(57)【要約】【課題】  加工圧制御が不要な研磨方法、及びそれに用いる研磨剤を提供する。【解決手段】  下部磁極鉄芯２と上部磁極鉄芯３は、電源１４に接続された、夫々の電磁石（コイル）５，１０により励磁される。下部磁極鉄芯２の上に研磨試料１を固定して、上部磁極鉄芯３との間に新しく開発した磁気研磨液でなる研磨剤４を介在させる。下部磁極鉄芯２はＡＣサーボモータ７によりカップリング６を介して駆動回転される。同様に、上部磁極鉄芯３はＡＣサーボモータ１０によりカップリング１１を介して、下部磁極鉄芯２の回転方向と反対方向に駆動回転される。ＡＣサーボモータ７，１０は夫々の速度計８，１３により回転速度が検出され、速度制御装置（図示なし）により所定の回転数に制御される。電磁石により、時間的に定常的な或いは変動的な磁場を印加することにより、磁気研磨液に磁場が印加される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部の電磁石コイル内の上部磁極鉄芯と、該上部磁極鉄芯と反対方向に回転する電磁石コイル内の下部磁極鉄芯と、該下部磁極鉄芯上に設置された試料ホルダーとからなり、非磁性の砥粒粒子とαセルロースを混合してなる磁気研磨剤を、上部磁極鉄芯と試料ホルダー上の研磨される試料との間に供給し、該磁気研磨剤には電磁石により時間的に定常的にあるいは変動的に磁場を印加しつつ、上部磁極鉄芯と下部磁極鉄芯を回転して試料を研磨することを特徴とする加工圧制御が不要な研磨方法。
【請求項２】
水やケロシン等の分散媒中に強磁性粒子を分離させた流体に対し、電機絶縁性を有する水やケロシン等を分散媒とするマグネタイト粒子が一様分散した流体を混合した複合流体に、非磁性の砥粒粒子とαセルロースを混合してなる研磨剤。
【請求項３】
動粘度０.０１〜１０ｍｍ2／ｓ程度の水やケロシン等の分散媒中に、粒子径１〜１０μｍの強磁性粒子を１０〜７０ｗｔ％分散させた流体に対して、電気絶縁性を有する水やケロシン等を分散媒とする１０ｎｍの球形マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）粒子が分散媒に一様分散した流体を２０〜５０ｗｔ％混合した複合流体に、粒子径０.０１〜１０μｍの非磁性の砥粒粒子を混合して磁気研磨液を形成し、この磁気研磨液に対し、αセルロースを２０〜５０ｗｔ％混合してなる研磨剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加工圧制御が不要な研磨方法およびそれに用いる研磨剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属材料等における、ラッピングと称されるラップを用いた研磨や、ポリッシングパッドを用いたポリシングと称される研磨では、ラップやポリッシングパッドを必要とするため、研磨される金属材料等の表面の形状に応じたラップやポリッシングパッドを用意しなければない。しかし、全ての形状に対応することは不可能であるので、限られた研磨面の形状をもつ研磨装置しか作成できず、また、人の手に頼らざるを得ない状況にある。
【０００３】
本発明者は、先に磁性流体に研磨砥粒やマグネタイトなどを混合した磁気混合流体（ＭＣＦ：Magnetic Compound Fluid）を出願しているが、砥粒の保持性が十分でなくパッドを使わない研磨では研磨表面の粗さがパッドを使う場合に比して劣るとか、磁場の吸引力でワーク上に研磨液を留めておくことができないという問題があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７０７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の研磨方法ではラップやポリッシングパッドを必要とし、また、磁性混合流体を用いた研磨であってもパッドを使わないと、研磨表面の粗さが劣るとか、磁場の吸引力でワーク上に研磨液を留めおけないという問題があった。そこで、本発明は、α−セルロースを混合し、セルロース繊維に砥粒を固定させると共に、研磨液の粘性を高くして磁場の吸引力でワーク上に研磨液を十分に留め置くことを可能にして、パッドを使う場合よりも良好な研磨面を得ることができるようにした、任意の曲面の研磨面に応用できる加工圧制御が不要な研磨方法とそれに用いる研磨剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の請求項１に係る加工圧制御が不要な研磨方法は、上部の電磁石コイル内の上部磁極鉄芯と、該上部磁極鉄芯と反対方向に回転する電磁石コイル内の下部磁極鉄芯と、該下部磁極鉄芯上に設置された試料ホルダーとからなり、非磁性の砥粒粒子とαセルロースを混合してなる磁気研磨剤を、上部磁極鉄芯と試料ホルダー上の研磨される試料との間に供給し、該磁気研磨剤には電磁石により時間的に定常的にあるいは変動的に磁場を印加しつつ、上部磁極鉄芯と下部磁極鉄芯を回転して試料を研磨するように構成した。
【０００７】
これにより、ラップやポリッシングパッドを用いた、限られた研磨面の形状をもつ研磨装置による研磨、又は人手による研磨では不可能な研磨を、加工圧制御不要で研磨することができるので、変化に富んだ形状の研磨面を精密に、かつ効率良く研磨できるので微細精密部品の加工法として利用できる。
【０００８】
この発明の請求項２に係る研磨剤は、水やケロシン等の分散媒中に強磁性粒子を分離させた流体に対し、電機絶縁性を有する水やケロシン等を分散媒とするマグネタイト粒子が一様分散した流体を混合した複合流体に、非磁性の砥粒粒子とαセルロースを混合して構成した。
【０００９】
この発明の請求項３に係る研磨剤は、動粘度０.０１〜１０ｍｍ2／ｓ程度の水やケロシン等の分散媒中に、粒子径１〜１０μｍの強磁性粒子を１０〜７０ｗｔ％分散させた流体に対して、電気絶縁性を有する水やケロシン等を分散媒とする１０ｎｍの球形マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）粒子が分散媒に一様分散した流体を２０〜５０ｗｔ％混合した複合流体に、粒子径０.０１〜１０μｍの非磁性の砥粒粒子を混合して磁気研磨液を形成し、この磁気研磨液に対し、αセルロースを２０〜５０ｗｔ％混合して構成した。
【００１０】
これにより、磁場を印加すると多数のマグネタイトと鉄粉からなるクラスターが形成され、クラスター中の砥粒が研磨面に押えつけられて研磨され、又はクラスターにより砥粒が研磨面に押えつけられて研磨されて、加工圧制御不要で研磨することができる磁気研磨液でなる研磨剤を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明の研磨剤を用いることにより、従来の金属材料等における、ラップやポリッシングパッドを用いた、限られた研磨面の形状をもつ研磨装置による研磨、又は人手による研磨では不可能な研磨を、加工圧制御不要で研磨することができるので、変化に富んだ形状の研磨面を精密に、かつ効率良く研磨できるので微細精密部品の加工法として利用できる。その結果、ラッピングやポリッシングにおけるコストや手間を大幅に削減することができるので、工業的な面で非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、動粘度０.０１〜１０ｍｍ2／ｓ程度の水やケロシン等の分散媒中に、粒子径１〜１０μｍの強磁性粒子を１０〜７０ｗｔ％分散させた流体に対して、電気絶縁性を有する水やケロシン等を分散媒とする１０ｎｍの球形マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）粒子が分散媒に一様分散した流体を２０〜５０ｗｔ％混合した複合流体に、粒子径０.０１〜１０μｍの非磁性の砥粒粒子を混合して磁気研磨液を形成し、この磁気研磨液に対し、環境に優しいα（アルファ）ーセルロースを２０〜５０ｗｔ％混ぜて新しい研磨液を作成した。また、ラップを用いないラッピングやポリッシャーパッドを用いないポリシングにおいて、この磁気研磨液を磁界中で使用して研磨試料を研磨する。
【００１３】
次に、本発明のの実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の加工圧制御が不要な研磨方法を適用する研磨装置構成図である。図において、１は研磨試料、２は研磨試料１が設置される試料ホルダー（図示せず）を有する下部磁極鉄芯、３は上部磁極鉄芯、４は本発明の磁気研磨液でなる研磨剤、５は下部磁極鉄芯２を励磁する電磁石、６はカップリング、７はＡＣサーボモータ、８は速度計、９は位置調整器、１０は上部磁極鉄芯３を励磁する電磁石、１１はカップリング、１２はＡＣサーボモータ、１３は速度計、１４は電磁石用電源、１５，１６は外枠に固定するベアリング軸承、１７は冷却水タンク、１８は電磁石に冷却水を供給するポンプである。尚、１９はポリッシャーパッドであり、本発明の新規な研磨方法では必要ないが、本発明の実施例と比較する際に上部磁極鉄芯３に取り付けられるものである。
【００１４】
図２に、研磨試料２と研磨試料１を固定する下部磁極鉄芯２、上部磁極鉄芯３と研磨剤４との位置関係の拡大図を示す。同図（Ａ）は上部方磁極鉄芯３にポリッシングパッド１９を取り付けた状態図である。同図（Ｂ）はポリッシングパッド１９を必要としない本発明の研磨状態図である。ここで、ｘは上部磁極鉄芯３と研磨試料１間の距離である。
【００１５】
図１の研磨装置における研磨動作は次の通りで有る。下部磁極鉄芯２と上部磁極鉄芯３は、電源１４に接続された、夫々の電磁石（コイル）５，１０により励磁される。下部磁極鉄芯２の上に研磨試料１を固定して、上部磁極鉄芯３との間に新しく開発した磁気研磨液でなる研磨剤４を介在させる。
【００１６】
下部磁極鉄芯２はＡＣサーボモータ７によりカップリング６を介して駆動回転される。同様に、上部磁極鉄芯３はＡＣサーボモータ１０によりカップリング１１を介して、下部磁極鉄芯２の回転方向と反対方向に駆動回転される。ＡＣサーボモータ７，１０は夫々の速度計８，１３により回転速度が検出され、速度制御装置（図示なし）により所定の回転数に制御される。
【００１７】
電磁石により、時間的に定常的な或いは変動的な磁場を印加することにより、磁気研磨液に磁場が印加される。また、電磁石５，１０は冷却水タンク１７から冷却水をポンプ１８により供給されて過熱を防止される。そして、研磨試料１を含む上下の磁極鉄芯２，３間の距離の位置合わせは位置調整器９により行なわれる。
【００１８】
水やケロシン等の分散媒中に強磁性粒子を分離させた流体に対し、電機絶縁性を有する水やケロシン等を分散媒とするマグネタイト微粒子（Ｆｅ3Ｏ4）が一様分散した流体を混合した複合流体に、非磁性の砥粒粒子（Ａｌ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3など）とαセルロースを混合することによって構成される。
【００１９】
より詳細に示すと、動粘度０.０１〜１０ｍｍ2／ｓ程度の水やケロシン等の分散媒中に、粒子径１〜１０μｍの強磁性粒子を１０〜７０ｗｔ％分散させた流体に対して、電気絶縁性を有する水やケロシン等を分散媒とする１０ｎｍの球形マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）粒子が分散媒に一様分散した流体を２０〜５０ｗｔ％混合した複合流体に、粒子径０.０１〜１０μｍの非磁性の砥粒粒子を混合して磁気研磨液を形成し、この磁気研磨液に対し、αセルロースを２０〜５０ｗｔ％混ぜて構成される。
【００２０】
本発明の新規な磁気研磨液による研磨のメカニズムを図３に示す。まず、磁場を印加すると、多数のマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）と鉄粉（Ｆｅ）からなるクラスターが形成される。この時、同図（Ａ）のように、クラスター中に砥粒（Ａｌ2Ｏ3）が包含された場合と、同図（Ｂ）のように、クラスターの外側に砥粒（Ａｌ2Ｏ3）が存在する場合が生じる。図３（Ａ）の様相について、クラスター中に砥粒（Ａｌ2Ｏ3）が包含されることは、図４に示すように、ＳＥＭにより観察し、Ｘ線分析して確認された。
【００２１】
図３（Ａ）の場合には、クラスター中の砥粒が研磨面に押えつけられて研磨される。図３（Ｂ）の場合には、クラスターにより砥粒が研磨面に押えつけられて研磨される。定常的な磁場の印加により、磁気クラスターが印加磁場の磁力線に沿って整列され、磁力によりそれが保持されるので、砥粒が研磨面に適度に当たって研磨できる。また、変動的な磁場の印加により、磁気クラスターが回転揺動して砥粒が研磨面に適度に当たって研磨できる。このようにクラスターが作用するため、ポリッシングパッドやラップを用いる研磨方法のように、加工圧を加えて研磨する試料の表面を押えつけて研磨を実行しなくとも、加工圧制御不要で研磨することができる。
【００２２】
本発明の研磨効果を実証するために、図５の表に示す諸元を有する、本発明の磁気研磨剤であるα−セルロースを添加した磁気研磨液（ａ）と、比較磁気研磨液であるα−セルロースを無添加の磁気研磨液（ｂ）の２種類を用意した。
【００２３】
磁気研磨液（ｂ）は、動粘度０．０３ｍｍ2／ｓ程度のケロシンの分散媒中に、平均粒子径１.２μｍの強磁性粒子（Ｆｅ）を分散させた流体に対して、動粘度０．０５ｍｍ2／ｓ程度のケロシンを分散媒とする１０ｎｍの球形マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）粒子が分散媒に一様分散した流体を５０ｗｔ％に混合した複合流体に、粒子径３μｍの非磁性の砥粒粒子（Ａｌ2Ｏ3）を混合して形成した磁気研磨液出ある。これに対し、本発明の研磨剤である磁気研磨液（ａ）は、上記成分の磁気研磨液（ｂ）に、αセルロースを添加材として２０〜５０ｗｔ％混ぜてなる研磨剤である。αセルロースを添加することにより、粘性を高めると共に、砥粒を保持させる効果がある。
【００２４】
このように形成されてた磁気研磨液（ａ）と磁気研磨液（ｂ）を使用して、図６の表に示す諸元を有する研磨の実施条件、即ち、下部磁極鉄芯２を３００ｒｐｍ、上部磁極鉄芯３を８００ｒｐｍの回転数で互いに反対方向に回転し、上部磁極鉄芯３と研磨試料１間の距離を０.１ｍｍ、加工時間０〜９０分の研磨条件で磁場強度３００、１８００ガウス（Gauss）の２通りの試験を行った。
【００２５】
その結果、磁場強度３００ガウスでの試験結果は図７に示すものとなり、磁場強度１８００ガウスでの試験結果は図８に示すものとなった。また、従来のラッピングによる研磨効果と比較するため、回転する上部磁極鉄芯３の下面にラップ（ポリッシングパッド）を設置したラッピングも行った。
【００２６】
図７、図８において、「パッド付の研磨」を行ったもの、「パッドなしの研磨」を行ったもの、「パッドなし、含添加材磁気研磨液での研磨」を行ったものと表示して夫々を示している。ここで、表面粗さの表示において、Ｒａは算術平均粗さであり、Ｒｙは最大粗さを示し、通常、Ｒｙ×１/８はほぼＲａの関係がある。
【００２７】
この結果から明らかなように、磁場強度が小さくても大きくても、ポリッシングパッドなしで添加材としてα−セルロースを含有する磁気研磨液を使った方が、ポリンシングパッド付きや、α−セルロースを含まない磁気研磨液を使った研磨よりも、研磨効果が大きく、研磨時間が短縮できた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
従来の金属材料等における、ラップやポリッシングパッドを用いた、限られた研磨面の形状をもつ研磨装置による研磨、又は人手による研磨では不可能な研磨を、本発明は加工圧制御不要で研磨することができるので、変化に富んだ形状の研磨面を精密に、かつ効率良く研磨できるので微細精密部品の加工法として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の加工圧制御が不要な研磨方法を適用する研磨装置構成図。
【図２】本発明の研磨試料と下部磁極鉄芯と上部磁極鉄芯３の関係拡大図。
【図３】磁気研磨液による研磨のメカニズム図。
【図４】磁気研磨液の様相のＳＥＭによる観察図。
【図５】実験用の磁気研磨液の成分を示す諸元表。
【図６】研磨の実験実施条件を示す諸元表。
【図７】磁場強度３００ガウスでの試験結果。
【図８】磁場強度１８００ガウスでの試験結果。
【符号の説明】
【００３０】
１                研磨試料
２                下部磁極鉄芯
３                上部磁極鉄芯
４                研磨剤
５，１０          電磁石
６，１１          カップリング
７，１２          ＡＣサーボモータ
８，１３          速度計
９                位置調整器
１４              電磁石用電源
１５，１６        ベアリング軸承
１７              冷却水タンク
１８              ポンプ
１９              ポリッシャーパッド
【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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【図８】
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