JP2012152872A

JP2012152872A - 表面処置方法

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Publication number: JP2012152872A
Application number: JP2011015562A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Tsutsumi; 勝次堤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-08-16

Abstract

【課題】往復揺動による表面処理において、処理効率が高く、かつ処理時間の短い、耐久性に優れた表面処理方法を提供する。
【解決手段】揺動槽１内に処理材１２及び被処理物１３を収容し、揺動槽１を略等速で往復揺動させて被処理物１３の表面を処理する表面処理方法であって、往復揺動において、少なくとの２以上の速度の異なる揺動区間を有し、揺動区間のうち、揺動端を含む揺動区間における速度が最も小さい。
【選択図】図３

Description

本発明は、器具、部品等の被処理物の表面を、研磨、洗浄、バリ取り等の表面仕上げを行う表面処理方法に関する。

一般に、被処理物の表面処理は、容器内に被処理物を処理材とともに収容し、容器内で、処理材と被処理物を攪拌することにより行われるが、攪拌の仕方としては、容器を回転させたり、振動させたりする方法がよく知られている。しかしながら、これらの方法による攪拌だけでは十分な処理効率を得ることができず、その結果、処理時間が長くなってしまうという問題がある。

このような問題に対して、本件出願人は、先に、容器内に被処理物と処理材とを収容し、容器を往復揺動させながら被処理物の表面処理を行う方法を提案してる（特許文献１、特許文献２等）。このとき、往復揺動を、揺動端を除いて略等速で行うことによって、容器内の内容物を大きく流動させる（持ち上げる）ことができ、かつ、揺動端における反転動作において、反対向きに大きな摩擦力が作用する（すべり層が形成される）ため、処理効率を各段に高めることができる。

特開平９−８５６０７号公報特開平４−１８３９９８号公報

上記の往復揺動による表面処理は、容器内の内容物を大きく流動させた後、揺動端における反転動作において、内容物に対して大きな摩擦力を付与することによって、表面処理の効率アップを図ったものである。従って、より表面処理の効率アップを図るためには、揺動速度を高めて、揺動端における反転動作において、より大きな加速度（急制動と急加速）を付与することによって、内容物に大きな摩擦力を作用させることが必要となる。

しかしながら、上記表面処理における往復揺動は、揺動端を除いて略等速で行われるため、内容物を含む容器の質量が大きい場合、揺動速度を高めると、揺動端での慣性モーメントが非常に大きくなるため、容器を揺動駆動するモータに過度の負荷が加わることになる。従って、モータの耐久性等を考慮すると、揺動速度を高めることによる処理効率のアップには一定の限界がある。また、モータに加わる負荷を低減するために、揺動端における停止時間を長くすることも考えられるが、その場合、処理時間が長くなってしまい、実用性の面で課題が残る。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、往復揺動による表面処理において、処理効率が高く、かつ処理時間の短い、耐久性に優れた表面処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、被処理物を収容した揺動槽を、略等速で往復揺動させて被処理物を表面処理する方法において、往復揺動を、速度の異なる多段階の揺動で行うことを採用する。

すなわち、本発明に係る表面処理方法は、揺動槽内に処理材及び被処理物を収容し、揺動槽を略等速で往復揺動させて被処理物の表面を処理する表面処理方法であって、往復揺動において、少なくとの２以上の速度の異なる揺動区間を有し、揺動区間のうち、揺動端を含む揺動区間における速度が最も小さいことを特徴とする。

このような方法により、１回の往復揺動において、速度を切り換える毎に、揺動槽内の内容物の流動に変化を与えることによって、その都度、内容物に対して摩擦力を付与することができる。これにより、摩擦力を付与する回数が増えるため、表面処理の効率を向上させることができる。また、速度を順次小さくすることによって、揺動端における急制動を抑制することができるため、全体的に揺動速度を高めても、モータに加わる負荷を低減することができる。加えて、揺動端における急制動を抑制することができるため、揺動端における停止時間を短くすることができ、その結果、処理時間を短縮することができる。さらに、全体的に揺動速度を高めることによって、切り換え時の速度の変化（高速から低速）、すなわち、加速度も大きくできるため、内容物に対してより大きな摩擦力を付与することができる。

すなわち、従来の往復揺動による表面処理方法では、内容物に対する摩擦力の付与を、専ら、揺動端における反転動作によって行っていたのに対し、本発明における表面処置方法では、揺動端における摩擦力の付与に加えて、途中の揺動区間においても、揺動速度の切り換えによって摩擦力の付与をさらに付加したものである。これにより、処理効率が高く、かつ処理時間の短い、耐久性に優れた表面処理方法を実現することができる。

本発明によれば、被処理物を収容した揺動槽を、速度の異なる多段階の往復揺動にすることによって、処理効率が高く、かつ処理時間の短い、耐久性に優れた表面処理方法を提供することができる。

本発明の一実施形態における表面処理方法を実行するための表面処理装置の断面図である。本発明の一実施形態における表面処理方法を実行するための表面処理装置の正面図である。本発明の一実施形態における揺動槽の往復揺動の制御方法を示したタイミング図である。（ａ）及び（ｂ）は、処理材と被処理物とを分離する工程を説明した断面図である。揺動槽に配設した給水パイプの構造を示した斜視図である。

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、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における表面処理方法を実行するための表面処理装置を模式的に示した断面図で、図２は、その正面図である。

図１及び図２に示すように、揺動槽１は、その両側面１ａ、１ｂに固定された取付板２ａ、２ｂに取り付けられた支持軸３ａ、３ｂによって支持され、支持軸３ａ、３ｂは、フレーム５の上部に設置された軸受４ａ、４ｂによって回転自在に支持されている。これによって、揺動槽１は、支持軸３ａ、３ｂを中心に、揺動自在に支持されている。

一方の支持軸３ａは、一対の軸受４ａを貫通して突出し、その先端部に歯車１０が固定されている。また、支持軸３ａの下方には、サーボモータ７と減速機８とからなる駆動手段６が設置され、減速機８の出力軸に固定された歯車９と歯車１０との間には、タイミングチェーン１１が巻回されている。そして、駆動手段６により、揺動槽１は、支持軸３ａ、３ｂを中心に、所定の速度及び角度をもって往復揺動するように制御される。

ここで、本発明における「往復揺動」とは、振り子のように、支持軸３ａを中心に回転軌道上を往復する動きをいう。

次に、上記構成の表面処理装置を用いて、被処理物の表面仕上げを行う表面処理方法を説明する。

図１に示すように、揺動槽１内には、処理材１２及び被処理物１３が収容されている。なお、本発明において、被処理物１３は特に制限されず、各種金属材料、プラスチック、ゴム、木材、カーボン等の任意の材質の任意の形状及び大きさのものに適用することができる。また、被処理物１３の表面処理の種類も特に制限されず、例えば、研磨、鏡面仕上げ、洗浄、バリ取り等の各種表面処理に適用することができる。また、処理材１２は、適用する表面処理に応じて適宜選択すればよく、例えば、セラミック、金属、ガラス、プラスチック、ゴム等の粒状体を用いることができる。また、本発明における表面処理は、処理液を有する湿式処理の他、乾式処理にも適用できる。湿式処理の場合の処理液としては、水または温水の他、界面活性剤等を添加してもよい。また、適用する表面処理に応じて、研磨液、洗浄液等を用いてもよい。

揺動槽１の形状は特に制限されないが、図２に示すように、側面形状が多角形（本実施形態では７角形）のものを用いることによって、揺動槽１内の内容物を、往復揺動により、より効果的に流動させることができる。

また、揺動槽１の一側面に開口部１５を形成し、蓋２２で密閉可能にしておけば、開口部１５から処理材１２及び被処理物１３を揺動槽１内に収容した後、蓋２２で密閉することにより、表面処理を実行することができる。なお、開口部１５に、枠体２４の内面にゴムライニングを施した壁体２５を設け、蓋２２を壁体２５に装着し、ロック手段２３でロックすることにより、開口部１５を密閉状態に保つことができる。また、揺動槽１の内面にゴムライニング２１を配設しておくことにより、揺動槽１の耐摩耗性を高めるとともに、揺動時の衝撃や騒音を吸収することができる。さらに、ゴムライニング２１の内表面に凹凸（不図示）を施すことによって、被処理物１３が小さい場合でも、揺動時に、被処理物１３がゴムライニング２１の内表面に密着するのを防止することができる。これにより、被処理物１３を均一に表面処置することができる。さらに、揺動槽１内に、区画された複数の収容空間を設け、各収容空間に、被処理物１３をそれぞれ収容することにより、被処理物１３同士の衝突を防止した状態で、表面処理を実行することができる。なお、区画された収容空間は、例えば、揺動槽１内を仕切り板で仕切るか、あるいは、各被処理物１３を網袋等に収容すること等により形成することができる。

図３は、本実施形態における揺動槽１の往復揺動の制御方法を示したタイミング図である。

図３に示すように、サーボモータ７を駆動して、揺動槽１を、一定速度Ｖ_１で一方向に揺動させる。そして、揺動角度が予め設定された所定角度αに達したとき、サーボモータ７の駆動を制御して、揺動槽１の揺動速度を、Ｖ_１より遅いＶ_２に切り換え、揺動角度が予め設定された所定角度βに達したとき、サーボモータ７の駆動を停止する。その後、逆方向にサーボモータ７を駆動して、再び、揺動槽１を、一定速度−Ｖ_１で反対方向に揺動させる。そして、揺動角度が所定角度αに達したとき、サーボモータ７の駆動を制御して、揺動槽１の揺動速度を、−Ｖ_１より遅い−Ｖ_２に切り換え、揺動角度が所定角度βに達したとき、サーボモータ７の駆動を停止する。この動作を繰り返すことによって、速度の異なる２段階の揺動区間（図３において、Ａ、Ｂの区間、及びＡ’、Ｂ’の区間）を有する往復揺動が行われる。なお、ここで、揺動角度α、βとは、鉛直方向に対する回転角度をいう。

このように、往復揺動の速度を２段階に制御することによって、１回の往復揺動において、速度をＶ_１からＶ_２に切り換える毎に、揺動槽１内の内容物の流動に変化を与えることができる。これにより、速度の切り換え毎に、内容物に対して摩擦力を付与することができるため、１回の往復揺動において、摩擦力を付与する回数を増やすことができ、その結果、表面処理の効率を向上させることができる。また、速度を、Ｖ_１からＶ_２に順次小さくすることによって、揺動端における急制動を抑制することができるため、全体的に揺動速度を高めても、サーボモータ７に加わる負荷を低減することができる。加えて、揺動端における急制動を抑制することができるため、揺動端における停止時間（図３において、Ｃの区間）を短くすることができ、その結果、処理時間を短縮することができる。さらに、全体的に揺動速度を高めることによって、切り換え時の加速度（Ｖ_１からＶ_２）も大きくできるため、内容物に対してより大きな摩擦力を付与することができる。

すなわち、従来の往復揺動による表面処理方法では、内容物に対する摩擦力の付与を、専ら、揺動端における反転動作によって行っていたのに対し、本発明における表面処置方法では、揺動端における摩擦力の付与に加えて、途中の揺動区間においても、揺動速度の切り換えによって摩擦力の付与をさらに行うことができる。これにより、処理効率が高く、かつ処理時間の短い、耐久性に優れた表面処理方法を実現することができる。

なお、上記実施形態では、速度の異なる２つの揺動区間Ａ、Ｂ（Ａ’、Ｂ’）を例示したが、これに限らず、少なくとの２以上の速度の異なる揺動区間を有していればよい。この場合、複数の揺動区間のうち、揺動端を含む揺動区間における速度が最も小さければよい。また、各揺動区間における揺動速度及び揺動角度は、特に制限されず、揺動槽１内に収容する内容物（処理材及び被処理物）の種類、質量、あるいは表面処理の種類等によって、適宜設定すればよい。なお、反対方向における揺動速度（Ｖ_１、Ｖ_２）、及び揺動角度（α、β）は、同じ大きさに設定するのが好ましいが、異なる大きさであっても構わない。

表１は、２段階の往復揺動を行う場合の、各揺動区間Ａ、Ｂにおける揺動速度（Ｖ_１、Ｖ_２）、及び揺動角度（α、β）の一例を示した表である。この場合、初段の揺動区間Ａにおける揺動速度を大きく設定（Ｖ_１＝３５ｒｐｍ）できるため、切り換え時の加速度（Ｖ_１からＶ_２）を大きくすることができ、これにより、内容物に対してより大きな摩擦力を付与することができる。また、後段の揺動区間Ｂ、すなわち、揺動端を含む揺動区間における揺動速度は小さく設定（Ｖ_２＝１５ｒｐｍ）できるので、サーボモータ７に加わる負荷を低減できるとともに、揺動端における停止時間を短くすることができる。

表１に示した値以外に、例えば、揺動区間Ａにおける揺動速度Ｖ_１は、２０〜５０ｒｐｍの範囲に、揺動区間Ｂにおける揺動速度Ｖ_２は、５〜２０ｒｐｍの範囲に設定してもよい。また、揺動区間Ａにおける揺動角度は、６０〜１２０°の範囲に、揺動区間Ｂにおける揺動角度は、６０〜１８０°の範囲に設定してもよい。なお、これらの数値は例示に過ぎず、適用する表面処理の種類や、使用する表面処理装置（往復揺動の駆動手段）等に応じて、適宜、その大きさを設定すればよい。例えば、揺動区間Ａにおける揺動速度Ｖ_１が５０ｒｐｍ以上であってもよく、また、揺動区間Ａにおける揺動角度が１８０°以上であってもよい。

また、３段階以上の往復揺動をする場合、揺動端を含む揺動区間（最終段の揺動区間）における速度を最も小さくすることを考慮すれば、各揺動区間における揺動速度は、順次小さくすることが好ましいが、必ずしも、これに限定されるものではない。例えば、途中に、揺動速度が大きくなる揺動区間を有していても構わない。この場合も、切り換え時に加速度（低速度から高速度）が生じるため、内容物に対して摩擦力を付与することには変わりがないからである。

また、揺動端を含む揺動区間における揺動速度を小さくすれば、揺動端における停止時間を、例えば、０．０５秒以上に設定することができる。

次に、図４（ａ）、（ｂ）を参照しながら、揺動槽１を往復揺動させて被処理物１３の表面を処理した後、処理材１２と被処理物１３とを分離する工程を説明する。

図４（ａ）に示すように、被処理物１３の表面処理を終了した後、揺動槽１の開口部１５側の蓋（不図示）を取り外し、揺動槽１の開口部１５側に、複数の穴（不図示）を有するフィルタ３０を配設する。フィルタ３０に設けた穴は、処理材１２が通過する程度の大きさを有していればよく、また、穴の数は特に制限されない。フィルタ３０の材質も特に制限されず、例えば、樹脂等で形成してもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、揺動槽１をフィルタ３０が下方になるように反転させる。これにより、揺動槽１に収容された処理材１２（処理液も含む）は、フィルタ３０の穴を通って下方に落下する。このとき、揺動槽１の下方に、処理材１２を回収するためのトレイ３１を用意しておけば、処理材１２を処理液とともに、トレイ３１に回収することができる。これにより、処理材１２と被処理物１３とを容易に分離することができる。また、処理材１２と被処理物１３とを分離した後は、フィルタ３０を取り外すことによって、表面処理を終了した被処理物１３を、開口部１５から取り出すことができる。なお、被処理物１３の取り出しは、揺動槽１を反転させたままの状態で行ってもよいし、あるいは、揺動槽１を再び反転させて元の状態に戻してから行ってもよい。

なお、処理材１２と被処理物１３とを分離する際、揺動槽１を揺動させながら行ってもよい。これにより、処理材１２をよりスムーズに被処理物１３と分離して回収することができる。また、処理材１２と被処理物１３とを分離する際、フィルタ３０に、振動体（例えば、エア振動シリンダ）を取り付け、フィルタ３０を振動させながら行ってもよい。これにより、処理材１２をフィルタ３０の穴からスムーズにふるいにかけることができ、処理材１２をよりスムーズに被処理物１３と分離して回収することができる。さらに、図５に示すように、揺動槽１内に、給水パイプ４０を配設しておき、処理材１２と被処理物１３とを分離する際、給水パイプ４０からシャワー水を処理材１２及び被処理物１３にかけながら行ってもよい。これにより、被処理物１３の洗浄を同時に行うことができる。また、トレイ３１に回収した処理材１２（処理液も含む）は、そのまま廃棄してもよいが、処理材１２がまだ使用できる状態であれば、次の被処理物１３の表面処理を行う際に、再び、揺動槽１内に収容することによって、繰り返し使用してもよい。

なお、揺動槽１のコーナに配設した各給水パイプ４０は、連結管４１を介して揺動槽１の一側面に設けられたロータリジョイント４２に連結しており、ロータリジョイント４２から各給水パイプ４０に水が供給される。また、この給水パイプ４０は、表面処理時において、化学洗浄液を供給するようにすれば、表面処理と洗浄を同時に行うことができ、これにより、汚水の発生を防止することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態において、揺動槽１を往復揺動する制御手段として、図１、２に示した構成を例示したが、勿論、これに制限されず、種々の制御手段を採用し得る。また、本発明における往復揺動に加えて、例えば、揺動槽１に振動を同時に加えるようにした構成のものであってもよい。

１揺動槽
３ａ、３ｂ支持軸
４ａ、４ｂ軸受
５フレーム
６駆動手段
７サーボモータ
８減速機
９、１０歯車
１１タイミングチェーン
１２処理材
１３被処理物
１４開閉蓋
１５開口部
２１ゴムライニング
２２蓋
２３ロック手段
２４枠体
２５壁体
３０フィルタ
３１トレイ
４０給水パイプ
４１連結管
４２ロータリジョイント

Claims

揺動槽内に処理材及び被処理物を収容し、該揺動槽を略等速で往復揺動させて前記被処理物の表面を処理する表面処理方法であって、
前記往復揺動において、少なくとの２以上の速度の異なる揺動区間を有し、
前記揺動区間のうち、揺動端を含む揺動区間における速度が最も小さいことを特徴とする表面処理方法。
前記揺動端において、前記揺動槽を０．０５秒以上停止させることを特徴とする、請求項１に記載の表面処理方法。
前記揺動槽の開口部側に、複数の穴を有するフィルタが配設されており、
前記揺動槽を往復揺動させて前記被処理物の表面を処理する工程の後、前記揺動槽を前記開口部側が下方になるように反転させて、前記処理材を前記フィルタの穴から前記揺動槽外に排出することによって、処理材及び被処理物を分離する工程をさらに有していることを特徴とする、請求項１に記載の表面処理方法。
前記揺動槽内に、給水パイプがさらに配設されており、
前記処理材及び被処理物を分離する工程は、前記揺動槽を揺動させながら、かつ、前記給水パイプからシャワー水を前記処理材及び被処理物にかけながら行われることを特徴とする、請求項３に記載の表面処理方法。