JP2005290233A - Magnetic abrasive grain, its manufacturing method, and magnetic grinding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁性砥粒及びその製造方法並びに磁気研磨法に関し、更に詳しくは、より精密な表面加工を行える磁性砥粒及びその製造方法並びに磁気研磨法に関するものである。 The present invention relates to a magnetic abrasive grain, a manufacturing method thereof, and a magnetic polishing method, and more particularly to a magnetic abrasive grain capable of performing more precise surface processing, a manufacturing method thereof, and a magnetic polishing method.
磁気研磨法は、研磨作用を有する磁性砥粒を磁場の作用により運動させて被加工物の表面を研磨する精密加工方法である。この磁気研磨法は、従来の機械加工では困難な部品の研磨を可能にする方法であり、例えば、複雑形状を有する部品の表面、工具が入らない穴の内面、工具が届かない管の内面等の研磨について一部実用化されている。 The magnetic polishing method is a precision processing method for polishing the surface of a workpiece by moving magnetic abrasive grains having a polishing action by the action of a magnetic field. This magnetic polishing method is a method that enables polishing of parts that are difficult with conventional machining, such as the surface of a part having a complicated shape, the inner surface of a hole that does not receive a tool, the inner surface of a tube that does not reach the tool, etc. Part of the polishing has been put to practical use.
磁気研磨法で利用される磁性砥粒は、磁場の作用により被加工物に対して相対運動するものである。一般的には、磁性を有する研磨粒子を含む磁性砥粒や、磁性を有しない非磁性の研磨粒子と磁性を有する磁性粒子との混合物からなる磁性砥粒が知られている。前者の場合は磁場により研磨粒子自体が運動するが、後者の場合は、磁場により運動するのは磁性粒子であり、研磨粒子は磁性粒子の運動に伴って運動して被加工物の表面を研磨する。したがって、後者の磁性砥粒は、磁性粒子の運動に伴って研磨粒子が所望の運動を行わないこともあり得るという問題がある。 Magnetic abrasive grains used in the magnetic polishing method move relative to the workpiece by the action of a magnetic field. In general, magnetic abrasive grains containing magnetic abrasive particles and magnetic abrasive grains made of a mixture of non-magnetic non-magnetic abrasive particles and magnetic magnetic particles are known. In the former case, the abrasive particles move by the magnetic field. In the latter case, the magnetic particles move by the magnetic field, and the abrasive particles move along with the movement of the magnetic particles to polish the surface of the workpiece. To do. Therefore, the latter magnetic abrasive grains have a problem that the abrasive particles may not perform a desired movement with the movement of the magnetic particles.
一方、前者の磁性砥粒にはそうした問題がなく、例えば、磁性粒子の表面に研磨粒子を含有した無電解めっき皮膜を形成した磁性砥粒(例えば特許文献1を参照。)や、焼結などの方法で磁性粒子と研磨粒子とが一体化されている磁性砥粒等が報告されている。このような磁性砥粒としては、国内では1種類の磁性砥粒(東洋研磨材工業株式会社;KMX−80)が市販されている程度で種類が少ないのが現状である。
ところで、前述した市販の磁性砥粒は、加工効果を有するものの、より精密な研磨加工を行う際には、必要以上に被加工物表面の微小凹部に入り込み、凸部に加えて凹部を過剰に除去加工してしまうことがあり、必ずしも好ましい磁性砥粒であるとは言えないものであった。 By the way, although the above-mentioned commercially available magnetic abrasive grains have a processing effect, when performing a more precise polishing process, they enter the minute recesses on the surface of the workpiece more than necessary, and excessively add the recesses in addition to the protrusions. In some cases, it may be removed, and it is not necessarily a preferable magnetic abrasive grain.
本発明は、前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、より精密な表面加工を可能にする磁性砥粒及びその製造方法並びにその磁性砥粒を利用した磁気研磨法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a magnetic abrasive that enables more precise surface processing, a manufacturing method thereof, and a magnetic polishing method using the magnetic abrasive. It is to provide.
前記目的を達成するための本発明の磁性砥粒は、磁性を有する扁平状の磁性砥粒であって、当該磁性砥粒の扁平度が1.5以上であることを特徴とする。 The magnetic abrasive grains of the present invention for achieving the object are flat magnetic abrasive grains having magnetism, and the flatness of the magnetic abrasive grains is 1.5 or more.
この発明によれば、磁性砥粒は扁平度が1.5以上の扁平状に形成されていることにより、周縁部が研磨を行う研磨部として作用するので、より精密に研磨を行うことができる。また、扁平状に形成されていることにより、断面略円形の粒状に形成されている場合に比して大きい体積を有したままで、例えば被加工物の微小な溝等の細部に容易に入り込むことができ、より精密な表面加工を行うという利点がある。 According to the present invention, since the magnetic abrasive grains are formed in a flat shape having a flatness of 1.5 or more, the peripheral portion acts as a polishing portion for polishing, so that the polishing can be performed more precisely. . Further, by being formed in a flat shape, it can easily enter into details such as a minute groove of a workpiece while maintaining a large volume as compared with a case where the cross section is formed in a substantially circular shape. There is an advantage that more precise surface processing can be performed.
本発明の磁性砥粒において、前記磁性砥粒が、ニッケル、コバルト又はそれらの合金により形成されていることが好ましい。この発明によれば、磁性砥粒がニッケル、コバルト又はそれらの合金により形成されているので、磁性砥粒は錆び難いものとなる。また、合金組成を変えることにより加工力の異なる磁性砥粒を得ることができる。 In the magnetic abrasive grains of the present invention, the magnetic abrasive grains are preferably formed of nickel, cobalt, or an alloy thereof. According to this invention, since the magnetic abrasive grains are formed of nickel, cobalt, or an alloy thereof, the magnetic abrasive grains are difficult to rust. Also, magnetic abrasive grains having different working forces can be obtained by changing the alloy composition.
前記目的を達成するための本発明の磁性砥粒の製造方法は、磁性を有する磁性薄膜を切断、粉砕又は鍛造して、扁平度が1.5以上の扁平状の磁性砥粒を形成することを特徴とする。この発明によれば、扁平状の磁性砥粒を簡単に形成することができる。形成された磁性砥粒は、扁平状に形成されているために、周縁部が研磨を行う研磨部として作用すると共に、断面略円形の粒状に形成されている場合に比して大きい体積を有したままで、例えば被加工物の微小な溝等の細部に容易に入り込むことができ、より精密に表面加工を行うことができる。 In order to achieve the above object, the magnetic abrasive grain manufacturing method of the present invention cuts, crushes or forges a magnetic thin film having magnetism to form a flat magnetic abrasive grain having a flatness of 1.5 or more. It is characterized by. According to the present invention, flat magnetic abrasive grains can be easily formed. Since the formed magnetic abrasive grains are formed in a flat shape, the peripheral portion acts as a polishing portion for polishing, and has a volume larger than that in the case where it is formed in a granular shape having a substantially circular cross section. Thus, for example, it is possible to easily enter details such as minute grooves of the workpiece, and surface processing can be performed more precisely.
前記目的を達成するための本発明の磁気研磨法は、前述した本発明の磁性砥粒を用いて被加工物の表面を研磨することを特徴とする。この発明によれば、前述と同様により精密な表面加工を行うことができると共に、複雑な形状を有する被加工物を容易に加工することができる。 In order to achieve the above object, a magnetic polishing method of the present invention is characterized by polishing the surface of a workpiece using the magnetic abrasive grains of the present invention described above. According to the present invention, it is possible to perform a more precise surface processing as described above, and to easily process a workpiece having a complicated shape.
以上説明したように、本発明の磁性砥粒及び本発明の磁気研磨法は、磁性砥粒が扁平状に形成されているので、より精密に加工することが可能となると共に、複雑な形状を有する被加工物を容易に加工することができる。 As described above, the magnetic abrasive grains according to the present invention and the magnetic polishing method according to the present invention can be processed more precisely and have a complicated shape since the magnetic abrasive grains are formed in a flat shape. The workpiece to be processed can be easily processed.
また、本発明の磁性砥粒の製造方法によると、より精密に加工することが可能となると共に、複雑な形状を有する被加工物を容易に加工することができる扁平状の磁性砥粒を簡単に形成することができる。 Further, according to the magnetic abrasive grain manufacturing method of the present invention, flat magnetic abrasive grains that can be processed more precisely and can easily process a workpiece having a complicated shape can be easily obtained. Can be formed.
以下、本発明の磁性砥粒及び磁性砥粒の製造方法並びに本発明の磁気研磨法について図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, the magnetic abrasive grains of the present invention, the method for producing the magnetic abrasive grains, and the magnetic polishing method of the present invention will be described in detail based on the drawings.
(磁性砥粒)
図1は本発明の磁性砥粒の一例を示す図である。図2は本発明の磁性砥粒の他の例を示す図である。本発明の磁性砥粒は、磁気研磨方法で利用されるものであり、図1及び図2に示すように、磁性を有する扁平状の磁性砥粒1であって、当該磁性砥粒1の扁平度が1.5以上であることに特徴がある。
(Magnetic abrasive)
FIG. 1 is a view showing an example of magnetic abrasive grains of the present invention. FIG. 2 is a view showing another example of the magnetic abrasive grains of the present invention. The magnetic abrasive grain of the present invention is used in a magnetic polishing method. As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic
磁性砥粒1は磁気研磨法で利用される際の磁場内で磁性を有し、その磁場の変動と共に移動するものである。磁性砥粒1の材質は、磁場内で磁気を帯びていればよく、常に磁気を帯びたものでもよいし、磁場外では磁気を帯びていないが磁場内に置くことにより磁化するものでもよい。このような磁性砥粒1の材質としては、例えば、ニッケル、ニッケル合金などのニッケル系金属、コバルト、コバルト合金などのコバルト系金属、フェライト、酸化鉄等が挙げられ、錆び難い点からニッケル、ニッケル合金などのニッケル系金属やコバルト、コバルト合金などのコバルト系金属等が好ましいものとして挙げられる。
The magnetic
磁性砥粒1は、加工対象である被加工物の材質や形状及びその被加工物への加工目的等に応じて適宜選定され、平面視した形状が略円形、略楕円形、略三角形、略矩形、略多角形等の各種の形状であって扁平状に形成されている。本発明の磁性砥粒1は、図1及び図2に示すように、扁平状に形成されていることに特徴がある。なお、本発明において扁平状とは、厚さが薄いことを意味し、厚さが薄ければ板状とも薄片状ともいうことがあり、また、鱗片状ということもある。
The magnetic
磁性砥粒1の厚さTは、1μm〜100μmの範囲であることが好ましく、特に好ましくは10μm〜30μmである。本発明において厚さTとは、Heywoodの定義を基にしたものであり、図1に示すように、1個の磁性砥粒1がもっとも安定した状態で水平面上に静止されているとき、水平面に平行で、かつ磁性砥粒1の表面に接する平行面間の最大距離のことをいう。磁性砥粒1の厚さTが1μm未満であると、被加工物を加工することができないことがある。一方、磁性砥粒1の厚さTが100μmを超えると、より精密な表面加工を行うことができないことがある。
The thickness T of the magnetic
磁性砥粒1の扁平度mは、1.5以上、好ましくは4以上である。扁平度mの上限は、特に限定されないが、好ましくは30である。本発明において扁平度mとは、Heywoodの定義を基にしたものであり、磁性砥粒1の短軸長をBとしたとき、m=B/Tで表される。ここで、磁性砥粒1の短軸長Bとは、1個の磁性砥粒1がもっとも安定した状態で水平面上に静止されているとき、同一水平面上に延び、かつ磁性砥粒1の表面に接する平行面間の最小距離のことをいう。扁平度mが1.5未満であると、より精密な表面加工を行うことができないことがある。
The flatness m of the magnetic
磁性砥粒1の長軸長Lは、特に限定されないが、好ましくは200μm〜2000μmの範囲、好ましくは450μm〜1700μmの範囲である。本発明において長軸長Lとは、Heywoodの定義を基にしたものであり、1個の磁性砥粒1がもっとも安定した状態で水平面上に静止されているとき、短軸長Bに対して直角な方向であって同一水平面上に延び、かつ磁性砥粒1の表面に接する平行面間の最大距離のことをいう。磁性砥粒1の長軸長Lが200μm未満であると、磁性砥粒が小形化して加工力の基となる磁力が弱くなるので、より精密な表面加工を行うことができないことがある。一方、磁性砥粒1の長軸長Lが2000μmを超えると、磁性砥粒が大形化して加工圧力が大きくなり過ぎ、より精密な表面加工ができなくなることがある。磁性砥粒1の短軸長Bは、特に限定されないが、好ましくは100μm〜1000μmの範囲、より好ましくは140μm〜450μmの範囲である。磁性砥粒1の短軸長Bが100μm未満であると、磁性砥粒が小形化して加工力の基となる磁力が弱くなるので、より精密な表面加工を行うことができなくなることがある。一方、磁性砥粒1の短軸長Bが1000μmを超えると、大形化して加工圧力が大きくなり過ぎ、より精密な表面加工を行うことができなくなることがある。
The major axis length L of the magnetic
このように、本発明の磁性砥粒1は、扁平度mが1.5以上の扁平状に形成されているので、周縁部(エッジ部)2が研磨を行う研磨部として作用する。また、本発明の磁性砥粒1は、鍛造、プレス等により扁平状に形成されていると、磁性砥粒1の表面に平行な方向に磁化されやすい特性すなわち磁気異方性を有する。このため、磁性砥粒1は、磁場内では磁場の方向に立つ。例えば、図3に示すように、被加工物である円状の管(円管21ということがある。)の内部に磁性砥粒1を入れて、この円管21の外部に2個の1組の磁極22を配置して、円管21内に磁場を発生させると、磁性砥粒1の表面が磁場の方向と平行になると共に、磁性砥粒1の周縁部が円管21の内壁にくっつくので、磁性砥粒1の周縁部2によって被加工物の表面をより精密に研磨することが可能となる。
Thus, since the magnetic
また、本発明の磁性砥粒1は、扁平状に形成されていることにより、例えば断面略円形の粒状に形成されている場合に比して大きい体積を有したままで、例えば被加工物の微小な溝等の細部に容易に入り込むことができ、より精密な表面加工を行うことができることになる。
In addition, the magnetic
また、磁性砥粒1には、図2に示すように、磁性砥粒全量基準で研磨粒子5が70重量%以下含有されていてもよい。研磨粒子5としては、研磨粒子として利用可能な各種の無機粒子や化合物(酸化物、炭化物、窒化物等)粒子を用いることができ、例えばダイヤモンド粒子、アルミナ(酸化アルミニウム)粒子及び炭化ケイ素粒子等を挙げることができる。研磨粒子5の形状は、加工対象である被加工物の材質や形状及びその被加工物への加工目的等に応じて適宜選定され、例えば、球形状(真球形状も含む)、多角形状、針状等の各種の形状が挙げられる。研磨粒子5の粒径についても、加工対象である被加工物の材質や形状及びその被加工物への加工目的等に応じて適宜選定される。
Further, as shown in FIG. 2, the magnetic
研磨粒子5の含有量は、磁性砥粒全量基準で70重量%以下であることが好ましいが、加工対象である被加工物の材質や形状及びその被加工物への加工目的等に応じて適宜選定することが望ましい。例えば、研磨粒子5の含有量を前記の範囲内で多くすることにより、研磨性能を向上させることができる。一方、研磨粒子の含有量を前記の範囲内で少なめにすることにより、研磨効率を抑えて徐々に研磨を進行させ、精密な加工を行うことができる。
The content of the
磁性砥粒1に含有されている研磨粒子5のうち、少なくとも磁性砥粒1の周縁部2の近傍に取り込まれた研磨粒子5の一部が磁性砥粒1の周縁部2から突出していることが望ましい。そうした態様となっていることにより、加工初期においても十分な研磨機能を発揮することが可能となる。なお、磁性砥粒1の周縁部2の近傍に取り込まれた研磨粒子5の一部が磁性砥粒1の周縁部表面から突出していない場合であっても、加工中に磁性砥粒1の周縁部の表層が摩耗して研磨粒子5が露出するので、前記の態様の場合と同様の効果を得ることができる。
Among the
(磁性砥粒の製造方法)
次に、本発明の磁性砥粒の製造方法について説明する。
(Method for producing magnetic abrasive grains)
Next, the manufacturing method of the magnetic abrasive grain of this invention is demonstrated.
本発明の磁性砥粒の製造方法は、磁気研磨方法で利用される磁性砥粒、特に、前述した本発明の磁性砥粒を製造するための方法として好適なものである。本発明の磁性砥粒の製造方法は、磁性を有する磁性薄膜を切断、粉砕又は鍛造して、扁平度が1.5以上の扁平状の磁性砥粒を形成することを特徴とする。 The method for producing magnetic abrasive grains of the present invention is suitable as a method for producing the magnetic abrasive grains used in the magnetic polishing method, particularly the magnetic abrasive grains of the present invention described above. The method for producing magnetic abrasive grains according to the present invention is characterized in that a magnetic thin film having magnetism is cut, ground or forged to form flat magnetic abrasive grains having a flatness of 1.5 or more.
磁性を有する磁性薄膜は、前記の磁性砥粒1を形成する材料、例えばニッケル又はニッケル合金などのニッケル系金属、コバルト、コバルト合金などのコバルト系金属などで形成されていることが好ましい。磁性薄膜は、例えばニッケル系金属やコバルト系金属などの磁性材料で形成されていればどのようなものでもよく、金属片であってもよいし、圧延により形成されたものでもよいし、また、めっき例えば電鋳法により形成されたものでもよい。電鋳法は、電気めっき法や、無電解めっき法などの化学めっき法を利用した方法である。
The magnetic thin film having magnetism is preferably formed of a material for forming the magnetic
次に、電鋳法を用いて磁性薄膜を形成する場合について説明する。電鋳法は、まず母型に電気めっき法、又は無電解めっき法により磁性薄膜を形成した後、この磁性薄膜を母型から剥離して磁性薄膜を得る方法である。電鋳法に用いるめっき浴としては、例えばニッケル系金属の場合、硫酸ニッケル、塩化ニッケル及びホウ酸を主成分とするワット浴や、スルファミン酸めっき浴を用いることが好ましい。コバルト系金属の場合は、硫酸コバルト及び塩化コバルトを主成分とするコバルトめっき浴を用いることが好ましい。 Next, the case where a magnetic thin film is formed using an electroforming method will be described. The electroforming method is a method in which a magnetic thin film is first formed on a mother die by electroplating or electroless plating, and then the magnetic thin film is peeled off from the mother die to obtain a magnetic thin film. As a plating bath used in the electroforming method, for example, in the case of a nickel-based metal, it is preferable to use a watt bath mainly composed of nickel sulfate, nickel chloride and boric acid, or a sulfamic acid plating bath. In the case of a cobalt-based metal, it is preferable to use a cobalt plating bath mainly composed of cobalt sulfate and cobalt chloride.
なお、磁性砥粒に研磨粒子を含有させる場合には、めっき浴に研磨粒子を所定量入れて攪拌してめっき浴を調製するようにする。この場合、磁性砥粒となる磁性薄膜中に研磨粒子を均一に分散させることができるように、機械攪拌、エア等のガス攪拌、超音波ホモジナイザー等による超音波攪拌等の攪拌手段を用いることが好ましい。こうした手段によって磁性砥粒となる磁性薄膜中に研磨粒子を均一に分散させることができるので、研磨粒子の含有量を調整することができる。その結果、研磨粒子の含有量を調整することにより、磁性砥粒の機械特性や磁気特性を調整することができることになる。 When the abrasive particles are contained in the magnetic abrasive grains, a predetermined amount of the abrasive particles are put in the plating bath and stirred to prepare the plating bath. In this case, stirring means such as mechanical stirring, gas stirring such as air, ultrasonic stirring using an ultrasonic homogenizer, etc. may be used so that the abrasive particles can be uniformly dispersed in the magnetic thin film serving as magnetic abrasive grains. preferable. By such means, the abrasive particles can be uniformly dispersed in the magnetic thin film that becomes the magnetic abrasive grains, so that the content of the abrasive particles can be adjusted. As a result, the mechanical properties and magnetic properties of the magnetic abrasive grains can be adjusted by adjusting the content of the abrasive particles.
母型は、磁性薄膜が形成される面が平面上に形成されていれるもの、例えば板状に形成されているものが好ましい。母型の材質は、例えば、鉄、ステンレス、銅及び銅合金、アルミ及びアルミ合金、亜鉛、鉛等の金属、エポキシ樹脂、油脂、各種プラスチック、石膏、ガラス、ゴム、セラミック、皮革等の非金属が挙げられる。母型はその材質を限定することなく磁性薄膜を形成することができる。 The mother die is preferably one in which the surface on which the magnetic thin film is formed is formed on a flat surface, for example, a plate. Non-metallic materials such as iron, stainless steel, copper and copper alloys, aluminum and aluminum alloys, metals such as zinc and lead, epoxy resins, oils and fats, various plastics, gypsum, glass, rubber, ceramics, leather, etc. Is mentioned. The mother die can form a magnetic thin film without limiting its material.
また、母型として板状のものを用いる場合について説明したが、母型としてドラムを用いてもよい。この場合において、ドラムをゆっくり回転させると共に、ドラムの一部を例えばニッケルめっき浴に浸漬させてドラムの一部にめっきを行って磁性薄膜を形成し、この形成された磁性薄膜を連続的にドラムから剥離して、帯状の磁性薄膜を形成するようにしてもよい。 Moreover, although the case where the plate-shaped thing was used as a mother mold was demonstrated, you may use a drum as a mother mold. In this case, the drum is rotated slowly, and a part of the drum is immersed in, for example, a nickel plating bath, and a part of the drum is plated to form a magnetic thin film, and the formed magnetic thin film is continuously drummed. It is also possible to form a belt-like magnetic thin film by peeling off the film.
磁性薄膜の厚さは、切断、粉砕又は鍛造により磁性粉末1を形成することができる範囲から任意に選定される。例えば、切断により磁性粉末1を形成する場合には、磁性薄膜の厚さが磁性粉末1の厚さとなるので、磁性薄膜の厚さは、所望の磁性粉末1の厚さと同じである。また、粉砕により磁性粉末1を形成する場合も、磁性薄膜の厚さが磁性粉末1の厚さとなるので、磁性薄膜の厚さは、所望の磁性粉末1の厚さと同じである。また、鍛造により磁性粉末1を形成する場合には、磁性薄膜の厚さは、所望の磁性粉末1の厚さより厚い範囲から選定される。磁性薄膜の厚さは、一概には決められないが、例えば100μm〜200μmの範囲であることが好ましい。磁性薄膜の厚さが100μm未満であると、粉砕や鍛造等の工程が簡略化されるため、十分に加工硬化した硬質な磁性砥粒を得ることができなくなることがある。一方、磁性薄膜の厚さが200μmを超えると、例えば磁性薄膜の厚さを30μm以下にするための粉砕や鍛造等の工程が複雑になり、製造できなくなることがある。
The thickness of the magnetic thin film is arbitrarily selected from the range in which the
このような磁性薄膜を切断、粉砕又は鍛造して、扁平度が1.5以上の扁平状の磁性砥粒が形成される。切断を行う手段としては、磁性薄膜を細かくして扁平状の磁性砥粒を形成できれば特に限定されず、例えば、切断刃等が挙げられる。粉砕を行う手段としては、磁性薄膜を細かくして扁平状の磁性砥粒を形成できれば特に限定されず、例えば、ボールミル等のミル、シュレッダー等が挙げられる。鍛造は、磁性薄膜を打撃や加圧等することにより、扁平状の磁性砥粒を形成するものである。鍛造は、例えば、図4に示すように、容器10内に所定量の磁性薄膜11を入れてこれら磁性薄膜11を棒状の押し潰し部材12で容器10の底壁等に押しつけて、扁平状の磁性砥粒を形成するようにしてもよい。これら切断、粉砕及び鍛造のうち鍛造により本発明の磁性砥粒1を形成することが好ましい。これは、鍛造により扁平状の磁性砥粒1を形成すると、形成された磁性砥粒1が磁気異方性を有し易くなるからである。なお、扁平状の磁性砥粒1に磁気異方性を付与することができれば、鍛造に限定されず、プレス等により扁平状の磁性砥粒1を形成するようにしてもよい。
Such a magnetic thin film is cut, ground or forged to form flat magnetic abrasive grains having a flatness of 1.5 or more. The means for cutting is not particularly limited as long as the magnetic thin film can be made fine to form flat magnetic abrasive grains, and examples thereof include a cutting blade. The means for pulverizing is not particularly limited as long as the magnetic thin film can be made fine to form flat magnetic abrasive grains, and examples thereof include a mill such as a ball mill and a shredder. Forging is to form flat magnetic abrasive grains by hitting or pressing a magnetic thin film. Forging, for example, as shown in FIG. 4, a predetermined amount of magnetic
このように、磁性薄膜を切断、粉砕又は鍛造することにより、容易に扁平度が1.5以上の扁平状の磁性砥粒を形成することができる。 In this way, flat magnetic abrasive grains having a flatness of 1.5 or more can be easily formed by cutting, pulverizing, or forging the magnetic thin film.
(磁気研磨方法)
本発明の磁気研磨法は、前記の本発明の磁性砥粒1を用いて被加工物の表面を研磨することを特徴とする。本発明の磁性砥粒1は、各種被加工物の精密加工への適用が期待でき、例えば、管の内面の研磨に利用することができる。この本発明の磁気研磨法を実施するための磁気研磨装置の一例が図5に示されている。
(Magnetic polishing method)
The magnetic polishing method of the present invention is characterized by polishing the surface of a workpiece using the magnetic
この磁気研磨装置は、図5に示すように、被加工物である円管21をその周方向に回転可能に支持する管支持部(図示せず)と、円管21の外部に配置された磁極22とから主に構成されている。磁極22は、例えば、その周方向に略90°間隔で4個、ヨーク23を介して配置されている。これら磁極22が配置されているヨーク23は、円管21の軸方向に往復移動(例えば振幅)可能に設けられ、これにより磁極22が円管21の軸方向に振幅されるようになっている。磁極22は、円管21内に磁場を発生させることができればどのようなものでもよく、永久磁石でも電磁石でもよい。また、磁極22の個数及び配置もどのようなものでもよい。円管21の内部に本発明の磁性砥粒1が入れられ、入れられた磁性砥粒1は円管21内に発生した磁場によって円管21の内壁にくっつく。すなわち、磁性砥粒1が円管21の内壁を押圧して押圧力が発生する。
As shown in FIG. 5, this magnetic polishing apparatus is disposed outside a
この状態のまま、円管21をその周方向に回転させると、磁性砥粒1は円管21の内面との間に相対運動を行い、磁性砥粒1が例えば電気ブラシとして作用してその内面が研磨加工される。なお、円管21を回転させて研磨加工を行う場合について説明したが、円管21を固定して磁極22を回転させて研磨加工を行うようにしてもよく、また、円管21と磁極22の両方を回転させて研磨加工を行うようにしてもよい。
When the
このように、円管21の内面が研磨加工されるとき、本発明の磁性砥粒1は、扁平状に形成されているために被加工物である円管21の内面に対する摩擦力及び破壊力が小さいので、内面を必要以上に深く削ることがなく、より精密な表面加工を行うことができる。
Thus, when the inner surface of the
本発明の磁気研磨法は、円管の内面を研磨加工する場合に限定されず、本発明の磁性砥粒及び磁気研磨法の機能を発揮できる各種の用途に広く適用可能である。例えば、本発明の磁気研磨法の他の使用例として、ハードディスク装置のハードディスク基板表面のテクスチャ加工への応用が期待できる。また、半導体基板に銅配線を形成するダマシン工程で使用される化学的機械的研磨(CMP)の代替工程としての応用が期待できる。 The magnetic polishing method of the present invention is not limited to the case of polishing the inner surface of a circular tube, and can be widely applied to various applications that can exhibit the functions of the magnetic abrasive grains and the magnetic polishing method of the present invention. For example, as another example of use of the magnetic polishing method of the present invention, application to texture processing of the hard disk substrate surface of a hard disk device can be expected. Moreover, application as an alternative process of chemical mechanical polishing (CMP) used in a damascene process for forming a copper wiring on a semiconductor substrate can be expected.
以下に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
(実施例1)
縦100mm×横100mm×厚さ10mmのステンレス鋼製の母型を用意した。また、硫酸ニッケル1〜2mol/L(リットル。以下同じ。)、塩化ニッケル0.1〜0.2mol/L、ホウ酸0.4〜0.5mol/L、光沢剤及び平滑剤を含むワット浴を、硫酸を用いてpH3〜5に調整した。このワット浴に前記の母型を浸漬して、めっき液の温度を55℃として、エア攪拌しながら電気めっきを120分間行って、母型の表面上に100μm厚のニッケルの磁性薄膜を形成した。形成した磁性薄膜を母型から剥離した。
(Example 1)
A stainless steel matrix having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 10 mm was prepared. Also, a Watt bath containing
次に、剥離した磁性薄膜を切断刃を用いて縦10mm×横1mm×厚さ100μm程度に切断して細かくした。これら細かくした磁性薄膜を図4に示すように容器10内に入れて棒状の押し潰し部材12で容器10の底壁等に押しつけて鍛造し、厚さ10μm〜30μmの本発明の磁性砥粒1を形成した。この形成した本発明の磁性砥粒1の扁平度は、4〜30であった。この本発明の磁性砥粒1を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、その観察結果を図6に示した。図6(a)は倍率が100倍の図である。
Next, the peeled magnetic thin film was finely cut into a length of about 10 mm × width of 1 mm × thickness of about 100 μm using a cutting blade. As shown in FIG. 4, these fine magnetic thin films are placed in a
このようにして形成した磁性砥粒1を用いて、ステンレス鋼円管(外径20mm、内径18mmSUS304ステンレス鋼(BA管))内面の磁気研磨を行い、その研磨性能を評価した。磁極としては、Nd−Fe−B希土類永久磁石をステンレス鋼円管の外周にその周方向に90°間隔で4個配置した。永久磁石によりステンレス鋼円管内に与えられる磁場は、3600ガウスであった。磁性砥粒を1.0g、ステンレス鋼円管内に入れて、このステンレス鋼円管を1800rpmで回転させると共に、磁極を5cmの振幅、振幅数0.8Hzで振動させて、5分間及び10分間の内面加工を行った。
Using the magnetic
加工後、研磨量(M)及びステンレス鋼円管内面の表面粗さを測定した。表面粗さは、JISB0601−2001(ISO4287−1997準拠)に基づき粗さ曲線の算術平均高さ(Ra)及び最大高さ(Rz)について触針式表面粗さ測定機にて測定した。その結果を図7及び図8に示した。なお、研磨量は重量減少量ということがある。また、10分間の加工を行った後のステンレス鋼円管内面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて700倍の倍率で観察した。この観察結果を図9に示した。図9(a)と図9(b)は異なる2箇所を示した図である。なお、図10は加工前のステンレス鋼円管の内面を示した図である。 After processing, the polishing amount (M) and the surface roughness of the inner surface of the stainless steel circular tube were measured. The surface roughness was measured with a stylus type surface roughness measuring machine for the arithmetic average height (Ra) and maximum height (Rz) of the roughness curve based on JISB0601-2001 (based on ISO4287-1997). The results are shown in FIGS. The polishing amount may be referred to as a weight reduction amount. Further, the inner surface of the stainless steel circular tube after processing for 10 minutes was observed at a magnification of 700 times using a scanning electron microscope (SEM). The observation results are shown in FIG. FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams showing two different places. FIG. 10 is a view showing the inner surface of the stainless steel circular tube before processing.
(比較例1)
また、比較のために、市販されている磁性砥粒(東洋研磨材工業株式会社;KMX−80)を使用して前述の実施例1と同様にしてステンレス鋼円管の内面加工を行った。加工後、研磨量(M)及びステンレス鋼円管内面の表面粗さを測定した。表面粗さは、JISB0601−2001(ISO4287−1997準拠)に基づき粗さ曲線の算術平均高さ(Ra)及び最大高さ(Rz)について触針式表面粗さ測定機にて測定した。その結果を図7及び図8に示した。また、実施例1と同様に10分間の加工を行った後のステンレス鋼円管内面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて700倍の倍率で観察し、その結果を図11に示した。
(Comparative Example 1)
For comparison, the inner surface of a stainless steel circular tube was processed in the same manner as in Example 1 described above using commercially available magnetic abrasive grains (Toyo Abrasive Co., Ltd .; KMX-80). After processing, the polishing amount (M) and the surface roughness of the inner surface of the stainless steel circular tube were measured. The surface roughness was measured with a stylus type surface roughness measuring machine for the arithmetic average height (Ra) and maximum height (Rz) of the roughness curve based on JISB0601-2001 (based on ISO4287-1997). The results are shown in FIGS. Moreover, the stainless steel circular tube inner surface after processing for 10 minutes as in Example 1 was observed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 700 times, and the result is shown in FIG.
図7〜図11の結果から明らかなように、本発明の磁性砥粒(E−02と併記することもある。)1を用いた実施例1の場合は、研磨量(M)が少なく極めて平滑な表面となっていた。これに対して市販されている磁性砥粒(KMX−80)を用いた比較例1の場合は、研磨量(M)が多く、表面が研磨前より粗くなっていた。なお、図11(b)は平滑な表面と見えるが、必要以上に被加工物の表面が一方向に研磨されていた。すなわち、図11(b)において加工方向となる縦方向に延びる凹凸が形成され、表面が研磨前より粗くなっていた。
As is apparent from the results of FIGS. 7 to 11, in the case of Example 1 using the magnetic
(実施例2)
実施例1で形成した磁性砥粒(E−02)と平均粒径が330μmの鉄粉(電解Fe)を用いて、実施例1と同様にしてステンレス鋼円管の内面加工を行った。ステンレス鋼円管内には、磁性砥粒(E−02)を0.2g、鉄粉(電解Fe)を0.8g入れた。加工時間(t)5分後、10分後、15分後、20分後の研磨量(M)及びステンレス鋼円管内面の表面粗さを測定した。表面粗さは、JISB0601−2001(ISO4287−1997準拠)に基づき粗さ曲線の算術平均高さ(Ra)及び最大高さ(Rz)について触針式表面粗さ測定機にて測定した。その結果を図12及び図13に示した。
(Example 2)
Using the magnetic abrasive grains (E-02) formed in Example 1 and iron powder (electrolytic Fe) having an average particle size of 330 μm, the inner surface processing of the stainless steel circular tube was performed in the same manner as in Example 1. In a stainless steel circular tube, 0.2 g of magnetic abrasive grains (E-02) and 0.8 g of iron powder (electrolytic Fe) were put. Processing time (t) After 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes and 20 minutes, the polishing amount (M) and the surface roughness of the inner surface of the stainless steel circular tube were measured. The surface roughness was measured with a stylus type surface roughness measuring machine for the arithmetic average height (Ra) and maximum height (Rz) of the roughness curve based on JISB0601-2001 (based on ISO4287-1997). The results are shown in FIGS.
(比較例2)
比較例1で用いた磁性砥粒(KMX−80)と平均粒径が330μmの鉄粉(電解Fe)を用いて、実施例1と同様にしてステンレス鋼円管の内面加工を行った。ステンレス鋼円管内には、磁性砥粒(KMX−80)を0.2g、鉄粉(電解Fe)を0.8g入れた。加工時間(t)5分後、10分後、15分後、20分後、25分後、30分後の研磨量(重量減少量)及びステンレス鋼円管内面の表面粗さを測定した。表面粗さは、JISB0601−2001(ISO4287−1997準拠)に基づき粗さ曲線の算術平均高さ(Ra)及び最大高さ(Rz)について触針式表面粗さ測定機にて測定した。その結果を図12及び図13に示した。
(Comparative Example 2)
Using the magnetic abrasive grains (KMX-80) used in Comparative Example 1 and iron powder (electrolytic Fe) having an average particle size of 330 μm, the inner surface processing of the stainless steel circular tube was performed in the same manner as in Example 1. In a stainless steel circular tube, 0.2 g of magnetic abrasive grains (KMX-80) and 0.8 g of iron powder (electrolytic Fe) were put. Processing time (t) After 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, and 30 minutes, the polishing amount (weight reduction amount) and the surface roughness of the stainless steel circular tube inner surface were measured. The surface roughness was measured with a stylus type surface roughness measuring machine for the arithmetic average height (Ra) and maximum height (Rz) of the roughness curve based on JISB0601-2001 (based on ISO4287-1997). The results are shown in FIGS.
図12及び図13の結果から明らかなように、本発明の磁性砥粒(E−02)1を用いた実施例2の場合は、5分間の短時間で十分に研磨を行え極めて平滑な表面となった。これに対して磁性砥粒(KMX−80)を用いた比較例2の場合は、加工に時間がかかり、例えば、実施例2の5分間で加工して得られた表面粗さと略同様の表面粗さを得るには、20分間以上加工を行わなければならなかった。 As is apparent from the results of FIGS. 12 and 13, in the case of Example 2 using the magnetic abrasive grain (E-02) 1 of the present invention, the surface can be polished sufficiently in a short time of 5 minutes and extremely smooth. It became. On the other hand, in the case of Comparative Example 2 using magnetic abrasive grains (KMX-80), it takes time to process, for example, a surface substantially similar to the surface roughness obtained by processing in 5 minutes of Example 2. In order to obtain roughness, processing had to be performed for 20 minutes or more.
1 磁性砥粒
2 周縁部
5 研磨粒子
10 容器
11 磁性薄膜
12 押し潰し部材
21 円管
22 磁極
23 ヨーク
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