JPWO2006090741A1 - 磁気表面処理方法 - Google Patents

Abstract

パイプや管の内外面、レンズ等の表裏面等を同時に処理できる磁気を用いた表面の処理方法の提供を目的とする。表面及び裏面を有する被処理体１の少なくとも一部を磁界中に配置する工程、前記表面上に磁気感応性粒子を含む第１の粒子群９を配置する工程、前記裏面上に磁気感応性粒子を含む第２の粒子群１０を配置する工程、及び前記被処理体１と磁界とを相対運動させる工程を含む、磁気表面処理方法を提供する。

Description

本発明は、磁気を用いた表面の処理方法に関する。特に、セラミックス、ガラス、非磁性金属及びプラスチックス等の精密部品の表面及び裏面に対して平滑化、微細形状の形成及び洗浄等の処理を行う際に好適に適用し得る表面処理方法に関する。

磁気を用いた表面の処理方法は発明者等により検討されてきており、すでに知られている。例えば、発明者等は、磁界中に配置されたパイプ等の被処理体の内面に磁性砥粒を配置するとともに、被処理体と磁界とを相対回転させることにより被処理体の内面を研磨する方法等を種々提案してきた（特許文献１〜６参照）。

また、石英ガラスや透光性アルミナ等の管の内面を磁気研磨法によって研磨する際の磁性砥粒に関する検討結果が開示されている（非特許文献１参照）。

特開２００３−０６２７４７号公報 特開２００２−２６４００７号公報 特開２００２−２１０６４８号公報 特開２００２−１９２４５３号公報 特開２００２−０２８８５５号公報 特開２０００−１０７９９６号公報 坂東慎之介等、砥粒加工学会誌、Ｖｏｌ４５、Ｎｏ．１、２００１、ＪＡＮ．４６−４９

本発明は、上述した磁気を用いた表面処理方法を更に進歩させ、パイプや管の内外面、レンズ等の表裏面を同時に処理できる磁気を用いた表面処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、表面及び裏面を有する被処理体の少なくとも一部を磁界中に配置する工程、前記表面上に磁気感応性粒子を含む第１の粒子群を配置する工程、前記裏面上に磁気感応性粒子を含む第２の粒子群を配置する工程、及び前記被処理体と磁界とを相対運動させる工程、磁気感応性粒子を含む第１、第２の粒子群を排出する工程を含む、磁気表面処理方法を提供するものである。

本発明において、中空体を被処理体とすることが好ましく、その際表面が中空体の外面、裏面が中空体の内面となる。また、中空体が管状体であることが更に好ましい。また、被処理体が板状体であることも好ましい。また、相対運動が回転運動、揺動又は振動、あるいはこれらの組み合わせであることが好ましい。また、第１の粒子群が磁気感応性粒子及び非磁性粒子を含むことが好ましく、第２の粒子群が磁気感応性粒子及び非磁性粒子を含むことが好ましい。また、第１及び第２の粒子群を磁気を用いて被処理体から分離する工程を更に含むことも好ましい。

本発明により、例えば研磨、洗浄、微細形状の形成、メカノケミカル処理等の処理を被処理体の表面及び裏面に対して同時に行うことができる。

本発明の磁気表面処理方法の一実施形態を模式的に示す概念図である。 （ａ）〜（ｄ）は、各々本発明の磁極の一実施形態を示す模式的な正面図である。 本発明の磁気表面処理方法の別の実施形態を模式的に示す概念図である。 実施例１の結果を示すグラフである。 実施例１の結果を示すグラフである。

符号の説明

１…被処理体、
２ａ，２ｂ…磁石、
３ａ，３ｂ…Ｎ極、
５ａ，５ｂ…Ｓ極、
７ａ，７ｂ…ヨーク、
９…第１の粒子群、
１０…第２の粒子群。

以下、具体例を基に本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の具体例に限定されるものではない。

図１は本発明の磁気表面処理方法の一形態を模式的に示す概念図である。図１に示す形態において、ヨーク７ａにより連結された１対のＮ極３ａ及びＳ極５ａから構成される磁石２ａ、及びヨーク７ｂにより連結された１対のＮ極３ｂ及びＳ極５ｂから構成される磁石２ｂにより、各々磁界が形成されている。この磁石２ａ及び２ｂが被処理体１の周りに位置するように管状の被処理体１を配置することにより、磁界中に被処理体１を配置する。そして、被処理体１の外面、即ち表面上に第１の粒子群９を配置し、被処理体１の内面、即ち裏面上に第２の粒子群１０を配置する。第１及び第２の粒子群９、１０は各々磁気感応性粒子を含む。なお、ここまでの工程はどの順序で行っても良く、最終的に図１に示すような配置となればよい。その後、２つの磁石２ａ、２ｂを、被処理体１の外周を回るように回転させることにより、被処理体１と磁界とを相対運動させる。

磁気感応性粒子を含む第１及び第２の粒子群９、１０は、２つの磁石２ａ、２ｂに追従して動き、固定されている被処理体１の外面及び内面上を各々相対的に移動する。この粒子群の移動により、外面及び内面に対して研磨や洗浄等の処理をすることができる。即ち、被処理体の表面又は裏面の何れか１面側に磁石を含む装置を配置することで、表面及び裏面の両面を同時に処理し、磁気感応性粒子を含む第１及び第２の粒子群を同時に排出することができる。更に、第１の粒子群と第２の粒子群を同時に用いることにより、第２の粒子群のみを用いて内面（裏面）のみを処理する場合に比べて処理速度を向上させることができ、より効率的な処理を行うことができる。なお、磁気を用いた管状の被処理体内面の研磨などの処理の基本的な原理については、前記の特許文献１〜６に記載されており、これらを参照すれば容易に理解できる。

磁石の種類に特に制限はなく、永久磁石でも電磁石でもよいが、例えば希土類永久磁石を用いることが強力な磁界を得られる点で好ましい。また、磁石の数や配置にも特に制限はなく、磁石により形成される磁界中に被処理体の少なくとも一部を配置できるような数や配置にすればよい。例えば、被処理体を挟んで対向するように一対のＮ極とＳ極と配置してもよい。あるいは、図１に示すように一対のＮ極３ａとＳ極５ａが隣り合うように配置してもよい。前者の場合には被処理体が配置される箇所に均一磁界を形成しやすく、後者の場合には不均一磁界を形成しやすい。通常は、不均一磁界中に被処理体を配置することが好ましい。磁石の数は１つでもよいが、被処理体が大きい場合には、磁石の数を２以上に増やすことが好ましく、この場合には、一対のＮ極とＳ極が隣り合うように配置された磁石を被処理体の周りに複数並べて配置することが好ましい。

Ｎ極とＳ極の形状にも特に制限はない。通常は、円柱や多角柱等の柱状の磁極をＮ極及びＳ極として用いる。また、磁束密度を高める観点から、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、Ｎ極及び／又はＳ極の先端を錘台形、例えば円錐台形や角錘台形とすることも好ましい。即ち、Ｎ極及び／又はＳ極の先端に向かってテーパーが付いた形状とすることも好ましい。更に、例えば図２（ｂ）に示すように、左右非対称にテーパーを付けることも好ましい。図１に示すように、磁界を形成するＮ極３ａとＳ極５ａとが隣り合うように配置した場合、Ｎ極３ａの先端に配置した第１の粒子群９とＳ極５ａの先端に配置した第１の粒子群９は、互いに引き付け合うが、２つの粒子群がつながってしまうと被処理体の十分な処理ができない。従って、２つの粒子群を各々独立した状態に保つため、図３に示すように、Ｎ極３ａ及びＳ極５ａの先端を左右非対称にテーパーが付いた形状とし、Ｎ極３ａの先端と被処理体１との間隔を、Ｓ極５ａに向かって狭くし、Ｓ極５ａについても同様の配置とすることが好ましい。磁極をこのような形状とし、磁極と被処理体との間隔の広い方から第１の粒子群を配置することにより、第１の粒子群を容易に配置できるという効果も生じる。なお、テーパーは直線的であっても曲線的であってもよい。

また、磁石は角部の磁場強度が大きくなることから、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、Ｎ極及び／又はＳ極の先端を切り欠きが入った形状とすることも好ましい。なお、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すような先端が細くなった形状のＮ極及び／又はＳ極を用いる場合、図３に示すように、被処理体の軸方向に垂直な断面において先端が細くなる形状となるようにＮ極及び／又はＳ極を配置しても良く、軸方向に平行な断面において先端が細くなる形状となるようにＮ極及び／又はＳ極を配置してもよい。

第１及び第２の粒子群は、磁界の相対運動に追従し、被処理体の表面及び裏面に対して処理を行う。このため第１及び第２の粒子群は、少なくとも磁気感応性粒子を含む。磁気感応性粒子は、磁界の相対運動に追従し、被処理体の面上を移動できるものであればよい。通常は、一般に磁性体と呼ばれる粒子が磁気感応性粒子として用いられる。材料の具体例としては、鉄、コバルト、ニッケル、クロムやこれらの酸化物、合金、化合物が挙げられる。

このような磁気感応性粒子が、磁界の相対運動に追従することにより、被処理体の面に対して相対運動を行い、被処理体の表面及び裏面を処理できる場合もある。また、磁性体のみでは、被処理体の面に対して十分な処理を行えない場合には、磁性体と他の材料との複合粒子を磁気感応性粒子として用いることも好ましい。あるいは、他の材料からなる粒子（他の粒子）を磁気感応性粒子とは別の粒子として用いてもよい。他の材料は、被処理体の表裏面を処理する働きを有するものである。例えば、被処理体に対して研磨、微細形状の付与等の処理を行う場合には、被処理体よりも硬度の高い材料を他の材料又は他の粒子として用いる。また、被処理体の表裏面に対してメカノケミカル処理を行うことも可能であり、このような場合には、被処理体とメカノケミカル反応をし得る他の材料又は他の粒子を用いることも好ましい。通常は、一般に砥粒と呼ばれる材料を他の粒子又は複合粒子の他の材料として用いることが好ましい。砥粒としては、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、酸化セリウム、炭化けい素、二酸化けい素、酸化クロムが挙げられる。

磁性体と他の材料との複合粒子としては、例えば磁性体と砥粒等の他の材料とを焼結後粉砕した磁気感応性粒子、溶融させた磁性体と砥粒等の他の材料とを混合して得られる塊を粉砕した磁気感応性粒子、磁性体の周りに砥粒等の他の材料を付着させた磁気感応性粒子などが挙げられる。

磁気感応性粒子の形状には特に制限はなく、球状、無定形状の他、磁気異方性を有する針状であってもよい。また、磁気感応性粒子に砥粒としての働きをさせる場合には、シャープなエッジを有する形状であることが好ましい。他の粒子の形状にも特に制限はないが、被処理体に対して研磨又は微細形状の付与等の処理を行う場合には、磁気感応性粒子と同様にシャープなエッジを有する形状であることが好ましい。被処理体に対して塑性流動変形の付与等の処理を行う場合には、シャープなエッジを有さない形状であることが好ましい。

磁気感応性粒子の平均粒子径にも特に制限はないが、通常は５〜２０００μｍの平均粒子径のものを用いる。被処理体を研磨する場合において、磁気感応性粒子として磁性砥粒を用いる場合には、研磨面に要求される表面粗さに応じて磁気感応性粒子の粒子径を選択することが好ましい。例えば、要求される表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．２μｍの場合には、平均粒子径１００〜５００μｍの磁気感応性粒子を用いることが好ましく、要求される表面粗さ（Ｒａ）が０．００１〜０．０１μｍの場合には、平均粒子径５〜１００μｍの磁気感応性粒子を用いることが好ましい。磁気感応性粒子の他に砥粒を用いる場合の砥粒の好ましい平均粒子径は０．１〜３０μｍとなる。また、平均粒子径５００〜２０００μｍの磁気感応性粒子又はその他の粒子を用いることによって、表面及び／又は裏面の洗浄処理を行うこともできる。ここで、平均粒子径は、磁気感応性粒子の電子顕微鏡写真から測定した平均値であり、表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に基づいて測定した算術平均粗さである。

また、被処理体の表裏面で異なる処理が求められる場合もある。例えば、表裏面で、要求される表面粗さが異なる場合には、第１の粒子群と第２の粒子群に含まれる磁気感応性粒子及び／又はその他の粒子の形状や平均粒子径を異なるものとすることも好ましい。第１の粒子群と第２の粒子群を各々表裏面に要求される処理に対応した粒子の構成とすることにより、表裏面に対して同時に要求される処理を行うことができる。

また、第１及び／又は第２の粒子群を、スラリー状とすることも好ましい。スラリー状とする際の好ましい液体としては、軽油や水の他、一般的に研磨液として用いられる水溶性や油溶性の液体等が挙げられる。スラリー状の粒子群における粒子濃度は５〜３０質量％であることが好ましい。また、第１の粒子群と第２の粒子群の両方をスラリー状とする場合には、各々異なる粒子濃度とすることも好ましい。

図１に示すように第１の粒子群９は、被処理体１と各磁極（Ｎ極３ａ、３ｂ、Ｓ極５ａ、５ｂ）との間に配置される。このような配置により、第１の粒子群は各磁極と被処理体の表面の各々に接触した状態となる。また、各粒子がチェーンを形成するように配列する。第２の粒子群１０は、被処理体１の裏面側に配置することにより、形成された磁界に沿って裏面上に配列する。

被処理体の形状は、表面と裏面とを有する形状であれば特に制限はない。但し、表面と裏面との間隔が大きすぎると、両面を同時に処理することが困難になり好ましくない。従って、被処理体は１０ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下の厚さの壁状又は板状の部分を有することが好ましい。また、被処理体が中空体である場合に、他の方法では外面（表面）と内面（裏面）と同時に処理し難いため、本発明が特に効果を発揮する。また、表面及び／又は裏面が曲面や屈曲面を有する場合にも本発明を好適に適用することができる。また、被処理体が管状体、特に内部の径に対して開口部の径が小さい管状体や場所により内径の異なる管状体の場合に本発明を特に好適に適用することができる。また、被処理体が平面又は曲面を有する板状体の場合、片面のみに対し研磨等の処理を行うと、反りが生じる場合がある。このような場合において、表面及び裏面の両面に対し同時に研磨等の処理を行うと反りを抑制することができる。従って、このような板状体に対しても本発明を好適に適用することができる。

被処理体の材質は非磁性体であれば特に制限はない。例えば、プラスチックス、ガラス、セラミックス、非磁性の金属などに本発明を好適に適用することができる。特に透明性又は透光性を有する材料の場合、表面（外面）及び裏面（内面）の両方に平滑加工が要求される場合が多いため、本発明を適用し、両面を同時に平滑化することが好ましい。

被処理体と磁界とを相対運動させる方法に特に制限はなく、被処理体と第１及び第２の粒子群との相対位置が変化するように被処理体と磁界とを相対運動させればよい。例えば、図１に示すように被処理体が管状の場合には、被処理体の中心軸に平行な軸を回転中心として磁石及び／又は被処理体を回転させることが好ましい。又は、電磁石により磁界を変動させることも好ましい。あるいは、磁石及び／又は被処理体を振動又は揺動させることも好ましい。磁石を対象面に対して垂直又は平行に振動又は揺動させることにより、その部分のみが研磨され、例えば溝状の微細形状を形成することができる。また、これらの相対運動を組み合わせることも好ましい。運動速度に制限はないが、粒子群と各面との相対移動速度が５０〜２００ｍ／ｍｉｎの範囲とすることが好ましい。

処理が終了した後に、第１及び第２の粒子群を被処理体から分離する。この際、磁気を用いることにより、第１及び第２の粒子群を比較的容易に被処理体から同時に分離することができる。被処理体が中空体の場合、特に内部の径に対して開口部の径が小さい管状体や場所により内径の異なる管状体の場合に、第２の粒子群の分離、排出が難しい場合があるが、磁気を援用することにより、第１及び第２の粒子群を比較的容易に被処理体から同時に分離することができる。具体的には、図１に示すような形態で被処理体を処理した場合には、被処理体を磁極に対して軸方向に相対的に移動させることにより、第１及び第２の粒子群を被処理体に対して軸方向に相対的に移動させ、第１の粒子群を被処理体の表面から分離し、同時に第２の粒子群を被処理体の開口部から排出して裏面から分離することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す磁石の配置とし、以下の加工条件で円管の研磨処理を行った。

［加工条件］
磁極：Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ系希土類磁石
磁極回転数：１８００ｒｐｍ
磁極振動 振幅：５ｍｍ、振動数：０．８Ｈｚ
第１の粒子群：
磁気感応性粒子：鉄粉（平均粒径５１０μｍ）
研磨粒子（その他の粒子）：ダイヤモンド、０〜１μｍ
磁気感応性粒子／研磨粒子の質量比：９．１４／１．００
スラリー液：水溶性研磨液
粒子濃度：２５重量％
第２の粒子群：第１の粒子群と同一
被処理体：アルミナ円管、内径８．５ｍｍ、壁厚０．５ｍｍ、長さ１００ｍｍ

実施例１における処理時間とアルミナ円管の内外面の表面粗さとの関係を各々図４及び図５に示す。図４及び図５に示すように、処理時間とともに内外面の表面粗さが各々減少し、内外面を同時に研磨処理することができた。なお、表面粗さの測定は、表面粗さ測定機（株式会社ミツトヨ、型番：SV-624-3D）を用い、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に基づいた方法で測定し、得られた算術平均粗さの値を表面粗さＲａとして表した。

本発明により、表裏面を有する被処理体の表裏面に対して同時に、研磨、洗浄、微細形状の形成などの処理を行うことができる。従って、レンズ等の光学部品の精密仕上げ、中空体の内外面の精密仕上げ等に本発明を好適に用いることができる。

Claims (8)

1. 表面及び裏面を有する被処理体の少なくとも一部を磁界中に配置する工程、
   前記表面上に磁気感応性粒子を含む第１の粒子群を配置する工程、
   前記裏面上に磁気感応性粒子を含む第２の粒子群を配置する工程、及び
   前記被処理体と磁界とを相対運動させる工程、
   を含む、磁気表面処理方法。
2. 前記被処理体が中空体であり、前記表面が中空体の外面、前記裏面が中空体の内面である請求項１に記載の磁気表面処理方法。
3. 前記中空体が管状体である請求項２に記載の磁気表面処理方法。
4. 前記被処理体が板状体である請求項１に記載の磁気表面処理方法。
5. 前記相対運動が回転運動、揺動又は振動、あるいはこれらの組み合わせである請求項１〜４の何れかに記載の磁気表面処理方法。
6. 前記第１の粒子群が磁気感応性粒子及び他の粒子を含む請求項１〜５の何れかに記載の磁気表面処理方法。
7. 前記第２の粒子群が磁気感応性粒子及び他の粒子を含む請求項１〜６の何れかに記載の磁気表面処理方法。
8. 前記第１及び第２の粒子群を磁気を用いて被処理体から分離する工程を更に含む請求項１〜７の何れかに記載の磁気表面処理方法。

Images