JP2020044628A - バレル研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベースの上面に板状物または棒状物が立設されている形状の被加工物の全体を、良好に研摩するバレル研磨方法を提供する。【解決手段】このバレル研磨方法は、（１）密封可能なバレル槽に被加工物及び研磨メディアを含むマスを投入する工程、（２）地面に対して水平な回転軸を軸心に前記バレル槽を回転させて、マスを流動化させると共に、前記被加工物に対して研磨メディアを擦過させて当該被加工物を研磨する工程、を含む。そして、（２）の工程では、バレル研磨中の被加工物の姿勢を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、バレル研磨方法に関する。

被加工物のバリ取り、面粗度調整、丸み付け、光沢仕上げ、等のバレル研磨を行うバレル研磨機として、マスを装入した複数のバレル槽を地面に対して平行な軸を軸心として回転させる回転バレル研磨機や遠心バレル研磨機が知られている。回転バレル研磨機は、バレル槽を自転させるタイプであり、例えば特許文献１に開示されている。遠心バレル研磨機は、バレル槽を遊星運動（自転及び公転）させるタイプであり、例えば特許文献２に開示されている。
ここで、マスとは、バレル槽に装入する被加工物および研磨メディアの総称である。

特開昭５５−１３１４６４号公報 特開昭５７−１７３４５９号公報

ベースの上面に板状物または棒状物が立設されている形状（Ｔ字形状やＬ字形状）の被加工物の場合、側面から外力が加わると被加工物は横転する。回転バレル研磨機及び遠心バレル研磨機の場合、バレル槽の回転方向に対して逆方向の慣性力が付与される。その結果、被加工物は回転方向側がベースとなるように転倒する。この姿勢のままバレル研磨を行うと、隅角部に研磨メディアが十分に接触できないので、研磨ムラが生じる。

上記を鑑み、本発明はベースの上面に板状物または棒状物が立設されている形状の被加工物の全体をバレル研磨できる研磨方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、ベースの一側面に脚部（板状物又は棒状物）が立設されている形状の被加工物のバレル研磨方法である。このバレル研磨方法は、次の（１）（２）の工程を含む。
（１）密封可能なバレル槽に被加工物及び研磨メディアを含むマスを投入する工程
（２）地面に対して水平な回転軸を軸心に前記バレル槽を回転させて、マスを流動化させると共に、前記被加工物に対して研磨メディアを擦過させて当該被加工物を研磨する工程。
そして、（２）の工程では、バレル研磨中の被加工物の姿勢を制御する。

本発明の一実施形態では、上述の（２）の工程では、バレル研磨中の被加工物における脚部が軸心と並行となるよう被加工物の姿勢を制御してもよい。

本発明の一実施形態では、ベースにおいて脚部が立設されている面を長方形としてもよい。その場合、長方形の一辺の長さをａ、この辺に直交する辺の長さをｂ（ただしａ≧ｂ）、とし、脚部の長さをＬとするとき、Ｌ≧２ｂの関係を満たしてもよい。そして、且つベースの質量は脚部の質量より大きくてもよい。

本発明の一実施形態では、バレル槽の底面から研磨メディアの上面までの高さｈとの関係がａ＜ｈ＜２ａを満たしてもよい。

本発明の一側面及び一実施形態により、ベース及び脚部の固定部近傍で形成される隅角部においても、研磨メディアが擦過するので、被加工物の全体を良好に研磨することができる。

本発明の一実施形態で用いたバレル研磨機を示す模式図である。 本発明の一実施形態で用いた被加工物を示す模式図である。 本発明の一実施形態のバレル研磨方法を説明する模式図である。図３（Ａ）は従来のバレル研磨方法におけるマスの挙動を示す模式図、図３（Ｂ）は本発明の一実施形態のバレル研磨方法におけるマスの挙動を示す模式図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）におけるＡ−Ａ断面図、である。 本発明の一実施形態のバレル研磨方法において、研磨メディアの投入量を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態のバレル研磨方法を示すブロー図である。

本発明の一実施形態を、図を参照して説明する。ここでは、バレル研磨機として遠心バレル研磨機を例に説明する。なお、以下の説明における「上下左右方向」は、特に断りのない限り図中の方向を指す。

始めに、本発明の一実施形態におけるバレル研磨機を説明する。図１に示すように、このバレル研磨機１０は、マスが装入される４つのバレル槽１１と、バレル槽１１がそれぞれ着脱自在に固定される４つのバレル槽ケース１２と、バレル槽ケース１２を回転可能に固定する一対のタレット１３（公転円盤）と、タレット１３の平面中心に固定されている公転軸１４と、公転軸１４を軸心としてタレット１３を回転させる駆動機構１５と、タレット１３の回転に従動してバレル槽ケース１２を回転させる従動機構１６と、を備える。なお、図１では、便宜上３つのバレル槽１１及び３つのバレル槽ケース１２のみを図示している。

バレル槽１１は、縦断面が多角形（一実施形態では八角形）の筒状に形成されている。上面が開口したバレル槽本体１１ａと、この開口部を封止して内部の空間を密封できるバレル槽蓋１１ｂと、バレル槽蓋をバレル槽本体に固定する為の蓋固定機構（図示せず）と、で構成される。

バレル槽ケース１２は、バレル槽１１を着脱自在に固定する。バレル槽１１が収納される枠体１２ａと、枠体１２ａの両端に固定される自転軸１２ｂと、枠体１２ａ内に収納されたバレル槽１１を係止するための係止機構（図示せず）と、を備える。

自転軸１２ｂは、後述のようにバレル槽ケース１２をタレット１３に軸支させる。

一対のタレット１３は円盤形状を有しており、互いに対面するように設けられている。各タレット１３の平面中心には公転軸１４が挿通できる穴が形成されており、各穴には公転軸１４を回転可能に嵌合できる第一軸受１３ａが設けられている。各タレット１３は、シャフトホルダ１４ａに固定される公転軸１４に第一軸受１３ａを介してそれぞれ回転可能に支持されている。また、各タレット１３には、第一軸受１３ａを中心に、その周方向に沿って複数の第二軸受１３ｂが等間隔で設けられている。これらの第二軸受１３ｂは、複数のバレル槽ケース１２の自転軸１２ｂに個別に嵌合し、各バレル槽ケース１２を回転可能に軸支している。即ち、一対のタレット１３は、バレル槽ケース１２を、自転軸１２ｂおよび第二軸受１３ｂを介して挟み込むように配置されており、且つ中心に挿通された公転軸１４に固定されている。この構成により、４つのバレル槽ケース１２が両タレット１３の間に等間隔で、かつタレット１３に対して相対回転可能に配置されている。

公転軸１４は、地面に対して水平となるように軸支されている。また、同様にタレットに設けられている第二軸受１３ｂに軸支される自転軸１２ｂも、地面に対して水平となるように軸支されている。

駆動機構１５は、駆動モータ１５ａ、モータプーリ１５ｂ、公転プーリ１５ｃ、及び駆動ベルト１５ｄを含んでいる。モータプーリ１５ｂは、駆動モータ１５ａの回転軸に固定されている。公転プーリ１５ｃは、一対のタレット１３のうち一方のタレット１３（図１では左側）の外周に設けられている。駆動ベルト１５ｄは、モータプーリ１５ｂと公転プーリ１５ｃとの間に架け渡されている。

従動機構１６は、駆動プーリ１６ａ、従動プーリ１６ｂ、及び従動ベルト１６ｃを含んでいる。駆動プーリ１６ａは、公転軸１４に固定されている。従動プーリ１６ｂは、自転軸１２ｂに固定されている。従動ベルト１６ｃは、駆動プーリ１６ａと前記従動プーリ１６ｂとの間に架け渡されている。

駆動モータ１５ａを作動させると公転軸１４を中心にタレット１３が回転する。このタレット１３の回転に伴い、バレル槽ケース１２に固定されたバレル槽１１が公転軸１４を軸心として旋回（公転）する。また、従動機構１６によって、バレル槽１１は自転軸１２ｂを軸心としてタレット１３の回転方向と逆方向に回転（自転）する。

以上の様に、バレル槽１１は自身の回転による自転およびタレット１３の回転による公転、即ち遊星運動をすることができる。これらの回転は、地面に対して水平である回転軸を軸心として行われる。

次に、バレル研磨方法について、図３〜図５を更に参照して説明する。

＜Ｓ０１：マスの投入工程＞
まず、バレル槽蓋１１ａを取り外し、バレル槽本体１１ｂ内に被加工物及び研磨メディア３０を投入する。この時、必要に応じて研磨助剤（コンパウンド）や水を投入してもよい。

一実施形態の被加工物２０は図２に示すように、ベース２１と、ベースの上面に立設される脚部２２と、で構成される。

一実施形態のベース２１は、脚部が立設されている面（平面）が長辺の長さがａ、短辺の長さがｂの長方形であり、高さがｃ、の直方体である。ここでいう長方形とは、正方形を含む（ａ＝ｂ）。また、平面は湾曲していてもよく、投影図が長方形である概念をも含む。

脚部２２は、その形状が板状物であっても棒状物であってもよい。図２では、側面が長方形であり、高さがＬの板状物を用いたが、例えば湾曲している板状物としてもよい。また、図２では脚部２２が表面がベース２１の平面の辺に平行となるように立設されているが、斜めに立設してもよい。

被加工物２０として、例えばドアノブレバー、配管部品、タービンブレード、人工骨などが挙げられるが、一実施形態のバレル研磨方法はこれに限定することなく適用することができる。

マスを投入後、バレル槽本体１１ｂに対してバレル槽蓋１１ａを蓋固定機構によって固定し、バレル槽１１を密封する。

一連の作業をすべてのバレル槽１１に対して行う。

全てのバレル槽１１をバレル槽ケース１２に固定し、マスの投入工程が完了する。

＜Ｓ０２：研磨工程＞
バレル研磨機１０の可動を制御する制御機構（図示せず）に、予め稼働条件（稼働時間、タレット１３の回転速度、等）を入力した後、制御機構を操作する。制御機構からの出力された信号により、駆動モータ１５ａが稼働して、バレル槽が遊星運動をする。

バレル槽１１の内部では、マスが図３（Ａ）に示すような流動状態となる。その結果、被加工物２０に対して研磨メディア３０が擦過するので、研磨が進行する。

被加工物２０がこのような形状の場合、図２の矢印のように手前から奥方向に向けた外力が加わると、被加工物２０はベース２１を支点に奥方向に向けて転倒する。一実施形態のバレル研磨においては、バレル槽の回転により慣性力が負荷されるので、図３（Ａ）のように、バレル槽１１の回転進行方向側がベース２１となるように転倒する。

この姿勢のままバレル研磨が進行すると、ベース２１と脚部２２とで形成される隅角部のうち、下側に位置する箇所では研磨メディア３０と接触する機会が少なくなり、バレル研磨が行われづらくなる。即ち、被加工物全体でみると、この隅角部によって研磨ムラが生じる。

そこで、この隅角部にも研磨メディア３０が接触しやすくなるよう、バレル研磨中における被研磨物２０の姿勢を制御した。従来のバレル研磨方法では、図３（Ａ）のように、被加工物２０はバレル槽１１の回転進行方向側がベースとなるように転倒した状態で多数の研磨メディア３０が覆いかぶさるので、研摩メディア３０の重量により被加工物２０はこの姿勢のまま研磨が進行する。

一実施形態では、研磨メディア３０の投入量を制御することにより姿勢の制御を行った。バレル研磨時に被加工物２０の姿勢が変化できるよう、研磨メディア３０の投入量を制御した。従来のバレル研磨方法で最も研磨が進行している場所と比較すると研磨の進行は遅くなるが、隅角部にも研磨メディア３０が良好に接触するので、全体的に研磨の効率が向上する。

被加工物２０の姿勢は、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、脚部２２がバレル槽１１の回転軸心と並行となるように制御すると、隅角部に対してメディアの接触機会が増加する。

ベース２１の短辺の長さｂと脚部の長さＬとの関係をＬ≧２ｂの関係を満たし、且つベース２１の質量が脚部２２の質量より大きくすると、バレル槽１１の回転により被加工物２０は転倒しやすく、且つバレル研磨中の姿勢が自在に変化しやすい。

バレル槽１１の回転が止まっている状態において、バレル槽１１の底面から投入された研磨メディア３０で形成される上面までの高さをｈとすると、ベース２１の長辺の長さａとの関係を、ａ＜ｈ＜２ａとしてもよい。研磨メディア３０が被加工物２０全体を覆い、且つ被加工物２０の挙動が研磨メディア３０によって必要以上に制限されることがないので、良好に研磨を行うことができる。（図４を参照）

被加工物２０の姿勢を制御する他の方法として、治具を用いて被加工物２０をバレル槽１１に対して固定する方法や、被加工物に錘を取り付けて被加工物の移動を促進するように重心を変化する方法などを選択してもよい。

＜Ｓ３：被加工物を回収＞
バレル研磨機の稼働が所定時間経過したら、制御装置の信号により駆動モータ１５ａが停止する。その後、被加工物２０及び研磨メディア１０をバレル槽１１から取り出す。その後、被加工物２０と研磨メディア３０とを分別し、エアブロー等で被加工物の洗浄を行う。

以上のＳ１〜Ｓ３の工程を経て、バレル研磨が完了する。

次に、本実施形態のバレル研磨方法について説明する。ここでは、アルミニウム製のＴ字状物を被加工物とした。この被加工物は、ベース２１の短辺に対する脚部２２の長さの比（Ｌ／ｂ）を１．０及び２．０とした。

ベース２１の長辺に対する研磨メディアで形成される上面の高さの比（ｈ／ａ）が０．８〜２．２となるように研磨メディア（新東工業製：ＤＦＴ１０×１０）を投入し、遠心バレル研磨機（新東工業製：ＥＣ−２）にてバレル研磨を行った。

研磨終了後、以下の箇所の表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１：２００１）を表面粗さ測定器にて測定した。
（ａ） 脚部の表面中央部
（ｂ） （ａ）の裏面
（ｃ） ベースと脚部とで形成される隅角部近傍の脚部表面
（ｄ） （ｃ）の裏面

評価は、以下の方法にて行った。
（１）研磨の進行：a〜ｄの表面粗さＲａの測定値の平均値
（２）表面と裏面との均一性：ａとｂ、及びｃとｄ、の差の絶対値（Δ（ａ−ｂ）、Δ（ｃ−ｄ））
（３）脚部中央と隅角部近傍との均一性：ａとｃ、及びｂとｄ、の差の絶対値（Δ（ａ−ｃ）、Δ（ｂ−ｄ））

結果を表１に示す。

（１）研磨の進行
試験１における各測定箇所の表面粗さＲａの平均値は、試験２〜６と比較して高い結果となった。これは、被加工物に対して研磨メディアの投入量が少ないことから、研磨メディアが被加工物に擦過する機会が少ないことが要因であると考えられる。

（２）表面と裏面との均一性
試験２〜４においては、Δ（ａ−ｂ）は０．００〜０．０２μｍ、Δ（ｃ−ｄ）は０．０４〜０．０５μｍであり、両面とも均一にバレル研磨が行われていることが判った。

試験１ではΔ（ｃ−ｄ）が０．５５μｍとなっており、隅角部近傍で表面粗さのバラツキが見られた。これは、被加工物に対して研磨メディアの投入量が少ないことから、研磨メディアが特に被加工物の隅角部に入り込みづらくなったことが要因であると考えられる。

試験５ではΔ（ｃ−ｄ）が０．１１μｍとなっており、隅角部近傍で表面粗さのバラツキが見られた。これは、被加工物のベースがバレル槽の回転進行方向に向いた状態に被加工物が転倒した後、流動状態の研磨メディアが覆いかぶさり、その研磨メディア全体の質量が大きいために被加工物の姿勢が変更できなかったことが要因であると考えられる。

試験６ではΔ（ａ−ｂ）及びΔ（ｃ−ｄ）がそれぞれ０．０８μｍ、０．０９μｍ、となっており、脚部中央及び隅角部近傍の表面粗さのバラツキが見られた。これは、バレル研磨中に被加工物が安定して転倒した状態にならなかったために、被加工物全体に対して均一に研磨メディアが擦過できなかったことが要因であると考えられる。

即ち、試験５及び試験６はバレル研磨中の被加工物の姿勢の制御が不十分であることが、バラツキが生じた要因であると考えられる。

（３）脚部中央と隅角部近傍との均一性
試験２〜４においては、Δ（ａ−ｃ）は０．０１〜０．０３μｍ、Δ（ｃ−ｄ）は０．０１〜０．０５μｍであり、脚部全体が均一にバレル研磨が行われていることが判った。

試験１ではΔ（ａ−ｃ）及びΔ（ｂ−ｄ）がそれぞれ０．６５μｍ、０．０８μｍとなっており、いずれの面においても脚部全体の表面粗さＲａにバラツキが見られた。これは、被加工物に対して研磨メディアの投入量が少ないことから、研磨メディアが特に被加工物の隅角部に入り込みづらくなったことが要因であると考えられる。

試験５ではΔ（ｂ−ｄ）が０．１１μｍとなっており、一面で脚部全体の表面粗さＲａにバラツキが見られた。これは、被加工物がベースがバレル槽の回転進行方向に向いた状態に転倒した後、流動状態の研磨メディアが覆いかぶさり、その研磨メディア全体の質量が大きいために被加工物の姿勢が変更できなかったことで、隅角部に研磨メディアが入り込みづらくなったことが要因であると考えられる。

試験６ではΔ（ａ−ｃ）及びΔ（ｂ−ｄ）がそれぞれ０．１２μｍ、０．１３μｍ、となっており、いずれの面においても脚部全体の表面粗さＲａにバラツキが見られた。これは、バレル研磨中に被加工物が安定して転倒した状態にならなかったために、被加工物全体に対して均一に研磨メディアが擦過できなかったことが要因であると考えられる。

即ち、試験５及び試験６はバレル研磨中の被加工物の姿勢の制御が不十分であることが、バラツキが生じた要因であると考えられる。

一実施形態のバレル研磨方法は、隅角部を有する被加工物全体を均等にバレル研磨できるので、バレル研磨にかかる時間を短縮することができる。また、隅角部の要求値を満たすためにその他の箇所を過剰に研磨することがないので、寸法精度よくバレル研磨を行うことができる。

１０ バレル研磨機
１１ バレル槽
１２ バレル槽ケース
１３ タレット
１４ 公転軸
１５ 駆動機構
１６ 従動機構
２０ 被加工物
２１ ベース
２２ 脚部
３０ 研磨メディア

Claims (4)

1. ベースの一側面に板状物又は棒状物である脚部が立設されている形状の被加工物のバレル研磨方法であって、
   密封可能なバレル槽に被加工物及び研磨メディアを含むマスを投入する工程と、
   地面に対して水平な回転軸を軸心に前記バレル槽を回転させて、マスを流動化させると共に、前記被加工物に対して研磨メディアを擦過させて当該被加工物を研磨する工程と、
   を含み、
   前記被加工物を研磨する工程では、バレル研磨中の被加工物の姿勢を制御することを特徴とするバレル研磨方法。
2. 前記被加工物を研磨する工程では、バレル研磨中の被加工物における前記脚部が前記軸心と並行となるよう該被加工物の姿勢が制御されていることを特徴とする請求項１に記載のバレル研磨方法。
3. 前記脚部が立設されている前記ベースの面は略長方形であって、長方形の一辺の長さをａ、この辺に直交する辺の長さをｂ（ただしａ≧ｂ）、とし、
   前記脚部の長さをＬとするとき、
   Ｌ≧２ｂの関係を満たし、
   且つベースの質量が前記脚部の質量より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のバレル研磨方法。
4. 前記バレル槽の底面から研磨メディアの上面までの高さｈとの関係がａ＜ｈ＜２ａを満たすことを特徴とする請求項１に記載のバレル研磨方法。