JPH01234160A - 研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

研磨方法及び研磨装置

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JPH01234160A
JPH01234160A JP63058203A JP5820388A JPH01234160A JP H01234160 A JPH01234160 A JP H01234160A JP 63058203 A JP63058203 A JP 63058203A JP 5820388 A JP5820388 A JP 5820388A JP H01234160 A JPH01234160 A JP H01234160A
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JP
Japan
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float
polished
magnet
container
polishing
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Pending
Application number
JP63058203A
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English (en)
Inventor
Yasushi Kato
康司 加藤
Tokuji Umehara
徳次 梅原
Shigeru Adachi
茂 足立
Yoshiji Harada
原田 芳次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JGC Corp
Original Assignee
JGC Corp
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Publication date
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ1発明の目的 −の1 この発明は、液体中で研磨することにより、被研磨物へ
の加工力の負荷系が柔構造で過負荷や衝撃力が発生しに
<<、セラミックなどの脆性材料やアルミニウムなどの
延性材料など難加工性材料の研磨を損傷或は加工変質な
どの発生を最小に抑制しつつ行うことができ、かつ研磨
の際の発熱を効率よく除去できるので、上記柔構造負荷
の効果と相俟つて高速研磨が可偉な研磨方法及び研磨装
置に関するものである。
【1立韮遣 液体中で研磨する方法としては磁性流体に砥粒を含有さ
せた研磨用液を磁場の作用下で使用して物体の表面を研
磨する方法が提案されており、特開昭51−10499
号、特開昭57−163057号、特開昭57−158
280号、特開昭58−77447号、特開昭59−1
02569号、特開昭60−67057号、特開昭60
−118466号、特開昭60−167761号、特開
昭50−186:168号、特開昭60−191759
号、特開昭60−242963号等の明細書に各種の提
案がなされている。
これらの磁性流体に砥粒を含有させた研磨用液を磁場の
作用下で使用して物体の表面を研磨する方法の基本的原
理を第2図により説明すると、容器lに満たされた砥粒
を含有する磁性流体2′の中に被研磨物3の被研磨面が
浸漬するように設置し、容器lの底に磁石4を配置して
磁性流体の下方より磁場を作用させる。このようにする
と砥粒には反発力が生じて上部に浮上し、被研磨面に接
触する高密度の砥粒層を形成する。そこで被研磨物と砥
粒を含有する磁性流体との間に相対運動、図示の場合は
被研磨物を垂直軸を中心として回転させることによる相
対運動を与えると、砥粒層と接触している被研磨面は研
磨される。
別法として、外部磁場を回転させて砥粒を含有する磁性
流体を回転させることにより被研磨物と砥粒を含有する
磁性流体との間で相対運動を行わせる方法もある。
このような砥粒を含有する磁性流体を用いる研磨方法は
、研磨力が均一に分散し不均衡な力がかからないため仕
上りがよく、特に球体の研磨などに適している。
しかしこの方法は、磁性流体が高価なため、比較的小規
模の実施には適しているが、大規模の実施には経済的な
困難性を伴なう。
iが  しようと る□ 占 本発明は高価な磁性流体を用いることなく、しかも効率
よく、被研磨物を液体中で研磨する方法及び装置を提供
することを目的とする。
口1発明の構成 11              だ  の本発明によ
る研磨方法は、非磁性液体中に被研磨物を浸漬し、片面
に磁石をつけた浮子をその浮子面が被研磨物に接する状
態で非磁性液体中に浸漬し、前記磁石に外部磁場を作用
させることにより浮子を介して被研磨物に砥材を押し付
けつつ被研磨物と砥材との間で相対運動を行わせること
を特徴とする。
本発明方法の実施に際しては、砥材が粒子状で非磁性流
体中に分散されている場合と、砥材がプレート状の砥石
である場合とがある。以下順次説明する。
第1図は砥材が粒子状で非磁性流体中に分散されている
場合の基本的実施態様を説明するための図で、容器lに
満たされた粒子状の砥材を含有する非磁性液体2中に被
研磨物3を浸漬し、片面に磁石5Aをつけた浮子5をそ
の浮子面が被研磨物3に接する状態で非磁性液体2中に
浸漬し、浮子の磁石と平行する位置に配置した第2の磁
石4により生じる外部磁場を作用させる。
第1図のように、第2の磁石4を、浮子につけた磁石5
Aと平行する位置で、しかも直接対向するように配置し
た場合は、磁石5Aと磁石4とはN極(矢印上部)とN
極(矢印上部)同士、又はS極(矢印下部)とS極(矢
印下部)同士が向き合うように配置する。
このようにするとN極とN極同士又はS極とS極同士が
反発する結果、浮子5にも反発力か働くので、その反発
力(浮子自身の浮力が働く場合はその浮力と磁石による
反発力との合計値)によって浮子5は被研磨物3に押し
付けられ、その結果浮子5と被研磨物3との間にある非
磁性液体中に含有されている粒子状の砥材は浮子を介し
て被研磨物3に押し付けられる。この状態で被研磨物3
と粒子状の砥材との間で相対運動、図示の場合は被研磨
物3を垂直軸を中心として回転させることによる相対運
動を行わせると、浮子5上の非磁性液体中に含有されて
いる粒¥状の砥材の層と接触している被研磨面は効率よ
く研磨される。
研磨力は、浮子を被研磨物に押し付ける力、図の場合は
浮子自身の浮力と磁石による反発力との合計値と、浮子
の研磨方向への抵抗力としての剛性により決定される。
研磨方向への剛性は、浮子の材質、質量、形状及びそれ
による流体抵抗等の要素により決定される。
浮子の材質としては、金属、プラスチック、セラミウク
ス、ゴム等、種々の材料を目的に応じて選択使用てきる
浮子に働く反発力は、浮子の大きさ、浮子につけた磁石
の強さ、それに対向して配置された磁石の強さ、浮子ま
での距離等により決定され、これらを変化させることに
よって所要の加工圧力を任意に制御することができる。
浮子自身の比重は粒子状の砥材を含有する非磁性液体の
比重よりも軽いことは絶対必要な条件ではなく、たとえ
浮子5自身は重くても磁石同士の反発力の方が勝って浮
子が被研磨物に押し付けられればよい。
浮子の形状は、被研磨物の被研磨面の形状、例えば平面
、曲面、凹凸面などの表面形状に応じて被研磨物の被研
磨面との間隔かどの部分でも一定になるような形状にす
るのが好ましい。
浮子の表面は平滑でもよいが、第3A図又は第3B図に
部分拡大断面図として示すように、その上部表面に多数
の溝又は凹部な設けて粒子状の砥材の保持を容易にした
ものを使用することが好ましい、或は第3c図に部分拡
大断面図として示すように、多数の連通孔を有するもの
を使用して粒子状の砥材の補給を容易にしたものを使用
してもよい、この場合は磁石5Aも連通孔を有するもの
又は分割されたものを用いる。
被研磨物と非磁性液体に含有されている粒子状の砥材と
の相対運動は、被研磨物の回転、往復、振動その他の7
1!動、粒子状の砥材を含有する非磁性液体のa!動、
浮子の運動又はこれらを組合せた運動によって行われる
非磁性液体としては、水のほか、鉱物質、植物質又は動
物質のオイル類が好適に用いられる。
非磁性液体中に含有される粒子状の砥材は、公知の研磨
用砥粒を適宜選択して使用することができる0例えばA
120s(コランダム)、5iC(炭化ケイ素:カーボ
ランダム)、ダイヤモンド等が挙げられる。
また砥材の粒子が荒い場合には分散剤や、所望により粘
度を大きくするための粘稠剤等を非磁性液体に添加して
もよい。
浮子につける磁石5A及びそれに対向して配置する磁石
4は単一磁石であってもよいし、または極性を揃えて配
こした磁石群であってもよい。
この磁石または磁石群は永久磁石でも電磁石でもよい。
また第1図では垂直方向に磁石の反発力を作用させる場
合を示したが、被研磨物の形状に応じて水平方向あるい
は斜め方向などの適宜方向に磁石の反発力を作用させる
ように配置してもよい。
また被研磨物の形状1個数、配置などによつては、第2
の磁石を浮子5を隔てた反対側に設置して、相互の吸引
力により浮子を介して被研磨物を砥材に押し付けるよう
にしてもよい(後述の第1O図に関する説明参照)。
また研磨作業中1粒子状の砥材を含有する非磁性液体を
補給しつつ一部を外部へ排出することにより、除熱と切
削屑の排出を行うことができる。
第4A図及び第4B図は複数個の被研磨物を同時研磨す
る場合の具体例の一つであり、第4A図は上方から見た
図、第4B図は側断面図である。
第4A図及び第4B図に示すように、被研磨物3を駆動
治具としての円板6の下面に回転自在に取付け・容器l
中の粒子状の砥材を含有する非磁性液体2の液面近くに
ff1fflする。ここて片面(下面)に磁石5Aをつ
けた浮子5をその浮子面(上面)が被研磨物3に接する
状態で粒子状の砥材を含有する非磁性液体2中に浸漬し
、浮子につけた磁石5Aと対向して容器lの底に配置さ
れた磁石4により生じる磁場を作用させると、浮子5に
は反発力を生じ、浮上してその上方に存在する非磁性液
体中の粒子状の砥材を被研磨物面に強く押し付ける。
この状態で駆動円板6を垂直軸61を中心として回転さ
せ、さらに被研磨物3自身も回転させると、浮子に接し
ている下面が研磨される。
第5A図及び第5B図は、第4A図及び第4B図と同様
の複数個の被研磨物を同時研磨する場合の他の具体例を
説明するための図で、第5A図は上方から見た図、第5
B図は側断面図である。
この場合には、複数個の被研磨物3は駆動円板6と浮子
5との間に、粒子状の砥材を含有する非磁性液体2中に
浮遊する状態に配置される。これに下方から磁場を作用
させると、粒子状の砥材を含有する非磁性液体2中に浸
漬した浮子5が浮上してその上方に存在する非磁性液体
中の粒子状の砥材が被研磨物3の下面に押し付けられる
。駆動円板6を垂直軸61を中心として回転すると、被
研磨物3は円板6、その外周壁62、浮子5の制約下に
粒子状の砥材を含有する非磁性液体中で遊動し、被研磨
物3の下面あるいは上下面が研磨される。
第6A図及び第6B図はリング又は円板の側面を研磨す
る場合を説明するための図で、第6A図は上方から見た
図、第6B図は側断面図である。
リング状又は円板状の被研磨′vR3を水平回転軸61
に取り付けて回転させ、粒子状の砥材を含有する非磁性
液体中2に浸漬した浮子5を浮上させてその上方に存在
する非磁性液体中の粒子状の砥材を回転するリング又は
円板状の被研磨物3の側面に押し付ければ、その側面が
効率的に研磨される。この場合浮子5の中心に回転軸7
を設けることが望ましい。
第7図は深溝を有する円柱を研磨する場合を説明するた
めの図である。
深溝を有する円柱状の被研磨物3を治具63て木モに支
持し回転させると共に、深溝に対応する凹凸形状を有す
る浮子51を使用してその上方に存在する非磁性液体中
の粒子状の砥材を回転する ゛被研磨物3の下面に押し
付ければ、その側面か深ytFf6分まで効率的に研磨
される。この場合浮子51が不規則な横揺れをしないよ
うにガイドビン71で横方向の運動を規制している。
第8図は球状の被研磨物を研磨する場合を説明するため
の図である。この場合球状の被研磨物3は駆動治具6の
下端の倒を円錐状の斜面に押し付けられて運動を伝達さ
れ、容器lの内壁にも押し付けられ、下からは浮子5に
より押し上げられた状態で自転及び公転運動を行い、そ
の結果真珠となるように研磨される。なお記号15はロ
ードセル、記号16は支点で、研磨圧力を測定する際に
使用される。
第9図は砥材かブル−ト状の砥石である場合を説明する
ための図で、第8図における駆動治具6の下端の倒置円
錐状の下部が砥石9で4Idtされている。非磁性液体
2中には粒子状の砥材は含有されていない(含有されて
いても差支えない)。
この図の場合、第2の磁石4は、これまでの図と同様に
、浮子5につけた磁石5Aと直接対向する位置におかれ
、磁石5Aと磁石4とはN極とN極又はS極とS極とが
向き合うように配置して相互に反発力が働くようにしで
ある。
この反発力(浮子自身の浮力が働く場合はその浮力と磁
石による反発力との合計値)によって浮子5は浮上し、
浮子5を介して被研磨物3はプレート状の砥石9に押し
付けられる。
このプレート状の砥石9の下端は倒置円錐状になってい
るので、第8図の場合と同様に、球状の被研磨物3は砥
石9の下端の倒置円錐状の斜面に押し付けられて駆動治
具6のN動を伝達され、容器1の内壁にも押し付けられ
、下からは浮子5により押し上げられた状態で自転及び
公転遅動な行い、その結果真珠となるように研磨される
第1O図は第9図とほぼ同様であるが、第2の磁石4か
磁石5Aとは平行する位置でしかも浮子5を隔てた反対
側(上部)に配置され、S極(矢印下部)とN極(矢印
上部)とが向き合うように設置されており、磁石相互の
吸引力か浮子を介して被研磨物を砥石状の砥材9に押し
付けるようになって、いる。
なお本発明による研磨方法は以上の具体例に限定される
ものではなく、本発明の原理に基づいて種々の応用か可
能である。
実施例1 第8図に示すように、5isNa球よりなる被研W9物
3を浮子5の上に載せ、上方から駆動治具6をおろして
、磁石相互の反発力により所定の加工荷重が得られるま
で磁石5Aと磁石4とを近づけた状態で第1表に示す条
件で研おした。
この時の研磨率は2 JL m 7分であった。また直
径不同は最終的には34mであった。
第1表 なお研磨率は5isNa球の直径を予めマイクロメータ
ー(最小目盛17zm)で10個所測定した平均値と研
磨後の同様な測定平均値との差から求めた。
実施例2 第9図に示したような、駆動治具6の下部にGC砥石(
#400 )をワックス付けした装置を用い、粒子状の
砥材を用いなかった以外は実施例1に準じて5isN4
球の研磨を行った。
この時の研磨率は5JLm/分、また直径不同は最終的
には5μmであった。
次に本発明の研磨方法を効果的に実施するための研磨装
δについて説明する。
本発明の研磨方法において研磨速度を高めるためには、
浮子5につけた磁石5Aとそれに直接対向して配置され
た磁石4との反発力を大にして。
浮子を介して被研磨物に砥材がより強く押し付けるよう
にすればよい0強力な磁石を用いることも一つの方法で
あるが、磁石の強さが一定の場合には、非磁性液体中に
被研磨物を配置した後、駆動治具の位mft31fty
して磁石相互の間の隙間ができるだけ小さくなるように
すればよい、しかし両方の磁石が密着してはならない、
従って反復作業においてこの初期条件が常に最適かつ一
定であるように設定するのは容易ではない。
しかも研磨の進行に伴なって被研磨物や駆動治具が摩滅
すると、磁石相互の距離が遠くなり、結果的に加工荷重
が次第に小さくなり研磨速度はどんどん小さくなる。こ
れを防止するためには、常時監視して駆動治具の位置の
調整を頻繁に行う必要かあり繁雑である。
このような不都合を解消し、初期条件を常に最適かつ一
定であるように設定することが容易でしかも研磨中目動
的に加工荷重を一定に保ちつつ本発明方法を実施できる
装置として、砥材が粒子状で非磁性流体中に分散されて
いる場合には、下部に駆動面を有する駆動治具の下方に
、底部に磁石が配置され粒子状の砥材を含有する非磁性
液体が充填され且つ下面に磁石をつけた浮子が収納され
た容器を配置し、前記容器又は駆動治具を上下方向にス
ライドして容器と駆動治具とを一定の荷重で相互に押し
付ける機構を設けた研磨装置が提案される。
第11図は容器が上下方向にスライドするようにした装
置の具体的構造の一例を示すもので、下部に駆動面6A
を有する駆動治具6の下方に、底部に磁石4が配置され
砥粒を含有する非磁性液体2が充填され且つ下面に磁石
5Aをつけた浮子5が収納された容器l−が基台8A上
に配置されてお’)、A台8Aはそれを貫通するガイド
ボスト81に沿って上下方向にスライドする。従って容
器lは基台8Aと共に上下方向にスライドする。
容器lは、基台8Aを介して、その上方に設置されたロ
ーラー82にかけられたローブ83により懸吊されてお
り、ローラー82の反対側に懸垂させたローブ83の他
端には重M84を設けである。
磁石4.非磁性液体2、浮子5、浮子につけた磁石5A
、容器l及び基台8A等の合計重量なりとすれば1g1
錘84の合計重量がBの詩に丁度バランスするので、重
錘84の合計重量をB+Wとすれば、2Ji台8Aと共
に容器lは上方にスライ゛トして、容器lと駆動治具6
とは一定の荷重Wで相互に押し付けられることになる。
この荷重Wが被研磨物3の加工荷重となる。
なお記号13は駆動治具6の駆動用モータ、記号14は
駆動治具6を支えるフレーム、記号15はB+Wの値を
検知するロードセル、記号16は容器lの支点である。
第12図は駆動治具6か上下方向にスライドするように
した装置の具体的構造の一例を示すもので、下部に駆動
面6Aを有する駆動治具6は基台8B上に配置されてお
り、基台8Bはそれを貫通するガイドボスト81に沿っ
て上下方向にスライドする。従って駆動治具6は基台8
Bと共に上下方向にスライドする。
駆動治具6は、基台8Bを介して、その上方に設置され
たローラー82にかけられたロープ83により懸吊され
ており、ローラー82の反対側に懸垂させたロープ83
の他端に重錘84を設けである。一方容審lは駆動治具
6の下方に固定配置されている。
駆動治具6、モータ13及び基台8B等の合計重量をC
とすれば、重1184の合計重量がCの時に丁度バラン
スするので、重錘84の合計重量をC−Wとすれば基台
8Bと共に駆動治具6は下方にスライドし、駆動治具6
と容器lとは一定の荷重Wで相互に押し付けられること
になる。この荷重Wが被研磨物3の加工荷重となる。
第13図は容器が上下方向にスライドするようにした装
置の具体的構造の他の例を示すもので、容21を基台8
Aごと流体ジヤツキ17Aの上に設置し・この流体ジヤ
ツキ17Aと連結した流体ジヤツキ17Bに重錘84を
載せれば、第9図に関して説明したのと同様に、磁石4
.非磁性液体2、浮子5、浮子につけた磁石5A、容器
l及び基台8A等の合計重量をBとすれば重錘84の重
着がBの時に丁度バランスするので、重錘84の重量を
B+Wとすれば基台8Aと共に容器1は上方にスライド
して、容器lと駆動治具6とは一定の荷重Wで相互に押
し付けられることになる。
容器又は駆動用治具を上下方向にスライドして容器と駆
動用治具とを一定の荷重で相互に押し付ける機構として
は第11〜第13図により具体的に説明した構造に限定
されるものてはなく、任意の手段を用いることができる
例えば、第11図及び第12図に示したローラーとロー
プを用いる機構の代わりに、てこの原理を応用して重錘
を作用させてもよい。
あるいは第13図において、対となる流体ジヤツキ17
Bを設けずに、流体ジヤツキ17Aにポンプ等で加圧さ
れた流体を供給するとか、メカニカルジヤツキを用いる
とかしてもよい、その場合容器lが受ける荷重をロード
セル15で検知してそれか一定になるようにジヤツキを
上下させるように制御すればよい、検知セル85で検知
された圧力が一定になるようにジヤツキを上下させるに
は、一般に用いられている自動制御機構を適宜応用すれ
ばよい。
これらの装置を使用するに先立って、予備試験を行って
所望の研磨速度及び仕上がりを与える加工荷重Wを求め
る。
第11図及び第13図に示した装置の場合は。
重M84としてその合計値が磁石4、非磁性液体2、浮
子5、浮子につけた磁石5A、容器l及び基台8等の合
計重量Bと重量Wとの合計重量に相当するものを使用す
れば、容器と駆動用治具とは一定の加工荷重Wで相互に
押し付けられる。
第12図に示した装置の場合は、重錘84としてその合
計値が駆動治A6、モータ11及び基台8B等の合計型
riCと加工荷重Wとの差に相当する重量のものを使用
すれば、駆動治具6と容器lとは一定の加工荷重Wで相
互に押し付けらる。
容器l中の砥粒を含有する非磁性液体中に被研磨物3を
侵漬して駆動治具6を作動させれば、被研磨¥@3は加
工荷重Wで駆動用治具の駆動面に押圧された状態で研磨
される。
研磨の進行に伴なって被研磨物や駆動用治具か摩減し磁
石との距離が遠くなり、加工荷重が小さくなろうとする
と、容器又は駆動用治具を上下方向にスライドして容器
と駆動用治具とを一定の荷重で相互に押し付ける機構が
作動して加工荷重は自動的に一定値(W)に保たれる。
砥材がプレート状の砥石である場合も殆ど同様な機構を
採用することができる。
即ち第9図により説明した装置を第11図〜第13図に
より説明した機構に搭載すればよく、下部に砥石面を有
する駆動治具の下方に、底部に磁石が配置され非磁性液
体が充填され且つ下面に磁石をつけた浮子が収納された
容器を配置し、前記容器又は駆動治具を上下方向にスラ
イドして容器と駆動治具とを一定の荷重で相互に押し付
ける機構を設けたものとなる。
ハ1発明の効果 ■高価な磁性流体を使用する必要がない。
■砥粒を含有する液体中で研磨されるので、被研磨物へ
の加工力の負荷系が柔構造であり、従って過負荷や衝撃
力が発生しにくく、セラミックなどの脆性材料やアルミ
ニウムなどの延性材料など難加工性材料の研磨を損傷あ
るいは加工変質などの発生を最小に抑制しつつ行うこと
ができる。
■研磨の際の発熱を効率よく除去できるので、上記柔構
造負荷の効果と相俟って高速研磨が可fJiとなり、研
磨効率が向上する。
■研磨作業中粒子状の砥材を含有する磁性液体を補給し
つつ一部を外部へ排出することにより、除熱と切削屑の
排出を行うことができる。
■浮子の形状を被研磨面の形状に応じて適宜に変えるこ
とにより、複雑な表面の研磨か回走である。
■本発明装置は初期条件を常に最適かつ一定であるよう
に設定することが容易で、しかも研磨中口動的に加工荷
重を一定に保つことができ、研磨効率を高めることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は砥材が粒子状で非磁性流体中に分散されている
場合の基本的実施態様を説明するための図、第2図は従
来法を説明するための図、第3A図、第38UA及び第
3C図は本発明で使用する浮子の部分拡大断面図、第4
A図と第4B図、第5A図と第5B図、第6A図と第6
B図、第7図。 第8図はそれぞれ本発明方法の具体的実施態様を説明す
るための図、第9図及び第1θ図は砥材がプレート状の
砥石である場合の実施態様を説明するための図、第11
図、第12図及び第13図は本発明に係る装置の例を示
す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 非磁性液体中に被研磨物を浸漬し、片面に磁石をつ
    けた浮子をその浮子面が被研磨物に接する状態で非磁性
    液体中に浸漬し、前記磁石に外部磁場を作用させること
    により浮子を介して被研磨物に砥材を押し付けつつ被研
    磨物と砥材との間で相対運動を行わせることを特徴とす
    る研磨方法。 2 下部に駆動面を有する駆動治具の下方に、底部に磁
    石が配置され粒子状の砥材を含有する非磁性液体が充填
    され且つ下面に磁石をつけた浮子が収納された容器を配
    置し、前記容器又は駆動治具を上下方向にスライドして
    容器と駆動治具とを一定の荷重で相互に押し付ける機構
    を設けたことを特徴とする研磨装置。 3 下部に砥石面を有する駆動治具の下方に、底部に磁
    石が配置され非磁性液体が充填され且つ下面に磁石をつ
    けた浮子が収納された容器を配置し、前記容器又は駆動
    治具を上下方向にスライドして容器と駆動治具とを一定
    の荷重で相互に押し付ける機構を設けたことを特徴とす
    る研磨装置。
JP63058203A 1988-03-14 1988-03-14 研磨方法及び研磨装置 Pending JPH01234160A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007260869A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Ntn Corp ラップ装置

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