JP5540182B2 - エッジ仕上げ工具、及びこれを用いたエッジ仕上げ工法 - Google Patents

Description

本発明は、電解作用及び研磨作用を用いたエッジ（縁部）の仕上げ工具及びその工法に関する技術分野に属する。

金属材料や樹脂材料の切断加工又は穿孔加工の際には、その切断面や穿孔出口の縁部（エッジ）には部材の切断残材としてバリが生じるものであった。このバリの残存は、例えば、配管の内径部分に発生すると流体の流れを阻害して機器のトラブルにつながる恐れがある。近年特に、高精度の精密部品においては、このバリの除去（通称、「バリ取り」）と加工精度の技術向上が求められて来ている。

従来から行われているバリ取り方法は、一般的な砥石やヤスリなどを用いた手作業による方法の他、所定仕様に成形した砥石体や研磨ベルト体で除去する方法（例えば、特許文献１）、又は投射材と呼ばれる微粒体を衝突させて行うショットブラスト法（例えば、特許文献２）、がある。

しかしこれらの方法は、いずれもバリの除去と同時にバリ以外のエッジ部位、又はその処理面が不均一となったり、また砥石の形状が転写されたりしてしまって加工だれが生じていた。このため、仕上げ時間がかかるわりに面取り寸法の制御や精密なエッジ仕上げをすることが難しく、きれいに仕上げられないという問題があった。

また、通常の穿孔加工におけるエッジのバリ取り方法では開口から挿入させた研磨工具を往復移動させて行うことがあるが、その際にバリが脱落せずに反対方向に折れ曲がったいわゆる「かえり」と呼ばれる２次バリが残存してしまうことが多かった。そのためにバリ取りをする際、エッジの縁部に沿って所定幅を斜めに切削（いわゆる「面取り加工））して行う工法（例えば、特許文献３、４、５）もあるが、バリ根元厚さ分以上を除去しなければならず、エッジ曲率半径が小さい鋭利性の高い状態（より直角に近い状態）の精密なエッジに仕上げることができなかった。さらに、回転軸に直角方向と傾斜させた方向の２面に切削刃を固定した構造のものもあるが、切削刃で加工するため表面粗さが大きくなり、より滑らかな研磨することができなかった。さらに、この構造では、微細なかえりが発生した場合、通電すると短絡してしまい、電解作用を併用することができず確実なかえりの除去ができない。このため、これらの工具はコーナ（角部）の加工用であって、精密なエッジの鋭利仕上げには適さないものであった。

さらにまた、上記のように機械的接触によってバリ取りを行う工法の他に、より微細なバリ取りを行うことを目的とした電解バリ取り工法（例えば、特許文献６）、及びより平滑な仕上げを目的とした電解研磨装置（例えば、特許文献７）が開示されている。これら電解処理工法は、電解液中に被加工物（＋極側）の部位に所定形の電極（−極側）を非接触状態又は絶縁状態で近接配置させて電気的に金属表面を溶融させて行う方法である。

しかしこの電解作用を利用したバリ取り工法は、広範な平面では効果的であるが直交角部を含んだ複雑な形状にあっては、どうしても高電流部と低電流部が生じてしまい処理後の表面にバラツキが不可避的に生じていた。このため、高精細なエッジ仕上げには不十分なものであった。

特開２０００−３１７７９４ 特開２０００−１２７０４３ 実開平２−６６９０１ 特開平７−９６４０３ 特開平９−２８５９０９ 特開昭６２−２５１０１４ 特開２００８−２６４９２９

上記したように、従来技術のバリ取り工具や工法では、以下の課題があった。

砥石研磨によるバリ取りでは、同時にバリ以外のエッジ部位及びその処理面が不均一になったり、また砥石形状が転写されてしまって加工だれが生じてしまう課題があった。

また、エッジを挟む面の一方側の面からのバリ取り研磨では、少なからずかえりが発生してその完全除去には煩雑な処理が必要となる課題もあった。

さらに、このかえりを避けるため面取り処理も可能であるが面取り幅がバリ根元幅より大きくなって、エッジ曲率半径が小さい鋭利性の高い状態に仕上げることができ難いという課題もあった。

さらには、電解作用によるパリ取り研磨においては、平面の処理に比べて鋭利に突出した縁部や凸部は、どうしても高電流部と低電流部が生じてしまい処理後の表面にバラツキが不可避的に生じていた。このため、高精細なエッジの仕上げには不十分であるとの課題があった。

そこで本発明は、上記の課題に鑑み、これらを解決する手段として本発明に係るエッジ仕上げ工具、及びこれを用いたエッジ仕上げ工法を提案するものである。

本発明は、上述した各課題を解決するため、以下の構成を取っている。

すなわち、同軸回転する２種の回転面を備えた回転体の外観形態を成すものであって、前記２種の回転面の母線同士の交角を、被加工物のエッジの峡み角に一致させて配設すると共に、各回転面の異なる位相位置にそれぞれ研磨具を配設してなり、かつこれらの研磨具の少なくとも一方側をエッジ接触時にエッジを超える位置となるように配設している。

また、かかる構成による機械的又は物理的な接触による処理に加えて、電解作用を併用することを想定して、前記２種位置の研磨具が、それぞれ電気的絶縁をもって配設している。

これらの研磨具の配設構成は、ゴム材や弾性樹脂材や撓みバネ材などの弾性手段を介して行っている。

特に、エッジが直角である場合は、母線同士の交角を直角として各回転面を構成する。

また、電解作用を円滑に行うため、回転基台に電解液の液溜部を形成し、ここから前記研磨具付近に電解液を継続的に供給するための回転体内を貫通させた管路とその供給口を適宜の位置に形成している。

さらに各回転面に配設した研磨具は１つに限定することなく、複数個を軸対称の位置に配設しても良い。

これにより、エッジの仕上げ研磨工法は、請求項２からの構成では、エッジ仕上げ工具を負極に、及び被加工物を正極にして通電すると共に、研磨処理する位置に電解液を浸潤させて、物理的接触研磨作用と電解研磨作用を同時又は交互に作用してエッジの仕上げ処理を行っている。

本発明の上記構成を取ることにより、以下に記載した優れた効果を奏するものである。

請求項１の構成によれば、位相をずらして２種の回転面にそれぞれ研磨具を配設することにより、定位置回転でエッジの両面の処理を行うことができ、かつ軸方向に往復移動をさせることにより、エッジ部に生じたパリ及びかえりと呼ばれる２次バリを効果的にかつ効率的に除去することができる。かつ研磨具の少なくとも一方側をエッジ接触時にエッジを超える位置で配置しているため、これと位相をずらした配置とが相俟って、エッジの形状を転写することなく、曲率半径の小さい鋭利な仕上げをすることができる。そのため、同様の処理をする場合の従来の工法に比べて、より短時間でかつ効率的にエッジの鋭利仕上げが可能となる。

また、一般的な電解加工をする場合、被加工物の表面に電気が流れづらい不動態皮膜が形成されるため、エッジ部に電解が集中して、エッジ部のみが丸みを帯びてしまう問題点があったが、請求項２の構成を加えることにより、研磨具で擦りながら電解加工をするため、表面に不動態皮膜が形成される前に加工ができる。これにより、研磨具で擦った範囲を電解加工ができるため、エッジ部に電解が集中せず鋭利なエッジに仕上げることができる。

請求項３に記載する研磨具に弾性手段を介在させることにより、電解研磨のなりゆき処理によるバリ取りの不確実性を解消してより精細のバリ取り処理と円滑な平面処理を行うことができ、かつ効率的に仕上げることができる。

請求項４に記載の構成によれば、穿孔処理した開口縁の処理をバリ取りとより直角な処理を行うことができる。詳しくは下記の実施例の説明で記載する。

更に、請求項５に記載の構成によれば、電解液を処理位置に適格に供給することができ、電解作用を少ない電解液でより効果的に行わせることができる。

請求項６に記載した構成によれば、一つの回転面に軸対称位置で複数個を配置するため、効果的な処理に加えて、回転軸のふらつきを防止して回転接触圧を一定に保つことができる効果を奏する。

請求項７、８に記載した工法を取ることにより上記した効果に裏付けされた、エッジのバリ取りと研磨処理を効率的かつ効果的な処理の実現を図ることができる。

本実施例工具の外観形態を仰視して示した斜視図である。 本実施例工具の外観形態を俯視して示した斜視図である。 本実施例工具の底面図である。 本実施例工具の研磨具の弾性手段の例を示す平面図である。 本実施例工具を処理対象の穿孔に挿入した状態を示した一部断面図である。 本実施例工具を処理対象の穿孔に挿入した状態を図３の状態から９０度回転した状態で示した一部断面図である。 本実施例工具の応用例を示す斜視図である。 本実施例工具の他の形態例とその適用例を示す斜視図である。

以下に、本発明の実施形態例について、添付図面をもとに説明する。

図１、図２は、本願に係る発明の実施例（以下、「本実施例」）としてのエッジ仕上げ工具（以下、「本願工具」と略称。）の外観形態をそれぞれ仰視、及び俯視して示した斜視図である。図示したように、本願工具の外観形態は、回転体を呈する。この回転体Ｔａは、導電性材で成形されるものあって、比較長径で柱状（本実施例では円柱状）に形成した回転基台１と、この回転基台１の一端側の中心部（軸芯）から軸延長方向に突出形成した比較小径の軸柱体２（本実施例では円柱状）を有し、かつ他端側（図面では上側）にはモータ等の外部駆動源の回転力を伝達させるための入力シャフト３を形成している。

ここで、該回転基台１の軸柱体２側（図面では下側）の回転面１１（「基台回転面」と略称する。）と、前記軸柱体２の側周面となる回転面２１（「軸柱回転面」と略称する。）とは、それぞれ特許請求項で規定する２個の回転面を意味するものである。

なお、本実施例では、基台回転面１１の母線ｍｒは回転軸Ｃと垂直に設定したものであり、軸柱回転面２１の母線ｍａは回転軸Ｃと平行であるため、これら２種の母線ｍｒ、ｍａ同士の交角θが９０度となっており、直交関係にある。

基台回転面１１には、軸柱体２の根元付近を基台回転面１１から後退させるように所定幅の切欠き部１２を形成している。また、この切欠き部１２の反対側の回転基台１の端面（図面では上側の面）には、使用する電解液を一時溜め置く桶状の液溜部１３を形成している。さらに、この回転基台１には、この液溜部１３から切欠き部１２に通じる管路１４を形成（実施例では２本）している。

なお、この管路１４の供給口１５は切欠き部１２の底部に限定するものではなく基台回転面１１の適宜の箇所に適宜の個数を配設するようにしてもよい。

次に、本発明の主要構成要素の一つである研磨具の配設について説明する。

該研磨具は、上述した２種の回転面のそれぞれに配設されるものであり、基台回転面１１に配設した研磨具４（「基台研磨具」と略称する。）と、軸柱回転面２１に配設した研磨具５（「軸柱研磨具」と略称する。）とから成る。これらの基台研磨具４と軸柱研磨具５は、被加工物Ｏと面接触又は線接触による物理的接触を目的としたものである。被加工物Ｏと直接接触する研磨部材４１、５１としては、面状又は線状の面ヤスリや砥石など既存の研磨材を処理仕様に応じて適宜に選択して設定すれば良いものである。さらにこれらの研磨部材４１、５１は、処理面（研磨面）への接触時に弾力性を持たせるため、ゴム材などの弾性材や板バネや片持ちさせたバネ材などの弾性手段４２、５２を介在させて取り付けている（例えば、図４に示す仕様）。また、これらの研磨具４、５の配設は、それぞれの回転面１１、２１とは電気的絶縁状態で取り付けている。これにより、導電材で形成している回転体Ｔａと研磨部材４１、５１とは電気的には絶縁関係にある。この結果、後述する電解作用において回転体Ｔａに通電しても研磨部材４１、５１までは導通することはなく、導電材（金属材料）で形成された被加工物Ｏを対向電極として通電しても、回転体Ｔａと被加工物Ｏとの短絡が回避されることとなる。

また、基台研磨具４と軸柱研磨具５の回転上の位置関係は、ことなる位相となるように配置している。すなわち、両研磨具４、５は同軸上で同期回転するが、本実施例では、その周期が９０度ずれた状態に設定している。そしてこの位相を異なる状態を維持しながら、各回転面の研磨具４、５は軸対称の位置にそれぞれ複数個を配設している。図示した本実施例では、それぞれ軸を挟んで対向した位置に２個配置している。

さらに、軸柱回転面２１における軸柱研磨具５の配設は、少なくとも基台回転面１１と軸柱回転面２１との交差位置ｘ（実際は切欠き部１２があるため当接してはいない。）から軸延長方向（図面では下方向）へ軸に沿って配設するようにしている。これは、回転体Ｔａを軸移動させることなくエッジｅを挟む両面へ、同周期で基台研磨具４と軸柱研磨具５とを接触するようにしている。ただし、位相が異なるため、エッジｅへ同時に接触することはない。

また、各研磨具４、５の少なくとも一方側（本実施例では軸柱研磨具５）は、エッジｅを挟む面に接触している時に、エッジｅを超えるように配設している。別言すると、図面上、水平位置となる基台研磨具４の水平位置と同位置、又はこれより若干上方に延出させた位置から軸柱研磨具５を下方に配設している。

次に、上記構成の本発明に係る本実施例の工具の作用とその工法について、被加工物Ｏをドリル等で切削穿孔したエッジｅへ適用した場合について説明する。

先ず、モータ等の外部の回転駆動手段（図示省略）を回転体Ｔａの入力シャフト３に直接連結、又はベルトや歯車等による連係連結して回転力を伝達する。この時の回転体Ｔａの回転速度は、１０回／秒程度に設定している。この状態で、図面上で上下方向（軸方向）に移動させて被加工物の穿孔ｈへ回転体Ｔａを構成する軸柱体２を挿入して行き、軸柱研磨具５を穿孔ｈの内面に接触させて研磨する（図５参照）。この軸柱研磨具５は、ゴムやバネなどの弾性手段５２を介して取り付けているため一定の押圧力をもって接触回転し、バリｂの除去と共にエッジｅを構成する両面の一方側である内面側の研磨することとなる。

さらに穿孔ｈに挿入して行き、基台研磨具４が穿孔ｈのエッジｅに生じているバリｂと回転接触して、除去すると共に研磨する。この際にバリｂは完全に除去されずに内面側にバリｂのかえりを生じることがあるが、これは軸柱研磨具５との回転接触により除去されることとなる。

この回転体Ｔａの上下動を適宜の回数だけ繰り返すことにより、１回のエッジｅの処理で発生した微細なかえりも完全に除去することができる。併せて研磨も行うため、エッジｅの曲率半径を小さくすることができると共に表面粗さが小さくより平滑な面を持った鋭利なエッジｅに仕上げることができる。本実施例では、エッジｅの曲率半径１１μｍ、表面粗さ１．３μｍＲｚ（最大高さ）程度の処理が可能となっている。

さらに、被加工物Ｏを正極側、回転体Ｔａを負極側として通電し、これと共に、回転体Ｔａの液溜部１３に貯留させた電解液を、管路１４を介して供給口１５から各研磨具４、５に供給して浸潤させる。これにより、電解作用により微細なエッジｅを溶融させて完全に除去し、より平滑性を高めることができる。

上述した構成で各研磨具４、５を電気的絶縁状態で配置としたのは、この電解作用を利用するためである。すなわち、金属材料からなる被加工物Ｏと回転体Ｔａとに、それぞれ反対電極を設けて通電させることにより、研磨具４、５による物理的な接触研磨作用と通電による電解研磨作用を併用することによってより精密なエッジｅの加工仕上げを実現している。別言すると、主要な比較的大きめのバリｂはこの物理的研磨と電解研磨とで除去し、（手で触れてざら付く程度の）微細なバリやかえりは電解作用で溶解させて行うことにより、短時間で効率よく確実にバリｂを除去すると共により平滑度の高いエッジ面に仕上げることとを実現したものである。

また、上記実施例では、軸柱体２が所定の間隙もって適合する経口の穿孔ｈに用いた場合について説明しているが、これに限らず、本願に係る研磨工具を、図７で例示したように、直方体Ｏａや大径環状体Ｏｂ（ドーナツ状体）のなどの他形態のエッジｅにも適用することができる。

さらにまた、上記実施例では、回転面の母線同士の交角θを９０度として基台回転面１１、及び軸柱回転面２１を構成している。すなわち、上記実施例は、挟み角が直角のエッジｅを処理対象としたものであり、そのため基台回転面１１が平面となる円盤状に回転基台１を形成しているが、これを基台回転面１１が曲面となる円錐台（又は切頭円錐体）に形成してもよい。このように構成することにより図８に示すような、断面多角形（図面では偏五角形）の柱状体Ｏｃのエッジｅ（角部）の仕上げ処理をすることもできる。この場合、２種の母線ｍｒ、ｍａの交角θは鈍角の範囲（９０°＜θ＜１８０°）となる。なお、この交角θを鋭角の範囲（０°＜θ＜９０°）とした場合は、２種の回転面１１、２１の位置関係では、先端が円錐状先端部を有するピン状体の先端の研磨仕上げには適用できるが、連続した線状のエッジｅに対して適用することはできない。

本願に係るエッジ仕上げ工具は、特に品質規格が厳しい微細なバリでも機能、安全性が損なわれる精密機器・油圧系・輸送機器・食品関連部品、また、難削材などを使用していることからバリ取りが難しいジェットエンジン・原子力発電・化学プラント機器、さらに複雑な形状・微小・微細化した部品などを加工している業界へも広く利用することができる。

Ｔａ 回転体
１ 回転基台
１１ 基台回転面
ｍｒ 母線（基台回転面の〜）
１２ 切欠き部
２ 軸柱体
２１ 軸柱回転面
ｍａ 母線（軸柱回転面の〜）
θ 母線同士の交角
３ 入力シャフト
４ 基台研磨具
４１ 研磨部材
４２ 弾性手段
５ 軸柱研磨具
５１ 研磨部材
５２ 弾性手段
Ｏ 被加工物
ｅ エッジ
ｈ 穿孔
ｓ 内周面
ｂ バリ
Ｔｂ 他形態の回転体
Ｏａ 直方体
Ｏｂ 大径環状体
Ｏｃ 柱状体

Claims (8)

1. 同軸回転する２種の回転面を備えた回転体であって、前記２種の回転面の母線同士の交角を被加工物のエッジの峡み角に一致させて配設すると共に、各回転面の異なる位相位置にそれぞれ研磨具を配設して成り、かつこれらの研磨具の少なくもと一方側をエッジ接触時にエッジを超える位置となるように配設していることを特徴とするエッジ仕上げ工具。
2. 前記研磨具が、それぞれ電気的絶縁をもって配設されていることを特徴とする請求項１記載のエッジ仕上げ工具。
3. 前記研磨具のいずれか又は両方が、弾性手段を介して取り付けられていることを特徴とする請求項１、又は２に記載のエッジ仕上げ工具。
4. 母線同士の交角及びエッジの挟み角が、直角であることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載のエッジ仕上げ工具。
5. 前記研磨具付近に電解液を供給するための管路が、回転体内を貫通させて形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載のエッジ仕上げ工具。
6. 各回転面のそれぞれ研磨具が、複数個を軸対称に配置して成る特徴とする請求項１、２、３、４、又は５に記載のエッジ仕上げ工具。
7. 請求項１に記載したエッジ仕上げ工具を用い、被加工物のエッジを挟む面を、異なる位相位置でかつ少なくもと一方側をエッジ接触時にエッジを超える位置で配設した各研磨具を、交互に接触させることによりエッジのバリ取りと研磨を行うことを特徴としたエッジ仕上げ工法。
8. 請求項２から請求項６に記載したいずれかのエッジ仕上げ工具を用い、該研磨工具を負極及び被加工物を正極として通電すると共に、研磨処理する位置に電解液を浸潤させて、物理的接触研磨作用と電解研磨作用を同時に又は交互に作用させてエッジのバリ取りと研磨を行うことを特徴としたエッジ仕上げ工法。

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