WO2022176983A1 - 流体研磨装置および流体研磨方法 - Google Patents

流体研磨装置および流体研磨方法 Download PDF

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WO2022176983A1
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magnetic body
fluid
electric field
main magnetic
shaft
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PCT/JP2022/006689
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English (en)
French (fr)
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里美 藤岡
均 西田
Original Assignee
株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B31/00Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor
    • B24B31/10Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving other means for tumbling of work
    • B24B31/112Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving other means for tumbling of work using magnetically consolidated grinding powder, moved relatively to the workpiece under the influence of pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories

Definitions

  • the present disclosure relates to a fluid polishing apparatus that polishes an object using processing fluid.
  • Fluid polishing is a technique for polishing the surface of an object to be processed. Fluid polishing is performed by displacing the workpiece relative to the tool body in a state in which a machining fluid containing abrasive grains is interposed between the tool body made of a magnet and the workpiece. be.
  • a method related to fluid polishing has been proposed in which polishing is performed under a magnetic field and an electric field to increase the polishing efficiency (see Patent Document 1).
  • One aspect of the present disclosure is to provide a technique for further improving polishing efficiency in fluid polishing.
  • a first aspect which is one aspect of the present disclosure, is a fluid polishing apparatus including a shaft, a main magnetic body, a sub-magnetic body, and an electric field path.
  • the shaft body is configured to be rotatable around an axis extending in a predetermined direction.
  • the main magnetic body includes a conductive layer formed partially or wholly on a cylindrical magnet surrounding the axis, and is configured to be rotatable following the shaft.
  • the sub magnetic body is composed of a cylindrical magnetic body surrounding the axis, and rotates following the shaft while being spaced apart from the main magnetic body in the direction in which the shaft extends. configured as possible.
  • the electric field path comprises two electrodes having a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode of the two electrodes is connected to the conductive layer of the main magnetic body.
  • a second electrode is provided at a position spaced apart from the main magnetic body by a predetermined distance, and configured as an energization path capable of generating an electric field by energization between the two electrodes.
  • the sub magnetic body is formed with an outer diameter that is the same as the outer diameter of the main magnetic body or approximated to less than a predetermined threshold value.
  • the fluid polishing apparatus applies a processing fluid, which is a magnetic fluid containing non-magnetic and non-conductive abrasive grains, to a region defined by the main magnetic body and the sub-magnetic body on the side surface of the shaft, and faces this region.
  • a processing fluid which is a magnetic fluid containing non-magnetic and non-conductive abrasive grains
  • the magnetic field generated by the magnet forms magnetic clusters centered on the magnetic particles in the processing fluid along the direction of the magnetic lines of force reaching the processing object side.
  • the abrasive grains are displaced to the region of weak magnetic field, ie, the surface to be machined, by magnetic buoyancy (the force by which the non-magnetic material is displaced to the region of weak magnetic field).
  • the abrasive grains tend to be displaced to weak magnetic field regions such as the first end side of the shaft in the main magnetic body and the second end side of the shaft in the sub magnetic body.
  • the fluid polishing apparatus against such displacement, the electric field generated by the electric field path can exert a force to aggregate the abrasive grains along the lines of electric force. Therefore, the fluid polishing apparatus can suppress the displacement of the abrasive grains in the processing fluid as described above by this force, and can prevent the decrease in the number of abrasive grains existing on the surface to be processed.
  • the machining surface of the object to be processed facing the area formed by the two magnetic bodies on the side surface side of the shaft body is ground in the machining fluid. Polished with granules.
  • the magnetic clusters are distributed along the axial direction and the abrasive grains can be widely arranged and acted on the surface of the object to be processed, the polishing efficiency of the fluid polishing can be further enhanced.
  • the second electrode in the electric field path may be provided at a position separated from the main magnetic body by a predetermined distance.
  • the second electrodes are arranged at positions spaced apart in the inner and outer directions with the main magnetic body and the workpiece interposed therebetween.
  • the object to be processed is made of a conductive material, it is conceivable that the object to be processed itself functions as an electrode by providing the second electrode in contact with the object to be processed.
  • the magnetization direction of the magnet in the main magnetic body is not particularly limited, and it is conceivable to set it as in the second or third aspect shown below.
  • the main magnetic body is a magnet formed by magnetizing a cylindrical magnetic body in the axial direction, which is the direction in which the axis extends.
  • the magnetic clusters can be distributed in the direction in which the axis extends in the main magnetic body and the sub-magnetic body.
  • the main magnetic body is a magnet obtained by magnetizing a cylindrical magnetic body in the direction intersecting the axis.
  • the magnetic clusters can be distributed in the axial direction along the magnetic lines of force directed from one side to the other side of each of the main magnetic body and the sub-magnetic body.
  • the sub-magnetic body may be a magnetic body made of a material that affects the magnetic field, but a magnet made by magnetizing a magnetic body may be used.
  • the sub-magnetic body is a magnet obtained by magnetizing a cylindrical magnetic body so that it is magnetized in the same direction as the main magnetic body and in the opposite arrangement of the magnetic poles.
  • the same magnetic poles are arranged to face each other with an interval in the axial direction on the side surface of the shaft.
  • the opposite magnetic poles are arranged on the side surface of the shaft with an interval in the axial direction.
  • the magnetic clusters can be widely distributed in the axial direction along the lines of magnetic force directed from the first magnetic pole to the second magnetic pole.
  • the sub magnetic body has a cylindrical magnetic body in a direction intersecting the magnetization direction of the main magnetic body and a region facing the main magnetic body on the side surface side of the shaft body. It is a magnet magnetized to have the same magnetic pole as the main magnetic body.
  • the two magnetic bodies are arranged so that the same magnetic poles face each other in the axial direction on the side surface of the shaft, and independent magnetic force line loops are formed in the axial direction. It is possible to distribute the magnetic clusters widely in the direction.
  • the second electrode in the electric field path may be provided on the sub-magnetic body side, and in this case, it is conceivable to implement the sixth aspect shown below.
  • the sub-magnetic body has a conductive layer partially or wholly formed in a cylindrical magnetic body and is electrically insulated from the main magnetic body, and the electric field path is , a second electrode is connected to the conductive layer of the sub-magnetic body.
  • the main magnetic body and the sub-magnetic body function as separate electrodes, and an electric field can be generated between the two magnetic bodies.
  • the two electrodes are integrated with the fluid polishing apparatus. For this reason, it is possible to reduce the trouble of providing the second electrode on the object to be processed each time the polishing is performed, or by providing the second electrode at a distance from the main magnetic body.
  • the seventh aspect shown below may be used.
  • a power supply section that applies a voltage to the electric field path is provided, and the power supply section applies a voltage of 2.0 kV/mm or less between the electrodes in the electric field path by applying the voltage to the electric field path. to generate an electric field strength of
  • a fluid polishing method which is one aspect of the present disclosure, is composed of a shaft rotatable about an axis extending in a predetermined direction, and a cylindrical magnet surrounding the axis. It is composed of a main magnetic body provided to be driven and rotatable, and a cylindrical magnetic body surrounding the axis, and the main magnetic body and the shaft are arranged with a gap in the extending direction of the shaft. a sub-magnetic body provided rotatably following the shaft; and two electrodes, a first electrode of which is connected to the conductive layer of the main magnetic body, and a second electrode of the main magnetic body.
  • An electric field path is provided at a position separated from the main magnetic body by a predetermined distance, and an electric field path serving as an energization path for generating an electric field accompanying energization between these electrode elements.
  • a processing fluid containing non-conductive abrasive grains is applied to a region formed by the main magnetic body and the sub magnetic body on the side surface side of the shaft body, and a workpiece to be processed that is arranged opposite to this region. and a fluid that realizes magnetic fluid polishing of an object to be processed by rotating the shaft under the magnetic field generated by the main magnetic body and the electric field generated by the electric field path. polishing method.
  • the fluid polishing method of this aspect it is suitable for realizing fluid polishing by each of the above fluid polishing apparatuses.
  • the fluid polishing apparatus 1 is an apparatus for applying fluid polishing to the surface of the object 100 to be processed.
  • a processing fluid 200 containing non-magnetic and non-conductive abrasive grains in a magnetic fluid is placed between the processing object 100 and rotated relative to the processing object 100. It is implemented by
  • the fluid polishing apparatus 1 includes a shaft body 10, a main magnetic body 20, a sub-magnetic body 30, and an electric field path 40. As shown in FIG.
  • the fluid polishing apparatus 1 may include a rotation drive section 50 , a control section 60 and a power supply section 70 .
  • the shaft 10 is configured to be rotatable around an axis extending in a predetermined direction (for example, the vertical direction in FIG. 1).
  • the main magnetic body 20 and the sub magnetic body 30 are cylindrical magnetic bodies surrounding the respective axes.
  • the electric field path 40 comprises two electrodes.
  • the rotation drive unit 50 is configured to rotate the shaft 10 .
  • the control unit 60 is configured to control the operation of the entire fluid polishing apparatus 1 .
  • Power supply 70 is configured to apply a voltage to electric field path 40 .
  • the shaft 10 is a cylindrical member extending along the axis and made of a conductive material. In addition, the shaft 10 is electrically insulated from the rotation driving section 50 .
  • the main magnetic body 20 is a magnet made by magnetizing a cylindrical magnetic body in the direction in which the axis extends (hereinafter referred to as "axial direction").
  • the main magnetic body 20 is a magnet configured by magnetizing a cylindrical magnetic body so that the direction of the magnetic field is along the axial direction.
  • a magnet magnetized so that the direction of the magnetic field is along the X direction is referred to as "a magnet magnetized in the X direction”.
  • the X direction is an arbitrary direction such as an axial direction or an internal/external direction.
  • the magnetic field may be oriented in any direction, such as upward or downward, as long as it is along the X direction.
  • the main magnetic body 20 is provided rotatably following the shaft 10 with the same axis as that of the shaft 10 as the center of rotation.
  • the main magnetic body 20 is magnetized so that the first end (the lower end in FIG. 1; the same shall apply hereinafter) of the shaft 10 is the S pole, and the second end (the upper end in the figure; the same shall apply hereinafter) of the shaft 10 is the N pole.
  • the main magnetic body 20 may be magnetized so that the second end side of the shaft body 10 is the S pole and the first end side is the N pole.
  • a conductive layer 21 is formed over part or all of the main magnetic body 20 (all of it in this embodiment).
  • the conductive layer 21 is made of a soft magnetic, highly conductive, and hard material.
  • the conductive layer 21 is formed to cover the surface of the main magnetic body 20 .
  • the conductive layer 21 is formed by plating the entire main magnetic body 20 with nickel or chromium.
  • the conductive layer 21 faces at least a region connected to the electric field path 40 (an upper end face 21 u connected to the cylindrical body 13 described later) and the sub magnetic body 30 on the surface of the main magnetic body 20 . Only the area for generating an electric field between the sub-magnetic bodies 30 (here, the outer peripheral surface 21o) may be covered.
  • the sub magnetic body 30 is a cylindrical magnetic body formed with the same outer diameter as the main magnetic body 20 .
  • the sub-magnetic body 30 may be a cylindrical magnetic body formed with an outer diameter approximate to the outer diameter of the main magnetic body 20 and less than a predetermined threshold value.
  • the sub-magnetic body 30 may be formed so that the difference between the outer diameter of the main magnetic body 20 and the outer diameter of the sub-magnetic body 30 is less than a predetermined threshold value.
  • the outer diameter of the main magnetic body 20 and the outer diameter of the sub magnetic body 30 are set to approximate values.
  • the sub magnetic body 30 is provided rotatably following the shaft body 10 while being spaced apart from the main magnetic body 20 in the axial direction. In this embodiment, it is arranged closer to the first end of the shaft 10 than the main magnetic body 20 is.
  • the sub-magnetic body 30 is a magnet formed by magnetizing a cylindrical magnetic body so that the direction along which the magnetic field follows is the same as that of the main magnetic body 20 and the arrangement of the magnetic poles is opposite.
  • the sub-magnetic body 30 is magnetized so that the first end side of the shaft body 10 is the N pole and the second end side is the S pole.
  • the sub magnetic body 30 may be magnetized so that the second end side of the shaft body 10 is the N pole and the first end side is the S pole, depending on the arrangement of the magnetic poles in the main magnetic body 20 .
  • the sub magnetic body 30 has a conductive layer 31 formed over part or all of the cylindrical magnetic body (entirely in this embodiment), and is electrically insulated from the main magnetic body 20. ing.
  • the conductive layer 31 is made of a soft magnetic, highly conductive, and hard material, and is formed so as to cover the surface of the sub-magnetic body 30 .
  • the conductive layer 31 is formed by plating the entire sub-magnetic body 30 with nickel or chromium.
  • the conductive layer 31 is formed on the surface of the sub-magnetic body 30 at least in a region connected to the shaft body 10 (front end side of the inner peripheral surface 31i) and on a surface facing the main magnetic body 20.
  • a region for generating an electric field between (the outer peripheral surface 31o in this embodiment), and a region for conducting these regions (in this embodiment, the end surface 31u or the upper end surface 31d on the other end side of the shaft 10 ) may be coated alone.
  • the fluid polishing apparatus 1 may further include an insulating material 11.
  • the insulating material 11 is arranged at least between the main magnetic body 20 and the sub magnetic body 30 in order to electrically insulate the main magnetic body 20 and the sub magnetic body 30 .
  • the insulating material 11 is filled between the magnetic bodies 20 and 30 and between the magnetic bodies 20 and 30 and the shaft 10 .
  • the distance between the main magnetic body 20 and the sub-magnetic body 30 is set so that the desired distribution of the magnetic and electric lines of force is achieved.
  • the parameters of the magnet magnetictic flux density, magnetic field strength, etc.
  • the parameters of the electric field generated by the electric field path 40 voltage, electric field strength, etc.
  • the electric field path 40 includes a first electrode 41 and a second electrode 43 .
  • the first electrode 41 is connected to the conductive layer 21 of the main magnetic body 20, and the second electrode 43 is provided at a position separated from the main magnetic body 20 by a predetermined distance.
  • the electric field path 40 is an energization path for generating an electric field with energization between the electrodes 41 and 43 .
  • a conductive cylindrical body 13 that surrounds the shaft body 10 outside the sub magnetic body 30 and is provided in a positional relationship adjacent to the conductive layer 21 of the main magnetic body 20 in the axial direction. be done.
  • a first electrode 41 is connected to this tubular body 13 . That is, the main magnetic body 20 is electrically connected to the first electrode 41 through the cylindrical body 13 and the conductive layer 21 , and thus functions as an electrode of the electric field path 40 .
  • This electrode 41 is formed as a current-carrying brush.
  • the conductive layer 31 of the sub-magnetic body 30 and the shaft 10 are connected to the side surface of the shaft 10 on the first end side, and the second electrode is provided on the second end side of the shaft 10 . 43 are connected. That is, the sub-magnetic body 30 is electrically connected to the second electrode 43 via the shaft 10 and functions as an electrode of the electric field path 40 .
  • the second electrode element 43 is formed as a current-carrying brush.
  • this electric field path 40 two electrodes (each region functioning as an electrode; in this embodiment, the main magnetic body 20 connected to the first electrode 41 and the second electrode 43 are connected by the power supply unit 70).
  • a voltage is applied between the sub-magnetic bodies 30 connected to .
  • a voltage is applied according to the magnetic field intensity of the magnet, the components of the processing fluid 200, the separation distance from the processing object 100, and the like.
  • the electric field strength is selected to be 2.0 kV/ so that the members (particularly the processing fluid 200) that may exist between the main magnetic body 20 and the sub magnetic body 30 will not conduct due to dielectric breakdown. mm or less is applied.
  • the processing fluid 200 is made of a non-conductive magnetic fluid containing non-conductive and non-magnetic abrasive grains. Magnetic particles having a particle size of 5 nm to 10 ⁇ m are selectively used in the processing fluid 200 as the magnetic particles. The magnetic particles are selected according to the magnetic field strength of the magnet, the distance from the workpiece 100, the composition of the base liquid, and the like.
  • a material having a dielectric constant equal to or higher than that of the base liquid in the magnetic fluid is selected.
  • a material suitable for the workpiece 100 is selected from general abrasive grains containing ceramic materials such as alumina and silicon carbide, and super abrasive grains such as diamond and cubic boron nitride (cBN). be done.
  • the processing fluid 200 contains (contains) a certain amount of fiber material having a predetermined length distributed in addition to the above. Specifically, ⁇ -cellulose having a length about the distance to the object 100 to be processed or less is distributed. This fibrous material can promote and reinforce the formation of magnetic clusters, which will be described later.
  • the fluid polishing apparatus 1 configured as described above, the area formed by the main magnetic body 20 and the sub magnetic body 30 on the side surface side of the shaft 10 and the surface to be processed of the workpiece 100 arranged facing this area are formed. , and the processing fluid 200 is interposed between them.
  • the fluid polishing apparatus 1 realizes magnetic fluid polishing of the workpiece 100 by rotating the shaft 10 in an environment where the magnetic field by the magnet and the electric field by the electric field path 40 are generated.
  • FIG. 1 illustrates a configuration in which the inner peripheral surface of a cylindrical workpiece 100 is processed along side surfaces of magnetic bodies.
  • the distance between the area formed by the main magnetic bodies 20 and the sub-magnetic bodies 30 on the side surface side of the shaft 10 and the surface to be processed of the workpiece 100 arranged facing this area is selected by the user. (in this embodiment a distance selected from the range of 0.5 to 2.0 mm; more specifically 1 mm). This distance takes into consideration the parameters of the magnet (magnetic flux density, magnetic field strength, etc.) and the parameters of the electric field (voltage, electric field strength, etc.) generated by the electric field path 40, so that the desired distribution of the magnetic and electric lines of force is achieved. is set to a value similar to
  • the workpiece 100 is placed on a stage, and the stage is displaced along the xy-axis (horizontal direction) or xyz-axis (horizontal direction and vertical direction) by a displacement mechanism.
  • Magnetic fluid polishing may be realized while the fluid polishing apparatus 1 side is similarly displaced by a displacement mechanism.
  • the main magnetic body 20 and the sub-magnetic body 30 are magnets obtained by magnetizing cylindrical magnetic bodies in the axial direction.
  • these magnetic bodies may be magnets magnetized in the inner and outer directions intersecting the axial direction.
  • the sub-magnetic body 30 need not be a magnet as long as it is a magnetic body made of a material that affects the magnetic field.
  • the sub-magnetic body 30 is electrically connected to the second electrode element 43 via the shaft 10, so that the electrode spaced apart from the main magnetic body 20 in the axial direction in the electric field path 40 configured to function as
  • the function as an electrode in the electric field path 40 may be configured so that the second electrode 43 itself serves as the electrode.
  • the second electrode elements 43 may be arranged with a space between them in the inward and outward directions with the main magnetic body 20 and the workpiece 100 interposed therebetween.
  • the first electrode 41 may be divided into two and connected to the main magnetic body 20 side (cylindrical body 13) and the sub magnetic body 30 side (shaft body 10) respectively.
  • the object 100 when the object 100 is made of a conductive material, if the second electrode 43 is configured to come into contact with the object 100, the object 100 as a whole can be used as an electrode. can function as
  • the main magnetic body 20 is a magnet formed by magnetizing a cylindrical magnetic body in the axial direction
  • the sub magnetic body 30 is a cylindrical magnetic body magnetized in the same direction as the main magnetic body 20. and magnets magnetized so that the arrangement of the magnetic poles is opposite to each other.
  • the main magnetic body 20 is a magnet formed by magnetizing a cylindrical magnetic body in the inner and outer directions
  • the sub magnetic body 30 is a cylindrical magnetic body. It may be a magnet that is magnetized in the same direction as the main magnetic body 20 but with the magnetic poles arranged in the opposite direction.
  • the main magnetic body 20 is magnetized so that the inner side is the S pole and the outer side is the N pole
  • the sub magnetic body 30 is magnetized so that the inner side is the N pole and the outer side is the S pole. is doing.
  • the sub magnetic body 30 is a magnet formed by magnetizing a cylindrical magnetic body in the same direction as the main magnetic body 20 but with the magnetic poles arranged in the opposite direction.
  • the main magnetic body 20 is formed in a region that faces the main magnetic body 20 on the side surface side of the shaft body 10 and in the direction that intersects the magnetization direction of the main magnetic body 20.
  • a magnet may be magnetized so as to have the same magnetic pole as the side.
  • a cylindrical magnetic body is used as the sub magnetic body 30. It is conceivable to adopt a magnet that is magnetized so that the area facing the main magnetic body 20 in the axial direction and on the side surface side of the shaft body 10 has the same N pole as the main magnetic body 20 side. .
  • the sub-magnetic body 30 may be configured using a magnet filled with a magnetic body up to the inside of a cylinder, as shown in FIG.
  • the fluid polishing apparatus 1 side is configured to rotate with respect to the workpiece 100, but the configuration may be such that the workpiece 100 side is rotated.
  • the magnetic field generated by the magnet forms magnetic clusters centered on the magnetic particles in the processing fluid 200 along the direction of the magnetic lines of force reaching the workpiece 100 side. (See FIGS. 7 and 8).
  • the magnetic lines of force generated by the magnet tend to expand inward and outward due to the influence of the sub-magnetic body 30 . Therefore, the magnetic particles are distributed along the lines of magnetic force so as to expand in the axial direction as well, and gather on the magnet side under the influence of the magnetic field.
  • the abrasive grains are displaced to the weak magnetic field region, that is, the surface to be machined, due to the magnetic buoyancy (the force that displaces the non-magnetic material to the weak magnetic field region).
  • the abrasive grains are displaced to a weak magnetic field region such as one end side (upper side) of the shaft body 10 in the main magnetic body 20 and the other end side (lower side) of the shaft body 10 in the sub magnetic body 30. do.
  • the electric field generated by the electric field path 40 can exert a force on the abrasive grains so as to agglomerate them along the lines of electric force. Therefore, this force can suppress the displacement of the abrasive grains in the processing fluid 200 as described above, and can prevent a decrease in the number of abrasive grains existing on the surface to be processed (see FIG. 8).
  • the processing fluid 200 forms aggregates of abrasive grains under the influence of the electric field generated by the electric field path 40, and the apparent viscosity of the processing fluid 200 increases locally, so that the magnetic clusters are processed with a stronger force.
  • the object 100 comes to be pressed. Agglomerates of abrasive grains are formed because non-magnetic and non-conductive abrasive grains are affected by dielectric polarization due to an electric field, and as a result, the electric charge is biased in particle units. This is because the particles tend to aggregate together.
  • the machined surface of the workpiece 100 facing the area formed by the two magnetic bodies on the side surface side of the shaft body 10 is Polished by abrasive grains in magnetic clusters.
  • the magnetic clusters are distributed along the axial direction, and the abrasive grains can be widely arranged and acted on the surface of the workpiece 100, so that the polishing efficiency as fluid polishing can be further improved.
  • each magnetic body is configured to function as an electrode in the electric field path 40, an electric field can be generated between the main magnetic body 20 and the sub magnetic body 30.
  • the second electrode 43 can be removed from the main magnetic body 20 by, for example, providing the second electrode on the workpiece each time polishing is performed. It is also possible to reduce the trouble of setting them apart from each other.
  • the magnetic clusters can be distributed in the direction in which the axis extends in the main magnetic body 20 and the sub magnetic body 30.
  • the main magnetic body 20 is a magnet that is magnetized in the inward and outward directions
  • the magnetic lines of force from the first side to the second side of the main magnetic body 20 and the sub magnetic body 30 are The magnetic clusters can be axially distributed along.
  • both magnetic bodies 20 and the sub magnetic body 30 are magnets that are magnetized so that their magnetic poles are arranged in opposite directions in the axial direction, both magnetic bodies are arranged so that the same magnetic poles face each other in the axial direction, and independent loops of magnetic lines of force are formed in the inward and outward directions. Therefore, the magnetic clusters can be widely distributed in the axial direction along these lines of magnetic force.
  • the main magnetic body 20 and the sub-magnetic body 30 are magnets magnetized so that their magnetic poles are arranged in opposite directions in the inner and outer directions, the magnetic poles are arranged opposite to each other on the side surface of the shaft 10 with a gap in the axial direction. of magnetic poles are arranged. Therefore, the magnetic clusters can be widely distributed in the axial direction along the lines of magnetic force directed from the first magnetic pole to the second magnetic pole.
  • the sub magnetic body 30 is positioned in a direction intersecting the magnetization direction of the main magnetic body 20 and in a region facing the main magnetic body 20 on the side surface side of the shaft body 10.
  • both magnetic bodies are arranged so that the same magnetic poles face each other in the axial direction on the side surface of the shaft body 10, and each has an independent axial direction. Since magnetic force line loops are formed, magnetic clusters can be widely distributed in the axial direction along these magnetic force lines.
  • an electric field suitable for forming magnetic clusters in which abrasive grains are unevenly distributed on the surface side of the workpiece 100 is generated through the electric field path 40 without conducting electricity between the electrodes due to dielectric breakdown.

Abstract

流体研磨装置は、軸体と、メイン磁性体と、サブ磁性体と、電場経路と、を備える。メイン磁性体は、前記軸線を包囲する筒状の磁石における一部または全体に形成された導電性の導電層を備え、軸体に従動して回転可能に構成される。電場経路は、第1の電極子および第2の電極子を有する2つの電極子を備え、2つの電極子のうち、第1の電極子が前記メイン磁性体の導電層に接続され、第2の電極子がメイン磁性体から所定距離だけ離間した位置に設けられ、2つの電極子間への通電によって電場を発生させうる通電経路として構成される。

Description

流体研磨装置および流体研磨方法 関連出願の相互参照
 本国際出願は、2021年2月19日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2021-025607号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2021-025607号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
 本開示は、加工流体を用いて加工対象物を研磨する流体研磨装置に関する。
 流体研磨は、加工対象物の表面に研磨を施すための技術である。流体研磨は、磁石体からなる工具本体と加工対象物との間に砥粒を含有させた加工流体を介在させた状態で、工具本体に対して加工対象物を相対的に変位させて実施される。近年では、磁場および電場のもとで研磨を施すことで研磨能率を高める流体研磨に関する方法が提案されている(特許文献1参照)。
特開2020-116722号公報
 しかしながら、単純に磁場および電場のもとで研磨を施すだけでは、必ずしも研磨能率が充分に高められているとはいえず、依然として改善の余地があった。
 本開示の1つの局面は、流体研磨において更なる研磨能率の向上のための技術を提供することにある。
 本開示の一態様である第1局面は、軸体と、メイン磁性体と、サブ磁性体と、電場経路と、を備える流体研磨装置である。前記軸体は、所定方向に延びる軸線を中心として回転可能に構成される。前記メイン磁性体は、前記軸線を包囲する筒状の磁石における一部または全体に形成された導電性の導電層を備え、前記軸体に従動して回転可能に構成される。前記サブ磁性体は、前記軸線を包囲する筒状の磁性体で構成され、前記メイン磁性体と前記軸体の延びる方向に間隔を空けて配置された状態で、前記軸体に従動して回転可能に構成される。
 前記電場経路は、第1の電極子および第2の電極子を有する2つの電極子を備え、前記2つの電極子のうち、第1の電極子が前記メイン磁性体の前記導電層に接続され、第2の電極子が前記メイン磁性体から所定距離だけ離間した位置に設けられ、前記2つの電極子間への通電によって電場を発生させうる通電経路として構成される。
 前記サブ磁性体は、前記メイン磁性体の外径と同一または所定のしきい値未満に近似された外径で形成される。
 流体研磨装置は、磁性流体に非磁性かつ非導電性の砥粒が含有された加工流体を、前記軸体の側面側において前記メイン磁性体および前記サブ磁性体がなす領域と、この領域に対向して配置される加工対象物の被加工面と、の間に介在させた状態で、前記メイン磁性体による磁場と前記電場経路による電場とのもとで前記軸体を回転させることによって、加工対象物に対する磁性流体研磨を実現する。
 この局面における流体研磨装置では、磁石が発生させる磁場により、加工対象物側に至る磁力線方向に沿って、加工流体中の磁性粒子を中心とする磁気クラスタが形成される。
 ここで、磁石による磁力線はサブ磁性体の影響で軸線方向に拡がりやすくなっているため、磁性粒子は、この磁力線に沿って同じく軸線方向に拡がるように分布するとともに、磁場の影響で磁石側に集まる。その一方、砥粒は、磁気浮力(非磁性体が磁場の弱い領域へと変位させられる力)により磁場の弱い領域、すなわち被加工面に変位する。詳細には、砥粒は、メイン磁性体における軸体の第1端側およびサブ磁性体における軸体の第2端側のような磁場の弱い領域へと変位しようとする。流体研磨装置では、このような変位に対し、電場経路が発生させる電場により、砥粒に電気力線に沿って凝集させるべく力を働かせることができる。このため、流体研磨装置は、この力により上述したような加工流体中の砥粒の変位を抑制し、被加工面に存在する砥粒の個数低下を防ぐことができる。
 さらに、加工流体には、電場経路の発生させる電場の影響で砥粒の凝集体が形成され、加工流体としてのみかけの粘度が局所的に増加して磁気クラスタがより一層強い力で加工対象物へと押圧される。この現象は、非磁性かつ非導電性の砥粒が電場による誘電分極の影響を受けて粒子単位で電荷の偏りを生じる結果、この偏った電荷を打ち消すべく隣接する粒子同士が凝集しやすくなるため発生する。
 そして、上述した状態で軸体とともにメイン磁性体およびサブ磁性体を回転させることにより、軸体の側面側において両磁性体のなす領域と対向する加工対象物の加工面が、加工流体中の砥粒により研磨される。このとき、磁気クラスタが軸方向に沿って分布し、加工対象物の表面に広く砥粒を配置して作用させることができるため、流体研磨としての研磨能率をより高めることができる。
 この局面において電場経路における第2の電極子は、メイン磁性体から所定距離だけ離間した位置に設けられていればよい。第2の電極子は、例えば、メイン磁性体と加工対象物を挟んで内外方向に間隔を空けた位置に配置されることが考えらえる。このとき、加工対象物が導電性の材料で構成されるのであれば、第2の電極子を加工対象物に接触させて設けることで、加工対象物そのものを電極として機能させることも考えられる。
 また、この局面において、メイン磁性体における磁石の着磁方向は、特に限定されず、以下に示す第2または第3局面のようにすることが考えられる。
 第2局面において、前記メイン磁性体は、筒状の磁性体を、前記軸線の延びる方向である軸線方向に着磁してなる磁石である。
 この局面であれば、メイン磁性体およびサブ磁性体において磁気クラスタを軸線の延びる方向に分布させることができる。
 第3局面において、前記メイン磁性体は、筒状の磁性体を、軸線と交差する方向である内外方向に着磁してなる磁石である。
 この局面であれば、メイン磁性体およびサブ磁性体それぞれの側面側において一方から他方に向かう磁力線に沿って、磁気クラスタを軸線方向に分布させることができる。
 また、上記第2、第3局面において、サブ磁性体は、磁場に影響を与える材料の磁性体であればよいが、磁性体を着磁してなる磁石を用いてもよい。
 この場合、以下に示す第4、第5局面のようにすることが考えられる。
 第4局面において、前記サブ磁性体は、筒状の磁性体を、前記メイン磁性体と同じ方向、かつ、磁極の配置が反対となるように着磁してなる磁石である。
 この局面において、メイン磁性体およびサブ磁性体を軸線方向に着磁した場合、軸体の側面側で軸線方向に間隔を空けて同じ磁極が向かい合うように配置される。この配置であれば、それぞれに独立した軸線方向の磁力線ループが形成されるため、これら磁力線に沿って軸線の延びる方向に広く磁気クラスタを分布させることができる。
 他方、メイン磁性体およびサブ磁性体を内外方向に着磁した場合、軸体の側面側で軸線方向に間隔を空けて反対の磁極が配置される。この配置であれば、第1の磁極から第2の磁極に向かう磁力線に沿って軸方向に広く磁気クラスタを分布させることができる。
 第5局面において、前記サブ磁性体は、筒状の磁性体を、前記メイン磁性体の着磁方向と交差する方向、かつ、前記軸体の側面側において前記メイン磁性体と対向する領域が前記メイン磁性体と同じ磁極となるように着磁してなる磁石である。
 この局面においては、両磁性体が軸体の側面側で軸線方向に同じ磁極を向かい合わせるように配置されており、それぞれ独立した軸線方向の磁力線ループが形成されるため、これら磁力線に沿って軸方向に広く磁気クラスタを分布させることができる。
 また、電場経路における第2の電極子は、サブ磁性体側に設けてもよく、この場合、以下に示す第6局面のようにすることが考えられる。
 第6局面において、前記サブ磁性体は、筒状の磁性体における一部または全体に導電性の導電層が形成され、かつ、前記メイン磁性体と電気的に絶縁されており、前記電場経路は、第2の電極子が、前記サブ磁性体の前記導電層に接続されている。
 この局面であれば、メイン磁性体およびサブ磁性体それぞれが離間して配置された電極として機能し、この両磁性体の間で電場を発生させることができる。これにより、2つの電極子が流体研磨装置と一体化された構成となる。このため、研磨の都度、加工対象物に第2の電極子を設けるなど、第2の電極子をメイン磁性体から離間して設けるなどの手間を削減することも可能となる。
 また、上記各局面においては以下に示す第7局面のようにしてもよい。
 第7局面においては、前記電場経路に電圧を印加する電源部、を備えており、前記電源部は、前記電場経路への電圧の印加により、該電場経路おける電極間に2.0kV/mm以下の電場強度を発生させる。
 この局面であれば、電場経路を介して、電極間が絶縁破壊により通電してしまうことなく、加工対象物の表面側に砥粒が偏在した磁気クラスタの形成に適した電場を発生させることができる。
 また、本開示の一態様である第8局面の流体研磨方法は、所定方向に延びる軸線を中心として回転可能な軸体と、前記軸線を包囲する筒状の磁石で構成され、前記軸体に従動して回転可能に設けられたメイン磁性体と、前記軸線を包囲する筒状の磁性体で構成され、前記メイン磁性体と前記軸体の延びる方向に間隔を空けて配置された状態で前記軸体に従動して回転可能に設けられたサブ磁性体と、2つの電極子のうち、第1の電極子が前記メイン磁性体の前記導電層に接続されるのに対し、第2の電極子が前記メイン磁性体から所定距離だけ離間した位置に設けられるものであり、これら電極子間への通電に伴う電場を発生させる通電経路となる電場経路と、を用い、磁性流体に非磁性かつ非導電性の砥粒が含有された加工流体を、前記軸体の側面側において前記メイン磁性体および前記サブ磁性体がなす領域と、この領域に対向して配置される加工対象物の被加工面と、の間に介在させた状態で、前記メイン磁性体による磁場と前記電場経路による電場とのもとで前記軸体を回転させることによって、加工対象物に対する磁性流体研磨を実現する、流体研磨方法である。
 この局面の流体研磨方法によれば、上記各流体研磨装置による流体研磨を実現するのに好適である。
 本開示の例示的な実施形態は、添付の図面を一例として参照して以下で説明される。
流体研磨装置における軸線方向と交差する平面に沿った正面断面図(1) 流体研磨装置における軸線方向と交差する平面に沿った正面断面図(2) 流体研磨装置における軸線方向と交差する平面に沿った正面断面図(3) 流体研磨装置における軸線方向と交差する平面に沿った正面断面図(4) 流体研磨装置における軸線方向と交差する平面に沿った正面断面図(5) 流体研磨装置における軸線方向と交差する平面に沿った正面断面図(6) メイン磁性体およびサブ磁性体の間に発生する磁力線および電気力線の分布と、この両者間に発生する磁気クラスタの様子を示す図(1) メイン磁性体およびサブ磁性体の間に発生する磁力線および電気力線の分布と、この両者間に発生する磁気クラスタの様子を示す図(2)
 1…流体研磨装置、10…軸体、11…絶縁材、13…筒状体、15…導電材、20…メイン磁性体、21…導電層、30…サブ磁性体、31…導電層、40…電場経路、41…電極子、43…電極子、50…回転駆動部、60…制御部、70…電源部、100…加工対象物、200…加工流体。
 以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
 (1)装置概要
 流体研磨装置1は、加工対象物100の表面への流体研磨を施すための装置である。流体研磨は、磁性流体に非磁性かつ非導電性の砥粒が含有された加工流体200を、加工対象物100との間に配置した状態で、加工対象物100に対して相対的に回転させることによって実施される。
 (2)全体構成
 流体研磨装置1は、図1に示すように、軸体10と、メイン磁性体20と、サブ磁性体30と、電場経路40と、を備える。流体研磨装置1は、回転駆動部50と、制御部60と、電源部70と、を備えてもよい。
 軸体10は、所定方向(例えば、図1の上下方向)に延びる軸線を中心として回転可能に構成される。メイン磁性体20およびサブ磁性体30は、それぞれ軸線を包囲する筒状の磁性体である。電場経路40は、2つの電極子を備える。回転駆動部50は、軸体10を回転させるように構成される。制御部60は、流体研磨装置1全体の動作を制御するように構成される。電源部70は、電場経路40に電圧を印加するように構成される。
 軸体10は、軸線に沿って延びる円柱状の部材であり、導電性の材料により形成されている。なお、この軸体10は、回転駆動部50と電気的に絶縁されている。
 メイン磁性体20は、筒状の磁性体を、軸線の延びる方向(以下「軸線方向」という)に着磁してなる磁石である。換言すれば、メイン磁性体20は、筒状の磁性体を、磁界の向きが軸線方向に沿う方向になるように着磁されて構成される磁石である。
 本開示では、「磁界の向きがX方向に沿う方向になるように着磁されて構成される磁石」を「X方向に着磁してなる磁石」と表記する。なお、X方向は、軸線方向、内外方向等の任意の方向である。磁界の向きは、X方向に沿っていれば、例えば、上向き、下向き等、どの方向に向いてもよい。
 メイン磁性体20は、軸体10の軸線と同じ軸線を回転中心として、軸体10に従動して回転可能に設けられている。ここでは、メイン磁性体20は、軸体10の第1端(図1における下端;以下同様)側がS極、第2端(同図上端;以下同様)側がN極となるように着磁されている。なお、このメイン磁性体20は、軸体10の第2端側がS極、第1端側がN極となるように着磁されていてもよい。
 メイン磁性体20には、その一部または全体(本実施形態では全体)にわたって導電性の導電層21が形成されている。この導電層21は、軟磁性で高導電性、かつ高硬度な材料から構成される。導電層21は、メイン磁性体20の表面を被覆するように形成される。本実施形態では、ニッケルまたはクロムをメイン磁性体20の全体にメッキすることにより導電層21が形成されている。
 なお、この導電層21は、メイン磁性体20の表面のうち、少なくとも電場経路40に接続される領域(後述する筒状体13に接続される上端面21u)、および、サブ磁性体30と対向する面においてサブ磁性体30の間で電場を発生させるための領域(ここでは外周面21o)のみを被覆してもよい。
 サブ磁性体30は、メイン磁性体20の外径と同一の外径で形成された筒状の磁性体である。サブ磁性体30は、メイン磁性体20の外径と所定のしきい値未満に近似された外径で形成された筒状の磁性体でもよい。換言すれば、サブ磁性体30は、メイン磁性体20の外径とサブ磁性体30の外径との差が、所定のしきい値未満となるように形成されてもよい。メイン磁性体20の外径とサブ磁性体30の外径とは、近似された値に設定される。
 そして、サブ磁性体30は、メイン磁性体20と軸線方向に間隔を空けて配置された状態で軸体10に従動して回転可能に設けられている。本実施形態では、メイン磁性体20よりも軸体10の第1端側に配置されている。
 このサブ磁性体30は、筒状の磁性体を、磁界が沿う方向がメイン磁性体20と同じ方向であり、かつ、磁極の配置が反対となるように着磁して構成される磁石である。ここでは、サブ磁性体30は、軸体10の第1端側がN極、第2端側がS極となるように着磁されている。なお、サブ磁性体30は、メイン磁性体20における磁極の配置に応じて、軸体10の第2端側がN極、第1端側がS極となるように着磁されていてもよい。
 また、サブ磁性体30は、筒状の磁性体における一部または全体(本実施形態では全体)にわたって導電性の導電層31が形成されており、かつ、メイン磁性体20と電気的に絶縁されている。この導電層31は、軟磁性で高導電性、かつ高硬度な材料で構成され、サブ磁性体30の表面を被覆するように形成される。本実施形態では、ニッケルまたはクロムをサブ磁性体30の全体にメッキすることにより導電層31が形成される。
 なお、この導電層31は、サブ磁性体30の表面のうち、少なくとも軸体10に接続される領域(内周面31iにおける先端側)、メイン磁性体20と対向する面においてメイン磁性体20との間で電場を発生させるための領域(本実施形態では外周面31o)、および、これら領域を導通させるための領域(本実施形態では、軸体10の他端側の端面31uまたは上端面31d)のみを被覆してもよい。
 ここで、流体研磨装置1は、絶縁材11をさらに備えてもよい。絶縁材11は、メイン磁性体20とサブ磁性体30とを電気的に絶縁するために、少なくともメイン磁性体20とサブ磁性体30との間に配置される。本実施形態では、各磁性体20,30の間、および、各磁性体20,30と軸体10との間に絶縁材11が充填されている。
 これらメイン磁性体20とサブ磁性体30との間隔は、所望する磁力線および電気力線の分布が実現されるように、その距離が設定される。距離の設定には、磁石としてのパラメータ(磁束密度、磁場強度など)および電場経路40により発生させる電場のパラメータ(電圧、電場強度など)等が考慮される。
 電場経路40は、第1の電極子41と第2の電極子43とを備える。第1の電極子41はメイン磁性体20の導電層21に接続され、また、第2の電極子43はメイン磁性体20から所定距離だけ離間した位置に設けられる。電場経路40は、これら電極子41,43間への通電に伴って電場を発生させるための通電経路である。
 本実施形態では、軸体10をサブ磁性体30より外側で包囲し、かつ、メイン磁性体20の導電層21と軸線方向に隣接する位置関係で設けられた導電性の筒状体13が備えられる。加えて、この筒状体13に第1の電極子41が接続される。つまり、メイン磁性体20は、筒状体13および導電層21を介して第1の電極子41と通電可能に接続されるので、電場経路40の電極として機能する。この電極子41は、通電ブラシとして形成される。
 また、本実施形態では、サブ磁性体30の導電層31と軸体10とが軸体10の第1端側の側面と接続され、この軸体10の第2端側に第2の電極子43が接続される。つまり、サブ磁性体30は、軸体10を介して第2の電極子43と通電可能に接続され、電場経路40の電極として機能する。ここで、第2の電極子43は、通電ブラシとして形成される。
 この電場経路40には、電源部70により2つの電極(電極として機能する各領域;本実施形態では、第1の電極子41と接続されたメイン磁性体20、および、第2の電極子43と接続されたサブ磁性体30)間に電圧が印加される。本実施形態では、磁石における磁場強度、加工流体200の成分、加工対象物100との離間距離などに応じた電圧が印加される。本実施形態では、メイン磁性体20とサブ磁性体30との間に存在しうる部材(特に加工流体200)が絶縁破壊により導通してしまうことないように選択された電場強度として2.0kV/mm以下が印加されるように構成される。
 加工流体200には、非導電性の磁性流体に非導電性かつ非磁性の砥粒などを含有させた材料が用いられる。この加工流体200には、磁性粒子として、粒径5nm~10μmの磁性粒子が選択的に用いられる。磁性粒子は、磁石における磁場強度、加工対象物100との離間距離、ベース液の配合などに応じて選択される。
 この加工流体200に含有される砥粒としては、少なくとも磁性流体におけるベース液以上の誘電率を有する材料が選択される。砥粒には、例えば、アルミナや炭化ケイ素などセラミック質の材料を含有する一般砥粒、ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素(cBN)などの超砥粒のうち、加工対象物100に適した材料が選択される。
 なお、本実施形態において、加工流体200には、上述した以外に、所定長さを有する繊維材料を一定量分布(含有)させている。具体的には、加工対象物100までの離間距離程度またはそれ未満の長さを有するαセルロースが分布されている。この繊維材料により、後述する磁気クラスタの生成を促進して補強することができる。
 このように構成された流体研磨装置1では、軸体10の側面側においてメイン磁性体20およびサブ磁性体30がなす領域と、この領域に対向して配置される加工対象物100の被加工面と、の間に加工流体200を介在させた状態に構成される。そして、流体研磨装置1は、磁石による磁場と電場経路40による電場とが生成された環境で軸体10を回転させることによって、加工対象物100に対する磁性流体研磨を実現する。図1では、円筒状の加工対象物100における内周面を、各磁性体の側面に沿って加工する構成を例示している。
 ここで、軸体10の側面側においてメイン磁性体20およびサブ磁性体30がなす領域と、この領域に対向して配置される加工対象物100の被加工面と、の間隔は、ユーザによって選択された距離(本実施形態では0.5~2.0mmの範囲から選択された距離;より具体的には1mm)である。この距離は、磁石としてのパラメータ(磁束密度、磁場強度など)および電場経路40により発生させる電場のパラメータ(電圧、電場強度など)を加味して所望する磁力線および電気力線の分布が実現されるような値に設定される。
 なお、上述した流体研磨装置1は、加工対象物100をステージ上に設置し、このステージを変位機構でxy軸(水平方向)またはxyz軸(水平方向および鉛直方向)に沿って変位させたり、流体研磨装置1側を変位機構で同じく変位させたりしつつ、磁性流体研磨を実現するように構成されてもよい。
 (3)変形例
 本開示は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
 例えば、上記実施形態では、メイン磁性体20およびサブ磁性体30が、筒状の磁性体を軸線方向に着磁した磁石である構成を例示した。しかし、これら磁性体としては、軸線方向と交差する内外方向に着磁してなる磁石でもよい。
 また、本実施形態では、サブ磁性体30として磁性体を着磁してなる磁石が採用された構成を例示した。しかし、このサブ磁性体30は、図2に示すように、磁場に影響を与える材料の磁性体であれば、磁石でなくてもよい。
 また、本実施形態では、サブ磁性体30が、軸体10を介して第2の電極子43と通電可能に接続することで、電場経路40において、メイン磁性体20と軸線方向に離間する電極として機能するように構成される。しかし、電場経路40における電極としての機能は、第2の電極子43そのものが担うように構成してもよい。具体的な例としては、図3に示すように、第2の電極子43は、メイン磁性体20と加工対象物100を挟んで内外方向に間隔を空けて配置されてもよい。この場合、第1の電極子41を2分割してメイン磁性体20側(筒状体13)およびサブ磁性体30側(軸体10)それぞれに接続した構成とするとよい。
 また、この構成では、加工対象物100が導電性の材料で構成されている場合、第2の電極子43が加工対象物100に接触するように構成すれば、この加工対象物100全体を電極として機能させることができる。
 また、上記実施形態では、メイン磁性体20が、筒状の磁性体を軸線方向に着磁してなる磁石であり、サブ磁性体30が、筒状の磁性体をメイン磁性体20と同じ方向、かつ、磁極の配置が反対となるように着磁してなる磁石である構成を例示した。しかし、これら磁性体としては、図4に示すように、メイン磁性体20が、筒状の磁性体を内外方向に着磁してなる磁石であり、サブ磁性体30が筒状の磁性体をメイン磁性体20と同じ方向、かつ、磁極の配置が反対となるように着磁してなる磁石である構成としてもよい。
 ここでは、メイン磁性体20において内側がS極、外側がN極となるように着磁され、サブ磁性体30において内側がN極、外側がS極となるように着磁された構成を例示している。
 また、上記実施形態では、サブ磁性体30が、筒状の磁性体をメイン磁性体20と同じ方向、かつ、磁極の配置が反対となるように着磁してなる磁石である構成を例示した。しかし、サブ磁性体30としては、筒状の磁性体をメイン磁性体20の着磁方向と交差する方向、かつ、軸体10の側面側においてメイン磁性体20と対向する領域がメイン磁性体20側と同じ磁極となるように着磁してなる磁石である構成としてもよい。
 具体的には、図5に示すように、メイン磁性体20の内側がS極、外側がN極となるように着磁されている場合において、サブ磁性体30として、筒状の磁性体を軸線方向、かつ、軸体10の側面側においてメイン磁性体20と対向する領域がメイン磁性体20側と同じ磁極であるN極となるように着磁してなる磁石を採用することが考えられる。
 なお、この構成においては、サブ磁性体30を、図6に示すように、円筒の内側まで磁性体で満たされてなる磁石を用いた構成としてもよい。
 また、本実施形態においては、流体研磨装置1側を加工対象物100に対して回転させるように構成されているが、加工対象物100側を回転させる構成としてもよい。
 (4)作用効果
 上記実施形態の流体研磨装置1では、磁石が発生させる磁場により、加工対象物100側に至る磁力線方向に沿って、加工流体200中の磁性粒子を中心とする磁気クラスタが形成される(図7、図8参照)。
 ここで、磁石による磁力線はサブ磁性体30の影響で内外方向に拡がりやすい。このため、磁性粒子は、この磁力線に沿って同じく軸線方向に拡がるように分布するとともに、磁場の影響で磁石側に集まる。その一方、砥粒は、磁気浮力(非磁性体が磁場の弱い領域へと変位させられる力)により、磁場の弱い領域、すなわち被加工面に変位する。詳細には、砥粒は、メイン磁性体20における軸体10の一端側(上方)およびサブ磁性体30における軸体10の他端側(下方)のような磁場の弱い領域へと変位しようとする。本実施形態では、このような変位に対し、電場経路40の発生させる電場により、砥粒に電気力線に沿って凝集させるべく力を働かせることができる。このため、この力により上述したような加工流体200中の砥粒の変位を抑制し、被加工面に存在する砥粒の個数低下を防ぐことができる(図8参照)。
 さらに、加工流体200は、電場経路40の発生させる電場の影響で砥粒の凝集体が形成され、加工流体200としてのみかけの粘度が局所的に増加して磁気クラスタがより一層強い力で加工対象物100へと押圧されるようになる。砥粒の凝集体が形成されるのは、非磁性かつ非導電性の砥粒が電場による誘電分極の影響を受けて粒子単位で電荷の偏りを生じる結果、この偏った電荷を打ち消すべく隣接する粒子同士が凝集しやすくなるためである。
 そして、上述した状態で軸体10とともにメイン磁性体20およびサブ磁性体30を回転させることにより、軸体10の側面側において両磁性体のなす領域と対向する加工対象物100の加工面が、磁気クラスタ中の砥粒により研磨される。このとき、磁気クラスタが軸線方向に沿って分布し、加工対象物100の表面に広く砥粒を配置して作用させることができるため、流体研磨としての研磨能率をより高めることができる。
 また、上記実施形態において、各磁性体が電場経路40における電極として機能する構成とした場合であれば、メイン磁性体20とサブ磁性体30との間で電場を発生させることができる。その結果、2つの電極子が流体研磨装置1と一体化された構成となるため、研磨の都度加工対象物に第2の電極子を設けるなど、第2の電極子43をメイン磁性体20から離間して設けるなどの手間を削減することも可能となる。
 また、上記実施形態において、軸線方向に着磁した磁石をメイン磁性体20とした場合であれば、メイン磁性体20およびサブ磁性体30において磁気クラスタを軸線の延びる方向に分布させることができる。
 一方、上記実施形態において、内外方向に着磁した磁石をメイン磁性体20とした場合、メイン磁性体20およびサブ磁性体30それぞれの側面側のうちの第1側面から第2側面に向かう磁力線に沿って、磁気クラスタを軸線方向に分布させることができる。
 また、上記実施形態において、それぞれ軸線方向、かつ、磁極の配置が反対となるように着磁した磁石をメイン磁性体20およびサブ磁性体30とした場合、軸体10の側面側で両磁性体が軸線方向に同じ磁極を向かい合わせるように配置され、それぞれに独立した内外方向の磁力線ループが形成される。このため、これら磁力線に沿って軸線の延びる方向に広く磁気クラスタを分布させることができる。
 他方、それぞれ内外方向、かつ、磁極の配置が反対となるように着磁した磁石をメイン磁性体20およびサブ磁性体30とした場合、軸体10の側面側で軸線方向に間隔を空けて反対の磁極が配置される。このため、第1の磁極から第2の磁極に向かう磁力線に沿って軸線方向に広く磁気クラスタを分布させることができる。
 また、上記実施形態において、サブ磁性体30を、メイン磁性体20の着磁方向と交差する方向、かつ、軸体10の側面側においてメイン磁性体20と対向する領域がメイン磁性体20側と反対の磁極となるように着磁した磁石とした場合であれば、両磁性体が軸体10の側面側で軸線方向に同じ磁極を向かい合わせるように配置されており、それぞれ独立した軸線方向の磁力線ループが形成されるため、これら磁力線に沿って軸線方向に広く磁気クラスタを分布させることができる。
 また、上記実施形態では、電場経路40を介して、電極間が絶縁破壊により通電してしまうことなく、加工対象物100の表面側に砥粒が偏在した磁気クラスタの形成に適した電場を発生させることができる。

Claims (8)

  1.  流体研磨装置であって、
     前記流体研磨装置は、軸体と、メイン磁性体と、サブ磁性体と、電場経路と、を備え、
     前記軸体は、所定方向に延びる軸線を中心として回転可能に構成され、
     前記メイン磁性体は、前記軸線を包囲する筒状の磁石における一部または全体に形成された導電性の導電層を備え、前記軸体に従動して回転可能に構成され、
     前記サブ磁性体は、前記軸線を包囲する筒状の磁性体で構成され、前記メイン磁性体と前記軸体の延びる方向に間隔を空けて配置された状態で、前記軸体に従動して回転可能に構成され、
     前記電場経路は、第1の電極子および第2の電極子を有する2つの電極子を備え、前記2つの電極子のうち、第1の電極子が前記メイン磁性体の前記導電層に接続され、第2の電極子が前記メイン磁性体から所定距離だけ離間した位置に設けられ、前記2つの電極子間への通電によって電場を発生させうる通電経路として構成され、
     前記サブ磁性体は、前記メイン磁性体の外径と同一または所定のしきい値未満に近似された外径で形成されており、
     磁性流体に非磁性かつ非導電性の砥粒が含有された加工流体を、前記軸体の側面側において前記メイン磁性体および前記サブ磁性体がなす領域と、この領域に対向して配置される加工対象物の被加工面と、の間に介在させた状態で、前記メイン磁性体による磁場と前記電場経路による電場とのもとで前記軸体を回転させることによって、加工対象物に対する磁性流体研磨を実現する、
     ように構成された流体研磨装置。
  2.  請求項1に記載の流体研磨装置であって、
     前記メイン磁性体は、筒状の磁性体を、前記軸線の延びる方向である軸線方向に着磁してなる磁石である、
     流体研磨装置。
  3.  請求項1に記載の流体研磨装置であって、
     前記メイン磁性体は、筒状の磁性体を、前記軸線と交差する方向である内外方向に着磁してなる磁石である、
     流体研磨装置。
  4.  請求項2または請求項3に記載の流体研磨装置であって、
     前記サブ磁性体は、筒状の磁性体を、前記メイン磁性体と同じ方向、かつ、磁極の配置が反対となるように着磁してなる磁石である、
     流体研磨装置。
  5.  請求項2または請求項3に記載の流体研磨装置であって、
     前記サブ磁性体は、筒状の磁性体を、前記メイン磁性体の着磁方向と交差する方向、かつ、前記軸体の側面側において前記メイン磁性体と対向する領域が前記メイン磁性体と同じ磁極となるように着磁してなる磁石である、
     流体研磨装置。
  6.  請求項1から請求項5の何れか1項に記載の流体研磨装置であって、
     前記サブ磁性体は、筒状の磁性体における一部または全体に導電性の導電層が形成され、かつ、前記メイン磁性体と電気的に絶縁されており、
     前記電場経路は、第2の電極子が、前記サブ磁性体の前記導電層に接続されている、
     流体研磨装置。
  7.  請求項1から請求項6の何れか1項に記載の流体研磨装置であって、
     前記電場経路に電圧を印加する電源部、を備えており、
     前記電源部は、前記電場経路への電圧の印加により、該電場経路おける電極間に2.0kV/mm以下の電場強度を発生させる、
     流体研磨装置。
  8.  流体研磨方法であって、
     所定方向に延びる軸線を中心として回転可能な軸体と、
     前記軸線を包囲する筒状の磁石で構成され、前記軸体に従動して回転可能に設けられたメイン磁性体と、
     前記軸線を包囲する筒状の磁性体で構成され、前記メイン磁性体と前記軸体の延びる方向に間隔を空けて配置された状態で前記軸体に従動して回転可能に設けられたサブ磁性体と、
     2つの電極子のうち、第1の電極子が前記メイン磁性体の導電層に接続され、第2の電極子が前記メイン磁性体から所定距離だけ離間した位置に設けられ、これら電極子間への通電に伴う電場を発生させる通電経路となる電場経路と、を用い、
     磁性流体に非磁性かつ非導電性の砥粒が含有された加工流体を、前記軸体の側面側において前記メイン磁性体および前記サブ磁性体がなす領域と、この領域に対向して配置される加工対象物の被加工面と、の間に介在させた状態で、前記メイン磁性体による磁場と前記電場経路による電場とのもとで前記軸体を回転させることによって、加工対象物に対する磁性流体研磨を実現する、流体研磨方法。
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