專利名稱：樹脂結合劑砂輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及樹脂結合劑砂輪。
背景技術：
金剛石磨粒、立方氮化硼磨粒(下面稱為CBN磨粒)硬度極高，磨削能力及其持續性優異，多用作砂輪的材料。尤其是，使用了粒度小的金剛石磨粒、CBN磨粒的砂輪被廣泛有效應用于超硬合金、硬質陶瓷、合成樹脂、玻璃、透鏡等光學部件、或者它們的復合材料等硬脆材料的高精度精加工用。通常，砂輪具有磨粒通過結合劑被固定的結構。而且，根據所用的結合劑的種類， 可分為金屬結合劑砂輪、樹脂結合劑砂輪、陶瓷結合劑砂輪、電沉積砂輪，這些砂輪根據結合劑的種類和結合結構而使其性能有很大變化。例如，金屬結合劑砂輪包含以合金為基底的金屬性結合劑作為結合劑，具有磨粒粘著力、形狀維持性能(耐久性、耐磨性)優異的特征。但是，存在向加工物的切入及鋒利度劣化的傾向，另外，容屑槽(chip pocket)的生成也不充分而引起堵塞，容易發生表面打滑，因而切削性容易降低。此外，對于陶瓷結合劑砂輪來說，由于在高溫下燒成因而磨粒容易劣化，由于其是燒成物因而品質不穩定，而且燒成成本也高。電沉積砂輪是通過應用了電解電鍍的方法，將相當于磨料層(砥層)的部分包覆于基體金屬、柄部(shank)而成的砂輪。此類砂輪具有可選擇各種形狀的基體金屬或柄部的優點，但是磨料層為薄的單層的情形較多，與其他類型的砂輪相比，在壽命短這點上存在改善的余地。另一方面，樹脂結合劑砂輪是使用熱固性樹脂等有機高分子材料作為結合劑的砂輪。在此類砂輪中，結合劑作為磨粒的緩沖材料發揮作用，與其他類型的砂輪相比，存在對加工物的切入及鋒利度優異的傾向。但是，就以往的樹脂結合劑砂輪而言，有時磨粒和樹脂的粘著力不充分，有時非常容易引起磨粒的脫落，其結果使研磨性能惡化，存在改善的余地。為了改善上述樹脂結合劑砂輪的特性，已進行了多種研究。例如，專利文獻1和2 中公開了包括金剛石磨粒、熱固性樹脂和金屬微粉的樹脂結合劑砂輪。這些發明意欲通過使金屬微粉作為磨粒載體均勻地分散粘著在熱固性樹脂中來防止金剛石磨粒的脫落，并且也提高耐磨性和研磨特性。但是，僅僅這些發明并未充分改善磨粒的保持力，期待進一步的改善。現有技術文獻專利文獻專利文獻1日本特開平3-60978號公報專利文獻2日本特開昭62-246474號公報
發明內容
發明要解決的課題
因此，本發明的目的在于，改善現有問題，提供磨粒的磨削能力高的樹脂結合劑砂輪、和使用該樹脂結合劑砂輪的磨削方法。解決課題的手段根據本發明的第一實施方式的樹脂結合劑砂輪，其特征在于，具備包含熱固性樹脂、磨粒和金屬粉而成的樹脂結合層，以金屬粉的總重量為基準，上述金屬粉包含超過50%的粒徑為45μπι以上的金屬粒子，并且，上述金屬粉中所含的金屬粒子的每一粒子的平均表面積X、和具有與上述金屬粒子的平均粒徑相同的直徑的球體(真球)的表面積Y之比χ/γ為10以上。根據本發明的第二實施方式的樹脂結合劑砂輪，其特征在于，具備通過對包含熱固性樹脂、磨粒和金屬粉而成的原料混合物進行燒成而形成的樹脂結合層，以金屬粉的總重量為基準，上述金屬粉包含超過50%的粒徑為45μπι以上的金屬粒子，并且，上述金屬粉中所含的金屬粒子的每一粒子的平均表面積X、和具有與上述金屬粒子的平均粒徑相同的直徑的球體的表面積Y之比χ/γ為10以上。發明效果根據本發明，提供磨粒的脫落少、磨削能力優異的樹脂結合劑砂輪。而且，通過使用該樹脂結合劑砂輪來磨削材料表面，可得到表面精度高的磨削表面。
具體實施例方式下面，對本發明的實施方式進行詳細說明。下面，對本發明的一個實施方式進行說明。應予說明，本發明涉及的樹脂結合劑砂輪具有的特征主要在于樹脂結合層的組成，砂輪的形狀、尺寸等可以是任意的。例如，可以是在基體金屬的外周或端面形成或固定有磨粒層的砂輪，也可以是未使用基體金屬而由樹脂結合層本身形成砂輪的砂輪。此外，砂輪的形狀可以是輪型、杯型、成型(総型)、扇形砂輪、內周磨削砂輪等以往使用的任意形式。即，對于樹脂結合層以外的結構來說，可以任意地組合以往已知的砂輪結構。磨粒可在本發明中使用的磨粒的種類沒有特別限制，可以使用以往已知的任意磨粒。 作為這樣的磨粒，可列舉例如氧化鋁系磨粒、碳化硅系磨粒、氧化鋯系磨粒、氧化鈰粒子、二氧化硅粒子、氧化鉻粒子、CBN磨粒和金剛石磨粒。這些磨粒可以單獨使用，也可以混合兩種以上來使用。其中，優選使用具有高硬度的有時被稱為所謂的超硬磨料的CBN磨粒和金剛石磨粒的任一種。最優選的磨粒是金剛石磨粒。這里，磨粒可以被無機質物質或金屬質物質包覆。本發明的樹脂結合劑砂輪中所含的磨粒的平均粒徑沒有特別限制，可以根據砂輪的磨削對象等適當選擇。但是，從提高砂輪的磨削速度的觀點考慮，優選為Ι.Ομπι以上，更優選為1. 5 μ m以上，特別優選為3. 0 μ m以上，最優選為4. 0 μ m以上。如果磨粒的平均粒徑是這樣的尺寸，則可以將樹脂結合劑砂輪對被磨削物的磨削速度提高至實用上特別合適的水平。
此外，從將用樹脂結合劑砂輪磨削被磨削物后的被磨削物的表面粗糙度維持在合適的范圍內的觀點考慮，樹脂結合劑砂輪中所含的磨粒的平均粒徑優選為100 μ m以下，更優選為30 μ m以下，特別優選為20 μ m以下。應予說明，在本發明中，磨粒的平均粒徑通過激光衍射散射法來測定。具體而言， 可使用Microtrac粒度分布測定裝置MT3300EXII (商品名，日機裝株式會社制)等測定裝置來測定。其它測定平均粒徑的方法還可列舉BET法、光散射法等。采用這些方法測得的平均粒徑與采用激光衍射散射法測得的平均粒徑很難直接進行比較，但是有時也可以一邊考慮測定方法等，一邊利用通過激光衍射散射法之外的方法測得的平均粒徑。隨著磨粒的含量變多，樹脂結合劑砂輪對被磨削物的磨削速度趨向于提高。因此， 以樹脂結合層的總體積為基準，本發明的樹脂結合劑砂輪中的磨粒的含量優選為0. 5體積％以上，更優選為1.0體積％以上。此外，從經濟觀點考慮，優選的是相對昂貴的磨粒含量少。而且，即使使用過量的磨粒，有時也得不到與含量相符的特性。因此，以樹脂結合層的總體積為基準，樹脂結合劑砂輪中的磨粒的含量優選為30體積％以下，更優選為10體積％以下，進一步優選為5. 0體積％以下。熱固件樹脂對于可在本發明中使用的熱固性樹脂的種類沒有特別限制，可以從以往的樹脂結合劑砂輪中所用的一般的熱固性樹脂中選擇。具體而言，可以單獨或組合使用選自酚醛樹脂、環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂和聚酯樹脂中的樹脂。對于熱固性樹脂而言，從易于在制造時大量含有后述的金屬粉這點考慮，優選原材料以粉末形式供給的樹脂。此外，由于在制造時進行加熱熔解以配合各成分，因而優選具有耐熱性的樹脂。從該觀點考慮，最優選聚酰亞胺樹脂。通常，隨著樹脂結合層中的樹脂含量變多，由樹脂結合劑砂輪磨削的被磨削物的表面粗糙度趨向于升高。從該觀點考慮，以樹脂結合層的總體積為基準，樹脂含量優選為 5. 0體積％以上，更優選為10體積％以上，最優選為15體積％以上。另一方面，一般隨著樹脂結合層中的樹脂含量變少，樹脂結合劑砂輪的磨削比升高。這里，磨削比是指，被磨削物的磨損量相對于進行磨削時的砂輪的磨損量的比例。從該觀點考慮，以樹脂結合層的總體積為基準，樹脂含量優選為90體積％以下，更優選為40體積％以下，最優選為30體積％以下。金屬粉在本發明的樹脂結合劑砂輪中包括，以金屬粉的總重量為基準，樹脂結合層中所含的金屬粉含有超過50%的粒徑為45 μ m以上的金屬粒子，并且，金屬粉中所含的金屬粒子的每一粒子的平均表面積X、和具有與上述金屬粒子平均粒徑相同的直徑的球體的表面積Y之比X/Y為10以上。下面，有時將這樣的粒子稱為非球狀金屬粉。對于非球狀金屬粉的材質沒有特別限制，可以考慮砂輪的用途等來適當地選擇， 可列舉例如銅、鐵、青銅、錫和鋁等單體金屬或它們的合金。此外，對于非球狀金屬粉的制造方法也沒有特別限制，作為具體例可列舉噴散法、粉碎法、化學還原法、熱處理法、等離子旋轉電極法、均勻液滴噴射法或電解法。其中，優選用電解法或粉碎法制成的非球狀金屬粉， 更優選電解銅粉。
在本發明中的樹脂結合劑砂輪中，樹脂結合層中所含的非球狀金屬粉必需具有特定的粒度分布。即，以金屬粉的總重量為基準，非球狀金屬粉必須包含超過50%的粒徑為 45 μ m以上的金屬粒子。非球狀金屬粉中所含的、平均粒徑為45 μ m以上的金屬粒子的比例若少于50%，則使用樹脂結合劑砂輪的被磨削物的磨削比有降低的傾向。因此，以金屬粉的總重量為基準，優選包含粒徑為45 μ m以上的金屬粒子70%以上，更優選包含86%以上。本發明中所用的非球狀金屬粉中所含的金屬粒子的粒徑越大，對于被磨削物的磨削比趨向于變得越大。從該觀點考慮，非球狀金屬粉的平均粒徑優選為50 μ m以上，更優選為70 μ m以上，最優選為90 μ m以上。應予說明，在本發明中，金屬粉的平均粒徑通過激光衍射散射法而求得。例如，可通過Microtrac粒度分布測定裝置MT3300DCII (商品名，日機裝株式會社制)等來測定。本發明中的非球狀金屬粉是粒子具有非球狀的形狀的物質。這種非球狀金屬粉的具體形狀，例如為橢圓狀、鏈狀、扁平狀、鱗片狀等縱橫比大的形狀、或者金屬粒子表面為金米糖狀、樹枝狀等在表面具有微小凹凸的形狀。本發明中，可使用的非球狀粒子按照如下方式定量地定義。首先，將非球狀金屬粉中所含的金屬粒子的每一粒子的平均表面積設為X。另一方面，將具有與上述非球狀金屬粉的平均粒徑相同的直徑的球體的表面積設為Y。粒子形狀離球體越遠，則它們的比值X/Y就變得越大。而且，在本發明中，所述比值變得越大則對于被磨削物的磨削比就變得越大，因而優選。從這樣的觀點考慮，本發明中的比值X/Y必須為 10以上，優選為15以上，更優選為18以上。另一方面，本發明中，比值X/Y過大的話本發明的效果也不會變小，因而從效果的觀點考慮，比值X/Y的上限沒有特別限制。但是，通常所用的非球狀金屬粉的比值X/Y的上限為30左右。應予說明，本發明中，金屬粒子的每一粒子的表面積X是指由金屬粒子的平均粒徑算出的金屬粒子的每一粒子的體積乘以構成該金屬粒子的金屬在20°C下的比重，由此算出金屬粒子的每一粒子的重量，用該所得值乘以比表面積的值而算出的數值。應予說明，這里所說的比表面積是指，基于氣體吸附法測定的金屬粒子每單位重量的表面積的值，具體而言，可使用流動式比表面積自動測定裝置7 口一 〃 一 ^ II (商品名，株式會社島津制作所制)來測定。此外，這里所說的由非球狀金屬粉的平均粒徑算出的作為球體的每一粒子的表面積Y是指，計算出的具有非球狀金屬粉的平均粒徑的球體每一粒子的表面積。本發明中，樹脂結合層中的非球狀金屬粉的含量越多，則對于被磨削物的磨削比趨向于變得越大。因此，以樹脂結合層的總體積為基準，非球狀金屬粉的含量優選為60體積％以上，更優選為70體積％以上，最優選為80體積％以上。另一方面，若樹脂結合相中的非球狀金屬粉的含量過多，則有時導致磨削比改善效果飽和，進而導致效果降低。因此，以樹脂結合層的總體積為基準，樹脂結合層中的非球狀金屬粉的含量優選為95體積％以下，更優選為90體積％以下，更優選為85體積％以下。本發明的樹脂結合劑砂輪是在樹脂結合層中包含如上所述的金屬粉的砂輪，該金屬粉也可以是組合兩種以上的金屬粉而成的。這里，所組合的金屬粉可以是全部都滿足上述條件的金屬粉，另外也可以是一部分或全部都不滿足上述條件的金屬粉。但是，不管是哪種組合，組合后的粒度分布、比值X/Y必需滿足上述條件。
這里，若使用滿足特定條件的金屬粉作為金屬粉的一成分，則使用樹脂結合劑砂輪的磨削速度得到改善。下面，在本發明中將這樣的金屬粉稱為附加金屬粉。對于附加金屬粉而言，其中所含的金屬粒子的每一粒子的平均表面積X’、和具有與附加金屬粉中所含的金屬粒子的平均粒徑相同的直徑的球體的表面積Y’之比X’ /V小于10，優選小于7。艮口， 相對于上述非球狀金屬粉而言，附加金屬粉可以說是形狀接近于球體的金屬粉。附加金屬粉中所用的金屬種類沒有特別限制，作為具體例可以舉出選自銅、鐵、青銅、錫和鋁等單體金屬或它們的合金中的金屬，但是從促進磨削能力的觀點考慮，其中優選包含鐵的金屬粉。對于附加金屬粉中所含的金屬粒子的粒徑來說，只要是在將其混合到主要金屬粉中之后、金屬粉整體滿足必須條件就沒有特別限制。但是，附加金屬的粒徑越大，則磨削速度越趨向于升高。因此，附加金屬粉中所含的金屬粒子的平均粒徑優選為0. 5 μ m以上，更優選為2. Oym以上。另一方面，附加金屬粉的平均粒徑越小，則磨削后的被磨削物的表面粗糙度越趨向于得到改善。從這樣的觀點考慮，附加金屬粉的平均粒徑優選為ΙΟΟμπι以下，更優選為 40 μ m以下，更優選為20 μ m以下。這里，附加金屬粉中所含的金屬粒子的粒徑可按照與上述金屬粉相同的方法來測定。當使用附加金屬粉時，若使金屬粉中所含的附加金屬粉的配合比大，則磨削速度得到改善。但是，若附加金屬粉的配合比過大，則有時磨削比劣化。因此，以金屬粉的總體積為基準，附加金屬粉的配合比優選為不足30體積％，更優選為不足20體積％，更優選為不足10體積％，最優選為不足5體積％。砂輪的制造方法本發明的樹脂結合劑砂輪可使用上述成分、利用以往已知的任意方法來制造。如下所述對一般的制造方法進行說明。首先，準備包括熱固性樹脂、磨粒和金屬粉的原料混合物。在各原料混合前或混合后根據需要進行破碎或混煉以成為均勻的物質。這里，可以根據需要適當地選擇公知的添加劑并配合到原料混合物中。例如，為了提高磨粒以及金屬粉的分散性，可以添加增稠劑， 還可以組合數種熱固性樹脂。接著，將原料混合物充填至模具等中成型。這時，可以根據需要進行加壓、給以振動等來致密地充填混合物。此外，也可以將原料混合物直接成型在基體金屬等的表面上。繼而，對成型后的原料混合物進行加熱使其固化。加熱除了在大氣壓條件下進行之外，還可以在惰性氣氛下、減壓條件下進行。此外，也可以一邊加壓一邊過度加熱。利用上述方法，可得到本發明的樹脂結合劑砂輪。這樣的本發明的樹脂結合劑砂輪是適用于磨削被磨削體的砂輪，其中，將陶瓷、金屬、合成樹脂、和光學玻璃等玻璃等作為被磨削體。下面，舉出實施例和比較例進一步具體地說明本發明。實施例1 13和比較例1 5如表1所示組合磨粒、熱固性樹脂和金屬粉，按照下述方法制成具備樹脂結合劑砂輪的試料。應予說明，磨粒中，使用平均粒徑6. 8 μ m的金剛石磨粒，將相對于樹脂結合層的總體積的比例調整為2. 7體積％。此外，使用聚酰亞胺樹脂和酚醛樹脂作為熱固性樹脂，具體而言，使用^ $夕·口 ^ KIR_30(商品名，京七7 ^ ^ >株式會社制)作為聚酰亞胺樹脂，使用— > S_899(商品名，工7 ·々才一夕一株式會社制)作為酚醛樹脂。此外， 當使用附加金屬粉時，使用平均粒徑ΙΟμπκΧ’ /V之比不足10的粉化鐵粒子。試料制造方法1.用V型粉碎機混合各原料2.將原料混合物充填到成型模具中3.以約3t/cm2的壓力加壓成型4.將成型后的原料混合物在200°C的環境下放置10小時使其固化而得到砂輪5.將通過固化而得到的粒(pellet)狀砂輪以面積占有率50%的比例均勻地貼附在直徑55mm的粘貼皿(基體金屬)上，制成評價用試料。在下述表示的條件下使用制作的試料實施磨削試驗和各評價。磨削條件裝置球芯研磨機(HPD-700 (商品名，株式會社春近精密制))磨削條件轉數2000rpm，加重5000g(約700g/cm2)，加工時間1分鐘被研磨物光學玻璃LAC14(商品名，HOYA株式會社制)，直徑30mm Φ磨削速度通過將磨削前后的被研磨物的重量差換算為被研磨物的厚度，用該被研磨物的厚度除以磨削時間而求得。磨削比通過用將磨削前后的被研磨物的重量差換算為被研磨物的厚度的值來除以將磨削前后的樹脂結合劑砂輪的重量差換算為樹脂結合劑砂輪的厚度的值而求得。精加工表面粗糙度在以下的條件下，利用表面粗糙度-輪廓形狀測定機寸一 7 二 K 1400(商品名，株式會社東京精密制)以μ m單位測定表面粗糙度Ra。測定長度5mm
測定速度0. 3mm/秒
測定倍數1000倍
測定分辨率10nm
截止波長0. 8mm
所得結果如表1所示。
[表1]
8
權利要求
1.樹脂結合劑砂輪，其特征在于，具備包含熱固性樹脂、磨粒和金屬粉而成的樹脂結合層，以金屬粉的總重量為基準，所述金屬粉包含超過50%的粒徑為45 μ m以上的金屬粒子，并且，所述金屬粉中所含的金屬粒子的每一粒子的平均表面積X、和具有與所述金屬粒子的平均粒徑相同的直徑的球體的表面積Y之比X/Y為10以上。
2.根據權利要求1所述的樹脂結合劑砂輪，其中，以樹脂結合層的總體積為基準，含有所述金屬粉60 95體積％。
3.根據權利要求1或2所述的樹脂結合劑砂輪，其中，所述附加金屬粉為電解銅粉。
4.樹脂結合劑砂輪，其特征在于，具備通過對包含熱固性樹脂、磨粒和金屬粉而成的原料混合物進行燒成而形成的樹脂結合層，以金屬粉的總重量為基準，上述金屬粉包含超過50%的粒徑為45 μ m以上的金屬粒子，并且，上述金屬粉中所含的金屬粒子的每一粒子的平均表面積X、和具有與上述金屬粒子的平均粒徑相同的直徑的球體的表面積Y之比X/Y為10以上。
5.根據權利要求4所述的樹脂結合劑砂輪，其中，所述原料混合物包含附加金屬粉， 所述附加金屬粉中所含的金屬粒子的每一粒子的平均表面積X’、和具有與所述附加金屬粉中所含的金屬粒子的平均粒徑相同的直徑的球體的表面積Y’之比X’ /Y’不足10。
6.根據權利要求5所述的樹脂結合劑砂輪，其中，以所述金屬粉的總體積為基準，所述附加金屬粉的比例不足30體積％。
全文摘要
本發明提供能夠滿足磨粒的高保持力、高磨削能力、和磨削后的高表面精度全部的樹脂結合劑砂輪以及使用該樹脂結合劑砂輪的磨削方法。根據本發明可提供樹脂結合劑砂輪，其中，樹脂結合層包括熱固性樹脂，所述樹脂結合層中，磨粒和金屬粉分散配置。就所述砂輪中所含的金屬粉而言，在金屬粒子的粒度分布中，以重量比例超過50％的量含有45μm以上的非球狀金屬粉粒子，并且，所述金屬粒子的每一粒子的表面積X、與由所述金屬粒子的平均粒徑算出的作為球體的每一粒子的表面積Y之比X/Y為10以上。
文檔編號B24D3/28GK102205524SQ20111008910
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者三浦司朗 申請人:福吉米株式會社