JP4596235B2 - 金属材への微細溝の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属材の一方面に、複数条の微細な幅と深さを有する微細溝を形成する微細溝の形成方法に関する。

各種の機器、或いは機器に使用される部品等の小型化、軽量化が進んでいる。これに伴い、部品を加工するために微細加工が求められている。その中で、金属材の少なくとも一方面に、幅および深さが０．５ｍｍ以下の微細な溝を形成することが要求されている。

このような、金属材に微細な溝を形成する方法としては、エッチング加工、プレス加工、切削加工等の各種の工法が検討されている。エッチング加工は、上記寸法の微細な溝を形成することは可能であるが、多くの加工時間を必要とするために、大量生産には不向きであり、しかも、コストが高くなる問題がある。また、プレス加工は、金属材の一方面に微細な溝を形成したときに、金属材に加わる大きな応力のために変形させてしまい、この変形を矯正することが困難となる問題がある。

さらに、切削加工は、図１０および図１１に示すように、治具１０３に載置された金属材１００の一方面の一端側からカッター１０１によって微細な溝１０２を刻設する方法であり、この刻設によって切削片１０４が排出される。この切削工法によれば、比較的良好な微細溝を形成することが可能である。ところが、微細溝の幅はカッター１０１の幅によって一義的に決められることから、微細溝の幅をさらに小さく形成する場合には、カッター１０１の幅を小さくしなくてはならない。しかし、カッター１０１の幅を小さくした場合には、強度が低下することから、微細溝の幅に限界が生じてしまい、所望の小さな幅を有する微細溝が形成できない問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、金属材に微小幅の微細溝を微小な間隔で容易に形成することができ、しかも、微細溝を形成するときに微細な切削片が発生させないようにすることが可能な金属材への微細溝の形成方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、金属材の一方面に、複数条の微細な溝を形成する微細溝の形成方法であって、
移動方向の先端側に刃部が形成された削り起こし工具と金属材の一方面側との間に所定の角度を有した状態で上記金属材と上記削り起こし工具とを相対移動させ、上記削り起こし工具の刃部により上記金属材の一方面側を削り起こすことにより、板状のフィンを起立形成した後、
上記フィンの起立形成により形成された被加工面よりも所定のピッチ分の上流側から、上記金属材と上記削り起こし工具とを相対移動させて、上記削り起こし工具により上記金属材の一方面側を削り起こすことにより微小の間隔で離間させた次の板状の上記フィンを起立形成し、以後上記削り起こし工具により微小の間隔で離間させて上記フィンと上記微細溝を形成する工程を順次繰り返して各上記フィンの間に複数条の微細溝を連続して形成し、
上記フィンの頂部をカッター等の切削工具により切削して上記金属材の一方面側から所定の高さの平坦面を形成することを要旨とする。

また、請求項２に記載の発明は、上記削り起こし工具により微小の間隔で離間させて起立形成された上記フィンは、上記微細溝の深さよりも高く形成され、カッター等の切削工具により上記フィンの頂部を切削して所定の深さの上記微細溝を形成したことを要旨とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、上記微細溝は、幅が０．５ｍｍ以下であることを要旨とする。

さらにまた、請求項４に記載の発明は、上記削り起こし工具は、移動方向の先端側に形成された刃部が直線状に形成され、上記金属材の一方面側を順次削り起こすことにより直線状の平行な微細溝を形成したことを要旨とする。

また、請求項５に記載の発明は、上記削り起こし工具は、移動方向の先端側に形成された刃部が円形状または矢形状に形成され、上記金属材の一方面側を順次削り起こすことにより円形状または矢形状の微細溝を形成したことを要旨とする。

本発明によれば、金属材の一方面に微細溝を形成するときに、削り起こし工具により、所定のピッチで連続して金属材の一方面側を削り起こし、複数条のフィンと微細溝を形成するので、削り起こしのピッチを微小間隔に設定することにより、微小幅の微細溝を容易に形成することが可能となる。しかも、金属材の一方面側を削り起こし工具により削り起こすので、切削片が発生しない微細溝の形成が可能となる。さらに、所定ピッチ毎に起立形成されたフィン頂部をカッター等の切削工具により切削することによって、金属材の一方面側から所定の高さの平坦面が形成されるので、金属材の一方面側には、所定の深さを有する微小間隔の微細溝を容易に形成することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば、所定ピッチ毎に起立形成されたフィンの高さを微細溝の深さよりも高く形成することにより、切削工具により上記フィンの頂部を切削しても所定の深さの微細溝を容易に形成することが可能となる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、削り起こし工具と金属材とを相対移動させて上記金属材の一方面側を削り起こすので、０．５ｍｍ以下の幅の微細溝を容易に形成することが可能となる。しかも、従来のようなカッターの幅による制約を受けることなく、カッターでは困難であった限りなく微細な任意の幅の微細溝を連続して形成することが可能となる。

さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、削り起こし工具の移動方向の先端側に、直線状の刃部を形成し、この削り起こし工具によって金属材の一方面側を順次削り起こすことにより、直線状の平行な微細溝を容易に形成することが可能となる。

また、請求項５に記載の発明によれば、削り起こし工具の移動方向の先端側に、円形状または矢形状の刃部を形成し、この削り起こし工具によって金属材の一方面側を順次削り起こすことにより、金属材には円形状または矢形状の微細溝を容易に形成することが可能となる。

金属材の一方面に、複数条の微細な微細溝を刻設する方法は、移動方向の先端側に刃部が形成された削り起こし工具と金属材の一方面側との間に所定の角度を有した状態で上記金属材と上記削り起こし工具とを相対移動させ、上記削り起こし工具の刃部により上記金属材の一方面側を削り起こすことにより、板状のフィンを起立形成する。さらに、上記フィンの起立形成により形成された被加工面よりも所定のピッチ分の上流側から、上記金属材と上記削り起こし工具とを相対移動させて、上記削り起こし工具により上記金属材の一方面側を削り起こすことにより次の板状の上記フィンを起立形成する。以後上記削り起こし工具により所定ピッチ離間させて上記フィンを形成する工程を順次繰り返して上記フィンの間に複数条の微細溝を連続して形成する。次の微細溝を形成するとき、上記削り起こし工具を離間させるピッチを例えば０．５ｍｍ以下の微小間隔に設定することにより、金属材の一方面側には、０．５ｍｍ以下の幅を有する上記微細溝が形成される。その後、上記フィンの頂部は、カッター等の切削工具により切削して、上記金属材の一方面側から所定の高さの平坦面を形成する。

以下、本発明による金属材への微細溝の形成方法を図面に基づいて詳細に説明する。図３および図４は、本発明による形成方法によって複数条の微細溝が形成された金属材の一例を示している。

金属材１は切削可能であり、しかも、所定の粘性を有し、しかも、微細溝を形成した金属材１を使用する部品や製品として必要な特性を有する、例えば鉄、ステンレス、アルミニウム、銅、等の金属素材、或いは、これらの金属を主成分とする合金から選択される。

また、金属材１としては、板厚が１．０ｍｍ以下と比較的肉薄な金属板であり、幅を１０ｍｍ程度とし、長さは例えば２０ｍｍ程度以上に設定されているが、この金属材１としては、長尺のフープ状金属材も使用することができる。この金属材１の一方面１ａには、複数条の微細溝２が等間隔に形成されている。因みに、実施例においては、微細溝２の幅ｗと深さｄを各々０．１ｍｍ、各微細溝２の間の間隔ｇを０．０５ｍｍとしている。従って、金属材１の一方面１ａには、数十条乃至数百条の微細溝２が形成される。

次に、金属材への微細溝の形成方法について、図１により説明する。図１（Ａ）は、微細溝２を形成する金属材１を示し、この金属素材は、銅合金やステンレス鋼或いはアルミニウム等が選択される。そして、金属材１には、予め、押圧工程によって一方面１ａ側に凸部１ｃが突出形成されている。つまり、金属材１の素材は、図示しないプレス機に設置されたダイ２０に対して位置決めした状態で載置した後、この金属材１の他方面１ｂ側から、上記プレス機に装着されたパンチ２１からなる押圧具を押圧することによって凹所１ｄを形成する。

このように、凹所１ｄを形成することにより、金属材１の一方面１ａ側には凹所１ｄの金属が移行し、凹所１ｄの深さとほぼ等しい高さｈの凸部１ｃが突出形成される。この凸部１ｃの外形寸法Ｌｕは、凹所２の開口側寸法Ｌｄよりもやや小さい相似形としている。このような寸法関係は、凸部１ｃが金属材１から切断することなく、常に連結状態を保持するためである。尚、このような連結状態を保持する手段としては、パンチからなる押圧具の先端部を先端に至るに従って細くなるようなテーパ部を形成してもよい。このように構成することにより、凹所１ｄを形成したときに、押圧具の先端部がダイ２０の角部と離間するため、凸部１ｃが金属材１から切断することなく、常に連結状態が保持できる。

図１（Ｂ）（Ｃ）は、微細溝２の形成工程を示している。即ち、金属材１の一方面１ａに突出形成された凸部１ｃを、削り起こし刃２２の移動によって肉薄に削り起こすことにより、基端部を残して所定角度に起立させて第１のフィン３−１を形成する。次に、第１のフィン３−１よりも後退させた位置から、削り起こし刃２２を第１のフィン３−１を形成したときとほぼ同じ削り代寸法を移動させて凸部１ｃを肉薄に削り起こすことにより、基端部を残して所定角度に起立させた第２のフィン３−２を形成する。そして、第１のフィン３−１と第２のフィン３−２との間を微小の間隔で離間させることにより、第１の微細溝２−１を形成する。以後も同様に、削り起こし刃２２を同じ削り代寸法になるようにして凸部１ｃを肉薄に削り起こす工程をｎ回繰り返してｎ枚のフィン３を起立形成すると共に、それぞれのフィン３の間を微小の間隔で離間させて各フィン３の間にｎ−１条の微細溝２が形成される。以下、この微細溝２の形成工程について詳細に説明する。

図１（Ｂ）は、金属材１の他方面１ｂに突出形成された凸部１ｃを削り起こし刃２２によって削り起こす当初の状態を示している。削り起こし刃２２は、凸部１ｃの図示左方に位置し、図２に示すように、凸部１ｃに対して１度乃至２０度の傾斜角度θで傾斜させている。この傾斜角度θは、金属材１の材質によって変えることが望ましいが、適宜の角度に設定することによって、フィン３の高さを変えることもできる。

まず、削り起こし刃２２の刃先を、図１（Ｂ）に示す位置に当接する。この位置は、所定の高さのフィン３を形成するために必要な削り寸法が得られる位置に設定される。そして、図示しない駆動装置により、削り起こし刃２２を上記傾斜角度θを保ちながら、この角度θと同じ１度乃至２０度の所定の移動角度で、削り起こし刃２２の刃先が凸部１ｃの高さｈとほぼ同じ寸法の深さとなるまで移動させることによって、図１（Ｂ）に示すように、凸部１ｃの左端側に第１のフィン３−１を起立形成する。このようにフィン３を形成するとき、削り起こし刃２２の圧力によって、金属材１が変形することがある。このため、金属材１の他方面１ｂ側に、凹部１ｄに嵌合する突台を有する保持台２３を配設して変形を防止することが望ましい。

この工程に用いられる削り起こし刃２２は、底面に対してほぼ３０度から８０度の角度に形成した斜面を有し、かつ、その幅は上記凸部１ｃの幅寸法と同じかそれ以上に設定している。また、削り起こし刃２２の刃先を凸部１ｃの高さｈとほぼ等しい深さまで移動することにより、金属材１の一方面１ａまでほぼ到達することになる。

１個目のフィン３−１を起立形成した後に、図２に示すように、２個目のフィン３−２を起立形成する。この２個目のフィン３−２は、１個目のフィン３−１を形成するために削いだ跡部分に形成される。つまり、削り起こし刃２２を距離Ｌだけ上流側に後退させた位置に削り起こし刃２２を当接する。この位置は、２個目のフィン３−２を１個目のフィン３−１と同じ高さに形成するために、必要な削り代ｃが得られ、しかも、削り起こし刃２２の移動距離が同じになるように設定される。そして、削り起こし刃２２を上記傾斜角度θを保ちながら、この角度θと同じ移動角度で、削り起こし刃２２を移動させ、刃先が凸部１ｃの高さｈとほぼ同じ寸法の深さとなる位置まで移動させる。これにより、削り起こし刃２２が凸部１ｃを削り起こし、１個目のフィン３−１から後退した位置に基端部が凸部１ｃに連結された状態となった２個目のフィン３−２が形成される。そして、１個目のフィン３−１と２個目のフィン３−２との間には、金属材１の一方面１ａに対して傾斜した微細溝２が形成される。この微細溝２の幅ｗは、２個目のフィン３−２を形成する位置によって適宜に設定される。この実施例においては、前述したように、幅ｗを０．１ｍｍとなるように設定されている。

３個目からｎ個目のフィン３は、１つ前に形成したフィン３を形成するために削り起こした跡部分に対し、上述した２個目のフィン３−２と同様に順次形成し、凸部１ｃの図示右方の最後となるｎ個目のフィン３−ｎは、図１（Ｃ）に示すように形成される。そして、凸部１ｃにｎ個のフィン３が形成されると共に、各フィン３の間には、０．１ｍｍの幅を有するｎ−１条の微細溝２が形成される。また、これら微細溝２の深さは、削り起こし刃２２の移動距離によって適宜に設定可能であるが、図１（Ｃ）に示すｎ個のフィン３は、微細溝２に必要な深さよりも高く形成されている。因みに、この実施例においては、微細溝２の深さを０．１ｍｍに設定しているので、ｎ個のフィン３は少なくとも２倍以上の０．２ｍｍ以上の高さに形成される。なお、凸部１ｃの図示右方となる最後のｎ個目のフィン３−ｎを起立形成するときに、凸部１ｃの端部では削り代ｃを得ることができても、削り起こし刃２２の移動距離が若干短くなるために、フィン３−ｎの高さが若干低くなる。しかし、フィン３−ｎの高さが、予め設定された微細溝２の深さの２倍以上であれば、所定の深さの微細溝２を形成することができる。

以上のように金属材１の一方面側に所定ピッチ毎に起立形成されたｎ個のフィン３は、次の切削工程において、切削工具２４により頂部を切削し、図３および図４に示すように、金属材１の一方面側１ａから所定の高さの平坦面３ａが形成される。すなわち、図１（Ｄ）に示すように、ｎ個のフィン３の間に形成された微細溝２の深さが所定の寸法となる図示の二点鎖線で示す高さまで切削工具２４によって切削する。この切削工程において用いる切削工具２４としては、図１（Ｄ）に示すグラインダー、或いは、カッターが使用される。上述したフィン３は、肉厚が０．１ｍｍ乃至０．０５ｍｍと肉薄なことから、切削工具２４によって大きな負荷を与えた場合にはフィン３の先端が屈曲する虞がある。従って、例えば、カッターを用いる場合には、フィン３の長手方向から切削することが望ましい。この切削工程によって、金属材１の一方面１ａには、図１（Ｅ）に示すように、所定の幅と深さ、および、所定のピッチからなる複数条の微細溝２が形成される。

この金属材１には、上述したように凸部１ｃおよび凹部１ｄが形成されているために、段差が設けられている。用途によってはこの状態のままで使用可能であるが、複数条の微細溝２が形成された範囲だけを使用する場合には、図１（Ｄ）に示すカットラインＣＬ１、ＣＬ２を適宜の手段によって切断しても良い。また、フィン３の頂部に形成された平坦面３ａに接合するように、例えば、平板５を被覆することによって、複数状の微細溝２は個々に密閉された流路を形成することができる。

図５は、本発明の第２の実施例を示している。上述した第１の実施例においては、金属材１の一方面側１ａに起立形成した複数のフィンの頂部を切削工具２４により切削して平坦面３ａを形成したが、用途によっては、頂部を平坦にする必要がない場合がある。このときは、図５に示すように、前述した第１の実施例において、図１（Ｃ）に示す工程で終了させ、複数のフィン３の先端を図示のように鋭利な頂部としても良い。この第２の実施例においても、各フィン３の間に所定の幅と深さ、および、所定のピッチからなる複数条の微細溝２が形成される。

図６および図７は、本発明の第３の実施例を示し、金属材１の一方面に湾曲させた複数条の微細溝１０を形成したものである。この第３の実施例において用いる削り起こし刃２５は、底面に対してほぼ３０度から８０度の角度に形成した斜面を有することは前述した削り起こし刃２２と同様であるが、異なる点は、削り起こし刃２５の刃先を円弧状に湾曲させていることである。なお、削り起こし刃２５の幅は上記凸部１ｃの幅寸法と同じかそれ以上に設定している。この削り起こし刃２５を用いて、前述した第１の実施例と同様に、図示しない駆動装置により、削り起こし刃２５を傾斜角度θを保ちながら、この角度θと同じ１度乃至２０度の所定の移動角度で刃先が凸部１ｃの高さｈとほぼ同じ寸法の深さとなるまで移動させることにより凸部１ｃにフィンを起立形成し、さらに、削り起こし刃２５を上流側に後退させた位置に当接するとともに、傾斜角度θを保ちながら刃先が凸部１ｃの高さｈとほぼ同じ寸法の深さとなる位置まで移動させる形成工程を順次繰り返すことによって、図７に示すような、円弧状に湾曲した複数条の微細溝１１が形成される。

図７は、図６に示した第３の実施例の変形例を示し、微細溝１１を先端を丸めた略矢形状に形成したものである。この実施例において用いる削り起こし刃２６は、底面に対してほぼ３０度から８０度の角度に形成した斜面を有することは前述した削り起こし刃と同様であるが、異なる点は、削り起こし刃２６の刃先を略矢形状に形成させていることである。なお、削り起こし刃２６の幅は上記凸部１ｃの幅寸法と同じかそれ以上に設定している。そして、この削り起こし刃２６を用いて、前述した各実施例と同様に、複数のフィンを形成することにより、各フィンの間に所定の幅と深さ、および、所定のピッチを有する略矢形状の複数条の微細溝１１が形成される。

図８は、図６または図７に示した円弧状または略矢形状とした複数条の微細溝１０、１１が形成された金属材１と、前述した図３に示した直線状とした複数条の微細溝２が形成された金属材１とを連結させて、複数条の微細溝２を直角に屈曲した例を示している。すなわち、図７に示した略矢形状の複数条の微細溝１１が形成された金属材１を、図示のように略四角形に裁断し、直角な端部に複数条の微細溝１１を露出させる。一方、第１の実施例により形成された金属材１の一方側の端部に複数条の微細溝２を露出させ、この微細溝２と上記微細溝１１とを合致させた状態で端部どうしを結合する。これにより、複数条の微細溝を直角に屈曲することができる。なお、両者の微細溝のピッチを一致させることにより、屈曲する角度は任意に設定可能である。

図９は、本発明の第４に実施例を示している。前述した第１の実施例においては、金属材１に予め凸部１ｃを形成し、この凸部１ｃに微細溝２を形成したが、凸部１ｃを形成することなく、金属材３０の一方面３０ａに微細溝を形成している。すなわち、平坦な金属材３０の一方面３０ａに削り起こし刃３１を当接させ、前述した第１の実施例と同様に、金属材３０の一方面３０ａを、削り起こし刃３１の移動によって、金属材３０の一方面３０ａを他方面３０ｂ方向に向けて肉薄に掘り起こすことにより、基端部を残して所定角度に起立させて第１のフィン３２−１を形成する。次に、第１のフィン３２−１よりも後退させた位置から、削り起こし刃３１を第１のフィンを形成したときとほぼ同じ削り代寸法を移動させて、金属材１の一方面１ａを肉薄に削り起こすことにより、基端部を残して所定角度に起立させた第２のフィン３２−２を形成する。そして、第１のフィン３２−１と第２のフィン３２−２との間を微小の間隔で離間させることにより、第１の微細溝３３−１を形成する。以後も同様に、削り起こし刃３１を同じ削り代寸法になるようにして金属材３０の一方面３０ａを肉薄に削り起こす工程をｎ回繰り返してｎ枚のフィン３２を起立形成すると共に、それぞれのフィン３２の間を微小の間隔で離間させて各フィン３２を形成することにより、これらフィン３２の間にｎ−１条の微細溝３３が形成される。そして、複数条の微細溝３３が形成された部分のみを使用するためには、前述した例と同様に、図示のカットラインＣＬ１、ＣＬ２の個所で切断する。なお、図９において、符号３４は、掘り起こし刃３１の圧力による金属材３０の変形を防止するための保持台である。

前述した各実施例において、金属材の一方面に複数条の微細溝を等ピッチで連続して形成したが、不等間隔に形成することや、所定数の微細溝を金属材に部分的に形成するようにしても良い。また、微細溝を直線状、円弧状に形成した例を示したが、例えば、Ｓ字状に形成することや、波状に形成するように変形しても良い。さらに、金属材としては、金属板の他に、ブロック状の金属材であっても良い。このように、本発明はこれら実施例に限定されることなく本発明を逸脱しない範囲において種々変更できる。

本発明は、各種の機械、電気、電子等の機器、或いはこれら機器に使用される部品等に適用可能である。

（Ａ）乃至（Ｅ）は、本発明にかかる第１の実施例による金属材への微細溝の形成工程を示す説明図である。 本発明にかかる第１の実施例において第１および第２のフィンを形成する状態を示す説明図である。 本発明にかかる金属材への微細溝の形成によって形成された金属材の一部を示す斜視図である。 本発明にかかる金属材への微細溝の形成方法によって形成された金属材を示す側面図である。 本発明にかかる第２の実施例による金属材への微細溝の形成方法によって形成された金属材を示す側面図である。 本発明にかかる第３の実施例による金属材への微細溝の形成方法を示す平面図である。 本発明にかかる第３の実施例による金属材への微細溝の形成方法の変形例を示す平面図である。 複数条の微細溝が形成された２種の金属材を連結させた例を示す平面図である。 本発明にかかる第４の実施例による金属材への微細溝の形成方法を示す断面図である。 従来の溝の形成方法を示す断面図である。 従来の溝の形成方法を示す拡大斜視図である。

符号の説明

１ 金属材
１ａ 一方面
１ｂ 他方面
１ｃ 凸部
２ 微細溝
３ フィン
３−１ １個目のフィン
３−２ ２個目のフィン
３ａ 平坦面
２２ 削り起こし刃
２４ 切削工具

Claims (5)

1. 金属材の一方面に、複数条の微細な溝を形成する微細溝の形成方法であって、
   移動方向の先端側に刃部が形成された削り起こし工具と金属材の一方面側との間に所定の角度を有した状態で上記金属材と上記削り起こし工具とを相対移動させ、上記削り起こし工具の刃部により上記金属材の一方面側を削り起こすことにより、板状のフィンを起立形成した後、
   上記フィンの起立形成により形成された被加工面よりも所定のピッチ分の上流側から、上記金属材と上記削り起こし工具とを相対移動させて、上記削り起こし工具により上記金属材の一方面側を削り起こすことにより微小の間隔で離間させた次の板状の上記フィンを起立形成し、以後上記削り起こし工具により微小の間隔で離間させて上記フィンと上記微細溝を形成する工程を順次繰り返して各上記フィンの間に複数条の微細溝を連続して形成し、
   上記フィンの頂部をカッター等の切削工具により切削して上記金属材の一方面側から所定の高さの平坦面を形成することを特徴とする金属材への微細溝の形成方法。
2. 上記削り起こし工具により微小の間隔で離間させて起立形成された上記フィンは、上記微細溝の深さよりも高く形成され、カッター等の切削工具により上記フィンの頂部を切削して所定の深さの上記微細溝を形成した請求項１に記載の金属材への微細溝の形成方法。
3. 上記微細溝は、幅が０．５ｍｍ以下である請求項１に記載の金属材への微細溝の形成方法。
4. 上記削り起こし工具は、移動方向の先端側に形成された刃部が直線状に形成され、上記金属材の一方面側を順次削り起こすことにより直線状の平行な微細溝を形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の金属材への微細溝の形成方法。
5. 上記削り起こし工具は、移動方向の先端側に形成された刃部が円形状または矢形状に形成され、上記金属材の一方面側を順次削り起こすことにより円形状または矢形状の微細溝を形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の金属材への微細溝の形成方法。

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