JPS5997838A

JPS5997838A - バレル研磨装置

Info

Publication number: JPS5997838A
Application number: JP20524182A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hideyoshi; 秀吉　弘章
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-22
Filing date: 1982-11-22
Publication date: 1984-06-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は紡錘円盤状をなす発振用水晶など対称な加工曲
面を有する製品を研磨によって容易に成形することので
きるバレル研磨装置に関するものである。

従来、物品の表面を自動的に研磨する装置として種々な
構造のものが開発されているが、例えば、特公昭４５−
３４３６０号公報に開示されているバレル型の研磨装置
が知られている。この研磨装置ハ、ロータリードラムの
外周部に複数個のシリンダー受を上記ロータリードラム
の回転軸に平行に軸支して、これら各シリンダー受にこ
のシリンダー受の軸に対してほぼ対称的に複数個の中空
円柱状のシリンダーを取りつけ、これら各シリンダーに
研磨材と被研磨体とを収容し、上記ロータリードラムを
モータに連結するとともに上記各シリンダー受を固定部
に連結することにより、上記四−タリードラムの公転に
伴ない各シリンダー受に取りつけた複数個のシリンダー
が一体として自転運動を行なうように構成したものであ
り、上記各シリンターの中心軸は上記ロータリードラム
の回転軸と平行となっており、上記各シリンダー受と固
定部の連結は、歯車同志の噛み合いにより行なうように
なっており、また、ロータリードラムの回転は速続運転
されるようになっている。

ところで、上記従来の研磨装置は、単に物品の表面を磨
きあげるだけの用途にはたいへん有用なものであるが、
例えば、紡錘円盤状をなす発振用水晶のように所定形状
（対称的な加工曲面を持つ形状）に被研磨体を研磨しな
ければならない場合には適用できない。

その理由な上記発振用水晶を例にとって説明する。まず
発振用水晶は第１図（ａ）に示すように薄肉円盤状（硬
貨状）に切り出された水晶単結晶片１を研磨にかけ、第
１図υ）に示すように、その底面ｊｌＬｘｆ１：Ｉの中
心部（Ａ、Ｂ面）を残して、外周部を一定の曲率で削り
取り、図に示すような紡錘円盤状の水晶（発振用水晶）
１１にしたものである。

このように一定の曲率で上下底面ｉａ、ｉｂを一部（図
のＡ、Ｂ面）？ｉ−残して研磨するためには、その一定
の曲率を持つ研磨面に上記水晶単結晶１の上下底面１ａ
ｓｌｂを同じ時間摩擦させるようにしなけねばならない
。

ところが上記研磨装置では、ロータリードラムの回転に
よる遠心力により各シリンダー内の研磨材および被研磨
体は、ロータリードラムの半径方向外方に向かう力を受
けてロータリードラムの外方に位置する各シリンダー内
壁に常に押しつけられるようになっている。このため、
被研磨体と研磨材とは遠心力による大きな力で互いに圧
接するが、同時にシリンダードラノ・の回転と逆方向に
自転するから、シリンダー内壁に対し流動することにな
り、かつシリンダー内壁には隆起条を持つゴムまたは合
Ｊｖ、樹脂層が設けらねているので、この流動に伴なっ
て研磨材と被研磨体が激しく撹乱されることになる。こ
のようにして大きな圧力で豆いにＦＥ接している研磨材
と被研磨体とが互いに摺動して研磨が行なわれることに
なるが、この時の研磨は、上記した流動撹乱によって被
研磨体のあらゆる面がほぼ均等に研磨されることになる
。また、被研磨体が偏平形状のものの場合、研磨材との
摺動が強く行なわれる部分はシリンダー内壁に直接接す
る研磨材とその上にある被研磨体との間であり、この時
の偏平形状の被研磨体が反転する確率もたいへん少ない
。そのため、偏平形状の被研磨体は、その上下各底面の
一方が特に余計に研磨されることになるし、また、その
研磨も所定の曲率な持って行ない得ない。従って、この
研磨装置では、上記水晶単結晶片１を紡錘円盤状に研磨
成形することができない訳である。

本発明者は、紡錘円盤状をなす発振用水晶など偏平で、
対称な加工曲面を有する製品を研磨により容易に成形す
ることのできるバレル研磨装置を開発するために鋭意実
験検討を重ねた結果、以下の諸点が判明した。

（ｉ）　　シリンダーの内表面にはゴムまたは合成樹脂
層を設けず、内表面を比較的すべりの良い状態にしてお
くとともに、このシリンダーの全内表面を成形すべき製
品の加工曲面とほぼ同じ曲率に成形し、このシリンダー
内に所定量（シリンダー内容積に対し０．０２５％程度
）の研磨材を入れて、ロータリードラムを回転すると、
シリンダー内の研磨材は、遠心力によりシリンダー内壁
に圧接され、均一な厚みの研磨材層が形成される。その
結果、シリンダー内壁に曲率がシリンダー内壁の曲率と
ほぼ同じ、すなわち、加工製品の持つ曲面の曲率とほぼ
同じ研磨材層が形成され、これに偏平な被研磨体を摺動
させれば、この被研磨体の一方の底面に所要曲率の曲面
が形成される。

にｉ）　　シリンダーを四−タリードラムの回転軸に対
し所定角摩（５°〜２５°望ましくは７０〜１５°）傾
斜させ、回転させると、シリンダー中の研磨材と被研磨
体とが摺動しながら、シリンダーの一方の端部と他方の
端部間をシリンダーの内周面に沿って連続的に８の字を
描くように流動するため、研磨効率がより一層高まる。

さらに、上記シリンダーの構造上、従来のようにシリン
ダーの内側端部に被研磨体が衝突することがないので、
被研磨体が破損しやすい場合でも、この被研磨体？破損
させることがなく、破損による不良率が著しく低下され
る。

（ｉｉｉ）　　モータを所定運転時間および停止時間で
間歇運転させると、モータの停止時、つまりロータリー
ドラムの回転が停止した時にシリンダー中の被研磨体は
遠心力から解放され、反転することになるので、上記間
歇運転を所定時間継続すれば、上記偏平な被研磨体の両
被研磨面が研磨される割合をほぼ半々にすることができ
る。本発明はこれ・らの知見に基づいてなされたもので
ある。

すなわち、本発明に係る研磨装置は、従来の研磨装置に
おいて、シリンダー受の中心軸がその回転軸に対して所
定角度傾斜するようにし、このシリンダー受に取りつけ
るシリンダーをその全内周面が被研磨体の所要加工曲面
の曲率とほぼ同一曲率となるように形成し、四−タリー
ドラムを回転する駆動装置（モータ）に間歇運転を指令
する間歇運転制御装置を取りつけたものである。

以下、本発明を図面を参照して説明する。第２図および
第３図は本発明の一実施例を示すもので、図中符号１は
一ヶ′−−−スト本体を示すものである。このケース本
体１の中央部には枢軸２が軸受３および４を介して取り
つけられている。この枢軸２の中央にはボビン状のロー
タリードラム５が回転自在に取り付けられている。

このロータリードラム５は、円筒状の回転軸６と、この
回転軸６の両端に取りつけられているベアリングユニッ
ト７および８と、ベアリングユニット７に上記回転軸６
がその回転中心となるように固定されているフライホイ
ール９と、ベアリングユニット８に上記回転軸６がその
回転中心となるように固定されている円板１０とから構
成されている。上記フライホイール９は上記ケース本体
１の底部に固定されたモータ（回転駆動装置）１１と■
ベルト１２を介して連結されており、従って、上記ロー
タリードラム５はモータ１１の駆動により回転するよう
になっている。

また、上記軸受３とベアリングユニット７との間には、
その外周面上に４つのＶ溝を有するプーリー１３とこの
プーリー１３に連結固定されているブレーキドラム１４
とからなる多重プーリー（シリンダー受回転用固定部材
）１５が回転自在に取りつけられている。この多重プー
リー１５は、上記ケース本体１に固定されている門型支
持板１６に軸支され上記ブレーキドラム１４に外嵌され
ている馬蹄型ブレーキシュー１７により上記ケース本体
１に固定状態とされるようになっている。この馬蹄型ブ
レーキシュー１７の締めつけ操作は、第２図に示すよう
に、この馬蹄型ブレーキシュー１７に取りつけられたク
ラッチシャフト１８および六角ナツト１９ａｓ１９ｂと
、クラッチシャフト１Ｂの端部に固定され、ケース本体
１の側部に支持されているクラッチハンドル２０によっ
て行なわれるようになっている。

また、第３図に示すように、前記ロータリードラム５の
７ライホイール９と円板１０との間の外周部には複数個
のシリンダー受２１・・・が回転自在に取り付けられて
いる。これらシリンダー受２１・・・は各々上記ロータ
リードラム５の回転軸６に対して対称となる位置に取り
つけられており、それらの回転軸２１ａ・・・は上記回
転軸６に平行となっている。各回転軸２１＆・・・の７
ライホイール９側の端部は外方へ突出しており、それら
の先端にはそれぞれＶベルト用プーリー（以下、■プー
リーと称す）２１ｂ・・・が取りつけられている。各■
プーリー２１ｂ・・・と前記プーリー１３とはＶベルト
（伝動部材）２２・・・によって連結されている。従っ
て、モータ１１を駆動させてロータリードラム５を回転
させ、馬蹄型ブレーキシュー１７を締めて多重プーリー
１５を固定状態にすれば、各シリンダー受２１・・・は
上記ロータリードラム５の回転方向と逆方向へ回転する
ことになる。つまり、各シリンダー受２１・・・は四−
タリードラム５の回転とともに、いわば公転しつつ四−
タリードラム５の回転方向と逆回りに自転する訳である
。この時、各シリンダー受２１・・・のＶプーリー２１
ｂの径と、多重プーリー１５のプーリー１３の径を同寸
法にすれば、ロータリードラム５の１回転（公転）に対
し、各シリンダー受２１・・・は１回自転することにな
る。従って、１回の公転に対し、各シリンダー受２１・
・・を多数回自転させたい時は、プーリー１３の径に対
し）ｒプーリー２１１＋の径を大巾に小さくすればよい
ことになる。

上記各シリンダー受２１・・・け、第３図に示すように
、はぼ円筒状に形成されており、それらの仮想中心軸２
１０・・・がそれらの回転軸２１ａに対し所定角度（５
°〜２５°望ましくは７°〜１５°）傾斜するように取
りつけられている。

上記のように構成されているシリンダー受２１・・・に
は、第３図に示すように、１つまたは複数の研磨シリン
ダー（以下、シリンダーと略称する）２３・・・が収容
固定されるようになっている。このシリンダー２３のシ
リンダー受２１に対する取りつけ位置は、シリンダー受
２１σ）中心軸２１ｃにシリンダー２３の中心軸が一致
または平行となる（１１）ようになっている。

上記シリンダー２３は、耐摩耗性が高く、比軸的すべり
性のよい金属材から形成され、第４１ｆｉｒａ）（ｂ）
（ｃ）に示すように、シリンダ一本体２４と、蓋体２５
とから構成されている。上記シリンダ一本体２４は、被
研磨体の所要加工曲面の曲率とほぼ同じ曲率の内周面を
有する筒体２４ａと、この筒体２４ａの一方の開０部に
この開り部を塞ぐように一体に取りつけられ上記筒体２
４ａの内周面の曲率と同じ曲率の内周面を有する半球状
の底体（シリンダーの端部に相当する）２４ｂとから構
成されている。このシリンダ一本体２４の開口端外周上
には、いんろう嵌めそい用の嵌合面２４ｃが形成されて
おり、その外周上には取手２４ａが固定されている。上
記蓋体２５はリング状の連結枠２５ａとこの連結枠２５
ａに一体に連結六れ上記筒体２４ａの内周面と同じ曲率
の内周面を有する半球状の底体２５ｂとから構成されて
いる。この蓋体２５の開口端内周面、つまり上記連結枠
２５ａの内周面には、上記嵌合面２４ｏに嵌合するいん
ろ（１２）う嵌め合い用の嵌合面２５ｃが形成されている。

従って、いんろう嵌め合い後の上記シリンダ一本体２４
と蓋体２５とを第一４図（ｄ）（ｅ）に示すパチン錠（
商品名）Ｐなどの固定金具で連結固定すれ！玉上記シリ
ンダー２３中に物品を入れ、その全内周面に沿ってどの
ように移動させても、常に同一曲率の曲面に当接するこ
とになる。

また、第３図に示すように、前記モータ１１にはこのモ
ータ１１に所定時間の回転と停止を繰り返えさせる間歇
運転制御装置２６が接続されている。この間歇運転制御
装置２６は、変速袋Ｎ２７と間歇周期設定装置２８と、
総運転時間設定装置２９とから構成されている。

上記変速装置２７はモータ１１を低速回転から高速回転
まで無段変速させる装置で、モータ１１の停止始動時に
変速をスムースに行なわせるとともに、停止時にすみや
かに停止状態にしてモータ１１により回転されているロ
ータリードラム５が惰性で余計な回転をしないようにす
るためのものである。

（１３）上記間歇周期設定装置２８は、間歇運転時間と各間歇運
転時間の間の停止時間を設定するための装着であり、運
転サブタイマーとこねと連動する停止タイマーとから構
成されている。

上記総運転時間設定装置２９は、上記間歇周期設定装置
２８によって設定色た間歇運転と停止の動作を繰り返え
させる時間を設定するためのもので、自動タイマーによ
り構成されている。

上記構成において、モータ（回転駆動装置）１１と間歇
運転制御装置２６とは間歇運転駆動装置３０を構成して
いる。

また、前記ロータリードラム５には、第１図に示すよう
に、ブレーキ装置３１が設けられている。

このブレーキ装置３１は、制動時、前記円板１０の外周
面に圧接するブレーキシュー３１ａと、このブレーキシ
ュー３１ａを変位させるブレーキレバー３１ｂ１ブレー
キシヤフト３１Ｃ１ブレーキハンドル３１ｄとから構成
、されている。

次に上記構成の研磨装着の使用方法および作用を説明す
る。

（１４）まず、ブレーキハンドル３１（Ｌを回して、ブレーキを
ゆるめ、ロータリードラム５を手で回転させてシリンダ
ー受２１の位置を作業し易い位置にもってきて、ブレー
キハンドル３１ｄを逆に回してブレーキをかけ、ロータ
リードラム５を固定する。次にクラッチハンドル２０を
回して馬蹄型ブレーキシュー１７をゆるめ、シ１１ン々
゛−受２１から内部のシリンダー２３を取り出しやすい
位置にして再び固定する。そして、シリンダー受２１の
シリンダー固定治具をゆるめ、内部のシリンダー２３を
取り出す。取り出したシリンダー２３の蓋体２５をはず
し、シリンダ一本体２４内に適量の研磨材と被研磨体を
投入し、再び蓋体２５を取りつけ、このシリンダー２３
をシリンダー受２４内に確実に固定する。

上記の操作をすべてのシリンダー２３について行なった
ら、ブレーキハンドル３１ｄを回して、ロータリードラ
ム５のブレーキを解除するとともに、クラッチハンドル
２０を回して馬蹄型ブレーキシュー１７を締めつけ、多
重ブーＩＪ−１５を固（１５）定する。

次に電源を入れ、必要とする間歇運転時間および停止時
間を間歇周期設定装置２８により設定し、総運転時間設
定装置２９により装置の駆動開始から最終停止までの時
間を設定し、スタートスイッチを入れ運転を開始する。

モータ１１の駆動に伴なってロータリードラム５が高速
（１５０ＲＰＭ程度〕で回転すると、同時にシリダ−受
２１・・・もロータリードラム５とともに公転するとと
もに自転する。この時シリンダー受２１・・・の中心軸
２ＩＱは、回転軸２１ａに対し所定角度傾斜しているの
で、各シリンダー２３中の研磨材および被研磨体は、四
−タリードラム５の回転の遠心力により互いに大きな力
で圧接されるとともにシリンダー内壁に沿って８の字を
描くように流動し、互いに強く摺接する。またこの時、
シリンダー内壁は比較的すべりがよく、かつ上記のよう
に研磨材は強い遠心力を受けてシリンダー内壁上に圧接
されつつ移動するようになっているので、研磨材はシリ
ンダー内壁に均一な厚さく１６）にならされる。従って、被研磨体は、様々に変位しつつ
、シリンダー内壁とほぼ同じ曲率の曲面を持った研磨材
層によって研磨されることになるので、被研磨体の被研
磨面は上記シリンダ内壁とほぼ同じ曲率の球面に研磨さ
れることになる。

上記のようにして研磨されている被研磨体は、間歇運転
の停止によって反転されることになり、次の運転時にそ
れまでの被研磨面と逆側の面が研磨されることになり、
これを繰り返すことによって対称な２つの被研磨面が形
成されることになる。

上記停止は上記したように、変速装置２７のインバータ
ーの作用によってすみやかに停止し、余分な惰性回転を
せずに行なわれるので、シリンダー２３内で被研磨体は
何度も反転されることがなく、破損率を最小に抑えるこ
とができる。また、同じくインバーターの作用によって
、ロータリードラム５は急激に停止されず、余分な惰性
回転を起ζさない範囲で、ゆるやかに行なわれるので、
被研磨体は反転によって破損されることがほとんどない
。さらにまた、前記したように、互いに圧接、摺動する
研磨材と被研磨体をシリンダー２３の全内周面に沿って
８の字を描くように流動させることができるので、シリ
ンダー２３の全内周面を研磨のために最大限に有効利用
することができることになる。その結果、被研磨体を短
時間、大量に研磨することができることになる。

このようにして最初に設定した研磨時間が終了し、ロー
タリードラム５が完全停止したら、馬蹄型ブレーキシュ
ー１７をゆるめ、ブレーキハンドル３１（ｌを回してブ
レーキをかけ、ロータリードラム５を固定する。そして
、シリンダー受２１からシリンダー２３を取り出し、シ
リンダー２３中の被研磨体（この時は製品となっている
。）？取りだして研磨作業が終了する。

なお、上記実施例において、多重プーリー（シリンダー
受回転用固定部材）１３とシリンダー受２１との伝動を
Ｖベルト２２によって行なうようにしているが、チェー
ン伝動や歯車伝動など他の伝動手段によって行なうよう
にしてもよい。

また、上記実施例において、被研磨体として紡（１８）錘円盤状の発振用水晶を例にあげて説明したが、短冊状
や正方形など他の形状の発振用水晶に対しても同様に研
磨を行なうことができる。

以上説明したように、本発明によりば、紡錘円盤状をな
す発振用水晶などの偏平で対称な加工曲面を要する被研
磨体を破損させることなく、短時間、大量に研磨するこ
とができる。

このような本発明の効果を確認するために前記実施例「実験条件」・研磨装置のシリンダー寸法・・・・・・↑２　［１１
１＋ｌｄＸ　２８０朋・同シリンダーの傾斜角度　・・
・・・・１４０・ロータリードラムの回転数・・・・・
・１５０ＲＰＭ・被研磨体（水晶単結晶片）外径寸法・・・・・・ａ８ｍｍグ板厚寸法・・・・・・０．４３ｍｍ数　　量・・・・・・４００枚（１９）「運転条件」研磨材の交換、研磨時間および間歇運転時間は下記第１
表のようであった。

第１表上記実験条件および運転条件で水晶単結晶片を研磨し、
研磨し終った製品を２５ケ抜き取り、外観目視と発Ｓ数
について検査した。その結果、第２表のようになった。

なお、外観目視検査と発振数検査は、発振用水晶の品質
管理項目となっており、その合格基準は下記のようにな
っている。

０発振数・・・・・・４八イ仔Ｚ〜３．９　１　５　Ｍ
Ｈｚ（２０）（第　２　表〕上表に示すように、発振数ではすべて合格で、ＡＢ面の
ズレはなく、欠けは１ケあったが、この製品は最終仕上
げで修正できる程度のものであった。このように低不良
率、高品質の製品が１７時間２０分という短い時間で研
磨できることが示され（例えば、従来の水晶振動子研磨
用のパイプマシンでは１５０〜２００時間かかつていた
）、本発明の効果ｆ−ｍ８することができた。

実施例「実験条件」・研磨装置のシリンダー寸法・・・・・・１２伽ｄｘ２
ｓｏ朋・同シリンダーの傾斜角度・・・・・・１４０・
ロータリードラムの回ｆＪ・・・・・・１５０ＲＰＭ・
被研磨体（水晶単結晶片）外径寸法・・・・・・８．８ｔｎｍダ板厚寸法・・・・・・０．３７＋＋＋ｍ数　　量・・・
・・・４００枚・研磨材・・・・・・グリーンカーボン＋８００．７５
９「運転条件」研磨材の交換、研磨時間および間歇運転時間は下記第３
表のようであった。

（第　３　表）上記実験条件および運転条件で水晶単結晶片を研磨し、
研磨し終った製品を２５ケ抜き取り、外観目視と発振数
について検査したろ、第４表のような結果になった。な
お、目視と発振数の合格基準は前記ｒ実験例１〕と同様
である。

（２３）（第　４　表）上表に示すように、発振数ではすべて合格で、ＡＢ面の
ズレはなく、欠けは１ケあったが、この製品も上記実施
例１のものと同様、最終仕上げで修正できる程麿のもの
であった。このように低不良率、高品質の製品が１１時
間１０分という短い時間で研磨できることが示され、本
発明の効果を硝詔することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は発振用水晶製造用の水晶単結晶片の実施
例を説明するためのものであり、第２図は本発明に係る
バレル研磨装置の一部省略して示した側面図、第３図は
同バレル研磨装置の一部省略して示した正面図、第４１
Ｍ　（ａ）（ｂ）（０）（＋１）（ｅ）は同バレル研磨
装置のシリンダーを説明するためのもので、（ａ）はシ
リンダ一本体の側断面図、（ｂ）は蓋体の側断面図、６
）は同蓋体の正面図、（ｄ）（ｅ）は固定金具であるパ
チン錠を示す平面図および側面図である。（２５）５・・・・・ロータリードラム、６・・・・・回転軸、
１５・・・・・多重プーリー（シリンダー受回転用固定
部材）、２１・・・・・シリンダー受、２１ａ・・・・
・回転軸、２１゜・・・・・中心軸、２２・・−・・■
ベルト（伝動部材）、２３・・・・・研磨シリンダー、
３０・・・・・　間歇運転駆動装置。（２６）

Claims

【特許請求の範囲】

所定運転および停止時間で間歇回転する間歇回転駆動装
置と、この間歇回転駆動装置により回転されるロータリ
ードラムと、このロータリードラムの外周部にこのロー
タリードラムの回転軸と平行に配置された複数個の回転
軸にその中心軸が所定角度傾斜するように取りつけられ
ているシリンダー受と、上記ロータリードラムの回転軸
と同軸線上に固定されるとともに上記各シリンダー受に
伝動部材を介して連結され上記ロータリードラムの回転
に伴なって上記各シリンダー受を自転させるシリンダー
受回転用固定部材と、上記シリンダー受にこのシリンダ
ー受の中心軸にその中心軸が一致または平行となるよう
に取りつけられ内部に研磨材および被研磨体を収容する
研磨シリンダーとを具備してなり、上記研磨シリンダー
の全内周面が上記被研磨体の所要加工曲面の曲率とほぼ
同一曲率に形成されていることを特徴とするバレル研磨
装置。