(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク表面への垂直線に対し所定角度傾斜しているとともにワーク裏面への垂直線に対し所定角度傾斜した切削予定線に、ドリルの回転軸線を一致させるようにして所定の送りピッチで送りながら前記ワークに微細孔を貫通して設ける傾斜微細孔加工方法において、前記ドリルの径と略同サイズの内径を有し前記ドリルの先端部を保持して前記回転軸線の遠心方向への遊動を規制するガイド孔を、エンドミルを用いて中心軸線が前記切削予定線に一致するように前記ワーク表面から略円柱状に切削して設け、次いで前記ガイド孔に前記ドリルの先端部を挿入しドリル切削工程を開始して、穴開け加工のアプローチ工程で前記ガイド孔により前記ドリルの切削位置・切削方向をガイドして前記切削予定線に一致させるものとし、その後、前記ドリルの先端側一部分が前記ワーク裏面に露出する直前から前記ドリルの先端部が完全に貫通するまでの範囲を、前記ドリルの送り動作なしに所定数回転させてから所定距離を回転させながら送る動作を複数回繰り返すプロファイル加工を実施することを特徴とする、傾斜微細孔加工方法。
【請求項２】
前記プロファイル加工は、前記送り動作のない回転が各々１乃至２回転であり、前記回転させながら送る距離が各々０．５μｍ乃至１．５μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載した傾斜微細孔加工方法。
【請求項３】
前記ドリル切削工程の際に、前記ワーク内に前記ドリルを所定距離送り込む度に、前記ドリルを引き抜いて新しいものに交換してから作業を続行する、ことを特徴とする請求項１または２に記載した傾斜微細孔加工方法。
【請求項４】
前記ドリル切削工程におけるドリル回転速度は、７５００ｒｐｍ乃至１２５００ｒｐｍとされ、前記送りピッチが前記ワークの素材硬度と前記ドリルの径に応じて１．０μｍ乃至６．０μｍの範囲で選択されたことを特徴とする請求項１，２または３に記載した傾斜微細孔加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜微細孔加工方法に関し、殊に、金属やセラミックスなど比較的硬度の高い素材からなるワークに、所定の傾きを有した微細孔を設けるための傾斜微細孔加工方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
近年、被加工材料であるワークに、微細孔（直径０．３ｍｍ未満の孔）を設ける技術が普及しており、半導体基盤の細孔や医療器の孔を穿設する場合等に用いられている。例えば、特開平１０―２８６７０８号公報にはワークに対するドリルの切り込み方向に平行する向きで低周波振動をドリルに印加することにより、直径数十μｍ程度の微細孔を比較的短時間で設ける方法及び装置が記載されている。
【０００３】
このような技術を用いることにより、微細孔を高精度に効率よくワークに設けることが可能になる。また、細く折損しやすいドリルを用いてより深く微細孔を設けるために、ドリルを所定量送り込む度にこれを一端ワークから引き抜く手順を繰り返すことで、切り粉（切削屑）を外部に排出しドリルの刃詰まりによる抵抗の増大・切削不良の発生を回避しながら、切込み能力の維持をはかっている。
【０００４】
しかし、斯かる技術を実施するには、加工用ヘッドを昇降させる送り手段に送り方向と平行な低周波振動を与える振動発生手段を設けた専用の穴開け装置が必要となる。このことにより、一般的な装置をそのまま流用することができないことから新たな設備投資が必要となって、コストの高騰を招く結果となる。
【０００５】
また、この加工方法は、基本的にワーク表面に対し垂直に微細孔を設ける場合を想定したものであり、加工面の垂直線に対し所定角度以上傾斜した微細孔を比較的硬質のワークに設ける場合には、ワーク表面にドリル先端が傾斜して当接する切り込み初期段階で遠心方向に弱いドリルが撓み、先端がずれたり折損したりする。そのため、作業効率が著しく低下するとともに得られた微細孔の形状精度及び位置精度が極端に低下して、期待した作業結果を得られないケースが多い。
【０００６】
この問題に対し、特開２００３−２６０６１１号公報には、先端が半球状、または加工面に対する傾斜角の２倍の頂角に設定したドリルを用いて、ワークに予備加工穴を設けることによりその後のドリル切削時において、位置決め精度よく傾斜孔を設けることを可能とした傾斜孔の加工方法が提案されている。
【０００７】
しかしながら、この加工方法による予備加工穴は、ドリル回転軸線が切削予定線から遠心方向に遊動しないようにドリル先端部を保持するものではなく、単にドリル回転軸に対する垂直面をワーク表面に形成しただけのものである。そのため、僅かな力で湾曲・折損する微細孔用の極細ドリルを用いて硬質のワークに傾斜微細孔を設ける場合には、僅かな誤差でもドリル折損のトラブルが多発してしまう。また、この場合にドリル先端の僅かなズレが加工精度の著しい低下に繋がることから、精密な傾斜微細孔を設ける手段としては不充分である。
【０００８】
さらに、既存の加工方法を用いて傾斜微細孔を設ける技術に共通して、図９（Ａ）の拡大した縦断面部分図に示すように、ワーク１の裏面までドリル３０を貫通させる場合に、ドリル３０先端側一部分が裏面に露出する時点でその露出位置の反対側にドリル３０の先端で受面１００が形成されるため、ドリル３０先端部が抵抗の少ない方に向かって受面１００上を滑ることなり、ドリル３０自体が湾曲して切削予定線Ｘに対してズレが生じてしまう。
【０００９】
そのため、図９（Ｂ）に示すようにドリル３０の先端が矢印方向にぶれながら貫通動作に伴ない途中で折損するトラブルが多発する。また、ドリル３０先端部が裏面まで貫通することにより、開口部の縁にめくれ１０１や亀裂を形成するとともに微細孔１０自体も出口部分で湾曲するため、その仕上がり形状精度が極端に悪化することになる。
【特許文献１】特開平１０―２８６７０８号公報
【特許文献２】特開２００３−２６０６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、比較的硬質の素材からなるワークに所定角度傾斜した微細孔を貫通して設けるための傾斜微細孔加工方法について、微細孔をより大きな傾斜角でより深く穿設可能としながら、その形状精度及び位置精度を高いレベルで達成できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明は、ワーク表面への垂直線に対し所定角度傾斜しているとともにワーク裏面への垂直線に対し所定角度傾斜した切削予定線に、ドリルの回転軸線を一致させるようにして所定の送りピッチで送りながらワークに微細孔を貫通して設ける傾斜微細孔加工方法において、ドリルの径と略同サイズの内径を有しドリルの先端部を保持してその回転軸線の遠心方向への遊動を規制するガイド孔を、エンドミルを用いて中心軸線が切削予定線に一致するようにワーク表面から略円柱状に切削して設け、次いでこのガイド孔にドリルの先端部を挿入しドリル切削工程を開始して、穴開け加工のアプローチ工程でガイド孔によりドリルの切削位置・切削方向をガイドして切削予定線に一致させるものとし、その後、前記ドリルの先端側一部分がワーク裏面に露出する直前からドリルの先端部が完全に貫通するまでの範囲を、ドリルの送り動作なしに所定数回転させてから所定距離を回転させながら送る動作を複数回繰り返す、プロファイル加工を実施することを特徴とするものとした。
【００１２】
即ち、比較的硬質のワークに微細孔用の極細ドリルを用いて傾斜微細孔を貫通して設ける際に、センタードリルで予備加工穴を設ける場合は、傾斜角が大きいとドリル先端がワークの傾斜面に食い込まずに滑って湾曲したりズレ動いたりして正確に予備加工穴を設けることが困難であり、且つ、ドリルを予備加工穴の底面に当接してもその先端が保持されずに回転軸線が正しい位置・方向にガイドされにくかったのに対し、上述のようにエンドミルでガイド孔を設ける場合は、エンドミルの回転軸線に対し切削面が垂直であるため、大きく傾斜したワーク面でも滑りにくく正確な位置・角度・深さで円柱状に穿設することが可能となり、挿入されたドリル先端部がガイド孔内で遊動を規制されて正確な位置・方向にガイドされるため、誤差やトラブルの発生しやすい穴開け作業初期段階において、精度の高い切削を行えるようになる。これに加えて、切削予定線に対し垂直線が傾斜したワーク裏面にドリル先端側が貫通する際に、プロファイル加工を実施することでドリル折損や開口部の変形を有効に回避できるものとなる。
【００１３】
この場合、そのプロファイル加工は、送り動作のない回転が各々１乃至２回転であり、回転させながら送る距離が各々０．５μｍ乃至１．５μｍであるものとすれば、微細孔の傾斜レベルに応じて裏側開口部の形状精度を確保しやすいものとなる。
【００１４】
さらに、上述した傾斜微細孔加工方法において、ドリル切削工程の際に、ワーク内にドリルを所定距離送り込む度に、ドリルを引き抜いて新しいものに交換してから作業を続行することを特徴とするものとすれば、切り粉がドリル刃に詰まることによる切削能力の低下を、ドリルの引き抜きで切り粉を排出するとともに刃の摩耗に応じて新しいドリルに替えることで、切削能力を高レベルで維持することができ、より深い切削を実施できるものとなる。
【００１５】
さらにまた、上述した傾斜微細孔加工方法において、そのドリル切削工程におけるドリル回転速度を７５００ｒｐｍ乃至１２５００ｒｐｍとし、その送りピッチをワークの素材硬度とドリル径に応じて１．０μｍ乃至６．０μｍの範囲で選択したものとすれば、所定の作業効率を確保しながらドリルの破損トラブルを回避しやすいものとなる。
【発明の効果】
【００１６】
ドリル切削工程の前段階でドリル先端部を保持して切削位置・切削方向をガイドするためのガイド孔をエンドミルで設けるものとした本発明によると、微細孔をより大きな傾斜角でより深く穿設可能としながら、その形状精度及び位置精度を高いレベルで達成することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。  
【００１８】
図１乃至図４は、本発明における実施の形態である傾斜微細孔加工方法の手順を説明するための縦断面図を示している。図１を参照して、本実施の形態の傾斜微細孔加工方法は、ステンレス鋼やセラミックスなどの比較的硬質の素材からなるワーク１に、直径０．３ｍｍ未満、特に０．１ｍｍ以下の微細孔を、ワーク１表面への垂直線に対し０°〜４５°、特に４０°〜４５°の範囲の傾斜角θで、径ｄ×５以上の孔長ｇの深さで切削予定線Ｘに沿って穿設する場合に有用性が高いものであり、得られる微細孔１０の形状精度が予定孔径±５％の公差範囲に収まる精度を達成することを目標としている。
【００１９】
その工程における特徴は、ドリル３０ａによる穴開け工程初期導入段階（アプローチ工程）において、ドリル回転軸線を遠心方向に遊動しないように規制して切削位置・切削方向をガイドさせるための径ｄと略同サイズのガイド孔１０ａを、エンドミル２を用いて略円柱状に穿設してからドリル切削を行う点にある。この場合、ガイド孔１０ａが径ｄよりも大径であると内部でドリル３０ａが遊動してドリル３０ａの切削位置・切削方向に誤差が生じやすいとともに微細孔の開口部が当初から拡大されて孔径精度の低下を招き、径ｄよりも小径であると傾斜角度が大きい場合にドリル先端が滑りやすくなり正しい位置に保持されにくいものとなる。
【００２０】
また、この特徴に加えて、ドリル切削工程で送り量ｃ毎にドリルを３０ａから３０ｂ、３０ｃと新しいものに交換する点、微細孔１０をワーク１の裏面まで貫通して設ける場合に、ドリル３０ｃ先端側一部分が裏面に露出する直前から先端部が完全に貫通するまでの範囲で、所謂プロファイル加工を実施する点も特徴部分となっている。
【００２１】
尚、以下の各工程において、切削時に適当な切削油（マシン油）を用いること、及び、微細孔の両開口部のバリ取り・研磨等の仕上げ加工を施す点は、従来技術とほぼ同様であるため詳細な説明は省略する。また、ワーク固定手段、モータ、加工ヘッド、送り手段等を有する穴開け装置の構成・機能についても、一般的な装置をそのまま使用可能であることから、その詳細な説明を省略するものとする。
【００２２】
先ず、図２，図３を参照しながらアプローチ工程について説明する。ワーク１が水平面に対し例えば４０°〜４５°の比較的大きな傾斜角θでワーク固定手段により支持・固定され、その垂直線に対し傾斜角θを有する切削予定線Ｘに沿って微細孔１０を設ける加工方法において、アプローチ工程は切削作業における初期段階において行われる。この場合、穿設に使用するドリルの径ｄと基本的に同サイズの径を有するエンドミル２を用いて、切削予定線Ｘに沿って略円柱状のガイド孔１０ａを所定の深さｂで穿設することが好ましい。即ち、ドリル径ｄ（＝ガイド孔の径）よりも小径のエンドミルを用いてガイド孔のサイズまで孔径を拡大して設けることは可能だが、余分な手間と時間を要するからである。
【００２３】
このエンドミル２によるガイド孔１０ａの穿設においては、その径、ワーク１の硬度、傾斜角θの大きさに応じて回転速度及び送りピッチを適宜設定するが、例えば送りピッチはエンドミル２の破損を回避しながら所定の作業効率を確保する観点で、ワーク１がステンレス鋼で傾斜角が４０°〜４５°の場合に通常１．０μｍ程度が適当である。
【００２４】
図３（Ａ），（Ｂ）の拡大部分図を参照して、エンドミル２により穿設するガイド孔１０ａの深さｂは、ドリル３０ａ先端部を挿入した場合にその外周面の下端線３１０付近でガイド孔１０ａの内周面に接する部分（弧）の長さが、図３（Ｃ）の平面図に示すようにドリル３０ａ外周の５０％を超えて、斜線で示すドリル３０ａ横断面のうち範囲Ｙを内周面で保持可能な略円柱状の孔を形成させる深さとする。
【００２５】
これにより、ドリル３０ａが駆動した場合に回転軸線が遠心方向に遊動しないように規制されて固定されるものとなる。即ち、従来例において傾斜微細孔を穿設するのにセンタードリルで予備加工穴を設ける際、ワークの素材硬度が高かったり傾斜角が大きかったりするとドリルが傾斜面で滑って撓んだり折損したりするため、ワーク表面に対し垂直方向に設けざるを得ず、しかも浅い穴となるためにその後の切削において正しい切削位置・方向にドリルをガイドすることが困難であったのに対し、本実施の形態において円柱状のガイド孔１０ａを深さｂで設けたことで、ドリル３０ａによる穴開け作業工程初期段階において、ドリルの切削位置・切削方向が正しくガイドされて精度の高い切削作業の実施を可能としたものである。
【００２６】
次に、再度図１を参照しながらドリル３０ａ，３０ｂ，３０ｃによる切削工程についてさらに詳細に説明すると、この切削工程ではドリル径とワーク１の素材硬度に応じてドリル回転速度を７５００ｒｐｍ乃至１２５００ｒｐｍの範囲に設定しながら、送りピッチを１．０μｍ乃至６．０μｍの範囲で設定して送り動作を繰り返す。これにより、所定レベルの作業効率を確保しながらドリルの破損を回避して、精度高く微細孔を穿設できるようになる。また、これに加えて、切り粉による刃詰まりと刃先の摩耗状況に応じて設定された所定の送り量ｃ毎に、ドリルを抜いて新しいものに取り替える手順を有している。
【００２７】
即ち、最初のドリル３０ａを送り量ｃ送って切削した段階で、これを抜いて新しいドリル３０ｂに取り替える。このドリル３０ｂでさらに送り量ｃ送って切削してから、同様に新しいドリル３０ｃに取り替えて、さらに送り量ｃ送って切削することにより微細孔１０が貫通する。このような手順を採用したことで、ドリルを抜く度に刃の間に詰まった切り粉が外部に排出され、切削抵抗を軽減させた状態にして作業効率を高めることが可能となる。また、新しいドリルに替えることで刃が摩耗・高温化して切削機能が低下した状態も同時に解消することができ、より細いドリルでより深い微細孔を効率的に設けられるようになる。
【００２８】
図４を参照しながら穴開け工程の最終段階であるプロファイル工程について説明する。従来の傾斜微細孔加工方法においては、傾斜した微細孔をワーク１の裏面まで貫通して設ける場合に、図９に示したようにドリル３０先端部が裏面に突出する直前に、当たり面１００の上を先端の傾斜面（切削面）が滑って抵抗の少ない方にドリル３０先端部が湾曲して折損しやすくなるとともに、開口部が変形・破断して孔の形状精度が極端に低下するトラブルを生じていた。
【００２９】
そこで、本実施の形態においては、図４に示すようにドリル３０ｃ先端側一部分（角部分）がワーク１裏面に露出する直前からドリル３０ｃ先端部が完全に貫通するまでの幅ｆの範囲を、ドリル３０ｃの送り動作なしに所定数回転させた後、所定距離を回転させながら送る動作を複数回繰り返す、所謂プロファイル加工の工程を実施するものとした。
【００３０】
例えば、ワーク１がステンレス鋼等の比較的硬度が高い素材で微細孔の傾斜角θが４０°以上と比較的大きな場合に、径０．１０ｍｍ以下のドリル３０ｃを１００００ｒｐｍ程度の回転速度でワーク１裏面まで貫通させる際に、プロファイル加工による幅ｆは、ドリル径ｄの１．０〜１．５倍程度となる。
【００３１】
そして、このプロファイル加工における送り動作なしの回転は、通常１〜２回転が適当であり、回転させながら送るピッチは通常１．０μｍ程度が適当なものとなる。これは、送り動作なしの回転が２回を超えると刃の切れが悪くなりやすく、送りピッチがこれを超えるとドリル３０ｃが湾曲・破折しやすくなるからである。
【００３２】
上述した工程は、一般的な穴開け装置をそのまま用いて実施できることから、専用の装置を新たに導入する必要がないものである。また、その工程において過大な手間と時間を要しないことから、コストを過分に高騰させることなく実施することができる。そして、本実施の形態の傾斜微細孔加工方法を実施することにより、特別な熟練を要することなく比較的硬質のワークに対し、より大きな傾斜角でより細い微細孔をより深く設けることができ、孔の形状精度及び位置精度を高いレベルで達成することが可能となるものである。
【実施例１】
【００３３】
以下に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。図５は本実施例における傾斜微細孔加工方法の手順を説明するための縦断面図である。図から分かるように、本実施例は前述した実施の形態の内容を具体的に実施するものであり、作業手順の構成は同一である。そして、これにより得られた孔の精度について、外観写真から微細孔の配置状態を確認するとともに微細孔開口部の顕微鏡写真から各孔径を測定して検討した。
【００３４】
（実施内容）
a.被加工材料（ワーク１）  素材：ＳＵＳ  ＳＫ５、硬度：ＨＲＡ５０以上、厚さ：０．４ｍｍ  b.作業目標（微細孔１０）  孔形状：径（ｄ）０．１００ｍｍ×孔長（ｇ）０．５６６ｍｍ×８個（円形配置）、傾斜角度：４５°、精度：予定孔径に対する公差５％以内  c.ドリル（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）  直径：０．１０ｍｍ、刃長：０．８ｍｍ、製品名：マイクロドリル  ＮＳＭＤ、日進工具社製、エフエーシステム社販売  d.エンドミル（２）  直径：０．１０ｍｍ、刃長：０．５ｍｍ、製品名：ＮＳＭＥ  ２３０、日進工具社製、エフエーシステム社販売  e.アプローチ工程（エンドミル切削部分）  回転速度：１００００ｒｐｍ、送りピッチ：１．０μｍ、深さ（ｂ）：０．０２５ｍｍ、傾斜角度：４５°、使用装置：ＭＡＫＩＮＯ  Ｖ２２  f.切削工程  回転速度：１００００ｒｐｍ、送りピッチ：１．０μｍ、送り量ｃ：０．２００ｍｍ（ｃ×３＝０．６００ｍｍ）、傾斜角度：４５°、プロファイル加工：（２回転＋送り幅１．０μｍ）×１２０回（幅ｆ、０．１２０ｍｍ）、切削油：不揮発油、製品名：ユシロンカットアーバスＢＭ４０５、使用装置：ＭＡＫＩＮＯ  Ｖ２２  
【００３５】
（結果）
総ての微細孔（８個）で貫通が確認され、図６の微細孔表側開口部の顕微鏡写真、及び図７の微細孔裏側開口部の顕微鏡写真に示すように、各々比較的良好な孔の形状精度が得られた。また、孔の精度も図８のグラフに示すように実測した孔径から総て公差±０．００５ｍｍ（５％）以内を達成した。
【００３６】
尚、上述した実施例において微細孔の傾斜角は４５°で実施したが、本発明はこの範囲に限定されるものではなく、ドリル径とワークの硬度、孔長等の条件等に応じて、この傾斜角よりも小さい場合は当然のことながら、傾斜角が大きい状況においても実施可能な場合もあり、それぞれ上述した効果が期待できるものである。
【００３７】
以上、述べたように、比較的硬質のワークに微細孔を所定の傾斜角で貫通して設けるための傾斜微細孔加工方法について、本発明により、微細孔をより大きな傾斜でより深く穿設可能としながら、孔の形状精度及び位置精度を高いレベルで達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明における実施の形態の傾斜微細孔加工方法の手順を説明するための縦断面図。
【図２】図１の手順におけるアプローチ工程を説明するための縦断面図。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は図２のアプローチ工程の詳細を説明するための拡大した縦断面図、（Ｃ）は（Ａ）のガイド孔の平面図。
【図４】図１の手順におけるプロファイル加工を説明するための拡大した縦断面図。
【図５】実施例１による手順を説明するための縦断面図。
【図６】実施例１により得られた微細孔の表側顕微鏡写真。
【図７】実施例１により得られた微細孔の裏側顕微鏡写真。
【図８】実施例１により得られた微細孔の表側開口部と裏側開口部の孔径測定結果を示すグラフ。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来例を説明するための縦断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１  ワーク、２  エンドミル、１０  微細孔、１０ａ  ガイド孔、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  ドリル
【要約】
【課題】比較的硬質の素材からなるワークに所定角度傾斜した微細孔を設けるための傾斜微細孔加工方法について、微細孔をより大きな傾斜角でより深く穿設可能としながら、その形状精度及び位置精度を高いレベルで達成できるようにする。
【解決手段】ワーク１表面への垂直線に対し所定角度傾斜した切削予定線Ｘに、ドリル回転軸線を一致させて所定の送りピッチで送りながら微細孔を穿設する傾斜微細孔加工方法において、ドリル径ｄと略同サイズの内径を有しドリル先端部を保持して回転軸線の遠心方向への遊動を規制するガイド孔１０ａを、エンドミル２を用いて中心軸線が切削予定線Ｘに一致するようにワーク１表面から略円柱状に切削して設け、次いでガイド孔１０ａにドリル３０ａ先端部を挿入しドリル切削工程を開始するものとして、穴開け加工のアプローチ工程でガイド１０ａ孔によりドリルの切削位置・切削方向をガイドして切削予定線Ｘに一致させるものとした。
【選択図】図１【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８】
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【図９】
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【図６】
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【図７】
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