JP2017164886A - 金属部品の表面処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属部品の表面の微粉を低コストで確実に除去する。アルミナフリーを実現する。【解決手段】スペーサS(金属部品)の表面処理方法は、スペーサSとメディアMa,Mb,Mc,MdとからなるマスMをバレル槽11,31,41内で流動させながら洗浄液Wを給排水することでスペーサSの表面を研磨する研磨工程を、少なくとも1回実行する。少なくとも1回の研磨工程のうち最終仕上げ研磨工程で用いる最終仕上げ用のメディアMdを、砥粒が非含有であるものとする。また、最終仕上げ用のメディアMhを、砥粒を含まない合成樹脂製の母材のみからなるもの、又は含有率が10重量%以下の砥粒を合成樹脂製の結合材で結合し且つアルミナが非含有のものとする。【選択図】図4

Description

本発明は、金属部品の表面処理方法に関するものである。
ハードディスク装置の磁気ディスク間に介装されるスペーサは、プレスや切削等によって所定の形状に加工され、その後、スペーサのバリを除去するためにバレル研磨が施される。バレル研磨の際には、スペーサや研磨材から発生した微粉が、研磨時の押圧力によってスペーサの表面に突き刺さるため、研磨中或いは研磨後に、超音波洗浄によって微粉を除去することが行われる。しかし、スペーサの表面には研磨によってミクロン単位の凹みや溝が残り、この凹部や溝に微粉が入り込むため、超音波洗浄で微粉を完全に除去することは非常に困難である。特に、アルミナ(Al2O3)砥粒の微粉は、硬くて容易に取りきれないため、業界では忌み嫌われることもあり、所謂「アルミナフリー」の研磨材による工程管理が望まれている。
その対策として、特許文献1には、スペーサの表面に金属製又はセラミック製の皮膜を形成し、スペーサの表面に付着した微粉を皮膜の中に閉じ込めておく表面処理方法が開示されている。この方法によれば、スペーサの表面に微粉が露出したままで残留することを防止することができる。
特開平10−074350号公報
しかしながら、スペーサの表面に付着した微粉を皮膜の中に閉じ込めておく表面処理方法は、コストが高くつくという問題がある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、金属部品の表面の微粉を低コストで確実に除去することを目的とする。
第1の発明は、
金属部品とメディアとからなるマスをバレル槽内で流動させながら洗浄液を給排水することで前記金属部品の表面を研磨する研磨工程を、少なくとも1回実行し、
前記少なくとも1回の研磨工程のうち最終仕上げ研磨工程で用いる最終仕上げ用の前記メディアを、砥粒が含まれないものとするところに特徴を有する。
第2の発明は、
金属部品とメディアとからなるマスをバレル槽内で流動させながら洗浄液を給排水することで前記金属部品の表面を研磨する研磨工程を、少なくとも1回実行し、
前記少なくとも1回の研磨工程のうち最終仕上げ研磨工程で用いる最終仕上げ用の前記メディアを、砥粒を含まない合成樹脂製の母材のみからなるもの、又は含有率が10重量%以下の砥粒を合成樹脂製の結合材で結合し且つアルミナが非含有のものとするところに特徴を有する。
尚、本願の発明において、「アルミナが非含有のもの」とは、「結合材や砥粒に研磨材料としてのアルミナを意図的には含有させていないもの」であると定義する。
第1の発明によれば、最終仕上げ研磨工程では、最終仕上げ用のメディアが砥粒を含有していないので、金属部品の表面粗さを小さく仕上げることができる。また、研磨時に金属部品や最終仕上げ用のメディアからは微粉が発生し難い。微粉が発生したとしても、最終仕上げ研磨では金属部品の表面粗さが小さくなって金属部品の表面に微粉が付着し難いことと、洗浄液による洗浄力とにより、微粉は金属部品の表面から確実に除去される。
第2の発明によれば、最終仕上げ研磨工程で使用する最終仕上げ用のメディアが、砥粒を含まない合成樹脂製の母材のみからなるもの、又は含有率が10重量%以下の砥粒を合成樹脂製の結合材で結合し且つアルミナが非含有のものなので、金属部品の表面にアルミナが残留することはなく、所謂「アルミナフリー」を実現することができる。
第1及び第2の発明の研磨方法によれば、メッキ処理が不要なので、コスト低減を実現できる。
実施例1の表面処理方法を実行するための装置の配置をあらわした平面図 粗仕上げ用渦流バレル研磨機の断面図 中仕上げ用渦流バレル研磨機の断面図 最終仕上げ用回転バレル研磨機の断面図 スペーサ(金属部品)の斜視図 粗仕上げ用メディアの斜視図 中仕上げ用第1メディアの斜視図 中仕上げ用第2メディアの斜視図 最終仕上げ用メディアの斜視図 中仕上げ用第1メディアの斜視図 中仕上げ用第2メディアの斜視図 最終仕上げ用メディアの斜視図
本発明は、前記最終仕上げ用のメディアを、シリカを主成分とし且つシリカより硬度の高い砥粒が非含有であるものとしてもよい。この構成によれば、最終仕上げ研磨工程では、メディアの主成分であるシリカの研磨力が小さいので、金属部品の表面粗さを小さく仕上げることができる。また、研磨時に発生するシリカの微粉は、形状が鋭利ではないので、金属部品に突き刺さり難い。
本発明は、前記最終仕上げ研磨工程では、同軸状に配した略水平な一対の中空支持軸により回転可能に支持され、前記マスに雪崩状の流動を生じさせる最終仕上げ用の前記バレル槽を用い、一方の前記中空支持軸を通して洗浄液を前記最終仕上げ用のバレル槽内に供給するとともに、前記最終仕上げ用のバレル槽内の洗浄液を他方の前記中空支持軸を通して排出してもよい。この構成によれば、バレル槽を支持するための中空支持軸を洗浄液の給排水用経路として利用したので、バレル研磨機の構造を簡素化できる。
本発明は、前記最終仕上げ研磨工程より前に中仕上げ研磨工程を実行し、前記中仕上げ研磨工程では、筒状の中仕上げ用固定槽の下端の開口を塞ぐように配された中仕上げ用回転盤を回転させることで前記マスに渦流を生じさせる中仕上げ用の前記バレル槽を用いてもよい。この構成によれば、マスに渦流を生じさせるバレル槽の研磨力は、雪崩状の流動を生じさせるバレル槽よりも高いので、バリ取りやR付け等のための粗仕上げ工程で金属部品に形成された傷や凹凸を、効率的に平滑化することができる。
本発明は、前記中仕上げ用のバレル槽を、前記中仕上げ用回転盤が前記中仕上げ用固定槽の下端縁に摺接しながら回転するものとしてもよい。この構成によれば、中仕上げ用メディアが中仕上げ用固定槽と中仕上げ用回転盤との隙間に詰まったり噛み込んだする虞がないので、粒径の小さい中仕上げ用のメディアを使用することができる。この小径の中仕上げ用のメディアで研磨することにより、金属部品の表面粗さを小さく仕上げることができる。
本発明は、前記中仕上げ研磨工程より前に粗仕上げ研磨工程を実行し、前記粗仕上げ研磨工程では、筒状の粗仕上げ用固定槽と、前記粗仕上げ用固定槽の下端の開口を塞ぐように配されて前記粗仕上げ用固定槽と非接触の状態で回転する粗仕上げ用回転盤とを備えた粗仕上げ用の前記バレル槽を用いてもよい。この構成によれば、粗仕上げ研磨で粒径の大きいメディアを使用できるので、バリ取りやR付け等を効率良く実行することができる。
本発明は、前記最終仕上げ研磨工程より前に中仕上げ研磨工程を実行し、前記中仕上げ研磨工程では、シリカより硬度の高い砥粒が非含有である中仕上げ用の前記メディアを用いてもよい。この構成によれば、中仕上げ研磨工程において、メディアからの微粉の発生量を抑制できるとともに、金属部品の表面粗さを小さくすることができる。
本発明は、前記最終仕上げ研磨工程より前に中仕上げ研磨工程を実行し、 前記中仕上げ研磨工程では、含有率が30重量%以下の砥粒を結合材で結合した中仕上げ用の前記メディアを用い、前記中仕上げ用の前記メディアの前記結合材を合成樹脂としてもよい。この構成によれば、中仕上げ用のメディアは軟らかくて軽い上に砥粒の含有率が低いので、金属部品の表面にアルミナや異物を叩き込み難い。
本発明は、前記最終仕上げ用の前記メディアの前記砥粒及び/又は前記中仕上げ用の前記メディアの前記砥粒が、炭化珪素、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア、シリカ、炭化ホウ素、酸化鉄、酸化クロムのいずれかからなり、且つアルミナが非含有のものであってもよい。この構成によれば、最終仕上げ用のメディアの砥粒及び/又は中仕上げ用のメディアの砥粒は、アルミナを含まないので、これらの研磨工程の後、金属部品の表面にアルミナが残留することはない。
本発明は、前記中仕上げ用の前記メディアの前記結合材が不飽和ポリエステルであってもよい。この構成によれば、結合材として用いる不飽和ポリエステルは、安価で成形し易いという利点がある。
本発明は、前記最終仕上げ用の前記メディアの前記砥粒及び/又は前記中仕上げ用の前記メディアの前記砥粒のメジアン径が、10μm以下であってもよい。この構成によれば、メディアが軟らかくて軽い上に、微細な砥粒で金属部品を研磨するので、表面粗さがきめ細かくなる。
本発明は、前記中仕上げ研磨工程を複数回実行し、初回の前記中仕上げ研磨工程から最終回の前記中仕上げ研磨工程に至る過程で、前記中仕上げ用のメディアの比重を順に軽くしてもよい。この構成によれば、初回の中仕上げ研磨工程では表面粗さよりも研磨力が最優先され、中仕上げ研磨工程が進むほど表面粗さが優先されるので、効率よく研磨を行うことができるとともに、表面粗さの仕上がりが良好となる。
本発明は、前記中仕上げ用のメディアは、粒径が3mm以下の球形をなしていてもよい。この構成によれば、金属部品の表面粗さを小さくして、中仕上げ用のメディア自体からの微粉の発生を抑えることができる。
本発明は、前記中仕上げ研磨工程より前に粗仕上げ研磨工程を実行し、前記粗仕上げ研磨工程では、シリカよりも硬度の高い砥粒を含有する粗仕上げ用の前記メディアを用いてもよい。この構成によれば、粗仕上げ研磨では、砥粒を含有するメディアを使用できるので、バリ取りやR付け等を効率良く短時間で完了させることができる。
本発明によれば、前記最終仕上げ研磨工程に先だって実行される前記粗仕上げ研磨工程と前記中仕上げ研磨工程を順次に進める過程では、各研磨工程で用いられる前記メディアにおける砥粒の含有率を順次に低くしてもよい。この構成によれば、研磨工程が進む過程で、メディアの砥粒の含有率を順次に低くしたので、金属部品の表面の平滑度を効率的に高めていくことができる。
本発明は、前記最終仕上げ研磨工程の後に、前記金属部品の表面を超音波洗浄により洗浄してもよい。この構成によれば、金属部品の表面に微粉が残留することを、確実に防止できる。
<実施例1>
以下、本発明を具体化した実施例1を図1〜図9を参照して説明する。本実施例1の表面処理方法は、例えばハードディスク装置の磁気ディスク間に介装される円環形のスペーサS等のような精密機器の金属部品を処理対象としている。本実施例1では、金属部品がスペーサSである場合について説明する。スペーサSは、プレスや切削等によって所定の形状に加工され、その後、スペーサSのバリ除去や表面粗さの向上等のためにバレル研磨が施される。バレル研磨の際には、研磨材として4種類のメディアMa,Mb,Mc,Mdが用いられる。
バレル研磨工程では、スペーサSやメディアMa,Mb,Mc,Mdのいずれかから微粉が発生し、この微粉が研磨時の押圧力によってスペーサSの表面に突き刺さるため、本実施例1の表面処理方法により、スペーサSの表面から微粉を除去する。本実施例1の表面処理方法では、1回の粗仕上げ研磨工程と、3回の中仕上げ研磨工程と、1回の最終仕上げ研磨工程と、1回の超音波洗浄工程とが、順に実行される。そして、これらの各工程を実行する装置として、図1に示すように、1台の粗仕上げ用渦流バレル研磨機10と、3台の中仕上げ用渦流バレル研磨機30と、1台の最終仕上げ用回転バレル研磨機40と、1台の超音波洗浄装置60とが用いられる。
<粗仕上げ用渦流バレル研磨機10>
粗仕上げ用渦流バレル研磨機10は、図2に示すように、軸線を上下方向に向けた粗仕上げ用のバレル槽11を備えている。粗仕上げ用のバレル槽11は、円形の皿状支持部材12に回転規制状態で同軸状に支持された円筒形の粗仕上げ用固定槽13と、粗仕上げ用固定槽13の下端の開口を塞ぐように(下端縁に沿うように)配された皿形の粗仕上げ用回転盤14とを備えている。粗仕上げ用回転盤14は、皿状支持部材12を貫通した回転軸15の上端部に一体回転可能に取り付けられていて、モータ16(図1を参照)により回転駆動される。粗仕上げ用回転盤14の外周面(下面)と皿状支持部材12の内周面(上面)とで区画された空間は、排水空間21となっている。
粗仕上げ用のバレル槽11の上方には、粗仕上げ用のバレル槽11内に洗浄液Wを供給するための給水配管17の下流端が開口している。粗仕上げ用回転盤14の中央部上面には、センターポール19が一体回転可能に設けられている。そして、粗仕上げ用回転盤14のうちセンターポール19の外周縁に沿った領域には、スペーサSと粗仕上げ用メディアMaは通過させないが、洗浄液Wと汚水を通すことが可能な複数の連通孔18が形成されている。連通孔18は、粗仕上げ用のバレル槽11の内部と、排水空間21とを連通させる。連通孔18は、粗仕上げ用のバレル槽11内の液体(洗浄液Wと汚水)を粗仕上げ用のバレル槽11の外部へ排出するための排出経路となっている。
粗仕上げ用回転盤14の上端部は、粗仕上げ用固定槽13の下端部内周面と対向するように配されているが、粗仕上げ用回転盤14の上端部外周面と粗仕上げ用固定槽13の下端部の内周面とは接触しておらず、粗仕上げ用回転盤14の上端部外周面と粗仕上げ用固定槽13の下端部内周面との間には排水用スリット20が空いている。この排水用スリット20により、粗仕上げ用のバレル槽11の内部空間と排水空間21とが連通している。皿状支持部材12には、上端部が排水空間21に開口した排水路が取り付けられている。排水用スリット20と排水路22は、連通孔18と同じく、粗仕上げ用のバレル槽11内の液体を排出するための排出経路となっている。つまり、粗仕上げ用のバレル槽11内の洗浄液Wと汚水は、連通孔18と排水用スリット20を通って排水空間21内に流入し、ここから、排水路22を通って粗仕上げ用のバレル槽11の外部へ排出されるようになっている。
<中仕上げ用渦流バレル研磨機30>
3台の中仕上げ用渦流バレル研磨機30は、同一構造の装置であり、図3に示すように、軸線を上下方向に向けた中仕上げ用のバレル槽31を備えている。中仕上げ用のバレル槽31は、円筒形の筒状支持部材32に回転規制状態で同軸状に支持された円筒形の中仕上げ用固定槽33と、中仕上げ用固定槽33の下端の開口を塞ぐように(下端縁に沿うように)配された皿形の中仕上げ用回転盤34とを備えている。中仕上げ用回転盤34は、中空回転軸35の上端部に一体回転可能に取り付けられていて、モータ36(図1を参照)により回転駆動される。
中仕上げ用のバレル槽31の上方には、中仕上げ用のバレル槽31内に洗浄液Wを供給するための給水配管37の下流端が開口している。中空回転軸35の内部は排水路38となっており、排水路38の上端は中仕上げ用回転盤34の中心部上面に開口している。排水路38の上端には、スペーサS、中仕上げ用第1メディアMb,中仕上げ用第2メディアMc,最終仕上げ用メディアMdは通過させないが、洗浄液Wのような液体を通過させるフィルタ39が設けられている。排水路38は、中仕上げ用のバレル槽31内の液体(洗浄液Wと汚水)を排出するための排出経路となっている。中仕上げ用回転盤34は、その上端縁を中仕上げ用固定槽33の下端縁に摺接させながら回転する。したがって、中仕上げ用回転盤34の上端縁と中仕上げ用固定槽33の下端縁との間には、中仕上げ用のバレル槽31内の液体が流出することを許容する隙間は空いていない。
<最終仕上げ用回転バレル研磨機40>
最終仕上げ用回転バレル研磨機40は、軸線を水平に向けた最終仕上げ用のバレル槽41を有する。最終仕上げ用のバレル槽41は、一対のフレーム42には、同軸状に配された2本の中空支持軸43が回転可能に取り付けられ、この2本の中空支持軸43には最終仕上げ用のバレル槽41が一体回転し得るように支持されている。一方の中空支持軸43には従動プーリ44が一体回転可能に取り付けられ、従動プーリ44とモータ45の駆動軸46に固着した駆動プーリ47との間にVベルト48が掛け渡されている。モータ45の駆動により最終仕上げ用のバレル槽41が回転するようになっている。
一方の中空支持軸43の内部空間は給水孔49となっている。給水孔49の上流端には給水管50の下流端が接続され、給水孔49の下流端は最終仕上げ用のバレル槽41の内部と連通している。給水孔49の下流端部には、スペーサS、最終仕上げ用メディアMdは通さないが、洗浄液Wの流通を許容するフィルタ53が設けられている。他方の中空支持軸43の内部空間は排水孔51となっている。排水孔51の上流端は最終仕上げ用のバレル槽41の内部と連通し、排水孔51の下流端には排水管52の上流端が接続されている。排水孔51の上流端部には、スペーサS、最終仕上げ用メディアMdは通さないが、洗浄液Wと汚水(図示省略)の流通を許容するフィルタ54が設けられている。給水管50から給水孔49を通して仕上げ用のバレル槽内に供給された洗浄液Wは、排水孔51と排水管52を通して排出される。
<超音波洗浄装置60>
超音波洗浄装置60は、超音波発生装置61と、超音波を伝導するための水、有機溶媒等の洗浄液Wを貯留する容器62とを備えている。スペーサSを洗浄液W内に浸漬して超音波を発生させると、洗浄液W内で微細な泡が発生して短時間に破裂すること(キャビテーション)に伴うエネルギーにより、スペーサSの表面から微粉が浮き上がるようになっている。
<粗仕上げ用メディアMa>
粗仕上げ研磨工程で用いられる粗仕上げ用メディアMa(図6を参照)は、ジルコンからなる砥粒Gを合成樹脂製の結合材B(ボンド)で結合したものである。砥粒Gは、全体として不定形状をなしていて、角部が曲面状に成形されたものである。粗仕上げ用メディアMaは全体として円錐形をなしていて、その高さと直径は、いずれも、粗仕上げ用回転盤14の上端縁と粗仕上げ用固定槽13の下端縁との間の排水用スリット20の開口寸法より大きい寸法とされている。粗仕上げ用メディアMaは、スペーサSのバリを取るとともに、スペーサSの角縁部にR(丸み)を付けるために使用される。また、粗仕上げ研磨工程より前の工程でスペーサSに生じた切削痕やプレス痕を除去する。
<中仕上げ用第1メディアMb>
1回目の中仕上げ研磨工程で用いられる中仕上げ用第1メディアMb(図7を参照)は、砥粒を含まず、アルミナを主成分としてシリカを含有する母材のみで構成される。つまり、中仕上げ用第1メディアMbは、球形のセラミックメディアである。このセラミックは、母材の種類を識別するための呼称である。アルミナの重量比率は、80〜95重量%であり、シリカの重量比率は、3〜18重量%である。アルミナとシリカ以外に少量の酸化物も含有する。この中仕上げ用第1メディアMbは球形をなし、その粒径は、本実施例1では、3mmであり、粗仕上げ用メディアMaの高さ及び直径よりも小さい。中仕上げ用第1メディアMbの粒径は3mm以下が好ましい。粒径が3mm以下であれば、スペーサSの表面粗さを小さくできるとともに、研磨時における中仕上げ用第1メディアMbの微粉の発生量が少なくなる。中仕上げ用第1メディアMbの比重は、粗仕上げ用メディアMaよりも大きい。
また、砥粒を含まない中仕上げ用第1メディアMbの研磨力は、粗仕上げ用メディアMaよりも弱い。しかし、研磨後のスペーサSの表面粗さは、粗仕上げ用メディアMaで研磨したものよりも、中仕上げ用第1メディアMbで研磨したものの方が小さい。つまり、粗仕上げ用メディアMaで研磨するよりも中仕上げ用第1メディアMbで研磨した方が、スペーサSの表面の平滑度が高い。
<中仕上げ用第2メディアMc>
2回目の中仕上げ研磨工程で用いられる中仕上げ用第2メディアMc(図8を参照)は、砥粒を含まず、アルミナとシリカを主成分とする母材のみで構成される。つまり、中仕上げ用第2メディアMcは、球形のセラミックメディアである。このセラミックは、母材の種類を識別するための呼称である。アルミナの重量比率は、50〜80重量%であり、シリカの重量比率は、15〜45重量%である。アルミナとシリカ以外に少量の酸化物も含有する。この中仕上げ用第2メディアMcの粒径は、本実施例1では、3mmであり、中仕上げ用第1メディアMbと同じ寸法である。中仕上げ用第2メディアMcの粒径は、3mm以下が好ましい。粒径が3mm以下であれば、スペーサSの表面粗さを小さくできるとともに、研磨時における中仕上げ用第2メディアMcの微粉の発生量が少なくなる。また、中仕上げ用第2メディアMcの比重は、中仕上げ用第1メディアMbより小さい。
また、シリカは、アルミナに比べると研削力が弱く、鋭利さも低いので、アルミナとシリカを主成分とする中仕上げ用第2メディアMcの研磨力は、アルミナを主成分とする中仕上げ第1メディアMbよりも弱い。しかし、研磨後のスペーサSの表面粗さは、中仕上げ用第1メディアMbで研磨したものよりも、中仕上げ用第2メディアMcで研磨したものの方が小さい。つまり、中仕上げ用第1メディアMbで研磨するよりも中仕上げ用第2メディアMcで研磨した方が、スペーサSの表面の平滑度が高い。
<最終仕上げ用メディアMd>
3回目の中仕上げ研磨工程と最終仕上げ研磨工程で用いられる最終仕上げ用メディアMd(図9を参照)は、砥粒を含まず、シリカを主成分とする母材のみで構成される。つまり、最終仕上げ用メディアMdは、中仕上げ用第2メディアMcと同じく球形のセラミックメディアである。このセラミックは、母材の種類を識別するための呼称である。シリカの重量比率は、70〜100重量%であり、アルミナの重量比率は、0〜25重量%である。シリカとアルミナの合計比率を95重量%とし、残りを粘土成分とすれば、成形が容易である。この最終仕上げ用メディアMdの粒径は、本実施例1では、3mmであり、中仕上げ用第1メディアMb及び中仕上げ用第2メディアMcと同じ寸法である。最終仕上げ用メディアMdの粒径は、3mm以下が好ましい。粒径が3mm以下であれば、スペーサSの表面粗さを小さくできるとともに、研磨時における最終仕上げ用メディアMdの微粉の発生量が少なくなる。また、最終仕上げ用メディアMdの比重は、中仕上げ用第2メディアMcより小さい。
上記のようにシリカは、アルミナに比べると研削力が弱く、鋭利さも低いので、シリカを主成分とする最終仕上げ用メディアMdの研磨力は、アルミナとシリカを主成分とする中仕上げ第2メディアMcよりも弱い。しかし、研磨後のスペーサSの表面粗さは、中仕上げ用第2メディアMcで研磨したものよりも、最終仕上げ用メディアMdで研磨したものの方が小さい。つまり、中仕上げ用第2メディアMcで研磨するよりも最終仕上げ用メディアMdで研磨した方が、スペーサSの表面の平滑度が高い。
<表面処理工程>
次に、スペーサSの製造過程における表面処理の工程を説明する。プレスや切削によって所定形状のスペーサSを成形した後、そのスペーサSには、厚さを均一にするために表裏両面又は表裏いずれか一方の面に対してラップ研磨が施される。このラップ研磨工程では、平面状の研磨面を有する研磨材(図示省略)を押圧しながら往復移動や回転移動させて研磨を行う。
その後、スペーサSのバリ取りとR付け(角縁におけるテーパ面や曲面の形成)のための粗仕上げ研磨工程と、スペーサSの表裏両面を平行にするためのラップ研磨工程がスペーサSの表裏両面又は表裏いずれか一方の面に対して実行される。次に、スペーサSの表面粗さを小さくするために、3回の中仕上げ研磨工程と1回の最終仕上げ研磨工程を実行する。尚、スペーサSの厚さを均一にするためのラップ研磨工程、粗仕上げ研磨工程、スペーサSの表裏両面を平行にするためのラップ研磨工程は、スペーサSに求められる精度如何では、不要である。
<粗仕上げ研磨工程>
粗仕上げ研磨工程では、粗仕上げ用渦流バレル研磨機10のバレル槽11にスペーサSと粗仕上げ用メディアMaを投入し、バレル槽11内に洗浄液Wを供給しながら、粗仕上げ用回転盤14を回転させる。すると、バレル槽11内では、スペーサSと粗仕上げ用メディアMaとからなるマスMが渦流となって流動し、スペーサSの表面が粗仕上げ用メディアMaによって研磨される。
粗仕上げ用渦流バレル研磨機10は、バレル槽11内のマスMに渦流を生じさせるので、最終仕上げ用回転バレル研磨機40よりも研磨力が強い。また、粗仕上げ用メディアMaの研磨力は、中仕上げ用第1メディアMb、中仕上げ用第2メディアMc及び最終仕上げ用メディアMdのいずれよりも強い。したがって、5回の研磨工程の中では粗仕上げ研磨工程の研磨力が最も強い。この強い研磨力により、スペーサSの表面に対するバリ取りやR付け等が効率的に行われる。
しかし、研磨力が強い分、研磨によってスペーサSから発生する微粉が、スペーサSの表面に突き刺さり易い。また、研磨力が強いために、研磨に伴ってスペーサSの表面に形成される凹凸は、5回の研磨工程のうちで最も粗いので、研磨によってスペーサSから発生する微粉は、凹凸に引っ掛かって残り易い。しかも、粗仕上げ用メディアMaは砥粒Gを含んでいるので、砥粒Gから発生する微粉も、スペーサSの表面に突き刺さったり凹凸に引っ掛かったりし易い。粗仕上げ研磨工程では、洗浄液Wが、バレル槽11内に常時供給されるとともに、微粉を含んだ汚水が、常時排出されるのであるが、凹凸が大きいので洗浄液Wによる洗浄だけでは、凹凸に引っ掛かって残った微粉を充分に除去することはできない。
<1回目の中仕上げ研磨工程>
そこで、粗仕上げ研磨工程の後に、1回目の中仕上げ研磨を行う。1回目の中仕上げ研磨工程では、中仕上げ用渦流バレル研磨機30のバレル槽31にスペーサSと中仕上げ用第1メディアMbを投入し、バレル槽31内に洗浄液Wを供給しながら、中仕上げ用回転盤34を回転させる。すると、バレル槽31内では、スペーサSと中仕上げ用第1メディアMbとからなるマスMが渦流となって流動し、スペーサSの表面が中仕上げ用第1メディアMbによって研磨される。
中仕上げ用渦流バレル研磨機30は、粗仕上げ用渦流バレル研磨機10と同じく、バレル槽31内のマスMに渦流を生じさせるので、最終仕上げ用回転バレル研磨機40よりも研磨力が強い。また、中仕上げ用第1メディアMbの研磨力は、中仕上げ用第2メディアMc及び最終仕上げ用メディアMdよりも強い。したがって、5回の研磨工程では、1回目の中仕上げ研磨工程の研磨力が、粗仕上げ研磨工程に次いで2番目に強い。この強い研磨力により、粗仕上げ研磨工程で生じたスペーサSの凹凸を小さくして、スペーサSの表面を効率よく、滑らかにすることができる。
しかし、研磨力が強い分、スペーサSから発生する微粉の量が多い。また、中仕上げ用第1メディアMbはアルミナを主成分としているため、中仕上げ用第1メディアMbからアルミナの微粉が発生する。スペーサSの表面の凹凸は小さくなるものの、スペーサSとアルミナの微粉がスペーサSの表面に突き刺さったり凹凸に引っ掛かって残ったりすることは避けられない。1回目の中仕上げ研磨工程でも、粗仕上げ研磨工程と同じく、洗浄液Wが、バレル槽31内に常時供給されるとともに、微粉を含んだ汚水が、常時排出されるのであるが、洗浄液Wによる洗浄だけでは、突き刺さった微粉を完全に除去することはできない。
<2回目の中仕上げ研磨工程>
そこで、1回目の中仕上げ研磨工程の後に、2回目の中仕上げ研磨を行う。2回目の中仕上げ研磨工程では、中仕上げ用渦流バレル研磨機30のバレル槽31にスペーサSと中仕上げ用第2メディアMcを投入し、バレル槽31内に洗浄液Wを供給しながら、中仕上げ用回転盤34を回転させる。すると、バレル槽31内では、スペーサSと中仕上げ用第2メディアMcとからなるマスMが渦流となって流動し、スペーサSの表面が中仕上げ用第2メディアMcによって研磨される。
上述したように、中仕上げ用渦流バレル研磨機30の研磨力は最終仕上げ用回転バレル研磨機40よりも強い。また、中仕上げ用第2メディアMcの研磨力は、中仕上げ用第1メディアMbより弱いが、最終仕上げ用メディアMdよりは強い。したがって、5回の研磨工程では、2回目の中仕上げ研磨工程の研磨力は、1回目の中仕上げ研磨工程に次いで3番目に強い。この研磨力により、1回目の中仕上げ研磨工程で小さくしたスペーサSの凹凸を、更に小さくして、スペーサSの表面を更に滑らかにする。
2回目の中仕上げ研磨工程の研磨力は、粗仕上げ研磨工程や1回目の中仕上げ研磨工程より弱いが、研磨する以上、スペーサSからは微粉が発生する。また、中仕上げ用第2メディアMcはアルミナを含んでいるため、アルミナの微粉も発生する。スペーサSの表面の凹凸は1回目の中仕上げ研磨工程より小さくなるものの、スペーサSとアルミナの微粉がスペーサSの表面に突き刺さったり凹凸に引っ掛かって残ったりすることは避けられない。2回目の中仕上げ研磨工程でも、粗仕上げ研磨工程及び1回目の中仕上げ研磨工程と同じく、洗浄液Wが、バレル槽31内に常時供給されるとともに、微粉を含んだ汚水が、常時排出されるのであるが、洗浄液Wによる洗浄だけでは、突き刺さった微粉を完全に除去することはできない。
<3回目の中仕上げ研磨工程>
そこで、2回目の中仕上げ研磨工程の後に、3回目の中仕上げ研磨を行う。3回目の中仕上げ研磨工程では、中仕上げ用渦流バレル研磨機30のバレル槽31にスペーサSと最終仕上げ用メディアMdを投入し、バレル槽31内に洗浄液Wを供給しながら、中仕上げ用回転盤34を回転させる。すると、バレル槽31内では、スペーサSと最終仕上げ用メディアMdとからなるマスMが渦流となって流動し、スペーサSの表面が最終仕上げ用メディアMdによって研磨される。
上述したように、中仕上げ用渦流バレル研磨機30の研磨力は最終仕上げ用回転バレル研磨機40よりも強いが、3回目の中仕上げ研磨工程で使用する最終仕上げ用メディアMdの研磨力は、粗仕上げ用メディアMa、中仕上げ用第1メディアMb及び中仕上げ用第2メディアMcよりも弱い。したがって、5回の研磨工程において、3回目の中仕上げ研磨工程の研磨力の強さは、2回目の中仕上げ研磨工程に次いで4番目である。この比較的弱い研磨力により、2回目の中仕上げ研磨工程で小さくしたスペーサSの凹凸を、更に小さくして、スペーサSの表面を更に滑らかにする。
3回目の中仕上げ研磨工程の研磨力は、粗仕上げ研磨工程や1回目及び2回目の中仕上げ研磨工程より弱いが、研磨する以上、スペーサSからは微量ではあるが微粉が発生する。スペーサSの表面の凹凸は2回目の中仕上げ研磨工程より小さくなるものの、スペーサSの僅かな微粉がスペーサSの表面に突き刺さったり凹凸に引っ掛かって残ったりすることは完全には避けられない。3回目の中仕上げ研磨工程でも、粗仕上げ研磨工程及び1回目と2回目の中仕上げ研磨工程と同じく、洗浄液Wが、バレル槽31内に常時供給されるとともに、微粉を含んだ汚水が、常時排出されるのであるが、洗浄液Wによる洗浄だけでは、突き刺さった微粉を完全に除去することはできない。
<最終仕上げ研磨工程>
そこで、3回目の中仕上げ研磨工程の後に、最終仕上げ研磨を行う。最終仕上げ研磨工程では、最終仕上げ用回転バレル研磨機40のバレル槽41にスペーサSと最終仕上げ用Mdを投入し、バレル槽41内に洗浄液Wを供給しながら、バレル槽41を回転させる。すると、バレル槽41内では、スペーサSと最終仕上げ用メディアMdとからなるマス(図示省略)が雪崩状に流動し、スペーサSの表面が最終仕上げ用メディアMdによって研磨される。
最終仕上げ研磨工程で使用する最終仕上げ用メディアMdは、3回目の中仕上げ用研磨工程と同じものであるが、最終仕上げ用回転バレル研磨機40の研磨力は中仕上げ用渦流バレル研磨機30よりも弱い。つまり、最終仕上げ研磨工程の研磨力は、5回の研磨工程の中で最も弱く、3回目の中仕上げ研磨工程の1/10程度に抑えられている。この弱い研磨力により、3回目の中仕上げ研磨工程の後に残っていたごく僅かな凹凸が、ほぼ完全に平滑化され、スペーサSの表面が、目標とする表面粗さ(例えば、Ra0.02μm)にまで平滑化される。
最終仕上げ研磨工程の研磨力は、5回の研磨工程の中で最も弱いので、研磨によってスペーサSから発生する微粉の量はごく僅かである。しかも、マスを雪崩状に流動させる最終仕上げ用回転バレル研磨機40では、スペーサSに対する最終仕上げ用メディアMdの押圧力が渦流バレル研磨機10,30に比べて弱いので、スペーサSの表面に微粉が突き刺さることはない。また、最終仕上げ研磨工程でも、粗仕上げ研磨工程及び3回の中仕上げ研磨工程と同じく、洗浄液Wが、バレル槽41内に常時供給されるとともに、微粉を含んだ汚水が、常時排出されるので、微粉がスペーサSの表面に残留する虞もない。
<超音波洗浄工程>
最終研磨工程の後は、スペーサSを超音波洗浄装置60の洗浄液W内に浸漬し、超音波発生装置61を起動させる。すると、洗浄液W内で微細な泡の発生と破裂が短時間で繰り返され、このキャビテーションのエネルギーがスペーサSに伝わる。最終研磨工程を経た後にスペーサSに微粉が残留していたとしても、このキャビテーションのエネルギーにより、微粉がスペーサSから除去される。尚、超音波発生装置61で用いる洗浄液Wは、上記の粗仕上げ研磨工程〜最終仕上げ研磨工程で使用した洗浄液Wと同じ液剤でもよいが、純水や、逆浸透膜で濾過したRO水等でもよい。
<実施例1と異なる研磨工程との比較>
本実施例1では5回の研磨工程を実行することによって、最終的にスペーサSの表面粗さをRa0.02μmまで小さくすることができた。本実施例1との比較例として、表1に示すように3つの研磨実験を行った。第1の研磨実験では、本実施例1の最終仕上げ研磨工程に相当する研磨工程を省き、本実施例1と同じ条件の粗仕上げ研磨工程から3回目の中仕上げ研磨工程までの4回の研磨工程を実行した。この第1の研磨実験によって得られたスペーサSの表面粗さは、Ra0.04μmであり、本実施例1の研磨方法の方がスペーサSの表面の平滑度が高かった。
また、第2の研磨実験では、本実施例1と同じ条件の粗仕上げ研磨工程から3回目の中仕上げ研磨工程までの4回の研磨工程に加え、本実施例1とは異なる最終仕上げ研磨工程を実行した。第2の研磨実験の最終仕上げ研磨工程では、本実施例1の最終仕上げ用メディアMdと同じ材料のメディア(図示省略)を用いた。但し、この第2の研磨実験の最終仕上げ研磨工程で使用したメディアの粒径は、本実施例1の最終仕上げ用メディアMdよりも小さく、2mmである。また、バレル研磨機は、本実施例1の最終仕上げ研磨工程で用いた最終仕上げ用回転バレル研磨機40ではなく、中仕上げ研磨工程と同じく中仕上げ用渦流バレル研磨機30を用いた。この第2の研磨実験によって得られたスペーサSの表面粗さは、Ra0.03μmであり、本実施例1の研磨方法の方がスペーサSの表面の平滑度が高かった。
第3の研磨実験では、本実施例1と同じ条件の粗仕上げ研磨工程から3回目の中仕上げ研磨工程までの4回の研磨工程に加え、本実施例1とは異なる最終仕上げ研磨工程を実行した。第3の研磨実験の最終仕上げ研磨工程では、本実施例1の最終仕上げ用メディアMdと同じ材料のメディア(図示省略)を用いた。但し、この第3の研磨実験の最終仕上げ研磨工程で使用したメディアの粒径は、本実施例1の最終仕上げ用メディアMdよりも大きく、4mmである。尚、バレル研磨機は、本実施例1の最終仕上げ研磨工程で用いた最終仕上げ用回転バレル研磨機40と同じである。この第3の研磨実験では、スペーサSの表面粗さは、第2の研磨実験と同じくRa0.03μmであり、本実施例1の研磨方法に比べてスペーサSの表面の平滑度は低かった。
Figure 2017164886
<実施例1の作用及び効果>
本実施例1の表面処理方法は、スペーサSとメディアMa,Mb,Mc,MdとからなるマスMをバレル槽11,31,41内で流動させながら洗浄液Wを給排水することでスペーサSの表面を研磨する研磨工程を、5回(少なくとも1回)実行する。そして、5回の研磨工程のうち最終仕上げ研磨工程で用いる最終仕上げ用メディアMdを、砥粒が含まれない母材のみからなるものとしている。
この表面処理方法によれば、最終仕上げ研磨工程では最終仕上げ用メディアMdが砥粒を含有していないので、スペーサSの表面粗さを小さく仕上げることができる。また、最終仕上げ研磨工程ではスペーサSや最終仕上げ用メディアMdからは微粉が発生し難い。たとえ微粉が発生したとしても、最終仕上げ研磨ではスペーサSの表面粗さが小さくなっていてスペーサSの表面に微粉が付着し難いことと、洗浄液Wによる洗浄力とによって、微粉はスペーサSの表面から確実に除去される。本実施例1の表面処理方法によれば、メッキ処理が不要なので、コスト低減を実現できる。
また、最終仕上げ用メディアMdは、研磨力が比較的弱いシリカを主成分とし且つシリカより硬度の高い砥粒が非含有であるから、最終仕上げ研磨の研磨力は小さい。これにより、スペーサSの表面粗さを小さく仕上げることができる。また、研磨時に発生するシリカの微粉は、形状が鋭利ではないので、スペーサSに突き刺さり難い。また、最終仕上げ研磨工程の後に、スペーサSの表面を超音波洗浄により洗浄しているので、スペーサSの表面に微粉が残留することを、確実に防止できる。
また、最終仕上げ研磨工程では、同軸状に配した略水平な一対の中空支持軸43により回転可能に支持され、マスに雪崩状の流動を生じさせる最終仕上げ用のバレル槽41を用いている。そして、一方の中空支持軸43を通して洗浄液Wを最終仕上げ用のバレル槽41内に供給し、最終仕上げ用のバレル槽41内の洗浄液W(汚水)を他方の中空支持軸43を通して排出している。この構成によれば、バレル槽41を支持するための中空支持軸43を洗浄液Wの給排水用経路として利用したので、最終仕上げ用回転バレル研磨機40の構造を簡素化できる。
また、最終仕上げ研磨工程より前に実行される1回目〜3回目の中仕上げ研磨工程では、筒状の中仕上げ用固定槽33の下端の開口を塞ぐように配された中仕上げ用回転盤34を回転させることでマスMに渦流を生じさせる中仕上げ用のバレル槽31を用いている。この構成によれば、マスMに渦流を生じさせる中仕上げ用のバレル槽31の研磨力は、雪崩状の流動を生じさせる最終仕上げ用のバレル槽41よりも高いので、バリ取りやR付け等のための粗仕上げ研磨工程でスペーサSに形成された凹凸を、効率的に平滑化することができる。
また、中仕上げ用のバレル槽31を、中仕上げ用回転盤34が中仕上げ用固定槽33の下端縁に摺接しながら回転する形態としているので、中仕上げ用第1メディアMb,中仕上げ用第2メディアMc及び最終仕上げ用メディアMdが中仕上げ用固定槽33と中仕上げ用回転盤34との隙間に詰まったり噛み込んだりする虞がない。これにより、中仕上げ用第1メディアMb,中仕上げ用第2メディアMc及び最終仕上げ用メディアMdとして粒径の小さいものを使用することができるので、この小径の中仕上げ用第1メディアMb,中仕上げ用第2メディアMc及び最終仕上げ用メディアMdで研磨することにより、スペーサSの表面粗さを小さく仕上げることができる。
また、最終仕上げ研磨工程より前に実行される3回の中仕上げ研磨工程では、シリカより硬度の高い砥粒が非含有である中仕上げ用第1メディアMb、中仕上げ用第2メディアMc、最終仕上げ用メディアMdを用いている。この構成によれば、中仕上げ研磨工程において、これらのメディアMb,Mc,Mdからの微粉の発生量を抑制できるとともに、スペーサSの表面粗さを小さくすることができる。また、中仕上げ用第1メディアMb、中仕上げ用第2メディアMc、最終仕上げ用メディアMdは、粒径(直径)が3mm以下の球形(ボール状)をなしているが、この粒径と形状も、スペーサSの表面粗さを小さくすることに大いに寄与している。さらに、中仕上げ用第1メディアMb、中仕上げ用第2メディアMc、最終仕上げ用メディアMd自体からの微粉の発生も抑えられる。
また、本実施例1では中仕上げ研磨工程を3回実行しているが、1回目(初回)の中仕上げ研磨工程から3回目(最終回)の中仕上げ研磨工程に至る過程で、中仕上げ用第1メディアMb、中仕上げ用第2メディアMc、最終仕上げ用メディアMdの比重を順に軽くしている。この構成によれば、1回目の中仕上げ研磨工程では表面粗さよりも研磨力が最優先され、中仕上げ研磨工程が進むほど表面粗さが優先されるので、効率よく研磨を行うことができるとともに、表面粗さの仕上がりが良好となる。
中仕上げ研磨工程より前に実行される粗仕上げ研磨工程では、筒状の粗仕上げ用固定槽13と、粗仕上げ用固定槽13の下端の開口を塞ぐように配されて粗仕上げ用固定槽13と非接触の状態で回転する粗仕上げ用回転盤14とを備えた粗仕上げ用のバレル槽11を用いている。この構成によれば、粗仕上げ研磨で粒径の大きい粗仕上げ用メディアMaを使用できるので、バリ取りやR付け等を効率良く実行することができる。しかも、この粗仕上げ用メディアMaは、シリカよりも硬度の高い砥粒Gを含有しているので、バリ取りやR付け等を更に効率良く短時間で完了させることができる。
<実施例2>
以下、本発明を具体化した実施例2を図10〜図12を参照して説明する。尚、実施例1と同じ構成及び作用効果については、詳細な説明を省略する。本実施例2の湿式の表面処理方法は、実施例1と同じ金属部品であるスペーサSを処理対象としており、特に、アルミナフリーの表面処理を実現する場合に有効である。尚、実施例2において、「アルミナが非含有」、「アルミナが含まれない」の文言は、「結合材や砥粒に研磨材料としてのアルミナを意図的には含有させていない」ことを意味する。バレル研磨の際には、研磨材として4種類のメディアMa,Mf,Mg,Mhが用いられる。バレル研磨工程では、スペーサSやメディアMa,Mf,Mg,Mhのいずれかから微粉が発生し、この微粉が研磨時の押圧力によってスペーサSの表面に突き刺さるため、本実施例2の表面処理方法により、スペーサSの表面から微粉を除去する。
本実施例2の表面処理方法では、実施例1と同じく1台の粗仕上げ用渦流バレル研磨機10を用いて1回の粗仕上げ研磨工程を実行し、実施例1と同じく3台の中仕上げ用渦流バレル研磨機30を用いて3回の中仕上げ研磨工程を実行し、実施例1と同じく1台の最終仕上げ用回転バレル研磨機40を用いて1回の最終仕上げ研磨工程を実行し、実施例1と同じく1台の超音波洗浄装置60を用いて1回の超音波洗浄工程を実行する。
<粗仕上げ用メディアMa>
粗仕上げ研磨工程で用いられる粗仕上げ用メディアMaは、実施例1と用いられたものと同じプラスチックメディアである。粗仕上げ用メディアMaの結合材B(母材)は、不飽和ポリエステルからなり、アルミナを含まない。砥粒Gは、ジルコンからなる。粗仕上げ用メディアMaにおける結合材Bの重量比率は30重量%であり、砥粒Gの重量比率は70重量%である。
<中仕上げ用第1メディアMf>
1回目の中仕上げ研磨工程で用いる中仕上げ用第1メディアMfは、粒径(メジアン径)が10μmのシリカ微粉からなる砥粒Gを、不飽和ポリエステルからなりアルミナを含まない結合材B(ボンド)で結合したプラスチックメディアである。プラスチックは、母材(結合材B)の種類を識別するための呼称である。図10に示すように、中仕上げ用第1メディアMfは、底面の直径が6mm、高さが6mmの円錐形をなしている。
中仕上げ用第1メディアMfにおける結合材Bの重量比率は70重量%であり、砥粒Gの重量比率は30重量%である。中仕上げ用第1メディアMfの砥粒Gの重量比率(砥粒G率)は、粗仕上げ用メディアMaの砥粒Gに比べて低いので、中仕上げ用第1メディアMfの研磨力は、粗仕上げ用メディアMaよりも弱い。したがって、研磨後のスペーサSの表面粗さは、粗仕上げ用メディアMaで研磨したものよりも、中仕上げ用第1メディアMfで研磨したものの方が小さい。
<中仕上げ用第2メディアMg>
2回目の中仕上げ研磨工程で用いられる中仕上げ用第2メディアMgは、粒径(メジアン径)が1μmのシリカ微粉からなる砥粒Gを、不飽和ポリエステルからなり且つアルミナを含まない結合材B(ボンド)で結合したプラスチックメディアである。図11に示すように、中仕上げ用第2メディアMgは、底面の直径が6mm、高さが6mmの円錐形をなしている。
中仕上げ用第2メディアMgにおける結合材Bの重量比率は90重量%であり、砥粒Gの重量比率は10重量%である。中仕上げ用第2メディアMgの砥粒Gの重量比率(砥粒G率)は、中仕上げ用第1メディアMfの砥粒Gに比べて低いので、中仕上げ用第2メディアMgの研磨力は、中仕上げ用第1メディアMfよりも弱い。加えて、中仕上げ用第2メディアMgの比重は、中仕上げ用第1メディアMfの比重よりも小さい。したがって、研磨後のスペーサSの表面粗さは、中仕上げ用第1メディアMfで研磨したものよりも、中仕上げ用第2メディアMgで研磨したものの方が小さい。
<最終仕上げ用メディアMh>
3回目の中仕上げ研磨工程と最終仕上げ研磨工程で用いられる最終仕上げ用メディアMhは、砥粒Gを含まず、不飽和ポリエステルからなり且つアルミナを含まない母材のみで構成される。つまり、最終仕上げ用メディアMhは、中仕上げ用第1メディアMf、中仕上げ用第2メディアMgと同じくプラスチックメディアである。プラスチックは、母材又は結合材Bの種類を識別するための呼称である。図12に示すように、最終仕上げ用メディアMhは、中仕上げ用のメディアMf、Mgと同じく、底面の直径が6mm、高さが6mmの円錐形をなしている。
最終仕上げ用メディアMhは、砥粒Gを含まないので、砥粒Gを含む中仕上げ用第2メディアMgより研磨力が弱い。加えて、最終仕上げ用メディアMhの比重は、中仕上げ用第2メディアMgの比重よりも小さい。したがって、研磨後のスペーサSの表面粗さは、中仕上げ用第3メディアMgで研磨したものよりも、最終仕上げ用メディアMhで研磨したものの方が小さい。
<表面処理工程>
次に、スペーサSの製造過程における表面処理の工程を説明する。実施例1と同様、プレスや切削によって所定形状に成形されたスペーサSには、表裏両面又は表裏いずれか一方の面にラップ研磨が施された後、スペーサSのバリ取りとR付け(角縁におけるテーパ面や曲面の形成)のための粗仕上げ研磨工程と、スペーサSの表裏両面を平行にするためのラップ研磨工程が実行される。その後、スペーサSの表面粗さを小さくするために、3回の中仕上げ研磨工程と1回の最終仕上げ研磨工程を実行する。
<粗仕上げ研磨工程>
粗仕上げ研磨工程では、スペーサSの表面を粗仕上げ用メディアMaで研磨する。粗仕上げ用渦流バレル研磨機10は、バレル槽11内のマスMに渦流を生じさせるので、最終仕上げ用回転バレル研磨機40よりも研磨力が強い。また、粗仕上げ用メディアMaの研磨力は、他のメディアMf、Mg及びMhのいずれよりも強いので、この強い研磨力により、スペーサSの表面に対するバリ取りやR付け等が効率的に行われる。
しかし、研磨力が強い分、研磨によってスペーサSと粗仕上げ用メディアMaから発生する微粉が、スペーサSの表面に突き刺さり易く、研磨に伴ってスペーサSの表面に形成される凹凸が、5回の研磨工程のうちで最も粗い。そのため、スペーサSと粗仕上げ用メディアMaから発生する微粉は、凹凸に引っ掛かって残り易い。粗仕上げ研磨工程では、洗浄液Wがバレル槽11内に常時供給されて、微粉を含んだ汚水が常時排出されるのであるが、スペーサSの表面の凹凸が大きいので、洗浄液Wによる洗浄だけでは、凹凸に引っ掛かって残った微粉を充分に除去することはできない。
<1回目の中仕上げ研磨工程>
そこで、粗仕上げ研磨工程の後に、1回目の中仕上げ研磨工程において、スペーサSの表面を中仕上げ用第1メディアMfで研磨する。中仕上げ用渦流バレル研磨機30は、最終仕上げ用回転バレル研磨機40より研磨力が強く、中仕上げ用第1メディアMfの研磨力は、その後工程で用いる他の2つのメディアMg及びMhよりも強い。したがって、5回の研磨工程では、1回目の中仕上げ研磨工程の研磨力が、粗仕上げ研磨工程に次いで2番目に強く、この強い研磨力により、粗仕上げ研磨工程で生じたスペーサSの凹凸を小さくして、スペーサSの表面を効率的に平滑化することができる。
しかし、研磨力が強い分、スペーサSから発生する微粉の量が多い。また、中仕上げ用第1メディアMfからは、その砥粒Gの材料であるシリカの微粉が発生する。スペーサSの表面の凹凸は小さくなるものの、スペーサSとシリカの微粉がスペーサSの表面に突き刺さったり凹凸に引っ掛かって残ったりすることは避けられない。1回目の中仕上げ研磨工程でも、洗浄液Wがバレル槽31内に常時供給されて、微粉を含んだ汚水が常時排出されるが、洗浄液Wによる洗浄だけでは、突き刺さった微粉を完全に除去することはできない。
<2回目の中仕上げ研磨工程>
そこで、1回目の中仕上げ研磨工程の後は、2回目の中仕上げ研磨工程において、スペーサSの表面を中仕上げ用第2メディアMgで研磨する。中仕上げ用渦流バレル研磨機30の研磨力は最終仕上げ用回転バレル研磨機40よりも強い。また、中仕上げ用第2メディアMgの研磨力は、その後工程で用いる最終仕上げ用メディアMhより強い。したがって、5回の研磨工程では、2回目の中仕上げ研磨工程の研磨力は3番目に強い。この研磨力により、1回目の中仕上げ研磨工程で小さくしたスペーサSの凹凸を、更に小さくして、スペーサSの表面を更に滑らかにする。
2回目の中仕上げ研磨工程においても、研磨する以上、スペーサSからは微粉が発生し、中仕上げ用第2メディアMgの砥粒Gの材料であるシリカの微粉が発生する。スペーサSの表面の凹凸は1回目の中仕上げ研磨工程より小さくなるものの、スペーサSとシリカの微粉がスペーサSの表面に突き刺さったり凹凸に引っ掛かって残ったりすることは避けられない。2回目の中仕上げ研磨工程でも、洗浄液Wがバレル槽31内に常時供給されるとともに、微粉を含んだ汚水が常時排出されるが、洗浄液Wによる洗浄だけでは、突き刺さった微粉を完全に除去することはできない。
<3回目の中仕上げ研磨工程>
そこで、2回目の中仕上げ研磨工程の後は、3回目の中仕上げ研磨工程において、スペーサSの表面を最終仕上げ用メディアMhで研磨する。中仕上げ用渦流バレル研磨機30の研磨力は最終仕上げ用回転バレル研磨機40よりも強い。したがって、5回の研磨工程において、3回目の中仕上げ研磨工程の研磨力の強さは4番目である。この比較的弱い研磨力により、2回目の中仕上げ研磨工程で小さくしたスペーサSの凹凸を、更に小さくして、スペーサSの表面を更に滑らかにする。
3回目の中仕上げ研磨工程においても、研磨する以上、スペーサSからは微量ではあるが微粉が発生する。スペーサSの表面の凹凸は2回目の中仕上げ研磨工程より小さくなるものの、スペーサSの僅かな微粉がスペーサSの表面に突き刺さったり凹凸に引っ掛かって残ったりすることは完全には避けられない。3回目の中仕上げ研磨工程でも、洗浄液Wがバレル槽31内に常時供給されて、微粉を含んだ汚水が常時排出されるのであるが、洗浄液Wによる洗浄だけでは、突き刺さった微粉を完全に除去することはできない。
<最終仕上げ研磨工程>
そこで、3回目の中仕上げ研磨工程の後は、最終仕上げ研磨工程において、スペーサSの表面を最終仕上げ用メディアMhで研磨する。最終仕上げ用回転バレル研磨機40の研磨力は中仕上げ用渦流バレル研磨機30よりも弱く、また、最終仕上げ研磨工程で使用する最終仕上げ用メディアMhは砥粒Gを含まない。したがって、最終仕上げ研磨工程の研磨力は、5回の研磨工程の中で最も弱い。この弱い研磨力により、3回目の中仕上げ研磨工程の後に残っていたごく僅かな凹凸が、ほぼ完全に平滑化され、スペーサSの表面が、目標とする表面粗さ(例えば、Ra0.024μm)にまで平滑化される。
最終仕上げ研磨工程の研磨力は、5回の研磨工程の中で最も弱いので、研磨によってスペーサSから発生する微粉の量はごく僅かである。しかも、マスを雪崩状に流動させる最終仕上げ用回転バレル研磨機40では、スペーサSに対する最終仕上げ用メディアMhの押圧力が渦流バレル研磨機10,30に比べて弱いので、スペーサSの表面に微粉が突き刺さることはない。また、最終仕上げ研磨工程でも、粗仕上げ研磨工程及び3回の中仕上げ研磨工程と同じく、洗浄液Wが、バレル槽41内に常時供給されるとともに、微粉を含んだ汚水が、常時排出されるので、微粉がスペーサSの表面に残留する虞もない。最終研磨工程の後は、実施例1と同様、スペーサSを超音波洗浄装置60の洗浄液W内に浸漬して超音波洗浄を行う。
<実施例2と異なる研磨工程との比較>
本実施例2では5回の研磨工程を実行することによって、最終的にスペーサSの表面粗さをRa0.024μmまで小さくすることができた。本実施例2との比較例として、表2に示すように第4、第5、第6の3つの研磨実験を行った。
第4の研磨実験では、本実施例2の2回目と3回目の中仕上げ研磨工程と、最終仕上げ研磨工程に相当する研磨工程を省き、本実施例2と同じ条件の粗仕上げ研磨工程及び1回目の中仕上げ研磨工程からなる2回の研磨工程を実行した。この第4の研磨実験によって得られたスペーサSの表面粗さは、Ra0.049μmであるのに対し、本実施例2によって得られた表面粗さは、Ra0.024μmであるから、本実施例2の研磨方法の方がスペーサSの表面の平滑度が高い。
第5の研磨実験では、本実施例2の3回目の中仕上げ研磨工程と最終仕上げ研磨工程に相当する研磨工程を省き、本実施例2と同じ条件の粗仕上げ研磨工程から2回目の中仕上げ研磨工程までの3回の研磨工程を実行した。この第5の研磨実験によって得られたスペーサSの表面粗さは、Ra0.038μmであるのに対し、本実施例2によって得られた表面粗さは、Ra0.024μmであるから、本実施例2の研磨方法の方がスペーサSの表面の平滑度が高い。しかしながら、本実験例でも十分満足の行く表面清浄度と表面粗さが得られた。
また、第6の研磨実験では、本実施例2の最終仕上げ研磨工程に相当する研磨工程を省き、本実施例2と同じ条件の粗仕上げ研磨工程から3回目の中仕上げ研磨工程までの4回の研磨工程を実行した。この第6の研磨実験によって得られたスペーサSの表面粗さは、Ra0.034μmであり、本実施例2の研磨方法の方がスペーサSの表面の平滑度が高かった。しかしながら、本実験例でも十分満足の行く表面清浄度と表面粗さが得られた。
Figure 2017164886
<実施例2の作用及び効果>
本実施例2の表面処理方法は、スペーサSとメディアMa,Mf,Mg,MhとからなるマスMをバレル槽11,31,41内で流動させながら洗浄液Wを給排水することでスペーサSの表面を研磨する研磨工程を、5回(少なくとも1回)実行する。そして、5回の研磨工程のうち3回目の中仕上げ研磨工程と最終仕上げ研磨工程とで用いる最終仕上げ用メディアMhを、砥粒Gもアルミナも含まれない母材のみからなるものとしている。
この表面処理方法によれば、3回目の中仕上げ研磨工程及び最終仕上げ研磨工程では最終仕上げ用メディアMhが砥粒Gを含有していないので、スペーサSの表面粗さを小さく仕上げることができる。また、最終仕上げ研磨工程ではスペーサSや最終仕上げ用メディアMhからは微粉が発生し難い。たとえ微粉が発生したとしても、最終仕上げ研磨ではスペーサSの表面粗さ粗度が小さくなっていてスペーサSの表面に微粉が付着し難いことと、洗浄液Wによる洗浄力とによって、微粉はスペーサSの表面から確実に除去される。本実施例2の表面処理方法によれば、金属部品の表面にアルミナが残留することはなく、アルミナフリーの表面処理を実現できる。
次に、本実施例2に特有の作用効果を説明する。最終仕上げ研磨用メディアMhは、合成樹脂(不飽和ポリエステル)からなり且つアルミナが非含有のものであるから、最終仕上げ研磨工程の後、スペーサSの表面にアルミナが残留することはない。
また、最終仕上げ研磨工程より前に中仕上げ研磨工程を実行するが、中仕上げ研磨工程では、砥粒Gを結合材Bで結合した中仕上げ用メディアMf,Mgを用いる。これら中仕上げ用メディアMf,Mgの結合材Bは、合成樹脂(不飽和ポリエステル)からなり、且つ砥粒Gtがシリカであるから、アルミナを含まない。したがって、中仕上げ研磨工程の後、スペーサSの表面にアルミナが残留することはない。
また、中仕上げ用メディアMf,Mgの砥粒Gは、炭化珪素、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア、シリカ、炭化ホウ素、酸化鉄、酸化クロムのうちのシリカを材料とし、且つアルミナが非含有のものである。したがって、中仕上げ研磨工程の後、スペーサSの表面にアルミナが残留することはない。
また、中仕上げ用メディアMf,Mgは、結合材Bが不飽和ポリエステルであり、砥粒Gの含有率が、夫々、30重量%以下、10重量%以下である。結合材Bとして用いる不飽和ポリエステルは、安価で成形し易いという利点がある。また、中仕上げ用メディアMf,Mgの砥粒Gの含有率を、夫々、30重量%以下、10重量%以下に抑えたことにより、中仕上げ研磨工程後のスペーサSの表面の平滑度が向上する。
また、最終仕上げ研磨工程に先立って、1回の粗仕上げ研磨工程と3回の中仕上げ研磨工程が順次に実行されるが、その過程において、各研磨工程で用いられるメディアMa,Mf,Mgにおける砥粒Gの含有率は、順次に低くなっている。この構成によれば、スペーサSの表面の平滑度を効率的に高めていくことができる。
<他の実施例>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施例1、2では、研磨工程において洗浄液Wを連続的に給排水するようにしたが、洗浄液Wの給排水は、研磨工程の後半又は終盤だけで行ってもよく、研磨工程の間に間欠的に複数回行ってもよい。
(2)上記実施例1、2では、最終仕上げ研磨工程において、一対の水平な中空支持軸43により回転可能に支持した回転タイプのバレル槽41を用いたが、最終仕上げ研磨工程で用いるバレル槽は、固定槽の下端縁に沿って回転盤を回転させる渦流タイプのものであってもよい。
(3)上記実施例1、2では、中仕上げ研磨工程で用いるバレル槽31は、中仕上げ用回転盤34が中仕上げ用固定槽33に摺接しながら回転するものであるが、中仕上げ研磨工程で用いるバレル槽は、中仕上げ用回転盤が中仕上げ用固定槽と接触せずに回転するものであってもよい。
(4)上記実施例1、2では、中仕上げ研磨工程では、筒状の中仕上げ用固定槽33の下端の開口を塞ぐように配された中仕上げ用回転盤を回転させる渦流タイプのバレル槽31を用いたが、中仕上げ研磨工程で用いるバレル槽は、略水平な一対の中空支持軸により回転可能に支持された回転タイプのバレル槽であってもよい。
(5)上記実施例1、2では、中仕上げ研磨工程を3回実行したが、中仕上げ研磨工程の実行数は、2回以下でもよく、4回以上でもよい。
(6)上記実施例1では、中仕上げ用のメディアMb,Mc,Mdは、シリカより硬度の高い砥粒Gが非含有のものであるが、中仕上げ用のメディアは、シリカより硬度の高い砥粒Gを含むものであってもよい。
(7)上記実施例1、2では、粗仕上げ研磨工程で用いるバレル槽11は、粗仕上げ用回転盤14が粗仕上げ用固定槽13と接触せずに回転するものであるが、粗仕上げ研磨工程で用いるバレル槽は、粗仕上げ用回転盤が粗仕上げ用固定槽に摺接しながら回転するものであってもよい。
(8)上記実施例1では、初回の中仕上げ研磨工程から最終回の中仕上げ研磨工程に至る過程で中仕上げ用のメディアMb,Mc,Mdの比重を順に軽くするようにしたが、初回の中仕上げ研磨工程から最終回の中仕上げ研磨工程に至る全過程で、中仕上げ用のメディアの比重が一定であってもよい。
(9)上記実施例1、2では、最終仕上げ研磨工程の後に、スペーサS(金属部品)の表面を超音波洗浄により洗浄したが、このような超音波洗浄を行わずにスペーサS(金属部品)の表面処理を終了してもよい。
(10)上記実施例1、2では、複数回の研磨工程を実行したが、研磨工程の実行回数は最終仕上げ研磨工程のみの1回だけとしてもよい。
(11)上記実施例1では、最終仕上げ用メディアMdを、シリカを主成分とするセラミックメディアとしたが、最終仕上げ用メディアは、砥粒を含まない熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂製の母材のみからなるプラスチックメディアや、含有率が10重量%以下の砥粒を熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂製の結合材で結合したプラスチックメディアであってもよい。
(12)上記実施例1、2では、粗仕上げ用渦流バレル研磨機10の粗仕上げ用固定槽13の下端部の内周面と粗仕上げ用回転盤14の上端部外周面とが対向しているが、これに限らず、粗仕上げ用固定槽の下端面と粗仕上げ用回転盤の上端面とが対向するようなものであってもよい。
(13)上記実施例1、2において、超音波洗浄工程は、1台の超音波洗浄装置60において洗浄液Wを入れ替えて複数回行ってもよい。また、超音波洗浄装置60を複数台並べて用意し、粗洗浄、中洗浄、仕上げ洗浄等の複数回の洗浄工程を実行してもよい。
(14)上記実施例2では、中仕上げ用メディアMf,Mgの砥粒Gは、シリカからなり且つアルミナを含まないものであったが、中仕上げ用メディアMf,Mgの砥粒Gの材料は、炭化珪素、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ジルコニア、炭化ホウ素、酸化鉄、酸化クロムのいずれかであってもよい。
(15)上記実施例2では、最終仕上げ用メディアMhの材料を、不飽和ポリエステルからなる熱硬化性樹脂としたが、最終仕上げ用メディアは、不飽和ポリエステル以外の熱可塑性樹脂であってもよい。
(16)上記実施例2では、中仕上げ用第1メディアMfの砥粒Gの粒径(メジアン径)を10μmとしたが、中仕上げ用第1メディアMfの砥粒Gの粒径(メジアン径)は、1〜10μmであることが好ましく、1〜5μmであれば更に好ましい。
(17)上記実施例2では、中仕上げ用第2メディアMgの砥粒Gの粒径(メジアン径)を1μmとしたが、中仕上げ用第2メディアMgの砥粒Gの粒径(メジアン径)は、1〜10μmであることが好ましく、1〜5μmであれば更に好ましい。
(18)上記実施例2において、粗仕上げ用メディアMaを、粒径が6mmと小さくした球形のものとしてもよい。通常、湿式の表面処理において用いられるプラスチックメディアの場合、製造上の理由及び価格が上昇するという理由から、底面の直径が10mm以上、高さが10mm以上の円錐形とする。しかし、粗仕上げ用メディアMaを底面の直径が6mm、高さが6mmの円錐形と小さくすれば、スペーサSの表面の粗さを小さくすることができる。
(19)上記実施例2では、最終仕上げ用のメディアを、砥粒を含まない合成樹脂製の母材のみからなるものとしたが、最終仕上げ用メディアは、含有率が10重量%以下の砥粒を合成樹脂製の結合材で結合し且つアルミナが非含有のものとしてもよい。この場合、砥粒は、炭化珪素、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア、シリカ、炭化ホウ素、酸化鉄、酸化クロムのいずれかからなり、且つアルミナが非含有のものとすることができる。
Ma…粗仕上げ用メディア(粗仕上げ用のメディア)
Mb…中仕上げ用第1メディア(中仕上げ用のメディア)
Mc…中仕上げ用第2メディア(中仕上げ用のメディア)
Md…最終仕上げ用メディア(最終仕上げ用及び中仕上げ用のメディア)
Mf…中仕上げ用第1メディア(中仕上げ用のメディア)
Mg…中仕上げ用第2メディア(中仕上げ用のメディア)
Mh…最終仕上げ用メディア(最終仕上げ用及び中仕上げ用のメディア)
S…スペーサ(金属部品)
W…洗浄液
11…粗仕上げ用のバレル槽
13…粗仕上げ用固定槽
14…粗仕上げ用回転盤
31…中仕上げ用のバレル槽
33…中仕上げ用固定槽
34…中仕上げ用回転盤
41…最終仕上げ用のバレル槽
43…中空支持軸

Claims (17)

  1. 金属部品とメディアとからなるマスをバレル槽内で流動させながら洗浄液を給排水することで前記金属部品の表面を研磨する研磨工程を、少なくとも1回実行し、
    前記少なくとも1回の研磨工程のうち最終仕上げ研磨工程で用いる最終仕上げ用の前記メディアを、砥粒が含まれないものとすることを特徴とする金属部品の表面処理方法。
  2. 前記最終仕上げ用のメディアを、シリカを主成分とし且つシリカより硬度の高い砥粒が非含有であるものとすることを特徴とする請求項1記載の金属部品の表面処理方法。
  3. 金属部品とメディアとからなるマスをバレル槽内で流動させながら洗浄液を給排水することで前記金属部品の表面を研磨する研磨工程を、少なくとも1回実行し、
    前記少なくとも1回の研磨工程のうち最終仕上げ研磨工程で用いる最終仕上げ用の前記メディアを、砥粒を含まない合成樹脂製の母材のみからなるもの、又は含有率が10重量%以下の砥粒を合成樹脂製の結合材で結合し且つアルミナが非含有のものとすることを特徴とする金属部品の表面処理方法。
  4. 前記最終仕上げ研磨工程では、
    同軸状に配した略水平な一対の中空支持軸により回転可能に支持され、前記マスに雪崩状の流動を生じさせる最終仕上げ用の前記バレル槽を用い、
    一方の前記中空支持軸を通して洗浄液を前記最終仕上げ用のバレル槽内に供給するとともに、前記最終仕上げ用のバレル槽内の洗浄液を他方の前記中空支持軸を通して排出することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の金属部品の表面処理方法。
  5. 前記最終仕上げ研磨工程より前に中仕上げ研磨工程を実行し、
    前記中仕上げ研磨工程では、筒状の中仕上げ用固定槽の下端の開口を塞ぐように配された中仕上げ用回転盤を回転させることで前記マスに渦流を生じさせる中仕上げ用の前記バレル槽を用いることを特徴とする請求項4記載の金属部品の表面処理方法。
  6. 前記中仕上げ用のバレル槽を、前記中仕上げ用回転盤が前記中仕上げ用固定槽の下端縁に摺接しながら回転するものとすることを特徴とする請求項5記載の金属部品の表面処理方法。
  7. 前記中仕上げ研磨工程より前に粗仕上げ研磨工程を実行し、
    前記粗仕上げ研磨工程では、筒状の粗仕上げ用固定槽と、前記粗仕上げ用固定槽の下端の開口を塞ぐように配されて前記粗仕上げ用固定槽と非接触の状態で回転する粗仕上げ用回転盤とを備えた粗仕上げ用の前記バレル槽を用いることを特徴とする請求項5又は請求項6記載の金属部品の表面処理方法。
  8. 前記最終仕上げ研磨工程より前に中仕上げ研磨工程を実行し、
    前記中仕上げ研磨工程では、シリカより硬度の高い砥粒が非含有である中仕上げ用の前記メディアを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の金属部品の表面処理方法。
  9. 前記最終仕上げ研磨工程より前に中仕上げ研磨工程を実行し、
    前記中仕上げ研磨工程では、含有率が30重量%以下の砥粒を結合材で結合した中仕上げ用の前記メディアを用い、
    前記中仕上げ用の前記メディアの前記結合材を合成樹脂とすることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の金属部品の表面処理方法。
  10. 前記最終仕上げ用の前記メディアの前記砥粒及び/又は前記中仕上げ用の前記メディアの前記砥粒が、炭化珪素、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ジルコン、ジルコニア、シリカ、炭化ホウ素、酸化鉄、酸化クロムのいずれかからなり、且つアルミナが非含有のものであることを特徴とする請求項9記載の金属部品の表面処理方法。
  11. 前記最終仕上げ用の前記メディアの前記結合材及び/又は前記中仕上げ用の前記メディアの前記結合材が、不飽和ポリエステルであることを特徴とする請求項9又は請求項10記載の金属部品の表面処理方法。
  12. 前記最終仕上げ用の前記メディアの前記砥粒及び/又は前記中仕上げ用の前記メディアの前記砥粒のメジアン径は、10μm以下であることを特徴とする請求項9ないし請求項11のいずれか1項記載の金属部品の表面処理方法。
  13. 前記中仕上げ研磨工程を複数回実行し、
    初回の前記中仕上げ研磨工程から最終回の前記中仕上げ研磨工程に至る過程で、前記中仕上げ用のメディアの比重を順に軽くすることを特徴とする請求項8ないし請求項12のいずれか1項記載の金属部品の表面処理方法。
  14. 前記中仕上げ用のメディアは、粒径が3mm以下の球形をなしていることを特徴とする請求項8記載の金属部品の表面処理方法。
  15. 前記中仕上げ研磨工程より前に粗仕上げ研磨工程を実行し、
    前記粗仕上げ研磨工程では、シリカよりも硬度の高い砥粒を含有する粗仕上げ用の前記メディアを用いることを特徴とする請求項5ないし請求項14のいずれか1項記載の金属部品の表面処理方法。
  16. 前記最終仕上げ研磨工程に先だって実行される前記粗仕上げ研磨工程と前記中仕上げ研磨工程を順次に進める過程では、各研磨工程で用いられる前記メディアにおける砥粒の含有率を順次に低くすることを特徴とする請求項15記載の金属部品の表面処理方法。
  17. 前記最終仕上げ研磨工程の後に、前記金属部品の表面を超音波洗浄により洗浄することを特徴とする請求項1ないし請求項16のいずれか1項に記載の金属部品の表面処理方法。
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