JPH0457882A - バレル研磨用メディア - Google Patents

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］ 本発明は各種セラミックス及び各種金属製品を粗仕上、
中仕上、超仕上するバレル機に用いる研磨用メディアに
関するものである。

［従来の技術］ 従来、α−５ｉＣ、β−５ｉＣ％５ｉｓＮ４、ＴｉＮ。

ＴｉＣ，Ｂ、Ｃ，ＣＢＮ、高純度アルミナ、アルミナ磁
器、　　ＡＩＮ、　５ｉＯｚ、Ｂｅ０１Ｃｒａｂｓ、Ｍ
ｇＯ１ＴｉＯｚ、ＺｒＯ□、ムライト、スピネル、コー
ジライト、メノー石、サイアロン等のセラミックス成形
体又は焼結体及び鉄、鋼、ステンレス、銅、銅合金、亜
鉛、超硬合金等の金属製品（以下、セラミックス及び金
属製品等という）のバレル機による粗仕上、中仕上、超
仕上等に各種のメディアが使用されている。

一１１目的なメディアとして以下のようなものがある。

（１）塊状メディア （イ）ボーキサイトを溶融還元し製造される溶融アルミ
ナインゴットの粉砕整粒界。

（ロ）高純度アルミナから精製された溶融アルミナイン
ゴットの粉砕整粒界。

（ハ）固相反応により合成した炉出炭化ケイ素塊の粉砕
整粒界。

（２）焼成メディア （ニ）粉末溶融アルミナを結合剤で一定形状、寸法に成
形し、焼成したもの。

（ホ）固相反応で合成した炭化ケイ素粉砕整粒品を結合
剤で一定形状、寸法に焼成したもの。

（３）焼結メディア （へ）高純度アルミナの粉末を成形焼結したもの。

以上略記したがこれらのメディアではセラミックス及び
金属製品等の研磨には硬度不足の点から研磨力、均一安
定研磨の面で不十分である。この為Ｎｉ、　Ｃｒを主成
分とする自溶性合金粉末とＣＯＮ、ダイヤモンド砥粒及
び結合剤を混線した塊を溶融・冷却固化したもの等の各
種メディアが工夫、考案されているが硬度の高いセラミ
ックス及び金属製品等にはバレル研磨用メディアとして
は未だコスト及び性能の点で十分なものが得られていな
い。

［発明が解決しようとする課題〕 さらに詳論すると前記（イ）、（ロ）、（ニ）、（へ）
のアルミナ系メディアでは、その硬度はＨｖ１１００〜
２０００程度なのに対して炭化ケイ素成形体の硬度はＨ
ｖ２５００〜３０００、窒化ケイ素成形体の硬度はＨｖ
２２００〜２７００と逆に被研磨物の硬度が高くなって
いるためバレル研磨、特に荒バレル（粗仕上、中仕上）
が難しいものとなっている。

又前記（ハ）の炭化ケイ素系塊状メディアは固相反応に
よって合成した炭化ケイ素を粉砕整粒したものなので硬
度も高く研磨力も大きい好ましいものであるが製造方法
の点から寸法形状が不揃いであること及び鋭利な角を有
する為、被研磨物の凹部、溝、穴等に詰り易いという点
、炭化ケイ素塊状メディアはバレル研磨中自ら被砕され
微粉化してしまうという点、更には被研磨物であるセラ
ミックス及び金属製品等の表面微細穴を拡大し凹状物を
散在させ肌を荒すという点が問題となっている。

更に前記（ホ）の炭化ケイ素焼成メディアは同相反応に
より合成した炭化ケイ素粉又は粉末を結合剤で一定形状
、寸法に加熱固化したものであるので粗仕上、中仕上、
超仕上に於いて適正寸法を選択する事により被研磨物の
凹部、溝、穴等への詰りか解消され、ある程度の均一研
磨が可能となるが重要な研磨力に於いて炭化ケイ素塊状
メディアには及ばない。更に炭化ケイ素焼成メディアは
硬度不足から来る研磨、研削力が不足の為、被研磨物で
あるセラミックス及び金属製品等の表面に微細クラック
を発生させてしまい、その微細クラックが原因となって
落下テスト等の靭性値の大幅低下、及び耐摩耗性、耐衝
撃性の低下をまねいている点はセラミックス成形体のバ
レル研磨に於ける重要な問題となっている。

本願はセラミックス及び金属製品等の高硬度セラミック
ス成形体のバレル研磨を容易に行なう為のメディア、つ
まり硬度が炭化ケイ素及び窒化ケイ素成形体と同等かそ
れ以上あり、形状、寸法、品質等が均一で粗仕上、中仕
上、超仕上に於いて研磨力、均一研磨、表面仕上度、研
磨速度の点に優れたものであると同時に被研磨物である
セラミックス成形体の表面への微細クラック発生を防止
する事が可能なバレル研磨用メディアを提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本件発明者は前記の目的を達成する為、鋭意研究を繰り
返した結果、硬度の高い被研磨体を容易にバレル研磨す
るためのメディアの硬度は炭化ケイ素及び窒化ケイ素成
形体と同等あるいはそれ以上の値のものが必要であるこ
とから、各種反応から合成した炭化ケイ素（α−５ｉＣ
、β−５ｉＣ）又は窒化ケイ素の粉体を主成分とし、こ
れを焼結したものがバレル研磨用メディアとして好適で
あることを発見して本件発明を完成させた。

すなわち、本件発明の要旨は炭化ケイ素又は窒化ケイ素
焼結体よりなるバレル研磨用メディアにある。

以下、本発明の詳細な説明する。

炭化ケイ素又は窒化ケイ素の粉体は各種反応により合成
した炭化ケイ素又は窒化ケイ素の扮砕整粒品等の粉体を
主成分として用いることが出来るが、純度は９０％以上
のものが好ましい。これらの粉体を焼結させるためには
各種焼結助剤及び成形用バインダー等の各種添加物を混
合するが炭化ケイ素又は窒化ケイ素は硬度の面から８５
重量％以上が好ましい。焼結助剤は焼結を促進し、より
緻密な焼結体を得るためのものであり、代表的なものに
Ｂ又はＢ化合物（Ｂ４Ｃ，）［、ＢＯ，等）　、ＡＩ又
はＡ１化合物（Ａｌ□０１等）、Ｃ又はＣ化合物（フェ
ノール樹脂等）、Ｙ又はＹ化合物（Ｔ２０３等）　、Ｚ
ｒＯ，、ＭｇＯ１Ｇａｚ０３．　Ｃｏ化合物、ＩＩＣ，
ＺｎＯ１ＬｉｚＯ１ＮａｚＯ１Ｖ２０５、　Ｂｉｚ０３
．５１０２、Ｆｅ化合物、Ｃｒ、　Ｎｉ等がある。各種
添加物、顆粒化剤兼成形用バインダーは微細な原料粉を
顆粒化し、流動性を付与し、成形時の顆粒充填のバラツ
キを減少させ成形密度の均一化を図ると同時に十分な生
成形体の強度を確保するためのものであり、代表的なも
のにポリビニルアルコール（ＰＶＡ）　、ポリエチレン
グリコール（ＰＥＧ）　、その他各種のものが使用され
ている。その他、分散剤、消包剤、滑剤等を添加するこ
ともある。

焼結はこれに先立って成形、脱脂等を行なう。

焼結は酸化防止の為、真空又は不活性雰囲気中で十分に
行なう。真空の場合は５　Ｘ　１０−”　〜１０−’Ｔ
ｏｒｒが好ましく、不活性ガスの場合は、Ｈｅ、　Ｎｅ
、　Ａｒ等の希ガス又はＮ２である。

焼結は前記（ホ）の焼成メディアとは次の点で異なる。

焼成メディアは結合剤中にＳｉＣ粒を部分混入し、結合
剤及び結合剤とＳｉＣ粒の間を焼き固めるものであるが
、焼結メディアは結合剤をほとんど含まず以下のような
ステップをたどる。

初期段階として粒子の角がとれ表面が平滑になる。つい
で粒子と粒子の接触部分で結着が起り、結着した部分が
太くなる。相対密度６０％、収縮率５％位である。

中期段階として粒子間の結着部が太り空隙が丸くなりつ
つ小さくなってい（。空隙の多くは粒子と粒子の間（結
晶粒界）に位置している。相対密度９５％、収率１０〜
２０％位である。

最終段階として粒界の移動が起り結晶成長が認められる
。空孔の多くは粒内に閉じ込められるようになる。

このように焼結は粒子同志が焼き固まって、十分に緻密
化されたものである。

炭化ケイ素焼結メディア、窒化ケイ素焼結メディアは３
．０５〜３．２０ｇ／ｃゴ、　３．０〜３．１６ｇ／ｃ
ｒｒ１′と高密度均質焼結体となっていることから硬度
がそれぞれＨｖ２１００〜３２００、Ｈｖ２０００〜３
００Ｇと高く、研磨力に優れたメディアとなった。又、
このことによりマイルドなバレル条件でも、十分な研磨
力、研磨速度が得られるため、従来のメディアのように
激しいバレル条件、つまりメディアと被研磨物を激しく
衝突又は接触させる必要がなくなるので、被研磨物の表
面の微細クラックの発生を防止することができ、この微
細クラックに起因する靭性の低下、耐摩耗性、耐衝撃性
の低下の問題が大幅に改良された。

［実施例］ 次の７種類の比較品、発明品を製作して研磨力の比較テ
ストを行なった。

ｆａ）比較品ｌ　高純度アルミナを電炉で溶融し精製さ
れた溶融アルミナインゴット の粉砕整粒品（５■■）よりなるメ ディア（Ａ社市販品）。

ｆｂ）比較品２　粉末溶融アルミナを結合剤で一定形状
、寸法に成形し焼成（５ａｍφ 球）してなるメディア（Ａ社市販 品）。

ｆｃ）比較品３　高純度アルミナの粉末を成形・焼結（
５■■φ球）よりなるメディア （Ａ社市販品）。

（ｄｌ比較品４　固相反応により合成した炭化ケイ素粉
砕整粒品を結合剤で一定寸法 形状に成形し焼成（５ｍｍφ球）し てなるメディア（Ａ社市販品）。

（ｅｌ比較品５　固相反応により合成した炉出炭化ケイ
素塊の扮砕整粒品（０，５〜３ 腸閣）よりなるメディア（Ａ社市販 品）。

（ｆ）発明品６　β及びα炭化ケイ素を粉砕整粒し、平
均粒径を０．４５μ■とした炭 化ケイ素純度９０％以上の粉体１００ 重量部に対して炭化ホウ素０．２重 量部、カーボンブラック粉末２重 置部、ポリビニルアルコール２．５ 重量部、分散剤、消泡剤各０．２重 量部に水を添加しボールミル中で ｌＯ時間混合し４０％濃度スラリーを ｆｇ）発明品７ 作り、スプレードライヤーにて平 均粒径８０ｕａ＋に顆粒化し２０Ｔ／ ｃｒｒｉ’の圧力でロータリプレス機にて球体を加圧成
形し生成形体を得 た。次いでこの生成形体をＮ２ガス 雰囲気下（ガス圧力０−３ｋｇ／　ｃ　ｔｒｉ″、ゲー
ジ圧）　１０００℃にて５時間脱脂し、２０５０℃のＡ
ｒガス雰囲気中で６時間焼結しくガス圧０．３ｋｇ／　
ｃ　ｍ″、ゲージ圧）、但し、昇温中１２００〜 １８００℃を真空雰囲気にして発生す るＣＯガスを除去した（　５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ）
。得られた焼結メディアは 焼結密度３．１３ｇ／ｃｒｒ１′、ビッカース硬度Ｈｖ
２８００、寸法５■ｌφの球体であった。

窒化ケイ素を粉砕整粒し、平均粒 径０．２μ園とした窒化ケイ素純度 ９０％以上の粉体１００重量部に対し Ｙ２Ｏ３、Ａ１．０．を各４重量部、ポリエチレングリ
コール３．５重量部を ミキサーにて混練し、適度な水を 加え造粒し、粒径を５０μＩｌ〜５００μｍ程度とし、
２４時間乾燥し、 ２　Ｔ　／　ｃ　ｍ’の圧力でロータリープレス機にて
球体を加工成形し生成 形体を得た。次いでこの生成形体 をＮ２ガス雰囲気中（０，５ｋｇ／　ｃ　ｒｎ’、ゲー
ジ圧）　１０００℃で脱脂し、Ｎ２ガス雰囲気中（ガス
圧１００ｋｇ／ｃゴ、ゲージ圧）　１８００℃の温度で
６時間焼結した。得られた焼結メディア は焼結密度３．１７ｇ／ｃｍ’、ビッ カース硬度Ｈｖ２５（１０、寸法５１１Ｉ＋１＃の焼結
球体であった。

以上７種類の比較品、発明品のテスト用メディアを小型
遠心バレル機５βボット７個へ１種類ずつ４ｋｇ投入し
、被研磨物として炭化ケイ素成形体リング外径８．３＋
ｗｍ＄Ｘ内径５．６ｍ−φＸ高さ２ｒａｔａを各ポット
　２００個及び水をボッ８８分目の印まで入れ１１Ｏｒ
ｐｍで８時間予備運転を行なった後１３０ｒｐ−で実ｍ
４８時間マイルドな粗仕上運転を行ない、研磨力、均一
研磨について各メデイア間の比較テストを行なった。

磨　　　テスト 比較品１．２．３は共にメディア、被研磨物に光沢が出
ていることからほとんど研磨されていなかった。比較品
４については被研磨物のリングの角部にバイト傷跡部に
ある程度の研磨跡がみられるものの、メディア、被研磨
物共に光沢が出ていることから研磨は停止しているもの
と見られる。

比較品５については被研磨体であるリングの角部が０．
６−−のＲが付き、バイト傷が相当消え研磨力は優れて
いるがメディア自身が破砕し易く細分化してしまった。

発明品６．７は被研磨体であるリングの角部が０．８■
■のＲが付き、バイト傷はほぼ完全に除去されていた。

又、メディア自身の損傷はほとんどなかった。

ン一　　　　テスト 比較品４は表面が特に荒されることな（均一になってい
る。

比較品５は被研磨体であるリング表面の微細ボアーが拡
大し、表面を０．０２ｍｍ〜０．２　＋ｎｎ＋程度のク
レータ−状に荒してしまった。

発明品６．７は被研磨体表面が荒れることな（均一研磨
されていた。

〔発明の効果］ 本発明に係るバレル研磨用メディアは特に硬度の高い炭
化ケイ素成形品に対しても研磨力、均−研磨性に優れ、
あわせて、被研磨体の靭性、耐衝撃性に優れたものを得
ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化ケイ素焼結体よりなるバレル研磨用メディア。 ２、窒化ケイ素焼結体よりなるバレル研磨用メディア。