鏡面研磨方法および鏡面研磨装置
【課題】 研磨対象の表面を鏡面に仕上げる研磨において、表面全域について平坦度を向上させて研磨することができ、そして平坦度を良好にし得る研磨を短時間で行える鏡面研磨方法および鏡面研磨装置を提供すること
【解決手段】 支持台２に研磨対象（試料１）を固定し、試料１には研磨バイト３を対面させ、両者の狭間へ磁気研磨液４を供給する。磁気研磨液４には非磁性の砥粒を混合し、αセルロースなどの増粘剤を混合する。研磨バイト３は遊星歯車３０の軸端に取り付け、複数を試料１に対面させる。遊星歯車機構は、太陽歯車３１の外側に複数の遊星歯車３０を配置し、さらに外側に内歯車３２を噛み合わせてあり、太陽歯車３１の軸部に連係した駆動モータ１０により駆動する。したがって、研磨バイト３は自転と公転の２つの運動が行えて試料１の表面に対する移動が平均化し、研磨作用のばらつきを低減できる。
【解決手段】 支持台２に研磨対象（試料１）を固定し、試料１には研磨バイト３を対面させ、両者の狭間へ磁気研磨液４を供給する。磁気研磨液４には非磁性の砥粒を混合し、αセルロースなどの増粘剤を混合する。研磨バイト３は遊星歯車３０の軸端に取り付け、複数を試料１に対面させる。遊星歯車機構は、太陽歯車３１の外側に複数の遊星歯車３０を配置し、さらに外側に内歯車３２を噛み合わせてあり、太陽歯車３１の軸部に連係した駆動モータ１０により駆動する。したがって、研磨バイト３は自転と公転の２つの運動が行えて試料１の表面に対する移動が平均化し、研磨作用のばらつきを低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密機械部品や金型などの表面を鏡面に研磨するための鏡面研磨方法および鏡面研磨装置に関するもので、より具体的には、研磨対象に対して研磨バイトを対面させるとともに、これらの周辺に磁気研磨液を存在させて流体研磨を行うことの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨対象の表面を鏡面に仕上げる技術としては、一般に、遊離砥粒を分散させた研磨剤を研磨対象とラップ定盤との間に介在させた状態で両者を擦り合わせる動作を行うラッピングや、ラッピングよりも微細な砥粒を用い、ポリシングパッドと呼ばれる柔らかい工具により研磨対象との擦り合わせ動作を行うポリシングなどが行われている。
【０００３】
非接触の研磨技術にはフロートポリシングがあり、これは錫定盤と研磨対象を、微細な研磨剤を混濁したポリシング液中で同時に回転させることにより両者間に介在するポリシング液の流動圧で研磨対象をわずかに浮上させ、そのポリシング液中の研磨剤により加工を進めるような技術である。
【０００４】
また、磁界を作用させることで研磨を行う磁気研磨の技術もよく知られており、例えば特許文献１，２に見られるようなものがある。特許文献１には、磁気研磨液における分散粒子を調整することにより研磨液の性能を改善し、精密な研磨、仕上げ加工に適用し得るような技術の提案がある。特許文献２には、磁性砥粒からなる粒子ブラシと研磨対象との間で適正に相対運動を行わせること、および磁性砥粒に非磁性層を被覆することにより研磨の挙動を改善し、精密な研磨、仕上げ加工に適用し得るような技術の提案がある。係る磁気研磨は、いわゆる非接触の研磨が行えるため強度が弱い研磨対象でも応力なく研磨が行えるメリットがあり、精密仕上げの用途に好まれている。
【０００５】
磁気研磨は、磁性砥粒（粒子ブラシ）つまり研削工具は磁界により活性化するため、研磨対象の研磨は磁場発生源の磁極が向き合う対面部位については良好に進む特性を持つ。そこで、磁場発生源は例えば永久磁石とし、これを研磨バイトに組み付けて駆動源により回転させる構成を採り、対面させた研磨対象との間には磁気研磨液を存在させて流体研磨を行う鏡面研磨の技術がある。
【特許文献１】特開２００２−１７０７９１号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、係る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。すなわち、永久磁石を設けた研磨バイトを研磨対象に対面させ、駆動源により回転させるため、永久磁石の近辺には粒子ブラシが良好に生じて密度が高い。その結果、研磨対象の表面研磨についてムラができてしまい、表面の全域を平坦に仕上げることが難しいという問題がある。
【０００７】
この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、研磨対象の表面を鏡面に仕上げる研磨において、表面全域について平坦度を向上させて研磨することができ、平坦度を良好にし得る研磨を短時間で行える鏡面研磨方法および鏡面研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明に係る鏡面研磨方法は、研磨対象に対して研磨バイトを対面させるとともに、これらの周辺に磁気研磨液を存在させて流体研磨を行う鏡面研磨方法であって、研磨バイトは研磨対象との対面に磁場を発生する磁場発生源を設けるとともに、平面上での所定軌跡の運動動作となる駆動を行う第１駆動手段に連係し、研磨対象は平面上での所定軌跡の運動動作となる駆動を行う第２駆動手段に連係し、研磨バイトと研磨対象との間に磁気研磨液を存在させて当該磁気研磨液には非磁性の砥粒を混合しておき、第１駆動手段を起動して研磨バイトを平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、そして第２駆動手段を起動して研磨対象についても平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、このとき磁場発生源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。
【０００９】
また、本発明に係る鏡面研磨装置は、研磨対象との対面に磁場発生源を有する研磨バイトと、当該研磨バイトに連係して平面上での所定軌跡の運動動作を行わせる第１駆動手段と、研磨対象に連係して平面上で所定軌跡の運動動作を行わせる第２駆動手段と、研磨バイトと研磨対象との狭間へ磁気研磨液を供給する供給手段とを備えて、磁気研磨液には非磁性の砥粒を混合しておき、供給手段を起動して研磨バイトと研磨対象との間に磁気研磨液を存在させ、第１駆動手段を起動して研磨バイトを平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、第２駆動手段を起動して研磨対象についても平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、磁場発生源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るように構成した。
【００１０】
第１駆動手段は、太陽歯車の外側に複数の遊星歯車を噛み合わせるとともに、さらに外側に内歯車を噛み合わせてある遊星歯車機構を有し、それら遊星歯車の少なくとも１つに研磨バイトを取り付けし、太陽歯車を駆動源により駆動することにより研磨バイトには自転動作と公転動作とを行わせる構成とするとよい。さらに、研磨バイトは遊星歯車のそれぞれに取り付ける構成とするとよい。
【００１１】
各発明に用いる磁気研磨液は、動粘度０．０１〜１００ｍｍ２／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％混合する構成のものが好ましい。
【００１２】
したがって本発明では、研磨バイトには磁場発生源を有し、第１駆動手段により平面上で所定軌跡の運動動作を行い、研磨対象は第２駆動手段により平面上で所定軌跡の運動動作を行う。研磨バイトと研磨対象との間には磁気研磨液が存在し、当該磁気研磨液は非磁性の砥粒を含み、磁場発生源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が加わると、磁気研磨液において磁気クラスタが生成する。具体的には上述したような組成において、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が凝集して磁気クラス夕となる。磁気クラス夕は、磁束に沿うので研磨対象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研磨対象の表面に押えつけられる。また、磁気クラス夕に絡み込まれた砥粒もあるので、それらも研磨対象の表面に押えつけられる。
【００１３】
係る状態で研磨バイトと研磨対象とが相対的に運動し、これにより砥粒は研磨対象の表面を接触しつつ運動する。このため、研磨対象の表面の凸部を砥粒が研削し、より平滑な表面が得られる。このとき、研磨バイトは単に回転動作するのではなく、平面上で所定軌跡の運動動作を行うので、研磨対象の表面に対する移動が平均化し、さらに研磨対象の側も平面について運動するので研磨バイトとの相対運動が増し、このため研磨作用のばらつきを低減でき、表面全域に対して磁気クラスタにより十分に研磨することができる。
【００１４】
また、複数の研磨バイトが研磨対象に対面する構成では、それぞれにおいて磁気クラスタが研磨の作用を行うことから、単位時間当たりの研磨作用の領域が広くなり、研磨速度が早くなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る鏡面研磨では、研磨バイトには磁場発生源を有し、第１駆動手段により平面上で所定軌跡の運動動作を行うので、研磨対象の表面に対する移動が平均化し、そして研磨対象についても第２駆動手段により平面上で所定軌跡の運動動作を行うので両者の相対運動が増し、このため研磨作用のばらつきを低減でき、表面全域に対して磁気クラスタにより十分に研磨することができる。その結果、研磨対象の表面を鏡面に仕上げる研磨において、表面全域について平坦度を向上させて研磨することができる。
【００１６】
そして、複数の研磨バイトが研磨対象に対面する構成では、それぞれにおいて磁気クラスタが研磨の作用を行うことから、単位時間当たりの研磨作用の領域が広くなり、研磨速度が早くなる。したがって、平坦度を良好にし得る研磨を短時間で行える。もちろん、磁気クラスタによる研磨なので研磨対象に大きな応力をかけることなく研磨が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、鏡面研磨装置は、研磨対象（試料１）を支持台２に固定し、その試料１に対して複数の研磨バイト３…を非接触に対面させるとともに、それら両者の間には磁気研磨液４を存在させる。各研磨バイト３には、磁場の発生と所定軌跡の運動とを行わせるとともに、支持台２についても所定軌跡の振動を行わせ、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構成になっている。
【００１８】
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０．０１〜１００ｍｍ２／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、図示しない供給手段により、試料１と研磨バイト３との狭間へ供給するようになっている。
【００１９】
支持台２はスプリングネジ５を介してトラバース装置６の基台７に組み付ける。そして、トラバース装置６を振動台８に組み付ける。スプリングネジ５を装着した部位には、接触式のロードセル９を配置している。つまり、トラバース装置６の基台７を動かすことで支持台２の上下位置を初期設定し、振動台８により所定軌跡の振動を与える。この所定軌跡は、例えば研磨バイト３との対立面において８の字の軌跡を描いて振動するといった運動動作を与えることである。そして、その動作状況をロードセル９により検出するようになっている。
【００２０】
複数の研磨バイト３…は、それぞれ遊星歯車３０に取り付けてあり、自転と公転とを行う、いわゆる遊星歯車機構に構成している。この遊星歯車機構は、図２に示すように、中央の太陽歯車３１の外側に複数の遊星歯車３０を配置して噛み合わせ、さらに外側に内歯車３２を配置して噛み合わせている。各遊星歯車３０…は、キャリア３３に組み付けて回転自在に支持し、内歯車３２は支持板３４に固定して全体を支持するようになっている。この支持板３４は支持台２の上方の図示しない取り付け部に固定し、支持台２に対して複数の研磨バイト３を上方から突き向けている。太陽歯車３１は、駆動モータ１０に連係させ、これを駆動する構成になっている。
【００２１】
駆動モータ１０は、例えばボール盤，旋盤，ＮＣ旋盤，フライス盤などの回転駆動機構を用いることができる。駆動モータ１０の出力軸に連結したチャック部１１に太陽歯車３１の軸部を取り付けることで、態様歯車３１は、着脱が行える構成になっている。
【００２２】
研磨バイト３は、非磁性体からなる円柱体３５に同心に永久磁石３６を埋め込んであり、その永久磁石３６が試料１（研磨対象）に向き合うように設定される。つまり、永久磁石３６は、対面する試料１との間で磁気研磨液４に対して磁界を作用し、磁場を発生する磁場発生源となる。磁場発生源としては永久磁石３６に限らず、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。
【００２３】
振動台８は図示しない駆動源を有し、研磨バイト３との対立面において所定軌跡で振動する構成を採る。そして、その振動動作は、複数の振動モードを設定している。振動台８による振動動作は、太陽歯車３１の軸部との対立面において、８の字の軌跡を描いて回り動く運動動作、あるいは定点を中心に単純に回転する運動動作、または往復に振動する運動動作などの複数の振動モードがあり、研磨作業の際はこれらを適宜に選択あるいは組み合わせることになる。なお、振動台８は、研磨バイト３の軸方向に向かう縦振動を含む運動動作を行うように構成することもよい。
【００２４】
試料１を研磨する場合、まず支持台２に試料１を固定し、上方の研磨バイト３に対して試料１の位置関係を初期設定し、それら両者の狭間に対して磁気研磨液４の供給を開始する。そして、駆動モータ１０および振動台８を起動して、研磨バイト３および試料１（支持台２）の両者を互いに運動動作させ、磁気研磨液４を攪拌状態にする。このとき、磁気研磨液４には、磁場発生源（永久磁石３６）により磁場が作用し、試料１と研磨バイト３との間では、図３に示すように、磁束が生じて磁気研磨液４において磁気クラスタ１２が生成する。
【００２５】
つまり、研磨バイト３には永久磁石３６を埋め込んであるので磁場が作用し、永久磁石３６と試料１との間で磁束が生じ、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が凝集して磁気クラスタ１２となる。磁気クラスタ１２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ぶことになる。磁気研磨液４においては、増粘剤として加えたαセルロース１３が磁気クラスタ１２の相互間に織り込み状態に位置を占め、さらに非磁性の砥粒１４を加えてあるので、これは磁気クラスタ１２に絡み込まれるものもあるが、当該液が攪拌状態にあるため多くは試料１の表面に存在することになる。したがって、針状に立ち並ぶ磁気クラスタ１２および織り込み状態のαセルロース１３とによって、磁気研磨液４の中に存在する砥粒１４が試料１の表面に押さえつけられる。また、磁気クラスタ１２およびαセルロース１３に絡み込まれた砥粒１４もあるので、それらも試料１の表面に押えつけられる。
【００２６】
このような状態で研磨バイト３および試料１（支持台２）の両者が互いに運動動作することから、相対運動によって砥粒１４は試料１の表面を接触しつつ運動し、このため試料１の表面の凸部を砥粒１４が研削し、より平滑な表面が得られる。つまり、鏡面研磨が行える。
【００２７】
磁場が定常的の場合、磁気クラスタ１２は磁束に沿って整列して立ち並び、磁力により整列状態が保持されるので砥粒１４が試料１の表面（研磨面）に適度に当たって研磨が行える。また、磁場が変動的の場合、磁気クラスタ１２は揺れ動き、このときも砥粒１４が研磨面に適度に当たり研磨が行える。このように、研磨バイト３は、試料１に対して見かけ上は有効な研削刃を持たないものの、磁気クラスタ１２およびαセルロース１３の押さえ作用により研磨することができ、流体研磨が行える。
【００２８】
磁気研磨液４には増粘剤としてαセルロース１３を含むので、添加した増粘剤は磁気クラスタ１２を保持するように作用し、その結果、多数の砥粒１４が試料１の表面に接触する状況を促進でき、研磨を高効率に行える。
【００２９】
ここで本発明に係る鏡面研磨によれば、研磨バイト３は遊星歯車機構に取り付けたので、自転と公転の２つの運動が行えるため、試料１の表面に対する移動が平均化する。このとき、支持台２についても平面上で８の字を描く軌跡で振動動作するので両者の相対運動が増し、このため研磨作用のばらつきを低減でき、表面全域に対して磁気クラスタ１２により十分に研磨することができる。その結果、試料１の表面を鏡面に仕上げる研磨において、表面全域について平坦度を向上させて研磨することができ、平坦度の高い滑らかな平面が得られる。
【００３０】
そして、複数の研磨バイト３が試料１に対面する構成なので、それぞれにおいて磁気クラスタ１２が研磨の作用を行うことになり、このため単位時間当たりの研磨作用の領域が広くなり、研磨速度が早くなる。したがって、平坦度を良好にし得る研磨を短時間で行える。もちろん、磁気クラスタ１２による研磨なので試料１に大きな応力をかけることなく研磨が行える。
【実施例】
【００３１】
図１に示す鏡面研磨装置を用いて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、評価試験は従来方式の構成つまり１つの研磨バイトを単に回転する構成による研磨も行い、それを比較例とした。
【００３２】
【表１】
【００３３】
ここで、磁気研磨液はその組成に、非磁性の砥粒として粒子径０．０５μｍのアルミナを含み、さらに増粘剤としてαセルロースを含ませている。そして、試料は真鍮製で平板形状のものを用い、表２に示す諸条件により研磨を行っており、その結果、同表に合わせて示す表面粗さＲａ，Ｒｙが得られた。
【表２】
【００３４】
すなわち、本発明に係る構成（遊星歯車式）では、磁場発生源である永久磁石３６は直径１０ｍｍとし、表面の磁束密度２４０ｍＴであり、従来方式の構成（回転式）においては永久磁石は直径８ｍｍとし、表面の磁束密度は５２０ｍＴとなっている。また、駆動モータ１０の回転数は８００ｒｐｍであり、研磨時間は１時間、振動台８は太陽歯車３１の軸部との対立面において８の字の軌跡を描いて回り動く運動動作（振動）を行い、その振幅は１０ｍｍで毎分２０回の振動とした。そして、表２に示す研磨後の表面粗さＲａ，Ｒｙは、掃引長さが０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲における値である。
【００３５】
その結果、表面粗さＲａ，Ｒｙは、本発明では０．００６６μｍ，０．０４８μｍであり、これに対して比較例では０．００９μｍ，０．０９２μｍであって、最大粗さＲｙを略１／２に低減できており、平坦度を明らかに高くできる研磨が行えることを確認した。そして、比較例とは研磨時間が同一であるので研磨速度が速いと言え、本発明の有用性が確認できた。
【００３６】
次に表３は、掃引長さを２０ｍｍとした評価試験における結果を示し、研磨の条件は表２に示すものと同一としてある。そして、図４は２０ｍｍの掃引における研磨波形を示し、（ａ）は本発明に係る研磨波形、（ｂ）は従来方式による研磨波形である。
【表３】
【００３７】
掃引長さを２０ｍｍとした評価試験では、表３および図４に示すように、表面粗さＲａ，Ｒｙは、本発明では０．１５７ｍｍ，１．０４ｍｍであり、これに対して比較例では０．７０２ｍｍ，３．３０ｍｍであって、最大粗さＲｙを略１／３に低減できており、平坦度を明らかに高くできる研磨が行えて、鏡面仕上げが良好に行えることを確認した。
【００３８】
このように、本発明に係る鏡面研磨によれば、研磨波形が滑らかであり表面粗さＲａ，Ｒｙを十分に低い値ににでき、さらに研磨速度が速くなる。従って、平坦度が高く得られる研磨を短時間で行え、研磨対象の表面全域について充分な表面粗さに鏡面研磨が行える。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る鏡面研磨装置の好適な一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す研磨バイトを説明する断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図３】磁気クラスタによる流体研磨を示す説明図である。
【図４】表面粗さを示すグラフ図であり、（ａ）は本発明に係る研磨波形、（ｂ）は従来方式による研磨波形である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 研磨対象（試料）
２ 支持台
３ 研磨バイト
４ 磁気研磨液
５ スプリングネジ
６ トラバース装置
７ 基台
８ 振動台
９ ロードセル
１０ 駆動モータ
１１ チャック部
１２ 磁気クラスタ
１３ αセルロース
１４ 砥粒
３０ 遊星歯車
３１ 太陽歯車
３２ 内歯車
３３ キャリア
３４ 支持板
３５ 円柱体
３６ 永久磁石（磁場発生源）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密機械部品や金型などの表面を鏡面に研磨するための鏡面研磨方法および鏡面研磨装置に関するもので、より具体的には、研磨対象に対して研磨バイトを対面させるとともに、これらの周辺に磁気研磨液を存在させて流体研磨を行うことの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨対象の表面を鏡面に仕上げる技術としては、一般に、遊離砥粒を分散させた研磨剤を研磨対象とラップ定盤との間に介在させた状態で両者を擦り合わせる動作を行うラッピングや、ラッピングよりも微細な砥粒を用い、ポリシングパッドと呼ばれる柔らかい工具により研磨対象との擦り合わせ動作を行うポリシングなどが行われている。
【０００３】
非接触の研磨技術にはフロートポリシングがあり、これは錫定盤と研磨対象を、微細な研磨剤を混濁したポリシング液中で同時に回転させることにより両者間に介在するポリシング液の流動圧で研磨対象をわずかに浮上させ、そのポリシング液中の研磨剤により加工を進めるような技術である。
【０００４】
また、磁界を作用させることで研磨を行う磁気研磨の技術もよく知られており、例えば特許文献１，２に見られるようなものがある。特許文献１には、磁気研磨液における分散粒子を調整することにより研磨液の性能を改善し、精密な研磨、仕上げ加工に適用し得るような技術の提案がある。特許文献２には、磁性砥粒からなる粒子ブラシと研磨対象との間で適正に相対運動を行わせること、および磁性砥粒に非磁性層を被覆することにより研磨の挙動を改善し、精密な研磨、仕上げ加工に適用し得るような技術の提案がある。係る磁気研磨は、いわゆる非接触の研磨が行えるため強度が弱い研磨対象でも応力なく研磨が行えるメリットがあり、精密仕上げの用途に好まれている。
【０００５】
磁気研磨は、磁性砥粒（粒子ブラシ）つまり研削工具は磁界により活性化するため、研磨対象の研磨は磁場発生源の磁極が向き合う対面部位については良好に進む特性を持つ。そこで、磁場発生源は例えば永久磁石とし、これを研磨バイトに組み付けて駆動源により回転させる構成を採り、対面させた研磨対象との間には磁気研磨液を存在させて流体研磨を行う鏡面研磨の技術がある。
【特許文献１】特開２００２−１７０７９１号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、係る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。すなわち、永久磁石を設けた研磨バイトを研磨対象に対面させ、駆動源により回転させるため、永久磁石の近辺には粒子ブラシが良好に生じて密度が高い。その結果、研磨対象の表面研磨についてムラができてしまい、表面の全域を平坦に仕上げることが難しいという問題がある。
【０００７】
この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、研磨対象の表面を鏡面に仕上げる研磨において、表面全域について平坦度を向上させて研磨することができ、平坦度を良好にし得る研磨を短時間で行える鏡面研磨方法および鏡面研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明に係る鏡面研磨方法は、研磨対象に対して研磨バイトを対面させるとともに、これらの周辺に磁気研磨液を存在させて流体研磨を行う鏡面研磨方法であって、研磨バイトは研磨対象との対面に磁場を発生する磁場発生源を設けるとともに、平面上での所定軌跡の運動動作となる駆動を行う第１駆動手段に連係し、研磨対象は平面上での所定軌跡の運動動作となる駆動を行う第２駆動手段に連係し、研磨バイトと研磨対象との間に磁気研磨液を存在させて当該磁気研磨液には非磁性の砥粒を混合しておき、第１駆動手段を起動して研磨バイトを平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、そして第２駆動手段を起動して研磨対象についても平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、このとき磁場発生源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。
【０００９】
また、本発明に係る鏡面研磨装置は、研磨対象との対面に磁場発生源を有する研磨バイトと、当該研磨バイトに連係して平面上での所定軌跡の運動動作を行わせる第１駆動手段と、研磨対象に連係して平面上で所定軌跡の運動動作を行わせる第２駆動手段と、研磨バイトと研磨対象との狭間へ磁気研磨液を供給する供給手段とを備えて、磁気研磨液には非磁性の砥粒を混合しておき、供給手段を起動して研磨バイトと研磨対象との間に磁気研磨液を存在させ、第１駆動手段を起動して研磨バイトを平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、第２駆動手段を起動して研磨対象についても平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、磁場発生源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るように構成した。
【００１０】
第１駆動手段は、太陽歯車の外側に複数の遊星歯車を噛み合わせるとともに、さらに外側に内歯車を噛み合わせてある遊星歯車機構を有し、それら遊星歯車の少なくとも１つに研磨バイトを取り付けし、太陽歯車を駆動源により駆動することにより研磨バイトには自転動作と公転動作とを行わせる構成とするとよい。さらに、研磨バイトは遊星歯車のそれぞれに取り付ける構成とするとよい。
【００１１】
各発明に用いる磁気研磨液は、動粘度０．０１〜１００ｍｍ２／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％混合する構成のものが好ましい。
【００１２】
したがって本発明では、研磨バイトには磁場発生源を有し、第１駆動手段により平面上で所定軌跡の運動動作を行い、研磨対象は第２駆動手段により平面上で所定軌跡の運動動作を行う。研磨バイトと研磨対象との間には磁気研磨液が存在し、当該磁気研磨液は非磁性の砥粒を含み、磁場発生源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が加わると、磁気研磨液において磁気クラスタが生成する。具体的には上述したような組成において、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が凝集して磁気クラス夕となる。磁気クラス夕は、磁束に沿うので研磨対象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研磨対象の表面に押えつけられる。また、磁気クラス夕に絡み込まれた砥粒もあるので、それらも研磨対象の表面に押えつけられる。
【００１３】
係る状態で研磨バイトと研磨対象とが相対的に運動し、これにより砥粒は研磨対象の表面を接触しつつ運動する。このため、研磨対象の表面の凸部を砥粒が研削し、より平滑な表面が得られる。このとき、研磨バイトは単に回転動作するのではなく、平面上で所定軌跡の運動動作を行うので、研磨対象の表面に対する移動が平均化し、さらに研磨対象の側も平面について運動するので研磨バイトとの相対運動が増し、このため研磨作用のばらつきを低減でき、表面全域に対して磁気クラスタにより十分に研磨することができる。
【００１４】
また、複数の研磨バイトが研磨対象に対面する構成では、それぞれにおいて磁気クラスタが研磨の作用を行うことから、単位時間当たりの研磨作用の領域が広くなり、研磨速度が早くなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る鏡面研磨では、研磨バイトには磁場発生源を有し、第１駆動手段により平面上で所定軌跡の運動動作を行うので、研磨対象の表面に対する移動が平均化し、そして研磨対象についても第２駆動手段により平面上で所定軌跡の運動動作を行うので両者の相対運動が増し、このため研磨作用のばらつきを低減でき、表面全域に対して磁気クラスタにより十分に研磨することができる。その結果、研磨対象の表面を鏡面に仕上げる研磨において、表面全域について平坦度を向上させて研磨することができる。
【００１６】
そして、複数の研磨バイトが研磨対象に対面する構成では、それぞれにおいて磁気クラスタが研磨の作用を行うことから、単位時間当たりの研磨作用の領域が広くなり、研磨速度が早くなる。したがって、平坦度を良好にし得る研磨を短時間で行える。もちろん、磁気クラスタによる研磨なので研磨対象に大きな応力をかけることなく研磨が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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、鏡面研磨装置は、研磨対象（試料１）を支持台２に固定し、その試料１に対して複数の研磨バイト３…を非接触に対面させるとともに、それら両者の間には磁気研磨液４を存在させる。各研磨バイト３には、磁場の発生と所定軌跡の運動とを行わせるとともに、支持台２についても所定軌跡の振動を行わせ、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構成になっている。
【００１８】
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０．０１〜１００ｍｍ２／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、図示しない供給手段により、試料１と研磨バイト３との狭間へ供給するようになっている。
【００１９】
支持台２はスプリングネジ５を介してトラバース装置６の基台７に組み付ける。そして、トラバース装置６を振動台８に組み付ける。スプリングネジ５を装着した部位には、接触式のロードセル９を配置している。つまり、トラバース装置６の基台７を動かすことで支持台２の上下位置を初期設定し、振動台８により所定軌跡の振動を与える。この所定軌跡は、例えば研磨バイト３との対立面において８の字の軌跡を描いて振動するといった運動動作を与えることである。そして、その動作状況をロードセル９により検出するようになっている。
【００２０】
複数の研磨バイト３…は、それぞれ遊星歯車３０に取り付けてあり、自転と公転とを行う、いわゆる遊星歯車機構に構成している。この遊星歯車機構は、図２に示すように、中央の太陽歯車３１の外側に複数の遊星歯車３０を配置して噛み合わせ、さらに外側に内歯車３２を配置して噛み合わせている。各遊星歯車３０…は、キャリア３３に組み付けて回転自在に支持し、内歯車３２は支持板３４に固定して全体を支持するようになっている。この支持板３４は支持台２の上方の図示しない取り付け部に固定し、支持台２に対して複数の研磨バイト３を上方から突き向けている。太陽歯車３１は、駆動モータ１０に連係させ、これを駆動する構成になっている。
【００２１】
駆動モータ１０は、例えばボール盤，旋盤，ＮＣ旋盤，フライス盤などの回転駆動機構を用いることができる。駆動モータ１０の出力軸に連結したチャック部１１に太陽歯車３１の軸部を取り付けることで、態様歯車３１は、着脱が行える構成になっている。
【００２２】
研磨バイト３は、非磁性体からなる円柱体３５に同心に永久磁石３６を埋め込んであり、その永久磁石３６が試料１（研磨対象）に向き合うように設定される。つまり、永久磁石３６は、対面する試料１との間で磁気研磨液４に対して磁界を作用し、磁場を発生する磁場発生源となる。磁場発生源としては永久磁石３６に限らず、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。
【００２３】
振動台８は図示しない駆動源を有し、研磨バイト３との対立面において所定軌跡で振動する構成を採る。そして、その振動動作は、複数の振動モードを設定している。振動台８による振動動作は、太陽歯車３１の軸部との対立面において、８の字の軌跡を描いて回り動く運動動作、あるいは定点を中心に単純に回転する運動動作、または往復に振動する運動動作などの複数の振動モードがあり、研磨作業の際はこれらを適宜に選択あるいは組み合わせることになる。なお、振動台８は、研磨バイト３の軸方向に向かう縦振動を含む運動動作を行うように構成することもよい。
【００２４】
試料１を研磨する場合、まず支持台２に試料１を固定し、上方の研磨バイト３に対して試料１の位置関係を初期設定し、それら両者の狭間に対して磁気研磨液４の供給を開始する。そして、駆動モータ１０および振動台８を起動して、研磨バイト３および試料１（支持台２）の両者を互いに運動動作させ、磁気研磨液４を攪拌状態にする。このとき、磁気研磨液４には、磁場発生源（永久磁石３６）により磁場が作用し、試料１と研磨バイト３との間では、図３に示すように、磁束が生じて磁気研磨液４において磁気クラスタ１２が生成する。
【００２５】
つまり、研磨バイト３には永久磁石３６を埋め込んであるので磁場が作用し、永久磁石３６と試料１との間で磁束が生じ、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が凝集して磁気クラスタ１２となる。磁気クラスタ１２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ぶことになる。磁気研磨液４においては、増粘剤として加えたαセルロース１３が磁気クラスタ１２の相互間に織り込み状態に位置を占め、さらに非磁性の砥粒１４を加えてあるので、これは磁気クラスタ１２に絡み込まれるものもあるが、当該液が攪拌状態にあるため多くは試料１の表面に存在することになる。したがって、針状に立ち並ぶ磁気クラスタ１２および織り込み状態のαセルロース１３とによって、磁気研磨液４の中に存在する砥粒１４が試料１の表面に押さえつけられる。また、磁気クラスタ１２およびαセルロース１３に絡み込まれた砥粒１４もあるので、それらも試料１の表面に押えつけられる。
【００２６】
このような状態で研磨バイト３および試料１（支持台２）の両者が互いに運動動作することから、相対運動によって砥粒１４は試料１の表面を接触しつつ運動し、このため試料１の表面の凸部を砥粒１４が研削し、より平滑な表面が得られる。つまり、鏡面研磨が行える。
【００２７】
磁場が定常的の場合、磁気クラスタ１２は磁束に沿って整列して立ち並び、磁力により整列状態が保持されるので砥粒１４が試料１の表面（研磨面）に適度に当たって研磨が行える。また、磁場が変動的の場合、磁気クラスタ１２は揺れ動き、このときも砥粒１４が研磨面に適度に当たり研磨が行える。このように、研磨バイト３は、試料１に対して見かけ上は有効な研削刃を持たないものの、磁気クラスタ１２およびαセルロース１３の押さえ作用により研磨することができ、流体研磨が行える。
【００２８】
磁気研磨液４には増粘剤としてαセルロース１３を含むので、添加した増粘剤は磁気クラスタ１２を保持するように作用し、その結果、多数の砥粒１４が試料１の表面に接触する状況を促進でき、研磨を高効率に行える。
【００２９】
ここで本発明に係る鏡面研磨によれば、研磨バイト３は遊星歯車機構に取り付けたので、自転と公転の２つの運動が行えるため、試料１の表面に対する移動が平均化する。このとき、支持台２についても平面上で８の字を描く軌跡で振動動作するので両者の相対運動が増し、このため研磨作用のばらつきを低減でき、表面全域に対して磁気クラスタ１２により十分に研磨することができる。その結果、試料１の表面を鏡面に仕上げる研磨において、表面全域について平坦度を向上させて研磨することができ、平坦度の高い滑らかな平面が得られる。
【００３０】
そして、複数の研磨バイト３が試料１に対面する構成なので、それぞれにおいて磁気クラスタ１２が研磨の作用を行うことになり、このため単位時間当たりの研磨作用の領域が広くなり、研磨速度が早くなる。したがって、平坦度を良好にし得る研磨を短時間で行える。もちろん、磁気クラスタ１２による研磨なので試料１に大きな応力をかけることなく研磨が行える。
【実施例】
【００３１】
図１に示す鏡面研磨装置を用いて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、評価試験は従来方式の構成つまり１つの研磨バイトを単に回転する構成による研磨も行い、それを比較例とした。
【００３２】
【表１】
【００３３】
ここで、磁気研磨液はその組成に、非磁性の砥粒として粒子径０．０５μｍのアルミナを含み、さらに増粘剤としてαセルロースを含ませている。そして、試料は真鍮製で平板形状のものを用い、表２に示す諸条件により研磨を行っており、その結果、同表に合わせて示す表面粗さＲａ，Ｒｙが得られた。
【表２】
【００３４】
すなわち、本発明に係る構成（遊星歯車式）では、磁場発生源である永久磁石３６は直径１０ｍｍとし、表面の磁束密度２４０ｍＴであり、従来方式の構成（回転式）においては永久磁石は直径８ｍｍとし、表面の磁束密度は５２０ｍＴとなっている。また、駆動モータ１０の回転数は８００ｒｐｍであり、研磨時間は１時間、振動台８は太陽歯車３１の軸部との対立面において８の字の軌跡を描いて回り動く運動動作（振動）を行い、その振幅は１０ｍｍで毎分２０回の振動とした。そして、表２に示す研磨後の表面粗さＲａ，Ｒｙは、掃引長さが０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲における値である。
【００３５】
その結果、表面粗さＲａ，Ｒｙは、本発明では０．００６６μｍ，０．０４８μｍであり、これに対して比較例では０．００９μｍ，０．０９２μｍであって、最大粗さＲｙを略１／２に低減できており、平坦度を明らかに高くできる研磨が行えることを確認した。そして、比較例とは研磨時間が同一であるので研磨速度が速いと言え、本発明の有用性が確認できた。
【００３６】
次に表３は、掃引長さを２０ｍｍとした評価試験における結果を示し、研磨の条件は表２に示すものと同一としてある。そして、図４は２０ｍｍの掃引における研磨波形を示し、（ａ）は本発明に係る研磨波形、（ｂ）は従来方式による研磨波形である。
【表３】
【００３７】
掃引長さを２０ｍｍとした評価試験では、表３および図４に示すように、表面粗さＲａ，Ｒｙは、本発明では０．１５７ｍｍ，１．０４ｍｍであり、これに対して比較例では０．７０２ｍｍ，３．３０ｍｍであって、最大粗さＲｙを略１／３に低減できており、平坦度を明らかに高くできる研磨が行えて、鏡面仕上げが良好に行えることを確認した。
【００３８】
このように、本発明に係る鏡面研磨によれば、研磨波形が滑らかであり表面粗さＲａ，Ｒｙを十分に低い値ににでき、さらに研磨速度が速くなる。従って、平坦度が高く得られる研磨を短時間で行え、研磨対象の表面全域について充分な表面粗さに鏡面研磨が行える。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る鏡面研磨装置の好適な一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す研磨バイトを説明する断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図３】磁気クラスタによる流体研磨を示す説明図である。
【図４】表面粗さを示すグラフ図であり、（ａ）は本発明に係る研磨波形、（ｂ）は従来方式による研磨波形である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 研磨対象（試料）
２ 支持台
３ 研磨バイト
４ 磁気研磨液
５ スプリングネジ
６ トラバース装置
７ 基台
８ 振動台
９ ロードセル
１０ 駆動モータ
１１ チャック部
１２ 磁気クラスタ
１３ αセルロース
１４ 砥粒
３０ 遊星歯車
３１ 太陽歯車
３２ 内歯車
３３ キャリア
３４ 支持板
３５ 円柱体
３６ 永久磁石（磁場発生源）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象に対して研磨バイトを対面させるとともに、これらの周辺に磁気研磨液を存在させて流体研磨を行う鏡面研磨方法であって、
前記研磨バイトは前記研磨対象との対面に磁場を発生する磁場発生源を設けるとともに、平面上での所定軌跡の運動動作となる駆動を行う第１駆動手段に連係し、前記研磨対象は平面上での所定軌跡の運動動作となる駆動を行う第２駆動手段に連係し、前記研磨バイトと前記研磨対象との間に前記磁気研磨液を存在させて当該磁気研磨液には非磁性の砥粒を混合しておき、前記第１駆動手段を起動して前記研磨バイトを平面上で所定軌跡の運動動作を行わせるとともに、前記第２駆動手段を起動して前記研磨対象についても平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、このとき前記磁場発生源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鏡面研磨方法。
【請求項２】
研磨対象との対面に磁場発生源を有する研磨バイトと、当該研磨バイトに連係して平面上での所定軌跡の運動動作を行わせる第１駆動手段と、前記研磨対象に連係して平面上で所定軌跡の運動動作を行わせる第２駆動手段と、前記研磨バイトと前記研磨対象との狭間へ磁気研磨液を供給する供給手段とを備え、
前記磁気研磨液には非磁性の砥粒を混合しておき、前記供給手段を起動して前記研磨バイトと前記研磨対象との間に前記磁気研磨液を存在させ、前記第１駆動手段を起動して前記研磨バイトを平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、前記第２駆動手段を起動して前記研磨対象について平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、前記磁場発生源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ることを特徴とする鏡面研磨装置。
【請求項３】
前記第１駆動手段は、太陽歯車の外側に複数の遊星歯車を噛み合わせるとともに、さらに外側に内歯車を噛み合わせてある遊星歯車機構を有し、それら遊星歯車の少なくとも１つに前記研磨バイトを取り付けし、前記太陽歯車を駆動源により駆動することにより前記研磨バイトには自転動作と公転動作とを行わせることを特徴とする請求項２に記載の鏡面研磨装置。
【請求項４】
前記研磨バイトは前記遊星歯車のそれぞれに取り付け、前記太陽歯車を駆動源により駆動することにより前記研磨バイトには自転動作と公転動作とを行わせることを特徴とする請求項３に記載の鏡面研磨装置。
【請求項１】
研磨対象に対して研磨バイトを対面させるとともに、これらの周辺に磁気研磨液を存在させて流体研磨を行う鏡面研磨方法であって、
前記研磨バイトは前記研磨対象との対面に磁場を発生する磁場発生源を設けるとともに、平面上での所定軌跡の運動動作となる駆動を行う第１駆動手段に連係し、前記研磨対象は平面上での所定軌跡の運動動作となる駆動を行う第２駆動手段に連係し、前記研磨バイトと前記研磨対象との間に前記磁気研磨液を存在させて当該磁気研磨液には非磁性の砥粒を混合しておき、前記第１駆動手段を起動して前記研磨バイトを平面上で所定軌跡の運動動作を行わせるとともに、前記第２駆動手段を起動して前記研磨対象についても平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、このとき前記磁場発生源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鏡面研磨方法。
【請求項２】
研磨対象との対面に磁場発生源を有する研磨バイトと、当該研磨バイトに連係して平面上での所定軌跡の運動動作を行わせる第１駆動手段と、前記研磨対象に連係して平面上で所定軌跡の運動動作を行わせる第２駆動手段と、前記研磨バイトと前記研磨対象との狭間へ磁気研磨液を供給する供給手段とを備え、
前記磁気研磨液には非磁性の砥粒を混合しておき、前記供給手段を起動して前記研磨バイトと前記研磨対象との間に前記磁気研磨液を存在させ、前記第１駆動手段を起動して前記研磨バイトを平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、前記第２駆動手段を起動して前記研磨対象について平面上で所定軌跡の運動動作を行わせ、前記磁場発生源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ることを特徴とする鏡面研磨装置。
【請求項３】
前記第１駆動手段は、太陽歯車の外側に複数の遊星歯車を噛み合わせるとともに、さらに外側に内歯車を噛み合わせてある遊星歯車機構を有し、それら遊星歯車の少なくとも１つに前記研磨バイトを取り付けし、前記太陽歯車を駆動源により駆動することにより前記研磨バイトには自転動作と公転動作とを行わせることを特徴とする請求項２に記載の鏡面研磨装置。
【請求項４】
前記研磨バイトは前記遊星歯車のそれぞれに取り付け、前記太陽歯車を駆動源により駆動することにより前記研磨バイトには自転動作と公転動作とを行わせることを特徴とする請求項３に記載の鏡面研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１６７９６８（Ｐ２００７−１６７９６８Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６４８９３（Ｐ２００５−３６４８９３）
【出願日】平成１７年１２月１９日（２００５．１２．１９）
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【出願人】（５０５０８９６１４）国立大学法人福島大学 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１９日（２００５．１２．１９）
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【出願人】（５０５０８９６１４）国立大学法人福島大学 (34)
【Ｆターム（参考）】
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