JP2002028871A - 成形可能な砥粒ペレット、その製造方法及び使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品（例えば、研削／切断砥石）の成形に使
用する成形可能な離散ペレットを成形用樹脂と砥粒から
形成する。 【解決手段】 研削／切断砥石は以下の通り製造され
る。最初に、型、第１の成形用樹脂と砥粒とから形成さ
れた成形可能な離散複合ペレット、及び第２の成形用樹
脂を用意する。複合ペレットがホイールの外周付近に優
先的に分布し第２の成形用樹脂がホイールの内部付近に
優先的に分布するように、複合ペレット及び第２の成形
用樹脂を型の中に共射出する。次いで、第１及び第２の
成形用樹脂を硬化させてホイールを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は切削及び研削用セグ
メント砥石の製造に関するものであり、具体的には、切
断及び研削砥石の射出成形に有用な複合砥粒ペレットの
製造に関する。

【０００２】

【従来の技術】様々な形状、寸法及び組成の切削砥石が
当技術分野で周知である。ソーイング、穴開け、ドレッ
シング、研削、ラッピング、ポリッシングその他の研磨
用途で、円形砥石又はカップ形砥石の周縁又は外周に超
砥粒（例えば、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（Ｃ
ＢＮ））を含む研削砥石も当技術分野で周知である。こ
うした用途では、グリットはＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｓｎ、Ｗ、Ｔｉ又はその合金のような金属母材或いはフ
ェノールホルムアルデヒドその他の熱硬化性高分子材料
のような樹脂母材で囲まれているのが通例である。母材
を本体その他の支持体に取り付けることで、コンクリー
ト、アスファルト、メーソンリー、セラミック、煉瓦、
花崗岩、大理石その他の岩石などの硬い耐摩耗性材料を
切削できる工具を製造できる。かかる研削砥石の典型的
なものは、使用時にホイールを回転させるための開口又
はスピンドルを有する中心金属円板から形成される。ホ
イールの外周にはダイヤモンド含有母材が結合してい
る。ダイヤモンドを樹脂で囲んだホイールでは、作業者
は圧縮成形によって樹脂を硬化させて樹脂セグメントを
内側円板に結合する。慣用結合材樹脂が使用される。

【０００３】例えば、米国特許第５１６７６７４号に
は、慣用の内側心材に超砥粒グリットとビスマレイミド
−トリアジン付加共重合体樹脂とラジカル開始剤と触媒
の混合物を接着して製造した研削砥石で、上記混合物を
圧縮成形して環状砥石セグメントとした研削砥石が提案
されている。

【０００４】米国特許第５３１４５１２号には、超砥粒
と非多孔質熱可塑性ポリマーからソーセグメントを射出
成形することが提案されている。成形ソーセグメントは
ソーの外周に取付けられる。

【０００５】欧州特許第０７９４８５０号には、超砥粒
を熱可塑性材料と共に成形して製造したセグメントカッ
ターで、超砥粒が所定の方向に配向し成形セグメント中
に気孔が存在するセグメントカッターが提案されてい
る。

【０００６】米国特許第４０５４４２５及び４０８８７
２９号には、フェノール系熱可塑性樹脂研削砥石中にハ
ブを成形することが提案されている。

【０００７】米国特許第３９６０５１６号には、結合を
堅固なものとするため支持部材をカップ形砥石の一部と
して成形することによってカップ形砥石を製造すること
が提案されている。

【０００８】

【発明の概要】切削工具及び研摩部品（例えば、研削／
切断砥石、ドリルビット、リーマ、エンドミルなど）を
始めとする部品を成形するための成形可能な離散ペレッ
トを、成形用樹脂と砥粒から形成する。研削／切断砥石
は以下の通り製造される。最初に、型、第１の成形用樹
脂と砥粒とから形成された成形可能な離散複合ペレッ
ト、及び第２の成形用樹脂を用意する。複合ペレットが
ホイールの外周付近に優先的に分布し第２の成形用樹脂
がホイールの内部付近に優先的に分布するように、複合
ペレット及び第２の成形用樹脂を型の中に共射出する。
次いで、第１及び第２の成形用樹脂を硬化させてホイー
ルを形成する。

【０００９】研削砥石（円形、カップ形等）は、外縁の
砥粒を含んだ第２の成形樹脂に内側の第２の成形樹脂を
密着したものからなる。好適な砥粒には、ダイヤモンド
及びＣＢＮがある。第１の樹脂と第２の樹脂は同一であ
るのが有利である。好ましくは、樹脂はポリエーテルイ
ミド樹脂からなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】射出成形分野での熱可塑性樹脂ペ
レットの使用は周知である。しかし、かかるペレット
は、例えば充填剤、顔料などで充填されるのが普通であ
る。かかる熱可塑性樹脂ペレットからは適宜多種多様な
プラスチック部材を成形できる。そうすると樹脂の貯蔵
及び取扱いも容易になる。かかるペレットの寸法は約
０．０２ｍｍ〜約５０ｍｍである。

【００１１】本発明では、射出成形用熱可塑性樹脂ペレ
ットに砥粒（好ましくは超砥粒）を充填してかかるペレ
ットを有利に利用する。かかる成形可能な複合ペレット
は射出成形プロセスに使用でき、切削又は研削砥石の外
周又は周縁が形成される。望ましくはホイール全体を樹
脂材料で製造するが、ホイールの内部の砥粒含量は低い
か或いは砥粒を全く含まない。

【００１２】本発明では、例えばダイヤモンド、ＣＢ
Ｎ、アルミナ、ＳｉＣ、ガーネット及びそれらの混合物
を始めとする様々な砥粒を使用し得る。ダイヤモンド粒
子は、天然品でも合成品でもよい。合成ダイヤモンド粒
子は、従来の高温高圧（ＨＰ／ＨＴ）法又は従来の化学
蒸着（ＣＶＤ）法で製造できる。高温高圧（ＨＰ／Ｈ
Ｔ）プロセスによるＣＢＮの製造は当技術分野で公知で
あり、その代表例として基本的な単結晶ＣＢＮに関する
米国特許第２９４７６１７号を挙げることができる。米
国特許第４２８９５０３号には直接転化法の改良が開示
されており、転化プロセスの前にＨＢＮ粉体の表面から
酸化ホウ素を除去する。その他の砥粒も周知であり、本
明細書中でこれ以上説明する必要性に乏しい。砥粒は未
被覆のものを使用してもよいし、被覆したものを使用し
てもよい。

【００１３】本発明で使用する砥粒の粒度は、顕微鏡的
な粒度（例えば、−６００メッシュ）から約５メッシュ
（米国標準篩系）の範囲にある。かかる粒子の形状は、
規則的形状の固体でも、不規則形状の固体、繊維、凝集
体などでもよい。本発明での使用に適した砥粒の形状に
ついては実質上制限はない。

【００１４】かかる粒子の量は、全固形分を基準として
約６５体積％以下である。全固形分には、セラミックホ
ウ化物、ダイヤモンド又はＣＢＮ微粉、窒化物及び酸化
物などの二次粒子；Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｎ及び青銅粉末など
の熱制御粒子；炭素繊維又は粒子、シリカ粉末、アルミ
ナ及びケイ素などの添加剤；並びにＮｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｗ、Ｔｉ又はそれらの合金などの、
砥粒に施した皮膜が含まれる。成形可能な砥粒ペレット
から成形部品を成形し得る能力を事実上制限するのは、
樹脂プラス固形分の溶融粘度、型の寸法（厚さ及び直
径）、温度・圧力及び剪断速度に対する粘度の感受性、
並びに成形機で達成可能な最大圧力及び剪断速度だけで
ある。温度は樹脂及び固形分の熱安定性によって制限さ
れる。

【００１５】好ましい成形用樹脂は熱可塑性樹脂である
が、熱硬化性樹脂を成形してから型の外で紫外線（Ｕ
Ｖ）などで硬化させてもよい。砥粒技術分野で従来使用
されてきた成形用樹脂であれば、本発明の教示に従って
使用するのに適している。好ましい成形用樹脂の一つは
ポリエーテルイミド樹脂である。基本的なポリエーテル
イミドは当技術分野で公知であり、一般に有機ジアミン
と芳香族ビス（エーテルジカルボニル）つまり芳香族ビ
ス（エーテル無水物）又は芳香族ビス（エーテルジカル
ボン酸）との反応で製造される。かかるポリエーテルイ
ミドは、例えば、米国特許第３８０３８０５号、同第３
７８７３６４号、同第３９１７６４３号及び同第３８４
７８６７号に記載されており、それらの開示内容は援用
によって本明細書に取り込まれる。

【００１６】その他の種類の樹脂には、特に、ビスマレ
イミド−トリアジン付加共重合体樹脂、ポリエーテルエ
ーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトン
（ＰＥＫ）樹脂、ポリアリールエーテルケトン樹脂、ポ
リ（アミド−イミド）樹脂、ポリフェニレンスルフィド
（ＰＰＳ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、芳香族ポリ
カーボネート樹脂及びこれらの混合物がある。樹脂が成
形できるものであれば、その樹脂を用いて本発明の新規
複合砥粒ペレットを形成できる。

【００１７】別の種類の複合砥粒ペレットは、砥粒と共
に過半量の金属を成形用樹脂に添加したものである。か
かる金属−樹脂−砥粒ペレットは、様々な形状に成形で
き、炉で加熱して金属を焼結しプラスチック（樹脂）を
燃焼させれば、樹脂が燃焼して残った所定の気孔をもつ
金属−砥粒成形部品が得られる。かかる部品は、ブレー
キパッドなど金属−砥粒部品が有用性をもつ用途に使用
できる。このように、かかる金属−樹脂−砥粒ペレット
からは様々な金属−砥粒工具又は研摩／摩擦部品／表面
を製造することができる。

【００１８】切断砥石又は研削砥石用途では、本発明の
成形可能な複合砥粒ペレットはホイール、円板、シリン
ダ（穴開き又は穴無し）、フルートなどに成形できる。
厚さは約０．０６インチ〜約３インチ、外径は約１イン
チ〜約３６インチとし得る。成形部品の断面形状は真直
ぐ（直線状側面）でも、曲がっていても（曲線状側
面）、それらの組合せでもよい。成形時にスロット、レ
リーフ、開口、コレット、スピンドルなどを形成するこ
ともできる。

【００１９】本発明の実施に当たっては、砥粒を樹脂で
濡らし、樹脂中に十分に分散させてそれらが良く結合す
るように成形部品中におけるグリット同士又は固体同士
の接触が最小限となるようにするのがよい。そうすれ
ば、最終部品を使用する際に樹脂が砥粒を適切に保持す
ることになる。それには、当業者には自明であろうが、
砥粒に皮膜を施すとよい。成形作業時の圧力・温度及び
剪断速度条件下における樹脂中のグリット及び固体の熱
膨張率及びバルクコンプライアンスを母材樹脂よりも格
段に低くすることも有用である。そうすれば、型の冷却
及び減圧に際し、樹脂が固体グリットの周囲で収縮して
グリッドを圧縮し、以後の研摩部品又は工具での保持力
が向上する。更に、固体の圧縮応力を事実上制限するの
は母材の降伏強さである。これは、流動し易さ及び成形
し易さを保ちながら、できるだけ高くする必要がある。
加えて、減圧及び冷却の際に母材が割れを起こしたり脆
くなったりしないことが重要である。工具や研摩部品用
途での部品の性能を損なうだけでなく、作業者の安全を
危うくするおそれがあるからである。成形操作の際は部
品から気孔をすべて除くことも重要である。

【００２０】複合砥粒ペレットは従来の押出機で形成さ
れ、溶融樹脂と砥粒と添加剤を押出し、押出物を細断し
て砥粒濃度約６５体積％以下の所望粒度（約−６００メ
ッシュ〜約５メッシュ）のペレットとする。こうしてで
きた複合砥粒ペレットは貯蔵及び輸送が容易で、圧縮成
形、射出成形、共射出成形などを始めとする成形作業に
使用できる。

【００２１】部品は成形後加工してもよく、例えば、特
定の粒度又は形状への粉砕、研ぎ、アニーリング、装着
などがある。実際、新規複合砥粒ペレットから製造した
ブレードを使用時に研いで（例えば、新規複合砥粒ペレ
ットから製造した芝刈り機のブレードが使用中に刃こぼ
れを起こしたときにそれを研いで）ならない理由はな
い。本発明の新規複合砥粒ペレットから製造できる部品
について実質上何の制限もない。

【００２２】以上、好ましい実施形態を参照して本発明
を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱するこ
となく様々な変更を加えることができ、その構成要素を
均等物で置換できることは当業者には自明であろう。ま
た、本発明の本質的範囲を逸脱することなく、本発明の
教示を特定の状況又は材料に応用すべく数多くの修正を
加え得る。従って、本発明は、本発明を実施するための
最良の形態として開示した特定の実施形態に限定される
わけではなく、特許請求の範囲で規定される技術範囲に
属するあらゆる実施形態を包含する。本明細書中では、
特記しない限り、単位はすべてメートル法に基づくもの
であり、量及び百分率はすべて重量基準である。また、
本明細書中で引用した文献は援用によって本明細書中に
取り込まれる。

【００２３】

【実施例】実施例１ 成形可能な複合砥粒ペレットの形成に使用できるダイヤ
モンド粒子の濃度を評価するため、固形分６２体積％の
ドライパウダーブレンド「１００％ミックス」から３種
類のバッチを製造した。残る２種類の固形分５０％及び
３７％の希釈バッチは以下の通り製造した。第１のバッ
チは、ＲＶＧダイヤモンド（ＲＶＧ ＷＳ６０ダイヤモ
ンド（ＧＥ Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ社（米国オ
ハイオ州ウォーシントン）製ニッケル被覆ダイヤモン
ド、３．５２ｇ／ｃｃ、６０％被覆レベル）とＴｉＢ₂
とＣｕとダイヤモンド微粉からなる「ミックス」２００
ｇに、１００ｇのＵｌｔｅｍ（登録商標）１０００微粉
（ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ社（米国マサチューセッツ州
ピッツフィールド) 製Ｕｌｔｅｍ（登録商標）１０００
ポリエーテルイミド、比重１．２７（ＡＳＴＭ Ｄ７９
２）、ロックウェル硬さ（Ｍスケール）１０９（ＡＳＴ
Ｍ Ｄ７８５））を添加した（「５０％」と表示）。第
２のバッチは、２５ｇのＵｌｔｅｍ（登録商標）１００
０微粉と１００ｇの「ミックス」から処方した（「７５
％」と表示）。いずれの配合物も、１４０℃の温度に保
温した真空オーブン中で一晩乾燥した。各配合物をコン
パウンディング作用を高めるためのチェーンと一緒に缶
に入れ、塗料型振盪機で３０分間振盪した。

【００２４】押出機の準備 押出機を７５０°Ｆに予熱して較正した（ベースライン
をゼロに合わせた）。Ｕｌｔｅｍ（登録商標）１０１０
ペレット（ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ社（米国マサチュー
セッツ州ピッツフィールド) 製Ｕｌｔｅｍ（登録商標）
１０１０ポリエーテルイミド、比重１．２７（ＡＳＴＭ
Ｄ７９２）、ロックウェル硬さ（Ｍスケール）１０９
（ＡＳＴＭ Ｄ７８５））をスクリューで送り、あらゆ
る汚染物を除去した。汚染されていないＵｌｔｅｍ（登
録商標）の流れがダイノズルから吐出され始めた後、デ
ータの収集を開始し、流量を計算した。次に、Ｕｌｔｅ
ｍ（登録商標）１０００微粉を押出機に供給して、この
材料の流量を評価した。グレード１０１０のペレットよ
りもグレード１０００のペレットで高いスクリュー回転
速度（高いＲＰＭ）が必要とされた。

【００２５】汚染されていない樹脂ペレットを３０分間
押出機に供給した後、５０％ミックスを供給してデータ
を収集した。しかる後に、押出機に７５％ミックスを供
給してデータを収集した。どちらのミックスでも支障な
く運転でき、圧力及びトルクは運転パラメータ内に十分
収まった。約５４分後、１００％ミックスを供給ホッパ
に加えた。押出機はトルク過剰となり、停止した。

【００２６】運転パラメータ及び押出機から収集したデ
ータをまとめて以下に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例２ 本発明の複合ペレットが有効な切削セグメントに成形で
きることを示すため、圧縮成形切削セグメントを有する
従来の鋼切断砥石を３通りのダイヤモンド濃度を用いて
製造した。ダイヤモンドは、従来の砥石におけるような
ドライパウダーミックスではなく、樹脂／ダイヤモンド
ミックス（すなわち、成形可能なダイヤモンド砥粒ペレ
ット）から与えた。砥石の仕様は以下の通りである。

【００２９】

【表２】

【００３０】試験条件及び試験した被削材は下記の通り
であった。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】上記樹脂／ダイヤモンド砥石を、粉体をド
ライパウダー混合で得た従来の砥粒／樹脂砥石及び従来
のダイヤモンド／樹脂砥石と比較した。試験結果は下記
の通りであった。

【００３５】

【表６】

【００３６】表に示した結果は、本発明の複合砥粒ペレ
ットが低いダイヤモンド濃度でも満足すべき性能を示す
ことを実証している。このことから、従来のドライパウ
ダー混合に比べ、圧縮成形に先立って樹脂とダイヤモン
ドをコンパウンディングすると硬質グリットの分散及び
濡れが向上して、グリット保持力及び工具の研摩性能が
向上することが分かる。

【００３７】配合ペレットの粒度が粗いため、ブレード
の刃先に多孔性の形跡が認められた。通常の粉体混合物
はもっと微細であるが、配合しなかった。

【００３８】樹脂と鋼との密着性の問題が存在し、その
ために多くのブレードが破損した。これは従来の樹脂−
ダイヤモンド砥石に共通した欠点であり、鋼の周縁を入
念に洗浄することや、鋼の周縁に特殊な「歯」を刻んだ
り、特殊な接着剤を使用する必要があった。残念なが
ら、最適の鋼−樹脂間密着性を得るための圧力・温度・
時間条件は最適の圧縮成形を達成するため（すなわち、
最適のグリット−樹脂間密着性を得るため）の条件とは
必ずしも同じでなく、そのため性能の低下が生じる。

【００３９】切削偏差は優れていた。このデータから、
コンパウンディングした複合砥粒ペレットを用いた圧縮
成形で切断砥石、研削砥石その他の砥石を製造するとい
う思想の有効性が確認される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック・オッドマンド・アインセット アメリカ合衆国、オハイオ州、デラウェア ー、ウエスト・ハル・ドライブ、213番 Ｆターム(参考） 3C063 AA02 AB03 BA03 BB02 BB03 BB04 BB15 BC03 BD01 BG07 BG10 CC17 CC30 FF22

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形用樹脂と砥粒とから形成された成形
   可能な離散ペレットを含んでなる、部品成形用の複合ペ
   レット。
2. 【請求項２】 前記砥粒がダイヤモンド、立方晶窒化ホ
   ウ素（ＣＢＮ）、アルミナ、ＳｉＣ及びガーネットの１
   種以上である、請求項１記載の複合ペレット。
3. 【請求項３】 前記砥粒の粒度が約６００メッシュ〜約
   ５メッシュの範囲内にある、請求項１記載の複合ペレッ
   ト。
4. 【請求項４】 前記砥粒の量が約６５体積％以下であ
   る、請求項１記載の複合ペレット。
5. 【請求項５】 前記砥粒が金属で被覆されている、請求
   項１記載の複合ペレット。
6. 【請求項６】 前記金属がＮｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
   ｏ、Ｓｎ、Ｗ、Ｔｉ及びそれらの合金の１種以上であ
   る、請求項１記載の複合ペレット。
7. 【請求項７】 セラミックホウ化物、五酸化二窒素、Ｃ
   ｕ、Ｆｅ、Ｓｎ、青銅、Ｃ、シリカ、アルミナ及びＳｉ
   の１種以上からなる二次粒子をさらに含む、請求項１記
   載の複合ペレット。
8. 【請求項８】 前記成形用樹脂がポリエーテルイミド、
   ビスマレイミド−トリアジン付加共重合体、ポリエーテ
   ルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリ（アミド
   −イミド）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）
   樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）及び芳香族ポリカーボネ
   ート樹脂の１種以上である、請求項１記載の複合ペレッ
   ト。
9. 【請求項９】 前記ポリエーテルイミドが有機ジアミン
   と芳香族ビス（エーテルジカルボニル）又は芳香族ビス
   （エーテルジカルボン酸）との反応生成物である、請求
   項８記載の複合ペレット。
10. 【請求項１０】 研削又は切断砥石の製造方法であっ
    て、 （ａ）型を用意する工程、 （ｂ）第１の成形用樹脂と砥粒とから形成された成形可
    能な離散ペレットからなる複合ペレットを用意する工
    程、 （ｃ）第２の成形用樹脂を用意する工程、 （ｄ）複合ペレットがホイールの外周付近に優先的に分
    布しかつ第２の成形用樹脂がホイールの内部付近に優先
    的に分布するように複合ペレット及び第２の成形用樹脂
    を型の中に共射出する工程、及び （ｅ）第１及び第２の成形用樹脂を硬化させる工程を含
    んでなる方法。
11. 【請求項１１】 前記第１及び第２の成形用樹脂が同じ
    樹脂である、請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】 砥粒充填部品の製造方法であって、 （ａ）型を用意する工程、 （ｂ）第１の成形用樹脂と砥粒とから形成された成形可
    能な離散ペレットからなる複合ペレットを用意する工
    程、 （ｃ）複合ペレットを型の中に置く工程、及び （ｄ）第１の成形用樹脂を硬化させる工程を含んでなる
    方法。