JP2005068260A

JP2005068260A - 複合粒子及びその製造方法

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Publication number: JP2005068260A
Application number: JP2003298156A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Hamada; 直之濱田; Noriaki Yokoi; 紀昭横井
Original assignee: Nihon Micro Coating Co Ltd
Current assignee: Nihon Micro Coating Co Ltd
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】ワークの表面に研磨粒子を弾力的に作用させ、ワーク表面を短時間で研磨できる複合粒子及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】第一の樹脂からなる第一の樹脂粒子１１、及び第一の樹脂粒子１１の表面に固定した少なくとも一つの第一の粒子１２から成り、第一の樹脂粒子１１の平均粒径が１μｍ〜５００μｍの範囲にあり、第一の粒子１２の平均粒径が、第一の樹脂粒子１１の平均粒径の１／１０以下の範囲にある、核１３、この核１３の表面にわたって形成した、上記の第一の樹脂と異なる第二の樹脂からなる樹脂層１４、及びこの樹脂層１４の表面に固定した複数の第二の粒子１５から構成される複合粒子１０。第一の粒子１２として、磁性粒子又は金属粒子が使用される。第二の粒子１５の平均粒径は、第一の樹脂粒子１１の平均粒径の１／１０以下の範囲にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属、セラミックス、ガラスなどからなるワークを研磨するのに用いられる複合粒子及びその製造方法に関し、特に、磁気研磨、ブラスト研磨及び超音波研磨に用いるに適した複合粒子及びその製造方法に関するものである。

ガラス、金属、セラミックス、プラスチック等の材料から様々な部品が製造され、これら部品で組み立てられた様々な製品が製造されている。これら製品は、その用途に応じて様々な業種で使用されている。

部品は、その設計段階で予定される性能や機能を発揮させるため、最終的に、設計形状に忠実な表面に仕上げられていなければならず、部品組立業者の規格基準を満たさなければ不良品として選別される。このような規格基準には、部品形状の精度（形状寸法、バリ、傷など）だけでなく、部品表面の汚れ（酸化膜、樹脂、手垢など）の有無や光沢斑の有無も含まれる。また、製品は、通常、その使用時間の経過にともなって劣化するものであり、このような劣化は、製品を構成する部品の劣化に起因するものである。このことから、製品の性能や機能を維持し、製品の外観上の品質を維持するため、任意又は定期的に部品の交換や研磨が行われる。このため、部品の研磨が非常に重要な作業となっている。

このような研磨には、一般に、テープやバフを使用する固定砥粒研磨や遊離砥粒研磨が利用される。しかし、凹凸部や中空部等の複雑な形状を有する部品を研磨する場合、テープやバフを使用する固定砥粒研磨や遊離砥粒研磨では部品表面の細部にわたって研磨を行うことができず、部品表面、特に凹凸部や中空部等の複雑な形状を有する表面部分にバリや汚れ、光沢斑が残り、部品の表面全体を研磨できない、という問題が生じる。このため、テープやパッドを使用せずに、外部から、磁気、流体又は超音波を利用して研磨粒子に運動エネルギーを与え、研磨粒子を部品（以下、このような研磨対象物をワークという）に衝突させることにより、ワークを研磨する技術が開発された。

例えば、磁気を利用して研磨粒子をワークの表面に衝突させる磁気研磨では、磁性粒子の表面に研磨粒子を焼結した複合粒子が使用され、この磁性粒子に磁気を作用させて複合粒子をワークに衝突させ、これにより、ワークが研磨される（特許文献１、２参照）。

特開２０００−２４６６４８号公報（段落０００２）特開２００２−８０８２６号公報（段落０００４）

しかし、このような複合粒子を使用すると、研磨粒子がワークに弾力的に作用せず、スクラッチが形成され、また、高い研磨力を発生させるため、複合粒子の重量を増加させると、スクラッチがより顕著になる。

したがって、本発明の目的は、ワーク表面に研磨粒子を弾力的に作用させ、ワーク表面を短時間で研磨できる複合粒子及びその製造方法を提供することである。

本発明の複合粒子は、第一の樹脂からなる第一の樹脂粒子の表面に少なくとも一つの第一の粒子を固定した核、この核の表面にわたって被覆した、第二の樹脂からなる樹脂層、及びこの樹脂層の表面に固定した複数の第二の粒子から構成される。

第一の樹脂粒子の平均粒径が１μｍ〜５００μｍの範囲にあり、第一の粒子の平均粒径は、第一の樹脂粒子の平均粒径の１／１０以下の範囲にある。

第一の粒子は、第一の樹脂粒子と樹脂層との間すなわち当該複合粒子の内部に固定される。この第一の粒子の量（個数）が多くなると、当該複合粒子の運動量が大きくなる。

第一の粒子として、磁性粒子又は金属粒子が使用される。

磁性粒子として、ニッケル、フェライト、アルニコ、コバルト及びステンレス（ＳＵＳ）から選択される磁性材料からなる一種又は二種以上の粒子が使用される。

また、金属粒子として、ニッケル、銅及び半田から選択される金属材料からなる一種又は二種以上の粒子が使用される。

第一の樹脂として、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、及びウレタン樹脂から選択される一種の樹脂が使用される。

第二の樹脂として、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、及びウレタン樹脂から選択される、上記の第一の樹脂と異なる一種の樹脂が使用される。

第二の粒子は、研磨粒子として作用する。そして、樹脂粒子と樹脂層には弾力性があるので、第二の粒子は、研磨中、ワーク表面に弾力的に作用する。

第二の粒子として、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド、シリカ、及び酸化チタンから選択される材料からなる一種又は二種以上の粒子が使用される。第二の粒子の平均粒径は、第一の樹脂粒子の平均粒径の１／１０以下の範囲にある。

上記本発明の複合粒子は、まず、第一の樹脂からなる第一の樹脂粒子の表面に少なくとも一つの第一の粒子を固定させて、核を形成する。好適に、第一の樹脂粒子と第一の粒子との混合粒子を攪拌して、この混合物に機械的な衝撃を与えることによって、第一の樹脂粒子の表面に第一の粒子を固定し、これにより、核を形成する。

次に、第一の樹脂と異なる第二の樹脂で、この核の表面を被覆し、核の表面に樹脂層を形成する。好適に、核と、第二の樹脂からなる第二の樹脂粒子との混合粒子を攪拌して、この混合物に機械的な衝撃を与えることによって、核の表面にわたって第二の樹脂からなる第二の樹脂粒子を固定し、これにより、核の表面にわたって第二の樹脂からなる樹脂層を形成する。第二の樹脂粒子の平均粒径は、第一の樹脂粒子の平均粒径の１／１０以下の範囲にある。

次に、この樹脂層の表面に複数の第二の粒子を固定させることによって製造される。好適に、表面にわたって樹脂層を形成した核と第二の粒子との混合粒子を攪拌して、この混合粒子に機械的な衝撃を与えることによって、核の表面にわたって形成した樹脂層の表面に第二の粒子を固定する。

研磨粒子をワーク表面に弾力的に作用させることができるので、スクラッチを形成せずに、ワーク表面を研磨できる。また、複合粒子の重量を増加させて、ワーク表面を高い研磨力で、スクラッチを形成せずに研磨できる。

したがって、ワーク表面に研磨粒子を弾力的に作用させ、ワーク表面を短時間で研磨できる。

＜複合粒子＞図１に示すように、本発明の複合粒子１０は、第一の樹脂からなる第一の樹脂粒子１１の表面に少なくとも一つの第一の粒子１２を固定した核１３、この核１３の表面にわたって被覆した、第二の樹脂からなる樹脂層１４、及び樹脂層１４の表面に固定した複数の第二の粒子１５から構成される。

第一の樹脂粒子１１の平均粒径が１μｍ〜５００μｍの範囲にあり、第一粒子１２の平均粒径は、第一の樹脂粒子１１の平均粒径の１／１０以下の範囲にある。

第一の粒子１２は、第一の樹脂粒子１１と樹脂層１４との間すなわち当該複合粒子１０の内部に固定される。第一の粒子１２の量（個数）が多くなると、研磨中の当該複合粒子１０の運動量が大きくなる。

第一の樹脂粒子１１と樹脂層１４には弾力性があるので、第二の粒子１５は、研磨中、ワークの表面に弾力的に作用する。

第一の粒子１２として、磁性粒子又は金属粒子が使用される。

また、第二の樹脂として、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、及びウレタン樹脂から選択される、上記の第一の樹脂と異なる一種の樹脂が使用される。

第二の樹脂として、第一の樹脂に使用される樹脂の種類と異なる種類の樹脂を使用することで、第一の樹脂からなる第一の樹脂粒子１１の表面に、第二の樹脂からなる樹脂層１４を強固に固定されることができ、これにより、核１３の表面にわたって樹脂層１４を強固に被覆させることができる。

第二の粒子１５として、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド、シリカ、及び酸化チタンから選択される材料からなる一種又は二種以上の粒子が使用される。第二の粒子１５の平均粒径は、第一の樹脂粒子１１の平均粒径の１／１０以下の範囲にある。

＜製造方法＞本発明の複合粒子１０は、まず、第一の樹脂粒子１１の表面に、第一の樹脂からなる少なくとも一つの第一の粒子を固定して、核１３を形成する。

上記の第一の樹脂と異なる第二の樹脂で、この核１３の表面を被覆し、核１３の表面に樹脂層１４を形成し、この樹脂層１４の表面に複数の第二の粒子１５を固定する。

核１３は、機械的な衝撃力を利用して、第一の樹脂からなる第一の樹脂粒子１１の表面に第一の粒子１２を固定することによって形成される。好適に、このような機械的な衝撃力は、例えば、特開平５−１６８８９５号公報に記載される装置を使用して与えることができ、この装置は、周囲に複数の板を間隔をあけて設けた円盤を高速で回転させ、投入した混合物を円盤周囲の板に衝突させて混合物に衝撃を与えるというものである。

樹脂層１４は、上記の衝撃力を利用して、核１３の表面に、第二の樹脂からなる第二の樹脂粒子を固定することによって、核１３の表面に形成される。第二の樹脂粒子の平均粒径は、第一の樹脂粒子１１の平均粒径の１／１０以下の範囲にある。

複合粒子１０は、上記の機械的な衝撃力を利用して、核１３の表面に形成した樹脂層１４の表面に、第二の粒子１５を固定することによって形成される。

＜研磨方法１＞研磨方法１は、磁気を利用して上記本発明の複合粒子１０をワークの表面に衝突させる磁気研磨である。磁気研磨には、上記の第一の粒子１２として、磁性粒子が使用される。図２に、磁気研磨装置２０を示す。ワークＷの表面の磁気研磨は、液槽２１内に、ワークＷを配置し、上記本発明の複合粒子１０を分散した研磨液Ｌを供給した後に、液槽２１の低部の直下に配置した永久磁石を矢印Rの方向に回転させて、磁気を、上記本発明の複合粒子１０中の磁性粒子（第一の粒子１２）に作用させ、本発明の複合粒子１０をワークWの表面に衝突させ、これにより、ワークWの表面を研磨する。本発明の複合粒子１０を使用すると、この複合粒子の第二の粒子１５がワークWの表面に弾力的に作用するので、ワークWの表面にスクラッチを形成せずに、ワークWの表面を平滑に研磨でき、また、第一の粒子１２の種類や量を選択して複合粒子１０の重量を増加させることによって、ワークWの表面にスクラッチを形成せずに、ワークWの表面を短時間で平滑に研磨できる。

＜研磨方法２＞研磨方法２は、流体（水、空気）を利用して上記本発明の複合粒子１０をワークの表面に衝突させるブラスト研磨である。図３に、ブラスト研磨装置３０を示す。ブラスト研磨は、図３に示すように、ノズル３１を通じて流体と一緒に上記本発明の複合粒子１０をワークＷの表面に高速で吹き付け、この本発明の複合粒子１０をワークＷの表面に衝突させ、これにより、ワークＷの表面を研磨する。本発明の複合粒子１０を使用すると、この複合粒子の第二の粒子１５がワークＷの表面に弾力的に作用するので、ワークＷの表面にスクラッチを形成せずに、ワークＷの表面を平滑に研磨でき、また、第一の粒子１２の種類や量を選択して複合粒子１０の重量を増加させて、ワークＷの表面にスクラッチを形成せずに、ワークＷの表面を短時間で平滑に研磨できる。

＜研磨方法３＞研磨方法３は、超音波を利用して上記本発明の複合粒子１０をワークの表面に衝突させる超音波研磨（バレル研磨ともいう）である。図４に、超音波研磨装置４０を示す。超音波研磨は、図４に示すように、本発明の複合粒子１０を分散した研磨液Ｌを液槽４１中に入れ、液槽４１中に配置したワークＷの直上に位置するホーン４２を通じて、研磨液Ｌ中の本発明の複合粒子１０を振動させて、この本発明の複合粒子１０をワークＷの表面に衝突させ、これにより、ワークＷの表面を研磨する。本発明の複合粒子１０を使用すると、この複合粒子の第二の粒子１５がワークＷの表面に弾力的に作用するので、ワークＷの表面にスクラッチを形成せずに、ワークＷの表面を平滑に研磨でき、また、第一の粒子１２の種類や量を選択して複合粒子１０の重量を増加させて、ワークＷの表面にスクラッチを形成せずに、ワークＷの表面を短時間で平滑に研磨できる。

本発明の複合粒子を製造した。まず、ハイブリダイゼーションシステム（ＮＨＳ−０型、奈良機械製作所）（回転数１３０００ｒｐｍ、運転時間１０分間）を使用して、平均粒径１８０μｍのほぼ球状のポリエチレン粒子（第一の樹脂粒子）の表面に、平均粒径１０μｍのニッケル粒子（磁性粒子）との混合粒子を攪拌し、この攪拌の際に、この混合粒子に機械的な衝撃力を与えることによって、ほぼ球状のポリエチレン粒子の表面にニッケル粒子を固定して核を形成した。

次に、ハイブリダイゼーションシステム（ＮＨＳ−０型、奈良機械製作所）（回転数１３０００ｒｐｍ、運転時間１０分間）を使用して、核と平均粒径１０μｍのナイロン粒子（第二の樹脂粒子）との混合粒子を、上記のハイブリダイゼーションシステムを使用して攪拌し、機械的な衝撃力により、核の表面にナイロン粒子を固定し、核の表面にわたって、ナイロンからなる樹脂層を形成した。

次に、ナイロンからなる樹脂層で被覆された核と、平均粒径１μｍの炭化珪素粒子（第二の粒子）との混合粒子を、上記のハイブリダイゼーションシステムを使用して攪拌し、機械的な衝撃力により、核の表面に炭化珪素粒子を固定して、実施例の複合粒子を製造した。

＜比較試験＞上記の実施例の複合粒子との比較のため、下記の比較例１、２の研磨剤を製造し、これらを使用して、ソーダガラス片（２０×２０×５ｍｍ）の磁気研磨を、図２に示す磁気研磨装置を使用して行い、研磨量と、研磨後のソーダガラス片の平均表面粗さ(Ｒａ)について比較した。なお、比較試験で使用したそれぞれの研磨液は、いずれも分散媒として純水を使用し、上記の実施例の複合粒子及び下記の比較例１、２の研磨剤の純水中の含有量は、いずれも同量であった。

＜比較例１＞比較例１の研磨剤として、平均粒径１０μｍのニッケル粒子（磁性粒子）のみを使用した。

＜比較例２＞比較例２の研磨剤として、平均粒径１０μｍのニッケル粒子（磁性粒子）と平均粒径１μｍの炭化珪素粒子（第二の粒子）とからなる混合粒子を使用した。

＜比較試験結果＞比較試験結果を下記の表１に示す。

表１に示すとおり、実施例（本発明）によると、比較例１、２と比較して、ワーク表面を、より短時間に、より平滑に研磨できた。

本発明の複合粒子の一部破断斜視図である。磁気研磨装置を示す。ブラスト研磨装置を示す。超音波研磨装置を示す。

符号の説明

１０・・・複合粒子
１１・・・第一の樹脂粒子
１２・・・第一の粒子
１３・・・核
１４・・・樹脂層
１５・・・第二の粒子
２０・・・磁気研磨装置
２１・・・液槽
３０・・・ブラスト研磨装置
３１・・・ノズル
４０・・・超音波研磨装置
４１・・・液槽
４２・・・ホーン
Ｒ・・・回転方向
Ｌ・・・研磨液
Ｗ・・・ワーク

Claims

第一の樹脂からなる第一の樹脂粒子、及び前記第一の樹脂粒子の表面に固定した少なくとも一つの第一の粒子から成り、前記第一の樹脂粒子の平均粒径が１μｍ〜５００μｍの範囲にあり、前記第一の粒子の平均粒径が、前記第一の樹脂粒子の平均粒径の１／１０以下の範囲にある、核、
前記核の表面にわたって形成した、前記第一の樹脂と異なる第二の樹脂からなる樹脂層、及び
前記樹脂層の表面に固定した複数の第二の粒子であって、前記第二の粒子の平均粒径が、前記第一の樹脂粒子の平均粒径の１／１０以下の範囲にある、第二の粒子、
から成る複合粒子。
前記第一の粒子として、磁性粒子又は金属粒子が使用される、請求項１の複合粒子。
前記磁性粒子として、ニッケル、フェライト、アルニコ、コバルト及びステンレスから選択される磁性材料からなる一種又は二種以上の粒子が使用される、請求項２の複合粒子。
前記金属粒子として、ニッケル、銅及び半田から選択される金属材料からなる一種又は二種以上の粒子が使用される、請求項２の複合粒子。
前記第一の樹脂として、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、及びウレタン樹脂から選択される一種の樹脂が使用され、
前記第二の樹脂として、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、及びウレタン樹脂から選択される、前記第一の樹脂と異なる一種の樹脂が使用される、請求項１の複合粒子。
前記第二の粒子として、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド、シリカ、及び酸化チタンから選択される材料からなる一種又は二種以上の粒子が使用される、請求項１の複合粒子。
第一の樹脂からなる第一の樹脂粒子の表面に、少なくとも一つの第一の粒子を固定して、核を形成する工程であって、前記第一の樹脂粒子の平均粒径が１μｍ〜５００μｍの範囲にあり、前記第一の粒子の平均粒径が、前記第一の樹脂粒子の平均粒径の１／１０以下の範囲にある、工程、
前記第一の樹脂と異なる第二の樹脂で、前記核の表面を被覆し、前記核の表面に樹脂層を形成する工程、及び
前記樹脂層の表面に複数の第二の粒子を固定する工程であって、前記第二の粒子の平均粒径が、前記第一の樹脂粒子の平均粒径の１／１０以下の範囲にある、工程、
から成る複合粒子の製造方法。
核を形成する前記工程が、前記第一の樹脂粒子と前記第一の粒子との混合粒子に、機械的な衝撃力を与えて、前記第一の樹脂粒子の表面に、少なくとも一つの前記第一の粒子を固定する工程であり、
樹脂層を形成する前記工程が、前記第二の樹脂からなる第二の樹脂粒子と前記核との混合粒子に、機械的な衝撃力を与えて、前記核の表面に前記第二の樹脂粒子を固定し、前記第二の樹脂で、前記核の表面を被覆し、前記核の表面に前記樹脂層を形成する工程であり、前記第二の樹脂粒子の平均粒径が、前記第一の樹脂粒子の平均粒径の１／１０以下の範囲にあり、
第二の粒子を固定する前記工程が、表面に前記樹脂層を形成した前記核と前記第二の粒子との混合粒子に、機械的な衝撃力を与えて、前記樹脂層に前記第二の粒子を固定する工程である、
ところの請求項７の複合粒子の製造方法。