JP2008137097A - バレル研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械部品等の摺動面に形成する潤滑油の油溜まりを形成する加工工程と洗浄工程とからなるトータルの製造所要時間の短縮と、製造コストの削減ができた加工方法を提供する。
【解決手段】マスＭ中のワーク表面に凹凸を形成する第一研磨工程と、前記マスＭの洗浄工程と、前記第一研磨工程で形成されたワーク表面の凹部の谷部を残し凸部の上端方部を研磨して平面部を形成する第二研磨工程、の各工程を固定槽２と回転盤４の摺接隙間３および回転盤４の回転中心部に形成した孔８が通じる通路６に開閉弁付きの排水管７を接続した流動バレル研磨装置により行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械部品等の摺動面に潤滑油の溜まり部となる凹部と摺動面となる平面部を形成する方法であって、さらに詳しく述べれば当該機械部品の摺動面に所望の表面粗さを有する平面部と該平面部に対して所望の面積比率ならびに平均面積を有する凹部を形成する方法に関するものである。

従来の機械部品等の摺動面に潤滑油の溜まり部となる凹部を形成する方法には、第一研磨工程の遠心流動バレル研磨機（以下「遠心バレル研磨装置」と記す）により凹凸を形成し、次に第二研磨工程の遠心バレル研磨装置または回転バレル研磨装置により、前記第一研磨工程で形成された凹部の谷部を残し凸部の上端方部を研磨して平面部を形成する方法が開示されている。（特許文献１）

当該特許文献１の第一研磨工程に使用される遠心バレル研磨装置は、ターレット円板の周囲で回転軸芯の同心円上に自転と公転をするように設けられた複数個（通常4個）の研磨槽に、（１）夫々の量を略均等にした被加工物（以下「ワーク」と記す）、研磨媒体（以下「メディア」と記す）、と第一研磨工程用の研磨材（以下「砥粒」と記す）、研磨助剤（以下「コンパウンド」と記す）、水を装入したのち、（２）前記のワーク、メディア、砥粒、コンパウンド、水、および研磨屑等（以下「内容物」と記す）が研磨中に噴出しないように、夫々の研磨槽の開閉蓋を一槽毎に閉としたのち、該研磨槽をターレット円板に夫々取付けて自転と公転をさせて第一研磨を行うようになっている。

前記、第一研磨工程終了後は、遠心バレル研磨装置を停止させて（１）夫々の研磨槽の開閉蓋を一槽毎に開にして内容物を研磨槽外に取出し、（２）第一研磨工程の研磨で使用済みの砥粒、コンパウンド、水を水洗いして廃棄する洗浄工程を経たのち、（３）ワークとメディアを回収する。

次の第二研磨工程において、遠心バレル研磨装置を使用する場合は、（１）前記第一研磨工程で内容物を研磨槽外に取り出した時点で、各研磨槽内の壁に付着している微細砥粒等の汚れを完全に水洗したのち、（２）前記洗浄工程で洗浄・回収されたワークとメディアを略均等に分けて夫々の研磨槽に再度装入し、さらに（３）第二研磨工程用のコンパウンド、水を新たに装入したのち、（４）夫々の研磨槽の開閉蓋を一槽毎に閉じたのち、第一研磨工程と同様に各研磨槽をターレット円板に取付けて、第二研磨を行い最終研磨が終了する。

回転バレル研磨装置を使用する場合においても、前記遠心バレル研磨装置を使用した場合と同様に、（１）洗浄工程で洗浄・回収されたワークとメディアを研磨槽に装入し、（２）第二研磨工程用のコンパウンド、水を装入し、（３）研磨槽の開閉蓋を閉じて、第二研磨を行い最終研磨が終了する。

また、他の先行技術に、第一研磨工程をショットブラスト装置により凹凸を形成し、次の第二研磨工程をラッピング、鏡面研磨、超仕上げ加工、切削加工および研削加工のいずれかの方法により、第一工程で形成された前記凸部を研磨あるいは研削する方法が開示されている。（特許文献２）

当該特許文献２の第一研磨工程のショットブラスト装置による凹凸の形成は、ワークの摺動面となる表面に硬質の粒子からなる投射材（以下「ショット」と記す）を高速で衝突させ、前記ショットが強く衝突した箇所が凹部となり、その凹部の周囲が凸部となって形成される。

第一研磨工程を終了したブラスト加工面を洗浄する工程の後のラッピング、鏡面研磨、超仕上げ加工、切削加工および研削加工のいずれかの方法による第二研磨工程は、第一研磨工程で形成された凹部を油溜まりとして残し凸部を研磨あるいは研削して摺動面を形成するものである。
特許第３０８３１６０号公報 特開第３６６４０５８号公報

従来の機械部品等の摺動表面に無数の凹部（油溜まり）を形成する方法は、前記特許文献１、および特許文献２のいずれにも示されるように、摺動面となる表面に凹凸を形成する第一研磨工程と、油溜まり部となる前記凹部の谷部を残して凸部の上端方部を研磨あるいは研削して摺動面となる平面部を形成する第二研磨工程と、第一研磨工程および第二研磨工程の間に、前記第一研磨工程を終了したワークと第一研磨工程の研磨に使用したメディア、砥粒、コンパウンド、研磨屑等を水洗いする洗浄工程とがあって、前記第一研磨工程と第二研磨工程に使用する研磨装置を別々の装置としているので、前記第一研磨工程で研磨加工を終了した研磨装置内の内容物を研磨槽外へ排出する工程（工数）と、排出後の洗浄により砥粒、コンパウンド、研磨屑等を廃棄したのちワークとメディアを回収し、該ワークとメディアを第二研磨工程の研磨装置に再度装入する工程（工数）が必要となるものである。

さらに、前記第一研磨工程と第二研磨工程に使用する研磨装置を別々として２台の装置としていることから、研磨装置の設置スペースも広く必要とし、かつ、設備費用も高額となるものである。

また、特許文献１に使用される遠心バレル研磨装置は、バレル研磨装置の中でも研磨能力を発揮できる研磨装置であるが、前記のように自転と公転をするように設けられた複数個の研磨槽を密閉する開閉蓋を一槽毎に開閉して、ワーク、メディア、砥粒、コンパウンド、水の量を夫々の略均等にして装入、排出を繰り返さなければならず、その手間（工数）を必要とするものである。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねて想到した結果を、以下に図１ならびに図２を用いて説明する

第１の発明は、図１に示す研磨槽１が円筒形状の固定槽２と該固定槽２の下端開口内周部に摺接隙間３を形成して水平回転する皿盤状の回転盤４とから構成され、前記回転盤４と固定槽２の底板５との間に前記摺接隙間３と前記回転盤４の回転中心部に形成した孔８が連通する通路６を形成し、該通路６に開閉弁付きの排水管７を接続した流動バレル研磨装置を用いて被加工物の表面に平面部と窪み部を形成する研磨加工方法であって、その加工工程が、研磨槽１内にワークとメディアおよび砥材、コンパウンドと水を装入し、前記回転盤２を水平回転させて前記研磨槽１内にワーク、メディア、砥粒、コンパウンド、水を流動させてマスＭを形成し、ワークの表面に凹凸を形成する第一研磨工程と、前記第一研磨工程を終了したマスＭを流動させながら研磨槽１内に洗浄用水を給水し、マスＭ中の砥材、コンパウンド、水、および研磨加工中に発生した研磨屑等を研磨槽外に廃棄し、洗浄されたワークおよびメディアを研磨槽１内に残留させる洗浄工程と、前記研磨槽１内に残留されたワークおよびメディアに新たにコンパウンドと水を添加したのち前記回転盤４を水平回転させて前記第一研磨工程で形成された凸部の上端方部を研磨して平面部を形成し、凹部の一部を残して窪み部を形成する第二研磨工程とから成り、前記研磨槽１内のマスを移し変えることなく一台のバレル研磨装置で各工程を行えるようにしたバレル研磨方法である。

第２の発明は、図２示す前記第１の発明に使用する流動バレル研磨装置の回転盤４の回転中心上部に、固定または回転可能に軸支する内筒９を設けて研磨するバレル研磨方法であって、当該流動バレル研磨装置は、本発明者らがＰＣＴ／ＪＰ２００５／００２２３３にて、前記第１の発明に記載の流動バレル研磨装置の研磨効率をさらに向上させた研磨装置として出願済みのものである。

第３の発明は、前記第１の発明または第２の発明の第一研磨工程に使用する砥材の重量を、研磨するワークの重量の１／１０乃至１／１００にして研磨するバレル研磨方法である。

本発明は、機械部品等（ワーク）の摺動面に潤滑油の溜まり部となる凹部を形成する加工工程ならびにワーク、メディアなどを洗浄し使用済み砥粒、コンパウンド、研磨屑などを排出する洗浄工程を一台のバレル研磨装置の研磨槽内で行い、そのマスを他の装置に移し変える必要がなく、特に洗浄工程におけるマスの排出・装入の手間を必要とせず、トータルの製造時間を短縮することができるから大幅な製造効率の向上を図ることができるばかりでなく、装置・設備費の削減が図れるものである。また、砥粒の使用量に関し、その研磨装置をワークとメディアの接触圧と相対速度によってワークが研磨される流動バレル研磨装置にしたことにより、従来の特許文献１により開示されている遠心バレル研磨装置よりも少なくして加工目的を達成できるのでランニングコストの削減も図れるものである。

本発明は、ワークとメディアおよびコンパウンド、砥粒、水、を装入してワークの表面に凹凸を形成する第一研磨工程と、前記第一研磨工程を終了したのちワークとメディアを洗浄して研磨槽内に残留させ且つ使用済みのコンパウンド、砥粒、水、および研磨屑等を洗浄用水と共に研磨槽外に廃棄する洗浄工程と、前記第一研磨工程を終えた研磨槽内のワークおよびメディアに新たにコンパウンドと水を添加し、前記第一研磨工程で形成された凹部の谷部を残し凸部の上端方部を研磨して平面部を形成する第二研磨工程と、を研磨槽が、円筒形状の固定槽と該固定槽の下端開口内周部に摺接隙間を形成して水平回転する皿盤状の回転盤とから構成され、前記回転盤と固定槽の底板との間に前記摺接隙間と前記回転盤の回転中心部に形成した孔が連通する通路を形成し、該通路に開閉弁付きの排水管を接続した流動バレル研磨装置により行うことにより、前記各工程を前記研磨槽内のワークとメディアなどからなるマスを移し変えることなく一台のバレル研磨装置で行えるようにすることである。

以下、本発明の評価をするために行った実施例１〜３とその比較例について説明する。

表１に、各実施例、比較例に使用した研磨装置、メディア、コンパウンド、砥粒、の仕様に関する概要を示す。

（１）実施例１と（２）実施例２、３と（３）比較例の違いは、研磨装置の仕様が異なるもので、実施例１は図１に示す流動バレル研磨装置、実施例２、３は図２に示す内筒８を設けた流動バレル研磨装置、比較例は図３に示す遠心バレル研磨装置であり、メディア、コンパウンド、砥粒の仕様は、加工条件を統一するために同一のものとした。

なお、実施例１に使用した図１の流動バレル研磨装置の詳細は前記の第１の発明の説明で、実施例２、３に使用した図２の流動バレル研磨装置の詳細は前記の第２の発明の説明で記載したので割愛する。

比較例に使用した図３の遠心バレル研磨装置は、前記特許文献１にも使用されているもので、水平方向の公転軸１１の両側にモーター１３の駆動により公転するにしたターレット板１２、１２を配し、該ターレット板１２、１２間に自転軸１６を介して着脱自在にして自転するようにした胴体部に開閉蓋１５を有し断面を多角形状の研磨槽１４を４個備えた遠心バレル研磨装置であって、前記夫々の研磨槽１４内に研磨材とともに装入されたワークは、研磨槽１４の自転と公転により研磨材と擦れ合いながら研磨されるものである。

本試験に使用するワークを、形状：φ２．５×２０、材質：ＳＵＪ−２、硬さ：ＨＲｃ６０〜６２の機械部品とし、実施例１、２、３に使用した流動バレル研磨装置の回転盤４の回転速度を２００ｍｉｎ^−１、比較例に使用した遠心バレル研磨装置のターレット板１２、１２の回転速度（公転）を１３０ｍｉｎ^−１および研磨槽１４の回転速度（自転）を１３０ｍｉｎ^−１とする。

また、本試験の評価を、ワークの最終の加工精度を算術平均粗さ：Ｒａ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１）０．０７〜０．１５、粗さ曲線のスキューネス：Ｒｓｋ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１）−１．６以下、凹部平均面積：３０〜１５０μm²、凹部面積比率：１０〜４０％とし、当該加工精度を得るための各工程の所要時間が、従来技術である比較例の遠心バレル研磨装置より短時間で処理できることを条件にした。

以下、第一研磨工程について説明する。

実施例１と実施例２、３と比較例は、研磨装置の違いによる研磨効率の評価をするために実施したもので、実施例１に使用した図１に示す流動バレル研磨装置（新東ブレーター社製、型式：ＥＶＦ−０４）と実施例２、３に使用した図２に示す流動バレル研磨装置（新東ブレーター社製、型式：ＥＶＦＸ−１）の１バッチ当たりの研磨可能量（公称）は同等量であり、比較例に使用した遠心バレル研磨装置（新東ブレーター社製、型式：ＡＣＦ−２０４）の１バッチ当たりの研磨可能量（公称）は、前記流動バレル研磨装置約の約２倍であることから、実施例１と実施例２、３のワーク装入量を実績に基づき１０Ｋｇ、比較例のワーク装入量をその2倍の２０Ｋｇとし、メディア、コンパウンド、砥粒、および水の装入量についても前記ワーク装入量と同様に、実績に基づき実施例１、２：比較例＝１：２の比率にして表２に示す量を装入して第一研磨工程を開始した。

本発明に使用する研磨装置は、図１または図２に示す流動バレル研磨装置であれば限定するものでないが、研磨効率をより向上させたい場合には図２に示す流動バレル研磨装置が好ましい。

実施例２と実施例３は、研磨装置が図２に示す流動バレル研磨装置における砥粒の装入量の多少による研磨効率の違いを評価するために実施したもので、実施例３の砥粒の装入量は、実施例２の約１／３にしたものである。

砥粒の装入量が少ない前記実施例３であっても、第一、第二研磨工程の研磨時間を長くせず加工精度の基準値を得られるものである。

次に、洗浄工程について説明する。

図１、２に示す流動バレル研磨装置を使用した実施例１、２、３は、固定槽２の開口部より洗浄用水を連続供給しながら回転盤４を水平回転させて、マスＭ中のワーク、メディアを洗浄するとともに、開閉弁を開にして使用済みのコンパウンド、砥粒、および研磨屑等を前記洗浄用水と共に排水管７より研磨装置外へ排出し、当該洗浄・排水を終了したのち前記開閉弁を閉にして第二研磨工程の待機状態とすることができる。

図３に示す遠心バレル研磨装置を使用した比較例は、第一研磨工程終了後の研磨槽１４内が、自・公転の高速回転により高圧、高温となっているから、一定時間放置して減圧、冷却をし、その後、４個の研磨槽１４をターレット板１２、１２より取り外し、各研磨槽１４の開閉蓋１５を開にして夫々のワーク、メディア、コンパウンド、砥粒を研磨槽１４外に取り出さなければならず、その後に洗浄しながらワークとメディアを回収して洗浄工程を終える。

次の第二研磨工程の待機状態にするためには、各研磨槽１４内の洗浄をし、該各研磨槽１４内に（砥粒は装入せず）前記の洗浄・選別されたワークとメディアを装入したのち、新たに第一研磨工程と同等の量のコンパウンドと水を装入し、その開閉蓋１５を閉にしたのち研磨装置のターレット板１２、１２に取付ける必要がある。

次に、本試験の第二研磨工程について説明する。

第二研磨工程の研磨槽内に、新たに装入するコンパウンドおよび水の量は、前記表２に示す第一研磨工程と同等の量として第二研磨工程を開始した。

本試験の最終結果である第一研磨工程・洗浄工程・第二研磨工程の各工程の所要時間（ｍｉｎ）ならびに合計時間を表３に示し、その研磨終了後の加工精度を表４に示す。

以上の試験結果より、当該試験で得られた作用について、以下に述べる。

第一研磨工程で使用した砥粒の炭化珪素は、硬く鋭い切刃を持っているために、ワーク表面に凹凸を形成しやすいものであるが、靭性が低いため、研磨加工中のワークとメディアが擦り合いながら研磨加工が進行する過程で急速に砥粒の破砕も進行する。そのため時間の経過と伴いワーク全体に凹凸が形成され、その凹凸の大きさ（表面粗さＲｙ）はいったん大きくなるが徐々に小さくなって第一研磨が完了する。なお、本発明の実施例では炭化珪素を使用したが、砥粒の添加はワーク表面の凹凸を形成することが目的のため炭化珪素に限定する必要はなく、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ジルコニウム等であっても良い。また、砥粒の粒度についても限定されるものではない。

図１および図２に示す流動バレル研磨装置を使用した本発明の洗浄工程は、固定槽の上部開口より洗浄用水を連続供給しながら回転盤を水平回転させて、マスＭ中のワーク、メディアを洗浄するとともに、開閉弁を開にして使用済みのコンパウンド、砥粒、および研磨屑等を前記洗浄用水と共に排水管より研磨装置外へ排出することができるから、実施例１、２、３に示すように短時間（５〜７ｍｉｎ）で洗浄を完了して第二研磨工程の待機状態にすることができる。

図３に示す遠心バレル研磨装置を使用した比較例の洗浄工程は、前記したように、第一研磨工程終了後の研磨槽をターレット板より取り外して一定時間放置しなければ、該研磨槽内を減圧、冷却ができず各研磨槽の開閉蓋を開にすることができないので、研磨槽内の第一研磨を終了したワーク、メディア、コンパウンド、砥粒等を洗浄するために研磨槽外に取り出すことができず、また、洗浄後のワークとメディアを第二研磨のために再度研磨槽に装入して開閉蓋を閉にして、研磨槽をターレット板に取付ける手間を必要とするため長時間（６０〜７０ｍｉｎ）を要して第二研磨工程の待機状態とすることができる。

また、本発明に用いたメディア（Ｖ−４）の材質である焼結アルミナは、わずかに研磨力を有するもので、第二研磨工程においては、凸部の上端方部を徐々に研磨して平坦面を形成すると共に、凹部の谷部を残して油溜まりを形成する作用を有する。

以上の結果より、研磨装置の違いにより試験した実施例１と実施例２、３ならびに比較例の加工精度に関しすべての試験が基準値に合格している。さらに、研磨装置が図２に示す流動バレル研磨装置における砥粒の装入量の違いによる実施例２、３の加工精度に関し双方とも基準値に合格しているから、本発明の目的（課題）である加工精度の基準値を満足し比較例よりもトータルの製造時間を大幅に短縮した研磨方法は、実施例１、２、３の流動バレル研磨装置であれば良く、さらに砥粒の量を従来の約１／３に削減しても前記の目的（課題）を満足した実施例３が最も良好な結果を示した。

本発明の実施例１に用いた流動バレル研磨装置の側面図。 本発明の実施例２および実施例３に用いた流動バレル研磨装置の側面図。 比較例に用いた遠心バレル研磨装置の研磨槽とターレット板を示す構成図。

符号の説明

１．研磨槽
２．回転盤
３．摺接隙間
４．回転盤
５．底板
６．通路
７．排水管
８．孔
９．内筒
Ｍ．マス

Claims (3)

1. 研磨槽が円筒形状の固定槽と該固定槽の下端開口内周部に摺接隙間を形成して水平回転する皿盤状の回転盤とから構成され、前記回転盤と固定槽の底板との間に前記摺接隙間と前記回転盤の回転中心部に形成した孔が連通する通路を形成し、該通路に開閉弁付きの排水管を接続した流動バレル研磨装置を用いて被加工物の表面に平面部と窪み部を形成する研磨加工方法であって、その加工工程が、研磨槽内にワークとメディアおよび砥材、コンパウンドと水を装入し、前記回転盤を水平回転させて前記研磨槽内にワーク、メディア、砥粒、コンパウンド、水を流動させてマスを形成し、ワークの表面に凹凸を形成する第一研磨工程と、前記第一研磨工程を終了したマスを流動させながら研磨槽内に洗浄用の給水し、マス中の砥材、コンパウンド、水、および研磨加工中に発生した研磨屑等を研磨槽外に廃棄し、洗浄されたワークおよびメディアを研磨槽内に残留させる洗浄工程と、前記研磨槽内に残留されたワークおよびメディアに新たにコンパウンドと水を添加したのち前記回転盤を水平回転させて前記第一研磨工程で形成された凸部の上端方部を研磨して平面部を形成し、凹部の一部を残して窪み部を形成する第二研磨工程とから成り、前記研磨槽内のマスを移し変えることなく一台のバレル研磨装置で各工程を行えるようにしたことを特徴とするバレル研磨方法。
2. 前記流動バレル研磨装置の回転盤の回転中心上部に、固定または回転可能に軸支する内筒を設けて研磨することを特徴とする請求項１記載のバレル研磨方法。
3. 前記第一研磨工程に使用する砥材の重量を、研磨するワークの重量の１／１０乃至１／１００にして研磨することを特徴とする請求項１または請求項２記載のバレル研磨方法。