JP6489132B2 - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Description

本開示は、研磨材の衝突または接触によりワークを研磨する研磨装置および研磨方法に関する。

ワークを研磨する方法として、研磨材を圧縮空気と共に固気二相流としてノズルからワークに向けて噴射し、研磨材をワークに衝突または接触させることでワークを研磨するブラスト加工が広く用いられている。一般的に用いられるブラスト加工装置は、漏斗状に形成された回収部を備える。回収部は、ワークをブラスト加工するためのブラスト室の下部に設けられる。このブラスト加工装置は、回収部に落下した粉塵（噴射された噴射材およびワークの切削粉）を吸引回収し、分級装置により再使用可能な噴射材とそれ以外の微粒子（割れまたは欠けが生じた研磨材、およびワークの切削粉）とに分級した後、再使用可能な噴射材により再びブラスト加工を行う（例えば、特許文献１）。このようなブラスト加工装置では、容積が大きなブラスト加工室全体に研磨材が飛散するので、ワークの交換時等にブラスト加工室外に粉塵が飛散されることを完全に防ぐのは困難である。また、吸引力を生じさせる設備に高い吸引能力が要求されるので、ブラスト加工装置全体が大型化してしまうという問題がある。

前記粉塵を効率よく回収する為に、ノズル出口近傍において吸引設備に連結されたカバーを備え、このカバーにより粉塵の飛散を防ぐと共に、このカバー内に滞留した粉塵を吸引設備で回収する構成のブラスト加工装置が開示されている（例えば特許文献２）。この様なブラスト加工装置は、被加工面がノズルに対して十分に大きい平面である場合にのみ適用され得るので、ワークの形状によってはこの構成のブラスト加工装置を用いることが出来ない。

ブラスト加工において、固気二相流の噴射圧力は通常０．２ＭＰａ以上と高圧である。この為、ワークの形状または寸法によっては固気二相流によってワーク自体が吹き飛ばされるという問題、および研磨材がワークに突き刺さるという問題がある。

特開平０９−３２３２６３号公報 実用新案登録第３０３１３０４号公報

ブラスト加工には、上述のような問題がある。本技術分野では、ブラスト加工に変わる新しい研磨装置および研磨方法が望まれている。

本発明の一側面では、ワークを研磨材で研磨する研磨方法が提供される。この研磨方法は、下記（１）〜（３）の工程を含む。
（１）加工部材と、吸引力を発生させる吸引機構と、を含む研磨装置を準備する工程。
（２）加工部材にワークをセットする工程。
（３）吸引機構の作動により発生した気流によって、ワークに向けて投入された研磨材を所定の速度に加速させると共に、研磨材をワークに接触又は衝突させてワークを研磨する工程。

一側面に係る研磨方法によれば、ワークに向けて投入された研磨材は、吸引機構により発生した気流によって、所定の速度に加速される。この加速により、研磨材はワークを研磨するのに適した運動エネルギーを得ることができるので、研磨材がワークに接触又は衝突する際にワークの研磨が行われる。なお、ここでいう「研磨材の投入」とは、単に研磨材をワークに向けて初速度なく供給する、若しくは研磨材をワークに向けて非常に小さな初速度で供給することを意味し、ブラスト加工装置のように研磨材を被加工物に向けて噴射もしくは投射するのとは異なる。例えば、研磨材を自由落下させることにより研磨材をワークに向けて供給してもよいし、周りに飛散しない若しくは研磨に影響を与えない程度の弱い風量で、研磨材をワークに向けて供給してもよい。

一実施形態の研磨方法では、加工部材は、第一の面及び第一の面の反対側の面である第二の面を有する載置盤を備えてもよい。載置盤には、第一の面から第二の面に向かう方向に載置盤を貫通する複数の貫通孔が設けられてもよい。複数の貫通孔のそれぞれは、研磨材が通過可能であり且つワークが通過できない大きさを有してもよい。そして、加工部材にワークをセットする工程では、第一の面にワークを載置してもよい。この場合、研磨能力を損なうことなく、ワークを加工部材にセットできる。

一実施形態の研磨方法では、吸引機構は第二の面側に配置されてもよい。そして、気流は、第一の面から第二の面に向かう気流であってもよい。この構成により、ワークの近傍では第一の面側から第二の面側に向かう気流が発生するので、この気流によってワークを良好に研磨することができる。

一実施形態の研磨方法は、研磨材を回収する工程を更に含んでもよい。ワークを研磨する工程では、研磨材は第一の面側からワークに向けて投入されてもよい。回収する工程では、第二の面に到達した研磨材を吸引機構で吸引して回収してもよい。研磨材、及び微粒子（これらの研磨材及び微粒子を総じて、以降「粉塵」と記す）は吸引機構に向かって進むので、粉塵が研磨領域以外に飛散することを抑制できる。微粒子は、割れまたは欠けが生じた研磨材、および研磨によって生じた切削粉を含む。

一実施形態の研磨方法は、吸引機構により、気流を整流する工程を更に含んでもよい。整流する工程では、気流を整流することによって、研磨材がワークに接触又は衝突する態様を制御してもよい。整流する工程により、ワークに対する研磨材の挙動を制御し、研磨の形態を変更することができる。これにより、加工目的に合わせた研磨の形態とすることができる。

一実施形態の研磨方法では、加工部材は、載置盤の外縁部に設けられた枠体を更に備えてもよい。この場合、一時的に過剰な研磨材が投入されても、加工部材の外側に研磨材が落ちることが防止される。また、複数のワークを加工部材に載置した場合でも、加工部材の外側に研磨材が落ちることが防止される。

一実施形態の研磨方法は、複数のワークを流動状態にすることによって複数のワークを攪拌する工程をさらに含んでもよい。ワークをセットする工程では、第一の面に複数のワークを載置してもよい。ワークを研磨する工程では、流動状態の複数のワークに研磨材を接触又は衝突させて複数のワークを研磨してもよい。複数のワークが攪拌されている状態で研磨材が複数のワークに接触または衝突するので、複数のワークの研磨を均等化することが出来る。

一実施形態の研磨方法では、複数のワークを攪拌する工程において、加工部材を所定の角度で傾斜して配置し、該加工部材を回転させることによって、複数のワークを攪拌してもよい。この場合、ワークは、遠心力によって加工部材の回転に追従して枠体に沿って回転するが、遠心力よりも重力が大きくなると枠体から離れて落下する。こうして、複数のワークを攪拌し、均等に分散することができる。また、一実施形態では、加工部材を傾斜して配置する角度は、３０〜７０°であってもよい。また、一実施形態では、加工部材の回転速度は臨界回転速度の５〜５０％であってもよい。

一実施形態の研磨方法では、ワークのビッカース硬さが３〜２００Ｈｖであり、研磨材がワークと接触又は衝突する時の研磨材の速度が５〜３０ｍ／ｓｅｃであってもよい。このように、研磨材の速度を調整することによって、比較的硬度が低いワークに対しても良好に研磨をすることができる。また、研磨材をこの速度に加速することで、ワークに研磨材が突き刺さることを抑制しつつ、ワークを良好に研磨することが出来る。また、一実施形態面では、研磨材がワークに対して研磨に寄与する空間における研磨材の占める割合が３〜２０体積％であってもよい。

一実施形態の研磨方法は、ワークに向けて研磨材を投入する工程を更に含んでもよい。研磨装置は、ワークに向けて研磨材を投入する研磨材供給機構を更に備えてもよい。研磨材を投入する工程では、研磨材供給機構によって、ワークに向けて研磨材を自由落下で投入してもよい。この場合、研磨材に初速度を与える必要がないので、研磨材が研磨領域外に飛散する可能性を低減することができる。

本発明の別の側面では、ワークを研磨するための研磨装置が提供される。この研磨装置は、ワークを載置するための加工部材と、加工部材に載置されたワークに向けて研磨材を投入する研磨材供給機構と、吸引力により研磨材供給機構から加工部材に向かう方向に気流を発生させる吸引機構と、を備える。吸引機構は、研磨材供給機構によってワークに向けて投入された研磨材を、気流によって所定の速度に加速させると共に、加速された研磨材をワークに接触又は衝突させることによりワークを研磨する。

別の側面に係る研磨装置によれば、ワークに向けて投入された研磨材は、吸引機構により発生した気流によって、所定の速度に加速される。この加速により、研磨材はワークを研磨するのに適した運動エネルギーを得ることができるので、研磨材がワークに接触又は衝突する際にワークの研磨が行われる。

本発明の種々の側面及び各実施形態により、前述のようなブラスト加工における問題を生ずることなく、ワークを研磨することができる。

本発明の第一実施形態で用いられる研磨装置を説明するための模式図である。 第一実施形態における研磨のメカニズムを説明するための模式図である。 第一実施形態における研磨の工程を示すフロー図である。 本発明の第二実施形態で用いられる研磨装置を説明するための模式図である。 第二実施形態における研磨の工程を示すフロー図である。

本発明の研磨装置および研磨方法の一例を、図を参照して説明する。以下の説明において、上下左右の方向は特に断りのない限り図中における方向を指す。なお、本発明は本実施形態の構成に限られず、必要に応じて適宜変更することができる。

第一実施形態で用いられる研磨装置０１は、図１に示されるように、加工部材１０と、研磨材供給機構３０と、吸引機構４０と、選別機構５０と、を備える。

加工部材１０は、ワークＷを収容するための部材である。加工部材１０は、載置盤１１を備える。載置盤１１は、ワークＷが載置される面である第一の面１１ａ（載置面）と、その反対側の面である第二の面１１ｂと、を有する。載置盤１１は、ワークＷを通過させないが研磨材を通過することができる複数の開口部を有する。具体的には、載置盤１１には、第一の面１１ａから第二の面１１ｂに向かう方向に載置盤１１を貫通する複数の貫通孔が設けられている。複数の貫通孔のそれぞれは、研磨材Ｇが通過可能であり且つワークＷが通過できない大きさを有している。載置盤１１は、例えば、網状に構成された盤であってもよいし、パンチングメタルであってもよいし、複数のスリットが設けられた盤であってもよい。

載置盤１１の形状は特に限定されない。また、加工部材１０は、載置盤１１の外縁部に設けられた枠体をさらに備えてもよい。加工部材１０が枠体を備えることで、ワークＷが加工部材１０の外縁部より外側に落下することがない。

本実施形態の加工部材１０は、網状に構成された円盤形状の載置盤１１及び載置盤１１の外縁部に固定された枠体１２を備えている。枠体１２は、少なくとも載置盤１１の第一の面１１ａにおいて、載置盤１１の周縁を包囲している。即ち、本実施形態の加工部材１０は、載置盤１１の上方（第一の面１１ａ側）が開放された円筒形状を有している。

研磨材供給機構３０は、研磨材ＧをワークＷに向けて投入するための機構である。研磨材供給機構３０は、貯留タンク３１と、搬出部３２と、を含む。貯留タンク３１は、研磨材Ｇを貯留するためのタンクである。搬出部３２には、排出口３２ａが設けられている。排出口３２ａが載置盤１１の第一の面１１ａの上方に位置するように、搬出部３２は配置されている。搬出部３２は、貯留タンク３１（ホッパ）内の研磨材Ｇを排出口３２ａから定量で排出できるように構成されてもよい。搬出部３２は、例えば、搬送スクリュ及び該搬送スクリュを内包するトラフを備え、貯留タンク３１内の研磨材Ｇを該トラフに設けられた排出口３２ａに向かって前進させるように構成されてもよい。また、搬出部３２は、円盤状の底盤及び該底盤の中心を軸心に水平回転するスクレーパを備えてもよい。この場合、搬出部３２は、貯留タンク３１の底面を該底盤に僅かに離間させて配置することで安息角により所定量の研磨材Ｇを該底盤に堆積させ、これを該スクレーパで排出口３２ａに向けて掻き出すように構成されてもよい。搬出部３２として、その他の公知の構成が用いられてもよい。本実施形態では、搬出部３２は、前者の構成を備えている。

吸引機構４０は、研磨材Ｇを加速させる機能及び吸引する機能を兼ね備えている。吸引機構４０は、ホース４３と、集塵機４２とを備えている。ホース４３の一端面（本実施形態では吸引部４１）は、載置盤１１の第二の面１１ｂの下に設けられ、第二の面１１ｂとは離間している。集塵機４２は、ホース４３に連結されている。

選別機構５０は、粉塵から再使用可能な研磨材を選別する機構である。また、選別機構５０は、吸引部４１から集塵機４２に向かう経路の途中に配置されている。即ち、一端面が吸引部４１を形成する第一のホース４３ａが選別機構５０に連結されており、選別機構５０は第二のホース４３ｂによって集塵機４２と連結されている。選別機構５０は、後述の通り、再利用可能な研磨材と、それ以外の微粒子（割れまたは欠けが生じた研磨材、および研磨により生じたワークの切削粉）と、に粉塵を分離する機構である。選別機構５０は、粉塵の比重差および気流を利用して分級するように構成されてもよい。選別機構５０として、例えば、サイクロンセパレータ、遠心分級機、またはその他の公知の構成が用いられてもよい。本実施形態では、選別機構５０として、サイクロンセパレータが用いられ、サイクロンセパレータの底部が貯留タンク３１に連結されている。

次に、図２および図３を更に用いて、研磨方法を説明する。

（Ｓ０１：準備工程）
研磨装置０１を準備する。予め、図１に示される貯留タンク３１に研磨材Ｇを装入しておく。本実施形態で使用される研磨材Ｇの材質は、被加工物の材質および形状、並びに加工目的に合わせて適宜選択され得る。例えば、研磨材Ｇは、金属又は非金属の粒子（ショット、グリッド、およびカットワイヤ）、セラミックス系粒子（Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、およびＺｒＯ_２等）、天然石の粒子（エメリー、珪石、およびダイヤモンド等）、植物系粒子（くるみの殻、桃の種、および杏の種等）、並びに樹脂系粒子（ナイロン、メラミン、およびユリア等）から選択され得る。

また、研磨材Ｇの粒子径も、被加工物の材質および形状、並びに加工目的に合わせて適宜選択され得る。但し、研磨材Ｇの粒子径は、加工部材１０の開口部（貫通孔）を通過できる径となるように選択されなくてはならない。例えば、セラミックス系粒子を研磨材Ｇとした場合、研磨材Ｇの粒子径は、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ） Ｒ６００１；１９９８に規定される粒度がＦ２２０または＃２４０以上＃１０００以下であり、且つ加工部材１０の開口部（貫通孔）を通過できる径となるように選択される。

（Ｓ０２：ワークを加工部材にセットする工程）
ワークＷを載置盤１１の第一の面１１ａに載置することにより、ワークＷを加工部材１０に収容（セット）する。図２では、便宜上１つのワークＷが記載されているが、加工部材１０に複数のワークＷを載置して研磨することも出来る。

（Ｓ０３：気流を発生する工程）
集塵機４２を作動させると、載置盤１１近傍で第一の面１１ａから第二の面１１ｂに向かう気流が発生する。

（Ｓ０４：整流する工程）
気流の流れを整流することによって、研磨材ＧがワークＷに衝突または接触する態様を意図的に変更（制御）することができる。この工程は、例えば、吸引部４１の位置および大きさ、並びに集塵機４２の吸引風量等を変更することで行われ得る。また、後述するように、研磨材ＧがワークＷに衝突または接触する際の研磨材Ｇの速度が非常に低いので、整流工程により研磨材ＧがワークＷに衝突または接触する態様を容易に変更することができる。なお、整流工程Ｓ０４は、省略されてもよい。

（Ｓ０５：研磨材を投入する工程）
研磨材供給機構３０を作動させると、貯留タンク３１に装入されている研磨材Ｇが排出口３２ａから定量で排出され、ワークＷに向けて投入（本実施形態の場合は落下）される。研磨材Ｇが排出口３２ａから排出された時のワークＷに向かう方向の研磨材Ｇの速度は、０ｍ／ｓｅｃ若しくは非常に小さい速度であり、研磨材Ｇが自由落下によりワークＷに衝突または接触してもワークＷは研磨されない。

（Ｓ０６：研磨材を加速する工程）
排出口３２ａから排出された研磨材Ｇは、前述の工程Ｓ０３にて発生した気流により、加速領域Ａ（第一の面１１ａ側でこの気流が生じている領域）に自由落下で到達する。加速領域Ａに到達した研磨材Ｇは、ワークＷに衝突又は接触する時の速度が所定の速度となるように、吸引部４１に向かって加速される。この所定の速度は、ワークＷを良好に研磨することができ、且つワークＷにダメージおよび研磨材Ｇの突き刺さりが生じない速度であってもよい。例えば、ワークＷのビッカース硬さ（ＪＩＳ Ｚ２２４４；２００９にて規定）が３〜２００Ｈｖ（試験力は０．２Ｎ）の場合、この所定の速度は５〜３０ｍ／ｓｅｃであってもよく、１０〜２０ｍ／ｓｅｃであってもよい。従来の研磨方法であるブラスト加工では、噴射圧力が０．２ＭＰａ以上と高圧であるので、このような速度を実現することができない。仮に非常に低い噴射圧力で研磨材を噴射してこの速度を実現しようとした場合、ノズルからの噴射材の噴射量が安定しないので、ワークの仕上がり程度にムラが生じる。本実施形態の研磨方法により、研磨材ＧがワークＷに衝突又は接触する時の研磨材Ｇの速度を非常に低い速度とすることができるので、非常に低い速度の研磨材ＧでワークＷを研磨することが出来る。この速度の調整は、集塵機４２による吸引風量の調整、並びに、吸引部４１の寸法および形状の変更等によって行われ得る。集塵機４２による吸引風量の調整は、例えば、集塵機４２に内蔵されるモータの回転数を変更する、またはホース４３に外気を吸引するためのダンパを設け、ダンパの開度を調整する等によって行われ得る。

（Ｓ０７：ワークを研磨する工程）
加速領域Ａに到達した研磨材Ｇは、加速されながら吸引部４１に向かって進み、ワークＷの被加工面に到達する。その後、研磨材ＧはワークＷに衝突又は接触し、被加工面を研磨した後、吸引部４１に向かって更に進む。図２に示される挙動Ｆは、研磨材Ｇの挙動を示す。研磨材ＧがワークＷに衝突または接触する態様の一例を挙動Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３として説明する。
挙動Ｆ１：研磨材ＧはワークＷの上面に衝突した後、跳ね返る。研磨材ＧがワークＷに衝突した時の衝撃力により被加工面が研磨される。
挙動Ｆ２：研磨材ＧはワークＷの上面に衝突した後、上面に沿って進む。研磨材ＧがワークＷに衝突した時の衝撃力および研磨材Ｇが上面に沿って進む際の摩擦力により被加工面が研磨される。
挙動Ｆ３：研磨材ＧはワークＷの稜角部に沿うように進む。研磨材ＧがワークＷの稜角部に衝突した時の衝撃力又は稜角部を通過する際の摩擦力の少なくともいずれかにより研磨される。この為、稜角部の丸み付け加工（Ｒ付け加工）やバリ取りを行うことが出来る。

また、ワークＷ近傍の領域、即ち研磨材Ｇが研磨に寄与する領域（例えば、ワークＷの各面から１ｍｍ以内の領域）である研磨領域Ｐでは、空間に対する研磨材Ｇの割合が３〜２０体積％であってもよい。空間に対する研磨材Ｇの割合が小さすぎると研磨材ＧがワークＷに接触する機会が少ないので研磨が完了するまでの時間が増大する。空間に対する研磨材Ｇの割合が大きすぎると研磨材Ｇが研磨領域Ｐにおいて分散された状態でワークＷに衝突または接触できないので、研磨効率が悪くなる。

本実施形態では、ワークＷが樹脂であっても良好にワークＷの研磨をすることができる。例えば、ＪＩＳ Ｋ７２０２；２００１に規定されるＭスケールによるロックウェル硬さが１０〜１００の範囲の硬さを有している樹脂をワークＷとした場合でも良好にワークＷの研磨を行うことが出来る。

（Ｓ０８：研磨材を回収する工程）
ワークＷに衝突または接触した研磨材Ｇは、載置盤１１を通過し第二の面１１ｂ側に移動する。第二の面１１ｂ側に移動した研磨材Ｇは、吸引部４１から集塵機４２により吸引される。その際、前述の微粒子も載置盤１１を通過し、吸引部４１から吸引される。研磨材Ｇおよび微粒子といった粉塵は第一のホース４３ａを通り選別機構５０に移送される。選別機構５０がサイクロンセパレータである場合、サイクロンセパレータの上部から壁面を沿うように導入された粉塵は、螺旋状に落下する。その過程で、質量の軽い粒子である前記微粒子は上方に浮遊し、サイクロンセパレータの天井部に接続された第二のホース４３ｂを通り集塵機４２に捕集される。一方、質量の重い粒子である再利用可能な研磨材Ｇは選別機構５０の底部に向かって移動し、選別機構５０の底部に連結された貯留タンク３１に貯留される。この研磨材Ｇは再び排出口３２ａからワークＷに向かって投入される。

以上のように、第一の面１１ａ側に配置された研磨材供給機構３０における排出口３２ａから投入され、集塵機４２により発生した吸引力により所定の速度に加速された研磨材ＧがワークＷに衝突または接触することにより、ワークＷが研磨される。ワークＷに衝突または接触した後の研磨材Ｇは、第二の面１１ｂ側に配置された吸引部４１に吸引される。これにより、従来の研磨方法であるブラスト加工の様に研磨材Ｇが周りに飛散することがない。また、研磨材ＧがワークＷに衝突または接触する時の研磨材Ｇの速度を非常に遅くできることから、比較的硬度の低いワークＷを研磨する場合でも、ワークＷへのダメージが生じることなく、ワークＷを良好に研磨することが出来る。

本実施形態では、研磨材Ｇの排出口３２ａから吸引部４１への流路に対するワークＷの位置を固定して研磨が行われるが、ワークＷのサイズ、形状および数量に合わせて、ワークＷの位置をこの流路に対して移動しながら研磨が行われても良い。例えば、研磨装置０１は、加工部材１０、排出口３２ａ、および吸引部４１の少なくとも何れかを移動する機構を更に備えてもよい。また、研磨装置０１は、加工部材１０を振動させる機構を更に備えてもよく、この機構によってワークＷを転動させながら研磨してもよい。

次に、別の形態の研磨方法の一例を第二実施形態として、図４を更に用いて説明する。以下の説明では、第一実施形態との相違点を中心に説明する。

第二実施形態では、複数のワークＷを研磨する際に全てのワークＷをより均一に研磨する。本実施形態で用いられる研磨装置０２は、第一実施形態で用いられる研磨装置０１の構成に加え、攪拌機構２０を備える。

本実施形態の加工部材１０は、第一実施形態の加工部材１０と同様の構成である。第一の面１１ａに複数のワークＷを載置（即ち、加工部材１０に収容）してこのワークＷを攪拌した時に、ワークＷは枠体１２により加工部材１０の外に零れることがない。

攪拌機構２０は、加工部材１０に接続され、加工部材１０に収容された複数のワークＷを流動状態にすることによって、複数のワークＷを攪拌する。ワークＷを攪拌できさえすれば攪拌機構２０の構成は特に限定されない。例えば、攪拌機構２０は、加工部材１０を回転させるように構成されてもよいし、加工部材１０を振動させるように構成されてもよい。攪拌機構２０として、その他の公知の構成が用いられてもよい。本実施形態では、攪拌機構２０は、載置盤１１の平面中心を軸心に加工部材１０を回転させる。具体的には、攪拌機構２０は、保持部材２１と、回転機構２２と、を備える。保持部材２１は、加工部材１０を所定の傾斜角度αで傾斜させた状態で、加工部材１０を回転可能に保持する。

回転機構２２は、加工部材１０を所定の速度で回転させる機構である。回転機構２２は、回転力を発生するモータ２２ａと、モータ２２ａの回転力を加工部材１０に伝達する回転力伝達部材２２ｂと、を備える。

次に、図５を更に用いて、第二実施形態の研磨方法を説明する。第二実施形態の研磨方法は、前述の第一実施形態の研磨方法とほぼ同様であるが、「Ｓ０２：ワークを加工部材にセットする工程」の処理内容、及び工程Ｓ０２と工程Ｓ０３との間に行われる「Ｓ９：ワークを攪拌する工程」を更に備える点において第一実施形態の研磨方法と異なる。以下に説明する。

（Ｓ０２：ワークを加工部材にセットする工程）
複数のワークＷを載置盤１１の第一の面１１ａに載置することにより、複数のワークＷを加工部材１０に収容（セット）する。ワークＷの収容量は、ワークＷを加工部材１０で保持でき、且つワークＷを良好に流動状態にすることによって複数のワークＷを攪拌できるように、ワークＷの性状及び加工部材１０のサイズに合わせて適宜選択される。

（Ｓ０９：ワークを攪拌する工程）
モータ２２ａを作動し、加工部材１０を回転させる。加工部材１０に収容されたワークＷは加工部材１０の回転に追従して枠体１２に沿って移動する。加工部材１０は傾斜して保持されているので、ワークＷには枠体１２に向かう方向の遠心力と載置盤１１に沿った重力の分力とが付加されている。ワークＷが所定の位置まで移動（上昇）すると、遠心力よりも重力の分力の方が大きくなるので、ワークＷは枠体１２から離れ、載置盤１１に沿って下方に向かって落下する。このように、ワークＷの移動と落下とが連続して行われることで、複数のワークＷは流動状態となる。これにより、複数のワークＷは攪拌される。この流動状態を実現するために、加工部材１０の傾斜角度αは水平面に対して３０〜７０°とされてもよく、４０〜６０°とされてもよい。加工部材１０の傾斜角度αが小さすぎると重力による流動化の促進の効果が少ない。加工部材１０の傾斜角度αが大きすぎると遠心力に対して重力の分力が大きくなりすぎるので、加工部材１０の回転に追従させてワークＷを移動させるのが困難となる。

また、加工部材１０の回転速度が大きすぎると遠心力が強くなりすぎるので、重力の分力によってワークＷを落下させることが困難となる。逆に、加工部材１０の回転速度が小さすぎると遠心力が弱くなりすぎるので、加工部材１０の回転によってワークＷを移動させることが困難となる。いずれの場合も、ワークＷを良好に流動状態にすることができない。複数のワークＷを流動状態にすることによって、良好に攪拌するために、加工部材１０の回転速度は臨界回転速度の５〜５０％とされてもよく、１０〜３０％とされてもよい。臨界回転速度とは、加工部材１０の回転速度を上昇させていった際に、ワークＷに付加される遠心力が重力の分力よりも大きくなり、ワークＷが落下することなく枠体１２と共に回転するようになった時点での速度を指す。

以上のように、ワークを攪拌する工程（Ｓ０９）により複数のワークＷが攪拌されている状態でＳ０３以降の工程が行われる。即ち、流動状態のワークＷに研磨材Ｇが衝突または接触するので、複数のワークＷをムラ無く均等に研磨することが出来る。

次に、これらの研磨装置によりワークＷを研磨した結果について説明する。ここでは、ワークとして下記の２種類を選択し、稜角部のバリ取りを加工目的とした。
ワークＡ：ワークＡは、複合材料（ＳｉＣ／Ａｌ_２Ｏ_３）を圧縮成型により成形したセラミックの成形品である。圧縮荷重を調整することで、ワークＡのビッカース硬さをＨｖ３〜２００とした。
ワークＢ：ワークＢは、鉄を母材とし、亜鉛鍍金を施したもので、亜鉛鍍金のビッカース硬さはＨｖ８０程度である。
ワークＣ：ワークＣは、ＰＥＴ樹脂で構成されており、ワークＣのロックウェル硬さ（Ｍスケール）は７０程度である。

装置としては、第一実施形態の研磨装置（装置Ａ）および第二実施形態の研磨装置（装置Ｂ）を使用した。また、比較例として、ブラスト加工装置（新東工業株式会社製ＭＹ−３０Ｃ型のドラム型ブラスト加工装置を改造）を用いた。

研磨材としては、アルミナ質の研磨材（新東工業株式会社製ＷＡ＃８００）を使用し、装置Ａおよび装置Ｂを３０分、ブラスト加工装置を３０分、それぞれ作動させて研磨を行った。

研磨後、ワークの加工状態を評価した。加工状態の評価は、マイクロスコープ（株式会社キーエンス製ＶＨＸ−２０００）にて、観察の対象となるワークをそれぞれ観察することにより行われた。観察の対象となるワークは、加工部材に１個のワーク、３個のワーク、及び２０個のワークをセットして加工した場合には全量のワークであり、加工部材の容積の１／５の量のワークを加工部材に装入して研磨した場合には、全量のワークからサンプリングされた２０個のワークである。加工状態の評価基準は以下の通りである。
○・・・全てのワークにおいて、バリが除去されており、且つワークのダメージ（割れおよび欠け、並びに研磨材の突き刺さり）がない。
△・・・僅かにバリが残っているワークがあるが、全てのワークにおいてダメージがない。
×・・・多くのバリが除去されていない。若しくはダメージを受けているワークがある。

また、第一実施形態の研磨装置および第二実施形態の研磨装置によるワークの研磨後に加工部材の周辺を観察した。ブラスト加工装置によるワークの研磨後にドラムの周辺を観察した。そして、加工部材の周辺またはドラムの周辺に研磨材の付着が確認されない場合に研磨材の飛散の評価を「○」とし、加工部材の周辺またはドラムの周辺に研磨材の付着が確認された場合に研磨材の飛散の評価を「×」とした。同様に、加工部材の周辺またはドラムの周辺にワークが確認されない場合にワークの飛散の評価を「○」とし、加工部材の周辺またはドラムの周辺にワークが確認された場合にワークの飛散の評価を「×」とした。

各研磨条件における上記評価の結果を表１に示す。表１の装置の項目に関し、傾斜角度は、第一実施形態の研磨装置および第二実施形態の研磨装置では水平面に対する加工部材の傾斜角度（°）を示し、ブラスト加工装置では水平面に対するドラムの傾斜角度（°）を示す。また、回転速度は臨界回転速度に対する割合（％）を示す。また、研磨材の速度には、各条件での研磨材の粒体速度を、流速計測システム（株式会社フローテック・リサーチ製ＰＩＶシステム）にて予め測定した結果を記載した。

含有量は、前記研磨材がワークに対して研磨に寄与する空間の容積における研磨材の体積の割合（体積％）を示す。表１に記載された含有量の数値は、集塵機の吸引風量Ｌ、投入された研磨材の重量Ｍ、および研磨材の比重ρを用いて、含有量（体積％）＝ρ×Ｍ／Ｌとして算出した数値である。また、比較例２〜４においてブラスト加工装置を用いた場合には、集塵機の吸引風量Ｌをノズルから噴射される圧縮空気の風量に、投入された研磨材の重量Ｍをノズルに供給された研磨材の重量に、それぞれ置き換えて、研磨材の含有量を算出した。

第一実施形態の研磨装置でワークを研磨した場合、ワークの種類によらず加工状態の評価は全て「○」または「△」となった（実施例１〜１３，２２，２４）。加工状態の評価が「△」の実施例では、ワークに僅かにバリが残っている状態で、且つワークはダメージを受けていないことから、研磨時間をさらに長くすることで、加工状態の評価が「○」となりうることを示している。

また、ワークの硬さをＨｖ３〜２００に変更した場合も、良好にワークの研磨を行うことができた（実施例５〜７）。

また、複数のワークを研磨した場合においても良好にワークの研磨を行うことができたが（実施例１２及び１３）、研磨材の流れに対してワークの量が過剰に多い場合には、数多くのワークにおいてバリが除去できていなかった（比較例１）。そこで、第二実施形態の研磨装置により複数のワークを流動化させることで、複数のワークを攪拌しながら研磨を行うと、ワークの種類、サイズ、硬さおよび量によらず、全てのワークの加工状態の評価は「○」または「△」となった（実施例１４〜２１，２３，２５）。ここで、加工状態の評価が「△」の実施例について、前述と同様の理由で研磨時間をさらに長くすることで、加工状態の評価が「○」となりうることを示している。

また、実施例１〜２５および比較例１において、研磨後に加工部材の周囲を観察した結果、加工部材の周囲に研磨材の付着およびワークの落下は確認されなかった。これにより、第一実施形態及び第二実施形態の研磨装置は、研磨材を周囲に飛散させることなく、またワークが吹き飛ばされることなく、ワークを研磨できることが判った。

一方、ブラスト加工装置でワークの研磨を行った場合、ワークのバリは除去されていたが、ワークのダメージが生じており、加工状態の評価は「×」となった（比較例２及び３）。また、研磨後にドラムの周辺、即ち加工室内を観察すると、ブラスト加工室の壁面に研磨材の付着が確認され、研磨材の飛散の評価は「×」となった。さらに、ブラスト加工装置に連結された分級機構を確認すると、ワークの混在が確認された。これは、研磨中にワークがドラムから吹き飛ばされたことを示している。

また、ブラスト加工装置でワークの研磨を行う際に、噴射圧力を非常に低圧にして、噴射材の速度を１５ｍ／ｓｅｃとした場合、研磨材の飛散及びワークの飛散の各評価は共に「○」となったが、加工状態の評価は「×」となった（比較例４）。これは、ノズルからの噴射材の噴射量が安定せずに噴射量が脈動して、噴射材が噴射された結果、ワークの仕上がりの程度にムラが生じ、多くのワークにおいてバリが除去されなかったことによる。なお、ノズルからの噴射材の噴射量が安定しなかったので、含有量を算出することができなかった。

上記の実施形態により、新たな研磨方法を提供することができる。この研磨方法では、吸引力により研磨材を所定の速度に加速して研磨に適した運動エネルギーを研磨材に付与し、この運動エネルギーを持つ研磨材がワークと衝突または接触することでワークが研磨される。そして、この研磨材および微粒子の全量が吸引部材より回収される。これにより、次のような効果が得られる。
（１）研磨材が周囲に飛散することがない。
（２）ワークが研磨中に加工容器外に飛び出すことがない。
（３）研磨時の噴射材の速度は１０〜３０ｍ／ｓｅｃ程度であり、非常に低い速度の噴射材でワークの研磨を行うことが出来るので、比較的硬度の低いワークに対しても良好に研磨することが出来る。例えば、銅、アルミおよび錫のような金属材料、焼成前のセラミックスおよび磁性材料の成形品、並びに、樹脂の成形品等を良好に研磨することができる。

０１…研磨装置（第一実施形態）、０２…研磨装置（第二実施形態）、１０…加工部材、１１…載置盤、１１ａ…第一の面、１１ｂ…第二の面、１２…枠体、２０…攪拌機構、２１…保持部材、２２…回転機構、２２ａ…モータ、２２ｂ…回転力伝達部材、３０…研磨材供給機構、３１…貯留タンク、３２…搬出部、３２ａ…排出口、４０…吸引機構、４１…吸引部、４２…集塵機、４３…ホース、４３ａ…第一のホース、４３ｂ…第二のホース、５０…選別機構、Ａ…加速領域、Ｐ…研磨領域、Ｆ（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）…研磨材の挙動、Ｇ…研磨材、Ｗ…ワーク。

Claims (13)

1. 加工部材と、研磨材を投入する研磨材供給機構と、吸引力を発生させる吸引機構と、を含む研磨装置を準備する工程と、
   前記加工部材にワークをセットする工程と、
   前記研磨材供給機構によって、前記ワークに向けて前記研磨材を自由落下で投入する工程と、
   前記吸引機構の作動により発生した気流によって、前記ワークに向けて投入された前記研磨材を所定の速度に加速させると共に、前記研磨材を前記ワークに接触又は衝突させて前記ワークを研磨する工程と、
   を含む研磨方法。
2. 前記加工部材は、第一の面及び前記第一の面の反対側の面である第二の面を有する載置盤を備え、
   前記載置盤には、前記第一の面から前記第二の面に向かう方向に前記載置盤を貫通する複数の貫通孔が設けられ、
   前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記研磨材が通過可能であり且つ前記ワークが通過できない大きさを有し、
   前記加工部材に前記ワークをセットする工程では、前記第一の面に前記ワークを載置する、請求項１に記載の研磨方法。
3. 前記吸引機構は前記第二の面側に配置されており、
   前記気流は、前記第一の面から前記第二の面に向かう気流である、請求項２に記載の研磨方法。
4. 前記研磨材を回収する工程を更に含み、
   前記ワークを研磨する工程では、前記研磨材は前記第一の面側から前記ワークに向けて投入され、
   前記回収する工程では、前記第二の面に到達した前記研磨材を前記吸引機構で吸引して回収する、請求項２または３に記載の研磨方法。
5. 前記吸引機構により、前記気流を整流する工程を更に含み、
   前記整流する工程では、前記気流を整流することによって、前記研磨材が前記ワークに接触又は衝突する態様を制御する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の研磨方法。
6. 前記加工部材は、前記載置盤の外縁部に設けられた枠体を更に備える、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の研磨方法。
7. 複数の前記ワークを流動状態にすることによって複数の前記ワークを攪拌する工程をさらに含み、
   前記ワークをセットする工程では、前記第一の面に複数の前記ワークを載置し、
   前記ワークを研磨する工程では、流動状態の前記複数のワークに前記研磨材を接触又は衝突させて前記複数のワークを研磨する、請求項６に記載の研磨方法。
8. 前記複数のワークを攪拌する工程では、前記加工部材を所定の角度で傾斜して配置し、前記加工部材を回転させることによって、前記複数のワークを攪拌する、請求項７に記載の研磨方法。
9. 前記所定の角度は、３０〜７０°である、請求項８に記載の研磨方法。
10. 前記加工部材の回転速度は臨界回転速度の５〜５０％である、請求項８又は請求項９に記載の研磨方法。
11. 前記ワークのビッカース硬さが３〜２００Ｈｖであり、
    前記研磨材がワークと接触又は衝突する時の前記研磨材の速度が５〜３０ｍ／ｓｅｃである、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の研磨方法。
12. 前記研磨材が前記ワークに対して研磨に寄与する空間における研磨材の占める割合が３〜２０体積％である、請求項１１に記載の研磨方法。
13. ワークを研磨するための研磨装置であって、
    前記ワークを載置するための加工部材と、
    前記加工部材に載置された前記ワークに向けて研磨材を投入する研磨材供給機構と、
    吸引力により前記研磨材供給機構から前記加工部材に向かう方向に気流を発生させる吸引機構と、
    を備え、
    前記研磨材供給機構は、前記ワークに向けて前記研磨材を自由落下で投入し、
    前記吸引機構は、前記研磨材供給機構によって前記ワークに向けて投入された前記研磨材を、前記気流によって所定の速度に加速させると共に、加速された前記研磨材を前記ワークに接触又は衝突させることにより前記ワークを研磨する、研磨装置。

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