特許 6997997 キャピラリ研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-22

(45)【発行日】2022-01-18

(54)【発明の名称】キャピラリ研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 19/16 20060101AFI20220111BHJP

【ＦＩ】

B24B19/16 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021010393

(22)【出願日】2021-01-26

【審査請求日】2021-01-28

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516019482

【氏名又は名称】株式会社飯塚製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】521038795

【氏名又は名称】有限会社リンクテクノス

(73)【特許権者】

【識別番号】899000079

【氏名又は名称】学校法人慶應義塾

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】本間 修

(72)【発明者】

【氏名】庄司 豊

(72)【発明者】

【氏名】大瀧 均

(72)【発明者】

【氏名】平山 明由

【審査官】山内 康明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１２５９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３７１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９２６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第３４８６８３５（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ １９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

毛管であるキャピラリのテーパ状に研磨される先端部よりも後方の保持部分をキャピラリ保持部の回転中心に沿って保持する該キャピラリ保持部と、
前記キャピラリ保持部を、前記回転中心の周りで回転させる保持部回転部と、
前記キャピラリの前記保持部分と前記先端部との間に位置する案内部分を、前記保持部回転部に対する一定の位置で回転自在となるように支持するオフセット案内部と、
回転軸線の周りで、該回転軸線を中心とするテーパ状又は円筒状の砥面を回転させる回転砥石と、
前記テーパ状の研磨がなされるように、前記保持部回転部と前記回転砥石との位置関係を調整する位置関係調整手段とを備え、
前記オフセット案内部は、前記案内部分を支持する位置が、前記キャピラリ保持部の前記回転中心からオフセットした位置となるように、前記キャピラリの前記保持部分に対して前記案内部分を変位させつつ該案内部分を案内するものであることを特徴とするキャピラリ研磨装置。

【請求項2】

前記オフセット案内部は、
前記キャピラリの前記案内部分の前記支持及び前記案内を行うための案内通路を形成するための少なくとも３つの案内部材と、
各案内部材を、前記案内通路を形成する第１位置と該第１位置の径方向外側の退避位置である第２位置との間で移動させる移動機構とを備えることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリ研磨装置。

【請求項3】

前記キャピラリ保持部は、平面を有する第１保持部材と、該平面との間に前記キャピラリの前記保持部分を挟んで固定する波型の表面を有する第２保持部材とを備え、該波型の表面の各溝は、該保持部分と交差する方向に延在することを特徴とする請求項１又は２に記載のキャピラリ研磨装置。

【請求項4】

前記砥面は、テーパ形状を有し、後端側から先端側にかけて粒度が異なる砥粒を先端側の方ほど粗くなるように配置して構成されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のキャピラリ研磨装置。

【請求項5】

前記位置関係調整手段は、３軸方向に移動可能な併進ステージと、２軸周りの回転ステージとを備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のキャピラリ研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、キャピラリの先端部をテーパ状に研磨するキャピラリ研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

部材の先端部をテーパ状に研磨する技術として、折り曲げられたワイヤのカーブしている先端部の近傍をチャックで保持し、チャックを、該先端部の中心軸線の周りに回転させながら、該先端部に対して、回転軸線の周りで回転する回転砥石の砥面を当てて該先端部をテーパ状に研磨する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１の技術では、回転砥石の砥面は、回転軸線に対して直角を成す平面となっている。チャックと回転砥石は、異なる速度で回転される。研磨された金属製のワイヤは、イオンビームを生成するためのエミッタとして用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第７６９６４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術によれば、回転砥石の砥面は、回転軸線に対して直角を成す平面となっているので、直径が３００μｍ程度で中空状に３０μｍ程度の穴が開いた細い硝子製キャピラリの先端部を先端角がかなり小さいテーパ状に研磨する場合、キャピラリの先端部が回転砥石の砥面から大きな力を受ける。このため、キャピラリに破損が生じたり、研磨時に偏心が生じて適切な研磨を行うことができなかったりするおそれがある。

【0006】

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、直径が３００μｍ程度で中空状に３０μｍ程度の穴が開いた細い硝子製のキャピラリの先端部を先端角がかなり小さいテーパ形状に支障なく形成できるキャピラリ研磨装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のキャピラリ研磨装置は、
毛管であるキャピラリのテーパ状に研磨される先端部よりも後方の保持部分をキャピラリ保持部の回転中心に沿って保持する該キャピラリ保持部と、
前記キャピラリ保持部を、前記回転中心の周りで回転させる保持部回転部と、
前記キャピラリの前記保持部分と前記先端部との間に位置する案内部分を、前記保持部回転部に対する一定の位置で回転自在となるように支持するオフセット案内部と、
回転軸線の周りで、該回転軸線を中心とするテーパ状又は円筒状の砥面を回転させる回転砥石と、
前記テーパ状の研磨がなされるように、前記保持部回転部と前記回転砥石との位置関係を調整する位置関係調整手段とを備え、
前記オフセット案内部は、前記案内部分を支持する位置が、前記キャピラリ保持部の前記回転中心からオフセットした位置となるように、前記キャピラリの前記保持部分に対して前記案内部分を変位させつつ該案内部分を案内するものであることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、回転砥石の砥面が回転軸線を中心とするテーパ状又は円筒状の砥面であるため、キャピラリの先端部の研磨が進行して先端部のテーパ形状が長くなっても、該テーパ形状の先端部と砥面との接触面積は、砥面が平面である場合に比べて少ない。

【0009】

このため、硝子製で脆いキャピラリの先端部が回転砥石の砥面から回転方向に受ける力を、砥面が平面である場合に比べて抑制することができる。したがって、直径が３００μｍ程度で中空状に３０μｍ程度の穴が開いた細いキャピラリの先端部を、破損や偏心を極力排除しつつ、先端角がかなり小さいテーパ形状に支障なく形成することができる。

【0010】

また、テーパ形状の先端部は直径が小さいことから周速が遅く、特に脆い先端部分が受ける力が弱まる効果もある。
また、キャピラリが多少曲がっていても、その案内部分が、オフセット案内部の案内通路内のガイドパイプにより、保持部回転部の回転中心に対してオフセットされた位置を通るように案内されるので、案内部分の先端側の先端部をその中心線の周りで偏心や角度の変動を生じさせることなく回転させることができる。したがって、支障なく先端部をテーパ形状に成形することができる。

【0013】

この場合、前記オフセット案内部は、
前記キャピラリの前記案内部分の案内を行う案内通路を形成するための少なくとも３つの案内部材と、
各案内部材を、前記案内通路を形成する第１位置と、該第１位置の径方向外側の退避位置である第２位置との間で移動させる移動機構とを備えてもよい。

【0014】

これによれば、各案内部材を第２位置に退避させた状態でキャピラリの案内部分を各案内部材の中心側に配置し、各案内部材を第１位置に移動させることにより、キャピラリの案内部分を、容易にオフセット案内部の案内通路により案内させた状態となるように配置することができる。

【0015】

本発明において、前記キャピラリ保持部は、平面を有する第１保持部材と、該平面との間に前記キャピラリの前記保持部分を挟んで固定する波型の表面を有する第２保持部材とを備え、該波型の表面の各溝は、該保持部分と交差する方向に延在していてもよい。これによれば、キャピラリ保持部により、キャピラリの保持部分を容易かつ確実に保持することができる。

【0016】

本発明において、前記砥面は、テーパ形状を有し、後端側から先端側にかけて粒度が異なる砥粒を先端側の方ほど粗くなるように配置して構成されてもよい。これによれば、キャピラリの先端部を精度よくテーパ状に形成すると同時に、研磨速度を向上させることができる。

【0017】

また、砥面のテーパは、直線、曲線、多段であってもよい。

【0018】

本発明において、前記位置関係調整手段は、３軸方向に移動可能な併進ステージと、２軸周りの回転ステージとを備えてもよい。これによれば、回転砥石に対してキャピラリの先端部の位置や姿勢を適切に調整しながら先端部の研磨を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るキャピラリ研磨装置を示す斜視図である。

【図2】図１のキャピラリ研磨装置の要部を示す斜視図である。

【図3】図１のキャピラリ研磨装置においてオフセット案内部によりキャピラリの回転軸がオフセットするようにして案内されることを示す図である。

【図4】図１のキャピラリ研磨装置におけるオフセット案内部の要部を示す斜視図である。

【図5】（ａ）は、図１のキャピラリ研磨装置における砥面に対してキャピラリの先端部が位置決めされたときの様子を示し、（ｂ）は先端部の研磨が完了したときの様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るキャピラリ研磨装置の斜視図である。図１に示すように、このキャピラリ研磨装置１は、キャピラリ２のテーパ状に研磨される先端部よりも後方の部分を保持するキャピラリ保持部３と、キャピラリ保持部３を、キャピラリ保持部３が保持するキャピラリ２の保持部分を中心として回転させる保持部回転部４とを備える。

【0021】

キャピラリ保持部３は、平面を有する第１保持部材５と、該平面との間にキャピラリ２のキャピラリ保持部３が保持する保持部分を挟んで固定する波型の表面を有する第２保持部材６とを備える。第２保持部材６の波型の表面の各溝は、キャピラリ２の該保持部分と交差する方向に延在する。保持部回転部４は、本実施形態では、中空アクチュエータで構成される。

【0022】

また、キャピラリ研磨装置１は、回転軸線の周りで砥面を回転させる回転砥石機構７と、キャピラリ２の先端部がテーパ状に研磨されるように、保持部回転部４と回転砥石機構７との位置関係を調整する位置関係調整手段とを備える。回転砥石機構７の回転は、ブラシレスモータ８によって行われる。位置関係調整手段は、３軸方向に移動可能な併進ステージと、２軸周りの回転ステージとを備える。

【0023】

併進ステージは、Ｘ軸方向に案内されるＸステージ９、Ｘ軸に垂直なＹ軸方向に案内されるＹステージ１０及びＹ軸に垂直なＺ軸方向に案内されるＺステージ１１によって構成される。回転ステージは、Ｚステージ１１上でＹＺ平面に平行な平面内で回転される第１回転ステージ１２（図２参照）、及び第１回転ステージ１２上で第１回転ステージ１２の回転軸に平行な平面内で該回転軸に垂直な回転軸線の周りで回転される第２回転ステージ１３（図２参照）によって構成される。

【0024】

回転砥石機構７の砥面１４は、回転砥石機構７の回転軸線を中心とするテーパ状のものであり、そのテーパ形状の後端側から先端側にかけて粒度が異なる砥粒を、先端側の方ほど粗くなるように配置して構成される。

【0025】

図２は、キャピラリ研磨装置１の要部を示す。図２においては、キャピラリ保持部３により保持されたキャピラリ２の先端部１５の近傍部分が示されている。図２に示すように、キャピラリ保持部３の先端側には、キャピラリ２のキャピラリ保持部３による保持部分よりも先端部１５側の一部である案内部分を、キャピラリ２の該保持部分に対してオフセットした直線を中心として回転するように案内するオフセット案内部１６が設けられる。

【0026】

図３は、オフセット案内部１６によってキャピラリ２の案内部分がオフセットして案内される様子を示す。オフセット案内部１６は、図３に示すように、キャピラリ保持部３がキャピラリ２を範囲Ｓ１において保持する保持部分１７に対し、その先端側にやや離れたキャピラリ２の範囲Ｓ２の部分である案内部分１８をオフセット量Ｄだけオフセットさせて回転自在に案内する。

【0027】

なお、キャピラリ２における範囲Ｓ１の先端側に隣接した部分から範囲Ｓ２を含む部分にかけて、樹脂製のガイドパイプ１９を外嵌し、その部分におけるキャピラリ２の破損を防止しつつスムーズな案内を確保するのが好ましい。

【0028】

図４は、オフセット案内部１６をそのカバー２０（図２参照）を外して見た様子を示す。図４に示すように、オフセット案内部１６は、キャピラリ２の案内部分１８（範囲Ｓ２）の案内を行う案内通路を形成するための少なくとも３つの案内部材２１と、各案内部材２１を、前記案内通路を形成する第１位置と該第１位置の径方向外側の退避位置である第２位置との間で移動させる移動機構とを備える。

【0029】

この移動機構は、本体２２と、本体２２に設けられ、案内通路を形成する案内部材２１を先端部に有する３本の開閉レバー２３ａを備える。各開閉レバー２３ａは、本体２２に設けられて開閉レバー２３ａの先端部と後端部との間に位置する支持軸２４により回動自在に支持される。

【0030】

各開閉レバー２３ａの後端部には、各開閉レバー２３ａを、支持軸２４の周りで回動させるための回動ピン２５が設けられる。この回動により、各案内部材２１は、案内通路を形成する第１位置と、該第１位置の径方向外側の退避位置である第２位置との間で移動する。また、開閉レバー２３ａと同様の開閉レバー２３ｂが、開閉レバー２３ａが形成する案内通路の後方に隣接する案内通路を構成するように設けられる。

【0031】

各開閉レバー２３ａ、２３ｂの回動ピン２５は、カバー２０の６個のピン穴２６（図２参照）に挿入され、カバー２０が所定角だけ回転することにより各開閉レバー２３ａ、２３ｂの案内部材２１が前記第１、第２位置間で移動するようになっている。この所定角度は、図２に示すように、本体２２に固定された４つの案内ピン２７をそれぞれ通したカバー２０の４つの長穴２８により規定される。

【0032】

オフセット案内部１６は、このカバー２０の所定角度の回転を行うための２つのつまみ部材２９を備える。２つのつまみ部材２９は、相互に周方向に離れる方向に付勢され、かつそれぞれは、径方向に突出するように本体２２及びカバー２０に固定される。すなわち、オフセット案内部１６は、２つのつまみ部材２９を、前記付勢力に抗して相互に近寄せるようにつまむことによって、上記所定角度だけカバー２０を回転させ、案内部材２１を第２位置から第１位置に移動させて案内通路を形成するように構成される。

【0033】

図５（ａ）は、回転砥石機構７の砥面１４に対してキャピラリ２の先端部１５が位置決めされたときの様子を示す。図５（ｂ）は、先端部１５の研磨が完了したときの様子を示す。図５（ａ）に示すように、キャピラリ２の外径φ１は３００μｍ程度であり、キャピラリ２の孔の直径φ２は３０μｍ程度である。図５（ｂ）のように、キャピラリ２の先端部１５の研磨が完了した時点では、先端部１５の先端では、キャピラリ２の孔と外径との距離ｄが１０～１５μｍ程度となる。

【0034】

このような先端部１５の研磨を行うに際しては、まず、キャピラリ保持部３の第１保持部材５と第２保持部材６との間にキャピラリ２を先端部１５から所定距離だけ離れた部分において挟み、次に、挟んだ部分の先端側にガイドパイプ１９を外嵌させて取り付ける。

【0035】

キャピラリ２のポリイミドのコーティング３０を先端部１５の部分については、研磨前に焼いて取り除くこともできる。

【0036】

次に、第１、第２保持部材５、６を保持部回転部４に装着すると同時に、キャピラリ２の範囲Ｓ２の部分（案内部分１８）を、オフセット案内部１６で案内し得るようにオフセット案内部１６の中心部に位置付ける。

【0037】

この位置付けは、オフセット案内部１６のつまみ部材２９をつまんで各案内部材２１を第２位置に退避させた状態で、各案内部材２１の内側にキャピラリ２の案内部分１８（図３の範囲Ｓ２の部分）を配置し、つまみ部材２９を離すことにより行われる。つまみ部材２９を離したきに、各案内部材２１が第１位置に位置して案内通路が形成され、案内通路の内側にガイドパイプ１９を介してキャピラリ２の案内部分１８が位置づけられる。

【0038】

次に、保持部回転部４によってキャピラリ保持部３を回転させながらキャピラリ２の先端部１５の位置を、併進ステージ（Ｘ、Ｙ、Ｚステージ９、１０、１１）及び回転ステージ（第１、第２回転ステージ１２、１３）により調整し、回転砥石機構７の砥面１４に対して図５（ａ）のように位置決めする。

【0039】

次に、回転砥石機構７をキャピラリ２の回転速度に比べてかなり速い速度で高速回転させながら、キャピラリ２の先端部１５を、上記併進ステージ及び回転ステージの必要な機能を用いて、回転砥石機構７側に、ほぼ先端部１５の長さ方向沿って移動させる動作を開始する。これにより、回転砥石機構７の砥面１４に対して先端部１５が接触し、先端部１５の研磨が開始される。先端部１５の移動速度は、例えば、６μｍ／ｓである。

【0040】

この間、キャピラリ２の先端部１５は、オフセット案内部１６の案内通路によるガイドパイプ１９を介した案内によって、偏心や角度の変動をさほど生じることなく回転の中心線が一定に維持されつつ、砥面１４に押し付けられながら、研磨が行われる。なお、この間に、先端部１５が適切なテーパ形状に成形されるように、オフセット案内部１６の姿勢や位置を、必要に応じて、上記併進ステージ及び回転ステージにより調整することができる。このような調整は、先端部１５をカメラにより観察しながら行うことができる。

【0041】

このようにして、研磨開始から１０分程度経過すると、図５（ｂ）のように先端部１５がテーパ状に成形され、先端部１５の研磨が完了する。この後、研磨が完了したキャピラリ２を、上述と逆の手順に従ってキャピラリ研磨装置１から取り出し、取得することができる。

【0042】

なお、上記のキャピラリ２の先端部１５の研磨に際して先端部１５が極力偏心しないように、砥面１４に対する先端部１５の押し付け力、キャピラリ２の回転速度、キャピラリ２におけるオフセット案内部１６から先端部１５までの長さやその反対側の長さなどが適切に調整される。

【0043】

以上のように、本実施形態によれば、回転砥石機構７の砥面１４がテーパ状であるため、キャピラリ２の先端部１５の研磨が進行して先端部１５のテーパ形状が長くなっても、テーパ形状の先端部１５と砥面１４との接触面積は、砥面１４が平面である場合に比べて少ない。

【0044】

また、テーパ形状の先端部は周速が遅く、研磨時に受ける力が弱まる効果もある。

【0045】

このため、キャピラリ２の先端部１５が回転砥石機構７の砥面１４から回転方向に受ける力を、砥面が平面である場合に比べて抑制することができる。したがって、直径が３００μｍ程度の細いキャピラリ２の先端部１５を、破損や偏心を極力排除しつつ、先端角がかなり小さいテーパ形状に支障なく形成することができる。

【0046】

また、オフセット内部１６を備えるので、キャピラリ２が多少曲がっていても、オフセット案内部１６により案内部分１８が直線を中心線として回転されるように案内されるので、案内部分１８の先端側の先端部１５をその中心線の周りで偏心や角度の変動を生じさせることなく回転させることができる。したがって、支障なく先端部１５をテーパ形状に成形することができる。

【0047】

また、オフセット案内部１６は、キャピラリ２の案内部分１８の案内を行う案内通路を形成する各案内部材２１を、案内通路を形成する第１位置と退避位置である第２位置との間で移動させる移動機構を備えるので、各案内部材２１を第２位置に退避させた状態でキャピラリ２の案内部分１８を各案内部材２１の中心側に容易に配置してから、案内通路により案内させた状態とすることができる。

【0048】

また、キャピラリ保持部３は、第１保持部材５と、波型の表面を有する第２保持部材６とを備えるので、キャピラリ保持部３によるキャピラリ２の保持部分１７の保持を容易かつ確実に行うことができる。

【0049】

また、砥面１４は、テーパ形状を有し、後端側から先端側にかけて粒度が異なる砥粒を先端側の方ほど粗くなるように配置して構成されるので、キャピラリ２の先端部１５を精度よくテーパ状に形成すると同時に、研磨速度を向上させることができる。

【0050】

また、キャピラリ２の先端部１５についての位置関係調整手段として、３軸方向に移動可能な併進ステージと、２軸周りの回転ステージとを備えるので、回転砥石機構７に対してキャピラリ２の先端部１５の位置や姿勢を適切に調整しながら先端部１５の研磨を行うことができる。

【0051】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、回転砥石機構７の砥面１４は、円筒状の面であってもよい。また、ガイドパイプ１９は、比較的固い樹脂で形成された前端側部分と比較的柔らかい樹脂で形成された後端側部分とを接合して構成してもよい。この場合、前端側部分がキャピラリ２の案内部分１８を被覆するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0052】

１…キャピラリ研磨装置１、２…キャピラリ、３…キャピラリ保持部、４…保持部回転部、５…第１保持部材、６第２保持部材、７…回転砥石機構、８…ブラシレスモータ、９…Ｘステージ、１０…Ｙステージ、１１…Ｚステージ、１２…第１回転ステージ、１３…第２回転ステージ、１４…砥面、１５…先端部、１６…オフセット案内部、１７…保持部分、１８…案内部分、１９…ガイドパイプ、２０…カバー、２１…案内部材、２２…本体、２３ａ、２３ｂ…開閉レバー、２４…支持軸、２５…回動ピン、２６…ピン穴、２７…案内ピン、２８…長穴、２９…つまみ部材、３０…コーティング。

【要約】

【課題】直径が３００μｍ程度の細いキャピラリの先端部を先端角がかなり小さいテーパ形状に支障なく形成できるキャピラリ研磨装置を提供する。
【解決手段】キャピラリ研磨装置１は、キャピラリ２のテーパ状に研磨される先端部１５よりも後方の部分を保持するキャピラリ保持部３と、キャピラリ保持部３を、その保持部分１７を中心として回転させる保持部回転部４と、回転軸線の周りで砥面１４を回転させる回転砥石機構７と、先端部１５がテーパ状に研磨されるように、保持部回転部４と回転砥石機構７との位置関係を調整するＸ、Ｙ、Ｚステージ９～１１と、第１、第２回転ステー１２、ジ１３とを備える。砥面１４は、テーパ状のものである。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】