JP2010005712A - バレル研磨方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心バレル方式のバレル加工において、ワークの構成材料の種類・特性に関わらず、不良率が低くて歩留まり良好で、高い加工効率が得られる汎用性の高いバレル研磨技術を提供する。
【解決手段】ワークと研磨材を充填収容するバレル槽の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更することにより、脆性材料からなるワークを含めて、ワークの構成材料の種類・特性に関わらず、不良率を低く抑えつつ、加工効率の高いバレル研磨加工を実現する。
【選択図】図６

Description

本発明はバレル研磨方法および装置に関し、さらに詳細には、工作物と研磨材を充填収容するバレル槽が水平方向に公転する形式のバレル研磨技術に関する。

バレル研磨技術は、各種工作物（以下、ワーク）の中間および／または最終仕上げ工程において、バリ取り、平滑仕上げ、鏡面仕上げあるいはＲ付け等の目的で採用されており、その基本原理は、研磨材（メディア）とワークをバレル槽内に所定の割合で混合して充填するとともに、目的に応じて工作液を加え、このバレル槽に一定の運動を与えて、これらワークと研磨材の擦れ合いによりワークを研磨する。

そして、バレル槽に運動を与える方法として、回転バレル、振動バレル、遠心バレルおよび渦流バレルなどの研磨方式が存在するが、特に、遠心バレル方式は、加工能力が高く各種製造分野で広く採用されている。

この遠心バレル方式においては、回転テーブル上に自転可能に設けられたバレル槽が、上記回転テーブルの回転によって自転しながら公転（遊星旋回）することで、バレル槽内のワークと研磨材に遠心力を与えて、これらワークと研磨材の擦れ合いによりワークが研磨される。なお、上記バレル槽の自転運動は、公転速度の１／２程度の自転速度をもって、公転方向と同一または逆方向に自転される（例えば、非特許文献１参照）。

ところで、従来の遠心バレル方式のバレル研磨装置においては、その加工技術の単純さから、装置構成もきわめて単純で、上記回転テーブルを一定の回転速度で回転駆動する駆動モータと、上記回転テーブルの回転運動を伝動ベルトにより上記バレル槽の回転軸に伝達してバレル槽に自転運動を行わせるという構成で、装置操作部も、起動・停止スイッチに加えて、速度設定部と運転時間設定部を備える程度の非常に簡素なものであった。

したがって、実際のバレル加工に際しては、装置操作部により、対象となるワークの形状寸法や構成材料に合わせて、速度設定部により回転テーブルおよびバレル槽の公転・自転速度を設定するとともに、運転時間設定部により運転時間を設定した後、起動・停止スイッチにより装置を運転開始させることで、回転テーブルおよびバレル槽がそれぞれ回転動作して、これにより、バレル槽が予め設定された時間だけ、所定の一定速度をもって自転しながら公転して、バレル槽内のワークが研磨されていた。

ところで、バレル加工の対象となるワークは、金属材料から非金属材料まで多岐にわたっているが、近時は電子機器類の飛躍的な発達に伴う半導体関連の電子部品も新たな対象ワークとして注目されてきている。特に、電子部品の主要構成材料であるセラミックス、あるいはフェライト等の脆性材料ないしは硬脆性材料からなるワークについては、従来のような一般的なバレル加工が困難であった。

すなわち、例えば、セラミックスからなる半導体部品等のワークの場合、構成材料の脆性ゆえに、ワーク同士あるいは研磨材との衝突や擦れ合いにより、ワークに割れや欠け等が生じやすく、バリの除去と同時にワーク本体にチッピングが生じて、ワークの不良率が非常に高い。

この問題を解消しようとするには、バレル槽の公転速度を低く抑えることが考えられるが、これでは加工時間が大幅に長くなって、加工効率が極端に低下してしまうという問題があるが、これが脆性材料からなるワークについてのバレル加工の現状である。
（社）砥粒加工学会編著、「図解 砥粒加工技術のすべて」株式会社工業調査会、２００６年９月１日発行、ｐ．１０６〜１０７

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、遠心バレル方式のバレル加工において、ワークの構成材料の種類・特性に関わらず、不良率が低くて歩留まり良好で、しかも高い加工効率が得られる汎用性の高いバレル研磨方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的とするところは、上記バレル研磨方法を有効に実施する構成を備えたバレル研磨装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のバレル研磨方法は、ワークと研磨材が充填収容されたバレル槽を水平方向に公転させることにより、バレル槽内のワークと研磨材に遠心力を与えて、これらワークと研磨材の擦れ合いによりワークを研磨するバレル研磨方法であって、バレル槽の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するようにしたことを特徴とする。

好適な実施態様として、以下の構成が採用される。
（１）上記研磨工程の初期におけるバレル槽の公転速度は、ワークのバリを軽除去する低速度に設定し、上記研磨工程の仕上期におけるバレル槽の公転速度は、ワークの角部を面取りするとともに表面研磨を行う高速度に設定する。

（２）上記バレル槽の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて段階的に低速から高速に変更するようにした。

（３）上記バレル槽の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて連続的に低速から高速に変更するようにした。

（４）上記研磨工程の完了後に、この研磨工程の仕上期における公転速度をもってバレル槽を逆方向へ公転させるようにした。

（５）上記バレル槽を、垂直な公転軸に対して、その軸線を傾斜した状態で設けられた筒形容器で構成して、上記公転軸まわりに上記公転速度をもって公転させるとともに、この公転速度の−１／２０〜１／２０の自転速度で垂直軸まわりに自転させる。

（６）上記バレル槽の自転速度が上記公転速度の−１／３０〜−１／４０である。

（７）上記バレル槽の自転速度が上記公転速度の１／４０〜１／３０である。

（８）上記バレル槽の軸線の傾斜角度が１０度〜３０度である。

（９）上記バレル槽の公転速度は１００〜３００回転／分である。

また、本発明のバレル研磨装置は、ワークと研磨材が充填収容されたバレル槽が水平方向に公転することにより、バレル槽内のワークと研磨材に遠心力が与えられて、これらワークと研磨材の擦れ合いによりワークを研磨するバレル研磨装置であって、筒形容器からなるバレル槽と、このバレル槽を水平方向へ公転させる公転手段と、この公転手段を自動制御する制御手段を備えてなり、この制御手段は、上記バレル槽の公転速度が研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するように、上記公転手段の駆動源を駆動制御するように構成されていることを特徴とする。

好適な実施態様として、以下の構成が採用される。
（１）上記制御手段は、上述したバレル研磨方法を実行するように、上記公転手段の駆動源を駆動制御するように構成される。

（２）上記公転手段は、垂直な回転主軸に対して水平に取り付けられて、所定の速度をもって回転駆動される回転テーブルと、上記回転主軸を回転駆動する上記駆動源とを備え、上記回転テーブル上に、上記バレル槽が自転手段を介して自転可能に設けられてなり、上記制御手段による上記駆動源の駆動により、上記回転テーブルが水平回転するとともに、この回転テーブルの回転に上記自転手段が連動して、上記バレル槽は、上記回転主軸まわりに上記公転速度をもって公転するように構成される。

（３）上記バレル槽は、上記回転テーブル上に回転可能に支持された回転支軸に、上記回転テーブルの回転主軸に対して傾斜した状態で取り付けられる。

（４）上記バレル槽の軸線の傾斜角度は１０度〜３０度に設定される。

（５）上記自転手段は、上記回転主軸と同心状に設けられた太陽歯車と、上記回転支軸に同心状に設けられた遊星歯車とを含んでなる遊星歯車機構の形態とされる。

（６）上記バレル槽は、上記自転手段により、上記公転速度の−１／２０〜１／２０の自転速度で自転するように構成される。

（７）上記バレル槽の公転速度は１００〜３００回転／分である。

（８）上記バレル槽の公転速度を設定するための公転速度設定手段を備える。

本発明によれば、遠心バレル方式のバレル加工において、バレル槽の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するようにしたから、ワークの構成材料の種類・特性に関わらず、不良率が低くて歩留まり良好で、しかも高い加工効率が得られる汎用性の高いバレル研磨技術を提供することができる。

特に、電子部品の主要構成材料であるセラミックス、あるいはフェライト等の脆性材料ないしは硬脆性材料からなるワークについても、研磨工程の開始時点を含む初期においては、バレル槽の公転速度を低速にすることで、ワーク同士あるいは研磨材との衝突や擦れ合いを軽度に抑えて、ワークの割れや欠け等の発生を防止しつつ、バリを軽く除去するとともに、その後バレル槽の公転速度を徐々に上昇させていき、ワークのバリを除去しつつ角部の面取り研磨を行い、終盤の仕上期においては高速の公転速度をもってワークの仕上げ加工である表面研磨を行うようにすることで、従来脆性材料であるワークゆえの問題となっていたチッピングの発生を有効に防止しつつ加工時間を抑えて高い加工効率のバレル研磨加工を実現することが可能となった。

また、遠心バレル方式のバレル加工において、バレル槽の軸線を回転テーブルの垂直な公転軸に対して傾斜した状態で配置して、バレル槽を、上記公転軸まわりに公転させるとともに、この公転速度の−１／２０〜１／２０の自転速度で垂直軸まわりに自転させるようにすることにより、バレル槽の公転により生じる遠心力を、研磨材とワークに対して単なる水平方向の動きに止まらず、さらにバレル槽の傾きによる傾斜内面との協働作用による上下方向の動きも誘発することができる。

その結果、研磨材とワークは、自重の違いも有効に作用して、互いに分離することなく渾然一体となってバレル槽内を上下左右方向へ流動（３次元相対運動）して、ワーク同士の衝突が有効に防止されるとともに、ワークと研磨材とが効率よく擦れ合って、ワークは高い研磨能力をもって研磨され得る（従来の遠心バレル方式のバレル研磨装置と比較して、１／２〜１／３以下の時間でワークを仕上けることができる。）。

特に、上記バレル槽の自転速度を、その公転速度の−１／２０〜１／２０という低速またはゼロに設定することにより、バレル槽の自転により生じる遠心力が、バレル槽の公転により生じる遠心力を相殺することなく最大限度有効に発揮させて、円滑な３次元相対運動を確保することができる。

また、バレル槽を上記公転速度の−１／２０〜１／２０という非常にゆっくりした自転速度で自転させることにより、バレル槽の隅部に存在する研磨材およびワークにも上記バレル槽の公転による遠心力が有効に作用して、バレル槽内のすべての研磨材とワークが円滑な３次元相対運動を行い、すべてのワークが高い研磨能力をもって均一に研磨され得る。

さらに、本発明のバレル研磨装置においては、上記効果に加えて、バレル槽の公転速度の制御をプログラム運転により自動で行うことができるとともに、装置構造が簡単かつコンパクトで、メンテナンスも容易に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面全体にわたって同一の符号は同一の構成部材または要素を示している。

本発明に係るバレル研磨装置が図１〜図７に示されており、このバレル研磨装置は、具体的には、図４に模式的に示されるように、多数のワークＷ、Ｗ、…と研磨材（メディア）Ｇ、Ｇ、…が充填収容されたバレル槽１が水平方向に公転することにより、バレル槽１内のワークＷ、Ｗ、…と研磨材Ｇ、Ｇ、…に遠心力が与えられて、これらワークＷ、Ｗ、…と研磨材Ｇ、Ｇ、…の擦れ合いによりワークＷ、Ｗ、…を研磨する構成を備えた遠心バレル形式のものであり、本実施形態においては、脆性材料であるセラミックスからなるワークＷ、Ｗ、…が加工対象とされている。

上記バレル研磨装置は、上記バレル槽１、公転手段２、自転手段３および制御手段４を主要部として構成され、これら構成部１〜４が装置ケース５内に装置されてなる。

装置ケース５は、頂部に開閉可能な蓋が設けられたほぼ直方体形状のもので、底部には、装置ケース５の移動手段としての自在キャスタ７が設けられるとともに、装置ケース５の固定設置状態において装置ケース５を水平状態に姿勢調整するためのレベルアジャスタ８が設けられている。

公転手段２は、バレル槽１を水平方向へ公転させるもので、具体的には回転テーブル１０および駆動源である駆動モータ１１を主要部として構成されている。

回転テーブル１０は円盤状のもので、垂直な回転主軸１５に対して水平に取り付けられるとともに、この回転主軸１５が駆動モータ１１に駆動連結されている。

図示の実施形態においては、装置ケース５の基台フレーム１６の中心位置に主軸台１７が設けられ、この主軸台１７に、上記回転主軸１５が、回転軸受１８、１８を介して垂直状態で回転可能に軸支されており、この回転主軸１５の上端部に、上記回転テーブル１０が固定金具１９により水平状態で取付け支持されている。

また、回転主軸１５の下部が軸支される上記主軸台１７には、上記駆動モータ１１が水平状態で取り付けられており、具体的には図示しないが、この駆動モータ１１の出力軸に、上記回転主軸１５の下部が直接的に歯車連結されている。駆動モータ１１としては減速歯車機構を内蔵されたギヤードモータが使用され、この駆動モータ１１がモータ駆動部４０を介して上記制御部４に電気的に接続されている。

そして、駆動モータ１１の回転駆動により、上記回転主軸１５と共に、上記回転テーブル１０が水平方向へ所定の回転速度をもって回転駆動される。この場合の回転テーブル１０の回転速度つまり後述するバレル槽１の公転速度は、後述するように、制御部４の加工プログラムに従って、研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するように自動制御される。

バレル槽１は密閉可能な筒形容器からなり、上記回転テーブル１０の外周位置に円周方向へ等間隔をもって複数個取り付けられている。

図示の実施形態においては、バレル槽１はウレタン製容器で、具体的には図示しないが、その内周面が多角形とされた断面形状を有する多角柱形状輪郭の筒型容器、具体的には内周面が八角柱形状輪郭の筒型容器の形態とされ、回転テーブル１０上に４つ装着される配置構成とされている。

つまり、回転テーブル１０の外周位置には、４本の回転支軸２０、２０、…が周方向へ等間隔をもって配置され、各回転支軸２０は、軸受２１、２１により垂直状態で、つまり上記回転主軸と平行状態で回転可能に軸支され、この回転支軸２０の上端部２０ａに、上記バレル槽１を取外し可能に収容支持するバレル槽受け２２が傾斜状態で取付け固定されている。２３はバレル槽１をバレル槽受け２２に固定させるための押え金具を示している。

このバレル槽受け２２は、その底部が上記回転支軸２０の上端部２０ａに固設されるとともに、その上部が開放されて、バレル槽１を上側から収容保持される形状とされている。そして、このバレル槽受け２２にバレル槽１が収容された状態において、バレル槽１は、その軸線が上記回転主軸１５の軸線（後述する公転軸）Ｘに対して所定角度αだけ傾斜するように構成されている。

上記バレル槽１の軸線の傾斜角度αは、具体的には１０度〜３０度、望ましくは１２度〜２０度に設定され、図示の実施形態においては、１５度の傾斜角度αとされている。

このように傾斜角度αが設定されるのは、傾斜角度αが１０度よりも小さい場合、および３０度よりも大きい場合、バレル槽１の内周傾斜面と後述するバレル槽１の公転により生じる遠心力との協働作用が確実に得られず、しかも、傾斜角度αが３０度よりも大きいと、バレル槽１のバレル槽受け２２への取付時に、バレル層１内に充填収容した内容物が外部へこぼれてしまうという湿式のバレル研磨装置における構造上の問題があるからである。

自転手段３は、バレル槽１を自転させるもので、具体的には、回転テーブル１０の回転速度つまりバレル槽１の公転速度の−１／２０〜１／２０の自転速度で上記回転支軸２０まわりに自転させる。

図示の実施形態の自転手段３は遊星歯車機構の形態とされ、この遊星歯車機構３は、少なくとも、上記回転主軸１５と同心状に設けられた太陽歯車２５と、上記回転支軸２０に同心状に設けられた遊星歯車２６とを含んでなり、具体的には、上記太陽歯車２５、上記遊星歯車２６、およびこれら太陽歯車２５および遊星歯車２６の間に噛合状態で介装される少なくとも一つの中間歯車２７とを備えてなる。

中間歯車２７の配設数は、遊星歯車２６つまりバレル槽１の自転方向と自転速度を考慮して設定される。図示の実施形態においては、太陽歯車２５と遊星歯車２６とが単一の中間歯車２７を介して駆動連結されて、遊星歯車２６つまりバレル槽１が公転方向（回転テーブル１０の回転方向）と逆方向へ自転する構成とされている。

太陽歯車２５は、上記回転テーブル１０の回転主軸１５と同心状にかつ静止状に設けられており、具体的には、図２に示すように、軸受２８、２８を介して上記回転主軸２５に相対回転可能に軸支されるとともに、図示しない回止め手段によって、その回転運動が静止固定されている。

遊星歯車２６は、上記回転テーブル１０に回転可能に軸支された上記回転支軸２０に同心状にかつ一体的に設けられており、具体的には、図２に示すように、回転テーブル１０の下側に突出した上記回転支軸２０の下端部に、一体的に取付けられている。

中間歯車２７は、太陽歯車２５および遊星歯車２６の間に噛合状態で介装されるもので、具体的には、図２に示すように、上記回転テーブル１０の下側において、回転テーブル１０に支持固定された回転支軸２９に、軸受３０、３０を介して回転可能に軸支されるとともに、上記太陽歯車２５および遊星歯車２６にそれぞれ噛合されている。

そして、回転主軸１５の回転により、回転テーブル１０が一体的に水平回転すると、この回転テーブル１０上に配置支持された４つのバレル槽１、１、…は、上記回転主軸１５まわりに所定の速度をもって公転されるとともに、この公転運動に伴う遊星歯車機構３の減速作用により、非常にゆっくりした自転速度をもって自転されることとなる。

すなわち、図３を参照して、回転テーブル１０の回転（矢符Ｘ方向）により、この回転テーブル１０上に配置支持された４つのバレル槽１、１、…も回転（公転）するところ、これらバレル槽１、１、…の回転支軸２０、２０、…には、上記遊星歯車機構３の遊星歯車２６がそれぞれ取付け固定されている。この遊星歯車機構３において、太陽歯車２５は上述のごとく静止固定されているから、これら両歯車２５、２１に噛合連結された中間歯車２７を介して、上記遊星歯車２６は太陽歯車２５のまわりをＸ方向へ公転しながら、この公転速度よりも大幅に減速されたゆっくりした自転速度をもって公転方向と逆方向へ自転することになる。

この場合、上記バレル槽１の自転速度は、遊星歯車機構３を構成する太陽歯車２５、中間歯車２７および遊星歯車２６の歯車比により決定され、公転速度の−１／２０〜０に設定され、望ましくは−１／３０〜−１／４０に設定される。上記バレル槽１の公転速度は、遠心力が有効に働くことを考慮して、１００〜３００回転／分に設定されており、したがって、バレル槽１の自転速度は５回転〜１５回転／分に設定される。

このようにバレル槽１の自転速度が設定されるのは、バレル槽１の自転速度が公転速度の１／２０よりも大きいと、バレル槽１の公転により研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…に生じる遠心力の作用効果が、バレル槽１の自転によりこれら研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…に生じる遠心力の作用効果によって減小され、ないしは相殺されて十分に発揮されず、バレル槽１内における研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…の活発な動きが得られず、一方、バレル槽１の自転速度が公転速度の０〜１／２０の大きさにあると、バレル槽１の公転により研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…に生じる遠心力の作用効果が十分に発揮されて、研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…の動きが、単なる水平方向の動きに止まらず、バレル槽１の傾斜角度αによる傾斜内面との協働作用による上下方向の動きも誘発されるからであり（３次元相対運動）、この作用効果は、バレル槽１の自転速度が公転速度の−１／３０〜−１／４０に設定されると、より大きな作用効果が得られる。

また、バレル槽１が公転のみで、自転しない場合（つまり自転速度０の場合）よりも、上記のように公転速度の１／２０以下の非常にゆっくりした自転速度をもって自転する方が、バレル槽１内の隅部に存在する研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…にも上記バレル槽１の公転による遠心力が有効に作用して、バレル槽１内のすべての研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…が円滑な３次元相対運動を行うことができる。

図示の実施形態においては、バレル槽１の自転速度は公転速度の１／３６に設定されている。

また、バレル槽１内にワークＷ、Ｗ、…と共に投入充填される研磨材Ｇ、Ｇ、…としては、セラミックス系のものが使われることが多いが、形状、寸法などによりその種類も非常に多く、下記の条件を考慮して選択使用される。

（ｉ）ワークＷ、Ｗ、…のバリ取り用としては、荒研磨用の研磨材Ｇ、Ｇ、…が選択される。

（ii）ワークＷ、Ｗ、…の研磨用としては、荒研磨用の細かな研磨材Ｇ、Ｇ、…、または中仕上げ用の研磨材Ｇ、Ｇ、…が選択される。

（iii）ワークＷ、Ｗ、…の光沢研磨のときは、仕上げ用の細かい研磨材Ｇ、Ｇ、…が選択され、この場合は加工時間が長く設定される。

（iv）ワークＷ、Ｗ、…に研磨材Ｇ、Ｇ、…の詰まりができるだけ起きないような形状および大きさが選択される（例えば、加工対象がワークＷ、Ｗ、…の穴の場合、穴径の２／３程度の寸法の研磨材Ｇ、Ｇ、…が選択されることで、比較的詰まりを少なくすることができる。）

（ｖ）ワークＷ、Ｗ、…の内側コーナー部分の研磨が必要なときは、できるだけ細かい研磨材Ｇ、Ｇ、…が選択される。

本実施形態においては、加工対象であるワークＷ、Ｗ、…が脆性材料であるセラミックス製の小片（０．８〜１．５ｍｍ（幅）×０．８〜１．５ｍｍ（高さ）×１．０〜３．０ｍｍ（長さ）程度）であり、また研磨目的がワークＷのバリを除去するだけでなく、ワークＷの角部を面取りし、さらには表面研磨する仕上げ加工までを行うことから、研磨材Ｇ、Ｇ、…としては、粒度（粒径）φ０．３ｍｍ〜φ１．０ｍｍのジルコニアが好適に用いられ、また工作液は用いない乾式のバレル研磨が行われる。

制御部４は、上記公転手段２を自動制御するもので、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏポートなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。

この制御部４には、バレル研磨加工を実行させるための加工プログラム等が組み込まれており、図５に示すように、公転手段２の駆動モータ１１を駆動制御するモータ駆動部４０に接続されるとともに、上記バレル槽１の公転速度を設定する公転速度設定手段としての機能も含めて、各種運転条件の設定を行う設定部４１と、運転時の状態を含めて、各種表示を行う表示部４２とにそれぞれ接続されている。

制御部４には、公転手段２の駆動モータ１１の駆動に必要な種々の情報、例えば、回転テーブル１０の回転速度（バレル槽１の公転速度）、動作時間、速度変更タイミングあるいは研磨工程の加工時間等が、制御データとして予めまたは装置ケース５に設けられた操作盤４５（図１参照）の操作部により適宜選択的に入力設定されており、これらのデータに従って上記駆動モータ１１を制御する。

上記操作盤４５は、具体的には図示しないが、起動および停止スイッチを備えるとともに、上記設定部４１と表示部４２の両機能を兼備したタッチパネルディスプレイ装置の形態とされており、このタッチパネルディスプレイ装置４５は、液晶画面からなるディスプレイ部が、手指によるタッチ操作により上記設定部４１と表示部４２を切替え表示する構成とされている。

そして、上記タッチパネルディスプレイ装置４５のディスプレイ部が設定部４１の画面を液晶表示している時は、この設定部４１の操作パネルを手指によりタッチ操作することにより、上記制御データを入力設定することができ、一方、上記表示部４２の画面を液晶表示している時は、装置の運転条件（回転テーブル１０の回転速度や動作時間、あるいは運転経過時間等の必要情報が液晶表示される。

上記制御部４には、種々の加工条件を考慮して、複数のバレル研磨加工を実行させるための加工プログラムが組み込まれており、これらの加工プログラムの選択は、上記操作盤４の設定部４１の操作パネルで所望のプログラム番号をタッチ指定することにより行われる。

具体的な加工プログラムとしては、従来装置と同様な一般的な加工パターン（バレル研磨方法）、つまり、バレル槽１、１、…の公転速度が研磨工程の開始から完了まで所定の一定値になるように、上記公転手段２の駆動モータ１１が駆動制御される定速加工パターンと、バレル槽１、１、…の公転速度が研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するように上記公転手段２の駆動モータ１１が駆動制御される変速加工パターンとが含まれている。

また、後者の変速加工パターンとしては、例えば、（１）図６に実線で示すように、バレル槽１の公転速度が、研磨工程の初期から仕上期に向けて段階的に低速から高速に変更するパターン、また（２）図６に破線で示すように、バレル槽１の公転速度が、研磨工程の初期から仕上期に向けて連続的に低速から高速に変更するパターンがある。

さらに、（３）図７に示すように、研磨工程の加工時間が回転テーブル１０の動作時間の合計の２倍の時間に設定されて、図６の実線で示す加工パターンの研磨加工の完了後、これに続く残りの動作時間が仕上期の高速と同じ高速で逆回転する逆転仕上期とされるパターンがある。この加工パターンのように後半部分でバレル槽１、１、…の公転方向を逆方向にすることにより、ワークＷ、Ｗ、…に対する研磨材Ｇ、Ｇ、…の接触方向が変わるため、研磨効率が向上するという効果も得られる。

この場合、上記研磨工程の初期におけるバレル槽１の公転速度としては、脆性材料からなるワークＷ、Ｗ、…同士あるいは研磨材Ｇ、Ｇ、…との衝突や擦れ合いを軽度に抑えて、ワークＷ、Ｗ、…の割れや欠け等の発生を防止しつつ、バリを軽く除去（軽除去）できる程度の低速度（９０ｒｐｍ〜１３０ｒｐｍ）に設定され、仕上期におけるバレル槽１の公転速度は、ワークＷの角部を面取りするとともに表面研磨を行う高速度（１５０ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍ）に設定されるが、それぞれの具体的な回転速度（回転数）および運転時間と、加工時間は目的に応じて任意に選択設定される。

図示の実施形態においては、（１）の図６に実線で示される加工パターンとして、研磨工程の初期が１００ｒｐｍの低速度で１分間、中期が１５０ｒｐｍの中速度で２分間、および仕上期が１８０ｒｐｍの高速度で３分間研磨加工するように設定されている。また、（２）の図６に破線で示される加工パターンとして、研磨工程の初期の１００ｒｐｍの低速度から仕上期の１８０ｒｐｍの高速度まで連続的に増速し、この仕上期が３分間に設定されている。さらに、（３）の図７に示される加工パターンとして、研磨工程の前半部分が図６の実線で示す加工パターンと同様で、後半部分の逆転仕上期が前半の仕上期と同じ１８０ｒｐｍの高速度の逆回転で６分間研磨加工するように設定されている。

しかして、以上のように構成されたバレル研磨装置において、回転テーブル１０上に自転可能に設けられたバレル槽受け２２、２２、…に、多数のワークＷ、Ｗ、…と研磨材Ｇ、Ｇ、…が充填収容されたバレル槽１がそれぞれ収容保持された状態で、操作盤４５で所望の加工プログラムを選択した後、起動スイッチを起動操作することにより、制御部４により、公転手段２の駆動モータ１１が自動制御されて、回転テーブル１０が例えば図６または図７に示す加工パターンをもって回転駆動される。

すなわち、上記制御部４による公転手段２の駆動モータ１１の駆動により、上記回転テーブル１０が水平回転するとともに、この回転テーブル１０の回転に上記遊星歯車機構３が連動して、上記バレル槽１は、垂直な回転主軸（公転軸）５まわりに水平方向に上記公転速度をもって、つまり、研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するように公転する。

これにより、バレル槽１は垂直な回転主軸（公転軸）５まわりに水平方向に公転されて、バレル槽１内のワークＷ、Ｗ、…と研磨材Ｇ、Ｇ、…に遠心力が与えられて、これらワークＷ、Ｗ、…と研磨材Ｇ、Ｇ、…の擦れ合いによりワークＷ、Ｗ、…が研磨されることとなる。

この場合、バレル槽１、１、…は、その軸線を上記回転主軸（公転軸）５に対して傾斜した状態で回転支軸２０にそれぞれ取付けられるとともに、上記公転運動に伴う遊星歯車機構３の減速自転作用により、非常にゆっくりした自転速度（図示の実施形態においては、公転速度の１／３６）をもって公転方向Ｘと逆方向へ自転される。

この結果、各バレル槽１内に充填収容されたワークＷ、Ｗ、…と研磨材Ｇ、Ｇ、…の挙動、特に研磨材Ｇ、Ｇ、…の挙動は、図４に示すように、バレル槽１の傾斜内面に当たってランダムに跳ね返り立体的に動き、研磨材Ｇ、Ｇ、…は、矢符図示のごとく中央部へ向けて中へ中へと練り込まれるように流動する。

このような挙動は、バレル槽１の公転により生じる遠心力が、研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…に対して単なる水平方向の動きに止まらず、さらにバレル槽１の傾きによる傾斜内面との協働作用による上下方向の動きも誘発し、その結果、研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…は自重の違いも有効に作用して、互いに分離することなく渾然一体となってバレル槽１内を上下左右方向へ流動（３次元相対運動）すると考えられる。

以上のように、本実施形態によれば、遠心バレル方式のバレル加工において、バレル槽１の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するようにしたから、ワークＷ、Ｗ、…の構成材料の種類・特性に関わらず、不良率が低くて歩留まり良好で、しかも高い加工効率が得られる汎用性の高いバレル研磨技術を提供することができる。

特に、電子部品の主要構成材料であるセラミックス、あるいはフェライト等の脆性材料ないしは硬脆性材料からなるワークＷ、Ｗ、…についても、研磨工程の開始時点を含む初期においては、バレル槽１の公転速度を低速にすることで、ワークＷ、Ｗ、…同士あるいは研磨材Ｇ、Ｇ、…との衝突や擦れ合いを軽度に抑えて、ワークＷ、Ｗ、…の割れや欠け等の発生を防止しつつ、バリを軽く除去するとともに、その後バレル槽１の公転速度を徐々に上昇させていき、ワークＷ、Ｗ、…のバリを除去しつつ角部の面取り研磨を行い、終盤の仕上期においては高速の公転速度をもってワークＷ、Ｗ、…の仕上げ加工である表面研磨を行うようにすることで、従来脆性材料であるワークＷ、Ｗ、…ゆえの問題となっていたチッピングの発生を有効に防止しつつ加工時間を抑えて高い加工効率のバレル研磨加工を実現することが可能となった。

さらに、本実施形態のバレル研磨装置においては、バレル槽１の公転速度の制御を、制御部４のプログラム運転により自動で行うことができるとともに、装置構造が簡単かつコンパクトで、メンテナンスも容易に行うことができる。

さらに、本実施形態のような研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…の３次元相対運動が可能となることで、以下のような効果が得られるところとなった。
（１）ワークＷ、Ｗ、…が常に研磨材Ｇ、Ｇ、…の中に存在することになり、ワークＷ、Ｗ、…同士の衝突が有効に防止されて、その結果、ワークＷ、Ｗ、…同士の衝突による打痕の発生率が大幅に低減される。

（２）ワークＷ、Ｗ、…同士の絡み合いによる変形やひずみの発生についても、ワークＷ、Ｗ、…が常に研磨材Ｇ、Ｇ、…の中に存在するため、ワークＷ、Ｗ、…同士が絡まりにくくなり、変形やひずみなどの発生も少なくなる。

（３）ワークＷ、Ｗ、…が常に研磨材Ｇ、Ｇ、…の中に存在するため、ワークＷ、Ｗ、…と研磨材Ｇ、Ｇ、…とが効率よく擦れ合って、互いの接触回数も多くなり、その結果、研磨能力も従来の遠心バレル式に比べて格段に高くなり、ワークＷ、Ｗ、…が高い研磨能力をもって研磨され得る。

また、バレル槽１をこのように非常にゆっくりした自転速度で自転させることにより、バレル槽１の隅部に存在する研磨材Ｇ、Ｇ、…およびワークＷ、Ｗ、…にも上記バレル槽１の公転による遠心力が有効に作用して、バレル槽１内のすべての研磨材Ｇ、Ｇ、…とワークＷ、Ｗ、…が円滑な３次元相対運動を行い、すべてのワークＷ、Ｗ、…が高い研磨能力をもって均一に研磨され得る。

さらに、本実施形態のバレル研磨装置においては、以上の効果に加えて、水平回転される回転テーブル１０上に、回転支軸２０、２０、…が回転可能に支持されるとともに、これら回転支軸２０、２０、…にバレル槽１が回転テーブル１０の回転主軸１５に対して傾斜した状態でそれぞれ取り付けられ、上記回転テーブル１０の水平回転により、各バレル槽１が回転主軸１５まわりに所定の速度（本実施形態においては、１００〜３００回転／分）をもって公転されるとともに、上記回転支軸２０まわりに自転する構成とされ、このバレル槽１を自転させる回転支軸２０の自転駆動が、上記回転主軸１５と同心状に設けられた太陽歯車２５と、上記回転支軸２０に同心状に設けられた遊星歯車２６とを含んでなる遊星歯車機構３により行われる構成とされていることにより、各バレル槽１の公転運動と自転運動が単一駆動源（駆動モータ）１１により行われて、装置構造が簡単かつコンパクトで、メンテナンスも容易に行うことができる。

なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく、その範囲内で種々の設計変更が可能である。

例えば、バレル槽１、１、…の公転速度が研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するように上記公転手段２の駆動モータ１１が駆動制御される変速加工パターンとしては、図６および図７に例示するもののほか、同様な効果を発揮し得る範囲で、種々の加工パターンが適宜採用され得る。

具体的な一例として、前述の図７に示す加工パターンにおいて、図６の実線で示す加工パターンの研磨加工の完了後に続く残りの動作時間が仕上期の高速と同じ高速で逆回転する逆転仕上期とされているが、この残りの動作時間の加工パターンを変更して、正回転時と同じ加工パターン（つまり図６の実線で示す加工パターンと同じ）で、バレル槽１の公転速度が、研磨工程の初期から仕上期に向けて段階的に低速から高速に変更するパターン、換言すれば、図６に実線で示す加工パターンを正回転と逆回転で連続して繰り返すようにしてもよい。

また、図示の実施形態の遊星歯車機構３においては、太陽歯車２５と遊星歯車２６とが単一の中間歯車２７を介して駆動連結されて、バレル槽１が公転方向（回転テーブル１０の回転方向）Ｘと逆方向へ自転する構成とされているところ、具体的には図示しないが、前述した公転速度と自転速度との関係を保持しつつ、上記太陽歯車２５と上記遊星歯車２６とが、二つの中間歯車２７、２２を介して駆動連結される構成とすることにより、バレル槽１が上記公転方向Ｘと同一方向へ自転するようにしてもよい。

本発明の一実施形態であるバレル研磨装置を一部切開して示す正面図である。 同じく同バレル研磨装置の内部構造を示す正面断面図である。 同じく同バレル研磨装置を示し、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ線に沿った平面断面図、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ線に沿った平面断面図である。 同バレル研磨装置の運転時におけるバレル槽内の研磨材とワークの挙動を示す模式図である。 同バレル研磨装置の制御構成を示すブロック図である。 同バレル研磨装置の変速加工パターンを示す線図である。 同バレル研磨装置の他の変速加工パターンを示す線図である。

符号の説明

１ バレル槽
２ 公転手段
３ 遊星歯車機構（自転手段）
４ 制御部（制御手段）
１５ 回転主軸（公転軸）
１０ 回転テーブル
１１ 駆動モータ（駆動源）
２０ 回転支軸（垂直軸）
２５ 太陽歯車
２６ 遊星歯車
２７ 中間歯車
４１ 設定部（公転速度設定手段）
４２ 表示部
４５ 操作盤
Ｗ ワーク
Ｇ 研磨材（メディア）

Claims (19)

1. 工作物と研磨材が充填収容されたバレル槽を水平方向に公転させることにより、バレル槽内の工作物と研磨材に遠心力を与えて、これら工作物と研磨材の擦れ合いにより工作物を研磨するバレル研磨方法であって、
   バレル槽の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するようにした
   ことを特徴とするバレル研磨方法。
2. 前記研磨工程の初期におけるバレル槽の公転速度は、工作物のバリを軽除去する低速度に設定し、
   前記研磨工程の仕上期におけるバレル槽の公転速度は、工作物の角部を面取りするとともに表面研磨を行う高速度に設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のバレル研磨方法。
3. 前記バレル槽の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて段階的に低速から高速に変更するようにした
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のバレル研磨方法。
4. 前記バレル槽の公転速度を、研磨工程の初期から仕上期に向けて連続的に低速から高速に変更するようにした
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のバレル研磨方法。
5. 前記研磨工程の完了後に、この研磨工程の仕上期における公転速度をもってバレル槽を逆方向へ公転させるようにした
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載バレル研磨方法。
6. 前記バレル槽を、垂直な公転軸に対して、その軸線を傾斜した状態で設けられた筒形容器で構成して、前記公転軸まわりに前記公転速度をもって公転させるとともに、この公転速度の−１／２０〜１／２０の自転速度で垂直軸まわりに自転させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のバレル研磨方法。
7. 前記バレル槽の自転速度が前記公転速度の−１／３０〜−１／４０である
   ことを特徴とする請求項６に記載のバレル研磨方法。
8. 前記バレル槽の自転速度が前記公転速度の１／４０〜１／３０である
   ことを特徴とする請求項７に記載のバレル研磨方法。
9. 前記バレル槽の軸線の傾斜角度が１０度〜３０度である
   ことを特徴とする請求項６から８のいずれか一つに記載のバレル研磨方法。
10. 前記バレル槽の公転速度は１００〜３００回転／分である
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載のバレル研磨方法。
11. 工作物と研磨材が充填収容されたバレル槽が水平方向に公転することにより、バレル槽内の工作物と研磨材に遠心力が与えられて、これら工作物と研磨材の擦れ合いにより工作物を研磨するバレル研磨装置であって、
    筒形容器からなるバレル槽と、このバレル槽を水平方向へ公転させる公転手段と、この公転手段を自動制御する制御手段を備えてなり、
    この制御手段は、前記バレル槽の公転速度が研磨工程の初期から仕上期に向けて低速から高速に変更するように、前記公転手段の駆動源を駆動制御するように構成されている
    ことを特徴とするバレル研磨装置。
12. 前記制御手段は、請求項１から５のいずれか一つに記載のバレル研磨方法を実行するように、前記公転手段の駆動源を駆動制御するように構成されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載のバレル研磨装置。
13. 前記公転手段は、垂直な回転主軸に対して水平に取り付けられて、所定の速度をもって回転駆動される回転テーブルと、前記回転主軸を回転駆動する前記駆動源とを備え、
    前記回転テーブル上に、前記バレル槽が自転手段を介して自転可能に設けられてなり、
    前記制御手段による前記駆動源の駆動により、前記回転テーブルが水平回転するとともに、この回転テーブルの回転に前記自転手段が連動して、前記バレル槽は、前記回転主軸まわりに前記公転速度をもって公転するように構成されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載のバレル研磨装置。
14. 前記バレル槽は、前記回転テーブル上に回転可能に支持された回転支軸に、前記回転テーブルの回転主軸に対して傾斜した状態で取り付けられている
    ことを特徴とする請求項１３に記載のバレル研磨装置。
15. 前記バレル槽の軸線の傾斜角度は１０度〜３０度に設定されている
    ことを特徴とする請求項１４に記載のバレル研磨装置。
16. 前記自転手段は、前記回転主軸と同心状に設けられた太陽歯車と、前記回転支軸に同心状に設けられた遊星歯車とを含んでなる遊星歯車機構の形態とされている
    ことを特徴とする請求項１３に記載のバレル研磨装置。
17. 前記バレル槽は、前記自転手段により、前記公転速度の−１／２０〜１／２０の自転速度で自転するように構成されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載のバレル研磨装置。
18. 前記バレル槽の公転速度は１００〜３００回転／分である
    ことを特徴とする請求項１１から１７のいずれか一つに記載のバレル研磨装置。
19. 前記バレル槽の公転速度を設定するための公転速度設定手段を備える
    ことを特徴とする請求項１１から１８のいずれか一つに記載のバレル研磨装置。