JP6981474B2 - 乾式回転バレル研磨装置、乾式回転バレル研磨システム及び乾式回転バレル研磨方法 - Google Patents

Description

本開示は、乾式回転バレル研磨装置、乾式回転バレル研磨システム及び乾式回転バレル研磨方法に関する。

バレル研磨装置の研磨槽内に、被加工物及びメディアを装入して混合流動化させることで、被加工物の表面をメディアによって研磨するバレル研磨方法が知られている（例えば、特許文献１）。このようなバレル研磨方法には、研磨槽内に水を入れる湿式バレル研磨方法、及び、研磨槽内に水を入れない乾式バレル研磨方法がある。ここで、湿式バレル研磨方法は、被加工物の光沢仕上げ又は被加工物の平滑仕上げといった目的で広く用いられているものの、研磨後に廃水処理が必要となるという課題がある。このため、乾式バレル研磨方法が採用される場合がある。

しかし、乾式バレル研磨方法では、湿式バレル研磨方法と同程度の仕上げ性能を確保することが難しい。

上記課題を解決すべく、バレル研磨で用いられるメディアの表面に潤滑性付与材料をコーティングすることで、コーティング部を形成してメディアの表面に潤滑性を付与する第一工程と、メディアと被加工物とを研磨槽内で混合する第二工程と、メディアと被加工物とを研磨槽内で流動させることで被加工物を研磨する第三工程と、を有する乾式バレル研磨方法が知られている（特許文献２）。この方法では、潤滑性付与材料によってメディアの流動性（滑り性能）が向上しているので、メディアが被加工物の表面を必要以上に粗く研磨することが抑えられ、被加工物の表面を平滑な研磨面に加工することができる。

特公昭４４−２３８７３号公報 国際公開第２０１５／１５６０３３号公報

バレル研磨のうち、回転バレル研磨は、バッチ式であり、水とコンパウンドとを添加した湿式研磨で利用されることが多い。乾式の回転バレル研磨に特許文献２の技術を適用することにより、湿式の回転バレル研磨と同程度の仕上げ性能を得ることができるが、バレル研磨の過程においてメディアの表面に形成されたコーティングが削り取られることによってメディアの性状が悪化し、研磨力が低下することがある。

そこで、本開示は、乾式回転バレル研磨の仕上げ性能を向上することを目的とする。

上記目的を達成するために、一側面に係る乾式回転バレル研磨装置は、被加工物、メディア及びコンパウンドを収容するためのバレル槽であり、回転軸線を中心に回転可能な該バレル槽と、バレル槽を回転軸線を中心に回転駆動させる駆動装置と、バレル槽の内部から粉塵を吸引する集塵機と、を備え、バレル槽は、回転軸線の方向において互いに対面する第１の面及び第２の面と、第１の面及び第２の面に接続する側面とを含み、バレル槽には、該バレル槽の内部と外部とを連通する第１の開口部及び第２の開口部が形成され、第２の開口部は、第１の面、又は、側面の第２の面よりも第１の面に近い位置に形成され、集塵機は、第２の開口部を介してバレル槽の内部から粉塵を吸引する。

上記側面に係る乾式回転バレル研磨装置では、集塵機によってバレル槽の内部から粉塵が吸引されているので、バレル槽内には第１の開口部から第２の開口部に向かう気流が生成される。このような気流がバレル槽内に生成されることによって、バレル研磨中にバレル槽内に浮遊するコンパウンドがバレル槽の内部で拡散される。拡散されたコンパウンドは、バレル槽内のメディアと接触してコーティングを形成する。これにより、メディアに高い均一性でコーティングが形成されるので、乾式回転バレル研磨の仕上げ性能を向上させることができる。

一実施形態では、第１の開口部は第２の面に形成されていてもよい。

上記実施形態では、第２の面に形成された第１の開口部からバレル槽内に供給された外気が第１の面、又は、側面の第２の面よりも第１の面に近い位置に設けられた第２の開口部を介して回収されるので、バレル槽の内部を横断するような気流を発生させることができる。このような気流を発生させることによって、バレル槽内に浮遊するコンパウンドの均一性を向上させることができる。

一実施形態では、第１の面及び第２の面には、回転軸線に沿って延びる第１の回転軸及び第２の回転軸がそれぞれ接続され、第１の回転軸は管状をなし、第２の開口部は、第１の面に形成されており、集塵機は、第１の回転軸及び第２の開口部に対して挿入された吸引管を介してバレル槽の内部から粉塵を吸引してもよい。

一側面では、上記乾式回転バレル研磨装置と、コンパウンドを第１の開口部を介してバレル槽の内部に供給するコンパウンド供給装置と、を備える乾式回転バレル研磨システムが提供される。このコンパウンド供給装置は、コンパウンドを貯留するホッパと、ホッパから供給されるコンパウンドの量を調整する供給量調整部と、供給量調整部から供給されるコンパウンドをバレル槽に向けて案内するシュートと、シュートに外気を導入するための通気部と、シュートと第１の開口部との間に設けられるフランジと、を含む。

上記乾式回転バレル研磨システムでは、集塵機の作動により生じる気流によりコンパウンドをバレル槽内に搬送して供給することができるので、バレル槽を停止することなく、乾式回転バレル研磨を行いながら必要量のコンパウンドをバレル槽に供給することができる。これにより、メディアの表面がコンパウンドでコーティングされた状態を維持することができる。その結果、被加工物の仕上げ性能を向上させることが可能となる。

一実施形態では、バレル槽に導入されるコンパウンドの粒度を調整する粒度調整部を更に備えていてもよい。

上記実施形態によれば、コンパウンドの粒度のばらつきを小さくすることができるので、バレル槽の内容物に対してコンパウンドを均等に分散させることができる。

一実施形態では、粒度調整部は、コンパウンドに外力を付与して粉砕する粉砕装置と、第１の開口部を覆うようにバレル槽に設けられ、所定の寸法よりも小さな寸法のコンパウンドを通過させるフィルタ部材と、を備えていてもよい。

上記実施形態によれば、粉砕手段によりコンパウンドを粉砕し、フィルタ部材により所定の寸法以下のコンパウンドを通過させることができるので、あらかじめコンパウンドの粒度を調整しておくことなく、メディア表面のコーティングに適した大きさのコンパウンドをバレル槽内に供給することができる。なお、この「粉砕」とは広義の粉砕であり、破砕や解砕も含まれる。

一実施形態では、粉砕装置は、フィルタに対して相対的に回転する粉砕部材であり、粉砕部材とフィルタ部材との間でコンパウンドに外力を付与してコンパウンドを粉砕する該粉砕部材を備えていてもよい。

上記実施形態では、バレル槽の回転を利用して、粉砕部材をフィルタ部材に対して相対的に回転させて、フィルタ部材との間でコンパウンドに外力を付与して粉砕することができる。これにより、粉砕装置に駆動源を設けることなく、簡単な構成でコンパウンドを粉砕することができる。

一側面では、上記乾式回転バレル研磨システムを用いて被加工物を研磨する乾式回転バレル研磨方法が提供される。この方法は、被加工物及びメディアをバレル槽内に装入する工程と、バレル槽を回転中心を中心に回転させる工程と、集塵機によってバレル槽の内部から粉塵を吸引する工程と、コンパウンドを第１の開口部からバレル槽の内部に供給する工程と、を含む。

上記側面に係る乾式回転バレル研磨方法では、集塵機の作動により生じる気流によりコンパウンドをバレル槽内に搬送して供給することができるので、バレル槽を停止することなく、乾式回転バレル研磨を行いながら必要量のコンパウンドをバレル槽に供給することができる。これにより、メディアの表面がコンパウンドでコーティングされた状態を維持することができる。その結果、被加工物の仕上げ性能を向上させることが可能となる。

一実施形態では、メディアは、セラミックスを主成分とし、多孔質に形成されていてもよい。

上記実施形態のように、セラミックスを主成分とし、多孔質に形成されているメディアは、研磨力が大きく、研磨中に表面が削れても、新たな砥材が出現するので、研磨の経過にかかわらず研磨力を持続することができる。また、表面の細孔によりワークと衝突する際の衝撃力が緩衝されるので、ワークに過度な研磨力が付与されることを抑制することができる。このため、メディアがワークの表面を必要以上に粗くすることが抑えられ、表面粗さを小さくすることができる。また、多孔質のメディアは、表面全体に細孔を有しているため、コンパウンドの保持力を大きくすることができる。これにより、メディアを湿潤させることなくコンパウンドをメディアの表面に長時間保持することができるので、ワークの表面が必要以上に粗らされることを抑制する効果をより長く持続することができる。更に、バレル研磨中において粉塵などによる目詰まりが生じるのを改善することができるので、研磨力を長時間にわたって維持することができる。

一実施形態では、メディアは、砥粒同士がビトリファイド系の結合体で結合した焼結体であって、結合体を構成する粒子は、酸化アルミニウム若しくは二酸化珪素が主成分であり、該粒子の平均粒子径が０．１μｍ〜２０μｍであってもよい。

上記実施形態によれば、メディアの圧潰強度が高いので、長時間研磨を行っても破損が少なく、メディアの性状を維持することができる。

一実施形態では、前記コンパウンドが、脂肪酸又はその塩を含んだコンパウンドであってもよい。

脂肪酸又はその塩を含んだコンパウンドは、低コストでコーティングの効果を得ることができる。

本発明の一側面及び種々の実施形態によれば、被加工物の仕上げ性能を向上させることができる。

一実施形態に係る乾式回転バレル研磨システムを概略的に示す断面図である。 図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ矢視図であり、図２（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視図である。 図３（Ａ）はフランジ内部の粉砕部材を側面から見た模式図であり、図３（Ｂ）は、図１のＣ−Ｃ矢視図である。 一実施形態に係る乾式回転バレル研磨方法を示すフローチャートである。 バレル槽へのコンパウンドの供給状態を模式的に示す図である。 粉砕装置の変更例を模式的に示す図である。 別の実施形態に係る乾式回転バレル研磨システムを概略的に示す断面図である。 加工時間と累積研磨力との関係を示すグラフである。 加工時間と表面粗さ（Ｒａ）との関係を示すグラフである。

一実施形態の乾式回転バレル研磨システム１００について、図を参照して説明する。以下の説明では、コンパウンドＣは粒子状であってその一部が凝集しているものとして説明する。

図１に示すように、乾式回転バレル研磨システム１００は、被加工物であるワークＷを乾式回転バレル研磨する乾式回転バレル研磨装置１と、メディアＭに滑り性を付与するコンパウンドＣを乾式回転バレル研磨装置１に供給するコンパウンド供給装置２と、バレル槽１０に導入されるコンパウンドＣの粒度を調整する粒度調整部３と、を備えている。

乾式回転バレル研磨装置１は、ワークＷ、メディアＭ及びコンパウンドＣを収容するためのバレル槽１０と、バレル槽１０を回転駆動する駆動装置１１と、バレル槽１０の内部を吸引する集塵機１２と、を備えている。なお、説明の便宜上、図１では、乾式回転バレル研磨装置１の主要構成のみを図示しており、台座などは省略している。

バレル槽１０は、第１の面４０ａ、第２の面４０ｂ及び側面４０ｃを含んでおり、回転軸線ＲＡを中心に回転可能に構成されている。第１の面４０ａ及び第２の面４０ｂは、回転軸線ＲＡの方向において互いに対面している。側面４０ｃは、回転軸線ＲＡを中心とする筒状をなしている。側面４０ｃの両端部には、第１の面４０ａ及び第２の面４０ｂが接続されており、これら第１の面４０ａ、第２の面４０ｂ及び側面４０ｃによってバレル槽１０の内部空間４０ｓが画成されている。一実施形態では、内部空間４０ｓの縦断面は多角形状（例えば六角形状）に形成されていてもよい。バレル槽１０の上面は開閉可能となっており、開蓋してワークＷ、メディアＭ及びコンパウンドＣを挿入できるようになっていてもよい。一実施形態では、第１の面４０ａには吸引孔（第２の開口部）１０ｐが形成されている。吸引孔１０ｐは、バレル槽１０の回転軸線ＲＡと重なる位置において第１の面４０ａを貫通している。

一実施形態では、第１の面４０ａ及び第２の面４０ｂには、バレル槽１０を回転可能に支持する一対の回転軸１０ａ、１０ｂ（第１の回転軸、第２の回転軸）がそれぞれ取り付けられていてもよい。一対の回転軸１０ａ、１０ｂは、回転軸線ＲＡに沿って延在している。回転軸１０ａ、１０ｂは、それぞれベアリング１０ｃ、１０ｄにより軸支されている。

一実施形態では、一対の回転軸１０ａ、１０ｂのうち回転軸１０ａは管状をなしている。回転軸１０ａには、吸引管１０ｇが挿入されている。吸引管１０ｇは、その一端が吸引孔１０ｐに挿入されることによって、バレル槽１０の内部空間４０ｓに連通している。吸引管１０ｇの他端には、ホース１２ａが接続されている。すなわち、集塵機１２は、バレル槽１０の内部空間４０ｓに連通する吸引管１０ｇ及びホース１２ａを介してバレル槽１０に接続されている。バレル槽１０の内部空間４０ｓに露出する吸引管１０ｇの一端は、ワークＷ及びメディアＭが吸引されないようにするためのフィルタ１０ｉによって覆われている。

集塵機１２は、吸引孔１０ｐを介してバレル槽１０の内部空間４０ｓから粉塵を吸引する装置である。集塵機１２としては、バレル研磨により生じた粉塵を排気除去する公知の集塵機を採用することができる。

集塵機１２と反対側、つまり、回転軸１０ｂが設けられている第２の面４０ｂには、バレル槽１０の内部と外部とを連通する開口部（第１の開口部）１０ｆが形成されている。本実施形態では、開口部１０ｆは、回転軸１０ｂを取り囲むように６箇所に形成されている。これらの開口部１０ｆは、第２の面４０ｂを貫通している。

また、第２の面４０ｂの内面には、フィルタ１０ｈが設けられている。フィルタ１０ｈは、ワークＷ及びメディアＭが開口部１０ｆからバレル槽１０の外部に排出されないようにするためのものであり、開口部１０ｆをバレル槽１０の内側から覆うように設けられている。

駆動装置１１は、バレル槽１０を回転軸線ＲＡを中心に回転駆動する機構であり、公知の駆動装置を用いることができる。本実施形態では、駆動装置１１は、モータ１１ａ、モータ１１ａの回転軸に接続されるプーリ１１ｂ、回転軸１０ａに取り付けられたプーリ１１ｃ及びプーリ１１ｂとプーリ１１ｃとに張り渡され、モータ１１ａの回転を伝達するベルト１１ｄを備えている。モータ１１ａが駆動することによって、駆動力が、プーリ１１ｂ、プーリ１１ｃ及びベルト１１ｄを介してバレル槽１０に伝達され、バレル槽１０が回転駆動される。一実施形態では、モータ１１ａは、後述する制御装置ＣＮＴに接続されており、制御装置ＣＮＴからの制御信号によって制御され得る。

乾式回転バレル研磨装置１は、上記の構成を備えているので、開口部１０ｆから外気を取り込みながら、乾式回転バレル研磨によって発生した粉塵を集塵機１２により回収することができる。

コンパウンド供給装置２は、ホッパ２０と、供給量調整部２１と、シュート２２と、フランジ２３を備えている。ホッパ２０は、コンパウンドＣを貯留する。供給量調整部２１は、ホッパ２０から供給されるコンパウンドＣの量を調整する。シュート２２は、供給量調整部２１から供給されるコンパウンドＣをバレル槽１０に向けて案内する。フランジ２３は、シュート２２とバレル槽１０との間に設けられ、シュート２２と開口部１０ｆとを接続する。

供給量調整部２１としては、公知の供給量調整部を採用することができるが、本実施形態では、供給量調整部２１が歯車を備えている。この歯車の回転速度、タイミングなどが制御されることによりコンパウンドＣの供給量が調整される。一実施形態では、供給量調整部２１は、制御装置ＣＮＴに接続されており、制御装置ＣＮＴからの制御信号によってコンパウンドＣの供給量が制御され得る。

シュート２２は、供給量調整部２１の下方に設けられている。シュート２２は、バレル槽１０の第２の面４０ｂに近づくにつれて下降する傾斜面を有している。シュート２２は、供給量調整部２１から落下するコンパウンドＣを受け、バレル槽１０に向けて案内する。一実施形態では、シュート２２には、外部と連通し、外気を取り入れ可能な通気部２２ａが形成されていてもよい。シュート２２とバレル槽１０との間には、フランジ２３が設けられている。フランジ２３は、シュート２２からのコンパウンドＣを受け、そのコンパウンドＣを開口部１０ｆに案内する機能を有している。

フランジ２３の内部には、粒度調整部３が設けられている。図２及び図３に示すように、粒度調整部３は、フィルタ部材３０及び円板３２を備えている。

図２に示すように、フィルタ部材３０は、網目状の部材であり、開口部１０ｆを第２の面４０ｂの外側から覆うように第２の面４０ｂに取り付けられている。フィルタ部材３０の網目の目（開口）の大きさは、所定の寸法（粒度）よりも小さな寸法に解砕（粉砕）されたコンパウンドＣのみが通過することができる大きさに設定されている。

円板３２には、シュート２２の端部が接続されている。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、円板３２には、その板厚方向に貫通し、コンパウンドＣが通過可能な開口部３２ａが形成されている。ホッパ２０から供給され、シュート２２によって案内されたコンパウンドＣは開口部３２ａを介してフランジ２３内に導入される。

また、円板３２には、羽根状の粉砕部材３１が設けられている。粉砕部材３１は、円板３２から第２の面４０ｂに向けて延びている。粉砕部材３１の先端とフィルタ部材３０との間には、開口部３２ａから導入されたコンパウンドＣがフランジ２３内で移動し、所望の寸法に解砕可能なような隙間（例えば、１ｍｍ）が設けられている。

一実施形態では、円板３２の中心には貫通孔が形成されている。この貫通孔には、回転軸１０ｂが挿入されている。一実施形態では、円板３２には、当該円板３２の周方向に沿って回転軸１０ｂを囲むように複数の粉砕部材３１が設けられている。これらの粉砕部材３１は、円板３２から第２の面４０ｂに向けて延びている。粉砕部材３１の第２の面４０ｂ側の端部とフィルタ部材３０との間には、コンパウンドＣを所望の寸法に解砕するための隙間が形成されている。円板３２の開口部３２ａから導入されたコンパウンドＣは、粉砕部材３１によって案内されてフィルタ部材３０側に移動される。ここで、フィルタ部材３０はバレル槽１０に固定され、バレル槽１０とともに回転するが、粉砕部材３１は動かないので、粉砕部材３１は、フィルタ部材３０に対して相対的に回転することとなる。したがって、コンパウンドＣは、粉砕部材３１とフィルタ部材３０との間で外力が付与され解砕されることとなる。上述のように、フィルタ部材３０及び粉砕部材３１はコンパウンドＣに外力を付与して解砕する粉砕装置として機能する。

一実施形態では、粉砕部材３１は、コンパウンドＣを効率的に解砕するために、先端に向けて、相対的な回転方向に向かって傾斜するように配置することができる。

一実施形態では、乾式回転バレル研磨システム１００は、制御装置ＣＮＴを更に備えている。この制御装置ＣＮＴは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、乾式回転バレル研磨システム１００の各部を制御する。具体的には、制御装置ＣＮＴは、乾式回転バレル研磨装置１、コンパウンド供給装置２及び粒度調整部３に接続されており、例えばバレル槽１０の回転速度、ホッパ２０からのコンパウンドＣの供給量等を制御し得る。

（バレル研磨方法）
以下、乾式回転バレル研磨システム１００を用いたバレル研磨方法について図４を参照して説明する。図４は、一実施形態に係るバレル研磨方法ＭＴを示すフローチャートである。

方法ＭＴでは、まず工程ＳＴ１において、バレル槽１０の内部空間４０ｓに、ワークＷ、メディアＭ及びコンパウンドＣが装入される。これらが装入された後、バレル槽１０の蓋が閉じられ密閉される。

次いで、研磨時間などの加工条件、コンパウンドの投入時間、コンパウンドの投入量などの運転条件を設定し、乾式回転バレル研磨システム１００を作動させる。

次いで、工程ＳＴ２において、駆動装置１１が作動され、回転軸線ＲＡを中心にバレル槽１０が回転される。これにより、ワークＷ、メディアＭ及びコンパウンドＣがバレル槽１０内で流動し、メディアＭによりワークＷが研磨される。

続く工程ＳＴ３では、集塵機１２が作動される。集塵機１２が作動されると、その吸引力によってバレル槽１０内が負圧となる。その結果、図１及び図５の矢印で示すように、シュート２２の通気部２２ａからバレル槽１０の開口部１０ｆを介してバレル槽１０内部に外気が導入され、集塵機１２に向かう気流が発生する。バレル研磨中には流動するコンパウンドＣの一部がバレル槽１０内で浮遊することとなるが、バレル槽１０内に発生する気流によって、バレル槽１０内に浮遊するコンパウンドＣがバレル槽１０の内部で拡散される。このようにコンパウンドＣがバレル槽１０内で拡散されることによって、コンパウンドＣが一部に偏って滞留することが抑制される。拡散されたコンパウンドＣは、バレル槽１０内のメディアＭと接触し、高い均一性でメディアＭにコーティングを形成する。したがって、コンパウンドＣのコーティングの均一性を高めることができ、その結果、乾式回転バレル研磨の仕上げ性能を向上させることができる。

また、工程ＳＴ３では、バレル研磨により生じた切削粉や過剰なコンパウンドがバレル槽１０内から吸引除去される。なお、工程ＳＴ３は、工程ＳＴ１又は工程ＳＴ２と同時に行われてもよい。

バレル研磨が進むにつれて、メディアＭのコーティングに剥離が生じる場合には、次いで工程ＳＴ４が行われてもよい。工程ＳＴ４では、コンパウンド供給装置２からバレル槽１０内にコンパウンドＣが供給される。具体的に、コンパウンド供給装置２は、コンパウンドＣの供給量やコンパウンドの投入のタイミングの制御が行われて、所定量のコンパウンドＣをホッパ２０からシュート２２に供給する。シュート２２に到達したコンパウンドＣは、集塵機１２により生じた気流によりバレル槽１０に向かって搬送される。

そして、気流に乗って搬送されたコンパウンドＣは、開口部３２ａからフランジ２３の内部に導入される。

ここで、粉砕部材３１が固定されているのに対して、フィルタ部材３０はバレル槽１０の回転に伴い回転している。つまり、粉砕部材３１はフィルタ部材３０に対して相対的に回転している。したがって、コンパウンドＣは、この粉砕部材３１に案内され、図５に示すように、粉砕部材３１とフィルタ部材３０との間で相対的な回転運動により力が付加されて解砕される。これにより、粉砕部材３１を駆動するための駆動源を別途設けることなく、簡単な構成でコンパウンドＣを解砕することができる。

集塵機１２は、回転軸１０ａに内装された吸引管１０ｇを介して、開口部１０ｆから離れた領域からバレル槽１０の内部を吸引するため、バレル槽１０の内部を横断する気流を発生させることができる。

解砕されてフィルタ部材３０を通過可能な寸法（粒度）になったコンパウンドＣは、フィルタ部材３０を通過してバレル槽１０内に導入される。これにより、あらかじめコンパウンドＣの粒度を調整しておくことなく、コンパウンドＣの粒度のばらつきを小さくすることが可能となる。これにより、メディアＭ表面のコーティングに適した大きさのコンパウンドＣをバレル槽１０内に供給し、バレル槽１０の内容物に対してコンパウンドを均等に分散させることができる。

ここで、集塵機１２は、必要十分な量のコンパウンドＣがバレル槽１０内に搬送されるとともに、滞留するように、吸引速度が制御されていてもよい。

コンパウンドＣは、バレル槽１０内でワークＷ及びメディアＭとともに攪拌される。これにより、コンパウンドＣによりメディアＭ表面が非湿潤の状態でコーティングされて、メディアＭの表面に滑り性が付与される。

表面に滑り性が付与されたメディアＭを用いてワークＷを研磨した場合には、メディアＭの流動性（滑り性能）が向上しているので、ワークＷに対してメディアＭが滑るように接触することとなり、ワークＷに対して過度の研磨荷重が付加されることが抑制される。これにより、ワークＷの表面を湿式研磨と同様の平滑な研磨面に加工することができる。

なお、研磨の進行によってメディアＭに生じるコンパウンドＣの剥離の具合に応じて、加工時間内にコンパウンドＣの供給を繰り返してもよい。

これにより、ワークＷとの衝突によってメディアＭからコンパウンドＣが徐々に削り落とされても、メディアＭの表面は新たに供給されたコンパウンドＣによりコーティングされる。これにより、コンパウンドＣの効果を維持することができるので、ワークＷの表面が必要以上に粗くなることを抑制することができる。

バレル研磨が終了すると、工程ＳＴ５が行われる。工程ＳＴ５では、駆動装置１１及びコンパウンド供給装置２の作動が停止される。バレル研磨後のバレル槽１０内には、研磨により発生した粉塵などが滞留しているので、駆動装置１１及びコンパウンド供給装置２の停止後も所定の時間にわたって集塵機１２の作動が継続される。粉塵などが十分に吸引除去された後に、集塵機１２が停止され、バレル槽１０を開蓋してワークＷ、メディアＭ等の内容物を取り出される。この内容物を分別してワークＷを回収し、方法ＭＴが終了される。

一実施形態では、メディアＭとして、セラミックスを主成分とし、細孔を有し多孔質に形成されているメディアを用いてもよい。ここで、細孔の形態は、独立気泡構造でも連続気泡構造のどちらであってもよい。

このようなメディアＭによれば、研磨力が大きく、研磨中に表面が削れても、新たな砥材が出現するので、研磨の経過にかかわらず研磨力を維持することができる。また、表面の細孔によりワークＷと衝突する際の衝撃力が緩衝されるので、ワークＷに過度の研磨力が付与されることを抑制することができる。このため、メディアＭがワークＷの表面を必要以上に粗くすることが抑えられ、表面粗さを小さくすることができる。

また、多孔質のメディアＭは、表面全体に細孔を有しているため、コンパウンドＣの保持力を大きくすることができる。これにより、コンパウンドＣを表面に長時間保持することができる。

多孔質構造を持たないメディアを用いると、バレル研磨中に研磨により発生した粉塵などがメディア表面に堆積して目詰まりを起こし、研磨能力が低下することがあるが、多孔質のメディアＭを用いると、バレル研磨中における粉塵などによる目詰まりを改善することができるので、研磨力を維持することができる。

多孔質のメディアＭとして、セラミックスからなる砥粒同士をビトリファイド系の結合体で結合した焼結体を用いることができる。また、この焼結体は、分散された空隙を有している（以降、「ビトリファイド系多孔質メディア」と記す）。

ビトリファイド系多孔質メディアは、具体的には以下のようにして得られる。（１）砥粒と結合体を構成する粒子（以降、「結合体粒子」と記す）と加熱により焼失する粒子（以降、「消失粒子」と記す）とが所定の配合比となるように秤量する。（２）加水等で含水率を調整しながらこれらを混練し、混合材料を得る。（３）混合材料を成形手段により所定の形状に成形して成形品を得る。なお、成形は押し出し成形や鋳込み成形などの他ペレタイザー等の造粒機による造粒も含む。成形は、その他公知の方法からも適宜選択してもよい。（４）成形品を所定の水分率となるよう乾燥させる。（５）乾燥させた成形品または造粒品を加熱炉にて焼成する。所定のヒートパターンとなるように温度及び時間を制御しながら焼成することで、消失粒子が消失すると共に、結合体粒子が溶融または半溶融の状態になり、結合体粒子同士が結合して結合体となる。砥粒同士は結合体を介して結合し、焼結体となる。（６）焼成後、所定のヒートパターンで冷却する。（７）冷却後、これらを回転容器またはバレル研磨機に投入し、共ずりを行う。なお、この工程は必要に応じて行うものであり、省略してもよい。

結合体粒子は、ビトリファイド系であるが、特に酸化アルミニウム若しくは二酸化珪素を主成分とすることができる。そして、平均粒子径を０．１μｍ〜２０μｍとすることができる。このような結合体粒子は、溶融または半溶融となった際に砥粒同士をより強固に結合することができる。その結果、粘土や陶料を結合体としたメディアに比べてメディア自体の圧潰強度が高くなるので、長時間研磨を行ってもチッピングやクラックといった破損が少なく、メディアの性状を維持することができる。

消失粒子は、焼成の過程で少なくともその一部が焼失する材料であれば特に限定されない。例えば、水酸化アルミニウムの粉末を消失粒子として用いることができる。水酸化アルミニウムは、焼成の過程で酸化アルミニウムと水蒸気に分解される。水蒸気は蒸発するので、残留した酸化アルミニウムは体積が減少している。水酸化アルミニウムは成形品の全体に分散されているので、結果としてメディアＭの全体的に細孔が形成される。

砥粒としては、アルミナ系砥粒（アランダム）、炭化珪素系砥粒（カーボランダム）、ジルコニアアルミナ砥粒、ダイヤモンド砥粒、又はＣＢＮ砥粒、等を用いることができる。

一実施形態では、コンパウンドＣとしては、脂肪酸又はその塩を含むコンパウンドを用いることができる。このようなコンパウンドを用いると、コストを低減することができる。特に、脂肪酸又はその塩が脂肪酸ナトリウムを含む場合には、低コストで良好な滑り性を付与することができる。また、コンパウンドＣが脂肪酸ナトリウムを滑り性付与材料の主成分とする場合には、ワークＷに油脂がほとんど付着しないので、洗浄工程を不要又は簡略化することができる。また、コンパウンドＣとして、粉体状、不定形、ペレットなど各種形状のものを用いることができる。

（変更例）
一実施形態では、供給量調整部２１が解砕機能を有していてもよい。例えば、コンパウンドＣがホッパ２０を通過する際に、歯車状に形成され回転する供給量調整部２１とホッパ２０との隙間により力を付与することでコンパウドＣを解砕してもよい。

別の実施形態では、例えば、図６に示すように、コンパウンド供給装置２が供給量調整部２１として２つの歯車を含んでおり、これらの歯車が互いに噛み合うように設けられていてもよい。２つの歯車が、コンパウンドＣが下方に付勢されるように反対方向に回転することで、コンパウンドＣは、供給量調整部２１、２１の間を通過するときに力が付与されて解砕される。なお、コンパウンド供給装置２は、３個以上の供給量調整部２１を備えていてもよい。

これらの解砕手段をフィルタ部材３０及び粉砕部材３１と併用すると、上記解砕手段によりコンパウンドＣをあらかじめ解砕したのちに、更にフィルタ部材３０及び粉砕部材３１によりコンパウンドＣを解砕することができるので、より効率的に確実にコンパウンドＣを解砕することができる。したがって、コンパウンドＣをペレット状で供給する場合など、粒子同士が比較的強固に結合しているコンパウンドを使用する場合にも確実にコンパウンドＣを解砕することができる。

粒度調整部３は、コンパウンドＣがバレル槽１０に供給される際に所望の粒子径にすることができればよく、例えば上述のような供給量調整部２１によりコンパウンドＣが所望の粒子径とすることができれば、フィルタ部材３０及び粉砕部材３１を省略することもできる。

また、粉砕部材３１に駆動装置を設けて、バレル槽１０の回転方向に対して反対方向に粉砕部材３１を回転駆動するようにしてもよい。このような構成によれば、コンパウンドＣをより早く解砕することができるとともに、コンパウンドＣがフランジ２３内で流動するので、より確実にコンパウンドＣを解砕することができる。

さらに、フィルタ部材３０は、突起部を備えるなど解砕機能を有していてもよい。

バレル槽１０内に気流を発生させるために、ホッパ２０の上部の開口部から外気を導入する構成を採用することもできる。この場合には、ホッパ２０の開口部がシュート２２に外気を導入するための通気部に相当する機能を有することとなる。

上記実施形態では、吸引管１０ｇがバレル槽１０の第１の面４０ａに接続されているが、集塵機１２が開口部１０ｆから離れた位置でバレル槽１０の内部を吸引して、バレル槽１０の内部を横断する気流を発生させることができれば、吸引管１０ｇは任意の位置でバレル槽１０に接続することができる。例えば、吸引管１０ｇが、第２の面４０ｂよりも第１の面４０ａに近い位置でバレル槽１０の側面４０ｃに接続されるようにしてもよい。

以下、図７を参照して別の変形例に係る乾式回転バレル研磨システム２００について説明する。乾式回転バレル研磨システム２００は、図７に示すように、バレル槽１０を外部から隔離して収容する回転しない容器１３を備えている。容器１３には、貫通孔１３ａが形成されている。容器１３とバレル槽１０との間には空間ＳＰが形成され、この空間ＳＰに連通するように貫通孔１３ａ及び吸引管１０ｇを介して集塵機１２が接続されている。バレル槽１０の側面４０ｃの第２の面４０ｂよりも第１の面４０ａに近い位置には、吸引孔（第２の開口部）１４が形成されている。吸引孔１４はワークＷ及びメディアＭが空間ＳＰに飛び出さないようにフィルタ１５に覆われている。この乾式回転バレル研磨システム２００では、集塵機１２が作動されることによって、吸引孔１４、貫通孔１３ａ及び吸引管１０ｇを介してバレル槽１０の内部から粉塵が吸引される。この構成によれば、バレル槽１０内部を開口部１０ｆから離れた領域から吸引することができるので、バレル槽１０の内部を横断する気流を発生させることができる。

また、フランジ２３及び開口部１０ｆと同様の構成のフランジ及び開口部を、バレル槽１０の第１の面４０ａ側に設けて、このフランジと集塵機１２とを接続し、バレル槽１０内部を吸引するようにしてもよい。

開口部１０ｆの配置、形状は、バレル槽１０の形状、集塵機１２の性能などに応じて、適宜設定することができる。

以上、種々の実施形態に係る乾式回転バレル研磨システム及び乾式回転バレル研磨方法について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形態様を構成可能である。上述した種々の実施形態及び変形例は、矛盾のない範囲で組み合わせることができる。

（実施形態の効果）
上記実施形態の乾式回転バレル研磨システム１００及び乾式回転バレル研磨方法によれば、集塵機１２の作動により生じる気流によりコンパウンドＣをバレル槽１０内に供給することができるので、バレル槽１０を停止することなく、乾式回転バレル研磨を行いながら必要量のコンパウンドＣをバレル槽１０内に供給することができる。これにより、メディアＭの表面がコンパウンドＣでコーティングされて流動性が向上させることができるので、メディアＭの衝突によってワークＷに過度の研磨荷重が付加されることが抑制される。したがって、被加工物の仕上げ性能を向上させることができ、ワークＷの表面を湿式研磨と同様の平滑な研磨面に加工することができる。また、ワークＷとの衝突によってメディアＭからコンパウンドが徐々に削り落とされても、メディアＭの表面は新たに供給されたコンパウンドＣによりコーティングされる。これにより、コンパウンドＣの効果を長時間維持することができるので、ワークＷの表面が必要以上に粗くなることを抑制することができる。このように、上記実施形態によれば、連続的にコンパウンドを供給することにより、メディアＭの性状が低下することを抑制し、研磨力の低下を防止することができる。上述のとおり、乾式回転バレル研磨システム１００及び乾式回転バレル研磨方法によれば、メディアＭがコンパウンドＣによりコーティングされた状態を長時間維持し、湿式バレル研磨方法と同程度の仕上げ性能を確保することができる。

また、上記実施形態では、粉砕部材３１によりコンパウンドＣを解砕し、フィルタ部材３０により所定の寸法以下のコンパウンドＣを通過させているので、あらかじめコンパウンドＣの粒度を調整しておくことなく、コンパウンドＣの粒度のばらつきを小さくすることが可能となる。したがって、メディアＭ表面のコーティングに適した大きさのコンパウンドＣをバレル槽１０内に供給し、バレル槽１０の内容物に対してコンパウンドを均等に分散させることができる。

上記実施形態では、メディアＭとして、ビトリファイド系多孔質メディアを用いているので、メディアＭがワークＷの表面を必要以上に粗くすることが抑えられ、表面粗さを小さくする研磨を行うことができる。また、ビトリファイド系多孔質メディアは、表面全体に細孔を有しているため、コンパウンドＣの保持力を大きくすることができる。更に、バレル研磨中における粉塵などによる目詰まりを改善することができる。

（実施例）
従来の乾式回転バレル研磨方法（比較例１）及び湿式回転バレル研磨方法（比較例２）と、上記実施形態に係る乾式回転バレル研磨方法（実施例）とを比較した。評価項目は、ワークの累積研磨量及び表面粗さとした。

試験条件を下記表１に示す。累積研磨量は加工時間に対するワークの重量の累積減少量として、表面粗さは加工時間に対するワーク（評価片）表面の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ） Ｂ０６０１：２００１）として、評価した。ＳＳ４００は一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳ−Ｇ３１０１）、Ｓ４５Ｃは機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ４０５１）である。

実験結果を図８及び図９に示す。図８に示すように、累積研磨量に関しては、比較例２は比較例１よりも研磨力が大きく、累積研磨量が大きくなる傾向が認められた。実施例は、比較例２と同程度の傾向を示し、長時間にわたり同程度の研磨力を維持していた。

図９に示すように、表面粗さに関しては、比較例１、２及び実施例それぞれの場合において、加工開始後１時間までは増大し、その後ほぼ一定となる傾向が認められた。また、一定値に到達した表面粗さは、比較例２では比較例１よりも大きく、研磨力が大きくなった。実施例は、比較例２と同程度の傾向を示し、同程度の研磨力を維持していた。

以上より、上記実施形態に係る乾式回転バレル研磨では、メディアＭがコンパウンドＣによりコーティングされた状態を長時間維持し、湿式回転バレル研磨方法と同程度の仕上げ性能を確保することができることが確認された。

１…乾式回転バレル研磨装置、２…コンパウンド供給装置、３…粒度調整部、１０…バレル槽、１０ａ，１０ｂ…回転軸、１０ｆ…開口部、１０ｇ…吸引管、１０ｈ…フィルタ、１０ｉ…フィルタ、１１…駆動装置、１２…集塵機、１２ａ…ホース、１３…容器、１４…吸引孔、２０…ホッパ、２１…供給量調整部、２２…シュート、２２ａ…通気部、２３…フランジ、３０…フィルタ部材、３１…粉砕部材、３２…円板、３２ａ…開口部、４０ｓ…内部空間、４０ａ…第１の面、４０ｂ…第２の面、４０ｃ…側面、１００…乾式回転バレル研磨システム、２００…乾式回転バレル研磨システム、Ｃ…コンパウンド、ＣＮＴ…制御装置、Ｍ…メディア、ＲＡ…回転軸線、Ｗ…ワーク。

Claims (9)

1. 被加工物、メディア及びコンパウンドを収容するためのバレル槽であり、回転軸線を中心に回転可能な該バレル槽と、
   前記バレル槽を前記回転軸線を中心に回転駆動させる駆動装置と、
   前記バレル槽の内部から粉塵を吸引する集塵機と、
   を備え、
   前記バレル槽は、前記回転軸線の方向において互いに対面する第１の面及び第２の面と、前記第１の面及び第２の面に接続する側面とを含み、
   前記バレル槽には、該バレル槽の内部と外部とを連通する複数の第１の開口部及び第２の開口部が形成され、前記第２の開口部は、前記第１の面、又は、前記側面の前記第２の面よりも前記第１の面に近い位置に形成され、
   前記集塵機は、前記第２の開口部を介して前記バレル槽の内部から粉塵を吸引し、
   前記第１の面及び前記第２の面には、前記回転軸線に沿って延びる第１の回転軸及び第２の回転軸がそれぞれ接続され、前記第１の回転軸は管状をなし、前記第２の回転軸は中実であり、
   前記複数の第１の開口部は、前記第２の回転軸の軸線方向から見て、第２の回転軸を取り囲むように前記第２の面に形成され、
   前記第２の開口部は、前記第１の面に形成され、
   前記集塵機は、前記第１の回転軸及び前記第２の開口部に対して挿入された吸引管を介して前記バレル槽の内部から粉塵を吸引する、乾式回転バレル研磨装置。
2. 請求項１に記載の乾式回転バレル研磨装置と、
   前記コンパウンドを前記複数の第１の開口部を介して前記バレル槽の内部に供給するコンパウンド供給装置と、を備え、
   前記コンパウンド供給装置は、
   前記コンパウンドを貯留するホッパと、
   前記ホッパから供給される前記コンパウンドの量を調整する供給量調整部と、
   前記供給量調整部から供給される前記コンパウンドを前記バレル槽に向けて案内するシュートと、
   前記シュートに外気を導入するための通気部と、
   前記シュートと前記複数の第１の開口部との間に設けられるフランジと、
   を含む、乾式回転バレル研磨システム。
3. 前記バレル槽に導入されるコンパウンドの粒度を調整する粒度調整部を更に備える、請求項２に記載の乾式回転バレル研磨システム。
4. 前記粒度調整部は、
   前記コンパウンドに外力を付与して粉砕する粉砕装置と、
   前記複数の第１の開口部を覆うように前記バレル槽に設けられ、所定の寸法よりも小さな寸法のコンパウンドを通過させるフィルタ部材と、
   を備える、請求項３に記載の乾式回転バレル研磨システム。
5. 前記粉砕装置は、前記フィルタに対して相対的に回転する粉砕部材であり、前記粉砕部材と前記フィルタ部材との間で前記コンパウンドに外力を付与して前記コンパウンドを粉砕する該粉砕部材を備える、請求項４に記載の乾式回転バレル研磨システム。
6. 請求項２〜５の何れか一項に記載の乾式回転バレル研磨システムを用いて被加工物を研磨する乾式回転バレル研磨方法であって、
   前記被加工物及び前記メディアを前記バレル槽内に装入する工程と、
   前記バレル槽を前記回転軸線を中心に回転させる工程と、
   前記集塵機によって前記バレル槽の内部から粉塵を吸引する工程と、
   前記コンパウンドを前記複数の第１の開口部から前記バレル槽の内部に供給する工程と、を含む、乾式回転バレル研磨方法。
7. 前記メディアは、セラミックスを主成分とし、多孔質に形成されている、請求項６に記載の乾式回転バレル研磨方法。
8. 前記メディアは、砥粒同士がビトリファイド系の結合体で結合した焼結体であって、前記結合体を構成する粒子は、酸化アルミニウム若しくは二酸化珪素が主成分であり、該粒子の平均粒子径が０．１μｍ〜２０μｍである、請求項７に記載の乾式回転バレル研磨方法。
9. 前記コンパウンドが、脂肪酸又はその塩を含んだコンパウンドである、請求項６〜８の何れか一項に記載の乾式回転バレル研磨方法。

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