JP2977498B2

JP2977498B2 - 空気イオン発生型研削研磨砥石

Info

Publication number: JP2977498B2
Application number: JP8248716A
Authority: JP
Inventors: 昭次郎岡田
Original assignee: JEE JII AI JUGEN
Current assignee: JEE JII AI JUGEN
Priority date: 1996-08-31
Filing date: 1996-08-31
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2016-08-31
Also published as: JPH1076468A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気イオン発生型研
削研磨砥石に関する。さらに詳しくは、機械加工の一分
野としての研磨作業や研削作業で用いられる砥石に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】研削研磨砥石は従来より、砥粒、結合
剤、気孔の三要素からなり、砥粒または研磨材は加工物
を機械的に（アブレーシブ的に）除去する役目、結合剤
は砥粒を保持するシャンクの役目、気孔は切り屑の排出
を容易にする役目を果している。

【０００３】近年はダイヤモンド砥石のように無気孔の
砥石も多くなってきたが、これはドレッシング技術の向
上などで切り屑排出空間（チップポケット）を付与する
ことが可能となったからである。一方、切れ味をあげた
り、砥石の摩耗を少なくするために充填剤を添加するこ
とが多くなってきたが、これは、砥石の強度を上げるこ
とのほか、被加工物との間の化学的反応をはかることに
よって、除去速度を向上させる狙いがある。

【０００４】粗研削が主体の場合、被加工物より硬度の
高い砥粒によって被加工物を機械的に除去するわけであ
るが、その際にも切り屑排出は摩擦、掘り起こし（プラ
ウイング）、切り屑分離のプロセスをたどる。最近で
は、超精密研磨が脚光を浴び、適切な研磨方法の模索が
行われているが、砥粒と被加工物間の硬度差による除去
と云うより、メカノケミカル的な手法が導入されいる。
すなわち砥粒と云うより何等かの化学物質が被加工物と
反応してこれを洗い流す研磨方法である。このメカノケ
ミカルな研磨法によると、硬いものも良く除去されて機
械的な傷がつかず、良好な加工面が得られる。

【０００５】以上のように、研削、研磨は加工物及び被
加工物間の接触界面でアブレシブ的に除去されるか、化
学的に反応除去されるかによっておこなわれる。そし
て、粗研削から超精密研磨になるにつれて、メカノケミ
カル的な除去メカニズムのウエイトが多くなっている。

【０００６】一方、研削砥石を用いた研削作業は一般的
な機械加工として広範囲の産業分野で利用されている
が、この作業は肉体的、精神的に疲労をもたらすので、
その解消が労働衛生や作業能率の点で重要な研究課題と
なっている。この疲労の原因としては、作業雰囲気中の
正の空気イオンの増大によることが知られており、これ
は研削機械の回転や人いきれのほか、正に帯電した浮遊
粉塵等が原因とされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の砥粒と被加工物
の硬度差による研削、研磨は、加工条件や被加工物の多
様化から、加工能率や加工面性状に問題があり、さらに
優れた砥粒や砥石が要望されている。また乾式研削の場
合は作業空間の清浄化、湿式研磨の場合は、研削液の汚
染や劣化あるいは金属被加工物の錆発生等が問題となっ
ている。

【０００８】本発明はこのような問題を解決し加工能率
が高く、加工面性状が良好で、乾式研削において作業空
間の空気が清浄であり、湿式研削で研削液の汚染や劣化
がなく、金属被加工物に錆が発生しない研削研磨砥石を
提供することを目的とする。

【０００９】また本発明は、研削加工職場で使用する研
削砥石の使用時に研削砥石から適切な濃度の空気イオン
を作業者の特に呼吸部を含む身体周辺に供給でき、かつ
その空気イオンは人体に有益で負イオンの発生率が正イ
オンに比べて高く、作業者の疲労防止と健康と作業能率
の回復に効果がある研削加工職場で理想的な空気イオン
を発生する研削研磨砥石を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】空気イオンの発生は砥粒
または研磨材、結合剤、充填剤の何れであっても良く、
負の空気イオンをより多く発生するものであることが好
ましい。それには、帯電列がより負のものが好ましく、
研削時の摩擦力などの圧力や発生する研削熱により分極
して多量の負の静電気を発生するものが好ましい。かか
る観点に基づき、本発明は、つぎのように構成される。

【００１１】請求項１の発明は、砥粒または研磨材とし
て、電気石または黄玉を用いたことを特徴とする。この
発明では、結合剤は何を用いてもよい。請求項２の発明
は、請求項１の発明において、砥粒または研磨材を結合
する結合剤として、摩擦帯電列が負の高分子ないしは圧
電および（または）焦電効果を有する高分子を用いたこ
とを特徴とする。請求項３の発明は、請求項１の発明に
おいて、砥粒または研磨材を結合する結合剤に充填する
充填剤として、「摩擦帯電列が負の高分子ないしは圧電
および（または）焦電効果を有する高分子」または「圧
電および（または）焦電性を有する天然鉱物の粉末」を
用いたことを特徴とする。

【００１２】本発明において砥粒または研磨材あるいは
充填剤として用いる鉱物としては、電気石と黄玉（トパ
ーズ）がある。これらの天然鉱物に被加工物との間の硬
度差による除去機能をもたせる場合は、ヌープ硬度が10
00以上であるのが好ましい。電気石は砥粒としての硬さ
はヌープ硬度で1140で天然鉱物としては高いが、溶融ア
ルミナなどの人造砥粒よりは低く、粗研削としては研削
力は劣る。しかし、細かく粉砕すればするほど同一重量
あたりの総静電気量は多くなり、荷電粒子による金属除
去率は高くなる。また、黄玉（トパーズ）はヌープ硬度
1180で電気石よりやや硬く、有害物質も含まないので、
電気石同様に利用できる。したがって、本発明では、圧
電及び（または）焦電性を有する鉱物である電気石や黄
玉（トパーズ）を、砥粒または超精密研磨用の研磨材、
さらには充填剤として用いることにより、摩擦及び発熱
により静電気を発生させ、この静電気によって被加工物
の除去を促進することができる。これが本発明の砥石が
顕著な研削能力を示す理由である。このため、電気石よ
り硬質の研磨材より優れた除去率と良好な仕上げ面粗さ
を達成し、かつ研磨液の清浄化と錆発生の防止をはかる
ことができる。

【００１３】また、結晶の対称中心を欠く結晶には圧電
効果があり、加圧ないしは摩擦圧によって電位が発生し
電子の流れが発生する。高分子は結晶と非晶の混合系で
あり、対称性が配向によって圧電性や焦電性を有するも
のがある。このような圧電性および（または）焦電性を
有する高分子を研削砥石の構成要素として添加すると、
研削中の圧力によって電子が叩き出されて負の空気イオ
ンを発生する。この発生した負イオンを呼吸ないしは被
浴すると作業者が肉体的にも精神的にも快適に作業する
ことが可能となる。したがって、職場の環境改善や、作
業員の健康増進に効果が高い。

【００１４】上記に基づき本発明は、摩擦帯電列が負の
高分子ないしは圧電及び（または）焦電性を有する高分
子を結合剤または結合剤の充填剤として用い、これらに
圧電及び焦電性を付与している。このため、静電気によ
る被加工物の除去を促進して砥石の切れ味を向上するこ
とができる。さらに、乾式研削の場合は負イオンの比率
の高い空気イオンを発生させて職場環境を向上し、湿式
研磨の場合は、研削液の清浄化と錆の発生が防止でき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を説明
する。本発明の研削砥石または研磨砥石は、一般的な研
削砥石と同様に、砥粒または研磨材、結合剤、気孔の三
要素からなり、主に砥粒または研磨材は加工物を機械的
に（アブレーシブ的に）除去する役目、結合剤は砥粒を
保持するシャンクの役目、気孔は切り屑の排出を容易に
する役目を果している。

【００１６】上記砥粒または研磨材としては電気石また
は黄玉（トパーズ）が用いられる。電気石は、天然に安
定して大量に得られ、微粉砕物や粒子として入手でき、
全く有害物質を含まない。電気石はトルマリンとも云わ
れ、多くの種類があるが鉄を含む黒色のショールトルマ
リン（化学式Ｎa Ｆe ₃ Ｂ₃ Ａl ₃ （Ａl ₃ Ｓi
₆ Ｏ₂₇）（ＯＨ）₄ ）やリチウムを含む紅トルマリ
ン（化学式Ｎa （Ａl，Ｌi ）₃ Ｂ₃ Ａl ₃ （Ａl ₃
Ｓi ₆ Ｏ₂₇）（ＯＨ）₄ ）が一般的で、カルシウ
ムＣａ、マグネシウムＭｇ、マンガンＭ等を含むものも
あり、それぞれ固有の圧電性、焦電性を示す。いずれを
選ぶかは、加工物への汚染などの影響を考慮して決定す
ればよい。黄玉（トパーズ）は成分がＡl ₂ Ｓi Ｏ₄
（ＯＨ、Ｆ）₂ で、有害物も含まないので、電気石同様
に利用できる。

【００１７】上記結合剤としては、樹脂結合剤（レジノ
イド結合剤）はフェノール樹脂が大半を占め、エポキシ
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂など殆ど熱硬
化性樹脂である。結合剤の大部分を占めるフェノール樹
脂は研削時、正負の両空気イオンを発生するが、負イオ
ンの発生比率は幾分高い。他の熱硬化性樹脂では、殆ど
発生しないものもある。

【００１８】本発明では、充填剤として上記結合剤に対
し、重量比で３％〜３５％の圧電性および（または）焦
電性を有する高分子、または帯電列の負の高分子（金属
より負）、または圧電および（または）焦電性を有する
天然鉱物の粉末、たとえば電気石の粉末を添加してもよ
い。こうすることによって、乾式研削の場合は負の比率
の高い空気イオンを発生させ、湿式研削研磨の場合は、
前述のような軽度の電気分解効果や潤滑効果などによる
研削、研磨効率が向上する。添加する高分子としては、
乾式の自由研削の場合は、「蛋白質系高分子、セルロー
ズ誘導体、ポリプロピレンオキシド、ポリフッ化ビニリ
デン」など、衛生面や臭気の面で十分検討されたものを
使用する。湿式の場合は、更に「ポリ塩化ビニール、塩
化ビニリデン、セルロイド」なども可能である。ポリフ
ッ化ビニリデンやポリ塩化ビニルは今までは熱可塑性樹
脂であるため、研削熱に対して耐久力がなく、また研削
精度が出ないとして結合剤として用いられなかったが、
他の熱硬化性の研削砥石用の結合剤樹脂に添加調合する
ことによって、空気イオンを発生させたり、電気化学的
除去を促す効果をもたせることができる。

【００１９】つぎに本発明の研削、研磨作用を説明す
る。まず工具（砥石）と被加工物が接触し、摩擦し、剥
離し、変形と破断が起こって加工が進行する。その場
合、衝撃的な接触もあり、圧着的な現象もある。それら
の現象のいずれも静電気が発生し、それぞれ接触帯電、
摩擦帯電、変形帯電、剥離帯電、破断帯電、衝撃帯電、
圧延帯電するといわれている。例えば、接触帯電につい
ては異なった材料の間にお互いに正か負に帯電しいわゆ
る帯電列が存在する。摩擦帯電になると、摩擦に伴う摩
擦熱、ミクロな凝着や破壊による摩耗粉による追加的な
帯電が発生する。変形、剥離、破断による帯電は切り屑
排出そのものに関係し、歪力と帯電との間に明確な関係
があるものが多く、負に帯電するもの、正に帯電するも
のは上述の帯電列に従う。

【００２０】このように、いろいろな現象に際して、多
くの物質は静電気が発生するが、いわゆる圧電結晶や焦
電結晶はこの程度が大で、また、これらは、無機の結晶
に限らず高分子の中にも圧電性や焦電性を有する物があ
る。そして、摩擦帯電による荷電粒子の増大が被加工物
のミクロ的な破断や加工部近辺の静電場を変化させ、除
去能率を向上させる。

【００２１】一方、本発明は、研削時に多量の空気イオ
ンが発生する。空気イオンとしては、正イオンもあり、
負イオンもあり、研削条件や砥石と被加工物の種類によ
って異なる。この空気イオンの濃度は意外に高く、高電
圧法による価（イオン濃度探知部殻４０cmのところで数
百万個／cc）の 100分の１から１０分の１に達する。わ
れわれの健康保持の点で注目されている大気イオンは地
殻や大気中の放射性物質や宇宙線が源で、数百個／ccの
程度であるのに比べて明らかに電子が研削によって空中
に放出されていることを示す。すなわち、研削により接
触、摩擦、変形、剥離、破断、衝撃、圧延などによって
正か負に帯電した砥石の構成要素から正か負の電子が放
散するものと考えられる。負の空気イオンとしてはＯ₂
^- の分子群が多いが、湿気の高いところでは（Ｈ₂ Ｏ）
n Ｏ₂ ^- や（Ｈ₂ Ｏ）n ＯＨ^- のヒドロキシルイオンも
存在する。大気汚染の主体はばい煙、自動車の排気ガ
ス、煙草の煙などが考えられ、負イオンを減少させると
云われている。

【００２２】研削の場合、研削切り粉による浮遊粉塵の
うち粒径１０〜0.01μ程度のものは塵肺症と関係がある
とされている。この影響を調べるため、セルローズエス
テル・メンブランフィルターにより、エアーサンプラー
で７立／分の流速で研削切り粉の出る方向と直角の方向
５０cmのところで研削浮遊粉塵を捕集し、研削しないブ
ランクと比較した結果、ブランクとの差は認められなか
った。従って塵肺症に関係の深い程度の粉塵の影響は考
えなくて良く、測定された空気イオンは研削により放出
された電子電荷をもつ比較的小粒径の間イオン、中イオ
ン、小イオンで各種の分子群が含まれていると考えられ
る。

【００２３】次に圧電性及び焦電性を有している硬質鉱
物である電気石が、粒度が細かくなると優れた研磨性能
を示す例を示す。すなわち、研磨時にかかる色々な圧力
や研磨熱によって、大きな静電圧力が発生し乾式の場合
は空中に主として負のイオンを放出し、湿式の場合は、
水中に放電し、研磨点の近辺は軽度の電気分解をおこし
プラスイオンの水素イオンＨ⁺ と水酸イオンＯＨ^- にな
り、そのうちＨ⁺ は放出される電子と結合して水素ガス
となって空中に放散される。そのため、研磨点の近辺は
弱アルカリ化して、潤滑性や防錆性を示すため、研削液
として水を使っても、研削液を使ったと同じ効果を呈す
る。又水酸イオンＯＨ^- は水分子と結合してヒドロキシ
ルイオン（Ｈ₂ Ｏ）n ＯＨ^- をも形成し、その界面活性
効果によって、砥粒の被加工物への食いつきを容易にす
ると共に、水の雑菌による腐敗から守る効果がある。

【００２４】

【実施例】（実施例１）図１は実施例１の研磨砥石Ａの構造説明図である。実施
例１の研磨砥石Ａをつぎの要領で製作した。遊離砥粒加
工にできるだけ近い研磨機構を有する固定砥粒型研磨砥
石を作るため、研磨材１を軟質の結合剤２で結合した。
粒径３ミクロンの紅色電気石100 部にセピオライト粘土
８０部を加え、良く混合する。これに、水溶性レゾール
型フェノール樹脂水溶液（樹脂分５％）２０部を加え混
練し、直径150mm 、厚み２０mmに注型する。これを110
℃で５時間で乾燥、硬化する。また、比較研磨砥石とし
て同一粒径の白色溶融アルミナ砥粒を用いたものも作成
した。これを用い研磨速度８ｍ／分、研磨圧力２０キロ
パスカルで軸受鋼生材を水を研磨液としてラップ試験を
行ったところ、除去速度は溶融アルミナ砥石の0.13μｍ
／分に比べ電気石の砥石は0.16μｍ／分、仕上げ面粗さ
は溶融アルミナ砥石の場合のＲａ＝0.09μｍに比べ、電
気石の砥石では0.05μｍであり、ラップ試験後に被加工
物の発錆が溶融アルミナ砥石の場合認められたにも拘ら
ず電気石の砥石の場合、全く認められなかった。実際、
同一粒度の白色溶融アルミナ砥粒（ＷＡ）と軸受け鋼生
材をラップ試験を行ったところ、除去速度は１．２倍、
仕上げ面粗さはＷＡに比べ優れており、被加工物に発生
する錆は見当たらなかった。その理由は、ラッピング用
研磨材として電気石を用いる事によって、加工能率屋仕
上げ面粗さが向上し、錆の発生を防止する作用があるこ
とによる。そのほか、加工水の腐敗防止や清浄化の効果
も認められた。電気石を使用すれば、特別な加工液を使
う必要はないものと思われる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば加工能率が高く、加工面
性状が良好で、乾式研削において作業空間の空気が清浄
であり、湿式研削で研削液の汚染や劣化がなく、金属被
加工物に錆が発生しない研削研磨砥石を提供することが
できる。また本発明によれば、研削加工職場で使用する
研削砥石の使用時に研削砥石から適切な濃度の空気イオ
ンを作業者の特に呼吸部を含む身体周辺に供給でき、か
つその空気イオンは人体に有益で負イオンの発生率が正
イオンに比べて高く、作業者の疲労防止と健康と作業能
率の回復を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の研削砥石Ａの構造説明図である。

【符号の説明】

１砥粒２結合剤３充填剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24D 3/00 320 B24D 3/02 B24D 3/02 310 B24D 3/34 C09K 3/14 550

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒または研磨材として、電気石または黄
玉を用いたことを特徴とする空気イオン発生型研削研磨
砥石。
【請求項２】砥粒または研磨材を結合する結合剤とし
て、摩擦帯電列が負の高分子ないしは圧電および（また
は）焦電効果を有する高分子を用いたことを特徴とする
請求項１記載の空気イオン発生型研削研磨砥石。
【請求項３】砥粒または研磨材を結合する結合剤に充填
する充填剤として、「摩擦帯電列が負の高分子ないしは
圧電および（または）焦電効果を有する高分子」または
「圧電および（または）焦電性を有する天然鉱物の粉
末」を用いたことを特徴とする請求項１記載の空気イオ
ン発生型研削研磨砥石。