JPH04226862A - 砥粒物品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、有機物で結合された研削砥石
に関する。具体的に言うと、本発明は、研摩材粒子が押
出し成形されたフィラメント状の粒子の形をした種入り
ゾルゲルα−アルミナを含む研削砥石に関する。

【０００２】有機物で結合された砥石を作製する前にア
ルミナ研摩材粒子をオルガノシランで処理すると、その
結果として、砥粒がそのような処理を受けていない砥石
と比べると湿式の研削用途においてより良好な性能を示
す砥石が得られるということは、米国特許第３０４１１
５６号明細書の教示から知られていることである。これ
は、それにより砥粒が、恐らく砥石表面が有意の劣化を
示すことになるであろう研削作業の間に水の作用から保
護されるからであると信じられた。この推論は、シラン
処理を利用した場合に乾式の研削用途では改善がほとん
ど又は少しも認められないという所見によって支持され
た。

【０００３】ゾルゲルアルミナ研摩材粒子、詳しく言え
ばサブミクロンの大きさの結晶構造を特徴とする種入り
のゾルゲルα−アルミナ研摩材粒子の開発につれて、有
機物で結合された砥石へ取入れられるべき粒子をオルガ
ノシランで処理する習慣は続けられ、そして本質的に同
じ結果が観測されている。

【０００４】ところが最近になって、米国特許第４６２
３３６４号明細書に例えば記載されたように製造された
、種入りのゾルゲルα−アルミナから作製されながら、
有機物で結合された研削砥石においてアルミナ砥粒の全
く異常な挙動を示す新しい研摩材粒子が開発された。こ
れらの新しい粒子は、一の次元に沿って実質的に一定の
断面と、その方向に沿って少なくとも約１のアスペクト
比（すなわち最大の断面寸法に対する長さの比）とを有
する。それらは典型的には、焼成するとα−アルミナを
生成する種入りゾルゲル材料の押出しにより製造される
。それらの挙動は、ケイ素に富む表面を与えるように粒
子を処理することによって乾式研削の性能を有意に向上
させることができることから、変っており且つ意外なこ
とである。先に示したように、従来の経験は、乾式の研
削砥石用途で使用するため粒子にそのような塗装を施す
ことはほとんどあるいは少しも効果がなかろうというも
のであった。

【０００５】

【発明の説明】本発明は、有機の結合剤材料と、種入り
ゾルゲルα−アルミナのサブミクロン大の結晶から形成
され、一の次元で実質的に一定の断面とその次元におい
て少なくとも約１のアスペクト比とを有し、且つケイ素
に富む表面を有する研摩材粒子とを含んでなる砥粒物品
を提供する。

【０００６】粒子の表面を「ケイ素に富む」と記載する
場合、それは、それらの粒子の表面のケイ素含有量が粒
子の本体よりも少なくとも１オーダー大きいことを意味
する。ケイ素はケイ素含有化合物の形をしており、そし
てこれは、完成した研摩用製品においてはシリカでよい
が、そうは言ってもこれは常にそうであるわけではない
。通常、本体は微量のケイ素又はケイ素含有化合物のみ
を含有するのに対し、表面は、粒子表面積の少なくとも
有意の部分に広がる、シリカ又はケイ素含有物質の塗装
を有する。

【０００７】この塗装は、オルガノシラン化合物として
、好ましくは、粒子表面の上に均一な塗装を作るのを助
ける官能基を含有するものとして、適用することができ
る。そのような官能基には、例えば、アミノ基、アクリ
ル基、メタクリル基、ビニル基及びメルカプト基が含め
られる。あるいはまた、ケイ素は、コロイドシリカもし
くはフュームドシリカとして、又はケイ素エーテル、ケ
イ素エステル、シリコーン又はシリケートといったよう
な化合物の形で、適用することができる。

【０００８】使用される結合剤は、有機物で結合された
研摩材粒子を作るのに有効ないずれの樹脂配合物でもよ
い。これらはしばしば、フェノール樹脂、特にレゾール
を主成分とする。しかしながらそれらは、他の成分、例
えばノボラック、尿素／ホルムアルデヒド樹脂、架橋用
添加剤、エラストマー、充填材、研削助剤といったよう
なものや、その他同様のものを含むことができる。

【０００９】ケイ素含有化合物は、任意の都合のよいや
り方により、例えばその化合物の溶液、ゾル、コロイド
分散液、又は他の微細分散液に粒子を浸漬させるといっ
たようなやり方により、適用することができる。粒子は
また、細かく分割された形態の化合物と共にタンブルす
ることもできる。化合物の粒子への付着力を高める添加
剤を化合物に入れることも、望ましいかもしれない。

【００１０】好ましい添加剤は、ユニオン・カーバイド
社よりＡ−１１００として、またダウ・コーニング社よ
りＺ　　６０３２として商業的に入手可能であるものの
ような、アミノシラン類である。

【００１１】研摩材粒子は、種入りゾルゲルα−アルミ
ナ粒子を含み、そして好ましくは、理論密度の少なくと
も９５％の密度を有する。それらは好ましくは少なくと
も１８ＧＰａ　の硬さを有するが、そうは言っても時に
は、１６ＧＰａ　ほどの硬さが有効であることがある。 しかしながら、粒子の形状は、本発明の利点を確保する
のに重要であるように思える。この依存関係の理由は十
分には分らないが、それはより大きなものを破砕して作
られるのと反対に、形をつける方法により作られる粒子
の一般的に微小割れのない表面に関係しているのかもし
れない。 この付形法の結果として、一の次元に沿って一般に一定
の断面形状と少なくとも約１のアスペクト比とが得られ
る。この断面は、例えば円形、長円形、正方形、三角形
、星型形状その他等のような、任意の都合のよい形状で
よい。断面形状のこの一定であることからの逸脱、例え
ば研摩材粒子の外表面へ比較的小さな粒子が付着するこ
とから生じるであろうようなものは、基本的な下にある
形状が本質的に一定のままである限りは、許容すること
ができる。一般には、円形の断面がその単純さゆえに好
ましい。断面の最大の寸法が粒径（ｇｒｉｔｓｉｚｅ　
）として都合よく表され、これは１６から約４００又は
それ以上までの範囲に及ぶことができる。しかしながら
大きさが低下するにつれて、例えば好ましい大きさが約
２０グリットから約２４０グリットであるようなそのよ
うに付形された粒子を製造するのはより困難になる。一
定の用途においては、非常に粗大な砥粒が非常に望まし
い結果を与えるとは言え、そのほかの状況では、１５０
グリットから約２４０グリットまでのようなより細かい
砥粒がより一層の優位を示すことができることが分る。

【００１２】粒子のアスペクト比は、約１から約１０ま
で、あるいはなお更に大きなものでよい。とは言うもの
の、より大きなアスペクト比は取扱いの問題を引き起こ
し、そして特に研摩布紙の用途において、通常の適用技
術で適切に配向させることが困難になる。従って、アス
ペクト比が約３から約６までの粒子を用いるのが普通で
ある。

【００１３】種入りゾルゲル研摩材粒子は、他の研摩材
との、例えば溶融アルミナ、溶融アルミナ−ジルコニア
、炭化ケイ素、ｃＢＮ、そして、バブルアルミナと氷晶
石の如き通常の鉱物粒子のような脆い充填材／研摩材粒
子、といったようなもの、その他同様のものとの、混合
物で使用することができる。

【００１４】研摩用製品の形態は、砥石車もしくは砥石
車セグメント、あるいは砥石のこのほかの形態でよい。 それは、通常は柔軟性の基材上に基礎接着剤層により保
持され、そして上引き接着剤層で薄く覆われた砥粒を有
する研摩布紙ベルト又はパッドでもよい。

【００１５】製品を非常に苛酷な研削条件で使用すると
、本発明の利点は最もはっきりと認められることが分る
。圧力又は送り量を低下させると、これらの利点は小さ
くなりがちであり、あるいは時には消失しがちである。

【００１６】

【好ましい態様の説明】次に、以下に掲げる例を参照し
て本発明を説明する。これらの例は、例示のみを目的と
するものであって、本発明の本質的範囲に対する避け難
い限定を暗示しようとするものではない。

【００１７】例１ 押出し成形された、粒径２４グリットそしてアスペクト
比約１．７の種入りゾルゲル研摩材粒子を使って、いく
つかの研削砥石を作製した。それぞれの場合に、使用し
た結合剤はノートン・カンパニーのＢ６５であり、また
活性充填材を使用した。各成分の割合は一定のままにし
た。

【００１８】これらの研削砥石の間の唯一の違いは、一
つ（Ａ）がユニオン・カーバイド社のＡ−１１００アミ
ノシランの塗装を砥粒の０．０５重量％のレベルまで受
けており、二番目のもの（Ｂ）が同様の量のダウ・コー
ニング社のＺ　　６０３２アミノシランを有し、そして
三番目のもの（比較用）が少しも処理を受けていない、
ということであった。

【００１９】シランは、０．０５重量％の適用量を与え
るのに必要な量でもって加えられる２５％水溶液の形で
砥粒に適用された。これを１５分間混合し、次いで１４
０℃のオーブンに１２〜２４時間入れて水を追い出した
。

【００２０】これらの砥石車は４０６．４ｍｍ×３．３
ｍｍ×２５．４ｍｍの大きさであって、それらの側面は
粗かった。実施した試験は、乾式で運転するＳｔｏｎｅ
　Ｍ−１５０切断機による切断試験であった。砥石車の
速度は２８６５ｒｐｍ　であり、また３回のならし切断
を行ってから測定を行った。試験棒は直径３８ｍｍの３
０４ステンレス鋼であった。切断は、１回当り２．５秒
及び１回当り４．０秒の速度で行った。各切断速度につ
いて異なる砥石を使用した。各砥石について合計して３
０回の切断を行い、また各タイプの砥石二つを試験した
。各砥石について測定した全てのパラメーターの平均を
計算した。それらの結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１において、 １）平均厚さは砥石の平均の厚さを示し、従って切断さ
れた平均の厚さを示す。 ２）平均研削比は、各砥石でなされた３０回の切断を通
じての金属研削量を砥石摩耗量で除した値であって、試
験を行った二つの砥石について平均したものである。 ３）標準偏差は、報告された平均の研削比の値からの標
準偏差を示す。 ４）平均消費動力は、各砥石を用いて３０回の切断を行
って消費された動力の平均である。 ５）相対研削比及び相対消費動力は、砥石Ａ及びＢによ
り示された比較用の砥石（１００％）に対する向上率を
示す。

【００２３】上記のデータより、シランでの処理によっ
て同等の動力で１００％のオーダーの向上があるという
ことがはっきりと分る。

【００２４】例２ この例では、四つの変数のタグチ式の調査を行った。こ
れらの変数は次のとおりであった。

【００２５】樹脂結合剤：２種類の結合剤、すなわち、
例１で使った結合剤とノートン・カンパニーの呼称“Ｂ
２５”の別のフェノール樹脂を使用した。 砥石車の厚さ：３．３ｍｍ及び４．１ｍｍ。 切断速度：１回の切断当り２．５、３．５、及び４．５
秒 シラン処理：例１で説明した処理を行ったものと行わな
いものとがある。

【００２６】得られた結果から、処理されていない砥粒
についての研削比は１１．２６５０、これに対し処理さ
れた砥粒の製品は１６．２１４５の研削比を示す、とい
うことが示された。

【００２７】例３ この例は、３６グリットの砥粒を使ったことを除いて、
本質的に例１の繰返しである。その上に、非常に苛酷な
切削条件を使用した。Ａ−１１００アミノシランで前処
理された砥粒から製作されたＴグレードの砥石について
１回の切断当り１秒の速度では、測定された研削比は、
砥粒がアミノシランで前処理されていない同様の砥石に
ついて測定されたそれの１２５％であった。ところが、
切断速度を２．５秒に低下させると、測定された研削比
に有意の差はなかった。この結果も、粒径が低下するに
つれてアミノシラン処理が研削比に及ぼす効果が減少す
ることを反映しているのかもしれない。

【００２８】例４ この例は、例２で報告したものと同様であって、タグチ
式の試験に基づいている。結果は、表２に示されるよう
にＡＮＯＶＡレベル平均表で示される。

【００２９】

【表２】

【００３０】上記の表２において、シラン処理は例１で
説明したとおりであり、「苛酷な」切断速度は１回の切
断当り１秒であり、そして「混成」の切断速度は苛酷な
速度（１回）と３回のもっとゆっくりの、もっと苛酷で
ない速度（２．５秒）で得られた値とを平均したもので
ある。

【００３１】このデータより、砥石を苛酷な切断速度で
、そしてより粗い粒径で使用する場合に、シラン処理の
利点は一番はっきりする、ということが分る。

【００３２】例５ この例は、押出し成形されたフィラメント状粒子に関し
て例１で示されたほどの改善は同様の研削条件下での同
様の粒径の通常の破砕された砥粒では示されない、とい
うことを証明する。

【００３３】例１で説明したのと本質的に同じ試験を使
って、ノートン・カンパニーより入手される、標準の破
砕された種入りゾルゲルアルミナ砥粒（２４グリット）
を有する砥石を、１０１８鋼及び３０４ステンレス鋼に
より評価する。砥石は、一組は例１で説明したシラン処
理を受けそして別の組は受けないことを除いて、同一の
条件下で作製した。次に、これらの組の砥石を種々の研
削条件で並列（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ）試験にかけ
た。得られた結果を表３に示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】上記から分るように、シラン処理は苛酷な
研削条件で取るに足らない効果を示すだけに過ぎないが
、それに対し、同じ処理はフィラメント状の砥粒の場合
には目ざましい向上をもたらす。

【００３６】例６ この例は、使用するシランの量を変えることがフィラメ
ント状のゾルゲルアルミナ砥粒を含む有機結合剤で結合
された砥石の研削性能に及ぼす効果を例示する。

【００３７】例１で説明した処理溶液のシラン添加量を
０．５倍、１倍、２倍、５倍及び１０倍とした溶液を使
用して、例１で説明したのと同じシラン処理を行った。 従って、例えば、０．５倍というのは、砥粒の重量を基
準として０．０２５％（０．５×０．０５％）のシラン
の塗装を供給するのに十分なシランを示す。１回の切断
当り１秒及び４秒の研削速度での３０１鋼についての結
果を表４に示す。かっこ内に示した結果が１回の切断当
り４秒の切断速度でのものである。

【００３８】

【表４】

【００３９】これらの結果は、よりたくさんのシランで
の処理がより大きな研削比又はより小さな動力消費に関
して必ずしも有利ではない、ということを示す。実際に
、砥粒の約０．１重量％を超えるシラン添加量を用いる
ことはほとんど有利でないように見える。

【００４０】例７ この例は、砥粒を有機結合剤と砥粒との付着性を向上さ
せるように設計された粗い組織のセラミックス層で塗装
するため砥粒が通常の酸化鉄／ガラスフリットで予め処
理されている場合にシラン処理を利用することによる利
点を示す。例１におけるように、十分なだけの同じシラ
ンを加えて砥粒重量の０．０５％に相当する塗装を砥粒
に施した。例１で明らかにした手順を使って３０１鋼に
ついて行った研削試験の結果を、表５に示す。

【００４１】

【表５】

【００４２】先に説明したのと同様の利点がこれらの処
理された研摩材粒子の場合にも示される、ということが
分る。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　有機の結合剤材料と、種入りゾルゲル
   α−アルミナのサブミクロン大の結晶から形成された付
   形された研摩材粒子とを含んでなり、これらの粒子が一
   の次元で実質的に一定の断面形状とその次元に関して少
   なくとも約１のアスペクト比とを有し、且つケイ素に富
   む表面を有する砥粒物品。
2. 【請求項２】　　前記粒子のアスペクト比が約１から約
   ５までである、請求項１記載の砥粒物品。
3. 【請求項３】　　前記粒子の粒径が約１６グリットから
   約３５グリットまでである、請求項１記載の砥粒物品。
4. 【請求項４】　　当該物品に取入れられた粒子が当該処
   理された粒子の総重量の約０．０２〜約１．０％のケイ
   素含有化合物を含む表面塗装を有し、当該化合物の重量
   がシリカとして表されている、請求項１記載の砥粒物品
   。
5. 【請求項５】　　前記粒子に適用される表面塗装がアミ
   ノシラン、シリカゾル、シリカゲル及びフュームドシリ
   カより選択される、請求項１記載の砥粒物品。
6. 【請求項６】　　前記有機の結合剤材料がフェノール樹
   脂から選択され、任意的に架橋用成分が取入れられてい
   る、請求項１記載の砥粒物品。
7. 【請求項７】　　研削条件下で対象物を砥粒製品と接触
   させることを含み、当該製品が有機の結合剤材料と、種
   入りゾルゲルα−アルミナのサブミクロンの結晶から形
   成された研摩材粒子とを含んでなり、これらの粒子が一
   の次元において実質的に一定の断面形状とその次元に関
   して少なくとも約１のアスペクト比とを有し、且つケイ
   素に富む表面を有する、対象物を乾式研削する方法。