KR100536507B1

KR100536507B1 - 연삭재, 연삭재의 제조방법 및 제조장치

Info

Publication number: KR100536507B1
Application number: KR10-2003-0074128A
Authority: KR
Inventors: 시무라토키히로
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2005-12-14
Also published as: JP2004148414A; KR20040038678A; CN1990184A; US20040093802A1; CN1498726A

Abstract

연삭재의 품질의 변화를 방지하고, 피가공물의 연삭을 높은 품질로 수율좋게 단시간에 행하여, 블라스트효과 및 블라스트공정에서의 생산성을 향상시킬 수 있는 연삭재를 제공한다. 응집입자의 존재를 방지하여, 블라스트효과 및 블라스트공정에서의 생산성을 향상시킬 수 있는 연삭재의 제조방법 및 제조장치를 제공한다. 용탕분출노즐(110)을 구비한 턴디시(100)내에 수용된 용탕금속(M)을 가열코일(120)에 의해 가열하여, 용탕분출노즐(110)로부터 분출시키고, 용탕분출노즐(110)로부터 분출된 용탕금속(M)에, 아래쪽을 향해서 수속(收束)되고, 또한 정점이 이루는 각이 10도이상, 30도미만인 대략 원추형상의 고압유체(F)로 용탕금속(M)을 포위하도록 고압유체(F)를 분사하여, 상기 용탕금속(M)을 분말화해서 연삭재를 제조한다.

Description

연삭재, 연삭재의 제조방법 및 제조장치{ABRASIVE, METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING ABRASIVE}

본 발명은 피가공물을 연삭하기 위해서 사용되는 연삭재, 연삭재의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

종래부터, 연삭재를 분사해서 대상물을 가공하는 블라스트(blast)기술은, 피가공물표면의 스테인다듬질가공이나, 녹제거 등의 클리닝처리, 또 금속표면에 분사시킴으로써 기계강도를 개선하는 숏피닝처리, 또 석재 등에의 글자조각가공 등의 용도로 사용되고 있다. 최근, 블라스트장치의 개량이나 마스킹기술의 진보에 의해, 미크론오더에서의 정밀한 가공이 가능하게 되어, 예를 들면 실리콘웨이퍼 등의 기판에의 정밀천공가공이나, 정밀절삭가공, 정밀조각가공 등에 사용되는 케이스가 늘어나고 있다.

또한, 이러한 정밀가공은 예를 들면, 소결부품의 분야에서도 응용할 수 있다. 구체적으로는, 세라믹스분말이나 금속분말 또한 유리분말 등을 성형한 후 그 표면에 레지스트패턴을 형성하고, 계속해서 블라스트에 의해 성형체를 조각한 후에 소결함으로써, 종래 기술적, 비용적으로 제조곤란했던, 복잡하고 정밀한 요철부분(또는 개구부분)을 갖는 형상의 부품을 제조하는 것이 가능하게 된다.

또한, 세라믹스 또는 금속 또한 유리 등의 기판상에 같은 재질의 미립자를 페이스트상으로 적층하고, 계속해서 감광성 필름에 의해 레지스트패턴을 형성한 후, 블라스트에 의해 기판에 도달할 때까지 조각한 후에 소결함으로써, 기판과 페이스트층이 일체화되어, 통상 기술적, 비용적으로 제조곤란했던, 복잡하고 또한 정밀하며 매우 샤프한 요철부분(또는 개구부분)을 갖는 부품을 제조하는 것이 가능하게 된다.

일반적으로, 샌드블라스트법에 사용되는 연삭재로서는, 예를 들면, 알루미나샌드, 탄화규소분말, 유리비드, 탄산칼슘, 금속분말 등을 들 수 있다.

정밀한 연삭가공을 목적으로 한 연삭재로서는, 예를 들면, 일본 특허공개 2001-9727호 공보나, 일본 특허공개 2001-122644호 공보 등에 기재된 것이 있다.

일본 특허공개 2001-9727호 공보에 기재되어 있는 연삭재(연마재)는 이하에 나타내는 식 (1), (2), (3), (4) 및 (5)를 모두 만족하는 무기입자분체로 이루어지는 연마재가 기재되어 있다.

(1)10≤A≤0.8C

(2)0.03C≤B≤0.5C

(3)50≤C≤800

(4)30≤D≤95

(5)E₂-3.5≤E₁≤E₂-0.5

단,

A:연마재의 최대 입경(㎛)

B:연마재의 평균 입경(㎛)

C:가공피치로 격벽폭(d₁)+연삭홈폭(d₂)(㎛)

D:입자의 부정형을 나타내는 지수(%)로, 입자투영면적의 외접원에 대한 면적율을 나타낸다.

E₁:연마재의 모스경도

E₂:기판 또는 전극 중 낮은 쪽의 모스경도

그리고, 연삭재로서는 천연, 합성의 어느쪽의 무기입자분체이어도 좋고, 천연의 무기입자분체로서는 석회석, 중정석, 석고가, 합성 무기입자분체로서는 탄산칼슘, 황산바륨, 황산칼슘 등이 바람직한 것으로 개시되어 있다.

또한, 일본 특허공개 2001-122644호 공보에는, 금속분말을 90%이상 함유하는 연삭재를 사용해서 저융점유리를 연삭가공하는 기술이 개시되어 있다.

일반적으로, 금속분말은, 물 아토마이즈법이나 가스 아토마이즈법, 또 기계적 분쇄법, 전해법 등의 화학적 방법 등으로 제조되고 있다. 이 중, 화학적 방법은 순금속에만 한정되어 있어 연삭재로서의 물성을 제어하기 어렵다. 또, 분쇄법은 미세한 입자를 얻는 것이 곤란하며 비용이 높아진다. 이상으로부터, 금속분말의 연삭재를 제조하는 방법으로서는 아토마이즈법이 적합하다고 할 수 있다.

물 아토마이즈법으로 제조할 경우, 예를 들면, 유도로 등에서 용해된 소정의 금속 혹은 금속합금의 용탕을 아토마이즈장치의 상부에 배치된 턴디시(Tundish)에 주입하고, 이 용탕을 턴디시저부의 용탕분출노즐로부터 아토마이즈장치내로 분출(공급)시킨다. 이 아토마이즈장치에서는 상기 용탕분출노즐로부터 분출된 용탕에 고압유체(물 등)를 분무함으로써 상기 용탕을 분말화하여, 금속분말을 얻고 있다.

이 고압유체의 분무방식은 용탕에 분무되는 고압유체의 기하학적 형상에 따라서, 통상, V형이나 원추형(콘형) 등으로 분류되고 있다. 예를 들면, 상기 용탕을, 아래쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상으로 포위하도록 고압유체를 분사하는 원추형의 경우, 상기 대략 원추형상으로 분사되는 고압유체의 정점이 이루는 각도(β)(물제트각도)는 30도∼60도(도6참조)가 채용되고 있다.

그러나, 일본 특허공개 2001-9727호 공보에 기재된 연삭재(연마재)는 비중이 작기 때문에, 충돌에너지가 작고, 연삭력이 작다. 이 때문에, 가공에 시간이 걸려, 생산성이 나빠진다고 하는 결점이 있다.

또한, 연삭재(연마재)의 입자가 약하기 때문에, 이 입자가 분사(블라스트)에 의해 파괴되어서 품질이 변화되고, 이것을 재이용하면, 피가공물의 품질에 편차가 생기게 된다.

그리고 또, 알루미나샌드나 탄화규소분말, 유리비드는 입자의 경도가 높기 때문에, 블라스트시에, 연삭대상 이외의 것, 예를 들면, 마스킹, 기판에 손상을 주게 될 우려가 있다. 특히 기판으로서 유리를 사용한 경우, 손상에 의한 면조도의 악화나 강도저하, 또 투명도의 저하 등의 문제가 생긴다.

또한, 탄산칼슘은, 그 자신의 경도는 낮지만, 천연의 석회석을 분쇄해서 제조되므로, 미량의 불순물을 함유하고 있다. 이 불순물 중에는, 예를 들면, 이산화규소 등의 경질의 물질이 함유되어 있으므로, 상기 알루미나샌드나 유리비드와 마찬가지로, 연삭대상 이외의 것에 손상을 주게 될 우려가 있다.

한편, 금속분말은, 일본 특허공개 2001-122644호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 리사이클가능하다라는 등의 메리트를 갖지만, 블라스트에 의한 충돌에너지에 기인하는 발열로 연삭재가 산화, 변색되고, 피가공물에 그 색이 옮겨가거나(산화물이 부착되거나), 산화에 의해 생성된 스케일이 연삭재로부터 박리될 우려가 있다. 경우에 따라서는, 연삭재로서 순환사용하는 동안에, 녹의 발생에 의한 변색이나, 응집이 발생할 가능성이 있다. 이것은, 공기중의 수분은 물론, 블라스트장치내의 반송공기가 경로단면적의 변화에 의해 압축팽창함으로써 결로를 발생시키는 경우나, 블라스트에 기인하는 발열에 의해 결로를 발생시키는 등의 현상에 의한 것이라고 생각된다.

그리고 또, 경도가 지나치게 높은 성분구성의 연삭재의 경우, 연삭대상 이외의 것에 손상을 주게 될 우려도 있다.

또, 연삭재가 블라스트장치내의 경로로 반송될 때, 상기 연삭재의 입자끼리가 접촉하는 것에 의해 정전기가 발생하여, 이들의 입자가 응집하는 경우가 있다. 이 응집이 생기면, 블라스트장치의 노즐로부터 분사되는 연삭재의 분사량이 불안정하게 되어, 연삭불량을 일으킬 우려도 있다.

특히, 물 아토마이즈법으로 제조된 금속분말은, 그 아토마이즈조건에 따라서는 1차입자가 복수개 용착해서 이루어지는 이형상의 2차입자가 많이 존재하며, 또한 성분계에 따라서는 입자형상이 가늘고 긴 감자형상으로 되어, 구상이 아니므로, 블라스트장치내에서의 유동성이 나빠, 블라스트공정의 생산성이나 품질의 안정성을 저하시키게 된다.

또, 이 금속분말을 연삭재(숏블라스트재)로서 사용하면, 블라스트 처리시에 2차입자가 분열되어서 10㎛이하의 미립자가 발생하여, 블라스트효율을 저하시키게 된다.

본 발명은, 이러한 종래의 문제점을 해결하는 것을 과제로 하는 것으로, 연삭재의 품질의 변화를 방지하고, 피가공물의 연삭을 높은 품질로 수율좋게 단시간에 행할 수 있는 연삭재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 단입자(單粒子)화된 금속분말을 제조함으로써 2차입자의 존재를 방지하여, 블라스트효과 및 블라스트공정에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있는 연삭재의 제조방법을 제공하는 것이다.

그리고 또, 본 발명은, 단입자화가 가능하며, 2차입자의 존재를 방지하여, 블라스트효과 및 블라스트공정에 있어서의 생산성을 향상시키는 것이 가능한 연삭재를 제조하는 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 또, 단입자화가 가능하며, 2차입자의 존재를 방지하여, 블라스트효과 및 블라스트공정에 있어서의 생산성을 향상시키는 것이 가능한 연삭재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 피가공물에 분사되어, 상기 피가공물을 연삭가공하는 연삭재로서, (1)참비중이 4g/㎤이상, (2)평균 입경이 5㎛이상, 50㎛이하, (3)최대 입경이 100㎛이하, (4)경도(HMV)가 110이상, 340이하의 조건을 모두 만족하는 무기물분말로 이루어지는 연삭재를 제공하는 것이다.

이 구성을 구비한 연삭재는 비중이 높으므로(참비중≥4g/㎤), 우수한 연삭력을 얻을 수 있다. 또, 그 평균 입경도 우수한 연삭력이 얻어지는 범위로 설정(5㎛≤평균 입경≤50㎛)되어 있다. 따라서, 피가공물에 대한 가공시간을 단축할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.

이 무기물분말의 평균 입경은 10㎛이상, 30㎛이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 연삭재는 경도가 낮으면 양호한 연삭력을 기대할 수 없고, 또한, 경도가 너무 높으면, 연삭대상 이외의 것이나 부분에 손상을 주는 경향이 있으므로, 본 발명에서는 110≤경도(HMV)≤340으로 했다.

그리고 또, 본 발명에 따른 연삭재는, 그 최대 입경을 1OO㎛이하로 설정함으로써, 보다 최적인 연삭력이 얻어짐과 아울러, 예를 들면, 150㎛정도의 좁은 폭의 간극부분을 연삭할 때에, 상기 간극에 연삭재가 끼는 것을 방지할 수 있다. 그리고 또, 이 무기물분말의 최대 입경은 80㎛이하인 것이 보다 바람직하다.

상기 무기물분말은 금속분말로 구성할 수 있다. 또한, 인성이 높은 금속분말로 구성하면, 또한, 연삭시의 충격에 의해 입자가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

상기 금속분말은 주성분이 철 또는 철계 합금으로 구성되며, 알루미늄의 함유량을 O.1중량%, 티타늄의 함유량을 O.1중량%로 한 구성으로 할 수 있다.

이 구성을 구비한 금속분말은 알루미늄 및 티타늄의 함유량을 낮게 억제하고 있으므로, 이 금속분말의 원료인 용탕금속의 표면장력이 커져, 얻어지는 금속분말입자의 구상화(球狀化)를 촉진할 수 있다. 이 때문에, 우수한 블라스트효과를 얻을 수 있다. 또 크롬을 8중량%이상 함유할 수 있고, 녹(산화) 등의 발생을 억제할 수 있으므로 우수한 블라스트효과를 유지할 수 있다. 또, 붕소를 1.5중량%이하로 함유하므로 표면장력이 커져, 얻어지는 금속입자의 구상화를 촉진할 수 있다.

또한, 상기 금속분말의 탭밀도(g/㎤)는 4.3이상, 4.8이하로 설정하는 것이 좋다. 여기에서, 금속분말은 구상화 및 단입자화가 진행됨에 따라, 그 탭밀도가 큰 값으로 된다. 즉, 입자가 구상이며 또한 하나하나 나뉘어져 단입자로 되어 있으면, 충전율이 커지기 때문에, 탭밀도가 커진다. 탭밀도를 4.3이상, 4.8이하로 설정함으로써, 보다 블라스트에 적합한 연삭재로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연삭재는, 상기 무기물분말 100중량%에 대하여, 유동성 및 내흡습성을 부여하는 물질을 0.01∼5중량%의 비율로 혼합한 구성으로 할 수도 있다.

그리고 또, 본 발명에 따른 연삭재는, 상기 무기물분말의 표면의 일부 또는 전체에 유동성 및 내흡습성을 부여하는 물질을 상기 무기물분말 100중량%에 대하여, 0.01∼5중량%의 비율로 부착시킨 구성으로 할 수도 있다.

이렇게, 상기 무기물분말에 유동성 및 내흡습성(소수성)을 부여하는 물질을 혼합하거나, 또는 상기 무기물분말의 표면의 일부 또는 전체에 유동성 및 내흡습성을 부여하는 물질을 부착시킴으로써, 연삭재(무기물분말)가 응집되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 연삭재의 분사량을 안정화시키고, 또한 장치내 반송시의 유동에 의한 정전기발생을 방지할 수 있다. 또한 흡습에 의한 품질의 변화를 방지할 수 있다.

상기 유동성 및 흡습성을 개선하는 물질로서는, 예를 들면, 스테아린산, 무수실리카입자 등을 들 수 있다.

그리고 또, 본 발명에 따른 연삭재는, 유리기판보다 경도(HMV)가 낮기 때문에, 예를 들면 유리기판상에 형성된 유리페이스트층을 연삭하는 경우라도 기판에 손상을 주는 일이 없다.

또한, 본 발명은 연삭재의 제조방법으로서, 용탕분출노즐을 구비한 턴디시내에 수용된 용탕금속을 상기 용탕분출노즐로부터 분출시키는 공정과, 상기 용탕분출노즐로부터 분출된 용탕금속에, 아래쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상으로 상기 용탕금속을 포위하도록 고압유체를 분사해서 상기 용탕금속을 분말화하는 공정을 구비하고, 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각을 10도이상, 30도미만의 범위로 설정한 연삭재의 제조방법을 제공하는 것이다.

이 제조방법에 따르면, 고압유체의 분사에 의한 용탕금속의 1차분산영역을 종래보다 넓게 확보할 수 있다. 이 때문에, 분사된 고압유체(물제트)의 감압효과에 의해 금속분말(연삭재)이 생성될 때, 1차분열입자의 확산을 강화할 수 있어, 얻어지는 금속분말(연삭재)의 응집을 방지할 수 있다.

상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각은 15도이상, 25도이하로 설정하는 것이 보다 바람직하고, 20도로 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 연삭재의 제조방법에서는, 상기 턴디시를 가열하는 공정을 더 구비할 수 있다. 이 가열공정을 행하는 것에 의해, 분출되는 용탕금속의 온도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 고압유체가 분사되기 직전의 용탕금속의 온도를 높게 유지할 수 있기 때문에, 용탕금속의 표면장력을 크게 유지할 수 있어, 고압유체의 분사에 의해, 1차분열해서 얻어지는 금속분말입자의 형상이 구상화되는 것을 촉진할 수 있다. 그 결과, 얻어지는 금속분말(연삭재)의 응집을 더욱 방지할 수 있다.

상기 턴디시는, 상기 용탕분출노즐로부터 분출되는 용탕금속의 온도가, 1600℃이상, 1700℃이하, 더욱 바람직하게는, 1630℃이상, 1680℃이하가 되도록 가열하는 것이 바람직하다.

그리고 또, 본 발명에 따른 연삭재의 제조방법에서는, 용탕금속으로서, 주성분이 철 또는 철계 합금이며, 알루미늄 및 티타늄이 첨가되지 않은 원료를 사용하는 것이 바람직하다.

이 성분을 구비한 원료는 금속분말(연삭재)의 단입자화를 저해한다라고 생각되어지는 알루미늄 및 티타늄을 모두 0.1중량%이하로 억제하고 있기 때문에, 고압유체의 분사에 의해 1차분열해서 얻어지는 금속분말입자의 단입자화를 촉진할 수 있다.

또, 본 발명은, 연삭재를 제조하는 장치로서, 내부에 용탕금속을 수용하는 턴디시와, 상기 턴디시에 설치되어, 상기 턴디시내에 수용된 용탕금속을 분출시키는 용탕분출노즐과, 상기 용탕분출노즐로부터 분출된 용탕금속에, 아래쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상으로 상기 용탕금속을 포위하도록 고압유체를 분사하는 분무노즐을 구비하고, 상기 분무노즐은 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각이 10도이상, 30도미만의 범위가 되도록 상기 고압유체를 분출시키는 연삭재의 제조장치를 제공하는 것이다.

이 구성을 구비한 연삭재의 제조장치는, 고압유체의 분사에 의한 용탕금속의 1차분산영역이 종래보다 넓어지도록 고압유체를 분사할 수 있다. 이 때문에, 분사된 고압유체(물제트)의 감압효과에 의해 금속분말(연삭재)이 생성될 때, 1차분열입자의 확산을 강화할 수 있어, 얻어지는 금속분말(연삭재)의 응집을 방지할 수 있다.

상기 분무노즐은 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각이 15도이상, 25도이하가 되도록 상기 고압유체를 분출시키는 것이 보다 바람직하고, 상기 이루는 각이 20도가 되도록 고압유체를 분출시키는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 연삭재의 제조장치는, 상기 턴디시를 가열하는 가열 장치를 더 구비할 수 있다. 이 가열장치를 구비함으로써, 분출되는 용탕금속의 온도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 고압유체가 분사되기 직전의 용탕금속의 온도를 높게 유지할 수 있기 때문에, 용탕금속의 표면장력을 크게 유지할 수 있어 고압유체의 분사에 의해 1차분열해서 얻어지는 금속분말입자의 형상이 구상화되는 것을 촉진할 수 있다. 그 결과, 얻어지는 금속분말(연삭재)의 응집을 더욱 방지할 수 있다.

상기 가열장치는, 상기 용탕분출노즐로부터 분출되는 용탕금속의 온도가 1600℃이상, 1700℃이하, 더욱 바람직하게는, 1630℃이상, 1680℃이하가 되도록 상기 턴디시를 가열할 수 있다.

또, 본 발명은, 상술한 제조방법에 의해 제조되어 이루어지는 연삭재를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은, 상술한 제조장치에 의해 제조되어 이루어지는 연삭재를 제공하는 것이다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 따른 연삭재, 연삭재의 제조방법 및 제조장치에 대해서 상세하게 설명하지만, 본 발명은, 이 실시형태에 의해 아무런 제한을 받지 않는다.

(실시형태1)

표1에 기재하는 성분값(중량%)을 갖는 연삭재(실시예1∼5)를 제조했다. 또, 비교로서, 표1에 기재하는 성분값(중량%)을 갖는 연삭재(비교예1∼6)를 제조했다.또한, 비교로서, 탄산칼슘(비교예7), 유리비드(비교예8), 알루미나(비교예9)를 준비했다.

실시예1∼5 및 비교예1∼9에 대해서, 경도(HMV), 참비중(g/㎤), 평균 입경(㎛), 최대 입경(㎛)을 이하의 방법으로 측정했다. 그 결과를 표2에 나타낸다.

경도(HMV)는 시마즈세이사쿠쇼제 미소 비커스경도계(TYPE-M)를 사용해서 측정했다. 측정은 하중 25gr로 하고, 측정값은 10점의 평균값으로 했다.

참비중은 시판의 유리제 피크노미터를 사용하여, 피크노미터법에 의해 측정했다.

평균 입경 및 최대 입경은, 니키소 가부시키가이샤제 마이크로트랙 입도분석계 SRA7995형을 사용해서 측정했다.

참밀도는 세이신기교의 오토 트루 덴서(AUTO TRUE DENSER)를 이용하여 피크노미터법에 의해 측정했다.

다음에, 이하의 방법에 의해 유리기판상에 형성한 유리페이스트에 1OO㎛폭의 홈형성가공을 실시했다.

(홈의 형성방법)

먼저, 사방 300mm의 유리기판(두께5mm)상에, 유리페이스트를 코터로 도포하여 200㎛의 페이스트층을 형성했다. 다음에, 이것을 건조한 후, 그 표면에 포토레지스트(드라이필름)을 접착하고, 자외선으로 노광한 후, 현상하여 유리페이스트상에 1OO㎛폭의 메시상의 레지스트패턴(마스크)을 형성했다.

다음에, 상기 레지스트패턴이 형성된 기판을 블라스트장치에 세트하고, 실시예1∼5의 각종 연삭재를 사용하여, 상기 레지스트패턴을 마스크로 해서 유리페이스트층의 연삭을 행했다. 또, 이 연삭은 블라스트장치를 이하의 조건으로 설정해서 행했다.

분사노즐 구경:1Omm

연삭재 분사압력:1.5kg/㎠

연삭재 분사량:15g/min

기판까지의 거리:20cm

다음에, 공기송풍으로, 연삭한 페이스트재 및 연삭재를 제거하고, 용액(수산화나트륨용액)을 스프레이해서 포토레지스트를 박리했다. 그 후, 약 550℃에서 소성하여, 도1에 나타낸 바와 같이 폭이 좁은 홈(11)을 메시상으로 형성했다.

또, 도1에 있어서, 부호 10은 유리기판, 부호 11은 연삭에 의해 형성된 홈이다.

또한, 비교로서, 비교예1∼9에 따른 연삭재를 사용한 이외는, 상기와 동일한 방법으로 폭이 좁은 홈을 메시상으로 형성했다.

다음에, 상기 방법으로 형성한 각각의 홈(11)에 의해 획정된 격벽(12)에 대해서, 단위시간당의 연삭량, 기판손상상태, 마스킹손상상태, 홈에 연삭재가 낀 상태, 연삭재의 파괴상태, 녹에 의한 변색을 이하의 방법으로 평가했다.

단위시간당의 연삭량은, 소정의 시간에 회수되는, 연삭된 유리페이스트의 중량을 전자천칭으로 칭량해서 구했다.

기판손상상태, 마스킹손상상태, 홈에 연삭재가 낀 상태, 및 연삭재의 파괴상태는 전자현미경을 사용해서 육안관찰을 행하여, 하기 기준에 의해 평가했다.

Ｏ: 없음(양호)

△: 약간 확인됨

×: 확인됨(불량)

녹에 의한 변색시험은, 각 연삭재를 유리제 페트리접시 내에 균일하게 깔고, 그것에 증류수를 10cc스프레이하고, 그 후 실온에서 24Hr방치했을 때의 변색정도를 육안으로 관찰하여, 상기 기준에 의해 평가했다. 변색은 각 연삭재에 대해서, 대기중에서 550℃에서 30분간의 가열시험을 실시한 후, 육안관찰을 행하여 상기 기준에 의해 평가했다.

이들의 결과를 표3에 나타낸다.

표3으로부터, 본 발명에 따른 연삭재(실시예1∼5)는 가공속도(단위시간당의 연삭량)가 빠르고, 비연삭 대상물에의 손상이 없는 것이 확인되었다. 또한, 연삭재의 파괴도 없고, 산화에 의한 변색도 없는 것이 확인되었다.

다음에, 실시예1에 따른 연삭재에, 연삭재 100중량%에 대하여 0.3중량%의 스테아린산을 가열부착(코팅)한 연삭재(실시예6)를 제조했다. 또, 실시예1에 따른 연삭재에, 연삭재 100중량%에 대하여 0.05중량%의 무수실리카입자(니혼 에어로질제의 에어로질 R812)를 첨가하여 혼합한 연삭재(실시예7)를 제조했다.

다음에, 실시예1, 실시예6 및 실시예7에 대해서, JIS Z2502에 규정되어 있는 형태의 로트이고, 오리피스지름을 5mm로 설정한 것을 사용하여, 각각의 유동성을 하기 기준에 의해 평가했다. 그 결과를 표4에 나타낸다.

◎: 실시예1에 비해서 매우 잘 흐른다

Ｏ: 실시예1에 비해서 잘 흐른다

다음에, 실시예1 및 실시예6에 대해서, 흡습성을 하기의 기준에 의해 평가했다. 그 결과를 표4에 나타낸다.

Ｏ: 실시예1에 비해서 흡습성이 낮다

표4로부터, 실시예1에 따른 연삭재의 표면에 스테아린산을 가열부착시켜서 얻은 연삭재(실시예6 및 실시예7)는 실시예1에 따른 연삭재에 비해, 유동성이 더 좋아진 것이 확인되었다. 또한, 실시예1에 따른 연삭재에 무수실리카입자를 첨가하여 혼합한 연삭재(실시예7)는 실시예1에 따른 연삭재에 비해 흡습성이 낮게 되어 있는 것이 확인되었다.

또, 실시형태1에서는, 표1에 나타낸 성분의 연삭재에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, (1)참비중이 4g/㎤이상, (2)평균 입경이 5㎛이상, 50㎛이하, (3)최대 입경이 100㎛이하, (4)경도(HMV)가 110이상, 340이하의 조건을 충족시키는 연삭재이면, 다른 성분을 갖는 연삭재이어도 좋다.

또, 이러한 홈을 연삭하는 일례로서는, 예를 들면, 액정패널, 유기EL 등의 유리기판 밀봉재의 유리페이스트층형성 등 여러가지 것을 들 수 있다.

(실시형태2)

다음에, 본 발명의 실시형태2에 따른 연삭재의 제조장치 및 제조방법에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.

도2는, 본 발명의 실시형태2에 따른 연삭재의 제조장치의 수직단면을 나타내는 개념도, 도3은, 도2에 나타내는 제조장치의 구성요소인 아토마이즈장치로부터 분사되는 고압유체의 개념도, 도4는, 실시형태2에 따른 제조장치 및 제조방법에 의해 제조된 연삭재(금속분말)의 현미경사진, 도5는, 종래의 연삭재(금속분말)의 현미경사진이다.

도2 및 도3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시형태2에 따른 연삭재의 제조장치(1)는 용해챔버(2)와, 그 하측에 병설되는 분무챔버(3)를 구비해서 구성되어 있다.

용해챔버(2)는 대략 원통형을 가지며, 그 내부에는, 도시가 생략된 유도로 등에서 용해된 용탕금속(M)을 수용하는 턴디시(100)가 배치되어 있다. 이 턴디시(100)는 대략 원통형을 가지며, 그 저부의 대략 중심에는 턴디시(100)내에 수용된 용탕금속(M)을 분무챔버(3)를 향해서 분출시키기 위한 용탕분출노즐(11O)(세라믹노즐:지름 수mm정도)이 연통 설치되어 있다. 또한, 턴디시(100)의 외주부에는, 턴디시(100)내를 가열하기 위한 가열장치로서의 가열코일(120)이 설치되어 있다.

분무챔버(3)는 대략 원통형을 가지며, 그 내부의 상부에는, 링형상의 분무노즐(13O)이 설치되어 있다. 이 분무노즐(130)에는 도시가 생략된 고압유체공급원으로부터 고압유체가 공급된다. 이 분무노즐(130)의 내주측에는 경사하향의 노즐(140)이 구심상(求心狀)으로 돌출되어 있으며, 이 노즐(140)로부터 고압유체(F)가 아래 쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상으로 용탕금속(M)을 포위하도록 분사된다. 이 노즐(140)은 고압유체(F)의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각(α)(도3참조)이 10도이상, 30도미만의 범위가 되도록, 그 각도가 조정가능하게 되어 있다. 또, 실시형태2에서는, 고압유체(F)의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각(α)이 20도가 되도록 노즐(140)의 기울기를 설정했다.

또, 분무챔버(3)는 밀폐가능한 구조로 되며, 그 하단에는, 예를 들면 도시가 생략된 밸브를 통해 분말화된 금속분말(P)을 회수하는 용기가 연이어 설치되어 있다.

다음에, 상술한 금속분말의 제조장치(1)를 사용해서 연삭재(금속분말)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.

또, 실시형태2에서는, 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각(α)이 20도가 되도록, 분무노즐(130)의 노즐(140)의 각도를 조정하고 있다. 이 때문에, 용탕금속(M)의 1차분열입자의 분산영역을 종래(대략 원추형상의 정점이 이루는 각(α)=30도)보다 넓게 확보할 수 있다.

여기에서, 용탕금속(M)의 1차분열입자의 분산영역은 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 용적으로 환산되는 것이다. 상기 이루는 각(α)이 변화되어도, 상기 대략 원추형상의 반경은 일정(r)하다. 이 대략 원추형상의 높이(h)는,

h=r/tan(α/2)이기 때문에,

α=20도의 경우, h=r/tan10≒r/0.1763≒5.67r

α=30도의 경우, h=r/tan15≒r/0.2679≒3.73r

이 된다. 따라서, 이루는 각(α)이 20도인 쪽이 종래(이루는 각(α)=30도)보다, 상기 대략 원추형상의 높이(h)가 길어져서, 상기 대략 원추형상의 용적을 크게 취할 수 있다. 그 결과, 용탕금속(M)의 1차분열입자의 분산영역을, 종래(대략 원추형상의 정점이 이루는 각(α)=30도)보다 넓게 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

다음에, 이 제조장치를 사용하여, 이하에 나타내는 순서에 의해 연삭재(금속분말:실시예8)를 제조했다.

먼저, 표5에 나타내는 성분(실시예8의 성분)의 원료를 용해시킨 용탕금속(M)을 도2에 나타내는 제조장치(1)의 턴디시(100)에 주입한다. 이 때, 가열코일(120)에 의해, 턴디시(100)에 주입된 용탕금속(M)을 1650℃정도로 가열한다.

다음에, 턴디시(100)에 연통 설치된 용탕분출노즐(110)로부터 용탕금속(M)을 분출시킴과 동시에, 분무노즐(130)의 노즐(140)로부터, 용탕금속(M)에 대하여, 고압유체(F)(실시형태2에서는 물)를 압력 10∼100MPa, 분무량 0.3∼O.8㎥/분으로, 아래쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상(대략 원추형상의 정점이 이루는 각(α)=20도)으로 용탕금속(M)을 포위하도록 분사한다.

이 고압유체(F)의 분무에 의해, 용탕금속(M)이 분말화되어 연삭재(금속분말:실시예7)를 얻었다.

다음에, 비교로서, 표5에 나타내는 성분(비교예10의 성분)의 원료를 용해시킨 용탕금속을 사용하여, 이하에 나타내는 조건이외는, 실시예8과 같은 방법으로, 용탕금속을 분말화하여 금속분말(비교예10)을 얻었다.

비교예10에서 사용한 제조장치는, 턴디시를 가열하기 위한 가열코일이 배치되어 있지 않아, 턴디시내에 수용된 용탕금속의 가열은 행해지지 않았다. 또한, 고압유체를 분출시키는 분무노즐의 노즐은 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각(β)(도6참조)이 30도가 되도록 조정되어 있어, 고압유체는 용탕금속에 대하여 대략 원추형상의 정점이 이루는 각(β)이 30도가 되도록 분사된다.

상기 실시예8 및 비교예10에 있어서, 아토마이즈시의 용탕금속의 온도(℃)를 측정했다. 그 결과를 표6에 나타낸다.

표2로부터, 실시예8에서는, 용탕금속의 온도가 약 80℃로 높게 되어 있는 것이 확인되었다.

다음에, 실시예8 및 비교예10에서 얻은 금속분말의 입자의 형상을 비교하기 위해서, 이들의 현미경사진을 촬영했다. 실시예8에 따른 연삭재(금속분말)의 현미경사진을 도4에, 비교예10에 따른 연삭재(금속분말)의 현미경사진을 도5에 나타낸다.

도4 및 도5로부터, 실시예8에 따른 연삭재(금속분말)는 비교예10에 따른 연삭재(금속분말)보다 입자가 단입자화되어 있고(응집되어 있지 않음), 그 입경도 구상에 가까운 것이 확인되었다.

다음에, 실시예8 및 비교예10에서 얻은 연삭재(금속분말)의 경도(HVM) 및 탭밀도를, 이하의 방법으로 측정했다. 그 결과를 표7에 나타낸다.

탭밀도는, 쿠라모치 카가쿠기카이 세이사쿠쇼 제의 기구를 사용하여, 일본 분말야금공업회 규격 JPMA P 08「금속분의 탭밀도 시험방법」에 정해진 방법에 의해 측정했다.

표7로부터, 실시예8에 따른 연삭재(금속분말)는 비교예10에 따른 연삭재(금속분말)에 비해, 높은 탭밀도를 갖고 있는 것이 확인되었다. 그 결과, 실시예8에 따른 연삭재는 단입자화가 진행되어 있으며, 그 형상도 구상에 가깝게 되어 있는 것이 확인되었다.

다음에, 비교예10과 같은 성분의 원료를 용해시킨 용탕금속을 사용한 이외는, 실시예8과 동일한 방법으로, 용탕금속을 분말화하여, 연삭재(금속분말:실시예9)를 얻었다.

비교로서, 비교예10의 성분의 원료를 용해시킨 용탕금속을 사용하여, 고압유체를 분출시키는 분무노즐의 노즐을, 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각(β)(도6참조)이 40도가 되도록 조정한 이외는, 실시예8과 같은 방법으로, 용탕금속을 분말화하여, 금속분말(비교예11)을 얻었다.

다음에, 실시예9 및 비교예11에서 얻은 금속분말의 탭밀도를, 상기와 같은 방법으로 측정했다. 그 결과를 표8에 나타낸다.

표8로부터, 실시예9에 따른 연삭재(금속분말)는, 비교예11에 따른 연삭재(금속분말)에 비해, 높은 탭밀도를 갖고 있는 것이 확인되었다. 그 결과, 실시예9에 따른 연삭재는 단입자화가 진행되어 있으며, 그 형상도 구상에 가깝게 되어 있는 것이 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 연삭재는 연삭대상 이외의 것이나 부분에 손상을 주지 않고, 우수한 연삭력을 발휘할 수 있음과 아울러, 간극이 좁은 부분(예를 들면, 홈 등)을 연삭할 때, 상기 간극에 연삭재가 끼이는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 피가공물의 연삭을 높은 품질로 단시간에 행할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또, 본 발명에 따른 연삭재는 품질변화가 거의 없으므로, 재이용할 수 있어, 비용의 저감, 환경유지에 공헌할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연삭재는 원료인 용탕금속의 표면장력이 높기 때문에, 금속분말의 단입자화를 촉진할 수 있다. 이 때문에, 더욱 뛰어난 블라스트효과 및 블라스트공정에 있어서의 생산성을 발휘할 수 있다.

그리고 또, 본 발명에 따른 연삭재의 제조방법 및 제조장치에 따르면, 고압유체의 분사에 의한 용탕금속의 1차분산영역을 넓게 확보할 수 있다. 이 때문에, 분사된 고압유체의 감압효과에 의해 연삭재(금속분말)가 생성될 때, 1차분열입자의 확산을 강화할 수 있어, 연삭재가 응집되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 블라스트공정에서 연삭재의 응집입자가 분열해서, 미세한 입자가 발생하는 일이 거의 없어, 블라스트효과 및 블라스트공정에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도1은, 본 발명의 실시형태1에 따른 피가공물을 나타내는 사시도이다.

도2는, 본 발명의 실시형태2에 따른 연삭재의 제조장치의 수직단면을 나타내는 개념도이다.

도3은, 도2에 나타내는 제조장치의 구성요소인 아토마이즈장치로부터 분사되는 고압유체의 개념도이다.

도4는, 본 발명의 실시형태2에 따른 제조장치 및 제조방법에 의해 제조된 연삭재(금속분말)의 현미경사진이다.

도5는, 종래의 연삭재(금속분말)의 현미경사진이다.

도6은, 종래의 제조장치의 구성요소인 아토마이즈장치로부터 분사되는 고압유체의 개념도이다.

Claims

피가공물에 분사되어, 상기 피가공물을 연삭가공하는 연삭재로서, 하기의 (1) 내지 (5)를 모두 만족하는 무기물분말로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연삭재.

(1)참비중이 7g/cm³이상

(2)평균 입경이 5㎛이상, 50㎛이하

(3)최대 입경이 100㎛이하

(4)경도(HMV)가 110이상, 340이하

(5)무기물분말이 금속분말로서 주성분이 철 또는 철계 합금으로 구성되며, 알루미늄의 함유량이 O.1중량%이하, 티타늄의 함유량이 O.1중량%이하
제1항에 있어서, 상기 무기물분말의 평균 입경이 10㎛이상, 30㎛이하인 것을 특징으로 하는 연삭재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기물분말의 최대 입경이 80㎛이하인 것을 특징으로 하는 연삭재.
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삭제
제1항에 있어서, 상기 금속분말은 크롬을 8중량%이상 함유하는 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 연삭재.
제1항에 있어서, 상기 금속분말은 붕소를 1.5중량%이하로 함유하는 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 연삭재.
제1항에 있어서, 상기 금속분말의 탭밀도(g/㎤)가 4.3이상, 4.8이하인 것을 특징으로 하는 연삭재.
제1항에 있어서, 상기 무기물분말 100중량%에 대하여, 유동성 및 내흡습성을 부여하는 물질을 0.01∼5중량%의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 연삭재.
제1항에 있어서, 상기 무기물분말의 표면의 일부 또는 전체에, 유동성 및 내흡습성을 부여하는 물질을 상기 무기물분말 100중량%에 대하여, 0.01∼5중량%의 비율로 부착시킨 것을 특징으로 하는 연삭재.
제1항에 있어서, 상기 피가공물이, 기판상에 형성된 페이스트층인 것을 특징으로 하는 연삭재.
연삭재의 제조방법으로서,

용탕분출노즐을 구비한 턴디시내에 수용된 용탕금속을 상기 용탕분출노즐로부터 분출시키는 공정; 및

상기 용탕분출노즐로부터 분출된 용탕금속에, 아래쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상으로 상기 용탕금속을 포위하도록 고압유체를 분사해서 상기 용탕금속을 분말화하는 공정을 구비하고,

상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각을 10도이상, 30도미만의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각을 15도이상, 25도이하로 설정한 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각을 20도로 설정한 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 턴디시를 가열하는 공정을 더 구비한 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 턴디시를, 상기 용탕분출노즐로부터 분출되는 용탕금속의 온도가 1600℃이상, 1700℃이하로 되도록 가열하는 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 용탕금속으로서, 주성분이 철 또는 철계 합금이며, 탄소를 0.060중량%이상, 0.070중량%이하의 범위로 함유하고, 알루미늄 및 티타늄이 첨가되지 않은 원료를 사용한 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조방법.
연삭재를 제조하는 장치로서,

내부에 용탕금속을 수용하는 턴디시;

상기 턴디시에 설치되어, 상기 턴디시내에 수용된 용탕금속을 분출시키는 용탕분출노즐; 및

상기 용탕분출노즐로부터 분출된 용탕금속에, 아래쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상으로 상기 용탕금속을 포위하도록 고압유체를 분사하는 분무노즐을 구비하고,

상기 분무노즐은 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각이 10도이상, 30도미만의 범위가 되도록 상기 고압유체를 분출시키는 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조장치.
제18항에 있어서, 상기 분무노즐은 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각이 15도이상, 25도이하가 되도록 상기 고압유체를 분출시키는 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조장치.
제18항에 있어서, 상기 분무노즐은 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각이 20도가 되도록 고압유체를 분출시키는 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조장치.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 턴디시를 가열하는 가열 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조장치.
제21항에 있어서, 상기 가열장치는, 상기 용탕분출노즐로부터 분출되는 용탕금속의 온도가 1600℃이상, 1700℃이하가 되도록 상기 턴디시를 가열하는 것을 특징으로 하는 연삭재의 제조장치.
용탕분출노즐을 구비한 턴디시내에 수용된 용탕금속을 상기 용탕분출노즐로부터 분출시키는 공정: 및

상기 용탕분출노즐로부터 분출된 용탕금속에, 아래쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상으로 상기 용탕금속을 포위하도록 고압유체를 분사해서 상기 용탕금속을 분말화하는 공정을 구비하고,

상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각을 10도이상, 30도미만의 범위로 설정한 연삭재의 제조방법에 의해 제조되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연삭재.
내부에 용탕금속을 수용하는 턴디시;

상기 턴디시에 설치되어, 상기 턴디시내에 수용된 용탕금속을 분출시키는 용탕분출노즐; 및

상기 용탕분출노즐로부터 분출된 용탕금속에, 아래쪽을 향해서 수속되는 대략 원추형상으로 상기 용탕금속을 포위하도록 고압유체를 분사하는 분무노즐을 구비하고,

상기 분무노즐은 상기 고압유체의 분사에 의해 형성되는 대략 원추형상의 정점이 이루는 각이 10도이상, 30도미만의 범위가 되도록 상기 고압유체를 분출시키는 연삭재의 제조장치에 의해 제조되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연삭재.