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JP2013188811A - Abrasive grain and method of manufacturing the same - Google Patents

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知憲 丁野
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Abstract

【課題】酸化セリウムを原料に用いた砥粒と同等の研磨性能がある安価な代替砥粒を提供する。
【解決手段】カルシアの混合率と粒度がそれぞれ異なる2種類のカルシア安定化ジルコニアを所定の混合率で混合して砥粒を提供するようにした。すなわち、第1のカルシア安定化ジルコニアと、第1のカルシア安定化ジルコニアよりカルシアの添加量を増加させた第2のカルシア安定化ジルコニアの混合物からなる砥粒であって、第1のカルシア安定化ジルコニアは、電融ジルコニアであり、第2のカルシア安定化ジルコニアは、電融ジルコニアとジルコン酸カルシウムが共存しているものであり、第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度が第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度より大きく設定されている。
【選択図】図1
An inexpensive alternative abrasive having polishing performance equivalent to that of an abrasive using cerium oxide as a raw material is provided.
Two kinds of calcia-stabilized zirconia having different mixing ratios and particle sizes of calcia are mixed at a predetermined mixing ratio to provide abrasive grains. That is, an abrasive comprising a mixture of first calcia-stabilized zirconia and second calcia-stabilized zirconia in which the amount of calcia added is increased from that of the first calcia-stabilized zirconia, and the first calcia-stabilized Zirconia is electrofused zirconia, and the second calcia-stabilized zirconia is the coexistence of electrofused zirconia and calcium zirconate, and the particle size of the first calcia-stabilized zirconia is second calcia It is set larger than the particle size of zirconia.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、砥粒とその製造方法に関し、特にラップ機及びポリッシング機の専用砥粒とその製造方法に関する。   The present invention relates to abrasive grains and a method for producing the same, and more particularly to a dedicated abrasive grain for lapping machines and polishing machines and a method for producing the same.

ガラスなどを研磨するためにその最終工程で用いられる従来のこの種の砥粒としては、ダイヤモンド、酸化セリウム、コロイダルセリカ、アルミナ系粒子、酸化ジルコニウム粒子、酸化マグネシウム粒子及び炭化ケイ素が主として用いられている(下記の特許文献1参照)。このうち、研磨性能の観点から酸化セリウムを原料としているものが多い(下記の特許文献2参照)。すなわち、光学レンズやプリズムを含むガラスなどの研磨では、複数の工程を経て最終的に酸化セリウムを砥材として用いた研磨材がよく使われるが、これはガラスなどの仕上げ工程で要求される面精度を実現するのにダイヤモンドでは「鏡面」が出にくく、コストもかかりすぎてしまうことと関係している。液体などに砥粒を混ぜ込んだいわゆる液体研磨材は、ラップでの研磨工程などを見ればわかる通り、面精度の高い表面を、ある程度の面積にわたって要求される際によく使われる。これらの研磨メカニズムは、固定砥粒とは異なり、砥材自体が加工対象に切り込む深さを浅めにすることができる。これはボンドが常に削られていかないと(自生発刃が起こらないと)研磨自体が成り立たない固定砥粒と大きく異なる点である。切りくずで目詰まりする、目こぼれ、目つぶれといった現象が遊離砥粒の研磨材では問題とならず(砥粒の破砕性は見る必要があるが)、非常に柔らかいフェルトなどのパッドで低圧の条件をかけてやれば、細かい砥粒でほんのわずかしか切り込んでいない状態での研磨が実現可能である。これが仕上げに向いていると言われる理由である。ガラスについては幅広く使われ、ハードディスクの基板やフォトマスク基板でも使われる。光学レンズ、プリズムにも欠かせない生産材の一つと言える。また酸化セリウムは、アルミナや炭化ケイ素とは違った破砕拳動をし、砥粒自体の形状や寸法も仕上げ向きにデザインされていることが多いと言える。またラッピングやポリッシングでも粒度を分けた複数の工程が必要なケースもある。こうした場合にも、粒度を変えることで、幅広い要求精度に応えることができると言える。   As this kind of conventional abrasive grains used in the final process for polishing glass or the like, diamond, cerium oxide, colloidal celica, alumina-based particles, zirconium oxide particles, magnesium oxide particles and silicon carbide are mainly used. (See Patent Document 1 below). Of these, many use cerium oxide as a raw material from the viewpoint of polishing performance (see Patent Document 2 below). In other words, in polishing of glass including optical lenses and prisms, a polishing material that finally uses cerium oxide as an abrasive material through a plurality of processes is often used. This is a surface required in the finishing process of glass and the like. This is related to the fact that diamonds are difficult to produce “mirror surfaces” and are too expensive to achieve accuracy. A so-called liquid abrasive in which abrasive grains are mixed in a liquid or the like is often used when a surface having a high surface accuracy is required over a certain area, as can be seen from a lapping polishing process. Unlike the fixed abrasive grains, these polishing mechanisms can reduce the depth of the abrasive material itself to be cut into the workpiece. This is a point that differs greatly from fixed abrasive grains in which the polishing itself cannot be performed unless the bond is always cut (if the self-generated blade does not occur). Clogging with chips, spilling, and crushing are not a problem with loose abrasives (although the grindability of the abrasive needs to be seen), but with very soft felt pads and low pressure If conditions are applied, it is possible to achieve polishing in a state where only a small amount of fine abrasive grains are cut. This is why it is said to be suitable for finishing. Glass is widely used for hard disk substrates and photomask substrates. It can be said that it is one of the production materials indispensable for optical lenses and prisms. Cerium oxide has a crushing fist that is different from alumina and silicon carbide, and the shape and dimensions of the abrasive grains are often designed for finishing. There are also cases where multiple processes with different grain sizes are required for lapping and polishing. Even in such a case, it can be said that a wide range of required accuracy can be met by changing the granularity.

特開2011−241109号公報(請求項14)JP 2011-241109 A (Claim 14) 特開2012−11526号公報(段落0003)JP2012-11526A (paragraph 0003)

上記のような使い方の他、レジン系のボンドに酸化セリウムを混ぜ込んだ砥石もあれば、酸化セリウム自体をコンパウンドのように固めて、固定砥粒として使う場合もある。ガラスの最終仕上げでは、やはり遊離砥粒として用いる酸化セリウムが最もよく使われていると言える。ただ、この酸化セリウムは原料のほとんどを中国に依存しており、国際間の問題や投機筋の動きによっては価格が乱高下することがある。特に近年のレアアースの価格高騰に伴い、セリウムの入手が困難な傾向が高まり、砥粒メーカーは、セリウムの代替原料を探している。大量に用いる場合は、加工コストもこれらの影響をダイレクトに受けるため、代替品の検討も一部で進んでいる。具体的には、酸化ジルコニウム(ジルコニア)などを酸化セリウムの代替品として用いる研究等が発表されている。   In addition to the above-mentioned usage, there are grindstones in which cerium oxide is mixed into resin-based bonds, and cerium oxide itself is hardened like a compound and used as fixed abrasive grains. In the final finishing of glass, cerium oxide, which is also used as loose abrasive grains, is most often used. However, this cerium oxide relies on China for most of its raw materials, and the price may fluctuate depending on international issues and speculative movements. In particular, with the recent rise in the price of rare earths, cerium is increasingly difficult to obtain, and abrasive manufacturers are looking for alternative materials for cerium. In the case of using a large amount, the processing cost is directly affected by these effects, and therefore, some alternatives are being studied. Specifically, research on using zirconium oxide (zirconia) or the like as an alternative to cerium oxide has been published.

しかし、酸化ジルコニウム単体では砥粒として採用に至っていないのが現状である。これは、研磨力、面粗さに課題があるからと思われる。出願人によるテストでも市販品の酸化ジルコニウムを用いた砥粒は、酸化セリウムを用いた砥粒にくらべ大きく劣っていることが判明している。研磨作業において、多くのユーザはラップを数十台使用して生産を行っている。すなわち、通常4〜5台/人で運用しており、作業者による品質のバラツキも問題視されている。それ故、ひっかかりの少ないという作業性向上をもたらす砥粒は、ユーザにとって魅力的である。しかしこれまで、酸化セリウムを原料に用いた砥粒と同等の研磨性能がある代替原料は提案されていない。   However, the present situation is that zirconium oxide alone has not been adopted as abrasive grains. This seems to be due to problems in polishing power and surface roughness. Tests by the applicant have shown that abrasive grains using commercially available zirconium oxide are significantly inferior to abrasive grains using cerium oxide. In the polishing operation, many users use tens of laps for production. In other words, it is usually operated with 4 to 5 units / person, and variations in quality by workers are regarded as a problem. Therefore, the abrasive grains that provide improved workability with less catching are attractive to the user. However, an alternative raw material having a polishing performance equivalent to that of abrasive grains using cerium oxide as a raw material has not been proposed so far.

本発明は、酸化ジルコニウムを用いて欠点が少なく、従来の酸化セリウムを用いた砥粒と同等の研磨性能を得ることができ、作業性をも向上させることが可能な砥粒とその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides an abrasive grain that has few defects using zirconium oxide, can obtain polishing performance equivalent to that of a conventional abrasive grain using cerium oxide, and can improve workability, and a method for producing the same. The purpose is to provide.

上記目標を達成するため、本発明ではカルシアの混合率と粒度がそれぞれ異なる2種類のカルシア安定化ジルコニアを所定の混合率で混合して砥粒を提供するようにしたものである。すなわち本発明によれば、第1のカルシア安定化ジルコニアと、前記第1のカルシア安定化ジルコニアよりカルシアの添加量を増加させた第2のカルシア安定化ジルコニアの混合物からなる砥粒であって、前記第1のカルシア安定化ジルコニアは、電融ジルコニアであり、前記第2のカルシア安定化ジルコニアは、電融ジルコニアとジルコン酸カルシウムが共存しているものであり、前記第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度が前記第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度より大きい砥粒が提供される。   In order to achieve the above goal, in the present invention, two kinds of calcia-stabilized zirconia having different calcia mixing ratios and particle sizes are mixed at a predetermined mixing ratio to provide abrasive grains. That is, according to the present invention, there is provided an abrasive comprising a mixture of first calcia-stabilized zirconia and second calcia-stabilized zirconia in which the amount of calcia added is increased from that of the first calcia-stabilized zirconia, The first calcia-stabilized zirconia is electrofused zirconia, and the second calcia-stabilized zirconia is a mixture of electrofused zirconia and calcium zirconate, and the first calcia-stabilized zirconia Abrasive grains having a grain size greater than that of the second calcia stabilized zirconia are provided.

また本発明によれば、第1のカルシア安定化ジルコニア原料を粉砕・分級し、所定の粒度分布を得るステップと、第2のカルシア安定化ジルコニア原料を粉砕・分級し、前記所定の粒度分布の中心粒度より小さい中心粒度の粒度分布を得るステップと、
前記粉砕・分級された前記第1のカルシア安定化ジルコニアと前記粉砕・分級された前記第2のカルシア安定化ジルコニアとを所定比率で混合するステップとを、
有する砥粒の製造方法が提供される。
According to the present invention, the first calcia-stabilized zirconia raw material is pulverized and classified to obtain a predetermined particle size distribution, and the second calcia-stabilized zirconia raw material is pulverized and classified to obtain the predetermined particle size distribution. Obtaining a particle size distribution with a center particle size smaller than the center particle size;
Mixing the pulverized and classified first calcia-stabilized zirconia and the pulverized and classified second calcia-stabilized zirconia at a predetermined ratio;
A method for producing abrasive grains is provided.

なお、上記本発明の砥粒及びその製造方法において、前記第1のカルシア安定化ジルコニアのカルシア添加量が数重量%であり、前記第2のカルシア安定化ジルコニアのカルシア添加量が数十重量%であることは本発明の好ましい態様である。   In the abrasive grains and the method for producing the same according to the present invention, the calcia addition amount of the first calcia-stabilized zirconia is several weight percent, and the calcia addition amount of the second calcia-stabilized zirconia is several tens weight percent. This is a preferred embodiment of the present invention.

また、前記第2のカルシア安定化ジルコニアが前記第1のカルシア安定化ジルコニアに対し10〜90重量%で混合されていることは本発明の好ましい態様である。   Moreover, it is a preferable aspect of the present invention that the second calcia-stabilized zirconia is mixed at 10 to 90% by weight with respect to the first calcia-stabilized zirconia.

また、同様に前記第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度が前記第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度と比べ粒度差指数にて1.0以下であることは本発明の好ましい態様である。   Similarly, it is a preferred embodiment of the present invention that the particle size difference index of the first calcia-stabilized zirconia is 1.0 or less in comparison with the particle size of the second calcia-stabilized zirconia.

また、同様に前記第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度より粒度の大きい酸化セリウムが数重量パーセント添加されていることは本発明の好ましい態様である。   Similarly, it is a preferred embodiment of the present invention that cerium oxide having a particle size larger than that of the first calcia-stabilized zirconia is added in several weight percent.

本発明によれば、従来の酸化セリウムを原料とする砥粒と同等の研磨性能を有する砥粒が高価な酸化セリウムを用いずに、あるいは酸化セリウムを僅かだけ用いることで提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide abrasive grains having polishing performance equivalent to that of conventional abrasive grains made of cerium oxide without using expensive cerium oxide or using only a small amount of cerium oxide.

本発明の好ましい実施の形態に係る砥粒を製造する工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the process of manufacturing the abrasive grain which concerns on preferable embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にかかる砥粒の各成分の粒度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of each component of the abrasive grain concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明に係る砥粒の性能を従来品と比較して示すグラフである。It is a graph which shows the performance of the abrasive grain concerning this invention compared with a conventional product.

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は本発明の好ましい実施の形態に係る砥粒の製造工程を示す工程図であり、第1の実施の形態と後述する第2の実施の形態の双方を示している。本発明の砥粒は、第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアとをあらかじめ所定の方法で製造するかあるいは入手し、これらを所定の比率で混合し最終製品としたものである。なお、「カルシア」は「酸化カルシウム(CaO)」の通称であるが、本願では、この通称を用いている。また、「ジルコニア」は「酸化ジルコニウム(ZrO)」の通称であるが、本願では、この通称を用いている。上記第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアはいずれもカルシア(以下単にCaOと記すこともある)が混合された酸化ジルコニウムのことであり公知のものである。特に第1のカルシア安定化ジルコニアは、商品名「FSD」として株式会社IDUから発売されているものであり、また第2のカルシア安定化ジルコニアについても、商品名「FSD−26C」として株式会社IDUから販売されているものである。以下、これらについて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing a manufacturing process of abrasive grains according to a preferred embodiment of the present invention, and shows both a first embodiment and a second embodiment to be described later. The abrasive grains of the present invention are manufactured by obtaining or obtaining first calcia-stabilized zirconia and second calcia-stabilized zirconia in a predetermined method in advance, and mixing them at a predetermined ratio to obtain a final product. is there. “Calcia” is a common name for “calcium oxide (CaO)”, but this common name is used in the present application. “Zirconia” is a common name for “zirconium oxide (ZrO 2 )”, but this common name is used in the present application. The first calcia-stabilized zirconia and the second calcia-stabilized zirconia are both known zirconium oxide mixed with calcia (hereinafter sometimes simply referred to as CaO). In particular, the first calcia-stabilized zirconia is sold by IDU under the trade name “FSD”, and the second calcia-stabilized zirconia is also available under the trade name “FSD-26C” by IDU Corporation. Is sold by Hereinafter, these will be described.

第1のカルシア安定化ジルコニアは、カルシア添加量が約3〜4wt%であり、部分安定化ジルコニアとも呼ばれる。第1のカルシア安定化ジルコニアは、耐火物材料として使用される商品名「FSD」というものであり、本発明では研磨材として使用している。一般的な酸化ジルコニウムであるmonoclinic-ZrO2と比べ、電融ジルコニアであるcubic-ZrO2となるため、結晶性、硬度、靭性の向上が得られると思われる。なお、ジルコニアは耐火物として使用する場合、優れた特性を有しているが、ZrO2単体では温度変化によって結晶構造が変化する相転移が起こる。この相転移は体積変化を伴うため、昇温と降温を繰り返すと、焼結体の膨張・収縮が繰り返され焼結体は破損する。したがって、体積変化を起こさせないために安定化剤としてカルシアを添加するのが一般的である。なお、好ましい実施の形態では、第1のカルシア安定化ジルコニアにおけるカルシア添加量は3〜4wt%であるが、これに限られるものではない。 The first calcia-stabilized zirconia has a calcia addition amount of about 3 to 4 wt% and is also called partially stabilized zirconia. The first calcia-stabilized zirconia is a trade name “FSD” used as a refractory material, and is used as an abrasive in the present invention. Compared with monoclinic-ZrO 2 which is a general zirconium oxide, it becomes cubic-ZrO 2 which is an electro-fused zirconia, so that it is considered that improvement in crystallinity, hardness and toughness can be obtained. Zirconia has excellent characteristics when used as a refractory, but ZrO 2 alone undergoes a phase transition in which the crystal structure changes with temperature. Since this phase transition is accompanied by a volume change, when the temperature rise and fall are repeated, the sintered body is repeatedly expanded and contracted, and the sintered body is damaged. Therefore, it is common to add calcia as a stabilizer so as not to cause a volume change. In the preferred embodiment, the amount of calcia added in the first calcia-stabilized zirconia is 3 to 4 wt%, but is not limited thereto.

第2のカルシア安定化ジルコニアは、カルシア添加量が20〜28wt%であり、cubic-ZrO2とCaZrO3(ジルコン酸カルシウム)が共存した状態となっている。なお、第2のカルシア安定化ジルコニアにおけるカルシア添加量は、20〜28wt%に限定されるものではなく、10wt%〜数十wt%とすることができる。 The second calcia-stabilized zirconia has a calcia addition amount of 20 to 28 wt%, and cubic-ZrO 2 and CaZrO 3 (calcium zirconate) coexist. The calcia addition amount in the second calcia stabilized zirconia is not limited to 20 to 28 wt%, and can be 10 wt% to several tens wt%.

本発明では、第2のカルシア安定化ジルコニアは、耐火物としての用途ではなく、研磨材として使用している。CaO添加量を増やすことでジルコニアの砥粒硬度を下げることに繋がる。これにより、ソフトな研磨加工が可能となり、面粗度の向上が期待できるものである。また、ジルコン酸カルシウムは水に対して難溶であるが、10μm以下の粒子にすることによって極僅かなアルカリ溶解が起こり、それによりpHがアルカリに振れることを本発明者は見出した。pHがアルカリになることにより、ジルコニアのスラリー特性が変化し分散性向上が目視にて確認された。本発明では、第1のカルシア安定化ジルコニアでは、カルシアの含有量が数重量(wt)%であり、第2のカルシア安定化ジルコニアでは、カルシアの含有量が数十重量(wt)%であり、具体的にどの程度のカルシアを添加するかは、砥粒の用途などにより任意に変更することができる。   In the present invention, the second calcia-stabilized zirconia is not used as a refractory but is used as an abrasive. Increasing the CaO addition amount leads to lowering the abrasive hardness of zirconia. As a result, soft polishing can be performed, and improvement in surface roughness can be expected. In addition, the present inventors have found that calcium zirconate is hardly soluble in water, but when the particle size is 10 μm or less, slight alkali dissolution occurs, and the pH can be shifted to alkali. As the pH became alkaline, the slurry characteristics of zirconia were changed, and an improvement in dispersibility was confirmed visually. In the present invention, the first calcia-stabilized zirconia has a calcia content of several weights (wt)%, and the second calcia-stabilized zirconia has a calcia content of several tens of weights (wt)%. The specific amount of calcia to be added can be arbitrarily changed depending on the use of the abrasive grains.

図1に示すように、第1のカルシア安定化ジルコニア原料と第2のカルシア安定化ジルコニア原料はそれぞれ粉砕され(ステップS1、S11)、分級される(ステップS2、S12)。粉砕、分級にはクラッシャー・ボールミル、篩い網が用いられる。その後、それぞれ、微粉砕(ステップS3、S13)、微粉分級(ステップS4、S14)を経て、第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアが混合される(ステップS16)。なお、ステップS16での混合時に、必要に応じて添加剤が添加される(ステップS15)。ステップS16での混合が終了すると本発明の砥粒が完成し、梱包され(ステップS17)、出荷される。   As shown in FIG. 1, the first calcia-stabilized zirconia raw material and the second calcia-stabilized zirconia raw material are pulverized (steps S1 and S11) and classified (steps S2 and S12). For crushing and classification, a crusher / ball mill and a sieve screen are used. Thereafter, the first calcia-stabilized zirconia and the second calcia-stabilized zirconia are mixed through fine pulverization (steps S3 and S13) and fine powder classification (steps S4 and S14), respectively (step S16). In addition, at the time of mixing in step S16, an additive is added as needed (step S15). When the mixing in step S16 is completed, the abrasive grains of the present invention are completed, packed (step S17), and shipped.

次に第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度について説明する。なおここで粒度とは、粒度分布の中心の粒度(平均粒度)を指す。本発明の好ましい実施の形態では、第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度が1.5μmであり、第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度が1.0μmである。なお粒度分布測定は、電気抵抗式によるものとする。   Next, the particle sizes of the first calcia-stabilized zirconia and the second calcia-stabilized zirconia will be described. Here, the particle size refers to the particle size (average particle size) at the center of the particle size distribution. In a preferred embodiment of the invention, the particle size of the first calcia stabilized zirconia is 1.5 μm and the particle size of the second calcia stabilized zirconia is 1.0 μm. Note that the particle size distribution is measured by an electrical resistance method.

上記好ましい実施の形態では、第1と第2のカルシア安定化ジルコニアの間の粒度差Δdは、Δd=0.5μmである。第2のカルシア安定化ジルコニアは、CaO添加量が第1のカルシア安定化ジルコニアより多いことにより、砥粒硬度が小さいため、研磨力としては期待されていない。したがって、研磨力を持つ第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度を大きくすることにより、そのジルコニアの研磨性能を維持したまま、第2のカルシア安定化ジルコニアにより面粗度向上、pH作用をもたらすことが可能となる。したがって、第1と第2のカルシア安定化ジルコニアと粒度の関係が同一、もしくは逆転した場合には研磨力が著しく低下してしまう。また、第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度が極端に小さい場合(例えばd50=0.1μm)は、砥粒としての仕事効果は一切発揮されず、pH特性のみの効果しか得られない。   In the preferred embodiment, the particle size difference Δd between the first and second calcia stabilized zirconia is Δd = 0.5 μm. The second calcia-stabilized zirconia is not expected as a polishing force because the abrasive hardness is small due to the addition of CaO more than the first calcia-stabilized zirconia. Therefore, by increasing the particle size of the first calcia-stabilized zirconia having polishing power, the second calcia-stabilized zirconia improves surface roughness and brings about pH action while maintaining the polishing performance of the zirconia. It becomes possible. Accordingly, when the relationship between the particle sizes of the first and second calcia-stabilized zirconia is the same or reversed, the polishing power is significantly reduced. Further, when the particle size of the second calcia-stabilized zirconia is extremely small (for example, d50 = 0.1 μm), the work effect as an abrasive is not exhibited at all, and only the effect of pH characteristics is obtained.

下記の表1は、第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアの好ましい粒度の組み合わせの例を示したものである。   Table 1 below shows examples of preferred particle size combinations of the first calcia stabilized zirconia and the second calcia stabilized zirconia.

Figure 2013188811
Figure 2013188811

次に第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアは、いずれも微粉粉砕器で粉砕され、次にそれぞれが微粉分級機により微粉分級され、例えば、上記表1に示した粒度の関係となるよう、それぞれ1〜3μmの範囲内の粒度とされる。その後、両者が混合される。この混合は、例えばVブレンダー混合機を用いて、30分〜120分行われる。ここで混合率は、第1のカルシア安定化ジルコニアが10〜90wt%、第2のカルシア安定化ジルコニアが90〜10wt%である。なお、両者の混合率が上記範囲内にあるとき、所定の効果を発揮していることが確認されている。ここで所定の効果とは、研磨性能(加工レート、面粗さ)、作業性などであり、したがって、研磨対象物及び使用目的によって、どれを重視するかで、混合比率を変化させることができる。具体的には、第1のカルシア安定化ジルコニアは加工レートの向上に寄与するので、加工レートの向上を重視するときは、第1のカルシア安定化ジルコニアの比率を高めることとなる。一方、第2のカルシア安定化ジルコニアは、面粗さと作業性向上に寄与するので、これらを重視するときは第2のカルシア安定化ジルコニアの比率を高めることとなる。本発明者等が種々テストした結果、第2のカルシア安定化ジルコニアが第1のカルシア安定化ジルコニアに対し10〜40wt%混合された場合に汎用の砥粒が提供できることが確認されている。   Next, the first calcia-stabilized zirconia and the second calcia-stabilized zirconia are both pulverized by a fine powder pulverizer and then each finely classified by a fine powder classifier. The particle sizes are in the range of 1 to 3 μm so as to be related. Thereafter, both are mixed. This mixing is performed for 30 minutes to 120 minutes using, for example, a V blender mixer. Here, the mixing ratio is 10 to 90 wt% for the first calcia stabilized zirconia and 90 to 10 wt% for the second calcia stabilized zirconia. In addition, when both mixing ratio exists in the said range, it is confirmed that the predetermined effect is exhibited. Here, the predetermined effects are polishing performance (processing rate, surface roughness), workability, and the like, and therefore, the mixing ratio can be changed depending on which one is important depending on the object to be polished and the purpose of use. . Specifically, since the first calcia-stabilized zirconia contributes to the improvement of the processing rate, when importance is attached to the improvement of the processing rate, the ratio of the first calcia-stabilized zirconia is increased. On the other hand, the second calcia-stabilized zirconia contributes to improvement in surface roughness and workability. Therefore, when importance is attached to these, the ratio of the second calcia-stabilized zirconia is increased. As a result of various tests by the present inventors, it has been confirmed that a general-purpose abrasive can be provided when the second calcia-stabilized zirconia is mixed with 10 to 40 wt% with respect to the first calcia-stabilized zirconia.

なお第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアの混合工程で、必要に応じて添加剤を加えることができる。以下添加剤として酸化セリウムを添加した場合を第2の好ましい実施の形態として説明する。   In the mixing step of the first calcia-stabilized zirconia and the second calcia-stabilized zirconia, an additive can be added as necessary. Hereinafter, a case where cerium oxide is added as an additive will be described as a second preferred embodiment.

ジルコニアはガラス用研磨材として使用されることは一般的であるが、ガラスの種類によっては酸化セリウムと比較した場合、研磨性能が極端に劣る場合がある。一般的には、水晶・石英のような硬度が硬い(磨耗度が低い)材料がそれらに当たる。逆に、水ガラスや、硼珪酸ガラス、蛍石のようなものが比較的軟らかいガラスと言われている。したがって、硬い材料に対しては必要最少量の酸化セリウムを添加することで、その低下分を補うことができる。   Zirconia is generally used as an abrasive for glass, but depending on the type of glass, the polishing performance may be extremely poor when compared with cerium oxide. In general, materials such as quartz and quartz having a high hardness (low wear) fall on them. On the other hand, water glass, borosilicate glass, fluorite, etc. are said to be relatively soft glass. Therefore, the amount of decrease can be compensated for by adding a minimum amount of cerium oxide to a hard material.

以下に第2の実施の形態における配合比を示す   The blending ratio in the second embodiment is shown below.

Figure 2013188811
Figure 2013188811

第1の実施の形態で説明したのと同様の考え方で、第1と第2のカルシア安定化ジルコニアよりも、酸化セリウムの粒度を最も大きくすることで、酸化セリウムによる研磨性能を少ない量にて発揮することが可能である。図2は、第2の実施の形態における酸化セリウムと、第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度分布を示すグラフである。なお、研磨性能を上げるために、極端に粒径の粗い酸化セリウムを添加した場合には、研磨力と面粗度のバランスが狂い、総合的な性能低下となることが確認されている。   In the same way as explained in the first embodiment, the cerium oxide particle size is made larger than the first and second calcia-stabilized zirconia, thereby reducing the polishing performance by cerium oxide. It is possible to demonstrate. FIG. 2 is a graph showing the particle size distribution of cerium oxide, first calcia-stabilized zirconia, and second calcia-stabilized zirconia in the second embodiment. It has been confirmed that when cerium oxide having an extremely coarse particle size is added in order to improve the polishing performance, the balance between the polishing force and the surface roughness is unbalanced and the overall performance is reduced.

図3は、本発明の砥粒を他の砥粒と比較した結果を示す評価結果を示す表とグラフを含むものである。図3中の評価結果一覧には、3つの砥粒が示されている。「国内品セリアA」は酸化セリウムを用いた砥粒である、「海外品ジルコニアB」は一般的な酸化ジルコニウムを用いた砥粒、「発明品」は本発明による砥粒である。この表から、本発明による砥粒は、砥粒分布が他の砥粒とほぼ同じであり、また砥粒の平均的粒度(dv50)も他の砥粒とほぼ同じであることがわかる。さらに、本発明による砥粒の加工レート(単位時間当たりの研磨量)は、酸化セリウムとほぼ同等であり、一般的な酸化ジルコニウムを遥かに上回る性能であることがわかる。図3中の加工レート比較グラフは、評価結果一覧に示した加工レートをグラフ化したものである。なお、研磨条件については、図3中に記載のとおりである。   FIG. 3 includes a table and a graph showing evaluation results showing the results of comparing the abrasive grains of the present invention with other abrasive grains. The evaluation result list in FIG. 3 shows three abrasive grains. “Domestic product ceria A” is an abrasive using cerium oxide, “foreign product zirconia B” is an abrasive using general zirconium oxide, and “invention product” is an abrasive according to the present invention. From this table, it can be seen that the abrasive grains according to the present invention have almost the same abrasive grain distribution as the other abrasive grains, and the average grain size (dv50) of the abrasive grains is almost the same as that of the other abrasive grains. Furthermore, it can be seen that the processing rate (polishing amount per unit time) of the abrasive grains according to the present invention is almost the same as that of cerium oxide, which is far superior to that of general zirconium oxide. The processing rate comparison graph in FIG. 3 is a graph of the processing rates shown in the evaluation result list. The polishing conditions are as described in FIG.

以上説明したように、本発明では、原料がそれぞれ独立して生産されるので、上述のように、求められる条件によって、混合比率を変化させることができることも大きな特徴である。組成表で見れば、当初から配合を調整し、同じ組成の原料を一回の溶融原料で生産することは可能であるが、その場合のカルシア安定化ジルコニアの原料では、本発明の研磨性能、作業性向上は出て来ないのである。すなわち、個々の原料のそれぞれを溶融した後、混合することで効果を発揮しているのである。   As described above, in the present invention, since the raw materials are produced independently, it is also a great feature that the mixing ratio can be changed according to the required conditions as described above. If you look at the composition table, it is possible to adjust the formulation from the beginning and produce the raw material of the same composition with a single molten raw material, but in that case the raw material of calcia stabilized zirconia, the polishing performance of the present invention, There is no improvement in workability. That is, the effect is exhibited by mixing each raw material after melting.

本発明の砥粒及びその製造方法によれば、酸化セリウムを用いることなく、あるいは酸化セリウムを用いる場合であっても、従来の砥粒より極めて少量のみ用いることで、従来の酸化セリウムを主原料とする砥粒と同等の研磨性能を実現することが可能となり、したがって本発明は、高価な酸化セリウムの代替品としての砥粒を提供することができるので、研磨材としての砥粒を製造する産業部門のみならず、光学レンズを含むガラス製品やその他のものを研磨する諸産業において有用である。   According to the abrasive grains of the present invention and the method for producing the same, the conventional cerium oxide is used as the main raw material without using cerium oxide or by using only a very small amount of the conventional abrasive grains even when cerium oxide is used. Therefore, the present invention can provide abrasive grains as an alternative to expensive cerium oxide, and therefore, the abrasive grains as an abrasive are manufactured. It is useful not only in the industrial sector, but also in various industries for polishing glass products including optical lenses and others.

S1、S11 粉砕ステップ
S2、S12 分級ステップ
S3、S13 微粉砕ステップ
S4、S14 微粉分級ステップ
S15 添加剤混合ステップ
S16 第1のカルシア安定化ジルコニアと第2のカルシア安定化ジルコニアの混合ステップ
S17 梱包ステップ
S1, S11 Grinding step S2, S12 Classification step S3, S13 Fine grinding step S4, S14 Fine powder classification step S15 Additive mixing step S16 First calcia-stabilized zirconia and second calcia-stabilized zirconia step S17 Packing step

Claims (8)

第1のカルシア安定化ジルコニアと、前記第1のカルシア安定化ジルコニアよりカルシアの添加量を増加させた第2のカルシア安定化ジルコニアの混合物からなる砥粒であって、前記第1のカルシア安定化ジルコニアは、電融ジルコニアであり、前記第2のカルシア安定化ジルコニアは、電融ジルコニアとジルコン酸カルシウムが共存しているものであり、前記第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度が前記第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度より大きい砥粒。   An abrasive comprising a mixture of first calcia-stabilized zirconia and second calcia-stabilized zirconia in which the amount of calcia added is increased from that of the first calcia-stabilized zirconia, the first calcia-stabilized Zirconia is electrofused zirconia, the second calcia-stabilized zirconia is a coexistence of electrofused zirconia and calcium zirconate, and the particle size of the first calcia-stabilized zirconia is the second Abrasive grain larger than that of calcia stabilized zirconia. 前記第1のカルシア安定化ジルコニアのカルシア添加量が数重量%であり、前記第2のカルシア安定化ジルコニアのカルシア添加量が数十重量%である請求項1に記載の砥粒。   The abrasive according to claim 1, wherein the calcia addition amount of the first calcia-stabilized zirconia is several weight percent, and the calcia addition amount of the second calcia-stabilized zirconia is several tens weight percent. 前記第2のカルシア安定化ジルコニアが前記第1のカルシア安定化ジルコニアに対し10〜90重量%で混合されている請求項1又は2に記載の砥粒。   The abrasive according to claim 1 or 2, wherein the second calcia-stabilized zirconia is mixed in an amount of 10 to 90% by weight with respect to the first calcia-stabilized zirconia. 前記第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度が前記第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度と比べ粒度差指数にて1.0以下である、請求項1から3のいずれか1つに記載の砥粒。   The abrasive grain according to any one of claims 1 to 3, wherein a particle size difference index of the first calcia-stabilized zirconia is 1.0 or less in comparison with a particle size of the second calcia-stabilized zirconia. . 前記第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度より粒度の大きい酸化セリウムが数重量パーセント添加されている請求項1から4のいずれか1つに記載の砥粒。   The abrasive according to any one of claims 1 to 4, wherein cerium oxide having a particle size larger than that of the first calcia-stabilized zirconia is added by several weight percent. 第1のカルシア安定化ジルコニア原料を粉砕・分級し、所定の粒度分布を得るステップと、第2のカルシア安定化ジルコニア原料を粉砕・分級し、前記所定の粒度分布の中心粒度より小さい中心粒度の粒度分布を得るステップと、
前記粉砕・分級された前記第1のカルシア安定化ジルコニアと前記粉砕・分級された前記第2のカルシア安定化ジルコニアとを所定比率で混合するステップとを、
有する砥粒の製造方法。
Crushing and classifying the first calcia-stabilized zirconia raw material to obtain a predetermined particle size distribution; crushing and classifying the second calcia-stabilized zirconia raw material; Obtaining a particle size distribution;
Mixing the pulverized and classified first calcia-stabilized zirconia and the pulverized and classified second calcia-stabilized zirconia at a predetermined ratio;
The manufacturing method of the abrasive grain which has.
前記第1のカルシア安定化ジルコニアを粉砕・分級するステップと前記第2のカルシア安定化ジルコニアを粉砕・分級するステップが、それぞれ前記第1のカルシア安定化ジルコニアの粒度が前記第2のカルシア安定化ジルコニアの粒度と比べ粒度差指数にて1.0以下となるように、行われる請求項6に記載の砥粒の製造方法。   The step of pulverizing and classifying the first calcia-stabilized zirconia and the step of pulverizing and classifying the second calcia-stabilized zirconia have a particle size of the first calcia-stabilized zirconia, respectively. The manufacturing method of the abrasive grain of Claim 6 performed so that it may become 1.0 or less by a particle size difference index compared with the particle size of a zirconia. 前記混合するステップにおいて、あるいは前記混合するステップの前後において、さらに酸化セリウムを数重量%添加するステップを有する請求項6又は7に記載の砥粒の製造方法。
The method for producing abrasive grains according to claim 6 or 7, further comprising a step of adding several weight percent of cerium oxide in the mixing step or before and after the mixing step.
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