JP6223062B2

JP6223062B2 - 研磨ベルト用ホイール、研磨ホイール、研磨方法、及び当該研磨方法により研磨された対象物を含む物品

Info

Publication number: JP6223062B2
Application number: JP2013173091A
Authority: JP
Inventors: 通宏山原
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: JP2015039754A; WO2015026762A1; TW201532741A

Description

本発明の一側面は、研磨ベルト用ホイール（ｗｈｅｅｌｆｏｒａｂｒａｓｉｖｅｂｅｌｔ）、研磨ホイール（ａｂｒａｓｉｖｅｗｈｅｅｌ）、研磨方法、及び当該研磨方法により研磨された対象物を含む物品に関する。

従来から、金属材等を研磨するための研磨ホイールが知られている。例えば、下記特許文献１には、圧力により研磨ベルトと係合する空気注入式のタイヤを備えるホイール組立体が記載されている。空気が抜かれたタイヤの周囲に研磨ベルトを置き、そのタイヤに空気を注入して膨らませることで、研磨ベルトはそのタイヤにより固定される。このホイール組立体がシャフトに取り付けられて回転させられると、取り付けられた研磨ベルトが金属材等を研磨する。

米国特許第７８２４２４８号明細書

特許文献１のホイール組立体を用いることで、タイヤを収縮させた状態で研磨ベルトを簡単に取り付け、その後タイヤを膨張させることでその研磨ベルトをしっかりとホイールに固定することができる。しかし、空気により膨らんだタイヤ（実質的にはチューブ）の表面は一般的には平坦にならない。したがって、その表面上に研磨ベルトを取り付けた場合には、研磨時にその研磨ベルトの幅全体を被研磨物に当てることが困難であり、その結果、研磨ベルトの研磨面を有効に利用することができない。

そこで、研磨ベルトの取り付けの容易性を維持しつつ、その研磨ベルトの表面をより有効に用いることが望まれている。

本発明の一側面に係る研磨ベルト用ホイールは、エンドレス研磨ベルトが取り付けられる外周面を形成する複数の弧状の硬質部材と、複数の硬質部材の径方向内側に配されたエアチューブとを備え、各硬質部材が空気によるエアチューブの膨張により径方向外側に移動する。

このような側面においては、複数の硬質部材のそれぞれがエアチューブの膨張により径方向外側に移動する。したがって、エンドレス研磨ベルトを膨張前に外周面上に容易に配置でき、その後エアチューブを膨らませることでその研磨ベルトを外周面からの圧力でしっかりと固定することができる。また、研磨ベルト用ホイールの外周面が硬質部材で形成されているので、膨らんだエアチューブの形状に依らず研磨ベルトをその外周面に沿って取り付けることができる。そのため、研磨ベルトを所望の外周面の形状に沿って設定することができ、したがって、研磨面を有効に利用することができる。このように、上記の側面においては、研磨ベルトの取り付けの容易性を維持しつつ、その研磨ベルトの表面をより有効に用いることができる。

本発明の一側面によれば、研磨ベルトの取り付けの容易性を維持しつつ、その研磨ベルトの表面をより有効に用いることができる。

実施形態における研磨ホイールの斜視図である。実施形態に係る研磨ベルト用ホイールの斜視図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。ハブとワイドラグとの位置関係を示す部分拡大図である。メカニカルストップの斜視図である。ワイドラグの取り付けを示す部分拡大図である。研磨ベルト用ホイールの外径の変化を示す断面図である。ワイドラグがハブ側に寄っている状態を示す部分拡大図である。ワイドラグが外周側に移動した状態を示す部分拡大図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、図１〜４を用いて、実施形態に係る研磨ベルト用ホイール（以下では単に「ホイール」という）１の構造を説明する。ホイール１は研磨機（図示せず）の一部を構成する部品であり、図１に示すように、エンドレス研磨ベルト（本明細書では単に「研磨ベルト」ともいう）７０を支持する役割を担う。ホイール１に研磨ベルト７０を取り付けることで研磨ホイールを得ることができ、図１に示すその研磨ホイールを製品として供給することも可能である。なお、図１の例ではホイール１の外周面に筒状の薄いクッション８０を配し、そのクッション８０上に研磨ベルト７０を配しているが、クッション８０は省略可能である。

ホイール１の中心部には研磨機のシャフト（図示せず）が通る貫通孔１１が形成され、ホイール１はそのシャフトに通された状態で固定される。なお、ホイール１の固定方法は限定されない。例えば、シャフトの一端に形成された雄ねじにナットを嵌めることでホイール１を固定してもよい。研磨機の種類は限定されず、ホイール１はシャフトを有する任意の研磨機に適用可能である。

本明細書では、図１に示すホイール１の回転軸Ａに沿った方向（貫通孔１１に通されたシャフトの延びる方向）を当該ホイール１の「幅方向」と定義し、幅方向におけるホイール１の側面を単に「側面」という。

図１に示す状態から、研磨ベルト７０およびクッション８０を外し、さらに、ホイール１の両側面に取り付けられているカバー１２を外すと、ホイール１は図２に示すような外観を呈する。この図２に示すように、ホイール１は、貫通孔１１が形成されたハブ（ｈｕｂ）２０と、このハブ２０の外周に取り付けられた複数の弧状のワイドラグ（ｗｉｄｅｌａｇ）３０とを備える。ホイール１の外周面１３はこれらのワイドラグ３０により形成される。各ワイドラグ３０はメカニカルストップ（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｏｐ）４０という取付具を用いてハブ２０に取り付けられる。ハブ２０、ワイドラグ３０、およびメカニカルストップ４０は金属あるいは樹脂などの材料で作製されるが、硬質であればこれらの具体的な材料は限定されない。

ハブ２０はホイール１の内側部分であり、その中心部には幅方向に沿って貫通孔１１が形成されている。本実施形態では、貫通孔１１の径はシャフトの外径と同じか、またはシャフトが通ることができる程度にシャフトの外径よりも小さい。しかし、ホイール１をシャフトに固定させるためのアダプタ（図示せず）を用いるのであれば、貫通孔１１の径はシャフトの外径より大きくてもよい。ハブの両側面には、メカニカルストップ４０を取り付けるための複数のねじ穴２２が形成されている（図４参照）。

図３に示すように、ハブ２０の外周側は開いており、この開口部からハブ２０の内周側にわたって空間が形成されている。この空間の外周側の幅は広く確保されており、したがって、幅方向に沿った空間の断面形状は略Ｔ字状であるといえる。この空間には円形のエアチューブ５０が嵌め込まれる。幅方向に沿ったエアチューブ５０の断面は空間に合わせて略Ｔ字状である。エアチューブ５０は、ハブ２０の一側面において貫通孔１１の近くに設けられた、空気注入用のバルブ（ｖａｌｖｅ）２１と接続しており、このバルブ２１を介して注入される空気により膨張する。

ワイドラグ３０は、ホイール１の外周面１３を形成する弧状の硬質部材である。各ワイドラグ３０の外周側端面３１は曲率が統一された円弧状に形成されているので、複数のワイドラグ３０を円周方向に沿って繋げると、図２に示すように円形の外周面１３が形成される。本実施形態では、外周の中心角が４５度である８個のワイドラグ３０により外周面１３が形成されているが、ワイドラグ３０の個数は任意に設定してよく、例えば２個、４個、あるいは９個のワイドラグ３０でホイール１の外周面１３を形成してもよい。

図３に示すように、各ワイドラグ３０の内周側端面３２はＶ字状に凹んでいる。内周側端面３２の幅はエアチューブ５０の外周側端面５１の幅と略同じである。図４に示すように、ワイドラグ３０の両側面には外周側端面３１と同心円状に形成された（すなわち、円周方向に沿って延びる）二つの溝があり、８個のワイドラグ３０が繋がるとホイール１の各側面に二つの円形の溝が形成される。外側の溝３３（以下では「外溝３３」という）にはゴム製のリング（弾性部材）６０が嵌め込まれる。一方、内側の溝３４（以下では「内溝３４」という）にはメカニカルストップ４０の一部が挿入される。リング６０が嵌め込まれる外溝３３は内溝３４よりも深い。外溝３３と内溝３４とを隔てている壁の一部は、後述するメカニカルストップ４０のストッパ４２の形状に合わせて凹んでいる（凹部３５）。

メカニカルストップ４０は、図５に示すように全体として矩形の板状を呈している。取付時にホイール１の側面と向かい合う面のうちハブ２０に対応する領域には、メカニカルストップ４０をハブ２０に固定する際に用いる二つのねじ孔４１が設けられ、その面のうちワイドラグ３０と対向する領域には略十字状のストッパ４２が設けられている。ストッパ４２のうち、メカニカルストップ４０の短手方向に延びている凸部４２ａは、内溝３４に対応する。凸部４２ａの幅（メカニカルストップ４０の長手方向に沿った長さ）は内溝３４の幅よりも小さい。

次に、図６をさらに用いて、ホイール１の組み立て方を説明する。作製者はまず、図４に示すように、径方向に沿って並んでいるハブ２０の二つのねじ穴２２の延長線上に凹部３５が位置するように、個々のワイドラグ３０を配する。この工程により、円形の外溝３３および内溝３４が形成される。続いて、作製者は一方の側面においてリング６０を外溝３３に嵌め込む。続いて、作製者はハブ２０のねじ穴２２とメカニカルストップ４０のねじ孔４１とにねじを通すことで、図６に示すようにメカニカルストップ４０をハブ２０に取り付ける。作製者はこの作業をすべてのメカニカルストップ４０について行い、これにより、ホイール１の一方の側面における取付作業が完了する。作製者は、ホイール１の他方の側面においても、リング６０の嵌め込みとすべてのメカニカルストップ４０の取り付けとを行う。最後に作製者は両側面にカバー１２を取り付け、これによりホイール１の組立てが完了する。

各ワイドラグ３０は、その凹部３５に嵌ったストッパ４２により、円周方向に移動しないように固定される。各ワイドラグ３０は、該ワイドラグ３０の径方向内側に配されたエアチューブ５０の膨張により径方向外側に移動し得る。しかし、図６に示すようにストッパ４２の凸部４２ａが内溝３４に挿入されているので、その移動はその凸部４２ａにより制限される。したがって、ホイール１の外径は、図７に示すように、Ｒ１以上Ｒ２以下の範囲で変化し得る。最小径Ｒ１は研磨ベルト７０の内径よりも小さく設定され、最大径Ｒ２は研磨ベルト７０の固定を考慮して設定される。

次に、図８，９を用いて、ホイール１を用いた研磨方法を説明する。まず、作業者はホイール１をシャフトに固定する。この際にはエアチューブ５０は収縮しているので、ワイドラグ３０はリング６０の弾性力によりハブ２０側に寄っており、凸部４２ａは図８に示すように内溝３４の外周側の壁に接する。このとき、ホイール１の外径は最小値Ｒ１である。

続いて、作業者はホイール１の外周面１３上に研磨ベルト７０を配置する（配置工程）。本実施形態では、作業者はまず筒状のクッション８０をその外周面１３上に配置し、このクッション８０上に研磨ベルト７０を配置する。もっとも、上述したようにクッション８０は必須ではなく、作業者はホイール１の外周面上に研磨ベルト７０を直接取り付けてもよいし、内周面にクッション層を備える研磨ベルトをホイール１に直接取り付けてもよいし、クッション層をホイール１のワイドラグ３０の外周側端面３１に設けてもよい。

なお、作業者は研磨ベルト７０をホイール１に取り付けた後にそのホイール１をシャフトに取り付けてもよい。

続いて、作業者はエアポンプなどの空気供給装置をバルブ２１に接続してエアチューブ５０内に空気を注入することでエアチューブ５０を膨張させる（膨張行程）。その膨張力がリング６０の弾性力を上回ると、図７に示すように、エアチューブ５０の外周側端面５１が各ワイドラグ３０を外側に押し出し、したがって各ワイドラグ３０がホイール１の径方向外側に移動する。これにより、ホイール１が外周面１３を介して内側から研磨ベルト７０に十分な圧力を掛け、研磨ベルト７０はその圧力により当該外周面１３上でしっかりと固定される。ここで、膨張時のエアチューブ５０の内圧は周囲の気圧よりも例えば０．１〜０．２５ＭＰａ高いが、その気圧差はこれらの値に限定されない。

続いて、作業者は研磨機を作動させてホイール１を回転させ、研磨ベルト７０に研磨対象の物を当てることでその対象物を研磨する（研磨工程）。その後、研磨された対象物はそのまま物品として、あるいは物品の一部として提供される。

場合によっては、ホイール１に取り付けられている研磨ベルト７０が若干伸びることが考えられる。しかし、各ワイドラグ３０は、膨張しているエアチューブ５０により、研磨ベルト７０の伸びに追従してさらに外側に移動するので、ホイール１の外周面１３は引き続きその研磨ベルト７０をしっかりと固定し続ける。その結果、一つの研磨ベルト７０を長時間にわたって（すなわち、効率的に）使用することができる。図９に示すように、各ワイドラグ３０は凸部４２ａが内溝３４の内周側の壁に接するまで（すなわち、ホイール１の外径が最大値Ｒ２になるまで）径方向外側に移動することができ、その範囲で研磨ベルト７０の伸びに追従し得る。

もし研磨ベルト７０の研磨力が低下した場合には、作業者はエアチューブ５０内の空気を抜いた上で研磨ベルト７０を交換すればよい。エアチューブ５０内の空気が抜かれると、各ワイドラグ３０はリング６０の弾性力により径方向内側に移動し、ホイール１の外径は最小値Ｒ１に戻る。新たな研磨ベルト７０の取付方法は上記の通りである。このように、作業者は研磨ベルト７０を簡単に取り替えることができる。また、作業者は研磨力の低下に対して研磨ベルト７０の交換だけを行えば足りるので、研磨ホイール全体を交換する場合に比べて資源を節約できる。

以上説明したように、本発明の一側面に係る研磨ベルト用ホイールは、エンドレス研磨ベルトが取り付けられる外周面を形成する複数の弧状の硬質部材と、複数の硬質部材の径方向内側に配されたエアチューブとを備え、各硬質部材が空気によるエアチューブの膨張により径方向外側に移動する。

また、本発明の一側面に係る研磨ホイールは、上記の研磨ベルト用ホイールと研磨ベルトとを備える。

また、本発明の一側面に係る研磨方法は、研磨ベルト用ホイールを用いた研磨方法であって、外周面を形成する複数の弧状の硬質部材と、該複数の硬質部材の径方向内側に配されたエアチューブとを備える研磨ベルト用ホイールの該外周面上にエンドレス研磨ベルトを配置する配置行程と、外周面上に研磨ベルトを配置した後に、エアチューブを空気により膨張させることで各硬質部材を径方向外側に移動させる膨張行程と、膨張行程により外周面上に固定された研磨ベルトを用いて対象物を研磨する研磨工程とを含む。

また、本発明の一側面に係る物品は、上記の研磨方法により研磨された対象物を含む。

また、エアチューブの正の内圧に起因した膨張により硬質部材が径方向外側に押し出されるので、研磨ベルトが延びた場合でも硬質部材がその膨張力により研磨ベルトの伸びに追従してさらに外側に移動する。そのため、ホイールの外周面によりその研磨ベルトをしっかりと固定し続けることができる。

本発明の別の側面では、膨張したエアチューブに接する硬質部材の内周側端面がテーパ状に凹んでいてもよい。この場合には、膨張するエアチューブが硬質部材の幅方向中央に案内されるので、硬質部材を径方向外側に向かって真っすぐに押し出すことができ、その結果、外周面の全体で研磨ベルトをしっかりと固定することができる。

本発明の別の側面では、エアチューブの外周側端面の幅と硬質部材の内周側端面の幅とが略同じであってもよい。この場合には硬質部材の内周側端面の全体がエアチューブと接するので、硬質部材を径方向外側に向かって真っすぐに押し出すことができ、その結果、外周面の全体で研磨ベルトをしっかりと固定することができる。

本発明の別の側面では、エアチューブ内の空気が抜かれた際に、弾性力により各硬質部材を径方向内側に移動させる弾性部材を更に備えてもよい。この場合には、作業者は自身で硬質部材を元の位置に戻さなくて済み、その分、研磨ホイールの使い勝手が向上する。

本発明の別の側面では、弾性部材が、複数の硬質部材にわたって取り付けられたゴム製のリングであってもよい。このようなリングを用いることで、各硬質部材を径方向内側に移動させる仕組みを簡単にすることができる。

本発明の別の側面では、個々の硬質部材が取付具（メカニカルストップ）によりハブに取り付けられ、各硬質部材には円周方向に沿って延びる溝が形成され、各取付具には円周方向に沿って延びる凸部が形成され、径方向に沿った各硬質部材の移動が、溝に挿入された凸部により制限されてもよい。この場合には、その取付具が硬質部材の移動を制限する役割を兼ねるので、その分、研磨ベルト用ホイールの部品数、ひいては製造費用を抑えることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

上記実施形態ではワイドラグ３０の内周側端面がＶ字状に凹んでいたが、その端面の形状は限定されない。例えば、その端面の両側のみが中央に向かってテーパ状に傾斜し、かつ中央部分がホイールの幅方向に沿って平坦になるように、内周側端面を形成してもよい。また、その内周側端面をＵ字状に凹ませてもよい。あるいは、これらの例のように硬質部材の内周側端面をテーパ状に凹ませずに、当該端面を平坦に形成してもよい。

上記実施形態ではエアチューブ５０の外周側端面５１の幅とワイドラグ３０の内周側端面３２の幅とを略同じにしたが、これらの幅は互いに異なってもよい。すなわち、エアチューブ５０の外周側端面５１の幅はワイドラグ３０の内周側端面３２の幅より大きくてもよいし小さくてもよい。

上記実施形態では弾性部材としてリング６０を採用したが、ホイールの外周面を径方向内側に移動させるための部材はこれに限定されず、例えば引きばねを介してワイドラグ３０をハブ２０に固定させてもよい。あるいは、リング６０や引きばねなどの弾性部材を省略してもよい。

上記実施形態ではワイドラグ３０をハブ２０に取り付けるためにメカニカルストップ４０を用いたが、取付具の構成は限定されない。これに伴って、ワイドラグ３０の径方向の移動を制限する仕組みも、内溝３４および凸部４２ａの組合せ以外の任意の構成を採用してよい。例えば、上記のリング６０あるいは引きばねなどの弾性部材が硬質部材の径方向の移動を制限する役割を兼ねてもよい。

１…ホイール、１１…貫通孔、１３…外周面、２０…ハブ、２１…バルブ、３０…ワイドラグ（硬質部材）、３１…ワイドラグの外周側端面、３２…ワイドラグの内周側端面、３３…外溝、３４…内溝、４０…メカニカルストップ（取付具）、４２…ストッパ、４２ａ…凸部、５０…エアチューブ、５１…エアチューブの外周側端面、６０…リング、７０…研磨ベルト、８０…クッション。

Claims

エンドレス研磨ベルトが取り付けられる外周面を形成する複数の弧状の硬質部材と、
前記複数の硬質部材の径方向内側に配されたエアチューブと、
弾性力により各硬質部材を径方向内側へ移動させることが可能な弾性部材と
を備え、
各硬質部材が空気による前記エアチューブの膨張により径方向外側に移動し、
前記エアチューブ内の前記空気が抜かれた際に、各硬質部材が前記弾性部材の前記弾性力により前記径方向内側へ移動する、
研磨ベルト用ホイール。
前記弾性部材が、前記複数の硬質部材にわたって取り付けられたゴム製のリングである、請求項１に記載の研磨ベルト用ホイール。
エンドレス研磨ベルトが取り付けられる外周面を形成する複数の弧状の硬質部材と、
前記複数の硬質部材の径方向内側に配されたエアチューブと
を備え、
各硬質部材が空気による前記エアチューブの膨張により径方向外側に移動し、
個々の硬質部材が取付具によりハブに取り付けられ、
各硬質部材には円周方向に沿って延びる溝が形成され、
各取付具には円周方向に沿って延びる凸部が形成され、
径方向に沿った各硬質部材の移動が、前記溝に挿入された前記凸部により制限される、
研磨ベルト用ホイール。
膨張した前記エアチューブに接する前記硬質部材の内周側端面がテーパ状に凹んでいる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨ベルト用ホイール。
前記エアチューブの外周側端面の幅と前記硬質部材の内周側端面の幅とが略同じである、請求項４に記載の研磨ベルト用ホイール。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨ベルト用ホイールと、
前記研磨ベルトと
を備える研磨ホイール。
研磨ベルト用ホイールを用いた研磨方法であって、
外周面を形成する複数の弧状の硬質部材と、該複数の硬質部材の径方向内側に配されたエアチューブと、弾性力により各硬質部材を径方向内側へ移動させることが可能な弾性部材とを備える前記研磨ベルト用ホイールの該外周面上にエンドレス研磨ベルトを配置する配置行程と、
前記外周面上に前記研磨ベルトを配置した後に、前記エアチューブを空気により膨張させることで各硬質部材を径方向外側に移動させる膨張行程と、
前記膨張行程により前記外周面上に固定された前記研磨ベルトを用いて対象物を研磨する研磨工程と、
前記研磨工程の後に、前記エアチューブ内の前記空気を抜くことで各硬質部材を前記径方向内側へ移動させる収縮工程と
を含む研磨方法。