JP7828584B2 - バレル研磨装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 ２０２１年９月８日、２０２１年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集に要約として、バレル研磨装置に関する研究について公開した。 ２０２１年９月２１日、２０２１年度精密工学会秋季大会学術講演会において、バレル研磨装置に関する研究について公開した。 ２０２１年１１月２５日、Ｔｈｅ ２３ｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＩＳＡＡＴ２０２１）の予稿集に要約として、バレル研磨装置に関する研究について公開した。 ２０２１年１２月２日、Ｔｈｅ ２３ｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＩＳＡＡＴ２０２１）において、バレル研磨装置に関する研究について公開した。

本発明は、バレル研磨装置に関するものである。

特許文献１には、回転する研磨媒体収容槽内に研磨媒体を収容し、研磨媒体収容槽内に一対の補助板とワークとを配置したバレル研磨装置が開示されている。研磨媒体は、研磨媒体収容槽の回転に伴って周方向に移動する。一対の補助板は、研磨媒体収容槽の径方向においてワークを挟むように配置されている。研磨媒体は、一対の補助板の間でワークに対して相対的に移動しながら、一対の補助板によってワークに押圧される。

特開２０００－７１１６５号公報

研磨媒体の移動方向において、一対の補助板の上流端は、ワークの上流端よりも上流側に位置している。一対の補助板の間に流入した研磨媒体は、一対の補助板の間隔よりも狭いワークと補助板との間に入り込もうと集中するため、渋滞状態となる。そのため、ワークに接触する研磨媒体の移動速度が低下し、研磨効率が低下する。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、研磨効率を向上させることを目的とする。

第１の発明は、
回転可能なバレル槽と、
前記バレル槽に収容され、前記バレル槽の回転に伴って周方向に移動する研磨材と、
ワークを前記研磨材中に浸漬した状態で回転可能に支持する支持部材と、
前記ワークに対し前記バレル槽の径方向に間隔を空けて並ぶように配置された側方拘束板とを備え、
前記研磨材の移動方向において、前記側方拘束板の上流端が、前記ワークの回転中心又は前記ワークの重心と同じ位置か、前記回転中心又は前記重心よりも下流側の位置に配置されていることを特徴とする。

第２の発明は、
回転可能なバレル槽と、
前記バレル槽に収容され、前記バレル槽の回転に伴って周方向に移動する研磨材と、
ワークを前記研磨材中に浸漬した状態で支持する支持部材と、
前記ワークに対し前記バレル槽の径方向に間隔を空けて並ぶように配置された側方拘束板とを備え、
前記側方拘束板と前記ワークとの間隔が、前記研磨材の移動方向における前記側方拘束板の上流端において最小であることを特徴とする。

第１及び第２の発明によれば、側方拘束板とワークとの隙間に向かう研磨材が渋滞状態になり難く、ワークに接触する研磨材の移動速度の低下が抑制されるので、研磨効率を向上させることができる。

実施例１のバレル研磨装置の断面図である。 バレル研磨装置の平面図である。 実施形態１の拘束部材と支持部材を、研磨材の通過方向に視た部分拡大図である。 実施形態１の拘束形態をあらわす図３のＸ－Ｘ線平断面図である。 実施形態２の拘束形態をあらわすＸ－Ｘ線相当平断面図である。 比較形態１の拘束形態をあらわすＸ－Ｘ線相当平断面図である。 比較形態２の拘束形態をあらわすＸ－Ｘ線相当平断面図である。 比較形態３の拘束形態をあらわすＸ－Ｘ線相当平断面図である。 比較形態４の拘束形態をあらわすＸ－Ｘ線相当平断面図である。

第１の発明のバレル研磨装置は、研磨材の移動方向において、側方拘束板の上流端が、ワークの回転中心又はワークの重心と同じ位置か、回転中心又は重心よりも下流側の位置に配置されているものであるから、ワークの回転中心又は重心よりも上流側には側方拘束板が存在しない。側方拘束板とワークとの隙間に向かう研磨材のうち、ワークの回転中心又は重心よりも上流側の領域を移動する研磨材の一部は、ワークから遠ざかる方向へ逃げることができる。したがって、側方拘束板とワークとの隙間に向かう研磨材は渋滞状態になり難く、ワークに接触する研磨材の移動速度の低下が抑制されるので、研磨効率が向上する。

第２の発明のバレル研磨装置は、側方拘束板とワークとの間隔が、研磨材の移動方向における側方拘束板の上流端において最小であるものだから、側方拘束板とワークとの間隔が最小となる位置よりも上流側には側方拘束板が存在しない。側方拘束板とワークとの隙間に向かう研磨材のうち、側方拘束板とワークとの間隔が最小となる位置よりも上流側の領域を移動する研磨材の一部は、ワークから遠ざかる方向へ逃げることができる。したがって、側方拘束板とワークとの隙間に向かう研磨材は渋滞状態になり難く、ワークに接触する研磨材の移動速度の低下が抑制されるので、研磨効率が向上する。

第１及び第２の発明において、前記ワークが、前記バレル槽の回転軸から外れた領域のみに配置され、一対の前記側方拘束板が、前記ワークに対して前記回転軸に近い位置と、前記ワークに対して前記回転軸から遠い位置とに配置されていることが好ましい。この構成によれば、一対の側方拘束板によって、ワークを効率的に研磨することができる。

第１及び第２の発明において、前記研磨材中に浸漬され、前記ワークを上方から覆う上方拘束板を備えていることが好ましい。この構成によれば、ワークが研磨材における上層領域に配置されている場合でも、研磨材をワークの上面に対して押圧することができるので、研磨力が増大する。

第１及び第２の発明において、前記研磨材の移動方向において、前記上方拘束板の上流端が前記側方拘束板の上流端よりも上流側に位置していることが好ましい。この構成によれば、ワークの上面及び側面に対する研磨を良好に行うことができる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１～図９を参照して説明する。本実施例１のバレル研磨装置は、図１、２に示すように、バレル槽１０と、複数の研磨材１４と、支持部材１６と、拘束部材２０とを備えており、ジャイロ研磨機と称される研磨装置である。尚、以下の説明において、上下の方向については、図１及び図３にあらわれる向きを、そのまま上方、下方と定義する。

バレル槽１０は、上から見た平面視形状が円形をなし、上面全体が開口した有底円筒形の容器である。バレル槽１０は、底壁部１１と、底壁部１１の外周縁から立ち上がる周壁部１２とを有する。バレル槽１０の底壁部１１は、モータ（図示省略）によって駆動される上下方向の回転軸１３に対して、同心状に固着されている。バレル槽１０は、平面視において時計回り方向又は反時計周り方向に回転駆動されるようになっている。

研磨材１４は、バレル槽１０内に収容されている。バレル槽１０が回転すると、研磨材１４がバレル槽１０と一体となって周方向へ移動する。バレル槽１０内には、研磨材１４の他に、水（図示省略）とコンパウンド（図示省略）が収容される。バレル槽１０内に投入された研磨材１４、水及びコンパウンドは、ワーク１９に接触してワーク１９を研磨するための研磨層１５を構成する。ワーク１９は、歯先円が円形をなす平歯車である。

支持部材１６は、平面視において、バレル槽１０の周壁部１２よりも内側であり、且つバレル槽１０の回転軸１３から径方向Ｒへ偏心した位置に配置されている。支持部材１６は、固定した状態で設けられたパイプ状の軸受部材１７と、軸受部材１７内に回転軸１３と平行に挿通された支持軸１８とを有する。支持軸１８は、平面視において時計回り方向又は反時計回り方向に回転駆動される。支持軸１８と軸受部材１７の下端部は、研磨層１５中（研磨材１４中）に浸漬されている。支持軸１８の下端部は、軸受部材１７の下端よりも下方へ突出している。支持軸１８の下端部には、ワーク１９が同心状に一体回転し得るように固着されている。本実施例１では、支持軸１８の軸心を、「ワーク１９の回転中心１９Ｒ」と定義する。バレル槽１０の回転軸１３とワーク１９の回転中心１９Ｒとを結ぶ方向を「径方向Ｒ」と定義する（図４参照）。

拘束部材２０は、１枚の上方拘束板２１と、一対の側方拘束板２２、２３とを有する。上方拘束板２１は、平面視形状が長方形をなす平板状の部材である。上方拘束板２１は、回転軸１３と直角な水平な向きで軸受部材１７の下端部に固着されている。平面視において、上方拘束板２１の短辺２１Ｓは径方向Ｒと平行又は略平行をなし、上方拘束板２１の長辺２１Ｌは径方向Ｒと直角又は略直角をなす。上方拘束板２１は、研磨層１５中（研磨材１４中）に浸漬するように配置されている。

上方拘束板２１がワーク１９の上方に配置されておらず、なお且つワーク１９が研磨層１５の下層領域に配置されている場合には、ワーク１９の上方を移動する研磨材１４の総重量が大きいため、研磨材１４からワーク１９に対して一定程度の押圧力が作用し、比較的大きな研磨力が得られる。これに対し、ワーク１９が、研磨層１５における上層領域（表層領域）に配置されている場合は、研磨材１４がワーク１９から逃げるように盛り上がるため、ワーク１９に対する研磨材１４の押圧力が低下し、高い研磨力を得ることができない。上方拘束板２１をワーク１９の上方に配置すると、ワーク１９と上方拘束板２１との隙間を通過するときに、研磨材１４からワーク１９への下向きの押圧力が高まる。この下向きの押圧力によって、ワーク１９の上面に対する研磨力が高くなる。さらに、ワーク１９と側方拘束板２２，２３との間においては、上方拘束板２１の存在によって研磨材１４が上方へ逃げることができないので、研磨材１４からワーク１９への押圧力が高まり、ワーク１９の側面（外周面）に対する研磨力が高くなる。

側方拘束板２２、２３は、方形の平板状をなす部材である。一対の側方拘束板２２、２３の上端部は、上方拘束板２１の長辺２１Ｌに固着されている。本実施例１では、大きさの異なる２種類の側方拘束板２２、２３を選択的に用いている。２種類の側方拘束板２２、２３の相違点は、平面視における周方向（研磨材１４がワーク１９に対して相対移動する方向）の長さである。一対の側方拘束板２２、２３は、平面視において、ワーク１９を径方向Ｒに挟む位置に配置されている。即ち、一対の側方拘束板２２、２３のうち一方の側方拘束板２２、２３は、ワーク１９よりも回転軸１３に近い内周側の位置に配置され、他方の側方拘束板２２、２３は、ワーク１９よりも周壁部１２に近い外周側の位置に配置されている。一対の側方拘束板２２、２３は、研磨層１５中（研磨材１４中）に浸漬された状態で配置されている。

バレル槽１０の回転に伴って周方向に移動する研磨材１４は、内周側の側方拘束板２２、２３とワーク１９との間、及び外周側の側方拘束板２２、２３とワーク１９との間を通過する。研磨材１４は、側方拘束板２２、２３とワーク１９との間を通過する前、通過中、及び通過した後に、ワーク１９に接触することによって、ワーク１９の外面を研磨する。本実施例１では、平面視において、径方向Ｒに対して直角な方向を「研磨材１４の通過方向Ｔ」と定義する（図４参照）。側方拘束板２２、２３は、研磨材１４の通過方向Ｔと平行をなすように配置されている。

研磨材１４によるワーク１９への研磨力は、研磨材１４の移動速度が高いほど強く、ワーク１９に対する研磨材１４の押圧力が大きいほど強い。研磨力が強いほど、研磨効率が高くなり、研磨に要する時間が短縮される。研磨材１４がワーク１９と側方拘束板２２、２３との間を通過するときには、その隙間に研磨材１４が集中し、ワーク１９に対する研磨材１４の押圧力が高まるため、研磨力の向上が期待できる。上方拘束板２１とワーク１９との隙間を研磨材１４が通過するときも、側方拘束板２２、２３と同様に、研磨材１４からワーク１９への押圧力が高まる。一方、研磨材１４の移動経路のうち、ワーク１９と側方拘束板２２、２３が径方向Ｒに並ぶ通過領域では、移動経路が急に狭まる。そのため、ワーク１９と側方拘束板２２、２３の間では、研磨材１４の流れが阻害されて研磨材１４の移動速度が低下し、研磨力が低下するおそれがある。

＜研磨効率の評価＞
本実施例１のバレル研磨装置は、研磨材１４の移動方向における側方拘束板２２、２３の大きさや、ワーク１９と側方拘束板２２、２３との位置関係を好適な形態に改善することによって、研磨力（研磨効率）の向上を実現している。本願の発明者は、側方拘束板２２～２５の大きさや配置の異なる複数の拘束形態を設定し、研磨効率の良否を評価するための実験を行った。実験結果を表した表１において、実施形態１及び実施形態２は、研磨効率の向上を実現した本実施例１の拘束形態である。比較形態１～４は、実施形態１及び実施形態２よりも研磨効率の低い拘束形態である。

実験の条件のうち、実施形態１～２及び比較形態１～４において共通の条件は、以下の通りである。バレル槽１０の内径は、８００ｍｍであり、バレル槽１０の深さは、４００ｍｍである。バレル槽１０の回転数は、３０ｒｐｍである。研磨材１４は、不定形のセラミックメディアである。研磨材１４の大きさの分布率については、短径が１．３ｍｍであり、長径が３．４ｍｍであるものが８５％を占める。ワーク１９に対する研磨層１５（研磨材１４）の相対移動速度は、バレル槽１０の回転数に比例する。バレル槽１０には、研磨材１４と共に研磨層１５を構成するクーラント液として、１％のコンパウンドを含有する希釈水（図示省略）を投入した。クーラント液の供給量は、４Ｌ／ｍｉｎである。バレル槽１０が回転を停止している状態において、底壁部１１から研磨層１５の上面までの高さは、２００ｍｍである。

平面視において、支持軸１８の軸心の位置は、回転軸１３から径方向Ｒへ２８０ｍｍ偏心した位置である。ワーク１９は、歯先円の直径がφ５０ｍｍ、歯幅が２０ｍｍの平歯車である。ワーク１９は、支持軸１８の下端部に対し、同軸状に固着されている。平面視において、支持軸１８（ワーク１９の回転中心１９Ｒ）の位置と、ワーク１９の重心１９Ｇの位置は、同じ位置である。ワーク１９の回転数は、５ｒｐｍである。バレル槽１０が回転を停止している状態において、ワーク１９の上面は、研磨層１５の上面よりも２５ｍｍ下方の高さに位置する。

研磨中において、バレル槽１０を時計回り方向へ回転させるときは、ワーク１９を反時計回り方向へ回転させた。バレル槽１０を反時計回り方向へ回転させるときは、ワーク１９を時計回り方向へ回転させた。バレル槽１０とワーク１９の回転方向は、２分３０秒毎に切り替えた。研磨時間が５分経過する毎に、ワーク１９の面粗度を測定した。研磨に要した時間は、合計２０分であり、面粗度の測定は４回行った。

研磨効率の評価は、本実施例１で定義する「面粗度変化幅」に基づいて行った。面粗度変化幅は、５分間の研磨において「研磨前の面粗度」から「研磨後の面粗度」を減じた値の平均値である。具体的には、一つの歯の歯先の６か所と、この歯とは１８０゜反対側に位置する歯の歯先の６か所とを併せた計１２か所の面粗度変化幅を測定し、それらの面粗度変化幅の平均値を、各実施形態及び各比較形態の研磨効率の評価対象とした。

実施形態１は、図３及び図４に示すように、上方拘束板２１と一対の側方拘束板２２を設けた拘束形態である。上方拘束板２１は、長辺２１Ｌの長さが１２０ｍｍ、短辺２１Ｓの長さが８０ｍｍの長方形の平板である。上方拘束板２１の下面とワーク１９の上面との対向間隔は、１０ｍｍである。平面視において、上方拘束板２１の長辺２１Ｌは研磨材１４の通過方向Ｔと平行又は略平行をなし、上方拘束板２１の短辺２１Ｓは径方向Ｒと平行又は略平行をなす。研磨材１４の通過方向Ｔにおいて、上方拘束板２１の上流端２１Ａはワーク１９の回転中心１９Ｒよりも６０ｍｍ上流側に位置し、上方拘束板２１の下流端２１Ｂはワーク１９の回転中心１９Ｒよりも６０ｍｍ下流側に位置する。

一対の側方拘束板２２は、上方拘束板２１の長辺２１Ｌ側の外側面に固定され、互いに平行をなして上方拘束板２１よりも下方へ片持ち状に延出している。一対の側方拘束板２２は、平面視において、研磨材１４の通過方向Ｔと平行又は略平行な向きに配置されている。研磨材１４の通過方向Ｔと平行又は略平行に視た通過方向視（図３参照）において、一対の側方拘束板２２は、バレル槽１０の回転軸１３、及びワーク１９の回転中心１９Ｒ（支持軸１８）と平行をなしている。研磨材１４の通過方向視において、ワーク１９の歯先円と側方拘束板２２との間の径方向Ｒの間隔は、１５ｍｍである。

実施形態１で用いた側方拘束板２２は、研磨材１４の通過方向Ｔの長さが４０ｍｍの平板である。図４に示すように、一対の側方拘束板２２の下流端２２Ｂは、上方拘束板２１の下流端２１Ｂと同じ位置に配置されている。一対の側方拘束板２２の上流端２２Ａは、ワーク１９の回転中心１９Ｒよりも２０ｍｍ下流側に位置し、ワーク１９の上流端１９Ａよりも４５ｍｍ下流側に位置する。平面視において、側方拘束板２２とワーク１９の歯先円との間隔は、側方拘束板２２の上流端２２Ａにおいて最小である。図３に示すように、側方拘束板２２の下端の高さは、ワーク１９の下面と同じ高さである。

実施形態２では、実施形態１の側方拘束板２２とは異なる側方拘束板２２を用いた。実施形態２の側方拘束板２３は、研磨材１４の通過方向Ｔの長さが６０ｍｍの平板である。図５に示すように、実施形態２の側方拘束板２３の上流端２３Ａは、実施形態１の側方拘束板２２の上流端２２Ａよりも上流側に位置する。具体的には、一対の側方拘束板２３の上流端２３Ａは、研磨材１４の通過方向Ｔにおいてワーク１９の回転中心１９Ｒと同じ位置に配置され、ワーク１９の上流端１９Ａよりも２５ｍｍ下流側に配置されている。平面視において、側方拘束板２３とワーク１９の歯先円との間隔は、側方拘束板２３の上流端２３Ａにおいて最小である。側方拘束板２３以外の構成は、実施形態１と同じである。

比較形態１では、図６に示すように、実施形態１及び２で用いた上方拘束板２１と同一の上方拘束板２１を用いているが、側方拘束板は設けられていない。比較形態２では、図７に示すように、上方拘束板及び側方拘束板のいずれも設けられていない。

比較形態３で用いた側方拘束板２４は、研磨材１４の通過方向Ｔの長さが８０ｍｍの平板である。図８に示すように、比較形態３の側方拘束板２４の上流端２４Ａは、実施形態２の側方拘束板２３の上流端２３Ａよりも上流側に位置する。具体的には、一対の側方拘束板２４の上流端２４Ａは、研磨材１４の通過方向Ｔにおいてワーク１９の回転中心１９Ｒよりも２０ｍｍ上流側の位置に配置され、ワーク１９の上流端１９Ａよりも５ｍｍ下流側に配置されている。平面視において、側方拘束板２４とワーク１９との間隔は、側方拘束板２４の上流端２４Ａよりも２０ｍｍ下流側の位置２４Ｃ（ワーク１９の回転中心１９Ｒと同じ位置）において最小である。側方拘束板２４以外の構成は、実施形態１及び実施形態２と同じである。

比較形態４で用いた側方拘束板２５は、研磨材１４の通過方向Ｔの長さが、上方拘束板２１と同じく１２０ｍｍの平板である。図９に示すように、比較形態４の側方拘束板２５の上流端２５Ａは、比較形態３の側方拘束板２４の上流端２４Ａよりも上流側に位置する。具体的には、一対の側方拘束板２５の上流端２５Ａは、研磨材１４の通過方向Ｔにおいてワーク１９の回転中心１９Ｒよりも６０ｍｍ上流側の位置に配置され、ワーク１９の上流端１９Ａよりも３５ｍｍ上流側に配置されている。平面視において、側方拘束板２５とワーク１９との間隔は、側方拘束板２５の上流端２５Ａよりも６０ｍｍ下流側の位置２５Ｃ（ワーク１９の回転中心１９Ｒと同じ位置）において最小である。側方拘束板２５以外の構成は、実施形態１及び実施形態２と同じである。

研磨時間の経過に伴う面粗度変化幅は、表１に示す通りである。研磨効率評価の表記については、面粗度変化幅が０．１μｍ以上の場合を「◎（良好）」とした。面粗度変化幅が０．１μｍ未満、０．０７μｍ以上の場合は、「〇（やや良好）」とした。面粗度変化幅が０．０７μｍ未満、０．０３μｍ以上の場合は、「△（やや不良）」とした。面粗度変化幅が０．０３μｍ未満の場合は、「×（不良）」とした。

拘束形態が実施形態１の研磨効率の評価は、研磨時間が５分、１０分、１５分、２０分経過した各時点において、いずれも「◎（良好）」であった。実施形態１では、研磨材１４の移動方向において、側方拘束板２２の上流端２２Ａが、ワーク１９の上流端１９Ａよりも下流側の位置に配置され、詳細には、ワーク１９の回転中心１９Ｒ及び重心１９Ｇよりも下流側の位置に配置されている。したがって、ワーク１９の回転中心１９Ｒ及び重心１９Ｇよりも上流側には側方拘束板２２が存在しない。そのため、側方拘束板２２とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４のうち、ワーク１９の上流端１９Ａよりも上流側の領域、及びワーク１９の回転中心１９Ｒ及び重心１９Ｇよりも上流側の領域を移動する研磨材１４の一部は、ワーク１９から遠ざかる方向（径方向Ｒ）へ逃げることができる。

また、ワーク１９（ワーク１９の歯先円が描く軌跡）の平面視形状は、円形であるから、側方拘束板２２とワーク１９の歯先円との間隔は、研磨材１４の通過方向Ｔ（移動方向）における側方拘束板２２の上流端２２Ａにおいて最小である。したがって、側方拘束板２２とワーク１９との間隔が最小となる位置よりも上流側には側方拘束板２２が存在しない。側方拘束板２２とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４のうち、側方拘束板２２とワーク１９との間隔が最小となる位置よりも上流側の領域を移動する研磨材１４の一部は、ワーク１９から遠ざかる方向（径方向）へ逃げることができる。

実施形態１の拘束形態によれば、側方拘束板２２とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４は、隙間の手前で渋滞状態になり難いので、移動速度を低下させることなく隙間内に進入することができる。隙間を通過する過程では、研磨材１４からワーク１９に対して押圧力が付与される。これにより、研磨材１４は、ワーク１９に対して好適な相対移動速度と好適な押圧力を保ちながら接触することができるので、研磨力と研磨効率を向上させることができる。

拘束形態が実施形態２の研磨効率の評価は、研磨時間が５分、１０分、１５分、２０分経過した各時点において、いずれも「○（やや良好）」であった。実施形態２では、研磨材１４の移動方向において、側方拘束板２３の上流端２３Ａが、ワーク１９の回転中心１９Ｒ及び重心１９Ｇと同じ位置（ワーク１９の上流端１９Ａよりも下流側の位置）に配置されているので、ワーク１９の回転中心１９Ｒ及び重心１９Ｇよりも上流側には側方拘束板２３が存在しない。そのため、側方拘束板２３とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４のうち、ワーク１９の回転中心１９Ｒよりも上流側の領域、即ち側方拘束板２３の上流端２３Ａよりも上流側の領域を移動する研磨材１４の一部は、ワーク１９から遠ざかる方向（径方向Ｒ）へ逃げることができる。

また、ワーク１９の平面視形状は円形であるから、側方拘束板２３とワーク１９との間隔は、研磨材１４の通過方向Ｔ（移動方向）における側方拘束板２３の上流端２３Ａにおいて最小である。側方拘束板２３の上流端２３Ａはワーク１９の回転中心１９Ｒと同じ位置であるから、ワーク１９の回転中心１９Ｒよりも上流側には側方拘束板２３が存在しない。側方拘束板２３とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４のうち、ワーク１９の回転中心１９Ｒよりも上流側の領域、即ち側方拘束板２３とワーク１９との間隔が最小となる位置よりも上流側の領域を移動する研磨材１４の一部は、ワーク１９から遠ざかる方向へ逃げることができる。

したがって、実施形態２の拘束形態によれば、実施形態１と同様、側方拘束板２３とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４は、隙間の手前で渋滞状態になり難く、移動速度を低下させることなく隙間内に進入することができるので、研磨効率を向上させることができる。

拘束形態が比較形態１の研磨効率の評価は、研磨時間が５分、１０分、１５分、２０分経過した各時点において、いずれも「△（やや不良）」であった。比較形態１では、ワーク１９に対する研磨材１４の相対移動速度は、実施形態１及び２と概ね同等である。しかし、側方拘束板が存在しないので、研磨材１４がワーク１９の側方を通過する際に、研磨材１４からワーク１９への押圧力が実施形態１及び２に比べて不足している。そのため、研磨効率が実施形態１及び２よりも低くなったと推察される。

拘束形態が比較形態２の研磨効率の評価は、研磨時間が５分、１０分、１５分、２０分経過した各時点において、いずれも「×（不良）」であった。比較形態１に比べると、比較形態２では、上方拘束板２１が存在しない。したがって、研磨材１４からワーク１９の上面及びワーク１９の上流側の外面への押圧力が低く、その分、研磨効率が低下したと推察される。

拘束形態が比較形態３の研磨効率の評価は、研磨時間が５分、１０分、１５分、２０分経過した各時点において、いずれも「×（不良）」であった。比較形態３では、研磨材１４の通過方向Ｔにおいて、側方拘束板２４の上流端２４Ａの位置は、ワーク１９の上流端１９Ａよりも下流側であるが、ワーク１９の回転中心１９Ｒ及び重心１９Ｇよりは上流側である。側方拘束板２４とワーク１９との間隔は、側方拘束板２４の上流端２４Ａよりも下流側の位置２４Ｃ（ワーク１９の回転中心１９Ｒ）において最小であるから、側方拘束板２４とワーク１９との間隔が最小となる位置よりも上流側には、側方拘束板２４の上流側端部が存在する。

一対の側方拘束板２４の上流側端部の間に進入した研磨材１４は、側方拘束板２４とワーク１９との間の最小隙間に向かう過程で、ワーク１９から遠ざかる方向（径方向Ｒ）へ逃げることができない。しかも、一対の側方拘束板２４の上流端２４Ａから、側方拘束板２４とワーク１９の最小隙間に至る研磨材１４の移動経路では、径方向の幅が下流側に向かって次第に狭まっていく。そのため、一対の側方拘束板２４の上流側端部の間では、側方拘束板２４とワーク１９との最小隙間に向かう研磨材１４が渋滞状態となり、移動速度を低下させることになる。そのため、比較形態３では、研磨力と研磨効率が低下したと推察される。

拘束形態が比較形態４の研磨効率の評価は、研磨時間が５分、１０分、１５分、２０分経過した各時点において、いずれも「×（不良）」であった。比較形態４では、研磨材１４の通過方向Ｔにおいて、側方拘束板２５の上流端２５Ａの位置は、ワーク１９の上流端１９Ａよりも上流側である。側方拘束板２５とワーク１９との間隔は、側方拘束板２５の上流端２５Ａよりも下流側の位置２５Ｃ（ワーク１９の回転中心１９Ｒ）において最小であるから、側方拘束板２５とワーク１９との間隔が最小となる位置よりも上流側には、側方拘束板２５が存在する。

一対の側方拘束板２５の間に進入した研磨材１４は、側方拘束板２５とワーク１９との間の最小隙間に向かう過程で、ワーク１９から遠ざかる方向（径方向Ｒ）へ逃げることができない。しかも、側方拘束板２５とワーク１９の最小隙間に至る移動経路の幅は、下流側に向かって次第に狭まっている。そのため、一対の側方拘束板２５の間では、側方拘束板２５とワーク１９との最小隙間に向かう研磨材１４が渋滞状態となり、移動速度を低下させることになる。そのため、比較形態４では、研磨力と研磨効率が低下したと推察される。

本実施例１のバレル研磨装置は、回転可能なバレル槽１０と、研磨材１４と、支持部材１６と、側方拘束板２２、２３とを備えている。研磨材１４は、バレル槽１０に収容されることによって研磨層１５を構成し、バレル槽１０の回転に伴って周方向に移動する。支持部材１６は、ワーク１９を研磨材１４中（研磨層１５中）に浸漬した状態で支持する。支持部材１６は、ワーク１９を回転可能に支持する。側方拘束板２２、２３は、ワーク１９に対しバレル槽１０の径方向Ｒに間隔を空けて並ぶように配置されている。

実施例１の実施形態１及び２の拘束形態は、次の２つの技術的特徴を有する。１つ目の特徴は、研磨材１４の通過方向Ｔにおいて、側方拘束板２２、２３の上流端２２Ａ、２３Ａは、ワーク１９の回転中心１９Ｒ又はワーク１９の重心１９Ｇと同じ位置か、回転中心１９Ｒ又は重心１９Ｇよりも下流側の位置に配置されていることである。換言すると、ワーク１９の回転中心１９Ｒ又は重心１９Ｇよりも上流側には側方拘束板２２、２３が存在しない、ということである。この配置形態によれば、側方拘束板２２、２３とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４のうち、ワーク１９の回転中心１９Ｒ又は重心１９Ｇよりも上流側の領域を移動する研磨材１４の一部は、ワーク１９から遠ざかる方向へ逃げることができる。

ワーク１９（ワーク１９の歯先円が描く軌跡）の平面視形状は円形であるから、研磨材１４の通過方向Ｔにおけるワーク１９の回転中心１９Ｒ及び重心１９Ｇの位置は、ワーク１９のうち、研磨材１４の通過方向Ｔと直交する径方向の幅寸法が最大になる部位と同じ位置である。したがって、１つ目の特徴は、ワーク１９の最大幅寸法部位よりも上流側には側方拘束板２２、２３が存在しないので、側方拘束板２２、２３とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４のうち、ワーク１９の最大幅寸法部位よりも上流側の領域を移動する研磨材１４の一部は、ワーク１９から遠ざかる方向へ逃げることができる、と言い換えることができる。

２つ目の特徴は、側方拘束板２２、２３とワーク１９の歯先円との間隔は、研磨材１４の移動方向における側方拘束板２２、２３の上流端２２Ａ、２３Ａにおいて最小なので、側方拘束板２２、２３とワーク１９との間隔が最小となる位置よりも上流側には側方拘束板２２、２３が存在しない、ということである。側方拘束板２２、２３とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４のうち、側方拘束板２２、２３とワーク１９との間隔が最小となる位置よりも上流側の領域を移動する研磨材１４の一部は、ワーク１９から遠ざかる方向へ逃げることができる。

上記２つの各技術的特徴によれば、側方拘束板２２、２３とワーク１９との隙間に向かう研磨材１４が渋滞状態になり難いので、ワーク１９に接触する研磨材１４の移動速度の低下が抑制される。したがって、本実施例１の実施形態１及び実施形態２を適用したバレル研磨装置によれば、研磨力と研磨効率を向上させることができる。

また、ワーク１９は、平面視において、バレル槽１０の回転軸１３から外れた領域のみに配置されている。一対の側方拘束板２２、２３は、ワーク１９に対して回転軸１３に近い内周側の位置と、ワーク１９に対して回転軸１３から遠い位置（周壁部１２に近い位置）とに配置されている。この構成によれば、一対の側方拘束板２２、２３によって、ワーク１９を効率的に研磨することができる。

また、バレル研磨装置は、研磨材１４中（研磨層１５中）に浸漬された状態で、ワーク１９を上方から覆う上方拘束板２１を備えている。ワーク１９が研磨層１５における上層領域に配置されている場合でも、上方拘束板２１によって、研磨材１４をワーク１９の上面に対して押圧することができるので、研磨力を増大させることができる。また、研磨材１４の移動方向において、上方拘束板２１の上流端は側方拘束板２２、２３の上流端２２Ａ、２３Ａよりも上流側に位置しているので、ワーク１９の上面に対する研磨を良好に行うことができる。更に、ワーク１９と側方拘束板２２，２３との間では、上方拘束板２１によって研磨材１４が上方へ逃げられないようになっているので、ワーク１９の外周面（側面）に対する研磨も良好に行うことができる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
・側方拘束板は、ワークに対して回転軸から遠い外周側のみに配置してもよく、ワークに対して回転軸に近い内周側のみに配置してもよい。この場合、側方拘束板が配置されていない側に、補助板を配置してもよい。補助板の上流端は、ワークの上流端よりも上流側の位置や、ワークの回転中心又は重心よりも上流側の位置に配置してもよい。補助板とワークとの間隔が、補助板における上流端とは異なる位置で最小となっていてもよい。
・一対の側方拘束板の上流端は、研磨材の通過方向において、互いに異なる位置に配置されていてもよい。
・一対の側方拘束板の下流端は、研磨材の通過方向において、互いに異なる位置に配置されていてもよい。
・平面視において、一対の平板状をなす側方拘束板の配置は、互いに平行な位置関係に限らず、上流端同士の間隔が下流端同士の間隔よりも広い位置関係や、上流端の間隔が下流端の間隔よりも狭い位置関係でもよい。
・平板状の側方拘束板は、平面視において、研磨材の通過方向に対して斜めに配置してもよい。
・一対の側方拘束板の上端は、異なる高さに配置してもよい。
・一対の側方拘束板の下端は、異なる高さに配置してもよい。
・側方拘束板の平面視形状は、直線形状に限らず、鈍角状に屈曲した形状でもよく、バレル槽と同心の円弧形でもよい。
・研磨材の通過方向と平行に視た通過方向視において、側方拘束板は、バレル槽の回転軸に対して傾斜した向きであってもよい。
・側方拘束板の下端の高さは、ワークの下面より高い位置でもよく、ワークの下面よりも低い位置でもよい。

・上方拘束板の上流端は、ワークの上流端よりも下流側の位置や、ワークの回転中心又は重心よりも下流側の位置に配置してもよい。
・上方拘束板の上流端は、研磨材の通過方向において、側方拘束板の上流端と同じ位置に配置してもよく、側方拘束板の上流端よりも下流側の位置に配置してもよい。
・上方拘束板の下流端と側方拘束板の下流端は、研磨材の通過方向において、互いに異なる位置に配置してもよい。
・上方拘束板は、バレル槽の回転軸と直角な向きに限らず、回転軸に対して斜めの向きに配置してもよい。
・上方拘束板を設けない構成としてもよい。

・平面視において、ワークの回転中心の位置とワークの重心の位置は、異なっていてもよい。
・バレル槽の回転軸は、鉛直方向に対して傾斜した向きであってもよい。
・ワークは、バレル槽の回転軸に対して斜め方向の軸回りに回転してもよい。
・平面視において、ワーク（支持部材）の回転中心を、バレル槽の回転軸と同心状に配置してもよい。
・研磨時におけるワークの回転は、正逆いずれか一方向のみに連続的に回転する形態、正逆いずれか一方向のみに間欠的に回転する形態、正方向への連続回転と逆方向への連続回転を交互に繰り返す形態、正方向への間欠回転と逆方向への間欠回転を交互に繰り返す形態としてもよい。
・ワークは、回転させずに静止した状態で研磨してもよい。
・ワークの平面視形状は、円形以外の形状（楕円形、長円形、方形等）でもよい。
・上記実施例１ではバレル槽内に水やコンパウンドを投入したが、水やコンパウンドは投入しなくても良い。

１０…バレル槽
１３…回転軸
１４…研磨材
１６…支持部材
１９…ワーク
１９Ａ…ワークの上流端
１９Ｇ…ワークの重心
１９Ｒ…ワークの回転中心
２１…上方拘束板
２２…側方拘束板
２２Ａ…側方拘束板の上流端
２３…側方拘束板
２３Ａ…側方拘束板の上流端

Claims (5)

1. 上下方向の回転軸を中心として回転可能なバレル槽と、
   前記バレル槽に収容され、前記バレル槽の回転に伴って周方向に移動する研磨材と、
   前記回転軸と平行な支持軸を有する支持部材と、
   前記支持軸の軸心に対し前記バレル槽の径方向に間隔を空けて並ぶように配置された側方拘束板とを備え、
   前記支持部材は、前記支持軸の下端部に固着したワークを前記研磨材中に浸漬した状態で回転可能に支持し、
   前記研磨材の移動方向において、前記側方拘束板の上流端が、前記支持軸の軸心と同じ位置か、前記支持軸の軸心よりも下流側の位置に配置されているバレル研磨装置。
2. 上下方向の回転軸を中心として回転可能なバレル槽と、
   前記バレル槽に収容され、前記バレル槽の回転に伴って周方向に移動する研磨材と、
   前記回転軸と平行な支持軸を有する支持部材と、
   前記支持軸の軸心に対し前記バレル槽の径方向に間隔を空けて並ぶように配置された側方拘束板とを備え、
   前記支持部材は、前記支持軸の下端部に固着したワークを前記研磨材中に浸漬した状態で回転可能に支持し、
   平面視において、前記側方拘束板と前記支持軸の軸心との間隔が、前記研磨材の移動方向における前記側方拘束板の上流端において最小であるバレル研磨装置。
3. 前記支持軸は、平面視において、前記ワークを前記バレル槽の回転軸から外れた領域のみに配置し、
   一対の前記側方拘束板が、前記支持軸に対して前記回転軸に近い位置と、前記支持軸に対して前記回転軸から遠い位置とに配置されている請求項１又は請求項２に記載のバレル研磨装置。
4. 前記研磨材中に浸漬され、前記ワークを上方から覆う上方拘束板を備えている請求項１又は請求項２に記載のバレル研磨装置。
5. 前記研磨材の移動方向において、前記上方拘束板の上流端が前記側方拘束板の上流端よりも上流側に位置している請求項４に記載のバレル研磨装置。