JP2011240429A - 回転砥石及び回転砥石用補強材 - Google Patents

Abstract

【課題】回転強度及び破壊強度が高く、偏心磨耗を低減するこができ、尚且つ安価で容易に製造できる回転砥石を提供する。
【解決手段】縦及び横方向に配向するガラス繊維２２をフェノール樹脂２３で被覆してなる補強布２１ａ，２１ｂを、繊維の配向方向を斜交させた状態で複数重ね、フェノール樹脂を溶融させて相互に接合させて補強材２０を製造し、その補強材を砥材１０の間に介在させた。夫々の補強布のフェノール樹脂が溶融結合することによって補強材としての強度が増し、回転強度が飛躍的に向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、グラインダー等の回転工具に取り付けて使用される回転砥石に関し、強度があり、研削時における偏心磨耗を防止できる回転砥石、及びそれに使用される補強材に関する。

グラインダーなどの回転工具に装着して使用される回転砥石は、砥材の間に補強材を介在させることによって、回転強度と破壊強度を高めるようにしている。この回転砥石用の補強材としては、ガラス繊維を縦及び横方向に格子状に編み込んだ目抜きの平織りの補強布が多用されているが、特許文献１には、このような補強布を複数用い、繊維の織り方向が４５°又は１３５°に交差するように積層した状態で、砥材の間に介在させることで、補強効果を高める技術が開示されている。
また、特許文献２には、縦糸と第１及び第２の斜交糸からなる３軸の不織布を、補強材として使用する技術が開示されている。

特開昭５７−６６８６３号公報 特開２００１−３１５０６３号公報

しかし、特許文献１に示す回転砥石の場合、砥材の上に１枚目の補強布を載置し、その上に繊維の方向が斜交するように位置合わせを行いながら２枚目の補強布を配置しても、砥粒（グレン）の介在により、強度及び砥石のゆがみを解消することができなかった。
それは、ガラスの縦横糸の強度の違いから、砥石の焼成時にレヂンの収縮による不都合を起こす原因でもあった。
特許文献２に示す回転砥石の場合は、補強布としてのコストが高く、製造原価の上昇を招いていた。

そこで、本発明は、回転強度及び破壊強度が高く、しかも、偏心磨耗を低減することができ、尚且つ細いガラスでも安全性が確保できる回転砥石、及び回転砥石用補強材の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る回転砥石は、砥材の間に補強材を介在させた回転砥石であって、前記補強材は、縦及び横方向に配向する補強繊維を接着材で被覆してなる補強布を、前記補強繊維の配向方向を斜交させた状態で複数重ね、前記接着材を溶融させて相互に接合して構成されたことを特徴とするものである。
この場合、前記接着材はフェノール樹脂からなり、３０℃〜１００℃の温度で加熱することで該接着材を溶融させ、前記複数の補強布を相互に接合してもよい。

また、縦及び横方向に配向する補強繊維を接着材で被覆してなる補強布を、前記補強繊維を斜交させた状態で複数重ね、加熱して前記接着材を溶融させて接合して補強材を形成し、該補強材を、型枠内の第１の砥材層の上に載置し、その上から第２の砥材層を充填して円盤状に成形した後、焼成して構成されたものであってもよい。

本発明に係る回転砥石用補強材は、回転砥石の砥材の間に介在される補強材であって、縦及び横方向に配向する補強繊維を接着材で被覆してなる補強布を、前記補強繊維の配向方向を斜交させた状態で複数重ね、前記接着材を溶融させて、相互に接合して構成されたことを特徴とするものである。
この場合、前記接着材はフェノール樹脂からなり、３０℃〜１００℃の温度で加熱することで該接着材を溶融させ、前記複数の補強布を相互に接合したものであってもよい。

請求項１に係る回転砥石に使用される補強材は、補強布を複数重ねた状態で夫々の接着材を溶融結合させることによって構成されるので、汎用されている比較的薄手の補強布を使用した場合であっても、その補強効果を相乗的に増加させることができる。
このような補強材を砥材の間に介在させるので、回転強度や破壊強度の優れた回転砥石を安価に製造することができる。

この際、夫々の補強布が、補強繊維の配向方向を斜交させた状態で重ねられているので、中心から外縁に向かう半径方向の補強筋を四方八方に均等に向かわせることができる。これによって、回転時に盤面に加わる荷重を均等に分散させることができ、研削による偏心磨耗を低減することができる。
また、接着材の溶融により複数の補強布が接合されるので、複数の補強布を積層する場合よりも補強材としての嵩が低く、それでいて強度を飛躍的に高めることができる。これにより、強度の高い薄型の回転砥石を製造することが可能となる。

請求項２に係る回転砥石は、補強繊維を被覆する接着材がフェノール樹脂であり、３０℃〜１００℃という比較的低い温度で溶融されるので、簡易な設備で、複数の補強布を接着状態にすることができる。また、この接着材は、焼成されることで硬化して砥材と一体化するので、回転砥石としての強度及び安全性能が一層高められる。
請求項３に係る回転砥石は、補強布を複数重ねた状態で加熱して接合された補強材を、第１の砥材層の上に載置し、その上から第２の砥材層を充填して円盤状に成形した後、焼成して構成されるので、回転強度及び破壊強度の優れた回転砥石を、容易且つ安価に製造することができる。

請求項４に係る回転砥石用補強材は、補強布を複数重ねた状態で加熱して、接着材を溶融結合させて構成されるので、比較的薄手の補強布であっても、その補強効果を飛躍的に増加させることができる。これによって、汎用されている補強布を利用して、強度の高い補強材を製造することが可能となり、回転強度及び破壊強度の優れた回転砥石を安価に製造することが可能となる。
また、補強繊維の配向方向が斜交するように補強布が重ねられているので、中心から外縁に向かう半径方向の補強筋が四方八方に均等に向かう。これによって、回転砥石の回転時に盤面に加わる荷重を分散することができるので、補強効果に加え、研削による偏心磨耗を低減できるという効果をも有するようになる。

請求項５に係る回転砥石用補強材は、補強繊維を被覆する接着材がフェノール樹脂であり、３０℃〜１００℃という比較的低い温度で溶融されるので、簡易な設備で、複数の補強布を接着状態にすることができる。この接着材は砥石本体を構成している砥粒と同一の接着剤（フェノールレヂン）なので、焼成されることで砥材と一体化する。よって、補強材介在による回転砥石の研削性能を阻害しにくい補強材とすることができる。

本発明の実施形態に係る回転砥石を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は縦断面図である。 上記回転砥石用の補強材の製造方法を示し、（ａ）は補強布をずらして重ねる状態を示す斜視図、（ｂ）は加熱しながらプレスする状態を示す側面図、（ｃ）は接合された状態を示す側面図、（ｄ）は（ｃ）の斜視図である。 上記回転砥石の製造工程における補強布の状態を示す説明図であり、（ａ）は加熱する前の状態、（ｂ）は加熱中の状態、（ｃ）は接合された状態、（ｄ）は砥材と共に熱硬化した状態を示す。

以下、本発明の実施形態に係る回転砥石１を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る回転砥石１を示す斜視図及び縦断面図である。
この回転砥石１は、グラインダーなどの電動回転工具に取り付けて使用されるもので、円盤状のディスクの中央に設けられた取付孔２に、回転工具のシャフトを挿通させた後、ナットなどで固定することによって、工具の高速回転に伴って回転されるものである。

この回転砥石１は、回転状態の盤面を対象物に押し付けることで研磨を行うフレキシブル砥石であり、取付孔２を含む領域をすり鉢状に窪ませた形状（オフセット型）となっている。
取付孔２には回転砥石１の破損を防止するための筒状の金具３が嵌入されており、オフセット部４から外縁に向けての研磨領域５には、同心円の升目状の溝６が設けられており、更に中心から外周に向かう方向に空気流通溝７が設けられている。

この回転砥石１は、図１（ｂ）に示すように、砥材１０の間に補強材２０を介在させて構成される。
砥材１０は、砥粒とバインダとの混合物からなるもので、砥粒としては、酸化アルミニウム系、炭化ケイ素系、酸化ジルコニウム系、立方晶窒化ホウ素系、及びダイヤモンド系等が使用可能である。これらの研磨性能を有する粒材を、レジノイド等のバインダで接合することによって、成型可能な性状となっている。

この砥材１０の間に、本発明に係る回転砥石用の補強材２０が介装されている。
以下、本発明の実施形態に係る補強材の構成を、図２を参照して詳述する。
この補強材２０は、ガラス繊維からなる補強布２１ａ，２１ｂを２枚用いて構成されたものであり、補強布２１としては、図３（ａ）に示すように、縦及び横方向に格子状に配向する補強繊維２２をフェノール樹脂２３で被覆することによって構成された目抜き状のものを使用している。

なお、補強繊維２２としては、径約９μｍ〜約２０μｍのガラス繊維を約２００本〜約８００本程度束ねて形成されたものが一般的であるが、これらの繊維束は撚られたものであっても、ロービング状のものであってもよい。
この補強繊維２２を複数並列して縦糸とし、その縦糸と直交する方向に横糸を並列させて格子状とし、この状態でフェノール樹脂２３を含浸させてプリプレグを作製した後、このプリプレグを打ち抜いて、中央に孔２４を有する円板形状としている。プリプレグは、織られた状態であってもよいし、長繊維を複数配列した不織布であってもよい。

この補強布を、繊維の配向方向が約４５°の角度Ａで斜交するようにずらして重ね、３０℃〜１００℃（好ましくは、４０℃〜５０℃）で加熱しながらプレスする。
すると、図３（ｂ）に示すように、ガラス繊維２２を覆うフェノール樹脂２３が溶融し、重ねられた補強布２１ａ，２１ｂが相互に接合し、一体化する（図３（ｃ）を参照）。
このようにして製造された補強材２０を用いて本実施形態の回転砥石１が製造される。

次に、本実施形態に係る回転砥石１の製造方法を説明する。
先ず、円盤状の型枠内に砥材１０の約１／２量を充填し、第１の砥材層１１を形成する（図１（ｂ）を参照）。この上に、補強材２０を載置し、その上に、残りの砥材１０を充填し第２の砥材層１２とする。
このようにして成型された材料を、１４０℃〜２００℃（好ましくは、１８０℃程度）の高温で焼成する。すると、第１及び第２の砥材層１１，１２の砥材１０は、補強材２０の網目の中に入り込んだ状態で硬化する。

高温焼成によって、砥材１０は、レジノイド等のバインダによって砥粒１２が相互に結合された状態で硬化するが、そのバインダを介して、更に補強材２０の接着材（即ち、フェノール樹脂２３）とも結合した状態となる（図３（ｄ）を参照）。
２枚の補強布２１ａ，２１ｂが結合した状態の補強材２０が、更に砥材１０と一体化して硬化するので、砥材１０と補強材２０との結合が一層強固なものとなる。
このように、補強布２１の接着材であるフェノール樹脂２３を、比較的低い温度で溶融させることで、２枚の補強布２１ａ，２１ｂを接合するためのバインダとして機能させ、更に、高温で焼成することで、砥材１０と結合した状態で硬化させて砥粒としての研削機能を生じせしめるので、補強機能のみならず、研削機能を降下させる事なくできる。

特に、補強繊維２２の配向方向が４５°の角度で斜交するように、夫々の補強布２１ａ，２１ｂが重ねられているので、補強繊維２２の引っ張り強度が、砥石の中心から８方向に向けて均等に作用し、研磨作業時における盤面に加わる荷重を分散させることができる。これによって、回転砥石の偏心磨耗（即ち、片減り）を低減することができ、使用に伴う研削性能の低下を低減することができる。
また、回転砥石用の補強布として汎用されている薄手のガラスクロス（即ち、補強繊維が細いもの）を使用した場合であっても、その補強効果を飛躍的に増加させることができる。

なお、本発明に係る回転砥石は、砥材の間に補強材を介在させたものであれば、如何なる形状であってもよく、研磨用のフレキシブル砥石であっても、切断砥石であってもよい。
また、本発明の補強材に使用される補強布は、縦及び横方向に補強繊維が配向されるものであればよく、その升目の形状は、必ずしも方眼状である必要はない。

また、補強布の補強繊維は、ガラス繊維の他、炭素繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、或いはそれらの混合物であってもよい。
接着材としては、比較的低温で溶融し、比較的高温で硬化する熱硬化性樹脂が好ましいが、所定の温度で溶融して接着機能を生じさせるものであれば他の材料であってもよい。

補強材２０の製造工程における加熱温度及び加熱時間は、接着材の種類に応じて設定すればよく、プレス工程を経ることなく、高温雰囲気下に放置することで溶融させ、補強布を接合させることも可能である。
接合する補強布の枚数も２枚に限ることはなく、薄手の補強布を、繊維の配向方向をずらしながら多数重ねて接合してもよい。この際、例えば、３枚の補強布を重ねる場合は、３０度の角度で夫々の補強繊維が斜交するようにするのが好ましい。
繊維の配向方向に注意を払いながら位置合わせする作業を容易にするために、色の異なる補強布を用いてもよいし、ずらす角度に応じた切欠等を夫々の補強布に設け、加熱プレス用の治具に位置合わせ用の突起を設けた装置を利用してもよい。

上記方法で製造された回転砥石１を使用して、ステンレス製の鋼材の研磨を行い、その回転強度（即ち、盤面に割れが生ずるまでの耐久時間）を測定した。
比較例１として、上記補強材２０に使用された補強布２１ａ，２１ｂを接合しない状態で砥材１０の間に介在させたものを使用し、比較例２として、同量の補強繊維からなる１枚の補強布（即ち、厚手のもの）を砥材間に介在させたものを使用した。

その結果、本実施形態の回転砥石は、比較例１よりも回転強度が約２５％高く、比較例２よりも約３０％高かった。
特に、比較例２の回転砥石は、使用していくうちに周縁部の砥材１０が擦り減ってガラス繊維がとび出るという現象が生ずる上、偏心磨耗がひどく、研削力が著しく低かった。
それに対して、本実施形態のものは、砥材の消耗によって使用不可能になるまで、偏心磨耗による研削力の低下は見られなかった。

本発明は、金属、木材、石材、プラスチック等、あらゆる素材の研削に使用される回転砥石に適用することができる。

１…回転砥石
２・・・取付孔
３・・・金具
４・・・オフセット部
５・・・研削領域
６・・・溝
７・・・空気流通溝
１０・・・砥材
１１・・・第１の砥材層
１２・・・第２の砥材層
２０・・・補強材
２１・・・補強布
２２・・・補強繊維
２３・・・フェノール樹脂（接着材）
２４・・・孔

Claims (5)

1. 砥材（１０）の間に補強材（２０）を介在させた回転砥石（１）であって、
   前記補強材（２０）は、縦及び横方向に配向する補強繊維（２２）を接着材（２３）で被覆してなる補強布（２１ａ，２１ｂ）を、前記補強繊維（２２）の配向方向を斜交させた状態で複数重ね、前記接着材（２３）を溶融させて相互に接合して構成されたことを特徴とする回転砥石。
2. 前記接着材（２３）はフェノール樹脂からなり、
   ３０℃〜１００℃の温度で加熱することで該接着材（２３）を溶融させ、前記複数の補強布（２１ａ，２１ｂ）を相互に接合したことを特徴とする請求項１に記載の回転砥石。
3. 縦及び横方向に配向する補強繊維（２２）を接着材（２３）で被覆してなる補強布（２１ａ、２１ｂ）を、前記補強繊維（２２）を斜交させた状態で複数重ね、加熱して前記接着材（２３）を溶融させて接合して補強材（２０）を形成し、該補強材（２０）を、型枠内の第１の砥材層（１１）の上に載置し、その上から第２の砥材層（１２）を充填して円盤状に成形した後、焼成して構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転砥石。
4. 回転砥石（１）の砥材（１０）の間に介在される補強材（２０）であって、
   縦及び横方向に配向する補強繊維（２２）を接着材（２３）で被覆してなる補強布（２１ａ，２１ｂ）を、前記補強繊維（２２）の配向方向を斜交させた状態で複数重ね、前記接着材（２３）を溶融させて、相互に接合して構成されたことを特徴とする回転砥石用補強材。
5. 前記接着材（２３）はフェノール樹脂からなり、３０℃〜１００℃の温度で加熱することで該接着材を溶融させ、前記複数の補強布（２１ａ，２１ｂ）を相互に接合したことを特徴とする請求項４に記載の回転砥石用補強材。

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