JP2861269B2 - 研磨研削材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は研磨研削材料に関する。

更に詳細には金属、セラミックス、ガラス、樹脂、ゴ
ム、複合材料等の各種材料を研磨、研削切断する材料に
関する。

＜従来技術＞ 従来の研磨研削材料は、ダイアモンド、ザクロ石、ケ
イ砂等の天然研磨砥粒や溶融アルミナ、酸化ジルコニウ
ム、酸化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化ボロン、焼
成アルミナ等の人工砥粒を鋳鉄等の金属や紙、布、不織
布等に塗布したり、樹脂等で接着、または固めた物が用
いられてきた。

しかし、これら研磨研削材料において砥粒は表面に出
ている一部であり、しかも加工途中で砥粒が脱落したり
するので研磨研削効率、研磨研削材料の耐久性がひく
い。

これを解決すべく砥粒を大量に配合しようとする試み
もあるが、この場合は研磨研削材料の強度の低下、切断
面が湾曲し、研磨研削精度が低下する等の問題が有っ
た。

これらの点を解決すべく特開昭52−3796号公報では炭
化珪素繊維で補強した砥石が、特開昭54−82786号公
報、特開昭55−131473号公報、特開昭59−97845号公報
ではガラス繊維で補強した砥石が、特開昭63−34072号
公報では炭素繊維で補強した砥石が提案されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上記、繊維で強化した砥石のごとき研磨研削材料は、
補強の為に混合された繊維の相当する分だけ砥粒の含有
率が低下し、研磨研削性能、耐久性が劣り、かつ精度も
充分でない。

また、研磨研削においては、所望の加工精度を達成す
るには、砥粒の荒い砥石から順次細い砥石のもので研磨
研削する必要があり、それだけ操作も煩雑で、多くの装
置を要する。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、アルミナ質繊維、炭化珪素質繊維、窒化珪
素質繊維から選ばれた少なくとも一種の繊維で、かつ繊
維径が少なくとも、二種の繊維を樹脂で結合してなる研
磨研削材料を提供するものである。

本発明にいう研磨研削材料とは、各種材料を研磨、研
削のほか切断するのに供されるものをいう。

アルミナ質繊維、炭化珪素質繊維、窒化珪素質繊維
は、周知のものが使用出来る。

該繊維は、引張強度が100kg/mm²以上、モース硬度が
４以上の高強度、高硬度のものが好ましい。

なかでも、アルミナ質繊維は、耐熱性、耐食性に優れ
安定であり、研磨研削時に、劣化や被研磨研削材を汚染
することもなく好適である。

該繊維の長さは、その機械的強度の補強効果から10mm
以上、好ましくは15mm以上、より好ましくは20mm以上の
ものである。

連続長繊維の場合は、そのまま用いても良いか、布、
紐等に加工したものでも良い。

該繊維の直径が大きいと研磨研削効率は優れるが、研
磨研削面の平滑性つまり精度が劣る。

逆に、直径が小さいと、研磨研削面の精度は優れるが
効率に劣る。

そこで、本発明では、これらの繊維の直径は、約３μ
〜100μの範囲内で、それぞれの用途や被研磨研削材料
に応じ適宜選択する。

そして、本発明では、研磨研削効率と研磨研削面の精
度を同時に満足させるために、二種以上の直径の繊維を
用いる。

直径の種類としては、平均直径の差が、少なくとも３
μ、好ましくは５μ以上有ることで区別される。

そして、これらの繊維の比率としては、最も直径の大
きいものが、１容積％〜90容積％で、被研削研磨材の要
求される表面精度に応じて選択する。

なお、該繊維のばらつきは、直径を二種以上に区別し
た特徴を低下させるので、直径のばらつきは、変動係数
で10％以下、好ましくは８％以下の繊維が適している。

直径の異なる二種以上の繊維の配置は、均一に混合し
たもの、層状に配置したものなど、いずれでも良い。

なお、該繊維に、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊
維、ガラス繊維等の他の繊維を強度、耐衝撃性、電気抵
抗、熱伝導率等の物性を改良するために混合しても良
い。

該繊維を結合する樹脂としては、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル
樹脂、アルキッド樹脂、尿素−ホルマリン樹脂、ポリイ
ミド樹脂等の熱硬化性樹脂；ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ
塩化ビニール、ABS樹脂、AS樹脂、ポリアクリルアミ
ド、ポリアセタール、ポリスルフォン、ポリカーボネー
ト、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルスルフォ
ン、ポリエーテルエーテル、ポリアミドイミド等の熱可
塑性樹脂がある。

これらの中でエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等が好適である。

これらの樹脂を用いて、該繊維を結合するには、繊維
強化複合材料の周知の製法が適用出来る。

つまり、熱硬化性樹脂では、未硬化または半硬化ある
いは溶剤に溶かした状態で、熱可塑性樹脂では、溶融ま
たは溶剤に溶かした状態で、繊維に含浸させる。

該繊維が非連続繊維の場合は、そのまま樹脂に混合し
たり、不織布や予備成形体に加工した物を樹脂で固めて
も良い。

該繊維を樹脂で固めたものを、種々の研磨研削材料の
形状に成形する方法は、繊維強化複合材料で用いられて
いる、各種の成形方法が採用出来る。

連続長繊維の場合は、プリプレグ積層法、フィラメン
トワインディング法、プルトルージョン法等が適用され
る。

非連続繊維の場合は、射出成形等が用いられる。

これらの方法により、研磨研削材料の形状は板、棒、
パイプ、円盤等使途に合わせて任意の物を用いることが
出来る。

研磨研削材料に、溝や穴等の加工を施して、研磨研削
くずの排出や潤滑剤の流通を改善することが、研磨研削
性能を高めるのに有効である。

本発明で、研磨研削材料の中に占める繊維の割合が高
い程、機械的強度及び切削性能が優れるが、20容量％か
ら80容量％の間で用途及び使用条件に合わせて選択す
る。

本発明において研磨研削性能と機械的強度には、該繊
維の角度の影響が大きい。

研磨研削性能を高めるためには、出来るだけ鋭い角度
で被研磨研削材と接触することが好ましい。

また、高強度、高剛性を達成するためには応力の方向
に繊維が配向するのが好ましい。

研磨研削材料の形状やその使用条件により、配向状況
は異なるが、これら二つの条件を出来るだけ満足するよ
うな設計をすることにより、優れた研磨研削性能と機械
的物性が達成されることとなる。

＜発明の効果＞ 本発明の研磨研削材料は、金属、セラミックス、ガラ
ス、樹脂、ゴム、複合材料等を研磨、研削、切断したり
するに際して、一個の研磨研削材料で、加工出来る精度
範囲が広く、かつ、所定の研磨精度に到達するまでの時
間が短い。

つまり、研磨精度を上げて行く度毎に、研磨研削材を
取り換える必要がなく、効率的な研磨研削が達成され
る。

＜実施例＞ 以下、実施例にて更に説明するが、本発明はこれに限
定されるものではない。

実施例１ スミ− エポキシELA−134（ビスＡ型エポキシ樹脂住
友化学工業（株）製）35部と、スミ− エポキシESCN−
220H（クレゾールノボラック型エポキシ樹脂住友化学工
業（株）製）65部に、ジシアンジアミド５部、３−（3,
4ジクロロフェニル）−1,1−ジメチル尿素４部を混合
し、75℃に加熱して、連続した離型紙上に流下し、ドク
ターナイフを通過して樹脂膜を得た。

アルミナ質繊維Altex（住友化学工業（株）製Al₂O₃85
％、SiO₂15％、平均直径10μ）を一方向に引揃え、シー
ト状に広げた。

これを上記樹脂膜が塗られた離型紙を上下から挟み12
0℃のプレスロールにて3kg/cmの線圧をかけて、繊維目
付140g/m²のプリプレグを得た。

続いて、Altexに代えて、炭化珪素繊維Nicalon （日
本カーボン（株）製、平均直径15μ）で同様の方法によ
り、繊維目付200g/m²のプリプレグを得た。

これらのプリプレグを300mm角に切り取り、Altexプリ
プレグ15枚と、Nicalon プリプレグ８枚を積層し、金
型に入れて、5kg/cm²の加圧下120℃で２時間加熱して、
硬化した。

硬化物をダイアモンドカッターにて、巾10mm、厚み1m
m、長さ50mmに切り出して、研磨材とした。

マシニングセンタで前加工した炭素鋼S50C製の、14イ
ンチテレビフィルターを成型する金型を手動で研磨した
所、20時間で金型全体が、表面荒さR_max1.1μまで研磨
出来た。

実施例２ 平均直径22μのAltexと平均直径10μのアルミナ質繊
維アルセン （電気化学工業（株）製）とを別々に、ス
ミ− エポキシELM−434（アミノ型エポキシ樹脂、住友
化学工業（株）製）100部、ジアミノジフェニルスルフ
ォン（スミキュアーＳ住友化学工業（株）製）50部から
なる樹脂組成物を、実施例１と同様に行って含浸させ、
繊維目付がそれぞれ330g/m²と140g/m²のプリプレグを得
た。

これらのプリプレグを150φに切り抜き、Altexプリプ
レグ25枚とアルセン プリプレグ15枚を重ね、金型に入
れて6kg/cm²の加圧下、180℃で２時間加熱硬化した。

ダイアモンド砥石で、形状をととのえた後、研削盤に
取り付け1500rpmで回転しながら、300mm角の合金工具鋼
SKD61製の板を研磨した所、10分間で全面が、R_max1.4μ
まで研磨出来た。

実施例３ マット状のアルミナ質繊維Saffil （ICI社製 平均
直径３μ）にエポキシ樹脂100部（スミ− エポキシELA
−134 60wt％、スミ− エポキシESCN−220H 40wt％）
と、ジシアンジアミド４部、３−（3,4ジクロロフェニ
ル）−1,1−ジメチル尿素４部からなる樹脂組成物を含
浸し、60g/m²のプリプレグを得た。

Saffil に代えて連続繊維で22μのAltex及び、10μ
アルセン で同様の方法にて繊維目付それぞれ330g/
m²、100g/m²の一方向引き揃えプリプレグを得た。

これを300mm角に切り取り、Saffil プリプレグ10
枚、アルセン プリプレグ13枚、Altexプリプレグ９枚
を積層し、金型に入れて120℃、5k/cm²で加熱硬化し
た。

ダイアモンドカッターにて、10mm巾、1mm厚、80mm長
さに切り出し、超音波研磨機（ソノテック製）に取り付
けた。

マシニングセンターで前加工した、炭素鋼S50C製20イ
ンチTVキャビネット用金型を研磨した所、85時間でR_max
0.8μの精度まで加工出来た。

実施例４ 繊維直径22μの連続繊維Altexを、実施例３と同じ組
成のエポキシ樹脂組成物の濃度30％トリクレン溶液に浸
漬した後、加熱乾燥して巻き取り、ヤーンプリプレグを
得た。

実施例１と同様の方法にて、繊維直径10μの連続繊維
Altexの一方向引き揃えプリプレグを得た。

上記ヤーンプリプレグを400mmの長さに切断し、その1
0本を芯にして、その外周に、上記一方向引き揃えプリ
プレグを500mm巾、400mm長さに切断したものを、巻い
て、棒状とした。

このまわりに25mm巾のポリエステルテープを3kgの張
力で巻き上げ、この状態で120℃、２時間加熱、硬化さ
せた。

硬化物は冷却後、ポリエステルテープを取り除き、15
mmの長さに切断した。

この端部をダイアモンド砥石で加工し、円錘状とし
た。

これを回転工具に取り付け、研削用ドリルとして歯の
治療を行った所、歯１本当りの治療時間は３分であっ
た。

実施例５ 繊維直径10μと15μの二種類の連続繊維Altexを交互
に並べて一方向に引き揃え、実施例１と同様の方法にて
繊維目付180g/m²のプリプレグを得た。

これを100φの円形に切り取り、３枚積層したものを1
20℃、5kg/cm²で加熱硬化した。

この円盤状の成型体を1200rpmで回転しながら、アラ
ミド繊維（トワロン：日本アラミド製）のFRPを切断し
た所、ささくれ立ちもなく平滑な切り口が得られた。

実施例６ 10μの連続繊維Altexに代えて、22μのものを、炭化
珪素繊維Nicalon に代えて、窒化珪素繊維（東燃
（株）製平均直径10μ）を用いるる以外は、実施例１と
同様におこなった。

11時間でR_max0.8μまで研磨できた。

比較例１ 繊維直径10μ連続繊維Altexのみを用いた以外は、実
施例１と同様の方法により、同一の大きさの研磨材と
し、同様に評価した。

R_max1.1μまで研磨するのに60時間要した。

比較例２ 繊維直径15μ連続繊維Nicalon のみを用いた以外
は、実施例１と同様の方法により、同一の大きさの研磨
材とし、同様に評価した。

20時間研磨し、R_max2.0μであった。

比較例３ 比較例２と同様に行った後、比較例１と同じ研磨材を
用いて同様に研磨し、R_max1.1μまで研磨するのに、更
に25時間を要した。

比較例４ 実施例３において、平均直径３μのマット状のアルミ
ナ質繊維Saffil のみをもちいた以外は、実施例１と同
様の方法により、同一の大きさの研磨材とし、同様に評
価した。

R_max1.1μとするのに500時間要した。

比較例５ 実施例３において、平均直径10μの連続繊維アルセン
のみをもちいた以外は、実施例１と同様の方法によ
り、同一の大きさの研磨材とし、同様に評価した。

R_max1.1μとするのに200時間要した。

比較例６ 実施例３において、平均直径22μの連続繊維Altexの
みをもちいた以外は、実施例１と同様の方法により、同
一の大きさの研磨材とし同様に評価した。

R_max3.0μとするのに75時間要した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 3/14 B24D 3/28 B24D 3/00 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミナ質繊維、炭化珪素質繊維、窒化珪
   素質繊維から選ばれた少なくとも一種の繊維で、かつ平
   均直径の差が３μ以上である少なくとも二種の繊維を樹
   脂で結合して成る研磨研削材料。