CN106132632A - 筒式研磨用介质及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的筒式研磨用介质(40)由具有分散的空隙的多孔质的烧结体构成，该多孔质的烧结体至少含有60～80质量％的氧化铝、10～30质量％的二氧化硅、4～8质量％的氧化锆、1～3质量％的氧化钙以及1～4质量％的氧化镁。

Description

筒式研磨用介质及其制造方法

技术领域

本发明的一方面和实施方式涉及筒式研磨用介质及其制造方法。

背景技术

下述专利文献1中公开有可粗加工研磨的筒式研磨用介质(以下适当称为“介质”)。这种介质可用于用以对被加工物的角部赋予弧度的倒角加工，即，圆角加工。进而，上述介质也用于被加工物的表面的去毛边、面粗糙度的调整或表面层的除去等的加工。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/086679号小册子

发明内容

然而，在提高研磨能力的持续性的同时抑制介质自身的裂缝缺损的产生的方面有改善的余地。

考虑到上述事实，本发明的一个方面的目的在于得到可使研磨能力的持续性提高并且抑制介质自身的裂缝缺损的产生的筒式研磨用介质及其制造方法。

本发明的一个方面所涉及的筒式研磨用介质由具有分散的空隙的多孔质的烧结体构成，该多孔质的烧结体至少含有60～80质量％的氧化铝(Al₂O₃)、10～30质量％的二氧化硅(SiO₂)、4～8质量％的氧化锆(ZrO₂)、1～3质量％的氧化钙(CaO)以及1～4质量％的氧化镁(MgO)。

根据上述构成，筒式研磨用介质由具有分散的空隙的多孔质的烧结体构成，因此即使在研磨中表面被磨削也出现新的研磨材料。如此，即使在研磨中筒式研磨用介质的表面被磨削，也会出现新的研磨材料，所以不管是否经过研磨，均可持续给予研磨力。另一方面，在筒式研磨用介质由多孔质的烧结体构成时，有时会担心筒式研磨用介质的强度。然而，根据上述构成，由于含有1～4质量％的氧化镁，因此可以提高筒式研磨用介质的强度。对于该筒式研磨用介质的强度提高(裂缝缺损的产生率的抑制)，已通过实验进行了确认。

一个实施方式中，上述烧结体的空隙率可以为1～40％。

如上述构成那样将筒式研磨用介质的空隙率设定为1～40％时，可使筒式研磨用介质的研磨能力良好地持续并且抑制筒式研磨用介质的损耗率。这种情况也通过实验进行确认。这里，空隙率是指以百分率表示介质的单位体积中的间隙的比例的值。

本发明的另一个方式所涉及的筒式研磨用介质的制造方法是制造上述筒式研磨用介质的制造方法，其包括如下工序：混炼工序，将磨粒、粘合剂、氧化镁和消失材料粉末混炼；成型工序，将上述混炼工序中混炼的混炼物成型为规定的形状；以及，烧结工序，对上述成型工序中成型的成型体进行烧结并使上述消失材料粉末消失。

通过上述构成，可得到多孔质且没有强度下降(或强度下降少)的烧结体的介质。另外，混炼工序中，也可以根据需要而添加水。

一个实施方式中，在将上述磨粒、上述粘合剂、上述氧化镁和上述消失材料粉末的合计设为100质量％时，上述消失材料粉末的含量可以是1～40质量％。

通过上述构成，可以将通过上述工序而制造的筒式研磨用介质的空隙率设定为1～40％左右。

一个实施方式中，上述消失材料粉末也可以是氢氧化铝的粉末。

如上述构成那样消失材料粉末为氢氧化铝的粉末时，烧结工序中，上述氢氧化铝进行脱水分解，其结果，变为氧化铝作为固体成分而体积减少，羟基成为水蒸气发散。该烧结工序中形成多孔质的烧结体。

一个实施方式中，上述混炼工序中，在含有上述磨粒、上述粘合剂、上述氧化镁和上述消失材料粉末的混合材料中添加氧化锰和氧化铁中的至少一者，在将上述混合材料与上述氧化锰和上述氧化铁中的至少一者的合计设为100质量％时，上述氧化锰和上述氧化铁中的至少一者的含量可以为5质量％以下。

根据上述构成，烧结工序中，添加的氧化锰和氧化铁中的至少一者作为烧结助剂有效地发挥功能。

一个实施方式中，上述磨粒可以为白色氧化铝系磨粒。

一个实施方式中，上述磨粒的平均粒径可以为1μm～150μm。

如以上所说明那样，根据本发明的各种方式，具有可使研磨能力的持续性提高并且抑制介质自身的裂缝缺损的产生这样的优异的效果。

附图说明

图1是表示装入有一个实施方式所涉及的筒式研磨用介质的干式筒式研磨装置的简要构成图。

图2是示意地表示介质的图。

图3是示意地表示被加工物的加工状态的图。

具体实施方式

对本实施方式所涉及的筒式研磨用介质及其制造方法进行说明。图1中示出了装入有本实施方式所涉及的筒式研磨用介质40(以下适当称为“介质40”)的干式筒式研磨装置10。首先，对该干式筒式研磨装置10进行概述。

(干式筒式研磨装置的构成)

干式筒式研磨装置10(以下简称为“筒式研磨装置10”)具备作为研磨槽的筒式槽12。筒式槽12为容器状而固定于底座(省略图示)。在筒式槽12的内侧表面固着有衬里14。在该筒式槽12中装入有介质40和被加工物W等(将它们统称为“物料”)。应予说明，在图中示意性地表示介质40和被加工物W。

在筒式槽12的底部连接有集尘软管20的一端部。集尘软管20的另一端部连接于集尘机16的吸入部侧。集尘机16具备吸入集尘软管20内的空气的风扇(省略图示)以及用于使尘埃不排出的过滤器(省略图示)。

在筒式槽12的上方侧配置有集尘罩18。在集尘罩18连接有集尘软管20A的一端部。集尘软管20A的另一端部连接于集尘软管20的另一端部侧。

另一方面，在筒式槽12的底部上面侧配置有旋转盘22。旋转盘22将其中央部设为轴安装部而固定于旋转轴24。此外，在筒式槽12的底部设置有轴承部26。固定于旋转盘22的旋转轴24可旋转地支承于筒式槽12的轴承部26。进而，旋转轴24的下端部在筒式槽12的底部下方侧连接驱动力传递机构28。

驱动力传递机构28包含一对皮带轮30、32、以及缠绕于一对皮带轮30、32的V型带34。上述旋转轴24相对于一个皮带轮30的轴心部同轴固定。此外，在另一个皮带轮32的轴心部同轴地固着有带有减速机的电动机36的输出轴。

根据以上情况，筒式研磨装置10利用电动机36的驱动使旋转盘22旋转，从而使物料造在筒式槽12内流动。这种筒式研磨的方式被称为流动式筒。

(介质)

接着，对装入至筒式槽12的介质40进行概述。介质40是根据研磨的目的而形成为数毫米至数十毫米的球形、三角锤形、三角柱形、圆柱形、将圆柱斜切而成的形状或四角柱形等任意形状的小颗粒。本实施方式的介质40以高度6mm的三角柱形状作为一个例子。介质40在筒式槽12中与被加工物W一起流动，利用与被加工物W之间产生的摩擦力研磨被加工物W。

介质40通过粒子(磨粒)的烧结而形成，由具有分散的空隙的多孔质(整体为多孔)的烧结体构成。本实施方式中，介质40的空隙率例如为1～40％。此外，在介质40的表面形成有凹凸，介质40具有自生作用(在研磨中新的磨粒依次露出至表面的作用)。另外，一般而言，烧结体的介质与将树脂与研磨材料混合而成型的树脂的介质相比为低成本，研磨力与树脂的介质相比强。

介质40至少含有60～80质量％的氧化铝(Al₂O₃)、10～30质量％的二氧化硅(SiO₂)、4～8质量％的氧化锆(ZrO₂)、1～3质量％的氧化钙(CaO)以及1～4质量％的氧化镁(MgO)，另外，含有若干的不可避免的杂质(例如，K₂O、TiO₂、Na₂O、HfO₂或P₂O₃等)。不可避免的杂质越少越好，优选设为3％以下(更优选为2％以下)。

此外，一般而言，使磨粒彼此烧结而形成的介质(有时也称为烧结介质)与使粘土质材料与磨粒煅烧而形成的介质(有时也称为煅烧介质)相比，有如下优点：损耗量少，加工(表面粗糙度)细，且裂缝缺损少。这里，在介质的损耗量少时，寿命长且污物的产生变少(换言之，对环境良好，处理费用被抑制)。此外，在介质的裂缝缺损、损耗少时，寿命长且加工精度的管理变得容易。

(介质的制造方法)

这里，对用于制造介质40的方法(介质40的制造方法)进行说明。

介质40的制造方法中，首先，进行混炼工序。该混炼工序中，将磨粒、粘合剂(结合材料)、作为加强材料的氧化镁、以及作为消失材料粉末的氢氧化铝(Al(OH)₃)的粉末以成为规定的含量的方式称量后进行混炼(以后将这些材料一起记作“混合材料a”)。混炼时，也可以根据需要添加水。氢氧化铝的粉末的添加量设为在将混合材料a设为100质量％时的1～40质量％的量。另外，该氢氧化铝的粉末的添加量优选设为在将混合材料a设为100质量％时的5～25质量％的量。

作为磨粒，可使用氧化铝系磨粒(刚铝石)、碳化硅系磨粒(金刚砂)、氧化锆氧化铝磨粒、金刚石磨粒或CBN磨粒等。使用白色氧化铝系磨粒(WA)作为磨粒时，价格低且研磨力高，且磨粒的色不会转印至被加工物，因此为优选。此外，磨粒的平均粒径优选设为1μm～150μm。若磨粒的粒径过小，则介质的研磨力变低。另一方面，若磨粒的粒径过大，则粒子彼此的结合力弱，介质的强度下降。

粘合剂是在烧结时用于使磨粒彼此结合的结合材料。粘合剂根据磨粒的种类、烧结温度等而适当选择。本实施方式中，粘合剂至少含有二氧化硅、氧化锆和氧化钙。另外，在粘合剂中含有氧化镁时，可以将该氧化镁用作加强材料。

在该混炼工序中的氢氧化铝的添加比例大时，最终制造的介质40的自生作用变强而研磨力变强。然而，在氢氧化铝的添加比例大时，邻接的粒子变少，其结果，作为介质40整体的强度下降，因此寿命变短。此外，比重变轻，因此介质40的研磨力下降。因此，本实施方式中，以上述比例添加氢氧化铝的粉末。

此外，本实施方式的混炼工序中，在混合材料a中添加烧结助剂作为一个例子。烧结助剂可设为氧化锰和氧化铁中的至少一者(即，任一者或两者)。烧结助剂的添加量在将混合材料a和烧结助剂的合计设为100质量％时，也可以为5质量％以下(在使用多种材料作为烧结助剂时它们的合计为5质量％以下)。

接下来的成型工序中，将混炼工序中混炼的混炼物投入至挤出成型机而成型为规定的形状(本实施方式中，作为一个例子，为高度6mm的三角柱形状)。

接下来的烧结工序中，在使成型工序中成型的成型体干燥的状态下装入至耐热容器，并且在炉内中以规定温度烧结规定时间。该烧结工序中，氢氧化铝进行脱水分解，其结果，变化为氧化铝(Al₂O₃)而作为固体成分的体积减少，羟基成为水蒸气而发散。即，该工序中，使氢氧化铝消失。然后，推测通过上述混炼，氢氧化铝均匀地分散于混合材料a中，因此羟基成为水蒸气而发散，从而空隙均匀地分散于介质40中地形成。通过这种烧结工序，可得到多孔质的介质40。

另外，该烧结工序中，混炼工序中添加的氧化锰和氧化铁中的至少一者作为烧结助剂有效地发挥功能。

(干式筒式研磨方法)

接着，对使用介质40的干式筒式研磨方法进行说明。

首先，使图1所示的集尘机16运转。此外，在筒式研磨装置10的筒式槽12内装入介质40和被加工物W，使介质40和被加工物W在筒式槽12内混合。

接着，使筒式研磨装置10运转，使介质40和被加工物W在筒式槽12内流动而使介质40与被加工物W接触，从而研磨被加工物W。这里，本实施方式中，介质40由具有分散的空隙的多孔质的烧结体构成，含有1～4质量％的氧化镁。因此，即使在研磨中表面被磨削，也会出现新的研磨材料，因此不管是否经过研磨均可以持续给予研磨力。

若进行补充说明，则进行筒式研磨而在磨粒彼此之间混入(堵塞)被加工物W的研磨粉或被削下的介质的粉等微粉时，研磨力伴随着研磨时间的经过而下降。与此相对，本实施方式中，在介质40发生堵塞前，可以使介质40的表层磨损，使新的磨粒露出，因此可以长时间维持研磨力。因此，例如，也无需为了防止介质的堵塞而添加用于去除微粉的修整液。

另一方面，介质为多孔质的烧结体时，要求该介质的强度进一步提高。然而，如本实施方式那样，通过在介质40中含有1～4质量％的氧化镁，介质40的强度提高。通过后述的实验已确认了该介质40的强度提高(裂缝缺损的产生率的抑制)。此外，虽然详细的机理尚未确认，但推测如下：若氧化镁的组成率为适当的范围内，则材料的混炼时不形成氧化镁的二次粒子。推测因此成为氧化镁的粒子混入氧化铝的粒子的间隙的状态，通过将其进行烧结，可实现强度提高。与此相对，若氧化镁的组成率过高，则在材料的混炼时会形成氧化镁的二次粒子。若在该状态下进行烧结，则氧化镁的二次粒子作为氧化铝的粒子的杂质而残留，由此导致强度的下降。

此外，本实施方式中，通过图1所示的介质40的空隙率为1～40％，可以使介质40的圆角加工中的研磨能力良好地持续，并且抑制介质40的损耗率。对此也已通过后述的实验得到了确认。

回到干式筒式研磨方法的顺序的说明，在从使筒式研磨装置10运转开始经过规定时间后，使筒式研磨装置10的运转停止，进而，在其后使集尘机16的运转停止。然后，从筒式研磨装置10的筒式槽12排出介质40和被加工物W，将它们分类而回收被加工物W。

接着，对实施例进行说明。

将具有上述实施方式中说明的组成比率且由多孔质的烧结体构成的筒式研磨用介质作为实施例(实施例1～7)，将不具有上述组成比率的筒式研磨用介质和不是多孔质的筒式研磨用介质作为比较例(比较例1～6)。使这些筒式研磨用介质在筒式槽(研磨槽)内与被加工物混合的状态下流动，从而进行研磨被加工物的试验。

该试验中，使用相同的介质进行10次(10批次)的研磨。若进行补充说明，则在实际的研磨处理中，在第1次的研磨后，取出被加工物，其后装入新的被加工物而用相同的介质进行第2次的研磨，使用相同的介质反复进行研磨和被加工物的取出和装入。该试验中，反复进行10次研磨和被加工物的取出和装入。研磨(筒式研磨)的条件如以下的表1所示。

[表1]

此外，下述表2中示出实施例1～7和比较例1～6的各条件和评价。

[表2]

表2的Al₂O₃的组成率中的“剩余成分”是表示从100％减去SiO₂、ZrO₂、CaO和MgO的各组成率，进一步减去不可避免地少量含有的不可避免的杂质的组成率而得的组成率。此外，烧结前的Al(OH)₃的比率的项目是将在制造介质时的混炼工序中的氢氧化铝的粉末的添加量以在将混合材料(上述实施方式中为混合材料a)设为100质量％时的质量％表示。另外，在添加有Al(OH)₃时，介质成为多孔质体，在未添加Al(OH)₃时，介质未成为多孔质体，成为致密体。

此外，“空隙率”是分别测定“介质的体积比重”和“介质的真比重”，根据下述算式1算出的结果。“空隙率”的单位为体积％。将“介质的体积比重”的概念示于下述算式2，将“介质的真比重”的概念示于下述算式3。此外，如图2所示，介质固体部42是指介质40的固体部分，开放空隙44是指与外部空气连接的空隙(连续气泡结构)，封闭空隙46是指在介质40的内部孤立的空隙(独立气泡结构)。如此，介质40具有作为分散的空隙的开放空隙44和封闭空隙46，由具有开放空隙44和封闭空隙46的多孔质的烧结体构成。

[数1]

[数2]

[数3]

此外，表2的“Rα”的项目表示测定外周面塌陷量(mm)的结果，表2的“Rβ”的项目表示测定端面塌陷量(mm)的结果。图3中表示作为外周面塌陷量的“Rα”和作为端面塌陷量的“Rβ”分别为哪个部分的长度。另外，该试验中，作为前提的研磨目的为圆角加工，研磨目标值为Rα＝Rβ＝0.40mm。

此外，表2的“加工能力”中的“评价”的项目是表示塌陷量评价的项目，基于以下基准进行评价。首先，在Rα和Rβ均为0.40mm以上，且Rα/Rβ为0.8～1.2时，设为“○”。此外，在Rα和Rβ均为0.30mm以上且Rα和Rβ中的至少一者小于0.40mm，且Rα/Rβ为0.8～1.2时，设为“Δ”。进而，在Rα和Rβ中的至少一者小于0.30mm时，或在Rα/Rβ小于0.8或大于1.2时，设为“×”。其中，此次的实施例1～7和比较例1～6中没有被评价为“×”的例子。

此外，表2的“裂缝缺损”的项目是在第1次(第1批次)的研磨结束后，从筒式槽内随机地选取50个介质，对具有裂缝缺损额介质的数量进行计数的项目。

此外，“损耗率”是利用精密电子天平(株式会社岛津制作所制；IPS－DP10)分别测定“加工前的介质的质量”和“加工后的介质的质量”，使用下述算式4而算出的结果。“损耗率”的单位为％/h。

[数4]

根据表2的结果，在比较例1、3、5、6中，加工能力的评价为“Δ”。此外，在比较例2、4中，虽然加工能力的评价为“○”，但介质的裂缝缺损的个数变多。与此相对，可知在实施例1～7中，加工能力的评价为“○”且介质的裂缝缺损的个数也被抑制。此外，可知实施例1～6与实施例7相比损耗率被抑制。

如以上说明那样，根据本实施方式，可以使圆角加工中的研磨能力的持续性提高，并且抑制介质40自身的裂缝缺损的产生。

(实施方式的补充说明)

另外，使用介质的被加工物的研磨也可以通过研磨槽的行星旋转或振动等使物料流动化而进行。另外，作为筒式研磨的种类，除如上述实施方式的流动式筒以外，例如有被称为离心式筒、振动式筒、旋转式筒和陀螺仪式筒等的研磨。

此外，上述实施方式中，将加工目的设为“圆角加工”，但其它加工目的中也可以进行良好地研磨。作为其它加工目的，例如，可举出被加工物的表面的去毛边、面粗糙度的调整或表面层的除去等加工。

此外，上述实施方式中，可举出将介质40使用于干式筒式研磨方法的例子，但介质40也可以用于湿式筒式研磨方法。另外，湿式筒式研磨方法中，将被加工物、介质、水和根据需要的复合物装入筒式槽(研磨槽)。

此外，如上述实施方式所述，介质的空隙率优选设定为1～40％，进一步优选设定为5～25％。但是，介质的空隙率也可以设定于这些范围外。

此外，作为上述实施方式的介质的制造方法的变形例，消失材料粉末例如也可以是如发泡苯乙烯树脂的粉末等的其它消失材料粉末。另外，若在陶瓷粘合剂中使用发泡苯乙烯树脂作为消失材料，则有可能在烧结后的介质内由消失材料所致的杂质(例如，碳)残留于晶界，该杂质有可能成为介质的强度下降的一个因素(裂纹的产生)。与此相对，如上述实施方式所示，在使用氢氧化铝作为消失材料时，即使进行烧结，氢氧化铝也会分解为水蒸气以及作为介质的主成分的氧化铝(Al₂O₃)。因此，有在烧结后的介质内不残留由消失材料所致的杂质这样的优点。

此外，作为上述实施方式的介质的制造方法的变形例，也可采用在混炼工序中不添加氧化锰和氧化铁的方法。

另外，上述实施方式和上述的各种变形例能够适当组合而实施。

以上，对实施方式和变形例进行了说明，但本发明不限定于上述例子，除上述以外，当然也可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变形而实施。

符号的说明

40…筒式研磨用介质，44…开放空隙，46…封闭空隙。

Claims (8)

1.一种筒式研磨用介质，其由具有分散的空隙的多孔质的烧结体构成，该烧结体至少含有60～80质量％的氧化铝、10～30质量％的二氧化硅、4～8质量％的氧化锆、1～3质量％的氧化钙以及1～4质量％的氧化镁。

2.如权利要求1所述的筒式研磨用介质，其中，所述烧结体的空隙率为1～40％。

3.一种筒式研磨用介质的制造方法，是制造权利要求2所述的筒式研磨用介质的制造方法，包括如下工序：

混炼工序，将磨粒、粘合剂、氧化镁和消失材料粉末混炼；

成型工序，将所述混炼工序中混炼的混炼物成型为规定的形状；以及

烧结工序，对所述成型工序中成型的成型体进行烧结并使所述消失材料粉末消失。

4.如权利要求3所述的筒式研磨用介质的制造方法，其中，在将所述磨粒、所述粘合剂、所述氧化镁和所述消失材料粉末的合计设为100质量％时，所述消失材料粉末的含量为1～40质量％。

5.如权利要求3或4所述的筒式研磨用介质的制造方法，其中，所述消失材料粉末为氢氧化铝的粉末。

6.如权利要求3～5中任一项所述的筒式研磨用介质的制造方法，其中，所述混炼工序中，在含有所述磨粒、所述粘合剂、所述氧化镁和所述消失材料粉末的混合材料中添加氧化锰和氧化铁中的至少一者，在将所述混合材料与所述氧化锰和所述氧化铁中的至少一者的合计设为100质量％时，所述氧化锰和所述氧化铁中的至少一者的含量为5质量％以下。

7.如权利要求3～6中任一项所述的筒式研磨用介质的制造方法，其中，所述磨粒为白色氧化铝系磨粒。

8.如权利要求3～7中任一项所述的筒式研磨用介质的制造方法，其中，所述磨粒的平均粒径为1μm～150μm。