JPH07132454A

JPH07132454A - ステンレス鋼異形管の研磨方法

Info

Publication number: JPH07132454A
Application number: JP27691393A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kurobe; 淳黒部; Shinobu Kano; 忍狩野; Shigeo Matsubara; 茂雄松原; Kazunari Nakamoto; 一成中本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】【目的】ステンレス鋼異形管の表面を、能率よく高鏡
面に仕上げる。【構成】ステンレス鋼異形管２の側面を切削加工によ
って平坦化し、研磨ブラシ３で粗研磨する。次いで、角
管２の表面を鏡面状態に仕上げ研磨する。研磨ブラシ３
は、角管２に対し５〜２５度の角度で傾斜させることが
好ましい。研磨ブラシ３としては、２５０℃以上の融点
を持ち、２５０℃以上で１００時間使用したとき初期状
態に比較して５０％以上の強度が保持されるブラシ素材
に砥粒を混入したブラシを使用する。【効果】映し出した像に歪みのない平坦度に優れた表
面を持つ角管が少ない工数で得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鏡面仕上げの前工程と
してステンレス鋼異形管の表面を研磨する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】断面形状が四角形，三角形，六角形，楕
円形，長円形等のステンレス鋼異形管は、優れた表面光
沢や材質感を活かして、広範な分野における構造用材
料，装飾用材料等として使用されている。この種のステ
ンレス鋼異形管は、平坦面に像が明確に映し出されるこ
とにより独特の意匠性を呈する材料である。凹凸のある
平坦面では映し出された像に歪みが生じ、ステンレス鋼
管の商品価値を著しく低下させる。したがって、歪みの
ない像が平坦面に映し出される程度まで鏡面仕上げする
ことが要求される。ステンレス鋼異形管の表面は、研削
砥石を使用した加工によって平坦化されている。平坦形
状にしたステンレス鋼異形管は、研磨ベルトやフラップ
ホイール等を使用して粗研磨される。このとき使用され
る研磨工具として、たとえばプラスチックス製台座の側
面にブラシを植設した研磨用ブラシが特開平４−１２７
０３号公報で紹介されている。

【０００３】ステンレス鋼異形管は、断面を構成する側
面の表面状態を利用する製品であるが、造管時における
ロールの押込み等に起因して表面に凹凸差が生じ易い。
凹凸差は、角管表面の幅方向で０．２ｍｍ程度になるこ
ともある。研削砥石を使用した研削加工では、研削砥石
の破砕強度を考慮して１回の研削における砥石の切込み
量が５μｍ程度に設定されている。そのため、０．２ｍ
ｍ程度の凹凸差を無くし、角管表面を平坦形状にするた
めには、約４０パスの研削が必要である。しかも、研削
途中で砥石表面の目詰りによって研削能力が低下するた
め、ドレッシングが必要になる。ドレッシングを研削中
に高能率で行う手段としては、特開平１−１８８２６６
号公報等で紹介されている方法がある。この方法におい
ては、電解液に浸漬した回転砥石と被加工物との間に電
圧を印加し、研削中に回転砥石の表面を電解作用によっ
てドレッシングする。しかし、そのために新規にドレッ
シング設備を付設する必要が生じる。

【０００４】粗研磨用の研磨ベルトを使用した研磨で
は、高い研削力が得られるものの、研削力や研磨面の粗
度が経時的に劣化する欠点をもつ。また、研磨された表
面にスクラッチ等の欠陥も発生し易い。フラップホイー
ルによる研磨では、研磨面の粗度が安定しているが、研
磨時にホイールの基材が被研磨面を叩く作用が強い。そ
のため、基材の先端部が引きちぎられて消耗したり、ス
クラッチ等の欠陥が発生し易い。また、ホイールの基材
が紙や布であることから、弾性率及び反発力が小さく、
高い加圧力を設定できないため、研削力が劣っている。
何れの方法においても、光沢を向上させる上で支障とな
る研磨前のパイプ表面にある疵や研磨面に深い研磨ライ
ンが残留し易く、研磨したままで高鏡面を得ることがで
きない。そのため、仕上げ研磨として、研削力が小さい
有機質結合剤を使用した弾性砥石研磨，バフ研磨等を行
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】有機質結合剤を用いた
弾性砥石による研磨では、結合剤の弾性効果によって砥
粒切込みが均一化され、被研磨面に特に深い疵を与える
ことがない。しかし、研削力が小さいため、研磨に長時
間の作業を必要とする。バフ研磨も、被研磨材の接触面
に対する適応性が高い柔軟性があるものの、研削力が小
さいことから長時間の研磨作業が必要になる。何れの方
法も、ベルト研磨又はフラップホイール研磨で粗研磨し
た後に平滑化，光沢出しのための仕上げ研磨として採用
されている。しかし、研磨時に残留したパイプの疵や深
い研磨目は、研削力が小さな仕上げ研磨で除去すること
が困難である。たとえば、ベルト研磨又はフラップホイ
ール研磨と弾性砥石又はバフ研磨の組合せでは、パス回
数が多く、しかも研磨目が残留しており、表面粗さＲ
_max ＝０．１μｍ以下の高鏡面を得ることは困難であ
る。そこで、現状では、パス回数の増加等に起因する生
産コストの問題を考慮して、表面粗さＲ_max ＝０．７μ
ｍ程度の粗い粗度レベルに留まっている。

【０００６】ところで、バリ取り，鋼板表面のスケール
除去，研掃作業，表面清浄化等に、ナイロン，ポリエチ
レン等の合成樹脂からなるブラシが使用されている。こ
れらのブラシを研磨に使用すると、ブラシの強度が低く
摩耗し易いことから、砥粒の脱落が顕著にみられる。ま
た、ブラシ素材の耐熱温度が低いことから、研磨されて
いる鋼板等の温度上昇に伴って溶着等の現象がみられ、
研磨能率の低下や被研磨材の表面状態の悪化等が生じ
る。このような欠陥のため、合成樹脂製のブラシは、特
に表面光沢が商品価値に重大な影響を与えるステンレス
鋼異形管の鏡面化には不向きである。本発明は、このよ
うな問題を解消すべく案出されたものであり、ステンレ
ス鋼異形管の表面を平坦化する切削加工に続く研磨工程
で使用されるブラシを特定することにより、表面疵，研
磨目等を残留させることなく、歪みのない像が写し出さ
れる鏡面状態に角管表面を能率よく仕上げることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨方法は、そ
の目的を達成するため、ステンレス鋼異形管の側面を切
削加工により平坦化し、研磨ブラシで粗研磨し、次いで
鏡面仕上げする際、前記研磨ブラシとして、２５０℃以
上の融点を持ち、２５０℃以上で１００時間使用したと
き初期状態に比較して５０％以上の強度が保持されるブ
ラシ素材に砥粒を混入したブラシを使用する。加工され
る異形管としては、三角形，四角形，六角形，長円形，
楕円形等の断面形状にステンレス鋼を造管した管材が使
用される。ブラシの素材としては、たとえば昇温に伴っ
た弾性率の低下が小さいメタ系芳香族ポリアミド，パラ
系芳香族ポリアミド，ポリベンゾイミダゾール等が使用
される。

【０００８】

【作用】本発明者等は、合成樹脂製ブラシを使用してス
テンレス鋼表面を研磨している工程で、同じ材質の研磨
ブラシであっても仕上り状態が大幅に異なることを見い
出した。特に、研磨条件が苛酷になるほど、研磨後の表
面に研磨ムラや研磨疵の発生が観察された。本発明者等
は、このような欠陥が発生する原因が研磨ブラシの材質
にあるものと推定した。そこで、従来から使用されてい
る種々のブラシ材質に検討を加えた結果、２５０℃以上
の融点を持ち、２５０℃以上で１００時間使用したとき
初期状態に比較して５０％以上の強度が保持されるブラ
シ素材に砥粒を混入したブラシが有効であることを解明
した。

【０００９】研磨ブラシは、ステンレス鋼表面を研磨し
ているとき、摩擦熱によって数百℃の高温にまで加熱さ
れる。ブラシの素材が比較的耐熱性の低いものである
と、昇温によって容易に融着が生じ、研磨能力が劣化す
る。この現象は、一般的に知られたものである。しか
し、ステンレス鋼板の鏡面仕上げのように極めて平坦度
の高い鏡面が要求される場合、高温劣化だけでなく、昇
温に伴った物理的特性の変動が仕上げ状態に大きく影響
する。この点、メタ系芳香族ポリアミド，パラ系芳香族
ポリアミド等のアラミド繊維やポリベンゾイミダゾール
（ＰＢＩ）等の合成樹脂は、高温になっても弾性係数，
反発係数等の低下が少なく、一定した条件下での研磨を
可能にする。その結果、表面粗さが小さな鏡面が安定的
に得られる。これらブラシ素材の物性を、表１に示す。

【００１０】

【表１】

【００１１】ステンレス鋼異形管は、先ず平坦な表面形
状に切削加工される。切削工具としては、一般に市販さ
れているフライス工具等が使用される。このとき、加工
中の衝撃や急激な温度変化等による切削工具の破損を防
止するため、使用する切削工具の材質，形状等を考慮し
て最適な切削条件が選定される。切削加工は、研削砥石
を使用した加工に比較して１回の切削による切込み量を
大きくでき、高能率で表面粗さが安定した加工を可能に
する。また、切削加工を粗切削及び仕上げ切削の少なく
とも２工程とすると、切削面の表面粗さが安定的に低下
し、後続する研磨工程での負担が軽減される。

【００１２】切削加工後の粗研磨では、砥粒を混入した
合成樹脂をブラシ素材として使用する。砥粒としては、
通常の研磨，研削等に使用されているアルミナ，炭化ケ
イ素，ダイヤモンド，ＣＢＮ等の粉状研磨剤が使用され
る。ブラシ素材には、耐熱性，耐摩耗性に優れ、高温で
も弾性率の低下が少ない合成樹脂が使用される。たとえ
ば、メタ系芳香族ポリアミドを主成分とする合成樹脂
は、通常のブラシ素材に比較して耐熱性，耐摩耗性に優
れており、研磨時に摩耗や砥粒の脱落等が生じにくい。
同様な理由から、パラ系芳香族ポリアミド，ポリベンゾ
イミダゾール等もブラシ素材として使用される。このブ
ラシ素材は、弾性率及び反発力が高いことから研磨時の
加工圧下力を高く設定することができ、大きな研削力が
得られる。しかも、研磨中における温度上昇に起因して
弾性率等の機械的特性が低下することがなく、研磨能率
の低下，研磨面の表面状態の悪化等の問題が生じない。
その結果、安定した粗度をもつ研磨面が得られる。ま
た、被研磨材を叩くことがないので、スクラッチ等の欠
陥発生も抑制され、表面の凹凸を除去することによっ
て、平滑性に優れた研磨面が得られる。

【００１３】ブラシ形状には、たとえば砥粒を混入させ
た繊維状の合成樹脂を金属製リングの外周に放射状に並
べて植設したホイール型，砥粒を混入させた繊維状の合
成樹脂を金属円盤状に並べて植設したカップ型等があ
る。研磨ブラシは、回転しながらステンレス鋼異形管に
接触する。ステンレス鋼異形管の長手方向にブラシを相
対的に移動させながら、異形管表面を全長にわたって研
磨する。このとき、研磨ブラシの回転中心を、ステンレ
ス鋼異形管又はブラシの移動方向に対して５〜２５度の
角度で傾斜させる。この角度設定によって、スクラッチ
等の欠陥を生じることなく、研磨面の粗度も安定する。
また、研磨能率が向上すると共に、平坦性に優れた研磨
面が得られる。他方、研磨ブラシの回転中心とステンレ
ス鋼異形管又はブラシの移動方向との間の角度が５度未
満であると、研磨能率が低下する。逆に、２５度を超え
る角度では、角管角部にダレ等の形状劣化が発生する。

【００１４】本発明で使用する研磨ブラシは、研削力が
高いことから、切込み量の多い切削加工によって切削面
に生じた深い切削疵を除去することに有効である。すな
わち、切削加工で平坦度を出し、研磨加工で表面粗さを
低下させる。この切削加工及び研磨加工の組合せによ
り、高能率で迅速な鏡面化が可能になる。研磨されたス
テンレス鋼異形管は、安定した表面粗さをもっており、
平滑性にも優れている。しかし、このままの表面状態で
は、表面の光沢が鈍く、高鏡面としての用途には若干不
足する。そこで、必要に応じて仕上げ研磨を施し、表面
光沢を向上させる。仕上げ研磨としては、有機質結合材
を用いた弾性砥石による研磨，バフ研磨，電解研磨，電
解砥粒研磨，フィルム研磨等の方法が採用される。或い
は、これら方法を適宜組み合せた仕上げ研磨を採用する
こともできる。本発明に従ったブラシ研磨に続いて仕上
げ研磨を行うとき、ブラシ研磨及び仕上げ研磨何れも少
ない工数及び作業時間で、能率よくステンレス鋼異形管
の表面を研磨することができ、表面粗さＲ_max ＝０．１
μｍまでの高鏡面が容易に得られる。

【００１５】ステンレス鋼異形管の表面を切削加工で平
坦化するとき、１回の加工における切込み量を大きく設
定できる。そのため、少ないパス回数で、角管表面を能
率よく平坦化できる。また、粗切削及び仕上げ切削の少
なくとも２工程で切削すると、切削面の表面粗さが安定
的に低下するため、後続する粗研磨時にパス回数等の負
担が軽減される。粗研磨に使用するブラシは、弾性率及
び反発力が大きく、研磨時の加圧力を高く設定できる。
そのため、切込み量の多い切削加工によって切削面に生
じている深い切削疵も除去できる大きな研削力が得られ
る。また、切込み量が多い分だけ、切削面の表面粗さが
低減される。しかも、温度上昇に起因した弾性率，反発
力等の物理的性質の低減傾向が小さいので、粗研磨され
た表面は、一定した仕上りになる。このようにして、効
率よく短時間でステンレス鋼管の表面が平坦化され、表
面粗さが低減される。その結果、歪みのない像が映し出
される鏡面状態を得るために、少ないパス数の仕上げ研
磨で済む。

【００１６】

【実施例】被研磨材として、サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ
×２００ｍｍで肉厚３ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ３０４
製角管を使用した。切削加工には、チップを５枚装着し
た正面フライス工具を用いた。粗切削用にＴｉＮを超硬
材にコーティングしたチップを、仕上げ切削用にはサー
メット材質のチップを使用した。正面フライス工具は、
軸方向掬い角を２５度，半径方向掬い角を−４度，外周
切刃角を４５度及び真の掬い角を５度に設定した。この
条件下で、図１（ａ）に示すように切削工具１を角管２
の表面に切り込ませ、それぞれ１パスで粗切削及び仕上
げ切削した。粗切削では、切削速度９４ｍ／分，送り速
度０．１ｍｍ及び切り込み量０．２ｍｍの条件を採用し
た。仕上げ切削では、切削速度９４ｍ／分，送り速度
０．０６ｍｍ及び切り込み量０．１ｍｍの条件を採用し
た。

【００１７】粗研磨には、砥粒粒度＃１２０及び＃６０
０の２種類のＧＣ砥粒をそれぞれ２０％含有させた繊維
太さ２５００デニール及び繊維長さ３０ｍｍのメタ系芳
香族ポリアミドを外径２００ｍｍ及び幅５０ｍｍのホイ
ール状に植設した２本のブラシを使用した。この研磨ブ
ラシ３を、図１（ｂ）に示すように角管２の表面に接触
させ、それぞれの砥粒粒度のブラシで各２パスづつ角管
２を研磨した。研磨条件は、周速を６５０ｍ／分に、角
管２の送り速度を１ｍ／分に設定した。このとき、ブラ
シ１の回転中心を、図２に示すように角管２の移動方向
に対し０度（比較例），５度及び２０度（本発明例）及
び３０度（比較例）の４通りで傾斜させた。研磨ブラシ
３で粗研磨された角管２は、外径２００ｍｍ及び幅５０
ｍｍのオープンサイザルバフを使用して仕上げ研磨され
た。仕上げ研磨用の研磨材としてアルミナ及び酸化クロ
ムの２種類を使用し、それぞれ１パスづつ研磨を行っ
た。このときの研磨条件は、バフ回転速度１５００ｍｍ
／分及び角管送り速度１ｍ／分に設定した。

【００１８】何れの例においても、切削加工２パス，ブ
ラシ粗研磨４パス，バフ研磨２パスの合計８パスで角管
２を研磨した。各工程ごとに、角管２の形状を観察し
た。図３に示すように、切削前に約０．２ｍｍの傾斜が
あった幅方向の表面形状（ａ）は、粗切削後に小さな傾
斜（ｂ）となり、仕上げ切削後ではほぼフラットな状態
（ｃ）になった。切削加工後に研磨ブラシ３による粗研
磨及びオープンサイザルバフにより仕上げ研磨を施した
角管２の表面は、研磨ブラシ３の傾斜角度を５度及び２
０度に維持した本発明例では、表面粗さＲ_max ＝０．１
μｍの高鏡面のステンレス鋼角管が得られた。得られた
角管の表面に像を映し出したところ、像に何らの歪みも
観察されなかった。

【００１９】これに対し、傾斜角度０度、すなわち角管
２の移動方向に直交して配置した研磨ブラシ３で研磨し
たものにあっては、研磨後の表面粗さがＲ_max ＝０．３
μｍと若干大きい鏡面が得られた。他方、傾斜角度３０
度に保持した研磨ブラシ３で研磨したものでは、表面粗
さＲ_max ＝０．１μｍの高鏡面が得られたものの、研磨
された角管２の角部にダレ等の若干の変形が生じてい
た。外径１００ｍｍ及び高さ５０ｍｍのカップ型メタル
ボンドＣＢＮ砥石を、切削工具１に代えて使用した。こ
のメタルボンドＣＢＮ砥石は、粒度＃１２０のＣＢＮ砥
粒を２５体積％含有させ、ブロンズを結合材としたもの
である。切削条件を周速８００ｍｍ／分及び角管２の送
り速度２０００ｍ／分とし、同じ角管２を表面研削し
た。１パス当りの切込み量は、砥石の破砕等を考慮して
５μｍに設定した。メタルボンドＣＢＮ砥石による研削
では、図４に示すように、研削前に幅方向で約０．２ｍ
ｍの傾斜があった角管２の表面形状（ａ）が、研削後に
ほぼフラットな形状（ｂ）になった。しかし、フラット
な形状になるまでに、６０パスの研削が必要であり、本
発明に従った切削加工に比較して加工時間が約２倍であ
った。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、仕上げ研磨の前工程として、切削加工によりステン
レス鋼異形管の表面を平坦化した後、高温でも弾性率の
低下が小さい合成樹脂に砥粒が混入された研磨ブラシを
傾斜させた状態でステンレス鋼異形管を研磨している。
これにより、表面疵，研磨目等を残留させることなく、
しかも研磨に起因するダレ等の変形を抑制して、安定的
に良好な高鏡面状態にステンレス鋼異形管を少ない加工
時間で研磨仕上げすることができる。このようにして、
本発明によるとき、映し出した像に歪みのない高品質の
表面を持つステンレス鋼異形管が能率よく製造される。

【図面の簡単な説明】

【図１】角管を切削加工（ａ）及び粗研磨している
（ｂ）状態

【図２】角管に対するブラシの傾斜角度

【図３】本発明に従って切削した場合の角管の幅方向
に関する切削前の形状（ａ），粗切削後の形状（ｂ）及
び仕上げ切削後の形状（ｃ）

【図４】メタルボンドＣＢＮ砥石で研削した場合の角
管の幅方向に関する研削前の形状（ａ）及び研削後の形
状（ｂ）

【符号の説明】

１：切削工具２：角管３：研磨ブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中本一成兵庫県尼崎市鶴町１番地日新製鋼株式会社加工技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステンレス鋼異形管の側面を切削加工に
より平坦化し、研磨ブラシで粗研磨し、次いで鏡面仕上
げする際、前記研磨ブラシとして、２５０℃以上の融点
を持ち、２５０℃以上で１００時間使用したとき初期状
態に比較して５０％以上の強度が保持されるブラシ素材
に砥粒を混入したブラシを使用するステンレス鋼異形管
の研磨方法。
【請求項２】ステンレス鋼異形管が平面状の側面をも
つ多角パイプである請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】昇温に伴った弾性率の低下が小さいメタ
系芳香族ポリアミド，パラ系芳香族ポリアミド又はポリ
ベンゾイミダゾールをブラシ素材として使用する請求項
１記載の研磨方法。