JP2011115895A - バフ研磨装置 - Google Patents

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榮夫 野口
Yukiyoshi Kodama
幸良 児玉
Masakazu Maruta
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Abstract

【課題】回転する被研磨材に曲がりや振れ、あるいは凸凹した外周面形状や表面状態などがあっても最適で安定な押圧力で被研磨材を研磨することのできるバフ研磨装置が望まれている。
【解決手段】バフ研磨装置1は、基台フレーム19に、回転する被研磨材Gに対し近接離間するヘッド部62が移動自在に取り付けられ、前記ヘッド部62に、被研磨材Gの回転軸心G0と略平行または交差する軸心J0回りに回転して被研磨材Gの周面を研磨するバフ体6と、バフ体6を回転させるモータ11とが取り付けられている装置であって、ヘッド部62が、被研磨材Gへの近接離間方向に伸縮するコイルバネを介して基台フレーム19に弾性的に支持されるとともに、圧縮空気の供給を受けてヘッド部62を被研磨材Gへ近づける方向に押圧するガスシリンダが、基台フレーム19とヘッド部62との間に介設されている。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば金属,合成樹脂,特殊表面処理材質などから成る、円筒体,円柱体その他の被研削材を回転させながら回転バフ体で研磨するバフ研磨装置に関するものである。
従来、この種の研磨装置としては、例えば押圧機構による一定の押圧力で、バフ体を被研磨材に強制的に押し付けて研磨するものが知られている。また、コイルバネなどの弾性部材の弾性力で、バフ体を被研磨材に押し付けるものも知られている。あるいは、基台フレームに対し上下移動自在に取り付けられたヘッド部の重量でバフ体を被研磨材に押し付けるものも知られている。
そこで、被研削材に対する回転砥石体の押圧力を調整するものとして、下記の特許文献1に開示された研削機が開発されている。この研削機は、支点プーリに架けられたワイヤなどでヘッド部と錘を連結し、ヘッド部と錘の重量差により回転砥石体の押圧力を得るようになっている。
登録実用新案第3034853号公報
上記した従来のバフ研磨装置のうち、バフ体を被研磨材に一定の押圧力で強制的に押し付けるものでは、押圧力が強すぎたり弱すぎたりすることがある。また、被研磨材である金属ロールなどが曲がっていたり回転時に振られたりすると、被研磨材の曲がり、振れ、外周面形状、表面状態などに追従する安定な押圧力が得られず、研磨ムラを生じやすい。
そして、弾性部材の弾性力だけでバフ体を押し付けるものでは、被研磨材の曲がり、振れ、外周面形状などにより弾性部材が周期的に振動するため、安定な押圧力が得られない。
また、ヘッド部の自重だけでバフ体を押し付けるものでは、被研磨材の被研磨材の曲がり、振れ、外周面形状などにより、ヘッド部が跳ね上げられることがある。特に、バフ体を回転させる電磁誘導モータをヘッド部に備えているものでは、ヘッド部の総重量が重すぎて、ソフトな研磨ができないという不具合もある。
また、錘により押圧力を調整するようにした特許文献1記載の研削機は、設定される押圧力が小さな領域において、支点プーリでの軸受摩擦、および基台フレームとヘッド部間のすべり摩擦が大きく影響して一定の押圧力が確実に得られず、被研磨材外周面の微妙な凹凸に押圧力が追従できなかった。
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、回転する被研磨材に曲がりや振れ、あるいは凸凹した外周面形状や表面状態などがあっても最適で安定な押圧力で被研磨材を研磨することのできるバフ研磨装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るバフ研磨装置は、基台フレームに、回転する被研磨材に対し近接離間するヘッド部が移動自在に取り付けられ、前記ヘッド部に、被研磨材の回転軸心と略平行または交差する軸心回りに回転して被研磨材の周面を研磨するバフ体と、該バフ体を回転させる回転駆動源とが取り付けられているバフ研磨装置において、ヘッド部が、被研磨材への近接離間方向に伸縮する弾性部材を介して基台フレームに弾性的に支持されるとともに、ピストン駆動用ガスの供給を受けてヘッド部を被研磨材へ近づける方向に押圧するガスシリンダが、基台フレームとヘッド部との間に介設されている構成にしてある。
また、前記構成において、回転駆動源としてサーボモータを用いたものである。
そして、前記した各構成において、ヘッド部がLMガイド部材を介して基台フレームに移動自在に取り付けられているものである。
更に、前記した各構成において、回転駆動源の回転駆動軸とバフ体の従動回転軸とがVリブドベルトを介して駆動連結されているものである。
本発明に係るバフ研磨装置によれば、基台フレームとヘッド部とが、被研磨材への近接離間方向に伸縮する弾性部材を介して弾性的に連結されているので、弾性部材の弾性力によりヘッド部の重量が軽減される。このように軽減されたヘッド部の重量により、バフ体が被研磨材をソフトに研磨するが、その際に、回転する被研磨材の曲がり、振れ、外周面形状、表面状態などの影響を受けて、ヘッド部が上下動し弾性部材が振動しようとする。このとき、ガスシリンダがピストン駆動用ガスの供給を受けてヘッド部を被研磨材へ近づける方向に押圧するので、弾性部材の周期的振動を抑制できる。その結果、被研磨材の曲がり、振れ、外周面形状、表面状態などに対応した最適で安定な押圧力で被研磨材を研磨することができる。
また、一般に能力が同等である場合、電磁誘導モータよりもサーボモータの方がはるかに軽量であるので、サーボモータを搭載したヘッド部は、全体重量が軽くなるため慣性力が小さくなる。従って、被研磨材への押圧力はヘッド部の重量による影響が小さくなり、ガスシリンダからの押圧力に依存する割合が高くなる。従って、ガスシリンダへ供給されるガス圧を調整することにより、被研磨材へかける押圧力の制御を容易に行なうことができる。無論、回転駆動力も強い。
そして、ヘッド部が特に摩擦抵抗の小さいLMガイド部材を介して基台フレームに移動自在に取り付けられているものでは、基台フレームに対してヘッド部を極めて円滑に移動させることができる。従って、被研磨材の曲がり、振れ、外周面形状、表面状態などに追従させて、ヘッド部を高速で微小移動させることができ、ガスシリンダの押圧力も適切に反映させることができる。
更に、回転駆動源の回転駆動軸とバフ体の従動回転軸とがVリブドベルトを介して駆動連結されているものでは、動力伝達効率を高くすることができ、ベルト走行時の振動を少なくして音を小さくすることができる。
本発明の一実施形態に係るバフ研磨装置の正面図である。 前記バフ研磨装置の平面図である。 前記バフ研磨装置の一部破断した側面構成図である。 前記バフ研磨装置の研磨ユニットの一部破断した部分側面図である。 前記研磨ユニットの部分平面構成図である。 図5におけるA−A線矢視図である。 図5におけるB−B線矢視図である。 図5におけるC−C線矢視図である。 前記研磨ユニットの部分側面構成図である。 前記研磨ユニットに使用されるVリブドベルトの部分斜視図である。
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。図1は本発明の一実施形態に係るバフ研磨装置の正面図、図2は前記バフ研磨装置の平面図、図3は前記バフ研磨装置の一部破断した側面構成図である。
各図において、この実施形態に係るバフ研磨装置1は、横長ベッド状の装置本体2上に、被研磨材Gを保持する芯押台4の傘型コーン7およびスクロールチャック8と、スクロールチャック8に駆動連結されて被研磨材Gを回転させる無段変速モータ9と、被研磨材Gの回転軸心G0に沿って左右方向(矢印R,L)に往復移動する研磨ユニット5と、芯押台4を移動させるモータ21とを備えている。装置本体2の上面には、被研磨材Gを回動自在に載置する受けローラ10,10,10,10が設置されている。符号12はバフ研磨装置1の制御入力、状態表示、警報出力などを行なうための制御盤である。
前記の研磨ユニット5は、装置本体2後方の載置ベッド57の上面に左右移動自在に載置された基台フレーム19と、基台フレーム19の前面に上下移動自在に取り付けられて被研磨材Gに対し近接離間するヘッド部62と、ヘッド部62に設けられて被研磨材Gの周面を研磨するバフ体6と、ヘッド部62に設けられてバフ体6を回転させるモータ11とを備えている。
基台フレーム19は、載置ベッド57の上面に載置されて左右方向(図1,2の矢印R,L方向)に往復摺動する往復台3と、往復台3の上面に載置されて前後方向(図3の矢印F,E方向)に往復摺動する前後進台58と、前後進台58上に固設された基体13と、基体13前面の傾斜面にLMガイド部材15を介して上下移動自在に取り付けられた基移動体14と、基移動体14の前面に突設された左右一対の側板部43,43とを備えて構成されている。基体13の上面には、例えば電磁誘導式のモータ60が設置されている。LMガイド部材15は、基体13の前面に上下方向に沿って固設された左右1対のレール体16,16と、レール体16,16と嵌合して上下方向に案内される上下左右合計4つの摺動子17,17,17,17とから構成される。摺動子17,17,17,17は基移動体14の背面の左右辺部に固設されている。各摺動子17内には、レール体16上を転動するボールまたはローラなどの転動体が内蔵されている。
そして、載置ベッド57の下部には、左右方向に延在する雄ネジ棒23が回動自在に軸支されており、モータ59と駆動連結されている。雄ネジ棒23は往復台3の下面に垂設された雌ネジ体22と螺合し、モータ59の駆動によって往復台3を左右方向に移動させるようになっている。また、往復台3には、前後方向に延在する雄ネジ棒25が回動自在に軸支されており、傘歯歯車などを介してモータ24と駆動連結されている。雄ネジ棒25は前後進台58の下面に垂設された雌ネジ体26と螺合し、モータ24の駆動によって前後進台58を前後方向に移動させるようになっている。
基体13内の前部には、図4〜図6に示すように、上下方向に延在する雄ネジ棒27が回動自在に軸支されておりモータ60と駆動連結されている。基移動体14の背面には受穴付きの受座28が突設されており、受座28の受穴に雌ネジ体29が装着されている。この雌ネジ体29に雄ネジ棒27が螺合し、モータ60の駆動によって基移動体14を上下方向に移動させるようになっている。
側板部43,43の前方位置には、移動台18がLMガイド部材30を介して上下移動自在に取り付けられている。LMガイド部材30は、側板部43,43の前端側面に上下方向に沿って固設された左右1対のレール体31,31と、レール体31,31と嵌合して上下方向に案内される上下左右合計4つの摺動子32,32,32,32とから構成される。摺動子32,32,32,32はレールとの嵌合面をそれぞれ内向きにした状態で移動台18背部の左右両辺部に固設されている。各摺動子32内には、レール体31上を転動するボールまたはローラなどの転動体が内蔵されている。
側板部43,43間における基移動体14の前面下部には、図7および図8に示すように、側面視Lの字状の支持板部39,39が左右1対で突設されている。一方、支持板部39,39の上方位置における移動台18の背面には、側面視Lの字状の支持板部33,33が左右1対で突設されている。各支持板部33には、バネ保持棒40を上下摺動自在に案内するガイド穴41がそれぞれ形成されている。各バネ保持棒40の下端部は各支持板部39の棒保持穴に通されてボルトなどで固定されている。そして、支持板部39に固定されたバネ保持棒40にコイルバネ(弾性部材の例)42が装入されている。コイルバネ42の下端は支持板部39上面に支持され、上端は支持板部33下面に支持されている。すなわち、基台フレーム19の支持板部39と移動台18の支持板部33とは、被研磨材Gへの近接離間方向に伸縮するコイルバネ42を介して弾性的に連結されている。
バネ保持棒40,40間における基移動体14の前面上部には、図6に示すように、側面視Lの字状の支持板部34が突設されている。支持板部34の下方位置における移動台18の背面には、側面視Lの字状の支持板部38が突設されている。支持板部34の下面にはガスシリンダ36の末端部が固設されており、ガスシリンダ36のピストンロッド37の先端は支持板部38の上面に載せられている。移動台18の縦軸穴には回転軸35が回動自在に支持されている。この回転軸35に取り付けられた移動台フレーム44は回転軸35の軸心K0回りに、移動台フレーム44を例えば1点鎖線44Aまたは1点鎖線44B(図9参照)で示すように揺動可能となっている。移動台フレーム44は、天板部と右側板部とを有する正面視で「つ」の字状に形成されている。移動台フレーム44の右側板部の内側には、この右側板部と平行する内壁45が設けられている。移動台フレーム44と内壁45は箱型一体構造として構成されている。
移動台フレーム44の天板前部には、図9に示すように、バフ体6の回転駆動源としてのモータ11が固設されている。このモータ11は、回転速度0〜2500rpmの例えば容量3.5kWのサーボモータを用いてある。通常の回転速度は2000rpm程度である。かかるサーボモータは小型軽量で力が強い。また、被研磨材Gの周面に接したときに回転駆動軸11Aにかかるトルク(抵抗)を検出し、検出したトルクをモータ回転数の制御に用いることができ、検出トルクの値によっては、押圧の制御、信号検知、あるいはモータ11の停止に、その検出トルク値を利用することも可能である。
モータ11の回転駆動軸11Aの下方位置における移動台フレーム44の天板部には、ベルト通過穴が形成されている。また、モータ11の回転駆動軸11AにはV溝プーリ48が固設されている。移動台フレーム44の側板部の下部と内壁45の下部には、軸受46と軸受47が配備されている。これらの軸受46と軸受47により、回転駆動軸11Aと平行軸心の従動回転軸6Aが回動自在に軸支される。軸受46と軸受47の間の従動回転軸6AにはV溝プーリ49が固設されている。V溝プーリ48,49の外周面には、それぞれV溝48A,49Aが形成されている。これらのV溝48A,49Aは、幅方向に複数の溝が全周にわたって形成されている。V溝プーリ48のV溝48AとV溝プーリ49のV溝49Aに、無端状のVリブドベルト50が掛け回されている。
Vリブドベルト50は、図10に示すように、ベルト長手方向に延びる縦溝状のVリブ51がベルト幅方向に複数条並べて形成されたリブゴム層と、Vリブ51とは反対側の面に積重された第1接着ゴム層52と、第1接着ゴム層52に埋め込まれてベルト長手方向に延びる複数本の心線55と、第1接着ゴム層52の上面に積重された第2接着ゴム層53と、第2接着ゴム層53の上面に積重された帆布54とから構成されている。
すなわち、既述したヘッド部62は、移動台18、移動台フレーム44、内壁45、回転軸35、モータ11、V溝プーリ48,49、Vリブドベルト50、保持ホイール61、バフ体6、従動回転軸6A、およびバフカバー20から構成されており、基台フレーム19に対し上下移動自在となっている。
そして、従動回転軸6Aの先端部には保持ホイール61が固設されている。そして、保持ホイール61の外周部に、ドーナツ状のバフ体6が装着固定されている。例えばバフ体6の直径は400mmであり幅は100mmである。バフ体6の周囲は、内壁45に取り付けられたバフカバー20で囲まれている。前記バフ体6は、被研磨材Gの回転軸心G0と平行する水平方向の軸心J0回りに回転して被研磨材Gの周面を研磨する。尚、被研磨材Gの回転軸心G0に対する軸心J0の向きは、前記の平行方向に限るものでなく、幾ばくかの角度で交差する向きとなるように角度可変に構成することもできる。例えば図5に示すように、移動台18の縦軸穴に回動自在に支持された回転軸35の軸心K0回りに、移動台フレーム44を1点鎖線44Aまたは1点鎖線44Bで示す位置に揺動させることが可能である。
バフ体6の材質や寸法は特に限定されないが、使用可能なバフの種類としては例えば糸バフ、布バフ、スポンジバフ、リングバフなどが挙げられる。ここでは、例えば水をかけながら研磨する湿式バフ方式が採用されている。被研磨材Gとしては、鉄,ステンレス鋼,アルミニウム,銅,超硬合金,合成樹脂その他の材質から成る丸棒材や円管材などが適用される。被研磨材Gとして丸棒材を研磨する場合は、無段変速モータ9側にスクロールチャック8を取付け、芯押台4側に傘型コーン7を取り付けて用いる。一方、被研磨材Gとして円管材を研磨する場合は、前記のスクロールチャック8を傘型コーンに取り替えて用いる。
引続き、上記構成のバフ研磨装置1により被研磨材Gの表面を研磨する動作について説明する。まず、被研磨材Gの両端を無段変速モータ9側のスクロールチャック8と芯押台4側の傘型コーン7に保持させる。この状態から、制御盤12を操作して、無段変速モータ9を起動し被研磨材Gを例えば200rpmで回転させる(例えば図4のように右側面から見て反時計回り)。但し、被研磨材Gを右側面視で時計回り方向に回転させても構わない。次に、モータ24を駆動し、往復台3に対し前後進台58を前後移動させて、バフ体6が当たる被研磨材Gの外周面の位置を決めておく。
研磨前において、ヘッド部62は基台フレーム19の上部位置に在って、バフ体6は被研磨材Gから離れている。そして、コイルバネ42,42はヘッド部62の全重量がかかって短縮しており、ヘッド部62はコイルバネ42,42を介して弾性的に支持されている。この場合、ヘッド部62はサーボモータであるモータ11を有しているので、比較的小型でありながら馬力が強く、しかも軽量である。そのために、ヘッド部62の全体重量が大きくならない。その結果、被研磨材Gから伝わる振動が大きくならず、回転する被研磨材Gの曲がり、振れ、外周面の凹凸にうまく追従させて、適切な押圧力を得ることができる。
続いて、モータ11の回転駆動軸11Aを駆動させると、その駆動力がV溝プーリ48、Vリブドベルト50、V溝プーリ49、従動回転軸6A、保持ホイール61を順次経て伝わりバフ体6を回転させる。バフ体6の回転数としては、被研磨材Gの材質、表面状態、研磨条件によるが、ここでは例えば約2000rpmである。尚、このバフ研磨装置1では、研磨条件などに応じてバフ体6の回転数を0〜2500rpmとすることができる。この場合、モータ11の回転駆動軸11Aとバフ体6の従動回転軸6AとはVリブドベルト50およびV溝プーリ48,49を介して駆動連結されているので、Vリブドベルト50とV溝プーリ48,49との間のスリップが少ない。そのために、高い効率で動力伝達を行なうことができ、省電力で研磨作業を行なうことができる。また、Vリブドベルト50とV溝プーリ48,49の組み合わせ構成は、ベルト走行時の振動が汎用のVベルトを用いた場合と比べてはるかに小さいことから、音が小さくバフ体6の振動の少ない研磨装置を提供することができる。
そして、往復台3に対し前後進台58を前後移動させて、バフ体6が当たる被研磨材Gの外周面の位置を決めておく。次に、モータ60を駆動して基台フレーム19の基移動体14を下降させ、バフ体6を被研磨材Gに近づける。この場合、基移動体14はLMガイド部材15を介して基体13に取り付けられているので、小さい摺動摩擦抵抗で滑らかに上下移動することができる。そのうち、バフ体6が被研磨材Gの外周面に当接すると、バフ体6は被研磨材Gの外周面を押圧しながら摺動研磨する。この場合、ヘッド部62はコイルバネ42,42を介して弾性的に支持されているので、ヘッド部62の重量はコイルバネ42,42の弾性力により一部相殺されている。従って、ヘッド部62の重量にのみ任せて押圧するような従来技術と比べると、被研磨材Gの外周面状態などに対する追随性を上げることが可能で、ソフトな研磨を行なうことができる。
更に、エアコンプレッサの開閉弁(いずれも図示省略)を開き、所定圧力の圧縮空気(ピストン駆動用ガスの例)をガスシリンダ36内に供給する。すると、圧縮空気によりピストンロッド37がシリンダ本体から例えば2点鎖線37Aで示す位置に押し出され、コイルバネ42,42を伸ばすとともにヘッド部62を被研磨材Gへ近づける方向に移動させる。このときの押出力は、レギュレータ(図示省略)の調整操作によって圧縮空気の圧力を例えば0.49MPa(5kg/cm2)までの所定圧力に設定することにより得られる。
そして、被研磨材Gの外周面にバフ体6が接していることにより、ヘッド部62は、回転する被研磨材Gの曲がり、振れ、外周面形状、表面状態などに対応して上下に微小移動する。そして、ヘッド部62の重量はコイルバネ42,42により弾性的に軽減されているが、この重量によりバフ体6が被研磨材Gの外周面を押圧して研磨する。このとき、コイルバネ42,42は振動しようとするが、その振動はガスシリンダ36のピストンロッド37の押出力によって抑制される。すなわち、ガスシリンダ36およびピストンロッド37はコイルバネ42,42の周期的振動を緩和するショックアブソーバとしての役割をも果たす。従って、被研磨材Gの曲がり、振れ、外周面形状、表面状態、研磨条件にうまく追従した最適で安定な押圧力を提供することができ、緻密で美しい被研磨面を得ることができる。そして、圧縮空気の設定圧力を調整することにより、簡単に、荒研磨から鏡面仕上げ研磨に至るまで研磨度合を自由に選定することができる。
この場合、ヘッド部62の移動台18はLMガイド部材30を介して基台フレーム19の側板部43,43に取り付けられているので、ヘッド部62の微小移動を低い摺動摩擦抵抗で滑らかに行なうことができる。このLMガイド部材30の存在も、ヘッド部62の上下移動の追従性を更に高めるので、最適な押圧力を得ることに大きく貢献する。
尚、上記の実施形態では弾性部材としてコイルバネ42を用いたが、本発明はそれに限定されるものでなく、コイルバネ42に替えて例えば板バネなどを弾性部材として用いても構わない。
また、上記では、圧縮空気をピストン駆動用ガスとして用いるガスシリンダ36を例示したが、本発明ではピストン駆動用ガスとして空気の替わりに、窒素ガス、炭酸ガスなどを用いることも可能である。そして、ガスシリンダ36を基台フレーム19の支持板部34に取り付け、ピストンロッド37でヘッド部62を押すようにしたが、逆にヘッド部62側にガスシリンダ36を取り付け、基台フレーム19側をピストンロッド37で押すようにしても構わない。
また、バフ体6の取扱い方式としては、粉塵発生や摩擦熱による表面焼けの問題を解消し得るならば、湿式バフ方式に替えて、乾式バフ方式を採用してもよい。
そして、上記では基体13の前面を約15度傾けているが、垂直にした基体13の前面に基移動体14を取り付けたものも、本発明に含まれる。
また、上記では転動体を有するLMガイド部材30を採用したが、本発明はLMガイド部材30に替えて、転動体を持たない汎用のガイド部材およびレール体を用いたものも含んでいる。
1 バフ研磨装置
5 研磨ユニット
6 バフ体
6A 従動回転軸
11 モータ(回転駆動源、サーボモータ)
11A 回転駆動軸
18 移動台
19 基台フレーム
30 LMガイド部材
31 レール体
32 摺動子
36 ガスシリンダ
37 ピストンロッド
42 コイルバネ(弾性部材)
43 側板部
44 移動台フレーム
48 V溝プーリ
49 V溝プーリ
50 Vリブドベルト
62 ヘッド部
G 被研磨材
G0 回転軸心
J0 軸心

Claims (4)

  1. 基台フレームに、回転する被研磨材に対し近接離間するヘッド部が移動自在に取り付けられ、前記ヘッド部に、被研磨材の回転軸心と略平行または交差する軸心回りに回転して被研磨材の周面を研磨するバフ体と、該バフ体を回転させる回転駆動源とが取り付けられているバフ研磨装置において、
    ヘッド部が、被研磨材への近接離間方向に伸縮する弾性部材を介して基台フレームに弾性的に支持されるとともに、ピストン駆動用ガスの供給を受けてヘッド部を被研磨材へ近づける方向に押圧するガスシリンダが、基台フレームとヘッド部との間に介設されていることを特徴とするバフ研磨装置。
  2. 回転駆動源としてサーボモータを用いたことを特徴とする請求項1に記載のバフ研磨装置。
  3. ヘッド部がLMガイド部材を介して基台フレームに移動自在に取り付けられている請求項1または請求項2に記載のバフ研磨装置。
  4. 回転駆動源の回転駆動軸とバフ体の従動回転軸とがVリブドベルトを介して駆動連結されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のバフ研磨装置。
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