JP2008127539A

JP2008127539A - バレル研磨用メディア材

Info

Publication number: JP2008127539A
Application number: JP2006317355A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 容敬伊藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】バレル研磨対象部材にバレル研磨用メディア材の一部が残存することが少なく、また、バレル研磨後の洗浄を簡略化できるバレル研磨用メディア材を提供する。
【解決手段】Ｆｅ系金属粉末を主成分とする原料を円筒形状に圧粉成形する。圧粉成形したものを焼結した後に、浸炭焼き入れする。これにより、Ｆｅ系焼結金属製のバレル研磨用メディア材１が形成される。このバレル研磨用メディア材１を用いて、同じくＦｅ系焼結金属製の摺動部材に対し、湿式の遠心バレル研磨を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、バレル研磨用メディア材に関する。

一般に、金属製部材は、その製造過程において生成されたバリ等を除去するためにバレル研磨を行なう。バレル研磨は、研磨の対象となる部材と研磨剤（以下、メディア材と記す）とを容器に入れ、その容器を回転又は振動させることにより研磨する方法である。

バレル研磨用のメディア材には、通常、Ｓｉ系又はＡｌ系のセラミックスで構成された砥粒を結合剤（樹脂等）で結合したものが用いられる。このＳｉ系又はＡｌ系のセラミックスの砥粒を結合したメディア材によりバレル研磨を行なった場合、このセラミックスの砥粒の一部が剥離し、研磨対象の金属製部材の表面に付着し、洗浄を行なっても残存することがある。この研磨対象の金属製部材が摺動部材である場合には、その摺動面にＳｉ系又はＡｌ系セラミックスの砥粒が残存することが、その摺動部材の使用時の異音発生や摩耗特性の悪化を引き起こす原因になることがある。

このようなバレル研磨用メディア材の残存による摩耗特性の悪化に対して、特許文献１では、転がり軸受の転動体を保持する金属製もみ抜き保持器について、バレル研磨した後に金属製もみ抜き保持器に残存したとしても転動体の摩耗を誘起することの少ない研磨メディア材として、転動体と同程度の硬度をもつ天然シリカサンド（ＳｉＯ_２が主成分）の砥粒を結合剤で結合してなる研磨メディア材を開示している。
特開平１１−３０３８７６号

しかし、特許文献１に記載の研磨用メディア材は、研磨用メディア材から剥離した砥粒が、研磨対象の摺動部材に残存した場合を前提に考案されたものである。即ち、研磨用メディア材から剥離した砥粒が、研磨対象の摺動部材に残存するのを防止するものではない。

また、バレル研磨用容器に、研磨対象の部材と研磨用メディア材以外に水等の液体を加えるバレル研磨（以下、湿式バレル研磨と記す）では、液体中の汚れ（例えば、研磨対象から除去された油やスケール）が製品に再付着するという現象があり、バレル研磨の後の洗浄に時間とコストがかかるという問題がある。

そこで、本発明は、バレル研磨対象部材にバレル研磨用メディア材の一部が残存することが少なく、また、バレル研磨後の洗浄を簡略化できるバレル研磨用メディア材を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明者は、焼結金属が、内部の組織気孔と、その気孔が表面で開孔した表面開孔を有し、多数の表面開孔を有する表面性状により、バレル研磨用メディア材としての研磨能力が得られること、また、液体中ではその気孔に微小な物質を吸着する性質を有することに着目した。従い、上記知見に基づき創作された本発明は、金属粉末を主成分とする原料を圧粉成形し、焼結してなるもので、多数の表面開孔およびこれら表面開孔と連通する多数の内部空孔が形成されていることを特徴とするバレル研磨用メディア材として提供される。

本発明に係るバレル研磨用メディア材は、原料となる金属粉末同士が焼結作用により強固に結合した構造をなすため、表面に砥粒を結合した従来のメディア材のように、バレル研磨中に、砥粒が剥離し、研磨対象となる部材に付着することが少ない。そのため、研磨後の洗浄を簡略化して、短時間での洗浄処理が可能となる。また、研磨対象が摺動部材の場合であっても、その摺動面に砥粒が残存することに起因する摺動部材の使用時の異音発生や摩耗特性の悪化を避けることができる。

また、本発明に係るバレル研磨用メディア材は、多数の表面開孔およびこれら表面開孔と連通する多数の内部気孔を有するため、湿式バレル研磨で使用する場合、液体中の汚れ（スケールなど）をその気孔内に吸着する。これにより、汚れが研磨対象の部材に再付着するのを極力防いで、バレル研磨後の洗浄時間の短縮、あるいは洗浄コストの削減が可能となる。また、上記バレル研磨用メディア材から生じた摩耗粉もその気孔内に吸着する。そのため、バレル研磨中に、メディア材が摩耗した場合であっても、研磨対象となる部材に付着する摩耗粉が付着せずに済む。ゆえに、研磨対象が摺動部材の場合に、その摺動面に摩耗粉が残存することに起因する摺動部材の使用時の異音発生や摩耗特性の悪化を確実に回避することができる。

また、本発明に係るバレル研磨用メディア材は多数の内部空孔を有する構造をなすため、同じ原料から形成される金属製メディア材より見かけ上密度が小さくなる。言い換えると、当該メディア材自体の衝撃吸収性が高まる。そのため、同種の金属製メディア材に比較して、バレル研磨中に、研磨対象となる部材に与える衝撃が小さくて済み、軟質の部材をバレル研磨する場合でも、研磨相手材を損傷させることが少ない。

上記メディア材における表面開孔の割合（表面開孔率）は、１０％以上４０％以下であることが好ましい。これは、少なくとも表面開孔率が４０％以下となるよう形成すれば、メディア材自体が必要な強度を確保できるからである。また、表面開孔率を１０％以上としたのは、当該メディア材の成形性（より言えば生産性）を確保するためであるが、研磨時の衝突により相手材を傷付けるのを避ける目的もある。すなわち、あまりに表面開孔率を小さくすると、それに合わせて内部空孔が少なくなるため、研磨相手材への攻撃性が過度に高める結果となり好ましくない。そこで、上述の如く、表面開孔率を１０％以上とすれば、メディア材自体が相手材との衝突エネルギーを弾性的に吸収することができ、これにより相手材を極力傷付けることなく高い研磨作用を発揮することが可能となる。

もちろん、表面開孔率が１０％以上あれば、研磨時における汚れの吸着機能を確保できるので、この点からも上記範囲に規定するのが好ましい。

また、本発明に係るバレル研磨用メディア材の原料は、Ｆｅ系粉末であることが望ましい。Ｆｅ系粉末を原料として形成された焼結金属製のメディア材であれば、他の金属を原料とする焼結金属製メディア材よりも熱処理による硬化作用が比較的強いため、熱処理によりバレル研磨用メディア材の研磨加工効率を比較的容易に高めることができる。また、研磨対象部材が焼結金属製部品である場合には、本発明に係るバレル研磨用メディア材の機能を十分に発揮することができ、好適な組み合わせとして使用可能である。

特に、Ｆｅ系粉末を原料として形成したメディア材で、Ｆｅ系焼結金属製の摺動部材をバレル研磨する場合、仮に研磨後に研磨用メディア材の摩耗粉がその摺動部材の摺動面に残存しても、摩耗粉と摺動部材の摺動面とが同種の金属同士でなじみ性が良いので、その摺動部材の使用時の異音発生や摩耗特性の悪化の原因になることが少ない。

上記メディア材の原料は、主成分となる金属粉末の他、Ｃｕ粉末をさらに含むものであってもよい。Ｃｕ粉末は、主成分となる金属粉末のバインダとして作用するため、これら原料を焼結してなるメディア材の強度向上を図ることができる。特に、主成分となる金属粉末がＦｅ系粉末である場合には、Ｃｕ粉末がＦｅ系粉末に固溶し、より強固な結合を得ることができるため好ましい。

以上のように、本発明のバレル研磨用メディア材によれば、バレル研磨対象部材にバレル研磨用メディア材の一部が残存することが少なく、また、バレル研磨後の洗浄を簡略化することができる。また、本発明のバレル研磨用メディア材によれば、バレル研磨対象部材の損傷を極力防ぐことができる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

この実施形態において例示されるバレル研磨用メディア材１の形状は、図１に示すような、円筒形状である（図１（ａ）が斜視図、図１（ｂ）が軸方向断面図）。

同図に例示のバレルメディア材１は、金属粉末を主成分とする原料を円筒形状に圧粉成形し、当該圧粉成形体を焼結することにより製造される。具体例を挙げると、Ｆｅ粉末を原料として、例えば外径４ｍｍ、軸方向幅４ｍｍの円筒体を圧粉成形し、これを１１００℃〜１２００℃で焼結した後、さらに浸炭焼き入れを行なうことでバレル研磨用メディア材１が製造される。

上記例示のバレル研磨用メディア材１は、例えばＦｅ系焼結金属製の摺動部材を研磨相手材として湿式の遠心バレル研磨に使用される。この場合、湿式媒体として水が使用される。

ここで、バレル研磨用メディア材１は原料となる金属粉末同士が焼結作用により強固に結合した構造をなすため、表面に砥粒を結合した従来のメディア材のように、バレル研磨中に、砥粒が剥離し、研磨対象となる部材に付着することが少ない。そのため、研磨後の洗浄を簡略化できる。あるいは、洗浄効率を向上させることができる。また、この実施形態のように、研磨対象が摺動部材の場合であっても、その摺動面に砥粒が残存することに起因する摺動部材の使用時の異音発生や摩耗特性の悪化を避けることができる。

また、バレル研磨用メディア材１は、多数の表面気孔およびこれらと連通する多数の内部空孔を有するため、水中の汚れをその気孔内に吸着する機能を有する。これにより、汚れが研磨対象の部材に再付着するのを極力防いで、バレル研磨後の洗浄時間の短縮、ひいては洗浄コストの削減が可能となる。

特に、この実施形態に例示の形状（中空円筒形状）をなすバレル研磨用メディア材１であれば、同じ外径、同じ長さの円柱形状のものより表面積が大きくなる。そのため、汚れの吸着機能をさらに高めて、湿式バレル研磨時、液体中の汚れが研磨相手材に付着するのを抑えることができる。もちろん、バレル研磨時にバレル研磨用メディア材１自体から生じる摩耗粉を気孔内に吸着する効果も高いため、研磨相手材に付着する摩耗粉を確実に取り込んで、研磨対象の摺動部材の摺動面に摩耗粉が残存することに起因する摺動部材の使用時の異音発生や摩耗特性の悪化をより確実に防止することができる。

また、バレル研磨用メディア材１は多数の内部空孔を有する構造をなすため、同材料で形成される金属製メディア材に比べて、メディア材１自体の衝撃吸収性が高まる。そのため、同種の金属製メディア材に比較して、バレル研磨中に、研磨対象となる部材に与える衝撃が少なくて済み、研磨相手材の損傷を極力回避することができる。

特に、この実施形態に例示の形状（中空円筒形状）をなすバレル研磨用メディア材１であれば、同じ外径、同じ長さの円柱形状のものより軽量で、かつ変形能に優れる（言い換えると衝撃吸収能に優れる）。そのため、バレル研磨時における研磨相手材への衝撃をより一層軽減して、相手材の損傷を回避することが可能となる。

ここで、バレル研磨用メディア材１を、その表面開孔率が、４０％以下となるよう形成することで、メディア材１自体に必要な強度を確保できる。また、表面開孔率を１０％以上とすれば、成形性や汚れの吸着機能を確保できる他、メディア材１自体の衝撃吸収能を確保して、相手材を極力傷付けることなく高い研磨作用を発揮することができる。この際、汚れの吸着機能を高めるのであれば、下限値を１５％とするのがよい。また、一旦吸着した汚れを確実に内部に保持する観点からいえば、上限値は３５％とするのがよい。また、併せて、研磨作用の更なる向上を図るのであれば、更なる衝撃吸収性（弾性変形能）向上の観点から、下限値を２０％とするのがよく、また、継続使用に伴う衝撃吸収性の低下を回避する観点から、上限値を３０％とするのがよい。

また、この実施形態のように、バレル研磨用メディア材１を、Ｆｅ系粉末を原料とする焼結金属で形成することで、他の焼結粉末を原料とする場合よりも、熱処理による硬化作用が比較的強くなる。そのため、研磨用メディア材としては好適である。特に本実施形態のように、熱処理として浸炭焼き入れを施すことで、研磨加工効率をより高めることができる。

また、この実施形態のように、バレル研磨用メディア材１、摺動部材となる研磨相手材が共にＦｅ系粉末の焼結金属で形成されている場合、バレル研磨用メディア材１の摩耗粉が研磨対象の摺動部材の摺動面に残存しても、同種の金属同士ではなじみ性が良好なことから、摺動部材の使用時の異音発生や摩耗特性の悪化につながる可能性は小さい。

バレル研磨用メディア材１の原料には、主成分となる金属粉末（ここではＦｅ粉末）の他、Ｃｕ粉末をさらに含めたものを使用することもできる。この場合、Ｃｕ粉末が、主成分となる金属粉末のバインダとして作用することで、これら原料を焼結してなるバレル研磨用メディア材１の強度向上を図ることができる。具体的には、Ｃｕ粉末の配合量を１．０ｍａｓｓ％以上５．０ｍａｓｓ％以下とするのがよい（原料全体で１００ｍａｓｓ％）。上述の割合でＣｕ粉末を配合することで、Ｆｅ系粉末への固溶が適度に生じ、より強固な結合を得ることができる。

なお、原料には、Ｃｕ粉末以外に、例えば黒鉛を含めることもできる。主成分となる金属粉末に黒鉛を配合したものを原料として使用することで、形成されるバレル研磨用メディア材１の硬さや強度を高めることができる。具体的には、黒鉛の配合量を０．２ｍａｓｓ％以上１．０ｍａｓｓ％以下とすることで、黒鉛の配合によるメディア材１の高硬度化あるいは高強度化を適切に図ることができる。

なお、上記実施形態にて例示のバレル研磨用メディア材１は円筒形状であるが、もちろんこの形状に限定されるものでなく、例えば、円柱形、角柱形、球形などの形状を採ることもできる。

また、上記実施形態ではバレル研磨用メディア材１の原料に、Ｆｅ粉末を主成分として使用する場合を例示したが、もちろんこの材料に限定する必要はない。例えば、Ｆｅ粉末だけでなく、ＳＵＳ粉末などのＦｅ系粉末を好適に使用することができる。あるいは、Ｗ系粉末（タングステン単金属の他、ＮｉやＣｕとの合金も含む）を原料の主成分として使用することもできる。２種類以上の金属粉末を混合したものを原料の主成分として使用してもよい。もちろん、必要に応じて、黒鉛など金属以外の材料からなる粉末を原料に含めても構わない。

また、上記実施形態では、焼結後に浸炭焼き入れを行うことでバレル研磨用メディア材１を製造しているが、焼結後の熱処理は、特に浸炭焼き入れに限定されるものでない。バレル研磨用メディア材１の硬化が可能な処理である限りにおいて、例えば浸炭窒化焼き入れなど種々の処理手段を採用することができる。もちろん、バレル研磨用メディア材として十分な硬度が得られるのであれば、これら硬化処理を省略しても構わない。

なお、上記例示のバレル研磨用メディア材１は、Ｓｉ、Ａｌの成分を有しないため、研磨能力の低下が懸念されるが、実際行なった試験では、Ｓｉ、Ａｌの成分を有したバレル研磨用メディア材を使用した場合と同じ研磨状態のＦｅ系焼結金属製の摺動部材が得られた。

本発明の一実施形態に係るバレル研磨用メディア材の（ａ）斜視図、および（ｂ）軸方向断面図である。

符号の説明

１バレル研磨用メディア材

Claims

金属粉末を主成分とする原料を圧粉成形し、焼結してなるもので、多数の表面開孔およびこれら表面開孔と連通する多数の内部空孔が形成されていることを特徴とするバレル研磨用メディア材。
前記表面開孔の割合が、１０％以上４０％以下である請求項１記載のバレル研磨用メディア材。
前記金属粉末がＦｅ系粉末である請求項１記載のバレル研磨用メディア材。
焼結金属製部品の研磨に用いられる請求項１記載のバレル研磨用メディア材。
前記原料は、Ｃｕ粉末をさらに含む請求項１記載のバレル研磨用メディア材。