【手続補正書】
【提出日】平成16年10月7日(2004.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  硫黄快削合金鋼の処理方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  硫黄快削合金鋼の切削加工物を、水系溶媒中に浸漬する工程、水系溶媒中で超音波の周波数４０ｋＨｚ又は２５〜３００ｋＨｚの超音波を重畳したマルチ周波数を用い、ワット密度１．０〜２．０Ｗ／ｃｍ２で超音波洗浄を行う工程を含む硫黄快削合金鋼の処理方法。
【請求項２】  水系溶媒が酸化剤（過酸化物）、酸剤、アルカリ剤、塩類からなる群れの１種若しくは２種以上を含む請求項１に記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
【請求項３】  複数の水系溶媒を用いて、複数回の超音波洗浄を行う請求項１または請求項２に記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
【請求項４】  超音波洗浄を行う工程に先立って、硫黄快削合金鋼の切削加工物を一定時間、酸化剤（過酸化物）、酸剤、アルカリ剤、塩類からなる群れの１種若しくは２種以上を含む水系溶媒に、超音波を加え若しくは加えず、浸漬する請求項１〜請求項３のいずれかひとつに記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
【請求項５】  硫黄快削合金鋼の切削加工物を、水系溶媒中に浸漬する工程に先立って、切削加工物の表面から加工油を取り除く脱脂工程を設けた請求項１〜請求項４のいずれかひとつに記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
【請求項６】  水系溶媒に用いる水として、脱気処理して溶存酸素量３ｐｐｍ程度以下とした水を用いる請求項１〜請求項５のいずれかひとつに記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
【請求項７】  硫黄快削合金鋼の切削加工物がＨＤＤ用の軸受部品である請求項１〜請求項６のいずれかひとつに記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、精密機械の部品の製造に用いられる硫黄快削合金鋼の処理方法に関し、より詳しくは硫黄快削合金鋼を切削加工した表面に残留している微細なＭｎ、Ｃｒ等の硫化物の微粒子を取り除く硫黄快削合金鋼の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、硫黄快削合金鋼を切削加工した表面は、超音波の周波数を特定しないでワット密度０．３〜０．９Ｗ／ｃｍ２、５〜１０分間の超音波洗浄が行われていた。通常の精密機械部品では、この超音波洗浄のみで十分な性能を発揮し、問題はなかった。
【０００３】しかし、超精密な精密機械部品、例えば、超高密度の小型ハードディスクを駆動する軸受では、硫黄快削合金鋼を切削加工した表面に残留している微細なＭｎ、Ｃｒ等の硫化物（Ｍｎ−Ｓ、Ｃｒ−Ｓ）の微粒子が切削加工した表面から脱落すると、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のディスクやヘッドがクラッシュという問題が起きることが解ってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、硫黄快削合金鋼を切削加工した部品が所定の形状寸法に仕上がった状態で、形状寸法精度に影響を与えずに、表面に残留した微細なＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の硫化物（Ｍｎ−Ｓ、Ｃｒ−Ｓ、Ｍｏ−Ｓ）の微粒子を如何に除去或いは悪影響を及ぼさないように削減するかに腐心した。このような事態に鑑みて、本発明者は、硫黄快削合金鋼を切削加工した表面に残留している微細なＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の硫化物（Ｍｎ−Ｓ、Ｃｒ−Ｓ、Ｍｏ−Ｓ）の微粒子の脱落をいかにして防止するか鋭意研究した結果、超音波の周波数４０ｋＨｚ又は２５〜３００ｋＨｚの超音波を重畳したマルチ周波数、ワット密度１．０〜２．０Ｗ／ｃｍ２、５〜１０分間の超音波洗浄が、従来では考えられないほど効果があることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の硫黄快削合金鋼の処理方法は、硫黄快削合金鋼の切削加工物を、水系溶媒中に浸漬する工程、水系溶媒中で超音波の周波数４０ｋＨｚ又は２５〜３００ｋＨｚの超音波を重畳したマルチ周波数を用い、ワット密度１．０〜２．０Ｗ／ｃｍ２で超音波洗浄を行う工程を含む硫黄快削合金鋼の処理方法であり、前記超音波洗浄を行う工程の前又は後に、硫黄快削合金鋼の切削加工物の薬品処理を行う工程を付加することができる。当該薬品処理を行う工程においては、超音波振動を与えることもできるし、与えないで行うこともできる。本発明の硫黄快削合金鋼の処理方法は、同じ処理槽若しくは別の処理槽において、複数の水系溶媒を用いて、複数回の超音波洗浄を行うことができ、複数の水系溶媒は目的に応じて、水のみのもの、水に少量の界面活性剤が含まれるもの、水に少量の薬剤が含まれるものを選ぶことが出来る。本発明の硫黄快削合金鋼の処理方法は、最終工程において水のみからなる溶媒中によるすすぎ工程を経て、硫黄快削合金鋼の切削加工物を乾燥させる工程を含む。当該すすぎ工程においても、超音波振動を与えることも出来るし、与えないで行うことも出来る。
【０００６】本発明において、硫黄快削合金鋼の切削加工物を、水系溶媒中に浸漬する工程に先立って、切削加工物の表面から加工油を取り除く脱脂工程を設けることが出来る。通常、切削加工の工程では、冷却性や潤滑性を上げて加工能率を高めるために、合金鋼の表面と切削工具との間に切削加工油が注入されている。切削加工後の合金鋼の表面には、切削加工油が残留しているので、超音波洗浄工程の前に残留している切削加工油を除去する脱脂工程が必要である。脱脂工程には、界面活性剤が用いられる。界面活性剤としては、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤等があり、いずれのものでも良い。さらに、水系溶剤のほか、フッソ系溶剤、臭素系溶剤、炭化水素系溶剤、アルコール系溶剤など周知の脱脂溶剤を用いることができることは言うに及ばない。脱脂工程においても、超音波振動を与えることもできるし、与えないで行うこともできる。
【０００７】本発明の薬品処理を行う工程で用いる薬剤は、酸化剤（過酸化物）、酸剤、アルカリ剤、塩類であり、これらの薬品は、硫黄快削合金鋼の表面に残留した微細なＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の硫化物（Ｍｎ−Ｓ、Ｃｒ−Ｓ、Ｍｏ−Ｓ）の微粒子を、酸化して除去したり、溶解して除去したりする作用がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明において用いられる硫黄快削合金鋼は、どのような硫黄快削合金鋼でも良い。例えば、特開昭４９−３８８０５号公報、特開昭６０−１９０５５３号公報、特開平７−３０５１１０号公報、特開平９−７１８４０号公報、特開平９−７８１８７号公報、特開平９−１５７７９１号公報、特開平１０−１０２１１９号公報などに記載されている硫黄快削合金鋼が用いられる。本発明において用いられる溶媒は、水系のものが良く、水のみのもの、水に少量の界面活性剤が含まれるもの、水に少量の薬剤が含まれるもの等が挙げられる。さらに、通常、水には、酸素が８〜１０ｐｐｍ程度、溶存酸素として含まれているが、溶存酸素は、 多くの気泡発生を起こしこの気泡は超音波により発生するキャビテーション（空洞破壊）の発生を阻害吸収する為に超音波力を弱めることが確認されている。そこで、水を脱気処理して溶存酸素量３ｐｐｍ程度以下にすると超音波洗浄がよりうまくゆくことがわかった。
【０００９】本発明において用いられる薬品は、主として酸化剤（過酸化物）、酸剤、アルカリ剤、塩類であり、酸化剤（過酸化物）としては、過酸化マンガン、過酸化水素、過酸化アンモニウム等が挙げられ、酸剤としては塩酸、硝酸、硫酸の無機酸、酢酸、プロピオン酸等の有機カルボン酸等が挙げられ、アルカリ剤としては水酸化ナトリウム、水酸化カリ、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等が挙げられ、塩類としてはフッ化アンモニウム、塩化ナトリウム、塩化カリ、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等が挙げられる。
【００１０】本発明において用いられる超音波は、水系溶媒中で超音波の周波数４０ｋＨｚ又はマルチ周波数が用いられる。マルチ周波数とは、２５〜３００ｋＨｚの超音波を重畳したものである。超音波の強さは、ワット密度１．０〜２．０Ｗ／ｃｍ２であり、ワット密度１．０Ｗ／ｃｍ２以下であると、十分な効果が得られず、ワット密度２．０Ｗ／ｃｍ２以上であると、エロージョンを起こす。なお、本発明においては、超音波の周波数４０ｋＨｚ又はマルチ周波数が最も優れているが、従来の周波数２３ｋＨｚ〜２８ｋＨｚの超音波を併用する実施態様を除外するものではない。
【００１１】処理時間は、３分〜１５分が良く、とくに５分から１０分が望ましい。処理時間が短いと、十分な効果が得られず、長すぎるとエロージョンを起こす。
【００１２】
【本発明の実施の形態】（１）硫黄快削合金鋼の切削加工物を、水系溶媒中に浸漬する工程、水系溶媒中で超音波の周波数４０ｋＨｚ又は２５〜３００ｋＨｚの超音波を重畳したマルチ周波数を用い、ワット密度１．０〜２．０Ｗ／ｃｍ２で超音波洗浄を行う工程を含む硫黄快削合金鋼の処理方法。
（２）水系溶媒が酸化剤（過酸化物）、酸剤、アルカリ剤、塩類からなる群れの１種若しくは２種以上を含む上記１に記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
（３）複数の水系溶媒を用いて、複数回の超音波洗浄を行う上記１または上記２に記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
（４）複数の水系溶媒が同じ処理槽若しくは別の処理槽に入れられている上記３記載に記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
（５）超音波洗浄を行う工程に先立って、硫黄快削合金鋼の切削加工物を一定時間、酸化剤（過酸化物）、酸剤、アルカリ剤、塩類からなる群れの１種若しくは２種以上を含む水系溶媒に、超音波を加え若しくは加えず、浸漬する請求項１〜請求項４のいずれかひとつに記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
（６）硫黄快削合金鋼の切削加工物を、水系溶媒中に浸漬する工程に先立って、切削加工物の表面から加工油を取り除く脱脂工程を設けた上記１〜上記４のいずれかひとつに記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
（７）水系溶媒に用いる水として、脱気処理して溶存酸素量３ｐｐｍ程度以下とした水を用いる上記１〜上記５のいずれかひとつに記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
（８）硫黄快削合金鋼の切削加工物がＨＤＤ用の軸受部品である上記１〜上記６のいずれかひとつに記載した硫黄快削合金鋼の処理方法。
【００１３】次に、本発明を具体的に説明する。
実施例１
高マンガン硫黄快削合金鋼を用いて、ＨＤＤ用の軸受部品となる内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を切削加工により作成した。切削加工油としては、ポリオキシアルキレングリコール系の水溶性切削加工油を用いた。水洗した後、水に浸漬し、水のみからなる溶媒中で、ワット密度２．０Ｗ／ｃｍ２周波数４０ｋＨｚの超音波で７分間超音波洗浄処理を行い、クリーンルーム中で乾燥させた。内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を得た。
【００１４】実施例２
実施例１と同じ高マンガン硫黄快削合金鋼を用いて、ＨＤＤ用の軸受部品となる内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を切削加工により作成した。切削加工油としては、実施例１と同じポリオキシアルキレングリコール系の水溶性切削加工油を用いた。水洗した後、水に浸漬し、水のみからなる溶媒中で、ワット密度２．０Ｗ／ｃｍ２周波数２５〜３００ｋＨｚの重畳超音波で７分間超音波洗浄処理を行い、クリーンルーム中で乾燥させた。内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を得た。
【００１５】実施例３
実施例１と同じ高マンガン硫黄快削合金鋼を用いて、ＨＤＤ用の軸受部品となる内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を切削加工により作成した。切削加工油としては、実施例１と同じポリオキシアルキレングリコール系の水溶性切削加工油を用いた。水洗した後、水に浸漬し、過マンガン酸カリを０．５質量％含む水系溶媒中で、ワット密度１．５Ｗ／ｃｍ２周波数４０ｋＨｚの超音波で７分間洗浄処理を行い、再度水洗した後、水に浸漬し、水のみからなる溶媒中で、ワット密度１．０Ｗ／ｃｍ２周波数４０ｋＨｚの超音波で２分間超音波洗浄処理を行い、クリーンルーム中で乾燥させた。内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を得た。
【００１６】実施例４
実施例１と同じ高マンガン硫黄快削合金鋼を用いて、ＨＤＤ用の軸受部品となる内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を切削加工により作成した。切削加工油としては、実施例１と同じポリオキシアルキレングリコール系の水溶性切削加工油を用いた。水洗した後、過マンガン酸カリを０．５質量％含む水系溶媒中で、ワット密度１．５Ｗ／ｃｍ２２５〜３００ｋＨｚの重畳超音波で７分間洗浄処理を行い、再度水洗した後、水に浸漬し、水のみからなる溶媒中で、ワット密度１．０Ｗ／ｃｍ２周波数４０ｋＨｚの超音波で２分間超音波洗浄処理を行い、クリーンルーム中で乾燥させた。内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を得た。
【００１７】比較例
実施例１と同じ高マンガン硫黄快削合金鋼を用いて、ＨＤＤ用の軸受部品となる内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を切削加工により作成した。切削加工油としては、実施例１と同じポリオキシアルキレングリコール系の水溶性切削加工油を用いた。水洗した後、水に浸漬し、水のみからなる溶媒中で、ワット密度０．８Ｗ／ｃｍ２周波数２５〜２８ｋＨｚの超音波で７分間超音波洗浄処理を行い、クリーンルーム中で乾燥させた。内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を得た。
【００１８】
実施例１〜４及び比較例で得られた切削加工物である内径５ｍｍ外径７ｍｍ長さ５ｍｍの内輪を、純水に入れて超音波を照射した後、パーテクルカウンターにより、純水中のパーテクルの数を調べた結果を表１に示す。
【表１】
2003119584.tif 000001
【００１９】さらに、超音波洗浄した切削加工物の表面電子顕微鏡写真を図１〜３に示す。図１は、従来技術にあたる比較例の方法により処理した切削加工物表面の電子顕微鏡写真、図２は、実施例１の強力超音波のみによる方法により処理した切削加工物表面の電子顕微鏡写真、図３は、実施例３の過マンガン酸カリを０．５質量％含む水系溶媒と強力超音波による方法により処理した切削加工物表面の電子顕微鏡写真である。写真からも明らかなように、切削加工物表面の微細な孔から、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の硫化物と見られる微粒子が、取り除かれる様子が伺える。
【００２０】
【本発明の効果】本発明の硫黄快削合金鋼の処理方法は、表１の結果、及び図１〜３に示した電子顕微鏡写真からも明らかなように、硫黄快削合金鋼を切削加工した表面に残留している微細なＭｎ、Ｃｒ等の硫化物の微粒子を効果的に除去できるので、切削加工物表面が安定しており、硫黄快削合金鋼を用いて、超精密な部品を製造する際に、極めて有効であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の洗浄による硫黄快削合金鋼の切削加工物表面の顕微鏡写真
【図２】実施例１による硫黄快削合金鋼の切削加工物表面の顕微鏡写真
【図３】実施例３による硫黄快削合金鋼の切削加工物表面の顕微鏡写真