JPH04101780A - 合成砥石 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、アルミニウム、真鍮、銅等の軟質金属の表面
研削、研磨、大理石、漆器等の精密仕上。

鏡面仕上に好適な合成砥石に関する。

（従来の技術） 従来、平坦な表面を有する金属板で比較的軟質なもの例
えばグラビア印刷用の銅ローラ等の表面研磨は比較的軟
質なＰＶＡ砥石が使用されていた。

このＰＶＡ砥石とは、ポリビニルアセクール系樹脂を主
な結合剤とし各種、各粒度の砥粒を内部に固定した多孔
質構造を有する弾性砥石である（以下ＰＶＡ砥石と略す
）。ＰＶＡ砥石は、クツション性に極めて優れているの
で砥粒の加工表面への切り込み深さが小さく気孔率が６
０〜７０％と他の合成砥石に比べ高気孔率であるので目
詰りしにくく研磨熱の放散も十分で長時間連続して使用
できる等の特長を保持している。そのためポリビニルア
セクール系弾性砥石は、アルミニウム、真鍮。

銅などの軟質な非鉄金属や大理石、漆器の精密仕上、鏡
面仕上といった精密加工に用いられている。

近年商品価値が高まり優れた平坦度と高い面精度を同時
に満足し能率的、経済的に仕上げることが要求されてい
る。

一般に、仕上げ面粗さは砥石中の砥粒の平均粒径により
ほぼ決定され、粒子径が小さく（粒度が細かく）なる程
、仕上げ面粗さは小さくなる。また被研磨物の加ニスピ
ード即ち研磨量は、砥粒の単位時間当りの切り込み量の
側面からも定量されるので、粒子径の大きい砥粒を保持
した砥石が大きいことになる。

被研磨物の仕上げ方法は、通常まずある程度の平坦度を
出すために中研磨をし、その後に面精度を出すために仕
上げ研磨を行う。中研磨には、仕上げ研磨に使用する砥
石より粗番手の比較的粒度の大きい砥粒を含有した砥石
を使用し、切れ（研削）が良く研磨量が大きく砥石の磨
耗が少ない砥石が使用されている。この際、被研磨物に
切り込んだ砥粒の刃が磨耗と同時に次の新しい刃を持っ
た砥粒が研磨面を形成し、次々と自生を行ないながら研
磨されることにより所謂切れが維持される。

そのため、一般に切れの良い砥石は砥石自身の磨耗が多
く、切れの良さと磨耗量とは二律背反の関係にあり、切
れが良く且つ砥石の磨耗量が少ない砥石の出現が望まれ
ているが、か＼る性能を具えた実用的に満足すべき砥石
は未だないのが現状である。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 本発明者等は上述の問題点に鑑み、比較的軟質な金属や
鉱物を能率的且つ経済的に研磨出来る砥石について鋭意
研究を重ねた結果本発明を完成したものであって、その
目的とするところは特に中研磨に使用されるＰＶＡ砥石
において既存品よりも切れが良く且つ砥石自身の磨耗が
少ない砥石を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的は、ポリビニルアセタール系樹脂と少なく共
一種の熱硬化性樹脂とよりなる連続微細気孔を有する三
次元網状組織構造の硬化体中に平均粒径１８〜３２μｍ
の砥粒と、平均粒径４〜１５μｍの微細無機粒子とが分
散固着された砥石であって、前記砥粒に対する微細無機
粒子の重量比が０．２〜０．４であり、且つ砥石全体の
見掛は体積に対して、砥粒と微細無機粒子との体積の和
の体積比が０．０９〜０．１２であることを特徴とする
合成砥石により達成される。

か＼る本発明において重要なことは、平均粒径１８〜３
２μｍの砥粒と平均粒径４〜１５μｍの微細無機粒子と
を併用し、砥粒に対する微細無機粒子の重量比が０．２
〜０．４であり、且つ砥石全体の見掛は体積に対して、
砥粒と微細無機粒子との体積の和の体積比が０．０９〜
０．１２である点である。

本発明砥石の微細三次元網状組織をなす構造体は、レジ
ノイド系やウレタン系人造砥石の独立気泡構造とは組織
を全く異にし、独立気泡は存在せず、空隙中に枝が立体
的に伸びた様な組織であり気孔は無限に連通したものと
なる。従って、研磨作業に起因する砥粒脱落物、研摩屑
はこの間隙から系外に排出され易く、また捕捉された場
合も他の独立気泡構造の砥石に見る如く、気泡部分にこ
れらが堆積し、目詰まり等好ましがらざる現象を惹起し
難いものである。独立気泡構造の場合は目詰まり現象に
より研磨効果の持続性に欠け、頻繁なドレッシング作業
（表面更新）が必要となる。

上述の効果が十分に得られるのは、平均気孔径１０乃至
１００μｍの範囲が好ましく、これを下回ると密すぎて
、目詰まり等の現象が出易い、また、これを上回ると、
構造的に粗すぎて物性の均一性という面でや一難がある
。

また気孔率は６０〜８５容量％の範囲にあることが好ま
しい、６０容量％未滴の場合は、独立気泡が存在するよ
うになり、８５％容量を趨えると強度の面でや＼不十分
なものとなる。

砥粒の結合材としてポリビニルアセクール系樹脂と熱硬
化性樹脂の硬化体を用いたことは、従来のポリビニルア
セタール系砥石に見られる欠点、すなわち耐水性の欠如
および適度な硬度、研削力を有さないという点を補おう
とするものである。

合成砥石においては、研磨面に存在する砥粒々子が摩擦
して脱落し、系外に排出されるという現象を繰り返し、
砥石は自らの厚みを減少させつつ、被研磨体表面を研磨
してゆくものであるが、砥粒の比率が少ないと、１個の
砥粒が独立して存在することとなり、その砥粒が脱落し
た後は、ミクロ的見方をすれば結合材のみで表面を摺擦
する。すなわち研磨力の少ない部分での摺擦を行う為、
切れ味（研削力）が劣るものとなる。特に本発明の如く
、アルミ等軟質金属や鉱物の表面研磨を目的とする場合
、かかる現象は好ましくなく、表面斑研磨斑等の問題に
つながり易い。かかる好ましからざる現象を回避する為
に、個々の砥粒がマトリックス中で各々独立して存在せ
ず、隣接した砥粒々子と相互に連接し、実質的に連続し
た状態をなして分布するように砥粒の充填率を高くする
ことが考えられる。しかし、前述したように砥粒の充填
率を高くするに従い砥石の切れは良くなるが一方で砥石
の磨耗が大きくなる。このことは充填率が高くなると、
砥粒１個に対し砥粒を固定する役目をするマトリックス
の量が少なくなり、結合力が弱くなるためである０本発
明の目的に適合するためには砥石全体の見掛は体積に対
して、砥粒と微細無機粒子との体積の和の体積比が０．
０９〜０．１２の範囲内にあると、砥粒の粒径に決定ず
けられる研削量を確保することができ、一方で砥石の磨
耗が極端に大きくならない。またこの関係が成り立つ状
態で研削量を減少させずに砥粒よりも粒子径の小さい微
細無機粒子（平均粒径１５〜４μｍの微細無機粒子の重
量比が０．２〜０．４の範囲内で混合することによって
既存のＰＶＡ砥石よりも砥石の磨耗を小さくすることが
できる。マトリックスに砥粒よりも小さい微細無機粒子
を複合することによってマトリックスの強度をさらに大
きくし、そして適性な脆性（もろさ）が付与される。

本発明にかかる砥石は例えば次のような方法にて製造さ
れる。

すなわち、平均重合度３００〜２０００．鹸化度８０モ
ル％以上のポリビニルアルコール、その誘導体または変
性体の一種あるいはそれ以上を混合して水溶液となし、
それに熱硬化性樹脂のモノマオリゴマーあるいは重合体
等からなる前駆体の水溶液、非水溶媒溶液、エマルジョ
ン等、および珪酸塩の水溶液またはコロイドを加えて均
一に撹拌し更に砥粒、架橋剤としてのアルデヒド類触媒
としての酸類、及び気孔生成剤としての澱粉類等を加え
、均一粘稠スラリーを調製し、これを所定の型枠に注型
する。然る後、４ｏ乃至１００℃の温度にて約−昼夜、
湯浴あるいはその他の浴中で反応固化した後取り出し、
水洗いして余剰のアルデヒド類、酸［２気孔生成剤を除
去する。こうして得られた中間体は、形態的には砥石の
形態を整えているが、樹脂の硬化反応が行われておらず
、性能は不充分である。

従ってこの中間体を１００を程度の温度で加熱し水分を
蒸発除去、乾燥した後、樹脂の硬化するための熱処理（
キユアリング）をしなければならないが、キュアリ、ン
グに必要な温度および時間は使用した樹脂の種類および
量によって微妙に異なり一種には規定できないが、一般
的には１００乃至２５０℃で２０乃至１００時間のキユ
アリングを施すと、硬化反応はほり達成される。

硬化が不充分であると靭性が大きく、またキユアリング
条件が過酷で硬化が進みすぎると熱分解が同時に生起し
、好ましがらざる現象が起こり易いので、条件の選定は
慎重に行なう必要がある。

またキユアリングにおいて急激な昇温を避けるため、段
階的に昇温したり、不活性ガス雰囲気中で行い局部的酸
化・劣化を抑制することも有効である。

ポリビニルアルコール以外の樹脂については前述の如く
、反応原液の段階で混合（プレミックス）しても良いが
反応終了後の中間体にその液状前駆体を含浸せしめてか
らキユアリングしてもよく、また２種以上の樹脂を併用
する場合は一つの樹脂をプレミックスし、もう一つの樹
脂を後処理するという手段を用いてもよく、特に方法に
ついて限定されない。更に熱硬化を促進するための触媒
を併用することも有効である。

液状の樹脂は、水溶液、有ａ溶剤に溶解した溶液、エマ
ルジョン、あるいは樹脂原液のいずれでも使用しうるが
、作業性および混合比の制御のし易さから見て、水溶液
を使用する方法が最も好適である。

また、本発明に言う砥粒とは、ダイヤモンド。

窒化ホウ素、炭化珪素、熔融アルミナ、ガーネット、エ
メリー、酸化セリウム、酸化クロム等研削力を有する化
合物または単体からなる研磨材料のいずれかを粉砕し、
適当な方法にてＪＩＳ規格Ｒ６００１に規定された粒度
に分級されたものを包含するが、特に本発明の目的を達
成するには、炭化珪素、熔融アルミナよりなる群から選
ばれた超硬セラミックス砥粒の少なくとも１種を選定す
ることが好ましい。

また、微細無機粒子には、上述した研磨材料を平均粒径
１５〜４μｍの範囲内に分級した砥粒の他ニ、珪石、長
石、タルク、カオリン等の粉末やアルミナ、シリカ、酸
化チタン、炭化珪素、チン化珪素等のニューセラミック
材料粉末等が好ましい。

（効果） 従来、中研磨に用いるＰＶＡ砥石の磨耗を少なくするた
めに結合剤となる熱硬化性樹脂を多量に用い、同時に研
削力が落ちるのを防止するため、砥粒の充填率も高くし
ていたが、本発明によって製造コストを上げずに従来の
研削力を保持した砥石磨耗量の少ない砥石が得られ、更
に、砥石１個内の均一性が高くなったことより砥石を使
い始めてから使い終わるまで一定の面精度で仕上げるこ
とを可能とした。研磨の作業性は、研磨機に砥石を取付
ける作業回数が減少し、機台当りの生産性が増加するこ
とにつながる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお
、本実施例において使用した研磨装置測定機器、被研磨
体及び研磨条件、測定条件は、次の通りである。

研磨装置：バーチカル型銅ローラ研＊＊三興機械社製 被研磨材：グラビア印刷用銅ローラ 直径　１１０ｍｍ 長さ　１ｍ 表面粗さ計：東京精密社製　表面粗さ計型式　サーフコ
ム５５３Ａ 硬度計：松沢精機社製　ロンフラニル硬度計型式　ＨＡ
ＲＤＮＥＳＳ　ＴＥＳＴＥＲＲＸＴ−２ｍ粒度分布測定
器： パーティクルデータ社製型式ＥＬＺＯＮＥ１８０コール
カウンター法（電気抵抗試験方法）粒度分布測定器 研磨条件：荷　重　　　　　　　３５ｋｇ砥石回転数　
　　　７０Ｏｒｐｍ 〃　送りスピード　３００ｍｍ／分 ローラ回転数　　　　９Ｑｒｐｍ 供給水流量　　　　　　２１７分 研　慶　　　２往復（１ｍＸ４回） 表面硬度測定条件： ロックウェルスーパーフィシャル１５−Ｙスケール使用 荷　　重　　　　１　５ｋｇ 測定子　　１／２インチ鋼球 ローラ研磨量（μｍ）＝（研磨前ローラ径）（研摩片ロ
ーラ径） 砥石ｔ　＝ｊ　（ｍｍ）　−（研磨前砥石厚さ）（Ｆイ
后砥石厚さ） 表面粗度測定条件： カットオフ値　・・・　Ｑ、　８ｍ　ｍ以上測定長　・
・・　２．５　ｍ　ｍ 但し、Ｒ□Ｒｅａａｘ　とは以下のことを示す。

Ｒ１・・・中心線平均粗さ（単位μｍ）ｆ　　（ｘ）　
　：粗さ曲線 ＲｗａｍＸ・・・最大高さ（単位μｍ）Ｒａａｘ　＝Ｐ
　ａｍｘ　　Ｖ　ｍ１ｓＰ、、、：３波うねり曲線に おける最大山高さ Ｖ□７　：３波うねり曲線に おける量大谷側さ 粒度分布測定条件： ＪＩＳ規格　Ｒ６００２の研磨材の粒度の試験方法のう
ちの電気抵抗試験方法に準じて測定した。

但し、測定粒子の平均粒子径により下記のオリフィスを
使用 ＃８００以下の粒子径のもの １５０μの穴径 ＃２０００相当の粒子径のもの ７６μの穴径 ＃３０００相当の粒子径のもの ３８μの穴径 １１潤率の値： ２０±２℃の水に砥石を０．５時間浸漬した後の砥石の
直線方向の膨潤度である。

実施例１ 砥粒として、炭化珪素粉末の４００番　平均粒径２８〜
３２μｍのものを選定した。微細無機粒子として炭化珪
素砥粒（Ｃ砥粒）の８ｏｏ番（＃８００）平均粒径１９
μｍ、２０００番（＃２０００）平均粒径６．７ｔｔｍ
、３０００番（＃３０００）平均粒径６．５μｍそして
タルク（Ｋクレー　富士タルク工業社製）平均粒径６．
５μｍをそれぞれ選定した。

重合度１７００．完全鹸化のポリビニルアルコールを水
溶液となし、これに水溶性フェノール樹脂として住人デ
ュレズ■製ＰＲ−９６１Ａを所定量と、触媒としての硫
酸、架橋剤としてのホルムアルデヒド、気孔生成剤とし
てのコーンスターチトを加え、さらに二酸化珪素にソー
ダ灰を加えた珪酸塩の水溶液を所定量加えた後、前述砥
粒と微細無機粒子とを混合して均一のスラリー状液を調
製した。このスラリー液を所定の型枠に注型し、６０°
Ｃにて１昼夜反応固化せしめた。しかる後、水洗いし、
過剰の酸、ホルムアルデヒド、コーンスターチ等を除去
して乾燥し合成砥石の中間体を得た。これを１３０°Ｃ
の温度にて約５０時間熱処理して、所期の砥石を得た。

また、水溶液のメラミン樹脂として昭和高分子■製５Ｍ
−７００の水溶液を準備し、前記中間体をこれに含浸し
、所定量に絞った後、乾燥し、１３０℃の温度にて約５
０時間熱処理を行い、所期の砥石を得た。本実施例で用
いた砥石の組成を第１表に示す。

かくして得られた砥石を外径２００ｍｍ、厚さ５０ｍｍ
中心に径５０ｍｍの穴を有したドーナ・ン状に成形し、
前記研磨装置に取り付は固定し、研磨装置の所定の条件
にて研磨を行った。研磨液には水を用い、第１表にその
結果を示す。

第１表より明らかな如く、本発明の範囲のものは従来の
ＰＶＡ砥石（ブランク）と同等もしくはそれ以上のロー
ラ研磨量を示し、その時の砥石の磨耗量については、従
来よりも良好な結果であったことがわかる。更に、砥石
表面と砥石内部との硬度差が小さくなり、銅ローラを研
磨した時の銅ローラ表面の面精度のＲａＯ値も砥石表面
と内部との差が小さくなって表われている。従来は、砥
石の磨耗量を小さくさせるために砥粒を固定する熱硬化
性樹脂を二次処理で多量に付着させて砥石の硬度を上げ
るなどしていたが、そのためにコスト高になるにもかか
わらず砥石内部に熱硬化性樹脂の不均一が生じるなどし
て品質的に安定性がなかった。本実施例では、微細無機
粒子を混合することによって、砥石の磨耗を減少させた
だけでなく、砥石１個内の均一性も高めたことがわかる
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ポリビニルアセタール系樹脂と少なく共一種の熱硬化性
   樹脂とよりなる連続微細気孔を有する三次元網状組織構
   造の硬化体中に平均粒径１８〜３２μｍの砥粒と、平均
   粒径４〜１５μｍの微細無機粒子とが分散固着された砥
   石であって、前記砥粒に対する微細無機粒子の重量比が
   ０．２〜０．４であり、且つ砥石全体の見掛け体積に対
   して、砥粒と微細無機粒子との体積の和の体積比が０．
   ０９〜０．１２であることを特徴とする合成砥石。