JPH0321309B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、磁場を制御することにより被研磨材
を粗仕上げから精密仕上げまで研磨することので
きる磁性流体による研磨方法に関する。

＜従来の技術＞ 従来、ポリシヤと被研磨面との間に、砥粒を混
合した研磨液を介在させ、ポリシヤ表面と被研磨
面とを相対的に移動させて被研磨面を研磨する方
法がある。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、上記した従来の方法は、研磨効率の制
御を被研磨面へ供給する砥粒の量の制御、研磨液
への砥粒の混合量、被研磨面とポリシヤ表面との
相対的移動速度、ポリシヤの被研磨面への押圧力
の調整等により行うものであるため、所望の研磨
状態にするための調整が極めて困難であり、ま
た、仕上げ状態の範囲が極めて狭いものであつ
た。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、上記に鑑み提案されたものであり、
砥粒を混合した磁性流体を、上面が解放して上記
砥粒が没入することのできる凹部を有する弾性ポ
リシヤの上面に存在させ、磁性流体に強さを変化
できる磁場を上向き、下向きのいずれか一方又は
両方に作用させるとともに被研磨面を弾性ポリシ
ヤの上面に臨ませ、磁場の強さを変化させること
により、被研磨面に臨む砥粒の量を制御するよう
にしながら研磨するようにしたことを特徴とする
磁性流体による研磨方法を提供するものである。

＜実施例＞ 以下に本発明の磁性流体による研磨方法を、図
面の実施例に基いて説明する。

第１図に示すように、研磨装置１は、上面に環
状の溝部２を開設する円盤３を、その中心に結合
する回転軸４で支持し、該回転軸４の下端はベア
リング５を介してベローズ６で支持されている。

上記したベローズ６内にはオイルが充填され、
該オイル量を調節することにより前記円盤３の高
さを調節することができるようになつている。さ
らに、前記回転軸４の外周にはボールサイドベア
リング７が装着され、図示しない駆動装置により
前記回転軸４および前記円盤３が円滑に回転する
ようになつている。

次に、前記円盤３の溝部２の上方には、被研磨
部材８を下面に装着する治具９を配置する。該治
具９は、図示しない駆動装置により回転すること
ができる。

そして、前記した溝部２の内部には、本発明に
必須の構成である弾性ポリシヤ１０を、さらには
ポリシヤ１０の上面に砥粒１１を混合した磁性流
体１２を収納する。

上記したポリシヤ１０は、上面が解放して上記
砥粒１１が没入することのできる凹部１３を有す
る弾性体であり、特に製造方法を限定するもので
はなく、弾性板材に凹部１３を穿設して形成して
もよいし、砥粒１１の浮沈を可能とするのに十分
な大きさの孔、即ち少なくとも砥粒１１の径より
大きな径と深さを有するような孔を表面に有する
多孔性材料でもよく、例えばドーナツ盤状の発泡
性ポリウレタンシートでもよい。

上記したポリシヤ１０の上面には、被研磨面で
ある被研磨部材８の下面が臨み、被研磨面と前記
ポリシヤ１０の上面との間隔は、前記ベローズ６
内に充填するオイル量を調節することにより、適
宜に制御することができ、近接させたり、接触さ
せたり、或いは押圧させることもできるのであ
る。

また、上記したポリシヤ１０の上面に収納され
る磁性流体１２中に混合される砥粒１１は、磁性
体、非磁性体のいずれでもよいが、ここでは砥粒
１１が非磁性体である場合（第１図及び第２図）
についての磁場及びその装置の構成と作用につい
て説明する。

前記円盤３の下方に、前記治具９に対応する位
置に電磁石１４を設け、この電磁石１４を構成す
るコイルに電源から可変抵抗器で調節された電流
が供給され、この通電により発熱するコイルを冷
却する冷却管１５に通した鉄芯１６の先端を円盤
３の下面に接近させる。

尚、前記電磁石１４により発生する磁場を前記
磁性流体１２にのみ作用させる必要上、円盤３、
回転軸４、治具９等を非磁性の材料、例えば黄銅
やステンレススチールなどで形成する必要があ
る。

以上のような構成の研磨装置１を用いて、本発
明の研磨方法を説明する。

まず、前記溝部２内に、非磁性の砥粒を混合し
た所定量の磁性流体１２を入れ、治具９の下面に
非研磨部材８を装着し、前記円盤３とこの治具９
とを個々に回転させる。

次に、コイルに通電させることにより電磁石１
４から磁場を発生させる。

上記した磁場は、磁性流体１２に下向きに作用
するので、磁性流体１２中の磁性粉末が重力方向
の磁力によつて磁性流体１２の底部（ポリシヤ１
０の凹部１３の底部）に集中し、これによつて磁
性流体１２中の非磁性の砥粒１１は浮力を受けて
浮上し、磁性流体１２の上部（ポリシヤ１０の上
面）に分布する。

このように、磁場の強さを制御することにより
ポリシヤ１０の上面に分布する砥粒１１の量を適
宜に決定することができる。

そして、上記したようにポリシヤ１０の上面に
分布される砥粒１１は、被研磨材８の下面とポリ
シヤ１０の上面との間にはさまれて、ポリシヤ１
０の上面の表層に喰い込み、保持され、この状態
で円盤３及び治具９が回転することにより、高い
研磨力で被研磨部材８の下面、即ち非研磨面を研
磨することができるのである。

一方、ポリシヤ１０の上面に分布される砥粒１
１のうち、被研磨材８の下面とポリシヤ１０の上
面との間にはさまれず、ポリシヤ１０の凹部１３
に没入する砥粒１１も、被研磨面に当接して研磨
を行うことができるが、磁性流体１２中に浮遊し
ているものであるため、研磨力は、ポリシヤ１０
の上面に保持された砥粒に比べて極めて低いもの
である。

上記した研磨作用において、磁場が十分に強け
れば、ポリシヤ１０の上面に分布される砥粒１１
の量が多いので、ポリシヤ１０の上面表層に保持
される砥粒１１の量も多く、前記したように高い
研磨力で研磨することができ、被研磨部材８の下
面を鏡面仕上げにすることができる（第２図）。

しかし、磁場を弱くすると、砥粒１１に作用す
る浮力が弱くなり、ポリシヤ１０の凹部１３に没
入する砥粒１１の量が多くなるので、研磨力が低
くなり、被研磨部材８の下面は粗面仕上げとなる
（第３図）。

上記したように、本発明の研磨方法では、電磁
石１４より発生する磁場の強さを制御することに
より、ポリシヤ１０の上面に保持される砥粒１１
の量を制御することができ、そのポリシヤ１０の
上面に保持される砥粒１１の量により、非研磨部
材８を種々の仕上げ状態に研磨することができ
る。

以上、本発明の研磨方法を砥粒１１が非磁性体
である場合について説明したが、前記したように
砥粒１１は、磁性体、非磁性体のいずれか一方、
或いは両者の混合物でもよい。

前記した研磨装置１において、砥粒１１が磁性
体である場合には、磁性流体１２に磁場を作用す
ると、電磁石１４が下方に設置されているので、
磁性流体１２中の磁性粉末が強磁場方向（下方）
に吸引され、砥粒１１も磁性体であるため同様に
下方に吸引される。

そして、大部分の砥粒１１は、ポリシヤ１０の
凹部１３に没入するので、磁場が強ければポリシ
ヤ１０の上面に保持される砥粒１１の量は極めて
少ないので、低い研磨力で被研磨面を研磨するこ
とになる。

一方、前記した研磨装置１を用いて磁性流体１
２に磁場を弱くしたり、または磁場を作用させな
い場合においても、円盤３と治具９とを個々に回
転することにより凹部１３内で磁性流体１２の撹
拌渦を生じるため、砥粒１１の一部はポリシヤ１
０の上面に保持され、被研磨面を研磨することが
できる。

従つて、磁性流体１２に混合する砥粒１１が磁
性体であつても、非磁性体であつても、磁性流体
１２に作用させる磁場を制御することによつて、
ポリシヤ１０の上面に保持させる砥粒１１の量を
制御しながら研磨することができるのである。

尚、前記した研磨装置１では、電磁石１４を磁
性流体１２の下方に設置するように構成して、本
発明の研磨方法を説明したが、磁性流体１２の上
面に電磁石１４を配置してもよい。

また、第４図に示すように、円盤３の上下に電
磁石１４，１４Ａを配置し、この一対の電磁石１
４，１４Ａに通電する電流量を可変することによ
り、磁性流体１２への磁場の強さを調節するよう
にしてもよい。

同様に、研磨装置１では、円盤３と治具９とを
個々に回転できるように構成したが、ポリシヤ１
０と被研磨面とが相対的に移動できるものであれ
ば、特に構成を限定するものではない。

従つて、被研磨面が磁場の作用する範囲より広
い場合においても、ポリシヤ１０に磁場を局部的
に作用させることにより、その部分のみの砥粒１
１を制御して被研磨面を研磨することができるの
で局部的な研磨が可能となり、しかも磁場の印加
位置を変化させれば被研磨面を部分的に変えなが
ら研磨することができる。

また、磁場を作用させる位置と被研磨面の位置
とを相対的に変化させると、被研磨面を曲面研磨
することができる。

（研磨試験） 本発明の研磨方法に基いて、第１図の研磨装置
を用いて研磨を行い、得られた実験データとし
て、種々の研磨条件と研磨結果との相関について
示す。

第１図に示す構成の研磨装置において、ポリシ
ヤは凹部として直径５mmの貫通孔を７mm間隔の格
子状に開穿した厚さ３mmのドーナツ盤状のポリウ
レタンシートを用いた。また、磁性流体としてタ
イホー工業株式会社製のフエリコロイドＷ−40
（商品名；マグネタイト濃度40wt％）と同量の蒸
留水との混合液を用いた。さらに、この磁性流体
に非磁性のAl₂O₃系WA＃400（平均砥粒径40μｍ）
砥粒を体積比が約11％となるように混合した。

被加工部材は、厚さ３mmのソーダ石灰ガラスに
WA＃400で湿式ラツピングを行つた後、これを
治具の下面に装着した。また、治具及び円盤それ
ぞれの回転速度は、共に4.1ｍ／min（10r.p.m）と
し、被加工面への加工圧を2.4×10⁴Pa、加工時間
を１時間として、被加工面を研磨した。

尚、作用砥粒数の測定は、ポリシヤ及び被加工
部材を１回転させたときの被加工面のひつかき痕
の数を求め、このひつかき痕数から被加工表面の
単位面積辺りの作用砥粒数を求めることにより行
つた。

（試験結果） 第５図及び第６図に、電磁石に供給した電流値
と加工量及び作用砥粒数との関係を示す。

同図から明らかなように、電流値によつて作用
砥粒数及び加工量は、共に増加する。これは、磁
場強度の増加に伴つて、砥粒の浮力が増加し、被
加工面に砥粒が供給され易くなることを示す。

第７図に、電流値と被加工面の表面粗さとの関
係を示す。

同図から明らかなように、電流値の増加と共に
次第に表面粗さが小さくなつていく。これは、砥
粒数の増加に伴つて砥粒１個辺りの荷重が小さく
なるためと考えられる。

第８図及び第９図に、加工時間に対する加工量
と作用砥粒数との関係を示す。

同図から明らかなように、加工開始直後は、作
用砥粒数が多く、それに伴つて加工量の増加率も
大きい。作用砥粒数は、時間の経過と共に減少す
るために、加工量の増加は鈍化する。このとき、
電流値が大きい程作用砥粒数の減少の度合が少な
いために加工量は、大きい。

第１０図に、加工時間と表面粗さとの関係を示
す。

磁場をかけた場合、加工開始から短い時間で表
面粗さが一定となり、電流値の大きいほうが小さ
な値で一定となることがわかる。磁場をかけない
場合、表面粗さは次第に小さくなつている。これ
は、砥粒が磁場によりポリシヤの上面と被加工面
との間に供給されないために、破砕した砥粒の微
細物による微少除去及び被加工物表面の流動とに
よつて平滑化されると考えられる。

第１１図に、平均砥粒径と加工量との関係を示
す。

同図から、砥粒径が大きい程、磁場が加工量に
及ぼす影響が大きくなることがわかる。

＜発明の効果＞ 以上、説明したように、本発明の研磨方法によ
ると、磁場の強さ及び磁力方向を制御することに
より、弾性ポリシヤの上面に保持される砥粒量及
び弾性ポリシヤの凹部に没入する砥粒量を適宜に
決定することができ、しかもポリシヤの上面に保
持される砥粒は確固に保持されているので、高い
研磨力で研磨することができ、被研磨面を粗面仕
上げ、鏡面仕上げのいずれにも自由に研磨するこ
とができるものである。

また、磁場を局部的に作用することより、被研
磨面を部分的に研磨することができ、さらには磁
場を作用させる位置と被研磨面の位置とを相対的
に変化させることにより、被研磨面を曲面研磨す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は本発明に使用する研磨装置を示す概略断面図、
第２図は弾性ポリシヤの上面に分布する砥粒量が
多い場合の研磨状態を示す断面図、第３図は弾性
ポリシヤの凹部に存在する砥粒量が多い場合の研
磨状態を示す断面図、第４図は本発明の他の実施
例を示す概略部分断面図、第５図〜第１１図は第
１図に示す研磨装置を用いた研磨試験結果を示す
特性図であり、第５図は電流値と加工量との相関
図、第６図は電流値と作用砥粒数との相関図、第
７図は電流値と表面粗さとの相関図、第８図は加
工時間と加工量との相関図、第９図は加工時間と
作用砥粒数との相関図、第１０図は加工時間と表
面粗さとの相関図、第１１図は砥粒径と加工量と
の相関図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 砥粒を混合した磁性流体を、上面が開放して
   上記砥粒が没入することのできる凹部を有する弾
   性ポリシヤの上面に存在させ、磁性流体に強さを
   変化できる磁場を上向き、下向きのいずれか一方
   又は両方に作用させるとともに被研磨面を弾性ポ
   リシヤの上面に臨ませ、磁場の強さを変化させる
   ことにより、被研磨面に臨む砥粒の量を制御する
   ようにしながら研磨するようにしたことを特徴と
   する磁性流体による研磨方法。