TWI543848B - Manufacture of ultra - fine abrasive grinding wheel - Google Patents

Description

超微細磨粒砂輪製造方法

本發明為有關一種砂輪製造方法，尤指一種具有超微細磨粒砂輪的製造方法。

砂輪為一種常見用於研磨之物品，舉凡家庭中簡易的手持式砂輪機，到工廠中複雜的大型研磨機台，都普遍應用到砂輪進行研磨，可見其應用的廣泛性及重要性。而在研磨的過程中，有幾項重要的因素將影響砂輪的研磨效率及品質，例如砂輪中的磨粒材質、磨粒的粒徑及磨粒的分散程度等。隨著加工精密度的要求逐漸提高，磨粒的粒徑亦逐漸朝微小化的趨勢前進，使微細磨粒砂輪的應用及需求增加。

習知的砂輪如中華民國發明專利公開第201408438號之使用陶瓷結合劑之超研磨粒砂輪及使用該砂輪之晶圓的製造方法所示，其揭露一種使用陶瓷結合劑之超研磨粒砂輪，具有藉由陶瓷結合劑而結合超研磨粒之超研磨粒層，該超研磨粒層含有一第一超研磨粒層以及一第二超研磨粒層，該第一超研磨粒層為利用該陶瓷結合劑將該超研磨粒結合，該第二超研磨粒層為藉由該陶瓷結合劑而成為團之集合超研磨粒所形成。於該案的一實施例中，該超研磨粒係使用平均粒徑1μm之鑽石研磨粒，且採乾式混合而與其他材料相互混合。

然而，於砂輪製造過程中，以上述乾式方法將結合劑及該超研磨粒進行混合時，會導致該超研磨粒於該樹脂砂輪中分布不均勻，尤其是當該超研磨粒的粒徑越小，越容易產生團聚效應，使該超研磨粒分布不均勻之問題越嚴重，進而影響砂輪的研磨效率。

因此，遂有提出液態分散者，如日本專利特開平第11-333728號，揭示一種製造用於拋光之研磨砂輪的方法與裝置，該案提到將一研磨顆粒和一結合劑放在一溶劑中進行超音波震盪而混合而形成一中間體，再將該中間體加熱並乾燥以令液體揮發，並進一步施以一碎粒化製程而產生一粉末中間體，將其加熱並進行熱處理而得到一研磨砂輪。另如日本專利特開平第2001-088033號揭示一種含有易碎研磨顆粒之彈性拋光研磨砂輪的製造方法，係將一研磨顆粒、一結合劑以及一溶劑相互混合，並利用射出成形之製程，製作研磨砂輪。

但前述兩案乃將該研磨顆粒、該結合劑和該溶劑三者進行混合，在液態之環境分散該研磨顆粒。一般來說，結合劑屬高黏度之黏稠液體，如三者一同混合分散，效果有限，並無法使該研磨顆粒均勻分散。

本發明的主要目的，在於解決習知於砂輪的製造過程中，微細磨粒於該砂輪中分布不均勻之問題。

為達上述目的，本發明提供一種超微細磨粒砂輪製造方法，包含有下列步驟：

步驟1-1：將複數個超微細磨粒加入至一溶劑中，經由一濕式混合製程使該超微細磨粒均勻分布於該溶劑中形成一超微細磨粒溶液，該超微細磨粒的粒徑介於1至1000 nm之間；

步驟1-2：利用一第一成型製程將一結合劑成型於一基材以於該基材上形成一結合劑層；

步驟1-3：利用一第二成型製程將該超微細磨粒溶液成型於該結合劑層上以形成一超微細磨粒層；

步驟1-4：使該結合劑層固化，以抓持並固定該超微細磨粒；

步驟1-5：於該超微細磨粒層上再成型該結合劑層；以及

步驟1-6：重複步驟1-3至步驟1-5以形成一超微細磨粒砂輪。

為達上述目的，本發明另提供一種超微細磨粒砂輪製造方法，包含有下列步驟：

步驟2-1：將複數個超微細磨粒加入至一溶劑中，經由一濕式混合製程使該超微細磨粒均勻分布於該溶劑中形成一超微細磨粒溶液，該超微細磨粒的粒徑介於1至1000 nm之間；以及

步驟2-2：利用一成型製程將一結合劑與該超微細磨粒溶液成型至一基材上並進行混合以形成一超微細磨粒砂輪。

據此，藉由該濕式混合製程使該超微細磨粒得以均勻分布於該溶劑中，相較於習知的乾式混合或高黏度之濕式混合，本發明乃於該溶劑中分散該超微細磨粒，可大幅降低磨粒團聚集結的現象。因此，在和該結合劑結合的過程中，將具有較佳的分散效果，如此一來，分布於該超微細磨粒砂輪之中的該超微細磨粒，可達到均勻分布之結果，而呈現優越的研磨效能。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下，請參閱『圖1A』至『圖1G』所示，為本發明第一實施例的步驟示意圖，如圖所示，本發明為一種超微細磨粒砂輪製造方法，包含有下列步驟：

步驟1-1：如『圖1 A』所示，先將複數個超微細磨粒10加入至一溶劑20中，經由一濕式混合製程使該超微細磨粒10均勻分布於該溶劑20中形成一超微細磨粒溶液30，該超微細磨粒10的粒徑介於1至1000奈米(nm)之間。該超微細磨粒10可為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、氧化鋁、碳化矽或立方氮化硼等，該濕式混合製程可為超音波震盪法、離心法及攪拌法等。

步驟1-2：如『圖1B』所示，接著利用一第一成型製程將一結合劑40成型於一基材50以於該基材50上形成一結合劑層41。該結合劑40可為樹脂、陶瓷、金屬或其混合物，如為樹脂，可為一熱塑性樹脂、一熱硬化樹脂或一光硬化樹脂，但本發明並不限於此，任何作為固定該超微細磨粒10的樹脂均可應於本發明。於本實施例中，該結合劑40為酚醛樹脂，該溶劑20可為酒精、丙酮、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯甲烷、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、正己烷、氯仿、四氯化碳、二甲苯、甲苯等，然本發明並不以此為限，凡可分散該超微細磨粒10之溶劑均可適用於本發明。該基材50的材質可為金屬、合金、陶瓷或高分子。於本發明中，該結合劑40可以多種方式成型於該基材50上，舉例來說，該第一成型製程可為一3D列印製程、一網版印刷製程、一刮刀塗布製程或一噴塗製程等。於本實施例中，該第一成型製程較佳地使用一網版印刷製程。

步驟1-3：如『圖1C』所示，利用一第二成型製程將該超微細磨粒溶液30成型於該結合劑層41上以形成一超微細磨粒層31。如『圖1D』所示，於形成該超微細磨粒層31後，其中的該溶劑20便揮發殆盡，而留下該超微細磨粒10均勻分散於該結合劑層41之上。於本發明中，該第二成型製程可為一3D列印製程、一網版印刷製程、一刮刀塗布製程或一噴塗製程等，而於本實施例中，該第二成型製程較佳地使用一網版印刷製程。於步驟1-3，除了將該超微細磨粒溶液30直接成型於該結合劑層41上之外，亦可先將該超微細磨粒溶液30倒入一模具，再經燒結成型於該結合劑層41上。

步驟1-4：如『圖1E』所示，使該結合劑層41固化，以抓持並固定該超微細磨粒10。於此步驟中，係利用一固化製程使該結合劑層41固化，當非固態的該結合劑層41轉變成固態時，將會抓持並包覆該超微細磨粒10。於本發明中，依據所選擇的該結合劑40的種類，該固化製程舉例來說可為燒結、烘烤或紫外光照射等方式。

步驟1-5：如『圖1F』所示，於該超微細磨粒層31上再成型該結合劑層41。如上所述，此時的該超微細磨粒層31中的該溶劑20已揮發殆盡，且該超微細磨粒10已被包覆進入固化的該結合劑層41之中，故於此步驟，係將該結合劑40再次成型於含有該超微細磨粒10的該結合劑層41之上，以再次形成該結合劑層41。

步驟1-6：如『圖1G』所示，重複步驟1-3至步驟1-5以形成一超微細磨粒砂輪60，係利用該超微細磨粒溶液30與該結合劑40分別形成該超微細磨粒層31與該結合劑層41，以將該超微細磨粒層31與該結合劑層41交替堆疊，於交替堆疊的過程中，每當形成該超微細磨粒層31後便利用該固化製程使該結合劑層41轉變為固態，以抓持並固定該超微細磨粒10，而形成具有均勻分散地該超微細磨粒10的該超微細磨粒砂輪60。

於本實施例中，該固化製程係於形成該超微細磨粒層31之後接續進行，然於其他實施例中，該固化製程亦可於最後，即將該超微細磨粒層31與該結合劑層41交替形成並堆疊之後，再使該結合劑層41固化，以同樣地達到抓持並固定該超微細磨粒10的效果。

於本發明第二實施例中，包含有下列步驟：

步驟2-1：先將該些超微細磨粒10加入至該溶劑20中，經由該濕式混合製程使該超微細磨粒10均勻分布於該溶劑20中形成該超微細磨粒溶液30，該超微細磨粒10的粒徑介於1至1000奈米之間。該超微細磨粒10可為人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、氧化鋁、碳化矽或立方氮化硼等，該濕式混合製程可為超音波震盪法、離心法或攪拌法，此步驟與上述第一實施例之步驟1相同，可參考如『圖1A』所示。

步驟2-2：利用一成型製程將該結合劑40與該超微細磨粒溶液30成型至該基材50上以形成該超微細磨粒砂輪60。該結合劑40可為樹脂、陶瓷、金屬或其混合物，如為樹脂，可為一熱塑性樹脂、一熱硬化樹脂或一光硬化樹脂，但本發明並不限於此，任何作為固定該超微細磨粒10的樹脂均可應用於本發明。於本實施例中，該結合劑40為ABS樹脂，其於常溫下呈固態而加熱可使其軟化，該溶劑20可為酒精、丙酮、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯甲烷、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、正己烷、氯仿、四氯化碳、二甲苯、甲苯等，然本發明並不以此為限，凡可用於分散該超微細磨粒10之溶劑均可適用於本發明。該基材50的材質可為金屬、合金、陶瓷或高分子。於本發明中，該成型製程可為一3D列印製程、一網版印刷製程、一刮刀塗布製程或一噴塗製程。而於本實施例中，該成型製程較佳地為一3D列印製程，該3D列印製程可採用一第一3D印表機以及一第二3D印表機，該第一3D印表機利用一第一噴頭將該超微細磨粒溶液30噴出並成型於該基材50上，該第二3D印表機先加熱該結合劑40使其軟化，接著利用一第二噴頭將該結合劑40噴出並成型於該基材50上，該超微細磨粒溶液30與該結合劑40分別藉由該第一噴頭與該第二噴頭同時噴出並成型於該基材50上，使該超微細磨粒10於該結合劑40固化前，便得以均勻地附著於該結合劑40之上，該結合劑40於常溫下固化後便與該超微細磨粒10結合以形成該超微細磨粒砂輪60，如『圖2』所示。

於其他實施例中，該3D列印製程可採用一具有複數個噴頭的3D印表機，各該噴頭分別將該超微細磨粒溶液30與該結合劑40同時噴出並成型於該基材50上。

本發明之第三實施例係與第一實施例類似，惟差異處在於，本發明之第三實施例中，於步驟1-2，不使用酚醛樹脂，而是使用陶瓷粉末或金屬粉末作為該結合劑40，並以燒結方式固化。本發明之第四實施例則與第二實施例類似，惟差異處在於，本發明之第四實施例中，於步驟2-2，不使用ABS樹脂，而是使用陶瓷粉末或金屬粉末做為該結合劑40。需注意的是，於本發明第三實施例與第四實施例中，可單獨使用陶瓷粉末或金屬粉末作為該結合劑40，亦可依照實際需求加入樹脂。

綜上所述，藉由該濕式混合製程使該超微細磨粒得以均勻分布於該溶劑中，且本發明乃於該溶劑中分散該超微細磨粒，並不包含該結合劑，故分散的環境係屬黏度較低的液態。因此，該超微細磨粒可均勻分布於該溶劑，使該超微細磨粒溶液與該結合劑混合形成該超微細磨粒砂輪時，該超微細磨粒並不會產生團聚集結，而能夠均勻地分布於該超微細磨粒砂輪之中，是以，本發明使該超微細磨粒砂輪可含有粒徑非常細小的該超微細磨粒，並使該超微細磨粒得以均勻地分布，以達到極佳的研磨品質與效率之功效；此外，更提供多種實施例的製造方法，使本發明的應用方式更多樣化，以達到應用更廣泛之功效。以上已將本發明做一詳細說明，凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

10‧‧‧超微細磨粒
20‧‧‧溶劑
30‧‧‧超微細磨粒溶液
31‧‧‧超微細磨粒層
40‧‧‧結合劑
41‧‧‧結合劑層
50‧‧‧基材
60‧‧‧超微細磨粒砂輪

圖1A至圖1G，為本發明第一實施例的步驟示意圖。 圖2，為本發明第二實施例的步驟示意圖。

50‧‧‧基材

60‧‧‧超微細磨粒砂輪

Claims (21)

1. 一種超微細磨粒砂輪製造方法，包含有下列步驟： 步驟1-1：將複數個超微細磨粒加入至一溶劑中，經由一濕式混合製程使該超微細磨粒均勻分布於該溶劑中形成一超微細磨粒溶液，該超微細磨粒的粒徑介於1至1000 奈米之間； 步驟1-2：利用一第一成型製程將一結合劑成型於一基材以於該基材上形成一結合劑層； 步驟1-3：利用一第二成型製程將該超微細磨粒溶液成型於該結合劑層上以形成一超微細磨粒層； 步驟1-4：使該結合劑層固化，以抓持並固定該超微細磨粒； 步驟1-5：於該超微細磨粒層上再成型該結合劑層；以及 步驟1-6：重複步驟1-3至步驟1-5以形成一超微細磨粒砂輪。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該濕式混合製程為擇自超音波震盪法、離心法及攪拌法所組成之群組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該基材的材質為擇自金屬、合金、陶瓷及高分子所組成之群組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該超微細磨粒的材質為擇自人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、氧化鋁、碳化矽及立方氮化硼所組成之群組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該溶劑擇自於酒精、丙酮、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯甲烷、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、正己烷、氯仿、四氯化碳、二甲苯及甲苯所組成之群組。
6. 如申請專利範圍第1項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該結合劑擇自於樹脂、陶瓷及金屬所組成之群組。
7. 如申請專利範圍第6項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該樹脂擇自於一熱塑性樹脂、一熱硬化樹脂及一光硬化樹脂所組成之群組。
8. 如申請專利範圍第1項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該第一成型製程擇自於一3D列印製程、一網版印刷製程、一刮刀塗布製程及一噴塗製程所組成之群組。
9. 如申請專利範圍第1項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該第二成型製程擇自於一3D列印製程、一網版印刷製程、一刮刀塗布製程及一噴塗製程所組成之群組。
10. 如申請專利範圍第1項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該第一成型製程與該第二成型製程較佳地為一網版印刷製程。
11. 一種超微細磨粒砂輪製造方法，包含有下列步驟： 步驟2-1：將複數個超微細磨粒加入至一溶劑中，經由一濕式混合製程使該超微細磨粒均勻分布於該溶劑中形成一超微細磨粒溶液，該超微細磨粒的粒徑介於1至1000 奈米之間；以及 步驟2-2利用一成型製程將一結合劑與該超微細磨粒溶液成型至一基材上並進行混合以形成一超微細磨粒砂輪。
12. 如申請專利範圍第11項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該成型製程擇自於一3D列印製程、一網版印刷製程、一刮刀塗布製程及一噴塗製程所組成之群組。
13. 如申請專利範圍第11項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該成型製程較佳地為一3D列印製程。
14. 如申請專利範圍第13項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該3D列印製程係利用一第一3D印表機以及一第二3D印表機，分別令該超微細磨粒溶液以及該結合劑成型於該基材上。
15. 如申請專利範圍第13項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該3D列印製程係利用一具有複數個噴頭的3D印表機，各該噴頭分別令該超微細磨粒溶液以及該結合劑成型於該基材上。
16. 如申請專利範圍第11項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該濕式混合製程為擇自超音波震盪法、離心法及攪拌法所組成之群組。
17. 如申請專利範圍第11項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該基材的材質為擇自金屬、合金、陶瓷及高分子所組成之群組。
18. 如申請專利範圍第11項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該超微細磨粒的材質為擇自人造鑽石、天然鑽石、多晶鑽石、氧化鋁、碳化矽及立方氮化硼所組成之群組。
19. 如申請專利範圍第11項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該溶劑擇自於酒精、丙酮、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯甲烷、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、正己烷、氯仿、四氯化碳、二甲苯及甲苯所組成之群組。
20. 如申請專利範圍第11項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該結合劑擇自於樹脂、陶瓷及金屬所組成之群組
21. 如申請專利範圍第20項所述之超微細磨粒砂輪製造方法，其中該樹脂擇自於一熱塑性樹脂、一熱硬化樹脂及一光硬化樹脂所組成之群組。