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明細書 :振動磁気研磨方法及び装置並びに工具

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4423425号 (P4423425)
公開番号 特開2007-253303 (P2007-253303A)
登録日 平成21年12月18日(2009.12.18)
発行日 平成22年3月3日(2010.3.3)
公開日 平成19年10月4日(2007.10.4)
発明の名称または考案の名称 振動磁気研磨方法及び装置並びに工具
国際特許分類 B24B  31/112       (2006.01)
FI B24B 31/112
請求項の数または発明の数 12
全頁数 19
出願番号 特願2006-083917 (P2006-083917)
出願日 平成18年3月24日(2006.3.24)
審査請求日 平成18年3月24日(2006.3.24)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】304036743
【氏名又は名称】国立大学法人宇都宮大学
発明者または考案者 【氏名】進村 武男
【氏名】鄒 艶華
個別代理人の代理人 【識別番号】100117226、【弁理士】、【氏名又は名称】吉村 俊一
審査官 【審査官】橋本 卓行
参考文献・文献 特開平11-099469(JP,A)
特開平04-041172(JP,A)
特開平08-257896(JP,A)
特開平07-136925(JP,A)
特開2006-272533(JP,A)
調査した分野 B24B 31/112
B24B 37/00
特許請求の範囲 【請求項1】
筒状あるいは溝状の被加工物の内面を研磨する方法であって、当該被加工物の内部に永久磁石を挿入してこれを加工工具となし、さらに、この加工工具の両側に、それぞれ別の磁石を、当該加工工具となる永久磁石の磁極に対して、同極の磁極がそれぞれ対向するように離間配置して、前記加工工具とこれら両側部の磁石との間に磁気反発力による磁気ばねを構成させ、一方、前記加工工具に外部より変動磁場を印加させることにより、磁気力を利用して加工工具を振動させ、被加工物内面上を摺接させて研磨を行い、前記変動磁場は、電磁コイルを用い、これに周期的に変動する電流を印加して形成されるものであり、
前記周期的に変動する電流が交流電流波形を有するものであり、これにより電磁コイルが交番磁場を形成するものである、
又は、
前記周期的に変動する電流が、半波整流波形ないしパルス波形を有し、これにより電磁コイルが断続的な磁場を形成するものである、
ことを特徴とする振動磁気研磨方法。
【請求項2】
筒状あるいは溝状の被加工物の内面を研磨する方法であって、当該被加工物の内部に永久磁石を挿入してこれを加工工具となし、さらに、この加工工具の両側に、それぞれ別の磁石を、当該加工工具となる永久磁石の磁極に対して、同極の磁極がそれぞれ対向するように離間配置して、前記加工工具とこれら両側部の磁石との間に磁気反発力による磁気ばねを構成させ、一方、前記加工工具に外部より変動磁場を印加させることにより、磁気力を利用して加工工具を振動させ、被加工物内面上を摺接させて研磨を行い、前記変動磁場は、永久磁石を機械的に運動させることによって形成されるものである、ことを特徴とする振動磁気研磨方法。
【請求項3】
前記加工工具は、1つの永久磁石により構成されているものである請求項1又は2に記載の振動磁気研磨方法。
【請求項4】
前記加工工具は、2ないしそれ以上の永久磁石により構成され、これらの永久磁石は、互いに同極の磁極がそれぞれ対向するようにして離間配置され、これらの永久磁石間に磁気反発力による磁気ばねが形成されているものである請求項1又は2に記載の振動磁気研磨方法。
【請求項5】
内径1mm以下の非磁性円管内面あるいは幅1mm以下のスリット内面等の研磨に用いられるものである請求項1~のいずれか1つに記載の振動磁気研磨方法。
【請求項6】
筒状あるいは溝状の被加工物の内面を研磨する研磨装置であって、当該被加工物の内部に挿入され加工工具として機能する永久磁石と、この加工工具の両側に配置される別の磁石であって、当該加工工具となる永久磁石の磁極に対して同極の磁極がそれぞれ対向するように離間配置され、前記加工工具との間における磁気反発力により磁気ばねを構成するよう機能する端部磁石と、前記加工工具に変動磁場を印加する変動磁場形成部とを有し、磁気力を利用して加工工具を振動させ、被加工物内面を研磨し、前記端部磁石が非磁性材棒の両端に固定され、その間に配される加工工具となる永久磁石がこの非磁性材棒をガイドとして摺動するように構成されてなるものである、ことを特徴とする振動磁気研磨装置。
【請求項7】
前記加工工具は、1つの永久磁石により構成されているものである請求項に記載の振動磁気研磨装置。
【請求項8】
前記加工工具は、2ないしそれ以上の永久磁石により構成され、これらの永久磁石は、互いに同極の磁極がそれぞれ対向するようにして離間配置され、これらの永久磁石間に磁気反発力による磁気ばねが形成されているものである請求項に記載の振動磁気研磨装置。
【請求項9】
前記変動磁場形成部が、周期的に変動する電流を供給される電磁コイルを有するものである請求項6~8のいずれか1つに記載の振動磁気研磨装置。
【請求項10】
前記変動磁場形成部は、機械的に運動させる永久磁石を有するものである請求項6~8のいずれか1つに記載の振動磁気研磨装置。
【請求項11】
請求項1~のいずれか1つに記載の振動磁気研磨方法において用いられることを特徴とする永久磁石からなる加工工具。
【請求項12】
筒状あるいは溝状の被加工物の内面の研磨の度合いに応じた、形状を有する、あるいは研磨剤を表面に有することを特徴とする請求項11に記載の加工工具。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、振動磁気研磨方法及び装置並びに工具に関するものである。詳しく述べると、本発明は、永久磁石を研磨工具として利用し、これに規則的な振動を与えて、研磨処理を行う新規な研磨方法及び装置ならびに工具に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、細管(内径0.2~1mm、長さ100~2000mm)、キャピラリー(毛細管:内径0.05~0.2mm、長さ100~200mm)の内面、あるいは、スリット幅0.2~1mm、長さ10~30mmの櫛歯状スリット等の内面を鏡面仕上げする、あるいは、内面に生じた微細なバリを除去する社会的要望は非常に多い。
【0003】
とくに、最近の精密部品の微細化・複雑化、形状の多様化に伴い、この種の加工技術の開発が高く望まれているところである。
【0004】
ところで、一般の機械加工では困難な部品の研磨、例えば、複雑形状を有する部品の表面、工具が入らない穴の内面、工具が届かない管の内面等の研磨等を行うことのできる方法として、磁場の作用を取り込んだ精密加工技術である「磁気援用加工法(磁気研磨法)」が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
この加工法においては、磁力線を媒介にして磁性砥粒や磁性粒子に加工力と運動力を与えて精密な表面加工を実現するものである。磁力線を媒介にする意味は、X線の物体透過現象と同じく、磁力線が非磁性体を透過する現象に着目した技術であり、従来の機械加工では困難な部品の研磨を可能とすることができる。
【0006】
例えば、円管内面を磁気研磨法により研磨する場合、磁性砥粒を永久磁石で円管内面に引きつけながら回転させて内面を精密に仕上げる。この研磨法は実用化され、半導体製造産業で応用されている。
【0007】
しかし、例えば、円管の内径が1mm程度以下になると加工域の円管内部の磁場は局部的に集中しないため磁気力が低くなり、研磨圧力が著しく低下するとともに、回転磁石に対して磁性粒子は追従回転せず、研磨不能になり、上述したような細菅等の内面の研磨技術としては、その応用が困難であった。
【0008】
なお、本出願人が行った先行技術調査の結果では、後述するような本発明に係る振動磁気研磨方法に関連する先行文献等は存在しないものであった。

【特許文献1】特開2002-192453号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
従って、本発明は、上記したような従来技術における課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、従来の加工技術及び工具を用いたのでは加工困難であった、細長くて狭い円管内面やスリットの内面等の精密仕上げ、精密内バリ取りを可能とする研磨方法並びにこれに用いられる装置及び工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、研磨に供する円管等の内部に自ら磁束を発する永久磁石を挿入してこれを加工工具となし、さらに、この磁石工具の両側に、永久磁石(磁石A、磁石B)を、当該加工工具となる永久磁石の磁極に対して、同極の磁極がそれぞれ対向するように配置して、工具と磁石A、磁石Bとの間に磁気反発力による磁気ばねを構成させ、そして、この磁石工具に交番磁場を印加させることにより、磁気力を利用して磁石工具を振動させることで、円管内面やスリットの内面等の精密仕上げ、精密内バリ取りが可能となることを見出し本発明に到達したものである。
【0011】
すなわち、上記課題を解決する本発明は、筒状あるいは溝状の被加工物の内面を研磨する方法であって、当該被加工物の内部に永久磁石を挿入してこれを加工工具となし、さらに、この加工工具の両側に、それぞれ別の磁石を、当該加工工具となる永久磁石の磁極に対して、同極の磁極がそれぞれ対向するように離間配置して、前記加工工具とこれら両側部の磁石との間に磁気反発力による磁気ばねを構成させ、一方、前記加工工具に外部より変動磁場を印加させることにより、磁気力を利用して加工工具を振動させ、被加工物内面上を摺接させて研磨を行い、前記変動磁場は、電磁コイルを用い、これに周期的に変動する電流を印加して形成されるものであり、前記周期的に変動する電流が交流電流波形を有するものであり、これにより電磁コイルが交番磁場を形成するものである、又は、前記周期的に変動する電流が、半波整流波形ないしパルス波形を有し、これにより電磁コイルが断続的な磁場を形成するものである、ことを特徴とするものである。さらに、上記課題を解決する本発明は、筒状あるいは溝状の被加工物の内面を研磨する方法であって、当該被加工物の内部に永久磁石を挿入してこれを加工工具となし、さらに、この加工工具の両側に、それぞれ別の磁石を、当該加工工具となる永久磁石の磁極に対して、同極の磁極がそれぞれ対向するように離間配置して、前記加工工具とこれら両側部の磁石との間に磁気反発力による磁気ばねを構成させ、一方、前記加工工具に外部より変動磁場を印加させることにより、磁気力を利用して加工工具を振動させ、被加工物内面上を摺接させて研磨を行い、前記変動磁場は、永久磁石を機械的に運動させることによって形成されるものである、ことを特徴とするものである。

【0012】
本発明の振動磁気研磨方法において、前記加工工具は、1つの永久磁石により構成されているものであっても、2ないしそれ以上の永久磁石により構成されるものであってもよい。2ないしそれ以上の永久磁石により構成される場合には、これらの永久磁石は、互いに同極の磁極がそれぞれ対向するようにして離間配置され、これらの永久磁石間に磁気反発力による磁気ばねが形成される。
【0015】
本発明の振動磁気研磨方法は、特に、内径1mm以下の非磁性円管内面あるいは幅1mm以下のスリット内面等の研磨に好適に用いられる。
【0016】
上記課題を解決する本発明はまた、筒状あるいは溝状の被加工物の内面を研磨する研磨装置であって、当該被加工物の内部に挿入され加工工具として機能する永久磁石と、この加工工具の両側に配置される別の磁石であって、当該加工工具となる永久磁石の磁極に対して同極の磁極がそれぞれ対向するように離間配置され、前記加工工具との間における磁気反発力により磁気ばねを構成するよう機能する端部磁石と、前記加工工具に変動磁場を印加する変動磁場形成部とを有し、磁気力を利用して加工工具を振動させ、被加工物内面を研磨し、前記端部磁石が非磁性材棒の両端に固定され、その間に配される加工工具となる永久磁石がこの非磁性材棒をガイドとして摺動するように構成されてなるものである、ことを特徴とする振動磁気研磨装置である。

【0018】
上記課題を解決する本発明はまた、上述したような振動磁気研磨方法において用いられることを特徴とする永久磁石からなる加工工具である。
【0019】
本発明の加工工具は、筒状あるいは溝状の被加工物の内面の研磨の度合いに応じた、形状を有する、あるいは研磨剤を表面に有することができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、永久磁石を加工工具としこれを被加工物内部において磁気ばね状に保持するとともに、外部より変動磁場を与えて振動を加え加工を行うものであるから、従来の研磨方法では加工の困難であった、細く長い管体あるいはスリットなどの内面の鏡面仕上げや、バリ取りを効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。
【0022】
図1は、本発明に係る振動磁気研磨方法において用いられる磁気反発力利用磁石工具の模式図を示す。
【0023】
本発明の振動磁気研磨方法は、磁石の同極における磁気反発力と外部からの磁場の相互作用を利用した加工法である。図1に示すように、自ら磁束を発する永久磁石1を加工工具(以下、「磁石工具」とも称する。)となし、さらに、この磁石工具の左右に永久磁石(磁石2a、磁石2b)を配置して磁石工具1と磁石2a、磁石2bとが磁気反発力により磁気ばねを構成する。反発し合った磁石に外部から変動磁場(図示せず)を与えると、磁石工具1は磁気ばね(磁気クッション作用)を左右に持つ振動運動を行う。振動は磁石質量m、磁石間距離L、振動系の固有振動数ν、外部磁力F、外部磁場の周波数fにより行える。非線形磁気ばねを有する振動系である。
【0024】
図2は、本発明に係る振動磁気研磨方法による円菅内面の研磨加工状態を模式的に示す図面である。図2に示すように、被加工物である円菅3の内部に、加工工具となる研磨材を付着させた永久磁石1を配置し、この磁石工具の両側に、永久磁石(磁石2a、磁石2b)を、当該磁石工具となる永久磁石の磁極に対して、同極の磁極がそれぞれ対向する、すなわち、永久磁石1と永久磁石2a、永久磁石1と永久磁石2bとがそれぞれが反発となるように円管3内部に配置する。このとき、永久磁石1、2a、2bは磁気反発力により互いが接触することなく一定の距離を保つ。また、両端の磁石2a、2bは振動することのないように固定する。円管3の両端に電磁コイル(図示せず)を設置しこれに交流電流を流して、変動磁場を発生させ、円管内の永久磁石1を振動させる。磁石間の磁気反発力がばねのような働きをし、磁石1が左右に大きく振動する。このとき、強磁性体5を円管3に近づけることで、円管3内面を押し付けながら相対運動が生じ、研磨を行う。また、円管3に低速回転を与えることで円管3内面の精密研磨が可能である。
【0025】
なお、図1及び図2においては、永久磁石1よりなる磁石工具が1個である例を示しているが、磁石工具の個数としては、何ら1個である必要はなく、後述する実施例においても示すように、2ないしそれ以上の複数個とすることが可能である。磁石工具として複数個の永久磁石を用いる場合には、前記した永久磁石1と両端の永久磁石2a、2bとの関係と同様に、これら磁石工具としての複数の永久磁石相互においても、互いに同極の磁極がそれぞれ対向するようにして離間配置され、これらの永久磁石間に磁気反発力による磁気ばねが形成されるようにすれば良い。
【0026】
また、磁石工具を構成する永久磁石としては、特に限定されるものではなく、特に限定されるものではなく、例えば、フェライト磁石、アルニコ系合金磁石、希土類磁石等の各種のものを用いることが可能である。希土類磁石としては、例えば、Nd-Fe-B系のようなネオジウム系磁石、サマリウム-コバルト系磁石などのいずれも用いることが可能である。また、被加工物の材質等によっては、軟質なゴム磁石を用いることも可能である。
【0027】
また、本発明に係る磁石工具としては、上記したような永久磁石を有して自ら磁束を発するものであれば、その寸法、形状等には限定されず、加工しようとする菅体あるいはスリット等の内面形状、研磨の度合い等に応じて、各種のものとすることができる。
【0028】
さらに、磁石工具1は、上記したような永久磁石のみで構成することも可能であるが、その研磨力を高めるために、例えば、図3(a)~(e)に示すように、永久磁石11に砥石12、磁性メディア13、その他、研磨パフ、研磨フィラメント等の各種の研磨具を接着ないし付着させることも可能である。
【0029】
ここで、図3(a)は永久磁石11の中央部に砥石12を取り付けた例、図3(b)は永久磁石11の両方の磁極端部に砥石12を取り付けた例であり、また図3(c)~図3(e)は永久磁石11の磁極端部の一部ないし全部に磁性メディア13を付着させた例を示している。
【0030】
付着させる磁性メディア13の形状、寸法としては、特に限定されるものではなく、加工用途等に応じて任意のものとすることができ、例えば、不定形粉体、ボール状、ピン状のものとすることができる。もちろん、これらの混合体等その他の形態を用いることも可能である。
【0031】
磁性メディア13としては、電解鉄のような鉄材、ニッケルないしNi-P合金やNi-B合金等のニッケル合金材からなるものの他、磁性粒子と砥粒、例えば、JIS表示でA、WA、GC、SA、MA、C、MD、CBNといったものを含む、Al、SiC、ZrO、BC及びダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、MgO、CeO又はヒュームドシリカなどの砥粒を結合させたもの、砥粒表面に磁性金属皮膜、例えば、ニッケル又はニッケル合金めっき皮膜を形成してなる複合磁性砥粒、高温高圧で不活性ガス中で鉄と焼結させた酸化アルミニウム、不活性ガス雰囲気中でのアルミニウムと酸化鉄とのテルミット反応の生成物などを用いることができる。
【0032】
さらに、磁気工具1が位置する研磨部位に、各種研磨剤を、粉状、液状、スラリー状、ペースト状等の適当な形態のものとして配置し、これらの研磨剤を併用して研磨処理を行うことも可能である。
【0033】
本発明の振動磁気研磨方法においては、被加工物の内部に配置した磁気バネ状態に保持された前記磁石工具に外部より変動磁場を印加するが、この際用いられる変動磁場形成部としては、上記したように電磁コイルを用い、これに周期的に変動する電流を印加することによって形成することができる。あるいは、前記変動磁場は、永久磁石を機械的に運動させることによっても形成することができる。電磁コイルからなる電磁石による磁力は電磁コイルへの通電周波数変動により制御され、また、永久磁石による磁力は、例えば、永久磁石を支持する支持体の回転数あるいは往復動数などによって制御され、用いる磁石工具1の種類、大きさ等、あるいは被加工物の材質等に応じた最適な振動が得られるように適宜調整される。
【0034】
図4及び図5は、変動磁場形成部として、電磁コイル4を用いた実施形態における装置構成の例を、また、図6は、変動磁場形成部として機械的に運動させる永久磁石24を用いた実施形態における装置構成の例をそれぞれ模式的に示すものである。
【0035】
図4に示す実施形態においては、2つの電磁コイル4,4が、被加工物である円菅3の軸方向に沿って、離間して配置されている。これらの電磁コイル4,4に交流電流が加えられ変動磁場が形成されると、永久磁石2a、2bによって、円菅3の内部に磁気ばねの状態で保持されている磁気工具1が、この変動磁場の影響を受け振動する。なお、図示するように、電磁コイル4,4を支持するベースを、円菅3の軸方向と平行に、所定ピッチで往復動できるようにすれば、磁気工具1の振動振幅のみに依存することなく円菅3の内部を軸方向全般にわたり研磨処理することができる。
【0036】
電磁コイル4は、磁気工具1に対して変動磁場を加えることができるものであれば、どのような場所に配置しても良く、必ずしも、図4に示す実施形態におけるように、被加工物である円菅3の軸方向に沿って配置する必要はない。例えば、図5に示す実施形態におけるように、1つの電磁コイル4を、円菅3の軸方向と略直交する方向に配置し、これに交流電流を加えながら、円菅3の軸方向と平行に移動させると、円筒3内部に配された磁気工具1bは、回転振動を起こしながら、円菅3内部をその軸方向に沿って移動する。この場合、磁気工具1bとしては、3つ以上の磁極端部を有する多頭ピン形状のもの(図5に示す例においては、4つの磁極端部を有する。)であることが望ましい。
【0037】
なお、電磁コイル4に印加される周期的に変動する電流としては、一般的には、上記したように、交流電流波形(図8(a))を有するものが用いられるが、例えば、磁石工具1にごく微小な振動を付与する意味では、半波整流波形(図8(b))ないしパルス波といった直流のものを用いることができる。また、これらを組み合わせて用いることも可能である。
【0038】
また、図6に示す実施形態においては、被加工物である円菅3の近傍に、変動磁場形成部としての2つの永久磁石24、24が離間して配置されており、これらを支持するベースを、円菅3の軸方向と平行に、所定ピッチで往復動させ、磁気工具1に振動を与えるようにされている。
【0039】
本発明に係る振動磁気研磨方法において、研磨を行う磁石工具1は、被加工物である円菅等の内部に配されるものであるから、被加工物の軸方向以外の方向への変位は、当該被加工物の壁面によってほぼ規制される。このため、磁気工具1の所定方向以外への変動を規制する手段を特に設ける必要がないが、このような変動規制手段を必要に応じて設けることももちろん可能である。
【0040】
このような変動規制手段は、例えば、図7(a)、図7(b)に示す実施形態におけるように、被加工物である円菅3等の内部にその軸線に沿って配された非磁性材棒よりなるガイド6によって構成することができる。磁気工具1は、適当な挿通孔をもって当該ガイド6に挿通され、ガイド6の軸線方向に自在に移動できるものとされ、そして、ガイド6の両端部には、前記磁気工具1に磁気反発力を与える両端部の磁石2a、2bが固定されている。ガイド6によって、磁気工具1の移動の方向性が保持されるため、より安定した研磨が行えるものとなる。
【0041】
また、本発明に係る振動磁気研磨方法においては、図2、図4、図7(a)に示す実施形態におけるように、磁石工具1に対して、被加工物である円菅3の半径方向であって円菅の外部位置に、必要に応じて、磁性体5を配置することが可能である。このように磁性体5を配置すると、磁石工具1と磁性体5との間に働く磁気力によって、磁石工具1は、その磁気力の働く一方向において、円菅3の内壁面へと押し付けられ、研磨加工に必要な加工圧力を付与することが可能となる。なお、図7(b)に示す実施形態におけるように、この磁性体5に代えて、永久磁石25を配置し、より強い加工圧力を付与することも可能である。もちろん、強い研磨作用を必要としない場合には、このような磁性体5や永久磁石25を配置する必要はない。
【0042】
本発明の振動磁気研磨方法は、例えば、細管(内径0.2~1mm、長さ100~2000mm)、キャピラリー(毛細管:内径0.05~0.2mm、長さ100~200mm)の内面、あるいは、スリット幅0.2~1mm、長さ10~30mmの櫛歯状スリット等の内面を鏡面仕上げする、あるいは、内面に生じた微細なバリを除去するといった、各種被加工物の精密加工への適用が期待でき、具体的には、例えば、次世代半導体や医療分野の製造プロセス等に用いられるスーパークリーンパイプ等のように、精密研磨が要求される製品やパイプ内のような微小空間の高精度の研磨が要求される製品等の研磨に有効である。もちろん、こうした応用に限定されず、何ら限定されるものではなく、各種の用途に広く適用可能である。
【実施例】
【0043】
以下、本発明を実施例に基づきより具体的に説明する。
【0044】
(実施例1)
本発明に係る振動磁気研磨方法における磁石工具の挙動を調べるために以下のような実験を行った。
【0045】
図9に用いた実験装置の全体写真を、図10に電力増幅器及び発振器を示す。この装置は磁石の挙動観察を行うことを目的とし、設計・製作した。永久磁石の挙動観察を容易に行えるよう挙動観察円管にアクリルパイプを用いた。コイルは線径1mmのネオマール線を730巻したものを使用した。コイルへ流す電流値及び周波数の調節は発振器(菊水電子工業株式会社製、MODEL 459 FUNCTION GENERATOR)の信号を電力増幅器(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製 TA-250)で増幅して行なった。また、電流値を把握するため、回路には電流計(富士電機テクニカ株式会社製、FS-45)を設置した。
【0046】
表1に実施した挙動観察の実験条件を示す。コイルを2個、コイル同士の磁場を反発磁に設定し、コイル間距離を75mmとした。
【0047】
【表1】
JP0004423425B2_000002t.gif

【0048】
図11(a)、(b)に実験装置における振動装置の拡大写真を、また図11(c)にこの振動装置における寸法条件を示す。実験装置においては、コイル間距離の調節を可能とするため、コイル固定ジグにコイルを取りつけ、これを直動ベアリング(THK製、HRW14LRM)に設置した。また、目的の位置でコイルを固定させるため、コイル固定ジグにボルトを取りつけた。また、永久磁石の振幅の測定を可能とするため、アクリルパイプにはスケールを取りつけた。
【0049】
図12に振動装置の断面図を示す。挙動観察用アクリルパイプの固定は、両側から工作物固定用アクリルパイプで挟むことで行った。工作物固定用アクリルパイプの先端はエポキシパテで埋め、穴を塞いだ。このような機構とすることで、挙動観察用アクリルパイプの長さの変化に対応し、容易に固定できるようにした。
【0050】
上記条件により、磁石工具の挙動を調べたところ、いずれの周波数においても、磁石工具が振動し、研磨加工が可能であることが明らかとなった。
【0051】
参考として、図13(a)、(b)に、永久磁石工具が2個の場合と3個の場合の外観写真を示す。永久磁石の磁気反発力(磁気ばね)により磁石工具が保持されていることが分かる。
【0052】
(実施例2:磁石工具1個の場合の挙動観察)
変動磁場の周波数に対する振幅の変化を調べるため、永久磁石を3個(磁石工具1個)の挙動観察実験を行った。実験装置構成としては、上記実施例1において用いたものとほぼ同様とした。測定方法は、デジタルビデオカメラレコーダ(SONY製、DCR-PC300K)で磁石の挙動を録画し、パソコン上で振幅の測定を行った。録画時間は各周波数につき5秒とした。
【0053】
まず、磁石工具1個における励磁電流の周波数と磁石工具の振動数の関係を調べた。タコメータを用いて振動数及び振幅の測定を行った。図14に測定部の拡大写真を示す。
【0054】
表2に実験条件を示す。磁石に直径4mm、長さ8mmの丸棒型のNd-Fe-B永久磁石を3個用いた。磁石間距離を7.5mm、アクリルパイプに外径6mm、内径4.2mm、長さ39mmのものを用い、アクリルパイプにスリットを入れた。コイル同士の磁場を反発、コイル間距離を23mm、電流値を1.5Aとした。変動磁場の周波数は30~120Hzを5Hz間隔で変化させ測定を行った。
【0055】
【表2】
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【0056】
図15に変動磁場の周波数と永久磁石の振動数の関係を示す。振幅に関しては、変動磁場の周波数の上昇とともに大きくなり、105Hzで最大振幅7.25mmとなった。そして、110Hzで振幅は極めて小さくなり、120Hzまで振幅の変化はほとんど観られなかった。磁石の振動数に関しては、変動磁場の周波数と同値であった。また、変動磁場の周波数110Hzから120Hzでは、磁石の振幅が極小であったため振動数の測定ができなかった。
【0057】
(実施例3:電流が磁石工具の振幅に及ぼす影響)
コイルに印加する電流値に対する振幅の変化を調べるため、永久磁石を3個(磁石工具1個)の挙動観察実験を行った。実験装置構成としては、上記実施例1において用いたものとほぼ同様とした。表3に実験条件を示す。磁石には直径4mm、長さ8mmの丸棒型のNd-Fe-B永久磁石を3個用いた。磁石間距離は6mmとし、外径6mm、内径4.2mm、長さ36mmのアクリルパイプを用いた。コイル同士の磁場を反発磁場、コイル端面間距離を20mmとした。電流値は1A、1.5A、2.3Aの3種類とし、周波数は30~100Hzと5Hz間隔で変化させて測定した。
【0058】
【表3】
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【0059】
図16に電流の違いによる磁石工具の振幅変化を示す。磁石間距離6mmに関しては、2.3Aのとき80Hzで最大振幅2.875mmとなり、1.5Aのとき80Hzで最大振幅2.5mmとなり、1.0Aのとき65Hzで最大振幅0.375mmとなった。電流値が高くなることでコイルから発生する磁力が強くなり、磁石に作用する磁力が強くなったためと考えられる。
【0060】
(実施例4:磁石工具2個の場合の挙動観察)
永久磁石を4個(磁石工具2個)とした系においても、実施例2とほぼ同様にして、変動磁場の周波数と振幅の関係について実験した。磁石には直径4mm、長さ8mmの丸棒型のNd-Fe-B永久磁石を4個用いた。磁石間距離は7.5mmとし、アクリルパイプには外径6mm、内径4.2mm、長さ54.5mmのものを用いた。コイル同士の磁場を反発、コイル間距離を30mmとした。電流値は1.5A、2.3Aの2種類とし、周波数は30~100Hzと5Hz間隔で変化させ実験を行った。振幅測定は2つの磁石それぞれについて行った。その結果、1個の磁石工具の場合とほぼ同じ傾向を持つことがわかった。
【0061】
(実施例5:研磨実験)
次に、本発明に係る振動磁気研磨方法による被加工物の研磨実験を行った。図17に用いた実験装置を示す。実験装置としては、先の実施例において用いた装置構成とほぼ同様のものに加え、被加工物であるパイプの下方に強磁性体を配置するものとした。すなわち、図10に示すように、Z軸ステージにアルミニウムの角材を取りつけ、その先端に強磁性体であるSS400鋼材を固定し、パイプの下方に強磁性体を配置した。Z軸ステージにより工作物と強磁性体の間隙の調節を行った。
【0062】
表4に実験条件を示す。磁石には直径4mm、長さ8mmのNd-Fe-B永久磁石を用いた。磁石の加工として、産業用ワイパーを接着剤で固定したものを用いた。研磨材スラリーには#4000のWA砥粒と不水溶性切削油を混合したものを0.1mL用いた。被加工物に外径7mm、内径6mm、長さ39mmのSUS304ステンレス鋼円管を用いた。用いた強磁性体は、図18に示すような寸法、形状のSS400鋼材を用いた。被加工物・強磁性体間距離を1.5mm、磁石の個数を3個(磁石工具1個)、磁石間距離を7.5mmとした。コイル同士の磁場を反発、コイル間距離を23mm、加工時間を15分とした。またコイルに印加した電流値を1.8A、周波数を60Hzとした。
【0063】
所定時間の研磨加工処理の後、被加工物のパイプを割り、内面の加工状態を調べた。
【0064】
図19に被加工物パイプの割り方を示す。表面粗さの測定を行うため、図19のように被加工物を半分に割り、強磁性体側を被加工物下部、その反対側を被加工物上部とした。測定には表面粗さ測定器(株式会社小坂研究所製、SE-2300)を使用し、JIS B 0601:2001に基づいた方法で測定した。それぞれの被加工物につき加工域内を円管の軸方向に3回測定し、得られた最大高さの平均を表面粗さRzとして表した。加工量の測定には分析天びん(株式会社島津製作所製、AUW220D)を用いた。
【0065】
図20に、本加工法による研磨可能性の確認実験を行った結果を示す。表面粗さの向上、加工量及び工具振幅の観察から、研磨の可能性を確認した。表面粗さは加工前の粗さ15.6mmRzから0.15mmRzとなり、加工量は3.1mg、加工幅は5mmという値が得られた。
【0066】
【表4】
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【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】本発明に係る振動磁気研磨方法において用いられる磁気反発力利用磁石工具の模式図を示す。
【図2】本発明に係る振動磁気研磨方法による円菅内面の研磨加工状態を模式的に示す図面である。
【図3】(a)~(e)は、それぞれ本発明に係る振動磁気研磨方法において用いられる磁石工具の構成を模式的に示す図面である。
【図4】本発明に係る振動磁気研磨装置の一実施形態における構成を模式的に示す図面である。
【図5】本発明に係る振動磁気研磨装置の別の実施形態における構成を模式的に示す図面である。
【図6】本発明に係る振動磁気研磨装置のさらに別の実施形態における構成を模式的に示す図面である。
【図7】(a)、(b)は、それぞれ本発明に係る振動磁気研磨装置のさらに別の実施形態における構成を模式的に示す図面である。
【図8】(a)、(b)は、それぞれ本発明に係る振動磁気研磨方法において、コイルに印加される電流の波形を示す図面である。
【図9】実施例において用いた実験装置の全体写真である。
【図10】実施例において用いた電力増幅器及び発振器の写真である。
【図11】(a)、(b)は、実施例において用いた実験装置における振動装置の拡大写真、また(c)はこの振動装置における寸法条件を示す図面である。
【図12】実施例において用いた振動装置の断面図である。
【図13】(a)、(b)はそれぞれ、実施例で用いた振動装置において、永久磁石工具を2個とした場合と3個とした場合の外観写真である。
【図14】実施例において用いた測定部の拡大写真である。
【図15】実施例において得られた変動磁場の周波数と永久磁石の振動数の関係を示すグラフである。
【図16】実施例において得られた電流の違いによる磁石工具の振幅変化を示すグラフである。
【図17】実施例において被加工物の研磨実験に用いた実験装置を示す写真である。
【図18】被加工物の研磨実験において実験装置に組み込んだ強磁性体の寸法、形状を示す図面である。
【図19】被加工物の研磨実験において実験に供した被加工物であるパイプの割り方を示す図面である。
【図20】被加工物の研磨実験において得られた結果を示す写真である。
【符号の説明】
【0068】
1 磁石工具(永久磁石)
1a 回り磁石工具
2a、2b 永久磁石(両端部固定用)
3 被加工物(円菅)
4 電磁コイル(電磁石)
5 磁性体(磁石工具加圧用)
6 ガイド
11 永久磁石
12 砥石
13 磁性メディア
24 永久磁石(振動付与用)
25 永久磁石(磁石工具加圧用)
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図12】
8
【図15】
9
【図16】
10
【図18】
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【図19】
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【図9】
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【図10】
14
【図11】
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【図13】
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【図14】
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【図17】
18
【図20】
19