(57)【要約】【課題】  不定形の外観を呈する物体の内部に形成された屈曲流路にも適用可能で、その流路の壁面を効率良く均一に研磨するうえで好適な流路研磨装置および方法を提供すること。【解決手段】  屈曲可能な線状部材と、前記線状部材と一体化して設けられ、前記線状部材と共に前記線状部材の長手方向を軸として回転可能な研磨部材と、前記研磨部材を挟んで配置され、前記線状部材が挿通された、可撓性のあるサポート部材と、前記研磨部材を前記流路の壁面に摺動接触させるための回転手段と、前記研磨部材と前記サポート部材とを前記流路内で移動させるための送り手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲部を有する流路の壁面を研磨する流路研磨装置であって、
屈曲可能な線状部材と、
前記線状部材と一体化して設けられ、前記線状部材と共に前記線状部材の長手方向を軸として回転可能な研磨部材と、
前記研磨部材を挟んで配置され、前記線状部材が挿通された、可撓性のあるサポート部材と、
前記研磨部材を前記流路の壁面に摺動接触させるための回転手段と、
前記研磨部材と前記サポート部材とを前記流路内で移動させるための送り手段と、
を備えることを特徴とする流路研磨装置。
【請求項２】
前記線状部材は、撚り線であることを特徴とする請求項１に記載の流路研磨装置。
【請求項３】
前記サポート部材は、外形が球状または回転楕円体状の複数の部材で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流路研磨装置。
【請求項４】
前記サポート部材によって、前記線状部材の回転中心位置が前記流路断面の幾何中心近傍に保持されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の流路研磨装置。
【請求項５】
前記研磨部材は、基材と、該基材の表面に固着された研磨粒子とを有すると共に、弾性変形可能な柔軟性を備え、前記流路に挿入した際に前記流路の壁面に押付力が作用する寸法および形状を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の流路研磨装置。
【請求項６】
前記研磨部材は、基材と該基材の表面に固着された研磨粒子とを有し、前記研磨部材の基材が、流体の流入によって膨張可能な伸縮性を持つと共に、前記線状部材の内部に、前記研磨部材の基材まで前記流体が流通可能な管状またはポーラス状の空隙を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の流路研磨装置。
【請求項７】
前記研磨部材は、チャンネルコイルブラシであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の流路研磨装置。
【請求項８】
屈曲部を有する流路の壁面を研磨する流路研磨方法であって、
屈曲可能な線状部材と、前記線状部材と一体化して設けられ、前記線状部材と共に前記線状部材の長手方向を軸として回転可能な研磨部材と、前記研磨部材を挟んで配置され、前記線状部材が挿通された、可撓性のあるサポート部材とを有する研磨治具を、前記流路に挿入する第１のステップと、
前記流路内で、前記研磨部材を前記線状部材の長手方向を軸として回転させて前記流路の壁面に摺動接触させるとともに、前記研磨治具を前記流路内で移動させる第２のステップと、
を有することを特徴とする流路研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形な外観を呈する物体の内部に形成された屈曲流路にも適用可能であって、特に、その流路の壁面を研磨する流路研磨装置および流路研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械加工では製作できない複雑形状の製品を製造する方法として鋳造法や射出成型法等があるが、近年、製品の内部にも複雑な流路を形成できる３次元造形技術の適用が進んでいる。このような造形品、特に金属造形品は表面粗さが大きいため、造形後にブラスト処理や切削加工等の２次加工を施すことが多い。しかし、これらの手法は内部の流路には適用できないため、流動研磨、磁気研磨、電解研磨等の手段、あるいは生産性をあげるため、それらと機械研磨を組合せた手段等が用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５５７４６号公報
【特許文献２】特開２０１３−４９０９６号公報
【特許文献３】特開平６−３１５４０号公報
【特許文献４】特開平４−３３６９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の流動研磨は、研磨液中の研磨剤を高速で研磨対象面に衝突あるいは摺動させて突起を削って行くため、特に、流れの方向が変わる屈曲部で研磨剤に作用する遠心力や慣性力が不均一になり、研磨効果に差が生じるという問題がある。即ち、流れがぶつかる面の研磨が進みやすい。そして、研磨効率を上げるために流速を上げると、不均一さは更に顕著になる。
【０００５】
特許文献２の磁気研磨は、流路内に供給した磁性研磨粒子を流路の内外から磁界作用によって流路の壁面に引寄せて摺動させる方法で磁界の制御がポイントになるが、３次元造形品の多くは外観形状が複雑なので屈曲流路との位置関係（距離や角度）を考慮した磁界制御が難しくなる。更に、研磨対象が磁性体の場合にはその制御が更に困難になる。
【０００６】
特許文献３は電解研磨と機械研磨を複合させた方法で、曲部を有する金属管に対応可能としている。この方法は、電極の位置を流路の軸芯線上に維持できるので均一な電解効果を期待できるものの、機械研磨の作用に関しては、導電性ワイヤの復元力や張力により流路の曲部にて研磨治具の接触圧力が不均一になるという問題がある。
【０００７】
特許文献４についても同様で、管内で撚り糸を摺動させる際に撚り糸に張力を作用させることから、曲部で撚り糸の接触圧力が不均一になり研磨状態の不均一性を生じ易い。また、ある程度仕上げ処理された面の適用を想定しているため、研磨前の流路の表面粗さが大きい場合には撚り糸が壁面に引っ掛って流路に挿通し難いことが想定される。
【０００８】
本発明は、不定形の外観を呈する物体の内部に形成された屈曲流路にも適用可能で、その流路の壁面を効率良く均一に研磨するうえで好適な装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、屈曲部を有する流路の壁面を研磨する流路研磨装置であって、屈曲可能な線状部材と、前記線状部材と一体化して設けられ、前記線状部材と共に前記線状部材の長手方向を軸として回転可能な研磨部材と、前記研磨部材を挟んで配置され、前記線状部材が挿通された、可撓性のあるサポート部材と、前記研磨部材を前記流路の壁面に摺動接触させるための回転手段と、前記線状部材と前記サポート部材とを前記流路内で移動させるための送り手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の流路研磨装置では、前記線状部材は、撚り線であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の流路研磨装置では、前記サポート部材は、外形が球状または回転楕円体状の複数の部材で構成されていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の流路研磨装置では、前記サポート部材によって、前記線状部材の回転中心位置は前記流路断面の幾何中心近傍に保持されることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の流路研磨装置では、前記研磨部材は、基材と、該基材の表面に固着された研磨粒子とを有すると共に、弾性変形可能な柔軟性を備え、前記流路に挿入した際に前記流路の壁面に押付力が作用する寸法および形状を有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の流路研磨装置では、前記研磨部材は、基材と該基材の表面に固着された研磨粒子とを有し、前記研磨部材の基材が、流体の流入によって膨張可能な伸縮性を持つと共に、前記線状部材の内部に、前記研磨部材の基材まで前記流体が流通可能な管状またはポーラス状の空隙を有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の流路研磨装置では、前記研磨部材は、チャンネルコイルブラシであることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、屈曲部を有する流路の壁面を研磨する流路研磨方法であって、屈曲可能な線状部材と、前記線状部材と一体化して設けられ、前記線状部材と共に前記線状部材の長手方向を軸として回転可能な研磨部材と、前記研磨部材を挟んで配置され、前記線状部材が挿通された、可撓性のあるサポート部材とを有する研磨治具を、前記流路に挿入する第１のステップと、前記流路内で、前記研磨部材を前記線状部材の長手方向を軸として回転させて前記流路の壁面に摺動接触させるとともに、前記研磨治具を前記流路内で移動させる第２のステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、サポート部材の案内機能によって流路断面における線状部材の屈曲形状が定まるため、研磨部材の接触応力が屈曲流路の壁面にも均一に作用し研磨条件が均一に保たれる。また、サポート部材が研磨部材を流路へ挿通する抵抗を低減するため、作業性を向上できる。また、構造が単純で小型化し易いため細い流路にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る流路研磨装置の断面模式図である。
【図２】第１実施形態の研磨部の断面拡大図である。
【図３】第２実施形態を説明する図である。
【図４】第３実施形態を説明する図である。
【図５】第４実施形態の研磨治具を説明する図である。
【図６】第４実施形態に係る流路研磨装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１に示すように、被研磨物２はブロック形状の金属部材であり、内部には例えばＳ字状に屈曲し、また管状の流路２ａが形成されている。本実施形態の流路研磨装置１は、屈曲可可能な線状部材３、線状部材３に強固に取り付けられた研磨部材４、研磨部材４を挟んで線状部材３を挿通したサポート部材５ａと５ｂ、被研磨物２の外部で線状部材３をクランプし、線状部材３を同一方向Ｓ、Ｓ’に同期回転させる回転手段６ａと６ｂ、そして同じく被研磨物２の外部にて回転手段６ａと６ｂと共に線状部材３とサポート部材５ａ、５ｂを軸方向Ｐ、Ｐ’に移動させる送り手段７ａと７ｂで構成されている。
【００２１】
線状部材３は、例えば、複数の金属細線等を撚って形成された屈曲可能な撚り線であり、ステンレスやＮｉを用いて形成することができる。
【００２２】
サポート部材５ａ、５ｂは、断面が同心円のパイプ状部材であり、それ自身が流路２ａに滑らかに挿通出来るよう外径は流路２ａより若干小さく、また、中心の穴に線状部材３が滑らかに挿通されて回転できるよう、サポート部材５ａ、５ｂの内径は線状部材３の直径より若干大きくなっている。そして、線状部材３の回転中心位置が流路２ａ断面の幾何中心近傍に保持できるようにしている。なお、ここでいう幾何中心近傍とは、完全な幾何中心に限らず、線状部材３の回転を阻害しない程度で幾何中心からずれている構成も含む趣旨である。
さらに、サポート部材５ａ、５ｂは、流路２ａに挿入し易いよう、エッジ部に丸みを持たせると共に、流路２ａの中で流路２ａの屈曲形状に倣って湾曲する可撓性を有している。また、線状部材３の回転や流路２ａへの挿通を滑らかにするため、少なくともサポート部材５ａ、５ｂの内外面は摩擦の小さなポリテトラフルオロエチレン系の材料で形成されていることが好ましい。
【００２３】
研磨部材４は、基材と研磨粒子からなり、基材は例えば、弾性変形可能な柔軟性を持つ金属タワシや金属ブラシ、あるいは発泡樹脂や繊維である。研磨粒子は例えば、ダイヤモンド粒子や炭化ケイ素粒子やアルミナ粒子を固着あるいは含有する構成とすることができる。研磨部材４は、外部拘束の無い自由形状において、最大径（寸法）が流路２ａの内径よりも大きくなっている。よって、流路２ａに挿入する際には、研磨部材４を弾性変形させる。この弾性変形により流路２ａの壁面に対する押付力が発生する。
研磨部材４は、線状部材３と一体化して固定され、線状部材３が回転すると研磨部材４も追従する回転可能な構成となっている。
【００２４】
回転手段６ａと６ｂ、および送り手段７ａと７ｂは、モータや１軸ロボット等を組み合わせた一般的な機械構造体であり、送り手段７ａや７ｂの可動部に回転手段６ａや６ｂが取り付けられている。
【００２５】
次に、流路研磨装置１の動作により、流路研磨方法ついて説明する。
【００２６】
＜第１ステップ＞
まず、研磨動作に入る前の準備作業として、研磨部材４を挟んで線状部材３にサポート部材５ａ、５ｂを差し込み、線状部材３の片端を流路２ａの片側口から反対口まで挿通させ、線状部材３の両端をそれぞれ回転手段６ａと６ｂに固定する。また、サポート部材５ａ、５ｂの端部５ａ’５ｂ’を送り手段７ａと７ｂの可動部に固定する（固定部は図示せず）。ここで、線状部材３、研磨部材４、サポート部材５を合わせて研磨治具とする。
つまり、屈曲可能な線状部材３と、この線状部材３と一体化して設けられ、線状部材３と共に線状部材３の長手方向を軸として回転可能な研磨部材４と、この研磨部材４を挟んで配置され線状部材３が挿通された、可撓性のあるサポート部材５とを有する研磨治具を、流路２ａに挿入する。
【００２７】
＜第２ステップ＞
続いて、研磨動作は、回転手段６ａと６ｂの同期回転により研磨部材４を軸回りに回転させながら、送り手段７ａと７ｂの同期送りにより研磨部材４と一体化して固定された線状部材３を移動させて行う。この際、研磨部材４の移動によりサポート部材５ａ、５ｂも一緒に移動する。よって、研磨部材４が固定された線状部材３を流路２ａの全長に渡って移動させることにより、研磨部材４が流路２ａの壁面に摺動接触し全壁面を研磨できる。
つまり、流路２ａ内で、研磨部材４を線状部材３の長手方向を軸として回転させて流路２ａの壁面に摺動接触させるとともに、研磨治具を流路２ａ内で移動させる。
【００２８】
次に、本発明の実施形態の作用効果について説明する。図２は流路２ａ内のサポート部材５ａ、５ｂと線状部材３と研磨部材４の位置関係（研磨部）を示す。図２（ａ）は流路２ａが円形断面の場合で、図２（ｂ）は流路２ａが水滴状に歪んだ断面の場合である。サポート部材５ａ、５ｂは、流路２ａ断面より少し小さな外径になっているので、何れの場合も、研磨部材４はほぼ流路２ａの軸芯回りに回転する。
【００２９】
研磨部材４は、表面に研磨材が固着された金属や繊維のブラシであり、サポート部材５ａ、５ｂにより流路２ａ内の位置が決められて流路２ａの軸芯回りに回転する。そして、研磨部材４は弾性変形した状態で流路２ａの内壁面を磨く。よって、図２（ａ）の場合は勿論、図２（ｂ）のように流路２ａの断面形状が少し歪んだ場合でも均一に研磨される。なお、断面が歪んだ流路２ａを研磨する場合、線状部材３の回転方向を研磨の途中で逆転することで均一性の更なる向上が期待できる。
【００３０】
また、研磨部材４の長手方向の長さは、流路２ａの屈曲部の長さよりも短いことが好ましい。これにより、研磨部材４が流路２ａの屈曲部を通過する際に、線状部材３の張力によって生じる研磨部材４の押付力を、サポート部材５ａ、５ｂが屈曲部壁面で受けることができるため、断面位置が定まり研磨面の均一性が向上する。
【００３１】
サポート部材５ａ、５ｂによる線状部材３の軌道案内効果は屈曲部で特に大きい。研磨部材４は屈曲部であってもサポート部材５ａ、５ｂによって両側を保持され断面位置が定まるため、流路２ａの壁面に均一な力で接触し、その状態は送り手段７ａと７ｂによってサポート部材５ａ、５ｂを移動させても不変である。
【００３２】
また、流路２ａ内では、研磨部材４の送り位置を容易に制御出来るため、位置毎に研磨条件を変えることができる。よって、分岐した流路等の処理にも都合が良い。更に、研磨効果の異なる複数の研磨部材４を線状部材３に配設し、それを一方の流路端から挿入して順次研磨すれば、荒研加工から仕上げ加工までを一気に処理出来る。加えて、研磨部材４と共に研磨液を流路に供給して処理すれば複合的な作用も期待できる。例えばスラリーやペーストなどの遊離砥粒を、流路２ａに供給して使用してもよい。この場合、研磨粒子を流路２ａに供給しながら研磨部材４を回転動作および送り動作をすることにより、遠心力や押付力が流路２ａの壁面に作用する。さらに、研磨部材４の潤滑性も向上するとともに、線状部材３に作用する負荷トルクを軽減できるため、線状部材３、研磨部材４やサポート部材５の長寿命化が期待できる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図３を用いて説明する。第１実施形態の流路研磨装置１では、流路２ａの断面より大きな寸法の研磨部材４を弾性変形させて流路２ａに挿入しているが、図３に示すように拡径する研磨部材４を用いても良い。使用する研磨部材４は、表面に研磨材が固着されたバルーン状の伸縮性を持つ素材で、線状部材３の内部（軸中心）に設けた細い流路（図示せず）から流体を流入させ、流路２ａ内で研磨部材４を膨張可能な構造にしている。この細い流路は、研磨部材の基材まで流体が流通可能な管状やポーラス状の空隙を有する構造とすることができる。図３（ａ）がＵ字型の流路２ａにサポート部材５ａを挿入する工程、図３（ｂ）が流路２ａへ挿入した研磨部材４を膨張させて研磨動作している状態である。
【００３４】
流路２ａへの挿入時に研磨部材４を膨張させないので作業性が良い。また、サポート部材５ａによって線状部材３の位置が規制されているので、流路２ａの壁面に均一な研磨力が作用する。そして、研磨部材４に供給する流体の圧力を制御すれば研磨状態を変えることができる。
【００３５】
（第３実施形態）
図４は第３実施形態の流路研磨装置を示した断面模式図で、図４（ａ）は図１に示した第１実施形態の研磨部材４を複数箇所に設けると共に、それに対応させて分割したサポート部材５ｃを配設した構造であり、図４（ｂ）はサポート部材５ａを短尺化して形状を変えると共に、線状部材３の回転や送りをサポート部材５ｂ側だけから操作する構造である。そして図４（ｃ）は、図４（ｂ）のサポート部材５ａ、５ｂを複数の球状サポート部材５ｄに置き換えて数珠つなぎ状に配設した構造である。球状サポート部材５ｄの形状は、線状部材３の長手方向を回転軸とする回転楕円体状とすることもできる。ここで、第１実施形態と同じ構成部品には同一の符号を付与している。
【００３６】
図４（ａ）では、複数の研磨部材４が同時に研磨動作するため効率が良い。更に、全ての研磨部材４の両側にサポート部材５ｃを配設しているため、全ての研磨部材４で均一な研磨が可能である。そして、例えば荒加工用から仕上げ加工用へと段階的に仕様を変えた研磨部材４を線状部材３に配置し、流路２aの片側口から一方向に移動させて研磨すれば、荒研磨から仕上げ研磨を一気通貫で処理できる。
【００３７】
図４（ｂ）と図４（ｃ）は、流路２ａが比較的短い場合や仕上げ研磨のように、線状部材３に作用する負荷トルクが小さい場合に好適であり、端部が細く閉塞している流路２ａにも対応できる。この際、流路２ａに挿入する先頭のサポート部材をドーム型等にしておくと作業性が向上するので望ましい。
【００３８】
（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。図５は研磨治具における各部材を示し、図６は、流路研磨装置１の断面模式図を示す。
【００３９】
本実施形態では、研磨部材４として、チャンネルコイルブラシを使用している。チャンネルコイルブラシは、例えば基材と研磨粒子からなる毛材を板金に挟み込み、中空らせん状のコイルとすることにより可撓性を有するものでる。そして、この中空部に線状部材３を挿通し、研磨部材４であるチャンネルコイルブラシの両端と線状部材３を固定部８により固定する。これにより、線状部材３が回転すると研磨部材４も回転する。固定部８は、例えば加締めや接着、溶接により固定することができる。
【００４０】
サポート部材５ｇは、断面が線状部材３の長手方向を回転軸とする球状または回転楕円体状の部材であることが、パイプ状であるサポート部材５ｅ、５ｆと異なる。そして、線状部材３の回転中心位置が、流路２ａ断面の幾何中心近傍に保持できるようにしている。なお、ここでいう幾何中心近傍とは、完全な幾何中心に限らず、線状部材３の回転を阻害しない程度で幾何中心からずれている構成も含む趣旨である。
【００４１】
さらに、サポート部材５ｇと流路２ａの壁面が接触した際に、流路２ａの壁面に傷が付くことを防止するために、サポート部材５ｇの材質の硬度は、被研磨物２の材質の硬度よりも小さいことが好ましい。
【００４２】
なお、流路２ａの屈曲部の最小曲げ半径が大きい場合や、流路２ａの内径が小さい場合など、サポート部材５ｅ、５ｆの肉厚が小さく可撓性が十分得られる場合は、サポート部材５ｇを使用せずにサポート部材５ｅ、５ｆのみを使用してもよい。このようにすることで、研磨部の構造を簡略化することができる。
【００４３】
以上、本発明について４つの実施形態を説明してきたが、対象となる被研磨物２に制限はなく、金属以外のプラスチックやセラミックス等にも適用できる。また、潤滑性の液体を流路２ａに供給しながら研磨すれば、線状部材３の回転が滑らかになると共に、研磨で生じた熱を排除できるので望ましい。
【符号の説明】
【００４４】
１：流路研磨装置
２：被研磨物、２ａ：流路
３：線状部材
４：研磨部材
５ａ、５ｂ、５ｃ：サポート部材、５ｄ：球状サポート部材
５ｅ、５ｆ：サポート部材、５ｇ：球状サポート部材
５ａ’５ｂ’： 端部
６ａ、６ｂ：回転手段
７ａ、７ｂ：送り手段
８：固定部
【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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