JP2006123067A - ワーク固定方法およびそれを用いた機械加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 厚みの異なる複数のワークを、簡易な構成で一定の高さに並べて固定できるワーク固定方法を提供する。
【解決手段】 ワーク固定面１１を有する整列用部材１を用意し、複数のワーク３と整列用部材１のワーク固定面１１上の融解状態の水溶性固定剤２とを密着させた後、水溶性固定剤２を凝固させることにより複数のワーク３を整列用部材１に固定する工程と、固定剤充填空間５１を有する固定台５を用意し、整列用部材１を整列用部材１に固定された複数のワーク３が固定台５における固定剤充填空間５１に位置するように配置する工程と、複数のワーク３と固定台５における固定剤充填空間５１内の溶融状態の非水溶性固定剤６とを密着させた後、非水溶性固定剤６を凝固させることにより複数のワーク３が固定された整列用部材１を固定台５に固定する工程と、水溶性固定剤２を水で溶解することにより複数のワーク３から整列用部材１を取り外す工程とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機械加工における被加工物であるワークの固定方法およびそれを用いた機械加工方法に関する。

従来より、可変コンデンサ用エレメント等のように磁石につかない複数のセラミックス製等のワークを並べて、それらを同時に研磨等の機械加工をする場合がある。このとき、個々のワークの厚みが互いに異なっていても全体として均一な研磨量が得られるようにするために、エアー引きや粘着剤を用いてワークを固定台に固定する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２４６５５５号公報

しかしながら、エアー引きによってワークを固定する方法では、エアー引きのための装置が必要となり構成が複雑になるという問題がある。

また、粘着剤を用いてワークを固定する方法では、数μｍの膜圧の接着層が固定台とワークとの界面に形成され、これが固定台に対するワークの平行度を一定に保つことを阻害するため、機械加工精度が悪くなるという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、厚みの異なる複数のワークを、簡易な構成で、一定の高さに並べて固定できるワーク固定方法およびそれを用いた機械加工方法を提供することを目的とする。

また、厚みの異なる複数のワークを、一定の高さに精度良く固定できるワーク固定方法およびそれを用いた機械加工方法を提案することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、厚みの異なる複数のワーク（３）の一方の端面（３１）を同一平面上に揃えるためのワーク固定面（１１）を有する整列用部材（１）を用意し、複数のワーク（３）と、整列用部材（１）のワーク固定面（１１）上の融解状態の水溶性固定剤（２）とを密着させ、しかる後、水溶性固定剤（２）を凝固させることにより、複数のワーク（３）を整列用部材（１）に固定する工程と、非水溶性固定剤（６）を充填可能な固定剤充填空間（５１）を有する固定台（５）を用意し、整列用部材（１）を、整列用部材（１）に固定された複数のワーク（３）が固定台（５）における固定剤充填空間（５１）に位置するように配置する工程と、複数のワーク（３）と、固定台（５）における固定剤充填空間（５１）内の溶融状態の非水溶性固定剤（６）とを密着させ、しかる後、非水溶性固定剤（６）を凝固させることにより、複数のワーク（３）が固定された整列用部材（１）を固定台（５）に固定する工程と、水溶性固定剤（２）を水で溶解することにより、複数のワーク（３）から整列用部材（１）を取り外す工程とを備えることを特徴としている。

これにより、簡易な構成で、厚みの異なる複数のワーク（３）を、平行度よく一定の高さに並べて固定することができる。

また、請求項２に記載の発明では、整列用部材（１）のワーク固定面（１１）上には、水溶性固定剤（２）が融解状態で流入可能な固定剤用溝（１２）が形成されていることを特徴としている。

これにより、融解状態の水溶性固定剤（２）は、ワーク（３）とワーク固定面（１１）との接触面内には入り込み難く、固定剤用溝（１２）を優先的に満たすように流入させることができる。したがって、ワーク（３）とワーク固定面（１１）とは、固定剤用溝（１２）以外の部位で直接接触して隙間をゼロとすることができるとともに、固定剤用溝（１２）中に満たされた水溶性固定剤（２）が凝固すると、この水溶性固定剤（２）が接触するワーク（３）下面と固定剤用溝（１２）とを接合することによりワーク（３）とワーク固定面（１１）とを固定することができる。このとき、ワーク（３）とワーク固定面（１１）との接触面内には水溶性固定剤（２）の膜は形成されておらず、ワーク（３）とワーク固定面（１１）との平行度が損なわれることがない。

また、請求項３に記載の発明のように、水溶性固定剤（２）は、尿素、塩水和物、ポリエチレングリコールのうちいずれか１種とすることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、塩水和物は、硝酸カルシウム四水和物または硝酸マグネシウム六水和物のいずれかとすることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、非水溶性固定剤（６）は、パラフィンとすることができる。

また、請求項６に記載の発明では、水溶性固定剤（２）は、非水溶性固定剤（６）の融点よりも高い融点をもつものであることを特徴としている。

これにより、水溶性固定剤（２）によりワーク（３）が固定されている整列用部材（１）を固定台（５）に入れ、非水溶性固定剤（６）を融解状態として固定台（５）に流し込む際に、融解した非水溶性固定剤（６）の熱によって水溶性固定剤（２）が溶け、ワーク（３）が整列用部材（１）から脱落するのを防止することができる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のワーク固定方法によって固定台（５）に固定された複数のワーク（３）の、固定台（５）に固定されていない側の各端面（３１）を加工する工程を備えることを特徴としている。

これにより、厚みの異なる複数のワーク（３）の厚み方向の各一方端側に位置する端面（３１）を、全体として均一な量だけ精度良く機械加工することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態について図１および図２に基づいて説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態におけるワーク固定方法の手順を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、複数のワーク３を並べて固定する整列用部材１を用意する。この整列用部材１は、直方体形状をなし、複数のワーク３の一方の端面３１を同一平面上に揃えるためのワーク固定面１１を有している。ワーク固定面１１には、水溶性固定剤２が融解状態で流入する複数の固定剤用溝１２が設けられている。

次に、整列用部材１を電熱式のホットプレート（図示せず）の上に置き、その表面温度を水溶性固定剤２の融点より高い温度まで上昇させて融解させる。その後、厚さがそれぞれ異なる複数のワーク３を整列用部材１のワーク固定面１１に置く。

そして、完全に溶解して液体状態になっている水溶性固定剤２を、整列用部材１の固定剤用溝１２に流し込む。または、固体状の水溶性固定剤２を固定剤用溝１２にすり付けてから融解させてもよい。融解状態の水溶性固定剤２は、毛管現象により固定剤用溝１２に優先的に流入し、この固定剤用溝１２中の水溶性固定剤２により、ワーク３が整列用部材１のワーク固定面１１と隙間ゼロで密着する。

この状態で、ホットプレートの電源を切って加熱を止め、整列用部材１を冷却する。または、整列用部材１を、ワーク３を乗せたままホットプレートから移動させて冷却してもよい。こうして、固定剤用溝１２を満たしていた水溶性固定剤２は、融点以下の温度に冷却されて凝固する。これにより、厚みの異なる複数のワーク３は、それぞれの一方の端面３１が同一平面上にそろった状態で整列用部材１に固定される。

本実施形態で使用される水溶性固定剤２としては、尿素（融点１３２℃）、硝酸カルシウム四水和物（融点４３℃）、硝酸マグネシウム六水和物（融点８９℃）、ポリエチレングリコール（融点５５℃）等がある。このうち特に尿素と、塩水和物である硝酸カルシウム四水和物および硝酸マグネシウム六水和物は、極めて水に溶けやすく、水と接触させることによって即座にワーク３を整列用部材１から取り外すことができるので作業性が良い。本実施形態では、ポリエチレングリコールは分子量４０００のものを用いている。

また、尿素および硝酸カルシウム四水和物は、過冷却を起こしやすく、それぞれの融点以下の温度になっても凝固しない場合がある。そのときは、それぞれの水溶性固定剤２の結晶を、凝固していない液体状の水溶性固定剤２に接触させる。こうすることで、水溶性固定剤２は瞬時に凝固する。

次に、高さの異なる複数のワーク３に均一な機械加工を施すために、複数のワーク３を固定する固定台５を用意する。この固定台５は、直方体の上面が開口した容器形状をなし、非水溶性固定剤６を充填可能な固定剤充填空間５１を有している。

図１（ｂ）に示すように、整列用部材１を、整列用部材１に固定された複数のワーク３が固定台５における固定剤充填空間５１に位置するように、後述する非水溶性固定剤６の融点以上に加熱された固定台５に配置する。このとき、スペーサ７を整列用部材１と固定台５の間に挟んで、機械加工時にワーク３表面が固定台５の上端より上に出ているようにする。ここで、整列用部材１に固定された複数のワーク３は、固定台５と接触しておらず、固定剤充填空間５１内で浮いた状態になっている。

この固定台５の固定剤充填空間５１内に、非水溶性固定剤６を融解状態にして流し込み、ワーク３が充分浸るように充填する。そして、非水溶性固定剤６を融点以下に冷却して凝固させることで、ワーク３のついた整列用部材１を固定台５に固定する。このとき、厚さの異なる複数のワーク３の上面が同一平面上に位置している。本実施形態では、非水溶性固定剤６としてパラフィン系固定剤を用いている。

ここで、融解した非水溶性固定剤６の熱により水溶性固定剤２が溶解してワーク３が整列用部材１から脱落してしまうのを防ぐため、水溶性固定剤２は、非水溶性固定剤６の融点より１５℃以上高い融点をもつものを用いるとよい。

次に、この固定台５を室温の水道水中に浸漬する。または、整列用部材１に室温の水を散布してもよい。これにより、水溶性固定剤２が溶解するので、水溶性固定剤２によるワーク３の整列用部材１への固定状態が解除され、ワーク３から整列用部材１を簡単に取り外すことができる。

図１（ｃ）に示すように、整列用部材１が取り外された後の複数のワーク３は、平行度よく同一の高さに並んでいるので、機械加工によって均一な研磨面を得ることができる。

次に、ワーク３の機械加工の手順について説明する。本実施形態では、機械加工として平面研削加工を行う。図２は、本実施形態の機械加工方法を示す断面図である。

図２に示すように、固定台５を研削盤のテーブル４０上にセットして、水溶性研削水４１を散布しながら複数のワーク３の各端面３１を回転砥石４２により研削する。このとき、ワーク３を固定台５内に固定している非水溶性固定剤６は非水溶性なので、研削加工中に固定力が低下することはない。

ワーク３を固定台５から取り外す場合は、固定台５をホットプレートの上に置いて非水溶性固定剤６の融点以上に加熱する。または、固定台５を非水溶性固定剤６の融点以上の湯水の中に浸漬してもよい。これにより、非水溶性固定剤６が融解して液体状態となるので、非水溶性固定剤６によるワーク３の固定状態が解除され、ワーク３を固定台５から簡単に取り外すことができる。

以上説明したように、本実施形態では、厚みの異なる複数のワーク３を水溶性固定剤２により整列用部材１に固定した後に、その整列用部材１を非水溶性固定剤６により固定台５に固定して、最後に、水で水溶性固定剤２を溶解するようにしている。これにより、エアー引き等の複雑な構成を必要とせず、簡易な構成で、厚みの異なる複数のワーク３を一定の高さに並べて固定することができる。

また、厚みの異なる複数のワーク３を水溶性固定剤２より固定剤用溝１２を有する整列用部材１に固定することで、それらのワーク３の各端面３１を同一平面上に精度良く固定することができる。このため、厚みの異なる複数のワーク３の固定台５に固定されていない側の各端面３１を、全体として均一な量だけ精度良く研削加工することができる。

次に、本実施形態によるワーク固定方法およびそれを用いた機械加工方法を実施例により具体的に説明する。

（実施例）
図１（ａ）に示すように、本実施例で用いる整列用部材１は、ＳＵＳ４４０からなり、縦５０ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１５ｍｍで、そのワーク固定面１１には、幅５ｍｍ×深さ０．５ｍｍの固定剤用溝１２が、２ｍｍ間隔で碁盤目状に形成されている。この固定剤用溝１２には、融点１３２℃の尿素２（水溶性固定剤）が融解状態で流入する。

このような整列用部材１を、電熱式のホットプレート（図示せず）の上に置き、その表面温度を尿素２の融点（１３２℃）より高い１４５℃まで上昇させる。その後、底面形状２０ｍｍ×２０ｍｍで厚さがそれぞれ１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍの３つのアルミナワーク３（純度９９．９％）を整列用部材１のワーク固定面１１に置く。これらのワーク３はアルミナ製のため、磁石にくっつかない。

そして、完全に溶解して液体状態になっている尿素２を、整列用部材１の固定剤用溝１２に流し込む。この整列用部材１を尿素２の融点（１３２℃）以下に冷却すると、固定剤用溝１２を満たしていた尿素２は融点以下の温度に冷却されて凝固するため、厚みの異なる３つのアルミナワーク３を整列用部材１に固定できる。

ここで、ＳＵＳ４４０製の整列用部材１（表面粗度３．０Ｒｚ）を用いる場合について、上述した水溶性固定剤２による接着強度を具体的に調べた例をいくつか挙げておく。このときの接着面温度は２８℃である。

図３は、この接着強度の測定方法を示す斜視図である。図３に示すように、水溶性固定剤２の接着強度を調べるために、ＳＵＳ３０４製のテストピース５０（表面粗度４．０Ｒｚ）を用いた。このテストピース５０を、水溶性固定剤２を介して加工装置における整列用部材１の上に固定する。このテストピース５０の接着部面積は１ｃｍ²としてある。

接着強度は、プッシュプルゲージ５１をフック５２を介してテストピース５０に引っかけ、当該ゲージ５１を手で握って引っ張り強度を測定することにより、剪断強度として求める。

上述の方法で測定された接着強度は、尿素が２．６ｋｇ／ｃｍ^２、硝酸カルシウム四水和物が４．４ｋｇ／ｃｍ^２、硝酸マグネシウム六水和物が１．３ｋｇ／ｃｍ^２、ポリエチレングリコール（分子量４０００）が３．０ｋｇ／ｃｍ^２である。

次に、ＳＵＳ４４０製の、外寸８０ｍｍ×８０ｍｍ×高さ３０ｍｍの固定台５を用意する。この固定台５は、非水溶性固定剤６を充填可能な、７０ｍｍ×７０ｍｍ×深さ２０ｍｍの固定剤充填空間５１を有している。

図１（ｂ）に示すように、３つのアルミナワーク３を固定した整列用部材１を、ＳＵＳ３０４製の厚さ２ｍｍのスペーサ７を介して、整列用部材１に固定されたアルミナワーク３が固定台５における固定剤充填空間５１に位置するように配置する。

そして、この固定台５を、電熱式のホットプレート（図示せず）上で８０℃に加熱する。そして、融点７５℃のパラフィン６（非水溶性固定剤）を８５℃で融解し、固定台５の固定剤充填空間５１内に流し込む。この後、ホットプレートの電源を切るなどして固定台５を室温に冷却する。これにより、パラフィン６は融点以下の温度に冷却されて凝固するため、ワーク３のついた整列用部材１を固定台５に固定できる。このとき、固定剤充填空間５１に流し込むパラフィン６の温度（８５℃）と、尿素２の融点（１３２℃）との温度差は４７℃あるので、整列用部材１に固定されたワーク３が固定剤充填空間５１内に落下することはない。なお、上述の方法で測定されたパラフィン６の接着強度は、６．７ｋｇ／ｃｍ^２である。

次に、この固定台５を室温の水道水中に浸漬することで、尿素２が瞬時に溶解するため、アルミナワーク３と整列用部材１を容易に分離させることができる。これにより、図１（ｃ）に示すように、３つのアルミナワーク３を平行度良く一定の高さに固定することができる。

次に、アルミナワーク３に平面研削加工を行う。図２に示すように、アルミナワーク３が固定された固定台５を、平面研削盤のテーブル４０上にセットする。そして、アルミナワーク３上にパラフィン６の融点（７５℃）未満の温度の水溶性研削水４１を散布しながら、回転砥石４２により３つのアルミナワーク３の各端面３１を研削する。

アルミナワーク３の研削加工後、固定台５を再びホットプレート上に置き、パラフィン６の融点（７５℃）より高い約８０℃に加熱する。または、固定台５を約８０℃の湯水の中に浸漬してもよい。これにより、パラフィン６が融解して液体状態となるので、ワーク３を固定台５から簡単に取り外すことができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態において、機械加工として平面研削加工を行ったが、他の機械加工を行ってもよい。

また、上記実施形態において、整列用部材１の固定剤用溝２の数や大きさ等は、ワーク３の数、大きさ、材質等によって変えてもよい。例えば、ワーク３と整列用部材１の接着強度を強くしたい場合は、固定剤用溝２の数を多くし、大きさも大きくすればよい。これにより、ワーク３と水溶性固定剤２の接点が増加するため、ワーク３はより強固に整列用部材１に固定される。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態におけるワークの固定方法の手順を示す断面図である。 本発明の実施形態の機械加工方法を示す断面図である。 本発明の実施形態における凝固剤による接着強度の測定方法を示す斜視図である。

符号の説明

１…整列用部材、１１…ワーク固定面、１２…固定剤用溝、２…水溶性固定剤、３…ワーク、３１…端面、５…固定台、５１…固定剤充填空間、６…非水溶性固定剤。

Claims (7)

1. 厚みの異なる複数のワーク（３）の一方の端面（３１）を同一平面上に揃えるためのワーク固定面（１１）を有する整列用部材（１）を用意し、複数の前記ワーク（３）と、前記整列用部材（１）の前記ワーク固定面（１１）上の融解状態の水溶性固定剤（２）とを密着させ、しかる後、前記水溶性固定剤（２）を凝固させることにより、複数の前記ワーク（３）を前記整列用部材（１）に固定する工程と、
   非水溶性固定剤（６）を充填可能な固定剤充填空間（５１）を有する固定台（５）を用意し、前記整列用部材（１）を、前記整列用部材（１）に固定された複数の前記ワーク（３）が前記固定台（５）における前記固定剤充填空間（５１）に位置するように配置する工程と、
   複数の前記ワーク（３）と、前記固定台（５）における前記固定剤充填空間（５１）内の溶融状態の前記非水溶性固定剤（６）とを密着させ、しかる後、前記非水溶性固定剤（６）を凝固させることにより、複数の前記ワーク（３）が固定された前記整列用部材（１）を前記固定台（５）に固定する工程と、
   前記水溶性固定剤（２）を水で溶解することにより、複数の前記ワーク（３）から前記整列用部材（１）を取り外す工程とを備えることを特徴とするワーク固定方法。
2. 前記整列用部材（１）の前記ワーク固定面（１１）上には、前記水溶性固定剤（２）が融解状態で流入可能な固定剤用溝（１２）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク固定方法。
3. 前記水溶性固定剤（２）は、尿素、塩水和物、ポリエチレングリコールのうちいずれか１種であることを特徴とする請求項１または２に記載のワーク固定方法。
4. 前記塩水和物は、硝酸カルシウム四水和物または硝酸マグネシウム六水和物のいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のワーク固定方法。
5. 前記非水溶性固定剤（６）は、パラフィンであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のワーク固定方法。
6. 前記水溶性固定剤（２）は、前記非水溶性固定剤（６）の融点よりも高い融点をもつものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のワーク固定方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載のワーク固定方法によって前記固定台（５）に固定された複数の前記ワーク（３）の、前記固定台（５）に固定されていない側の各端面（３１）を加工する工程を備えることを特徴とする機械加工方法。

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