JP5169051B2

JP5169051B2 - 球体加工装置

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Publication number: JP5169051B2
Application number: JP2007192799A
Authority: JP
Inventors: 直人白川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: JP2009028813A

Description

この発明は、球体の表面を仕上げる球体加工装置に関し、特に、鋼球、セラミックス球などの球体を成型した際に球体に生じるバリを除去したり、ガラスなどの割れやすい脆性材料や、鉛・アルミニウムのように軟らかい延性材料を研磨するのに有用な球体加工装置に関する。

球体加工装置として、特許文献１には、溝付きの固定盤と回転盤との間に球体を連続的に供給するとともに、加圧手段によって固定盤と回転盤との間に適宜な圧力を付与することにより、球体表面を研磨するものが提案されている。

また、球体加工装置としては、下側に配置された回転盤と上側に配置された固定盤との間に球体を一括して供給するとともに、回転盤と固定盤との間で多数の球体を自由に転動させて球体表面を研磨するものも知られている。
特開平５−７７１５０号公報

上記特許文献１の球体加工装置では、固定盤と回転盤とによって球体を挟持して研磨するため、球体にバリが付いていると、バリ部に大きな力がかかり、欠けや割れが生じやすいという問題があった。また、加圧手段が必要なため、設備が大きくなるという問題もあった。回転盤と固定盤との間で球体を自由に転動させる球体加工装置では、このような問題を解消することができるが、球体の撹拌が適切になされない場合には、加工後の球体の寸法に差が生じやすいという問題があり、また、遠心力によって球体が回転盤の外周部に押し付けられることで、回転盤の外周部が磨耗しやすいという問題もあった。

この発明の目的は、球体にバリが付いていても欠けや割れが生じることがなく、しかも、設備をコンパクトにすることができるという利点を有している多数の球体を転動させる形式の球体加工装置において、加工後の球体の寸法に差が生じやすいという問題や回転盤の外周部が磨耗しやすいという問題を解消したものを提供することにある。

この発明による球体加工装置は、下側に配置された回転盤と上側に配置された固定盤との間で、回転盤と固定盤とによって球体を挟持することなく、多数の球体を転動させて、球体表面を加工する球体加工装置において、固定盤の下面に、撹拌促進用遮蔽板が少なくとも１つ設けられており、撹拌促進用遮蔽板の下面と回転盤上面との間に、球体が通過可能な間隙が形成されていることを特徴とするものである。

この球体加工装置は、多数の球体を一括に研磨するバッチ処理用であり、成型後のバリ取りや、バリ取り後の研磨、その他各種材料の球体の研磨に使用することができる。

回転盤は、平坦状とされ、その上面に、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒などからなる研磨面が一体化される。固定盤には、球体の径方向の移動範囲を規定する円筒状内壁および円筒状外壁が設けられ、遮蔽板は、内壁と外壁との間に配置される。遮蔽板は、固定式・脱着式のどちらでもよく、溶接、ねじなどの適宜な手段で固定盤に取り付けられる。

回転盤と固定盤との間隔は、球体の直径の数倍とされ、遮蔽板の高さは、固定盤と回転盤との間隔の半分程度とされる。遮蔽板は、周方向に等間隔で例えば４つ設けられる。多数の球体は、全体として、回転盤の回転方向に転動し、遮蔽板が設けられている位置において、一部は、遮蔽板に衝突することなく回転盤の回転方向に転動を続け、一部は、遮蔽板に衝突後に運動方向を変えて回転盤に接触した後、回転盤の回転方向に転動を続ける。これにより、多数の球体の撹拌が促進される。また、多数の球体は、遠心力によって、全体として径方向外方にも移動するが、遮蔽板に衝突することによって、遠心力と逆向きの力を受け、これによっても、多数の球体の撹拌が促進される。こうして、撹拌が促進されることによって、全ての球体が平均して回転盤に接触し、球体間の差が生じることなく、また、回転盤の全面が均等に使用されて、球体表面が研磨される。

遮蔽板の形状は、限定されないが、遮蔽板の球体が衝突する面に、回転盤の回転方向に移動する球体を下方および径方向内方に案内する案内面が形成されていることが好ましい。このようにすると、遮蔽板に衝突後、全体として下向きに移動することにより、回転盤との接触の頻度が増加して、研磨効率が向上し、また、遠心力で径方向外方に移動しやすい球体の移動方向が案内面によって径方向内方に向けられることにより、外周の偏磨耗がより一層抑えられる。

回転盤の回転方向に移動する球体を下方および径方向内方に案内する案内面を形成するには、例えば、鉛直方向に対しても径方向に対しても傾斜した面とすればよい。案内面は、１段に限られるものではなく、案内面の中間位置で傾斜角度を変更することなどにより、２段としてもよい。

この球体加工装置によると、バリ付き球体の研磨加工に際し、バリ部にかかる力は、加圧下で作用する力に比べて小さいものとなり、球体に欠けや割れが生じることはない。ガラスなどの割れやすい脆性材料の球体加工時には、加圧すると割れるという問題があり、また、鉛・アルミニウムのように軟らかい延性材料の球体加工時には、加圧すると変形するという問題があるが、この球体加工装置によると、このような材料の球体であっても適切な加工を施すことができる。しかも、油圧による加圧が不要となるので、加圧タイプのものに比べて、省スペース、低価格、低ランニング・コストが可能となり、回転盤および固定盤の磨耗も少なくなる。さらにまた、従来の加圧タイプのものでは、球体の径が異なる場合には、近似サイズであっても回転盤および固定盤の段取り替えが必要であったが、この球体加工装置によると、近似サイズのものは段取り替え無しに行うことができ、多品種・小ロットの加工を行う場合の加工時間を大幅に削減することができる。

この発明の球体加工装置によると、球体を加圧せずに転動させることで、球体表面が研磨されるので、球体にバリが付いていたとしても、バリ部にかかる力は、加圧して研磨するものに比べて非常に小さく、欠けや割れを防止することができ、これにより、品質が向上する。さらに、遮蔽板によって球体同士の撹拌が促進されるので、全ての球体が平均して回転盤に接触することで、球体寸法の相互差が小さくなり、回転盤の全面が均等に使用されることによって、加工コストが低減し、また、回転盤の偏磨耗が防止されるので、偏磨耗による噛み込みが無くなり、品質も向上する。しかも、球体が遮蔽板に衝突した後、回転盤に当たるため、加工能率も向上する。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、図１の上下を上下というものとする。

図１から図３までは、この発明による球体加工装置の第１実施形態を示すもので、球体加工装置(1)は、図１に示すように、水平に配置されて垂直軸回りに回転させられる回転盤(2)と、回転盤(2)の上方に所定間隔をおいて水平に配置された固定盤(3)と、回転盤(2)を高速回転させることができる駆動装置（図示略）とを備えている。

回転盤(2)は、平坦な上面を有しており、この上面（固定盤(3)に対向する面）には、ダイヤモンド砥粒などからなる研磨面(4)が一体化されている。図２に示すように、固定盤(3)には、球体(B)の径方向の移動範囲を規定する円筒状内壁(6)および円筒状外壁(7)が設けられている。球体(B)は、固定盤(3)に設けられた球体投入口（図示略）から、回転盤(2)と固定盤(3)との間に一括供給される。

固定盤(3)の研磨面(4)に対向する面（下面）(3a)には、球体(B)の撹拌を促進するための遮蔽板（撹拌促進用遮蔽板）(5)が等間隔で４つ設けられている。

遮蔽板(5)は、内壁(6)と外壁(7)との間に配置されており、図３（ａ）に示す平面形状を有するとともに、図３（ｂ）に示す正面形状を有しており、具体的には、固定盤(3)下面に接する上面(5a)、回転盤(2)上面との間に球体通過間隙(G)を有する下面(5b)、内壁(6)に沿う鉛直状小径円弧面(5c)、外壁(7)に沿う鉛直状大径円弧面(5d)、反回転方向側において両円弧面(5c)(5d)をつなぐ位置決め面(5e)および回転方向側において両円弧面(5c)(5d)をつなぐ案内面(5f)を有している。位置決め面(5e)は、一点鎖線で示す径方向の面に平行な鉛直面とされている。案内面(5f)は、図３（ａ）に拡大して示すように、平面から見て、大径円弧面(5d)となす角が鋭角で、小径円弧面(5c)となす角が鈍角の傾斜面とされ、また、図３（ｂ）に拡大して示すように、正面から見た場合に、鉛直面ではなく、下方に行くにしたがって位置決め面(5e)に近づいていく傾斜面とされている。これにより、遮蔽板(5)の球体(B)が衝突する面には、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内する案内面(5f)が形成されている。

上記の球体加工装置(1)では、回転盤(2)の研磨面(4)と固定盤(3)のこれに対向する面(3a)との距離が、球体(B)の直径の数倍とされており、これにより、多数の球体(B)は、回転盤(2)と固定盤(3)との間を回転方向に転動し、この際に回転盤(2)の研磨面(4)に接触することで、球体表面が加工される。

球体投入口から回転盤(2)と固定盤(3)との間に供給された球体(B)は、回転盤(2)から遠心力を受けながら、回転盤(2)の回転方向に転動する。この際、多数の球体(B)の一部は、遮蔽板(5)に衝突することなく矢印で示す回転盤(2)の回転方向に転動を続け、多数の球体(B)の一部は、遮蔽板(5)に衝突後に、運動方向を変えて回転盤(2)に接触し、さらに、矢印で示す回転盤(2)の回転方向に転動を続ける。したがって、遮蔽板(5)が設けられている位置では、これに衝突するものと衝突しないものとが混在していることによって、球体(B)同士が撹拌されながら、回転盤(2)の上面に接触する。回転盤(2)の上面には研磨面(4)が形成されていることから、この接触ごとに、球体(B)の表面が研磨されていく。

加圧下で研磨を行う場合、球体(B)にバリが付いていると、球体(B)の上下に隙間が全くないので、球体(B)から突出しているバリは、回転盤と固定盤との間に食い込んでいき、この際、大きな力を受けるので、ムシレ傷、欠け、割れなどが生じやすい。これに対し、この発明による球体加工装置(1)では、バリが回転盤(2)と固定盤(3)との間に食い込むことはなく、相対的に小さな力が作用した状態での研磨となり、ムシレ傷、欠け、割れなどが防止される。

なお、遮蔽板(5)は、等間隔の４つに限定されるものではなく、１つだけとしてもよい。また、その形状についても、図１から図３までに示したものに限られるものではなく、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内するという条件下で、種々変更できる。その例を以下に示す。以下に示す各図は、図３に対応するもので、各図の（ａ）が平面形状を、各図の（ｂ）が正面形状を示している。

図４において、遮蔽板(11)は、固定盤(3)下面に接する上面(11a)、回転盤(2)上面との間に球体通過間隙(G)を有する下面(11b)、内壁(6)に沿う鉛直状小径円弧面(11c)、外壁(7)に沿う鉛直状大径円弧面(11d)、反回転方向側において両円弧面(11c)(11d)をつなぐ位置決め面(11e)および回転方向側において両円弧面(11c)(11d)をつなぐ案内面(11f)を有している。位置決め面(11e)は、一点鎖線で示す径方向の面に平行な鉛直面とされている。案内面(11f)は、平面から見て、径方向の面に平行な面（大径円弧面(11d)となす角が鈍角でかつ小径円弧面(11c)となす角が鋭角の傾斜面）とされ、また、正面から見た場合に、鉛直面ではなく、下方に行くにしたがって位置決め面(11e)に近づいていく傾斜面とされている。これにより、遮蔽板(11)の球体(B)が衝突する面には、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内する案内面(11f)が形成されている。

図５において、遮蔽板(12)は、固定盤(3)下面に接する上面(12a)、回転盤(2)上面との間に球体通過間隙(G)を有する下面(12b)、内壁(6)に沿う鉛直状小径円弧面(12c)、外壁(7)に沿う鉛直状大径円弧面(12d)、反回転方向側において両円弧面(12c)(12d)をつなぐ位置決め面(12e)および回転方向側において両円弧面(12c)(12d)をつなぐ案内面(12f)(12g)を有している。位置決め面(12e)は、一点鎖線で示す径方向の面に平面から見て平行な傾斜面とされている。案内面(12f)(12g)は、２段形状とされており、平面から見て、大径円弧面(12d)となす角が鋭角の傾斜面を有する鉛直の大径側案内面(12f)と、径方向の面に平行な上辺および下辺を有し下方に行くにしたがって位置決め面(12e)に近づいていく傾斜面を有する小径側案内面(12g)とからなる。これにより、遮蔽板(12)の球体(B)が衝突する面には、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内する案内面(12f)(12g)が形成されている。

図６において、遮蔽板(13)は、固定盤(3)下面に接する上面(13a)、回転盤(2)上面との間に球体通過間隙(G)を有する下面(13b)、内壁(6)に沿う鉛直状小径円弧面(13c)、外壁(7)に沿う鉛直状大径円弧面(13d)、反回転方向側において両円弧面(13c)(13d)をつなぐ位置決め面(13e)および回転方向側において両円弧面(13c)(13d)をつなぐ案内面(13f)(13g)を有している。位置決め面(13e)は、一点鎖線で示す径方向の面に対して傾斜した面とされている。案内面(13f)(13g)は、２段形状とされており、平面から見て、大径円弧面(13d)となす角が鋭角の傾斜面を有する鉛直の大径側案内面(13f)と、径方向の面に平行な上辺および下辺を有し下方に行くにしたがって位置決め面(13e)に近づいていく傾斜面を有する小径側案内面(13g)とからなる。また、これらの案内面(13f)(13g)の下面(13h)は、全体の下面(13b)よりも高い位置に設定されており、正面から見た場合も２段形状とされている。また、下面(13b)は、径方向内方側の面(13i)が低い２段形状とされている。これにより、遮蔽板(13)の球体(B)が衝突する面には、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内する案内面(13f)(13g)が形成されている。

図７において、遮蔽板(14)は、固定盤(3)下面に接する上面(14a)、回転盤(2)上面との間に球体通過間隙(G)を有する下面(14b)、内壁(6)に沿う鉛直状小径円弧面(14c)、外壁(7)に沿う鉛直状大径円弧面(14d)、反回転方向側において両円弧面(14c)(14d)をつなぐ位置決め面(14e)および回転方向側において両円弧面(14c)(14d)をつなぐ案内面(14f)(14g)を有している。位置決め面(14e)は、一点鎖線で示す径方向の面に平面から見て平行な傾斜面とされている。案内面(14f)(14g)は、２段形状とされており、平面から見て、大径円弧面(14d)となす角が鋭角の傾斜面を有する鉛直の大径側案内面(14f)と、径方向の面に平行な上辺および下辺を有し下方に行くにしたがって位置決め面(14e)に近づいていく傾斜面を有する小径側案内面(14g)とからなる。また、小径側案内面(14g)に連なる下面(14h)は、全体の下面(14b)よりも高い位置に設定されており、正面から見た場合も２段形状とされている。これにより、遮蔽板(14)の球体(B)が衝突する面には、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内する案内面(14f)(14g)が形成されている。

図８において、遮蔽板(15)は、固定盤(3)下面に接する上面(15a)、回転盤(2)上面との間に球体通過間隙(G)を有する下面(15b)、内壁(6)に沿う鉛直状小径円弧面(15c)、外壁(7)に沿う鉛直状大径円弧面(15d)、反回転方向側において両円弧面(15c)(15d)をつなぐ位置決め面(15e)および回転方向側において両円弧面(15c)(15d)をつなぐ案内面(15f)(15g)を有している。位置決め面(15e)は、一点鎖線で示す径方向の面に対して傾斜した面とされている。案内面(15f)(15g)は、２段形状とされており、平面から見て大径円弧面(15d)となす角が鋭角の傾斜面を有しかつ正面から見て位置決め面(15e)に近づいていく傾斜面を有する大径側案内面(15f)と、位置決め面(15e)に平行な上辺および下辺を有し下方に行くにしたがって位置決め面(15e)に近づいていく傾斜面を有する小径側案内面(15g)とからなる。また、大径側案内面(15f)の下面(15h)は、全体の下面(15b)よりも高い位置に設定されており、正面から見た場合も２段形状とされている。これにより、遮蔽板(15)の球体(B)が衝突する面には、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内する案内面(15f)(15g)が形成されている。

図９において、遮蔽板(16)は、固定盤(3)下面に接する上面(16a)、回転盤(2)上面との間に球体通過間隙(G)を有する下面(16b)、内壁(6)に沿う鉛直状小径円弧面(16c)、外壁(7)に沿う鉛直状大径円弧面(16d)、反回転方向側において両円弧面(16c)(16d)をつなぐ位置決め面(16e)および回転方向側において両円弧面(16c)(16d)をつなぐ案内面(16f)(16g)を有している。位置決め面(16e)は、一点鎖線で示す径方向の面に対して傾斜した面とされている。案内面(16f)(16g)は、２段形状とされており、平面から見て大径円弧面(16d)となす角が鋭角の傾斜面を有する鉛直な大径側案内面(16f)と、位置決め面(16e)に平行な上辺および下辺を有し下方に行くにしたがって位置決め面(16e)に近づいていく傾斜面を有する小径側案内面(16g)とからなる。また、全体の下面(16b)は、小径側案内面(16g)に連なりかつ傾斜角度が異なる傾斜面とされて、球体(B)を下方に案内する案内面を兼ねさせられている。これにより、遮蔽板(16)の球体(B)が衝突する面には、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内する案内面(16f)(16g)が形成されている。

図１０において、遮蔽板(17)は、固定盤(3)下面に接する上面(17a)、回転盤(2)上面との間に球体通過間隙(G)を有する下面(17b)、内壁(6)に沿う鉛直状小径円弧面(17c)、外壁(7)に沿う鉛直状大径円弧面(17d)、反回転方向側において両円弧面(17c)(17d)をつなぐ位置決め面(17e)および回転方向側において両円弧面(17c)(17d)をつなぐ案内面(17f)(17g)を有している。位置決め面(17e)は、一点鎖線で示す径方向の面に対して傾斜した面とされている。案内面(17f)(17g)は、２段形状とされており、平面から見て、大径円弧面(17d)となす角が鋭角の傾斜面を有する鉛直の大径側案内面(17f)と、位置決め面(17e)に平行な上辺および下辺を有し下方に行くにしたがって位置決め面(17e)に近づいていく傾斜面を有する小径側案内面(17g)とからなる。また、これらの案内面(17f)(17g)の下面(17h)は、全体の下面(17b)よりも高い位置に設定されており、正面から見た場合も２段形状とされている。また、下面(17b)は、径方向外方側の面(17i)が低い２段形状とされている。これにより、遮蔽板(17)の球体(B)が衝突する面には、回転盤(2)の回転方向に移動する球体(B)を下方および径方向内方に案内する案内面(17f)(17g)が形成されている。

図４から図１０までに示した遮蔽板(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)を図１および図２に示した遮蔽板(5)に代えて使用した場合、図１および図２に示しているのと同様に、多数の球体(B)の一部は、遮蔽板(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)に衝突することなく矢印で示す回転盤(2)の回転方向に転動を続け、多数の球体(B)の一部は、遮蔽板(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)に衝突後に運動方向を変えて回転盤に接触した後、さらに、矢印で示す回転盤(2)の回転方向に転動を続ける。したがって、遮蔽板(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)が設けられている位置では、これに衝突するものと衝突しないものとが混在していることによって、球体(B)同士が撹拌されながら、回転盤(2)の上面に接触する。回転盤(2)の上面には研磨面(4)が形成されていることから、この接触ごとに、球体(B)の表面が研磨されていく。この際、各遮蔽板(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)に設けられている案内面(11f)(12f)(12g)(13f)(13g)(14f)(14g)(15f)(15g)(16f)(16g)(17f)(17g)は、球体(B)を下方および径方向内方に案内することで研磨効率の向上に寄与することができる。特に、図５から図１０までのものは、案内面(12f)(12g)(13f)(13g)(14f)(14g)(15f)(15g)(16f)(16g)(17f)(17g)が２段形状とされていることで、研磨効率をより一層向上させることができる。

図１は、この発明による球体加工装置の１実施形態を示す断面図であり、図２のI-I線に沿う断面図となっている。図２は、この発明による球体加工装置の１実施形態を示す一部を切り欠いた平面図である。図３は、遮蔽板の拡大図であり、（ａ）は平面図（図２に対応する図）、（ｂ）は正面図（図１に対応する図）である。図４は、遮蔽板の他の実施形態を示す拡大図である。図５は、遮蔽板のさらに他の実施形態を示す拡大図である。図６は、遮蔽板のさらに他の実施形態を示す拡大図である。図７は、遮蔽板のさらに他の実施形態を示す拡大図である。図８は、遮蔽板のさらに他の実施形態を示す拡大図である。図９は、遮蔽板のさらに他の実施形態を示す拡大図である。図１０は、遮蔽板のさらに他の実施形態を示す拡大図である。

符号の説明

(1) 球体加工装置
(2) 回転盤
(3) 固定盤
(5)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17) 撹拌促進用遮蔽板
(5f)(11f)(12f)(12g)(13f)(13g)(14f)(14g)(15f)(15g)(16f)(16g)(17f)(17g) 案内面
(B) 球体
(G) 球体通過間隙

Claims

下側に配置された回転盤と上側に配置された固定盤との間で、回転盤と固定盤とによって球体を挟持することなく、多数の球体を転動させて、球体表面を加工する球体加工装置において、固定盤の下面に、撹拌促進用遮蔽板が少なくとも１つ設けられており、撹拌促進用遮蔽板の下面と回転盤上面との間に、球体が通過可能な間隙が形成されていることを特徴とする球体加工装置。
遮蔽板の球体が衝突する面に、回転盤の回転方向に移動する球体を下方および径方向内方に案内する案内面が形成されていることを特徴とする請求項１の球体加工装置。
案内面が２段形状とされている請求項２の球体加工装置。