WO2017170257A1 - 振動バレル研磨方法及び振動バレル研磨システム - Google Patents

Abstract

一実施形態では、その内部に底面を有する研磨槽と、ワークを保持可能な研磨用治具であり、回転軸線を中心に回転可能な該研磨用治具と、を備える振動バレル研磨システムを用いた振動バレル研磨方法が提供される。この方法は、研磨用治具の最下部が底面から離間した状態で研磨用治具を研磨槽内で支持する工程であり、研磨用治具の最下部と底面との離間距離ｄが研磨メディアの粒径以上である、該工程と、研磨槽内で研磨メディアを流動させる工程と、研磨用治具の最下部が底面から離間した状態で、研磨用治具を回転軸線を中心に回転させる工程と、を含む。

Description

振動バレル研磨方法及び振動バレル研磨システム

　本発明は、振動バレル研磨方法及び振動バレル研磨システムに関する。

　被研磨物であるワークの表面を所定の表面粗さにする研磨を行ったり、バリや酸化皮膜などの除去などを行ったりするための振動バレル研磨装置が知られている。

　例えば、特許文献１に記載の振動バレル研磨装置は、研磨槽と、研磨槽を振動させる駆動部とを備えている。この振動バレル研磨装置を用いてワークを研磨する際には、ワークと、研磨メディアとを研磨槽に装入し、当該研磨槽を略円弧状の軌道に沿って振動運動させる。これにより、被研磨物と研磨メディアとが相対的に運動し、ワークが研磨される。また、この振動バレル研磨装置では、扁平形状、例えば円盤形状を有する複数のワークを流動方向に垂直な方向に沿って所定の間隔で配置した状態で、当該複数のワークを研磨することで、複数のワーク同士が互いに衝突することを防止している。

　特許文献２には、円筒状の振動槽と、振動槽を回転振動させるバイブレータと、振動槽を支持する振動バレル装置と、ディスク形状のワークを昇降させる昇降装置と、当該ワークを回転させるワーク回転装置とを備える面取り装置が記載されている。同文献には、研磨槽の内部でワークを保持し、研磨槽内で循環する研磨材とは反対方向にワークを回転させることで、ワークのバリ取り及び面取りを同時に行うことが記載されている。

　特許文献３には、第１のガード部材、第２のガード部材及び固定部材を備える振動バレル研磨用の研磨用治具が記載されている。第１のガード部材及び第２のガード部材は、ワークよりも大きな径を有する円盤形状を有しており、互いに対向して配置されている。固定部材は、第１のガード部材と第２のガード部材との間に設けられており、ワークを研磨用治具に固定している。同文献では、ワークが固定された研磨用治具を自立させた状態で研磨槽の底面上で転動させることにより、ワークが研磨槽の底面に対して衝突することを防止しながらワークを研磨している。

特開２０００－２８０１６２号公報 特開平９－０７０７４８号公報 特開２０１５－２７７０９号公報

　引用文献３に記載の装置では、研磨用治具を自立させた状態で研磨槽の底面上で転動させているので、研磨槽と研磨用治具との間で研磨メディアが破砕されることがある。研磨メディアが破砕されると、ワークの周縁部等が受傷したり、研磨不良が生じたりするおそれがある。

　したがって、本技術分野では、研磨用治具と研磨槽との間で研磨メディアが破砕されることを抑制することができる振動バレル研磨方法及び振動バレルシステムが要請されている。

　一態様では、その内部に底面を有する研磨槽と、ワークを保持可能な研磨用治具であり、回転軸線を中心に回転可能な該研磨用治具と、を備える振動バレル研磨システムを用いた振動バレル研磨方法が提供される。この方法は、研磨用治具の最下部が底面から離間した状態で研磨用治具を研磨槽内で支持する工程であって、研磨用治具の最下部と底面との離間距離ｄが研磨メディアの粒径以上である該工程と、研磨槽内で研磨メディアを流動させる工程と、研磨用治具の最下部が底面から離間した状態で、研磨用治具を回転軸線を中心に回転させる工程と、を含む。

　一態様に係る振動バレル研磨方法によれば、研磨用治具の最下部が底面から研磨メディアの粒径以上離間した位置で研磨用治具が回転するので、研磨用治具と研磨槽の底面との間で研磨メディアが粉砕されることが抑制される。これにより、研磨用治具とワークとの隙間に粉砕された研磨メディアが入り込むことを抑制することができるので、ワークが受傷したり、研磨不良が生じたりすることを抑制することができる。また、本バレル研磨方法によれば、研磨用治具を回転させることによって、ワークと研磨メディアとの相対速度を増大させることができるので、効率的な研磨を行うことができる。

　一実施形態では、回転軸線に直交し、且つ、底面の中心を通る平面に沿った断面から見て、研磨槽内で流動する研磨メディアの表面の底面を基準とする最大高さをＨ１とし、最小高さをＨ２としたときに、離間距離ｄが、（Ｈ１＋Ｈ２）／４以下であってもよい。

　上記実施形態によれば、研磨用治具の最下部と底面との間の離間距離を（Ｈ１＋Ｈ２）／４以下にすることで、ワークを研磨メディアによる研磨力が大きい領域に配置することができるので、ワークの研磨効率を向上させることができる。

　一実施形態では、ワークは扁平形状を有していてもよい。

　従来の振動バレル研磨方法では、扁平形状なワーク、例えば円盤形状のワークを研磨する場合には、研磨メディアを用いた研磨中にワークが研磨槽内で複雑な動きをすることで、十分な研磨が行われないことがある。これに対し、上記実施形態の振動バレル研磨方法によれば、研磨用治具が支持された状態でワークが研磨されるので、ワークの装入時の姿勢を保ちながら研磨することができる。なお、扁平形状のワークとは、板状、リング状、枠状または高さに対して径が大きい円柱状など、厚さに対して外形形状が大きいワークを示している。

　一実施形態では、研磨用治具は、外形形状がワークよりも大きい円盤状を有し、収容空間を介して互いに対向するように配置された第１のガード部材及び第２のガード部材と、ワークの全体が収容空間内に位置するように、ワークを収容空間内で固定する固定部材と、を備え、第１のガード部材及び第２のガード部材の各々には、収容空間に通じる窓部が形成されており、第１のガード部材の外縁と第２のガード部材の外縁との間の開口、及び、窓部を通じて、収容空間の内外で研磨メディアが通過可能であってもよい。

　上述の構成の研磨用治具によれば、研磨用治具の外縁から突出しないようにワークを研磨用治具の内部に固定することができるとともに、研磨メディアを容易に研磨用治具の内部で流動させることができるので、ワークの研磨効率を向上することができる。

　一実施形態において、研磨槽内で研磨メディアを流動させる工程では、研磨槽内で円弧状の軌跡を描くように研磨メディアを流動させ、研磨用治具を回転軸線を中心に回転させる工程では、研磨メディアの流動方向と同方向に研磨用治具を回転させてもよい。

　上記実施形態に係るバレル研磨方法では、研磨メディアの流動方向と同方向に研磨用治具を回転させることで、ワークを研磨の均一性を向上させることができる。

　一実施形態において、研磨槽内で研磨メディアを流動させる工程では、研磨槽内で円弧状の軌跡を描くように研磨メディアを流動させ、研磨用治具を回転軸線を中心に回転させる工程は、研磨メディアの流動方向と同方向に研磨用治具を回転させる工程と、研磨メディアの流動方向と逆方向に研磨用治具を回転させる工程とを含んでいてもよい。

　上記実施形態では、研磨用治具の回転方向を切り替えて研磨を行うことにより、研磨の均一性を向上させることができるとともに、研磨速度を向上させることができる。

　一態様の振動バレル研磨システムは、研磨槽と、ワークを収容する研磨用治具と、研磨用治具を研磨槽内で支持する位置決め部であり、研磨用治具の高さ方向の位置を変更可能な該位置決め部と、研磨用治具を回転軸線を中心に回転させる回動部と、を備える。

　上記態様の振動バレル研磨システムによれば、位置決め部により研磨用治具と研磨槽の底面との間で研磨メディアが粉砕されることがない高さで研磨用治具を支持することができるので、研磨用治具とワークとの隙間に粉砕された研磨メディアが入り込むことを抑制することができる。よって、ワークが受傷したり、研磨不良が生じたりすることを抑制することができる。また、回動部により研磨用治具を回転軸線を中心に回転させながらワークの振動バレル研磨を行うことで、研磨メディアとの相対速度を増加させることができ、その結果、効率的な研磨を行うことができる。

　一実施形態の振動バレル研磨システムは、研磨用治具を水平方向に沿って移動させる移動部を更に備え、位置決め部、回動部及び移動部は一体的に設けられていてもよい。

　上記実施形態の振動バレル研磨システムは、研磨用治具を水平方向に沿って移動させる移動部を備えているので、研磨用冶具を研磨槽内に容易に装入することができる。また、この振動バレル研磨システムでは、位置決め部、回動部及び移動部が一体的に構成されているので、研磨用治具をセットする作業スペースと振動バレル研磨装置とを効率よく配置できる。これにより、振動バレル研磨システムを省スペース化することができる。

　本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、研磨用治具と研磨槽との間で研磨メディアが破砕されることを抑制することができる。

図１（Ａ）は、ワークが保持された研磨用治具を部分的に切断した状態で側方から見た図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す研磨用治具を図１（Ａ）の矢印Ａ方向から見た図である。 図２（Ａ）は振動バレル研磨システムを部分的に切断した状態で側方から見た図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す振動バレル研磨システムを、図２（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た図である。 研磨用治具を研磨槽内で支持する工程を説明する図である。 図４（Ａ）は、研磨メディアの流動状態を模式的に示す断面図である。図４（Ｂ）は、研磨メディアと研磨用治具との位置関係を模式的に示す図である。 位置決め部の変更例を示す模式図である。

　一実施形態の振動バレル研磨方法について、図を参照して説明する。以下では、被研磨物である円盤状のワークＷの外周近傍を研磨する実施形態について説明する。

　図１は、一実施形態の振動バレル研磨方法に用いられる研磨用治具を示す図である。図１（Ａ）は研磨用治具１を部分的に切断した状態で示す側面図であり、図１（Ｂ）は研磨用治具１を図１（Ａ）の矢印Ａ方向から見た図である。研磨用治具１は、ワークＷを保持するための治具であり、扁平な略円柱形状の外形を有している。研磨用治具１は、第１のガード部材１０、第２のガード部材１１、固定部材１２を備えている。

　第１のガード部材１０は、ワークＷの外径よりも大きな直径を有する円盤状の部材であり、中央部１０ａ、周縁部１０ｂ及び接続部１０ｃを含んでいる。中央部１０ａ、周縁部１０ｂ及び接続部１０ｃは、一体的に形成されている。中央部１０ａは、円形の平面形状を有している。周縁部１０ｂは、円環状の平面形状を有しており、中央部１０ａを囲むように配置されている。中央部１０ａの外径は、周縁部１０ｂの内径よりも小さく形成されている。接続部１０ｃは、中央部１０ａの中心から径方向に向けて放射状に延びており、中央部１０ａと周縁部１０ｂとを接続している。

　中央部１０ａ、周縁部１０ｂ及び接続部１０ｃによって囲まれる空間は、第１のガード部材１０を板厚方向に貫通する窓部１０ｗである。本実施形態では８つの接続部１０ｃが第１のガード部材１０の周方向において互いに略等間隔に位置している。そのため、第１のガード部材１０には８つの窓部１０ｗが形成されている。窓部１０ｗは、研磨用治具１に保持されたワークＷの研磨対象領域に対応する箇所に形成されている。なお、図１（Ｂ）においては、ワークＷのうち窓部１０ｗから露出している領域が斜線で示されている。

　第２のガード部材１１は、ワークＷの直径よりも大きな直径を有する円盤状の部材である。第２のガード部材１１は、第１のガード部材１０と略同一の形状を有する。第２のガード部材１１は、中央部１１ａ、周縁部１１ｂ及び接続部１１ｃを含んでいる。中央部１１ａ、周縁部１１ｂ及び接続部１１ｃは、一体的に形成されている。中央部１１ａは、円形の平面形状を有している。周縁部１１ｂは、円環状の平面形状を有しており、中央部１１ａを囲むように配置されている。中央部１１ａの外径は、周縁部１１ｂの内径よりも小さく形成されている。接続部１１ｃは、中央部１１ａの中心から径方向に向けて放射状に延びており、中央部１１ａと周縁部１１ｂとを接続している。

　中央部１１ａ、周縁部１１ｂ及び接続部１１ｃによって囲まれる空間は、第２のガード部材１１を板厚方向に貫通する窓部１１ｗである。本実施形態では８つの接続部１１ｃが第２のガード部材１１の周方向において互いに略等間隔に位置している。そのため、第２のガード部材１１には８つの窓部１１ｗが形成されている。窓部１１ｗは、研磨用治具１に保持されたワークＷの研磨対象領域に対応する箇所に形成されている。

　第１のガード部材１０と第２のガード部材１１とは互いに対向するように配置されている。第１のガード部材１０と第２のガード部材１１との間には、略円柱形状の収容空間Ｖが画成されている。第１のガード部材１０の外周縁と第２のガード部材１１の外周縁との間には、これらの外周縁同士を接続するように、環状の仮想曲面Ｓが延びている。換言すれば、収容空間Ｖは、第１のガード部材１０、第２のガード部材１１及び仮想曲面Ｓで囲まれた空間であり、研磨用治具１の内部空間である。研磨用治具１は、扁平な円柱形状を有しており、第１のガード部材１０及び第２のガード部材１１の外周縁を床面等に接した状態（仮想曲面Ｓが当該床面等と対向した状態）で自立可能である。

　固定部材１２は、保持部１２ａ及び取付板１２ｂを備えている。保持部１２ａは、第１のガード部材１０及び第２のガード部材１１の間、すなわち収容空間Ｖ内に配置されている。保持部１２ａは、ワークＷの中心部に形成されている貫通孔内に挿通された状態で、ワークＷの内周縁を挟持する。これにより、ワークＷは、保持部１２ａに取り付けられる。取付板１２ｂは、中央部１０ａ，１１ａの外表面にそれぞれ配置される。保持部１２ａと取付板１２ｂとで中央部１０ａ，１１ａを挟んだ状態でこれらがボルト等の締結部材により締結されると、ワークＷが第１のガード部材１０及び第２のガード部材１１に対して固定される。これにより、ワークＷの全体が収容空間Ｖ内に位置するように、ワークＷが収容空間Ｖ内で固定される。ワークＷが保持部１２ａに取り付けられた状態において、ワークＷの一対の主面は、第１のガード部材１０及び第２のガード部材１１の内側面のそれぞれに対向している。

　第１のガード部材１０及び第２のガード部材１１は、ワークＷよりも外形が大きいので、ワークＷの全体は収容空間Ｖからはみ出ることなく収容空間Ｖ内に収容される。一実施形態では、ワークＷは、当該ワークＷの重心が研磨用治具１の重心と略一致（完全に一致又は近接）するように固定部材１２に取り付けられてもよい。これにより、ワークＷを保持する研磨用治具１が、後述する回転軸線ＲＡを中心に回転しやすくなる。

　一実施形態では、研磨用治具１は、マスキング部材１３及び取付部材１４を更に備えていてもよい。マスキング部材１３は、円環形状を有しており、ワークＷの外周面Ｗａを外側から囲むように延在している。マスキング部材１３は、第１のガード部材１０と第２のガード部材１１との対向方向の両側から取付部材１４によって挟持された状態で、第１のガード部材１０と第２のガード部材１１の間に取り付けられている。そのため、マスキング部材１３は、取付部材１４を介して、周縁部１０ｂ及び周縁部１１ｂに接続している。ワークＷの外周面Ｗａはマスキング部材１３によって覆われているので、研磨メディアＭとの接触が阻止されている。したがって、本実施形態では、ワークＷの外周面Ｗａは、研磨メディアＭによる研磨が行われない非研磨領域となっている。なお、マスキング部材１３の幅は、ワークＷの厚さよりも大きく形成されていてもよい。

　以下、一実施形態の振動バレル研磨方法に利用される振動バレル研磨システムについて説明する。図２（Ａ）は、一実施形態の振動バレル研磨システム５０を部分的に切断した状態で側方から見た図であり、図２（Ｂ）は、振動バレル研磨システム５０を、図２（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す振動バレル研磨システム５０は、研磨用治具１、振動バレル研磨装置２及び支持装置３０を備えている。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す実施形態では、振動バレル研磨システム５０は、２つの研磨用治具１を有しているが、振動バレル研磨システム５０は、少なくとも１つの研磨用治具１を有していればよい。

　図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、振動バレル研磨装置２は、上部が開口した研磨槽２０を備えている。なお、図２（Ａ）では、内部構造を見やすくするために手前に配置された研磨用治具１を省略して示している。

　研磨槽２０は、その内部に底面２０ａを有している。底面２０ａは、図２（Ａ）に示されるように、研磨用治具１の回転軸線ＲＡに直交する平面に沿った断面視において略Ｕ字状を有している。研磨槽２０は、バネ２１を介して台座２２上に設置されている。研磨槽２０の下部には、ベアリング２３及び回転軸２５が設けられている。ベアリング２３は、回転軸２５を回転自在に支持している。回転軸２５には、カウンターウェイト２４が固定させている。また、回転軸２５は、回転を伝達するカプラ２６を介してモータ２７に接続されている。

　支持装置３０は、回動部３１及び位置決め部３２を備えている。回動部３１は、研磨用治具１を回転軸線ＲＡを中心に回転させるための装置であり、フレーム３１ａ、モータ３１ｂ、回転軸３１ｃ、スプロケット３１ｄ、スプロケット３１ｅ及びチェーン３１ｆを備えている。フレーム３１ａは、側面視において略Ｔ字形状を有している。モータ３１ｂは、研磨用治具１を回転させるための動力源であり、フレーム３１ａ上に支持されている。回転軸３１ｃは、２つの研磨用治具１の回転軸線ＲＡに一致する方向に延在する長尺部材であり、フレーム３１ａに形成された貫通孔に挿通されている。回転軸３１ｃの両端は、２つの研磨用治具１の第１のガード部材１０又は第２のガード部材１１の中心にそれぞれ連結されている。スプロケット３１ｄは、回転軸３１ｃに接続されている。スプロケット３１ｅは、モータ３１ｂの出力軸に接続されている。チェーン３１ｆは、スプロケット３１ｄとスプロケット３１ｅとの間に架け渡されており、モータ３１ｂにおいて生じた駆動力を回転軸３１ｃに伝達する。そのため、モータ３１ｂの駆動力によって回転軸３１ｃが回転し、その結果、研磨用治具１が回転軸線ＲＡを中心に回転する。なお、研磨用治具１の回転軸線ＲＡは、研磨槽２０の回転軸２５に対して平行な方向に延在している。

　位置決め部３２は、研磨用治具１の高さ方向の位置を変更可能なように、研磨用治具１を研磨槽２０内で支持する装置である。位置決め部３２は、例えば駆動部３２ａ及びチェーン３２ｂを有している。チェーン３２ｂは、駆動部３２ａとフレーム３１ａとを接続している。駆動部３２ａは、フレーム３１ａを上下方向に移動させる駆動力をチェーン３２ｂを介してフレーム３１ａに伝達する。図２（Ａ）に示すように、一実施形態の位置決め部３２は、近接スイッチ３５を備えていてもよい。近接スイッチ３５は、回動部３１の下降端を検出するためのセンサである。近接スイッチ３５は、フレーム３１ａが予め設定された下降端に達したことを検出すると、フレーム３１ａの高さ方向の位置がそれ以上低くならないように、後述する制御部Ｃｎｔに制御信号を送出する。なお、一実施形態では、位置決め部３２は、近接スイッチ３５に代えて、例えばサーボシリンダといった回動部３１の下降量を制御できる機構を備えていてもよい。また、研磨用治具１の最下降位置を検出することができれば接触型・非接触型を問わず任意のセンサを用いることができる。また、位置決め部３２は、フレーム３１ａを上下方向に沿って移動可能な搬送装置に代えて、フレーム３１ａを高さ可変に保持可能な枠組を設けた構成としてもよい。

　一実施形態では、支持装置３０は、移動部３３を更に備えていてもよい。移動部３３は、例えば電動モータなどを用いた駆動機構を備えており、フレーム３４上に設けられたレールなどのガイドに沿って、回動部３１及び位置決め部３２を水平方向に移動可能となっている。このように、移動部３３は、回動部３１及び位置決め部３２を水平方向に移動させることにより、当該回動部３１及び位置決め部３２と共に研磨用治具１を水平方向に移動させる。

　なお、回動部３１、位置決め部３２及び移動部３３は、一体的に構成されていてもよい。ここで、回動部３１、位置決め部３２及び移動部３３が一体的に構成されるとは、回動部３１、位置決め部３２及び移動部３３が互いに連結されることで、一体的な装置として機能しうることを示している。回動部３１、位置決め部３２及び移動部３３を一体的に構成することで、研磨用治具１をセットするための作業スペースと振動バレル研磨装置２とを効率よく配置できるので、振動バレル研磨システム５０の省スペース化を図ることができる。

　一実施形態では、振動バレル研磨システム５０は、制御部Ｃｎｔを更に備えていてもよい。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部等を備えるコンピュータであり、振動バレル研磨システム５０の各部を制御する。例えば、制御部Ｃｎｔは、モータ２７に制御信号を送出し、回転軸２５の回転速度を制御する。また、制御部Ｃｎｔは、回動部３１、位置決め部３２及び移動部３３に制御信号を送出し、研磨用治具１の回転速度、及び、研磨用治具の高さ方向及び水平方向の位置を制御する。

　以下、図３及び図４を参照して、一実施形態のバレル研磨方法について説明する。図３（Ａ）～図３（Ｄ）は、研磨用治具１と研磨槽２０との位置関係を説明する図である。図４（Ａ）は、回転軸線ＲＡに直交し、且つ、底面２０ａの中心を通る平面に沿った断面図であり、研磨槽２０内での研磨メディアＭの流動状態を示している。なお、図４（Ａ）においては、説明の便宜上、研磨メディアＭを実際の寸法よりも大きく示している。図４（Ｂ）は、研磨槽２０の底面２０ａと研磨用治具１との位置関係を説明するための図である。

　一実施形態の振動バレル研磨方法では、まずワークＷを保持する２つの研磨用治具１が用意される。当該２つの研磨用治具１は、回転軸３１ｃが連結されることによって互いに接続される。一実施形態では、互いに対向する一対のプレートの対向面の中心に回転軸３１ｃの両端を溶接し、当該一対のプレートを２つの研磨用治具１の第１のガード部材１０及び第２のガード部材１１の中心にボルトでそれぞれ締結することで、回転軸３１ｃが研磨用治具１に連結されてもよい。このように研磨用治具１に回転軸３１ｃを連結することで、回転軸３１ｃが研磨用治具１の重心に締結される。図３（Ａ）に示すように、回転軸３１ｃが連結された研磨用治具１は、回動部３１によって吊り下げられた状態で保持される。なお、一実施形態では、２つの研磨用治具１に代えて、１つの研磨用治具１のみを用いてワークＷを研磨してもよい。

　次いで、図３（Ｂ）に示すように、位置決め部３２によって研磨用治具１が上方に移動される。次いで、図３（Ｃ）に示すように、研磨用治具１が研磨槽２０の上方に位置するように、移動部３３によって研磨用治具１が水平方向に移動される。

　次いで、図３（Ｄ）に示すように、研磨用治具１が研磨槽２０内に位置するように、位置決め部３２が研磨用治具１を下降させる。この際、位置決め部３２は、研磨用治具１の最下部Ｚが底面２０ａに接触する前に研磨用治具１の下降を停止し、研磨用治具１の最下部Ｚと底面２０ａとが離間した状態で研磨用治具１を支持する。この支持位置において、研磨用治具１の最下部Ｚと研磨槽２０の底面２０ａとの間の離間距離ｄは、研磨メディアＭの粒径以上となっている。

　次いで、一実施形態の振動バレル研磨方法では、研磨槽２０内に所定量の研磨メディアＭが装入される。その後、振動バレル研磨装置２のモータ２７が駆動される。モータ２７が駆動されると、回転軸２５を中心にカウンターウェイト２４が回転し、カウンターウェイト２４の回転に応じて研磨槽２０が略円弧状の軌跡を描くように振動する。

　例えば、図４（Ａ）に示すように、回転軸２５がＲ１方向に回転した場合には、回転軸２５に直交する平面内において、研磨メディアＭは略円弧状の円弧状の軌跡Ｒ３を描くように研磨槽２０内を流動する。図４（Ａ）に示すように、回転軸線ＲＡに直交し、且つ、底面２０ａの中心を通る平面に沿った断面視では、研磨メディアＭの表面は略直線状をなしている。ここで、研磨メディアＭの表面とは、研磨メディアＭの液面又は粉面を示している。図４（Ｂ）では、図４（Ａ）に示す断面視において、底面２０ａを基準とした研磨メディアＭの表面の最大高さをＨ１と表し、最小高さをＨ２と表している。また、図４（Ｂ）では、研磨槽２０の幅方向に沿った内部空間の最大幅をＤとし、当該内部空間の幅方向のＤ／４、Ｄ／２、３Ｄ／４の位置における研磨メディアＭの表面の高さをそれぞれａ、ｂ及びｃとして表している。図４（Ｂ）に示すように、最大高さＨ１及び最小高さＨ２は、高さ位置ａ、ｂ及びｃを結んだＸＺ平面上の直線と研磨槽２０の内壁面との交点の高さ位置に近似される。

　次いで、一実施形態の振動バレル研磨方法では、研磨用治具１の最下部Ｚと底面２０ａとが離間距離ｄだけ離れた状態で、研磨槽２０の内部において研磨用治具１が回転軸線ＲＡを中心に回転する。この際、研磨用治具１は、回転軸２５が回転する方向Ｒ１とは反対方向である方向Ｒ２に回転する。このＲ２方向は、研磨メディアが流動する略円弧状の軌跡Ｒ３（すなわち、モータ２７による研磨槽２０の振動方向）と同方向である。なお、Ｒ２方向は、研磨用治具１を用いることなくワークＷを転動させる場合の方向と同じ方向である。

　研磨用治具１が、研磨槽２０の内部において回転軸線ＲＡを中心に回転することより、研磨用治具１の仮想曲面Ｓの開口部から研磨槽２０の内部で流動する研磨メディアＭが研磨用治具１の内部に流入する。研磨用治具１の内部に流入した研磨メディアＭは、ワークＷの研磨領域を研磨した後に、収容空間Ｖに通じる窓部１０ｗ及び窓部１１ｗから研磨用治具１の外部に排出される。このように研磨メディアＭが研磨用治具１の内部を流動することにより、ワークＷの研磨領域が研磨される。

　一実施形態の振動バレル研磨方法では、研磨槽２０の内部で研磨用治具１を回転させることで、ワークＷと研磨メディアＭとの相対速度を増加させることができるので、ワークＷを効率的に研磨することができる。また、研磨用治具１がその重心を中心として回転することで、研磨用治具１に取り付けられたワークＷの研磨の均一性を向上することができる。なお、ワークＷは、研磨用治具１の外縁から突出しないように研磨用治具１内部に固定されているので、ワークＷが研磨槽２０に衝突することが防止される。したがって、ワークＷの変形したり、表面に傷が生じたりすることが防止される。

　また、ワークＷの外周面Ｗａはマスキング部材１３によって覆われているので、外周面Ｗａと研磨メディアＭとの衝突は抑制される。そのため、非研磨領域である外周面Ｗａの研磨は抑制され、外周面Ｗａにダレ又はへこみといったダメージが生じることが抑制される。

　一実施形態の振動バレル研磨方法では、研磨用治具１の最下部Ｚと研磨槽２０の底面２０ａとが研磨メディアＭの粒径以上離間した状態で研磨用治具１が支持されているので、研磨用治具１が回転したときに研磨用治具１と底面２０ａとの間で研磨メディアＭが粉砕されることが抑制される。これにより、研磨用治具１とワークＷとの隙間に粉砕された研磨メディアＭが入り込むことを抑制されるので、粉砕された研磨メディアＭによって、ワークＷが受傷したり、研磨不良が生じたりすることを抑制することができる。

　一方、研磨用治具１を、例えば図４（Ｂ）の位置Ｘに示すように、過剰に高い位置で保持すると、ワークＷと研磨メディアＭとの衝突が抑制される。ワークＷと研磨メディアＭとの衝突が抑制されると、ワークＷの研磨力が低下し、ワークＷの研磨状態にむらが生じやすくなるので、研磨時間を長くしなければならない。

　研磨メディアＭは、図４（Ａ）に示す断面視において、略円弧状の軌跡Ｒ３に沿って研磨槽２０内を回転するように循環流動する。ここで、研磨槽２０内で循環流動する研磨メディアＭの流動中心の位置をＣとしたときに、研磨メディアＭは、流動中心Ｃに近づくにつれて流動速度が遅くなるような速度分布を有している。そこで、一実施形態では、ワークＷの研磨の効率性を向上するために、図４（Ｂ）の位置Ｙで示すように、研磨用治具１の最下部Ｚが流動中心Ｃよりも下方に配置されるように研磨用治具１が支持されてもよい。

　上記のように、回転軸線ＲＡに直交し、且つ、底面２０ａの中心を通る平面に沿った断面視では、研磨メディアＭの表面は直線として表されるので、図４（Ｂ）に示すように、研磨槽２０の幅方向中心における研磨メディアＭの表面の底面２０ａを基準とした高さは（Ｈ１＋Ｈ２）／２と表わされる。研磨メディアＭの流動中心Ｃの高さ位置は、研磨槽２０の幅方向中心における研磨メディアＭの表面の底面２０ａを基準とした高さの１／２であるので、流動中心Ｃの底面２０ａを基準とした高さは（Ｈ１＋Ｈ２）／４と表される。

　すなわち、一実施形態の振動バレル研磨方法では、研磨用治具１の最下部Ｚと研磨槽２０の底面２０ａと間の高さ方向の離間距離ｄが、（Ｈ１＋Ｈ２）／４以下となる位置で、研磨用治具１が位置決め部３２によって支持されてもよい。このような位置で研磨用治具１が支持され、回転すると、研磨メディアＭがワークＷに対して高い速度で衝突することになるので、ワークＷの研磨の効率性を向上することができる。

　また、研磨メディアＭの流動中心Ｃは、研磨メディアＭが静止状態にあるときの位置ｂと研磨槽２０の底面２０ａとの中間点として近似することもできる。すなわち、離間距離ｄを、研磨メディアＭが静止状態にあるときの位置ｂと研磨槽２０の底面２０ａとの間の距離の１／２以下になるように設定することもできる。

　振動バレル研磨方法では、大型のワークの研磨を行う場合に、ワークの外形形状と同程度の深さまで研磨メディアを研磨槽に装入した状態で研磨を行うことが一般的である。これに対し、本実施形態の振動バレル研磨方法では、ワークＷを研磨槽２０内の効率的な研磨が可能な位置で研磨用治具１を回転させることでワークＷの研磨を行っているので、研磨メディアＭの量を通常の振動バレル研磨で用いる量よりも大幅に減少させることができる。

　研磨用治具１の回動を滑らかにするためには、ワークＷを取り付けたときの重心が研磨用治具１の回動中心となるように、研磨用治具１を回転軸３１ｃに固定することが好ましい。

［実施形態の効果］
　本実施形態の振動バレル研磨方法及び振動バレル研磨システム５０によれば、研磨槽２０の底面２０ａとの離間距離ｄが研磨メディアＭの粒径以上となる位置で研磨用治具１が支持されているため、研磨用治具１と研磨槽２０の底面２０ａとの間で研磨メディアＭが粉砕されることが抑制される。これにより、研磨用治具１とワークＷとの隙間に粉砕された研磨メディアＭが入り込むことを防止することができるので、ワークＷが受傷したり、研磨不良が生じたりすることを抑制することができる。
　また、離間距離ｄを、ワークＷを研磨メディアＭによる研磨力が大きい領域で保持することにより、ワークＷの研磨効率を向上させることができる。
　さらに、本実施形態の振動バレル研磨方法では、研磨用治具１を回転軸線ＲＡを中心として回転させながらワークＷの振動バレル研磨を行うことで、研磨メディアＭとワークＷとの相対速度を増加させることができるので、ワークＷの研磨効率を更に向上させることができる。
　また、従来技術では、ワークＷに対する研磨メディアＭの相対運動が研磨槽２０の振動数により決まっていたが、本実施形態によれば、回転速度を適宜選択することができるので、効率的な研磨が可能である。

　以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。

　例えば、上記実施形態では、円盤状のワークＷを研磨する例について説明したが、ワークＷの形状は円盤状に限定されず、扁平形状のワークＷを研磨してもよい。ここで、扁平形状のワークとは、板状、リング状、枠状又は高さに対して径が大きい円柱状など、厚さに対して幅又は径が大きなワークを意味している。例えば、研磨用治具１の形状は、研磨メディアＭの滑らかな流動を阻害しない円柱状など凸部が少ない形状とすることができる。

　また、一実施形態の振動バレル研磨方法では、重量が大きい大型のワークＷの研磨に適用することもできる。ここで、重量が大きい大型のワークＷとは、例えば４００ｍｍ以上の径を有するようなワーク、又は、研磨槽２０内で自立させて転動させた場合に研磨メディアＭがワークＷの重量により破砕されるような重量を有するワークＷを意味している。このようなワークＷとしては、例えば、ベアリング保持器、歯車、鉄道等の車輪、プーリ、統合回転翼などが挙げられる。

　また、上記実施形態では、研磨メディアＭの表面の底面２０ａを基準とする最大高さＨ１及び最小高さＨ２に基づいて研磨メディアの流動中心Ｃの位置を決定したが、研磨メディアＭの重心位置に基づいて流動中心Ｃを設定してもよいし、図４（Ａ）に示す断面視において、研磨メディアＭを水平な直線で区画したときに上下の面積が等しくなる高さ位置に基づいて流動中心Ｃを設定してもよい。

　さらに、上記実施形態では、研磨用治具１を研磨メディアＭの流動方向と同方向に回転されているが、研磨用治具１の回転方向は研磨メディアＭの流動方向と同方向に限定されるものではない。例えば、研磨用治具１の回動方向を研磨メディアＭの流動方向と同方向及び逆方向に交互に切り替えてワークＷを研磨することもできる。このように、研磨用治具１の回転方向を交互に切り替えることにより、ワークＷの研磨の均一性をより向上させることがとともに、研磨速度を向上させることができる。なお、研磨用治具１の回転方向を交互に切り替えることに代えて、回転軸２５の回転方向を交互に切り替えて、研磨槽２０の回転振動の向きを切り替えてもよい。

　また、上記実施形態では、回転軸３１ｃの位置は一定であるが、回転軸３１ｃを別の軸周りに回動させることで、研磨用治具１を遊星運動させることも可能である。

　また、位置決め部３２における研磨用治具１の支持する位置を制御する機構の別の形態として、物理的なリミッタを設けてもよい。例えば図５に示すように、回動部３１のフレーム３１ａの下方に、当てボルト３６ａが取り付けられたフレーム３６を設けられていてもよい。この当てボルト３６ａはフレーム３６からの高さ方向の位置を調整することができる。この当てボルト３６ａの上端が回動部３１の下降端となるので、研磨用治具１の最下部Ｚと研磨槽２０の底面２０ａとの離間距離ｄが上述した範囲になるように、研磨用治具１の所定の高さ位置に保持することができる。

　さらに、上記実施形態の振動バレル研磨方法では、研磨用治具１の最下部Ｚが底面２０ａから離間した状態で研磨用治具１を支持する工程、研磨槽２０内で研磨メディアＭを流動させる工程、研磨用治具１を回転軸線ＲＡを中心に回転させる工程を順に行っているが、これらの工程は任意の順序で行うことができる。例えば、研磨用治具１の最下部Ｚが底面２０ａから離間した状態で研磨用治具１を支持する工程及び研磨用治具１を回転軸線ＲＡを中心に回転させる工程の後に、研磨槽２０内で研磨メディアＭを流動させる工程を行った場合でも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

　以下に、本発明に係る振動バレル研磨方法の実施例について説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

　本実施例では、研磨用治具１として、概略形状が図１と同様のものを用いた。第１のガード部材１０及び第２のガード部材１１の外径は８４０ｍｍであり、研磨用治具１の幅は２１３ｍｍ（外径の１／４以上）とした。マスキング部材１３の幅は５０ｍｍであり、後述するワークＷの幅の５／４倍である。窓部１１ｗの寸法は、中心方向への長さを２１０ｍｍ、円周方向の長さを４８０ｍｍとした。

　本実施例のワークＷは、直径８００ｍｍ、厚さ４０ｍｍのチタン製の円盤とした。研磨メディアＭは一辺４ｍｍ、長さ４ｍｍの三角柱斜めカットの焼結メディア（新東工業株式会社製）を選定し、これを研磨槽に対して１／３の容積となるように装入した。また、振動バレル研磨装置２は、新東工業株式会社製のＶＦ－１４２３Ｗ型を改良して研磨槽２０の寸法を幅８００ｍｍ×長さ１０００ｍｍ×高さ８００ｍｍとし、中央部に仕切り板を設置したものを使用した。また、研磨液はコンパウンド（新東工業株式会社製；ＧＬＭ－４）を水道水に０．５％添加したものを使用した。研磨液の供給量は毎分４００ｍｌとした。

　ここで、底面２０ａを基準とした研磨時の研磨メディアＭの液面の高さは
　Ｈ１：７１０ｍｍ　Ｈ２：３３０ｍｍ
であり、底面２０ａを基準とした流動中心Ｃの高さは
　Ｃ：２６０ｍｍ
であった。また、研磨用治具１の最下部Ｚと底面２０ａとの離間距離ｄを、５０ｍｍ及び２９０ｍｍ（比較例）に変更して研磨を行った。

　評価は下記項目について行った。
（１）メディアの粉砕の有無
（２）研磨程度（ワークの仕上がり）
（３）研磨時間

（１）メディアの粉砕の有無
　研磨終了後、研磨メディアＭを全量回収し、目開き１ｍｍの篩にて研磨メディアＭの粉砕物を確認した。また、研磨終了後にワークＷを研磨用治具１から取り外す際にワークＷの外周面Ｗａとマスキング部材１３との間に粉砕された研磨メディアＭが入り込んでいないかを確認した。本実施例では、研磨メディアＭの粉砕物は確認されなかったことから、本実施例の研磨方法では研磨用治具１と研磨槽２０の底面２０ａとの間で研磨メディアＭが粉砕されなかったことが確認された。

（２）研磨程度の評価
　研磨前後の加工物において、研磨される箇所の一面及びその裏面のいずれも任意で３箇所選択し、ＪＩＳ　Ｂ６００１（１９９４）に規定される表面粗さＲａを表面粗さ測定装置（東京精密株式会社製：ＳＵＲＦＣＯＭ　１３０Ａ）にて測定した。これらの測定値を比較することで、研磨の進行及び研磨のむらを評価した。
　研磨前のワークの表面粗さＲａの平均値は０．８８μｍ（一面）、０．６９μｍ（裏面）であった。また、この平均値に対するバラツキは最大で１３％あった。
離間距離ｄを５０ｍｍに設定した場合には、６時間研磨した後のワークの表面粗さＲａの平均値は０．１９μｍ（一面）、０．２０μｍ（裏面）であった。また、この平均値に対するバラツキは最大で６％となった。
　一方、離間距離ｄを２９０ｍｍに設定した場合には、６時間研磨した後のワークの表面粗さＲａの平均値は０．２５μｍ（一面）、０．５４μｍ（裏面）であり、一面と裏面で研磨の進行に大きな差が生じた。また、この平均値に対するバラツキは最大で１１％となった。
　この結果から、本実施例の研磨方法では研磨むらが小さく、良好に研磨できることが確認された。

（３）研磨時間
　離間距離ｄを２９０ｍｍに設定した場合には、９時間研磨した後のワークの一面の表面粗さＲａの平均値は０．２０μｍになり、離間距離ｄを５０ｍｍに設定した場合に６時間研磨した場合と同等の表面粗さとなった。しかし、その裏面の表面粗さＲａの平均値は０．４８μｍとなり、離間距離ｄを５０ｍｍに設定して６時間研磨した場合と同等の表面粗さは得られなかった。この結果から、実施例の研磨方法では研磨時間が短縮されることが確認された。

　比較の為に、支持装置３０を用いず研磨用治具１を研磨槽２０の底面２０ａ上に自立させた状態で研磨を行った。この場合には、離間距離ｄを５０ｍｍに設定した場合の上述の表面粗さＲａと同程度となるのに、８時間の研磨時間を要した。また、研磨終了後にワークＷを研磨用治具１から取り外す際にワークＷの外周面Ｗａとマスキング部材１３との間に粉砕されたワークＷが入り込んでいることが確認された。
　従って、本実施例の研磨方法により研磨時間が約２０％短縮され、かつ粉砕された研磨メディアＭによるワークの受傷の恐れがないことが確認された。

　以上により、本実施例の研磨方法を用いることで、
（１）研磨用治具１と研磨槽２０の底面２０ａとの間で研磨メディアが粉砕されることがないことから、研磨メディアの粉砕に起因するワークの受傷や研磨不良を防止することができる
（２）研磨むらがなく、良好に研磨できる
（３）研磨時間を短くできる
ことが確認された。

１…研磨用治具、２…振動バレル研磨装置、１０…第１のガード部材、１０ｗ…窓部、１１…第２のガード部材、１１ｗ…窓部、１２…固定部材、１３…マスキング部材、１４…取付部材、２０…研磨槽、２０ａ…底面、２１…バネ、２２…台座、２３…ベアリング、２４…カウンターウェイト、２５…回転軸、２６…カプラ、２７…モータ、３０…支持装置、３１…回動部、３２…位置決め部、Ｃ…流動中心、Ｍ…研磨メディア、Ｓ…仮想曲面、Ｗ…ワーク、Ｚ…最下部。

Claims (8)

1. 　その内部に底面を有する研磨槽と、ワークを保持可能な研磨用治具であり、回転軸線を中心に回転可能な該研磨用治具と、を備える振動バレル研磨システムを用いた振動バレル研磨方法であって、
   　前記研磨用治具の最下部が前記底面から離間した状態で前記研磨用治具を前記研磨槽内で支持する工程であって、研磨用治具の最下部と前記底面との離間距離ｄが研磨メディアの粒径以上である該工程と、
   　前記研磨槽内で前記研磨メディアを流動させる工程と、
   　前記研磨用治具の最下部が前記底面から離間した状態で、前記研磨用治具を前記回転軸線を中心に回転させる工程と、
   　を含む、振動バレル研磨方法。
2. 　前記回転軸線に直交し、且つ、前記底面の中心を通る平面に沿った断面から見て、前記研磨槽内で流動する前記研磨メディアの表面の前記底面を基準とする最大高さをＨ１とし、最小高さをＨ２としたときに、
   　前記離間距離ｄが、（Ｈ１＋Ｈ２）／４以下である、請求項１に記載の振動バレル研磨方法。
3. 　前記ワークは扁平形状を有する、請求項１又は２に記載の振動バレル研磨方法。
4. 　前記研磨用治具は、
   　　外形形状がワークよりも大きい円盤状を有し、収容空間を介して互いに対向するように配置された第１のガード部材及び第２のガード部材と、
   　　前記ワークの全体が前記収容空間内に位置するように、前記ワークを前記収容空間内で固定する固定部材と、
   　を備え、
   　前記第１のガード部材及び前記第２のガード部材の各々には、前記収容空間に通じる窓部が形成されており、
   　前記第１のガード部材の外縁と前記第２のガード部材の外縁との間の開口、及び、前記窓部を通じて、前記収容空間の内外で前記研磨メディアが通過可能である、
   　請求項３に記載の振動バレル研磨方法。
5. 　前記研磨槽内で研磨メディアを流動させる工程では、前記研磨槽内で円弧状の軌跡を描くように研磨メディアを流動させ、
   　前記研磨用治具を前記回転軸線を中心に回転させる工程では、前記研磨メディアの流動方向と同方向に前記研磨用治具を回転させる、請求項１～４の何れか一項に記載の振動バレル研磨方法。
6. 　前記研磨槽内で研磨メディアを流動させる工程では、前記研磨槽内で円弧状の軌跡を描くように研磨メディアを流動させ、
   　前記研磨用治具を前記回転軸線を中心に回転させる工程は、前記研磨メディアの流動方向と同方向に前記研磨用治具を回転させる工程と、前記研磨メディアの流動方向と逆方向に前記研磨用治具を回転させる工程とを含む、請求項１～４の何れか一項に記載の振動バレル研磨方法。
7. 　研磨槽と、
   　ワークを保持する研磨用治具と、
   　前記研磨用治具を前記研磨槽内で支持する位置決め部であり、前記研磨用治具の高さ方向の位置を変更可能な該位置決め部と、
   　前記研磨用治具を回転軸線を中心に回転させる回動部と、を備える、
   振動バレル研磨システム。
8. 　前記研磨用治具を水平方向に沿って移動させる移動部を更に備え、
   　前記位置決め部、前記回動部及び前記移動部は一体的に設けられている、請求項７に記載の振動バレル研磨システム。

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