JPS5877447A - 表面研摩法とその装置 - 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】 この発明は、加工物とポリシャ間に砥粒なはさみ、両者
の相対運動によって加工物表面を研摩する表面研摩法と
その装置に関する。

かかる表面研摩法は、従来、例えばラップ仕上又はパフ
仕上の場合、加工物をラップ又はパフの如きポリシャに
押し付けて研摩するようになっており、この押し付は力
つまり加工圧は、作業者の経験と熟練に依存するところ
が大で、自由に制御することは困難であった。

この発明は、加工圧を自由に制御することのできる表面
研摩法とその装置を得ることを目的としている。

この発明は、磁性流体が磁石に引付けられる力を利用し
たものである。磁性流体は、液相中にコロイｒサイズの
強磁性微粉末を分散させたコロイド溶液であって、分散
質が１５０Ｘ程度以下と極めて微細であるため常磁性的
挙動を示す超常磁性の磁気的性質を有する。従って磁場
を印加すれば、磁性流体は磁束径路に引き寄せられ、特
に磁束密度の大きい方に引き寄せられる性質がある。

第１図にもとづいてこの発明の詳細な説明すると、回転
又は往復動可能な加工盤１に設けたみぞ２内に磁性流体
を充填し、この磁性流体を膜状のポリシャ３内に封じ込
め、ポリシャ３上に形成した加工室４内にポリシ液を収
容して、ポリシ液と磁性流体を膜状のポリシャ３で仕切
る。加工物５を加工室４のポリシ液中に浸漬しその被加
工面をポリシャ膜乙にすきまを置いて対面又は接触させ
、加工物５に対向するみぞ部分の磁性流体に点線で示す
磁束φの径路を形成するように磁場を印加すると、みぞ
２内の磁性流体は磁束形成部に引き寄せられて液面が盛
り上がり、ポリシャ膜３は、点線で示すように膨出し、
ポリシ液中の砥粒なはさんで加工物５の被加工面に押し
付けられる。そこでポリシャ膜６と加工物５の両者を相
対運動させれば加工物の表面研摩が行われる。磁場を電
磁石により印加すれば、電流の大きさに比例して磁束密
度を変えることができ、ひいては磁性流体を引きよせる
力を変えることができ、結局はポリシャ膜３の押し付は
力つまり加工圧を変えることができる。従って、磁場形
成用電流を無段に変えることＫより加工圧を自由に制御
することができる。

以下この発明の詳細な説明する。第２図に示す研摩装置
において、１１は厚さ約５ｗ＋ｍの黄銅製の如き非磁性
体の円形加工盤つまり円盤、１２は円盤１１の片面に穿
設した外径１４５■、内径１０９ｍ、深さ３．５ｍ＊の
ドーナツ形のみぞ、１３１４はアクリル製の内側円環、
１５はアクリル製の外側円環であって、両日環１４及び
１５と円盤１１間にゴム板１３をはさみ両日環を円盤に
ねじ止め１６をしてゴム板１３を円盤１１に固定する。

ゴム板の固定は、先に内側円環１４をねじ止めし、次い
でゴム板１３を張りながら外側円環１５をねじ止めして
、ゴム板が円周全域にわたって均一な弾性を持つように
固定するとよい。１７及び１７はそれぞれ通路１８を介
してみぞ１２に連絡した１対の注入口であって、一方の
注入口から磁性流体をみぞ１２内に流し込みながら他方
の注入口からみぞに残っている空気を抜き取り、みぞ１
２内に充満するまで磁性流体を充填する。磁性流体の充
填は、ゴム板１６に余分な圧力が加わらないように流量
を調節することが望ましい。充填後、注入口１７を弁そ
の他適当な手段で密閉する。内側及び外側円環１４及び
１５は、ゴム板１６を底壁として上端を開放・し、かつ
ポリシ液を収容する環状の加工室１９を形成する。円盤
１１は下部回転軸２０の上部にアクリル製ワッシャ２１
及び２２を介してナツト２３により固定され、下部回転
軸２０は、支持台２４に設けた下部台２５に縦に間隔を
おいて設けた軸受２６及び２６に支承され。

その下部にプーリ２７を取付け、これによりプーリ２７
の回転が円盤１１に伝えられる。

円盤１１をはさんで上部電磁石２８及び下部電磁石２９
を対設する。上部電磁石２８は、黄銅管に直径０．８簡
のエナメル線を巻いたもので、支持台２４にねじ止め３
０した上部台３１に固定され、内部円管２８ａと外部円
管２８ｂ間のすきま３２に冷却水を流して軟鋼製鉄心６
３の通電中の熱膨張を防止している。鉄心３３は、内部
円管２８ａを貫通して上方に伸長し、上部台３１に設け
た軸受３４に回転可能に支承された黄銅円管製のスリー
ブ３５に固定ねじ３６により固定され、スリーブ６５に
プーリ３７を取付け、これにより鉄心３３を円盤１１と
同じ回転数で回転させる。上部電磁石の鉄心６３は、そ
の先端部が磁極として磁束放射機能を有すると共に、ゴ
ム板１３に被加工面をすきまを置いて対面又は接触させ
るように加工物を担持する機能を有し、その下端には黄
銅円柱製の加工物取付台３８が接着その他適当な手段で
取付けられ、鉄心に対する加工物の取付は取外しは、固
定ねじ３６をゆるめて鉄心３３を抜き出すことによって
行われる。鉄心６６の上端には黄銅製の丸頭ボルト３９
がねじ込まれ、ボルト３９の頭に接触できるようにマイ
クロメータヘッド４０を上部台３１に取付ける。マイク
ロメータヘッド４０は、加工物取付台３８に取付けた加
工物を加工室１９に配置する際、鉄心３３の上下位置を
調節したとき、その鉛直方向の移動距離を読取り、以後
新たな加工物を加工室に配置する毎に、鉄心３３をヘッ
ド４０の読みに合わせて鉄心位置つまりは加工物位置の
再現性を得るようにしている。加工物の取付は取外しの
ため鉄心６３を抜き出す際ヘッド４０が邪魔にならぬ様
に、マイクロメータヘッド４０全体を上部台に旋回又は
上下スライド可能に取付けることが望ましい。下部電磁
石２９は、軟鋼の固定鉄心４１に薄肉の黄銅管をかぶせ
、その上から直径０．８鴎のエナメル線を巻いたもので
、鉄心４１が上部電磁石の鉄心３３と同軸となるように
下部台２５に固定されている。上方板２９ａから突出し
ている鉄心４１の先端磁極部４１ａを。

磁力線分布を変えるため例えば、昭和５６年実願第４０
６４９号に記載した不均一磁場形成用の磁極用鉄心の如
き磁極形状に変えることができるように着脱自在として
もよい。

上記のように構成された研華装置において、鉄心３３の
加工物取付台３８に研摩すべき加工物を接着し、加工物
の被加工面がゴム板１３に接触しかつ自転できる程度に
又はゴム板から少なくとも砥粒の粒子径よりは大きなす
きまをおいて対面する程度に鉄心６３の上下位置を調節
して鉄心３３をねじ３６で固定する。プーリ２７及び３
７に接続するインダクションモータ（図示なし）を起動
して円盤１１及び鉄心６６を回転する。上下電磁石２８
及び２９の電磁石イルに直流電流を通電すると、第６図
に示すように、鉄心６６の下端の磁極例えばＮ極とこれ
に対向する鉄心４１の上端の磁極例えばＳ極間に磁束φ
が形成され、これにより両磁極間を通過する円盤１１の
みぞ１２内の磁性流体に磁場が印加され、みぞ１２内の
磁性流体は磁界の強いところに集まろうとする。そのた
め同じく両磁極間を通過するゴム板１６の部分が第１図
に示したように加工物に向は上方に盛り上がり、このゴ
ム板部分が加工室１９内のポリシ液中の砥粒をはさんで
加工物表面に押し付けられ、被加、工面の研摩が行われ
る。電磁コイルに流す電流の強さを加減することにより
ゴム板１３による加工圧が制御され、従って加工量が制
御される。

上記実施例に係る研摩装置たよって得られた加工例は次
の通りであった。

（１）　　印加する磁場の大きさつまり磁束密度は電流
によって変えることができ、両者の関係は第４図に示す
通りであった。電磁石のコイルに流す直流電流はスライ
ダツクスにより調節し、磁束密度の測定は鉄心３６に取
付けた加工物の面上で行った。

（２）電磁石のコイルに流す電流とゴム板による加工圧
の関係は第５図に示す通りであった。測定は、ひずみゲ
ージを接着したリン青銅板に加工物と同形の試料を接着
し、リン青銅板を片持梁式に支持して試料下面をゴム板
１３に接触させ、円盤１１のみを回転した上で上下電磁
石２８及び２９に通電し、す／青銅板の変位を測定し、
その平均変位をとって加工圧に換算した。その手順は下
表に示す通りである。試料のガラスの直径は１６■。

であるから、リン青銅板に加わる力がら加工圧を求める
ことができる。下表において予荷重というのは自重によ
る荷重のことである。

０、　　１．１　　０．５　　　２．３　　　１．１４
０．２　　６．０　　１．５　　　３．３　　　１．６
４０．４　　２４．０　　５．７　　　７．５　　　３
．７３０．６　　３８．８　　９．３　　１１．１　　
　５．５２０．８　　５２．３　１２．８　　１４．６
７２６１．０　　６４．４　１５．５　　１７：３　　
　８．６１１．２　　６Ｂ、２　１６．４　　１８．２
　　　９．０５（３）下記の条件で表面研摩した場合、
電磁石のコイルに流す電流と加工量つまり加工前後の加
工物の質量減の関係は第６図に示す通りであった。

同図において加工量ｌｖ／ｈは１時間当りの平均をとっ
て示しである。

加工物二ンーダ石灰ガラス、直径約１６ｔｔｙｎの円板
、厚み約１．２１ｍ、　ＧＯ砥粒ＳＩＧ　＊　４００で
粗ラッピングの前加工したもの。

ポリシ液：ＧＣ砥粒５ｉＣ１８（）Ｑと水を重量比３，
８対１２で混合したもの。

回転数：　　３０ｒ、　ｐ、　ｍ ポリシ時間：６０分 加工圧＝　１〜８．５２１伽２ 磁性流体：フェリコロイドＤＥＳ　−４０、タイホーエ
業株式会社製、グイエステ ルをベースとしたもの。

ポリシャ：約１ｍ厚の生ゴム製ゴム板。

（４）上記の条件で得られた加工面の表面あらさは第７
゛図に示す通りであった。測定は加工面の直径上で測定
した。第７図において、（イ）図は前加工面、（ロ）図
は電流ＯＡ及び加工圧１ｆ３１／ｃＭ２、（ハ）図は電
流０．２人及び加工圧１．８　ｆｆｉ／ｍ２、に）図は
電流０．４Ａ及び加工圧３．７　ｆＮ／ｃｍ２、（ホ）
図は電流０，６Ａ及び加工圧５．５２重／ｃｆｎ２、（
へ）図は電流０．８Ａ及び加工圧７．３ｆ重／ｃｍ２、
（ト）図は電流１．ＯＡ及び加工圧８９＊ｊｃｍ２の場
合を示し、（イ）ないしくト）図においてα曲線は加工
面の中央部を、β曲線は加工面の周辺部を示している。

第８図は上記条件下の研摩において各電流値に対応する
表面あらさの変化を示したもので、同図において白丸は
中央部を黒丸は周辺部を示している。第９図は、上記条
件で研摩した後、ＧＣ砥粒ＳｉＣ＊１５００と水を２．
５対１２の重量比で混合したポリシ液で更に研晰した場
合の電流と表面あらさの関係を示すもので、白三角は中
央部を黒三角は周辺部を示している。

（５）上記加工例から下記の事項が確認された。

印　電流に比例した加工圧が得られる。

（ロ）電流を増加させるにつれ、加工量が増加し、表面
あらさが小さくなる。

（ハ）加工量の変化は電流に対する加工圧の関係と一致
する。

に）加工後の表面あらさば、中央部と周辺部では異なり
、中央部の方が小さくなる傾向がある。

第２図に示す装置において、加工室１９内のポリシ液中
の砥粒を分散させる手段例えば刷毛４２を第１０図に示
すように支持台・２４に取付け、円盤１１の回転と共に
刷毛４２でポリシ液を攪拌し、加工室１９内で砥粒濃度
が均一に分散するようにすることが望ましい。ポリシャ
と加工物の相対運動は回転運動に限らない。例えば第１
１図に示すように、磁性流体の収容みぞ１２及び加工室
１９を直線状として、回転する円形加工盤の代り忙左右
に往復運動する直方形加工盤１１としてもよい。

場合により、上部電磁石の鉄心を回転させることなく静
止した状態でもよい。また場合により、−・方の電磁石
を省略してもよい。例えば第１２図に示すように、上部
電磁石２８を省略し、鉄心の代りにラップ棒１３３を回
転可能に設け、このラップ棒な加工物の担持手段として
その下端に加工物取付台６８を設けた構造としてもよい
。この場合、磁束は下部電磁石の鉄心４１の先端の磁極
からラップ棒１３３の下端に向けて形成されるが、第３
図に示す場合よりも磁界が拡がって磁性流体の集中も少
な（なり、やや能率が落ちる傾向がある。

ｉ２．１１及び１２図において、加工物を膜状のポリシ
ャ１６０表面に必ずしも接触させる必要はなくすきまを
置いて対置させてもよい。この場合、鉄心３３及θラツ
プ棒１６３の回転に従いすきま内を砥粒が流動して流体
研摩が行われる。従って第２，１１及び１２図に示す装
置によれば、膜状のポリシャ表面に対する加工物の取付
は位置次第で、加工圧を加えたポリシングをしたり或は
砥粒の動きによる流体研摩をしたりすることもできる。

けることができれば、ゴム板に限らず他の任意の材料の
ものでよい。例えば、ゴム板に通常使用されているポリ
シャを貼り付けるとか、スポンジ状のポリシャを使用す
ることも可能であり、またテープにバインダを介して砥
粒を貼り付けて使用畔ることも可能である。膜状ポリシ
ャ材の選定に当っては下記の如きポリシャ如必要な力学
的性質を考慮するとよい。砥粒が有効に作用するために
は砥粒が余り早くポリシャに埋め込まれない方がよい。

ポリシャは適当な粘性、又は遅延弾性があるとよい。ポ
リシャが加工物例えばガラスに接着するのを避け、ポリ
シャと加工物の間にポリシ液がゆきわたるためには、ポ
リシャ表面が水に濡れ易くなることも必要である。砥粒
が加工物表面例えばガラス面に作用する時、その反作用
としてポリ関 シャに瞬時的な力が加わるが、この力によってポ藺 リシャ局部が変形してしまわないためには、瞬時弾性の
大きいことも望ましい。膜状のポリシャをそれ自体砥粒
を担持したもの或は例えばアブラシベルトの如く砥粒を
散布したものとすれば、工作液を使用せず乾式で行うこ
ともできる。

第１３図ないし１５図はこの発明を使用した研削盤方式
の表面研摩加工を例示するものである。

第１３図は円筒外面みがきの場合を示し、同図において
、管状の加工盤１１の内周に磁性流体収容の内周みぞ１
２を設け、磁性流体を封じ込むようにポリシャ膜１３を
管状に取付け、加工盤１１の直径方向に１対の電磁石２
８及び２９を対設する。

加工すべき丸棒５０を、その被加工面がポリシャ１６の
表面に接触又はすきまを蓋いて対面するように、管状の
ポリシャ膜内に挿入し、電磁石２８及び２９に通電して
両磁極Ｎ、　８間に磁束φを形成すると１．）？　ＩＪ
シャ膜１３が図示の如く盛り上って丸棒表面に押し付け
られる。丸棒５０を回転すると共に、加工盤１１を丸棒
５０とは反対方向に回転させるか又は静止させ、電磁石
２８及び２９を単独でか又は加工盤１１と共に左右に往
復動させて円筒外面みがきを行う。第１４図は円筒内面
みがきの場合を示し、スピンドル６０を取付けた円柱状
の加工盤１１の外周に磁性流体収容の外周みぞ１２を設
け、磁性流体を封じ込むようにホリシャ膜１６を円筒状
に取付け、加工盤１１を加工物５０の孔の中に挿入して
回転させ、加工物５０の直径方向に対設した１対の電磁
石２８．２９に通電し、電磁石又はスピンドルを左右に
往復動させるか、或は加工物を左右に往復動させて円筒
内面みがきを行う。第１５図は平面みがきの場合を示し
、スピンドル６０を取付けた円形加工盤１１の片面に磁
性流体収容のドーナツ形みぞ１２を設け、磁性流体を封
じ込むようにポリシャ膜１３を平板状に取付け、ポリシ
ャ膜を加工物５００表面に接触させ、加工盤及び加工物
をはさんで対設した１対の電磁石２８．２９に通電し、
加工盤１１を回転すると共に、加工ＷＳＯを左右に往復
動させかつ紙面に垂直方向に送るととにより表面みがき
を打ち。第１６ないし１５図に示す表面＠孝加工におい
て、膜状のポリシャ１５にはそれ自体砥粒を担持したポ
リシャ膜を使用する。また場合により対設する１対の電
磁石を円周に沿って複数個配設してもよい。

加工盤１１は、必らずしも全体を非磁性体とする必要は
なく、磁束φの通過部分のみを非磁性材第１６ないし１
５図に示す装置の場合には、磁性上下電磁石の各磁極は
、図示のように互＃！ｃ異極とする以外に、場合により
同極として七〇反尭力を利用してポリシャ膜を変位させ
加工圧を得るようにしてもよい。磁性流体に印加する磁
場は磁力線が磁極面のラジアル方向に概ね均等に分布し
た均一磁場でよい。しかし、特殊な局在したみがきを必
要とする場合は磁場勾配のある、例えば磁極面のラジア
ル方向に磁束密度が不均一に偏在した不均一磁場をかけ
るとよい。この場合、磁性流体が不均一磁場のうち％に
磁束密度の高い方へ集中し、これに伴いホＩＪシャ膜が
特定方向にのみ変位して加工物に対し局部的に偏った加
工圧を得ることになる。電磁石のコイルに流す電流を直
流に限らず交流として、ある一定の圧力を中心として交
流の振動数に合わせて強弱の力を交互に加えることも可
能である。前記した条件下の加工例は例示であって、加
工物の材質、大きさ又は平面ないし曲面の如き表面形状
に従いそれぞれに適したポリシャ、ポリシ剤、磁性流体
等の諸条件を選定すればよい。また図示した表面研摩加
工及び装置は、例示であって、状況如応じこの発明の範
囲内で種々変形し得ることは理解できよう。

以上説明したように、この発明は、磁性流体に磁場を印
加することにより膜状のポリシャを被加〒面に押し付け
て加工圧を得るので、磁場印加用電流を容易に無段に変
えて加工圧を自由に制御することができる。また電流の
制御忙よって加工圧の制御を自動化することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を示す概要図、第２図はこの発
明による表面研摩加工を一部断面にして示す正面図、第
６図は磁性流体に対する磁場印加を示す概要図、第４図
は電流と磁束密度の関係を示すグラフ、第５図は電流と
加工圧の関係を示すグラフ、第６図は電流と加工量の関
係を示すグラフ、第７図はこの発明によって得られた加
工物の表面あらさを例示する線図、第８図は電流と表面
あらさの関係を示すグラフ、第９図は電流と表面あらさ
の関係を示すグラフ、第１０図は加工室内の砥粒分散用
の刷毛を示す一部断面にした部分正面図、第１１図は加
工盤の変形例を一部断面にして示す部分正面図、第１２
図は上部電磁石を省略した変形例を一部断面にして示す
部分正面図、第１３図はこの発明を使用した円筒外面み
がきを例示する一部断面にした概要図、第１４図は円筒
内面みがきを例示する概要図、及び第１５図は平面みが
きを例示する概要図である。 １・・・・・・加工盤、　　２・・・・−磁性流体の収
容みぞ。 ３・・・・・・膜状のポリシャ、　　４・・・・・・ポ
リシ液の収容室。 ５・・・・・・加工物、　　１１・・・・・・加工盤、
　　１２・・・・・・収容みぞ、　　１３・・・・・・
ポリシー？、　　　１９・＝加工室。 ２８・・・・・・上部電磁石、　　２９・・・・・・下
部電磁石。 ３６・・・・・・上部電磁石の磁極用鉄心、　　３８・
・・・・・加工物取付台、　　４１・・・・・・下部電
磁石の磁極用鉄心。 代理人　弁理士　渡辺昭二 祖／図 １ 毛３図。 １Ｅ）Δ　図 電　、九　（Ａ） 見５Ｉ２］ 電　、丸　ｔａｒ ＃７　図 ＋１ン ρ 襄８　図　　　　　　　　　　　尾ｑ図３０３− 尾１０　　図 、）１ 尾７２図 ３５ 尾７３図 襄ｌΔ口 襄７６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、膜状のポリシャ内に磁性流体を封じ込め、加工物の
   被加工面を前記ポリシャの表面に対面又は接触させ、ポ
   リシャと加工物の両者を相対運動させ、磁性流体に磁場
   を印加することにより前記ポリシャを被加工面に押し付
   けることを特徴とする表面研摩法。 ２、前記加工物を砥粒を含むポリシ液中に浸漬させた特
   許請求の範囲第１項に記載の表面研摩法。 ３、前記ポリシャがそれ自体砥粒を担持したものとなっ
   ている特許請求の範囲第１項に記載の表・面研摩法。 ４、磁性流体の収容みぞを有する加工盤と、収容みぞを
   覆って磁性流体を封じ込むよ５に前記加工盤に取付けた
   膜状のポリシャと、磁性流体に磁場を印加するための電
   磁石と、被加工面を前記ポリシャに対面又は接触させる
   ように加工物又は加工盤を担持する手段と、加工盤と加
   工物を相対運動させる手段とを備えてなる表面研摩装置
   。 ５、前記加工盤をはさんで少くとも１対の又は上部及び
   下部の電磁石を対設した特許請求の範囲第４項に記載の
   表面研摩装置。 ６、前記ポリシャを底壁とした加工室を前記加工盤に設
   け、該加工室に砥粒を含むポリク液を収容した特許請求
   の範囲第５項に記載の表面研摩装置。 ７、前記加工盤をドーナツ形のみぞを有する回転可能な
   円盤とし、該円盤をはさんで上部及び下部の電磁石を対
   設し、上部電磁石の鉄心を加工物担持手段としかつ回転
   可能とした特許請求の範囲第６項に記載の表面研摩装置
   。 ８、前記加工盤を直線状のみぞを有する往復動可能な直
   方形加工盤とし、該加工盤をはさんで上部及び下部の電
   磁石を対設し、上部電磁石の鉄心を加工物担持手段とし
   かつ回転可能とした特許請求の範囲第６項に記載の表面
   研摩装置。 ′９．上部電磁石を省略し、上部電磁石の鉄心の代りに
   回転可能なラップ棒を設けた特許請求の範囲第７項に記
   載の表面研摩装置。 １０、それ自体砥粒な担持した膜状のポリシャを使用し
   、磁性流体収容の内周みぞを設けた管状の加工盤に管状
   のポリシャ膜を取付け、加工盤の直径方向に少なくとも
   １対の電磁石を対設し、加工物を管状のポリシャ膜内に
   挿入して円筒外面みがきを行う特許請求の範囲第５項に
   記載の表面研摩装置。 １１、それ自体砥粒を担持した膜状のポリシャを使用し
   、磁性流体収容の外周みぞを設けた円柱状の加工盤に円
   筒状のポリシャ膜を取付け、加工物の直径方向に少なく
   とも１対の電磁石を対設し、加工盤を加工物の孔の中に
   挿入して円筒内面みがきを行う特許請求の範囲第５項に
   記載の表面研摩装置。 １２、それ自体砥粒を担持した膜状のポリシャを使′用
   し、磁性流体収容のドーナツ形みぞを設けた円形加工盤
   に平板状のポリシャ膜を取付け、加工盤及び加工物をは
   さんで少なくとも１対の電磁５触させて平面みがきを行
   う特許請求の範囲第５項に記載の表面研摩装置。