JP2000107996A

JP2000107996A - 磁気異方性工具を用いた表面処理方法およびその装置

Info

Publication number: JP2000107996A
Application number: JP21160999A
Authority: JP
Inventors: Takeo Suzumura; 武男進村; Hitomi Yamaguchi; ひとみ山口
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】そこで、本発明では、一様な磁界の均一磁
場であっても、回転磁極に追従して磁性粒子が容易に回
転して、ワーク表面を研磨および加工硬化することを可
能にした磁性ピンを用いた磁気研磨方法およびその装置
を提供することを目的とする。【解決手段】磁界中に配置されたセラミックス、ステ
ンレス鋼等の非磁性体からなるパイプ等ワーク４の内面
に磁性砥粒５を配置するとともに、前記ワーク４と磁界
とを相対回転させることによって、ワーク４の内面を研
磨する磁気研磨方法において、前記磁性砥粒５に加えて
磁気的異方性を有する形状の磁性粒子（所定径と所定長
さを有する磁性ピン工具）６を用いたもので、一様な磁
界の均一磁場とならざるを得ない微細径の研磨加工であ
っても、回転磁極に追従して磁気的異方性を有する磁性
粒子５、６がワーク４と共回りすることなく容易に回転
して、ワーク４表面を超精密研磨加工することが可能に
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造産業、
原子力関連産業、化学成分分析機器におけるクリーンパ
イプ（ステンレス鋼）やビール・牛乳等の食品輸送用の
クリーンパイプ、そして各種のセラミックパイプ等、さ
らには屈曲パイプ等の複雑な形状あるいは微細径のパイ
プやクリーンガスボンベ等、入口が狭く従来の加工工具
が挿入不可能な容器等非磁性体ワークの内面を精密に鏡
面仕上げする磁気研磨方法およびその装置に関する。本
発明の磁気研磨方法およびその装置は、非磁性体ワーク
の内面を精密に鏡面仕上げするものであるが、非磁性体
ワークの外面を加工する場合にも適用され得る。

【０００２】

【従来の技術】図１７は、磁気研磨方法におけるパイプ
等ワーク内面の研磨の加工原理を示すもので、図１７
（Ａ）に示すように、ヨーク３により連結された複数
（図示の例では２個一対のものが４個）の磁極間に配置
されたセラミックス、ステンレス鋼等の非磁性体からな
るパイプ等ワーク４の内面に研磨粒子である磁性砥粒５
（比較的大径の鉄粉と小径の磁性砥粒とを混ぜたもの）
を配置し、前記磁極間に形成された磁界内において、前
記ワーク４と磁界とを相対回転するように構成したもの
である。図示の例では、静止したワーク４に対して磁界
すなわちヨーク３により連結された複数の磁極側２Ｓ、
２Ｎを回転させることによって、一対の磁極Ｓ、Ｎが２
個配置された磁極間に形成された不均一集中磁場により
発生した多数の磁性砥粒５のワーク４内面への加工圧力
と、ワーク４と磁界との間の相対回転により生ずる磁性
砥粒５の遠心力によって発生するワーク４内面への研磨
圧力により、ワーク４の内面が精密に鏡面仕上げされる
ものである。

【０００３】このような従来例では、ワーク４の内面に
配置された研磨材としての磁性砥粒５は球形を基本構造
としており、このために、図１７（Ｂ）に示すように、
パイプ等のワーク４の内面加工面への加工圧力の確保
と、磁性砥粒５の回転磁場への追従を効果的に行うため
に、磁性砥粒５がワーク４の内面加工面の回転方向に向
かうような不均一磁場を形成させる必要があった。そし
て、該不均一磁場の形成は、磁極の寸法形状とその配置
に依存するものであるが、その最適値を求めることは非
常に困難であった。加工圧力および球形磁性粒子の磁気
追従回転磁気力について、磁性粒子に作用する磁気力Ｆ
は、一般に次式にて表される（磁気力の基本式）。Ｆ＝ｋＤ³ χＨ（σＨ／σｘ）式（１）ここで、ｋ：定数、Ｄ：粒子径、χ：粒子の磁化率、
Ｈ：磁場強度、（σＨ／σｘ）：磁場強度の変化率であ
る。すなわち、粒子に作用する磁気力は、粒子径の３乗
に、粒子の磁化率に比例して大きくなり、磁場強度Ｈと
その変化率の積に比例して大きくなる。変化率がゼロの
場合には磁気力もゼロとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、磁極
設定はかなり面倒であり、最適化も困難であった。わが
国の磁気研磨の黎明期には研磨すら実用できなかった。
つまり、磁気的に等方性である球形磁性粒子は、加工状
態によっては研磨抵抗に負けてワークと共回りして、磁
極とともに回転してくれずに研磨不能に陥り、加工が非
常に不安定となり、実用に適さない多くの問題点を有し
ていた。このようなことから、磁気的に等方性である球
形磁性粒子を、回転磁極に追従して回転させるには研磨
抵抗に充分打ち勝つ不均一磁場形成が必要であり、その
ための磁極設計、磁極配置等の最適化には多くの解決し
なければならない問題がある。特に、近年のように微細
で複雑な形状の部品における内表面の精密仕上げが要求
されるようになってくると、パイプ等のワーク４の径が
きわめて小さく（１０ｍｍ以下のパイプ径）なり、前記
４個の磁石による形状的な干渉が生じて、図１７（Ｂ）
のような磁極配列による不均一磁場の形成は非常に困難
となることが判明した。したがって、図１８に示すよう
な一対のＳ、Ｎ極が対峙した一様な均一磁場分布を採用
せざるを得ないものとなってきており、なおさら回転磁
極に追従して磁性粒子を回転させることが困難になって
きた。

【０００５】そこで、本発明では、一様な磁界の均一磁
場であっても、回転磁極に追従して磁性粒子が容易に回
転して、ワーク表面を研磨および加工硬化することを可
能にした磁気異方性工具を用いた表面処理方法およびそ
の装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、磁界
中に配置されたセラミックス、ステンレス鋼等の非磁性
体からなるパイプ等ワークの内面に磁性砥粒を配置する
とともに、前記ワークと磁界とを相対回転させることに
よって、ワークの内面を研磨する磁気研磨方法におい
て、前記磁性砥粒に加えて磁気的異方性を有する形状の
磁性粒子を混入させたことを特徴とするものである。ま
た本発明は、磁界中に配置されたセラミックス、ステン
レス鋼等の非磁性体からなるパイプ等ワークの内面に磁
気的異方性を有する形状の磁性粒子を配置するととも
に、前記ワークと磁界とを相対回転させることによっ
て、ワークの内面を研磨するように構成したことを特徴
とするものである。また本発明は、前記磁気的異方性を
有する形状の磁性粒子として、所定径と所定長さを有す
る磁性ピン工具を用いたことを特徴とするものである。
また本発明は、前記磁界は均一磁場であることを特徴と
するものである。また本発明は、ヨークにより連結され
た複数の磁極間に配置されたセラミックス、ステンレス
鋼等の非磁性体からなるパイプ等ワークの内面に磁性砥
粒を配置するとともに、前記ワークと磁界とを相対回転
するように構成した磁気研磨装置において、前記磁性砥
粒に加えて磁気的異方性を有する形状の磁性粒子をパイ
プ等ワークの内面に混入させたことを特徴とするもので
ある。また本発明は、ヨークにより連結された複数の磁
極間に配置されたセラミックス、ステンレス鋼等の非磁
性体からなるパイプ等ワークの内面に磁気的異方性を有
する形状の磁性粒子を配置するとともに、前記ワークと
磁界とを相対回転させることによって、ワークの内面を
研磨するように構成したことを特徴とするものである。
また本発明は、前記磁気的異方性を有する形状の磁性粒
子として、所定径と所定長さを有する磁性ピン工具を用
いたことを特徴とするものである。また本発明は、前記
磁性ピン工具の端面を球面等のなだらかな形状としたこ
とを特徴とするものである。また本発明は、前記磁性ピ
ン工具にエッジ部を形成したことを特徴とするものであ
る。また本発明は、前記磁性ピン工具の径と長さとの比
率をワーク内径と磁界の強さにより適切に求められる関
係としたことを特徴とするものである。また本発明は、
前記磁性ピン工具の比透磁率は、動的挙動を得たいとき
は２〜１００程度とし、高い加工圧力による安定した静
的挙動を得たいときは１００〜１０００程度に選定され
ることを特徴とするものである。また本発明は、前記ワ
ークに対してヨークにより連結された複数の磁極を回転
自在に構成したことを特徴とするものである。また本発
明は、前記ヨークにより連結された複数の磁極に対して
前記ワークを回転自在に構成したことを特徴とするもの
である。また本発明は、前記ワークの内面に配置された
磁性砥粒等のスラリーをポンプ等により強制循環させる
ことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手
段とするものである。

【０００７】

【実施の形態】以下、本発明における磁気異方性工具を
用いた表面処理方法およびその装置の第１実施の形態を
図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は本発明の磁気異
方性工具を用いた表面処理方法の概念図、図１（Ｂ）は
ワーク近傍の拡大図である。図２は本発明の磁気研磨装
置の全体概念図である。図３は本発明の磁性ピン工具の
各種変形例を示す図である。図４〜図１０は本発明の磁
気異方性工具を用いた表面処理方法による加工結果を示
す図である。図１（Ａ）に示すように、本発明による磁
気研磨方法は、ヨーク３により連結された複数（図示の
例では対峙する２個一対によって均一磁場による磁界が
形成されたものであるが、図１７のような不均一磁場に
よる磁界構成を妨げるものではない。）の希土類永久磁
石１Ｓ、１Ｎを対向設置した磁極２Ｓ、２Ｎ間に配置さ
れたセラミックス、ステンレス鋼等の非磁性体からなる
パイプ等ワーク４の内面に鉄粉等の磁性砥粒５を配置す
るとともに、該磁性砥粒５に加えて磁気的異方性を有す
る形状の磁性粒子６をパイプ等ワーク４の内面に混入さ
せ、前記ワーク４と磁界とを相対回転するように構成し
たものである。磁界側を静止させてワーク４を回転させ
てもよいが、本実施の形態ではワーク４側を静止させて
磁界側すなわちヨークを含めた磁極２Ｓ、２Ｎ側を回転
させるように構成したものである。

【０００８】本実施の形態では、均一磁場の構成を採ら
ざるを得ない微細径の内面研磨加工をする場合にても、
ワーク４と磁界との相対回転の際に回転磁極に追従して
磁性粒子が容易に回転して、ワーク表面を研磨すること
を可能にする、前記磁気的異方性を有する形状の磁性粒
子６として、所定径と所定長さを有する磁性ピン工具を
用いたものである。磁性粒子６としては、磁気的異方性
を有する形状であれば、所定径と所定長さを有する磁性
ピン工具の他に適宜の形状が採用され得る。図１（Ｂ）
に拡大して示すように、磁性砥粒５に加えてワーク４の
内面に混入される前記磁性ピン工具６の径と長さとの比
率は後述する試験結果によって求められるように、ワー
ク４の内径と磁界の強さにより適切に求められる。ま
た、前記磁性ピン工具６の比透磁率は、好適には、動的
挙動を得たいときは２〜１００程度とし、高い加工圧力
による安定した静的挙動を得たいときは１００〜１００
０程度に選定される。

【０００９】このように構成されたことにより、ワーク
４と磁界との相対回転の際に、例えば、静止したワーク
４に対して磁極２Ｓ、２Ｎ側を回転させていくことで、
均一磁場中であっても、磁気的異方性を有する形状に構
成された所定径と所定長さを有する磁性ピン工具６は、
研磨抵抗に打ち勝って回転磁極に追従して容易に回転し
て、磁性砥粒５を研磨材としてワーク表面を研磨するこ
とが可能となる。図１（Ｂ）に示された例は、高い加工
圧力による安定した静的挙動を得たい場合で、磁性ピン
工具６の比透磁率を１００〜１０００程度に選定したも
のであり、磁性砥粒５を研磨材としてワーク表面を主と
して研磨するのは前記磁性ピン工具６の端面であること
が理解される。磁性ピン工具６の動的挙動を得たいとき
は比透磁率を２〜１００程度に選定することで、磁性ピ
ン工具６の種々の部分が磁性砥粒５を研磨材としてワー
ク表面を研磨する挙動が得られる。

【００１０】図３には、磁性ピン工具６の各種変形例が
示されており、図３（Ａ）は最も典型的なピン工具形状
のものであり、図３（Ｂ）〜（Ｄ）は磁性ピン工具の両
端面にシャープなエッジ切り刃が形成されたもので、ワ
ーク内面の粗加工時に使用される。図３（Ｅ）は磁性ピ
ン工具の端面を球面等のなだらかな形状としたもので、
精密仕上げ加工時に使用される。図３（Ｆ）〜（Ｉ）は
比透磁率を２〜１００程度に選定して磁性ピン工具６の
動的挙動を得たいときに端面以外の外周部も使用される
場合に、該外周部に種々形態のエッジ部が形成されたも
のである。図３（Ｊ）は同様に比透磁率を２〜１００程
度にして動的挙動を得て端面以外の外周部を研磨に使用
するときの精密仕上げ加工時に使用されるもので、円形
断面の磁性ピン工具６全体が螺旋状に形成されたもので
ある。

【００１１】図２は本発明の磁気研磨装置の全体概念図
であり、静止したパイプ等ワーク４の内面において回転
する磁極２Ｓ、２Ｎに追従して研磨抵抗に打ち勝って回
転する磁性ピン工具６とともに混入された磁性砥粒５等
のスラリー（軽油等の液体も含む）８がポンプ７等によ
り強制循環されるように構成されたものである。このよ
うにすることによって、磁性砥粒５等のスラリー８を循
環させて、常に研磨材を新しいものに代えて研磨能力を
維持し、かつ研磨面の冷却によって研磨時の焼付きを効
果的に防止することができる。

【００１２】以下、図４〜図１０に本発明の磁気研磨方
法およびその装置による加工試験の結果を示す。これら
本発明による加工試験では、図１および図２に示した均
一磁場を有する装置を用い、１０ｍｍ以下の径がきわめ
て小さいパイプ等のワークの内面を磁性砥粒等のスラリ
ーのみにて研磨加工した場合には、殆ど研磨が不可能で
あったことが知見されている。図４は第１の加工条件を
示す表であり、図５はその加工結果の表面粗さ形状を示
す図である。本第１の研磨加工では、磁性ピンとともに
混入される磁性砥粒の粒径差による研磨加工差を試験し
たもので、図４に示すように、加工条件としては、ワー
クとして非磁性体であるＳＵＳ３０４ステンレス鋼円管
内径９ｍｍ、磁極回転数９００ｒｐｍ、濃度７．５重量
％の軽油をベースとして磁性砥粒ＷＡ＃４００（平均粒
径４０μｍ）あるいはＷＡ＃４０００（平均粒径７μ
ｍ）を混入したスラリーを流量５ｍｌ／ｓ、磁性ピンと
してＳＵＳ３０４磁性ステンレス鋼（やや鉄成分の多い
もの）からなる径０．５ｍｍ、長さ５ｍｍの磁性ピン工
具を１ｇ供給したものである。

【００１３】図５（Ａ）（Ｂ）はスラリー中の磁性砥粒
がＷＡ＃４００（平均粒径４０μｍ）の場合の研磨加工
による３０分後の試験結果であり、表面粗さ形状を見る
と、ワーク内面の平滑化は多少進んでいることがわか
る。図５（Ｃ）（Ｄ）はスラリー中の磁性砥粒がＷＡ＃
４０００（平均粒径７μｍ）の場合の研磨加工による３
０分後の試験結果であり、表面粗さ形状を見ると、ワー
ク内面は著しく平滑化されていることがわかる。加工前
の１５μｍＲｙ（Ｒｙは表面粗さ形状における山と谷と
の差：Ｒｍａｘ）の表面粗さが１／５程度の３μｍＲｙ
にまで平滑化することができた。得られた加工面粗さは
実用できる値にある。

【００１４】図６〜図８は第２の加工条件を示す表およ
びその加工結果の表面粗さ形状を示す図である。本第２
の研磨加工では、磁性ピンとしての磁性ピン工具の径差
による研磨加工差を試験したもので、図６〜図８に示す
ように、加工条件としては、ワークとして非磁性体であ
るＳＵＳ３０４ステンレス鋼円管内径９ｍｍ、長さ１０
０ｍｍ、磁極回転数９００ｒｐｍ、濃度７．５重量％の
軽油をベースとして磁性砥粒ＷＡ＃４０００（平均粒径
７μｍ）を混入したスラリーを流量５ｍｌ／ｓ、磁性ピ
ンとしてＳＵＳ３０４磁性ステンレス鋼（やや鉄成分の
多いもの）からなる磁性ピン工具を１ｇ供給するもの
で、図６の加工試験では磁性ピン工具の径０．３ｍｍ、
図７の加工試験では磁性ピン工具の径０．５ｍｍ、図８
の加工試験では磁性ピン工具の径２．０ｍｍとしたもの
である。研磨加工時間は６０分であった。

【００１５】図６〜図８の試験結果の各表面粗さ形状を
見ると、磁性ピン工具の径が０．３ｍｍの場合よりも図
７の０．５ｍｍのピン径の場合の方が平滑化が進んでお
り、さらに図８の２．０ｍｍのピン径の場合では、逆に
ピン径が大きくなっているにもかかわらず平滑化があま
り進んでいないことが判明した。このことは、磁性ピン
工具の適切な径によって研磨加工力とピン先端の加工面
積が最適となって良好な平滑化が進行し、また、ワーク
内径に対してあまりにピン径が大き過ぎるとワーク内面
を研磨するには適しないためと思料される。なお、表面
粗さ形状図におけるＲａは中心線平均粗さ（所定範囲の
粗さの積分値を平均したもの）によって表示した値であ
る。以上の試験結果から、所定のワークの内径に対し、
研磨材としての磁性ピン工具の径について最適値が存在
することが理解される。

【００１６】図９および図１０は第３の加工条件を示す
表およびその加工結果の表面粗さ形状を示す図である。
本第３の研磨加工では、ワークとして非磁性体であるセ
ラミックパイプを用いて、磁性砥粒としての酸化クロム
砥粒とダイヤモンド砥粒との比較をした。図９（Ａ）に
示すように加工条件は、ワークとして非磁性体であるＳ
ｉ₃ Ｎ₄セラミックパイプ内径２０ｍｍ（外径３０ｍ
ｍ）、長さ７０ｍｍ、ワーク回転数２０００ｒｐｍ、潤
滑油として濃度５重量％のストレートオイル、ワーク送
り量１０ｍｍ／分とし、＜酸化クロム砥粒の場合＞混合磁性砥粒として、径０．
３ｍｍ、長さ５ｍｍのＳＵＳ磁性ピン工具を８０重量％
と３μｍ平均粒子径のＣｒ₂ Ｏ₃ 酸化クロムを２０重量
％の混合したものを３ｇ供給。＜ダイヤモンド砥粒の場合＞混合磁性砥粒として、径
０．３ｍｍ、長さ５ｍｍのＳＵＳ磁性ピン工具を７０重
量％、２〜４μｍ平均粒子径のダイヤモンド粉を１０重
量％および８０μｍ平均粒子径の磁性砥粒を２０重量％
を混合したものを３ｇ供給。以上の条件下にて、研磨加
工時間１０分、２０分、３０分経過毎に表面粗さを見
た。

【００１７】図９（Ｂ）は研磨加工前のセラミックパイ
プ内面の表面粗さを示すもので、加工前の粗さは０．４
２μｍＲａである。図１０（Ａ）は１０分毎の酸化クロ
ム砥粒とダイヤモンド砥粒との加工結果を示すもので、
図１０（Ｂ）は３０分経過後のそれぞれの砥粒の表面粗
さ形状図である。いずれも加工前の粗さ０．４２μｍＲ
ａに比較して充分な平滑化が進行しており、酸化クロム
砥粒では０．０２μｍＲａ、ダイヤモンド砥粒では０．
０４μｍＲａの結果が得られた。ダイヤモンド砥粒によ
る加工は微小機械加工によるものであり、酸化クロム砥
粒の加工は化学反応が利用されたメカノケミカルポリシ
ング機構に基づくものであることが知見される。このよ
うに比較的肉厚なセラミックパイプにおける磁気研磨加
工では、従来の球形の磁性粒子のみを用いた場合、内面
が磁極から離れて充分な不均一磁場が得られず、一様で
均一磁場に近い状態となるために、磁性粒子が殆ど回転
せずに加工不能となったが、本発明によれば、磁性ピン
の採用によって、比較的肉厚なセラミックパイプ等の均
一磁場においても実用的な研磨加工を行うことが可能と
なった。

【００１８】前述したように、従来から使用している不
定形鉄粉（球形の砥粒モデル）に作用する磁力は前記式
（１）によって、磁場強度とその変化率の積に比例して
決まるため、研磨抵抗に打ち勝たせながら加工に関与さ
せるには磁場勾配（σＨ／σｘ）の大きさな加工環境
（不均一磁場分布環境）を与えねばならず、セラミック
パイプ等肉厚の大きい場合や、磁石の寸法・形状が同じ
でパイプ径が小さい場合には磁場勾配の低い加工環境と
なり、必然的に加工不能に陥る危険度が増大し、加工状
態も不安定となるが、均一磁場であっても磁力線は作用
しているはずであり、均一磁場においても安定して加工
作用を行えるものとして磁気異方性を持つ新たな磁性工
具を用いることを知見して、本発明がなされたものであ
る。

【００１９】均一磁場であっても、磁気異方性を持つ針
状磁性工具例えば磁性ピンの軸線方向は磁力線方向に強
制的に整列する磁力（回転磁力：モーメント）を受ける
ことはよく理解される現象であり、しかも磁性ピンの先
端が磁極近傍に引き寄せられながらピンの先端が内面加
工に関与する。磁性ピンのピン径をＤ、ピン長さをＬ、
磁場強度をＨ、磁力線の方向とピン軸方向のなす角度を
θとすれば、磁性ピンはピン軸方向が磁力線方向に一致
するようなモーメントを受ける。このモーメントＭは次
式で表される。Ｍ＝ｋ₂ Ｄ² Ｌ² Ｈ² ｓｉｎθ 式（２）ｋ₂ は磁性ピンの磁化率を含む係数である。式（２）に
は磁場の変化率が含まれていない。換言すれば、均一磁
場の加工環境下であっても磁力線方向に磁性ピンは整列
する力を受けてパイプ内面で整列し、内面に加工圧を作
用させながら安定した加工を実現すると言える。しか
も、式（２）のようにピン径と長さを選択することによ
り、モーメント磁力を制御することも可能になる。

【００２０】図１１から図１６は本発明の磁気異方性工
具を用いた表面処理方法およびその装置の第２実施の形
態を示すもので、図１１は磁気異方性工具を用いた表面
処理方法の第２実施の形態の概念図、図１２は磁気異方
性工具の寸法形状および供給量によるその表面粗さの実
験結果を表す図、図１３は磁気異方性工具の寸法形状お
よび供給量によるその加工量の実験結果を表す図、図１
４は磁場の変動による表面粗さの実験結果を表す図、図
１５は磁場の変動による加工量の実験結果を表す図、図
１６は表面の加工硬化効果の実験結果を表す図である。
図１１に示すように、本実施の形態では、２つの電磁コ
イルを対向させて配置し、内部に磁気異方性工具（磁性
ピン工具）を供給したパイプ状の工作物をそれらの間に
設定する。つまり、本実施の形態では工作物の内面には
磁気異方性工具（磁性ピン工具）のみが供給された例で
ある。電磁コイルに交流電流を通電することによ変動磁
場が発生し、磁性ピン工具は、この磁場変動に追従して
３次元的な挙動を示して工作物内面と衝突する。この時
の加工力により内面が高精度にて仕上げられる他、加工
面の機械的性質の向上による加工硬化等の表面改質効果
がなされる。

【００２１】図１２は磁気異方性工具（磁性ピン）の寸
法形状および供給量によるその表面粗さの実験結果を表
し、図１３は磁気異方性工具の寸法形状および供給量に
よるその加工量の実験結果を表すもので、周波数４０Ｈ
ｚ、磁極円管距離１８ｍｍの条件下で、φ０．５×５ｍ
ｍとφ１．０×５ｍｍの２種類の磁性ピンを用い、その
供給量を変えて実験した結果を示すもので、図１２およ
び図１３から、φ１．０×５ｍｍの方が高精度の表面加
工および高い加工量が得られること、および供給量に関
してはあまり差が見られず、加工域に影響を及ぼすもの
と見られることが知見された。

【００２２】図１４は磁場の変動による表面粗さの実験
結果を表し、図１５は磁場の変動による加工量の実験結
果を表すもので、磁場の変動周波数と磁極−円管距離に
よる影響を調べるために、磁性ピン工具形状φ１．０×
５ｍｍ、供給量５ｇの条件下にて磁場の変動周波数と磁
極−鉛管距離を変化させたときの実験をしたもので、周
波数を低く設定する程加工作用が活発な磁極−円管距離
は大きくなる。これは、周波数の低下に伴って電流値は
上昇し、これにより、電磁コイルの発生する磁場の強さ
も大きくなり、磁性ピン工具の３次元的な挙動に適した
等磁位線は磁極から離れた位置に移るためと考えられ
る。

【００２３】図１６は表面の加工硬化効果の実験結果を
表すもので、パイプ等の工作物の内部に磁気異方性工具
のみの供給によって表面加工した場合に、いわゆるショ
ットピーニング現象に基づく表面硬度の向上が見られた
もので、ビッカース硬度試験による硬度試験により加工
品の上部。下部、側部のいずれにおいても、未加工品に
比較して高い表面硬度が得られた。したがって、本実施
の形態によれば、加工表面の高精度での平滑化と高硬度
が同時に得られる結果をもたらした。

【００２４】以上、本発明の実施の形態について説明し
てきたが、本発明の趣旨の範囲内で、ヨークの形状、磁
極の形状、およびこれらの間の関連構成、ワークの内面
に配置された磁性砥粒等のスラリーのポンプ等による循
環方式、磁性砥粒および磁性ピンの寸法、ワークあるい
は磁極の回転駆動方式、ワークの形状および素材、磁性
ピンの形状および素材、比透磁率および素材、磁界の強
さ、研磨時間等は適宜選定できる。また、磁気異方性工
具として、工具内部に磁性材、外部に研磨材等の２種類
以上の別部材から構成される工具としてもよい。また、
均一磁場における研磨加工中に、磁性砥粒および磁性ピ
ンの動的挙動特性を適宜調整して適宜の研磨力を得るた
めに、前記均一磁場における磁界の強さを変えたり、前
記均一磁場を形成するものとは別途の電磁コイルによる
変動磁界（例えば数ヘルツ〜数千ヘルツ）を構成して磁
性砥粒および磁性ピンの動的挙動特性を適宜調整して内
面研磨を実現することもできる。さらには、磁気研磨の
ための磁界を構成させる永久磁石に代えて電磁石を採用
して磁力の大きさおよび方向を刻々変動させることで、
見かけ上の磁気的異方性を増長させることもできる。あ
るいは、永久磁石の高速移動と、電磁石に交流電流を通
電することとを組み合わせてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明で
は、磁界中に配置されたセラミックス、ステンレス鋼等
の非磁性体からなるパイプ等ワークの内面に磁性砥粒を
配置するとともに、前記ワークと磁界とを相対回転させ
ることによって、ワークの内面を研磨する磁気研磨方法
において、前記磁性砥粒に加えて磁気的異方性を有する
形状の磁性粒子を混入させたことによって、一様な均一
磁場分布を採用せざるを得ないパイプ等のワークの径が
きわめて小さくものの内表面の精密仕上げにおいても、
磁性粒子の磁気的異方性によって、ワークと磁界とが相
対回転した場合に、磁性粒子が研磨抵抗に打ち勝って回
転磁極に追従して容易に回転するので、磁性砥粒を研磨
材とした研磨加工を効果的に行うことができる。そし
て、磁気的異方性を有する磁性粒子としては磁性ピン工
具等の市販の部品をそのまま利用することもでき、きわ
めて容易に手に入り安価である。そして、各種の磁性ピ
ン工具や磁性砥粒等を任意に選定し、かつ磁場強度の調
整や最適化も容易に行えることから、求められる加工状
態に応じて非磁性体の微細径パイプ等のワーク内面の超
精密研磨を容易に行うことが可能となった。また、研磨
加工粒子として磁気的異方性工具のみを用いても、ショ
ットピーニング現象に基づく表面硬度の向上が実現で
き、加工表面の高精度での平滑化と高硬度が同時に得ら
れる結果をもたらした。このように本発明によれば、一
様な磁界の均一磁場であっても、回転磁極に追従して磁
性粒子が容易に回転して、ワーク表面を研磨することを
可能にした磁気異方性工具を用いた表面処理方法および
その装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明の磁気異方性工具を用いた
表面処理方法の概念図、図１（Ｂ）はワーク近傍の拡大
図である。

【図２】本発明の磁気研磨装置の全体概念図である。

【図３】本発明の磁性ピン工具の各種変形例を示す図で
ある。

【図４】本発明の磁気異方性工具を用いた表面処理方法
による第１の加工条件を示し、磁性ピンとともに混入さ
れる磁性砥粒の粒径差による研磨加工試験を示すもので
ある。

【図５】その加工結果の表面粗さ形状を示す図である。

【図６】本発明の磁気異方性工具を用いた表面処理方法
による第２の加工条件を示し、磁性ピン工具の径差によ
る研磨加工試験を示すもので、磁性ピン工具の径が０．
２ｍｍの場合である。

【図７】同上で、磁性ピン工具の径が０．５ｍｍの場合
である。

【図８】同上で、磁性ピン工具の径が２．０ｍｍの場合
である。

【図９】本発明の磁気異方性工具を用いた表面処理方法
によるワークとして非磁性体であるセラミックパイプを
用いた第３の加工条件を示す図である。

【図１０】その加工結果の表面粗さ形状を示す図であ
る。

【図１１】本発明の磁気異方性工具を用いた表面処理方
法の第２実施の形態を示すもので、その概念図である。

【図１２】同上で、磁気異方性工具の寸法形状および供
給量によるその表面粗さの実験結果を表す図である。

【図１３】同上で、磁気異方性工具の寸法形状および供
給量によるその加工量の実験結果を表す図である。

【図１４】同上で、磁場の変動による表面粗さの実験結
果を表す図である。

【図１５】同上で、磁場の変動による加工量の実験結果
を表す図である。

【図１６】同上で、表面の加工硬化効果の実験結果を表
す図である。

【図１７】従来の磁気研磨方法の概念図である。

【図１８】一様な均一磁場分布における磁気研磨方法の
概念図である。

【符号の説明】

１永久磁石２磁極３ヨーク４ワーク５磁性砥粒６磁性ピン（磁性ピン工具）７ポンプ８スラリー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界中に配置されたセラミックス、ステ
ンレス鋼等の非磁性体からなるパイプ等ワークの内面に
磁性砥粒を配置するとともに、前記ワークと磁界とを相
対回転させることによって、ワークの内面を研磨する磁
気研磨方法において、前記磁性砥粒に加えて磁気的異方
性を有する形状の磁性粒子を混入させたことを特徴とす
る磁気異方性工具を用いた表面処理方法。
【請求項２】磁界中に配置されたセラミックス、ステ
ンレス鋼等の非磁性体からなるパイプ等ワークの内面に
磁気的異方性を有する形状の磁性粒子を配置するととも
に、前記ワークと磁界とを相対回転させることによっ
て、ワークの内面を研磨するように構成したことを特徴
とする磁気異方性工具を用いた表面処理方法。
【請求項３】前記磁気的異方性を有する形状の磁性粒
子として、所定径と所定長さを有する磁性ピン工具を用
いたことを特徴とする請求項１に記載の磁気異方性工具
を用いた表面処理方法。
【請求項４】前記磁界は均一磁場であることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気異方性工
具を用いた表面処理方法。
【請求項５】ヨークにより連結された複数の磁極間に
配置されたセラミックス、ステンレス鋼等の非磁性体か
らなるパイプ等ワークの内面に磁性砥粒を配置するとと
もに、前記ワークと磁界とを相対回転するように構成し
た磁気研磨装置において、前記磁性砥粒に加えて磁気的
異方性を有する形状の磁性粒子をパイプ等ワークの内面
に混入させたことを特徴とする磁気異方性工具を用いた
表面装置。
【請求項６】ヨークにより連結された複数の磁極間に
配置されたセラミックス、ステンレス鋼等の非磁性体か
らなるパイプ等ワークの内面に磁気的異方性を有する形
状の磁性粒子を配置するとともに、前記ワークと磁界と
を相対回転させることによって、ワークの内面を研磨す
るように構成したことを特徴とする磁気異方性工具を用
いた表面処理装置。
【請求項７】前記磁気的異方性を有する形状の磁性粒
子として、所定径と所定長さを有する磁性ピン工具を用
いたことを特徴とする請求項５または６に記載の磁気異
方性工具を用いた表面処理装置。
【請求項８】前記磁性ピン工具の端面を球面等のなだ
らかな形状としたことを特徴とする請求項７に記載の磁
気異方性工具を用いた表面処理装置。
【請求項９】前記磁性ピン工具にエッジ部を形成した
ことを特徴とする請求項７に記載の磁気異方性工具を用
いた表面処理装置。
【請求項１０】前記磁性ピン工具の径と長さとの比率
をワーク内径と磁界の強さにより適切に求められる関係
としたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに
記載の磁気異方性工具を用いた表面処理装置。
【請求項１１】前記磁性ピン工具の比透磁率は、動的
挙動を得たいときは２〜１００程度とし、高い加工圧力
による安定した静的挙動を得たいときは１００〜１００
０程度に選定されることを特徴とする請求項７ないし１
０のいずれかに記載の磁気異方性工具を用いた表面処理
装置。
【請求項１２】前記ワークに対してヨークにより連結
された複数の磁極を回転自在に構成したことを特徴とす
る請求項５ないし１１のいずれかに記載の磁気異方性工
具を用いた表面処理装置。
【請求項１３】前記ヨークにより連結された複数の磁
極に対して前記ワークを回転自在に構成したことを特徴
とする請求項５ないし１２のいずれかに記載の磁気異方
性工具を用いた表面処理装置。
【請求項１４】前記ワークの内面に配置された磁性砥
粒等のスラリーをポンプ等により強制循環させることを
特徴とする請求項５ないし１３のいずれかに記載の磁気
異方性工具を用いた表面処理装置。