CN102205524A - 树脂结合剂砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够满足磨粒的高保持力、高磨削能力、和磨削后的高表面精度全部的树脂结合剂砂轮以及使用该树脂结合剂砂轮的磨削方法。根据本发明可提供树脂结合剂砂轮，其中，树脂结合层包括热固性树脂，所述树脂结合层中，磨粒和金属粉分散配置。就所述砂轮中所含的金属粉而言，在金属粒子的粒度分布中，以重量比例超过50％的量含有45μm以上的非球状金属粉粒子，并且，所述金属粒子的每一粒子的表面积X、与由所述金属粒子的平均粒径算出的作为球体的每一粒子的表面积Y之比X/Y为10以上。

Description

树脂结合剂砂轮

技术领域

本发明涉及树脂结合剂砂轮。

背景技术

金刚石磨粒、立方氮化硼磨粒(下面称为CBN磨粒)硬度极高，磨削能力及其持续性优异，多用作砂轮的材料。尤其是，使用了粒度小的金刚石磨粒、CBN磨粒的砂轮被广泛有效应用于超硬合金、硬质陶瓷、合成树脂、玻璃、透镜等光学部件、或者它们的复合材料等硬脆材料的高精度精加工用。

通常，砂轮具有磨粒通过结合剂被固定的结构。而且，根据所用的结合剂的种类，可分为金属结合剂砂轮、树脂结合剂砂轮、陶瓷结合剂砂轮、电沉积砂轮，这些砂轮根据结合剂的种类和结合结构而使其性能有很大变化。例如，金属结合剂砂轮包含以合金为基底的金属性结合剂作为结合剂，具有磨粒粘着力、形状维持性能(耐久性、耐磨性)优异的特征。但是，存在向加工物的切入及锋利度劣化的倾向，另外，容屑槽(chip pocket)的生成也不充分而引起堵塞，容易发生表面打滑，因而切削性容易降低。此外，对于陶瓷结合剂砂轮来说，由于在高温下烧成因而磨粒容易劣化，由于其是烧成物因而品质不稳定，而且烧成成本也高。电沉积砂轮是通过应用了电解电镀的方法，将相当于磨料层(砥

)的部分包覆于基体金属、柄部(shank)而成的砂轮。此类砂轮具有可选择各种形状的基体金属或柄部的优点，但是磨料层为薄的单层的情形较多，与其他类型的砂轮相比，在寿命短这点上存在改善的余地。

另一方面，树脂结合剂砂轮是使用热固性树脂等有机高分子材料作为结合剂的砂轮。在此类砂轮中，结合剂作为磨粒的缓冲材料发挥作用，与其他类型的砂轮相比，存在对加工物的切入及锋利度优异的倾向。但是，就以往的树脂结合剂砂轮而言，有时磨粒和树脂的粘着力不充分，有时非常容易引起磨粒的脱落，其结果使研磨性能恶化，存在改善的余地。

为了改善上述树脂结合剂砂轮的特性，已进行了多种研究。例如，专利文献1和2中公开了包括金刚石磨粒、热固性树脂和金属微粉的树脂结合剂砂轮。这些发明意欲通过使金属微粉作为磨粒载体均匀地分散粘着在热固性树脂中来防止金刚石磨粒的脱落，并且也提高耐磨性和研磨特性。但是，仅仅这些发明并未充分改善磨粒的保持力，期待进一步的改善。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开平3-60978号公报

专利文献2日本特开昭62-246474号公报

发明内容

发明要解决的课题

因此，本发明的目的在于，改善现有问题，提供磨粒的磨削能力高的树脂结合剂砂轮、和使用该树脂结合剂砂轮的磨削方法。

解决课题的手段

根据本发明的第一实施方式的树脂结合剂砂轮，其特征在于，具备包含热固性树脂、磨粒和金属粉而成的树脂结合层，

以金属粉的总重量为基准，上述金属粉包含超过50％的粒径为45μm以上的金属粒子，

并且，上述金属粉中所含的金属粒子的每一粒子的平均表面积X、和具有与上述金属粒子的平均粒径相同的直径的球体(真球)的表面积Y之比X/Y为10以上。

根据本发明的第二实施方式的树脂结合剂砂轮，其特征在于，具备通过对包含热固性树脂、磨粒和金属粉而成的原料混合物进行烧成而形成的树脂结合层，

以金属粉的总重量为基准，上述金属粉包含超过50％的粒径为45μm以上的金属粒子，

并且，上述金属粉中所含的金属粒子的每一粒子的平均表面积X、和具有与上述金属粒子的平均粒径相同的直径的球体的表面积Y之比X/Y为10以上。

发明效果

根据本发明，提供磨粒的脱落少、磨削能力优异的树脂结合剂砂轮。而且，通过使用该树脂结合剂砂轮来磨削材料表面，可得到表面精度高的磨削表面。

具体实施方式

下面，对本发明的实施方式进行详细说明。

下面，对本发明的一个实施方式进行说明。应予说明，本发明涉及的树脂结合剂砂轮具有的特征主要在于树脂结合层的组成，砂轮的形状、尺寸等可以是任意的。例如，可以是在基体金属的外周或端面形成或固定有磨粒层的砂轮，也可以是未使用基体金属而由树脂结合层本身形成砂轮的砂轮。此外，砂轮的形状可以是轮型、杯型、成型(総型)、扇形砂轮、内周磨削砂轮等以往使用的任意形式。即，对于树脂结合层以外的结构来说，可以任意地组合以往已知的砂轮结构。

磨粒

可在本发明中使用的磨粒的种类没有特别限制，可以使用以往已知的任意磨粒。作为这样的磨粒，可列举例如氧化铝系磨粒、碳化硅系磨粒、氧化锆系磨粒、氧化铈粒子、二氧化硅粒子、氧化铬粒子、CBN磨粒和金刚石磨粒。这些磨粒可以单独使用，也可以混合两种以上来使用。其中，优选使用具有高硬度的有时被称为所谓的超硬磨料的CBN磨粒和金刚石磨粒的任一种。最优选的磨粒是金刚石磨粒。这里，磨粒可以被无机质物质或金属质物质包覆。

本发明的树脂结合剂砂轮中所含的磨粒的平均粒径没有特别限制，可以根据砂轮的磨削对象等适当选择。但是，从提高砂轮的磨削速度的观点考虑，优选为1.0μm以上，更优选为1.5μm以上，特别优选为3.0μm以上，最优选为4.0μm以上。如果磨粒的平均粒径是这样的尺寸，则可以将树脂结合剂砂轮对被磨削物的磨削速度提高至实用上特别合适的水平。

此外，从将用树脂结合剂砂轮磨削被磨削物后的被磨削物的表面粗糙度维持在合适的范围内的观点考虑，树脂结合剂砂轮中所含的磨粒的平均粒径优选为100μm以下，更优选为30μm以下，特别优选为20μm以下。

应予说明，在本发明中，磨粒的平均粒径通过激光衍射散射法来测定。具体而言，可使用Microtrac粒度分布测定装置MT3300EXII(商品名，日机装株式会社制)等测定装置来测定。其它测定平均粒径的方法还可列举BET法、光散射法等。采用这些方法测得的平均粒径与采用激光衍射散射法测得的平均粒径很难直接进行比较，但是有时也可以一边考虑测定方法等，一边利用通过激光衍射散射法之外的方法测得的平均粒径。

随着磨粒的含量变多，树脂结合剂砂轮对被磨削物的磨削速度趋向于提高。因此，以树脂结合层的总体积为基准，本发明的树脂结合剂砂轮中的磨粒的含量优选为0.5体积％以上，更优选为1.0体积％以上。

此外，从经济观点考虑，优选的是相对昂贵的磨粒含量少。而且，即使使用过量的磨粒，有时也得不到与含量相符的特性。因此，以树脂结合层的总体积为基准，树脂结合剂砂轮中的磨粒的含量优选为30体积％以下，更优选为10体积％以下，进一步优选为5.0体积％以下。

热固性树脂

对于可在本发明中使用的热固性树脂的种类没有特别限制，可以从以往的树脂结合剂砂轮中所用的一般的热固性树脂中选择。具体而言，可以单独或组合使用选自酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂和聚酯树脂中的树脂。对于热固性树脂而言，从易于在制造时大量含有后述的金属粉这点考虑，优选原材料以粉末形式供给的树脂。此外，由于在制造时进行加热熔解以配合各成分，因而优选具有耐热性的树脂。从该观点考虑，最优选聚酰亚胺树脂。

通常，随着树脂结合层中的树脂含量变多，由树脂结合剂砂轮磨削的被磨削物的表面粗糙度趋向于升高。从该观点考虑，以树脂结合层的总体积为基准，树脂含量优选为5.0体积％以上，更优选为10体积％以上，最优选为15体积％以上。

另一方面，一般随着树脂结合层中的树脂含量变少，树脂结合剂砂轮的磨削比升高。这里，磨削比是指，被磨削物的磨损量相对于进行磨削时的砂轮的磨损量的比例。从该观点考虑，以树脂结合层的总体积为基准，树脂含量优选为90体积％以下，更优选为40体积％以下，最优选为30体积％以下。

金属粉

在本发明的树脂结合剂砂轮中包括，以金属粉的总重量为基准，树脂结合层中所含的金属粉含有超过50％的粒径为45μm以上的金属粒子，并且，金属粉中所含的金属粒子的每一粒子的平均表面积X、和具有与上述金属粒子平均粒径相同的直径的球体的表面积Y之比X/Y为10以上。下面，有时将这样的粒子称为非球状金属粉。

对于非球状金属粉的材质没有特别限制，可以考虑砂轮的用途等来适当地选择，可列举例如铜、铁、青铜、锡和铝等单体金属或它们的合金。此外，对于非球状金属粉的制造方法也没有特别限制，作为具体例可列举喷散法、粉碎法、化学还原法、热处理法、等离子旋转电极法、均匀液滴喷射法或电解法。其中，优选用电解法或粉碎法制成的非球状金属粉，更优选电解铜粉。

在本发明中的树脂结合剂砂轮中，树脂结合层中所含的非球状金属粉必需具有特定的粒度分布。即，以金属粉的总重量为基准，非球状金属粉必须包含超过50％的粒径为45μm以上的金属粒子。非球状金属粉中所含的、平均粒径为45μm以上的金属粒子的比例若少于50％，则使用树脂结合剂砂轮的被磨削物的磨削比有降低的倾向。因此，以金属粉的总重量为基准，优选包含粒径为45μm以上的金属粒子70％以上，更优选包含86％以上。

本发明中所用的非球状金属粉中所含的金属粒子的粒径越大，对于被磨削物的磨削比趋向于变得越大。从该观点考虑，非球状金属粉的平均粒径优选为50μm以上，更优选为70μm以上，最优选为90μm以上。应予说明，在本发明中，金属粉的平均粒径通过激光衍射散射法而求得。例如，可通过Microtrac粒度分布测定装置MT3300EXII(商品名，日机装株式会社制)等来测定。

本发明中的非球状金属粉是粒子具有非球状的形状的物质。这种非球状金属粉的具体形状，例如为椭圆状、链状、扁平状、鳞片状等纵横比大的形状、或者金属粒子表面为金米糖状、树枝状等在表面具有微小凹凸的形状。本发明中，可使用的非球状粒子按照如下方式定量地定义。

首先，将非球状金属粉中所含的金属粒子的每一粒子的平均表面积设为X。另一方面，将具有与上述非球状金属粉的平均粒径相同的直径的球体的表面积设为Y。粒子形状离球体越远，则它们的比值X/Y就变得越大。而且，在本发明中，所述比值变得越大则对于被磨削物的磨削比就变得越大，因而优选。从这样的观点考虑，本发明中的比值X/Y必须为10以上，优选为15以上，更优选为18以上。

另一方面，本发明中，比值X/Y过大的话本发明的效果也不会变小，因而从效果的观点考虑，比值X/Y的上限没有特别限制。但是，通常所用的非球状金属粉的比值X/Y的上限为30左右。

应予说明，本发明中，金属粒子的每一粒子的表面积X是指：由金属粒子的平均粒径算出的金属粒子的每一粒子的体积乘以构成该金属粒子的金属在20℃下的比重，由此算出金属粒子的每一粒子的重量，用该所得值乘以比表面积的值而算出的数值。应予说明，这里所说的比表面积是指，基于气体吸附法测定的金属粒子每单位重量的表面积的值，具体而言，可使用流动式比表面积自动测定装置フロ一ソ一ブII(商品名，株式会社岛津制作所制)来测定。此外，这里所说的由非球状金属粉的平均粒径算出的作为球体的每一粒子的表面积Y是指，计算出的具有非球状金属粉的平均粒径的球体每一粒子的表面积。

本发明中，树脂结合层中的非球状金属粉的含量越多，则对于被磨削物的磨削比趋向于变得越大。因此，以树脂结合层的总体积为基准，非球状金属粉的含量优选为60体积％以上，更优选为70体积％以上，最优选为80体积％以上。

另一方面，若树脂结合相中的非球状金属粉的含量过多，则有时导致磨削比改善效果饱和，进而导致效果降低。因此，以树脂结合层的总体积为基准，树脂结合层中的非球状金属粉的含量优选为95体积％以下，更优选为90体积％以下，更优选为85体积％以下。

本发明的树脂结合剂砂轮是在树脂结合层中包含如上所述的金属粉的砂轮，该金属粉也可以是组合两种以上的金属粉而成的。这里，所组合的金属粉可以是全部都满足上述条件的金属粉，另外也可以是一部分或全部都不满足上述条件的金属粉。但是，不管是哪种组合，组合后的粒度分布、比值X/Y必需满足上述条件。

这里，若使用满足特定条件的金属粉作为金属粉的一成分，则使用树脂结合剂砂轮的磨削速度得到改善。下面，在本发明中将这样的金属粉称为附加金属粉。对于附加金属粉而言，其中所含的金属粒子的每一粒子的平均表面积X’、和具有与附加金属粉中所含的金属粒子的平均粒径相同的直径的球体的表面积Y’之比X’/Y’小于10，优选小于7。即，相对于上述非球状金属粉而言，附加金属粉可以说是形状接近于球体的金属粉。

附加金属粉中所用的金属种类没有特别限制，作为具体例可以举出选自铜、铁、青铜、锡和铝等单体金属或它们的合金中的金属，但是从促进磨削能力的观点考虑，其中优选包含铁的金属粉。

对于附加金属粉中所含的金属粒子的粒径来说，只要是在将其混合到主要金属粉中之后、金属粉整体满足必须条件就没有特别限制。但是，附加金属的粒径越大，则磨削速度越趋向于升高。因此，附加金属粉中所含的金属粒子的平均粒径优选为0.5μm以上，更优选为2.0μm以上。

另一方面，附加金属粉的平均粒径越小，则磨削后的被磨削物的表面粗糙度越趋向于得到改善。从这样的观点考虑，附加金属粉的平均粒径优选为100μm以下，更优选为40μm以下，更优选为20μm以下。这里，附加金属粉中所含的金属粒子的粒径可按照与上述金属粉相同的方法来测定。

当使用附加金属粉时，若使金属粉中所含的附加金属粉的配合比大，则磨削速度得到改善。但是，若附加金属粉的配合比过大，则有时磨削比劣化。因此，以金属粉的总体积为基准，附加金属粉的配合比优选为不足30体积％，更优选为不足20体积％，更优选为不足10体积％，最优选为不足5体积％。

砂轮的制造方法

本发明的树脂结合剂砂轮可使用上述成分、利用以往已知的任意方法来制造。如下所述对一般的制造方法进行说明。

首先，准备包括热固性树脂、磨粒和金属粉的原料混合物。在各原料混合前或混合后根据需要进行破碎或混炼以成为均匀的物质。这里，可以根据需要适当地选择公知的添加剂并配合到原料混合物中。例如，为了提高磨粒以及金属粉的分散性，可以添加增稠剂，还可以组合数种热固性树脂。

接着，将原料混合物充填至模具等中成型。这时，可以根据需要进行加压、给以振动等来致密地充填混合物。此外，也可以将原料混合物直接成型在基体金属等的表面上。

继而，对成型后的原料混合物进行加热使其固化。加热除了在大气压条件下进行之外，还可以在惰性气氛下、减压条件下进行。此外，也可以一边加压一边过度加热。

利用上述方法，可得到本发明的树脂结合剂砂轮。这样的本发明的树脂结合剂砂轮是适用于磨削被磨削体的砂轮，其中，将陶瓷、金属、合成树脂、和光学玻璃等玻璃等作为被磨削体。

下面，举出实施例和比较例进一步具体地说明本发明。

实施例1～13和比较例1～5

如表1所示组合磨粒、热固性树脂和金属粉，按照下述方法制成具备树脂结合剂砂轮的试料。

应予说明，磨粒中，使用平均粒径6.8μm的金刚石磨粒，将相对于树脂结合层的总体积的比例调整为2.7体积％。此外，使用聚酰亚胺树脂和酚醛树脂作为热固性树脂，具体而言，使用イミダロイKIR-30(商品名，京セラケミカル株式会社制)作为聚酰亚胺树脂，使用ベルパ一ルS-899(商品名，エァ·ウオ一タ一株式会社制)作为酚醛树脂。此外，当使用附加金属粉时，使用平均粒径10μm、X’/Y’之比不足10的粉化铁粒子。

试料制造方法

1.用V型粉碎机混合各原料

2.将原料混合物充填到成型模具中

3.以约3t/cm²的压力加压成型

4.将成型后的原料混合物在200℃的环境下放置10小时使其固化而得到砂轮

5.将通过固化而得到的粒(pellet)状砂轮以面积占有率50％的比例均匀地贴附在直径55mm的粘贴皿(基体金属)上，制成评价用试料。

在下述表示的条件下使用制作的试料实施磨削试验和各评价。

磨削条件

装置：球芯研磨机(HPD-700(商品名，株式会社春近精密制))

磨削条件：转数2000rpm，加重5000g(约700g/cm²)，加工时间1分钟

被研磨物：光学玻璃LAC14(商品名，HOYA株式会社制)，直径30mmφ

磨削速度

通过将磨削前后的被研磨物的重量差换算为被研磨物的厚度，用该被研磨物的厚度除以磨削时间而求得。

磨削比

通过用将磨削前后的被研磨物的重量差换算为被研磨物的厚度的值来除以将磨削前后的树脂结合剂砂轮的重量差换算为树脂结合剂砂轮的厚度的值而求得。

精加工表面粗糙度

在以下的条件下，利用表面粗糙度-轮廓形状测定机サ一フコム1400(商品名，株式会社东京精密制)以μm单位测定表面粗糙度Ra。

测定长度：5mm

测定速度：0.3mm/秒

测定倍数：1000倍

测定分辨率：10nm

截止波长：0.8mm

所得结果如表1所示。

[表1]

表1中

“热固性树脂”栏的“种类”栏中示出了树脂结合层中的热固性树脂的种类。

“热固性树脂”栏的“含量”栏中示出了用体积％表示的树脂结合层中的热固性树脂的含量。

“主要金属粉”栏的“含量”栏中示出了树脂结合层中的主要金属粉的含量。

“主要金属粉”栏的“平均粒径”栏中示出了使用Microtrac粒度分布测定装置MT3300EXII(商品名，日机装株式会社制)、按照激光衍射散射法测定主要金属粉的平均粒径而得的值。

“主要金属粉”栏的“45μm以上的粒子的重量比”栏中示出了使用Microtrac粒度分布测定装置MT3300EXII(商品名，日机装株式会社制)、按照激光衍射散射法测定的、45μm以上的金属粉相对于主要金属粉的总重量的比例。

“主要金属粉”栏的“X”栏中示出了：通过由金属粒子的平均粒径算出的金属粒子的每一粒子的体积乘以构成该金属粒子的金属在20℃下的比重而算出金属粒子的每一粒子的重量，该所得值乘以比表面积的值算出的主要金属粉的每一粒子的平均表面积X，“Y”栏中示出了由平均粒径算出的作为球体的每一粒子的表面积。应予说明，这里所说的比表面积，使用采用流动式比表面积自动测定装置フロ一ソ一ブII(商品名，株式会社岛津制作所制)、基于气体吸附法测定的金属粒子的每单位重量的表面积的值。

“附加金属粉”栏的“含量”栏中示出了树脂结合层中的附加金属粉的含量。

“附加金属粉”栏的“配合比”栏中示出了以全部金属粉的总体积为基准时的附加金属粉的配合比。

含量^*1表示用％单位表示的以树脂结合层的总体积为基准的体积比例。

配合比^*2表示用％单位表示的附加金属粉体积相对于全部金属粉体积的比例。

Claims (6)

1.树脂结合剂砂轮，其特征在于，具备包含热固性树脂、磨粒和金属粉而成的树脂结合层，

以金属粉的总重量为基准，所述金属粉包含超过50％的粒径为45μm以上的金属粒子，

并且，所述金属粉中所含的金属粒子的每一粒子的平均表面积X、和具有与所述金属粒子的平均粒径相同的直径的球体的表面积Y之比X/Y为10以上。

2.根据权利要求1所述的树脂结合剂砂轮，其中，以树脂结合层的总体积为基准，含有所述金属粉60～95体积％。

3.根据权利要求1或2所述的树脂结合剂砂轮，其中，所述附加金属粉为电解铜粉。

4.树脂结合剂砂轮，其特征在于，具备通过对包含热固性树脂、磨粒和金属粉而成的原料混合物进行烧成而形成的树脂结合层，

以金属粉的总重量为基准，上述金属粉包含超过50％的粒径为45μm以上的金属粒子，

并且，上述金属粉中所含的金属粒子的每一粒子的平均表面积X、和具有与上述金属粒子的平均粒径相同的直径的球体的表面积Y之比X/Y为10以上。

5.根据权利要求4所述的树脂结合剂砂轮，其中，所述原料混合物包含附加金属粉，

所述附加金属粉中所含的金属粒子的每一粒子的平均表面积X’、和具有与所述附加金属粉中所含的金属粒子的平均粒径相同的直径的球体的表面积Y’之比X’/Y’不足10。

6.根据权利要求5所述的树脂结合剂砂轮，其中，以所述金属粉的总体积为基准，所述附加金属粉的比例不足30体积％。