JP2007136622A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
大きなあるいは長尺のプラスチックや金属製品の均一にかつ短時間で研磨することができる研磨装置の提供
【解決手段】
ワークを水平方向に公転及び自転させて研磨槽内のメディアの旋回流動を生じさせ研磨槽内のメディア密度を均一化させるとともに、ワークをメディア内にて上下運動させてワークとメディアの接触頻度を飛躍的に向上させ、ワーク表面を短時間に平均化して研磨する装置。
【選択図】 図２

Description

金属あるいはプラスチック材料の研磨装置に関する。

切削やプレスの加工品のバリ取りや、鋳物の表面仕上げなどには、バレル研磨が用いられる。バレル研磨とは、被加工物（以下ワークという。）と研磨材（以下メディアという。）をバレル（樽の意味）である研磨槽内に投入しバレルである研磨槽（以下研磨槽という）を回転．上下運動等させることによりワークとメディアが混合したマスを旋回流動させ相互間の摩擦力によってワークを研磨するものである。このバレル研磨方法はワークが細かいものには適している。しかしワークが大きくなるとワークとメディアが混合したマスを旋回流動させるためには研磨槽を大きくする必要があり、特に長尺のワークでは、このようなバレル研磨方法では限界がある。そのため大きなあるいは長尺のワークでは、研磨槽は固定し、ワークホルダーに長尺ワークを固定しそのワークホルダーをメディアの入った研磨槽内で回転させる研磨方法がとられている。こ研磨方法では、図３のごとくワークを設置面とほぼ垂直にしてワークホルダーに取り付けこのワークホルダーをほぼ水平に回転させワークとメディアの摩擦力によりワークを研磨することが一般的である。この方法はワークが原則的には垂直になるため、以下垂直型研磨法あるいは垂直型研磨装置ということにする。研磨の程度は加工点に加わる荷重に依存する。前記図３の垂直型研磨法では、メディアの密度が研磨槽の下部で大きくなりメディア層の上部では小さくなる。そのためかかるワークは上部に比べ下部の方が研磨されやすく、上部と下部では研磨の程度が違ってくる。またメディアにも形状、密度の差があって、形状の細かく密度の高いメディアが研磨槽の底部に集まるため、さらに上記と同じように、かかるワークでは上部より下部が研磨されやすくなる。そのために前記垂直型研磨法ではいったん研磨した後、そのワークを再度上下反対にワークホルダーに取り付け再度研磨してワークの研磨を平均化する必要があった。
特許公開２００４−９０１１３ 特許公開２００３−２９１０５９ 特許公開平１１−２１６６６０

本発明が解決しようとするところは、大きなあるいは長尺のワークについてその箇所を問わず均一にかつ短時間で研磨できる研磨装置を提供するものである。

本発明は、水平に取り付けたワークの公転および自転運動により、メディアを旋回流動させ研磨槽内のメディアの密度を均一にする。そしてワークの公転及び自転と、旋回流動するメディアの摩擦力によってワークを研磨するものである。
請求項１の発明は、メディアを収納する研磨槽と、該研磨槽内に位置し、水平方向に延びる回転中心線を持ち該回転中心線より遠心方向に所定位置離れたワークを把持するワークホルダーを持つ回転ヘッドと、該回転ヘッドを回転駆動する駆動手段とを有することを特徴とする研磨装置である。

本発明は、メディアを収納した研磨槽内にワークを水平に取り付け、ワークを回転させる回転ヘッドと、この回転ヘッドそのものを大きく回転させる回転中心からなり、この２つの回転運動によりメディアの旋回流動を生じさせ研磨槽内のメディアの密度を均一にしてワークをその箇所によらず平均化して短時間に研磨することを特長とする研磨装置である
請求項２の発明は、請求項１の発明を具体化したものである。すなわち、メディアを収納する研磨槽と、該研磨槽内に位置し、水平方向に延びる公転軸と、該公転軸に固定される回転体と、該回転体の遠心方向に所定位置離れ該公転軸に平行に固定される自転軸と該自転軸に固定されるワークを把持するワークホルダーと、該公転軸および自転軸を駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする研磨装置である。
ワークホルダーに取り付けられたワークは公転すると同時に自転している。そのワークの動きにより、メディアは旋回流動を生じつつ研磨槽内にてメディアは均一の密度を維持するようになる。またワークは公転及び自転しているためメディアとの接触頻度が格段と向上し研磨時間が短縮される。

回転体とは、公転軸に固定される円盤状のものであって、その遠心方向に自転軸が固定されるものである。
回転体に固定される自転軸は複数あることが望ましく回転体の遠心方向に均等に配置することが必要である。回転体の偏心を避け公転を円滑にするためである。
自転軸の代わりに一方にはバランサーを付けてもよい。
さらに公転軸と自転軸は同方向の回転（以下正転という。）とすることもでき反対方向の回転（以下逆転という。）にすることもできる。ワークに突起物がある場合メディアのながれる方向により強く当たる箇所と、弱く当たる箇所ができるため正転と逆転の二つの運動が必要になる。

請求項３の発明は、前記駆動手段が前記公転軸および前記自転軸をそれぞれ独立して駆動するための複数の駆動源からなる請求項２の研磨装置である。
ワークやメディアの種類によっては、１つの駆動源では回転強度が弱い場合もあるためである。またワークの形状やメディアの種類によって公転軸と自転軸の駆動源を別々にしてそれぞれ独自に回転数や回転時間を変える必要があるためでもある。
請求項４の発明は、研磨槽内において前記公転軸及び自転軸が連動して上下運動する請求項２乃至３のいずれかに記載の研磨装置である。
研磨槽内でワークを上下運動させることにより、よりメディアの旋回流動をより効率よく生じさせメディアの密度を均一にすることができ、さらにワークの研磨効率を向上させるためである。
「連動して」としたのは、公転軸および自転軸が公転、自転しつつ研磨槽内で上下運動をすることを表現するものである。
上下運動の駆動源は、駆動モーターあるいは圧縮空気等を用いることができる。

請求項５の発明は、前記公転軸と公転軸に固定された回転体を研磨槽内外に移動させる移動手段を持つ請求項２乃至４のいずれかに記載の研磨装置である。
ワークの取り付け、取り外しのためである。研磨槽の外部においてワークホルダーにワークが取り付けられる。そして公転軸および自転軸が公転及び自転し始めワークは研磨槽のメディア内にスムーズに沈んでいくことができる。該移動手段は手動あるいは自動いずれの手段でもよい。研磨終了後、ワークは研磨槽より引き上げられワークの回転は止まり、ワークがワークホルダーより取り外される。

請求項６の発明は、前記研磨槽は、前記公転軸中心線と平行な断面弧状の底面をもつ前記メディアを収納する請求項２乃至５のいずれかに記載の研磨装置である。
本研磨装置はワークを公転、自転させながら研磨槽内のメディアを旋回流動させ研磨槽内のメディア密度を均一化してワークを平均的にかつ短時間に研磨する方法である。したがって、メディアの密度を均一化するためには研磨槽の底部はメディアの旋回流動を起こしやすくするなだらかな弧状であることが望ましい。本発明では、回転体は風車の羽ように公転しその周辺部にあるワークも自転軸により自転しながらもこの回転体に従い公転しているためである。

本研磨装置ではメディアに水を使用する湿式あるいは水を使用しない乾式いずれの方式も採用することができる。

商品の多様化により研磨部品の形状も複雑となって、研磨作業は一律にすることは困難であり、人手と時間を多く必要とする。特に長尺もののワークではその傾向が強い。しかし本研磨装置を使用することにより、人手を多く必要とすることなく短時間で自動的に長尺もののワークの研磨が可能となる。

本発明を実施するための代表例を以下に示す。

図１及び図２は公転軸２と自転軸４の駆動源７を共通にした研磨装置である。駆動源としての駆動モーターの回転運動をベルトとプーリーにより公転と自転とに分けて駆動している。自転軸は回転体３の遠心方向に９０度隔てて４本ついている。自転軸の正転と逆転は図示しないクラッチ操作により切り替える方法をとっている。公転、自転の回転数、回転時間、自転軸の正転、逆転の時間、回転数は図示しない制御盤により制御している。
研磨槽の上にある公転軸に固定された回転体の遠心方向の自転軸に固定されたワークホルダー５にワーク６を取り付け、公転軸および自転軸を回転させながらメディア８の収納された研磨槽１にワークを送入する。研磨槽１に入ったワークは公転軸の上下運動によりメディア内にて振幅が短い上下の繰り返し運動をする。これが本発明の基本構成である。

ワークホルダーは自転軸に取り付けられようになっていて、ワークの形状により異なるワークホルダーを準備している。
ワークは筒状のものが多く、その内筒の内側をチャックで押圧して固定するワークホルダーが多く使用される。さらにワークの突起物に孔がある場合にはこの孔にもチャックがされてワークの把持を確実なものにしている。ワークが把持されたワークホルダーが自転軸に固定される。駆動源としてインバーター制御によるギアードモーター４を使用している。公転軸及び自転軸がゆっくり回転し始めワークが研磨槽のメディア内に沈んでいく。ワークがメディア内に沈んだ後、公転軸及び自転軸は所定の回転数となり、研磨槽の底部は弧状となっていて、メディアの旋回流動が始まる。そして研磨槽内においてメディアは均一な密度となり、ワークの公転及び自転によりワークは平均化して短時間に研磨される。

オートバイ部品である長さ約２５cm、直径約５cmの円筒形のアウターチューブ（図４）を前記垂直型研磨法と本発明の基本構成である水平型研磨法にて研磨した。
垂直型研磨法では公転の回転数を50ｒｐｍ自転の回転数を100ｒｐｍとした。水平型研磨法も垂直型研磨法と同じく公転は50ｒｐｍ自転を100ｒｐｍとした。
垂直法での光沢メディアを用いた研磨結果は表１のようになった。さらに垂直法での切削メディアを用いた研磨結果は表２のようになった。
垂直型研磨法ではワークのエリアにより研磨あるいは研削の結果が異なってくることが表１及び２より明らかである。しかし、本発明である水平型研磨法では光沢メディアを使用したときは３分の研磨時間でワーク全体の光沢は十分に生じ前工程の研磨跡は残らずさらに突起物の変形もなかった。また、水平型研磨法で研削メディアを用いたときには、研磨時間５分で良好な研削ができ前工程の研磨跡は残らず突起物の形状は崩れていなかった。

表1 垂直法で光沢メディアを使用した研磨法結果

＃１ メディアの跡が残るのは切削過剰になった場合である。
表２ 垂直法で切削メディアを使用した研磨結果

本発明の研磨装置 正面図 本発明の研磨装置 側面図 垂直型研磨法の概略図 実施例２の試験用サンプル

符号の説明

１：研磨槽 ２：公転軸 ３：回転体 ４：自転軸 ５：ワークホルダー ６：ワーク ７：駆動源 ８：メディア（研磨材）

Claims (6)

1. メディアを収納する研磨槽と、該研磨槽内に位置し、水平方向に延びる回転中心線を持ち該回転中心線より遠心方向に所定位置離れたワークを把持するワークホルダーを持つ回転ヘッドと、該回転ヘッドを回転駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする研磨装置。
2. メディアを収納する研磨槽と、該研磨槽内に位置し水平方向に延びる公転軸と、該公転軸に固定される回転体と、該回転体の遠心方向に所定位置離れ該公転軸に平行に固定される自転軸と、該自転軸に固定されるワークを把持するワークホルダーと、該公転軸および自転軸を駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする研磨装置。
3. 前記駆動手段が前記公転軸および前記自転軸をそれぞれ独立して駆動するための複数の駆動源からなる請求項２の研磨装置。
4. 研磨槽内において前記公転軸及び自転軸が連動して上下運動する請求項２乃至３のいずれかに記載の研磨装置。
5. 前記公転軸と公転軸に固定された回転体を研磨槽内外に移動させる移動手段を持つ請求項２乃至４のいずれかに記載の研磨装置。
6. 前記研磨槽は、前記公転軸中心線と平行な断面弧状の底面をもつ前記メディアを収納する請求項２乃至５のいずれかに記載の研磨装置。

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