JP6376465B2 - バレル研磨方法 - Google Patents
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Description
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。
(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。
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。
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−EG 10×7)
研磨メディアG;焼成メディア(新東工業株式会社製;AFT 10×7)
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)
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SiO2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SiO2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SiO2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。
○・・・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。
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、SO3 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、SO3 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。
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。
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。
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 (9)
- 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。
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