JPH0583343B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、合成樹脂を結合材とした固形砥石、
所謂レジノイド系砥石で、比較的精密研磨に適し
たものおよびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、研磨用の固形砥石としては、砥粒の微細
粒子を何らかの結合材を用いて把持し固定化した
ものが一般的であり、その結合材にセラミツクス
を用いたビトリフアイド系砥石、フエノール系熱
硬化性樹脂を用いたレジノイド系砥石、あるいは
ポリビニルアセタール樹脂を用いたPVA系弾性
砥石等が挙げられる、各々その特性に応じて使用
分野も異なるものであつた。

就中、レジノイド系砥石は、樹脂の種類、製造
条件、使用砥石の粒径等に応じて多様化が可能
で、重研削から仕上げ研磨の分野まで広い範囲の
利用分野があり、特にその位置付けとしては、ビ
トリフアイド系砥石に代表される剛性砥石と、ポ
リビニルアセタール系弾性砥石との中間にあり、
セミ弾性砥石と称せられ、研削力および磨き力を
併せもつ高性能砥石として高い評価を受けてい
た。レジノイド系砥石の結合材として用いられる
熱硬化性樹脂はフエノール系の樹脂が一般的で、
その製造は通常、砥粒粉末とフエノール系樹脂粉
末とを混合し、液状フエノール系樹脂をもつて混
練して粘稠ペーストとなし、これを所定の型に入
れプレス成形した後、熱プレス固化し更にキユア
リングを行ない硬化せしめるという方法がとられ
ていた。

（発明が解決しようとする課題） 前述の如き方法にて製造されるレジノイド系砥
石は、砥石の重要要素である空〓率が比較的低く
嵩比重が高いために重くて使用しにくい上、粉末
樹脂と砥粒とを機械的に混合するという手段を用
いるため、微細な砥粒を均一的に分散することが
極めて難しく、製造の限界が高々1000番手（砥粒
平均粒径約16μｍ）程度で、それ以上の高番手の
ものは頗る得にくいという欠点があつた。しかも
空〓率が低いということは、研磨屑の逃げ、研磨
熱の放散という点で著しく不利であり、従つて広
い面積で被研磨体と接触し、研磨すること、すな
わち平面研磨という方式には稍々不向きな点があ
つた。また比較的硬質の金属、例えばクロム、ニ
ツケル等で鍍金された面の精密研磨に対しても適
用には難があり、それらの高精度を要求される研
磨は依然として非能率、高コストにして作業環境
上問題の多い、遊離砥粒によるラツピング方式
や、バフ仕上げ方式に依存していた。

本発明者等は、従来のレジノイド系砥石に見ら
れる上述の欠点および現状の問題点に鑑み、鋭意
研究を行ない本発明を完成するに至つたものであ
り、その目的とするところは、優れた平滑度と高
い面精度とを具えた金属表面、特に比較的硬質の
金属表面を、経済的有利にしかも環境汚染問題を
伴なわずに取得するにある。他の目的は、比較的
空〓率が高く研磨性能にすぐれたレジノイド系合
成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、空〓率が40〜90容量％の三次元
網状組織をなす構造体であつて、該組織が、フエ
ノール系樹脂(P)とメラミン系樹脂(M)との２成分系
熱硬化性樹脂硬化体を主成分とするマトリツクス
と、該マトリツクス中に緻密に内在し固定化され
た砥粒とからなることを特注とする合成砥石によ
つて達成される。

かゝる合成砥石を取得するための本発明方法
は、液状フエノール系樹脂(P)と液状メラミン系樹
脂(M)とから主としてなる混合液に砥粒、気孔生成
剤および触媒を加え均一に攪拌したスラリー状原
液を反応固化せしめた中間体を、乾燥し水分を除
去した後、熱処理を施して硬化することを特徴と
するものである。

すなわち、従来のレジノイド系砥石の結合材が
ほとんどフエノール系樹脂の硬化体を主体とする
ものであるのに対し、本発明は、その靭性を抑え
脆性（もろさ）を与えるために、メラミン系樹脂
の硬化体を併用したものであり、更にその空〓率
を高くし研磨性能の持続性を向上し、特に、精密
研磨に適した物性をレジノイド系砥石に賦与する
ことを主眼点とするものである。

本発明者等は、精密研磨に適した性能、換言す
れば切刃の自生作用に優れた性能は、砥石のマト
リツクスの主成分としてフエノール系樹脂とメラ
ミン系樹脂との２成分系硬化体を適用し、結合材
としてフエノール系樹脂硬化体の靭性（ねばり）
を抑制し、適度な（もろさ）をマトリツクスに付
与することによつて得られることを知見した。つ
まり、フエノール系樹脂の硬化体は比較的靭性が
高いため、従来のレジノイド系砥石は、高い圧力
で圧着しつつ研磨を行なわなければその性能を充
分に発揮し得ないが、マトリツクスにメラミン系
樹脂の硬化体を併用することにより、低圧でその
性能を発揮し得ることを見出したのである。

フエノール系樹脂(P)とメラミン系樹脂(M)との組
成比率は、重量基準にてＰ／Ｍ＝１／２〜３／１
に設定する。これを上回ると、メラミン系樹脂併
用の効果は薄く、従来のレジノイド系合成砥石と
ほとんど変わらず、また、これを下回ると脆すぎ
て、レジノイド系砥石としての性能を発揮し難く
なるので何れにしても好ましくない。更に、マト
リツクスの空〓率は40〜90容量％の範囲内に設定
することが必要である。すなわち40容量％を下回
ると研磨屑、脱落砥粒の捕捉能力に欠け、目詰ま
り現象等を惹起し易い。また、90容量％を超える
ものは、その構造的強度に欠け、砥石としての性
能を果たし難い。

次に、該合成砥石の製法について詳述する。

従来のレジノイド系砥石の製法は、砥粒とフエ
ノール系ノボラツク樹脂の硬化体の粉末とを所定
の比率にて混合し、これに液状フエノール系樹脂
を加えて混練しペースト状の原液を調整し、該ペ
ースト状の原液を所定の型で成形後、熱プレスに
て硬化せしめるという方法が一般的であつた。か
かる方法では、高い空〓率のものは望むべくもな
く、高々30容量％のものが限度である上、粉末状
原料の混合という手法を得るため、微細粒子の場
合均一混合が困難で、偏在した塊粒、所謂「ママ
コ」や不均一層を形成し易く、砥粒々度の限界は
高々1000番手であつて、それ以上の高番手のもの
は得られなかつた。

本発明者等は、樹脂の原料を粉末に求めず、フ
エノール系およびメラミン系の液状樹脂、すなわ
ち樹脂原液または樹脂、あるいはそのモノマー、
オリゴマー、低重合体等、前駆体の、水溶液、溶
液、エマルジヨンをその原料となし、該液中に砥
粒々子を投入、均一攪拌をすることにより、如何
なる粒度の砥粒をも極めて容易に且つ均一に原液
中に分散し得ることを見出したのである。加うる
に、フエノール系樹脂、メラミン系樹脂の各液状
体を用いることにより樹脂液相互の混合も完全で
あり、例えば、一方の樹脂のみが塊状、縞状ある
いは層状に偏在するという弊害をも回避し得るも
のである。更に好ましくは、両樹脂液の粘度をほ
ぼ同じレベルにして用いることで、上述の弊害を
完全に回避し得るのである。そして、両樹脂溶液
の混合割合については、得られる合成砥石中のフ
エノール樹脂(P)とメラミン樹脂(M)とが重量基準
で、Ｐ／Ｍ＝１／２〜３／１の組成比率を有する
ようにする。

次に、本発明方法において、気孔生成剤を用い
たことも重要な特長である。すなわち、従来のレ
ジノイド系砥石は前述の如き方法にて製造される
ため、その空〓は、樹脂粉末と砥粒粉末との混合
時において生ずる粒子間の間〓によつて形成され
るものであり、その混合方法によつて空〓率も変
動し、同時に不安定なものであつた。それに対し
本発明方法においては気孔生成剤を用いることに
よりその空〓率、気孔径を規制しうるため、極め
て安定に所期の構造のものが得られる。

すなわち、液状の樹脂液は、触媒存在下に比較
的低温で縮合架橋反応を起こしてゲル化し固化し
てゆくものであつて、固化に伴い媒体である水あ
るいは溶媒と分離して体積の収縮を起こし易いの
であるが、かかる固化反応過程における体積の収
縮を防ぎ安定な気孔を形成するために、本発明方
法においては気孔生成剤を用いるものである。

気孔生成剤としては水に分散し易いものが適用
され、具体的には澱粉、澱粉変性体、セルロース
変性体、等が挙げられる。澱粉類、セルロース変
性体等、水に分散型の気孔生成剤は、そのものの
存在していた部位が気孔となるため、気孔生成剤
の粒度を種々変化させることにより、気孔径を適
宜制御し得る。これ等の気孔生成剤の使用量は
0.5〜5.0重量／容量％程度が好ましい。少な過ぎ
ると硬化が薄く、多すぎると混練が難しく、均一
な組織体を形成し得なくなる。

本発明に用いる液状フエノール系樹脂とは樹脂
原液またはモノマー、オリゴマー、重合体等から
なる前駆体の水溶液で、酸類等の触媒の存在下に
架橋固化し得えるもの、すなわちフエノール類を
アルデヒド類と塩基性触媒の存在下で反応するこ
とによつて生ずるレゾール系樹脂の初期生成物の
水溶液が特に好適である。

また、液状メラミン系とは、樹脂またはそのモ
ノマー、オリゴマー、重合体等からなる前駆体の
水溶液で、酸類等の触媒の存在下に分子間縮合す
なわち架橋硬化し得えるもの、特にその水溶液を
用いることが本発明方法を実施するに好適であ
る。

ここで述べたフエノール系樹脂およびメラミン
系樹脂は、触媒存在下であれば比較的低温（30〜
100℃）においても縮合、固化反応を行ない、固
形化するものであるが、この段階では軟弱で硬度
が足りず、砥石としての性能は賦与されていな
い、いわば中間体である。

この中間体を乾燥し水分あるいは溶剤を除去し
た後、熱処理キユアリングを行なうことで前述の
縮合による架橋反応を促進し硬化せしめ、所期の
砥石として必要な物性を得ることができるが、キ
ユアリングに好適な温度は100〜200℃、時間は３
〜50時間程度ある。

ここで用いられる触媒とは、酸類をさすもの
で、具体的には塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸類、酢
酸、シユウ酸、酪酸、マレイン酸、アジピン酸、
乳酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホ
ン酸等の有機酸類、あるいは強酸と弱塩基とより
なる塩類すなわち水溶液中で酸性を示すもの、更
には有機アミンの塩酸塩等、加温により酸を発生
するもの等が挙げられる。

本発明方法においては、前述の如く前工程では
比較的低温で固化を進め、後工程では、やや高温
で熱硬化を進めるため、例えば鉱酸類等、強い触
媒性能を有するものは、添加量を低いレベルにお
さえることがよい。強酸と弱塩基とよりなる金属
塩類マイルドな触媒を用いることが、均一な反応
を進めるためには好適である。

添加量は、本発明砥石の性能を変化させない程
度、具体的には全体に対し0.1〜５重量％程度を
加えるのが好ましい。

本発明になる合成砥石は、以上の如き方法にて
製造され、セミ弾性砥石として極めて優れた性能
を有するものであり、その性能も、両樹脂の混合
比、空〓率、更には熱処理（キユアリング）条件
を適宜変更することで多様な製品を得ることが可
能である。

また、砥粒の種類も特に限定を受けず、ダイヤ
モンド、窒化ホウ素、炭化珪素、熔融アルミナ、
酸化クロム、酸化セリユウム等の微粉末が使用可
能であるが、特に炭化珪素、熔融アルミナ、酸化
クロム、酸化セリユウムからなる群より選ばれた
少なくも一つの研磨材料よりなるものが好適であ
る。

（作用） 一般に固形砥石による研磨作用は大略次の如く
説明される。

被研磨体と接する砥石面にある砥粒は、相対的
に摺動または回動、擦過されることにより切刃の
役割を果たし、被研磨体表面を研削するとともに
その摩擦力により脱落する。同時に新しい砥粒が
表面に現われ、同様の作用、所謂自生作用を繰り
返すもので、全体的に研削および磨き作用が並行
して行なわれるものである。すなわち、砥石は自
身を摩滅させつつ相手を研磨していくもので、結
合材であるマトリツクスは砥粒を適度に保持し、
脱落させ、また自身も摩滅していくものでなけれ
ばならない。すなわち、マトリツクスは被研磨材
の材質に応じた硬度、靭性、脆性を有することが
必要である。更に加えて大切なことは、研磨作用
に起因する研削屑、脱落砥粒が研磨面よりスムー
スに排出されることである。この作用が不充分で
あると、砥面の目詰まり現象が起こり研磨性能が
経時的に極端に低下し、更に研磨斑、条痕等好ま
しかざる結果を惹き起こす。

本発明になる合成砥石は、上述の研磨作用に極
めて適したものであり、適度な脆性を有するため
自生作用に優れ、またその空〓により研磨屑、脱
落砥粒を捕捉し得る能力を有するものである。ま
た、従来のレジノイド系砥石では困難な高番手品
の製造も可能である為、従来遊離砥粒を用いたラ
ツピング研磨方式あるいあバフ研磨方式でしか遂
行し得なかつた。比較的硬質の金属の精密研磨
（仕上げ研磨）も本発明合成砥石によつて可能に
なつた。

以下、実施例をあげて本発明を具体的に詳述す
る。

実施例 １ 水溶性フエノール系樹脂として住友ベークライ
ト(株)製PR−961Aの66％水溶液250mlを、水溶性
メラミン樹脂として住友化学(株)製Ｍ−３の60％水
溶液150mlを互いに混合し、触媒として硝酸亜鉛
および塩化第鉄少量を加え、更にコーンスター
チ40ｇを250mlの水に分散させた液および砥粒と
して炭化珪素1500番の微粉１Kgを加えて均一攪拌
し、所定の型枠に注型し、50℃にて50時間水溶中
で反応固化し中間体を得た。これを乾燥後、145
℃にて20時間キユアリングを行ない合成砥石を得
た。ここで得られた砥石は、フエノール分15.2
％、メラミン分8.3％、Ｐ／Ｍ＝1.8／１、砥粒率
76.5wt％、空〓率43vol％、ロツクウエル硬度計
スーパーフイシヤル15−Ｙスケールで測定した硬
度が55であつた。

これを成形し円盤状となし、クロム鍍金を施し
た円筒の研削に供した所、良好な表面精度を得、
また目詰まり等の現象も起こらなかつた。

（比較例） 実施例１で用いたフエノール系樹脂水溶液およ
びメラミン系樹脂水溶液を樹脂原料として、触媒
として硝酸亜鉛および塩化第鉄を、砥粒として
炭化珪素1500番の微粉末を、気孔生成剤としてコ
ーンスターチを用い、実施例１に示す方法に準じ
て次の組成の合成砥石を得た。

(イ) フエノール分20.1wt％ メラミン分 5.9wt％｝Ｐ／Ｍ＝3.4／１ 砥粒率 75.0wt％ 空〓率 44.1vol％ (ロ) フエノール分 8.6wt％ メラミン分 18.1wt％｝Ｐ／Ｍ＝１／2.1 砥粒率 72.5wt％ 空〓率 43.8vol％ (ハ) フエノール分 29.0wt％ メラミン分 17.1wt％｝Ｐ／Ｍ＝1.7／１ 砥粒率 53.9wt％ 空〓率 29.0vol％ (ニ) フエノール分 22.0wt％ メラミン分 12.9wt％｝Ｐ／Ｍ＝1.7／１ 砥粒率 65.1wt％ 空〓率 90.1vol％ これら実施例１と同様にクロム鍍金を施した円
筒研削に供した所、下記の如き結果を得た。

(イ) やや硬すぎて、クロム鍍金を施面に適合せ
ず、研磨ができなかつた。

(ロ) 脆弱すぎて、砥石の摩耗激しく、また高速回
転に耐え得なかつた。

(ハ) 目詰まり現象激しく、頻繁なドレツシング作
業が必要であつた。

(ニ) 砥石の摩耗激しく、機械精度に追随し得ず研
磨斑が著しかつた。

（発明の効果） 従来のレジノイド砥石の欠点とされていた、空
〓率の低いところに起因する目詰まり現象は、本
発明合成砥石の出現によつて大幅に減少すること
ともに、今迄比較困難とされていた平面精密研磨
分野のレジノイド砥石の適用も可能となつた。ま
た、軽量でハンドリングが容易な製品が得られる
ようになつた点も特筆されよう。

更に、本発明方法により、従来困難であつた高
番手品の製造が可能となり、遊離砥粒を用いたラ
ツピング方式、あるいはバフ仕上げ方式の分野ま
でカバーし得るものが得られるようになつた。ま
た更に本発明方式では、原液の製造に量的な困難
を伴わず、型枠への注型方法を採るため、かなり
大形のものまで製造可能であり、形状も、板状、
円盤状、円筒状、ブロツク状等となすことがで
き、特に中間体の段階で加工を行なえば、どのよ
うな複雑な形状にでも成形し得る。すなわち性能
上も、また形状面でも多様化が可能となり、従来
のレジノイド系砥石の応用範囲を遥かに超えるも
のとなり得るものである。

このように、本発明になる合成砥石の効果は極
めて大きく、従来合成砥石では困難であり、遊離
砥石粒によるラツピング方式、バフ仕上げ方式に
依存していた硬質金属、例えば、クロム、ニツケ
ル等で鍍金された面の精密研磨が、高精度品の適
用により充分に可能になつた。この高価な採粒の
消費が格段に減り、経済的効果をもたらすと供
に、環境、作業者の汚染問題も少なくなるのみな
らず、また高濃度廃液の処理という面での負担が
軽減され、その及ぼす影響は極めて大である。加
うるに、従来番手のものであつても、空〓率が高
くなり、研磨性能の持続性が向上し、具体的には
ドレツシング（表面更新）作業なしに研磨作業が
続けられること、および比重の低下により交換作
業、運搬作業等の労力が極めて軽減されること
等々、作業性の向上に資する所も頗る大である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気孔生成剤たる澱粉を溶出させて得た空〓率
   が40〜90容量％の三次元網状組織をなす構造体で
   あつて、該組織が、組成比率が重量基準で１／２
   〜３／１の割合よりなるフエノール系樹脂(P)とメ
   ラミン系樹脂(M)との均一な２成分系熱硬化性樹脂
   硬化体を主成分とするマトリツクスと、該マトリ
   ツクス中に緻密に内在し、固定化された砥粒とか
   らなることを特徴とする合成砥石。 ２ 砥粒が、炭化珪素、溶融アルミナ、酸化セリ
   ウムおよび酸化クロムよりなる群から選ばれた少
   なくとも一つの研磨材料からなる特許請求の範囲
   第１項記載の合成砥石。 ３ 水溶性フエノール系樹脂の水溶液と水溶性メ
   ラミン系樹脂の水溶液とからなる混合液に砥粒、
   澱粉および触媒を加え均一に攪拌したスラリー状
   原液を型枠に注型し、反応固化せしめて得た中間
   体を、乾燥して水分を除去した後、熱処理を施し
   て硬化することを特徴とする空〓率が40〜90容量
   ％で、且つ、フエノール系樹脂(P)とメラミン系樹
   脂(M)とが重量基準でＰ／Ｍ＝１／２〜３／１の組
   成比率を有する合成砥石の製造方法。 ４ 水溶性フエノール系樹脂が水溶性レゾール樹
   脂の水溶液である特許請求の範囲第３項記載の合
   成砥石の製造方法。 ５ 触媒が強酸と弱塩基とよりなる塩類である特
   許請求の範囲第３項乃至第４項記載の合成砥石の
   製造方法。