KR101856273B1

KR101856273B1 - 배럴 연마용 무기질 매체

Info

Publication number: KR101856273B1
Application number: KR1020137019489A
Authority: KR
Inventors: 다카시 나이토; 다쿠야 이토오
Original assignee: 신토고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2018-05-09
Also published as: JP5720903B2; JPWO2012086679A1; KR20130130800A; WO2012086679A1; CN103282159A

Abstract

조 마무리 연마를 가능하게 하는 동시에 내마모 성능이 우수한 배럴 연마용 무기질 매체를 제공한다. 배럴 연마에 의해 발생하는 슬러지가, 산업 폐기물로서 처리되므로 환경 부하에의 영향도 크고, 또한 비용에도 크게 영향을 미치는 것에 비추어, 조 마무리 연마를 가능하게 하는 동시에 내마모 성능이 우수한 배럴 연마용 무기질 매체를 얻기 위해, 점토질 미립자와 연마재 입자의 혼합 재료를 소결시키고, 배럴 연마용 무기질 매체는, 적어도 60∼80중량％의 산화알루미늄과, 10∼30중량％의 이산화규소와, 4∼8중량％의 산화지르코늄과, 1∼3중량％의 산화칼슘을 포함한다.

Description

배럴 연마용 무기질 매체 {INORGANIC MEDIUM FOR BARREL POLISHING}

본 발명은, 피연마 물품의 버어 제거, 라운딩 부여, 평활화, 광택 내기 등을 위해 행해지는 배럴 연마에 사용되는 배럴 연마용 무기질 매체에 관한 것이다.

배럴 연마용 매체(「연마석」이라고도 칭해지고 있음)는, 연마 목적에 맞추어 수 밀리미터로부터 수십 밀리미터의 구형, 원기둥형, 삼각뿔형, 삼각 기둥형 등의 임의 형상으로 성형한 연마력을 갖는 소립체이다. 이 배럴 연마용 매체는, 일반적으로, 주로 연마력을 담당하는 연마재와, 이 연마재를 내재하여 연마석을 실질적으로 구성하는 결합재에 의해 구성되어 있다.

무기질 매체는, 알루미나 등의 지립과 보크사이트 등의 무기질 결합재의 혼합 재료를 소결하여 형성되는 것이며, 저렴한 동시에 연마력이 크기 때문에, 버어 제거나 라운딩 부여 등의 조(粗) 마무리 연마에 사용되는 경우 가 많다(특허문헌 1, 2 참조).

그런데, 배럴 연마는, 피연마 물품, 연마용 매체 및 연마수로 이루어지는 매스를 연마조 내에 넣고, 연마층을 자전, 공전, 혹은 진동시키거나, 또는 저부의 회전반을 회전시킴으로써 매스를 유동시킴으로써 행해진다. 즉, 이 매스의 유동의 결과 발생하는 피연마 물품과 매체의 마찰력에 의해 피연마 물품의 버어 제거, 라운딩 부여, 평활화, 광택 내기 등을 행한다. 이러한 배럴 연마는, 복잡한 형상의 물품을 한 번에 대량 처리할 수 있으므로, 종래부터 널리 물품의 제조 공정에 채용되고 있다. 그러나, 연마함으로써 발생하는 슬러지는, 산업 폐기물로서 처리하기 때문에, 환경 부하에의 영향도 크고, 비용도 높아진다고 하는 문제가 있었다.

일본 특허 출원 공개 평10-146749호 공보 일본 특허 공고 소44-23873호 공보

본 발명의 목적은, 조 마무리 연마를 가능하게 하는 동시에 내마모 성능이 우수한 배럴 연마용 무기질 매체를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 관한 배럴 연마용 무기질 매체는, 소결체인 배럴 연마용 무기질 매체이며, 60∼80중량％의 산화알루미늄과, 10∼30중량％의 이산화규소와, 4∼8중량％의 산화지르코늄과, 1∼3중량％의 산화칼슘을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 소결체인 배럴 연마용 무기질 매체가, 60∼80중량％의 산화알루미늄을 주성분으로 하여 포함하고, 또한 4∼8중량％의 산화지르코늄을 성분으로서 포함하므로, 조 마무리 연마를 가능하게 하면서 내마모 성능의 향상을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 바람직하게는, 소결체는 점토질 미립자와 연마재 입자를 포함하는 혼합 재료를 소결시킨 소결체이다.

본 발명은, 조 마무리 연마를 가능하게 하면서 내마모 성능의 향상을 실현하고, 이에 의해, 산업 폐기물 저감에 의한 비용 삭감 및 환경 부하 저감을 실현한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 배럴 연마용 무기질 매체의 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명이 적용된 배럴 연마용 무기질 매체와, 비교예의 매체의 손모율의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명이 적용된 배럴 연마용 무기질 매체와, 비교예의 매체의 연마량의 실험 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 배럴 연마용 무기질 매체에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 배럴 연마용 무기질 매체의 예를 도시하는 사시도이다.

본 실시 형태에 의한 배럴 연마용 무기질 매체는, 연마 목적에 맞추어 수 밀리미터로부터 수십 밀리미터의 구형, 원기둥형, 삼각뿔형, 삼각 기둥형 등의 임의 형상으로 성형된다. 도 1의 (a)∼(d)에, 그 형상의 예를 도시한다. 도 1의 (a)는 삼각 기둥형, 도 1의 (b)는 삼각 기둥의 중간부를 비스듬히 절단하여 얻어지는 형상, 도 1의 (c)는 구형, 도 1의 (d)는 원기둥형이다.

본 발명의 실시 형태에 의한 연마용 무기질 매체(이하, 단순히 「매체」또는 「본 발명의 매체」라고도 함)는, 점토질 미립자와 연마재 입자의 혼합 재료가, 60∼80중량％(연마용 무기질 매체의 중량에 대한 중량비)의 산화알루미늄(Al₂O₃)과, 10∼30중량％의 이산화규소(SiO₂)와, 4∼8중량％의 산화지르코늄(ZrO₂)과, 1∼3중량％의 산화칼슘(CaO)을 적어도 포함하도록 조정하고, 이러한 조성을 갖는 혼합 재료를 소결시킨 것이다. 이러한 조성의 혼합 재료를 소결시킴으로써 얻어진 매체는, 60∼80중량％의 산화알루미늄(Al₂O₃)과, 10∼30중량％의 이산화규소(SiO₂)와, 4∼8중량％의 산화지르코늄(ZrO₂)과, 1∼3중량％의 산화칼슘(CaO)을 포함한다. 이하의 실시예에서 나타내는 바와 같이, 종래의 매체에 비해, 연마력을 유지한 상태에서 손모율을 대폭 개선할 수 있다.

여기서, 점토질 미립자라 함은, 모아져 점토 상태로 될 수 있는 미립자이다. 예를 들어, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 이산화규소, 산화칼슘, 산화마그네슘 등이 혼합되어 있는 상태를 의미한다. 또한, 연마재 입자는, 적어도 산화알루미늄을 포함하는 입자이면 좋다.

다음에, 본 발명에 관한 실시예 1∼3의 매체를, 본 발명과 비교하기 위한 비교예 1, 2의 매체와 함께 설명한다. 비교예 1은, 종래부터 널리 조 마무리 가공에 사용되고 있는 매체의 조성의 일례이다. 비교예 2는, 광택 마무리에 사용되는 산화알루미늄 주체의 결합재에 연마재 입자를 혼합하여 연마력을 조 마무리 가공할 수 있도록 배합한 예이다. 실시예 1∼3과, 비교예 1, 2의 각 성분의 비율은, 표 1과 같다.

실시예 1∼3의 매체와, 비교예 1∼2의 매체는, 예를 들어 다음에 설명하는 바와 같은 종래와 마찬가지의 방법에 의해 얻어진다. 또한, 제조 방법은 이것에 한정되는 것은 아니며, 연마의 목적에 맞추어 정해지는 매체의 형상에 따라서 적절하게 종래부터 관용적으로 행해지고 있는 방법을 선택하여 제조해도 된다.

우선, 표 1의 각 배합율로 되도록, 각 원료를 혼합하고, 약 15％의 물을 가한 슬러리로서 혼련하고, 얻어진 슬러리를 압출 성형기에 투입하여 한 변이 약 15㎜ 정도인 삼각 기둥 형상으로 성형하고, 그것을 길이(삼각 기둥의 높이) 약 15㎜ 정도로 되도록 절단하고, 건조시켜 매체 그린체를 얻는다.

다음에, 얻어진 매체 그린체를 내열 용기에 넣고, 온도 관리된 소성로 내에 있어서 온도 1300∼1500℃에서 약 2시간 소성함으로써 각 매체를 얻는다. 이 경우, 소결 온도가 1300℃보다 낮으면 매체의 강도가 저하되고, 소성 온도가 1500℃보다 높으면 매체의 형상을 유지할 수 없다. 또한, 온도 1300∼1500℃의 범위 내에서의 적합한 소성 온도(예를 들어, 약 1400℃)는 매체의 조성에 따라 조절할 필요가 있으므로, 처음의 성분이나 형상의 매체를 소성하려고 하는 경우에는, 사전에 시료를 작성하고 그 소성 시험을 행하여 적합한 소성 온도를 조사해 둘 필요가 있는 것은 물론이다.

얻어진 매체 12리터를 신토 고교(新東工業) 가부시끼가이샤제의 배럴 연마 장치(파워 롤 플로우 EVFX-1)에, 물 10리터, 컴파운드 7밀리리터와 함께 넣었다. 피가공물로서는, 직경 22㎜이고 길이 15㎜인 원기둥 형상의 탄소강(S45C JIS 규격)(C:0.42∼0.48％, Si:0.15∼0.35％, Mn:0.60∼0.90％, P:0.03％ 이하, S:0.035％ 이하)제의 시험편을 혼입하여, 1시간의 연마 테스트를 실시하였다. 도 2에, 연마석의 중량 감소의 비율을 계측하여 구한 손모율의 결과를 나타낸다. 도 3에, 시험편의 중량 감소량을 계측하여 구한 연마량(연마력을 나타내는 것으로서)의 결과를 나타낸다. 도 2 및 도 3 중에 있어서, E1, E2, E3은, 각각 실시예 1, 2, 3의 결과를 나타내고, CE1, CE2는, 비교예 1, 2의 결과를 나타낸다. 도 2 중의 종축은 손모율(％)을 나타내고, 도 3 중의 종축은 연마량(mg)을 나타낸다.

도 2의 결과로부터 손모율은, 비교예 1(종래 널리 사용된 예)이 8.62％인 것에 반해, 비교예 2(산화알루미늄 주체의 조성의 예)가 5.20％로, 비교예 1보다는 개선(비교예 1의 60％ 정도)되어 있는 것이 나타내어진다. 실시예 1에서는, 산화지르코늄 성분을 배합함으로써, 손모율을 3.34％로 할 수 있어, 비교예 1, 2에 비해 대폭 개선(비교예 1의 39％ 정도, 비교예 2의 64％ 정도)된 것이 나타내어져 있다. 실시예 2, 3의 경우에도, 실시예 1과 대략 마찬가지의 결과가 얻어졌다.

또한, 도 3의 결과로부터, 비교예 1이 연마량 207㎎이고, 비교예 2가 연마량 191.5mg인 것에 반해, 실시예 1이 162.5mg으로 되어 있어, 손모율의 감소와 함께 연마력이 감소되어 있다. 일반적으로, 손모율과 연마력(연마량)은 비례의 관계에 있다고 일컬어지고 있지만, 매체의 손모율 1％에 대한 연마량을 비교하면, 비교예 1에서는 24.0이고, 비교예 2에서는 36.8인 것에 반해, 실시예 1에서는 48.7로 되어 있어, 실시예 1의 연마 효율이 매우 큰 것을 확인할 수 있었다. 실시예 2, 3의 경우에도, 실시예 1과 대략 마찬가지의 결과가 얻어져 있어, 상기 실시예의 연마 효율이 매우 큰 것을 확인할 수 있었다.

이상과 같이, 실시예 1∼3의 매체는, 조 마무리 연마를 가능하게 하면서 내마모 성능의 향상을 실현하고 있다. 종래(비교예 1)의 매체에 비해, 손모율이 약 40％로 되므로, 2배 이상의 수명으로 되고, 또한 슬러지의 발생량도 감소하여, 산업 폐기물의 발생량을 대폭 삭감할 수 있어, 환경 부하의 저감에 기여할 수 있다.

본 발명자들은, 인성(靭性)이 낮은 산화알루미늄에, 인성이 높은 산화지르코늄을 첨가함으로써 내마모성이 향상되는 것을 발견하고, 이 지식에 기초하여, 산화알루미늄을 매체의 주성분으로 하는 동시에 산화지르코늄 성분을 적정하게 첨가한 배합으로 함으로써, 조 마무리 연마를 가능하게 하면서 내마모 성능의 향상을 실현하는 범위를 얻을 수 있었다.

본 발명을 적용한 배럴 연마용 무기질 매체는, 점토질 미립자와 연마재 입자의 혼합 재료를 소결시켜, 상술한 바와 같은 성분 상태로 된 산화알루미늄과, 이산화규소와, 산화지르코늄과, 산화칼슘을 포함함으로써, 조 마무리 연마를 가능하게 하면서 내마모 성능의 향상을 실현하고, 이에 의해, 산업 폐기물 저감에 의한 비용 삭감 및 환경 부하 저감을 실현한다.

또한, 상술한 매체는, 삼각 기둥형의 형상인 것에 한정되는 것은 아니며, 구형, 원기둥형이나, 원기둥의 단면을 타원 형상으로 한 형상, 삼각뿔형을 포함하는 각종 각뿔형, 삼각 기둥형을 포함하는 각종 각기둥형 등이어도 된다. 또한, 원기둥이나 각기둥을 그 축(여기서 축이라 함은, 예를 들어 원형이나 삼각형인 단면에 직교하는 방향을 의미하는 것으로 함)에 직교하는 평면에 대해 소정의 각도를 갖는 평면으로 절단한 것과 같은 형상이어도 된다. 또한, 대략 삼각 기둥 형상의 측면이 내측으로 우묵하고, 상기 대략 삼각 기둥 형상의 삼각형을 구성하는 각 꼭지각 부분이 원호 형상인(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2003-231053호 공보 참조) 형상이어도 되고, 또한 이들 형상을 그 축에 직교하는 평면에 대해 소정의 각도를 갖는 평면으로 절단한 것과 같은 형상이어도 된다.

1 : 배럴 연마용 무기질 매체
E1, E2, E3 : 실시예 1, 2, 3의 결과
CE1,CE2 : 비교예 1, 2의 결과

Claims

소결체인 배럴 연마용 무기질 매체이며,
60∼80중량％의 산화알루미늄과, 10∼30중량％의 이산화규소와, 4∼8중량％의 산화지르코늄과, 1∼3중량％의 산화칼슘을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 배럴 연마용 무기질 매체.
제1항에 있어서, 상기 소결체는, 점토질 미립자와 연마재 입자를 포함하는 혼합 재료를 소결시킨 소결체인, 배럴 연마용 무기질 매체.