JPH04201180A

JPH04201180A - 研磨用のパテ、それを使用する砥石材およびその砥石材を装備した研磨盤

Info

Publication number: JPH04201180A
Application number: JP33721190A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Tsuya; 裕子津谷
Original assignee: MARUTOO KK
Current assignee: MARUTOO KK
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-22

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、セラミックス等の硬脆材料の研磨加工技術ま
たは他の加工対象材の研磨技術に係り、詳しくは、砥粒
の機械的な摩擦作用と化学的な作用を活用したトライボ
ケミカル研磨に使用するために、砥粒を保持する結合材
からなる研磨用パテ、このパテを成型した砥石材、なら
びに、この砥石材を装備した研磨盤に関するものである
。

［従来の技術］一般に、硬質の材料を加工するに際しては、ダイヤモン
ドを代表とする被加工材よりも硬質の砥粒を使用する。

しかし、従来の方法では、硬質砥粒が被加工物の表面を
機械的に破壊し、材料を除去することによって加工が進
行するものであるため、加工表面に加工変質層や残留応
力が生ずる恐れがある。また、硬質の砥粒を使用するた
めに、滑らかな研磨が望まれるときには、かえって研磨
材によって生じた傷が粗面を形成してしまう欠点がある
。

一方、これを避けるためには、材料を機械的に除去する
のではなく、化学的な手段によることか行われ、その代
表的な方法には、液相、気相のエツチングがあり、また
、電解研磨法も知られている。しかし、これらのエツチ
ングや電解研磨法では、機械的研磨に比べて良好な幾何
学的形状、面精度が得られないことが欠点になっている
。

そこで、上記のような欠点の排除の手段として、機械的
な加工に化学的な作用をも加味する［トライボケミカル
研磨（またはメカノケミカル研磨）Ｊの方法が提案され
た。この方法は、砥粒と被加工材との間に、摺動という
機械的な刺激を与え、化学的な作用が促進されて、被加
工材の表面に変質層が生じ、その変質層を機械切削的に
除去する方法であり、この面は分子的な単位で除去され
る。

従って、砥粒として被加工材よりも軟質のものを使用す
ることができ、被加工材との接触面で固相反応を起こさ
せ、その生成物が被加工材から脱落することにより加工
が進行するから、加工面に傷を生ずる惧れなしで、滑ら
かな加工表面を作成することができるばかりでなく、ダ
イヤモンドのような高価な砥粒を使用する必要がないの
で、経済的である。

ところで、以上の研磨方法は、加工技術に新生面を開拓
したものであり、原理的に優れてお番ハこの方法を応用
した加工方法としては、被加工材の鏡面研磨を、酸化鉄
等を砥粒として使用して行った発明（特公昭５６−２３
７４６号、発明の名称「軟質粒子による結晶材料の高精
度鏡面研磨法」）などが知られている。この例では、石
英ガラス、銅、クロスなどをポリシャとして使用し、ポ
リシャと被加工材を相対的に押し付けながら回転させ、
その間に砥粒を供給する。砥粒と被加工材との間の固相
反応を利用するため、これは大気中で乾式で行っており
、湿式よりも効率が良く、代表的なトライボケミカルボ
リジング法といってよい。

［発明が解決しようとする問題点］上記の発明は、その基本原理としての優位性から、太い
に注目され、実用化が嘱望されている。

しかし、他の材料への適用や、被加工材の対象について
は進展が図られていない。その大きな理由の第一は、こ
の方法では、相互に押圧接触されているポリシャと被加
工材との間に、砥粒を効率良く連続的に供給することが
必要であるが、とくに乾式の場合に、砥粒の効率的かつ
連続的な供給が困難であるため、加工にむらができ、ま
た砥粒が十分に供給されなかった部位では、被加工材が
ポリシャと直接接触して損傷が残るなどの欠点があるた
めである。第二には、乾式で粉体の砥粒を扱わなければ
ならないため、操作性が悪く、砥粒の飛散によって作業
環境が悪くなるという欠点があるためである。さらに、
第三には、基本の研磨作業が回転駆動を利用しているた
めに、曲面に対する加工に他の手段を必要とする不利が
ある。そして、このような状況で加工能率を上げるため
には、被加工材との接触の確保が可能で、かっ砥粒とし
て被加工材との反応性の高いものを選び、反応を起こし
易い雰囲気で加工を行ない、また、砥粒を加工面に能率
よく供給することが必要となる。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上述の問題点を解決し、トライボケミカルボ
リジングの原理に基づく加工方法を改良して効率よ〈実
施し、広く対象材料に適用できるようにするために創案
されたものであって、トライボケミカルボリジングに適
した種類の砥粒を選び、これを保持するのに適した粘弾
性の結合材によってパテ状に構成し、これを使用して成
型する新しい砥石材と、このような砥石材を装備した研
磨盤を提供することを目的としている。

本発明の骨子は、トライボケミカルボリジングを、従来
のようなポリシャ上で遊離砥粒を使用して行うのではな
く、研磨に適した砥粒を結合材で混練して構成したパテ
を使用し、そのパテ自体をポリシャのように被加工材に
押しつけ、相対的に運動させることによって、化学作用
によって研磨することを要旨とするものであり、併せて
、上記のパテから、対象に従って成型した砥石材ならび
に二の砥石材を装備して構成する研磨盤にある。

前記の問題点を解決するために本発明が採用した技術手
段によるパテは、粘弾性のシリコン樹脂を結合材として
使用し、酸化クロム、酸化セシウム、酸化鉄、ジルコニ
ヤ、炭化珪素、炭化硼素、酸化錫等のトライボケミカル
研磨に適する砥粒を、単独または数種混練して構成した
ことを特徴とするものである。

また、本発明に係る砥石材は、砥粒と樹脂との混合体を
緩く結合させて成形した複合体であって、加圧下で加熱
成形して被加工材より軟質なものであって、上記砥石材
が被加工材に押し付けられ、擦られることにより、砥粒
はそのまま加工面から離脱しても、上記砥粒は砥石材か
ら連続的に供給されることを特徴とするものである。

さらに、本発明に係る研磨盤は、研磨用の主要部材であ
る砥石材として、前記の砥石材を使用して構成するもの
である。

［作　用］本発明によれば、結合材のシリコン樹脂内の砥粒の含有
量を大小に配分することができ、ゴム粘土のような軟度
から、消しゴムのような硬さまでの広範囲の硬さのパテ
が得られ、軟質のまま、または硬質のものを成型して砥
石材にすることが可能であるから、対象材に応じて、有
効なトライボケミカルボリジングが実施される。

従って、実際の研磨作業に際して、対象とする被加工材
が、半導体の製造におけるセラミック類のキャピラリー
である場合において、キャピラリーの先端毛細管の挿通
口に金属線を通し、半導体に押しつける動作をするとき
、孔の内面の滑らかさや、孔の周辺の曲面のなだらかさ
が不足して金属線が切れやすくなる弊害が、このように
寸法が小さく脆い材料の微妙な曲面において、研磨が可
能になる。

また、人工心臓のようなものを製作するときの塑性加工
の型材の例において、血液の流れを円滑にし、淀まない
ようにすることが不可欠であるが、心臓の型材の内面の
ようにごく滑らかななだらかな曲面を研磨するのに好適
な砥石材が提供される。

さらに、仏像や考古学的な発掘品の表面に、異物や錆の
付着が避けられないときにも、その下地肌を傷つけない
ような軟らかさで、かつ容易に除去できるような化学的
作用が、研磨中たけ作用して、研磨後には腐食が進行す
ることがないような典型的なトライボケミカル研磨で可
能になる。

さらに、鏡面を生命とするステンレスや、プラスティッ
クのような軟らかい透明材料は、微細な傷によって美観
を損なうことが多いが、日常の家具などの傷を再研磨す
るに際しては、曲線に沿った滑らかな研磨が必要であり
、本発明はとくに有用である。

［実施例］本発明を、一実施例として示す加工装置に基づいて説明
する。第１図は加工装置の一部を断面で示す全体の正面
図であって、基本の構成のみを示し、第２図はその要部
の詳細図である。図中において、１は研磨装置、２はそ
の基台、３は加工部、４は被加工材５の支持部、６は制
御部である。基台２は本体２１と上面テーブル２２とか
らなる枠組体であり、本体２１の内部上方に加工部３を
装備しである。加工部３は、公知のように、駆動軸３１
をテーブル２２上に垂直に突出させている。

駆動軸３１の上端には、被加工材５を水平に支持する保
持台３２が固定してあり、駆動軸３１は保持台３２を回
転させる。保持台３２は通常の装置の研磨盤に相当して
、砥石材３３を支持している。

支持部４は、基台２の上面で、複数の支持脚を介して支
持される支持台４１を２段に枠組してあり、加工部３の
上方に水平に延びる一側方には、スプライン４２を回転
自在に垂直に支持し、前記した駆動軸３１の直筆力から
所定の距離ｅに偏心して位置させている。このスプライ
ン４２は、支持台４１上に配した駆動電動機４３によっ
て駆動される。スプライン４２の下端には、被加工材５
の支持具４４が固着されており、上端には調節可能の複
数の荷重ピース４５が挿通してあって、スプライン４２
を前記保持台３２に押し付け、被加工材５と砥石材３３
とを当接させている。制御部６は制御盤６１を本体２１
に取付けてあり、上記の駆動軸３１と駆動電動機４３の
作動を制御する。

本発明の研磨用パテの研磨対象となる被加工材５は、支
持具４４の下面中心に固着し、荷重ピース４５を加減し
て砥石材３３の上面に当接して押し付け、スプライン４
２と駆動電動機４３とによって所定の速度で回転させる
。上記の構成は、本発明に特有の砥石材３３を除いて、
公知のものから理解される。

次に、本発明の研磨用パテを、対象とする被加工材に応
じて成型体として使用する砥石材とするときの製造方法
について説明する。

第３図は、前記の砥石材３３の成形装置７を概念的に示
している。成形装置７は、基台７１と、金型７２と、金
型７２の周囲の加熱装置７３と、矢印で示す加圧装置７
４とからなり、金型７２は筒形の空洞を有する雌型７５
と、雌型７５内に嵌入される雄型７６とで構成されてい
る。加熱装置７３はニクロム線で表示されており、金型
７２の外周に、絶縁用グラスウールを介して巻き付けら
れている。加熱温度と加圧圧力とは、図示しない制御装
置から制御される。なお、図中の８は断熱材である。

砥石材３３は通常、円形の盤体に成形されて使用される
ものであるか、成形の工程は次のように実施される。

（１）砥粒の選定の準備工程研磨用の砥粒としては、金属、酸化物、窒化物、珪化物
、硼化物、炭化物なとの粉体の足体あるいは混合物を使
用する。具体的には、酸化クロム、酸化セシウム、酸化
鉄、ジルコニヤ、炭化珪素、炭化硼素、酸化錫等が好適
である。

（２）樹脂の選定の準備工程シリコン樹脂としては、流動性に富んで、砥粒の混練に
適したものを使用する。材種としてはとくに具体的に限
定しない。

（３）砥粒とシリコン樹脂とによる混線物の調製工程シリコン樹脂を基材とし、砥粒と樹脂を、樹脂の体積分
率で１０％ないし８０％混合し、樹脂の流動性の度合に
応じて、ゴム粘土のような不定形から消しゴム以上の固
形に近い硬度にする。硬度が高い場合には金型に充填し
て成型することができる。被加工材が比較的硬質である
か、硬脆材料である場合には、ダイヤモンドを代表とす
るような、純切削型の砥粒を共存して混合し、機械的研
磨を卓越させることによって、加工能率を向上させるこ
とができる。

（４）成型の本工程比較的硬度の高い砥石材を得るときには、砥粒と樹脂と
の混合物を、前記成形装置７の雌型７５内に充填し、無
圧から３００ＭＰａの圧力で加圧しながら１８０から２
２０℃で熱間成形して樹脂を結合材とした砥石材が得ら
れる。

上記のように成形して得られた砥石材３３を保持台３２
の上面凹部に固定し、駆動軸３１を回転させる。被加工
材５は、自転しながら砥石材３３の上面を公転すること
になり、ここで、研磨加工が行われる。この加工の作用
はメカノケミカルボリジングであり、砥粒と被加工材と
の間で固相の化学反応が行われると共に、この反応部分
の薄い層を、押し付は圧力を加えた砥粒と被加工材５と
の間の摩擦力によって除去して研磨する。特に本発明に
おいては、砥石材３３が被加工材５に押し付けられ、擦
られることによって、砥粒は加工面から離脱することか
ら、上記砥粒は砥石材３３から連続的にしかも自動的に
供給されるので、砥粒の供給の操作性を容易化すること
ができるばかりでなく、加工にむらを生ぜず、面精度の
高い研磨加工を効率よく行うことができる。

［実験例コ次に、実験例によって、本発明の成果について説明する
。

（１）シリコン樹脂と砥粒とを混練したパテ（以下シリ
コンパテという）において、砥粒として、炭化珪素を約
５０％含有するものを用い、細杆状に成型して、アルミ
ナパイプを被加工材として選び、キャピラリーを模した
研磨を行った。このパテはかなり硬質のものに属し、パ
イプの内部に挿入する形状としたものであり、良好な研
磨ができた。

（２）青銅製の仏像を被加工材として選び、その表面の
彫刻面を研磨した。シリコンパテとして、アルミナの砥
粒を３０％含有するものを使用して研磨した。パテは比
較的軟質のものであり、仏像の彫刻面になじみ、深い溝
の内面まで良好な光沢が得られた。

（３）窒化珪素を被加工材として選び、直径１ｎ＋＋ｎ
で５Ｍの深さの円形の凹陥孔を研磨した。シリコンパテ
に含まれる砥粒は、酸化クロムとアルミナとの合計が１
０％である。被加工材が硬質のものであるにもかかわら
ず、このシリコンパテは、前者より一層軟質のものであ
り、相対移動速度を遅くして実施した。対象の凹陥面に
かかわらず良好な滑らかさが得られた。

（４）鏡面研磨されたステンレス類のカランであって、
表面に微細な傷を生じたもの、および電子レンジのプラ
スティック類の蓋であって、微細な傷による曇りを生じ
たものを、日常品の被加工材として選び、シリコンパテ
としてアルミナの砥粒を７０％含有するかなり硬質のも
のを使用して研磨した。この再研磨によって、光沢と透
明さを取り戻した。

［発明の効果］これを要するに、本発明は、シリコンパテという粘弾性
体を土台として、被加工材との間でトライボケミカルな
反応を生じる軟らかい砥粒を固定するものであるから、
ゆっくりとした力の作用では無限に塑性変形可能なので
複雑な被加工材の形状にもなじみ、急速な力の作用では
弾性変形しかしないので適宜な硬度を保持して加工能率
を上げるし、砥粒も飛び散らず、作業しやすい。

従って、上記のような曲面を傷つけないように研磨する
にはこの発明は極めて有効であり、今までの方法に勝る
研磨方法であることは勿論のこと、従来の技術において
問題点とされた前記欠点がすべて解消され、しかも、凹
曲面を有するような対象物から、硬脆材料において特に
難削材とされていた窒化珪素焼結体のような被加工材で
も、加工むらのない面精度の高い加工を効率よく広範囲
に行うことが可能となり、新しく脚光を浴びる用途や、
素材の活用に一新紀元を画することができる。

また、本発明のパテは、その材料に特殊な限定がなく、
しかも、構成の選択自由度が太きいがら、セラミックス
等の将来の用途に対しても、対応の可能性を有しており
、研磨技術の向上と実用化に寄与するところが大きく、
まことに有意義でがっ画期的である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るパテとそれを使用する砥石材を一実
施例を説明するものであり、第１図は本発明の加工方法
を実施する研磨装置の正面図、第２図はその要部の側面
図、第３図は第２の発明の砥石材を製造する成形装置の
実施例を示し、第４図の（ａ）は砥石材の回転数と加工
速度（単位時間当り材料除去量）との関係、（ｂ）は加
工圧力と加工速度（単位時間当りおよび単位加工長さ当
り材料除去量）との関係を示す。ｌ・・・研磨装置、２・・・基台、３・・・加工部、４
・・・支持部、５・・・被加工材、６・・・制御部、７
・・・成形装置、３１・・・駆動軸、３２・・・保持台
（研磨盤）、３３・・・砥石材、４１・・・支持台、４
２・・・スプライン、４３・・駆動電動機、４４・・・
支持具、４５・・・荷重ピース、６１・・・制御盤、７
１・・・基台、７２・・・金型、７３・・・加熱装置、
ニクロム線、７４・・加圧装置、７５・・・金型の雌型
、７６・・・雄型。第３図手続補正書平成３年４月１５日特許庁長官　　植　松　　敏　　殿２、発明の名称研磨用のパテ、それを使用する砥石材およびその砥石材を装備した研磨盤３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　東京都文京区湯島１−１−１０名称　株式会社　マルト− 代表者　　　　奇弁　帰一４、代理人　〒１１２５、補正指令の日付平成３年３月１２日（発送日）６、補正の対象７、補正の内容（１）明細書第１７頁第１３行〜第１７行に「実施例を
示し、・・・・関係を示す。」とあるを「実施例を示す
。」と補正する。（２）委任状１通を別紙のように補正する。以　　上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粘弾性のシリコン樹脂を結合材として使用し、酸
化クロム、酸化セシウム、酸化鉄、ジルコニヤ、炭化珪
素、炭化硼素、酸化錫等のトライボケミカル研磨に適す
る砥粒を、単独または数種混練して構成したことを特徴
とする研磨用のパテ。
（２）砥粒には、ダイヤモンド等の硬質砥粒を混合して
あることを特徴とする請求項１に記載の研磨用のパテ。
（３）粘弾性のシリコン樹脂を結合材とし、トライボケ
ミカル研磨に適する砥粒を混練して形成したパテを使用
し、成型して構成したことを特徴とする研磨用の砥石材
。
（４）粘弾性のシリコン樹脂を結合材とし、トライボケ
ミカル研磨に適する砥粒を混練して形成したパテを使用
し、成型して構成した砥石材を装備してあることを特徴
とする研磨盤。