JP2005230983A - レジノイド砥石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易且つ安価な方法により、金属台金上に砥粒及び結合剤としてのポリイミド樹脂を含む砥石層を形成し、固定することができるレジノイド砥石の製造方法を提供する。
【解決手段】レジノイド砥石の製造方法は、金属台金３上に砥粒及びポリイミド樹脂結合剤を含む砥石層を形成する方法であって、金属台金上にポリイミド樹脂及び造膜助剤を溶解させた有機溶媒を塗布してから砥石層を加熱成型する。造膜助剤としては多価アルコール化合物を使用することが好ましい。ポリイミド樹脂結合剤としてはビスマレイミド系を使用することが好ましい。また有機溶媒に溶解させるポリイミド樹脂としてはアリル基及び／又はイルボルネン骨格を有するものを使用することが好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、金属台金上に砥粒及びボリイミド樹脂結合剤を含む砥石層を形成するレジノイド砥石の製造方法に関する。

レジノイド砥石には、砥石結合剤としてフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＰＶＡ、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられており、耐熱性が要求されている研削条件ではポリイミド樹脂が好ましいとされる。すなわち、ポリイミド樹脂は他の樹脂結合剤と比較して耐熱性が高いので、ポリイミド樹脂結合剤を使用したレジノイド砥石は、高い発熱が発生する研削条件に好適に使用される。

また砥材としては、ダイヤモンド砥粒又はＣＢＮ砥粒などの高価な超砥粒が主に使用されており、高耐熱性と高寿命を有するレジノイド砥石が提供される。そのような高価な超砥粒を使用する場合、砥粒の使用量を必要最小限にするため、ホイール全体を砥石層で構成せずに、台金上の一部に砥石層を設けるのが一般的である。例えば、図１に示すようにカップ形状の砥石層１を筒型の台金２上に固定するのが典型的な例である。

ところで、一般的にポリイミド樹脂は他物質との接着性に乏しいことが知られている。当該技術分野においては、砥石層と金属製台金との間にポリイミド樹脂結合剤による接着力が得られると好ましいのであるが、上記の通りポリイミド樹脂による金属台金への接着には十分な強度が得られないと考えられていた。このため一般的には、先ず砥石層を別途成型硬化した後、その砥石層をエポキシ樹脂等の有機接着剤を使用して台金に接着するという方法が採られていた。

上記の問題に対応して、特許文献１には、芳香族テトラカルボン酸とイミド化した芳香族ポリイミドを結合剤として使用し、成型硬化工程と同時に、具体的には無機又は金属繊維又は粉体を含んだ熱硬化性樹脂（例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂）などで形成された台金と同時に１００〜３００℃で同時成型硬化させ、所望の砥石を得る方法が開示されている。
特開昭６２−６８２８３号公報

従来のように、レジノイド砥石を成型硬化させた後これをエポキシ樹脂等の有機接着剤を使用して台金に接着するのでは、製造に手間がかかり、また接着時の位置合わせが難しいなどの問題がある。

また、上記特許文献に開示されたように台金を熱硬化性樹脂で形成する方法では、台金の寸法、形状が変更されるごとに成型用の金型を用意する必要が生じ、特に少量多品種生産の場合、金型コストが上昇する。また砥石層のみならず台金部分の成型硬化が必要となれば、成型設備も大掛かりとなり設備費用も高くつく。

本発明は、上記の問題点を鑑み、より簡易で安価な方法により、金属台金上に砥粒及びポリイミド樹脂結合剤を含む砥石層を形成し、固定することができるレジノイド砥石の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明のレジノイド砥石の製造方法は、金属台金上に砥粒及びポリイミド樹脂結合剤を含む砥石層を形成するレジノイド砥石の製造方法であって、金属台金上にポリイミド樹脂及び造膜助剤を溶解させた有機溶媒を塗布してから砥石層を加熱成型することを特徴とする。

前記造膜助剤としては、多価アルコール化合物を使用することが好ましい。前記ポリイミド樹脂結合剤としては、ビスマレイミド系ポリイミド樹脂を使用することが好ましい。前記有機溶媒に溶解させるポリイミド樹脂としては、アリル基を有するポリイミド樹脂を使用することが好ましい。前記有機溶媒に溶解させるポリイミド樹脂としては、イルボルネン骨格を有するボリイミド樹脂を使用することが好ましい。

前記砥粒としては、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、アルミナ系砥粒、炭化珪素系砥粒、ジルコニア系砥粒、酸化セリウム、及びシリカからなる群から選択される砥粒を使用することができる。また前記金属台金として、アルミ合金製台金を使用することができる。

本発明は、金属台金上にポリイミド樹脂及び造膜助剤を溶解させた有機溶媒を塗布してから砥石層を加熱成型するので、ポリイミド樹脂及び造膜助剤が介在することによって砥石層をその成型硬化と同時に金属台金へ固定することができ、簡易且つ安価に接着強度の高い砥石層を設けることができる。従来時間と手間を要していた接着剤による接着工程が不要となり、製造工程が効率化し、さらに接着工程で問題となる位置合わせの作業が不要となるので、砥石位置精度が向上し砥石の品質向上にも貢献する。

本発明は、ポリイミド樹脂結合剤を使用するレジノイド砥石の製造方法に適用される。本発明に従う製造工程の一例は以下の通りである。
（１）砥材と粉体ポリイミド樹脂（砥石結合剤）及びその他添加材を計量し、均一に混合し混合原料を調整する。
（２）砥石層の支持体となる金属台金を用意する。
（３）金属台金の砥石層形成部分にポリイミド樹脂及び造膜助剤を含んだ有機溶媒を塗布する。塗布は布、刷毛、筆等に該溶液を含ませ軽く塗る程度でよい。
（５）砥石層の成型充填用の金型を金属台金上に配置する。
（６）前記配置された金型内に上記（１）で調製した混合原料を充填する。
（７）金型及び混合原料が配置された金属台金を加熱成型機にセットする。
（８）加熱しながら金型を加圧する。最終加熱温度は２５０〜３００℃とする。
（９）加熱成型完了後、加熱成型機から金型及び金属台金を取り出し、金属台金から金型を取り外す。
（１０）台金属金上に形成された砥石層を所定寸法に仕上げる。

砥石結合剤として使用されるポリイミド樹脂は、熱硬化性樹脂であるビスマレイミド基系ポリイミドが望ましく、その代表例として、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミド、ビス（３−エチル−５−メチル−４−マレイミドフェニノレ）メタン、及び２，２’−ビス（４−（４−マレイミイドフェノキシ）フェニル）プロパンが挙げられる。

金属台金上に塗布されるポリイミド樹脂は、アリル基及び／又はイルボネン骨格を含むポリイミド樹脂が望ましい。少なくともアリル基又はイルボネン骨格のいずれか一方を有すればよいが、それら両者を有するポリイミド樹脂が特に好ましい。

上記ポリイミド樹脂は、造膜助剤である多価アルコール化合物と共に使用されると台金の金属面に対して良好な接着性を発揮する。一般に造膜助剤とは、接着面において接着剤の分散性を向上させ(即ち、接着面に接着剤を均等に分散させ)、いわゆる濡れ性を向上させる作用を持つ化合物のことである。

本発明のように接着面が金属である場合、金属表面との水素結合等により接着性を向上させる作用が要求される。本発明において造膜助剤として使用される多価アルコール化合物は、金属表面との間の水素結合により接着面の濡れ性を向上させ、こうして形成される多価アルコール化合物の接着膜が介在することによりポリイミド樹脂の金属台金への接着強度が高まる。

この接着反応機構は次のように説明される。すなわち、下記化１及び化２に示すように、ポリイミド樹脂結合剤のビスマレイミド基は、有機溶媒中のポリイミド樹脂の無水アリルナジッタ酸のアリル基及びイルボンネン骨格と付加反応するが、これらポリイミド樹脂は、上記造膜助剤により接着面に良好に分散して硬化するので、ポリイミド樹脂結合剤の金属面への化学的吸着及び物理的吸着が高まる。これらの反応の相乗効果として強固な接着力が得られるのである。

本発明に使用できる造膜助剤として、１−メチノレ２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、及びジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどが挙げられる。

上記ポリイミド樹脂及び造膜助剤を良好に溶解させ得る有機溶媒としては、メチルエチルケトン、アセトニトリル、ジメチノレエーテル、トルエン、キシレン、１，２−ジクロロエタン、クロロホルム、ジエチルエーテル、メチルイソブチレン、及びテトラハイドロフランなどが挙げられる。

金属台金の材質としては、鉄系又はアルミ合金系が挙げられるが、接着性、重量、価格等の観点からアルミ合金が望ましい。
砥粒としては、一般的に使用されているダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、アルミナ系砥粒、炭化ケイ素系砥粒、ジルコニア系砥粒、酸化セリウム系、及びケイ素系砥粒の群から選ばれるいずれか１種類以上を使用できる。

なお、上記の砥粒や結合剤の他に、有機質、金属質及び／又は無機質などの添加物を加えてもよく、これら添加物の種類や量は研削条件により適宜決定すればよい。

以下本発明の実施例を比較例とともに説明するが、本実施例は本発明の実施可能性及び有用性を例証するものであり、本発明の構成を何ら限定するものではない。
接着強度テスト
テスト砥石は、下記の砥石寸法及び組成に従い、図２に示すように角柱状の砥石層５とＡ１合金３とを接着面４で固定して作製した。本実施例では接着面４の強度を評価した。
テスト砥石寸法
Ａ１合金：３３Ｌ×６．５Ｔ×１２．７Ｗ ｍｍ
砥石層：３３Ｌ×６．５Ｔ×１２．７Ｗ ｍｍ
砥石層組成
ダイヤモンド砥粒 ＃１７０／２００ 20.0重量部
銅粉 25.0重量部
ポリイミド樹脂結合剤（ビスマレイミド） 8.50重量部
［実施例１］
ポリイミド樹脂及び造膜助剤を溶解させた有機溶媒としてファインケミカルジャパン社製ＦＣ−１１４（主な含有物；アリル基及びイルボネン骨格両方を含むポリイミド樹脂、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート及びメチルエチルケトン）をＡ１合金３の接着面３ａに刷毛で塗布した後、図３に示すように６６×１２．７ｍｍ金型６及び下板８をセットし、Ａｌ合金側に板状金型９を固定した。接着面３ａを内側とする金型６内に砥石混合原料５′を充填し、加熱しながら押型７で加圧して成型硬化を行い、接着面３ａに砥石層５を固定させた。最終加熱温度は２５０℃とした。
比較例１：
ポリイミド樹脂と造膜助剤を含むメチルエチルケトンの代わりに、フェノール系接着剤（フェノールワニス日本合成加工（株）社製；品番Y-1000）を塗布した以外は、実施例１と同様に製造した。
比較例２：
実施例１と同じ寸法及び組成の砥石層を単独で成型硬化後、Ａ１合金の接着面にエポキシ樹脂（一液性エポキシ樹脂；日本合成加工（株）社製；品番VX1331）を塗布し、ここに前記砥石層を１６０℃で硬化、接着した。
比較例３：
実施例１の製造を、ポリイミド樹脂と造膜助剤を含むメチルエチルケトンを塗布せずに行った。
評価手順
ＪＩＳ規格（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法Ｒ１６０１、１９８６）に従い、各テスト砥石をスパン間距離５０ｍｍ、荷重降下速度０．５ｍｍ／分にて３点曲げ強度を行った。境界部が剥離した時の強度値を測定した。テスト砥石は各３個製造し、テスト結果は３個の平均値として求めた。表１に３点曲げ強度の結果を示す。

フェノール系接着剤を使用した比較例１の場合、実施例１の約半分の強度であり、エポキシ樹脂を使用した比較例２と対比しても十分な接着強度を得られなかった。その原因として、焼結温度が高温のため接着剤成分のフェノール樹脂が熱により劣化し接着力を失ったこと、接着剤のフェノール樹脂が砥石層のビスマレイミドと化学結合せずに分子間力のみで結合していたことなどが考えられる。

実施例１は、比較例２と比べて接着強度が有意に高い。この結果から、砥石層の成型と接着を同時に行う実施例１の製造法によれば、接着工程を必要とする従来の製法と比較して、ポリイミド樹脂結合による砥石製造の生産性及び砥石層の位置精度が向上するだけでなく、接着強度も従来の製法より優れていることが示された。

比較例３は成型後に剥離したため強度測定は不可能であった。この結果から、砥石結合剤のポリイミド樹脂結合剤のみでは金属台金との接着性が不十分であることが示された。

レジノイド砥石の概略構成を示す断面図である。 本実施例に係るテスト砥石の構成を示す斜視図である。 本実施例に係るテスト砥石の成型工程を説明するための断面図である。

符号の説明

１，５ 砥石層
２，３， 金属台金
４，３ａ 接着面
５′ 砥石混合原料
６，９ 金型
７ 押型
８ 下板

Claims (7)

1. 金属台金上に砥粒及びポリイミド樹脂結合剤を含む砥石層を形成するレジノイド砥石の製造方法であって、
   金属台金上にポリイミド樹脂及び造膜助剤を溶解させた有機溶媒を塗布してから砥石層を加熱成型することを特徴とする製造方法。
2. 前記造膜助剤として、多価アルコール化合物を使用することを特徴とする、請求項１に記載のレジノイド砥石の製造方法。
3. 前記ポリイミド樹脂結合剤として、ビスマレイミド系ポリイミド樹脂を使用することを特徴とする、請求項１又は２に記載のレジノイド砥石の製造方法。
4. 前記有機溶媒に溶解させるポリイミド樹脂として、アリル基を有するポリイミド樹脂を使用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレジノイド砥石の製造方法。
5. 前記有機溶媒に溶解させるポリイミド樹脂として、イルボルネン骨格を有するポリイミド樹脂を使用することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレジノイド砥石の製造方法。
6. 前記砥粒として、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、アルミナ系砥粒、炭化珪素系砥粒、ジルコニア系砥粒、酸化セリウム、及びシリカからなる群から選択される砥粒を使用することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレジノイド砥石の製造方法。
7. 前記金属台金として、アルミ合金製台金を使用することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレジノイド砥石の製造方法。

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