(57)【要約】【課題】  金属ワークをバレル研磨する際の安定した研磨量と良好な表面加工とが得られかつ産業廃棄物となるメディア粉の発生を大幅に抑制した研磨用メディアを提供すること。【解決手段】  平均粒径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下のコア１１の表面には、平均粒径１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあるダイヤモンド砥粒１２がメッキ膜１３により固定されている。コア１１は、ＷＣ、ＴｉＣ、アルミ、チタンまたは希土類金属（イットリウムを含む）の少なくとも一種の材質からなり、研磨用メディア１０の比重は４以下とされている。この研磨用メディア１０を液体媒体に懸濁させた研磨液と金属ワークとをバレル内に投入してバレル研磨すると、研磨メディア１０の磨耗レベルが極めて低いことに起因して、安定した研磨量と良好な表面加工とが得られかつ産業廃棄物となるメディア粉の発生を大幅に抑制することができる。【選択図】      図１ 
2005297117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール状の金属コア表面に砥粒がメッキ固定されていることを特徴とする研磨用メディア。
【請求項２】
前記砥粒はダイヤモンド若しくは立方晶窒化ホウ素であることを特徴とする請求項１に記載の研磨用メディア。
【請求項３】
前記砥粒の平均粒径は１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨用メディア。
【請求項４】
前記研磨用メディアの比重は４以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の研磨用メディア。
【請求項５】
前記金属コアは、ＷＣ、ＴｉＣ、アルミ、チタンまたは希土類金属（イットリウムを含む）の少なくとも一種の材質からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の研磨用メディア。
【請求項６】
前記金属コアの平均粒径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲にあるボールメディアであることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の研磨用メディア。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の研磨用メディアを液体媒体に懸濁させた研磨液。
【請求項８】
請求項７に記載の研磨液と金属ワークとをバレル内に投入する第1のステップと、
前記バレルを駆動させて前記金属ワークを研磨する第２のステップと、を備えている金属ワークの研磨方法。
【請求項９】
前記金属ワークが、希土類金属ワークであることを特徴とする請求項８に記載の金属ワークの研磨方法。
【請求項１０】
請求項１乃至６の何れかに記載の研磨用メディアを用いて研磨された磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨用メディアおよび金属ワークの研磨方法ならびにその方法により研磨された磁性材料に関し、より詳細には、金属ワークをバレル研磨などする際の安定した研磨量と良好な表面加工とが得られかつ産業廃棄物となるメディア粉の発生を大幅に抑制した金属ワークの面取り用メディアおよび金属ワークの研磨方法ならびにその方法により研磨された磁性材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性合金などの金属材料のワークを面取りする方法の１つとして、バレル研磨法が知られている。バレル研磨法は量産性に優れる面取り方法であり、回転バレル研磨法、振動バレル研磨法、遠心バレル研磨法などが知られている。
【０００３】
バレル研磨による金属ワークの面取りは、被研磨対象物である金属ワークと、この金属ワークを研磨するための研磨粉（メディア）と、液体媒体（例えば、水に防錆剤や界面活性剤を添加したもの）とをバレル槽内に投入し、回転や振動を加えることにより金属ワークとメディアとを互いに摺動させることで行われる。
【０００４】
このバレル研磨法は、セラミックスや希土類合金などの脆性材料の研磨に広く用いられており、研磨時の欠けやクラックの発生を防止するための種々の工夫がなされている。例えば、特許文献１には、セラミックスなどの特にクラックや欠けを生じやすい脆性材料を振動バレル研磨する際に、アンバランスウェイトの一方を他方よりも重くすることにより液体媒体中でメディアの動きを螺旋状とし、これによりクラックや欠けの極めて少ない研磨を実現するという振動バレル研磨方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、欠けが発生しやすい希土類磁石などを回転槽内で流動バレル研磨するに際して、回転槽と固定槽との間の微小な隙間から気泡を均一に噴出させて槽壁へのワークの滞留を防止し、衝撃に起因する欠けなどを抑制する研磨方法が開示されている。さらに、特許文献３には、特許文献１に記載されている振動バレル研磨法により欠けの発生をある程度抑制できるものの均一な面取りができないことがあるという問題などを解決するための希土類合金の面取り方法が開示されている。
【０００６】
金属ワークの面取り加工をバレル研磨により行う場合、メディアの研磨力はその形状やサイズに依存する。したがって、金属ワークを均一に研磨し良好な表面加工を得るためには、バレル研磨のバッチ毎にメディアの形状とサイズと確認して所定の研磨レベルを維持する必要がある。
【０００７】
このようなメディアは一般に、アルミナや二酸化珪素などの砥粒同士を結合材によって結合させて所定の形状に成形することで得られる。例えば、特殊セラミックス粉末を結合材としたビトリファイドメディアやゴムを結合材としたゴムボンドメディアがある。しかしながら、このような従来のメディアは、研磨条件により、単一バッチのバレル研磨中にメディア自身の形状とサイズが大きく変化してしまう程度に磨耗することがある。このため、バッチ毎の安定した研磨量と再現性の高い表面加工状態を確保することが困難であるという問題があった。
【０００８】
ところで、特許文献４および特許文献５には、メディアの消耗度を低減させて研磨能率及び耐用性を向上させるためにダイヤモンドやＣＢＮなどの超硬度の微細砥粒を含む砥材層をコアの表面に設けたメディアが開示されている。これらのメディア表面に設けられる砥材層は、レジン、メタル、またはビトリファイドからなるボンド層中に超硬度の微細砥粒を混ぜ込んだものであり、当該砥材層によりメディアの消耗度を低減させるとともに、この砥材層が脱落した後は基材であるコアを遊離砥粒として作用させるものである。
【０００９】
このような砥材層を設けたメディアの消耗度は、主として砥材層のコア表面への付着力で決定されることとなるが、レジン、メタル、またはビトリファイドのコア表面への付着力は必ずしも充分ではなく、このためバレル研磨工程中に脱落してコアが急激に磨耗し始める結果となってしまう。したがって、このようなメディアにおいても、バッチ毎の安定した研磨量と再現性の高い表面加工状態を確保することが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、研磨工程中にメディアの磨耗が生じる結果、この磨耗部分が微粒子（メディア粉）となって金属ワークに付着して金属ワーク表面を均一に研磨する障害ともなる。さらには、研磨後にメディア粉を回収して産業廃棄物として処理しなければならないなどの問題もあった。
【特許文献１】特開平５−２０８３６０号公報
【特許文献２】特開平５−３２９７６５号公報
【特許文献３】特開２００２−７９４５２号公報
【特許文献４】特開昭６３−２６７１５７号公報
【特許文献５】実公平７−１８５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的の一つは、金属ワークを研磨する際の安定した研磨量と再現性の高い表面加工状態とが得られ、かつ産業廃棄物となるメディア粉の発生を大幅に抑制した金属ワークの面取り用メディアを提供することにある。また、本発明の他の目的は、このようなメディアによる金属ワークの研磨方法および当該方法により研磨された良好な表面加工状態を有する磁性材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するために、本発明の研磨用メディアは、ボール状の金属コア表面に砥粒がメッキ固定されていることを特徴とする。好ましくは、前記砥粒はダイヤモンド若しくは立方晶窒化ホウ素であり、さらに好ましくは、前記砥粒の平均粒径は１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲にある。
【００１３】
また、好ましくは、前記研磨用メディアの比重は４以下であり、さらに好ましくは、前記金属コアは、ＷＣ、ＴｉＣ、アルミ、チタンまたは希土類金属（イットリウムを含む）の少なくとも一種の材質からなり、さらに好ましくは、前記金属コアの平均粒径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲にあるボールメディアである。
【００１４】
本発明の金属ワークの研磨方法は、本発明の研磨用メディアを液体媒体中に懸濁させた研磨液と金属ワークとをバレル内に投入する第1のステップと、前記バレルを駆動させて前記金属ワークを研磨する第２のステップと、を備えている。また好適には、前記金属ワークは希土類金属ワークとされる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平均粒径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下のＡｌなどのボール状の金属コアの表面に、平均粒径１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあるダイヤモンドなどの超高度の砥粒をメッキ固定することとしたので、研磨メディアの磨耗レベルが極めて低く抑えられ研磨中のメディアの形状とサイズとを概ね一定に維持することができる結果、金属ワークを研磨する際の安定した研磨量と再現性の高い表面加工状態とが得られ、かつ産業廃棄物となるメディア粉の発生を大幅に抑制した金属ワークの面取り用のメディアを提供することが可能となる。
【００１６】
また、研磨用メディアの比重を４以下とし、この研磨用メディアを液体媒体に懸濁させた研磨液で磁性合金などの脆性材料を研磨することで、良好な表面状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して本発明を実施をするための最良の形態について説明する。なお、以下ではボールメディアを用いたバレル研磨法による希土類合金などの金属ワークの面取りを例として説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明のメディアはボールメディア以外の曲面を有する表面形状のメディアとすることが可能であり、また、バレル研磨法以外の金属ワークの研磨にも広く用いることが可能である。
【００１８】
図１は本発明の金属ワーク面取り用メディアの構造例を説明するための断面模式図であり、図２はこのメディアの作製プロセスの一例を説明するための図である。本発明の金属ワーク面取り用メディア１０は、メディア１０のコア１１の表面にダイヤモンド砥粒１２がメッキ膜１３により強固に固定されたものである。なお、このダイヤモンド砥粒１２に代えて、修正モース硬度（１５段階モース硬度）が１３の炭化珪素（ＳｉＣ）や１４の立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）の砥粒としてもよい。また、金属ワークやコアの材質に応じてより柔らかい材料である溶融アルミナや炭化タングステン（ともに修正モース硬度１２）や酸化珪素（修正モース硬度７〜８）などとすることもできる。
【００１９】
コア１１の材質は、バレル研磨の対象となる金属ワークの材質との相性や目的としている表面加工状態などを総合的に勘案して選択される。このようなコア材料の例としては、ＷＣやＴｉＣなどの超硬合金、アルミ、チタンおよびイットリウム（Ｙ）を含む希土類元素などの単体金属またはこれらの合金があり、これらの群に含まれる材料の中から２種以上を選択して設計された複合材料とすることもできる。
【００２０】
コア１１の形状は、一般的には、メディアの形状を等方的としてその表面を満遍なく利用したバレル研磨を行うために図１に示したような球形（実質的に球形の擬似球形を含む）のボールメディアとされる。メディアの形状を球状としているのは、三角形状を有するメディアなどと比較してワークに対する衝撃力が小さく、バレル研磨中のワークの欠けの抑制に効果的であることに加え、面取り均一性にも優れているためである。なお、本発明のメディアの形状は球形に限定されるものではなく、バレル研磨条件などによっては異方性を有する形状とすることも可能である。
【００２１】
また、コア１１のサイズ（ボールメディアとした場合のコア直径）は、研磨対象である金属ワークのサイズや形状および表面加工仕上げの状態などにより決定される。標準的な面取り加工の場合には、粒径０．５〜３０ｍｍ程度、好ましくは１〜２０ｍｍ程度の球状（または擬似球状）のボールメディアとするのがよい。
【００２２】
なお、フェライトやアルニコなどの磁石材料合金のワークや希土類合金のワークをバレル研磨する場合には、コア１１に用いる材料の比重をメディア全体の比重が４以下となるように選択することが好ましい。Ｎｄ系やＳｍ系などの希土類合金は磁気記録装置の磁気ヘッドの位置決めに用いられるボイスコイルモータ用の材料などに用いられる材料であるが、これらの希土類合金は脆性的破壊を生じ易い主相と延性的破壊を生じる粒界相とからなるために、バレル研磨中に欠けが発生し易い。このような脆性材料のワークを比重が４を超えるメディアでバレル研磨するとワークに過大な衝撃が加わることとなって欠けやクラックが生じることとなるため、メディアの比重を４以下とすることで欠けやクラックの発生を抑制することが好ましい。このような理由から、希土類合金などの脆性材料のワークをバレル研磨する際の好適なコア１１の比重はメディア全体の比重が４以下となるように選択される。
【００２３】
ここで、メディア全体の比重が４以下であればよいことから、コア１１を中空にしたり気孔を含ませるようにしたりなどした場合には、コア１１の材質自体の比重の選択の自由度が高くなることはいうまでもない。
【００２４】
ダイヤモンド砥粒１２の平均粒径は、研磨される金属ワーク表面の凹凸状態と仕上げたい表面状態に応じて選択されるが、一般的には直径１０〜２００μｍの範囲とされる。直径１０μｍ未満のダイヤモンド砥粒１２の場合には、十分な研磨力が得られずに面取り加工が不十分となる場合がある。また、直径２００μｍを超えるダイヤモンド砥粒の場合には、十分な研磨量を確保することはできるものの、その大きな研磨力のために金属ワークと衝突した際の衝撃も大きく、欠けやクラックの発生原因となり得るからである。特に、希土類合金などの脆性材料ワークをバレル研磨する場合には、ダイヤモンド砥粒１２の直径を１０μｍ〜２００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００２５】
これらのコア１１とダイヤモンド砥粒１２を準備した後（図２（ａ）、図２（ｂ））、金属塩水溶液とコア１１とダイヤモンド砥粒１２とをバレルに投入し、このバレル内で金属塩水溶液中の金属イオン（ニッケルイオンなど）を還元剤としてコア１１表面に還元析出させる（図２（ｃ））。このメッキ工程において、コア１１表面には概ね１層のダイヤモンド砥粒１２がメッキ膜１３により強固に固定され（図２（ｄ））、その存在によりバレル研磨中のコア１１の磨耗度を著しく低減させることが可能となる。また、必要に応じて、ダイヤモンド砥粒１２の層を多層に設けるようにしてもよい。
【００２６】
以下に、実施例により本発明をより詳細に説明する。
【実施例】
【００２７】
本実施例では、本発明の金属ワーク面取り用メディアを用いて金属ワークを研磨するプロセスについて説明する。なお、以下の説明では回転バレル研磨について説明するが、振動バレル研磨を行う場合もほぼ同様の結果が得られる。
【００２８】
図３は、本実施例で金属ワークの研磨に用いたバレルの概要を説明するための模式図である。このバレル１００は全体として円柱状または多角柱状の形状を有し、このバレル１００が回転することにより生じる遠心力を利用してバレル内に投入されている金属ワーク、メディアおよび液体媒体を揺動させて金属ワーク表面を研磨する機構となっている。
【００２９】
ここで、被研磨対象である金属ワークの形状に特に制限はなく、球状、角状、円筒状、リング状、扇型状など所望の多角形状とすることができる。また、金属ワーク同士が研磨中に付着することを防止することを目的として樹脂ビーズなどの微粒子を槽内に投入するようにしてもよい。このような微粒子としては、ＳｉＣなどの研磨粒子やポリスチレンビーズなどの高分子粒子がある。なお、このような微粒子の比重は、分散均一性の観点および既に説明した欠けやクラックの発生を抑制する観点から、４以下とするのが好ましい。
【００３０】
一般に、液体媒体の投入量が少なく金属ワークの浸漬が不十分な場合には、研磨中に金属ワーク同士が強固に密着し易くなり均一な面取りが困難となるため、金属ワークが十分に浸漬するように液体媒体（例えば、水や有機溶媒など）をバレルの内容積の５０％以上投入し、メディアの投入量を金属ワークの投入量に対して１０〜１５０倍の体積量とすることが好ましい。また、好ましくは、研磨時間は１〜２４時間、バレル１００の回転数は５〜１００ｒｐｍとされる。
【００３１】
なお、金属ワークが希土類合金材料である場合には極めて酸化されやすいため、液体媒体中に錆止め剤や界面活性剤などを添加したり、研磨時間（回転槽３０の回転時間）を短く設定して加工を施すのが好ましい。
【００３２】
以下に、具体的なバレル面取りの条件を説明する。メディアのコア１１として直径１４ｍｍのＡｌの球を用い、このコア１１に平均粒径１２５μｍの合成ダイヤモンド１２をメッキにより固定してボールメディアとした。
【００３３】
被研磨対象の金属ワークは、図４に示した概ね扇形の形状を有する平板状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金（ネオジム系合金）の金属ワーク（比重約７．５）で、単体重量は約８ｇである。これらの金属ワークは、焼結によって得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系合金のブロックを切断することによって得た。
【００３４】
バレル１００の内容積は１００リットルであり、このバレル１００に上述の金属ワーク５００個とメディア６０ｋｇを投入し、さらにこれら金属ワークおよびメディアの嵩体積の３／４以上まで浸漬するように液体媒体を投入した。
【００３５】
用いた液状媒体は、ＴＫＸコンパウンド＃８０３（商品名）であり、その比重は１．０５〜１．１０である。なお、ＴＫＸコンパウンド＃８０３（商品名）に代えて、水（全体の２０〜５０質量％）に防錆剤（５〜３５質量％）を加えた液体媒体を用いることもできる。また、必要に応じてこの液体媒体に界面活性剤（５質量％以下）や消泡剤（５質量％以下）を添加したものを用いてもよい。
【００３６】
バレル研磨時のバレル１００の回転数は３０ｒｐｍで回転時間は４時間とし、バレル面取り１バッチ毎に金属ワークを交換して連続して総計１０バッチの研磨を実行した。ただし、この１０バッチの間はメディアの交換を一切行っていない。
【００３７】
本発明のメディアの研磨力の持続性を確認するために金属ワークの研磨量を各バッチ毎に求めることとし、メディアの磨耗の程度を確認するために投入前と１０バッチ終了後のメディアの直径を計測した。
【００３８】
比較のため、従来のメディアを用いて同一条件でバレル研磨を行った。用いたメディアは、アルミ砥粒（砥粒率４６ｗｔ％）を含有したセラミック製のボールメディア（比重約２．６、直径約１４ｍｍ）である。
【００３９】
表１および表２は、それぞれのメディアについての評価結果を纏めたものである。
【００４０】
【表１】
2005297117.tif 000003
【００４１】
【表２】
2005297117.tif 000004
表１に示した結果から明らかなように、本発明のメディアを使用した場合には、１０バッチ連続してバレル面取りを行ってもその研磨量の減少は認められていない。これに対して、従来メディアであるセラミックメディアでは１０バッチの連続使用により研磨量が１０％以上も減少している。すなわち、本発明のメディアにおいては、その研磨力の低下が著しく抑制されており、安定したバレル面取りが可能であることが分かる。
【００４２】
また、表２に示した結果によれば、セラミックメディアは１０バッチの連続使用によって直径が２ｍｍ（約１４％に相当）減少している。約１４％の直径の減少は体積換算で約３６％の減少に相当し、投入したメディア６０ｋｇのうちの２１ｋｇ以上が粉体化したこととなる。事実、セラミックメディアを用いて１０バッチ使用した後の液体媒体からは約１６ｋｇのメディア粉が回収され、これを産業廃棄物として処理した。なお、メディアの粉体化推定量（２１ｋｇ）と粉体回収量（１６ｋｇ）とが一致していないが、これは粉体化のサイズが細かすぎたために液体媒体から回収できなかったメディア粉、およびバッチ毎に交換された金属アークに付着されるかたちでバレル１００外部へと持出されたメディア粉によるものと推測される。
【００４３】
これに対して、本発明のメディアは１０バッチ連続使用後も投入前の直径を維持しており、その結果、メディア粉の発生も確認されなかった。これは、レジン、メタル、またはビトリファイドで超硬度の砥粒を固定した特許文献４および５に記載のメディアの砥材層がバレル研磨時に脱落してコアが急激に磨耗し始めるのとは対照的に、ダイヤモンド砥粒をコア表面にメッキ固定した本発明のメディアの磨耗度の低さを顕著に現している。
【００４４】
このように、本発明の金属ワーク面取り用メディアはバレル研磨中における形状およびサイズの変化がなく、このメディアを用いることで金属ワークをバレル研磨する際の安定した研磨量と再現性の高い表面加工状態とが得られ、かつ産業廃棄物となるメディア粉の発生を大幅に抑制することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明により、金属ワークをバレル研磨する際の安定した研磨量と再現性の高い良好な表面加工状態とが得られ、かつ産業廃棄物となるメディア粉の発生を大幅に抑制した金属ワークの面取り用メディアを提供することが可能となる。
【００４６】
また、本発明のメディアを用いた研磨により良好な表面加工状態の磁性合金などの磁性材料を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の金属ワーク面取り用メディアの構造例を説明するための断面模式図である。
【図２】本発明のメディアの作製プロセスの一例を説明するための図である。
【図３】実施例で金属ワークの研磨に用いたバレルの概要を説明するための模式図である。
【図４】バレル研磨工程において用いられるネオジム系合金ワークの形状例を模式的に表す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  メディア
１１  コア
１２  ダイヤモンド砥粒
１３  メッキ膜
１００  バレル
【図１】
2005297117.tif 000005
【図２】
2005297117.tif 000006
【図３】
2005297117.tif 000007
【図４】
2005297117.tif 000008