JP2011005590A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スラリーの分離を低減できる研磨装置を提供する。
【解決手段】砥粒を含んだ流体であるスラリー（２）を用いて研磨を行う研磨装置において、スラリー（２）を供給するスラリー供給源（３）と、研磨を行なう研磨部（１３）と、スラリー供給源（３）より研磨部（１３）へとスラリー（２）を供給する配管（４、８）と、スラリー（２）を圧送する圧送シリンダ（５）と、配管（４、８）および研磨部（１３）の間にて流通を遮断するパーツバルブ（９）と、配管（４、８）内の流体を逆流させる逆流手段（１１）とを備え、逆流手段（１１）は、パーツバルブ（９）を閉じた状態で配管（４、８）内の流体をスラリー供給源（３）へと逆流させることで、配管（４、８）内のスラリー（２）を配管（４、８）外へ排出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、砥粒を含んだ流体を用いて微小孔を研磨する研磨装置に関する。

車両用燃料噴射ノズル先端、印刷機のインク噴射ノズルなどに設けられている高精度の微小孔を加工する装置として、砥粒を含んだ流体を用いて微小孔を研磨する研磨装置が知られている。具体的には、研粒を含んだ流体（スラリー）を保持するタンクと、スラリーを被研磨対象へと供給する圧送シリンダと、タンクと圧送シリンダとを結ぶ配管とを有している。圧送シリンダは、配管を通じてタンクよりスラリーを吸引し、被研磨対象へと供給する。このとき、配管内および圧送シリンダ内において、スラリーが長時間に渡って滞留していると、スラリーに含まれた砥粒が分離し、沈殿を起こしてしまうという問題がある。これに対して、被研磨対象へのスラリー供給を行わないときには、圧送シリンダ内のスラリーを排出することで、圧送シリンダ内におけるスラリーに含まれた砥粒の分離を防止した研磨装置が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００７−６１９３２

しかし、圧送シリンダ内だけではなく、タンクから被研磨対象へと至る配管中においても、スラリーに含まれた砥粒の分離は発生する。よって、圧送シリンダ内のスラリーをタンクへと戻すだけでは、配管内にスラリーが残留し、被研磨対象へのスラリー供給を再開した際に、砥粒が分離したスラリーが被研磨対象へと供給されてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題を鑑み、被研磨対象へと至る配管中におけるスラリーの分離を極力低減可能な研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、請求項１に記載の発明は、砥粒を含んだ流体であるスラリー（２）を用いて研磨を行う研磨装置であって、スラリー（２）を供給するスラリー供給源（３）と、研磨装置にて研磨される被研磨対象（１００）が内部に設置され、設置された被研磨対象（１００）の研磨を行う研磨部（１３）と、スラリー供給源（３）より研磨部（１３）へとスラリー（２）を供給する配管（４、８）と、配管（４、８）に接続され、スラリー供給源（３）側よりスラリー（２）を吸引し、研磨部（１３）側へと圧送する圧送シリンダ（５）と、配管（４、８）および研磨部（１３）の間にて流通を遮断するパーツバルブ（９）と、パーツバルブ（９）を開閉させるバルブ開閉手段（２００）と、パーツバルブ（９）および圧送シリンダ（５）の間に接続され、配管（４、８）内の流体を逆流させる逆流手段（１１）とを備え、逆流手段（１１）は、パーツバルブ（９）を閉じた状態で配管（４、８）内の流体をスラリー供給源（３）へと逆流させることを特徴とする。

これによると、研磨装置（１）を停止させる際に逆流手段（１１）が配管（４、８）内のスラリー２を逆流させるため、少なくとも圧送シリンダ（５）およびスラリー供給源（３）の間のスラリー（２）を配管（４、８）外へ排出することができる。これにより、被研磨対象へと至る配管中におけるスラリーの分離を極力低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨装置において、逆流手段（１１）は、パーツバルブ（９）の近傍に接続されていることを特徴とする。

請求項２における近傍とは、逆流手段（１１）がパーツバルブ（９）に直結されていることが望ましいが、各構成要素の配置などの都合を考慮して、パーツバルブ（９）の直近に逆流手段（１１）が接続されていることを意味する。これにより、配管（４、８）内のスラリー（２）の多くを配管（４、８）外に排出することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の研磨装置において、逆流手段（１１）は、配管（４、８）内へと空気を送り込むことで配管（４、８）内のスラリー（２）を逆流させる空気供給機構（１１）であることを特徴とする。

これによると、逆流手段（１１）として配管（４、８）内へと空気を送り込む空気供給機構（１１）を備えているので、配管（４、８）内のスラリー（２）を空気にて置換することでスラリー（２）を逆流させ、配管（４、８）外に排出することができる。また、配管（４、８）内へと送り込む媒体として空気を用いることにより、排出前のスラリー（２）と比較して、排出されたスラリー（２）の濃度が変化することを低減できる為、スラリー（２）の再利用が容易になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の研磨装置において、圧送シリンダ（５）は、逆流手段（１１）が配管（４、８）内の流体を逆流させる前に、圧送シリンダ（５）内のスラリー（２）を圧送シリンダ（５）外へと排出することを特徴とする。

これによると、圧送シリンダ（５）内のスラリー（２）を排出した後に、配管（４、８）内のスラリー２を排出するため、配管（４、８）の中だけではなく、圧送シリンダ（５）内でのスラリー（２）の分離をも低減することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の研磨装置において、研磨部（１３）内に被研磨対象（１００）が設置されていない状態が所定時間継続したか否かを判定する判定手段（Ｓ１２０）と、判定手段（Ｓ１２０）により、研磨部（１３）内に被研磨対象（１００）が設置されていない状態が所定時間継続したと判定された場合には、パーツバルブ（９）を閉じ、逆流手段（１１）を作動させる停止手段（Ｓ２００）とを備えることを特徴とする。

これによると、研磨部（１３）内に被研磨対象（１００）が設置されていない状態が所定時間以上継続した際に、パーツバルブ（９）を閉じ、逆流手段（１１）を作動させる停止手段（Ｓ２００）を備えるため、研磨装置（１）が長時間に渡って待ち状態となり、スラリー（２）の滞留による分離が発生することを防ぐことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の研磨装置において、研磨部（１３）は、配管（４、８）より供給され、被研磨対象（１００）の研磨に用いられたスラリー（２）を回収するスラリー回収皿（１４）を備えており、スラリー回収皿（１４）には、スラリー回収皿（１４）にて回収されたスラリー（２）をスラリー供給源（３）へと戻す回収配管（１５）が接続されていることを特徴とする。

これにより、研磨装置（１）の停止時に排出されたスラリー（２）だけでなく、被研磨対象（１００）の研磨に使用されたスラリー（２）をも回収し、再利用することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の研磨装置において、回収配管（１５）には、スラリー回収皿（１４）よりスラリー（２）を吸引し、スラリータンク（３）へと圧送するポンプである回収ポンプ（１６）が接続されていることを特徴とする。

これにより、スラリー回収皿（１４）へと排出されるスラリー（２）が増大した場合でも、スラリー回収皿（１４）からスラリー（２）があふれ出てしまうことを低減できる。

尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の第１実施形態における研磨装置の構成を示す構成図である。 第１実施形態における研磨装置の動作を示すフローチャートである。 図２における停止処理の動作を示すフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、本発明を車両用燃料噴射ノズルにおける噴射孔の研磨に用いられる研磨装置に適用した第１実施形態について図１を用いて説明する。図１は、本発明の研磨装置の構成を示す図である。尚、本実施形態の説明における方向は、図１紙面上における上下左右方向と同一であるものとする。

研磨装置１は、砥粒と鉱物油であるベースオイルとの混合流体であるスラリー２を用いて研磨を行う流体研磨装置である。研磨装置１は、内部にスラリー２を貯えたスラリー供給源であるスラリータンク３と、スラリータンク３よりスラリー２を導く吸引配管４を備えている。また、吸引配管４を通じてスラリー２を吸引し、加圧して送り出す圧送シリンダ５と、吸引配管４と圧送シリンダ５との間にてスラリー２を遮断する電磁弁である吸引弁６を備えている。そして、圧送シリンダ５内に吸引されたスラリー２は、電磁弁である供給弁７を介して接続された供給配管８へと吐出される。供給配管８内を流通したスラリー２は、供給配管８と電磁弁であるパーツバルブ９を介して接続された吐出配管１０を通り、被研磨対象１００へと供給される。

パーツバルブ９のスラリー流れ上流側には、本発明における逆流手段に対応し、供給配管８内部へと不活性ガスである空気を送り込むことによってスラリー２を逆流させるエア送り出し機構１１が、電磁弁であるエアバルブ１２を介して接続されている。尚、エア送り出し機構１１は、パーツバルブ９の近傍に接続されており、より好ましくは、パーツバルブ９とエアバルブ１２とが直接接続されるようにするとよい。

吐出配管１０の下部には、内部にて被研磨対象１００に対する研磨加工を行う研磨部１３が設けられている。被研磨対象１００が設置された研磨部１３の下部には、吐出配管１０を通じて供給され、被研磨対象１００内を通過した後に被研磨対象１００より排出されるスラリー２を回収する回収皿１４が設置されている。回収皿１４は、中央部が下方に窪んだ漏斗形状をしており、窪みの中央には、回収口１４ａが設けられている。そして、回収口１４ａには、回収したスラリー２をスラリータンク３へと導引する回収配管１５が接続されている。また、回収配管１５には、スラリー２を吸引し、スラリータンク３へとくみ上げる回収ポンプ１６が接続されている。

また、研磨装置１は、本発明におけるバルブ開閉手段及び研磨装置停止手段に対応し、圧送シリンダ５、吸引弁６、供給弁７、パーツバルブ９、エアバルブ１２を制御する制御装置であるＥＣＵ２００を備えている。

次に、研磨装置１を構成する各構成要素について詳しく説明する。

本実施形態におけるスラリー２は、研磨剤である砥粒と鉱物油（ベースオイル）とを混合し、所定の粘度を持つように調整されている。尚、本実施形態においては、砥粒として炭化珪素を、ベースオイルとして鉱物油を用いている。また、例えば砥粒の粒径が５μｍである場合、ベースオイルと砥粒とはコロイド状態ではなく、固体粒子と液体との不均一な混合流体となっており、静止状態にて放置すると分離し、砥粒は沈殿を起こす。これを防止する為にスラリータンク３の内部には、貯えられたスラリー２を攪拌することで分離を防ぐ攪拌プロペラ３ａが設置されている。攪拌プロペラ３ａは、図示しない電動モータにて駆動されており、所定の速度にて回転することでスラリー２を攪拌している。

圧送シリンダ５は、ロッド状のピストンであるプランジャ５ａと、プランジャ５ａの位置により内容積を可変させるシリンダ５ｂとから構成されたプランジャポンプである。尚、圧送シリンダ５は、ラジアル型、アキシャル型と比較して、より高圧力を得ることが可能な往復動型プランジャポンプを用いることが好ましい。

パーツバルブ９は、被研磨対象１００へのスラリー供給を遮断可能な電磁弁である。被研磨対象１００が研磨部１３に設置されていない場合などに、図示しない制御装置からの遮断信号に基づいて、スラリー供給の遮断を行う。

エア送り出し機構１１は、パーツバルブ９にてスラリー供給を遮断した状態のときに、供給配管８内へと不活性ガスである空気を送り込む。このとき、エア送り出し機構１１は、供給配管８と内容積と、吸引配管４の内容積を足し合わせた、全配管内容積を超える容積の空気を所定の圧力にて供給する。これにより、供給配管８と吸引配管４内部を空気にて置換することができる。本実施形態においては、圧送シリンダ５にてスラリー２に加えている圧力以上の圧力にて空気を供給している。例えば圧送シリンダ５の加圧圧力が２．５ＭＰａである場合には、エア送り出し機構１１は２．５ＭＰａ以上に加圧可能なピストン圧縮機であることが好ましい。

次に、研磨装置１における研磨作業と、研磨装置１の作動について、図２、図３を用いて説明する。図２は、本実施形態における研磨装置１にて研磨作業を行う際の動作及びＥＣＵ２００にて行われる判断の流れを示すフローチャートである。

まず、図２に示すステップＳ１０では、吸引弁６、供給弁７、パーツバルブ９、エアバルブ１２を閉じた状態にする。前回の研磨装置１使用時に正常に停止されたとしても、その後、手動にてバルブの開閉状態を変更される場合がある。よって、ステップＳ１０を行うことでバルブの開閉状態を閉位置へと揃える。

ステップＳ２０では、吸引弁６を開く。これにより、圧送シリンダ５と吸引配管４とが連通した状態となるため、スラリータンク３に収められたスラリー２をシリンダ５ｂへと吸引することが可能になる。

ステップＳ３０では、圧送シリンダ５のプランジャ５ａを図１紙面方向上方へと引き上げる。プランジャ５ａが上方へと移動することによって、吸引配管４を通じて、スラリータンク３よりスラリー２がシリンダ５ｂ内へと吸引される。そして、プランジャ５ａが最大位置まで上昇すると、プランジャ５ａの上昇を停止させる。

ステップＳ４０では、吸引弁６を閉じる。これにより、吸引配管４と圧送シリンダ５との連通が遮断される。よって、圧送シリンダ５より吐出されるスラリー２がスラリータンク３へと逆流することを防ぐことができる。

ステップＳ５０では、供給弁７を開く。これにより、圧送シリンダ５と供給配管８とが連通した状態となる。

ステップＳ６０では、プランジャ５ａを下降させ、シリンダ５ｂ内にあるスラリー２を加圧する。このとき、ステップＳ５０にて供給弁７は開き、パーツバルブ９は閉じた状態となっている、よって、スラリー２は、シリンダ５ｂより供給配管８内へと吐出され、パーツバルブ９と圧送シリンダ５との間にて、加圧される。

ステップＳ７０では、研磨部１３内に被研磨対象１００がセットされているか否かを判定する。ここで、研磨部１３内に被研磨対象１００がセットされている場合にはステップＳ８０へ、セットされていない場合にはステップＳ１２０へと分岐する。

ステップＳ８０では、ステップＳ１２０以降にて使用するカウント用変数ｉに０を代入することによって初期化を行っている。変数ｉについては後述する。

ステップＳ９０では、パーツバルブ９を開く。これにより、圧送シリンダ５及び供給配管８内にて加圧されたスラリー２が、吐出配管１０を通り、研磨部１３内にセットされた被研磨対象１００へと供給される。被研磨対象１００へと供給されたスラリー２は、被研磨対象１００内部を通過する過程で、被研磨対象１００内部を研削する。そして、被研磨対象１００内部を通過した後に、排出されたスラリーは、回収皿１４にて回収される。

ステップＳ１００では、ステップＳ９０より所定時間経過した後に、パーツバルブ９を閉じる。これにより、被研磨対象１００へのスラリー２供給が停止する。尚、被研磨対象１００にスラリー２を供給する所定時間は、被研磨対象１００の研磨対象部の面積、被研磨対象１００の素材などの条件に応じて決定される。

そして、研磨が終了した製品は、図示しない製品輸送手段にて研磨部１３より搬出される。また、その後に、研磨部１３には次の被研磨対象のセットが行われる。

ステップＳ１１０では、シリンダ５ｂ内部のスラリー２の残量を測定する。ここで、スラリー２の残量が所定値以上である場合には、ステップＳ７０へと分岐し、次の被研磨対象に対する研磨作業を開始する。そして、スラリー２の残量が所定値より少ない場合には、ステップＳ２０へと分岐し、シリンダ５ｂ内部へのスラリー２吸引を行う。

次に、ステップＳ７０にて、ステップＳ１２０へと分岐した場合について説明する。ステップＳ１２０では、カウント用変数ｉが１８０であるか否かについて判定を行う。ここで、カウント用変数ｉについて説明する。本実施形態におけるフローチャートにおいては、工程における待ち時間のカウントを表す為に、変数ｉを用いている。例えば図２では、ステップＳ１３０にて変数ｉをインクリメントする。よって、変数ｉが０のとき、ステップＳ７０、ステップＳ１２０、ステップＳ１３０というループを１８０周することによって変数ｉは１８０となる。尚、ここでの判断に用いられるループ回数は、スラリー２が分離するまでの時間などを考慮して決定される。よって、ステップＳ１２０では、研磨部１３に被研磨対象１００がセットされていないという判断が１８０回なされた後にステップＳ２００へと分岐する。また、研磨部１３より研磨が終了した製品が搬出された後に１７９周以内に次の被研磨対象１００がセットされた場合には、ステップＳ７０にてＳ８０へと分岐が行われる。

ステップＳ２００では、後述する研磨装置１の停止処理を行う。そして停止処理が完了すると、図２に示す研磨作業は終了となる。

次に、本発明における停止処理について図３を用いて説明する。図３は、図２に示されるステップＳ２００にて行われる停止処理の流れを示すフローチャートである。

まず、停止処理が開始されると。ステップＳ２１０にて吸引弁６を開く。尚、停止処理が開始された状態では、図２に示すステップＳ５０にて供給弁７は開かれた状態となっている。よって、吸引配管４、圧送シリンダ５、供給配管８が連通した状態となる。

ステップＳ２２０では、プランジャ５ａを下降させる。これにより、シリンダ５ｂ内に保持されていたスラリー２が、吸引配管４を通じてスラリータンク３へと排出される。そして、プランジャ５ａが最下位まで下降した状態にて、図示しないロック手段にてプランジャを固定する。これは、後述する配管内スラリー排出工程にて、スラリー２がシリンダ５ｂ内へと流入することを防ぐためである。

ステップＳ２３０では、エアバルブ１２を開く。これにより、エア送り出し機構１１と供給配管８とが連通した状態となる。この時、ステップＳ２３０以前にて吸引弁６と供給弁７も開いた状態となっている。よって、エア送り出し機構１１より吐出された空気によって、供給配管８内と吸引配管４内とに存在するスラリー２はスラリータンク３へと押し戻される。

ステップＳ２４０では、変数ｉに０を代入する。これにより、エア送り出し機構１１が空気を送り出し続ける時間をカウントする準備が完了する。

ステップＳ２５０では、変数ｉが３０以下であるときにはステップＳ２６０へと分岐することで変数ｉに１を加え、変数ｉが３０より大きいときにはステップＳ２７０へと分岐する。これにより、エア送り出し機構１１は、空気を所定時間送り出しつづける。尚、本実施形態においては、例として３０としているが、供給配管８及び吸引配管４の全長、管径、スラリー２の粘度などを考慮し、最適な値を決定する。

ステップＳ２７０では、エアバルブ１２を閉じる。これにより、エア送り出し機構１１から、供給配管８及び吸引配管４への空気の送り出しが停止する。

以上により、停止処理及び研磨装置１による研磨作業が終了する。

本実施形態では、供給配管８及び吸引配管４へと空気を送り出すエア送り出し機構１１を備えている。そして、研磨装置１を停止させる際に、供給配管８及び吸引配管４へと空気を送り出すことによって、供給配管８内及び吸引配管４内のスラリー２をスラリータンク３へと戻すことができる。これにより、供給配管８及び吸引配管４にスラリー２が長時間滞留、スラリー２が分離することを低減することができる。

また、供給配管８内及び吸引配管４内のスラリー２をスラリータンク３へと戻す際に空気を用いることにより、オイルによる配管の清掃と比較して、スラリー２の濃度が変化することを低減することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態においては、本発明を車両用燃料噴射ノズルの研磨に適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、印刷機のインク噴射ノズルなどの研磨に用いてもよい。

また上記実施形態においては、逆流手段として空気を送り出すエア送り出し機構１１を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、鉱物油などを圧送することによって逆流させるようにしてもよい。

また上記実施形態においては、圧送シリンダ５と吐出配管１０とは供給配管８にて接続されている例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、供給配管８の途中に、スラリー２をろ過する図示しないフィルターを設けるようにしてもよい。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明を逸脱しない範囲であれば、どのような形で実施するようにしてもよい。

１…研磨装置
２…スラリー
３…スラリータンク
４…吸引配管
５…圧送シリンダ
６…吸引弁
７…供給弁
８…供給配管
９…パーツバルブ
１１…エア送り出し機構
１００…被研磨対象

Claims (7)

1. 砥粒を含んだ流体であるスラリー（２）を用いて研磨を行う研磨装置であって、
   前記スラリー（２）を供給するスラリー供給源（３）と、
   前記研磨装置にて研磨される被研磨対象（１００）が内部に設置され、設置された前記被研磨対象（１００）の研磨を行う研磨部（１３）と、
   前記スラリー供給源（３）より前記研磨部（１３）へと前記スラリー（２）を供給する配管（４、８）と、
   前記配管（４、８）に接続され、前記スラリー供給源（３）側より前記スラリー（２）を吸引し、前記研磨部（１３）側へと圧送する圧送シリンダ（５）と、
   前記配管（４、８）および前記研磨部（１３）の間にて流通を遮断するパーツバルブ（９）と、
   前記パーツバルブ（９）を開閉させるバルブ開閉手段（２００）と、
   前記パーツバルブ（９）および前記圧送シリンダ（５）の間に接続され、前記配管（４、８）内の流体を逆流させる逆流手段（１１）とを備え、
   前記逆流手段（１１）は、前記パーツバルブ（９）を閉じた状態で前記配管（４、８）内の流体を前記スラリー供給源（３）へと逆流させることを特徴とする研磨装置。
2. 前記逆流手段（１１）は、前記パーツバルブ（９）の近傍に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記逆流手段（１１）は、前記配管（４、８）内へと空気を送り込むことで前記配管（４、８）内の前記スラリー（２）を逆流させる空気供給機構（１１）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記圧送シリンダ（５）は、
   前記逆流手段（１１）が前記配管（４、８）内の流体を逆流させる前に、前記圧送シリンダ（５）内の前記スラリー（２）を前記圧送シリンダ（５）外へと排出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の研磨装置。
5. 前記研磨部（１３）内に前記被研磨対象（１００）が設置されていない状態が所定時間継続したか否かを判定する判定手段（Ｓ１２０）と、
   前記判定手段（Ｓ１２０）により、前記研磨部（１３）内に前記被研磨対象（１００）が設置されていない状態が所定時間継続したと判定された場合には、前記パーツバルブ（９）を閉じ、前記逆流手段（１１）を作動させる停止手段（Ｓ２００）とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の研磨装置。
6. 前記研磨部（１３）は、
   前記配管（４、８）より供給され、前記被研磨対象（１００）の研磨に用いられた前記スラリー（２）を回収するスラリー回収皿（１４）を備えており、
   前記スラリー回収皿（１４）には、前記スラリー回収皿（１４）にて回収された前記スラリー（２）を前記スラリー供給源（３）へと戻す回収配管（１５）が接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の研磨装置。
7. 前記回収配管（１５）には、
   前記スラリー回収皿（１４）より前記スラリー（２）を吸引し、前記スラリータンク（３）へと圧送するポンプである回収ポンプ（１６）が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の研磨装置。

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