JPS62102969A - 磁気研摩装置 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、磁気を利用し磁性砥粒により加工物の表面
を研摩する磁気研摩方法に関する。

従来の技術 従来の磁気研摩方法は、閉磁気回路中のコイルに直流電
流を流して一対の磁極のうちの一方の磁極をＮ極に他方
の磁極をＳ極に固定した静磁界を利用したものである。

発明が解決しようとする問題点 従来は磁場が時間的に変動しない静磁界を利用した研摩
であり、磁界が時間的に変動する移動磁界の利用につい
ては究明されていない。磁界が時間的に変動する場合、
磁性砥粒は磁界の変動の強さに従う変動磁力を受けるた
め、静磁界の場合とはかなシ異った研摩挙動をするもの
と考案される。

従ってこの発明の目的は、回転磁界を利用した新規な磁
気研摩方法を提供することである。

問題点を解決するだめの手段 この発明は、等間隔に配置した少くとも３個以上の複数
のコイルにそれぞれ鉄心と磁極を設けかつリング−状ヨ
ークで複数の鉄心及び磁極を三和交。

流電源に接続すること、複数の磁極の先端面が形成する
空間内に磁極先端面にすきまを置いて加工物を回転可能
に配置すること、回転磁界形成回路に交流を流して前記
すきまに回転磁界を形成すること、前記すきまに磁性砥
粒を投入し加工物を回転して加工物の表面を研摩するこ
とを特徴とし、これにより回転磁界がもたらす磁性砥粒
の動的挙動効果がラッピングにおける遊離砥粒のころが
り切削的効果と同等のものを生じ、静磁界の場合に比べ
て大きな研摩量が得られるものである。

またこの発明は等間隔に配置した少くとも３個以上の複
数のコイルにそれぞれ鉄心と磁極を設けかつリング状ヨ
ークで複数の鉄心及び磁極を三相交流電源に接続するこ
と、複数の磁極の先端面が形成する空間内に磁極先端面
にすきまを置いて加工物を回転可能に配置すること、回
転磁界形成回路に竺相交流を流して前記すきまに回転磁
界を形成すること、前記すきまに磁性砥粒を投入し加工
物を回転して加工物の表面を研摩すること、次に直流励
磁回路に切換えて前記すきまに静磁界を形成すること、
そして静磁界を形成した前記すきまに磁性砥粒を投入し
加工物を回転して加工物の表面を仕上研摩することを特
徴とし、これにより回転磁界を形成した研摩によシ比較
的粗い前加工面粗さを短時間で所定の表面粗さとなし得
ることができ、次に静磁界を形成した研摩によりさらに
表面粗さを向上させ、かくて短時間に平滑な表面に仕上
げるものである。

以下この発明の詳細を図面に基いて説明する。

■、研摩装置の基本構成 回転磁界は、第１図に示すように、互いに向きを１２０
度ずらして配置した３個のコイル１．２及び３に三相交
流電流を流すことによって得られる。すなわち、下記の
式に示す各コイルがつくる４は変圧器である。

Ｈ，＝：Ｈｍ　　Ｓｉｎ　Ｗｔ Ｈ２＝Ｈｍ　　５ｉｎ（Ｗｔ−１２Ｑ°）Ｈ，＝Ｈｍ　
Ｓｉｎ　（Ｗｔ　−２４０°）Ｈ＝　１，５　　Ｈｍ この回転磁界を研摩装置に応用するだめには、（１）研
摩用の磁極を設けること、（ｉｉ）加工域の磁界の強さ
を高めるため磁気回路の磁気抵抗を小さくすること、す
なわち、鉄心及びヨークを設けることが必要となる。第
２図に示すように、第１図に示す各コイル１．２．３を
それぞれ２分割してコイル１１．１’、　　コ−ｆ　／
ｌ／　２’、　　２”、　：ｒ　イ／Ｌ／　３’、３１
１Ｘ′１トシこれら中心０に対して対称に配置し、各コ
イルを鉄心５の周りに巻付け、鉄心５の内方端部に磁極
６を一体に設け、鉄心５の外方端部に共通のリング状ヨ
ーク７を設けて複数の鉄心５及び磁極６を三相交流電源
Ｒ，ＳＸＴに変圧器４を介して接続する。円筒形加工物
８を加工対称とし、複数の磁極の先端面６ａが形成する
空間内に磁極先端面にすきま９を置いて加工物８を回転
可能に配置する。

第１図に示す回転磁界の原理図から考えて第２図に示す
基本構成のうちコイルを３個としこれに従い磁極を３個
とすることも考えられる。

２、実施装置 第３図（イ）及び（ロ）に立てフライス盤（牧野フライ
ス製）テーブル上に設置できるように設計製作した研摩
装置の組立図を示す。フライス盤テーブル１１上に磁気
絶縁材のアルミニウム台１２を設置したのち、基板１３
の上に、さらに磁気絶縁材のアルミニウム台１４をおき
、それに５ｓ４１材のリング状ヨーク７と鉄心５及び６
個のコイル１０と磁極６とから成る研摩装置を設置した
。鉄心５、磁極６、ヨーク７及びコイル１０の配置は第
２図に示すものと同様である。加工物８はフライス盤の
主軸１５にねじに螺着したナツト１６により固定される
。コイルには線径１ｍｍのネオマール線を１０００巻し
た。磁極の先端面形状を、図示のように、鉄心断面積よ
り小さくして加工域の磁束密度が犬きくなるように工夫
した。なおコイルの巻数と鉄心及びヨークの断面寸法は
、磁気回路のパーミアンス計算を行い、加工域の設計磁
束密度１．２Ｔ、鉄心、ヨークの兆気飽和がない条件（
二より決定した。

３励磁回路の選定 研摩装置に回転磁界を与えるには、第１図に示す三相交
流を電圧降下させてコイルに供給する方法が考えられる
。第４図（イ）にこの励磁回路■を示す。第４図（ロ）
に示す波形は一つの磁極について、テスラメータとシン
クロスコープによって観測した加工域の磁場波形である
。第４図（ロ）において１０００　Ｈｚの搬送波に重畳
する包絡線で示される磁場強度波形は電源と同じ周波数
で正弦波形状に変動していることがわかる。第４図（イ
）に示す励磁回路■において、磁極、鉄心及びヨーク中
に流れる磁束の方向は１サイクルごとにＮ−８が変化す
る。

従って後述するように、普通の軟鋼材料を用いた場合に
は鉄損が生ずる。鉄損による電力消費と温度上昇を低く
するには、コイルに一方向の電流を流す必要があり、第
５図（イ）に示すように、コイルの前に直列にダイオー
ド１７を挿入する励磁回路■を考案した。この励磁回路
Ｈにおける加工域の磁場強度（勾は、図示のように、直
流成分（Ａｏ）に交流成分（ＢｏＳｉｎ　ｗｔ　）が重
畳された波形のものが得られた。コイルに一方向の電流
が流れる第５図（イ）に示す励磁回路Ｈについても磁場
の変動成分は太きいといえる（後述するように、この変
動成分が回転磁界を与えている）。

第５図（イ）に示す励磁回路Ｈに、さらに、コイルに並
列にダイオード１８を挿入し、コイルの逆起電力を利用
して、変動磁場成分を小さくしたのが第６図（イ）に示
す励磁回路■である。第６図（ロ）に示す磁場波形が示
すように、変動成分の少ない回路となった。

変動磁場成分を含まない全波整流を流す直流励磁電源回
路■を第７図（イ）に示す。この励磁回路■にＡＣ電圧
を全波整流して供給すると、コイルの直流抵抗とインダ
クタンスとで平滑回路を形成し、その結果、第７図（ロ
）に示すような完全な静磁場が得られる。

第４ないし７図に示す励磁回路■ないし■は、以下に示
す実験では、第２図に示す基本構成にすべて装着して各
種の接点を設けておき、適時接点を切ったり接続したり
して構成した。場合によっては第２図に示す基本構成に
それぞれの回路を設けてもよい。

まず、各励磁回路の回転磁界成分の有無を実験的に確認
した。すなわち、コイルに流れる励磁電流と回転トルク
の関係を第８図に示す。この回転トルクは、軸受支持し
て自由回転できるようにしたアルミニウム丸棒２０（φ
５０Ｘ２０ｍｍ）を加工域に挿入し、回転磁界によって
発生するアルミニウム丸棒の回転力を測定することによ
って得た。

これは、加工域に磁性砥粒を充填しないときの実験であ
る。励磁回路■とＨについて回転トルクの発生が見られ
る。これは、第４図（ロ）及び第５図（ロ）に示すよう
に、加工域の磁場強度Ｂの波形がＢ＝Ａ０＋　１％Ｓｉ
ｎ　Ｗｔで表わされるとしたときの変動成分ＢｂＳｉｎ
Ｗｔがアルミニウム丸棒表面近傍にうず電流を発生させ
、アラボの円板の原理により回転トルクを発生したもの
と考える。励磁回路ＩＩＩと■は磁場の変動成分が極め
て小さく、回転トルクも発生しない。静的成分へは回転
トルクには関係しなく、変動成分が回転磁界成分になっ
ていることがわかる。

磁界の変動成分は、前述のように、磁極、鉄心及びヨー
クに鉄損（ヒステレシス損とうす電流積の和）を生じ、
電力消費量が犬きく、これが熱に変 変換される。この事象を確認するだめに行った美貌結果
を第９図に示す。すなわち、第３図に示す装置の磁極先
端から５ｆｉの位置に、直径１龍、深さ７龍の穴を明け
、線径０．１雪鳳の銅・コンスタン熱電対を埋込んで、
磁極の温度上昇と励磁時間の関係を求めた。加工をして
いないときの値である。

励磁回路■と■の温度上昇が特に大きく、これに対応し
てワットメータで測定した消費電力も大きいことがわか
る。回転磁界（変動磁界）成分が大きい励磁回路は、電
力消費と装置の温度上昇に関する考慮が必要であり、極
く短時間の加工に利用されなければならないことを示し
ている。励磁回路■と■は温度上昇も小さく、電力の消
費も少ない。

作　　用 加工条件は次の通シである。

加工物材質：軟鋼（８８４１）、焼入鋼（ＳＫ３、ＨＲ
Ｃ６３） 加工物寸法：外径５Ｑ１１１７Ｎ内径３６艷の円筒体で
長さ２０加のもの 加工物回転周速度：８８ｍ／。

加工物の上下方向送り量”　”　ｒｎ７ｆｎｉｎ　（ス
ト。−り１０龍） 加工物回転方向二回転磁界の方向と同方向及び逆方向 励磁回路：第４ないし第７図に示す励磁回路１ｆｘ・・
し■ 加工域の磁束密度二０．２〜１．２　Ｔ　（励磁電流０
．３〜２Ａ） 加工間隙（すきま）（加工物表面と磁極先端面間の間隙
）　：　ＩＩＩ菖 研摩時間二０．５〜１０分 加工液：不水溶性研削液（４％Ｗｔ、）磁性砥粒：平均
粒径５μｍのｌ’２Ｑ、と鉄を混合し、高温高圧下で真
空焼結後、粉砕、 整粒した平均粒径１５０μ切粒子 磁性砥粒供給ｉニア０ｇ（その都度） 第３図において、加工物８をフライス盤の主軸１５にそ
の加工面を磁極６の先端面６ａに対応させて取付け、回
転磁界形成用の励磁回路■に交流を流して加工間隙９に
回転磁界を形成し、回転磁界を形成した加工間隙９に磁
性砥粒を投入し、加工物８を回転して加工物表面を研摩
する。

１、研摩結果 各励磁回路における加工挙動は、研摩量および加工物の
表面粗さを調べることによって明らかにできる。第１０
図に、研磨量と研摩時間の関係を示す。加工物を磁界の
回転方向と同方向（図示の白印）と逆方向（図示の黒印
）に回転させたときの結果である。本加工の場合、加工
物回転方向の差異はほとんど見られない。研摩量は研摩
時間に対してほぼ直線的に増大する。また、研摩量は励
磁 磁回ＩＩにおいて最も太きくｍ＞ｍ＞■の順となってい
る。

次に、励磁電流を変化させて、第１０図と同じような加
工を行い、研摩時間２分後の研摩量と加工域の磁束密度
の関係を求めると第１１図を得た。

磁束密度が同じ値でも、励磁回路■が示すように、回転
磁界成分の大きい回路の研摩量は、回転磁界成分を含ま
ない回路に比べて著しく大きい。回転磁界成分は研摩量
を増大させる効果をもっといえる。

この加工機構を調べるために、第１２図に示すように、
第８図のアルミニウム丸棒の代わりに同寸法の強磁性体
ローラ２１（８８４１材）を用ぺさらに、加工域に磁性
砥粒２２を充填して、コイルに励磁電流を流したときの
強磁性体ローラ２２の摩擦トルクを測定した。その結果
、図示のように励磁回路ＩＶ＞ＩＩＩ＞ＩＩ〉Ｉの順に
摩擦トルクが小さくなることがわかった。

第１２図の励磁電流を磁束密度に換算して、第１１図と
第１２図により、それぞれの励磁回路について研摩量と
摩擦トルクの関係を求めると第１３図を得た。第１３図
において、例えば、励磁回路■を用いれば、他の回路に
比べて小さな摩擦トルクでしかも大きな研摩量を得るこ
とができることがわかる。

この加工機構は次のように考えられる。すなわち、励磁
回路■の摩擦トルクが小さい事象は、静磁界（回路■の
場合）によシ生ずる磁性砥粒の大きな研摩圧力に基づく
摩擦力に比べて、回転磁界による磁性砥粒の圧力は小さ
く、その挙動は磁界の変動に従って動的な様相を呈し磁
性砥粒の攪拌作用や振動運動が助長された結果生じたも
のと考える。つまり励磁回路■の場合、研摩材は加工物
のまわりに介在し、ころがりながら、かつ、磁場により
押しつけられて、研摩していると考えられる。また励磁
回路■の場合、乾式ラッピングのように、ラップ内に磁
粒がうめこまれたような状態で、研摩材が存在し、磁場
によ）押しつけられて研摩していると考えられる。この
回転磁界がもたらす磁性砥粒の動的挙動効果が、ラッピ
ングにおける遊離砥粒のころがシ切削的効果を生じ、従
って、摩擦力が小さく、シかも大きな研摩量が得られた
ものと考える。この場合の表面粗さは、静磁界の場合に
比べて粗目となり、梨地面を呈する。

第１４図に表面粗さの測定結果を示す。加工前の粗さ２
　ｕｒｎ　Ｒｍａｘ、加工後の粗さＯｅ５　μｍ　Ｒｍ
ａ４最後の粗さＱ、　ｌ　５　ｕｍ　Ｒｍａｘ　　の状
況を図示しである。○印と串印（白印は加工物回転方向
が回転磁界の方向と同方向、魚卵は逆方向）が示す励磁
回路■の表面粗さについては、加工前の２μｍ　Ｒｍａ
ｘの研削面が３０秒の加工時間でＱ、５　ａｍ　Ｒｍａ
ｘに向上し、以後、加工を続けても向上しない。一方、
例えば、静磁界を与える励磁回路■では、到達でききる
最終の表面粗さは０，１５μｍ　Ｒｍａｘ　　にまで向
上できるが、反面、加工時間は約３分間を要する。

以上のように、回転磁界成分の大きい励磁回路例えば回
路ｆによる加工は、到達し得る表面粗さに限界はあるが
、研摩量が犬きく加工能率を向上させることがわかった ２、高能率磁気研摩法の開発 前節で述べたように、回転４ａ界成分の大きい励磁回路
は加工能率を向上させる。そこで、加工当初の狙い前加
工面除去過程では励磁回路■を用いることにより、短時
間で所定の表面粗ざが得られる。その後、励磁回路をＩ
Ｖに切換えて加工間隙に静磁界を形成し、この静磁界を
形ｂｉ・した間隙に磁この方法によれば、励磁回路■の
大きな電力消費と温度上昇の欠点は研摩時間の短縮によ
って補償できる。

第１５図に焼入れ鋼加工物（ＳＫ４、ＨＲＣ６３）を用
いて、この能率的加工法を実験確認した結果を示す。○
印が示すように、静磁界を与える励磁回路■を用いると
０．２μｍ　Ｒｍａｘ　　の表面粗さを得ることはでき
るが１０分の長い加工時間を要する。

う 一方、・印が示すよｉに、回転磁界を与える励磁回路■
では、約３分の短い加工時間で０．５μｍＲＲｍａｘ程
度の表面粗さに向上できる。しかし、それ以上の粗さに
向上することはできない、そこでｌ寥 点線で示すように、加工当初の】分Ｉ−’）ｂ励磁回路
■を用いて　２ａｍ　Ｒｍａｘ　　の前加工面粗さを０
．８μｍ　Ｒｍａｘ　　としだ後（■印−が示すｔ１時
間）、励磁回路■に切換えて、図示のち時間（−４分）
加工したところ、ｔ、　＋　ｔ２＝　５分で０，２　ｕ
ｍ　Ｒｍａｘ　　（７）表面粗さを得ることができだ。

このときの加工物の表面は平滑な表面に仕上がっている
。これを当初より、励磁回路１■を用いて加工した場合
に比べると、加工時間が半減でき、温度上昇も低い値に
おさえられることがわかった。

この明細書の第１発明で規定する回転磁界形成回路とは
回転磁界成分をよむ回路例えば励磁回路ｒ又はＩＩを指
し、この明細書の第２発明で規定する回転磁界形成回路
とは回転磁界成分の大きい回路例えば励磁回路■を指す
。またこの明細書の第２発明で規定する直流励磁回路と
は全波整流を流して静磁界を形成する回路■を指す。

実施例 第３図に示す実施装置では加工物の長さか２０７ｎ＋！
＋程度であるだめ加工物の上下方向の送りを１０ＩＩＩ
ＩＩ＋程度のストロータで加工物の全長を研摩している
が、よシ長尺の加工物の全長を研摩する場合は、加工物
をその軸線に沼って移動させるか或はコイル、ヨークを
きむ磁極全体を固定した加工物の軸線に溢って移動させ
るとよい。

発明の効果 この発明は、少くとも３個以上の複数の磁極間に回転磁
界を形成し、該回転磁界内に磁性砥粒を保持して研摩す
るので、磁性砥粒は磁界の変動に従って動的な様相を呈
し、磁性砥粒の攪拌や振動が助長され、この回転磁界が
もたらす磁性砥粒の動的挙動効果がラッピングにおける
遊離砥粒のころがり切削的効果をもたらし、従って大き
な研摩量が得られ加工能率を向上するという効果が得ら
れる。

まだこの発明は、少くとも３個以上の複数の磁極間に回
転磁界を形成して該回転磁界内に磁性砥粒を保持して研
摩した後、励磁回路を切換えて磁極間に回転磁界の代シ
に静磁界を形成し、該静磁界内に磁性砥粒を保持して研
摩するという全く新規な磁気研摩方法を提供し、回転磁
界による磁性砥粒の動的挙動効果により短時間で所定の
表面粗さを得た後、静磁界によシさらに表面粗さを向上
させ、これにより短時間で平滑な加工面に仕上がるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三相交流によって生ずる回転磁界の原理を示す
概要図、第２図は研摩装置の基本構成を示す概要図、第
３図（イ）は実施装置を一部断面で示す立面図、第３図
（ロ）は第３図（イ）のＡ−Ａ線に沿ってとられた概略
平面図、第４図（イ）は励磁回路■を示す概略図、第４
図（ロ）は励磁回路■の磁場波形図、第５図（イ）は励
磁回路■を示す概要図、第５図（ロ）は励磁回路■の磁
場波形図、第６図（イ）は励磁回路■を示す概要図、第
６図（ロ）は励磁回路■の磁場波形図、第７図（イ）は
励磁回路■を示す概要図、第７図（ロ）は励磁回路■の
磁場波形図、第８図はアルミニウム丸棒の回転トルクと
励磁電流の関係を示すグラフ図、第９図は磁極の温度上
昇と消費電力の関係を示すグラフ図、第１０図は研摩量
と研摩時間の関係を示すグラフ「、第１１図は研摩量と
磁束密度の関係を示すグラフ図、第１２図は摩擦トルク
と励磁電流の関係を示すグラフ図、第１３図は研摩量と
摩擦トルクの関係を示すグラフ図、第１４図は表面粗さ
と研摩時間の関係を示すグラフ図、第１５図は高能率磁
気研摩法による表面粗さと研摩時間の関係を示すグラフ
図である。 １！、　　１ｌＸ２１．　２１Ｘ３！、３１−・・・・
・・・・コイル、５・・・・・・・・・鉄心、　　　　
６・・・・・・・・・磁極、７・・・・・・・・・ヨー
ク、　　　８・・・・・・・・・加工物、Ｒ，Ｓ、Ｔ・
・・・・・・・・三相交流電源、９・・・・・・・・・
すきま、 ＬＩＩ・・・・・・・・・回転磁界形成回路、ＩＶ・・
・・・・・・・直流励磁回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、等間隔に配置した少くとも３個以上の複数のコイル
   にそれぞれ鉄心と磁極を設けかつリング状ヨークで複数
   の鉄心及び磁極を三相交流電源に接続すること、複数の
   磁極の先端面が形成する空間内に磁極先端面にすきまを
   置いて加工物を回転可能に配置すること、回転磁界形成
   回路に交流を流して前記すきまに回転磁界を形成するこ
   と、前記すきまに磁性砥粒を投入し加工物を回転して加
   工物の表面を研摩することを特徴とする磁気研摩方法。 ２、加工物をその軸線に沿つて移動させるか或はコイル
   、ヨークを含む磁極全体を加工物の軸線に沿つて移動さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁
   気研摩方法。 ３、等間隔に配置した少くとも３個以上の複数のコイル
   にそれぞれ鉄心と磁極を設けかつリング状ヨークで複数
   の鉄心及び磁極を三相交流電源に接続すること、複数の
   磁極の先端面が形成する空間内に磁極先端面にすきまを
   置いて加工物を回転可能に配置すること、回転磁界形成
   回路に交流を流して前記すきまに回転磁界を形成するこ
   と、前記すきまに磁性砥流を投入し加工物を回転して加
   工物の表面を研摩すること、次に直流励磁回路に切換え
   て前記すきまに静磁界を形成すること、そして静磁界を
   形成した前記すきまに磁性砥粒を投入し加工物を回転し
   て加工物の表面を仕上研摩することを特徴とする磁気研
   摩方法。 ４、加工物をその軸線に沿つて移動させるか或はコイル
   、ヨークを含む磁極全体を加工物の軸線に沿つて移動さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の磁
   気研摩方法。