JP4079370B2

JP4079370B2 - バレル研磨方法及びバレル研磨装置

Info

Publication number: JP4079370B2
Application number: JP2003329578A
Authority: JP
Inventors: 一敏西村; 喬男石田; 吉浩増田
Original assignee: 新東ブレーター株式会社
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2004188583A

Description

本発明は、ワークとメディアとからなるマスを研磨槽内で遠心流動させながら、ワークを研磨する流動型のバレル研磨方法及びバレル研磨装置に関するものである。

流動型のバレル研磨は、研磨対象物であるワークと研磨材であるメディアとからなるマスを研磨槽内に投入し、研磨槽の底部に設けた回転盤によりマスを遠心流動させながらワークを研磨する方法であり、その一例は特許文献１に示されている。この流動型のバレル研磨方法では、図１に示すようにマスは回転盤の回転方向に沿って流動する水平旋回流動と、遠心力により研磨槽の内壁面を上昇して最上部で中心方向に向けて流下する垂直旋回流動とが組み合わされてトロイダル状に流動する間に、ワークとメディアとが相互に摩擦されてワークの表面が研磨される。

しかし従来の流動バレル研磨においては、研磨の進行とともにメディアが次第に磨耗し、マス量が減少したり、ワークとメディアとの摩擦力が減少することによる研磨能力の低下を避け難いという問題があった。これらの問題は特に乾式の流動バレル研磨において顕著であった。
特開平８−１１０５７号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、研磨の進行による研磨能力の低下をなくし、研磨能力を従来よりも大幅に向上させることできる流動型のバレル研磨方法及びバレル研磨装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、マスの自然な流動を妨げると流動型バレル研磨の研磨能力が低下するという従来の常識に反して、研磨槽の内壁を上昇するマスの流動を適切な手段で制御することにより、研磨能力を従来よりも大幅に上昇できることを見出した。また流動型バレル研磨装置の研磨能力の変化は、回転盤からマスへ伝達される仕事量の変化であり、言い換えれば回転盤の回転抵抗の変化として現れるので、回転盤の駆動モータの負荷として外部から把握することができる。従って回転盤の駆動モータの負荷を一定に保持するようにマスの流動制御を行えば、研磨の進行により低下する研磨能力を一定に維持できることを見出した。

上記の知見に基づいてなされた本発明のバレル研磨方法は、研磨槽の底部に設けた回転盤によりマスを旋回流動させながら研磨を行うバレル研磨方法において、回転盤の駆動モータの負荷を予め設定しておき、研磨槽内のマスの流動を、研磨槽の内壁に沿って上昇するマスの上端を押さえる力を加減することにより制御し、該駆動モータの負荷を設定範囲内に維持しつつ研磨することを特徴とするものである。この場合、駆動モータの負荷として例えば駆動モータの負荷電流値を用いることが好ましい。

また、研磨槽内のマスの流動制御を間欠的に行うことにより、マスの流動を制御しつつ行う研磨とマスの流動を制御しない自由研磨とを交互に繰り返すこともできる。

また本発明のバレル研磨装置は、ワークとメディアが投入される研磨槽と、研磨槽の底部に設けられマスを旋回流動させる回転盤と、回転盤の駆動モータの負荷を設定する手段と、研磨槽の上部で昇降し、研磨槽の内壁に沿って上昇するマスの上端を押さえる力を加減することにより、該駆動モータの負荷が設定範囲内に維持されるように制御する可動手段とからなることを特徴とするものである。

本発明によれば、回転盤の駆動モータの負荷を負荷電流値などにより予め設定しておき、研磨槽内のマスの流動を制御することにより、該負荷の設定範囲内で研磨を行う。研磨の進行に伴う研磨能力の低下は回転盤の駆動モータの負荷減少として検出できるので、負荷が低下してきたときには研磨槽の内壁に沿って上昇するマスの上端を押さえる力を加減することにより研磨槽内のマスの流動制御を行い、負荷を常に設定範囲内に維持させることによって、研磨能力を一定に維持しながらバレル研磨を行うことができる。しかも研磨槽内のマスの流動制御を行うことによって、ワークとメディアとの摩擦力を従来よりも飛躍的に高めることができる。このような本発明の効果は乾式バレル研磨において特に顕著であるが、湿式バレル研磨においても同様に発揮されるものである。

（第１の実施形態：可動手段と昇降機構）
図２は本発明の乾式における第１の実施形態を示すもので、１はワークとメディアとからなるマスＭが投入される研磨槽、２は研磨槽の底部に設けられた皿状の回転盤である。回転盤２はその周縁部が上方に湾曲されていてマスＭを上方に流動させ易くしてある。研磨槽１と回転盤２のマスＭが接触する部分には、耐磨耗用のウレタンゴム等によるライニングが施されている。３は研磨槽１の上部開口１３を塞ぐゴムなどの可撓性材料からなる可動手段である。この実施形態では可動手段３は蓋板状のものであり、その周辺部は研磨槽１の上端に固定されている。図２に示すように、この可動手段３の周縁部は研磨槽１の内壁と接するように湾曲させておくことが好ましい。なお、研磨槽１の高さはマスＭが自由に遠心流動する場合の最大高さよりも低くし、遠心流動するマスＭの上端を可動手段３により抑制できるようにしておく。

回転盤２は研磨槽1の底板１０より僅か上方に配設されていて、研磨槽１の内壁１２と摺接部隙間４を残して摺接しながら駆動モータ２０により減速機５を介して回転される。駆動モータ２０の回転速度は制御手段５０により制御されている。

回転盤２には小孔６が設けられ、回転盤２と研磨槽１の底板１０との間には空隙１４が形成されている。空隙１４の下部に設けられた集塵管１１には図示しない集塵機を接続し、研磨により発生した粉塵が小孔６及び摺接部隙間４を経由して空隙１４を通過し、さらにこの空隙１４より集塵管１１を経由して集塵されるようになっている。

回転盤２の駆動モータ２０の負荷は、制御手段５０に内蔵された負荷検出手段により常に検出されている。駆動モータ２０の負荷の検出は負荷電流を利用するのが実用的であるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば負荷電力を検出してもよい。本発明では負荷設定手段７０により負荷電流値などを予め設定しておくことができるようにしておき、以下に詳述するように各種の流動制御手段により研磨槽１内のマスＭの流動を制御することにより、常に駆動モータ２０の設定負荷の範囲内で研磨を行わせるようにする。

可動手段３の中心には、研磨槽１内にマスＭが充満されてその流動が円滑でない場合に、マスＭの一部を逃がして流動を円滑にするための開口８が形成されているが、この実施形態では開口８を跨いで支持部材３１が固定されている。可動手段３の上方には、この可動手段３を上下動するための昇降機構６０が配設されている。昇降機構６０は支柱６１に水平回動自在に軸着されたアーム６２と、該アーム６２の先端に取付けられて可動手段３の支持部材３１上方に突設された作動棒６３を介して可動手段３を上下動する駆動部６４と、速度制御手段５０に内蔵された負荷電流値検出手段からの信号を受け入れて前記駆動部６４を駆動する制御部６５とからなるものである。駆動部６４は例えば油圧シリンダー式やボールねじ式などの適宜の方式を採用することができる。この実施形態では、可動手段３とその昇降機構６０とによって研磨槽１内のマスの流動制御手段を構成している。

さて研磨槽１内にワークとメディアとからなるマスＭを投入し、駆動モータ２０により回転盤２を回転させると、前記したようにマスＭは遠心力により研磨槽１の内壁１２を上昇する。本発明では上昇したマスＭは可動手段３により流動領域を制限されて流動方向を研磨槽１中心方向に変更しつつ、トロイダル状に流動することになる。マスの自然な流動を妨げると流動型バレル研磨の研磨能力が低下するというのが従来の常識であったが、本発明ではこのような常識に反して、研磨槽の内壁を上昇するマスの流動を適切な手段で制御することにより、ワークとメディアとの間の摩擦力を大幅に増大させ、研磨能力を従来よりも飛躍的に向上させる。

また前記したように、研磨の進行とともにメディアは角部（凸部）が磨耗するとともにワークも研磨されるので両者間の摩擦力が減少し、研磨能力が徐々に低下する。しかしこの実施形態では、駆動モータ２０の負荷が設定手段７０により予め設定された範囲を保つように、マスの流動制御手段である昇降機構６０が可動手段３を下降させる。

すなわち、研磨能力が低下するに連れて駆動モータ２０の負荷、例えば負荷電流値が低下するので、制御手段５０に内蔵された負荷検出手段からの信号を受けて昇降機構６０の制御部６５が図３に示すように作動棒６３を降下させる。このように可動手段３の中央部を下方に撓ませることによって旋回流動するマスＭの上部を押さえ込んで流動領域を減少させ、マスＭの上昇力を加圧力に変換してマスＭに加わる圧力を増大させる。この結果、ワークとメディアとの間の摩擦力が増加し、研磨の進行によって低下した研磨能力を回復させることができる。またこれと同時に駆動モータ２０の負荷も回復する。そして、作動棒６３の降下により駆動モータ２０の負荷が予め設定した上限値に達した時に制御手段５０は制御部６５に作動棒６３の降下停止の信号を発するので、駆動モータ２０の負荷を最適な値にまで回復させることができる。

以上のように、この実施形態では駆動モータ２０の負荷をパラメーターとして可動手段３の高さを最適に調整することにより、ワークとメディアとの摩擦力を常に一定の範囲内に制御しながら研磨を行うので、研磨が進行したときにも研磨能力を低下させることなくバレル研磨を続行することができる。

なお、研磨の終了後は可動手段３を昇降機構６０により研磨槽１の上方に持ち上げたのち、アーム６２が支柱６１を軸として水平方向に回動される。次いで、研磨槽１を立てるように回動させて回転盤２を垂直乃至それ以上に回転させることによって、研磨の終了したマスＭを容易に研磨槽１内から取り出すことができる。

（第２の実施形態：可動手段と昇降機構の変形例）
上記した第１の実施形態では、可撓性の可動手段３の周縁を研磨槽１の上端に固定したが、図４に示すように可動手段３を金属などの剛体として、この可動手段３を駆動モータ２０の負荷と連動させて昇降機構６０により研磨槽１内で上下にスライドできるように設けてもよい。この場合には可動手段３の外径は研磨槽１の内径よりもやや小さくしておく。なお図４の左半部には、可動手段３のない従来の場合のマスＭの自由流動経路を破線で示した。この第２の実施形態においても、旋回流動するマスＭの上部を可動手段３で抑制することにより、低下した研磨力を向上できることは第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態：可動手段とその加圧機構）
図５は本発明の第３の実施形態を示すもので、中央に開口筒３２を備えた可動手段３を研磨槽１内にスライド可能に設けるとともに、研磨槽１の上蓋１５にもこの開口筒３２をスライド可能に嵌合できる外筒１６を設けたものである。そして上蓋１５と可動手段３との間に環状の加圧室１７を形成し、上蓋１５に設けた圧力流体供給口１８から圧縮空気などの圧力流体を供給して可動手段３を下向きに加圧する。

この実施形態においては、駆動モータ２０の負荷が減少してきたときには圧力流体供給口１８から供給される圧力流体の圧力を高め、ピストンのように可動手段３を下方に押し付けることによってマスＭの流動領域を制御する。このようにしてワークとメディアの摩擦力を増加させ、常に駆動モータ２０の負荷の設定範囲内でバレル研磨を行わせることができる。

なお、図６のように研磨槽１の上部にゴムのような弾性材料からなる膨張収縮可能な可動手段３を設け、上蓋１５に設けた圧力流体供給口１８を通じて図示しない加減圧機構から、圧縮空気などの圧力流体をその上部の加圧室１７に供給することによって、可動手段３を風船のように膨張収縮させることもできる。このような構造によってマスＭの流動領域を制御し、常に駆動モータ２０の負荷の設定範囲内でバレル研磨を行わせることもできる。

（第４の実施形態：間欠制御）
さらに制御手段５０をマスＭが可動手段３により流動方向が変更されてワークが拘束状態で研磨される拘束研磨時間と、マスＭが可動手段３により流動方向が変更されることなく自由流動しつつ研磨される非拘束研磨時間とを設定可能なものとして、マスＭの流動を間欠的に制御することによっても、バレル研磨を効率的に行うことができる（後記する実施例３の図９、図１０を参照）。

すなわちこの実施形態の方法は、ワークを拘束研磨する時間が所定時間に達したとき、又は負荷が設定した下限値を下回ったとき、可動手段３をマスＭが接触しない高さにまで上昇させるか、又は可動手段３の高さはそのままでマスＭが可動手段３に接触しない状態にまで回転盤２の回転数を減少させることによりワークを非拘束状態とする方法である。拘束研磨中にはメディアとワークの混合状態が片寄ることにより研磨効率の低下をもたらす場合がある。しかし、間欠的にその拘束を解除してマスＭをフリーな状態として旋回流動させることにより、ワークとメディアが再び均一に混合されるので、さらに研磨効率の向上を図ることができる。

（実施例１：可動手段の昇降）
図４に示した内径４４０ｍｍの研磨槽１を備えたバレル研磨装置を用いて、研磨槽１内に三角柱状メディアと1)のワークとしてのテストピース（ＳＳ４００，直径１５ｍｍ，長さ２０ｍｍの円柱）との混合物であるマスＭを、研磨槽１の内容積に対して９５％投入して、このマスＭを可動手段３により流動方向を変更しながら拘束してバレル研磨を行った。研磨に当って回転盤２の回転数は３５０ｍｉｎ^−１、駆動モータ２０の負荷電流値の上限を５．２Ａ、下限値を５．０Ａとして、負荷電流値がこの設定範囲内に保たれるように可動手段３の高さを制御した。研磨時間の経過による負荷電流値の変化を、可動手段３を一定に保った比較例とともに図７に示す。すなわち、実施例１においては、研磨の抵抗が減少して電流値が５．０Ａに低下した時に可動手段３を降下させたので電流値が繰り返し５．２Ａに高められているが、比較例１においては可動手段３を初期の位置に一定に留めて研磨を続行したので、電流値が漸減している。

このときのワーク１個当りの研磨量は、図８に1)として示すように１１５ｍｇ/ｈｒであった。これに対して可動手段３を一定に保ったままの比較例では、ワーク１個当りの研磨量は１３ｍｇ/ｈｒであり、研磨量の差は８.８倍に達した。また、図８中には他のワークを用いた場合も併記した。白で示したのが可動手段３を一定に保ったまま研磨を行った場合のデータ、ハッチングで示したのが実施例１の方法で研磨を行った場合のデータである。他のワークの材質と寸法は次の通りである。
2)：ステンレス，直径３ｍｍ、長さ２１ｍｍの円柱
3)：鋼鉄，外径１４ｍｍ，内径１３ｍｍ、厚さ１２ｍｍのリング
4)：バネ鋼，縦５４ｍｍ，横２７ｍｍ，厚さ４・５ｍｍの板
本発明の方法と従来法とのワーク１個当りの研磨量の比は、2)では９．９倍、3)では１４.３倍、4)では１８.６倍であり、どのワークの場合においても本発明の方法により研磨能力が大きく増加することが確認された。

（実施例２：間欠制御）
本実施例では実施例１と同様の研磨条件において、負荷電流値の上限値を５．２Ａ、下限値を５．０Ａと設定し、図９に示すように１０分を研磨の１サイクルとして、９分４５秒間マスＭを拘束状態で研磨した後、１５秒間非拘束状態で研磨することを繰り返してバレル研磨を行った。その結果、図１０に示すようにこの実施例２においては前記した実施例１よりもさらに研磨の能率を向上させることができた。またこのように間欠制御を行うことにより、ワークとメディアが非拘束研磨中に再び均一に混合されるので、ワークの表面に打痕の形成や偏磨耗を起こすことなく、均一に研磨することができた。

従来の流動型バレル研磨におけるマスの流動を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態を示す部分断面図である。第１の実施形態において可動手段を降下させた状態を示す部分断面図である。本発明の第２の実施形態を示す部分断面図である。本発明の第３の実施形態を示す部分断面図である。本発明の第３の実施形態の変形例を示す部分断面図である。実施例１における負荷電流値の変化を示すグラフである。実施例１におけるワークの研磨効果を示すグラフである。実施例２における負荷電流値の制御状態を示すグラフである。実施例２におけるワークの研磨効果を示すグラフである。

符号の説明

Ｍマス
１研磨槽
２回転盤
３可動手段
４摺接部隙間
５減速機
６小孔
８開口
１０底板
１１集塵管
１２内壁
１４空隙
１５上蓋
１６外筒
１７加圧室
１８圧力気体供給口
１９目盛
２０駆動モータ
２１レベルセンサー
３１支持部材
３２開口筒
５０制御手段
６０昇降機構
６１支柱
６２アーム
６３作動棒
６４駆動部
６５制御部
７０負荷設定手段

Claims

研磨槽の底部に設けた回転盤によりマスを旋回流動させながら研磨を行うバレル研磨方法において、回転盤の駆動モータの負荷を予め設定しておき、研磨槽内のマスの流動を、研磨槽の内壁に沿って上昇するマスの上端を押さえる力を加減することにより制御し、該駆動モータの負荷を設定範囲内に維持しつつ研磨することを特徴とするバレル研磨方法。
駆動モータの負荷として、負荷電流値を用いることを特徴とする請求項１に記載のバレル研磨方法。
研磨槽内のマスの流動制御を、間欠的に行うことを特徴とする請求項１に記載のバレル研磨方法。
ワークとメディアが投入される研磨槽と、研磨槽の底部に設けられマスを旋回流動させる回転盤と、回転盤の駆動モータの負荷を設定する手段と、研磨槽の上部で昇降し、研磨槽の内壁に沿って上昇するマスの上端を押さえる力を加減することにより、該駆動モータの負荷が設定範囲内に維持されるように制御する可動手段とからなることを特徴とするバレル研磨装置。