(57)【要約】      （修正有）【課題】  細孔を穿設できる孔開け工具および加工方法であって、該孔開け工具として切刃部に複数の角部があってもダイヤモンド切刃部の剥離現象が生じないようにして穿孔効率を低下させないようにすると共に、使用寿命を長くして均一な直径を有する細孔を効率よく穿孔できるようにして作業性を向上させること。【解決手段】  板状物に孔を開ける孔開け工具であって、ダイヤモンド砥粒を電鋳により固定し、直径が０．０５ｍｍ〜１ｍｍで長さが０．３ｍｍ〜１０ｍｍの針状に形成された加工部と、該加工部を保持する固定部とからなることらなる孔開け工具、並びに、板状物に加工液を供給しながら孔開け加工を施すドリル手段と、加工送りする加工送り手段とから構成された加工機で、回転数８０，０００〜３００，０００ｒｐｍ、加工送り０．１ｍｍ〜３ｍｍ／秒の条件で細孔を効率よく穿孔する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状物に孔を開ける孔開け工具であって、
ダイヤモンド砥粒を電鋳により固定し、直径が０．０５ｍｍ〜１ｍｍで長さが０．３ｍｍ〜１０ｍｍの針状に形成された加工部と、
該加工部を保持する固定部とからなること
を特徴とする孔開け工具。
【請求項２】
前記ダイヤモンド砥粒の粒径は１μｍ〜１００μｍであり、電鋳の母体金属はニッケルであり、ダイヤモンド砥粒の集中度は５０〜２００である
請求項１に記載の孔開け工具。
【請求項３】
前記加工部の断面形状は、非円形である
請求項１または２に記載の孔開け工具。
【請求項４】
ダイヤモンド砥粒を電鋳により固定して所定厚みの電鋳板を形成し、その電鋳板を所定幅の細身体に分割し、その細身体を所定の形状に形成して加工部が形成される
請求項１乃至３のいずれかに記載の孔開け工具。
【請求項５】
少なくとも板状物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状物に加工液を供給しながら孔開け加工を施すドリル手段と、該ドリル手段をチャックテーブルに対して深さ方向に加工送りする加工送り手段とから構成された加工機に前記請求項１〜４に記載の孔開け工具を装着して板状物を加工する加工方法であって、
該孔開け工具を８０，０００〜３００，０００ｒｐｍの回転数で回転させ、０．１ｍｍ〜３ｍｍ／秒の加工送り速度で板状物に直径１ｍｍ以下の孔を穿設すること
を特徴とする孔開け加工方法。
【請求項６】
前記板状物は０．１ｍｍ〜３ｍｍの厚さからなるガラス板である
請求項５に記載の孔開け加工方法。
【請求項７】
前記板状物はカーボンブレードに固定されてチャックテーブルに保持される
請求項５または請求項６に記載の孔開け加工方法。
【請求項８】
前記チャックテーブルは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動可能であり、該チャックテーブルをＸ軸方向およびＹ軸方向にインデックス移動させながら１ｍｍ〜５ｍｍの間隔で複数の孔を穿孔させる
請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の孔開け加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ガラス、シリコン、セラミックスなどの硬質材料からなる板状物に小孔を穿設するための孔開け工具および該孔開け工具を用いた孔開け加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の孔開け工具として、ダイヤモンド砥粒をボンド材を用いてドリルの先端部に付着させた構成のものが公知になっている。
【０００３】
この公知のドリルは、金属シャンク部と該金属シャンク部の先端に砥粒をボンド材で結合してなる切刃部とからなるドリルにおいて、切刃部からシャンク部にかけて切り粉排出用の切欠面又は切欠溝からなる切欠部を１個又はそれ以上形成した構成を有するものである。
【０００４】
そして、切刃部を形成するための具体的な例は、シャンク部の先端にダイヤモンド砥粒を固定させる方法にはメッキ法と焼結法があるとしており、メッキ法はニッケルメッキ液の中にダイヤモンド砥粒を分散させて分散メッキを行い、メッキ層の中にダイヤモンド砥粒を固定させ、シャンク部先端の周囲にダイヤモンド切刃部が形成されるとしている。
【０００５】
また、焼結法はボンド材がメタル成分である粉末焼結とボンド材が酸化金属等からなり焼結した後セラミック又はガラスとなるビトリファイドボンドの粉末焼結があるが、いづれもダイヤモンド砥粒とボンド材を混合して、型の中にシャンクを載置し、そのシャンクの先端部付近にダイヤモンド砥粒とボンド材の混合物を入れ、熱と圧力を加えるホットプレスによりシャンク部の先端周囲にダイヤモンド切刃部を形成するというものである。
【０００６】
このように従来例では、シャンク部の先端部周囲、即ち、基台の表面にダイヤモンド砥粒を電着または焼結させてダイヤモンド切刃部を形成するものであるが、例えば、ドリルの直径を１ｍｍ以下にした場合に、基台の表面に形成されるダイヤモンド切刃部は極めて薄い層状に形成されることが余儀なくされる。
【特許文献１】実開昭５６−１２１５７０号公報
【０００７】
しかしながら、シャンク部の先端、即ち切刃部となる基台の断面を半月状、長方形状、三角形状に形成した場合に、円柱と違って複数の角部が形成されることになり、工具としての使用時に各角部に形成された極めて薄い層状のダイヤモンド切刃部は、他の部分よりも磨り減りが早いので基台の素地が露出し易く、そのため各角部から薄くなった層状のダイヤモンド切刃部が剥離してしまい、穿孔効率が加速的に低下するばかりでなく使用寿命が比較的短く、頻繁に工具を取り替えなければならなくなり作業性が悪いという問題点を有している。
【０００８】
また、このような１ｍｍ程度のドリルを使用して製造される製品としては、例えば、圧力を計測する圧電素子がある。この圧電素子は、例えば、ガラス基板に直径１ｍｍ前後の細孔を複数個穿設し、ガラス基板の表裏面に検出層を積層させて形成される。
【０００９】
ガラス基板に複数の細孔を穿設する方法として、複数の加工針を有した工具（剣山状を呈する工具）をガラス基板にあてがい、遊離砥粒を供給しながら超音波振動を付与して細孔を穿設する方法、または、ガラス基板の表面に複数の細孔が形成されたマスクを被着させ、サンドブラスとによりガラス基板に細孔を穿設する方法がある。
【００１０】
しかしながら、いずれの穿孔方法も形成された細孔の直径が均一にならず圧電素子の品質にバラツキが生ずるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、直径が均一になる細孔を穿設できる孔開け工具および加工方法であって、該孔開け工具として切刃部に複数の角部があってもダイヤモンド切刃部の剥離現象が生じないようにして穿孔効率を低下させないようにすると共に、使用寿命を長くして均一な直径を有する細孔を効率よく穿孔できるようにして作業性を向上させることに解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る第１の発明は、板状物に孔を開ける孔開け工具であって、ダイヤモンド砥粒を電鋳により固定し、直径が０．０５ｍｍ〜１ｍｍで長さが０．３ｍｍ〜１０ｍｍの針状に形成された加工部と、該加工部を保持する固定部とからなることらなることを最も主要な特徴とする孔開け工具である。
【００１３】
そして、本発明に係る孔開け工具においては、前記ダイヤモンド砥粒の粒径は１μｍ〜１００μｍであり、電鋳の母体金属はニッケルであり、ダイヤモンド砥粒の集中度は５０〜２００であること；前記加工部の断面形状は、非円形であること；およびダイヤモンド砥粒を電鋳により固定して所定厚みの電鋳板を形成し、その電鋳板を所定幅の細身体に分割し、その細身体を所定の形状に形成して加工部が形成されること；を付加的な要件として含むものである。
【００１４】
また、本発明に係る第２の発明は、少なくとも板状物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状物に加工液を供給しながら孔開け加工を施すドリル手段と、該ドリル手段をチャックテーブルに対して深さ方向に加工送りする加工送り手段とから構成された加工機に前記請求項１〜４に記載の孔開け工具を装着して板状物を加工する加工方法であって、該孔開け工具を８０，０００〜３００，０００ｒｐｍの回転数で回転させ、０．１ｍｍ〜３ｍｍ／秒の加工送り速度で板状物に直径１ｍｍ以下の孔を穿設することを最も主要な特徴とする加工方法である。
【００１５】
この加工方法においては、前記板状物は０．１ｍｍ〜３ｍｍの厚さからなるガラス板であること：前記板状物はカーボンブレードに固定されてチャックテーブルに保持されること；および前記チャックテーブルは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動可能であり、該チャックテーブルをＸ軸方向およびＹ軸方向にインデックス移動させながら１ｍｍ〜５ｍｍの間隔で複数の孔を穿孔させること；を付加的な要件として含むものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る孔開け工具においては、特に、切刃部となる加工部をダイヤモンド砥粒を電鋳により固定した直径が０．０５ｍｍ〜１ｍｍで長さが０．３ｍｍ〜１０ｍｍの針状に形成されたものであって、加工部に複数の角部があっても剥離現象が全く生じないものであり、使用寿命が長く均一な直径を有する細孔を効率よく穿設できるのである。
【００１７】
また、本発明に係る加工方法においては、ダイヤモンド砥粒を電鋳により固定し、直径が０．０５ｍｍ〜１ｍｍで長さが０．３ｍｍ〜１０ｍｍの針状に形成された加工部を有する孔開け工具を使用し、該孔開け工具を８０，０００〜３００，０００ｒｐｍの回転数で回転させ、０．１ｍｍ〜３ｍｍ／秒の加工送り速度で板状物に直径１ｍｍ以下の孔を穿設するようにしたので、板状物に対する切れ味が良好で、均一な直径を有する細孔を効率よく穿孔できると共に、穿孔の作業性が著しく向上するのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
硬質板状物のガラス板等に直径が１ｍｍ以下の細孔を開ける孔開け工具であって、その切刃部となる加工部を独特な構成にしたものであり、その構成は、ダイヤモンド砥粒を電鋳により固定した厚さが１ｍｍ以下の電鋳板から細身体に切り出し、その細身体の直径を０．０５ｍｍ〜１ｍｍにし、長さを０．３ｍｍ〜１０ｍｍにした断面形状が非円形の針状に形成したものであり、針状の加工部の製造が容易に行えるのである。
この場合に、電鋳板の母体金属はニッケルであり、ダイヤモンド砥粒の粒径を１μｍ〜１００μｍにすると共に、母体金属に対して占めるダイヤモンド砥粒の集中度を５０〜２００の範囲にしたものであり、集中度が５０以下であると加工部、即ち切刃部としての機能が不十分であり、また、集中度が２００を超えると切刃部としての機能は向上するが、針状の加工部としての靭性が不十分となるのである。従って、上記範囲は切刃部となる加工部として好ましい範囲なのであり、それによって細孔の穿孔に適した孔開け工具を実現化したものである。
【００１９】
また、本発明に係る板状物を加工する加工方法は、例えば、板状物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された板状物に加工液を供給しながら孔開け加工を施すドリル手段と、該ドリル手段をチャックテーブルに対して深さ方向に加工送りする加工送り手段とから構成されている加工機に前記孔開け工具をドリル手段に取り付け、該孔開け工具を８０，０００〜３００，０００ｒｐｍの回転数で回転させ、０．１ｍｍ〜３ｍｍ／秒の加工送り速度で板状物に直径１ｍｍ以下の孔を穿設するようにしたものであって、孔開け工具を高速回転させることによってその加工部の切れ味が向上し、０．１ｍｍ〜３ｍｍの厚さを有するガラス板からなる板状物に対して、穿孔の作業性が向上するのである。
特に、一枚のガラス板に対して、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍの間隔で複数の孔を穿孔させる場合に、ガラス板が載置されたチャックテーブルをＸ軸方向およびＹ軸方向に設定されたインデックスに基づいて自動的に移動させ、それぞれ均一な直径を有する複数の細孔を効率よく穿孔できるのである。
【実施例１】
【００２０】
本発明に係る孔開け工具について、図面を参照しながら説明すると、図１は、１例の孔開け工具１を示すものであり、該孔開け工具１は、針状の加工部２と、該加工部２を保持する固定部３とから構成されるものである。
【００２１】
針状の加工部２は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにして形成される。まず、母材としてニッケルが使用され、これに粒径が１μｍ〜１００μｍのダイヤモンド砥粒を加え電鋳により固定して所要厚さの長方形の電鋳板１０を作製する。この場合の電鋳板１０の板厚は、最終製品の加工部２の直径に略等しい寸法に形成されるものであって、厚くても１．５ｍｍ以下であり好ましくは０．０５〜１ｍｍ程度である。
【００２２】
このように形成された電鋳板１０は、（Ｂ）図に示したように、例えば、レーザーダイシング装置などを使用して細身体に切削分割して針状の加工部２とするものである。この場合に、電鋳板１０の厚みと切削の間隔とを同じにすることによって、端面または断面が略正方形の細身体１１が複数本形成できるのであり、その細身体が（Ｃ）図に示したように、個々に独立した１本の針状の加工部２となるのである。
【００２３】
この加工部２は、図３に示したように、電鋳による母体金属であるニッケル４でダイヤモンド砥粒５を固定したものであり、内部にまでダイヤモンド砥粒５が万遍なく分散した状態で存在し、該ダイヤモンド砥粒５の集中度は５０〜２００である。
【００２４】
針状に形成された加工部２の断面形状は、図４の（ａ）〜（ｅ）に示したように、例えば、四角形、三角形、六角形、楕円形および半月形であって、要するに、非円形に形成されれば良いのである。そして、いずれも前記図２（Ａ）で示した電鋳板１０から切り出して形成されるものである。
【００２５】
加工部２の断面形状について、製造工程および作業性の面から好ましくは、電鋳板１０から切り出した状態の四角形状であるが、用途によってその形状が様々であるので、切り出した四角形状からグラインダ装置等を用いて要求される断面形状に整形することができるのである。
【００２６】
このように形成された針状の加工部２は、固定部３に取り付けて孔開け工具１が完成するものであり、固定部３は、例えば、アルミニウムまたはＳＵＳ等で形成した円柱体または角柱体であって、その軸芯に一致させて一端部側に一部を没入させ大半を突出させた状態で取り付けるのである。この場合に、軸芯に沿って小孔が設けられており、該小孔に加工部２の一端部を挿着し接着手段等によって強固に取り付けられるのである。
【００２７】
因みに、本発明に基づいて製造した一例の孔開け工具１について、図５を用いて、そのサイズについて述べると、加工部２の径ａ＝０．５ｍｍで、加工部２の突出長さｂ＝８ｍｍで、固定部３の長さｃ＝３０ｍｍで、固定部３の直径ｄ＝１１ｍｍであった。但し、これはあくまでも一例であって、このサイズに限定されるものではない。
【００２８】
そして、このように構成された孔開け工具１は、例えば、図６に示したように、適宜のエアスピンドル２０に取り付けて使用することができるものであり、該エアスピンドル２０は、例えば、マシニングセンター等の制御機構２１によってＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に移動できるように配設されており、所要のテーブル２２上に載置されたワーク２３に対して所要の孔開け加工が施せるのである。これはあくまでも孔開け工具１の一使用例を示すものであって、これに限定されないことは言うまでもない。
【００２９】
次に、前記孔開け工具１を用いて微少孔開け加工方法について説明する。この加工方法に使用される加工装置の一例を図７に示してある。この加工装置３０は、基台３１の端部から立設した壁部３２の内側の面に一対のレール３３が垂直方向に配設されており、レール３３に沿って支持板３４が昇降するのに伴って支持板３４に取り付けられた孔開けの加工手段である穿孔手段３５が上下動、即ち、Ｚ軸方向に移動可能に構成されている。
【００３０】
また、加工装置３０における基台３１上には、テーブル３６がＹ軸方向に移動可能に配設され、該テーブル３６上には被加工対照象物を保持するチャックテーブル３７が回転可能に且つＸ軸方向に移動可能に配設されている。
【００３１】
前記穿孔手段３５においては、垂直方向の軸心を有するエアスピンドル３８が設けられており、該エアスピンドル３８の先端に適宜のマウンタ３９を介して孔開け工具１の固定部３が取り付けられ、加工部２が下部側に突出した状態で孔開け工具１が取り付けられるものである。そして、スピンドル３８の回転に伴って孔開け工具１、即ち、加工部２が回転する構成になっている。
【００３２】
孔開けの加工手段である穿孔手段３５を上下動、即ち、Ｚ軸方向に移動させるのは、壁部３２の上部に取り付けられたパルスモータ等の駆動部４０であり、該駆動部４０によって上昇速度と下降速度とを違った速度で駆動させることができるのである。要するに、上昇する際には比較的速くし、下降する際には遅くすることができるのであり、特に、下降する際は、いわゆる深さ方向への加工送りとなるものであって、０．１〜３ｍｍ／秒程度の範囲で加工送り速度が設定されるのである。
【００３３】
また、エアスピンドル３８は、その回転軸が高速回転モータ４１により、その回転数が略８０，０００〜３００，０００ｒｐｍの範囲で回転させられるものである。この場合には、使用される孔開け工具１の加工部２の太さと、被加工物の厚み等によってその回転数が上記の範囲内で適宜選択される。なお、穿孔手段３５、テーブル３６およびチャックテーブル３７の駆動と手順は、キーボード（操作部）４２によって設定され、その設定によって順次自動的に駆動されるようになっている。
【００３４】
被加工物（ワーク）である板状物は、例えば、その厚みが０．１〜３ｍｍ程度の四角形状のガラス板４３であり、該ガラス板４３はカーボンプレート４４に剥離可能な状態で接着固定されており、該カーボンプレート４４を介してチャックテーブル３７上に載置され吸着保持され、テーブル３６の移動によって穿孔手段３５の直下に位置付けられ孔開け工具１と対峙する。
【００３５】
そして、予め操作部４２で設定されたインデックスに基づいて、チャックテーブル３７が移動して設定された位置にセットされ、穿孔手段３５が下降すると共にエアスピンドル３８および孔開け工具１が回転しながら下降し、加工部２がガラス板４１の設定された位置に細孔（小孔）を穿設するのである。
【００３６】
この場合に、例えば、一列４個で３列１２個の細孔を一定の間隔（１〜５ｍｍ）をもって整列させて穿設するように設定されていれば、その設定に基づいて順次穿孔手段３５が上下（Ｚ軸方向）動し、且つテーブル３６がＹ軸方向に、およびチャックテーブル３７がＸ軸方向にそれぞれ移動して、ガラス板４１の設定された位置に加工油を供給しながら高速回転（１００，０００ｒｐｍ）し、且つ深さ方向への加工送り（１ｍｍ／秒）されている加工部２で１ｍｍ以下の穿孔が順次遂行され、設定された数の細孔が穿設される。
【００３７】
このような穿孔において、種々実験した結果、孔開け工具１を高速回転駆動、即ち回転数を８０，０００〜３００，０００ｒｐｍの範囲にしたのは、あくまでも切れ味と作業性の点から経済的に好ましい範囲であって、例えば、回転数を７０，０００ｒｐｍにしても充分な穿孔能力はあるが、切れ味が少し低下するので深さ方向への加工送りを遅くしなければならず作業性が悪くなるのである。また、回転数を３００，０００ｒｐｍにすると、加工部２の切れ味が良くなり、深さ方向への加工送りを速く（３ｍｍ／秒）しても直径の均一な細孔の穿設ができるのであり、回転数を高速にすればするほど加工部２の切れ味は良くなるが、加工機の性能からして深さ方向への加工送りをそれ以上に速くしたり、またエアスピンドル３８の回転数をそれ以上に速くしても、偏心して細孔の精度が悪くなる等からして得策とは言えないのである。
【００３８】
なお、被加工物の板状物を載置固定するためにカーボンプレート４４を使用することによって、加工送り手段は深さ方向に精密に加工送りするが、穿孔時に仮に、加工部２の先端がカーボンプレート４４に触れても、カーボンプレート４４の潤滑性により加工部２に与える負荷が軽減されて加工部２を摩滅させることがないのである。
【００３９】
以上の説明から明らかなように、孔開け加工方法については、穿孔手段３５を構成するエアスピンドル３８と孔開け工具１と高速回転モータ４１とが、いわゆる孔開け加工を施すドリル手段と言うことができ、一対のレール３３と支持板３４とパルスモータ等の駆動部４０とを含めて深さ方向に加工送りする加工送り手段と言うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、要するに、板状物に１ｍｍ以下の細孔を開ける孔開け工具であって、該孔開け工具は、切刃部となる加工部と該加工部を保持する固定部とからなるものであり、その工具における加工部の構成を、ダイヤモンド砥粒をニッケルの母体金属で電鋳により固定し、直径が０．０５ｍｍ〜１ｍｍで長さが０．３ｍｍ〜１０ｍｍの針状で、断面形状が非円形に形成したものであって、電鋳で形成されていることから、内部にまで拡散した状態でダイヤモンド砥粒が存在するため、直径が０．０５ｍｍ程度の針状であっても電着と違って剥がれることなく強度的に優れ、予定した細孔を効率よく穿設できる孔開け工具となるのであり、この種の孔開け工具としての利用度は大きいものである。
【００４１】
また、本発明に係る加工方法は、要するに、上記孔開け工具を使用して、該孔開け工具を回転数８０，０００〜３００，０００ｒｐｍで高速回転させることで、工具の加工部の切れ味を最大限に生かすものであり、そして加工部を０．１ｍｍ〜３ｍｍ／秒の加工送り速度で板状物に直径１ｍｍ以下の孔を穿設するものであることから、均一な直径を有する細孔を効率よく穿孔できるのであり、板状物に限らずこの種の硬質な材料に対する孔開けに広く利用できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る孔開け工具一例を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）図は同孔開け工具の加工部が形成される一例の電鋳板を示し、（Ｂ）図は同電鋳板を細身体に分割した状態を示し、（Ｃ）図はその細身体を一例の加工部として利用できる状態をそれぞれ示す斜視図である。
【図３】同加工部の一部を拡大して略示的に示した側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は同加工部の複数種類の断面をそれぞれ略示的に示した断面図である。
【図５】本発明に係る孔開け工具の寸法の一例を説明するための側面図である。
【図６】同孔開け工具の一例の使用状況を説明するために略示的に示した側面図である。
【図７】本発明に係る加工方法に使用される一例の加工機を略示的に示した斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１...孔開け工具、  ２...加工部（切刃部）、   ３...固定部
４...ダイヤモンド砥粒、  ５...母材金属のニッケル
１０...電鋳板、  １１...細身体（加工部）
２０...エアスピンドル、  ２１...制御機構、  ２２...テーブル、  ２３...ワーク
３０...加工装置、  ３１...基台、  ３２...壁部、  ３３...レール
３４...支持板、  ３５...穿孔手段
３６...ターンテーブル、  ３７...チャックテーブル
３８...エアスピンドル、  ３９...マウンタ
４０...パルスモータ等の駆動部、  ４１...高速回転モータ
４２...キーボード（操作部）、  ４３...被加工物（ガラス板）
４４...カーボンプレート。
【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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【図７】
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