(57)【要約】【課題】設備費を抑えつつ、高精度に、かつ円滑にセラミックスに深孔を形成することが可能なセラミックスの穿孔方法及び穿孔装置を提供する。【解決手段】本発明のセラミックスの穿孔方法は、砥石１３が取り付けられたシャフト１０を支持する筒状のガイドスリーブ６を使用し、ガイドスリーブ６の外周から研削液を供給してガイドスリーブ６の中空部分から研削液を回収しながら、ガイドスリーブ６に対してシャフト１０を回転可能に支持する軸受１１，１２から砥石１３による被加工物Ｗへの穿孔位置までの距離を一定として穿孔する。【選択図】図２
2007130835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる被加工物を穿孔する穿孔方法であって、
砥石が取り付けられた回転軸を軸受を介して回転可能に支持する筒状の穿孔治具を使用し、前記軸受から前記砥石までの距離を一定として穿孔することを特徴とするセラミックスの穿孔方法。
【請求項２】
前記穿孔治具の外周側から研削液を供給して前記穿孔治具の中空部分から研削液を回収しながら穿孔することを特徴とする請求項１に記載のセラミックスの穿孔方法。
【請求項３】
セラミックスからなる被加工物を穿孔する穿孔装置であって、
砥石が取り付けられた回転軸を回転可能に支持する軸受けを有する筒状の穿孔治具と、
前記穿孔治具を移動させる移動手段とを有し、
前記軸受が、前記穿孔治具とともにかつ前記軸受と前記砥石との距離が一定であるように移動されることを特徴とするセラミックスの穿孔装置。
【請求項４】
前記穿孔治具の外周側から前記砥石による穿孔箇所へ研削液を供給する研削液供給手段と、
前記穿孔治具の中空部分から前記研削液を回収する研削液回収手段とを更に有することを特徴とする請求項３に記載のセラミックスの穿孔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスに孔を形成する穿孔方法及び穿孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックスに孔を形成する穿孔装置としては、シャフトの先端に砥石を備え、シャフトを回転させながら砥石をセラミックスに押し上げることにより砥石によってセラミックスを研削して孔を形成するものがあり、そのシャフトの内部を通して穿孔箇所に研削液を供給しながら研削するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、孔を形成する際に、シャフトの中心軸に平行にレーザ光を照射し、このレーザ光に基づいてシャフトの位置ずれを修正する位置制御システムを備えた装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平６―２７０１３９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５９６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、セラミックスに細長い深孔を形成する場合、工具のシャフトも細長いものを用いることになるが、このように細長いシャフトを有する工具によって深孔をあけると、シャフトに生じるたわみや振動が大きくなり、シャフトの位置ずれの修正をしても穿孔位置にずれが生じ、形成する孔に径変動や曲がりが発生して正確な孔加工ができなくなってしまう。
【０００６】
しかも、研削によって生じた細かい研削物が、工具の先端へ供給した研削液とともに砥石の外周やシャフトの外周に回り込んでしまい、研削孔の内周面が研削物によって削れて損傷してしまう。
【０００７】
また、レーザ光による位置合わせには、高精度な光学センサを要するので、設備費が嵩んでしまう。
【０００８】
本発明は、設備費を抑えつつ、高精度に、かつ円滑にセラミックスに深孔を形成することが可能なセラミックスの穿孔方法及び穿孔装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決することのできる本発明に係るセラミックスの穿孔方法は、セラミックスからなる被加工物を穿孔する穿孔方法であって、砥石が取り付けられた回転軸を軸受を介して回転可能に支持する筒状の穿孔治具を使用し、前記軸受から前記砥石までの距離を一定として穿孔することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るセラミックスの穿孔方法において、前記穿孔治具の外周側から研削液を供給して前記穿孔治具の中空部分から研削液を回収しながら穿孔することが好ましい。
【００１１】
また、上記課題を解決することのできる本発明に係るセラミックスの穿孔装置は、セラミックスからなる被加工物を穿孔する穿孔装置であって、砥石が取り付けられた回転軸を回転可能に支持する軸受けを有する筒状の穿孔治具と、前記穿孔治具を移動させる移動手段とを有し、前記軸受が、前記穿孔治具とともにかつ前記軸受と前記砥石との距離が一定であるように移動されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るセラミックスの穿孔装置において、前記穿孔治具の外周側から前記砥石による穿孔箇所へ研削液を供給する研削液供給手段と、前記穿孔治具の中空部分から前記研削液を回収する研削液回収手段とを更に有することが好ましい。
【００１３】
なお、本発明において、セラミックスからなる被加工物の好適な例として、石英ガラスなどの硬脆材料が挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るセラミックスの穿孔方法及び穿孔装置によれば、加工する孔が深くなっても、回転軸を支持する軸受から穿孔位置までの距離を一定とするので、回転軸のたわみや振動による砥石の位置ずれを抑え、高精度にセラミックスの穿孔を行うことができる。
また、穿孔治具の外周から研削液を供給して穿孔治具の中空部分から研削液を回収しながら穿孔する場合は、研削によって生じた細かい研削物が形成した孔の内周面側に回り込むことによる不具合がなくなるのでさらに円滑にセラミックスに深孔を形成することができる。
また、本発明では高価な光学センサを必要としないので設備費が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るセラミックスの穿孔方法及び穿孔装置の実施形態の例について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の穿孔装置の概略側面図であり、図２は、図１のガイドスリーブの断面を示す概略断面図である。
図１に示すように、穿孔装置１は、スライドユニット（移動手段）２を備えている。このスライドユニット２は、ガイドシャフト３を有しており、このガイドシャフト３には、カップリングハウジング４が設けられている。このカップリングハウジング４は、スライドユニット２のガイドシャフト３に対して、その長手方向（軸方向）へ精度良く移動可能に支持されている。カップリングハウジング４の上方側には、後述するシャフト（回転軸）１０を回転させるモータ５が固定されており、カップリングハウジング４の下方側には、ガイドスリーブ（穿孔治具）６が固定されている。
【００１６】
ガイドシャフト３の下端側には、支持ブロック７が固定されており、この支持ブロック７によってガイドスリーブ６が軸方向へスライド可能に支持されている。この支持ブロック７には、例えば、エアシリンダ、油圧シリンダあるいはモータ等のアクチュエータからなる押圧手段（図示省略）が設けられ、この押圧手段によってセラミックスからなる被加工物Ｗの上端面に接して固定される。被加工物Ｗは、支持ブロック７より下方位置で固定手段（図示省略）により固定されている。本実施形態の被加工物Ｗは、一例として石英ガラスのインゴットである。
【００１７】
図２に示すように、ガイドスリーブ６は、中空の円筒形状とされており、その内部に、後端がモータ５の駆動軸に連結されたシャフト１０が挿通されており、このシャフト１０は、ガイドスリーブ６の後端側及び先端側に設けられた軸受１１，１２によって回転可能に支持されている。このシャフト１０には、その先端部に、被加工物Ｗを研削する砥石１３が着脱可能に取り付けられており、モータ５によって回転されるシャフト１０とともに砥石１３が回転される。但し、シャフト１０及び砥石１３はガイドスリーブ６に対してその軸方向には移動せず、軸受１１，１２と砥石１３の距離も一定に保たれる。すなわち、砥石１３の支持状態は穿孔時に変化しない。
【００１８】
また、シャフト１０の中心には、先端側が開口された回収流路１４が形成されており、後端側には、この回収流路１４と連通する横穴１５が形成されている。また、砥石１３には、その中心に貫通孔１６が形成されており、この貫通孔１６がシャフト１０の回収流路１４と連通されている。
【００１９】
また、ガイドスリーブ６には、その上端側に、排出用液溜空間部１７が形成されており、この排出用液溜空間部１７には、シャフト１０の横穴１５が連通されている。ガイドスリーブ６には、その上端側における外周側に、排出用液溜空間部１７と連通する研削液排出口１８が形成されており、この研削液排出口１８には、ポンプ等を備えた研削液回収手段１９が接続されている。研削液回収手段１９では、ポンプ等の作用によって吸引することにより、研削液を引き込んで回収するようになっている。
【００２０】
上述の例では、穿孔治具の外周から研削液を供給して穿孔治具の中空部分から前記研削液を回収する機構を示したが、逆に、穿孔治具の中空部分から研削液を供給して穿孔治具の外周を通して前記研削液を回収する機構とすることもできる。ただし、研削液には研削粉が混じるので、研削液を穿孔治具の内から外に流す方式では、穿孔された孔の内面と穿孔治具との隙間を大きくして研削液の回収流路を確保する必要がある。しかし、研削液を外から内に流す場合には穿孔治具の外側を通る研削液には研削粉が未だ無い状態であるので、孔内面と穿孔治具との隙間は内から外に流す方式よりも狭くて構わない。
【００２１】
穿孔の精度を上げるにはガイドスリーブと孔との隙間が狭いほど好ましいので、その点で研削液を穿孔治具の外周から内側に流す方式が有利である。また、ガイドスリーブ外周に溝を設けるなどして研削液の流路の確保を行うことが最適である。
【００２２】
なお、ガイドスリーブ６には、排出用液溜空間部１７を挟んで軸方向に離間した２カ所及び下端側に、シール部品２１，２２，２３が設けられ、これらシール部品２１，２２，２３によってガイドスリーブ６とシャフト１０との間がシールされている。
【００２３】
支持ブロック７は、リング状に形成されており、その内部には、ガイドスリーブ６がスライド可能に挿通されている。そして、このガイドスリーブ６は、支持ブロック７の上方側に設けられた軸受３１によってスライド可能に支持されている。この支持ブロック７には、その内周側に、供給用液溜空間部３２が形成されている。また、この支持ブロック７には、供給用液溜空間３２の下方側におけるガイドスリーブ６との間に隙間が形成されており、この隙間は、供給用液溜空間３２と連通する供給流路３３とされている。
【００２４】
また、支持ブロック７には、その外周側に、供給用液溜空間部３２と連通する研削液供給口３４が形成されており、この研削液供給口３４には、ポンプ等を備えた研削液供給手段３７が接続されている。
なお、支持ブロック７には、その供給用液溜空間部３２の上方側に、シール部品３５が設けられ、このシール部品３５によって支持ブロック７とガイドスリーブ６との間がシールされている。また、支持ブロック７には、その底面にもシール部品３６が設けられ、このシール部品３６によって支持ブロック７と被加工物Ｗとの間がシールされる。
【００２５】
上記穿孔装置１では、研削液供給手段３７から研削液供給口３４、供給用液溜空間部３２及び供給流路３３へと連通する研削液の供給流路が構成され、また、貫通孔１６、回収流路１４、横穴１５、排出用液溜空間１７、及び研削液排出口１８から研削液回収手段１９へと連通する排出流路が構成されている。
【００２６】
次に、上記構造の穿孔装置１によってセラミックスからなる被加工物Ｗに、孔の直径よりも軸方向の長さが長い深孔を形成する場合について説明する。
まず、支持ブロック７が被加工物Ｗの加工面に当接するように、穿孔装置１を被加工物Ｗに設置する。
次いで、押圧手段によって支持ブロック７を被加工物Ｗに押し付ける。このようにすると、この支持ブロック７の底面に設けられたシール部品３６によって支持ブロック７と被加工物Ｗとの間がシールされる。なお、研削液の供給圧に負けないようにある程度の押し付け力によるシールが必要である。
【００２７】
次に、研削液供給手段３７から支持ブロック７の供給用液溜空間部３２へ研削液を供給する。このようにすると、支持ブロック７の供給用液溜空間部３２内に供給された研削液が、供給流路３３を介してシャフト１０の先端部に取り付けられた砥石１３の周囲に送り込まれる。そして、この研削液は、砥石１３の貫通孔１６へ入り込み、シャフト１０の回収流路１４を通って横穴１５からガイドスリーブ６の排出用液溜空間部１７内へ送り出され、その後、研削液排出口１８を通過して研削液回収手段１９により回収される。
【００２８】
この状態において、モータ５に駆動電力を供給し、モータ５によってシャフト１０を回転させ、カップリングハウジング４をスライドユニット２のガイドシャフト３に沿って下方へ、所定の送り出し速度で移動させる。
このようにすると、モータ５によって回転されているシャフト１０の先端部に取り付けられた砥石１３が回転しつつ被加工物Ｗに圧接し、この被加工物Ｗが砥石１３によって研削され、カップリングハウジング４の移動方向、つまり、下方へ向かって次第に孔Ｈが形成される。
【００２９】
ここで、砥石１３は、カップリングハウジング４からの距離が離れているが、砥石１３を支持するシャフト１０が、ガイドスリーブ６の後端側及び先端側で軸受１１，１２によって支持され、また、支持ブロック７によって被加工物Ｗに対して加工する孔Ｈの軸に直角に支持されているので、孔Ｈが深くなったとしても砥石１３はガイドスリーブ６とともに移動する。そのため、シャフト１０を支持する軸受１１，１２と砥石１３の距離は一定に保たれ、軸受１１，１２による砥石１３の支持状態は変化しない。したがって、孔Ｈが深くなったとしても砥石１３の位置が振れ回るようなことがない。
【００３０】
つまり、加工する孔Ｈが深くなると、支持ブロック７による支持位置から砥石１３までの距離が離れてしまうが、ガイドスリーブ６が加工する孔Ｈに沿って深く入り込むことにより、砥石１３を支持するシャフト１０の軸受１１，１２と砥石１３の位置とが一定に保たれる。これにより、砥石１３が常に確実に支持されて正確な位置決め状態が維持されるので、砥石１３は、その位置が大きくずれることがなく、したがって、砥石１３によって被加工物Ｗに安定して孔Ｈを穿孔することができる。
しかも、レーザ光により位置ずれを検出して駆動系を制御するような高価な装置を不要とすることができ、設備費を抑えつつ高精度に深い孔Ｈを穿孔することができる。
【００３１】
また、上記のようにして被加工物Ｗに孔Ｈを形成する際には、ガイドスリーブ６の外周と加工する孔Ｈの内周との隙間から砥石１３の先端における穿孔箇所に研削液が供給されるので、砥石１３による円滑な研削が可能である。
しかも、砥石１３の先端に供給された研削液は、研削によって生じた研削物などとともに砥石１３の中心に向かって流れ、その後、砥石１３の貫通孔１６及びシャフト１０の回収流路１４を介して研削液回収手段３７により回収されるので、研削によって生じた細かい研削物が砥石１３の外周やガイドスリーブ６の外周側に回り込むようなことがなく、したがって、加工する孔Ｈの内周面側に研削物が回り込んで孔Ｈの内周面が研削物によって削れて損傷するような不具合がなく円滑な研削が可能である。
【００３２】
なお、上記実施形態において、研削液回収手段１９により回収された研削液は、廃棄しても良いが、フィルタ等を通して循環させて再度研削液供給手段３７から供給しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る穿孔装置の実施形態の例を示す概略側面図である。
【図２】図１のガイドスリーブの断面を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  穿孔装置
２  スライドユニット（移動手段）
６  ガイドスリーブ（穿孔治具）
１０  シャフト（回転軸）
１１，１２  軸受
１３  砥石
１４  回収流路
１５  横穴
１６  貫通孔
１７  排出用液溜空間
１８  研削液排出口
１９  研削液回収手段
３２  供給用液溜空間部
３３  供給流路
３４  研削液供給口
３７  研削液供給手段
Ｈ  孔
Ｗ  被加工物
【図１】
2007130835.tif 000003
【図２】
2007130835.tif 000004