(57)【要約】【課題】バリ取りや表面研磨の処理能率を向上させ、処理条件の設定自由度を増大し、駆動エネルギーを減少し騒音・振動を減らす。【解決手段】内底面を下方に向かって凸な略半円状とした研磨槽４０を水平方向および上下方向に弾性支持し、研磨槽４０を第１の加振機４４によって円周方向に加振することによってメディア４６を研磨槽４０内で振動させながら一定方向に回転流動させる一方、被加工物４８を、メディア４６に接触させて弾性支持しつつ加振し、被加工物４８にメディア４６を打ちつける。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨処理用のメディアを収容する研磨槽を加振することによって、前記メディアに入れた被加工物を研磨処理する振動式研磨処理方法において、
内底面を下方に向かって凸な略半円状とした研磨槽を水平方向および上下方向に弾性支持し、前記研磨槽を第１の加振機によって円周方向に加振することによって前記メディアを研磨槽内で振動させながら一定方向に回転流動させる一方、前記被加工物を、前記メディアに接触させて弾性支持しつつ加振し、被加工物に前記メディアを打ちつけることを特徴とする振動式研磨処理方法。
【請求項２】
研磨槽と被加工物は別々の加振機により加振される請求項１の振動式研磨処理方法。
【請求項３】
研磨槽内のメディアの振動周波数と被加工物の振動周波数とを独立に制御可能とした請求項１または２の振動式研磨処理方法。
【請求項４】
研磨処理用のメディアを収容する研磨槽を加振することによって、前記メディアに入れた被加工物を研磨する振動式研磨処理装置において、
固定フレームに弾性支持された第１の加振板と、
この第１の加振板に取付けられその内底面を下方に向かって凸な略半円状とした研磨槽と、
前記研磨槽に取付けられ略水平な振動中心軸線回りに回転振動を発生する第１の加振機と、
前記固定フレームに保持され前記研磨槽の上方に臨む補助フレームと、
前記補助フレームに弾性支持されかつ前記被加工物を前記メディアに接触させた状態で保持する第２の加振板と、
前記第２の加振板の取付けられた第２の加振機と、
を備えることを特徴とする振動式研磨処理装置。
【請求項５】
第２の加振板の下面に複数のばねを介して弾性支持された保持板を備え、被加工物はこの保持板の下面に固定されている請求項４の振動式研磨処理装置。
【請求項６】
研磨槽は第１の加振板を上下方向に貫通して第１の加振板に固定され、第１の加振機は前記研磨槽の底部に取付けられている請求項４または５の振動式研磨処理装置。
【請求項７】
第１の加振機および第２の加振機はこれらの振動中心軸線が互いに略平行となるように配設されている請求項４〜６のいずれかの振動式研磨処理装置。
【請求項８】
金属細線を編んだ編組体からなるワイヤをコイル状に巻いた複数の編組体コイルばねを、その中心軸線を第１および第２の加振機の振動中心軸線に略直交させかつ水平にして第１の加振板と固定フレームの間および第２の加振板と補助フレームの間に介在させた請求項７の振動式研磨処理装置。
【請求項９】
第１および第２の加振機は、不平衡型振動モータで形成されている請求項４の振動式研磨処理装置。
【請求項１０】
保持板を第２の加振板に弾性支持するばねは縦置きのコイルばねである請求項５の振動式研磨処理装置。
【請求項１１】
研磨槽の内底面は、第１の加振機の加振方向に直交する方向に長い略半円筒形である請求項４の振動式研磨処理装置。
【請求項１２】
第１および第２の加振機の振動が独立に可変であり、研磨槽を含む第１の振動系および被加工物を含む第２の振動系の少なくとも一方は共振周波数付近で振動が可能である請求項９の振動式研磨処理装置。
【請求項１３】
補助フレームは固定フレームに対して上下位置可変に保持された昇降フレームと、この昇降フレームに水平軸回りに回動可能に保持された枠状の回動フレームとを持ち、第２の加振板は前記回動フレームに弾性支持されている請求項４の振動式研磨処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粒子状などの研磨材を含むバリ取り用や表面研磨用などのメディアを収容する研磨槽を加振することによって、メディアの中に入れた被加工物のバリを除去したり表面研磨などの処理を行う振動式研磨処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、主として砥粒からなるメディア（研磨砥粒）や細かい鋼球、ガラス球などを含むメディア（以下バリ取り用、表面研磨用などのメディアまたは単にメディアという）に被加工物を混合して全体を振動させ、相互の擦れ合いによって被加工物のバリを除去したり表面を研磨する研磨処理装置が知られている。また多数の被加工物のバリ取りを連続的に行うために筒状の研磨槽内にスパイラル状の搬出路を形成し、研磨槽を加振することによって搬送路上で被加工物を搬送すると共に、研磨砥粒によって被加工物のバリを除去することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特願平４−２９２５８１
【特許文献２】特願平７−１４８６５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既提案のバリ取りや研磨を行う方法は、小部品のバリ取りや表面研磨を行うことを想定したものであり、多数の部品をメディアの中に混入し、部品とメディアを一緒に加振して相互に擦り合わせるものであった。このため部品とメディアとの相対速度差が小さく、処理速度が遅くなり、処理時間も数１０分、時には数時間かける必要がある。また処理後にメディアと部品（被加工物）とを分離する必要があり、生産性が悪いという問題があった。
【０００５】
このような従来の装置は、メディアと被加工物が混合して流動するため、被加工物の材質、バリの状態、バリ取り要求事項、バリ以外の他の部位への影響などを考慮したきめの細かい設定ができないという問題もあった。さらにこの方法ではバリ取りなどの処理を短時間で行うため加振加速度を上げたり回転周波数を上げることが考えられるが、この場合にはメディアと被加工物を入れた研磨槽全体をそのような条件で加振する必要が生じる。このため駆動エネルギーが著しく大きくなり、騒音・振動が大きくなるという問題もある。
【０００６】
また自動車や産業機械などに用いられる自動変速機などの油圧機器で、複雑な迷路状の流体通路を有するものでは、１０数キログラムの軽合金部品が使われ、このような大型かつ大重量の部品では従来のバリ取り方法を使えないという問題があった。さらに複雑な流体通路や、細かい溝や孔部を持つ部品では、これらの通路、溝、孔部にメディアが詰まるため、バリ取りが不可能であったり、詰まったメディアの除去に手間がかかる、という問題もあった。また鋳造時に砂型を用いる場合には、細かい孔や溝に入った砂を除去するのに手間がかかるという問題があった。さらに細かい孔の内面が研磨できないという問題もあった。
【０００７】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、バリ取りや表面研磨の処理能率を向上させて処理時間の短縮が図れ、被加工物ごとにきめ細かい処理条件を設定するための設定自由度が増大し、駆動エネルギーが減少し騒音・振動を減らすことが可能となる振動式研磨処理方法を提供することを第１の目的とするものである。またこの方法の実施に直接使用する振動式研磨処理装置を提供することを第２の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によればこの目的は、研磨処理用のメディアを収容する研磨槽を加振することによって、前記メディアに入れた被加工物を研磨処理する振動式研磨処理方法において、内底面を下方に向かって凸な略半円状とした研磨槽を水平方向および上下方向に弾性支持し、前記研磨槽を第１の加振機によって円周方向に加振することによって前記メディアを研磨槽内で振動させながら一定方向に回転流動させる一方、前記被加工物を、前記メディアに接触させて弾性支持しつつ加振し、被加工物に前記メディアを打ちつけることを特徴とする振動式研磨処理方法、により達成される。
【０００９】
また第２の目的は、研磨処理用のメディアを収容する研磨槽を加振することによって、前記メディアに入れた被加工物を研磨する振動式研磨処理装置において、固定フレームに弾性支持された第１の加振板と、この第１の加振板に取付けられその内底面を下方に向かって凸な略半円状とした研磨槽と、前記研磨槽に取付けられ略水平な振動中心軸線回りに回転振動を発生する第１の加振機と、前記固定フレームに保持され前記研磨槽の上方に臨む補助フレームと、前記補助フレームに弾性支持されかつ前記被加工物を前記メディアに接触させた状態で保持する第２の加振板と、前記第２の加振板の取付けられた第２の加振機と、を備えることを特徴とする振動式研磨処理装置、により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、研磨槽の内底面を下方に向かって凸な略半円状とし、研磨槽を円周方向に細かく振動させながら回転（回転振動）させることにより研磨槽に入れたメディアを振動させながら一方向に回転流動させる。一方、被加工物はこのメディアの中に埋め込んだりメディアが接触し振りかかる状態に弾性支持しながら加振するので、メディアと被加工物の加振条件を別々に設定することができ、被加工物ごとにきめ細かい処理条件を得るための設定自由度が増える。このため全体の合計駆動エネルギーを減らし騒音と振動の抑制が図れる。
【００１１】
被加工物はメディアの中に混合してメディアと共に振動および流動するのでなく、メディアの振動および一方向の回転流動に対して被加工物はメディアとは別に加振されているので、メディアと被加工物の振動を適切に制御することによって両者の相対速度差を大きくすることができ、メディアは被加工物に一層激しく当たることになる。このためバリ取りや表面などの研磨や鋳型の砂落としの能率が高くなり、処理時間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明にかかる方法（請求項１）において、メディアと被加工物は別々の加振機によって別々に独立して加振するのが望ましい（請求項２）。メディアと被加工物の振動（振動の強度、周波数、振動回転方向などを含む）を別々に独立して設定するのに都合が良いからである（請求項３）。しかし共通の加振機でメディアと被加工物を別々に加振するものも可能である。例えば加振機の出力を機械的に分けて研磨槽と被加工物の（第１および第２の）加振板に伝達することもできる。
【００１３】
本発明による装置（請求項４）において、被加工物は補助フレームに弾性支持された第２の加振板に直接固定してもよいが、この被加工物は第２の加振板の下面に複数のばねを介して弾性支持された保持板の下面に固定してもよい（請求項５）。すなわち被加工物を第２の加振板に保持板を介して間接的に取付けるものである。この場合には被加工物の振動の設定自由度が増え、メディアの振動に適合させるのに都合がよい。研磨槽は第１の加振板を上下方向に貫通して第１の加振板に固定し、この研磨槽の底部に第１の加振機を取付けることができる（請求項６）。このようにすれば第１の加振機が研磨槽を直接加振することができ、能率良くメディアを加振することができる。なお研磨槽は第１の加振板に弾性支持してもよいし、第１の加振機は第１の加振板を加振するものであってもよい。
【００１４】
第１の加振機および第２の加振機はこれらの振動中心軸線が互いに略平行となるように配設すれば、メディアの流動方向と被加工物の振動方向を同方向または逆方向に揃えて適切な処理の促進が図れる（請求項７）。
【００１５】
第１の加振板を固定フレームに対して弾性支持したり第２の加振板を補助フレームに弾性支持するためには、金属細線を編んだ編組体からなるワイヤをコイル状に巻いた複数の編組体コイルばねを、それらの中心軸線を第１および第２の加振機の振動中心線に略直交させかつ水平にして第１の加振板と固定フレームとの間および第２の加振板と補助フレームとの間に介在させるのがよい（請求項８）。水平にした編組体コイルばねは、その下縁と上縁とがその中心軸線方向に極めて柔らかく、中心軸線に直交する方向（例えば上下方向）には十分に硬いという特性を持つ。このため前記のように複数の編組体コイルばねを第１、第２の加振板と固定フレームおよび補助フレームとの間に介在させた場合には、加振板はこの編組体コイルばねの中心軸線方向に極めて柔らかく振動し易くなる一方、他の方向には十分大きな荷重に耐えることになる。従って研磨槽や加振機などを含む振動系の上下方向の荷重を支えることができる。
【００１６】
第１および第２の加振機は加振板に取付けた不平衡型振動モータで形成することができる（請求項９）。この場合、振動モータの振動中心軸線を編組体コイルばねの中心軸線に直交方向にするのがよい。被加工物に固定した保持板を第２の加振板に弾性支持する場合（請求項５）に、保持板を第２の加振板に弾性支持するばねは、縦置きのコイルばねとするのがよい（請求項１０）。
【００１７】
研磨槽の内底面は下方に向かって略半球状に凸となったものであってもよいが、略半円筒状としてもよい（請求項１１）。すなわち第１の加振機の振動中心軸線方向に直交する垂直面での断面を略半円状とした略半円筒形にするものである。研磨槽の回転振動方向に対して半円筒面の中心線が略直交する方向になるので、研磨槽の内底面によってメディアが円弧状に送られて一側面に沿って上昇し、他側面側に落下することになり、円滑に回転流動し循環する。この場合は被加工物に対して相対的にメディアの移動量が大きくなり、バリ取り処理などを能率良く行うことができる。
【００１８】
第１および第２の加振機の振動（振幅、振動加速度、周波数）を制御することによって研磨槽および被加工物の振動を制御でき、特に研磨槽を含む第１の振動系および被加工物を含む第２の振動系の少なくとも一方の振動系を共振周波数付近の周波数で振動させることにより研磨槽の振動を著しく増幅させてメディアの回転流動を一層強くしたり被加工物の振動を強くすることができる。このためには第１および第２の加振板に取付ける第１および第２の加振機の加振周波数を可変としておくのがよい（請求項１２）。
【００１９】
補助フレームは、固定フレームに対して上下位置可変に保持された昇降フレームと、この昇降フレームに水平軸回りに回動可能に保持された枠状の回動フレームとを持ち、第２の加振板を回動フレームに弾性支持するように構成することができる（請求項１３）。この場合には昇降フレームを上昇させて縦向きにした回動フレームに被加工物を直接または保持板を介して間接的に取付け、回動フレームを水平に戻してから昇降フレームを下降させ被加工物をメディアの中に進入させる。このように被加工物の交換が容易に行えることになる。
【００２０】
この発明はバリ取り装置に最適であるが、表面研磨、鋳型の砂落とし、孔などの内面研磨などを行う研磨処理装置に適用することもできる。メディアの材質、サイズ（粒径）、形状などは処理対象、処理条件により適切に設定するのは勿論である。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の一実施例であるバリ取り装置の研磨槽を保持する本体側の分解斜視図、図２は同じく被加工物の保持部の分解斜視図、図３は全体平面図、図４は正面図、図５は右側面図、図６は同じく補助フレームの上昇位置を示す右側面図、図７は被加工物の保持部を示す平面図、図８は同じく正面図、図９は同じく右側面図、図１０は動作状態を示す右側面図、図１１は編組体コイルの斜視図である。
【００２２】
図１、３〜６において符号１０は研磨槽を保持する本体側の固定フレームである。固定フレーム１０は、４本の縦支柱１２（１２ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｂ）をそれらの下端を４本の下枠材１４で結合すると共に、それらの上端を４本の上枠材１６で結合したものである。正面側の２本の縦支柱１２ａ、１２ａの間および後面側の２本の縦支柱１２ｂ、１２ｂの間にはそれぞれ梁材１８ａ、１８ｂが同じ高さに掛け渡されている。これら両梁材１８ａ、１８ｂは左右一対の前後梁２０、２０で連結されている。この前後梁２０、２０には後記する第１の加振板２８が弾性支持される。
【００２３】
梁材１８ｂとその下方の下枠材１４との間は縦補強材２２、２２で連結され、両縦補強材２２、２２はさらに水平補助材２４で結合されている。この水平補助材２４には後記する補助フレーム５０を昇降させるエアシリンダ  の下端が支持される。また後面側の縦支柱１２ｂ、１２ｂを結合する上枠材１６と下枠材１４の後面には、後記する補助フレーム  を昇降可能に保持する昇降ガイドレール取付用縦支柱２６、２６が縦補強材２２、２２に沿うように固定されている。
【００２４】
このように構成される固定フレーム１０には、前後梁２０、２０の上面に第１の加振板２８が弾性支持される。すなわち第１の加振板２８は左右縁の下面に沿って配設した左右２個ずつの編組体コイルばね３０によって前後梁２０、２０の上に取付けられている。ここに編組体コイルばね３０はステンレスなどの金属細線を編んだ編組体からなるワイヤをコイル状に巻いたものである。
【００２５】
編組体コイルばね３０は図１１に示すように、中心軸線３２を水平にしてコイル状に巻いて、このコイルの上下をそれぞれ２本の固定バー３４、３６に挟み複数のビス３８でワイヤと固定バー３４、３６とを一体に固定したものである。このコイルばね３０は下の固定バー３４、３６に対して上の固定バー３４、３６が中心軸線３２方向に柔らかく、中心軸線３２に交叉する方向に硬くなる特性を持つ。なおコイルばね３０はその長手方向中央でワイヤの巻き方向を逆にして、下の固定バー３４、３６に対する上の固定バー３４、３６の復帰力を対称にしている。
【００２６】
この編組体コイルばね３０は、その中心軸線３２を平行かつ前後方向に一致させて、第１の加振板２８の左右側縁付近と前後方向の前後梁２０、２０との間に取付けられる。すなわち４個の編組体コイルばね３０の下の固定バー３４、３６が梁２０に固定され、上の固定バー３４、３６が第１の加振板２８に固定される。この結果第１の加振板２８は、コイル３０の中心軸線３２方向（前後方向）に柔らかく（振動し易く）、他の方向に硬く（振動しにくく）なる状態で固定フレーム１０に弾性支持される。
【００２７】
第１の加振板２８には上下方向に貫通して研磨槽４０が固定されている。この研磨槽４０は上方が開いた略半円筒形である。すなわちその内底面は編組体コイルばね３０の中心軸線３２方向と平行な垂直面による断面が略半円形であり（図１、５、６、１０参照）、上方に開く開口は長方形である。研磨槽４０はその下部が第１の振動板２８に設けた長方形の開口４２を上方から貫通して下方へ突出し、その上部が開口４２の上方に突出している。
【００２８】
研磨槽４０の外底面すなわち中央下面には、第１の加振機４４が取付けられている。この加振機４４は不平衡振動モータで形成され、その不平衡重りを持つ回転軸は編組体コイルばね３０の中心軸線３２に直交しかつ水平となるように配置される。なおこの加振機４４の不平衡重りの偏心率と振動数（回転速度）は制御可能である。
【００２９】
研磨槽４０の中には研磨砥粒などからなるメディア４６が入れられる。４８は被加工物であり、後記する補助フレーム５０に弾性支持されて図５、６、１０に示すように研磨槽４０内のメディア４６に接触あるいは埋没する状態に保持される。
【００３０】
次に被加工物４８を弾性支持する補助フレーム５０を説明する。補助フレーム５０は、固定フレーム１０に対して上下位置可変に保持された昇降フレーム５２と、この昇降フレーム５２に水平横方向の回動軸５４の回りに回動可能に保持された枠状の回動フレーム５６とを持つ。昇降フレーム５２は図２、３に示すように、左右一対の支持腕５８、５８の一端部と中間部とをそれぞれ連結腕６０、６２で結合し一体化したものである。
【００３１】
支持腕５８、５８の外側縁は、昇降ガイドレール６４を介して固定フレーム１０の昇降ガイドレール取付用縦支柱２６、２６の内側対向面に上下スライド自在に保持されている。中間の連結腕６２の中央部の下面と、前記固定フレーム１０の水平補助材２４に固定したブラケット６６（図１、２、５、６）とはエアシリンダ６８で連結されている。従ってこのエアシリンダ６８の伸縮によって昇降フレーム５２は昇降ガイドレール６４、６４にガイドされて昇降する。
【００３２】
回動フレーム５６は左右一対の側枠５６ａを前後一対の枠５６ｂで結合して四角形の枠形としたものであり、回動フレーム５６の側枠５０ａは昇降フレーム５２の支持腕５８、５８の前端に固定した軸受７０、７０に軸支され、水平軸５４回りに回動可能である。昇降フレーム５２の連結腕６０、６２の上面にはカバー板７２が掛け渡され、このカバー板７２にピボット軸受７４が固定されている。回動フレーム５６の右側の側枠５６ａに固定した起立腕７６とこのピボット軸受７４との間にエアシリンダ７８が介装されている。従ってこのエアシリンダ７８の伸縮によって回動フレーム５６は、図５に示す水平位置と、図６に示す垂直位置との間で回動する。
【００３３】
回動フレーム５６の左右の側枠５６ａには第２の加振板８０が弾性支持されている。すなわちこの加振板８０は、前記編組体コイルばね３０と同じ構造を持つ他の４つの編組体コイルばね３０Ａによって支持されている。ここにコイルばね３０Ａは、その中心軸を前後方向（枠５６ａと平行な前後方向）にして枠５６ａの上面に左右２個ずつ取付けられる。第２の加振板８０の上面中央には第２の加振機８２が取付けられている。この加振機８２は前記第１の加振機４４と同じ構造のものであり、偏心重りの偏心率を設定可能であり、回転速度（加振周波数）は制御可能である。加振機８２は回転軸が水平横向きである。
【００３４】
この実施例では、第２の加振板８０に被加工物４８を直接固定せず、コイルばね８４を介して弾性支持している。すなわち第２の加振板８０の下面には前後方向に３個ずつ左右２列に並べた合計６個のコイルばね８４の上端が固定され、６個のコイルばね８４の下端に水平な保持板８６を固定し、さらにこの保持板８６の下面に適切な長さの延長台８８を挟んで被加工物４８を固定したものである。
【００３５】
次にこの実施例の動作を説明する。第１の加振機４４の円周方向の回転振動力により、第１の加振板２８は編組体コイルばね３０の中心軸線３２方向および上下方向の偏位により回転振動する。この加振板２８の回転振動は、この加振板２８に固定された研磨槽４０に伝えられる。加振機４４、加振板２８および研磨槽４０の重さ、編組体コイルばね３０のばね定数、研磨槽４０に収容したメディア４６の量（重さ）などで決まる第１の振動系の共振周波数と、加振機４４の加振周波数が一定の関係になると、振動系は共振状態に近い状態となって激しく回転振動する。この時にはメディア４６は図５、１０に示すように研磨槽４０内で内底面に案内されて円を描きながら激しく振動しながら循環する。
【００３６】
また被加工物４８、第２の加振板８０、保持板８６、第２の加振機８２、編組体コイルばね３０Ａ、コイルばね８４、被加工物４８とメディア４６との抵抗などで決まる第２の振動系の共振周波数と、第２の加振機８２の加振周波数が一定の条件になると、この第２の振動系は共振状態となり、被加工物４８は激しく振動する。
【００３７】
このように被加工物４８は第２の加振機８２によって加振されているので、メディア４６と被加工物４８との相対速度の変動が著しく大きくなり、振動しながら回転流動するメディア４６はこの被加工物４８に激しく衝突する。このため、被加工物４８のバリは能率よく除去され、表面処理が促進される。また被加工物４８は補助フレーム５０と共に昇降させて研磨槽４０から出し入れすればよいので処理能率を向上させることができる。
【００３８】
なお研磨槽４０の内底面には、メディア４０の送り方向に対して直交方向（振動中心軸線方向）に長い凸条９０を設けておくのがよい（図１０）。メディア４６をこれら１または複数の凸条９０によって、メディア４６が研磨槽４０の内面を滑るのを防ぎ、メディア４６の流動および振動を強くできるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例の本体側の研磨槽保持部分分解斜視図
【図２】同じく被加工物の保持部の分解斜視図
【図３】同じく全体の平面図
【図４】同じく正面図
【図５】同じく右側面図
【図６】補助フレームの上昇位置を示す右側面図
【図７】被加工物の保持部を示す平面図
【図８】同じく保持部の正面図
【図９】同じく保持部の右側面図
【図１０】動作状態を示す右側面図
【図１１】編組体コイルの斜視図
【符号の説明】
【００４０】
１０  固定フレーム
２８  第１の加振板
３０、３０Ａ  編組体コイルばね
３２  中心軸線
４０  研磨槽
４４  第１の加振機（不平衡振動モータ）
４６  メディア
４８  被加工物
５０  補助フレーム
５２  昇降フレーム
５６  回動フレーム
８０  第２の加振板
８２  第２の加振機
８４  コイルばね
８６  保持板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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