JP4464515B2 - バレル研磨方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、バレル研磨方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ワークを効率的に研磨する方法として渦流バレル研磨と呼ばれる方式が知られている。これは、皿状の回転槽とこの回転槽と同心で配された円筒状の固定槽とからなっており、回転槽を高速回転させると、槽内のマス(研磨対象となるワークと研磨石等の総体をいう)は回転槽と同心で螺旋流動を行う。このときのマスの挙動をより詳細に説明すると、マスは回転槽と同方向へ旋回しつつ回転槽の遠心力によって回転槽の中心部より外周縁側へ移動し、さらに固定槽の壁面を上昇し、その後回転槽の中心部へ向けてなだれ落ちる。こうした循環動作を繰り返す過程で、ワークは良好に研磨されるのである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バレル研磨を行う場合に槽内に水を投入する湿式の研磨法がよく採用される。しかし、このような湿式研磨において、水に浮くような軽量のワークが研磨対象となった場合には、充分に研磨されないことがあった。その理由は次のようである(図7及び図8参照)。
【0004】
バレル研磨槽30の回転によって、マスmは旋回の中心部側が最も低く、外周側が最も高くなるようなすり鉢状をなして流動する。そのとき、槽内に投入された水w全体も同様にすり鉢状をなし、バレル研磨槽30が高速旋回する場合には、マスmよりも上位に水が盛り上がることがある。すると、ワーク31がこの盛り上がった水wの上に浮いてしまい、旋回中心部へなだれ落ちることができない状態におかれる。したがって、かかるワーク31はそのまま旋回運動のみを継続することとなり、マスmの内部を循環することができなくなってしまう。かくして、ワーク31に対する研磨が不十分となっていたのである。
また、これとは別に、樹脂リングや薄肉軟質材よりなるパイプが研磨対象となった場合には、上記した高速の螺旋流動による研磨を行うと、前者では表面にばりを生じさせたり、後者では変形等の問題を生じさせる場合があることが知られていた。
【0005】
したがって、水に浮くワーク、ばりを生じさせるワーク、変形を生じやすいワーク等は高速研磨には向かず、低速での研磨が望まれるのであるが、バレル研磨槽が低速で回転する場合には、遠心力が弱いため回転槽の中心部寄りの領域に水wが貯まる(図8参照)。中心部に貯まった水wは螺旋流動を行うことなく、バレル研磨槽30と同心で旋回するだけであるため、この貯まった水wに浮いたワーク31あるいは水中に没したワークはいずれもそのまま旋回するのみとなって、やはり研磨不足となってしまっていた。
本発明は、こうした要請に応えるために開発されたものであり、その目的とするところは、良好な研磨状態が得られるバレル研磨方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項1の発明は、円筒状に形成された固定槽と、この固定槽の底部に同心でかつ回転可能に配された回転槽とを備え、この回転槽の中心部にセンターポールが突設されてなるバレル研磨槽内に、研磨対象となるワークと研磨石等よりなるマスを投入し、さらに前記回転槽の回転軸が鉛直方向に対して所定角度傾斜するようバレル研摩槽全体を傾斜させ、この傾斜状態で前記固定槽を回転させることなく前記回転槽のみを回転駆動させて研磨を行い、かつ研磨中のマスは、前記センターポールの先端部を前記マスの表面から突出させつつ流動するとともに、前記バレル研磨槽内における傾斜下側となる領域ではマスの旋回速度が遅く厚層の低速領域を形成し、マスの傾斜上側となる領域ではマスの旋回速度が速く薄層の高速領域を形成し、かつ前記高速領域から前記低速領域へ移行する領域では、前記マスのほぼ旋回中心部から外周縁部に向けて稜線が延びこの稜線が前記バレル槽の平面視において内周側が回転方向へ向けて相対的にくぼんだ螺旋形態をなす境界領域を形成し、かつこの境界領域では、前記高速領域を通過した前記マスが前記稜線に沿いつつ前記センターポール側へ向けてなだれ込み、前記センターポール寄りの部分において前記低速領域内へ沈み込みを生じることを特徴とするものである。
【0007】
【発明の作用および効果】
請求項1の発明によれば、マスが投入されたバレル研磨槽全体を傾斜状態に保持し、回転槽を低速回転させる。すると、マスは螺旋流動するが、このときにはマスはバレル研磨槽全体が傾斜していることから、マスあるいは水を投入した場合には、マスおよび水は重力にしたがって共に傾斜下側に大半が滞留し旋回速度の遅い厚層の低速領域を構成する。一方、傾斜上側では旋回速度の速い薄層の高速領域が構成される。高速領域を移動した後、ワークは低速領域の境界領域の底部側に衝突する。この境界領域はマスの旋回中心部と固定槽の側壁との間に螺旋状に延びており、ここに衝突したワークは境界領域部分を上昇しつつ旋回中心部へ向けて移動し、その周辺部で滞留域のマス内に潜り込む。かくして、請求項1の発明では高速領域から低速領域への境界部分で、マスの流動に関し、乱流が形成されるため、ワークを確実に低速領域内へ巻き込ませることができ、これによってワークは滞留域内で研磨石等と擦れ合って所望の研磨状況を得ることができる。この場合において、マスは低速で流動しているため、樹脂製あるいは強度の低いワークであっても、ばりあるいは変形を生じさせるような事態は抑制されている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図において、1はバレル研磨槽B全体を支持するための機台であり、その両側には前後一対の支柱2が立設されている。前後の支柱2の上端間は接続片3が架設されていて、この接続片3の上面中央には軸受け4がそれぞれ設けられている。両軸受け4はバレル研磨槽Bに設けられた揺動軸5を回動可能に貫挿している。
【0009】
図2において右側に位置する両支柱2のうち、図示手前側に位置するものにはバレル研磨槽Bを揺動・復帰させるための揺動用モータ6(減速機付き電動モータ)が取り付けられている。この揺動用モータ6の出力軸には小スプロケット7が嵌着され、かつこの小スプロケット7とバレル研磨槽Bの揺動軸5に嵌着された大スプロケット8との間にはチェーン9が掛装されている。これにより、バレル研磨槽Bは揺動用モータ6の駆動によって水平姿勢から、ほぼ180゜反転して内部に投入されたマスmを完全に排出できる反転姿勢との間を変位できる。
【0010】
次に、主として図4に基づいてバレル研磨槽Bを説明すると、バレル研磨槽Bは固定槽10と回転槽11とを備えて構成されている。固定槽10は上下両方へ開口する円筒状の固定槽本体12と、この固定槽本体12の下面を塞ぐように取り付けられた円形皿状をなすアンダープレート13とからなる。また、アンダープレート13の外底部には回転槽11を回転駆動させるための可変速の回転用モータ14が取り付けられている。アンダープレート13の中心孔15に固定した筒体16には、軸受けを介して回転用モータ14の回転力を伝達するための回転軸17が支持され、その回転軸17の上端がバレル研磨槽B内に突出している。一方、回転槽11は固定槽10と同心の円形皿状をなしているとともに、その中心孔18に固定した連結部材19が回転軸17に固定されており、回転用モータ14の駆動によって固定槽10と同心に回転駆動されるようになっている。また、固定槽10のうち固定槽12の内周には、ポリウレタン製のライニング20が全周に亘って貼り付けられており、一方の回転槽11の上面にも同じくポリウレタン製のライニング21が全周にわたって貼り付けられている。固定槽10のライニング20の下端部と、回転槽11のライニング21の外周縁とが、全周に亘って均一に僅かな隙間を空けた同心円状態に対応している。なお、回転槽11の中心部には前記した連結部材19を覆うようにしてセンターポール22(ウレタン製)が配されている。このセンターポール22は頂部が丸くなった円錐状をなし、その頂面から連結部材19の上面にボルトをねじ込むことによって連結部材19に対する取り付けがなされている。
【0011】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
ワークwの研磨を行うにあたって、バレル研磨槽B内に研磨石、コンパウンド、ワークwおよび必要量の水を投入する。そして、揺動用モータ6を駆動させると、大小両スプロケット間に掛装されたチェーン9を介してバレル研磨槽Bが揺動軸5周りに揺動する。かくして、バレル研磨槽B全体が所定角度傾斜した状態に保持され、そのときには、バレル研磨槽B内に投入されたマスmは、バレル研磨槽B内の傾斜下側の領域に偏在することとなる。
【0012】
なお、バレル研磨槽Bの傾斜角度は、例えば鉛直軸に対し7゜〜10゜であった。この傾斜角度は次のようにして定められている。本実施形態のバレル研磨槽Bではマスmの標準装入容量が研磨空間(回転槽11と固定槽10とによって仕切られた内部空間)の約半分であり、これ以上に傾斜させるとバレル研磨に伴ってマスmが螺旋流動したときに外部へ溢れ出てしまうのを回避しうる最大の傾斜範囲である。
【0013】
この状態で回転用モータ14を駆動させ、回転槽11を図5におけるP矢視方向へ比較的低速で回転させる。すると、前述したように、マスmはバレル研磨槽B内の傾斜下側領域で偏在しているため、この領域ではマスmの旋回速度が遅く厚層の低速領域Lとなる。但し、この低速領域Lでは緩やかではあるがマスmの螺旋流動が生じており、内部ではマスmに対する緩やかな撹拌作用と研磨作用が営まれている。
【0014】
一方、バレル研磨槽Bの傾斜上側では回転槽11の回転によって低速領域Lから流出したマスmが速い旋回速度でもって螺旋流動する。このため、バレル研磨槽Bの傾斜上側では旋回速度の速い薄層の高速領域Hが形成される。また、高速領域Hから低速領域Lへと移行する部分には、図5に示すような境界領域T(斜線が施された部分)が形成されている。この境界領域Tは平面視でマスmの周速の速い外周側に発達し、周速の遅い内周側では相対的にくぼんだ形態をとる。高速領域Hを通過したマスmは、この境界領域Tの稜線部分に対しセンターポール22周辺に向けて螺旋状軌跡を描きつつなだれ込む。そして、連続してなだれ込んでくる後続のマスmによって、境界領域T、低速領域L内へ没してゆく(潜り込みが起きる場所がA部として示してある)。
【0015】
このように、境界領域Tではマスmの流れに関して乱流状態を構成することとなり、ワークwを確実に低速領域L内へ巻き込ませることができる。低速領域L内へ巻き込まれたワークwは既述したようにして内部で研磨作用を受ける。
以上のように、バレル研磨槽B全体を鉛直軸に対し所定角度傾斜させながら回転させることによって、従来のような水平姿勢で回転させていた場合と比較して水と共に単に旋回するだけの滞留した領域がなくなり、ワークwはマスm内に確実に取り込まれて研磨される。
【0016】
【実施例1】
実施例1の研磨条件は次の通りである。
・バレル研磨装置…EFF105(株式会社チップトン製、研磨空間容量100リットル)
・ワークw…アルミニウム製パイプ 肉厚0.2mm、外径10mm、長さ70mmのものが4リットル投入された。
・研磨石…HBS−6(株式会社チップトン製 φ6mm 中切削用研磨石)が46リットル投入された
・コンパウンド…LC−NZT(株式会社チップトン製)
・水…バレル研磨槽Bを水平に保持した状態で、マスm面上20mmまでそそぎ込まれた。
【0017】
上記の条件に加え、バレル研磨にあたってはバレル研磨槽Bの傾斜角度は鉛直軸に対し7度とし、回転槽11の旋回速度は213m/minで研磨を行った。ちなみに、バレル研磨槽Bを水平に保持して研磨を行う通常の場合であれば、回転槽11の旋回速度は305m/minであり、本実施形態では通常の研磨に比較して低速回転で研磨(ワークw表面のばり取り)がなされた。
以上の条件でワークw端面のばり取り研磨を行ったところ、ワークwは境界領域Tにおいて内部に沈み込み、低速領域L内に完全に巻き込まれて流動しており、約30分経過した時点でワークwを取り出したところ、良好な状態でばり取りがなされていた。
しかし、バレル研磨槽Bを傾斜させず、水平状態に保った状態で、回転槽11を通常の旋回速度と上記実施例1の旋回速度でそれぞれ研磨を行ったが、前者であればマスmの最上部を越えた位置で旋回する水に浮かんで旋回し、後者であれば旋回中心寄りの領域に貯まった水に浮かんで旋回するものが発生し、一部ワークwについてはマスm内に巻き込みがあるものの、他については上記した水と共に単に旋回を繰り返すのみで、これらについては研磨むら(ワークであるアルミニウム製パイプの端面が内側にだれを生じ、ばりの取り残しが起きる)を生じさせていた。
【0018】
【実施例2】
実施例2の研磨条件は次の通りである。
・バレル研磨装置…EFF40(株式会社チップトン製 研磨空間容量40リットル)
・ワークw…ポリプロピレン樹脂製ボール φ3mm 比重0.9のものが1.5リットル投入された。
・研磨石(18.5リットル)および水の投入量は実施例1と同様である。
上記の条件に加え、バレル研磨に当たってはバレル研磨槽Bの傾斜角度は鉛直軸に対し7度とし、回転槽11の旋回速度は305メートル/minで研磨を行った。
【0019】
以上の条件で研磨を行った。実施例2で使用されたワークwは比重が水よりも軽いため水に浮く性質のものであり、従来の研磨方法ではマスmの上部に盛り上がった水に浮かんだまま、単に旋回のみなされて良好な研磨状況が実現されていなかった。しかし、実施例2によれば、約60分経過した時点で取り出されたワークwからは、良好な研磨の結果、射出成形時のパーティングラインが確実に除去されていた。
【0020】
なお、本発明は種々の変更が可能であり、次のような変形例も本発明の技術的範囲に含まれる。バレル研磨槽Bの傾斜角度、回転槽11の旋回速度等の研磨条件は、対象となるワークwの性質、マスmの量等に応じて適宜に設定されるものであり、一義的に定められるものではない。要は、回転槽11の旋回に伴ってマスmの一部に乱流を生じさせる状況が実現できる条件が整えばよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】傾斜状態にあるバレル研磨槽の側面図
【図2】同じく正面図
【図3】同じく平面図
【図4】バレル研磨槽の断面図
【図5】マスの挙動を示す模式図
【図6】図5のVI-VI線断面図
【図7】従来のバレル研磨槽において高速回転させたときのマスの状態の概要を示す断面図
【図8】同じく低速回転させたときのマスの概要を示す断面図
【符号の説明】
B…バレル研磨槽
m…マス
L…低速領域
H…高速領域
T…境界領域
Claims (1)
- 円筒状に形成された固定槽と、この固定槽の底部に同心でかつ回転可能に配された回転槽とを備え、この回転槽の中心部にセンターポールが突設されてなるバレル研磨槽内に、研磨対象となるワークと研磨石等よりなるマスを投入し、さらに前記回転槽の回転軸が鉛直方向に対して所定角度傾斜するようバレル研摩槽全体を傾斜させ、この傾斜状態で前記固定槽を回転させることなく前記回転槽のみを回転駆動させて研磨を行い、
かつ研磨中のマスは、前記センターポールの先端部を前記マスの表面から突出させつつ流動するとともに、前記バレル研磨槽内における傾斜下側となる領域ではマスの旋回速度が遅く厚層の低速領域を形成し、マスの傾斜上側となる領域ではマスの旋回速度が速く薄層の高速領域を形成し、かつ前記高速領域から前記低速領域へ移行する領域では、前記マスのほぼ旋回中心部から外周縁部に向けて稜線が延びこの稜線が前記バレル槽の平面視において内周側が回転方向へ向けて相対的にくぼんだ螺旋形態をなす境界領域を形成し、かつこの境界領域では、前記高速領域を通過した前記マスが前記稜線に沿いつつ前記センターポール側へ向けてなだれ込み、前記センターポール寄りの部分において前記低速領域内へ沈み込みを生じることを特徴とするバレル研磨方法。
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