JP2008221446A - 微小試験片研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小試験片を曲げたり損傷させたりさせにくく、作業効率がよく、製作される微小試験片の品質を均一とすることのできる微小試験片研磨装置を提供する。
【解決手段】紐状部材１３を使用して円形断面を持つ微小試験片３の表面を研磨する微小試験片研磨装置１であって、紐状部材送出回収手段１０と、研磨材付着手段２０と、把持回転手段３０と、押圧走査手段４０とから構成され、紐状部材送出回収手段１０により送出された紐状部材に研磨材付着手段２０で研磨材を付着させる。その後、把持回転手段３０により把持回転された微小試験片３に研磨剤を付着させた紐状部材１３を押圧走査手段４０により押圧走査させて微小試験片３の研磨を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は円形断面を持つ棒状部材の表面を研磨して微小試験片を製作する微小試験片研磨装置に関する。

従来、円形断面を持つ棒状部材の表面を研磨して微小試験片を製作する微小試験片研磨装置としては、下記特許文献１に示すような試験片の研削装置が提供されている。
特開２００１−３１５０４３号公報

上記特許文献１に示す試験片の研削装置は、円柱状の砥石を用いて被加工片を研削することで試験片の軸方向に平行な研磨痕を残せることや試験片の表面の粗度を均一にできる点に利点があるものである。
しかし、上記特許文献１に示す試験片の研削装置は、砥石を被加工片に押圧させて研削を行う構成であることから、研磨を行う試験片が特に微小な試験片である場合には曲げたり損傷させ易いという問題があった。

そこで本発明は上記従来技術における問題点を解決し、微小試験片を曲げたり損傷させたりさせにくく、作業効率がよく、製作される微小試験片の品質を均一とすることのできる微小試験片の研磨装置の提供を課題とする。

上記課題を達成するための本発明の微小試験片研磨装置は、紐状部材を使用して円形断面を持つ微小試験片の表面を研磨する微小試験片研磨装置であって、紐状部材を送出し回収する紐状部材送出回収手段と、送出された紐状部材に研磨材を付着させる研磨材付着手段と、研磨される微小試験片を把持して回転させる把持回転手段と、回転された微小試験片の表面に研磨材を付着させた紐状部材を押圧させ、走査させる押圧走査手段とからなることを第１の特徴としている。
また本発明の微小試験片研磨装置は、上記第１の特徴に加えて、研磨材付着手段における紐状部材への研磨材の付着は、加湿させた紐状部材に研磨材を付着させて行うことを第２の特徴としている。
また本発明の微小試験片研磨装置は、上記第１又は第２の特徴に加えて、押圧走査手段は、研磨材を付着させた紐状部材を微小試験片の軸方向に直角に押圧させ、その状態で研磨材を付着させた紐状部材を微小試験片の軸方向に遥動させることからなることを第３の特徴としている。

請求項１に記載の微小試験片研磨装置によれば、紐状部材を送出し回収する紐状部材送出回収手段を設ける構成としていることから、紐状部材の送出、回収をスムーズに行うことができる。また送出された紐状部材に研磨材を付着させる研磨材付着手段を設ける構成としていることから、紐状部材に研磨材を確実に付着させることができる。また研磨される微小試験片を把持して回転させる把持回転手段を設ける構成としていることから、研磨される微小試験片を確実に把持させ、その状態のまま回転させることができる。また回転された微小試験片の表面に研磨材を付着させた紐状部材を押圧させ、走査させる押圧走査手段を設ける構成としていることから、回転された微小試験片の表面に研磨材を付着させた紐状部材を確実に接触させることができる。またその状態で走査させることで、粗加工で研磨部分に生じた表面硬化層の研磨を精度よく、精密に行うことができる。

請求項２に記載の微小試験片研磨装置によれば、上記請求項１に記載の構成による効果に加えて、研磨材付着手段における紐状部材への研磨材の付着は、加湿させた紐状部材に研磨材を付着させて行う構成としていることから、紐状部材を加湿させることで研磨材を付着させ易くすることができる。よって紐状部材への研磨材の付着を効率的に行うことができる。

請求項３に記載の微小試験片研磨装置によれば、上記請求項１又は２に記載の構成による効果に加えて、押圧走査手段は、研磨材を付着させた紐状部材を微小試験片の軸方向に直角に押圧させ、その状態で研磨材を付着させた紐状部材を微小試験片の軸方向に往復移動させる構成としている。これによって研磨材を付着させた紐状部材を微小試験片の軸方向に常に直角に押圧させた状態で研磨を行うことができ、ムラのない研磨を実現することができる。

以下の図面を参照して、本発明の実施形態に係る微小試験片研磨装置について説明する。

図１は本発明に係る微小試験片研磨装置の基本的構造及び機能を示す斜視図である。図２は本発明の実施形態に係る微小試験片研磨装置の概略構造を示す正面図である。図３は本発明の実施形態に係る微小試験片研磨装置の概略構造を示す右側面図である。図４は本発明の実施形態に係る微小試験片研磨装置の概略構造を示す平面図である。図５は図１に示す微小試験片研磨装置のアーム本体の変形例を示す斜視図である。

まず図１を参照して、本発明に係る微小試験片研磨装置１の基本的構造及び機能を説明する。
微小試験片研磨装置１は、荒削りされた微小試験片３の研磨仕上げ部分の研磨を行い、微小試験片３を製作する装置である。この微小試験片研磨装置１は、紐状部材送出回収手段１０と、研磨材付着手段２０と、把持回転手段３０と、押圧走査手段４０とから構成される。まず紐状部材送出回収手段１０により送出された紐状部材１３に、研磨材付着手段２０で研磨材を付着させる。その後、把持回転手段３０により把持回転された微小試験片３に研磨材を付着させた紐状部材１３を押圧走査手段４０により押圧走査させて、微小試験片３の研磨を行う装置である。

次に図１で示す本発明に係る微小試験片研磨装置１の実施形態について、図２〜図４を参照して更に詳細に説明する。
微小試験片研磨装置１は、基台２に取り付けられる紐状部材送出回収手段１０と、研磨材付着手段２０と、把持回転手段３０と、押圧走査手段４０とから構成される。

前記紐状部材送出回収手段１０は、紐状部材を送出させ、回収させるための手段である。この紐状部材送出回収手段１０は、図２、図４に示すように送出部１１と、回収部１２と、紐状部材１３とから構成される。

前記送出部１１は、紐状部材１３を送出させるための部である。この送出部１１には、図４に示すように、紐状部材１３が巻き付けられたローラ１１ａが備えられている。紐状部材１３が回収部１２により巻き取られることで、送出部１１から紐状部材１３が送出される。なおローラ１１ａには、テンション調整用可変ブレーキが備え付けられている。これによって送出部１１から回収部１２までの紐状部材１３の張力を常に一定に保持させることができる。よって微小試験片３を均一に研磨させることができる。

前記回収部１２は、送出部１１から送出された紐状部材１３を回収させるための部である。この回収部１２は、図４に示すように、紐状部材１３を巻き付けさせるローラ１２ａにモータ１２ｂが取り付けられている。モータ１２ｂによりローラ１２ａを回転させることで、紐状部材１３をローラに巻き付けさせて回収させる。モータの回転は減速機により所定の速度に減速される。
なお紐状部材１３の回収方法は、必ずしもローラに巻き付けさせるものとする必要はなく、如何なるものであってもよい。例えばローラを上下に設け、上下ローラの摩擦力によって紐状部材１３を送り、容器に回収するようなものとすることもできる。

前記紐状部材１３は、研磨材を付着させて微小試験片３の表面を研磨させるための部材である。
紐状部材としては、例えば糸を用いることができる。糸は質量が小さく、厚みが薄く、幅が細い部材であることから、微小試験片３に押圧させて研磨を行う場合でも微小試験片３との接地面にかかる荷重が小さい。更に柔軟性を有することから、微小試験片３に押圧させると押し潰された状態となり、接地面積を広げる。よって微小試験片３との接点にかかる垂直方向の荷重を分散させ、一段と小さくできる。よって微小試験片３を曲げたり、損傷させたりすることのない微小試験片研磨装置１とすることができると共に、精密な研磨を行うことができる。これによって微小試験片３の荒削り過程で生じた表面硬化層や歪層をミクロンオーダ等の微小厚で削り取ることができる。糸としては、研磨時に容易に切断しない強度を有するものであれば、天然繊維糸、合成繊維糸等の如何なる糸を用いてもよい。またその構造も研磨材を容易に付着させることができるものであれば、如何なる構造であってもよい。例えば多孔質糸、中空糸、スパイラル糸、繊維質糸、不織糸等を用いることができるが、特に純綿水糸（いわゆるたこ糸）とすることが望ましい。

純綿水糸は複数本の糸がねじられ、束ねられて合成されている。よって通常の糸よりも強固な引っ張り強度を有するので、研磨中に糸が切断されることを確実に防止できる。また束ねられている糸と糸との間に空気を多く含むことで、空気がクッションとなり、糸がもつ柔軟性を更に向上させることができ、一段と微小試験片３を曲げたり、損傷させたりすることのない微小試験片研磨装置１とすることができる。更に複数本の糸がねじられ、束ねられていることで、１本の糸よりも表面積を大きくでき、且つ糸と糸との間に研磨材を入り込ませることができるので非常に効率的な研磨を行うことができる。
なお糸の断面形状としては、例えば円形、四角形等何れの形状を用いてもよいし、本数も本実施の形態のものに限られない。
このように紐状部材送出回収手段１０を設けることで、紐状部材１３の送出、回収を円滑に行うことができると共に、一定の張力を維持しつつ、紐状部材１３が切断されるおそれのない微小試験片研磨装置１とすることができる。

前記研磨材付着手段２０は、紐状部材１３に研磨材を付着させるための手段である。この研磨材付着手段２０は、図２に示すように、送出部１１と把持回転手段３０との間に設置され、液体容器２１と、研磨材容器２２と、滑車２３とから構成される。

前記液体容器２１は、紐状部材１３を加湿させるための液体を入れておくための容器である。また図２に示すように、紐状部材１３の進行方向に対して研磨材容器２２よりも上流に設置される。液体は紐状部材１３の素材により適宜変更可能である。例えば水を用いることができる。
このように紐状部材１３を液体で加湿させる構成とすることで、その後、粉末状である研磨材の付着を効率的に行わせることができる。また研磨時には摩擦熱が生じるところ、摩擦熱を冷却させることができ、摩擦熱に伴う微小試験片３の変形等を防止することができる。また研磨時の潤滑油となると共に、研磨時に生じる微細な研磨屑を紐状部材１３に付着させて運び去ることができる。特に紐状部材１３が糸である場合には、糸は液体に対する高い吸水力を有することから効果的に加湿させることができる。

前記研磨材容器２２は、紐状部材１３に付着させる粉末状の研磨材を入れておくための容器である。また図２に示すように、紐状部材１３の進行方向に対して液体容器２１よりも下流に設置される。研磨材としてはアルミナ微粉とするが、その他、珪藻土等の天然の研磨材や炭化ケイ素等の人工の研磨材の何れを用いてもよい。またその粒度は研磨の程度に応じて変更することになる。

前記滑車２３は、紐状部材１３の進行方向を変化させるための部材である。隣り合う滑車２３において紐状部材１３を上下交互に通過させることで、紐状部材１３の進行方向を変化させる。
この滑車２３は、図２に示すように、液体容器２１と研磨材容器２２の中及び外に設置されて紐状部材１３が通される。このような構成とすることで、送出された紐状部材１３は滑車２３に沿って巻き取られていくところ、まず液体容器２１の中を通過させることで加湿させることができ、その後研磨材容器２２の中を通過させることで、加湿させた紐状部材１３の表面に粉末状の研磨材を効率的に付着させることができる。
このように研磨材付着手段２０を設けることで、紐状部材１３への研磨材の付着を効率的に行うことができる。

前記把持回転手段３０は、図２、図３に示すように基台２の上部、下部に設置され、微小試験片３を把持させ、回転させるための手段である。この把持回転手段３０は、図３に示すように、把持部３１と、回転部３２とから構成される。

前記把持部３１は、微小試験片３を把持させるための部である。この把持部３１は、図２に示すように微小試験片３の両端を把持させる１対の把持子から構成され、回転部３２に取り付けられている。このような構成とすることで一対の把持子で微小試験片３を強固に把持させることができると共に、回転部３２が回転されることで１対の把持子が同期回転され、把持させている微小試験片３を回転させる。微小試験片３の回転方向は、図１に示すように紐状部材１３との接触面において、紐状部材１３の進行方向と同じ方向である。このような構成とすることで微小試験片３の軸方向に垂直な向きにおいては、研磨材が付着された紐状部材１３と微小試験片３とが擦り合わされ、摩擦を生じさせることがない。よって微小試験片３の軸方向と垂直な向きに研磨痕がつくことを防止できる。従って微小試験片３の軸方向と垂直な向きに研磨痕がつくことによる微小試験片３の亀裂やひび割れを防止することができる。また微小試験片３の軸方向に垂直な向きにおいては、摩擦熱を発生させることを防止でき、摩擦熱に伴う微小試験片３の変形を防止することができる。

前記回転部３２は、把持部３１を回転させるための部である。この回転部３２は、図３に示すように、基台２の下部に取り付けられたモータ３２ａを回転させ、減速機を介して一対の下部回転ローラ３２ｂ、３２ｂを回転させる。これによって一対の上部回転ローラ３２ｃ、３２ｃが同期して回転され、把持部３１を回転させる。
このように把持回転手段３０を設けることで微小試験片３を強固に把持させ、その状態で回転させることができる。

前記押圧走査手段４０は、把持回転手段３０により把持回転された微小試験片３の表面に紐状部材１３を押圧させ、走査させるための手段である。この押圧走査手段４０は、図３に示すように、モータ４１と、走査アーム４２と、押圧ローラ４３とから構成される。

前記走査アーム４２は、紐状部材１３を微小試験片３の表面に押圧させた状態で走査させるための部材である。この走査アーム４２は、図３、図４に示すように、連結棒４２ａ、アーム本体４２ｂ、一対の先端アーム４２ｃ、一対の押圧ローラ取付けアーム４２ｄとから構成される。また、図３、図４に示すように、連結棒４２ａには、アーム本体４２ｂが取り付けられている。アーム本体４２ｂには先端アーム４２ｃが取り付けられている。先端アーム４２ｃには押圧ローラ取付けアーム４２ｄが取り付けられている。押圧ローラ取付けアーム４２ｄには押圧ローラ４３が取り付けられている。

前記連結棒４２ａは、モータ４１で発生される回転運動を直線往復運動に変換させ、アーム本体４２ｂを微小試験片３の軸方向に平行に往復移動させる。これによってアーム本体４２ｂと一体に先端アーム４２ｃ、押圧ローラ取付けアーム４２ｄ、押圧ローラ４３の全てを一括させて微小試験片３の軸方向に平行に往復移動させることができる。

前記アーム本体４２ｂは、先端アーム４２ｃを取り付けるための部材である。図４に示すようにコ字を下向きにしたような形状で、微小試験片３を挟み紐状部材１３の進行方向に対して上流下流側で対称な形状をしている。このような構成とすることで一対の先端アーム４２ｃ、一対の押圧ローラ取付けアーム４２ｄ、一対の押圧ローラ４３を、微小試験片３を挟んで対称に取り付け、往復移動させることができる。

前記先端アーム４２ｃは、押圧ローラ取付けアーム４２ｄを取り付けるための部材である。図３に示すように、アーム本体４２ｂの先端に基台２に対して略垂直に一対取り付けられている。また、アーム本体４２ｂの先端よりも微小試験片３側へ内向き傾斜した形状となっている。このように内向き傾斜した形状とすることで、一対の押圧ローラ取付けアーム４２ｄ、一対の押圧ローラ４３を微小試験片３側へより近づけた位置に配置させることができる。これにより微小試験片３から一対の押圧ローラ４３までの紐状部材１３の長さをより短くできる。従って微小試験片３に押圧されている紐状部材１３に弛みを生じさせにくくでき、一段と効率的な紐状部材１３での押圧が可能となる。更に微小試験片３から押圧ローラ４３までの、いわゆるＺ軸方向の距離を同じとした場合において、紐状部材１３と微小試験片３との接触面の頂上を頂点とし、一対の押圧ローラ４３までを二辺とした二等辺三角形の頂角をより鋭角にさせることができる。これにより紐状部材１３と微小試験片３との接触面をより多くさせることができる。よって研磨面積をより拡大させることで研磨時間の短縮を図ることができ、非常に効率のよい微小試験片研磨装置１とすることができる。

前記押圧ローラ取付けアーム４２ｄは、押圧ローラ４３を取り付けるための部材である。図４に示すように、先端アーム４２ｃに微小試験片３の軸方向に平行に一対取り付けられている。またこの一対の押圧ローラ取付けアーム４２ｄは、微小試験片３よりも基台２側に取り付けられ、微小試験片３を挟んで紐状部材１３が押圧ローラ４３の下側を通過するように通されている。このような構成とすることで、紐状部材１３で微小試験片３を上側から下側へ押圧させることができ、紐状部材１３で研磨を行うことが可能となる。
また紐状部材１３が特に糸である場合には、微小試験片３の上側から下側へ押圧させることで、微小試験片３との接触を点ではなく、微小試験片３の上部を這う様に接触させることが可能となる。よって、その状態で紐状部材１３を微小試験片３の軸方向に垂直に往復移動させて研磨を行うことから、研磨できる面積をより大きくさせることができる。従って研磨時間を短縮させることができ、非常に効率のよい微小試験片研磨装置１とすることができる。
更に加湿された糸が微小試験片３に上側から下側へ押圧されることで、糸に給水されている液体が微小試験片３の上側表面に絞り出される。微小試験片３は円形断面を持つことから、上側表面に絞り出された液体は微小試験片３の表面をつたって下側へと自然と広がってゆく。更に微小試験片３は回転され、紐状部材１３は微小試験片３の表面を軸方向に往復移動されることから、微小試験片３の表面全体を液体で覆われるような状態とすることができる。従って液体が潤滑油となり、スムーズな研磨が可能となると共に、摩擦熱を冷却させることができ、摩擦熱に伴う微小試験片３の変形を防止することができる。
なお走査アーム４２の構成は、本実施の形態に限られるものではなく、例えば図５に示すような構成であっても勿論よい。図５に示す微小試験片研磨装置１は、図１における研磨装置１のアーム本体４２ｂの構成を一部変更したものである。同一機能を果たす部材、要素には同一番号を付して説明を省略するものとする。

前記押圧ローラ４３は、紐状部材１３を通過させるための部材である。図４に示すように、一対の押圧ローラ４３の紐状部材１３との接触部分を結ぶラインが微小試験片３の軸方向と直角になるように取り付けられている。このような構成とすることで、研磨を行う紐状部材１３を微小試験片３の研磨面に常に直角に押圧させることができる。これによって微小試験片３の回転方向を紐状部材１３との接触面において、紐状部材１３の進行方向と同じ方向とすることができる。よって微小試験片３の軸方向と垂直な向きに研磨痕がつくことを防止できる。従って微小試験片３の軸方向と垂直な向きに研磨痕がつくことによる微小試験片３の亀裂やひび割れを防止することができる。
また一対の押圧ローラ４３、４３は、押圧ローラ取付けアーム４２ｄ、４２ｄに取り付けられた状態で、上下方向に位置調節ができるように構成されている。押圧ローラ４３、４３を上下方向に位置調節可能とすることで、微小試験片３に対する紐状部材１３の押付け力を調節することができる。
このように押圧走査手段４０を設けることで、微小試験片３を効率的に研磨することができる。

ここで本発明の実施形態に係る微小試験片研磨装置１による処理の流れについて、図２を参照して概説する。
まず送出部１１より送出された紐状部材１３が液体容器２１で加湿される。そして研磨材容器２２で紐状部材１３に研磨材が付着される。そして把持回転手段３０により把持回転された微小試験片１３の表面に、押圧走査手段４０により研磨材が付着された紐状部材１３が軸方向に直角に押圧され、その状態で軸方向に往復移動されて研磨が行われる。そして回収部１２により紐状部材１３が回収される。

以上のように、本発明の微小試験片研磨装置によれば、紐状部材に研磨材を付着させて微小試験片の研磨を行うことで、微小試験片の研磨を精度よく、精密に行うことができると共に、微小試験片を曲げたり損傷させたりすることを防止できる。また人手を介することなく自動的且つ連続的に微小試験片の研磨を行うことができ、非常に作業効率を向上させることができると共に、製作される微小試験片の品質を均一なものにできる。

なお本発明は本実施の形態に限られるものではなく、任意好適な様々な変更が可能である。例えば、本実施の形態においては研磨材付着手段における紐状部材への研磨材の付着は液体容器と研磨材容器とを分けて行う構成としたが、このような構成とせず、１つの容器の中に液体と研磨材とを混合させて研磨段階よりも上流で紐状部材に付着させるようなものであってもよいし、混合液を研磨段階で微小試験片の上部から滴下させ、微小試験片と紐状部材とに付着させるようなものであってもよい。また予め研磨材を含有させた紐状部材を用いるものであっても勿論よい。
また紐状部材による微小試験片の押圧は微小試験片の上部から行う構成としたが、このような構成とせず、微小試験片の下部から行う構成としてもよいし、走査方向も適宜変更可能である。
また先端アーム、押圧ローラ取付けアームは全て固定されている構成としたが、このような構成とせず、何れか若しくは何れもが移動可能な構成としてもよい。このような構成とすることで、微小試験片の材質、形状などに適宜適合させることができる。また研磨範囲や押圧させる紐状部材の押圧力などを適宜変更させることができ、１台の微小試験片研磨装置で様々な研磨を行うことができる。
また押圧ローラ取付けアームにバネを設けるような構成とすることもできる。このような構成とすることで遥動ローラがバネに付勢されることとなり、微小試験片に反りや変形がある場合でも紐状部材が微小試験片の形状に応じて動くこととなり、微小試験片の形状に合せて研磨を行うことができる。

本発明に係る微小試験片研磨装置の基本的構造及び機能を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る微小試験片研磨装置の概略構造を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る微小試験片研磨装置の概略構造を示す右側面図である。 本発明の実施形態に係る微小試験片研磨装置の概略構造を示す平面図である。 図１に示す微小試験片研磨装置のアーム本体の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 微小試験片研磨装置
２ 基台
３ 微小試験片
１０ 紐状部材送出回収手段
１１ 送出部
１２ 回収部
１３ 紐状部材
２０ 研磨材付着手段
２１ 液体容器
２２ 研磨材容器
２３ 定滑車
３０ 把持回転手段
３１ 把持部
３２ 回転部
３２ａ モータ
３２ｂ 下部回転ローラ
３２ｃ 上部回転ローラ
４０ 押圧走査手段
４１ モータ
４２ 走査アーム
４２ａ 連結棒
４２ｂ アーム本体
４２ｃ 先端アーム
４２ｄ 押圧ローラ取付けアーム
４３ 押圧ローラ

Claims (3)

1. 紐状部材を使用して円形断面を持つ微小試験片の表面を研磨する微小試験片研磨装置であって、紐状部材を送出し回収する紐状部材送出回収手段と、送出された紐状部材に研磨材を付着させる研磨材付着手段と、研磨される微小試験片を把持して回転させる把持回転手段と、回転された微小試験片の表面に研磨材を付着させた紐状部材を押圧させ、走査させる押圧走査手段とからなることを特徴とする微小試験片研磨装置。
2. 研磨材付着手段における紐状部材への研磨材の付着は、加湿させた紐状部材に研磨材を付着させて行うことを特徴とする請求項１に記載の微小試験片研磨装置。
3. 押圧走査手段は、研磨材を付着させた紐状部材を微小試験片の軸方向に直角に押圧させ、その状態で研磨材を付着させた紐状部材を微小試験片の軸方向に往復移動させることからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の微小試験片研磨装置。

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