JPS5945088A - セラミツクスの孔あけ加工装置 - Google Patents
セラミツクスの孔あけ加工装置Info
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- JPS5945088A JPS5945088A JP57156325A JP15632582A JPS5945088A JP S5945088 A JPS5945088 A JP S5945088A JP 57156325 A JP57156325 A JP 57156325A JP 15632582 A JP15632582 A JP 15632582A JP S5945088 A JPS5945088 A JP S5945088A
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- JP
- Japan
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- ceramics
- holes
- carbon dioxide
- drilling
- dioxide laser
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- Pending
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
- B23K2103/52—Ceramics
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、セラミックスの孔あけ加工装置に関するも
ので、殊に、連続発振する炭酸ガスレーザによって、セ
ラミックスの孔あけカロエをする装置に関するものであ
る。
ので、殊に、連続発振する炭酸ガスレーザによって、セ
ラミックスの孔あけカロエをする装置に関するものであ
る。
従来、セラミックスに孔あけ加工を一ゴーるには、焼成
前、または予備焼成の段階で行なうことが多く、最終焼
成後に加工を行なうことは、少な力・つた。そして、セ
ラミックスに孔あけを行なうには一般に硬い鋼のドリル
によって行なわれるものであり、最終焼成後の孔あけ加
工にはダイアモンドをつげたドリルによって行なわれる
ものであった。
前、または予備焼成の段階で行なうことが多く、最終焼
成後に加工を行なうことは、少な力・つた。そして、セ
ラミックスに孔あけを行なうには一般に硬い鋼のドリル
によって行なわれるものであり、最終焼成後の孔あけ加
工にはダイアモンドをつげたドリルによって行なわれる
ものであった。
一般に、セラミックスの孔あけ〃ロエには、通常３ノの
方式がある。壕ず第一に原料粉末をホットプレスする方
式で、この方式は多くの簡単な形状であって、複雑な形
状のものをつくることはできないものであって、予め孔
の有るものを成形することは可能であって、焼成体の加
工をダイアモンドドリルによって行なう。また、第二の
方式は、原料粉末と有機バインダとバインダを溶解する
溶剤とを混合し、土練（月と呼ばｎる機械から素材を押
し出すか、ロールの間に挾む〃）、または、ドクターブ
レード法によって成形する方式である。この方式の場合
の孔あけ加工は１゛リルオた＃′ｉパンチに工っで行な
われるか、素材を仮焼した後、ドリルによって行なわれ
る。
方式がある。壕ず第一に原料粉末をホットプレスする方
式で、この方式は多くの簡単な形状であって、複雑な形
状のものをつくることはできないものであって、予め孔
の有るものを成形することは可能であって、焼成体の加
工をダイアモンドドリルによって行なう。また、第二の
方式は、原料粉末と有機バインダとバインダを溶解する
溶剤とを混合し、土練（月と呼ばｎる機械から素材を押
し出すか、ロールの間に挾む〃）、または、ドクターブ
レード法によって成形する方式である。この方式の場合
の孔あけ加工は１゛リルオた＃′ｉパンチに工っで行な
われるか、素材を仮焼した後、ドリルによって行なわれ
る。
さらに第三の方式は原料粉末と有機バインダ、およヒ溶
剤の混合物をスグレードライヤーによって乾燥して溶剤
を蒸発させ、同時に顆粒をつくり顆粒を形の中に入れて
コールドプレスを行ｉって成形する。複雑な形状の成形
体はプレスの金型な複雑な形にすること（ニエって行な
われるが、それには限度があるため、孔あけ加工は成形
後または仮焼後行なわれる。また、しばしに最終焼成後
、ダイアモンド粉末をつげたドリルによって行なわれる
。
剤の混合物をスグレードライヤーによって乾燥して溶剤
を蒸発させ、同時に顆粒をつくり顆粒を形の中に入れて
コールドプレスを行ｉって成形する。複雑な形状の成形
体はプレスの金型な複雑な形にすること（ニエって行な
われるが、それには限度があるため、孔あけ加工は成形
後または仮焼後行なわれる。また、しばしに最終焼成後
、ダイアモンド粉末をつげたドリルによって行なわれる
。
上述したように、成形の方法によって力１１工方法は多
少異なるが、孔あけ加工は金型によって行なうが、ドリ
ル′または）々ンチに、しって行なうかのいずれかであ
る。前者多品種の場合には金型の値段が高くつき、また
、後者の場合はドリルまたｔｉパンチの損耗がはげしい
。特に焼成体の加工は、セラミックスが硬いために速く
行なうことがむつかしい。その上、焼成体の加工で正方
形の孔あけ加工を行なうこともできない等の難点があっ
た。
少異なるが、孔あけ加工は金型によって行なうが、ドリ
ル′または）々ンチに、しって行なうかのいずれかであ
る。前者多品種の場合には金型の値段が高くつき、また
、後者の場合はドリルまたｔｉパンチの損耗がはげしい
。特に焼成体の加工は、セラミックスが硬いために速く
行なうことがむつかしい。その上、焼成体の加工で正方
形の孔あけ加工を行なうこともできない等の難点があっ
た。
この発明は上記の欠点を解決するためシニなされたもの
で、主として連続発振の炭酸ガスレーザを用いることに
エリ、最終焼成のセラミックスを速く、また寸法精度も
よく所定の形状の孔あけ加工を行なうセラミックスの孔
あけ加工法を提供１−ることを目的としている。
で、主として連続発振の炭酸ガスレーザを用いることに
エリ、最終焼成のセラミックスを速く、また寸法精度も
よく所定の形状の孔あけ加工を行なうセラミックスの孔
あけ加工法を提供１−ることを目的としている。
まず、炭酸ガスレーザはノやルス発振の場合と連続発振
の場合があるが、セラミックスを切断する場合、パルス
発振を使用すると切断部分以外への熱の伝導が少ないた
めに、〃ロエ時の熱応力が小さい。それに比べて、連続
発振の場合は切断部分から他の部分に伝導する熱量が大
きく、熱応力が大きい。熱応力は孔のない素材を切断し
てしまう工うな場合には、あまり問題Ｃ二ならないが、
孔のおいた素材、ことに正方形の孔のあいた素材を切断
する場合には大きな問題となる。
の場合があるが、セラミックスを切断する場合、パルス
発振を使用すると切断部分以外への熱の伝導が少ないた
めに、〃ロエ時の熱応力が小さい。それに比べて、連続
発振の場合は切断部分から他の部分に伝導する熱量が大
きく、熱応力が大きい。熱応力は孔のない素材を切断し
てしまう工うな場合には、あまり問題Ｃ二ならないが、
孔のおいた素材、ことに正方形の孔のあいた素材を切断
する場合には大きな問題となる。
従って、孔あけの密度はセラミックスの熱膨張係数が小
さいほど大きくできるが、例えば、熱膨張係数が２．８
Ｘ １０６／℃、曲げ強度が５０１ｃ９ ／ ｙｄの
チツ化ケイ素セラミックスでは５ｍｍＸ５ｍｍの正方形
を５００Ｗの連続発振の炭酸ガスレーザを用イテ走１−
Ｚ速度０．２ｍ、／ｍｉｎで１０ｔｎ７＋Ｉｇ内■二近
すけて孔あけすることは難しい。連続発振の炭１・１ク
ガスレーザによる加工の最も大きな利点は、切断面が大
変きれいなことである。
さいほど大きくできるが、例えば、熱膨張係数が２．８
Ｘ １０６／℃、曲げ強度が５０１ｃ９ ／ ｙｄの
チツ化ケイ素セラミックスでは５ｍｍＸ５ｍｍの正方形
を５００Ｗの連続発振の炭酸ガスレーザを用イテ走１−
Ｚ速度０．２ｍ、／ｍｉｎで１０ｔｎ７＋Ｉｇ内■二近
すけて孔あけすることは難しい。連続発振の炭１・１ク
ガスレーザによる加工の最も大きな利点は、切断面が大
変きれいなことである。
この発明は、上記の目的を達成する為Ｃ二、炭酸がスレ
ーザを使用して、セラミックスに所定の形状の孔を穿設
゛Ｔる加工装置であって、上記セラミックスを加工前に
予め加熱する加熱装置を設けたものである。
ーザを使用して、セラミックスに所定の形状の孔を穿設
゛Ｔる加工装置であって、上記セラミックスを加工前に
予め加熱する加熱装置を設けたものである。
以下に、Ｏの装置についての爽際の加工法を説明する。
ス
第１図は、チン化ケイ素セラミッグを連続発振の炭酸ガ
スレーザによって、途中先で切断したものである。
スレーザによって、途中先で切断したものである。
弗２図は、同じ材料に・孔あけ加工を行なったもので、
孔あけの精度は、厚み３朋のチツ化ケイ素セラミックス
に、直径ｌＯ朋の孔をあけたのに対して、１０．１５朋
となった。
孔あけの精度は、厚み３朋のチツ化ケイ素セラミックス
に、直径ｌＯ朋の孔をあけたのに対して、１０．１５朋
となった。
′また、７ｍｍＸ７間の正方形の孔をあけたところ、７
、１５ ＭＩＸ ７．１５ｉｎとなツタ。
、１５ ＭＩＸ ７．１５ｉｎとなツタ。
このように孔あけの精度は、比較的良好であった。この
ような良好な切口をもつ切断を／（’ルス発振の炭酸ガ
スレーザによって行なうには、可成り条件を選択しなけ
ればならない。
ような良好な切口をもつ切断を／（’ルス発振の炭酸ガ
スレーザによって行なうには、可成り条件を選択しなけ
ればならない。
連六、光発振においても良好な切断面を得るには、あま
り高速では得ることはできない〇 −万、第３図〜第４図は炭酸がスレーザのパワーを５０
０Ｗとし、それぞれ走査速度を０．２ ｍ ／ｍｌｎと
した場合と２ ｍ ／ ｍｉｎとしてチツ化ケイ素セラ
ミックスを切断した場合の切断面の顕微鏡写真であるが
、明ら力）に遅い方が良好な面が得られている。たたし
、速い方が試料裏面への溶ｊ１１￥物の性別が少ないな
どの結果が得られる。なお、第３図は裏面の付屑物を取
り除いたものである。
り高速では得ることはできない〇 −万、第３図〜第４図は炭酸がスレーザのパワーを５０
０Ｗとし、それぞれ走査速度を０．２ ｍ ／ｍｌｎと
した場合と２ ｍ ／ ｍｉｎとしてチツ化ケイ素セラ
ミックスを切断した場合の切断面の顕微鏡写真であるが
、明ら力）に遅い方が良好な面が得られている。たたし
、速い方が試料裏面への溶ｊ１１￥物の性別が少ないな
どの結果が得られる。なお、第３図は裏面の付屑物を取
り除いたものである。
以上のように連続発振の炭酸ガスレーザによる切断〉工
び孔あけ加工はパルスレーザに比べ、条件の選択ｔＺラ
メータを少なくして良好な面を得ることができるが、前
述のように加工密度を上げることが困難である。！１ヶ
に応力集中係数の大きな鋭角をもつ孔を近接して加工す
ることは困難である。
び孔あけ加工はパルスレーザに比べ、条件の選択ｔＺラ
メータを少なくして良好な面を得ることができるが、前
述のように加工密度を上げることが困難である。！１ヶ
に応力集中係数の大きな鋭角をもつ孔を近接して加工す
ることは困難である。
し力・シ、これも試料を加熱して」？＜と、近接して孔
あけ加工を行なうことができる。
あけ加工を行なうことができる。
ところで一般に熱応力は次の式で表わすことができる。
ここでαは膨張係数であり、Ｅは弾性率、νはポアソン
比、Ｔｒｎは融点、Ｔａは）ＪＩｌ工時のセラミックス
温度である。σが引張強度または曲り゛強度以上になる
とセラミックスは破壊する。従ってα＝２．８Ｘ１０”
−’／℃のチン化ケイ素セラミックスにおいて、５００
Ｗの炭酸ガスレーデで走査速度を０．２ ｍ ／ ｍｉ
ｎとすると、室温で１０ｍ５、セラミックスを１０００
℃に加熱１−ると５闘離して孔あけ加工を行なわなけれ
ばならない。また、同じ条件でα＝ ６．８ Ｘ １０
−６／℃のアルミナセラミックスでは融点、’％ ν
がほぼチン化ケイ素セラミックスに近く、強度がチン化
ケイ素セラミックスの半分であるから、室温においては
５０朋、１０００℃に卦いては２５問ぐらい離さないと
２つの孔をあけるＣとはできない。しかし、α＝２．２
Ｘ１０−６／℃のコージェライトでは、融点が１４００
℃付近であるので、室温では５〜６ｕ程度、７００℃ま
で〃１１熱すると３朋程度まで近づけて孔あけ加工を行
なうことができる。Ｏのように、炭酸ガスレーザによる
孔あけ加工をセラミックスを加熱して行なうことは連続
発振の利点を生して、加工密度を上げることができ、か
つ微細な加工も可能にする。
比、Ｔｒｎは融点、Ｔａは）ＪＩｌ工時のセラミックス
温度である。σが引張強度または曲り゛強度以上になる
とセラミックスは破壊する。従ってα＝２．８Ｘ１０”
−’／℃のチン化ケイ素セラミックスにおいて、５００
Ｗの炭酸ガスレーデで走査速度を０．２ ｍ ／ ｍｉ
ｎとすると、室温で１０ｍ５、セラミックスを１０００
℃に加熱１−ると５闘離して孔あけ加工を行なわなけれ
ばならない。また、同じ条件でα＝ ６．８ Ｘ １０
−６／℃のアルミナセラミックスでは融点、’％ ν
がほぼチン化ケイ素セラミックスに近く、強度がチン化
ケイ素セラミックスの半分であるから、室温においては
５０朋、１０００℃に卦いては２５問ぐらい離さないと
２つの孔をあけるＣとはできない。しかし、α＝２．２
Ｘ１０−６／℃のコージェライトでは、融点が１４００
℃付近であるので、室温では５〜６ｕ程度、７００℃ま
で〃１１熱すると３朋程度まで近づけて孔あけ加工を行
なうことができる。Ｏのように、炭酸ガスレーザによる
孔あけ加工をセラミックスを加熱して行なうことは連続
発振の利点を生して、加工密度を上げることができ、か
つ微細な加工も可能にする。
なお、セラミックスの加熱方法は、セラミックスを予め
炉中で加熱した後、保温してレーザ装置上に持ってくる
方法、レーデ装置に、抵抗加熱炉を取り付け、それによ
って加熱する方法、レーザ装置に高周波装置を取り付け
、これによって〃［１熱する方法（ｓｉｃ等電気抵抗率
の低いセラミックスに有効である）、赤外線ランプを用
いて焦点を試料にあてて加熱する方法等を用いることが
できる。
炉中で加熱した後、保温してレーザ装置上に持ってくる
方法、レーデ装置に、抵抗加熱炉を取り付け、それによ
って加熱する方法、レーザ装置に高周波装置を取り付け
、これによって〃［１熱する方法（ｓｉｃ等電気抵抗率
の低いセラミックスに有効である）、赤外線ランプを用
いて焦点を試料にあてて加熱する方法等を用いることが
できる。
上記の実施列では５００Ｗの炭１俊ガスレーザを用いて
走査速度０．２フル／ ｍｉｎのＪ４合について示した
が、走査速度をもつと速く１−ると、チン化ケイ素の場
合には、きれいな而を出せないが、ｉ築が切断面以外の
場所に拡散しないため、加工密度をもう少し上げられる
。しかし、〃ロエ密度をもっと高くするための本質的な
解決策は加熱するＣとに変わりはない。
走査速度０．２フル／ ｍｉｎのＪ４合について示した
が、走査速度をもつと速く１−ると、チン化ケイ素の場
合には、きれいな而を出せないが、ｉ築が切断面以外の
場所に拡散しないため、加工密度をもう少し上げられる
。しかし、〃ロエ密度をもっと高くするための本質的な
解決策は加熱するＣとに変わりはない。
また、孔の形状については、１つたく自由である。これ
らの形状に【セラミックスを乗せる架台を数値制御（Ｎ
Ｃ）システムによって狗かすことによって自由にできる
。
らの形状に【セラミックスを乗せる架台を数値制御（Ｎ
Ｃ）システムによって狗かすことによって自由にできる
。
以上詳細に説明した工うに、この発明によれば孔あけ加
工を行ないたいセラミックスを７ＪＩＩ熱したので、連
続発振の炭酸ガスレー゛す２を用いて、寸法精度のよい
所定形状の孔１）ＦＴ加工を行なうことができ、安価で
精密なセラミックスの後加工を行なうことができる。
工を行ないたいセラミックスを７ＪＩＩ熱したので、連
続発振の炭酸ガスレー゛す２を用いて、寸法精度のよい
所定形状の孔１）ＦＴ加工を行なうことができ、安価で
精密なセラミックスの後加工を行なうことができる。
第１図〜第４図は、組織の状態を示す図面代用写真とし
た顕微鏡写真であって、各図ごとに寸法ヲｍｍ ”ｔ’
光表示たものである。 Ｈ３１図は、連続発振の炭酸ガスレーザによるチン化ケ
イ素セラミックスの切口、第２図は、チン化ケイ素セラ
ミックスに角形へあけた孔、第３図〜第４図は、切断面
を示すものである。 ｑ１許出願人 三菱電機株式会社 代理人葛野信−外１名 ？パ・、 １トｌ 、′ ２ ：・、パ 第 ３ 図 治 ４ ；゛］
た顕微鏡写真であって、各図ごとに寸法ヲｍｍ ”ｔ’
光表示たものである。 Ｈ３１図は、連続発振の炭酸ガスレーザによるチン化ケ
イ素セラミックスの切口、第２図は、チン化ケイ素セラ
ミックスに角形へあけた孔、第３図〜第４図は、切断面
を示すものである。 ｑ１許出願人 三菱電機株式会社 代理人葛野信−外１名 ？パ・、 １トｌ 、′ ２ ：・、パ 第 ３ 図 治 ４ ；゛］
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１］ 炭酸ガスレーザを１史用して、セラミックス
に所定の形状の孔を穿設−づ−る加工装置であって、上
記セラミックスをＪｉＬ前に予め加熱する加熱装置を設
けたことを特徴とするセラミックスの孔おけ加工装置。 （２）加熱装置は赤外線ランプにより青酸したことを特
徴とする特許請求の範囲第用項記載のセラミックスの孔
あけ〃ロエ装置。 （３） 加熱装置は抵抗加熱装置にＪ、り借成したＣ
とを特徴と′１−る特許請求の範囲第ｔＵ項記載のセラ
ミックスの孔あ幻゛〃１１工装置飄。 （４）炭酸ガスレーザが連続発振であることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１項乃至第（３）項のいずれかに
記載のセラミックスの孔あけ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57156325A JPS5945088A (ja) | 1982-09-08 | 1982-09-08 | セラミツクスの孔あけ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57156325A JPS5945088A (ja) | 1982-09-08 | 1982-09-08 | セラミツクスの孔あけ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5945088A true JPS5945088A (ja) | 1984-03-13 |
Family
ID=15625316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57156325A Pending JPS5945088A (ja) | 1982-09-08 | 1982-09-08 | セラミツクスの孔あけ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5945088A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6143508A (ja) * | 1984-08-08 | 1986-03-03 | 東芝セラミツクス株式会社 | セラミック部材の加工方法 |
| US4794680A (en) * | 1985-12-20 | 1989-01-03 | Union Carbide Corporation | Novel wear-resistant laser-engraved ceramic or metallic carbide surfaces for friction rolls for working elongate members, method for producing same and method for working elongate members using the novel friction roll |
| EP0796695A1 (en) * | 1996-03-23 | 1997-09-24 | British Aerospace Public Limited Company | Method and apparatus for drilling holes in solid material by laser beam irradiation |
-
1982
- 1982-09-08 JP JP57156325A patent/JPS5945088A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6143508A (ja) * | 1984-08-08 | 1986-03-03 | 東芝セラミツクス株式会社 | セラミック部材の加工方法 |
| JPH0374604B2 (ja) * | 1984-08-08 | 1991-11-27 | ||
| US4794680A (en) * | 1985-12-20 | 1989-01-03 | Union Carbide Corporation | Novel wear-resistant laser-engraved ceramic or metallic carbide surfaces for friction rolls for working elongate members, method for producing same and method for working elongate members using the novel friction roll |
| EP0796695A1 (en) * | 1996-03-23 | 1997-09-24 | British Aerospace Public Limited Company | Method and apparatus for drilling holes in solid material by laser beam irradiation |
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