(57)【要約】      （修正有）【課題】単純混合型磁性砥粒は取り扱いが容易であるが、磁性粉体の表面において、砥粒の分布状況や砥粒の突出量が不均一であり、砥粒の保磁力が弱い。被加工物の被加工部が微細な個所であっても、高精度で研磨することのできる磁気研磨方法とその加工液ならびに金型の製造方法を提供する。【解決手段】磁気研磨方法で用いる加工液４を、被加工物の加工面を加工する際に、砥粒２を保持した磁性粉体１は、磁性流体５により覆われた状態にする。【選択図】  図２
2004291208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の加工面と離間して配置された磁気電極を前記被加工物と相対的に回転させ、該磁気電極に吸引されている磁性粉体が保持している砥粒により前記加工面を加工する磁気研磨方法であって、
前記被加工物の前記加工面を加工する際に、前記磁性粉体は磁性流体により覆われた状態であることを特徴とする磁気研磨方法。
【請求項２】
前記磁性粉体は、前記砥粒の２倍程度の粒径の粉体を用いていることを特徴とする請求項１記載の磁気研磨方法。
【請求項３】
砥粒と、この砥粒を保持した磁性粉体と、この磁性粉体に密接した磁性流体とを有することを特徴とする磁気研磨用の加工液。
【請求項４】
前記磁性粉体の粒径は、前記砥粒の２倍程度の粒径であることを特徴とする請求項３に記載の加工液。
【請求項５】
前記磁性粉体は、複数の砥粒を保持していることを特徴とする請求項３に記載の加工液。
【請求項６】
被加工物の研磨加工に、請求項１または請求項２に記載の磁気研磨方法を用いていることを特徴とする金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型等被加工物の研磨の際に用いる磁気研磨方法と、その加工液ならびに金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械加工では困難な部品の加工を可能とする研磨方法として磁気研磨が用いられることがある。この研磨方法は、通常の機械加工では加工困難である複雑形状を有する部品や、工具が入らない穴や円管内面について、形状を崩すことなく精密仕上げ研磨が行える研磨方法である。例えば、金型の加工や、フレキシブルチューブ内面研磨や、ハードディスクヘッドのばり取りや研磨に用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、磁気研磨は、加工装置としては放電加工装置を用いて、加工の際に、放電加工用電極と磁気研磨工具とを交換して、加工をおこなうことも開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
磁気研磨では、磁極電極に保持される磁性粉体および砥粒から構成される磁性砥粒を研磨工具として使用している。研磨工具に対する磁力線の作用により研磨圧力を発生させ、かつ被加工物との間に相対運動を生じさせることにより加工を進行させる。相対運動を付与する方法には、被加工物を固定し磁極に回転および送りを与える方法、磁極を固定し被加工物（テーブル、旋盤主軸等）に送りを与える方法等があり、被加工物形状にあわせてそれぞれの方法が選択される。磁気研磨による仕上げ面の良否を左右する重要な要因として工具と被加工物の干渉状況、および研磨圧力の効率的な伝達が挙げられる。そのため磁極電極の配置の最適化、高性能工具の開発等が必要不可欠である。
【０００５】
磁気研磨に用いる研磨工具には、単純混合型磁性砥粒、砥粒および磁性体を焼結・粉砕した磁性砥粒、プラズマ粉末溶融法による磁性砥粒等が知られている。
【０００６】
単純混合型磁性砥粒は、磁性粉末、砥粒、油脂（もしくは研削液）を単純に混合することにより得られ、工具準備および調製に手間がかからない。単純混合型磁性砥粒は、取扱いが容易であるため、比較的使用頻度が高い方法である。
【０００７】
砥粒および磁性体を焼結・粉砕した磁性砥粒は、粉末状であり、粉末冶金学的に砥粒と磁性体を焼結しているため、砥粒保持力に優れる。しかし粉砕して得た工具の表面においては、砥粒分散状況および砥粒突出量にムラが生じる可能性が高い。
【０００８】
プラズマ粉末溶融法による磁性砥粒は、高温にて溶融した金属と砥粒を混合後、冷却、粉砕する方法による粉末状磁性砥粒であり、砥粒の保持力は高い。しかし、磁性金属材料に比べ比重が軽い砥粒（ダイヤ等）を使用した場合、砥粒が溶融金属中で浮遊し、砥粒分散状態にムラが生じる。また、酸化物系砥粒は鉄系磁性体との親和性が低く、充分な砥粒保持力が得られないという報告もある（例えば、特許文献２を参照  香川県）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２８６１９  （段落番号００５８  図２）
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−２６５９３３  （段落番号０００３〜０００４）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、単純混合型磁性砥粒は、磁性粉末、砥粒、油脂（もしくは研削液）を単純に混合することにより得られ、工具の準備や調製に手間がかからなく、取扱いが容易であるため、比較的使用頻度が高い。
【００１２】
しかしながら、磁性粉体の表面において砥粒の分散状況や、砥粒の突出量が不均一であること、砥粒の保持力が低いことが問題点として挙げられる。砥粒は加工中に磁性粉末と容易に分離、脱落し、また加工圧力伝達が非効率であることから、加工効率が悪化する。
【００１３】
すなわち、図１に示すように、単純混合型磁性砥粒における砥粒の保持力は、磁性粉体１の径に対して砥粒２の径が十分に小さい場合に十分な保持力が得られて有効である。したがって、砥粒２の径が大きい場合、磁性粉体１の径をそれに対応して大きくしなければならない。図１（ｂ）に示すように、磁性粉体１の径に対して砥粒２の径が十分に小さくない場合、砥粒２が磁性粉体１に保持される力が弱くなり、砥粒２による十分な研磨作用が得られない。磁性粉体１の径を大きくした場合は、工具と被加工物の間の隙間（以下、クリアランス）を広く設定する必要がある。それに対して、被加工物の側では、例えば金型などの場合は、微細部分が増加しているため、クリアランスを大きくとることは困難である。しかも、微細部の加工は微細部分の研磨前の加工面のほとんどが放電加工面となっているため、十分な研磨が必要であり、研磨能力の点からは大きな径の砥粒を用いる必要があるという問題がある。
【００１４】
また、砥粒および磁性体を焼結・粉砕した磁性砥粒や、プラズマ粉末溶融法による磁性砥粒は、いずれも、磁性体と砥粒の混合塊を粉砕して作製するため、得られた工具上の砥粒は、磁性体表面だけでなく、磁性体内部にも存在する可能性がある。磁性体内部に存在する砥粒は加工に直接関与しない。その場合、ダイヤ、ＣＢＮ等の超砥粒を使用する場合、加工に関与しない砥粒の存在は、原料コスト削減を妨げる要因となる。
【００１５】
さらに、小さな粒径の粉体は分級が困難で、大きな粒径の粉体が混入していると、研磨時に研磨面に傷など発生して加工品質が低下する。また、粉砕、分級時に、製造装置などの内部が磁性砥粒によって削られ、不純物として混入しやすい。これらのことは光学部品の研磨などの精密研磨においては大きな問題である。
【００１６】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、被加工物の被加工部が微細な個所であっても、高精度で研磨することのできる磁気研磨方法とその加工液ならびに金型の製造方法を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被加工物の加工面と離間して配置された磁気電極を前記被加工物と相対的に回転させ、該磁気電極に吸引されている磁性粉体が保持している砥粒により前記加工面を加工する磁気研磨方法であって、
前記被加工物の前記加工面を加工する際に、前記磁性粉体は磁性流体により覆われた状態であることを特徴とする磁気研磨方法である。
【００１８】
また本発明によれば、前記磁性粉体は、前記砥粒の２倍程度の粒径の粉体を用いていることを特徴とする磁気研磨方法である。
【００１９】
また本発明によれば、砥粒と、この砥粒を保持した磁性粉体と、この磁性粉体に密接した磁性流体とを有することを特徴とする磁気研磨用の加工液である。
【００２０】
また本発明によれば、前記磁性粉体の粒径は、前記砥粒の２倍程度の粒径であることを特徴とする加工液である。
【００２１】
また本発明によれば、前記磁性粉体は、複数の砥粒を保持していることを特徴とする加工液である。
【００２２】
また本発明によれば、被加工物の研磨加工に、請求項１または請求項２に記載の磁気研磨方法を用いていることを特徴とする金型の製造方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基礎となっている研磨工具について説明する。この場合の研磨工具は単純混合型磁性砥粒でスラリー状であり、磁性粉末、砥粒、磁性を有する液体で構成されているので、以下、加工液と言う。
【００２４】
すなわち、発明が解決しようとする課題の項で、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して説明したように、磁気研磨に使用する磁性粉体１が砥粒２を保持した状態の複合体３は、図１（ａ）に示したように、磁性粉体１の径に対して砥粒２の径が十分に小さい場合に十分な保持力が得られて有効である。そのため、砥粒２の径が大きい場合、磁性粉体１の径をそれに対応して大きくしなければならない。また、図１（ｂ）に示すように、磁性粉体１の径に対して砥粒２の径が十分に小さくない場合、砥粒２が磁性粉体１に保持される力が弱くなり、砥粒２による十分な研磨作用が得られない。磁性粉体１の径を大きくした場合は、工具と被加工物の間のクリアランスを広く設定する必要がある。
【００２５】
それに対して、被加工物の側では、金型などの場合は、微細部分が増加しているため、クリアランスを大きくとることは困難である。しかも、微細部分の加工は、研磨前の加工面のほとんどが放電加工面となっているため、十分な研磨が必要であり、研磨能力の点からは大きな径の砥粒２を用いる必要がある。
【００２６】
これらの課題を解消するためには、大きな砥粒２を小さな磁性粉体１であっても十分な保持力で保持する必要がある。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態を示す加工液の模式図である。加工液４は、磁性粉体１に砥粒２が保持され、また、磁性粉体１の外側には砥粒２に密接して磁性を帯びた流体である磁性流体５の膜が形成されている。すなわち、磁性流体５は磁性により磁性粉体１に吸引される。その際に、磁性流体５は砥粒２に密接しているので、砥粒２には補助的に磁性粉体１に吸引される力が作用して、磁性粉体１による砥粒２の保持力が増強される。
【００２８】
磁性粉体１には、透磁率（物体中を磁力線が透過する度合いを表す値）の高い、強磁性体の金属材料を用いる。鋳鉄、純鉄、純ニッケル（非金属）、鉄−クロム合金が例示される。磁性粉体１の粒径は４５μｍ程度であることが望ましく、形状に制限はない。
【００２９】
砥粒２には、ダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒もしくはＷＡ、ＧＣ、エメリー等の一般砥粒を使用する。砥粒２の径は平均粒径が２０μｍ以下程度であることが望ましい。
【００３０】
磁性流体５は、一例を挙げれば、特公表２００１−５２７２８３号公報に開示されているように、水をベースにした磁性流体５で、水相中に界面活性剤を有し、磁性成分としてのｎｍ粒子は、磁鉄鉱（Ｆｅ３Ｏ４）又は、コバルトフェライトもしくはマンガン−亜鉛フェライトのような混合された酸化物で構成されている。この場合、磁気飽和は、最大２５ｍＴである。また、本実施の形態の場合、比透磁率は一例をあげれば、２．７のものを用いている。
【００３１】
これらの構成により、小さな粒径の磁性粉体１であっても、砥粒２の粒径が従来よりも大きくても、砥粒２を磁性粉体１に保持されることができる。
【００３２】
小さな粒径の磁性粉体１を用いることができるため、加工の際に、被加工物と工具とのクリアランスを小さく設定することが可能となる。その結果、金型などの微細構造部分の高効率な研磨をおこなうことができる。
【００３３】
また、図３に示すように、磁性流体５を含んだ加工液４を用いることにより、各々の磁性粉体１の間が磁性流体５で満たされているため、磁性粉体１同士の吸着力や、磁気電極６と磁性粉体１との吸着力が増強された。それにより、磁気電極６と、砥粒２を保持した磁性粉体１との一体関係が強化され、その点からも研磨効率の向上が図れる。
【００３４】
図４は、上述の加工液４を用いて被加工物を加工している状態の斜視図である。加工装置のスピンドル７に磁気電極６を装着し、被加工物８に対して所定のクリアランスに設定して、加工液４を供給しながらスピンドル７を回転させ、磁気電極６に保持された加工液４の砥粒２で被加工物８を研磨する。
【００３５】
図５は、加工の際の加工液４の中の磁性流体５の体積比率（％）と、研磨量との関係を示すグラフである。なお、この場合、砥粒２は、粒径が２０μｍ程度のＧＣで、磁性粉体１は、粒径が４５μｍ程度の鉄で磁束密度は０．２Ｔである。また、工具の回転数は、１０，０００ｒｐｍで、工具と被加工物８のクリアランスは２００μｍである。
【００３６】
グラフで示すように、研磨量は、磁性流体５の体積比率が２５％程度のところでピーク値である１７．５μｍ／ｍｉｎを示している。
【００３７】
良好な研磨の範囲の研磨量を１６μｍ／ｍｉｎ以上とすると、磁性流体５の体積比率は１５〜４５％程度の範囲となる。
【００３８】
また、加工上、特に問題の無い範囲の研磨量を１０μｍ／ｍｉｎ以上とすると、磁性流体５の体積比率は５〜８５％程度の範囲となる。
【００３９】
次に、金型等に形成する微細溝の研磨について説明する。図６（ａ）および（ｂ）は、微細溝の加工の状態を比較して示した模式図である。被加工物８の微細溝９が深い場合、磁気電極６で吸引している磁性粉体１に保持されている砥粒２により加工するためには、磁気電極６での磁性粉体１の吸引力が十分でなければならない。そのために、図６（ｂ）に示すように、磁気電極６の径を大きくして吸引力を増した場合は、磁気電極６が溝の内部に侵入することができないために、微細溝９の深部の加工は困難になる。
【００４０】
それに対して、図６（ａ）に示したのように、磁気電極６の径を小さくした場合は、磁気電極６が微細溝９の中に進入することができるので、微細溝９の深部まで加工することが可能である。しかし、磁気電極６が細いために磁気電極６による磁性粉体１の吸引力が弱くなり、磁性粉体１を十分に吸引できず、良好な加工が出来ない恐れがある。その際、本発明の加工液４を用いれば、図３に示したように磁性流体５により磁気電極６への磁性粉体１の吸引力が補強されているので、磁気電極６が細い場合でも、磁気電極６への磁性粉体１の吸引力が強化され、良好な加工をおこなうことができる。
【００４１】
次に、図７に模式図を示すように、金型等の被加工物８の自由曲面１０の加工について説明する。磁気研磨においては、加工点における法線が磁力線の方向とほぼ一致するように被加工物８の法線制御を行いながら加工をおこなうことができる。すなわち、図７に示すように、被加工物８を旋回中心１１を中心に旋回させ、研磨の際の接触点、すなわち任意の加工点Ｐｎに立てた法線１２が磁力線の方向１３とほぼ一致するように被加工物８の法線制御を行う。被加工物８の法線制御を行うことで、例えば球面を含む自由曲面１０の形状を有する金型等の被加工物８においても、加工点、正確には加工範囲が常に磁極１４の中心部となるため、加工部位によらず研磨による除去量がほぼ一定となる。よって、非磁性材料でなおかつ複雑な自由曲面１０の形状を有する被加工物８であっても所望の形状精度を容易に得ることが可能である。
【００４２】
以上に説明したように、本発明の実施の形態によれば、磁気研磨用の加工液で、磁性粉体の径に対して砥粒の径が大きい場合も、磁性流体の作用により磁性粉体に砥粒を十分な保持力で保持することができる。
【００４３】
また、その加工液を用いて磁気研磨することにより、金型などの微細溝に対しても高効率な研磨をおこなうことができる。
【００４４】
また、その加工液を用いることにより、加工工具に対してクリアランスを広く設定することが困難な、金型などの曲面や微細形状を研磨することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、被加工物の被加工部が微細な個所であっても、磁気研磨により高精度で研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、磁性粉体が砥粒を保持した状態の説明図。
【図２】本発明の加工液の模式図。
【図３】本発明の加工液と磁気電極との関係を示す模式図。
【図４】本発明の加工液を用いて被加工物を加工している状態の斜視図。
【図５】加工の際の加工液の中の磁性流体の体積比率（％）と、研磨量との関係を示すグラフ。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、微細溝の加工の状態を比較して示した模式図。
【図７】自由鏡面の加工の状態を示した模式図。
【符号の説明】
１…磁性粉体、２…砥粒、３…複合体、４…加工液、５…磁性流体、６…磁気電極、８…被加工物、９…微細溝、１０…自由曲面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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