(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機長繊維を熱硬化性樹脂バインダで結着し、前記無機長繊維の繊維端で加工するようにした回転工具であって、前記無機長繊維の繊維束を組紐体に編成したことを特徴とする回転工具。
【請求項２】
前記無機長繊維の繊維束を棒状の組紐体に編成すると共に該棒状体の回転軸に沿って、無機長繊維からなる芯材を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転工具。
【請求項３】
前記無機長繊維の繊維束を筒状の中空組紐体に編成したことを特徴とする請求項１記載の回転工具。
【請求項４】
前記無機長繊維はアルミナ繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維、ガラス繊維の何れか単独、或いはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転工具。
【請求項５】
前記無機長繊維を３０〜７５容量％としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属或いは非金属の被加工物に対して、穿孔、研磨等の加工を行うために用いる回転工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の回転工具としては、図４に示すように、一方向に引き揃えたアルミナ長繊維等の無機長繊維ａをエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂バインダで結着し、丸棒状等の所望形状に形成し、前記無機長繊維ａの繊維端ｂで穿孔、研磨等の加工を行うようにした回転工具が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の回転工具の場合、引き揃えられた長繊維が回転軸の方向に沿って並んでいるだけのため、例えば、このようにして作られた筒状乃至リング状の回転工具の場合は使用してすぐに縦割れを生じ使い物にならず、また、同様なことが棒状の回転工具の場合にもいえ、樹脂の接着力に依存するため使用中に力がかかり過ぎた場合には棒状の場合といえども回転工具に亀裂が生じる恐れがある。これは研削要素、研磨要素として無機長繊維を使用する回転工具の解決するべき重要な課題となっており、特に高速回転での使用に耐え得る強度の大きな回転工具の開発が望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の回転工具は前記従来の回転工具の不都合を解消するべく、無機長繊維を熱硬化性樹脂バインダで結着し、前記無機長繊維の繊維端で加工するようにした回転工具であって、前記無機長繊維の繊維束を組紐体に編成したことを特徴とする。
また、請求項２記載の回転工具は、前記無機長繊維の繊維束を棒状の組紐体に編成すると共に該棒状体の回転軸に沿って、無機長繊維からなる芯材を設けたことを特徴とする。
また、請求項３記載の回転工具は、前記無機長繊維の繊維束を筒状の中空組紐体に編成したことを特徴とする。
また、請求項４記載の回転工具は、前記無機長繊維がアルミナ繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維、ガラス繊維の何れか単独、或いはこれらの組み合わせであることを特徴とする。
また、請求項５記載の回転工具は、前記無機長繊維を３０〜７５容量％としたことを特徴とする。
【０００５】
前記無機長繊維としては、被加工材に対して相対的に加工性を有する材料であればよく、例えば研磨加工であれば、研磨する材料よりも硬くて且つ脆い材料であれば特に限定されるものではないが、前記したとおり、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維、ガラス繊維等の使用が好ましい。特に、被研磨材がアルミニウム、銅、黄銅の場合にはガラス繊維が最適であり、鉄等の場合にはアルミナ繊維が適している。また、研磨する材料によってはこれらが混合していてもよい。
【０００６】
前記無機長繊維としては、単繊維の平均繊維径が３〜４０μｍ程度のものが使用され、６〜３５μｍ程度のものが好ましい。これは、無機長繊維として、現在ヤーンとして市販されている一番細い繊維が３μｍであり、また、４０μｍを越えると非常に取り扱いが難しくなるからである。ただし、研磨領域を越えて、研削領域での有効活用を考えるならば、平均繊維径１００μｍ〜２００μｍの繊維が理想である。また、逆に研磨より、ポリッシング領域での活用を考えるならば、細いほどよく平均繊維径３μｍの繊維が最良ということになる。
【０００７】
また、前記無機長繊維の繊維束は繊維束重量５００〜３０００ｔｅｘ程度のものが使用され、樹脂の含浸性からは５００ｔｅｘ程度の細い繊維束を複数本、樹脂に含浸させた後に引き揃えて用いるのが理想的であるが、樹脂の含浸性がよい場合は１５００ｔｅｘの繊維束や３０００ｔｅｘの繊維束をそのまま樹脂中に含浸させて使うことも可能である。
【０００８】
前記無機長繊維を固めるための結合剤であり、且つ、回転工具を構成するＦＲＰのマトリクスでもある、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂等が使用され、特に、無機長繊維を含有するにも係わらずボイド（気泡）をその中に包含しない回転工具が作製でき且つ無機長繊維に対して接着力の強いエポキシ樹脂が最適である。ボイドがあると、例えば研磨加工時に生じた金属粒子がＦＲＰ材の中に残留するボイドの中に入り込み、目詰を生じると共に研磨の際にこの金属粒子と同じ硬度である被研磨面を損傷することになる。
【０００９】
前記無機長繊維の含有量は、３０〜７５容量％とすることが好ましく、これは３０容量％未満では研磨効果が悪くなり、７５容量％を越えると繊維に対する樹脂量が不足し繊維と繊維の間に少しの力でクラックが発生するからである。なお、この回転工具の磨き効果からすれば、繊維の含有量は多い方がよく、５５〜６５容量％の範囲が好ましい。
【００１０】
本発明の前記のような棒状や筒状の回転工具を得るには、組紐機で組紐体に編成され、熱硬化性樹脂を含浸された状態の無機長繊維を用意し、これを所定のサイズの内径を有するパイプまたは金型内に引き入れて硬化させるか、或いは、前記熱硬化性樹脂を含浸された状態の無機長繊維を所定のサイズの孔を設けた加熱金型内を連続的に通過させることにより、いわゆる連続引き抜き成形（プルトリュージョン）により製造することができる。
【００１１】
図１は棒状の回転工具の一例を示すもので、無機長繊維１の繊維束２を棒状の組紐体３に編成し、組紐体３の端部に現れる各無機長繊維１の繊維端４で加工するようにしたものである。また、図２は棒状の回転工具の他例を示すもので、回転工具の回転軸に沿って、無機長繊維１の繊維束２を一方向に引き揃えた芯材５を設けて回転工具の強度を高めるようにしたものである。また、図３は筒状の回転工具の一例を示すもので、無機長繊維１の繊維束２を筒状の組紐体３に編成し、組紐体３の端部に現れる各無機長繊維１の繊維端４で加工するようにしたものである。
【００１２】
前記無機長繊維の繊維束からなる組紐体は通常の組紐装置で作製が可能である。即ち、例えば１６本掛けの組紐機を使用する場合には、１６本のボビンのそれぞれに無機長繊維の繊維束を巻き取り、これを組紐機に取付けて起動させれば、１６本のボビンが組紐機のガイドレールに従って動き、このボビンの動きに従って編成された組紐体が連続的にできあがってくる。
前記組紐体の太さはボビンに巻かれる繊維束の太さと、設置するボビンの本数によって調節することができる。
なお、組紐体の中心軸、即ち、回転工具の回転軸に沿って無機長繊維からなる芯材を設けてより強度を上げたい場合には、無機長繊維の繊維束から組紐体が組まれて行く時点で、繊維束を一本或いは複数本束ねたものや、先に作製しておいた細い組紐からなる芯材を中心部に入れながら組紐体に組上げるようにすればよい。
【００１３】
なお、前記組紐体に編成され、熱硬化性樹脂を含浸された状態の無機長繊維を得るには、次に述べるように二つの方法がある。即ち、熱硬化性樹脂を含浸した無機長繊維の繊維束を組紐機のボビンに巻き取り、これを用いて組紐体を作る方法と、無機長繊維の繊維束のみでまず組紐体を作製し、その後でこれを樹脂槽に漬けて熱硬化性樹脂を含浸させる方法がある。組紐機の掃除の手間からは後の方法、即ち、無機長繊維の繊維束から組紐体を先に作製しておき、その後で樹脂を含浸させるほうがよい。
【００１４】
より具体的な製造については、棒状の回転工具の場合は、予め先に述べた容量％の繊維含有量になるように繊維量を調整して樹脂を含浸させた組紐体を、所定の内径を有するパイプまたは金型中に引き込んで硬化させ、その後、パイプまたは金型から硬化物を取り出し、所定の寸法に切断すれば、棒状の回転工具ができあがる。
また、連続引き抜き装置（プルトリュージョンマシーン）を使用して製造する場合は、前記樹脂を含浸させた組紐体を所定のサイズの孔を開けた加熱金型中に通して、これを連続的に硬化させながら棒状体に形成し、所定寸法に切断すれば、棒状の回転工具ができあがる。
【００１５】
また、筒状の回転工具の場合は、樹脂を含浸させた中空の無機長繊維組紐体を用意し、所定の内径を有する金属製、セラミック製、または熱に耐え得るプラスチック製からなるパイプまたはシャフト（鉄製で表面に離型剤を塗布したものが最適である）をこの組紐体の中空部分に差し込み、その状態のまま硬化させ、硬化後に中子となるパイプまたはシャフトを引き抜いて中空の筒状体を作製し、これを所定寸法に切断すれば、筒状の回転工具ができあがる。なお、中子となるパイプまたはシャフトを引き抜く前に組紐体の外径を旋盤等で仕上げておくと中子を引き抜いた後に後加工が必要でなくなるので、製造工程上好ましい。
【００１６】
以下、本発明回転工具の実施例につき説明する。
（実施例１）
各９μｍの１０００フィラメントからなるアルミナ繊維の繊維束を使用し、これを１６本のボビンに巻き取って組紐機に掛け、更に、中心に９μｍの１０００フィラメントとからなるアルミナ繊維の繊維束を芯材として配設しながら棒状の組紐体を作製した。この組紐体を下記配合割合の樹脂組成物の入ったレジンバスに入れ、樹脂を含浸させた。
エポキシ樹脂（ＤＥＲ３８３Ｊ  ダウケミカル）  １００部
テトラヒドロメチル無水フタル酸（ＨＮ２２００）  ８０部
イミダゾール（２Ｅ４ＭＺーＣＮ  四国化成）        １部
このようにして得られた樹脂を含浸した組紐体を内径２．５ｍｍ、長さ１５ｃｍのパイプの中に引き込み、その状態のまま１２０℃の硬化炉で硬化させた。硬化後、パイプの中の組紐体を引き抜いて直径２．５ｍｍの棒状体を得た。この棒状体を旋盤により外径２ｍｍに仕上げ、長さ３０ｍｍに切断して研磨用回転工具を作製した。
この研磨用回転工具を回転ドリルに取り付け、鉄製の金型を研磨したところ非常に良好な研磨面を得ることができた。また、前記回転工具は研磨により磨耗仕切るまで割れが生じることなく使用できた。
【００１７】
（実施例２）
各９μｍの１０００フィラメントからなるアルミナ繊維を３本合糸して３０００フィラメントの繊維束とし、これを１６本のボビンに巻き取って、組紐機に掛け、組紐体を作製した。この組紐体を上記樹脂組成物中に入れ、樹脂を含浸せしめ、これを直径３ｍｍの孔を開けたパイプに引き込み、硬化させ、外径３ｍｍの棒状体を作製した。この棒状体を長さ３０ｍｍに切断して研磨用回転工具を作製した。
この研磨用回転工具を回転ドリルに取り付け、実施例１と同様に鉄製の金型を研磨したところ非常に良好な研磨面を得ることができた。また、前記回転工具は研磨により磨耗仕切るまで割れが生じることなく使用できた。
【００１８】
（実施例３）
各９μｍの１０００フィラメントからなるアルミナ繊維を使用し、これを２本づつ合糸し１６本のボビンに巻き取って組紐機に掛け、中空部を備えた筒状の組紐体を作製した。この組紐体を実施例１と同様の樹脂組成のレジンバス中に入れ、樹脂を含浸せしめた後、この組紐体の中空部に表面に離型剤を塗布した外径４．５ｍｍの鉄製のロッドを差し込み、その状態で硬化炉に入れ、硬化せしめた。この状態で旋盤により、外径を６ｍｍに仕上げた後、中子の鉄製ロッドを引き抜き、内径４．５ｍｍ、外径６ｍｍに仕上げ、長さ５０ｍｍに切断し、筒状回転工具を得た。
この筒状回転工具を回転ドリルに取り付け、鉄板の表面を研磨したところ良好な研磨面を得ることができた。また、この場合も、前記回転工具は研磨により磨耗仕切るまで割れが生じることなく使用できた。
【００１９】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、無機長繊維を熱硬化性樹脂バインダで結着し、前記無機長繊維の繊維端で加工するようにした回転工具において、前記無機長繊維の繊維束を組紐体に編成するようにしたので、無機長繊維同士の結着強度が高まり縦割れが生じることがなく、回転中に折損するおそれのない回転工具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明回転工具の一実施例の斜視図
【図２】本発明回転工具の他実施例の斜視図
【図３】本発明回転工具の他実施例の斜視図
【図４】従来の回転工具の斜視図
【符号の簡単な説明】
１  無機長繊維
２  繊維束
３  組紐体
４  繊維端
５  芯材
【図１】
0003710549.tif 000002
【図２】
0003710549.tif 000003
【図３】
0003710549.tif 000004
【図４】
0003710549.tif 000005