(57)【要約】【課題】管の内面を極めて精密に研磨することができ且つ洗浄も容易な超精密磁気研磨方法と、その方法で用いる研磨スラリーを提供する。【解決手段】被研磨管１と、被研磨管１内に導入された研磨スラリー２と、被研磨管１と研磨スラリー２とを相対運動させて研磨スラリー２を攪拌させる管内面磁気研磨装置３とを用い、管内面磁気研磨装置３を動作させて被研磨管１の内面を研磨スラリー２で研磨する。このとき、研磨スラリー２を、球状の磁性粒子と、その磁性粒子の平均粒径の１／４〜１／１０００の範囲の平均粒径からなる研磨粒子と、その磁性粒子と研磨粒子をスラリー状にする媒体であって研磨粒子を研磨スラリー内に分散させるための添加剤を含まないスラリー媒体とで構成して上記課題を解決する。【選択図】図１
2010052123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨管と、該被研磨管内に導入された研磨スラリーと、該被研磨管と該研磨スラリーとを相対運動させて前記研磨スラリーを攪拌させる管内面磁気研磨装置とを用い、該管内面磁気研磨装置を動作させて前記被研磨管の内面を前記研磨スラリーで研磨する超精密磁気研磨方法であって、
前記研磨スラリーが、球状の磁性粒子と、該磁性粒子の平均粒径の１／４〜１／１０００の範囲の平均粒径からなる研磨粒子と、該磁性粒子と該研磨粒子をスラリー状にするスラリー媒体であって該研磨粒子を研磨スラリー内に分散させるための添加剤を含まないスラリー媒体とを有することを特徴とする超精密磁気研磨方法。
【請求項２】
前記被研磨管内で攪拌する磁性粒子は、前記研磨粒子の凝集を抑えて該研磨粒子を分散させる、請求項１に記載の超精密磁気研磨方法。
【請求項３】
前記磁性粒子の平均粒径と前記研磨粒子の平均粒径とを変化させた複数の研磨スラリーを準備し、平均粒径の大きい粒子を含む研磨スラリーから段階的に前記被研磨管内に入れ替えて研磨する、請求項１又は２に記載の超精密磁気研磨方法。
【請求項４】
被研磨管内に導入して、該被研磨管との間で相対運動させて該被研磨管の内面を研磨する研磨スラリーであって、
球状の磁性粒子と、該磁性粒子の平均粒径の１／４〜１／１０００の範囲の平均粒径からなる研磨粒子と、該磁性粒子と該研磨粒子をスラリー状にするスラリー媒体であって該研磨粒子を研磨スラリー内に分散させるための添加剤を含まないスラリー媒体とを有することを特徴とする超精密磁気研磨用の研磨スラリー。
【請求項５】
前記磁性粒子が球状のカルボニル鉄粉であり、前記研磨粒子がダイヤモンド粒子である、請求項４に記載の研磨スラリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超精密磁気研磨方法及びそれに用いる研磨スラリーに関し、更に詳しくは、管の内面を極めて精密に研磨することができ且つ洗浄も容易な超精密磁気研磨方法と、その方法で用いる研磨スラリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体分野、医療機器分野、バイオテクノロジー分野等の様々な技術分野で、高精度の精密部品が要求されている。こうした分野では、高純度ガスや高純度流体を輸送するための装置にクリーンパイプが用いられている。このクリーンパイプは、その内面が鏡面仕上げされていることが要求されており、こうした要求に応えるため、磁性砥粒、磁気感応性粒子、磁性流体、磁気粘性流体等を利用した管内面磁気研磨法が提案されている（例えば、特許文献１〜３及び非特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１には、粒径４ｍｍの鋼球を磁性砥粒として管内に入れ、管と、管の外周側に配置した２つの磁石とを相対運動させることにより、その磁性砥粒で管内面を研磨する磁気研磨方法が記載されている。また、特許文献２には、管の内外に磁気感応性の磁性砥粒を配置し、管と磁界とを相対運動させることにより、その磁性砥粒で管の内面と外面とを研磨する磁気研磨方法が記載されている。また、特許文献３には、平均粒径４〜３０μｍのアルミナ砥粒を混入した磁性流体を管内に入れ、管と磁界とを相対運動させることにより、その磁性砥粒で管の内面を研磨する磁気研磨方法が記載されている。また、非特許文献１には、磁場により粘性が変化する磁気粘性流体中に平均粒径４μｍのアルミナ砥粒と平均粒径５μｍの鉄粉粒子とを混合した研磨スラリーを管内に入れ、管と磁界とを相対運動させることにより、その磁性砥粒で管の内面を研磨する磁気研磨方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２１０６４８号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／０９０７４１号公報
【特許文献３】特開２００３−０６２７４７号公報
【非特許文献１】山口ひとみ、進村武男、佐藤隆史及び谷口  彰、「磁気粘性流体を利用した精密加工技術の開発研究（磁気粘性流体ベーススラリーの開発とその加工特性）」、精密工学会誌、７２巻、１号、１００頁（２００６）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、研磨対象となる管の径がより細径になって管内面の研磨がより困難になってきており、さらに管内面の平滑性もより高いレベルが要求されてきている。また、研磨した後の管の内部に残存するスラリーについては、容易に洗浄できることが要求されてきている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の磁気研磨方法では、磁性砥粒が粒径４ｍｍの鋼球であり、細径管の内面を高い平滑性となるように研磨することは困難である。また、上記特許文献２に記載の磁気研磨方法では、５〜２０００μｍの磁性粒子を用いているが、そうした磁性粒子は凝集し易いという難点がある。なお、そうした凝集を防ぐために界面活性剤をスラリー中に含有させることが有効であるが、そうした界面活性剤は洗浄しにくく、容易に洗い流すことができないという難点がある。また、特許文献３に記載の磁気研磨方法では、磁性砥粒を混入した磁性流体で研磨するが、研磨対象物に対する加工力が十分ではなく、精密仕上げを効率的に行うのは難しい。また、非特許文献１に記載の磁気研磨方法では、特殊な添加剤を含む磁気粘性流体を使用するため、研磨加工後の洗浄を十分に行わなければならないという難点があり、コスト高になり易い。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、管の内面を極めて精密に研磨することができ且つ洗浄も容易な超精密磁気研磨方法と、その方法で用いる研磨スラリーを提供することにある。
を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題解決を目的として鋭意研究を行っている過程で、微細な球形鉄粉と超微粒砥粒と一般的な研磨油とを単純に混合してなる研磨スラリーを調製し、その研磨スラリーを用いて管内面の磁気研磨加工を行ったところ、所定の条件を満たした場合に限り、管内面を極めて平滑に研磨することができ、しかも洗浄も極めて容易に行うことができることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明の超精密磁気研磨方法は、被研磨管と、該被研磨管内に導入された研磨スラリーと、該被研磨管と該研磨スラリーとを相対運動させて前記研磨スラリーを攪拌させる管内面磁気研磨装置とを用い、該管内面磁気研磨装置を動作させて前記被研磨管の内面を前記研磨スラリーで研磨する超精密磁気研磨方法であって、前記研磨スラリーが、球状の磁性粒子と、該磁性粒子の平均粒径の１／４〜１／１０００の範囲の平均粒径からなる研磨粒子と、該磁性粒子と該研磨粒子をスラリー状にするスラリー媒体であって該研磨粒子を研磨スラリー内に分散させるための添加剤を含まないスラリー媒体とを有することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、管内面磁気研磨装置により被研磨管と研磨スラリーとを相対運動させて起こる研磨スラリーの攪拌は、球状の磁性粒子が大きく渦巻き回転するように動いて起こるものである（この攪拌現象を本発明者は「自生攪拌現象」と呼ぶ。）が、その結果、小径の研磨粒子が凝集するのを防いで研磨スラリー中で均一分散させることができるので、磁性粒子よりも小径で凝集しない研磨粒子によって、管内面の微細研磨を実現できる。研磨粒子の４倍〜１０００倍大きい磁性粒子は球状であるので、被研磨管の内面に傷等を付けることを極力防ぐことができ、平滑性を損なうように作用しない。さらに、その磁性粒子は研磨粒子を凝集しない自生攪拌現象を生じさせることができるので、従来のように研磨粒子を分散させるための添加剤（界面活性剤等）をスラリー媒体中に配合させる必要が無くなる。そのため、研磨後にそうした添加剤を洗浄して除去する困難さを無くすことができ、極めて効率的且つ簡単に洗浄することができる。さらに、磁性粒子の１／４〜１／１０００の小径の研磨粒子は、磁性粒子と被研磨管との間に挟まれるようにして被研磨管を研磨するので、凝集しないで均一分散した微細な研磨粒子で被研磨管の内面を精密研磨することができる。
【００１１】
本発明の超精密磁気研磨方法において、前記被研磨管内で攪拌する磁性粒子は、前記研磨粒子の凝集を抑えて該研磨粒子を分散させるように構成する。
【００１２】
この発明によれば、管内面磁気研磨装置を制御して磁性粒子に渦巻き回転するような運動力を与えることにより自生攪拌現象を生じさせ、その結果として、被研磨管内で攪拌する磁性粒子が研磨粒子の凝集を抑えてその研磨粒子を分散させるので、従来のように研磨粒子を分散させるための添加剤（界面活性剤等）をスラリー媒体中に配合させる必要が無くなる。そのため、研磨後にそうした添加剤を洗浄して除去する困難さを無くすことができ、極めて効率的且つ簡単に洗浄することができるとともに、凝集しないで均一分散した微細な研磨粒子で被研磨管の内面を精密研磨することができる。
【００１３】
本発明の超精密磁気研磨方法において、前記磁性粒子の平均粒径と前記研磨粒子の平均粒径とを変化させた複数の研磨スラリーを準備し、平均粒径の大きい粒子を含む研磨スラリーから段階的に前記被研磨管内に入れ替えて研磨するように構成する。
【００１４】
この発明によれば、研磨を例えば粗研磨、中間研磨又は仕上研磨のいずれで行うかによって、磁性粒子と研磨粒子とを適した平均粒径とした複数の研磨スラリーを準備し、平均粒径の大きい粒子を含む研磨スラリーから段階的に被研磨管内に入れ替えて研磨すれば、粗研磨、中間研磨、仕上研磨を順次行うことができる。その結果、研磨段階毎に最も適した研磨スラリーを用いることにより、研磨効率を向上させることができる。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の研磨スラリーは、被研磨管内に導入して、該被研磨管との間で相対運動させて該被研磨管の内面を研磨する研磨スラリーであって、球状の磁性粒子と、該磁性粒子の平均粒径の１／４〜１／１０００の範囲の平均粒径からなる研磨粒子と、該磁性粒子と該研磨粒子をスラリー状にするスラリー媒体であって該研磨粒子を研磨スラリー内に分散させるための添加剤を含まないスラリー媒体とを有することを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、被研磨管との間で相対運動する研磨スラリーは、球状の磁性粒子とその磁性粒子よりも小径（１／４〜１／１０００）の研磨粒子とを有するので、球状の磁性粒子の運動が小径の研磨粒子の凝集を防ぐことができる。その結果、研磨スラリー中の研磨粒子を均一に分散させることができ、均一分散した研磨粒子によって、管内面の微細研磨を実現できる。研磨粒子の４倍〜１０００倍大きい磁性粒子は球状であるので、被研磨管の内面に傷等を付けることを極力防ぐことができ、平滑性を損なうように作用しない。さらに、研磨粒子が凝集しないので、従来のように研磨粒子を分散させるための添加剤（界面活性剤等）をスラリー媒体中に配合させる必要が無くなる。そのため、研磨後にそうした添加剤を洗浄して除去する困難さを無くすことができ、極めて効率的且つ簡単に洗浄することができる。さらに、磁性粒子の１／４〜１／１０００の小径の研磨粒子は、磁性粒子と被研磨管との間に挟まれるようにして被研磨管を研磨するので、凝集しないで均一分散した微細な研磨粒子で被研磨管の内面を精密研磨することができる。
【００１７】
本発明の研磨スラリーにおいて、前記磁性粒子が球状のカルボニル鉄粉であり、前記研磨粒子がダイヤモンド粒子であるように構成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の超精密磁気研磨方法及びその方法で用いる研磨スラリーによれば、管内面磁気研磨装置により被研磨管と研磨スラリーとを相対運動させて起こる研磨スラリーの攪拌（自生攪拌現象）により、小径の研磨粒子が凝集するのを防いで研磨スラリー中で均一分散させることができるので、磁性粒子よりも小径で凝集しない研磨粒子によって、管内面の微細研磨を実現できる。研磨粒子の４倍〜１０００倍大きい磁性粒子は球状であるので、被研磨管の内面に傷等を付けることを極力防ぐことができ、平滑性を損なうように作用しない。さらに、磁性粒子は研磨粒子を凝集しない自生攪拌現象を生じさせることができるので、従来のような研磨粒子を分散させるための添加剤（界面活性剤等）をスラリー媒体中に配合させる必要が無くなる。そのため、研磨後にそうした添加剤を洗浄して除去する困難さを無くすことができ、極めて効率的且つ簡単に洗浄することができる。さらに、磁性粒子の１／４〜１／１０００の小径の研磨粒子は、磁性粒子と被研磨管との間に挟まれるようにして被研磨管を研磨するので、凝集しないで均一分散した微細な研磨粒子で被研磨管の内面を精密研磨することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の超精密磁気研磨方法及びその方法で用いる研磨スラリーについて、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を有する範囲を包含し、以下に示す説明及び図面等に限定されない。
【００２０】
図１は、本発明の超精密磁気研磨方法の加工原理を示す模式図である。図２は、本発明の超精密磁気研磨方法で用いる研磨スラリーの説明図である。本発明の超精密磁気研磨方法は、図１に示すように、被研磨管１と、その被研磨管１内に導入された研磨スラリー２と、被研磨管１と研磨スラリー２とを相対運動させるとともに研磨スラリー２を攪拌させる管内面磁気研磨装置３とを用い、管内面磁気研磨装置３を動作させて被研磨管１の内面を研磨スラリー２で研磨する研磨方法である。そして、本発明の特徴は、図２に示すように、研磨スラリー２が、球状の磁性粒子１１と、磁性粒子１１の平均粒径Ｄの１／４〜１／１０００の範囲の平均粒径ｄからなる研磨粒子１２と、磁性粒子１１と研磨粒子１２をスラリー状にするスラリー媒体であって研磨粒子１２を研磨スラリー２内に分散させるための添加剤を含まないスラリー媒体１３と、を有することにある。
【００２１】
（管内面磁気研磨装置）
図１において、管内面磁気研磨装置３は、被研磨管１の外部に配置された磁石３１（３１ａ〜３１ｄ）から研磨スラリー２に変動磁場を与えるが、こうした変動磁場は、研磨スラリー２中の磁性粒子１１を磁気吸引して被研磨管１の内面に押し付けるように作用する。そうした管内面磁気研磨装置３としては各種の形態のものを挙げることができるが、図１の例では、被研磨管１の外部に９０°間隔で配置された４つの磁石３１ａ〜３１ｄと、２つの磁石間（３１ａと３１ｂ、３１ｃと３１ｄ）を接続するヨーク３２（３２ａ，３２ｂ）と、被研磨管１を回転３３させて被研磨管１と磁石３１とを相対運動させる回転装置（図示しない）とで構成されている（後述の図５も参照）。なお、磁石３１ａ〜３１ｄは図１の例では９０°の角度となるように被研磨管１の周囲に配置されているが、その角度は任意である。
【００２２】
詳しくは、９０°に配置された１対のＳ極３１ａ及びＮ極３１ｂをヨーク３２ａで連結してなる複合磁石３６ａと、９０°に配置された１対のＳ極３１ｃ及びＮ極３１ｄをヨーク３２ｂで連結してなる複合磁石３６ｂとにより、各々磁界が形成されている。複合磁石３６ａと複合磁石３６ｂとは、被研磨管１の周りに１８０°の位置関係で対向するように配置され、その２つの複合磁石３６ａ，３６ｂで挟まれるように被研磨管１が配置される。被研磨管１の内部には研磨スラリー２が入っている。なお、図１と図５では、複合磁石３６ａ，３６ｂを固定し、被研磨管１を回転させて被研磨管１と研磨スラリー２とを相対運動させる態様であるが、被研磨管１を固定し、複合磁石３６ａ，３６ｂを回転させて被研磨管１と研磨スラリー２とを相対運動させるものであってもよい。また、複合磁石と被研磨管１とを反対方向に同時に回転させてもよい。相対運動は、被研磨管１と研磨スラリー２と間で起こるものであるが、研磨スラリー２は複合磁石３６ａ，３６ｂに磁気吸引されるので、相対運動は、被研磨管１と磁石（磁界）ということもできる。
【００２３】
相対運動の速度は、研磨スラリー２中の磁性粒子１１が自生攪拌現象３５を起こして研磨スラリー２中の研磨粒子１２を均一に分散するに足る速度であればよく、そうした相対運動速度は任意に設定されることになるが、例えば、被研磨管１と研磨スラリー２（磁石）との相対移動速度を５０〜２００ｍ／ｍｉｎの範囲とすることができる。
【００２４】
磁性粒子１１と研磨粒子１２を含む研磨スラリー２は、被研磨管１が回転３３しても２つの複合磁石３６ａ，３６ｂに磁気吸引されて所定の領域から動かず、回転する被研磨管１の内面に対して相対移動する。この研磨スラリー２の相対移動により、被研磨管１の内面を研磨することができる。
【００２５】
磁石の強さ（磁力）は、他の条件との兼ね合いで決定されるので一概には言えないが、研磨スラリー２が被研磨管１内で自生攪拌現象３５を生じさせる磁力であることが好ましい。複合磁石３６を構成する磁石３１の種類に特に制限はなく、永久磁石でも電磁石でもよい。永久磁石としては、例えば希土類磁石、フェライト磁石、アルニコマグネット、ＭＡ磁石等を挙げることができる。希土類磁石は強力な磁界を得られる点で好ましい。希土類磁石としては、具体的には、ネオジウム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）やサマリウムコバルト磁石（Ｓｍ−Ｃｏ）が好ましく用いられる。
【００２６】
磁石の数や配置にも特に制限はなく、磁石により形成される磁界中に被研磨管１を配置できるような数や配置にすればよい。例えば、被研磨管１を挟んで対向するように一対のＮ極とＳ極とを配置してもよいし、あるいは、図１に示すように一対のＮ極とＳ極とが隣り合うように配置してもよい。前者の場合には被研磨管１が配置される箇所に均一磁界を形成しやすく、後者の場合には不均一磁界を形成しやすい。通常は、不均一磁界中に被研磨管１を配置することが好ましい。磁石の数は１つでもよいが、被研磨管１が大きい場合には、磁石の数を２以上に増やすことが好ましく、この場合には、一対のＮ極とＳ極が隣り合うように配置された磁石を被研磨管１の周りに複数並べて配置することが好ましい。
【００２７】
Ｎ極とＳ極の形状にも特に制限はない。通常は、円柱や多角柱等の柱状の磁石をＮ極及びＳ極として用いる。また、磁束密度を高める観点から、Ｎ極及び／又はＳ極の先端を錘台形、例えば円錐台形や角錘台形としてもよい。また、磁石は角部の磁場強度が大きくなることから、Ｎ極やＳ極の先端を切り欠きが入った形状とすることもできる。なお、ヨーク３２ａ，３２ｂについては特に限定されず、一般的にヨークとして用いられているものを用いることができる。例えば、後述する実施例に示す一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）等が用いられる。
【００２８】
なお、管内面磁気研磨装置３には、磁石３１を振動させるための振動装置を備えていてもよい。
【００２９】
被研磨管１は、その内面を研磨する対象となる管であり、その材質は非磁性管であっても磁性管であってもよい。非磁性管の材質としては、例えば、プラスチックス、ガラス、セラミックス、非磁性の金属（銅、アルミニウム、非磁性鋼材、非磁性ステンレス鋼、チタン、等々）などを挙げることができる。磁性管の材質としては、例えば、鋼管、磁性ステンレス管、ニッケル管、磁性合金管、等を挙げることができる。ただし、被研磨管１が磁性管である場合には、管が有する磁性に抗して磁石３１の磁力により研磨スラリー２に自生攪拌現象を生じさせる必要がある。
【００３０】
被研磨管１の内径は特に限定されず、０．２ｍｍ程度の細径管から８０ｍｍ程度の管であってもよい。また、被研磨管１の内径は長手方向に一定でも途中で変化するものであってもよい。なお、被研磨管１は、真っ直ぐでも曲がっていてもよい。被研磨管１が真っ直ぐである場合には、被研磨管１と磁石３１のいずれかが回転しながら被研磨管１の長手方向に移動すればよいが、被研磨管１が曲がっている場合には、曲がった被研磨管１は回転しにくいので、磁石３１を回転させることがよい。
【００３１】
（研磨スラリー）
研磨スラリー２は、図２に示すように、磁性粒子１１と研磨粒子１２とスラリー媒体１３とを有している。この研磨スラリー２は、被研磨管１内に導入されて、その被研磨管１との間で相対運動させて被研磨管１の内面を研磨する。
【００３２】
磁性粒子１１は、球状の粒子であり、真球状でも楕円形状でもよく、要するに、シャープなエッジを有さないなだらかな曲面を外周に有する形状であればよい。こうした形状からなる磁性粒子１１は、被研磨管１の内面に当たった場合であっても、その内面を傷付け難いという利点がある。また、この磁性粒子１１は、被研磨管内においては磁石の対向位置に保持され、被研磨管１と研磨スラリー２とが相対運動することにより自生攪拌現象３５を生じるための必須の要素である。したがって、磁性粒子１１は、被研磨管１と研磨スラリー２との相対運動によって自生攪拌現象３５を生じるような磁気特性や粒径を持っている必要がある。したがって、磁性粒子１１の材質としては、磁石に磁気吸引されて被研磨管１の内壁に押し当たるとともに、自生攪拌現象３５を生じる程度の磁性を有する粒子である必要がある。
【００３３】
磁性粒子１１としては、鉄、コバルト、ニッケル、クロムやこれらの酸化物、合金、化合物等、一般に磁性体と呼ばれる元素を全部又は一部に含む粒子が用いられる。具体例としては、カルボニル鉄粉、電解鉄粉、ニッケル粉、Ｎｉ−Ｐ合金粉又はＮｉ−Ｂ合金粉等のニッケル合金粉等を使用することができる。また、高温高圧下の不活性ガス中で鉄と焼結させた球状の酸化アルミニウム粉や、不活性ガス雰囲気中でのアルミニウムと酸化鉄とのテルミット反応の生成物粉等を用いることも可能である。なお、市販されている磁性砥粒（東洋研磨材工業株式会社；ＫＭＸ−８０）や、その他の未市販の磁性砥粒等であっても、その表面を球状に加工してそれ自身の砥粒として効果を減少させた後であれば用いることができる。また、磁性を持つ球状粉末の表面に、他の材料を被覆してなる粒子であってもよい。
【００３４】
磁性粒子１１の大きさは、研磨粒子１２との相対的な関係においては、研磨粒子１２の４倍以上１０００倍以下、好ましくは４倍以上５０倍以下、さらに好ましくは５倍以上２０倍以下の範囲である。磁性粒子１１の大きさと研磨粒子１２の大きさとの関係は、研磨する前の被研磨管内面の表面状態（表面粗さの程度を含む。）、要求される被研磨管内面の表面状態、要求される研磨時間、研磨粒子１２の凝集防止の程度等によって上記範囲内から任意に選択される。
【００３５】
磁性粒子１１の大きさが研磨粒子１２の４倍未満では、両者の大きさが近づいて磁性粒子１１によって研磨粒子１２を均一に分散させることができないことがあり、また、後述する図４に示す態様のように磁性粒子１１と被研磨管内面との間に研磨粒子１２が挟まれ難くなり、その結果、被研磨管内面を研磨しにくくなる。一方、磁性粒子１１の大きさが研磨粒子１２の１０００倍を超えると、両者の大きさに差がありすぎて磁性粒子１１の大きさに対して研磨粒子１２が小さすぎ、効率的な研磨を実現できない。なお、５倍以上２０倍以下の範囲では、後述する図４に示す態様のように磁性粒子１１と被研磨管内面との間に研磨粒子１２が挟まれて効率的な研磨を行うことができるので特に好ましい。
【００３６】
磁性粒子１１の絶対値としては、平均粒径Ｄで０．５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましく、０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲内であることが特に好ましい。これらの平均粒径Ｄは、研磨対象となる被研磨管１の内径に応じて任意に選択される。内径が大きい場合や粗研磨時等に大きな研磨粒子１２を用いる場合には、上記の研磨粒子１２と間の相対的な寸法範囲内で大きな粒径の磁性粒子１１が選択され、内径が小さい場合や仕上研磨時等に小さな研磨粒子１２を用いる場合には、上記の研磨粒子１２と間の相対的な寸法範囲内で小さな粒径の磁性粒子１１が選択される。すなわち、被研磨管１の内径によって、又は研磨段階（粗研磨、通常研磨、仕上研磨等）によって任意に選択される。特に０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲では、従来から高精度研磨が難しいとされる細径管を精密研磨できるという効果がある。なお、平均粒径Ｄは、磁性粒子１１の電子顕微鏡写真から測定した平均値であり、表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）に基づいて測定した算術平均粗さである。
【００３７】
研磨粒子１２は、上記した磁性粒子１１の平均粒径Ｄの１／４〜１／１０００の範囲の平均粒径ｄからなる研磨粒子である。この研磨粒子１２の形態は特に制限されず各種の形態ものを用いることができる。研磨粒子１２としては、ダイヤモンド粒子、酸化アルミニウム粒子、酸化セリウム粒子、炭化ケイ素粒子、二酸化ケイ素粒子、酸化クロム粒子、又はそれらの複合体等が挙げられる。また、ＪＩＳ表示でＡ、ＷＡ、ＧＣ、ＳＡ、ＭＡ、Ｃ、ＭＤ、ＣＢＮとして表されているものを含む、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＺｒＯ２、Ｂ４Ｃ、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ＭｇＯ、ＣｅＯ２又はヒュームドシリカ等の研磨粒子であってもよい。
【００３８】
研磨粒子１２の粒径は、上記した磁性粒子１１のところで理由とともに説明したように、平均粒径ｄで磁性粒子１１の１／４〜１／１０００の範囲であり、好ましくは１／４〜１／５０の範囲であり、さらに好ましくは１／５〜１／２０の範囲である。こうした範囲の研磨粒子１２は、後述する図４に示す態様のように磁性粒子１１と被研磨管１との間に挟まれるようにして被研磨管１を研磨するので、凝集しないで均一分散した微細な研磨粒子１２で被研磨管１の内面を精密研磨することができる（後述の図３，４を参照）。なお、平均粒径ｄは、研磨粒子１２の電子顕微鏡写真から測定した平均値であり、表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）に基づいて測定した算術平均粗さである。
【００３９】
スラリー媒体１３は、磁性粒子１１と研磨粒子１２をスラリー状にする媒体であって、研磨粒子１２を研磨スラリー２内に分散させるための添加剤を含まない媒体である。スラリー状とする際の好ましい媒体としては、軽油、水の他、一般的に研磨液として用いられる水溶性や油溶性の液体等が挙げられる。
【００４０】
特に本発明では、従来、スラリー中の小粒径の研磨粒子が凝縮しないように添加していた界面活性剤等の添加剤が研磨後の洗浄工程での洗浄効率を妨げているという問題点を解決した点にも特徴があり、本発明で利用する研磨スラリー２がそうした添加剤を含まないことに特徴がある。そうした添加剤を含まないようにしても、本発明では上記したように磁性粒子１１が自生攪拌現象３５することにより研磨粒子１２を均一分散させることができるという効果があるので、そうした添加剤は不要となるのである。その結果、研磨後の洗浄工程においては、特殊な洗浄液で洗浄する必要がなくなり、単純な水洗浄やエタノール洗浄のみでも効果的な洗浄を行うことができる。
【００４１】
こうして構成された研磨スラリー２においては、通常、研磨スラリー２中に含まれる磁性粒子１１の含有量は３０重量％〜７０重量％の範囲であり、研磨粒子１２の含有量は１０重量％〜６０重量％の範囲であり、これら磁性粒子１１と研磨粒子１２とをあわせた総含有量は７０重量％〜９０重量％の範囲であるように構成される。なお、磁性粒子１１の含有量は、管内面磁気研磨装置３や磁性粒子１１の粒径等の条件とも関係し、自生攪拌現象３５を生じやすいように設定され、また、研磨粒子１２の含有量は、被研磨管の内面の研磨の程度（粗研磨、通常研磨、仕上研磨等）や研磨効率を考慮して設定される。また、スラリー媒体１２の含有量は、調製された研磨スラリー２が被研磨管１と磁石との間の相対運動によっても磁石の対向位置に流体物として留まっているように、ある程度の粘度を有するように設定される。
【００４２】
以上説明したように、研磨スラリー２に含まれる球状の磁性粒子１１は、研磨粒子１２の４倍〜１０００倍（好ましくは４倍〜５０倍、特に好ましくは５倍〜２０倍）大きいので、被研磨管１の内面に傷等を付けることを極力防ぐことができ、平滑性を損なうように作用しないという効果がある。さらに、研磨粒子１２を凝集しない自生攪拌現象３５を生じさせることができるので、従来のように研磨粒子１２を分散させるための添加剤（界面活性剤等）をスラリー媒体中に配合させる必要が無くなる。そのため、研磨後にそうした添加剤を洗浄して除去する困難さを無くすことができ、極めて効率的且つ簡単に洗浄することができるという効果がある。なお、自生攪拌現象３５とは、管内面磁気研磨装置３により被研磨管１と研磨スラリー２とを相対運動させたときに球状の磁性粒子１１が大きく渦巻き状に動いて起こる攪拌現象であり、その結果、小径の研磨粒子１２が凝集するのを防いでその研磨粒子１２を研磨スラリー２中で均一分散させることができるので、磁性粒子１１よりも小径で凝集しない研磨粒子１２によって、被研磨管の内面の微細研磨を実現できる。
【００４３】
（研磨挙動）
図３は、被研磨管内の研磨スラリーに作用する力学的なモデル図である。図３に示すように、被研磨管１中に挿入した研磨スラリー２は、磁石３１ａ，３１ｂから磁力線方向と等磁位線方向にそれぞれ磁力ＦｘとＦｙを受け、磁石３１ａ，３１ｂから引きつけられて磁石付近に保持される。磁力ＦｘとＦｙは、磁性粒子１１の径、磁性粒子１１の磁化率、及び磁場の強さとその変化率とに関係する。被研磨管１を回転させると、研磨スラリー２は被研磨管１の内面との間で研磨抵抗ｆｔを受ける。このとき、研磨スラリー２の加工中の挙動は、磁力ＦｘとＦｙ、重力ｍｇ及び研磨抵抗ｆｔに関係する。研磨スラリー２を構成する磁性粒子１１の粒径と含有割合を一定とすると、被研磨管１の回転速度と磁場の強さの選定によって、研磨スラリー２に自生攪拌現象３５を起こさせ、小径の研磨粒子１２の均一分散化を実現できる。このように、自生攪拌現象３の発生因子としては、磁場の強さ、磁性粒子の量と粒径、被研磨管の回転数（相対運動の程度）、被研磨管の内面から受ける研磨抵抗、等を挙げることができる。
【００４４】
図４は、本発明の研磨スラリーが被研磨管内を研磨するときの態様を示す模式図である。図１及び図３に示す態様において、被研磨管１と研磨スラリー２（磁石３１）とを相対運動させると、研磨スラリー２は磁石３１から吸引磁力を受けてＮ・Ｓ極間に保持され、その状態で研磨スラリー２と被研磨管の内面との間に相対運動が起こる。この相対運動は、研磨スラリー２を構成する磁性粒子１１と被研磨管の内面との間で抵抗を生じさせるため、磁性粒子１１に自生攪拌現象が起こり、その磁性粒子１１の自生攪拌現象３５により研磨粒子１２が凝集を起こさずに均一分散され、被研磨管の内面の超精密研磨を実現することができる。
【００４５】
このときの態様は図４に示す通りであり、凝集しない研磨粒子１２は、大粒径の磁性粒子１１と被研磨管１の内面との間に挟まれて被研磨管の内面を効率的に精密研磨する。
【００４６】
なお、研磨加工が終了した後においては、研磨スラリー２を被研磨管１から分離する。この際、磁気を用いることにより、研磨スラリー２を比較的容易に被研磨管１から分離することができる。被研磨管１の内部の径に対して開口部の径が小さい場合や場所により内径の異なる場合においても、磁気を援用することにより、研磨スラリー２を比較的容易に被研磨管１から分離することができる。具体的には、図１に示すような態様で被研磨管１を研磨した場合には、被研磨管１を磁石３１に対して軸方向に相対的に移動させることにより、研磨スラリー２を被研磨管１に対して軸方向に相対的に移動させ、研磨スラリー２を被研磨管１の開口部から排出することができる。
【００４７】
また、本発明の超精密磁気研磨方法では、粗研磨、通常研磨、仕上研磨等のように研磨精度の段階毎に適した複数種の研磨スラリー２を準備することにより、段階毎の研磨を行うことができる。具体的には、磁性粒子１１の平均粒径Ｄと研磨粒子１２の平均粒径ｄとを変化させた複数の研磨スラリーを準備し、平均粒径Ｄ，ｄの大きい粒子（磁性粒子１１及び／又は研磨粒子１２）を含む研磨スラリーから段階的に被研磨管１内に入れ替えて研磨する。このように、例えば粗研磨、中間研磨又は仕上研磨のいずれで行うかによって、磁性粒子１１と研磨粒子１２とを適した平均粒径Ｄ，ｄとした複数の研磨スラリーを準備し、平均粒径Ｄ，ｄの大きい粒子を含む研磨スラリーから段階的に被研磨管１内に入れ替えて研磨すれば、粗研磨、中間研磨、仕上研磨を順次行うことができる。その結果、研磨段階毎に最も適した研磨スラリーを用いることにより、研磨効率を向上させることができる。
【００４８】
また、本発明の超精密磁気研磨方法を適用する前段階では、本発明の超精密磁気研磨以外の管内面研磨方法を適用してもよい。例えば、従来行われていたような上記特許文献や非特許文献に記載の方法で研磨してもよく、また、界面活性等の洗浄しにくい添加剤を含む研磨スラリーを用いるものであってもよい。要は、最終的な研磨として本発明の超精密磁気研磨方法を用いれば、上記本発明の効果を奏することができる。
【実施例】
【００４９】
実験例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明の範囲は以下の実験例に限定されるものではない。
【００５０】
［実験１］
図５は、実験に用いた磁気研磨装置であり、図１に示した磁気研磨装置と同じ構成からなる装置である。用いた磁気研磨装置は、被研磨管１を回転させるとともに、磁石３１を振動させる機能を備えた装置であり、磁石３１としては、Ｎ極、Ｓ極、Ｓ極、Ｎ極の４個のネオジウム永久磁石（１８×１２×１０ｍｍ）を９０°間隔で順番に配置し、２つずつヨーク３２ａ，３２ｂで接続して複合磁石３６ａ，３６ｂを構成した。被研磨管１を旋盤チャックに固定して毎分２８００の回転数で回転させ、さらに複合磁石３６ａ，３６ｂを振動させことにより、被研磨管の内面と研磨スラリー２との間に相対運動が生じて自生攪拌現象３５が起こり、被研磨管の内面を研磨加工した。実験条件は以下の通りである。
【００５１】
（研磨加工条件）
被研磨管：光輝焼鈍処理されたＳＵＳ３１６ステンレス鋼円管（内径１２．４ｍｍ、外径１２．７ｍｍ）
磁石：Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ系希土類磁石
被研磨管と磁石とのクリアランス：３ｍｍ
磁石振動：振幅５ｍｍ、振動数０．８Ｈｚ
磁石回転数：２８００ｒｐｍ
処理時間：１５分間
研磨スラリー：磁性粒子（平均粒径６μｍのカルボニル鉄粉、ＢＡＳＦジャパン株式会社製）、研磨粒子（粒径範囲が０．２５μｍ〜０．７５μｍで平均粒径０．５μｍのダイヤモンド粒子、Ｍｉｃｒｏｄｉａｍａｎｔ社製）、スラリー媒体（カストロール社製、商品名：ホナイロ９９８、塩素フリー）
研磨スラリーの組成：磁性粒子６２重量％、研磨粒子２１重量％、研磨スラリー１７重量％
【００５２】
（測定及び結果）
図６は、研磨時間毎に測定した表面粗さＲａと研磨量Ｍを示すグラフである。研磨は１５分間行い、研磨前の表面粗さと、５分間刻みで研磨した後の表面粗さと、１５分後の最終的な表面粗さとを測定した。５分間刻みで研磨したときの表面粗さは、所定の時間が経過したとき回転を止め、被研磨管をエタノールで５分間超音波洗浄し、研磨量Ｍと表面粗さＲａを測定した。表面粗さＲａは、触針式粗さ測定機を用い、被研磨管の内面を円周方向に１２０°間隔で３箇所測定し、その平均値を採用した。図６に示すように、研磨前の被研磨管の内面の表面粗さは４３ｎｍＲａであったが、１５分研磨した後の表面粗さは５ｎｍＲａとなり、極めて平滑な鏡面研磨を実現できた。なお、表面粗さの測定は、表面粗さ測定機（株式会社ミツトヨ、型番：ＳＶ−６２４−３Ｄ）を用い、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）に基づいた方法で測定し、得られた算術平均粗さの値を表面粗さＲａとして表した。また、研磨量Ｍは、被研磨管の重さを研磨加工の前後で測定して評価した。
【００５３】
図７は、非接触表面形状粗さ測定装置を用いて測定した表面粗さ結果と、研磨加工前後の３次元形状画像とを示す図である。加工前の粗面は、加工後に滑らかなナノレベルの平滑面になってことがわかる。非接触表面形状粗さ測定装置は光干渉式の表面粗さ測定装置であるが、この装置を用いて測定した表面粗さは、図６で示したものとは若干異なり、研磨前の被研磨管の内面の表面粗さは１８４．４８ｎｍＲａであったが、１５分研磨した後の表面粗さは９．４７ｎｍＲａとなった。なお、非接触表面形状粗さ測定装置は、Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、型番：ＷＹＫＯ  ＮＴ１１００Ｍ）であり、３次元形状画像は、この装置により測定して得られた画像である。
【００５４】
以上のように、球状の磁性粒子１１と小径の研磨粒子１２とスラリー媒体１３とを単純混合して調製した新たな研磨スラリー２を用いて、研磨加工中の自生攪拌現象３５を利用して研磨粒子１２を均一分散させながら被研磨管１の内面を超精密研磨した。研磨加工実験の結果、触針式粗さ測定機で測定した表面粗さが４３ｎｍＲａから５ｎｍＲａにすることができ、超精密表面に仕上げられることを明らかにした。また、従来の加工法で問題となっていた洗浄についても、本発明の超精密磁気研磨方法では、普通洗浄で十分であることも確認した。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の超精密磁気研磨方法の加工原理を示す模式図である。
【図２】本発明の超精密磁気研磨方法で用いる研磨スラリーの説明図である。
【図３】被研磨管内の研磨スラリーに作用する力学的なモデル図である。
【図４】本発明の研磨スラリーが被研磨管内を研磨するときの態様を示す模式図である。
【図５】実験に用いた磁気研磨装置であり、図１に示した磁気研磨装置と同じ構成からなる装置である。
【図６】研磨時間毎に測定した表面粗さと研磨量を示すグラフである。
【図７】非接触表面形状粗さ測定装置を用いて測定した表面粗さ結果と、研磨加工前後の３次元形状画像とを示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  被研磨管
２  研磨スラリー
３  管内面磁気研磨装置
１１  磁性粒子
１２  研磨粒子
１３  スラリー媒体
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ  磁石
３２，３２ａ，３２ｂ  ヨーク
３３  回転
３５  自生攪拌現象
３６，３６ａ，３６ｂ  複合磁石
Ｄ  磁性粒子の平均粒径
ｄ  研磨粒子の平均粒径
【図１】
2010052123.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010052123.tif 000006
【図６】
2010052123.tif 000007
【図５】
2010052123.tif 000008
【図７】
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