JP2008142883A

JP2008142883A - レジノイド砥石

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Publication number: JP2008142883A
Application number: JP2007294769A
Authority: JP
Inventors: Eriko Yoshioka; 恵理子吉岡; Nobuyuki Arakane; 信之荒金
Original assignee: Kure Norton KK
Current assignee: Kure Norton KK
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】ゴム砥石の特徴である弾力特性をそこなわず、ゴム砥石より切れ味及び耐久性に優れた砥石を提供すること。
【解決手段】砥粒を有機質結合剤により結合して形成したレジノイド砥石であって、前記有機質結合剤がポリウレタンであり、前記砥石のゴム硬度が５０以上かつ７５以下であり、かつ引張り強度が１２ＭＰａ以上かつ２１Ｍａ以下であることを特徴とする、前記レジノイド砥石。レジノイド砥石の気孔率は、好ましくは、１体積％より多くかつ１０体積％未満であり、より好ましくは、１体積％より多くかつ５体積％未満である。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機結合剤としてポリウレタンを使用したレジノイド砥石（以下、「ポリウレタン砥石」ともいう）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は、一般的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＰＶＡなどである。その他の有機質結合剤としては、ポリウレタン、ゴム系なども挙げることができる。

特許文献１には、ＣＭＰにおいて研磨パッドとして使用することができる均一な発泡構造を有するポリウレタン発泡体が開示されている。このポリウレタン発泡体は、高分子ジオール、有機ジイソシアネート及び鎖伸長剤を反応させて得られる、イソシアネート基由来の窒素原子の含有率が６重量％以上であり、かつ５０℃における動的粘弾性率Ｅ’_５０が５×１０^９ｄｙｎ／ｃｍ^２以上である熱可塑性ポリウレタンからなり、密度が０．５〜１．０ｇ／ｃｍ^３、気泡サイズが５〜２００μｍ、硬度（ＪＩＳ−Ｃ硬度）が９０以上であるものである（特許文献１請求項１）。

その他にも多数の先行文献においてＣＭＰ用途のため発泡させて多気孔化したポリウレタン砥石が開示されている。このようにポリウレタン砥石は発泡作業を経て多気孔砥石として使用されるケースが多い。これら多気孔のポリウレタン砥石は、高い被削材除去量及び高耐久性が求められていない最終の仕上げ研磨に用いられるのが一般的である。

一方、結合剤樹脂の弾力特性を生かしてゴム系樹脂を使用している例がある。ゴム系樹脂を使用し研磨砥石とした場合、従来レジノイド砥石の結合剤として主に使用されているフェノール樹脂と比較して、ハネ、ビビリを起こさず、曲面にもなじみ、安定した研磨作業が行えるという利点がある。これにより、粉塵の発生を大幅に減らし、作業環境を改善できる利点がある。また、硬い砥石や研磨布紙と異なり、深いキズを残さず均一な研磨面が得られる利点もある。

このようなゴム砥石は、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２には、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ブタジエンゴムなどの高分子弾性体中に体積率で１５〜９０％のダイヤモンド粒子を含有するダイヤモンド含有ゴム研磨材が開示されている（特許文献２請求項１、請求項３）。
特開２００２−３７１１５４号公報特開昭６２−７９９６７号公報

しかしながら、ゴム砥石は切れ味及び耐久性に乏しいという欠点もある。また、一般的にゴム砥石は、混合、成型、加硫の工程を経て製造されるが、その組成中に硫黄分が含まれているため環境面に問題があり、製造工程における環境や砥石使用後のゴム砥石の廃却による環境への悪影響などが憂慮される。

本発明は、ゴム砥石の特徴である弾力特性をそこなわず、ゴム砥石より切れ味及び耐久性に優れた砥石を提供すること課題とする。また、本発明は、ゴム砥石と異なり環境に配慮した砥石を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため本発明者らは鋭意研究した結果、有機質結合剤としてポリウレタンを使用し、ゴム硬度を所定の数値範囲内に規定することにより、所望のレジノイド砥石を提供できることを発見した。本発明のレジノイド砥石は以下の構成を有することを特徴とするものである。
（１）砥粒を有機質結合剤により結合して形成したレジノイド砥石であって、前記有機質結合剤がポリウレタンであり、前記砥石のゴム硬度が５０以上かつ７５以下であり、かつ引張り強度が１２ＭＰａ以上かつ２１Ｍａ以下であることを特徴とする、前記レジノイド砥石。
（２）レジノイド砥石の気孔率が１体積％より多くかつ１０体積％未満であることを特徴とする、（１）記載のレジノイド砥石。
（３）レジノイド砥石の気孔率が１体積％より多くかつ５体積％未満であることを特徴とする、（１）記載のレジノイド砥石。

本発明によれば、ゴム砥石の特徴である弾力特性をそこなわず、ゴム砥石より切れ味及び耐久性に優れた砥石が提供される。本発明のレジノイド砥石は、ゴム砥石より良好な切れ味と高い耐久性が得られ、なおかつ環境に配慮した砥石である。

本発明に規定するゴム硬度は、ＪＩＳＫ６２５３「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」の試験の種類に記載されている中のスプリング式（ディロメータ硬さ）高硬さ用タイプＤを採用し、これに準じて測定した値を適用する。本発明は、ゴム砥石の弾性特性を損なうことなくゴム砥石より切れ味が良好で高い耐久性をもつポリウレタン砥石を提供するものである。ポリウレタン砥石はゴム砥石と異なり、硫黄等の有害物質は含まれていないので環境面においては良好である。後述の実施例で使用したゴム砥石のゴム硬度は６５．８であり、一般的には５０以上かつ７５以下の範囲で用いられる。ゴム硬度が５０未満であると弾力がありすぎてかえって切れ味が低下し、７５より高い値であると砥石が硬くなり研削時に目詰まりが発生してしまう。そこで、本発明のポリウレタン砥石は、慣用的なゴム砥石に合わせて、ゴム硬度を５０以上かつ７５以下であるものと規定した。本発明のポリウレタン砥石において、ゴム硬度は好ましくは５５以上かつ７０以下であり、より好ましくは６０以上かつ７０以下である。

さらに本発明に規定する引張り強度は１２ＭＰａ以上かつ２１Ｍａ以下である。１２Ｍａより小さい値であると砥石の耐久性が得られず、２１Ｍａより大きい値であると砥石の耐久性は向上するが被削材の仕上げ面粗さが粗くなり被削材の品質が低下する。

引張り強度は好ましくは１３ＭＰａ以上かつ１９Ｍａ以下である。
本発明のポリウレタン砥石は、金属材料又は非金属材料の加工に用いることができる。特に、ガラス、セラミックスなどに代表される非金属材料、すなわち硬脆性材料の加工に良好に適用することができる。

本発明において、有機質結合剤として用いられるポリウレタンは、イソシアネート基とポリオール（水酸基：ＯＨ基を２以上含有する化合物）が結合してウレタン結合が形成される材料であり、自動車用シート、クッション材、ボーリングの球など他分野でも多く用いられるものである。基本的な結合化学式を示す。

ポリウレタンを形成するために使用することができるイソシアネート基を有する化合物としては、例えば、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、メチレンビス（４，１−フェニレン）ジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、１，５−ナフチレンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートなどが挙げられる。これらの有機ジイソシアネートは単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

ポリウレタンを形成するために使用することができるポリオールとしては、低分子ジオール又は高分子ジオールを使用することができる。低分子ジオールとしては、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール等の脂肪族ジオール；シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサンジオール等の脂環式ジオールなどを挙げることができる。

高分子ジオールとしては例えば、ポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリカーボネートジオールなどが挙げられる。
ポリエーテルジオールとしては例えば、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（プロピレングリコール）、ポリ（テトラメチレングリコール）、ポリ（メチルテトラメチレングリコール）などが挙げられる。

ポリエステルジオールとしては、例えば、ジカルボン酸またはそのエステル、無水物などのエステル形成性誘導体と上記列挙したような低分子ジオールとを直接エステル化反応またはエステル交換反応させることにより製造することができる。

ポリカーボネートジオールとしては、例えば、上記列挙したような低分子ジオールとジアルキルカーボネート、アルキレンカーボネートなどのカーボネート化合物との反応により得られるものを使用できる。また、ジアルキルカーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどが挙げられる。さらに、アルキレンカーボネートとしてはエチレンカーボネートなどが挙げられる。

これら例示した化合物以外でも特許請求の範囲の規定を逸脱することなく本発明の効果を奏するものであれば使用することができる。
本発明のレジノイド砥石は、気孔率が、好ましくは１体積％以上かつ１０体積％以下、より好ましくは１体積％以上かつ５体積％以下であることを特徴とする。気孔率１％未満の砥石または全くの無気孔の砥石を製造するのは困難である。気孔率が１０体積％と超えるとゴム硬度が本発明の規定範囲外となってしまい、本発明の課題であるゴム砥石の特徴である弾力特性をそこなうことになり、具体的には一般的なゴム砥石のゴム硬度５０以上かつ７５以下の範囲外となり、本発明の条件を満たすことができない。

本発明において使用される砥粒材料は、特に限定されないが、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、アルミナ系砥粒、ゾルゲル焼結によるアルミナ質砥粒、炭化ケイ素系砥粒、ジルコニア砥粒、アルミナ−ジルコニア砥粒、シリカ、酸化クロム、酸化セリウムなどが挙げられ、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。砥粒粒度は１μｍ未満のサブミクロン砥粒から平均粒径１ｍｍ以上まで使用することができる。好ましくは粒度＃８００（平均粒径約２０μｍ）以下から１μｍ未満のサブミクロン砥粒、より好ましくは＃１０００（平均粒径約１５μｍ）以下から１μｍ未満のサブミクロン砥粒が使用される。

また、本発明においては、更に無機質の充填剤を使用してもよい。無機質充填剤としては、例えば、クリオライト、タルク等を用いることができ、また、上述の砥粒材料を使用してもよい。これらは研削条件により適宜選択される。

本発明の砥石組成は、好ましくは、砥粒体積率が５％以上かつ６０％以下であり、結合剤体積率が３０％以上かつ８５％以下、気孔体積率は１％より大きくかつ１０％未満である。

以下、本発明のレジノイド砥石について具体的な実施例により更に説明する。

有機質結合剤としてポリウレタンを使用して複数個のレジノイド砥石を製造し、そのゴム硬度及び引張り強度を測定しさらに研削テストを行った。比較のため、結合剤としてクロロプレンゴムを用いた砥石についても同様に測定を行った。
（砥石物性テスト）
ゴム硬度テスト
引張り強度テスト
（混合比及び製造手順）
実施例１
砥粒：ダイヤモンド砥粒（８／１６μｍ）１００．０重量部
ＧＣ＃４０００９８．０重量部
結合剤：４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート
５０．０重量部
ポリオール３１．３重量部
硬化触媒２．０重量部
ダイヤモンド砥粒、ＧＣ砥粒、イソシアネート及びポリオールを所定重量計量し均一になるまで混合し、混合原料を脱泡した。硬化触媒を所定重量計量し混合原料に投入した。これらを均一になるまで混合し脱泡した。

得られた混合原料を所定量計量し、所定の荷重を加えて成型し、８時間以上放置した。その後８５℃で２時間加熱した。硬化後に仕上げ加工を行い、外径５０ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ×穴径２２ｍｍの寸法を有する研削試験用砥石を得た。さらに同様な混合及び成型方法を用いて、厚み５ｍｍ×幅１．２ｍｍ×長さ２０ｍｍ直方体のゴム硬度及び引張り強度測定用の試料を作製した。
比較例１
砥粒：ダイヤモンド砥粒（８／１６μｍ）１００．０重量部
ＧＣ＃４０００９８．０重量部
結合剤：クロロプレンゴム８１．６重量部
ダイヤモンド砥粒、ＧＣ砥粒、クロロプレンゴムを所定重量計量し均一になるまで混合し、混合原料を脱泡、これらを均一になるまで混合し脱泡した。

得られた混合原料を所定量計量し、所定の荷重を加えて成型し、その後１５０℃で２時間加熱した。加熱後に仕上げ加工を行い、外径５０ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ×穴径２２ｍｍの寸法を有する研削試験用砥石を得た。さらに同様な混合及び成型方法を用いて、厚み５ｍｍ×幅１．２ｍｍ×長さ２０ｍｍ直方体のゴム硬度及び引張り強度測定用の試料を作製した。
実施例２
砥粒：ダイヤモンド砥粒（８／１６μｍ）１００．０重量部
ＧＣ＃４０００１０４．１重量部
結合剤：４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート
５１．２重量部
ポリオール２７．６重量部
硬化触媒２．０重量部
ダイヤモンド砥粒、ＧＣ砥粒、イソシアネート及びポリオールを所定重量計量し均一になるまで混合し、混合原料を脱泡した。硬化触媒を所定重量計量し混合原料に投入した。これらを均一になるまで混合し脱泡した。

得られた混合原料を所定量計量し、所定の荷重を加えて成型し、８時間以上放置した。その後８５℃で２時間加熱した。硬化後に仕上げ加工を行い、外径５０ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ×穴径２２ｍｍの寸法を有する研削試験用砥石を得た。さらに同様な混合及び成型方法を用いて厚み５ｍｍ×幅１．２ｍｍ×長さ２０ｍｍ直方体のゴム硬度及び引張り強度測定用の試料を作製した。
比較例２
砥粒：ダイヤモンド砥粒（８／１６μｍ）１００．０重量部
ＧＣ＃４０００１０９．８重量部
結合剤：４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート
５０．４重量部
ポリオール２６．８重量部
硬化触媒２．０重量部
ダイヤモンド砥粒、ＧＣ砥粒、イソシアネート及びポリオールを所定重量計量し均一になるまで混合し、混合原料を脱泡した。硬化触媒を所定重量計量し混合原料に投入した。これらを均一になるまで混合し脱泡した。

得られた混合原料を所定量計量し、所定の荷重を加えて成型し、８時間以上放置した。その後８５℃で２時間加熱した。硬化後に仕上げ加工を行い、外径５０ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ×穴径２２ｍｍの寸法を有する研削試験用砥石を得た。さらに同様な混合及び成型方法を用いて厚み５ｍｍ×幅１．２ｍｍ×長さ２０ｍｍ直方体のゴム硬度及び引張り強度測定用の試料を作製した。
比較例３
砥粒：ダイヤモンド砥粒（８／１６μｍ）１００．０重量部
ＧＣ＃４０００９８．０重量部
結合剤：４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート
５０．０重量部
ポリオール３１．３重量部
硬化触媒２．０重量部
原材料混合比は実施例１と同じであるが気孔量を増やすため実施例１より低い荷重を加えて成型した。

実施例１及び比較例１により得られた砥石は、いずれも、ダイヤモンド砥粒の砥粒体積率が約２１％、ＧＣ砥粒の砥粒体積率が約２３％、結合剤体積率が約５３％であった。気孔体積率は３％であった。

実施例２より得られた砥石はダイヤモンド砥粒の砥粒体積率が約２１％、ＧＣ砥粒の砥粒体積率が約２５％、結合剤体積率が約５１％であった。気孔体積率は３％であった。
比較例２より得られた砥石はダイヤモンド砥粒の砥粒体積率が約２１％、ＧＣ砥粒の砥粒体積率が約２７％、結合剤体積率が約４９％であった。気孔体積率は３％であった。

比較例３より得られた砥石はダイヤモンド砥粒の砥粒体積率が約１７％、ＧＣ砥粒の砥粒体積率が約１９％、結合剤体積率が約４４％であった。気孔体積率は２０％であった。
（物性評価）
ゴム硬度
ＪＩＳＫ６２５３「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」の試験の種類に記載されている中のスプリング式（ディロメータ硬さ）高硬さ用タイプＤに対応した、ミツトヨ社製コードＮｏ８１１−３３７で測定した。測定試料は下記引張り試験用の試料で測定した。
引張り強度
島津製作所製ＡＧ−１０ＴＤを用い上昇速度１．０ｍｍ／ｍｉｎにて引張り試験を行った。
（テスト結果）
実施例１及び比較例１について測定された物性を表１に示す。

引張り強度は、比較例１に比べて実施例１において１．４倍向上する結果が得られた。ゴム硬度はほぼ同等の値であった。
比較例３気孔率１０体積％以上のポリウレタン砥石はゴム硬度が５０より少なく本発明の課題を満たさないものとなった。具体的には一般的なゴム砥石のゴム硬度５０以上かつ７５以下の範囲外となり、本発明の条件を満たすことができない。
さらに引張り強度も比較例１より小さい値となった。従って以後の研削テストは中止するものとする。

実施例２及び比較例２は本発明品と同じポリウレタン砥石であるが充填剤であるＧＣ材の量が増加し、その分ポリウレタン量を減少させたものである。ゴム硬度は同等であるが引張り強度は増加する傾向になった。
研削テスト
（研削条件）
研削盤：大阪機工株式会社製マシニングセンタＰＣＶ４０II−ＭＳ
被削材ＦＣ２５０１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２０ｍｍ
研削面面粗度１．２〜１．３Ｒａμｍに調整した。
研削液エマルジョンＭＬ０７３１５％
研削液流量２Ｌ/ｍｉｎ
砥石寸法外径５０ｍｍ×厚さ１．２ｍｍ×穴径２２ｍｍ
砥石仕様
実施例１砥石
実施例２砥石
比較例１砥石
比較例２砥石
比較例４砥石（比較例４砥石、実施例１砥石の原材料の内、砥粒及び充填剤をふくまない。ポリウレタンのみで構成された物である。製造手順は実施例１の製造手順に従って製造された。）
研削条件２条件
条件１砥石回転数１０００ｍｉｎ^-1
テーブル回転数１００ｍｍ／ｍｉｎ
砥石切り込み０．２ｍｍ／ｐａｓｓ
研削方式湿式プランジ研削ダウンカット
パス回数１０ｐａｓｓ
条件２砥石回転数３０００ｍｉｎ^-1
テーブル回転数５０ｍｍ／ｍｉｎ
砥石切り込み０．４ｍｍ／ｐａｓｓ
研削方式湿式プランジ研削ダウンカット
パス回数１０ｐａｓｓ
調査する物性
砥石消耗体積量（ｍｍ^３）
仕上げ面粗度（Ｒａμｍ）
物性測定手順
砥石消耗体積量
研削テスト前の砥石外周寸法と研削試験後の砥石外周寸法を測定する。

それぞれの砥石円周を算出する。以下の式を用いて砥石消耗体積量（ｍｍ^３）を算出した。
（（研削前砥石円周）−（研削後砥石円周））×（砥石厚み）×（（（研削前砥石外周寸法）−（（研削後砥石外周寸法））／２）
仕上げ面粗度（Ｒａμｍ）
仕上げ面粗さ（Ｒａμｍ）とは、中心線平均粗さ（Ｒａ）として、粗さの曲線からその中心線の方向に測定長さｌの部分を抜取り、この抜取り部分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸、粗さ曲線ｙ＝ｆ（ｘ）で表したとき、次式によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものである。

測定長さ０．４ｍｍ
カットオフ０．８
倍率５０００

研削テスト結果
条件１

条件２

比較例４砥石は研削後、被削材の面粗度を測定すると研削前の面粗度から変化がなかった。このことから比較例４砥石は被削材を削っていないことを示しており、研削不能という結論とした。以上のことから条件２の研削は中止した。

実施例１砥石及び実施例２砥石は比較例１砥石（従来技術のゴム砥石）と比較して砥石消耗量は条件１で２倍以上、条件２で１．４倍から１．５倍向上しているので砥石耐久性は向上した。物性テストでゴム硬度は同等であったが引張り強度は１．４倍から１．９倍以上あるので、その差が砥石消耗量に表れた。

比較例２砥石の引張り強度は２２ＭＰａで実施例１砥石及び実施例２砥石より大きい値となった。砥石消耗体積量は実施例１砥石及び実施例２砥石より優れた値となった。しかしながら面粗度は比較例１砥石（従来技術のゴム砥石）と比較して悪い値となった。比較例２砥石は、砥石消耗体積は少ないので砥石耐久性は向上したが被削材の面粗度は悪くなり被削材の品質は劣るという結果になった。

Claims

砥粒を有機質結合剤により結合して形成したレジノイド砥石であって、前記有機質結合剤がポリウレタンであり、前記砥石のゴム硬度が５０以上かつ７５以下であり、かつ引張り強度が１２ＭＰａ以上かつ２１Ｍａ以下であることを特徴とする、前記レジノイド砥石。
レジノイド砥石の気孔率が１体積％より多くかつ１０体積％未満であることを特徴とする、請求項１記載のレジノイド砥石。
レジノイド砥石の気孔率が１体積％より多くかつ５体積％未満であることを特徴とする、請求項１記載のレジノイド砥石。