JP2008272835A - レジノイド砥石及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 特に硬脆性材料の研削においてチッピングやマイクロクラックを発生することのない、エポキシ樹脂を結合剤としたレジノイド砥石及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 砥粒がエポキシ樹脂で固定化されたレジノイド砥石であって、該エポキシ樹脂が可撓性エポキシ樹脂、好ましくはダイマー酸変成エポキシ樹脂であることを特徴とする前記レジノイド砥石。前記レジノイド砥石は、ゴム硬度がゴム硬度Aスケールにより測定して50〜90であり、25%圧縮硬度(JIS K6767)が1.0〜35.0MPaであり、反発弾性率が5〜20%であることが好ましい。
【選択図】 なし
【解決手段】 砥粒がエポキシ樹脂で固定化されたレジノイド砥石であって、該エポキシ樹脂が可撓性エポキシ樹脂、好ましくはダイマー酸変成エポキシ樹脂であることを特徴とする前記レジノイド砥石。前記レジノイド砥石は、ゴム硬度がゴム硬度Aスケールにより測定して50〜90であり、25%圧縮硬度(JIS K6767)が1.0〜35.0MPaであり、反発弾性率が5〜20%であることが好ましい。
【選択図】 なし
Description
本発明は、レジノイト砥石及びその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、特に硬脆性材料の研磨においてチッピングやマイクロクラックを発生することがなく、プレス打ち抜きされた金属部品のバリ取り加工及び凹凸のある薄板状の被削物の研磨において良好な研磨面品位を確保する、エポキシ樹脂を結合剤とするレジノイド砥石及びその製造方法に関する。
レジノイド砥石は、切れ味がよく、高能率研削であるため、広く使用されている研削砥石である。レジノイド砥石に使用される有機質結合剤としては、一般に、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、PVA、その他有機樹脂としてはウレタン樹脂、メラミン樹脂などが使用されている。それら有機質結合剤の中でも、エポキシ樹脂を使用したレジノイド砥石は、砥粒と結合剤との良好な濡れ性などの効果により、深切込みなどの高能率研削に好適に用いられる。また、エポキシ樹脂は流し込み成型が簡易に実施でき、これを用いたレジノイド砥石は製造し易いという特徴もある。
レジノイド砥石に使用されるエポキシ樹脂の種類としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂又はビスフェノールF型エポキシ樹脂が一般的である。この理由としては、例えば、これらのエポキシ樹脂は容易に入手できること、これらのエポキシ樹脂を結合剤として使用することにより、砥石自体の硬さや耐熱性が向上すること、また、砥粒接着力をある程度維持できることなどが挙げられる。エポキシ樹脂を用いたレジノイド砥石は、例えば、特許文献1及び2などに開示されている。
一方、研削抵抗が低く、良好な仕上げ面粗度を達成することができるレジノイド砥石を得るために、結合剤としてエポキシ樹脂を使用したレジノイド砥石を多孔質化する試みがなされている。例えば、特許文献3においては、有機質結合剤として液状のエポキシ樹脂を用いたレジノイド砥石において、液状発泡剤の作用により40体積%以上、必要に応じて60〜80体積%の気孔率が得られている。その結果、得られた砥石を使用した場合に、低い研削抵抗及び良好な仕上げ面粗度が達成されている。これは高い気孔率の他に砥石の弾性率の低下が寄与しているものと考えられる。
近年、シリコンウエハー、ガラス加工等、IT関連部品の研削研磨の需要が増大しており、その加工特性の要求が厳しくなってきている。
この分野における被削物は、従来の主たる研削研磨の被加工物である鉄系の材料ではなく、ガラス、セラミック材料であり、これらの材料は鉄系材料と比較して加工が難しい、いわゆる硬脆性材料である。固定砥粒工具による硬脆性材料の加工においては、チッピングやマイクロクラックが発生しやすいという問題がある。
この分野における被削物は、従来の主たる研削研磨の被加工物である鉄系の材料ではなく、ガラス、セラミック材料であり、これらの材料は鉄系材料と比較して加工が難しい、いわゆる硬脆性材料である。固定砥粒工具による硬脆性材料の加工においては、チッピングやマイクロクラックが発生しやすいという問題がある。
硬脆性材料の加工の一例として、TFT液晶ガラス素材においては、メタルボンド結合剤のダイヤモンドホイールによるエッジ加工が行われるが、その加工条痕に内在するマイクロクラックが、その後の発塵を誘発しやすい。発塵は後工程におけるコンタミネーションやスクラッチキズによるパネルの不良につながることから、エッジ加工においては、条痕を滑らかにしてマイクロクラックの除去あるいは軽減をはかる仕上研磨工程が追加されることが多い。
前述の特許文献1及び2に記載された、エポキシ樹脂を結合剤として用いた砥石をガラスの仕上研磨に使用する場合には、結合剤と砥粒間の良好な接着性により前加工の条痕を除去する切れ味と砥石の耐久性とを確保することができるものの、砥石の弾力性に乏しく、ワークへの衝撃によるさらなるチッピングやマイクロクラックを発生させやすい。このため、その防止と細かい加工面粗さの確保のためには、砥石に使用する砥粒の微細化や砥石の多孔質化、更には、加工切込み深さや被削材への圧着力を小さくかつ厳密に制御する等、加工条件の設定・制御を行う必要がある。
また、前述の特許文献3に開示された多孔質性砥石を硬脆性材料の研磨に使用する場合、ある程度の改善効果がみられたが、必ずしも充分ではない。
また、プレス打ち抜きされた金属部品のバリ取り加工及び凹凸のある薄板状の被削物の研磨においても、前記硬脆性材料の研磨と同じく研磨面の品質の確保と砥石の耐久性とが求められている。
また、プレス打ち抜きされた金属部品のバリ取り加工及び凹凸のある薄板状の被削物の研磨においても、前記硬脆性材料の研磨と同じく研磨面の品質の確保と砥石の耐久性とが求められている。
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて、特に硬脆性材料の研磨加工においてチッピングやマイクロクラックを発生することなく、良好な切れ味と耐久性が得られるエポキシ樹脂を結合剤とするレジノイド砥石及びその製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を行った結果、エポキシ樹脂を結合剤とする砥石に特定の柔軟特性を付与することにより、硬脆性材料の研磨加工においても被削材に対する衝撃力が小さく、チッピングやマイクロクラックの発生を防止しつつ、前加工面の条痕を除去できる研磨力と良好な耐久性を確保することができることを発見し、本発明を完成させた。
本発明の第一のレジノイド砥石は、砥粒がエポキシ樹脂で固定化され、前記エポキシ樹脂は、可撓性エポキシ樹脂であることが好ましい。また、前記可撓性エポキシ樹脂は、ダイマー酸変成エポキシ樹脂であることが好ましい。
本発明の第一及び第二のレジノイド砥石において、前記エポキシ樹脂は、芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂の全重量基準で40重量%まで含むことが好ましい。また、前記芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂又はビスフェノールF型エポキシ樹脂であることが好ましい。
本発明の第一及び第二のレジノイド砥石において、前記レジノイド砥石は、粉末若しくは液状の発泡剤、無機質若しくは有機質の気孔形成剤、又は界面活性剤を用いることにより多気孔とされていることが好ましい。
本発明の第一及び第二のレジノイド砥石において、該レジノイド砥石のゴム硬度が、ゴム硬度Aスケールにより測定して50〜90であることを特徴とする。
本発明の第一及び第二のレジノイド砥石において、該レジノイド砥石のゴム硬度が、ゴム硬度Aスケールにより測定して50〜90であることを特徴とする。
本発明の第一及び第二のレジノイド砥石は、該レジノイド砥石の25%圧縮硬度(JIS K6767)が、1.0〜35.0MPaであることを特徴とする。
本発明の第一及び第二のレジノイド砥石において、該レジノイド砥石の反発弾性率が5〜20%であることを特徴とする。
本発明の第一及び第二のレジノイド砥石において、該レジノイド砥石の反発弾性率が5〜20%であることを特徴とする。
本発明によれば、特に硬脆性材料の研削においてチッピングを発生することのない、エポキシ樹脂を結合剤とするレジノイド砥石及びその製造方法が提供される。本発明のレジノイド砥石は、エポキシ樹脂を使用しているので結合剤と砥粒との接着性が確保されているため耐久性の点では問題がないエポキシ樹脂を使用し、特に硬脆性材料の研磨において、研削抵抗が低く、チッピングが発生しない、言い換えれば良好な仕上げ面粗度を付与することができる。
以下、本発明のレジノイド砥石及びその製造方法の好適な実施形態について説明する。
まず、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。
本発明の課題を解決するために、砥石の物性面に着目すると、硬脆性材料の研磨工程における衝撃緩和のため、柔軟特性が求められる。砥石がこのような特性を有することにより、チッピングやマイクロクラックの発生を防止することができる。
まず、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。
本発明の課題を解決するために、砥石の物性面に着目すると、硬脆性材料の研磨工程における衝撃緩和のため、柔軟特性が求められる。砥石がこのような特性を有することにより、チッピングやマイクロクラックの発生を防止することができる。
また、結合剤と砥粒の良好な接着性に加え、更に柔軟性が付与されると、砥石はプレス打ち抜きされた金属部品のバリ取り加工及び凹凸のある薄板状の被削物の研磨においても、被削材に素早くなじむことができ、柔軟性をもたない従来技術の砥石を使用する場合とは対照的に、被削物の均一な研削研磨面と砥石の耐久性とを確保することができる。
本発明のレジノイド砥石は、砥粒がエポキシ樹脂で固定化された砥石である。本発明において使用することができるエポキシ樹脂は、可撓性エポキシ樹脂である。可撓性エポキシ樹脂を用いることにより、砥石を製造するための前駆体組成物であるエポキシ系熱硬化性樹脂組成物と、その硬化物である砥石は、充分な柔軟性を有することができる。この柔軟性により、本発明のレジノイド砥石は、低温域から高温域までの広い温度範囲にわたって高い伸度を発現することができる。
可撓性エポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂硬化剤により硬化させた後においても、柔軟性を発現し得るものであれば特に限定されない。使用することができる可撓性エポキシ樹脂としては、これらに限定されないが、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、炭素数が2〜9(好ましくは2〜4)のアルキレン基を含むポリオキシアルキレングリコールやポリテトラメチレンエーテルグリコール等を含む長鎖ポリオールのポリグリシジルエーテル;グリシジル(メタ)アクリレートと、エチレン、酢酸ビニルもしくは(メタ)アクリル酸エステル等のラジカル重合性モノマーとの共重合体;共役ジエン化合物を主体とする(共)重合体又はその部分水添物の(共)重合体における不飽和炭素の二重結合をエポキシ化したもの;1分子当たり1個以上、好ましくは2個以上のエポキシ基を有するポリエステル樹脂;ウレタン結合やポリカプロラクトン結合を導入した、ウレタン変成エポキシ樹脂やポリカプロラクトン変成エポキシ樹脂;ダイマー酸又はその誘導体の分子内にエポキシ基を導入したダイマー酸変成エポキシ樹脂;NBR、CTBN、ポリブタジエン、アクリルゴム等のゴム成分の分子内にエポキシ基を導入したゴム変成エポキシ樹脂などが挙げられる。
好ましい可撓性エポキシ樹脂は、可撓性付与の効果が大きくかつ入手が簡易なダイマー酸又はその誘導体の分子内にエポキシ基を導入したダイマー酸変成エポキシ樹脂である。具体的には、これらに限定されないが、下記の化学式で代表されるダイマー酸ジグリシジルエステルが好ましい。
また、本発明のレジノイド砥石においては、耐熱性の付与及び/又は弾力性の調整のために、前記可撓性エポキシ樹脂とともに、芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂を使用してもよい。芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂は、使用するエポキシ樹脂の全重量基準で、40重量%まで使用することができる。芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂の量が、使用するエポキシ樹脂の全重量基準で40重量%を超えると、砥石の弾力性が失われ、本発明の効果を損なうことから不都合である。
芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂は、芳香族ジグリシジルエーテル類、芳香族トリグリシジルエーテル類及び芳香族ポリグリシジルエーテル類等がある。
芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂の代表的な例としては、これらに限定されないが、芳香族ジグリシジルエーテル類である次式:
芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂の代表的な例としては、これらに限定されないが、芳香族ジグリシジルエーテル類である次式:
のビスフェノールAジグリシジルエーテル及び次式:
のビスフェノールFジグリシジルエーテルが挙げられる。これらは、砥粒に対して良好な接着を示し、入手の容易であることから、本発明において好適に用いることができる。
他の芳香族ジグリシジルエーテル類としては、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエーテル等が挙げられる。
他の芳香族ジグリシジルエーテル類としては、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエーテル等が挙げられる。
芳香族トリグリシジルエーテル類としては、トリヒドロキシフェニルプロパンのトリグリシジルエーテル、パラ−アミノフェノールのグリシジルエーテルジグリシジルアミン、4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニルペンタノイック酸)のジグリシジルエーテルグリシジルエステル、芳香族ポリグリシジルエーテル類としては、テトラフェニレンエタンのテトラグシリジルエーテル、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、クレゾールノボラックポリグリシジルエーテル等が挙げられる。
また、本発明の効果を損なわない限り、上記に例示した以外のエポキシ樹脂も使用することができる。
したがって、本発明のレジノイド砥石は、特定の柔軟性を有することを特徴とする。本発明のレジノイド砥石の柔軟性は、以下の3つのパラメータ(ゴム硬度、25%圧縮硬度、反発弾性率)により規定される。
したがって、本発明のレジノイド砥石は、特定の柔軟性を有することを特徴とする。本発明のレジノイド砥石の柔軟性は、以下の3つのパラメータ(ゴム硬度、25%圧縮硬度、反発弾性率)により規定される。
1.ゴム硬度
ゴム硬度は、ゴム硬度計(Aスケール)を用いて測定する。
2.25%圧縮硬度
25%圧縮硬度は、JIS K6767(発泡プラスチック−ポリエチレン−試験方法)に規定された以下の手順にしたがい測定する。測定方法を示す概念図を図2に示す。
(1)試験用砥石2を適する試験機の下台3に設置する。
(2)鉛直方向上から下を加圧方向4として、試験機の荷重測定加圧ヘッド1により、圧縮速度10mm/minで試験用砥石2のはじめの厚さの25%だけ圧縮して停止し、20秒後の荷重(N)を測定する。
(3)試験用砥石2の断面積と20秒後の荷重から、次式により25%圧縮硬度値(MPa)を求める。
25%圧縮硬度値(MPa)=20秒後の荷重(N)/試験用砥石の断面積(mm2)
3.反発弾性率
反発弾性率は、JIS K6255(加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの反発弾性試験方法)を参考にした以下の手順にしたがい測定する。測定方法を示す概念図を図1に示す。
(1)ロックウエル硬度測定用の1/4インチ鋼球5を用意する。
(2)試験用砥石2を設置する。
(3)試験用砥石2から200mmの落下高さから鋼球5を落下させる。
(4)1/4インチ鋼球5が試験用砥石2に当り、跳ね返った反発高さを測定する。
(5)落下高さと反発高さから、次式により反発弾性率(%)を求める。
反発弾性率(%)=反発高さ(mm)/落下高さ(200mm)×100
ゴム硬度は、ゴム硬度計(Aスケール)を用いて測定する。
2.25%圧縮硬度
25%圧縮硬度は、JIS K6767(発泡プラスチック−ポリエチレン−試験方法)に規定された以下の手順にしたがい測定する。測定方法を示す概念図を図2に示す。
(1)試験用砥石2を適する試験機の下台3に設置する。
(2)鉛直方向上から下を加圧方向4として、試験機の荷重測定加圧ヘッド1により、圧縮速度10mm/minで試験用砥石2のはじめの厚さの25%だけ圧縮して停止し、20秒後の荷重(N)を測定する。
(3)試験用砥石2の断面積と20秒後の荷重から、次式により25%圧縮硬度値(MPa)を求める。
25%圧縮硬度値(MPa)=20秒後の荷重(N)/試験用砥石の断面積(mm2)
3.反発弾性率
反発弾性率は、JIS K6255(加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの反発弾性試験方法)を参考にした以下の手順にしたがい測定する。測定方法を示す概念図を図1に示す。
(1)ロックウエル硬度測定用の1/4インチ鋼球5を用意する。
(2)試験用砥石2を設置する。
(3)試験用砥石2から200mmの落下高さから鋼球5を落下させる。
(4)1/4インチ鋼球5が試験用砥石2に当り、跳ね返った反発高さを測定する。
(5)落下高さと反発高さから、次式により反発弾性率(%)を求める。
反発弾性率(%)=反発高さ(mm)/落下高さ(200mm)×100
本発明のレジノイド砥石において、ゴム硬度は、ゴム硬度計Aスケールにより測定して50〜90であることが好ましい。ゴム硬度が50未満であると、砥石が軟らかくなり、研磨力が不足することから不都合である。一方、ゴム硬度が90より大きくなると、砥石が硬くなり、柔軟性がなくなり、チッピングやマイクロクラックが発生しやすくなることから不都合である。本発明のレジノイド砥石において、硬度は、ゴム硬度計Aスケールにより測定して、より好ましくは、55〜90であり、最も好ましくは、60〜90である。
本発明のレジノイド砥石において、反発弾性率は5〜20%であることが好ましい。反発弾性率が5%未満であると、砥石が軟らかくなり、研磨圧力に対して圧力応答性が悪くなり、切れ味が低下することから不都合である。また、研磨圧力を変更したときの圧力応答性が悪くなることからも好ましくない。一方、反発弾性率が20%を超えると、砥石が硬くなりチッピングやマイクロクラックが発生することから不都合である。
本発明のレジノイド砥石において、25%圧縮硬度(JIS K6767)は、1.0〜35MPaであることが好ましい。25%圧縮硬度が1.0MPa未満であると、砥石が軟らかくなり、研磨力が不足することから不都合である。一方、25%圧縮硬度が35MPaより大きいと、砥石が硬くなり研磨圧力に対して圧力応答性が悪くなり、チッピングやマイクロクラックが発生し、場合により砥石が破壊することから不都合である。本発明のレジノイド砥石において、25%圧縮硬度は、より好ましくは、1.0〜25MPaであり、更により好ましくは、1.5〜20MPaであり、最も好ましくは、2.0〜18MPaである。
本発明において使用することができる砥粒は、これらに限定されないが、一般的には、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の群から選択される1種類以上である。その組合せは、研削等の条件及び被研削材の材質に応じて適宜選択することができる。また、本発明の効果を損なわない限り、上記に例示した以外の砥粒も使用することができる。
砥粒の粒径は、JIS R6001(研削といし用研磨材の粒度)で規定されるF4(3段目のふるい目開き4.75mm)から1μm未満、最小粒径0.1μmまで適用できる。
本発明のレジノイド砥石には、充填剤が含まれていてもよい。充填剤としては、例えば、シリカ、タルク、クリオライト、硫酸バリウム、硫酸カリウム、炭酸カルシウム等が挙げられるが、研削条件等により適宜選択することができる。
更に、本発明のレジノイド砥石は、その効果を相乗的に高めるために、多孔質化されていてもよい。砥石中の気孔量を増加させ、砥石を多孔質化することにより、研削抵抗が低減され、研削焼けの防止を図ることができる。気孔は、砥石の前駆体組成物に、界面活性剤、固体(例えば、発泡スチロール、ポリメチルメタクリレート、ゴム又はプラスチック製の発泡剤)及び/又は液状(例えば、ジイソプロピルアゾジカルボキシレート)の気孔形成剤を加えることにより形成することができる。界面活性剤及び気孔形成剤の材質は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されない。また、気孔は、砥石の前駆体組成物を攪拌して、強制的に気泡を同伴させることによって形成してもよい。
本発明のレジノイド砥石において、砥粒体積率は、5体積%〜55体積%であり、気孔体積率は、5体積%〜80体積%であり、結合剤率は、100%から砥粒体積率と気孔体積率を減じた値であることが好ましい。
次に、本発明のレジノイド砥石の製造方法の好適な実施形態について説明する。
まず、可撓性エポキシ樹脂と、場合により芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂とを、液状に調製して混合する。次いで、これらの混合物に、エポキシ樹脂のエポキシ当量に基づく量の硬化剤を添加し、均一になるまで混合する。更に必要に応じて、充填剤、界面活性剤、液状及び/又は固体の気孔形成剤を添加・混合して均一な混合物を得る。この混合物に、砥粒、必要に応じて、その他の充填剤、固体気孔形成剤等を加えて攪拌し、均一な分散物を得る。次いで、この分散物を任意の型に流し込み、40〜90℃で約2〜6時間加温して、一次硬化物を得る。一次硬化物を脱型後、更に120〜160℃で約3〜9時間加熱して硬化反応を終了させると、本発明にしたがったレジノイド砥石が得られる。気孔形成剤を使用する場合には、加熱工程により多孔質化が促進される。
まず、可撓性エポキシ樹脂と、場合により芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂とを、液状に調製して混合する。次いで、これらの混合物に、エポキシ樹脂のエポキシ当量に基づく量の硬化剤を添加し、均一になるまで混合する。更に必要に応じて、充填剤、界面活性剤、液状及び/又は固体の気孔形成剤を添加・混合して均一な混合物を得る。この混合物に、砥粒、必要に応じて、その他の充填剤、固体気孔形成剤等を加えて攪拌し、均一な分散物を得る。次いで、この分散物を任意の型に流し込み、40〜90℃で約2〜6時間加温して、一次硬化物を得る。一次硬化物を脱型後、更に120〜160℃で約3〜9時間加熱して硬化反応を終了させると、本発明にしたがったレジノイド砥石が得られる。気孔形成剤を使用する場合には、加熱工程により多孔質化が促進される。
以下、本発明を、実施例および比較例により更に詳細に説明するが、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、本発明の構成を限定するものではない。
(実施例1)
結合剤として可撓性エポキシ樹脂であるダイマー酸ジグリシジルエステル80重量%及びビスフェノールFジグリシジルエーテル20重量%を用いた本発明のレジノイド砥石の製造
以下に示す原材料を用いて本発明の砥石を製造した。
砥粒:GC#220 1000重量部
結合剤:ダイマー酸ジグリシジルエステル 液状 372重量部
(東都化成社製、品番YD−171)
ビスフェノールFジグリシジルエーテル 液状 93重量部
(東都化成社製、品番YDF−170)
硬化剤:アミン系硬化剤 59重量部
充填剤:アエロジル(シリカ微粉) 1重量部
界面活性剤:非イオン(ノニオン)界面活性剤 10重量部
まず、液状に調製した所定の重量部のダイマー酸ジグリシジルエステル及びビスフェノールFジグリシジルエーテルと、エポキシ当量に基づいた重量部の硬化剤とを攪拌容器に投入し、次いで、所定の重量部のアエロジルを加えて、均一になるまで混合した。次いで、この混合物に所定の重量部の砥粒を加えて均一になるまで混合した。得られた混合物を所定寸法の成型金型に流し込み、70℃で約4時間加温することにより一次硬化物を得た。一次硬化物を脱型後、更に145℃で約6時間加熱し、硬化反応を終了させた。得られた硬化物に仕上げ加工を施し、砥石を得た。製造された砥石の組成は、砥石の全体積を基準として、砥粒体積率28%、結合剤体積率40%、気孔体積率32%であった。
結合剤として可撓性エポキシ樹脂であるダイマー酸ジグリシジルエステル80重量%及びビスフェノールFジグリシジルエーテル20重量%を用いた本発明のレジノイド砥石の製造
以下に示す原材料を用いて本発明の砥石を製造した。
砥粒:GC#220 1000重量部
結合剤:ダイマー酸ジグリシジルエステル 液状 372重量部
(東都化成社製、品番YD−171)
ビスフェノールFジグリシジルエーテル 液状 93重量部
(東都化成社製、品番YDF−170)
硬化剤:アミン系硬化剤 59重量部
充填剤:アエロジル(シリカ微粉) 1重量部
界面活性剤:非イオン(ノニオン)界面活性剤 10重量部
まず、液状に調製した所定の重量部のダイマー酸ジグリシジルエステル及びビスフェノールFジグリシジルエーテルと、エポキシ当量に基づいた重量部の硬化剤とを攪拌容器に投入し、次いで、所定の重量部のアエロジルを加えて、均一になるまで混合した。次いで、この混合物に所定の重量部の砥粒を加えて均一になるまで混合した。得られた混合物を所定寸法の成型金型に流し込み、70℃で約4時間加温することにより一次硬化物を得た。一次硬化物を脱型後、更に145℃で約6時間加熱し、硬化反応を終了させた。得られた硬化物に仕上げ加工を施し、砥石を得た。製造された砥石の組成は、砥石の全体積を基準として、砥粒体積率28%、結合剤体積率40%、気孔体積率32%であった。
(実施例2)
結合剤として可撓性エポキシ樹脂であるダイマー酸ジグリシジルエステル90重量%及びビスフェノールFジグリシジルエーテル10重量%を用いた本発明のレジノイド砥石の製造
以下に示す原材料を用いて、実施例1と同様の手順にしたがって、本発明の砥石を製造した。
砥粒:GC#220 1000重量部
結合剤:ダイマー酸ジグリシジルエステル 液状 423重量部
(東都化成社製、品番YD−171)
ビスフェノールFジグリシジルエーテル 液状 47重量部
(東都化成社製、品番YDF−170)
硬化剤:アミン系硬化剤 53重量部
充填剤:アエロジル(シリカ微粉) 1重量部
界面活性剤:非イオン(ノニオン)界面活性剤 10重量部
製造された砥石の組成は、砥石の全体積を基準として、砥粒体積率26%、結合剤体積率37%、気孔体積率37%であった。
結合剤として可撓性エポキシ樹脂であるダイマー酸ジグリシジルエステル90重量%及びビスフェノールFジグリシジルエーテル10重量%を用いた本発明のレジノイド砥石の製造
以下に示す原材料を用いて、実施例1と同様の手順にしたがって、本発明の砥石を製造した。
砥粒:GC#220 1000重量部
結合剤:ダイマー酸ジグリシジルエステル 液状 423重量部
(東都化成社製、品番YD−171)
ビスフェノールFジグリシジルエーテル 液状 47重量部
(東都化成社製、品番YDF−170)
硬化剤:アミン系硬化剤 53重量部
充填剤:アエロジル(シリカ微粉) 1重量部
界面活性剤:非イオン(ノニオン)界面活性剤 10重量部
製造された砥石の組成は、砥石の全体積を基準として、砥粒体積率26%、結合剤体積率37%、気孔体積率37%であった。
(比較例1)
結合剤としてビスフェノールFジグリシジルエーテルを用いた多孔質レジノイド砥石の製造
以下に示す原材料を用いて、特開2004−160646号に開示される従来技術の砥石を製造した。
砥粒:GC#1000 1000重量部
結合剤:ビスフェノールFジグリシジルエーテル 液状 755重量部
(東都化成社製、品番YDF−170)
硬化剤:アミン系硬化剤 191重量部
界面活性剤:非イオン(ノニオン)界面活性剤 10重量部
充填剤:タルク 380重量部
液状発泡剤:ジイソプロピルアゾジカルボキシレート 30重量部
まず、所定の重量部の液状エポキシ樹脂(ビスフェノールFジグリシジルエーテル)、硬化剤及び界面活性剤を、攪拌容器に投入して、均一になるまで混合した。次いで、所定の重量部のタルク及び砥粒を加えて、均一になるまで混合した。次いで、所定の重量部のジイソプロピルアゾジカルボキシレートを加えて、更に所望の気泡巻き込み状態となるまで攪拌し、均一になるまで混合した。得られた混合物を流し込み成型用の金型に充填し、90℃で1時間加熱することにより一次硬化物を得た。一次硬化物を脱型後、更に150℃で約6時間加熱し、硬化反応を終了させた。得られた硬化物に仕上げ加工を施し、砥石を得た。製造された砥石の組成は、砥石の全体積を基準として、砥粒体積率7.5%、結合剤体積率22.5%、気孔体積率70%であった。
結合剤としてビスフェノールFジグリシジルエーテルを用いた多孔質レジノイド砥石の製造
以下に示す原材料を用いて、特開2004−160646号に開示される従来技術の砥石を製造した。
砥粒:GC#1000 1000重量部
結合剤:ビスフェノールFジグリシジルエーテル 液状 755重量部
(東都化成社製、品番YDF−170)
硬化剤:アミン系硬化剤 191重量部
界面活性剤:非イオン(ノニオン)界面活性剤 10重量部
充填剤:タルク 380重量部
液状発泡剤:ジイソプロピルアゾジカルボキシレート 30重量部
まず、所定の重量部の液状エポキシ樹脂(ビスフェノールFジグリシジルエーテル)、硬化剤及び界面活性剤を、攪拌容器に投入して、均一になるまで混合した。次いで、所定の重量部のタルク及び砥粒を加えて、均一になるまで混合した。次いで、所定の重量部のジイソプロピルアゾジカルボキシレートを加えて、更に所望の気泡巻き込み状態となるまで攪拌し、均一になるまで混合した。得られた混合物を流し込み成型用の金型に充填し、90℃で1時間加熱することにより一次硬化物を得た。一次硬化物を脱型後、更に150℃で約6時間加熱し、硬化反応を終了させた。得られた硬化物に仕上げ加工を施し、砥石を得た。製造された砥石の組成は、砥石の全体積を基準として、砥粒体積率7.5%、結合剤体積率22.5%、気孔体積率70%であった。
(物性評価試験)
実施例1〜2及び比較例1において製造した砥石について、以下の手順にしたがい、ゴム硬度、反発弾性率及び25%圧縮硬度の物性評価試験を行った。
1.物性評価手順
1−1.ゴム硬度
ゴム硬度計(Aスケール)を用いて硬度を測定した。
1−2.25%圧縮硬度
JIS K6767(発泡プラスチック−ポリエチレン−試験方法)に規定された以下の手順にしたがい、25%圧縮硬度値を測定した。測定方法を示す概念図を図2に示す。
(1)実施例及び比較例で得られた砥石を127×35×85mmの直方体に切り出し試験用砥石2として用意する。
(2)試験用砥石2の127×35mm面を圧縮面とし、島津製作所製オートグラフAG−10TD試験機の下台3に設置する。
(3)鉛直方向上から下を加圧方向4として、試験機の荷重測定加圧ヘッド1により、圧縮速度10mm/minで試験用砥石2のはじめの厚さの25%だけ圧縮して停止し、20秒後の荷重(N)を測定する。
(4)試験用砥石2の断面積と20秒後の荷重から、次式により25%圧縮硬度値(MPa)を求める。
25%圧縮硬度(MPa)=20秒後の荷重(N)/試験用砥石の断面積(mm2)
1−3.反発弾性率
JIS K6255(加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの反発弾性試験方法)を参考にした以下の手順にしたがい、反発弾性率を測定した。測定方法を示す概念図を図1に示す。
(1)ロックウエル硬度測定用の1/4インチ鋼球5を用意する。
(2)実施例及び比較例で得られた砥石を127×35×85mmの直方体に切り出し試験用砥石2として用意する。
(3)試験用砥石2から200mmの落下高さから鋼球5を落下させる。
(4)1/4インチ鋼球5が試験用砥石2に当り、跳ね返った反発高さを測定する。
(5)落下高さと反発高さから、次式により反発弾性率(%)を求める。
反発弾性率(%)=反発高さ(mm)/落下高さ(200mm)×100
2.試験結果
実施例1〜2及び比較例1において製造した砥石の物性評価試験結果を表1に示す。
実施例1〜2及び比較例1において製造した砥石について、以下の手順にしたがい、ゴム硬度、反発弾性率及び25%圧縮硬度の物性評価試験を行った。
1.物性評価手順
1−1.ゴム硬度
ゴム硬度計(Aスケール)を用いて硬度を測定した。
1−2.25%圧縮硬度
JIS K6767(発泡プラスチック−ポリエチレン−試験方法)に規定された以下の手順にしたがい、25%圧縮硬度値を測定した。測定方法を示す概念図を図2に示す。
(1)実施例及び比較例で得られた砥石を127×35×85mmの直方体に切り出し試験用砥石2として用意する。
(2)試験用砥石2の127×35mm面を圧縮面とし、島津製作所製オートグラフAG−10TD試験機の下台3に設置する。
(3)鉛直方向上から下を加圧方向4として、試験機の荷重測定加圧ヘッド1により、圧縮速度10mm/minで試験用砥石2のはじめの厚さの25%だけ圧縮して停止し、20秒後の荷重(N)を測定する。
(4)試験用砥石2の断面積と20秒後の荷重から、次式により25%圧縮硬度値(MPa)を求める。
25%圧縮硬度(MPa)=20秒後の荷重(N)/試験用砥石の断面積(mm2)
1−3.反発弾性率
JIS K6255(加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの反発弾性試験方法)を参考にした以下の手順にしたがい、反発弾性率を測定した。測定方法を示す概念図を図1に示す。
(1)ロックウエル硬度測定用の1/4インチ鋼球5を用意する。
(2)実施例及び比較例で得られた砥石を127×35×85mmの直方体に切り出し試験用砥石2として用意する。
(3)試験用砥石2から200mmの落下高さから鋼球5を落下させる。
(4)1/4インチ鋼球5が試験用砥石2に当り、跳ね返った反発高さを測定する。
(5)落下高さと反発高さから、次式により反発弾性率(%)を求める。
反発弾性率(%)=反発高さ(mm)/落下高さ(200mm)×100
2.試験結果
実施例1〜2及び比較例1において製造した砥石の物性評価試験結果を表1に示す。
2−1.ゴム硬度値
ゴム硬度は、実施例1は84、実施例2は75であり、比較例1の98と比べて低い値であった。この結果は、本発明の砥石が軟らかいことを示している。
2−2.25%圧縮硬度
25%圧縮硬度は、実施例1は7.3MPa、実施例2は4.4MPaであったが、比較例1では砥石が破壊され測定不可能であった。この結果は、本発明の砥石は比較例1の従来技術の砥石に比べて脆性が低いことを示している。
2−3.反発弾性率
反発弾性率は、実施例1は16%、実施例2は13.5%であり、比較例1の25%と比べて低い値であった。この結果は、本発明の砥石は衝撃又は荷重を吸収する能力が高いことを示している。
ゴム硬度は、実施例1は84、実施例2は75であり、比較例1の98と比べて低い値であった。この結果は、本発明の砥石が軟らかいことを示している。
2−2.25%圧縮硬度
25%圧縮硬度は、実施例1は7.3MPa、実施例2は4.4MPaであったが、比較例1では砥石が破壊され測定不可能であった。この結果は、本発明の砥石は比較例1の従来技術の砥石に比べて脆性が低いことを示している。
2−3.反発弾性率
反発弾性率は、実施例1は16%、実施例2は13.5%であり、比較例1の25%と比べて低い値であった。この結果は、本発明の砥石は衝撃又は荷重を吸収する能力が高いことを示している。
(研削試験)
実施例1〜2及び比較例1において製造した試験用砥石を用いて研削試験を行い、研削抵抗、被削材除去量及び仕上げ面粗度を測定して、砥石の研削性能を評価した。
1.研削条件
以下の条件にしたがって研削試験を行った。
砥石 寸法:外径200mm×厚さ15mm×孔径50.8mm
形状:1Aタイプ
被削材 材質:TFT LCD用ガラス
寸法:長さ100mm×幅100mm(切り出し)
研削液 名称:クレカットNS201
濃度:2%
流量:500ml/s(30l/min)
研削盤 種類:岡本工作製横軸平面研削盤
型式:CNC−52B(7.5kw)
ツルーイング、ドレッシング条件
ツルーア:多石ドレッサ
砥石周速度:40m/s
ツルーイング送り速度:8.3mm/s
ツルーイングリード:0.16mm/rev
研削条件 研削方式:平面プランジ研削
砥石周速度:40m/s
テーブル速度:83.3mm/s
切込み:0.5μm/pass
研削試験前の被削材面粗度:3.0μmRzJISに調整
2.試験結果
研削抵抗、被削材除去量及び仕上げ面粗度を測定して、砥石の研削性能を評価した。
2−1.研削抵抗
研削抵抗の結果を表2に示す。
実施例1〜2及び比較例1において製造した試験用砥石を用いて研削試験を行い、研削抵抗、被削材除去量及び仕上げ面粗度を測定して、砥石の研削性能を評価した。
1.研削条件
以下の条件にしたがって研削試験を行った。
砥石 寸法:外径200mm×厚さ15mm×孔径50.8mm
形状:1Aタイプ
被削材 材質:TFT LCD用ガラス
寸法:長さ100mm×幅100mm(切り出し)
研削液 名称:クレカットNS201
濃度:2%
流量:500ml/s(30l/min)
研削盤 種類:岡本工作製横軸平面研削盤
型式:CNC−52B(7.5kw)
ツルーイング、ドレッシング条件
ツルーア:多石ドレッサ
砥石周速度:40m/s
ツルーイング送り速度:8.3mm/s
ツルーイングリード:0.16mm/rev
研削条件 研削方式:平面プランジ研削
砥石周速度:40m/s
テーブル速度:83.3mm/s
切込み:0.5μm/pass
研削試験前の被削材面粗度:3.0μmRzJISに調整
2.試験結果
研削抵抗、被削材除去量及び仕上げ面粗度を測定して、砥石の研削性能を評価した。
2−1.研削抵抗
研削抵抗の結果を表2に示す。
比較例1の砥石を用いた研削試験においては、設定切込み100μmで研削抵抗が増加して異常値を示したため、それ以降の研削試験は中止した。この結果は、比較例1の砥石は多孔質化された砥石であるが、結合剤として可撓性のないエポキシ樹脂を使用しているために、結合剤成分により設定切込みを吸収することができず異常荷重の状態となったことによるものと考えられる。一方、実施例1及び2の本発明にしたがったレジノイド砥石は、比較例1の砥石より気孔率が小さいにもかかわらず、研削抵抗の異常増加は見られなかった。この結果は、結合剤として可撓性エポキシ樹脂を使用しているために、結合剤成分により設定切込みが吸収されたことによるものと考えられる。
2−2.被削材除去量
被削材除去量の結果を表3に示す。
2−2.被削材除去量
被削材除去量の結果を表3に示す。
研削試験の条件は、仕上げ加工を目的とするものであるため、通常の場合と比較すると総体的に被削材除去量は少なめであった。研削試験を中止した比較例1を除外すると、実施例1の砥石を使用した場合に実施例2と比較して被削材除去量が多かった。この結果は、結合剤として使用した可撓性エポキシ樹脂と芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂の量的割合が、研削条件に合致していたことによるものと考えられる。したがって、本発明においては、可撓性エポキシ樹脂と芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂の量的割合を適宜変更することにより、研削条件により適合した砥石を提供することができる。
2−3.仕上げ面粗度
被削材の仕上げ面粗度の結果を表4に示す。
2−3.仕上げ面粗度
被削材の仕上げ面粗度の結果を表4に示す。
一般的に、砥粒の粒径と仕上げ面粗度の関係においては、砥粒の平均粒径が大きいほど仕上げ面粗度が粗くなるのが通常である。しかしながら、表4の結果をみると、平均粒径の大きい#220の砥粒が使用された実施例1及び2の砥石では、平均粒径の小さい#1000の砥粒が使用された比較例1の砥石と比較して、特に設定切込み300μmまで研削して、ほぼ同等の仕上げ面粗度が得られた。
従来チッピングやマイクロクラックを防止するには平均粒径の小さい砥粒を使用するのが一般的であり、#1000の砥粒を使用すれば、チッピングの影響は最小限に抑えられると考えられる。研削試験の結果によれば、仕上げ面粗度が、平均粒径の大きい#220の砥粒が使用された実施例1及び2と粒径の小さい#1000の砥粒が使用された比較例1とが同等であったことから、本発明にしたがったレジノイド砥粒は、結合剤として可撓性エポキシ樹脂を用いることにより、チッピングやマイクロクラックが防止されて良好な面粗度が達成されたと考えられる。
本発明にしたがったレジノイド砥石は、粗研削及び仕上げ研磨を目的とした、円筒研削、平面研削及び内面研削に使用することができ、更にホーニング等の最終仕上げにも応用することができる。被削材としては、鉄系材料及び非鉄系材料に適用できるが、特に、超硬、シリコン、アルミナ、炭化物、窒化物、サファイア、石英、各種ガラス、その他セラミック材料などの硬脆性材料の研削研磨に好適に適用することができ、特に好適にはTFT液晶ガラスの素材におけるエッジの仕上研磨に用いられる。その他、本発明にしたがったレジノイド砥石は、プレス打ち抜きされた金属部品のバリ取り加工、凹凸のある薄板状の被削物の研磨、センタレス研削のコントロール用砥石にも好適に使用することができる。
1 荷重測定 加圧ヘッド
2 試験用砥石
3 下台
4 加圧方向(鉛直方向上から下)
5 鋼球
2 試験用砥石
3 下台
4 加圧方向(鉛直方向上から下)
5 鋼球
Claims (8)
- 砥粒がエポキシ樹脂で固定化されたレジノイド砥石であって、該エポキシ樹脂が可撓性エポキシ樹脂であることを特徴とする前記レジノイド砥石。
- 前記可撓性エポキシ樹脂が、ダイマー酸変成エポキシ樹脂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。
- 前記エポキシ樹脂が、芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂の全重量基準で40重量%まで含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載のレジノイド砥石。
- 前記芳香族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂が、ビスフェノールA型エポキシ樹脂又はビスフェノールF型エポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項3記載のレジノイド砥石。
- 前記レジノイド砥石が、粉末若しくは液状の発泡剤、無機質若しくは有機質の気孔形成剤、又は界面活性剤を用いることにより多気孔とされていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のレジノイド砥石。
- 前記レジノイド砥石のゴム硬度が、ゴム硬度Aスケールにより測定して50〜90であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のレジノイド砥石。
- 前記レジノイド砥石の25%圧縮硬度(JIS K6767)が、1.0〜35.0MPaであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のレジノイド砥石。
- 前記レジノイド砥石の反発弾性率が5〜20%であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のレジノイド砥石。
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