JP2021080134A - 加工装置および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工時の工具の押圧力が被加工物の剛性（強度）に対して大きい場合であっても、加工、特に穴開け加工の加工不良を低減するとともに加工効率を向上させることが可能な、加工装置および加工方法を提供する。【解決手段】 加工装置１は、被加工物Ｗを保持する治具５と、被加工物Ｗの一部に当接させる工具７と、工具７を被加工物Ｗに対して相対移動させる駆動手段９と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる送り駆動手段２５と、を有し、被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させるものであり、被加工物Ｗはガラス系材料であり、工具７はジルコニアにより構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ガラスなどの部材の加工装置および加工方法に関する。

従来、切削工具の材質としてはダイヤモンド、セラミックス、超硬合金など様々なものがあり、被加工物に応じて選択されている。

例えば、ガラスの切削等の加工においては、ダイヤモンド工具が用いられることが一般的である。このダイヤモンド工具はガラスの表面において滑り易いため、加工の際にはガラスに対してダイヤモンド工具を強い力で押圧しながら切削を行なう必要がある。

ところで、ガラス板の一部に貫通穴を形成する穴開け加工の場合には、ダイヤモンド工具の先端がガラス板の表面に当接するように配置して押圧しながら加工を行なうが、その押圧方向（工具が当接する面の裏側）にはガラス板の支持部材（治具）を配置することはできない場合がある。この場合は、少なくとも穴開け部分を除いて、つまり穴開け部分より外側の領域（ガラス板の周辺部分）を治具によって保持した状態で加工する必要がある。

特開２０１３−５３０１９号公報

しかしながら、穴開け部分が支持されていない状態では、ガラス板が薄くなるとダイヤモンド工具の押圧力によってガラス板が破損してしまう（所望の穴開け領域以外に破損が及んでしまう）問題がある。

また、ダイヤモンド工具の押圧力をガラス板が割れない程度に維持しながら研削する方法もあるが、その場合加工には膨大な時間がかかり、実用的ではない。

このように、ガラス板に対する穴開け加工は、その板厚が薄い場合には特に、非常に難易度が高い問題があった。

またこれは、ガラス板をダイヤモンド工具で加工する場合に限らず、加工時の工具の押圧力が被加工物の剛性（強度）に対して大きい場合において、同様に生じる問題である。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、加工時の工具の押圧力が被加工物の剛性（強度）に対して大きい場合であっても、加工、特に穴開け加工の加工不良を低減するとともに加工効率を向上させることが可能な、加工装置および加工方法を提供するものである。

本発明は、被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、前記被加工物を保持する治具と、前記被加工物の一部に当接させる工具と、前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、前記被加工物はガラス系材料であり、前記工具はジルコニアにより構成される、ことを特徴とする加工装置に係るものである。

また、本発明は、被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、前記被加工物を保持する治具と、前記被加工物の一部に当接させる工具と、前記工具を超音波振動させつつ、該工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、前記工具が前記被加工物と当接する際に該被加工物にかかる圧力を緩衝させる緩衝機構とを備え、前記被加工物は第一の部材からなり、前記工具は前記第一の部材とは異なる第二の部材からなるものであり、前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、ことを特徴とする加工装置に係るものである。

また、本発明は、ガラス系材料の被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記被加工物を治具により保持し、ジルコニアからなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有する、ことを特徴とする加工方法に係るものである。

また、本発明は、第一の部材からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具を超音波振動させつつ、該工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させるとともに、該工具と該被加工物による化学的反応を生じさせながら加工を進行させて、前記所望の形状になるまで前記被加工物の一部を減量する、ことを特徴とする加工方法に係るものである。

また、本発明は、第一の部材からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記被加工物を治具により保持し、前記第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具を超音波振動させつつ該工具を前記被加工物に対して相対移動させる工程と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、前記工具または前記被加工物の実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる工程と、前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する工程と、前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる工程と、を備える、ことを特徴とする加工方法に係るものである。

本発明によれば、加工時の工具の押圧力が被加工物の剛性（強度）に対して大きい場合であっても、加工、特に穴開け加工の加工不良を低減するとともに加工効率を向上させることが可能な、加工装置および加工方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態の加工装置を示す概要図であり、（Ａ）側面図、（Ｂ）一部側面図、（Ｃ）一部上面図である。 本発明の実施形態の工具を説明する図であり、（Ａ）側面図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）断面図である。 本発明の実施形態の加工装置を示す概要図であり、（Ａ）側面図、（Ｂ）治具の上面図、（Ｃ）治具の側面図である。 本発明の実施形態に係る加工方法を説明する側面概要図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る加工装置１および加工方法について詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態の加工装置１について説明する概要図であり、同図（Ａ）が加工装置１の側面概要図であり、同図（Ｂ）は被加工物Ｗおよび加工対象領域ＷＡを示す側面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の上面図である。また、図２は工具７について説明する図であり、同図（Ａ）が工具７および駆動手段９を示す側面図、同図（Ｂ）が工具７の形状を示す側面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の断面図である。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態の加工装置１は、被加工物Ｗを保持する治具５と、被加工物Ｗの一部に当接させる工具７と、駆動手段９と、送り駆動手段２５を有し、被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工を行なうものである。被加工物Ｗの一部を減量させる加工とは例えば、被加工物Ｗの一面側から他方の面側までを貫通させる穴開け加工、被加工物Ｗの一面側から他方の面までの厚みを減少させるも他方の面側まで貫通はさせない（被加工物Ｗの厚み方向に凹凸を形成する）刳り抜き加工、被加工物の平面視における面積を減少させる（被加工物Ｗの平面方向の形状を縮小する）変形（縮小）加工、削り加工などである。ここでは同図（Ｂ）、同図（Ｃ）に示すように、板状の被加工物Ｗの一部に、円形状に穴開け加工を施す場合を例示する。同図（Ｂ）、同図（Ｃ）では加工対象領域（穴開けされる領域）ＷＡを大破線で示している。

この例では、被加工Ｗはガラス系材料であり、具体的には、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス（ソーダライムガラス）、鉛ガラス、アルカリバリウムケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、または、合成溶融シリカなどであり、好適にはソーダ石灰ガラス（ソーダライムガラス）である。また、工具７はジルコニア（二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）により構成される。

治具５は、少なくとも加工対象領域ＷＡを除き、その周囲の被加工物Ｗを保持（例えば把持）する。そして工具７は、被加工物Ｗの一方の面（第一の面Ｓｆ１）側に配置され、加工の際には第一の面Ｓｆ１に当接し、適宜の押圧力を付与しながら他方の面（第二の面Ｓｆ２）に向かって加工を進める。

工具７は、図２（Ａ）に示すように一例として円柱状（円筒状）あるいは、同図（Ｂ）および同図（Ｃ）に示すようにコア（カップ）形状である。具体的には、基部７Ａと拡径部７Ｂを有し、基部７Ａは円柱（円筒）状であり、拡径部７Ｂは基部７Ａの先端（被加工物Ｗに当接する先端）に設けられ、基部７Ａよりも拡径されるとともに先端側が開口した略円筒状である。

なお、工具７の形状は図示のものに限らず、例えば、フラットエンドミル、ボールエンドミル、あるいはテーパエンドミルなどであってもよい。

駆動手段９は、工具７と被加工物Ｗとを物理的に相対移動させることで、工具７によって被加工物Ｗの一部を減量するように駆動させる手段である。この例の駆動手段９は工具７と被加工物Ｗを相対回転させる回転駆動手段であり、例えば、工具７あるいは工具７の主軸を回転駆動するモータである。駆動手段９により、工具７は、鉛直なＺ軸を中心にスピンドル５０により回転駆動される。また、スピンドル５０は例えば、超音波振動手段５５を備えると望ましい。超音波振動手段５５は、超音波振動子５６と、超音波ホーン５７を有する。超音波振動子５６は、軸方向に超音波振動を生じさせる。超音波ホーン５７は、超音波振動子５６で生じる超音波振動に共振して、当該超音波振動を増幅させる。そして、超音波ホーン５７は、増幅させた軸方向の超音波振動を工具７に伝達する。つまり駆動手段９は、工具７を超音波振動させながら回転駆動させる。

この工具７が当接し、押圧されることにより被加工物Ｗの一部（被加工領域ＷＡ）は、この例では、工具７の回転方向（図１（Ａ）のＸ軸−Ｙ軸方向）に減量する。

図１を参照して、送り駆動手段２５は、工具７と被加工物Ｗとが互い押圧される方向に相対移動させる手段であり、工具７を送る手段あるいは被加工物Ｗを送る手段である。押圧する方向は、この例では、工具７の主軸の延在方向、すなわち鉛直方向（Ｚ軸方向、第一の面Ｓｆ１から第二の面Ｓｆ２に至る方向）である。

つまり本実施形態の加工装置１は、工具７が被加工物Ｗに当接し互いに押圧した状態で、駆動手段９によって工具７と被加工物Ｗを工具７の回転駆動方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）に相対回転しつつ工具７を超音波振動させることで被加工物Ｗを回転駆動方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）に減量する。回転駆動方向の減量が所定量まで進むと（減量する分がなくなり）減量が進行しなくなるので、加工装置１は、工具７と被加工物Ｗが互いに押圧状態となるように送り駆動手段２５によって工具７と被加工物ＷをＺ軸方向に相対移動（押圧）し、鉛直方向に被加工物Ｗの減量を進行させる。つまり加工装置１は、工具７を回転駆動して被加工物Ｗを或る方向に（例えば面状に）減量しながら、工具７をさらに別の方向に送る（押出す）ことで例えば、当該別の方向（例えば、深さ（厚み）方向）に減量を進行させるものである。以下、工具７が回転駆動する方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）を減量方向といい、工具７と被加工物Ｗの押圧方向（Ｚ軸方向）を送り方向という。

また、加工装置１は、緩衝機構２０を有すると望ましい。緩衝機構２０は、工具７が被加工物Ｗと当接する際に被加工物Ｗにかかる圧力（押圧力）を緩衝させるものである。詳細については後述するが、緩衝機構２０は例えば、工具７および被加工物Ｗの一方を送り方向に移動し、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向と同方向に退避移動させることにより、工具７が被加工物Ｗを押圧する際に、当該被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させる。

さらに、加工装置１は、ジルコニアで形成した工具７を用いて被加工物Ｗであるソーダ石灰ガラスに当接させ、少なくとも一方を減量（磨耗）させながら加工を進める。すなわち、本実施形態の加工装置１は、超音波振動する工具７と被加工物Ｗとを適宜の圧力で物理的に押圧して加工を行うが、その際、被加工物Ｗにかかる過剰な圧力（押圧力）を緩衝させながら、被加工物Ｗの減量方向に相対移動させる。そうすることで、工具７と被加工物Ｗの物理的な相対移動（減量方向の移動と送り方向の移動）に加えて、工具７と被加工物Ｗが相互に作用を及ぼし合う接触面（及びその近傍）において主として化学的反応を生じさせながら減量するものである。これにより、被加工物Ｗを破損することなく加工対象領域のみを減量させて所望の形状に変化させることができる。ここで、本実施形態における「主として化学的反応を生じさせながら減量（加工）する」とは、例えば、減量（加工）の少なくとも５０％以上が化学的反応に起因する事象によるものである（化学的反応による減量の程度が減量全体の５０％を占める）ことをいい、１００％化学的反応に起因する事象によるものであってもよいし、減量（加工）の一部（５０％未満）に機械的な切削等が含まれる場合があってもよい。

図３を参照して、加工装置１の具体的な一例について説明する、同図は加工装置１の側面概要図である。なお、以下の実施形態では、加工装置１が、例えばドリルなどの工具７を回転駆動するフライス盤などの装置である場合を例に説明する。

本実施形態の加工装置１は、テーブル３と、治具５と、退避移動機構２１と、付勢機構２３と、ジルコニアからなる工具（加工具）７と、工具７の駆動手段９と、送り駆動手段２５と、工具７を支持する工具支持部１７と制御手段などを有する。

テーブル３は例えば、被加工物（例えば、ソーダ石灰ガラス）Ｗを水平なＸ軸−Ｙ軸面内で移動させるＸ軸−Ｙ軸テーブル（ステージ）である。

治具５は、テーブル３上に設けられて被加工物Ｗを保持（支持）する手段であり、同図（Ｂ）、同図（Ｃ）に示すように例えば、基台５１と、保持部５２と、支持部５３などを有する。ここでは一例として被加工物Ｗに穴開け加工を施す場合の治具５を示しており、例えば少なくとも加工対象領域ＷＡを除き、その周囲の被加工物Ｗを保持（例えば把持）可能なように、中央部分が開口した額縁形状を有している（同図（Ｂ））。なお、同図（Ａ）では被加工物Ｗの保持状態を示すために治具５を同図（Ｂ）のａ−ａ線の断面図で示している。

また、本実施形態の治具５は一例として緩衝機構２０を備える。緩衝機構２０は、例えば、退避移動機構２１と、付勢機構２３を含む機構である。退避移動機構２１は、送り駆動手段２５による実際の送り量に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量が減少するように、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向に退避移動させる機構である。また、付勢機構２３は、退避移動機構２１により被加工物Ｗまたは工具７が退避移動する際、退避移動する被加工物Ｗまたは工具７を復帰移動方向に付勢する機構である。緩衝機構２０については後に詳述する。

基台５１には例えば、適宜の位置に支持部５３が立設され、支持部５３の上端部には例えば平板の保持部５２が設けられる。この例では、保持部５２は平面視において外形が矩形状（正方形状）の額縁形状であり、支持部５３は、保持部５２の外周付近の四隅に対応する位置の４箇所に設けられる場合を説明する。なお、保持部５２の外形状は、この例に限らず、長辺と短辺を有する長方形状や円形状であってもよい。いずれの場合も保持部５２は、被加工物Ｗの少なくとも外縁部を全体的に（あるいは選択的に）保持できる形状を有し、その内側（内周側）で被加工物Ｗを当接保持（支持）する。また、以下の例では保持部５２の上面側（同図（Ｃ）のＺ軸方向上面側）を説明の便宜上、保持面５２１と称する。

なお、被加工物Ｗの加工の態様によっては、保持部５２は額縁形状でなくてもよい。例えば、被加工物Ｗを厚み方向（図３のＺ軸方向）に貫通しない刳り貫き加工の場合には、保持部５２は（開口部を有しない）平板状であってもよい。

また、支持部５３の配置およびその数は、保持部５２の形状に応じて、保持部５２の両端に対応する２箇所でもよいし、中央に対応する１箇所でもよい。

また、後に詳述するが、本実施形態の治具５は、保持部５２が基台５１に対して、工具７の主軸の延在方向（この例では、鉛直方向（図示のＺ軸方向）に相対的に移動可能に構成されている。

駆動手段９は、例えば、工具７と被加工物Ｗを減量方向に相対移動させる（相対回転させる回転駆動手段であり、図１および図２に示した構成と同様である。駆動手段９により、工具７は、鉛直なＺ軸を中心にスピンドルにより回転駆動されるとともに、超音波振動される。

送り駆動手段２５は、この例では、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させる手段であり、例えば、工具７を支持（保持）する工具支持部１７に設けられる。工具支持部１７は一例として、Ｚ軸方向に移動するＺ軸送りステージであり、送り方向は、この例では、工具７の主軸の延在方向、すなわち鉛直方向（図示のＺ軸方向、治具５の保持部５２の面に垂直な方向）である。

また、本実施形態の加工装置１は、計測手段１１を備えていると望ましい。計測手段１１は例えば、退避移動機構２１による退避状態を検出する退避状態検出手段１１１と、送り駆動手段２５による実際の送り状態を検出する検出する送り状態検出手段１１３と、退避状態と送り状態の相対差から、工具７と被加工物Ｗの相対的な送り量を算出する計算手段１１５などを有している。計測手段１１については、後に詳述する。

これら加工装置１の各部は、制御手段（不図示）によって統括的に制御される。制御手段は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭなどから構成され、各種制御を実行する。ＣＰＵは、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて各種機能を実現する。ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として使用される。ＲＯＭは、ＣＰＵで実行される基本ＯＳやプログラムを記憶する。

制御手段は、テーブル（Ｘ軸−Ｙ軸テーブル）３と工具支持部（Ｚ軸送りステージ）１７とを数値制御する不図示の数値制御手段（数値制御装置）を含む。数値制御装置により、工具（砥石）７をスピンドルによりＺ軸を中心に高速回転させるとともに回転トルク等が制御され、被加工物Ｗを水平なＸ−Ｙ面内で移動させて回転する工具７に接触させることにより、被加工物Ｗを減量し、所望の形状に加工することができる。

本実施形態の加工装置１は、工具７が被加工物Ｗの被加工部位を押圧する際に当該被加工部位にかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させて、所望の形状になるまで被加工物Ｗを減量するものである。換言すると、工具７が被加工物Ｗの被加工部位を押圧する際の圧力を、加工が進行する所定範囲内に維持しながら、所望の形状になるまで被加工物Ｗを減量するものである。

より具体的には、工具７または被加工物Ｗのうち一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を進行させることで工具７が被加工部位を押圧する際に被加工部位にかかる過剰圧力を緩衝させるものであり、これにより工具７と被加工部位が当接する圧力（押圧力）を加工が効率よく進行する所定範囲内に維持しながら加工を行うことができる。

ここで、被加工物Ｗであるソーダ石灰ガラスは従来では、ダイヤモンド工具を用いて加工を行なっていた。しかしながら、工具がソーダ石灰ガラスの表面で滑り易く、これを防止するために、ダイヤモンド工具を相当の圧力で押し付ける必要があった。このため、ソーダ石灰ガラスが薄い場合や、穴開け加工など、工具の送り方向に支持（治具、テーブルなど）が配置できない加工においてはソーダ石灰ガラスが破損するなど加工が大変困難であった。

しかしながら、本願出願人は、ジルコニアを超音波振動させながら適宜の圧力で（過剰な圧力を逃がしながら）ガラス系材料（ソーダ石灰ガラスなど）に当接させることにより、少なくとも一方が減量（磨耗）することを見出した。これは、ガラスの表面が高温（６００℃〜７００℃）になることなどから、超音波振動するジルコニアとソーダ石灰ガラスとの間に化学的反応が生じることで、少なくとも一方（材料の一部）が減量（磨耗）するものと考えられる。より詳細には、当接した工具７と被加工物Ｗの材料同士（例えば、ジルコニアとソーダ石英ガラス）が分子レベル（または原子レベル）で化学的に結合し、一旦接合（接着）した状態から超音波振動によって材料同士が引き離されることで一方の材料（例えば被加工物Ｗの材料）の一部が他方の材料（例えば工具７の材料）に接合（接着）した状態で引き剥がされ、一方の材料が減量すると考えられる。なお、材料によっては、両者が互いに減量する（減量の程度が異なる）場合もある。このような知見から、工具７と被加工物Ｗは、互いに化学的な結合が可能な材料であるとともに、工具７は結合後に剥離（離脱）しにくい材料（例えば、ジルコニア）を選択し、被加工物Ｗは工具７に比べて結合後に剥離（離脱）しやすい材料（例えば、ガラス系材料（ソーダ石灰ガラスなど））を選択することが望ましいといえる。また、水分を加えることでより効果的に加工を進行させることができる場合もある。

なお、上記（化学的結合と剥離）以外の化学的反応による減量と他の化学的反応による減量とが混在していてもよい。また、これらに機械的な加工による減量（切削や研削）が含まれていてもよいが、その場合主として化学的反応によって減量が進行する（化学的反応による減量の程度が減量全体の５０％を占める）ものとする。

また、このような化学的反応による減量は、機械的な加工（研磨や切削）が生じない程度で材料同士（工具７と被加工物Ｗ）を当接させる（機械的加工が生じず、かつ化学的な（分子レベルまたは原子レベルの）結合を生じさせる）ことで進行すると考えられ、工具７と被加工物Ｗを適切な圧力で当接させることが望ましいことが判った。

そこで、本実施形態では、ジルコニア（工具７）とソーダ石灰ガラス（被加工物Ｗ）の間の押圧力を、最も効率よく加工が進行する（効率よく化学的反応による減量が生じる）所定範囲に維持すべく、工具７または被加工物Ｗの一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を行う。これにより工具７が被加工部位を押圧する際に被加工領域ＷＡにかかる過剰圧力を緩衝させながら、加工を進行させることができる。

具体的には、図３に示すように、本発明の実施形態の加工装置１は、治具５または工具支持部１７の一方が、緩衝機構２０を有しており、これにより被加工物Ｗに加わる工具７の過剰圧力を緩衝し（吸収し）、被加工物Ｗおよび工具７への加工負荷を軽減させるように構成した。この緩衝機構２０とは、例えば、工具７または被加工物Ｗを退避移動させる退避移動機構２１と、工具７または被加工物Ｗを復帰移動方向に付勢する付勢機構２３を含む機構である。

同図（Ｂ）、同図（Ｃ）を参照してより詳細に説明する。本実施形態では一例として、治具５が、緩衝機構２０すなわち、退避移動機構２１と付勢機構２３とを備えている場合である。

退避移動機構２１は、この例では、保持部５２（保持面５２１）を基台５１に対して垂直（この例では鉛直）方向上下に移動可能に保持する支持部５３である。より具体的には、支持部５３は、外筒５３１と、外筒５３１の内側で外筒５３１に対して進退可能に保持される内筒５３２とを有している。

また、付勢機構２３は例えば、支持部５３の例えば外周に設けられて上下両端が保持部５２と基台５１とに固定れた弾性部材５３３である。弾性部材５３３は例えば、外筒５３１の外周に巻回され、上下両端が保持部５２と基台５１とに固定されたばね（コイルばね）である。

支持部５３（退避移動機構２１）は、工具７の実際の送り方向（加工を進行させる場合に送り駆動手段２５によって工具７が送られる方向、この例ではＺ軸の下方に向かう方向）と同方向に保持部５２を退避移動可能に構成されており、これにより保持部５２上の被加工物Ｗは工具７の実際の送り方向と同方向に退避移動可能となっている。

付勢機構２３は、退避移動機構２１により被加工物Ｗが退避移動する際、退避移動する被加工物Ｗを復帰移動方向に付勢する。復帰移動方向は、退避移動方向とは逆方向であり、Ｚ軸の上方に向かう方向である。

また、保持部５２の上面にはストッパー５３５が設けられる。ストッパー５３５は、付勢機構２３（弾性部材５３３）によってＺ方向上方へ付勢される保持部５２のＺ軸上方への移動が所定高さに規制する。

これにより、保持部５２およびこれに保持される被加工物Ｗは、加工が行われている間は工具７によって押圧され、退避移動機構２１によって付勢機構２３の付勢力に抗いながら工具７の実際の送り方向（Ｚ軸下方）に退避移動するが、被加工物Ｗと工具７による加工が進展するにつれて、退避移動機構２１及び付勢機構２３によって、退避移動した被加工物Ｗ（保持部５２）が工具７に押圧されながらも初期の位置に復帰する方向に移動する。

なお、工具７は、超音波振動手段５５によって超音波振動が付与されると望ましいが、この場合、超音波による音圧及び振動と、工具７への加圧によって加工が進行する。つまり音圧も当該圧力（押圧力）に関与するため、この音圧を考慮して送り駆動手段２５、退避移動機構２１および付勢機構２３等の制御を行う。

さらに、計測手段１１は例えば、退避移動機構２１による退避状態を検出する退避状態検出手段１１１と、送り駆動手段２５による実際の送り状態を検出する検出する送り状態検出手段１１３と、退避状態と送り状態の相対差から、工具７と被加工物Ｗの相対的な送り量を算出する計算手段１１５を有している。

ここで、退避移動機構２１が検出する退避状態は、例えば、工具７に押圧されることによる退避移動の量（以下「退避量ΔＮ」と称する。）である。

また、送り駆動手段２５が検出する実際の送り状態は、例えば、加工を行うための目標となる（加工を行う場合に設定する）実際の（絶対的な）送り量（以下、「絶対的な送り量ΔＴ１」と称する。）である。

また、計算手段１１５が算出する相対的な送り量とは、絶対的な送り量ΔＴ１と退避量ΔＮの差（ΔＴ１−ΔＮ）であり、以下、「相対的な送り量ΔＴ２」と称する。工具７と被加工物Ｗの相対的な送り量ΔＴ２（＝ΔＴ１−ΔＮ）は、加工の進展量ともいえる。

本実施形態の退避移動機構２１は、保持部５２に被加工物Ｗを載置すると、送り駆動手段２５によって工具７を被加工物Ｗを押圧してはいない状態であっても被加工物Ｗの重量に応じた所定量で退避移動方向に移動する（付勢機構２３がそのように設定されている）。しかし、本実施形態では一例として、退避状態検出手段１１１が検出する退避量ΔＮは、送り駆動手段２５によって工具７を被加工物Ｗを押圧する（送り出す）ことによって、被加工物ＷがＺ軸下方に退避移動した変化量（加工開始時では保持部５２に被加工物Ｗを載置した状態から更に工具７の押圧によって退避移動した変化量）を検出するものとする。

なお、後に述べる付勢機構２３の付勢力の設定によっては、保持部５２に被加工物Ｗを載置したのみでは、保持部５２はＺ軸下方に移動しない場合もあり、そのように構成されていてもよい。

そして、退避移動機構２１は、加工の進行中（工具７によって押圧されている間）は、付勢機構２３によって付勢されることにより、送り駆動手段２５による工具７の絶対的な送り量ΔＴ１に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に、被加工物Ｗを退避移動させる。なお、本実施形態における「相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に、被加工物Ｗを退避移動する」とは、換言すれば、初期位置に復帰する方向への移動ではあるが、初期位置からは依然として退避しているような移動である。

そして加工装置１は、退避移動機構２１による退避量ΔＮが（略）ゼロとなる際に、加工（の１ステップ）を終了させるように制御される。

具体的には、例えば、２ｍｍの加工を行う場合、送り駆動手段２５による工具７の絶対的な送り量ΔＴ１（退避量ΔＮ）を２ｍｍとし、退避量ΔＮ（２ｍｍ）が（略）ゼロとなる際に加工を終了する。あるいは、例えば、２ｍｍの加工を行う場合、複数ステップの加工を行うようにしても良く、例えば１ステップ目において送り駆動手段２５による工具７の絶対的な送り量ΔＴ１（退避量ΔＮ）を０．２ｍｍとして、退避量ΔＮ（０．２ｍｍ）が（略）ゼロとなる際に加工の１ステップ目を終了し、次のステップ（２ステップ目）に進み、これを繰り返して加工を行うようにしてもよい。この場合１０ステップ目が終了した場合に、加工が完了する。なお、ジルコニアとソーダ石灰ガラスの化学的反応によりジルコニアも減量（磨耗）するが、その量は極僅かであり、送り量ΔＴ１（退避量ΔＮ）の制御にほとんど影響はない。

付勢機構２３の付勢力（弾性部材５３３の弾性力）は、退避状態検出手段１１１が検出した退避量ΔＮに連動するように設定され、上記のような退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲に設定されている。

具体的には、付勢機構２３の付勢力は、送り駆動手段２５が工具７を絶対的な送り量ΔＴ１で送り出した場合、緩衝機構２０（退避移動機構２１および付勢機構２３）によって、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に退避移動することが可能となるように設定されている。より具体的な現象で説明すると、例えば、送り駆動手段２５の送り動作（それによる退避移動機構２１による退避量ΔＮ）に対応して、被加工物ＷのＺ軸方向の位置（治具５の保持部５２のＺ軸方向位置）の微小な変位を許容しつつ、例えば僅かな範囲で被加工物Ｗが振動可能となるように、付勢機構２３の付勢力が設定されている。

例えば、付勢機構２３が弾性部材（コイルばね）５３３の場合、退避移動機構２１による退避量ΔＮに連動して伸縮が可能なばね定数が適宜選択される。弾性部材５３３は、送り駆動手段２５による押圧力を受けて送り駆動手段２５の送り方向（Ｚ軸下方）に圧縮されながらも、当該押圧力に抗って、工具７の実際の送り量（絶対的な送り量）ΔＴ１に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に被加工物Ｗ（保持部５２）を移動させることが可能な程度に伸張するようなばね定数が選択される。

換言すると、被加工物Ｗと工具７による加工が進展するにつれて、Ｚ方向下方に退避移動した被加工物Ｗ（保持部５２）が復帰方向に移動するようなばね定数が選択される。

ただし、この付勢機構２３の付勢力は、工具７（ジルコニア）の形状（サイズ）と被加工物Ｗ（ソーダ石灰ガラス）の形状（厚み）等も含め、両者の化学的反応に起因する加工の進行具合により異なる。従って、付勢機構２３の付勢力は、両者の化学的反応に起因する加工の進行具合に応じて、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲に制御される。つまり、付勢機構２３が弾性部材５３３の場合は、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲のばね定数が適宜選択される。

また、送り駆動手段２５は、被加工物Ｗ（保持部５２）の退避量ΔＮが所定の閾値を超えないように、絶対的な送り量ΔＴ１を制御する。具体的には、退避量ΔＮが所定の閾値（例えば、目標とする加工量）を超える状態となった場合は、工具７の絶対的な送り量ΔＴ１を減少させ、退避量ΔＮが所定の閾位置に満たない場合（押し込みが少なく工具７が空転状態またはそれに近い状態となる場合）は、工具７の絶対的な送り量ΔＴ１を増加させる制御を行う。

なお、送り駆動手段２５による加工中の送り制御は行わなくても良く、送り駆動手段２５による制御に代えて、あるいはこれと併用して、工具７の駆動手段９による制御（回転制御、回転トルクの制御）などによって、退避量ΔＮが所定の閾値を超えないように制御してもよい。

また、弾性部材５２２は、コイルばねに限らず、例えば空気ばねや、スポンジ等であってもよく、また、付勢機構２３は、磁力、油圧、空圧などにより付勢する機構（弾性力を有する機構）であってもよい。

更に、緩衝機構２０は、上記の構成に限らず、工具７および被加工物Ｗの一方を送り方向に移動し、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向と同方向に退避移動させる構成であればよい。あるいは、緩衝機構２０は、工具７が被加工物Ｗを押圧する際に当該被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させる構成であればよい。

また、加工装置１は、図３に示す構成に限らず、工具７（ジルコニア）によって被加工物Ｗ（ソーダ石灰ガラス）の加工が進行する構成、例えば、工具７（ジルコニア）を被加工物Ｗ（ソーダ石灰ガラス）に対して相対移動させる駆動手段９と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる送り駆動手段２５と、を少なくとも有する構成であればよい。従って、超音波振動手段５５は設けなくてもよいし、緩衝機構２０を設けなくてもよい。

図４を参照して、加工装置１における加工方法について時系列に説明する。なお、同図においては、被加工物Ｗの状態と治具５の動作を説明する便宜上、治具５（保持部５２）の上方に被加工物Ｗを記載しているが、実際は、図３に示すように、治具５は被加工物Ｗの周辺部を保持しているものとする。なお、被加工物Ｗを貫通しない刳り貫き加工の場合には、図３と同様の保持の構成であってもよいし、図４に示す保持の構成であってもよい（その場合被加工物Ｗが移動しないように固定する手段は必要である）。すなわち、治具５による被加工物Ｗの保持の態様は、加工の態様により適宜選択可能である。

本実施形態の加工方法は、ガラス系材料（例えば、ソーダ石灰ガラス）の被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、被加工物Ｗを治具５により保持し、ジルコニアからなる工具７と被加工物Ｗとを相対移動させる工程と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる工程と、を有する。

まず、同図（Ａ）に示すように、治具５の保持部５２によって被加工物Ｗ（例えば、ソーダ石灰ガラス）を保持する。この例では、被加工物Ｗが治具５により保持され、且つ工具７（例えば、ジルコニア）によって押圧される前の状態では、被加工物Ｗの重量により付勢機構２３（弾性部材５３３）は所定量圧縮され、保持部５２は、退避移動機構２１と付勢機構２３によって被加工物Ｗの保持前の位置（破線で示す）よりもＺ方向下方に移動する。なお、付勢機構２３の付勢力の設定によっては、保持部５２に被加工物Ｗを保持したのみでは、保持部５２はＺ軸下方に移動しない場合もあり、そのように構成されていてもよい。この例では、被加工物Ｗの重量のみによる移動は、退避量ΔＮに含まないものとする。

そしてこのときの（加工前の被加工物Ｗが保持（把持）された状態の）被加工物Ｗ表面（あるいは保持面５２１（図３（Ｃ）参照））の（床面などの基準面からの高さ）を復帰位置Ｐ０とする。

次に、同図（Ｂ）に示すように、工具７および被加工物Ｗの一方を送り方向に移動し、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向と同方向に退避移動させることにより工具が被加工物Ｗを押圧する際に被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させる。

具体的には、テーブル３を移動させて被加工領域ＷＡを工具７の下方になるように調整し、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させる。すなわち、工具支持部１７の送り駆動手段２５によって、工具７をＺ軸下方に移動させて被加工領域ＷＡの加工開始部位に工具７を当接させる。このとき、送り駆動手段２５は、加工が可能な程度の押圧力で工具７を被加工物Ｗに当接（押圧）させるように工具７を移動する。被加工物Ｗはこの押圧力を受け、退避移動機構２１は、或る退避量ΔＮでＺ方向下方に退避移動する。退避量ΔＮは例えば、目標とする最終的な形状に至るまでの減少量（総加工量）であってもよいし、当該減少量（総加工量）よりも小さい値（総加工量を複数に等分割した値）であってもよい。

次に、同図（Ｃ）に示すように、工具７と被加工物Ｗを減量方向（この場合は、Ｘ軸−Ｙ軸方向）に相対移動させる。このとき、工具７は駆動手段９によって回転駆動および超音波振動が付与される。また、ジルコニアとソーダ石灰ガラスの物理的な相対移動に伴い、両者の化学的反応が生じ、物理的な相対移動と化学的反応によって被加工物ＷＡの一部が減量される。

本実施形態ではこの加工において、送り駆動手段２５が、工具７を絶対的な送り量ΔＴ１で送り方向（Ｚ軸下方）に移動させて被加工物Ｗを押圧する一方で、付勢機構２３は、退避移動する被加工物Ｗを復帰移動方向（復帰位置Ｐ０に向かって移動する方向）に付勢し、退避移動機構２１は、工具７の実際の送り量ΔＴ１に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向（この場合は下方）に、被加工物Ｗ（保持部５２）を退避移動させる。付勢機構２３の付勢力は退避移動機構２１による退避量ΔＮに連動し、所望量を超えない範囲に設定されている。

具体的には、退避状態検出手段１１１が検出した退避移動機構２１による退避状態（退避量ΔＮ）と、送り状態検出手段１１３が検出した送り駆動手段２５による実際の送り状態（絶対的な送り量ΔＴ１）に基づき、計算手段１１５が両者の相対差（ΔＴ１−ΔＮ）から、工具７と被加工物Ｗの相対的な送り量ΔＴ２を算出する。また、送り駆動手段２５は、退避量ΔＮが所定の閾値を超えないように、絶対的な送り量ΔＴ１を制御する。

そして、同図（Ｃ）に示すように、退避移動機構２１は、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量ΔＴ２が減少する方向に、被加工物Ｗを退避移動させる。被加工物Ｗと工具７による加工が進展するにつれて、退避移動機構２１及び付勢機構２３によって退避移動した被加工物Ｗが復帰位置Ｐ０方向に移動し、退避量ΔＮは減少するように加工が進行する。なお、この場合は、送り駆動手段２５によって工具７が送られることによる被加工物Ｗの減量の程度（減少量）に対して、相対的減少量が減少する方向に被加工物Ｗ（保持部５２）を退避移動するともいえる。

つまり、現象的に一例を挙げると、被加工物Ｗはテーブル３に対してＺ軸方向の位置が固定されず、Ｚ軸方向において所定範囲内での移動（位置の変動）が許容された状態で加工が進行する。被加工物Ｗは工具７によってＺ軸下方に押されながらも、上下に振動するようにして、治具５（被加工物Ｗ）が徐々に復帰位置Ｐ０に戻りながら加工が進行する。

そして、同図（Ｄ）に示すように被加工領域ＷＡの形状が所望の最終形状となり（総加工量に到達し）退避量ΔＮが（略）ゼロとなった際に、加工を終了させる。

なお、複数のステップに分割して加工を実行する場合は、１ステップの退避量ΔＮが（略）ゼロとなった場合に、当該ステップの加工を終了し、次ステップの加工に進む。

なお、加工が完了する直前において、退避量ΔＮに対して相対的な送り量ΔＴが不足し、目標値に僅かに満たずに工具７が空転する可能性がある場合には、それらを考慮して絶対的な送り量ΔＴ１，退避量ΔＮおよび相対的な送り量ΔＴ２を適宜制御するとよい。

また、計測手段１１は、最終の加工量に達し、所望の形状が得られているか否かを検出する測定手段を備え、加工の終了後に最終の加工形状を確認可能とするようにしてもよい。

このような構成によれば、保持部５２に保持された被加工物Ｗおよび工具７に対して、加工が最も効率よく進行する圧力範囲を超えるような過剰な圧力が加わった場合であってもそれを緩衝（吸収）しつつ、加工を進行させることができる。

また、退避量ΔＮを所望の値（最終加工量、あるいはそれを等分割にした値）に設定し、退避量ΔＮが（略）ゼロになった場合に（１ステップ分の）加工を終了するように制御すればよいため、従来の研削や切削では困難であったミクロン単位での加工量の制御が可能となる。

従って、被加工物Ｗがソーダ石灰ガラスであり、また特に、薄い板厚に対する穴開け加工や刳り貫き加工を行なう場合であっても、被加工物Ｗの破損を防ぎ、また効率よく加工を行なうことができる。

さらに、本実施形態では、被加工物Ｗおよび工具７への加工負荷（加工圧）が小さい場合、その表面（加工目）は、磨き（研磨）に近い加工目となり、研磨レベルの目の細かい加工が可能となる。本実施形態の加工では、被加工物Ｗおよび工具７への加工負荷（加工圧）は随時変化しているが、加工処理の全体を通した被加工物Ｗおよび工具７への加工負荷（加工圧）は、大まかに、加工の初期は加工負荷（加工圧）が高く、加工の終期（終了直前）では加工負荷（加工圧）が低くなる。つまり、加工の終期（終了直前）において、研磨レベルの目の細かい加工によって、その表面（加工目）は、磨き（研磨）に近い加工目の加工を行うことができる。

なお、第１実施形態の加工方法は、工具７（ジルコニア）によってガラス系材料（例えば、ソーダ石灰ガラス）の被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法、例えば、工具７（ジルコニア）と被加工物Ｗ（例えば、ソーダ石灰ガラス）とを相対移動させる工程と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる工程と、を少なくとも有する加工方法であればよく、工具７の超音波振動は行なわなくてもよい。また、工具７が被加工物Ｗを押圧する際の被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させなくてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態は、工具７が例えばジルコニアであり、被加工物Ｗがガラス系材料、特にソーダ石灰ガラスである場合を例示した。しかしながら、工具７および被加工物Ｗの部材はこれに限らない。

すなわち、第２実施形態の加工装置１は、治具５と、工具７と、駆動手段９と、送り駆動手段２５と、緩衝機構２０とを備え、工具７と被加工物Ｗによる化学的反応を生じさせながら被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させる装置である。この場合、被加工物Ｗは第一の部材からなり、工具７は第一の部材とは異なる第二の部材からなるものである。

被加工物Ｗの第一の部材は、例えば、ガラス系材料や天然鉱物であり、より具体的には、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス（ソーダライムガラス）、鉛ガラス、アルカリバリウムケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、合成溶融シリカまたは、水晶や瑪瑙（メノウ）等のうちいずれかであり、工具７の第二の部材は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素など、のいずれかである。また、工具７の第二の部材は、セラミック（セラミックス）である。また、第二の部材は、ダイヤモンド（単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド）であってもよい。

あるいはまた、被加工物Ｗ（第一の部材）は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素などのいずれかであり、また被加工物Ｗは、セラミックである。また被加工物Ｗは、ダイヤモンド（単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド）であってもよい。工具７（第一の部材）は、ガラス系材料や天然鉱物であり、より具体的には、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス（ソーダライムガラス）、鉛ガラス、アルカリバリウムケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、合成溶融シリカまたは、水晶や瑪瑙（メノウ）等などのうちいずれかであってもよい。

治具５と、工具７と、駆動手段９と、送り駆動手段２５と、緩衝機構２０の構成は、第１実施形態（図１〜図３）と同様であるので、説明は省略する。ただし、付勢機構２３の付勢力は、加工する被加工物Ｗの材質、形状、使用する工具７などの加工条件により異なる。従って、付勢機構２３の付勢力は、加工条件に応じて、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲に制御される。つまり、付勢機構２３が弾性部材５３３の場合は、上記の退避移動と復帰移動が可能となるような所望量を超えない範囲のばね定数が適宜選択される。

第２実施形態においても、加工装置１は、第一の部材で形成した工具７を第二の部材である被加工物Ｗに当接させ、少なくとも一方を減量（磨耗）させながら加工を進める。すなわち、加工装置１は、超音波振動する工具７と被加工物Ｗとを適宜の圧力で物理的に押圧して加工を行うが、その際、被加工物Ｗにかかる過剰な圧力（押圧力）を緩衝させながら、被加工物Ｗの減量方向に相対移動させる。そうすることで、工具７と被加工物Ｗの物理的な相対移動（減量方向の移動と送り方向の移動）に加えて、工具７と被加工物Ｗが相互に作用を及ぼし合う接触面（及びその近傍）において化学的反応を生じさせるものである。これにより、被加工物Ｗを破損することなく加工対象領域のみを減量させて所望の形状に変化させることができる。

また、第２実施形態の加工方法は、第一の部材からなる被加工物Ｗの一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具７を超音波振動させつつ、該工具７および被加工物Ｗの一方を送り方向に移動し、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具７が該被加工物Ｗを押圧する際に被加工物Ｗにかかる過剰圧力を緩衝させるとともに、工具７と被加工物Ｗによる化学的反応を生じさせながら加工を進行させて、所望の形状になるまで被加工物の一部を減量する、ものである。

より具体的には、被加工物Ｗを治具５により保持し、工具７を超音波振動させつつ該工具７と被加工物Ｗとを被加工物Ｗの（減量方向に）物理的に相対移動させる工程と、被加工物Ｗに対して工具７を所望の送り方向に移動させるべく、工具７および被加工物Ｗの一方を移動させる工程と、工具７または被加工物Ｗの実際の送り量に対して、工具７と被加工物Ｗの間の相対的な送り量が減少するように、工具７および被加工物Ｗの他方を送り方向に退避移動させる工程と、被加工物Ｗまたは工具７が退避移動する際、退避移動する被加工物Ｗまたは工具７を復帰移動方向に付勢する工程と、工具７と被加工物Ｗによる化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる工程と、を有する。

第２実施形態においても、超音波振動する工具７と被加工物Ｗの両材料の間に化学的反応を生じさせ、少なくとも一方（材料の一部）を減量（磨耗）させる。この化学的反応による減量は例えば、第１実施形態と同様に、当接した工具７と被加工物Ｗの材料同士を分子レベル（または原子レベル）で化学的に結合させ、一旦接合（接着）した状態から超音波振動によって材料同士を引き剥がす（引き離す）ことで、一方の材料（例えば被加工物Ｗの材料）の一部を他方の材料（例えば工具７の材料）に接合（接着）した状態で引き剥がし、一方の材料を減量させるものである。なお、材料によっては、両者が互いに減量する（減量の程度が異なる）場合もある。この場合、工具７と被加工物Ｗは、互いに化学的な結合が可能な材料であるとともに、工具７は結合後に剥離（離脱）しにくい材料を選択し、被加工物Ｗは工具７に比べて結合後に剥離（離脱）しやすい材料を選択することが望ましいといえる。また、水分を加えることでより効果的に加工を進行させることができる場合もある。

また、このような化学的反応による減量は、機械的な加工（研磨や切削）が生じない程度で材料同士（工具７と被加工物Ｗ）を当接させる（機械的加工が生じず、かつ化学的な（分子レベルまたは原子レベルの）結合を生じさせる）ことで進行すると考えられ、工具７と被加工物Ｗを適切な圧力で当接させることが望ましい。

そこで、本実施形態では、ジルコニア（工具７）とソーダ石灰ガラス（被加工物Ｗ）の間の押圧力を、最も効率よく加工が進行する（効率よく化学的反応による減量が生じる）所定範囲に維持すべく、工具７または被加工物Ｗの一方を、加工を進行させるための他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を行う。これにより工具７が被加工部位を押圧する際に被加工領域ＷＡにかかる過剰圧力を緩衝させながら、加工を進行させることができる。

なお、この場合も、水分を加えることでより効果的に加工を進行させることができる場合もある。

また、第２実施形態においては、上記（化学的結合と剥離）以外の化学的反応による減量であってもよいし、上記の化学的反応による減量と他の化学的反応による減量とが混在していてもよい。また、これらに機械的な加工による減量（切削や研削）が含まれていてもよいが、その場合主として化学的反応によって減量が進行する（化学的反応による減量の程度が減量全体の５０％を占める）ものとする。

＜他の実施形態＞
上記の例では、加工装置１がドリル型の工具７を回転駆動するフライス盤による装置の場合であって、治具５が緩衝機構２０（退避移動機構２１および付勢機構２３）を備える例を示したが、これに限らない。

例えば、加工装置１が円柱状の被加工物Ｗを回転させる旋盤加工等の装置の場合であって、工具支持部１７が緩衝機構２０（退避移動機構２１および付勢機構２３）を備える構成であってもよい。

また、加工装置１がエンドミル型の工具７を回転駆動するフライス盤による加工等の装置の場合であって、治具５を支持するテーブル３が緩衝機構２０（退避移動機構２１および付勢機構２３）を備える構成であってもよい。

また、上記の実施形態では、退避移動機構２１と付勢機構２３とを別の構成とする例を示したが、退避移動機構２１と付勢機構２３は、緩衝機構２０として一体的なものであってもよい。例えば、図１に示す例において、治具５自体を緩衝機能を有する弾性体（ゴムやスポンジ状の樹脂材料など）で構成してもよいし、図３に示す例において、例えば工具７の主軸またはシャンク自体を緩衝機能を有する弾性体（ゴムやスポンジ状の樹脂材料など）で構成してもよい。

また、本実施形態の加工は、例えば、切削（ミーリング）加工（マシニング加工、フライス加工）である正面フライス削り、エンドミル削り、平フライス削り、平面切削、側面切削、溝削りや、旋盤（旋削）加工（外丸削り、面削り、テーパ削り、ねじ切り、突切り等）、穴開け、中ぐり(刳り貫き)等の加工や、研削加工（平面研削、成形研削、円筒研削、ダイシング加工、スライシング加工等）などに適用可能である。

また、緩衝手段１０は、コイルばねによらず他のばねであってもよいし、スポンジや樹脂などの弾性部材であってもよい。また、油圧や空圧などで緩衝させるものであってもよい。また、治具５が緩衝手段１０を備える場合、治具５の材質をスポンジや樹脂などの弾性体で構成するものであってもよい。

また、緩衝機構２０は、工具７または被加工物Ｗの一方を、加工を進行させる他方の送り方向と同方向に退避させながら加工を進行させる機構であれば上記の例に限らない。

また、例えば、被加工物Ｗの基準となる部位の位置を、計測手段１１の測定手段（例えば、マイクロメータやダイヤルゲージなど）によって適宜のタイミング（例えば、加工開始時、加工途中、加工終了時などのタイミング）で計測することによって、加工量を適宜（随時）検出し、制御手段にフィードバックして送り駆動手段２５、退避移動機構２１および付勢機構２３等を適宜制御することにより、当該圧力を加工が効率よく進行する所定の範囲に維持しながら加工を行うものであってもよい。

また、工具７と被加工物Ｗの当接する圧力を適宜のタイミングで検出し、制御手段にフィードバックして送り駆動手段２５、退避移動機構２１および付勢機構２３等を適宜制御することによって、当該圧力を加工が効率よく進行する所定の範囲に維持しながら加工を行うものであってもよい。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨および技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１ 加工装置
３ テーブル
５ 治具
７ 工具
９ 駆動手段
１０ 緩衝手段
１１ 計測手段
１７ 工具支持部
２０ 緩衝機構
２１ 退避移動機構
２３ 付勢機構
２５ 駆動手段
５１ 基台
５２ 保持部
５３ 支持部
１１１ 退避状態検出手段
１１３ 状態検出手段
１１５ 計算手段
５２１ 保持面
５３１ 外筒
５３２ 内筒
５３３ 弾性部材
５３５ ストッパー
Ｐ０ 復帰位置
Ｗ 被加工物

本発明は、被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、前記被加工物を保持する治具と、前記被加工物の一部に当接させる工具と、前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、前記被加工物はガラス系材料であり、前記工具はジルコニアにより構成され、前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、ことを特徴とする加工装置に係るものである。

また、本発明は、ガラス系材料の被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、前記被加工物を治具により保持し、ジルコニアからなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有し、前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
ことを特徴とする加工方法に係るものである。

Claims (25)

1. 被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、
   前記被加工物を保持する治具と、
   前記被加工物の一部に当接させる工具と、
   前記工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、
   前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、を有し、
   前記被加工物はガラス系材料であり、
   前記工具はジルコニアにより構成される、
   ことを特徴とする加工装置。
2. 前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させる緩衝機構を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記送り駆動手段による実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる退避移動機構と、
   前記退避移動機構により前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する付勢機構と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
4. 前記駆動手段は、前記工具を超音波振動させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
5. 前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の加工装置。
6. 被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工装置であって、
   前記被加工物を保持する治具と、
   前記被加工物の一部に当接させる工具と、
   前記工具を超音波振動させつつ、該工具を前記被加工物に対して相対移動させる駆動手段と、
   前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる送り駆動手段と、
   前記工具が前記被加工物と当接する際に該被加工物にかかる圧力を緩衝させる緩衝機構とを備え、
   前記被加工物は第一の部材からなり、
   前記工具は前記第一の部材とは異なる第二の部材からなるものであり、
   前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
   ことを特徴とする加工装置。
7. 前記緩衝機構は、前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の加工装置。
8. 前記緩衝機構は、
   前記送り駆動手段による実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる退避移動機構と、
   前記退避移動機構により前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する付勢機構と、を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の加工装置。
9. 前記被加工物の減量が進展するにつれて、前記退避移動機構及び前記付勢機構により、退避移動した前記被加工物または前記工具が前記送り方向とは逆の復帰方向に移動する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の加工装置。
10. 前記付勢機構による付勢力が、前記退避移動機構による退避量に連動する、
    ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の加工装置。
11. 前記第一の部材は、ガラス系材料または天然鉱物材料であり、
    前記第二の部材は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素のいずれかである、
    ことを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか一項に記載の加工装置。
12. 前記第一の部材は、ガラス系材料または天然鉱物材料であり、
    前記第二の部材は、セラミックである、
    ことを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか一項に記載の加工装置。
13. 前記第一の部材は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素のいずれかであり、
    前記第二の部材は、ガラス系材料または天然鉱物材料である、
    ことを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか一項に記載の加工装置。
14. 前記第一の部材は、セラミックであり、
    前記第二の部材は、ガラス系材料または天然鉱物材料である、
    ことを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか一項に記載の加工装置。
15. ガラス系材料の被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、
    前記被加工物を治具により保持し、ジルコニアからなる工具と前記被加工物とを相対移動させる工程と、
    前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、を有する、
    ことを特徴とする加工方法。
16. 前記工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、
    前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させながら加工を進行させる、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の加工方法。
17. 前記工具または前記被加工物の実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる工程と、
    前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する工程と、を備える、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の加工方法。
18. 前記工具を超音波振動させる、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の加工方法。
19. 前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる、
    ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１８のいずれか一項に記載の加工方法。
20. 第一の部材からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、
    前記第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具を超音波振動させつつ、該工具および前記被加工物の一方を送り方向に移動し、
    前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向と同方向に退避移動させることにより該工具が該被加工物を押圧する際に該被加工物にかかる過剰圧力を緩衝させるとともに、該工具と該被加工物による化学的反応を生じさせながら加工を進行させて、前記所望の形状になるまで前記被加工物の一部を減量する、
    ことを特徴とする加工方法。
21. 第一の部材からなる被加工物の一部を減量させて所望の形状に変化させる加工方法であって、
    前記被加工物を治具により保持し、前記第一の部材とは異なる第二の部材からなる工具を超音波振動させつつ該工具を前記被加工物に対して相対移動させる工程と、
    前記被加工物に対して前記工具を所望の送り方向に移動させるべく、前記工具および前記被加工物の一方を移動させる工程と、
    前記工具または前記被加工物の実際の送り量に対して、前記工具と前記被加工物の間の相対的な送り量が減少するように、前記工具および前記被加工物の他方を前記送り方向に退避移動させる工程と、
    前記被加工物または前記工具が退避移動する際、退避移動する前記被加工物または前記工具を復帰移動方向に付勢する工程と、
    前記工具と前記被加工物による化学的反応を生じさせながら該被加工物の一部を減量させる工程と、を備える、
    ことを特徴とする加工方法。
22. 前記第一の部材は、ガラス系材料であり、
    前記第二の部材は、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素のいずれかである、
    ことを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の加工方法。
23. 前記第一の部材は、ガラス系材料であり、
    前記第二の部材は、セラミックである、
    ことを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の加工方法。
24. 前記第一の部材は、ジルコニア、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素のいずれかであり、
    前記第二の部材は、ガラス系材料である、
    ことを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の加工方法。
25. 前記第一の部材は、セラミックであり、
    前記第二の部材は、ガラス系材料である、
    ことを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の加工方法。

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