JPH05186B2

JPH05186B2 -

Info

Publication number: JPH05186B2
Application number: JP58034049A
Authority: JP
Inventors: Tooru Sakakibara
Original assignee: Sanwa Kenma Ltd
Current assignee: Sanwa Kenma Ltd
Priority date: 1983-03-01
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1993-01-05
Also published as: JPS59161270A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、極めて均質な砥石組織及び適度の弾
性を有するポリウレタン砥石の製造法に関する。一般に、砥石はフエノール樹脂、エポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂、NBR、クロロプレンゴ
ム等のゴム系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等
を結合剤とし、これに砥粒及び必要に応じて充填
剤、発泡剤、増粘剤、着色顔料等を混合撹拌し、
成形、硬化して製造されている。砥石の組織は、砥粒、結合剤及び気孔よりな
り、その性能は用いた結合剤により大きく左右さ
れる。即ち、結合剤である樹脂の性質により砥粒
の保持力が変化することが、砥石の消耗の速さ、
研削加工による加工物の表面粗さ等に大きな影響
を与える。上記樹脂の内フエノール樹脂、ポリエ
ステル樹脂、エポキシ樹脂を結合剤として使用す
ると、これらの樹脂は砥粒を強固に保持する為、
砥粒の粒径が加工物の表面粗さに直接影響を与え
る。また、ゴム系樹脂、ポリビニルアルコール樹
脂を結合剤として使用すると、これらの樹脂は砥
粒をソフトに保持する為、砥粒の粒径より結合剤
である樹脂の柔らかさの程度が加工物の表面粗さ
に大きな影響を与える。従来、結合剤に樹脂を用いた砥石では、特に精
密研削を行う場合、上述のいずれにおいても問題
が生じていた。即ち、前者では、砥粒の保持が強
固である反面弾性に乏しい為、表面粗さを小さく
しようとする場合、加工工程が多くなり加工時間
が著しく長くなるという欠点がある。また、後者
では、弾性がありすぎる為うねりを生じたり、砥
粒の保持力が弱い為研削加工時の砥粒の以上脱落
が多く消耗が大きくなること或いは研削力の低い
こと等の欠点がある。以上の様に、従来の砥石は、特に精密研削に使
用した場合に、種々の欠点を有し、研削性能及び
加工コストの両面を満足しうる砥石は得られてい
ないのが現状である。本発明者は、上記現状に鑑み、精密研削におい
ても優れた性能を有する砥石を得るべく鋭意研究
し、ポリウレタン樹脂を砥石の結合剤に用いれ
ば、イソシアネート基が反応性に富むため、樹脂
が砥粒を形状結合するだけでなく、砥粒と接着結
合することが考えられ砥粒を強く保持し砥粒の異
常脱落がなくなり消耗も少なく、また適度な弾性
もあり表面粗さも小さくなると考え、結合剤とし
てポリウレタン樹脂を用いることを試みたが、ウ
レタンプレポリマー（又はジイソシアネート化合
物とポリヒドロキシ化合物）及び硬化剤からなる
通常のポリウレタン樹脂原料は、いずれも可使時
間が数十分程度と短いため、撹拌混合中に重合反
応が開始してしまつて、砥粒、充填剤等をポリウ
レタン樹脂中に均一に分散させるまで充分に撹拌
混合できず、得られた砥石は、後記比較例に示す
様に、砥石として最も重要な特性である組織の均
質性を欠くため、実用に供し得ないものであつ
た。然るに、本発明者は、更に研究を続けた結
果、特に遊離イソシアネート基がブロツクされた
ウレタンプレポリマーを含有するウレタン組成物
であるポリウレタン樹脂原料は加熱硬化型である
ので硬化剤が不必要であり可使時間が極めて長い
ため砥粒、充填剤が均一に分散するまで充分に撹
拌混合できること、得られた砥石は極めて均質な
砥石組織及びポリウレタン樹脂による適度の弾性
を有していること、このことにより特に精密研削
に使用した場合に研削面の表面粗さが小さいため
面精度が極めて優れていること、研削面の精密仕
上げが容易になり加工時間が著しく短縮できるこ
と、砥粒の異常脱落が防止でき砥石の消耗が少な
いこと等を見出し、本発明を完成するに至つた。即ち本発明は、遊離イソシアネート基がブロツ
クされたウレタンプレポリマーを含有するウレタ
ン組成物に、砥粒100重量部に対して該ウレタン
組成物の樹脂成分５〜30重量部となる配合量の砥
粒を混合撹拌した後、成形し、次いで加熱硬化す
ることを特徴とするポリウレタン砥石の製造法に
係る。本発明においてポリウレタン樹脂原料として使
用する遊離イソシアネート基がブロツクされたウ
レタンプレポリマーを含有するウレタン組成物
は、公知のものであつて、例えば特公昭53−
29198号、特公昭55−39254号、特公昭56−49950
号等に記載されている。即ち、該樹脂原料とは、トリレンジイソシアネ
ート、４，4′−ジフエニルメタンジイソシアネー
ト、ヘキサメチレンジイソシアネート等のポリイ
ソシアネート化合物を過剰に使用し、これに炭素
数２〜６のアルキレンオキサイド類の単独又は共
重合体等のポリエーテル、及びコハク酸、アジピ
ン酸、フタル酸等の多価カルボン酸又はその無水
物と各種グリコール化合物とから得られる線状又
は分枝状の縮合物であるポリエステル乃至ポリエ
ステルエーテルの少くとも１種のポリオール化合
物を、更に必要があれば１，４−ブタンジオー
ル、トリメチロールプロパン、エチレンジアミン
等の鎖延長剤を公知の方法で反応させて得られる
ウレタンプレポリマーの末端遊離イソシアネート
基をブロツク剤で常法によりブロツクして得られ
るウレタン組成物である。ブロツク剤としては、
重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム、重亜硫
酸アンモニウム等の重亜硫酸塩、プロピルアルコ
ール、イソプロピルアルコール、イソブタノー
ル、tert−ブタノール等のアルコール類、ベンゾ
フエノンオキシム、メチルエチルケトンオキシ
ム、シクロヘキサノンオキシム、ホルムアルドオ
キシム等のオキシム類、エチレンイミン等のイミ
ン類、ε−カプロラクタム等のラクタム類、マロ
ン酸ジメチル、アセチルアセトン、アセト酢酸メ
チル等の活性メチレン化合物、フエノール類等を
挙げることができ、これらの少くとも１種を用い
るが、場合によつてはスルフアニル酸、Ｎ−フエ
ニルアミノメタンスルホン酸等のアミノスルホン
酸類、グリシン、アラニン、アミノ安息香酸等の
アミノカルボン酸類、グリコール酸、乳酸、リン
ゴ酸、サリチル酸等のヒドロキシ酸類の少くとも
１種を併用しても良い。本発明で用いるウレタン組成物は、すべて水系
のものであり、水と親水性溶媒を媒体とする溶
液、乳濁液又は分散液である。しかし、ブロツク
化ウレタンプレポリマー自体が乳化剤として作用
し得るので、疎水性溶媒を併用することも可能で
ある。又、ウレタン組成物の乳化剤として、ウレ
タンプレポリマーの誘導体（特公昭56−49950号）
を使用しても良い。水以外の媒体としては、アセ
トン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラ
ヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、Ｎ，
Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、アセト
ニトリル等のニトリル類、酢酸エチル等のエステ
ル類、トルエン等の炭化水素類、塩化メチレン等
のハロゲン化炭化水素類等を挙げることができ、
これらの１種又は２種以上を混合して用いる。本発明で用いるウレタン組成物は、通常80〜
180℃程度に加熱することによりブロツク剤が解
離しイソシアネート基が再生して、引続いて重合
硬化するのであるが、ブロツク剤として重亜硫酸
塩を用いたものは上記解離温度が比較的低いので
好ましい。該ウレタン組成物の固形分含量は通常10〜60重
量％程度である。また、該ウレタン組成物の配合
量は、樹脂成分として、砥粒100重量部に対して
５〜30重量部とする。配合量が、この範囲より少
なくなると砥石の消耗が大となるので好ましくな
く、又この範囲より多くなると砥石の研磨面の自
生作用が低下し精密仕上げが困難となるので好ま
しくない。本発明における砥としては、ホワイトアランダ
ム（WA）、アランダム(A)等のアルミナ系砥粒、
グリーンカーボランダム（GC）、カーボランダム
(C)等の炭化珪素系砥粒、ダイヤモンド、立方晶窒
化ホウ素（CBN）等の超砥粒等の研削材、酸化
クロム、酸化スズ、酸化セリウム、酸化鉄、酸化
ジルコニウム等の研磨材を挙げることができ、こ
れらの１種又は２種以上を用いる。砥粒の粒度と
しては、砥石の用途に応じて、種々のメツシユサ
イズのものを用いる。また、本発明製造法においては、必要に応じて
炭酸カルシウム、クリオライト（氷晶石）、弗化
カルシウム、弗化マグネシウム等の無機質充填
剤、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等の合成
繊維、羊毛、獣毛等の天然繊維等の充填剤の１種
又は２種以上を配合しても良い。上記の内、無機
質充填剤の粒度は、通常0.1〜30μｍ程度であるの
が好ましく、また繊維の場合は、通常長さ0.1〜
５mm程度、直径0.5mm以下程度であるのが好まし
い。充填剤を配合する場合の使用量は、砥粒100
重量部に対して通常0.5〜20重量部程度が適当で
ある。また、本発明においては、必要に応じて発泡剤
を配合しても良い。その様な発泡剤としては、ア
ゾビスイソブチロニトリル、ジアゾアミノベンゼ
ン、アゾヘキサヒドロベンゾニトリル等のアゾ化
合物、ｐ，p′−オキシ−ビス（ベンゼンスルホニ
ルヒドラジド）、ベンゼンスルホニルヒドラジド、
ジフエニルスルホンジスルホニルヒドラジド等の
スルホニルヒドラジド化合、テレフタル酸アジ
ド、ｐ−ｔ−ブチルベンズアジド等のアジド化合
物等の有機発泡剤、炭酸アンモニウム、重炭酸ナ
トリウム、過酸化水素等の無機発泡剤を挙げるこ
とができ、これらの１種又は２種以上を用いる。
発泡剤を配合する場合の使用量は、砥粒100重量
部に対して通常0.2〜10重量部程度が適当である。また、本発明においては、必要に応じて増粘剤
を配合しても良い。増粘剤としてはメチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシ
メチルセルロース等を挙げることができ、これら
の１種又は２種以上を用いる。増粘剤を配合する
場合の使用量は、砥粒100重量部に対して通常0.1
〜５重量部程度が適当である。また、本発明製造法においては、必要に応じて
結合剤の助剤として、フエノール樹脂、エポキシ
樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビ
ニルアルコール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリア
ミド樹脂等を用いても良い。更に、カーボンブラ
ツク、ベンガラ、二酸化チタン、酸化クロム等の
着色顔料等を用いても良い。本発明の製造法においては、配合される上記各
成分が均一に分散するまで、通常0.5〜６時間程
度、充分に撹拌混合した後、砥石成形型に注入又
は圧入して成形する。撹拌混合の際に、ウレタン
組成物に使用されている前記溶媒や水を適宜使用
してよ良い。次いで成形した砥石を熱風循環式加熱器等を用
いて加熱することにより、重合硬化させる。この
時の加熱条件としては、用いたウレタン組成物に
応じて種々変化するが、代表的な一例を示せば、
25〜100℃程度の温度で約３〜12時間程度加熱し、
更に100〜200℃程度の温度で約３〜12時間程度加
熱すれば良い。また、室温から徐々に（１時間当
り約５〜30℃程度の昇温速度で）200℃程度まで
昇温しても良い。脱型は、注入又は圧入直後でも
良いし、加熱硬化終了後或いは加熱硬化の途中で
も良い。加熱硬化が終了した砥石は、所定の寸法
に調整して（バリ等の余分な部分を除去し整形す
る）、製品とする。本発明の製造法により得られるポリウレタン砥
石によれば、以下の如き顕著な効果が得られる。 (1) 極めて均質な砥石組織及び適度の弾性を有す
るため、研削及び研磨能力が優れている。 (2) 特に精密研削に使用した場合には、研削面の
表面粗さが小さいため面精度が極めて優れてい
る。 (3) 上記(2)より、研削面の精密仕上げが容易にな
り、仕上げ時間が著しく短縮できる。 (4) 砥粒の異常脱落が殆んどなく、砥石の消耗が
少ない。本発明製造法により得られるポリウレタン砥石
は、上記効果を有することにより、ガラス、金
属、プラスチツク、非金属、セラミツクス、石材
等の通常研削及び研磨は勿論、特に精密研削及び
研磨に適している。以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更
に具体的に説明する。尚、部とあるのは重量部を
示す。実施例１ホワイトアランダム（粒度、400メツシユ）100
部及びブロツク化ウレタンポリマー含有ウレタン
組成物（第一工業製薬(株)製「Ｈ−38」、固形分約
22重量％）50部を混合し、１時間撹拌する。ここ
に、カルボキシメチルセルロースの５％溶液20部
を混合し、さらに、１時間撹拌し砥石成形原料を
得た。この砥石成形原料を砥石成形型に注入した
後、樹脂を硬化させる為に熱風循環式加熱器にて
加熱硬化させた。加熱は、70℃で12時間加熱した
後脱型し、更に180℃で12時間行なつた。かくし
て本発明によるポリウレタン砥石を得た。実施例２グリーンコーボランダム（粒度、2000メツシ
ユ）100部とクリオライト（粒度、5μｍ）10部を
混合し２時間撹拌する。ここに、ブロツク化ウレ
タンプレポリマー含有ウレタン組成物（第一工業
製薬(株)製「Ｅ−37」、固形分約27重量％）40部を
混合した後、さらに、３時間撹拌し砥石成形原料
を得た。この成形原料を砥石成形型に注入し熱風
循環式加熱器に加熱硬化させた。加熱は60℃で６
時間加熱し、次に80℃で６時間加熱する。脱型し
た後、さらに、160℃で12時間加熱を行なう。か
くして本発明によるポリウレタン砥石を得た。実施例３酸化クロム（粒度、0.3μｍ）50部と酸化スズ
（粒度、0.5μｍ）50部を混合し0.5時間撹拌する。
さらに、羊毛（長さ１〜５mm、直径0.1mm以下）
４部を混合し２時間撹拌する。ここに、「Ｅ−37」
20部、「Ｈ−38」15部、水20部を混合した後、さ
らに、３時間撹拌し砥石成形原料を得た。この砥
石成形原料を砥石成形型に注入し熱風循環式加熱
器にて加熱硬化させた。加熱は70℃で12時間加熱
した後脱型しさらに170℃で12時間行なつた。か
くして本発明によるポリウレタン砥石を得た。実施例４ホワイトアランダム（粒度、3000メツシユ）70
部と酸化鉄（粒度、1μｍ）30部を混合し１時間
撹拌する。ここに、「Ｈ−38」40部とフエノール
樹脂（住友ベークライト(株)製「PR−51404」）５
部、水20部を混合した後、さらに、４時間撹拌し
砥石成形原料を得た。この成形原料を砥石成形型
に注入し熱風循環式加熱器にて加熱硬化させた。
加熱50℃−70℃で12時間行なつた後さらに70−
160℃で12時間行ない、脱型した。かくして本発
明によるポリウレタン砥石を得た。実施例５グリーンカーボンランダム（粒度、3000メツシ
ユ）100部と炭酸カルシウム（粒度、5μｍ）10部
を混合し１時間撹拌する。ここに、ブロツク化ウ
レタンプレポリマー含有ウレタン組成物（第一工
業製薬(株)製「DX−1023」、固形分約42重量％）
40部を混合し、さらに、３時間撹拌し砥石成形原
料を得た。この成形原料を砥石成形型に圧入した
後樹脂を硬化さす為に熱風循環式加熱器にて加熱
硬化させた。加熱は室温から170℃まで１時間当
り約６℃ずつ昇温し24時間行ない、脱型した。か
くして本発明によるポリウレタン砥石を得た。実施例６酸化セリウム（粒度、0.7μｍ）100部、ポリア
ミド繊維（長さ0.5mm、直径0.03mm）５部を混合
し、１時間撹拌する。ここに「DX−1023」50部
と、フエノール樹脂（住友ベークライト(株)製
「PR−51404」）５部、水40部を加え、さらに、３
時間撹拌した。次に、30重量％の過酸化水素水溶
液３部を加え10分間撹拌し、砥石成形原料を得
た。この砥石成形原料を砥石成形型に注入した
後、樹脂を硬化させた。加熱は室温で６時間保つ
た後脱型し、室温から170℃まで１時間当り約８
℃ずつ昇温し、18時間行つた。かくして本発明に
よる無数の気孔を有するポリウレタン砥石を得
た。実施例７酸化クロム（粒度、3μｍ）100部と羊毛（長さ
１〜５mm、直径0.1mm以下）３部を混合し、１時
間撹拌する。ここに「DX−1023」を50部、ジオ
キサンを10部混合し、１時間撹拌する。さらに、
フエノール樹脂（住友ベークライト(株)製「PR−
940」）５部を加え２時間撹拌する。ここに、ｐ，
p′−オキシ−ビス（ベンゼンスルホニルヒドラジ
ド）２部を加え、さらに、１時間撹拌し砥石成形
原料を得た。この成形原料を砥石成形型に注入
し、熱風循環式加熱器にて加熱硬化させた。加熱
は室温から200℃まで１時間当り約7.5℃ずつ昇温
し、24時間行ない脱型した。かくして本発明によ
る無数の気孔を有するポリウレタン砥石を得た。比較例１ポリエーテル系ウレタンプレポリマー（日本ポ
リウレタン工業(株)製「Ｃ−4090」）を85℃で予熱
しておき、ここに120℃で融解しておいた４，
4′−メチレン−ビス−２−クロロアニリンを混合
し、１〜２分間撹拌した。次に、120℃で予熱し
ておいたホワイトアランダム（粒度、400メツシ
ユ）を混合し、10分間撹拌し砥石成形原料を得
た。この成形原料を砥石成形型に圧入し、熱風循
環式加熱器にて加熱硬化させた。加熱は120℃で
１時間行なつた後脱型し、更に120℃で５時間行
なつた。かくして比較のポリウレタン砥石を得
た。尚、この砥石は、撹拌時から重合硬化が開始
してしまうため、撹拌及び成形が良好に行なわれ
ず、研削試験には使用できなかつた。次に、実施例１〜７により得た砥石及び従来品
（結合剤としてフエノール樹脂を用いた砥石）を
用いて研削試験を行つた。結果を下記第１表に示
す。

【表】次に、実施例１及び比較例１により得たポリウ
レタン砥石の組織のミクロ的な均質性を調べるた
め、明石製作所(株)製の走査型電子顕微鏡（型式、
MSM−９）を用いて、破断面の電子顕微鏡写真
（200倍）を比較した。第１図は実施例１及び第２
図は比較例１のポリウレタン砥石破断面の写真で
ある。尚、写真上部右側の白線の長さは111μｍ
を示す。第１図及び第２図により、実施例１のも
のはポリウレタン樹脂と砥粒が均一に分散、コー
トし砥石組織が極めて均質であるのに対して、比
較例１のものはポリウレタン樹脂と砥粒が分離し
た部分が多く観察され、砥石組織が均質でないこ
とが判る。次に、JIS R6240の3.4に規定される平衡試験
に従つて、実施例１、２、４及び５で得た砥石に
ついて平衝度（錘の質量）を測定した。結果を下
記第２表に示す。

【表】

【表】平衡試験では錘の質量（実測値）が平衡度
（JIS規定値）以下であれば合格であるが、本発明
による砥石では第２表に示すようにJIS規定値よ
りはるかに小さい値を示しマクロ的に均質な砥石
であることが判る。次に、実施例１の砥石と従来品の砥石を用いて
研削試験を行つたときの加工物の表面粗さ曲線を
測定した。その結果を第３図に示した。第３図に
おいて、Ａは実施例１の砥石を用いたときの表面
粗さ曲線を、Ｂ及びＣは従来品の砥石を用いたと
きの表面粗さ曲線をそれぞれ示す。尚、従来品と
しては、結合剤としてフエノール樹脂を用い、砥
粒として実施例１と同じものを同量用いて製造し
た砥石を使用した。また、表面粗さ曲線の測定機
器として東京精密(株)製、「サーフコム60B」を用
いた。研削条件は下記の通りである。加工物：ガラス。研削盤：立型平面研削盤。研削液：水。砥石周速：700ｍ／min。カツトオフ値：0.8mm。研削時間：Ａ及びＢは１分間、Ｃは２分間。第３図のＡ及びＢから明らかな様に、本発明に
よるポリウレタン砥石は、従来のフエノール樹脂
を結合剤とした砥石と比べて、加工物表面の研削
むらが生じず、中心線平均粗さも小さくなつた。
また、Ｃから明らかな様に、従来の砥石で研削時
間を２倍にした場合、加工物表面の研削むらは少
なくなるが、中心線平均粗さは本発明によるポリ
ウレタン砥石より大きい値を示した。これらのことにより、本発明によるポリウレタ
ン砥石では、従来の砥石に比べて、加工物の研削
時間が著しく短かくなると共に加工物表面の粗さ
も著しく小さくなることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１により、第２図は比較例１に
より、それぞれ得たポリウレタン砥石破断面の走
査型電子顕微鏡写真（200倍）を示す。第１図及
び第２図中、写真上部右側の白線の長さは111μ
ｍを示す。また、第３図は加工物の表面粗さ曲線を示す。
第３図中、Ａは実施例１の砥石を用い、ガラスを
１分間研削したときの該曲線を、Ｂは従来の砥石
を用い、ガラスを１分間研削したときの該曲線
を、ＣはＢと同じ条件で２分間研削したときの該
曲線を、それぞれ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１遊離イソシアネート基がブロツクされたウレ
タンプレポリマーを含有するウレタン組成物に、
砥粒100重量部に対して該ウレタン組成物の樹脂
成分５〜30重量部となる配合量の砥粒を混合撹拌
した後、成形し、次いで加熱硬化することを特徴
とするポリウレタン砥石の製造法。