JP2020093361A

JP2020093361A - バレル研磨用の研磨メディア

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Publication number: JP2020093361A
Application number: JP2018234142A
Authority: JP
Inventors: 末菅　啓朗; Hiroaki Suesuga; 啓朗末菅
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-14
Also published as: JP7159842B2

Abstract

【課題】乾式バレル研磨によりセラミックス製被加工物を研磨加工するときに用いる研磨メディアであって、被加工物の表面の汚損を抑制することができる研磨メディアを提供する。
【解決手段】乾式バレル研磨方法においてセラミックス製の被加工物Ｗの研磨に用いる研磨メディアＭであって、主成分が被加工物の材質と実質同材質のセラミックス焼結体からなる。研磨メディアＭはセラミックス焼結体からなるので、強度が高く破砕されにくい。そのため、研磨メディアＭ由来の粉塵の発生量を少なくすることができる。セラミックス製被加工物Ｗに研磨メディアＭ由来の粉塵が付着しても、同材質であるので汚損として問題となることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックス製の被加工物のバリ取り、表面研磨等のために行われるバレル研磨に用いられる研磨メディアに関する。

バレル研磨は、被加工物と、研磨メディアと、必要に応じて研磨助剤と、をバレル槽に装入し、バレル槽を回転、振動など駆動することにより、装入物で形成されるマスを流動させる。これにより、研磨メディアが被加工物と衝突または擦過し、被加工物が研磨される。

バレル研磨用の研磨メディアとして、砥粒を樹脂で結合し成形した樹脂系研磨メディア（例えば、特許文献１）、砥粒をビトリファイド結合材で結合し成形したビトリファイド系研磨メディア（例えば、特許文献２）、ステンレスなど鉄系材料などからなる金属系研磨メディア（例えば、特許文献３）などが用いられている。

特開平７−６８４６３号公報特公昭４４−０２３８７３号公報特開平１０−１３８１１７号公報

樹脂系研磨メディアは、乾式バレル研磨でよく使用される研磨メディアであり、金属製や樹脂製の被加工物の加工には非常に有効だが、セラミックス製被加工物、特に表面に気孔や凹凸が存在する被加工物を乾式でバレル研磨する場合には、バレル研磨時に発生する粉塵が被加工物表面に付着し汚損する場合があった。

粘土や陶料をビトリファイド結合材として砥粒同士を結合したビトリファイド系研磨メディアでは、研磨メディア同士または研磨メディアとセラミックス製被加工物の接触による摩耗と発生する粉塵量が多い。そのため、主に湿式バレル研磨で用いられる。乾式バレル研磨で用いた場合、粉塵が被加工物表面に付着し汚損する場合があった。

金属製研磨メディアでは、砥粒を含まないので研磨メディア由来の粉塵は発生しないが、金属製メディアがセラミックス製被加工物に衝突した際に、セラミックス製被加工物の表面に金属成分が付着し汚損する場合があった。

そこで、本発明では、乾式バレル研磨によりセラミックス製被加工物を研磨加工するときに用いる研磨メディアであって、被加工物の表面の汚損を防ぐことができる研磨メディアを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、乾式バレル研磨方法においてセラミックス製の被加工物の研磨に用いる研磨メディアであって、主成分が被加工物の材質と実質同材質のセラミックス焼結体からなる、という技術的手段を用いる。ここで、研磨メディアは、主成分がワークの材質と実質同材質のセラミックス焼結体からなる。ここで、「主成分」とは焼結助剤や不可避成分などを除いた成分を意味し、「同材質」とは、化学式が同一であることを意味する。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の研磨メディアにおいて、前記研磨メディアは、前記同材質からなる砥粒を前記同材質からなる微粉末を結合材として結合したセラミックス焼結体であり、前記砥粒の含有率が５０質量％以下である、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の研磨メディアにおいて、前記主成分はαアルミナである、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の研磨メディアにおいて、前記研磨メディアが前記砥粒を含有する場合に、前記砥粒は白色アルミナからなる、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、研磨メディアはセラミックス焼結体からなるので、強度が高く破砕されにくい。そのため、研磨メディア由来の粉塵の発生量を少なくすることができる。セラミックス製被加工物に研磨メディア由来の粉塵が付着しても、同材質であるので汚損として問題となることがない。また、当該研磨メディアは、セラミックス製被加工物のバレル研磨に必要な研磨力を有しており、乾式バレル研磨によるセラミックス製被加工物の研磨に好適に用いることができる。

請求項２に記載の発明のように、砥粒を含有する研磨メディアとすると、研磨力を増大させることができる。砥粒由来の粉塵が付着したときに、同材質であるので汚損として問題となることがない。そのため、セラミックス製被加工物の乾式バレル研磨に好適に用いることができる。砥粒の含有量は５０質量％を超えると、粉塵が生じやすくなるため、砥粒の含有量は５０質量％以下とすることが好ましい。ここで、砥粒の含有率が０質量％のときが請求項１に記載の研磨メディアに相当する。

請求項３に記載の発明のように、主成分がαアルミナである研磨メディアは、アルミナ製被加工物の研磨に用いたときに、研磨メディア由来の粉塵が付着しても、同材質であるので汚損として問題となることがない。そのため、アルミナ製被加工物の乾式バレル研磨に好適に用いることができる。

請求項４に記載の発明のように、砥粒が白色アルミナからなる研磨メディアは、アルミナ製被加工物の研磨に用いたときに、砥粒由来の粉塵が付着しても、同材質であるので汚損として問題となることがない。そのため、アルミナ製被加工物の乾式バレル研磨に好適に用いることができる。

本発明の研磨メディアを用いた乾式バレル研磨を行うバレル研磨装置の一例を示す模式図である。図１（Ａ）は上方から見た平面図、図１（Ｂ）は一部断面を示す側面図である。実施例において、被加工品の表面の汚損状態をＣ量を評価指標として評価した結果を示すグラフである。

本発明の研磨メディアについて、図を参照して説明する。

本発明における研磨メディアＭは、セラミックス製の被加工物（以下、ワークＷ、という。）の研磨に用いるものである。

研磨メディアは、主成分がワークの材質と実質同材質のセラミックス焼結体からなる。ここで、「主成分」とは焼結助剤や不可避成分などを除いた成分を意味し、「同材質」とは、化学式が同一であることを意味する。

研磨メディアＭは、研磨目的に合わせて数ミリから数十ミリの柱形状、球形状、錐形状等の各種形態のものを用いることができる。

本実施形態では、アルミナからなるワークＷを乾式バレル研磨によりバリ取りを行う場合を例に説明する。

研磨メディアＭは、αアルミナを主成分とする研磨メディアである。研磨メディアＭは、平均粒径０．１〜１０μｍのアルミナ微粉末を焼結した焼結体からなる。

研磨メディアＭは、例えば、下記工程により製造される。まず、バインダ、砥粒、場合によって添加剤（シリカやタルク剤等）などの原料を調合し、調合した原料にカップリング剤、水を適量噴霧しながら混練する。そして、押し出し、造粒法などのより成型し、乾燥、焼成を経て完成する。

研磨メディアＭは、アルミナ微粉末を焼結したアルミナ焼結体からなるので、強度が高く破砕されにくい。そのため、研磨メディアＭ由来の粉塵の発生量を少なくすることができる。

アルミナ製のワークＷに研磨メディアＭ由来のアルミナ粉塵が付着しても、同材質であるので汚損として問題となることがない。

また、研磨メディアＭは、アルミナ製のワークＷのバレル研磨に必要な研磨力を有しており、乾式バレル研磨によるアルミナ製のワークＷの乾式バレル研磨に好適に用いることができる。

次に、研磨メディアＭを用いてセラミックス製のワークＷの乾式バレル研磨を行う方法について説明する。本実施形態では、乾式バレル研磨を行うために、図１に示す振動バレル研磨装置を用いたときを例に説明する。

振動バレル研磨装置１は、以下のように構成されている。

研磨槽１０は断面Ｕ字型のリング状に形成されており、架台１２上に配置されたばね１１により底面で支持されている。架台１２には、回転軸１３ａの上下にトップウエイト１３ｂ及びボトムウエイト１３ｃを備えた振動モータ１３が設けられている。振動モータ１３は、研磨槽１０の内周部に設けられた伝達部材１４と接続されており、この伝達部材１４を介して研磨槽１０に振動を付与し、ワークＷ及び研磨メディアＭからなるマスを、図１（Ａ）に記載の矢印の方向に流動させる。

研磨槽１０の内部には、マスの流動方向を切り換えるダンパ１５が設けられており、ダンパ１５の操作により、マスを研磨槽１０から研磨槽１０に接続されて設けられた篩部１６に導入することができる。篩部１６は、研磨メディアＭを通過するがワークＷを通過しない寸法の開口を有しているスクリーンを備える。

振動バレル研磨装置１によりワークＷの振動バレル研磨を行うには、まず、ワークＷと、所定量の研磨メディアＭを研磨槽１０に装入する。

続いて、振動バレル研磨装置１を作動させる。振動モータ１３を駆動させると、トップウエイト１３ｂ及びボトムウエイト１３ｃが回転し、これらの回転に応じて伝達部材１４を介して研磨槽１０が振動する。

これにより、ワークＷ及び研磨メディアＭからなるマスを、図１（Ａ）に記載の矢印の方向に循環させる。研磨メディアＭがワークＷと衝突または擦過することで、バレル研磨、本実施形態ではバリ取り、が行われる。

所定時間経過した後、ダンパ１５を操作して、マスを篩部１６に導入する。篩部１６ではスクリーン上にワークＷのみを捕捉することができる。回収したワークＷをエアブローで洗浄して一連の操作が完了する。

研磨メディアＭは、研磨力を増大させるために、砥粒を含有する構成とすることもできる。この構成の研磨メディアＭは、ワークＷと同材質の砥粒をワークＷと同材質の微粉末の結合材により結合したセラミックス焼結体からなる。

ここで、砥粒の含有量は５０質量％を超えると、砥粒由来の粉塵が生じやすくなるため、砥粒の含有量は５０質量％以下とすることが好ましい。また、砥粒由来の粉塵の発生を少なくするためには、砥粒の含有量を２０質量％以下とすることが、より好ましい。

アルミナ製のワークＷをバレル研磨する場合、研磨メディアＭは、白色アルミナ（ホワイトアランダム）からなる砥粒をアルミナ微粉末からなる結合材により結合したアルミナ焼結体を用いる。

ここで、白色アルミナは一般に市場取引されている純度を有するαアルミナであり、例えば、純度９９％以上のものである。

砥粒として白色アルミナを用いると、砥粒由来の粉塵が付着しても、アルミナ製のワークＷと同材質であるので汚損として問題となることがない。そのため、アルミナ製のワークＷの乾式バレル研磨に好適に用いることができる。

（変更例）
上述の実施形態では、アルミナ製のワークＷを同材質のアルミナ焼結体からなる研磨メディアＭにより乾式バレル研磨する形態を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ワークＷがムライト製であればムライト焼結体からなる研磨メディアＭを用いる、など、主成分がワークＷの材質と実質同材質のセラミックス焼結体からなる研磨メディアＭを用意することができる。

上述の実施形態では、振動バレル研磨装置による乾式バレル研磨を例に説明したが、これに限定されるものではなく、研磨メディアＭは、回転バレル、遠心バレル、流動バレル等、各種方式のバレル研磨において使用することができる。

（実施形態の効果）
主成分がワークＷの材質と実質同材質のセラミックス焼結体からなる研磨メディアＭによれば、研磨メディアＭはセラミックス焼結体からなるので、強度が高く破砕されにくい。そのため、研磨メディアＭ由来の粉塵の発生量を少なくすることができる。セラミックス製のワークＷに研磨メディアＭ由来の粉塵が付着しても、同材質であるので汚損として問題となることがない。また、研磨メディアＭは、セラミックス製のワークＷのバレル研磨に必要な研磨力を有しており、乾式バレル研磨によるセラミックス製のワークＷの研磨に好適に用いることができる。

研磨メディアＭとして、ワークＷと同材質の砥粒をワークＷと同材質の微粉末の結合材により結合したセラミックス焼結体からなる研磨メディアＭを用いることもできる。これによれば、研磨力を増大させることができる。

以下の実施例により、本発明の効果を確認した。

ワークとして１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍのアルミナプレートを用い、乾式バレル研磨によるバリ取りを行った。

試験に用いた研磨メディアを表１に示す。実施例１の研磨メディアは砥粒を含有しないアルミナ焼結体からなり、実施例２の研磨メディアは砥粒を含有するアルミナ焼結体からなる。

比較例１の研磨メディアは、粘土を結合材とし、赤色アルミナを砥粒として結合したビトリファイド系研磨メディアである。赤色アルミナは、白色アルミナに比べて不純物量が多いアルミナ質材料であり、色調は赤色を呈している。

比較例２、３の研磨メディアは樹脂系研磨メディアであり、比較例２の研磨メディアは白色アルミナからなる砥粒を含有し、比較例３の研磨メディアは砥粒を含有していない。

振動バレル研磨機ＧＶＡ−２００（新東工業株式会社製）を用いて乾式バレル研磨を行った後、ワークを回収し、以下の評価を行った。研磨条件は、研磨メディア毎に、バリ取りに適した条件を設定した。

・研磨状態の評価
拡大画像による観察及びエッジのバリ高さの計測を行い、バリ残りで評価した。バリ残りの値が小さい程、良好な研磨状態と評価する。

・汚れ、付着物の評価
外観の目視による評価と、Ｘ線分析装置によりワーク表面のＡｌ、Ｏ、Ｃの定量分析と、を行った。Ａｌ及びＯはワーク由来の成分、Ｃは汚損に係る付着物由来の成分であり、Ｃの量の加工前からの増分が多い程、汚損されていると評価する。

評価結果を表２及び図２に示す。

研磨状態については、実施例１、２及び砥粒を含有する研磨メディアを用いた比較例２で良好な研磨状態を示した。

汚れ、付着物の評価については、外観の目視による確認では、実施例１では、付着物はほとんど認められなかった。実施例２では、白っぽい粉塵がわずかに付着していた。比較例１では、粉塵の付着による変色が認められた。比較例２では、粉塵の付着が多く、全体が黒っぽく変色しているのが認められた。比較例３では、付着物は少量であり変色も少ない。しかし、比較例３は、バリ残りがあり研磨能力が不足している。

研磨が十分に行われなかった比較例３を除くと、Ｃ量の増分は、実施例１が最も少なく、次いで実施例２が少なかった。これにより、実施例１では、粉塵の付着及び汚損を防止することができることがわかった。また、実施例２で付着していた白っぽい粉塵は、砥粒由来のアルミナからなる粉塵であると考えられ、ワークと同材質であるので汚損として問題となることがない。

一方、比較例１、２では、Ｃ量の増分が多く、表面が汚損されていることがわかる。

以上より、本発明の研磨メディアは、十分な研磨力を有し、ワークの表面の汚損を防ぐことができることが確認された。特に、砥粒を含有しないセラミックス焼結体からなる研磨メディアでは、粉塵の付着を最も少なくすることができることが確認された。

１…振動バレル研磨装置
１０…研磨槽
１１…ばね
１２…架台
１３…振動モータ
１３ａ…回転軸
１３ｂ…トップウエイト
１３ｃ…ボトムウエイト
１４…伝達部材
１５…ダンパ
１６…篩部
Ｍ…研磨メディア
Ｗ…ワーク

Claims

乾式バレル研磨方法においてセラミックス製の被加工物の研磨に用いる研磨メディアであって、
主成分が被加工物の材質と実質同材質のセラミックス焼結体からなることを特徴とする研磨メディア。
前記研磨メディアは、前記同材質からなる砥粒を前記同材質からなる微粉末を結合材とした結合したセラミックス焼結体であり、前記砥粒の含有率が５０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の研磨メディア。
前記主成分はαアルミナであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨メディア。
前記研磨メディアが前記砥粒を含有する場合に、前記砥粒は白色アルミナからなることを特徴とする請求項３に記載の研磨メディア。