TW202313473A - 研磨刷用線狀研磨材,以及研磨刷 - Google Patents
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Abstract
線狀研磨材(10)係作為研磨刷用的研磨材來使用。線狀研磨材(10)係具備無機長纖維以及含浸於前述無機長纖維並固化之樹脂。無機長纖維係具備氧化鋁成分80至90重量%以及二氧化矽成分20至10重量%。無機長纖維的結晶結構係具備富鋁紅柱石(Mullite)結晶以及中間氧化鋁。富鋁紅柱石結晶的平均粒徑小於25nm。
Description
本發明係關於具備無機長纖維之研磨刷用線狀研磨材,以及具備由複數條線狀研磨材所構成之研磨材束之研磨刷。
於專利文獻1中係記載一種研磨石所使用之研磨材。同一文獻的研磨材係由含浸有樹脂之無機長纖維所構成。無機長纖維係具備氧化鋁成分80至90重量%以及二氧化矽成分20至10重量%。無機長纖維的結晶結構係具備富鋁紅柱石(Mullite)結晶以及中間氧化鋁。富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為25nm至70nm。由於同一文獻之研磨材的無機長纖維含有80重量%以上氧化鋁成分,所以無機長纖維的硬度高。此外,由於富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為25nm以上,所以研磨、切削工件之磨削力大。
於專利文獻2中係記載一種研磨刷,其係具備由樹脂被含浸且經硬化之無機長纖維所構成的線狀研磨材。同一文獻的研磨刷係具有:由複數條線狀研磨材所構成之研磨材束、以及保持研磨材束之一方的端部分之研磨材保持器。同一文獻的線狀研磨材係於氧化鋁纖維絲線的聚集物中,使環氧樹脂或聚矽氧樹脂含浸並硬化然後形成為線狀者。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平10-183427號
[專利文獻2]日本國際公開第2014/208566號
[發明所欲解決之課題]
在此,若將專利文獻1所記載之研磨石用的研磨材形成為線狀並使用作為研磨刷用線狀研磨材,則研磨刷可具備充足的磨削力。然而,本發明人等在進行精心探討後,得知該研磨刷就線狀研磨材的耐磨耗性而言仍有改善的空間。
鑑於此點,本發明之課題在於提供一種確保磨削力且耐磨耗性優異之研磨刷用線狀研磨材。此外,係在於提供一種具備該研磨刷用線狀研磨材之研磨刷。
[用以解決課題之技術手段]
本發明人等係進行精心探討,結果發現在將無機長纖維具備氧化鋁成分80至90重量%以及二氧化矽成分20至10重量%,且無機長纖維的結晶結構具備中間氧化鋁以及富鋁紅柱石結晶之研磨材,作為線狀研磨材而採用在研磨刷之情形時,該結晶結構中之富鋁紅柱石結晶的微晶愈大,對於線狀研磨材的耐磨耗性愈帶來影響。亦即,在藉由研磨刷來研磨、切削工件時,係使研磨刷繞著預定旋轉軸旋轉並將線狀研磨材的前端接觸於工件的研磨對象部位。因此,與在使研磨材接觸於工件的表面之狀態下進行研磨之研磨石不同,線狀研磨材於研磨加工時,係重複間歇性地碰撞於工件的研磨對象部位。此外,具備無機長纖維以及樹脂之線狀研磨材由於具備彈性,所以藉由研磨刷的旋轉使前端所描繪之軌道產生不均,線狀研磨材會從各方向間歇性地碰撞於工件。在此,於具備較大微晶之無機長纖維中,富鋁紅柱石化進行。當富鋁紅柱石化進行時,無機長纖維會脆化。因此,對於從如此之來自多方向的間歇性碰撞,具有較大富鋁紅柱石結晶之線狀研磨材容易脆化而崩解。其結果為在結晶結構中具備富鋁紅柱石結晶之線狀研磨材容易磨耗。
另一方面,本發明人等係進行精心探討,結果發現在將無機長纖維具備氧化鋁成分80至90重量%以及二氧化矽成分20至10重量%之研磨材,作為線狀研磨材而採用在研磨刷之情形時,即使富鋁紅柱石結晶小於25nm,亦可確保線狀研磨材的磨削力。亦即,若無機長纖維具備80重量%以上的氧化鋁成分,則可確保線狀研磨材的硬度。此外,若富鋁紅柱石結晶小於25nm,則在無機長纖維中抑制富鋁紅柱石化,因而抑制無機長纖維的脆化。藉此,於線狀研磨材接觸於工件時,係抑制無機長纖維的脆化崩解,使無機長纖維侵入於工件。在此,在藉由研磨刷來研磨、切削工件時,與藉由研磨石來研磨工件之情形不同,線狀研磨材係從各方向間歇性地碰撞於工件。因此,線狀研磨材可具備預定的磨削力。本發明係根據此等發現而研創。
為了解決上述課題,本發明之研磨刷用線狀研磨材係具備無機長纖維以及含浸於前述無機長纖維並固化之樹脂,前述無機長纖維係具備氧化鋁成分80至90重量%以及二氧化矽成分20至10重量%,前述無機長纖維的結晶結構係具備富鋁紅柱石結晶以及中間氧化鋁,前述富鋁紅柱石結晶的平均粒徑小於25nm。
本發明之研磨刷用線狀研磨材於無機長纖維的結晶結構中,富鋁紅柱石結晶的平均粒徑小於25nm。藉此可抑制無機長纖維的脆化,所以在研磨刷用線狀研磨材從多方向間歇性地碰撞於工件的研磨對象部位時,可抑制無機長纖維的脆化崩解。因而提升研磨刷用線狀研磨材的耐磨耗性。另一方面,由於無機長纖維具備80重量%以上的氧化鋁成分,因而確保其硬度。若富鋁紅柱石結晶較小,則可抑制無機長纖維的脆化。因此,在研磨刷用線狀研磨材間歇性地碰撞於工件的研磨對象部位時,係抑制無機長纖維的脆化崩解,使無機長纖維侵入於工件。再者,研磨刷用線狀研磨材於研磨工件時,係從多方向間歇性地碰撞於工件的研磨對象部位。因此,即使富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為25nm以下,研磨刷用線狀研磨材亦可確保其磨削力。
於本發明中,前述富鋁紅柱石結晶的平均粒徑較佳為20nm以下。如此可更提升研磨刷用線狀研磨材的耐磨耗性。
於本發明中,前述無機長纖維的氧化鋁成分較佳為85重量%以上。如此可更容易提高無機長纖維的硬度。因此容易確保研磨刷用線狀研磨材的磨削力。
於本發明中,前述樹脂可構成為環氧樹脂。
於本發明中,前述富鋁紅柱石結晶的平均粒徑可根據將X射線照射在無機長纖維所取得之繞射圖並藉由下列數學式來算出。
接著,本發明之研磨刷係具有:並聯地配置之複數條線狀研磨材、以及保持各線狀研磨材之一方的端部分之研磨材保持器;各線狀研磨材為上述研磨刷用線狀研磨材。
本發明之研磨刷可確保磨削力並且抑制線狀研磨材的磨耗。
以下係參照圖面來說明本發明之實施型態的研磨刷。
(研磨刷)
圖1為研磨刷之立體圖。如圖1所示,研磨刷1係具有:複數條研磨材束2、以及保持各研磨材束2之一方的端部分之研磨材保持器3。研磨材保持器3係具備圓形的胴部4以及從胴部4同軸地延伸之軸部5。軸部5為用以將研磨刷1裝著於工具機等之裝著部。胴部4之位在與軸部5為相反側之前端面為研磨材保持面6。於研磨材保持面6上設置有複數個研磨材保持孔7。於本例中,研磨材保持孔7係繞著研磨材保持器3的軸線L以等角度間隔設置有7個。
各研磨材束2是由並聯地配置之複數條線狀研磨材10(研磨刷用線狀研磨材)所構成。各線狀研磨材10之一方的端部分插入於研磨材保持孔7,並藉由接著劑而固定在研磨材保持器3。於圖1所示之例子中,線狀研磨材10的剖面為圓形。線狀研磨材10的剖面並不限於圓形,有時為多角形。
線狀研磨材10係具備無機長纖維以及含浸於無機長纖維並硬化之樹脂。無機長纖維為多晶質的纖維,並具備氧化鋁成分80至90重量%以及二氧化矽成分20至10重量%。
研磨刷1係裝著於工具機的頭,並使用在工件W的研磨、切削。於工件W的加工時,研磨刷1係繞著軸線L旋轉。因此,研磨刷1可稱為旋轉研磨刷。
研磨材保持器3有時在研磨材保持面6的中央上具備1個圓形的研磨材保持孔7。在此情形時,研磨刷1於研磨材保持器的中央上具備1個研磨材束2。此外,研磨材保持器3有時繞著軸線L具備環狀的研磨材保持孔7。在此情形時,研磨刷1具備:由繞著軸線L排列配置為環狀之複數條線狀研磨材10所構成之環狀的一個研磨材束2。
(線狀研磨材的製造方法)
圖2為線狀研磨材10的製造方法之流程圖。如圖2所示,線狀研磨材10的製造方法係依序具備:紡絲工序ST1、暫燒結工序ST2、燒結工序ST3、樹脂含浸工序ST4以及成形工序ST5。於紡絲工序ST1中,係將由鹼性氯化鋁與膠體二氧化矽與聚乙烯醇所構成之水性紡絲原液進行乾式紡絲而得到前驅物纖維。於暫燒結工序ST2中,係在900℃以上1300℃以下燒製前驅物纖維以進行陶瓷化而得到無機長纖維。於燒結工序ST3中,係以1300℃以上的高溫將無機長纖維加熱20秒左右。燒結工序ST3中的加熱溫度高於暫燒結工序ST2中的加熱溫度。
樹脂含浸工序ST4係適當地整合無機長纖維而構成為集合絲。此外,於樹脂含浸工序ST4中,係將集合絲含浸於環氧樹脂或酚樹脂等熱硬化性樹脂並使樹脂硬化。於成形工序ST5中,將樹脂被含浸且經硬化之集合絲整齊切斷為預定長度。藉此得到線狀研磨材10。在此,若在以通過具備預定形狀的開口之擠壓模之方式將含浸有樹脂之集合絲拉出後進行硬化,則可將線狀研磨材10的剖面形狀形成為對應於擠壓模的開口形狀之形狀。
以下係表示製造方法的具體例。首先於紡絲工序ST1中,將平均聚合度1700的部分皂化聚乙烯醇2.5kg,溶解於含有鋁離子13.2重量%、氯離子11.45重量%之鹼性氯化鋁的水溶液34kg以及含有二氧化矽20重量%之膠體二氧化矽7.5kg中,而調製黏度約1000泊/20℃的紡絲原液。接著將紡絲原液從1000孔的紡絲噴嘴擠壓出以進行乾式紡絲。於暫燒結工序ST2中,係在900℃至1300℃燒製紡絲後的無機長纖維以進行陶瓷化,而得到集合絲。然後於燒結工序ST3中,將此集合絲通過1300℃至1400℃的管爐,並在附加張力之狀態下連續地捲取於第1筒管。此時係以加熱時間成為20秒之方式來調節集合絲的通過速度。
於樹脂含浸工序ST4中,係從第1筒管拉出集合絲,並經由貯留有未硬化的樹脂之樹脂槽以及加熱爐而捲取於第2筒管。在此,將經由樹脂槽而含浸有樹脂之集合絲,在到達加熱爐之前先經由具備預定形狀的開口之擠壓模,藉此可將線狀研磨材10的剖面形狀形成為對應於擠壓模的開口形狀之形狀。含浸於集合絲之樹脂可構成為具有下列組成。
環氧樹脂(jER828 Mitsubishi Chemical公司製) | 60重量份 |
環氧樹脂(jER1001 Mitsubishi Chemical公司製) | 40重量份 |
三氟化硼單乙胺 | 2.5重量份 |
丁酮 | 35重量份 |
於成形工序ST5中,從第2筒管拉出樹脂被含浸且經硬化之集合絲並切斷為預定尺寸。於成形工序ST5中,亦可將樹脂被含浸且經硬化之集合絲,在不捲取於第2筒管下切斷並構成為預定尺寸。
(實施例)
實施例之線狀研磨材10係具備無機長纖維以及含浸於無機長纖維之樹脂。無機長纖維係具備氧化鋁成分85重量%以及二氧化矽成分15重量%。無機長纖維的結晶結構係具備富鋁紅柱石結晶以及中間氧化鋁。富鋁紅柱石結晶之結晶粒子的平均粒徑為20nm。
於實施例之線狀研磨材10的製造中,暫燒結工序ST2的加熱溫度為1000℃。燒結工序ST3的加熱溫度為1380℃。燒結工序ST3中的加熱時間為20秒。
在此,無機長纖維的結晶結構係使用X射線繞射來進行評估。亦即在燒結工序ST3的結束後且在樹脂含浸工序ST4之前,將X射線照射在無機長纖維並取得繞射圖。圖3為將X射線照射在實施例之無機長纖維時之繞射圖。此外,根據繞射圖並藉由下列數學式來算出富鋁紅柱石結晶的平均粒徑。
在此,取得了圖3所示之繞射圖之無機長纖維之富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為D
hkl=20(nm)。
富鋁紅柱石之(210)面的繞射線係伴隨著富鋁紅柱石結晶粒徑的變小,其峰值降低,有時會埋沒於其他繞射線。例如在富鋁紅柱石結晶的粒徑小於25nm時,富鋁紅柱石的(210)面之繞射線的峰值被埋沒於其他繞射線,有時無法取得繞射線的半值寬。因此,本發明人等在藉由實驗而得知富鋁紅柱石的(210)面之繞射線的峰值被埋沒於其他繞射線而無法取得繞射線的半值寬之情形時,係使用其他測定方法等來確認富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為20nm以下。即使富鋁紅柱石的(210)面之繞射線的峰值被埋沒於其他繞射線,若在繞射圖中顯現富鋁紅柱石的(110)面之繞射線的峰值,則可判斷無機長纖維的結晶結構具備富鋁紅柱石結晶。此外,即使富鋁紅柱石的(210)面之繞射線的峰值被埋沒於其他繞射線,亦可藉由穿透型電子顯微鏡來觀察無機長纖維而藉此判斷無機長纖維的結晶結構是否具備富鋁紅柱石結晶。
(比較例)
接著,比較例之線狀研磨材10係具備無機長纖維以及含浸於無機長纖維之樹脂。無機長纖維係具備氧化鋁成分85重量%以及二氧化矽成分15重量%。無機長纖維的結晶結構係具備富鋁紅柱石結晶以及中間氧化鋁。
圖4為將X射線照射在比較例之無機長纖維時之繞射圖。於圖4所示之繞射圖中,係明顯地顯現富鋁紅柱石的(210)面之繞射線的峰值。根據圖4所示之繞射圖所取得之比較例的無機長纖維之富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為D
hkl=35(nm)。亦即,富鋁紅柱石結晶之結晶粒子的平均粒徑為25nm以上。
於比較例之線狀研磨材10的製造中,暫燒結工序ST2的加熱溫度為1000℃。燒結工序ST3的加熱溫度為1390℃。燒結工序ST3中的加熱時間為30秒。
比較例之燒結工序ST3的加熱溫度較實施例之燒結工序ST3的加熱溫度高。比較例之燒結工序ST3的加熱時間亦較實施例之燒結工序ST3的加熱時間長。藉此,比較例之線狀研磨材10係於結晶結構中具備平均粒徑為25nm以上的富鋁紅柱石結晶。因此,藉由控制線狀研磨材10於製造時之燒結工序ST3的加熱溫度及加熱時間,可控制無機長纖維的結晶結構中之富鋁紅柱石結晶的平均粒徑。
(磨削力及耐磨耗性)
圖5為磨削力及耐磨耗性的測定方法之說明圖。如圖5所示,於磨削力及耐磨耗性的測定中,係在將套管8裝著於圖1的研磨刷1之狀態下對工件W施以乾式的研磨加工。工件W的材質為S50C(機械構造用碳鋼)。工件W的研磨對象部位為彎折成直角之工件W的緣部。於研磨加工中,係將研磨刷1裝著於工具機,一面使研磨刷1繞著軸線L旋轉一面沿著研磨對象部位來回移動10次。加工長度為100mm。此外,於研磨加工中,於去程與回程中係將研磨刷1的旋轉方向逆轉。
此外,於加工結束後,係測定研磨對象部位上之邊緣E的側面塌邊量與線狀研磨材10的磨耗量。在此,在以彎折成直角之工件W的緣部作為研磨對象部位來施以研磨加工時,係將緣部的邊緣E經截面的量稱為塌邊量。所謂側面塌邊量,意指在藉由研磨加工使工件W之緣部的邊緣E被磨削時,為從工件W的上表面S往高度方向H被磨削之量。
測定所使用之研磨刷1的直徑(研磨材保持器3的直徑)為25mm。線狀研磨材10的刷毛長設成為75mm、50mm或30mm的3種。在此所謂研磨材的刷毛長,為研磨材保持器3之從研磨材保持面6至線狀研磨材10的前端為止之長度尺寸。於各刷毛長的線狀研磨材10中,從套管8往前方暴露之線材突出量係設成為15mm。將研磨刷1載置於工件W之刷載置率為50%。於刷載置率為50%之狀態下,研磨刷1將其一半載置於工件W的上表面S,並且使剩餘的一半位於較邊緣E更外側。研磨刷1相對於工件W之切入量為1.0mm。研磨加工時之研磨刷1的轉速為4000轉/分,研磨加工時之研磨刷1的移送速度為2500mm/分。
磨削力係根據研磨加工後的工件W之邊緣E的側面塌邊量來進行評估。側面塌邊量愈大,表示磨削力愈大。耐磨耗性係根據研磨加工後之刷線材的磨耗長度來進行評估。研磨加工後之刷線材的磨耗長度愈短,表示耐磨耗性愈高。表1為分別採用實施例的線狀研磨材及比較例的線狀研磨材之情形時的側面塌邊量。表2為實施例的線狀研磨材及比較例的線狀研磨材之磨耗量。
圖6為線狀研磨材10的刷毛長與側面塌邊量的關係之圖表。圖6係將表1之值圖表化。圖7為線狀研磨材10的刷毛長與磨耗量的關係之圖表。圖7係將表2之值圖表化。在此,刷毛長較短時,線狀研磨材10的磨削力提高,磨耗量增加。此係由於刷毛長較短時,線狀研磨材10的剛性提高,線狀研磨材10容易侵入於工件W之故。
如表1、圖6所示,側面塌邊量在採用了實施例的線狀研磨材10之研磨刷1與採用了比較例的線狀研磨材10之研磨刷1之間,僅有小於0.005mm之差。因此,採用了實施例的線狀研磨材10之研磨刷1與採用了比較例的線狀研磨材10之研磨刷1之磨削力的差僅有些許。因此,採用了實施例的線狀研磨材10之研磨刷1即使在無機長纖維的結晶結構之富鋁紅柱石結晶的平均粒徑小於25nm時,亦可確保磨削力。此外,在表1、圖6所示之程度之磨削力的差下,若在採用了實施例的線狀研磨材10之研磨刷1中提高研磨加工時的轉數,則可得到與比較例為同等之磨削力。
如表2、圖7所示,關於磨耗量,採用了實施例的線狀研磨材10之研磨刷1相較於採用了比較例的線狀研磨材10之研磨刷1,係明顯地較少。尤其在刷毛長為較長之狀態下,採用了實施例的線狀研磨材10之研磨刷1的磨耗量被抑制在採用了比較例的線狀研磨材10之研磨刷1的磨耗量之1/2左右。因此,採用了實施例的線狀研磨材10之研磨刷1的耐磨耗性高於採用了比較例的線狀研磨材10之研磨刷1。
(作用效果)
於本例之線狀研磨材10中,於無機長纖維的結晶結構中,富鋁紅柱石結晶的平均粒徑小於25nm。藉此可抑制無機長纖維的脆化,所以在研磨刷用線狀研磨材從多方向間歇性地碰撞於工件W的研磨對象部位時,可抑制無機長纖維的脆化崩解。因而提升研磨刷用線狀研磨材的耐磨耗性。此外,於本例中,富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為20nm以下。因此更提升線狀研磨材10的耐磨耗性。
另一方面,由於無機長纖維具備80重量%以上的氧化鋁成分,因而確保其硬度。此外,若富鋁紅柱石結晶較小,則可抑制無機長纖維的脆化。因此,在線狀研磨材10間歇性地碰撞於工件W的研磨對象部位時,可抑制無機長纖維的脆化崩解。因此,在研磨刷用線狀研磨材間歇性地碰撞於工件W的研磨對象部位時,係抑制無機長纖維的脆化崩解,使無機長纖維侵入於工件W。除此之外,與在使研磨材接觸於工件W的上表面S之狀態下進行研磨之研磨石不同,線狀研磨材10於研磨工件W時,係從多方向間歇性地碰撞於工件W的研磨對象部位。因此,即使富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為25nm以下,線狀研磨材10亦可確保其磨削力。
在此,藉由本發明人等之實驗,係確認到於無機長纖維的結晶結構中,富鋁紅柱石結晶的平均粒徑愈小,研磨刷1所採用之線狀研磨材10的耐磨耗性愈提升。
在此,於無機長纖維具備85重量%以上的氧化鋁成分之情形時,與氧化鋁成分低於85重量%之情形相比,可提升無機長纖維的硬度。因此,為了確保研磨刷1的研磨力,較佳係具備85重量%以上的氧化鋁成分。在具備85重量%以上的氧化鋁成分之情形時,二氧化矽成分為15重量%以下。
無機長纖維除了氧化鋁成分及二氧化矽成分之外,有時會含有其他成分。在此情形時,只要無機長纖維具備氧化鋁成分80至90重量%以及二氧化矽成分20至10重量%,就可確保線狀研磨材10的磨削力。
1:研磨刷
2:研磨材束
3:研磨材保持器
4:胴部
5:軸部
6:研磨材保持面
7:研磨材保持孔
8:套管
10:線狀研磨材
E:邊緣
H:高度方向
L:軸線
S:上表面
W:工件
[圖1]為研磨刷之立體圖。
[圖2]為研磨刷用線狀研磨材的製造方法之流程圖。
[圖3]為將X射線照射在實施例之無機長纖維所取得之繞射圖。
[圖4]為將X射線照射在比較例之無機長纖維所取得之繞射圖。
[圖5]為磨削力及耐磨耗性的測定方法之說明圖。
[圖6]為研磨刷的刷毛長與側面塌邊量的關係之圖表。
[圖7]為研磨刷的刷毛長與磨耗量的關係之圖表。
1:研磨刷
2:研磨材束
3:研磨材保持器
4:胴部
5:軸部
6:研磨材保持面
7:研磨材保持孔
10:線狀研磨材
L:軸線
Claims (6)
- 一種研磨刷用線狀研磨材,係具備無機長纖維以及含浸於前述無機長纖維並固化之樹脂, 前述無機長纖維係具備氧化鋁成分80至90重量%以及二氧化矽成分20至10重量%, 前述無機長纖維的結晶結構係具備富鋁紅柱石(Mullite)結晶以及中間氧化鋁, 前述富鋁紅柱石結晶的平均粒徑小於25nm。
- 如請求項1所述之研磨刷用線狀研磨材,其中前述富鋁紅柱石結晶的平均粒徑為20nm以下。
- 如請求項1所述之研磨刷用線狀研磨材,其中前述無機長纖維的氧化鋁成分為85重量%以上。
- 如請求項1所述之研磨刷用線狀研磨材,其中前述樹脂為環氧樹脂。
- 一種研磨刷,係具有:並聯地配置之複數條線狀研磨材、以及保持各線狀研磨材之一方的端部分之研磨材保持器; 各線狀研磨材為如請求項1所述之研磨刷用線狀研磨材。
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