JP2009166199A - Surface processing method using fine cutting action - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細な削り作用による表面処理方法に関するもので、より具体的には、金型やモックアップあるいはフィルム状の対象物に対して、非接触で微細な削り作用による表面処理を行うことでの仕上げを適正,良好に完了し得るための指標の改良に関する。 The present invention relates to a surface treatment method using a fine cutting action, and more specifically, to perform a surface treatment using a fine cutting action in a non-contact manner on a mold, mock-up or film-like object. It is related to the improvement of the index so that finishing can be completed properly and satisfactorily.
金型やモックアップあるいはフィルム状の対象物などは、製造の際には表面性状の改質を行う表面処理が必要であり、その表面について研磨や洗浄および清浄等の表面処理が行われている。そうした対象物の表面の仕上げを行う表面処理の技術として、いわゆる磁気研磨法と呼ばれる技術がよく知られている。これは、磁性流体(MF:Magnetic Fluid)や磁気粘性流体(MRF:Magneto Rheological Fluid)を研磨粒子と混合させ、磁界により混合液を運動させることで研磨を行っている。 Molds, mock-ups, film-like objects, etc. require surface treatment to modify the surface properties during production, and the surface is subjected to surface treatment such as polishing, washing and cleaning. . As a surface treatment technique for finishing the surface of such an object, a so-called magnetic polishing technique is well known. This is performed by mixing a magnetic fluid (MF) or a magnetorheological fluid (MRF) with abrasive particles and moving the mixed liquid by a magnetic field.
研磨バイトには永久磁石を備えて磁界発生源とし、その研磨バイトの周りに磁気研磨液(ペースト材料)を付着させると、磁気吸引力によりMFやMRF中の強磁性粒子(例えば、鉄粒子),マグネタイト粒子が、多数凝集して磁気クラスタを形成する。この磁気クラスタは、磁束に沿うので対象物に対立して針状に多数が立ち並ぶ態様を採る。これにより、磁気研磨液が研磨バイトに付着して磁気ブラシとなる。 The polishing tool is equipped with a permanent magnet to serve as a magnetic field source. When a magnetic polishing liquid (paste material) is attached around the polishing tool, ferromagnetic particles (for example, iron particles) in MF or MRF are generated by magnetic attraction. , Many magnetite particles aggregate to form a magnetic cluster. Since this magnetic cluster is along the magnetic flux, it takes a form in which a large number of needles stand in opposition to the object. As a result, the magnetic polishing liquid adheres to the polishing bite to form a magnetic brush.
磁気ブラシあるいは対象物が回転動作することにより、両者間の相対運動により磁気ブラシが対象物の表面を接触した状態で移動する。その結果、対象物の表面の凹凸は研磨粒子を伴う磁気ブラシが研磨し、より平滑な表面を得ることができ、非接触の流体研磨が行える。 When the magnetic brush or the object rotates, the magnetic brush moves in contact with the surface of the object due to relative movement between the two. As a result, the unevenness of the surface of the object is polished by a magnetic brush with abrasive particles, a smoother surface can be obtained, and non-contact fluid polishing can be performed.
ところで、磁気研磨法による非接触で微細な削り作用による表面処理を行うには、考慮すべき条件要素が多数あり、設定が不十分では表面の仕上げを期待したレベルには得ることができない問題がある。 By the way, there are a number of condition factors to be considered in order to perform surface treatment by a non-contact and fine cutting action by the magnetic polishing method, and there is a problem that if the setting is insufficient, the surface finish cannot be obtained to the expected level. is there.
つまりこの場合、磁界発生源の磁束密度はどの程度がよいか、対象物と磁界発生源との隙間はどの程度がよいか、対象物の硬度はどの程度なのか、磁気ペーストの流動性および研削力はどの程度がよいか、などを適切に考えあわせる必要があり、設定を誤ると表面の仕上げを良好に得られなく不良品を製造してしまうことになる。 In other words, in this case, what is the magnetic flux density of the magnetic field source, what is the gap between the object and the magnetic field source, what is the hardness of the object, the fluidity and grinding of the magnetic paste It is necessary to properly consider the level of force, etc. If the setting is incorrect, the surface finish cannot be obtained satisfactorily and defective products are produced.
このため、表面の仕上げを適正,良好に完了し得るための指標が求められており、設定が容易で確実性が高い指標が望まれている。 For this reason, there is a demand for an index that can properly and satisfactorily finish the surface, and an index that is easy to set and highly reliable is desired.
この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、表面の仕上げを適正,良好に完了し得るための指標を定め、その指標を利用することにより非接触による微細な削り作用を失敗なく確実に得ることができる微細な削り作用による表面処理方法を提供することにある。 The present invention solves the above-mentioned problems, and its purpose is to establish an index for properly and satisfactorily finishing the surface, and by using the index, a fine cutting action by non-contact can be achieved without failure. An object of the present invention is to provide a surface treatment method by a fine shaving action that can be obtained reliably.
上述した目的を達成するために、本発明に係る微細な削り作用による表面処理方法は、(1)対象物に対して磁界発生源を非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気ペーストを連動し、磁界により生じた粒子集団の微細な削り作用による表面処理を行う表面処理方法であって、対象物と磁界発生源との隙間gは0.1mmから2.0mmの範囲とし、磁界発生源の回転動作の周速Vは、
V[m/sec]=0.0178g+0.0637
という関係式により算出して下限値とし、周速Vが下限値以上となる表面処理を行う。
In order to achieve the above-described object, the surface treatment method using a fine shaving action according to the present invention is as follows: (1) A magnetic field generation source is brought into contact with an object in a non-contact manner, and a magnetic paste existing in the vicinity is linked. And a surface treatment method for performing a surface treatment by a fine shaving action of a particle population generated by a magnetic field, wherein a gap g between the object and the magnetic field generation source is in a range of 0.1 mm to 2.0 mm, and the magnetic field generation source The peripheral speed V of the rotation operation of
V [m / sec] = 0.178 g + 0.0637
The surface treatment is performed so that the peripheral speed V is equal to or higher than the lower limit value.
また、(2)周速Vは上限値を、磁気ペーストが飛散を起こさない最大周速Vmax=0.534m/secとし、周速Vが下限値および上限値の範囲内となる表面処理を行う。 (2) The peripheral speed V is subjected to a surface treatment in which the upper limit value is set to the maximum peripheral speed Vmax = 0.534 m / sec at which the magnetic paste does not scatter, and the peripheral speed V falls within the range between the lower limit value and the upper limit value. .
磁界発生源の回転動作の周速Vは表面処理の仕上げ品質を左右する重要な要因である。本発明では、磁界発生源の周速Vは対象物との隙間gに関して関係式を決定しており、その関係式により求めた値を下限値とし、周速Vが下限値以上となる表面処理を行うので、表面の仕上げが良好に行える。したがって、隙間gに関して決定した周速Vの関係式は、表面の仕上げを適正,良好に完了し得るための指標にすることができる。 The peripheral speed V of the rotating operation of the magnetic field generation source is an important factor that determines the finishing quality of the surface treatment. In the present invention, the peripheral speed V of the magnetic field generating source has a relational expression determined with respect to the gap g with the object, and the surface treatment in which the peripheral speed V is equal to or higher than the lower limit value is set to a lower limit value. As a result, the surface can be satisfactorily finished. Therefore, the relational expression of the peripheral speed V determined with respect to the gap g can be used as an index for completing the surface finishing properly and satisfactorily.
また、周速Vの上限値を、磁気ペーストが飛散を起こさない最大周速Vmax=0.534m/secとし、周速Vが下限値および上限値の範囲内となる表面処理を行うので、表面の仕上げを失敗なく確実に行える。 Further, the upper limit value of the peripheral speed V is set to the maximum peripheral speed Vmax = 0.534 m / sec at which the magnetic paste does not scatter, and the surface treatment is performed so that the peripheral speed V falls within the range between the lower limit value and the upper limit value. Can be finished without failure.
本発明に係る微細な削り作用による表面処理方法では、磁気ペーストに発生させた磁気クラスタにより流体研磨を行うものであり、磁界発生源の回転動作の周速Vの関係式を対象物との隙間gに関して決定して、その関係式により求めた値を下限値とし、周速Vが下限値以上となる表面処理を行うので、表面の仕上げが良好に行える。したがって、この周速Vの関係式は、表面の仕上げを適正,良好に完了し得るための指標にすることができる。また、周速Vが下限値と、磁気ペーストが飛散を起こさない最大周速Vmax=0.534m/secとの範囲内となる表面処理を行うので、表面の仕上げを失敗なく確実に行える。 In the surface treatment method using a fine shaving action according to the present invention, fluid polishing is performed by a magnetic cluster generated in a magnetic paste, and the relational expression of the peripheral speed V of the rotation operation of the magnetic field generation source is expressed as a gap between the object and the object. Since the surface treatment is performed in which the value determined by g and the value obtained from the relational expression is set as the lower limit value and the peripheral speed V is equal to or higher than the lower limit value, the surface can be satisfactorily finished. Therefore, the relational expression of the peripheral speed V can be used as an index for completing the surface finishing properly and satisfactorily. Further, since the surface treatment is performed so that the peripheral speed V is within the range of the lower limit value and the maximum peripheral speed Vmax = 0.534 m / sec at which the magnetic paste does not scatter, the surface finish can be reliably performed without failure.
すなわち、表面の仕上げを適正,良好に完了し得るための指標を周速Vとし、その指標を利用することにより、非接触による微細な削り作用を失敗なく確実に得ることができる。 That is, by using the peripheral speed V as an index for completing the surface finishing properly and satisfactorily, and using the index, it is possible to reliably obtain a fine cutting action by non-contact without failure.
図1は本発明の好適な一実施の形態を示している。本形態において、微細な削り作用による表面処理を行う構成には、磁界発生源(永久磁石20)を有する研磨バイト2を備え、対象物1に対して研磨バイト2を非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気研磨液(磁気ペースト3)を連動し、磁界により生じた磁気クラスタ(粒子集団)の微細な削り作用による表面処理を行うようになっている。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the present invention. In the present embodiment, the configuration for performing the surface treatment by the fine shaving action includes a
対象物1としては、金属材料から形成した金型や樹指材料から形成したモックアップなど、あるいは厚さ数十μmから数百μm程度の薄膜で所定幅のフィルム状の対象物を想定している。この対象物1は、支持台4の上に載せて支持する。支持台4は、所定方向への移動動作を行う移動ステージに構成している。
As the
研磨バイト2は、先端に永久磁石20を設けて磁界の発生源とし、他方端の軸部を駆動手段5と連係し、その駆動手段5の駆動により回転動作させるようになっている。そして回転動作に伴って、対象物1と対面した姿勢で移動動作を行い、対象物1の表面に対して走査動作する構成になっている。研磨バイト2には、単に回転動作を行わせるのではなく、例えば正転,逆転の動作を繰り返す反転動作や、当該軸方向に振動動作を行わせるなど、適宜な運動動作を行うようにしてもよい。
The
磁界発生源は、永久磁石20には限らず、例えば電磁石なども好ましく適用でき、磁気ペースト3に対して磁界を作用するものであればよい。磁界の発生は時間的に定常的である必要はなく、時間的に変動的な磁界を発生させることもよい。
The magnetic field generation source is not limited to the
駆動手段5には例えばNC工作機を用いればよく、ボール盤,旋盤,NC旋盤,フライス盤などの回転軸(チャック部)に研磨バイト2の軸部を取り付けし、着脱を行うようにする。駆動手段5は、支持台4の表面に沿う直交方向をx軸,y軸とするとき、少なくともx軸およびx,y平面に直交するz軸について多軸制御の機能を有するものとし、当該駆動手段5を起動することにより研磨バイト2には回転動作およびx軸,z軸について所定に移動する運動動作を行わせる。そして、移動ステージの支持台4にはy軸への移動動作を行わせる。もちろん、これら多軸制御の運動動作は適宜であり、例えば移動ステージ(支持台4)は固定として駆動手段5はy軸にも運動動作させるなど、3軸以上の多軸制御が行えるようにしてもよい。
For example, an NC machine tool may be used as the driving means 5, and the shaft portion of the
対象物1と磁界発生源20との隙間gは、0.1mmから2.0mmの範囲とする。磁界発生源20の回転動作の周速Vは、
V[m/sec]=0.0178g+0.0637 …(1)
という関係式により算出して下限値とする。そして、周速Vが下限値以上となる表面処理を行うことにする。なお、周速Vは円周上の1点の速度であり、その直径d[mm],回転数N[rpm]に関して、
V[m/sec]=π×d×N/(60×1000) …(2)
という式で表すことができ、算出することができる。上記式(2)のπは円周率である。
A gap g between the
V [m / sec] = 0.178 g + 0.0637 (1)
The lower limit value is calculated by the relational expression. Then, surface treatment is performed so that the peripheral speed V is equal to or higher than the lower limit value. The peripheral speed V is the speed of one point on the circumference, and with respect to the diameter d [mm] and the rotational speed N [rpm],
V [m / sec] = π × d × N / (60 × 1000) (2)
And can be calculated. In the above formula (2), π is a circumference ratio.
研磨バイト2の回転動作では、先端の永久磁石20をむやみと高速回転させることは研磨が過剰になり逆にムラに仕上がる等の不良を起こす問題があるため、平滑面を良好に得るには、当該回転における周速を所定範囲内とすることがよい。つまり、周速Vは上限値を、磁気ペースト3が飛散を起こさない最大周速Vmax=0.534m/secとし、周速Vが下限値および上限値の範囲内となる表面処理を行うことが好ましい。
In the rotating operation of the
磁気ペースト3は、磁性粒子および溶媒との2成分を含む。溶媒には植物油脂などを用いている。この磁気ペースト3は対象物1と研磨バイト2との狭間へ供給手段により供給するようになっている。
The
磁性粒子には、フェライト粒子などの軟磁性焼結体や鉄粉等の金属粒子などを用いることができる。フェライト粒子は酸化鉄を主成分とするセラミックスであり大半が強磁性を示し、磁化を持つため磁界をかけることで当該粒子は磁気クラスタを形成する。鉄粉等の磁化し得る金属粒子でも同様であり、磁界をかけることで当該粒子は磁気クラスタを形成する。そして、セラミックスであるフェライト粒子や鉄粉等の金属粒子は、対象物1に対しては十分に硬く、したがって研磨のための砥粒として機能させることができ、磁気クラスタそのものが、微細な削り作用による表面処理を行うための磁気ブラシとなる。
As the magnetic particles, soft magnetic sintered bodies such as ferrite particles, metal particles such as iron powder, and the like can be used. Ferrite particles are ceramics mainly composed of iron oxide, and most of them are ferromagnetic and have magnetization so that the particles form magnetic clusters by applying a magnetic field. The same applies to magnetizable metal particles such as iron powder. When a magnetic field is applied, the particles form magnetic clusters. Further, metal particles such as ferrite particles and iron powder, which are ceramics, are sufficiently hard for the
磁気ペースト3には樹脂粒子をさらに混在させるようにしてもよい。この場合、樹脂粒子は溶媒に溶解しない不溶解性で低融点の樹脂材料から形成する。そして、樹脂粒子の形状は、例えば球形状としたり、繊維状等の非球形状に形成すしたりすることができる。植物油脂に溶解しない樹脂材料は、例えばポリエチレン(PE),ポリスチレン(PS),ポリメチルメタクリレート(PMMA),ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリ塩化ビニル(PVC)などが利用できる。この樹脂粒子の形状は、球形の他に繊維状等の非球形粒子でもよい。
The
研磨バイト2の運動動作は上記したように、単なる回転動作や正転,逆転を繰り返す反転動作など、所定の運動動作を行わせる。そして、研磨バイト2には、対面する対象物1に対しては表面を順次になぞっていく移動動作を行わせ、通常の一般的な走査動作を行う。このとき、研磨バイト2(永久磁石20)の近辺には、磁気ペースト3を供給しておく。
As described above, the movement operation of the
研磨バイト2と対象物1との間には、磁気ペースト3が存在する。当該磁気ペースト3は、フェライト粒子や鉄粉など磁性粒子を含み、永久磁石20により磁気ペースト3に時間的に定常的あるいは変動的な磁界が加わると磁気クラスタが生成する。つまり、磁気研磨液中のフェライト粒子や鉄粉など磁性粒子が、磁気吸引力により多数凝集して磁気クラス夕となる。そして、フェライト粒子や鉄粉など磁性粒子は研磨のための砥粒として機能し、磁気クラスタそのものが、微細な削りを行う磁気ブラシとなる。磁気ブラシは、磁束に沿って対象物1に対立して針状に多数が立ち並び、砥粒作用を行うフェライト粒子が対象物1の表面に抑えつけられる。このとき、研磨バイト2は走査動作することから、フェライト粒子は対象物1の表面上を接触しつつ運動して微細な削りを行う。これにより、非接触の微細な削り作用による表面処理を行うことができる。
A
磁界発生源(永久磁石20)の回転動作の周速Vは、表面処理の仕上げ品質を左右する重要な要因であることが分かっている。本発明では、永久磁石20の周速Vは対象物1との隙間gに関して関係式(1)を決定しており、その関係式(1)により求めた値を下限値とし、周速Vが下限値以上となる表面処理を行うので、表面の仕上げが良好に行える。したがって、隙間gに関して決定した周速Vの関係式(1)は、表面の仕上げを適正,良好に完了し得るための指標にすることができる。
It has been found that the peripheral speed V of the rotating operation of the magnetic field generation source (permanent magnet 20) is an important factor affecting the finishing quality of the surface treatment. In the present invention, the peripheral speed V of the
また、周速Vの上限値を、磁気ペースト3が飛散を起こさない最大周速Vmax=0.534m/secとし、周速Vが下限値および上限値の範囲内となる表面処理を行うので、表面の仕上げを失敗なく確実に行える。
Further, the upper limit value of the peripheral speed V is set to the maximum peripheral speed Vmax = 0.534 m / sec at which the
つまり本発明にあっては、表面の仕上げを適正,良好に完了し得るための指標を周速Vとし、その指標を利用することにより、非接触による微細な削り作用を失敗なく確実に得ることができる。 In other words, in the present invention, the index for enabling the surface finish to be completed properly and satisfactorily is set as the peripheral speed V, and by using the index, a fine cutting action by non-contact can be reliably obtained without failure. Can do.
(ドーム状凸面での検証)
図1に示す微細な削り処理のための構成を用いて試料の表面処理(研磨)を行った。試料は、アクリル材料から形成し、図2に示すように、上面にドーム状の凸部を設けたブロック体としてある。
(Verification on a dome-shaped convex surface)
The surface treatment (polishing) of the sample was performed using the structure for fine shaving shown in FIG. The sample is made of an acrylic material, and as shown in FIG. 2, the sample is a block body provided with a dome-shaped convex portion on the upper surface.
表面処理の条件は、研磨バイト2は永久磁石20を球状のネオジウム磁石とし、外径10mm,角アール5mm(φ10R5)のものを用い、磁束密度は800mTとした。研磨バイト2と対象物1との隙間gは0.3mm,0.5mm,1.0mmの3値を選択し、回転数Nは300rpm,500rpmの2値を選択し、走査動作は移動速度120mm/min,移動ピッチ0.1mmとした。磁気ペースト3は、磁性粉末75%,植物油脂25%に調製したものを使用した。
As for the surface treatment conditions, the
試料の表面処理(研磨)において、ドーム状凸面に沿って上昇させる走査を行うことでは、図3に示すように仕上げが良好とは言えなくなる境界Lがある。この仕上げの境界Lでは測定したところ、隙間g=0.3mmにおいて永久磁石20の実効直径deは、
4.33mm(回転数N=300rpm)
2.58mm(回転数N=500rpm)
となっている。ここで、周速Vは円周上の1点の速度なので、前述した式(2)により算出することができる。直径dは磁界発生源の永久磁石20の外径、あるいは実効直径deであり、上記した実効直径deでは周速Vは式(2)から、
0.068m/sec(回転数N=300rpm)
0.068m/sec(回転数N=500rpm)
と求まる。
In the surface treatment (polishing) of the sample, when scanning is performed along the dome-shaped convex surface, there is a boundary L where the finish cannot be said to be satisfactory as shown in FIG. When measured at the boundary L of the finish, the effective diameter de of the
4.33 mm (rotation speed N = 300 rpm)
2.58 mm (rotation speed N = 500 rpm)
It has become. Here, since the circumferential speed V is a single point speed on the circumference, it can be calculated by the above-described equation (2). The diameter d is the outer diameter or effective diameter de of the
0.068m / sec (rotation speed N = 300rpm)
0.068m / sec (rotation speed N = 500rpm)
It is obtained.
隙間g=0.5mmにおいて永久磁石20の実効直径deは、
4.58mm(回転数N=300rpm)
2.81mm(回転数N=500rpm)
となっており、これらの実効直径deでは周速Vは式(2)から、
0.072m/sec(回転数N=300rpm)
0.074m/sec(回転数N=500rpm)
と求まる。
In the gap g = 0.5 mm, the effective diameter de of the
4.58mm (rotation speed N = 300rpm)
2.81 mm (rotation speed N = 500 rpm)
With these effective diameters de, the peripheral speed V is from equation (2):
0.072m / sec (rotation speed N = 300rpm)
0.074m / sec (rotation speed N = 500rpm)
It is obtained.
隙間g=1.0mmにおいて永久磁石20の実効直径deは、
5.22mm(回転数N=300rpm)
3.22mm(回転数N=500rpm)
となっており、これらの実効直径deでは周速Vは式(2)から、
0.082m/sec(回転数N=300rpm)
0.084m/sec(回転数N=500rpm)
と求まる。
In the gap g = 1.0 mm, the effective diameter de of the
5.22 mm (rotation speed N = 300 rpm)
3.22 mm (rotation speed N = 500 rpm)
With these effective diameters de, the peripheral speed V is from equation (2):
0.082m / sec (rotation speed N = 300rpm)
0.084m / sec (rotation speed N = 500rpm)
It is obtained.
次に、走査動作の移動速度を半分の60mm/minとし、2倍の研磨時間で同様に表面処理を行ったが、仕上げの境界Lはほとんど変わらなく実効直径deが略同値となることを確認した。このため、測定データの記載は省略する。 Next, the moving speed of the scanning operation was reduced to 60 mm / min, and the surface treatment was performed in the same manner with twice the polishing time. However, it was confirmed that the effective diameter de was almost the same with the finishing boundary L almost unchanged. did. For this reason, description of measurement data is omitted.
以上の実効直径deにおいて、周速Vは、回転数Nが50rpmから1000rpmの範囲では表1に示す値となる。
表1から明らかなように、周速Vは円周上の1点の速度なので、円周つまり実効直径deの回転数Nに応じて決定し、回転数Nが変われば当然ながら周速Vも変化するが、回転数Nを上げることでは仕上げの境界Lが上がり実効直径deが小さくなっていく。このため、回転数Nが変わっても研磨を適正に行い得る周速Vにはほとんど変動がない。したがって、実効直径deについて周速Vが所定以上であれば研磨は良好に行うことができ、周速Vは指標となる。仕上げの境界Lよりも上側では、周速Vが低いため微細な削り作用が大幅に低下しており、時間がかかり過ぎて実用的ではないと言える。 As apparent from Table 1, since the circumferential speed V is a single point on the circumference, it is determined in accordance with the circumference, that is, the rotational speed N of the effective diameter de. Although changing, increasing the rotation speed N increases the finishing boundary L and decreases the effective diameter de. For this reason, even if the rotation speed N changes, there is almost no change in the peripheral speed V at which polishing can be performed properly. Therefore, if the circumferential speed V is greater than or equal to the predetermined value for the effective diameter de, polishing can be performed satisfactorily, and the circumferential speed V is an index. Above the finishing boundary L, since the peripheral speed V is low, the fine cutting action is greatly reduced, and it can be said that it takes too much time and is not practical.
磁界発生源の永久磁石20と対象物1との隙間gに関しては、隙間gが大きくなるほど仕上げの境界Lが下がり、実効直径deが増す分は周速Vも高い値を示すことになる。仕上げの境界Lでの周速Vは隙間gに関してプロットすると図4に示すように略直線となり、1次の関数で表すことができる。つまり、周速Vは隙間gと1次の相関があり、図4に示す測定結果によれば、
V[m/sec]=0.0178g+0.0637 …(1)
と表すことができ、これは前述した関係式(1)になっている。
Regarding the gap g between the
V [m / sec] = 0.178 g + 0.0637 (1)
This is the relational expression (1) described above.
(45度斜面での検証)
試料の形状を変更し、同様の構成,手順により表面処理(研磨)を行った。試料はアクリル材料から形成した板部材とし、図5に示すように、研磨バイト2に対して45度の傾斜姿勢に保持することにした。
(Verification on 45 degrees slope)
The shape of the sample was changed, and surface treatment (polishing) was performed with the same configuration and procedure. The sample was a plate member made of an acrylic material, and was held in an inclined posture of 45 degrees with respect to the
表面処理の条件は、研磨バイト2は永久磁石20を球状のネオジウム磁石とし、外径6mm,角アール3mm(φ6R3)のものを用い、磁束密度は800mTとした。研磨バイト2と対象物1との隙間gは0.1mmとし、回転数Nは100,200,300,600,1000rpmの5値を選択し、走査動作は移動速度120mm/min,移動ピッチ0.1mmとした。磁気ペースト3は、磁性粉末75%,植物油脂25%に調製したものを使用した。
As for the surface treatment conditions, the
回転数Nを変更して試料の研磨を行い、それぞれ研磨後の表面粗さ(算術平均粗さRa,最大粗さRy)を評価した。試料の研磨を行ったところ図6に示す結果を得ており、回転数N=0での算術平均粗さRa,最大粗さRyが研磨前の値であり、算術平均粗さRa,最大粗さRyは回転数Nが200rpmから300rpmのときに最小値が得られることを確認した。 The sample was polished by changing the number of revolutions N, and the surface roughness (arithmetic average roughness Ra, maximum roughness Ry) after polishing was evaluated. When the sample was polished, the results shown in FIG. 6 were obtained. The arithmetic average roughness Ra and the maximum roughness Ry at the rotational speed N = 0 were values before polishing, and the arithmetic average roughness Ra and the maximum roughness were obtained. It was confirmed that the minimum value Ry was obtained when the rotational speed N was 200 rpm to 300 rpm.
永久磁石20が外径6mm(φ6R3)の場合、45度斜面に対して実効直径deは4.24mmとなり、これは計算から求まる。そして周速Vは、
0.022m/sec(回転数N=100rpm),
0.044m/sec(回転数N=200rpm),
0.067m/sec(回転数N=300rpm),
0.133m/sec(回転数N=600rpm),
0.222m/sec(回転数N=1000rpm)
となる。
When the
0.022 m / sec (rotation speed N = 100 rpm),
0.044 m / sec (rotation speed N = 200 rpm),
0.067 m / sec (rotation speed N = 300 rpm),
0.133 m / sec (rotation speed N = 600 rpm),
0.222 m / sec (rotation speed N = 1000 rpm)
It becomes.
図6のグラフから明らかなように、回転数Nが200rpmから300rpmにおいて良好な仕上がりを得ることができ、周速Vは0.044m/secから0.067m/secの範囲となる。回転数Nが600rpm以上の研磨は、表面粗さは初期値よりも向上できているが表面にキズが生じることを確認した。したがって、試料(アクリル材料)に対して周速Vが0.133m/secは高すぎると言える。 As is apparent from the graph of FIG. 6, good finish can be obtained when the rotational speed N is 200 rpm to 300 rpm, and the peripheral speed V is in the range of 0.044 m / sec to 0.067 m / sec. Polishing with a rotational speed N of 600 rpm or more confirmed that the surface roughness was improved from the initial value, but the surface was scratched. Therefore, it can be said that the peripheral speed V of 0.133 m / sec is too high for the sample (acrylic material).
また、隙間gを0.1mm以下にすると、試料の表面を傷つけるリスクが高くなり、磁気ペースト3が当該隙間gに存在し難くなってしまい、微細な削り作用を得られなくなるので実用性が低い。
On the other hand, if the gap g is 0.1 mm or less, the risk of damaging the surface of the sample is increased, and the
以上から45度斜面については、隙間gを0.1mmとした場合、実効直径de=4.24mmについて、周速Vが0.044m/secから0.067m/sec程度であれば研磨は良好に行うことができる。ただし、上記した式(1)から演算すると、周速Vは0.067m/secを得ることができ、周速Vが0.044m/secはアクリル材料を透明に仕上げる条件には不十分であることが分かっている。これらの点を考慮すると、隙間gが0.1mmの表面処理には、周速Vは0.067m/sec以上とし、これを下限値とすることがよい。 As for the 45-degree slope from the above, when the gap g is 0.1 mm, the effective diameter de = 4.24 mm, and the peripheral speed V is about 0.044 m / sec to 0.067 m / sec. It can be carried out. However, when calculating from the above equation (1), the peripheral speed V can be 0.067 m / sec, and the peripheral speed V of 0.044 m / sec is insufficient for the condition for finishing the acrylic material transparent. I know that. Considering these points, for the surface treatment with the gap g of 0.1 mm, the peripheral speed V is preferably 0.067 m / sec or more, and this should be the lower limit.
なお、試料はアクリル材料から形成するため比較的に柔らかく、硬度がより高い金属材料などは、ここで決定した下限値以上を必要となることはもちろんである。したがって、逆に言えることは、ここで決定したアクリル材料に係る値を下限値と考えてよく、実用上はむしろ都合がよい。 In addition, since a sample is formed from an acrylic material, it is needless to say that a metal material or the like that is relatively soft and has a higher hardness needs a value that is not less than the lower limit determined here. Therefore, conversely, the value relating to the acrylic material determined here may be considered as the lower limit value, which is rather convenient in practice.
(周速Vの上限値の検証)
周速Vの上限値を知るため、磁気ペースト3の飛散が起こる回転数Nを検証した。条件設定は上記した2例と概ね一致させてあり、研磨バイト2は永久磁石20を先が丸い棒形状のネオジウム磁石とし、外径6mm,角アール3mm(φ6R3)のものを用い、磁束密度は800mTとした。磁気ペースト3は、磁性粉末75%,植物油脂25%に調製したもの5gを使用した。
(Verification of upper limit of peripheral speed V)
In order to know the upper limit value of the peripheral speed V, the rotational speed N at which the
検証は図7に示すように、研磨バイト2の先端部分を囲うように容器6を配置し、回転数Nは500rpmから100rpmステップで順次に上昇させ、飛散が始まる回転数Nを記録した。
As shown in FIG. 7, the
その結果、回転数Nは1700rpmまでは飛散がなく、1800rpmでは飛散が起きることを確認した。研磨バイト2の永久磁石20は外径6mm,角アール3mm(φ6R3)なので、回転数N=1700rpmは周速V=0.534m/secであり、したがって、飛散を起こさない最大周速Vmaxは0.534m/secとなり、これが上限値となる。
As a result, it was confirmed that the rotation speed N was not scattered up to 1700 rpm, and scattering occurred at 1800 rpm. Since the
磁気ペースト3の飛散は、研磨バイト2の回転数Nによる遠心力が、磁気的な吸着力を上回った際に生じるので、最大周速Vmaxの値は永久磁石20の磁束密度および磁気ペースト3の磁性組成に依存して変わるが、上記したように、ここで決定した最大周速Vmaxは回転数Nが1700rpmであり、表面処理はより低回転で行うことから実用面からは上限値と考えてよい。
The scattering of the
(磁束密度の検証)
複数の研磨バイト2について磁束密度を測定した。研磨バイト2は、永久磁石20を球状のネオジウム磁石とし、外径6mm,角アール3mm(φ6R3)と、外径10mm,角アール5mm(φ10R5)と、外径15mm,角アール7.5mm(φ15R7.5)との3つを用意し、先端頂部および中心軸との挟み角が45度の部位とについてそれぞれ磁束密度を測定した。先端頂部はTOPと呼ぶことにする。そして、中心軸との挟み角が45度の部位は、図5に示す45度斜面と対面する部位であり、45度部位と呼ぶことにする。
(Verification of magnetic flux density)
The magnetic flux density was measured for a plurality of
その結果、図8,図9,図10に示すグラフを得た。これらのグラフは、横軸が間隔つまり表面処理における隙間gになっており、実線がTOPでの磁束密度、点線が45度部位での磁束密度である。図8は磁界発生源の永久磁石20が(φ6R3)、図9は磁界発生源の永久磁石20が(φ10R5)、図10は磁界発生源の永久磁石20が(φ15R7.5)のデータであり、何れにおいても、隙間gが1.0mmでは磁束密度は400mTを上回って得ることができるが、隙間gが2.0mmになると磁束密度は400mT以下にしか得られないことを確認した。
As a result, the graphs shown in FIGS. 8, 9, and 10 were obtained. In these graphs, the horizontal axis is the interval, that is, the gap g in the surface treatment, the solid line is the magnetic flux density at TOP, and the dotted line is the magnetic flux density at the 45-degree region. 8 shows the data of the
以上の検証から以下に述べる見解に至った。 The above verification has led to the following view.
(ドーム状凸面での検証)から明らかなように、実効直径deでの周速Vが所定値以上であれば研磨は良好に行うことができ、回転数Nを上げることでは仕上げの境界Lが上がり実効直径deが小さくなっていくため、回転数Nが変わっても研磨を適正に行い得る周速Vにはほとんど変動がない。したがって、実効直径deについて周速Vが所定以上であれば研磨は良好に行うことができ、これは指標となる。そして、磁界発生源の永久磁石20と対象物1との隙間gに関しては、周速Vは隙間gと1次の相関があり、上記した式(1)により表すことができる。
As is clear from (verification on the dome-shaped convex surface), the polishing can be performed satisfactorily if the peripheral speed V at the effective diameter de is equal to or higher than a predetermined value, and the finishing boundary L is increased by increasing the rotational speed N. Since the effective effective diameter de increases, the peripheral speed V at which the polishing can be properly performed hardly varies even when the rotational speed N changes. Therefore, if the peripheral speed V is greater than or equal to a predetermined value for the effective diameter de, polishing can be performed satisfactorily, which is an index. And regarding the clearance g between the
周速Vは円周上の1点の速度なので、前述した式(2)により算出することができ、直径dは磁界発生源の永久磁石20の外径、あるいは実効直径deであり、その直径dあるいは実効直径deは0.1mmから10mmの範囲、回転数Nは200rpmから2100rpmの範囲では、周速Vは表2に示すように求まる。
そこで例えば、研磨バイト2は球状の永久磁石20が外径10mm,角アール5mm(φ10R5)であり、対象物1との隙間gを1.5mmとした場合を考える。まず、隙間gとの関係式(1)へ代入することにより、下限値となる周速Vは0.0904m/secであることが求まる。そして、(周速Vの上限値の検証)からは最大周速Vmax=0.534m/secなので、0.534m/secは表2から分かるように、直径d=10mmでは回転数Nが1000rpmを上回るところにあるため、1000rpmが回転数Nの限界であると言える。以上の下限値と上限値を表2に当てはめてみると、直径dが1.8mm程度までは表面の仕上げを適正,良好に完了し得ると言え、つまり、磁界発生源の実効直径deは、最小値が1.8mm程度となることが判明する。
Therefore, for example, consider a case where the
このように、周速Vの関係式(1)は、表面の仕上げを適正,良好に完了し得るための指標とすることができ、その指標を利用することにより非接触による微細な削り作用を失敗なく確実に得ることができる。 Thus, the relational expression (1) of the peripheral speed V can be used as an index for completing the surface finishing properly and satisfactorily. By using the index, a fine cutting action by non-contact can be achieved. You can get it without failure.
また、検証の結果を整理すると、隙間gに対しては周速Vは表3に示す値になっている。図11は表3をプロットしたグラフであり、研磨が良好に得られる周速Vの範囲を示している。
隙間gを大きくすることで、周速Vは下限値が順次に高くなっていき、対応させて大きく設定する必要がある。 By increasing the gap g, the lower limit value of the peripheral speed V increases in order, and it is necessary to set a larger value correspondingly.
隙間gが0.1mm以下の場合は、走査動作のばらつき等に起因した研磨バイト2のぶれ動作などのため互いが接触し、対象物1を損傷してしまうリスクが高くなる。また、永久磁石20と対象物1との間に砥粒が存在し難くなり、微細な削りの作用力が低下して処理時間が長くなるため実用に適さなく、隙間g=0.1mmが下限と考えてよい。
When the gap g is 0.1 mm or less, there is a high risk that the
隙間gが2.0mm以上の場合は、(磁束密度の検証)から言って、磁束密度が400mT以下に低減してしまい、400mT以下は微細な削りの作用力が低下して処理時間が長くなる傾向があり実用性が低い。したがって、隙間g=2.0mmが上限と考えてよい。 When the gap g is 2.0 mm or more, the magnetic flux density is reduced to 400 mT or less from (verification of magnetic flux density), and when 400 mT or less, the working force for fine shaving is reduced and the processing time is increased. There is a tendency and practicality is low. Therefore, the gap g = 2.0 mm may be considered as the upper limit.
1 対象物
2 研磨バイト
3 磁気ペースト
4 支持台
5 駆動手段
6 容器
20 永久磁石(磁界発生源)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記対象物と前記磁界発生源との隙間gは0.1mmから2.0mmの範囲とし、前記磁界発生源の回転動作の周速Vは、
V[m/sec]=0.0178g+0.0637
という関係式により算出して下限値とし、前記周速Vが前記下限値以上となる表面処理を行うことを特徴とする微細な削り作用による表面処理方法。 A surface treatment method in which a magnetic field generation source is faced in a non-contact manner with respect to an object, a magnetic paste existing in the periphery is interlocked, and a surface treatment is performed by a fine shaving action of a particle population generated by a magnetic field,
The gap g between the object and the magnetic field generation source is in the range of 0.1 mm to 2.0 mm, and the peripheral speed V of the rotating operation of the magnetic field generation source is
V [m / sec] = 0.178 g + 0.0637
A surface treatment method using a fine shaving action, characterized in that the surface treatment is carried out so that the peripheral speed V is not less than the lower limit value.
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