(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク、励磁コイル、電源、ワークと対面する磁極、強磁性材粒子より構成され、励磁コイルに電圧を印加しワークと対面する磁極間に磁界を発生させながら、ワークと磁極とを相対的に回転あるいは揺動させる磁気研磨装置において、Ａｌ2Ｏ3やＣｅＯ2等を砥材とするスラリー状の研磨液をワークと綿、絹、レーヨン、ナイロン等の繊維を材料とする起毛で被覆した強磁性材粒子との間隙に供給しながら磁気研磨を行うことを特徴とする磁気研磨装置。
【請求項２】
請求項１の磁気研磨装置において、ワーク形状に合わせてワークと磁極との相対位置決めを行う際に、加工点における法線が磁力線の方向とほぼ一致するように法線制御を行うことを特徴とする磁気研磨装置。
【請求項３】
ヨーク、励磁コイル、電源、ワークと対面する磁極、強磁性材粒子より構成され、励磁コイルに電圧を印加しワークと対面する磁極間に磁界を発生させながら、ワークと磁極とを相対的に回転あるいは揺動させる磁気研磨方法において、Ａｌ2Ｏ3やＣｅＯ2等を砥材とするスラリー状の研磨液をワークと綿、絹、レーヨン、ナイロン等の繊維を材料とする起毛で被覆した強磁性材粒子との間隙に供給しながら磁気研磨を行うことを特徴とする磁気研磨方法。
【請求項４】
請求項３記載の磁気研磨方法において、ワーク形状に合わせてワークと磁極との相対位置決めを行う際に、加工点における法線が磁力線の方向とほぼ一致するように法線制御を行うことを特徴とする磁気研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＮＣ工作機械等に切削工具の代わりに磁気研磨ツールを取り付けた研磨装置により、プラスチック製またはガラス製の光学レンズや眼鏡レンズ、あるいは金属製やセラミック製の成型用金型等を高精度かつ効率的に鏡面化するために好適な磁気研磨装置及び磁気研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、図７に示すごとく数１００μｍの粒径の強磁性材粒子２１の表面に粒径数μｍの酸化アルミニウム等の研磨砥粒２２を金属結合状態で付着させ、研磨砥粒２２と強磁性材粒子２１が一体となった磁性研磨材粒子を用いて、図６に示す一般的な構成による磁気研磨装置により磁気研磨を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術に示した磁気研磨装置、および磁気研磨方法では第一に、強磁性材粒子の表面に粒径数μｍの酸化アルミニウム等の研磨砥粒を金属結合状態で付着させただけの磁性研磨材粒子では加工可能なワーク材料が特定の材質のものに限定されてしまう。第二に、強磁性材粒子の表面に粒径数μｍの酸化アルミニウム等の研磨砥粒を金属結合状態で付着させただけの磁性研磨材粒子では研磨による加工熱を十分に放熱することができないため、研磨時間の長さや研磨仕上がり面の品質といった研磨性能に大きな影響を及ぼす。第三に、強磁性材粒子の表面に付着している研磨砥粒はワークと磁性研磨材粒子との摩擦により脱落してしまうと、磁力による拘束力がなくなるため研磨に全く作用しなくなる。さらに第四として、ワーク形状によっては、所望の形状精度を得ることが非常に困難である。例えば球面を含む自由曲面などを従来技術の構成の磁気研磨装置により研磨すると、加工範囲の外側では研磨による除去量が少なく、中心部ほど除去量が多くなる。また、第五に磁極とワークの形状、具体的には非磁性材料のワークの場合、ワークの厚みによって磁束密度が変化するため加工可能なワーク形状が限定されてしまう等、数々の問題点があった。
【０００４】
そこで本発明はこのような問題点を除去するためになされたものであり、ワークの材質や形状に制限を設けることなく短時間で高い形状精度と外観品質を得ることが可能な磁気研磨装置、および磁気研磨方法を提供できることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するもので、ヨーク、励磁コイル、電源、ワークと対面する磁極、強磁性材粒子より構成され、励磁コイルに電圧を印加しワークと対面する磁極間に磁界を発生させながら、ワークと磁極とを相対的に回転あるいは揺動させる磁気研磨装置において、Ａｌ２Ｏ３やＣｅＯ２等を砥材とするスラリー状の研磨液をワークと強磁性材粒子との間隙に供給しながら磁気研磨を行うことを特徴とする。
【０００６】
また、前記強磁性材粒子に代えて、強磁性材粒子を綿、絹、レーヨン、ナイロン等の繊維を材料とする起毛で被覆した磁性研磨材粒子を用いることを特徴とする。
【０００７】
また、前記いずれかの磁気研磨装置において、ワーク形状に合わせてワークと磁極との相対位置決めを行う際に、加工点における法線が磁力線の方向とほぼ一致するように法線制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、前記いずれかの磁気研磨装置において、加工点近傍で測定された磁束密度が一定に保持される制御機能を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の磁気研磨方法は、ヨーク、励磁コイル、電源、ワークと対面する磁極、強磁性材粒子より構成され、励磁コイルに電圧を印加しワークと対面する磁極間に磁界を発生させながら、ワークと磁極とを相対的に回転あるいは揺動させる磁気研磨方法において、Ａｌ２Ｏ３やＣｅＯ２等を砥材とするスラリー状の研磨液をワークと強磁性材粒子との間隙に供給しながら磁気研磨を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、前記強磁性材粒子に代えて、強磁性材粒子を綿、絹、レーヨン、ナイロン等の繊維を材料とする起毛で被覆した磁性研磨材粒子を用いることを特徴とする。
【００１１】
また、前記いずれかの磁気研磨方法において、ワーク形状に合わせてワークと磁極との相対位置決めを行う際に、加工点における法線が磁力線の方向とほぼ一致するように法線制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、前記いずれかの磁気研磨方法において、加工点近傍で測定された磁束密度が一定に保持される制御機能を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の上記の構成によれば、Ａｌ２Ｏ３やＣｅＯ２等を砥材とするスラリー状の研磨液をワークと強磁性材粒子との間隙に供給しながら磁気研磨を行うことで、研磨液が加工熱を十分に吸収してくれるばかりでなく、研磨加工中に研磨液を供給することで前記砥材が常に加工面に行き渡る、また磁性研磨材粒子として繊維を材料とする起毛により被覆された強磁性材粒子を用いることで、図３に示すように起毛間に前記の砥材が保持されるため、研磨時間、外観品質といった研磨性能が大幅に向上するばかりでなく安定する。
【００１４】
さらには、加工点における法線が磁力線の方向とほぼ一致するように法線制御を行い、加工点近傍で測定された磁束密度が一定に保持される制御機能を付加することで、加工部位あるいは加工範囲によらず高い形状精度を得ることが可能となる等、従来技術では得ることのできなかった高能率、高精度、さらには高い外観品質を実現する磁気研磨装置、および磁気研磨方法を提供できることにある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて実施例を説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
【００１６】
（実施例１）
本実施例は、スラリー状の研磨液をワークと強磁性材粒子との間隙に供給しながら磁気研磨を行う実施例であり、図１に基づき説明する。
【００１７】
まず、フェライト製で粒径１０μｍ〜５００μｍの強磁性材粒子８を磁極２４とワーク１の間隙３ｍｍの間に充填し、ヨーク３に磁界をかける。なお、フェライト製の強磁性材粒子８の粒径は、ワークの材質や研磨の前加工の仕上がり面粗度の程度により適正値を選択する。続いて、直線位置決め手段６とワーク回転手段１０により磁極２４とワーク１との相対運動を行うとともに、スピンドル２を回転させる。それと同時に、予め準備しておいたワーク１の研磨に適した砥材と水、界面活性剤、消泡剤等を混合させたスラリー状の研磨液９を図示しない供給ポンプでワーク１と強磁性材粒子８との間に常時もしくは断続的に供給する。
【００１８】
なお、ワークの材質がプラスチックの場合はＡｌ２Ｏ３が、またガラスの場合にはＣｅＯ２が最も適した砥材として挙げられるが、これらに限定されるものではなく前にも述べた通りそれぞれのワークの素材に適した砥材を選定すれば良い。
【００１９】
このようにすることで、加工中にワーク１の表面と強磁性材粒子８との間に常に研磨液中の砥材を供給することができるばかりでなく、加工による摩擦熱を研磨液が吸収してくれるため、短時間で所望の面粗度もしくは外観精度を得ることが容易に実現できた。
【００２０】
（実施例２）
本実施例は、磁性研磨材粒子として、繊維を材料とする起毛により被覆された強磁性材粒子を用い、スラリー状の研磨液をワークと前記強磁性材粒子との間隙に供給しながら磁気研磨を行う実施例であり、図２に基づき説明する。
【００２１】
まず、磁性研磨材粒子１１を下記の手順で作成した。フェライト製で粒径１０μｍ〜５００μｍの強磁性材粒子１２の表面を接着層２５で覆い、接着層２５の表面に繊維製の起毛１３を付着させ、前記の磁性研磨材粒子１１を得る。こうして得られた磁性研磨材粒子１１を磁極２４とワーク１の間隙３ｍｍの間に充填し、ヨーク３に磁界をかける。なお、フェライト製の強磁性材粒子１２の粒径は、ワークの材質や研磨の前加工の仕上がり面粗度の程度により適正値を選択すれば良い。続いて、直線位置決め手段６とワーク回転手段１０により磁極２４とワーク１との相対運動を行うとともに、スピンドル２を回転させる。それと同時に予め準備しておいたワーク１の研磨に適した砥材と水、界面活性剤、消泡剤等を混合させたスラリー状の研磨液９を加工中に図示しない供給ポンプでワーク１と磁性研磨材粒子１１との間に常時もしくは断続的に供給する。このようにすることで、加工中にワーク１の表面と磁性研磨材粒子１１との間に常に研磨液中の砥材を供給することができるばかりでなく、図３に示されるように、強磁性材粒子単体の時に比べ起毛と起毛の間に研磨砥粒１４が多量に保持される。従って研磨砥粒１４がワーク１の表面に接触する機会が増えることで研磨能率がより一層向上し、短時間に所望の面粗度もしくは外観品質を得ることができた。
【００２２】
（実施例３）
本実施例は、加工点における法線が磁力線の方向とほぼ一致するようにワークの法線制御を行いながら磁気研磨を行う実施例であり、図４に基づき説明する。
【００２３】
強磁性材粒子や研磨液については実施例１、実施例２で説明したもの、あるいはワークの材質や前加工の面粗度に合わせたものを使用し、なおかつ図１あるいは図２に示す装置構成に加えて図４に示すようにワーク１を旋回中心１９を中心に旋回させ、研磨の際の接触点、すなわち任意の加工点Ｐnに立てた法線１７が磁力線の方向１５とほぼ一致するようにワークの法線制御を行うためのワーク旋回手段を付加する。前記の装置構成によりワークの法線制御を行うことで、例えば球面を含む自由曲面形状を有するワークにおいても、加工点、正確には加工範囲が常に磁極２４の中心部となるため、加工部位によらず研磨による除去量がほぼ一定となる。よって、非磁性材料でなおかつ複雑な自由曲面形状を有するワークであっても所望の形状精度を容易に得ることが可能となった。
【００２４】
（実施例４）
本実施例は、加工点近傍で測定された磁束密度が一定に保持される制御機能を有する磁気研磨装置を用いた磁気研磨の実施例であり、図５に基づき説明する。
【００２５】
実施例３の装置構成と制御方法に加え、図５の２０に示される磁束密度測定センサーにより加工点近傍における加工中の磁束密度の大小を監視するとともに、前記の磁束密度が常に一定となるように、図示はしないが磁束密度にフィードバックがかけられる閉ループ電流制御回路を構成する。このような構成とすることで、加工点における厚みの変化が生じる、例えば球面を含む自由曲面形状を有するワークの場合であっても磁束密度が一定にコントロールされるため、強磁性材粒子の結合力すなわち研磨圧を一定に保つことが可能となる。よって、従来は所望の形状精度を得ることが非常に困難とされていた複雑な自由曲面形状を有する非磁性材料ワークであっても所望の形状精度を容易に得ることが可能となった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、加工中にスラリー状の研磨液をワークと強磁性材粒子との間隙に供給し、また磁性研磨材粒子として繊維を材料とする起毛により被覆された強磁性材粒子を用いることで、ワークの材質を選ばずに研磨時間短縮、面粗度改善、外観品質向上といった研磨性能を大幅に向上させることが可能となる。さらには、加工点における法線が磁力線の方向とほぼ一致するように法線制御を行い、加工点近傍で測定された磁束密度が一定に保持される制御機能を付加することで、加工部位あるいは加工範囲によらず高い形状精度を得ることが可能となる。従って従来技術では得ることのできなかった高能率、高精度、さらには面粗度向上や高い外観品質を実現する磁気研磨装置、および磁気研磨方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で用いた磁気研磨装置の構成を示す図
【図２】実施例２で用いた磁気研磨装置の構成を示す図
【図３】実施例２で用いた磁性材研磨粒子の断面図
【図４】実施例３で用いた磁気研磨装置の構成を示す図
【図５】実施例４で用いた磁気研磨装置の構成を示す図
【図６】従来技術の磁気研磨装置の構成を示す図
【図７】従来の磁気研磨方法で用いられる磁性研磨材粒子の断面図
【符号の説明】
１  ワーク
２  スピンドル
３  ヨーク
４  励磁コイル
５  電源
６  直線位置決め手段
７  直線位置決め手段駆動用モーター
８  強磁性材粒子
９  スラリー状の研磨液
１０  ワーク回転手段
１１  磁性研磨材粒子
１２  強磁性材粒子
１３  起毛
１４  研磨砥粒
１５  磁力線の方向
１６  強磁性材粒子
１７  法線制御を行った状態における任意の加工点Ｐnに立てた法線
１８  ワークが水平状態における任意の加工点Ｐnに立てた法線
１９  ワークの旋回中心
２０  磁束密度測定センサー
２１  強磁性材粒子
２２  研磨砥粒
２３  従来技術の磁性研磨材粒子
２４  磁極
２５  接着層
【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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