JP6247852B2 - 磁気研磨装置、磁気研磨方法、及び工具 - Google Patents

Description

本発明は、磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨装置及び磁気研磨方法に関する。

従来、細いパイプ等のワークの内面を研磨する方法として、磁性流体を用いる磁気研磨方法がある。

特許文献１には、磁性材からなるワークの内面が、磁性流体に含まれる磁性砥粒によって研磨される磁気研磨方法が開示されている。

上記磁気研磨方法は、磁性流体をワーク内に充填し、ワークに電磁コイルからの磁気を印加することより、磁性材からなるワークを磁気的に過飽和状態とする。そして、ワークの外部に磁場発生源としての磁石を配設し、磁石からの磁気を磁性流体に印加することにより、磁性流体に含まれる磁性砥粒がワークの内面に引き寄せられる。この状態で、ワークと磁石を相対移動させることにより、磁性砥粒によってワークの内面が研磨される。

特開２００２−２１０６４８号公報

しかしながら、このような従来の磁気研磨方法にあっては、磁場発生源としての磁石がワークの外部に配置され、磁石からの磁気をワークを通じて磁性流体に印加するため、磁性流体に与える磁力を十分に高められず、ワークを研磨する効率が低いという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ワークを効率よく研磨することが可能な磁気研磨装置、磁気研磨方法、及び工具を提供することを目的とする。

本発明は、磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨装置であって、ワークの研磨面と対向する位置に凹状の磁気研磨溝が設けられるとともに、磁気研磨溝内に磁場を与える磁場発生器を有する工具を備え、工具の磁気研磨溝の内側及び外側と円筒状をしたワークの研磨面との間に非磁性砥粒を含む磁性流体が充填されて、工具がワークの研磨面に沿って相対移動することを特徴とする。

また、本発明は、磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨方法であって、ワークの研磨面に対向する位置に凹状の磁気研磨溝が設けられた工具の磁気研磨溝の内側及び外側と円筒状をしたワークの研磨面との間に非磁性砥粒を含む磁性流体を充填し、工具に設けられる磁場発生器によって磁気研磨溝内に磁場を与え、工具をワークの研磨面に沿って相対移動させることによってワークの研磨面を研磨することを特徴とする。
また、本発明は、磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨装置を構成する工具であって、ワークの研磨面と対向する位置に凹状の磁気研磨溝が設けられるとともに、磁気研磨溝内に磁場を与える磁場発生器を備え、磁気研磨溝の内側及び外側と円筒状をしたワークの研磨面との間に非磁性砥粒を含む磁性流体が充填されて、ワークの研磨面に沿って相対移動することを特徴とする。

本発明では、ワークを研磨する工具が磁場発生器を備え、磁気研磨溝内の磁性流体に磁場を与えることによって磁性流体に含まれる非磁性砥粒が磁気研磨溝の外側に寄せられる。この状態で、ワークの研磨面に沿って磁気研磨溝が相対移動し、磁気研磨溝の外側に寄せられた非磁性砥粒がワークの研磨面に摺接することにより、ワークが研磨される。工具に磁場発生器を設けているので、ワークを研磨する効率を高めることができる。

本発明の実施形態に係る磁気研磨装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る磁気研磨装置の一部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態に係る磁気研磨装置の磁力線分布図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示す磁気研磨装置５０は、細いパイプ状のワーク１００を研磨するものである。ワーク１００は、研磨面１０１として円筒状の内周面を有する。ワーク１００は、磁性材からなり、例えば鉄材等によって形成されるものである。なお、ワーク１００は、非磁性材からなるものであってもよい。

磁気研磨装置５０は、ワーク１００の内部に間隙１０２を持って挿入される円柱状の工具１０を備える。工具１０は、ワーク１００の内周面と対向する円筒面状の外周面を有する。

間隙１０２には、磁性流体４０が充填される。磁性流体４０は、オイル等の液体に鉄粉等の磁性粒子を含み、磁性を持つ流体である。磁性流体４０には、研磨材として、非磁性材からなる非磁性砥粒が含まれる。非磁性砥粒の材質、粒径等は、ワーク１００の材質に応じて任意に設定される。

磁気研磨装置５０は、工具１０の中心軸Ｏを中心として矢印で示す方向に工具１０を回転駆動する駆動機構（図示省略）を備える。工具１０とワーク１００が相対回転することにより、磁性流体４０に含まれる非磁性砥粒がワーク１００の研磨面（内周面）１０１に摺接し、研磨面１０１が研磨される。

なお、駆動機構は、上述した構成に限らず、ワーク１００の中心軸Ｏを中心としてワーク１００を回転駆動する構成としてもよい。また、駆動機構は、中心軸Ｏの軸方向に工具１０またはワーク１００を往復動させる構成としてもよい。

工具１０は、非磁性材からなる工具本体１５と、工具本体１５に設けられる複数の磁場発生器２０と、を備える。

円柱状の工具本体１５は、ワーク１００の研磨面１０１に間隙１０２を持って対峙する円筒面状の外周面１３と、外周面１３に開口する溝状であって複数の磁気研磨溝１１と、を有する。

磁気研磨溝１１は、工具本体１５の中心軸Ｏが延在する軸方向に延びるように形成される。図２に示すように、例えば磁気研磨溝１１は周方向に１０カ所、等間隔を持って形成される。

各磁気研磨溝１１は、中心軸Ｏを中心とする周方向について互いに等しい間隔を持つように並んで形成される。

図２にも示すように、磁気研磨溝１１は、ワーク１００の研磨面１０１に対向する溝底面１１Ａと、溝底面１１Ａから溝開口端へと延びる第１溝側面１１Ｂと、第２溝側面１１Ｃと、を有する。磁気研磨溝１１の断面は、その開口巾が中心軸Ｏを中心とする外径方向について次第に拡がるテーパ状に形成される。

磁場発生器２０は、３個の磁石２１〜２３と、これらから発生する磁気を磁気研磨溝１１に導く磁路を構成するヨーク（磁路部材）２５と、を備える。

ヨーク２５は、中心軸Ｏが延在する軸方向に延びる棒状に形成される。ヨーク２５の断面は、磁気研磨溝１１の断面に沿って延びる。ヨーク２５には、磁石２１〜２３が固着される。

磁石２１〜２３は、中心軸Ｏが延在する軸方向に延びる棒状に形成される。磁石２１〜２３の断面は、矩形に形成され、４つの端面を有する。磁石２１〜２３は、中心軸Ｏと直交する方向に着磁されており、互いに背反する２つの端面に磁極（Ｎ極、Ｓ極）を有する。磁石２１〜２３の磁極は、溝底面１１Ａ、第１溝側面１１Ｂもしくは第２溝側面１１Ｃに向くように配置される。

磁気研磨溝１１の溝底面１１Ａの奥に配置される溝底面磁石２１は、Ｎ極となる端面が溝底面１１Ａに面して設けられる。

磁気研磨溝１１の第１溝側面１１Ｂの奥に配置される第１溝側面磁石２２は、Ｓ極となる端面が第１溝側面１１Ｂに面して設けられる。

磁気研磨溝１１の第２溝側面１１Ｃの奥に配置される第２溝側面磁石２３は、Ｓ極となる端面が第２溝側面１１Ｃに面して設けられる。

なお、各磁石２１〜２３のＮ極とＳ極の配置は、それぞれ逆にしてもよい。

磁場発生器２０は、工具本体１５に埋設される。ヨーク２５、磁石２１〜２３は、工具本体１５に包囲され、工具本体１５から露出する部位を持たない。つまり、磁気研磨溝１１の溝底面１１Ａ、第１溝側面１１Ｂ、第２溝側面１１Ｃは、工具本体１５に形成される。

なお、上述した構成に限らず、磁石２１〜２３は、それぞれの磁極となる端面が磁気研磨溝１１の溝底面１１Ａ、第１溝側面１１Ｂ、第２溝側面１１Ｃに露出する構成としてもよい。

図３には、磁場発生器２０における磁力線の分布状態が示される。これに示すように、磁場発生器２０には、溝底面磁石２１、ヨーク２５、第１溝側面磁石２２、磁気研磨溝１１を結ぶループ状の第１磁路と、溝底面磁石２１、ヨーク２５、第２溝側面磁石２３、磁気研磨溝１１を結ぶループ状の第２磁路と、が作られる。こうして磁気研磨溝１１に第１磁路及び第２磁路が作られるため、磁気研磨溝１１の内側の領域で磁束密度が高まり、磁気研磨溝１１の外側の領域で磁束密度が低くなる。これにより、非磁性砥粒を磁気研磨溝１１の外側に効果的に寄せることができ、磁気研磨効率を向上させることができる。

こうして磁気研磨溝１１に生じる磁場によって、磁性流体４０に含まれる磁性粒子が磁気研磨溝１１の内側に集まり、非磁性砥粒が磁気研磨溝１１の外側に寄せられる。

また、溝底面磁石２１と第１溝側面磁石２２、第２溝側面磁石２３との間にギャップを設け、磁気研磨溝１１内の磁束密度を均一に近づけることが好ましい。

また、第１溝側面磁石２２、第２溝側面磁石２３とワーク１００との間に回り込むようにヨーク２５を設けることで、ワーク１００に対して磁束がもれるのを抑制される。これにより、ワーク１００が磁性体であるような場合でも、研磨できる範囲が小さくなるのを抑え、効率よく研磨することができる。

磁場発生器２０が工具１０の内部に設けられるため、ワーク１００が磁性材であっても、第１磁路及び第２磁路の磁気がワーク１００にもれることが抑えられる。これにより、磁気研磨装置５０は、特許文献１の磁気研磨方法のように、磁性体のワーク１００を磁気的に過飽和状態とする必要がなく、そもそも磁石２１〜２３を用いているため、磁性流体４０に磁場を与えるための電力を必要としない。

次に、磁気研磨装置５０を用いてワーク１００を研磨する磁気研磨方法について説明する。

まず、ワーク１００の内側に工具１０を挿入する。

続いて、ワーク１００と工具１０の間隙１０２に非磁性砥粒を含む磁性流体４０を充填する。このとき、磁気研磨溝１１にも磁性流体４０を充填する。磁気研磨溝１１内に充填された磁性流体４０には、各磁石２１〜２３によって磁場が与えられ、非磁性砥粒が磁気研磨溝１１の外側に寄せられる。

続いて、ワーク１００と工具１０を相対回転させる。

こうしてワーク１００の研磨面１０１に沿って磁気研磨溝１１が相対移動し、非磁性砥粒がワーク１００の研磨面１０１に摺接することによって、ワーク１００の研磨面１０１が研磨される。

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

〔１〕磁気研磨装置５０は、ワーク１００の研磨面１０１と対向する位置に凹状の磁気研磨溝１１が設けられるとともに、磁気研磨溝１１内に磁場を与える磁場発生器２０を有する工具１０を備え、工具１０とワーク１００の研磨面１０１との間に非磁性砥粒を含む磁性流体４０が充填されて、工具１０がワーク１００の研磨面１０１に沿って相対移動するものとした。

〔２〕磁気研磨方法は、ワーク１００の研磨面１０１に対向する位置に凹状の磁気研磨溝１１が設けられた工具１０とワーク１００の研磨面１０１との間に非磁性砥粒を含む磁性流体４０を充填し、工具１０に設けられる磁場発生器２０によって磁気研磨溝１１内に磁場を与え、工具１０をワーク１００の研磨面１０１に沿って相対移動させることによってワーク１００の研磨面１０１を研磨するものとした。

〔３〕工具１０は、ワーク１００の研磨面１０１と対向する位置に凹状の磁気研磨溝１１が設けられるとともに、磁気研磨溝１１内に磁場を与える磁場発生器２０を備え、ワーク１００の研磨面１０１との間に非磁性砥粒を含む磁性流体４０が充填されて、ワーク１００の研磨面１０１に沿って相対移動するものとした。

磁気研磨溝１１内の磁性流体４０に磁場を与えることによって磁性流体４０に含まれる非磁性砥粒が磁気研磨溝１１の外側に寄せられる。この状態で、ワーク１００の研磨面１０１に沿って磁気研磨溝１１が相対移動し、磁気研磨溝１１の外側に寄せられた非磁性砥粒がワーク１００の研磨面１０１に摺接することにより、ワーク１００の研磨面１０１が非磁性砥粒によって効率よく研磨することが可能となる。

〔４〕磁場発生器２０は、磁場を発生する磁石２１〜２３と、磁石２１〜２３から発生する磁場を磁気研磨溝１１に導くヨーク２５と、を備えものとした。

磁石２１〜２３の間に発生する磁場がヨーク２５によって磁気研磨溝１１内の磁性流体４０に導かれる。こうして磁気研磨溝１１内の磁性流体４０に与えられるに磁場によって、磁性流体４０に含まれる磁性粒子が磁気研磨溝１１の内側に集まり、非磁性砥粒が磁気研磨溝１１の外側に寄せられる。この状態で、ワーク１００の研磨面１０１に沿って磁気研磨溝１１が相対移動し、多くの非磁性砥粒がワーク１００の研磨面１０１に摺接することよって、ワーク１００の研磨面１０１が効率よく研磨される。

〔５〕磁石は、磁気研磨溝１１の底面（溝底面１１Ａ）から磁気研磨溝１１内に向けてＮ極とＳ極のうちいずれか一方の磁場を発生させる第１磁石（磁石２１）と、磁気研磨溝１１の側面（溝側面１１Ｂ、第２溝側面１１Ｃ）から磁気研磨溝１１内に向けて第１磁石（磁石２１）と異なる磁場を発生させる第２磁石（磁石２２、２３）と、を備え、ヨーク２５は、第１磁石（磁石２１）における磁気研磨溝１１の底面側とは反対側と第２磁石（磁石２２、２３）における磁気研磨溝１１の側面側とは反対側とにわたって設けられるとともに、第２磁石（磁石２２、２３）とワーク１００の間に回り込むように設けられるものとした。

第１磁石（磁石２１）と第２磁石（磁石２２、２３）の間に発生する磁場がヨーク２５によって磁気研磨溝１１内の磁性流体４０に導かれるため、磁気研磨溝１１の内側の領域で磁束密度が高まり、磁気研磨溝１１の外側の領域で磁束密度が低くなることにより、非磁性砥粒を磁気研磨溝１１の外側に効果的に寄せることができ、磁気研磨効率を向上させることができる。

〔６〕ワーク１００は、研磨面１０１として円筒状の内周面を有し、工具１０は、磁気研磨溝１１が設けられるとともにワーク１００の内周面と対向する円筒状の外周面１３を有し、磁気研磨溝１１は外周面１３の中心軸Ｏ方向に沿って設けられるとともに、外周面１３の周方向に複数設けられ、工具１０は、外周面１３の中心軸Ｏを中心として回転するものとした。

磁気研磨溝１１を外周面１３の中心軸Ｏ方向に沿って設けられるとともに、外周面１３の周方向に複数設けたため、ワーク１００の研磨面１０１を広範囲にわたって効率よく研磨することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態において、磁場発生器２０は、３個の磁石２１〜２３を用いるが、これに限らず、１個、２個、４個以上の磁石を用いてもよい。

上記実施形態において、磁場発生器２０は、永久磁石２１〜２３を用いるが、これに限らず、電磁石を用いてもよい。電磁石を用いた場合にも、ワーク１００を磁気的に過飽和させる必要がないため、電力消費を低減できる。

上記実施形態において、磁気研磨溝１１は、工具本体１５の中心軸Ｏが延在する軸方向に延びるが、これに限らず、工具本体１５の中心軸Ｏ回りの周方向に延びるように形成してもよい。

上記実施形態において、ワーク１００は、筒状の部材であったが、これに限らず、例えば板状の部材や棒状の部材であってもよい。

１０ 工具
１１ 磁気研磨溝
１１Ａ 溝底面（底面）
１１Ｂ 第１溝側面（側面）
１１Ｃ 第２溝側面（側面）
１３ 外周面
２０ 磁場発生器
２１ 溝底面磁石 (磁石)(第１磁石)
２２ 第１溝側面磁石 (磁石) (第２磁石)
２３ 第２溝側面磁石 (磁石)(第２磁石)
２５ ヨーク
４０ 磁性流体
５０ 磁気研磨装置
１００ ワーク
１０１ 研磨面

Claims (6)

1. 磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨装置であって、
   前記ワークの研磨面と対向する凹状の磁気研磨溝が設けられるとともに、前記磁気研磨溝内に磁場を与える磁場発生器を有する工具を備え、
   前記工具の前記磁気研磨溝の内側及び外側と円筒状をした前記ワークの研磨面との間に非磁性砥粒を含む前記磁性流体が充填されて、前記工具が前記ワークの研磨面に沿って相対移動することを特徴とする磁気研磨装置。
2. 前記磁場発生器は、
   磁場を発生する磁石と、
   前記磁石から発生する磁場を前記磁気研磨溝に導くヨークと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気研磨装置。
3. 磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨装置であって、
   前記ワークの研磨面と対向する位置に凹状の磁気研磨溝が設けられるとともに、前記磁気研磨溝内に磁場を与える磁場発生器を有する工具を備え、
   前記磁場発生器は、
   磁場を発生する磁石と、
   前記磁石から発生する磁場を前記磁気研磨溝に導くヨークと、を備え、
   前記磁石は、
   前記磁気研磨溝の底面から前記磁気研磨溝内に向けてＮ極とＳ極のうちいずれか一方の磁場を発生させる第１磁石と、
   前記磁気研磨溝の側面から前記磁気研磨溝内に向けて前記第１磁石と異なる磁場を発生させる第２磁石と、を備え、
   前記ヨークは、前記第１磁石における前記磁気研磨溝の底面側とは反対側と前記第２磁石における前記磁気研磨溝の側面側とは反対側とにわたって設けられるとともに、前記第２磁石と前記ワークの間に回り込むように設けられ、
   前記工具と前記ワークの研磨面との間に非磁性砥粒を含む前記磁性流体が充填されて、前記工具が前記ワークの研磨面に沿って相対移動することを特徴とする磁気研磨装置。
4. 磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨装置であって、
   前記ワークの研磨面と対向する位置に凹状の磁気研磨溝が設けられるとともに、前記磁気研磨溝内に磁場を与える磁場発生器を有する工具を備え、
   前記ワークは、研磨面として円筒状の内周面を有し、
   前記工具は、前記磁気研磨溝が設けられるとともに前記ワークの内周面と対向する円筒状の外周面を有し、
   前記磁気研磨溝は前記外周面の中心軸方向に沿って設けられるとともに、前記外周面の周方向に複数設けられ、
   前記工具は、前記外周面の中心軸を中心として回転し、前記工具と前記ワークの研磨面との間に非磁性砥粒を含む前記磁性流体が充填されて、前記工具が前記ワークの研磨面に沿って相対移動することを特徴とする磁気研磨装置。
5. 磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨方法であって、
   前記ワークの研磨面に対向する位置に凹状の磁気研磨溝が設けられた工具の前記磁気研磨溝の内側及び外側と円筒状をした前記ワークの研磨面との間に非磁性砥粒を含む前記磁性流体を充填し、
   前記工具に設けられる磁場発生器によって前記磁気研磨溝内に磁場を与え、
   前記工具を前記ワークの研磨面に沿って相対移動させることによって前記ワークの研磨面を研磨することを特徴とする磁気研磨方法。
6. 磁性流体を用いてワークを研磨する磁気研磨装置を構成する工具であって、
   前記ワークの研磨面と対向する位置に凹状の磁気研磨溝が設けられるとともに、前記磁気研磨溝内に磁場を与える磁場発生器を備え、
   前記磁気研磨溝の内側及び外側と円筒状をした前記ワークの研磨面との間に非磁性砥粒を含む前記磁性流体が充填されて、前記ワークの研磨面に沿って相対移動することを特徴とする工具。