JP2020069545A

JP2020069545A - バレル研磨方法

Info

Publication number: JP2020069545A
Application number: JP2018203423A
Authority: JP
Inventors: 直幸荻原; Naoyuki Ogiwara
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: JP7079427B2

Abstract

【課題】バレル研磨による打痕や条痕などの発生を抑制でき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。（２）の工程では、被加工物及び研磨メディアの移動を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、バレル研磨による打痕や条痕などの発生を抑制するバレル研磨方法に関する。

金属製部品などの研磨する方法として、バレル研磨方法が知られている。バレル研磨はマスをバレル槽に投入し、これらを流動させることで被加工物を研磨する。
ここで、マスとは、バレル槽に装入する被加工物と研磨メディアの総称である。

被加工物は、研磨メディア及び別の被加工物と衝突または擦過する環境下におかれる。そのため、被加工物の表面には打痕または条痕とよばれる凹凸が生じる。その為、バレル研磨では光沢面を創出することはできるが、鏡面のような滑らかな面を創出するのが困難である。

そこで、バレル研磨の際に打痕や条痕の発生を抑制する方法の研究・開発が種々行われている。

特開平０１−２６４７６５号公報特開昭５７−１７３４５９号公報

特許文献１では、多角形状のバレル槽を、中心軸を軸心に回転させるタイプのバレル研磨機（所謂、回転バレル）にて、被加工物を鏡面研磨する方法が開示されている。具体的には、クルミチップ又はコーンチップである研磨材と研磨油と被加工物とを槽に投入し、この研磨材が槽の壁面に張り付くように槽を高速回転させることで、研磨材によって形成された壁面の内側で被加工物を研磨するものである。この方法では、被加工物同士が激しく衝突する機会が増えるので、打痕や条痕の発生を抑制するのは不十分である。

また、多角形状のバレル槽が回転する別のタイプのバレル研磨機として、バレル槽を遊星運動ささるタイプである遠心バレル研磨機があるが（例えば特許文献２）、回転バレル研磨機に比べて研磨力が大きいので、上述の問題がより顕著である。

以上を鑑み、本発明はバレル研磨による打痕や条痕などの発生を抑制できるバレル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、次の（１）（２）の工程を含むバレル研磨方法である。
（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、被加工物及び研磨メディアの移動を制御する。

本発明の一実施形態では、マスの体積を、バレル槽の容積に対して７０〜９０％としてもよい。その時、マスの体積Ｍに対する水の体積Ｌの比（Ｌ／Ｍ）を０．３〜０．５としてもよい。

本発明の一実施形態では、マスの体積を、バレル槽の容積に対して２５〜５０％としてもよい。その時、マスの体積Ｍに対する水の体積Ｌの比（Ｌ／Ｍ）を０．８〜１．３としてもよい。

本発明の一側面及び一実施形態により、被加工物及び研磨メディアの衝突や擦過の状態を制御できるので、バレル研磨の際に被加工物に打痕や条痕が発生するのを抑制することができる。

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のバレル研磨方法を示すフロー図である。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）は本発明の別の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、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を更に参照して説明する。

＜Ｓ１：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２０、研磨メディア３０、水を投入する。この時、必要に応じて研磨助剤（コンパウンド）を投入してもよい。この投入方法については後述する。

被加工物２０として、例えば金属製部品が挙げられる。特に、亜鉛やアルミニウムなど比較的柔らかい物質で構成されたものは、従来のバレル研磨方法ではバレル研磨中に打痕や条痕が発生しやすく、一実施形態のバレル研磨方法を好適に用いることができる。ここで、「比較的柔らかい物質で構成された」とは、ダイカスト等被加工物自体がその物質で構成されている場合のみだけでなく、鍍金等で表面にその物質がコーティングされている場合も含む。

研磨メディア３０は、砥粒同士をビトリファイド結合剤にて結合したタイプ（セラミックスメディア）、砥粒同士を樹脂にて結合したタイプ（樹脂メディア）、金属で構成されるタイプ（金属メディア）、植物系種子等の粉砕物であるタイプ（植物系メディア）等から適宜選択することができる。

コンパウンドは目的に応じて、コンパウンドの種類および量を適宜選択することができる。目的は、例えば（１）〜（１０）のいずれかを挙げることができる。
（１）研磨力の向上
（２）研磨メディアの洗浄および研磨力の持続（研磨メディアの目詰まりを防止）
（３）被加工物の洗浄
（４）被加工物の光沢度の向上
（５）被加工物のスケールの除去。
（６）被加工物の油脂の除去
（７）被加工物に防錆効果を付与、または被加工物の変色の防止
（８）被加工物表面に打撃痕の形成を防止
（９）水を軟化
（１０）被加工物が硬脆材料の場合、チッピングの抑制

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。

＜Ｓ２：研磨工程＞
バレル研磨機１０の稼働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及びバレル槽１１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。

バレル研磨中において、被加工物２０は他の被加工物２０及び研磨メディア３０と衝突するので、この衝突により被加工物２０の表面には打痕が発生する。また、被加工物２０に対して研磨メディア３０が擦過する状態によっては、被加工物２０の表面に条痕が発生する。そこで、バレル研磨中において、被加工物２０および研磨メディア３０の移動を制御するのが好ましい。

そこで、一実施形態では、マス及び／又は水の投入量を調整することで、バレル槽１１内における被加工物２０および研磨メディア３０の移動の制御を行った。

例えば、バレル槽１１の遊星運動によって、被加工物２０がバレル槽１１の壁面に向かって落下する際に受ける衝撃力を制御するために、マスの投入量を調整してもよい。図３に示すように、マスは遠心力によりバレル槽１１の壁面に沿って移動する。やがて、マスに付加される重力が遠心力を上回ると、マスが落下する。バレル槽１１の容積Ｔの７０％以上となるようにマスを投入すると、マスの落下点にはマスが存在するので、マスによって衝撃力が緩衝される。ただし、マスの体積が大きすぎるとマスの動きが阻害されるので、バレル槽１１の容積Ｔの９０％以下となるようにマスを投入してもよい。（図３（Ｂ）を参照）

また、更に衝撃力を制御するために、水の投入量を調整してもよい。少なくとも水面がマス面より高くすることで、マスが落下した際の衝撃力が緩衝される。しかし、水の投入量が多すぎるとマスの動きが必要以上に制限されるので、研磨力が必要以上に小さくなる。マスの体積Ｍに対する水の体積Ｌの比（Ｌ／Ｍ）を０．３〜０．５としてもよい。

＜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３０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、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よってバレル研磨した結果について説明する。ここでは、亜鉛メッキを施した鋼材（φ５ｍｍ×５０ｍｍ）を被加工物として、平滑仕上げを目的としたバレル研磨を行った。

被加工物２００個と研磨メディア（新東工業株式会社製：ＰＮ―Ｂ３）と水と研磨助剤（新東工業株式会社製：パナクリーンＬ−２）を遠心バレル研磨機（新東工業製：ＥＣ−２）のバレル槽に投入し、遠心バレル研磨機を３０分稼働させてバレル研磨を行った。

研磨終了後、１０個の被加工物をピックアップし、表面粗さＲz（ＪＩＳＢ０６０１：１９９４）を表面粗さ測定器にて測定してその平均値を算出し、これを研磨の進行の評価とした。なお、加工前の被加工物の表面粗さＲｚは１．９４であった。

また、１０個の被加工物をＣＣＤカメラで観察し、打痕や条痕の発生状況を確認した。評価は同じ試料をバフ研磨したものとの比較し、これを表面状態の評価とした。なお、B比較は観察者の主観で行い、以下の基準で評価した。
Ａ・・・（バレル研磨で発生した）打痕や条痕が殆ど見られない。
Ｂ・・・打痕や条痕が多いが、表面の大半の領域で打痕や条痕が見られない。
Ｃ・・・Ｂより打痕や条痕が多いが、打痕や条痕は表面の半分以下の領域で見られる。
Ｄ・・・打痕や条痕は表面の半分以上の領域で見られる。
Ｅ・・・バレル研磨前とあまり変わらない

結果を表１に示す。なお、表１における「マスの体積比」とはバレル槽の容積に対するマスの体積の比を指し、「水の体積比」とはマスの体積に対する水の体積の比を指す。

実施例１−１〜実施例１−３より、マス及び／又は水の投入量を調整することで、バレル槽１１内における被加工物２０および研磨メディア３０の移動の制御を行った結果、表面粗さ（研磨の進行）と表面状態（仕上げ品質）を調整できることが判る。

また、被加工物２０および研磨メディア３０の移動を制御する別の方法を説明する。打痕や条痕の発生がさらに低減させたい場合は、前述に比べて研磨力は落ちるが水による緩衝効果を向上させてもよい。例えば、マスの体積を、バレル槽の容積に対して２５〜５０％とし、マスの体積Ｖに対する水の体積Ｌの比（Ｌ／Ｍ）を０．８〜１．３としてもよく、１．０〜１．２としてもよい。バレル槽１１の遊星運動によるマスの動きが水により制限されることから、マス同士の接触による打痕や条痕の発生が抑制される。また、マスが落下するエネルギーが低くなることと、落下の際の衝撃力が水の層で緩衝される。（図３（Ｃ）を参照）

先述と同様の条件にてバレル研磨を行った結果を表２に示す。マス及び／又は水の投入量を調整することで、バレル槽１１内における被加工物２０および研磨メディア３０の移動の制御を行った結果、表面粗さ（研磨の進行）と表面状態（仕上げ品質）を調整できることが判る。

一実施形態のバレル研磨方法は、バレル研磨による打痕や条痕の発生が抑制されているので、バフ研磨等の手作業による研磨を機械化することができる。

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

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である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、前記被加工物及び前記研磨メディアの移動を制御することを特徴とするバレル研磨方法。
前記マスの体積は、前記バレル槽の容積に対して７０〜９０％であり、
且つ、前記マスの体積に対する前記水の体積の比が０．３〜０．５であることを特徴とする請求項２に記載のバレル研磨方法。
前記マスの体積は、前記バレル槽の容積に対して２５〜５０％であり、
且つ、前記マスの体積に対する前記水の体積の比が０．８〜１．３であることを特徴とする請求項１に記載のバレル研磨方法。