JP6376465B2

JP6376465B2 - バレル研磨方法

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Publication number: JP6376465B2
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Inventors: 壮一朗西尾; 末菅　啓朗; 啓朗末菅; 陽一郎平塚
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Description

本発明は、被加工物の表面に薬剤の防錆剤をコーティングすることなく被加工物に防錆機能を付与できる乾式のバレル研磨方法に関する。

バレル研磨は、被加工物の表面処理（バリ取り、Ｒ付け加工、面粗度調整、平滑仕上げ、光沢仕上げ、鏡面仕上げ、薄膜層除去、等）に広く用いられている。バレル研磨では、バレル槽に装入されたマスを流動化することで、被加工物の研磨が行われる。ここで、マスとはバレル槽に装入した物品（乾式では被加工物及び研磨メディア等）で構成されるものを指す。バレル研磨装置は、バレル槽の底部に設けられた回転盤を回転させてマスを流動化するタイプの流動バレル装置、バレル槽を自公転させてマスを流動化するタイプの遠心バレル装置、バレル槽を振動させてマスを流動化するタイプの振動バレル装置、等が広く知られている。

金属系の被加工物を研磨する場合、研磨後の時間の経過と共に被加工物の表面に錆が発生する問題がある。そこで、乾式のバレル研磨では、研磨後の被加工物に防錆剤をコーティングする処理が行われている。湿式のバレル研磨では、防錆剤を含むコンパウンドを添加して研磨を行うことで、被加工物に防錆剤をコーティングする。特許文献１には、バレル槽の回転によって研磨された被加工物を防錆液に浸漬することによって被加工物に錆に発生することを防止するバレル研磨システムが記載されている。

特許文献１に記載のシステムによって加工された被加工物の表面には、防錆剤がコーティングされる。一般的に、防錆剤としては、例えば有機酸塩やジエタノールアミンやトリエタノールアミンといった薬剤が用いられる、

特開２００２−２５４２９０号公報

上述のような薬剤を用いた場合には、後工程で製品に組み付ける前に、被加工物を洗浄して防錆剤を除去する工程を設ける必要がある。この防錆剤を除去する工程を追加すると、洗浄によって発生した廃水の処理や洗浄に係る工数の増加等による製品の製造コストの増加等の問題がある。従って、本発明は、被加工物の表面に薬剤の防錆剤をコーティングすることなく、バレル研磨を行うと共に防錆処理を施すことができるバレル研磨方法を提供する。

本発明の一側面では、被加工物及び研磨メディアを含むマスを流動化して被加工物を乾式で研磨するバレル研磨方法が提供される。このバレル研磨方法は、前記マスをバレル槽に装入するマス装入工程と、前記マスを前記バレル槽内で流動化させる流動化工程と、前記研磨メディアで被加工物を研磨すると共に被加工物の表面に皮膜を形成して防錆機能を付与する研磨・防錆工程と、を備える。一側面に掛かるバレル研磨方法によれば、マスを流動化することで（流動化工程）、被加工物が研磨されると共に被加工物の表面に皮膜が形成される（研磨・防錆工程）。この皮膜によって被加工物の表面と空気中の酸素及び水分との接触が妨げられるので、被加工物の表面に錆が発生するのを防ぐことができる。このバレル研磨方法では、従来の様に薬剤の防錆剤を使用する必要がないので、後工程で防錆剤を除去する工程を設けなくてもよい。また、一形態では、前記研磨・防錆工程は、厚さが０．１ｎｍ〜１０ｎｍの前記皮膜を形成してもよい。このように極めて薄い皮膜を形成することで、被加工物の寸法精度に影響を及ぼすことなく、防錆効果を得ることができる。

一形態では、前記研磨・防錆工程は、樹脂に砥粒が分散した構成の研磨メディアで被加工物を研磨すると共に前記研磨メディアに含まれる樹脂によって被加工物の表面に該樹脂の皮膜を形成して防錆機能を付与してもよい。本形態によれば、研磨メディア及び被加工物をバレル槽に装入して研磨するのみで、被加工物に防錆機能を付与することができる。

一形態では、前記マスが粉末又は成形体である防錆機能付与材料を更に含んでいてもよい。そして、前記研磨・防錆工程は、前記研磨メディアで被加工物を研磨すると共に前記防錆機能付与材料によって被加工物の表面に該防錆機能付与材料を構成する成分の皮膜を形成して防錆機能を付与してもよい。本形態では、防錆機能付与材料によって被加工物に防錆機能を付与するための皮膜を形成することができるので、研磨メディアの材質は特に限定されない。即ち、要求される仕上がり精度に合わせて研磨メディアを自由に選択できるので、効率よくバレル研磨することができる。特に、前記防錆機能付与材料を樹脂、脂肪酸又はその塩、の少なくともいずれかを主成分として構成すると、被加工物の表面に極めて薄い皮膜を容易に形成することができるので、被加工物に防錆機能を容易に付与することができる。

前記マスが粉末又は成形体である防錆機能付与材料を更に含む場合、前記バレル研磨方法は、前記防錆機能付与材料によって、研磨メディアの表面に非湿潤で皮膜を形成して前記研磨メディアの表面に潤滑性を付与する工程を更に備えてもよい。研磨メディアの表面に形成された皮膜により研磨メディアの潤滑性が向上するので、マスがバレル槽内で流動化する際に被加工物に対する研磨メディアの衝撃力を弱めることができる。即ち、このバレル研磨方法によれば、被加工物に防錆機能を付与すると共に、被加工物の仕上がり程度（面粗度や形状調整等）を調整することができる。

また、一形態では、前記マスは、更に砥粒を含み、前記研磨・防錆工程は、前記研磨メディア及び前記砥粒で被加工物を研磨すると共に前記防錆機能付与材料によって被加工物の表面に該防錆機能付与材料の主成分の皮膜を形成してもよい。砥粒によって研磨力を調整することで、仕上がり程度を調整することができる。

また、一形態では、前記研磨メディア又は樹脂を主成分とする前記防錆機能付与材料における前記樹脂は、ナイロンを主成分としてもよい。樹脂であれば被加工物に防錆機能を付与することができるが、ナイロンを主成分とすると特に高い防錆機能を付与することができる。また、安価に防錆機能を付与することができる。

本発明の一側面又は各形態により、被加工物の研磨と防錆機能の付与とを同時に行うことができる。また、従来のように薬剤の防錆剤を被加工物の表面にコーティングしないので、後工程で防錆剤を除去する工程を必要としない。

本発明の実施形態で用いた遠心バレル研磨装置を説明するための模式図である。本発明の実施形態で用いた被加工物の加工工程の一例を示すフローチャートである。一実施形態に係るバレル研磨方法を示すフローチャートである。第一実施形態における被加工物の表面の分析結果の一例（実施例１）である。図４（Ａ）は負イオンのスペクトル解析結果、図４（Ｂ）はマッピング分析の結果、である。第二実施形態における被加工物の表面の分析結果の一例である。図５（Ａ）は実施例２０及び未加工品の正イオンのスペクトル解析結果、図５（Ｂ）は実施例２０のマッピング分析の結果、である。

本発明の一例を、図を参照して説明する。以下の説明では、鉄系の被加工物であるＳＵＪ２材（ＪＩＳ（ＪａｐａｎｅｓｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｔａｎｄａｒｄｓ）Ｇ４８０５；２００８に規定）を遠心バレル研磨装置にて乾式で研磨した場合を例に説明する。なお、説明における上下左右方向は、特に断りのない限り図中の方向を指す。

図１は、本実施形態に係るバレル研磨装置１０の模式図である。図１に示すバレル研磨装置１０は、遠心バレル研磨装置であり、マスが装入される４つのバレル槽１１と、バレル槽１１がそれぞれ着脱自在に固定される４つのバレル槽ケース１２と、バレル槽ケース１２を回転可能に固定する一対のタレット１３（公転円盤）と、公転軸１４と、前記公転軸１４を軸心としてタレット１３を回転させる駆動機構１５と、タレット１３の回転に従動してバレル槽ケース１２を回転させる従動機構１６と、を備える。なお、図１では、便宜上３つのバレル槽１１及び３つのバレル槽ケース１２のみを図示している。

バレル槽１１は、その内部に八角形の断面形状を有する空間を画成する中空の容器であり、上面が開口した筒状のバレル槽本体と、この開口部を覆って内部の空間を密封できるバレル槽蓋と、で構成される。

バレル槽ケース１２はそれぞれ両端に自転軸１２ａを備えている。バレル槽ケース１２は、内部が密封されたバレル槽１１をバレル槽ケース１２に着脱自在に対して固定できるように構成されている。

一対のタレット１３は、円盤形状を有しており、互いに対面するように設けられている。それぞれのタレット１３の中央（円形平面である側面の中央）には公転軸１４を回転可能に嵌合できる第一軸受け１３ａが設けられている。各タレット１３には、その周方向に沿って複数の第二軸受け１３ｂが等間隔で設けられている。これらの第二軸受け１３ｂは、複数のバレル槽ケース１２の自転軸１２ａに個別に嵌合し、各自転軸１２ａを回転可能に支持している。タレット１３はシャフトホルダ１４ａに固定される公転軸１４に第一軸受け１３ａを介してそれぞれ回転可能に固定されている。また、バレル槽ケース１２は、自転軸１２ａ及び第二軸受け１３ｂを介してそれぞれのタレット１３に挟み込まれるように配置されている。この構成により、バレル槽ケース１２が一対のタレット１３の間に等間隔で、かつタレット１３に対して相対回転可能に配置されている。

駆動機構１５は、駆動モータ１５ａと、前記駆動モータ１５ａの回転軸に固定されたモータプーリ１５ｂと、一方の前記タレット（図１では左側）の外周に設けられた公転プーリ１５ｃと、モータプーリ１５ｂと公転プーリ１５ｃとの間に架け渡された駆動ベルト１５ｄと、で構成される。

従動機構１６は、自転軸に固定された駆動プーリ１６ａと、前記自転軸１２ａに固定された従動プーリ１６ｂと、前記駆動プーリ１６ａ及び前記従動プーリ１６ｂに架け渡された従動ベルト１６ｃと、で構成される。

駆動モータ１５ａを作動させると公転軸１４を中心にタレット１３が回転する。このタレット１３の回転に伴い、バレル槽ケース１２に固定されたバレル槽１１が公転軸１４を軸心として旋回（公転）する。また、従動機構１６によって、バレル槽１１は自転軸１２ａを軸心としてタレット１３の回転方向と逆方向に回転（自転）する。

以上の様に、バレル槽１１は自身の回転による自転及びタレット１３の回転による旋回をすることができる。バレル槽１１を自公転（遊星運動）させると、被加工物及び研磨メディアを含むマスが流動状態になる。これにより、被加工物は研磨メディアとの接触、被加工物同士の接触、バレル槽１１の壁面との接触、によって研磨される。

被加工物が鉄系である場合の一例として、ＳＵＪ２材からなる軸受け部品の一般的な加工工程を図２に示す。図２に示す加工工程では、バルク体を軸受け部品の形状に切削加工した後（Ｓ０１）、熱処理を施し（Ｓ０２）、これを被加工物としてバレル研磨して光沢仕上げ（面粗度の調整）を行う（Ｓ０３）。次いで、被加工物を洗浄する（Ｓ０４）。被加工物を洗浄後に被加工物を放置すると、時間の経過と共に被加工物の表面に錆が発生する。特に、赤錆は被加工物への浸食性が高いので、赤錆の進行に伴い被加工物の寸法精度が悪化したり、強度が低下したりする問題が発生する。そこで、従来方法では、製品に組み付けるまでの間に錆が発生しないように防錆処理を施す（Ｓ０５）。この防錆処理は防錆剤（薬剤）の水溶液を塗布したり、防錆剤の水溶液に被加工物を浸したりして、被加工物の表面に防錆剤をコーティングすることで行われる。被加工物は、軸受けとして組み付ける前に寸法等の検査が行われる。この際、防錆剤が付着していると測定器の故障の原因となったり、測定結果の信頼性に影響がでたりする。このため、被加工物を洗浄して付着している防錆剤を除去した後（Ｓ０６）、軸受けとして組み付けられ（Ｓ０７）、軸受けが完成する。

防錆剤を除去する洗浄（Ｓ０５）を行う際は、大量の廃水が発生する。この廃水を処理するために製品の製造コストが上昇することや環境への影響から、防錆剤を洗浄する工程を必要としない製造方法が求められている。鋭意研究の結果、被加工物を研磨すると共に防錆機能を付与することができるバレル研磨方法を見いだした。これにより、防錆剤による防錆処理（Ｓ０４）及びこの防錆剤を除去する工程（Ｓ０５）を必要としない製造方法とすることができた。このバレル研磨方法について、以下に詳細に説明する。

（第一実施形態）
以下、第一実施形態に係るバレル研磨方法について説明する。図３は、第一実施形態に係るバレル研磨方法を示すフローチャートである。このバレル研磨方法では、まずバレル槽１１内に金属製の被加工物及び研磨メディアを含むマスを装入する（工程Ｓ２１、マス装入工程）。この研磨メディアは、樹脂を含有する樹脂メディアである。次いで、マスをバレル槽内で流動化させ（工程Ｓ２２、流動化工程）、被加工物を研磨メディアで研磨すると共に被加工物の表面に皮膜を形成して防錆機能を付与する（Ｓ２３、研磨・防錆工程）この工程２３では、被加工物が研磨メディアと衝突し、又は被加工物同士が接触し、又は被加工物がバレル槽１１の壁面との接触し、被加工物が研磨される。また、被加工物の表面には、研磨メディアに含有される樹脂が付着することによって、該樹脂を主成分とする皮膜が形成される。

研磨メディアに含有される樹脂としては、熱可塑性樹脂（例えば、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリプロピレン、ポリアミド、アクリロニトリル・スチレン、等）や熱硬化性樹脂（例えばフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、等）から適宜選択することができる。この中で、ポリアミド系樹脂であるナイロン樹脂は極性が強い材料であるので、被加工物の表面にナイロン樹脂の被膜が形成されると、全体として撥水性が向上する。その結果、良好な防錆効果を得ることができる。また、ナイロン樹脂は安価な材料であるので、ナイロン樹脂を研磨メディアに含有させることにより、コストを低減しつつ防錆効果を向上することができる。

研磨メディアは樹脂のみから形成されていてもよいが、研磨能力を高めるために砥粒を分散させた樹脂にて形成されていてもよい。砥粒としては、アルミナ、シリカ、炭化珪素、酸化鉄、酸化珪素、ジルコン、酸化クロム、ダイヤモンド、金剛砂等、公知の材質の粉末又は粒を用いることができる。本実施形態では、アルミナの粉末を樹脂に分散させて研磨メディアを形成した。

また、砥粒の粒度は、小さすぎると研磨力が不足する、又は砥粒を分散させた効果が得られない。大きすぎると、樹脂による保持力が弱く、研磨中に砥粒が脱落しやすくなるので、研磨時間の経過と共に研磨メディアの研磨能力が著しく低下する。これを踏まえ、砥粒を分散させた樹脂を用いる場合の砥粒の粒度は、３５μｍ〜７１μｍとするとよい。

また、砥粒の含有率は、研磨メディアに求められる研磨能力、研磨メディアの強度、樹脂の被加工物への付着量、等を考慮して適宜選択される。砥粒の含有量が少なすぎると研磨能力が不足する、又は砥粒を分散させた効果が得られない。砥粒の含有率が多すぎると、相対的に樹脂が少なくなるので、樹脂が被加工物に付着しづらくなったり、研磨メディアの強度が低下したりする。これを踏まえ、砥粒を分散させた樹脂を用いる場合の砥粒の含有率は、研磨メディアに対して６５質量％〜８５質量％（望ましくは７０質量％〜８０質量％、さらに望ましくは７０質量％〜７５質量％）とするとよい。

本実施形態の研磨メディアは、樹脂材料（ナイロン）のペレットと、全体に対して６５質量％〜８５質量％の範囲となるように秤量した、粒度がＪＩＳＲ６００１；１９９８に規定される＃３２０（平均粒子径ｄ５０＝４６μｍ）のアルミナ系の砥粒とを、加熱混練して樹脂に砥粒を分散させた後、射出成形機により三角柱に成型したものを使用した。

被加工物とこの研磨メディアとをバレル槽１１に装入し、バレル研磨装置１０を作動させると、マスがバレル槽１１の内部で流動状態になる。研磨メディアが被加工物に接触するので、研磨メディアの表面に位置する砥粒によって、被加工物の研磨が進行する。また、被加工物に研磨メディアが接触することで、被加工物の表面に研磨メディアの樹脂が付着する。この付着の現象は、下の（１）（２）の少なくともいずれかが生じていると発明者は推察している。
（１）研磨メディアの衝突エネルギーにより、その接触点が局所的に高温となる。その熱により研磨メディアの樹脂が溶融してこの樹脂が被加工物の表面に付着する。
（２）研磨メディアが被加工物に擦りつけられる際に、摩擦によって研磨メディアの樹脂が被加工物の表面に付着する。

被加工物の表面には、被加工物の構成材料が空気中の酸素や水分と反応することで錆が発生し、進行する。上記実施形態のバレル研磨方法によれば、被加工物の表面に樹脂が付着するので、その表面が直接外気に暴露される機会が減少する。これにより、被加工物の表面に錆が発生することが抑制される。錆の発生をより完全に防ぐために、被加工物の表面の全体を被覆するように樹脂の層（皮膜）を形成することができる。ここで、皮膜の厚みが少なすぎると、被加工物に十分に防錆機能を付与することが難しい。反対に、皮膜が厚すぎると被加工物の寸法精度が悪化したり、皮膜により表面粗さが大きくなったりして、品質が低下する。また、皮膜が厚くなるにつれ被加工物との密着力が弱くなり、剥離しやすくなる。このため、被加工物の表面に形成される樹脂の皮膜の厚さは、０．１〜１０．０ｎｍ（望ましくは０．２〜５．０ｎｍ、より望ましくは０．２〜２．０ｎｍ）とすることができる。

（第二実施形態）
次に、被加工物に防錆機能を付与してバレル研磨を行う別の形態を第二実施形態として説明する。以下の説明では、第一実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態に係るバレル研磨方法では、第一実施形態に係るバレル研磨方法と同様に、まずバレル槽１１内に金属製の被加工物及び研磨メディアを含むマスを挿入し、次いで、マスをバレル槽内で流動化させることで、被加工物を研磨メディアで研磨する。しかし、本実施形態に係るバレル研磨方法は、マスに被加工物及び研磨メディアに加えて防錆機能付与材料を含む点で第一実施形態に係るバレル研磨方法と異なっている。なお、本実施形態では、研磨メディアが樹脂を含まなくてもよい。本実施形態に係るバレル研磨方法では、流動する研磨メディアが被加工物に衝突することによって被加工物が研磨される。また、被加工物の表面には、防錆機能付与材料を構成する成分が付着することによって、該成分の皮膜が形成される。

防錆機能付与材料は、樹脂、脂肪酸ナトリウム、及び脂肪酸ナトリウムの塩、のいずれかを主成分として構成されてもよい。防錆機能付与材料により被加工物に防錆機能を付与できるので、研磨メディアの材質は特に限定されない。例えば、本実施形態の研磨メディアとしては、樹脂のみ、又は第一実施形態のような砥粒が分散された樹脂で構成される研磨メディア（樹脂メディア）、砥粒及び粘土質を混練して焼成した研磨メディア（焼成メディア）や砥粒同士を焼結した研磨メディア（焼結メディア）といったセラミックス質の研磨メディア（セラミックスメディア）、金属で構成される研磨メディア（金属メディア）、等から適宜選択することができる。本実施形態に係るバレル研磨方法では、要求される仕上がり程度に合わせて研磨メディアの材質を選択することができるので、第一実施形態に比べ汎用性が高い。また、第一実施形態の研磨メディア（樹脂メディア）を用い、樹脂メディアによる皮膜の形成と、防錆機能付与材料による皮膜の形成と、を組み合わせることもできる。

防錆機能付与材料の主成分を樹脂とした場合、第一実施形態と同様に、被加工物の表面に該樹脂の皮膜を形成することができるので、該皮膜によって被加工物に防錆機能を付与することができる。防錆機能付与材料として用いる樹脂は第一実施形態と同様、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂から適宜選択することができる。樹脂としては、第一実施形態と同様の理由により、ナイロン樹脂を選択してもよい。

防錆機能付与材料の主成分を脂肪酸又はその塩とした場合、樹脂を主成分とした防錆機能付与材料を用いた場合に比べてさらに高い防錆効果が得られる。その理由は明確になっていないが、樹脂の皮膜に比べてより緻密な皮膜が形成されていると推測している。防錆機能付与材料の主成分を脂肪酸とした場合の一例として、ラウリン酸、オレイン酸等が挙げられる。また脂肪酸塩とした場合の一例として、脂肪酸ナトリウムや脂肪酸マグネシウムや脂肪酸カルシウム等の脂肪酸金属塩や脂肪酸カリウム等が挙げられる。これらの脂肪酸及び脂肪酸塩のうち、特に脂肪酸ナトリウムは、被加工物により高い防錆機能を、より安価に付与することができる。また、脂肪酸塩として脂肪酸ナトリウムとした場合の脂肪酸ナトリウムにおける脂肪酸としては、例えば酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノレン酸等が挙げられる。上記脂肪酸は、単一でも二以上を含む混合物でも良い。

防錆機能付与材料は、研磨メディアより小さいサイズの成形体（ペレット）又は樹脂の粉末のいずれでもよい。防錆機能付与材料を成形体とした場合、被加工物の表面を該成形体で更に平滑化すると同時に該成形体を構成する成分の皮膜を形成することができる。該成形体は研磨メディアに対してその大きさが大きすぎると、研磨メディアによる研磨を阻害する。反対に、大きさが小さすぎると、成形体が被加工物に接触する機会が減少するので、被加工物に十分な防錆機能を付与することが困難となる。その為、成形体の大きさは、辺又は径が研磨メディアよりも小さく、かつ成形体の体積は、研磨メディアに対して１／５〜２／３であることが好ましい。

防錆機能付与材料を粉末とした場合、研磨メディアが被加工物と接触する際に該粉末が被加工物の表面に押し付けられることで一部が溶融し、その結果被加工物の表面に防錆機能付与材料を構成する成分が付着し、皮膜を形成する。しかし、粉末の粒子径は大きすぎても小さすぎても皮膜が形成しづらくなる。大きすぎると、融点の低下が小さいので粉末にした効果が得られず、小さすぎると被加工物と接触する機会が減少する。粉末の粒子径は、５０〜１００μｍ（平均粒子径；ｄ５０）の範囲から選択すると良い。

また、防錆機能付与材料が成形体、粉末のいずれの場合であっても、研磨メディアに対しての装入量が多すぎると研磨メディアによる研磨を阻害し、少なすぎると防錆機能付与材料が被加工物に接触する機会が減少するので、被加工物に十分な防錆機能を付与することが出来ない。例えば、防錆機能付与材料が成形体である場合には、該成形体の装入量は、研磨メディアに対して見掛けの体積が１／５〜１／２であってもよい。

また、被加工物と研磨メディアと防錆機能付与材料とに加え、更に砥粒をバレル槽に装入してバレル研磨を行っても良い。この場合には、バレル槽に装入した砥粒によっても被加工物を研磨することが出来るので、研磨精度の調整を行うことができるし、被加工物との衝撃力が弱い研磨メディア（例えば、植物製等比重の低い研磨メディアや表面が比較的柔らかい研磨メディア）を用いた場合は砥粒によって研磨力を強くすることができる。また、被加工物が立体形状の場合、隅角部も良好に研磨を行うこともできる。

バレル槽に装入する砥粒の粒度及び材質は、仕上がり程度に応じて適宜選択することができる。砥粒の粒度は例えば１８μｍ〜２５μｍから選択できる。また、材質は、例えばアルミナ、シリカ、炭化珪素、酸化鉄、酸化珪素、ジルコン、酸化クロム、ダイヤモンド、金剛砂等が挙げられる。

また、砥粒の装入量が少ないと砥粒による研磨力向上の効果が得られず、多いと研磨メディアによる研磨が妨げられる。砥粒の装入量は、見掛けの体積が、被加工物と研磨メディアと防錆機能付与材料との見掛けの体積の０．１〜３．０％（望ましくは、０．１〜２．０％）とするとよい。

（実施例）
次に、第一実施形態及び第二実施形態のバレル研磨方法にて研磨した結果を説明する。遠心バレル研磨機（新東工業株式会社製；ＥＣ−２）の４つのバレル槽に被加工物（直径６ｍｍ×高さ８ｍｍのＳＵＪ２材又はＳＳ４００材）と、研磨メディアとをそれぞれ装入した。使用した研磨メディアを以下に示す。
研磨メディアＡ；アルミナ質の砥粒が分散されたナイロン樹脂で形成された、一辺が７ｍｍの三角柱形状の研磨メディア。
研磨メディアＢ；ナイロン樹脂のみで形成した、一辺が７ｍｍの三角柱形状の研磨メディア
研磨メディアＣ；砥粒が分散されたポリスチレンで形成された、一辺が７ｍｍの三角柱形状の研磨メディア。
研磨メディアＤ；アルミナ質の砥粒が分散されたポリカーボネートで形成された、一辺が７ｍｍの三角柱形状の研磨メディア。
研磨メディアＥ；アルミナ質の砥粒が分散されたＡＢＳ樹脂で形成された、一辺が７ｍｍの三角柱形状の研磨メディア。
研磨メディアＦ；焼結メディア（新東工業株式会社製；Ｖ７−ＥＧ１０×７）
研磨メディアＧ；焼成メディア（新東工業株式会社製；ＡＦＴ１０×７）

また、実験条件によって、防錆機能付与材料及び砥粒（新東工業株式会社製；ＷＡ＃８００）を更に装入した。使用した防錆機能付与材料を以下に示す。
防錆機能付与材料Ａ；ナイロン樹脂の粉末（平均粒子径；250μｍ）
防錆機能付与材料Ｂ；ナイロン樹脂の成形体（７ｍｍ×７ｍｍ×７ｍｍ）
防錆機能付与材料Ｃ；脂肪酸ナトリウムの粉末（平均粒子径；２５０μｍ）
防錆機能付与材料Ｄ；脂肪酸ナトリウムの成形体（７ｍｍ×７ｍｍ×７ｍｍ）

遠心バレル研磨機を所定時間作動させて被加工物を研磨した。そして、バレル槽より取り出した被加工物を５個選択し、水が攪拌されている水槽中に３０秒投入して被加工物の表面を洗浄した後、乾燥機（田中技研株式会社製；ＴＢ−１８Ｈ）にて１００℃で乾燥した。その後、皮膜の評価、研磨の評価、防錆評価を行った。

皮膜の評価は、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ（アルバック・ファイ株式会社製；ＴＲＩＦＴ５）でスペクトル分析及び面分析（マッピング）を行い、皮膜の有無及び皮膜の種類を評価した。
また、皮膜の厚さは、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）により測定した値をＳｉＯ_２換算して算出した。具体的な測定方法は下記の通りである。
アルゴンイオンを光源として皮膜が形成された被加工物の表面をスパッタし、飛び出したイオンをＸＰＳで分析する。被覆成分のスパッタリング率ｒ、被覆成分が検出できなくなった時間或いは被加工物の物質が検出された時間をスパッタ時間ｔ、とすると、被覆成分の厚さであるスパッタ深さｄは、ｄ＝ｒ×ｔにより算出される。ここで、スパッタリング率ｒが既知でない物質を測定する場合、標準試料であるＳｉＯ_２のスパッタリング率を用いてスパッタ深さｄを算出し、これを皮膜のスパッタ深さとするのが一般的である。
本実施例の被覆成分のスパッタリング率は既知でないため、上述のようにＳｉＯ_２のスパッタリング率を用いて算出したスパッタ深さを皮膜の厚さとした。

研磨の評価は、乾燥後の被加工物の表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ６００１；１９９４に規定）を、表面粗さ測定器（東京精密株式会社製；Ｓｕｒｆｃｏｍ１５００ＤＸ）にて測定してその平均値を算出し、この値を未加工品の表面粗さと比較して評価した。

防錆の評価は、所定の雰囲気に保持した恒温恒湿槽に乾燥後の被加工物を放置し、錆の進行を観察することで評価した。具体的には、庫内の雰囲気を温度４９℃、湿度９５％に保持した恒温恒湿槽（楠本化成株式会社製；ＴＨ４０３ＨＥ）に、樹脂製の架台を介して放置した。この試料を７２時間以降２４時間毎にマイクロスコープ（株式会社ハイロックス製；ＫＨ３０００）で観察し、目視にて錆の進行を評価した。評価基準は下記のようにした。
○・・・錆は確認されず。
△・・・錆が観察されたが、大きさはすべて０．５ｍｍ未満である。
×・・・０．５ｍｍ以上の錆が観察された。

実施例１〜２２及び比較例１、２における加工条件は、表１に示す通りとした。実施例１〜２２及び比較例１、２によって得られた被加工物の評価結果を、表１に示す。表１における「粒度」とは樹脂に分散された砥粒の粒度、「砥粒の含有率」とは樹脂を含む研磨メディアにおいて研磨メディアに対する砥粒の含有率（質量％）、を示す。

（１）皮膜の評価
樹脂を含む研磨メディアを用いて研磨した場合、及び防錆機能付与材料を装入して研磨を行った場合は、何れも被加工物の表面には０．１ｎｍ〜１０．０ｎｍの皮膜が形成されていた（実施例１〜２２）。一方、比較例１、２のようにセラミックスメディアのみで研磨を行った場合、被加工物の表面には皮膜が形成されなかった。以上の結果、実施例のバレル研磨方法により、被加工物の表面には極めて薄い皮膜を形成出来ることが判った。
第一実施形態におけるこの評価結果の一例として、実施例１の分析結果を図４に示す。図４（Ａ）は、被加工物表面の負イオンのスペクトル解析結果を示す。質量電荷比（ｍ／ｚ）が１７、２６、４２、８０の場合（同図の○箇所）に分子イオンピークが検出された。これらは、それぞれＯＨ⁻イオン、ＣＮ⁻イオン、ＣＮＯ⁻イオン、ＳＯ_３ ^２−イオン、が検出されたことを示している。このうち、ＣＮ⁻イオン及びＣＮＯ⁻イオンはナイロンより由来するイオンである。その他のイオンであるＯＨ⁻イオンは空気中に存在する一般物質であり、ＳＯ_３ ^２−イオンはバレル槽に由来する物質である。図４（Ｂ）は、被加工物の表面を面分析（マッピング）した結果である。白又はグレーの部分が、対象となるイオンが検出されたことを示す。同図に示すように、ＣＮ⁻イオン及びＣＮＯ⁻イオンは被加工物の表面全体に存在していることが示された。以上の結果より、第一実施形態のバレル研磨方法で研磨を行うと、被加工物の表面に樹脂の皮膜が形成されることが判かった。

また、第二実施形態におけるこの評価結果の一例として、実施例２０の分析結果を図５に示す。図５（Ａ）は、被加工物の正イオンのスペクトル解析結果を示す。比較の為に、下段には未加工の被加工物のスペクトル分析結果を示す。未加工の被加工物では質量電荷比が１０１、１０５、１１１、１１５、１２１、１２８の場合（同図の△箇所）に分子イオンピークが検出されたが、実施例１７の被加工物では上述の質量電荷比では分子イオンのピークが検出されず、１０４、１１３、１１７、１２７、１２９の場合（同図の○箇所）に検出された。この質量電荷比は、防錆機能付与材料として用いた脂肪酸ナトリウムに由来する成分を示す。この結果は、防錆機能付与材料を装入して研磨することで、被加工物の表面にこの防錆機能付与材料の皮膜が形成されることを示唆している。図５（Ｂ）は被加工物の表面を面分析した結果である。この図は質量電荷比が１２７のイオンを検出している。同図に示すように、このイオンは被加工物の表面全体に存在していることが示された。以上の結果より、第二実施形態のバレル研磨方法でバレル研磨を行うと、被加工物の表面に防錆機能付与材料の皮膜が形成されることが判かった。

（２）研磨の評価
研磨前の被加工物の表面粗さＲａはＳＵＪ２材、ＳＳ４００材共に０．１５μｍであった。これに対し、砥粒が樹脂に分散された研磨メディアを用いて研磨を行った場合（実施例１〜１０、１３〜１５、２２）、研磨後の被加工物の表面粗さＲａは０．０７μｍ〜０．１２μｍとなったことから、何れの条件でも良好に研磨されていた。ナイロン樹脂のみで形成された研磨メディアを用いて研磨した場合は、実施例１１、１２に示す通り、砥粒が含有されていないことから研磨能力は実施例１〜１０に比べて劣っている。しかし、未加工品に比べ表面粗さが小さくなっていることから、このタイプＢの研磨メディアでも研磨されていたことが分かる。また、この研磨メディアを用い、さらに砥粒を装入して研磨した実施例１９は、実施例１０に比べ、研磨が進んでいることが判った。
セラミックスメディアを用いて研磨を行った場合（比較例１、２）、研磨後の被加工物の表面粗さＲａは０．２９μｍ〜０．３０μｍとなった。これは、セラミックスメディアは樹脂メディアに比べて硬いので、被加工物に対する衝撃力が強いことが原因と考えられる。しかし、防錆機能付与材料をバレル槽に更に装入して研磨を行った場合、０．０９μｍ〜０．２０μｍとなった。これは、防錆機能付与材料によって研磨メディアの表面にも皮膜が形成された結果、研磨メディア自体の潤滑性が向上し、研磨メディアが被加工物に衝突する際の衝撃力が弱められたことによると推察される。特に防錆機能付与材料として脂肪酸ナトリウムを用いた場合（実施例１９〜２１）は０．０７μｍ〜０．１０μｍであり、樹脂メディアでの研磨と同等の表面粗さとなったことから、より潤滑性が向上したことが判る。即ち、防錆機能付与材料をバレル槽に装入すると、研磨メディアの表面に非湿潤で皮膜を形成して研磨メディアの表面に潤滑性を付与する潤滑性付与工程を更に備えることができる。この工程を備えることで、樹脂メディアによる研磨と同等若しくはそれに近い仕上げ性能（表面粗さや形状の調整等）を得ることができる。なお、本実施例の研磨条件では、被加工物の材質の差による到達表面粗さの差は見られなかった。

（３）防錆の評価
バレル研磨を行っていない被加工物（未加工品１、２）は、観察を開始した７２時間放置した時点ですでに錆が発生しており、その後時間の経過と共に錆が進行していき、３１２時間後には０．５ｍｍ以上の錆が観察された。これに対し、ナイロン樹脂を含む研磨メディアを用いて研磨した場合は、実施例１〜１２に示す通り、錆が観察されないか、錆が観察されても強度や寸法精度に影響を及ぼさない０．５ｍｍ未満の錆しか観察されず、時間が経過しても腐蝕が進行していないことが判かった。樹脂の皮膜の膜厚を厚くすると錆が発生しにくくなるが、さらに膜厚を厚くしていくと逆に錆が発生しやすくなる（実施例９）。これは、膜厚が厚くなる課程で一度被覆された皮膜が剥離したことによると推測している。

ナイロン樹脂以外の樹脂を含む研磨メディアを用いて研磨した場合は、実施例１３〜１５に示す通り、ナイロン樹脂を含む研磨メディアを用いた場合（実施例１〜１０）に比べ錆の発生する時間は早かったが、錆の評価は○又は△の評価であった。ナイロン以外の樹脂を含む構成の研磨メディアを用いて研磨した場合でも被加工物に防錆機能を付与することができることが判かった。

セラミックスメディアを用いて研磨した場合は、比較例１、２に示す通り、９６時間及び７２時間で×評価となった。また、未加工品に比べても錆が発生しやすくなっているのが判かった。これに対し、ナイロン樹脂を主成分とする防錆機能付与材料を装入して研磨した場合は、実施例１６〜１８に示す通り、ナイロン樹脂を含む研磨メディアと同じ条件で研磨した場合（実施例７）と比べて錆の発生する時間が早かったが、その他の条件より同等以上の防錆効果が得られていた。特に、防錆機能付与材料の形態は成形体の方が優れた防錆効果が得られていた。

脂肪酸ナトリウムを主成分とする防錆機能付与材料を装入して研磨した場合は、実施例１６〜１８に示す通り、ナイロン樹脂を含む研磨メディアと同じ条件で研磨した場合（実施例７）、及びナイロン樹脂を主成分とする防錆機能付与材料を装入して研磨した場合（実施例１６〜１８）よりも優れた防錆効果が得られていた。特に、防錆機能付与材料の形態は成形体の方が優れた防錆効果が得られていた。

防錆機能付与材料及び砥粒を装入して研磨した場合は、実施例２２に示す通り、同じ研磨メディアのみで研磨した場合（実施例１２）に比べて研磨が進行しており、かつ優れた防錆効果が得られていた。

なお、被加工物がＳＵＪ２材とＳＳ４００材との場合を比較すると、同じ研磨条件で研磨した場合には表１に示す定性評価では差が見られないが、若干ＳＵＪ２の方が錆の発生が少ない傾向がみられた。

以上の結果、樹脂を含む研磨メディアで被加工物を研磨することで、被加工物を研磨すると同時に防錆機能を付与できることが分かった。

上記説明では、被加工物に発生する錆を「赤錆（Ｆｅ_２Ｏ_３）」を例に説明した。しかし、本発明の方法は、「黒錆（Ｆｅ_３Ｏ_４）」や非鉄金属を被加工物とした場合に発生する腐蝕生成物（例えば、銅の場合に発生する「緑青」や錫やアルミニウムの場合は発生する「白錆」、等）の発生を抑制する場合にも好適に用いることができる。

実施形態では、遠心バレル研磨装置を用いたバレル研磨方法について説明したが、本発明の方法で用いるバレル研磨装置はこれに限定されない。研磨装置の底部に設けられた回転盤を回転させることでマスを流動化して研磨する「流動バレル研磨装置」や、バレル槽を振動させることでマスを流動化して研磨する「振動バレル研磨装置」等、あらゆるバレル研磨装置による研磨に適用することができる。

実施例では、防錆機能付与材料による潤滑性付与工程をセラミックスメディアによる研磨の場合について説明したが、金属メディアによる研磨の場合についても設けることができる。

本発明のバレル研磨方法は、乾式のバレル研磨に比べて防錆効果が低いが、湿式のバレル研磨にも適用できる。

１０遠心バレル研磨装置
１１バレル槽
１２バレル槽ケース
１２ａ自転軸
１３タレット（公転円盤）
１３ａ軸受け
１４公転軸
１５駆動機構
１５ａ駆動モータ
１５ｂモータプーリ
１５ｃ公転プーリ
１５ｄ駆動ベルト
１６従動機構
１６ａ駆動プーリ
１６ｂ従動プーリ
１６ｃ従動ベルト

Claims

被加工物及び研磨メディアを含むマスを流動化して被加工物を乾式で研磨するバレル研磨方法であって、
前記マスをバレル槽に装入するマス装入工程と、
前記マスを前記バレル槽内で流動化させる流動化工程と、
前記研磨メディアで被加工物を研磨すると共に被加工物の表面に皮膜を形成して防錆機能を付与する研磨・防錆工程と、
を備え、
前記研磨メディアは樹脂に砥粒が分散して構成されており、
前記研磨・防錆工程は、前記研磨メディアで被加工物を研磨すると共に前記研磨メディアに含まれる樹脂によって被加工物の表面に該樹脂の皮膜を形成し、
前記樹脂は、ナイロンを主成分とする
ことを特徴とするバレル研磨方法。
前記研磨・防錆工程は、厚さが０．１〜１０．０ｎｍの前記皮膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のバレル研磨方法。
被加工物及び研磨メディア及び粉末又は成形体である防錆機能付与材料を含むマスを流動化して被加工物を乾式で研磨するバレル研磨方法であって、
前記マスをバレル槽に装入するマス装入工程と、
前記マスを前記バレル槽内で流動化させる流動化工程と、
前記研磨メディアで被加工物を研磨すると共に被加工物の表面に皮膜を形成して防錆機能を付与する研磨・防錆工程と、
を備え、
前記研磨・防錆工程は、前記研磨メディアで被加工物を研磨すると共に前記防錆機能付与材料によって被加工物の表面に該防錆機能付与材料を構成する成分の皮膜を非湿潤で形成して防錆機能を付与することを特徴とするバレル研磨方法。
前記防錆機能付与材料は、樹脂を主成分として構成されていることを特徴とする請求項３に記載のバレル研磨方法。
前記樹脂は、ナイロンを主成分とすることを特徴とする請求項４に記載のバレル研磨方法。
前記防錆機能付与材料は、脂肪酸又はその塩を主成分として構成されていることを特徴とする請求項３に記載のバレル研磨方法。
前記脂肪酸又はその塩は、脂肪酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項６に記載のバレル研磨方法。
前記マスは、更に砥粒を含み、
前記研磨・防錆工程は、前記研磨メディア及び前記砥粒で被加工物を研磨すると共に前記防錆機能付与材料によって被加工物の表面に該防錆機能付与材料の主成分の皮膜を形成することを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか１つに記載のバレル研磨方法。
前記防錆機能付与材料によって、研磨メディアの表面に非湿潤で皮膜を形成して前記研磨メディアの表面に潤滑性を付与する工程を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のバレル研磨方法。