JPH0584656A - 磁性流体研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 球体の磁性流体研磨を行うことにより、研磨
速度を上げ、精度良くかつ研磨の効率を上げることを目
的とする。 【構成】 被研磨物である球体１は２枚のラップ盤３と
４に挟まれており、一方のラップ盤３は非剛体支持７で
外部に固定されている。他方のラップ盤４は主軸を中心
として回転運動を行うように構成されている。ラップ盤
３の研磨面の裏面側、つまり上外部側に磁石５又は電磁
石が配置されており、球体１の被研磨面に垂直に磁界が
かかるようになっている。一方で、ラップ盤４の研磨面
の裏面側つまり下外部側に同様に磁石６または電磁石が
配置されており、磁石５と同じ向きに磁極が向いてい
る。なお、磁石６はラップ盤４に固定され、回転しない
方が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボールベアリングやその
他に利用される球体を研磨する方法で、特に砥粒を含有
する磁性流体を利用して球体表面を研磨する磁性流体研
磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、球体を精密球体にする方法とし
て、図５に示すように、同心円状又は渦巻きＶ型に溝５
３を彫られたラップ盤５１及び５２を上下に対抗させ、
前記のＶ型溝に粗製球体１を荷重をかけて挟み込み、両
ラップ盤５１，５２を相対的に回転運動させることによ
りラップ盤５１，５２が球体１を回転させ、球体１の表
面をまんべんなく研磨する。球体１とラップ盤５１，５
２との接触面には砥粒が混入されている研磨材により満
たされている。

【０００３】一方、磁性流体に砥粒を分散させた研磨溶
液を磁場の作用下で使用して研磨する方法として各種の
提案がなされている。これらの一例である磁性流体に砥
粒を分配させた研磨材を磁場の作用下で使用して研磨す
る装置を図６で説明する。容器６１の下部に磁石６３が
配置され磁場を形成し、容器６１の上部には駆動用治具
６２が設置されており、容器６１内には砥粒を含有した
磁性流体６４が充填されている。この磁石６３は隣合う
磁石が互いに極性が異なるように組み合わせて配置して
いる。被研磨物の球体１は砥粒を含有する磁性流体６４
中に浸漬し、磁石６３により生じる磁場の作用により磁
気浮揚がおこり、駆動用工具６２の下面に押しつける。
この状態で研磨工具（ラップ盤）でもある駆動用工具６
４を回転させると、球体１は転動し駆動用工具６４の研
磨両側に形成された同心円上のＶ型溝６５に沿って引き
ずられて、球体１表面が一様に研磨される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５に示
すような研磨方法の場合では、ラップ盤５１，５２が硬
く、又軸受けに剛体支持されているために、被研磨物で
ある粗形球体１との接触面に応力集中が大きく働く。そ
のため、ラップ盤５１，５２に高回転、高加工荷重を与
えると粗形球体１の表面に脆性破壊が生じる。従って、
研磨効率にはおのずと限界がある。

【０００５】一方、図６に示すように磁性流体に砥粒を
分散させた研磨溶液を磁場の作用下で研磨する方法の場
合では、被研磨物である粗形球体１にかかる磁気浮力の
作用により研磨工具である駆動用工具６４に押さえつけ
られるが、効率良く研磨されるのに充分な加工圧が得ら
れない。つまり研磨制度の目的は達し得るが、研磨率が
非常に小さく研磨効率が悪いという問題点を有してい
た。

【０００６】そこで、本発明は従来の研磨制度を保ちな
がら、上記従来方法で問題となった研磨効率を向上させ
るための研磨方法を提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の磁性流体研磨方法の主要構成は以下に示
すような構成になる。

【０００８】被研磨物である粗形球体を複数個、同心円
状又は渦巻状に溝が彫られたラップ盤にわずかな荷重か
けて挟み込み、被研磨物と両ラップ盤が接触する研磨部
に、磁性流体中に非磁性砥粒を含有している研磨材が充
填されている。この時ラップ盤の研磨面に対してなるべ
く垂直になるように研磨材に外部磁場を作用させる。こ
の状態で両ラップ盤を相対回転運動させることにより球
体を研磨する。

【０００９】磁性流体中に含有される非磁性砥粒は、公
知の研磨用砥粒Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＣ，ＣｅＯ₂，ダイヤモ
ンド等を使用することができる。粒径は１μｍ以下のも
のが好ましく使用される。

【００１０】研磨材を保持されるための磁界は、被研磨
面と垂直な方向に磁界がかかるようにする。例えば、ラ
ップ盤の研磨面の外部の一方の面に円筒状の磁石をその
磁極の方向がラップ盤の回転軸に対して平行になるよう
に設置し、他方のラップ盤にも同じ向きに磁極が向くよ
うに円筒状の磁石を設置する。但し、回転駆動用の働き
を持つラップ盤側は、上記の円筒状の磁石がラップ面と
共に回転しないようにすることが望ましい。外部磁場を
発生させる磁石は、単一円筒磁石や電磁石であっても良
い。例えば、磁石としてサマリュームーコバルト系等の
強磁性磁石を使用できる。

【００１１】磁性体の球体を研磨する場合は、ラップ盤
に非磁性体を用いた方が良い。つまり、ラップ盤が外部
に設置された磁石より磁化されないため、被研磨物の球
体とラップ盤が強く引きつけられない。しかも、この
時、磁力線は一方のラップ盤に設置される磁石から出
て、磁性体である球体を通り、他のラップ盤側の磁石に
到る。この磁石線により、研磨材が研磨物とラップ盤の
間に入り、保持される。

【００１２】次に非磁性の球体を研磨する場合は、ラッ
プ盤に磁性体を用いた方が良い。非磁性体を用いても良
いが、球体の研磨面にかかる磁界の強度が著しく弱ま
る。これを防ぐために、磁性体のラップ盤を用い、球体
の研磨面にかかる磁界の強度を保つようにする。この事
により、研磨材をラップ盤表面に保つことができ、ラッ
プ盤と研磨物との間にも充分研磨材が入り込み保持され
る。

【００１３】

【作用】本発明の方法により、球体の研磨を行う場合、
磁性流体に非磁性砥粒を分散させた研磨材をラップ盤か
ら垂直にかかる磁界により被研磨物である球体とラップ
盤の間に保持する。もし、この時研磨部に磁場がなけれ
ば、図４（ａ）に見られる状態で被研磨面４１（被研磨
物の球体）の下にある磁性流体４４中にある非磁性砥粒
４３は、被研磨面４１と研磨面４２（ラップ盤）の間に
押さえつけられ被研磨物が回転するなどして、図４
（ｂ）のように非磁性砥粒４３が横に排斥される。その
結果、研磨面での非磁性砥粒４３が減り、効率良く研磨
されない。この状態は、従来例の研磨方法と同じ状態で
あり、研磨効率も従来のものと殆ど変わらない。

【００１４】しかし、図４（ｃ）に見られるように研磨
部に垂直に磁界をかけてやると非磁性砥粒４３は回りの
磁性流体４４に引きつけられて排斥されない。また、磁
性流体４４中の非磁性砥粒４３は、垂直磁界が働いてい
るところでは、砥粒４３同士の間に斥力が働き均一な分
散状態になる。そのため被研磨面４１が研磨面４２に当
接すると、図４（ｄ）に見られるように、非磁性砥粒４
３が研磨面に均一に散らばった状態になる。その結果、
効率よく研磨することが可能になる。つまり、非磁性砥
粒４３が均一に存在するようになり研磨効率は垂直磁界
がかかってない場合に較べて数倍良くなる。又、研磨面
４２，被研磨面４１のどちらか一方が磁性体であり、他
方が非磁性体でなければ非磁性砥粒４３が入るのに充分
な間隔を保つことができない。つまり、共に磁性体であ
れば、磁性体同士に働く引力が強く非磁性砥粒４３を排
斥し、共に非磁性体であれば、充分な磁界が研磨部に得
られず非磁性砥粒４３が均一に分布しない。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例の磁性流体を用いた研
磨装置について図面を参照しながら説明する。

【００１６】図１は本発明の第１の実施例における磁性
流体を用いた研磨装置を示したものであり、磁性体の球
体を研磨する方法である。被研磨物である球体１は２枚
のラップ盤３と４に挟まれており、一方のラップ盤３は
非剛体支持７で外部に固定されている。他方のラップ盤
４は主軸を中心として回転運動を行うように構成されて
いる。ラップ盤３の研磨面の裏面側、つまり上外部側に
磁石５又は電磁石が配置されており、球体１の被研磨面
に垂直に磁界がかかるようになっている。一方で、ラッ
プ盤４の研磨面の裏面側つまり下外部側に同様に磁石６
または電磁石が配置されており、磁石５と同じ向きに磁
極が向いている。なお、磁石６はラップ盤４に固定れ
さ、回転しない方が望ましい。

【００１７】図２は図１の駆動用の研磨工具（ラップ
盤）４を上方から見た平面図である。このラップ盤４
は、上面が円盤状で、この円盤面９に同心円状のＶ型溝
８が設けてある。被研磨物である球体１はＶ型溝の両側
の斜面の壁面に押しつけられ運動が伝達され、Ｖ型溝８
上を研磨されながら転がる。なお、非研磨物である球体
１が磁性体であるものを研磨する場合には、ラップ盤
３，４は非磁性体の部材（例えばＳＵＳ３０４）を用い
る。

【００１８】以上の構成で磁性体の球体１を研磨する方
法において、磁石５と時磁石６により磁界が磁性体の球
体１と非磁性のラップ盤３，４の接触表面の間に形成さ
れ、研磨材２が保持される。研磨材２は磁性流体中に非
磁性砥粒を分散させた研磨材である。研磨材２には垂直
な磁界がかかっているため、保持されている研磨材２中
の非磁性砥粒は均一に分散する。この状態でラップ盤４
を回転すると、球体１自体は自ら回転移動しラップ盤
３，４と接触し研磨が行われる。この時、研磨面での非
磁性砥粒は垂直な磁界により均一に分布した状態で保持
されているため、研磨効率は磁界がない場合に較べて、
数倍良くなる。

【００１９】図３は本発明の第２の実施例における磁性
流体を用いた研磨方法を示したものであり、非磁性体の
球体を研磨する方法である。構成はラップ盤の素材が非
磁性体から磁性体に変わった事を除いて、本発明の第一
の実施例と同じであるので省略する。以上の構成で非磁
性体の球体３１を研磨する。磁石５がラップ盤３３を磁
石化し、また磁石６がラップ盤３４を磁石化する。研磨
材２を磁石化したラップ盤３４とラップ盤３３の間に充
填する。ラップ盤３４とラップ盤３３の間には磁界が生
じているためラップ盤３４，３３の表面に研磨材が付着
する。ラップ盤４を回転すると非磁性の球体３１は溝を
転がりながら研磨するが、その時、非磁性の球体３１と
ラップ盤３３，３４との間には、常に研磨材２が入り込
む、また、研磨材２には垂直方向に磁場がかかってるた
め、研磨材中の砥粒は分散する。上記に示した通り理想
的な状態を保って研磨が行えるので、研磨効率は磁場が
ない時に較べて数倍も効率が良い。

【００２０】以上のように研磨工具と被研磨物の部材の
組み合わせは、磁性／非磁性の組み合わせがよい。ま
た、ラップ盤上の溝を非研磨物の形状に応じて適宜変え
る事により、例えは円柱状の溝にすればローラ状の表面
の研磨が可能である。

【００２１】図１に示した構成を有した研磨装置にて、
以下に記載する条件で研磨を行った。ダイヤモンド（平
均粒径０．５μｍ）の砥粒を磁性流体（フェリコロイド
Ｗ−４５）、に対して４．０ｖｏｌ％の割合で混入し、
直径１０mmのＳＵＪ２の硬球を８個ほどラップ盤との間
に挟み、ラップ盤（大きさ直径φ３００、ステンレス
鋼）を１００〜２００ｒｐｍで回転させ、１５分間研磨
した後の研磨率を磁場をかけた場合とかけなった場合に
ついて調べると、磁場を用いてないときの数倍も研磨効
率がよいことがわかった。更に研磨表面の面粗さ精度が
数倍にも良くなっている。

【００２２】

【発明の効果】本発明の研磨方法は、従来のボール盤を
用いた研磨方法と同じ回転速度で研磨した場合よりも研
磨効率は数倍も良くなり、かつ研磨面の粗さも向上す
る。又、従来の磁性流体を用いた研磨方法より充分な面
圧が研磨部にかかるため、この場合に対しても数十倍以
上研磨効率が上がる。この結果セラミックなどの硬質の
材料等も損傷させる事なく、効率良く研磨できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における研磨装置の側断
面図

【図２】第１における駆動用ラップ盤と研磨物の関係を
示した平面図

【図３】本発明は第２の実施例における研磨装置の側面
図

【図４】従来のボール盤を用いた研磨装置の説明図

【図５】従来の磁性流体を用いた研磨装置の説明図

【図６】従来の研磨装置の動作説明図

【符号の説明】

１ 球体 ３，４ ラップ盤 ５ 磁石

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被研磨物である球体を荷重をかけて挟み
   込み対向する第１の研磨工具と第２の研磨工具と非磁性
   の砥粒を含有する磁性流体を前記第１の研磨工具と前記
   第２の研磨工具と前記球体との間に浸漬し外部磁界によ
   り前記磁性流体を保持するとともに、前記第１の研磨工
   具と前記第２の研磨工具のどちらか一方を回転させるこ
   とにより前記球体の表面を研磨する磁性流体研摩方法。
2. 【請求項２】 非研磨物が水平に転動回転するように同
   心円状または渦巻状に彫られたガイド用の溝を持つ研磨
   工具を備えた請求項１記載の磁性流体研磨方法。
3. 【請求項３】 磁性流体に作用させる磁界が研磨面と垂
   直な方法にかけられるように磁石または電磁石を研磨工
   具の外部に備えた請求項１記載の磁性流体研磨方法。
4. 【請求項４】 研磨工具が主軸を中心とする回転運動を
   する請求項１記載の磁性流体研磨方法。
5. 【請求項５】 被研磨物である球体が磁性体の時、研磨
   工具が非磁性体である請求項１記載の磁性流体研磨方
   法。
6. 【請求項６】 被研磨物である球体が非磁性の時、研磨
   工具が磁性体である請求項１記載の磁性流体研磨方法。