JP2007160432A - 加工品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを加工する際、ワークの欠けやチッピング、そしてワークの変形を防止する。
【解決手段】温度に応じて融解または凝固するワーク固定剤２０を加熱して溶融し、ワーク１０のうち空洞となっている孔１１および外壁に溶融したワーク固定剤２０を行き渡らせる。続いて、ワーク固定剤２０を冷やして凝固することで、ワーク１０をワーク固定剤２０で固定する（図２（ａ））。そして、ワーク固定剤２０と共にワーク１０を加工する（図２（ｂ））。加工後、ワーク１０を加熱してワーク固定剤２０を溶融することで、ワーク１０からワーク固定剤２０を除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物（以下、ワークという）として、脆いもの、軟らかいもの、壊れやすいもの、複雑な形状のものを確実に固定して加工することができる加工品の製造方法に関する。

従来より、ワークを加工する際、ワークを固定治具に固定し、固定したワークに対して例えば切削、研削、切断等の加工を行っていた。

しかしながら、上記従来の技術では、ワークを固定治具に固定することはできるが、ワークの内部が壊れやすいものや、脆いものであると、加工の際にワークに割れや欠けが発生し、ワークを精度良く加工できない可能性がある。また、ワークが軟らかいものである場合や、固定しにくい形状の場合、ワークを固定すること自体が困難である。このようなワークを固定できたとしても、ワークを精度良く加工できない可能性がある。さらに、外部から力が加わるとその外形が変形してしまうようなワークでは、固定そのものが困難であると共に、加工することも困難である。

本発明は、上記点に鑑み、ワークの割れ、欠け、チッピング、そしてワークの変形を防止しつつワークを加工することができる加工品の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴では、温度に応じて融解と凝固とを繰り返すワーク固定剤（２０）を加熱して溶融し、ワークのうち外部と繋がった空洞（１１、１２）部分および外壁に溶融したワーク固定剤を行き渡らせる。続いて、ワーク固定剤を冷やして凝固することで、ワークにワーク固定剤を一体とする。そして、ワーク固定剤と一体となったワークをワーク固定剤と共に一体的に加工する。加工後、加工したワークを加熱してワーク固定剤を溶融することで、ワークからワーク固定剤を除去する。

このようにすれば、ワークに対してワーク固定剤を一体化させることができ、ワークに設けられた空洞部分や外壁をワーク固定剤で確実に固定することができるので、ワークを加工する際、ワークそのものをたわませたりひずませたりせずにワークを加工することができる。すなわち、脆いもの、軟らかいもの、壊れやすいもの、複雑な形状のもの、変形しやすいものなどのワークの空洞部分にまでワーク固定剤を行き渡らせて固定しているため、ワークの形状を維持しつつ、かつ、ワークを破壊することなく加工することができる。したがって、ワークの割れ、欠け、チッピングやワークの変形を防止したワークの加工を行うことができる。

この場合、溶融したワーク固定剤を行き渡らせる際には、ワークの空洞に進入させるワーク固定剤の粘度を、ワークの外壁に行き渡らせるワーク固定剤の粘度よりも小さくすると好ましい。

これにより、空洞が複雑な形状であったり、微少な空間であったとしても、それら空洞や空間に溶融したワーク固定剤を容易に進入させることができる。

また、本発明の第２の特徴では、ワーク固定剤を加熱して溶融し、用意した容器内の壁面とワークの外壁との間に溶融したワーク固定剤を行き渡らせる。そして、ワーク固定剤を冷やして凝固し、ワークにワーク固定剤を一体とする。この後、ワーク固定剤と一体となったワークをワーク固定剤と共に一体的に加工し、加工したワークを加熱してワーク固定剤を溶融することで、ワークからワーク固定剤を除去する。

このようにすれば、容器の壁面とワークの外壁との間にワーク固定剤を充填することができ、ワークに対してワーク固定剤を一体とした塊を形成することができる。これにより、ワークをワーク固定剤で確実に固定することができ、ワークとして脆いもの、軟らかいもの、壊れやすいもの、複雑な形状のもの、そして変形しやすいものに対して割れや欠け、チッピングやワークの変形を防止しつつ、ワークを加工することができる。

このような場合、溶融したワーク固定剤を行き渡らせる工程では、ワークに設けられると共に外部と繋がった空間に進入させるワーク固定剤の粘度を、ワークの外側に行き渡らせるワーク固定剤の粘度よりも小さくすることができる。

このようにすれば、ワークの中心部側の空間が微細な構造であったとしても、溶融したワーク固定剤を容易に進入させることができる。

このようなワーク固定剤として、パラフィンもしくはポリエチレングリコールを主成分としたものを用いることが好ましい。

パラフィンとしては、以下（１）〜（５）に示すノルマルパラフィンと非ノルマルパラフィンとを組み合わせたパラフィンも使用できる。なお、組成割合の%はすべて重量%である。以下では、パラフィンの融解開始温度と融解終了温度との温度差が例えば１℃のような場合について示す。

（１）ノルマルパラフィンの成分合計８８．９９%、残部非ノルマルパラフィンからなるパラフィン
『ノルマルパラフィンの組成』
炭素数１８のノルマルパラフィン：０．０８%
炭素数１９のノルマルパラフィン：０．４１%
炭素数２０のノルマルパラフィン：１．７６%
炭素数２１のノルマルパラフィン：５．６１%
炭素数２２のノルマルパラフィン：１０．６６%
炭素数２３のノルマルパラフィン：１４．７６%
炭素数２４のノルマルパラフィン：１４．５０%
炭素数２５のノルマルパラフィン：１２．４２%
炭素数２６のノルマルパラフィン：９．０８%
炭素数２７のノルマルパラフィン：６．５８%
炭素数２８のノルマルパラフィン：４．０４%
炭素数２９のノルマルパラフィン：２．８８%
炭素数３０のノルマルパラフィン：２．０９%
炭素数３１のノルマルパラフィン：１．５０%
炭素数３２のノルマルパラフィン：１．０２%
炭素数３３のノルマルパラフィン：０．７２%
炭素数３４のノルマルパラフィン：０．３７%
炭素数３５のノルマルパラフィン：０．２４%
炭素数３６のノルマルパラフィン：０．１４%
炭素数３７のノルマルパラフィン：０．０８%
炭素数３８のノルマルパラフィン：０．０５%
以上ノルマルパラフィンの成分合計は８８．９９%であり、残部が非ノルマルパラフィンである。

このような組成（１）からなるパラフィンの平均炭素数は２４．７４であり、分子量分布の標準偏差は２．８６であり、この標準偏差が小さいほどシャープな分子量分布を示す。また、この組成（１）のパラフィンの最大分子量は５３４、最小分子量は２５４である。したがって、分子量分布幅は２８０となる。

このような組成（１）のパラフィンの融解開始温度：５０．４℃、融解終了温度：５１．７℃である。したがって、融解開始温度と融解終了温度の温度差は１．３℃と僅少値に設定できる。

（２）ノルマルパラフィンの成分合計８８．６４%、残部非ノルマルパラフィンからなるパラフィン
『ノルマルパラフィンの組成』
炭素数１８のノルマルパラフィン：０．０７%
炭素数１９のノルマルパラフィン：０．２８%
炭素数２０のノルマルパラフィン：１．１０%
炭素数２１のノルマルパラフィン：３．３８%
炭素数２２のノルマルパラフィン：６．９２%
炭素数２３のノルマルパラフィン：１０．８６%
炭素数２４のノルマルパラフィン：１２．６７%
炭素数２５のノルマルパラフィン：１２．７４%
炭素数２６のノルマルパラフィン：１１．１７%
炭素数２７のノルマルパラフィン：９．１８%
炭素数２８のノルマルパラフィン：６．４３%
炭素数２９のノルマルパラフィン：４．７３%
炭素数３０のノルマルパラフィン：３．０１%
炭素数３１のノルマルパラフィン：２．１６%
炭素数３２のノルマルパラフィン：１．４２%
炭素数３３のノルマルパラフィン：０．９８%
炭素数３４のノルマルパラフィン：０．５５%
炭素数３５のノルマルパラフィン：０．３６%
炭素数３６のノルマルパラフィン：０．２２%
炭素数３７のノルマルパラフィン：０．１５%
炭素数３８のノルマルパラフィン：０．１１%
炭素数３９のノルマルパラフィン：０．０９%
炭素数４０のノルマルパラフィン：０．０６%
以上ノルマルパラフィン成分合計は８８．６４%、残部が非ノルマルパラフィンである。

このような組成（２）からなるパラフィンの平均炭素数は２５．６１、分子量分布の標準偏差は３．０５、最大分子量は５６２、最小分子量は２５４である。したがって、分子量分布幅３６６となる。この組成（２）のパラフィンの融解開始温度：５２．５℃、融解終了温度：５３．７℃である。したがって、融解開始温度と融解終了温度の温度差は1．２℃と僅少値に設定できる。

（３）ノルマルパラフィンの成分合計８９．５７%、残部非ノルマルパラフィンからなるパラフィン
『ノルマルパラフィンの組成』
炭素数１９のノルマルパラフィン：０．０９%
炭素数２０のノルマルパラフィン：０．３４%
炭素数２１のノルマルパラフィン：１．３１%
炭素数２２のノルマルパラフィン：３．５０%
炭素数２３のノルマルパラフィン：７．０９%
炭素数２４のノルマルパラフィン：１０．３６%
炭素数２５のノルマルパラフィン：１２．５７%
炭素数２６のノルマルパラフィン：１２．６８%
炭素数２７のノルマルパラフィン：１１．７５%
炭素数２８のノルマルパラフィン：８．８０%
炭素数２９のノルマルパラフィン：６．９９%
炭素数３０のノルマルパラフィン：４．７４%
炭素数３１のノルマルパラフィン：３．４１%
炭素数３２のノルマルパラフィン：２．４２%
炭素数３３のノルマルパラフィン：１．７０%
炭素数３４のノルマルパラフィン：０．９３%
炭素数３５のノルマルパラフィン：０．５４%
炭素数３６のノルマルパラフィン：０．２５%
炭素数３７のノルマルパラフィン：０．１０%
以上ノルマルパラフィンの成分合計は８９．５７%、残部が非ノルマルパラフィンである。

このような組成（３）からなるパラフィンの平均炭素数は２６．５６、分子量分布の標準偏差は２．９４、最大分子量は５２０、最小分子量は２６８である。したがって、分子量分布幅は２５２となる。この組成（３）のパラフィンの融解開始温度：５４．６℃、融解終了温度：５５．６ ℃である。したがって、融解開始温度と融解終了温度の温度差は1．０℃と僅少値に設定できる。

（４）ノルマルパラフィンの成分合計７１．１１%、残部非ノルマルパラフィンからなるパラフィン
『ノルマルパラフィンの組成』
炭素数２３のノルマルパラフィン：０．０８%
炭素数２４のノルマルパラフィン：０．１６%
炭素数２５のノルマルパラフィン：０．３９%
炭素数２６のノルマルパラフィン：０．８７%
炭素数２７のノルマルパラフィン：１．５２%
炭素数２８のノルマルパラフィン：１．９９%
炭素数２９のノルマルパラフィン：２．６８%
炭素数３０のノルマルパラフィン：３．１４%
炭素数３１のノルマルパラフィン：３．７１%
炭素数３２のノルマルパラフィン：３．９４%
炭素数３３のノルマルパラフィン：４．０７%
炭素数３４のノルマルパラフィン：４．３７%
炭素数３５のノルマルパラフィン：４．９４%
炭素数３６のノルマルパラフィン：５．４９%
炭素数３７のノルマルパラフィン：６．００%
炭素数３８のノルマルパラフィン：５．４４%
炭素数３９のノルマルパラフィン：４．５０%
炭素数４０のノルマルパラフィン：３．７１%
炭素数４１のノルマルパラフィン：３．０１%
炭素数４２のノルマルパラフィン：２．５３%
炭素数４３のノルマルパラフィン：１．９４%
炭素数４４のノルマルパラフィン：１．５５%
炭素数４５のノルマルパラフィン：１．０６%
炭素数４６のノルマルパラフィン：０．８４%
炭素数４７のノルマルパラフィン：０．５８%
炭素数４８のノルマルパラフィン：０．４５%
炭素数４９のノルマルパラフィン：０．３３%
炭素数５０のノルマルパラフィン：０．３２%
炭素数５１のノルマルパラフィン：０．２６%
炭素数５２のノルマルパラフィン：０．２１%
炭素数５３のノルマルパラフィン：０．１９%
炭素数５４のノルマルパラフィン：０．１７%
炭素数５５のノルマルパラフィン：０．１５%
炭素数５６のノルマルパラフィン：０．１３%
炭素数５７のノルマルパラフィン：０．１１%
炭素数５８のノルマルパラフィン：０．０９%
炭素数５９のノルマルパラフィン：０．０８%
炭素数６０のノルマルパラフィン：０．０６%
炭素数６１のノルマルパラフィン：０．０５%
以上ノルマルパラフィンの成分合計は７１．１１%であり、残部が非ノルマルパラフィンである。

このような組成（４）からなるパラフィンの平均炭素数は３６．３４、分子量分布の標準偏差は５．７０、最大分子量は８５６、最小分子量は３２４である。したがって、分子量分布幅は５３２となる。この組成（４）のパラフィンの融解開始温度：７２．１℃、融解終了温度：７３．４℃である。したがって、融解開始温度と融解終了温度の温度差は1．３℃と僅少値に設定できる。

（５）ノルマルパラフィンの成分合計７５．７８%、残部非ノルマルパラフィンからなるパラフィン
『ノルマルパラフィンの組成』
炭素数２９のノルマルパラフィン：０．０８%
炭素数３０のノルマルパラフィン：０．２３%
炭素数３１のノルマルパラフィン：０．６９%
炭素数３２のノルマルパラフィン：１．３６%
炭素数３３のノルマルパラフィン：１．７７%
炭素数３４のノルマルパラフィン：２．０２%
炭素数３５のノルマルパラフィン：２．２１%
炭素数３６のノルマルパラフィン：２．４１%
炭素数３７のノルマルパラフィン：３．０２%
炭素数３８のノルマルパラフィン：３．５８%
炭素数３９のノルマルパラフィン：３．５２%
炭素数４０のノルマルパラフィン：３．９４%
炭素数４１のノルマルパラフィン：４．１３%
炭素数４２のノルマルパラフィン：５．１５%
炭素数４３のノルマルパラフィン：４．９５%
炭素数４４のノルマルパラフィン：５．５４%
炭素数４５のノルマルパラフィン：４．５５%
炭素数４６のノルマルパラフィン：４．７１%
炭素数４７のノルマルパラフィン：３．５３%
炭素数４８のノルマルパラフィン：３．０８%
炭素数４９のノルマルパラフィン：２．３８%
炭素数５０のノルマルパラフィン：２．１６%
炭素数５１のノルマルパラフィン：１．６８%
炭素数５２のノルマルパラフィン：１．３５%
炭素数５３のノルマルパラフィン：１．２１%
炭素数５４のノルマルパラフィン：１．００%
炭素数５５のノルマルパラフィン：０．８５%
炭素数５６のノルマルパラフィン：０．８０%
炭素数５７のノルマルパラフィン：０．６３%
炭素数５８のノルマルパラフィン：０．５９%
炭素数５９のノルマルパラフィン：０．４９%
炭素数６０のノルマルパラフィン：０．４１%
炭素数６１のノルマルパラフィン：０．３４%
炭素数６２のノルマルパラフィン：０．３８%
炭素数６３のノルマルパラフィン：０．３６%
炭素数６４のノルマルパラフィン：０．３０%
炭素数６５のノルマルパラフィン：０．２３%
炭素数６６のノルマルパラフィン：０．１５%
以上ノルマルパラフィンの成分合計は７５．７８%であり、残部が非ノルマルパラフィンである。

このような組成（５）からなるパラフィンの平均炭素数は４３．６９、分子量分布の標準偏差は６．８１、最大分子量は９２６、最小分子量は４０８である。したがって、分子量分布幅は５１８となる。この組成（５）のパラフィンの融解開始温度：８６．２℃、 融解終了温度：８７．９℃である。したがって、融解開始温度と融解終了温度の温度差は1．７℃と僅少値に設定できる。

また、ポリエチレングリコールとしては次のようなものを使用できる。例えば、平均分子量：１５４０のポリエチレングリコールは、融解開始温度：４６℃、融解終了温度：４７．２℃である。したがって、この融解開始温度と融解終了温度の温度差は１．２℃という僅少値に設定できる。

また、平均分子量４０００のポリエチレングリコールは、その分子量の最大値は５４６４、最小値は１６８９、数平均分子量Ｍｎ：２８６６、重量平均分子量Ｍｗ：２９３５、Ｚ平均分子量Ｍｚ：３００４、分子量分布分散度（１に近いほどシャープな分布を示す）Ｍｗ／Ｍｎ：１．０２３８、Ｍｚ／Ｍｗ：１．０２３７である。この平均分子量４０００のポリエチレングリコールの融解開始温度：５５．１℃、融解終了温度：５６．４℃である。したがって、融解開始温度と融解終了温度の温度差は１．３℃という僅少値に設定できる。

また、ワーク固定剤の融解開始温度と融解終了温度を、１８℃〜１００℃の範囲内にすることができる。

このような温度範囲を設けることにより、加工したいワークの材質等に合わせてワークを固定することができる。このような融解開始温度または融解終了温度の範囲を実現するため、パラフィンもしくはポリエチレングリコールに、例えばアルミナ、カーボン、鉄、ＳＵＳ、ＳｉＣ、Ｓｉ、窒化珪素などの粉末材料を混入することが好ましい。

また、パラフィンに（１）セラミック材料（アルミナ、ＳｉＣ、Ｓｉ、窒化珪素、ガラス材料などのほとんどのセラミック材料を添加できる）、（２）カーボン、（３）天然材料（紙、羊毛、繊維、絹、竹、松、杉など天然に存在する材料などのほとんどの材料を添加できる）、（４）樹脂材料（ＰＥＴ、フッ素樹脂、塩化ビニル、エポキシ樹脂などのほとんどの樹脂材料を添加できる）、（５）金属材料（鉄、アルミニウム、銅、ＳＵＳ、黄銅などのほとんどの金属材料を添加できる）の粉末を混入することにより、ワーク固定剤の融点を例えば１８〜１００℃の間で設定することができる。このようにパラフィンに添加する材料は、固定したいワークの材質に応じて設定することができる。すなわち、パラフィンに添加する材料に応じて、粘度や硬度、融点等を自由に設計することができる。これにより、加工に最適なワーク固定剤を用意することができるのである。また、添加する量は、固定したいワークの材質に応じて設定することができる。例えば、硬度が要求される場合は、パラフィン１重量％〜１００重量％、金属材料０重量％〜９９重量％を添加することができる。ただし、添加量が多くなると粘性が大きくなり、細かい穴に染み込ませるとは辛くなるので、目的に応じた粘度調整（または硬度調整）が必要になる。同様に、（１）セラミック材料、（２）カーボン材料、（３）天然材料、（４）樹脂材料を用いることができる。

さらに、ワーク固定剤として、融解開始温度と融解終了温度との温度差が５℃以下であるものを用いることができる。小さい温度差で塗布剤を融解・凝固させることが好ましく、温度差は２℃であることが好ましい。また、上記のようにさらに小さい温度幅（例えば１℃）であるとさらに好ましい。

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、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明に係る製造方法によって加工されたワークの概略図である。図１（ａ）はワーク１０の斜視図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

本実施形態では、ワーク１０としてモノリスを用意し、このモノリスの加工について説明する。図１（ａ）に示されるように、ワーク１０は円柱形状を有しており、例えばセラミックスの焼結品として構成されるものである。このワーク１０の内部は蜂の巣のようになっている。具体的に、図１（ｂ）に示されるように、円柱の断面に空洞としての多数の孔１１が形成されている。また、図１（ｃ）に示されるように、図１（ｂ）の各孔１１はワーク１０の軸方向に貫通して多数形成されている。

次に、図１に示されるワーク１０を加工する方法について、図を参照して説明する。図２は、ワーク１０を加工する工程を示した図であり、ワーク１０のうち図１（ｃ）のＢ−Ｂ断面に相当する部分を示している。以下、図２の各工程に従って、ワーク１０を切断加工する方法について説明する。

図２（ａ）に示す工程では、ワーク１０を固定する。具体的に、ワーク１０を固定するものとして、本実施形態ではワーク固定剤２０を用いる。ワーク固定剤２０は、パラフィンを主成分とするもので構成されている。なお、パラフィンを主成分とするものとは、パラフィンのみで構成されるものも含んでいる。

本実施形態では、ワーク固定剤２０の融解開始温度（融点）は５３℃であり、融解終了温度は５５℃〜５８℃である。すなわち、ワーク固定剤２０が溶融して凝固する温度幅（温度差）がわずか２℃〜５℃になっている。このため、ワーク固定剤２０を加熱する温度をわずか２〜５℃変化させるだけでワーク固定剤２０を容易に融解・凝固させることができる。なお、わずかな温度差でワーク固定剤２０を融解・凝固するようにするため、溶融開始温度と溶融終了温度との温度差は２℃であることが好ましい。

上記ワーク固定剤２０を構成するパラフィン材料はＣｎＨｍの分子式（ｎ、ｍは任意の整数）で記述され、ｎが小さくなると融解温度が低くなり、ｎが大きくなると融解温度が高くなる。したがって、ｎが大きいものや小さいものが混ざると、融解温度に幅ができてしまう。そこで、上記のように融解温度の温度幅が２℃〜５℃になるようにするため、パラフィンの純度を上げれば良い。

具体的に、パラフィンの純度は、パラフィンの分子量分布幅が狭いほど高くなる。例えば室温付近で２℃の温度差で融解・凝固させたい場合、分子量分布幅が約５０〜３０００のものを用いる。また、５０℃付近で２℃の温度差で融解・凝固するパラフィン材料においては、分子量分布幅が１００〜１００００のものを用いる。さらに、９０℃付近で２℃の温度差で融解・凝固するパラフィン材料においては、分子量分布幅が５００〜１０００００の幅のものが好ましい。

分子量分布幅は、パラフィン材料の精製を精度良く行うことで狭くすることができる。そして、分子量分布幅が狭いと純度が高くなると共に、融解温度の温度幅が小さくなり、ワーク固定剤２０を狭い温度範囲で融解・凝固させることができる。

また、本実施形態では、ワーク固定剤２０の粘度は水と同程度であり、例えば１ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）〜３ｍＰａ・ｓである。これにより、ワーク固定剤２０は、溶融した状態になると、図１に示されるポーラス状の場所（孔１１内部）に容易に進入することができる。

なお、下記に示す如く、種々な材料組成のものを用いることができる。例えば、（１）パラフィンだけで低粘性なもの、（２）低粘性で少し硬度がある材料組成（具体的には、パラフィンに硬度が高い金属材料、セラミック材料などを添加する）、（３）粘度はやや高いが硬度の高い材料組成を用いること、（４）やや粘度は高いが、強度を高める材料組成など、目的に応じた材料を使い分けることが可能である。

また、パラフィンに（１）セラミック材料（アルミナ、ＳｉＣ、Ｓｉ、窒化珪素、ガラス材料などのほとんどのセラミック材料を添加できる）、（２）カーボン、（３）天然材料（紙、羊毛、繊維、絹、竹、松、杉など天然に存在する材料などのほとんどの材料を添加できる）、（４）樹脂材料（ＰＥＴ、フッ素樹脂、塩化ビニル、エポキシ樹脂、などのほとんどの樹脂材料を添加できる）、（５）金属材料（鉄、アルミニウム、銅、ＳＵＳ、黄銅などのほとんどの金属材料を添加できる）の粉末材料を混入することにより、ワーク固定剤２０の融点を例えば１８〜１００℃の間で設定することができる。このようにパラフィンに添加する材料は、固定したいワーク１０の材質に応じて設定することができる。すなわち、パラフィンに添加する材料に応じて、粘度や硬度、融点等を自由に設計することができる。これにより、加工に最適なワーク固定剤２０を用意することができるのである。例えば、硬度が要求される場合は、パラフィン１重量％〜１００重量％、金属材料０重量％〜９９重量％を添加することができる。ただし、添加量が多くなると粘性が大きくなり、細かい穴に染み込ませるとは辛くなるので、目的に応じた粘度調整（または硬度調整）が必要になる。同様に、（１）セラミック材料、（２）カーボン材料、（３）天然材料、（４）樹脂材料を用いることができる。

上記ワーク固定剤２０として、カタメルチャック（商品名、登録商標、Ｔｈｅｒｍｏｆｉｘ、米国登録商標）を採用することができる。

上記のような特性を有するワーク固定剤２０でワーク１０を固定する。具体的に、固化したワーク固定剤２０を図示しない容器の中に入れ、容器およびワーク固定剤２０をワーク固定剤２０の融点以上に加熱する。これにより、容器内のワーク固定剤２０は溶融した状態になっている。なお、容器としては、例えば円柱形状になっており、この後の工程でワーク１０と一体となったワーク固定剤２０の外形が円柱形状になる。

そして、溶融したワーク固定剤２０の中にワーク１０を入れ、容器の壁面とワーク１０の外壁との間に溶融したワーク固定剤２０を行き渡らせる。このとき、ワーク１０をワーク固定剤２０の融点よりも高い温度に加熱しておくと、溶融したワーク固定剤２０がワーク１０の温度で凝固してしまうことを防止でき、ワーク固定剤２０を凝固させずに各孔１１内に進入させることができる。また、ワーク固定剤２０の粘度は水のように低いので、各孔１１内で詰まることなく孔１１の内部に滑らかに進入していく。

なお、容器を用意してあらかじめ容器の中にワーク１０を設置しておき、その後に容器の中に溶融したワーク固定剤２０を注ぐようにしても構わない。

この後、容器およびワーク固定剤２０の温度を融点以下に下げることで、容器内でワーク固定剤２０を凝固させ、容器から固化したワーク固定剤２０を取り出す。こうして、ワーク固定剤２０でワーク１０を構成する部分を覆い、ワーク固定剤２０を固化させることで、ワーク固定剤２０でワーク１０全体を均一に固定することができる。すなわち、ワーク１０に対してワーク固定剤２０を一体化させることができ、ワーク１０の孔１１内にワーク固定剤２０を進入させた塊を得ることができる。つまり、ワーク１０の孔１１内にワーク固定剤２０が進入したことで、ワーク１０が密の状態になっていると言える。

図２（ｂ）に示す工程では、ワーク１０を切断加工する。すなわち、図２（ａ）に示される点線部分でワーク１０を切断する。すなわち、例えば図示しない回転する砥石を押し当ててワーク１０を切断する。このとき、ワーク１０のうち切断される部分およびその周辺はワーク固定剤２０で補強されているため、ワーク１０のうち砥石が当たった部分にワーク１０をたわませる力やゆがませる力が印加されない。これにより、ワーク１０に欠けやチッピングを生じさせず、かつ、ワーク１０を変形させることなくワーク１０を切断加工することができる。

この後、ワーク固定剤２０にお湯を注ぎ、ワーク１０からワーク固定剤２０を剥離する。具体的には、上述のように、ワーク固定剤２０は温度によって融解・凝固するので、ワーク固定剤２０の溶融終了温度（５５℃〜５８℃）よりも高い温度のお湯をワーク１０に注ぐことにより、ワーク１０に密着したワーク固定剤２０を剥離する。

なお、お湯の中にワーク１０を浸漬させても良い。この場合、お湯の中にパラフィン材料を完全に溶解した状態にする添加剤（湯水中でパラフィンを溶かし、温度が低くなっても、液中に溶解させた状態に保つことができるもの）を入れておくと、ワーク固定剤２０が凝固して水の上に浮き、水面に膜を張るという現状を避けることができる。このようにしてワーク固定剤２０を剥離する際、ワーク固定剤２０の比重は水よりも小さい（例えば０．８〜０．９）ため、ワーク固定剤２０は水（お湯）に浮く。このため、ワーク１０を容易に洗浄することができる。より洗浄効果を促進する方法として、超音波洗浄や超微細気泡洗浄の他、上記のように洗浄剤を導入する方法等がある。

こうして、図１に示されるワーク１０が完成する。

以上説明したように、本実施形態では、ワーク１０のうち空洞としての孔１１となった部分およびワーク１０の外壁に溶融したワーク固定剤２０を行き渡らせ、ワーク１０に対してワーク固定剤２０を一体化させることを特徴としている。

これにより、ワーク１０を内側から、そして外側からワーク固定剤２０で確実に固定することができる。すなわち、ワーク１０を加工する際、ワーク１０そのものをたわませたりひずませたりせずにワーク１０を加工することができるので、ワーク１０の形状を維持しつつ、かつ、ワーク１０を破壊することなく加工することができる。

したがって、脆いもの、軟らかいもの、壊れやすいもの、複雑な形状のものなどのワーク１０の割れ、欠け、チッピングやワーク１０の変形を防止しつつワーク１０を加工することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ワーク１０としてカーボン素材で構成されるものを用意し、このような脆くて壊れやすいワーク１０をドリルで加工する場合について説明する。

例えば数百〜数万回転のドリルでワーク１０を加工する際、ワークの端面からドリルが離れる際に欠けやチッピング等が発生しやすい。しかしながら、本実施形態では、ドリルを用いてワーク１０を加工したとしても、ワーク１０に欠けやチッピング等を発生させずにワーク１０を切断することができることが特徴である。

図３は、本発明に係る製造方法によって加工されたワーク１０の概略図である。図３（ａ）はワーク１０の外観図、図３（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。上述のように、本実施形態では、ワーク１０は直方体のカーボン素材で形成されているので、図３（ｂ）の断面図に示されるように空洞として多数の微細な気泡１２が存在している。また、図３（ａ）に示されるように、ワーク１０の端面の外縁部１０ａに欠け、割れ、チッピングなどは無く、ワークの端面が精度良く加工されている。

次に、図３に示されるワーク１０を加工する方法について、図を参照して説明する。図４は、第２実施形態においてワーク１０を加工する工程を示した図であり、ワーク１０の長軸方向の断面図を表してある。なお、図４では、ワーク１０の断面を斜線で示している。以下、図４の各工程に従って、ワーク１０を切断加工する方法について説明する。

図４（ａ）に示す工程では、ワーク１０を固定する。すなわち、図２（ａ）に示す工程と同様の工程を行い、カーボン素材のワーク１０をワーク固定剤２０で固定する。このとき、溶融したワーク固定剤２０が気泡１２に進入するため、多数の微細な気泡１２によって脆くなっているワーク１０の内部を確実に固定することができる。同様に、ワーク１０の外壁もワーク固定剤２０で固定できる。

図４（ｂ）に示す工程では、ワーク１０を加工する。すなわち、図４（ａ）に示される点線部分でワーク１０を切削加工する。具体的に、数百〜数万回転のドリル３０を用いてワーク１０を加工する。すなわち、図４（ｂ）に示されるように、ドリル３０の回転軸とワーク１０の長軸とが平行になるように両者を配置させ、ワーク１０をワーク固定剤２０と共に固定治具にて固定する。そして、回転させたドリル３０をドリル３０の回転軸に対して垂直方向に移動させ、ワーク１０をワーク固定剤２０と共に削る。加工後、第１実施形態と同様にワーク１０からワーク固定剤２０を除去する。

以上のように、カーボン素材で構成されるワーク１０のように、内部に多数の気泡１２を有することで外部からの力で脆く壊れてしまうものであっても、そのワーク１０を構成する内部にまでワーク固定剤２０を進入させて凝固することにより、ワークを内側から固定することができる。同様に、ワーク１０の外側に対しても溶融したワーク固定剤２０を塗布することにより確実に固定することができる。

これにより、脆いワーク１０を均一に固定することができるので、加工の際にワーク１０に印加するドリル３０の力によってワーク１０がたわんだり、ゆがんだりすることを防止できる。こうして、ワーク１０に欠けや割れ、チッピング等を発生させずにワーク１０を加工することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ワーク１０として発泡金属で構成されるものを用意し、このような変形しやすいワーク１０を加工する場合について説明する。発泡金属とは、金属材料で構成されると共に、内部に泡のような空隙を多数有した多孔質材料をいう。すなわち、外部からの衝撃によって容易に変形しやすいものである。本実施形態では、このような発泡金属であって、内部に多くの空洞を有するワーク１０を、その外形を保持した状態で加工できることが特徴である。

図５は、第３実施形態においてワーク１０を加工する工程を示した図であり、発泡金属で構成されるワーク１０の断面図を表してある。図５に示す工程では、ワーク固定剤２０にてワーク１０を固定する。すなわち、図２（ａ）、図４（ａ）に示す工程と同様に、溶融したワーク固定剤２０にワーク１０を浸漬させる。上述のように、溶融したワーク固定剤２０の粘度は水と同程度であるので、多孔質材料の内部の隅々に溶融したワーク固定剤２０を行き渡らせることができる。

続いて、ワーク固定剤２０の温度を下げることでワーク固定剤２０を凝固させる。例えば、容器として図示しない箱を用意し、ワーク固定剤２０をブロック状に凝固させても良い。こうして、図５に示されるように、発泡金属であるワーク１０を、その形状を保持したまま固定することができる。

そして、例えば図２（ｂ）に示す工程と同様に、図示しない砥石でワーク１０をワーク固定剤２０と共に切断加工する。このとき、ワーク１０は凝固したワーク固定剤２０で固定されているため、ワーク１０に当たった砥石の力によってワーク１０が変形したり破壊されたりすることはない。この後、ワーク固定剤２０を溶融させて、ワーク１０からワーク固定剤２０を除去することにより、加工は終了する。

以上のように、発泡金属のような変形しやすいワーク１０であっても、その形状を保ちつつ、加工を行うことができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、上記第１〜第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ワーク１０として、複雑な形状を有する樹脂材料を用意し、このようなワーク１０を加工する場合について説明する。このような複雑な形状を有する樹脂材料では、全体として大きな形状となっている場合であっても、その中心部分に空洞が設けられている場合もある。本実施形態では、ワーク１０の中心部分に外部と連結してはいる空洞が設けられたワーク１０を加工する場合に好適である。

図６は、第４実施形態においてワーク１０を加工する工程を示した図であり、樹脂材料で構成されるワーク１０の断面図を表してある。図６に示す工程では、ワーク固定剤２０にてワーク１０を固定する。

具体的に、本実施形態では、ワーク１０の中心部分に低粘度のワーク固定剤２１を進入させ、ワーク１０の外壁部分を高粘度のワーク固定剤２２で固定する。すなわち、図６に示されるように、ワーク１０の中心部分に設けられた隙間に溶融したワーク固定剤２０を進入させるため、ワーク１０の中心部分を固定するためのワーク固定剤２１の粘度を小さくして進入しやすくする。

上記のような低粘度のワーク固定剤２１は、ワーク固定剤２０におけるパラフィンの含有量を大きくすることで得ることができ、粘度は水と同程度である例えば１ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）〜３ｍＰａ・ｓである。このように、水と同程度の粘度であることから、図６に示されるようなワーク１０の隙間に容易に進入することができる。

また、高粘度のワーク固定剤２２は、アルミナの含有量を４０重量％とすることで約５００ｍＰａ・ｓ〜１０００ｍＰａ・ｓの粘度を得ることができる。なお、さらに高粘度を要求する場合、アルミナの含有量を７０重量％とすることで約２０００ｍＰａ・ｓ〜３０００ｍＰａ・ｓの粘度を得ることができ、かつ、高硬度も得ることができる。

そして、まず、溶融させた低粘度のワーク固定剤２１をワーク１０の中心部分の隙間に進入させ、ワーク固定剤２１を冷やして凝固する。なお、例えばスポイトを用いて溶融した低粘度のワーク固定剤２１をワーク１０の空間部分に塗布するようにしても良い。続いて、溶融させた高粘度（または、高硬度、高強度材料、それらの複合材料などを用いることもできる）のワーク固定剤２２をワーク１０の外周に盛りつけて凝固する。このように、複雑な３次元形状のワーク１０を固定する場合、粘度の異なるワーク固定剤２１、２２を用意すると共に、低粘度のワーク固定剤２１を用いることでワーク１０の中心部分に容易にワーク固定剤２１を入り込ませることができる。また、高粘度のワーク固定剤２２でワーク１０の外周を固定することにより、ワーク１０の全表面をワーク１０の内側から、そして外側から均等に保持することができる。

こうして、ワーク１０を固定した後、例えば図２（ｂ）に示す工程と同様に、図示しない砥石でワーク１０をワーク固定剤２１、２２と共に切断加工し、ワーク１０からワーク固定剤２１、２２を除去する。

以上のように、複雑な形状を有するワーク１０に対して、粘度の異なるワーク固定剤２１、２２を用いるようにしても良い。このように粘度の異なるワーク固定剤２１、２２を用いることで、非常に複雑な樹脂表面を変形させることなく安定して固定することができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、上記第１〜第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、ワーク１０として、（１）繊維状複合体（金属ファイバー、ガラスファイバー、繊維、紙等）、または（２）薄い金属箔（薄い銅箔、アルミ箔、ステンレス箔など）、（３）薄い樹脂箔、シート等を用意し、このような軟らかいワーク１０を加工する場合について説明する。このように、本実施形態では、ファイバー間に多くの隙間、空間を有するワーク１０を加工する場合に好適である。

図７は、第５実施形態においてワーク１０を加工する工程を示した図であり、ファイバー材料で構成されるワーク１０の断面図を表してある。図７に示す工程では、図２（ａ）、図４（ａ）と同様に、ワーク固定剤２０にてワーク１０を固定する。

本実施形態では、溶融した高粘度のワーク固定剤２２の中にワーク１０を入れる。このとき、ファイバー間にも溶融した高粘度のワーク固定剤２２が浸透してゆく。そして、ワーク固定剤２２を凝固させることでワーク１０を固定する。このような高粘度のワーク固定剤２２は高硬度でもあるので、繊維状のファイバーを確実に固定することができる。

この後、上述のようにワーク１０をワーク固定剤２２と共に切断加工し、ワーク１０からワーク固定剤２２を溶融して除去する。

以上のように、ファイバー状の軟らかいもので構成されるワーク１０を加工する場合、ワーク固定剤２２で確実に固定することにより、ワーク１０をきれいに切断することができる。

（第６実施形態）
本実施形態では、第５実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、高粘度のワーク固定剤２２を構成するパラフィン材料に導電性が良いカーボンを添加したものを用いてワーク１０を固定すると共に、特に金属ファイバーで構成されるワーク１０を放電加工することが特徴である。

本実施形態では、上述のように、パラフィンに導電性カーボンが添加されたワーク固定剤２２を用いる。具体的に、本実施形態におけるワーク固定剤２２の融解開始温度は例えば７５℃、融解終了温度は例えば７７℃〜７８℃であり、導電性カーボンが例えば５０重量％添加されている。このようなワーク固定剤２２の抵抗率は例えば１Ωｃｍ〜５０Ωｃｍである。

上記のようなワーク固定剤２２で図７に示されるようにワーク１０を固定した後、図示しないワイヤを用意し、このワイヤに電流を流す。そして、このワイヤをワーク固定剤２２（すなわちワーク１０）に押し当て、ワイヤとワーク固定剤２２との間に放電を起こさせてワーク１０を放電加工する。これにより、ワーク１０を目的の形状に加工することができる。

以上のように、ワーク固定剤２２に導電性のカーボンを添加し、上記のように電流を流したワイヤで放電加工することもできる。

（他の実施形態）
ワーク１０として、上記各実施形態で示したセラミックモノリス（空間を多く持つ材料）、カーボン焼結品、発泡メタル（ウレタンホームの表面に金属をめっきした材料）、繊維状のもので構成される材料等の他に、気泡が沢山入った材料、金属の焼結品（例えばＳｍＣｏ、フェライト磁石、ＳＭＣ（軟磁性を有する磁性材料の焼結品））、セラミック焼結品、ポーラスな材料などの比較的脆い材料、リード線の切断（銅の線材、アルミ線を使ったリード線の切断）、半導体基板（凹凸があり、固定しにくいもの、部品が実装された状態での切断）、各種製品（どんな製品でも可能、断面カット時）を加工するようにしても構わない。

上記各実施形態では、加工として切断加工について説明したが、切断の他に、研削、研磨、穴加工、ナイフ加工等を行うようにしても構わない。

上記各実施形態では、大気圧中でワーク１０をワーク固定剤２０で固定していたが、真空中でワーク１０をワーク固定剤２０で固定するようにしても構わない。

上記ワーク固定剤２０は、パラフィンを主成分とするもので構成されているが、ポリエチレングリコールを主成分とするもので構成されていても構わない。

第１〜第３、第５、第６実施形態では、ワーク１０の内部、すなわち孔１１の内部に進入させるワーク固定剤２０の粘度と、ワーク１０の外部に塗布するワーク固定剤２０の粘度と、がそれぞれ同じであった。しかしながら、第４実施形態のように、ワーク１０の孔１１の内部に進入させるワーク固定剤２０の粘度を、ワーク１０の外部に塗布するワーク固定剤２０の粘度よりも小さくしても良い。これにより、ワーク固定剤２０を確実に孔１１の隅々まで行き渡らせることができる。

上記第２実施形態では、ワーク１０をドリル３０で加工する例について説明したが、第１実施形態と同様に砥石でワーク１０を切断加工しても構わない。

第１実施形態におけるワークの概略図であり、（ａ）はワークの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第１実施形態において、ワークを加工する工程を示した図である。 第２実施形態におけるワークの概略図であり、（ａ）はワークの外観図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 第２実施形態において、ワークを加工する工程を示した図である。 第３実施形態において、ワークを加工する工程を示した図である。 第４実施形態において、ワークを加工する工程を示した図である。 第５実施形態において、ワークを加工する工程を示した図である。

符号の説明

１０…ワーク、１１…孔、１２…気泡、２０…ワーク固定剤。

Claims (7)

1. 温度に応じて融解または凝固するワーク固定剤（２０）を用いて、外部と繋がっている空洞（１１、１２）を有するワーク（１０）を固定すると共に、前記ワークを加工する加工品の製造方法であって、
   前記ワーク固定剤を加熱し、前記ワーク固定剤を溶融する工程と、
   前記ワークの前記空洞および前記ワークの外壁に前記溶融したワーク固定剤を行き渡らせる工程と、
   前記ワーク固定剤を冷やして凝固し、前記ワークに前記ワーク固定剤を一体とする工程と、
   前記ワーク固定剤と一体となったワークを前記ワーク固定剤と共に一体的に加工する工程と、
   前記加工したワークを加熱して前記ワーク固定剤を溶融し、前記ワークから前記ワーク固定剤を除去する工程と、を含んでいることを特徴とする加工品の製造方法。
2. 前記溶融したワーク固定剤を行き渡らせる工程では、前記ワークの空洞に進入させるワーク固定剤の粘度を、ワークの外壁に行き渡らせるワーク固定剤の粘度よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の加工品の製造方法。
3. 温度に応じて融解または凝固するワーク固定剤（２０）を用いてワーク（１０）を固定すると共に、前記ワークを加工する加工品の製造方法であって、
   前記ワーク固定剤を加熱し、前記ワーク固定剤を溶融する工程と、
   容器を用意すると共に、前記容器内の壁面と前記ワークの外壁との間に溶融したワーク固定剤を行き渡らせる工程と、
   前記ワーク固定剤を冷やして凝固し、前記ワークに前記ワーク固定剤を一体とする工程と、
   前記ワーク固定剤と一体となったワークを前記ワーク固定剤と共に一体的に加工する工程と、
   前記加工したワークを加熱して前記ワーク固定剤を溶融し、前記ワークから前記ワーク固定剤を除去する工程と、を含んでいることを特徴とする加工品の製造方法。
4. 前記溶融したワーク固定剤を行き渡らせる工程では、前記ワークに設けられると共に外部と繋がった空間に進入させるワーク固定剤の粘度を、ワークの外側に行き渡らせるワーク固定剤の粘度よりも小さくすることを特徴とする請求項３に記載の加工品の製造方法。
5. 前記ワーク固定剤として、パラフィンもしくはポリエチレングリコールを主成分としたものを用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の加工品の製造方法。
6. 前記ワーク固定剤として、融解開始温度と融解終了温度が１８℃〜１００℃の範囲内にあるものを用いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の加工品の製造方法。
7. 前記ワーク固定剤として、前記融解開始温度と前記融解終了温度との温度差が５℃以下であるものを用いることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の加工品の製造方法。

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