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磁気混合流体を用いた平面研磨における
ワークに作用する力と加工量分布の関係
富山高等専門学校
松葉寿明，赤羽里夢，西田均，山本久嗣
背景・目的
機器や部品の小型化に伴い複雑形状を有する微細金型の需要が増加している．この金型の精密研磨手法として磁気混合流体(MCF) を用い
た研磨の適用が検討されているが種々の条件と加工量の関係は未だ明らかにされておらず，条件設定に時間を要すという課題を有している．
本研究では研磨条件設定の簡易化を図るため，MCFを用いた平面研磨におけるワークに作用する力と加工量分布の関係を明らかにする．
実験方法
実験装置・実験条件および加工原理
表1 実験条件
研磨実験方法
Polishing tool
(ELCH2S)
φ20
φ5
 印加磁場：直流磁場
パルス磁場(f = 0.1 Hz，Duty比0.5)
z
30
 研磨時間：40分間 / 80分間
Coil
Polishing tool
Number of revolution of
polishing tool
500 rpm
Magnetic flux density
0.180 T ( z = 1 mm )
軸力・トルク測定方法
Clearance
0.50 ~ 2.00 mm
Amount of MCF
2.3 ml
 印加磁場：直流磁場
表2 供試流体成分
MF ( MSGS60
)
39.2 wt.%
表ワーク諸元
 研磨時間：60 秒間
Iron powder ( 1.2 µm, HQ )
30.4 wt.%
Al2O3 abrasive ( 3 μm )
20.0 wt.%
Rubber ring
Reaction torque
sensor
Press force
sensor
Details
MCF element
評価方法
α-cellulose
6.4 wt.%
Kerosene
4.0 wt.%
 研磨実験より断面形状，
加工量を評価
表3 ワーク諸元
 軸力・トルク測定より
図1 実験装置外観
平均軸力，平均トルク
図2 MCF平面研磨加工原理
を算出
Size [mm]
φ30×10
Material
C3604
Intial roughness Ra
0.466 μm
実験結果・考察
ルス磁場ともに加工領域の形状が悪く研磨に適さない
 直流磁場はδ = 1.25 mmで断面形状，加工量ともに
優れ，また軸力のピークを持つ
DC，δ = 1.25 mm
10
t = 40 min
t = 80 min
-14 -12 -10
 パルス磁場はδ = 1.00 ~ 1.75 mmで断面形状，加工
軸力と加工量分布の間には相関関係があり，直流磁
-8
-2
0
2
4
6
Radial position [mm]
8
10
12
14
2
4
◆ 40 min(DC)
■ 80 min(DC)
▲ 40 min(f = 0.1 Hz)
× 80 min(f = 0.1 Hz)
2
t = 80 min
1
0
0
0
-1
0.5
12
-14 -12 -10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
図3 断面曲線
0.3
Mz [mNm]
Fz(30-60)
Fz(0-5)
0.1
10
Material removal [mg]
0.0025
Mz(0-5)
0.0020
Mz(30-60)
0.0015
0.0010
1.0
1.5
Clearance δ [mm]
2.0
2.5
2.5
8
6
4
2
0.0005
0
2.0
◆ 40 min(DC)
■ 80 min(DC)
▲ 40 min(f = 0.1 Hz)
× 80 min(f = 0.1 Hz)
14
Radial position [mm]
0.4
1.0
1.5
Clearance [mm]
図4 加工範囲
-2
-4
0.0030
0.5
6
-3
0.5
0
8
t = 40 min
t = 0 min
になると考えられる
Fz [N]
-4
f = 0.1 Hz，δ = 1.25 mm
3
場での軸力が最大となる隙間間隔が最適な加工条件
0.2
-6
4
Profile curve [μm]
量ともに優れる
12
t = 0 min
Removal length [mnm]
Profile curve [μm]
 断面曲線よりδ = 0.50 ~ 0.75 mmでは直流磁場，パ
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
0
0
0.5
図5 平均軸力(左)，平均トルク(右)
1.0
1.5
Clearance δ [mm]
2.0
2.5
0
0
0.5
1.0
1.5
Clearance δ [mm]
2.0
図6 加工量分布
まとめ
直流磁場における軸力と加工量の間には相関関係があり，軸力を測定することで研磨条件設定の簡易化が図れる可能性がある
2.5

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