JP7083496B2 - 工作物のバリ取り研磨装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば比較的サイズの小さい工作物からバリを除去し表面を効率的に研磨する工作物のバリ取り研磨装置に関する。

従来、例えば比較的サイズの小さい工作物の表面を研磨する技術として、バレル容器内に粒子状の研磨剤やコンパウンド（媒材）とともに多数の工作物を収容し、バレル容器に回転運動や振動を与えて工作物の表面を研磨するバレル研磨等の技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）一方、超音波による振動を利用し、金属ワークの付着するバリを疲労破壊によって除去するような技術（例えば、特許文献２参照。）も知られており、この技術では、円筒体の容器の側面に複数の圧電振動子を装着して、この圧電振動子の振動面を円筒体の内側に突出させ、この円筒体の容器内に金属ワークを収容するとともに、前記圧電振動子に発振出力を印加することにより超音波振動を起こさせ、この超音波振動によって金属ワークに付着するバリを疲労破壊により除去するようにしている。

特開２０１３－１６９６０８号公報 特開平９－２９６１４号公報

ところが、前者の特許文献１のようなバレル研磨においては、研磨後、研磨剤やコンパウンド（媒材）と工作物とを分離させる仕分け作業が必要であり、手間がかかると同時に時間を要するという問題があった。また、後者の特許文献２のように、超音波振動による疲労破壊による表面研磨は、超音波のキャビテーションの衝撃力を利用する技術に比べて時間がかかるとともにワーク表面の研磨能力に限度があり、例えば、平面の平滑化等を得たいような研磨作業には不向きであった。

そこで本発明は、工作物からバリを除去し表面を研磨するにあたり、バリ取り研磨作業全般に手間がかからず、しかも時間をかけないで研磨能力を飛躍的に高めることができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、工作物のバリを除去し表面を研磨する工作物のバリ取り研磨装置において、複数の工作物を収容することができ、且つ周囲を取り囲む外壁に多数の透し孔が形成される収容カゴと、洗浄液を貯留し且つ前記収容カゴの少なくとも一部を浸漬せしめることができる洗浄水貯留槽と、前記収容カゴを水平の回転軸周りに回転させることのできる回転手段と、前記洗浄液貯留槽の下方に配置され、且つ前記洗浄液中に向けて超音波を発振することのできる超音波発振手段を設けた。

そして、少なくとも一部が洗浄液中に浸漬する収容カゴ内に複数の工作物を収容し、これを回転させながら同時に超音波を洗浄液中に放射することで、ワーク同士の共摺りの効果と超音波によるキャビテーションの衝撃力の効果によって工作物からバリを除去し表面を研磨する。また、研磨後も、工作物を収容カゴから取り出すだけの作業でよく、手間がかからず、またバリ取り効果や研磨度も極めて良好である。この際、収容カゴを回転させることによる共摺りの効果は、主として、工作物の外面同士が直接接触し合う面のバリ取り研磨に効果的であり、超音波によるキャビテーションの衝撃力の効果は、主として、工作物に形成される凹部や孔等の工作物同士が直接接触し合わない内面等のバリ取り研磨に効果的である。なお、洗浄液中に向けて発振する超音波の周波数域としては、１８～２８ＫＨｚ程度が好ましく、また、洗浄液としては、溶存酸素量１ｍｇ／リットル程度以下に脱気されたもので且つ４～８℃程度に冷却するようにすれば、キャビテーションの衝撃力を強力にすることができる。また、収容カゴ内に収容する工作物の量としては、例えば収容カゴの総収容量に対して２０～４０％程度が好適であり、特に３０％付近であれば共摺り効果による研磨作用が効果的に発揮される。

また、本発明では、前記収容カゴとして、水平の回転軸に直交する断面形状が六角形であるようにした。このことにより、水平の回転軸周りに収容カゴを回転させれば、共摺りの効果が高まる。これに対して、六角形状より角が大きい八角形状等であったり円筒形状であったり、角が小さすぎる四角形状であったり三角形状であったりすると、回転中の工作物の共摺り効果が損なわれる恐れが生じる。
なお、収容カゴの形状としては、回転軸に垂直な断面形状を角型にする代わりに、収容カゴの内部に回転軸を中心にして等間隔に仕切り壁等を設けることにより、攪拌効果を高める方式も可能である。

また本発明では、前記洗浄液貯留槽内に貯留される洗浄液の液面の高さを、放射する超音波周波数の波長をλｍｍとした場合に、λ／４＋λ／２×ｎ（ｎは正の整数）とした。このように液面の高さを調整することにより、衝撃波の影響で液面が乱れて洗浄槽に悪影響を与えたりするような不具合を抑制することができ、キャビテーションの衝撃力も安定させることができる。

この際、前記収容カゴの透し孔の開口率を、前記外壁の総面積に対して３０～６０％にすることが好ましい。すなわち、収容カゴの透し孔の開口率が３０％未満になると、キャビテーションの透過能力が低下しがちとなり、６０％を超えると、外壁の耐久性が劣り勝ちとなる。なお、これらのうちでも、特に４０～５０％程度がより好ましい。

かかる発明によれば、少なくとも一部が洗浄液中に浸漬する収容カゴ内に複数の工作物を収容し、これを回転させると同時に超音波を洗浄液中に放射することで、工作物同士の共摺りの効果と超音波によるキャビテーションの衝撃力の効果によって工作物からバリを除去し表面を研磨すれば、研磨後も、工作物を収容カゴから取り出すだけの作業でよく、手間がかからず、またバリ取り研磨能力も極めて良好である。この際、収容カゴの形状を断面六角形にし、また、洗浄液の液面の高さを所定値にセットするとともに収容カゴの透し孔の開口率を所定範囲にすることで、バリ取り研磨効率を高めて精密にバリ取り研磨することができる。

本発明に係る表面研磨装置の全体構成例の一例を示す説明図である。 収容カゴの構成例であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

本発明に係る工作物のバリ取り研磨装置の一例について添付した図面に基づき説明する。本発明に係る工作物のバリ取り研磨装置は、比較的サイズの小さい工作物からバリを除去し表面を研磨するにあたり、バリ取り研磨作業全般に手間がかからず、しかも時間をかけないでバリ取り研磨能力を飛躍的に高めることができるようにされ、工作物同士の共摺りの効果と、超音波によるキャビテーションの衝撃力の効果の両者を併用することによって工作物からバリ取り研磨することを特徴としている。

本バリ取り研磨装置１は、図１に示すように、洗浄槽内の洗浄液中に超音波を発振することのできる超音波洗浄手段２と、洗浄槽内の洗浄液中にその一部が浸漬される収容カゴ３を備えており、この収容カゴ３には、複数の工作物を収容できるようにされるとともに、水平の回転軸周りに回転自在にされている。

超音波洗浄手段２は、洗浄液としての洗浄水を貯留することのできる洗浄槽４及びこれに隣接するオーバーフロー槽１８と、洗浄槽４からオーバーフローした洗浄液を循環させることのできる循環回路５と、この循環回路５の途中に設けられ、循環する洗浄液から脱気することのできる真空中空糸モジュール６と、循環する洗浄液を所定温度以下に冷却するための熱交換器７と、洗浄槽４の底面に配置される複数の超音波振動子８を備えており、また、前記熱交換器７には、最初の段階で洗浄槽４内に冷却した洗浄液を送り込むための冷却水導入路９が接続されている。

前記循環回路５の途中には、洗浄液に含まれる異物を除去するためのストレーナ１１や、循環ポンプ１２や、ろ過器モジュール１３が設けられており、その下流には、前記真空中空糸モジュール６が配設されるとともに、この真空中空糸モジュール６には、真空ポンプ１４が接続されている。

そして、洗浄液が真空中空糸モジュール６の内部の中空糸を通過する間に、中空糸の周囲から真空ポンプ１４で真空引きすることにより、洗浄液中に溶解する気体を脱気できるようにされている。ちなみに、この脱気の程度は、洗浄液中の気体の量が１ｍｇ／リットル程度以下としている。なお、この真空中空糸モジュール６の数等は任意である。

また、真空中空糸モジュール６の更に下流側には前記熱交換器７を設けており、洗浄液を４～８℃程度以下に冷やした後、洗浄槽４に戻すようにされている。

また、前記超音波振動子８の振動周波数は、１８～２８ＫＨｚとしており、洗浄槽４の底面から上方に向けて洗浄液中に超音波を発振できるようにされている。

ところで、洗浄槽４内の洗浄液の液面の高さｈは、放射する超音波周波数の波長をλｍｍとした場合に、λ／４＋λ／２×ｎ（ｎは正の整数）としている。これは、液面の高さｈをこの値に設定しておくと、洗浄槽４の底面から放射された超音波の、液面の高さ付近における振幅がゼロとなり、その状態で波が反射されるため、液面が乱れて洗浄槽４が破損しやくなるのを防止できるとともに、洗浄槽４内の洗浄液が安定し、液中に発生するキャビテーションも安定するからである。

次に、洗浄槽４内に配置される前記収容カゴ３の構成について説明する。この収容カゴ３は、その一部が洗浄槽４内の洗浄液中に浸漬しており、また、図示しない駆動源により水平の回転軸１５周りに回転自在にされるとともに、図２（ｂ）に示すように、この回転軸１５に直交する断面形状が正六角形とされている。

また、この収容カゴ３の外壁１６には、全域に亘って多数の透し孔１７が形成され、この透し孔１７を通じて収容カゴ３内部に洗浄液が入り込むことができるようにしている。

そして、本実施例では、この透し孔１７の外壁１６に対する開口率は、外壁１６の総面積に対して３５～５１％のものを使用している。因みに、この開口率は３０～６０％程度が好ましく、特に４０～５０％程度がより好ましい。これは、透し孔１７の開口率が３０％未満になると、キャビテーションの透過能力が低下しがちとなり、６０％を超えると、外壁１６の耐久性が劣り勝ちになるからである。

以上のような装置構成におけるバリ取り研磨方法について説明する。

例えば切削加工後のナット等のような比較的サイズが小さい工作物を収容カゴ３内に収容する。この際、工作物の収容量としては、収容カゴ３の収容容量１００に対して２０～４０％程度が好ましく、２０％未満であると作業効率が悪く、４０％を超えると共摺りの効果が低下しがちである。

この収容カゴ３を洗浄槽４の所定の位置にセットし、洗浄槽４内に脱気した洗浄液を導入することで、収容カゴ３の少なくとも一部を浸漬させる。そして、洗浄槽４を外部と遮断した状態にした後、循環回路５を通して洗浄液の一部を循環させながら、超音波振動子８を作動させて洗浄液中に超音波を放射し、また、収容カゴ３を水平の回転軸１５周りに回転させる。ここで、収容カゴ３の回転速度は、３～１０回転／ｍ程度にしている。

そして約５～３０分程度、収容カゴ３の回転と洗浄液中への超音波の放射を継続することにより、工作物に生じていたバリが綺麗に除去されるとともに、工作物の表面研磨が行われ、極めて効率的にバリ取り研磨を行うことができる。また、バリ取り研磨が終了した後は、収容カゴ３から工作物を取り出すだけで作業が完了するため、バレル研磨のような研磨剤との分離作業が不要であり、作業容易である。

以上のような方法によって、極めて効率的に工作物のバリ取り研磨作業を行うことができるようになった。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本実用新案登録請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。例えば工作物の種類等は任意であり、また、洗浄液に対する収容カゴ３の浸漬程度等も例示である。

工作物のバリ取り研磨作業を極めて効率的に行うことができ、しかも研磨効率も高いため、特にサイズの小さい工作物のバリ取り研磨作業において、今後広い範囲で普及することが期待される。

１…バリ取り研磨装置、２…超音波洗浄手段、３…収容カゴ、４…洗浄槽、１５…回転軸、１６…外壁、１７…透し孔。

Claims (4)

1. 工作物のバリを除去し表面を研磨する工作物のバリ取り研磨装置であって、
   洗浄水を貯留する洗浄水貯留槽と、
   複数の工作物を収容することができ、且つ周囲を取り囲む外壁に多数の透し孔が形成され、前記洗浄水貯留槽内の前記洗浄水にその一部を浸漬せしめつつ水平の回転軸周りに回転させることのできる収容カゴと、
   前記収容カゴの回転手段と、
   前記洗浄水貯留槽の下方に配置され、且つ前記洗浄水中に向けて１８～２８ＫＨｚの超音波を発振することのできる超音波発振手段と、を備え、
   前記洗浄水にその一部を浸漬させた前記収容カゴを回転させつつも、前記洗浄水貯留槽内の前記洗浄水を溶存酸素量１ｍｇ／リットル以下且つ４～８℃に温度管理し、この中での前記超音波の波長をλｍｍとすると、前記洗浄水貯留槽の前記洗浄水の液面の高さをλ／４＋λ／２×ｎ（ｎは正の整数）となるように制御して、前記洗浄水中に定在波を与え該定在波によるキャビテーションを形成させ、前記工作物同士の共摺りと超音波による前記キャビテーションの衝撃力によって前記工作物のバリを除去し表面を研磨することを特徴とする工作物のバリ取り研磨装置。
2. 前記収容カゴは、前記回転軸に直交する断面形状が六角形であることを特徴とする請求項１に記載の工作物のバリ取り研磨装置。
3. 前記収容カゴの前記透し孔の開口率は、前記外壁の総面積に対して３０～６０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の工作物のバリ取り研磨装置。
4. 工作物のバリを除去し表面を研磨する工作物のバリ取り研磨方法であって、
   洗浄水を貯留する洗浄水貯留槽と、
   複数の工作物を収容することができ、且つ周囲を取り囲む外壁に多数の透し孔が形成され、前記洗浄水貯留槽内の前記洗浄水にその一部を浸漬せしめつつ水平の回転軸周りに回転させることのできる収容カゴと、
   前記収容カゴの回転手段と、
   前記洗浄水貯留槽の下方に配置され、且つ前記洗浄水中に向けて１８～２８ＫＨｚの超音波を発振することのできる超音波発振手段と、を備えるバリ取り研磨装置において、
   前記洗浄水にその一部を浸漬させた前記収容カゴを回転させつつも、前記洗浄水貯留槽内の前記洗浄水を溶存酸素量１ｍｇ／リットル以下且つ４～８℃に温度管理し、この中での前記超音波の波長をλｍｍとすると、前記洗浄水貯留槽の前記洗浄水の液面の高さをλ／４＋λ／２×ｎ（ｎは正の整数）となるように制御して、前記洗浄水中に定在波を与え該定在波によるキャビテーションを形成させ、前記工作物同士の共摺りと超音波による前記キャビテーションの衝撃力によって前記工作物のバリを除去し表面を研磨することを特徴とする工作物のバリ取り研磨方法。
   

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