JP4734612B2 - 軸加工機構、この機構を採用した加工装置および砥石車 - Google Patents

Description

本発明は、軸加工機構、この機構を採用した加工装置および砥石車に関する。さらに詳しくは、半導体製造装置（流量コントローラー）、メンブレンリアクター（膜利用反応プロセス）、精密濾過膜、電気分解（電解反応電極）、バイオ（細胞分離）、食品（酵母濾過）、医療（除菌濾過）等において流体を通過させる部材として使用される多孔プレートを加工する加工装置、この加工装置に使用される軸加工機構、および、この軸加工機構に使用する砥石車に関する。

現在、水素分離等を行うメンブレンリアクター等において、流体を通過させる部材には粉末焼結多孔質体が使用されている。かかる粉末焼結多孔質体は内部に微細な径を有する空孔や流体通路を多数有しているので各種流体を通過させるという点で好ましいが、空孔等を流体が通過するときに発生する圧力損失が大きくなる等の問題があり利用し難い場合がある。かかる問題を解決するために、空孔サイズを順次大から小に変化させた傾斜材料も開発されてはいるのであるが、製法が複雑になることから材料自体が高価になってしまうという別の問題が生じている。

現在、粉末焼結多孔質体に代えて、多数の小孔が形成されたプレート（以下、多孔プレート）を使用することが検討されている。かかる多孔プレートは、薄いプレートを貫通するように真っ直ぐな小孔が形成されているだけであるので、粉末焼結多孔質体に比べて、流体が通過するときの圧力損失を低減できる等の利点がある。

上記のごとき多孔プレートは、例えば、薄いプレートに対してパンチによる孔加工を行って製造することができるのであるが、粉末多孔質体中の空孔等と同程度の微細な孔をパンチによって形成するには、軸径の非常に細いパンチが必要となる。軸径の細いパンチは、通常、軸径の太い軸状部材の側面を砥石等によって削り所望の軸径まで加工されるのであるが、軸径が細くなると、軸径に対する軸長が長い（アスペクト比が大きい）ものとなり、パンチ自体の強度が弱くなる。すると、砥石等から加わる加工抵抗がそれほど強くなくても、加工抵抗によって加工中にパンチが折れたり変形したりする場合があり、その加工が難しい。

アスペクト比の大きい軸径の細いピンを加工する技術として、以下の技術が開発されている（特許文献１，２）。
特許文献１には、鉛直なＺ軸を中心に回転駆動される導電性砥石と、ワークを水平なＸ−Ｙ面内で移動させるＸ−Ｙテーブルと、砥石の外周面に近接して設けられかつＺ軸を中心に自由回転可能な電解用電極と、電極をワークから離れた位置に案内する電極案内装置とを備えた研削装置が開示されている。
この研削装置は、電極と砥石との間に導電性研削液を流し、砥石を電解ドレッシングで目立てしながら、ワークを砥石に接触させて加工するものである。
そして、特許文献１には、微細な砥粒を含む導電性砥石の目詰まりを防止することができるので、加工抵抗を大幅に低減することができ、軸径の細い微細ピンであっても加工できる旨の記載がある。

また、特許文献２には、細長い棒状のワークを所定の位置に保持するワーク保持装置と、ワークの軸心Ｚを中心に軸対称又は等間隔に配置されワークの外周面を加工する同一形状の砥石を有する複数の砥石装置と、複数の砥石装置の砥石をワークに向けて移動する砥石移動装置とを備えた研削装置が開示されている。
そして、特許文献２には、この研削装置では、砥石移動装置により、各砥石を、ワークに向けて軸対称又は等間隔に同期して移動させ、ワークをその軸の両側から挟んで加工するので、研削時におけるワークの変形を砥石自体により抑制することができる旨の記載がある。

しかるに、特許文献１の技術では、加工中に加工抵抗が大きくなることは防ぐことできるものの、砥石は、ワークに対しワークの片側からのみ接触するので、ワークの半径方向への撓みや歪みが発生した場合、その撓みや歪みをおさえることはできない。
一方、特許文献２の技術では、ワークをその軸の両側から挟んで加工するので、ワークの半径方向において、砥石がワークに接近していく方向に沿った撓み等はある程度は防ぐことはできる。しかし、ワークの回転軸と砥石の回転軸とが平行であるから、砥石の回転力に起因してワークの半径方向に沿った力がワークに加わる。すると、この力に起因して発生するワーク半径方向の撓みや歪みは防ぐことができない。しかも、砥石の回転力に起因してワーク周方向の力も加わるので、ワークがねじられたりひねられたりして変形する可能性がある。

特開２００２−１６５７号 特開２００６−１７５５２８号

本発明は上記事情に鑑み、軸径の細い軸状部材を砥石によって加工しても砥石との干渉によるワークの変形を防ぐことができる軸加工機構、該軸加工機構によって加工されたパンチを使用した加工装置、および前記軸加工に使用する砥石車を提供することを目的とする。

（軸加工機構）
第１発明の軸加工機構は、軸状部材を、その先端が自由端となるように基端を保持する軸保持手段と、該軸保持手段に保持された前記軸状部材の側面、軸径が３０μｍ以下となるように研磨する一対の砥石車を有する研磨手段とを備えており、前記一対の砥石車は、その回転軸周りに形成された外周面が前記軸状部材の側面を研磨する面となっており、該研磨手段は、前記一対の砥石車を、その回転軸が、前記軸保持手段に保持された状態における前記軸状部材の中心軸と直交する面上において互いに平行となるように保持する砥石車回転部と、前記一対の砥石車の外周面間に前記軸状部材を配置した状態において、前記一対の砥石車を、前記軸状部材の中心軸と直交する方向に沿って外周面同士が互いに接近離間するように移動させる砥石車移動部とを備えており、前記砥石車回転部は、前記軸状部材を前記一対の砥石車間に配設した状態において、該一対の砥石車における前記軸状部材側に位置する外周面が同じ方向に移動するように該一対の砥石車を回転させることを特徴とする。
第２発明の軸加工機構は、第１発明において、前記砥石車回転部は、前記軸状部材を前記一対の砥石車間に配設した状態において、該一対の砥石車における前記軸状部材側に位置する外周面が該軸状部材の基端から先端に向かって移動するように該一対の砥石車を回転させるものであることを特徴とする。
第３発明の軸加工機構は、第１または第２発明において、前記軸保持手段は、前記軸状部材をその中心軸周りに回転させる軸状部材回転機構を備えていることを特徴とする。
（加工装置）
第４発明の加工装置は、被加工部材に対して貫通孔を形成する加工装置であって、前記被加工部材を保持する保持テーブルと、該保持テーブル上に配置された前記被加工部材を挟むように配設されたパンチおよびダイスと、前記パンチを保持し該パンチを前記ダイスに向けて移動させるパンチ移動機構とを備えた貫通孔形成手段と、前記パンチを加工する軸加工機構と、該軸加工機構を、前記貫通孔形成手段のパンチ移動機構によって前記パンチが移動される経路と該経路から離間した位置との間で移動させる軸加工機構移動手段とからなり、前記軸加工機構は、前記パンチ移動機構に保持された状態における前記パンチの側面を研磨する一対の砥石車を有する研磨手段を備えており、前記一対の砥石車は、その回転軸周りに形成された外周面が前記軸状部材の側面を研磨する面となっており、該研磨手段は、前記一対の砥石車を、その回転軸が、前記軸保持手段に保持された状態における前記軸状部材の中心軸と直交する面上において互いに平行となるように保持する砥石車回転部と、前記一対の砥石車の外周面間に前記軸状部材を配置した状態において、前記一対の砥石車を、前記軸状部材の中心軸と直交する方向に沿って外周面同士が互いに接近離間するように移動させる砥石車移動部とを備えており、前記砥石車回転部は、前記軸状部材を前記一対の砥石車間に配設した状態において、該一対の砥石車における前記軸状部材側に位置する外周面が同じ方向に移動するように該一対の砥石車を回転させることを特徴とする。
第５発明の加工装置は、第４発明において、前記砥石車回転部は、前記パンチを前記一対の砥石車間に配設した状態において、該一対の砥石車における前記パンチ側に位置する外周面が該パンチの基端から先端に向かって移動するように該一対の砥石車を回転させるものであることを特徴とする。
第６発明の加工装置は、第４または第５発明において、前記ダイスは、前記被加工部材を加工する前に、前記貫通孔形成手段のパンチ移動機構によって前記パンチを前記ダイスに向けて移動させることによって前記パンチが挿通される孔が形成されたものであることを特徴とする。
第７発明の加工装置は、第４、第５または第６発明において、前記パンチの寸法を測定する機上測定器を備えており、該機上測定器は、前記貫通孔形成手段のパンチ移動機構によって前記パンチが移動する経路と該経路から離間した位置との間で移動可能に設けられていることを特徴とする。
第８発明の加工装置は、第４、第５、第６または第７発明において、前記パンチ移動機構は、前記パンチをその中心軸周りに回転させる軸状部材回転機構を備えていることを特徴とする。
第９発明の加工装置は、第４、第５、第６、第７または第８発明において、前記被加工部材の上面が同一平面上を移動するように前記テーブルを移動させるテーブル移動手段を備えていることを特徴とする。

（軸加工機構）
第１発明によれば、一対の砥石車によって軸状部材をその側方から挟んで加工するので、軸状部材の半径方向への撓みを一対の砥石車によって抑えることができる。また、一対の砥石車の回転軸が軸状部材の中心軸と直交する面に配置されており、軸状部材を一対の砥石車の外周面間に挟んで、軸状部材側に位置する外周面が同じ方向に移動するように回転させて研磨するので、一対の砥石車の回転力に起因する力は、軸状部材の軸方向に沿ってのみ発生し、軸状部材の半径方向や周方向には発生しない。すると、一対の砥石車の回転に起因する軸状部材の半径方向への撓みや歪み、ねじりやひねりの発生を防ぐことができるので、軸径が細い軸状部材であっても損傷することなく精度よく製造することができる。
第２発明によれば、一対の砥石車はその軸状部材側に位置する外周面が軸状部材の基端から先端に向かって移動するように回転するので、一対の砥石車の回転に起因する軸状部材の半径方向への撓みや歪み、ねじりやひねりの発生を防ぐことができる。
第３発明によれば、軸状部材をその中心軸周りに回転させながら軸状部材の側面を加工することができるので、円形断面を有する軸であっても加工することができる。
（加工装置）
第４発明によれば、軸加工機構移動手段によって軸加工機構をパンチの移動経路に配置できるので、パンチをパンチ移動機構に取り付けた状態で加工することができる。すると、所望の軸径よりも太いパンチ（原パンチ）をパンチ移動機構に取り付けた後で、所定の寸法にパンチを仕上げることができる。原パンチは位置決めが容易であるから、所定の寸法に仕上げられた軸径が細いパンチをパンチ移動機構に位置決めして取り付ける場合に比べて、原パンチを加工したパンチは、その位置決めの精度が高い状態でパンチ移動機構に配設されることになる。よって、正確に位置決めされた軸径が非常に細いパンチによって被加工部材を加工することも可能となるので、孔径の小さい貫通孔であっても被加工部材に形成することができる。また、軸加工機構は、一対の砥石車によってパンチをその側方から挟んで加工するので、パンチの半径方向への撓みを一対の砥石車によって抑えることができる。また、一対の砥石車の回転軸が軸状部材の中心軸と直交する面に配置されており、軸状部材を一対の砥石車の外周面間に挟んで、軸状部材側に位置する外周面が同じ方向に移動するように回転させて研磨するので、一対の砥石車の回転力に起因する力は、パンチの軸方向に沿ってのみ発生し、パンチの半径方向や周方向には発生しない。すると、一対の砥石車の回転に起因するパンチの半径方向への撓みや歪み、ねじりやひねりの発生を防ぐことができるので、軸径が細い軸状部材であっても損傷することなく精度よく製造することができる。
第５発明によれば、一対の砥石車はそのパンチ側に位置する外周面がパンチの基端から先端に向かって移動するように回転するので、一対の砥石車の回転に起因するパンチの半径方向への撓みや歪み、ねじりやひねりの発生を防ぐことができる。
第６発明によれば、ダイスにおけるパンチが挿通される孔（ダイス穴）をパンチによって形成するので、パンチの軸径が非常に細くても、パンチの軸とダイス穴の軸、およびパンチの移動経路を完全に一致させることができる。
第７発明によれば、機上測定器をパンチの移動経路に配置できるので、パンチをパンチ移動機構に取り付けたままでパンチの寸法を測定できる。すると、パンチの検査終了後に、パンチの位置決めをしなくてもよいので、パンチの検査後、加工作業に迅速に復帰させることができる。
第８発明によれば、パンチをその中心軸周りに回転させながらパンチの側面を加工することができるので、円形断面を有するパンチであっても加工することができる。
第９発明によれば、テーブル移動手段によってテーブルを移動させれば、パンチとダイスを移動させなくても被加工部材に貫通孔を連続して形成していくことができる。すると、加工開始前にパンチとダイスとを正確に位置決めしておけば、両者の位置を正確に一致させた状態で貫通孔を順次形成できる。よって、軸径が非常に細いパンチと、孔径が非常に小さいダイスを利用しても各貫通孔を正確に形成することができるから、孔径の小さい貫通孔を複数有するプレート等であっても製造することができる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の加工装置１の概略斜視図である。図２は被加工部材Ｗを加工する状況における本実施形態の加工装置１の概略説明図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。図１および図２に示すように、本実施形態の加工装置１は、鉛直方向に沿って昇降可能に設けられた主軸２と、この主軸２の昇降方向と直交する方向、つまり水平方向に移動可能に設けられたテーブル３とを備えたものである。かかる加工装置１には、例えば、公知のマシニングセンタやＮＣフライス盤等を使用することができるが、上述したように作動する主軸２とテーブル３とを備えている装置であれば、本実施形態の加工装置１に採用することは可能である。

図１および図２に示すように、本実施形態の加工装置１における前記主軸２の下端には、軸保持部２ａが設けられている。この軸保持部２ａは、パンチＰの一端をその軸方向が鉛直方向と平行となるように保持することができるものである。例えば、公知のチャックやコレットチャック等を挙げることができるが、とくに限定されない。
なお、主軸２は、軸保持部２ａに保持された状態におけるパンチＰを、その中心軸まわりに回転させる軸状部材回転機構を備えているが、その理由は後述する。

一方、図２に示すように、前記テーブル３上には、ダイスＤをテーブル３に固定するダイス保持部３ａが設けられている。このダイス保持部３ａは、テーブル３が基準位置（原点）に配置されたときに、前記軸保持部２ａの鉛直下方に位置するように配置されている。つまり、ダイス保持部３ａは、テーブル３を基準位置に戻すと（原点復帰）、必ず軸保持部２ａの鉛直下方に配置されるようにテーブル３上に配設されているのである。

また、テーブル３上には、ダイス保持部３ａの周囲に保持テーブル５が設けられている。この保持テーブル５は、パンチＰとダイスＤによって加工される被加工部材Ｗを加工中保持しておくものであり、主軸２によってパンチＰが昇降される経路に被加工部材Ｗを配置できるように配設されている。そして、この保持テーブル５は、被加工部材Ｗをテーブル３の上面に沿って移動させることができる機能を有している。

上述した本実施形態の加工装置１による被加工部材Ｗの加工は、以下のように行うことができる。
まず、テーブル３を原点復帰させた状態で、パンチＰおよびダイスＤを、主軸２およびダイス保持部３ａに対してそれぞれ取り付ける。このとき、パンチＰの中心軸とダイスＤのダイス穴Ｄｈの中心軸が同軸上に位置し、かつ、この軸が主軸２の中心軸ＣＬ（言い換えれば、主軸２の移動方向）と一致または平行となるように、両者を位置決めする（図２）。
ついで、本実施形態の加工装置１の保持テーブル５上に被加工部材Ｗを配置する（図２）。そして、保持テーブル５によって被加工部材Ｗを移動させて、被加工部材Ｗにおいて貫通孔ｈを形成する位置が中心軸ＣＬ上に配置する。
そして、被加工部材Ｗが所定の位置に配置されると、主軸２を昇降させる。すると、パンチＰによって被加工部材Ｗに貫通孔ｈを形成することができるのである（図３（Ａ）〜（Ｃ））。

また、被加工部材Ｗは、保持テーブル５によってテーブル３の上面に沿って移動させることができるから、パンチＰおよびダイスＤはその位置を固定したまま被加工部材Ｗに貫通孔ｈを形成する位置を変えることができる。言い換えれば、被加工部材Ｗだけを移動させて、パンチＰの中心軸（主軸２の中心軸ＣＬ）と被加工部材Ｗの位置を変えることができる。
このため、被加工部材Ｗにおいて貫通孔ｈを形成する位置を変えても、パンチＰとダイスＤの相対的な位置は加工開始前に位置決めした状態に保たれる。すると、パンチＰとダイスＤの相対的な位置を一旦正確に合わせてしまえば、軸径が非常に細いパンチＰや孔径が非常に小さいダイス穴Ｄｈを有するダイスＤを使用した場合でも、被加工部材Ｗに複数の貫通孔ｈを形成したときに両者の相対的な位置にずれは生じない。
したがって、孔径の非常に小さい貫通孔ｈ（例えば、直径１〜３０μｍ程度）を形成する場合でも、パンチＰを昇降させつつ被加工部材Ｗを移動させれば、被加工部材Ｗの異なる位置に貫通孔ｈを複数連続して形成することができるから、図７に示すような、複数の貫通孔ｈが整然と配列された金属性の多孔プレートＰＬを形成することができる。

なお、上述した保持テーブル５は、被加工部材をテーブル３の上面と水平に移動させることができるものであればよく、特に限定されない。
しかし、上述したような孔径の非常に小さい貫通孔を正確な位置に複数形成する場合には、例えば、数値制御装置付ＸＹテーブル等のように、0.1〜５μｍ程度の精度で被加工部材Ｗを水平に移動させることができるものを使用することが好ましい。そして、かかる保持テーブル５を使用すれば、本実施形態の加工装置１によって、半導体製造装置（流量コントローラー）、メンブレンリアクター（膜利用反応プロセス）、精密濾過膜、電気分解（電解反応電極）、バイオ（細胞分離）、食品（酵母濾過）医療（除菌濾過）等において流体を通過させる部材として使用される多孔プレートＰＬであっても製造することができる。

具体的には、上述した本実施形態の加工装置１によって、図７に示すように、貫通孔ｈの孔径φａが約φ１〜φ３０μｍ、隣接する貫通孔ｈ間の距離Ｄ１，Ｄ２が約２〜300μｍ程度の多孔プレートＰＬを製造することができる。かかる多孔プレートＰＬは、貫通孔ｈの孔径が粉末焼結多孔質体が有する空孔や流体通路と同等の径となる上、貫通孔ｈの密度も粉末焼結多孔質体における空孔や流体通路の密度と同程度となるので、粉末焼結多孔質体と同等の機能を有しつつ、流体が通過するときに発生する圧力損失を低減することができる。

なお、パンチＰによって多孔プレートＰＬに貫通孔ｈを形成する場合、その貫通孔ｈの孔径φａは、その孔径φａと多孔プレートＰＬの厚さＴとの比（Ｔ／φａ、以下、単にアスペクト比という）が、１〜３程度が限界である。よって、アスペクト比が上記範囲以上となるような厚さのプレートに対して、パンチＰによって複数の貫通孔ｈを形成し、多孔プレートＰＬを製造する場合には、以下のようにすればよい。

図３（Ｄ）〜（Ｅ）に示すように、多孔プレートＰＬの材料となる板状の被加工部材Ｗにおいて、貫通孔ｈ１を形成する部分に、予め、パンチ２の軸径φ２よりも上端開口の内径φ５が大きい凹みＤＴを形成しておく。すると、凹みＤＴの部分の厚さＴ１は、被加工部材Ｗの厚さＴに比べて薄くなるので、パンチ２によって形成される貫通孔ｈ１の実質的なアスペクト比（Ｔ１／φａ）は１〜３程度とすることができる。
よって、多孔プレートＰＬの厚さＴが約２〜100μｍ程度であっても、約１〜３０μｍ程度の貫通孔ｈ１を有する多孔プレートＰＬを形成することができる。

また、上記方法で多孔プレートＰＬを形成すれば、貫通孔ｈ１の一端部にはテーパ面が形成されることになる。つまり、テーパ面を有する複数の貫通孔ｈ１が形成された多孔プレートＰＬを形成することができる。すると、かかる多孔プレートＰＬは、圧力損失が小さくなるから、貫通孔ｈ１の表面にメッキ等でパラジュームを被覆すれば、水素の水蒸気改質に使用するリアクターとして使用した場合に、水素を高純度で分離精製することができる。

なお、凹みＤＴをどのような方法を用いて形成してもよく、とくに限定されないが、例えば、切削（ドリル）加工、レーザー加工、エッチング加工、マイクロショットブラスト加工等を挙げることができる。

上述したパンチＰ、ダイスＤ、主軸２、軸保持部２ａ、ダイス保持部３ａが特許請求の範囲にいう貫通孔形成手段であり、主軸２が特許請求の範囲にいうパンチ移動機構である。

（機上装置の説明）
本実施形態の加工装置１は、上述したように、軸径の非常に細いパンチＰによって被加工部材を加工することができるのであるが、軸径の非常に細いパンチＰは、軸径の太いパンチＰに比べて、その位置（中心軸）を上述した主軸２の中心軸ＣＬに精度よく合わせることが非常に難しい。よって、比較的位置合わせの行い易い軸径の太いパンチ（原パンチ）をその中心軸が主軸２の中心軸ＣＬと一致するように取り付けた上で、パンチＰを所望の軸径に加工すれば、パンチＰの配置を容易にしつつその位置精度も高くすることができる。
したがって、本実施形態の加工装置１によって上述したような多孔プレートＰＬを加工するのであれば、本実施形態の加工装置１に、装置１の主軸２に取り付けられた原パンチを主軸２に取り付けたまま所望の軸径となるように加工する軸加工機構を設けることが好ましい。
以下に、本実施形態の加工装置１に設ける軸加工機構を説明する。

（軸加工機構１０の説明）
図１において、符号１０は本実施形態の加工装置１に設けた軸加工機構を示している。この軸加工機構１０は、加工装置１のテーブル３上において、前記ダイス保持部３ａおよび前記保持テーブル５から離間した位置、つまり、パンチＰによる被加工部材Ｗの加工の障害とならない位置に設けられている。
このため、テーブル３を移動させれば、軸加工機構１０を、パンチＰが昇降する経路（つまり主軸２の中心軸ＣＬの位置、図４参照）とこの経路から離間した位置（図１参照）との間で移動させることができるのである。
なお、本実施形態の加工装置１では、上記のテーブル３が、特許請求の範囲にいう軸加工機構移動手段に相当する。

図４に示すように、軸加工機構１０は、パンチＰの側面を加工する研磨手段１１を備えている。

この研磨手段１１は、略円筒状に形成された砥石12aと、この砥石12aが取り付けられた軸12bとからなる一対の砥石車１２，１２を有している。この一対の砥石車１２，１２は、その基端が一対の砥石車回転部１３，１３の主軸にそれぞれ取り付けられている。つまり、一対の砥石車回転部１３，１３が作動すると、一対の砥石車１２，１２はそれぞれその中心軸まわりに回転するようになっているのである。

前記一対の砥石車回転部１３，１３は、例えば、スピンドルなどであり、それぞれ砥石車移動部１４を介して、テーブル３に固定されたベース１５に取り付けられている。この一対の砥石車回転部１３，１３は、その主軸がテーブル３の上面と平行な同一平面ＩＰ内に位置し、しかも、その主軸同士が互いに平行となるように配設されている。

また、各砥石車移動部１４は、一対の砥石車回転部１３，１３の主軸同士を互いに平行に保ったままテーブル３の上面と平行に移動させることができるように構成されている。この砥石車移動部１４には、例えば、２軸平行配置のリニアサーボモータを備えた移動機構を採用することができ、この一対のリニアサーボモータをフィードバック制御することにより同期させて移動させれば、一対の砥石車回転部１３，１３の主軸同士を互いに平行に保ったままテーブル３の上面と平行に移動させることができる。

そして、前記一対の砥石車回転部１３，１３および前記砥石車移動部１４は、その作動を制御する制御部１６に電気的に接続されている。
この制御部１６は、一対の砥石車回転部１３，１３を制御して、一対の砥石車１２，１２の回転方向や回転速度を調整することができるものである。例えば、前記一対の砥石車１２，１２が、中心軸ＣＬを含む面内で互いに逆方向であって、かつ、同じ回転速度で回転するように、一対の砥石車回転部１３，１３を制御することができる。つまり、両者の対向する外周面同士が互いに同じ方向に移動し、かつ、同じ周速度となるように一対の砥石車回転部１３，１３を制御することができる。
また、制御部１６は、一対の砥石車移動部１４，１４を制御して、一対の砥石車１２，１２の移動方向や移動量等を調整することができるものである。例えば、一対の砥石車１２，１２の中間となる位置が常に一定の位置となるように、一対の砥石車移動部１４，１４の作動を制御することができる。例えば、図４の状況では、一対の砥石車１２，１２の中間となる位置が、主軸２の中心軸ＣＬの位置となるように制御することができる。

上記軸加工機構１０は、以下のようにして主軸２に取り付けられているパンチＰを加工する。

まず、軸加工機構１０を主軸２に加工すべきパンチＰ（原パンチ）を取り付ける。このとき、主軸２の中心軸ＣＬが加工すべきパンチＰの中心軸と同軸上または平行となるように配置する。
主軸２に加工すべきパンチＰを取り付けると、テーブル３を移動させて、軸加工機構１０を主軸２の下方に設置する。このとき、制御部１６は、パンチＰの中心軸と、一対の砥石車１２，１２の中間位置とが一致するように砥石車移動部１４を作動させる（図４）。
なお、制御部１６は、一対の砥石車１２，１２間の空間ＡＲがパンチＰを配置できる程度の距離だけ離れた状態となるように、砥石車移動部１４によって一対の砥石車１２，１２を配置する（図５参照）。

ついで、主軸２を下降させてパンチＰを一対の砥石車１２，１２間に配置し、前述した軸状部材回転機構によってパンチＰをその中心軸周りに回転させる。そして、一対の砥石車回転部１３，１３を作動させて一対の砥石車１２，１２を回転させながら、砥石車移動部１４によって一対の砥石車１２，１２をパンチＰに向かって（図５（Ａ）の矢印ａ方向）移動させる（図５（Ａ）、（Ｂ））。
このとき、制御部１６は、一対の砥石車１２，１２におけるパンチＰ側に位置する外周面、つまり、一対の砥石車１２，１２における互いに向かい合っている周面が、パンチＰの基端から先端に向かって（図５では上方から下方に向かって）移動するように一対の砥石車１２，１２を回転させる。

やがて、一対の砥石車１２，１２の砥石12aがパンチＰの側面に両側方から接触し、この砥石12aによってパンチＰの側面が研磨される（図５（Ｂ））。このとき、主軸２を上下に昇降（図５（Ｂ）の矢印ｂ方向）させながら加工すれば、パンチＰをその軸方向に沿って同じ軸径となるように加工することができる。

そして、一対の砥石車１２，１２の外周面間の距離Ｌが所望の軸径と同じ距離になるまで、砥石車移動部１４によって一対の砥石車１２，１２を移動させる。すると、軸状部材回転機構によってパンチＰはその中心軸周りに回転されているから、パンチＰは、円形断面かつ所望の軸径に加工されるのである。

ここで、一対の砥石車１２，１２の砥石12aによってパンチＰの側面を研磨する場合、砥石12aがパンチＰに押し付けられるので、パンチＰに対して、一対の砥石車１２，１２の砥石12aからパンチＰの半径方向に沿っての力が加わる。しかし、一対の砥石車１２，１２は互いに平行かつパンチＰの中心軸（主軸２の中心軸ＣＬ）と直交する同一平面ＩＰ上に位置しており、しかも、一対の砥石車回転部１３，１３が逆向きかつ同じ量だけ移動するように砥石車移動部１４が制御されているから、一方の砥石12aからパンチＰに対して加わる力と同じ大きさかつ逆向きの力が他方の砥石12aからパンチＰに対して加わる。すると、一方の砥石12aからパンチＰに対して加わる力を他方の砥石12aによって支持することができるから、一対の砥石車１２，１２の砥石12aをパンチＰに押し付けて研磨しても、パンチＰが半径方向に撓んだり曲がったりすることを防ぐことができる。

しかも、一対の砥石車１２，１２はそのパンチＰ側に位置する外周面がパンチＰの基端から先端に向かって移動するように回転するので、一対の砥石車１２，１２の回転力に起因する力は、パンチＰの軸方向に沿ってのみ発生し、パンチＰの半径方向や周方向には発生しない。すると、一対の砥石車１２，１２の回転に起因するパンチＰの半径方向への撓みや歪み、ねじれやひねりの発生を防ぐことができるので、軸径が非常に細いパンチＰを加工する場合でも、損傷することなく精度よくパンチＰを加工することができる。

また、制御部１６によって、一対の砥石車回転部１３，１３が逆向きかつ同じ量だけ移動するように一対の砥石車移動部１４，１４の作動を制御している。すると、一対の砥石車１２，１２によってパンチＰが挟まれた状態となっても、パンチＰの中心軸と一対の砥石車１２，１２の中間位置とを常に一致させておくことができる。
すると、軸状部材回転手段によってパンチＰを回転させてもパンチＰの触れ回りが発生しないから、加工前のパンチＰの中心軸と加工後のパンチＰの中心軸とがズレることを防ぐことができる。
なお、形成するパンチＰの断面は円形断面に限られず、軸状部材回転手段によってパンチＰを所定の角度ごとに加工すれば、多角形断面のパンチであっても形成することができる。例えば、多角形断面のパンチを加工する場合であれば、パンチＰがを回転させる軸状部材回転手段にインデックス機構を持たせれば、断面が四角形や五角形のパンチＰでも加工することができる。

（ダイス加工の説明）
また、上記のごとき軸加工機構１０を備えている場合には、パンチＰによってダイスＤのダイス穴Ｄｈを加工すれば、パンチＰの中心軸とダイスＤのダイス穴Ｄｈの中心軸を簡単かつ確実に一致させることができるので、好ましい。

具体的には、図６（Ｂ）に示すように、ダイスＤに、ダイスＤの下面から上面近傍まで形成されたパンチＰの軸径φ２よりも内径φ１が大きい基礎孔部Ａと、この基礎孔部ＡからダイスＤの上面に向かって縮径した縮径部Ｂとを有するダイス穴Ｄｈを形成しておく。この縮径部Ｂは、その上端開口部の直径φ３がパンチＰの軸径φ２よりも小さくなるように形成しておく。
そして、このダイス穴Ｄｈの基礎孔部Ａの中心軸およびパンチＰの中心軸を主軸２の中心軸ＣＬと一致させた状態で、パンチＰをダイスＤに移動させる。すると、パンチＰによって、縮径部Ｂの上端開口部の直径φ３がパンチＰの軸径φ２と同じ大きさに加工される。つまり、ダイス穴Ｄｈの上端開口部が、パンチＰの軸径φ２と同じであって完全にパンチＰの中心軸が一致した状態にすることができる。

パンチＰの軸径φ２が細い場合、ダイス穴Ｄｈの開口径も小さくしなければならないため、ダイス穴Ｄｈの中心軸と主軸２の中心軸ＣＬとを合わせるのは非常に難しい。しかし、上記の方法の場合、パンチＰの中心軸と主軸２の中心軸ＣＬとを正確に位置決めしておけば、ダイス穴Ｄｈの中心軸が主軸２の中心軸ＣＬと若干ずれていても、パンチＰの中心軸、ダイス穴Ｄｈの上端開口部の中心軸および主軸２の中心軸ＣＬを一致させることができる。

とくに、パンチＰを軸加工機構１０によって所望の軸径まで加工する場合であれば、パンチＰの位置決めはさらに容易になるので、熟練した作業者でなくても、正確かつ簡単にパンチＰの中心軸とダイス穴Ｄｈの中心軸（上端開口部の中心軸）、および主軸２の中心軸ＣＬを一致させることができる。
そして、パンチＰの軸径φ２を軸加工機構１０によって加工する場合、ダイスＤにダイス穴Ｄｈを加工した後、さらに軸加工機構１０によってパンチＰを加工すれば、ダイスＤの上端開口部とパンチＰのクリアランスを調整できる。すると、パンチＰによって被加工部材Ｗに貫通孔が形成されるときの状態を最適な状態に調整することができるので、被加工部材Ｗの貫通孔の加工精度を向上させることもでき、好適である。

（機上測定器２０の説明）
また、図１に示すように、本実施形態の加工装置１のテーブル３上において、前記ダイス保持部３ａおよび前記保持テーブル５から離間した位置、つまり、パンチＰによる加工の障害とならない位置には機上測定器２０が設けられている。この機上測定器２０は、主軸２に取り付けられているパンチＰの寸法を測定する機器である。具体的には、パンチＰの軸径φ２、側面の表面粗さ、先端部外径テーパ形状部等を測定することができる機器である。この機上測定器２０には、例えば、ピクセル測定方式を使った超微細加工ツール測定装置等を採用することができるが、上記形状等をナノオーダの精度で測定できるものであれば、とくに限定されない。
この機上測定器２０も、テーブル３上に設けられているので、前記軸加工機構１０と同様に、テーブル３を移動させれば、パンチＰが昇降する経路（つまり中心軸ＣＬの位置）とこの経路から離間した位置との間で移動させることができるのである。

したがって、前記軸加工機構１０によってパンチＰを加工した場合、パンチＰを主軸２に取り付けたままでパンチＰの寸法を測定できるから、パンチＰを取り外しての検査する場合に必要となる、検査終了後のパンチＰの取り付け作業が不要になる。すると、検査終了後のパンチＰの取り付けに伴う位置合わせが不要になるので、パンチＰの検査後、加工作業に迅速に復帰させることができるし、パンチＰの中心軸と、主軸２の中心軸ＣＬ等の位置がずれることも防ぐことができる。

（砥石）
つぎに、軸加工機構１０に使用する砥石車１２を、図８に基づいて説明する。
図８に示すように、砥石車１２は、略円筒状に形成された複数の砥石12aと、この複数の砥石12aが取り付けられた軸12bと、複数の砥石12aを軸12bに固定する固定部材であるナット12cとから構成されている。

複数の砥石12aは、略円筒状に形成されその外周面によって被加工物（本実施形態の加工装置１であればパンチＰ）を研削するものである。各砥石12aは、その中心に中心軸と同軸な貫通孔12hが形成されている。

前記軸12bは、先端部に設けられた前記複数の砥石12aが取り付けられる砥石固定部ｃと、基端部に設けられた連結部ｓとを備えている。
連結部ｓは、砥石車１２を回転させる手段（本実施形態の加工装置１であれば砥石車回転部１３）に連結するための部分であり、砥石12aの貫通孔12hよりも軸径が太くなっている。
砥石固定部ｃは、その軸径がほぼ砥石12aの貫通孔12hの内径と同じに形成されており、砥石12aの貫通孔12hに挿通できる程度の軸径に形成されている。

また、軸12bの先端、つまり、砥石固定部ｃの先端部には、その側面にネジ部が形成されており、固定部材であるナット12cが螺合されている。このナット12cは、砥石12aを、軸12bの軸方向から連結部ｃとの間に挟むように配設されている。つまり、ナット12c、連結部ｃによって砥石12aが軸12bの砥石固定部ｓから抜け落ちないように固定されているのである。

砥石車１２を上述したような構造とすれば、砥石車１２の軸方向において、被加工部材が砥石車１２の砥石12aに接触する位置を変えれば、被加工部材が接触する砥石12aを変えることができる。すると、一の砥石12aが摩耗して損傷しても、接触する砥石12aを変えれば、砥石車１２を継続して使用することができる。
本実施形態の加工装置１の場合、砥石車回転部１３として主軸を軸方向に移動させる機構を有するものを採用すれば、砥石車１２とパンチＰとが接触位置を変えて加工することができる。しかも、一つの砥石12aが摩耗などによって損傷した場合でも、その砥石12aだけを交換すればよいので、効率的である。

とくに、砥石車１２に取り付ける複数の砥石12aとして、異なる目の粗さのものを取り付けておけば、被加工部材が砥石車１２の砥石12aに接触する位置を変えれば、一つの砥石車１２でも被加工物を異なる面粗さに仕上げることができる。
つまり、砥石車１２を軸方向に移動させることによって、被加工物を加工する砥石12aを、目の粗い砥石12aから目の細かい砥石12aに順次切り換えれば、荒削りから仕上げまで砥石車１２を変えることなく行うことができる。
本実施形態の加工装置１の場合であれば、砥石車１２を軸方向に移動させるだけで被加工物の加工面の面粗さを順次向上させることができる。すると、砥石交換しなければならない場合に生じる、砥石とパンチＰの相対的な位置のズレが発生することも防ぐことができるから、寸法精度および表面精度がいずれも高いパンチＰを加工することができる。

なお、固定部材は上記のごときナットに限られず、砥石12aが軸12bの軸方向へ移動することを防ぐことができるのであればとくに限定されない。
また、上記の例では、砥石車１２が砥石12aと軸12bとを組み合わせて構成される場合を説明したが、砥石12aと軸12bとが一体となったものでもよい。かかる場合でも、砥石車１２と被加工物が接触する位置を、砥石車１２の軸方向に沿って変えれば、被加工物（パンチ）を加工する砥石12aを変えることができるから、一つの砥石車１２によって被加工物を異なる面粗さに仕上げることができる。

また、本実施形態の加工装置１は、上述したようなパンチＰの加工に使用する場合に限られず、様々な軸状部材を加工する装置に採用することができる。とくに、軸状部材を所望の軸径に加工するだけの装置として使用する場合、つまり、請求項１の軸加工機構として使用する場合であれば、軸加工装置主軸２の下方に軸加工機構１０を固定した状態で設置してもよい。この場合には、主軸２が、特許請求の範囲にいう軸保持手段に相当することになる。

本発明の加工装置は、半導体製造装置（流量コントローラー）、メンブレンリアクター（膜利用反応プロセス）、精密濾過膜、電気分解（電解反応電極）、バイオ（細胞分離）、食品（酵母濾過）医療（除菌濾過）等において流体を通過させる部材として使用される多孔プレートを加工する装置に適している。

本実施形態の加工装置１の概略斜視図である。 被加工部材Ｗを加工する状況における本実施形態の加工装置１の概略説明図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。 本実施形態の加工装置１によって被加工部材Ｗを加工する状況の概略説明図である。 パンチＰを加工する状況における本実施形態の加工装置１の概略説明図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。 本実施形態の加工装置１によってパンチＰを加工する状況の概略説明図である。 ダイスＤを加工する状況における本実施形態の加工装置１の概略説明図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は加工状況の概略説明図である。 本発明の多孔プレートＰＬの概略平面図である。 本発明の砥石車１２の概略説明図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は部分断面図である。

符号の説明

１ 加工装置
１０ 軸加工機構
１１ 研磨手段
１２ 砥石車
１２ａ 砥石
１２ｂ 軸
１３ 砥石車回転部
１４ 砥石車移動部
２０ 機上測定器
Ｐ パンチ
Ｄ ダイス
ＰＬ 多孔プレート
ｈ 貫通孔

Claims (9)

1. 軸状部材を、その先端が自由端となるように基端を保持する軸保持手段と、
   該軸保持手段に保持された前記軸状部材の側面を、軸径が３０μｍ以下となるように研磨する一対の砥石車を有する研磨手段とを備えており、
   前記一対の砥石車は、
   その回転軸周りに形成された外周面が前記軸状部材の側面を研磨する面となっており、
   該研磨手段は、
   前記一対の砥石車を、その回転軸が、前記軸保持手段に保持された状態における前記軸状部材の中心軸と直交する面上において互いに平行となるように保持する砥石車回転部と、
   前記一対の砥石車の外周面間に前記軸状部材を配置した状態において、前記一対の砥石車を、前記軸状部材の中心軸と直交する方向に沿って外周面同士が互いに接近離間するように移動させる砥石車移動部とを備えており、
   前記砥石車回転部は、
   前記軸状部材を前記一対の砥石車間に配設した状態において、該一対の砥石車における前記軸状部材側に位置する外周面が同じ方向に移動するように該一対の砥石車を回転させる
   ことを特徴とする軸加工機構。
2. 前記砥石車回転部は、
   前記軸状部材を前記一対の砥石車間に配設した状態において、該一対の砥石車における前記軸状部材側に位置する外周面が該軸状部材の基端から先端に向かって移動するように該一対の砥石車を回転させるものである
   ことを特徴とする請求項１記載の軸加工機構。
3. 前記軸保持手段は、
   前記軸状部材をその中心軸周りに回転させる軸状部材回転機構を備えている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の軸加工機構。
4. 被加工部材に対して貫通孔を形成する加工装置であって、
   前記被加工部材を保持する保持テーブルと、
   該保持テーブル上に配置された前記被加工部材を挟むように配設されたパンチおよびダイスと、前記パンチを保持し該パンチを前記ダイスに向けて移動させるパンチ移動機構とを備えた貫通孔形成手段と、
   前記パンチを加工する軸加工機構と、
   該軸加工機構を、前記貫通孔形成手段のパンチ移動機構によって前記パンチが移動される経路と該経路から離間した位置との間で移動させる軸加工機構移動手段とからなり、
   前記軸加工機構は、
   前記パンチ移動機構に保持された状態における前記パンチの側面を研磨する一対の砥石車を有する研磨手段を備えており、
   前記一対の砥石車は、
   その回転軸周りに形成された外周面が前記軸状部材の側面を研磨する面となっており、
   該研磨手段は、
   前記一対の砥石車を、その回転軸が、前記軸保持手段に保持された状態における前記軸状部材の中心軸と直交する面上において互いに平行となるように保持する砥石車回転部と、
   前記一対の砥石車の外周面間に前記軸状部材を配置した状態において、前記一対の砥石車を、前記軸状部材の中心軸と直交する方向に沿って外周面同士が互いに接近離間するように移動させる砥石車移動部とを備えており、
   前記砥石車回転部は、
   前記軸状部材を前記一対の砥石車間に配設した状態において、該一対の砥石車における前記軸状部材側に位置する外周面が同じ方向に移動するように該一対の砥石車を回転させる
   ことを特徴とする加工装置。
5. 前記砥石車回転部は、
   前記パンチを前記一対の砥石車間に配設した状態において、該一対の砥石車における前記パンチ側に位置する外周面が該パンチの基端から先端に向かって移動するように該一対の砥石車を回転させるものである
   ことを特徴とする請求項４記載の加工装置。
6. 前記ダイスは、
   前記被加工部材を加工する前に、前記貫通孔形成手段のパンチ移動機構によって前記パンチを前記ダイスに向けて移動させることによって前記パンチが挿通される孔が形成されたものである
   ことを特徴とする請求項４または５記載の加工装置。
7. 前記パンチの寸法を測定する機上測定器を備えており、
   該機上測定器は、前記貫通孔形成手段のパンチ移動機構によって前記パンチが移動する経路と該経路から離間した位置との間で移動可能に設けられている
   ことを特徴とする請求項４、５または６記載の加工装置。
8. 前記パンチ移動機構は、
   前記パンチをその中心軸周りに回転させる軸状部材回転機構を備えている
   ことを特徴とする請求項４、５、６または７記載の加工装置。
9. 前記保持テーブルは、
   前記被加工部材をその上面が同一平面上を移動するように移動させるテーブル機構を備えている
   ことを特徴とする請求項４、５、６、７または８記載の加工装置。

Images