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銀とガラスのラッピングに関する研究−銀銅合金ラップを用いた研磨実験−
藤本 隆士＊・大内田 一生＊＊

Study on Lapping for Silver and Glass−Lapping Test using Ag-Cu alloy Lap Plates−
Takashi Fujimoto＊, Kazuo Oouchida＊＊
Abstract
The authors have recently researched an interesting phenomenon for glass lapping test on a silver lap
using sodium chloride solution. The silver lap is not worn during the lapping process even under thecondition of large stock removal of glass are observed.
In this research, silver work pieces were lapped on a glass lap using iodine compound solutions. Andglass work pieces were lapped on silver and silver-copper alloy laps. The following results areexperimentally confirmed: (1) The stock removal of silver on glass lap using iodine compound solutions
were larger as that using purified water. (2) Somewhat surface layer was deposited on a silver surface after
lapping test. (3) Thickness of the surface layer deposited in chloride solution is thicker than that depositedin purified water.
１．緒言
１．１ 研究の概要および背景
ラッピングとは，ラップと呼ばれる平面の台上に試料を置き，ラップと試料の間に砥粒としてラップ剤を挟み，試料に上から圧力を加えてしゅう動させる研磨方法であり，古くから金属や宝石を磨く方法として利用されてきた．
切削加工や研削加工に比べ加工能率は悪いが，滑らかなで精密な面が得られるため，各種ゲージ類や軸受け用ローラ，電子部品などの精密仕上げを行うのに適した加工方法である．
ラッピングには，軸用ラップ工具や穴用ラップ工具を用いて，手作業により行うものと，試料に合わせたラップ用工具を装着したラップ盤によってラッピングを行うものがあるが，どちらも，試料にラップ剤を付け，その面にラップ工具を押し付けて磨く原理は同様である．ラップ剤としては，一般に炭化ケイ素やアルミナの粉をラップ液に混濁したものが用いられるが，ラップ液を加えないで加工する方法もある．前者を湿式法，後者を乾式法と呼んでいる．
両者の概要をFig.1 に示す．
湿式法では，砥粒が加工液に包まれているためラ＊弓削商船高等専門学校電子機械工学科＊＊弓削商船高等専門学校専攻科生産システム工学専攻

Fig.1

湿式法と乾式法の概要図

ップに埋め込まれず，ラップと試料間で転動し切削作用で加工が進行する．加工表面は掘り起こされた無数の凹状切削溝から成り立っているため方向性のない無光沢梨地となる．つまり，仕上げ量は大きいが, 仕上げ面は粗くなる．
一方，乾式法では，砥粒がラップ表面に埋め込まれて固定され，引っかき作用で試料表面より微小切屑を削り取る．そのため，1μm以下の微細な切削溝が多数発生し，光沢を有する仕上げ面が得られる．
いずれの場合も，砥粒が工作物ばかりでなくラップも削ってしまうためラップの偏摩耗を招く．
ラッピングはラップの平坦度を工作物に転写する加工法であるため，加工精度を維持するためにはラップの平面度を管理しなければならない．しかし，ラップの平坦度の修正には時間と装置が必要となる

平成20年９月30日受理

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弓削商船高等専門学校 紀要 第31号（平成21年）

ため，加工精度を維持しながら生産性を向上させることが必要になる．
本研究室のグループでは，以前より銀ラッピングを行うときに，四級アンモニウム化合物水溶液や塩化ナトリウム水溶液などをラップ液に使用すると銀が研磨されない現象を見いだしている［1］〜［5］（以下本現象とする）．本現象を適用することで無摩耗銀ラップによるラッピングが実現できれば，生産性の向上に大きく寄与できる．
１．２ 本研究の目的
本研究では，ガラスラップ−銀試料の組み合わせと，銀ラップ−ガラス試料の組み合わせでラッピングを行い，本現象が発現する場合とそうでない場合で，ラッピングのメカニズムがどのように異なっているのかを調べることを目的とした．
ガラスラップ−銀試料のラッピングでは，ラップ液の違いによる銀試料の研磨量を比較した．また，
銀ラップ−ガラス試料のラッピングでは，ラップ材質として銀銅合金を用いて，銅含有率の違いによる銀銅合金ラップの摩耗量およびガラス試料の研磨量を比較した．
さらに，ガラスラップ−銀試料においてラップ液として精製水を用いた場合とNaCl 水溶液を用いた場合とで，研磨した後の両銀試料の表面層に違いがあるかを走査型電子顕微鏡（SEM）で観察した．

Table 1

実験条件

実験時間20min

負荷荷重

8.7N

ラップ回転数30rpm

ラップ液の供給頻度

3sec/min

ラップ直径φ60mm

ガラス試料直径φ10mm

銀試料形状

5×5mm

砥粒の平均粒径

9.5μm（WA#1200）

Table 2実験の組合せ一覧
試料

ラップラップ液

組合せ１

精製水

組合せ２

NaCl 水溶液

組合せ３

銀ガラス

I 水溶液

組合せ４

KI 水溶液組合せ５組合せ６

I＋KI の混合液
銀銅合金

精製水

組合せ７ （銅含有率0.3%）
組合せ８

精製水

組合せ９ （銅含有率10%）
組合せ10

NaCl 水溶液

銀銅合金
銀銅合金

ガラス

組合せ11 （銅含有率15%）
組合せ12

銀銅合金

NaCl 水溶液
精製水
NaCl 水溶液
精製水

組合せ13 （銅含有率40%）

NaCl 水溶液

２．実験方法
実験条件をTable 1に示す．実験時間は20分間，ラップの回転数は30rpm，荷重は8.7Nで実験を行った．
なお，ラップ液は１分間に１度，３秒間供給した．
また，Table 2に全実験の組合せを示す．
ラップ剤には，それぞれ精製水，3wt%の塩化ナトリウム（以下NaCl）水溶液，ヨウ素（以下I）の飽和水溶液，3wt%のヨウ化カリウム（以下KI）水溶液，ヨウ素の飽和水溶液と3wt%のヨウ化カリウム水溶液（以下I+KI）混合液の５種に，公称平均粒径9.5μmのWA#1200砥粒を加えた混濁液を使用した．いずれの場合も水溶液10mlにつき3gの砥粒を加えている．
組合せ１〜５のガラスラップ−銀試料では，ラップ液として１〜５の順に精製水，NaCl水溶液，I水溶液，KI水溶液およびI+KIの混合液を使用した．
組合せ６〜13の銀銅合金ラップ−ガラス試料のときは，精製水とNaCl水溶液を使用した．
２．１ 実験装置
Fig.2 に実験装置の外観を示す．パンタグラフ式のアームに試料ホルダと試料を取り付け，ラップの上にセットする．ラップの回転数は30rpmでパンタグ
ラフ式アームの上に重りを乗せることで負荷荷重を調整するようになっている．実験中，コンプレッサと液送ポンプによりラップ液を定期的に供給した．
Fig.3 にガラスラップと銀試料，Fig.4 に実験後の銀銅合金ラップとガラス試料の写真を示す．銀銅合
金ラップに見られる円跡は，ガラス試料とのラッピングにより形成されたものである．

Fig.2

実験装置外観31

銀とガラスのラッピングに関する研究（藤本・大内田）

試料の重さを電子天秤で計測する際，誤差の原因になる温度変化や振動に気をつけて測定した．
３．実験結果Fig.3

ガラスラップおよび銀試料

３．１ ガラスラップ−銀試料の実験結果
Table 3に示した組合せ１〜５に基づいて，ガラスラップで銀試料を研磨したときの銀試料の研磨量を示す．またそれをグラフにしたものをFig.6 に示す．
Fig.6 より，ラップ液にNaCl水溶液を使用した時のみ研磨量が少なく，本現象が発現しているのが確認できた．また，他のハロゲン系元素を含むラップ液を用いた場合は，銀が研磨され本現象が発現しなかった．特に，I+KIのラップ液を用いたときは，銀試料の研磨量が極めて増加した．
このことから，本現象の発現には，ハロゲン系物質が直接関係しているのではなく，塩素イオンが重要な要因となっていることが推測できる．

Table 3Fig.4

ラップ液

研磨量

組合せ１精製水

4.5mg

組合せ２NaCl 水溶液

1.9mg

組合せ３I 水溶液

5.2mg

組合せ４KI 水溶液

5.2mg

組合せ５I＋KI の混合液

30.0mg

銀銅合金ラップおよびガラス試料

２．２ 摩耗量と研磨量の算出法
ラップの摩耗量は，粗さ曲線をスキャナで読みとり，実験前の平坦な線から実験後の摩耗した，または，盛り上がった面積を計算し，その差を比較することで求めた．一例として銅含有率0.3%のラップ,ラップ液をNaCl水溶液とした時の実験前後のラップ表面形状をFig.5 に示す．
ここでは，実験後のラップ表面が盛り上がっていることがわかる．
試料の研磨量は，同じ条件の実験を複数回行い，実験前後の重さの差を平均して求めた．実験前後の銀試料の研磨量

35302520151050

精製水

Fig.6NaClIKII+KIラップ液の違いによる銀試料の研磨量(a) ‫؁ވ‬ौƞȌǦǺ౉൲ֱࡷ(b) ‫س؁ވ‬ƞȌǦǺ౉൲ֱࡷFig.5

ラップ摩耗量の算出法

３．２ 銀ラップ−ガラス試料の実験結果
Table 4に銅含有率が異なる銀銅合金ラップを用いてガラス試料を研磨したときの研磨量の違いを示した．また，グラフで表したものをFig.7 に示す．
銅含有率が高くなるにつれて，ガラス試料の研磨量が増えるようである．精製水を用いた場合とNaCl水溶液の場合とで研磨量に大きな差はみられないよう32

弓削商船高等専門学校 紀要 第31号（平成21年）

である．
次に，Fig.8 に銀銅合金ラップでガラス試料をラッピングしたときの銀銅合金ラップの摩耗量を比較した結果を示す．本実験ではFig.5 にも示したようにラップは摩耗せず，堆積物が付着していた．そのため，Fig.8 では堆積量との関係で示した．図より，銅含有率が低くなるにつれて，ラップの堆積量が増加している．また，ラップ液として精製水を用いた場合よりNaCl水溶液を用いた場合の方が堆積量が多い．

Table 4

ガラス試料の研磨量

銀銅合金ラップラップ液

研磨量

組合せ６0.3%

精製水

10.1mg

組合せ７0.3%

NaCl 水溶液

8.6mg

組合せ８10%精製水

15.1mg

組合せ９10%

NaCl 水溶液

14.9mg

組合せ1015%

精製水

14.3mg

組合せ1115%

NaCl 水溶液12.9mg

組合せ1240%

精製水

16.4mg

組合せ1340%

NaCl 水溶液

18.7mg

20NaCl1510500.3

101540Fig.7 銅含有率の違いによるガラス試料の研磨量

20.16
NaCl

0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
00.3

３．３ SEMによる銀試料表面層の比較
前述したように，実験後の銀ラップ表面には，何らかの堆積物が付着している．今回は組合せ１，２ について実験後の銀試料断面をSEMにより観察した．
Fig.9 は，ラップ液に精製水，およびNaCl水溶液を使用してガラスラップで銀試料をラッピングし，実験後の銀試料断面を倍率300倍で撮影したものである．
同倍率で比較すると，ラップ液に精製水を用いてラッピングしたものよりNaCl水溶液を用いてラッピングした表面の方が厚い表面層が形成されている．

101540Fig.8 銅含有率の違いによる銀銅合金ラップに付着する堆積量(a) ࣸࣻࣅ

(b) NaCl ࣅීΑ

Fig.9 実験後の銀試料断面写真（倍率300倍）

３．４ 考察ガラスラップ−銀試料での実験で，ラップ液としてNaCl水溶液以外のハロゲン系元素であるIおよびKI水溶液を使用したが，銀試料の研磨量はラップ液が精製水の時とほとんど変わらなかった．I+KIの混合液で実験した場合，銀試料は，ラップ液が精製水の場合よりも６倍近く研磨される結果となった．このことから，本現象はラップ液がNaCl水溶液の時のみ発現し，ハロゲン系元素が直接関係している可能性は低いと考えられる．
銀銅合金ラップでガラス試料のラッピングを行った結果，ガラス試料の研磨量は，銅含有率が高い程大きくなった．一方，ラップには堆積物が見られた．
特に，銅含有率0.3％で実験を行った場合，ラップに付着する堆積量が極めて大きくなることがわかった．銅に比べ銀の方が柔らかいためラッピング中に削れた銀やガラスが砥粒とともに銀表面に再凝着したとも考えられるが，詳細については今後さらに調査したい．
ガラスラップで銀試料をラッピングした後の銀試料をSEMで観察したところNaCl水溶液でラッピングした銀試料の方が精製水で銀試料をラッピングしたものと比べて厚い表面層を形成しているのが確認できた．
銀が研磨されない現象には，この表面層が大きく関わっていると推測されるため，今後，この表面層の成分分析や生成メカニズム等を詳細に調べる必要があると考える．

銀とガラスのラッピングに関する研究（藤本・大内田）

４．結言
銀とガラスのラッピングにおいて，ラップ液としてCl以外のハロゲン系物質であるIを用いた実験を行った．また，ラップとして銅の含有率を変えた銀銅合金を用いた実験を行った．その結果以下のようなことがわかった．
・本現象はラップ液がNaCl水溶液の時のみしか発現せず，ラップ液として他のハロゲン系の水溶液を用いた場合には発現しなかった．つまり本現象にはハロゲン系イオンが直接関係しているわけではないことがわかった．
・銀銅合金ラップでガラス試料の研磨実験を行った結果，ラップに堆積物が見られた．特に，銅の含有率が低いラップで実験を行った場合，ラップに付着する堆積量が多くなることがわかった．また，銅の含有率が増すにつれ，ガラス試料の研磨量が増加することがわかった．
・ラップ液に精製水を使用したものよりNaCl水溶液を使用したものの方が銀の表面に厚い表面層が形成されるのがわかった．
今後は，銀表面に形成される堆積物の分析や生成メカニズム等について詳細に調べていきたい．
参考文献［1］友田進・菅原章：ラップ液のpH変化に関する研究（第２報），精密工学会誌，54，2（1988）127．
［2］友田進・菅原章：界面活性剤の性質がラッピン
グに及ぼす影響，精密工学会誌，62，8（1996）1122.
［3］友田進・菅原章：陽イオン系界面活性剤によるガラスのラッピング，精密工学会誌，64，4（1998）603.
［4］友田進・菅原章・小野元久：メチル基を有する４級アンモニウム化合物によるガラスのラッピ
ング，精密工学会誌，67，5（2001）797.
［5］藤本隆士・友田進：脆性材料による銀のラッピ
ングに関する研究（第１報），精密工学会誌，73，3（2007）335.

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