JP3190972B2 - 材料サンプルの研削装置 - Google Patents

材料サンプルの研削装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば、顕微鏡のスライドに組み付けられ
た岩のサンプルの微細構造研削などの、材料サンプルの
研削を行う装置に関する。
地層（岩床）から石油及びガスを抽出するに当たって
は、その岩床の性質を知ることが基本的に重要である。
特に、その岩床の空隙率及び構造についての知識を形作
るために顕微鏡で問題の岩床の微細構造を研究すること
によって、そのような知識が得られる。研削物は、最初
に岩床の一片を切り取って、それに含浸を行うことによ
り作られる。次にその含浸された岩片は、顕微鏡のスラ
イドに組み付けられて最終的に研削される前に表面研削
される。
最も一般的な研削方法は、いわゆる「パッチング（pa
tching）」に基づいている、即ち、水に懸濁させた炭化
珪素粉を回転鋳鉄ディスクに供給し、材料サンプル（サ
ンプルを伴った顕微鏡スライド）を１個又は数個のサン
プルホルダーに組み付けて回転鋳鉄ディスクに押しつけ
る。この種の装置及び方法において炭化珪素粉は研削材
料として作用し、厚みは約30μｍまで徐々に小さくされ
る。
しかし、この公知の方法及び装置には幾つかの欠点が
ある。第１に、研削粉は、「パッチング」処理中に材料
サンプル中のエポキシプラスチックに押し込まれ、研削
された材料サンプル中の細孔内の黒い粒子となる。この
ために、最悪の場合には、サンプルがそれ以上の分析に
適しないものとなることがある。第２に、研削工程中に
回転鋳鉄ディスクに斜面が生じることがあり、頻繁に調
整しなければならない。このために、かなりの量の作業
が余分に必要となる。鋳鉄ディスクの斜面は、材料サン
プルに相当の不均一を生じさせることとなるので、それ
以上の試験のためには使用し得ない。
この公知の装置の他の欠点は、オペレータによる管理
が必要なので、使用するために費用がかかるという点で
ある。
本発明は、上記の欠点を解消した材料サンプル研削装
置を提供する。この装置は、 −本質的に使いやすく、 −研削工程中に高精度を与え、 −研削粉の材料サンプル中への貫入を防止し、 −オペレータによる寄与を僅かに必要とするだけであ
り、 −仕上がった研削済み材料サンプルにきめ細かな滑らか
な表面を与え、 −後の材料サンプル表面の磨きとの関係で時間を節約
し、 −大きな研削能力を持っている。
本発明の装置は、請求の範囲第１項において定義され
ているように、材料サンプルを着脱自在に置くことの出
来る回転テーブル（ターンテーブル）を含むことを特徴
としており、このターンテーブルの上に配置された垂直
に移動可能な少なくとも一つの研削スピンドルによって
少なくとも１工程で研削を行う。
請求の範囲第２〜10項は本発明の好ましい特徴を定義
している。図面を参照して実施例によって本発明を更に
説明する。
図１のＡ〜Ｃは本発明に係る研削装置の正面図、側面
図及び平面図、 図２はこの装置に含まれる研削スピンドルのための支
持装置を示す拡大図、 図３は本発明のターンテーブルの拡大平面図、 図４は研削される材料サンプルの二つの例を示し、
ａ）は本発明の研削装置によって研削した材料サンプル
の例、ｂ）は公知の装置により「パッチング」で研削し
た材料サンプルの例を示す。
本発明の装置は、図１に示されているように、四つの
主な構成要素、即ちフレーム及びコンソール構造１と、
研削スピンドル装置２と、ターンテーブル３と、制御ユ
ニット４とを含んでいる。
フレーム及びコンソール構造１は、この装置を使用し
て研削作業を行うときに大きなエネルギーを吸収するよ
うに設計されており、それ故に、十分な安定性を確保す
るとともに研削サンプルが不均一となることを防止する
ために強力な鋼の梁と補剛材５、６、７から作られてい
る。フレーム及びコンソール構造の細部については、当
業者の能力の範囲内にあることなので、これ以上ここで
は説明しないことにする。
研削スピンドル装置２は、図１に示されているよう
に、ターンテーブル３の上に設けられた二つの研削スピ
ンドルから成っており、その一つは粗いスピンドルで、
もう一つはきめの細かいスピンドルであり、各々電動モ
ータ８により駆動される。スピンドル２及びモータ８の
各ユニットは、コンソール構造内のレール10に沿って垂
直方向に移動することの出来るそり又はキャリッジ９に
より支持されている。
サーボモータ12により操作される高精度ナット／ネジ
装置11によってキャリッジ９をスピンドル２とともに上
下に動かすことができる。本発明の装置は、上述したよ
うに、材料サンプルを±１μｍの精度で20−30μｍの厚
みに精細に研削することが出来るように設計されてい
る。熱膨張による研削の偏差を防止するために、研削ス
ピンドルはそり９上の特別の支持体13に支持されてお
り、これは図２の拡大図に示されている。テフロンパッ
キン14、アンギュラーコンタクト玉軸受け15及び16、カ
ップスプリング17、ラジアルコンタクト玉軸受け18、ロ
ックナット19、スピンドル軸20及び心出しリングが詳し
く図示されている。
この支持体に種々の寸法及び球数の軸受けが上述した
ように使われる。このようにすれば玉の軌道が材料サン
プルの研削面に望ましくないパターンを生じさせるのを
防止できるからである。カップスプリングは軸受け18、
低スラスト軸受け15、16に対して一定圧力を生じさせ、
その結果としてスピンドルが過熱しても研削面に不正確
さを生じさせない。すなわち、スピンドル軸は上方に自
由に膨張することができる。テフロンシールは低摩擦で
あり、スピンドルハウジングに低発熱を生じさせる。研
削スピンドル自体は、研削工程中に良好な冷却特性を得
るために好ましくはカップ状に形成されるディスク21と
して形成された金属材料中に固められたダイヤモンド粒
子から成っている。研削される材料の構造中の望ましく
ない粒子から材料サンプルが完全に自由で清浄となるの
で、ダイヤモンドディスクを使用したことは本発明の本
質的長所となっている。
図４には、ａ）本発明の装置で研削された材料サンプ
ルの例と、ｂ）公知の装置による「パッチング」で研削
された材料サンプルの例との２例が示されている。図4
b）から、材料構造中に望まくない粒子30が幾つかある
ことが分かる。図4a）に示されている材料サンプルに
は、そのような粒子はない。
本発明の三つ目の重要な要素であるターンテーブル３
（図１を参照）は、ベルト22等を介して電動モータ23に
より駆動される円形のディスクを備えている。ディスク
３は、ドライブギヤ22、23とともに、フレーム構造５上
のレール25に移動可能に設けられているキャリッジ又は
そり等24に配設されている。研削スピンドル２を上下に
動かすために使われている解決策と同様のナット／ネジ
装置を介してサーボモータによりキャリッジを適当に駆
動することができる。
上述したようにターンテーブル３を移動可能に設ける
ことにより、材料サンプルに対して振動と回転研削との
複合運動が与えられ、材料サンプルが滑らかに克つ正確
に（完全に）研削される。
研削されるべき材料サンプルは、真空によりターンテ
ーブル３に着脱自在に保持される。図３は、拡大したス
ケールで本発明のターンテーブル３を上から見た図であ
る。ターンテーブルは黄銅から作られていて、応力がな
く、数個の穴28を持っており、この穴は、互いに或る距
離を置いて或るパターンをなして配列されていて真空源
（図示せず）に接続されている溝又は凹部31と連通して
いる。テーブルはその溝を伴う穴を全部で40個示してお
り、同数のサンプルを保持することができる。
研削プロセス中に材料サンプルを冷やすために、ター
ンテーブルの上に設けられた一つ又は数個のノズルを介
してターンテーブルに水が供給される。それは図には示
されていない。
本発明に含まれる四つ目の重要な部分は、制御システ
ム４を構成するプログラマブル論理制御（PLC）であ
る。この研削装置を制御するためにタッチボタンの付い
ている種々のメニューを使用するいわゆる「タッチスク
リーンディスプレイ」を介してこのPLCユニットを適宜
動作させることができる。その制御システム全体は、こ
の研削装置に設けられた制御ボード、又は好ましくはオ
ペレータが容易に近づくことの出来る独立の制御ボード
と関連して設けられる。
使用されるこの種のPLCユニットは、市販されている
ので、それ自体としては特許性のあるものではなく、従
ってPLCユニットの技術的事項についてはこれ以上は説
明しない。しかし、PLCユニットでこの研削装置をどの
ように操作できるかを次に簡単に解説する。
メインスイッチをオンにすると、ターンテーブル及び
研削スピンドルを示す全ての「軸」は、「オリゴ（orig
o）」と呼ばれるゼロ点に移動する。同時に「オリゴ検
索」というテキストがオペレータディスプレイに表示さ
れる。装置が使用可能な状態になっているとき、メイン
メニューがディスプレイに表示される。例えば、岩石サ
ンプルの自動研削、ガラスシートの自動研削、又は手動
研削を選択することができる。
そのメインメニューの中の手動研削を選択すると、タ
ーンテーブルの動作に関する選択肢と、使用したい研削
モータの選択肢とを伴うサブメニューが現れる。もし精
細研削又は粗研削を選択すれば他のサブメニューが現れ
て、研削工程を手動で実行することになる。この場合に
は基準点に入って保存（記憶）することもでき、後でそ
れを使ってこの機械で完全自動研削を行うことができ
る、即ち、サンプルを研削して基準点を保存すればこの
機械はその研削工程を自動的に反復できるようになる。
ターンテーブルの振動の終点の選択は別のメニューで
行われる。このメニューでは自動研削の速度もプログラ
ムすることができる。
自動研削が選択される前に、材料サンプルは初めにタ
ーンテーブル上におかれ、真空と冷却水が起動される。
その後、自動ガラスサンプル研削又は自動岩石サンプル
研削がメインメニューから選択される。これを実行する
とそれぞれのサブメニューが現れて、プログラム中のど
こでも研削工程を開始し停止させることができるように
なる。これでターンテーブルを同時に振動させながら研
削工程全体を粗研削及び精細研削で最後まで実行するこ
とができる。するとターンテーブルは出発点に戻り、材
料サンプルを更に処理し分析することが出来るようにな
る。
研削操作に関しては、研削ホイールを２個使用するの
が好都合であり、そうすれば研削時間を節約できること
に留意するべきである。この場合には、材料サンプルは
精細研削ディスクによって例えば約30μｍの所望の厚み
まで研削される前に、最初に粗研削ディスクで例えば10
0μｍの適当な厚みまで粗研削される。しかし、請求の
範囲の欄において定義される発明は２個の研削ディスク
には限定されず、この種のディスクを１個だけ、或いは
４個以上設けることもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−9193（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−142254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−230853（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 1/32 B24B 7/22 G01N 1/28

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の材料サンプルを着脱自在に保持する
    ように設計されたターンテーブル（３）を伴うコンソー
    ル及びフレーム構造（１）と、このターンテーブルの上
    に配設された垂直に移動可能な少なくとも１つの研削ス
    ピンドル（２）と、研削工程を制御するためのプログラ
    マブル制御ユニット（４）とを含み、顕微鏡のスライド
    に組み付けられた岩石サンプルの微細構造研削を行う装
    置において、 前記ターンテーブル（３）は材料サンプルと共に前記フ
    レーム構造及び前記研削スピンドルに対して相対的に横
    方向に振動するように設計されていることを特徴とする
    材料サンプルの研削装置。
  2. 【請求項２】二つの研削スピンドル（２）を含み、その
    一つは材料サンプルの粗研削のためのものであり、もう
    一つは材料サンプルの精細研削のためのものであること
    を特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記研削スピンドルに、金属に固定された
    ダイヤモンド粒子の研削ディスク（21）が装着されてい
    ることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載
    の装置。
  4. 【請求項４】前記研削ディスク（21）はカップとして形
    成されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載
    の装置。
  5. 【請求項５】前記研削スピンドルは、サーボモータによ
    りネジ／ナット装置を介してレール（10）に沿って垂直
    方向に移動可能なキャリッジ又はそり（９）に配設され
    ていることを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれ
    か一項に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記ターンテーブルは、レール（25）上に
    設けられ且つサーボモータによりネジ／ナット装置（2
    6）を介して該レール（25）に沿って移動することので
    きるキャリッジ又はそり（24）上に配設されていること
    を特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記ターンテーブルは、真空によって材料
    サンプルを保持するように設計されており、前記ターン
    テーブルには真空源に接続され且つ前記ターンテーブル
    の外周に沿って或るパターンをなして配置された複数の
    穴（28）が設けられていることを特徴とする請求の範囲
    第６項に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記研削スピンドル（２）の各々のための
    軸（20）は、その軸を過熱したときに前記研削スピンド
    ルを変位させることなくこの軸の上端部がスラスト軸受
    け（15、16）及びキャリッジ（９）に対して自由に膨張
    し得るように、スプリング装置（17）によってスラスト
    軸受け（15、16）に対して相対的に予めセットされるこ
    とを特徴とする請求の範囲第１〜７項のいずれか一項に
    記載の装置。
JP50197896A 1994-06-15 1995-06-14 材料サンプルの研削装置 Expired - Fee Related JP3190972B2 (ja)

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