JP2017100238A - 液体ホーニング加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨材を含む液体の噴射を受けて飛び散ったワークが落下したときの衝撃を緩和し、ワークに欠けなどの発生を低減する。【解決手段】この発明は、バレル１０内に収容したワークＷをバレル１０の回転により撹拌し、研磨材と水が混合した液体からなるスラリーを噴射ノズル１２からエアとともにバレル１０内に噴射し、ワークＷの表面を研磨する液体ホーニング加工方法である。あらかじめバレル１０内にスラリーの液体を溜めておき、バレル１０を低速度で回転させ、スラリーの液面から露出する一群のワークＷに向けて、または前記液面近くの液中にある一群のワークに向けて噴射ノズル１２からスラリーを噴射し、飛び散ったワークをバレル１０内の液中に落下させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、バレル式の液体ホーニング加工方法および装置に関する。

機械部品の表面を研磨加工し、バリ取りや、素地調整、梨地加工などを施す表面加工方法には、乾式ブラスト加工方法、湿式ブラスト（液体ホーニング）加工方法がある。このうち、乾式ブラスト加工方法は、エアで砥粒となるメディアをエアとともに噴射してワークの表面を加工する技術である。利用するメディアの違いによって、ドライブラスト加工方法、ショットブラスト加工方法などがある。

液体ホーニング加工方法は、研磨材を含む液体をエアとともにワーク表面に吹き付けて加工する技術である。この液体ホーニング加工法の加工形態には、バレルと呼ばれるかごに大量のワークを入れ、バレルを回転させてワークを撹拌しながら、研磨材を含む液体を吹き付けてワークを加工する方法がある（バレル式液体ホーニング加工）。

この液体ホーニング加工は、ワークの特定部分を加工するのには向いていないが、小型の機械部品の表面全体に、例えば、梨地加工を処理し、それも大量の機械部分を一度に加工するのに適している加工方法である。この種の液体ホーニング加工方法に関する従来技術としては、例えば、特許文献１に開示されているものを挙げることができる。

特開２０１３−１４６８０７号公報

液体ホーニング加工では、回転するバレルの中で大量のワークが撹拌されながら加工が進行していく。バレルの中では、ワーク同士がぶつかり合い、お互いこ擦れ合いながら撹拌されることになる。

このような状態で、加工を続けていくと、ワーク同士のぶつかり合いによって、一部が欠けた不良品が発生するという問題がある。

また、研磨材を含んだ液体は、ワークに向かってエアとともに勢いよく噴出される。小型のワーク自体は軽いので、ワークがバレル内で飛び散ったり跳ね上がり、その際の衝撃で、ワークの一部に欠損が生じる。

撹拌によるワークの欠けについては、バレルの回転速度を下がることによって、程度衝撃を緩和することが可能である。このため、従来の液体ホーニング加工では、液体の噴射を受けて飛び散ったときの落下による衝撃を和らげ、欠損のある不良品を発生率を下げることが大きな課題とされている。

本発明は、上記従来技術が有する問題点に鑑みなされたものであって、研磨材を含む液体の噴射を受けて飛び散ったワークが落下したときの衝撃を緩和し、ワークに欠けなどの発生を低減することが可能な液体ホーニング加工方法および装置を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、本発明は、バレル内に収容したワークを前記バレルの回転により撹拌し、研磨材と水が混合した液体からなるスラリーを噴射ノズルからエアとともに前記バレル内に噴射し、前記ワークの表面を研磨する液体ホーニング加工方法において、 あらかじめ前記バレル内に前記スラリーの液体を溜めておき、前記バレルを低速度で回転させ、前記スラリーの液面から露出する一群のワークに向けて、または前記液面近くの液中にある一群のワークに向けて前記噴射ノズルから前記スラリーを噴射し、飛び散ったワークを前記バレル内の液中に落下させることを特徴とするものである。

また、本発明は、収容したワークを回転によって撹拌するバレルと、前記バレルを回転させる回転駆動機構と、研磨材と水が混合した液体からなるスラリーをエアとともに前記バレル内に噴射する噴射ノズルと、ズル位置、噴射方向が調整可能なように前記噴射ノズルを固定するノズル固定治具と、を備え、前記バレルは、気中に設置され、前記噴射ノズルから供給されるスラリーの液量と、前記バレルから抜けるスラリーの液量とのバランスにより、前記噴射ノズルから噴射された前記スラリーを受けて飛び散った前記ワークが前記バレル内の液中に落下するように、前記バレル内の液面のレベルが維持されることを特徴とするものである。

さらに、本発明は、収容したワークを回転によって撹拌するバレルと、前記バレルを回転させる回転駆動機構と、研磨材と水が混合した液体からなるスラリーをエアとともに前記バレル内に噴射する噴射ノズルと、ノズル位置、噴射方向が調整可能なように前記噴射ノズルを固定するノズル固定治具と、を備え、前記バレルは、水で満たされたタンク内に部分的に浸漬された状態で設置され、前記噴射ノズルから噴射された前記スラリーを受けて飛び散った前記ワークが前記バレル内の液中に落下するように、前記バレル内の液面のレベルが維持されることを特徴とするものである。

本発明の第１実施形態による液体ホーニング加工装置を示す一部断面側面図である。 図１の液体ホーニング加工装置で使用されるバレルを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による液体ホーニング加工方法において、加工開始前のバレル内の状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による液体ホーニング加工方法において、回転するバレルの中でのワークの状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による液体ホーニング加工方法において、飛散するワークの状況を示す模式図である。 本発明の第２実施形態による液体ホーニング加工装置を示す一部断面側面図である。

以下、本発明による液体ホーニング加工および装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる液体ホーニング加工装置を示す。図２は、ワークＷが収容されるバレルを示す。参照番号１０は、バレルを示し、参照番号１２は、研磨材が混入された水（以下、スラリーという）を噴射するノズルを示している。

バレル１０は、多数の小さい穴が打ち抜かれている金属製の板を用いて製作され、多角形、この実施形態では、有底８角筒形のかごである。このバレル１０の正面には、ノズル１２からスラリーをバレル１０内部に噴射できるようにするための開口部１１が開いている。バレル１０の内周面には、耐摩耗性の薄いゴム１３が貼着られている。このゴムにも、多数の小さい穴が形成されている。

このようなバレル１０は、バレル受部１７によって着脱可能に気中で保持されている。

バレル受部１７には、回転軸１４が同軸に取り付けられている。この回転軸１４には、減速機１５を介して電動モータ１６が連結されている。バレル１０は、電動モータ１６に駆動されて、ゆっくりとした回転速度で回転することができる。そして、バレル１０の内部には、多数のワークＷがスラリーとともに入れられてことになる。この第１実施形態は、バレル１０の回転軸１４は水平な姿勢になっている例であるが、スラリーの噴射の仕方によってバレル１０を斜めにした方が好ましい場合には、回転軸１４を斜めの姿勢にするようにしてもよい。

次に、 スラリーをバレル１０内部に向けて噴射する噴射ノズル１２について説明する。

図１において、噴射ノズル１２には、スラリーを供給するスラリー配管１８と、圧縮空気を供給するエア配管２０が接続されている。そして、噴射ノズル１２は、その位置、噴射角度を設定するためのノズル固定治具２２に保持されている。

ノズル固定治具２２は、ノズルホルダ２３、第１支持ロッド２４、ホルダ２５、第２支持ロッド２６などから構成されている。ノズルホルダ２３では、噴射ノズル１２は軸２７回りに回動可能になっており、噴射ノズル１２の噴射角度が調整可能である。また、ノズルホルダ２３は、第１支持ロッド２４に沿ってその固定位置を変えることができ、第１支持ロッド２４を保持しているホルダ２５は、第１支持ロッド２４と直交する方向に伸びる第２支持ロッド２６に沿って固定位置を変えることができる。このようなノズル固定治具２２を用いることで、噴射ノズル１２をバレル１０に対して、所望の位置、噴射角度に調整することができる。

次に、以上のような液体ホーニング加工装置を用いて実施する液体ホーニング加工方法について、図３乃至図５を参照して説明する。

この実施形態では、加工対象のワークＷは、長さ数ｃｍ程度の、例えば、金属、焼結金属、セラミックスからなるスリーブのような小型機械部品である。ワークＷの対象は、限定されるものではなく、ボルトやねじのような部品にも適用可能である。本実施形態の液体ホーニング加工方は、数センチ程度の小型機械部品の全表面均一に梨地加工やバリ取り加工を施すような加工に向いている。

ワークＷに吹き付けるスラリーには、研磨材として、アルミナ粉末、ステンレスブリッド、ガラスビーズなどが用いられる。研磨材は、水と混合され、２０〜２５（重量）％の濃度のスラリーに調整される。

ここで、図３は、スラリーとワークＷが入れられた状態のバレル１０を示す。図３に示されるように、加工を開始するにあたって、多数のワークＷがバレル１０内に投入されるとともに、スラリーも噴射ノズル１２から注入しておく。スラリーの液面レベルは、すべてのワークＷがスラリーの液中に浸漬される程度であればよい。

次に、バレル１０をゆっくりとした回転速度、好ましくは５／ｍｉｎ以下の回転速度で回転させる。
バレル１０の回転によって、ワークＷが撹拌されると、図４に示されるように、回転方向側にワークＷが寄って盛り上がった部分が必ずできる。ワークＷの盛り上がった部分は、スラリーの液面から露出するようになっており、残余の部分はスラリーの液中に沈んでいる。本実施形態の液体ホーニング加工方法では、バレル１０が回転している間、常に、バレル１０内がこのような状態になっているように、スラリーの液量、回転数などが調整される。

本実施形態では、バレル１０の本体は多数穴の開いたパンチングプレートで製作されているので、加工中は、バレル１０からスラリーが外に出ていくと同時に噴射ノズル１２から噴射されて補充される。この出ていく液量と補充される液量のバランスを取って、バレル１０内の液面のレベルが保たれるように、スラリーの流量、バレル１０のパンチングプレートの穴の大きさ、数などが調整される。

次に、バレル１０内でワークＷがスラリーの液面から出ている部分およびその液際を狙って、噴射ノズル１２からスラリーが噴射されるように、噴射ノズル１２の照準を定める。この照準は、ノズル固定治具２２の調整により行う。

そこで、噴射ノズル１２からスラリーをエアとともに噴射させると、霧状になったスラリーが、液面から出ている一群のワークＷに対して勢い良く直接吹き付けられる。この間、バレル１０の回転は継続している。スラリーを吹き付けることで、ワークＷの表面はスラリーに含まれる研磨材で磨かれることになる。ここでは、主に、液面から出ている一群のワークＷに対してスラリーが吹き付けられるが、その周りにあって液中にあるワークＷに対してもスラリーを吹き付けるようにしてもよい。その場合、エアの勢いで、液中にあるワークＷも研磨材で磨かれる。

図５に示されるように、スラリー噴霧の勢いで、ワークＷはバレル内で飛び散るが、上述したように、スラリーが所定の液面レベルで溜まっているので、飛散したワークＷは、スラリーの液中に落下することになる。

このように、スラリーを受けて飛散したワークＷは、スラリーの液中に落下するので、ワークＷ同士の衝突を回避することが可能になる。この結果、ワークＷ同士のぶつかり合いによる欠損などを効果的に防止することができる。

次に、以下の条件で試験的に加工を行った結果を示す。
加工条件は次の通りである。
噴射ノズル ：内径８．３ｍｍ
エア圧力 ：０．２ＭＰａ
ノズル距離 ：２３０ｍｍ
加工時間 ：５０ｍｉｎ
バレル回転数 ：３／ｍｉｎ
ワーク ：１ｃｍ×１ｃｍの焼結金属片
ワーク投入個数：１０００個
この条件で実施した液体ホーニング加工後、無作為に抽出した５個の試験片のうち、欠けのあるものは無かった。
他方、バレル中にスラリー液を溜めずに、気中にて同条件で加工を行った場合には、無作為に抽出した５個の試験片のうち、欠けのあるものが２個あった。
以上のことから、欠けなどの不良品の発生率を４０％からかなりの程度で低減できることが判明した。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による液体ホーニング加工方法および装置について、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態の図１乃至２と同一の参照番号は、同一の構成要素を示し、その詳細な説明は省略する。

第１実施形態では、バレル１０内の液面レベルを保つために、バレル１０から抜けていくスラリーと（バレル１０の本体は無数に穴の開いたパンチングプレートで製作されている）、噴射ノズル１２から噴射されて補充されるスラリーの液量のバランスを調整する必要がある。

そこで、第２実施形態は、バレル１０を水で満たされたタンク３０に部分的に沈めた状態で設置するようにした実施形態である。タンク３０内の水（スラリー）は、再びスラリーに調整されて噴射ノズル１２からバレル１０内に噴射されるように循環している。

このような第２実施形態によれば、バレル１０の液面レベルは、すなわちタンク３０の液面レベルであることから、タンク３０の液面レベルを一定に管理すれば、飛散したワークＷが落ちるように液面レベルを確保できるため、バレル１０内の液面レベルの管理が容易になる利点がある。

１０…バレル、１１…開口、１２…噴射ノズル、１３…ゴム、１４…回転軸、１５…減速機、１６…電動モータ、１７…バレル受部、１８…スラリー配管、２０…エア配管、２２…ノズル固定治具、２３…ノズルホルダ、２４…第１支持ロッド、２５…ホルダ、２６…第２支持ロッド、３０…タンク、Ｗ…ワーク

Claims (6)

1. バレル内に収容したワークを前記バレルの回転により撹拌し、研磨材と水が混合した液体からなるスラリーを噴射ノズルからエアとともに前記バレル内に噴射し、前記ワークの表面を研磨する液体ホーニング加工方法において、
   あらかじめ前記バレル内に前記スラリーの液体を溜めておき、
   前記バレルを低速度で回転させ、前記スラリーの液面から露出する一群のワークに向けて、または前記液面近くの液中にある一群のワークに向けて前記噴射ノズルから前記スラリーを噴射し、
   飛び散ったワークを前記バレル内の液中に落下させることを特徴とする液体ホーニング加工方法。
2. 前記スラリーの液面から露出する一群のワークの液際に前記噴射ノズルを照準し、前記噴射ノズルから前記スラリーを噴射することを特徴とする請求項１に記載の液体ホーニング加工装置。
3. 前記バレルは、気中に設置され、前記噴射ノズルから供給されるスラリーの液量と、前記バレルから抜けるスラリーの液量とのバランスにより、前記バレル内の液面のレベルを維持することを特徴とする請求項１に記載の液体ホーニング加工方法。
4. 前記バレルは、水で満たされたタンク内に部分的に浸漬された状態で設置されることを特徴とする請求項１に記載の液体ホーニング加工方法。
5. 収容したワークを回転によって撹拌するバレルと、
   前記バレルを回転させる回転駆動機構と、
   研磨材と水が混合した液体からなるスラリーをエアとともに前記バレル内に噴射する噴射ノズルと、
   ノズル位置、噴射方向が調整可能なように前記噴射ノズルを固定するノズル固定治具と、を備え、
   前記バレルは、気中に設置され、前記噴射ノズルから供給されるスラリーの液量と、前記バレルから抜けるスラリーの液量とのバランスにより、前記噴射ノズルから噴射された前記スラリーを受けて飛び散った前記ワークが前記バレル内の液中に落下するように、前記バレル内の液面のレベルが維持される
   ことを特徴とする液体ホーニング加工装置。
6. 収容したワークを回転によって撹拌するバレルと、
   前記バレルを回転させる回転駆動機構と、
   研磨材と水が混合した液体からなるスラリーをエアとともに前記バレル内に噴射する噴射ノズルと、
   ノズル位置、噴射方向が調整可能なように前記噴射ノズルを固定するノズル固定治具と、を備え、
   前記バレルは、水で満たされたタンク内に部分的に浸漬された状態で設置され、
   前記噴射ノズルから噴射された前記スラリーを受けて飛び散った前記ワークが前記バレル内の液中に落下するように、前記バレル内の液面のレベルが維持されることを特徴とする液体ホーニング加工装置。

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