(57)【要約】【課題】微細な貫通孔を精度よくかつ簡便に加工することができる貫通孔形成装置を提供すること。【解決手段】貫通孔形成装置１０は、液体が充填される貫通孔１１ａが形成された上型１１と貫通孔１１ａに対応する位置に設けた貫通孔１９ａが形成された下型１９とを有している。また、貫通孔形成装置１０は、液体の加圧手段として貫通孔１１ａと連通するシリンダ１３とピストン１７とを有している。さらに、貫通孔形成装置１０は、液体の流出を規制する開閉弁１６を有している。この貫通孔形成装置１０は、上型１１と下型１９とによりワークとしての薄肉金属板Ａを挟んだ状態でシリンダ１３とピストン１６とにより液体を加圧し、薄肉金属板Ａに貫通孔を形成することができる。そして、薄肉金属板Ａに貫通孔が形成されると、開閉弁１６を閉状態として液体が貫通孔１１ａから流出することを規制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の孔を有してこの孔内に液体を充填して成る一方の型と、前記第１の孔に対応する位置に設けた第２の孔を有する他方の型と、前記両型にてワークを挟んだ状態で前記液体を高圧に加圧する加圧手段と、前記ワークに貫通孔が形成されたとき、前記液体の流出を規制する流出規制手段とを備えたことを特徴とする貫通孔形成装置。
【請求項２】
前記第１の孔および前記第２の孔が複数である前記請求項１に記載した貫通孔形成装置。
【請求項３】
前記加圧手段を、前記第１の孔に連通して内部に液体が満たされたシリンダと、前記シリンダに摺動可能に組み付けられて前記シリンダに満たされた液体を圧縮して加圧するピストンとから構成した前記請求項１または前記請求項２に記載した貫通孔成形装置。
【請求項４】
前記流出規制手段を、加圧手段によって液体が高圧に加圧された状態では開状態に保持され、貫通孔が形成されたとき閉状態とされて、液体の流出を防止する開閉弁で構成した前記請求項１ないし前記請求項３のうちのいずれか一つに記載した貫通孔成形装置。
【請求項５】
前記第１の孔を前記流体が流れることにより得られる前記第１の孔の内部に生じる差圧が前記ワークに貫通孔を形成するに必要な圧力より大きくなるように、前記第１の孔の形状および前記液体の粘度を設定して、前記流出規制手段を構成した前記請求項１ないし前記請求項４のうちのいずれか一つに記載した貫通孔形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な貫通孔を形成する貫通孔形成装置、特に、液圧を利用して微細な貫通孔を形成する貫通孔形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、以下の特許文献１に示すような、微細な貫通孔を形成する微細孔加工方法は知られている。この微細孔加工方法においては、スピンドルチャックによって保持された微小径のドリルの先端部周辺に磁石を配置して、微細な貫通孔を加工するようになっている。この従来の微細孔加工方法によれば、スピンドルチャックの保持力によってドリルの回転振れを防止することに加えて、磁石の磁力によりドリル先端の回転振れを防止することができる。これにより、所定の加工位置に精度よく貫通穴を形成することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−１４２１１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の微細孔加工方法においては、微小径のドリルを用いて貫通孔を形成するため、ドリルが変形（例えば、曲がり変形）して、軸ずれが発生する場合がある。この場合、形成された貫通孔にも軸ずれ（孔曲がり）が発生する場合がある。また、ドリルが変形した状態では、貫通孔を形成する位置にずれが生じ、孔位置精度の低下が発生する場合もある。これらの孔曲がりや孔位置精度の低下は、特に、複数の貫通孔を形成したときに、顕著に現れる可能性がある。
【０００５】
【発明の概略】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、微細な貫通孔を精度よくかつ簡便に加工することができる貫通孔形成装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の特徴は、貫通孔形成装置に、第１の孔を有してこの孔内に液体を充填して成る一方の型と、前記第１の孔に対応する位置に設けた第２の孔を有する他方の型と、前記両型にてワークを挟んだ状態で前記液体を高圧に加圧する加圧手段と、前記ワークに貫通孔が形成されたとき、前記液体の流出を規制する流出規制手段とを備えたことにある。
【０００７】
これによれば、ワークを一方の型と他方の型間に挟んだ状態で、加圧手段により加圧された液体を第１の孔からワークに対して噴出して、ワークに貫通孔を形成することができる。このため、液体の噴出方向を一定に保って、ワークに貫通孔を容易に形成することができるため、孔曲がりのない貫通孔を形成することができて、製品の加工精度を向上することができる。
【０００８】
また、一方の型と他方の型間にて、ワークを所定位置に保持して貫通孔を形成することができるため、孔位置精度を良好に確保することができて、製品間の孔位置のバラつきを低減し、加工精度を向上することができる。また、ワークに貫通孔が形成された後に、流出規制手段により、第１の孔に充填された液体の流出を防止することができる。このため、１回あたりの貫通孔形成動作で消費される液体の量を少なくすることができるため、１回の液体の充填で実施可能な貫通孔形成回数を大きくすることができて、生産性を向上することができる。
【０００９】
また、前記第１の孔および前記第２の孔が複数であるとよい。これによれば、複数の貫通孔を一度の加工動作で形成することができる。このため、加工時間を大幅に低減することができて、生産性を向上することができる。また、第１の孔同士を近接して設けることができるため、ワークに近接した貫通孔を一度の加工動作で形成することができる。これによっても、生産性を向上することができる。また、複数の貫通孔を一度の加工動作で形成する場合、貫通孔が時間差で形成される場合がある。この場合であっても、流出規制手段により、液体の流出が規制されるため、液体の圧力が保持されて、好適に複数の貫通孔を形成することができる。
【００１０】
また、前記加圧手段を、前記第１の孔に連通して内部に液体が満たされたシリンダと、前記シリンダに摺動可能に組み付けられて前記シリンダに満たされた液体を圧縮して加圧するピストンとから構成するとよい。これによれば、貫通孔形成装置の他に加圧ポンプを設けることなく、液体を加圧することができて、装置を簡素化することができる。このため、装置の製造コストを低減することができる。
【００１１】
また、前記流出規制手段を、加圧手段によって液体が高圧に加圧された状態では開状態に保持され、貫通孔が形成されたとき閉状態とされて、液体の流出を防止する開閉弁で構成するとよい。さらに、前記第１の孔を前記流体が流れることにより得られる前記第１の孔の内部に生じる差圧が前記ワークに貫通孔を形成するに必要な圧力より大きくなるように、前記第１の孔の形状および前記液体の粘度を設定して、前記流出規制手段を構成するとよい。これによれば、流出規制手段の構造を簡略化することができるため、装置全体を簡素化することができる。このため、液体の流出を規制することができて、装置の製造コストを低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る貫通孔形成装置１０の構造を概略的に示すものである。
【００１３】
貫通孔形成装置１０は、図１に示すように、一方の型としての上型１１と、他方の型としての下型１９とを備えている。上型１１は、円盤状に形成されており、第１の孔としての貫通孔１１ａが下面の略中央部分に複数形成されている。また、上型１１下面の周縁部は、下型１９とによりワークとしての薄肉金属板Ａを挟むようになっている。そして、上型１１は、上型ホルダＵＨを介して、上下動可能に構成されたアウタースライダ１２に組み付けられている。このため、上型１１は、アウタースライダ１２の上下動によって、上下動可能とされている。
【００１４】
シリンダ１３は、加圧手段の一方を形成し、上型１１の上面略中央部分に固着されて、その内部には液体を満たしている。そして、シリンダ１３の下面は、貫通孔１１ａに連通している。これにより、シリンダ１３に満たされた液体が、貫通孔１１ａの内部に充填されるようになっている。また、シリンダ１３の内部には、ばね座１４とばね１５とが内包されている。ばね座１４は、シリンダ１３の内径に比して小さい外径とされていて、シリンダ１３の内部を軸線方向に変位可能に組み付けられている。ばね１５は、ばね座１４上面と後述する加圧手段の他方を形成するピストン１７の下面との間に組み付けられている。
【００１５】
また、シリンダ１３内部には、流出規制手段としての開閉弁１６が収容されている。開閉弁１６は、ばね座１４の下面側に組み付けられており、バルブボディー１６ａと、スピンドル弁１６ｂと、弁戻しプレート１６ｃと、ばね１６ｄとから構成されている。
【００１６】
バルブボディー１６ａは、図２に拡大して示すように、上型１１に一体的に形成されており、貫通孔１１ａに形成された段部に弁座１６ｅが形成されている。スピンドル弁１６ｂは、その下端部にテーパー状の弁部１６ｆが形成されており、弁座１６ｅに着座可能とされている。また、スピンドル弁１６ｂの上端部には、弁戻しプレート１６ｃと係合する大径の頭部１６ｇが形成されている。さらに、スピンドル弁１６ｂには、液体の液圧力を確実に薄肉金属板Ａに伝達するための二面幅１６ｈが所定位置に形成されている。
【００１７】
弁戻しプレート１６ｃは、一端部にてスピンドル弁１６ｂの頭部１６ｇと係合しており、他端部にてばね１６ｄが組み付けられている。そして、弁戻しプレート１６ｃは、ばね１６ｄと協働して、スピンドル弁１６ｂを上方に引き上げ、弁座１６ｅと弁部１６ｆを離間させて、開閉弁１６を常に開状態とする。ここで、開閉弁１６が閉状態すなわち弁戻しプレート１６ｃが下方に変位して弁座１６ｅと弁部１６ｆとが着座した状態においては、スピンドル弁１６ｂの先端部が上型１１の下端面から所定量突出するようになっている。
【００１８】
また、シリンダ１３には、ピストン１７が摺動可能に組み付けられている。ピストン１７は、その先端部分の外周にＯリング１７ａが組み付けられており、シリンダ１３に満たされた液体を密閉する。また、ピストン１７の基端部分は、ピストンリテーナＰＲを介して、上下動可能に構成されたインナースライダ１８に組み付けられており、ピストン１７は上下動可能とされている。これにより、ピストン１７は、インナースライダ１８の上下動によって、シリンダ１３に満たされた液体を圧縮する。
【００１９】
下型１９は、図示しない床面に固定されたベース２０上にあって上型１１が下降したときの上型１１に対応した位置に組み付けられている。また、下型１９には、上型１１に形成された貫通孔１１ａに対応した貫通孔１９ａが形成されている。貫通孔１９ａは、貫通孔１１ａの孔径に比して大径とされている。
【００２０】
次に、上記のように構成した貫通孔形成装置１０が薄肉金属板Ａに微細な貫通孔を形成する動作を図３から図６を用いて詳細に説明する。まず、薄肉金属板Ａに微細孔を形成するために、シリンダ１３内に液体を満たす。液体は、特に限定されるものではなく、水などを利用することができるが、粘度の高い液体や金属を腐食しにくい液体を用いることがより好ましい。
【００２１】
貫通孔形成装置１０の下型１９の上面に薄肉金属板Ａを載置して、貫通孔形成装置１０を起動すると、図３（ａ）に示すように、上型１１と下型１９とにより薄肉金属板Ａを挟んで固定する。すなわち、アウタースライダ１２およびインナースライダ１８が下降することにより、上型１１およびピストン１７が下降して、上型１１が下型１９とにより薄肉金属板Ａを挟んで固定する。
【００２２】
このとき、インナースライダ１８とアウタースライダ１２とは、ともに協働して下降し、ピストン１７は、シリンダ１３に対して、相対変位しないようになっている。このため、ピストン１７がばね１５を押し縮めることがないため、ばね座１４は軸方向に変位しない。
【００２３】
これにより、図３（ｂ）に示すように、弁戻しプレート１６ｃも下方に変位しないため、弁戻しプレート１６ｃとスピンドル弁１６ｂの頭部１６ｇとが係合した状態が維持される。このため、スピンドル弁１６ｂが上方に引き上げられた状態とされており、弁座１６ｅと弁部１６ｆとが離間した状態が維持される。
【００２４】
また、この状態においては、ピストン１７は、シリンダ１３内に満たされた液体を圧縮しないため、液体の液圧力は上昇しない。したがって、貫通孔１１ａ内に差圧が発生しないため、液体が貫通孔１１ａから流出することがない。
【００２５】
次に、貫通孔形成装置１０は、図４（ａ）に示すように、インナースライダ１８を下降してピストン１７を下降させて、液体を加圧する。このとき、インナースライダ１８がピストン１７を下降することにより、ピストン１７は、シリンダ１３に満たされた液体が圧縮するとともに、ばね１５を下方に押し縮める。このように、ばね１５が縮められると、ばね座１４が下方に変位する。
【００２６】
このばね座１４の下動によって、図４（ｂ）に示すように、弁戻しプレート１６ｃは、ばね１６ｄを押し縮めて下方に変位する。これにより、弁戻しプレート１６ｃとスピンドル弁１６ｂの頭部１６ｇとの係合が解除される。このとき、スピンドル弁１６ｂがその自重により、下方に変位するが、スピンドル弁１６ｂの先端が薄肉金属板Ａに接触して保持される。これにより、スピンドル弁１６ｂは、下方への変位が規制されて、弁座１６ｅと弁部１６ｆとが離間した状態が維持される。
【００２７】
この状態において、貫通孔形成装置１０は、図５に示すように、さらにインナースライダ１８を下降させて、ピストン１７をさらに下方に変位させる。これにより、シリンダ１３内の液体が圧縮されて、その液圧力が上昇する。そして、液圧力が薄肉金属板Ａに貫通孔を形成するに必要な圧力以上に上昇すると、薄肉金属板Ａの貫通孔１１ａに対応した部分がせん断抜きされて、貫通孔が形成される。このとき、スピンドル弁１６ｂは、薄肉金属板Ａに接触していた部分に貫通孔が形成されるため、液体の流れと自重により、下方に変位する。このスピンドル弁１６ｂの下方への変位によって、弁座１６ｅと弁部１６ｆとが着座するため、液体の流出が規制される。
【００２８】
また、液体の流出が規制されることによって、薄肉金属板Ａに貫通孔が時間差で形成される場合であっても、シリンダ１３内および貫通孔１１ａ内の液体の液圧力が高圧に保持されて、薄肉金属板Ａに複数の貫通孔が形成される。また、薄肉金属板Ａに貫通孔が形成された際の切抜き材は、下型１９に形成した貫通孔１９ａを通って、外部に排出される。このとき、貫通孔１９ａが貫通孔１１ａに比して大きな孔径とされているため、切抜き材は、スムーズに排出される。
【００２９】
このように、薄肉金属板Ａに貫通孔が形成されると、貫通孔形成装置１０は、インナースライダ１８の下降を停止させて、液体の加圧を停止する。続いて、貫通孔形成装置１０は、図６（ａ）に示すように、インナースライダ１８を上昇させて、ピストン１７を上昇させる。このように、ピストン１７が上昇すると、ピストン１７がばね１５に加えていた押圧力が解放されとともに、ばね１５が押し縮められてばね座１４に加えていた押圧力も解放される。
【００３０】
これにより、ばね座１４が弁戻しプレート１６ｃに加えていた押動力も解放されるため、図６（ｂ）に示すように、ばね１６ｄが伸張して弁戻しプレート１６ｃを上方に変位させる。これにより、弁戻しプレート１６ｃとスピンドル弁１６ｂの頭部１６ｇとが係合して、スピンドル弁１６ｂを上方に引き上げることにより、弁座１６ｅと弁部１６ｆとが離間する。
【００３１】
このように、ピストン１７が上昇した状態では、シリンダ１３内の液体が圧縮されていないため、弁座１６ｅと弁部１６ｆとが離間した状態であっても、液体が貫通孔１１ａから流出しない。そして、貫通孔形成装置１０は、インナースライダ１８とアウタースライダ１２とを協働させて、上型１１およびピストン１７を上昇させる。これにより、貫通孔が形成された薄肉金属板Ａを取り出すことができる。
【００３２】
以上の説明から理解できるように、薄肉金属板Ａを上型１１と下型１９間に挟んだ状態で、シリンダ１３とピストン１７とにより加圧された液体を貫通孔１１ａから薄肉金属板Ａに対して噴出して、薄肉金属板Ａ貫通孔を形成することができる。このため、液体の噴出方向を一定に保って、薄肉金属板Ａに貫通孔を容易に形成することができるため、孔曲がりのない貫通孔を形成することができて、製品の加工精度を向上することができる。
【００３３】
また、上型１１と下型１９間にて、薄肉金属板Ａを所定位置に保持して貫通孔を形成することができるため、孔位置精度を良好に確保することができて、製品間の孔位置のバラつきを低減して加工精度を向上することができる。また、貫通孔形成装置１０の他に加圧ポンプを設けることなく、液体を加圧することができて、貫通孔形成装置１０を簡素化することができる。このため、貫通孔形成装置１０の製造コストを低減することができる。
【００３４】
また、薄肉金属板Ａに複数の貫通孔を一度の加工動作で形成することができる。このため、加工時間を大幅に低減することができて、生産性を向上することができる。また、上型１１に貫通孔１１ａを近接して設けることができるため、薄肉金属板Ａに近接した貫通孔を一度の加工動作で形成することができる。これによっても、生産性を向上することができる。
【００３５】
また、貫通孔形成装置１０に開閉弁１６を設けたため、貫通孔１１ａに充填された液体の流出を防止することができる。このため、１回あたりの貫通孔形成動作で消費される液体の量を少なくすることができるため、１回の液体の充填で実施可能な貫通孔形成回数を大きくすることができて、生産性を向上することができる。また、複数の貫通孔を一度の加工動作で形成する場合、貫通孔が時間差で形成されても、液体の流出が規制されるため、液体の圧力が保持されて、好適に貫通孔を形成することができる。
【００３６】
上記実施形態においては、貫通孔形成装置１０に流出規制手段として開閉弁１６を設けて実施した。これに代えて、貫通孔１１ａを流体が流れることにより得られる貫通孔１１ａの内部に生じる差圧（通過抵抗）が薄肉金属板Ａに貫通孔を形成するに必要な圧力より大きくなるように、貫通孔１１ａの形状および液体の粘度を設定して実施してもよい。以下にこの変形例について説明する。
【００３７】
この変形例においては、上型１１に形成される貫通孔１１ａの形状として、例えば、内径を０．５ｍｍにて形成する。また、シリンダ１３内に、例えば、４６０ｃＳｔの粘度を有する液体を満たすとともに、貫通孔１１ａ内にも液体を満たす。このように構成した貫通孔形成装置１０においては、上記実施形態と同様に薄肉金属板Ａに貫通孔を形成すると、貫通孔１１ａの形状と液体の粘度とにより、液体の流出が規制される。すなわち、薄肉金属板Ａに貫通孔が形成されるまでは、貫通孔１１ａ内には液体の流れが生じておらず、差圧は発生していない。そして、ピストン１７によって液体が圧縮されて、液体の液圧力が薄肉金属板Ａに貫通孔を形成するために必要な液圧力（以下、必要液圧という）に達すると、薄肉金属板Ａには貫通孔が形成される。
【００３８】
このとき、貫通孔１１ａ内には、シリンダ１３側から薄肉金属板Ａ方向に流れが生じ、貫通孔１１ａ内に差圧が生じる。ここで、貫通孔１１ａ内に生じる差圧は、貫通孔１１ａの形状（孔径）と液体の粘度とによって設定することができる。これにより、差圧が必要液圧よりも大きくなるように設定することによって、薄肉金属板Ａに貫通孔が形成された後に、液体の貫通孔１１ａからの流出を規制することができる。
【００３９】
このため、複数の貫通孔が薄肉金属板Ａに時間差で形成される場合であっても、シリンダ１３内および貫通孔１１ａ内の液体の液圧力を保持することができて、複数の貫通孔を薄肉金属板Ａに形成することができる。したがって、この変形例による貫通孔形成装置１０においても、上記実施形態と同様に貫通孔を形成することができて、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、上記実施形態および変形例においては、ワークを平板状の薄肉金属板Ａとして、上型１１と下型１９との間に挟んで実施したが、これに代えて、ワークを筒状の薄肉金属板として実施してもよい。すなわち、貫通孔１１ａに液体を充填して成る一方の型をワークの外部（または内部）に配置し、貫通孔１１ａに対応する位置に設けた貫通孔１９ａを有する他方の型をワークの内部（または外部）に配置して、前記両型にてワークを挟んで実施してもよい。これによっても、一方の型から他方の型に向けて、加圧された液体を噴出することができて、筒状のワークに貫通孔を形成することができる。したがって、上記実施形態および変形例と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、上記実施形態および変形例の貫通孔形成装置１０によって、薄肉金属板Ａに形成される貫通孔は円形、楕円その他の形状とすることができる。すなわち、上型１１に形成される貫通孔１１ａの形状を円形、楕円その他の形状とすることにより、薄肉金属板Ａに形成される貫通孔の形状を所望の形状とすることができる。また、上記実施形態および変形例においては、薄肉金属板Ａまたは筒状のワークに複数の貫通孔を形成するようにして実施したが、単孔を形成するようにすることももちろん可能である。これらに場合においても、所望の貫通孔または単孔を好適に形成することができて、上記実施形態および変形例と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
さらに、上記実施形態および変形例においては、貫通孔形成装置１０にてワークを金属として貫通孔を形成するように実施したが、貫通孔形成装置１０にてその他の材料、例えば、セラミックスや樹脂からなるワークに貫通孔を形成するように実施してもよい。この場合においても、ワークに好適に貫通孔を形成することができて、上記実施形態および変形例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る貫通孔形成装置を概略的に示した断面図である。
【図２】図１に示した貫通孔形成装置の開閉弁を拡大して、概略的に示した断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１に示した貫通孔形成装置が薄肉金属板を狭持した状態を説明するための概略図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、図１に示した貫通孔形成装置の開閉弁の開状態を説明するための概略図である。
【図５】図１に示した貫通孔形成装置のピストンが下降して、液体を加圧した状態を説明するための概略図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、図１に示した貫通孔形成装置の貫通孔成形後の状態を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１０…貫通孔形成装置、１１…上型、１１ａ…貫通孔、１２…アウタースライダ、１３…シリンダ、１４…ばね座、１５…ばね、１６…開閉弁、１７…ピストン、１８…インナースライダ、１９…下型、２０…ベース、Ａ…薄肉金属板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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