(57)【要約】【課題】研磨加工時間が短く、且つ、優れた作業性を備えたセラミックボール製造装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】加工槽１０の自転軸６と公転軸３の方向が共に鉛直方向であるボールミルを用いたセラミックボール製造装置１であって、加工槽１０は、外加工槽２０の内側に内加工槽３０を設置する二重構造であり、内加工槽３０の壁面に複数の開口部が設けられる構造とした。また、セラミックボール製造装置１を用い、セラミックを主成分とする成形体１００を内加工槽３０に投入し、所定の時間、加工槽１０を自転および公転させることで、成形体１００を研磨してセラミックボールを製造する方法とした。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工槽の自転軸と公転軸の方向が共に鉛直方向であるボールミルを用いたセラミックボール製造装置であって、
前記加工槽は、外加工槽の内側に内加工槽を設置する二重構造であり、
前記内加工槽の壁面に複数の開口部が設けられている
ことを特徴とするセラミックボール製造装置。
【請求項２】
前記内加工槽は、円筒形であり、円筒状の側壁と平面状の底壁を有し、
前記開口部は、前記側壁と前記底壁にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のセラミックボール製造装置。
【請求項３】
前記内加工槽の前記開口部は、メッシュ構造によって形成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックボール製造装置。
【請求項４】
前記内加工槽の前記開口部は、パンチングメタル構造によって形成される
ことを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックボール製造装置。
【請求項５】
前記内加工槽は、前記外加工槽に着脱自在に設置される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のセラミックボール製造装置。
【請求項６】
前記請求項１から５のいずれかに記載のセラミックボール製造装置を用い、
セラミックを主成分とする成形体を前記内加工槽に投入し、
所定の時間、前記加工槽を自転および公転させることで、
前記成形体を研磨してセラミックボールを製造する
ことを特徴とするセラミックボールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受の転動体などに使用されるセラミックボール製造装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミック材料の持つ耐摩耗性、絶縁性、軽量等の優れた特性に着目し、転がり軸受の転動体などにセラミックボールが使用されている。このセラミックボールの製造方法として、原料粉末を金型に充填してプレス成形し、円柱または角柱の成形体を作り、この成形体をバレル加工して球状とし、その後に焼成して焼成体のセラミックボールとする提案がなされている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１の製造方法は、成形体を平均粒子径が１５ｍｍの炭化珪素製メディアとともにバレル加工機の処理槽内に入れ、回転数４０ｒｐｍにて２４時間回転処理するものである。この製造方法によれば、クラック、欠け等の不良が生じにくく、優れた品質のセラミックボールが得られることが提示されている。
【０００４】
また、セラミックボール製造装置として、外槽の内側に、削りカスの通過孔を有する内槽を設置した二重構造バレル槽が提案されている（たとえば特許文献２参照）。この特許文献２のバレル槽は、内槽に工作物と研磨材を入れ、バレル槽を回転することで、工作物が研磨材によって研磨され、削りカスは内層の通過孔から排出される。
【０００５】
このバレル槽によれば、研磨作業中に内槽の通過孔から削りカスを外槽内へ排出するので、研磨中に発生した削りカスが工作物から分離される為に、工作物の表面仕上げ状態が良好になるなどの効果が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０２６３２号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】特開平５−２２８８２６号公報（第２頁、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のセラミックボールの製造方法では、加工時間が２４時間位である記載があり、長時間加工のために量産性が悪く、セラミックボールのコスト高が大きな問題である。またバレル加工機が長時間使用されるので、加工機の故障率の増加が懸念され、メンテナンス上の課題がある。
【０００８】
また、特許文献２の二重構造バレル槽では、内槽に工作物と共に研磨材（メディア）の投入が必要であり、研磨加工後に工作物と研磨材の分別作業が不可欠であって、作業性が悪い課題がある。
【０００９】
本発明の目的は上記課題を解決し、研磨加工時間が短く、且つ、優れた作業性を備えたセラミックボール製造装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のセラミックボール製造装置およびその製造方法は、下記記載の構成と方法を採用する。
【００１１】
本発明のセラミックボール製造装置は、加工槽の自転軸と公転軸の方向が共に鉛直方向であるボールミルを用いたセラミックボール製造装置であって、加工槽は、外加工槽の内側に内加工槽を設置する二重構造であり、内加工槽の壁面に複数の開口部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のセラミックボール製造装置により、加工槽は自転運動と公転運動が同時に実施される。また、自転軸と公転軸の方向が共に鉛直方向であるので、加工槽に生じる遠心力は水平方向であると共に、加工槽の平面視では大きさと方向が複雑に変化する力となる。これにより、加工槽に投入される成形体（工作物）は複雑に動き、その結果、効率よく、且つ、精度よく研磨されて、短時間で球体に近いセラミックボールを製造するセラミックボール製造装置を提供できる。
【００１３】
また、内加工槽の壁面に複数の開口部が設けられていることで、研磨によって生じる成形体の削りカスが開口部から外加工槽側に排出される。これにより、成形体に削りカスが再付着して研磨加工が阻害されることがなく、効率のよい研磨を実施することができる。
【００１４】
また、内加工槽は、円筒形であり、円筒状の側壁と平面状の底壁を有し、開口部は、側壁と底壁にそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、円筒状の側壁に設けられている開口部によって、側壁の表面は微細な凹凸形状になる。内加工槽に投入される成形体は、自転と公転による遠心力で微細な凹凸形状の側壁に押しつけられて効率よく削られる。また、平面状の底壁に設けられている開口部によって、削りカスが効率よく外加工槽側に排出される。この結果、短時間に高精度な研磨を実施することができる
【００１６】
また、内加工槽の開口部は、メッシュ構造によって形成されることを特徴とする。
【００１７】
これにより、開口部をメッシュ構造で形成することで、内加工槽の側壁及び底壁の表面は、やすりの目のような微細な凹凸形状となる。この微細な凹凸形状によって成形体のエッジ部分が優先的に削られるので、効率のよい研磨が実施されて、加工時間を大幅に短縮できる。また、成形体は内加工槽の壁面によって研磨されるので、研磨材が不要となる。
【００１８】
また、内加工槽の開口部は、パンチングメタル構造によって形成されることを特徴とする。
【００１９】
これにより、内加工槽の開口部をパンチングプレス加工で簡単に形成出来るので、加工槽の製作が容易なセラミックボール製造装置を実現できる。
【００２０】
また、内加工槽は、外加工槽に着脱自在に設置されることを特徴とする。
【００２１】
これにより、内加工槽に成形体を投入してから、内加工槽を外加工槽の内部に取り付けることができ、成形体の投入作業が容易となる。また、加工後では、内加工槽を外加工槽から取り外してから、内加工槽の中の研磨済みの成形体（セラミックボール）を他の容器等に移すことができるので、加工後の成形体の取り出し作業が容易となる。
【００２２】
本発明のセラミックボールの製造方法は、本発明のセラミックボール製造装置を用い、セラミックを主成分とする成形体を内加工槽に投入し、所定の時間、加工槽を公転および自転させることで、成形体を研磨してセラミックボールを製造することを特徴とする。
【００２３】
本発明のセラミックボールの製造方法により、成形体を本発明のセラミックボール製造装置の内加工槽に投入して公転および自転させることで、成形体は効率よく、且つ、精度よく研磨されて、短時間で球体に近いセラミックボールを得る製造方法を提供できる。また、内加工槽の壁面の微細な凹凸形状によって成形体が研磨されるので、研磨材が不要である。この結果、加工後の分別作業がいらず、作業性に優れた製造方法を提供できる。
【発明の効果】
【００２４】
上記の如く本発明によれば、加工槽の公転軸と自転軸の方向が共に鉛直方向であるので、加工槽に投入される成形体に働く力は、水平方向であると共に、加工槽の平面視では大きさと方向が複雑に変化する力となる。また、内加工槽の壁面は開口部の形成によって微細な凹凸形状を有しており、成形体は、この壁面に強く押しつけられながら転がる動きとなって研磨される。
【００２５】
また、内加工槽の壁面に開口部が設けられることで、研磨によって生じる成形体の削りカスが開口部から外加工槽側に排出される。また、成形体は内加工槽の壁面で研磨されるので、研磨材が不要であり、加工後の分別作業を廃止できる。以上の結果、成形体を効率よく短時間で高精度に研磨し、且つ作業性に優れたセラミックボール製造装置およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例のセラミックボール製造装置を説明する斜視図である。
【図２】本発明の実施例のセラミックボール製造装置の加工槽の断面図である。
【図３】本発明の実施例の内加工槽の側壁のメッシュ構造を説明する拡大図である。
【図４】本発明の実施例の内加工槽の側壁のメッシュ構造の横断面図と縦断面図である。
【図５】本発明の実施例のセラミックボールの製造方法の工程順を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施例のセラミックボールの製造方法の成形工程を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例のセラミックボールの製造方法の研磨工程において、成形体を加工槽に投入して装置にセットする工程を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例のセラミックボールの製造方法の研磨工程において、加工槽の自転運動と公転運動による成形体に働く力を説明する説明図である。
【図９】本発明の実施例のセラミックボールの製造方法の研磨工程において、成形体が主に内加工槽の側壁によって研磨され、削りカスが主に内加工槽の底壁から排出される様子を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施例による研磨工程前の成形体と研磨工程後のセラミックボール、及び、仕上げ工程後の完成セラミックボールの形状を示す説明図である。
【図１１】本発明の変形例である内加工槽の側壁のパンチングメタル構造を説明する拡大図と断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図１〜図１１を参照して本発明の好適な実施例及び変形例について詳細に説明する。なお図面の説明において、図面の縮尺等は説明のため適宜変更し、また、構造が理解しやすいように一部を模式的に示している。
【実施例】
【００２８】
［セラミックボール製造装置の構成説明：図１］
本実施例のセラミックボール製造装置の構成について図１を用いて説明する。なお、セラミックボール製造装置は、セラミックを主成分とする成形体を研磨して略球体のセラミックボールを製造するための装置である。図１に示すように、セラミックボール製造装置１は、大きな円板状の公転加工台２と、この公転加工台２の上面に設置された二つの小さな円板状の自転加工台４、５を備えている。
【００２９】
公転加工台２は、その中心の鉛直方向に公転の中心軸である公転軸３を有している。公転加工台２は、公転軸３を中心として、矢印Ａの方向（反時計回り）に図示しない回転駆動機構によって回転（公転）する。
【００３０】
また、二つの自転加工台４、５は、それぞれの中心の鉛直方向に自転の中心軸である自転軸６、７を有している。自転加工台４、５は、それぞれの自転軸６、７を中心として、矢印Ｂ１、Ｂ２の方向（共に時計回り）に図示しない回転駆動機構によって回転（自転）する。すなわち、自転加工台４、５の回転方向（矢印Ｂ１、Ｂ２）は、公転加工台２の回転方向（矢印Ａ）と逆向きである。
【００３１】
また、二つの自転加工台４、５は、公転加工台２の公転軸３を基準にして対称の位置に設置されている。なお、自転加工台４、５は、二つに限定されず、たとえば４つの自転加工台が公転加工台２に設置されてもよい。
【００３２】
自転加工台４、５の上面には、それぞれ円筒形の加工槽１０、４０が設置され、図示しない手段によって固定される。ここで、加工槽１０、４０の中心（図示せず）が自転軸６、７と平面視で一致するように設置するとよい。
【００３３】
一方の加工槽１０は、円筒形の外加工槽２０の内側に、同じく円筒形の内加工槽３０（破線で示す）が設置されている。同様に、他方の加工槽４０は、円筒形の外加工槽５０の内側に、同じく円筒形の内加工槽６０（破線で示す）が設置されている。すなわち、二つの加工槽１０、４０は、外加工槽２０と内加工槽３０、及び、外加工槽５０と内加工槽６０による二重構造である。
【００３４】
また、二つの加工槽１０、４０の上部には、それぞれ円板状の蓋体１１、４１が被せられている。ここで、加工槽１０と加工槽４０は同様の構成であるので、以降については加工槽１０を中心に説明する。
【００３５】
加工槽１０は、自転加工台４の回転運動によって、矢印Ｂ１の方向に自転しながら、公転加工台２の回転運動によって、矢印Ａの方向に公転する。内加工槽３０の中には、研磨するための成形体（工作物）が投入され研磨加工されるが、研磨加工の詳細については後述する。
【００３６】
このように、自転と公転の二方向の回転を組み合わせて、加工槽内の成形体を研磨する装置を一般に遊星ボールミルと称するが、本発明のセラミックボール製造装置は、遊星ボールミルと同様の構成を採用している。
【００３７】
［加工槽の詳細な説明：図２］
次に、加工槽１０の詳細な構成について図２の加工槽１０の断面図を用いて説明する。図２に示すように、加工槽１０は、円筒形の外加工槽２０と、外加工槽２０の内側に、形状がやや小さい円筒形の内加工槽３０を有している。
【００３８】
外加工槽２０は、円筒状の側壁２１と、側壁２１の下部に平面状の底壁２２を有している。内加工槽３０は、円筒状の側壁３１と、側壁３１の下部に平面状の底壁３２を有している。内加工槽３０の側壁３１と底壁３２には、内加工槽３０の内側と外側を貫通する多数の開口部３３が形成されている。なお、内加工槽３０の内径は、一例として５６ｍｍ位である。
【００３９】
また、外加工槽２０と内加工槽３０の上部には、円板状の蓋体１１が被せられ、蓋体１１の下面には、薄いシリコンゴム等でなるシート１２が配置されている。蓋体１１は、図示しない手段によって、外加工槽２０に固定される。また、内加工槽３０の下部、すなわち、底壁３２の外側には、弾性体でなるスペーサ１３が設置されている。
【００４０】
このスペーサ１３によって、外加工槽２０と内加工槽３０の上部から、シート１２を介して蓋体１１が被せられると、内加工槽３０の底壁３２と外加工槽２０の底壁２２の間には、内加工槽３０の深さが浅いことによって隙間１４が形成される。また、内加工槽３０の側壁３１と外加工槽２０の側壁２１の間にも、内加工槽３０の外形が小さいことによって隙間１５が形成される。このように、外加工槽２０と内加工槽３０は別体であり、内加工槽３０は外加工槽２０に対して着脱自在に設置される。
【００４１】
内加工槽３０の内部には、研磨加工するための多数の成形体１００が投入される。すなわち、所定数の成形体１００を内加工槽３０に投入してから、内加工槽３０を外加工槽２０の中に組み込み、次に、外加工槽２０と内加工槽３０の上部にシート１２を置き、さらに、蓋体１１を被せて固定することで、加工槽１０の形態が完成する。
【００４２】
［内加工槽のメッシュ構造の説明：図３、図４］
次に、本実施例の内加工槽３０の側壁３１と底壁３２のメッシュ構造の詳細について図３と図４を用いて説明する。図３は、内加工槽３０の側壁３１のメッシュ構造の一部を示す拡大図である。図３に示すように、側壁３１は、図面上で縦方向の金属線３１ａが多数平行に並んでいる。また、図面上で横方向の金属線３１ｂが多数平行に並んでいる。
【００４３】
この縦方向の金属線３１ａと横方向の金属線３１ｂは、交互に網目状に折り重なってメッシュ構造を形成している。金属線３１ａと金属線３１ｂの材質は、一例として硬質なステンレス材である。
【００４４】
隣接する縦方向の金属線３１ａ同士の間には、所定の隙間がある。同様に隣接する横方向の金属線３１ｂ同士の間にも、所定の隙間がある。金属線３１ａと金属線３１ｂとが折り重なってメッシュ構造になることで、この隙間によって多数の開口部３３が形成される。
【００４５】
金属線３１ａと金属線３１ｂの太さは、一例として０．２ｍｍΦ位であり、隙間は縦横の間隔が同じで一例として０．３ｍｍ位である。従って、一つの開口部３３の大きさは、縦横共に０．３ｍｍ位であり、その形状は平面視で略正方形である。
【００４６】
開口部３３の大きさは、内加工槽３０に投入される成形体１００の大きさに応じて選択することが望ましい。これは、成形体１００の大きさよりも開口部３３の形状が大きいと、成形体１００が開口部３３をくぐり抜ける可能性があるからである。なお、開口部３３の大きさは、隣接する金属線３１ａ同士と、同じく隣接する金属線３１ｂ同士との隙間を調整することで、容易に変更できる。このように、内加工槽３０の開口部３３は、メッシュ構造によって形成され、内加工槽３０の内側と外側を貫通する。
【００４７】
図４（ａ）は、図３のメッシュ構造の拡大図を横方向の切断線Ｃ−Ｃ´で切断した断面図である。図４（ａ）に示すように、横方向の金属線３１ｂは、図面上の左側から縦方向の金属線３１ａに対して、下に反る状態から次の金属線３１ａで上に反り、さらに次の金属線３１ａで再び下に反る状態を順次繰り返す。これにより、横方向の金属線３１ｂは、図示するように、断面方向で波形状となる。
【００４８】
また、図４（ｂ）は、図３のメッシュ構造の拡大図を縦方向の切断線Ｄ−Ｄ´で切断した断面図である。図４（ｂ）に示すように、縦方向の金属線３１ａは、図面上で上側から横方向の金属線３１ｂに対して、右に反る状態から次の金属線３１ｂで左に反り、さらに次の金属線３１ｂで再び右に反る状態を順次繰り返す。これにより、縦方向の金属線３１ａも断面方向で波形状となる。
【００４９】
このように、縦方向の金属線３１ａと横方向の金属線３１ｂによって形成されるメッシュ構造の断面（表面）は、平坦ではなく、表面全体が網目状に折り重なって、やすり目のような微細な凹凸形状を成している。
【００５０】
また、内加工槽３０の底壁３２も、側壁３１と同様にメッシュ構造であり、多数の開口部３３が形成されると共に、表面全体は一様に微細な凹凸形状である。なお、金属線３１ａ、３１ｂの断面形状は、円形として図示したが限定されず、四角形などでもよい。
【００５１】
この内加工槽３０の側壁３１と底壁３２の表面の微細な凹凸形状が、内加工槽３０に投入される成形体１００の表面にぶつかることで、成形体１００が削られて研磨されるが、研磨の詳細については後述する。
【００５２】
［セラミックボールの製造工程の説明：図５］
次に、本実施例のセラミックボール製造装置１によるセラミックボールの製造方法の工程順について図５のフローチャートを用いて説明する。図５に示すように、まず造粒工程（ＳＴ１）として、粉末状の窒化物セラミックにアクリル系バインダーと水を適量混合して原液を作る。
【００５３】
この原液をスプレードライヤー（図示せず）によって霧状にして瞬時に乾燥させることで、主成分がセラミックでなる所定の大きさのセラミック粒子を製造する。セラミック粒子の大きさは、一例として４０μｍ位である。
【００５４】
次に成形工程（ＳＴ２）として、先の造粒工程（ＳＴ１）で製造したセラミック粒子を成形機によってプレス加工し、円柱状の成形体を製造する。なお、成形工程の詳細は後述する。
【００５５】
次に研磨工程（ＳＴ３）として、本実施例のセラミックボール製造装置１（図１参照）を用いて、先の成形工程（ＳＴ２）で得た成形体を研磨加工し、略球体のセラミックボールを作る。なお、研磨工程の詳細は後述する。
【００５６】
次に焼成工程（ＳＴ４）として、先の研磨工程（ＳＴ３）で製造したセラミックボールを焼成炉に入れ、窒素雰囲気中で１，６００度から１，８００度の高温で約２時間加熱して焼成する。
【００５７】
次に仕上げ工程（ＳＴ５）として、先の焼成工程（ＳＴ４）で焼成したセラミックボールに対してラッピング加工を行い、真球度に優れた硬質のセラミックボールを完成させる。
【００５８】
［成形工程（ＳＴ２）の詳細説明：図６］
次に、成形工程（ＳＴ２）の詳細について図６を用いて説明する。図６（ａ）に示すように、二軸粉末成形機２００（以降、成形機２００と略す）は、ダイス２０１内に、製造する成形体の外径寸法に合わせた上パンチ２０２と下パンチ２０３が設けられている。この上パンチ２０２と下パンチ２０３は、図示しない駆動手段によって昇降自在に動く。
【００５９】
上パンチ２０２と下パンチ２０３の間に、前述した造粒工程（ＳＴ１）で得た多数のセラミック粒子９０を充填する。なお、セラミック粒子９０の充填ルートは図示を省略している。
【００６０】
次に、成形機２００の上パンチ２０２と下パンチ２０３を所定の成形圧（矢印Ｐ１、Ｐ２）で押圧して、セラミック粒子９０を加圧する。これにより、図６（ｂ）に示すような円柱形状の成形体１００が作られる。ここで、成形圧（Ｐ１、Ｐ２）は、成形体１００にピンホールの発生が少なくなるように調整される。
【００６１】
成形体１００の大きさは、一例として、厚みが１．２６ｍｍ位であり、外径が１．２４ｍｍ位である。なお、成形体１００の形状は限定されず、円柱形の他に、略球形、角柱形などでもよい。
【００６２】
［研磨工程（ＳＴ３）の詳細説明１：図７］
次に、研磨工程（ＳＴ３）において、成形体を加工槽に投入して装置にセットする工程について図７を用いて説明する。図７に示すように、成形工程（ＳＴ２）で得た成形体１００の所定数をセラミックボール製造装置１の二つの加工槽１０、４０の各内加工槽３０、６０（破線で示す）の内部に投入する。なお、一つの内加工槽に投入する成形体１００の所定数は、一例として２，０００個位である。また、成形体１００は、分かりやすいように透視して模式的に描いている。
【００６３】
次に、成形体１００が投入された二つの内加工槽３０、６０をそれぞれ外加工槽２０、５０の内部に組み込む。そして、加工槽１０、４０の上部には、前述したように、それぞれのシート１２、４２とその上に蓋体１１、４１を被せ、一体となった二つの加工槽１０、４０を得る。
【００６４】
次に、加工槽１０、４０を、セラミックボール製造装置１の公転加工台２上の二つの自転加工台４、５の上面に、それぞれ矢印Ｄ１、Ｄ２で示すように設置する。このとき、加工槽１０、４０の中心（図示せず）が自転加工台４、５の自転軸６、７とそれぞれ一致するように設置し、図示しない手段によって固定する。
【００６５】
以上の作業によって、自転加工台４、５がそれぞれ自転し、公転加工台２が公転軸３を中心に公転しても、加工槽１０、４０が公転加工台２から逸脱することがない。また、加工槽１０、４０には、それぞれ蓋体１１、４１とシート１２、４２が被せられているので、内加工槽３０、６０に投入された多数の成形体１００が外部に放出されることがない。
【００６６】
［研磨工程（ＳＴ３）の詳細説明２：図８］
次に、研磨工程（ＳＴ３）での加工槽の自転運動と公転運動による成形体に働く力について図８を用いて説明する。なお、二つの加工槽１０と４０のうち、一方の加工槽１０の平面図を用いて説明する。図８に示すように、加工槽１０の内加工槽３０の中には、所定数の成形体１００が投入されている。なお、蓋体１１とシート１２は図示を省略している。
【００６７】
研磨工程（ＳＴ３）においてセラミックボール製造装置１が動作すると、加工槽１０は、自転加工台４の自転軸６（破線で示す）を中心として矢印Ｂ１の方向（時計回り）に回転する。ここで、前述したように、加工槽１０の中心と自転軸６は一致するように設置されているので、この回転動作が加工槽１０の自転運動となる。なお、自転回転数は、一例として７９０ｒｐｍ位である。
【００６８】
また加工槽１０は、公転加工台２の公転軸３（図面上の左端に破線で示す）を中心として矢印Ａの方向（反時計回り）に大きく回転する。この回転動作が加工槽１０の公転運動となる。なお、公転回転数は、一例として３６０ｒｐｍ位である。
【００６９】
このように、研磨工程では、加工槽１０は、自転軸６を中心とした自転運動が実施されながら、公転軸３を中心とした反対方向の公転運動が所定の期間継続される。ここで、自転運動（矢印Ｂ１）によって、内加工槽３０に投入されている成形体１００には、自転軸６を中心とした遠心力（矢印Ｅで示す）が働く。
【００７０】
また、この遠心力Ｅと同時に、成形体１００には、公転運動（矢印Ａ）によって公転軸３を中心とした遠心力（矢印Ｆで示す）が加わる。この遠心力Ｆの方向は、加工槽１０の公転位置によって順次変化する。
【００７１】
図８で示す例では、加工槽１０は、公転軸３の図面上の右９０度に位置する瞬間であって、公転運動による遠心力Ｆは、公転軸３から図面上の右９０度方向に働く力となる。また、図示しないが、加工槽１０が公転軸３の上側に位置する場合は、遠心力Ｆの方向は公転軸３から上側に働く力となる。
【００７２】
ここで、前述したように、自転軸６も公転軸３も共に鉛直方向であるので（図１参照）、自転運動と公転運動によって生じる遠心力の方向（矢印ＥとＦ）は、共に水平方向（鉛直方向に対して直角）である。
【００７３】
この遠心力ＥとＦの水平方向の力は、合成された力となって内加工槽３０内の成形体１００に働く。この合成された力は、加工槽１０の平面視では、大きさと方向が時間と共に複雑に激しく変化する力となる。
【００７４】
これは、自転運動による遠心力Ｅと公転運動による遠心力Ｆの方向が一致した瞬間は、力が加算されて大きな力となり、自転運動による遠心力Ｅと公転運動による遠心力Ｆの方向が逆の瞬間は、減算されて小さな力となるからである。
【００７５】
［研磨工程（ＳＴ３）の詳細説明３：図９］
次に、研磨工程（ＳＴ３）での成形体の研磨動作について図９を用いて説明する。図９は加工槽１０の内側に設置される内加工槽３０の模式的な斜視図であり、側壁３１と底壁３２のメッシュ構造は図示を省略している。なお、メッシュ構造は図３と図４を参照。
【００７６】
図９に示すように、研磨工程（ＳＴ３）において内加工槽３０は、自転運動（矢印Ｂ１方向）と公転運動（矢印Ａ方向）が同時に実施される。そして前述したように、内加工槽３０に投入された多数の成形体１００には、水平方向に力が働くと共に、平面視では大きさと方向が複雑に変化する力が働く（図８参照）。この結果、成形体１００は内加工槽３０の側壁３１の内側に強く押しつけられ、互いにぶつかり合い、激しく転がる動きとなる。
【００７７】
ここで、内加工槽３０の側壁３１は、前述したように、硬質なステンレス材によるメッシュ構造であり、その表面はやすり目のような微細な凹凸形状を成している（図３、４参照）。これにより、成形体１００が複雑で激しい動きによって側壁３１に繰り返し衝突すると、成形体１００の表面のエッジ部分が優先的に削られる。
【００７８】
この結果、円柱形であった成形体１００（図６（ｂ）参照）は、表面全体が順次研磨されて、略球体に近づいていく。なお、成形体１００は内加工槽３０の内部で激しく転がりながら移動するので、成形体１００の研磨加工の一部は、底壁３２のメッシュ構造による微細な凹凸形状によっても行われる。
【００７９】
このように、成形体１００は、内加工槽３０の側壁３１と底壁３２のメッシュ構造による微細な凹凸形状に繰り返し転がりながら衝突することで研磨されるので、従来のような研磨材は不要である。
【００８０】
また、成形体１００の表面が削られることによって発生する多数の削りカス１０１（小黒丸で示す）の大部分は、内加工槽３０の底壁３２のメッシュ構造による開口部３３（図３参照）を通過して、内加工槽３０の外部に排出される。また、削りカス１０１の一部は、側壁３１のメッシュ構造による開口部３３からも外部に排出される。
【００８１】
この排出された削りカス１０１は、外加工槽２０と内加工槽３０の間にある隙間１４、１５（図２参照）に溜まる。隙間１４、１５に溜まった削りカス１０１は、加工槽１０の自転運動による遠心力Ｅによって、外加工槽２０側に押しつけられるので、再び内加工槽３０の中に戻ることはない。
【００８２】
ここで、研磨加工によって生じる削りカス１０１が、内加工槽３０の内部に留まっていると、削りカス１０１は、成形体１００の表面に再付着して研磨の加工効率が著しく低下する。しかし、本実施例では、内加工槽３０の壁面に形成された開口部３３を通過して、ほとんどの削りカス１０１が外部に排出されるので、極めて効率の良い研磨加工を実現できる。研磨工程（ＳＴ３）の加工時間は、一例として３０分位で十分である。
【００８３】
このように、内加工槽３０の側壁３１と底壁３２とのメッシュ構造は、成形体１００の研磨と、削りカス１０１の排出という二つの機能を備えている。
【００８４】
［研磨工程前の成形体とセラミックボールと完成セラミックボールの形状説明：図１０］
次に、研磨工程（ＳＴ３）前の成形体と、研磨工程（ＳＴ３）で研磨された後のセラミックボールと、仕上げ工程（ＳＴ５）後の完成セラミックボールについて図１０を用いて説明する。
【００８５】
図１０（ａ）は、研磨工程（ＳＴ３）前、すなわち、成形工程（ＳＴ２：図６参照）で作られた成形体１００の一例である。成形体１００は、セラミック材を主成分とし、アクリル系バインダーが含まれている。成形体１００は、円柱形であり、図面上で上下にある平面部１０２と、円筒部１０３を有している。
【００８６】
図１０（ｂ）は、研磨工程（ＳＴ３：図７〜図９参照）によって成形体１００が研磨された後の略球体のセラミックボール１１０の一例である。図１０（ｂ）に示すように、セラミックボール１１０は、完全な球体ではないが、研磨工程によって円柱形の成形体１００の平面部１０２の周囲のエッジ部１０４（図１０（ａ）参照）が優先的に削られて、全体が略球体のセラミックボール１１０となる。
【００８７】
このセラミックボール１１０は、次の工程である焼成工程（ＳＴ４）によって焼成されるが、前述したように、本実施例では、研磨工程（ＳＴ３）で加工槽に入れる研磨材が不要である。従って、研磨工程後に成形体１００と研磨材を分別する必要がなく、研磨工程後、直ちに焼成工程（ＳＴ４）を実施できる。なお、焼成工程（ＳＴ４）によって焼成されたセラミックボールは、極めて硬質になるが、形状はほとんど変化せずに略球体であり、図１０（ｂ）に示すセラミックボール１１０と同等である。
【００８８】
図１０（ｃ）は、焼成工程（ＳＴ４）によって焼成されたセラミックボール１１０を、最後の仕上げ工程（ＳＴ５）でラッピング加工した完成セラミックボール１２０である。完成セラミックボール１２０は、図示するように、真球度に優れた球体であり、きわめて硬質で耐摩耗性に優れ、軽量であるので、転がり軸受の転動体などに適している。
【００８９】
なお、本実施例では、研磨工程（ＳＴ３）で研磨加工する成形体１００は、未焼結状態（グリーン体）であるが、これに限定されず、未焼結の成形体１００を所定の条件で仮焼結した後に研磨工程（ＳＴ３）を実施してもよい。
【００９０】
以上のように、本実施例のセラミックボール製造装置１は、研磨する成形体１００に対して、加工槽１０によって自転運動と公転運動が同時に実施される。この加工槽１０の自転軸６と公転軸３は共に鉛直方向であるので、成形体１００に働く力は水平方向である。また、二つの遠心力ＥとＦが合成されて、平面視では大きさと方向が時間と共に複雑に激しく変化する力となる。
【００９１】
これにより、内加工槽３０内の成形体１００は、内加工槽３０の側壁３１に強く押しつけられながら激しく転がる動きとなる。このため、内加工槽３０の側壁３１のメッシュ構造による微細な凹凸形状によって、成形体１００のエッジ部分が優先的に削られて効率の良い研磨が実施される。
【００９２】
また、内加工槽３０の側壁３１と底壁３２のメッシュ構造によって開口部３３が形成されるので、研磨によって生じる成形体１００の削りカス１０１が、この開口部３３を通過して外加工槽２０側に排出される（図９参照）。これにより、成形体１００に削りカス１０１が再付着して研磨加工が阻害されることがなく、短時間で球体に近いセラミックボールを製造できる。
【００９３】
また、成形体１００は、内加工槽３０の側壁３１と底壁３２のメッシュ構造による微細な凹凸形状に衝突することで研磨されるので、従来のような研磨材が不要となる。これにより、研磨工程後に、研磨されたセラミックボールと研磨材を分別する作業が不要となり、作業性が向上する。
【００９４】
また、内加工槽３０は、外加工槽２０に対して着脱自在である。これにより、内加工槽３０に成形体１００を投入してから、内加工槽３０を外加工槽２０の内部に組み込むことができ、成形体１００の投入作業が容易となる。また、研磨加工後では、内加工槽３０を外加工槽２０から取り外してから、内加工槽３０に入っている研磨済みのセラミックボール１１０を他の容器等に移すことができるので、研磨加工後のセラミックボールの取り出し作業も容易である。
【００９５】
以上のように本発明の実施例によれば、従来のセラミックボールの加工と比較して、研磨時間が極めて短く、且つ、優れた作業性を備えたセラミックボール製造装置およびその製造方法を提供できる。
【００９６】
［本発明の変形例である内加工槽の説明：図１１］
次に、本発明の変形例であるセラミックボール製造装置について図１１を用いて説明する。ここで変形例は、内加工槽３０の側壁３１と底壁３２の壁面の違いのみであるので、セラミックボール製造装置の同一要素には同一符号を付し、内加工槽３０の壁面のみを説明する。
【００９７】
図１１（ａ）は、変形例の内加工槽３０の側壁３１の一部を示す拡大図である。図１１（ａ）に示すように、変形例の側壁３１は、パンチングメタル構造によって形成されている。すなわち、側壁３１は、平坦部３１ｃにパンチングプレス加工によって多数のパンチ穴による開口部３４が形成される。
【００９８】
開口部３４は、円形であり、千鳥状に配列されているが、これに限定されない。たとえば、形状は四角形や多角形でもよいし、配列はランダム配列等でもよい。開口部３４の大きさは、内加工槽３０に投入される工作物としての成形体の大きさに応じて選択することが望ましい。これは、成形体の大きさよりも開口部３４の形状が大きいと、成形体が開口部３４をくぐり抜けてしまうからである。また、側壁３１の材質は、硬質なステンレス材が望ましい。
【００９９】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の側壁３１を図面上で横方向の切断線Ｈ−Ｈ´で切断した断面図である。図１１（ｂ）に示すように、側壁３１は、平坦部３１ｃの間に開口部３４が連続的に形成され、内加工槽３０の内側と外側を貫通している。また、側壁３１の表面は平坦部３１ｃが存在するのでマクロ的には平坦である。
【０１００】
しかし、開口部３４が平坦部３１ｃに多数形成されているので、平たん部３１ａの間に凹部としての開口部３４が形成されていることになる。従って、平坦部３１ｃと開口部３４をミクロ的に見れば、側壁３１の表面は、微細な凹凸形状を有していると言える。また、内加工槽３０の底壁３２も側壁３１と同様の構成である。
【０１０１】
このように、変形例の内加工槽３０の側壁３１と底壁３２は、パンチングメタル構造によって多数の開口部３４が形成され、その表面は、ミクロ的には、微細な凹凸形状である。ここで、変形例においても、加工槽１０、４０は、実施例と同様に自転運動と公転運動を行うので、内加工槽３０に投入される成形体１００は、内加工槽３０の側壁３１に強く押しつけられながら激しく転がる動きとなる（図８、図９参照）。
【０１０２】
これにより、成形体１００のエッジ部分が優先的に削られて研磨が実施される。この結果、成形体は実施例で示したセラミックボール１１０（図１０（ｂ）参照）と同様に研磨されて略球体となる。しかし、変形例の平坦部３１ｃと開口部３４による微細な凹凸形状は、平らな平坦部３１ｃを多く含んでいる。このため、実施例のメッシュ構造による微細な凹凸形状（図４参照）よりも、成形体を削って研磨する力は、いくぶん小さいと言える。
【０１０３】
なお、変形例の開口部３４は、実施例で示したメッシュ構造の開口部３３（図３参照）と同様に、研磨加工によって発生する削りカスを内加工槽３０の外部に排出する機能を有している。
【０１０４】
以上のように、本発明の変形例は、内加工槽３０の側壁３１と底壁３２がパンチングメタル構造によって開口部３４が形成される。これにより、側壁３１と底壁３２の表面は微細な凹凸形状が形成されて成形体を研磨できるので、研磨材が不要である。また、開口部３４によって削りカスを外部に排出できる。この結果、研磨時間が短く、且つ、優れた作業性を備えたセラミックボール製造装置およびその製造方法を提供できる。
【０１０５】
このパンチングメタル構造の変形例は、実施例のメッシュ構造の内加工槽３０と比較して、前述したように、成形体を研磨する能力が多少劣るので、やや長い加工時間が必要となる場合がある。しかし、変形例の場合は、側壁３１と底壁３２の開口部３４をパンチングプレス加工で簡単に形成出来るので、内加工槽３０の製造が容易となる利点がある。
【符号の説明】
【０１０６】
１  セラミックボール製造装置
２  公転加工台
３  公転軸
４、５  自転加工台
６、７  自転軸
１０、４０  加工槽
１１、４１  蓋体
１３  スペーサ
１４、１５  隙間
２０、５０  外加工槽
３０、６０  内加工槽
３１  側壁
３１ａ、３１ｂ  金属線
３１ｃ  平坦部
３２  底壁
３３、３４  開口部
９０  セラミック粒子
１００  成形体
１１０  セラミックボール
１２０  完成セラミックボール
２００  成形機
２０１  ダイス
２０２  上パンチ
２０３  下パンチ
【図１】
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【図２】
2020093321.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020093321.tif 000006
【図５】
2020093321.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020093321.tif 000009
【図８】
2020093321.tif 000010
【図９】
2020093321.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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