回転バレル研磨機：レジンの面取りと光沢仕上の検証備忘録

管理人

YouTubeにアップロードした動画（小型の回転バレル研磨機でアクリル樹脂の面取り→光沢仕上げ）に「回転バレル研磨機でエポキシ樹脂を透明にすることができない。」というコメントを頂いたので、自分が持っているメディアやコンパウンドの組み合わせで最適なレシピを模索してみました（現在進行系）。
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検証の結果、面取りから鏡面仕上げに加工する場合は、上記のメディアと研磨剤の組み合わせが最適でした（アクリルも同じレシピで面取りから鏡面にすることができます）。マス量・水量・スピード・時間も仕上がり状態に大きく左右するので、備忘録のレシピを参考にしてください。

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荒仕上げの工程で、工作物の角に丸みがつきすぎる場合は、中仕上げ用メディアの使用をオススメします。
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現在は、バフ研磨の透明度に匹敵するレシピを模索しており、さらによい組み合わせがあれば追記したいです。時間と手間がかかるので、すぐに更新できないかもしれません（申し訳ありません）。

KT-2000（HY-19B）：仕上がりの記録とレシピ（2022年5月）最新 備忘録

粗仕上-中仕上

KT2000で研磨剤の量以外は「KT-6808：仕上がりの記録とレシピ（2022年4月）」と同じレシピで実施。バレル槽の直径が大きいと、マス表層部に形成される流動層が長くなるので、小型のKT6808より研磨能率が早い結果となった。

水や研磨剤を交換せずに7日間回してみたが、4日目の透明度で次の工程(光沢仕上)に進めそうな感じ。①：1日目/②：2日目/③：3日目/④：4日目/⑤：5日目/⑥：6日目/⑦：7日目/一番右：研磨前

ここで10mmの角のある形状のメディアを使用しているのは、工作物との接触面積が小さく、角部が集中的に当たることで高い研削力を得られるためである。アルミナと組み合わせることで、バリ取りや面取り、レーザー加工跡の除去が可能であった。

「面取りがうまくできない・時間がかかりすぎる」といった問い合わせをいただくことがあるが、よくよく話を聞いてみると、小さなメディアを使用していたり、角のないメディアを選択していたりするケースが少なくないので注意されたし。メディアは角のある形状ほど、またサイズが大きいほど研削力に優れます。

光沢仕上げ

写真を撮り忘れたが、上記のレシピと期間で実施したところ、透明度は前工程の7日目とあまり変わらなかった。おそらく粗仕上げ工程で添加したアルミナ#120の砥粒が徐々に擦り潰されて細かくなり、工程後半では研磨力が低下すると同時に仕上げ研磨に近い状態になっていたものと考えられる。

そのため、改めて光沢仕上げ工程を挟んでも透明度の向上は限定的であり、粗仕上げ工程の後半で光沢仕上げまで進行していた可能性がある。その場合、粗仕上げと光沢仕上げの工程を明確に分ける必要性は低いと感じたが、1工程でここまで進む場合、メディアを樹脂素材に対して当たりが柔らかく、深い傷をつけにくいプラスチックメディア（円錐形10mm）に変更したほうがよいかもしれない。

ちなみにプラスチックメディアはチップトン社のものでは、「一般切削」「軽切削」「平滑仕上」用が用意されており、どれが適しているのかは不明である。平滑仕上用は切削力は一番低くなるが、面取りやバリを取れる研削力があれば、最も目が細かく、ワーク表面の粗さも小さく抑えられるため理想的だ。野沢製作所では1kg単位で販売されているが、KT-2000（HY-19B）のバレル槽で装入量を50％にするには2kg必要なので注意。

追記：現在、秋山産業さんがアクリル樹脂用の液体コンパウンド（光沢用）を販売しており、個人向けに1Lから用意されているので、個人でも買い求めやすくなっています。光沢仕上げの工程を踏むのであれば、金属用コンパウンドより、こちらのほうが適切でしょう。

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鏡面仕上げ

竹チップ+くるみ+ピカールネオ

KT-6808（2022年4月）の鏡面仕上げと同等の透明度に仕上がった。しかし、加工前の表面と比べると、若干曇りがある仕上がりとなった。

竹チップ+ピカールネオ

さらに竹チップのみで磨いたところ、写真ではわかりにくいが、くるみと竹チップを混合したものより、透明度が少し増した。ただし、未加工の透過率（100%）にはあと一歩とどかない状態（厚さがあるので測定できないがおそらく90%台）。

管理人

追記：研磨剤の粒度を5桁にあげても、透明度をあげることはできませんでした。目視できない傷が消せないということは、粗仕上～中仕上で選定しているメディア・研磨剤・実施時間に問題があるのかもしれません。若しくはこの辺りが回転バレル研磨の限界なのかもしれません。

竹チップ+カーボランダム

光沢仕上げからさらなる透過率を求めるため、竹チップに新潟精機のポリッシングパウダー（#10,000） +椿油を添加した自作メディアで実施したところ、竹チップに#4,000相当のピカールネオを添加した仕上がりより、表面が曇ってしまう結果となった。

ピカールネオの研磨剤がアルミナなのに対して、新潟精機のポリッシングパウダーの研磨剤は緑色炭化けい素（グリーンカーボランダム）が使用されていることから、ワークの硬度と研磨剤の硬度差が大きすぎたため、粒度は細かくてもワーク表面に微細な傷が多数形成され曇って見えた可能性がある。

また、緑色炭化けい素で硬度が低い（柔らかい）銅をバレル研磨で磨くと表面が曇ったが、硬いステンレスは背景が反射する鏡面になったことから、やはり、カーボランダム（黒色炭化ケイ素・緑色炭化ケイ素）は、柔らかい素材には適していないと考えたほうがよいだろう。

使用するメディアは、ワーク表面が平面の場合、微小なクルミの外殻のみより、「竹チップを混ぜたクルミの外殻」や「竹チップのみ」のほうが透過率が高くなるうえ、研磨効率も高かった。

透明度が高くなるスピードは、「竹チップを混ぜたクルミの外殻」より、「竹チップのみ」のほうが早かった。検証では12mmサイズの竹チップを使ったが、小型バレル研磨機の場合はバレル槽が小さく長い流動層を作れないため、9mmのほうが適していると感じた。

竹チップは1kg単位で販売されているところがなかった。わたしはブライト商事さんから25kgを購入したが、予算を抑えたい場合は竹割り箸を加工するとよいだろう（参照記事：バレル研磨用の竹チップを竹割箸で自作する）。

また、同社から同じ用途で使えるウッドチップも販売されているが、ブナの木が使われているようなので、ブナやブナと似た硬さ（比重）のナラ・タモ・ケヤキを任意サイズに加工すれば、バレル研磨用のウッドチップも自作できるかもしれない。

KT-6808：仕上がりの記録とレシピ（2022年4月）備忘録

粗仕上-中仕上

動画で視聴
⑪:1日目/⑫:2日目/⑬:3日目/⑭:4日目/⑮:5日目

KT6808を使って上のレシピで実施すると、寒天や氷砂糖のように曇っていたレジンが、4日目から氷のような透き通った感じとなる（⑭）。さらにもう1日走らせると、方眼紙の升目がはっきりと見えるほど透明度が増した（⑮）。この期間は研磨槽の大きさだけでなく、メディアとワークのサイズや装入量でも変わるので、失敗を防ぐために比較用として⑮のサンプルを作っておきたい。

この⑮の表面アラサからカーボランダム（#1,000/大さじ1）を添加した中仕上げを実施すると、1日目はワークの表面が曇り、透明度をだすまでに粗仕上と同様に数日かかった。つまり、粗仕上のレシピで4～5日走らせたことにより、#120のアルミナが摺り潰れて、#1,000以上（中仕上）の表面アラサになったと考えられる。

光沢仕上

動画で視聴

そこで、これまで光沢仕上前に実施していた中仕上の工程を飛ばして、光沢仕上の工程に進むと、今までにない透明感のある表面粗さに仕上げることができた（⑯）。

1～3日目のワークの透明度は目視では分かりにくいが、ワークを傾けて背景を反射させると、3日目のものは背景が1～2日目に比べるとくっきりと映った。KT6808で光沢度を重要視したい場合は3日走らせたほうがよいだろう。

鏡面仕上

⑰鏡面仕上げでは3日間走らせてみたが、未加工の⑱と同等の透明度にすることはできなかった。しかし、双方を同時に比較しないとわからないくらい透明度が高い仕上がりとなった。

これ以上の透明度を求める場合は、ピカールネオ以上のコンパウンドを使うか、バフ研磨が必要となりそうなので、模索して何か分かれば追記したい。

⑰の比較しないとわからないくらいの曇りが、粗研磨の工程で残った傷によるものであれば、粗仕上で実施する日数を増やせばまた違う結果になったかもしれない。

KT-6808：仕上がりの記録とレシピ（2022年3月）備忘録

研磨前

粗仕上げ

中仕上げ

光沢仕上げ

鏡面仕上げ

2日目

3日目

KT-2000：仕上がりの記録とレシピ（2022年3月）備忘録

粗仕上げ

中仕上げ

細仕上げ（光沢）

鏡面仕上げ

考えられる失敗の要因

マス量

マスとはワーク（工作物）とメディア（研磨石）のかたまりです。ワークはマス表面上に形成される流動層を滑落して研磨されるので、流動層の長さが大きいほど研磨効率が向上します。流動層の長さが大きくなるマス量は研磨槽の容積に対して50%です。

六角形の研磨槽はマス量が少なくても長い流動層を形成できますが、メディアはクッションの役割も担っているので、マス量は50～60%、ワークとメディアの混合比は1:3までにします。メディアの体積が増えるほど、ワーク同士が衝突した時の打痕の発生を抑えられるため、きれいに仕上がります。

このため、一度に研磨したいワークの量が多い場合は、研磨槽の大きいモデルのほうが最適です。ワークの量が少ない場合は、研磨槽が小さいモデルを使用したほうが、消耗品であるメディアや研磨剤が節約できるので経済的です。

水量

水量はマス表面に一致させています。粉末の研磨剤を添加した研磨では、水量で仕上がりが大きく変わります。特に水量が多いと研磨剤の効果が著しく低下するので注意が必要です。

水量は少ないと研磨力が高くなり、水量が多いと研磨力が低くなるので、目的によっては水位をマス表面より高くすることもありますが、多くしてもマス面より1～2cm程度です。

回転スピード

先述したマス量と水量を守り、研磨剤を添加した場合、研磨槽の回転スピードを極限まで落とすと仕上がりの状態が大きく向上します。つまり、回転スピードを落としたほうが仕上がりはきれいになるので、基本的にスピード1以外の回転速度で研磨槽を回すことはありません。

KTシリーズは小型になるほど研磨槽の回転する速度が速いので、電圧を下げるスピードコントローラーを使って回転速度を落としたほうがよいです。ただし、回転速度を落とすと研磨効率が低下するので、例えば48時間回す場合は、最初の24時間は0.8、残りの24時間を0.5の様な設定にしたほうがよいです(KT6808の場合)。

竹チップの割合

鏡面仕上げ用で使用する乾式メディアをソフトメディア(クルミの外殻)にすると、鏡面に仕上げるのに1週間以上かかりました。しかし、竹チップを混ぜることで透明になるスピードや仕上げ状態は向上しました。このため、わたしは混合比を1:1(くるみ/竹チップ)にしていますが、1:2～1:3にしたほうが鏡面になるスピードは早くなると考えられます。この工程ではあまりスピードを遅くしすぎる必要はありませんでした（回転スピード0.8～1）。