(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂結合剤によって粒度が＃８００以上である砥粒が相互に結合されて構成されたレジノイド研削砥石であって、
前記合成樹脂結合剤は、水添ビスフェノールＡを主原料とする主剤を使用するものであり、硬化後の単体のガラス転移温度が１００℃以上となるものであることを特徴とするレジノイド研削砥石。
【請求項２】
前記合成樹脂結合剤は、主剤と硬化剤とを混合した際の粘度が１Ｐａ・ｓ以下となるものである請求項１のレジノイド研削砥石。
【請求項３】
前記合成樹脂結合剤は、硬化後の単体の曲げ弾性率が２ＧＰａ以下となるものである請求項１又は２のレジノイド研削砥石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削砥石における技術分野の中で、特に水添エポキシ樹脂を結合剤として、粒度が＃８００以上である砥粒が相互に結合されて構成されたレジノイド研削砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、粗加工等のように取り代の大きい研削加工には、一般に合成樹脂結合剤（レジンボンド）で砥粒を結合したレジノイド研削砥石が用いられる。レジノイド研削砥石がこのような研削に好適に用いられるのは、砥粒を結合する合成樹脂結合剤が、ガラス質結合剤（ビトリファイドボンド）、金属質結合剤（メタルボンド）や電着結合等に比較して弾性率が低いことから、研削加工中に被削材から砥粒に作用する負荷を結合剤の弾性変形によって緩和できる為である。とりわけ、エポキシ樹脂を結合剤として用いたレジノイド研削砥石は、フェノール樹脂を結合剤としたものに比べてより低い弾性率を有し、その特性を活かした上記のような作業の中でも長尺のものや薄肉パイプの加工などに広く使用されている。このようなエポキシ樹脂を結合剤として用いたレジノイド研削砥石の中でも、上記特性を最も顕著に活かすことができるのは、液状のエポキシ樹脂と砥粒等とを混合した後に金型に鋳込む製法により製造されたものであり、エポキシ樹脂の特性である低い弾性率と、この鋳込み製法によって得られる砥粒と結合剤との濡れによる物理的に強固な結合とが相俟って、上記レジノイド砥石に優れた研削性能を付与するものと考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、被削材の被削面品位を向上する目的で、粒度が＃８００以上の微細砥粒を用いたエポキシ樹脂を結合剤とするレジノイド研削砥石では、砥石加工面の切粉の目詰まり及び溶着によって、被削材の被削面に光沢ムラが発生したり、ラセンマークや傷がついてしまう等の理由により、所望の被削材表面品位を継続的に得られず、ドレッシングが頻繁に必要になるという課題があった。
【０００４】
本発明は、かかる課題を解決する為に為されたものであり、その目的とするところは、粒度が＃８００以上といった微細砥粒を用いたレジノイド研削砥石であっても、合成樹脂結合剤が砥粒に対して適度な保持力を有し、切れ刃を自生させて良好な被削材表面品位を継続的に得られるレジノイド研削砥石を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
本発明者は、前記課題について検討を続け、粒度が＃８００以上の微細砥粒を用いたエポキシ樹脂を結合剤とするレジノイド砥石に関し、前記課題が発生するのは、砥粒と結合剤であるエポキシ樹脂との結合が粒度が＃８００といった微細砥粒には強すぎる為に切れ刃の自生が妨げられるからであるとの見解を持つに至った。すなわち、微細砥粒を用いたレジノイド研削砥石が使用される作業は一般的に研削時の負荷が粗粒の場合と比べて小さいことと、被削材の被削面で研削に関与する砥粒数が微細砥粒の場合は必然的に多くなってしまう結果、砥粒一粒に対する負荷が小さくなる為に、仮に結合剤が砥粒を保持する結合力が微細砥粒と粗粒とで同じだとしても、砥粒を脱落させようとする力が微細砥粒の場合は比較的小さくなる為に切れ刃の適度な自生が起こらないのだと考えた。
【０００６】
ところで、エポキシ樹脂による砥粒の結合は、一般的には物理的なカシメによる結合力が支配的であると考えられており、これを小さくするにはエポキシ樹脂単体の弾性率を下げる必要がある。レジノイド研削砥石に合成樹脂結合剤として一般的に用いられるビスフェノールＡ等を主原料としたエポキシ樹脂の弾性率を下げる為には、製造段階で反応性希釈剤を添加しなければならないが、この反応性希釈剤を添加することにより合成樹脂結合剤の弾性率のみならず耐熱性も下がってしまう為に研削に際して用いられる研削液の温度変化によってレジノイド研削砥石の研削性能がばらつき易くなるなどの砥石の性能に関する新たな問題に加え、レジノイド研削砥石の製造に際し、硬化剤と混合する際の粘度が上昇する為に砥粒との混合が十分に行われず、更には、混合時の撹拌熱によりエポキシ樹脂の硬化を異常促進させるなどの製造上の問題が発生する可能性が考えられる。粒度が＃８００以上といった微細砥粒との十分な混合状態を得る為の樹脂混合粘度（樹脂を硬化剤と混合した際の粘度）は一般に１Ｐａ・ｓ以下であり、この条件及び研削性能のばらつきを抑える為に、硬化後の単体のガラス転移温度が１００℃以上という条件を満たすには、ビスフェノールＡといった材料では、硬化後の単体の弾性率は最低でも３ＧＰａとなってしまう。
【０００７】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その要旨とするところは、合成樹脂結合剤によって粒度が＃８００以上である砥粒が相互に結合されて構成されたレジノイド研削砥石であって、前記合成樹脂結合剤は、水添ビスフェノールＡを主原料とする主剤を使用するものであり、硬化後の単体のガラス転移温度が１００℃以上となるものであることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の効果】
このようにすれば、前記合成樹脂結合剤は、水添ビスフェノールＡを主原料とする主剤を使用するものであり、硬化後の単体のガラス転移温度が１００℃以上となるものであることから、粒度が＃８００以上といった微細砥粒を用いたレジノイド研削砥石であっても、研削時に用いられる研削液の温度変化などによってレジノイド研削砥石の研削性能がばらつき易くなるなどの砥石の性能に関する問題が発生せず、合成樹脂結合剤が砥粒に対して適度な保持力を有し、切れ刃を自生させて良好な被削材表面品位を継続的に得られるレジノイド研削砥石を提供することができる。
【０００９】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記合成樹脂結合剤は、主剤と硬化剤とを混合した際の粘度が１Ｐａ・ｓ以下となるものである。このようにすれば、レジノイド研削砥石１０の製造において、合成樹脂結合剤の主原料と硬化剤とを混合する際の粘度が十分に低い為に砥粒との混合が好適に行われ、混合時の撹拌熱によりエポキシ樹脂の硬化を異常促進させるなどの製造上の問題が発生しない。
【００１１】
また、好適には、前記合成樹脂結合剤は、硬化後の単体の曲げ弾性率が２ＧＰａ以下となるものである。このようにすれば、粒度が＃８００以上といった微細砥粒を用いたレジノイド研削砥石であっても、合成樹脂結合剤が砥粒に対して適度な保持力を有し、切れ刃を自生させて良好な被削材表面品位を継続的に得られるレジノイド研削砥石を提供することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例であるレジノイド研削砥石１０の形状を示す斜視図である。図において、レジノイド研削砥石１０は、たとえば、外径５００（ｍｍφ）×厚さ１５０（ｍｍ）×内径２００（ｍｍφ）程度の寸法で全体が一体的に構成された円筒研削型の円盤状砥石であり、中央部に設けられた取り付け穴１２において図示しない研削機械の主軸に取り付けられ、外周研削面１４と被削材との間に研削液を供給しつつ、図示しない保持装置に保持された被削材を外周研削面１４に押しつけた状態で、その軸心回りに回転されて用いられる。これにより、被削材の被削面が外周研削面１４により所望形状に研削される。
【００１４】
図２は、上記レジノイド研削砥石１０の構成を拡大して示す図である。この図において、レジノイド研削砥石１０は、ＳｉＣ、溶融アルミナ等の一般砥粒や、ＣＢＮ、ダイヤモンド等の超砥粒である砥粒１６が、レジンボンドすなわち合成樹脂結合剤１８によって相互に結合されることにより、多数の気孔２２を備えて構成されている。このように構成されたレジノイド研削砥石１０では、上述のようにその外周研削面１４が被削材２０の被削面２４に摺接させられることにより、砥粒１６の切れ刃２６が被削材２０の被削面２４を研削する。研削に伴って砥粒１６の一部が破砕されると、次の切れ刃２６が再生されて研削性能が継続される。上記合成樹脂結合剤１８は、専ら砥粒１６間を必要且つ十分に結合するように、砥粒１６あるいは全体に対する重量割合が決定されており、破砕された砥粒１６が小さくなると合成樹脂結合剤１８の保持力が低下するので、その破砕された砥粒１６と共に脱落して次の砥粒１６を研削に関与させるようにする。このとき、砥粒１６の番数が大きくなる程すなわち粒径が小さくなるほど研削に関与する切れ刃２６が小さくなると同時に切れ刃数が増加する為、砥粒１６の粒径が小さくなる程それに見合った平滑な加工物表面品位が得られるようになる。
【００１５】
本実施例のレジノイド研削砥石１０は、例えば、以下のようにして製造される。先ず、合成樹脂結合剤１８として水添ビスフェノールＡたとえばヘキサヒドロビスフェノールＡジグリシジルエーテルを主原料とする主剤が２６容量部と、硬化剤としてたとえばアミン系硬化剤が９容量部とが混合機などに投入され、すばやく撹拌される。続いて、このように混合された合成樹脂結合剤原料に砥粒１６としてたとえば粒度が＃１０００である溶融アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）砥粒が２０容量部と、平均粒径１００μｍ程度の有機質バルーンが１５容量部とが更に投入され、所定時間たとえば約１０分間程度撹拌される。上記有機質バルーンは気孔２２を形成する目的で投入される。
【００１６】
本実施例の合成樹脂結合剤１８の主原料には、硬化後の単体のガラス転移温度が１１５℃、硬化剤と混合した際の粘度が０．６Ｐａ・ｓ、硬化後の単体の曲げ弾性率が１．８ＧＰａとなる水添ビスフェノールＡが用いられている。ここで、水添ビスフェノールＡとは、ビスフェノールＡの有する二重結合に水素が添加された化合物であり、若干の二重結合が残存していてもよい。水添ビスフェノールＡは上記のように、樹脂混合粘度（樹脂を硬化剤と混合した際の粘度）が１Ｐａ・ｓ以下で且つ硬化後の単体のガラス転移温度が１００℃以上という条件で、硬化後の単体の曲げ弾性率を上述の如く２ＧＰａ以下に抑えることができるという特性を有している為、合成樹脂結合剤１８の主原料に用いられることで、粒度が＃８００以上といった微細な砥粒１２を用いたレジノイド研削砥石１０であっても製造上の問題が発生せず、合成樹脂結合剤１８が砥粒１２に対して適度な保持力を有し、前述のように切れ刃２６の好適な自生がおこなわれるレジノイド研削砥石１０を提供することができる。すなわち、合成樹脂結合剤１８の硬化後のガラス転移温度が１００℃以上であれば、研削に際して研削液の温度変化によるレジノイド研削砥石１０の研削性能のばらつきが発生せず、また、上記砥石原料を混合する工程において、混合される砥石原料の粘度が１Ｐａ・ｓ以下であれば、砥粒１２との混合が十分に行われ、撹拌熱が発生するなどしてエポキシ樹脂の硬化が異常促進されるといった問題も生じない。
【００１７】
前記工程により混合された調合物に、続いて、平均粒径１ｍｍ程度の発砲ポリスチレン樹脂（発泡倍率１０倍）３０容量部が投入された後、所定時間たとえば約５分間程度更に撹拌される。この発砲ポリスチレン樹脂は、砥石組織に気孔２２よりも大径であってチップポケットとして機能する図示しない巨大な気孔を形成する為に機能するものである。このようにして調整された砥石原料は、続いて所定の金型に鋳込まれ、常温で２４時間程度放置されることである程度硬化させられた後脱型され、更に、約１６０℃で３時間保持の本硬化処理が施されることにより、レジノイド研削砥石１０として形成される。
【００１８】
以下、本発明者が行った研削試験について説明する。先ず、上記工程により本発明の一実施例である実施例試料を作成し、続いて、合成樹脂結合剤１８の主原料にビスフェノールＡを用いた他は上記実施例試料と同様の原料及び工程により比較例試料を作成した。比較例試料の原料であるビスフェノールＡは、硬化後の単体の曲げ弾性率が２．９ＧＰａ、硬化剤と混合した際の粘度が０．５Ｐａ・ｓ、硬化後の単体のガラス転移温度が１０５℃となるものを用いた。こうして作成された実施例試料および比較例試料の形状は何れも外径４５５（ｍｍφ）×厚さ１５０（ｍｍ）×内径２２８．６（ｍｍφ）であった。この実施例試料と比較例試料とを用いて、以下に示す試験条件で本発明の効果を検証する為の研削試験を行った。
【００１９】
［試験条件］
研削盤：心なし研削盤
砥石周速度：２０００ｍ／ｍｉｎ
被削材：Ｓ４５Ｃ生材
被削材寸法：φ１５×Ｌ１００
研削方法：通し送り研削
被削材送り速度：５ｍ／ｍｉｎ
調整砥石：ラバー砥石（外径２５５ｍｍφ、厚さ１５０ｍｍ、内径１２７ｍｍ）
【００２０】
図３は、この実験におけるレジノイド研削砥石１０と被削材２０との相対位置関係を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。研削試験では、図３（ａ）に示すように、実施例試料あるいは比較例試料のレジノイド研削砥石１０と、これらの試料が研削により摩耗した際に補正を行う為の調整砥石３０との間に、外径１５（ｍｍφ）×長さ１００（ｍｍ）の円筒状の被削材２０を、図３（ａ）に矢印で示す方向すなわちレジノイド研削砥石１０の回転軸心方向に連続的に送り込んで研削を施した。ここで、調整砥石３０は図３に示すように、その軸心をレジノイド研削砥石１０の軸心方向から若干傾けた状態で用いた。被削材２０に設けられた取代が１０μｍφの設定から加工を開始し、取代が５μｍφになったところで、図３（ｂ）に矢印で示す方向すなわち調整砥石３０の外周面における被削材２０と接する箇所の法線方向へ調整砥石３０を５μｍ前進させて被削材２０の取代を再び１０μｍφに戻す補正を繰り返し、被削材２０の加工本数に対する研削盤主軸の消費電力値（ｋＷ）の変化と被削材２０の被削面２４の表面品位（μＲｚ）の評価を行った。
【００２１】
図４は、研削試験の結果得られた被削材２０の加工本数に対する研削盤主軸の消費電力値の推移を示すグラフである。このグラフによれば、実施例試料であるレジノイド研削砥石１０による研削では、比較例試料であるレジノイド研削砥石１０による研削に比較して初期の消費電力値が約３０％低く、被削材２０の加工本数が増えるに連れて消費電力値が徐々に低下する傾向にある。これにより、実施例試料では、研削によって砥石が適度に摩耗していることがわかる。また、実施例試料のグラフで１８０本付近と４５０本付近で消費電力値が上昇しているが、これは被削材２０の取代が５μｍφになったので、調整砥石３０を被削材２０の方向へ５μｍ前進させて被削材２０の取代を１０μｍφに戻す補正を行ったことによるものである。この補正により消費電力値は一旦ほぼ初期値に近い値にまで上昇しているが、加工本数が増えるに従って消費電力値が徐々に低下するという結果が得られた。一方、比較例試料であるレジノイド研削砥石１０では、被削材２０の加工本数が１３０本程度までは加工本数が増えるに連れて消費電力値が低下する傾向を示したが、この本数を超えると徐々に消費電力値が上昇していき、４４０本目の加工を終えた段階で被削材２０の被削面２４に光沢ムラが発生した為、研削を中止した。また、比較例試料では、研削を続けても被削材取代が減少しなかった為、補正は行わなかった。
【００２２】
同様に、研削試験の結果得られた被削材２０の加工本数に対する被削材２０の被削面２４の状態（十点平均粗さ）を以下に示す。
【００２３】
加工本数  （本）      1 150 300 440 450 600
実施例試料による被削面（μRz）  0.32   0.30   0.29     ―   0.29   0.29
比較例試料による被削面（μRz）  0.35   0.33   0.32   0.30     ―     ―
［備考］
比較例試料による研削試験では、４４０本目の加工を終えた段階で被削材の被削面に光沢ムラが発生した為、研削を中止した。
【００２４】
この結果によれば、実施例試料であるレジノイド研削砥石１０による研削では、研削の施された６００本全ての被削材２０の被削面２４について光沢ムラ、ラセンマーク、傷などの問題がなく、所望の表面品位が得られたのに対し、比較例試料であるレジノイド研削砥石１０による研削では、上述の如く４４０本目に被削材２０の被削面２４に光沢ムラが発生し、４４５本目まで様子をみたが、この光沢ムラは治まらなかった。
【００２５】
以上の試験結果から、合成樹脂結合剤１８の主原料として水添ビスフェノールＡを用いることで、粒度が＃８００以上といった微細砥粒１６を用いたレジノイド砥石１０であっても、合成樹脂結合剤１８が砥粒１６に対して適度な保持力を有し、切れ刃２６を自生させて良好な被削材２０の表面品位を継続的に得られるレジノイド研削砥石１０を提供できることが確かめられた。
【００２６】
このように、本実施例によれば、合成樹脂結合剤１８の主原料として用いられる水添ビスフェノールＡは、硬化剤と混合した際の粘度が１Ｐａ・ｓ以下で且つ硬化後の単体のガラス転移温度が１００℃以上の条件を満たすもので、硬化後の単体の曲げ弾性率が２ＧＰａ以下となるものが容易に得られる為、粒度が＃８００以上といった微細な砥粒１６を用いたレジノイド研削砥石１０であっても、合成樹脂結合剤１８が砥粒１６に対して適度な保持力を有し、切れ刃２６を自生させて被削材２０の良好な表面品位を継続的に得られるレジノイド研削砥石１０を提供することができる。
【００２７】
また、本実施例によれば、前記合成樹脂結合剤は、主剤と硬化剤と混合した際の粘度が１Ｐａ・ｓ以下となるものである為、レジノイド研削砥石１０の製造において、合成樹脂結合剤１８の主原料と硬化剤とを混合する際の粘度が十分に低い為に砥粒１６との混合が好適に行われ、混合時の撹拌熱によりエポキシ樹脂の硬化を異常促進させるなどの製造上が問題が発生しない。
【００２８】
また、本実施例によれば、前記合成樹脂結合剤は、硬化後の単体のガラス転移温度が１００℃以上となるものである為、研削時に用いられる研削液の温度変化によってレジノイド研削砥石１０の研削性能がばらつき易くなるなどの砥石の性能に関する問題が発生しない。
【００２９】
また、本実施例によれば、前記合成樹脂結合剤は、硬化後の単体の曲げ弾性率が２ＧＰａ以下となるものである為、粒度が＃８００以上といった微細な砥粒１６を用いたレジノイド研削砥石１０であっても、合成樹脂結合剤１８が砥粒１６に対して適度な保持力を有し、切れ刃２６を自生させて良好な被削材２０の表面品位を継続的に得られるレジノイド研削砥石１０を提供することができる。
【００３０】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施される。
【００３１】
例えば、前述の実施例では、円筒研削型の円盤状砥石であるレジノイド研削砥石１０について説明したが、本発明はこれに限定されず、合成樹脂結合剤１８によって粒度が＃８００以上である砥粒１６が相互に結合されて構成されたレジノイド研削砥石に広く用いられるものであり、たとえば、平面研削型の円盤状砥石や、カップ型砥石、内面研削砥石等の種々のレジノイド研削砥石に好適に用いられるものである。
【００３２】
また、前述の実施例では、粒度が＃１０００程度のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）砥粒が用いられていたが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）砥粒、ジルコニア−アルミナ（ＺｒＯ2−Ａｌ2Ｏ3）系砥粒などの他の一般砥粒、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒やダイヤモンド砥粒などの超砥粒、あるいはこれらの混合物が砥粒１６として用いられたレジノイド研削砥石１０にも本発明は同様に適用される。また、砥粒１６の粒度は適宜変更される。
【００３３】
また、前述の実施例においては、レジノイド研削砥石１０の全体が、砥粒１６が合成樹脂結合剤１８によって結合された砥石組織から構成されていたが、合成樹脂や金属などから成るコア部の周囲に外周砥石部が設けられた研削砥石にも、本発明は同様に適用される。
【００３４】
その他、一々例示はしないが、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるレジノイド研削砥石の形状を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例であるレジノイド研削砥石の構成を拡大して示す図である。
【図３】本発明者がおこなった研削試験におけるレジノイド研削砥石と被削材との相対位置関係を示す図である。
【図４】本発明者がおこなった研削試験の結果得られた被削材の加工本数に対する研削盤主軸の消費電力値の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：レジノイド研削砥石
１６：砥粒
１８：合成樹脂結合剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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