JP2019072817A - 研磨材混合液体研磨装置、それを用いた研磨方法及び研磨材混合液体研磨装置の砥粒分離用積層金網フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性が高く工業的に実用化可能な研磨材混合液体研磨装置及びそれを用いた研磨方法を提供する。【解決手段】金型中空部２の一方の開口部２ａと他方の開口部２ｂのそれぞれに連結した一対の貯留タンク３の一方を増圧し、研磨材混合液体を金型中空部２の流路内に強制流入させ、強制流入された研磨材混合液体は他方の貯留タンク３に戻される。その際、研磨材混合液体中の砥粒は砥粒分離手段８によって分離され、砥粒分離手段８に連通する減圧側の液体流路７及び減圧側の液圧発生シリンダ４ｃに流入することはない。また金型中空部２内側面を研磨することによって不可避的に発生する金属屑は研磨材混合液と共に減圧側の貯留タンク３内に流入し、貯留タンク３内を沈降して金属屑吸着手段によって吸着される。【選択図】図１

Description

本発明は、金属内部、例えば金型等の冷却又は温調等を目的に形成される流路内部を研磨するのに好適な研磨材混合液体研磨装置、それを用いた研磨方法及び研磨材混合液体研磨装置の砥粒分離用積層金網フィルタに関する。

近年、特許文献１や非特許文献1に示されるように金属の粉末材料に光ビームを照射して得られる焼結層を積層することで、三次元形状を造形する金属光造形の利用が進められている。
この金属光造形で得られる金型ではその焼結層を積層するという造型法に由来して、得られる内側水管内面が粗く、赤錆やスケール堆積による流量不足や詰まりが懸念されるという問題があった。

この問題の解決を目的として特許文献２には金属部材内部に連通して形成された中空部の内面研磨装置であって、連通した中空部の一方の開口部と他方の開口部にそれぞれ連結する一対の、研磨材混合液体の貯留タンクと、当該一対の貯留タンクの内圧を交互に増圧する増圧手段とを有し、研磨材混合液体が前記中空部内部を、往復流入出することで中空部内面が研磨される研磨材混合液体研磨装置を用いて、レーザー光造形にて製作された焼結製の光造形金型内部に連通して形成された３次元形状の中空部に研磨材混合液体を強制流入し、中空部内面を研磨するものであり、前記研磨材混合液体中に混合されている砥粒はアルミナであり、平均粒径が９０〜３５０μｍ，砥粒濃度が２〜１６ｖｏｌ％の範囲であることを特徴とする光造形金型の研磨材混合液体による研磨方法が開示された。

特開2014-31018 特許5477739号公報

Panasonic Technical Journal Vol.62 No.2 Nov.2016

特許文献２に開示された研磨方法では、流体研磨加工時には、貯留タンク内で砥粒と液体とが混合された研磨材混合液体となり、増圧部にも研磨材混合液体が供給される結果、増圧部のシリンダー内面と、ピストンシールが摩耗して増圧シリンダーが故障するという問題があった。
また研磨加工したときに発生した加工金属粉もシリンダー内面やピストンシールに、ダメージを与える問題もある。
本発明は、係る従来技術の問題に鑑み、耐久性が高く工業的に実用化可能な研磨材混合液体研磨装置、それを用いた研磨方法及び研磨材混合液体研磨装置の砥粒分離用積層金網フィルタを提供することを目的とする。

本発明の研磨材混合液体研磨装置は、金型内部に連通して形成された金型中空部の一方の開口部と他方の開口部にそれぞれ連結する一対の、研磨材混合液体の貯留タンクと、当該一対の貯留タンクの内圧を交互に増圧する液圧発生手段とを有し、研磨材混合液体が前記金型中空部の内側面を、往復流入出することで前記金型中空部内側面が研磨される研磨材混合液体研磨装置において、前記液圧発生手段と前記金型との間の前記研磨材混合液体流路に研磨材混合液体から砥粒を分離する砥粒分離手段が配置されることを特徴とする。

本発明の研磨材混合液体による研磨方法は、本発明の研磨材混合液体研磨装置を用い、金型内部に連通して形成された中空部に研磨材混合液体を強制流入し、中空部内面を研磨する工程と、前記液圧発生手段と前記金型との間の前記研磨材混合液体流路にて砥粒を分離する工程と、前記一対の貯留タンク内で金属屑を吸着する工程とを有することを特徴とする。

本発明の研磨材混合液体研磨装置の砥粒分離用積層金網フィルタは、比較的に密な金網フィルタと、比較的に粗な金網フィルタとを積層してなり、前記密な金網フィルタを外側とし、前記粗な金属フィルタを内側として一端を開口部とし、他端を閉止部とした筒状であることを特徴とする。

本発明の研磨材混合液体研磨装置は耐久性が高く、これを用いた研磨方法は工業的に実用することができる。また本発明の研磨材混合液体研磨装置の砥粒分離用積層金網フィルタは本発明の研磨材混合液体研磨装置及びこれを用いた研磨方法に工業的に実用することができる。

本発明の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置の模式図。 図１に示す研磨材混合液体研磨装置の部分拡大図。 本発明の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置の部品の斜視写真。 本発明の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置の部品の側面写真。 本発明の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置の部品の他の側面写真。 本発明の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置の部品の別の側面写真。 本発明の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置の部品に用いられる部材の側面写真 図７に示される部材の他側面写真。 本発明の他の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置の模式図。 本発明のさらに他の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置の部分模式図。

以下に本発明の実施の形態について説明する。
図１、図２に示す様に本実施の形態の研磨材混合液体研磨装置１は、金型内部に連通して形成された金型中空部２の一方の開口部２ａと他方の開口部２ｂにそれぞれ連結する一対の、研磨材混合液体の貯留タンク３と、この一対の貯留タンク３の内圧を交互に増圧する液圧発生手段４とを有する。この液圧発生手段４は本実施の形態では両ロッド油圧シリンダ４ａとこの両ロッド油圧シリンダ４ａによって駆動されるピストン４ｂ、パッキン４ｂ−１を配設した液圧発生シリンダ４ｃとによって構成されるが、エアー圧、電動等液圧を発生することができればこれに限らない。

ステンレス製の一対の貯留タンク３のベース（図示せず）は鉄枠とされており、その鉄枠に貯留タンク３が載置される。また一対の貯留タンク３それぞれにはその内側に研磨材混合液体流通パイプ５が貯留タンク３それぞれの底部３ａ近傍まで先端を延設する態様で設けられ、その各先端５ａは斜めにカットされている。
なお図２に示す様に貯留タンク３それぞれの底部３ａはテーパ部３ｂによって逆台形状にされてなる。

この一対の貯留タンク３それぞれにはアルミナである砥粒６が収納され、この砥粒６は貯留タンク３の逆台形状にされてなる底部３ａ近傍に貯留される。なお、砥粒６の材質には特に制限はなく、コスト、性状等の観点から適宜選択される。
ただし、砥粒６の平均粒径は研磨の対象となる金型中空部２の穴径の１／８〜１／１２とするのが研磨の効率と、得られる金型中空部２内側面２ｃの表面平滑度の観点から望ましい。１／８を超える場合には金型中空部２における砥粒６の詰まりが生じやすくなり、一方１／１２未満の場合には研磨の効率が低下する。

本実施の形態の研磨材混合液体研磨装置１では液圧発生手段４と金型中空部２との間の研磨材混合液体流路７に研磨材混合液体から砥粒を分離する砥粒分離手段８が配置される。
この砥粒分離手段８は貯留タンク３内に収納される積層金網フィルタとすることができ、この積層金網フィルタは液圧発生手段４からの液体流路７の貯留タンク３内開口部７ａに装着される。
この積層金網フィルタは例えば5層積層金網フィルタとすることができその最外側の金網フィルタの開口径は40μｍ程度とされる。またその最外側の金網フィルタに積層される内側の金網フィルタはそれよりも目の粗い、開口径の大きなものとする。本実施の形態では最外側の金網フィルタの内側に最外側の金網フィルタよりも目の粗い、開口径の大きな金網フィルタを３層積層し、さらにその内側にそれよりも目の粗い、開口径の大きな金網フィルタを積層して全体として5層積層金網フィルタとする。その様にした積層金網フィルタは研磨材である砥粒分離の過程で目詰まりはする。しかし係る目詰まりは超音波洗浄で解消することができ、再生使用が可能となる。実施の態様によっては、内側に向かって徐々に開口径の大きな金網フィルタを積層する様にしても良い。

一方、積層金網フィルタを使用しないで例えばポーラスフィルタを用いる場合には同様に砥粒分離の過程で目詰まりを生じ、しかも係る目詰まりは超音波洗浄でも解消することができず、ポーラスフィルタを使い捨てにする必要が有りコスト高の原因となる。
また以上のようにして得られた本実施の形態の積層金網フィルタは５Ｍｐａの耐圧を有しており、耐圧が１Ｍｐａ程度のポーラスフィルタより耐圧性に優れており研磨材混合液体による研磨方法に必要な研磨材混合液体の流動圧を確保することができ、様々な径の金型中空部２内側面２ｃを研磨することができる。
なお、積層金網フィルタの積層数は本実施の形態の5層金網フィルタに限定されず、必要となる研磨材混合液体の流動圧等に応じて実験的に適宜決定することができる。

図３、図４は本実施の形態の研磨材混合液体研磨装置１で用いた5層金網フィルタの外観写真であり、図５の外観写真に示される一端の開口部と図６の外観写真に示される他端の閉止部とを有する円筒状に形成されてなる。
係る5層金網フィルタは図７に示す様に最外側の金網フィルタの内側に最外側の金網フィルタよりも目の粗い、開口径の大きな金網フィルタを３層積層し、さらにその内側にそれよりも目の粗い、開口径の大きな金網フィルタを積層して全体として5層積層金網フィルタとし、図８に示す開口径が最も大きな金網フィルタが内側表面となるように円筒状に巻回してなる。

また本実施の形態の研磨材混合液体研磨装置１では図１、図２に示す様に一対の貯留タンク３内に金属屑吸着手段９が配置される。この金属屑吸着手段９によって金型中空部２内側面２ｃを研磨することによって不可避的に発生する金属屑１０が吸着される。
この金属屑吸着手段９としては例えば強力永久磁石を用いることができ、市販の表面がメッキにより防蝕されたネオジム−鉄−ボロン系永久磁石を用いても良い。図２（ａ）に示す様に貯留タンク３の底部３ａには砥粒６が収納されており、砥粒６の上に金属屑吸着手段９を載置する。

なおその際、金属屑吸着手段９として市販の表面がメッキにより防蝕された高さの低い扁平な円筒形状のネオジム−鉄−ボロン系永久磁石（磁束密度０．２テスラ）を用いる場合には、図２（ｂ）に示す様に円筒形状の曲面状にされた外周側を接地部分として載置しても貯留タンク３のベース（図示せず）は鉄枠とされており、鉄枠と金属屑吸着手段９とによって貯留タンク３底部３ａを強力な磁力によって挟持する態様で係る設置状態が維持される。この様に金属屑吸着手段９を設置した場合には、金属屑吸着手段９の曲面状にされた外周側上を覆う砥粒６は少量であり、研磨過程において砥粒６の混合液体流通パイプ５への流入が妨げられることはない。

一方、図２（ｃ）に示す様に円筒形状の平面側を接地部分として設置した場合には、金属屑吸着手段９上を覆う砥粒６は多量となり、金属屑吸着手段９に吸着された金属屑１０との相互作用が働き、砥粒６の混合液体流通パイプ５への流入が妨げられることが現象的に確認されている。

なお、図２（ｄ）、（ｅ）に示す様に磁束密度０．２テスラの永久磁石を１０枚積層して２テスラの磁束密度が得られるようにして用いることもできる。その場合にも図２（ｄ）に示す様に円筒形状の曲面状にされた外周側を接地部分として載置した場合には、金属屑吸着手段９上を覆う砥粒６は少量であり、研磨過程において砥粒６の混合液体流通パイプ５への流入が妨げられることはない。一方、図２（ｅ）に示す様に円筒形状の平面側を接地部分として設置した場合には、金属屑吸着手段９上を覆う砥粒６は多量となり、金属屑吸着手段９に吸着された金属屑１０との相互作用が働き、砥粒６の混合液体流通パイプ５への流入が妨げられる。

研磨材混合液体には金型中空部２の防錆を目的として水に防錆剤を０．５％加えており、これが同時に金属屑吸着手段９である強力永久磁石の防錆剤となる。また、液圧発生手段４である液圧発生シリンダ４ｃに配設したピストン４ｂを水で使うとパッキン４ｂ−１が摩耗する。したがってこれを防止するため水に潤滑剤３％が加えられている。

以上の本実施の形態の研磨材混合液体研磨装置１を用い、本発明の研磨材混合液体による研磨方法によれば次のようにして金型中空部２内側面２ｃの研磨を行う。
金型中空部２の一方の開口部２ａと他方の開口部２ｂのそれぞれに連結した一対の貯留タンク３の一方を増圧し、研磨材混合液体を金型中空部２の流路内に強制流入させ、強制流入された研磨材混合液体は他方の貯留タンク３に戻される。その様に一対の貯留タンク３を交互に増圧することで金型中空部２の流路内を研磨材混合液体が往復流入出して、金型中空部２内側面２ｃが砥粒６によって研磨される。

以上の過程で液圧発生側の貯留タンク３の底部３ａ近傍に貯留された砥粒６は液圧発生に伴い液圧発生側の貯留タンク３の底部３ａ近傍まで先端を延設する態様で設けられた混合液体流通パイプ５の斜めにカットされている先端５ａから効率よく混合液体流通パイプ５を介して金型中空部２の流路内に流入し、金型中空部２内側面２ｃを研磨する。

一方、減圧側の貯留タンク３内には減圧側の貯留タンク３に取り付けられた混合液体流通パイプ５を介して金型中空部２を通過した研磨材混合液体が流入する。さらに減圧側の貯留タンク３に流入した研磨材混合液体は砥粒分離手段８及び減圧側の液体流路７を介して減圧側の液圧発生シリンダ４ｃに流入する。
その際、研磨材混合液体中の砥粒６は砥粒分離手段８によって分離され、砥粒分離手段８に連通する減圧側の液体流路７及び減圧側の液圧発生シリンダ４ｃに流入することはない。
また金型中空部２内側面２ｃを研磨することによって不可避的に発生する金属屑１０は研磨材混合液と共に減圧側の貯留タンク３内に流入し、貯留タンク３内を沈降して金属屑吸着手段９によって吸着される。

図９は本発明の他の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置２１を示す。本実施の形態では先の実施の形態の貯留タンク３が金型中空部２と液体流路７によって接続される第一の貯留タンク２２と、この第一の貯留タンク２２と液体流路７によって接続されると共に液圧発生手段４と液体流路７によって接続される第二の貯留タンク２３とよりなり、この第二の貯留タンク２３内に砥粒分離手段８が収納される。
この実施の形態の研磨材混合液体研磨装置２１によれば、砥粒６が貯留される第一の貯留タンク２２よりも砥粒６の濃度が軽減される第二の貯留タンク２３内に砥粒分離手段８が収納される結果、砥粒分離手段８の早期の目詰まりを防止することができ、研磨材混合液体による研磨方法のサイクルタイムを向上することができる。

図１０は本発明の他の実施の形態の研磨材混合液体研磨装置３１を示す。本実施の形態では先の実施の形態の貯留タンク３内に複数の砥粒分離手段８が収納され、液圧発生シリンダ４ｃからの液体流路７がこれに応じて複数とされる。これによって実質的に液体流路７を径を大きくすることができ、研磨材混合液体を金型中空部２の流路内に強制流入させる流動圧を高くすることができる。理想的には液体流路７はその径を実質的に太くし、金型中空部２近傍で細くするのが研磨効率の向上に有効となる。

１・・・研磨材混合液体研磨装置、２・・・金型中空部、３・・・貯留タンク、６・・・砥粒、５・・・混合液体流通パイプ、８・・・砥粒分離手段、９・・・金属屑吸着手段。

Claims (12)

1. 金型内部に連通して形成された金型中空部の一方の開口部と他方の開口部に連結する一対の研磨材混合液体の貯留タンクと、当該一対の貯留タンクの内圧を交互に増圧する液圧発生手段とを有し、研磨材混合液体が前記金型中空部の内側面を、往復流入出することで前記金型中空部内側面が研磨される研磨材混合液体研磨装置において、前記液圧発生手段と前記金型との間の前記研磨材混合液体流路に前記液圧発生手段に流入する研磨材混合液体から砥粒を分離する砥粒分離手段が配置されることを特徴とする研磨材混合液体研磨装置。
2. 前記一対の貯留タンク内に金属屑吸着手段が配置される請求項1記載の研磨材混合液体研磨装置。
3. 前記砥粒分離手段は前記液圧発生手段からの液体流路の前記貯留タンク内開口部に装着される請求項１または請求項２に記載の研磨材混合液体研磨装置。
4. 前記砥粒分離手段が積層金網フィルタである請求項1〜請求項３のいずれか一に記載の研磨材混合液体研磨装置。
5. 前記積層金網フィルタは比較的に密な金網フィルタと、比較的に粗な金網フィルタとを積層してなり、前記密な金網フィルタを外側とし、前記粗な金属フィルタを内側として一端を開口部とし、他端を閉止部とした筒状であることを特徴とする請求項４記載の研磨材混合液体研磨装置。
6. 前記密な金網フィルタよりも粗であり、前記粗な金網フィルタよりも密な金網フィルタを前記比較的に密な金網フィルタと前記比較的に粗な金網フィルタとの間に介在させて積層してなる請求項５記載の研磨材混合液体研磨装置。
7. 前記研磨材混合液体は水に防錆剤を加え、さらに潤滑剤が加えられてなる請求項１〜請求項６のいずれか一に記載の研磨材混合液体研磨装置。
8. 前記貯留タンクが前記金型中空部と液体流路によって接続される第一の貯留タンクと、この第一の貯留タンクと液体流路によって接続されると共に前記液圧発生手段と液体流路によって接続される第二の貯留タンクとよりなり、この第二の貯留タンク内に前記砥粒分離手段が収納される請求項1〜請求項７のいずれか一に記載の研磨材混合液体研磨装置。
9. 前記液圧発生手段と前記金型との間の複数の前記研磨材混合液体流路のそれぞれに前記研磨材混合液体から砥粒を分離する砥粒分離手段が配置される請求項1〜請求項８のいずれか一に記載の研磨材混合液体研磨装置。
10. 請求項２〜請求項９のいずれか一に記載の研磨材混合液体研磨装置を用い、金型内部に連通して形成された中空部に研磨材混合液体を強制流入し、中空部内面を研磨する工程と、前記液圧発生手段と前記金型との間の前記研磨材混合液体流路にて砥粒を分離する工程と、前記一対の貯留タンク内で金属屑を吸着する工程とを有することを特徴とする研磨材混合液体による研磨方法。
11. 比較的に密な金網フィルタと、比較的に粗な金網フィルタとを積層してなり、前記密な金網フィルタを外側とし、前記粗な金属フィルタを内側として一端を開口部とし、他端を閉止部とした筒状であることを特徴とする研磨材混合液体研磨装置の砥粒分離用積層金網フィルタ。
12. 前記密な金網フィルタよりも粗であり、前記粗な金網フィルタよりも密な金網フィルタを前記比較的に密な金網フィルタと前記比較的に粗な金網フィルタとの間に介在させて積層してなる請求項１１記載の研磨材混合液体研磨装置の砥粒分離用積層金網フィルタ。