特表 2022-546573 高除去速度の磁気粘性仕上げ用ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-04

(54)【発明の名称】高除去速度の磁気粘性仕上げ用ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B24B 31/112 20060101AFI20221027BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

B24B31/112

B24B37/00 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022514500

(86)(22)【出願日】2020-09-02

(85)【翻訳文提出日】2022-04-27

(86)【国際出願番号】 US2020049053

(87)【国際公開番号】W WO2021046119

(87)【国際公開日】2021-03-11

(31)【優先権主張番号】62/895,861

(32)【優先日】2019-09-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507131779

【氏名又は名称】キューイーディー・テクノロジーズ・インターナショナル・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(74)【代理人】

【識別番号】100202441

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 純

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム メスナー

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン デイビス

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー マロニー

【テーマコード（参考）】

3C158

【Ｆターム（参考）】

3C158AA07

3C158AA09

3C158CA01

3C158CB01

3C158CB03

3C158CB05

3C158DA11

(57)【要約】

体積除去速度を最大化するように調整された磁極片、ノズル形状およびホイール形状を含む磁気粘性仕上げ用ヘッド。磁気粘性流体のリボン用の担体ホイールは非球面であり、好ましくは、回転軸に直交する短半径および回転軸に平行な長半径を有するトロイドであるが、ホイールの形状は、ホイールの回転軸に平行なあらゆる非球面または自由形態、例えばトロイド形または円筒形であり得る。流体リボンの部域内の磁場強度が均一になるような形で、間に画定されたギャップ全体にわたり実質的に均一な磁場を作り出すように磁極片を成形することによって、磁場が生成される。ノズルは、磁場の幅範囲を網羅する幅を有する流体流を提供するための非円形開口部を有する。新規のＭＲＦ除去機能を可能にするのは、これら３つの特徴の組合せである。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ）非球形仕上げ表面を有する回転可能な仕上げ用ホイール；
ｂ）前記仕上げ用ホイールの内部に配置され、相対する面を有し、コーナーを有する相対する極性の第１および第２の磁極片であって、前記仕上げ表面に最も近い前記相対する面の前記コーナーが、円錐形、傾斜付き、トロイド形、放射状および自由形態からなる群から選択された形状を有する第１および第２の磁極片；ならびに
ｃ）非円形出口で終結しているノズルアセンブリ
を含む、磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項2】

ａ）非球形仕上げ表面を有する回転可能な仕上げ用ホイール；
ｂ）前記仕上げ用ホイールの内部に配置され、相対する面を有する、相対する極性の第１および第２の磁極片であって、前記仕上げ表面に最も近い前記相対する面の前記コーナーが、円錐形、傾斜付き、トロイド形、放射状および自由形態からなる群から選択された形状を有する第１および第２の磁極片；ならびに
ｃ）非円形出口で終結しているノズルアセンブリ
という３つの要素のうちのいずれか１つを含む、磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項3】

ａ）非球形仕上げ表面を有する回転可能な仕上げ用ホイール；
ｂ）前記仕上げ用ホイールの内部に配置され、相対する面を有し、コーナーを有する相対する極性の第１および第２の磁極片であって、前記仕上げ表面に最も近い前記相対する面の前記コーナーが、円錐形、傾斜付き、トロイド形、放射状および自由形態からなる群から選択された形状を有する第１および第２の磁極片；ならびに
ｃ）非円形出口で終結しているノズルアセンブリ
という３つの要素のうちのいずれか２つを含む、磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項4】

前記非球形仕上げ表面の形状が、トロイド形、円筒形および自由形態からなる群から選択される、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項5】

前記磁極片が、電磁石および永久磁石からなる群から選択された磁気システムの構成要素である、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項6】

前記仕上げ表面の上方に形成された磁場が、前記磁場の縁部から縁部まで実質的に均一である、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項7】

前記非円形出口がスロットである、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項8】

前記回転可能な仕上げ用ホイールが、以下の式：
ｚ＝ｆ（ｘ，ｙ）＝Ｒ_y±√［（Ｒ_y－ｇ（ｘ））²－ｙ²］
にしたがって形成され、式中、ｇ（ｘ）は生成曲線であり、ｚは前記回転可能な仕上げ用ホイールの代数的定義である、請求項１のいずれか一つに記載の磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項9】

前記第１および第２の磁極片が、励磁されたときに前記回転可能な仕上げ用ホイール上で所望の幅にわたり均一なフリンジング磁場が形成されるように、形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項10】

前記ノズルアセンブリが、それから押出される磁気粘性流体のリボンが前記リボンの縁部から縁部まで均一の厚みを有しているように、形成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【請求項11】

前記ノズルアセンブリの前記非円形出口が、スロット、丸味のある端部を有するスロットおよび複数の孔からなる群から選択される、請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気粘性仕上げ用ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材表面の磁気粘性仕上げのためのシステムに関し；より詳細には、相対する磁極片間に配置されかつホイールならびに仕上げ中の基材（「加工物」）の加工表面の間の加工ゾーン（「スポット」）内へおよびこのゾーンを通ってホイールの表面上で磁気粘性流体（MR流体）を搬送する能力を有する回転可能な加工表面（「ホイール」の赤道区分の外側表面）を含む磁気粘性仕上げ用ヘッドであって、ＭＲ流体は、電磁石または永久磁石であり得る磁極片が及ぼす磁場を受けることによって「固化（ｓｔｉｆｆｅｎｅｄ）」され、材料が、固化されたＭＲ流体による研摩によって基材表面から除去される磁気粘性仕上げ用ヘッドに関し；最も詳細には、回転可能な加工表面が非球形であり、磁極片が実質的に均一な磁場を生成し、ＭＲ流体が流体材料の幅広のリボンとして回転可能な加工表面上の加工ゾーンに提供される、このような磁気粘性仕上げ用ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

基材の研摩仕上げおよび研磨のための磁気的に固化された磁気粘性流体の使用は、周知である。液体担体中に分散した磁気的に軟質の研摩粒子を含有するこのような流体は、磁場の存在下で、磁気的に誘発された塑性挙動を示す。ＭＲ流体の稠度がほぼ水のような状態から極めて剛性の高い研摩ペーストの状態へと変化するように、ＭＲ流体の見かけ粘度を、磁気により何桁分も増大させることが可能である。このような研摩ペーストが、成形または研磨すべき基材表面、例えば光学素子などに対して適切に向けられた場合、非常に高レベルの仕上げ品質、精度および制御を達成することができる。

【0003】

Ｊａｃｏｂｓらに対して１９９８年８月１８日に発行された米国特許第５，７９５，２１２号「Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ」は、ＭＲ流体を用いて加工物表面を仕上げるための方法および装置であって、加工物が担体表面の近くに位置付けされ、こうして加工物表面の一部分と担体表面との間に、収束するギャップが画定されるようになっている方法および装置を開示している。実質的にこのギャップにおいて磁場が適用され、ギャップ内に固化したＭＲ流体の流れが導入され、こうしてＭＲ流体内に加工ゾーンが創出され、それにより、加工物表面の部分において、係合させ、材料除去をひき起こすための、開口部下の過渡的な仕上げ工具が形成されるようになっている。加工物または加工ゾーンは、他方に対して移動させられて、加工物表面の異なる部分を既定の時間、加工ゾーンに対して露出して、加工物表面の部分を選択的に既定の度合いまで仕上げることになる。

【0004】

Ｊａｃｏｂｓらに対して１９９８年１１月２４日に発行された米国特許第５，８３９，９４４号「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ」は、ＭＲ流体を用いて加工物表面を仕上げるための方法および装置であって、加工物が担体表面の近くに位置付けされ、こうして加工物表面の一部分と担体表面の間に、収束するギャップが画定されるようになっている方法および装置を開示している。実質的にこのギャップにおいて磁場が適用され、収束するギャップの中に固化したＭＲ流体の流れが導入され、こうしてＭＲ流体内に加工ゾーンが創出され、それにより、加工物表面の部分において、係合させ、材料除去をひき起こすための、開口部下の過渡的な仕上げ工具が形成されるようになっている。加工物または加工ゾーンは、他方に対して移動させられて、加工物表面の異なる部分を既定の時間、加工ゾーンに対して露出して、加工物表面の部分を選択的に既定の度合いまで仕上げることになる。

【0005】

Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉらに対して１９９９年９月１４日に発行された米国特許第５，９５１，３６９号「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」は、基材の磁気粘性仕上げの有効性を増大させるための改良型システムを開示している。加工ゾーンへの磁気粘性流体の流れが一定となることを確実にするため、加圧ポンプの回転速度に対してインライン流量計が閉ループリンクされている。流体送達システム内に、ホイール表面上へのその出口において、簡易毛細管粘度計が配置されている。流量計および粘度計圧力センサからの出力信号が、コンピュータに送られ、このコンピュータが、加工ゾーンに送達されているＭＲＦの粘度を計算し、かつ加工濃縮ＭＲ流体への担体流体の補充を発生させて粘度を目標値まで戻し、一定の濃度の磁気固体が確実に加工ゾーンに提供されているようにする。加工ゾーンにある界磁石のための非対称な磁極片が、加工ゾーンの上流側でホイール表面に沿って磁場を拡大して、粘度計の近傍でのフリンジング磁場を最小限に抑えながら、加工物と係合する前にＭＲＦの十分な磁気固化を可能にし、加工ゾーンの下流側でホイール表面に沿って磁場を短縮する。

【0006】

Ｊａｃｏｂｓらに対して２０００年８月２２日に発行された米国特許第６，１０６，３８０号「Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ」は、ＭＲ流体を用いて加工物表面を仕上げるための方法および装置であって、加工物が担体表面の近くに位置付けされ、こうして加工物表面の一部分と担体表面との間に、収束するギャップが画定されるようになっている方法および装置を開示している。実質的にこのギャップにおいて磁場が適用され、収束するギャップの中に固化したＭＲ流体の流れが導入され、こうしてＭＲ流体内に加工ゾーンが創出され、それにより、加工物表面の部分において、係合させ、材料除去をひき起こすための、開口部下の過渡的な仕上げ工具が形成されるようになっている。加工物または加工ゾーンは、他方に対して移動させられて、加工物表面の異なる部分を既定の時間、加工ゾーンに対して露出して、加工物表面の複数部分を選択的に既定の度合いまで仕上げることになる。

【0007】

Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉらに対して２００３年１月１４日に発行された米国特許第６，５０６，１０２号「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」は、水平軸を有する垂直配向のボウル形担体ホイールを含む基材の磁気粘性仕上げ用の改良型システムを開示している。担体ホイールは好ましくは、球形の赤道区分であり、こうして担体表面は球形になっている。ホイールは、回転駆動手段に連結された半径方向円形プレートを含み、このプレートはこのプレートから横方向に延在する球形表面を支持している。平面的なＮおよびＳ磁極片を有する電磁石が、ホイール内部、球の包絡線の内部、好ましくはホイールによって画定された球形区分の包絡線の内部に配置されている。磁石は、約１２０度の中心ホイール角度にわたり延在しており、こうして、磁気粘性流体が加工ゾーンの手前から加工ゾーンを超えるまで部分的に固化した状態に維持されるようになっている。固化が緩和されるにつれて磁気スクレーパがＭＲ流体をホイールから除去し、コンディショニングおよびホイール上への再押出し加工のためにこのＭＲ流体を従来の流体送達システムに戻す。該システムは、ホイールの縁部を超えて延在しなければならない大きい凹状基材の仕上げにおいて、ならびにホイールの下死点位置において加工ゾーン内で非常に大きい基材を仕上げるために、有用である。

【0008】

Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉに対して２０１５年２月３日に発行された米国特許第８，９４４，８８３号「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」は、磁気粘性仕上げ用流体を担持し、中心を通ってくり抜かれた円筒形キャビティを伴い一次および二次ギャップにより分離されたＮおよびＳの鉄磁極片を有する可変場永久磁石システムを収容するために意図された球形ホイールを開示している。シリンダ軸に対し垂直に磁化された円筒形永久磁石が、キャビティ内に回転可能に配置される。アクチュエータが、永久磁石の任意の角度への回転を可能にしており、この回転が、磁極片を通した磁気回路内の磁束の分布を変える。したがって、必要とされる磁場強度を提供するいかなる角度にでも永久磁石を位置付けすることによって、ギャップ内の磁場強度値を制御することができる。磁場は同様に、磁極片の上方を通過してホイール表面の外側でフリンジング磁場を画定することから、可変的磁場がホイール上のＭＲ流体層を通って延在し、こうして、仕上げ制御のために所望され得る通りにＭＲ流体の剛性が変動させられる。

【0009】

これらの先行技術文献全てにおいて、開示されたホイールは、赤道球形区分であり；磁極片の先端部を成形することによって磁場の形状を調整する方法は開示されておらず；非円形ノズル出口を伴うホイール上の磁気粘性流体リボンの横断部域を成形するための方法および装置は開示されていない。

【0010】

先行技術の磁気粘性仕上げ用ヘッドには、２つの主要な要因によってもたらされる材料除去速度の限界がある。第１の要因は、ピーク除去速度をもたらす、プロセス中で使用されている流体である。第２の要因は、仕上げ用ヘッドを構成している装置であり、これは、ピークおよび体積除去速度の両方をもたらす。

【0011】

装置の幾何形状は、除去工具の物理的サイズを制限し、多くの事例において、決定的磁気粘性仕上げプロセスを制限する。詳細には、大きな光学素子の仕上げおよび／または球形表面に対する非球面形状の誘発に焦点をあてた先行技術のプロセスでは、所望の最終的外観に到達するのに何時間も、さらには何日間もの仕上げが必要となる可能性がある。このような場合においては、より強い除去機能を有することで、研磨作業のサイクルタイムを著しく削減する有利な状況が提供される。

【0012】

先行技術においては、より強い除去機能は、単に球形磁気粘性仕上げ用ホイールの直径を増大させることによって創出されてきたが、多くの場合において、より大きいホイールは不可能であるかまたは実用的でなく、求められる精度で製造するにはコストが非常に高いものでもある。ホイールが大きくなるにつれて、ホイールの振れのためになおも同じ精度が求められ、所望の許容誤差を達成するのが著しくさらに困難になり、かつ費用が高額になる。

【0013】

除去速度を制御する要因を考慮すると、ホイールの移動方向とホイールの移動方向に対する横断方向の両方向で加工ゾーンを拡大して、除去速度を加速させなければならない。ホイール半径を増大させることによってスポットを延長できること、およびホイールと基材加工物の間でスポットをより深くすることによりピーク除去速度を加速させることができること、は公知である。先行技術では知られていなかったのは、好ましくはホイールの半径または他の幾何形状を実質的に増大させることなく、スポットをより広くすることにより体積除去速度をいかに加速させるかである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

当該技術分野において必要とされているのは、基材材料の体積除去速度を最大化する調整された磁場、ノズル形状およびホイール形状を有する磁気粘性仕上げ用ヘッドである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

磁気粘性仕上げ用ヘッドは、特定的に成形された相対する先端部を有する磁極片；非円形ノズル形状；ならびに、体積除去速度を最大化するための非球形ホイール形状および表面を含む。ＭＲ流体リボン用の担体ホイールは非球形であり、好ましくは、ホイールの回転軸に平行な軸を中心とする短半径およびこの回転軸に直交する軸を中心とする長半径を有するトロイドの赤道区分であるが、ホイールの形状は、例えばトロイド形または円筒形など、ホイールの回転軸に対して平行な回転軸を有する任意の非球面または自由形態の形状であってよい。磁極片の先端部を成形して、先行技術のギャップよりも大きい、それらの間に画定されるギャップ全体にわたってフリンジング磁場を創出して、リボンの幅全体にわたり磁場強度を有用な強度値に維持することによって、調整された磁場が生成される。磁石は、電磁石または永久磁石のいずれでもあり得るが、典型的には、先行技術の場合のように電磁石が利用される。ノズルは、磁場の範囲を網羅する幅で流体流を提供するため、非円形開口部を有する。ＭＲＦ除去機能の最大限の増大を可能にするのは、これら３つの特徴の組合せであるが、これらの特徴を単独でまたはペアとして用いた場合でも、先行技術のものに比べて有意なＭＲＦ除去機能の増大を提供することができる。

【0016】

本発明は、先行技術のシステムに比べて少なくとも４倍高い材料除去速度のために有利な状況を創出する。

【0017】

システムは、大型の基材上で低次の外観補正を行ない、非球面生成などの光学表面に対する形状変化を導入するために特に有用である。

【0018】

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の好ましい実施形態の図面および詳細な説明を考慮することで、当業者にとって明白になる。

【0019】

ここから、例として、添付図面を参照して、本発明について説明する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】先行技術の磁気粘性仕上げ用ヘッドの一部分の立面断面図である。

【図2a】本発明に係る磁気粘性仕上げ用ヘッドの一部分の立面断面図である。

【図2b】ホイール表面上のＭＲ流体リボン、材料除去用位置にある加工物、およびそれらの間の加工ゾーンまたは「スポット」をさらに示す、図２ａに示された磁気粘性仕上げ用ヘッドの一部分の立面図である。

【図3】図２ａおよび２ｂに示された磁気粘性仕上げ用ヘッドの上方から見た斜視図である。

【図4】本発明に係るノズルの第１の実施形態の立面図である。

【図5】図４に示されたノズル断面のパン図である。

【図6】磁気粘性加工ゾーンの要素の立面断面図である。

【図7】本発明に係るＭＲ流体リボンの寸法を示すＭＲ仕上げ用ヘッドの一部分の立面断面図である。

【図8a】トロイドの赤道区分として用いられる仕上げ用ホイールと本発明にしたがって形成されたトロイドとの関係を示すダイヤグラムである。

【図8b】本発明にしたがって形成されたトロイドの表面上の直角に交差する円弧を示し、円弧がそれぞれの半径Ｒ₁およびＲ₂を有し、ここでＲ₁≠Ｒ₂である、図８ａに示されたものと同様のダイヤグラムである。

【図9】本発明に係る磁極片の第１の実施形態の等角図である。

【図10】本発明に係る磁極片の第２の好ましい実施形態の等角図である。

【図11】磁場、したがって加工ゾーンの幅を広げるために、単に先行技術の平行な極平面を離隔させることで結果として得られる磁場の断面図である。

【図12】磁場、したがって加工ゾーンの幅を広げるために、円錐形区分として相対する極表面を形成することで結果として得られる磁場の断面図である。

【図13】磁場、したがって加工ゾーンの幅を広げるために、トロイド形区分として相対する極表面を形成することで結果として得られる磁場の断面図である。

【図14】図１１～１３からの理想的な磁場線を示すグラフである。

【図15】典型的な先行技術の加工ゾーン内の材料除去速度の平面図である。

【図16】本発明にしたがって形成された磁気粘性仕上げ用ヘッドによって生成された加工ゾーン内の典型的な材料除去速度の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１および６を参照すると、先行技術の磁気粘性仕上げ用ヘッド１０の一部分は、仕上げ表面１８を有する赤道球形仕上げ部分１６を支持するディスク状の中央部分１４を有する仕上げ用ホイール１２を含んでいる。ホイール１２は、精密軸受２２ａ、２２ｂ内に担持された心棒２０上で回転するように組付けられている。心棒２０は電動機システム（図示せず）によって回転軸３０を中心にして駆動される。仕上げ部分１６の下方およびこれに隣接して、かつディスク状の中央部分１４の相対する側に、好ましくは同一であるが、反対の極性の、すなわちＮとＳとの第１および第２の磁極片２４ａ，２４ｂがある。これらの磁極片は、典型的には、互いから既定の第１の離隔距離のところに設定された平面的な相対する面２６ａ、２６ｂを有している。磁極片２４ａ，２４ｂは電磁石であってもよいし永久磁石であってもよい。

【0022】

電磁石が励磁されると、フリンジング磁場（図示せず）が仕上げ部分１６を通ってかつこの仕上げ部分の上方に形成され、ここで表面１８上に担持されているＭＲ流体リボン１７がペーストの稠度まで固化させられる。仕上げすべき基材２１は、例えば図６に示されているレンズは、典型的には自軸２３を中心として回転するように、ホイール表面上方で、入来するＭＲ流体リボンの厚みより小さいホイールからの距離のところに位置付けされ、こうして収束するギャップを創出し、加工ゾーンまたは「スポット」１９を形成し、ここで、加工ゾーン１９内に配置された基材２１の研摩仕上げが実施される。収束ギャップの寸法は、具体的仕上げ用途の要件に応じて変動させられる可能性がある。図６において、加工ゾーンに入るリボンの高さはＲＨであり、リボン内への加工物の突入深さはＤであり、加工物とホイール表面との間の、結果として得られるギャップＧが加工ゾーン１９の厚みである。

【0023】

ここで図２ａ、２ｂ、６、８および９～１３を参照すると、より幅広で長い加工ゾーンを形成するための改良型磁気粘性仕上げ用ヘッド１１０は、磁極片１２４ａ、１２４ｂの上部のコーナーが図示されているように修正されているという点を除いて、図１に示されている先行技術の磁気粘性仕上げ用ヘッド１０と実質的に同一である。好ましくは上部のコーナーは、図２ａ、１０および１３中に示されているように丸味が付いている１２８ａ、１２８ｂであるか、または、図９および１２に示されているように傾斜が付いた１２６ａ，１２６ｂおよび２２６ａ，２２６ｂであり、例えば円錐形、ある半径で湾曲したもの、または自由形態など、任意の所望の形状を有し得る。磁極片１２４ａ、１２４ｂ間の離隔距離および半径の実際値は、いずれかの特定の利用分野のために具体的サイズの加工ゾーンを形成するために要求される通りに選択されてよい。丸味のあるまたは傾斜の付いた形状を提供することによって、結果として、図１に示された先行技術の磁極片配設によって形成されるものよりも実質的に大きい幅全体にわたって、横方向均一性を有するフリンジング磁場４０、２４０をもたらすことができることが分かった。好ましくは、湾曲形状１２８ａ、１２８ｂは、仕上げ用ホイール表面の形状に関して以下で示される等式にしたがったトーラス、詳細には、管の中心からトーラスの中心までの距離が管の半径よりも大きいリングトーラス、の部分として形成される。

【0024】

さらに、上述の通りの改良型磁気粘性仕上げ用ヘッド１１０を参照すると、仕上げ表面１１８を有する仕上げ部分１１６が、非球体、好ましくは回転軸１３０に直交する短半径１１９とこの回転軸と一致する長半径とを有するトロイドとして形成されているが、ホイールの形状は、例えばトロイド形または円筒形（無限長半径を伴うトロイド）など、ホイールの回転軸１３０に対して平行な任意の非球面または自由形態であってよい。この幾何形状の１つの利点は、それが、工具全体のサイズ、すなわちホイール直径の有意な増加無しに、より大きな除去機能を可能にするという点にある。別の利点は、トロイド形ホイールが、先行技術の球形ホイールが必要とする流体の体積を増大させることなく、除去機能をさらに広くすることができる、という点にある。この特徴は、等価の結果を達成するためのより高い流量およびより大きな圧送システムに対するニーズを削減する一助となる。

【0025】

図２ａ、８ａおよび８ｂを参照すると、表面１１８を有する仕上げ用ホイール１１６は、球形以外の回転表面としてより一般的に定義され得る。図８ａ、８ｂは、３次元形状１４４を形成するために第２の半径Ｒ₂を中心にして回転させられている、第１の半径Ｒ₁を有する理想的形状１４２を示しており、ここでＲ₁およびＲ₂は、ホイール表面１１８上にそれぞれの直角に交差する円弧Ａ₁およびＡ₂を創出する。（Ｒ₁＝Ｒ₂である場合、ホイール表面は、先行技術の場合のように球形であることに注意せよ）。最も単純な形態においては、形状１４２は円であり、形状１４４はトーラスであるが、Ｒ₂の周りを回転できる表面を画定するために、より高次の多項式または他の等式を使用し得る場合がある。より高い除去速度のためには、Ｒ₁はＲ₂よりもはるかに大きくなければならない。これらの値は、次の２つの要因に基づいて選択され得る：１）ホイールの幾何形状が加工物（詳細には凹状の光学素子）の幾何形状と干渉するのを回避するための光学素子の形状、および２）所与のＭＲＦ流量について、半径Ｒ₂が大きくなればなるほど、除去機能は広く（したがって大きく）なる。

【0026】

明示的形態では、ホイールの幾何形状は、以下の式で表現され得る：
ｚ＝ｆ（ｘ，ｙ）＝Ｒ_y±√［Ｒ_y－ｇ（ｘ））²－ｙ²］
式中、ｇ（ｘ）は、生成曲線であり、ｚはホイールの代数的形状である。

【0027】

トーラスについて：
ｇ（ｘ）＝Ｒ_x｛１－√［１－（ｘ／Ｒ_x ²）］｝
式中、ｇ（ｘ）は半径Ｒ_xの円である。

【0028】

図３～５を参照すると、本発明は、仕上げ表面１１８上に形成されたＭＲＦリボンに対する形状変更を必要としている。先行技術のＭＲＦリボンは、規定の内径の丸いノズル出口を用いて創出される。直径３ｍｍ、横断面積７．３ｍｍ²の先行技術の出口ポートから押出された場合、典型的なリボン形状は丸形である。

【0029】

除去機能（加工ゾーン）のサイズを増大するためには、その幅を増大させる必要がある。より広い除去機能には、ＭＲＦリボン１５０が加工ゾーン、典型的にはホイールの上死点位置に達する前に、横方向に展延され、除去機能の幅を網羅する部域を横断してホイール上に注入されるＭＲＦ流が必要である。したがって、ノズル出口が非円形であり、好ましくはスロットとして成形されている場合には、ＭＲ流体はホイールに接する前に展延させられて、より広い除去機能を可能にする。

【0030】

ノズルアセンブリ１３２は、ハウジングブロック１３６内に進入させられハウジングブロック１３６内部の分配装置１３８で終結している補給管１３４を含んでおり、これにより生成すべきＭＲＦリボンが所望の幅で形成され、出口スロット１４０で終結している内部スロット内に排出している。現在好ましい実施形態においては、出口スロット１４０は、幅約１９ｍｍ、高さ約０．９ｍｍであり、結果としてアスペクト比は２０より大きい。この設計の断面積は１７．８ｍｍ²であり、同じ送達圧力で動作させられた場合、先行技術のノズルの流量のほぼ２．５倍を計容する。ホイールと基材の間のより大きい部域を充填することによって、より広い除去機能を生成するには、流量の増加が求められる。好ましくは、コーナーにおける滞留ゾーンおよび望ましくない流体の蓄積を回避するために、スロットの端部には丸味が付けられる。

【0031】

明らかに、具体的な仕上げ利用分野のために必要に応じて、他のスロット形状および寸法を選択することも可能であり、例えば、連続したスロットではなくむしろ一連の排出孔により「スロット」を形成してもよく、あるいはスロットは高さが均一でなくてもよい。

【0032】

リボンの高さおよび幅は、押出し後にホイール上で操作可能である。ホイール上への流体噴流の入射角は、リボンの幅に影響し得る：ノズル押出し角度が接線方向から垂直方向に向かって増大するにつれて、リボンはホイール上で横方向に展延する傾向をもつ。流体噴流速度がホイールの接線方向速度と整合する「流れ整合」値を超えてホイール速度を増大させると、流体は、引き延ばされ、結果としてリボンの横断面積は減少する。リボンを展延することのメリットにより、オペレータは、リボンの全体的高さおよび図６中に示された寸法を管理して、広い除去機能を達成することができるようになる。流体リボンが磁場によってひとたび励磁されると、リボンの幅を横断して、研摩境界層１９（加工ゾーン）が生成される。

【0033】

好ましくは、加工ゾーン内に入るときの仕上げ用ホイール上の磁気粘性流体リボンの高さは１．２０ｍｍ～１．５６ｍｍであり、磁気粘性仕上げ用ヘッドが仕上げる加工物の、前記磁気粘性流体リボン内への突入深さは０．６０ｍｍ～０．８１ｍｍであり、加工物と仕上げ用ホイールの間のギャップは０．６０ｍｍ～０．７５ｍｍである。

【0034】

図３および７は、ホイール表面１１８上に配置された幅Ｗ、厚みＲＨのリボン１５０を示す。

【0035】

ここで図１１を参照すると、先行技術の平面的に対面する磁極片２６ａ、２６ｂを、図１に示されている標準的離隔距離よりもさらに離して移動させるだけであれば、横方向に不均一で中心部において幾分か弱くなっていて、結果として望ましくない二峰性の除去機能をもたらす磁場１４０が、加工ゾーン内に創出されるということが分かる。代替的には（図９、１２および１４）、円錐面２２６ａ、２２６ｂなどで磁極片に傾斜を付けると、結果として、わずかに低い磁場強度を有する、かなり均一な磁場２４０が全体的にもたらされる。ここで、図１０、１３および１４を参照すると、磁極片１２４ａ、１２４ｂ上にＲを設けることで、結果として、より高い磁場強度を有する、かなり均一な磁場４０が全体的にもたらされる。

【0036】

ここで図１４を参照すると、図１１～１３中において以上で開示された条件について、ホイール表面の直ぐ上方の理想的磁場が示されている。

【0037】

ここで図１５および１６を参照すると、図２ａで示されている本発明に係る磁気粘性仕上げ用装置によって達成可能な加工ゾーンスポット１５５と比較して、先行技術の加工ゾーンスポット５５（図１５）が示されている。直径１５０ｍｍの球形ホイールによる典型的な先行技術のスポット５５は、約４．０ｍｍの幅６０と約１０．０ｍｍの長さ７０を有し、したがって約４０．０ｍｍ²の加工部域を有し、一方、改良型スポット１５５は、約１８．０ｍｍの幅１６０および約２１．０ｍｍの長さ１７０を有し、したがって約３７８．０ｍｍ²の加工部域を有し、先行技術のスポットに比べて何倍もの除去速度を提供することができる。

【0038】

したがって、本発明は３つの新規要素、すなわちａ）丸味のある上部のコーナーを有する磁極片、ｂ）非球形、好ましくはトロイド形のホイール仕上げ表面、およびｃ）非円形出口を有するＭＲＦ適用ノズルを含む。ＭＲＦ除去機能の最大の増加を可能にするのはこれら３つの特徴の組合せであるが、これらの特徴は、単独でまたはペアでこれらの特徴を用いて、先行技術のものに比べてＭＲＦ除去機能の有意な増加を提供することが可能である。

【0039】

本発明の原理を具体化する構造および方法に対して、さまざまな変更を加えることが可能である。以上の実施形態は、限定的な意味合いではなく例示の意味で明記されたものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義される。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8a】

【図8b】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【国際調査報告】