JPH0911114A - 面仕上げ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密加工部品の細孔の詰まり除去等に有効な
面仕上げ処理方法を提供する。 【構成】 貫通細孔１２が形成されたセラミックキャッ
プ１１を貫通細孔１２の部分をＥＲ流体１３中に浸し、
ＥＲ流体１３の上下に電極１４，１５を配置して電界を
印加すると同時に、加振器１８によってＥＲ流体１３と
セラミックキャップ１１の間に振動を与える。セラミッ
クキャップ１１の貫通細孔１２内ではＥＲ流体１３中の
微粒子によるクラスタが貫通細孔１２と平行に形成され
て、このクラスタがラッピング棒として作用して貫通細
孔１２の内面の仕上げ処理が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種機械加工部品の
孔内の詰まり除去、バリ取り、仕上げ研磨、精密丸み付
け等に適用される面仕上げ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、各種機械加工部品の仕上げ研磨に
は、微粒研磨材を用いた機械的な研磨が用いられる。し
かし部品によっては、研磨すべき面の形状や位置等が、
機械的圧力を加えることが不可能であったり、あるいは
著しく困難であったりする。曲面や円筒内面等の表面仕
上げに有効な研磨法として、磁性研磨材を用い、磁界の
作用で研磨圧力を生じさせる磁気研磨法が知られている
が、この方法でも適用が難しい精密部品がある。

【０００３】その様な部品の一つとして例えば、図９に
示す限界電流式セラミック酸素センサ９０のセラミック
キャップ９４がある。このセラミック酸素センサ９０
は、両面にポンピング用の電極９２，９３が形成された
セラミックイオン伝導体９１と、その一方の面に設けら
れた貫通細孔９５を持つセラミックキャップ９４とから
構成される。セラミックキャップ９４上にはヒータ９６
が形成されている。セラミックキャップ９４に開けられ
た貫通細孔９５は、セラミックイオン伝導体９１に対し
て拡散律速により酸素を供給するためのもので、これに
よりいわゆる限界電流特性が得られる。

【０００４】小型の限界電流式セラミック酸素センサで
は、貫通細孔９５は、径が１０μmあるいはそれ以下で
あり、深さが０．８ｍｍ程度である。この様な貫通細孔
９５が予め形成されたセラミックキャップ９４を機械研
磨すると、貫通細孔９５には研磨砥粒が詰まる。貫通細
孔９５は径が小さく且つ深いために、その後超音波洗浄
等を行っても、３０％程度は研磨砥粒が取り除かれずに
残り、拡散律速孔として十分機能せず、不良品となる。

【０００５】また、図１０に示すように、金属製あるい
はプラスチック製のパイプ１００に側面から孔１０１を
加工すると、パイプ内面にバリ１０２ができる。パイプ
１００が極めて小さいものである場合、その内面のバリ
１０２を取る仕上げ研磨は困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、精密機
械加工部品には、その形状や大きさ、位置等の点で面の
仕上げ処理が難しいものが少なくない。この発明は上記
の点に鑑みてなされたもので、機械加工部品の孔内の詰
まり除去、バリ取り、仕上げ研磨、精密丸み付け等に有
用な面仕上げ処理方法を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る面仕上げ
処理方法は、第１に、機械加工部品の少なくとも仕上げ
処理すべき面を、絶縁性溶媒に誘電体微粒子を分散させ
た電気粘性流体中に浸し、前記電気粘性流体に電界を印
加し、前記電気粘性流体と前記機械加工部品の仕上げ処
理すべき面のとの間に摩擦力を生じさせる振動を与える
ことを特徴としている。

【０００８】この発明に係る面仕上げ処理方法は、第２
に、機械加工部品の少なくとも仕上げ処理すべき面を、
絶縁性溶媒に誘電体微粒子と共に強磁性体微粒子を分散
させた電気粘性流体中に浸し、前記電気粘性流体に電界
と磁界を印加し、前記電気粘性流体と前記機械加工部品
の仕上げ処理すべき面との間に摩擦力を生じさせる振動
を与えることを特徴としている。

【０００９】この発明において好ましくは、電気粘性流
体に印加する電界は、加工部品の仕上げ処理すべき面と
平行な方向とする。また電気粘性体と機械加工部品の間
に摩擦力を生じさせる振動は、機械加工部品を外部から
機械的に振動させるか、あるいは電気粘性流体に電界を
与えるための電極を外部から機械的に振動させればよ
い。あるいはこの様な機械的な振動ではなく、電気粘性
体に与える電界を比較的低周波の交流電界として、電気
粘性体中の誘電体微粒子を電気力のみで振動させる方法
でもよい。

【００１０】

【作用】電気粘性流体（Electro-Rheorogical Fluid 、
以下ＥＲ流体という）は、絶縁性溶媒に誘電体微粒子を
一様に分散させたコロイド溶液の一種であり、電界を印
加したときに分散微粒子が誘電分極を起こしてクラスタ
を形成し、見かけの粘性が変化するものとして知られて
いる。ＥＲ流体はその粘性変化を利用して、例えば車両
用ショックアブソーバ、クラッチ、エンジンマウント等
への応用が試みられている。

【００１１】この発明は、ＥＲ流体に電界を印加したと
きの粘性増大（いわゆるＥＲ効果）の元になる、分散微
粒子が鎖状につながったクラスタを研磨材として利用す
るものである。即ち、ＥＲ流体に電界を印加してクラス
タを形成させ、ＥＲ流体と機械加工部品の仕上げ処理す
べき面との間にこのクラスタによる摩擦力を生じさせる
相対振動を与えると、面処理が可能になる。

【００１２】特に、ＥＲ流体に与える電界の方向及び相
対振動の方向を仕上げ処理すべき面と平行に設定する
と、従来困難であった貫通細孔内の詰まり除去や微小パ
イプの内面の仕上げ研磨が容易にできる。即ち上述のよ
うに電界と振動の方向を設定すると、ＥＲ流体では処理
すべき面と平行に鎖状につながった多数のクラスタが形
成され、これがいわば微小なラッピング棒として作用す
るからである。

【００１３】絶縁性溶媒に誘電体微粒子と共に強磁性体
微粒子を分散させたＥＲ流体を用いても、同様の面仕上
げ処理が可能である。この場合、ＥＲ流体に電界と磁界
を印加することで、誘電体微粒子による摩擦力と強磁性
体微粒子による摩擦力とを働かせることができる。従っ
てこれらの微粒子材料を選択することにより、効果的な
面仕上げ処理が可能になる。特に電界と磁界の組み合わ
せにより処理条件の多様性が得られる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、前述した限界電流式セラミック酸素
センサに用いられるセラミックキャップ１１の貫通細孔
内部の詰まり除去に適用した実施例の装置構成を示して
いる。セラミックキャップ１１は前述のように、微細な
貫通細孔１２が予め形成された状態で機械研磨が行わ
れ、貫通細孔１２には機械的に取り出すことができない
研磨材が詰まる。このセラミックキャップ１１の一端を
支持部材１９により固定する。

【００１５】セラミックキャップ１１の貫通細孔１２
は、ＥＲ流体１３に浸された状態に保つ。具体的には例
えば、ＥＲ流体１３をキャップ１１の上方から滴下し、
これを下方から吸引して、貫通細孔１２内が完全にＥＲ
流体１３により満たされた状態にする。そしてＥＲ流体
１３には、その上下に電界印加用のＣｕ電極１４，１５
を配置し、これに電源１６から電力を供給する。実施例
では電源１６として２０〜５０Ｈｚの交流電源を用いて
いる。

【００１６】電極１４，１５は支持部材１７により支持
され、この支持部材１７は、加振機１８により図に矢印
で示すように振動が与えられるようになっている。即
ち、図１の場合処理すべき面はキャップ１１の貫通細孔
１２の内面であって、ＥＲ流体１３にはその貫通細孔１
２に平行な電界が印加され、また電極１４，１５に貫通
細孔１２に平行な振動が与えられる結果、ＥＲ流体１３
と貫通細孔１２の内壁との間に相対的な振動が与えられ
ることになる。

【００１７】ＥＲ流体１３は、例えば絶縁性溶媒として
アルキルナフタレン又はシリコーンオイルを用い、これ
に誘電体微粒子として硬度の高い炭酸カルシウムのヒゲ
状結晶（ウィスカー）を分散させたものである。ウィス
カーは長さが１０〜３０μm、径が１μm 程度のものと
する。

【００１８】図２は、ＥＲ流体１３の粒子分散の様子を
示している。電極１４，１５間に電界を印加しない状態
では、図２（ａ）に示すように、ウィスカー１３ｂは溶
媒１３ａ中にランダムな方向を向いて一様分散してい
る。これに電界を印加すると、図２（ｂ）に示すよう
に、個々のウィスカー１３ｂが誘電分極すると同時に、
これらが互いに鎖状につながってクラスタ１３ｃを形成
する。特に５０Ｈｚ程度の交流電界を印加することによ
って、高い分極率が得られ、個々のウィスカーが電気双
極子となってこれらがつながってクラスタ１３ｃが形成
される。

【００１９】図１の実施例の場合、その電界印加方向か
ら、図３（ａ）に拡大断面図を示したように、クラスタ
１３ｃがキャップ１１の貫通細孔１２の中で貫通細孔１
２と平行に配列する。従って、電極１４，１５に上下振
動を与えると、図３（ｂ）の平面図に示すように貫通細
孔１２の内壁に付着している研磨砥粒２０に対して、ク
ラスタ１３ｃが微小ラッピング棒として働く。即ち、貫
通細孔１２の内面に摩擦力が与えられて、研磨砥粒２０
が掻き出されることになる。実際に、印加電圧を１〜２
ｋＶ（周波数２０〜５０Ｈｚ）、与える振動を全振幅
０．１７５ｍｍ（周波数２０Ｈｚ）として、超音波洗浄
では取り出すことのできなかった貫通細孔１２に詰まっ
た研磨材をきれいに除去できることが確認された。

【００２０】ＥＲ流体に分散させる誘電体微粒子につい
ては、炭酸カルシウムのウィスカーに限れらず、分極し
やすく、且つある程度以上硬度が高く研磨に適した他の
微粒子、例えばチタン酸バリウムやシリカ、更に絶縁被
覆された金属等を用いることができる。また微粒子の形
状もウィスカーに限らず、球状であってもよい。

【００２１】実際のセラミックキャップ１３の面仕上げ
処理工程は、例えば図４に示すように行うことができ
る。貫通細孔１２が形成された機械研磨済みのキャップ
１１を図示しないベルトコンベア等の搬送手段で搬送し
ながら、（ａ）に示すようにＥＲ流体１３を滴下して前
述のようにその貫通細孔１２をＥＲ流体１３で満たす。
次に（ｂ）に示すように、上下から電極１４，１５をＥ
Ｒ流体１３に接触させて電界をかけると同時に、電界と
同じ方向に電極１４，１５とキャップ１１の間に相対振
動を与える。最後に（ｃ）に示すように、ＥＲ流体１３
を洗浄除去する。

【００２２】あるいは、図５に示すようなバッチ処理も
可能である。図示のように容器５１にＥＲ流体５３を入
れ、内部に支持トレー５２により機械研磨済みの複数枚
のセラミックキャップ１１を立てて保持する。トレー５
２は容器５１を液密に貫通するロッド５４により矢印方
向に振動が与えられるようになっている。またＥＲ流体
５３中に、平行電極５５，５６を配置し、これを交流電
源５７に接続する。そして、ＥＲ流体５３に電界を印加
しながら、キャップ１１に電界と平行な振動を与えて、
貫通細孔内の掃除を行う。

【００２３】図６は、この発明の別の実施例であり、小
さいパイプ６５の側面に孔６６を開ける加工を行った
後、その内面のバリ取りを行う実施例である。図示のよ
うにＥＲ流体６２を入れた容器６１には、液密を保って
進退できるロッド６３が配置される。仕上げ処理するパ
イプ６５は、ロッド６３に固定された支持台６４に支持
される形でＥＲ流体６２に浸す。ＥＲ流体６２中には、
パイプ６５を挟むように平行電極６７，６８を配置して
これに電源６９を接続する。

【００２４】そして、ＥＲ流体６２にパイプ６５の長手
方向と平行に電界を印加し、同時にロッド６３には電界
と平行な往復振動を与える。これにより、ＥＲ流体６２
にはパイプ６５と平行に並ぶクラスタが形成され、且つ
ロッド６３からパイプ６５に与えられる振動により、ク
ラスタとパイプ６５の内面に摩擦力が生じて、バリ取り
ができる。

【００２５】図１の実施例では、電界を印加するための
電極を振動させてＥＲ流体を振動させ、図６の実施例で
は、処理すべき加工部品を振動させている。要するに、
加工部品の仕上げ処理すべき面とこれに接触するＥＲ流
体との間で摩擦力を生じるように相対振動させればよい
ことになる。一方、ここまでの実施例はいずれも、ＥＲ
流体に与える電界は、加工部品の研磨すべき面と平行に
なるようにした。しかし、これと直交する方向の電界を
印加して面処理を行うこともできる。

【００２６】図７は、その様な実施例を示している。平
行配置された電極７２，７３の間にＥＲ流体７１を満た
し、ＥＲ流体７１中に電極７３に支持される形で表面の
仕上げ研磨を行うべき機械加工部品たる板体７４を配置
する。そして電源７５から電極７２，７３に電力を供給
しながら、板体７４にその面と平行な矢印で示すように
往復振動を与える。

【００２７】この実施例の場合、ＥＲ流体７１内に形成
される鎖状のクラスタは、板体７４の表面に垂直にな
る。従って板体７４に振動を与えると、多数のクラスタ
が研磨ブラシとなって板体７４の表面に摩擦力を及ぼ
し、表面仕上げ研磨が行われる。

【００２８】図８は、この発明の更に別の実施例であ
る。この実施例では、誘電体微粒子と同時に強磁性体微
粒子を分散させたＥＲ流体８２を用いて、電界と磁界を
同時に印加して加工部品研磨を行う。強磁性体微粒子と
しては、例えばマグネタイト粉末等を用る。図６の実施
例と同様に、容器８１にＥＲ流体８２を入れ、この中に
仕上げ研磨すべき板体８５を浸す。板体８５を横方向か
ら挟むように、平行電極８６，８７をＥＲ流体８２中に
配置し、これに電源８８を接続する。また、容器８１の
底部、即ち板体８５の下方にはマグネットのＳ極８４を
配置し、板体８５の上方にＮ極８３を配置する。

【００２９】この様にして、ＥＲ流体８２に、板体８５
の研磨すべき表面に平行な電界を印加すると同時に、図
８に円弧状矢印で示すように磁極を所定角度範囲で回転
させてＥＲ流体８２に回転磁界を印加し、また板体８５
に直線往復振動を与える。これにより、ＥＲ流体８２中
の誘電体微粒子による面処理効果と、強磁性体微粒子に
よる面処理効果の相乗効果により、板体８５の表面がよ
く研磨される。

【００３０】この実施例は、ＥＲ効果を利用した研磨と
磁気研磨の手法を組み合わせたものとなり、電界の他に
磁界がパラメータとして入るから、面処理条件の多様性
が高いものとなる。従って板体の表面仕上げに限らず、
図１の実施例で説明した貫通細孔の内面加工、図６の実
施例で説明した微小パイプの内部のバリ取りは勿論、各
種精密加工部品の複雑な曲面や球面等の仕上げ研磨、精
密丸み付け等の加工に適用することができる。

【００３１】以上の実施例では、ＥＲ流体に交流電界と
同時に機械的振動を与えたが、機械的振動を加えること
なく、交流電界のみでＥＲ流体中の微粒子に振動を与え
ることもできる。特に、印加する交流電界を１０Ｈｚ程
度の低周波電界とすると、ＥＲ流体中の誘電体微粒子の
分極の遅れ、即ち電気双極子形成の電界変化に対する遅
れが生じること、各微粒子間でも分極の変化に差が生じ
て微粒子相互間に電気力が作用すること、また図２
（ａ）の状態と同図（ｂ）の状態の間で僅かな状態遷移
が生じること、等に起因して振動を生じさせることがで
きる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、Ｅ
Ｒ流体に電界を印加したときの分散微粒子が鎖状につな
がったクラスタを研磨材として利用して、ＥＲ流体と機
械加工部品の仕上げ処理すべき面との間に摩擦力を生じ
させる相対振動を与えて、従来困難であって貫通細孔や
小さいパイプの内面等の仕上げ処理が可能である。また
この発明によると、誘電体微粒子と共に強磁性体微粒子
を分散させたＥＲ流体を用い、これに電界と磁界を与え
ると共に振動を与えることによって、誘電体微粒子と強
磁性体微粒子の摩擦力を作用させて、効果的な面仕上げ
処理が可能になり、パラメータ増大による面仕上げ処理
条件の多様性が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例によるキャップの処理方
法を示す。

【図２】 同実施例のＥＲ流体の媒質分散の様子を示
す。

【図３】 同実施例による貫通細孔内面処理の様子を拡
大して示す。

【図４】 この発明の他の実施例の処理方法を示す。

【図５】 この発明の更に他の実施例の処理方法を示
す。

【図６】 この発明の更に他の実施例の処理方法を示
す。

【図７】 この発明の更に他の実施例の研磨方法を示
す。

【図８】 この発明の更に他の実施例の研磨方法を示
す。

【図９】 限界電流式セラミック酸素センサを示す。

【図１０】 パイプ加工によるバリ形成の様子を示す。

【符号の説明】

１１…セラミックキャップ、１２…貫通細孔、１３…Ｅ
Ｒ流体、１４，１５…電極、１６…電源、１７…電極支
持部材、１８…加振器、１３ａ…絶縁性溶媒、１３ｂ…
ウィスカー（誘電体微粒子）、１３ｃ…クラスタ、３５
…容器、５２…支持トレー、５３，６２，７１，８２…
ＥＲ流体、５４，６３…ロッド、５５，５６，６７，６
８，７２，７３，８６，８７…電極、５７，６９，７
５，８８…電源、６５…パイプ、７４，８５…板体、８
３…Ｎ極、８４…Ｓ極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 信三 秋田県秋田市新屋字砂奴寄４番地の11 秋 田県工業技術センター内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械加工部品の少なくとも仕上げ処理す
   べき面を、絶縁性溶媒に誘電体微粒子を分散させた電気
   粘性流体中に浸し、 前記電気粘性流体に電界を印加し、 前記電気粘性流体と前記機械加工部品の仕上げ処理すべ
   き面との間に摩擦力を生じさせる振動を与えることを特
   徴とする面仕上げ処理方法。
2. 【請求項２】 機械加工部品の少なくとも仕上げ処理す
   べき面を、絶縁性溶媒に誘電体微粒子と共に強磁性体微
   粒子を分散させた電気粘性流体中に浸し、 前記電気粘性流体に電界と磁界を印加し、 前記電気粘性流体と前記機械加工部品の仕上げ処理すべ
   き面との間に摩擦力を生じさせる振動を与えることを特
   徴とする面仕上げ処理方法。
3. 【請求項３】 前記電気粘性流体に印加する電界は、前
   記機械加工部品の仕上げ処理すべき面と平行な方向とす
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の面仕上げ処
   理方法。
4. 【請求項４】 前記振動は、前記電気粘性流体と前記機
   械加工部品との間に外部から機械的な振動として与える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の面仕上げ処理
   方法。