(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘着性がある実質的に硬質な流体ジェットを形成するための方法において、
ａ）電気ソレノイドを用意し、
ｂ）強磁性材料から成るノズルの少なくとも一部を、前記ソレノイドの巻線内に軸方向に配置し、前記ノズルは孔および突出先端部を有し、前記突出先端部は、前記ソレノイドの軸方向端部から内側に引き込んで配置され、前記突出先端部と前記軸方向端部との間のソレノイド内に軸方向の自由空間を形成し、
ｃ）マグネトレオロジカル流体を用意し、
ｄ）前記ソレノイドに電圧を印加して、前記ソレノイド内に磁場を形成し、
ｅ）前記強磁性のノズルにより前記マグネトレオロジカル流体を付勢し、
ｆ）前記ノズルから前記流体を射出して、前記自由空間内に前記流体のジェットを形成し、
ｇ）前記磁場の存在下で前記流体を硬化させて、前記粘着性がある実質的に硬質な流体ジェットを形成し、前記流体ジェットの硬化した少なくとも一部を、前記自由空間内に生じせしめることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記流体の射出が垂直上向きであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ノズルが更に複数の長手方向通路を備え、この長手方向通路は、前記ノズルの外面に形成されて、加圧源からエアーを受け、
更に、
ａ）前記ノズルの前記長手方向通路内にエアーを送気し、
ｂ）前記自由空間内の前記突出先端部の周囲にエアーを送出して、前記流体ジェットの周囲に略円筒状のエアーカーテンを形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記突出先端部が円錐台形状を成していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ワークピースに硬化したマグネトレオロジカル流体を衝突させることによって前記ワークピースを表面処理する装置において、
前記ワークピースから離間した軸方向空間の周囲に複数の電気巻線から成る電気ソレノイドを設け、
前記軸方向空間内に配置され且つ前記マグネトレオロジカル流体を受けて前記軸方向空間からジェットとして射出するノズルを備え、前記ノズルは、強磁性材料によって形成され、前記流体が前記ノズル内にある間、前記電気ソレノイドの磁場によって前記流体が硬化しないように前記流体をシールドし、前記ノズルは、突出先端部を有し、前記電気ソレノイドにより形成した前記磁場を前記突出先端部により集束させて、前記突出先端部及びその近傍に磁場を形成し、前記ノズルの突出先端部は、前記ワークピースから離れるように前記ソレノイドの巻線内に引き込んで配置され、前記ノズルの突出先端部と前記軸方向空間の外端部との間の自由空間で、前記硬化したマグネトレオロジカル流体の少なくとも一部を生じせしめることを特徴とする装置。
【請求項６】
前記突出先端部の形状は、球、楕円、円錐、円錐台から成るグループから選択されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ノズルが略円筒状を成し、前記ノズルの引き込みの深さは、少なくとも前記ノズルの外径に等しいことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記ノズルに形成された少なくとも１つの長手方向通路を更に備え、この長手方向通路は、加圧源からエアーを受けて、前記ノズルの長手方向にエアーを送るとともに、前記自由空間内の前記突出先端部の周囲に前記エアーを送出することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記長手方向通路を複数備え、送出された前記エアーが、略円筒状のエアーカーテンを形成することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
マグネトレオロジカル流体の硬化ジェットを供給するための装置において、
ａ）軸方向空間の周囲に複数の導電性巻線を有するソレノイドを備え、前記軸方向空間は、軸方向入口と軸方向出口とを有し、前記巻線は、前記軸方向空間内に磁場を形成し、
ｂ）少なくともその一部が前記軸方向空間内に配置され、マグネトレオロジカル流体を受けて前記軸方向空間からジェットとして射出する強磁性のノズルを備え、前記ノズルは、突出先端部を有し、前記ソレノイドにより形成した前記磁場を前記突出先端部により集束させて、前記突出先端部及びその近傍に磁場を形成し、前記ノズルの突出先端部は、ワークピースから離れるように前記ソレノイドの巻線内に引き込んで配置され、前記ノズルの突出先端部と前記軸方向出口との間の前記軸方向空間内で前記硬化ジェットの少なくとも一部を生じせしめ、更に
ｃ）前記マグネトレオロジカル流体を前記ノズルに供給するための圧送手段を備えていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面を成形して研磨（表面処理）するための方法および装置に係わり、特に、磁気的に修正可能で且つ磁気的に方向付け可能なジェットの衝突によって表面を成形して研磨するための方法および装置であって、より具体的には、磁気的に硬化されたマグネトレオロジカル流体のジェットを上方に吐出させるための磁気的に有効なノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
研磨粒子を含む流体ジェットは、公知であり、ガラス、セラミック、プラスチック、金属といった材料を切削して成形するために使用される。この技術は、一般に、研磨ストリーム表面処理（ａｂｒａｓｉｖｅ  ｓｔｒｅａｍ  ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）として、あるいは、研磨懸濁ジェット機械加工（ａｂｒａｓｉｖｅ  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ  ｊｅｔ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）として、あるいは、研磨流機械加工（ａｂｒａｓｉｖｅ  ｆｌｏｗ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）として一般に知られている。一般に、そのようなジェットは、１０ｍ／秒を超える比較的速い速度で基板に衝突して基板を切削する。ジェットが衝突領域を切削する場合、流体中の研磨粒子が基板表面の粒子を削り取る。材料の除去速度は、ジェットの動的エネルギ、研磨粒子の鋭さ、サイズ、硬度、基板の材料、ジェットノズルからワークピースまでの距離、ジェットの入射角に依存する。
【０００３】
１９９９年１０月２６日にコルドンスキー（Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ）らに対して与えられた米国特許第５、９７１、８３５号には、マグネトレオロジカル（ＭＲ）流体を略粘着性の研磨ジェットに形成する技術が開示されている。この米国特許第５、９７１、８３５号の関連する開示内容は、これを参照することによって本願に組み込まれる。ＭＲ流体の連続ストリームは、電気ソレノイドの螺旋巻線の軸方向に配置された非強磁性チューブを通じて方向付けられる。チューブはノズルを形成している。好ましくは、ＭＲ流体は、例えば、セリウム酸化物、ダイヤモンドの粉末、鉄酸化物といった細かく分割された研磨材料と混合され、これにより、研磨材は少なくとも一時的にＭＲ流体中に保持される。ソレノイドを通じた電気の流れは、巻線内に軸方向磁場を形成し、この磁場は、磁性粒子からのフィブリルから成る磁場方向付け構造体を流体中に形成し、これによって、流れるＭＲ流体を、実質的に固体のロッドへと可逆的に硬化させる。ロッドは、チューブの壁に沿う流れ方向に対して垂直に削る際には、非常に高い降伏応力を示し、流れ方向に削る際には、比較的低い剪断応力を示す。このような異方性のフィブリル化により、硬化された流体は、磁場内でチューブを通じて流れることができる。ノズルから射出されたＭＲロッドは、ＭＲ流体から成る略固体状のジェットを形成する。ノズルから射出する際、ノズルの出口は、巻線の端部と面一であり、ＭＲ流体ジェットは、ソレノイドの磁場を超えて通過し、ジェット内における異方性のフィブリル化が衰え始める。しかしながら、ＭＲジェットの残存する高い粘性すなわち安定性を十分な時間維持することができ、ジェットは、構造体を大きく広げたり損失したりすることなく、数フィートまで立ち上がることができる。これにより、研磨ジェットを使用して、ノズルから離れたワーク領域内のワークピースの表面を成形したり研磨したりすることができる。
【０００４】
従来の装置においては、少なくとも３つの重大な問題が生じ得る。
まず、第１に、従来の装置は、深い凹面の表面処理に適していない。飛散、プーリング、重力作用に鑑み、我々は、研磨ジェットにおける最適な表面処理形態が真上であることを見出した。しかしながら、ワークピースの表面から跳ね返る使用済みのＭＲ流体の幾つかは、ソレノイドおよびノズルへと戻り落ち、出口を詰まらせて、その後、ジェットを変形させる。
第２に、ノズルは非強磁性の軸方向チューブであり、マグネトレオロジカル流体は、ノズルを通じて流れるにつれて、ノズル内で次第に硬化し、システムのポンプによって打開すべき粘性ドラグがノズル内で次第に増大する。したがって、従来の装置においては、ポンプおよびエネルギが多量に必要となり得る。
第３に、ソレノイドは強磁性コアを欠いているため、軸方向磁場が比較的弱く、望ましくない大型で高価なソレノイドが必要になる。
反射流体によって損なわれることなく、硬化ジェットを、任意の方向、特に上方に方向付けることができ、また、硬化ジェットの吐出時の粘性ドラグを最小にすることによってポンプを小さくできるとともに、強磁性ソレノイドコアを設けることによってソレノイドを磁気的に有効な小さなソレノイドにすることができるマグネトレオロジカル表面処理装置が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主な目的は、硬化したマグネトレオロジカル流体のジェットを吐出して、深い凹面基板を研磨処理することができる手段及びその方法を提供することである。
本発明の他の目的は、小型で安価なポンプシステムおよび小型のソレノイドを有するコンパクトな研磨処理装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
即ち、本発明に係わるマグネトレオロジカル流体を使用して深い凹面を研磨ジェット表面処理するための方法の第１態様は、
粘着性がある実質的に硬質な流体ジェットを形成するための方法において、
ａ）電気ソレノイドを用意し、
ｂ）強磁性材料から成るノズルの少なくとも一部を、前記ソレノイドの巻線内に軸方向に配置し、前記ノズルは孔および突出先端部を有し、前記突出先端部は、前記ソレノイドの軸方向端部から内側に引き込んで配置され、前記突出先端部と前記軸方向端部との間のソレノイド内に軸方向の自由空間を形成し、
ｃ）マグネトレオロジカル流体を用意し、
ｄ）前記ソレノイドに電圧を印加して、前記ソレノイド内に磁場を形成し、
ｅ）前記強磁性のノズルにより前記マグネトレオロジカル流体を付勢し、
ｆ）前記ノズルから前記流体を射出して、前記自由空間内に前記流体のジェットを形成し、
ｇ）前記磁場の存在下で前記流体を硬化させて、前記粘着性がある実質的に硬質な流体ジェットを形成し、前記流体ジェットの硬化した少なくとも一部を、前記自由空間内に生じせしめることを特徴とするものであり、
叉、第２態様は、
前記流体の射出が垂直上向きであることを特徴とするものであり、
叉、第３態様は、
前記ノズルが更に複数の長手方向通路を備え、この長手方向通路は、前記ノズルの外面に形成されて、加圧源からエアーを受け、
更に、
ａ）前記ノズルの前記長手方向通路内にエアーを送気し、
ｂ）前記自由空間内の前記突出先端部の周囲にエアーを送出して、前記流体ジェットの周囲に略円筒状のエアーカーテンを形成することを特徴とするものであり、
叉、第４態様は、
前記突出先端部が円錐台形状を成していることを特徴とするものである。
【０００７】
又、本発明に係わるマグネトレオロジカル流体を使用して深い凹面を研磨ジェット表面処理するための装置の第１態様は、
ワークピースに硬化したマグネトレオロジカル流体を衝突させることによって前記ワークピースを表面処理する装置において、
前記ワークピースから離間した軸方向空間の周囲に複数の電気巻線から成る電気ソレノイドを設け、
前記軸方向空間内に配置され且つ前記マグネトレオロジカル流体を受けて前記軸方向空間からジェットとして射出するノズルを備え、前記ノズルは、強磁性材料によって形成され、前記流体が前記ノズル内にある間、前記電気ソレノイドの磁場によって前記流体が硬化しないように前記流体をシールドし、前記ノズルは、突出先端部を有し、前記電気ソレノイドにより形成した前記磁場を前記突出先端部により集束させて、前記突出先端部及びその近傍に磁場を形成し、前記ノズルの突出先端部は、前記ワークピースから離れるように前記ソレノイドの巻線内に引き込んで配置され、前記ノズルの突出先端部と前記軸方向空間の外端部との間の自由空間で、前記硬化したマグネトレオロジカル流体の少なくとも一部を生じせしめることを特徴とするものであり、
叉、第２態様は、
前記突出先端部の形状は、球、楕円、円錐、円錐台から成るグループから選択されることを特徴とするものであり、
叉、第３態様は、
前記ノズルが略円筒状を成し、前記ノズルの引き込みの深さは、少なくとも前記ノズルの外径に等しいことを特徴とするものであり、
叉、第４態様は、
前記ノズルに形成された少なくとも１つの長手方向通路を更に備え、この長手方向通路は、加圧源からエアーを受けて、前記ノズルの長手方向にエアーを送るとともに、前記自由空間内の前記突出先端部の周囲に前記エアーを送出することを特徴とするものであり、
叉、第５態様は、
前記長手方向通路を複数備え、送出された前記エアーが、略円筒状のエアーカーテンを形成することを特徴とするものであり、
叉、第６態様は、
マグネトレオロジカル流体の硬化ジェットを供給するための装置において、
ａ）軸方向空間の周囲に複数の導電性巻線を有するソレノイドを備え、前記軸方向空間は、軸方向入口と軸方向出口とを有し、前記巻線は、前記軸方向空間内に磁場を形成し、
ｂ）少なくともその一部が前記軸方向空間内に配置され、マグネトレオロジカル流体を受けて前記軸方向空間からジェットとして射出する強磁性のノズルを備え、前記ノズルは、突出先端部を有し、前記ソレノイドにより形成した前記磁場を前記突出先端部により集束させて、前記突出先端部及びその近傍に磁場を形成し、前記ノズルの突出先端部は、ワークピースから離れるように前記ソレノイドの巻線内に引き込んで配置され、前記ノズルの突出先端部と前記軸方向出口との間の前記軸方向空間内で前記硬化ジェットの少なくとも一部を生じせしめ、更に
ｃ）前記マグネトレオロジカル流体を前記ノズルに供給するための圧送手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
簡単に述べると、米国特許第５、９７１、８３５号に開示された装置に類似する、マグネトレオロジカル流体を使用して表面を成形および研磨する研磨ジェットのための装置においては、ソレノイド内の非強磁性ノズル（米国特許第５、９７１、８３５号には要素３０として示されている）が強磁性材料から成るノズルによって置き換えられており、これにより、流体は、ノズル内で磁気的にシールドされる。改良されたノズルは、ソレノイドのための強磁性コアとして作用し、これにより、軸方向磁場の強度が約１００倍に増大し、必要なソレノイドのサイズを大幅に減少することができる。ノズルの出口オリフィスは、従来の装置のようにソレノイドの端部と面一ではなく、ソレノイドの巻線内に引き込んで配置されている。したがって、ソレノイド内には、ノズルの出口オリフィスの近傍に強い軸方向磁場を有する自由空間が形成される。流体がノズルから吐出して磁場内に入り始めるまで、ノズルの略全長にわたってマグネトレオロジカル流体の硬化が防止される。したがって、ノズルを通じた粘性ドラグの高まりがない。フィブリルの形成およびその結果としてのジェットの硬化は、主に、ソレノイドの巻線内の自由空間内で生じる。ノズルの出口端部は、ノズルの端部における磁場およびノズルの出口端部の直ぐ下流にある自由空間内における磁場が強まるように構成されている。また、ノズルには、その外面に沿って長手方向チャンネルの径方向の列が設けられており、これらの長手方向チャンネルを通じて、圧縮されたエアーが送出される。送出されたエアーは、ノズルおよびソレノイドから射出された際に、ジェットを取り囲む円筒状のエアーカーテンを形成する。ワークピースから跳ね返ったＭＲ流体は、エアーカーテンによって転送され、ソレノイドの出口およびノズルに入って障害を与えることが防止される。
【０００９】
【実施例】
本発明の前述した目的・特徴・利益、他の目的・特徴・利益、および、本発明の現在好ましい実施例は、添付図面を参照しながら以下の説明を読めば、更に明らかとなるであろう。
図１から図３に示されるように、垂直上方に噴射する研磨剤によって基板を研磨する本発明の実施例に係る研磨装置１０は、以下の改良点を除き、米国特許第５、９７１、８３５号に開示された多くの構成要素を備えている。研磨されるワークピース１２は、例えば、ガラスレンズ、プラスチックレンズ、他の光学要素のための成形ブランク、あるいは、その最終形状および表面の平滑度、特に深い凹面に非常に高い精度が要求される同様の金属もしくはセラミック部材であり、支持チャック１４に装着されている。また、支持チャック１４は、マシンスピンドル１６に回転可能に支持されている。ワークピースおよびチャックは、シュラウド２０によって囲まれている。シュラウド２０は、表面処理（仕上げ）作業のためのシールドおよび支持ハウジングとして機能する。シュラウドの外側には、多軸ポジショナ（位置決め機）２２が設けられている。多軸ポジショナ２２は、例えば、米国のマサチューセッツ州のミルフォードにあるボストンデジタル社から市販されている５軸ＣＮＣ機である。多軸ポジショナ２２の出力軸２４は、マシンスピンドル１６に接続されている。
【００１０】
図２に詳細に示されるように、シュラウド２０の底部の中心開口には、マグネトレオロジカル（ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）流体の硬化ジェットを形成するための磁場−成形サブシステム２７が装着されている。例えば約１０００ガウスの軸方向磁場を形成することができる電気ソレノイド２８が装着されており、これにより、ソレノイドの軸の延出部は、ワークピース１２の研磨される表面部位と空間的に交差している。好ましくは、電気ソレノイド２８に供給する電流を変化させて、磁場強度を所望の強度に変えても良い。電気ソレノイド２８には、従来と同様に、導電性の巻線２９が巻回されている。巻線２９は、例えばスチールによって形成される磁気を通さないシェル３１内に収容されていることが好ましい。
【００１１】
電気ソレノイド２８には、その長手軸方向部分に沿って、改良された成形（形削り）ノズル（以下、ノズルという）３０が設けられている。後述するように、この成形ノズル３０は、新規な改良部分を備えているとともに、ソレノイドの軸方向空間内に部分的に延出している。ノズル３０から流体の平行ジェット３５を射出するため、ノズル３０と流体リザーバ３６との間には、流体供給用のポンプ３４が接続されている。ポンプ３４からの脈動を抑制するため、脈動抑制体（ｐｕｌｓｅ  ｄａｍｐｅｒ）２３が随意的に設けられていても良い。作動流体を和らげるために、冷却手段３７が設けられている。好ましくは、この冷却手段３７は、流体リザーバ３６内に設けられていても良い。流体リザーバ３６内には、所定量のマグネトレオロジカル流体４０が収容されている。マグネトレオロジカル流体４０は、例えば、セリウム酸化物、ダイヤモンドの粉末、アルミナ、および、これらの混合物といった細かく分割された研磨材料を含んでいることが好ましい。図１に示されるように、ワークピース１２から流れ落ちる使用済みのＭＲ流体４７は、シュラウド２０の底部に集まり、再使用のために、出口管２１を通じて重力により流体リザーバ３６へと流れ戻される。
【００１２】
我々は、驚くべきことに、本願に組込まれた引用例に示される従来の成形（形削り）装置の動作時において、マグネトレオロジカル流体が、非常に急速に、しかも、従来のノズルを通じた流通経路の極短い部分だけにわたって硬化することを見出した。この驚くべき発見は、ａ）流体がノズルを通じて流れている間に磁場からシールドされ、ｂ）ノズルの先端での磁界が適切に一点に集中するように形成され、ｃ）ノズルの先端がソレノイドの巻線の外端から内側に引き込んで配置され、これにより、流体を硬化させるための強い軸方向磁場が巻線内の自由空間内に存在する、という条件下で、ノズルの端部から流体が射出された後に、ソレノイドの巻線内の自由空間内で、流体をその全てではないが殆ど硬化させる可能性を引き出す。このような自由空間内での硬化により、ノズルの構造体中に強磁性材料を使用することが可能になり、これにより、電気ソレノイド２８に強磁性コアを設けることができ、ノズル内で流体を硬化させることによって生じる従来装置における粘性ドラグ（ｖｉｓｃｏｕｓ  ｄｒａｇ）を除去することができる。ノズルの先端は、少なくともノズルの外径と等しい距離だけ、好ましくは、ノズルの外径の１倍から４倍の距離だけ、ソレノイドの巻線内に引き込んで配置されている。
【００１３】
成形（形削り）ノズル３０は、管状であり、一般に、軸孔３３を有する円筒部材である。また、成形ノズル３０は、電気ソレノイド２８の巻線２９を支持する随意的な管状のソレノイドライナ４２の内径と略同じ外径を有しており、ソレノイドライナ４２内に配置されている。ノズルは、例えば炭素鋼等の強磁性材料によって形成されており、これにより、ノズルを通じて流れるＭＲ流体は、ソレノイドの磁場からシールドされる。ソレノイドライナ４２は、強磁場を透過する材料、例えば銅やステンレススチールによって形成されている。ノズル３０には、ノズル３０の外面４６に形成された複数の長手方向通路４４が設けられていることが好ましい。この通路４４の第１の端部は、充填空間４８で終端している。充填空間４８は、研磨装置１０の動作中に通路４４を通じてエアーを供給するために、従来の高圧エアー供給源５０に動作的に接続されている。通路の第２の端部は、成形（形削り）ノズル３０の突出端部５２の外周で終端している。これにより、突出端部５２からソレノイドライナ４２の内壁に沿ってソレノイドライナ４２の開口端部５６へと軸方向に流れる略円筒状のエアーカーテン５４が形成される。エアーカーテン５４は、平行ジェット３５とソレノイドライナ４２との間の空間を満たし、平行ジェット３５を乱すことなくソレノイドの外側に流れる。エアーカーテン５４により、ワークピースから飛び散って落ちる使用済みのＭＲ流体は、ソレノイド内に入ることが阻止されるとともに、連続的な平行ジェット３５の吐出を妨害せず、したがって、研磨装置１０の連続動作が可能になる。
【００１４】
動作中、固有の低い粘性を有するＭＲ流体４０は、ポンプ３４によって流体リザーバ３６から吸い込まれ、ノズル３０を通じて圧送される。ＭＲ流体がノズルの出口でソレノイドの軸方向磁場内に入ると、磁性粒子の磁気モーメントが一直線に揃ってフィブリルを形成し、流体中にロッド状の構造体を生じさせる。流体は、湿った粘土のような物理的状態まで硬化し、流れ方向にわたる表面上の粘性が非常に高くなる。流体は、平行ジェット３５として、ワークピースの方向に向かってノズルから射出される。図１および図２に示されるように、ノズル３０の突出端部５２がソレノイド内に引き込んで配置されているため、ジェットは、ノズルから射出された後、軸方向磁場を通過する間、硬化し続ける。ジェットを取り囲む円筒状のエアーカーテン５４は、ジェットの速度と同等の速度で噴出しているため、ジェットの外面は、空力的な乱気流によって悪影響を殆ど或は全く受けない。
【００１５】
ノズル３０の突出端部５２は、本発明の重要な特徴部分である。図４に示されるように、突出端部５２は、ノズル３０の外面から軸孔３３に向かって傾斜している（テーパ状を成している）。このテーパは、一点に集束している。また、突出端部５２は、その先端部５８の近傍に磁場を形成する。図５に示されるように、同一ではあるが、突出しない平坦な端部を有するノズルは、突出する端部を有するノズルによって得られる磁場よりも劣る比較的弱い徐々に拡散する磁場を形成する。
【００１６】
図６および図７に示されるように、ノズルの円筒状の部分から突出端部５２を突出させる重要性は、先端が突出するノズル３０の等力線表示と、先端が突出していないノズル３０’等力線表示とを比較することによって実証される。本発明の範囲において、突出端部の断面形状は、球状、楕円状、円錐状を含むが、これらの形状に限定されない。現在好ましい形状は、円錐台テーパ形状である。図７に示されるように、ノズルの平坦な端部（０°のテーパ角度すなわち９０°の刃先角６０）は、一点に集束することができず、図６の突出端部５２において示されるような磁場を、ノズルの先端の周囲およびノズルの先端を超えた部位に形成することができない。テーパ角度６０は、個々の用途に適合するように変えても良い。図６に示されるように、刃先角を約１５０°にすると、実質的な形状を成す狭いジェットを形成できることが分かった。構造的な理由から、ノズル３０の先端部５８は、円錐に僅かな平坦部を有する円錐台として形成されても良い。
【００１７】
前述したように、ノズル３０は、鉄もしくは冷間圧延された鋼管等の強磁性材料によって形成されており、これにより、ソレノイドの長手方向の殆どにわたって強磁性コアを形成している。軸方向磁場が強化され、同じ規模の場合、本願に組込まれた引用例に開示されたソレノイドよりも非常に小さく安価なソレノイドを使用することができる。コアは、電気ソレノイド２８の長手軸方向の全長にわたって延びていないが、結果的に、コアが無い部分での軸方向磁場は比較的弱く、ノズル３０の突出端部は、一点に集束して、先端部から軸方向に延びる磁場を形成し、ソレノイド内の自由空間内で所望の硬化を生じさせることができる。
【００１８】
本発明に係る装置は、図１に示されるように垂直モードで動作する場合、深い凹面の研磨ジェット表面処理に特に有用である。しかしながら、他の方向での表面処理においても、本発明は、小さい安価なソレノイドを使用できるため、本願に組込まれた引用例に開示された装置よりも優れている。幾つかの非垂直用途においては、節約のため、必要に応じて、本発明のエアーカーテン構成を排除しても良い。
【００１９】
前述した説明から分かるように、ここでは、精密部材の研磨ジェット表面処理を行なう改良されたシステムが提供されている。このシステムにおいて、研磨粒子を含むマグネトレオロジカル流体は、突出端部を有する強磁性磁場−成形ノズルから垂直上方へ射出されるとともに、ソレノイドの内側の磁場内で表面上高い粘性まで硬化され、平行ジェットとして、表面処理される面上に衝突する。本発明に係る突出端部を有するノズルを含むここに述べられたマグネトレオロジカル研磨ジェット表面処理システムの変形および改良は、言うまでも無く、それ自体、当業者に示唆している。したがって、前述した説明は、一例として理解するべきであって、限定的であると理解するべきではない。
【００２０】
このように、本発明に係わるマグネトレオロジカル流体を使用して深い凹面を研磨ジェット表面処理するための装置は、
ワークピースに硬化したマグネトレオロジカル流体を衝突させることによって前記ワークピースを表面処理する装置において、
前記ワークピースから離間した軸方向空間の周囲に複数の電気巻線から成る電気ソレノイドを設け、
前記軸方向空間内に配置され且つ前記マグネトレオロジカル流体を受けて前記軸方向空間からジェットとして射出するノズルを備え、前記ノズルは、強磁性材料によって形成され、前記流体が前記ノズル内にある間、前記電気ソレノイドの磁場によって前記流体が硬化しないように前記流体をシールドし、前記ノズルは、突出先端部を有し、前記電気ソレノイドにより形成した前記磁場を前記突出先端部により集束させて、前記突出先端部及びその近傍に磁場を形成し、前記ノズルの突出先端部は、前記ワークピースから離れるように前記ソレノイドの巻線内に引き込んで配置され、前記ノズルの突出先端部と前記軸方向空間の外端部との間の自由空間で、前記硬化したマグネトレオロジカル流体の少なくとも一部を生じせしめることを特徴とするものであり、
叉、前記突出先端部の形状は、球、楕円、円錐、円錐台から成るグループから選択されることを特徴とするものであり、
叉、前記ノズルが略円筒状を成し、前記ノズルの引き込みの深さは、少なくとも前記ノズルの外径に等しいことを特徴とするものであり、
叉、前記ノズルに形成された少なくとも１つの長手方向通路を更に備え、この長手方向通路は、加圧源からエアーを受けて、前記ノズルの長手方向にエアーを送るとともに、前記自由空間内の前記突出先端部の周囲に前記エアーを送出することを特徴とするものであり、
叉、前記長手方向通路を複数備え、送出された前記エアーが、略円筒状のエアーカーテンを形成することを特徴とするものであり、
叉、マグネトレオロジカル流体の硬化ジェットを供給するための装置において、
ａ）軸方向空間の周囲に複数の導電性巻線を有するソレノイドを備え、前記軸方向空間は、軸方向入口と軸方向出口とを有し、前記巻線は、前記軸方向空間内に磁場を形成し、
ｂ）少なくともその一部が前記軸方向空間内に配置され、マグネトレオロジカル流体を受けて前記軸方向空間からジェットとして射出する強磁性のノズルを備え、前記ノズルは、突出先端部を有し、前記ソレノイドにより形成した前記磁場を前記突出先端部により集束させて、前記突出先端部及びその近傍に磁場を形成し、前記ノズルの突出先端部は、ワークピースから離れるように前記ソレノイドの巻線内に引き込んで配置され、前記ノズルの突出先端部と前記軸方向出口との間の前記軸方向空間内で前記硬化ジェットの少なくとも一部を生じせしめ、更に
ｃ）前記マグネトレオロジカル流体を前記ノズルに供給するための圧送手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、上述のように構成したので、硬化したマグネトレオロジカル流体のジェットを吐出して、深い凹面基板を研磨処理することを可能にならしめた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は深い凹面の表面処理に用いられる本発明に係るマグネトレオロジカル研磨装置の正面から見た部分概略断面図である。
【図２】  図２は図１の円形部分２内の詳細な断面図であり、ソレノイド巻線内で軸方向に配置された本発明に係る磁場−成形（形削り）ノズルを示す図である。
【図３】  図３は図２の３−３線に沿う成形（形削り）ノズルの断面図である。
【図４】  図４はソレノイド内の磁場−成形（形削り）ノズルの断面図であり、磁場−成形（形削り）ノズル内及びその周囲における磁場の強度および方向を示す図である。
【図５】  図５は図４に示される断面図と同様の断面図であり、本発明に関するものではない平坦な端部を有する磁場を形成しないノズルにおける磁場の強度および方向を示す図である。
【図６】  図６は図４に示される断面図と同様の断面図であり、本発明に係る磁場−成形（形削り）ノズルにおける等力線（磁場強度が等しい線）を示す図である。
【図７】  図７は図６に示される図と同様の図であり、図５に示される平坦な端部を有する磁場を形成しないノズルにおける等力線を示す図である。
【符号の説明】
１０  研磨装置
１２  ワークピース
１４  支持チャック
１６  マシンスピンドル
２０  シュラウド
２１  出口管
２２  多軸ポジショナ
２４  出力軸
２７  磁場―成形サブシステム
２８  電気ソレノイド
２９  巻線
３０  成形（形削り）ノズル
３１  シェル
３３  軸孔
３４  ポンプ
３５  平行ジェット
３６  流体リザーバ
４０、４７  マグネトレオロジカル（ＭＲ）流体
４２  ソレノイドライナ
４４  長手方向通路
４８  充填空間
５０  高圧エアー供給源
５２  突出端部
５４  エアーカーテン
５６  開口端部
５８  先端部
６０  テーパ角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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