JP2004090159A

JP2004090159A - 耐熱性樹脂結合砥石及びその製法

Info

Publication number: JP2004090159A
Application number: JP2002254798A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Sato; 佐藤　良幸; Tatsuo Tsumiyama; 積山　龍男
Original assignee: SHIN NISSAN DIAMOND TOOLS Manufacturing; SHIN-NISSAN DIAMOND TOOLS Manufacturing CO Ltd; Ube Industries Ltd
Current assignee: SHIN NISSAN DIAMOND TOOLS Manufacturing; SHIN-NISSAN DIAMOND TOOLS Manufacturing CO Ltd; Ube Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Also published as: DE10339681A1; US20090005488A1; US20040044123A1

Abstract

【課題】耐熱性と機械的特性が向上した樹脂結合砥石を提供すること。
【解決手段】３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物８５〜９７モル％と２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物１５〜３モル％とを含む混合物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末、または少なくとも表面部分が、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物を加圧下に加熱焼成して得た耐熱性樹脂結合砥石。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、バインダ用耐熱性樹脂としてポリイミド樹脂を用いる耐熱性樹脂結合砥石及びその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ダイヤモンドホイールの樹脂結合砥石のバインダ樹脂としてはフェノール樹脂が用いられている。しかし、苛酷な研削加工に従来のダイヤモンドホイールを用いると、その研削加工作業で発生する熱のため、フェノール樹脂バインダが熱劣化して、研削加工の継続が不可能になることが多い。このため、苛酷な研削加工、すなわち重研削加工用の砥石の製造のために、フェノール樹脂よりも耐熱性のあるポリイミド樹脂をバインダとして用いることの研究が既に行なわれ、その初期では、ピロメリット酸無水物と４，４−ジアミノジフェニルエーテルとの重合、イミド化によって得られるポリイミド樹脂を樹脂バインダとして用いる砥石が開発されていた。
【０００３】
しかしながら、上記のポリイミド樹脂は、成形性については優れているが、耐熱性や機械的な耐久性については充分とは云えない。このため、特公昭６３−６２３４９号公報には、芳香族テトラカルボン酸成分として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物などのビフェニルテトラカルボン酸類を用いて製造したポリイミド樹脂をバインダ樹脂として用いる耐熱性樹脂結合砥石が提案されている。
【０００４】
近年では、砥石による研削作業の苛酷化が更に進み、耐熱性と機械的特性（特に耐摩耗性）が更に向上した樹脂結合砥石が求められているが、これまで、そのような要求に答えられる樹脂結合砥石は開発されていない。
【０００５】
一方、耐熱性と機械的特性が共に高い砥石としては、結合材として金属を用いた金属結合砥石（メタルボンド砥石）が知られており、このような金属結合砥石は、研削抵抗が低いことが知られている。しかしながら、金属結合砥石は耐摩耗性については優れているが、樹脂結合砥石に比べて切れ味のシャープさが不足することが問題であるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、耐熱性と機械的特性が更に向上した樹脂結合砥石を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物８５〜９７モル％と２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物１５〜３モル％とを含む混合物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物を加圧下に加熱焼成してなる耐熱性樹脂結合砥石にある。
【０００８】
本発明はまた、少なくとも表面部分が、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物を加圧下に加熱焼成してなる耐熱性樹脂結合砥石にもある
【０００９】
本発明はまた、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物８５〜９７モル％と２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物１５〜３モル％とを含む混合物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末、もしくは少なくとも表面部分が、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物の成形体を５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ^２の加圧下に４５０〜５３０℃に加熱焼成することを特徴とする耐熱性樹脂結合砥石の製法にもある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の耐熱性樹脂結合砥石の代表的な形態の例を図１と図２に示す。これらの内で、図１はカップタイプと呼ばれる基板付き耐熱性樹脂結合砥石であり、図２はストレートタイプと呼ばれる基板付き耐熱性樹脂結合砥石であり、耐熱性樹脂結合砥石層（砥粒層）１が基体（基盤）２に接合されて耐熱性樹脂結合砥石３を構成している。
【００１１】
本発明の樹脂結合砥石の特徴的な構成要素である砥粒層は、特定の組成のポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物を加圧下に加熱焼成してなる層である。
【００１２】
本発明で用いるポリイミド樹脂粉末は、下記のいずれかのものである。
（１）３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物８５〜９７モル％と２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物１５〜３モル％とを含む混合物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末。
【００１３】
（２）少なくとも表面部分が、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末。この場合、ポリイミド樹脂粉末の芯側のポリイミド樹脂は、主として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂であることが好ましい。
【００１４】
本発明で用いるポリイミド樹脂粉末は、例えば、特開２０００−１２９００１号公報に記載の成分と製法を利用することにより製造することができる。また、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物など芳香族テトラカルボン酸成分には、少量であれば、他のテトラカルボン酸成分も併用することができ、またｐ−フェニレンジアミンについても、少量であれば、他のアミン成分を併用することができる。これらの併用可能な成分についても、上記の特開２０００−１２９００１号公報の記載を参考にすることができる。
本発明で用いるポリイミド樹脂粉末の平均粒径は、５〜１５μｍの範囲にあることが望ましい。
【００１５】
本発明の耐熱性樹脂結合砥石は、上記（１）もしくは（２）のいずれかのポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物を加圧下に加熱焼成してなる耐熱性樹脂結合砥石であって、たとえば、ポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物の成形体を得た後、この成形体を５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ^２の加圧下に４５０〜５３０℃に加熱焼成することにより製造することができる。
【００１６】
本発明で使用する金属粉末の代表例としては、アルミニウム粉末、銅粉末、ニッケル粉末、及びアルミニウム、銅、およびニッケルのうちのいずれか一種を含む合金粉末を挙げることができる。好ましいのは銅合金粉末であり、特に好ましいのは銅−錫合金粉末（ブロンズ粉末）である。金属粉末の平均粒径は５〜２０μｍの範囲にあることが望ましい。
【００１７】
本発明の耐熱性樹脂結合砥石では、ポリイミド樹脂とともに、金属粉末もバインダ（結合材）として機能していると理解される。換言すれば、本発明の耐熱性樹脂結合砥石は、レジンボンド砥石とメタルボンド砥石の両方の特性を有している。すなわち、本発明の耐熱性樹脂結合砥石の製造の際の加熱時に、隣接する金属粉末の表面間に焼結反応が発生し、金属粉末から構成される焼結構造体が形成されると理解される。この点については、後述の実施例に示される。
【００１８】
ダイヤモンド粒子としては、公知の耐熱性樹脂結合砥石の製造に用いることができるダイヤモンド粒子から任意に選択することができる。
【００１９】
なお、砥石の製造に際しては、金型の外枠と中子との空隙に、ポリイミド樹脂粉末、金属粉末、そしてダイヤモンド粒子からなる組成物を充填して砥粒層の成形を行なう方法が利用される。この場合、中子を砥石の基体とし、直接一体的に焼結させることもでき、あるは砥粒層のみを焼成によって成形した後、基体に耐熱性接着剤を用いて接合させることもできる。このような成形方法自体は公知である。
【００２０】
【実施例】
［ポリイミド樹脂粉末の製造］
特開２０００−１２９００１号公報の実施例１に記載の方法（下記）に従い、主要量の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及び少量の２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を含む混合物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化によりポリイミド樹脂樹脂粉末を得た。
【００２１】
温度計、攪拌機、窒素導入管および水分定量器を備えた四つ口フラスコに、窒素ガスを通しながら、乾燥した３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物４０８．０３ｇ、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物３０．７１ｇ、及びＮ−メチル−２−ピロリドン２９３０ｇを仕込み、攪拌しながら５０℃まで昇温させて、均一な溶液を得た。この溶液に、ｐ−フェニレンジアミン１６１．２６ｇを加えた。０．５時間経過後、この溶液を加熱して１．５時間で１９０℃迄昇温させ、この温度で３時間反応させた。途中、約１６１℃でポリイミド樹脂粉末の析出が認められた。反応中に留出する水は連続的に反応系外に分離した。反応後、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に分散していた黄色のポリイミド樹脂粉末を濾過により集め、次いで、水中で三回（各１時間）煮沸洗浄し、常圧下、１３０℃で熱風乾燥した後、減圧下、２００℃にて乾燥を続け、ポリイミド樹脂粒子を得た。
【００２２】
得られたポリイミド樹脂粒子を透過型電子顕微鏡で観察したところ、結晶性ポリイミド粒子の表面全体を非結晶性ポリイミド被覆層が覆った二重構造を有していることが確認された。
【００２３】
［樹脂結合砥石中での金属粒子の機能評価］
上記で得たポリイミド樹脂粒子と銅−錫合金粉末（ブロンズ粉末、錫１５質量％）とを、互いの比率（容量比）を変えて混合し、成形したのち、４５０℃で焼成して、複数の焼成物を得た。この焼成物の各々の耐摩耗性を、下記の条件で測定した。

【００２４】
得られた測定結果を、図３にグラフとして示す。図３のグラフから明らかなように、銅−錫合金粉末の含有量が約５０容量％を超えた時点で、耐摩耗性が顕著に向上している。これは、焼成物中で、隣接する銅−錫合金粉末同士が拡散接合により焼結して、銅−錫合金粉末の焼結体からなる構造体（マトリックス）が形成されているためと理解される。
【００２５】
［樹脂結合砥石の評価］
前記で得られたポリイミド樹脂粉末４０容量％と銅−錫合金粉末（ブロンズ粉末、錫１５質量％）６０容量％とからなる混合物を調製し、次いでこの混合物７５容量％に対して２５容量％のダイヤモンド砥粒（＃８００、２０〜３０μｍ）を添加混合した。この混合物を金型に充填し、温度５００℃、圧力２０００ｋｇ／ｃｍ^２にて加圧焼成して、本発明に従う樹脂結合砥石を製造した。
また、比較用の砥石として、バインダとして、二次転移点が２５０〜３８０℃のビフェニルテトラカルボン酸系のポリイミド樹脂（ビフェニルテトラカルボン酸二無水物として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用い、芳香族ジアミンとして４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを用いたもの）の粉末を用いる（比較試料１）か、あるいはフェノール樹脂を用いる（比較試料２）以外は、本発明試料と同じ方法で樹脂結合砥石を製造し、下記の条件にて研削抵抗と研削比とを測定して、砥石としての機能を比較した。研削抵抗の測定では、接線方向と法線方向の研削抵抗を比較した。その結果を下記の第１表に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
第１表に示された結果から、研削抵抗の比較では、接線方向と法線方向のいずれにおいても、本発明試料が最も低い値を示しており、研削抵抗が好ましい傾向にあり、鋭い切れ味が期待できることが分る。また、研削比の比較では、本発明試料が最も高い値を示しており、最も長い砥石寿命が期待できることが分る。
即ち、本発明の樹脂結合砥石は、切れ味と砥石寿命の双方において、従来型の樹脂結合砥石より優れていることが確認された。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の樹脂結合砥石は、レジンボンドの優れた切れ味とメタルボンドの優れた耐摩耗性の双方を兼ね備えている。すなわち、砥石としての耐摩耗性が高く、特に砥石の角が摩耗しにくい特徴を持っている。また、非常に苛酷な条件下での研削加工においても、研削熱による樹脂の劣化が発生しにくく、乾式研削においても良好な研削性能の発揮が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カップタイプの基板付き耐熱性樹脂結合砥石の構成例を示す。
【図２】ストレートタイプの基板付き耐熱性樹脂結合砥石の構成例を示す。
【図３】ポリイミド樹脂粒子と銅−錫合金粉末とを、互いの比率（容量比）を変えて混合し、成形焼成して得た焼成物の耐摩耗性傾向を示すグラフである。
【符号の説明】
１　耐熱性樹脂結合砥石層（砥粒層）
２　基体（基盤）
３　耐熱性樹脂結合砥石

Claims

３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物８５〜９７モル％と２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物１５〜３モル％とを含む混合物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物を加圧下に加熱焼成してなる耐熱性樹脂結合砥石。
少なくとも表面部分が、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物を加圧下に加熱焼成してなる耐熱性樹脂結合砥石。
加熱焼成が４５０℃以上の温度で行なわれた請求項１もしくは２に記載の耐熱性樹脂結合砥石。
金属粉末が、アルミニウム、銅またはニッケルの粉末であるか、あるいはそれらの内の何れかの金属の合金の粉末である請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の耐熱性樹脂結合砥石。
金属粉末が、銅−錫合金の粉末である請求項４に記載の耐熱性樹脂結合砥石。
ポリイミド樹脂粉末２０〜４５容量％、金属粉末５５〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物を加圧下に加熱焼成してなる請求項１もしくは２に記載の耐熱性樹脂結合砥石。
基体に接合されている請求項１乃至６のうちのいずれかの項に記載の耐熱性樹脂結合砥石。
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物８５〜９７モル％と２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物１５〜３モル％とを含む混合物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末、もしくは少なくとも表面部分が、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸もしくはその酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンを主成分とするジアミン化合物との重合、イミド化により得られたポリイミド樹脂から形成されているポリイミド樹脂粉末２０〜５０容量％、金属粉末５０〜７０容量％そしてダイヤモンド微粒子１０〜３０容量％とからなる組成物の成形体を５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ^２の加圧下に４５０〜５３０℃に加熱焼成することを特徴とする耐熱性樹脂結合砥石の製法。