JP2008168358A - 球体加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスやセラミックスなどのワークを安定的かつ高品質な球体に加工する。
【解決手段】球体加工装置１０は、第１のモータ３８と、第１のモータ３８により回転駆動されてワーク３３を載置する円板２８と、円板２８と同軸上に配置され該円板２８とともに加工槽３２を形成する円筒側壁３０と、加工槽３２に投入されたワーク３３を衝突させてワーク３３の移動方向を強制的に変更し、円筒側壁３０との接触部位を変更させる方向変更部材３４と、円板２８と円筒側壁３０との間に形成されて粉塵を排出する隙間空間３１と、円板２８及び円筒側壁３０に付着されてワーク３３を加工する砥粒とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、球体加工装置に係り、特にガラスやセラミックス等の脆性材料からなるワークを球状に加工する球体加工装置に関する。

従来、ガラスやセラミックスなどの脆性材料からなるワークを球状に加工する球体加工は、例えばバレル加工装置により行われていた。このバレル加工装置では、ブロック材などから切り出したキューブ形状の被加工物（以下、「ワーク」という）を球状に加工することが可能である。すなわち、このバレル加工装置は、ダイヤモンド等の砥粒を内面に付着させた容器内に多数のワークを投入し、この多数のワークを容器の回転に伴って転動させ、球体に加工するものである。

しかし、この加工方法では、ワークの転動軌跡が一様であるため加工作業に長時間を要していた。そこで、この時間的不利を克服するため、例えば特許文献１の加工技術が提案されている。

この特許文献１の加工装置は、ワークを投入する円筒状容器を備え、この円筒状容器の上面開口部を蓋で覆うとともに、その容器の底面及び側面にダイヤモンド等の砥粒を付着させている。また、蓋の中央部には、ワークの加工に伴い円筒状容器内に発生した粉塵を上方に吸引するためのバキュームノズルが接続されている。

そして、加工時には、円筒状容器内に多数のワークを投入し、蓋を閉めてから該円筒状容器を回転させる。このように、円筒状容器を回転させることで、投入された多数のワークが自転かつ公転する。このとき、内部のワーク同士、及びワークと円筒状側壁及び円筒底面が接触する。この接触により、ワークの角部が削り取られて該ワークの球体加工が行われる。また、円筒状容器内に発生する粉塵は、蓋の中央に接続されたバキュームノズルを通じて吸引除去される。
特開２００６−３５３３４号公報

しかしながら、特許文献１では、円筒状容器を低速で回転させたときに、投入されたワークの自転運動に偏りができてしまう。このため、ワークの同じ場所しか削られず、該ワークの球体形状が崩れてしまうという課題があった。また、加工中に発生する粉塵が、ワークに再付着することを防止するため、バキュームノズルで吸引しているが、円筒状容器の上部に粉塵の排気口が設けられているため、発生した粉塵を上方に舞い上げて吸引しなければならなかった。

また、加工中に発生した、ワークのワレ・欠けなどにより発生した比較的大きな破片は、舞い上がることができず、吸引によって排出することができない。そのため、その破片が他のワークに接触して新たなワレ・欠けを誘発することになっていた。

さらに、舞い上がってもすぐに落ちてしまうような大きさのガラス粉末も排出できないため、その粉末が砥粒面に残ってしまう。そして、この残った粉末が砥粒の目詰まりにつながり、安定した加工を行うことが困難であった。

本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、ガラスやセラミックスなどの脆性材料を安定的かつ高品質な球体に加工することのできる球体加工装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
ガラスやセラミックス等の脆性材料からなるワークを球体に加工する球体加工装置において、
第１の駆動手段と、
該第１の駆動手段により回転駆動されて前記ワークを載置する円板と、
該円板と同軸上に配置され該円板とともに加工槽を形成する円筒側壁と、
前記加工槽に投入された前記ワークを衝突させて該ワークの移動方向を強制的に変更し、該ワークと前記円筒側壁との接触部位を変更させる移動方向変更手段と、
前記円板と前記円筒側壁との間に形成されて粉塵を排出する隙間空間と、
前記円板及び前記円筒側壁の少なくともいずれか一方に付着されて前記ワークを加工する砥粒と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の球体加工装置において、
前記移動方向変更手段は、前記円筒側壁に固定状態で取付けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の球体加工装置において、
前記移動方向変更手段を回転駆動する第２の駆動手段を備えていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の球体加工装置において、
前記移動方向変更手段は、前記円板の回転方向と逆方向に回転可能に配置されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の球体加工装置において、
前記移動方向変更手段は、弾性体、板ばね、合成樹脂、又は金属棒のいずれかを有することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載の球体加工装置において、
前記円筒側壁は、前記円板に対して固定されていることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項１に記載の球体加工装置において、
前記円筒側壁を回転駆動する第３の駆動手段を備えていることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の球体加工装置において、
前記円筒側壁は、前記円板の回転方向と逆方向に回転することを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項１に記載の球体加工装置において、
前記隙間空間は、前記円板と前記円筒側壁との間の下方に形成された排気流路に連通していることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項１又は９に記載の球体加工装置において、
前記隙間空間は、前記ワークの加工により得られた球体の半径未満の寸法を有することを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、請求項９に記載の球体加工装置において、
前記排気流路は、排塵装置に接続されていることを特徴とする。
請求項１２に係る発明は、請求項９又は１１に記載の球体加工装置において、
前記排気流路は、前記円板と同軸状に形成された円環状の溝を有していることを特徴とする。

本発明によれば、ガラスやセラミックスなどの脆性材料を安定的かつ高品質な球体に加工することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の球体加工装置の要部断面にハッチング処理をした要部断面正面図であり、図２は、そのＩＩ−ＩＩ断面図である。

球体加工装置１０は、枠体状の架台１２上にベース板１４が設置され、このベース板１４の中央に鉛直方向に延びるスピンドル筒１６、及び該スピンドル筒１６の上端面にスピンドル蓋１８が設けられている。このスピンドル筒１６には、その両端開口部の内側に、ベアリング２０、２０が装着されている。このベアリング２０、２０により、鉛直方向に延びる段付きのシャフト２２が回動可能に支持されている。また、スピンドル蓋１８の内径部とシャフト２２の外周部との間には、オイルシール２４が介装されている。

また、ベース板１４上には、スピンドル筒１６と同軸状に、円筒状のベースブロック２６が固定されており、その上部には円環状に溝２６ａが穿設されている。更に、シャフト２２の上端部には、該シャフト２２と同軸状に円板２８が固定されている。そして、この円板２８の外周部を周囲から囲むように、該円板２８の外周面と所定間隙を隔てて、円筒状の円筒側壁３０が載置され、その下端側がベースブロック２６の上部に穿設された溝２６ａ内に固定されている。そして、円板２８の外周部側の下面は、溝２６ａの一部を覆っていて、その下面側に所定間隔よりも大きい隙間を形成している。なお、これら円板２８と円筒側壁３０とは、同軸状に配置されている。

こうして、円板２８の上面と円筒側壁３０の内面によって円筒形状の加工槽３２が形成されている。加工時には、ワーク（被加工物）３３が加工槽３２内に投入されて加工される。また、円板２８の外周部と円筒側壁３０の内周部（内面）との間には、加工時に発生する粉塵を排出する隙間空間３１が形成されている。

なお、ワーク３３は、ガラスやセラミックス等の脆性材料からなり、ブロック材から切り出したキューブ形状（立方体、正六面体）、若しくは棒材から切り出した円柱形状等をなしている。

さらに、円板２８の上面（ワーク載置面）及び円筒側壁３０の内面には、ダイヤモンド等の不図示の砥粒が電着等により付着されている。なお、この砥粒は、円板２８と円筒側壁３０のいずれか一方に付着されていても良い。この砥粒の粗さは、ダイヤモンド砥粒の場合、例えば粗いもので♯６０〜８０、また密なもので♯４００等が用いられる。また、円筒側壁３０の内面には、移動方向変更手段としての方向変更部材３４が、その上端部を円筒側壁３０上面により支持された状態で上下方向に垂設されている。この方向変更部材３４の下端は、円板２８に対して接触しないようになっている。

この方向変更部材３４は、例えばゴム等の弾性体、板ばね、合成樹脂、又は金属棒等からなっている。この方向変更部材３４は、その断面形状が、例えば円形、四角形、三角形等に形成されている。ただし、特定の形状に限定されるものではない。この方向変更部材３４は、加工槽３２に投入されたワーク３３が円板２８の回転に伴って加工槽内で移動する際に、このワーク３３を該方向変更部材３４に衝突させてワーク３３の移動方向を強制的に変更するものである。すなわち、方向変更部材３４は、ワーク３３と円筒側壁３０との接触部位を変更させる役目をなす。

一方、ベース板１４の下方には、第１の駆動手段としての第１のモータ３８が固定されている。この第１のモータ３８の出力軸３８ａには、プーリ３６が固定されている。また、前述したシャフト２２の下端には、プーリ４０が固定されている。さらに、これら２つのプーリ３６、４０間にはタイミングベルト４２が巻回されている。これにより、第１のモータ３８が回転すると円板２８が回転駆動される。

また、ベースブロック２６には、円環状の排気流路４４が円板２８と同軸状に形成されている。この排気流路４４は、断面略Ｕ字状に穿設された溝となっている。この排気流路４４は、円板２８の外周面と円筒側壁３０の内面との間に形成された隙間空間３１の下方位置に設けられている。

さらに、この隙間空間３１の幅は、ワーク３３が加工された後の球の半径未満の寸法に設定されている。隙間空間３１の幅が、球の寸法よりも大きいと、この隙間空間３１にワーク３３が入り込んだり、挟まったりしてワーク３３が移動困難となるためである。

また、排気流路４４は環状流路となっており、図２に示すように、その接線上の位置にノズル４６が固定されている。このノズル４６は、不図示の排塵装置に接続されている。これにより、前述した隙間空間３１から排気流路４４に落下した加工粉塵は、この排塵装置により矢印Ａ方向に吸引されて排塵される。

なお、図２では、装置本体に２つのノズル４６を設けた場合を示しているが、その個数は限定されない。また、図１に示したように、排気流路４４が形成されたベースブロック２６の内側の壁２６ａの上面と、これに対向する円板２８の下面との間には、不図示のラビリンスが形成されている。このラビリンスにより、加工槽３２内で発生した加工粉塵がスピンドル筒１６内に容易に入り込むのが防止される。

さらに、ベース板１４には、大気開放孔４８が形成されている。この大気開放孔４８は、ベース板１４とベースブロック２６、及び円板２８間に形成された空間４９内の圧力を、大気圧と同じにするために設けられたものである。なお、図示しないが、装置の安全上の観点から、円筒側壁３０の上端開口部を覆う蓋を取り付けても良い。また、その場合は、この蓋に方向変更部材３４を固定することもできる。

次に、ワーク３３の加工方法について説明する。
加工に際しては、加工槽３２内に１個又は複数個のワーク３３を投入し、第１のモータ３８を駆動する。すると、第１のモータ３８の駆動力は、プーリ３６とタイミングベルト４２を介してプーリ４０に伝達され、シャフト２２及び円板２８が駆動される。

これにより、円板２８上に載置されたワーク３３は、該円板２８の回転に伴い遠心力で外方へ移動し、円筒側壁３０の内面とも接するようになる。この時、円板２８と、静止している円筒側壁３０との相対速度の差により、ワーク３３は加工槽３２内を自転かつ公転運動を行う。

この運動により、ワーク３３は、円筒側壁３０の内面及び円板２８の上面（ワーク載置面）に付着されたダイヤモンド砥粒との接触、及び他のワーク３３同士との接触により角部が削られていき、やがて球体に加工されていく。

さらに、自転かつ公転運動をしているワーク３３は、方向変更部材３４に衝突し、円筒側壁３０の内面から一旦剥離させられる。続いて、この剥離したワーク３３は、円板２８の回転に伴う遠心力により再度円筒側壁３０の内面に接するようになる。こうして、ワーク３３の移動方向は強制的に変更され、ワーク３３と円筒側壁３０との接触部位がその都度変更させられる。

なお、加工中には、ワーク３３が削られて加工槽３２内にガラス粉塵が発生する。しかし、このガラス粉塵は、円筒側壁３０と円板２８との間の隙間空間３１から排気流路４４に吸い込まれ、不図示の排塵装置で回収される。

本実施形態では、例えば第１のモータ３８を駆動するとき、又は第１のモータ３８を駆動する前に、不図示の排塵装置も駆動させるようにする。すると、加工槽３２内の空気は、円筒側壁３０と円板２８との間の隙間空間３１を通って排気流路４４へと流入し、排塵装置で吸引される。また、排塵装置が駆動した場合でも、ベース板１４には大気開放孔４８が形成されているので、内側の空間４９は大気圧に保たれる。

また、ワーク３３のワレや欠けによって発生した比較的大きい破片も、円筒側壁３０と円板２８との間の隙間空間３１から吸い込まれ、排塵装置によって吸引される。
加工が終了したら、加工槽３２からワーク３３を取り出す。このとき、ワーク３３の排出が終わるまで排塵装置は駆動させておくことが望ましい。これは、周囲の環境をクリーンに保つためである。

本実施形態によれば、円筒側壁３０の内側に方向変更部材３４を設けたことにより、加工槽３２内に投入されたワーク３３は、円板２８の回転に伴い何度も円筒側壁３０の内壁面から剥離させられる。このため、ワーク３３は偏った自転及び公転運動にならず、毎回異なる軌道の運動をすることとなり、均一な球体に加工することができる。

また、円板２８と円筒側壁３０との間の隙間空間３１から排塵可能とし、この排塵位置がワーク３３の位置に近く、しかも下方に位置しているので、発生した粉塵を直ちに排出することができる。

さらに、円板２８と円筒側壁３０との間の隙間空間３１が、加工槽３２の断面積に比べて非常に小さいので、加工中のワーク３３が接している隙間空間３１近傍における砥粒付近の空気の流速は非常に速い。したがって、ダイヤモンド砥粒の隙間に入り込んだ粉塵も効率的に排出することができる。このため、砥粒の目詰まりを防止することができ、安定的な加工を行うことができる。

また、舞い上がり困難な大きな破片も、前述した隙間空間３１から排出することができ、二次的なワーク３３のワレや欠けを防止することができる。さらに、加工が終了し、ワーク３３を取り出す際も、排塵装置を駆動させておくことで、加工槽３２の外側にガラス粉塵が舞い上がるのを抑制することができる。これにより、周りの環境をクリーンに保つことができる。
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態の球体加工装置の要部断面正面図である。なお、図３ではハッチング処理を省略している。本実施形態では、方向変更部材３４の構成が、第１の実施形態と相違している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施形態では、円筒側壁３０の上部にモータプレート５０が一体的に取付けられている。また、このモータプレート５０の略中央に、第２の駆動手段としての第２のモータ５２が鉛直下向きに固定されている。この第２のモータ５２の出力軸５２ａは、円板２８と略同軸状に配置されている。この出力軸５２ａには、アーム５４の一端が固定され、他端には方向変更部材３４が固定されている。

そして、第２のモータ５２が駆動すると、アーム５４を介して方向変更部材３４が円筒側壁３０の内面に沿って回転する。本実施形態では、方向変更部材３４は円板２８の回転方向と逆方向に回転する。また、図３では、方向変更部材３４は１つ設けられているが、その個数は限定されない。

次に、ワーク３３の加工方法について説明する。
第２のモータ５２は、第１のモータ３８に連動して駆動するように制御される。そして、第２のモータ５２が駆動されると、アーム５４が回転し、方向変更部材３４が円筒側壁３０の内面に沿って円板２８と逆方向に回転する。これにより、方向変更部材３４とワーク３３は、円筒側壁３０の内面の様々な位置で衝突するようになる。しかも、その衝突回数は、第１の実施の形態の場合よりも多くなる。

本実施形態によれば、方向変更部材３４自身も円板２８と逆方向に回転するようにしたことで、円筒側壁３０の内面の様々な位置で、方向変更部材３４とワーク３３とが衝突する。これにより、ワーク３３の移動方向が強制的に変更され、円筒側壁３０との接触部位が変更する。したがって、砥粒の磨耗を均一にすることができるとともに、ワーク３３全体を均一に球体に加工することができる。
（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態における球体加工装置の要部断面正面図であり、図５は、その平面図である。本実施形態では、円筒側壁３０と方向変更部材３４の構成が、第１実施の形態と相違している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施形態では、円筒状のベースブロック２６に、ベアリング５８を介して円筒状の回転ベース５６が回転可能に取付けられている。この回転ベース５６には、円筒側壁３０が一体的に固定されている。また、回転ベース５６の外周部には、１つの駆動ローラ６０と２つの案内ローラ６２が接触状態で回転可能に配置されている（図５参照）。

回転ベース５６には、駆動ローラ６０から回転に十分な圧カが付与されている。この圧力を受けるため、シャフト２２をはさんで駆動ローラ６０の反対側に２つの案内ローラ６２が設けられている。駆動ローラ６０は、第３の駆動手段としての第３のモータ６４の出力軸６４ａに連結されている。

これにより、第３のモータ６４が駆動すると、出力軸６４ａを介して駆動ローラ６０が駆動される。同時に、この駆動ローラ６０に接触している回転ベース５６が摩擦力で回転する。また、回転ベース５６が回転すると、これと一体の円筒側壁３０が回転する。本実施形態では、この円筒側壁３０は、円板２８の回転方向と逆方向に回転する。

一方、ベース板１４には、ベースブロック２６の外方側に支持軸６６が立設されている。この支持軸６６には、フレーム６８の一端が水平方向に揺動自在に支持されている。また、フレーム６８の他端側には、第２のモータ５２が固定されている。第２のモータ５２の出力軸５２ａは、円板２８と略同軸状に配置されている。

なお、フレーム６８は、支持軸６６を中心として矢印Ｂ−Ｂ’方向（水平方向）に揺動可能に支持されている（図５参照）。これは、円筒側壁３０又は円板２８を交換する際、フレーム６８が邪魔になるので、このフレーム６８を退避可能としたものである。

また、第２の実施形態で説明したように、アーム５４は、その一端を第２のモータ５２の出力軸５２ａに固定され、他端は方向変更部材３４に固定されている。そして、第２のモータ５２が駆動すると、アーム５４を介して方向変更部材３４が円筒側壁３０の内面に沿って回転する。この場合、方向変更部材３４は円板２８の回転方向と逆方向に回転する。

なお、図４では、方向変更部材３４は１つ設けられているが、その個数は限定されない。
次に、ワーク３３の加工方法について説明する。

第２のモータ５２と第３のモータ６４は、第１のモータ３８に連動して動作するようになっている。そして、第２のモータ５２の駆動によりアーム５４が回転し、さらに方向変更部材３４が同方向に回転する。この場合、方向変更部材３４は、円筒側壁３０の内面に沿って円板２８の回転方向とは逆方向に回転制御される。

また、第３のモータ６４が駆動されると、駆動ローラ６０を介して回転ベース５６が回転し、これと一体の円筒側壁３０が回転する。この場合、円筒側壁３０は、円板２８の回転方向と逆方向に回転する。すなわち、本実施形態では、円筒側壁３０及び方向変更部材３４は、円板２８と逆方向に回転するものである。また、円筒側壁３０と方向変更部材３４の回転速度は、同じでも良いし、また異なる速度で回転させても良い。

本実施形態によれば、円筒側壁３０を円板２８と逆方向に回転させることによって、これら円筒側壁３０と円板２８間の相対速度の差が大きくなる。こうして、円筒側壁３０と円板２８の両方に接しているワーク３３に、より大きな運動量を与えることができ、ワーク３３の加工時間を短縮することができる。

また、方向変更部材３４も円板２８と逆方向に回転させることで、円筒側壁３０の内面の様々な位置で、方向変更部材３４とワーク３３とが衝突することになる。このため、ワーク３３の移動方向を強制的に変更し、ワーク３３と円筒側壁３０との接触部位を変更させることができる。こうして、ダイヤモンド砥粒の磨耗を均一にしつつ、ワーク３３を均一な球体に加工することができる。

第１の実施形態の球体加工装置の要部断面正面図である。 同上のＩＩ−ＩＩに沿う断面を示す図である。 第２の実施形態の球体加工装置の要部断面正面図である。 第３の実施形態の球体加工装置の要部断面正面図である。 同上の平面図である。

符号の説明

１０ 球体加工装置
１２ 架台
１４ ベース板
１６ スピンドル筒
１８ スピンドル蓋
２０ ベアリング
２２ シャフト
２４ オイルシール
２６ ベースブロック
２６ａ 溝
２８ 円板
３０ 円筒側壁
３１ 隙間空間
３２ 加工槽
３３ ワーク
３４ 方向変換部材（移動方向変換手段）
３６ プーリ
３８ 第１のモータ（第１の駆動手段）
３８ａ 出力軸
４０ プーリ
４２ タイミングベルト
４４ 排気流路
４６ ノズル
４８ 大気開放孔
５０ モータプレート
５２ 第２のモータ（第２の駆動手段）
５２ａ 出力軸
５４ アーム
５６ 回転ベース
５８ ベアリング
６０ 駆動ローラ
６２ 案内ローラ
６４ 第３のモータ（第３の駆動手段）
６４ａ 出力軸
６６ 支持軸
６８ フレーム

Claims (12)

1. ガラスやセラミックス等の脆性材料からなるワークを球体に加工する球体加工装置において、
   第１の駆動手段と、
   該第１の駆動手段により回転駆動されて前記ワークを載置する円板と、
   該円板と同軸上に配置され該円板とともに加工槽を形成する円筒側壁と、
   前記加工槽に投入された前記ワークを衝突させて該ワークの移動方向を強制的に変更し、該ワークと前記円筒側壁との接触部位を変更させる移動方向変更手段と、
   前記円板と前記円筒側壁との間に形成されて粉塵を排出する隙間空間と、
   前記円板及び前記円筒側壁の少なくともいずれか一方に付着されて前記ワークを加工する砥粒と、を備える
   ことを特徴とする球体加工装置。
2. 前記移動方向変更手段は、前記円筒側壁に固定状態で取付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の球体加工装置。
3. 前記移動方向変更手段を回転駆動する第２の駆動手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の球体加工装置。
4. 前記移動方向変更手段は、前記円板の回転方向と逆方向に回転可能に配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の球体加工装置。
5. 前記移動方向変更手段は、弾性体、板ばね、合成樹脂、又は金属棒のいずれかを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の球体加工装置。
6. 前記円筒側壁は、前記円板に対して固定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の球体加工装置。
7. 前記円筒側壁を回転駆動する第３の駆動手段を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の球体加工装置。
8. 前記円筒側壁は、前記円板の回転方向と逆方向に回転する
   ことを特徴とする請求項７に記載の球体加工装置。
9. 前記隙間空間は、前記円板と前記円筒側壁との間の下方に形成された排気流路に連通している
   ことを特徴とする請求項１に記載の球体加工装置。
10. 前記隙間空間は、前記ワークの加工により得られた球体の半径未満の寸法を有する
    ことを特徴とする請求項１又は９に記載の球体加工装置。
11. 前記排気流路は、排塵装置に接続されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の球体加工装置。
12. 前記排気流路は、前記円板と同軸状に形成された円環状の溝を有している
    ことを特徴とする請求項９又は１１に記載の球体加工装置。