JP2007118153A - レジノイド砥石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】砥粒がフェノール樹脂結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するレジノイド砥石の製造方法であって、気孔のサイズや分布が均一であるレジノイド砥石を製造できる方法を提供すること。
【解決手段】砥粒がフェノール樹脂結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するレジノイド砥石の製造方法であって、砥粒、フェノール樹脂、水、及び発泡剤を均一に混合し、次いで硬化剤を添加して均一に混合し、得られた流動性混合物を所定の型に流し込み、該硬化剤の作用により硬化させ、そして、得られた硬化体から水分を除去して乾燥させることを含み、その際、該発泡剤の化学反応により該流動性混合物中に気泡が形成され、硬化後に砥石組織中の気孔となることを特徴とする、前記製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明はレジノイド砥石の製造方法に関する。

研削及び研磨用砥石は、使用される結合剤の種類により、ビトリファイド砥石、レジノイド砥石、メタル砥石、及び電着砥石に大別することができる。これらのうち、切れ味がよく、高能率研削で使用しやすいという理由から、レジノイド砥石が多く使用されている。レジノイド砥石に使用される有機質結合剤としては、一般的にフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＰＶＡ、その他有機樹脂としてはウレタン樹脂、メラミン樹脂などが挙げられるが、耐久性及び耐熱性に優れていることから、主としてフェノール樹脂が使用されている。

フェノール樹脂を結合剤とするレジノイド砥石は、一般的には、材料混合物を所定の型に充填し加圧成型することにより製造される。粉末状のフェノール樹脂を砥粒に被覆し、それを乾燥状態で充填するか、又は、液状に調製したフェノール樹脂に砥粒等を入れて液状混合物とし、いわゆる流し込み成型により製造することもできる。

砥石の製造においては、研削時の切れ味、すなわち研削性をより向上させるために砥石の多気孔化が求められている。研削加工中に発生した研削チップは砥石の気孔内に捕捉されることから、砥石中の気孔の割合を大きく確保すれば、砥石と被削材との接触面積が大きい場合や難削材などの目詰まりが生じ易い研削加工の場合でも目詰まりが好適に防止され研削性が向上する。

しかしながら、一般的な砥石製造方法である上述の加圧成型によれば、フェノール樹脂を結合剤とするレジノイト砥石の気孔率は５０％程度が限界であり、更に気孔率を向上させようとすると熟成変形が大きく形状を維持できないなどの問題があった。

かかる問題を解決する試みとして、砥粒がフェノール樹脂結合剤によって相互に結合されてなる組織中に多数の気孔を有するフェノール樹脂多孔質砥石の製造方法であって、砥粒、フェノール樹脂水溶液、硬化剤、及び界面活性剤を混合した流動性混合物を攪拌することにより、該砥粒、該フェノール樹脂水溶液、該硬化剤及び該界面活性剤を均一に混合するとともに、該流動性混合物中に多数の気泡を創成させる混合攪拌工程と、該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、該硬化工程で硬化させて得られた硬化成形体を乾燥させて、該硬化成形体から水分を除去する乾燥工程とを、含むことを特徴とするフェノール樹脂多孔質砥石の製造方法が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に開示された方法によれば、気孔創生の機構として、乾燥工程において蒸発した水の抜け跡によるものと、混合攪拌工程において流動性混合物中に多数の気泡を創成させることによるもの、更に流動性混合物中に混合された界面活性剤の起泡作用及び整泡作用によるもの等が挙げられる。

しかしながら、混合攪拌により気泡を創成させ、流動性混合物中に混合された界面活性剤の起泡作用及び整泡作用によって気泡を得る場合には、砥石組織内に形成される気孔のサイズや分布は、流動性混合物の粘度や攪拌の強さ等の攪拌条件に依存するため制御が困難であり、最終的に形成される気孔のサイズや分布に均一性が乏しくなる場合が存在する。

また、混合攪拌による気泡創成を行うには水を大量に必要とするため、硬化後の砥石内に水が多量に残存しその乾燥除去に時間がかかる。時間を短縮するためには乾燥温度を高めることが考えられるが、乾燥温度が高すぎると砥石にクラックが発生する危険性が生じる。

したがって、砥粒がフェノール樹脂結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するレジノイド砥石の製造方法であって、気孔のサイズや分布が均一であるレジノイド砥石を製造できる方法に対する必要性が存在する。
ＷＯ０１／８５３９４（請求項１）

本発明は、砥粒がフェノール樹脂結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するレジノイド砥石の製造方法であって、気孔のサイズや分布が均一であるレジノイド砥石を製造できる方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、本発明者らは、従来法における混合攪拌により気泡を創成させる技術に代えて、発泡剤による化学反応により気泡を生成させることにより、気孔のサイズや分布が均一であるレジノイド砥石を製造できることを発見し、本発明を完成させた。

この発泡剤は、塩基触媒、具体的にはアルカリ金属水酸化物との化学反応により分解しガスを発生する。この作用により気泡が生成され、レジノイド砥石において最終的に形成される気孔はサイズや分布が均一となる
すなわち、本発明のレジノイド砥石の製造方法は、砥粒がフェノール樹脂結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するレジノイド砥石の製造方法であって、砥粒、フェノール樹脂、水、及び発泡剤を均一に混合し、次いで硬化剤を添加して均一に混合し、得られた流動性混合物を所定の型に流し込み、該硬化剤の作用により硬化させ、そして、得られた硬化体から水分を除去して乾燥させることを含み、その際、該発泡剤の化学反応により該流動性混合物中に気泡が形成され、硬化後に砥石組織中の気孔となることを特徴とする。

前記製造方法においては、更に、乾燥後に前記流動性混合物を加熱して硬化を進めることを含んでもよい。
本発明の一の態様においては、前記フェノール樹脂は中性であり、更に塩基触媒とともに混合することが好ましい。

本発明の別の態様においては、前記フェノール樹脂はアルカリ性であることが好ましい。
前記発泡剤は粉末又は液状であることが好ましく、より好ましくは、前記発泡剤は粉末であり、アゾ化合物及び／又はヒドラジド化合物であり、更により好ましくは、前記発泡剤は４，４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジドである。

また、前記硬化剤は有機エステル化合物であることが好ましい。
本発明の一の態様においては、更に、塩基触媒、チクソ材、界面活性剤、及び充填剤からなる群から選択される１種類以上を添加して均一に混合することを含んでもよい。好ましくは、前記塩基触媒はアルカリ性水酸化物であり、前記チクソ材はシリカ微粉であり、前記界面活性剤は、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、又は非イオン性界面活性剤のいずれかである。

本発明にしたがえば、従来技術と比較して以下の効果が得られる。
（１）気孔を確保するための水の添加量は従来技術と比べて半分以下で済むため、硬化後の乾燥時間を短縮することができる。また、乾燥による水分気化に伴い、砥石にクラックが発生する危険性が低減される。
（２）乾燥工程における砥石収縮量が低減され、これにより、特に気孔率の大きい砥石を製造する場合に砥石にクラックが発生する危険性が低減される。
（３）発泡剤と塩基触媒との化学反応による気孔形成を行うため、混合攪拌に伴う空気巻き込むによる気孔創生と比較して、気孔径、気孔量の調整が容易であり、砥石の製造間及び製造内のバラつきも小さくなる。
（４）気孔のサイズ及び分布が均一な砥石を安定して製造することが可能となり、従来技術にしたがって製造される同一組成の砥石と比較して、機械的強度が向上する。
（５）本発明において使用する発泡剤は、常温で化学反応により発泡するので、熱の作用による発泡機構と比較して気孔創生のバラつきが少ない。また発泡反応が迅速に進行するので、短い時間で気孔創生が可能である。
（６）発泡反応により常温で迅速に気泡が生成されるので、気泡生成後に硬化剤の作用により迅速にそのまま常温で流動性混合物を硬化させることができる。硬化剤の使用により、従来法における加圧成型とは異なり、小さい寸法から大きい寸法の砥石まで安定して製造することができる。

以下、本発明のレジノイド砥石の製造方法の好適な実施形態について説明する。
本発明のレジノイド砥石の製造方法は、砥粒がフェノール樹脂結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するレジノイド砥石の製造方法であって、砥粒、フェノール樹脂、水、及び発泡剤を均一に混合し、次いで硬化剤を添加して均一に混合し、得られた流動性混合物を所定の型に流し込み、該硬化剤の作用により硬化させ、そして、得られた硬化体から水分を除去して乾燥させることを含み、その際、該発泡剤の化学反応により該流動性混合物中に気泡が形成され、硬化後に砥石組織中の気孔となることを特徴とする。

本発明の製造方法では、まず、砥粒、フェノール樹脂、硬化剤、水、及び発泡剤を均一に混合する。
本発明で使用することができる砥粒としては、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、シリカ、酸化クロム、ＣＢＮ砥粒、及びダイヤモンド砥粒が挙げられ、これらを単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。使用する砥粒の種類やその組合せは、研削等の条件及び被研磨材の材質に応じて適宜選択される。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、上記に列挙した以外の材料でも砥粒として使用することができる。砥粒の粒径は、１ｍｍからサブミクロンまで幅広く使用することができる。

本発明において使用するフェノール樹脂は、塩基触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを常圧において水中で縮合させて水溶液として調製されるものである。フェノール樹脂はアルカリ性に調整された水溶液を使用するが、場合によっては中性のフェノール樹脂を使用してもよい。この場合は塩基触媒を合わせて添加する。

本発明で使用することができるフェノール類としては、フェノールの他、例えば、クレゾール、３，５−キシレノール、ノニルフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、イソプロペニルフェノール、フェニルフェノール等のアルキルフェノールや、レゾルシノール、カテコール、ハイドロキノン、フロログリシン等の多価フェノールが挙げられる。また、カシューナッツ殻液、リグニン、タンニンのようなフェノール系化合物の混合物よりなるものも、フェノール類として使用することができる。これら各種のフェノール類を単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。

本発明で使用することができるアルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール、グリオキザール等が挙げられ、それらを単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。アルデヒド類は、フェノール類に対して１．０〜５倍モルの濃度であればよく、好ましくは、１．０〜３．０倍モルの濃度であり、より好ましくは、１．５〜２．５倍モルの濃度である。アルデヒド類の濃度がフェノール類に対して１．０倍モル未満では架橋後に十分な強度を発現せず、逆に５．０倍モルを越えると未反応アルデヒドによる作業環境の悪化などが懸念され、不都合である。

本発明で使用することができる塩基触媒としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ性水酸化物が挙げられ、単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。塩基触媒は、フェノール類に対して０．０１〜２倍モルの濃度であればよく、好ましくは、０．０２〜１．２倍モルの濃度であり、より好ましくは、０．５〜１．０倍モルの濃度である。塩基触媒の濃度がフェノール類に対して０．０１倍モル未満では樹脂の製造に多大な時間がかかるため不十分であり、逆に２．０倍モルを越えると硬化剤が大量に必要となり、また、作業環境上好ましくなく、不都合である。

このようにして得られたフェノール樹脂は水溶性であり、その重量平均分子量Ｍ_ｗは５００〜８０００である。フェノール樹脂水溶液は、フェノール樹脂成分が３０〜７５重量％であるように調製される。フェノール樹脂はレゾール型フェノール樹脂が使用される。なお、このフェノール樹脂水溶液には、その他の添加剤として、砥粒の接着性向上のために、既知のシランカップリング剤を添加してもよい。シランカップリング剤としては、例えば、エポキシ系シランやアミノシランなどが好ましい。また、このシランカップリング剤は、流動性混合物を得る混合工程において添加してもよい。

中性フェノール樹脂水溶液の場合、発泡剤の反応触媒とするため上記の塩基触媒を加える。またアルカリ性フェノール水溶液の場合も発泡剤の反応を調整するため上記の塩基触媒を加えることができる。

本発明で使用することができる発泡剤は、液状発泡剤、又は粉末発泡剤である。
液状発泡剤の例としては、一般式ＲＯＯＣ−Ｎ＝Ｎ−ＣＯＯＲ（式中、Ｒは、直鎖でも分岐鎖でもよい炭素数１〜４の低級アルキル基を示す。）で表されるジアルキルアゾジカルボキシレートが挙げられる。好ましいジアルキルアゾジカルボキシレートは、ジイソプロピルアゾジカルボキシレートである。また、本発明に使用できる他のジアルキルアゾジカルボキシレートには、ジメチルアゾジカルボキシレート、ジエチルアゾジカルボキシレート、ジプロピルアゾジカルボキシレート、ジtert−ブチルアゾジカルボキシレート、及びそれらの混合物が含まれる。

粉末発泡剤の例としては、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物、ｐ，ｐ’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、４，４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ジニトロソペンタンメチレンテトラミン、ベンゼンスルホニルヒドラジド、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジドなどのヒドラジド化合物などが挙げられる。

これらの発泡剤は、目的に応じて、単独で、又は２種以上を併用してもよい。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、例示した以外の物質も発泡剤として使用することができる。

本発明の製造方法では、次いで、硬化剤を添加して均一に混合する。
フェノール樹脂の硬化反応機構としては、酸硬化、熱硬化、及びエステル硬化反応があるが、本発明においてはエステル硬化反応を用いることが望ましい。

エステル硬化反応においては硬化剤として有機エステル化合物を使用する。有機エステル化合物としては、公知であるアルカリ性フェノール樹脂水溶液の硬化剤として用いられているものを使用することができ、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸エチル、乳酸エチル、セバシン酸メチル、エチレングリコールジアセテート、ジアセチン、トリアセチン等の炭素数１〜１０の一価もしくは多価アルコールと炭素数１〜１０の有機カルボン酸とから誘導されるカルボン酸エステル類、又はγ−ブチロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン類、又はエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、４−エチルジオキソロン、４−ブチルジオキソロン、４，４−ジメチルジオキソロン、４，５−ジメチルジオキソロン等の環状アルキレンカーボネート類等が挙げられる。なかでも、臭気や引火性の問題を解決する目的で、γ−ブチロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、β−プロピオラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン類を特に好ましく使用することができる。

本発明の一の態様においては、更に、塩基触媒、チクソ材、界面活性剤、及び充填剤からなる群から選択される１種類以上を添加して均一に混合してもよい。
塩基触媒はアルカリ性水酸化物であることが好ましい。

チクソ材としては、例えば、シリカ微粉が挙げられる。チクソ材は、流動性混合物中の原材料において比重の分布が大きい場合に、比重の大きい材料が水溶液中で沈降して砥石組織が不均一となるのを防止するため必要に応じて使用される。

界面活性剤としては、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤（ノニオン界面活性剤）等が挙げられるが、好ましくは、アニオン界面活性剤、又は非イオン性界面活性剤である。

アニオン界面活性剤としては、ラウリン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム等の脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸ナトリウム等の硫酸エステル塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム等のスルホン酸塩、高級アルコールリン酸モノエステルジナトリウム塩、アルキルリン酸ナトリウム塩、ジアルキルジチオリン酸亜鉛等のリン酸エステル塩が挙げられる。

カチオン界面活性剤としては、ラウリルアミンクロライド、ジヒドロキシエチルステアリルアミン、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等の高級アルキルアミン塩、トリエタノールアミンモノステアレートの蛾酸塩、ステアラミドエチルジエチルアミンの酢酸塩、２−ヘプタデセニル−ヒドロキシエチルイミダゾリンなどの高級脂肪酸のアミン塩、セチルピリジニウムクロライドなどの高級アルキルハライドのアミン塩、ステアラミドメチルピリジニウムクロライドなどの高級脂肪族アミドのアミン塩といったアンモニウム塩や、これらに類するスルホニウム塩又はホスホニウム塩等が挙げられる。

両性界面活性剤としては、Ｎ−アルキルトリグリシン、ジメチルアルキルベタイン、Ｎ−アルキルオキシメチル−Ｎ，Ｎ−ジエチルベタイン、アルキルベタイン、Ｎ−アルキル−β−アミノプロピオン酸塩、アルキルジ（アミノエチル）グリシン塩酸塩、Ｎ−アルキルタウリン塩、アミノエチルイミダゾリン有機酸塩等が挙げられる。

非イオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルナフチルエーテル、ポリオキシエチレン化ヒマシ油、ポリオキシエチレンアビエチルアルコール、ポリオキシエチレンアルキルチオエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコオール、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコオールエチレンジアミン、ポリオキシエチレンモノ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンジ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンプロピレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノ脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタントリ脂肪酸エステル等のポリオキシエチレン型界面活性剤、エチレングリコールモノ脂肪酸エステル、プロピレングリコールモノ脂肪酸エステル、ジエチレングリコールモノ脂肪酸エステル、グリセリンモノ脂肪酸エステル、ペンタエリスリット脂肪酸エステル、ソルビタンモノ脂肪酸エステル、ソルビタンセスキ脂肪酸エステル、ソルビタントリ脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、脂肪酸モノエタノールアミド、脂肪酸モノイソプロパノールアミド等の多価アルコール型及びアルキロールアミド型界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルアミン、Ｎ−アルキルプロピレンジアミン、Ｎ−アルキルポリエチレンポリアミン、Ｎ−アルキルポリエチレンポリアミンジメチル硫酸塩、アルキルビグアニド、長鎖アミンオキシド等のアミン型界面活性剤が挙げられる。

また必要に応じて充填剤を添加することができる。例えば、クリオライト、硫酸バリウム、硫酸カリウム、炭酸カルシウム等が挙げられ、これらは研削条件等により適宜選択することができる。

以上の材料を所定量計量し、混合機に投入し均一に混合して、流動性混合物を得る。混合時間等の条件は、使用する混合機、混合容量、混合材料、発泡反応の速度等を考慮して適宜決定することができる。

本発明の製造方法では、次いで、得られた流動性混合物を所定の型に流し込み、硬化剤の作用により硬化させる。型の形状、寸法には特に制限はなく、製造する砥石の形状、寸法に依存して適宜選択することができる。

硬化温度は常温〜６０℃である。硬化反応により、型に流し込んでから５分後には、流動性混合物はほぼ固形物となる。固形化した混合物は、十分に硬化させるため、好ましくは、１〜２４時間放置する。放置時間は、原材料の種類及び成型寸法を考慮して適宜決定することができる。

本発明の製造方法では、発泡剤の化学反応により流動性混合物中に気泡が形成され、硬化後に砥石組織中の気孔となる。発泡剤は塩基触媒と反応してガスを発生させ、気泡を形成する。発泡反応は即座に起こり、硬化完了時には発泡反応が終了する。形成された気泡は、硬化剤の作用により、均一に分散した状態で結合剤組織中に固定することができる。

本発明の製造方法では、次いで、得られた硬化体から水分を除去して乾燥させる。乾燥工程により、結合剤組織中に液体として同伴された水分は気化して固形物の外部に除去されるので、その乾燥流路が形成され、又は水分が残存している箇所が空洞となり、小さい連続気孔が形成される。これらが発泡剤により生成された気孔とともに本発明にしたがったレジノイド砥石の気孔部となる。

乾燥は、固形物を型内に残したまま乾燥させてもよいし、型から外して乾燥してもよい。乾燥温度は６０〜１００℃の間で行われるが、好ましくは、６０〜８０℃である。乾燥温度、乾燥時間は、製造するレジノイド砥石の寸法等を考慮して適宜決定することができる。

本発明の製造方法では、次いで、任意の工程として、乾燥後に前記流動性混合物を加熱して硬化を進めてもよい。加熱により、フェノール樹脂の硬化を進めることができ、レジノイド砥石の砥粒保持力を増加させることができる。加熱温度は、例えば、１２０〜１７０℃である。

以上説明した本発明の製造方法にしたがって製造されるレジノイド砥石の組成は次の範囲となる。すなわち、砥粒体積率は最小５体積％から最大５５体積％まで、気孔体積率は５体積％から８５体積％まで、結合剤率は１００％から砥粒体積％と気孔体積％を引いた値である。本発明のレジノイド砥石の比重は０．５〜２．５の範囲である。

以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、これら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、本発明を限定するものではない。

１．砥石の製造と物性の測定
本発明の製造方法及びＷＯ０１／８５３９４に開示された方法にしたがって製造したレジノイド砥石について、以下の手順にしたがい各物性を測定した。実施例及び比較例において、砥石の組成は、砥粒体積率＝１５％、結合剤体積率＝１８％、気孔体積率＝６７％となるように調整した。

１−１．砥石の製造（実施例）
１−１−１．原材料
砥粒 ＧＣ＃２０００ ９４４g
結合剤：レゾール型フェノール樹脂 ４２０g
（旭有機材工業株式会社製、品番：ＨＰＲ８３０）
硬化剤：γ―ブチロラクトン １０４g
発泡剤（大塚化学、品番：ユニフォームＡＺ９０） ４３g
水 ２１０g

１−１−２．砥石製造手順
結合剤、水及び発泡剤を混合機に投入し均一に混合したあと、砥粒を投入して均一に混合し、次いで硬化剤を投入して均一に混合した。得られた流動性混合物を外径２４０×厚さ３０×穴径３６ｍｍ寸法の型に流し込み、常温で１時間放置して、発泡させながら硬化させた。得られた硬化体を型から外し、６０℃で２４時間加熱して水分を乾燥させた。更に６０℃から１５０℃に６時間で昇温し、１５０℃で２時間保持して硬化反応をすすめた。得られた砥石の組成は、砥粒体積率＝１５．４％、結合剤体積率＝１８．０％、気孔体積率＝６６．６％で、比重は０．７１０であった。

１−２．砥石の製造（比較例）
１−２−１．原材料
砥粒 ＧＣ＃２０００ ９４４g
結合剤：レゾール型フェノール樹脂
（旭有機材工業株式会社製、品番：ＨＰＲ８３０） ４２０g
硬化剤：γ―ブチロラクトン ２０７g
界面活性剤：アニオン界面活性剤 １０４g
（花王株式会社製、品番エマールＡＤ−２５Ｒ）
水 ４２０g

１−２−２．砥石製造手順
結合剤、水及び界面活性剤を混合機に投入し、均一に混合すると同時に、機械的攪拌により混合物中に空気を巻き込ませて気泡を発生させた。次いで、硬化剤を投入して均一に混合した。得られた流動性混合物を外径２４０×厚さ３０×穴径３６ｍｍ寸法の型に流し込み、常温で１２時間放置して、流動性混合物を硬化させた。得られた硬化体を型から外し、６０℃で４８時間加熱し水分を乾燥させた。更に６０℃から１５０℃に６時間で昇温し、１５０℃で２時間保持して硬化反応をすすめた。得られた砥石の組成は、砥粒体積率＝１５．２％、結合剤体積率＝１７．９％、気孔体積率＝６６．９％で、比重は０．７０５であった。

１−３．砥石物性の測定
上記の実施例及び比較例において得られた砥石について以下の手順にしたがい各物性を測定した。砥石は実施例及び比較例についてそれぞれ３つのサンプルを準備し、物性は３サンプルの平均値をデータとした。なお、「ｄｒｙ」とは製造後の乾燥状態の砥石の物性データを示し、「ｗｅｔ」とは製造後に水中で２時間煮沸した砥石の物性データを示す。

１−３−１．曲げ強度（ｄｒｙ、ｗｅｔ）
砥石を４０×１０×１５ｍｍ寸法の直方体に切り出し、ＪＩＳ Ｒ１６０１−２００４（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）にしたがい、スパン間距離２０ｍｍ、荷重降下速度０．１ｍｍ／ｍｉｎにて３点曲げ強度を測定した。

１−３−２．曲げ弾性率（ｄｒｙ、ｗｅｔ）
ＪＩＳ Ｒ１６０２−２００４（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）にしたがい、曲げ強度テストにおいて測定した砥石の歪から弾性率を算出した。
１−３−３．ロックウェル硬度（ｄｒｙ、ｗｅｔ）
ロックウェル硬度は、ＪＩＳＺ２２４５：２００５（ロックウェル硬さ試験−試験方法）にしたがい、被試験体に初試験力９８．０７Ｎを加え、次いで一定の追加試験力を加えて、追加試験力を除去した後の初試験下における、永久くぼみ深さｈから次式：１３０−ｈ／０．００２により求めることができる。ここでは、１／２インチ鋼球（直径１２．７ｍｍ）を用い、初試験力９８．０７Ｎ、追加試験力１４７．１Ｎとして、ロックウェル硬度を測定した。

１−３−４．砥石組織の観察
曲げ強度測定後の砥石について、その破断面をラップ盤にて仕上げて電子顕微鏡観察を行った。

１−４．砥石物性の測定結果
曲げ強度、曲げ弾性率、及びロックウェル硬度の測定結果を表１に、電子顕微鏡による写真を図１に示す。

曲げ強度は、ｄｒｙ、ｗｅｔともに比較例と比較して実施例において２０％以上高い値が得られた。ロックウェル硬度は、ｄｒｙ、ｗｅｔともに実施例の砥石は比較例より硬いという結果が得られた。曲げ弾性率は、ｄｒｙ、ｗｅｔともに比較例と比較して実施例において２０％以上高い値が得られた。実施例における高い曲げ弾性率は、比較例に比べて気孔の均一性が高いことによるものと考えられる。

ｄｒｙとｗｅｔを比較した場合、実施例及び比較例のいずれにおいても劣化度合いに大きな差は見られなかったが、
図１の電子顕微鏡写真を比較すると、実施例では発泡剤反応に起因する１００〜２００μｍの均一な気孔が均一に分散しているが、一方、比較例では、機械的攪拌により巻き込まれた気泡に起因する１０〜３００μｍの気孔が不均一に分散していることがわかる。また、電子顕微鏡写真では確認できないが、実施例及び比較例ともに、結合剤に同伴された水分の乾燥により微小の気孔が形成された。

これらの結果から、発泡剤の化学反応により気孔を形成する実施例では、機械的攪拌により気孔を巻き込む比較例に比べて、組織の均一性（すなわち、気孔径の均一性、気孔分布の均一性）が確保されていることがわかる。このことは実施例において砥石の機械的強度が向上した一因と考えられる。

また、砥石の製造における水の使用量について比較すると、実施例においては、比較例における量の半分以下しか必要としなかった。このことは、その後の工程において乾燥時間の短縮に繋がり、砥石製造に要する時間の短縮による製造効率の向上をもたらす。更に、水の使用量が少ないことにより、結合剤として使用されるフェノール樹脂の水による劣化を従来よりも低減することができ、このことも砥石の機械的強度が向上した一因と考えられる。

２．研削性能試験
本発明の製造方法にしたがって製造した２種のレジノイド砥石を用いて、以下の手順にしたがい研削性能試験を行った。

２−１．試験条件
２−１−１．使用砥石
異なる砥粒（ＧＣ＃４００及びＧＣ＃８００）を使用した２種の砥石を使用した。これらの砥石の具体的な製造手順は、上述の「１−１−２．砥石製造手順」と同様に行った。
仕様：ＧＣ＃４００（砥粒体積率＝１３．０％、結合剤体積率＝１５．２％、気孔体積率＝７１．８％）
ＧＣ＃８００（砥粒体積率＝１３．９％、結合剤体積率＝１６．４％、気孔体積率＝６９．７％）
寸法：φ４０５×１５×φ２０３．２ｍｍ

２−１−２．被削材
材質：ＳＵＳ３０４，アルミニウム，銅
寸法：ＳＵＳ−３０４ φ７８×３００ｍｍ
アルミニウム φ１０×５０ｍｍ
銅 φ８４×１００ｍｍ

２−１−３．研削盤
種類：豊田工機製ＣＮＣ円筒研削盤
型式：ＧＰＮ−５Ｐ（１１ｋＷ）

２−１−４．研削液
名称：クレカット ＮＳ２０１（ソリュブルタイプ）
希釈倍率：５０倍希釈

２−１−５．ドレス条件
ドレッサ：単石ダイヤモンドドレッサ
砥石周速度：３３．３ｍ／ｓ
ドレス切込み：φ０．００５ｍｍ／pass×１０pass
ドレスリード：０．０５ｍｍ／rev

２−１−６．研削条件
研削方式：湿式プランジ研削
砥石周速度：３３．３ｍ／ｓ
被削材周速度：０．３３ｍ／ｓ
切込み速度：φ０．００１ｍｍ／ｓ
取り代：φ０．０５ｍｍ
スパークアウト：３ｓ

２−１−７．評価項目
仕上面粗さ Ｒ_ｍａｘ
被削材除去寸法 φｍｍ
被削材研削後の表面写真観察

２−２．研削結果
砥粒をＧＣ＃４００及びＧＣ＃８００とした砥石を用いた研削試験の結果を、それぞれ表２及び表３に示す。

砥粒をＧＣ＃４００とした砥石について、仕上げ面粗度Ｒ_ｍａｘは被削材による変化は少なく１．４０〜１．６２μｍの間で推移した。被削材除去寸法（φμｍ）はアルミナが最も削量が多く、次いで削量の多い順に非鉄金属である銅、最後に鉄系材料であるＳＵＳ３０４であった。研削試験においては、研削抵抗の異常上昇等による研削作業の中止という状況はなく、正常に研削作業を完了することができた。研削後の被削材においてはビビリ、スクラッチ、研削焼けの発生はなく、仕上がりは正常であった。

砥粒をＧＣ＃８００とした砥石について、仕上げ面粗度Ｒ_ｍａｘはＳＵＳ３０４及び銅は０．６０μｍ前後であったがアルミニウムのみ１．１５μｍと比較的高い値になった。これは削量が多く、磨き作用が起こらなかったためと考えられる。被削材除去寸法（φμｍ）は、アルミナが最も削量が多く、非鉄金属である銅及び鉄系材料であるＳＵＳ３０４は殆ど同じ値であった。研削試験においては、研削抵抗の異常上昇等による研削作業の中止という状況はなく、正常に研削作業を完了することができた。研削後の被削材においてはビビリ、スクラッチ、研削焼けの発生はなく、仕上がりは正常であった。

研削後の被削材表面の電子顕微鏡写真を図２に示す。特にスクラッチキズが観察されず正常に研削ができた。

本発明の方法にしたがって製造される砥石は、粗研削及び仕上げ研磨に使用でき、円筒研削、平面研削内面研削のみならず、ラッピング、ホーニング等の最終仕上げにも応用することができる。被削材としては鉄系材料に適用できるが、銅などの非鉄金属にも適用でき、超硬、シリコン、アルミナ、炭化物、窒化物、サファイア、石英、各種ガラス、その他セラミック材料などの硬脆性材料に代表される非鉄系材料の研削研磨に好適に用いられる。

図１は、本発明にしたがった砥石及びＷＯ０１／８５３９４に開示された方法にしたがって製造した砥石について、それぞれの組織の電子顕微鏡写真を示す。 図２は、本発明にしたがった砥石を用いた研削試験後の被削材表面の電子顕微鏡写真を示す。

Claims (12)

1. 砥粒がフェノール樹脂結合剤によって固定化され、その組織中に気孔を有するレジノイド砥石の製造方法であって、砥粒、フェノール樹脂、水、及び発泡剤を均一に混合し、次いで硬化剤を添加して均一に混合し、得られた流動性混合物を所定の型に流し込み、該硬化剤の作用により硬化させ、そして、得られた硬化体から水分を除去して乾燥させることを含み、その際、該発泡剤の化学反応により該流動性混合物中に気泡が形成され、硬化後に砥石組織中の気孔となることを特徴とする、前記製造方法。
2. 前記フェノール樹脂は中性であり、更に塩基触媒とともに混合する、請求項１記載のレジノイド砥石の製造方法。
3. 前記フェノール樹脂はアルカリ性である、請求項１記載のレジノイド砥石の製造方法。
4. 前記硬化剤は有機エステル化合物である、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. 前記発泡剤は粉末又は液状である、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. 前記発泡剤は粉末であり、アゾ化合物及び／又はヒドラジド化合物である、請求項５記載のレジノイド砥石の製造方法。
7. 前記発泡剤は４，４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジドである、請求項６記載のレジノイド砥石の製造方法。
8. 更に、乾燥後に前記流動性混合物を加熱して硬化を進めることを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のレジノイド砥石の製造方法。
9. 更に、塩基触媒、チクソ材、界面活性剤、及び充填剤からなる群から選択される１種類以上を添加して均一に混合する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のレジノイド砥石の製造方法。
10. 前記塩基触媒がアルカリ性水酸化物である、請求項２又は９に記載のレジノイド砥石の製造方法。
11. 前記チクソ材がシリカ微粉である、請求項９又は１０に記載のレジノイド砥石の製造方法。
12. 前記界面活性剤が、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、又は非イオン界面活性剤のいずれかである、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のレジノイド砥石の製造方法。