JP2003305716A - 脆性材料用孔明け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般的な小型工作機械又はドリルマシンと同
様仕様で、特殊な制御を行なわずにチッピング等の発生
を防止しつつ、短時間で脆性材料に孔明けをすることが
できる安価な脆性材料用孔明け装置を提供する。 【解決手段】 脆性材料でなる被加工部材３を所定液体
４中に沈めて固定する穿孔加工槽５と、この穿孔加工槽
５に対し液体４の供給、排出を行なう液体循環部６と、
穿孔加工槽５の上方に位置し、被加工部材３の穿孔加工
を行なうと共に液体循環部６から液体４を穿孔加工槽５
に供給するクーラントスルータイプの穿孔加工部２と、
この穿孔加工部２に、液体４を通流させる軸方向の中空
部分１１を有し下端部に研削部位１２を備えて設けられ
たドリル９と、このドリル９の研削部位１２の上方位置
外面に、中空部分に連通して下方向に開口するよう形成
された液体４の排出を行なう複数の１４とを具備するよ
う構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の脆性材
料、例えば照明機器や光学機器用のガラス部品の孔明け
加工に好適する脆性材料用孔明け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、脆性材料に孔明けを行なう場合に
は、例えば特開平１０−２０２６４７号公報や特開平１
０−２０２６４８号公報に示されるように、高周波振動
を付加したダイヤモンドコアドリルによって、被加工部
材である二酸化ジルコニウムセラミックス、ケイ素単結
晶に孔明け加工することが知られている。しかし、この
ような高周波振動を付加したダイヤモンドコアドリルに
よる孔明け加工を行なうには、専用の特殊の加工装置を
必要とし、多品種少量の加工を行なう場合には加工コス
トが高額となってしまい、加工コスト低減の面から、よ
り安価な装置の実現が望まれている。

【０００３】また、このような高周波振動を付加したド
リルによる孔明け加工以外には、チッピングを防ぎつ
つ、できるだけ短時間に孔明けが行なえるようダイヤモ
ンドコアドリルの内部に水または水性切削液を通した
り、外部から穿孔部分に水または水性切削液を注ぎ、冷
却及び切粉の除去を行なっている。

【０００４】しかしながら、上記のような加工では、被
加工部材から見て主軸の反対側、すなわちダイヤモンド
コアドリルの抜け側の面にチッピングが生じ易く、特に
ダイヤモンドコアドリルの内部に水または水性切削液を
通した場合には顕著となっている。これは孔が貫通する
直前の、被加工部材の厚さがダイヤモンドコアドリルの
切込圧力及びダイヤモンドコアドリル内部の流体の圧力
に耐えられなくなった時点で機械的強度の不足となり、
残り部分が抜けてしまうためである。

【０００５】このため、一般的な小型工作機械又はドリ
ルマシンと同様、主軸回転数５０００ｒｐｍ〜４０００
０ｒｐｍ、送り速度０．０１ｍｍ／ｓｅｃ〜２．００ｍ
ｍ／ｓｅｃで加工でき、また特殊な制御を行なわずにダ
イヤモンドコアドリル内部の水又は水性切削液などの無
用な圧力上昇を抑制し、チッピングを防ぎつつできるだ
け短時間でガラスなどの脆性材料に、例えば直径２ｍｍ
〜１０ｍｍ程度の孔が形成できる装置の実現が望まれて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
みて本発明はなされたもので、その目的とするところは
一般的な小型工作機械又はドリルマシンと同様仕様で、
特殊な制御を行なわずにチッピング等の発生を防止しつ
つ、短時間で脆性材料に孔明けをすることができる安価
な脆性材料用孔明け装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の脆性材料用孔明
け装置は、脆性材料でなる被加工部材を所定液体中に沈
めて固定する穿孔加工槽と、この穿孔加工槽に対し前記
液体の供給、排出を行なう液体循環部と、前記穿孔加工
槽の上方に位置し、前記被加工部材の穿孔加工を行なう
と共に前記液体循環部から前記液体を前記穿孔加工槽に
供給するクーラントスルータイプの穿孔加工部と、この
穿孔加工部に、前記液体を通流させる軸方向中空部を有
し下端部に研削部位を備えて設けられたドリルと、この
ドリルの研削部位の上方位置外面に、前記中空部に連通
して下方向に開口するよう形成された前記液体の排出を
行なう複数の排出口とを具備することを特徴とするもの
であり、さらに、前記排出口の形成位置を、段違いとし
たことを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を、図１
乃至図３を参照して説明する。図１は構成図であり、図
２はドリルの断面図であり、図３はドリルの変形形態を
示す断面図である。

【０００９】図１乃至図３において、１は脆性材料用の
孔明け装置で、クーラントスルータイプの穿孔加工部２
と、穿孔加工部２の下方に位置し、例えばガラス等の脆
性材料でなる厚さが約５ｍｍの被加工部材３をクーラン
トである水又は水性研削液の液体４中に固定するように
して収納し、槽中で穿孔加工を行なう穿孔加工槽５と、
穿孔加工部２から穿孔加工槽５へと装置内に液体４を循
環させる液体循環部６とを備えて構成されている。

【００１０】穿孔加工部２は、例えば図示しない支持ア
ームに上下方向に進退するよう取り付けられた主軸部７
と、主軸部７の下部に設けられたチャック部８と、チャ
ック部８の下端部分に着脱可能に取り付けられたドリル
９を備えている。また主軸部７には、図示しないが回転
軸の下端に取着されたチャック部８を回転駆動するスピ
ンドルモータ等を備えた駆動機構を内蔵しており、回転
軸を回転させることで、チャック部８に取り付けられた
ドリル９を所定回転数で回転させるようになっている。
さらに穿孔加工部２には、液体循環部６から供給された
液体４を通流させる通流路１０が、主軸部７の回転軸
内、チャック部８内を貫通するように形成されている。

【００１１】また、チャック部８に取り付けられるドリ
ル９は、軸方向の中空部分１１を有し上下端が開口する
中空状のもので、その下端部分には、外面にダイヤモン
ド砥粒が電着又はメタルボンド等によって被着されてな
る例えば長さ５ｍｍ〜７ｍｍの研削部位１２が設けられ
ている。さらに、ドリル９の上部側のシャンク１３に
は、ドリル９の下端から３０ｍｍ〜４０ｍｍの同一高さ
位置に、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの直径を有する複数、
例えば４個の排出口１４が、中空部分１１に連通すると
共に、シャンク１３の外壁面に所定角度θを持って下向
きに、かつ周方向に等間隔で開口するよう形成されてい
る。

【００１２】一方、穿孔加工部２の下方に位置する穿孔
加工槽５は、装置テーブル１５上に設けられており、穿
孔加工槽５の内底部には、保持部材１６に保持された被
加工部材３を固定するクランプ台１７が備えられてい
る。また槽壁上部の被加工部材３よりも高い位置であっ
て、かつ異なる位置には、孔明け加工を行なう際に被加
工部材３を沈み込ませる液体４の供給及び排出するため
の液体流入口１８と液体流出口１９が設けられ、槽底部
には、孔明け加工後に槽中の液体４を抜き出す液体抜出
し口２０が設けられている。なお、液体流入口１８は液
体流出口１９と同じ高さ、またはそれよりも高い位置に
設けられている。

【００１３】また、液体循環部６は、液体４を貯溜する
貯溜槽２１と、液体４を穿孔加工部２に供給する第１の
管路２２と、液体４を穿孔加工槽５に供給する第２の管
路２３と、液体４を穿孔加工中に穿孔加工槽５から貯溜
槽２１に流出させる第３の管路２４と、液体４を穿孔加
工後に穿孔加工槽５から貯溜槽２１に抜き出し回収する
第４の管路２５を備えて構成されている。

【００１４】また貯溜槽２１は、槽外壁よりも低い槽内
隔壁２６により循環槽部２７と沈殿槽部２８とに仕切ら
れており、貯溜槽２１には槽内隔壁２６よりも高い液位
となるよう液体４が貯溜されている。さらに貯溜槽２１
の循環槽部２７の液中には、第１の管路２２と第２の管
路２３の一方端が開口しており、沈殿槽部２８の液中に
は、第３の管路２４の一方端が開口している。

【００１５】また第１の管路２２は、他方端が穿孔加工
部２の主軸部７の上端に開口する通流路１０の液導入口
２９に接続されており、管路の中間部には、一方端側か
ら第１の送液ポンプ３０、液体４中の微細な異物を除去
する第１のラインフィルタ３１、第１の電磁弁３２が、
実線矢印Ｘで示す液体４の流通方向に直列に挿入されて
いる。

【００１６】また第２の管路２３は、他方端が穿孔加工
槽５の液体流入口１８に接続されており、管路の中間部
には、一方端側から第２の送液ポンプ３３、液体４中の
微細な異物を除去する第２のラインフィルタ３４、第２
の電磁弁３５が、同じく実線線矢印Ｘで示す液体４の流
通方向に直列に挿入されている。

【００１７】またさらに第３の管路２４は、他方端が穿
孔加工槽５の液体流出口１９に接続されており、管路の
中間部には、第４の管路２５の一方端が接続されてい
る。また第４の管路２５は、中間部に第３の電磁弁３６
が挿入されており、他方端が穿孔加工槽５の液体抜出し
口２０に接続されている。

【００１８】そして、図示しない制御部による制御のも
と、次のように被加工部材２に対する、例えば直径２ｍ
ｍ〜１０ｍｍ程度の所定直径の孔明け加工が実施され
る。すなわち、先ず穿孔加工槽５内のクランプ台１７に
被加工部材３を固定し、第３の電磁弁３６を閉止した
後、第２の送液ポンプ３３を作動させ、第２の電磁弁３
５を開放し、第２のラインフィルタ３４を介し第２の管
路２３を通じて貯溜槽２１の循環槽部２７から穿孔加工
槽５内に、被加工部材３が液中に沈むよう液体４を送液
する。さらに送液を続け、液体流入口１８から流入した
液体４で穿孔加工槽５が満たされ、液体流出口１９から
第３の管路２４を通じて貯溜槽２１に液体４が流れ出し
ても、さらに送液を継続する。

【００１９】続いて、駆動機構を作動させて主軸部７の
回転軸を回転させ、チャック部８にチャッキングされた
ドリル９が、例えば５０００ｒｐｍ〜４００００ｒｐｍ
の範囲の所定回転数となるようにし、また例えば０．０
１ｍｍ／ｓｅｃ〜２．００ｍｍ／ｓｅｃの範囲の所定切
込速度に設定してから主軸部７を下方向に進出させて孔
明け加工を開始する。そして、ドリル９のシャンク１３
に開口する排出口１４が、穿孔加工槽５の液体４中に入
ったのを確認した後、第１の送液ポンプ３０を作動さ
せ、次いで第１の電磁弁３２を開放し第１のラインフィ
ルタ３１を介して貯溜槽２１の循環槽部２７から液体４
を、穿孔加工部２の主軸部７に供給する。供給された液
体４は、液導入口２９を通じて通流路１０を流れ、ドリ
ル９の中空部分１１を流れる。

【００２０】その後、第１の送液ポンプ３０と第２の送
液ポンプ３３による送液を継続しながら主軸部７をさら
に下方向に進出させて、ドリル９の研削部位１２による
孔明け加工を開始すると、ドリル９の中空部分１１に液
体４が継続的に流れ、ドリル９の研削部位１２を内部か
ら冷却すると共に、被加工部材３の研削部分の冷却と研
削屑の洗い流しが行なわれる。またこの時、同時に排出
口１４から液体４が斜め下方向に噴出し、研削屑を勢い
よく周囲方向に流し出して研削屑の除去を促進する。

【００２１】また、孔明け加工が進む状況に応じてドリ
ル９の回転数や切込速度等調整し、例えば孔明け加工終
了直前には切込速度を途中研削時よりも遅くし、加工部
分でのチッピングが生じ難いようにする。なお、加工に
際して被加工部材３のクランプ台１７への固定に、当て
板を挟むようにしてより一層チッピングが生じ難いよう
にしてもよい。

【００２２】そして、孔明け加工が終了した時点で、第
１の送液ポンプ３０を停止し、次いで第１の電磁弁３２
を閉止する。また主軸部７を上方向に後退させ、原点位
置に戻り次第、第２の送液ポンプ３３を停止し、次いで
第２の電磁弁３５を閉止する。また同時に、第３の電磁
弁３６を開放し、穿孔加工槽５内部の液体４を、液体抜
出し口２０から第４の管路２５を通じ貯溜槽２１の沈殿
槽部２８に全て排出し、液体４中の研削屑等の異物を沈
殿槽部２８に沈殿させる。その後、クランプ台１７から
被加工部材３を取り外し、穿孔加工槽５内部の清掃を終
えて孔明け加工の工程を終了する。

【００２３】以上の通り構成することで、孔明け加工の
際に、ドリル９に形成した排出口１４から液体４が下向
きに噴出し、これにより、ドリル９の中空部分１１にお
ける液体４の圧力が無用に上昇するのが抑えられ、液体
４の圧力上昇によるチッピングが抑制でき、また排出口
１４からの液体４の噴出によって研削屑等が研削部分か
ら遠くに排除され、チッピングを防ぎながら短時間で孔
明け加工することが可能となって加工能率が向上する。

【００２４】なお、上記の実施形態においては、ドリル
９の下端から同一高さ位置に複数の排出口１４を形成し
たが、図３に断面図としてドリルの変形形態を示すよう
に、排出口の高さ位置に高低差を付けるようにしてもよ
い。すなわち、上記実施形態と同一部位に同符号を付し
て説明すると、ドリル９ａの上部側のシャンク１３に、
ドリル９ａの下端からの高さ寸法に寸法差Ｈを設け、段
違いとなるようにして、異なる高さ位置に排出口１４
ａ，１４ｂを、シャンク１３の外壁面に所定角度θを持
って下向き開口するように設けてもよい。

【００２５】このように、排出口１４ａ，１４ｂに高低
差を付け、段違いとなるようにすることによって、低い
方の排出口１４ａが被加工部材３の加工孔内に入ってし
まっても、高い方の排出口１４ｂによりドリル９ａ内部
の圧力上昇を軽減でき、さらに異なる高さの排出口１４
ａ，１４ｂからの液体４の噴出により水流が複数でき、
効率よく研削屑の除去が行なえる。

【００２６】なおまた、前述のものでは、それぞれ排出
口１４，１４ａ，１４ｂの形成角度を所定角度θとした
が、被加工部材３の表面に平行でなければよい。なおま
た、上記実施形態における孔明け加工工程は、手動制
御、自動制御の何れのもとで行なってもよく、駆動機構
の回転軸の駆動源についてもスピンドルモータに限ら
ず、Ｖベルト等により外部から回転を与えるタイプでも
よい。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、一般的な小型工作機械又はドリルマシンと同
様仕様で、特殊な制御を行なわずにチッピング等の発生
を防止しつつ、短時間で脆性材料に孔明けをすることが
でき、装置コストを低廉なものとすることができる等の
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す構成図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るドリルの断面図であ
る。

【図３】本発明の一実施形態に係るドリルの変形形態を
示す断面図である。

【符号の説明】

２…穿孔加工部 ３…被加工部材 ４…液体 ５…穿孔加工槽 ６…液体循環部 ９，９ａ…ドリル １１…中空部分 １２…研削部位 １４，１４ａ，１４ｂ…排出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脆性材料でなる被加工部材を所定液体中
   に沈めて固定する穿孔加工槽と、この穿孔加工槽に対し
   前記液体の供給、排出を行なう液体循環部と、前記穿孔
   加工槽の上方に位置し、前記被加工部材の穿孔加工を行
   なうと共に前記液体循環部から前記液体を前記穿孔加工
   槽に供給するクーラントスルータイプの穿孔加工部と、
   この穿孔加工部に、前記液体を通流させる軸方向中空部
   を有し下端部に研削部位を備えて設けられたドリルと、
   このドリルの研削部位の上方位置外面に、前記中空部に
   連通して下方向に開口するよう形成された前記液体の排
   出を行なう複数の排出口とを具備することを特徴とする
   脆性材料用孔明け装置。
2. 【請求項２】 前記排出口の形成位置を、段違いとした
   ことを特徴とする脆性材料用孔明け装置。