(57)【要約】【課題】研磨材の飛散を抑制しながら研磨力を高める。【解決手段】バレル研磨装置Ａは、上下方向のバレル軸３４を中心として回転可能であり、内部に研磨材Ｍが収容される上面開放のバレル槽３０と、バレル槽３０の上方に設けられた支持部材２５と、支持部材２５に支持され、平面視においてバレル軸３４側からバレル槽３０の周壁部３２に向かって径方向に延出した形態であり、延出端部にワークＷが保持される回転軸２６とを備えている。【選択図】図１
2020131313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向のバレル軸を中心として回転可能であり、内部に研磨材が収容される上面開放のバレル槽と、
前記バレル槽の上方に設けられた支持部材と、
前記支持部材に支持され、平面視において前記バレル軸側から前記バレル槽の周壁部に向かって径方向に延出した形態であり、延出端部にワークが保持される回転軸とを備えていることを特徴とするバレル研磨装置。
【請求項２】
前記支持部材が、軸線を前記バレル軸とは異なる方向に向けた揺動軸に取り付けられており、
前記支持部材と前記回転軸が前記揺動軸を中心として上下方向に揺動し得るようになっていることを特徴とする請求項１記載のバレル研磨装置。
【請求項３】
前記周壁部には、前記研磨材の上方において径方向内側へ延出した形態の覆い部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のバレル研磨装置。
【請求項４】
前記支持部材は、前記バレル軸と平行な公転軸を中心として前記バレル槽とは逆向きに回転可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバレル研磨装置。
【請求項５】
前記公転軸が前記バレル軸と同軸状であることを特徴とする請求項４に記載のバレル研磨装置。
【請求項６】
前記研磨材が不定形のセラミックメディアであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のバレル研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バレル研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、上下方向の軸を中心として回転する加工槽内に研磨材を収容し、研磨材内に工作物を浸漬して研磨するバレル研磨装置が開示されている。加工槽の上方には、上下方向の公転軸を中心として回転するターレットが設けられている。ターレットにおける偏心位置には、上下方向の自転軸（工作物軸）が設けられ、自転軸の下端部に工作物がチャックされている。工作物は、研磨材中で遊星回転することによって研磨される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０３−２１３２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記装置において研磨力を高めるためには、工作物の公転半径を大きくし、工作物近傍における研磨材の遠心力を高めることにより、工作物に対する研磨材の押圧力を増大させればよい。しかし、工作物の公転半径を大きくすると、自転軸が加工槽の周壁部に接近するので、自転軸によって弾き飛ばされた研磨材が加工槽の外部へ飛散することが懸念される。研磨材の飛散を抑制するためには、工作物の公転半径を小さくすればよいが、そうすると研磨力が低下してしまう。
【０００５】
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、研磨材の飛散を抑制しながら研磨力を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
上下方向のバレル軸を中心として回転可能であり、内部に研磨材が収容される上面開放のバレル槽と、
前記バレル槽の上方に設けられた支持部材と、
前記支持部材に支持され、平面視において前記バレル軸側から前記バレル槽の周壁部に向かって径方向に延出した形態であり、延出端部にワークが保持される回転軸とを備えている。
尚、本願発明における「上下方向」は、鉛直方向に限らず、バレル槽内に収容した研磨材が遠心力や重力によってバレル槽の外部へ流出しない程度に傾いた方向も含む。
【発明の効果】
【０００７】
回転軸の延出端部に保持したワークは、回転する研磨材内において相対的に遊星回転しながら研磨される。研磨材による研磨は、比較的周壁部に近い領域、即ち研磨材に大きな遠心力が作用する領域で行われるので、研磨力に優れている。また、バレル槽内に貯留されている研磨材の表層部では、回転軸によって研磨材の一部が弾き飛ばされるが、研磨材の表層部のうち回転軸が接するのは比較的周壁部から遠い領域である。したがって、研磨材の一部が回転軸によって弾き飛ばされても、バレル槽の外部へ飛散する虞はない。このように本発明によれば、研磨材の飛散を抑制しながら研磨力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１のバレル研磨装置における研磨工程をあらわす一部切欠側面図である。
【図２】図１の部分拡大側断面図である。
【図３】回転軸の軸線が上下方向を向いている状態をあらわす側面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、前記支持部材が、軸線を前記バレル軸とは異なる方向に向けた揺動軸に取り付けられており、前記支持部材と前記回転軸が前記揺動軸を中心として上下方向に揺動し得るようになっていてもよい。この構成によれば、バレル槽の内径や、バレル槽の回転時における研磨材の表層部の形状等に応じて、回転軸の傾きやワークの位置などを調整することができる。
【００１０】
本発明は、前記周壁部には、前記研磨材の上方において径方向内側へ延出した形態の覆い部が設けられていてもよい。この構成によれば、周壁部の近傍で研磨材が上方へ弾き飛ばされても、研磨材がバレル槽の外部へ飛散することを防止できる。
【００１１】
本発明は、前記支持部材は、前記バレル軸と平行な公転軸を中心として前記バレル槽とは逆向きに回転可能であってもよい。この構成によれば、支持部材の回転に伴って公転するワークと、バレル槽と同方向に回転する研磨材との間の相対速度差が大きくなるので、研磨力が高められる。また、ワークを公転させずに高い研磨力を得ようとすると、バレル槽の回転速度を高める必要があるが、この場合、研磨材に作用する遠心力が大きくなり、研磨材の表層部における放物線状の変形度合いが大きくなるので、周壁部の近くでは研磨材の表層部の位置が高くなり、研磨材が飛散しやすくなる。しかし、上記構成であれば、公転するワークとバレル槽の回転で相対速度差を生じさせるので、研磨材の表層部における放物線状の変形度合いが穏やかになるため、研磨材が飛散しにくい。
【００１２】
本発明は、前記公転軸が前記バレル軸と同軸状であってもよい。この構成によれば、ワークがバレル槽内で公転する過程において、公転するワークとバレル槽内の研磨材との間の相対速度差が一定に保たれるので、研磨力がほぼ一定に保たれる。
【００１３】
本発明は、前記研磨材が不定形のセラミックメディアであってもよい。この構成によれば、ワークの凹部にも研磨材を接触させることができるので、研磨効率に優れている。
【００１４】
尚、この構成における「不定形」は、断面が非対称形である形状と定義される。「不定形」の具体例としては、大きさや形状や曲率の異なる複数の曲面を稜線でつないだ形状、大きさや形状の異なる複数の平面で構成される形状、曲面と平面で構成される形状等がある。
【００１５】
＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図３を参照して説明する。本実施例１のバレル研磨装置Ａは、６軸の垂直多関節ロボット１０と、バレル槽３０とを備えて構成されている。以下の説明において、上下の方向については、図１〜図３にあらわれる向きを、そのまま上方、下方と定義する。
【００１６】
垂直多関節ロボット１０は、床面に固定して設けた基台１１を有する。基台１１の上面には、鉛直方向の第１軸１２を中心として水平方向に回転可能な回転台１３が設けられている。回転台１３のうち平面視において第１軸１２から偏心した位置には、水平方向の第２軸１４が設けられている。第２軸１４には、第１アーム１５の基端部１６（下端部）が揺動可能に取り付けられている。
【００１７】
第１アーム１５の先端部１７（上端部）には、第２軸１４と平行な第３軸１８が設けられている。第３軸１８には、第２アーム１９の基端部２０（上端部）が揺動可能に取り付けられている。第２アーム１９には、軸線を第２アーム１９の長さ方向に沿わせた第４軸２２が設けられている。第４軸２２の軸線は第３軸１８の軸線とは異なる向きとなっている。第２アーム１９の先端部２１（下端部）には、第４軸２２を中心として回転可能な回転部材２３が回転可能に取り付けられている。
【００１８】
回転部材２３には、軸線を第４軸２２と異なる方向に向けた揺動軸２４（第５軸）が設けられている。揺動軸２４には、支持部材２５が揺動可能に取り付けられている。支持部材２５には、軸線を揺動軸２４と直交する方向に向けた回転軸２６が取り付けられている。回転軸２６は、支持部材２５の外面から突出した状態で支持部材２５の外部に露出した形態である。回転軸２６の延出端部には、ワークＷが一体回転し得るように着脱可能となっている。
【００１９】
上記した第１軸１２、第２軸１４、第３軸１８、第４軸２２、揺動軸２４及び回転軸２６は、いずれも、図示しないモータにより回転駆動される。これら６軸１２，１４，１８，２２，２４，２６の回転は、予めティーチングにより得られた情報や、予め設定した動作パターンやプログラム等に基づいて制御することができる。回転軸２６を除く５軸１２，１４，１８，２２，２４を適宜に回転させることにより、回転軸２６とワークＷの三次元方向の位置、三次元方向の向き及び三次元方向の移動経路を任意に制御することができる。５軸１２，１４，１８，２２，２４の回転制御と共に回転軸２６の回転を制御することにより、ワークＷと研磨材Ｍを接触させてバレル研磨を実行することができる。
【００２０】
回転軸２６の向きとしては、回転軸２６の軸線を上下方向に向けた形態（図３参照）、軸線を傾斜させた形態（図１，２参照）、軸線を水平方向に向けた形態の３形態が可能である。回転軸２６とワークＷの移動経路（移動形態）としては、鉛直方向の軸を中心として公転（旋回）させる形態、上下方向に移動させる形態、水平方向へ移動させる形態、これらの移動形態を組み合わせた形態が可能である。回転軸２６の位置を固定して、回転軸２６だけを回転させることも可能である。
【００２１】
バレル槽３０は、上面が開放された有底円筒形をなす。即ち、バレル槽３０は、平面視形状が円形をなす水平な底壁部３１と、底壁部３１の外周縁から上方へ延出した円筒形の周壁部３２と、覆い部３３とを有する。バレル槽３０は、支持台３６に設けたバレル軸３４により回転可能に支持されている。バレル軸３４は、軸線を上下方向に向けた状態で支持台３６に取り付けられ、モータ（図示省略）により回転駆動される。バレル軸３４の上端部にバレル槽３０の底壁部３１が同軸状に固定されている。尚、本実施例１におけるバレル軸３４の「上下方向」は、鉛直方向に限らず、バレル槽３０内に収容した研磨材Ｍが遠心力や重力によってバレル槽３０の外部へ流出しない程度に傾いた方向も含む。
【００２２】
バレル槽３０内には、ワークＷに摺接することによってワークＷの表面を研磨する複数の研磨材Ｍが収容されている。研磨材Ｍは、不定形のセラミックメディアからなる。「セラミックメディア」とは、粘土質結合剤や、その他の窯業原料を結合剤とし、砥粒を含む（もしくは含まない）ものである。本実施例１において「不定形」は、断面が非対称形である形状と定義され、表面に凹部を有する形状を含む。具体的な「不定形」としては、大きさや形状や曲率の異なる複数の曲面を稜線でつないだ形状、大きさや形状の異なる３種類以上の平面で構成される形状、曲面と平面とを有し且つ曲面と平面の少なくとも一方の面が大きさや形状の異なる複数種類の面で構成される形状等がある。したがって、球形状や正多面体形状や柱状形状（柱体）等のように断面が線対称形又は点対称形である形状は、「不定形」に含まれない。
【００２３】
本実施例１の研磨材Ｍは不定形のセラミックメディアからなるので、ワークＷの凹部にも研磨材Ｍを確実に接触させることができ、研磨効率に優れている。これに対し、研磨材Ｍが不定形以外のメディアである場合、例えば、球状メディアの場合は、バレル槽３０外への研磨材Ｍの飛散が激しくなる。また、研磨材Ｍが三角柱状や円柱状等の柱状形状である場合は、研磨材ＭがワークＷの凹部にも当たるので研磨力に優れるが、研磨材Ｍが回転軸２６に当たった時に受ける抵抗が大きくなるので、研磨材Ｍの飛散を招く。よって、本実施例１の研磨材Ｍの不定形状は、ワークＷに対して適度な引っ掛かり抵抗があって高い研磨力を発揮し、しかも研磨材Ｍの飛散が少ないので、メディアとしては好適な形状である。
【００２４】
覆い部３３は、周壁部３２の上端縁（バレル槽３０の開口縁部）から径方向内側へ板状に延出した形態である。即ち、覆い部３３は、バレル槽３０内に収容された研磨材Ｍの上方に配置されている。覆い部３３の平面視形状は、バレル槽３０と同軸状の円環形をなす。バレル槽３０の上面のうち覆い部３３より内側の円形領域は、上方（バレル槽３０の外部）へ開放されている。
【００２５】
次に、垂直多関節ロボット１０とバレル槽３０を用いたバレル研磨の一例を説明する。バレル槽３０の外部において、回転軸２６の延出端部に、ワークＷをチャックして一体回転し得るように取り付ける。所定量の研磨材Ｍが収容されたバレル槽３０を、低速で回転させる。この低速回転しているバレル槽３０の研磨材Ｍ中に、回転軸２６とワークＷを挿入する。このとき、研磨材Ｍに作用する遠心力は比較的小さいので、研磨材Ｍ中にワークＷと回転軸２６を挿入する際の抵抗は小さくて済む。支持部材２５は、研磨材Ｍ中に挿入されず、バレル槽３０の上面開口部の近傍に位置する。
【００２６】
回転軸２６とワークＷを研磨材Ｍ中に挿入した後は、バレル槽３０の回転速度を上げ、回転台１３、第１アーム１５、第２アーム１９及び支持部材２５を揺動させるとともに、回転部材２３と回転軸２６を回転させる。これにより、ワークＷが、バレル槽３０内の所定の高さ位置と所定の径方向位置に置かれる。平面視において、回転軸２６が、バレル槽３０（バレル軸３４）と同軸の公転軸３５を中心として公転するとともに、回転軸２６を中心として自転する。このように平面視において遊星回転する回転軸２６の公転方向と自転方向は、バレル槽３０の回転方向とは逆方向である。尚、回転軸２６の自転周速度と公転周速度は、同じ速度でもよく、互いに異なる速度でもよい。
【００２７】
回転軸２６が遊星回転する過程で、回転軸２６は、平面視において、支持部材２５から周壁部３２に向かって径方向外方へ延出した向きを保つ。したがって、平面視において、ワークＷは、支持部材２５よりも周壁部３２に近い円形軌跡に沿って、公転しながら自転する。平面視において、研磨材Ｍの表層部Ｓ（表面）における回転軸２６の移動軌跡は、遊星回転するワークＷの移動軌跡に比べると、周壁部３２から遠い。
【００２８】
上記のように回転軸２６とワークＷが遊星回転するとともに、ワークＷが研磨材Ｍ中で回転軸２６を中心として回転することにより、研磨材ＭがワークＷの表面に摺接し、ワークＷが研磨される。平面視において、ワークＷの位置はバレル槽３０の回転中心（バレル軸３４）から遠いので、ワークＷに対して径方向外向きに接触する研磨材Ｍは、大きな遠心力によって強くワークＷに当たるので、高い研磨力を発揮する。
【００２９】
また、回転軸２６は支持部材２５から斜め下向きに延出した向きとなるので、上下方向におけるワークＷの位置は、比較的底壁部３１に近い低い位置である。ワークＷに対して下向きに接触する研磨材Ｍは、その上方の研磨材Ｍの自重を受けることによってワークＷに強く当たるので、高い研磨力を発揮する。
【００３０】
また、研磨材Ｍの表層部Ｓでは、研磨材Ｍの一部が、回転する回転軸２６によって上方へ弾かれるため、弾かれた研磨材Ｍがバレル槽３０の外部へ飛散することが懸念される。しかし、バレル槽３０と一体となって回転する研磨材Ｍの表層部Ｓは、遠心力によって放物線状に変形し、バレル軸３４に近いほど（即ち、周壁部３２から遠いほど）研磨材Ｍの表層部Ｓの位置が低くなる。回転軸２６は、支持部材２５から周壁部３２向かって斜め下向きに延出しているので、研磨材Ｍの表層部Ｓにおける回転軸２６の位置は、比較的周壁部３２から遠く、且つ比較的低い位置である。したがって、回転軸２６によって研磨材Ｍが弾かれても、その研磨材Ｍは、周壁部３２を飛び越えてバレル槽３０の外部へ飛散する虞はなく、バレル槽３０内に落下する。
【００３１】
また、研磨材Ｍが勢いよく弾かれたとしても、周壁部３２の上端縁からは覆い部３３が内側へ張り出しているので、弾かれた研磨材Ｍは覆い部３３の下面に当たってバレル槽３０内に落下する。これにより、研磨材Ｍがバレル槽３０の外部へ飛散することを、より確実に防止することができる。
【００３２】
上述のように本実施例１のバレル研磨装置Ａは、バレル槽３０と、支持部材２５と、回転軸２６とを備えている。バレル槽３０は、上面が開放された有底円筒状をなし、上下方向のバレル軸３４を中心として回転可能である。バレル槽３０の内部には研磨材Ｍが収容されている。支持部材２５は、バレル槽３０の上方に設けられている。回転軸２６は、支持部材２５に支持されており、研磨を行う際には、平面視においてバレル軸３４側からバレル槽３０の周壁部３２に向かって径方向に延出した形態となる。回転軸２６の延出端部にはワークＷが一体回転可能に保持されている。
【００３３】
回転軸２６の延出端部に保持したワークＷは、回転するバレル槽３０の研磨材Ｍ内で、平面視においてバレル槽３０に対して相対的に遊星回転しながら研磨される。研磨材Ｍによる研磨は、比較的周壁部３２に近い領域、即ち研磨材Ｍに大きな遠心力が作用する領域で行われるので、研磨力に優れている。
【００３４】
また、バレル槽３０内に貯留されている研磨材Ｍの表層部Ｓでは、回転軸２６によって研磨材Ｍの一部が弾き飛ばされるが、研磨材Ｍの表層部Ｓのうち回転軸２６が接するのは比較的周壁部３２から遠い領域である。したがって、研磨材Ｍの一部が回転軸２６によって弾き飛ばされても、バレル槽３０の外部へ飛散する虞はない。このように本実施例１のバレル研磨装置Ａによれば、研磨材Ｍの飛散を抑制しながら研磨力を高めることができる。
【００３５】
また、支持部材２５は、軸線をバレル軸３４とは異なる方向に向けた揺動軸２４に取り付けられており、支持部材２５と回転軸２６が揺動軸２４を中心として上下方向に揺動し得るようになっている。この構成によれば、バレル槽３０の内径や、バレル槽３０の回転時における研磨材Ｍの表層部Ｓの形状等に応じて、回転軸２６の傾きやワークＷの位置などを調整することができる。
【００３６】
また、バレル槽３０の周壁部３２には、研磨材Ｍの上方において径方向内側へ延出した形態の覆い部３３が設けられている。この構成によれば、周壁部３２の近傍で表層部Ｓの研磨材Ｍが上方へ弾き飛ばされても、研磨材Ｍがバレル槽３０の外部へ飛散することを防止できる。
【００３７】
また、平面視において、支持部材２５は、バレル軸３４と平行な公転軸３５を中心としてバレル槽３０とは逆向きに回転可能であってもよい。この構成によれば、支持部材２５の回転に伴って公転するワークＷと、バレル槽３０と同方向に回転する研磨材Ｍとの間の相対速度差が大きくなるので、研磨力が高められる。また、公転軸３５はバレル軸３４と同軸状に設定されているので、ワークＷがバレル槽３０内で公転する過程において、公転するワークＷとバレル槽３０内の研磨材Ｍとの間の相対速度差が一定に保たれる。これにより、研磨力がほぼ一定に保たれる。
【００３８】
また、ワークＷを公転させずに本実施例１と同様の高い研磨力を得るためには、ワークＷの公転速度の分だけバレル槽３０内の研磨材Ｍの回転速度を高める必要がある。この場合、研磨材Ｍに作用する遠心力が大きくなり、研磨材Ｍの表層部Ｓにおける放物線状の変形度合いが大きくなるので、周壁部３２の近くでは研磨材Ｍの表層部Ｓの位置が高くなり、研磨材Ｍがバレル槽３０の外部へ飛散しやすくなる。しかし、本実施例１では、ワークＷをバレル槽３０内の研磨材Ｍとは逆向きに公転させることにより、ワークＷと研磨材Ｍとの相対速度差を大きく確保しているので、研磨材Ｍの回転速度が比較的低速に抑えられている。これにより、研磨材Ｍの表層部Ｓにおける放物線状の変形度合いが穏やかになるので、研磨材Ｍが飛散しにくいという利点がある。
【００３９】
＜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。
（１）上記実施例１では、回転軸を揺動可能に支持したが、回転軸の姿勢は一定であってもよい。
（２）上記実施例１では、周壁部に覆い部を設けたが、周壁部は覆い部を設けない形態であってもよい。
（３）上記実施例１では、覆い部を周壁部の上端縁（バレル槽の開口縁部）に設けたが、覆い部は、周壁部の上端縁より低い位置に設けてもよい。
（４）上記実施例１では、支持部材がバレル槽と逆向きに回転するようにしたが、支持部材は回転せずに固定されていてもよい。
（５）上記実施例１では、支持部材の公転軸がバレル軸と同軸状であるが、公転軸はバレル軸に対して偏心していいもよい。
（６）上記実施例１では、研磨材が不定形（断面が非対称形の形状）のセラミックメディアであるが、研磨材の形状は、断面が線対称形又は点対称形である形状でもよく、研磨材の結合材は金属や合成樹脂等であってもよい。
（７）上記実施例１では、垂直多関節ロボットの６軸を回転させるための駆動手段としてモータを用いたが、６軸の駆動手段としては、モータに限らず油圧シリンダを用いることもできる。
（８）上記実施例１では、６軸の垂直多関節ロボットを用いたが、軸数が５軸以下の多関節ロボットを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ…バレル研磨装置
Ｍ…研磨材
Ｗ…ワーク
２４…揺動軸
２５…支持部材
２６…回転軸
３０…バレル槽
３２…周壁部
３３…覆い部
３４…バレル軸
３５…公転軸
【図１】
2020131313.tif 000003
【図２】
2020131313.tif 000004
【図３】
2020131313.tif 000005