JP3163812U - バレル研磨機 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨槽の底部に回転盤を設け、回転盤を回すことでマスを流動させ研磨するバレル研磨機において、回転盤と研磨槽との間の微小スキマが回転盤ライニングおよび研磨槽ライニングの熱膨張による変形によって溶着を起こすことがある。回転盤ライニングと研磨槽ライニングが溶着を起こさないスキマを確保できるバレル研磨機を提供する。【解決手段】回転盤９が水平回転するとき微小スキマを形成する回転盤９の外周面と該外周面に対向する研磨槽８の内周面に刃具を設けて熱膨張によるスキマ部Ｓの変化量を刃具の切込み量として自動的かつ自己創成的にスキマＳを削り出す。【選択図】図３

Description

本発明は、ワークとメディア等からなるマスを研磨槽内で遠心流動させながら研磨する流動バレル研磨機に関する。

流動バレル研磨の方式は、研磨槽内へ被加工物であるワーク、メディア、水、研磨助剤等からなるマスを投入し、固定された研磨槽の底部に設けられた回転盤を回転させることで得られる遠心力でマスを流動させ、ワークを研磨する方式である。なお、その一例が特許文献１に示されている。また、マスに水を用いないものを乾式バレル研磨といい、その一例が特許文献２に示される。なお、従来の流動バレル研磨機（湿式・乾式兼用）の一例を図１に示す。

流動バレル研磨機の構造では固定された研磨槽と回転盤の間にスキマを有することは必須であり、しかも微細なワークやメディアに対応しようとすればそのスキマはできるだけ狭いことが望ましい。また流動バレル研磨では強力な研磨力を得られるが、研磨加工中の温度上昇も大きいことが分かっており、マスに水を用いる湿式バレル研磨でもその水温が６０℃〜７０℃となることもまれではない。なお流動バレル研磨機の研磨槽と回転盤とのスキマを表した概略断面図を図２に示す。

温度上昇に伴う研磨槽や回転盤、あるいは関連する装置構造部品の熱膨張が、回転盤の回転時における研磨槽と回転盤の対向する面におけるスキマの寸法や形状に変化を与える。スキマの変化量が大きいと研磨加工中に研磨槽と回転盤の直接接触につながり、カジリ現象や、研磨槽と回転盤に施されているライニングが溶着等をおこし、装置の停止といった重大事故に至ることもある。

今までに研磨槽と回転盤の対向面の熱膨張により生ずる支障対策として、研磨槽内側下部のライニング層が研磨槽壁側に熱膨張できるように許容手段として、具体的には研磨槽の金属壁とライニング層との間にライニング層が熱膨張により容易に変形できる弾性層、または空気層を設ける方法がある（特許文献１）。また乾式バレル研磨機では研磨槽と回転盤の対向面のスキマから圧縮気体を研磨槽内部へ吐出させ、スキマ部を冷却させるとともに集塵装置で研磨槽内の粉塵と高温気体を排出する方法がある（特許文献２）。さらに回転盤の外周寄りのライニング内部にライニングの熱膨張変形を規制するストッパーを設けた方法（特許文献３、特許文献４）や研磨槽と回転盤の対向面の材質を異種とする方法（特許文献５）あるいは、研磨槽と回転盤のスキマ調整に関する方法（特許文献６、特許文献７）がある。また研磨槽の樹脂ライニングを回転盤に設けたセラミックリングと常時摺動させながら回転盤を回し、研磨加工を行う方法（特許文献８）もある。

従来技術はそれぞれの装置毎に過去のデータや経験からスキマの変化程度を予測して変形許容手段である弾性層や空気層の寸法形状を決めるものであり、同様にスキマ調整式の装置についても過去のデータや経験から調整代と調整法を決めるものである。いずれも関連部品の寸法形状精度と装置の組立精度には高度なものが必要である。またスキマ調整式は研磨中のスキマ変化に追従できるものではなく、装置の停止中に調整するものである。

特許第３０６２８００号 特許第３３４３７０１号 特開平０５−０３８６７０号公報 実開平０３−１３０３５８号公報 実開昭５７−０５３８５８号公報 実開昭４８−０７４３９２号公報 実開昭５１−０６２１９１号公報 特許第４１３０９２２号

通常、研磨槽は研磨槽基体に研磨槽ライニングが施されており、同様に回転盤は回転盤基体に回転盤ライニングが施されている（図２参照）。そして回転盤が回転するとき研磨槽と回転盤の間に形成されるスキマは研磨槽ライニングと回転盤ライニングの対向面によって保たれている。スキマの寸法形状が変化する大きな要因の一つは研磨加工中の温度上昇による研磨槽ライニングおよび回転盤ライニングの熱膨張であり、それは体膨張であるから各方向へ同じように膨張変化しようとする。

前記ライニング材には耐摩耗性を考慮してウレタンが用いられる場合が多いが、その熱膨張による変化量は研磨槽基体や回転盤基体として一般的に用いられる金属材料より大きい。よって熱膨張によってスキマの寸法形状が変わるときにはスキマを形成している研磨槽ライニングと回転盤ライニングは研磨槽基体や回転盤基体の寸法形状に規制を受けながら変化することとなる。なお研磨加工時の温度上昇は研磨槽へ投入されるワークやメディアの寸法、形状、重量あるいはマスの総重量さらに回転盤の速度、加工時間等々の加工条件によって変わり、気温によっても変動することは当然である。

スキマを変化させる要因は、熱膨張によるものだけでなく、水分による膨潤も考えられるし、研磨槽内へ投入されるマスの重量や研磨装置運転時の負荷等による弾性変形、さらに研磨装置製造時の構成部品加工精度や組立精度も大きな要因となり得る。例えば、スキマを形成する部分の円筒度や真円度、回転盤の回転フレ、研磨槽と回転盤組付時の同心度等であり、これらは装置毎にバラツキがある。

本発明者の調査および観察によれば、ウレタン製のライニングを用いる装置では、スキマ部の溶着やカジリ現象はスキマを形成する対向面が一部分であっても接触しつつ回転盤が回るときに起こることが多い。また溶着現象は研磨加工終了後等の研磨槽内のマスの温度が４０℃以上の比較的高温状態のまま装置を停止し、マスの排出等の研磨槽、回転盤の冷却に寄与する処置が行われない場合にも発生し易い。どちらの場合も研磨槽ライニングと回転盤ライニングのスキマを形成している表面層のウレタンが軟化、溶融し液状もしくはコロイド状となりスキマの一部もしくは全周にわたり粘着するものであることが確認された。通常、ウレタンの変質する温度は約８０℃と言われるが、上記の現象はスキマを形成するライニング同士の摺動によって発生する摩擦熱や装置停止状態であってもライニング材が熱膨張を続け、変形接触したライニング表面が更に圧縮されることでその表面温度が上昇し、ウレタンの変質温度に達するためと考えられる。

従来技術はあらかじめスキマの寸法・形状を熱膨張や回転盤の回転フレ、機械的な変形があっても接触しない寸法とすることが基本的な考え方である。しかしながら前述のようにスキマの寸法形状を変化させる要因は多岐にわたり、これら全てを網羅してトラブルを未然に防ぎ、かつスキマの寸法を各種の研磨条件に合った最小値に設定し装置づくりをすることは多大な努力と工数を必要とすることであった。いきおいスキマの寸法は大きめに装置づくりがなされることとなりその寸法は従来の経験にもとづく最大公約数的なものとなりがちであり、微小ワークや微小メディアのスキマへの噛み込み原因ともなり易かった。あるいは研磨条件に合わせて一品料理的にスキマ合せをすることも行われるが試行錯誤的なアプローチとなりやすく工数のかかる割にトラブルにつながることも多かった。

本発明はスキマの変更には多岐にわたる変動要因があり、さらにこれらのうち多くが研磨条件によって変動するが、これらの変動に追従しつつ自動的に自己創成的にスキマを確保しようとするもので、熱膨張によるライニングの溶着やスキマ部のカジリ現象を回避するとともに装置製造時の部品加工や組立調整工数の低減に寄与しようとするものである。

これら上記の知見にもとづいた本発明のバレル研磨機は、固定された研磨槽と、該研磨槽の底部に水平回転可能に配された回転盤とを備え、前記回転盤を水平回転させることによりマスを旋回流動させながら研磨する流動バレル研磨機であって、前記回転盤が水平回転するとき、該回転盤の外周面と、該外周面との間に微小スキマを形成する前記研磨槽の内周面の双方もしくは片方に切削または研削機能を有する刃具を配設したことを特徴としている。

さらに、発明者は種々の刃具についてその材質、形状、寸法、切削メカニズム等について検討した結果、次の条件を満たすことが必要であると確認した。その条件とは、発生する切粉がスキマに噛み込まない寸法であること、切削抵抗による発熱でウレタンが溶着しないこと、刃具同士が衝突してもその切削機能を失わないことである。また湿式、乾式ともに使用可能であるが望ましい。

そこで、本発明のバレル研磨機は、前記回転盤の外周面と、前記研磨槽の内周面の双方もしくは片方に配設された刃具であって、前記回転盤の外周面と該外周面に対向する前記研磨槽の内周面には硬脆材料の砥粒が保持され、該砥粒が＃８から＃４００（ＪＩＳ Ｒ ６００１−１９８７）であることを特徴としている。

さらに、本発明のバレル研磨機は、前記研磨槽と前記回転盤はライニングが施されるとともに、前記砥粒を該ライニング中に散在させることを特徴としている。

本発明のバレル研磨機によれば、研磨加工中に熱膨張や他の要因によりスキマの寸法や形状が変わり、部分的であってもスキマが小さくなり、ついにはスキマを形成する研磨槽ライニングと回転盤ライニングの対向面の一部もしくは全部が接触するに至る。そしてさらに変化が進むにつれて順次押圧されることとなる。このとき回転盤の回転力により研磨槽ライニングと回転盤ライニングの対向面の双方に保持された砥粒は衝突することとなり、また相手面を削る作用が発生する。砥粒は衝突することで脆性破壊をおこし、欠損したり、保持面から脱落したりすることによりスキマを広げるよう作用する。また砥粒は脆性破壊による欠損で常に新しい切刃に更新されながら相手面を削ることになる。このように研磨槽ライニングと回転盤ライニングの対向面が接触した以降、さらに熱膨張等で変化が進めばその変化量が切刃の切り込み量となり、自動的かつ自己創成的にスキマが削りだされることとなる。これは熱膨張による変化の速度が急激的なものでなく比較的ゆるやかな速度であることが刃具の微細切込みを可能とする。またこのことにより従来、スキマの設定のために要した研磨槽や回転盤の加工や装置組立時の負担が軽減される。

なお、前記刃具は、研磨槽および回転盤の双方とすることが最適であるが、研磨槽または回転盤のどちらか一方に実施することでも可能である。片方のみに実施するならば回転盤に実施することが好適である。また、研磨槽と回転盤のスキマを形成する面全周に実施することがより有効であるがそれに限定はされない。

従来の流動バレル研磨機の研磨槽内におけるマスの流動を示す模式図である。 従来の流動バレル研磨機の研磨槽と回転盤のスキマ部を示す概略断面図である。 本発明の実施例１における研磨槽と回転盤のスキマ部近傍の概略断面図である。 本発明の実施例２における研磨槽と回転盤のスキマ部近傍の概略断面図である。 砥粒を保持するブロック状の刃具が回転盤（ａ）および研磨槽（ｂ）へ配設された場合の模式図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明における硬脆材料の砥粒１には、アルミナ質研削材、炭化けい素質研削材、天然研磨材を使用することができる。

実施例１における研磨槽８と回転盤９のスキマＳ近傍の概略断面図を図３に示す。実施例１の流動バレル研磨機は、固定された研磨槽８と底部に設けられた回転盤９と回転盤９を回転させる回転手段Ｍｏとで構成されている。そして回転盤９が水平回転されるとき回転盤９の外周面と前記回転盤９の外周面に対向する研磨層８の内周面との間に微小スキマＳが形成される。なお、研磨槽８は研磨槽基体６に研磨槽ライニング４が被覆されている。また、同様に回転盤９も回転盤基体７に回転盤ライニング５が被覆されている。研磨槽ライニング４および回転盤ライニング５はともにウレタンで成形されている。よって、前記微小スキマＳは、回転盤ライニング５の外周面と、この外周面に対向する研磨槽ライニング４の内周面で形成されていることになる。そして、研磨槽ライニング４と回転盤ライニング５には、スキマＳを形成する研磨槽ライニング４と回転盤ライニング５の対向面の表面からこの表面近傍に砥粒１を散在させて成形されている。なお、スキマＳを形成する研磨槽ライニング４と回転盤ライニング５の対向面の表面では砥粒１の一部が露出して保持されている。また、このときライニング材であるウレタンが砥粒１を結合させる結合剤として作用している。
実施例１では研磨槽ライニング４と回転盤ライニング５のスキマＳを形成する対向面全面にわたり、かつ研磨槽ライニング４と回転盤ライニング５の双方に砥粒１を保持させている。

実施例１のように構成したバレル研磨機にマスＭを投入して回転手段Ｍｏにて回転盤８を回転させ、研磨加工を開始する。すると、研磨加工中に熱膨張や他の要因によりスキマＳの寸法や形状が変わり、部分的であってもスキマＳが小さくなり、ついにはスキマＳを形成する研磨槽６の研磨槽ライニング４と回転盤７の回転盤ライニング５の対向面の一部もしくは全部が接触するに至る。このとき回転盤９の回転力により研磨層ライニング４と回転盤ライニング５の対向面の双方に保持された砥粒は衝突することとなり、相手面を削る作用が発生する。砥粒１は衝突することで脆性破壊をおこし、欠損したり、保持面から脱落したりすることによりスキマＳを広げるよう作用する。またスキマＳを形成する研磨槽ライニング４と回転盤ライニング５の対向面の表面では、砥粒１が脆性破壊により欠損および脱落することで新たな砥粒１が露出して、常に新しい切刃に更新される。このようにスキマＳを形成する研磨槽ライニング４と回転盤ライニング５の対向面が接触した以降、さらに熱膨張等で変化が進めばその変化量が切刃の切り込み量となり、自動的かつ自己創成的にスキマ形状が削りだされることとなる。

なお、研磨槽ライニング４および回転盤ライニング５に混合される砥粒１は、＃８から＃２２０（ＪＩＳ Ｒ ６００１−１９８７）の粒度を使用するのが好適である。＃８より粗いとライニングの消耗が大きく、＃２２０より細かいと研削能力が小さ過ぎるためである。
なお、実施例１では研磨槽ライニング４と回転盤ライニング５のライニング材にウレタンを使用しているが、ゴム製のライニングとしてもよい。
なお、砥粒１の保持が研磨槽８または回転盤９の片方のみとした場合は砥粒１の脆性破壊は期待できず、切削のみとなる。

実施例２における研磨槽８と回転盤９のスキマ部近傍の概略断面図を図４に示す。実施例２では、砥粒１をライニング材とは異なる結合剤３を用いて成型した部材を基材２へ保持させたブロック状刃具１０をウレタン製の研磨槽ライニング４ａおよび回転盤ライニング５ａを成形するときに回転盤ライニング５ａの外周面と、この外周面に対向する研磨槽ライニング４ａの内周面に鋳込んでいる。結合剤３を用いて砥粒１を成型した部材には、例えば砥石を用いることができる。また、この砥石は、例えばビトリファイド法、レジノイド法、ゴム法、マグネシア法、シリケート法、シェラック法等の製法で成型された砥石を用いることができる。

図５（ａ）に回転盤、図５（ｂ）に研磨槽８と回転盤９のスキマを形成する面へ前記ブロック状刃具１０を配置した例を模式的に示す。しかし、この配置には特に規制はなく、また配置数にも制限等はない。研磨時のマスＭの流動やワークの仕上げに不都合を生じない範囲でよい。ただし、ブロック状刃具１０は回転盤９では回転盤ライニング５ａの外径を成すように、また研磨槽８では研磨槽ライニング４ａの内径を成すように配置される必要がある。実施例２においても研磨槽８、回転盤９双方にブロック状刃具１０を配設している。

また、実施例２では研磨槽ライニング４ａおよび回転盤ライニング５ａを成形するときブロック状刃具１０を鋳込んでいるが、ブロック状刃具１０の代わりにフレキシブル性を有するシート状部材の表面に砥粒１を保持させた刃具としてもよい。フレキシブル性を有するシート状部材とは紙、布、フィルムのような柔軟性を持ったシート状部材をいう。フレキシブル性を有するシート状部材の表面に砥粒１を保持させた刃具として、例えば、一般に市販されている研摩布、研摩紙などを用いることができる。

Ｓ スキマ
１ 砥粒
２ 基材
３ 結合剤
４、４ａ 研磨槽ライニング
５、５ａ 回転盤ライニング
６ 研磨槽基体
７ 回転盤基体
８ 研磨槽
９ 回転盤
１０ ブロック状刃具

Claims (5)

1. 固定された研磨槽と、該研磨槽の底部に水平回転可能に配された回転盤とを備え、
   前記回転盤を水平回転させることによりマスを旋回流動させながら研磨する流動バレル研磨機であって、
   前記回転盤が水平回転するとき、該回転盤の外周面と、該外周面との間に微小スキマを形成する前記研磨槽の内周面の双方もしくは片方に切削または研削機能を有する刃具を配設したことを特徴とする流動バレル研磨機。
2. 前記回転盤の外周面と、前記研磨槽の内周面の双方もしくは片方に配設された刃具であって、
   前記回転盤の外周面と該外周面に対向する前記研磨槽の内周面には硬脆材料の砥粒が保持され、該砥粒が＃８から＃２２０（ＪＩＳ Ｒ ６００１−１９８７）であることを特徴とする請求項１記載の流動バレル研磨機。
3. 前記研磨槽と前記回転盤はライニングが施されるとともに、前記砥粒を該ライニング中に散在させることを特徴とする請求項２記載の流動バレル研磨機。
4. 前記刃具が前記砥粒を成型させた部材であることを特徴とする請求項２に記載する流動バレル研磨機。
5. 前記刃具がフレキシブル性を有するシート状部材の表面に前記砥粒が保持されていることを特徴とする請求項２に記載する流動バレル研磨機。