JPS61244457A - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は、研磨粒を混入した磁性流体を用いる研磨装
置に関する。

［発明の技術的背景およびその問題点］例えば射出成形
用金型において金型の表面品位は、成形加工により直接
成形片に：転写されるため高度な形状精度や表面粗さく
光沢）が要求される。

これらの金型に要求される表面粗さは通常、１゜０−０
，５ｕｍ　Ｒｍａｘ程度、そＬ　テＭ　ＩｆＪ　すＨ品
ヤ光沢の特に必要な製品用の金型に対しては０．１−０
．０３μｍＲｎ＋ａｘ程度の鏡面仕上げが要求される。

そこでこのような金型の鏡面加工を行なう場合には、複
雑な形状のものの場合には手仕上げによって表面研磨が
行なわれている。また単純な形状の金型の場合には、そ
の金型表面形状にあった専用の工具を用意し、鏡面加工
を行なっている。

しかしながら実用上、各金型に対して手仕上げを行った
り専用の研磨工具を用意するのではフレキシビリティが
なく、鏡面仕上げ用の自動研磨装置が望まれている。

［発明の目的］ この発明は、このような従来の問題に鑑みて成されたも
のであって、研磨物表面の鏡面仕上げ加工が自動的に行
なえる磁性流体を用いた研磨装置を提供することを目的
とする。

［発明の概要］ この発明は主軸と、この主軸に脱着可能に取付けられた
研磨工具と、この研磨工具と研磨物の間に回転磁界をか
ける磁界発生装置と、磁性流体と研磨粒との混合した研
磨流体を前記研磨工具先端部と研磨物との間に供給する
研磨流体供給装置と前記研磨工具と研磨物との相対的な
位置決めをなす位置決め装置とを備えて成る磁性流体を
用いた研磨装置であって、研磨工具と研磨物との間に介
在する研磨流体に回転磁界をかけることにより研磨物表
面を研磨流体中の研磨粒によって研磨し、鏡面仕上げ加
工を自動的に行なうものである。

［発明の実施例］ 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。まず
この発明実施例の加工原理を第３図乃至第５図を基に説
明すると、研磨粒１と磁性流体３との混合した研磨流体
５を非磁性容器７内に収容し、磁気回路９の磁気ギャッ
プ１１内においた場合、磁気回路９の励磁コイル１３の
励磁の度合によって次のような挙動をする。

磁　流体がない場合 この場合には磁気回路９の磁気ギャップ１１における磁
力線“の分布は第４図（ａ　’）に示すようなものとな
る。

弱い　　　の研磨流体の挙動 磁気回路９に弱い磁界が与えられた場合、研磨粒１が非
磁性体である場合の研磨流体５の挙動は第４図（ｂ）に
示すようになる。つまり磁性流体３は磁力線によって磁
気ギャップ１１内で磁力線の方向に引かれるが、研磨粒
１は非磁性容器７にほとんど影響を受けることなくＳ留
している。

′い　　　の　　、　の挙動 磁気回路９に強い磁界が与えられた場合、第４図（Ｃ）
に示すように磁性流体３は磁力線によって強く拘束され
、その磁性流体３の動きによって研磨粒１も中央部にや
や盛り上った形で集められることになる。

この場合でも研磨粒１が非磁性体であるために磁気ギャ
ップ１１においてギャップ端面に接触するように引きつ
けられることはない。

粒を用いた場への挙動 研磨粒１として磁性体のものを用いた研磨流体５を強い
磁界の基に置くならば第５図に示すように、磁性流体３
とともに研磨粒１が磁気ギャップ１１においてギャップ
端面に接触し、しかも強い磁界の拘束を受は同図に矢印
Ｐで示す側圧を受け、ギャップ端面に対してＰ′の接触
圧力を生じさせる。この接触圧力Ｐ′と、研磨粒１と磁
極との引力との合力が研磨物加工時の切削力として利用
される。

第１図およびＭ２図はこの磁性体研磨粒を混合した研磨
流体の磁気回路中での挙動を利用すべく構成された研磨
装置の一実施例を示すものである。

第２図に示すよう加工ヘッド１５がＸＹキセリッジ１７
．１９上に取付けられており、この加工ヘッド１５には
研磨工具２１がＺ軸上下方向に昇降自在に取付けられる
構成である。

第１図おいて研磨工具２１は研磨流体を通ずための中空
の主＠２３の下端に工具交換用ホルダ２５を取付け、こ
の工具交換用ホルダ２５に適宜形状の研磨工具２１が脱
着可能に取付けられている。

また前記主軸２３にはスプライン軸部２７が形成されて
おり、Ｚ軸上下方向にこの主軸２３を昇降させるための
Ｚ軸モータ２９と噛み合わされている。さらに主軸２３
に歯車３１が取付けられており、主軸回転用可変モータ
３３と噛み合わされている。さらにまた主軸２３の上端
部にスリップリンタ３５が設けられており、ブラシ３７
と接触している、 この主軸２３はＸ輪キャリッジ１７、Ｙ軸キャリッジ１
９によってｘＹ軸方向に移動自在に保持されている。

磁気回路を構成するために主軸２３には磁界発生用マグ
ネット３９が取付けられ、磁気回路形成用ブラケット４
１内に設置されている。この磁気回路形成用ブラケット
４１内には研磨物１５として金型が置かれる。従って磁
界発生用マグネット３９が励磁されるならば、第１図に
矢印で示したように磁気回路形成用ブラケット４１、Ｘ
軸キャリッジ１７、Ｙ軸キャリッジ１つを通り、研磨工
具２１、研磨物１５を通る磁気回路が形成される。

なおこの磁気回路において磁気ギャップは（］＋〜ｇ４
で表わされている。

研磨工具２１と研磨物１５との間の磁気ギャップｇ４に
対して研磨流体５を供給するために第２図に示すライン
構成が採られる。磁性体研磨粒１と磁性流体３とは回収
、分離して再使用するように配慮され、それぞれ研磨粒
タンク４３、磁性流体タンク４５に貯留されている。な
お、この実施例では荒研磨、中研磨、仕上げ研磨の３段
階の研磨を連続的に実施するために研磨粒に対しては３
段階の粒度をもつものを使用するように考慮され、研磨
粒リサイクルライン４７に荒研磨粒用第１フィルタ４９
、中研磨粒用第２フィルタ５２、仕上げ研磨粒用第３フ
イルタ５３が設けられており、それぞれのリサイクラ５
５．５７．５９に接続されている。

磁性流体タンク４５内の磁性流体３はポンプ６１によっ
て供給ライン６３に供給され、荒研磨粒、中研磨粒、仕
上げ研磨粒のいずれか一種類の粒度の研磨粒と混合され
て研磨流体５とされ、加工へット１５に供給され、研磨
工具２１の先端部から研磨物１５との間の磁気ギャップ
ｇ４に供給される。

この研磨流体５による研磨物１５の研磨動作は上記第３
図乃至第５図に基づいて説明した研磨原理による。つま
り、第６図および第７図に示すようにマグネット３９を
励磁させ工具２１から研磨物１５に至る磁界を発生させ
ると、磁性体の研磨粒１を含む研磨流体５は磁気ギャッ
プｇ４において研磨物１５に対しである一定の圧力で接
触する。

そこで工具２１を回転させるならば、研磨流体５は工具
２１の磁界に拘束されてともに回転し、研磨物１５表面
を研磨流体５中の研磨粒１によって研磨することになる
。

そこで第６図に示すように研磨物１５の表面が平らな場
合には工具２１としてその端面が平坦なものを用いるな
らば短時間で効果的な研磨が行なえる。逆に第７図に示
すように研磨物１５の表面が自由曲面を持つ場合、工具
２１を交換し、先端の細い工具を用いるのである。こう
するならば第７図に示すように工具２１から研磨物１５
に至る磁力線は研磨物１５の各部位においてその法線方
向に入るため、どの部位においても研磨物１５の表面を
均一に研磨することができる。

ここで研磨物１５の各部位の形状に合わせて工具２１を
交換する必要があるが、その場合の交換工具の実施例を
第８図および第９図に基づいて説明する。工具交換用ホ
ルダ２５はその中央にスピンドル軸６５を備え回転自在
に支持している。そしてこのスピンドル軸６５の端部に
は位置決め用キー６７によって研磨工具２１が固定され
ている。

そしてこのスピンドル軸６５の中央には研磨流体供給口
６９が形成されており、継手シール７１を介して研磨工
具２１の中央の研磨流体供給路７３と接続されている。

そしてこの研磨工具２１は第９図に示すように所定の交
換場所において補助具である自動工具交換ハンド７５に
取付けられた交換用の他の研磨工具２１８．２１ｂ間に
おいて交換するのである。

つまり令弟９図における研磨工具２１ａを工具交換用ホ
ルダ２９に取付けており、他の研磨工具２１ｂと交換す
る必要がある場合には、ＸＹキャリッジによって加工ヘ
ッド１５全体を所定交換位置まで移動させ、ハンド７５
を回転させてまず使用している研磨工具２１ａを工具交
換用ホルダ２５から取外しハンド７５にうつし、つぎに
ハンド７５を回転させ別の研磨工具２１ｂを交換用ホル
ダ２５の位置に回転させ、新にこの研磨工具２１ｂをホ
ルダ２５に取付けるようにするのである。

尚、工具２１の交換の際にライン６３に圧縮空気を供給
し、ライン６３や主軸２３中の研磨流体を吹き飛ばすよ
うにし、内部を清浄に保つことができる。

さらに上記実施例においては主軸回転用可変モータ３３
によって主軸２３、研磨工具２１を回転させ、回転磁界
を研磨流体５との間に形成するようにしているが、この
ような実施例に限定されることはなく、例えば三相交流
を用いて回転磁界を電気的に発生させることも可能であ
る。その実施例を第１０図および第１１図に基づいて説
明する。

これは前記第１図において磁界発生用マグネット３９の
部分において三相交流それぞれに対応する３分割コイル
７７ａ　、７７ｂ　、７７ｃを形成し、この各コイルを
三相交流電源に接続するのである。

そして各コイル７７ａ　、７７ｂ　、７７ｃ間の磁気遮
蔽を行なうために非磁性体スペーサ７９を介在させる。

このように三相交流電源を用いた回転磁界を利用するな
らば、上記実施例のように主軸２３全体を回転させるこ
となく回転磁界が得られ、構造が簡単化できる。

［発明の効果］ この発明は研磨工具と研磨物との間に回転磁界をかけ、
磁性流体と研磨粒との混合した研磨流体を前記研磨工具
と研磨物との間に供給し、回転磁界によって研磨物を研
磨流体によって研磨するものであるため、粒度の細かい
研磨粒を磁性流体に混入することにより極めて平滑な鏡
面仕上げが可能であり、従来手作業で行なっていた自由
曲面であっても機械的な研磨が行なえる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の正面図、第２図は同上実
施例の機械システムのブロック図、第３図は上記実施例
の研磨加工原理を説明する磁気回路図、第４図はその研
磨流体と磁気回路との関係を示す磁気回路図、第５図は
磁性体研磨粒を用いる研磨流体の磁気回路中での挙動を
示す磁気回路図、第６図は平坦な研磨物の研磨状態を示
す正面図、第７図は自由曲面をもつ研磨物の研磨状態を
示す正面図、第８図は上記実施例で用いる工具交換用ホ
ルダ部分の拡大断面図、第９図は工具交換用の自動工具
チェンジハンドの平面図、第１０図は他の実施例の回転
磁界発生装置の平面図、第１１図はその断面図である。 １・・・研磨粒　３・・・磁性流体　５・・・研磨流体
７・・・非磁性容器　９・・・磁気回路１１・・・磁気
キャップ　１３・・・励磁コイル１５・・・加工ヘッド
　２３・・・主軸２５・・・工具交換用ホルダ ３３・・・主軸回転用可変モータ ３５・・・スリップリング　３７・・・ブラシ３９・・
・磁界発生用マグネット ４１・・・磁気回路形成用ブラケット ｇ１〜ｇ４・・・磁気ギャップ ４３・・・研磨粒タンク　４５・・・磁性流体タンク６
１・・・ポンプ　６３・・・供給ライン第１図 第２図 Ｉｐ 第３図 第４図（ａ）　　　　　第４図（ｂ）　　　　　第４図
（ｃ）第５図 第６図 第７１ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主軸と、この主軸に脱着可能に取付けられた研磨工具と
   、この研磨工具と研磨物との間に回転磁界をかける磁界
   発生装置と、磁性流体と研磨粒との混合した研磨流体を
   前記研磨工具先端部と研磨物との間に供給する研磨流体
   供給装置と、前記研磨工具と研磨物との相対的な位置決
   めをなす位置決め装置とを備えて成る磁性流体を用いた
   研磨装置。