JP2007301710A - 磁気式バレル研磨装置及び混合・攪拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内で均一な作業ができ、安全でコスト安なバレル研磨装置や混合・攪拌装置を提供する。
【解決手段】２重ラジアル構造の永久磁石群（７）、（８−１）、（８−２）を設け、外側磁石群（８−１）、（８−２）と内側磁石群（７）との間に非磁性で絶縁物で成る容器（４）を設け、容器の中に水等の液体（３）と磁性メディア（１）と被加工物（２）を入れ、外側磁石群を固定とし、内側磁石群を回転させることにより磁性メディアを運動させ、被加工物に衝突させて研磨作業を行うバレル研磨装置と、同様原理で液体や粉体の混合攪拌を行う装置。
【選択図】図２

Description

磁気式バレル研磨装置や混合・攪拌装置である。

磁気式バレル研磨装置は、部品のバリ除去、表面酸化膜除去、塗装やメッキの前処理、面祖度の向上を目的として、非磁性で絶縁物からなる容器に水などの液体と被加工物及びステンレスピンや棒などの磁性メディアを入れておき、容器外部から移動磁界を印加して磁性メディアを運動させ、非加工物に衝突させることにより研磨作業を行う装置である。機械的方法では困難な内側面も加工できる便利な方法である。

磁気式混合・攪拌装置は、液体と粉体又は異種液体同士を混合攪拌する目的で、容器内に材料と共に磁性メディアを入れておき前記研磨装置と同等の原理で、磁性メディアを運動させることにより、混合・攪拌を行う装置である。

従来の技術として、永久磁石による方法の代表的なものを図４に示す。この方法は容器の下部に永久磁石を回転自在に設け、この磁石を回転させることにより容器内の磁性メディアを運動させる方法である。

従来の技術として、電磁石による方法の代表的なものを図５に示す。この方法は容器の側面や下部等に電磁石を設け、電磁石にながす電流を切り替えることにより、移動磁界を発生させ、容器内の磁性メディアを運動させる方法である。

特開平８−４７８５３公報

発明が解決しようとする課題

従来の永久磁石による方法では、永久磁石に近い容器の下部と、永久磁石から離れた容器上部とではメディアの動きが異なり、容器内で研磨や攪拌の能力に差が生じ易い。更に容器内物質の遠心力により、振動が発生したり、装置の大型化と共に危険が伴うこともある。

従来の電磁石による方法では、磁界を発生させるために多くのエネルギーを消費するため発熱も大きく、冷却が必要となり、装置が大型化したり高価となるばかりでなく、容器が磨耗破壊すると金属粉を含んだ液漏れにより漏電事故を起こしやすい。

本発明では容器内のメディアの運動を容器内で均一化させることにより、製品の品質を向上させ、その結果作業効率も高めると共に、エネルギー消費の少ない、小型で安価な装置を提供する。更に振動や騒音の発生を抑える方法に工夫したので作業環境に優しく、装置や容器の耐久性を向上させると共に危険性の少ない装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

前記した課題を解決するために図１に示すバレル研磨装置を開発し、より優れた装置とする条件を見いだした。図１は比較的小規模な装置の場合に最適となる図であり、容器（４）の外部側面に永久磁石（８）を設け、内部側面には永久磁石（７）を回転自在に設け、（７）を回転させることにより容器内の磁性メディア（１）を運動させ、被加工物（２）に衝突させることによって研磨作業をおこなう装置である。又同様な原理で容器内に液体や粉体を入れておいて、混合や攪拌を行う装置にも使えることは明らかである。図２は中規模以上の装置の場合に最適となる。図３は優れた条件を得る式に使った記号の部位を示す図である。図２において説明するが、図１については図２に含まれるとして、ここでは省略する。

図２に示すように、容器（４）には磁性を有するメディア（１）、被加工物（２）、水などの液体（３）が挿入され、容器（４）の外部側面には永久磁石群（８−１）と（８−２）が上下に２段アウターヨーク（６）と非磁性ベース（９）を介して固定的に配置してある。容器（４）の内部側面には、容器と僅かな隙間を隔てて永久磁石群（７）がインナーヨーク（１０）、軸（１５）、軸受（１４）を介して回転自在に配置してある。内側磁石群（７）はアウターロータ型ブラシレスＤＣモータ（１１）、（１２）、（１３）により回転されることによって容器内の磁性メディアには相対移動する磁界が加わり、磁性メディアは運動する。これによって研磨や攪拌を行う装置である。

図２ではアウターロータ型ブラシレスＤＣモータとしているが、内側磁石群を回転させるのに都合が良いものであればどのようなモータでも構わない。回転速度や回転方向を変えられる制御性を有するものが良く、小型高効率で磨耗粉も発生せず、起動トルクも大きくとれ、構造の自由度の高いブラシレスＤＣモータが向いているが、本発明では特にモータの種類や構造を限定しない。

図３に外側磁石群と内側磁石群との寸法記号を示す。外側磁石群と内側磁石群との間隔をＧとし、外側磁石群は隣接する磁石との間隔をＧ以上にとり、内側磁石群も隣接する磁石との間隔をＧ以上にとる。これは磁性メディアの運動を活発にさせるために磁界をより遠くまで分散させる目的である。

内側磁石群の外径寸法をＤ−ＩＮＮＥＲ、外側磁石群の内径寸法をＤ−ＯＵＴＥＲとする。このＤ−ＩＮＮＥＲとＤ−ＯＵＴＥＲに関連して内側磁石群の極数Ｐ−ＩＮＮＥＲと外側磁石群の極数Ｐ−ＯＵＴＥＲとには上限値が存在する。極数を増やしていくに従って磁石からの磁界は遠くまで届かなくなるためである。有効に磁性メディアを動かすためには別途解析の結果、以下の条件が必要である。
２≦Ｐ−ＩＮＮＥＲ＜π×Ｄ−ＩＮＮＥＲ／２Ｇ かつ
Ｐ−ＩＮＮＥＲ＜Ｐ−ＯＵＴＥＲ＜π×Ｄ−ＯＵＴＥＲ／２Ｇ を同時に満たす
Ｐ−ＩＮＮＥＲとＰ−ＯＵＴＥＲの組み合わせとすることである。

上記のＰ−ＩＮＮＥＲとＰ−ＯＵＴＥＲとの組み合わせを表１に示すが、この表１の中で評価欄が×印の組み合わせでは、外側磁石群と内側磁石群との間で特定方向に力が合成されることがあり、振動を発生し易い。評価欄が○印の組み合わせでは特定方向に力が合成されないため振動の発生が少なく望ましい組み合わせである。この○印の組み合わせに共通する特徴を数式で表すと （Ｐ−ＩＮＮＥＲ／２）＋（Ｐ−ＯＵＴＥＲ／２）＝偶数 となる組み合わせとなる。

（注）表１でＰ−ＯＵＴＥＲ／Ｐ−ＩＮＮＥＲ＝整数となる組み合わせでは、コギングトルクが大きくなるが、モータ技術でよく使われるスキューなどの手法を併用するとコギングトルクを抑制できるから評価欄で×とはしない。

更に同時に作業できる材料の量を増やしたいとき、容器の深さを深くしたい場合が生ずる。このような場合、容器の底部にメディアや被加工物が沈殿した状態から作業を開始することになりがちとなる。そこで外側磁石群か内側磁石群の両方又は片方を上下方向に複数段に分割して設ける。このとき外側磁石群の上下分割数をＮ−ＯＵＴＥＲとし、内側磁石群の上下分割数をＮ−ＩＮＮＥＲとしたとき │Ｎ−ＯＵＴＥＲ―Ｎ−ＩＮＮＥＲ│＝１ となるように設計し、外側の磁石群の位置と内側の磁石群の上下位置をずらす事を行う。図２では外側磁石群を２段とし、内側磁石群を１段とし、内側磁石群の上下位置は外側磁石群の中間位置に設けている。この理由はメディアや被加工物の入った容器を装置に取り付ける際にメディアが上下に分割された磁石により吸引され、容器内で均一化された状態から作業を開始させるために有効な構成である。更に外側磁石群の上下段数を３段とし、内側磁石群の上下段数を２段としても同様の効果を得る事ができる。通常は回転する内側磁石群の分割数を１段少なく構成する方が作りやすくコスト安となるが、原理的には外側磁石群の分割数を１段少なくしても同様であるから表現方法として │Ｎ−ＯＵＴＥＲ―Ｎ−ＩＮＮＥＲ│＝１ とした。

又磁石を上下方向に分割する場合は、上下の磁石を周方向にずらして配置することにより、起動トルクを軽減でき、駆動モータや駆動回路を小型のものにすることができる。これはモータでよく使われるコギングトルクを低減する手法であるスキュー効果と同じである。

図１では比較的浅い容器で外側磁石群の上下段数を１とし、内側磁石群の上下段数も１とした場合の本発明の縦断面図であり、小規模な作業を行う場合に装置の小型化・コスト安という面で適する構成を示している。

図２では比較的深い容器で外側磁石群の上下段数を２とし、内側磁石群の上下段数を１とした場合の本発明の縦断面図であり、中規模以上の作業に適する。外側磁石群の上下段数を３以上とし、内側磁石群の上下段数を２以上としても同様であるからここでは省略する。

図３では本発明における外側磁石群と内側磁石群とを同時に横断面図として示している。容器とモータは省略している。外側磁石群の極数Ｐ−ＯＵＴＥＲを１０極とし、内側磁石群の極数Ｐ−ＩＮＮＥＲを６極とした場合を示している。このときの各部寸法記号Ｄ−ＯＵＴＥＲ、Ｄ−ＩＮＮＥＲ、Ｇ、の位置について示している。

発明の効果

本発明は、上記のように構成したので、以下のような効果を奏する。

本発明では浅い容器でも、深い容器でも容器内全域で均一にメディアを運動させる事ができるから被加工物の品質を均一にする事ができる。これにより研磨不足や研磨しすぎが生じにくく、後工程で選別する必要も少なくなる。従って作業効率が向上する。

電磁石ではなく永久磁石をラジアル方向に２重に設けて内側磁石を回転させる方法のため、磁界を発生させるためのエネルギー消費が無い。内側磁石群を回転させるモータの動力を必要とするだけであるから電磁石を使う方法に比較すると、遥かに少ないエネルギーで作業することができる。又熱の発生も少なく冷却も不要となることが多く、小型でコスト安な装置となる。

容器の磨耗破壊により、金属粉を含んだ液体が漏れた場合でも漏電事故を起こし難い装置となる。と共に遠心力による容器の破損も少ない構造のため危険性が低減できる。

外側磁石群と内側磁石群との間に働く吸引又は反発による力を小さく抑える手法を導いた事により、振動や騒音を抑え、作業環境に優しく、装置や容器の耐久性を高めることができる。

外側や内側の磁石群を上下方向に複数段設け、更に上下の磁石を周方向にずらして配置することによって、深い容器の場合でも起動トルクが少なくてすむため、小型のモータ・駆動回路で駆動することができる。従ってコスト安な装置とすることができる。

本発明の請求項１に示すバレル研磨装置で比較的小規模な装置の断面図である。 本発明の請求項３，４に示すバレル研磨装置で中規模以上の装置の断面図である。 本発明の請求項２に示す式に使った記号の部位を説明するための横断面図であり、モータ部と容器部を省略し、磁石部のみ示している。 従来の永久磁石式バレル研磨装置の代表的なものの縦断面図を示す。 従来の電磁石式バレル研磨装置の代表的なものの縦断面図を示す。

符号の説明

１ 磁性メディア
２ 被加工物
３ 水等の液体
４ 容器
５ ゴムクッション
６ アウターヨーク
７ 内側磁石群
８ 外側磁石群
９ 非磁性ベース
１０ インナーヨーク
１１ モータ磁石
１２ モータ鉄心
１３ モータコイル
１４ 軸受
１５ 軸
１６ 磁石
１７ モータ
１８ 鉄心
１９ コイル

Claims (4)

1. 容器（４）の外部側面に永久磁石群（８）を固定的に配置し、内部側面には永久磁石群（７）を回転自在に設け、容器中に水等の液体（３）、磁性メディア（１）、被加工物（２）を入れ、（７）を回転させることによって磁性メディアを運動させ、被加工物に衝突させ、研磨作業を行う。又は同様の原理で異種液体や粉体を攪拌・混合作業を行うことを特徴とするバレル研磨又は混合・攪拌装置。
2. 内側磁石群（７）の外径寸法をＤ−ＩＮＮＥＲ、内側磁石群（７）と外側磁石群（８）との間隔をＧ、外側磁石群（８）の内径寸法をＤ−ＯＵＴＥＲとし、隣接する内側磁石群同士の間隔及び隣接する外側磁石群同士の間隔をＧ以上とし、内側磁石群の極数をＰ−ＩＮＮＥＲ、外側磁石群の極数をＰ−ＯＵＴＥＲとしたとき、
   ２≦Ｐ−ＩＮＮＥＲ＜π×Ｄ−ＩＮＮＥＲ／２Ｇ −−−−−式（１）
   Ｐ−ＩＮＮＥＲ＜Ｐ−ＯＵＴＥＲ＜π×Ｄ−ＯＵＴＥＲ／２Ｇ −−−−−式（２）
   （Ｐ−ＩＮＮＥＲ／２）＋（Ｐ−ＯＵＴＥＲ／２）＝偶数 −−−−−式（３）
   式（１）、式（２）、式（３）を同時に満たす偶数のＰ−ＩＮＮＥＲとＰ−ＯＵＴＥＲの組み合わせで成る請求項１記載のバレル研磨装置や混合・攪拌装置。
3. 容器（４）の深さを深くしたい場合に、外側磁石群（８）又は内側磁石群（７）を複数段上下方向に分割して設け、外側磁石群の上下段数をＮ−ＯＵＴＥＲ、内側磁石群の上下段数をＮ−ＩＮＮＥＲとしたとき│Ｎ−ＯＵＴＥＲ―Ｎ−ＩＮＮＥＲ│＝１
   このときの外側磁石群の極数は請求項２で求めたＰ−ＯＵＴＥＲに対してＰ−ＯＵＴＥＲ×Ｎ−ＯＵＴＥＲ、内側磁石群の極数も請求項２で求めたＰ−ＩＮＮＥＲに対してＰ−ＩＮＮＥＲ×Ｎ−ＩＮＮＥＲとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載したバレル研磨装置や混合・攪拌装置。
4. 前記バレル研磨装置と混合・攪拌装置で、外側磁石群（８）又は内側磁石群（７）を上下方向に複数段分割するとき、上下磁石を周方向に角度をずらして配置したことを特徴とする請求項１、請求項２，請求項３のいずれかに記載したバレル研磨装置や混合・攪拌装置。

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