(57)【要約】  本発明は球研摩器を用いてセラミック球を研摩するための特に経済的な方法に関する。この発明は合成樹脂中に結合されている研摩ダイヤモンド粒子を持つ研摩ホイールが使用されることを特徴とする。【選択図】  図１
2008528304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば酸化物セラミック、カーバイド、窒化ケイ素、宝石及び準宝石及び／またはガラスのようなセラミック材料から作られた球を、球研摩器を用いて研摩するための方法において、研摩が合成樹脂中に結合された研摩粒子を持つ研摩ホイール（３ａ）を用いて実行され、この研摩粒子が５０％より多いダイヤモンド及び５％未満のＣｒ２Ｏ３からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
研摩粒子が９０％より多いダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
研摩粒子が１００％ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
合成樹脂結合がホットプレスフェノール樹脂またはポリイミド結合であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
用いられる案内ディスク（１）が鋼またはキャストディスクであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
研摩ホイール（３ａ）がＤ１８１からＤ２までの粒子寸法を持つことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
研摩ホイール（３ａ）が支持板（３）に固定されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
添加される冷却滑剤がホーニング油または研摩乳液であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
二つの研摩ホイール（３ａ，１ａ）がストーンツーストーン法で使用されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
二つの研摩ホイール（３ａ，１ａ）が実質的に同じ構造のものであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
例えば酸化物セラミック、カーバイド、窒化ケイ素、宝石及び準宝石及び／またはガラスのようなセラミック材料から作られた球を、結合された研摩ダイヤモンド粒子を持つ研摩ホイールを用いて研摩するための装置において、研摩ホイール（３ａ）が合成樹脂結合、特にホットプレスフェノール樹脂結合を持つことを特徴とする装置。
【請求項１２】
研摩ホイール（３ａ）が支持板（３）に固定されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
例えば酸化物セラミック、カーバイド、窒化ケイ素、宝石及び準宝石及び／またはガラスのようなセラミック材料から作られた球の研摩のための、合成樹脂中に結合された研摩ダイヤモンド粒子を持つ研摩ホイール（３ａ）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミック球を研摩するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
用語“セラミック球”は、本特許出願の文脈では、例えば酸化物セラミック、カーバイド、窒化ケイ素、宝石及び準宝石、更にガラスのようなセラミック材料から作られた球を言及するものとして理解されるべきである。
【０００３】
現在、低い表面粗度及び高品質級を達成するためのセラミック球の研摩は、一般的に金属球の機械加工のためにも使用されるような装置を用いて実施される。セラミック球は、この場合、実際には研摩されず、むしろラップ仕上げされる。金属球の機械加工では結合された研摩粒子を持つ研摩ホイールを用いる初期粗研摩及びその後の微細研摩が与えられ、ラップ仕上げはペースト形態で存在する研摩粒子によりその後任意に実施されるが、セラミック球は研摩ホイールを用いて機械加工されず、むしろ全研摩工程にわたりラップ仕上げされる。研摩ペースト中に存在する研摩粒子は、この場合、一般的にダイヤモンド形態である。
【０００４】
技術的に、この方法は研摩速度が最大で１日当り１００μｍの大きさのオーダーであるため実施するのが非常に困難である。０．２〜０．４インチの球直径で実現される研摩は不均一境界層の厚さに相当し、ある場合には数日の機械加工時間でのみ達成される。加えて、ラップ仕上げ工程後、セラミック球は付着する研摩ペーストにより著しく汚染される。球を洗浄するための従来の方法では、この研摩ペーストはある場合に除去するのが非常に困難である。自由なダイヤモンド粒子でのラップ仕上げ時に二つの金属ディスクの摩滅度は極めて高い。最後に、ダイヤモンドの非常に高い消耗はこの方法の費用を全体として大きく増加する。結果として、セラミック球の使用は費用が二次的に重要である用途においてのみ、特にボールベアリングの分野において確立されることとなった。
【０００５】
費用効果を改善する試みがＵＳ特許明細書ＵＳ６１７１１７９Ｂ１に見出される。前記文献で与えられた研摩器では、研摩ホイールは電解的に結合された研摩粒子を備えている。固定された案内ディスクは、セラミック球の研摩ホイールに対する最適な均一押圧を確保するために個々にそれぞれ油圧負荷されている多数の案内リングを持つ。この装置は実際に成功したことを証明されていない。研摩ホイールのサービス寿命は短すぎると思われる。
【０００６】
日本特許出願ＪＰ０５０４２４６７Ａは０．０１から３μｍの平均粒子径を持つＣｒ２Ｏ３の５〜６０容量％の研摩粒子を持つバフを用いて窒化ケイ素球を磨く方法を開示する。球の機械加工は表面の研摩速度に関して非常に低い。試験では、６０μｍの研摩が５０時間にわたって達成された。即ち、１時間当り略１μｍであった。第二試験で達成された表面粗度はＲａ＝０．００５μｍである。Ｃｒ２Ｏ３の一部をダイヤモンドで置き換えることも提案するこの方法は、研摩速度がセラミック球の研摩のためにはまだ不満足であるけれども、高い表面品質を達成するためには適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、必要な品質及び球の直径の低い発散を持つセラミック球のより経済的な製造を可能とするセラミック球を研摩するための方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１の特徴を持つ方法により、そして請求項９の特徴を持つ装置により達成される。
【０００９】
研摩は合成樹脂中に結合された研摩粒子を持つ研摩ホイールを用いて実施され、更にこの研摩粒子が５０％より多いダイヤモンドと５％未満のＣｒ２Ｏ３からなるので、研摩ホイールまたは研摩ライニングの低い摩滅度により高い研摩速度が達成されることができる。もし研摩粒子がＣｒ２Ｏ３を含まず、特にもし研摩粒子が純ダイヤモンドからなるなら有利である。これは最も近い従来技術の研摩速度より略１０倍高い研摩速度を可能とし、一方平均表面粗度は従来技術のそれより１０倍大きい。従って、研摩粒子のダイヤモンド含有量は５０％より大きく、特に９０％より大きく、特に好ましくは１００％ダイヤモンドからなる研摩粒子である。
【００１０】
有利には、合成樹脂結合はホットプレスフェノール樹脂結合またはポリイミド結合であり、細孔容積は好ましくはゼロに近い。
【００１１】
研摩ホイールは好ましくはＤ１８１（ＦＥＰＡ標準規格による、平均粒子径＝１８１μｍ）からＤ２（平均粒子径＝２μｍ）までの粒子寸法を持ち、Ｄ１８１からＤ２５の粒子寸法は粗研摩のために使用され、Ｄ１５からＤ２の粒子寸法は微細研摩のために好ましい。
【００１２】
使用時に、研摩ホイールは、もしそれらが研摩ライニングとして支持板に固定、特にパテを用いて取付けられるなら、わずかな変形を受ける。摩滅度はもし添加された冷却滑剤がホーニング油であるなら更に減少される。
【００１３】
本発明の別の実施態様はストーンツーストーン法で使用される二つの研摩ホイールを提供し、この二つの研摩ホイールは特に実質的に同じ構造のものである。
【００１４】
上述の方法は、結合された研摩ダイヤモンド粒子を持つ研摩ホイールを用いてセラミック球を研摩するための本発明による装置において、研摩ホイールが合成樹脂結合、特にホットプレスフェノール系樹脂結合を持つことがなされるという事実の結果として可能である。研摩ホイールは、この場合、パテを用いて支持板に取付けられることができ、かくして工程圧力下での機械的安定性を促進しかつホイールの製造のための材料費を最少化する。
【００１５】
また、本発明は、特に金属球の研摩のために知られているような従来の球研摩器を用いて、セラミック球の研摩のための、合成樹脂中に結合された研摩ダイヤモンド粒子を持つ研摩ホイールの使用である。
【００１６】
図面を参照しかつ三つの実施例を参照して本発明を以下に説明する。
図１は研摩ホイール及び垂直駆動軸を持つ、球の研摩のための装置を示し；そして
図２は垂直軸を持つ、ストーンツーストーン法で球を研摩するための装置を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は垂直駆動軸を持つ機械での球の研摩の原理を示す。図１は球を研摩するための装置の概略平面図及び側面図である。この場合、好ましくは鋳鋼から作られた固定案内ディスクが設けられている。案内ディスク１はその下側に周囲案内溝（複数）を持ち、その中に研摩される大きな数の球２が案内される。下側から設けられているのは支持板３であり、それはその上に配置された研摩ライニング３ａを持ち、駆動軸により回転させられることができる。球入口及び出口４は装置に装填しかつ装置から取出すために設けられている。
【００１８】
図２は図１に示されたものと同様の研摩器を示す。この研摩器の場合、固定案内板１はまた、回転支持板３の研摩ライニング３ａに対向して配置された研摩ライニング１ａを備えている。研摩される球２は二つの研摩ホイール１ａと３ａの間に配置される。
【００１９】
両実施態様において、研摩の目的のために、圧力Ｐが上側から固定案内ディスク１上に及ぼされる。支持板３は駆動体により回転させられ、従って球２は案内溝内でころがる。案内溝の種々の領域内の速度の差はセラミック球の表面に関して研摩ライニングの運動を起こす。研摩ライニング内に設けられた研摩粒子はそのとき球の表面の研摩を導き、従って表面品質及び球形状の改善を導く。
【００２０】
本発明による方法は、この場合、垂直駆動軸を含む球研摩器上及び水平駆動軸を含む球研摩器上の両方で実施されることができる。
【００２１】
研摩工程中に、添加される冷却滑剤はホーニング油であり、それは研摩粒子及びセラミック球の周りをすすぎ洗いし、研摩粒子、結合粒子及び研摩ホイールの表面から砕かれた研摩球を除去し、従ってかかる要素は球の表面に付着せず、研摩工程に逆影響を及ぼさない。
【００２２】
本発明による方法を用いて達成された結果は三つの試験例を参照して以下に説明される。
【００２３】
試験１〜３は２００ｍｍの直径と４ｍｍの厚さを持つ研摩ホイールを用いた。研摩ホイールはパテを用いて鋼支持板に取付けられた。添加された冷却滑剤はＭＬ  Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ＧｍｂＨからのホーニング油ＥＭＯＬ（登録商標）−Ｏ−ＨＯＮ  ９２０  ＮＶであった。圧力板は鋼からなり、五つの周囲溝を持っていた。研摩は垂直軸を持つ研摩器上でホッパーなしに実施された。
【００２４】
試験１：
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）から作られかつ５．９６ｍｍ〜６．０３ｍｍの出発寸法を持つ丸い球が機械加工された。１バッチは略１４０球を含んでいた。達成された最終寸法は５．５０ｍｍであった。研摩は４時間の研摩時間にわたって５０４μｍであった。従って、研摩速度は１時間当たり略１２５μｍであった。試験の完了後の研摩ホイールの溝の深さは０．５ｍｍであった。
【００２５】
試験２：
ＺｒＯ２から作られかつ５．７２ｍｍ×５．２５ｍｍの出発寸法を持つたる形状の球が機械加工された。合計で、バッチは３００個の素材を含んでいた。最終寸法は５．１５ｍｍであった。平均研摩は３．５時間の研摩時間にわたって５７０μｍであった。これは１時間当り１５２μｍの平均研摩速度に相当する。試験完了後の研摩ホイールの溝の深さは０．９４ｍｍであった。
【００２６】
試験３：
５．３４ｍｍの出発寸法を持つ窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）から作られた球が機械加工された。バッチは３００個の素材を含んでいた。最終寸法は５．１６ｍｍであった。平均研摩は３．５時間の研摩時間にわたって１８０μｍであった。平均研摩速度は１時間当り５１μｍであった。試験完了後の研摩ホイールの溝の深さは１．１０ｍｍであった。
【００２７】
特定された溝深さは同じ研摩ホイールが全ての三つの連続試験で用いられたときと同じ研摩ホイールに基づいている。従って、試験２は０．５ｍｍの溝深さを持って出発し、一方試験３は０．９４ｍｍの溝深さを持って出発した。従って、溝深さは例えば試験３で単に０．１６ｍｍだけ寸法が増えた。
【００２８】
試験４：
６．１２ｍｍの出発寸法を持つ窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）から作られた球が機械加工された。一つの試験で合計３４０品目が機械加工された。研摩時間は９時間であった。達成された最終直径は５．９５６ｍｍであった。これは９時間にわたって１２０μｍまでの研摩に相当する。達成された表面粗度Ｒａは０．０５μｍ〜０．０６μｍである。
【００２９】
この試験は良好な研摩速度が低い溝深さであっても達成されることを示す。通常、球の研摩において、研摩は球の直径の略２０％の溝深さまで始まらない。本件の三つの試験におけるような、低い溝深さでは、球の形態は通常、比較的不良である。しかし、三つの試験の結果は高い研摩、良好な真円度及び直径の顕著な発散が研摩ホイールの溝の非常に低い深さであっても達成されることができることを示す。高い研摩値に比べると、研摩ホイールに対する摩滅度は非常に低い。試験２の長いたる形状素材が丸い球状素材と全く同じように機械加工されることができることは注目すべきである。
【００３０】
研摩ホイールまたは支持板にパテを用いて取付けられた研摩ライニングまたは研摩ホイールに対する低い摩滅度及び良好な研摩速度は合成樹脂中の研摩粒子の結合のためである。この結合は、従来技術の電解結合と対照的に、結合母材中の研摩粒子の低い弾性運動を保証する。この弾性は極めて硬いセラミック球により起こされるようなピーク負荷の際に顕微鏡的範囲で研摩粒子を偏向させ、かくして研摩ホイールのサービス寿命を大きく増大する。研摩速度はまた、球が研摩工程時の研摩ホイールに溝を形成するため改善される。溝の深さは比較的低い。しかし、それは殆ど溝を形成することができない電解的に結合された研摩ホイールの場合におけるよりも大きい。
【００３１】
最後に、金属キャリヤ板上の電解的に結合された研摩ダイヤモンド粒子の場合、結合に対する損傷が結合の全領域の破壊を導き、従って研摩ホイールからの落下を導くことが予想されるが、これは合成樹脂中に結合された研摩ホイールではその自己研削機構の結果として当てはまらない。
【００３２】
結果として、研摩された球は真円度及び直径の発散に関して良好であった。研摩速度は既知の方法の研摩速度より少なくとも一オーダーの大きさだけ大きい。表面粗度は一つの場合でのみ試験された。このことについて、粗研摩及び微細研摩の後にラップ仕上げがなされることができる。
【００３３】
セラミック球を研摩するための新規な方法及び新規な装置は良好な研摩結果を有する高い研摩速度のみならず近代化された方法に容易に受入れられる研摩器の使用をも可能とする。例えば球を供給するためのホッパーの使用が可能である。冷却滑剤の使用は研摩工程が技術的に制御されること及び対応するフィルター手段が連結されることを可能とし、その結果としてこの方法は極めて環境的に優しいものとされることができる。研摩工程後の球の浄化もまた、特に簡単であり、ラップ仕上げに対して典型的な付着研摩ペーストがないので従来の球洗浄器で実行されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】研摩ホイール及び垂直駆動軸を持つ、球の研摩のための装置を示す。
【図２】垂直軸を持つ、ストーンツーストーン法で球を研摩するための装置を示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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