JPH01271166A - 磁性流体を用いた研磨装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、磁性流体を用いた研磨装置に関し、さらに詳
しくは砥粒を含有する磁性流体を磁場の作用下で使用し
、ボールベアリング等に使用される球体を研磨して真球
度の高い球体を効率良く製造するための装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、砥粒を含有する磁性流体からなる研磨用液を磁場
の作用下で使用してボールベアリング等に使用される球
体を研磨する方法および装置が特開昭６２−１７３１６
６号公報に開示されている、同公報に記載された研磨方
法および装置は、砥粒を含有する磁性流体中に浸漬した
球体を、磁性流体の外部の一方の側より働く外部磁場の
作用により排出力を与えて、その対向側に位置させた駆
動用治具（駆動ラップ）の面に押し付け、それによって
該駆動用治具の運動を球体に伝達して砥粒を含有する磁
性流体中で運動させ、該球体の運動を案内面によって制
御することを特徴とするものである。

またこの際、球体の外部磁場側に位置するように浮力板
（浮子）を挿入すると、この浮力板にも外部磁場の作用
による排出力が与えられ、球体をより強く駆動用治具の
駆動面に押し付けるので研磨効率が著しく向上すること
が開示されている。

前記研磨装置では、球体の運動を制御するために駆動ラ
ップの下面にＶ型溝や仕切板を設け、球体の運動の案内
面としての機能を持たせて研磨効率および真球度の向上
を図っている。また別の方法として、駆動ラップの下端
を倒置三角錐状にして球体が倒置三角錐の斜面、円筒状
容器（ガイドリング）および浮力板との間に押し付けら
れた状態で運動させて研磨して真球度の向上を図ってい
る。

また、磁性流体に作用させる外部磁場としては、単一磁
石または極性を揃えて配置した磁石群であってもよいが
、むしろ隣り合う磁石の極が互いに異なるように組み合
わせた磁石群を用いて、砥粒と浮子の浮力を増すととも
に水平方向にも磁気排出力を作用させ、被研磨物の運動
方向に抗するように砥粒を保持することが好ましいとし
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述従来例によっても依然として研磨効
率や真球度において満足できるものは得られていない。

本発明の目的は、このような従来技術の課題に鑑み、球
体の真球度および研磨効率をさらに向上させた研磨装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明者等は
、上記目的を達成するために鋭意検討をした結果、磁場
形成手段を、交互に極性を変えて所定値以下の間隔で配
置した複数の磁極を備えたものとすることにより、また
は該磁極を駆動ラップの回転軸の中心に同心円状に交互
に極性を変えて配置した径あるいは大きさが異なる複数
の円形状あるいは多角形状の磁極とすることにより、上
記目的を達成し得る本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、ガイドリングと、砥粒を含む磁性流
体に浸漬された浮子と、回転可能な駆動ラップと、該磁
性流体に磁場を形成して該磁性流体と共に該浮子に浮揚
力を与える磁場形成手段とを備え、球状の被研磨物を該
駆動ラップ、浮揚力を受けた浮子およびガイドリング内
壁面により該磁性流体中で保持しつつ、該駆動ラップを
回転させることにより、研磨する研磨装置において、該
磁場形成手段は、交互に極性を変えて１０ｍｍ以下の間
隔で配置した複数の磁極を具備し、あるいは、該駆動ラ
ップの回転軸について同心円状に交互に極性を変えて配
置した径または大きさが異なる複数の円形状または多角
形状の磁極を具備することを特徴とする、磁性流体を用
いた研磨装置にある。

以下、本発明の磁性流体を用いた研磨装置を図面に基づ
いて説明する。

第１図は本発明の研磨装置の一例を示す断面図である。

図中１は駆動ラップ、２は駆動ラップ下端部の球状の被
研磨物との接触面、３は球状の被研磨物（被研磨球体）
、４はガイドリング、５は浮子、６は磁石、７は砥粒な
含む磁性流体をそれぞれ示す。

第１図に示される研磨装置では、砥粒を含む磁性流体７
中に浮子５を浸漬し、該磁性流体７に磁石６等により外
部磁場を作用させて浮子５に浮力を与え、その浮力によ
って浮子５を上昇させ、被研磨球体３を浮子５上端部の
接触面、駆動ラップ１下端部の接触面２およびガイドリ
ング４の内壁面で保持する。そして、駆動ラップ１を駆
動させ、水平方向に回転させることによって、被研磨球
体３にその回転による運動が伝達され、砥粒を含有する
磁性流体７中で運動するようになる。この被研磨球体３
と砥粒を含有する磁性流体７との間に相対運動が生じる
ことによって、被研磨球体３が保持されている面、特に
駆動ラップ１下端部のテーパー状の接触面２において研
磨が効率良く行なわれる。

第１図の研磨装置に示される駆動ラップ１は、垂直軸を
中心として水平回転が可能であり、下端部に接触面２を
有している。また、この駆動ラップ１は被研磨球体３の
研磨によって摩耗するので、その度に駆動ラップ１を下
降させる必要から、上下動も可能としている。この接触
面２は浮子５とガイドリング４の内壁面との間の軌道上
に被研磨球体３を保持し、安定かつスムーズに回転研磨
するために重要な役割を果しており、球体の真球度の向
上に寄与する。ここで接触面２の鉛直方向に対して外周
方向の傾斜角Ｅが２０〜８０度である時に球体の真球度
の向上が得られる。接触面２の傾斜角Ｅが８０度を超え
た場合は被研磨球体３をガイドリング４の内壁面に押し
付ける力が弱くなり、また２０度未満の場合は被研磨球
体３に効果的に接触面２から加工圧がかからないため、
それぞれ被研磨球体３の運動が不安定となり真球度が向
上せず、好ましくない。

また駆動ラップ１の他の形状として第２図に示されるよ
うな円筒状のものでもよく、この場合も接触面の傾斜角
Ｅは２０〜８０度の範囲が好ましい。

駆動ラップ１の材質としては、荒削りの場合には特に制
限はなく　５１１５３０４等のステンレス鋼、真鍮、ア
ルミニウム等の金属等が例示され、また仕上げの場合に
は鋳鉄、セラミックス、樹脂等の脆性材料からなるもの
が好ましい。

第１図の研磨装置に設けられているガイドリング４の内
壁面は、ガイドリングの振動を抑制するためにゴムある
いは樹脂等でライニングされていることが好ましい。

次に研磨装置の磁性流体中に浸漬されている浮子５は、
磁石６等の外部磁場の作用により浮力が与えられて、浮
子５は浮上して被研磨球体３を駆動ラップ１下端部の接
触面２等に強く押し付ける作用をする。この浮子５は、
前記駆動ラップ１の接触面２およびガイドリング４の内
壁面と共に、回転する被研磨球体３を研磨中一定に保持
して真球度の向上に寄与する。被研磨球体３と接する部
分の浮子５の形状としては、１点で接触する平面状また
はテーパー状のほか、２点または円周部分で接触するよ
うに、その断面が７字、またはＲ伏皿状の凹部を設けて
もよい。

浮子５の材質としては、金属、プラスチック、セラミッ
クス、ゴム等の種々の材料を適宜選択して使用できる。

浮子５に働く浮力は、下方より働く外部磁場の強さ、浮
子５の大きさ、磁石６等から浮子５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
圧を任意に制御することができる。

浮子５の比重は砥粒を含有する磁性流体７の比重よりも
軽いことは絶対的な条件ではなく一下方より働く外部磁
場の作用により浮力を生じるものであればよい。

磁性流体７としては、水または油を媒体としてフェライ
ト、マグネタイト等を分散させたものを用いる。

磁性流体７中に含有される砥粒は、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ＡＬＯｓ　
　（コランダム）、５ｉＣ（炭化ケイ素：カーボランダ
ム）、ダイヤモンド等であり、あるいは磁性を付加した
砥粒でもよい。

本発明の特徴部分である、交互に極性を変えて１０ｍｍ
以下の間隔で配置した複数の磁極を具備する磁石６とし
ては、例えば、第３図に示すように、磁石を１０ｍｍ以
下の所定ピッチで極性を変えながら直線的に一列に並べ
た短冊状の磁石群を用いることができる。磁石６をこの
ように構成することにより、磁石６が形成する磁場の勾
配が大きくなり、浮子５の下方への変位に対し、強力な
上方向への復元力が浮子５に働くことになる。また、浮
子５と磁石６間の距離を適当に設定することにより、加
工圧力も高めることができる。したがって、研磨に際し
ては、浮子５が安定し、被研磨球体３の適正な保持が維
持され、これにより、被研磨球体３は、真球度が高くか
つ製品間の真球度のばらつきがない球体に効率良く研磨
される。

一方、同心円状の磁石６としては、第４図に示すような
、上から見た形状が多角形状で大きさの異なるＮおよび
Ｓ極を交互に配置したものや、第５図に示すような、径
の異なる円形状のＮおよびＳ極を同心円状に配置したも
のなどが使用できる。製作上は第４図の多角形状のもの
が作り易い。いずれにおいても、隣接磁極間の間隔は磁
場勾配を大きくするために１０ｍｍ以下が好ましい。こ
のように、磁極を同心円状とすることにより、磁場のば
らつきが少なくなるため、浮子５に、より平均した浮揚
力が作用し、浮子５の回転に伴う不安定さは解消される
。したがって、この場合も真球度の向上、真球度のばら
つきの減少および研磨効率の向上が図られる。

短冊状および同心円状いずれの場合でも磁極あるいは磁
場発生手段として永久磁石や電磁石等を用いることがで
きる。

本発明に適用される被研磨球体３としては、Ｓｉ０％Ｓ
ｉ、Ｎ４等のセラミックスまたは金属等からなるものが
用いられ、研磨された球体はボールベアリング等の用途
に供せられる。

また、本発明においては被研磨球体について述べたが、
被研磨球体のみならず、平板や円筒等の研磨も可能であ
る。

［実施例］ 以下、本発明を実施例等に基づいて説明する。

施例１〜４および比較仮１１〜２ 第１図に示す断面形状を有する研磨装置を用いて試験を
行なった。駆動ラップの材質はステンレス（ＳＵＳ３０
４）、駆動ラップ下端のラップ角度（傾斜角度）Ｅは６
０′″、モしてガイドリングの内径は３７ｍｍであり、
ガイドリング内壁の被研磨球体と接触する部分にはウレ
タンゴムの内張を設けである。磁性流体としてはタイホ
ー工業製のＷ−４０を用い、研磨砥粒としてはＧＣ＃６
０００を用いている。また、加工荷重は４００ｇとなる
ように調整しである。浮子としては、厚さ２ｍｍのアク
リル族のものを用いている。磁石としては、サマリウム
コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）製永久磁石を配列したものであ
って、磁極の配列間隔がそれぞれ第１表の磁極間隔の欄
に示す値の短冊状のものを用いている。

この装置を用いて直径りが７．２ｍｍ、真球度が２．０
ｐｍの窒化ケイ素（Ｓｉ、Ｎ４）素球１１個を、浮子上
に配置し、ガイドリングの内壁、および駆動ラップ下端
のテーバ面すなわち接触面が素球に接触するようにして
保持し、駆動ラップを９０００　ｒ、ｐ、ｍ、で４０分
回転させて研磨した。

この結果研磨された球の真球度を第１表に示す。

第１表 この表に示すように、磁極間隔が１０ｍｍを超える比較
例１および２の場合に比べ、磁極間隔が１０ｍｍ以下の
実施例１〜４の場合は真球度が顕著に向上していること
がわかる。

次に、第１表に示す各磁極間隔の場合について、磁石か
ら浮子までの距離りを変えながら加工圧力ｐを測定した
。

この結果を第６図のグラフに示す。

さらに、このグラフを用い、第１表の各磁極間隔の場合
を示す各曲線についてそれぞれ曲線上のｈ＝０．３およ
び２．３ｍｍにおける点を結んだ直線の傾＠（ｔａｎθ
）をｈ＝０．３〜２．３ｍｍにおけるそれぞれの平均加
工圧力勾配として求めた。

この結果を巌７図のグラフに示す。このｈ＝０．３〜２
．３ｍｍの範囲は浮子の下面が研磨中に移動する可能性
のある範囲に対応する。

同図のグラフは、磁極間隔が小さいほど、平均加工圧力
勾配すなわち磁場勾配が大きくなることを示している。

このことは、ｈの値を適切に選択すれば、磁極間隔が小
さい場合はど、浮子のわずかな変位に対しても復元力が
強く働き、浮子が安定することを示している。

実施例５ 実施例２と同様の研磨装置および条件で、ただし磁石と
しては磁極間の間隔が４ｍｍの第４図に示す形のものを
用いて、実施例１と同様に研磨を行なった。

このようにして研磨された球体の真球度を測定したとこ
ろ真球度は０．３μｍであった。

同じ磁極間隔である実施例２の場合に比べ、さらに真球
度が向上している。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、磁場形成手段を、
交互に極性を変えて所定値以下の間隔で配置した複数の
磁極を備えたものとすることにより、または該磁極を、
駆動ラップの回転軸について同心円状に交互に極性を変
えて配置した径あるいは大きさが異なる複数の円形状あ
るいは多角形状の磁極とすることにより、浮子の復元力
や浮揚力が向上し、さらには磁場のばらつきが減少して
より平均した浮揚力が浮子に作用し、したがって浮子の
回転に伴う不安定さが解消され被研磨物の保持および案
内が適正に安定維持されるため、研磨された被研磨物の
真球度、真球度の均一性および研磨効率の向上が図られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の研磨装置の一例を示す断面図、 第２図は、本発明に用いられる駆動ラップの一例を示す
断面図、 第３図は、本発明の研磨装置に用いられる短冊状磁石の
一例を示す模式図、 第４図および第５図は、本発明の研磨装置に用いられる
同心円状磁石を例示する平面図、第６図は、第１表に示
す各磁極間隔の場合について、磁石から浮子までの距離
りを変えながら加工圧力ｐを測定した結果を示すグラフ
、そして第７図は、第６図の各曲線から各曲線について
平均加工圧力勾配を求めた結果を示すグラフである。 １：駆動ラップ、２：駆動面、 ３：被研磨球体、４ニガイドリング、 ５：浮子、６：磁石、 ７：砥粒を含む磁性流体。 第３図 第　４　因 １１５図 ０．３　　　１　　　　　２２．３　　　３　　　　　
４　　　　　５ｈ（ｍｍ） 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガイドリングと、砥粒を含む磁性流体に浸漬された
   浮子と、回転可能な駆動ラップと、該磁性流体に磁場を
   形成して該磁性流体と共に該浮子に浮揚力を与える磁場
   形成手段とを備え、球状の被研磨物を該駆動ラップ、浮
   揚力を受けた浮子およびガイドリング内壁面により該磁
   性流体中で保持しつつ、該駆動ラップを回転させること
   により、研磨する研磨装置において、該磁場形成手段は
   、交互に極性を変えて１０ｍｍ以下の間隔で配置した複
   数の磁極を具備することを特徴とする、磁性流体を用い
   た研磨装置。 ２、ガイドリングと、砥粒を含む磁性流体に浸漬された
   浮子と、回転可能な駆動ラップと、該磁性流体に磁場を
   形成して該磁性流体と共に該浮子に浮揚力を与える磁場
   形成手段とを備え、球状の被研磨物を該駆動ラップ、浮
   揚力を受けた浮子およびガイドリング内壁面により該磁
   性流体中で保持しつつ、該駆動ラップを回転させること
   により、研磨する研磨装置において、該磁場形成手段は
   、該駆動ラップの回転軸について同心円状に交互に極性
   を変えて配置した径あるいは大きさが異なる複数の円形
   状あるいは多角形状の磁極を具備することを特徴とする
   、磁性流体を用いた研磨装置。