WO2015156034A1 - バレル研磨用メディア及びその製造方法 - Google Patents

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WO2015156034A1
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oxide
mass
polishing
media
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Inventor
陽一郎 平塚
末菅　啓朗
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新東工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B31/00—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor
    • B24B31/02—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving rotary barrels

Definitions

  • One aspect and embodiments of the present invention relate to a barrel polishing medium and a method for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 listed below discloses a barrel polishing medium capable of rough finishing polishing (hereinafter, referred to as “media” as appropriate). Such a medium is used for a chamfering process for rounding a corner of a workpiece, that is, a rounding process. Further, the medium is used for processing such as deburring of the surface of the workpiece, adjustment of surface roughness, or removal of the surface layer.
  • One aspect of the present invention is to obtain a barrel polishing medium and a method for manufacturing the same that can suppress the occurrence of cracks in the medium itself while improving the durability of the polishing ability in consideration of the above facts. .
  • the barrel polishing media includes 60 to 80 mass% aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 10 to 30 mass% silicon dioxide (SiO 2 ), and 4 to 8 mass% oxidation.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • SiO 2 silicon dioxide
  • 4 to 8 mass% oxidation By a porous sintered body containing at least zirconium (ZrO 2 ), 1 to 3% by mass of calcium oxide (CaO), and 1 to 4% by mass of magnesium oxide (MgO), and having dispersed voids Composed.
  • the barrel polishing medium is composed of a porous sintered body having dispersed voids, a new abrasive material appears even if the surface is scraped during polishing. Thus, even if the surface of the barrel polishing medium is scraped during polishing, a new abrasive material appears, so that the polishing power can be maintained regardless of the progress of polishing.
  • the barrel polishing medium is composed of a porous sintered body, there is a concern about the strength of the barrel polishing medium.
  • the strength of the barrel polishing medium can be improved. The improvement in the strength of the barrel polishing media (suppression of the rate of occurrence of cracks) has been confirmed by experiments.
  • the porosity of the sintered body may be 1 to 40%.
  • the porosity of the barrel polishing media is set to 1 to 40% as in the above configuration, the wear rate of the barrel polishing media can be suppressed while maintaining the polishing capability of the barrel polishing media satisfactorily. it can. This has also been confirmed by experiments.
  • the porosity is a value representing the percentage of the gap per unit volume of the media as a percentage.
  • a barrel polishing media manufacturing method is a manufacturing method for manufacturing the aforementioned barrel polishing media, and kneads abrasive grains, a binder, magnesium oxide, and a disappearing material powder.
  • a kneading step a molding step of molding the kneaded material kneaded in the kneading step into a predetermined shape, a sintering step of sintering the molded body molded in the molding step and eliminating the disappearing material powder ,including.
  • the content of the disappearing material powder is 1 to 40% by mass. It may be.
  • the porosity of the barrel polishing media manufactured by the above process can be set to about 1 to 40%.
  • the vanishing material powder may be aluminum hydroxide powder.
  • the disappearing material powder is an aluminum hydroxide powder as in the above configuration
  • the aluminum hydroxide in the sintering process, is dehydrated and decomposed, resulting in a change in the volume of aluminum oxide to a solid content, The hydroxyl group is emitted as water vapor.
  • a porous sintered body is formed.
  • At least one of manganese oxide and iron oxide is added to a mixed material containing the abrasive grains, the binder, the magnesium oxide, and the disappearing material powder, and the mixed material and the oxidized material are added.
  • the total of manganese and at least one of the iron oxide is 100% by mass, the content of at least one of the manganese oxide and the iron oxide may be 5% by mass or less.
  • At least one of added manganese oxide and iron oxide effectively functions as a sintering aid in the sintering process.
  • the abrasive grains may be white alumina abrasive grains.
  • the average particle diameter of the abrasive grains may be 1 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • FIG. 1 shows a dry barrel polishing apparatus 10 in which a barrel polishing medium 40 according to this embodiment (hereinafter referred to as “media 40” as appropriate) is inserted.
  • media 40 a barrel polishing medium 40 according to this embodiment
  • the dry barrel polishing apparatus 10 (hereinafter simply referred to as “barrel polishing apparatus 10”) includes a barrel tank 12 which is a polishing tank.
  • the barrel tank 12 has a container shape and is fixed to a pedestal (not shown).
  • a lining 14 is fixed to the inner surface of the barrel tank 12.
  • the barrel tank 12 is charged with a medium 40, a workpiece W, etc. (these are generally called “mass”). In the drawing, the medium 40 and the workpiece W are schematically shown.
  • the dust collector 16 includes a fan (not shown) that sucks air in the dust collection hose 20 and a filter (not shown) for preventing the dust from being discharged.
  • a dust collection hood 18 is disposed on the upper side of the barrel tank 12.
  • One end of a dust collection hose 20 ⁇ / b> A is connected to the dust collection hood 18.
  • the other end of the dust collection hose 20 ⁇ / b> A is connected to the other end of the dust collection hose 20.
  • a turntable 22 is disposed on the upper surface side of the bottom of the barrel tank 12.
  • the central portion of the rotary disk 22 is fixed to the rotary shaft 24 with the shaft mounting portion.
  • a bearing portion 26 is provided at the bottom of the barrel tank 12.
  • a rotating shaft 24 fixed to the rotating disk 22 is rotatably supported by a bearing portion 26 of the barrel tank 12. And the lower end part of the rotating shaft 24 is connected to the driving force transmission mechanism 28 on the bottom lower side of the barrel tank 12.
  • the driving force transmission mechanism 28 includes a pair of pulleys 30 and 32 and a V belt 34 wound around the pair of pulleys 30 and 32.
  • the rotary shaft 24 described above is fixed coaxially to the axial center of one pulley 30.
  • the output shaft of the motor 36 with a speed reducer is fixed coaxially to the axial center of the other pulley 32.
  • the barrel polishing apparatus 10 causes the mass to flow in the barrel tank 12 by rotating the turntable 22 by driving the motor 36.
  • a barrel polishing method is called a fluid barrel.
  • the medium 40 is a small particle formed in an arbitrary shape such as a spherical shape, a triangular pyramid shape, a triangular prism shape, a cylindrical shape, a circularly cut shape of a circular cylinder, or a quadrangular prism shape. Is the body.
  • the medium 40 of the present embodiment has a triangular prism shape with a height of 6 mm. The medium 40 flows together with the workpiece W in the barrel tank 12 and polishes the workpiece W by the frictional force generated between the media 40 and the workpiece W.
  • the medium 40 is formed by sintering particles (abrasive grains), and is composed of a porous (entirely porous) sintered body having dispersed voids.
  • the porosity of the medium 40 is, for example, 1 to 40%.
  • irregularities are formed on the surface of the medium 40, and the medium 40 has a self-generating action (an action in which new abrasive grains are sequentially exposed to the surface during polishing).
  • a sintered medium is less expensive than a resin medium formed by mixing a resin and an abrasive, and has a higher polishing power than a resin medium.
  • the medium 40 includes 60 to 80% by mass of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), 10 to 30% by mass of silicon dioxide (SiO 2 ), 4 to 8% by mass of zirconium oxide (ZrO 2 ), 1 to It contains at least 3% by mass of calcium oxide (CaO) and 1 to 4% by mass of magnesium oxide (MgO), and some inevitable impurities (for example, K 2 O, TiO 2 , Na 2 O, HfO 2). Or P 2 O 3 etc.). The amount of inevitable impurities is preferably small, and is preferably 3% or less (more preferably 2% or less).
  • media formed by sintering abrasive grains are media formed by firing clay material and abrasive grains (also referred to as fired media).
  • firing clay material and abrasive grains also referred to as fired media.
  • a kneading step is performed.
  • abrasive grains, a binder (binding material), magnesium oxide as a reinforcing material, and aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) powder as a disappearing material powder have a predetermined content.
  • these materials are collectively referred to as “mixed material a” hereinafter).
  • water may be added as necessary.
  • the addition amount of the aluminum hydroxide powder is 1 to 40% by mass when the mixed material a is 100% by mass.
  • the addition amount of the aluminum hydroxide powder is preferably 5 to 25% by mass when the mixed material a is 100% by mass.
  • alumina-based abrasive grains alundum
  • silicon carbide-based abrasive grains carbborundum
  • zirconia alumina abrasive grains diamond abrasive grains, or CBN abrasive grains
  • CBN abrasive grains white alumina-based abrasive grains (WA) are used as the abrasive grains, it is preferable because the abrasive power is low and the polishing power is high, and the color of the abrasive grains is not transferred to the workpiece.
  • the average particle diameter of the abrasive grains is preferably 1 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the polishing power of the media is lowered.
  • the particle diameter of the abrasive grains is too small, the polishing power of the media is lowered.
  • the particle diameter of the abrasive grains is too large, the bonding force between the particles is weak and the strength of the media is lowered.
  • the binder is a binding material for bonding the abrasive grains during sintering.
  • the binder is appropriately selected depending on the type of abrasive grains and the sintering temperature.
  • the binder includes at least silicon dioxide, zirconium oxide, and calcium oxide.
  • magnesium oxide when magnesium oxide is contained in a binder, the magnesium oxide can be utilized as a reinforcing material.
  • the addition ratio of aluminum hydroxide in this kneading step is large, the self-generated action of the finally produced media 40 becomes strong and the polishing power becomes strong.
  • the addition ratio of aluminum hydroxide is large, the number of adjacent particles decreases, and as a result, the strength of the medium 40 as a whole decreases, and the life is shortened. Further, since the specific gravity is lightened, the polishing power of the media 40 is reduced. For this reason, in this embodiment, the aluminum hydroxide powder is added at the aforementioned ratio.
  • a sintering aid is added to the mixed material a.
  • the sintering aid can be at least one of manganese oxide and iron oxide (that is, either one or both).
  • the addition amount of the sintering aid is 5% by mass or less when the total of the mixed material a and the sintering aid is 100% by mass (when a plurality of materials are used as the sintering aid, May be 5% by mass or less).
  • the kneaded material kneaded in the kneading step is put into an extrusion molding machine and molded into a predetermined shape (in this embodiment, a triangular prism shape having a height of 6 mm as an example).
  • the molded body molded in the molding step is placed in a dry state in a heat-resistant container and sintered in a furnace at a predetermined temperature for a predetermined time.
  • the aluminum hydroxide is dehydrated and decomposed, so that the aluminum hydroxide is changed to aluminum oxide (Al 2 O 3 ), the volume is reduced as a solid content, and the hydroxyl group is emitted as water vapor. That is, in this step, aluminum hydroxide is lost.
  • the aluminum hydroxide is uniformly dispersed in the mixed material a by the kneading described above, it is presumed that the voids are uniformly dispersed in the medium 40 when the hydroxyl group is emitted as water vapor.
  • the A porous medium 40 is obtained by such a sintering process.
  • At least one of manganese oxide and iron oxide added in the kneading process effectively functions as a sintering aid.
  • the dust collector 16 shown in FIG. 1 is operated. Further, the medium 40 and the workpiece W are loaded into the barrel tank 12 of the barrel polishing apparatus 10, and the medium 40 and the workpiece W are mixed in the barrel tank 12.
  • the workpiece W is polished by operating the barrel polishing apparatus 10 to cause the medium 40 and the workpiece W to flow in the barrel tank 12 and bringing the medium 40 into contact with the workpiece W.
  • the medium 40 is composed of a porous sintered body having dispersed voids, and includes 1 to 4% by mass of magnesium oxide. For this reason, even if the surface is scraped during polishing, a new abrasive material appears, so that the polishing power can be maintained regardless of the progress of polishing.
  • the strength of the medium 40 is improved by including 1 to 4% by mass of magnesium oxide in the medium 40.
  • the strength improvement of this medium 40 (suppression of the occurrence rate of cracks) has been confirmed by experiments described later.
  • the detailed mechanism is not confirmed, it estimates as follows.
  • the composition ratio of magnesium oxide is within an appropriate range, secondary particles of magnesium oxide are not formed when the materials are kneaded. Therefore, it is assumed that the magnesium oxide particles enter a gap between the aluminum oxide particles, and the strength can be improved by sintering the particles.
  • composition ratio of magnesium oxide is too high, secondary particles of magnesium oxide are formed when the materials are kneaded.
  • the secondary particles of magnesium oxide remain as impurities of the aluminum oxide particles, leading to a decrease in strength.
  • the porosity of the medium 40 shown in FIG. 1 is 1 to 40%, so that the polishing ability in the R-applying process of the medium 40 can be maintained well and the wear rate of the medium 40 can be suppressed. Can do. This has also been confirmed by experiments described later.
  • the barrel polishing apparatus 10 is stopped after a predetermined time has elapsed since the barrel polishing apparatus 10 was operated, and then the dust collector 16 is stopped. Then, the medium 40 and the workpiece W are discharged from the barrel tank 12 of the barrel polishing apparatus 10, and these are separated to collect the workpiece W.
  • a barrel polishing medium having the composition ratio described in the above embodiment and constituted by a porous sintered body is taken as an example (Examples 1 to 7), and a barrel polishing medium not having the above composition ratio, and Non-porous barrel polishing media were used as comparative examples (Comparative Examples 1 to 6).
  • a test for polishing the workpiece by flowing these barrel polishing media in a barrel tank (polishing tank) mixed with the workpiece was performed.
  • polishing was performed 10 times (10 batches) using the same medium.
  • the workpiece is taken out, after which a new workpiece is inserted and the second polishing is performed with the same medium. Polishing, taking out of the work piece, and charging are repeated using the above-mentioned media. In this test, polishing and removal and charging of the workpiece were repeated 10 times.
  • the conditions for polishing are as shown in Table 1 below.
  • Table 2 below shows conditions and evaluations of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6.
  • the “residue” in the composition ratio of Al 2 O 3 in Table 2 is a composition of inevitable impurities that are subtracted from 100% by subtracting each composition ratio of SiO 2 , ZrO 2 , CaO, and MgO, and inevitably slightly contained.
  • the composition ratio minus the ratio is shown.
  • the ratio of Al (OH) 3 before sintering includes the amount of aluminum hydroxide powder added in the kneading step when manufacturing the media, and the mixed material (mixed material a in the above-described embodiment) is 100. It is expressed in mass% when it is defined as mass%.
  • Al (OH) 3 is added, the medium is a porous body, and when Al (OH) 3 is not added, the medium is not a porous body but a dense body.
  • the “void ratio” is a result obtained by measuring the “bulk specific gravity of media” and the “true specific gravity of media”, respectively, and calculating with the following Equation 1.
  • the unit of “porosity” is volume%.
  • the concept of “bulk specific gravity of media” is shown in the following formula 2, and the concept of “true specific gravity of media” is shown in the following formula 3.
  • the media solid portion 42 is a solid portion of the media 40
  • the open gap 44 is a gap (open cell structure) connected to the outside air, and the closed gap 46. Is a void (closed cell structure) that is isolated in the medium 40.
  • the medium 40 includes the open voids 44 and the closed voids 46 that are dispersed voids, and is configured by a porous sintered body having the open voids 44 and the closed voids 46.
  • the item “R ⁇ ” in Table 2 shows the result of measuring the amount of sag (mm) on the outer peripheral surface
  • the item “R ⁇ ” in Table 2 shows the result of measuring the amount of sag on the end surface (mm).
  • FIG. 3 shows the lengths of “R ⁇ ” that is the amount of sagging of the outer peripheral surface and “R ⁇ ” that is the amount of sagging of the end surface.
  • the pre-requisite polishing purpose is R attachment
  • the item “Evaluation” in “Processing Capability” in Table 2 is an item indicating sagging amount evaluation, and was evaluated based on the following criteria.
  • “ ⁇ ” was given.
  • both R ⁇ and R ⁇ are 0.30 mm or more, at least one of R ⁇ and R ⁇ is less than 0.40 mm, and R ⁇ / R ⁇ is 0.8 to 1.2, “ ⁇ ” It was.
  • at least one of R ⁇ and R ⁇ is less than 0.30 mm, or when R ⁇ / R ⁇ is less than 0.8 or more than 1.2, “X” is given.
  • none of these Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6 were evaluated as “x”.
  • the item “cracking and chipping” in Table 2 indicates that after the first polishing (1st batch) is completed, 50 media are randomly extracted from the barrel tank, and the number of media with cracking and chipping is counted. Item.
  • Weight rate is determined by measuring each of “mass of media before processing” and “mass of media after processing” with a precision electronic balance (manufactured by Shimadzu Corporation; IPS-DP10). 4 is a result of calculation using 4. The unit of “wear rate” is% / h.
  • the types of barrel polishing include, for example, what are called a centrifugal barrel, a vibration barrel, a rotary barrel, a gyro barrel, and the like.
  • the processing purpose is “R-attach processing”, but the polishing can be performed well for other processing purposes.
  • Other processing purposes include, for example, processing such as deburring the surface of the workpiece, adjusting the surface roughness, or removing the surface layer.
  • the medium 40 may be used in the wet barrel polishing method.
  • a workpiece, media, water, and a compound as necessary are charged into a barrel tank (polishing tank).
  • the porosity of the media is preferably set to 1 to 40% as in the above embodiment, but more preferably set to 5 to 25%. However, the porosity of the media may be set outside these ranges.
  • the disappearing material powder may be another disappearing material powder such as a foamed polystyrene resin powder.
  • a polystyrene resin is used as the disappearance material in the ceramic binder, impurities (for example, carbon) due to the disappearance material may remain in the grain boundaries in the sintered media, and this impurity is the strength of the media. There is a possibility that it will contribute to the reduction (occurrence of cracks).
  • aluminum hydroxide is used as the disappearing material as in the above-described embodiment, even if sintering is performed, the aluminum hydroxide is water vapor and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Therefore, there is an advantage that impurities due to the lost material do not remain in the sintered media.

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Abstract

　バレル研磨用メディア（４０）は、６０～８０質量％の酸化アルミニウムと、１０～３０質量％の二酸化珪素と、４～８質量％の酸化ジルコニウムと、１～３質量％の酸化カルシウムと、１～４質量％の酸化マグネシウムと、を少なくとも含み、分散された空隙を有する多孔質の焼結体によって構成される。

Description

バレル研磨用メディア及びその製造方法
　本発明の一側面及び実施形態は、バレル研磨用メディア及びその製造方法に関する。
　下記特許文献１には、粗仕上げ研磨が可能なバレル研磨用メディア（以下、適宜「メディア」という。）が開示されている。このようなメディアは、被加工物の角部に丸みを付すための面取り加工、すなわち、Ｒ付け加工に用いられる。更に、前記メディアは、被加工物の表面のバリ取り、面粗度の調整、又は表面層の除去等の加工にも用いられる。
国際公開第２０１２／０８６６７９号パンフレット
　しかしながら、研磨能力の持続性を向上させながらメディア自体の割れ欠けの発生を抑える点においては改善の余地がある。
　本発明の一側面は、上記事実を考慮して、研磨能力の持続性を向上させながらメディア自体の割れ欠けの発生を抑えることができるバレル研磨用メディア及びその製造方法を得ることが目的である。
　本発明の一側面に係るバレル研磨用メディアは、６０～８０質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、１０～３０質量％の二酸化珪素（ＳｉＯ２）と、４～８質量％の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）と、１～３質量％の酸化カルシウム（ＣａＯ）と、１～４質量％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と、を少なくとも含み、分散された空隙を有する多孔質の焼結体によって構成される。
　上記構成によれば、バレル研磨用メディアは、分散された空隙を有する多孔質の焼結体によって構成されているので、研磨中に表面が削れても新たな砥材が出現する。このように研磨中にバレル研磨用メディアの表面が削れても新たな砥材が出現するので、研磨の経過にかかわらず研磨力を持続することができる。一方、バレル研磨用メディアが多孔質の焼結体で構成される場合、バレル研磨用メディアの強度が懸念される場合がある。しかしながら、上記構成によれば、１～４質量％の酸化マグネシウムが含まれるので、バレル研磨用メディアの強度を向上させることができる。このバレル研磨用メディアの強度向上（割れ欠けの発生率の抑制）については実験によって確認されている。
　一実施形態では、前記焼結体の空隙率は、１～４０％であってもよい。
　上記構成のように、バレル研磨用メディアの空隙率が１～４０％に設定される場合には、バレル研磨用メディアの研磨能力を良好に持続させながらバレル研磨用メディアの損耗率を抑えることができる。このことも実験で確認されている。ここで、空隙率とは、メディアの単位体積あたりにおける隙間の割合を百分率で表した値である。
　本発明の他の側面に係るバレル研磨用メディアの製造方法は、前述のバレル研磨用メディアを製造する製造方法であって、砥粒と、バインダと、酸化マグネシウムと、消失材料粉末と、を混練する混練工程と、前記混練工程で混練された混練物を所定の形状に成形する成形工程と、前記成形工程で成形された成形体を焼結すると共に前記消失材料粉末を消失させる焼結工程と、を含む。
　上記構成によって、多孔質で且つ強度低下のない（又は少ない）焼結体のメディアを得ることができる。なお、混練工程では、必要に応じて水を添加してもよい。
　一実施形態では、前記砥粒と、前記バインダと、前記酸化マグネシウムと、前記消失材料粉末と、の合計を１００質量％としたときに、前記消失材料粉末の含有量は、１～４０質量％であってもよい。
　上記構成によって、上記工程により製造されるバレル研磨用メディアの空隙率を１～４０％程度に設定することができる。
　一実施形態では、前記消失材料粉末は、水酸化アルミニウムの粉末であってもよい。
　上記構成のように消失材料粉末が水酸化アルミニウムの粉末である場合には、焼結工程において、上記水酸化アルミニウムは、脱水分解する結果、酸化アルミニウムに変化して固形分として体積が減少し、水酸基は水蒸気となって発散する。この焼結工程で多孔質の焼結体が形成される。
　一実施形態において、前記混練工程では、前記砥粒、前記バインダ、前記酸化マグネシウム及び前記消失材料粉末を含む混合材料に、酸化マンガン及び酸化鉄の少なくとも一方を添加し、前記混合材料と、前記酸化マンガン及び前記酸化鉄の少なくとも一方と、の合計を１００質量％としたときに、前記酸化マンガン及び前記酸化鉄の少なくとも一方の含有量は、５質量％以下であってもよい。
　上記構成によれば、焼結工程では、添加した酸化マンガン及び酸化鉄の少なくとも一方が焼結助剤として効果的に機能する。
　一実施形態では、前記砥粒は、白色アルミナ系砥粒であってもよい。
　一実施形態では、前記砥粒の平均粒子径は、１μｍ～１５０μｍであってもよい。
　以上説明したように、本発明の種々の側面によれば、研磨能力の持続性を向上させながらメディア自体の割れ欠けの発生を抑えることができるという優れた効果を有する。
一実施形態に係るバレル研磨用メディアが装入される乾式バレル研磨装置を示す概略構成図である。 メディアを模式的に示す図である。 被加工物の加工状態を模式的に示す図である。
　本実施形態に係るバレル研磨用メディア及びその製造方法について説明する。図１には、本実施形態に係るバレル研磨用メディア４０（以下、適宜「メディア４０」という。）が装入される乾式バレル研磨装置１０が示されている。まず、この乾式バレル研磨装置１０について概説する。
（乾式バレル研磨装置の構成）
　乾式バレル研磨装置１０（以下、単に「バレル研磨装置１０」という。）は、研磨槽であるバレル槽１２を備えている。バレル槽１２は、容器状とされて台座（図示省略）に固定されている。バレル槽１２の内側表面にはライニング１４が固着されている。このバレル槽１２には、メディア４０及び被加工物Ｗ等（これらは総じて「マス」と呼ばれる）が装入される。なお、図中では、メディア４０及び被加工物Ｗを模式化して示している。
　バレル槽１２の底部には、集塵ホース２０の一端部が連結されている。集塵ホース２０の他端部は、集塵機１６の吸入部側に連結されている。集塵機１６は、集塵ホース２０内の空気を吸入するファン（図示省略）と、塵埃を排出させないためのフィルタ（図示省略）とを備えている。
　バレル槽１２の上方側には、集塵フード１８が配置されている。集塵フード１８には、集塵ホース２０Ａの一端部が連結されている。集塵ホース２０Ａの他端部は、集塵ホース２０の他端部側に接続されている。
　一方、バレル槽１２の底部上面側には、回転盤２２が配置されている。回転盤２２は、その中央部が軸取付部とされて回転軸２４に固定されている。また、バレル槽１２の底部には、軸受部２６が設けられている。回転盤２２に固定された回転軸２４は、バレル槽１２の軸受部２６に回転可能に軸支されている。そして、回転軸２４の下端部は、バレル槽１２の底部下方側で駆動力伝達機構２８に接続されている。
　駆動力伝達機構２８は、一対のプーリー３０、３２と、一対のプーリー３０、３２に巻き掛けられたＶベルト３４と、を含んでいる。前述した回転軸２４は、一方のプーリー３０の軸心部に対して同軸に固着されている。また、他方のプーリー３２の軸心部には、減速機付きのモータ３６の出力軸が同軸に固着されている。
　以上により、バレル研磨装置１０は、モータ３６の駆動により回転盤２２を回転させることによって、マスをバレル槽１２内で流動させる。このようなバレル研磨の方式は、流動式バレルと呼ばれている。
（メディア）
　次に、バレル槽１２に装入されるメディア４０について概説する。メディア４０は、研磨の目的に応じて、数ミリから数十ミリの球形、三角錘形、三角柱形、円柱形、円柱を斜めカットした形、又は四角柱形等の任意形状に形成された小粒体である。本実施形態のメディア４０は、一例として、高さ６ｍｍの三角柱形状とされている。メディア４０は、バレル槽１２の中で被加工物Ｗと共に流動し、被加工物Ｗとの間に生じる摩擦力によって被加工物Ｗを研磨する。
　メディア４０は、粒子（砥粒）の焼結により形成され、分散された空隙を有する多孔質（全体がポーラス）の焼結体によって構成される。本実施形態では、メディア４０の空隙率は例えば１～４０％である。また、メディア４０の表面には、凹凸が形成されており、メディア４０は自生作用（研磨中に新しい砥粒が表面に順次露出する作用）を有する。なお、一般に焼結体のメディアは、樹脂と砥材とを混合して成型した樹脂のメディアに比べて低コストであり、研磨力が樹脂のメディアに比べて強い。
　メディア４０は、６０～８０質量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、１０～３０質量％の二酸化珪素（ＳｉＯ２）と、４～８質量％の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）と、１～３質量％の酸化カルシウム（ＣａＯ）と、１～４質量％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と、を少なくとも含み、その他に若干の不可避不純物（例えば、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、ＨｆＯ２又はＰ２Ｏ３等）を含んでいる。不可避不純物は、少ないほうが良く、３％以下（より好ましくは２％以下）とするのが好ましい。
　また、一般に、砥粒同士を焼結させて形成されたメディア（焼結メディアと呼ばれることもある）は、粘土質材料と砥粒とを焼成させて形成されたメディア（焼成メディアと呼ばれることもある）に比べて、損耗量が少なく、仕上がり（表面粗さ）が細かく、且つ割れ欠けが少ない、という利点がある。ここで、メディアの損耗量が少ない場合には、高寿命でスラッジの発生が少なくなる（換言すれば、環境に優しく処理費用が抑えられる）。また、メディアの割れ欠けや損耗が少ない場合には、高寿命で、仕上がり精度の管理が容易になる。
（メディアの製造方法）
　ここで、メディア４０を製造するための方法（メディア４０の製造方法）について説明する。
　メディア４０の製造方法では、まず、混練工程がなされる。この混練工程では、砥粒と、バインダ（結合材）と、補強材料としての酸化マグネシウムと、消失材料粉末としての水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）の粉末と、を所定の含有量となるように秤量した後混練する（これらの材料を総じて、以降「混合材料ａと記す」）。混練の際、必要に応じて水を添加してもよい。水酸化アルミニウムの粉末の添加量は、混合材料ａを１００質量％としたときの１～４０質量％の量とする。なお、この水酸化アルミニウムの粉末の添加量は、混合材料ａを１００質量％としたときの５～２５質量％の量とすることが好ましい。
　砥粒としては、アルミナ系砥粒（アランダム）、炭化珪素系砥粒（カーボランダム）、ジルコニアアルミナ砥粒、ダイヤモンド砥粒、又はＣＢＮ砥粒等を用いることができる。砥粒として白色アルミナ系砥粒（ＷＡ）を用いた場合には、低価格で研磨力が高く、且つ被加工物に砥粒の色が転写されないので、好ましい。また、砥粒の平均粒子径は１μｍ～１５０μｍとするのが好ましい。砥粒の粒子径が小さすぎるとメディアの研磨力が低くなる。一方、砥粒の粒子径が大きすぎると粒子同士の結合力が弱く、メディアの強度が低下する。
　バインダは、焼結する際に砥粒同士を結合させるための結合材である。バインダは砥粒の種類や焼結温度等によって適宜選択される。本実施形態では、バインダは、少なくとも二酸化珪素と酸化ジルコニウムと酸化カルシウムとを含む。なお、バインダに酸化マグネシウムが含まれる場合は、その酸化マグネシウムを補強材料として利用できる。
　この混練工程における水酸化アルミニウムの添加割合が大きい場合、最終的に製造されるメディア４０の自生作用は強くなって研磨力が強くなる。しかしながら、水酸化アルミニウムの添加割合が大きい場合には、隣接する粒子が少なくなり、その結果メディア４０全体としての強度が低下するので、寿命が短くなる。また、比重が軽くなるので、メディア４０の研磨力が低下する。このため、本実施形態では、前述の割合で水酸化アルミニウムの粉末が添加されている。
　また、本実施形態の混練工程では、一例として、混合材料ａに焼結助剤を添加する。焼結助剤は、酸化マンガン及び酸化鉄の少なくとも一方（すなわち、いずれか一方又は双方）とすることができる。焼結助剤の添加量は、混合材料ａと、焼結助剤と、の合計を１００質量％としたときに、５質量％以下（焼結助剤として複数の材料を用いた場合はそれらの合計が５質量％以下）であってもよい。
　次の成形工程では、混練工程で混練された混練物を押出し成形機に投入して所定の形状（本実施形態では一例として高さ６ｍｍの三角柱形状）に成形する。
　次の焼結工程では、成形工程で成形された成形体を乾燥させた状態で耐熱容器に装入すると共に炉内において所定温度で所定時間焼結する。この焼結工程では、水酸化アルミニウムは、脱水分解する結果、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に変化して固形分として体積が減少し、水酸基は水蒸気となって発散する。つまり、この工程では、水酸化アルミニウムを消失させる。そして、前述の混練によって水酸化アルミニウムは混合材料ａに均一に分散されているので、水酸基が水蒸気となって発散することで、メディア４０に空隙が均一に分散して形成されるものと推測される。このような焼結工程によって多孔質のメディア４０が得られる。
　なお、この焼結工程では、混練工程で添加した酸化マンガン及び酸化鉄の少なくとも一方が焼結助剤として効果的に機能している。
（乾式バレル研磨方法）
　次に、メディア４０を用いた乾式バレル研磨方法について説明する。
　まず、図１に示される集塵機１６を作動させる。また、バレル研磨装置１０のバレル槽１２内にメディア４０と被加工物Ｗとを装入し、メディア４０と被加工物Ｗとをバレル槽１２内で混合させる。
　次に、バレル研磨装置１０を作動させ、メディア４０と被加工物Ｗとをバレル槽１２内で流動させて被加工物Ｗにメディア４０を接触させることによって、被加工物Ｗを研磨する。ここで、本実施形態では、メディア４０は、分散された空隙を有する多孔質の焼結体によって構成され、１～４質量％の酸化マグネシウムを含んでいる。このため、研磨中に表面が削れても、新たな砥材が出現するので、研磨の経過にかかわらず研磨力を持続することができる。
　補足説明すると、バレル研磨が進行して、砥粒同士の間に被加工物Ｗの研磨粉又は削れたメディアの粉等の微粉が入り込む（目詰まりする）と、研磨時間の経過に伴って研磨力が低下する。これに対して、本実施形態では、メディア４０が目詰まりを起こす前に、メディア４０の表層を摩耗させ、新たな砥粒を露出させることができるので、長時間にわたって研磨力を維持することができる。このため、例えば、メディアの目詰まりを防ぐために、微粉を取り除くためのドレッシング液を添加する必要もない。
　一方、メディアが多孔質の焼結体である場合、当該メディアの更なる強度の向上が求められる。しかしながら、本実施形態のように、メディア４０に１～４質量％の酸化マグネシウムが含まれることによってメディア４０の強度は向上されている。このメディア４０の強度向上（割れ欠けの発生率の抑制）については後述の実験によって確認されている。また、詳しいメカニズムは確認されていないが、以下のように推測される。酸化マグネシウムの組成率が適正な範囲内であると、材料の混練時に酸化マグネシウムの二次粒子が形成されない。そのため、酸化マグネシウムの粒子が酸化アルミニウムの粒子の隙間に入り込むような状態となり、これを焼結することで強度向上を図ることができると推測される。これに対して、酸化マグネシウムの組成率が高すぎると、材料の混練時に酸化マグネシウムの二次粒子が形成されてしまう。この状態で焼結すると、酸化マグネシウムの二次粒子が酸化アルミニウムの粒子の不純物として残留することになるため、強度の低下を招いてしまう。
　また、本実施形態では、図１に示されるメディア４０の空隙率が１～４０％であることによって、メディア４０のＲ付け加工における研磨能力を良好に持続させると共にメディア４０の損耗率を抑えることができる。このことも後述の実験で確認されている。
　乾式バレル研磨方法の手順の説明に戻ると、バレル研磨装置１０を作動させてから所定時間経過後にバレル研磨装置１０の作動を停止させ、更にその後に集塵機１６の作動を停止させる。そして、バレル研磨装置１０のバレル槽１２からメディア４０及び被加工物Ｗを排出し、これらを分別して被加工物Ｗを回収する。
　次に、実施例について説明する。
　上記実施形態で説明した組成比率を有し且つ多孔質の焼結体によって構成されるバレル研磨用メディアを実施例（実施例１～７）とし、上記組成比率を有しないバレル研磨用メディア、及び多孔質ではないバレル研磨用メディアを比較例（比較例１～６）とした。これらのバレル研磨用メディアをバレル槽（研磨槽）内で被加工物と混合させた状態で流動させることによって被加工物を研磨する試験を行った。
　この試験では、同一のメディアを用いて１０回（１０バッチ）の研磨を行った。補足説明すると、実際の研磨処理では、１回目の研磨後、被加工物が取り出され、その後に新しい被加工物が装入されて２回目の研磨が同一のメディアで行われるといったように、同一のメディアを用いて研磨と被加工物の取り出し及び装入が繰り返される。この試験では、研磨と被加工物の取り出し及び装入とを１０回繰り返した。研磨（バレル研磨）の条件は、次の表１に示す通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、下記の表２には、実施例１～７及び比較例１～６の各条件及び評価を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２のＡｌ２Ｏ３の組成率における「残分」は、１００％からＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣａＯ及びＭｇＯの各組成率を引き、更に不可避的に僅かに含まれてしまう不可避不純物の組成率を引いた組成率を示す。また、焼結前のＡｌ（ＯＨ）３の比率の項目は、メディアを製造する際の混練工程における水酸化アルミニウムの粉末の添加量を、混合材料（前述した実施形態では混合材料ａ）を１００質量％としたときの質量％で示す。なお、Ａｌ（ＯＨ）３が添加されている場合、メディアは多孔質体となり、Ａｌ（ＯＨ）３が添加されていない場合、メディアは多孔質体とならずに緻密体となる。
　また、「空隙率」は、「メディアの嵩比重」及び「メディアの真比重」をそれぞれ測定し、下記の数式１にて算出した結果である。「空隙率」の単位は、体積％である。「メディアの嵩比重」の概念を下記の数式２に示し、「メディアの真比重」の概念を下記の数式３に示す。また、図２で示すように、メディア固体部４２とはメディア４０の固体部分のことであり、開空隙４４とは外気と接続している空隙（連続気泡構造）のことであり、閉空隙４６とはメディア４０の内部において孤立している空隙（独立気泡構造）のことである。このように、メディア４０は、分散された空隙である開空隙４４と閉空隙４６を有しており、開空隙４４及び閉空隙４６を有する多孔質の焼結体によって構成される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、表２の「Ｒα」の項目は、外周面ダレ量（ｍｍ）を測定した結果を示し、表２の「Ｒβ」の項目は、端面ダレ量（ｍｍ）を測定した結果を示す。図３には、外周面ダレ量である「Ｒα」及び端面ダレ量である「Ｒβ」がそれぞれどの部分の長さであるかが示されている。なお、この試験において、前提となる研磨目的は、Ｒ付けであり、研磨目標値は、Ｒα＝Ｒβ＝０．４０ｍｍである。
　また、表２の「加工能力」における「評価」の項目は、ダレ量評価を示す項目であり、以下の基準を基に評価した。まず、Ｒα及びＲβが共に０．４０ｍｍ以上であり、且つ、Ｒα／Ｒβが０．８～１．２である場合には、「○」とした。また、Ｒα及びＲβが共に０．３０ｍｍ以上であってＲα及びＲβの少なくとも一方が０．４０ｍｍ未満であり、且つ、Ｒα／Ｒβが０．８～１．２である場合には、「△」とした。更に、Ｒα及びＲβの少なくとも一方が０．３０ｍｍ未満である場合、又は、Ｒα／Ｒβが０．８未満若しくは１．２超過である場合には、「×」とした。但し、今回の実施例１～７及び比較例１～６には、「×」と評価されたものはなかった。
　また、表２の「割れ欠け」の項目は、１回目（１バッチ目）の研磨が終了した後に、無作為に５０個のメディアをバレル槽内から抜き出し、割れ欠けがあるメディアの数をカウントした項目である。
　また、「損耗率」は、精密電子天秤（（株）島津製作所製；ＩＰＳ－ＤＰ１０）によって「加工前のメディアの質量」及び「加工後のメディアの質量」のそれぞれを測定し、下記の数式４を用いて算出した結果である。「損耗率」の単位は、％／ｈである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　表２の結果によれば、比較例１、３、５、６では、加工能力の評価が「△」となっている。また、比較例２、４では、加工能力の評価は「○」となっているものの、メディアの割れ欠けの個数が多くなっている。これに対して、実施例１～７では、加工能力の評価が「○」で且つメディアの割れ欠けの個数も抑えられていることが判る。また、実施例１～６は、実施例７に比べて損耗率が抑えられていることが判る。
　以上説明したように、本実施形態によれば、Ｒ付け加工における研磨能力の持続性を向上させると共に、メディア４０自体の割れ欠けの発生を抑えることができる。
（実施形態の補足説明）
　なお、メディアを用いた被加工物の研磨は、研磨槽の遊星回転又は振動等によりマスを流動化させることによって行ってもよい。なお、バレル研磨の種類としては、上記実施形態のような流動式バレルの他、例えば、遠心式バレル、振動式バレル、回転式バレル、及びジャイロ式バレル等と呼ばれるものがある。
　また、上記実施形態では、加工目的を「Ｒ付け加工」としているが、その他の加工目的においても良好に研磨を行うことができる。その他の加工目的としては、例えば、被加工物の表面のバリ取り、面粗度の調整、又は表面層の除去等の加工が挙げられる。
　また、上記実施形態では、メディア４０が乾式バレル研磨方法に用いられた例を挙げたが、メディア４０は、湿式バレル研磨方法に用いられてもよい。なお、湿式バレル研磨方法では、被加工物、メディア、水、及び必要に応じてコンパウンドがバレル槽（研磨槽）に装入される。
　また、メディアの空隙率は、上記実施形態のように、１～４０％に設定されるのが好ましいが、５～２５％に設定されるのが更に好ましい。但し、メディアの空隙率は、これらの範囲外に設定されてもよい。
　また、上記実施形態のメディアの製造方法の変形例として、消失材料粉末は、例えば、発泡スチロール樹脂の粉末等のような他の消失材料粉末であってもよい。なお、セラミックスバインダーに消失材料として発泡スチロール樹脂を使用すると、焼結後のメディア内に消失材料を原因とする不純物（例えば、炭素）が結晶粒界に残る可能性があり、この不純物はメディアの強度低下の一因（クラックの発生）となる可能性がある。これに対して、上記実施形態のように、消失材料として水酸化アルミニウムを使用した場合には、焼結を行っても、水酸化アルミニウムは、水蒸気と、メディアの主成分である酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、に分解する。従って、焼結後のメディア内に消失材料を原因とする不純物が残らないという利点がある。
　また、上記実施形態のメディアの製造方法の変形例として、混練工程において酸化マンガン及び酸化鉄が添加されないような方法も採り得る。
　なお、上記実施形態及び上述の複数の変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。
　以上、実施形態及び変形例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
４０…バレル研磨用メディア、４４…開空隙、４６…閉空隙。

Claims (8)

  1. 　６０～８０質量％の酸化アルミニウムと、１０～３０質量％の二酸化珪素と、４～８質量％の酸化ジルコニウムと、１～３質量％の酸化カルシウムと、１～４質量％の酸化マグネシウムと、を少なくとも含み、
    　分散された空隙を有する多孔質の焼結体によって構成される、
    バレル研磨用メディア。
  2. 　前記焼結体の空隙率は、１～４０％である、
    請求項１に記載のバレル研磨用メディア。
  3. 　請求項２に記載のバレル研磨用メディアを製造する製造方法であって、
    　砥粒と、バインダと、酸化マグネシウムと、消失材料粉末と、を混練する混練工程と、
    　前記混練工程で混練された混練物を所定の形状に成形する成形工程と、
    　前記成形工程で成形された成形体を焼結すると共に前記消失材料粉末を消失させる焼結工程と、を含む、
    バレル研磨用メディアの製造方法。
  4. 　前記砥粒と、前記バインダと、前記酸化マグネシウムと、前記消失材料粉末と、の合計を１００質量％としたときに、前記消失材料粉末の含有量は、１～４０質量％である、
    請求項３記載のバレル研磨用メディアの製造方法。
  5. 　前記消失材料粉末は、水酸化アルミニウムの粉末である、
    請求項３又は４に記載のバレル研磨用メディアの製造方法。
  6. 　前記混練工程では、前記砥粒、前記バインダ、前記酸化マグネシウム及び前記消失材料粉末を含む混合材料に、酸化マンガン及び酸化鉄の少なくとも一方を添加し、前記混合材料と、前記酸化マンガン及び前記酸化鉄の少なくとも一方と、の合計を１００質量％としたときに、前記酸化マンガン及び前記酸化鉄の少なくとも一方の含有量は、５質量％以下である、
    請求項３～５のいずれか１項に記載のバレル研磨用メディアの製造方法。
  7. 　前記砥粒は、白色アルミナ系砥粒である、
    請求項３～６のいずれか１項に記載のバレル研磨用メディアの製造方法。
  8. 　前記砥粒の平均粒子径は、１μｍ～１５０μｍである、
    請求項３～７のいずれか１項に記載のバレル研磨用メディアの製造方法。
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