JP2019210444A - 高度の不規則形状を有する超砥粒研磨材 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、衝撃破砕によって生じた鋭いエッジを有し、また内部欠陥の増加による破砕性の向上も併せ持つことによって、特に電子部品等の微細精密加工において大きな加工速度と細かな仕上げ面粗さとを同時に達成しうる、平均粒径４０ミクロン以下のミクロンサイズダイヤモンド砥粒の提供を主な目的とする。【解決手段】 整粒された超砥粒粒子の集合体からなり、個々の粒子が衝撃破砕工程により付与された角張った形状を呈し、かつ投影図形における短軸長さを長軸長さで除した値と定義されるアスペクト比の平均値が０．７４以下であることを特徴とする、高度の不規則形状を有する超砥粒研磨材。【選択図】図１
Description
本発明は精密研削・研磨作業に多用される、ダイヤモンド等の超砥粒から成る研磨材粒子において、特に鋭利な切れ刃及び優れた自生発刃性によって高い研磨効率を示す研磨材粒子に関する。
精密研削・研磨に用いられるダイヤモンド砥粒は、ダイヤモンド本来の物性、特に強度を利用する観点から、欠陥が少なく、結晶面が発達した完全な結晶（自形結晶）に近い砥粒が好ましいとされている。このため合成反応の際には厳密な温度・圧力条件の管理や、種結晶使用による育成領域の管理が行われている。
ミクロンサイズと呼ばれる細かな砥粒の製造においても、比較的粗いサイズについては自形結晶も合成されているが、多くは粗いダイヤモンド粒子を粉砕し、目的とするサイズの粒子を取り出す粉砕・分級操作を用いて製造されている。この際に球状に近い粒子が精度の高い分級に好都合であり、砥粒としても好まれることから、粉砕粒子の形状を整える操作も付加されている。
例えば大型のボールミル、或いは振動ミルを用いて、比較的粗いダイヤモンドに鉄球を打ち付けて目標とするサイズに粉砕し（破砕工程）、針状、板状などの不規則形状の破砕片を砕き、同時に鋭いエッジを落とす目的で、鉄球を用いた比較的弱い粉砕、即ち摩砕に近い条件での粉砕を実施して形状を整え（整粒工程）、さらに篩い分け、或いは水簸操作によってサイズ分けされている（分級工程）。
研磨材等の粒子の形状は屡々アスペクト比により表示されることがある。これは投影した砥粒の個々の像について、最大長さ（長軸長さまたは長軸径）と、長軸径の測定軸に垂直な軸における最大長さ（短軸長さまたは短軸径）とを求め、短軸長さを長軸長さで除した値で表示されることが多い。この表示において、アスペクト比１は投影像が円または正方形であることを示し、１よりも小さくなるのに伴って細長さが増すことになり、イレギュラー形状の指標とすることができる。
数十μｍ或いはそれ以下の粒径を持つダイヤモンド等の研磨材粒子は一般に球状度の高い、即ちアスペクト比が１に近いものが好んで使用され、製造においても破砕、整粒、分級の各段階でこのような粒子の収集に注力されることから、通常利用されている研磨材粒子の前記アスペクト比は、本発明者の測定によると最小でも０．７５程度、好んで用いられている研磨材粒子ではそれ以上と見積もられている。
一方被削材の種類によっては鋭い刃先を有する不規則形状の砥粒、或いは容易に破砕される内部欠陥の多い砥粒を用いることで、大きな加工速度が得られ、単位時間当たりの生産性が高くなる場合のあることも知られている。この理由として、不規則形状砥粒が持つ鋭いエッジが超硬合金などの比較的粘い材料の除去に有効であり、研磨加工の進行に伴って加工に寄与するエッジが鈍くなり、研磨抵抗が増すと破砕されて新たなエッジが生じるという自生発刃作用により、切れ味が持続する効果が挙げられている。易破砕砥粒においても破砕による新しいエッジの出現が切れ味の持続に寄与している。
ダイヤモンド砥粒の切刃の増加による加工能率の向上、研磨面の面粗さの低減、さらには工具結合剤による保持力の向上を達成するために、砥粒表面に突起や裂け目を形成し、湾入の多い輪郭形状とすることも行われている。このような表面加工は、被処理ダイヤモンド砥粒をニッケルや鉄等遷移金属又はこれらの加工物に接して加熱処理することによるエッチング操作によって行われている。
ダイヤモンド研磨材は、他の研磨材に比し格段に硬い物性によって、広範な材料、特に硬くて脆い物質の研削・研磨に優れた加工能力を発揮している。しかし硬質材料の中でも比較的粘い物質、例えば超硬合金の加工においては鋭い刃先による切り取り乃至すくい取りの機能も要求されるところ、ダイヤモンドであっても従来の製品は、かかる加工においては十分に要求に対応しているとは言えなかった。
従って本発明の課題は、衝撃破砕によって生じた鋭いエッジを有し、また内部欠陥の増加による破砕性の向上も併せ持つことによって、特に電子部品等の微細精密加工において大きな加工速度と細かな仕上げ面粗さとを同時に達成しうる、平均粒径４０μｍ以下のミクロンサイズダイヤモンド砥粒の提供を主な目的とする。
本発明によれば、整粒された超砥粒粒子の集合体からなり、個々の粒子が衝撃破砕工程により付与された角張った形状を呈し、かつ投影図形における短軸長さを長軸長さで除した値と定義されるアスペクト比の平均値が０．７４以下であることを特徴とする、高度の不規則形状を有する超砥粒研磨材が提供される。
本発明に固有の不規則形状および小さなアスペクト比をもつ研磨材粒子の製造には、砥粒に大きな機械的衝撃力を加え、主としてへき開割れに起因する割れを生じる高衝撃破砕方法を用いるのが簡便である。
かかる破砕方法にはボールミル、振動ミル、遊星ミルなどの従来からの各種の粉砕装置を用いることができる。但し粉砕条件は、粉砕媒体として用いるボールの質量を大きくし衝突回数を少なくするのが好ましく、また繰り返しボールに接することによって生じる磨砕効果を極力減らす観点から、連続粉砕装置と分級装置とを組み合わせる方式を用いるのが好ましい。さらに、粉砕装置として、各砥粒についての破砕操作が一回限りとなるジェットミルの使用も有効である。
本発明によれば、砥粒は大きな衝撃力を受けことによって破砕されると共に、砥粒内部に多量の欠陥やクラックを生じる。このため砥粒は微小破砕されやすくなり、かかる特性が加工時における自生発刃作用に効果的に寄与する。
破砕された砥粒形状の不規則性の評価方法としては、比較的粗いメッシュサイズ砥粒については、嵩密度の対比によって、整った形状の砥粒と不規則形状砥粒との差を間接的に表すことが可能である。しかしこの方法はミクロンサイズ砥粒への適用が困難であることから、本発明においては比較的簡便な対比方法として提案されている、前記のアスペクト比による評価方法を用いる。
この方法においては、多数個（例えば粒径５μｍ程度の砥粒については１０，０００個、粒径１０μｍ程度の砥粒については２，０００個）のサンプル砥粒を対象として、投影された個々の粒子のアスペクト比を求め、データを統計処理し、それによって粒子集合体の特性値とするものである。
上記の評価方法において、球状に近いタフな、即ち破砕されにくい砥粒を目標に整粒工程が付加された通常工程品の砥粒では、前記したようにアスペクト比が一般に０．７５以上と見積もられる。これに対して高衝撃破砕による破砕品の集合体で構成される本発明品砥粒のアスペクト比は、最大でも０．７４、通常０．７２以下の値を示すという特徴を有している。
本発明の研磨材粒子においては衝撃破砕により生成された鋭利なエッジからなる切れ刃と特異のアスペクト比を持つ砥粒として、電子部品等の微細精密加工において、大きな加工速度と細かな仕上げ面粗さとが同時に達成される。
湿式ボールミルを用いて原料ダイヤモンドの破砕を行った。内径２５４ｍｍ，長さ２００ｍｍのポットに直径１２．７ｍｍの鋼球２０ｋｇを充填し、平均粒径６９μｍのＩＭＳ２００−２３０級ダイヤモンド砥粒を毎分２ｇの割合で毎分２５０ｍＬの水流に載せて送入する操作を２４時間継続した。ボールミルからの流出水は受器に溜めて、固形物を静置沈降させた。
沈降物は粉砕ダイヤモンドと微粉状鉄粉との泥状混合物であり、これをビーカーへ移し替えて塩酸・硝酸混液で煮沸して鉄分を溶解除去し、水簸分級により各サイズに分離した。
分級後の各フラクションのＤ５０値とアスペクト比（形状係数値）を測定した。アスペクト比の測定にはシスメックス社製ＦＰＩＡ−３０００湿式フロー式粒子径・分析装置を用いた。得られた結果を通常工程品と対比する形で表１に示した。
得られたダイヤモンド粒子は各フラクション共に鋭利な切れ刃（エッジ）と、本発明に規定する範囲のアスペクト比とを示した。図１にはサイズ呼び名２−４（Ｄ５０値２．４１５μｍ）の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示すが、エッジ及び形状の特異性は図２に示した通常工程品との対比において顕著になる。
上記で対比のために用いた通常工程品は、ボールミル粉砕に続き整粒操作として、中央加工機（株）製のＡＡ−１型振動ミルを用い、鋼球径６ｍｍ、振動数１６Ｈｚ，振幅約７ｍｍ、運転時間２時間の条件を用いたバッチ操作の振動ミル粉砕が付加されたものである。この対比例に見られるように、本発明品の砥粒は、通常工程品に比してアスペクト比で０．０５ポイント以上の差を有している。
本発明の研磨材粒子は、電子部品等の微細精密加工への利用において、大きな加工速度と細かな仕上げ面粗さとを同時に達成可能である。
Claims (5)
- 整粒された超砥粒粒子の集合体からなり、個々の粒子が衝撃破砕工程により付与された角張った形状を呈し、かつ投影図形における短軸長さを長軸長さで除した値と定義されるアスペクト比の平均値が０．７４以下であることを特徴とする、高度の不規則形状を有する超砥粒研磨材。
- 前記アスペクト比の平均値が０．７２以下である、請求項１に記載の超砥粒研磨材。
- 前記超砥粒がダイヤモンドである、請求項１又は２に記載の超砥粒研磨材。
- 前記超砥粒がＤ５０平均粒径において１００μｍ以下である、請求項１乃至３に記載の超砥粒研磨材。
- 前記超砥粒がＤ５０平均粒径において４０μｍ以下である、請求項１乃至４に記載の超砥粒研磨材。
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