JP2005088165A

JP2005088165A - 微細砥石

Info

Publication number: JP2005088165A
Application number: JP2003328016A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Saito; 哲三斉藤; Jiro Kobayashi; 治朗小林; Minoru Kawaguchi; 實川口
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】すべての面において良好な研削等を行うことができるとともに、十分な機械的強度を有し、或いは、繊維と砥粒双方の特性を効果的に発揮することによって、金型等の微細細溝や細孔等の細かい部分の研削・研磨作業に適した微細砥石を提供する。
【解決手段】砥材及び結合材を含有する混合物を0.5〜1.5t/cm²の圧力で処理することにより形成し、砥材を全体の60〜95体積%、結合剤から成るマトリックスを全体の5〜40体積%含有させる。成形研磨機等で、断面四角形の所定寸法に裁断する。又断面八角形の場合はバレル研磨機等で面取りを行う。
【選択図】なし

Description

本発明は、金属、石材、セラミックス等の非金属等の研削、研磨等に用いられる微細砥石に関する。

砥石は、機械工具、石材及び宝飾品の製造等の広範な分野において、金属、石材、非金属等の加工に用いられているが、粒状の砥材のみから製造した旧来の焼結砥石に比ベ、折損しにくい等の利点を有することから、近年は、ガラス質長繊維、アルミナ繊維等の無機質長繊維を用いた、厚さ又は直径においてミリ単位以上の大きさの通常寸法形状の砥石が普及し始めている。

かかる無機質長繊維を用いた微細砥石としては、一定方向に配置した無機質長繊維及び砥粒を熱硬化性樹脂にて結合させ、耐折損性の向上を図ったものが一般的に使用されている。

近年、携帯端末、携帯電話等の部品に用いられるような金型等の微細細溝や細孔等の細かい部分の研削・研磨作業に適した微細砥石の必要性が高まっている。しかしながら、従来の普通形状砥石においては研削部分が大きすぎたりと必ずしもその要望に答えるものではなかった。

又、微細砥石には、繊維の強靭性と砥粒の強力な研削性とが相まって、高い研削能力と耐折損性を兼ね備えることが要求されるのに対し、従来砥石のうち、ミリ単位以上の太さの棒状又は板状等の砥石においては、そのような使用条件下ではミリ単位未満の細い溝内には入り込めず、結果として研削できないという欠点があった。

従って、本発明は、上記の不都合を解消し、すべての面において良好な研削等を行うことができるとともに、十分な機械的強度を有し、又、繊維と砥粒双方の特性を効果的に発揮することができ、さらには金型等の微細細溝や細孔等の細かい部分の研削・研磨作業に適した微細砥石を提供することを目的とする。

即ち、本発明によれば、砥材を結合剤にて結合して形成されてなる微細砥石であって、該砥材が全体の60〜95体積%、該結合剤から成るマトリックスが全体の5〜40体積%を占めてなり、該砥石の断面が多角形でその外接円の直径が0.4〜0.9mmであり、該砥石の長さが30〜50mmである微細砥石が提供される。本発明において、該砥石の断面は四角形または八角形であることが好ましく、結合剤は熱硬化性樹脂であることが好ましい。又、砥材は無機質から成る繊維であることが好ましいが、砥石全体の10体積%以下の所定の粒径を有する砥粒を含有してもよい。

又、本発明の微細砥石は、略同一の半径を有する上記繊維を長さ方向の平行度0〜10°で充填配置させたものであってもよく、この場合において、上記繊維は50〜500mmの長さ及び5〜50μmの半径を有することが好ましい。この場合において、砥材は砥石全体の10体積%以下の砥粒を含有してもよく、砥粒の粒径は0.155〜0.310μmであることが好ましい。

本発明の微細砥石によれば、結合剤にて繊維間、砥粒間及び繊維と砥粒の間を強固に結合させ、しかも極めて細く形成しているため、機械的強度が大きく、細かい作業に適した微細砥石として使用できる。したがって、十分な研削能力を有するとともに、携帯電話用金型等の微細細溝や細孔等の細かい部分の研削・研磨作業において有効に使用することができる。
さらに、この微細砥石を用いると、断面が好ましくは四角形又は八角形等の多角形であるため、使用を続けて砥石先端部が磨耗した場合であっても、常に尖った部分を保持できるので、微細部分に対する研削能力が維持される。

本発明の微細砥石は、繊維及び結合剤又はさらに所定の粒径を有する砥粒を含有する混合物を0.5〜1.5t/cm²という高い圧力で処理することにより形成されたものである。この微細砥石は、断面が多角形でその外接円の直径が0.4〜0.9mm、好ましくは0.4〜0.8mmという従来にない細さであるため、携帯電話用金型等の微細細溝等の細かい部分の研削・研磨作業において有効に使用することができるものである。

結合剤は繊維間、さらに砥粒を含有させた場合には、砥粒間、及び繊維と砥粒との間を高圧力下で強固に結合させるとともに、砥石内でマトリックスを形成し、従来の焼結砥石の欠点であった脆さを改善し、砥石の機械的強度を高める働きをする。即ち、繊維を強固に結合剤で結合することにより、研削等により砥面にかかる外力が各繊維に集中せずに分散するため、樹脂の粘弾性と相まって、砥石の耐折強さが向上する。この傾向は、特に、50〜500mmの長さを有する長繊維を長さ方向の平行度が0〜10°で配列した場合において、繊維の配列方向に沿って研削等を行う際に顕著である。

本発明の微細砥石において、結合剤としては熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂等を用いることが好ましいが、エポキシ樹脂を用いることが特に好ましい。

繊維は延展性が無く、かつ非研削体より硬いと同時に脆いものであることが好ましい。繊維が延展性を有したり、その硬度が非研削体より小さい場合は、研削等が効率的に行われないからである。又、繊維が非研削体より脆いことが要求されるのは、砥石の繰り返しの使用により繊維の端面が摩耗した場合には研削効率が低下するが、その場合、脆いことにより、繊維の先端がくずれて端面が新たな研削刃となるからである。

上記の条件を満たす繊維としては、具体的には、ガラス質繊維、アルミナ質繊維、ボロン質繊維、炭化珪素質繊維、窒化珪素質繊維等の無機質繊維が挙げられるが、アルミナ質繊維を用いることが特に好ましい。

本発明の微細砥石において、砥粒としては、ダイヤモンド粒、炭化ホウ素粒、立方晶窒化ホウ素粒等を用いることができるが、硬度の高いダイヤモンド粒を用いることが好ましい。

砥粒の粒径は所定の値であることが必要であるが、具体的な値は、後述するように用いる繊維の長さ及び径、さらには繊維の配列の仕方により異なる。

本発明の微細砥石は、例えば、上記の繊維及び結合剤、さらには砥粒を含有する混合物を0.5〜1.5t/cm²の圧力で処理することにより製造される。高圧で処理するのは微細砥石を高密度とするためである。即ち、0.5t/cm²未満の圧力では微細砥石を十分な高密度とすることができず、砥石に十分な研削能力を付与することができないという不都合があり、1.5t/cm²を越える圧力では、硬化前に樹脂液が混合物から絞り出されてしまい、マトリックスによる結合力が低下するという不都合がある。なお、結合剤として熱硬化性樹脂を用いた場合には、樹脂を硬化させるために、加圧と同時に混合物を130〜180℃の温度で処理することが必要である。加圧、又は加圧加熱時間は50〜100分であることが好ましい。又、上記の混合物には、硬化剤の他に反応調製剤、着色剤等を適宜添加してもよい。

本発明の微細砥石においては、砥材が全体の60〜95体積%、結合剤から成るマトリックスが全体の5〜40体積%を占めることが必要であり、さらに、砥粒を含有させる場合には、砥粒の含有量が微細砥石全体の10体積%以下であることが好ましい。

砥材が60体積%未満の場合には、砥石の強靭性及び研削能が十分でなく、95体積%を越える場合にはマトリックスによる結合力が低下するからである。

又、結合剤から成るマトリックスが5体積%未満の場合には、砥石の機械的強度の向上を図ることができず、40体積%を越える場合には、マトリックス部分の粒弾性が砥石の物性を支配するようになり、砥石が軟化するからである。

さらに、砥粒が10体積%を越える場合には、マトリックスによる結合力が低下するからである。

さらに、上記の微細砥石に砥粒を含有させることにより、繊維の周面に相当する部分に砥面としての機能を付与することができ、砥石のすべての面を砥面として用いることができるようになる。この場合、砥粒は、0.155〜0.310μmの粒径を有するものを用いることが好ましい。砥粒の大きさを上記の値に限定するのは、粒径が0.155μm未満の場合には、研削能等の向上に寄与しないばかりでなく、砥粒の微粉末が結合剤中に混入することにより、結合剤が繊維どうしを結合する力が弱まり、砥石全体が脆くなるからである一方、粒径が0.310μmを越える場合には、繊維が長さ方向で平行度0〜10°で配置をとることができず、砥石の高密度化が困難になるからである。

上記の微細砥石は、例えば、以下のようにして製造される。
最初に長繊維を用いる場合について説明する。
まず、樹脂液を調製し、砥石に砥粒を含有させる場合は、この段階で砥粒を樹脂液に混合する。
次に、30cmの長さに切断した無機質から成る繊維を一定方向に揃えた状態で上記の樹脂液に含浸させ、所定の厚さを有する未熟成のプリプレグ板を得る。

次いで、上記のプリプレグ板を室温より10〜20℃高めの雰囲気で約1時間放置した後、予熱された金型内に装填する。0.5〜1.5t/cm²の圧力、130〜180℃の温度で50〜100分間処理後、裁断機能を具備する成形研磨機を使用し、所定の寸法に裁断して、所望サイズの例えば断面四角形の微細砥石を得る。また、断面八角形の場合にはバレル研磨機を用いて所望サイズの微細砥石を得る。

このような構造を採用することにより、微細砥石の耐折性及び強靭性が向上し、金型等の微細細溝や細孔等の細かい部分の研削・研磨作業に適した微細砥石が得られる。

次に短繊維を使用する場合について説明する。
この場合には、繊維の長さは1〜25mmであることがより好ましいが、1mm未満の場合は、繊維どうしの絡み合いが悪くなるため耐折性及び強靭性が低下する。一方、25mmを越える場合は、繊維の均等な分散が困難となり、微細砥石に耐折性及び強靭性の小さい部分が生じる。

又、繊維の半径が2μm未満の場合には繊維自体の製造が困難であり、30μmを越える場合には、無機質から成る繊維は剛性が大きいこと、及び繊維間の間隔が大きくなることから砥石を高密度とすることができず、繊維どうしの柔軟かつ自在な絡み合いが困難となり、微細砥石の研削能力等が低下する。

そして、上記の短繊維を用いた微細砥石は、前記の長繊維を用いた砥石に準じた方法にて製造される。

本発明の微細砥石は、適宜な寸法に加工した上で、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属、石材、セラミックス、単結晶シリコン、非結晶シリコン等の非金属等の研削、研磨等に用いられる加工具として、又多数本を集合して、錆落とし、バリ取り等用加工具として使用することもできる。

本発明の微細砥石の使用方法としては、該微細砥石の断面と同じ形状と寸法の開口部を先端に有しながら、該開口部において軸の中心線に対し直角に交わるように分割された４つの切片からなる円筒形状体の内部に該微細砥石を挿入し、該開口部より該微細砥石の端部を該円筒形状体外部へ送り出して一部突出させ、該開口部を締付具で固定した状態で該円筒形状体を把持して使用することができる。
また、より簡便な方法として、割り箸の２つに分割された先端側に微細砥石を挿入し、公知の結合剤で該微細砥石を固定・把持することによっても使用することができる。

以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。

（実施例）
砥粒として住友石炭鉱業株式会社製（商品名：SCMファインダイヤ、粒径2〜4μm）を用い、無機質から成る繊維として直径約20μmの株式会社ニチビ製の繊維を長さ約200mmに切断したものを用い、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いて微細砥石を製造し、乾式研削した。

微細砥石の製造は以下のように行った。
まず、砥粒10体積%、繊維80体積%及びエポキシ樹脂10体積%から成る混合物を調製した。エポキシ樹脂は、エポキシ（AER331、旭化成工業社製）、100重量部に対して、硬化剤としてテトラヒド口メチル無水フタール酸（HN2200、日立化成株式会社製）を75重量部及びイミダゾール（2E4MZ-CN、四国化成株式会社製）1重量部を加えて調製した。この混合物を金型内に流し込み、金型内の圧力を400kgf/cm²、温度を130℃として30分間、混合物を加熱−加圧した後、圧力を800kgf/cm²、温度を170℃としてさらに40分間処理することにより、繊維が同じ方向に平行度が0〜10°で配置された。裁断機能を具備した成形研磨機を使用して裁断した後にバレル研磨機を使用し、面取りを行うことにより所定の寸法（断面が一辺0.9mmの正方形、長さ50mm）の微細砥石を製造した。

研削は、研削液を用いずに乾式の条件下で行った。

実施例の微細砥石は、高密度であるとともに、大きな機械的強度を有し、金型等の微細細溝や細孔等の細かい部分の研削・研磨作業においても研削することができた。

本発明の微細砥石は、機械的強度が大きく、細かい作業に適した微細砥石であり、十分な研削能力を有するため、携帯電話用の金型等の微細細溝や細孔等の細かい部分の研削・研磨作業において有効に利用することができる。

Claims

砥材を結合剤にて結合して形成されてなる微細砥石であって、該砥材が全体の60〜95体積%、該結合剤から成るマトリックスが全体の5〜40体積%を占めてなり、該砥石の断面が多角形でその外接円の直径が0.4〜0.9mmであり、該砥石の長さが30〜50mmであることを特徴とする微細砥石。
該砥材及び結合材を含有する混合物を0.5〜1.5t/cm²の圧力で処理することにより形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の微細砥石。
該結合剤が熱硬化性樹脂である請求項１または２に記載の微細砥石。
該砥材が無機質から成る長繊維束である請求項１〜３のいずれか一項に記載の微細砥石。
該繊維が50〜500mmの長さ及び5〜50μmの半径を有し、略同一の半径を有する該繊維を長さ方向の平行度0〜10°で充填させた請求項４に記載の微細砥石。