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発明の名称 多孔質レジノイド砥石の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−138149
公開日 平成10年(1998)5月26日
出願番号 特願平8−292491
出願日 平成8年(1996)11月5日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】池田 治幸 (外2名)
発明者 岩井 孝司 / 日下部 亜夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 砥粒が樹脂結合剤によって相互に結合されて成る組織中に多数の気孔を有する多孔質レジノイド砥石の製造方法であって、砥粒、液状樹脂、および界面活性剤から成る流動性混合物を攪拌することにより、該流動性混合物中に多数の気泡を創成させる攪拌工程と、該多数の気泡が創成された流動性混合物を所定の型内に流し込む流し込み工程と、該所定の型内で前記流動性混合物を硬化させる硬化工程とを、含むことを特徴とする多孔質レジノイド砥石の製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質レジノイド砥石の製造方法に関し、特に、組織中に含まれる気孔の大きさおよび分布状態を改良する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、刃物の厚み研削の場合等のように研削砥石との接触面積が大きくなる被研削材やステンレス等に代表される難削材等を研削するに際しては、加工に伴って発生する研削熱によって被研削材の研削面に焼けが発生し易い。そのため、このような加工に用いられる研削砥石は、その構成三要素(砥粒、結合剤、気孔)の一つである気孔の割合(気孔率)を大きくする必要がある。研削加工中に発生した切り粉は気孔内に捕捉されることから、その割合が大きくされていると接触面積が大きい場合や難削材の研削加工のように目詰まりが生じ易い研削加工においてもその目詰まりが好適に防止されるため、焼けが生じ難いのである。したがって、研削砥石は研削焼けの生じ易い加工に用いられるもの程気孔率を高める必要がある。
【0003】ところで、上記のような焼けが発生し易い研削加工においては、上述のように気孔率を高くすることが望まれるだけでなく、研削砥石と被研削材との間の摩擦に起因する発熱量を低下させるために被研削材に柔らかく作用する研削砥石を用いることが望まれることから、例えば、結合剤が樹脂から構成されるレジノイド砥石が用いられる。このレジノイド砥石は、砥粒と粉末状樹脂とを混合して加圧成形する方法で製造される他、液状樹脂中に砥粒を分散させた流動性混合物を所定の型内に流し込んで硬化させる鋳込み法でも製造される。後者の製造方法は、特に研削砥石寸法が大きくなる場合に好適なものであるが、この場合には流動性を備えた液状樹脂が砥粒間に形成される隙間に入り込んで組織が全体的に緻密化するため、高い気孔率を得ることができないという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そのため、従来、液状樹脂を用いて多孔質レジノイド砥石を製造するに際しては、無機化合物や樹脂等から成る中空の気孔材(バルーン或いはバブルと称されるもの)、或いは軟質な造粒フィラーや発泡スチレンビーズのような気孔形成材を、流動性混合物中に更に混合して気孔を形成していた。中空の気孔材を用いる場合には、それらの内部空間によって気孔が疑似的に形成され、軟質な造粒フィラーを用いる場合には、研削時にその造粒フィラーが研削油によって溶かされて流れ出すことにより気孔が形成される。すなわち、この場合「軟質」とは研削油で容易に溶かされることを意味する。また、発泡スチレンビーズを用いる場合には、樹脂が硬化した後に施されるアフターキュアと称される加熱処理の際に熱によって収縮させられることから、その発泡スチレンビーズが占めていた部分が気孔となる。
【0005】しかしながら、上記従来の気孔形成方法では、液状樹脂中に砥粒を分散させるための攪拌工程において、砥粒に加えて液状樹脂中に投入される気孔材(或いは気孔形成材)は固形物である。そのため、砥粒の良好な分散状態が得られるように流動性混合物を十分に攪拌し得る固形物量の上限に基づいて気孔材の添加量が制限される。したがって、上記方法では十分に気孔率を高めることができず、特に研削焼けが発生し易い研削加工において高い研削性を得ることができなかった。しかも、この方法で気孔が形成された従来のレジノイド研削砥石では、気孔材が相互に接触している部分では形成される気孔が相互に連通させられた連通気孔となるが、このような連通気孔は気孔率を高めるために気孔材の添加量を増大させる程多くなる。ところが、研削加工中においてその連通気孔を介して研削砥石内部に研削液が浸透すると、その研削液は通常アルカリ性を呈して結合剤を劣化させて砥粒と樹脂との結合力を低下させることから、気孔率を高くする程、研削砥石の使用寿命が短かくなるという問題もあった。
【0006】本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、高い研削性と長い使用寿命とを有する多孔質レジノイド砥石の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、砥粒が樹脂結合剤によって相互に結合されて成る組織中に多数の気孔を有する多孔質レジノイド砥石の製造方法であって、(a) 砥粒、液状樹脂、および界面活性剤から成る流動性混合物を攪拌することにより、その流動性混合物中に多数の気泡を創成させる攪拌工程と、(b) その多数の気泡が創成された流動性混合物を所定の型内に流し込む流し込み工程と、(c) その所定の型内で前記流動性混合物を硬化させる硬化工程とを、含むことにある。
【0008】
【発明の効果】このようにすれば、攪拌工程において、砥粒、液状樹脂、および界面活性剤から成る流動性混合物を攪拌することにより、その流動性混合物中に多数の気泡が創成され、続く流し込み工程において、所定の型内にその流動性混合物が流し込まれ、更に、硬化工程において、その所定の型内で流動性混合物が硬化させられることにより、多孔質レジノイド砥石が製造される。このとき、流動性混合物は、攪拌工程において攪拌されることによって空気を巻き込まれて内部に多数の気泡が創成されるが、その流動性混合物には界面活性剤が含まれていることから、その起泡作用および整泡作用によって微小且つ均一な気泡が液状樹脂内で一様に発生し、しかも、その状態が長時間に亘って維持されるため、流し込み工程において型内に流し込まれ、更に硬化工程において硬化させられる過程においても、その創成された気泡の殆どが維持される。そのため、多孔質レジノイド砥石中には気泡に由来する多数の気孔が形成されるが、各々の気孔は個々の独立した気泡に対応して形成されていることから、微小で相互に独立し且つ均一に分布するため、多孔質レジノイド砥石は高い気孔率に形成され且つ連通する気孔を介する研削液の浸透が生じ難い。したがって、高い気孔率を有して高い研削性を備え、且つ研削液の浸透に起因する劣化が生じ難いことから長い使用寿命を有する多孔質レジノイド砥石が得られる。
【0009】しかも、上記のように形成された気孔は多孔質レジノイド砥石の組織中に均一に分散させられることとなるため、全面で均一な研削性が長時間に亘って維持され、また、多孔質レジノイド砥石中に砥粒および樹脂結合剤以外の異物が何ら存在しないことから、一層良好な研削性が得られる。因みに、従来の多孔質レジノイド砥石の製造方法、特に無機化合物或いは樹脂等で形成された中空気孔材によって気孔を形成する製造方法においては、多孔質レジノイド砥石中に存在する異物が研削性を阻害することとなって、気孔率が高められているにも拘わらず十分な研削性が得られなかったのである。
【0010】
【発明の他の態様】ここで、好適には、前記液状樹脂がエポキシ樹脂から構成される場合には、前記界面活性剤としては、陽イオン性或いは非イオン性の界面活性剤が用いられる。エポキシ樹脂は、陰イオン性界面活性剤と反応して硬化が促進されるため、攪拌工程において十分な量の気泡が形成され難いことから、それ以外の界面活性剤すなわち陽イオン性或いは非イオン性の界面活性剤が好ましいのである。すなわち、本発明に用いられる界面活性剤の種類は特に限定されないが、液状樹脂の種類を考慮して、それとの反応性が可及的に低いものを用いることが望ましいのである。
【0011】また、好適には、前記攪拌工程は、40〜80 (wt%) の砥粒および60〜20 (wt%) の液状樹脂と、それらの合計に対する割合で1 〜10 (wt%) の界面活性剤とを混合し、攪拌するものである。このようにすれば、所望の砥粒率で40〜60(vol%) 程度の高い気孔率を有する多孔質レジノイド砥石が得られる。なお、このとき、多孔質レジノイド砥石の比重は、0.8 〜1.8 程度となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。
【0013】図1は、本発明の一実施例の製造方法によって製造された多孔質レジノイド砥石10の外観形状を示す斜視図である。多孔質レジノイド砥石10は、例えばナイフの厚み研磨加工等の両頭平面研削に用いられるものであって、研削面となる端面12を図における上側位置に備えると共に、その反対側の端面に小さな幅で僅かに大径とされた保持部14を備えて厚肉略円筒状を成し、例えば、外径φ355 (mm)程度、内径φ250 (mm)程度、厚さ120 (mm)程度の寸法に形成されている。この多孔質レジノイド砥石10は、図2に表面の一部を拡大して示すように、#100程度のアルミナ砥粒16がエポキシ樹脂18によって結合されて構成されており、その組織中に略均一に分布する直径0.1 〜1 (mm)程度の球形の多数の独立した気孔20を備えている。そのため、この多孔質レジノイド砥石10は、例えば、砥粒率がVg =25 (%) 、結合剤率がVb =30 (%) 程度、気孔率がVp =45(%) 程度に形成されており、比重は1.2 程度である。
【0014】上記の多孔質レジノイド砥石10は、例えば、図3に示される工程に従って製造される。先ず、工程1の攪拌工程において、#100程度の粒度のアルミナ砥粒60(wt%) 程度、液状のエポキシ樹脂40 (wt%) 程度、および界面活性剤2(wt%)程度を攪拌機中に投入し、例えば3分間程度の所定時間攪拌・混合する。これにより、液状樹脂中に砥粒および界面活性剤が混合された流動性混合物中に空気が巻き込まれて多数の気泡が発生し、流動性混合物は固体(砥粒)、液体(樹脂および界面活性剤)、気体によって気泡が形成された三相状態となる。上記エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールA等の主剤とポリアミド系樹脂等の硬化剤とから成る二液性エポキシ樹脂が用いられ、界面活性剤としては、例えばノニオンタイプ(非イオン性)である濃度70 (%) 程度のポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル等が用いられる。なお、エポキシ樹脂としてこのような二液性のものが用いられる場合には、攪拌工程に先立って主剤および硬化剤が攪拌機中で混合され、その後、界面活性剤および砥粒が順次投入される。但し、界面活性剤と砥粒の投入順序は何れが先でもよい。なお、上記の攪拌時間は、砥粒16が均一に分散し、且つ所望の泡立ち状態が得られるように設定されたものである。
【0015】続く工程2の流し込み工程においては、前記多孔質レジノイド砥石10の形状に対応する内面形状を備えた型内に流動性混合物を流し込み、工程3の硬化工程において、そのまま常温で12時間程度放置することによって樹脂を硬化させる。このとき、攪拌工程において発泡させられた流動性混合物は、界面活性剤を含んでいることから、流し込みおよび硬化の過程においても気泡が消失せず、攪拌終了時の発泡状態を保っている。そのため、硬化終了時において、多孔質レジノイド砥石10の組織中(更に厳密にはエポキシ樹脂18中)には、前記図2に示されるように気泡に由来する多数の気孔20が形成されるのである。なお、流動性混合物には、流し込みから硬化の過程において何ら圧力が加えられないことから、気孔20は、上記の攪拌工程において発生させられた気泡そのままの形状に形成されている。上記のように硬化が終了した後、工程4の熱処理工程において例えば150(℃) 程度の温度で加熱処理(アフタキュア)することにより、前記多孔質レジノイド砥石10が得られる。
【0016】図4は、上記多孔質レジノイド砥石10を両頭平面研削盤に取り付けて使用する状態を説明する図である。図において、両頭平面研削盤には一対の回転軸22a、22b(以下、特に区別しないときは単に回転軸22という)が設けられており、それぞれの対向する先端部側には多孔質レジノイド砥石10を取り付けるためのホルダ24a、24b(以下、特に区別しないときは単にホルダ24という)が備えられている。一対のホルダ24a、24bには、それぞれ多孔質レジノイド砥石10、10が保持部14、14(図1参照)においてその端面12、12が所定の間隔を以て互いに向かい合った状態で取り付けられており、多孔質レジノイド砥石10は、それぞれその端面12に垂直な回転軸22の軸心回りに回転可能に支持されている。そして、多孔質レジノイド砥石10、10が回転させられた状態で、例えばナイフ等の被研削材26が回転軸22の軸心よりも下側位置において端面12、12間を通過させられることにより、その被研削材26の厚さ方向の両面が研磨加工される。
【0017】下記の表1は、上記のような両頭平面研削の研削条件の一例を示すものである。なお、図4から明らかなように、上記両頭平面研削においては円筒状の端面12の周方向の一部が順次研削に寄与することから、研削面の幅は実質的に(外径−内径)/2 =50(mm)程度となる。このような条件下で研削を施したところ、頻繁なドレッシングを施さなくとも、被研削材26を全く焼けを発生させることなく研削可能であった。しかも、組織中に備えられている多数の気孔20が相互に独立させられていることに基づいて、研削液がその気孔20を介して砥石内部まで浸透することが抑制されるため、それに起因するエポキシ樹脂18の劣化が生じ難い。したがって、多孔質レジノイド砥石10は、頻繁なドレッシングが不要であることと相俟って長い使用寿命を有するのである。因みに、例えば中空の気孔形成材(アルミナバルーン等)を用いた従来の多孔質砥石では、頻繁なドレッシングが必要であると共に結合剤の劣化が生じ易いことから、下記の条件で砥石1個当たり2000本(すなわち2000本/石)程度の研削加工しかできなかったのに対し、本実施例の多孔質レジノイド砥石10によれば焼けを発生させることなく、4600本/石程度、すなわち2.3 倍もの本数の研削加工が可能である。
【0018】
【表1】[研削条件]
砥石寸法 φ355 ×φ250 ×120 (mm)回転数 1200(rpm) (周速 1340[m/min] )
切り込み量 0.7 (mm/pas)被研削材材質 SUS304被研削材寸法 長さ100 (mm)×幅20(mm)【0019】ここで、本実施例においては、多孔質レジノイド砥石10は、工程1の攪拌工程において、アルミナ砥粒、液状エポキシ樹脂、および界面活性剤から成る流動性混合物を攪拌することにより、その流動性混合物中に多数の気泡が創成され、続く工程2の流し込み工程において、所定の型内にその流動性混合物が流し込まれ、更に、工程3の硬化工程において、その所定の型内で流動性混合物が硬化させられることによって製造される。このとき、流動性混合物は、攪拌工程において攪拌されることによって空気を巻き込まれて内部に多数の気泡が創成されるが、その流動性混合物には界面活性剤が含まれていることから、その起泡作用および整泡作用によって微小且つ均一な気泡が液状樹脂内で一様に発生し、しかも、その状態が長時間に亘って維持されるため、流し込み工程において型内に流し込まれ、更に硬化工程において硬化させられる過程においても、その創成された気泡の殆どが維持される。そのため、多孔質レジノイド砥石10中には気泡に由来する多数の気孔20が形成されるが、各々の気孔20は個々の独立した気泡に対応して形成されていることから、微小で相互に独立し且つ均一に分布するため、多孔質レジノイド砥石10は高い気孔率に形成され且つ連通する気孔を介する研削液の浸透が生じ難い。したがって、高い気孔率を有して高い研削性を備え、且つ研削液の浸透に起因する劣化が生じ難いことから長い使用寿命を有する多孔質レジノイド砥石10が得られるのである。
【0020】また、本実施例においては、気孔20が気泡に起因して多孔質レジノイド砥石10の組織中に均一に分散させられているため、研削面(端面12)全面で均一な研削性が長時間に亘って維持され、また、多孔質レジノイド砥石10中にアルミナ砥粒16およびエポキシ樹脂18以外の異物が何ら存在しないことから、一層良好な研削性が得られる。因みに、無機化合物或いは樹脂等で形成された中空気孔材によって気孔を形成された従来の多孔質レジノイド砥石は、前記図3に示される攪拌工程における中空気孔材の分散性が悪いことから、気孔分布が不均一となって砥石の厚さ方向(すなわち研削面の磨耗方向)に均一な研削性が得られず、しかも、図5に砥石組織の構造を模式的に示すように、組織中に中空気孔材(例えばアルミナバルーン)28が存在することから、その中空気孔材28の殻部分が研削性を阻害することとなる。そのため、気孔率が高められているにも拘わらず十分な研削性が得られず、例えば上記表1にしめされるような条件で研削加工を行った場合には、例えば20個程度の加工数に達すると研削焼けが生じて、被研削材26の送り速度を低下させ、或いは多孔質レジノイド砥石の回転数を低下させるといった加工条件の変更が必要となると共に、頻繁に研削面のドレッシングが必要となるという問題があった。
【0021】また、本実施例においては、攪拌工程において気孔20を形成するための固形の気孔材が何ら添加されないことから、そのような気孔材に起因する攪拌性の低下が生じ得ない。そのため、高い気孔率を得る場合にも何ら攪拌性すなわち砥粒16の分散性を低下させることなく気孔20を形成し得ることから、一層高い気孔率を容易に得ることができる。
【0022】以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は、更に別の態様でも実施される。
【0023】例えば、実施例においては、液状樹脂として二液性のエポキシ樹脂が用いられていたが、液状樹脂の種類は特に限定されない。例えば、一液性のエポキシ樹脂が用いられてもよく、或いは液状のフェノールレゾールやウレタン樹脂、ポリビニルアルコール等の種々の樹脂を液状樹脂として用い得る。
【0024】また、攪拌工程において添加される界面活性剤は、実施例のようなノニオン系のポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル等に限られず、脂肪酸系、非脂肪酸系、アミド系等の他のノニオン系の界面活性剤や、アルキルベンゼンスルホン酸塩等のアニオン(陰イオン)系、カチオン(陽イオン)系、両性イオン系等の何れの界面活性剤をも用いられ得る。但し、界面活性剤は液状樹脂との反応性に乏しい方が望ましいことから、用いられる樹脂に応じて適宜決定されることが好ましい。
【0025】また、実施例においては、砥粒としてアルミナ砥粒16が用いられていたが、その他の炭化珪素砥粒やダイヤモンド砥粒、CBN砥粒等を用いた多孔質レジノイド砥石にも本発明は同様に適用される。
【0026】また、多孔質であることが望まれる研削加工に用いられる砥石であれば、実施例に示されるような両頭平面研削加工に限られず、他の平面研削加工や、円筒研削等の面および外周加工等に用いられる多孔質レジノイド砥石にも本発明は同様に適用される。
【0027】その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。




 

 


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