JP5411526B2 - 表面処理のための軸バイト - Google Patents

Description

本発明は、表面処理のための軸バイトに関するもので、より具体的には、対象物との狭間に磁気ペーストを存在させて微細な削り作用の表面処理を行うに際し、軸バイトの運動動作に連動する磁気ペーストの分散の改良に関する。

この種の表面処理の技術として、いわゆる磁気研磨法と呼ばれる技術がよく知られている。これは、磁性流体（ＭＦ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｌｕｉｄ）や磁気粘性流体（ＭＲＦ：Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ）を研磨粒子と混合させ、磁界により混合液を運動させることで研磨を行っている。

例えば特許文献１などには、磁気研磨のための研磨バイトについて改良技術の提案がある。これは図１に示すように、研磨バイト（軸バイト）の先端に永久磁石１を備えて磁場の発生源とするものである。永久磁石１は、球体形状あるいは適宜な曲面を有した曲面体形状に形成し、円柱形状の支持体２の端面に埋め込み設けて略半分が露出する状態としている。そして、その支持体２から一体に延びる軸部３を駆動手段へ連係して回転等の運動動作を行わせている。

軸バイトの周りに磁気研磨液（磁気ペースト６）を付着させると、磁気吸引力によりＭＦやＭＲＦ中の強磁性粒子（例えば鉄粒子），マグネタイト粒子が、多数凝集して磁気クラスタを形成する。この磁気クラスタは、磁束に沿うので対象物５に対立して針状に多数が立ち並ぶ態様を採る。これにより、磁気ペースト６が軸バイト（永久磁石１）に付着して磁気ブラシとなる。そして、磁気ブラシあるいは対象物５が回転動作することにより、両者間の相対運動のため磁気ブラシが対象物５の表面を接触した状態で移動する。その結果、対象物５の表面の凹凸は研磨粒子を伴う磁気ブラシが研磨し、より平滑な表面を得ることができ、非接触の流体研磨が行える。

特開２００７−３１３６３４号公報

しかしながら、図１に示すような研磨バイト（軸バイト）により表面処理を行う従来技術では、研磨力の低下が予想以上に早く進み、表面処理を安定に行えない問題が起きている。これは問題現象を検討したところ、対象物５に対して針状に多数が立ち並ぶはずの磁気クラスタが表面処理中に次第に永久磁石の露出側の磁極から押し出され、その一部が永久磁石の反対極側（非露出側）へ引き寄せられることにより、対象物５との狭間で磁気研磨ペーストが予想以上に早く不足してしまう現象が生じているようでもあると見ている。よって、従来技術は、対象物との狭間に必要十分な磁気ペーストを比較的長時間に渡り安定して存在し続けることが困難であるという課題がある。

上記の課題を解決するため、本発明に係る表面処理のための軸バイトは、対象物に対して非接触の状態を保ち、周辺に存在させた磁気ペーストを連動することにより微細な削り作用の表面処理を行う軸バイトであって、（１）球体形状あるいは先端側が適宜な曲面形状をなす永久磁石と、円柱形状であり永久磁石の取り付け部位を端部へ接合状態に保持する支持体と、支持体から一体に延びていて回転軸や振動軸等の駆動手段へ連係させる軸部と、支持体に嵌め合う環状形状であり非磁性体材料から形成するカバーリングとを備え、そのカバーリングは支持体へ嵌め合わせて永久磁石における磁極間の略中央よりも上側を少なくとも覆う位置に固定し、前記永久磁石の先端は前記カバーリングよりも外に突出するとともに、その突出した前記永久磁石の先端から出力される磁束のうち前記先端と対極側へ向かうものを前記カバーリングが遮るように構成する。

（２）カバーリングは、樹脂材料あるいはアルミ材料などの非磁性体材料から形成する構成にするとよい。（３）カバーリングは、下側周縁を角のない傾斜部位に形成する構成にするとよい。（４）カバーリングの周面にラジアル方向にねじ孔を設け、支持体に対してねじ止めにより連係させる構成にするとよい。（５）カバーリングは環状形状の一所を分断した略Ｃ字形状に形成するとともに、当該分断部位を貫く向きにねじ孔を設けてねじ止め連結し、支持体に対してねじ止め連結の締め付け力により連係させる構成にするとよい。（６）カバーリングは、支持体と一体に形成する構成にするとよい。

係る構成にすることにより本発明では、カバーリングが永久磁石を覆い、永久磁石の露出部分は、その磁極間の略中央よりも下側だけになる。磁気ペーストにおいて磁気クラスタは磁束に沿って立ち並ぶことから、永久磁石の反対極（非露出側）へ向かうものはカバーリングが遮り阻止する作用を行う。つまり、永久磁石の反対極（非露出側）へ向かう磁気クラスタは対象物の表面処理には寄与しない無駄になる成分であり、カバーリングが遮り阻止するので無駄になる磁気クラスタを低減できる。このため磁場の力（磁束密度）を、対象物の表面へ向かう磁気クラスタにだけ集中させることができ、磁気クラスタの分布状況を良好に改善できる。また、永久磁石の反対極（非露出側）へ向かう磁気クラスタをカバーリングが遮り阻止するので、磁気ペーストは散逸を抑えられて対象物との狭間に長く留まることになる。

本発明に係る表面処理のための軸バイトでは、磁気ペーストにおいて、永久磁石の反対極（非露出側）へ向かう磁気クラスタはカバーリングが遮り阻止する作用を行い、無駄になる磁気クラスタを低減できる。そして、磁場の力（磁束密度）を、対象物の表面へ向かう磁気クラスタにだけ集中させることができ、磁気クラスタの分布状況を良好に改善できる。また、無駄になる成分の磁気クラスタをカバーリングが遮り阻止するので、磁気ペーストは散逸を抑えられて対象物との狭間に長く留まり、対象物との狭間に磁気ペーストを必要十分に分散，確保することができる。その結果、表面処理を高い研磨力で安定に行うことができる。

軸バイトの従来の一例を示す側面図である。 本発明に係る軸バイトの第１の実施形態を示す側面図であり、カバーリングを分離して示している。 カバーリングを装着した状態を示し、（ａ）は側面図および（ｂ）は上から見た平面図である。 図２，３の軸バイトによる表面処理を説明する側面図であり、カバーリングの固定を、（ａ）は永久磁石における磁極間の略中央よりも上側を覆う位置とした装着状態を示し、（ｂ）は永久磁石における磁極間の略中央よりも下側で当該以上を覆う位置とした装着状態を示している。 本発明に係る軸バイトの第２の実施形態を示す側面図であり、カバーリングを分離して示している。 図５のカバーリングの装着状態を示し、（ａ）は側面図および（ｂ）は上から見た平面図である。 永久磁石と支持体との接合部位の他例であり、両者を分離して示す側面図である。 カバーリングの他例を適用した軸バイトの側面図である。 評価試験に使用した軸バイトを示す側面図であり、（ａ）は図６の本発明に係る軸バイト、（ｂ）は（ａ）からカバーリングを取り外した比較例１の軸バイト、（ｃ）は永久磁石の露出量が相違した比較例２の軸バイトである。 評価試験の条件を説明する平面図である。 評価試験の結果を示す表面粗さのグラフであり、（ａ）は図６の本発明に係る軸バイトの研磨結果、（ｂ）は（ａ）からカバーリングを取り外した比較例１の軸バイトの研磨結果、（ｃ）は永久磁石の露出量が相違した比較例２の軸バイトの研磨結果である。

図２，図３は本発明の第１の実施形態を示している。本形態において軸バイトは、永久磁石１と、その永久磁石１を接合状態に保持する支持体２と、支持体２から一体に延びる軸部３と、支持体２に嵌め合うカバーリング４とを備えてている。そして、先端の永久磁石１を磁場の発生源とし、対象物に対して非接触の状態を保ち、周辺に存在させた磁気研磨液（磁気ペースト）を連動することにより微細な削り作用の表面処理を行う構成になっている。

永久磁石１は、球体形状に形成している。そして、支持体２は非磁性体材料から円柱形状に形成し、端部を所定曲率の凹所２０に成形してあって、永久磁石１の取り付け部位をその凹所２０へ嵌め合わせて固着させ、所定に埋め込ませた接合状態に保持している。本形態では、永久磁石１は側面から見て直径の略６０％が露出する設定とし、略４０％を端部へ埋め込ませるようにしている。永久磁石１は磁化の向きを軸心ｓに略一致させる設定で固着し、これはズレ位置で略平行となる関係にすることもよい。

カバーリング４は、樹脂材料あるいはアルミ材料などの非磁性体材料から環状形状に形成し、支持体２へ嵌め合わせて永久磁石１における磁極間の略中央よりも上側を少なくとも覆う位置に固定する。このカバーリング４は、本形態では図３（ｂ）に示すように、環状形状の一所を分断した略Ｃ字形状に形成するとともに、当該分断部位を貫く向きにねじ孔を設けてねじ止め連結し、支持体２に対してねじ止め連結の締め付け力により連係させる構成にしている。そして後述するように、カバーリング４の固定位置は、表面処理の仕上げレベル等に応じて適宜に調整することができる。

図４は、図２，図３の軸バイトによる表面処理を説明する側面図であり、カバーリング４の固定を、（ａ）は永久磁石１における磁極間の略中央よりも上側を覆う位置とした装着状態を示し、（ｂ）は永久磁石１における磁極間の略中央よりもさらに下側で当該以上を覆う位置とした装着状態を示している。

表面処理において、軸部３は回転軸や振動軸等の駆動手段へ連係させる。そして、その駆動手段の駆動により所定の運動動作を行わせる。例えば駆動手段の駆動により回転動作を行わせるとともに、対象物５と対面した姿勢で移動動作を行わせることにより、対象物５の表面に対して走査動作が行える。軸バイトには単に回転動作を行わせるのではなく、例えば正転，逆転の動作を繰り返す反転動作や、当該軸方向に振動動作を行わせるなど、適宜な運動動作を行うようにしてもよい。駆動手段には例えばＮＣ工作機を用いればよく、ボール盤，旋盤，ＮＣ旋盤，フライス盤などの回転軸（チャック部）に軸バイトの軸部３を取り付け、着脱を行うようにする。

対象物５に対して軸バイト（永久磁石１）の間隔は、例えば０．１ｍｍから２．０ｍｍの範囲とし、永久磁石１を所定に回転動作させる。軸バイトの回転動作では、先端の永久磁石１をむやみと高速回転させることは研磨が過剰になりムラに仕上がる等の不良を起こす問題があるため、平滑面を良好に得るには、当該回転における周速を所定範囲内とすることがよい。つまり、周速は磁気ペースト６が飛散を起こさない程度に上限値を設定し、所定の下限値から上限値の範囲内となる表面処理を行うことが好ましい。

磁気ペースト６は、磁性粒子および溶媒との２成分を含む組成とし、溶媒には植物油脂などを用いる。この磁気ペースト６は対象物５と軸バイトとの狭間へ供給手段により供給する。

磁性粒子には、フェライト粒子などの軟磁性焼結体や鉄粉等の金属粒子などを用いることができる。フェライト粒子は酸化鉄を主成分とするセラミックスであり大半が強磁性を示し、磁化を持つため磁界をかけることで当該粒子は磁気クラスタを形成する。鉄粉等の磁化し得る金属粒子でも同様であり、磁界をかけることで当該粒子は磁気クラスタを形成する。そして、フェライト粒子や鉄粉等の金属粒子は、対象物５に対しては十分に硬く、したがって研磨のための砥粒として機能させることができ、磁気クラスタそのものが、微細な削り作用による表面処理を行うための磁気ブラシとなる。

磁気ペースト６には樹脂粒子をさらに混在させることもよい。この場合、樹脂粒子は溶媒に溶解しない不溶解性で低融点の樹脂材料から形成する。また、樹脂粒子の形状は、例えば球形状とすればよく、あるいは繊維状等の非球形状に形成することでもよい。植物油脂に溶解しない樹脂材料では、例えばポリエチレン（ＰＥ），ポリスチレン（ＰＳ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが利用できる。この樹脂粒子の形状は、球形の他に繊維状等の非球形粒子でもよい。

軸バイトの運動動作は上述したように、単なる回転動作や正転，逆転を繰り返す反転動作など、所定の運動動作を行わせ、そして、対面する対象物５に対しては表面を順次になぞっていく移動動作を行わせ、通常の一般的な走査動作を行う。このとき、軸バイト（永久磁石１）の近辺には磁気ペースト６を供給しておく。

軸バイトと対象物５との間には磁気ペースト６が存在し、当該磁気ペースト６はフェライト粒子や鉄粉など磁性粒子を含み、永久磁石１により磁気ペースト６に時間的に定常的あるいは変動的な磁界が加わると磁気クラスタが生成する。つまり、磁気研磨液中のフェライト粒子や鉄粉など磁性粒子が、磁気吸引力により多数凝集して磁気クラス夕となる。そして、フェライト粒子や鉄粉など磁性粒子は研磨のための砥粒として機能し、磁気クラスタそのものが、微細な削りを行う磁気ブラシとなる。磁気ブラシは、磁束に沿って対象物５に対立して針状に多数が立ち並び、砥粒作用を行うフェライト粒子が対象物５の表面に抑えつけられる。このとき、軸バイトは走査動作することから、フェライト粒子は対象物５の表面上を接触しつつ運動して微細な削りを行う。これにより、非接触の微細な削り作用による表面処理を行うことができる。

この場合、カバーリング４が永久磁石１を覆い、永久磁石１の露出部分は、図４（ａ）に示すように、その磁極間の略中央よりも下側だけになる。あるいは図４（ｂ）に示すように、磁極間の略中央よりもさらに下側だけに調整することもでき、例えば側面から見て直径の略２５％程度だけが露出する設定もできる。

ここで、磁気ペースト６において磁気クラスタは磁束に沿って立ち並ぶことから、永久磁石１の反対極（非露出側）へ向かうものはカバーリング４が遮り阻止する作用を行う。つまり、永久磁石１の反対極（非露出側）へ向かう磁気クラスタは対象物５の表面処理には寄与しない無駄になる成分であり、カバーリング４が遮り阻止するので無駄になる磁気クラスタを低減できる。このため磁場の力（磁束密度）を、対象物５の表面へ向かう磁気クラスタにだけ集中させることができ、磁気クラスタの分布状況を良好に改善できる。また、永久磁石１の反対極（非露出側）へ向かう磁気クラスタをカバーリング４が遮り阻止するので、磁気ペースト６は散逸を抑えられて対象物５との狭間に長く留まることになる。したがって、対象物５との狭間に磁気ペースト６を必要十分に分散，確保することができ、その結果、表面処理を高い研磨力で安定に行うことができる。

図４（ｂ）に示すように、カバーリング４をさらに下側に装着する設定では、カバーリング４が対象物５側へより接近するので、磁気ペースト６は高さが低くより狭い領域に高密度に留めることができる。したがって、磁場の力（磁束密度）を対象物５の表面へ向かう磁気クラスタにだけ集中させる作用をより強力に得ることができる。そして、磁気ペースト６の散逸を抑えて対象物５との狭間に長く留める作用もより強力に得ることができる。その結果、表面処理をより高い研磨力でより安定に行うことができる。

図５，図６は、本発明の第２の実施形態を示している。本形態において軸バイトは、基本的には第１の実施形態と同様であり、球体形状の永久磁石１を支持体２に保持させて磁場の発生源とする構成を採る。第１の実施形態と同様な構成には同一符号を付してあり、その説明を省略する。

本形態では、永久磁石１の取り付け状態および支持体２に嵌め合うカバーリング４の形状等を変更した構成にしている。つまり、永久磁石１の直径に対して支持体２の外径をやや細く設定し、そして支持体２の端部の凹所２０も浅く成形している。これにより、永久磁石１は側面から見て直径の略８６％が露出する設定とし、略１４％を端部へ埋め込ませるようにしている。

カバーリング４は環状形状に形成するが、下側周縁を角のない傾斜部位４０に形成し、周面にはラジアル方向にねじ孔を設け、支持体２に対してねじ止めにより連係させる構成にしている。このカバーリング４は、下側端面を所定曲率の凹所４１に成形してあって永久磁石１の対応部位と適合し、支持体２へ嵌め合わせた際は、永久磁石１における磁極間の略中央よりも上側を少なくとも覆う位置で固定できるようになっている。

永久磁石１の形状は球体形状に限らず適宜であるが、先端側が適宜な曲面形状をなす曲面体が好ましい。例えば図７に示すように、永久磁石１は、球体形状の一部を平坦にカットして当該平坦面を支持体２との取り付け部位１０に形成することもできる。この場合、支持体２の端部は凹所に成形する必要がなく、平坦に仕上げた端部へ取り付け部位１０を固着させる構成になり、永久磁石１を接合状態に保持できる。また、カバーリング４は図８に示すように、支持体２と一体に形成する構成にすることもよい。

このように、カバーリング４について傾斜部位４０を設ける構成であっても、作用は第１の実施形態と同様であり、磁気ペースト６において、永久磁石１の反対極（非露出側）へ向かう磁気クラスタはカバーリング４が遮り阻止する作用を行い、無駄になる磁気クラスタを低減できる。そして、磁場の力（磁束密度）を、対象物５の表面へ向かう磁気クラスタにだけ集中でき、磁気クラスタの分布状況を良好に改善できる。また、無駄になる成分の磁気クラスタをカバーリング４が遮り阻止するので、磁気ペースト６は散逸を抑えられて対象物５との狭間に長く留まり、対象物５との狭間に磁気ペースト６を必要十分に分散，確保することができる。その結果、表面処理を高い研磨力で安定に行うことができる。

本発明の効果を実証するため、図９に示す３種類の軸バイトを用いて試料の表面処理（研磨）を行った。評価試験に使用した軸バイトは、図９（ａ）の本発明に係る軸バイト、図９（ｂ）の比較例１の軸バイト、図９（ｃ）の比較例２の軸バイトである。そして、これらの軸バイトにより試料の表面処理（研磨）を行い、それら試料について表面粗さ（算術平均粗さＲａ，十点平均粗さＲｚ）を評価した。

図９（ａ）の本発明に係る軸バイトは図６に示す構成であって、球体形状の永久磁石１は直径３０ｍｍとし、円柱形状の支持体２は直径２０ｍｍとし、傾斜部位４０を設けたカバーリング４は永久磁石１における磁極間の略中央よりも上側を覆う位置に固定した。図９（ｂ）の比較例１の軸バイトは、図９（ａ）からカバーリング４を取り外した構成であって、球体形状の永久磁石１は直径３０ｍｍとし、円柱形状の支持体２は直径２０ｍｍとし、永久磁石１は側面から見て直径の略８６％が露出する設定とし、略１４％を支持体２の端部へ埋め込ませた。図９（ｃ）の比較例２の軸バイトは、永久磁石１の露出量が相違した構成であって、球体形状の永久磁石１は直径３０ｍｍとし、円柱形状の支持体２も直径３０ｍｍとし、永久磁石１は側面から見て直径の略６０％が露出する設定とし、略４０％を支持体２の端部へ埋め込ませた。

試料は厚さ５ｍｍの銅板片（サイズ５０×５０ｍｍ）であり、図１０に示すように６枚を並べて使用した。磁気ペースト６は磁性粉末７５％，潤滑油（植物油脂）２５％に調製したものとし、１回の表面処理につき３０ｇを使用した。表面処理の条件は、軸バイト（永久磁石１）と対象物５との非接触の隙間を０．５ｍｍとし、軸バイトの回転数は５００ｒｐｍとし、走査動作は移動速度４００ｍｍ／ｍｉｎで移動ピッチ０．２ｍｍとし、研磨時間は試料の銅板片１枚につき０．５時間とし、図１０に示すように６枚を連続して処理したので全体では３時間になった。

上述した条件により表面処理を行い、それら試料について表面粗さを測定したところ、図１１に示すグラフを得た。図１１（ａ）は図６の本発明に係る軸バイトの研磨結果、図１１（ｂ）は図１１（ａ）からカバーリングを取り外した比較例１の軸バイトの研磨結果、図１１（ｃ）は永久磁石１の露出量が相違した比較例２の軸バイトの研磨結果である。

同図から明らかなように、（ａ）では良好な仕上げ面を得ることができており、（ｂ）では研磨時間が２０分程度から研磨力の低下があり、（ｃ）でも研磨時間が６０分程度から研磨力の低下があった。そして、本発明に係る軸バイト（ａ）にあっては、表面処理を高い研磨力で長時間安定に行えて適正な表面が得られることを確認した。これは、磁気クラスタの分布状況を良好に改善できており、対象物５との狭間に磁気ペースト６を必要十分に分散，確保できていることの結果であると言える。

１ 永久磁石
２ 支持体
３ 軸部
４ カバーリング
５ 対象物
６ 磁気ペースト
２０，４１ 凹所
４０ 傾斜部位
ｓ 軸心

Claims (5)

1. 対象物に対して非接触の状態を保ち、周辺に存在させた磁気ペーストを連動することにより微細な削り作用の表面処理を行う軸バイトであって、
   球体形状あるいは先端側が適宜な曲面形状をなす永久磁石と、円柱形状であり前記永久磁石の取り付け部位を端部へ接合状態に保持する支持体と、前記支持体から一体に延びていて回転軸や振動軸等の駆動手段へ連係させる軸部と、前記支持体に嵌め合う環状形状であり非磁性体材料から形成するカバーリングとを備え、
   前記カバーリングは前記支持体へ嵌め合わせて前記永久磁石における磁極間の略中央よりも上側を少なくとも覆う位置に固定し、前記永久磁石の先端は前記カバーリングよりも外に突出するとともに、その突出した前記永久磁石の先端から出力される磁束のうち前記先端と対極側へ向かうものを前記カバーリングが遮るように構成したことを特徴とする表面処理のための軸バイト。
2. 前記カバーリングは、樹脂材料あるいはアルミ材料などの非磁性体材料から形成することを特徴とする請求項１に記載の表面処理のための軸バイト。
3. 前記カバーリングは、下側周縁を角のない傾斜部位に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の表面処理のための軸バイト。
4. 前記カバーリングの周面にラジアル方向にねじ孔を設け、前記支持体に対してねじ止めにより連係させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の表面処理のための軸バイト。
5. 前記カバーリングは環状形状の一所を分断した略Ｃ字形状に形成するとともに、当該分断部位を貫く向きにねじ孔を設けてねじ止め連結し、前記支持体に対して前記ねじ止め連結の締め付け力により連係させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の表面処理のための軸バイト。

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