JPH03131469A

JPH03131469A - 構造用セラミックスの振動バレル研磨法

Info

Publication number: JPH03131469A
Application number: JP26353789A
Authority: JP
Inventors: Yukio Mori; 森　由喜男; Masayuki Takahashi; 正之高橋
Original assignee: Miyagi Prefectural Government.
Current assignee: Miyagi Prefectural Government.
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1989-10-09
Publication date: 1991-06-05
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JP2963931B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、高比重メディアと比重の低い遊離砥材とを混
合した研磨材により構造用セラミックスを振動バレル研
磨機により研磨する振動バレル研磨法である。

「従来技術」従来よりバレル研磨法は、金属のパリとり、表面研磨を
目的として開発されてきたが、その後、プラスチックや
貴石、ガラス、セラミックス等と幅広い分野の研磨に利
用されている。当該バレル研磨法は表面平滑仕上げを目
的としながら同時に目砂取り、パリ取り、Ｒ付は等が行
なえるうえ、量産、均質化が図れるという特性をもって
いる。

このようなバレル研磨法には、回転バレル研磨法、浸漬
式バレル法、遠心流動バレル研磨法、振動バレル研磨法
などの種類があるが、そのうちで構造用セラミックスの
研磨には、普通、遠心流動バレル研磨法（特開昭５８−
１９２７４５号）が用いられており、研磨力の弱い振動
バレル研磨法では無理であるとされていた。なぜなら、
刃物、シリンダー、ベアリングなどに用いられる構造用
セラミックスは、圧電素子や基板やフィルターなどに用
いられている軟らかい機能用セラミックスに比較して、
耐衝撃性、耐摩耗性、耐熱性において強く、研磨が困難
だからである。また、従来より用いられているアルミナ
などのメディアは、衝撃に弱いため、遊離砥材によりメ
ディア自体を激しく摩耗するだけでなく、従来のメディ
アは遊離砥材と同比重のため、細粒の遊離砥材は振動に
より底に沈み、砥材が流動しなくなってしまううえ、慣
性エネルギーが小さく研磨力が出ないなどといった欠点
がある。そのため、構造用セラミックスを従来のメディ
アで研磨することは、極めて困難であるとされていた。

「発明が解決すべき問題点」このため、構造用セラミックスの研磨は遠心流動バレル
研磨機を用いて行なうのが普通である。

その場合には研磨能力は充分であるが、バレル槽ある。

そこで、自動化を容易に行なうため、上部開口式で研磨
状態が確認でき、しかも１台のモーターで研磨と選別の
できる振動バレル研磨機により構造用セラミックスの研
磨を行なうことが望まれている。当該振動バレル研磨の
場合には、構造用セラミックスのつや出しやパリ取りに
はなんとか適用できるが、研磨能力が不足しているため
構造用セラミックスの研磨は不可能であった（第４図）
。観察の結果、研磨能力が不足する最も大きな原因は、
従来のメディアと遊離砥材とが同じ比重であるため、細
粒の遊離砥材は振動により底に沈んで流動しなくなり、
研磨能力が生じない点にあることが解った（第３図）。

本発明者は、このような欠点を解消するため、メディア
を高比重のもので作製し、比重の低い遊離砥材と混合し
たところ、振動により遊離砥材は上部に押し上げられ、
まんべんなく流動させることができるようになり（第２
図）、振動バレル研磨機によっても構造用セラミックス
の研磨が可能になったものである（第４図）。

「問題を解決する手段」前述したように、本発明者は、「振動バレル研磨機によ
る構造用セラミックスの研磨では、メディアと遊離砥材
とが同じ比重（比重３〜４）である場合、細粒の遊離砥
材は振動により底に沈んで流動しなくなり、研磨能力が
生じない。」との知見から、これを解消するため、ジル
コニア（ＺｒＯ□）や鋼（Ｆｅ）などの高比重材でメデ
ィアを作製し、比重の低い遊離砥材と混合して研磨材と
なし、これらを振動バレル研磨機に装入して振動させた
ところ、遊離砥材は上部に押し上げられ、メディアと共
に−まんべんなく流動させることができることが解り、
本発明を完成した。

すなわち、特許を受けようとする第一発明は、研磨槽に
工作物、研磨材、水を装入し、振動を与えることにより
、生じる研磨材と工作物の相対運動差により研磨を行な
う振動バレル研磨法において、研磨材として比重が６以
上の高比重メディアと、それより比重の低いアルミナ（
Ａ１２０３）系および／または炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）
の砥粒とからなる遊離砥材とを混合するようにしたこと
を特徴とした構造用セラミックスの振動バレル研磨法で
ある。

特許を受けようとする第二発明は、第一発明に記載の高
比重メディアとして、ジルコニア球または鋼球を用いる
ようにしたことを特徴とする構造用セラミックスの振動
バレル研磨法である。

「作　用」ジルコニア（比重６．１）と鋼（比重７．８）とを用い
て製作したジルコニア球（ＺｒＯ□）、または鋼球（Ｆ
ｅ）などの高比重メディアを、それより比重の低い（比
重３〜４）遊離砥材（アルミナ（Ａ　１２０ｓ　）系お
よび／または炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）系の砥粒）と混合
して使用した場合、■　高比重メディアは質量が大きい
ため慣性エネルギーが大きく高い衝撃力と研磨力を得る
ことができる（第４図）、 ■　高比重メディアは内部が緻密で靭性があるため、遊
離砥材による衝撃を緩衝してメディアの摩耗や破壊を抑
止する、 ■　高比重メディアは、比重の低い遊離砥材を上部に押
し上げるため、バレル槽内でメディアと共にまんべんな
く流動させることができる（第２図）、等といった作用を生じる。その結果、振動による衝撃力
を利用して遊離砥材をセラミックスに連続的に衝突させ
、発生した極微小クラック面よりセラミックスを破壊さ
せながら研磨するものである（第１図）。

なお、遊離砥材として使用可能なアルミナ系とは、たと
えばＪＩＳ表示のＡ（アランダム）砥粒、ＷＡ　（ホワ
イトアランダム）砥粒、ＭＡ（単結晶Ａ）砥粒、ＲＡ砥
粒、多結晶Ａ砥粒（ＴＡ砥粒、４４砥粒）　　５ＴＡ（
焼結）砥粒等が含「実施例」以下、構造用セラミックスを高比重メディアと遊離砥材
を混合したもので、振動バレル研磨を行なった実施例に
ついて述べる。

〈実施例１〉研磨槽内に、工作物である被削材としてジルコニアとア
ルミナとを用意するとともに、メディアとしてジルコニ
ア球を用意し、遊離砥材として粒度１２０番のアルミナ
（ＷＡ砥材）系および／または炭化珪素（Ｃ砥粒、ＧＣ
砥粒）系砥粒を砥粒量ＩＩ２、これらの他に、コンパウ
ンド１５ｃｍ’と、７００ｃｍ’の水量とを装入し、３
時間にわたって振動を与えることにより研磨した。その
結果、第５図に示すように、両方の被削材とも研磨され
ていることが解った。とくに、アルミナは大きな研磨量
を示している。同時に鋼球（Ｆｅ）の研磨も行なってみ
たが、セラミックスに比較して、軟らかい鋼球の研磨量
は、小さく表われている。このことから、振動バレル研
磨では、メディアと遊離砥材により加工物を振動で微小
破砕させながら研磨するメカニズムが考えられる。した
がって、アルミナのように破壊しやすいものは、研磨量
が多くなり、ジルコニアのように比較的靭性の高いもの
は研磨量が小さくなる。とくに鋼球は粘いため、研磨量
はジルコニアより小さくなる。

また、遊離砥材の種類についてはＣ砥粒やＧＣ砥粒の研
磨量が大きく、アルミナ砥粒の研磨量は小さい０表面粗
さは、靭性の高いＣ砥粒が大きくなる傾向にある。第６
図は、遊離砥材の種類と表面粗さ曲線の関係を示すグラ
フである。

〈実施例２〉研磨槽内に、工作物である被削材としてジルコニアとア
ルミナとを用意し、これにメディアとしてジルコニア球
、遊離砥材として炭化珪素（ＧＣ砥粒）系砥粒を粒度６
０番、１２０番、２４０番、及びアルミナ（ＷＡ砥粒）
系砥粒の２５００番を用意し、砥粒量ＩＩ２、コンパウ
ンドを１５ｃｍ’と、７００ｃｍ３の水量とを装入し、
３時間にわたって振動を与えることにより研磨した。そ
の結果、第７図、第８図に示すように、両方の被削材と
も研磨されていることが解った。とくに、この実験での
ねらいは、粒度と研磨量および表面粗さの関係を中心に
調べるものである０粒度＃６０〜２４０までは研磨量と
表面粗さはあまり変わらない、しかし、初期の段階（１
時間研磨）では、粒度の大きいものは研磨量も表面粗さ
も大きくなる。なお、粒度＃２５００は研磨量と表面粗
さともに小さくなっている。

〈実施例３〉研磨槽内に、工作物である被削材としてジルコニアとア
ルミナとを用意し、これにメディアとしてジルコニア球
、遊離砥材として炭化珪素（Ｃ砥粒）系の砥粒な０．５
１２．１２．２β用意し、これらの他に、コンパウンド
として１５ｃｍ’と、７００ｃｍ３の水量とを装入し、
３時間にわたって振動を与えることにより研磨した。そ
の結果、第９図、第１０図に示すように、ジルコニアと
アルミナとも遊離砥材量が増加すると、研磨量、表面粗
さが大きくなることが解った。

〈実施例４〉研磨槽内に、工作物である被削材としてジルコニアとア
ルミナと窒化珪素を用意し、これにメディアとしてジル
コニア球、遊離砥材として粒度１２０番の炭化珪素（Ｇ
Ｃ／Ｃ砥粒）系の砥粒とをｌＩ２．用意し、これらの他
に、コンパウンドとして１５ｃｍ’と、７００ｃｍ３の
水量とを装入し、３時間にわたって振動を与えることに
より研磨した。その結果、第１１図、第１２図に示すよ
うに、研磨時間経過とともに研磨量が増加し、表面粗さ
が小さくなる。しかし、３時間をすぎると、遊離砥材が
破砕により微粒化するため、Ｆｅを除き、研磨量は減少
してくる。

〈実施例５〉研磨槽内に、工作物である被削材としてジルコニアとア
ルミナを用意し、これにメディアとしてジルコニア球と
鋼球、遊離砥材として粒度１２０番の炭化珪素（ＧＣ砥
粒）系の砥粒とをＩＪ２用意し、これらの他に、コンパ
ウンドとして１５ｃｍ’と、７００ｃｍ’の水量とを装
入し、３時間にわたって振動を与えることにより研磨し
た。その結果、第１３図に示すように、ジルコニア球メ
ディアより軟らかい鋼球メディアの方が、研磨量が大き
くなっていることが解った。鋼球メディアによる方法で
は、遊離砥材を軟らかい母材で保持しながら加工物に衝
撃を与えるため、ジルコニア球メディアより研磨量が増
えるものと思われる。第１４図はメディアの違いによる
表面粗さ曲線であり、鋼球メディアが２倍以上の大きい
表面粗さを示し、切れ味のよいことを示している。

なお、鋼球を使用するような場合、必要に応じてコンパ
ウンドを入れてもよいこともちろんである。このコンパ
ウンドは、潤滑、洗浄、防錆、冷却作用を起こすもので
あり、これの種類によっても、研磨量と表面粗さが変わ
ってくることも解った。

「効　果」本願発明は、叙上のように、従来、遠心流動バレル研磨
機でのみ研磨可能であった、構造用セラミックスの焼結
体の研磨を高比重メディアを開発し、遊離砥材と混合し
て、振動バレル研磨機に装入し、振動を与えることによ
り、生じる研磨材と工作物の相対運動差により研磨を行
なうもので、これによって、遠心流動バレル研磨機と同
程度の効率で研磨することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高比重メディアと遊離砥材によるセラミック
スの振動バレル研磨機構であり、第２図、第３図はメデ
ィアと遊離砥材の振動バレル研磨における流動機構図で
あり、第２図は、高比重メディアが比重の低い遊離砥材
を上部に押し上げ、まんべんなく流動させることができ
、セラミックスの研磨が可能になる状態を示すもの、第
３図は従来のメディアと遊離砥材は同比重のため細粒の
遊離砥材は振動により底に沈み流動しなくなる状態を示
すものであり、第４図は高比重メディアによる構造用セラミックス（ア
ルミナ）の研磨量を示すグラフで、第５図は遊離砥材の
種類と研磨量および表面粗さの関係を示すグラフで、第
６図は遊離砥材の種類と表面粗さを示す曲線、第７図は粒度の種類と研磨量および表面粗さの関係を示
すグラフで、第８図は粒度の種類と表面粗さを示す曲線
、第９図は遊離砥材の量と研磨量および表面粗さの関係を
示すグラフで、第１０図は遊離砥材の量と表面粗さを示
す曲線、第１１図は研摩時間と研磨量および表面粗さの関係を示
すグラフで、第１２図は研摩時間と表面粗さを示す曲線
、第１３図はメディアの違いによる研磨量および表面粗さ
の関係を示すグラフで第１４図はメディアの違いによる
表面粗さ曲線である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）研磨槽に少なくとも工作物、研磨材、水を装入し
、振動を与えることにより、生じる研磨材と工作物の相
対運動差により研磨を行なう振動バレル研磨法において
、研磨材として比重が６以上の高比重メディアと、それ
より比重の低いアルミナ系および／または炭化珪素系の
砥粒とからなる遊離砥材とを混合するようにしたことを
特徴とした構造用セラミックスの振動バレル研磨法。
（２）第１請求項の高比重メディアとして、ジルコニア
球または鋼球を用いるようにしたことを特徴とする構造
用セラミックスの振動バレル研磨法。