JP2008087107A - 砥材 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラスト加工等に用いる砥材として、従前の砥材に比較して、反発弾性が小さく、衝撃吸収性の高い、全く別の素材からなるコアを採用した新たな砥材を提供する。
【解決手段】表面に弱い粘着性を有する多数の極細繊維を不規則な非直線状とし、互いに絡み合わせて立体状の集合体としてコアを形成し、このコア表面に研磨微粉からなる研磨層を形成するという手段を採用した。極細繊維は、ポリエステルモノフィラメントからなるものとし、極細繊維の表面に合成樹脂系の粘着材を塗布して弱い粘着性を付与する。また、伸縮性素材からなる袋体に多数の粒状体を収納してコアを形成し、袋体表面に研磨微粉からなる研磨層を形成するという手段を採用した。粒状体は、摩擦係数の小さい球体または角丸非球体とし、袋体内を自由に移動できるような空間を設けて収納する。
【選択図】図１

Description

この発明は、各種ワークの表面仕上げ等のために、ワーク表面を研削する砥材に関するものである。

従来、ワーク表面を研削、研磨あるいは仕上げるための方法が種々提供されているが、何れの方法を用いるかは、仕上げの目的、あるいはワークの素材や形状に応じて選択する必要があった。即ち、例えば鋳造物であれば、荒仕上げをした後に研磨が必要であるし、一方、精密部品であれば、表面を潤沢に仕上げることを目的とするものもある。また、ワークの素材が金属である場合と、セラミックである場合では、研削等の方法も異なってくる。

このように、従来は、ワークの素材や仕上げ等の目的に応じて、砥材や研削方法を使い分けなければならず、また、その都度、使用器具も変更しなければならないため、ワークの表面仕上げには自ずと時間と手間がかかっていた。

さらに、従来方法の何れであっても、複雑な表面形状を有するワークを効率よく仕上げ等することは困難であった。特に、工業用の金型や歯科補綴物は複雑な凹凸面を有するため、その表面を研磨するには時間と手間がかかっていたのである。さらにまた、環境上でも、作業中に研磨粉塵が多量に発生するので、作業者の衛生面にも大きい問題を有するものであった。このように、研削あるいは研磨については、広い分野において、作業性の悪さ、作業環境の劣悪などの基本的な課題は根本的に解決されていない部分も多い。

このような実情に鑑み、本出願人は先に、ブラスト加工等に用いる砥材として、合成樹脂発泡材またはラバーなどの人工組成物をコアとし、このコアの表面にバインダを介して研磨粉層を設けた砥材（特許文献１参照）や、粘弾性を有する粒状のコア材に研磨微粉を付着させた砥材（特許文献２参照）を提案している。これらによれば、複雑な表面でも短時間で仕上げ等を行うことができ、作用環境も良好に維持することができるものである。

特開２００４−１２３１号公報 特開２００４−９１５１０号公報

ところで、このような砥材の使用にあたっては、砥材をワーク表面に斜めから多数吹き付けることにより行われる。そして、ワークの凹凸面を平面化するには、砥材はワーク表面に衝突した後、できるだけ長い距離を滑ることが好ましい。そのため、反発弾性が小さく、衝突後の形状変化が大きい衝撃吸収性の高い物質をコア材の材料として選択することが好ましいのである。

本発明は、上述した課題を解決するもので、その目的とするところは、複雑な表面形状を有するワークでも短時間で仕上げ等することができ、しかも作業環境も改善することができる砥材を提供することにある。そして、具体的には、上述した従前の砥材におけるコア材に比較して、十分に反発弾性が小さく、衝突後の形状変化が大きい衝撃吸収性の高い、全く別の素材からなるコアを採用した新たな砥材を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１では、表面に弱い粘着性を有する多数の極細繊維を不規則な非直線状とし、互いに絡み合わせて立体状の集合体としてコアを形成し、このコア表面に研磨微粉からなる研磨層を形成するという手段を採用した。かかる構成のコアは、極細繊維の表面に弱い粘着性があるので、立体状のコアに外力が加わると、内部で繊維同士が複雑に絡み合い、部分的に接合したり離れたりする。そのため、コアは衝突エネルギーを吸収しつつ適度な弾性を持って変形することになる。このとき、極細繊維自体にも弾性があるので、もとの形に戻ろうとするが、繊維表面の粘着性によって、粘着性がない場合に比べてもとの形に戻るために要する時間が大きなものとなり、時間をかけて原形に戻ろうとする。そのため、ワーク表面上を長い時間滑動することができ、ワーク表面を長い距離だけ研削することができる。

このとき、極細繊維は、ポリエステルモノフィラメントからなるものとし、また、極細繊維の表面に合成樹脂系の粘着材を塗布して弱い粘着性を付与するという手段を採用した。極細繊維は、細くて柔軟な素材が好ましく、粘着材も、極細繊維の素材および集合密度に応じて、コア全体の弾性を所望の弾性にするために、適宜選択できる。

また、研磨微粉を極細繊維表面の粘着材によってコア表面に付着させて研磨層を形成するという手段、または、研磨微粉をバインダによりコア表面に付着させて研磨層を形成するという手段を採用した。コア表面に多量の研磨微粉からなる研磨層を形成し、ワーク表面を研削するものであり、研磨微粉はワークの素材や仕上げに応じて適宜選択できるものである。

また、前記課題を解決するため、別途、請求項６では、伸縮性素材からなる袋体に多数の粒状体を収納してコアを形成し、袋体表面に研磨微粉からなる研磨層を形成するという手段を採用した。そして、粒状体は、摩擦係数の小さい球体または角丸非球体とし、袋体内を自由に移動できるような空間を設けて収納するという手段を採用した。

かかる構成のコアは、袋体内を粒状体が自由に移動するので反発弾性はほとんどなく、コアは自由に変形して衝突エネルギーを吸収することができると同時に、その基本的形態を維持する。そのため、ワーク表面上を長い時間滑動することができ、ワーク表面を長い距離だけ研削することができる。この場合、滑動の間も粒状体は自由移動するので、袋体の表面の研磨層とワーク表面の接する位置が絶えず変化し、順次、新しい研磨層でワーク表面を研削する。

上記構成にかかる砥材は、表面に弱い粘着性を有する極細繊維の集合体でコアを形成しているので、コアは適度な弾性を持って変形し、時間をかけて原形に戻る。そのため、ワーク表面に斜めから吹き付けると、ワーク表面に衝突すると同時に扁平に変形し、そのままワーク表面を滑動して、その移動距離だけワーク表面を研削し、再び離脱する。従って、効率よくワーク表面を研削することが可能となった。また、コアは粘着性を有する極細繊維の集合体で形成されているので、衝突を繰り返しても繊維がほぐれることがなく、長時間に渡って使用できる。

また、コアを形成する極細繊維の素材やこれに塗布する粘着材を適宜選択することで、コアの弾性をワークの素材や仕上げ具合に応じて適正に調整できるので、最も好ましい表面仕上げが可能となった。

また、別の構成の砥材は、伸縮性素材からなる袋体に多数の粒状体を収納してコアを形成しているので反発弾性はほとんどなく、前記砥材と同様に、ワーク表面に斜めから吹き付けると、ワーク表面に衝突すると同時に扁平に変形し、そのままワーク表面を滑動して、その移動距離だけワーク表面を研削するという作用を奏する。この場合、粒状体が袋体内を自由に移動するので、新しい研磨層が順次ワーク表面を研削することになる。その結果、効率よくワーク表面を研削することが可能である。

また、袋体や粒状体の素材を適宜選択することによって、コアの変形度合いをワークの素材や仕上げ具合に応じて適正に調整できるので、好ましい表面仕上げが可能となった。さらに、コア表面の研磨微粉が離脱しても、再度バインダを介して付着させることができるので、繰り返し使用することができ、経済的である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面に従って説明する。図１（Ａ）は、本発明に係る砥材１０の一単位を概念的に示した断面図である。また図１（Ｂ）は、極細繊維の一単位の断面図である。図１において、１はコアであり、多数の不規則な非直線状とした極細繊維１ａ・・・が互いに絡まり合って立体状の集合体を形成したものである。この集合体の大きさは１００μｍ〜５ｍｍ程度の大きさとし、ワークの素材や仕上げの程度によって適宜選択することができる。このコア１は、例えば所定厚の板状に形成した極細繊維の集合体を上記所望の大きさに切断乃至引き千切ることによって立方体や直方体に近い形状の立体状とする。また、各繊維の表面には、（Ｂ）に示すように、弱い粘着性を有する粘着材１ｂが塗布されており、各々の繊維は互いにその弱い粘着性で部分的に接合して所定の集合密度になっている。２・・・はコア１の表面に露出する極細繊維１ａ・・・の表面に付着した研磨微粉で、コア１の表面全体としては、見かけ上、研磨層３を形成している。この研磨微粉２は、上記粘着材１ｂを利用して付着してもよいが、別途適宜なバインダにより付着させることも可能である。

極細繊維１ａは、細くて柔軟な素材が好ましく、例えばポリエステルモノフィラメントを用いる。但し、これに限定するものではなく、後述するように、研磨対象であるワークの素材に応じて、人工または天然の素材を適宜選択できる。また、粘着材１ｂとしては、アクリル系粘着材等の合成樹脂系の粘着材を使用し、その粘着度は、上記極細繊維１ａの素材および集合密度に応じてコア１全体の弾性を所望の弾性に維持すべく、適宜選択される。さらに、研磨微粉２としては、ワークに応じたものを選択する。即ち、ワークが金属であればダイヤモンド粉や炭化ケイ素、アルミナなどの研削材、セラミックであればダイヤモンド粉、プラスチックであればアルミナや酸化鉄などの研削材を粒径１〜２０μｍに破砕したものを利用する。

本発明におけるコア１は、上述の通り、表面に粘着性を付与された極細繊維１ａの集合体で形成されるので、外力が加わると、内部で絡み合った繊維同士が部分的に接合したり離れたりする。そのため、コアは適度の弾性を持って変形する。この場合、極細繊維自体に弾性があるので、もとの形に戻ろうとするが、繊維表面に粘着性が付与されていることから、粘着性がない場合に比べてもとの形に戻るために要する時間が大きなものとなる。つまり、ゆっくりと時間をかけて原形に戻ることになる。この時間は、繊維の太さや素材の性質、塗布される粘着材の粘着度などの要因が相互に作用して決定されることになる。従って、ワークの素材に応じて、極細繊維や粘着材を適宜選択し、所望の弾性に調整することが可能となる。

次に、上記構成の砥材１０によるワーク表面の研削工程を概念的に示すと、図２のようになる。即ち、この工程によれば、先ず、多数の砥材１０を適宜な吹き付け装置を用いてワーク表面Ｗに斜め上方から吹き付ける（同図（Ａ））。すると、砥材１０はワーク表面Ｗに衝突すると同時に扁平に塑性変形し、ワーク表面Ｗの研削を開始する（同図（Ｂ））。続いて、砥材１０は変形しながらワーク表面Ｗを滑動し、砥材１０が移動した距離Ｓだけ研磨微粉２によってワーク表面Ｗが研削される（同図（Ｃ））。そして、砥材１０がワーク表面Ｗから反発あるいは離脱することによって研削を終了する（同図（Ｄ））。

上記研削工程からも明らかなように、本発明の砥材によれば、サンドペーパーに似た研削効果が得られる。また、砥材の噴出速度を調整した場合、ワーク表面の仕上げ具合を変えることができる。例えば、ワーク表面が柔らかい材質や脆い材質である場合には砥材の噴出速度を下げることによって、過度の研削をなくし、ワーク表面を良好に仕上げることができる。即ち、砥材の噴出速度を調整することによって砥材の運動エネルギーを調整し、砥材のワーク表面に対する摩擦力、引いては研磨微粉による研削力を調整することができるのである。

さらに、ワークの表面形状に応じて砥材の噴射と同時に圧縮空気を吹き付けることがある。これは、ワーク表面に凹部が存在する場合、この凹部に砥材が滞留して研削効率を低下させることがあるからである。そこで、圧縮空気を噴射することで、比重が小さい砥材を凹部から速やかに除去することができ、研削効率を高めることができる。

もちろん、上述した工程において、砥材１０は、事前に、コア１となる極細繊維１ａの素材、および、これに塗布する粘着材１ｂを、ワークの素材に応じて適宜選択しておく。即ち、ワークの表面の仕上げ具合に応じて、砥材１０の弾性を、極細繊維１ａや粘着材１ｂを適正に選択することで決定し、さらに、実際の研削工程で、砥材１０の噴射速度を調整して、最も好ましい表面仕上げを可能とするものである。

次に、図３は他の実施形態を示すもので、前記実施形態と同様に、反発弾性が小さく、衝突後の形状変化が大きいコア材を使用した砥材を提案するものである。図３（Ａ）は、本実施形態に係る砥材２０の一単位の概念を示す断面図、同図（Ｂ）は、衝突変形後の断面図である。図３において、２１は例えばゴムなどの伸縮性素材で形成した袋体、２２・・・は袋体２１の内部に収納する多数の粒状体である。袋体２１の素材は特に限定するものではなく、比較的薄く伸縮性があるものが好ましい。また、ゴムのように通気性がないものの他、通気性があってもよい。粒状体２２の形状は、摩擦係数の小さい球体または表面が滑らかで鋭角的部分のない角丸非球体形状であれば特に限定されない。粒状体２２を球体または角丸非球体形状とすることにより、袋体２１内で互いに擦れ合う際の衝突エネルギーが吸収されると共に、袋体２１に傷を付けて破損することがないものである。また、その材質も、硬質であれば、ガラス、セラミック、石等、特に限定されるものではない。この粒状体２２は、袋体２１の中で自由に移動できる空間を形成するために、袋体２１の容積の６０〜８０パーセント程度の量を収納する。なお、袋体２１をゴムなどの通気性のない素材で構成した場合には密閉状態となるが、この場合、その内圧を大気圧よりやや低くして、容易に変形できるようにしておくことが好ましい。なお、その内圧は、容易に変形するように、袋体２１の素材および袋体２１に収納される粒状体２２の量によって適宜選定される。この袋体２１と多数の粒状体２２とでコア２３を形成する。かかる構成のコアは、反発弾性がほとんどないので、ワークに衝突しても反発して離脱することがない。そして、袋体２１の表面には、適宜なバインダを介して多数の研磨微粉２４・・・を付着させて、研磨層を２５を形成する。この研磨微粉２４は、ワークの素材に応じて、前記実施形態と同様のものが利用できる。

上記構成の砥材２０は、前記実施形態と同様に、適宜な吹き付け装置を用いてワーク表面に斜め上方から吹き付けるものであるが、衝突によって扁平に変形して衝突エネルギーを吸収し、ワーク表面上を滑動する。この場合、袋体２１内の粒状体２２・・・は袋体内の空間を自由に移動可能なので、滑動の間も粒状体２２は自由移動を行い、その結果、袋体２１の表面の研磨層２５とワーク表面の接する位置が絶えず変化し、順次、新しい研磨層２５でワーク表面を研削することになる。

従って、本実施形態に係る砥材によっても、反発弾性が小さく形状変化の大きい衝撃吸収性の高いコア材とすることができ、良好な研削効果を得ることができる。また、袋体の伸縮性素材の材質や厚さ、粒状体の素材および粒径を適宜選択することによって、コア材の弾性を調整することが可能となるので、ワークの素材に応じて好ましい表面仕上げ効果を得ることができる。さらに、砥材の滑動距離を長くでき、ワーク表面から反発して離脱することもなくなる。

また、仕上げ工程によっては水と一緒に砥材を吹き付けることもあるが、この場合も、袋体が密閉されているので、水がしみ込んで弾性が変化することもなく、また、研磨微粉が離脱しても、再度バインダを介して付着させることが容易であり、繰り返し使用できるという利点がある。

（Ａ）は砥材の一単位を概念的に示した断面図、（Ｂ）は極細繊維の一単位の断面図である。 砥材による研削工程の概念図である。 別の実施形態を示すもので、（Ａ）は砥材の一単位を概念的に示した断面図、（Ｂ）は衝突変形後の断面図である。

符号の説明

１ コア
１ａ 極細繊維
１ｂ 粘着材
２ 研磨微粉
３ 研磨層
１０ 砥材
２０ 砥材
２１ 袋体
２２ 粒状体
２３ コア
２４ 研磨微粉
２５ 研磨層

Claims (7)

1. 表面に弱い粘着性を有する多数の極細繊維を不規則な非直線状とし、互いに絡み合わせて立体状の集合体としてコアを形成し、このコア表面に研磨微粉からなる研磨層を形成したことを特徴とする砥材。
2. 極細繊維は、ポリエステルモノフィラメントからなる請求項１記載の砥材。
3. 極細繊維の表面に合成樹脂系の粘着材を塗布して弱い粘着性を付与した請求項１または請求項２記載の砥材。
4. 研磨微粉を極細繊維表面の粘着材によってコア表面に付着させて研磨層を形成した請求項１から請求項３のいずれか１項記載の砥材。
5. 研磨微粉をバインダによりコア表面に付着させて研磨層を形成した請求項１から請求項３のいずれか１項記載の砥材。
6. 伸縮性素材からなる袋体に多数の粒状体を収納してコアを形成し、袋体表面に研磨微粉からなる研磨層を形成したことを特徴とする砥材。
7. 粒状体は、摩擦係数の小さい球体または角丸非球体とし、袋体内を自由に移動できるような空間を設けて収納したものである請求項６記載の砥材。

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