TW201544239A - 筒式研磨用介質及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明之筒式研磨用介質40係由多孔質之燒結體所構成，該多孔質之燒結體至少含有60~80質量%之氧化鋁、10~30質量%之二氧化矽、4~8質量%之氧化鋯、1~3質量%之氧化鈣、及1~4質量%之氧化鎂，且具有分散之空隙。

Description

筒式研磨用介質及其製造方法

本發明之一態樣及實施形態係關於一種筒式研磨用介質及其製造方法。

於下述專利文獻1中，揭示有可進行粗加工研磨之筒式研磨用介質(以下適當稱為「介質」)。此種介質可用於用以對被加工物之角部賦予弧度之倒角加工、即圓角(rounding)加工。進而，上述介質亦可用於被加工物之表面之去毛邊、面粗糙度之調整、或表面層之去除等加工。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2012/086679號說明書

然而，於使研磨能力之持續性提高並且抑制介質本身之裂縫缺損之產生的方面，有改善之餘地。

考慮到上述事實，本發明之一態樣之目的在於獲得一種可使研磨能力之持續性提高並且抑制介質本身之裂縫缺損之產生的筒式研磨用介質及其製造方法。

本發明之一態樣之筒式研磨用介質係由多孔質之燒結體所構成，該多孔質之燒結體至少含有60~80質量%之氧化鋁(Al₂O₃)、10~ 30質量%之二氧化矽(SiO₂)、4~8質量%之氧化鋯(ZrO₂)、1~3質量%之氧化鈣(CaO)、及1~4質量%之氧化鎂(MgO)，且具有分散之空隙。

根據上述構成，筒式研磨用介質係由具有分散之空隙之多孔質之燒結體構成，故而即便於研磨中表面被磨削，亦出現新的研磨材料。如此，即便於研磨中筒式研磨用介質之表面被磨削亦出現新的研磨材料，故而無論是否經過研磨，均可持續研磨力。另一方面，於筒式研磨用介質係由多孔質之燒結體所構成之情形時，存在顧慮筒式研磨用介質之強度之情況。然而，根據上述構成，因含有1~4質量%之氧化鎂，故而可使筒式研磨用介質之強度提高。該筒式研磨用介質之強度提高(抑制裂縫缺損之產生率)係藉由實驗而確認。

於一實施形態中，上述燒結體之空隙率亦可為1~40%。

於如上述構成般將筒式研磨用介質之空隙率設定為1~40%之情形時，可使筒式研磨用介質之研磨能力良好地持續並且抑制筒式研磨用介質之損耗率。此情況亦由實驗而得以確認。此處，空隙率係以百分率表示介質之每單位體積中之間隙之比率的值。

本發明之另一態樣之筒式研磨用介質之製造方法係製造上述筒式研磨用介質者，且包括：混練步驟，其將研磨粒、黏合劑、氧化鎂、及消失材料粉末混練；成形步驟，其將上述混練步驟中混練而成之混練物成形為特定之形狀；以及燒結步驟，其對上述成形步驟中成形之成形體進行燒結，並且使上述消失材料粉末消失。

藉由上述構成，可獲得多孔質且強度未降低(或強度降低少)之燒結體之介質。再者，於混練步驟中，視需要亦可添加水。

於一實施形態中，於將上述研磨粒、上述黏合劑、上述氧化鎂、及上述消失材料粉末之合計設為100質量%時，上述消失材料粉末之含量亦可為1~40質量%。

藉由上述構成，可將藉由上述步驟而製造之筒式研磨用介質之空 隙率設定為1~40%左右。

於一實施形態中，上述消失材料粉末亦可為氫氧化鋁之粉末。

於如上述構成般消失材料粉末為氫氧化鋁之粉末之情形時，於燒結步驟中，上述氫氧化鋁脫水分解，結果變化為氧化鋁，作為固形物成分之體積減少，羥基成為水蒸氣而發散。於該燒結步驟中，形成多孔質之燒結體。

於一實施形態中，於上述混練步驟中，亦可於含有上述研磨粒、上述黏合劑、上述氧化鎂、及上述消失材料粉末之混合材料中添加氧化錳及氧化鐵之至少一者，於將上述混合材料與上述氧化錳及上述氧化鐵之至少一者之合計設為100質量%時，上述氧化錳及上述氧化鐵之至少一者之含量為5質量%以下。

根據上述構成，於燒結步驟中，所添加之氧化錳及氧化鐵之至少一者作為燒結助劑而有效地發揮功能。

於一實施形態中，上述研磨粒亦可為白色氧化鋁系研磨粒。

於一實施形態中，上述研磨粒之平均粒徑亦可為1μm~150μm。

如以上所說明般，根據本發明之各種態樣，具有可使研磨能力之持續性提高並且抑制介質本身之裂縫缺損之產生的優異效果。

10‧‧‧乾式筒式研磨裝置

12‧‧‧筒槽

14‧‧‧襯裡

16‧‧‧集塵機

18‧‧‧集塵罩

20‧‧‧集塵軟管

20A‧‧‧集塵軟管

22‧‧‧轉盤

24‧‧‧旋轉軸

26‧‧‧軸承部

28‧‧‧驅動力傳遞機構

30‧‧‧皮帶輪

32‧‧‧皮帶輪

34‧‧‧V型皮帶

36‧‧‧馬達

40‧‧‧筒式研磨用介質

42‧‧‧介質固體部

44‧‧‧開放空隙

46‧‧‧封閉空隙

W‧‧‧被加工物

Rα‧‧‧外周面塌陷量

Rβ‧‧‧端面塌陷量

圖1係表示裝入有一實施形態之筒式研磨用介質之乾式筒式研磨裝置之概略構成圖。

圖2係示意性地表示介質之圖。

圖3係示意性地表示被加工物之加工狀態之圖。

對本實施形態之筒式研磨用介質及其製造方法進行說明。於圖1中，示出裝入有本實施形態之筒式研磨用介質40(以下適當稱為「介質 40」)之乾式筒式研磨裝置10。首先，概括說明該乾式筒式研磨裝置10。

(乾式筒式研磨裝置之構成)

乾式筒式研磨裝置10(以下簡稱為「筒式研磨裝置10」)具備作為研磨槽之筒槽12。筒槽12係設為容器狀並固定於底座(省略圖示)上。於筒槽12之內側表面上固著有襯裡14。於該筒槽12中裝入有介質40及被加工物W等(將其等統稱為「物料」)。再者，圖中示意性地表示介質40及被加工物W。

於筒槽12之底部連結有集塵軟管20之一端部。集塵軟管20之另一端部連結於集塵機16之吸入部側。集塵機16具備：風扇(省略圖示)，其吸入集塵軟管20內之空氣；及過濾器(省略圖示)，其係用以使塵埃不排出。

於筒槽12之上方側配置有集塵罩18。於集塵罩18上連結有集塵軟管20A之一端部。集塵軟管20A之另一端部連接於集塵軟管20之另一端部側。

另一方面，於筒槽12之底部上表面側配置有轉盤22。轉盤22係將其中央部設為軸安裝部而固定於旋轉軸24上。又，於筒槽12之底部設有軸承部26。固定於轉盤22上之旋轉軸24係可旋轉地軸支於筒槽12之軸承部26上。而且，旋轉軸24之下端部於筒槽12之底部下方側連接於驅動力傳遞機構28。

驅動力傳遞機構28包含一對皮帶輪30、32及繞掛於一對皮帶輪30、32上之V型皮帶34。上述旋轉軸24係相對於一皮帶輪30之軸心部而同軸地固著。又，於另一皮帶輪32之軸心部上，同軸地固著有附有減速機之馬達36之輸出軸。

根據以上情況，筒式研磨裝置10藉由馬達36之驅動而使轉盤22旋轉，藉此使物料於筒槽12內流動。此種筒式研磨之方式被稱為流動式筒。

(介質)

繼而，概括說明裝入至筒槽12中之介質40。介質40係根據研磨之目的而形成為數毫米至數十毫米之球形、三角錘形、三角柱形、圓柱形、將圓柱斜向切割而成之形狀、或四角柱形等任意形狀之小粒體。本實施形態之介質40作為一例，係設為高度6mm之三角柱形狀。介質40於筒槽12中與被加工物W一起流動，藉由與被加工物W之間產生之摩擦力對被加工物W進行研磨。

介質40係由藉由粒子(研磨粒)之燒結而形成、且具有分散之空隙之多孔質(整體為多孔)燒結體構成。於本實施形態中，介質40之空隙率例如為1~40%。又，於介質40之表面上形成有凹凸，介質40具有自生作用(autogenesis)(於研磨中新的研磨粒依序於表面上露出之作用)。再者，一般而言，燒結體之介質與將樹脂與研磨材料混合而成型之樹脂之介質相比成本較低，研磨力與樹脂之介質相比較強。

介質40至少含有60~80質量%之氧化鋁(Al₂O₃)、10~30質量%之二氧化矽(SiO₂)、4~8質量%之氧化鋯(ZrO₂)、1~3質量%之氧化鈣(CaO)、及1~4質量%之氧化鎂(MgO)，此外含有若干不可避免之雜質(例如K₂O、TiO₂、Na₂O、HfO₂或P₂O₃等)。不可避免之雜質越少越佳，較佳為設為3%以下(更佳為2%以下)。

又，一般而言，與使黏土質材料與研磨粒煅燒而形成之介質(有時亦稱為煅燒介質)相比，使研磨粒彼此燒結而形成之介質(有時亦稱為燒結介質)有以下優點：損耗量較少，加工(表面粗糙度)較細，並且裂縫缺損較少。此處，於介質之損耗量較少之情形時，壽命長且污物之產生較少(換言之，對環境良好而處理費用得到抑制)。又，於介質之裂縫缺損或損耗較少之情形時，壽命長且加工精度之管理變容易。

(介質之製造方法)

此處，對用以製造介質40之方法(介質40之製造方法)進行說明。

於介質40之製造方法中，首先進行混練步驟。於該混練步驟中，將研磨粒、黏合劑(結合材)、作為補強材料之氧化鎂、作為消失材料粉末之氫氧化鋁(Al(OH)₃)之粉末以成為特定含量之方式稱量後，進行混練(以下將該等材料一起記作「混合材料a」)。於進行混練時，視需要亦可添加水。氫氧化鋁之粉末之添加量係設為將混合材料a設為100質量%時之1~40質量%之量。再者，該氫氧化鋁之粉末之添加量較佳為設為將混合材料a設為100質量%時之5~25質量%之量。

作為研磨粒，可使用氧化鋁系研磨粒(剛鋁石)、碳化矽系研磨粒(金剛砂)、氧化鋯氧化鋁研磨粒、金剛石研磨粒、或CBN(Cubic Boron Nitride，立方晶氮化硼)研磨粒等。於使用白色氧化鋁系研磨粒(WA)作為研磨粒之情形時，價格低且研磨力高，並且研磨粒之顏色不會轉印至被加工物上，故而較佳。又，研磨粒之平均粒徑較佳為設為1μm~150μm。若研磨粒之粒徑過小，則介質之研磨力變低。另一方面，若研磨粒之粒徑過大，則粒子彼此之結合力較弱，介質之強度降低。

黏合劑係用以於燒結時使研磨粒彼此結合之結合材。黏合劑係根據研磨粒之種類或燒結溫度等而適當選擇。於本實施形態中，黏合劑至少含有二氧化矽、氧化鋯及氧化鈣。再者，於黏合劑中含有氧化鎂之情形時，可將該氧化鎂用作補強材料。

於該混練步驟中之氫氧化鋁之添加比率較大之情形時，最終製造之介質40之自銳作用變強，研磨力變強。然而，於氫氧化鋁之添加比率較大之情形時，鄰接之粒子變少，其結果為，介質40總體之強度降低，故而壽命變短。又，比重變輕，故而介質40之研磨力降低。因此，於本實施形態中，以上述比率添加氫氧化鋁之粉末。

又，於本實施形態之混練步驟中，作為一例，於混合材料a中添加燒結助劑。燒結助劑可設為氧化錳及氧化鐵之至少一者(即，任一者或兩者)。於將混合材料a與燒結助劑之合計設為100質量%時，燒結助劑 之添加量可為5質量%以下(於將複數種材料用作燒結助劑之情形時，其等之合計為5質量%以下)。

於後續之成形步驟中，將混練步驟中混練而成之混練物投入至擠出成形機中，成形為特定之形狀(於本實施形態中作為一例，為高度6mm之三角柱形狀)。

於後續之燒結步驟中，將成形步驟中成形之成形體於經乾燥之狀態下裝入至耐熱容器中，並且於爐內以特定溫度燒結特定時間。於該燒結步驟中，氫氧化鋁脫水分解，其結果為，變化為氧化鋁(Al₂O₃)，作為固形物成分之體積減少，羥基成為水蒸氣而發散。即，於該步驟中，使氫氧化鋁消失。而且推測，藉由上述混練使氫氧化鋁均勻地分散至混合材料a，故而羥基成為水蒸氣而發散，藉此於介質40中均勻地分散形成有空隙。藉由此種燒結步驟可獲得多孔質之介質40。

再者，於該燒結步驟中，混練步驟中添加之氧化錳及氧化鐵之至少一者作為燒結助劑而有效地發揮功能。

(乾式筒式研磨方法)

接著，對使用介質40之乾式筒式研磨方法進行說明。

首先，使圖1所示之集塵機16作動。繼而，於筒式研磨裝置10之筒槽12內裝入介質40及被加工物W，使介質40與被加工物W於筒槽12內混合。

繼而，使筒式研磨裝置10作動，使介質40與被加工物W於筒槽12內流動，而使介質40與被加工物W接觸，藉此對被加工物W進行研磨。此處，於本實施形態中，介質40係由具有分散之空隙之多孔質之燒結體所構成，且含有1~4質量%之氧化鎂。因此，即便於研磨中表面被磨削，亦出現新的研磨材料，故而無論是否經過研磨，均可持續研磨力。

若進行補充說明，則若進行筒式研磨而被加工物W之研磨粉或被 削落之介質之粉等微粉進入(堵塞)至研磨粒彼此之間，則研磨力隨著研磨時間之經過而降低。相對於此，於本實施形態中，可於介質40引起堵塞之前，使介質40之表層磨耗而使新的研磨粒露出，故而可長時間維持研磨力。因此，例如亦無需為了防止介質之堵塞而添加用以去除微粉之修整(dressing)液。

另一方面，於介質為多孔質之燒結體之情形時，要求該介質之強度進一步提高。然而，如本實施形態般，藉由使介質40中含有1~4質量%之氧化鎂，而使介質40之強度提高。該介質40之強度提高(抑制裂縫缺損之產生率)係藉由下述實驗而確認。又，雖然未確認詳細機制，但推測如下。若氧化鎂之組成率為適當之範圍內，則於材料之混練時不形成氧化鎂之二次粒子。因此推測，成為氧化鎂之粒子進入至氧化鋁之粒子之間隙中般的狀態，藉由對其進行燒結，可實現強度提高。相對於此，若氧化鎂之組成率過高，則於材料之混練時形成氧化鎂之二次粒子。若以該狀態進行燒結，則氧化鎂之二次粒子作為氧化鋁之粒子之雜質而殘留，故而導致強度降低。

又，於本實施形態中，藉由圖1所示之介質40之空隙率為1~40%，可使介質40之圓角加工中之研磨能力良好地持續並且抑制介質40之損耗率。該情況亦係藉由下述實驗而確認。

回到乾式筒式研磨方法之順序之說明，於使筒式研磨裝置10作動開始經過特定時間之後，使筒式研磨裝置10之作動停止，進而，其後使集塵機16之作動停止。繼而，自筒式研磨裝置10之筒槽12中排出介質40及被加工物W，將其等分類並回收被加工物W。

繼而，對實施例進行說明。

將具有於上述實施形態中說明之組成比率且由多孔質之燒結體所構成之筒式研磨用介質作為實施例(實施例1~7)，將不具有上述組成比率之筒式研磨用介質、及並非多孔質之筒式研磨用介質作為比較 例(比較例1~6)。進行如下試驗：使該等筒式研磨用介質於筒槽(研磨槽)內於與被加工物混合之狀態下流動，藉此對被加工物進行研磨。

於該試驗中，使用同一介質進行10次(10批次)研磨。若進行補充說明，則於實際之研磨處理中，於第1次研磨後，取出被加工物，其後裝入新的被加工物並利用同一介質進行第2次研磨，如此般使用同一介質反覆進行研磨與被加工物之取出及裝入。於該試驗中，反覆進行10次研磨與被加工物之取出及裝入。研磨(筒式研磨)之條件如下述表1所示。

又，於下述表2中，示出實施例1~7及比較例1~6之各條件及評價。

表2之Al₂O₃之組成率中之「剩餘成分」係表示自100%中扣除SiO₂、ZrO₂、CaO及MgO之各組成率，進而扣除不可避免地少量含有之不可避免之雜質之組成率所得的組成率。又，燒結前之Al(OH)₃之比率之項目係以將混合材料(於上述實施形態中為混合材料a)設為100質量%時之質量%來表示製造介質時之混練步驟中之氫氧化鋁之粉末之添加量。再者，於添加Al(OH)₃之情形時，介質成為多孔質體，於未添加Al(OH)₃之情形時，介質不成為多孔質體而成為緻密體。

又，「空隙率」係分別測定「介質之鬆比重」及「介質之真比重」，藉 由下述數式1算出之結果。「空隙率」之單位為體積%。將「介質之鬆比重」之概念示於下述數式2，將「介質之真比重」之概念示於下述數式3。又，如圖2所示，所謂介質固體部42係介質40之固體部分，所謂開放空隙44係與外部大氣連接之空隙(連續氣泡結構)，所謂封閉空隙46係於介質40之內部孤立之空隙(獨立氣泡結構)。如此，介質40具有作為分散之空隙的開放空隙44及封閉空隙46，係由具有開放空隙44及封閉空隙46之多孔質之燒結體所構成。

又，表2之「Rα」之項目係表示對外周面塌陷量(mm)進行測定之結果，表2之「Rβ」之項目係表示對端面塌陷量(mm)進行測定之結果。圖3表示外周面塌陷量即「Rα」及端面塌陷量即「Rβ」分別為哪一部分之長度。再者，於該試驗中，成為前提之研磨目的為圓角加工，研磨目標值為Rα=Rβ=0.40mm。

又，表2之「加工能力」中之「評價」之項目係表示塌陷量評價之項目，係根據以下基準進行評價。首先，於Rα及Rβ均為0.40mm以上，並且Rα/Rβ為0.8~1.2之情形時，評價為「○」。又，於Rα及Rβ均為0.30mm以上且Rα及Rβ之至少一者未達0.40mm，並且Rα/Rβ為0.8~1.2之情形時，評價為「△」。進而，於Rα及Rβ之至少一者未達0.30mm之情形時，或者Rα/Rβ未達0.8或超過1.2之情形時，評價為「×」。其中，於本次之實施例1~7及比較例1~6中，並無評價為「×」者。

又，表2之「裂縫缺損」之項目係於第1次(第1批)研磨結束後，隨機自筒槽內選取50個介質，對有裂縫缺損之介質之數量進行計數之項目。

又，「損耗率」係藉由精密電子天秤(島津製作所(股)製造；IPS-DP10)分別測定「加工前之介質之質量」及「加工後之介質之質量」，使用下述數式4算出之結果。「損耗率」之單位為%/h。

根據表2之結果，於比較例1、3、5、6中，加工能力之評價成為「△」。又，於比較例2、4中，雖然加工能力之評價成為「○」，但介質之裂縫缺損之個數變多。相對於此，得知於實施例1~7中，加工能力之評價為「○」，並且介質之裂縫缺損之個數亦得到抑制。又得知，實施例1~6與實施例7相比，損耗率得到抑制。

如以上所說明般，根據本實施形態，可提高圓角加工中之研磨能力之持續性，並且抑制介質40本身之裂縫缺損之產生。

(實施形態之補充說明)

再者，使用介質之被加工物之研磨亦可藉由利用研磨槽之行星旋轉或振動等使物料流動而進行。再者，作為筒式研磨之種類，除了上述實施形態般之流動式筒以外，例如存在被稱為離心式筒、振動式筒、旋轉式筒、及陀螺儀式筒等者。

又，於上述實施形態中，將加工目的設為「圓角加工」，但於其他加工目的時亦可良好地進行研磨。作為其他加工目的，例如可列舉被加工物之表面之去毛邊、面粗糙度之調整、或表面層之去除等加工。

又，於上述實施形態中，列舉將介質40用於乾式筒式研磨方法之例，但介質40亦可用於濕式筒式研磨方法。再者，於濕式筒式研磨方法中，將被加工物、介質、水、及視需要之複合物裝入至筒槽(研磨槽)中。

又，介質之空隙率較佳為如上述實施形態般設定為1~40%，進而較佳為設定為5~25%。但是，介質之空隙率亦可設定為該等範圍外。

又，作為上述實施形態之介質之製造方法之變化例，消失材料粉末例如亦可為發泡苯乙烯樹脂之粉末等般之其他消失材料粉末。再者，若於陶瓷黏合劑中使用發泡苯乙烯樹脂作為消失材料，則有可能於燒結後之介質內由消失材料所致之雜質(例如碳)殘留於晶界上，該雜質有可能成為介質之強度降低之一個因素(龜裂之產生)。相對於此，如上述實施形態般，於使用氫氧化鋁作為消失材料之情形時，即便進行燒結，氫氧化鋁亦分解成水蒸氣、及作為介質之主成分之氧化鋁(Al₂O₃)。因此，有於燒結後之介質內不殘留由消失材料所致之雜質之優點。

又，作為上述實施形態之介質之製造方法之變化例，亦可採用於混練步驟中不添加氧化錳及氧化鐵般之方法。

再者，上述實施形態及上述複數個變化例可適當組合而實施。

以上，對實施形態及變化例進行了說明，但本發明並不限定於上 述，除上述以外，當然亦可於不脫離其主旨之範圍內進行各種變化而實施。

10‧‧‧乾式筒式研磨裝置

12‧‧‧筒槽

14‧‧‧襯裡

16‧‧‧集塵機

18‧‧‧集塵罩

20‧‧‧集塵軟管

20A‧‧‧集塵軟管

22‧‧‧轉盤

24‧‧‧旋轉軸

26‧‧‧軸承部

28‧‧‧驅動力傳遞機構

30‧‧‧皮帶輪

32‧‧‧皮帶輪

34‧‧‧V型皮帶

36‧‧‧馬達

40‧‧‧筒式研磨用介質

W‧‧‧被加工物

Claims (8)

1. 一種筒式研磨用介質，其係由多孔質之燒結體所構成，該多孔質之燒結體至少含有60~80質量%之氧化鋁、10~30質量%之二氧化矽、4~8質量%之氧化鋯、1~3質量%之氧化鈣、及1~4質量%之氧化鎂，且具有分散之空隙。
2. 如請求項1之筒式研磨用介質，其中上述燒結體之空隙率為1~40%。
3. 一種筒式研磨用介質之製造方法，其係製造如請求項2之筒式研磨用介質者，且包括：混練步驟，其將研磨粒、黏合劑、氧化鎂、及消失材料粉末混練；成形步驟，其將上述混練步驟中混練而成之混練物成形為特定之形狀；以及燒結步驟，其對上述成形步驟中成形之成形體進行燒結，並且使上述消失材料粉末消失。
4. 如請求項3之筒式研磨用介質之製造方法，其中於將上述研磨粒、上述黏合劑、上述氧化鎂、及上述消失材料粉末之合計設為100質量%時，上述消失材料粉末之含量為1~40質量%。
5. 如請求項3或4之筒式研磨用介質之製造方法，其中上述消失材料粉末為氫氧化鋁之粉末。
6. 如請求項3至5中任一項之筒式研磨用介質之製造方法，其中於上述混練步驟中，於含有上述研磨粒、上述黏合劑、上述氧化鎂及上述消失材料粉末之混合材料中添加氧化錳及氧化鐵之至少一者，於上述混合材料與上述氧化錳及上述氧化鐵之至少一者之合計設為100質量%時，上述氧化錳及上述氧化鐵之至少一者之含量 為5質量%以下。
7. 如請求項3至6中任一項之筒式研磨用介質之製造方法，其中上述研磨粒為白色氧化鋁系研磨粒。
8. 如請求項3至7中任一項之筒式研磨用介質之製造方法，其中上述研磨粒之平均粒徑為1μm~150μm。