JPH09150364A - セラミックス製円柱部品の表面仕上げ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨面に実質的に加工傷を付けず、効率良く
セラミックス製部品の表面を平滑かつ均一に仕上げる方
法を提供する。 【解決手段】 セラミックス製円柱部品９をリテーナー
板４で回転自在に保持し、前記セラミックス製円柱部品
の円柱面をそれぞれ上パッド６及び下パッド７で挟持し
て、前記セラミックスに対してメカノケミカル効果を有
する砥粒を両パッド間に供給し、前記上下パッドの少な
くとも一方にパッド面に平行な高速の円周方向振動を与
えて、前記セラミックス製円柱部品を回転させながらそ
の円柱面全体を均一にメカノケミカルポリッシングする
表面仕上げ方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス製円柱
部品の表面仕上げ方法に関し、特に小径のセラミックス
製円柱部品の円柱面をメカノケミカルポリッシングによ
り仕上げる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】小型モ
ーター等の回転軸、その他の摺動部材として、セラミッ
クス製円柱部品が用いられるようになってきた。このよ
うな摺動部材用のセラミックス製部品には高い表面滑ら
かさが要求される。

【０００３】従来からセラミックス製部品の研磨方法と
して、ラッピング法、ポリッシング法、超仕上げ装置を
使用した方法、センターレス研削盤での電解インプロセ
スドレッシング法等が用いられている。しかし、ラッピ
ング装置を用いた方法では加工面に傷が残るだけでな
く、小型のセラミックス製円柱部品では加工能率が著し
く低いという問題がある。同様にポリッシング法でも加
工能率が低い。また超仕上げ法及びセンターレス研削盤
を用いる方法では、最適な加工条件を設定するのが困難
である。さらに砥粒にダイヤモンドを使用するため、加
工コストが高いという欠点がある。

【０００４】これらの問題を解決するために、種々の試
みが提案されている。例えば、特開昭63-57165号は、被
研磨物体を保持するキャリアと、前記キャリアを上下か
ら挟む一対の研磨盤からなる研磨機を用い、両研磨盤を
互いに逆方向に直線往復運動させて、被研磨物体を研磨
する方法を開示している。しかし、この方法では被研磨
物体に研磨方向の傷が付きやすいという問題がある。

【０００５】従って、本発明の目的は、研磨面に実質的
に加工傷を付けず、効率良くセラミックス製部品の表面
を平滑かつ均一に仕上げる方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者等は、高速な円周方向振動をセラミッ
クス製部品を挟持するパッドに与え、円柱部品のセラミ
ックスに対してメカノケミカル効果を有する砥粒を用い
てポリッシングを行えば、円柱部品の表面を非常に平滑
にすることができるとともに、円柱部品の回転により円
柱面全体を均一にポリッシングできることを発見し、本
発明に想到した。

【０００７】すなわち、本発明のセラミックス製部品の
表面仕上げ方法は、セラミックス製円柱部品をリテーナ
ー板で回転自在に保持し、セラミックス製円柱部品の円
柱面をそれぞれ上パッド及び下パッドで挟持して、セラ
ミックスに対してメカノケミカル効果を有する砥粒を両
パッド間に供給し、上下パッドの少なくとも一方にパッ
ド面に平行な高速の円周方向振動を与えて、セラミック
ス製円柱部品を回転させながらその円柱面全体を均一に
メカノケミカルポリッシングすることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明を図１〜図２を参照し
て詳細に説明する。 [1] 表面仕上げ装置の全体構成 本発明で用いる表面仕上げ装置（研磨装置）の一例を図
１に示す。研磨装置１は上プレート２及び下プレート３
を有する。上プレート２には、ゴム製支柱10を介して回
転振動装置５が連結されており、回転振動装置５の下面
に上パッド６が固着されている。また下プレート３の上
面には下パッド７が固着されているとともに、四隅にガ
イドポスト８が固着されている。ガイドポスト８はリテ
ーナー板４の四隅の穴を貫通して、リテーナー板４が移
動しないように保持するとともに、上プレート２とも係
合する。

【０００９】図２に示すように、リテーナー板４はセラ
ミックス製円柱部品９の輪郭より僅かに大きな複数の開
口部４ａを有し、各開口部４ａにより円柱部品９は回転
自在に保持される。リテーナー板４の開口部４ａの位置
及び個数は任意で良いが、効率化のためにできるだけ多
くの開口部４ａを設けるのが好ましい。

【００１０】回転振動装置５自身は公知の構造のもので
良く、例えば圧縮空気の動力により駆動される構造のも
のを利用することができる。この場合、回転振動装置５
の圧縮空気用入り口11には、圧縮空気源（図示せず）に
連通する導管12が接続されており、圧縮空気流により偏
心運動をするので、回転振動装置５は水平面内で円周方
向振動をする。ここで円周方向振動とは、回転振動装置
５が常に同一方向を向いたまま小さな円周に沿って振動
することを言う。これにより、図３に示すように、回転
振動装置５の下面に固着された上パッド６のいかなる点
も全く同じ小さな円周方向振動をすることになる。なお
回転振動装置５に設けられた出口（図示せず）から圧縮
空気は排出される。

【００１１】回転振動装置５に固着された上パッド６
と、下プレート３に固着された下パッド７とは、円柱部
品９に所定の圧力で密着するように配置される。両パッ
ド６、７の材料として、フェルト、ＰＥＴフィルム、布
等の研磨フィルム、ステンレス、ゴム、プラスチック
等、又はこれらを組み合わせたものが挙げられる。

【００１２】なお上記の構成例の他に、例えば上プレー
ト２を固定し、下プレート４に回転振動装置５を取り付
け、下パッド７を回転振動させても、同じ効果が得られ
る。

【００１３】[2] 砥粒 本発明で用いる砥粒はセラミックス製円柱部品９に対し
てメカノケミカル効果を有するものである。メカノケミ
カル効果とは、被加工物であるセラミックス製円柱部品
９に砥粒が接触したときに、機械的エネルギーにより一
種の化学反応が起こり、ポリッシング作用が増進するこ
とを言う。従って、本発明ではセラミックス製円柱部品
の表面仕上げを、メカノケミカルポリッシングにより行
うことが特徴である。

【００１４】メカノケミカル効果を発揮するために、セ
ラミックス製円柱部品９の材質に応じて砥粒成分を選定
しなければならない。セラミックス製円柱部品９の材質
として、窒化珪素、アルミナ、炭化珪素等が挙げられ
る。例えば、セラミックス製円柱部品９が窒化珪素から
なる場合、砥粒材としてＣｒ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ₂ 、ＴｉＯ
₂ 、ＣｅＯ₂ 及びＡｌ₂ Ｏ₃ からなる群から選ばれた少
なくとも一種の無機粉末を選定する。またセラミックス
製円柱部品９がアルミナからなる場合、砥粒材としてＳ
ｉＯ₂ 、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、Ｆｅ₃ Ｏ₄ 及びＭｇＯからなる群
から選ばれた少なくとも一種の無機粉末を選定する。な
お、砥粒の平均粒径は0.1 〜数μｍであるのが好まし
い。

【００１５】砥粒は溶媒に懸濁して用いる。溶媒として
水、アルコール、オイル等、又はこれらる混合物を用い
る。砥粒と溶媒との重量比は１：２〜１：10とするのが
好ましい。

【００１６】[3] 円柱部品の表面仕上げ方法 本発明の表面仕上げ方法は特に小型のセラミックス製円
柱部品９に対して有効であり、直径約10mmまでのセラミ
ックス製円柱部品９に対して有効に適用できる。また、
セラミックス製円柱部品９は普通中実であるが、中空の
セラミックス製円柱部品、すなわち中空円筒状の部品で
も無論加工することができる。

【００１７】まず、図１に示す構造に研磨装置を組み立
て、複数のセラミックス製円柱部品９をリテーナー板４
の開口部４ａにセットする。なお必要に応じ、円柱部品
９に研削等の前処理を施しておいても良い。上パッド６
を円柱部品９に接触させ、必要に応じて上プレート２上
にウエイトを乗せて、円柱部品９ヘの荷重を所定のレベ
ルに設定する。

【００１８】次に、両パッド６、７間に砥粒懸濁液を供
給する。砥粒懸濁液の供給方法は限定されないが、スプ
レー法、流下法等が好ましい。また円柱部品９を砥粒懸
濁液に浸漬してもよい。

【００１９】回転振動装置５の回転振動数は10,000回／
分以上であるのが好ましい。回転振動数が10,000回／分
未満であると、研磨効率が低下する。より好ましい回転
振動数は15,000〜20,000回／分である。加工時間は円柱
部品９の形状及び材質並びに砥粒の種類にもよるが、一
般には５〜20分程度であれば良い。

【００２０】以上具体例を挙げて本発明のセラミックス
製円柱部品の表面仕上げ方法を説明したが、本発明はこ
れに限定されず、本発明の範囲内で種々の変更を加える
ことができる。

【００２１】

【作 用】本発明では、セラミックス製円柱部品に対し
てメカノケミカル効果を有する砥粒を用いるとともに、
非常に高速に微小な回転振動をパッドに与えることによ
り、セラミックス製円柱部品を自然に回転させながらメ
カノケミカルポリッシングを行う。そのため、セラミッ
クス製円柱部品の円柱面は非常に平滑かつ均一にポリッ
シングされる。さらに、回転振動装置によりパッド面と
同じ面内（水平面内）で小さな円周を描くようにパッド
が動くため、円柱表面の研磨方向が常に変化し、直線方
向に研磨したときに見られる大きな傷ができにくい。

【００２２】

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明する。実施例１ セラミックス製円柱部品として、センターレス研削で前
処理した「ころ」の形状の窒化珪素製部品（直径６mm×
長さ６mm）を用い、以下の手順で表面仕上げ処理を行っ
た。

【００２３】まず、図１に示す研磨装置のリテーナー板
４の各開口部４ａに円柱部品９を配置した。１回の加工
に投入した円柱部品９は４個であった。研磨装置中の回
転振動装置５はフリーサンダーFS-50A型（日東工器
（株）製）であった。上パッド６は研磨用フェルトハー
ド（シニター（株）製）であり、下パッド７はステンレ
ス板であった。セラミックス製円柱部品９にかけた総荷
重は10Kgf であった。

【００２４】砥粒懸濁液としてＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子（平均粒
径0.4 μｍ）と水道水とを１：２の重量比で混合したも
のを両パッド６、７間に注入した。フリーサンダー装置
５の回転振動数を15,000回／分とし、振幅（回転振動の
直径）を約１mmとして、20分間メカノケミカルポリッシ
ングを行った。

【００２５】加工前後の円柱部品の表面粗さを、触針式
表面粗さ計（ペルテン（株）製）で測定した。結果を表
１に示す。

【００２６】実施例２ セラミックス製円柱部品として、研削前処理した「ニー
ドル」の形状の窒化珪素製部品（直径3.5 mm×長さ11m
m）を用い、以下の手順で表面仕上げ処理を行った。ま
ず、図１に示す研磨装置のリテーナー板４の各開口部４
ａに円柱部品９を配置した。１回の加工に投入した円柱
部品９は５個であった。また研磨装置中の回転振動装置
５はフリーサンダーFS-50A型（日東工器（株）製）であ
った。上パッド６はゴム板と研磨用フェルトハードとを
張り合わせたものであり、下パッド７はゴム板と研磨用
ＰＥＴフィルムとを張り合わせたものであった。円柱部
品９にかけた総荷重は10Kgf であった。

【００２７】実施例１と同じ砥粒懸濁液（Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒
子／水道水の重量比＝１：２）を用い、フリーサンダー
装置の回転振動数を15,000回／分とし、振幅を約１mmと
して、15分間ポリッシングした。

【００２８】加工前後の円柱部品９に対して、実施例１
と同じ方法で表面粗さ測定を行った。結果を表１に示
す。

【００２９】表１例 加工前 加工後 実施例１ 0.9 〜1.0 0.4〜0.5 実施例２ 0.25〜0.27 0.13〜0.16 （注） 単位：μｍ

【００３０】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の表面仕上げ
方法によれば、セラミックス製円柱部品を非常に平滑か
つ均一にメカノケミカルポリッシングすることができる
とともに、リテーナー板の開口部内で回転するセラミッ
クス製円柱部品にかかる円周方向振動が均一であるの
で、各円柱部品間に研磨のバラツキがない。また円周方
向振動は非常に小さな回転振動であるので、リテーナー
板の開口部内でのセラミックス製円柱部品の回転が確実
であるのみならず、研磨方向が常に変化するために円柱
部品の研磨面に傷が付きにくく、安定した品質の円柱部
品を効率良く製造することができる。このような本発明
の方法は、各種セラミックスの円柱部品の表面仕上げに
用いるのに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる表面仕上げ装置の一例を示す概
略側面図である。

【図２】図１の表面仕上げ装置をリテーナー板の上から
見た概略平面図である。

【図３】図１の表面仕上げ装置の上パッドがどの位置に
おいても同じ回転振動を行うことを示す概略図である。

【図４】図２のリテーナー板の開口部にセラミックス製
円柱部品を配置した状態を示す概略平面図である。

【符号の説明】

１・・・表面仕上げ装置 ２・・・上プレート ３・・・下プレート ４・・・リテーナー板 ４ａ・・開口部 ５・・・回転振動装置 ６・・・上パッド ７・・・下パッド ８・・・ガイドポスト ９・・・セラミックス製円柱部品

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス製円柱部品の表面仕上げ方
   法において、前記セラミックス製円柱部品をリテーナー
   板で回転自在に保持し、前記セラミックス製円柱部品の
   円柱面をそれぞれ上パッド及び下パッドで挟持して、前
   記セラミックスに対してメカノケミカル効果を有する砥
   粒を両パッド間に供給し、前記上下パッドの少なくとも
   一方にパッド面に平行な高速の円周方向振動を与えて、
   前記セラミックス製円柱部品を回転させながらその円柱
   面全体を均一にメカノケミカルポリッシングすることを
   特徴とする方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のセラミックス製円柱部
   品の表面仕上げ方法において、前記円周方向振動を10,0
   00回／分以上の振動数で行うことを特徴とする方法。