JPH0241866A - 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】 ［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、詳しくは
、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
良く製造するための装置に関する。

［従来の技術］ 従来、砥粒を含有する磁性流体からなる研磨液を磁場の
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６２−１７３１６６
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、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磁性流体中で運動させ、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。

案内面としては例えば、駆動ラップの下面にＶ型溝や仕
切板を設けて、案内面としての機能を持たせたものが開
示されている。

さらに、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６！ｉ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
研磨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。

また、この装置の変形として、駆動ラップの下端を倒置
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することにより真球度の向上を図っ
た装置もある。

そして、いずれの装置の場合も下部はＸＹテーブルによ
って支持されており、これによって装置下部と駆動ラッ
プとの位置関係を調整するようにしている。

例えば、第６図は従来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は砥粒を含有する磁
性流体、８はテーブル、１２はＸＹテーブルをそれぞれ
示す。

ガイドリング４と、磁性流体７に浸漬された浮子５と、
回転可能な駆動ラップｌと、磁性流体７に磁場を形成し
て磁性流体７と共に浮子５に浮揚力を与える磁石６とを
備え、球状の被研磨物３を駆動ラップ！、浮揚力を受け
た浮子５およびガイドリング４の内壁面により磁性流体
７中で保持しつつ、駆動ラップ１を回転させることによ
り研磨する。

ガイドリング４は磁石６とともにＸＹ子テーブル２に固
定してあり、このＸＹ子テーブル２を水平方向に移動さ
せることにより、駆動ラップ１のセンターとガイドリン
ク４のセンターを合わせるようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような方法でセンターを合わせるに
は、位置決め精度が数μｍ以上の精密なＸＹテーブルが
必要であり、研磨中の各部の発熱による熱膨張によって
容易に数１０μｍ程度の位置ずれが生じる等の問題点が
ある。このため、必ずしも充分な真球度を有する球体を
得るには至っていない。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
磁性流体を用いる研磨装置において、球体の真球度をさ
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］木発明者等は
、前記目的を達成するために鋭意検討をした結果、装置
下部すなわちガイドリング等を水平方向に滑動可能に保
持することにより、被研磨球体の真球度が向上するとい
う知見を得て、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、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、該胆力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、該ガイドリン
クを水平方向に滑動可能に保持する手段を設けたことを
特徴とする研磨装置である。

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は砥粒を含有する磁性流体
、８はテーブル、９はフリーベアリングのボール、１０
はフリーベアリングの固定輪、１１はフリーベアリング
、Ｅは駆動ラップ下端部の接触面の傾斜角をそれぞれ示
す。

この研磨装置では、磁性流体７中に浮子５を浸漬し、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
に浮揚力を与え、その浮揚力によって浮子５を上昇させ
、被研磨球体３を浮子５の上面の接触面、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、磁性流体７中で運動する。この被研磨
球体３と砥粒を含有する磁性流体７との間に相対運動を
与えることによって、研磨が行なわれる。この際、Ｆｎ
磁石の下に配置されたボール９および固定輪１０からな
るフリーベアリング１１によって、ガイドリング４は磁
石６とともに水平方向に滑動可能に保持される。

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、接触面２の傾斜角度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、特に制限されないが、例
えばＳＯ５３０４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る。

ガイドリング４の内壁面は、ガイドリングの振動を抑制
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。

浮子５は、磁石６等の外部磁場の作用により浮揚力を与
えられて浮上し、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
、前記駆動う・ンプ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を研磨中一定の
円軌道に保持して真球度の向上に寄与する。被研磨球体
３と接する部分の浮子５の形状としては、−点で接触す
る平面状またはテーパー状のほか、２点または円周部分
で接触するように、その断面がｖ字状、または円弧状の
凹部を設けてもよい。

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に働く浮揚力は、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の比重は磁性流体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
浮揚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
トまたはマグネタイト等を分散させたものを用いる。

磁性流体中に含有される砥粒は、公知の研摩用砥粒を適
宜選択して使用することができる。例えばＡＪＺ２０３
（コランダム）、５ｉＣ（炭化ケイ素−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。

また、磁性流体中に砥粒を含有させるかわりに駆動ラッ
プ１の下端部の被研磨球体３との接触面２に砥粒を固定
させる方法を用いてもよい。勿論、固定砥粒と遊離砥粒
を同時に用いてもよい。

外部磁場として使用する磁石６は、単一磁石、極性を揃
えて配置した磁石群または隣り合う磁石の極が互いに異
なるように（図中、矢印で示す）組み合わせた磁石群で
あってもよい。この磁石または磁石群は永久磁石でも電
磁石でもよい。

本発明においては、前述のように磁石６の下にボール９
および固定＠ｌＯからなるフリーベアリング１１等の滑
動手段が配置しである。したがって、ガイドリング４は
駆動ラップ１の回転軸に垂直な平面方向に滑動可能な状
態にあり、この状態で被研磨球体３をセットすると、駆
動ラップ１とガイドリング４は被研磨球体３と接触する
ことによって駆動ラップｌとガイドリング４の隙間がほ
ぼ一定になってセンターが合う。そして、駆動ラップ１
の回転により研磨が進行して、被研磨球体３の真球度が
向上すればするほど駆動ラップｌとガイドリング４のセ
ンターは正確に一致し、その結果、被研磨球体３の真球
度はさらに向上する。

第２図および第３図は第１図の研磨装置に用いられるフ
リーベアリングの構造を示す図である。

固定輪１０の溝の中にボール９が３個以上充填されてお
り、磁石６と固定輪１０の間にボール９を介在させるこ
とにより、ガイドリング４を水平方向に滑動可能として
いる。

フリーベアリング１１としては、第２図および第３図に
示されるものに限定されず、３点以上でガイドリング４
等の装置下部を保持しかつ、ガイドリング４を水平方向
に滑動可能とするものであればよい。

第４図（ａ）はガイドリング４を滑動可能とする手段の
他の例を示す図である。同図（ｂ）はそのフリーベアリ
ング１３の拡大断面図であり、ボール１４とボール受け
１６の間にボール１４よりずっと小さなボール１５を介
在させている。このフリーベアリング１３によフて磁石
６を介してガイドリング４を保持することでガイドリン
グ４を水平方向に滑動可能としている。

第５図はガイドリング４を滑動可能とする手段のさらに
別の例を示す図である。吹出し孔１７を通じて、矢印１
８の向きにエアー、油等を磁石６の下面に吹きつけるこ
とよってガイドリング４を磁石６とともにわずかに浮上
させて、ガイドリング４を水平方向に滑動可能としてい
る。

ボール９．１４および１５の材質としては特に限定され
ないが、鋼、軸受鋼、合金鋼、セラミックス等が好適に
用いられる。

また、本発明に適用される被研磨球体３としては、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ３Ｎ４等のセラミックスまたは金属等からなる
ものが用いられ、研磨された球体はボールベアリング等
の用途に併せられる。

［実施例コ 以下、本発明を実施例および比較例に基づき、さらに詳
しく説明する。

実施例１ 第１図に示される研磨装置を用いて研磨試験を行な）た
。ただし、フリーベアリングとしては、第２図および第
３図に示されるような溝の外径４０ｍｍ、内径２０ｍｍ
、深さ５ｍｌ１１の固定輪内に、直径７ｍｍ、真球度１
μｍの鋼球１０個を配置したものを用い、駆動ラップは
ＳＯ５３０４製で接触面は６０度のもの、浮子はアクリ
ル性で直径３５ｍｍ、厚さ２　ｍｍの円板形のもの、ガ
イドリングは内径３７ｍｍでウレタンで内張すしたもの
を使用した。ラップ加圧手段としてはデッドウェイト方
式を採用した。試験条件は以下の通りである。

試験条件 加圧圧力　　　　　４００ｇ ラップ回転数　　　９０００ｒ、ｐ、ｍ。

磁性流体　　　　　ト４０（タイホーエ業製）１０　　
ｍｌｌ 砥粒　　　　　　　ＧＣ＃　６０００ 被研磨球体　　　　材′Ｊｉｔ、Ｓｉ３Ｎ４直径　　７
．３　ｍｍ 真球度　２μｍ 球数　　１１個 研磨時間　　　　　４０分 研磨試験の結果を第１表に示した。

比較例１ フリーベアリングを使用せずにガイドリングをＸＹ子テ
ーブル固定した以外は、実施例１と同一の条件で研磨試
験を行なった。

研磨試験の結果を第１表に示した。

以上の実施例および比較例から明らかなように、磁性流
体を用いる研磨装置において、ガイドリングの下にフリ
ーベアリングを配置することによりガイドリングを水平
方向に滑動可能として研磨すると、フリーベアリングを
配置せずにガイドリングを×Ｙテーブルに固定して研磨
した場合に比較して、被研磨球体の真球度が極めて向上
していることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の研磨装置によれば、真球度
が非常に優れた球体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る研磨装置の一例を示す側断面図、 第２図は本発明に係るフリーベアリングの一例を示す側
断面図、 第３図は第２図のフリーベアリングの平面図、第４図（
ａ）は本発明に係るガイドリング滑動手段の他の例を示
す側断面図および同図（ｂ）はフリーベアリング部の拡
大側断面図、 第５図は本発明に係るガイドリング滑動手段のさらに別
の例を示す側断面図、 第６図は従来の研磨装置の一例を示す側断面図である。 １　： ２　； ３　： ４　： ５　： ６　； ７　： ８　： ９． １０　： １１． １２　： １６　＝ １７　： １８　： Ｅ　： 駆動ラップ、 駆動ラップ下端部の接触面、 被研磨球体、 ガイドリング、 浮子、 磁石、 砥粒を含む磁性流体、 テーブル、 １４．１５：ボール、 固定輪、 １３：フリーベアリング、 ｘＹテーブル、 ボール受け、 吹出し孔、 エアー等が流れる方向を示す矢印、 駆動ラップ下端部の接触面の傾斜角。 第 図 第 図 【 ／ 第

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ガイドリングと、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、該ガイドリングを水平方向に
   滑動可能に保持する手段を設けたことを特徴とする研磨
   装置。