JP4741212B2 - 磁気粘性研磨装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気粘性流体を使用する、表面の研磨方法に関する。

例えばガラスの光学レンズ、半導体、管、及びセラミックである製作品は、樹脂、ゴム、ポリウレタン又は他の固体材料で製作された一部材の研磨工具を使用する技術で研磨されてきた。研磨工具の作用表面は、製作品の表面と一致させなければならない。このため、研磨用複合体表面は複雑にされ、大規模の製造に適合させるのは困難である。更に、そのような固体研磨用工具からの伝熱は、一般に好ましくなく、更にそれによって、過熱され変形された製作品及び研磨用工具がもたらされ、従って製作品の表面及び／又は工具の形状は損傷を受けてしまう。

１９９２年１０月２７日に提出された同時係属中の出願第９６６，９１９号及び１９９２年８月１４日に提出された同時係属中の出願第９３０，１１６号は、磁気粘性流体の組成、磁気粘性流体を使用して物を研磨する方法、及び開示された研磨方法に従って使用可能な研磨装置を開示している。その出願に開示された方法及び装置は従来の技術に対して十分な改良を開示しているが、装置、方法、達成される結果を改良する更なる改良が可能である。

本発明は、磁気粘性研磨流体（ＭＰ流体）で物を研磨する改良された装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、磁気粘性流体で物を研磨する、自動的に制御可能な、かなり正確な方法と、改良された研磨装置に関する。本発明の方法は、磁気粘性流体内に研磨領域を製作し、研磨される物を流体の研磨領域に接触させ、研磨される物の表面からの材料の除去速度を決定し、最適な研磨効率のために、例えば磁場の強さ、静止時間、及びスピンドルの速度である、作動パラメータを計算し、更に作動パラメータに従って該物と該流体の少なくとも一方を他方に対して移動させる工程を具備する。

研磨装置は、研磨される物と、容器内に収容されている又はされていない磁気粘性流体と、磁場を引き起こす手段と、少なくとも一つの構成要素を一つ又は複数の他の構成要素に対して移動させる手段とを具備する。研磨される物は、磁気粘性流体に接触され、磁気粘性流体、磁場を引き起こす手段、及び／又は研磨される物は、動かされ、物の全ての面は、磁気粘性流体にさらされる。

本発明の方法及び装置では、磁気粘性流体は、流体が研磨される物と接触する領域の磁場によって作動される。磁場によって、ＭＰ流体は、降伏点が磁場の強度及び粘性に依存する可塑的にされた固体の特徴を得る。流体の降伏点は十分に高く、流体は好適な研磨表面を形成し、更に研磨粒子の移動が可能にされる。磁気粘性流体の好適な粘性及び弾性は、磁場によって作動される際に、研磨粒子に対する抵抗をもたらし、その結果、粒子は製作品を研磨する十分な力を有する。

図１は、本発明の方法に関して作動される研磨装置の略図である。図１では、円筒形の容器１は、磁気粘性研磨流体（ＭＰ流体）２を有する。好適な実施形態では、ＭＰ流体２は、研磨剤を有する。好適には容器１は、ＭＰ流体２に不活性の非磁性の材料で構成される。図１では、容器１は、断面が半分の円筒形状であり、平坦な下部を有する。しかしながら、より詳細に説明されるように、容器１の特有の形状は、研磨される製作品に適合するように変更可能である。

例えばブレードである器具１３は、容器１内に配置されて、研磨の際にＭＰ流体を連続して攪拌する。研磨される製作品４は、回転可能な製作品用スピンドル５に結合される。好適には製作品用スピンドル５は、非磁性の材料で製作される。製作品用スピンドル５は、スピンドル用送り台８に固定されかつ垂直方向に移動可能である。スピンドル用送り台８は、プログラムに作成可能な制御システム１２からの電気信号に従って作動する、従来のサーボモータによって駆動可能である。

容器１の回転は、好適には容器１の下の中央の位置に配置される容器のスピンドル３によって制御される。容器用スピンドル３は、従来のモータ又は他の動力源によって駆動可能である。

電磁石６は容器１に近接して配置され、製作品４を収容する領域でＭＰ流体２に影響を与えることが可能である。電磁石６は、研磨を実施するのに十分な磁場を引き起こすことが可能でなければならず、好適には少なくとも約１００ｋＡ／ｍの磁場を引き起こす。電磁石６は、制御システム１２に結合された動力供給ユニット１１からの巻線７によって作動される。電磁石６は、電磁石用送り台９に設置され、更に好適には容器１の半径方向に沿う、水平方向に移動可能である。電磁石用送り台９は、プログラムに作成可能な制御システム１２からの電気信号に従って作動する、従来のサーボモータによって駆動可能である。

巻線７は、研磨の間、動力供給ユニット１１によって作動され、磁場を引き起こしかつＭＰ流体２に影響を及ぼす。好適には、ＭＰ流体は、製作品４に近接する領域の不規則な磁場によって影響を受ける。この好適な実施形態では、場の強度の等しい線は、該場の傾斜に対して垂直又は直角であり、更に磁場の力は、製作物４の表面に垂直に、容器の下部の方に向けられた傾斜である。電磁石６からの磁場の適用により、研磨される表面に近接する限定された研磨領域１０におけるＭＰ流体の粘性及び可塑性が変えられる。研磨領域１０の大きさは、電磁石６の磁極片の間の隙間及び電磁石６の先端の形状によって規定される。好適にはＭＰ流体の研磨剤の粒子は、実質的に研磨領域１０のみのＭＰ流体によって影響を受け、製作品４の表面に抗するＭＰ流体の圧力は、研磨領域１０内が最も高い。

ここで説明される方法及び装置に使用されるＭＰ流体２の組成は、好適には、ここでは参考として組み込まれている、１９９２年１０月２７日に提出された同時係属中の出願第９６６，９１９号、１９９２年１０月２７日に提出された同時係属中の出願第９６６，９２９号、１９９２年８月１４日に提出された同時係属中の出願第９３０，１１６号、及び１９９２年４月１４日に提出された同時係属中の出願第８６８，４６６号に説明されている。好適な実施形態では、複数の磁性粒子と、安定剤と、水及びグリセリンで構成される集まりから選択される担持流体とを具備する、同時係属中の出願第９６６，９１９号又は第９３０，１１６号に従って構成されたＭＰ流体が使用される。更に好適な実施形態では、（好適にはカルボニル鉄粒子である）磁性粒子は、酸化を抑制するポリマー材料の保護層で覆われる。好適には保護層は、機械的な応力に耐え、更に実施可能な程度に薄い。好適な実施形態では、コーティング材料はテフロン（商標）である。粒子は、マイクロカプセル化の通常の方法によってコーティング可能である。

図１に示される研磨装置は、以下のように作動可能である。製作品４は、製作品用スピンドル５に結合され、容器１の下部に対してクリアランスｈをもってスピンドル用送り台８によって配置され、好適には研磨される製作品４の一部分はＭＰ流体２に浸される。該クリアランスｈは、製作品の研磨を可能にする任意の適切なクリアランスであることも可能である。クリアランスｈは、図８に説明されるように、製作品４の材料の除去速度Ｖに影響を及ぼし、更に研磨領域１０が製作品４に接触する接触領域Ｒ_Ｚのサイズに影響を及ぼす。好適には、クリアランスｈが選択されると、接触領域Ｒ_Ｚの表面領域は、製作品４の表面領域の三分の一よりも小さくなる。クリアランスｈは、研磨工程の間に変更されることも可能である。

好適な実施形態では、製作品４及び容器１の両方が回転され、好適には、互いに逆向きに回転される。容器用スピンドル３が回転され、容器１が回転する。容器用スピンドル３は、中心軸回りに回転し、好適には、研磨をもたらすのに十分ではあるが、実質的にＭＰ流体２を容器１から噴出するあるいは飛沫を立てるのに十分な遠心力を発生するほどでない速度で容器１を回転させる。好適な実施形態では、容器は一定の速度で回転される。容器１の運動は、ＭＰ流体２の新しい部分を製作品４が配置された領域まで連続して提供し、更に研磨領域１０で研磨される製作品の表面と接触するＭＰ流体２の連続運動をもたらす。好適な実施形態では、好適には水又はグリセリンである付加的な担持流体は、研磨の際に付加されて、蒸発した担持流体を補充し、従って流体の特性を維持する。

製作品用スピンドル５も中心軸回りに回転され、製作品４に回転運動を与える。好適な実施形態では、製作品用スピンドル５は、２０００ｒｐｍまでの速度で作動し、約５００ｒｐｍが特に好適である。製作品用スピンドル５の運動は、連続して、製作品４の表面の新しい部分を研磨領域１０と接触させ、その結果、研磨される表面の周囲に沿った材料の除去は、概略規則的になる。

ＭＰ流体２の研磨剤の粒子が研磨領域と接触するために、研磨領域の幅を有する環状の領域は、製作品４の表面まで徐々に研磨される。研磨は、一又はそれより多いサイクルで達成され、各サイクルで製作品から増分の量の材料が除去される。製作品４の全表面の研磨は、電磁石用送り台９を使用して電磁石６を半径方向に移動することによって達成され、電磁石用送り台９によって、製作品の表面に対して研磨領域１０が移動される。

電磁石６の半径方向の運動は、連続又は不連続のステップであることが可能である。電磁石６の運動が連続である場合、運動の軌道の各点の電磁石６の適切な速度Ｕ_Ｚが算出される。電磁石の速度Ｕ_Ｚは、以下の式に従って算出可能である。

（Ｉ） Ｕ_Ｚ＝２Ｒ_Ｚ／ｔ
又は
（II） Ｕ_Ｚ≦２Ｒ_ＺＶ／ｋ_３
ここでＲ_Ｚは、製作品４と接触する研磨領域の接触領域の半径（ｍｍ）、ｔは、一サイクルで接触領域Ｒ_Ｚが研磨される時間（秒）、Ｖは材料の除去速度（μｍ／分）、及びｋ_３は、研磨の一サイクルの間に除去される製作品の材料層の厚さ（μｍ）である。

Ｒ_Ｚは、上述されたように、クリアランスｈの関数である。材料の除去速度Ｖは、クリアランスｈ及び容器１が回転される速度から、経験的に決定されることが可能である。材料の除去速度Ｖは、ある時間内にある点から除去される材料の量を計測することによって決定されることが可能である。研磨の一サイクルの間に除去される製作品の材料層の厚さｋ_３は、完成される製作品に必要な精度の関数であり、ｋ_３は、局所誤差累積を最小にするために選択されることが可能である。例えば、光学ガラスが研磨される場合、ｋ_３の値は、必要な波の形状に対する適合性によって決定される。一サイクルで接触領域Ｒ_Ｚが研磨される時間は、以下の式に従って計算される。

ｔ≦ｋ_３／Ｖ
ｋ_３及びマグネットの速度Ｕ_Ｚが決定されると、必要なサイクル数及び研磨に必要な時間が決定されることが可能である。製作品４を研磨するためのサイクルの総数Ｎを計算するために、研磨の際に除去される材料層の厚さＫは、以下の式に従って計算される。

Ｋ＝ｋ_１＋ｋ_２
ここでｋ_１は初期の表面粗さ（μｍ）であり、ｋ_２は表面下の損傷を受けた層の厚さ（μｍ）である。従って、必要なサイクル数Ｎは、以下の式を使用して決定可能である。

Ｎ＝Ｋ／ｋ_３
各サイクルに必要な時間ｔ_ｃは、以下の式を使用して計算可能である。

ｔ_ｃ＝Ｒ_Ｗ／Ｕ_Ｚ
ここで、Ｒ_Ｗは製作品の半径である。図５は、製作品の半径Ｒ_Ｗ、接触領域Ｒ_Ｚ、クリアランスｈ、及び例えば図１に示されたような平坦な製作品のマグネットの速度Ｕ_Ｚの関係を示す。

研磨に必要な総時間Ｔは、以下の式を使用して計算可能である。

Ｔ＝ＮＲ_Ｗ／Ｕ_Ｚ
ここで、Ｎは必要なサイクル数、Ｒ_Ｗは製作品の半径、Ｕ_Ｚは電磁石６の速度である。

電磁石６が個々のステップで移動される場合、各ステップの静止時間が決定されなければならない。好適な実施形態では、全材料の除去は、各ステップで一定に維持される。段階的な研磨の際に一定量の材料を除去するために、連続するステップで接触領域Ｒ_Ｚが重複されて材料が除去されることを考慮しなければならない。重複係数Ｉは、以下の式によって決定される。

Ｉ＝ｒ／２Ｒ_Ｚ
ここで、ｒは一ステップでの製作品の変位（ｍｍ）であり、Ｒ_Ｚは接触領域の半径である。一ステップでの変位ｒは、例えば以下の例で詳細に示されるような、予備の試験からの結果を使用して経験的に決定されることが可能である。

あるサイクルの各ステップの静止時間ｔ_ｄは、以下の式に従って決定されることが可能である。

ｔ_ｄ＝ｋ_３Ｉ／Ｖ
ここで、ｋ_３は研磨の一サイクルの際に除去される製作品の材料層の厚さであり、Ｉは重複係数であり、Ｖは、あるクリアランスｈ及び容器１のある速度での製作品の材料除去速度Ｖである。

段階的な研磨のための、一サイクル中のステップ数ｎ_ｓは、以下の式を使用して決定可能である。

ｎ_ｓ＝Ｒ_Ｗ／ｒ
ここで、Ｒ_Ｗは製作品の半径であり、ｒは一ステップ当たりの製作品の変位である。製作品の研磨に必要なサイクルの総数Ｎは、連続研磨に使用される以下の式を使用して計算可能である。

Ｎ＝Ｋ／ｋ_３
ここで、Ｋは研磨の間に除去される材料層の厚さであり、ｋ_３は研磨の一サイクルの間に除去される製作品の材料層の厚さである。段階的な研磨に必要な総時間Ｔは、以下の式を使用して計算される。

Ｔ＝ｔ_ｄｎ_ｓＮ
ここで、ｔ_ｄは各ステップの静止時間であり、ｎ_ｓは一サイクルのステップ数であり、Ｎは総サイクル数である。

本発明の好適な実施形態では、制御ユニット１２のコンピュータプログラムは、連続又は段階的な研磨のために、これらの計算を基礎として準備されることが可能である。従って、製作品４を研磨する全工程は、自動制御の下で処理されることが可能である。図１に示されるように、好適には制御ユニット１２は、入力装置２６、処理ユニット２７、及び信号発信装置２８を有する。

本発明の他の実施形態では、形状の生成の精度、又は必要な形状及び公差に対する完成された製作品の一致は、接触領域Ｒ_ＺにおけるＲ_Ｚの関数Ｖ［Ｒ_Ｚ］としての材料の除去速度の空間分布を決定するための検査の実施によって改良可能である。除去速度の空間分布は、以下の例及び図４で詳細に説明される、連続近似方法によって決定可能である。従って、除去速度の空間分布は、例えば上述された式を使用する静止時間ｔ_ｄである、研磨プログラムのパラメータをより正確に決定するために使用可能である。この場合、静止時間は、以下の式を使用して決定可能である。

ｔ_ｄ＝ｋ_３Ｉ／Ｖ［Ｒ_Ｚ］
図２を参照し、本発明の他の実施形態が示される。この実施形態は、例えば球形及び非球形の光学レンズである、凸状の製作品の非常に有効な研磨を達成する。図２では、容器２０１は円形の凹部であり、研磨領域２１０に近接する内側の壁の湾曲部の半径は、製作品２０４の湾曲部の最も大きい半径よりも大きい。研磨の際、容器２０１に関する流体２０２の動きを最小にすることが望まれる。ＭＰ流体２０２のこの動き又は滑りを最小にするために、容器２０１の内側の壁は、ナップ又は多孔性の材料２１５の層で覆われることが可能であり、ＭＰ流体２０２と容器２０１の壁との間の信頼性のある機械的な粘着部を提供する。

製作品用スピンドル２０５は、回転可能なテーブル２１６と結合されたスピンドル用送り台２０８に結合される。回転可能なテーブル２１６は、テーブル用送り台２１７に結合される。スピンドル用送り台２０８、回転可能なテーブル２１６、及びテーブル用送り台２１７は、プログラムに作成可能な制御システム２１２からの電気信号に従って作動する従来のサーボモータによって駆動可能である。回転可能なテーブル２１６により、製作品用スピンドル２０５は、水平軸２１４回りに連続して揺動可能であり、あるいはスピンドル２０５の初期の垂直軸２１８に対して角度αで配置可能である。好適には、軸２１４は、製作品用スピンドルの初期の垂直位置の研磨される表面の湾曲部の中央に配置される。スピンドル用送り台２０８により、研磨される表面の湾曲部の中央が、軸２１４に関してδだけ垂直移動されることが可能となる。テーブル用送り台２１７は、スピンドル用送り台２０８及び製作品用スピンドル２０５を備えた回転可能なテーブル２１６を移動し、製作品２０４の研磨される表面と容器２０１の下部との間の必要なクリアランスを獲得しかつ維持する。この実施形態では、電磁石２０６は、不動でありかつ容器２０１の下方に配置され、その結果、製作品用スピンドル軸２１８が研磨領域２１０の面に対して垂直である場合に、その磁気間隙はその軸を中心に対称である。図２に説明される装置は、全ての他の点で図１に示された装置と同様である。

研磨装置は以下のように作動する。製作品２０４を研磨するために、製作品用スピンドル２０５に取着された製作品２０４が配置されると、製作品２０４の湾曲部の半径の中心が、回転可能なテーブル２１６の回転位置（回転軸２１４）に一致される。次いで、研磨される製作品の除去速度が、研磨される製作品と類似の試験製作品を使用して経験的に決定される。続いて製作品２０４の研磨が、回転可能なテーブル２１６を使用して、研磨領域２１０に関してその表面を移動することによって自動的に行われ、回転可能なテーブル２１６は、製作品用スピンドル２０５を揺動させかつ計算された処理レジームに従って角度αを変更する。

スピンドル２０５が揺動される最大の角度αは、以下の式を使用して決定される。

ｃｏｓα_ｍａｘ＝（Ｒ_ｓｆ−Ｌ）／Ｒ_ｓｆ
ここで、Ｒ_ｓｆは全球面の半径である。図６に示されるように、Ｒ_ｓｆは、製作品が球面である場合に、実際の製作品２０４の湾曲部の半径に基づいて、製作品の半径が何であるかを表す。Ｌは、図６に示されるように、製作品２０４の厚さを表し、更にＬは、以下の式を使用して計算される。

Ｌ＝Ｒ_ｓｆ−Ｒ_ｓｆ ^２−Ｒ_Ｗ ^２
更に図６に示される接触領域の角度寸法βは、以下の式を使用して決定可能である。

ｃｏｓβ＝（Ｒ_ｓｆ−ｈ_０）／Ｒ_ｓｆ
ここで、Ｒ_ｓｆは全球面の半径であり、ｈ_０は、容器２０１の下部と、図６に示されるような湾曲された製作品の接触領域Ｒ_Ｚの端部との間のクリアランスである。接触領域の高さｈ_０は、以下の式を使用して決定可能である。

ｈ_０＝Ｒ_ｓｆ−Ｒ_ｓｆ ^２−Ｒ_Ｚ ^２
ここで、Ｒ_ｓｆは全球面の半径であり、Ｒ_Ｚは接触領域の幅である。

製作品用スピンドル２０５の揺動は、連続又は段階的であることが可能である。製作品用スピンドル２０５が連続して揺動される場合には、この運動の角速度ω_Ｚは、以下の式によって決定される。

ω_Ｚ≧βＶ／ｋ_３
ここでβは接触領域の角度寸法であり、Ｖは材料の除去速度であり、ｋ_３は、研磨の一サイクルの間に除去される製作品の材料層の厚さである。従って、一サイクルの存続期間ｔ_ｃは、以下の式を使用して計算可能である。

ｔ_ｃ＝α_ｍａｘ／ω_Ｚ
ここで、α_ｍａｘはスピンドル２０５が揺動される最大角度αであり、ω_Ｚは揺動運動の角速度である。

製作品２０４を研磨する総サイクル数Ｎを計算するために、研磨の際に除去される材料層の厚さは、以下の式に従って計算される。

Ｋ＝ｋ_１＋ｋ_２
ここで、ｋ_１は初期の表面粗さ（μｍ）であり、ｋ_２は、表面下の損傷を受けた層の厚さ（μｍ）である。従って、必要なサイクル数Ｎは、以下の式を使用して決定される。

Ｎ＝Ｋ／ｋ_３
ここで、ｋ_３は、研磨の一サイクルの間に除去される製作品の材料層の厚さである。

従って、製作品の研磨に必要な総時間Ｔは、以下の式を使用して計算可能である。

Ｔ＝ｔ_ｃＮ
ここで、ｔ_ｃは一サイクルの存続期間であり、Ｎは必要なサイクル数である。

製作品用スピンドル２０５が個々のステップで揺動される場合には、各ステップの静止時間が計算されなければならない。各ステップの静止時間を計算する際には、重複係数Ｉを考慮する必要がある。重複係数Ｉは以下の式で決定される。

Ｉ＝α_ｓ／β
ここで、βは接触領域の角度寸法であり、α_ｓは一ステップ当たりの角度変位である。一ステップ当たりの角度変位α_ｓは、以下の式によって計算可能である。

α_ｓ＝α_ｍａｘ／ｎ_ｓ
ここで、α_ｍａｘはスピンドル２０５が揺動される最大の角度αであり、ｎ_ｓは一サイクル当たりのステップ数である。一サイクル当たりのステップ数は、以下の式を使用して計算可能である。

ｎ_ｓ＝α_ｍａｘ／β
ここで、α_ｍａｘはスピンドル２０５が揺動される最大の角度αであり、βは接触領域の角度寸法である。研磨中の現在の角度は以下の式を使用して計算可能である。

α＝α_ｓＮ_ｓ
ここで、α_ｓは一ステップ当たりの角度変位であり、Ｎ_ｓは現在のステップ数である。

製作品２０４を研磨する総サイクル数を計算するために、研磨の際に除去される材料層の厚さは、以下の式に従って計算される。

Ｋ＝ｋ_１＋ｋ_２
ここで、ｋ_１は初期の表面粗さ（μｍ）であり、ｋ_２は表面下の損傷を受けた層の厚さ（μｍ）である。従って、必要なサイクル数Ｎは、以下の式を使用して決定可能である。

Ｎ＝Ｋ／ｋ_３
ここで、ｋ_３は、研磨の一サイクルの間に除去される製作品の材料層の厚さである。

各ステップの静止時間は、以下の式を使用して計算可能である。

ｔ_ｄ＝ｋ_３Ｉ／Ｖ
ここで、ｋ_３は研磨の一サイクルの間に除去される製作品の材料層の厚さであり、Ｉは重複係数であり、Ｖは材料の除去速度である。従って、製作品の研磨に必要な総時間Ｔは、以下の式を使用して計算可能である。

Ｔ＝ｔ_ｄｎ_ｓＮ
ここで、ｔ_ｄは各ステップの静止時間であり、ｎ_ｓは一サイクル当たりのステップ数であり、Ｎは必要なサイクル数である。

表面の形状が変更できないこと、あるいは表面の各位置での特有の材料の除去目標が、静止時間を変更することによって達成可能であることが必要とされる場合、研磨は、表面の各位置から均等に材料を除去する状況の下で行われる。

非球面の製作品２０４が研磨される際、手順は、球面の製作品について説明されたものと概略同様である。非球面の製作物２０４は、研磨される製作品の部分の湾曲部の半径に依存して静止時間を変更することによって、必要な形状に研磨可能である。非球面の製作品の研磨の他の実施形態では、製作品用スピンドル２０５もまた、研磨の際に垂直に移動可能である。非球面の物を研磨するために、上述された計算は、湾曲部の異なる半径を有する製作品の各部分のために達成可能である。製作品が角度αまで揺動される場合、研磨される非球面の製作品の部分の湾曲部の半径が変化する。研磨される製作品２０４の部分の湾曲部の瞬間の半径を回転位置２１４に一致させるために、製作品用スピンドル２０５の揺動は、非球面の物を研磨する際に、スピンドル用送り台２０８によって垂直な運動を伴わされる。

更に、必要な場合には、磁場の強度もまた、研磨の際の各処理段階で変更可能である。材料の除去速度Ｖは、図７に示されるように、磁場の強度Ｇの関数である。それゆえ、例えば静止時間又はクリアランスである、作動パラメータの量の変更が可能である。従って、磁場の強度は、研磨工程を制御する他の手段として使用可能である。

図３を参照して、本発明の他の実施形態が示される。図３には、容器３０１の内側の壁は、電磁石３０６の隙間を通じて延長する付加的な円形の凹部を有する。容器３０１の内側の壁のこの構成によって、より小さく、より集中された研磨領域３１０がもたらされ、更にＭＰ流体３０２と容器３０１との間の粘着性の増加が達成される。より小さく、より集中された研磨領域によって、より小さい接触領域Ｒ_Ｚがもたらされる。全ての他の点において、図３に示される実施形態は、図２に示される実施形態と同様である。

例１
ガラスレンズの研磨は、図２に示される装置を使用して達成された。製作品２０４は以下のような初期のパラメータを有する。

ａ）ガラスの型式・・・・・・・・・・・・・・・・ＢＫ７
ｂ）形状・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・球面
ｃ）直径、ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・・２０
ｄ）湾曲部の半径、ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・４０
ｅ）中央の厚さ、ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・１５
ｆ）形状に対する初期の適合性、波・・・・・・・・０．５
ｇ）初期の表面粗さ、ｎｍ、ｒｍｓ・・・・・・・・１００
電磁石の磁極片２０６に近接する内側の壁の湾曲部の半径が２００ｍｍである容器２０１が使用された。中心軸２１９からの半径は１４５ｍｍであり、容器の凹部の幅は６０ｍｍであった。容器２０１は、以下の組成を有する３００ｍｌのＭＰ流体２０２で満たされた。

成分 重量百分率
ポリリット（Polirit）（セリウム酸化物） １０
カルボニル鉄粉末（Carbonyl iron powder） ６０
エアロジル（Aerosil）（ヒュームドシリカ） ２．５
グリセリン ５．５
蒸留水 残分
材料の除去速度を決定するために、研磨される製作品と同一の試験製作品２０４が、任意に選択された標準パラメータで研磨された。試験製作品は、製作品用スピンドル２０５に取着されかつスピンドル用送り台２０８によって配置され、研磨される製作品の表面と回転可能なテーブル２１６（軸２１４）の回転位置との間の距離は、４０ｍｍ（製作品２０４の表面の湾曲部の半径）と等しくされた。回転可能なテーブル２１６を使用して、製作品２０５の回転軸は、角度α＝０°の垂直位置に調節された。研磨される製作品２０４の表面と容器２０１の下部との間のクリアランスｈは、テーブル用送り台２１７を使用して２ｍｍに調節された。

続いて、製作品用スピンドル２０５及び容器２０１の両方が回転された。製作品用スピンドルの回転速度は５００ｒｐｍであり、容器の回転速度は１５０ｒｐｍであった。２０ｍｍに等しい磁気間隙を有する電磁石２０６は、製作品の表面の近くの磁場の強度が約３５０ｋＡ／ｍであるレベルで作動された。全てのパラメータは一定に保持され、製作品は、明瞭な領域を製作するのに十分である、約１０分の間研磨された。

次に、製作品が製作品用スピンドル２０５から取り外された。次いで、適切な光学顕微鏡を使用して計測が行われ、製作品の中央からの距離Ｒ（ｍｍ）の関数として、元の表面から除去された材料の量Ｈ（μｍ）が決定された。ここで説明される例では、チャプマンインストラメント（Ｃｈａｐｍａｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）ＭＰ２０００光学プロファイラーが使用され、除去された材料の量が計測された。利用可能な度量衡学に依存して、約２０の測定が２０ｍｍの距離に及んで行われる。この例では、１６の測定が１９．７ｍｍに及んで行われた。この例のこれらの計測の結果が、図４に描かれている。これらの結果は、設置された機械の研磨領域を規定し、製作品を完成するために必要な研磨プログラムの計算の入力値として使用される。研磨プログラムの計算のためにこの例で得られる入力値は、以下のようである。

１．製作品のパラメータ：
ａ）全球面の半径、Ｒ_ｓｆ、ｍｍ・・・・・・・３９．６
ｂ）製作品の半径、Ｒ_Ｗ、ｍｍ・・・・・・・・２４．３
２．研磨領域のパラメータ：
ａ）接触領域の半径、Ｒ_Ｚ、ｍｍ・・・・・・・１７．９
ｂ）（ｄ／ｄｒ）（ｄＨ／ｄｒ）＝０、Ｒ_ｄ、ｍｍの
位置の半径・・・・・・・・・・・・・・・１０
ｃ）Ｈの最大値、Ｈ_ｍａｘ、μｍ・・・・・・・２１．５
ｄ）Ｈの最小値、Ｈ_ｍｉｎ、μｍ・・・・・・・・０．５
３．研磨領域の除去された材料の空間分布：
Ｒ、ｍｍ Ｈ、μｍ
０．０ １５．２
３．３ １９．５
５．１ ２１．５
６．４ ２０．９
７．５ １９．２
８．９ １６．８
１０．８ １１．９
１２．４ ９．８
１３．８ ６．７
１５ ５．１
１６．２ ３．８
１７．２ ３．０
１８．２ １．９
１８．６ １．３
１９．３ １．３
１９．７ ０．５
これらの入力値を使用して、製作品の完成に必要とされる研磨が決定される。本発明の好適な実施例では、コンピュータプログラムが使用され、必要なパラメータが計算されかつ研磨の作動が制御される。研磨の要件の決定は、角度αを変更するステップ数、各ステップの角度αの値、及び各ステップの静止時間の決定を有し、その結果、上述されたような、研磨領域の重複による製作品の表面上の材料の除去が一定に維持される。

この例の製作品のパラメータ、研磨領域のパラメータ、及び研磨領域の除去された材料の空間分布は、研磨方法の間にシステムを制御するのに使用される。この例では、結果が、この目的のためにコンピュータプログラムに入力された。計算の結果は以下の通りであった。

研磨レジーム
表１
角度α 時間係数 制御半径、ｍｍ
０．００ １．０００ ０．００
１．７９ １．０００ １．２５
３．５８ １．０００ ２．４９
５．３７ １．０００ ３．７４
７．１６ １．０００ ４．９８
８．９５ １．０００ ６．２２
１０．７４ １．２０８ ７．４５
１２．５３ １．２０８ ８．６８
１４．３２ １．２０８ ９．８９
１６．１１ １．４１６ １１．１０
１７．９０ １．６２４ １２．２９
１９．７０ １．８３２ １３．４８
２１．４９ ２．０４０ １４．６５
２３．２８ ２．０４０ １５．８１
２５．０７ ２．０４０ １６．９５
２６．８６ １．６２４ １８．０７
２８．６５ １．８３２ １９．１８
３０．４４ ３８．１１９ ２０．２６
ここで使用されているように、制御半径は、製作品の中央の垂直の軸に対する研磨領域の相対位置を表す。制御半径は角度αによって決定され、研磨の際、制御半径は、制御される制御半径よりもむしろ角度αによって決定される。

次いで、各角度の静止時間が、定数によって表１の時間係数を増加させることによって分に変換される。時間係数を静止時間に変換するのに使用される定数は、製作品の特徴に依存する。ここでの例では、この不変量は、経験的に５分に決定された。

表１からの結果を使用して、プログラムに作成可能な制御装置２１２は、プログラムが組まれた。研磨される製作品２０４が製作品用スピンドル２０５に取着され、試験製作品のための説明された手続きが、プログラムに作成可能な制御装置２１２の自動的な制御の下で繰り返された。以下の結果が得られた。

研磨結果
形状に対する最終的な適合性、波・・・・・・・１
最終的な粗さ、μｍ・・・・・・・・０．００１１
上述された実施形態に加えて、本発明の装置の複数の代わりの実施形態が存在する。これらの代わりの実施形態の幾つかは、図９〜３０で示される。これらの図によって示されるように、磁気粘性流体、磁場を引き起こす手段、及び研磨される物を移動する手段又は互いに関する磁場を引き起こす手段のみが、本発明に関する装置の構成に必要である。例えば、図９〜１１は、磁気粘性流体が容器に収容されない本発明の実施形態を説明する。

図９では、ＭＰ流体９０２は電磁石９０６の極片に配置される。電磁石９０６が配置され、その結果、電磁石９０６が製作する磁場は、研磨される物９０４の特有の表面部分にのみ作用し、研磨領域を製作する。作動中、物９０４が回転される。続いて、電磁石９０６と物９０４のいずれか、あるいは電磁石９０６及び物９０４の両方が移動され、その結果、段階的に物の全表面が研磨される。電磁石９０６、研磨される物９０４、又は両方が、互いに関して垂直及び／又は水平面内を移動可能である。研磨の際、磁場の強度もまた必要に応じて調整され、物９０４を研磨する。研磨の予め決定されたプログラムに従う物９０４の回転、電磁石９０６及び／又は物９０４の運動、及び磁場の強度の調整により、研磨される物９０４の表面からの材料の除去が制御される。

図１０は、湾曲表面を研磨する装置を説明する。図１０では、ＭＰ流体１００２は、電磁石１００６の極片に配置される。電磁石１００６は、構成されて、研磨される物１００４の幾つかの表面部分のみに影響を及ぼす磁場を発生する。球面又は非球面を有する研磨される物１００４が回転される。電磁石１００６は、図１０の矢印によって示されるように、物１００４の湾曲部の半径に相当する軌道に沿って角度α移動され、その結果、予め決定された研磨プログラムに従って、電磁石は物の表面に平行に移動され、従って、部分表面に沿って材料の除去が制御される。

図１１では、更にＭＰ流体１１０２は、電磁石１１０６の極片に配置される。電磁石は、構成されて、研磨される物１１０４の幾つかの表面部分にのみ作用する磁場を発生する。作動中、球面又は非球面の表面を有する研磨された物１１０４が回転される。続いて、研磨される物１１０４が揺動され、その結果、図１１に示される角度αが、０から、製作品のサイズ及び形状に依存する値まで変化する。電磁石１１０６に関して製作品１１０４を揺動すること、従って予め決定された研磨のプログラムに関して角度αを変更することにより、研磨される物の表面に沿って材料の除去が制御される。

図１２では、ＭＰ流体１２０２は、容器１２０１内に配置される。電磁石１２０６は、容器１２０１の下に配置されかつ構成されて、容器１２０１内のＭＰ流体１２０２の一部分又は研磨領域１２１０にのみ影響を与える磁場を引き起こす。研磨領域１２１０のＭＰ流体は、磁場の存在下で有効に材料を除去するための塑性特性を必要とする。研磨される物１２０４は回転され、電磁石１２０６は、研磨される表面に沿って移動される。続いて製作品は、研磨される物の表面に沿う材料の除去を制御する予め決定されたプログラムに従って研磨可能である。

図１３では、ＭＰ流体１３０２は容器１３０１内に配置される。電磁石１３０６は、構成されて、ＭＰ流体１３０２の一部分又は研磨領域１３１０にのみ影響を与える磁場を引き起こす。従って、ＭＰ流体１３０２は、研磨領域１３１０に配置された研磨される物１３０４の部分にのみ影響を与える。一致する軸を備えた、研磨される物１３０４及び容器１３０１は、等速又は異なる速度で、同一又は反対方向に回転される。割り当てられたプログラムに従って、容器の表面に沿って迅速に電磁石１３０６を移動することによって、研磨領域１３１０は移動されかつ研磨される物の表面に沿う材料の除去が制御される。

図１４では、ＭＰ流体１４０２は容器１４０１内に配置される。永久磁石１４０６のシステムを収容するケーシング１４１９は、容器１４０１の下に設置される。各磁石１４０６によって製作される電磁場は、研磨される物の一部分又は研磨領域１４１０にのみ影響を与える。作動中、研磨される物１４０４及び容器１４０１は、同時に回転される。研磨される物１４０４及び容器１４０１の回転軸は、互いに関して偏心している。ケーシング１４１９又は研磨される物１４０４、あるいはその両方は、研磨の予め決定されたプログラムに従って同時に移動され、研磨される物の表面に沿う材料の除去が制御される。

図１５では、ＭＰ流体１５０２は容器１５０１内に配置される。電磁石１５０６は容器の下に配置され、その結果、電磁石の磁場は、容器１５０１内のＭＰ流体１５０２の一部分又は研磨領域１５１０にのみ影響を及ぼす。球面又は湾曲された形状を有する研磨される物１５０４及び容器１５０１は、同一又は反対方向に回転される。研磨中、物１５０４は揺動され、図１５に示される角度αが、０から、物１５０４のサイズ及び形状に依存する値まで変化する。物１５０４及び容器１５０１の回転、及び角度αは、予め決定された研磨のプログラムに従って制御される。結果として、研磨される物の表面に沿う材料の除去が制御される。

図１６では、ＭＰ流体１６０２は長手の容器１６０１内に配置される。容器１６０１の内側の凹部の形状は、物１６０４の表面に平行に選択され、容器の内側の壁は、α＝０の際に、物１６０４の母線から等距離である。電磁石１６０６は、容器１６０１の下方に配置され、ＭＰ流体１６０２の一部分又は研磨領域１６１０に磁場を引き起こす。作動中、電磁石１６０６は容器１６０１の下部に沿って移動され、物１６０４及び容器１６０１は回転される。更に物は、研磨プログラムの間に角度αまで揺動される。物１６０４及び容器１６０１の回転、電磁石１６０６の運動、及び予め決定された研磨プログラムに従う物１６０４の揺動により、研磨される物１６０４の表面からの材料の除去が制御される。

図１７では、ＭＰ流体１７０２は、環状の凹部を備えた円形の容器１７０１内に配置される。電磁石１７０６は容器１７０１の下に配置される。電磁石１７０６は選択され、電磁石の磁場は、ＭＰ流体１７０２の一部分又は研磨領域１７１０に影響を及ぼす。研磨される物１７０４及び容器１７０１は、同一又は反対方向に、等速又は異なる速度で回転される。研磨プログラムに従う、容器１７０１の環状の凹部の下部に沿った電磁石１７０６の迅速な移動により、研磨される物１７０４の表面に沿った材料の除去が制御される。

図１８では、ＭＰ流体１８０２は、環状の凹部を備えた円形の容器１８０１内に配置される。容器の下部はナップ材料１８１５で覆われ、ナップ材料１８１５は、容器の下部１８０１に関するＭＰ流体１８０２の滑りを防止し、更に物の表面からの材料の除去速度を増加させる。電磁石１８０６は、容器の凹部１８０１の下に配置される。電磁石１８０６の極片は選択され、電磁石の磁場は、ＭＰ流体の一部分又は研磨領域１８１０にのみ影響を及ぼし、それゆえ電磁石１８０６は、研磨される物１８０４の表面の部分にのみ影響を及ぼす。

研磨される物１８０４、長手の容器１８０１、又はその両方は、等速又は異なる速度で、同一又は反対方向に回転される。更に電磁石１８０６は、研磨プログラムに従って研磨される物１８０４の表面に関して移動される。

図１９では、ＭＰ流体１９０２は、円形の容器１９０１の環状の凹部内に配置される。容器の凹部の湾曲部の半径は、研磨後の必要な物１９０４の湾曲部の半径に相当して選択され、凹部１９０１の内側の壁は研磨される物１９０４の表面まで等距離にされる。スピンドル１９０５に配置された研磨される物１９０４及び容器１９０１は、等速又は異なる速度で、同一又は反対方向に回転される。電磁石１９０６は、予め決定されたプログラムに従って容器の凹部１９０１の下部に沿って移動され、研磨される物の表面に沿う材料の除去が制御される。

図２０では、更にＭＰ流体２００２は、環状の凹部を備えた円形の２００１容器内に配置される。電磁石２００６は容器２００１の下に配置される。電磁石２００６の極片は、電磁石の磁場がＭＰ流体２００２の一部分又は研磨領域２０１０のみに影響を及ぼすように選択され、それゆえ電磁石の磁場は、研磨される物２００４の表面部分にのみ影響を及ぼす。

研磨される物２００４及び容器２００１は、等速又は異なる速度で、同一又は反対方向に回転される。更に研磨される物２００４は、容器に関して揺動される。物は、予め決定されたプログラムに従う研磨の際に、垂直位置から角度αまで揺動され、研磨される表面に沿う材料の除去が制御される。

図２１では、ＭＰ流体２１０２は、くぼみ２１２０を有する環状の凹部を備えた円形の容器２１０１に配置される。電磁石２１０６の極片は、電磁石の磁場がＭＰ流体２１０１の一部分又は研磨領域２１１０にのみ影響を及ぼすように選択される。図２１では、磁場によって影響を及ぼされるＭＰ流体２１０２のその部分は、くぼみ２１２０の内部又は上に配置される。

研磨される物２１０４は回転される。更に、研磨される物２１０４は、割り当てられたプログラムに従って、容器の回転面に垂直な軸に関して角度αまで揺動され、研磨される物の表面に沿う材料の除去が制御される。

図２２では、ＭＰ流体２２０２は円筒形の容器２２０１内に配置される。研磨される物２２０４ａ、２２０４ｂ等はスピンドル２２０５ａ、２２０５ｂ等に固定され、スピンドル２２０５ａ、２２０５ｂ等は水平面内を回転可能なディスク２２２１に固定される。電磁石２２０６は容器の下に取着され、容器２２０１の全表面に沿って磁場を製作する。

ディスク２２２１、容器２２０１、及び研磨される物２２０４ａ、２２０４ｂは、同一又は反対方向に、等速又は異なる速度で回転される。磁場の強度と、ディスク、容器、及び物の回転を調整することによって、研磨される物の表面からの材料の除去速度が制御される。

図２３では、ＭＰ流体２３０２は容器２３０１内に配置される。電磁石２３０６は、容器の下部の下方に取着される。電磁石の極片は選択されて、電磁石は磁場を製作し、磁場は、容器２３０１のＭＰ流体２３０２の一部分又は研磨領域２３１０にのみ影響を与える。研磨される物２３０４ａ、２３０４ｂ等はスピンドル２３０５ａ、２３０５ｂ等に固定され、スピンドル２３０５ａ、２３０５ｂ等は、ディスク２３２１に関して回転可能であり、ディスク２３２１上に取着される。更にディスク２３２１は、容器２３０１に関して回転可能である。

ディスク２３２１、研磨される物２３０４ａ、２３０４ｂ等、及び容器２３０１は、等速又は異なる速度で、同一又は反対方向に回転される。更に、電磁石２３０６は、容器の表面に沿って迅速に移動される。この回転、及び容器の表面に沿う電磁石２３０６の移動が調整されて、研磨される物の表面からの材料の除去が制御される。

図２４では、ＭＰ流体２４０２は容器２４０１内に配置される。電磁石２４０６ａ、２４０６ｂ等は容器の下部の近くに配置される。電磁石２４０６ａ、２４０６ｂ等の極片は、各電磁石が容器の流体２４０２の一部分又は研磨領域２４１０ａ、２４１０ｂ等にのみ影響を与える場を製作するように選択される。研磨される物２４０４ａ、２４０４ｂ等はスピンドル２４０５ａ、２４０５ｂ等に配置され、スピンドル２４０５ａ、２４０５ｂ等は、取着されるディスク２４２１に関して回転可能である。ディスク２４２１、研磨される物２４０４ａ、２４０４ｂ等、及び容器２４０１は、等速又は異なる速度で、同一又は反対方向に回転される。更に電磁石２４０６ａ、２４０６ｂ等は、容器２４０１の下部表面に沿って半径方向に移動される。この回転及び容器の表面に沿う電磁石２４０６ａ、２４０６ｂ等の移動が調整されて、研磨される物の表面からの材料の除去が制御される。

図２５では、ＭＰ流体２５０２は、環状の凹部を備えた円形の容器２５０１内に配置される。研磨される物２５０４ａ、２５０４ｂ等はスピンドル２５０５ａ、２５０５ｂ等に配置される。電磁石２５０６ａ、２５０６ｂ等は容器２５０１の下に配置され、電磁石に引き起こされる磁場は、ＭＰ流体の全容量及び研磨される物の全表面に影響を及ぼす。容器２５０１及び研磨される物２５０４ａ、２５０４ｂ等は、同一又は反対方向に、等速又は異なる速度で回転される。更に電磁石に引き起こされる磁場の強度も制御される。この結果、研磨される物の表面からの材料の除去が制御される。

図２６では、ＭＰ流体２６０２は、環状の凹部を備えた円形の容器２６０１内に配置される。研磨される物２６０４ａ、２６０４ｂ、２６０４ｃ、２６０４ｄ等はスピンドル２６０５ａ、２６０５ｂ、２６０５ｃ、２６０５ｄ等に配置され、スピンドル２６０５ａ、２６０５ｂ、２６０５ｃ、２６０５ｄ等は、水平面内を回転可能なディスク２６２１に取着される。

電磁石２６０６ａ、２６０６ｂ等は容器の表面の下に取着される。電磁石の極片は選択され、電磁石は、容器の全幅に及んで磁場を製作する。

容器２６０１、ディスク２６２１、及び研磨される物２６０４ａ、２６０４ｂ、２６０４ｃ、２６０４ｄを等速又は異なる速度で、同一又は反対方向に回転することによって、ある磁場の強度の材料の除去速度が制御される。

図２７では、ＭＰ流体２７０２は、環状の容器を有する円形の容器２７０１内に配置される。電磁石２７０６は、容器３５０１の全表面に沿って磁場を引き起こす。研磨される物２７０４ａ、２７０４ｂ、２７０４ｃ、２７０４ｄ等はスピンドル２７０５ａ、２７０５ｂ、２７０５ｃ、２７０５ｄ等に配置される。スピンドル２７０５ａ、２７０５ｂ、２７０５ｃ、２７０５ｄ等は、水平面内を回転可能なディスク２７２１ａ、２７２１ｂ等に配置される。ディスク２７２１ａ、２７２１ｂ等は、スピンドル２７２４ａ、２７２４ｂ等に配置される。この図は、複数の物を同時に研磨することが可能な一つの構想を説明する。

図２８では、ＭＰ流体２８０２は容器２８０１内に配置される。永久に固定された磁石２８２３を備えた二つのユニット２８２２ａ、２８２２ｂは、容器２８０１の内側に取着される。

研磨される平坦な物２８０４は、ユニット２８２２ａ及び２８２２ｂの間に配置される。ユニット２８２２ａ及び２８２２ｂは水平軸回りに回転される。これらのユニットは等速で回転され、磁場及び研磨領域２８１０は、異なる符号の極片が互いに反対に位置する際に製作される。研磨される物２８０４は、研磨領域が物の両方の表面に製作されるように移動される。材料の除去速度は、ユニット２８２２ａ、２８２２ｂの回転速度、及び物２８０４が垂直に移動される速度で制御される。

図２９では、ＭＰ流体２９０２は容器２９０１内に配置される。マグネット２９２３を備えたユニット２９２２は、容器の内側に配置され、研磨される物２９０４の移動方向に垂直な軸に沿って回転可能である。マグネットはユニットに配置され、並行して配置された永久磁石は、互いに関して異なる符号の極片を有し、マグネットの間に研磨領域２９１０が製作される。

研磨は、ユニット２９２２を回転すること、及び垂直面内の研磨される物２９０４へ走査運動を与えることによって達成される。材料の除去速度は、ユニット２９２２の回転速度と、研磨される物が移動される速度とを変更することによって制御される。

図３０は、球面の物を研磨する装置を説明する。物３００４ａ、３００４ｂ等は、頂部の容器３００１ｂと下部の容器３００１ａとの間に形成された溝３０２５に配置される。溝３０２５には、電磁石３００６によって引き起こされる磁場の影響を受けるＭＰ流体３００２が満たされる。作動中、頂部の容器３００１ａ及び下部の容器３００１ｂは、互いに反対方向に回転される。容器３００１ａ及び３００１ｂと共にＭＰ流体３００２が回転することにより、球面の物が研磨される。

本発明の研磨装置の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 典型的な製作品の、製作品の中心からの距離の関数としての、除去される材料の量を示すグラフである。 平坦な製作品の研磨を制御する本発明の方法に使用されるパラメータを説明する概略の図である。 湾曲された製作品の研磨を制御する本発明の方法に使用されるパラメータを説明する概略の図である。 研磨の際の材料の除去速度と磁場の強度との関係を示すグラフである。 研磨の際の材料の除去速度と、製作品と製作品が研磨される容器の下部との間のクリアランスとの関係を示すグラフである。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。 本発明の他の実施形態の断面の側面図である。

Claims (54)

1. 磁性粒子と、前記磁性粒子の酸化を抑制するための保護材料の層と、安定剤と、担持流体とを含む磁気粘性流体を保持するようになっている表面からクリアランスをもって製作品を位置決めし、
   前記磁気粘性流体の流れを、前記クリアランスを介して導入し、
   概ね前記クリアランスに磁場を適用して磁気粘性流体内に研磨ないし加工領域を製作し、前記領域は、前記製作品の表面の一部分に係合して前記一部分において材料を除去するための一時的な工具を形成しており、前記領域は、仕上げられる製作品の表面の区域よりも小さい区域において製作品の表面と係合しており、
   前記製作品又は前記領域を互いに関し移動させて製作品の表面の異なる部分が予め定められた静止時間だけ前記領域に露出されるようにし、それにより製作品の表面のこれら部分が予め定められた度合いに選択的に仕上げられるようにする、
   工程を含む、
   磁気粘性流体を用いて製作品を仕上げる方法。
2. 前記製作品の表面において材料の除去を促進するために前記磁気粘性流体が非磁性研磨剤粒子を含んでいる請求項１に記載の方法。
3. 前記クリアランスを介して流通せしめられた前記磁気粘性流体を、前記クリアランスを介して再導入することにより、前記磁気粘性流体を、循環させる工程を更に含む請求項１に記載の方法。
4. 前記クリアランスを介して流通せしめられた前記磁気粘性流体を攪拌する工程を更に含む請求項３に記載の方法。
5. 前記磁気粘性流体が担持流体を含んでおり、蒸発した担持流体をもとへ戻すために前記磁気粘性流体に前記担持流体を付加する工程を更に含む請求項４に記載の方法。
6. 前記磁気粘性流体の流れを前記クリアランスを介して導入する工程が、磁気粘性流体を保持するようになっている前記表面上に磁気粘性流体を堆積させ、製作品に関し前記表面を移動させて磁気粘性流体を前記クリアランスを介し流動せしめる、工程を含む請求項１に記載の方法。
7. 磁気粘性流体を保持するようになっている前記表面が、ドーナツ形状をなす樋状体の下部表面を含んでおり、磁気粘性流体を保持するようになっている前記表面を移動させる工程が、前記樋状体を回転させる工程を含む請求項６に記載の方法。
8. 磁場を適用する工程が、前記クリアランスの磁場を最大化する工程を含む請求項１に記載の方法。
9. 前記製作品を前記領域に関して回転させる工程を更に含む請求項１に記載の方法。
10. 前記製作品が、枢動する製作品ホルダ上に取着されており、前記製作品又は前記領域を互いに関して移動させる工程が、前記製作品ホルダを枢動させて製作品の前記表面が前記領域を横切り掃引されるようにする工程を含む請求項１に記載の方法。
11. 前記製作品又は前記領域を互いに関して移動させる工程が、製作品を一平面に沿って移動させる工程を含む請求項１に記載の方法。
12. 製作品を一平面に沿って移動させる工程が、前記クリアランスを介する磁気粘性流体の流れ方向に対し概ね垂直な平面に沿って製作品を移動させる工程を含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記製作品又は前記領域を互いに関して移動させる工程が、磁気粘性流体を保持するようになっている前記表面に関し磁場を移動させることにより前記領域を移動させる工程を含む請求項１に記載の方法。
14. 磁性粒子と、前記磁性粒子の酸化を抑制するための保護材料の層と、安定剤と、担持流体とを含む一容量の磁気粘性流体を保持するための表面と、
    前記表面からクリアランスをもって製作品を保持しかつ位置決めし、それにより、前記表面がクリアランスを介する前記磁気粘性流体の流れを発生させるようにするための製作品ホルダと、
    前記製作品の表面の一部分に係合して前記一部分において材料を除去するための一時的な工具を形成するために、前記クリアランスに磁場を適用することより、前記クリアランスを介し流れる磁気粘性流体内に加工ないし研磨領域を製作するための磁石であって、前記領域は、仕上げられる製作品の表面の区域よりも小さい区域において製作品の表面と係合している磁石と、
    前記製作品又は前記領域を互いに関し移動させて製作品の表面の異なる部分が予め定められた静止時間だけ前記領域に露出されるようにし、それにより製作品の表面のこれら部分が予め定められた度合いに選択的に仕上げられるようにするための手段と、
    を具備した、
    磁気粘性流体を用いて製作品を仕上げる装置。
15. 磁気粘性流体を保持するための前記表面が、回転可能なドーナツ形状をなす樋状体の下部表面を含み、前記樋状体は、前記磁気粘性流体を循環させるように構成されている請求項１４に記載の装置。
16. 前記磁気粘性流体からの担持流体の蒸発を補償するために前記磁気粘性流体に前記担持流体を付加する手段を更に具備した請求項１５に記載の装置。
17. 前記磁気粘性流体を攪拌するための混合器を更に具備した請求項１５に記載の装置。
18. 前記製作品を前記領域に関して回転させる手段を更に具備した請求項１４に記載の装置。
19. 枢動する製作品ホルダ上に前記製作品を取着して製作品の前記表面が前記領域を横切り掃引されるようにした請求項１４に記載の装置。
20. 前記クリアランスを介する磁気粘性流体の流れ方向に対し概ね垂直な平面に沿って製作品を移動させる手段を更に具備した請求項１４に記載の装置。
21. 前記保護材料がポリマーを含む請求項１に記載の方法。
22. 前記保護材料がポリテトラフルオロエチレンを含む請求項１に記載の方法。
23. 前記担持流体が水を含む請求項１に記載の方法。
24. 前記担持流体がグリセリンを含む請求項１に記載の方法。
25. 前記磁性粒子がカルボニル鉄粒子を含む請求項１に記載の方法。
26. 前記磁気粘性流体が更に、研磨剤粒子を含む請求項１に記載の方法。
27. 前記研磨剤粒子がＣｅＯ₂を含む請求項２６に記載の方法。
28. 磁性粒子と、前記磁性粒子の酸化を抑制するための保護材料の層と、安定剤と、担持流体とを含む磁気粘性流体内に研磨領域を製作し、
    前記研磨領域の前記流体の粘稠度を制御し、
    物を前記流体の前記研磨領域に接触させ、
    前記物及び前記研磨領域を互いに関して移動させ、
    前記物の材料の除去速度を決定し、
    前記物に関する前記研磨領域の運動の方向及び速度を決定し、
    必要な研磨のサイクル数を決定する、
    工程を含み、
    前記必要な研磨のサイクル数を決定する工程は、
    初期表面粗さを決定し、
    表面下の損傷を受けた層の厚さを決定し、
    初期表面形状を決定し、
    研磨の一サイクルの間に除去される物の前記材料の層の厚さを決定する、
    工程を含み、
    前記物の材料の除去速度を決定する工程は、
    材料の除去の空間分布を決定し、
    任意のある時間に前記研磨領域と接触する前記物の接触部分のサイズを決定する、
    工程を含む、物を研磨する方法。
29. 前記物に関する前記研磨領域の運動は連続的である請求項２８に記載の方法。
30. 前記物に関する前記研磨領域の運動の方向及び速度を決定する工程は、
    任意のある時間に前記研磨領域と接触する前記物の接触部分のサイズを決定し、
    研磨の一サイクルの間に除去される材料の層の厚さを決定し、
    前記研磨領域の速度を決定する、
    工程を含む請求項２９に記載の方法。
31. 前記物に関する前記研磨領域の運動は、不連続のステップである請求項２８に記載の方法。
32. 前記物に関する前記研磨領域の運動の方向及び速度を決定する工程は、
    任意のある時間に前記研磨領域と接触する前記物の接触部分のサイズを決定し、
    一ステップの前記研磨領域の移動量を決定し、
    重複係数を決定し、
    研磨の一サイクルの間に除去される前記材料の層の厚さを決定し、
    研磨の各ステップの静止時間を決定し、
    必要なステップ数を決定する、
    工程を含む請求項３１に記載の方法。
33. 更に前記物の垂直軸から角度αまで前記物を移動させる工程を含む請求項２８に記載の方法。
34. 前記物は、前記垂直軸から角度αまで連続した速度で移動される請求項３３に記載の方法。
35. 前記物を前記垂直軸から角度αまで連続した速度で移動させる工程は、更に、
    接触領域の角度寸法を決定し、
    研磨の一サイクルの間に除去される前記材料の層の厚さを決定し、
    前記角度αまでの前記物の移動の角速度を決定する、
    工程を含む請求項３４に記載の方法。
36. 前記物は、前記垂直軸から角度αまで不連続なステップで移動される請求項３３に記載の方法。
37. 前記物を前記垂直軸から角度αまで不連続なステップで移動させる工程は、更に、
    接触領域の角度寸法を決定し、
    研磨の一サイクルの間に除去される前記材料の層の厚さを決定し、
    一ステップの角度変位の値を決定し、
    重複係数を決定し、
    各ステップの静止時間を決定する、
    工程を含む請求項３６に記載の方法。
38. 研磨の際に前記担持流体を補充することによって前記磁気粘性流体の特性を制御する工程を更に含む請求項２８に記載の方法。
39. 前記容器は前記物に関して移動される請求項２８に記載の方法。
40. 前記容器は特定の速度で回転される請求項３９に記載の方法。
41. 前記研磨領域は、前記物の表面領域の三分の一である請求項２８に記載の方法。
42. 磁気粘性流体内に研磨領域を製作する工程は、
    前記磁気粘性流体に近接して磁場を引き起こし、
    前記磁場の方向及び強度を制御する、
    工程を含む請求項２８に記載の方法。
43. 磁気粘性流体内に研磨領域を製作する工程は、
    前記磁気粘性流体を前記物に近接する領域の不均一な磁場にさらす工程を含み、該不均一な磁場は、該磁場の傾斜に垂直な磁場の線を有する、
    請求項２８に記載の方法。
44. 前記磁場の傾斜は、前記容器の基準面の下部の方に向けられる請求項４３に記載の方法。
45. 前記磁場は、前記容器の外側に配置される磁場を引き起こす手段によって製作される請求項４２に記載の方法。
46. 前記磁場の強度及び前記物の表面に関する前記研磨領域の位置を制御することによって前記物の研磨を制御する工程を更に含む請求項４２に記載の方法。
47. 前記研磨はプログラムに作成可能な制御ユニットによって制御される請求項４６に記載の方法。
48. 前記磁気粘性流体は研磨剤を含んでいる請求項２８に記載の方法。
49. 前記必要な研磨のサイクル数を決定する工程は、以下の式に従ってサイクル数を決定する工程を含む請求項２８に記載の方法。
    （前記表面粗さ＋前記表面下の損傷を受けた層の厚さ）／（前記除去される材料の層の厚さ）
50. 前記研磨領域の速度を決定する工程は、以下の式に従って前記研磨領域の速度を決定する工程を含む請求項３０に記載の方法。
    （２×接触部分の半径×材料の除去速度）／（除去される材料の層の厚さ）
51. 前記重複係数を決定する工程は、以下の式に従って前記重複係数の速度を決定する工程を含み、
    （一ステップの移動量）／（２×接触部分の半径）
    前記研磨の各ステップの静止時間を決定する工程は、以下の式に従って前記研磨の各ステップの静止時間を決定する工程を含み、
    （除去される材料の層×重複係数）／（材料の除去速度）
    前記必要なステップ数を決定する工程は、以下の式に従って前記必要なステップ数を決定する工程を含む、
    （研磨される物の半径）／（一ステップの移動量）
    請求項３２に記載の方法。
52. 前記角度αまでの前記物の移動の角速度を決定する工程は、以下の式に従って前記角速度を決定する工程を含む、
    （接触領域の角度寸法×材料の除去速度）／（除去される材料の層の厚さ）
    請求項３５に記載の方法。
53. 前記各ステップの静止時間を決定する工程は、以下の式に従って前記静止時間を決定する工程を含む、
    （除去される材料の層の厚さ×重複係数）／（材料の除去速度）
    請求項３７に記載の方法。
54. 前記磁気粘性流体は研磨剤を含んでいる請求項２８に記載の方法。

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