JPH0740226A

JPH0740226A - 移動磁場による表面処理方法

Info

Publication number: JPH0740226A
Application number: JP21224993A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Iizuka; 敏志己飯塚; Yoshinori Shinpo; 義憲新保; Takeo Suzumura; 武男進村
Original assignee: KYOEI DENKO KK
Current assignee: KYOEI DENKO KK
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1995-02-10
Anticipated expiration: 2015-04-04
Also published as: JP3027673B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加工速度の増加を図るとともに加工の均一化
を図り、より実用性の高い表面処理方法を得る。【構成】非磁性管１を回転部材２の貫通孔２ａ内に挿
通し、貫通孔２ａの内周面上における対向位置に磁性体
の支持ブロック３Ａ，３Ｂを固着し、支持ブロック端面
上に永久磁石４Ａ，４Ｂを貼着する。非磁性管１の内面
上に磁性砥粒を供給し、回転部材を非磁性管１の軸線を
中心に回転させながら軸線方向に移動させていく事によ
り内面研磨を行う。ここで、永久磁石４Ａと４Ｂの対向
する磁極面は同磁極であり、非磁性管１の周りに反発磁
場が形成される。反発磁場は非磁性管１の内面上におけ
る磁場の変化率が大きく加工圧が大きくなるとともに、
磁性砥粒の内面への接触量及び接触面積が大きくなり、
しかも磁気力における非磁性体内面に沿った方向の分力
も大きいため、全体として加工力が増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動磁場による表面処理
方法に係り、特に、非磁性体の表面を高効率に研磨する
ための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の磁気研磨方法としては、例えば異
なる磁極を対向させた一組の永久磁石を非磁性管の両側
に配置し、非磁性管の内面上に磁性砥粒を供給し又は管
内に磁性体研磨工具を配置しながら永久磁石又は非磁性
管を回転させることにより、非磁性管の内面を研磨する
方法がある。この方法では、管の周囲に異なる磁極を内
向させた４以上の永久磁石を交互に配置する場合もあ
る。一方、非磁性管の周りに複数の電磁コイルを配置
し、電磁コイルに異なる位相の交流電力を供給すること
により、非磁性管の内部に回転磁界を形成し、この回転
磁界により磁性砥粒や磁性体研磨工具を回転駆動する方
法もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の磁気研磨方法は
機械的研磨の困難な非磁性管の内面を非接触で研磨でき
るので大変好ましいものであるが、加工量を確保するに
はある程度大きな磁力を印加する必要がある。また、研
磨量や表面粗さの均一性を確保するには、非磁性管の軸
線方向の移動サイクルや移動速度等を多数回の試行を重
ねて調整する必要がある。そこで、本発明は上記現状に
鑑み、磁力の増大以外の方法で従来よりも加工量を増加
させ、しかも研磨量や表面粗さの均一性を高めることの
できる表面処理方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が講じた手段は、互いに対向する少なくとも２
つの磁極の間に非磁性体を配置し、非磁性体の表面上に
磁性材を付与した状態で磁極と非磁性体とを相対的に移
動させながら非磁性体の表面を処理する移動磁場による
表面処理方法であって、上記磁極を全て同磁極とするも
のである。また、複数の磁極を非磁性体の周囲において
相互に内側に向き合うように配設し、非磁性体の内表面
上に磁性材を付与した状態で複数の磁極を非磁性体に対
して相対的に移動させることにより非磁性体の表面を処
理する移動磁場による表面処理方法であって、上記複数
の磁極を全て同磁極とするものである。この非磁性体を
非磁性管とした場合には、複数の前記磁極を非磁性管に
対しその軸線を中心にして相対的に回転させながら、非
磁性管の軸線方向へ移動させることが望ましい。

【０００５】

【作用】本発明の特徴は同磁極を対向又は隣接させた磁
極配置により形成される磁場（以下、反発磁場とい
う。）にあり、異なる磁極を対向又は隣接させた従来の
配置により形成される磁場（以下、吸引磁場という。）
に対して、以下のような差があると考えられる。一般に
磁性材に作用する力は磁場強度と磁場の変化率との積で
表される。加工部位における磁場強度は吸引磁場の方が
一般に大きいと考えられるが、磁場の変化率は反発磁場
の方がはるかに大きい。その結果、両者の積で表される
加工圧は反発磁場の方が大きくなる。また、磁束分布の
変化により、非磁性体の表面近傍に磁性材が集中すると
ともに磁性材の接触面積も増大するため、磁性材の非磁
性体表面に対する作用量と作用面積が増大する。さら
に、磁場を非磁性体表面に対して移動させる場合、磁性
材には磁気力と接触抵抗が作用する。加工時において
は、磁性材は接触抵抗により非磁性体表面に引きずられ
て移動する現象を生じ、磁性材が非磁性体表面とともに
移動するようになると加工は行われなくなる。この接触
抵抗に抗するものは磁気力における非磁性体表面の接線
方向分力であり、この接線方向分力についても、上記加
工圧と同様の理由により反発磁場の方が大きいと考えら
れる。

【０００６】

【実施例】次に図面を参照して本発明に係る移動磁場に
よる表面処理方法の実施例を説明する。図１に示すよう
に、非磁性管１を回転部材２に形成された断面円形の貫
通孔２ａ内に挿通し、貫通孔２ａの内周面上における対
向位置に磁性体の支持ブロック３Ａ，３Ｂを固着する。
この支持ブロック３Ａ，３Ｂの端面上に永久磁石４Ａ，
４Ｂを貼着し、その磁極面を相互に対向させる。従来の
研磨方法では永久磁石４Ａと４Ｂは、互いに逆極（例え
ばＮ極とＳ極）を向けて取付けられていたが、本実施例
では永久磁石４Ａと４Ｂは同極を対向させた状態に取付
けられる。

【０００７】回転部材２は図示しない支持フレームに回
転自在に支持され、同じく支持フレームに取付けられた
駆動モータにより回転させられるようになっている。支
持フレーム自体は、非磁性管１の延長方向（非磁性管１
は後述のスラリーを供給するために好ましくは垂直方向
に支持される。）に沿って設けられたガイドにより移動
するようになっている。

【０００８】図２は上記構成による磁気研磨を直径２５
ｍｍ、肉厚１ｍｍのアルミニウムパイプに施した場合の
表面粗さと加工量を、異極を対向させた従来例（吸引磁
場）及び同極を対向させた本実施例（反発磁場）につい
て示したものである。磁石とパイプ外面の間隔（ギャッ
プ量）は１．８ｍｍ、両例ともに同一の希土類磁石を用
い、パイプ中央で計測した透過磁力は従来例で４５００
Ｇ、本実施例で３５００Ｇであった。

【０００９】用いた磁性砥粒は＃１２００のパウダーで
あり、このパウダー２００ｇを２０００ｃｃのオイル中
に分散させたものをスラリーとして５ｃｃ／ｍｉｎの割
合でパイプ内に供給した。回転部材２の回転数は１５０
０ｒｐｍ、支持フレームは非磁性管の軸線方向に周期１
Ｈｚ・ストローク２８ｍｍで往復動させながら、一方に
５０ｍｍ／ｍｉｎの移動速度で移動させた。

【００１０】図２に示すように、加工量は本実施例と従
来例の双方ともに加工時間に比例して増加しているが、
本実施例では従来例に対して約４倍というきわめて大き
な加工量が得られている。一方、表面粗さについては両
者間には有意の差が認められない。これは、本実施例の
加工量は大きいので処理前の表面粗さは迅速に除去され
ているはずであるが、粗粒研磨材を用いたためと被加工
物が軟質のアルミパイプであるためであると考えられ
る。

【００１１】次に、図３（ａ）に示す装置を用いて、従
来例と本実施例による加工圧の測定を行った。２枚のス
テンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）１０ａ，１０ｂを上板１
１の固定部１１ａと下板１２の固定部１２ａに取付け、
互に平行に配置する。ステンレス鋼板１０ａの表面上に
は歪ゲージ１３を形成する。上板１１の下面と下板１２
の上面には永久磁石１４Ａ，１４Ｂを対向して取付け、
永久磁石１４Ａと１４Ｂに挟まれたステンレス鋼板（Ｓ
ＵＳ３０４）１０ａと１０ｂの間に鉄粉１５を供給し
た。

【００１２】上記構成において、ステンレス鋼板１０
ａ，１０ｂの外面と磁極面との間隔（ギャップ量）ｇｐ
を変えて、永久磁石１４Ａ，１４Ｂの対向磁極を異極に
した場合（従来例）と同極にした場合（本実施例）とで
歪ゲージ１３の出力を各々測定した。ここで、永久磁石
１４Ａと１４Ｂを吸引配置とした場合には、図３（ｂ）
に示すように鉄粉は両ステンレス鋼板１０ａと１０ｂの
間に縦に分布するが、永久磁石１４Ａと１４Ｂを反発配
置とした場合には、図３（ｃ）に示すように鉄粉は両ス
テンレス鋼板１０ａと１０ｂの内面上にそれぞれが分離
し、広がった状態で分布する。反発配置の場合における
鉄粉の平面分布は、図３（ｄ）に示すように、磁極の直
上位置を中心として周囲に分散配置されている。

【００１３】上記測定によれば、図４に示すように、吸
引磁場の加工圧よりも反発磁場による加工面への圧力の
方が全体として大きく、しかもギャップ量が増大するに
従って両者の加工圧の差が大きくなっている。したがっ
て、反発磁場によればギャップ量を大きくしても加工圧
の低下量が少なく、磁極配置の研磨への影響が弱いこと
になる。また、吸引磁場における磁性砥粒の分布は磁束
の分布に従ってパイプ内部全体に広がるが、反発磁場に
おいては、磁性砥粒はパイプの内部に留まらずにパイプ
内面上（すなわち加工部位）に集まり、研磨材の多くが
有効に作用する。これは上記図３の鉄粉の分布をみれば
理解されよう。つまり、反発磁場の方が研磨材の加工面
に対する接触量及び接触面積が大きいので効率的に研磨
できるのであり、図２の加工量の増大は、上記加工圧の
増大とともに、研磨剤作用量の増大にも起因するのであ
る。

【００１４】図５は本実施例の磁極配置による磁束分布
を示したものである。反発磁場においては、永久磁石の
磁力線が互いに他の磁力線を排除するように分布するの
で、パイプ中央部の磁力は弱くなるがパイプ内面を透過
する磁束は増加する。このことは、反発磁場においては
一方の磁極へ接近すると急激に磁場強度が増大すること
を示しており、研磨面上の磁場の変化率が大きいため、
磁場の研磨面への加工圧及び接線方向の移動に対する抵
抗力（以下、この２つを加工力という。）が大きくな
る。また、反発磁場は、パイプ内の磁性砥粒の分布を研
磨面上に集中させるために研磨砥粒の作用量が大きくな
り、しかも磁束分布に従って磁性砥粒の分布も研磨面上
に広がることから作用面積も増加する。

【００１５】したがって、全体として加工量を大幅に増
加させることができるとともに、磁束がパイプ内部へ入
る部分と磁束が再びパイプ外部へ出る部分の双方におい
て研磨が行われるなど、研磨面積が大きく且つ研磨面上
における加工力の変化が緩いため、例えばパイプ軸線方
向へ往復動作を充分に行わなくても、均一な研磨面が容
易に得られる。すなわち、研磨速度の増加と研磨の均一
性の向上の双方を図ることができる。

【００１６】図６はパイプの周囲においてＳ極とＮ極を
交互に内側へ向けた４つの永久磁石を配置した場合
（ａ）と、４つ全てのＮ極を内側へ向けた場合（ｂ）に
ついて、磁力線分布を示したものである。図６（ａ）に
示す配置では、上記と同様に磁場の変化率が小さい上に
研磨部位は円周上の８か所にすぎず、磁束も隣接した磁
石の異極の方向に集中するため、パイプの円形断面上及
び軸線を含む断面の双方に関して研磨部分が狭くかつ非
研磨部との境界部分が急峻である。これに対し、図６
（ｂ）に示す配置では、パイプ内面上における磁場の変
化率が大きいために加工圧も高くなり、しかも１６か所
で研磨が行われるから研磨面積も大きく、さらにパイプ
内面の広い範囲にわたってゆるやかに研磨領域が形成さ
れる。

【００１７】上記実施例と同様の方法により、図７に示
すステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製のフレキシブルチュ
ーブ（蛇腹管又はベローズ）の内面を研磨した。図１と
同様の装置により、回転部材の回転数２７００ｒｐｍ、
往復動の周波数２Ｈｚ、往復動のストローク２８ｍｍ、
スラリー点滴５ｃｃ／ｍｉｎ、スラリー構成（２〜４μ
ｍ径の磁性砥粒０．０５ｇを１０ｃｃのオイル中に分
散、研磨補強剤として３３０μｍ径の鉄粉を０．８ｇ加
えたもの）、回転部材の移動速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、加
工時間３０ｍｉｎで研磨を行った。

【００１８】上記結果としては、同条件で行った従来例
の方法では全体的に加工が不十分であり、ベローズの波
形断面の山部Ｐのみが鏡面になったに過ぎず、特に波形
断面の傾斜部Ｓがほとんど研磨されなかった。これに対
し、本実施例では加工量も充分であり全体的に鏡面研磨
を施すことができた。波形断面の傾斜部Ｓや谷部Ｖにお
いても、山部Ｐと同様に充分に研磨されていた。

【００１９】吸引磁場ではベローズ内部全体に磁性砥粒
が充填され、山部Ｐが研磨される傾向があるが、谷部Ｖ
までは磁性砥粒は入りにくい。磁性砥粒の量を増やして
みてもそのために磁場分布は一様分布に近くなり、必要
な磁場分布（磁場の変化率）が得られず、加工力が小さ
い。一方、反発磁場では本来磁極へ接近する方向に磁場
が急激に増大しているため磁場の変化率は谷部Ｖできわ
めて大きく、したがって適切な量の磁性砥粒を供給すれ
ば山部Ｐに限らず、傾斜部Ｓ及び谷部Ｖにおいても充分
に研磨される。

【００２０】以上のように、本実施例は簡易な方法であ
るけれども極めて大きな効果を奏するものであり、本発
明は加工量と均一性の双方を充足する新規な表面処理方
法である。本実施例では非磁性管の内面研磨を行う方法
を示したが、平面板や球面部等の他の非磁性体の表面研
磨に適用できることは明らかである。例えば平面板の表
面を研磨する場合には平面板を対向する磁極間のいずれ
か一方に近接させて表面上にスラリーを供給すればよ
い。移動磁場は上記実施例のように回転運動により形成
する必要はなく、単なる往復動作等の他の動作により形
成してもよい。

【００２１】研磨用の磁性材としては上記磁性砥粒以外
でも表面に研磨布を貼着した磁性体からなる研磨工具を
配置し、これを磁力によって駆動するものでもよい。本
発明は研磨以外にも研削や表面エッチング等の他の表面
処理に広く適用できるものであり、これらの他の処理に
おいても加工力と加工面積の増大は有効に作用する。磁
石は種々の永久磁石を用いることができ、永久磁石の変
わりに電磁石を用いてもよい。磁石の数は２以上であれ
ばよいが、多数の磁石を用いる場合には配置間隔や被研
磨面とのギャップ量を適宜設定する必要がある。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、互いに対
向する少なくとも２つの磁極の間に非磁性体を配置し、
その表面上に磁性材を付与した状態で磁極を表面に対し
て相対的に移動させることにより非磁性体の表面を処理
する移動磁場による表面処理方法であって、上記磁極を
相互に同磁極にしたものであるから、磁極配置の変更の
みにより加工量を増加させることができ、しかも均一性
の高い表面処理を容易に施すことができる。また、ベロ
ーズ等の凹凸面に対しても均一に表面処理を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例である非磁性管の内面研磨
方法を示すための研磨装置の主要部を示す説明図であ
る。

【図２】同実施例による研磨後の非磁性管の内面の表面
粗さと研磨加工量とを、従来例と比較して示すグラフで
ある。

【図３】（ａ）は研磨加工圧を測定するための実験装置
の構造を示す概念図、（ｂ）は従来の吸引磁場による鉄
粉の分布を示す断面図、（ｃ）は実施例の反発磁場によ
る鉄粉の分布を示す断面図、（ｄ）は実施例の反発磁場
による鉄粉の分布を示す平面図である。

【図４】磁極とステンレス鋼板との間のギャップ量と歪
ゲージの出力電圧との間の関係を従来例と比較して示す
グラフである。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は本実施例における磁束分布
を示す説明図である。

【図６】（ａ）は従来の異極を交互に内向させた４つの
磁石からなる系の磁束分布を示す説明図、（ｂ）は４つ
の同磁極を全て内向させた場合の磁束分布を示す説明図
である。

【図７】内面研磨の被加工物として用いたフレキシブル
チューブの断面図である。

【符号の説明】

１非磁性管２回転部材２ａ貫通孔３Ａ，３Ｂ支持ブロック４Ａ，４Ｂ永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する少なくとも２つの磁極の
間に非磁性体を配置し、非磁性体の表面上に磁性材を付
与した状態で磁極と非磁性体とを相対的に移動させなが
ら非磁性体の表面を処理する移動磁場による表面処理方
法であって、上記磁極を全て同磁極としたことを特徴と
する移動磁場による表面処理方法。
【請求項２】複数の磁極を非磁性体の周囲において相
互に内側に向き合うように配設し、非磁性体の内表面上
に磁性材を付与した状態で複数の磁極を非磁性体に対し
て相対的に移動させることにより非磁性体の表面を処理
する移動磁場による表面処理方法であって、上記複数の
磁極を全て同磁極としたことを特徴とする移動磁場によ
る表面処理方法。
【請求項３】請求項２において、前記非磁性体は非磁
性管であり、複数の前記磁極を非磁性管に対しその軸線
を中心にして相対的に回転させながら、非磁性管の軸線
方向へ移動させることを特徴とする移動磁場による表面
処理方法。