バレル研磨の指定——JIS B 0122 の SPBR、メディア・コンパウンドの選び方と寸法・エッジへの影響

この記事の範囲

この記事は、切削・プレス・鋳造などで作った工業部品にバレル研磨を指定して外部に発注するとき、何を書き、何を確かめるかを扱う。アクセサリーや工芸品の研磨の話ではない。

図面でエッジ（角）の状態をどう指示するかの全体は図面のエッジ・バリ・面取り指示で、ヘアラインやブラストなど仕上げの種類の指定は切削加工品の仕上げの指示で扱っている。この記事は、その中でバレル研磨という一つの工法に絞って、工法に固有の条件と影響を書く。ワイヤーカットで抜いた部品の後処理として使う場合、刃先のように鋭さが要る機能面はバレル研磨で丸まるので研磨の対象から外すかを先に決め、加工面に残る変質層の扱いは同じ束のワイヤーカット部品の発注で決めておく。ろう付けした部品の後処理として考えている場合は、接合部の指定を同じ束のろう付けを指定するときで確かめてから、研磨の条件を決める。

バレル研磨とは何をする加工か

表面技術協会の解説「バレル研磨技術」は、バレル研磨を、バレル（容器・槽）の中に工作物、メディア、水およびコンパウンド（研磨を助ける洗剤のようなもの）を入れ、バレル・工作物・メディアに運動を与えて両者の間に相対運動を生じさせ、その摩擦作用で研磨する方法と説明している^[2]。同じ解説によれば、以前からあったガラ研磨（タンブリング）は容器に工作物だけを入れて転がし、工作物どうしの接触で加工するもので、精度の要る部品には使えなかった。メディアの導入と加工精度の点でバレル研磨はこれと大きく異なり、精密部品の大量仕上げはバレル研磨で初めて可能になった、としている^[2]。

JIS B 0122（加工方法記号）でも、バレル研摩（SPBR）とタンブリング（SPT）は別の記号になっている^[1]。工程表や図面で工法を指定するなら、この記号で書き分けられる。

用途は広い。前出の解説は、バリ取り、エッジの面取りや丸み付け、表面粗さの改善、光沢付与による装飾性の向上を挙げ、研磨条件の選び方によって、手作業で行われることの多いバフ研磨やベルト研削、ブラシ加工のいずれにも匹敵する仕上げが可能で、しかも多数のものを同時に均一に仕上げられるとしている^[2]。砥粒加工学会誌の論文も、バリ取りだけでなく、エッジの R 付け、C 面取り、平滑仕上げまたは面荒らし、スケール除去、鏡面・光沢仕上げなど複数の処理ができると書いている^[3]。用途がこれだけ広いので、「バレル研磨」と書いただけでは何をしてほしいのかが決まらない。

方式の違い

バレル研磨の方式は、マス（工作物とメディア）をどう動かすかで分かれる。前出の解説から、主な 4 方式を並べると次のとおりである^[2]。

解説は、表の 4 方式に、工作物を軸に取り付けて回すジャイロ研磨法を加えた 5 方式について、全く同じ条件で比べることはできないので厳密な比較はできないとしたうえで、研磨能率は傾向として回転、振動、流動、ジャイロ、遠心の順に高くなるとしている^[2]。方式は仕入先の設備で決まることが多い。発注側が方式まで指定する必要は通常ないが、見積や工程の説明で方式が変わったときは、仕上がりが変わりうると考えて見本で確かめる（当方の提案）。

仕上がりを決めるのはメディアとコンパウンド

前出の解説は、研磨条件としてメディア、コンパウンド、マスの装入量、工作物とメディアの混合比などを挙げ、その選定が研磨結果に重要な影響を与えるとしている^[2]。そして、研磨量や表面粗さは容器を動かすモータの回転数でも変えられるが、メディアを変えるほどには変化しないので、一般に目的に合うメディアとコンパウンドを選び、ほかの条件は固定することが多い、と書いている^[2]。

メディア

同じ解説によるメディアの種類と用途は次のとおりである^[2]。

焼成メディア（セラミックス）
アルミナ砥粒をビトリファイド結合剤で成形・焼成したもの。研磨作用に優れ寿命が長く、工作物に大きな擦過痕をつけにくい。スケール取り・バリ取りの粗仕上げから、めっきの下地処理などの細仕上げまで使われる。

焼結メディア
数 μm のアルミナ微粉末を高温で焼結したもの。良好な仕上げ面が得られ、研磨量と仕上げ面粗さを同時に求められる工程に使う。

金属メディア
工作物より硬いスチールボールなどは、バニッシングによる光沢仕上げに使い、アルミ合金・ステンレス鋼・銅合金などに用いる。工作物より軟らかい金属メディアは、微粉研磨材を含んだコンパウンドと一緒に使う。

有機質メディア
くるみの殻やとうもろこしの穂軸などに研磨材をコーティングしたもので、主に合成樹脂の光沢仕上げに使う。水と一緒には使わない乾式用である。

プラスチックメディア
合成樹脂を結合剤として砥粒を成形したもので、亜鉛やアルミ合金のような軟質金属の仕上げに使う。比重が小さく、工作物に加工硬化を生じることがほとんどない。

粗い仕上げには焼成メディア、細かい仕上げや光沢には焼結メディアや金属メディアが選ばれる^[2]。工作物に穴があるときは、穴に入って研磨でき、しかも詰まらない大きさ（穴より少し小さいか穴径の 1/3 以下）の球状メディアなどが選ばれる^[2]。穴にメディアが詰まった部品は、受入でいちばん見落としやすい不良の一つなので、穴やスリットのある部品では詰まりの確認を受入の項目に入れる（当方の提案）。

コンパウンドと、さび

コンパウンドは酸性・アルカリ性・中性に大別される^[2]。酸性は腐食性が強くさびの原因にもなるので、熱処理のスケールやさびの除去以外にはほとんど使われず、研磨後はアルカリ性溶液で中和して水洗する必要がある。アルカリ性は最も利用範囲が広く、さびや変色を防ぐ。中性は最終仕上げに使われる^[2]。鉄鋼部品で研磨後にさびが出るなら、コンパウンドの種類と、乾燥・防錆までの工程を確かめる。

打痕と混合比

工作物とメディアの混合比は、工作物体積：メディア体積で 1：3〜1：6 の間で選ばれることが多く、メディアの多いほうが工作物どうしの打痕が少なくきれいに仕上がる、と解説は書いている^[2]。打痕を嫌う部品で 1 回に入れる数を増やせば、単価は下がっても打痕が増える。打痕の許容範囲を決めずに単価だけで比べると、この差が見えない。

寸法・エッジ・表面への影響

研磨量は、同じバッチの中でもそろわない。 砥粒加工学会誌の論文は、乾式の流動バレル研磨で槽内に工作物を固定し、流れるマスの中の位置ごとに除去量を測って、槽底のディスクに近い下層部では上層部より高い研磨作用が生じていることを明らかにしている^[3]。実際の加工では工作物はマスとともに動くが、通る位置によって削られ方が違うことを示している。前出の解説も、粗仕上げの条件（接触圧が高い、メディアが大きい、回転数が高いなど）では研磨量・仕上げ面粗さ・工作物のひずみがいずれも大きくなる傾向を表にまとめている^[2]。

エッジは全体に丸まる。 バレル研磨は部品全体をメディアの中で動かすので、バリを取りたい角だけでなく、機能上鋭く残したい角も丸まる（当方の注意）。図面のエッジの指示は、JIS B 0051（形状を定義しないエッジの寸法の指示方法）の記号でばりを許すか角を落とすことを求めるかとその寸法を書く方法と^[4]、JIS B 0721（機械加工部品のエッジ品質及びその等級）の等級で一括して決める方法がある^[5]。ただし JIS B 0721 の対象は、機械加工などで表層部を除去した部品である^[5]。プレス品や鋳造品は JIS B 0051 の記号か数値で書く。JIS B 0721 は、かどのエッジの寸法を区分ごとに A 級（精級）・B 級（中級）・C 級（粗級）の許容差で決めていて、たとえば寸法区分 0.2 mm 以上 2 mm 未満（呼び記号 E-3）では、エッジ形状の寸法許容差が A 級 ＋0.06 mm、B 級 ＋0.4 mm、C 級 ＋0.8 mm（いずれも下側 0）である^[5]。指示の例として「JIS B 0721－B」「JIS B 0721－E3－A」といった書き方も示している^[5]。バレル研磨で角を丸めるなら、「角を丸めること」ではなく、この記号か数値で丸みの上限を書く。

表面は硬くなり、圧縮の残留応力が増える。 前出の解説は、浸炭窒化した高炭素クロム軸受鋼のピンについて、バレル研磨前後で表面粗さの値がほぼ同じでも、研磨後は旋削の送りマークが消えて山の間隔が狭いち密な表面になり、表面付近の硬さが加工硬化で高くなり、表面の圧縮残留応力が研磨前の約 4 倍に増えた例を示している^[2]。バレル研磨が歯車やばねの寿命改善に有効だと経験的に知られている理由として、耐摩耗性や疲労寿命の向上が期待できると説明している^[2]。一方で、メディアが当たることで工作物表面に極微細な砥粒の埋込みが起こり、一般には無視されているが、微小領域の表面特性が問題になる場合は考慮が要る、とも書いている^[2]。清浄度や接触抵抗が問題になる部品では、この点も仕入先と話しておく。部品の清浄度の指定は部品の清浄度の指定で扱っている。

めっきの前か後か。 亜鉛めっき鋼板から打ち抜いた部品をバレル研磨でバリ取りすると、研磨石によってはめっき皮膜がほとんど除去されてしまう例があることを、エッジ・バリの記事で紹介している。焼成メディアがめっきの下地処理に使われる^[2]ことからも、バレル研磨は基本的にめっきや熱処理との順番を決めて指定する工程である。めっきの発注で決めることはめっきの発注で指定することで扱っている。

発注書・図面に書くこと

次の項目を書いておくと、見積の前提と受入の判定がそろう（当方の提案）。

1. 目的
バリ取り、角の丸み付け、表面粗さの改善、光沢、スケール除去のどれかを書く^[2][3]。目的が違えば、メディアもコンパウンドも違う。

2. 角の状態
JIS B 0051 の記号か JIS B 0721 の等級で、角の寸法の許容範囲を書く^[4][5]。JIS B 0721 の等級が使えるのは機械加工などで表層部を除去した部品で^[5]、プレス品や鋳造品は JIS B 0051 の記号か数値で書く。鋭く残す必要のある角やシール面があれば図面で示し、バレル研磨をかけてよいかを仕入先と決める。

3. 表面の状態
表面粗さや光沢を数値で決められるものは数値で、決められないものは限度見本で決める。外観の合否基準の決め方は外観の合否基準を仕入先と決めるで扱っている。

4. 打痕・穴詰まり・さび
打痕の許容範囲、穴やスリットへのメディアの詰まりがないこと、研磨後の防錆を書く^[2]。

5. 順番
熱処理・めっき・塗装に対して、バレル研磨をどの段階で行うかを書く。

6. 条件の固定と変更の連絡
バッチ処理で不適切な条件だと不良が大量に出るので^[2]、量産前に試作品で仕上がりを確かめ、そのときのメディア・コンパウンド・時間を仕入先の記録に残させる。メディアやコンパウンドの銘柄・方式を変えるときは、事前に連絡し承認を受けることを書く。

よくある質問

Q. 図面に「バレル研磨のこと」とだけあります。何を足せばよいですか。
目的と、角の丸みの許容範囲を足す。用途が広い工法なので^[2][3]、目的が書かれていないと、仕入先ごとに違うメディアと時間で見積もられる。

Q. 同じロットの中で、角の丸みにばらつきがあります。
バレル研磨では、槽内の位置で研磨量が変わることが報告されている^[3]。ばらつきの許容範囲を図面の許容差で決め、量産前の試作で、条件ごとの仕上がりの幅を確かめておく。

Q. 研磨後に寸法が公差から外れました。
バレル研磨は材料を削る加工で、粗仕上げの条件では研磨量が大きくなる^[2]。公差の厳しい寸法がある部品は、研磨による寸法変化を見込んだ前工程の寸法にするか、その面を研磨の影響から外す方法を仕入先と決める。

Q. 「タンブラーで回しておきます」と言われました。同じですか。
JIS B 0122 ではタンブリング（SPT）とバレル研摩（SPBR）は別の記号である^[1]。前出の解説も、工作物だけを入れて転がすガラ研磨と、メディアを入れるバレル研磨を区別している^[2]。メディアを使うかどうか、何を使うかを確かめる。

まとめ

バレル研磨は、工作物・メディア・水・コンパウンドを容器で動かして仕上げる加工で、JIS B 0122 では SPBR と書く^[1][2]。用途が広く、仕上がりはメディアとコンパウンドでほぼ決まる^[2]。バッチ処理なので条件が悪いと不良が大量に出て、同じバッチでも位置で研磨量が変わる^[2][3]。エッジは全体に丸まり、表面は加工硬化と圧縮残留応力の増加が起きる^[2]。発注では、目的、角の許容範囲（JIS B 0051、機械加工品なら B 0721）^[4][5]、表面の状態、打痕・穴詰まり・さび、ほかの処理との順番を書き、試作で条件を固めてから量産に入る。

出典・参考資料

1. JIS B 0122:1978 加工方法記号（JIS 検索）（日本産業標準調査会／1978 年 2 月改正・2023 年 10 月確認）
2. バレル研磨技術（山本章裕／表面技術 57 巻 11 号／2006 年）
3. 乾式流動バレル研磨法におけるマス内の研磨量分布に関する研究（松本有司ほか／砥粒加工学会誌 58 巻 3 号／2014 年）
4. JIS B 0051:2023 製品技術文書情報－形状を定義しないエッジ－寸法の指示方法（JIS 検索）（日本産業標準調査会／2023 年 3 月改正）
5. JIS B 0721:2004 機械加工部品のエッジ品質及びその等級（JIS 検索）（日本産業標準調査会／2004 年 3 月制定・2023 年 6 月確認）

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