JP2005193370A - 遠心型バレル研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心型のバレル研磨をするに際して、研磨後のワークの洗浄、及び防錆処理が行なうことができ、取り出しまでの時間の短縮化が可能となる新規な遠心型バレル研磨装置を提供すること。
【解決手段】自転・公転可能に回転円盤１６に自転軸１８を介して取付けられた複数の研磨槽２０を備えた遠心型バレル研磨装置。自転軸１８内に形成した給気通路５８を介して研磨槽２０の一側壁２０ｃ中心部から給気可能とし、他側壁２０ｄ中心部から排気可能としてある。さらに、研磨槽２０の外部から冷却水噴霧７０等を行って外部冷却可能としてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、自転と同時に公転をする複数の研磨槽を備えた遠心型バレル研磨装置及び遠心型バレル研磨方法に関する。特に、湿式遠心型バレル研磨により重切削を行う場合に好適な新規な遠心型バレル研磨装置に関する。

バレル研磨装置には、遠心型、流動型、振動型及び回転型がある。これらの内で、遠心型バレル研磨は、最も研磨力が大きい。そして、遠心型バレル研磨には、湿式と乾式の両方式があるが、一般に、湿式の方が乾式より強力な研磨力を得ることができる。

また、湿式遠心型バレル研磨においては、ワーク（被研磨物）をメディア、コンパウンド及び水とともに研磨槽内に投入してバレル研磨を行うのが一般的であるが、メディアを使用せず、少量の研磨助剤（例えば、アルミナ微粉末）を投入して混合したいわゆる共摺り研磨も行われている。

そして、上記いずれの場合も、ワークとメディアとの、又は、ワーク相互の摩擦により、発熱して、研磨槽が高温となるとともに内圧が増大する。この傾向は、長時間運転の場合顕著となる。

しかし、本発明者らが、知る限りにおいては、自転と同時に公転をする複数の研磨槽を備えた遠心型バレル研磨装置において、研磨槽の高温化とともに内圧増大を抑制する機構を備えたものは公知ではない。

なお、湿式遠心型バレル研磨において水噴霧等の手段により研磨槽を冷却しながらセラミックス部品のバレル研磨を行う先行技術として、特許文献１がある。

本文献における湿式遠心バレル研磨は、排気機構（排気手段）を備えたものではなく本発明の湿式バレル研磨とは別異であり、本発明の発明性に影響を与えるものではない。

また、バレルポットの複数個を自公転させて各バレルポット内で流動する乾式メディアにより被研磨物を乾式研磨する乾式遠心バレル研磨方法において、各バレルポットに接続される集塵機により各バレルポットの内部に外気を採り入れ、その外気をマス中に通過させた上、吸引してマス中に発生した粉塵の集塵とマスの冷却を行う技術として、特許文献２がある。

本文献における、バレルポットは、排気機構として、本発明の如く、研磨槽軸方向の通気手段と、さらには、冷却機構（冷却手段）を備えたものではなく、本発明の発明性に影響を与えるものではない。
特開昭６３−５２９６５号公報 特許第２６４３１０３号公報

本発明の課題は、上記にかんがみて、研磨槽の高温化とともに内圧増大を抑制するとともに、研磨終了後研磨槽内でワークの洗浄・防錆処理を同時にすることのできる新規な遠心型バレル研磨装置を提供することにある。

本発明の遠心バレル型バレル研磨装置は、上記課題を解決するために鋭意開発に努力をした結果、下記構成により、研磨槽の高温化とともに内圧の増大を抑制できて、連続長時間運転可能になることを見出して、下記構成の本発明に想到した。

自転・公転をする複数の研磨槽を備えた遠心型バレル研磨装置において、研磨槽に、研磨槽軸方向の通気手段、及び、適宜外部冷却手段を設けたことを特徴とする。

本発明の研磨装置においては、極めて過酷な重研削研磨（研磨槽内の温度が上昇し、それに伴いガスが発生する。）であっても、通気手段（給気・排気）により、研磨槽内で発生するガスを、研磨中に常時、研磨槽外へ排気することができ、研磨中に外部の冷えた空気を研磨槽内に給気したり、研磨槽の表面に間欠的または連続的に水を吹き付けたりして、研磨槽内の温度上昇を抑制することができる。

したがって、長時間研磨においても、研磨途中で装置の運転を止めて、冷却やガス抜きを行う必要がなく、さらには、研磨終了後、研磨槽の蓋を閉じたまま給気口から洗浄水を給水してワークを洗浄し、その後同じ方法で防錆剤を注入して防錆処理まで行った後、製品を取り出すことが可能となる。

上記装置において、研磨槽の通気手段としては、開閉蓋を有した筒状の胴体部の少なくとも一方の側板部の中心位置又はその近傍位置に通気孔を設け、該通気孔に、前記研磨槽内に冷却用気体の給気及び／又は前記研磨槽内に発生する圧力気体を排気するための気体配管を連接した構成とすることができる。

同じく研磨槽の冷却手段としては、該研磨槽の胴体部と側板部の材質を熱伝導率が高い部材とするとともに、前記胴体部の外周面に、熱伝導率及び／又は保液率が高い部材から成る熱交換媒体を被覆する一方、研磨中に自転及び公転をする研磨槽の熱交換媒体に冷却液が吹き付けられるように冷却液吹付手段を配設した構成とすることができる。

また、研磨槽の冷却手段としては、該研磨槽の胴体部及び側板部の材質を熱伝導率の高い部材とするともに、前記胴体部に冷却液通路を形成し、該冷却液通路の一方に給水路、他方に排水路をそれぞれ連通させた構成とすることもできる。

上記各構成の遠心型バレル研磨装置において、研磨槽の胴体部及び側板部の内面に、交換自在に設けられた耐磨耗性のライナーの内、少なくとも胴体部のライナーを熱伝導率の高い部材にすることが望ましい。熱伝導率の高い部材とすることにより、槽胴体の周壁から放熱が促進されて、被研磨物の冷却効率が向上する。

そして、上記各構成の遠心型バレル研磨装置においては、複数の研磨槽を収納するキャビネット本体には換気手段を設け、該換気手段にミストコレクタを接続することが望ましい。

そして、上記各構成の遠心型バレル研磨装置は、下記構成を備えたものに適用することが望ましい。

回転駆動源に連設される公転軸と一体回転する回転円盤と；該回転円盤に自転軸を介して軸支させた複数の研磨槽と；前記公転軸と前記自転軸との間に連接し前記各研磨槽を公転及び自転させる遊星回転手段とを備えた遠心型バレル研磨装置であって、
前記各研磨槽の自転軸の軸心が、前記回転円盤の公転軸の軸心に対して、平行又は傾斜しており、
該遊星回転手段が、各研磨槽の自転方向を公転方向と逆方向とするとともに、その自転と公転の回転数比率を前者／後者＝１／１〜２．５／１とすることを特徴とする。

そして、上記において、前記回転円盤の公転軸の軸心に対して、各研磨槽の自転軸の軸心が傾斜、特に５〜１５°傾斜している構成とすることが望ましい。均一な研磨が可能となるためである。

本発明の装置を使用しての本発明に係る遠心型研磨方法は、下記構成となる。

自転と公転をする複数の研磨槽を備えた遠心型バレル研磨装置を用いて、金属製被研磨物をバレル研磨する方法であって、
前記研磨槽内を、研磨槽軸方向の通気、及び、適宜冷却をしながら研磨することを特徴とする。

そもそも、本発明者らは、鉄系ワークの遠心バレル研磨においては、水素ガスが発生して研磨槽の内圧増大の研磨を通気（給気・排気）により、研磨槽（バレル）内で、ガス発生が抑制されることを見出して、本発明に想到したものである。すなわち、研磨中強い加圧力によりワークは微粉研磨材によって削られ鉄の微粉が多く発生する。このとき、大量の摩擦熱が発生して温度が上昇する。また、鉄の微粉が作用して水が水素と酸素に分解され内部圧力が増大する。しかし、適宜の外部冷却により槽内温度の上昇を抑えることで、ガス発生も抑制される。このとき、水素と同時に発生した酸素は、鉄の微粉と反応して水酸化鉄や酸化鉄として消費され、研磨槽中のガスはほとんどが水素である。

また、本発明の遠心型バレル研磨方法は、研磨槽内に、ワークを、加工液、微粉研磨材とともに投入後、研磨槽の胴体外面に冷却液を間欠的又は連続的に吹き付けながら、前記研磨槽内に発生するガスの換気を行う構成となる。

研削・研磨量の大きな重研削研磨においては、一工程のバレル研磨では対応できない。強いて、一工程で行おうとすると、途中で機械の運転を止めたりして、ガス抜きや冷却のため一度排出し、洗浄し、再度メディア、コンパウンド、水を装入して研磨を行う必要がある。

しかし、本発明では、メディアを使用せずに実質的にワークのみで研磨を行う、いわゆる共摺りにより、後述の実施例で示す如く、一工程でワークのエッジ研磨が可能となる。

その理由は、ワークの研磨により、研磨槽内の温度が上昇し、それに伴いガスが発生しても、1)通気手段（給気・排気）により、研磨槽内で発生するガスを、研磨中に常時、研磨槽外へ排気することができ、しかも、2)研磨中に外部の冷えた空気を研磨槽内に給気したり、研磨槽の表面に間欠的または連続的に水を吹き付けたりして、研磨槽内の温度上昇を抑制することができるためである。

なお、メディアを使用しないため、同能力（同容量）の湿式研磨バレル装置を使用した場合、研磨槽１個当たりの処理量も格段に大きくなる。

上記構成において、換気は、研磨槽の一側壁の略中心部又はその近傍に形成した排気口により行うことが望ましい。遠心バレル研磨では、運転中においてワークが研磨槽内壁部に遠心力で押し付けられ、中心部にはワーク、水とも存在しない状態となっており、中心穴から流出するおそれはない。

前記換気を、さらに、前記排気口を形成した一側壁の対抗壁の略中心部又はその近傍に形成した給気口による給気の併用により行うことが望ましい。換気が効率よく行えるとともに、給気による研磨槽内の冷却も効率よく行える。

また、上記研磨槽として、該研磨槽の胴体部と側板部を熱伝導率の高い部材で形成するとともに、胴体部の外周面を、熱伝導率及び／又は保液率が高い部材からなる熱交換媒体で被覆したものを使用することが望ましい。冷却液を吹き付けたときにおける研磨槽冷却効率の向上が期待できる。

前記各研磨槽は、自転方向を公転方向と逆方向とするとともに、自転と公転の回転数比率を前者／後者（自転比）≒１／１〜２．５／１となるように、前記各研磨槽を自転・公転させて運転することが望ましい。

加工液の複雑な流動によりワーク相互の摩擦流動頻度が増大して、ワーク相互の共摺りによる研磨能が増大する。なお、自転比が高い約１．５／１〜２．５／１とすることにより、さらに、研磨能の向上が期待できる。

また、各研磨槽の自転軸の軸心を公転軸の軸心に対して傾斜させて、前記各研磨槽を自転・公転させることが、さらには、その傾斜角度は５〜１５°が望ましい。ワークの軸方向の往復移動が頻繁となり、上記同様、ワーク相互の共摺りによる研磨能が増大するとともに均一な研磨が可能となる。

上記各構成において、微粉研磨材として、酸化アルミナ、炭化けい素、及びジルコニアの群から選択される１種又は２種以上からなるものを使用することが望ましい。これらは、研磨力が、通常使用する場合より大きくなる。

そして、上記遠心型バレル研磨方法においては、研磨終了後のワークの洗浄を、研磨槽を自転させながら、研磨槽軸方向の通気のための一方の給気口を液供給口とし、他方の排気口を液排出口として洗浄液を通液することにより、研磨槽内とワークの洗浄を行うことができる。

このとき、研磨槽の蓋は閉じたままの状態で洗浄液を供給するため、汚水は一方の液排出口から排出され、洗浄液が飛散することはない。また、洗浄液（水道水）を通液することにより、洗浄が終了するまでには、研磨槽内は冷却される。

このときの各研磨槽は、一回転未満の部分公転をさせて間欠的に、又は遠心力を発生させない低速公転させて連続的に、各研磨槽の位置関係を変更させながら洗浄を行うことが望ましい。水道水圧によるヘッドに基づく各研磨槽の通水量の差がでず、各研磨槽における洗浄レベルの差が発生しない。

そして洗浄終了後に、研磨槽内が洗浄液残存状態で、さらに、液供給口から防錆剤を投入後、前記研磨槽を自転させて、製品に防錆処理を施すことができる。

こうして、防錆処理を施した後、マスを排出するため、従来の如く、高温で排出する場合に比して、汚水の飛散、作業者の安全性、後工程における精密洗浄のし易さ、ワークの防錆処理の点で優れた効果がある。

上記の洗浄又は防錆処理における研磨槽の自転回転数は、ワークを槽内で適度に回転させ洗浄効率を上げるため、通常、１０〜３０ｍｉｎ^-1の範囲で適宜設定する。

図１〜４に本発明の一実施形態を示す。

図１に示す如く、回転駆動源（原動機）１２に連設される公転軸１４と一体回転する回転円盤１６と；該回転円盤１６、１６間に公転軸１４の周縁に自転軸１８を介して軸支させた複数個（図例では４個）の研磨槽２０と；前記公転軸１４と自転軸１８との間に連接し前記各研磨槽２０を自転させる遊星回転手段３２とを備えている。

具体的には、下記の如くである。

原動機（電動機：モータ）１２からなる回転駆動源（原動機）１２と公転軸１４の連接は、回転駆動源１２から第一段被動プーリ２６及び第二段被動プーリ２８の二段減速を経て行われている。なお、公転軸１４は、図２に示す如く、研磨装置箱体（キャビネット）の両側壁２４ａ、２４ａの対向内側に取付けられた公転軸用軸受け２５、２５を介して、キャビネットの両側壁２４ａ、２４ａに支持されている。ここで、原動機１２から公転軸１４駆動のための伝導手段３０、３０Ａは、通常、ベルト伝導とするが、鎖伝導、更には歯車伝導等の他の伝動手段（伝動装置）を使用してもよい。

そして、自転軸１８、１８は、回転円盤１６、１６の外側に取付けられた自転軸用軸受け１９、１９を介して、回転円盤１６、１６に取付けられている。そして、遊星回転手段は、本実施形態では、太陽歯車３４と遊星歯車３６とからなる遊星歯車装置３２とされている。太陽歯車３４は、一方の回転円盤１６の外側で公転軸１４に取付けられ、遊星歯車３６は自転軸１８に取付けられている。

上記遊星歯車装置３２では、自転方向が公転方向と逆方向となるようにしている。自転方向と公転方向とが同一方向であると、研磨槽内のマス（ワーク及び研磨剤）に撹乱が発生し難く、研磨力が低下するためである。また、自転と公転の回転数比率（前者／後者：自転比率）は、約１／１〜２．５／１の範囲で適宜設定可能である。なお、遠心バレル研磨装置においては、自転比率は、通常、１／１としている。しかし、高い研削率が要求されるいわゆる重研削研磨においては、自転比率を高く、例えば、１．５／１〜２．５／１、特に、２／１前後とした方が、研磨力の増大が期待できる。さらに、自転比率を高くした状態で、後述の如く、自転軸の軸心を公転軸に対して傾斜させた場合、研磨の均一性の向上が期待できる。

各研磨槽２０は、本実施形態では、後述の実施形態の如く、自転軸１８、１８の先端に直接取付けてもよいが、本実施形態では排気口６７をキャビネット内に開放とするため、一対の取付けブロック２２ａ、２２ｂと取付けフレーム２２ｃとからなる取付けアダプタ２２を介して取付けられている。なお、研磨槽が小型の場合は、回転円盤を１個として、自転軸に研磨槽を片持ちばりで支持することも可能である。

ここで、各研磨槽２０の自転軸１８の軸心は、前記回転円盤１６の公転軸１４の軸心に対して、平行でもよいが、傾斜させている。研磨槽２０の軸心Ｌが傾斜していることにより、研磨の均一性の向上が期待できる。このときの傾斜角度αは、約５〜１５°、更には１０°前後が望ましい。傾斜角度を１５°より大きくすると、マスで給気口及び／又は排気口が、マスで閉じられたり、投入液体が流出したりするおそれがある。

勿論、給気口５７又は排気口６７には、金網を配して、内部のワーク等の飛び出しや流出を確実に防止することもできる。

さらに、本実施形態では、研磨槽２０を収納する装置箱体（キャビネット）２４には、換気ダクト（換気手段）４０が接続され、該換気ダクト４０は、ミストコレクタ４２と接続されている（図１参照）。本実施形態のキャビネット２４には、研磨中に、間欠的に研磨槽の表面に冷却水を噴霧した際発生するミストや発生する水素ガスを捕集するためのミストコレクタ４２が併設されている。

そして、上記研磨槽２０には、軸方向の通気手段及び冷却手段を設けてある。

研磨槽２０は、断面六角形の筒状胴体で、マス投入／排出口２０ａを備え、該マス投入／排出口２０ａには、カムレバー（従節）３８により開閉される開閉蓋２１を備えている。開閉蓋２１の下面にはライナー層７４が形成されているとともに、周囲当たり面にはゴムパッキン７５が貼着されている。なお、研磨槽２０の断面形状は、六角形に限られず、五角形、八角形等の多角形、さらには、円形であってもよい。

本実施形態では、通気手段（給気手段）は、公転軸１４内に軸方向に形成された主給気通路５４と、該主給気通路５４から回転円盤１６手前位置で分岐接続された４個の分岐給気配管５６と、各分岐給気配管５６と接続され、自転軸１８内に形成され研磨槽２０内に臨む位置で給気口５７となる副給気通路５８とで形成されている。当然、研磨槽２０が公転・自転可能に、公転軸１４内の主給気通路は、公転軸１４の一端側に取付けられた主ロータリジョイント６０を介して外部給気配管６２と接続されている。なお、外部給気配管６２には、元部側が、図示しない空気輸送機（例えば、コンプレッサ）と接続されている。また、自転軸１８の副給気通路５８は、自転軸１８の先端部に取付けられた副ロータリジョイント（図例ではロータリエルボ）６４を介して分岐給気配管５６と接続されている。

そして、本実施形態では、排気手段は、研磨槽２０が側板２０ｃに形成された給気口５７に対向する研磨槽２０の側板２０ｄの中央部（又はその近傍）に、排気口６７を設けてある。軸方向の通気を担保するためである。なお、研磨槽２０の軸心に沿って空気流れが発生しやすいように両側板の対向位置に設ける給気口／排気口対は、本実施形態の如く軸心位置又はその近傍とする。

また、本実施形態における冷却手段は、熱伝導率及び／又は保水率が高い部材からなり、胴体部５２ａの外周面を被覆する熱交換媒体６８と、熱交換媒体６８に対して冷却水（冷却液）を吹き付け可能に配設された冷却液吹付手段７０とで構成されている。ここで、該研磨槽（胴体部と側板部）５２は熱伝導率が高い部材で形成されている。また、熱交換媒体６８は、適宜、交換自在としておく。

ここで、研磨槽５２の本体を形成する熱伝導率の高い部材としては、鉄合金（鋼）系、アルミ合金系、銅合金系の金属部材等を挙げることができる。なお、鉄の熱伝導率（２０℃）は、０．１７cal/(ｓ・ｍ・℃）［0.714Ｗ／（ｍ・℃）］である。本実施形態では、研磨槽本体５２の胴体部は、上記熱交換媒体との接触面積を増大させるために、図例の如く、蛇腹状フィン７２が形成されている。そして、該蛇腹状フィン７２には短繊維植毛層６８が形成されている。なお、槽本体５２の胴体部５２ａに蛇腹状フィン７２を設けず、平面状として、保液性及び耐熱性がある短繊維植毛層やタオル地などで被覆してもよい。

さらに、内側ライナー層７４は、従来の如く、耐摩耗性ゴム部材で形成してもよいが、熱伝達率の良好な耐摩耗鉄系合金（例えば、高クロム鋳鉄）等で形成することが望ましい。冷却性能のさらなる向上が期待できる。

なお、冷却液吹付手段７０は、通常、水道水に直結した、水道分岐配管７１の先端部に複数のノズルからなるシャワー部７１ａにより形成する。なお、水より蒸発潜熱の大きな冷却液の使用も可能である。

次に、上記実施形態の研磨装置を使用しての研磨方法を説明する。

先ず、遊星回転手段を操作して研磨槽２０を開閉蓋２１が上側に来るように位置させた状態で、カム操作により研磨槽２０の開閉蓋２１を開いて、被研磨物とコンパウンドを水とともに投入し、開閉蓋２１を閉じる。その後、回転駆動源１２を駆動させるとともに、外部給気配管６２のバルブ及び水道配管６９のバルブを開とする。

すると、自転・公転している研磨槽２０内には軸方向に通気が行われるため、研磨槽２０内に発生するガスも積極的に外部に排気されるとともに、発生熱も水冷却により奪われて被研磨物の昇温が抑制される。このため、研磨中にガス排気等のために研磨装置の運転を中止する必要がなく、また、研磨加工が終了した後にそのまま水洗、防錆を行い開閉蓋２１を開けて、加工終了物を取り出すことができる。このとき、開閉蓋２１が下側に位置するよう研磨槽２０を位置させて、自重落下により内容物（製品、加工終了物）を取り出す。

図５に示すものは、上記実施形態において、排気手段を開放系とせずに、閉鎖系としたものである。なお、遊星歯車手段は、上記とは異なり、分岐給気・排気配管の内側に位置している。これは、適宜設計事項である。また、両自転軸を接続されるロータリジョイント６４Ａ、６４Ａは、グランドパッキン６５で通路が密封されるＴ接合タイプである。また、前記実施形態と同一部分又は対応部分については、同一図符号を付して、それらの説明の全部又は一部を省略する。

すなわち、排気手段は、公転軸内に軸方向に形成された主排気通路と、該主排気通路に回転円盤手前位置で集合接続される４個の分岐給気５６と、各集合排気配管７６と接続され、自転軸１８内に形成され研磨槽２０内に臨む位置で排気口６６となる副排気通路７８とで形成されている。当然、研磨槽２０が公転・自転可能に、図示しないが、公転軸内の主排気通路は、公転軸の一端側に取付けられたロータリジョイントを介して外部排気配管と接続されている。また、自転軸１８の副排気通路７８には自転軸１８の先端部に取付けられた副ロータリジョイント（第二）６４Ｂを介して分岐排気配管とそれぞれ接続されている。なお、本実施形態では、研磨槽２０内への通気を、上記実施形態の場合と同様、圧縮空気を送入する供給通気（給気）としてもよいが、主排気通路を空気輸送気（コンプレッサ）の吸引口側に接続して、研磨槽内への通気を吸引通気とすることもできる。

使用態様は、前記実施形態と同様である。

図６〜７に示す実施形態は、前記図５に示す実施形態において、さらに、胴体冷却のための、冷却水循環回路による冷却手段が形成されている。本実施形態も、図５に示す実施形態と同一部分又は対応部分については、同一図符号を付して、それらの説明の全部又は一部を省略する。

当該冷却水循環回路の構造も、冷却水路（冷却液路）８２を胴体周壁に形成する以外は、基本的には、上記給気・排気手段を結合させた構造とである。なお、冷却水路８２は、蓋体形成部を除いて六角形の各辺部に独立路として形成されている。

すなわち、給水側は、公転軸内の主給水路と、出口側が胴体冷却水路８２の入口側と接続（連通）される自転軸１８内の副給水路８８と、主給水路（図示せず）から放射状に配されて副給水路８８と接続される分岐給水配管８６とを備えたものである。

また、排水側は、公転軸内の主排水路と、入口側が胴体冷却水路８２の出口側と接続される自転軸１８内の副排水路９８と、副排水路９８から主排水路（図示せず）に向かって放射状に集合されて主排水路と接続される集合排水配管９６とを備えたものである。

そして、外部冷却機（熱交換器）と接続され循環ポンプを備えた冷却水循環路１００の出口、入口はそれぞれ主ロータリジョイントを介して、前記主給水路及び主排水路と接続されている。なお、研磨槽２０における冷却水の流れ方向は、研磨槽２０における通気方向と対向する向流としたが、並流でもよい。

そして、冷却水の冷却効果を担保するために、前記同様、研磨槽２０の胴体部及び側板部の材質を熱伝導率の高い部材とし、また、ライナー層７４も熱伝達率の高い部材で形成している。

上記実施形態の使用態様も、前述の各実施形態と同様である。

本発明の研磨方法は、ワークを、断面円形長尺素材から調製した無数の切断（細断）物として、各ワークの切断端面にＲ付けを行うような重研削研磨に好適である。なお、ワークとしては、上記のような断面長尺素材物ばかりでなく，共摺り研磨できるものなら特に限定されず、例えば、プレス品のエッジ研磨にも適用可能である。

ここで断面円形長尺素材とは、棒材（ロッド材）、線材（コイル材）、管材（パイプ材）を挙げることができる。本発明の研磨方法を、適用する対象製品としては、例えば、小型モータにおけるマイクロシャフトを挙げることができる。

次に、研磨装置を用いて、コイル線材細断物からなるワークを研磨する方法について説明する（図１・５参照）。

先ず、金属製（通常スチール）のコイル線材を切断機で所定長さに切断（細断）して、無数の切断物からなるワークを調製する。

次に、遊星回転手段を操作して、即ち部分公転させて、研磨槽２０を開閉蓋２１が上側に来るように位置させた状態で、カム操作により研磨槽２０の開閉蓋２１を開いて、ワーク（被研磨物）、微粉研磨材を加工液（コンパウンド分散液）とともに投入し、開閉蓋２１を閉じる。その後、回転駆動源１２を駆動させるとともに、外部給気配管６２、外部排気配管、及び水道配管６９のバルブを開とする。

このときの研磨槽２０へ装入するワーク、微粉研磨材、加工液からなるマスの容積量は、４５％以下が望ましい。給気口５７や排気口６７から、ワークが飛び出したり、加工液及び研磨時加工液とともに流動する微粉研磨剤が流出したりするおそれがなくなる。運転中は、遠心力により流動性を有する投入体は、遠心力により研磨槽の内周壁に押し付けられながら流動回転しており、中心部は常時は空洞状態となるためである。

また、自転／公転比：１／１〜２．５／１の間で適宜設定するとともに、研磨槽の自転軸の公転軸に対する傾斜角度０〜１５°の間で適宜設定する。研磨効率及び研磨均一性が要求される場合は、自転／公転比：１．５／１〜２．５／１、望ましくは２前後とし、傾斜角度も５〜１５°、望ましくは１０°前後とする。

また、このときの基本回転数（公転回転数）は、ワーク（線材細断物）の大きさ、ワーク投入量、研磨槽容量等により異なるが、例えば、研磨槽容量８〜２０ｄｍ³の場合、１２０〜２００min^-1の範囲で適宜設定する。

そして、研磨槽の自転・公転に伴い、ワークは相互に加圧流動を繰り返し研磨される。当該加圧流動作用により、ワークのエッジ部は、優先的に摩耗されて丸みを帯びてくる。なお、微粉研磨材は、通常のバレル研磨におけるメディアの役目を担うが、メディアは研磨終了後選別して再使用するためサイズが小さくなる。しかし、微粉研磨材は一回毎の使い捨てのため、選別工程は不要である。このため、メディアを使用する場合の如く、磨耗した量のメディア補充や、槽内のメディア径の均一化等に注意を払う必要も無く、本実施形態における研磨状態は常に安定する。

こうして、マスから発生する磨耗粉が、加工液中に発生して、加工液は微粉研磨材の分散も相まって粘度の高いスラリー状態となる。この際、大量の摩擦熱が発生して、内部温度は、加工液の分散媒である水の沸点（１００℃）近くまで上昇しようとする。そして、線材がスチール（鉄系合金）の場合、水素が発生して、内部圧が増大しようとする。

この水素ガス発生は、下記化学反応に起因するものと推定される。

Ｆｅ＋２Ｈ₂Ｏ→ＦｅＯ＋Ｈ₂ ，
２Ｆｅ＋６Ｈ₂Ｏ→２Ｆｅ（ＯＨ）₃＋３Ｈ₂Ｏ
このとき、自転・公転している研磨槽２０内には軸方向に通気（給気・排気）が行われるため、研磨槽２０内に発生するガスも積極的に外部に排気されるとともに、摩擦発生熱も水冷却により奪われて被研磨物の昇温が抑制される。

このとき、水冷却は、噴霧により間欠的に行う。このとき、研磨槽胴体は、フィン付きであり、しかも、植毛により保液層が形成されており、気化熱冷却で効率よく、研磨槽胴体壁面が冷却される。

こうして、ワークのエッジ研磨中に発生するガス排気等のために研磨装置の運転を中止する必要がなく、効率よく且つ均一なエッジ研磨が一工程で可能となる。

研磨が終了したら、開閉蓋２１を閉じたまま水洗・防錆処理を行った後、開閉蓋２１が下側に位置するよう研磨槽２０を位置させ研磨槽２０内のマス（ワーク、加工液、微粉研磨材）を自重落下により取り出す。

以下、上記各実施形態に示す、研磨、洗浄、防錆処理を一連に施すことができるようにした手順について詳細に説明する（主として図８参照）。

この洗浄・防錆処理は、上記のようなワークの両端エッジにＲ付けするような重研削研磨で、しかも、製品がマイクロシャフトのような精密部品の場合は、後の本洗浄（例えば、超音波洗浄、純水洗浄）のための予備工程（仮洗浄・仮防錆）となる。研削が重研削研磨でなく、また、本洗浄も水道水のみで可能なときは、この洗浄及び防錆処理の時間を長くすれば、本洗浄、本防錆処理とすることができる。

研磨終了後に、研磨槽２０を自転させながら、研磨槽２０軸方向の通気のための一方の通気口を液供給口（図例では給気口５７）、他方の液排出口（図例では排気口６７）として、洗浄液（水道水）を通液（通水）する。具体的には、下記の如くである。

切替弁（図示せず：通常電磁切替弁とする。）を介して、分岐給気配管５６に水道配管を接続しておき、給気口５７から給水可能としておく。

切替弁を操作して給気口５７から研磨槽２０内に給水を開始する。研磨終了後の給水開始当初の研磨槽２０内水位は図８に記載のＬ１であるが、Ｌ２まで水位が上昇すれば、汚水は排気口６７から槽外へ排出される。排気口６７は小径（２０ｍｍφ）であるため、たとえ、排気口６７が図２に示すような排気通路を有しない開放型であっても、樋２４ｂなどの簡単な手段で飛散を防止できる（図２参照）。

このとき、研磨槽２０が実質的に自転のみを行っているため、マスが内部で転がり洗浄される。こうして、研磨槽２０内が通水状態を継続させることにより、洗浄が初期・中期・終期と進んで洗浄が終了する。洗浄が終了したら切替弁を閉じて、水道水の給水を止める。

続いて、研磨槽２０内に水道水（洗浄液）を残存させた状態で、さらに、給気口５７から、防錆剤を投入する。このとき、洗浄終了後であるため、研磨槽２０内に残存する水道水は綺麗な状態である。この防錆剤の投入は、給気配管の途中に、開閉弁（図示せず）を介して防錆剤供給路を設けポンプ等によって送液（供給）可能としておく。そして、連続して自転を続けることにより、ワーク（被研磨物）に防錆処理を施すことができる。

上記の各洗浄及び防錆処理における、自転回転数は、１０〜３０ｍｉｎ^-1の範囲で適宜、設定をする。また、洗浄（通水）時間及び防錆処理時間は、それぞれ前者：１０〜２０ｍｉｎ、後者：１〜３ｍｉｎの範囲で適宜設定する。

なお、上記において、研磨槽を一回転未満の部分公転をさせて間欠的に、または、各研磨槽２０の位置関係を、間欠的又は徐々に変更させながら前記洗浄及び防錆処理を実施することが望ましい。通常、洗浄水（水道水）の供給動力として水道水圧を利用するため、４個ある各研磨槽２０間にヘッド（水頭）に伴う、通水量の差が発生する。この通水量の差を補整するためである。例えば、１分ごとに９０°づつ、または、回転数１ｍｉｎ^-1とする。

以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明をする。

＜試験例１＞
研磨槽２０の材質を表１に示す２種類とし、下記運転条件で研磨を行い、研磨槽２０外側から１０分毎に水道水を噴霧して、研磨槽２０内の温度と、発生ガス量を測定した。なお、研磨槽２０は、８．５ｄｍ³（研磨槽形状：六角形）のものを４個、回転円盤１６の５９０φの円周上に自転軸１８がくるように等間隔で取付けた。

槽内温度は、１ｈ後、２ｈ後にそれぞれ直接温度計を挿入して測定した。発生ガス量は、図２の装置において、給気を行わずに排気のみとして、水中に導入して、水上置換法により測定した。

研磨運転条件
回転円盤１６回転数 １８５min^-1
ワーク充填量 １０ｋｇ／研磨槽１個
水投入量 ２Ｌ／研磨槽１個
研磨剤（アルミナ）投入量 ０．４ｋｇ／研磨槽１個
コンパウンド（研磨助剤） ５ｇ／研磨槽１個
上記試験結果を示す表１から、下記のことが分かる。

噴霧冷却をした実施例１・２は、噴霧冷却をしない比較例１・２に比して、内部温度の上昇が小さく、且つ、ガス発生量も小さい。特に、研磨槽２０の構成を、ライニング層及び本体層をそれぞれ熱伝導率の高い耐摩耗鉄及び鉄とし、本体被覆層を保液性（保水性）の高いタオル地として噴霧冷却を行った実施例１は、ライニング層：耐摩耗ゴム、本体層：鉄とした汎用の研磨槽の外面をタオル地として噴霧冷却を行った実施例２に比しても、冷却効率が良好で、内部温度の上昇及びガス発生量も格段に小さい。

＜試験例２＞
研磨槽２０の構成が実施例１のものについて、研磨槽２０の姿勢（水平又は傾斜）及び自公転比（１／１又は２／１）を変えて、運転条件を試験例１と同様とし、水道水による噴霧冷却を１０分毎に行った場合の研磨効率の判定を行った。

判定方法は、一個当りの寸法がΦ２ｍｍ×Ｌ２０ｍｍである無数のワーク（１０ｋｇ）中に、そのサイズがワークと明らかに異なるΦ７ｍｍ×Ｌ１０ｍｍのマーカーを１０個混合して２ｈ研磨加工を行った後に、１０個のマーカーの重量を測定して研磨量とそのバラツキを算出した。なお、研磨槽の傾斜角度は９°とした。

その結果を表２に示すが、研磨槽２０を傾斜させた場合は、水平状態と比較して研磨量のバラツキが小さい。これは、研磨槽２０内でワークの攪拌（撹乱）移動が円滑に行われるためと推定される。また、自転率が高い方が、研磨量が大となり、研磨効率が良好である。これは、ワークの研磨槽２０内での反転頻度が高いためと推定される。

＜試験例３＞
表３に示す各種バレル装置を使用して、ワークを、メディア（実施例はメディアの代わりに微粉研磨材）、コンパウンド及び水とともに、それぞれ記載する量を投入して、無数の線材細断物をワークとしてエッジ研磨を行った。

なお、ワークとして使用した線材細断物の寸法は、２．５φ×１６Ｌのものを使用し、また、研磨槽２０は従来の胴体（ＳＳ４００：１０mmｔ）にナイロン短繊維の静電植毛層を形成したものを使用し、傾斜角度：９°、自転／公転比：１／１とし（比較例３も同じ）、さらに水吹付を１０min間隔（吹付時間：１５ｓ）で行った。

そして、ワークの両端面のエッジ部に所定の丸みを付けるまでの時間を研磨完了とし、その時間（研磨時間）及びそのときのワーク研磨量・メディア（又は微粉研磨材）損耗量をそれぞれ測定した。表４に示す結果から下記のことが分かる。

実施例２は、研磨時間が２ｈと最も短く、ワーク（線材細断物集合体）の研磨槽２０の容量に対して投入量（処理量）も多い。このことは比較例２−１・２・３に比して、メディアを使用していないためである。格段に投入量を多くできる。したがって、ワークのエッジ研磨（重研削研磨）の生産性が格段に向上することを意味している。

また、微粉研磨材（アルミナ微粉）は、使い捨てであるが、その一回当りの使用量は、メディアの損耗量より少ない。このため、微粉研磨材は価格も通常メディアより安価であることを参酌すると、ワーク単位量当たりのランニングコストは、極めて低廉となる。

また、各比較例では、研磨終了後、メディアをワーク（製品）とを選別分離する工程が必要があるが、本実施例では共摺り研磨であるため当該工程は不要である。メディアを使用する通常の研磨では、選別を容易にするために、ワークに比して識別（選別）可能な大きさのメディアを使用する必要がある。

なお、実施例２に示すワークのエッジ研磨（共摺り研磨）を、従来の、水（冷却液）を吹き付けずに、且つ、研磨槽２０内の換気を行わずに、従来法で湿式遠心バレル研磨を行うと、研磨槽２０内の圧力上昇、水素ガス等の発生があり、連続運転が可能な時間は、３０min程度であることを本発明者らは確認している。

＜試験例４＞
冷却液（水）吹付による冷却効果を見るために、前記実施例と同構成（参考例１）、実施例でゴムライニング（７ｍｍｔ）付き（参考例２）及び実施例でタオル地被覆無し（参考例３）の各構成について、前記実施例１と換気を行わない以外は同条件で（参考例３は冷却無し）、すなわち、密閉方式で湿式遠心バレル研磨によりワークのエッジ研磨を行って、研磨槽２０内の温度を１ｈおきに、内圧及びガス発生量を０．５ｈおきにそれぞれ、ガス抜きを行って測定した。

なお、参照例２・３は、研磨槽２０内の圧力上昇速度が速く、密閉した状態では、運転を継続できないため、実施例２では０．５ｈ後に、実施例３では、最初から１０minおきにガス抜きをして、そのたび毎に発生ガス量及び圧力を計測した（参照例２及び参照例３は発生ガス量及び圧力共に累計値である。）。

試験結果を示す表５から下記のことが分かる。

保液層（タオル地）を有すると参照例１では、ワーク相互の摩擦により発生する熱が、研磨槽表面から気化熱で奪われるため、温度上昇がある程度抑えることができ、結果的に、密閉方式であっても、内圧上昇及び発生ガス量をある程度抑制することができる。しかし、換気しないため、２ｈ後の研磨槽２０内圧は、０．０８７ＭＰａであり、また、ガス発生量も合計１２．５Ｌである。このため、換気が必然的であることが分かる。

参照例２では、水吹付による冷却を行うが、ライニング層が伝熱性の低いゴム材であるため、冷却効果において劣り、内圧上昇及びガス発生の抑制効果は小さい。

参照例３では、水吹付による冷却も行わないため、内圧上昇及びガス発生の抑制効果が無く、内圧上昇速度が極めて速く、且つ、ガス発生量も極めて大きいことが分かる。

＜試験例５＞
次に、研磨終了後の後処理工程である洗浄・防錆処理における洗浄・防錆効果に関し、実用機を用いて確認した。

使用機種（実用機）：研磨槽２０を４槽取付けた「遠心バレル研磨機ＳＫＣ型」（新東ブレータ社製）の各研磨槽２０に、無数のスチール線材の細断物（φ２０ｍｍ×Ｌ２０ｍｍ）からなるワーク２０ｋｇとともに、研磨剤（アルミナ粉）１ｋｇ、研磨助剤１０ｇ及び水道水４Ｌを投入した。なお、研磨槽２０は、図５に示す仕様で、容量２０ｄｍ³のものを使用した。

そして、自転回転数：１４０ｍｉｎ^-1、自公転比１：１の条件で研磨３ｈを行った。この研磨中は、試験例１と同様にして噴霧冷却を行い研磨終了後に、洗浄及び防錆処理を連続的に行った。

洗浄の程度の評価として、研磨槽２０内の合計給水量に対し、排出水の浮遊物質量を測定し、その結果を表６に示す。最も優れた洗浄効果を得た給水量は、１２０Ｌ／槽であった。このときの、自転回転数：１５ｍｉｎ^-1、間欠公転：９０°ｍｉｎ^-1とした。

また、防錆処理では、「コンパウンドＳＬＭ」（新東ブレータ社製）１％希釈液を５Ｌ／槽に投入して２ｍｉｎ間行った。このときの、自転回転数：１５ｍｉｎ^-1とし、公転は９０°・０．５ｍｉｎ^-1とした。

本発明の研磨装置の全体概略側面図である。 本発明の研磨装置の一実施形態を示す概略部分断面図である。 図２の３−３線端面図である。 図２の４部位拡大断面図である。 本発明の研磨装置における他の実施形態を示す要部断面図である。 同じくさらに他の実施形態を示す要部断面図である。 図６の６７線端面図である。 本発明の研磨方法において本研磨工程後の洗浄についての説明用の縦モデル断面図及び同モデル断面図である。

符号の説明

１４ 公転軸
１６ 回転円盤
１８ 自転軸
２０ 研磨槽
３２ 遊星回転装置
３４ 太陽歯車
３６ 遊星歯車
５６ 分岐給気配管
５７ 給気口
５８ 副給気通路
６７ 排気口
７０ 冷却液吹付手段

Claims (22)

1. 自転と公転をする複数の研磨槽を備えた遠心型バレル研磨装置において、
   前記研磨槽に、研磨槽軸方向の通気手段、及び、適宜冷却手段を設けたことを特徴とする遠心型バレル研磨装置。
2. 前記研磨槽の通気手段が、開閉蓋を有した筒状の胴体部の少なくとも一方の側板部の中心位置又はその近傍位置に通気孔を設け、該通気孔に、前記研磨槽内に冷却用気体の給気及び／又は前記研磨槽内に発生する圧力気体を排気するための気体配管を連接したことを特徴とする請求項１記載の遠心型バレル研磨装置。
3. 前記研磨槽の冷却手段が、該研磨槽の胴体部と側板部の材質を熱伝導率が高い部材とするとともに、前記胴体部の外周面に、熱伝導率及び／又は保液率が高い部材から成る熱交換媒体で被覆する一方、
   研磨中に自転及び公転をする前記研磨槽の熱交換媒体に冷却液が吹き付けられるように冷却液吹付手段を配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の遠心型バレル研磨装置。
4. 前記研磨槽の冷却手段が、該研磨槽の胴体部及び側板部の材質を熱伝導率の高い部材とするともに、前記胴体部に冷却液通路を形成し、該冷却液通路の一方に給液路、他方に排液路をそれぞれ連通させ、さらに、給液路及び排液路を、熱交換器を備えた循環通路と接続させたことを特徴とする請求項１又は２記載の遠心型バレル研磨装置。
5. 前記研磨槽の胴体部及び側板部の内面に、交換自在に設けられた耐磨耗性のライナーの内、少なくとも前記胴体部のライナーの材質を熱伝導率の高い部材で形成したことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の遠心型バレル研磨装置。
6. 前記複数の研磨槽を収納するキャビネット本体の換気手段と、該換気手段にミストコレクターを接続したことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の遠心型バレル研磨装置。
7. 回転駆動源に連設される公転軸の両側に対向して一体化する回転円盤と；該回転円盤間に前記公転軸の周縁に等間隔となるように両側の自転軸を介して軸支させた複数の研磨槽と；前記公転軸と自転軸との間に連接し前記各研磨槽を公転・自転させる遊星回転手段とを備えた遠心型バレル研磨装置であって、
   前記各研磨槽の自転軸の軸心が、前記回転円盤の公転軸の軸心に対して、平行又は傾斜しており、
   該遊星回転手段が、各研磨槽の自転方向を公転方向と逆方向とするとともに、その自転と公転の回転数比率を前者／後者＝１／１〜２．５／１とすることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の遠心型バレル研磨装置。
8. 前記回転円盤の公転軸の軸心に対して、前記各研磨槽の自転軸の軸心が、傾斜していることを特徴とする請求項７記載の遠心型バレル研磨装置。
9. 前記公転軸の軸心に対する前記自転軸の軸心の傾斜角度が５〜１５°であることを特徴とする請求項８記載の遠心型バレル研磨装置。
10. 自転と公転をする複数の研磨槽を備えた遠心型バレル研磨装置を用いて、金属製被研磨物（以下「ワーク」という。）のエッジ部のＲ（丸み）付けを行なうバレル研磨方法であって、
    前記研磨槽内を、研磨槽軸方向の通気、及び、適宜冷却をしながら研磨することを特徴とする遠心型バレル研磨方法。
11. 研磨槽内に、前記ワークを、加工液、微粉研磨材とともに投入後、前記研磨槽の胴体外面に冷却液を間欠的又は連続的に吹き付けながら、前記研磨槽内に発生するガスの換気を行なうことを特徴とする請求項１０記載の遠心型バレル研磨方法。
12. 前記換気を研磨槽の一側壁の略中心部又はその近傍に形成した排気孔により行うことを特徴とする請求項１１記載の遠心型バレル研磨方法。
13. 前記換気を、さらに、前記排気孔を形成した一側壁の対抗壁の略中心部又はその近傍に形成した給気孔による給気の併用により行うことを特徴とする請求項１２記載の遠心型バレル研磨方法。
14. 前記研磨槽として、該研磨槽の胴体部と側板部の材質を熱伝導率が高い部材で形成するとともに、前記胴体部の外周面に、熱伝導率及び／又は保液率が高い部材から成る熱交換媒体で被覆されたものを使用することを特徴とする請求項１１、１２又は１３記載の遠心型バレル研磨方法。
15. 前記各研磨槽の自転方向を公転方向と逆方向とするとともに、自転と公転の回転数比率を前者／後者＝１／１〜２．５／１となるように、前記各研磨槽を自転・公転させることを特徴とする請求項１１〜１４いずれか記載の遠心型バレル研磨方法。
16. 前記各研磨槽の自転軸の軸心を公転軸の軸心に対して傾斜させて、前記各研磨槽を自転・公転させることを特徴とする請求項１５記載の遠心型バレル研磨方法。
17. 前記公転軸の軸心に対する前記自転軸の軸心の傾斜角度が５〜１５°であることを特徴とする請求項１６記載の遠心型バレル研磨方法。
18. 前記微粉研磨材の材質が酸化アルミナ、炭化けい素及びジルコニアの群から選択される１種又は２種以上からなることを特徴とする請求項１１〜１７いずれか記載の遠心型バレル研磨方法。
19. 前記遠心型バレル研磨方法において、研磨終了後に前記研磨槽を自転させながら、前記研磨槽軸方向の通気のための一方の給気口を液供給口とし、他方の排気口を液排出口として洗浄液を通液することにより、前記研磨槽内とワークの洗浄を行うことを特徴とする請求項１０記載の遠心型バレル研磨方法。
20. 前記各研磨槽を、一回転未満の部分公転をさせて間欠的に、又は遠心力を発生させない低速公転させて連続的に、前記各研磨槽の位置関係を変更させながら前記洗浄処理及び／又は防錆処理を行うことを特徴とする請求項１９記載の遠心型バレル研磨方法。
21. 前記洗浄処理終了後の、前記研磨槽内に洗浄液が残存する状態で、さらに、前記液供給口から防錆剤を投入後、前記研磨槽を自転させて、ワークに防錆処理を施すことを特徴とする請求項１９又は２０記載の遠心型バレル研磨方法。
22. 前記洗浄処理又は防錆処理における前記研磨槽の自転回転数を、１０〜３０ｍｉｎ^-1の範囲で設定することを特徴とする請求項１９、２０又は２１記載の遠心型バレル研磨方法。
    

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