JP2005246818A

JP2005246818A - 脆性材料の孔開け加工方法及び装置

Info

Publication number: JP2005246818A
Application number: JP2004061561A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Ichinoseki; 共一一ノ関
Original assignee: Okamoto Glass Co Ltd
Current assignee: Okamoto Glass Co Ltd
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】簡易且つ比較的低いコストで高品質の孔開け加工が可能な方法を提供すること。また、クラックの無い加工孔を有する高品質な製品を提供すること。
【解決手段】本発明においては、被加工材の第１の方向から円錐状の窪みを形成する工程と；前記第１の方向と概ね同一軸上で逆の第２の方向から円筒状ビットを切り込む工程とを含む。そして、前記円形孔の径は前記窪みの最大内径より小さく、当該窪みの斜面に切り込むように形成される。
本発明の他の態様においては、脆性材料を加工してなる製品において、前記脆性材料に形成された円筒状の孔と；前記孔と略同一軸上に形成され、小径側が前記孔に連結する円錐台状の窪みとを備え、前記孔と前記窪みとによって貫通孔が形成される構造とする。好ましくは、前記窪みの頂角を９０度以下に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、硝子等の脆性材料の孔開け加工方法、装置及び加工された製品に関する。

脆性材料の片面からダイヤモンドビットなどによって孔開け加工を行うと、ビットが裏面に近づいた時に、ビット先端の角に接する被削材の部分に引張り応力が作用する。この応力が被削材強度を超えるとクラックを生じる。クラックは、ビット軸に対し約４５°の方向に進展し、ビット直径より大きな直径の欠けを生じる。孔開け速度が速いと応力も大きくなり、クラックは横方向に進展しやすくなる。そこで、孔開け終了近くで孔開け速度を遅くし、割れの拡大を防ぐことが考えられる。ところで、孔底付近の割れは、ビットの角に接する部分から進展するため、孔開け軸から４５°方向に進展しやすい。本発明者の研究によると、ビットの孔底から裏面までの距離が、０．５〜０．７５ｍｍ位の時に角からクラックが発生することがわかった。

従来、脆性材料の孔底付近でのクラックの発生を防止するため、被加工材料の上下から同口径のコアビットを使用して孔開けを行っていた。あるいは、目的の孔径より小さい孔を開け、ビット側面での研削により孔径を拡大する方法がある。

他の脆性材料の孔開け方法としては、特開平７−１００７９６号公報に開示されたものがある。この方法では、ダイス孔を有するダイスと、ダイス孔と略同径のポンチ孔が形成された押え板とを用いて所定の圧縮力で脆性材料板をその両面から挟んだ状態で、ポンチ孔に収容されたポンチをダイス孔に向けて押付けることにより、脆性材料板に貫通孔を形成する。
特開平７−１００７９６号公報

しかしながら、被削材の上下両方向からコアビットで孔開けを行う場合、２本のビット中心のずれにより、孔内部で段差や、クラックを生ずることがあった。

一方、小径の孔開け後、研削により孔径を拡大する場合は、ビットの剛性を高める必要があり、高価な電着ダイヤモンド工具を使用する必要があった。すなわち、安価なメタルボンドダイヤモンド工具を使用することが難しかった。

本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、簡易且つ比較的低いコストで高品質の孔開け加工が可能な方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、クラックの無い加工孔を有する高品質な製品を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明においては、被加工材の第１の方向から円錐状の窪みを形成する工程と；前記第１の方向と概ね同一軸上で逆の第２の方向から円筒状ビットを切り込む工程とを含む。そして、前記円形孔の径は前記窪みの最大内径より小さく、当該窪みの斜面に切り込むように形成される。好ましくは、前記窪みの頂角を９０度以下に設定する。

本発明の他の態様においては、脆性材料を加工してなる製品において、前記脆性材料に形成された円筒状の孔と；前記孔と略同一軸上に形成され、小径側が前記孔に連結する円錐台状の窪みとを備え、前記孔と前記窪みとによって貫通孔が形成される構造とする。この場合にも、好ましくは、前記窪みの頂角を９０度以下に設定する。

以上のような構成の本発明によれば、簡易且つ比較的低いコストで高品質の孔開けが可能となる。すなわち、円孔を窪みの斜面に切り込むように形成するため、孔内部で段差やクラックを生ずることがない。また、高価な電着ダイヤモンド工具を使用して研削により孔径を拡大する工程を必要とせず、安価なメタルボンドダイヤモンドビットを使用することができる。更に、従来多く発生していた出口付近でのクラックについても、極めて効果的に抑制できる。これは、ビットのコーナー部に接する被削材に作用する引張り応力が減少するためと考えられる。このため、裏面付近で切削速度を減少することなく、クラック発生の無い孔開け加工が可能となる。

図１は、本発明の第１実施例に係る加工方法を示す断面模式図である。本実施例においては、脆性材料（被加工材）１０に直径３ｍｍ程度の貫通孔を形成する。孔開けには、円筒形のダイヤモンドコアビット１４を使用する。尚、符号１６はビットシャンクである。本発明の対象となる脆性材料としては、ガラス、結晶化ガラス、石英ガラスなどのガラス材料；アルミナ、シリコンカーバイトなどの各種セラミックス；モリブデンシリサイドなどの金属間化合物；グラッシーカーボン、シリコンなどの半導体材料等がある。

被加工材１０の底面には円錐状の窪み１８が予め形成されている。窪み１８の径Ｄはコアビット１４の径よりも大きくしてある。円筒ビット１４は、窪み１８と概ね同軸の表面方向から進行し、窪み１８の斜面に切り込むようになっている。好ましくは、窪み１８の頂角θを９０度以下にする。窪み１８の形成方法としては、被加工材１０の素材成型時（成型加工時）に予め形成する方法と、円錐ビットを用いて形成する方法を採用することができる。

なお、本実施例を完成品の構造的として見ると、脆性材料に形成された円筒状の孔と；円筒孔と略同一軸上に形成され、小径側が円筒孔に連結する円錐台状の窪み１８とを備え、円筒孔と窪み１８とによって貫通孔が形成されると言うことができる。そして、窪み１８を形成する円錐台の小径側を仮想的に延長した場合の頂角が９０度以下であることが好ましい。

図２は、本発明の作用・効果を説明するためのグラフであり、窪みの頂角θと割れの発生の関係を示す。図において、「円錐頂角」とは窪み１８の頂角θを示す。図示のように、窪み１８の頂角θの１／２が４５°（頂角θが９０°）では、円筒ビット１４と被加工材１０との接触面積は、底面が平らな場合のほぼ１/２〜２／３となる。その結果、底面に加わる荷重も減少し、円筒ビット１４の角に接する部分に生ずる引張り応力も低減される。更に、窪み１８の頂角θを減少するにつれ、円筒ビット１４と被加工材１０との接触面積も減少する。

被加工材１０の成型時に頂角が９０°の窪み１８を成形した場合、円筒ビット１４によって孔開け加工を行うと、クラックが発生するケースと発生しないケースがあった。一方、被加工材１０の成型時に頂角が９０°より小さい窪み１８を成形した場合には、クラックが発生しなかった。なお、被加工材１０の成型時（ガラス成型時）に窪み１８を成形した場合と、三角錐ビットを用いて窪み１８を成形した場合とで類似の結果が得られた。窪み１８の頂角θが９０°未満の場合には、引張り応力の低減により、クラックが生じなくなることが分かった。

図３は、本発明に係る加工機の構造を示す断面模式図である。この加工機では、被加工材１０をテーブル２０上に置き、クランプ２２及びストッパ２４によって固定する。テーブル２０には、孔開け位置に開口が形成されており、３．０φのダイヤモンドコアビット１４が直上に位置する。また、被加工材１０の裏面の対向位置には３．６φの三角錐ビット２６が配置されている。ダイヤモンドコアビット１４と、三角錐ビット２６のスピンドル中心は一致している。

上記のような構造の加工機において、上下のスピンドルの中心を合わせた後、被加工材１０の裏面から頂角θが６０°の三角錐ビット２６を用い、注水しながら３．６φの窪み１８を加工する。窪み１８の形成後、三角錐ビット２６が後退したら、直ちに上方のダイヤモンドコアビット１４が注水しつつ円錐窪み１８の斜面に切り込むように、孔開けを開始する。これにより、クラックの発生なく連続して孔開けを行うことができた。ダイヤモンドコアビット１４としては、軸注水タイプを使用した。

図４は、本発明の他の実施例に係るビット先端形状を示す模式図である。図２に示すように、窪み１８の頂角θの１／２が４５°（頂角θが９０°）で、円筒ビット１４の角が直角なものを使用した場合は、クラックの生じる確立は５０％位であった。これに対し、図４（Ａ）に示すように、円筒ビット１１４のコーナーが１．５Ｒに丸めた場合や、同図（Ｂ）に示すように、円筒ビット２１４の先端（コーナー）がビット底面と６０°をなす場合には、割れが発生しなかった。このような結果から、円筒ビットの底面角部を丸めたり、面取りすることにより、本発明の効果が更に顕著となることがわかる。

上述した実施例においては、円筒ビット（１４，１１４，２１４）としてダイヤモンドコアビットを使用したが、これ以外にガラス孔開け用の超硬錐を使用することも可能である。この場合にも、ダイヤモンドコアビットを使用した場合と同様の効果が認められた。

本発明の第１実施例に係る加工方法を示す断面模式図である。本発明の作用・効果を説明するためのグラフであり、窪みの頂角と割れの発生の関係を示す。本発明に係る加工機の構造を示す断面模式図である。本発明の他の実施例に係るビット先端形状を示す模式図である。

符号の説明

１０被加工材
１４，１１４，２１４円筒ビット
１８円錐状の窪み
θ 窪みの頂角

Claims

脆性材料の所定位置に孔開け加工を施す方法において、
被加工材の第１の方向から円錐状の窪みを形成する工程と；
前記第１の方向と概ね同一軸上で逆の第２の方向から円筒状ビットを切り込む工程とを含み、
前記円形孔の径は前記窪みの最大内径より小さく、当該窪みの斜面に切り込むように形成されることを特徴とする脆性材料の孔開け加工方法。
前記窪みの頂角が９０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記窪みは、前記被加工材の素材成型時に予め形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工方法。
前記窪みは、三角錐ビットを用いた切削加工によって形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工方法。
前記円形孔を形成するのに、少なくとも先端の角部が丸められ又は、面取りされているビットを使用することを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の加工方法。
前記請求項１，２，３，４又は５に記載の加工方法を用いて製造されることを特徴とするガラス又は結晶化ガラス製品。
前記請求項１に記載の方法を実行する加工機であり、
前記窪みを形成する三角錐ビットと；
前記円形孔を形成する円筒形ビットと；
前記被加工材を固定する固定手段とを備えたことを特徴とする加工機。
前記円筒形ビットの少なくとも先端の角部が丸められ又は、面取りされていることを特徴とする請求項７に記載の加工機。
脆性材料を加工してなる製品において、
前記脆性材料に形成された円筒状の孔と；
前記孔と略同一軸上に形成され、小径側が前記孔に連結する円錐台状の窪みとを備え、
前記孔と前記窪みとによって貫通孔が形成されることを特徴とする製品。
前記窪みを形成する円錐台の小径側を仮想的に延長した場合の頂角が９０度以下であることを特徴とする請求項９に記載の製品。