JP5110678B2

JP5110678B2 - 磁気研磨方法

Info

Publication number: JP5110678B2
Application number: JP2006139754A
Authority: JP
Inventors: 輝久中村; 玲花村; 慶太山本; 良夫松尾; 敏隆橋本
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: JP2007307664A

Description

本発明は、研磨対象との間に磁気研磨液を存在させて流体研磨を行う磁気研磨方法に関するもので、より具体的には、比較的に軟質性の部材、例えばＡＢＳ樹脂やアクリル樹脂などの樹脂部材の表面を鏡面に研磨するため、研磨条件についての改良に関する。

ＡＢＳ樹脂やアクリル樹脂などから形成した樹脂部材について、その表面を極めて平滑な鏡面に仕上げたいことがある。例えば樹脂製品の成形型を試作する際は、所望形状の試作品をまずは削り出し加工により形成して評価を行っている。このとき、削り出した試作品の表面にはツール痕が多数残ってしまうため、ツール痕はできるだけなくして平滑に仕上げて評価を行いたいという要求がある。例えば透明な樹脂製品では、削り出した試作品についても透明性が高いことが望ましく、ツール痕が多数残った表面では評価試験に際して不都合が多い。また、アクリル樹脂などは透明な表面に傷や加工を一度でも施すと光沢が失われてしまい、鏡面に磨くことには困難となる。そしてＡＢＳ樹脂などでは、さらに柔らかい樹脂なので光沢を得ること自体が非常に難しい。

アクリル樹脂部材の研磨に関しては、例えば特許文献１〜３などに見られるような研磨技術の提案がある。特許文献２によると、軟質性のアクリル部材（研磨対象）に対して砥粒を混在させて研磨スラリとし、これを容器に入れて攪拌を行う。この研磨工程は冷却条件下で行い、研磨スラリは砥粒の他に水酸化ナトリウムや界面括性剤を含み、ｐＨが１０以上のアルカリ性のものとし、攪拌は３日から１０日間行うことにより表面の粗い点を除去することができると述べている。
特表２００１−５０４０４２号公報特表２００２−５３４２８０号公報特表２００３−５２５７６１号公報

しかしながら、従来の鏡面研磨の技術では以下に示すような問題がある。上記した特許文献２など、研磨スラリ内で攪拌して表面を仕上げる方法は、研磨に多大な時間がかかり、このためコストが高くなってしまう。

アクリル樹脂部材の研磨が難しい理由としては、軟質性の材質で非常に柔らかいため容易に傷つきやすく、また樹脂製品にあっては一般に凹凸部位を多数有した複雑な立体形状となるため、研磨表面に力がかかる従来の一般的な研磨方法では十分な磨き研磨が行えないという問題がある。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、非接触の研磨となる磁気研磨を行うことにより、比較的に軟質性の部材であっても表面の磨き研磨を容易に行うことができ、複雑な表面形状に対して良好に研磨でき、長時間の研磨は必要としなく適正な鏡面に仕上げることができる磁気研磨方法を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る磁気研磨方法は、樹脂部材からなる研磨対象に対して研磨バイトを非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気研磨液を連動することにより流体研磨を行う磁気研磨方法であって、研磨バイトには磁場を発生する磁場発生源を設けて駆動手段と連係させ、研磨対象に対しては冷却手段を連係させ、磁気研磨液には砥粒を混合しておき、冷却手段を起動することにより研磨対象を収縮させて緻密にし、前記冷却手段により冷却した状態で駆動手段を起動することにより研磨バイトには所定の運動動作を行わせ、磁場発生源の磁場により磁気研磨液に時間的に定常的あるいは変動的な磁場を加えて流体研磨を行うようにした。

したがって本発明では、研磨対象は冷却手段により所定の低温度に冷やすので、収縮して緻密になりその分は強度が一時的に増す。このため、磁気研磨により磨き研磨を十分に行うことができ、ツール痕が残らない平滑な鏡面に仕上げることができる。

また磁気研磨に際しては、冷却手段による冷却の設定は常温よりも低い温度とし、そして磁気研磨液の凝固点よりも高い温度とするとよい。冷却手段による冷却の設定は、前記研磨対象におけるガラス転移温度（Ｔｇ）以下で、かつ前記磁気研磨液の凝固点よりも高い温度としてもよい。

ここで、磁気研磨液の凝固点よりも高い温度とするのは、磁気研磨液が液体の状態を保持する必要があるためである。また、常温よりも低い温度するのは、研磨対象を冷却することで上述した作用効果を発揮させるためである。好ましくは最適条件として１℃であり、効果が期待できる範囲では、１０℃以下である。

本発明に係る磁気研磨方法では、研磨対象を所定の低温度に冷やすので強度が一時的に増し、このため、磁気研磨により平滑な鏡面に仕上げることができる。すなわち、非接触の研磨となる磁気研磨を行うことにより、比較的に軟質性の部材であっても表面の磨き研磨を容易に行うことができる。そして、非接触で研磨が行える磁気研磨の特徴として、複雑な表面形状に対して良好に研磨でき、長時間の研磨は必要としないものであり、その結果、軟質性の樹脂部材について適正な鏡面に仕上げることができる。

図１は本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施の形態において、磁気研磨を行う構成には研磨対象（試料１）を冷却するための冷却装置２を備える。試料１は冷却装置２上に固定し、その試料１に対して研磨バイト３が非接触に対面する配置とする。さらに、試料１との間に磁気研磨液４を存在させて当該磁気研磨液４には砥粒を混合しておき、冷却装置２を起動することにより試料１は所定の低温度に冷却し、駆動手段を起動することにより研磨バイト３には所定の運動動作を行わせ、磁気研磨液４に生成した磁気クラスタにより流体研磨を行うようになっている。

磁気研磨液４は非磁性の砥粒を含有し、具体的には、動粘度０．０１〜１００ｍｍ^２／ｓ程度の水やケロシン等の分散媒中に、粒子径１〜８０μｍの強磁性粒子を１０〜９５ｗｔ％分散させた流体に対して、粒子径１０〜５０ｎｍの球形マグネタイト粒子が、電気絶縁性を有する水やケロシン等の分散媒に一様に分散した流体を５〜９０ｗｔ％混合した複合流体に、粒子径０．０１〜１００μｍの非磁性の砥粒を混合し、さらに増粘剤としてαセルロースなどの繊維状物質あるいはポリビニルアルコール等の樹脂を５〜９０ｗｔ％混合している。この磁気研磨液４は試料１と研磨バイト３との狭間へ供給手段により供給するようになっている。

試料１については、ＡＢＳ樹脂やアクリル樹脂などの比較的に柔らかい樹脂部材を想定している。

冷却装置２は、例えばペルチェ素子を用いた構成を採り、組み付けてある温度センサ２０により温度を検出し、その検出信号を取り込んだ温度コントローラ２１により所定の温度に制御する構成になっている。試料１の冷却温度は常温よりも低い温度に設定すればよいが、磁気研磨液４の凝固点よりも高い温度とする。また、試料１の冷却温度は磁気研磨液４の凝固点よりも高い温度とし、試料１におけるガラス転移温度（Ｔｇ）以下としてもよい。

研磨バイト３は、先端に永久磁石３０を設けて磁場の発生源としている。磁場発生源としては永久磁石３０に限らなく、例えば電磁石なども好ましく適用でき、磁気研磨液４に対して磁界を作用し得るものであればよい。磁場の発生は時間的に定常的である必要はなく、時間的に変動的な磁場を発生させることもよい。

駆動手段は、少なくともｘ軸，ｙ軸について多軸制御の機能を有するものとし、当該駆動手段を起動することにより研磨バイト３には所定に移動する運動動作を行わせる。駆動手段としては例えばＮＣ工作機を用いればよく、ボール盤，旋盤，ＮＣ旋盤，フライス盤などの回転軸（チャック部）に研磨バイト３の軸部を取り付けし、着脱を行うようにする。

研磨バイト３の運動動作は、例えば図２に示すように試料１の表面に関してくまなく走査する動作とする。このとき、研磨バイト３の周辺には磁気研磨液４を供給し、研磨バイト３には当該軸方向において正逆反転する回転動作を行わせる。あるいは所定に振動させる振動動作を行わせることもよい。

すなわち、本発明に係る磁気研磨においては、まず冷却装置２に試料１を固定し、その試料１に対して研磨バイト３の位置関係を初期設定し、冷却装置２を起動することにより試料１は所定の低温に冷却する。そして、磁気研磨液４の供給を開始するとともに、駆動手段を起動して研磨バイト３を運動動作させ、磁気研磨液４を攪拌状態にする。

研磨バイト３と試料１との間には磁気研磨液４が存在し、当該磁気研磨液４は非磁性の砥粒を含み、永久磁石３０により磁気研磨液４に時間的に定常的あるいは変動的な磁場が加わると磁気クラスタが生成する。つまり、磁気研磨液中の強磁性粒子（例えば鉄粒子），マグネタイト粒子が、磁気吸引力により多数凝集して磁気クラス夕となる。磁気クラス夕は、磁束に沿うので試料１に対立して針状に多数が立ち並び、これにより磁気研磨液中に存在する砥粒が試料１の表面に押えつけられる。このとき、研磨バイト３と試料１とは相対運動することから、砥粒は試料１の表面上を接触しつつ運動して切削（研削）を行う。

このように、試料１は冷却装置２により所定の低温度に冷やすので、収縮して緻密になりその分は強度が一時的に増す。このため、磁気研磨により磨き研磨を十分に行うことができ、ツール痕が残らない平滑な鏡面に仕上げることができる。

すなわち、非接触の研磨となる磁気研磨を行うことにより、比較的に軟質性の部材であっても表面の磨き研磨を容易に行うことができる。そして、非接触で研磨が行える磁気研磨の特徴として、複雑な表面形状に対して良好に研磨でき、長時間の研磨は必要としないものであり、その結果、軟質性の樹脂部材について適正な鏡面に仕上げることができる。もちろん、磁気クラスタによる研磨なので研磨対象（試料１）に大きな応力をかけることなく研磨が行える。

図１に示す磁気研磨のための構成により試料の研磨を行った。つまり、本発明の効果を実証するため、所定の研磨条件において試料の研磨を行い、その試料について表面粗さＲａ（算術平均粗さ），Ｒｙ（最大粗さ）を評価した。

磁気研磨液は表１に示す組成とし、試料１の冷却温度は常温よりも低い温度に設定すればよいが、ここでは約１℃に設定した。

その結果、表面粗さＲａ，Ｒｙは、
Ｒａ＝０．０７２μｍ
Ｒｙ＝０．４６５μｍ
という値を得た。なお、研磨を行う前のＲａ，Ｒｙは、
Ｒａ＝０．６５３μｍ
Ｒｙ＝４．７０１μｍ
であり、図３は表面粗さの測定結果を示すグラフ図である。

ここに本発明に係る磁気研磨にあっては、柔らかい樹脂部材であっても良好に研磨が行えて適正な鏡面が得られることを確認した。

本発明では柔らかい樹脂部材の磨き研磨ができることから、樹脂デザイン部品の鏡面研磨や透明樹脂などを用いた透明度を必要とするデザイン部品の研磨をおこなうことに有効である。

本発明の好適な一実施の形態を示す側面図である。研磨バイトの運動動作の一例を示す斜視図である。表面粗さの測定結果を示すグラフ図である。

符号の説明

１試料（研磨対象）
２冷却装置
２０温度センサ
２１温度コントローラ
３研磨バイト
３０永久磁石
４磁気研磨液

Claims

樹脂部材からなる研磨対象に対して研磨バイトを非接触に対面させ、周辺に存在させた磁気研磨液を連動することにより流体研磨を行う磁気研磨方法であって、
前記研磨バイトには磁場を発生する磁場発生源を設けて駆動手段と連係させ、前記研磨対象に対しては冷却手段を連係させ、前記磁気研磨液には砥粒を混合しておき、前記冷却手段を起動することにより前記研磨対象を収縮させて緻密にし、前記冷却手段により冷却した状態で前記駆動手段を起動することにより前記研磨バイトには所定の運動動作を行わせ、前記磁場発生源の磁場により前記磁気研磨液に時間的に定常的あるいは変動的な磁場を加えて流体研磨を行うことを特徴とする磁気研磨方法。