JP2022034671A - Processing device and processing method - Google Patents

Processing device and processing method Download PDF

Info

Publication number
JP2022034671A
JP2022034671A JP2020138479A JP2020138479A JP2022034671A JP 2022034671 A JP2022034671 A JP 2022034671A JP 2020138479 A JP2020138479 A JP 2020138479A JP 2020138479 A JP2020138479 A JP 2020138479A JP 2022034671 A JP2022034671 A JP 2022034671A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tool
workpiece
processing
work piece
feed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020138479A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6955797B1 (en
Inventor
直圭 堀川
Naokado Horikawa
さゆり ターヴァイネン
Sayuri Tarvainen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AREUSE CO Ltd
Original Assignee
AREUSE CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AREUSE CO Ltd filed Critical AREUSE CO Ltd
Priority to JP2020138479A priority Critical patent/JP6955797B1/en
Priority to PCT/JP2020/042801 priority patent/WO2021100705A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6955797B1 publication Critical patent/JP6955797B1/en
Publication of JP2022034671A publication Critical patent/JP2022034671A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

To provide a processing device and a processing method, upon processing of diamond (or a diamond-containing material), even in processing such as piercing or cutting in particular, capable of inexpensively and easily processing the same.SOLUTION: A processing device 1 comprises: fixtures 5 holding a workpiece W: a tool 7 abutted against a part of the workpiece W; a driving means 9 relatively moving the tool 7 to the workpiece W; and a feed driving means 25 moving either the tool 7 or the workpiece W so as to move the tool 7 to a desired feed direction to the workpiece W, and in which a part of the workpiece W is reduced and is changed into a desired shape, and the workpiece W is a diamond-based material and the tool 7 is composed of an aluminum-based material.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ダイヤモンドの加工装置および加工方法に関する。 The present invention relates to a diamond processing apparatus and processing method.

従来、ダイヤモンドを加工する場合は、ダイヤモンド粉末、またはそれを用いた工具により加工(主に研磨)することが一般的である(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, when diamond is processed, it is generally processed (mainly polished) with diamond powder or a tool using the same (see, for example, Patent Document 1).

具体的に、ワークが工業用ダイヤモンドの場合、ダイヤモンドの砥粒を用いて表面を研磨する。また、ワークが宝飾用ダイヤモンドの場合は、円盤状の鋳鉄器具にダイヤモンドスラリー(ミクロンサイズのダイヤモンドが入った研磨剤)を塗布し、回転させてダイヤモンドを押し付け、研磨する方法(スカイフ研磨)が用いられることが多い。このスカイフ研磨は、精密な工業用ダイヤモンドの加工にも使用される場合がある。 Specifically, when the work is industrial diamond, the surface is polished using diamond abrasive grains. If the work is diamond for jewelry, a method of applying diamond slurry (abrasive containing micron-sized diamond) to a disk-shaped cast iron tool, rotating it to press the diamond, and polishing it (Skyf polishing) is used. Often done. This skyf polishing may also be used to process precision industrial diamonds.

また、粉末のダイヤモンドを使わない加工法としては、レーザー(ビーム)加工やイオンビーム加工など特殊な加工法を用いることになる。 Further, as a processing method that does not use powdered diamond, a special processing method such as laser (beam) processing or ion beam processing will be used.

レーザー(ビーム)加工はダイヤモンドにレーザー(例えばYAGレーザー)を照射する。ダイヤモンドはレーザー照射により局部的に加熱され大気中の酸素と反応し、炭酸ガスとなって消滅する。この反応を利用して、ダイヤモンドを加工する。レーザー加工は、一般的にダイヤモンドの穴あけや切断に用いられる。
またイオインビーム加工では、数十ev(エレクトロンボルト)の運動エネルギーを持っているアルゴンイオンをダイヤモンド表面に照射する。これによりアルゴンイオンとダイヤモンドを構成している炭素原子が衝突し、運動エネルギーの交換が行われダイヤモンド表面の炭素原子がはじき出される(スパッタリング)。このスパッタリングを利用してダイヤモンド表面を少しずつ除去していく加工である。
Laser (beam) processing irradiates diamond with a laser (eg, YAG laser). Diamond is locally heated by laser irradiation and reacts with oxygen in the atmosphere to become carbon dioxide and disappears. This reaction is used to process diamond. Laser machining is commonly used for drilling and cutting diamonds.
In ion beam processing, the diamond surface is irradiated with argon ions having a kinetic energy of several tens of ev (electron volt). As a result, the argon ion and the carbon atom constituting the diamond collide with each other, the kinetic energy is exchanged, and the carbon atom on the diamond surface is ejected (sputtering). This sputtering is used to gradually remove the diamond surface.

特開2020-21824号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-21824

しかしながら、ダイヤモンド粉末を用いる加工(主に研磨加工)では、被加工物(ワーク)のダイヤモンド(主に単結晶ダイヤモンド)の結晶面を確認し、研磨が可能な(容易な)方向を見極めることが重要となり、熟練の技術を要する。また、穴あけや切断などの加工を研磨により行うことは実用的でなない。 However, in processing using diamond powder (mainly polishing), it is possible to confirm the crystal plane of diamond (mainly single crystal diamond) in the workpiece (work) and determine the direction in which polishing is possible (easy). It becomes important and requires skill. In addition, it is not practical to perform processing such as drilling and cutting by polishing.

またレーザー加工やイオンビーム加工であれば、ダイヤモンドの穴あけや切断、積極的な(大きな)変形を伴う加工も可能ではあるが、加工方法が特殊であるためこれらの装置は高価であり、ひいては加工コストの低減には限界がある。 In addition, laser machining and ion beam machining can be used for drilling and cutting diamonds, and machining with positive (large) deformation, but these devices are expensive due to the special machining method, and by extension, machining. There is a limit to cost reduction.

このように、ダイヤモンドに対する加工(特に穴あけや切断、積極的な(大きな)変形を伴う加工ばど)を安価、且つ容易に行うことは困難である。 As described above, it is difficult to process diamond (particularly drilling and cutting, processing with positive (large) deformation) inexpensively and easily.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ダイヤモンド(またはダイヤモンド含有材料)の加工に際し、特に穴あけや切断などの加工であっても、安価且つ容易に加工す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。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a processing apparatus capable of inexpensively and easily processing diamond (or a diamond-containing material), especially in the case of drilling or cutting. And provides a processing method.

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、前記被加工物はダイヤモンド系材料材料であり、前記工具はアルミニウム系材料により構成される、ことを特徴とする加工装置に係るものである。 The present invention is a processing device that reduces a part of a work piece to change it into a desired shape, and includes a jig for holding the work piece and a tool for contacting a part of the work piece. , A driving means for moving the tool relative to the work piece, and a feed for moving one of the tool and the work piece in order to move the tool in a desired feed direction with respect to the work piece. The present invention relates to a processing apparatus having a driving means, wherein the workpiece is a diamond-based material, and the tool is made of an aluminum-based material.

また、本発明は、ダイヤモンド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、アルミニウム系材料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。 Further, the present invention is a processing method for reducing a part of a work piece of a diamond-based material to change it into a desired shape, wherein the work piece is held by a jig and a tool made of an aluminum-based material is used. It has a step of relatively moving the work piece and a step of moving one of the tool and the work piece in order to move the tool in a desired feed direction with respect to the work piece. It relates to a processing method characterized by.

本発明によれば、ダイヤモンド(またはダイヤモンド含有材料)の加工に際し、特に穴あけや切断などの加工であっても、安価且つ容易に加工す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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a processing apparatus and a processing method capable of processing diamond (or a diamond-containing material) at low cost and easily even in processing such as drilling or cutting. Will be.

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。It is a schematic diagram which shows the processing apparatus of embodiment of this invention, is (A) side view, (B) partial side view, (C) partial top view. 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。It is a figure explaining the tool of embodiment of this invention, (A) side view, (B) side view, (C) sectional view. 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。It is a schematic diagram which shows the processing apparatus of embodiment of this invention, is (A) side view, (B) the top view of the jig, (C) the side view of the jig. 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。It is a side schematic diagram explaining the processing method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る加工装置および加工方法による加工の状態を撮影した画像である。It is an image which photographed the state of processing by the processing apparatus and processing method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る加工による工具の付着物について解析した結果を示す図であり、加工後の工具を撮影した画像である。It is a figure which shows the result of having analyzed about the deposit of the tool by the processing which concerns on embodiment of this invention, and is the image which photographed the tool after processing. 本発明の実施形態に係る加工による工具の付着物について解析した結果を示す図であり、半定量分析結果を示す表である。It is a figure which shows the result of analysis about the deposit of the tool by the processing which concerns on embodiment of this invention, and is the table which shows the semi-quantitative analysis result. 本発明の実施形態に係る加工による工具の付着物について解析した結果を示す図であり、EPMA/WDS訂正分析チャートである。It is a figure which shows the result of having analyzed about the deposit of the tool by the processing which concerns on embodiment of this invention, is an EPMA / WDS correction analysis chart.

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。 Hereinafter, the processing apparatus 1 and the processing method according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<加工装置>
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。
<Processing equipment>
1A and 1B are schematic views for explaining the processing apparatus 1 of the present embodiment, FIG. 1A is a schematic side view of the processing apparatus 1, and FIG. 1B is a work piece W and a processing target area WA. A side view showing the above, and the figure (C) is a top view of the figure (B). 2A and 2B are views for explaining the tool 7, in which FIG. 2A is a side view showing the tool 7 and the driving means 9, and FIG. 2B is a side view showing the shape of the tool 7 and FIG. 2C. ) Is a cross-sectional view of the figure (B).

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、任意の形状に変形(縮小)させる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。 As shown in FIG. 1A, the processing apparatus 1 of the present embodiment includes a jig 5 for holding the workpiece W, a tool 7 for contacting a part of the workpiece W, and a driving means 9. The feed driving means 25 is provided, and a part of the workpiece W is reduced in weight to change it into a desired shape. "Processing to reduce the weight of a part of the workpiece W" is, for example, a drilling process for penetrating the workpiece W from one surface side to the other surface side, and from one surface side to the other surface of the workpiece W. The thickness is reduced but not penetrated to the other surface side (concavities and convexities are formed in the thickness direction of the workpiece W), and the area in the plan view of the workpiece is reduced (plane direction of the workpiece W). Deformation (reduction) processing (reducing the shape of), shaving processing to deform (reduce) to an arbitrary shape, etc. Here, as shown in FIGS. (B) and (C), a case where a part of the plate-shaped workpiece W is drilled in a circular shape is illustrated. In the figure (B) and the figure (C), the area to be machined (the area to be drilled) WA is shown by a large broken line.

本実施形態における被加工物(ワーク)Wは、ダイヤモンド系材料である。ここで、ダイヤモンド系材料とは、ダイヤモンド又はダイヤモンド含有材料である。具体的にダイヤモンドとは例えば、(地球内部で生成される)天然ダイヤモンド(純度100%のダイヤモンド、または極めて少量の非結晶カーボンもしくは非ダイヤモンドの結晶を含んだダイヤモンド)あるいは、高温高圧合成法や化学気相成長法などにより合成された合成ダイヤモンド(人工ダイヤモンド)である。また、用途としてはバインダや他の成分を含む工業ダイヤモンドでもよいし、宝飾(宝石)用ダイヤモンドであってもよい。また、結晶構造としては単結晶ダイヤモンドでもよいし、多結晶ダイヤモンドであってもよい。 The workpiece (work) W in the present embodiment is a diamond-based material. Here, the diamond-based material is diamond or a diamond-containing material. Specifically, diamond is, for example, natural diamond (produced inside the earth) (diamond with 100% purity, or diamond containing a very small amount of non-crystalline carbon or non-diamond crystals), high-temperature high-pressure synthetic method, or chemical vapor deposition. Synthetic diamond (artificial diamond) synthesized by the vapor phase growth method or the like. Further, the use may be an industrial diamond containing a binder or other components, or a diamond for jewelry (jewelry). Further, the crystal structure may be a single crystal diamond or a polycrystalline diamond.

また、本実施形態におけるダイヤモンド含有材料とは上記のダイヤモンドを主成分として含有する材料であり、「ダイヤモンドを主成分として含有する」とは例えば、上記のダイヤモンドの含有量が全体の50%以上を占めること、あるいはダイヤモンド以外の成分(副成分という)が複数含有される場合、各副成分のいずれの含有量よりもダイヤモンドの含有量が大きいことをいう。 Further, the diamond-containing material in the present embodiment is a material containing the above-mentioned diamond as a main component, and "containing the above-mentioned diamond as a main component" means, for example, that the content of the above-mentioned diamond is 50% or more of the whole. When it occupies or contains a plurality of components other than diamond (referred to as sub-components), it means that the content of diamond is larger than the content of any of the sub-components.

また、本実施形態の工具7は、アルミニウム系材料により構成される。ここで、本実施系形態におけるアルミニウム系材料とは、アルミニウム(純アルミニウム)、アルミニウム合金(アルミニウムに銅(Cu)マンガン(Mn)、ケイ素(Si)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)ニッケルなどの1種以上の金属が加えれた合金)、アルミニウムを主成分として含有する金属、のいずれかである。また、「アルミニウムを主成分として含有する」とは例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金の含有量が全体の50%以上を占めること、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金以外の成分(副成分という)が複数含有される場合、各副成分のいずれの含有量よりもアルミニウム又はアルミニウム合金の含有量が大きいことをいう。副成分は例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、その他のセラミックスでもよく、それ以外の他の成分であってもよい。なお、工具7が酸化アルミニウムを含んで構成される場合、酸化アルミニウムの含有量は少ない方が好ましい。具体的に、酸化アルミニウムの含有量は、望ましくは全体(アルミニウム系材料)の30%未満であり、好適には20%未満、さらに好適には10%未満である。 Further, the tool 7 of the present embodiment is made of an aluminum-based material. Here, the aluminum-based material in the present embodiment includes aluminum (pure aluminum), an aluminum alloy (aluminum with copper (Cu) manganese (Mn), silicon (Si), magnesium (Mg), zinc (Zn) nickel, and the like. (Alloy to which one or more kinds of metals are added) or a metal containing aluminum as a main component. Further, "containing aluminum as a main component" means that, for example, the content of aluminum or an aluminum alloy occupies 50% or more of the whole, or a plurality of components (referred to as sub-components) other than aluminum or an aluminum alloy are contained. In the case, it means that the content of aluminum or an aluminum alloy is larger than the content of any of the subcomponents. The sub-component may be, for example, aluminum oxide, aluminum nitride, other ceramics, or other components. When the tool 7 is composed of aluminum oxide, it is preferable that the content of aluminum oxide is small. Specifically, the content of aluminum oxide is preferably less than 30% of the whole (aluminum-based material), preferably less than 20%, and more preferably less than 10%.

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、工具7と被加工物Wを面方向に相対移動させるとともに、他方の面(第二の面Sf2)に向かって加工を進める。ここで、加工対象領域WAとは、工具7によって加工が進行し、且つ最終的に所望の形状に加工が完了する領域である。つまり、工具7と被加工物Wを面方向に相対移動させた場合、加工対象領域WAにおける被加工面積(工具7と接触(当接)して加工される面積)は、加工開始時の工具7の先端の面積と同等なサイズから徐々に拡大する。このように、加工対象領域WAの面積(被加工面積)は工具7の先端の面積よりも大きいものとする。 The jig 5 holds (for example, grips) the workpiece W around the workpiece W except at least the machining target region WA. The tool 7 is arranged on one surface (first surface Sf1) of the workpiece W, and is in contact with the first surface Sf1 during machining, and the tool 7 is applied with an appropriate pressing force. And the workpiece W are relatively moved in the surface direction, and the processing proceeds toward the other surface (second surface Sf2). Here, the machining target region WA is a region in which machining is progressed by the tool 7 and finally machining is completed in a desired shape. That is, when the tool 7 and the workpiece W are relatively moved in the plane direction, the area to be machined (the area machined in contact (contact) with the tool 7) in the machining target area WA is the tool at the start of machining. Gradually expand from the size equivalent to the area of the tip of 7. In this way, the area of the area to be machined WA (area to be machined) is larger than the area of the tip of the tool 7.

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。 The tool 7 has a cylindrical shape (cylindrical shape) as shown in FIG. 2 (A), or a core (cup) shape as shown in FIGS. (B) and (C). Specifically, it has a base portion 7A and a diameter-expanded portion 7B, the base portion 7A has a cylindrical shape, and the diameter-expanded portion 7B is provided at the tip of the base portion 7A (the tip that abuts on the workpiece W). It has a substantially cylindrical shape with a diameter larger than that of the base 7A and an opening on the tip side.

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。 The shape of the tool 7 is not limited to the one shown in the figure, and may be, for example, a flat end mill, a ball end mill, a taper end mill, or the like.

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。 The driving means 9 is a means for driving the tool 7 to reduce a part of the workpiece W by physically moving the tool 7 and the workpiece W relative to each other. The drive means 9 in this example is a rotary drive means for rotating the tool 7 and the workpiece W relative to each other, and is, for example, a motor for rotationally driving the spindle of the tool 7 or the tool 7. By the driving means 9, the tool 7 is rotationally driven by the spindle 50 about the vertical Z axis. Further, it is desirable that the spindle 50 is provided with, for example, an ultrasonic vibration means 55. The ultrasonic vibration means 55 has an ultrasonic vibrator 56 and an ultrasonic horn 57. The ultrasonic vibrator 56 causes ultrasonic vibration in the axial direction. The ultrasonic horn 57 resonates with the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 56 and amplifies the ultrasonic vibration. Then, the ultrasonic horn 57 transmits the amplified axial ultrasonic vibration to the tool 7. That is, the driving means 9 rotationally drives the tool 7 while ultrasonically vibrating it.

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。 When the tool 7 abuts and is pressed, a part of the workpiece W (work area WA) is, in this example, the rotation direction of the tool 7 (X-axis-Y-axis direction in FIG. 1A). To reduce the weight.

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。 With reference to FIG. 1, the feed driving means 25 is a means for relatively moving the tool 7 and the workpiece W in a direction in which they are pressed against each other, and is a means for feeding the tool 7 or a means for feeding the workpiece W. .. In this example, the pressing direction is the extending direction of the spindle of the tool 7, that is, the vertical direction (Z-axis direction, the direction from the first surface Sf1 to the second surface Sf2).

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。 That is, in the machining apparatus 1 of the present embodiment, in a state where the tool 7 is in contact with the workpiece W and pressed against each other, the tool 7 and the workpiece W are driven by the drive means 9 in the rotational drive direction (X-axis-Y-axis) of the tool 7. The work piece W is reduced in the rotation drive direction (X-axis-Y-axis direction) by ultrasonically vibrating the tool 7 while rotating relative to the direction). When the weight loss in the rotation drive direction progresses to a predetermined amount (there is no amount to be reduced), the weight loss does not proceed. Therefore, the machining apparatus 1 uses the feed drive means 25 so that the tool 7 and the workpiece W are pressed against each other. The tool 7 and the workpiece W are relatively moved (pressed) in the Z-axis direction, and the weight of the workpiece W is reduced in the vertical direction. That is, the machining apparatus 1 rotates the tool 7 to reduce the weight of the workpiece W in a certain direction (for example, in a planar shape), and feeds (extrudes) the tool 7 in a further direction, for example. Weight loss proceeds in another direction (for example, the depth (thickness) direction). Hereinafter, the direction in which the tool 7 is rotationally driven (X-axis-Y-axis direction) is referred to as a weight loss direction, and the pressing direction (Z-axis direction) between the tool 7 and the workpiece W is referred to as a feeding direction.

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。 Further, it is desirable that the processing device 1 has a shock absorber 20. The cushioning mechanism 20 cushions the pressure (pushing pressure) applied to the workpiece W when the tool 7 comes into contact with the workpiece W. Although the details will be described later, for example, the shock absorber 20 moves one of the tool 7 and the workpiece W in the feed direction, and retracts and moves the other of the tool 7 and the workpiece W in the same direction as the feed direction. When the tool 7 presses the workpiece W, the excessive pressure applied to the workpiece W is buffered.

さらに、加工装置1は、アルミニウム系材料で形成した工具7を用いて被加工物Wであるダイヤモンド系材料に当接させ、少なくとも被加工物W(ダイヤモンド系材料)を減量(磨耗、消耗、剥離、分離など)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、少なくとも化学的反応的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「少なくとも化学的反応を生じさせながら減量する」とは、ある部位の加工(減量)の過程(開始から終了まで)において、工具7であるアルミニウム系材料と被加工物Wであるダイヤモンド系材料との間で何等かの化学的反応が生じていることを意味し、工具7の押圧による物理的な加工(従来既知の機械的な切削加工や研磨加工を含んでもよいし、含まなくてもよい)と化学的反応による加工が混在してもよく、例えば物理的な加工の程度と化学的反応による加工の程度が同程度であってもよく、さらに好適には、主として化学的反応を生じさせながら減量(加工)することをいう。ここで「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%超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%超を占める)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)に物理的な加工(特に機械的な切削や研磨等)が含まれる場合があってもよい。 Further, the processing apparatus 1 uses a tool 7 formed of an aluminum-based material to bring it into contact with a diamond-based material which is a workpiece W, and at least reduces the weight of the workpiece W (diamond-based material) (wear, wear, and peeling). , Separation, etc.) while proceeding with processing. That is, the machining apparatus 1 of the present embodiment physically presses the tool 7 that vibrates ultrasonically and the workpiece W with an appropriate pressure to perform machining, but at that time, the machining apparatus W is excessively applied to the workpiece W. While buffering the pressure (pressing pressure), the workpiece W is relatively moved in the weight loss direction. By doing so, in addition to the physical relative movement of the tool 7 and the workpiece W (movement in the weight loss direction and movement in the feed direction), the contact surface (movement in the weight loss direction and the movement in the feed direction) in which the tool 7 and the workpiece W interact with each other ( And in the vicinity of it), the weight is reduced while causing at least a chemical reaction. .. As a result, it is possible to reduce the weight of the work piece W and change it to a desired shape without damaging the work piece W. Here, "reducing the weight while causing at least a chemical reaction" in the present embodiment means that the tool 7 is an aluminum-based material and a workpiece in the process (from the start to the end) of processing (weight reduction) of a certain part. It means that some kind of chemical reaction has occurred with the diamond-based material which is W, and physical machining by pressing the tool 7 (may include conventionally known mechanical cutting and polishing). However, it may not be included) and processing by a chemical reaction may be mixed. For example, the degree of physical processing and the degree of processing by a chemical reaction may be the same, and more preferably. It mainly refers to weight loss (processing) while causing a chemical reaction. Here, "reducing weight (processing) mainly while causing a chemical reaction" is, for example, due to an event in which at least 50% or more of the weight loss (processing) is caused by a chemical reaction (weight loss due to a chemical reaction). The degree accounts for more than 50% of the total weight loss), which may be due to an event caused by a 100% chemical reaction, or physical processing to a part (less than 50%) of the weight loss (processing). (Especially mechanical cutting, polishing, etc.) may be included.

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。 A specific example of the processing apparatus 1 will be described with reference to FIG. 3, which is a side view of the processing apparatus 1. In the following embodiment, the case where the processing apparatus 1 is an apparatus such as a milling machine for rotationally driving a tool 7 such as a drill will be described as an example.

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、アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)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。 The processing device 1 of the present embodiment includes a table 3, a jig 5, a retracting movement mechanism 21, an urging mechanism 23, a tool (machining tool) 7 made of an aluminum-based material (for example, an aluminum alloy), and a tool 7. It has a drive means 9, a feed drive means 25, a tool support portion 17 for supporting the tool 7, a control means, and the like.

テーブル3は例えば、被加工物(例えば、多結晶ダイヤモンド(工業用ダイヤモンド))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。 The table 3 is, for example, an X-axis-Y-axis table (stage) for moving a workpiece (for example, polycrystalline diamond (industrial diamond)) W in a horizontal X-axis-Y-axis plane.

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。 The jig 5 is a means for holding (supporting) the workpiece W provided on the table 3, and as shown in FIGS. (B) and (C), for example, a base 51 and a holding portion. It has a 52, a support portion 53, and the like. Here, as an example, a jig 5 for drilling a work piece W is shown so that the work piece W around the work piece W can be held (for example, gripped) except at least the work target area WA. , Has a frame shape with an open central portion (Fig. (B)). In the figure (A), the jig 5 is shown in a cross-sectional view taken along the line aa in the figure (B) in order to show the holding state of the workpiece W.

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。 Further, the jig 5 of the present embodiment includes a shock absorber 20 as an example. The cushioning mechanism 20 is, for example, a mechanism including a retracting movement mechanism 21 and an urging mechanism 23. The retracting movement mechanism 21 uses the other of the tool 7 and the workpiece W so that the relative feed amount between the tool 7 and the workpiece W decreases with respect to the actual feed amount by the feed driving means 25. It is a mechanism to evacuate and move in the feed direction. Further, the urging mechanism 23 is a mechanism that urges the workpiece W or the tool 7 to be retracted and moved in the return movement direction when the workpiece W or the tool 7 is retracted and moved by the retracting and moving mechanism 21. The buffer mechanism 20 will be described in detail later.

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。 For example, a support portion 53 is erected on the base 51 at an appropriate position, and a flat plate holding portion 52 is provided on the upper end portion of the support portion 53, for example. In this example, the holding portion 52 has a rectangular (square) frame shape in a plan view, and the supporting portions 53 are provided at four positions corresponding to the four corners near the outer periphery of the holding portion 52. explain. The outer shape of the holding portion 52 is not limited to this example, and may be a rectangular shape or a circular shape having a long side and a short side. In either case, the holding portion 52 has a shape capable of holding at least the outer edge portion of the workpiece W as a whole (or selectively), and the workpiece W is abutted and held inside (inner peripheral side) thereof. (To support. Further, in the following example, the upper surface side of the holding portion 52 (the upper surface side in the Z-axis direction in the figure (C)) is referred to as a holding surface 521 for convenience of explanation.

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。 The holding portion 52 may not have a frame shape depending on the processing mode of the workpiece W. For example, in the case of hollowing work that does not penetrate the workpiece W in the thickness direction (Z-axis direction in FIG. 3), the holding portion 52 may be in the shape of a flat plate (having no opening).

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。 Further, the arrangement and the number of the support portions 53 may be two locations corresponding to both ends of the holding portion 52 or one location corresponding to the center, depending on the shape of the holding portion 52.

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。 Further, as will be described in detail later, in the jig 5 of the present embodiment, the holding portion 52 extends in the extending direction of the spindle of the tool 7 with respect to the base 51 (in this example, the vertical direction (Z-axis direction in the figure)). It is configured to be relatively movable.

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。 The drive means 9 is, for example, a rotary drive means for relatively moving the tool 7 and the workpiece W in the weight loss direction (relative rotation, and has the same configuration as shown in FIGS. 1 and 2). The tool 7 is rotationally driven by a spindle about a vertical Z-axis and is ultrasonically vibrated.

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。 In this example, the feed drive means 25 is a means for moving the tool 7 in a desired feed direction with respect to the workpiece W, and is provided, for example, in the tool support portion 17 that supports (holds) the tool 7. As an example, the tool support portion 17 is a Z-axis feed stage that moves in the Z-axis direction, and in this example, the feed direction is the extending direction of the spindle of the tool 7, that is, the vertical direction (Z-axis direction in the figure, jig). (Direction perpendicular to the surface of the holding portion 52 of 5).

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。 Further, it is desirable that the processing apparatus 1 of the present embodiment includes the measuring means 11. The measuring means 11 is, for example, an evacuation state detecting means 111 for detecting the evacuation state by the evacuation moving mechanism 21, a feed state detecting means 113 for detecting the actual feed state by the feed drive means 25, and an evacuation state and a feed state. It has a calculation means 115 for calculating the relative feed amount of the tool 7 and the workpiece W from the relative difference. The measuring means 11 will be described in detail later.

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。 Each part of these processing devices 1 is collectively controlled by a control means (not shown). The control means is composed of a CPU, RAM, ROM, and the like, and executes various controls. The CPU is a so-called central processing unit, and various programs are executed to realize various functions. The RAM is used as a work area for the CPU. The ROM stores the basic OS and programs executed by the CPU.

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。 The control means includes a numerical control means (numerical control device) (not shown) that numerically controls the table (X-axis-Y-axis table) 3 and the tool support portion (Z-axis feed stage) 17. The numerical control device rotates the tool (grinding stone) 7 at high speed around the Z axis by the spindle, and the rotation torque and the like are controlled, and the workpiece W is moved in the horizontal XY plane to rotate the tool 7. By contacting them, the work piece W can be reduced in weight and processed into a desired shape.

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。 In the processing apparatus 1 of the present embodiment, when the tool 7 presses the workpiece W on the workpiece W, the machining proceeds while buffering the excessive pressure applied to the workpiece W until the desired shape is obtained. The weight of the work piece W is reduced. In other words, the work piece W is reduced until the desired shape is obtained while maintaining the pressure at which the tool 7 presses the work piece W on the work piece W within a predetermined range in which the work proceeds. ..

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。 More specifically, the tool 7 presses the workpiece portion by advancing the machining while retracting one of the tool 7 or the workpiece W in the same direction as the feed direction of the other for advancing the machining. The excess pressure applied to the work piece is buffered at this time, and the work is performed while maintaining the pressure (pushing pressure) at which the tool 7 and the work part come into contact within a predetermined range in which the work proceeds efficiently. Can be done.

ここで、被加工物Wであるダイヤモンド系材料は従来では、ダイヤモンド工具またはダイヤモンド粉末(砥粒)等を用いる加工(主に研磨加工)や、レーザー加工、イオンビーム加工を行なっていた。しかしながら、ダイヤモンド粉末を用いる加工(主に研磨加工)では、被加工物(ワーク)のダイヤモンド(主に単結晶ダイヤモンドの場合)の結晶面を確認し、研磨が可能な(容易な)方向を見極めることが重要となり、熟練の技術を要する問題があった。また、穴あけや切断などの加工を研磨により行うことは実用的ではなかった。 Here, the diamond-based material to be the workpiece W has conventionally been processed by using a diamond tool, diamond powder (abrasive grains) or the like (mainly polishing processing), laser processing, or ion beam processing. However, in processing using diamond powder (mainly polishing processing), the crystal plane of diamond (mainly in the case of single crystal diamond) of the workpiece (work) is confirmed, and the direction in which polishing is possible (easy) is determined. It became important, and there was a problem that required skill. In addition, it was not practical to perform processing such as drilling and cutting by polishing.

またレーザー加工やイオンビーム加工であれば、ダイヤモンド(工業用ダイヤモンド)の穴あけや切断、積極的な(大きな)変形を伴う加工も可能ではあるが、加工方法が特殊であるためこれらの装置は高価であり、ひいては加工コストの低減には限界があった。 In the case of laser processing and ion beam processing, it is possible to drill and cut diamond (industrial diamond) and process with positive (large) deformation, but these devices are expensive due to the special processing method. Therefore, there is a limit to the reduction of processing cost.

このように、ダイヤモンドに対する加工(特に穴あけや切断、積極的な(大きな)変形を伴う加工ばど)を安価、且つ容易に行うことは困難であった。 As described above, it has been difficult to process diamonds (particularly drilling and cutting, processing with positive (large) deformation) inexpensively and easily.

しかしながら、本願出願人は、アルミニウム系材料からなる工具7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)、被加工物Wであるダイヤモンド系材料に当接させることにより、少なくとも被加工物Wが減量(磨耗、消耗、剥離など)することを見出した。これは、アルミニウム系材料はダイヤモンド系材料に比べて軟質であること、および両者の接触面が高温(例えば、600℃~700℃)になることなどから、超音波振動するアルミニウム系材料とダイヤモンド系材料との間に化学的反応が生じることで、少なくともダイヤモンド系材料が減量(磨耗、消耗、脱落)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被加工物Wの材料の一部が工具7の材料に接合(接着)した状態で引き剥がされ、被加工物Wの材料の一部が減量すると考えられる。具体的には、例えば、アルミニウム系材料とダイヤモンド系材料の高温の接触によって炭化物が生成されるなど、少なくとも化学的反応に起因する事象により少なくとも被加工物Wであるダイヤモンド(炭素)の結晶構造が変質および/または破壊され、その一部が脱落(剥離、分離、消耗)することで、ダイヤモンド系材料の減量(加工)が進行すると考えられる。 However, the applicant of the present application has at least by bringing the tool 7 made of an aluminum-based material into contact with the diamond-based material which is the workpiece W at an appropriate pressure (while releasing excessive pressure) while ultrasonically vibrating. It has been found that the workpiece W is reduced in weight (wear, wear, peeling, etc.). This is because the aluminum-based material is softer than the diamond-based material, and the contact surface between the two becomes high temperature (for example, 600 ° C to 700 ° C), so that the aluminum-based material and the diamond-based material vibrate ultrasonically. It is considered that at least the diamond-based material loses weight (wears, wears, and falls off) due to a chemical reaction with the material. More specifically, the materials of the abutting tool 7 and the workpiece W are chemically bonded at the molecular level (or atomic level), and the materials are separated from each other by ultrasonic vibration from the state where they are once bonded (bonded). As a result, it is considered that a part of the material of the workpiece W is peeled off in a state of being bonded (adhered) to the material of the tool 7, and a part of the material of the workpiece W is reduced in weight. Specifically, for example, the crystal structure of diamond (carbon), which is at least the workpiece W, is formed by an event caused by at least a chemical reaction, such as carbon dioxide being generated by high-temperature contact between an aluminum-based material and a diamond-based material. It is considered that the weight loss (processing) of the diamond-based material progresses due to alteration and / or destruction, and a part thereof falling off (peeling, separation, consumption).

なお、材料によっては、工具7と被加工物Wの両者が互いに減量する(減量の程度が異なる)場合もある。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。 Depending on the material, both the tool 7 and the workpiece W may lose weight (the degree of weight loss differs). In some cases, the processing can proceed more effectively by adding water.

なお、本実施形態の化学的反応による減量には、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、加工の少なくとも一部は化学的反応によって減量が進行するものとし、好適には、化学的反応による減量の程度が減量全体の50%を占めるものとし、より好適には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%を超える)ものとする。 In addition, in the weight loss by a chemical reaction of this embodiment, the weight loss by a chemical reaction other than the above (chemical bond and peeling) and the weight loss by another chemical reaction may be mixed. Further, these may include weight loss (cutting or grinding) by mechanical processing, but in that case, at least a part of the processing is assumed to proceed by a chemical reaction, and preferably chemical. It is assumed that the degree of weight loss due to the reaction accounts for 50% of the total weight loss, and more preferably, the weight loss proceeds mainly by the chemical reaction (the degree of weight loss due to the chemical reaction exceeds 50% of the total weight loss).

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)が積極的には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(例えば機械的加工の程度が低く(好適には機械的加工がほとんど生じず)、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。 Further, in the weight loss due to such a chemical reaction, the materials (tool 7 and the workpiece W) are brought into contact with each other (for example, mechanical processing) to the extent that mechanical processing (polishing or cutting) does not positively occur. It is considered that the degree of progress is low (preferably little mechanical machining occurs) and chemical (molecular or atomic level) bonds are formed, and the tool 7 and the workpiece W are suitable. It was found that it is desirable to make the contact with a gentle pressure.

そこで、本実施形態では、工具7と被加工物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。 Therefore, in the present embodiment, in order to maintain the pressing force between the tool 7 and the workpiece W within a predetermined range in which machining proceeds most efficiently (weight loss due to a chemical reaction occurs efficiently), the tool 7 or the workpiece W is used. Machining is performed while retracting one of the workpieces W in the same direction as the other feed direction for advancing the machining. As a result, the machining can proceed while buffering the excessive pressure applied to the workpiece region WA when the tool 7 presses the workpiece.

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。 Specifically, as shown in FIG. 3, in the processing apparatus 1 of the embodiment of the present invention, one of the jig 5 and the tool support portion 17 has a cushioning mechanism 20, whereby the workpiece W It is configured to buffer (absorb) the excessive pressure of the tool 7 applied to the workpiece W and reduce the machining load on the work piece W and the tool 7. The shock absorber 20 is a mechanism including, for example, a retracting movement mechanism 21 for retracting and moving the tool 7 or the workpiece W, and an urging mechanism 23 for urging the tool 7 or the workpiece W in the return moving direction. ..

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。 It will be described in more detail with reference to FIGS. (B) and (C). In this embodiment, as an example, the jig 5 is provided with a cushioning mechanism 20, that is, a retracting movement mechanism 21 and an urging mechanism 23.

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。 In this example, the evacuation movement mechanism 21 is a support portion 53 that holds the holding portion 52 (holding surface 521) so as to be movable up and down in the direction perpendicular to the base 51 (vertical in this example). More specifically, the support portion 53 has an outer cylinder 531 and an inner cylinder 532 that is held inside the outer cylinder 531 so as to be able to advance and retreat with respect to the outer cylinder 531.

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。 Further, the urging mechanism 23 is, for example, an elastic member 533 provided on the outer periphery of the support portion 53 and whose upper and lower ends are fixed to the holding portion 52 and the base 51. The elastic member 533 is, for example, a spring (coil spring) wound around the outer circumference of the outer cylinder 531 and having both upper and lower ends fixed to the holding portion 52 and the base 51.

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。 The support portion 53 (evacuation movement mechanism 21) is the same as the actual feed direction of the tool 7 (the direction in which the tool 7 is fed by the feed drive means 25 when the machining is advanced, in this example, the direction toward the lower side of the Z axis). The holding portion 52 is configured to be retractable and movable in the direction, whereby the workpiece W on the holding portion 52 can be retracted and moved in the same direction as the actual feed direction of the tool 7.

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。 The urging mechanism 23 urges the workpiece W to be retracted and moved in the return movement direction when the workpiece W is retracted and moved by the retracting and moving mechanism 21. The return movement direction is opposite to the evacuation movement direction, and is a direction toward the upper side of the Z axis.

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。 Further, a stopper 535 is provided on the upper surface of the holding portion 52. The stopper 535 restricts the movement of the holding portion 52, which is urged upward in the Z direction by the urging mechanism 23 (elastic member 533), to a predetermined height.

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。 As a result, the holding portion 52 and the workpiece W held by the holding portion 52 are pressed by the tool 7 during machining, and the evacuation movement mechanism 21 resists the urging force of the urging mechanism 23 while the tool 7 is pressed. The workpiece W (holding portion) retracted and moved by the retracting movement mechanism 21 and the urging mechanism 23 as the machining progressed by the workpiece W and the tool 7, although the workpiece W was retracted and moved in the actual feed direction (downward on the Z axis). 52) moves in the direction of returning to the initial position while being pressed by the tool 7.

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。 It is desirable that the tool 7 is subjected to ultrasonic vibration by the ultrasonic vibration means 55, but in this case, the machining proceeds by the sound pressure and vibration by the ultrasonic waves and the pressurization of the tool 7. That is, since the sound pressure is also involved in the pressure (pushing pressure), the feed driving means 25, the retracting movement mechanism 21, the urging mechanism 23, and the like are controlled in consideration of this sound pressure.

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。 Further, the measuring means 11 includes, for example, an evacuation state detecting means 111 that detects an evacuation state by the evacuation moving mechanism 21, a feed state detecting means 113 that detects an actual feed state by the feed drive means 25, and an evacuation state and a feed. It has a calculation means 115 for calculating the relative feed amount of the tool 7 and the workpiece W from the relative difference between the states.

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。 Here, the evacuation state detected by the evacuation movement mechanism 21 is, for example, the amount of evacuation movement due to being pressed by the tool 7 (hereinafter referred to as “evacuation amount ΔN”).

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。 Further, the actual feed state detected by the feed drive means 25 is, for example, an actual (absolute) feed amount (hereinafter, "absolute") that is a target (set when machining) for machining. The feed amount is referred to as “ΔT1”).

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。 Further, the relative feed amount calculated by the calculation means 115 is the difference (ΔT1-ΔN) between the absolute feed amount ΔT1 and the withdrawal amount ΔN, and is hereinafter referred to as “relative feed amount ΔT2”. The relative feed amount ΔT2 (= ΔT1-ΔN) between the tool 7 and the workpiece W can be said to be the amount of progress in machining.

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。 In the evacuation movement mechanism 21 of the present embodiment, when the workpiece W is placed on the holding portion 52, the workpiece W is not pressed by the feed driving means 25 even when the tool 7 is not pressing the workpiece W. It moves in the evacuation movement direction by a predetermined amount according to the weight of (the urging mechanism 23 is set as such). However, in the present embodiment, as an example, the evacuation amount ΔN detected by the evacuation state detecting means 111 is such that the workpiece W presses (delivers) the workpiece W by the feed driving means 25, so that the workpiece W is on the Z axis. It is assumed that the amount of change that has been retracted and moved downward (the amount of change that has been retracted and moved by pressing the tool 7 from the state where the workpiece W is placed on the holding portion 52 at the start of machining) is detected.

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。 Depending on the setting of the urging force of the urging mechanism 23 described later, the holding portion 52 may not move downward on the Z axis only by placing the workpiece W on the holding portion 52, and is configured as such. May be.

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。 Then, while the machining is in progress (while being pressed by the tool 7), the evacuation movement mechanism 21 is urged by the urging mechanism 23, so that the absolute feed amount ΔT1 of the tool 7 by the feed drive means 25 On the other hand, the workpiece W is retracted and moved in the direction in which the relative feed amount ΔT2 between the tool 7 and the workpiece W decreases. In the present embodiment, "moving the workpiece W back and forth in the direction in which the relative feed amount ΔT2 decreases" is, in other words, moving in the direction of returning to the initial position, but the initial position. It is a movement that seems to be still evacuating from.

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。 Then, the processing apparatus 1 is controlled to end the processing (one step) when the evacuation amount ΔN by the evacuation movement mechanism 21 becomes (omitted) zero.

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、工具7と被加工物Wの化学的反応により工具7も減量(磨耗)する場合があるが、その量(減量の程度)も考慮して、加工が進行するように送り量ΔT1(退避量ΔN)の制御を行う。 Specifically, for example, when machining 2 mm, the absolute feed amount ΔT1 (evacuation amount ΔN) of the tool 7 by the feed drive means 25 is set to 2 mm, and the evacuation amount ΔN (2 mm) becomes (omitted) zero. When processing is finished. Alternatively, for example, when machining 2 mm, machining may be performed in a plurality of steps. For example, in the first step, the absolute feed amount ΔT1 (evacuation amount ΔN) of the tool 7 by the feed drive means 25 is set to 0. Assuming that it is 2 mm, when the withdrawal amount ΔN (0.2 mm) becomes (omitted) zero, the first step of machining is completed, the process proceeds to the next step (second step), and this is repeated to perform machining. May be good. In this case, when the 10th step is completed, the processing is completed. The weight of the tool 7 may be reduced (weared) due to the chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W, but the feed amount ΔT1 (evacuation) is taken into consideration so that the machining proceeds. The amount ΔN) is controlled.

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。 The urging force of the urging mechanism 23 (elastic force of the elastic member 533) is set to be linked to the evacuation amount ΔN detected by the evacuation state detecting means 111, so that the evacuation movement and the return movement as described above are possible. It is set in a range that does not exceed a desired amount.

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。 Specifically, when the feed driving means 25 feeds the tool 7 with an absolute feed amount ΔT1, the urging force of the urging mechanism 23 is determined by the buffer mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23). It is set so that the relative feed amount ΔT2 between 7 and the workpiece W can be retracted and moved in a decreasing direction. More specifically, for example, the position of the workpiece W in the Z-axis direction (of the jig 5) corresponds to the feed operation of the feed drive means 25 (resulting amount ΔN by the retract movement mechanism 21). The urging force of the urging mechanism 23 is set so that the workpiece W can vibrate, for example, in a small range while allowing a minute displacement of the holding portion 52 (position in the Z-axis direction).

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。 For example, when the urging mechanism 23 is an elastic member (coil spring) 533, a spring constant that can be expanded and contracted in conjunction with the evacuation amount ΔN by the evacuation movement mechanism 21 is appropriately selected. The elastic member 533 receives the pressing force of the feeding driving means 25 and is compressed in the feeding direction (downward of the Z axis) of the feeding driving means 25, but resists the pressing force and the actual feed amount (absolute) of the tool 7. The workpiece W (holding portion 52) is stretched to such an extent that the workpiece W (holding portion 52) can be moved in a direction in which the relative feed amount ΔT2 between the tool 7 and the workpiece W decreases with respect to the feed amount ΔT1. The spring constant is selected.

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。 In other words, as the machining by the workpiece W and the tool 7 progresses, a spring constant is selected so that the workpiece W (holding portion 52) retracted and moved downward in the Z direction moves in the return direction.

ただし、この付勢機構23の付勢力は、工具7の形状(サイズ)と被加工物W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。 However, the urging force of the urging mechanism 23 differs depending on the progress of processing due to the chemical reaction between the two, including the shape (size) of the tool 7 and the shape (thickness) of the workpiece W. Therefore, the urging force of the urging mechanism 23 is controlled within a range not exceeding a desired amount that enables the above-mentioned evacuation movement and return movement according to the progress of processing due to the chemical reaction between the two. .. That is, when the urging mechanism 23 is an elastic member 533, a spring constant within a range not exceeding a desired amount that enables the above-mentioned retracting movement and returning movement is appropriately selected.

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。 Further, the feed driving means 25 controls the absolute feed amount ΔT1 so that the withdrawal amount ΔN of the workpiece W (holding portion 52) does not exceed a predetermined threshold value. Specifically, when the evacuation amount ΔN exceeds a predetermined threshold value (for example, a target machining amount), the absolute feed amount ΔT1 of the tool 7 is reduced, and the evacuation amount ΔN is a predetermined threshold value. When the position is not reached (when there is little pushing and the tool 7 is in an idling state or a state close to it), control is performed to increase the absolute feed amount ΔT1 of the tool 7.

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。 It should be noted that the feed control during machining by the feed drive means 25 does not have to be performed, and the control by the drive means 9 of the tool 7 is performed instead of or in combination with the control by the feed drive means 25 (rotation control, rotation torque). The evacuation amount ΔN may be controlled so as not to exceed a predetermined threshold value.

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。 Further, the elastic member 522 is not limited to a coil spring, and may be, for example, an air spring, a sponge, or the like, and the urging mechanism 23 is a mechanism (elastic force) for urging by magnetic force, hydraulic pressure, pneumatic pressure, or the like. It may be a mechanism having).

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。 Further, the shock absorber 20 is not limited to the above configuration, and is configured to move one of the tool 7 and the workpiece W in the feed direction and retract and move the other of the tool 7 and the workpiece W in the same direction as the feed direction. It should be. Alternatively, the cushioning mechanism 20 may be configured to buffer the excessive pressure applied to the workpiece W when the tool 7 presses the workpiece W.

また、加工装置1は、図3に示す構成に限らず、工具7(アルミニウム系材料)によって被加工物W(ダイヤモンド系材料)の加工が進行する構成、例えば、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。 Further, the processing apparatus 1 is not limited to the configuration shown in FIG. 3, and the processing of the workpiece W (diamond-based material) is progressed by the tool 7 (aluminum-based material), for example, the tool 7 is used as the workpiece W. It has at least a drive means 9 for relative movement with respect to the work piece W and a feed drive means 25 for moving one of the tool 7 and the work piece W so as to move the tool 7 with respect to the work piece W in a desired feed direction. It may be configured. Therefore, the ultrasonic vibration means 55 may not be provided, and the cushioning mechanism 20 may not be provided.

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。 With reference to FIG. 4, the processing method in the processing apparatus 1 will be described in chronological order. In the figure, the workpiece W is shown above the jig 5 (holding portion 52) for convenience of explaining the state of the workpiece W and the operation of the jig 5, but in reality, FIG. 3 As shown in the above, it is assumed that the jig 5 holds the peripheral portion of the workpiece W. In the case of hollowing processing that does not penetrate the workpiece W, the holding configuration may be the same as in FIG. 3, or the holding configuration shown in FIG. 4 may be used (in that case, the workpiece may be held. A means to fix W so that it does not move is necessary). That is, the mode of holding the workpiece W by the jig 5 can be appropriately selected depending on the mode of processing.

本実施形態の加工方法は、ダイヤモンド系材料(例えば、ダイヤモンド)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、アルミニウム系材料からなる工具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。 The processing method of the present embodiment is a processing method of reducing a part of the workpiece W of a diamond-based material (for example, diamond) to change it into a desired shape, and the workpiece W is held by a jig 5. Then, one of the tool 7 and the workpiece W is used to move the tool 7 made of an aluminum-based material and the workpiece W relative to each other and to move the tool 7 in a desired feed direction with respect to the workpiece W. Has a step of moving.

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。 First, as shown in FIG. 6A, the workpiece W is held by the holding portion 52 of the jig 5. In this example, in the state where the workpiece W is held by the jig 5 and before being pressed by the tool 7, the urging mechanism 23 (elastic member 533) is compressed by a predetermined amount due to the weight of the workpiece W. The holding portion 52 is moved downward in the Z direction from the position (indicated by the broken line) before holding the workpiece W by the retracting movement mechanism 21 and the urging mechanism 23. Depending on the setting of the urging force of the urging mechanism 23, the holding portion 52 may not move downward on the Z axis only by holding the workpiece W on the holding portion 52, and even if it is configured as such. good. In this example, the movement due to the weight of the workpiece W alone is not included in the evacuation amount ΔN.

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。 Then, from the reference surface (floor surface or the like) of the work piece W surface (or the holding surface 521 (see FIG. 3C)) at this time (in a state where the work piece W before processing is held (held)). (Height) is set to the return position P0.

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。 Next, as shown in FIG. 3B, one of the tool 7 and the workpiece W is moved in the feed direction, and the other of the tool 7 and the workpiece W is retracted and moved in the same direction as the feed direction. When the tool presses the workpiece W, the machining proceeds while buffering the excessive pressure applied to the workpiece W.

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。 Specifically, the table 3 is moved to adjust the workpiece area WA so as to be below the tool 7, and the tool 7 is moved with respect to the workpiece W in a desired feed direction. That is, the feed driving means 25 of the tool support portion 17 moves the tool 7 downward on the Z axis to bring the tool 7 into contact with the machining start portion of the workpiece region WA. At this time, the feed driving means 25 moves the tool 7 so as to bring the tool 7 into contact with (press) the workpiece W with a pressing force sufficient for machining. The workpiece W receives this pressing force, and the retracting movement mechanism 21 retracts and moves downward in the Z direction with a certain retracting amount ΔN. The evacuation amount ΔN may be, for example, a reduction amount (total processing amount) until the target final shape is reached, or a value smaller than the reduction amount (total processing amount) (total processing amount may be plural). It may be an equally divided value).

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、工具7と被加工物W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Wの一部が減量される。 Next, as shown in FIG. 6C, the tool 7 and the workpiece W are relatively moved in the weight loss direction (in this case, the X-axis-Y-axis direction). At this time, the tool 7 is rotationally driven and ultrasonically vibrated by the driving means 9. Further, with the physical relative movement of the tool 7 and the workpiece W, a chemical reaction between the two occurs, and a part of the workpiece W is reduced by the physical relative movement and the chemical reaction.

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。 In the present embodiment, in this machining, the feed driving means 25 moves the tool 7 in the feed direction (downward on the Z axis) with an absolute feed amount ΔT1 to press the workpiece W, while the urging mechanism 23 The work piece W to be retracted and moved is urged in the return movement direction (direction to move toward the return position P0), and the evacuation movement mechanism 21 is covered with the tool 7 with respect to the actual feed amount ΔT1 of the tool 7. The workpiece W (holding portion 52) is retracted and moved in the direction in which the relative feed amount ΔT2 between the workpieces W decreases (in this case, downward). The urging force of the urging mechanism 23 is linked to the evacuation amount ΔN by the evacuation movement mechanism 21 and is set within a range not exceeding a desired amount.

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。 Specifically, the evacuation state (evacuation amount ΔN) by the evacuation movement mechanism 21 detected by the evacuation state detection means 111 and the actual feed state (absolute feed amount) by the feed drive means 25 detected by the feed state detection means 113. Based on ΔT1), the calculation means 115 calculates the relative feed amount ΔT2 between the tool 7 and the workpiece W from the relative difference (ΔT1-ΔN) between the two. Further, the feed driving means 25 controls the absolute feed amount ΔT1 so that the evacuation amount ΔN does not exceed a predetermined threshold value.

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。 Then, as shown in FIG. 3C, the retracting movement mechanism 21 retracts and moves the workpiece W in the direction in which the relative feed amount ΔT2 between the tool 7 and the workpiece W decreases. As the machining by the workpiece W and the tool 7 progresses, the workpiece W retracted and moved by the retracting movement mechanism 21 and the urging mechanism 23 moves in the return position P0 direction, and the machining is performed so that the retracting amount ΔN decreases. proceed. In this case, the workpiece W (holding portion) is reduced in relative reduction with respect to the degree of reduction (decrease) of the workpiece W due to the tool 7 being fed by the feed drive means 25. It can be said that 52) is evacuated and moved.

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。 That is, to give a phenomenal example, the position of the workpiece W in the Z-axis direction is not fixed with respect to the table 3, and movement (change in position) within a predetermined range is allowed in the Z-axis direction. Processing proceeds at. While the workpiece W is pushed downward on the Z axis by the tool 7, it vibrates up and down, and the jig 5 (workpiece W) gradually returns to the return position P0 to proceed with machining.

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。 Then, as shown in FIG. 3D, when the shape of the work area WA becomes a desired final shape (reaches the total processing amount) and the withdrawal amount ΔN becomes (omitted) zero, the processing is terminated.

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。 When the machining is executed by dividing into a plurality of steps, when the evacuation amount ΔN of one step becomes (omitted) zero, the machining of the step is completed and the machining proceeds to the next step.

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。 If the feed amount ΔT relative to the evacuation amount ΔN is insufficient immediately before the machining is completed and the tool 7 may slip slightly below the target value, it should be taken into consideration. The absolute feed amount ΔT1, the withdrawal amount ΔN, and the relative feed amount ΔT2 may be appropriately controlled.

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。 Further, the measuring means 11 may include a measuring means for detecting whether or not the final machining amount is reached and a desired shape is obtained, so that the final machining shape can be confirmed after the machining is completed. ..

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。 According to such a configuration, even when an excessive pressure is applied to the workpiece W and the tool 7 held by the holding portion 52 so as to exceed the pressure range in which machining proceeds most efficiently. Processing can proceed while buffering (absorbing) it.

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。 Further, the evacuation amount ΔN is set to a desired value (final processing amount or a value obtained by dividing it into equal parts), and when the evacuation amount ΔN becomes (omitted) zero, the processing (for one step) is completed. Therefore, it is possible to control the machining amount in micron units, which was difficult with conventional grinding and cutting.

従って、被加工物Wが例えば工業用ダイヤモンドであり、また特に、穴開け加工や刳り貫き加工を行なう場合であっても、レーザー加工装置やイオンビーム加工装置などの特殊な装置(特殊な方法)を用いることなく、安価且つ容易に加工を行なうことができる。 Therefore, even if the workpiece W is, for example, an industrial diamond, and in particular, even when drilling or hollowing is performed, a special device (special method) such as a laser machining device or an ion beam machining device is used. It is possible to carry out processing inexpensively and easily without using the above.

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。 Further, in the present embodiment, when the machining load (machining pressure) on the workpiece W and the tool 7 is small, the surface (machining grain) becomes a machining grain close to polishing (polishing), and the polishing level is fine. Processing becomes possible. In the machining of the present embodiment, the machining load (machining pressure) on the workpiece W and the tool 7 changes from time to time, but the machining load (machining) on the workpiece W and the tool 7 throughout the machining process. Roughly speaking, the machining load (machining pressure) is high at the initial stage of machining, and the machining load (machining pressure) is low at the end of machining (immediately before the end). That is, at the end of processing (immediately before the end), the surface (processed grain) can be processed with a grain that is close to polishing (polishing) by fine-grained processing at the polishing level.

なお、本実施形態の加工方法は、アルミニウム系材料の工具7によってダイヤモンド系材料である被加工物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、例えば、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。 The machining method of the present embodiment is a machining method in which a part of the work piece W, which is a diamond-based material, is reduced by a tool 7 made of an aluminum-based material to change it into a desired shape, for example, the tool 7 and the work piece. The machining method may include at least a step of moving the tool 7 relative to the work piece W and a step of moving one of the tool 7 and the work piece W in order to move the tool 7 with respect to the work piece W in a desired feed direction. It suffices to do so, and the ultrasonic vibration of the tool 7 does not have to be performed. Further, it is not necessary to buffer the excessive pressure applied to the workpiece W when the tool 7 presses the workpiece W.

<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。
<Other embodiments>
In the above example, the processing device 1 is a device using a milling machine for rotationally driving a drill-type tool 7, and the jig 5 is provided with a shock absorber mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23). However, it is not limited to this.

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。 For example, in the case where the processing device 1 is a device such as a lathe that rotates a columnar workpiece W, the tool support portion 17 is provided with a shock absorber mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23). There may be.

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。 Further, in the case where the processing device 1 is a device for processing by a milling machine that rotationally drives an end mill type tool 7, the table 3 that supports the jig 5 is a shock absorber mechanism 20 (evacuation movement mechanism 21 and urging mechanism 23). It may be configured to include.

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。 Further, in the above embodiment, an example in which the evacuation movement mechanism 21 and the urging mechanism 23 have different configurations is shown, but the evacuation movement mechanism 21 and the urging mechanism 23 are integrated as a buffer mechanism 20. There may be. For example, in the example shown in FIG. 1, the jig 5 itself may be made of an elastic body having a cushioning function (rubber, sponge-like resin material, etc.), or in the example shown in FIG. 3, for example, the spindle of the tool 7. Alternatively, the shank itself may be made of an elastic body having a cushioning function (rubber, sponge-like resin material, or the like).

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。 Further, the processing of the present embodiment is, for example, front milling, end milling, flat milling, plane cutting, side cutting, grooving, lathe (turning), which is cutting (milling) processing (machining processing, milling). Processing (outer rounding, surface cutting, taper cutting, thread cutting, parting off, etc.), drilling, centering (cutting through), etc., and grinding processing (plane grinding, forming grinding, cylindrical grinding, dicing processing, slicing processing, etc.) ) Etc. can be applied.

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。 Further, the cushioning means 10 may be another spring regardless of the coil spring, or may be an elastic member such as a sponge or a resin. Further, it may be buffered by hydraulic pressure or pneumatic pressure. Further, when the jig 5 includes the cushioning means 10, the material of the jig 5 may be made of an elastic body such as a sponge or a resin.

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。 Further, the shock absorber mechanism 20 is not limited to the above example as long as it is a mechanism for advancing machining while retracting one of the tool 7 or the workpiece W in the same direction as the other feeding direction for advancing machining.

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。 Further, for example, the position of the reference portion of the workpiece W is determined by the measuring means (for example, a micrometer, a dial gauge, etc.) of the measuring means 11 at an appropriate timing (for example, at the start of machining, during machining, or at the end of machining). The pressure is appropriately (as needed) detected by measuring at such timings) and fed back to the control means to appropriately control the feed drive means 25, the evacuation movement mechanism 21, the urging mechanism 23, and the like. The processing may be performed while maintaining a predetermined range in which the processing proceeds efficiently.

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。 Further, the pressure at which the tool 7 and the workpiece W come into contact with each other is detected at an appropriate timing and fed back to the control means to appropriately control the feed drive means 25, the evacuation movement mechanism 21, the urging mechanism 23, and the like. The processing may be performed while maintaining the pressure within a predetermined range in which the processing proceeds efficiently.

また本実施形態において「被加工物Wの一部を減量させる加工」として例えば、穴開け加工、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、任意の形状に変形(縮小)させる削り加工など、研磨加工以外の加工を例示した。しかしこれに限らず、「被加工物Wの一部を減量させる加工」には、その一部または全部に研磨加工を含んでもよい。 Further, in the present embodiment, as "processing for reducing a part of the workpiece W", for example, drilling, hollowing out, and reducing the area of the workpiece W in a plan view (shape of the workpiece W in the plane direction). Processing other than polishing processing, such as deformation (reduction) processing (reduction) and shaving processing to deform (reduce) to an arbitrary shape, was exemplified. However, the present invention is not limited to this, and the "processing for reducing the weight of a part of the workpiece W" may include a polishing process for a part or the whole thereof.

また工具7は、上述のアルミニウム系材料による単層構造に限らず、例えば、金属やダイヤモンドなどの基材の表面に所望の厚みの上述のアルミニウム系材料を被覆した積層構造であってもよい。アルミニウム系材料は、加工の進行により減少する場合があるため、その厚みは加工に十分な厚みが適宜選択される。 Further, the tool 7 is not limited to the single-layer structure made of the above-mentioned aluminum-based material, and may have a laminated structure in which the surface of a base material such as metal or diamond is coated with the above-mentioned aluminum-based material having a desired thickness. Since the aluminum-based material may decrease as the processing progresses, a thickness sufficient for processing is appropriately selected.

また、工具7は、上述のアルミニウム系材料を主成分とし、アルミニウム系材料以外の他の成分が含まれてもよい。アルミニウム系材料を主成分とする、とは他の成分(複数の場合は他のいずれの成分)の含有量よりもアルミニウム系材料の含有量が大きいものであることが望ましく、好適には、他の成分のいずれの含有量よりもアルミニウム系材料の含有量が大きいものであるとする。 Further, the tool 7 contains the above-mentioned aluminum-based material as a main component, and may contain components other than the aluminum-based material. It is desirable that the content of the aluminum-based material is larger than the content of other components (in the case of a plurality of components, any of the other components) as the main component of the aluminum-based material. It is assumed that the content of the aluminum-based material is larger than the content of any of the components of.

また、本実施形態は、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Wの一部を減量させるものであり、工具7も加工に伴ってその一部が減量するものであってもよく、工具7は被加工物Wより硬度が低いものであってもよいし、硬度が高いものであってもよい。 Further, in the present embodiment, a part of the workpiece W is reduced while causing a chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W, and the tool 7 is also partially reduced in weight with machining. The tool 7 may have a lower hardness than the workpiece W, or may have a higher hardness.

図5は、本実施形態の加工装置1および加工方法による加工の状態を示す写真である。工具7はアルミニウム合金であり、被加工物Wは、従来既知のダイヤモンド工具で研削加工済みの工業用ダイヤモンド(多結晶ダイヤモンド)である。同図(A)は加工前の工具7の先端付近の外観を撮影した画像であり、同図(B)は加工前の被加工物Wの表面を撮影した画像である。同図(C)は、加工中の状態を撮影した画像であり、同図(D)は加工後の工具7の軸方向から加工面(被加工物Wとの接触面)を撮影した画像である。被加工物Wの表面は同図(B)に示すように研削加工時の細かい傷が存在するが、同図(C)に示すように本実施形態のアルミニウム合金の工具7による加工により、被加工領域WAにおいて加工厚み方向(工具7の軸方向)の減量が進み、傷も無くなっていることが確認できる。またこの例では同図(D)に示すように、工具7の一部も減量される。 FIG. 5 is a photograph showing a state of processing by the processing apparatus 1 and the processing method of the present embodiment. The tool 7 is an aluminum alloy, and the workpiece W is an industrial diamond (polycrystalline diamond) that has been ground by a conventionally known diamond tool. FIG. 6A is an image of the appearance of the vicinity of the tip of the tool 7 before machining, and FIG. 3B is an image of the surface of the workpiece W before machining. FIG. 3C is an image of a state during machining, and FIG. 3D is an image of a machined surface (contact surface with a workpiece W) taken from the axial direction of the tool 7 after machining. be. As shown in FIG. 3B, the surface of the workpiece W has fine scratches during grinding, but as shown in FIG. CC, the aluminum alloy of the present embodiment is machined by the tool 7. It can be confirmed that the weight loss in the machining thickness direction (axial direction of the tool 7) has progressed in the machining area WA, and the scratches have disappeared. Further, in this example, as shown in FIG. 3D, a part of the tool 7 is also reduced in weight.

<工具の付着物についての検討>
図5に示したように本実施形態の加工装置1(加工方法)において被加工物Wを加工すると、工具7に付着物が残留する。このことからも加工の過程において工具7と被加工物Wによる化学的反応が生じていると考えられる。この付着物について検討するため、元素分析を行った。図6~図8にその検討結果を示す。ここでは工具7としてアルミニウム合金を用い、被加工物Wは、ダイヤモンド粉とタングステンをバインダであるコバルトで結合させた工業用ダイヤモンドを用いた。
<Examination of deposits on tools>
As shown in FIG. 5, when the workpiece W is machined by the machining apparatus 1 (machining method) of the present embodiment, deposits remain on the tool 7. From this, it is considered that a chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W occurs in the processing process. Elemental analysis was performed to examine this deposit. The examination results are shown in FIGS. 6 to 8. Here, an aluminum alloy was used as the tool 7, and as the workpiece W, industrial diamond in which diamond powder and tungsten were bonded with cobalt as a binder was used.

まず図6は、加工後の工具7の外観を撮影した写真であり、同図(A)が側面から撮影した画像であり、同図(B)が軸方向から加工面(被加工物Wとの接触面)を撮影した画像である。そして、同図(B)において、黒色の付着物(異物)の存在する部位について、電子線マイクロアナライザー(EPMA/WDS:Electron probe microanalyzer/Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer)により元素分析を行った。同図(C)が付着物の二次電子像である。 First, FIG. 6 is a photograph of the appearance of the tool 7 after machining, FIG. 6A is an image taken from the side surface, and FIG. 6B is a machined surface (workpiece W) from the axial direction. It is an image taken of the contact surface). Then, in FIG. 3B, elemental analysis was performed on the site where black deposits (foreign substances) were present by using an electron probe microanalyzer / Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer (EPMA / WDS). FIG. 3C is a secondary electron image of the deposit.

真空中で物質に電子線を照射すると、二次電子や構成元素の種類に固有の特性X線が発生する。電子線マイクロアナライザーによる元素分析法は得られた特性X線の波長と強度を測定することによって、構成元素の種類と含有比を測定する手法である。本試験に用いた測定装置および分析条件は以下の通りである。 When a substance is irradiated with an electron beam in a vacuum, characteristic X-rays peculiar to the types of secondary electrons and constituent elements are generated. The elemental analysis method using an electron probe microanalyzer is a method for measuring the types and content ratios of constituent elements by measuring the wavelength and intensity of the obtained characteristic X-rays. The measuring device and analysis conditions used in this test are as follows.

装置:日本電子製 JXA-8230型、加速電圧:15kV、プローブ電流:4×10-8A、分析範囲: B ~ 92U、X線分光器:波長分散型(WDS)、前処理:金蒸着(スパッタコート) Equipment: JXA-8230 manufactured by JEOL, Acceleration voltage: 15 kV, Probe current: 4 x 10-8 A, Analysis range: 5 B to 92 U, X-ray spectroscope: Wavelength dispersive type (WDS), Pretreatment: Gold Evaporation (spatter coating)

図7は、付着物の定性分析時の特性X線強度に基づくEPMA半定量分析結果を示す表であり、図8は、測定結果を示すチャート(EPMA/WDS元素分析チャート)である。 FIG. 7 is a table showing EPMA semi-quantitative analysis results based on characteristic X-ray intensity at the time of qualitative analysis of deposits, and FIG. 8 is a chart (EPMA / WDS elemental analysis chart) showing measurement results.

図7に示すように、付着物が視認された部位からはアルミニウム(Al)と酸素(O)が強く検出されたことから、付着物の主成分はアルミニウムの酸化物と考えられた。また、その他に炭素(C)やコバルト(Co)等が検出された。 As shown in FIG. 7, since aluminum (Al) and oxygen (O) were strongly detected from the portion where the deposit was visually recognized, the main component of the deposit was considered to be an oxide of aluminum. In addition, carbon (C), cobalt (Co) and the like were detected.

これらの結果について、本願出願人は以下(1)~(7)の知見に基づき(8)の通り推察した。
(1) アルミニウムはダイヤモンドとの間で炭化物(炭化アルミニウム(Al))を生成する。
(2) 炭化物(炭化アルミニウム)の生成によりダイヤモンドを摩耗させることができる一方で、酸化アルミニウム(アルミナ)は炭素による還元は起きず、ダイヤモンドを摩耗させることは困難である。
(3) 炭化アルミニウムは、透明結晶体であるが、水、酸素、二酸化炭素と徐々に反応してしまうので窒素等の不活性雰囲気で保管する必要がある。
(4) 炭化アルミニウムは水分(空気中の水蒸気等)と徐々に反応して、メタン(CH)を放出しながら分解し水酸化アルミニウム(Al(OH))となる。
(5)炭化アルミニウムは空気中の酸素(O)と徐々に反応し、一酸化炭素(CO)を放出して酸化アルミニウム(アルミナ、Al)となる。
(6)炭化アルミニウムは、空気中の二酸化炭素と徐々に反応し、炭素(C)を析出して酸化アルミニウムとなる。
(7)炭化アルミニウムは、一酸化炭素と徐々に反応し、炭素(C)を析出して酸化アルミニウムとなる。
(8)本実施形態によれば、工具(例えば、アルミニウム合金)7が被加工物(例えば、工業用ダイヤモンド)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(低加重で)加工することで、例えば、摩擦による熱の発生等が適宜に抑制され、酸化アルミニウムの生成をできる限り抑えつつ(遅らせつつ)、炭化アルミニウムが生成される状態が維持できるものと考えられる。そして、炭化アルミニウムの効率的な生成(および生成の継続)によりダイヤモンド系材料の加工が進んだと考えられる。生成された炭化アルミニウムは加工中に空気中の水分、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素や、冷却用の切削油(水分あり)などと反応し、炭素の一部は気体(メタン、一酸化炭素など)として放出され、残部は工具7側に、酸化アルミニウムおよび/または水酸化アルミニウム(元素として、アルミニウム(Al)と酸素)および炭素として析出されると考えられ、これは上記の付着物の分析結果と一致するものである。
The applicant of the present application inferred these results as described in (8) based on the following findings (1) to (7).
(1) Aluminum produces a carbide (aluminum carbide (Al 4 C 3 )) with diamond.
(2) While diamond can be worn by the formation of carbide (aluminum carbide), aluminum oxide (alumina) is not reduced by carbon and it is difficult to wear diamond.
(3) Although aluminum carbide is a transparent crystal, it gradually reacts with water, oxygen, and carbon dioxide, so it must be stored in an inert atmosphere such as nitrogen.
(4) Aluminum carbide gradually reacts with moisture (water vapor in the air, etc.) and decomposes while releasing methane (CH 4 ) to become aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ).
(5) Aluminum carbide gradually reacts with oxygen (O) in the air and releases carbon monoxide (CO) to become aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ).
(6) Aluminum carbide gradually reacts with carbon dioxide in the air and precipitates carbon (C) to become aluminum oxide.
(7) Aluminum carbide gradually reacts with carbon monoxide and precipitates carbon (C) to become aluminum oxide.
(8) According to the present embodiment, when the tool (for example, aluminum alloy) 7 presses the workpiece (for example, industrial diamond) W, the excessive pressure applied to the workpiece W is buffered (low load). By processing, for example, it is considered that the generation of heat due to friction is appropriately suppressed, and the state in which aluminum carbide is produced can be maintained while suppressing (delaying) the production of aluminum oxide as much as possible. It is considered that the processing of diamond-based materials has progressed due to the efficient production (and continuation of production) of aluminum carbide. The generated aluminum carbide reacts with moisture in the air, oxygen, carbon dioxide, carbon monoxide, and cutting oil for cooling (with moisture) during processing, and part of the carbon is gas (methane, carbon monoxide). Etc.), and the balance is believed to be deposited on the tool 7 side as aluminum oxide and / or aluminum hydroxide (as elements, aluminum (Al) and oxygen) and carbon, which is the analysis of the deposits described above. It is consistent with the result.

つまり、この炭素がダイヤモンド系材料に由来の成分であれば、工具7と被加工物Wの化学的反応により炭化アルミニウムを経由して炭素が付着物として析出したと考えられる。なお、別の可能性として、工具7であるアルミニウム合金に炭素が含まれる場合もあるが、仮にそうであったとしてもその場合の炭素量は通常は1%未満とごく微量である。したがって、上記分析結果の炭素の量(9.7%)は主にダイヤモンド系材料に由来すると考えられる。 That is, if this carbon is a component derived from a diamond-based material, it is considered that carbon is deposited as an deposit via aluminum carbide by a chemical reaction between the tool 7 and the workpiece W. As another possibility, the aluminum alloy of the tool 7 may contain carbon, but even if it is, the amount of carbon in that case is usually less than 1%, which is a very small amount. Therefore, it is considered that the amount of carbon (9.7%) in the above analysis result is mainly derived from the diamond-based material.

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。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit and technical idea.

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
1 Machining device 3 Table 5 Jig 7 Tool 9 Driving means 10 Buffering means 11 Measuring means 17 Tool support 20 Buffering mechanism 21 Evacuation movement mechanism 23 Encouragement mechanism 25 Driving means 51 Base 52 Holding part 53 Supporting part 111 Evacuation state detection Means 113 State detection means 115 Calculation means 521 Holding surface 531 Outer cylinder 532 Inner cylinder 533 Elastic member 535 Stopper P0 Return position W Work piece

Claims (10)

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、
前記被加工物はダイヤモンド系材料であり、
前記工具はアルミニウム系材料により構成される、
ことを特徴とする加工装置。
A processing device that reduces the weight of a part of the work piece and changes it to a desired shape.
A jig for holding the work piece and
A tool that comes into contact with a part of the workpiece and
A driving means for moving the tool relative to the workpiece,
It has a feed driving means for moving one of the tool and the workpiece in order to move the tool in a desired feed direction with respect to the workpiece.
The work piece is a diamond-based material and is
The tool is made of an aluminum-based material.
A processing device characterized by that.
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に記載の加工装置。
A part of the workpiece is reduced while causing a chemical reaction between the tool and the workpiece.
The processing apparatus according to claim 1.
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または請求項2に記載の加工装置。
When one of the tool and the workpiece is moved in the feed direction and the other of the tool and the workpiece is retracted and moved in the same direction as the feed direction so that the tool presses the workpiece. A buffer mechanism for cushioning the excess pressure applied to the workpiece is provided.
The processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the processing apparatus is characterized in that.
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または請求項2に記載の加工装置。
The other side of the tool and the workpiece is retracted and moved in the feed direction so that the relative feed amount between the tool and the workpiece is reduced with respect to the actual feed amount by the feed drive means. Evacuation movement mechanism to make
When the work piece or the tool is moved back and forth by the evacuation movement mechanism, the work piece or the tool that is moved back and forth is provided with an urging mechanism that urges the work piece or the tool in the return movement direction.
The processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the processing apparatus is characterized in that.
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から請求項4のいずれか一項に記載の加工装置。
The driving means ultrasonically vibrates the tool.
The processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the processing apparatus is characterized in that.
ダイヤモンド系材料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、アルミニウム系材料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。
It is a processing method that reduces the weight of a part of the workpiece made of diamond-based material and changes it to a desired shape.
A process of holding the work piece with a jig and relatively moving the tool made of an aluminum-based material and the work piece.
It comprises a step of moving one of the tool and the work piece in order to move the tool in a desired feed direction with respect to the work piece.
A processing method characterized by that.
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6に記載の加工方法。
A part of the workpiece is reduced while causing a chemical reaction between the tool and the workpiece.
The processing method according to claim 6, wherein the processing method is characterized by the above.
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6または請求項7に記載の加工方法。
Move one of the tool and the workpiece in the feed direction to
By retracting and moving the other side of the tool and the workpiece in the same direction as the feed direction, the machining proceeds while buffering the excessive pressure applied to the workpiece when the tool presses the workpiece. ,
The processing method according to claim 6 or 7, wherein the processing method is characterized by the above.
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6または請求項7に記載の加工方法。
The other side of the tool and the work piece is in the feed direction so that the relative feed amount between the tool and the work piece is reduced with respect to the actual feed amount of the tool or the work piece. The process of evacuating and moving to
It comprises a step of urging the workpiece or the tool to be retracted and moved in the return moving direction when the workpiece or the tool is retracted and moved.
The processing method according to claim 6 or 7, wherein the processing method is characterized by the above.
前記工具を超音波振動させる、
ことを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の加工方法。
The tool is ultrasonically vibrated.
The processing method according to any one of claims 6 to 9, wherein the processing method is characterized by that.
JP2020138479A 2019-11-20 2020-08-19 Processing equipment and processing method Active JP6955797B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020138479A JP6955797B1 (en) 2020-08-19 2020-08-19 Processing equipment and processing method
PCT/JP2020/042801 WO2021100705A1 (en) 2019-11-20 2020-11-17 Machining device and machining method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020138479A JP6955797B1 (en) 2020-08-19 2020-08-19 Processing equipment and processing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6955797B1 JP6955797B1 (en) 2021-10-27
JP2022034671A true JP2022034671A (en) 2022-03-04

Family

ID=78119292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020138479A Active JP6955797B1 (en) 2019-11-20 2020-08-19 Processing equipment and processing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6955797B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP6955797B1 (en) 2021-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nath et al. Machinability study of tungsten carbide using PCD tools under ultrasonic elliptical vibration cutting
WO2021100705A1 (en) Machining device and machining method
JP5885369B2 (en) Dicing blade
CA1101221A (en) Abrasive bodies
JP2019059020A (en) Working grindstone
JP2007118120A (en) Polishing method and device
JP6955797B1 (en) Processing equipment and processing method
EP1716973A1 (en) Double end face truing device, double end face truing tool, and double end face truing method
JP6334040B1 (en) Sharpening device and sharpening method
TW201345659A (en) A method of polishing the edges of glass
JPH01153259A (en) Method and device for manufacturing circular article with at least one flat surface
CN209215143U (en) A kind of high speed single-point scratching experimental rig
US5285597A (en) Method and arrangement for subdividing semiconductor bars into semiconductor wafers
JP3088537B2 (en) Finishing method and processing device for holes of high hardness material
DE10060696A1 (en) Method by which edges of brittle hard materials may be ground has the tool subjected to ultrasonic frequencies
JP6631829B2 (en) Flatness / flatness correction method for lapping machines and grinding wheels
JP6755565B1 (en) Processing equipment and processing method
KR20030051700A (en) Abrasive and wear resistant material
JP3958432B2 (en) Manufacturing method of grinding tool
JPS6362658A (en) Precise finishing method with complex vibration grinding wheel
JPH0451306B2 (en)
JP4906467B2 (en) Inclined grooved whetstone and manufacturing method thereof
JPH0631627A (en) Surface grinding machine
Schmidt et al. Improvement of micro end milling tools through variation of tool manufacturing method and geometry
JPH08155773A (en) Nc machine tool

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210625

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20210625

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210831

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210927

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6955797

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150