JP5396025B2 - 磁性螺旋研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性螺旋研磨装置に関し、特に、磁界磁性による吸引反発作用を制御して、有効且つ快速的に被加工物の螺旋表面にあるバリや残留屑を研磨でき、被加工物表面を快速に精密に研磨する目的を達成できるものに関する。

近年来、微小電子機械システムや精密機械のボールネジ部材、航空宇宙軍事の精密昇降や方向機構、車両伝動システム及び精密測定器具等の関連領域についての研究や応用が注目され、それらのシステムに必要とする複雑の表面を有する螺旋パーツは、特に、精密伝動親ねじ部材や微細の螺旋表面等の高効率且つ高精度の作製技術は、重要な研究課題になっている。

国防軍事科技の応用方面から、例えば、標準アームシステム用途の砲身の方向や昇降機構の高精度成形ネジ棒加工の場合、残留されたバリや微細屑の除去問題については、既存の従来加工法では、有効に螺旋表面を精密に仕上げできず、特に、より複雑である外螺旋表面を有する軸や棒の応用上において、加工時間が長くて、また、加工の長さが制限されている。

微細研磨材螺旋研磨加工によれば、有効にバリを除去して、快速的に前加工工程によって、被加工物表面に残留された残留屑や変質層を仕上げでき、また、表面粗度を向上でき、表面を精密に研磨する目的が達成され、例えば、日本大森整らの五人による２００２年発明特許によれば、金属無し粘着研磨石や電解仕上げ研磨方法とその装置について検討し、電解作用により、研磨粒と研磨粒を保持する炭素含有非金属材の結合部を形成することにより、優れた加工効率が実現され、良い加工効果が得られるが、該加工方法は、研磨石で被加工物を電解仕上げ研磨する時、表面粗度が改善されるが、外螺旋や複雑な外形を有する加工し難い被加工物表面を研磨する時、その材料除去する能力等の送り効率や表面粗度技術を改善すべきである。Ｖ．Ｋ．Ｇｏｒａｎａらは、２００４年に、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．２０１−２１１国際誌において、研磨材流動加工の押出し圧力や研磨材濃度及び研磨粒粒度が、材料除去量や表面粗度、裁断力及び作動研磨粒密度に対する影響について検討し、それらの加工パラメータは、例えば、研磨粒粒径や研磨材類別、濃度混合比、加工時間及びワーク材質であり、該加工方法は、研磨材で、圧力往復運動により、直接に被加工物に対して、材料除去や表面粗度改善を行うが、精密伝動機構について、例えば、ボールネジや軍事武器の昇降や方向ネジ棒等の加工し難い被加工物の螺旋表面を研磨する時、材料除去能力等の送り効率や表面粗度改善の効果が限られている。また、Ｖ． Ｋ． Ｊａｉｎらは、２００４年に、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ、 Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．１０１９−１０２９国際誌において、研磨粒と電磁流体力学精密研磨を結合する加工方法を発表し、異なる研磨材を配置することが、表面粗度や材料除去量に対する影響を検討した。その後、磁極を回転することにより、磁性研磨材が連動されて転動され、その磁極の形状や転動速度が、表面粗度や材料除去量に対する影響について検討したが、複雑な外形を有する螺旋曲面等の加工し難い表面について、その材料除去能力や表面精度等の効果が限られている。

上記の従来技術によれば、被加工物の表面精度が改善されるが、有効に、外表面が複雑である微細螺旋表面や溝或いは非規則形状であるものについえ、バリや残留屑及び変質層を除去できないため実用的とはいえない。
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．２０１−２１１国際誌 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．１０１９−１０２９国際誌

本発明の主な目的は、磁界磁性による吸引反発作用を制御して、有効且つ快速的に被加工物の螺旋表面にあるバリや残留屑を研磨でき、被加工物表面を快速に精密に研磨する目的を達成できる磁性螺旋研磨装置を提供する。

本発明の他の目的は、磁性材が含まれる研磨材を本体内に封入して、有効に工場の金属粉塵や微細金属浮遊粉塵及び切り屑を低減し、環境保護の要求を満足できる磁性螺旋研磨装置を提供する。

本発明の更の他の目的は、構造が簡単で、メンテナンスや研磨材を充填することが便利で、大量生産できる磁性螺旋研磨装置を提供する。

本発明は、上記の目的を達成するため、少なくとも、主軸クランプホルダーと転動棒、本体、磁力制御装置、固定スリーブ、支持フレーム及び撹拌装置から構成される磁性螺旋研磨装置である。該被加工物を研磨する時、まず、被加工物を該本体内に設置し、また転動棒で固定し、そして本体内に研磨材を充填し、本発明の装置を加工機械上に固定してから加工パラメータを設定し、該加工機械スピンドルを駆動することにより、該主軸クランプホルダーと転動棒が連動され、該転動棒により被加工物が転動し、該研磨材が、被加工物とともに、固定スリーブ内において螺旋転動し、また、撹拌装置で撹拌されることにより、循環運動を行いながら該被加工物を研磨し、そして、該磁力制御装置を駆動し、該磁力制御装置で正負磁界を調整制御し、磁界磁力による吸引反発作用で磁性材含有研磨材が連動され、循環運動を行う研磨材が該被加工物に対して、更に精密に研磨でき、また、該被加工物が研磨された後、加工機械と磁力制御装置を停止させ、該被加工物を取り外す。

図１は、本発明の立体断面概念図である。図のように、本発明は、磁性螺旋研磨装置とその方法であり、本発明に係わる螺旋磁性研磨装置１は、少なくとも、主軸クランプホルダー１１と転動棒１２、本体１３、磁力制御装置１４、固定スリーブ１５、支持フレーム１６及び撹拌装置１７が備えられる。

該主軸クランプホルダー１１の一端が加工機械のスピンドルに螺合される。

該転動棒１２が、被加工物２に合わせて、該主軸クランプホルダー１１にロックされて固定され、該被加工物２が本体１３内の上蓋１３１と固定スリーブ１５を貫通して撹拌装置１７に抵当するため、研磨の安定度や研磨効果が向上され、また、該被加工物２は該上蓋１３１や固定スリーブ１５及び撹拌装置１７との間において、それぞれ、軸受や転動シールが設けられ、また該軸受は玉軸受でもよい。

該本体１３は、上蓋１３１と基座１３２及びケーシング１３３から構成され、該ケーシング１３３は、該上蓋１３１と該基座１３２との間に位置し、該上蓋１３１と基座１３２及びケーシング１３３の外形は円状で、鉄金属や非鉄金属から選ばれたものからなり、該本体１３の内部に研磨材が収納され、該研磨材は、エンジンオイルや潤滑油と、磁性材と、異なる粒径である炭化けい素や他の研磨粒とが混合されるもの、或いはシリコン油と、ロウ油と、該磁性材と、異なる粒径である炭化けい素や他の研磨粒が添加された高分子エマルジョンとが混合されるものであり、また、該本体１３に更に温度測定装置が実装される。

該磁力制御装置１４は、該本体１３に接続され、該ケーシング１３３を囲み、また電磁石であってもよい。

該固定スリーブ１５は、その両端が該本体１３のケーシング１３３に接続され、該固定スリーブ１５の底部には、該基座１３２上に固定される支持フレーム１６が設けられ、該固定スリーブ１５は、その内径の大きさと形状が被加工物２の内径の大きさと形状に応じて調整できる。

該撹拌装置１７は、固定スリーブ１５と支持フレーム１６の中心の下方に位置し、該基座１３２上に設けられる複数の撹拌羽根や転動棒があり、また、該被加工物２が該撹拌装置１７の転動中心に設置され、中空である固定スリーブ１５と支持フレーム１６との間を貫通して転動棒１２に固定され、これにより、固定スリーブ１５と支持フレーム１６で該基座１３２上に固定され、該撹拌装置１７の大きさや形状及び配列は被加工物２の大きさや形状及び配列に応じて調整でき、これにより、研磨材の流動が大幅に向上される。以上のように、新規の螺旋磁性研磨装置１が構成される。

図２〜図４は、それぞれ本発明の実施例の側面概念図と本発明の研磨流れの概念図及び本発明使用状態の概念図である。図のように、本実施例では上記の螺旋磁性研磨装置１で被加工物２に対して研磨する、

該螺旋研磨方法は、少なくとも次の工程が含まれる。

被加工物２を、固定スリーブ１５と支持フレーム１６に貫通して、該転動棒１２と撹拌装置１７との間に位置させ、該転動棒１２により、該被加工物２が固定され、また、該磁力制御装置１４が接続された本体１３内に研磨材３が充填される工程５１がある。

該螺旋磁性研磨装置１の上端に位置する主軸クランプホルダー１１と加工機械４のスピンドル４１とを螺合し、その下端を加工機械４の挟み持ち装置４２に固定する工程５２がある。

各加工パラメータを設定する工程５３がある。該加工パラメータは、研磨材粒径や研磨材濃度、研磨材種類、加工隙間、固定スリーブの内径と種類、加工時間及び撹拌装置の形式と加工回転速度である。

該加工機械４を駆動し、加工機械４のスピンドル４１を介して、該主軸クランプホルダー１１を駆動し、転動棒１２を転動させることにより、被加工物２により研磨材３が連動され、該研磨材３は、被加工物２の螺旋転動と撹拌装置１７の撹拌により、固定スリーブ１５と支持フレーム１６内で、循環運動を行い、この時、固定スリーブ１５の内径と被加工物２の螺旋外径の間にある単一辺の径方向の差が加工隙間になり、該被加工物２を研磨する工程５４がある。

そして、該磁力制御装置１４を駆動し、該磁力制御装置１４で、正負磁界を調整制御し、磁界磁力による吸引反発作用で、磁性材が含まれる研磨材３が連動され、固定スリーブ１５と支持フレーム１６内で、循環運動を行う研磨材３が、更に、該被加工物２を精密に研磨する工程５５がある。

加工機械４と磁力制御装置１４を停止して、被加工物２を取り出す工程５６がある。

上記の工程５４において、該研磨材が、被加工物２の螺旋転動と撹拌装置１７の撹拌によって固定スリーブ１５と支持フレーム１６内で撹拌されることができない場合、該研磨材３が粘りが強いため、該研磨材３は、被加工物２の螺旋転動と撹拌装置１７の撹拌とにより、該研磨材３の粘りが、加工条件と時間にもよるが、低下して流動可能の研磨流体になる。

本発明に係わる装置は、被加工物２の螺旋転動と撹拌装置１７の撹拌及び被加工物２の外径と固定スリーブ１５内径とにより形成された加工隙間を利用して、研磨材３を伝送して被加工物２表面に螺旋押出し接触により細微の量である材料で除去研磨作用を実現し、更に、磁力制御装置１４で、研磨材３に対して磁性による吸引反発作用を掛け、そのため、快速的に被加工物２の外表面のバリや残留屑或いは変質層を除去でき、また、更に精密の加工表面が得られ、微細のバリを除去できる。

以上のように、本発明は、磁性螺旋研磨装置とその方法であり、有効に従来の諸欠点を改善でき、磁性による吸引反発作用で、有効且つ快速に被加工物の螺旋表面にあるバリや残留屑を研磨でき、被加工物表面を快速且つ精密に研磨でき、また、本発明は、磁性材が含まれる研磨材を密封の本体内に設置するため、工場の金属粉塵や微細の金属浮遊粉塵及び切り屑を低減でき、より清潔な環境が得られ、また、本発明によれば、構造が簡単でメンテナンスや研磨材を充填することが便利で、大量生産できるため、本発明は、より進歩的かつより実用的で法に従って特許請求を出願する。

以上は、ただ本発明のより良い実施例であり、本発明はそれによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

本発明の立体断面概念図 本発明の実施例の側面概念図 本発明の研磨流れの概念図 本発明の使用状態概念図

符号の説明

１ 螺旋磁性研磨装置
１１ 主軸クランプホルダー
１２ 転動棒
１３ 本体
１３１ 上蓋
１３２ 基座
１３３ ケーシング
１４ 磁力制御装置
１５ 固定スリーブ
１６ 支持フレーム
１７ 撹拌装置
２ 被加工物
３ 研磨材
４ 加工機械
４１ スピンドル
４２ 挟み持ち装置
５１ 工程
５２ 工程
５３ 工程
５４ 工程
５５ 工程
５６ 工程

Claims (4)

1. 少なくとも、加工機械のスピンドルに螺合される主軸クランプホルダー（１１）と、
   該主軸クランプホルダー（１１）にロックされて固定される転動棒（１２）と、
   上蓋（１３１）と基座（１３２）及びこれら上蓋（１３１）と基座（１３２）との間に位置するケーシング（１３３）から構成され、鉄金属や非鉄金属から選ばれた金属から成ると共に研磨材が内部に収納される本体（１３）と、
   該本体（１３）に接続され、該ケーシング（１３３）を囲む磁力制御装置（１４）と、
   両端が該本体（１３）のケーシング（１３３）に接続される固定スリーブ（１５）と、
   該基座（１３２）上に設けられ、該固定スリーブ（１５）を支持する支持フレーム（１６）と、
   該基座（１３２）と該支持フレーム（１６）の間に設置される撹拌装置（１７）が含有され、
   上記磁力制御装置（１４）が、電磁石であって、正負磁界を調整制御され、磁界磁力による吸引反発作用で磁性材が含まれる該研磨剤を、該固定スリーブ（１５）と該支持フレーム（１６）内で循環運動せしめるように構成される、
   ことを特徴とする、磁性螺旋研磨装置。
2. 該研磨材は、エンジンオイルや潤滑油と、該磁性材と、異なる粒径である炭化けい素や他の研磨粒とが混合されるものであることを特徴とする、請求項１に記載の磁性螺旋研磨装置。
3. 該研磨材は、シリコン油と、ロウ油と、該磁性材と、異なる粒径である炭化けい素や他の研磨粒が添加された高分子エマルジョンとが混合されるものであることを特徴とする、請求項１に記載の磁性螺旋研磨装置。
4. 該本体（１３）は、更に、温度測定装置が実装されることを特徴とする、請求項１に記載の磁性螺旋研磨装置。