(57)【要約】【課題】ポリイミド樹脂を使用したレジノイド砥石であって、高い耐熱性を有し、更に、フェノール樹脂と同等以上の硬さ及び弾性率を有する砥石を提供すること。【解決手段】砥粒が有機質結合剤により保持された構造を有するレジノイド砥石であって、該有機質結合剤が、ビスマレイミド樹脂及びアミノフェノール硬化剤から構成されたものであることを特徴とする前記レジノイド砥石。本発明の好ましい態様においては、ビスマレイミド樹脂は、メチレン結合を含む複素環式化合物である。また、本発明のより好ましい態様においては、ビスマレイミド樹脂は、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミドであり、硬化剤はｐ−アミノフェノールである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒が有機質結合剤により保持された構造を有するレジノイド砥石であって、該有機質結合剤が、ビスマレイミド樹脂及びアミノフェノール硬化剤から構成されたものであることを特徴とする前記レジノイド砥石。
【請求項２】
ビスマレイミド樹脂が、メチレン結合を含む複素環式化合物であることを特徴とする、請求項１記載のレジノイド砥石。
【請求項３】
ビスマレイミド樹脂が、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミドであり、硬化剤がｐ−アミノフェノールであることを特徴とする、請求項１又は２記載のレジノイド砥石。
【請求項４】
更に、充填剤添加物を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレジノイド砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリイミド樹脂を使用したレジノイド砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削及び研磨用砥石は、使用される結合剤の種類により、ビトリファイド砥石、レジノイド砥石、メタル砥石、及び電着砥石に大別することができる。これらのうち、切れ味がよく、高能率研削で使用しやすいという理由から、レジノイド砥石が多く使用されている。レジノイド砥石に使用される有機質結合剤としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＰＶＡ、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂などが挙げられ、多くの場合、フェノール樹脂が使用される。
【０００３】
耐熱性が要求される研削用途には、主としてポリイミド樹脂が使用される。ポリイミド樹脂は、通常のフェノール樹脂と比較して１００℃以上の温度での耐熱性にすぐれており、研削熱に耐えることができるため、ポリイミド樹脂を使用したレジノイド砥石は、高い研削熱が発生する用途において、フェノール樹脂を使用した砥石よりも高寿命となる。
【０００４】
ポリイミド樹脂を使用した研削砥石の先行技術としては、芳香族炭化水素変性マレイミド樹脂とポリアミンとからなる変性ポリアミノマレイミド樹脂と、炭化珪素粉末及び銅又は銀粉末の混合物とをマトリックスとした樹脂結合研削砥石が開示されている（引用文献１参照のこと）。ここで、芳香族炭化水素変性マレイミド樹脂とは、芳香族系ジアミン又はポリアミン化合物と、エチレン型炭素−炭素二重結合を持つジカルボン酸又はこれらの反応性誘導体とから誘導される不飽和ビスイミド化合物（ａ）と、芳香族炭化水素とホルムアルデヒドとを酸触媒の存在下で反応させて得られる芳香族炭化水素ホルムアルデヒド反応物（ｂ）とが結合してなるものである。
【０００５】
特許文献１に開示されたポリイミド樹脂は、樹脂の物性値である硬さがフェノール樹脂より低い。また、樹脂の硬さは弾性率に関係するため、このポリイミド樹脂の弾性率は、フェノール樹脂の弾性率より低くなる傾向がある。特許文献１に開示されたレジノイド砥石は、このような樹脂物性を反映して、切れ味が充分ではなく、研削後に所望の被削材形状が得られないなど、その研削性能に問題がある。
【０００６】
また、特許文献１に開示されたポリイミド樹脂は、硬化時の反応基としてカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）とアミン基（−ＮＨ２）を備えた変性ポリイミド樹脂であり、第一にカルボキシル基が反応し、第二に、更に温度を上げるとアミン基が反応する二段階の硬化反応により樹脂硬化物が形成される。第一段階のカルボキシル基による反応では、脱水重合反応により水蒸気が発生するため、全硬化反応の途中で砥石組織内に水蒸気による空洞が形成される。この空洞が成長すると、砥石にクラックやフクレが発生したり、砥石と金属台金との接合面で剥離が生じたりするなどの不具合が発生するため、安定して砥石を製造できないという問題がある。
【０００７】
したがって、ポリイミド樹脂の耐熱性を生かしつつ、フェノール樹脂と同等以上の硬さ及び弾性率を有する砥石に対する必要性が存在する。また、安定して製造可能なポリイミド樹脂を使用したレジノイド砥石を提供する必要性が存在する。
【特許文献１】特開平６−２０６１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ポリイミド樹脂を使用したレジノイド砥石であって、高い耐熱性を有し、更に、フェノール樹脂と同等以上の硬さ及び弾性率を有する砥石を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、本発明者らは、ポリイミド樹脂としてビスマレイミド樹脂を採用しかつ特定の硬化剤と組み合わせることにより、好適なレジノイド砥石を提供できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、砥粒が有機質結合剤により保持された構造を有するレジノイド砥石であって、該有機質結合剤が、ビスマレイミド樹脂及びアミノフェノール硬化剤から構成されたものであることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、ビスマレイミド樹脂が、メチレン結合を含む複素環式化合物であることが好ましい。
また、本発明においては、ビスマレイミド樹脂が、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミドであり、硬化剤がｐ−アミノフェノールであることがより好ましい。
【００１２】
本発明のレジノイド砥石は、更に、充填剤添加物を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレジノイド砥石は、ポリイミド樹脂を使用しているため、その耐熱性を生かして高い研削熱が発生する用途においても好適に使用することができる。また、本発明で使用するポリイミド樹脂は、フェノール樹脂と同等以上の硬さ及び弾性率を有することから、本発明のレジノイド砥石は研削性能にすぐれ、安定して製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のレジノイド砥石の好適な実施形態について説明する。
本発明のレジノイド砥石は、砥粒が有機質結合剤により保持された構造を有するレジノイド砥石であって、該有機質結合剤が、ビスマレイミド樹脂及びアミノフェノール硬化剤から構成されたものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明において使用するポリイミド樹脂は、ビスマレイミド樹脂である。ビスマレイミド樹脂は、好ましくは、メチレン結合を含む複素環式化合物である。本発明において使用できるビスマレイミド樹脂としては、これらに限定されないが、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミド、ビス（３−エチル−５−メチル−４−マレイミドフェニノレ）メタン、及び２，２’−ビス（４−（４−マレイミイドフェノキシ）フェニル）プロパンが挙げられるが、最も好ましくは、Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミドである。
【００１６】
本発明においては、上記説明したビスマレイミド樹脂と組み合わせて、アミノフェノール硬化剤を使用する。硬化剤は、硬化反応時に他の元素の干渉を受けにくいことから、ｐ−アミノフェノールが好適に用いられる。
【００１７】
ビスマレイミド樹脂としてＮ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミドを使用する場合の典型的な化学反応式を次式に示す。
【００１８】
【化１】
2007245271.tif 000002
【００１９】
本発明で使用するビスマレイミド樹脂とアミノフェノール硬化剤との反応においては、水蒸気が発生することなく、安定した構造を有する砥石を製造することができる。本発明においては、ビスマレイミド樹脂と組み合わせてアミノフェノール硬化剤を使用することにより、従来のポリイミド樹脂と比較して、樹脂の機械的強度が向上し、良好な研削性能を持ったレジノイド砥石を製造することができる。
【００２０】
本発明において使用できる砥粒としては、アルミナ系砥粒、炭化ケイ素系砥粒、ジルコニア系砥粒、酸化セリウム、シリカ、酸化クロム、ＣＢＮ砥粒、及びダイヤモンド砥粒が挙げられる。これらの砥粒は、単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。本発明において使用するポリイミド樹脂の特性をより生かすことができることから、高い硬度特性を有するＣＢＮ砥粒及びダイヤモンド砥粒のいわゆる超砥粒を主要割合で使用することが好ましい。超砥粒は、無機質又は金属質で被覆されていてもよい。
【００２１】
また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、上記に列挙した以外の材料でも砥粒として使用することができる。砥粒の粒径は、１ｍｍからサブミクロンまで幅広く使用することができる。
【００２２】
本発明の一態様においては、砥粒とポリイミド樹脂との化学的結合を形成し、砥粒の保持力を向上させるため、砥粒にシランカップリング処理又はアルコキシラン縮合物による処理を施してもよい。アルコキシシラン縮合物による処理は、例えば、特開２００４−２６８１９５号公報に開示されている。
【００２３】
本発明のレジノイド砥石は、必要に応じて、更に充填剤添加物を含んでいてもよい。充填剤添加物としては、例えば、クリオライト、硫酸バリウム、硫酸カリウム、炭酸カルシウム、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロケイ酸ナトリウム、グラファイト、ニッケル粉末、氷晶石、二硫化鉄、フッ化カルシウム、錫粉末、銅粉末、鉄粉末、マグネシア、フッ化カリウム、アルミナ微粉、炭化ケイ素微粉、有機質中空体、無機質中空体等が挙げられ、これらは研削条件等により適宜選択することができる。
【００２４】
本発明のレジノイド砥石は、以下の手順にしたがって製造することができる。
所定重量の砥粒、及び、場合により充填剤添加物に、所定重量のビスマレイミド樹脂粉末とアミノフェノール硬化剤粉末とを加えて均一に混合する。ここで、ビスマレイミド樹脂とアミノフェノール硬化剤の重量比は、１０：０．５〜１０：２であるものとする。この原料混合物を金型に充填し、無負荷状態から１５〜４０ＭＰａの所定圧力まで加圧しながら、最終温度が２３０〜２８０℃となるまで加熱する。加圧加熱処理により、ビスマレイミド樹脂とアミノフェノール硬化剤の硬化反応が促進され、本発明のレジノイド砥石が得られる。
【００２５】
以下、本発明の実施例を比較例とともに説明するが、これらは本発明の実施可能性及び有用性を例証するものであり、本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００２６】
（有機質結合剤の物性テスト）
本発明において使用する有機質結合剤について、ロックウェル硬度（ＨＲＦ）及び３点曲げ強度の物性を試験した（実施例１）。従来技術の砥石に使用された有機質結合剤として、特開平６−２０６１６６号公報に開示された変性ポリイミド樹脂（比較例１）と、ノボラック型フェノール樹脂（比較例２）を比較対象とした。
実施例１
Ｎ，Ｎ’−（４，４’−ジフェニルメタン）ビスマレイミド粉末２．０３ｇ、ｐ−アミノフェノール粉末（粉末）０．２ｇ、及び充填剤としてＳｉＣ＃８００ ３．５２ｇを計量、混合し、長さ５５ｍｍ×高さ５ｍｍ×幅１０ｍｍの寸法の金型に充填した。２０ＭＰａにて加圧しながら、最終温度２５０℃まで加熱した後、金型を冷却し離型してテスト試料を得た。
比較例１
特開平６−２０６１６６号公報（第４欄第４０行〜第５欄第２５行）に開示された方法にしたがい変性ポリイミド樹脂を調製した。原料として、変性ポリイミド樹脂粉末２．３４ｇ、及び充填剤としてＳｉＣ＃８００ ３．５２ｇを使用し、加熱最終温度を１７５℃とした以外は、実施例１の方法にしたがい、テスト試料を得た。
比較例２
原料として、ノボラック型フェノール樹脂粉末２．２６ｇ、及び充填剤としてＳｉＣ＃８００ ３．５２ｇを使用し、加熱最終温度を１７５℃とした以外は、実施例１の方法にしたがい、テスト試料を得た。
ロックウェル硬度（ＨＲＦ）
ロックウェル硬度は、ＪＩＳ Ｚ２２４５：２００５（ロックウェル硬さ試験−試験方法）にしたがって測定した。具体的には、被試験体に初試験力９８．０７Ｎを加え、次いで、追加試験力５８８．４Ｎを加えて、追加試験力を除去した後の初試験下における、永久くぼみ深さｈから、次式：１３０−ｈ／０．００２により求めた。試験力は１／２インチ鋼球（直径１２．７ｍｍ）を用いて与えた。
３点曲げ強度
３点曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ１６０１−１９９５（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）にしたがい、スパン間距離２０ｍｍ、荷重降下速度０．１ｍｍ／ｍｉｎにて測定した。
テスト結果
【００２７】
【表１】
2007245271.tif 000003
【００２８】
ロックウェル硬度について、比較例１では、実施例１及び比較例２よりロックウェル硬度が低く、実施例１では比較例２のフェノール樹脂と同等の硬さであった。この結果から、本発明にしたがえば、切れ味が充分でなく、研削後に所望の被削材形状が得られないなどの従来のポリイミド樹脂を使用したレジノイド砥石における研削性能の課題が解決可能であることが期待される。
【００２９】
３点曲げ強度は、実施例１がもっとも高く、次いで、比較例１、比較例２の順に高い値であった。本発明品樹脂の曲げ強度が強いので研削試験において良好な研削性能が期待される。
（研削テスト）
本発明のレジノイド砥石を用いて、研削テストを行った（実施例２）。従来技術として、特開平６−２０６１６６号公報に開示された変性ポリイミド樹脂を使用した砥石（比較例１）と、ノボラック型フェノール樹脂を使用した砥石（比較例２）を比較対象とした。
実施例２
【００３０】
【表２】
2007245271.tif 000004
【００３１】
上記の混合比にて各材料を計量し、均一に混合した後、混合原料３８．５ｇを外径２００ｍｍ×厚み５ｍｍ×穴径５０．８ｍｍの寸法の金型に充填した。２０ＭＰａにて加圧しながら最終温度２５０℃まで加熱した後、金型を冷却し離型して砥石を得た（砥石層３Ｘ １Ａ１タイプ）。
比較例３
【００３２】
【表３】
2007245271.tif 000005
【００３３】
上記の混合比にて各材料を使用し、加熱最終温度を１７５℃とした実施例２の方法にしたがい、砥石を得た。
比較例４
【００３４】
【表４】
2007245271.tif 000006
【００３５】
上記の混合比にて各材料を使用し、加熱最終温度を１７５℃とした実施例２の方法にしたがい、砥石を得た。
研削条件
実施例２、比較例３及び比較例４の砥石を使用し、以下の条件にしたがって研削加工を行った。研削抵抗、研削比、仕上げ面粗さの各研削特性について評価し比較した。
【００３６】
【表５】
2007245271.tif 000007
【００３７】
研削抵抗
研削抵抗（Ｆｔ）は、砥石周速度をＶ（ｍ/ｓ）、砥石軸モーターの消費電力をＷ（Ｎ・ｍ／ｓ）とし、Ｆｔ（Ｎ）＝Ｗ／Ｖにより求めた。
研削比
研削比は、被削材除去体積／砥石消耗体積により求めた。
仕上げ面粗さ
砥石の仕上げ面における面粗度は、十点平均粗さ（Ｒｚ）として測定した。
【００３８】
十点平均粗さＲｚは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から縦倍率方向に測定し、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高Ｙｐの絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高Ｙｖの絶対値の平均値との和として求められる。本研削テストにおいては、Ｒｚが０．５０μｍを超え１０．０μｍ以下で、基準長さ０．８ｍｍ及び評価長さ４ｍｍの区分に従った。
研削テスト結果
【００３９】
【表６】
2007245271.tif 000008
【００４０】
【表７】
2007245271.tif 000009
【００４１】
【表８】
2007245271.tif 000010
【００４２】
研削比は、実施例２が最もすぐれており、次いで、従来のポリイミド樹脂を使用した比較例３、フェノール樹脂を使用した比較例４の順番であった。比較例４では、フェノール樹脂を使用した砥石であることから、実施例２及び比較例３のポリイミド樹脂を使用した砥石と比較して、耐熱性に劣り砥石の消耗が多くなったと考えられる。ポリイミド樹脂を使用した砥石について、有機質結合剤の物性テストでは、ロックウェル硬度、曲げ強度ともに実施例１の方が比較例２より高い値が得られており、研削テストにおいても同様に、有機質結合剤の物性を反映して、実施例２の方が比較例３より高い研削比が得られた。実施例では、樹脂自体の硬さ及び機械的強度がすぐれていたことから、砥粒を保持する力が強く、比較例より砥石の耐久性が向上していることが分かった。
【００４３】
研削抵抗は、実施例２が最も高く、次いで、従来のポリイミド樹脂を使用した比較例３、フェノール樹脂を使用した比較例４の順番であった。研削抵抗は砥粒の保持力と比例し、砥粒の脱落が激しくなると研削抵抗が減少する傾向にあることによる。
【００４４】
仕上げ面粗さは、実施例２が最も低く、次いで、従来のポリイミド樹脂を使用した比較例３、フェノール樹脂を使用した比較例４の順番であった。この結果は、砥粒の保持力が高いほど切れ刃となる砥粒が多くなり、被削材においてきめ細かい面が形成されることによるものである。実施例２は、研削比及び研削抵抗の結果から分かるように、砥粒の保持力が高いことから、被削材においてきめ細かい面が形成され、仕上げ面粗さは最も低い値となった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のレジノイド砥石は、平面研削、円筒研削、内面研削、クリープフィード研削にて起用される。さらに主に重研削、工具研削に好適に使用でき、自動車部品、金型、超硬ドリル、エンドミルなどに適用できる。