JPH01271165A

JPH01271165A - 磁性流体を用いた研磨装置

Info

Publication number: JPH01271165A
Application number: JP63094631A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kato; 康司加藤; Tokuji Umehara; 徳次梅原; Shigeru Adachi; 茂足立; Shin Sato; 伸佐藤
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1989-10-30

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〕本発明は、磁性流体を用いた研磨装置に関し、さらに詳
しくは砥粒を含有する磁性流体を磁場の作用下で使用し
、ボールベアリング等に使用される球体を研磨して真球
度の高い球体を効率良（製造するための装置に関するも
のである。

し従来の技術］従来、砥粒を含有する磁性流体からなる研磨用液を磁場
の作用下で使用してボールベアリング等に使用される球
体を研磨する方法および装置が特開昭６２−１７３１６
６号公報に開示されている。同公報に記載された研磨方
法および装置は、砥粒を含有する磁性流体中に浸漬した
球体を、磁性流体の外部の一方の側より働く外部磁場の
作用により排出力を与えて、その対向側に位置させた駆
動用治具（駆動ラップ）の面に押し付け、それによって
該駆動用治具の運動を球体に伝達して砥粒を含有する磁
、性情体中で運動させ、該球体の運動を案内面によって
制御することを特徴とするものである。

またこの際、球体の外部磁場側に位置するように浮力板
（浮子）を挿入すると、この浮力板にも外部磁場の作用
による排出力が与えられ、球体をより強く駆動用治具の
駆動面に押し付けるので研磨効率が著しく向上すること
が開示されている。

前記研磨装置では、球体の運動を制御するために駆動ラ
ップ下面にＶ型溝や仕切板を設け、球体の運動の案内面
としての機能を持たせて研磨効率および真球度の向上を
図っている。また別の方法として、駆動ラップ下端を倒
置三角錐状にして球体が倒置五角錐の斜面、円筒状容器
（ガイドリング）および浮力板との間に押し付けられた
状態で運動させて研磨して真球度の向上を図っている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述従来例によれば、研摩されるべき素
球の真球度がよくない場合、すなわち特に研磨開始直後
において、被研磨球体の公転および自転により生ずる激
しい振動やガイドリング等からの衝撃により、球が駆動
ラップの内側に移動しあるいは入り込んでしまって、研
磨精度が低下したりあるいはほとんど研磨されない場合
があり、結果的に研磨効率や真球度の低下を招くという
欠点がある。

また、素球を研磨装置にセットする際には、球がころが
るためガイドリング内壁面に沿って球を配置しかつ駆動
ラップをセットする操作が容易ではなく、作業効率が低
いという欠点もある。

本発明の目的は、このような従来技術の課題に鑑み、球
状の被研磨物を、駆動ラップ、磁場により磁性流体を介
して浮揚力を受けた浮子、およびガイドリングにより砥
粒を含む磁性流体中で保持しつつ駆動ラップを回転させ
ることにより研磨する、磁性流体を用いた研磨装置にお
いて、球体の真球度および研磨効率をさらに向上させる
ことにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明者等は
、上記目的を達成するために鋭意検討をした結果、浮子
の上端部に、被研磨物が駆動ラップの軸方向すなわち内
側方向へ移動するのを防止する移動防止面を設けること
により、被研磨物の保持を適正に維持でき、球体の真球
度および研磨効率が向上する本発明を完成するに至った
。

すなわち本発明は、ガイドリングと、砥粒を含む磁性流
体に浸漬された浮子と、回転可能な駆動ラップと、該磁
性流体に磁場を形成して該磁性流体と共に該浮子に浮揚
力を与える磁場形成手段とを僅え、球状の被研磨物を該
駆動ラップ、浮揚力を受けた浮子およびガイドリング内
壁面により該磁性流体中で保持しつつ、該駆動ラップを
回転させることにより、研磨する研磨装置において、該
浮子の上端部に、該被研磨物が該駆動ラップの軸方向に
移動するのを防止して該被研磨物の保持を適正に維持す
る移動防止面を設けたことを特徴とする、磁性流体を用
いた研磨装置にある。

以下、本発明の磁性流体を用いた研磨装置を図面に基づ
いて説明する。

第１図は、本発明の研磨装置の一例を示す断面図である
。図中１は駆動ラップ、２は駆動ラップ下端部の球状の
被研磨物との接触面、３は球状の被研磨物（被研磨球体
）、４はガイドリング、５は浮子、６は磁石、７は砥粒
を含む磁性流体、８は浮子５に設けられた移動防止面を
それぞれ示す。

第１図に示される研磨装置では、砥粒を含む磁性流体７
中に浮子５を浸漬し、該磁性流体７に磁石６等により外
部磁場を作用させて浮子５に浮力を与え、その浮力によ
って浮子５を上昇させ、被研磨球体３を浮子５上端部の
接触面、駆動ラップ１下端部の接触面２およびガイドリ
ング４の内壁面で保持する。そして、駆動ラップ１を駆
動させ、水平方向に回転させることによって、被研磨球
体３にその回転による運動が伝達され、砥粒を含有する
磁性流体７中で運動するようになる。この被研磨球体３
と砥粒を含有する磁性流体７との間に相対運動が生じる
ことによって、被研磨球体３が保持されている面、特に
駆動ラップ１下端部のテーパー状の接触面２において研
磨が効率良く行なわれる。

第１図の研磨装置に示される駆動ラップ１は、垂直軸を
中心として水平回転が可能であり、下端部に接触面２を
有している。また、この駆動ラップ１は被研磨球体３の
研磨によって摩耗するので、その度に駆動ラップ１を下
降させる必要から、上下動も可能としている。この接触
面２は浮子５とガイドリング４の内壁面との間の軌道上
に被研磨球体３を保持し、安定かつスムーズに回転研磨
するために重要な役割を果しており、球体の真球度の向
上に寄与する。ここで接触面２の鉛直方向に対して外周
方向の傾斜角Ｅが２０〜８０度である時に球体の真球度
の向上が得られる。接触面２の傾斜角Ｅが８０度を超え
た場合は被研磨球体３をガイドリング４の内壁面に押し
付ける力が弱くなり、また２０度未満の場合は被研磨球
体３に効果的に接触面２から加工圧がかからないため、
それぞれ被研磨球体３の運動が不安定となり真球度が向
上せず、好ましくない。

また駆動ラップ１の他の形状として第２図に示されるよ
うな円柱状のものでもよく、この場合も接触面の傾斜角
Ｅは２０〜８０度の範囲が好ましい。

駆動ラップ１の材質としては、荒削りの場合には特に制
限されず、例えば５ｔｌＳ３０４等のステンレス鋼、真
鍮、アルミニウム等の金属等が挙げられ、また仕上げの
場合には鋳鉄、セラミックス、樹脂等の脆性材料からな
るものが好ましい。

第１図の研磨装置に設けられているガイドリング４の内
壁面は、ガイドリンクの振動を抑制するためにゴムある
いは樹脂等でライニングされていることが好ましい。

次に研磨装置の磁性流体中に浸漬されている浮子５は、
磁石６等の外部磁場の作用により浮力が与えられて、浮
子５は浮上して被研磨球体３を駆動ラップ１下端部の接
触面２等に強く押し付ける作用をする。この浮子５は、
前記駆動ラップ１の接触面２およびガイドリング４の内
壁面と共に、回転する被研磨球体３を研磨中一定に保持
して真球度の向上に寄与する。

本発明においては、浮子５の上端部に、被研磨球体３が
駆動ラップ１の軸方向に移動するのを防止すべく移動防
止面８を設けている。この移動防止面８としては種々の
態様があるが、第３図（ａ）〜（ｄ）は、このうち４ｉ
１１類を例示する浮子３の断面図である。同図（ａ）に
示す浮子に設けられた移動防止面８ａは、断面が円弧形
状の浮子全周に渡る条溝として設けられたものである。

この円弧の半径Ｒは、被研磨球体の直径をＤとすれば、
Ｒ＝Ｄ／２〜Ｄの範囲であることが好ましい、また、条溝の深さＨは、）１＝０．０５０〜０．３Ｄの範囲であることが好ましい。ただし、浮子の厚さをｔ
とすれば、条溝の深さＨは、浮子の強度や寿命を考慮す
れば、Ｈ≦ｙ２ｔであることが好ましい。

同図（ｂ）に示す移動防止面８ｂは、断面がＶ字形の同
様の条溝型のものである。このＶ字形の頂角αは、 α；９０＠〜１３５゜の範囲であることが好ましく、Ｖ字形条溝の内側斜面と
水平面とのなす角βは、 β＝４５°〜（１１０” の範囲であることが好ましい。また、 α＋β≦１８００であることが好ましい。条溝の深さＨは同様に、Ｈ≦％
ｔであることが好ましい。

これら円弧形状およびＶ字形状の条溝の内側斜面すなわ
ち浮子の中心側の斜面が移動防止面８ａおよび８ｂとし
て機能する。

同図（ｃ）に示す浮子は、上端外周部分が全周に渡りＬ
字型に切り取られたような形状をしており、その垂直面
が移動防止面８ｃとして機能する。これは、上記Ｖ字形
状の条溝として設けられた場合において、上記αおよび
βを α＝９０′ β＝９０６とした場合に相当する。

同図（ｄ）に示す浮子はその上端外周部分にテーバ面を
有し、このテーバ面が移動防止面８ｄとして機能する。

このテーバ面と水平面とのなす角θは、 θ＝２０１〜６０゜であることが好ましい。

この浮子５の材質としては、金属、プラスチック、セラ
ミックス、ゴム等の種々の材料を適宜選択して使用でき
る。

浮子５に働く浮力は、下方より働く外部磁場の強さ、浮
子５の大きさ、磁石６等から浮子５までの距離等により
決定され、これらを変化させることによって所要の加工
圧を任意に制御することができる。

浮子５の比重は砥粒を含有するｌｉｆ！性流体７の比重
よりも軽いことは絶対的な条件ではなく、下方より働く
外部磁場の作用により浮力を生じるものであればよい。

磁性流体７としては、水または油を媒体としてフェライ
ト、マグネタイト等を分散させたものを用いる。

磁性流体７中に含有される砥粒は、公知の研磨用砥粒を
適宜選択して使用することができる０例えばＡ’；１２
０ｓ　　Ｃコランダム）、５ｉＣ（炭化ケイ素二カーボ
ランダム）、ダイヤモンド等であり、あるいは磁性を付
加した砥粒でもよい。

外部磁場として使用する磁石６は、単一磁石または極性
を揃えて配置した磁石群であってもよいが、むしろ隣り
合う磁石の極が互いに異なるように（図で矢印で示す）
組み合わせた磁石群であることが好ましい。磁石群を隣
り合う磁石の極が互いに異なるように組み合わせるのは
、砥粒と浮子５の浮力を増し、また水平方向にも磁気排
圧力を作用させ、被研磨球体３の運動方向に抗するよう
に砥粒を保持するためである。この磁石または磁石群は
永久磁石でも電磁石でもよい。

また、本発明に適用される被研磨球体３としては、Ｓｉ
０％Ｓｉ３Ｎ４等のセラミックスやその他の金属からな
るものが用いられ、研磨された球体はボールベアリング
等の用途に供せられる。

なお、本発明においては被研磨球体について述べたが、
被研磨球体のみならず、平板や円筒等の研磨も可能であ
る。

以上の本発明においては、上述したような移動防止面８
を有する浮子５を用いているため、被研磨球体３を浮子
５の周縁部分に移動防止面８に沿って容易に配置でき、
駆動ラップ１を上方からセットして確実に適正位置に保
持することができる。また、駆動ラップ１を回転させて
研磨するに際しては、研磨開始直後の真球度の低い被研
磨球体３がガイドリング４等から衝撃力を受は駆動ラッ
プ１の内側方向への強い力を付与されたとしても、移動
防止面８によって駆動ラップ１の内側方向への８動が阻
止される。したがって、被研磨球体３は常に駆動ラップ
１、浮子５およびガイドリング４によって適正に保持お
よび案内されて研磨の不良ややり直し等を生ずることな
く研磨が行なわれ、結果的に真球度の向上および研磨作
業の効率化が図られる。

［実施例］以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１〜４および比較例第１図に示す断面形状を有する研磨装置を用いて試験を
行なった。理動ラップ下端のラップ角度（傾斜角度）ａ
は４５゛、ガイドリングの内径は３７ｍｍであり、ガイ
ドリング内壁の被研磨球体と接触する部分にはウレタン
ゴムの内張を設けである。磁性流体としてはタイホー工
業製のＷ−４０を用い、研磨砥粒としてはＧＣ＃４００
を用いている。また、加工荷重は４００ｇとなるように
調整しである。浮子としては、第３図（ａ）（実施例１
）、（ｂ）（実施例２）、（Ｃ）（実施例３）、（ｄ）
（実施例４）に示したものおよび比較例として第４図に
示す移動防止面のない平型浮子の５種類を用いている。

これら浮子はすべてアクリル類で、厚さおよび外径はす
べて２ｍｍおよび３５ｍｍである。また、各浮子の移動
防止面のサイズは、同図（ａ）のＲ型の実施例１につい
ては、Ｒ＝！ＩＱＤ、Ｈ＝Ｏ１０５Ｄ１同図（ｂ）ノｖ
字型の実施例２についてはα＝９０°、β＝４５１、Ｈ
＝０．０５Ｄ、同図（ｃ）の１字型の実施例３について
はＨ＝１ｍｍ、そして同図（ｄ）のテーパ型の実施例４
についてはθ＝２０＠である。

この装置を用いて、直径りが７．７ｍｍ、真球度が５０
０〜６００μｍの窒化ケイ素（ＳｉｓＮ４）素球１１個
を、浮子上に移動防止面に沿って配置し、ガイドリング
の内壁、および駆動ラップ下端のテーパ面すなわち接触
面が素球に接触するようにして保持した後、駆動ラップ
を９０００　ｒ、ｐ、ｍ、で回転させた。そして、数分
後、駆動ラップの回転を停止させ、球が駆動ラップの内
側に入り込んでいるか否かを確認した。

以上の操作を上記５種類の浮子それぞれについて１０回
ずつ行なった。

この結果、第３図（ａ）〜（ｄ）に示す移動防止面を有
する浮子を用いた実施例１〜４では、いずれの場合にお
いても球は駆動ラップ内に移動しなかったのに対し、第
４図の移動防止面のない平型の浮子を用いた比較例にお
いては、１０回中４回までも球が駆動ラップ１の内側に
入り込んだ。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、浮子に移動防止面
を設けたため、被研磨物の適正位置へのセットが容易と
なり、かつ被研磨物の適正な保持が維持され、したがっ
て研磨作業の効率化および被研磨物の真球度の向上が図
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の研磨装置の一例を示す断面図、第２図は、本発明に用いられる駆動ラップの一例を示す
側断面図、第３図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の研磨装置に用いられ
る浮子を例示する断面図、そして第４図は、従来の研磨装置に用いられている浮子の一例
を示す断面図である。１：駆動ラップ、２：駆動面、３；被研磨球体、４ニガイドリング、５：浮子、６：磁石、７；砥粒を含む磁性流体、８．８ａ〜８ｄ：移動防止面。（ｂ）Ｐ（Ｃ）ｄ（ｄ）第４図手続補正書０．ッ）５゜昭和６３年８月４日特許庁長官　吉　１）文　毅　殿６゜１、事件の表示昭和６３年特　許　願第　９４６３１号２、発明の名称磁性流体を用いた研磨装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住　所　宮城県仙台市へ木山南３−１６−８氏名　加藷
　原町住　所　東京都千代田区大手町２−２−１補正の対象明細書中、「特許請求の範囲の欄」および「発明の詳細
な説明の欄」補正の内容１、特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。２、明細書第４頁第１６行、第５頁第９〜１０行。第８頁第１６行の“軸方向”を「半径方向」に訂正する
。別紙特許請求の範囲１、ガイドリングと、砥粒を含む磁性流体に浸漬された
浮子と、回転可能な駆動ラップと、該磁性流体に磁場を
形成して該磁性流体と共に該浮子に浮揚力を与える磁場
形成手段とを備え、球状の被研磨物を該駆動ラップ、浮
揚力を受けた浮子およびガイドリング内壁面により該磁
性流体中で保持しつつ、該駆動ラップを回転させること
により、研磨する研磨装置において、該浮子の上端部に
、該被研磨物が該駆動ラップの生豆方向に移動するのを
防止する移動防止面を設けたことを特徴とする、磁性流
体を用いた研磨装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１、ガイドリングと、砥粒を含む磁性流体に浸漬された
浮子と、回転可能な駆動ラップと、該磁性流体に磁場を
形成して該磁性流体と共に該浮子に浮揚力を与える磁場
形成手段とを備え、球状の被研磨物を該駆動ラップ、浮
揚力を受けた浮子およびガイドリング内壁面により該磁
性流体中で保持しつつ、該駆動ラップを回転させること
により、研磨する研磨装置において、該浮子の上端部に
、該被研磨物が該駆動ラップの軸方向に移動するのを防
止する移動防止面を設けたことを特徴とする、磁性流体
を用いた研磨装置。