JP5323447B2 - 研磨砥石 - Google Patents

Description

本発明は研磨砥石に関し、更に詳しくは、チタン等の難削材に対しても有用な研磨砥石に関する。

弾性砥石、特にバフタイプの弾性砥石は複雑な形状の被削材に対してなじみがよく、使いやすいので、広く使用されている。しかしながら、バフタイプの弾性砥石は、被削材の形状を乱してしまう傾向が見られる。そのため、硬度の高い被削材に対して使用する場合には、被削材にキズを付ける原因になってしまう傾向が見られたり、被削面の面粗さも不十分なものとなってしまう傾向が見られることがあった。

また、バフタイプの弾性砥石を使用する場合には、常に液状研磨材等の供給が必須であり、粉塵の発生など作業環境の観点からも不適切なバフ系の研磨材が少なからず存在した（特許文献１参照）。
特開平０６−０９１５１３号公報

従来の研磨用砥石、特にバフタイプの砥石の場合、熟練した作業者以外の者が、研磨作業に従事した場合被削材の形状を崩してしまうこと（角ダレ等）が多く、作業者の熟練が要求される。したがって、バフタイプの研磨砥石は、安定した研磨が困難となる場合が多く、自動化した場合研磨機械装置も複雑になる傾向が強かった。

また、バフタイプの砥石を使用して研磨する場合、研磨材を補給することが必須である。なお、研磨材を含浸した物も存在するが、効果としては十分と言えず、結果として液状研磨材等の補給は必要となっていた。研磨材を使用する場合には、粉塵の発生が不可避であり、粉塵の発生は、労働安全衛生の見地からも、好ましいとは言えない。

特に手加工の場合において上記の傾向が強く、従って粉塵対策は作業者の健康被害管理において重要な問題であり、慎重かつ確実な対応が必要である。したがって、研磨材が大量に含まれ、粉塵発生が懸念されるバフ工程を粉塵発生の僅少な手法に変更することは、今後極めて重要な課題であると言える。

本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下に示す研磨砥石によって、上記課題を克服することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明によれば、以下に示す研磨砥石が提供される。

［１］ エポキシ樹脂を硬化剤で硬化させてなる結合材と、無機または有機バルーンと、砥粒とを含み、ＪＩＳ Ａによるゴム硬度が２０〜５０である研磨砥石。

［２］ 無機または有機バルーンの粒径が０．０１〜２ｍｍである上記［１］に記載の研磨砥石。

［３］ 空隙部分の体積比率が０．１〜５．０である上記［１］または［２］に記載の研磨砥石。

［４］ 結合材に対する砥粒の質量比が０．０１〜３である上記［１］〜［３］のいずれかに記載の研磨砥石。

本発明の研磨砥石は、砥石の工業用分野全般で、中間仕上げから超仕上げの領域において広範囲な用途に適用可能である。また、本発明の研磨砥石は、本来バフ系の研磨材以外では研磨し難いものでも加工可能であり、特にチタン等の難削材系に対しても、高い加工レートを維持しながら容易に鏡面加工等を実現することができる。すなわち、本発明の研磨砥石を使用すれば、バフおよびこれに類する研磨材を使用する研磨工程において、研磨行程の簡素化と高効率化を実現し、資源の有効利用を達成し得る。

また、本発明の研磨砥石は、液状研磨材を使用する必要が無いので、粉塵の発生を大幅に減らすことができ、これにより、作業環境の改善に寄与することができる。また、液状研磨材を補給する必要が無いことから、連続加工が可能である。

本発明の研磨砥石は、組成を多孔質に設定した場合は、目詰の発生が僅少になり、その組成具合により、切れ味とその安定性の調整は比較的容易で有る為非常に高範囲な用途に適用が可能となる。

さらに、本発明の研磨砥石は、面粗さ、研磨レート、被削材形状安定性および低スクラッチ性に優れる。

以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

本発明の研磨砥石は、エポキシ樹脂を硬化剤で硬化させてなる結合材と、無機または有機バルーンと、砥粒とを含み、ＪＩＳ Ａによるゴム硬度が２０〜５０である。

本発明の研磨砥石は、ＪＩＳ Ａによるゴム硬度が２０〜５０であることを特徴とする。ゴム硬度が２０〜５０であることにより、高加工レートと研磨の高い安定性とを実現することができる。ゴム硬度が２０未満の場合には、切削能力が劣るようになり、５０を超える場合には、被加工物に対するなじみが悪化する傾向にある。

ＪＩＳ Ａによるゴム硬度は、結合材の硬度の選定、無機または有機バルーンの配合量または砥粒の配合量によって制御することができる。中でも、無機または有機バルーンの配合量を所定量に保ちつつ、砥粒の配合量を適宜調節して制御するのが好ましい。
［結合材］

本発明の研磨砥石の結合材は、エポキシ樹脂を硬化剤で硬化させてなるものである。

本発明で使用するエポキシ樹脂としては、１分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有するもので、室温で固形または液体のものが好ましい。例えばビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＳ型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、ビフェニル型、ナフタレン型、芳香族アミン型などが例示されるが、特にこれらに限定されるものではない。なお、これらは単独または複数を組み合わせて使用することができる。

本発明においては、結合材に必要に応じて発泡剤等を添加して、発泡させても良い。

［砥粒］
本発明で使用する砥粒としては、例えば、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。これら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。

本発明においては、結合材に対する砥粒の質量比が０．０１〜３であるのが好ましい。０．０１未満の場合には、研削力が低下し砥石本来の能力が失われる傾向があり、３を超える場合にはスクラッチの発生確率が高くなる傾向がある。

［無機または有機バルーン］
本発明で使用する無機バルーンとしては、例えば、ガラスバルーン、シリカバルーン、アルミナバルーン、シラスバルーンを挙げることができる。また、本発明で使用する有機バルーンとしては、例えば、フェノールバルーン等を例示することができ、以下商品名でマツモトマイクロスフェアーＦシリーズ、エクスパンセルＤＥシリーズおよびエクスパンセルＷＥシリーズを挙げることができる。

本発明で使用する無機または有機バルーンは、粒径が０．０１〜２ｍｍであるのが好ましい。無機または有機バルーンの粒径が０．０１ｍｍ未満の場合には目詰まりが発生する傾向があり、２ｍｍを超えた場合、樹脂部分の割合が少なくなり、全体の保持力が低下し脆くなる傾向がある。なお、本発明で使用する無機または有機バルーンは、粒径が上記の程度であれば、形状等は特に問わず、樹脂、ゴムなどどの様な物でも利用可能で、要求される砥石の特性より適宜に選択されていれば良い。

本発明においては、無機または有機バルーンによって形成されるかまたは、結合材を発泡させた場合に形成される空隙部分の体積比率が０．１〜５．０であるのが好ましい。０．１未満の場合には、目詰まりが発生する傾向があり、５．０を超えた場合、脆弱性が増し砥石のライフが低下する傾向がある。

本明細書中において、空隙部分の体積比率とは、計算により算出される体積比率をいう。具体的には、まず、基材単位質量中における、配合される各成分の質量および比重から体積を算出する。算出された各成分の体積を加えたものを基材単位質量中の基礎体積とする。

一方、成形品の質量および外形から算出される体積とから求めた比重の逆数を上記単位質量にかける。得られた体積が単位質量における成形品の計算体積である。計算体積と基礎体積との差が空隙部分の体積となる。この空隙体積と基礎体積との比率を空隙部分の体積比率という。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
［研磨砥石の製造］
図１を参照しつつ本発明の研磨砥石の製造方法を説明する。

（Ａ）ミキシング：
図１Ａに示すように、関東混合機工業社製のミキサー（型番：ＨＢＩ９０）１を使用して、表１に示す配合物を混合して均一に分散させ、その後、硬化剤を入れ撹拌して、基材３を得た（所要時間約１０分）。

（Ｂ）予備成型：
図１Ｂに示すように、均一に分散された基材３を金型５へ詰め込んだ（所要時間約５分）。

（Ｃ）プレス成形：
詰め込み終了後、図１Ｃに示すように、金型５を油圧プレス７に入れて成形した（所要時間約１２０分）。

（Ｄ）取り出し：
その後、金型５からカップ型研磨砥石成形品９を取り出した。得られたカップ型研磨砥石成形品９の形状は、図２の通りであった。図２に示すとおり、カップ型研磨砥石成形品９は、芯金部分１１および砥石部分１３から構成される。また、得られたカップ型研磨砥石成形品９のＪＩＳ Ａ硬度は４０であった。

［被加工物］
研磨試験の被加工物は、純チタン材１５０×２０×１０の直方体ブロックとし、前加工として図３に示すように森精機製作所社製フライス（型番：ＮＶ５０００）１５にてエンドミル加工を行い、Ｒａ０．８まで仕上げた物を使用した。

［研磨方法］
上記で得られたカップ型研磨砥石成形品を図４に示すように森精機製作所社製フライス（型番：ＮＶ５０００）１５に装着して表２に示す条件で研磨試験行った。結果を表２に示す。

（実施例２、３、比較例１および２）
基材の配合量を表１に示したとおりとした以外、実施例１と同様にして実施例２、３、比較例１および２を行った。結果を表２に示す。

（考察）
本発明品のゴム硬度の下限領域における比較において、下限領域内である実施例２の場合被加工物に対してなじみが良く、砥石としての研削能力も持っているが、限界領域外である比較例１の場合研削能力がほとんど残っておらず、砥石として機能していないことが解る。

次に、本発明品のゴム硬度の上限領域における比較において、上限領域内である実施例３の場合、被加工物に対してのなじみが良く、加工時に発生する被加工物に対してのうねり高さが少ないが、上限領域外である比較例２の場合、被加工物に対してなじみが悪く、うねり高さに関しても、実施例３に対して１．７倍の差が出てしまった。

以上の結果から、ゴム硬度が指定範囲内に収まっている場合は、その性能がバフおよびそれに類する研磨材を使用する研磨工程には向いているが、指定範囲を超えてしまうと被加工物に対してうねり等、形状を乱す事から、バフおよびそれに類する研磨に向いていないことが解る。

（比較例３）
表３に示す配合で実施例に準じた方法を用いて、実施例１と同一硬度（ＪＩＳ Ａ４０）、同一粒度の砥粒の発泡ウレタンタイプの研磨砥石を製造した。この砥石を使用して、表２に示すように、実施例１と同様の研磨試験を行った。結果を表２に示す。

（比較例４）
表４に示す配合で実施例に準じた方法を用いて、実施例１と同一硬度（ＪＩＳ Ａ４０）、同一粒度の砥粒の発泡ニトリルゴムタイプの研磨砥石を製造した。この砥石を使用して、表２に示すように、実施例１と同様の研磨試験を行った。結果を表２に示す。

（考察）
実施例１の本発明の研磨砥石の場合、全く目詰まりする傾向が見られず極めて短時間（１０秒）で飽和レベル（Ｒａ０．２１）に達したが、バルーンを使用していない比較例３および４の研磨砥石では２０秒を超えても本発明の超低硬度研磨砥石で成し得たレベルには遠く及ばなかった。また、研磨試験後、比較例１および２の砥石表面を拡大して観察した所、表面に著しい目詰まり痕が見られ、それらに対してはドレッシングして新しい面を再生しない限り研磨は困難であると判断された。

なお、今回の研磨試験では使用した試験機械の制限で２０００ｒｐｍ以上の回転数では試験出来なかったが、可変速タイプのディスクグラインダーでの簡易な試験（実測５０００ｒｐｍ）では極めて短時間で同等の研磨が完了可能な事を確認出来ている。

本発明の研磨砥石は、各種研磨工程に使用することができる。特にチタン等の難削材の仕上げ研磨に有効に使用することができる。

本発明の一実施形態に係るカップ型研磨砥石成形品の製造方法を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るカップ型研磨砥石成形品の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るカップ型研磨砥石を使用するための前処理を示す模式的斜視図である。 本発明の一実施形態に係るカップ型研磨砥石の使用状態を示す模式的斜視図である。

符号の説明

１：ミキサー、３：基材、５：金型、７：油圧プレス、９：カップ型研磨砥石成形品、１１：芯金部分、１３：砥石部分、１５：フライス、１７：エンドミル、１９：被削材（チタン材）。

Claims (4)

1. エポキシ樹脂を硬化剤で硬化させてなる結合材と、
   無機または有機バルーンと、
   砥粒とを含み、
   ＪＩＳ Ａによるゴム硬度が２０〜５０である研磨砥石。
2. 無機または有機バルーンの粒径が０．０１〜２ｍｍである請求項１に記載の研磨砥石。
3. 空隙部分の体積比率が０．１〜５．０である請求項１または２に記載の研磨砥石。
4. 結合材に対する砥粒の質量比が０．０１〜３である請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨砥石。

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