JP6929060B2 - 研磨材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、研磨材及びその製造方法に関する。
従来から、鋼材の黒皮（酸化皮膜）の除去等の研磨処理には、ディスク状、プレート状等に成形された研磨材が使用されている。例えば、特許文献１には、砥粒と結合剤と有機質中空体とを含有するレジノイド研削砥石が記載されている。
本発明は、高い切削性と高い耐久性とを両立でき、鋼材の研削・研磨等の用途に好適に使用できる研磨材及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、熱硬化性樹脂粉体の硬化物を含有し、熱膨張性微小球に由来する複数の気泡を有する多孔質体と、多孔質体中に分散した砥粒と、を含む、研磨材に関する。
一態様に係る研磨材は、熱硬化性樹脂粉体、前記熱膨張性微小球及び前記砥粒を含有する混合粉体の硬化発泡体を含むものであってよい。
一態様において、熱膨張性微小球は、熱硬化性樹脂粉体の硬化温度以下の温度で膨張可能な微小球であってよい。
一態様において、熱硬化性樹脂粉体は、エポキシ樹脂を含有していてよい。
一態様において、熱硬化性樹脂粉体の平均粒径は５〜３００μｍであってよい。
本発明に係る他の一側面は、上記研磨材の製造方法に関する。この製造方法は、熱硬化性樹脂粉体、熱膨張性微小球及び砥粒を含有する混合粉体を、成形型に充填する充填工程と、成形型に充填された混合粉体を加熱して、熱硬化性樹脂粉体を溶融及び硬化させる加熱工程と、を備える。
一態様において、熱膨張性微小球は、加熱工程における加熱温度以下の温度で膨張可能な微小球であってよい。
本発明によれば、高い切削性と高い耐久性とを両立でき、鋼材の研削・研磨等の用途に好適に使用できる研磨材及びその製造方法が提供される。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
（研磨材）
本実施形態に係る研磨材は、多孔質体と多孔質体中に分散した砥粒とを含む。多孔質体は、熱硬化性樹脂粉体の硬化物を含有しており、熱膨張性微小球に由来する複数の気泡を有している。
本実施形態に係る研磨材は、多孔質体と多孔質体中に分散した砥粒とを含む。多孔質体は、熱硬化性樹脂粉体の硬化物を含有しており、熱膨張性微小球に由来する複数の気泡を有している。
本実施形態に係る研磨材は、高い切削性と高い耐久性とを両立でき、鋼材の研削・研磨（例えば、鋼材の酸化皮膜除去）等の用途に好適に使用できる。
熱硬化性樹脂粉体は、熱硬化性樹脂組成物が粉状に成形された材料であり、加熱により溶融及び硬化する材料である。熱硬化性樹脂粉体は、例えば、熱硬化性樹脂と硬化剤とを含有する組成物から構成されていてよく、熱硬化性樹脂と硬化剤とを含有する材料を半硬化させた組成物から構成されていてもよい。
熱硬化性樹脂粉体は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を含有していてよい。熱硬化性樹脂粉体は、これらのうちエポキシ樹脂を含有することが好ましい。熱硬化性樹脂粉体がエポキシ樹脂を含有することで、より高い耐久性を有する研磨材が得られる。
熱硬化性樹脂粉体の平均粒径は、例えば５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。熱硬化性樹脂粉体の平均粒径を大きくすることで、熱硬化性樹脂粉体の作製が容易となり、また、後述する混合粉体の調製も容易となる傾向がある。また、熱硬化性樹脂粉体の平均粒径は、例えば３００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましい。熱硬化性樹脂粉体の平均粒径を小さくすることで後述する混合粉体における分散性が向上し、より均一な研磨材が得られやすくなる傾向がある。なお、本明細書中、熱硬化性樹脂粉体の平均粒径は、レーザー回折・散乱法（マイクロトラック粒子径分布測定装置（マイクロトラック・ベル製（大阪府大阪市））により測定される値を示す。
熱硬化性樹脂粉体としては、市販品を用いてよく、例えば、ペルパウダー ＰＣＥ−７５０、ＰＣＥ−７５２、ＸＰ−１３７７、ＸＰ−１３７８、ＸＰ−１３７９（ペルノックス社（神奈川県秦野市）製）等を使用できる。
熱膨張性微小球は、加熱により膨張可能な微小球である。
熱膨張性微小球は、例えば、熱可塑性樹脂から構成された外殻と外殻内に内包された揮発性成分とを有している。このような熱膨張性微小球は、加熱により外殻が軟化するとともに、内部の揮発性成分がガス化することで内圧が上がり、膨張する。揮発性成分は、例えば低沸点の炭化水素等であってよい。
熱膨張性微小球の平均粒径は、例えば３μｍ以上であってよく、５μｍ以上であることが好ましい。また、熱膨張性微小球の平均粒径は、例えば１００μｍ以下であってよく、４５μｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書中、熱膨張性微小球の平均粒径は、レーザー回折・散乱法（マイクロトラック粒子径分布測定装置（マイクロトラック・ベル製（大阪府大阪市））により測定される値を示す。
また、熱硬化性樹脂粉体の平均粒径に対する熱膨張性微小球の平均粒径の比は、好ましくは０．１以上であり、より好ましくは０．２以上である。また、熱硬化性樹脂粉体の平均粒径に対する熱膨張性微小球の平均粒径の比は、好ましくは１未満であり、より好ましくは０．９以下である。この比が上記範囲であると、本発明の効果が一層顕著に奏される。
熱膨張性微小球としては、市販品を用いてよく、例えば、Ｅｘｐａｎｃｅｌ ０５１−４０ＤＵ、０５３−４０ＤＵ、０３１−４０ＤＵ、９２０−４０ＤＵ、９２０−８０ＤＵ、９２０−１２０ＤＵ、９０９−８０ＤＵ、９３０−１２０ＤＵ、９５１−１２０ＤＵ、９８０−１２０ＤＵ、５５１−４０ＤＵ、４６１−４０ＤＵ、４６１−２０ＤＵ（日本フィライト社（大阪府大阪市）製）、マツモトマイクロスフェアー Ｆ−３０、Ｆ−３６ＬＶ、Ｆ−４８、ＦＮ−７８、ＦＮ−８０ＧＳ、Ｆ−５０、Ｆ−６５、ＦＮ−１００ＳＳ、ＦＮ−１００Ｓ、Ｆ−１００Ｍ、ＦＮ−１００Ｍ、ＦＮ−１００、ＦＮ−１０５、ＦＮ−１８０ＳＳ、ＦＮ−１８０Ｓ、ＦＮ−１８０、Ｆ−１９０Ｄ、Ｆ―２３０Ｄ、Ｆ−２６０Ｄ、Ｆ−２８００Ｄ（松本油脂製薬社（大阪府八尾市）製）等を使用できる。
多孔質体は、熱膨張性微小球に由来する複数の気泡を有している。熱膨張性微小球に由来する気泡とは、熱硬化性樹脂粉体の硬化時に膨張していた熱膨張性微小球が、収縮又は除去されることで生じた気泡である。気泡中には、熱膨張性微小球又はその加熱残分が内包されていてよい。また、熱膨張性微小球に由来する気泡は独立気泡であり、多孔質体は、独立気泡を有する多孔質体ということができる。
砥粒の種類は、特に限定されず、研磨対象に応じて適宜変更してよい。砥粒としては、例えばシリコンカーバイト、酸化アルミニウム、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド等が挙げられる。研磨材を鋼材の研削・研磨に使用する場合、砥粒としては、シリコーンカーバイト、立方晶窒化ホウ素が好ましい。
砥粒の平均粒径は、特に限定されず、研磨対象に応じて適宜変更してよい。砥粒の平均粒径は、例えば１μｍ以上であることが好ましく、４μｍ以上であることがより好ましい。また、砥粒の平均粒径は、例えば２５００μｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書中、砥粒の平均粒径は、ＪＩＳ Ｒ ６００１（１９９８）及びＪＩＳ Ｒ ６００２（１９９８）（ＩＳＯ８４８６−１（１９９６）及びＩＳＯ８４８６−２（１９９６））に準拠して測定される値を示す。
砥粒の含有量は特に限定されない。例えば、砥粒の含有量は、多孔質体及び砥粒の合計１００質量部に対して２０質量部以上であることが好ましく、６０質量部以上であることがより好ましい。また、砥粒の含有量は、例えば、多孔質体及び砥粒の合計１００質量部に対して９５質量部以下であることが好ましく、８０質量部以下であることがより好ましい。砥粒の含有量を上記範囲とすることで、研磨材の機械強度と研磨力とを良好なバランスで得ることができる。
多孔質体の形状は特に限定されず、例えば、ディスク状、プレート状、ホイール状、直方体状、立方体状等であってよい。
本実施形態に係る研磨材は、熱硬化性樹脂粉体、熱膨張性微小球及び砥粒を含有する混合粉体の硬化発泡体を含むものであってよい。このような硬化発泡体は、熱硬化性樹脂粉体の硬化物及び砥粒から構成されており、熱膨張性微小球に由来する複数の気泡を有している。
硬化発泡体は所定の形状に成形されていることが好ましい。硬化発泡体の形状は、例えば、ディスク状、プレート状、ホイール状、直方体状、立方体状等であってよい。
本実施形態では、例えば、目的の形状より大きい硬化発泡体を加工することで、目的の形状を有する硬化発泡体を得てよい。また、本実施形態では、混合粉体を成形型に充填して硬化することで、目的の形状を有する硬化発泡体を得てもよい。
混合粉体中の熱硬化性樹脂粉体の含有量は、例えば、混合粉体の全量基準で５質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましい。また、混合粉体中の熱硬化性樹脂粉体の含有量は、例えば、混合粉体の全量基準で８０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以下であることがより好ましい。
混合粉体中の熱膨張性微小球の含有量は、例えば、混合粉体の全量基準で０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましい。また、混合粉体中の熱膨張性微小球の含有量は、例えば、混合粉体の全量基準で１０質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましい。
混合粉体中の砥粒の含有量は、例えば、混合粉体の全量基準で２０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。また、混合粉体中の砥粒の含有量は、例えば、混合粉体の全量基準で９５質量％以下であることが好ましく、８０質量％以下であることがより好ましい。
混合粉体を加熱することで、熱硬化性樹脂粉体の溶融及び硬化、並びに、熱膨張性微小球の膨張が生じ、硬化発泡体が形成される。なお、熱膨張性微小球の膨張は、熱硬化性樹脂粉体が硬化する前に生じていればよい。また、熱膨張性微小球の膨張は、熱硬化性樹脂粉末の溶融後に生じてよく、溶融前に生じてもよい。すなわち、熱膨張微小球は、熱硬化性樹脂粉体の硬化温度以下の温度で膨張可能な微小球であればよい。
混合粉体の加熱温度は、熱硬化性樹脂粉体を硬化可能な温度であればよい。例えば、加熱温度は、例えば７０℃以上であってよく、２９０℃以下であってよい。
本実施形態に係る研磨材の用途は特に限定されず、鋼材の研削・研磨（例えば、酸化皮膜除去）等の用途に好適に用いることができる。
（研磨材の製造方法）
本実施形態に係る研磨材の製造方法は、熱硬化性樹脂粉体、熱膨張性微小球及び砥粒を含有する混合粉体を、成形型に充填する充填工程と、成形型に充填された混合粉体を加熱して、熱硬化性樹脂粉体を溶融及び硬化させる加熱工程と、を備えている。
本実施形態に係る研磨材の製造方法は、熱硬化性樹脂粉体、熱膨張性微小球及び砥粒を含有する混合粉体を、成形型に充填する充填工程と、成形型に充填された混合粉体を加熱して、熱硬化性樹脂粉体を溶融及び硬化させる加熱工程と、を備えている。
本実施形態によれば、熱硬化性樹脂粉体の硬化物を含有し、熱膨張性微小球に由来する複数の気泡を有する多孔質体と、当該多孔質体中に分散した砥粒と、を含み、切削性及び耐久性に優れる研磨材を容易に製造することができる。
本実施形態では、多孔質体を構成するための樹脂原料として熱硬化性樹脂粉体を採用し、多孔質体の気泡を形成するための発泡剤として熱膨張性微小球を採用している。例えば、樹脂原料が液状であると、液状樹脂原料中で発泡剤が沈殿又は浮上して発泡が不均一化したり、液状樹脂原料中で砥粒が沈殿又は浮上して研磨材の研磨性能が不均一化するおそれがある。これに対して、本実施形態では、樹脂原料、発泡剤及び砥粒がいずれも粉体であるため、これらが均一に混合された状態を容易に維持したまま、硬化及び発泡を行うことができる。
また、本実施形態では、発泡剤として熱膨張性微小球を採用している。熱膨張性微小球は、外殻中に揮発性成分が内包されているため、熱硬化性樹脂粉体の溶融前に膨張が開始した場合でも、揮発性成分が外部へ漏出せず、多孔質体を形成できる。このため、本実施形態に係る製造方法によれば、均一な性能を有する研磨材を再現性良く製造することができる。
充填工程では、熱硬化性樹脂粉体、熱膨張性微小球及び砥粒を含有する混合粉体を、成形型に充填する。
混合粉体は、例えば、熱硬化性樹脂粉体、熱膨張性微小球及び砥粒を公知のミキサー等で混合することで得ることができる。混合粉体中の各成分の含有量は、上述のとおりであってよい。
成形型の形状は特に限定されず、目的の研磨材形状に応じて適宜変更してよい。成形型の材質は特に限定されず、加熱工程の加熱に耐え得る材質であればよい。
加熱工程は、成形型に充填された混合粉体を加熱して、熱硬化性樹脂粉体を溶融及び硬化させる工程である。加熱工程では、熱硬化性樹脂粉体が溶融することで粉体間の空隙及び粉体と成形型との間の空隙が埋まり、熱膨張性微小球が膨張することで気泡が生じる。この状態で硬化が進行することで、成形型に対応した形状の硬化発泡体が形成される。
なお、熱膨張性微小球の膨張は、熱硬化性樹脂粉体が硬化する前に生じていればよい。また、熱膨張性微小球の膨張は、熱硬化性樹脂粉末の溶融後に生じてよく、溶融前に生じてもよい。すなわち、熱膨張性微小球は、加熱開始から熱硬化性樹脂粉体の硬化までの間に膨張すればよく、加熱工程の加熱温度以下の温度で膨張可能な微小球であればよい。
加熱温度は、熱硬化性樹脂粉体を硬化可能な温度であればよい。例えば、加熱温度は、例えば７０℃以上であってよく、２９０℃以下であってよい。
加熱工程で得られた硬化発泡体は、そのまま研磨材として用いてよい。また、加熱工程で得られた硬化発泡体は、バックアップパッド等の他部材の取付け、表面研磨による砥粒の目出し、表面研磨によるサイズ調整等の処理を施してから研磨材として用いてもよい。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
熱硬化性樹脂粉体として「ペルパウダー ＰＣＥ−７５２」（ペルノックス社（神奈川県秦野市）製、平均粒径５７μｍ）、熱膨張性微小球として「Ｅｘｐａｎｃｅｌ ９３０−１２０ ＤＵ」（日本フィライト社（大阪府大阪市）製、平均粒径２８〜３８μｍ）、砥粒としてシリコンカーバイト砥粒＃３６（南興セラミックス社（東京都板橋区）製、平均粒径５００μｍ）を準備した。熱硬化性樹脂粉体３０質量部、熱膨張性微小球３質量部、及び砥粒７０質量部を、粉体混合機を用いて混合し、混合粉体を得た。
熱硬化性樹脂粉体として「ペルパウダー ＰＣＥ−７５２」（ペルノックス社（神奈川県秦野市）製、平均粒径５７μｍ）、熱膨張性微小球として「Ｅｘｐａｎｃｅｌ ９３０−１２０ ＤＵ」（日本フィライト社（大阪府大阪市）製、平均粒径２８〜３８μｍ）、砥粒としてシリコンカーバイト砥粒＃３６（南興セラミックス社（東京都板橋区）製、平均粒径５００μｍ）を準備した。熱硬化性樹脂粉体３０質量部、熱膨張性微小球３質量部、及び砥粒７０質量部を、粉体混合機を用いて混合し、混合粉体を得た。
得られた混合粉体を成形型（外径１００ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚み１０ｍｍのリング状）に充填し、１５０℃で１２０分加熱することにより、硬化発泡体を作製した。この硬化発泡体にバックアップパッドを取付け、研磨材Ａ−１とした。得られた研磨材Ａ−１について、以下の方法で切削性及び耐久性を評価した。結果を表１に示す。
＜性能評価＞
研磨材Ａ−１を１００φ用のディスクグラインダーに取り付けた。次に鉄板（一般構造用の鉄鋼材ＳＳ４００、サイズ：３００ｍｍ（長さ）×１５０ｍｍ（幅）×３ｍｍ（厚））を準備して、その表面に３ｋｇ荷重で３ｍ／ｍｉｎの速度で往復研磨を行った。１分ごとに鉄板及び研磨材の重量を測定し、１分間で研磨された鉄板の量（すなわち、１分間での鉄板の減少量）及び１分間で摩耗した研磨材の量（すなわち、１分間での研磨材の減少量）を求めた。この往復研磨及び重量の測定を、研磨時間の合計が２５分になるまで実施し、鉄板の減少量を切削性として評価し、研磨剤の減少量を耐久性として評価した。
研磨材Ａ−１を１００φ用のディスクグラインダーに取り付けた。次に鉄板（一般構造用の鉄鋼材ＳＳ４００、サイズ：３００ｍｍ（長さ）×１５０ｍｍ（幅）×３ｍｍ（厚））を準備して、その表面に３ｋｇ荷重で３ｍ／ｍｉｎの速度で往復研磨を行った。１分ごとに鉄板及び研磨材の重量を測定し、１分間で研磨された鉄板の量（すなわち、１分間での鉄板の減少量）及び１分間で摩耗した研磨材の量（すなわち、１分間での研磨材の減少量）を求めた。この往復研磨及び重量の測定を、研磨時間の合計が２５分になるまで実施し、鉄板の減少量を切削性として評価し、研磨剤の減少量を耐久性として評価した。
（比較例１）
混合粉体に熱膨張性微小球を配合しなかったこと以外は、実施例１と同様にして硬化発泡体を作製し、バックアップパッドを取付けて研磨材Ｂ−１とした。得られた研磨材Ｂ−１について、実施例１と同様の性能評価を行った。結果を表２に示す。
混合粉体に熱膨張性微小球を配合しなかったこと以外は、実施例１と同様にして硬化発泡体を作製し、バックアップパッドを取付けて研磨材Ｂ−１とした。得られた研磨材Ｂ−１について、実施例１と同様の性能評価を行った。結果を表２に示す。
Claims (7)
- 熱硬化性樹脂粉体の硬化物を含有し、熱膨張性微小球に由来する複数の気泡を有する多孔質体と、
前記多孔質体中に分散した砥粒と、
を含み、
前記砥粒が、シリコーンカーバイト又は立方晶窒化ホウ素であり、
前記熱硬化性樹脂粉体の平均粒径に対する前記熱膨張性微小球の平均粒径の比が、０．１以上１未満である、研磨材。 - 前記熱硬化性樹脂粉体、前記熱膨張性微小球及び前記砥粒を含有する混合粉体の硬化発泡体を含む、請求項１に記載の研磨材。
- 前記熱膨張性微小球が、前記熱硬化性樹脂粉体の硬化温度以下の温度で膨張可能な微小球である、請求項１又は２に記載の研磨材。
- 前記熱硬化性樹脂粉体が、エポキシ樹脂を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨材。
- 前記熱硬化性樹脂粉体の平均粒径が５〜３００μｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨材。
- 熱硬化性樹脂粉体、熱膨張性微小球及び砥粒を含有する混合粉体を、成形型に充填する充填工程と、
前記成形型に充填された前記混合粉体を加熱して、前記熱硬化性樹脂粉体を溶融及び硬化させる加熱工程と、
を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨材の製造方法。 - 前記熱膨張性微小球が、前記加熱工程における加熱温度以下の温度で膨張可能な微小球である、請求項６に記載の製造方法。
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