JP7147558B2

JP7147558B2 - 乾式バレル研磨方法

Info

Publication number: JP7147558B2
Application number: JP2018248773A
Authority: JP
Inventors: 輝人伊藤
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2022-10-05
Anticipated expiration: 2038-12-29
Also published as: JP2020108907A

Description

本発明は、被加工物のバリ取り、表面研磨等のために行われる乾式バレル研磨方法に関する。

乾式バレル研磨は、被加工物と、研磨メディアと、必要に応じて研磨助剤と、をバレル槽に装入し、バレル槽に回転、振動などの一定の力を加えることにより、装入物で形成されるマスを流動させる。これにより、研磨メディアが被加工物と衝突または擦過し、被加工物が研磨される。

従来の乾式バレル研磨方法では、マス中に粉塵が混在した状態でバレル研磨を継続して行うと、被加工物に粉塵が付着し、汚れとして定着する場合がある。この汚れは特に光沢仕上げを目的としたバレル研磨では問題となる。

研磨メディアは、砥粒同士をビトリファイド結合材で結合したタイプ（ビトリファイド系研磨メディア）、砥粒同士を樹脂にて結合したタイプ（樹脂系研磨メディア）、樹脂材料で構成されるタイプ（プラスチック系研磨メディア）金属で構成されるタイプ（金属系研磨メディア）、植物系種子等の粉砕物で構成されるタイプ（植物系メディア）、植物系メディアに油脂を媒体として微粉末砥材を被覆したタイプ（有機質系研磨メディア）、が用いられる。

例えば、ビトリファイド系研磨メディアのように、焼結面などの非平滑面を有する研磨メディアを用いた場合、一旦粉塵が当該非平滑面に付着すると、除去することが困難である。その結果、研磨メディアは、その表面に粉塵が担持された状態で被加工物と擦過することになるので、汚れの原因となりうる場合がある。

また、有機質研磨メディアとプラスチック系研磨メディアの混合物を使用する乾式バレル研磨方法が特許文献１に開示されているが、この方法では以下の問題が生じる。
（１）研磨後の被加工物が有機質研磨メディアの油脂が付着し、もしくは湿潤状態となる。その為、バレル研磨後にアルコール等による洗浄が必要となる。
（２）有機質系研磨メディア及びセラミックス製の研磨メディアは、共に研磨力が弱いので被加工物の材質やバレル研磨前の表面状態によっては十分に研磨を行うことができない。
（３）有機質系研磨メディアは非常に軟質であるので、所謂緩衝材として作用することとなり、結果としてプラスチック系研磨メディアによる研磨を妨げる。

特開平５－１３８５２５号公報

そこで、本発明では、バレル研磨により生じる粉塵を吸着、除去しながら良好に研磨加工を行うことができる乾式バレル研磨方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、被加工物の研磨に用いる研磨メディアとして、研磨加工により生じる粉塵が付着しうる非平滑面を有し、主に被加工物の研磨を行うための第１の研磨メディアと、樹脂材料で構成され、前記第１の研磨メディアよりも軟質で粒径が小さいとともに研磨力が小さく、研磨加工により生じる粉塵の吸着力が高い第２の研磨メディアと、を混合して用いる、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の乾式バレル研磨方法において、前記第１の研磨メディアはビトリファイド系研磨メディアであり、前記第２の研磨メディアはナイロンからなる、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の乾式バレル研磨方法において、前記第１の研磨メディアは外表面に突出部を有しない形状を有している、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の乾式バレル研磨方法において、前記第１の研磨メディアは球形である、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、研磨力が大きい第１の研磨メディアと、粉塵の吸着力が高い第２の研磨メディアと、を混合して用いることにより、第２の研磨メディアによって粉塵を吸着しつつ、第１の研磨メディアにより研磨を進行させることができる。これにより、研磨メディアＭが被加工物Ｍを擦過するときに、粉塵が被加工物にこすり付けられ汚れとして付着することを防ぐことができる。また、第１の研磨メディアへの粉塵の付着を抑制できるので、第１の研磨メディアの研磨力が低下することを防ぐことができる。第２の研磨メディアとして、第１の研磨メディアよりも軟質な材料からなる研磨メディアを用いると、粉塵の吸着力が高いため、好適である。第２の研磨メディアとして、樹脂材料からなる研磨メディアを用いると、粉塵の吸着力がより高いため好適である。

請求項２に記載の発明のように、第１の研磨メディアとしてビトリファイド系研磨メディアを用いると、研磨力が高いため、好適である。

請求項３に記載の発明のように、第１の研磨メディアを外表面に突出部を有しない形状を有している研磨メディアとすることにより、研磨力を粉塵の発生を抑制しながら研磨可能な適切な強さとすることができる。

請求項４に記載の発明のように、第１の研磨メディアとして球形の研磨メディアを用いると、被加工物に加工痕がつきにくいため、光沢仕上げを目的とした場合に好適に用いることができる。

本発明の研磨メディアを用いた乾式バレル研磨を行うバレル研磨装置の一例を示す模式図である。図１（Ａ）は側面から見た一部断面平面図、図１（Ｂ）は正面から見た一部断面平面図である。乾式バレル研磨方法の工程を示すフローチャートである。

本発明の乾式バレル研磨方法について、図を参照して説明する。本実施形態では、図１に示す振動バレル研磨装置を使用した乾式バレル研磨について例示する。

振動バレル研磨装置１は、以下のように構成されている。

振動バレル研磨装置１は、上部が開口した断面Ｕ字型の研磨槽１０を備え、バネ１１を介して台座１２上に設置されている。

研磨槽１０はその下部にベアリング１３を備え、カウンターウェイト１４を固定させた回転軸１５をベアリング１３を介して回転自在に固定する。回転軸１５は回転を伝達するカプラ１６を介してモータ１７に接続されている。

次に、被加工物Ｗの乾式バレル研磨方法について説明する。図２にバレル研磨工程を示す。

＜Ｓ０１：マスの投入工程＞
振動バレル研磨装置１により被加工物Ｗの振動バレル研磨を行うには、まず、研磨槽１０内にマスを形成する被加工物Ｗと所定量の研磨メディアＭとを装入する。必要に応じて研磨助剤を用いることもできる。

本実施形態では、研磨メディアＭとして、主に被加工物の研磨を行うための第１の研磨メディアＭ１と、第１の研磨メディアＭ１よりも研磨力が小さく、研磨加工により生じる粉塵の吸着力が高い第２の研磨メディアＭ２と、を混合して用いる。

研磨メディアＭは、研磨目的に合わせて数ミリから数十ミリの柱形状、球形状、錐形状等の各種形態のものを用いることができる。

第１の研磨メディアＭ１としては、砥粒をビトリファイド結合材により焼結した焼結体からなるビトリファイド系研磨メディアを用いることができる。例えば、アルミナからなる砥粒を、アルミナ微粉末を結合材として焼結したビトリファイド系研磨メディアを用いることができる。ビトリファイド系研磨メディアは研磨力が高いので、好適に用いることができる。

さらに、ビトリファイド系研磨メディアは強度が高く破砕されにくいため、ビトリファイド系研磨メディアを第１の研磨メディアＭ１とすることで、第１の研磨メディアＭ１由来の粉塵の発生量を少なくすることができる。ここで、ビトリファイド系研磨メディアは表面が非平滑面であるため、粉塵が付着しやすい。表面に粉塵が付着した場合、研磨力が低下することがある。

また、第１の研磨メディアＭ１は、外表面に突出部を有しない形状を有しており、例えば、球状に形成されている。第１の研磨メディアＭ１を外表面に突出部を有しない形状を有している研磨メディアとすることにより、研磨力を粉塵の発生を抑制しながら研磨可能な適切な強さとすることができる。特に、光沢仕上げを目的とした場合には、被加工物Ｗ表面に加工痕がつきにくいため球形の研磨メディアを用いることが好ましい。ここで、「突出部」とは、外表面から外側に張り出す部位のことを指し、柱状の研磨メディアの角部などを指すものではない。

ここで、ビトリファイド系研磨メディアは表面が非平滑面であるため、粉塵が付着しやすい。表面に粉塵が付着した状態でバレル研磨を続けると、その表面に粉塵を担持した状態で被加工物Ｗと擦過するので、被加工物Ｗの表面に粉塵が強固に付着することに繋がる。また、被平滑面に付着した粉塵は除去するのが困難であるので、粉塵が被平滑面の全体を覆うように付着するにつれて研磨力が低下することがある。そこで、粉塵を吸着できる能力を有している第２の研磨メディアＭ２を混在させてバレル研磨を行うことが好ましい。第２の研磨メディアＭ２が粉塵を吸着することにより、第１の研磨メディアＭ１への粉塵の付着を抑制できるので、第１の研磨メディアＭ１による研磨に由来する被加工物Ｗの汚れの定着を防ぎ、また目詰まりなどにより第１の研磨メディアＭ１の研磨力が低下することを防ぐことができる。

第２の研磨メディアＭ２は、第１の研磨メディアＭ１よりも軟質な材料からなる研磨メディアを用いることで、粉塵を吸着することができる。第２の研磨メディアＭ２は軟質であるので、粉塵が第２の研磨メディアＭ２に押し付けられたりこすり付けられたりすると、第２の研磨メディアＭ２のごく表面が粉塵の形状に合わせて変形して粉塵を吸着することができる。しかし、第２の研磨メディアＭ２が過剰に軟質の場合、第２の研磨メディアＭ２が緩衝材として作用するため、第１の研磨メディアＭ１による研磨が阻害される。そこで、第２の研磨メディアＭ２は自身が研磨能力を有しているのが好ましい。

粉塵を吸着できる能力を有しており、且つ自身が研磨力を有している、の双方を満たす第２の研磨メディアＭ２として、例えば樹脂材料で構成される研磨メディアが挙げられる。この研磨メディアを用いることで、第２の研磨メディアＭ２によって被加工物Ｗが受傷することを防ぐことができる。また、被加工物Ｗを非湿潤でバレル研磨することができるので、乾式バレル研磨においては特に良好に研磨することができる。

ここで、第２の研磨メディアＭ２を構成する樹脂として、例えばナイロンを用いることができる。ナイロンは粉塵を吸着する能力を有しており、第１の研磨メディアＭ１に比べて軟質且つ第１の研磨メディアＭ１による研磨を妨げない程度の適度の硬度を有しているので好適に用いることができる。

ここで、なお、第２の研磨メディアＭ２は、粉塵の吸着能力に影響を及ぼさない範囲で砥粒を含有し、砥粒を表面に露出させて研磨力を付与することもできる。これにより、研磨効率を向上させることできる。

＜Ｓ０２：バレル研磨工程＞
続いて、振動バレル研磨装置１を作動させる。モータ１７を駆動させると、カウンターウェイト１４が回転し、カウンターウェイト１４の回転に応じて研磨槽１０が略円形の軌道を描きながら振動する。

研磨槽１０の振動により、被加工物Ｗ及び研磨メディアＭで構成されるマスが流動し、研磨メディアＭが被加工物Ｗと衝突または擦過を繰り返すことにより、主に第１の研磨メディアＭ１の作用により、被加工物Ｗのバレル研磨が行われる。

このとき、被加工物Ｗ及び／又は第１の研磨メディアＭ１に由来する研磨粉などの粉塵が生じる。

第２の研磨メディアＭ２は、粉塵の吸着力が強いので、発生した粉塵を被加工物Ｗ及び第１の研磨メディアＭ１に強固に付着する前に吸着し、系内から除去する。

このように、研磨力が大きい第１の研磨メディアＭ１と、粉塵の吸着力が高い第２の研磨メディアＭ２と、を混合して用いることにより、第２の研磨メディアＭ２によって粉塵を吸着しつつ、第１の研磨メディアＭ１により研磨を進行させることができる。この時、粉塵が付着している第２の研磨メディアＭ２も被加工物Ｗに擦過することになるが、第２の研磨メディアＭ２の擦過に由来する汚れが定着する前に、第１の研磨メディアＭ１で研磨することになるので、被加工物Ｗの汚れの定着を防ぐことができる。

第１の研磨メディアＭ１と第２の研磨メディアＭ２との混合比は、研磨目的に応じて適宜設定可能である。ここで、第２の研磨メディアＭ２の量を増やすと、研磨効率が増大して研磨時間が短くなるが、増やし過ぎると研磨力が低下する傾向が認められる。

また、第１の研磨メディアＭ１の粒径に比べて第２の研磨メディアＭ２の粒径の方が小さいと、第２の研磨メディアＭ２が被加工物Ｗの表面に当たりやすくなり、粉塵が一旦被加工物Ｗに付着してしまったときにも有効に粉塵を除去することができる。

＜Ｓ０３：被加工物の回収工程＞

所定時間経過した後、モータ１７の作動を停止し被加工物Ｗを回収し、エアブロー等により洗浄して、一連のバレル研磨が完了する。

（変更例）
本実施形態では、バレル研磨装置として、乾式の振動バレル研磨装置を用いたが、これに限定されなく、例えば、回転バレル研磨装置、遠心バレル研磨装置、流動バレル研磨装置等、公知のバレル研磨装置を採用することができる。

（実施形態の効果）
本発明の乾式バレル研磨方法によれば、研磨力が大きい第１の研磨メディアＭ１と、粉塵の吸着力が高い第２の研磨メディアＭ２と、を混合して用いることにより、第２の研磨メディアＭ２によって粉塵を吸着しつつ、第１の研磨メディアＭ１により研磨を進行させることができる。これにより、バレル研磨により発生した粉塵に起因する被加工物Ｗの汚れの定着を防ぐことができる。また、第１の研磨メディアＭ１への粉塵の付着を抑制できるので、第１の研磨メディアＭ１の研磨力が低下することも防ぐことができる。

以下の実施例により、本発明の効果を確認した。

被加工物としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の５０ｍｍ×７５ｍｍ×３０ｍｍの板状試料を用い、振動バレル研磨機ＰＶＦ－７０Ｄ（新東工業株式会社製）により乾式バレル研磨方法でのバリ取りを行った。

試験に用いた研磨メディアを下記に示す。

・第１の研磨メディア：砥粒がアルミナ質のビトリファイド系研磨メディア。φ６ｍｍの球形。
・第２の研磨メディア：ナイロン樹脂製のプラスチック系研磨メディア。一辺３ｍｍ、高さ３ｍｍの三角柱。

各研磨メディアの混合比（体積比）は以下のとおりである。

・実施例１
第１の研磨メディア：第２の研磨メディア＝３：１
・実施例２
第１の研磨メディア：第２の研磨メディア＝１：１
・比較例１
第１の研磨メディア：第２の研磨メディア＝１：０

被加工物表面の汚れは、バリ取りの状況を目視で観察し、バリ取りが完了した時間において、目視により評価した。

実施例１ではバリ取りが４時間で完了し、被加工物表面に汚れは認められなかった。実施例２ではバリ取りが２時間で完了し、被加工物表面に汚れは認められなかった。また、第２の研磨メディアの量が多い実施例２の方が、研磨時間が短くなり、研磨効率が増大していた。本実施例の研磨メディアの組み合わせでは、第１の研磨メディアと第２の研磨メディアの混合比である（第１の研磨メディア）／（第２の研磨メディア）は０．５～１．５とすることがより好ましい。

一方、比較例１で４時間バレル研磨したところ、被加工物表面に汚れ（曇り）が認められた。バレル研磨後の表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１：２００１にて規定）は実施例１、２と同等であったので、この汚れは、バレル研磨により発生した粉塵がバレル研磨中に被加工物に付着した結果生じたものと考えられる。

以上より、本発明の研磨メディアは、十分な研磨力を有し、被加工物の表面の汚れを防ぐことができることが確認された。

１ … 振動バレル研磨装置
１０ … 研磨槽
１１ … バネ
１２ … 台座
１３ … ベアリング
１４ … カウンターウェイト
１５ … 回転軸
１６ … カプラ
１７ … モータ
Ｍ…研磨メディア
Ｍ１…第１の研磨メディア
Ｍ２…第２の研磨メディア
Ｗ…被加工物

Claims

被加工物の研磨に用いる研磨メディアとして、
研磨加工により生じる粉塵が付着しうる非平滑面を有し、主に被加工物の研磨を行うための第１の研磨メディアと、
樹脂材料で構成され、前記第１の研磨メディアよりも軟質で粒径が小さいとともに研磨力が小さく、研磨加工により生じる粉塵の吸着力が高い第２の研磨メディアと、を混合して用いることを特徴とする乾式バレル研磨方法。
前記第１の研磨メディアはビトリファイド系研磨メディアであり、前記第２の研磨メディアはナイロンからなることを特徴とする請求項１に記載の乾式バレル研磨方法。
前記第１の研磨メディアは外表面に突出部を有しない形状を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の乾式バレル研磨方法。
前記第１の研磨メディアは球形であることを特徴とする請求項３に記載の乾式バレル研磨方法。