JPH07115295B2

JPH07115295B2 - 磁気研磨装置用磁性工具

Info

Publication number: JPH07115295B2
Application number: JP41415090A
Authority: JP
Inventors: 敏志己飯塚; 義憲新保
Original assignee: Kyoei Denko Co Ltd
Current assignee: Kyoei Denko Co Ltd
Priority date: 1990-12-08
Filing date: 1990-12-08
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH04210367A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パイプのような被加工
物に対しその軸線の周りに相対的に移動する磁界を利用
して被加工物の円形の内面を研磨する磁気研磨装置用の
磁性工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁性砥粒と回転磁界とを用いて被加工物
の表面を研磨する装置が特開昭６２−１０２９６９号公
報に記載されている。しかし、この装置では、磁性砥粒
自体を工具として用い、回転磁界により移動させるか
ら、研磨効率が悪い。

【０００３】円形の内面すなわち被研磨面を有する非磁
性の被加工物内に研磨のための磁性工具を配置し、この
工具を被加工物の軸線の周りを回転する磁界により被加
工物内で回転させ、それにより被研磨面を研磨する内面
磁気研磨装置は、精密工学会誌第５５巻第１０号１４８
〜１５３頁に記載されている。

【０００４】この種の内面磁気研磨装置において、工具
を回転させる磁界を発生する手段は、鉄心にコイルを巻
き付けた複数の電磁石を備える。電磁石は、その鉄心が
被加工物の軸線に関して放射状に伸びかつ鉄心の端面す
なわち磁極面が被加工物の軸線の側となるように、被加
工物の軸線の周りに等角度間隔に配置されている。

【０００５】三相交流のような交流が電磁石のコイルに
供給されると、磁界発生手段により発生される磁界は、
被加工物の周りに回転される。磁界の回転により、工具
は、被研磨面に接触した状態で、被加工物の軸線の周り
に回転され、その結果被研磨面は研磨される。

【０００６】しかし、従来の内面磁気研磨装置で用いる
磁性工具では、被研磨面に当接される接触部が平滑な面
であるから、研磨屑、摩耗砥粒等が工具の接触部と被研
磨面との間に入り込み、研磨を妨げる。また、被研磨面
に接触する総面積が広く、砥粒が接触面全体にわたって
一様に供給、分散されない。また、接触部と被研磨面と
の総接触面積が広いと、被研磨面への工具の押圧力すな
わち工具と被研磨面との間の面圧が小さくなり、その結
果研磨効率が低い。

【０００７】電磁式表面処理装置用の工具の１つとし
て、円柱状の主体部の両端部外周に砥粒層を形成したも
のがある（特開昭６２−１８８６６３号公報）。しか
し、この工具は、全体的に円柱状であるから、これを回
転磁界により円形の内面研磨装置に適用すると、工具が
被加工物の内面に接触しつつ内面の軸線の周りを回転
（公転）することに起因する工具と内面との間の摩擦力
により、工具自体が自身の軸線の周りに回転（自転）す
るいわゆる転動減少が生じ、その結果研磨効率が著しく
低下する。

【０００８】

【解決しようとする課題】本発明は、研磨屑、摩耗砥粒
等が研磨の妨げになることを防止し、また新しい砥粒を
含む加工液が工具の接触部に供給されるようにし、さら
に工具と被研磨面との間の面圧を大きくするとともに工
具が転動し難い形状にし、もって研磨効率を高めた、磁
気研磨装置用磁性工具を提供することを目的とする。

【０００９】

【解決手段、作用および効果】本発明の磁気研磨装置用
磁性工具は、磁性を有する工具主体を含む。工具主体
は、被加工物の円形の被研磨面に直接的または間接的に
当接される弧面状の複数の接触部と隣り合う接触部間の
平面部とを外表面に有するとともに、少なくとも１つの
溝を前記接触部に有する。

【００１０】研磨時、工具は、磁界発生手段から発生さ
れる回転磁界により、接触部が直接的または間接的に被
研磨面に接触した状態で、被加工物の軸線の周りを回転
（公転）される。工具は、弧面状の複数の接触部と隣り
合う接触部間の平面部とを外表面に有するから、被研磨
面に接触した状態で被加工物の軸線の周りの回転運動
（公転運動）をしても、転動（自転運動）し難い。

【００１１】工具の回転時、溝は、研磨屑、摩耗砥粒等
に逃道として作用するから、研磨屑、摩耗砥粒等が研磨
の妨げにならない。また、溝は、新しい砥粒を含む加工
液を工具の接触部に供給する作用をする。さらに、工具
本体の接触部のうち、被研磨面に直接的または間接的に
当接する面積が溝の分だけ少なくなるから、工具と被研
磨面との間の面圧が大きい。

【００１２】上記のように、本発明によれば、研磨屑、
摩耗砥粒等が研磨を妨げず、新しい砥粒を含む加工液が
工具の接触部に常に供給され、しかも、工具と被研磨面
との間の面圧が大きいとともに、転動運動すなわち自転
運動をし難い形状であるから、研磨効率が著しく向上す
る。

【００１３】複数の第１の溝と、該第１の溝の間にあっ
て該第１の溝の幅および深さより小さい複数の第２の溝
とを前記接触部に形成することができる。

【００１４】さらに、少なくとも前記接触部を覆うよう
に前記工具本体に配置されたカバー部材を含むことがで
きる。この場合、前記溝に対応された切欠部をカバー部
材に形成することが好ましい。

【００１５】接触部の表面と前記溝とにより規定される
複数の角部を前記接触部に形成すれば、工具に回転力を
与える磁束が各角部に分散されるから、工具と被加工物
との面圧が高くなる。

【００１６】

【実施例】図１および図２を参照するに、後に符号７０
を付して詳細に説明する磁性工具を用いる磁気研磨装置
１０は、該磁気研磨装置のための電源装置を収容してい
るボックス状のフレーム１２を含む。フレーム１２は、
その下面に取り付けられた複数のキャスタ１４を利用し
て、床上を任意な位置へ移動させ、その位置に解除可能
に据え付けることができる。

【００１７】フレーム１２の上には、回転磁界を発生す
る磁界発生器１６が取り付けられている。磁界発生器１
６は、磁性体からなる環状のヨーク１８と、ヨーク１８
に等角度間隔に配置された複数（図示の例では６つ）の
電磁石２０とにより構成されており、また、ヨーク１８
の軸線がほぼ水平に伸びるように複数のブラケット２２
によりフレーム１２に取り付けられている。

【００１８】図３〜図７に示すように、各電磁石２０
は、鉄心２４と、該鉄心がその長手方向へ移動不能に貫
通する電気的絶縁材料製のボビン２６と、四角錐台形と
なるようにボビン２６に巻き付けられたコイル２８とを
備える。

【００１９】各鉄心２４は、ヨーク１８の半径方向へ伸
びるように、コネクタ３０によりヨーク１８に取り付け
られているとともに、ヨーク１８に磁気的に接続されて
いる。

【００２０】図示の例では、各鉄心２４は、帯状の複数
の磁性板を互いに電気的に絶縁して積層したものである
が、丸柱状または角柱状のものであってもよい。各鉄心
２４の先端は、四角形の磁極面として作用する。

【００２１】磁極面は、その内側に被加工物３２を受け
入れる空間を互いに共同して規定する。被加工物３２
は、パイプのように円形の内面すなわち研磨面を有して
おり、また、ステンレスのような非磁性材料からなる。

【００２２】図示の例では、１つの磁界発生器１６を用
いているが、複数の磁界発生器１６を被加工物３２の軸
線方向へ順次配置してもよい。

【００２３】フレーム１２の上には、また、被加工物３
２を把持し、被加工物をその軸線方向へ移動させ、さら
に被加工物３２をその軸線の周りに回転させる駆動機構
３４が配置されている。

【００２４】図３に示すように、駆動機構３４は、ヨー
ク１８の中心軸線と平行な方向へ移動可能のスライダ３
６を備える。スライダ３６は、フレーム１２に固定され
たレール組立体３８に支承されている。

【００２５】レール組立体３８は、図示の例では、互い
におよびヨーク１８の中心軸線と平行に伸びる一対のレ
ール４０をフレーム１２に固定された一対のブラケット
４２に支持させており、また、スライダ３６をレール４
０に支持している。

【００２６】被加工物３２を把持するチャック４４は、
スライダ３６から互いに平行に上方へ伸びる一対の支持
部材４６に配置されており、また、支持部材４６に取り
付けられた図示しないベアリングにより、被加工物３２
の軸線の周りに回転可能に支持されている。

【００２７】図３に示すように、被加工物３２をその軸
線方向へ移動させる移動機構５０は、電動機および減速
機を備える回転源５２と、その回転軸に取り付けられた
カム円板５４と、カム円板５４の回転運動を被加工物の
軸線方向への往復運動に変換するクランクシャフト５６
とを備える。

【００２８】クランクシャフト５６の一端部はカム円板
５４の外周縁部に連結されており、他端部はブラケット
５８を介してスライダ３６に連結されている。このた
め、スライダ３６は、回転源５２の回転により被加工物
３２の軸線方向へ往復移動され、それによりチャック４
４も同方向へ往復移動される。

【００２９】図３に示すように、被加工物３２をその軸
線の周りに回転させる回転機構６０は、電動機および減
速機を備える回転源６２と、その回転軸に取り付けられ
たプーリ６４と、チャック４４の外周面に取り付けられ
たプーリ６６と、両プーリ６４，６６に巻き掛けられた
無端ベルト６８とを備えており、回転源６２の回転によ
りチャック４４を被加工物３２の軸線の周りに回転させ
る。

【００３０】図４に示すように、磁性工具７０は、磁性
材料または永久磁石材料を含む直方体状の工具主体７２
を含む。工具主体７２は、弧面とされた４つの接触部す
なわち部位７４，７４，７６，７６を有しており、部位
７４，７４または７６，７６が被研磨面に当接するよう
に被加工物３２内に配置される。隣り合う部位７４，７
６の間は、平面部である。

【００３１】部位７４，７４，７６，７６のそれぞれに
は、複数の溝７８が形成されている。図示の例では、溝
７８は、図５の（Ａ）に示すように対応する部位の弧面
の周方向へ伸びかつ互いに平行な溝である。しかし、溝
は任意な形状とすることができる。また、工具主体の外
表面全体に溝を形成してもよい。

【００３２】図５の（Ｂ）に示す溝８０は、対応する部
位の弧面の周方向と直角の方向へ伸びるとともに互いに
平行である。また、図５の（Ｃ）に示す溝８２は、対応
する部位の弧面の周方向に対して交差する方向へ伸びる
とともに互いに交差する。さらに、図５の（Ｅ）および
（Ｂ）に示す溝８４および８６は、それぞれ、互いに共
同して特殊なパターンを形成する。

【００３３】工具主体７２は、それ自体を磁性材料また
は永久磁石材料とすることにより形成することができる
し、粒状の磁性材料または永久磁石材料を合成樹脂材料
とともに成形することにより形成することができる。工
具主体７２が永久磁石材料を含む場合、その永久磁石材
料を磁化させ、工具主体７２を永久磁石として作用させ
る。

【００３４】図１に示すように、研磨に先立って、被加
工物３２は、チャック４４と、鉄心２４の磁極面により
規定される空間とを貫通して伸びるとともに水平に対し
わずかに傾斜するように、チャック４４に把持される。

【００３５】次いで、工具７０が被加工物３２内に配置
されるとともに、砥粒を含む液体すなわち加工液が注入
器８８により被加工物３２内にその長手方向の一端から
所定量供給される。

【００３６】注入器８８は、加工液の供給量を調節する
バルブ等の調節具を備えることが好ましい。加工液とし
て、砥粒を含むスラリーを用いることができる。

【００３７】被加工物３２は、注入器８８が配置されて
いる側の部位の高さ位置がその反対の側の部位の高さ位
置よりわずかに上方となるように支持されている。この
ため、加工液は、時間の経過とともに被加工物３２内を
移動する。

【００３８】研磨時、電磁石２０の各コイル２８に、鉄
心２４の磁極面から回転磁界を発生させるべく三相交流
が供給される。コイル２８と三相交流電源との接続法
は、たとえば、特開昭６２−１０２９６９号公報に記載
されている。

【００３９】これにより、電磁石２０の極性が変化する
ことにより回転磁界が発生され、被加工物３２内に配置
された工具７０は回転磁界の移動にともなって、被加工
物３２の内面に接触した状態で被加工物３２の内面に沿
って周方向にすなわち被加工物３２の軸線の周りに回転
される。被加工物３２の軸線の周りにおける工具７０の
回転速度は、電磁石に供給する交流の周波数を変えるこ
とにより変更することができる。

【００４０】研磨の間、スライダ３６が移動機構５０に
より工具７０の回転周波数より低い周波数で往復移動さ
れる。これにより、被加工物３２はその軸線方向へ往復
移動される。

【００４１】しかし、被加工物３２内に配置された工具
７０は、磁界発生器１６により発生される磁束に拘束さ
れて磁界発生器１６に対し被加工物３２の軸線方向へ変
位しない。このため、被加工物３２と工具７０との間に
被加工物３２の軸線方向への相対的な移動が生じる。

【００４２】研磨の間、また、チャック４４が回転機構
６０により工具７０の回転周波数より低い周波数で被加
工物３２の軸線の周りに回転される。これにより、被加
工物３２はその軸線の周りに回転される。

【００４３】被加工物３２の軸線の周りにおける工具７
０の回転周波数、被加工物３２の往復運動周波数および
被加工物３２の回転周波数は、たとえば、それぞれ、３
０〜５０Ｈｚ，１〜２Ｈｚおよび０．１〜１Ｈｚとする
ことができる。

【００４４】被加工物３２の回転方向は、被加工物３２
の軸線の周りにおける工具７０の回転方向と同じであっ
てもよいし、逆であってもよい。また、被加工物３２の
回転および往復運動は、連続的であってもよいし、間欠
的であってもよい。

【００４５】被加工物３２内の加工液は、被加工物３２
がこれの軸線の周りに回転されても、自重により被研磨
面の底部に集まるから、被加工物３２の回転にともなっ
て、被研磨面の周方向全体に付着する。また、被加工物
３２内の加工液は、被加工物３２と工具７０との相対的
な往復運動によりおよび被加工物３２が水平線に対しわ
ずかに傾斜されていることにより、被加工物３２の長手
方向へ移動される。これらの結果、被加工物３２内の加
工液は、被研磨面全体にわたって均一に付着する。

【００４６】工具７０が被加工物３２の内面に接触した
状態で、被加工物３２および工具７０が被加工物３２の
軸線の周りに回転されると、工具７０と被加工物３２の
内面との間の摩擦力により、工具７０を転動（自転）さ
せようとする力が生じる。しかし、工具７０は、複数の
部位７４，７６と、隣り合う部位７４，７６間の平面部
とを有するから、自転し難い。

【００４７】被加工物３２の軸線の周りにおける工具７
０の回転と、被加工物３２の往復運動とにより、被加工
物３２と工具７０との間には、工具７０が被研磨面上に
螺旋状の軌跡を描くような、相対的な移動が生じる。被
加工物がその軸線方向における一方へ移動されるときの
工具の軌跡と他方へ移動されるときの工具の軌跡とは、
互いに交差する。

【００４８】移動機構５０による被加工物３２のストロ
ークの範囲内の研磨が終了すると、チャック４４への被
加工物３２の把持位置が変更されて、次の範囲内の研磨
が行われる。

【００４９】被加工物３２の往復移動の範囲は、たとえ
ば、カム円板５４へのクランクシャフト５６の取付け位
置を変更可能とすることにより、調節することができ
る。

【００５０】研磨の間、加工液を連続的または間欠的に
被加工物３２内に供給することが好ましい。また、被加
工物３２から流出する加工液を受けるシュートおよび容
器を注入器８８と反対の側に配置することが好ましい。

【００５１】工具７０によれば、工具７０の回転時、被
加工物３２内の研磨屑、摩耗砥粒は、溝７８を通り、研
磨の妨げにならない。また、工具本体の接触部のうち、
被研磨面に直接的または間接的に当接する面積が溝の分
だけ少なくなるから、工具と被研磨面との間の面圧が大
きい。さらに、新しい砥粒を含む加工液が工具の接触部
に供給される。さらにまた、工具自体が被加工物内で転
動し難い。これらがあいまって、研磨効率が著しく高く
なる。

【００５２】工具の接触部および溝は、複数の角部が接
触部の表面と溝とにより接触部に形成される形状である
と、工具に回転力を与える磁束が各角部に分散されるか
ら、工具と被加工物との面圧が高くなる。

【００５３】工具主体は、直方体以外の他の任意な形状
としてもよい。

【００５４】図６に示す工具主体９０は、二等辺三角形
の断面形状を有する。工具主体９０は、二等辺三角形の
底辺の両端に対応する角部分に接触部すなわち弧面９２
を有しており、また、両弧面９２が被研磨面に当接する
ように被加工物内に配置される。したがって、工具主体
９０も、両弧面すなわち両接触部９２に溝９４を有す
る。

【００５５】工具主体に形成する溝の形状および大きさ
は任意である。たとえば、溝が四角形または三角形の断
面形状を有する場合、溝の幅および深さは、１〜３ｍｍ
程度とすることができる。

【００５６】図７に示す工具主体９６は、四角形の断面
形状を有する複数の第１の溝９８と、該第１の溝の間に
形成されかつ三角形の断面形状を有する複数の第２の溝
１００とを有する。第２の溝１００は、第１の溝９８の
幅および深さより小さい。このため、第１の溝９８が研
磨屑および摩耗砥粒の逃道として作用し、第２の溝１０
０が砥粒の貯留部として作用する。

【００５７】たとえば、第１の溝９８の幅および深さは
１〜３ｍｍ程度とすることができ、第２の溝１００の幅
および深さは０．０１〜０．２ｍｍ程度とすることがで
きる。

【００５８】図８に示す磁性工具１０２は、さらに、工
具主体１０４の周りに配置されたカバー部材１０６を有
する。カバー部材１０６は、フエルト、布、皮等、加工
液を貯留する機能を有する材料からなり、また、工具主
体１０４に形成された溝１０８に対応する切欠部１１０
を有する。

【００５９】カバー部材１０６は、錫、銅等、砥粒に近
い硬度を有する金属材料であってもよい。また、カバー
部材１０６は、少なくとも工具主体の接触部を覆うよう
に配置すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁性工具を用いる磁気研磨装置の一実
施例を示す正面図である。

【図２】磁界発生器の一実施例を示す拡大図である。

【図３】駆動機構の一実施例を示す斜視図である。

【図４】本発明の磁性工具の一実施例を示す斜視図であ
る。

【図５】溝の各種の形状を示す拡大図である。

【図６】磁性工具の他の実施例を示す斜視図である。

【図７】溝の他の実施例の一部を拡大して示す断面図で
ある。

【図８】磁性工具のさらに他の実施例の一部を拡大して
示す断面図である。

【符号の説明】

１０磁気研磨装置１６磁界発生器２０電磁石３２被加工物７０，１０２磁性工具７２，９０，９６，１０４工具主体７４，７６，９２接触部７８，８０，８２，８４，８６，９４，９８，１００，
１０８溝１０６カバー部材１１０切欠部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物の円形の内面を研磨する磁気研磨
装置用の磁性工具において、磁性を有する工具主体を含
み、該工具主体は、前記被加工物の内面に直接的または
間接的に当接される弧面状の複数の接触部と隣り合う接
触部間の平面部とを外表面に有するとともに、少なくと
も１つの溝を前記接触部に有する、磁気研磨装置用磁性
工具。
【請求項２】前記工具主体は、前記接触部に形成された
複数の第１の溝と、該第１の溝の間に形成されかつ該第
１の溝の幅および深さより小さい複数の第２の溝とを有
する、請求項１に記載の磁性工具。
【請求項３】さらに、少なくとも前記接触部を覆うよう
に前記工具本体に配置されたカバー部材を含み、該カバ
ー部材は前記溝に対応して形成された切欠部を有する、
請求項１または２に記載の磁性工具。
【請求項４】前記接触部は、その表面と前記溝とにより
形成される複数の角部を有する、請求項１、２または３
に記載の磁性工具。