ぶものである。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】放電加工装置の２つの状態に関する正面概要図である。
【図２】放電加工装置の正面概要図である。
【図３】図２の放電加工装置の側面概要図である。
【図４】複合材の斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  放電加工装置
１２  作用面
１４  アーク
１６  電解液
１８  工作物粒子
２０  陽極工作物
２２  ツール要素
２４  非導電性部分
３０  電極ツール
４０  複合材磁化可能材料工作物
４２  複合材磁石部品
４４  複合材磁石部品
４６  磁化可能材料
４８  合成樹脂
【図１】
2006007410.tif 000003
【図２】
2006007410.tif 000004
【図３】
2006007410.tif 000005
【図４】
2006007410.tif 000006