JP2023008118A - 砥石 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐久性が高く、被加工物に深い切削痕が形成されづらく、加工時に発生する熱を抑制可能な砥石を提供すること。【解決手段】複合砥粒を含有する砥石であって、前記複合砥粒は、第１の結合材に第１の砥粒が分散した第１の複合砥粒を含み、表面に開口する気孔を有するように、複数の前記複合砥粒が他の結合材により互いに結合している、砥石。前記複合砥粒は、さらに、第２の結合材によりゴム粒子の表面に第２の砥粒が固定された第２の複合砥粒を含んでいてもよく、その場合、前記第１の複合砥粒の含有量（Ａ）および前記第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の合計量（Ａ＋Ｂ）に対する、前記第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の質量比（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））が、０．８以下であってもよい。【選択図】図１
Description
本発明は、砥石に関する。
砥石は、被加工物を研削研磨するための加工具として広く知られている。中でも、ゴム弾性を有する結合材中に、アルミナ（酸化アルミニウム）、炭化ケイ素、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等からなる砥粒を分散させた弾性砥石が、被加工物の表面形状との馴染みがよい砥石として知られている。
弾性砥石は結合材が柔軟であるため、（１）被加工物の表面との接触時、砥粒が結合材に押し込まれて、砥粒が突出した状態での研削研磨がなされにくいこと、（２）砥粒に与えられる衝撃を結合材が吸収して、砥粒の破砕による切刃の新生が行われにくいこと、（３）これらを改善するため、摩耗しやすい結合材を用いた場合、多くの砥粒が研削研磨に寄与しないまま脱落してしまうこと、等の問題点を有する。これらの問題点により、ビトリファイド砥石やレジノイド砥石と比較し、弾性砥石は研削力が低く、また寿命が短いと考えられてきた。
上記問題点を解決するため、樹脂結合材を用いて複数の砥粒を結合し、塊状集合体とした「複合砥粒」を製造し、これを通常の砥粒の代わりに用いる方法が開発された。ゴム弾性を有する結合材中に、この複合砥粒を分散させることで、ピトリファイド砥石およびレジノイド砥石等と同等の研削力を有する弾性砥石を得ることができる（特許文献１参照）。
また、樹脂結合材を用いて表面に砥粒を結合させた複数の粉末状ゴム粒子を、気孔を有するように互いに結合させて成形した砥石を用いることで、優れた研削力と、精密かつ優美な仕上がり面とを両立可能であることが報告されている（特許文献２参照）。
さらに、セラミック質焼結剤等により複数の砥粒を結合させた、気孔を有する無機質複合砥粒を、スポンジ状の多孔性ゴム弾性配合物に一体に結合させた砥石について、屈曲面加工における馴染み性および研磨加工の均一性に優れることが報告されている（特許文献３参照）。
一方で、近年の被加工物の複雑高度化等を背景として、被加工物に深い切削痕が形成されづらく、かつ、加工時に発生する熱を抑制可能な砥石への需要が高まっている。特許文献２および特許文献３に開示された砥石は、被加工物への深い切削痕の形成されづらさ、および加工時に発生する熱の抑制性能に優れることが期待されるものの、特許文献２に開示された砥石については砥粒の脱落による性能低下が、特許文献３に開示された砥石については砥石自体の強度不足や耐摩耗性不足が、それぞれ懸念される。
本発明が解決しようとする課題は、耐久性が高く、被加工物に深い切削痕が形成されづらく、加工時に発生する熱を抑制可能な砥石を提供することである。
本発明の各実施態様は以下の通りである。
［１］複合砥粒を含有する砥石であって、
前記複合砥粒は、第１の結合材に第１の砥粒が分散した第１の複合砥粒を含み、
表面に開口する気孔を有するように、複数の前記複合砥粒が他の結合材により互いに結合している、砥石。
［２］前記複合砥粒は、さらに、第２の結合材によりゴム粒子の表面に第２の砥粒が固定された第２の複合砥粒を含み、
前記第１の複合砥粒の含有量（Ａ）および前記第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の合計量（Ａ＋Ｂ）に対する、前記第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の質量比（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））が、０．８以下である、［１］の砥石。
［３］前記第２の複合砥粒は、粒径が０．１～５ｍｍである、［２］の砥石。
［４］前記ゴム粒子は、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＡデュロメータで測定したゴム硬度が３０以上であり、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＤデュロメータで測定したゴム硬度が８０以下である、［２］または［３］の砥石。
［５］前記気孔による空隙率が５～５０体積％である、［１］～［４］のいずれかの砥石。
［６］前記第１の複合砥粒は、粒径が０．１～５ｍｍである、［１］～［５］のいずれかの砥石。
［７］前記第１の結合材がフェノール樹脂を含む、［１］～［６］のいずれかの砥石。
［１］複合砥粒を含有する砥石であって、
前記複合砥粒は、第１の結合材に第１の砥粒が分散した第１の複合砥粒を含み、
表面に開口する気孔を有するように、複数の前記複合砥粒が他の結合材により互いに結合している、砥石。
［２］前記複合砥粒は、さらに、第２の結合材によりゴム粒子の表面に第２の砥粒が固定された第２の複合砥粒を含み、
前記第１の複合砥粒の含有量（Ａ）および前記第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の合計量（Ａ＋Ｂ）に対する、前記第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の質量比（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））が、０．８以下である、［１］の砥石。
［３］前記第２の複合砥粒は、粒径が０．１～５ｍｍである、［２］の砥石。
［４］前記ゴム粒子は、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＡデュロメータで測定したゴム硬度が３０以上であり、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＤデュロメータで測定したゴム硬度が８０以下である、［２］または［３］の砥石。
［５］前記気孔による空隙率が５～５０体積％である、［１］～［４］のいずれかの砥石。
［６］前記第１の複合砥粒は、粒径が０．１～５ｍｍである、［１］～［５］のいずれかの砥石。
［７］前記第１の結合材がフェノール樹脂を含む、［１］～［６］のいずれかの砥石。
本発明によれば、耐久性が高く、被加工物に深い切削痕が形成されづらく、加工時に発生する熱を抑制可能な砥石を提供できる。
本発明の砥石は、複合砥粒を含有し、前記複合砥粒は、第１の結合材に第１の砥粒が分散した第１の複合砥粒を含み、表面に開口する気孔を有するように、複数の前記複合砥粒が他の結合材により互いに結合している。
以下、本発明の複合砥粒について構成ごとに詳細に説明する。
以下、本発明の複合砥粒について構成ごとに詳細に説明する。
［第１の複合砥粒］
第１の複合砥粒は、第１の結合材に第１の砥粒が分散した複合砥粒である。第１の複合砥粒は、第１の結合材をマトリックスとして、複数の第１の砥粒が分散している構造であることが好ましい。ただし、一部の第１の砥粒同士が互いに接触していてもよい。
第１の複合砥粒は、第１の結合材に第１の砥粒が分散した複合砥粒である。第１の複合砥粒は、第１の結合材をマトリックスとして、複数の第１の砥粒が分散している構造であることが好ましい。ただし、一部の第１の砥粒同士が互いに接触していてもよい。
（第１の結合材）
第１の結合材は、複数の第１の砥粒を内部および表面に分散させた状態で固定するマトリックスとしての機能を有するものであると共に、第１の複合砥粒全体の凡その形状を決定する構成成分である。
第１の結合材は、複数の第１の砥粒を内部および表面に分散させた状態で固定するマトリックスとしての機能を有するものであると共に、第１の複合砥粒全体の凡その形状を決定する構成成分である。
第１の結合材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、スチレン－イソプレンブロック共重合体、スチレン－ブタジエンブロック共重合体、水素化スチレン－イソプレンブロック共重合体、水素化スチレン－ブタジエンブロック共重合体、ポリ酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂；フェノール樹脂、ユリア樹脂（尿素樹脂）、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等の熱硬化性樹脂等を用いることができる。
中でも、第１の結合材としては、耐熱性および複合砥粒への成形容易性の観点から、熱硬化性樹脂を含むことが好ましく、フェノール樹脂、ユリア樹脂（尿素樹脂）、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、およびポリウレタンからなる群より選択される１種を含むことがより好ましく、耐熱性、難燃性、機械的特性、耐油性、耐薬品性および経済性等の観点からはフェノール樹脂を含むことがさらに好ましい。
第１の結合材は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
第１の結合材は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
（第１の砥粒）
第１の砥粒は、本発明の砥石を用いて被加工物を研削研磨する際、実際に被加工物に接触して研削研磨に寄与する要素である。複数の第１の砥粒が、第１の結合材を介して互いに結合され、砥石の表面および内部に存在している。
第１の砥粒は、本発明の砥石を用いて被加工物を研削研磨する際、実際に被加工物に接触して研削研磨に寄与する要素である。複数の第１の砥粒が、第１の結合材を介して互いに結合され、砥石の表面および内部に存在している。
第１の砥粒の形状に特に制限はなく、砥石に通常用いられる砥粒から選択して用いることができる。
第１の砥粒の粒径は、砥石が粗仕上げ用である場合には０．１８～０．５ｍｍであることが好ましく、０．２～０．３５ｍｍであることがより好ましい。また、砥石が中仕上げ用である場合には０．０４～０．１８ｍｍであることが好ましく、０．０５～０．１ｍｍであることがより好ましい。第１の砥粒の粒径が適切な範囲内であることにより、加工条件に合った加工レートが得られる。第１の砥粒の粒径は、ふるい法等で分級することができる。
第１の砥粒の粒径は、砥石が粗仕上げ用である場合には０．１８～０．５ｍｍであることが好ましく、０．２～０．３５ｍｍであることがより好ましい。また、砥石が中仕上げ用である場合には０．０４～０．１８ｍｍであることが好ましく、０．０５～０．１ｍｍであることがより好ましい。第１の砥粒の粒径が適切な範囲内であることにより、加工条件に合った加工レートが得られる。第１の砥粒の粒径は、ふるい法等で分級することができる。
なお、第１の砥粒には、粒径が前記範囲に含まれないものが一部に含まれていてもよい。その場合は、粒径が前記範囲に含まれない砥粒が、第１の砥粒全体に対し１０質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましい。
第１の砥粒の素材としては、例えばアルミナ（酸化アルミニウム）、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、シリカ（酸化ケイ素）、酸化クロム（三酸化クロム）、酸化セリウム、炭化ケイ素、ダイヤモンド、エメリー粉または立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等が挙げられる。中でも、第１の砥粒はアルミナまたは炭化ケイ素を含むのが好ましい。
第１の砥粒は、セラミック砥粒であってもよい。本明細書中において、セラミックは、無機物の粉末等を加熱処理し焼き固めた焼結体であり、多結晶であるものを指す。なお、セラミックは、ゾル－ゲル法を経て製造されたものを含む。セラミック砥粒としては、例えばアルミナ（好ましくはα－アルミナ）を主成分とするセラミック砥粒等が挙げられる。
第１の砥粒は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。使用する第１の砥粒の種類や組み合わせは、研削研磨等の条件ならびに被加工物の材料に応じて適宜選択すればよい。
第１の砥粒は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。使用する第１の砥粒の種類や組み合わせは、研削研磨等の条件ならびに被加工物の材料に応じて適宜選択すればよい。
第１の複合砥粒中における、第１の砥粒の含有量は、第１の結合材１質量部に対し、１～６質量部であることが好ましく、１．５～５質量部であることがより好ましく、２～４．５質量部であることがさらに好ましく、２．５～４質量部であることが最も好ましい。
第１の砥粒の含有量が適切な範囲内であることにより、本発明の砥石の研削研磨性能が良好となる。
第１の砥粒の含有量が適切な範囲内であることにより、本発明の砥石の研削研磨性能が良好となる。
（第１の複合砥粒の構造および形状）
第１の複合砥粒の粒径は、０．１～５ｍｍであることが好ましい。第１の複合砥粒の粒径は、ふるい法等で分級することができる。なお、第１の複合砥粒には、前記粒径範囲に含まれないものが一部に含まれていてもよい。その場合は、前記粒径範囲に含まれない第１の複合砥粒が、第１の複合砥粒全体に対し１５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。
第１の複合砥粒の粒径は、０．１～５ｍｍであることが好ましい。第１の複合砥粒の粒径は、ふるい法等で分級することができる。なお、第１の複合砥粒には、前記粒径範囲に含まれないものが一部に含まれていてもよい。その場合は、前記粒径範囲に含まれない第１の複合砥粒が、第１の複合砥粒全体に対し１５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。
第１の複合砥粒の粒径は、用途に応じて、前記範囲から適切なものを選択することができる。例えば研削用途においては、第１の複合砥粒の粒径が２～５ｍｍであることがより好ましい。また、研磨用途においては、第１の複合砥粒の粒径が０．１～２ｍｍであることがより好ましい。また、第１の複合砥粒は塊状である。その輪郭は突出した第１の砥粒の存在により複雑になるが、全体として略球形または略楕円体形であることが好ましい。
第１の複合砥粒は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、必要に応じて酸化防止剤、帯電防止剤、着色剤、フィラー、光安定剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、難燃助剤等の他の成分を含んでいてもよい。第１の結合材および前記他の成分の合計量に対する第１の結合材の量は、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましい。
（第１の複合砥粒の製造方法）
第１の複合砥粒は、例えば、撹拌機を用いて原料を混合し、得られた混合物を金網に通して粒状にしたものを造粒機で造粒加工し、得られた複合砥粒前駆体を電気炉等で加熱する方法等で製造できる。
第１の複合砥粒は、例えば、撹拌機を用いて原料を混合し、得られた混合物を金網に通して粒状にしたものを造粒機で造粒加工し、得られた複合砥粒前駆体を電気炉等で加熱する方法等で製造できる。
［第２の複合砥粒］
本発明の砥石が含有する複合砥粒は、任意に、第２の結合材によりゴム粒子の表面に第２の砥粒が固定された第２の複合砥粒を含んでいてもよい。第２の複合砥粒は、ゴム粒子の表面に、複数の第２の砥粒が第２の結合材により分散して結合している構造であることが好ましい。ただし、一部の第２の砥粒同士が互いに接触していてもよい。
本発明の砥石が含有する複合砥粒は、任意に、第２の結合材によりゴム粒子の表面に第２の砥粒が固定された第２の複合砥粒を含んでいてもよい。第２の複合砥粒は、ゴム粒子の表面に、複数の第２の砥粒が第２の結合材により分散して結合している構造であることが好ましい。ただし、一部の第２の砥粒同士が互いに接触していてもよい。
（第２の結合材）
第２の結合材は、ゴム粒子および複数の第２の砥粒を互いに結合する接着剤として機能するものである。第２の結合材は、ゴム粒子の表面全体を覆っていてもよく、ゴム粒子の表面の一部のみを覆っていてもよい。
第２の結合材は、ゴム粒子および複数の第２の砥粒を互いに結合する接着剤として機能するものである。第２の結合材は、ゴム粒子の表面全体を覆っていてもよく、ゴム粒子の表面の一部のみを覆っていてもよい。
第２の結合材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、スチレン－イソプレンブロック共重合体、スチレン－ブタジエンブロック共重合体、水素化スチレン－イソプレンブロック共重合体、水素化スチレン－ブタジエンブロック共重合体、ポリ酢酸ビニル、熱可塑性ポリウレタン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂；フェノール樹脂、ユリア樹脂（尿素樹脂）、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等の熱硬化性樹脂等を用いることができる。
中でも、第２の結合材としては、耐熱性および耐摩耗性の観点から、熱硬化性樹脂を含むことが好ましく、フェノール樹脂、ユリア樹脂（尿素樹脂）、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、およびポリウレタンからなる群より選択される１種を含むことがより好ましく、ポリウレタンを含むことがさらに好ましい。
ポリウレタンとしては、例えばポリオールおよびポリイソシアネート、ならびに必要に応じてポリアミンを反応させて製造できるものを用いてもよい。ここで、ポリオール、ポリイソシアネートおよびポリアミンは、それぞれ水酸基、イソシアネート基、アミノ基を２個以上有する化合物を指す。
第２の結合材は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
第２の結合材は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
（第２の砥粒）
第２の砥粒は、本発明の砥石を用いて被加工物を研削研磨する際、実際に被加工物に接触して研削研磨に寄与する要素である。複数の第２の砥粒が、第２の結合材を介して互いに結合され、ゴム粒子の表面に存在している。
第２の砥粒としては、第１の砥粒として上述したものと同様のものを用いることができる。
第２の砥粒は、本発明の砥石を用いて被加工物を研削研磨する際、実際に被加工物に接触して研削研磨に寄与する要素である。複数の第２の砥粒が、第２の結合材を介して互いに結合され、ゴム粒子の表面に存在している。
第２の砥粒としては、第１の砥粒として上述したものと同様のものを用いることができる。
第２の砥粒の含有量は、第２の結合材１質量部に対し、１～２５質量部であることが好ましく、５～２０質量部であることがより好ましく、１０～１５重量部であることがさらに好ましい。
第２の砥粒の含有量が適切な範囲内であることにより、本発明の砥石の研削研磨性能、および、第２の砥粒の脱落しづらさのバランスが良好となる。
第２の砥粒の含有量が適切な範囲内であることにより、本発明の砥石の研削研磨性能、および、第２の砥粒の脱落しづらさのバランスが良好となる。
（ゴム粒子）
ゴム粒子は、第２の砥粒を支持する担体としての機能を有するものであると共に、第２の複合砥粒全体の凡その形状を決定する構成成分である。
ゴム粒子は、第２の砥粒を支持する担体としての機能を有するものであると共に、第２の複合砥粒全体の凡その形状を決定する構成成分である。
ゴム粒子を構成するゴムとしては、天然ゴム、スチレン－ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリル－ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、エチレン－プロピレンゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。
ゴム粒子の粒径は、０．１～５ｍｍであることが好ましい。ゴム粒子の粒径は、ふるい法等で分級することができる。なお、ゴム粒子には、前記粒径範囲に含まれないものが一部に含まれていてもよい。その場合は、前記粒径範囲に含まれないゴム粒子が、ゴム粒子全体に対し１５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。
ゴム粒子は、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＡデュロメータで測定したゴム硬度が３０以上であり、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＤデュロメータで測定したゴム硬度が８０以下であることが好ましい。ゴム粒子のゴム硬度が適切な範囲内であることにより、被加工物へ深い切削痕が形成されづらく、また、高加工レート、研削研磨の安定性の高さ、および被加工物の被加工面への馴染みの良さを実現できる。
（第２の複合砥粒の構造および形状）
第２の複合砥粒の粒径は、ゴム粒子の粒径に対応したものであり、０．１～５ｍｍであることが好ましい。第２の複合砥粒の粒径は、用途に応じて適切な粒径を選択することができる。例えば研削用途においては、第２の複合砥粒の粒径が２～５ｍｍであることがより好ましい。また、研磨用途においては、第２の複合砥粒の粒径が０．１～２ｍｍであることがより好ましい。また、第２の複合砥粒は塊状である。その輪郭は突出した第２の砥粒の存在により複雑になるが、全体として略正多面体形、略球形または略楕円体形など、三次元の寸法に大きな差がない立体であることが好ましい。
第２の複合砥粒の粒径は、ゴム粒子の粒径に対応したものであり、０．１～５ｍｍであることが好ましい。第２の複合砥粒の粒径は、用途に応じて適切な粒径を選択することができる。例えば研削用途においては、第２の複合砥粒の粒径が２～５ｍｍであることがより好ましい。また、研磨用途においては、第２の複合砥粒の粒径が０．１～２ｍｍであることがより好ましい。また、第２の複合砥粒は塊状である。その輪郭は突出した第２の砥粒の存在により複雑になるが、全体として略正多面体形、略球形または略楕円体形など、三次元の寸法に大きな差がない立体であることが好ましい。
第２の複合砥粒は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、必要に応じて酸化防止剤、帯電防止剤、着色剤、フィラー、光安定剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、難燃助剤等の他の成分を含んでいてもよい。第２の結合材および前記他の成分の合計量に対する第２の結合材の量は、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましい。
（第２の複合砥粒の製造方法）
第２の複合砥粒は、例えば、撹拌機を用いて原料を混合し、得られた混合物を造粒機で造粒加工し、得られた複合砥粒前駆体を電気炉等で加熱する方法等で製造できる。
第２の複合砥粒は、例えば、撹拌機を用いて原料を混合し、得られた混合物を造粒機で造粒加工し、得られた複合砥粒前駆体を電気炉等で加熱する方法等で製造できる。
［砥石］
本発明の砥石は、表面に開口する気孔を有するように、複数の複合砥粒が他の結合材（以下、「第３の結合材」とも称する）により互いに結合している。
本発明の砥石は、表面に開口する気孔を有するように、複数の複合砥粒が他の結合材（以下、「第３の結合材」とも称する）により互いに結合している。
複合砥粒が第２の複合砥粒を含む場合、第１の複合砥粒の含有量（Ａ）および第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の合計量（Ａ＋Ｂ）に対する、第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の質量比（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））は、０．８以下であることが好ましい。前記質量比は、砥石の用途に応じ、例えば、０．８～０．７の範囲としてもよく、０．７～０．５の範囲としてもよく、０．５～０．３の範囲としてもよく、０．３～０．１の範囲としてもよく、０．１～０の範囲としてもよい。例えば、研削用途であれば、前記質量比は小さいものが好ましく、研磨用途であれば、前記質量比は大きいものが好ましい。
（他の結合材（第３の結合材））
第３の結合材としては、第２の結合材として上述したものと同様のものを用いることができ、第２の結合材として好ましいものとして記載したものもまた、同様に好適に用いることができる。
第３の結合材としては、第２の結合材として上述したものと同様のものを用いることができ、第２の結合材として好ましいものとして記載したものもまた、同様に好適に用いることができる。
第３の結合材の含有量は、第１の複合砥粒および第２の複合砥粒の合計１質量部に対し、０．１～２質量部であることが好ましく、０．２～１質量部であることがより好ましく、０．３～０．６質量部であることがさらに好ましい。
（気孔）
本発明の砥石は、表面に開口する気孔を有する。すなわち、本発明の砥石は、複数の複合砥粒の間の空間の全てを第３の結合材が満たしているものではなく、砥石の表面から内部に連なる空隙部を有するように、それぞれの複合砥粒がその一部において、第３の結合材を介して他の複合砥粒と結合している。
本発明の砥石は、表面に開口する気孔を有する。すなわち、本発明の砥石は、複数の複合砥粒の間の空間の全てを第３の結合材が満たしているものではなく、砥石の表面から内部に連なる空隙部を有するように、それぞれの複合砥粒がその一部において、第３の結合材を介して他の複合砥粒と結合している。
本発明の砥石は、表面に開口する気孔による空隙率が、５～５０体積％であることが好ましく、１０～４５体積％であることがより好ましく、２０～４０体積％であることがさらに好ましい。空隙率が適切な範囲内であることにより、研削研磨力および複合砥粒同士の強固な結合が維持されつつ、加工時に発生する熱が抑制され、かつ、被加工物へ深い切削痕が形成されづらくなる。
なお、本明細書中において、「空隙率」とは、砥石中において表面に開口する気孔が占める体積の割合であり、以下の計算式（１）で求めることができる。
なお、本明細書中において、「空隙率」とは、砥石中において表面に開口する気孔が占める体積の割合であり、以下の計算式（１）で求めることができる。
・計算式（１）
空隙率（体積％）＝（Ｖ１／Ｖ０）×１００
Ｖ１：測定対象の砥石中において表面に開口する気孔の総体積
Ｖ０：測定対象の砥石と同一の外形を有し、空隙が密に充填された想定上の砥石の体積
空隙率（体積％）＝（Ｖ１／Ｖ０）×１００
Ｖ１：測定対象の砥石中において表面に開口する気孔の総体積
Ｖ０：測定対象の砥石と同一の外形を有し、空隙が密に充填された想定上の砥石の体積
例えば砥石の外形が直径Ｌ、高さｈの円柱状である場合、上記計算式（１）中のＶ０は、以下の計算式（２）で示す通り、当該円柱の体積となる。
・計算式（２）
Ｖ０＝円周率×（Ｌ／２）２×ｈ
Ｖ０＝円周率×（Ｌ／２）２×ｈ
上記計算式（１）中のＶ１は、例えば下記の（１）～（６）に記載の手順で測定可能である。
（１）メスシリンダーに水を入れ、目盛を読む。
（２）測定対象の砥石全体を前記水中に完全に没入する。
（３）砥石を揺する等の方法により、砥石に付着した気泡を除く。
（４）再度メスシリンダーの目盛を読む。
（５）砥石を入れる前後のメスシリンダーの目盛の差分の絶対値Ｖｄｉｆｆを計算する。
（６）式（Ｖ１＝Ｖ０－Ｖｄｉｆｆ）からＶ１を計算する。
（１）メスシリンダーに水を入れ、目盛を読む。
（２）測定対象の砥石全体を前記水中に完全に没入する。
（３）砥石を揺する等の方法により、砥石に付着した気泡を除く。
（４）再度メスシリンダーの目盛を読む。
（５）砥石を入れる前後のメスシリンダーの目盛の差分の絶対値Ｖｄｉｆｆを計算する。
（６）式（Ｖ１＝Ｖ０－Ｖｄｉｆｆ）からＶ１を計算する。
（砥石の形状）
本発明の砥石のサイズおよび形状は、用途に応じ、適切なものを選択することができる。
本発明の砥石の形状の例としては、円柱状、略円柱状、円錐状、略円錐状、砲弾状、円柱と円錐の複合形状、円柱と略円錐の複合形状および球状等が挙げられる。
本発明の砥石は、軸付き砥石として用いるのが好ましい。
本発明の砥石のサイズおよび形状は、用途に応じ、適切なものを選択することができる。
本発明の砥石の形状の例としては、円柱状、略円柱状、円錐状、略円錐状、砲弾状、円柱と円錐の複合形状、円柱と略円錐の複合形状および球状等が挙げられる。
本発明の砥石は、軸付き砥石として用いるのが好ましい。
（砥石の製造方法）
本発明の砥石は、例えば、撹拌機を用いて原料を混合し、得られた混合物を金型へ敷き詰め、プレス機又は電気炉等で加熱する方法等で製造できる。
本発明の砥石は、例えば、撹拌機を用いて原料を混合し、得られた混合物を金型へ敷き詰め、プレス機又は電気炉等で加熱する方法等で製造できる。
以下、本発明を実施例等によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等により何ら限定されない。
［第１の複合砥粒の製造］
撹拌機（ＫｉｔｃｈｅｎＡｉｄ社製スタンドミキサー）を用いて以下に示す原料（ａ）～（ｃ）を混合し、均一に分散させて混合物を得た。
撹拌機（ＫｉｔｃｈｅｎＡｉｄ社製スタンドミキサー）を用いて以下に示す原料（ａ）～（ｃ）を混合し、均一に分散させて混合物を得た。
（ａ）フェノール樹脂（１）（住友ベークライト社製 スミライトレジン（登録商標）ＰＲ－９４０）２５ｇ
（ｂ）フェノール樹脂（２）（住友ベークライト社製 スミライトレジン（登録商標）ＰＲ－２１７）１０ｇ
（ｃ）酸化アルミニウム砥粒（南興セラミックス社製 酸化アルミニウムＷＡ１２０）１００ｇ
（ｂ）フェノール樹脂（２）（住友ベークライト社製 スミライトレジン（登録商標）ＰＲ－２１７）１０ｇ
（ｃ）酸化アルミニウム砥粒（南興セラミックス社製 酸化アルミニウムＷＡ１２０）１００ｇ
前記混合物を金網（サンポー社製ステンレスふるい（目開き１ｍｍ））に通し、粒状混合物を得た。
前記粒状混合物を、造粒機（シンフォニアテクノロジー社製パーツフィーダ ＤＭＳ－４５Ｃ）を用いて約２０分間造粒加工に付し、第１の複合砥粒前駆体を得た。
得られた第１の複合砥粒前駆体を電気炉に投入し、１７０℃で９時間加熱して第１の複合砥粒を得た。
得られた第１の複合砥粒について、サンポー社製ステンレスふるい（目開き２．０ｍｍ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍ）を用いて分級したところ、表１の通りの粒径分布であった。
前記粒状混合物を、造粒機（シンフォニアテクノロジー社製パーツフィーダ ＤＭＳ－４５Ｃ）を用いて約２０分間造粒加工に付し、第１の複合砥粒前駆体を得た。
得られた第１の複合砥粒前駆体を電気炉に投入し、１７０℃で９時間加熱して第１の複合砥粒を得た。
得られた第１の複合砥粒について、サンポー社製ステンレスふるい（目開き２．０ｍｍ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍ）を用いて分級したところ、表１の通りの粒径分布であった。
［第２の複合砥粒の製造］
撹拌機（ＫｉｔｃｈｅｎＡｉｄ社製スタンドミキサー）を用いて以下に示す原料（ｄ）～（ｈ）を混合し、均一に分散させて混合物を得た。
撹拌機（ＫｉｔｃｈｅｎＡｉｄ社製スタンドミキサー）を用いて以下に示す原料（ｄ）～（ｈ）を混合し、均一に分散させて混合物を得た。
（ｄ）ポリオール（ポリオキシプロピレンポリオール）（三井化学ＳＫＣポリウレタン社製 アクトコール Ｔ－３０００）１００ｇ
（ｅ）ポリメリックＭＤＩ（ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート）（東ソー社製 ミリオネート ＭＲ－２００）２５ｇ
（ｆ）芳香族アミン（３，３’－ジクロロ－４，４’－ジアミノジフェニルメタン）（クミアイ化学工業社製 イハラキュアミンＭＴ）１０ｇ
（ｇ）ＥＰＤＭゴム粒子（国分グリーンファーム社製 カラーゴムチップＫＧ１２ ３０１０）２０００ｇ（ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＡデュロメータで測定したゴム硬度が６０）
（ｈ）酸化アルミニウム砥粒（南興セラミックス社製 酸化アルミニウムＷＡ１２０）１５００ｇ
（ｅ）ポリメリックＭＤＩ（ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート）（東ソー社製 ミリオネート ＭＲ－２００）２５ｇ
（ｆ）芳香族アミン（３，３’－ジクロロ－４，４’－ジアミノジフェニルメタン）（クミアイ化学工業社製 イハラキュアミンＭＴ）１０ｇ
（ｇ）ＥＰＤＭゴム粒子（国分グリーンファーム社製 カラーゴムチップＫＧ１２ ３０１０）２０００ｇ（ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＡデュロメータで測定したゴム硬度が６０）
（ｈ）酸化アルミニウム砥粒（南興セラミックス社製 酸化アルミニウムＷＡ１２０）１５００ｇ
前記混合物を、造粒機（シンフォニアテクノロジー社製パーツフィーダ ＤＭＳ－４５Ｃ）を用いて約２０分間造粒加工に付し、第２の複合砥粒前駆体を得た。
得られた第２の複合砥粒前駆体を、オーブン（いすゞ製作所社製 ＳＨＦ－２１２ＡＳ）により６０℃で約３０分間加熱し、第２の複合砥粒を得た。
得られた複合砥粒について、サンポー社製ステンレスふるい（目開き３．０ｍｍ、２．０ｍｍ、１．０ｍｍ）を用いて分級したところ、表２の通りの粒径分布であった。
得られた第２の複合砥粒前駆体を、オーブン（いすゞ製作所社製 ＳＨＦ－２１２ＡＳ）により６０℃で約３０分間加熱し、第２の複合砥粒を得た。
得られた複合砥粒について、サンポー社製ステンレスふるい（目開き３．０ｍｍ、２．０ｍｍ、１．０ｍｍ）を用いて分級したところ、表２の通りの粒径分布であった。
［砥石の製造］
（比較例１）
従来の弾性砥石（大和化成工業社製 ダイワラビン ＷＡ８０ ＣＭ４３）（直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの円柱状）を軸（太陽精工社製 直径６ｍｍ、長さ６０ｍｍ、材質Ｓ５０Ｃ）の先端に固着させ、軸付き砥石を得た。
（比較例１）
従来の弾性砥石（大和化成工業社製 ダイワラビン ＷＡ８０ ＣＭ４３）（直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの円柱状）を軸（太陽精工社製 直径６ｍｍ、長さ６０ｍｍ、材質Ｓ５０Ｃ）の先端に固着させ、軸付き砥石を得た。
（実施例１～４、比較例２）
撹拌機（ＫｉｔｃｈｅｎＡｉｄ社製スタンドミキサー）を用いて表３に示す原料を混合し、均一に分散させて混合物を得た。なお、表３において、ポリオール、ポリメリックＭＤＩおよび芳香族アミンは、第２の複合砥粒の製造に用いたものと同じものを用いた。
撹拌機（ＫｉｔｃｈｅｎＡｉｄ社製スタンドミキサー）を用いて表３に示す原料を混合し、均一に分散させて混合物を得た。なお、表３において、ポリオール、ポリメリックＭＤＩおよび芳香族アミンは、第２の複合砥粒の製造に用いたものと同じものを用いた。
前記混合物を金型へ敷詰め、オーブン（いすゞ製作所社製 ＳＨＦ－２１２ＡＳ）を用いて１００℃で約６０分間加熱し、直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの円柱状の砥石を得た。得られた砥石を、軸（太陽精工社製 直径６ｍｍ、長さ６０ｍｍ、材質Ｓ５０Ｃ）の先端に固着させ、軸付き砥石を得た。
得られた各砥石の空隙率を上述の方法で測定した。なお、Ｖ０としては直径２５ｍｍ、高さ２５ｍｍの円柱の体積を用いた。測定の結果、実施例１～４の砥石の空隙率は３５体積％、比較例１の砥石の空隙率は０体積％、比較例２の砥石の空隙率は１０体積％であった。
また、実施例１～４、比較例１および２の砥石の密度は、それぞれ１．０９、１．０３、１．０４、０．９９、１．９１、１．１ｇ／ｃｍ３であった。
また、実施例１～４、比較例１および２の砥石の密度は、それぞれ１．０９、１．０３、１．０４、０．９９、１．９１、１．１ｇ／ｃｍ３であった。
［研削試験］
（試験条件）
砥石 ：軸付き砥石（上記の通り製造したもの）
被加工物 ：５０ｍｍ×５０ｍｍ×３０ｍｍのＳＵＳ３１６
研削装置 ：ナカニシ社製 製品名エスパート５００
回転数 ：１５０００回転／分（ｒｐｍ）
押し当て角度：１５°
押し当て荷重：約４．９Ｎ（５００ｇｆ）
加工方法 ：３０ｍｍ×５０ｍｍの面（被加工面）上において、一方の５０ｍｍの辺から５ｍｍ、かつ一方の３０ｍｍの辺から２５ｍｍの位置（研削中心位置）を中心とする、５０ｍｍの辺に平行な長さ３０ｍｍの直線上を研削しながら２６．５往復
研削時間 ：１２０秒
温度測定器 ：安立計器社製ハンディタイプ温度計 ＨＤ－１０００
温度測定方法：被加工面と辺を共有する３０ｍｍ×５０ｍｍの面上において、被加工面から１０ｍｍ、かつ一方の５０ｍｍの辺（加工箇所により近い側の辺）から５ｍｍの位置に、面に垂直な穴を設け、側温部が研削中心位置の直下となるよう、温度測定器を前記穴に挿入して固定して測定
（試験条件）
砥石 ：軸付き砥石（上記の通り製造したもの）
被加工物 ：５０ｍｍ×５０ｍｍ×３０ｍｍのＳＵＳ３１６
研削装置 ：ナカニシ社製 製品名エスパート５００
回転数 ：１５０００回転／分（ｒｐｍ）
押し当て角度：１５°
押し当て荷重：約４．９Ｎ（５００ｇｆ）
加工方法 ：３０ｍｍ×５０ｍｍの面（被加工面）上において、一方の５０ｍｍの辺から５ｍｍ、かつ一方の３０ｍｍの辺から２５ｍｍの位置（研削中心位置）を中心とする、５０ｍｍの辺に平行な長さ３０ｍｍの直線上を研削しながら２６．５往復
研削時間 ：１２０秒
温度測定器 ：安立計器社製ハンディタイプ温度計 ＨＤ－１０００
温度測定方法：被加工面と辺を共有する３０ｍｍ×５０ｍｍの面上において、被加工面から１０ｍｍ、かつ一方の５０ｍｍの辺（加工箇所により近い側の辺）から５ｍｍの位置に、面に垂直な穴を設け、側温部が研削中心位置の直下となるよう、温度測定器を前記穴に挿入して固定して測定
（試験）
各実施例および各比較例の軸付き砥石について、研削前後の軸付き砥石および被加工物の質量を測定したところ、表４に示す通りとなった。
各実施例および各比較例の軸付き砥石について、研削前後の軸付き砥石および被加工物の質量を測定したところ、表４に示す通りとなった。
また、各実施例および各比較例において、研削時間に対する被加工物の温度の変化を測定したところ、表５および図１に示す通りとなった。
さらに、各実施例および各比較例において、加工箇所における長手方向の表面粗さ（算術平均粗さＲａ、二乗平均平方根荒さＲｑ、最大高さＲｚ）を測定したところ、表６に示す通りとなった。
表４に示す結果から、本発明の砥石は、複合砥粒として第２の複合砥粒（ゴム粒子の表面に砥粒が固定された複合砥粒）のみを含む砥石（比較例２）と比較して、研削比（研削量／砥石摩耗量）について遜色がないか、より優れたものであることがわかる。
また、表５および図１に示す結果から、本発明の砥石は、従来の弾性砥石（比較例１）と比較して極めて優れた放熱性を有することがわかる。また、複合砥粒として第２の複合砥粒（ゴム粒子の表面に砥粒が固定された複合砥粒）のみを含む砥石（比較例２）と比較しても遜色のない放熱性を有することがわかる。
さらに、表６に示す結果から、本発明の砥石は、従来の弾性砥石（比較例１）と比較して被加工物への深い切削痕が形成されづらいことがわかる。深い切削痕の形成の程度は、算術平均粗さＲａよりも、二乗平均平方根荒さＲｑや最大高さＲｚの値に大きく影響を与えると考えられる。
なお、複合砥粒として第２の複合砥粒（ゴム粒子の表面に砥粒が固定された複合砥粒）のみを含む砥石（比較例２）は、他の砥石と比較して、研削後の砥粒の脱落が多く見られた。そのため、比較例２の砥石については、２回目以降の研削において研削力の低下が懸念される。
本発明の砥石は、アルミニウム、鉄、ステンレスおよびチタン等の被加工物の各種研削研磨に好適に利用可能である。
Claims (7)
- 複合砥粒を含有する砥石であって、
前記複合砥粒は、第１の結合材に第１の砥粒が分散した第１の複合砥粒を含み、
表面に開口する気孔を有するように、複数の前記複合砥粒が他の結合材により互いに結合している、砥石。 - 前記複合砥粒は、さらに、第２の結合材によりゴム粒子の表面に第２の砥粒が固定された第２の複合砥粒を含み、
前記第１の複合砥粒の含有量（Ａ）および前記第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の合計量（Ａ＋Ｂ）に対する、前記第２の複合砥粒の含有量（Ｂ）の質量比（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））が、０．８以下である、請求項１に記載の砥石。 - 前記第２の複合砥粒は、粒径が０．１～５ｍｍである、請求項２に記載の砥石。
- 前記ゴム粒子は、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＡデュロメータで測定したゴム硬度が３０以上であり、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３に準拠したタイプＤデュロメータで測定したゴム硬度が８０以下である、請求項２または３に記載の砥石。
- 前記気孔による空隙率が５～５０体積％である、請求項１～４のいずれかに記載の砥石。
- 前記第１の複合砥粒は、粒径が０．１～５ｍｍである、請求項１～５のいずれかに記載の砥石。
- 前記第１の結合材がフェノール樹脂を含む、請求項１～６のいずれかに記載の砥石。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021111414A JP2023008118A (ja) | 2021-07-05 | 2021-07-05 | 砥石 |
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| JP2023008118A true JP2023008118A (ja) | 2023-01-19 |
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