(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022144898
(43)【公開日】2022-10-03
(54)【発明の名称】遠心バレル研磨方法
(51)【国際特許分類】
B24B 31/02 20060101AFI20220926BHJP
B24B 31/033 20060101ALI20220926BHJP
B24B 31/104 20060101ALI20220926BHJP
【ＦＩ】
B24B31/02 B
B24B31/033
B24B31/104
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021046095
(22)【出願日】2021-03-19
(71)【出願人】
【識別番号】396019631
【氏名又は名称】株式会社チップトン
(74)【代理人】
【識別番号】110000992
【氏名又は名称】弁理士法人ネクスト
(72)【発明者】
【氏名】恒川 貴光
【テーマコード（参考）】
3C158
【Ｆターム（参考）】
3C158AA07
3C158AA11
3C158AA16
3C158AB01
3C158BA02
3C158BA04
3C158BB02
3C158BB06
3C158BC01
3C158BC02
3C158CA02
3C158CB01
3C158DA09
(57)【要約】 （修正有）
【課題】中空部を有する形状のワークに対して、中空部の内周面を遠心バレル研磨する場合に、内周面の表面粗さのばらつきを抑制することを目的とする。
【解決手段】中空部５２を有するワーク５０を研磨する遠心バレル研磨方法では、研磨工程において、中空部に研磨材が投入されたワーク５０を、バレルケースに保持し、相対遠心加速度Ｆが１０＜Ｆ＜４０に規定される範囲となり、回転速度比ｎ／Ｎが－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１、で規定される範囲となるように、バレルケースの自転回転速度ｎ及び公転回転速度Ｎが設定されている。
【選択図】図２
【解決手段】中空部５２を有するワーク５０を研磨する遠心バレル研磨方法では、研磨工程において、中空部に研磨材が投入されたワーク５０を、バレルケースに保持し、相対遠心加速度Ｆが１０＜Ｆ＜４０に規定される範囲となり、回転速度比ｎ／Ｎが－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１、で規定される範囲となるように、バレルケースの自転回転速度ｎ及び公転回転速度Ｎが設定されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークを研磨する遠心バレル研磨方法であって、
中空部に研磨材が投入されたワークを、バレルケースに保持する保持工程と、
前記バレルケースを、自転軸を中心に自転させつつ、公転軸を中心に公転させることで、前記バレルケースに保持されたワークを研磨する研磨工程と、
を実行し、
Ｎを、前記バレルケースの公転回転速度とし、
ｎを、前記バレルケースの自転回転速度とし、
前記バレルケースの公転方向を正とし、
Ｒを、前記バレルケースの公転軸を中心とする公転半径とし、
Ｆ＝４π２×Ｎ２×Ｒ／ｇを、前記バレルケースの公転により当該バレルケースに加わる遠心加速度に対する重力ｇの比である相対遠心加速度とした場合に、
前記研磨工程では、
１０＜Ｆ＜４０、
－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１、
で規定される範囲となるように、前記バレルケースの前記自転回転速度及び前記公転回転速度が設定されている遠心バレル研磨方法。
中空部に研磨材が投入されたワークを、バレルケースに保持する保持工程と、
前記バレルケースを、自転軸を中心に自転させつつ、公転軸を中心に公転させることで、前記バレルケースに保持されたワークを研磨する研磨工程と、
を実行し、
Ｎを、前記バレルケースの公転回転速度とし、
ｎを、前記バレルケースの自転回転速度とし、
前記バレルケースの公転方向を正とし、
Ｒを、前記バレルケースの公転軸を中心とする公転半径とし、
Ｆ＝４π２×Ｎ２×Ｒ／ｇを、前記バレルケースの公転により当該バレルケースに加わる遠心加速度に対する重力ｇの比である相対遠心加速度とした場合に、
前記研磨工程では、
１０＜Ｆ＜４０、
－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１、
で規定される範囲となるように、前記バレルケースの前記自転回転速度及び前記公転回転速度が設定されている遠心バレル研磨方法。
【請求項2】
前記研磨工程では、前記相対遠心加速度が、１９＜Ｆ＜４０で規定される範囲となるように、前記バレルケースの前記自転回転速度ｎ及び前記公転回転速度Ｎが設定されている請求項１に記載の遠心バレル研磨方法。
【請求項3】
前記研磨工程では、－０．７＜ｎ／Ｎ＜－０．５で規定される範囲となるように、前記バレルケースの前記自転回転速度ｎ及び前記公転回転速度Ｎが設定されている請求項２に記載の遠心バレル研磨方法。
【請求項4】
前記研磨材の最大寸法は、前記ワークにおける前記中空部の最小内寸法に対して３分の１以下である請求項１～３のいずれか一項に記載の遠心バレル研磨方法。
【請求項5】
前記保持工程で前記ワークの前記中空部に投入される前記研磨材は、タップ密度が２ｇ／ｃｍ３以上である請求項１～４のいずれか一項に記載の遠心バレル研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワークを遠心バレル研磨する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、バレルケースを、自転軸を中心に自転させつつ、公転軸を中心に公転させることで、バレルケース内に投入されたワークを研磨する遠心バレル研磨方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－０６９５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
内部に中空部を有するワークに対して、中空部内に研磨材を投入し密封した状態で、中空部の内周面を遠心バレル研磨する場合がある。このような場合、例えば、ワークの中空部の形状によっては、内周面の表面粗さのばらつきが大きくなる場合がある。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みたものであり、中空部を有する形状のワークに対して、中空部の内周面を遠心バレル研磨する場合に、内周面の表面粗さのばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために本発明では、ワークを研磨する遠心バレル研磨方法であって、中空部に研磨材が投入されたワークを、バレルケースに保持する保持工程と、バレルケースを、自転軸を中心に自転させつつ、公転軸を中心に公転させることで、バレルケースに保持されたワークを研磨する研磨工程と、を実行する。研磨工程では、Ｎを、バレルケースの公転回転速度とし、ｎを、バレルケースの自転回転速度とし、バレルケースの公転方向を正とし、Ｒを、バレルケースの公転軸を中心とする公転半径とし、Ｆ＝４π２×Ｎ２×Ｒ／ｇを、バレルケースの公転により当該バレルケースに加わる遠心加速度に対する重力ｇの比である相対遠心加速度とした場合に、１０＜Ｆ＜４０、－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１、で規定される範囲となるように、バレルケースの自転回転速度ｎ及び公転回転速度Ｎが設定されている。
ここで研磨材とは、砥材が母材に含有されたもの、母材のみで構成されたもの、または砥材が母材の表面にコーティングされたもののいずれかを指す。それらに加えて、必要に応じて砥材を別体として添加したものであってもよい。
ここで研磨材とは、砥材が母材に含有されたもの、母材のみで構成されたもの、または砥材が母材の表面にコーティングされたもののいずれかを指す。それらに加えて、必要に応じて砥材を別体として添加したものであってもよい。
【0007】
本発明者は、研磨材を、ワークの中空部内に隅々まで行きわたらせることができれば、中空部の内周面を好適に研磨できるとの着想に至った。一般的には、バレルケースの自転回転速度ｎと公転回転速度Ｎとの関係は、自転回転速度ｎを公転回転速度Ｎに対して反対方向であり、かつ絶対値を同じにすることで、研磨材の摩耗を抑制しつつ、ワークを好適に研磨できることが知られている（即ち、ｎ／Ｎ＝－１）。しかし、例えば、ｎ／Ｎ＝－１である場合においても、相対遠心加速度Ｆが小さい（例えば、１０より小さい）場合に、研磨材に十分な遠心加速度が作用せず、研磨材がワークの中空内部で飛び跳ねて内周面を十分に研磨できない場合がある。この点、発明者は、鋭意、研究を重ねた結果、バレルケースにおける、自転回転速度ｎの絶対値を公転回転速度Ｎの絶対値よりも遅くすることにより、研磨材をワークの中空部内で研磨させ易くすることができるとの知見を得た。なお、バレルケースが自転しない場合、研磨材が流動しないため、ワークを研磨することができない。即ち、－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１に設定する。また、バレルケースの公転に伴う遠心力により研磨材に加わる力を大きくすることで、バレルケースの自転に伴う研磨材の流動が安定し、中空部の内周面を好適に研磨できる。この点、発明者は、鋭意、研究を重ねた結果、相対遠心加速度Ｆを、１０＜Ｆ＜４０の範囲に設定することで、研磨材の摩耗を抑制しつつ、中空部内の研磨材の流動を安定させることができるとの知見を得た。なお、相対遠心加速度Ｆが４０を大幅に超える場合、ワークの研磨量に対する研磨材の摩耗量を示す研磨効率が著しく低下するため、上限値を４０に設定している。これにより、ワークにおける中空部の内周面を遠心バレル研磨する場合に、中空部における表面粗さのばらつきを抑制することができる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、ワークの中空部を遠心バレル研磨する場合に、中空部における表面粗さのばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】研磨装置の構成図。
【図2】中空部を有するワークを説明する図。
【図3】従来のワーク内での研磨材の移動を説明する図。
【図4】本発明のワーク内での研磨材の移動を説明する図。
【図5】研磨量と、研磨効率と、相対遠心加速度との関係を説明する図。
【図6】遠心バレル研磨の工程を説明する工程図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜実施形態＞
本実施形態に係る研磨装置を、図面を参照しつつ説明する。図１に示す研磨装置１００は、ワークに対して遠心バレル研磨を行うことが可能な装置である。研磨装置１００は、操作盤１０と、シーケンサ１１と、公転用駆動回路１２と、自転用駆動回路１３と、バレル機構部２０とを備えている。
本実施形態に係る研磨装置を、図面を参照しつつ説明する。図１に示す研磨装置１００は、ワークに対して遠心バレル研磨を行うことが可能な装置である。研磨装置１００は、操作盤１０と、シーケンサ１１と、公転用駆動回路１２と、自転用駆動回路１３と、バレル機構部２０とを備えている。
【0011】
まずは、バレル機構部２０の構成を説明する。バレル機構部２０は、太陽軸２１、ターレット盤２２、バレルケース２３、公転用モータ２４、自転用モータ２５を、主に備えている。太陽軸２１は、所定方向に回転可能に取り付けられたな軸部材であり、本実施形態では、公転軸の一例である。ターレット盤２２は、太陽軸２１により貫通されており、太陽軸２１を中心に回転可能に保持されている。
【0012】
バレルケース２３は、ワーク５０を保持可能な保持部材である。バレルケース２３は、自転軸２８を有しており、この自転軸２８を介してターレット盤２２に対して、自転可能に取り付けられている。具体的には、バレルケース２３は、クランプ等の把持部材を有しており、把持部材によりワーク５０の外周を把持することで、ワーク５０を研磨装置１００に保持する。図１では、ターレット盤２２には、４つのバレルケース２３が自転可能に取り付けられている。なお、バレルケース２３の自転軸２８は、ターレット盤２２において、太陽軸２１が貫通する位置の中心から公転軌道半径Ｒだけ偏心して配置されている。
【0013】
公転用モータ２４は、ターレット盤２２を回転させるための駆動源である。公転用モータ２４の出力軸は、公転用駆動プーリ２６が取り付けられている。ターレット盤２２の外周には、Ｖベルトを介して、公転用駆動プーリ２６と連結される不図示の公転用従動プーリが設けられている。公転用モータ２４の出力軸が回転することで、Ｖベルトが駆動し、ターレット盤２２を回転させることができる。
【0014】
自転用モータ２５は、バレルケース２３を自転させるための駆動源である。自転用モータ２５の出力軸は、自転用駆動プーリ２７が取り付けられている。自転用モータ２５の回転は、周知の遊星歯車機構を介して、バレルケース２３に伝達され、バレルケース２３をターレット盤２２の回転方向Ｄ１と逆方向Ｄ２に自転させる。例えば、遊星歯車機構として、太陽軸２１に固定された太陽プーリと、太陽軸２１に固定され、太陽プーリとともに回転する太陽ギヤと、自転用モータ２５の出力軸に固定された遊星ギヤと、太陽ギヤの回転速度を減速させて遊星ギヤに伝達する減速ギヤとを備えている。また、自転用駆動プーリ２７と太陽プーリとの間には、伝達部材であるＶベルトが掛け渡されている。これにより、自転用モータ２５の出力軸の回転に応じて、太陽プーリが回転し、太陽軸２１及び太陽ギヤを回転させる。太陽ギヤの回転速度は、減速ギヤにより減速され、遊星ギヤに伝達される。その結果、遊星ギヤに固定された自転軸２８を中心としてバレルケース２３が回転方向Ｄ２で自転する。
【0015】
シーケンサ１１は、所定のプログラムをメモリに記憶したプログラマブルコントローラである。シーケンサ１１は、操作盤１０から研磨装置１００の稼働条件に応じた各信号が入力される。操作盤１０に対する操作により設定可能な稼働条件は、例えば、自転回転速度ｎ、公転回転速度Ｎ、研磨時間、及び加減速時間である。
【0016】
シーケンサ１１からの出力は、公転用駆動回路１２及び自転用駆動回路１３に入力される。公転用駆動回路１２は、シーケンサ１１から入力された稼働条件に応じた信号に応じて、公転用モータ２４の公転回転速度Ｎ、及び研磨時間を制御するための駆動信号を出力する。本実施形態では、公転用駆動回路１２は、センサにより検出されたターレット盤２２の回転速度を、目標速度に近づけるべく、公転用モータ２４の回転速度をフィードバック制御する。自転用駆動回路１３は、シーケンサ１１から入力された稼働条件に応じた信号に応じて、自転用モータ２５の自転回転速度ｎ、及び研磨時間を制御するための駆動信号を出力する。本実施形態では、自転用駆動回路１３は、センサにより検出されたバレルケース２３の回転速度を、目標速度に近づけるべく、自転用モータ２５をフィードバック制御する。これ以外にも、公転用駆動回路１２及び自転用駆動回路１３は、公転用モータ２４及び自転用モータ２５それぞれの回転速度をオープン制御するものであってもよい。
【0017】
上記構成の研磨装置１００において、ワークにおける中空部の内周面を遠心バレル研磨する場合、ワークの中空部に研磨材Ｍを投入し中空部を蓋や栓体で密封した後、ワークをバレルケース２３により保持した状態で、遠心バレル研磨を行う。このとき、研磨後のワークにおいて、中空部の表面粗さにばらつきが生じる場合がある。
【0018】
図２は、一例としての中空部を有するワーク５０の断面視である。ワーク５０は、外周面に形成された開口部５１と、この開口部５１から連続して延びる空間である中空部５２とを有している。なお、図２に示すワーク５０では、中空部５２の内部を部分的に示し、それ以外の箇所の図示を省略している。本実施形態では、中空部５２は、ワーク５０の内部において、曲がった状態で延びている。また、中空部５２は、開口部５１から奥に進むに従い、内径の最大寸法が異なっている。具体的には、中空部５２において開口部５１の付近から中空部５２を進むに従い、内径の最大寸法が小さくなっている。言い換えると、中空部５２において開口部５１付近での内径の最大寸法をＬ１とし、この箇所よりも奥まった箇所での内径の最大寸法をそれぞれＬ２，Ｌ３とした場合、各寸法は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の関係となる。
【0019】
図３，図４は、ワーク５０において中空部５２の一部を中心とした断面視である。なお、図３，図４では、説明を容易にするため、図示されている研磨材Ｍは、実際の研磨材Ｍよりも少ない。バレルケース２３におけるＤ２方向での自転に伴い、中空部５２内の研磨材Ｍは、中空部５２の内周面に沿って流動し、中空部５２の内周面を研磨する。
【0020】
中空部５２の形状に関わらず、バレルケース２３の自転に伴い研磨材Ｍを中空部５２内の隅々まで行きわたらせることができれば、中空部５２の各内周面において、研磨材Ｍの流動量のばらつきを低減することができる。ここで、研磨材Ｍを中空部５２の隅々まで行きわたらせるためには、バレルケース２３の自転回転速度ｎを遅くするとよい。特に、ワーク５０は開口部５１の付近から中空部５２を進むに従い、内径の最大寸法が小さくなっているので、自転回転速度ｎを早くすると研磨材Ｍが一気に流れ込み、詰まりが発生する恐れがある。一般的に、バレルケース２３の自転回転速度ｎと公転回転速度Ｎとの関係は、自転回転速度ｎを公転回転速度Ｎに対して反対方向であり、かつ絶対値を同じ（即ち、ｎ／Ｎ＝－１）にすることで、装置構造が簡素で、研磨材Ｍの消耗をある程度抑制しつつ、ワーク５０を良好に研磨できることが知られている。一方で、バレルケース２３が自転しない場合（即ち、ｎ＝０）、バレルケース２３内で研磨材Ｍが流動しないため、ワーク５０を研磨することが不可能となる。
【0021】
そこで、本発明では研磨装置１００において、ワーク５０を研磨する際に、自転回転速度ｎに対する公転回転速度Ｎの比が下記（式１）を満たす範囲となるように、自転回転速度ｎ及び公転回転速度Ｎを定める。なお、マイナスは、自転回転速度ｎと、公転回転速度Ｎとが逆方向であることを示している。
－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１ … （式１）
－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１ … （式１）
【0022】
また、中空部５２の内側において、研磨材Ｍを内周面に押し付けつつ微動させれば研磨材を内周面に沿って摺動させて研磨安定させることができ、中空部５２の内周面に対する研磨力を向上させることができる。図４に示すように、バレルケース２３内のワーク５０及び研磨材Ｍには、バレルケース２３の公転に伴う遠心加速度Ｆｃが加わる。遠心加速度Ｆｃは、中空部５２内の研磨材Ｍを、中空部５２の内周面に向けて押し付ける力となる。図４では、図３で示す遠心加速度Ｆｃよりも大きな遠心加速度Ｆｃが、研磨材Ｍに加わっている。
【0023】
本実施形態では、バレルケース２３の公転に伴い研磨材Ｍに加わる遠心加速度Ｆｃを、研磨力を高いレベルで維持しつつ、研磨材Ｍの摩耗を極力抑制する観点から決定している。図５は、横軸を相対遠心加速度Ｆとして、縦軸を、研磨量Ｑと、研磨効率Ｅとした図である。なお、相対遠心加速度Ｆは、バレルケース２３の公転によりバレルケース２３に加わる遠心加速度Ｆｃに対する重力ｇの比であり、下記（式２）により算出される値である。なお、相対遠心加速度Ｆの単位は、無次元である。
Ｆ＝４π２×Ｎ２×Ｒ／ｇ … （式２）
なお、Ｎは、公転回転速度であり、単位は［ｒｐｓ］である。Ｒは図１に示した公転軌道半径であり、単位は［ｍ］である。ｇは重力加速度であり、単位は［ｍ／ｓ２］である。重力加速度は、９．８［ｍ／ｓ２］を用いてもよい。
Ｆ＝４π２×Ｎ２×Ｒ／ｇ … （式２）
なお、Ｎは、公転回転速度であり、単位は［ｒｐｓ］である。Ｒは図１に示した公転軌道半径であり、単位は［ｍ］である。ｇは重力加速度であり、単位は［ｍ／ｓ２］である。重力加速度は、９．８［ｍ／ｓ２］を用いてもよい。
【0024】
研磨量Ｑは、単位時間（例えば、３０分）当たりのワークの研磨量（研磨の際に削り取られたワークの重量）であり、単位は［ｍｇ］である。研磨効率Ｅは、ワークの単位時間当たりの研磨量Ｑと、研磨材の単位時間当たりの摩耗量Ｗとの比として定義された値であり、下記（式３）により算出される。なお、研磨効率Ｅの単位は、無次元である。
Ｅ＝Ｑ／Ｗ … （式３）
Ｅ＝Ｑ／Ｗ … （式３）
【0025】
研磨効率Ｅは、ワーク５０の研磨量Ｑを研磨材の摩耗量Ｗで除した値であるから、研磨材Ｍの摩耗が所定量に達したときワーク５０の研磨がどれくらい進んだかを表す指標となる。言い換えると、ワーク５０の研磨が所定量に達したときに研磨材Ｍの摩耗がどれくらい抑えられたかをあらわす指標とも言え、ワークの研磨の進行と研磨材Ｍの摩耗の進行とを勘案した上で、研磨材Ｍがワーク５０の研磨に対してどれだけ効率的に貢献したかをあらわす指標である。
【0026】
研磨装置１００は、バレルケース２３の自転により研磨材Ｍをワーク５０内で流動させながら、公転に起因する遠心加速度Ｆｃを研磨材Ｍに付与することによってワーク５０の内周面を研磨するものであるから、相対遠心加速度Ｆと研磨量Ｑ及び研磨効率Ｅとの間には、相関がある。即ち、ワーク５０の研磨量Ｑは、バレルケース２３の自転回転速度ｎに比例する流動量と、相対遠心加速度Ｆの影響を受けると考えられる。そこで、図５に示す図において、研磨量Ｑと研磨効率Ｅとが最適となる相対遠心加速度Ｆの範囲を決定している。
【0027】
図５に示すように、相対遠心加速度Ｆが大きくなるのに伴い、ワーク５０の研磨量Ｑが増加しているのに対し、研磨効率Ｅは総じて低下する傾向にある。一方で、研磨効率Ｅは、点Ｅβで変曲点（極小値）を取る下凸状に推移した後、点Ｅγで変曲点（極大値）を取る上凸状に推移する。これらを、相対遠心加速度Ｆの範囲（領域ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を定義して詳細に説明する。なお、領域ａは、研磨効率Ｅαでの相対遠心加速度Ｆよりも小さな値を示す領域である。領域ｂは、研磨効率Ｅαでの相対遠心加速度Ｆから、研磨効率Ｅβでの相対遠心加速度Ｆを除く値までの領域である。領域ｃは、研磨効率Ｅβでの相対遠心加速度Ｆから、研磨効率Ｅγでの相対遠心加速度Ｆを除く値までの領域である。領域ｄは、研磨効率Ｅγでの相対遠心加速度Ｆから、研磨効率Ｅδでの相対遠心加速度Ｆを除く値までの領域である。領域ｅは、研磨効率Ｅδでの相対遠心加速度Ｆ以上の領域である。ここで、研磨効率Ｅにおいて、点Ｅαは、研磨効率Ｅの変曲点Ｅγ（極大点）と同じ値を示す値である。点Ｅδは、研磨効率Ｅの変曲点Ｅβ（極小点）と同じ値である。
【0028】
相対遠心加速度Ｆが領域ａの範囲である場合、研磨効率Ｅが領域ｂ，ｃ，ｄ，ｅよりも高いものの、研磨量Ｑが著しく少ないため、良好な領域とは言えない。加えて、相対遠心加速度Ｆが１０よりも小さいと、研磨材Ｍをバレルケース２３に取り付けたワーク５０の内周面へ押し付ける力が弱く、しかもｎ／Ｎ＝－１であると研磨材Ｍがワーク５０内で飛び跳ねることで内周面に押し付けられず、ひいては表面粗さにばらつきを生じる可能性が高くなる。一方、相対遠心加速度Ｆが領域ｅの範囲である場合、研磨量Ｑは高い値となるものの、研磨効率Ｅが著しく低下する。特に、相対遠心加速度Ｆが４０を大幅に超える場合、ワーク５０の内周面に研磨材Ｍによる圧痕が生じることが懸念される。このとき、ワークが脆性材料から成ると、研磨材Ｍに欠け割れを生じさせることも懸念される。
【0029】
このことから、相対遠心加速度Ｆが領域ｂ，ｃ，ｄ付近の値（１０＜Ｆ＜４０）である場合に、研磨効率Ｅは、高い値を維持しており、良好な領域と言える。特に、相対遠心加速度Ｆが領域ｃ，ｄ付近の値（１５＜Ｆ＜３５）である場合に、研磨効率Ｅの値が特に高い値（Ｅβ＜Ｅ＜Ｅγ）に維持されている。
【0030】
本実施形態では、研磨装置１００において、ワーク５０を研磨する際に、上記（式２）により算出される相対遠心加速度Ｆが下記（式４）を満たすように、公転回転速度Ｎの値を定めている。
１０＜Ｆ＜４０ … （式４）
１０＜Ｆ＜４０ … （式４）
【0031】
また、研磨量Ｑと研磨効率Ｅとを共に高い値に維持するとの観点から、相対遠心加速度Ｆが下記（式５）を満たすように、公転回転速度Ｎの値を定めてもよい。
１５＜Ｆ＜３５ … （式５）
１５＜Ｆ＜３５ … （式５）
【0032】
次に、研磨装置１００を用いた遠心バレル研磨方法の手順を、図６を用いて説明する。
図６に示す各工程に先立って、作業者は、操作盤１０を操作することで、研磨装置１００の稼働条件を入力する。稼働条件としては、公転回転速度Ｎ、自転回転速度ｎ、研磨時間及び可動時間等である。なお、これら稼働条件は、作業者が操作盤１０を操作することで、値を直接入力することに限定されず、例えば、作業者が操作盤１０を操作して選択されたワーク種別に応じて、シーケンサ１１が値を読み出すものであってもよい。この場合において、シーケンサ１１は、ワーク種別に対応させて稼働条件を記憶しておけばよい。
図６に示す各工程に先立って、作業者は、操作盤１０を操作することで、研磨装置１００の稼働条件を入力する。稼働条件としては、公転回転速度Ｎ、自転回転速度ｎ、研磨時間及び可動時間等である。なお、これら稼働条件は、作業者が操作盤１０を操作することで、値を直接入力することに限定されず、例えば、作業者が操作盤１０を操作して選択されたワーク種別に応じて、シーケンサ１１が値を読み出すものであってもよい。この場合において、シーケンサ１１は、ワーク種別に対応させて稼働条件を記憶しておけばよい。
【0033】
ステップＳ１１（以下、ステップを単にＳと記載する。）では、ワーク５０の中空部５２に、研磨材Ｍを投入する投入工程を実施する。投入工程で使用される研磨材Ｍとして、例えば、砥材を母材である結合材で結合させた研磨石を用いている。研磨材Ｍに含まれる砥材は、ワーク５０の硬度よりも高い硬度の砥材を用いることができる。投入工程では、タップ密度が２［ｇ／ｃｍ３］以上の研磨材が中空部５２内に投入される。ここで、「タップ密度」は、定められた条件下で、粉体を容器に入れ容器をタップし、粉体間の隙間を詰めた状態で粉体重量を容器体積で割って得られる密度である。研磨材Ｍとして研磨石を用いる場合、研磨石を容器に充填し、容器をタップして得られた研磨石の密度をいう。なお、砥材を別体として添加した場合は、別体で添加された砥材を除いたタップ密度が２ｇ／ｃｍ３以上のものを用いる。中空部５２の内寸法に応じて、研磨材Ｍの最大寸法を小さくすることで、研磨材Ｍの研磨力が低下することが懸念される。そのため、本実施形態では、タップ密度が２［ｇ／ｃｍ３］以上の研磨材Ｍを用いることで、研磨材Ｍの寸法を小さくしたことに伴う研磨力の低下を抑制している。研磨材Ｍをワーク５０に投入する具体的な方法として、研磨材Ｍをワーク５０の中空部５２に投入し、必要であれば水とコンパウンド（バレル研磨用洗剤）を投入し、漏れないように密封する。
【0034】
Ｓ１２では、研磨材Ｍが投入されたワーク５０を、バレルケース２３により研磨装置１００に保持する保持工程を実施する。具体的には、バレルケース２３の把持部材によりワーク５０の外周を把持することで、ワーク５０を研磨装置１００に保持する。
【0035】
Ｓ１３では、バレルケース２３を自転させつつ、ターレット盤２２の回転により公転させることで、ワーク５０の内周面を研磨する研磨工程を実行する。具体的には、作業者は操作盤１０を操作することで、シーケンサ１１に対してバレルケース２３の自転及び回転を開始させる。シーケンサ１１は、公転用駆動回路１２及び自転用駆動回路１３に、稼働条件に応じた信号を出力することで、公転用駆動回路１２に公転用モータ２４を駆動させ、自転用駆動回路１３に自転用モータ２５を駆動させる。
【0036】
Ｓ１３で実行される研磨工程では、シーケンサ１１から出力される自転回転速度ｎと公転回転速度Ｎとは、相対遠心加速度Ｆと、回転速度比「ｎ／Ｎ」とが上記（式１），（式４）を満たすように、その値が定められている。なお、ワーク種別に応じて、Ｓ１３で実行される研磨工程を、複数回に渡り実施するものであってもよい。
【0037】
Ｓ１３での研磨工程での稼働時間が経過すると、公転用モータ２４及び自転用モータ２５の駆動が停止し、所定期間の経過後、Ｓ１４に進み、回収工程を実行する。回収工程では、ワーク５０をバレルケース２３から取り外し、ワーク５０と第１研磨材Ｍ１とを分別し、ワーク５０の洗浄と乾燥とを行う。
【0038】
＜実施例＞
次に、図６で示した工程に従い、ワーク５０を遠心バレル研磨した実施例を説明する。
実施例では、表１に示すように、相対遠心加速度Ｆと回転速度比ｎ／Ｎを含む稼働条件の異なる実施例１～８を実施した。実施例１～８では、研磨工程を４８０分実施した。実施例１～８では、研磨材Ｍとして、チップトン製のセラミック研磨石を用いた。セラミック研磨石は、砥材を、粘土質結合材により焼成結合させた研磨材である。研磨石径（最大寸法）は、ワーク５０の内寸法の最小値の３分の１以下であり、タップ密度は、２［ｇ／ｃｍ３］以上である。
次に、図６で示した工程に従い、ワーク５０を遠心バレル研磨した実施例を説明する。
実施例では、表１に示すように、相対遠心加速度Ｆと回転速度比ｎ／Ｎを含む稼働条件の異なる実施例１～８を実施した。実施例１～８では、研磨工程を４８０分実施した。実施例１～８では、研磨材Ｍとして、チップトン製のセラミック研磨石を用いた。セラミック研磨石は、砥材を、粘土質結合材により焼成結合させた研磨材である。研磨石径（最大寸法）は、ワーク５０の内寸法の最小値の３分の１以下であり、タップ密度は、２［ｇ／ｃｍ３］以上である。
【0039】
比較例では、実施例と同様の工程に対して、相対遠心加速度Ｆと回転速度比ｎ／Ｎとを、上記（式１），（式４）と異なる条件で実施した。
【0040】
【表1】
【0041】
実施例と、比較例とにおいて、研磨工程後の中空部５２の表面粗さＲａ［μｍ］を測定した。具体的には、ワーク５０の中空部５２において、開口部５１からの距離が異なる、第１測定箇所、第２測定箇所及び第３測定箇所での表面粗さＲａ１，Ｒａ２，Ｒａ３を測定した。第１測定箇所は、中空部５２において開口部５１からの距離が他の測定箇所と比べて最も近い箇所であり、図２では、内寸法がＬ１となる箇所である。第３測定箇所は、中空部５２において、開口部５１からの距離が他の測定箇所と比べて最も遠い（奥）の箇所であり、図２では、内寸法がＬ３となる箇所である。第２測定箇所は、中空部５２において、第１測定箇所と第３測定箇所との中間の箇所であり、図２では、内寸法がＬ２となる箇所である。加えて、各実施例において、表面粗さＲａ１，Ｒａ２，Ｒａ３の標準偏差を算出した。
【0042】
実施例１～８での表面粗さの測定結果について説明する。
いずれの実施例１～８においても、表面粗さＲａ１、表面粗さＲａ２、及び表面粗さＲａ３の順に、値が大きくなっている。即ち、遠心バレル研磨後においても、ワーク５０の中空部５２において、開口部５１から距離が遠くなるほど、表面粗さＲａは大きくなっている。
いずれの実施例１～８においても、表面粗さＲａ１、表面粗さＲａ２、及び表面粗さＲａ３の順に、値が大きくなっている。即ち、遠心バレル研磨後においても、ワーク５０の中空部５２において、開口部５１から距離が遠くなるほど、表面粗さＲａは大きくなっている。
【0043】
相対遠心加速度Ｆが、「１９＜Ｆ＜４０」の範囲内にある、実施例４～８においては、第１測定箇所での表面粗さＲａ１は、「１．６１」以下の値であり、第２測定箇所での表面粗さＲａ２は、「３．７７」以下の値であり、第３測定箇所での表面粗さＲａ３は、「４．８６」以下であった。ここで、上記した「１９＜Ｆ＜４０」の範囲は、図５及び上記（式５）において、研磨量Ｑと研磨効率Ｅとを共に高い値に維持するとの観点から設定された範囲である。相対遠心加速度Ｆが「１９＜Ｆ＜４０」の範囲内にある実施例４～８では、他の実施例と比べても、全ての測定箇所での表面粗さＲａ１，Ｒａ２，Ｒａ３は総じて小さな値となっている。また、実施例４～８において、表面粗さＲａの標準偏差は、「０．７９」以上かつ「１．３８」以下の値となっており、他の実施例と比べてもばらつきが小さかった。
【0044】
さらに、相対遠心加速度Ｆが「１９＜Ｆ＜４０」の範囲内にあり、かつ回転速度の比「ｎ／Ｎ」が「－０．７＜ｎ／Ｎ＜－０．５」の範囲内にある実施例７，８では、第１測定箇所での表面粗さＲａ１は、「１．２８」以下の値であり、第２測定箇所での表面粗さＲａ２は、「２．６１」以下の値であり、第３測定箇所での表面粗さＲａ３は、「３．２２」以下であった。また、実施例７，８において、表面粗さＲａの標準偏差は、「０．７９」以上かつ「０．８１」以下の値となっており、他の実施例と比べても総じてばらつきが小さかった。
【0045】
実施例４～８では、他の実施形態と比べて、研磨石の研磨石径［ｍｍ］（最大寸法）が最も小さい。しかしながら、実施例４～８では、研磨石のタップ密度が２［ｇ／ｃｍ３］以上であるため、表面粗さＲａ１，Ｒａ２，Ｒａ３と、標準偏差とは、他の実施例と比べて大きな違いがなかった。特に、タップ密度が３［ｇ／ｃｍ３］である実施例７，８では、表面粗さＲａ１，Ｒａ２，Ｒａ３と、標準偏差とは、他の実施例よりも小さな値となった。
【0046】
次に、比較例での表面粗さの測定結果を説明する。
いずれの比較例１，２において、表面粗さＲａ１、表面粗さＲａ２、及び表面粗さＲａ３の順に、値が大きくなっている。即ち、遠心バレル研磨後においても、ワーク５０の中空部５２において、開口部５１からの距離が遠くなるほど、表面粗さＲａは研磨前の状態から改善されていない。また、比較例１，２において、表面粗さＲａの標準偏差は、「１．９９」，「１．９０」であり、全ての実施例１～８よりも大きな値となった。
いずれの比較例１，２において、表面粗さＲａ１、表面粗さＲａ２、及び表面粗さＲａ３の順に、値が大きくなっている。即ち、遠心バレル研磨後においても、ワーク５０の中空部５２において、開口部５１からの距離が遠くなるほど、表面粗さＲａは研磨前の状態から改善されていない。また、比較例１，２において、表面粗さＲａの標準偏差は、「１．９９」，「１．９０」であり、全ての実施例１～８よりも大きな値となった。
【0047】
実施例と比較例とにおける表面粗さの測定結果を総括する。
実施例１～８と比較例１，２との比較において、開口部５１から近い第１測定箇所では、表面粗さＲａ１に大きな違いが見られなかった。これは、中空部５２において、開口部５１からの距離が近い第１測定箇所では、研磨石が行き渡り易く、パラメータ（Ｆ，ｎ／Ｎ）による遠心バレル研磨に対する影響は低いためである。一方で、比較例１，２において、開口部５１からの距離が第１測定箇所よりも遠い第２測定箇所では、表面粗さＲａ２は実施例１～８と比べて総じて大きな値であった。また、比較例１，２において、開口部５１からの距離が最も遠い第３測定箇所では、表面粗さＲａ３は、実施例１～８よりも大きな値（６．３９，６．５５）となった。更に、比較例１，２において、表面粗さＲａの標準偏差は、実施例１～８よりも大きな値となった。これは、開口部５１からの距離が遠くなるに従い、研磨石が中空部５２の内部に行き渡りにくくなるため、パラメータ（Ｆ，ｎ／Ｎ）による遠心バレル研磨に対する影響が高くなるためである。即ち、研磨装置１００において、上記（式１）、（式４）を満たすように、公転回転速度Ｎと自転回転速度ｎとを設定することで、ワーク５０における中空部５２の表面粗さのばらつきを低減することができた。
実施例１～８と比較例１，２との比較において、開口部５１から近い第１測定箇所では、表面粗さＲａ１に大きな違いが見られなかった。これは、中空部５２において、開口部５１からの距離が近い第１測定箇所では、研磨石が行き渡り易く、パラメータ（Ｆ，ｎ／Ｎ）による遠心バレル研磨に対する影響は低いためである。一方で、比較例１，２において、開口部５１からの距離が第１測定箇所よりも遠い第２測定箇所では、表面粗さＲａ２は実施例１～８と比べて総じて大きな値であった。また、比較例１，２において、開口部５１からの距離が最も遠い第３測定箇所では、表面粗さＲａ３は、実施例１～８よりも大きな値（６．３９，６．５５）となった。更に、比較例１，２において、表面粗さＲａの標準偏差は、実施例１～８よりも大きな値となった。これは、開口部５１からの距離が遠くなるに従い、研磨石が中空部５２の内部に行き渡りにくくなるため、パラメータ（Ｆ，ｎ／Ｎ）による遠心バレル研磨に対する影響が高くなるためである。即ち、研磨装置１００において、上記（式１）、（式４）を満たすように、公転回転速度Ｎと自転回転速度ｎとを設定することで、ワーク５０における中空部５２の表面粗さのばらつきを低減することができた。
【0048】
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。
遠心バレル研磨方法において、バレルケース２３に保持されたワーク５０を研磨する研磨工程では、相対遠心加速度Ｆが、「１０＜Ｆ＜４０」の範囲となり、回転速度比ｎ／Ｎが、「－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１」で規定される範囲となるように、自転回転速度ｎ及び公転回転速度Ｎが設定されている。これにより、ワーク５０における中空部５２の内周面を遠心バレル研磨する場合に、内周面での表面粗さのばらつきを抑制することができる。
遠心バレル研磨方法において、バレルケース２３に保持されたワーク５０を研磨する研磨工程では、相対遠心加速度Ｆが、「１０＜Ｆ＜４０」の範囲となり、回転速度比ｎ／Ｎが、「－０．９＜ｎ／Ｎ＜－０．１」で規定される範囲となるように、自転回転速度ｎ及び公転回転速度Ｎが設定されている。これにより、ワーク５０における中空部５２の内周面を遠心バレル研磨する場合に、内周面での表面粗さのばらつきを抑制することができる。
【0049】
研磨工程では、相対遠心加速度Ｆが、「１９＜Ｆ＜４０」で規定される範囲となるように、自転回転速度ｎ及び公転回転速度Ｎが設定されている。これにより、ワーク５０に対して中空部５２における内周面の表面粗さのばらつきを、研磨材Ｍの摩耗を抑制しつつ好適に抑制することができる。
【0050】
研磨工程では、回転速度比ｎ／Ｎが、「－０．７＜ｎ／Ｎ＜－０．５」で規定される範囲となるように、自転回転速度ｎ及び公転回転速度Ｎが設定されている。これにより、ワーク５０に対して中空部５２における内周面の表面粗さのばらつきをいっそう抑制することができる。
【0051】
研磨材Ｍの最大寸法は、ワーク５０における中空部の最小内寸法に対して３分の１以下である。これにより、中空部５２がワーク５０内で直線状に延びていない場合でも、バレルケース２３の自転に伴い、研磨材Ｍを中空部５２内に隅々まで行き渡らせ易くすることができ、中空部５２における内周面の表面粗さのばらつきを抑制することができる。
【0052】
保持工程では、ワーク５０の中空部５２に、２［ｇ／ｃｍ３］以上のタップ密度の研磨材Ｍが投入されている。これにより、中空部５２の内寸法に合わせて研磨材Ｍの寸法を小さくした場合でも、研磨力の低下を抑制し、ひいては、中空部５２における内周面の表面粗さを小さくすることができる。
【0053】
＜他の実施形態＞
石にする。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
上述した実施形態では、研磨材Ｍは、セラミックの結合剤に砥材を含有させたセラミック研磨石であった。これに代えて、母材である結合材が合成樹脂により構成された研磨材Ｍを用いてもよい。また、研磨材Ｍは、砥材が結合剤に含有されたものに限定されず、母材のみのものや、砥材が母材の表面にコーティングされたものであってもよい。それらに加えて、さらに砥材を別体として添加したものであってもよい。
石にする。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
上述した実施形態では、研磨材Ｍは、セラミックの結合剤に砥材を含有させたセラミック研磨石であった。これに代えて、母材である結合材が合成樹脂により構成された研磨材Ｍを用いてもよい。また、研磨材Ｍは、砥材が結合剤に含有されたものに限定されず、母材のみのものや、砥材が母材の表面にコーティングされたものであってもよい。それらに加えて、さらに砥材を別体として添加したものであってもよい。
【0054】
上述した実施形態では、研磨装置１００は、公転用モータ２４及び自転用モータ２５それぞれを駆動して、バレルケース２３を自転及び公転させた。これに代えて、公転用モータ２４のみを駆動させることで、バレルケース２３を自転及び公転させてもよい。この場合において、公転用モータ２４における出力軸の回転を、伝達機構を介して太陽軸に伝達すればよい。
【符号の説明】
【0055】
１００…研磨装置、２３…バレルケース、５０…ワーク、５２…中空部、Ｍ…研磨材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】