JPH01246076A - 研摩材生砥石用の接合剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミックの生砥石（ｇｒｅｅｎ　　ｗａｒｅ
）、特に研摩材製品として焼成できる生砥石に関する。

切削砥石、研摩砥石（ｈｏｎｉｎｇ　　５ｔｏｎｅ）、
モールド（ｍｏｌｄ）砥石、目直し棒（ｄｒｅｓｓｉｎ
ｇ　　５ｔｉｃｋ）、研摩ホイール（ｇｒｉｎｄｉｎｇ
　　ｗｈｅｅｌ）及び超仕上げ用砥石のような研摩材は
、琢摩（ｐｏｌｉｓｓｈｉｎｇ）、研摩（ｓｈａｐｅｎ
ｉｎｇ）、目直しくｄｒｅｓｓ　ｉｎｇ）、切削（ｓｂ
ａｐｉｎｇ）等において有用である。例えばアーカンサ
ス（Ａｒｋａｎｓａｓ）砥石はナイフを研摩するのに使
用できる。

アーカンサス砥石は合成により製造することができ、又
はその名の通り天然石から切り出すことができる。合成
アーカンサス砥石及び他の合成研摩材製品が、適当な生
砥石を焼成することにより製造される。生砥石は研摩材
粒子、−時的接合剤及びガラス質（ｖｉｔｒｅｏｕｓ）
の結合成分から成る混合物を常温プレスすることにより
製造される。接合剤が無ければ生砥石はその形状を損な
うか、又は常温プレス金型から取り出す際に崩れること
になろう。生砥石の強度、即ち生強度（ｇｒｅｅｎ　　
ｓｔｒｅｎｇｔｈ）は生砥石が焼成及び取扱いの際に損
傷を受けるのを防ぐ程度に充分高いことが必要である。

例えばプレスから焼成炉に移送する際に、強度の不充分
な生砥石は変形し、例えば端が欠けるとか又は指の跡が
付くような結果を招くことがある。

常温プレスに続いて生砥石は焼成される。焼成の目的は
接合剤を分解し、生砥石のガラス質の結金成分を溶融す
ることである。研摩材工業において普通に使用される接
合剤はデキストリンである。

このデキストリンは生砥石の前段階のバッチに微粉末と
して添加され、研摩材砥粒及び結合成分と共に混合され
る。“プレス・トウー・サイズ（ｐｒｅｓｓ　　ｔｏ　
　５ｉｚｅ）”技術と称されるものを用いて小さい製品
を製造する時には、大量のデキストリンを使用するのが
普通である。これは特に砥粒対結合材比が高い（例えば
１０）、微粒（例えば＃４００粒度）の材料については
真実である。この大量のデキストリンは充分な生強度を
与えるために必要でる。大量のデキストリンには、確実
にデキストリンを完全に除去するために、長い焼取り（
ｂｕｒｎｏｆｆ）時間が必要である。デキストリンの除
去が不完全であると、生砥石中に炭質の残渣が残る。

この残渣は焼成に際し、発泡及び膨潤のような欠陥を招
く。

デキストリンに関連する上記の欠点から見ると、研摩材
生砥石用の除去し易い一時的接合剤を提供することが有
利であると思われる。この接合剤が従来と等しいか又は
大きい生強度を与えるのにデキストリンよりも少量で利
用でき、且つ接合剤の焼取りに短い作業サイクル時間で
利用でき、それによって生産性が改善されれば、これも
又有利であろう。

本発明は研摩材生砥石の製造におけるこうした接合剤と
して、ポリ（エチルオキサゾリン）を使用する。本発明
は研摩材、ポリ（エチルオキサゾリン）及びガラス質結
合材から成る混合物をプレスして生砥石研摩材を成形す
ることによる研摩材生砥石の製造方法を包含している。

驚くべきことには、デキストリンに比較して、充分な強
度を持つ生砥石を成形するために、極めて少量のポリ（
エチルオキサゾリン）しか必要としない。ポリ（エチル
オキサゾリン）の使用は、研摩材配合物と容易に混合し
、研摩材生砥石がプレス用ダイ及び金型に付着する傾向
を減少させ、且つデキストリンよりも“完全燃焼（ｂｕ
ｒｎ　　ｏｕｔ）”に要する時間が短縮される点で更に
有利である。これらの利点は著しい経済的利益をもたら
す。例えば常温プレス操作の生産性は研摩材生砥石の強
度が高いために増大し、核材がダイに付着する傾向を減
少させる。更に完全燃焼時間が短縮されると、炉の回転
（ｔｕｒｎａｒｏｕｎｄ）時間が増加するので、炉の生
産性が増大する結果がもたらされる。

本発明の方法は研摩材料、ガラス質結合材料、ポリ（エ
チルオキサゾリン）及び随時キャリヤー媒体を必要とす
る。

ポリ（エチルオキサゾリン）は通常の取り扱い及び加工
の際にその形状を維持するのに充分な強度を有する生の
セラミック物品を提供するのに充分な量で使用される。

好適にはセラミック生砥石はセラミック材料に対してＯ
０■ないし２０重量％、及び更に好適にはＯｏｌないし
１０重量％のポリ（エチルオキサゾリン）を含んでいる
。−層好適には、該生砥石は０．２ないし５重量％のポ
リ（エチルオキサゾリン）、及び最も好適には０．５な
いし３゜０重量％のポリ（エチルオキサゾリン）を含ん
でいる。ポリ（エチルオキサゾリン）は好適には１，０
００ないし１．ｏｏｏ、ｏｏｏ、及びより好適にはｓｏ
、ｏｏｏないし５００．０００の範囲の重量平均分子量
を有している。

研摩材料が本発明の方法において使用される。

研摩材料は一般に粒状であって、普通砥粒（ｇｒｉｔ）
と称されている。実際にはいかなる大きさの砥粒も使用
できるが、普通の砥粒の寸法はｌ　　ｐｍ以下の寸法か
らｌ　　ｍｍ以上の範囲にある。砥粒は製造される研摩
材製品の本体を形成する。いがなる研摩材料も砥粒とし
て使用することができる。好適には研摩材料は金属酸化
物、炭化物及び窒化物のようなセラミック材料から成る
。好適な研摩材料の例はアルミナ、炭化珪素、ダイアモ
ンド、シリカ、炭化硼素、炭化タングステン、炭化チタ
ン、立方晶窒化硼素、窒化アルミニウム等を包含する。

アルミナ及び炭化珪素は一段と好適な研摩材料の例であ
る。

研摩材砥粒は゛永久”結合材とも称されるガラス質結合
材料により最終製品中で結合されている。

ガラス質結合材料は最終研摩材製品の一体性を保つのに
充分な量で使用される。ガラス質結合材の使用は当業界
では周知である。例えば米国特許第１．３６４．８４９
号；１，５４８，１４５号；２，２８１．５２６号；及
び２，４２３，２９３号を参照されたい。好適には結合
材は粉末ガラス７リツト及び、随時、好適にはポールク
レーであるクレーから成る。好適には、ガラスは低い軟
化点を有することが便利である。例えば好適なガラスフ
リットは約５００℃ないし約６００℃の範囲の軟化点を
有している。硼珪酸アルミニウムガラスが更に好適であ
る。好適には研摩材料１部当たり０．０５ないし１部の
ガラス質結合材料が使用される。クレーは一般に全ガラ
ス質材料のＯないし４０重量％の範囲の量で使用される
。ガラス１部光たり０゜１ないし０．４部のポールクレ
ーを使用することが好ましい。

砥粒、結合材料、及びポリ（エチルオキサゾリン）は周
知の方法を用いて混合される。例えば溶融したポリ（エ
チルオキサゾリン）を予め作成した砥粒と結合材料の混
合物に、砥粒と結合材粒子が完全に湿潤するまで、撹拌
しながら又は混和しながら添加することができる。砥粒
、結合材料、及び接合剤を混合する一層好適な方法はキ
ャリヤー媒体の使用である。キャリヤー媒体は固体状の
砥粒と結合材粒子を懸濁させるに役立ち、更に砥粒と結
合材料が完全に湿潤するようにポリ（エチルオキサゾリ
ン）接合剤を分散させるのに役立つ。

キャリヤー媒体は事実上ポリ（エチルオキサゾリン）を
溶解可能なことが好ましい。好適なキャリヤー媒体の例
は水、アセトン、メタノール、エタノール、他の極性有
機溶剤等、及びそれらの混合物を含んでいる。水はその
使用の容易さから見て、及びポリ（エチルオキサゾリン
）が水溶性である観点からして、最も好適なキャリヤー
媒体である。

しかしメタノール、エタノール及びアセトンのような極
性有機溶剤は、セラミック砥粒が水の存在下にある際起
こり得る化学反応を避ける必要があれば、本発明におい
て特に有用である。例えば窒化物は水の存在で酸化物を
形成することがあるが、これは望ましい事もあり又はそ
うでないこともある。

当業界で周知のように、潤滑剤、着色剤、界面活性剤、
分散剤、充填剤、例えばのこ屑等のような他の随意の材
料を、砥粒、結合材料、及び接合剤の混合物に添加する
ことができる。例えば潤滑剤は常温プレスの際粒子間の
摩擦を減少させるために使用することができる。潤滑剤
の例は、例えばステアリン酸カルシウム、ステアリン酸
亜鉛、合成ワックス、ステアリン酸等を包含している。

着色剤は最終製品の色を変える目的で使用することがで
きる。着色剤の例はセラミック顔料、及びガラスエナメ
ル、例えば着色釉薬を包含する。好都合なことには、本
発明の生砥石はアルファーアミノ酸重合体のような生分
解性重合体を必要とせず、こうした重合体を用いずに製
造することができる。

混合された材料は例えば鋳込み、常温プレス又は押出し
のような公知の方法によって生砥石に成形することがで
きる。周知のように、常温プレスは乾燥、半一乾燥、均
衡的（ｉｓｏｓｔａｔｉｃ）等であってもよい。得られ
る生砥石は多孔性の物品である。

生砥石は破損又は重要な変形を与えることなく取り扱え
る程度の充分な強度を持たなければならない。例えばそ
れを裸の手で取り上げて、指の凹みが残るか又は端が丸
くなるか又は欠ける時には、生砥石は充分な強度を有す
るとは言えない。

生砥石は当業界で周知の方法を用いて焼成される。焼成
の目的は一時的接合剤を除去し、研摩材粒子間の永久的
な結合が形成するようなガラス相に結合材を変換するこ
とである。−時的接合剤、即ちポリ（エチルオキサゾリ
ン）が完全に除去されることが望ましい。−時的接合剤
の除去が不完全であると炭素残渣が残り、後でガラス質
結合材中に捕捉され、膨張、反り、亀裂等を招く気泡を
生じるような結果をもたらすことがある。

ポリ（エチルオキサゾリン）は約３１６℃（６００″Ｆ
）のような或温度以上に加熱されると、徐々に加熱され
て該温度に到達するのでない限り、迅速に分解する可能
性がある。迅速な分解により、生砥石に亀裂を与える可
能性がある大量のガスを生じることがある。従って接合
剤の完全燃焼工程は、これらのガスの大部分が徐々に除
去されるの番こ充分な時間をかけて約２３８℃（４６０
″Ｆ）以下の温度で焼成し、次いで温度を上昇させるこ
とが好ましい。

焼成された研摩材製品は一般に極めて多孔性である。研
摩材製品は当業界で周知のように、気孔率及び凝集の度
合を変えて製造することができる。

製品は生砥石の強度の改善の結果として、鮮明な、輪郭
のはっきりした端部を持って製造することができる。

下記の実施例及び比較実験は例証の目的のみを以て呈示
されており、本発明の範囲を限定することを意図したも
のではない。総ての部及びパーセントは別に指示しない
限り重量を基準としている。

実施例　１ ３０重量部の、約２００．０００の重量平均分子量を有
するポリ（エチルオキサゾリン）（本文では以後ポリエ
トックスと称する）の粒子を７０部の水中に添加するこ
とにより、ポリエトツクスの水溶液を製造する。高速度
／高剪断力のミキサーを使用する。ポリエトックスが溶
解するまで混合を継続する。

溶液（５，４部）を１４９　μｍ（１００メツシユ）の
採掘されたツバキュライト３０．３部を含む容器に添加
する。砥粒が確実に溶液で徹底的に湿潤されるように、
得られる混合物を約８分間激しく混和する。次いで７５
　μ＋ｎ　（２００メツシユ）のツバキュライト１０．
１部を湿潤した物体に添加し、砥粒が確実に溶液で徹底
的に湿潤されるように、やや遅い速度で約５分間混和す
る。

潤滑剤としてステアリン酸カルシウム（１，２部）を、
１３．９部の微粉砕されたく４４　μｍ（＜３２０メツ
シユ）の硼珪酸アルミニウムを用いた７リツトガラス粉
に添加する。潤滑剤及びガラス粉を混和し、次いで容器
に添加し、得られる混合物を約５分間混和する。

８部のテネシー（７ｅｎｎｅｓｓｅｅ）ポールクレーを
容器に添加し、やや遅い混合速度で更に５−１０分間内
容物を混合する。この時点で、混合物の外観は湿潤した
砂の外観に類似している。

次いで混合物を８４１　　μｍ（２０メツシユ）の　１
篩を通して分級し、大きい粒子を除去する。次いで整粒
した粉末を水分含量が約１重量％になるまで空気中で乾
燥する。生砥石の強度は、粉末が乾燥し過ぎると悪影響
を受けることがある。他方水分含量が過剰な粉末は、良
好な流動特性を示さなくなり、不均一な密度を有する研
摩材が得られる結果となる。

次いで粉末を３５０　μｍ　（４０メツシユ篩）で分級
すると、生砥石として成形する準備が調う。

粉末を下記の寸法：１．３　ｃｍ　ｘ４．１　　ｃｍ　
Ｘ　ｌ　５゜２　ｃｍ　（１／２　”Ｘ　１−５／８”
×６ｎ）を有するブロックとして、１７．２ｋＰａ（２
５００ｐｓｉ）で常温プレスする。生砥石の破壊モジュ
ラス（曲げ強度）は３点曲げ試験を用いて測定され、７
０３　Ｐａ　（１０２ｐｓｉ）の値であることが測定さ
れた。

多数の生砥石を耐火物の平板上に端を載せて置く。次い
で平板を窓中に入れ、下記の焼成予定表に従って処理す
る： ９３℃　　　　１時間　　　　　乾燥 ９３℃−１時間以内　　　焼取り平坦部に２３８℃　　
　　　　　　　　到達 ２３８°０　　６時間　　　　　低温度焼散り２３８℃
−３時間以内　　　焼取り平坦部に４８２℃　　　　　
　　　　　到達 ４８２℃　　　２時間　　　　　高温度焼散り４８２°
Ｏ−４，５時間以内　ガラス化温度１０３８℃　　　　
　　　　　に到達 ガラス化温度に約２時間保持する。

窯及び研摩材製品を放冷する。冷却された製品は外観上
均一であり、形状の明確な端部を持っている。製品は３
４．５容量％の気孔率及び１．８０ｇ／ｃＩＩｉｌの密
度を有している。

比較実験　ｌ （本発明の具体化ではない） ポリエトックスの代わりにデキストリンを使用する以外
は、実施例１の方法を繰り返して行った。

生砥石の破壊モジュールは４０７Ｐａ（５９ｐｓｉ）で
あると測定された。

実施例　２ ４５重量部の、約２００，０００の重量平均分子量を有
するポリエトックスの粒子を、５５部の水中に添加する
ことにより、ポリエトツクスの水溶液を製造する。高速
度／高剪断力のミキサーを使用する。ポリエトツクスが
溶解するまで混合を継続する。

溶液（３，６部）を８３　μｍ（１８０メツシユ）の溶
融アルミナ２５．１部を含む容器に添加する。

砥粒が確実に溶液で徹底的に湿潤されるように、得られ
る混合物を約８分間激しく混和する。次いで７５　μｍ
（２００メツシユ）の溶融アルミナ２５．１部を湿潤し
た物体に添加し、砥粒が確実に溶液で徹底的に湿潤され
るように、やや遅い速度で約５分間混和する。次いで微
粉砕されたく４４μｍｃ＜３２０メツシユ）の硼珪酸ア
ルミニウムを用いたフリットガラス粉（９，４部）を容
器に添加し、得られる混合物を約５分間混和する。

テネシーポールクレー（３，８部）を容器に添加し、や
や遅い混合速度で更に５−１部分間内容物を混合する。

この時点で、混合物の外観は湿潤した砂の外観に類似し
ている。次いで混合物を８４１　μｍ（２０メツシユ）
の篩を通して分級し、大きい粒子を除去する。次いで整
粒した粉末を水分含量が約１重量％になるまで空気中で
乾燥する。

次いで粉末を３５０　μｍ（４０メツシユ篩）で分級す
ると、生砥石として成形する準備が調う。粉末を１９．
３　ｋＰａ（約２８００ｐｓｉ）の圧力をかけて常温プ
レスすると、２．１７９／Ｃ♂の密度の生砥石が得られ
る。該ブロックは下記の寸法＝０゜５　ｃｍ　ｘ５．ｌ
　　ｃｍ　Ｘ　ｉ　７．８　ｃｍ　（１／４　’Ｘ２　
　”Ｘ７″）を有する。生砥石の破壊モジュラスは３点
曲げ試験を用いて測定され、３　、１　ｋＰａ（４４６
ｐｓｉ）の値であることが測定された。

多数の生砥石のブロックを耐火物の平板上に平らに積み
重ねる。次いで平板を窓中に入れ、実施例１の焼成予定
表で処理する。窯及び研摩材製品を放冷する。冷却され
た製品は外観上均一であり、形状の明確な端部を持って
いる。製品は４２．０容量％の気孔率及び２．０８　ｇ
／　ｃ＋＋？の密度を有している。

比較実験　２ （本発明の具体化ではない） ポリエトツクスの代わりにデキストリンを使用する以外
は実施例２の方法を繰り返して行った。

生砥石の破壊モジュールは０．８４Ｐａ（ｌ　ｌ　４ｐ
ｓｉ）であると測定された。

上記の実施例及び比較実験は、接合剤としてデキストリ
ンに代わるものとしてポリ（エチルオキサゾリン）を用
いて製造される生砥石の予想外に改善された生砥石強度
を例示している。実施例及び比較実験における生砥石の
製造に、下記の観察が当てはまることが追加される：即
ち、ポリ（エチルオキサゾリン）を用いて製造された生
砥石に比較して、デキストリンを用いて製造された生砥
石は端部か弱く、常温プレスの際はこりっぽく、且つ脆
くて正常な取り扱いをしても壊れ易い。

本発明の主なる特徴及び態様は以下の通りである。

１、（ａ）研摩材砥粒、ガラス質結合材料及びポリ（エ
チルオキサゾリン）から成る接合剤の混合物を調製し；
及び （ｂ）該混合物を研摩材用生砥石製品として成形するこ
とから成る改善された強度を有する研摩材生砥石製品を
製造する方法。

２、工程（ａ）が研摩材砥粒１００重量部当たり：（ｉ
）０．５ないし２０重量部のポリ（エチルオキサゾリン
）； （ｉｉ）１ないし１００重量部の水； （ｉｉｉ）５ないし１００重量部のガラスフリット；（
ｉｖ）随時、０ないし４０重量部のクレー；（Ｖ）随時
、０ないし１０重量部の潤滑剤、を混合することから成
る上記ｌに記載の方法。

３、研摩材砥粒がシリカ、立方晶窒化硼素、アルミナ、
炭化珪素又はダイアモンドの少なくとも一種から成る上
記２に記載の方法。

４、ガラスフリットが硼珪酸アルミニウムガラスから成
る上記２に記載の方法。

５、クレーが使用される上記４に記載の方法。

６、該クレーがポールクレーから成る上記５に記載の方
法。

７、研摩材生砥石製品を焼成して研摩材最終製品を製造
する上記ｌに記載の方法。

８、上記７に記載の最終研摩材製品。

９、工程（ａ）が研摩材砥粒１００重量部当たり：（ｉ
Ｈないし５重量部のポリ（エチルオキサゾリン）； （ｉｉ）３ないし１５重量部の水： （ｉｉｉＮ　Ｏないし４５重量部のガラスフリット；（
ｉｖ）随時、０ないし１５重量部のクレー；（ｖ）随時
、０ないし５重量部の潤滑剤、を混合することから成る
上記ｌに記載の方法。

１０、生砥石の成形がプレス成形法によって調製される
上記ｌに記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）研摩材砥粒、ガラス質結合材及びポリ（エチ
   ルオキサゾリン）から成る接合剤の混合物を調製し；及
   び （ｂ）該混合物を研摩材用生砥石製品として成形するこ
   とから成る改善された強度を有する研摩材生砥石製品の
   製造方法。 ２）研摩材用生砥石製品を焼成して研摩材用最終製品を
   製造する特許請求の範囲１項記載の方法。 ３）特許請求の範囲２項記載の最終研摩材製品。