Trimming and Edge Finishing Technology by Polishing Using

磁気を利用した研磨法による
バリ取り・エッジ処理技術
安 齋 正 博
芝浦工業大学
これまでバリ取り方法については多くの対策が提案され実施されている
が、ここでは、中空管の内壁研磨に適すると言われている磁性砥粒を使っ
た磁気研磨法を、薄物微細部品のバリ取り法として活用することに取組
み、その可能性を確認すると共にその実用化のための技術開発について
詳解する。
1．はじめに
情報機器等が発展する中で、多くの機械部品は軽
複合砥粒であり、フェライト粉などの例外はあるも
薄短小化の道を突き進んでいる。同時に部品精度に
のの基本的には砥粒自体は磁性を持たない。この磁
関してもますます精度の高いものが要求されるよう
性砥粒を図 1 のように NS 磁極の中間に配すると、
になっている。機械部品の代表的加工法であるプレ
磁性砥粒は磁界の中に保持される。このような磁界
ス成形、ダイカスト、射出成形、切削、研削、放電、レー
中に存在する磁性砥粒群の中に被加工物体を置き、
ザ加工等においては、
“バリ発生の抑制と除去技術の
例えばその一方に回転運動を与えると、被加工物は
確立”が共通の課題である。同時にこれらのバリ対
砥粒との相対運動を起こし研磨作業が行われる 。
策はその解決が極めて困難なものとされ、
“ものづ
一種の遊離砥粒による研磨法であり、類似研磨法と
くりの永遠の課題”とさえ言われている。特に製造
してのバレル研磨や液体ホーニングに近いものであ
される部品が薄くかつ微細になっていくと、相対的
る。しかし、それらの既存法に比べて、磁気研磨法
1）
にバリ量は目立つ存在となってくる。また近年多く
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の機器がクリーンな環境下で使用される機会が多く
なったことにより、バリの脱落を防止する必要が増
���������
����
加しており、微細バリの除去の問題は生産技術者に
とって早急に解決すべき重要な課題となっている。
これまでバリ取り方法については多くの対策が提
案され実施されているが、上記のような薄物の立体
����
形状品のバリに対しては、有効な対策が存在しない
と言われてきた。ここでは、中空管の内壁研磨に適
���
すると言われている磁性砥粒を使った磁気研磨法
を、薄物微細部品のバリ取り法として活用すること
に取組み、その可能性を確認すると共にその実用化
のための技術開発について詳解する。
���
磁性砥粒というのは、例えば鉄粉の表面に研磨用
砥粒を付着させたものを言い、いわゆる磁性を持つ
22
図 1 固体磁性砥粒を用いた際の研磨原理
特集 バリ取り・エッジ仕上げ
では砥粒を空中に浮かすことができることと、砥粒
もその特徴として挙げることができる。これらの磁
が相手材料を攻撃して部品を変形させる心配が少な
気研磨法の特徴を生かせば、薄板の立体的プレス部
いことが特徴として挙げられる。また使用する砥粒
品のバリ取りにおいて、他のバリ取り法のように部
が微細であるにもかかわらず、砥粒を有効に働かせ
品を変形させることなくバリ取り作業が行える可能
ることができるため、かなりの研磨能力を示すこと
性がある。
2．NbC 磁性砥粒を用いた磁気研磨法による切削バリ取り実験
2）
磁気研磨法によるバリ取りの効果を確認するた
のが分かる。この磁性砥粒は以前に開発した磁性砥
め、比較的除去しにくいと考えられる切削バリの除
粒の中で、各種研磨材との組合せで製作した中で、
去実験を行った。その具体的方法は、図 2 に示すよ
研磨性能が比較的優れていることより採用したもの
うにバリ部の上に回転する電磁石を配し、磁石と被
である。電磁石は、直径 20 mm の 0.45 % C 鋼棒材に
加工材の間に磁性砥粒を置くだけの比較的簡単なも
樹脂被覆した直径 1 mm の銅線を 3,500 回巻いたもの
のである。研磨実験においては磁石に回転と XYZ
に、直流電流を流すことにより磁化している。
の 3 軸の動きを与えるため、マシニングセンタの主
実験では磁性砥粒径を変化させて、バリ除去性能
の比較を行った。被加工材は、鋼材（S 50 C）に幅
軸ヘッドに磁石を取付けて行った。
3 mm の切削溝をつくり、そのバリが除去できるま
での磁気研磨ヘッドの送り回数で比較した。図 4 に
�������
示すように、磁粒径が小さい（212 ∼ 300 m）場合
���
には、バリが完全に除去できるまで 6 回を要したが、
径の大きい（425 ∼ 600 m）ものでは 1 回のパスで
����������
完全に除去でき、砥粒径の大きさがバリ除去性能に
����
大きな影響があることがわかる。さらにバリ取り後
��
に鋼材からの研磨除去量も測定したが同様な傾向が
認められた。また角部の形状については、平面部に
���
比べて側面部の研磨量が大きく、その傾向は砥粒径
図 2 切削加工によって発生したバリの磁気研磨による
除去実験 が大きい程顕著であることが認められた。これは、
磁性砥粒が磁石の回転に従って水平方向に流動して
おり、かつ平面的な押付け力が余り働いていないこ
磁性砥粒としては、図 3 に示す粉体を用いた。こ
れはプラズマパウダーウェルディング法により、
NbC 砥粒（65 vol %）と鉄粉からなる混合粉中の鉄粉
とで説明できる。
図 5 に、磁石と被加工物間の間隔を変化させるこ
とにより、磁束密度を変化させた時の研磨性能を調
たものである。磁性砥粒の拡大図からもわかるよう
30
に NbC 粉が鉄バインダによって強固に結合している
NbC
�������
Fe
25
X��
0.4
0.3
6��
10
5
0.6
1�� 0.5
Z��
20
15
2��
Z
Z
X
Z
0
200-300
X
X
300-420
420-600
0.2
0.1
0
X���Y����������
を溶融して複合材を製作し、これを機械的に粉砕し
�������
図 4 砥粒径とパス回数、研磨量、ダレ量の関係
図 3 プラズマ粉末溶接機により製作した NbC-Fe 系
磁性砥粒の外観 研磨条件：1750 rpm，F：5 mm/min，
gap：1 . 4 mm，1 . 25 T，65 %NbC- 鉄系磁性
砥粒（2 g），φ20 mm 研磨工具，ワーク：S 45 C
23
40
X��
Z��
20
10
X Z
0
-10
X
Z
X Z
-20
1.3T
1.2
1.25T
1.4
X���Z ����������
�������
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
(a)
(b)
��
��
�����
�����
1.05T
1.6
�������������
5mm
図 5 加工間隙、磁束密度と研磨量、ダレ量の関係
加工条件：1750 rpm，F：5 mm/min，
65 %NbC- 鉄系磁性砥粒（425 - 600μm，2 g），
φ20 mm 研磨工具，ワーク：S 45 C
べる実験をした結果を示す。この結果は言うまでも
なく、間隔を少なくし磁束密度を上げた方が磁力は
増し研磨能率は向上している。この結果で注目すべ
図 6 溶融紡糸ノズル（a）と医療用微細部品（b）のバリ
取り実験例
研磨条件：
（a）
：1 . 66T，2750rpm，F：50mm/min，
加工間隙：0 . 7 mm，65 %NbC-i 系磁性砥粒（425 600μm）
，
（b）
：1 . 24T，2750rpm，F：5mm/min，
加工間隙：1 . 2 mm，φ20 mm，フラット工具，ワー
ク：ステンレス鋼材
きは、間隔を 1.6 mm と広げ、磁束密度を低くした場
について、磁気研磨法の適用実験を試みた。図 6 に
合、バリを除去した状態で角部がシャープに保たれ
溶融紡糸用ノズル（左）、医療用微細部品の適用事例
ている点である。このように送り速度も含めて磁気
を示す。いずれもステンレス製切削部品であり、バ
研磨条件を調整することにより、バリ部だけの局部
レル研磨や手作業によってバリ取りが行われてい
的除去も可能であるし、さらに必要であれば角部に
る。前述の実験装置を用いてこれらのバリ取りを
多少の丸味をつけることもできるなど、研磨量をか
行ったところ、両者の事例共、磁気研磨によりバリ
なり自在に制御できることがわかる。
除去が可能であることが確かめられた。この際、専
これらの実験結果を基にして、実際の生産現場で
用治工具の開発やコストなどが他の手法に比して問
問題が生じ、バリ除去方法に困っている 2 つの事例
題となる。
3．鉄粉と研磨材混合による磁気研磨法とバリ取りへの応用
3）
磁性砥粒が安価に市販されていないことが磁気研
磨法の普及の妨げとなっている。この問題に対し
ては、すでに遊離砥粒と鉄粉の混合粉でも、磁気研
磨が可能であることが明らかとなっており、表面磨
きのための磁気研磨法としてその効果が認められて
200��
いる。薄い金属板のプレス加工による打抜き時に発
生するせん断バリは、切削バリに比べるとより微細
であり、除去も容易のはずである。このようなせん
図 7 プレス加工の打ち抜き穴のバリ取り例 加工条件：0 . 8 T，1500 rpm，F：400 mm/min，
加工間隙：1 . 8 mm，研磨材：鉄粉（75μm，2 g）
の可能性があり、それを確認するための実験を行っ + 市販液状研磨剤（PIKAL METAL POLISH），φ20
た。図 7 に示す例は、厚さ 40 m のステンレス箔 mm フラット研磨工具，ワーク：ステンレス鋼（ｔ：
40μm）
断バリに対しては、鉄粉との混合砥粒でもバリ除去
に直径 300 m の穴をプレス加工した際に生じた数
10 m の微細バリを除去したものである。また、図
24
8 は、電気リレー部品で本来はプレス成形により折
適切なバリ取り法が存在しなかったものであるが、
り曲げられて最終的には 3 次元形状の部品になる
磁気研磨法によりバリ取りが可能であることが明ら
が、フープ材から切り離されていない状況のままバ
かとなった。
リ取りを行ったものである。両者の例は従来法では
次に、磁気研磨法の生産効率向上のため、プレス
特集 バリ取り・エッジ仕上げ
これらの実験結果を基にして、図 9 に示すプレス
加工用インライン研磨装置を開発し、その性能の評
価を行った。その結果設計のとおり、5,000 m/min の
送りでもバリ取りが可能であることが判明した。し
かし、当初設定した 1.3 mm の研磨間隔では、ワーク
に多少の変形が認められ、これを 2 mm まで広げる
と変形が生じないことがわかった。また、バリ取り
と同時にワークの表面研磨も行われ、圧延痕は消滅
した。またワーク材の送り速度が遅い場合には、鉄
粉の凝着により表面にわずかの変色が認められた。
図 8 プレス加工による電気リレー部品のバリ取り例 加工条件：0 . 7 T，1000 rpm，F：30 mm/min，
加工間隙：1 . 7 mm，研磨材：鉄粉（38 - 75μm，
2 g）+ 市販液状研磨剤（PIKAL METAL POLISH），
φ20 mm フラット研磨工具，ワーク：銅合金
加工されたフープ材のバリ取り法の技術開発を目的
として、プレス機械と連結する自動インライン磁気
研磨装置の開発を試みた。この場合一般にバリ取り
速度よりプレス加工速度の方が早いため、バリ取り
速度の不足を償うため、磁気ヘッドをタンデムに複
数個連ねる対策を考えた。まず磁気研磨砥粒の選択
において、鉄粉径と砥粒径を変化させ、比較的高加
工能率のものを選択した。その結果アトマイズ鉄粉
75 ∼ 150 m、研磨材 WA# 800 ＋石鹸水（その重量
比 2 : 1）を用いたが、実験に用いたフープ材のバリ
除去には 1 ヘッドで 1,000 mm/min の送り速度でバ
リ取りが可能であった。したがって 400 spm, 1 pitch
11 mm の実生産 4,400 mm/min を考慮した場合には 5
ヘッド必要になる。
4．バリ取り実用機
図 9 プレス加工後のフープ材用インラインバリ取り機
の外観 4）
上記した結果を踏まえて実際に電気カミソリ刃の
これらの要求に対し、これまで電解研磨によるバ
研削バリ除去用磁気研磨装置の実用機開発について
リ取りとバフ研磨の二つの工程が採用されてきた。
以下に説明する。対象部品は電気カミソリ用外刃の
しかし、この従来法の欠点は 2 工程を要することの
製造工程で生ずる微細研削バリで、ステンレス薄板
他に、バリ除去が可能であり、表面性状も良好であっ
をエンボス成形後、成形凸部を研削除去して多数の
ても、切刃となるエッジのシャープさを保つことが
異形穴を形成する研削時に発生するバリを除去する
やや困難でカミソリ刃としての性能が最良とは言え
と同時に、除去部が切刃となるためコーナ R をでき
ない点であった。また、電解バリ取り法は生ずるス
るだけシャープに保つ必要がある。さらに、片側の
ラッジが有害であるため、廃棄物処理費用がかかり、
面（人の肌に接触する面）を穴内面まで研磨して、
環境面での問題も有していた。
できるだけ光沢を有する滑らかな面を得なければな
バリ取り法としては、その他方法の採用も考えら
らない。
れるが、いずれも何らかの問題がある。上記条件を
25
満足する可能性のあるバリ取り研磨方法は表裏面同
カミソリ刃の要求仕様は、刃先エッジ R が 1.0 m
時研磨が可能な磁気研磨によるバリ取り法のみであ
以下、表面粗さ 0.3 m 以下であったが、いずれの
るとの結論に達した。
値もクリアすることができた。図 10 に研削バリの
磁気研磨装置開発においては、加工品質の向上と
状況と磁気研磨によるバリ取り結果を示す。角部が
加工の安定技術と完全無人運転技術の確立を目指す
シャープな状況は、従来法である電解バリ取りと比
こととした。まず加工品質の向上と安定化について
較すれば明らかである。その結果、シェーバとして
は、安価な Al2O3 砥粒と鉄粉を混合した湿式の磁性
のひげそりテストで切れ味は良好となり、結果とし
砥粒を用いることとし、これをスピンドルスルーに
て切刃の長寿命化、使用電力の減少の効果も認めら
より常時供給し、さらに使用済砥粒液の循環使用を
れた。さらに、研磨工程の 1 工程への短縮と無人加
行い、研磨条件の安定化を図った。さらに、両頭磁
工の実現により、研磨とバリ取りコストは半減し経
石ヘッドを回転させると共に揺動運動を重畳し、研
済的な利得も大きかった。
磨品質の安定化を図った。
研磨装置の無人自動運転のため、ホール素子によ
研削後
磁気援用研磨による研磨後
電解バリ取り+ バフ研磨
り磁束密度を検出しこの値に応じて微量の研磨砥粒
をポンプ供給する装置、ならびにワークである引張
破断と蛇行送り防止のためのワーク張力制御機構を
つけている。さらに、研磨間隔一定のためにリング
Burr
刃先エッジR：0.4μm
刃先エッジR：1.2μm
状スリーブを配し、その摩耗対策のためにスリーブ
を低速回転させている。この他各種異常検知装置、
警告システム、生産モニタリング安定保守システム
を備えた。さらに、後工程として、超音波洗浄シス
テムを備え、ワークに研磨砥粒と鉄粉の残留が生
表面粗さ：0.2μm Ry
じないようにしている。また研磨速度 250 mm/min
（4.6 sec/ 個）、24 時間運転で 200×103 個 / 月）を得る
図 10 実用化された電気カミソリ刃の磁気援用バリ取り機
による効果 ため、2 ヘッド方式としている。
5．磁気研磨によるボールエンドミル刃先処理の効果
5）
ここでは磁気研磨を利用したボールエンドミルの
ないことである。しかし、ダイヤモンドペーストと
刃先稜線のエッジ処理効果について言及する。図 11
鉄粉のコンパウンドによって超硬合金の研磨が可能
左上は研削後に得られた刃先稜線を示す。図から分
なこと、磁気研磨の特徴である研磨材自体が形状に
かるように刃先稜線は逃げ面、すくい面の各方向か
倣って変形するために曲面研磨が可能なことなどの
らの砥粒痕が交錯するために鋸状を呈する。この状
メリットを確認しており、これをボールエンドミル
態にコーティングすると右上図のようになり、その
の刃先稜線の研磨に適用することにした。
稜線上には芋虫状のコーティング膜が観察される。
主な加工条件は 1,200 rpm、0.34 T、加工間隙 1 mm、
すなわちこのコーティング状態が一般のコーティッ
研 磨 材： 鉄 粉（75 m）： ダ イ ヤ モ ン ド ペ ー ス ト
ド超硬合金製ボールエンドミルであり、これが初期
（#14000）：オリーブオイル（7 : 1 : 0.3）で直径 23 mm
摩耗の大きな要因の一つとして挙げられる。図 11 の
の Nd - Fe - B 永 久 磁 石 を 研 磨 工 具 と し て 用 い た。
逃げ面摩耗と切削長の関係（市販品）をみれば、初
併せて刃先稜線と法線方向に動く CAM も開発して
期に工具摩耗が立ち上がっているのが分かる。ま
いる。
た、これらの工具を使用した表面粗さは、約 4
図 11 の研磨後の刃先稜線、コーティング後の稜線
m
のバラツキが生じており、工具摩耗のバラツキと密
をみれば分かるように、均一な R がついた刃先稜線、
接な関係を有しているのは容易に判断できる。そこ
均一なコーティングが施された面が観察される。工
で、この刃先稜線を研磨して均一な R を製作してや
具摩耗も初期摩耗は観察されず、かつ 3 本の工具の
ればバラツキが抑制可能であることは容易に推察で
バラツキも認められない。その結果、表面粗さのバ
きる。問題はボールエンドミルのような 3 次元形状
ラツキが 0.5 m 以内に抑えられている。
でかつ超硬合金を研磨する方法がなかなか見当たら
26
バフ研磨
特集 バリ取り・エッジ仕上げ
図 11 磁気研磨によるボールエンドミルの刃先処理とその効果
（工具摩耗のバラツキ、表面粗さのバラツキがともに抑制される）
6．おわりに
磁気研磨法による、バリ取り例、エッジ仕上げ例
参考文献
について詳解した。一部実用化はあるものの、未だ
1 ）進村武男：磁気研磨法による曲面の平滑加工に関する
汎用化されていない手法であり、実用化するにはそ
6）
れなりの工夫と創意が必要である技術でもある 。
本研究開発で得られた成果の概要をまとめると以下
のとおりである。
① 磁気研磨法は金属薄板プレス成形品のバリ取り
法として活用できる。
② 磁気研磨法はバリが除去された角部をシャープ
に保つことができる。
③ 磁気研磨法はバリ取りと同時に表面および浅い
凹凸面の研磨も行える。
④ フープ材であれば無人化バリ取りラインを組む
ことができる。さらに複数の磁石ヘッドを備け
ることにより、プレス加工と連結するバリ取り
ラインを組むことができる。
⑤ ボールエンドミル刃先稜線のような 3 次元形状
を比較的容易に丸めることができ、これは工具
のバラツキ（摩耗および表面粗さ）を抑制するこ
とができる。
研究（第 1 報、基礎実験），日本機械学会論文集（C 編），
No.86 - 0399B, 201
2 ）M a s a h i r o A N Z A I , H i s a n o r i O T A K I , E t s u y a
KAWASHIMA and Takeo NAKAGAWA: Application
for Deburring of Mechanical Parts Using Magnetic
Abrasive Finishing, International Journal of the Japan
Society for Precision Engineering, Vol. 27, No. 3（1993）
,
223
3 ）安齋正博，中川威雄，吉田政男：インライン磁気援用
バリ取り機の開発，型技術，13，8（1998）150 -151
4 ）安齋正博，中川威雄，吉岡伸宏，番野茂樹：電気カミ
ソリ刃のマイクロデバリング用磁気研磨技術，砥粒加
工学会誌，47，3（2003）1 - 4
5 ）芦 毅，竹内芳美，高橋一郎，安齋正博：高速ミー
リング用ボールエンドミルの創成とその切削特性磁気研磨法を用いた切れ刃均一化処理による工具寿
命向上と加工安定化-，精密工学会誌，70，5（2004）
695 - 699
6 ）安齋正博：砥粒加工学会編『図解 砥粒加工技術のす
べて』磁気研磨用工具，工業調査会（2006）42 - 43
27