JP2011218526A - 研磨ブラシ用毛材および研磨ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】特に外部水冷方式で使用する場合の冷却効果に優れ、持続的な研磨性能を発揮する研磨ブラシ毛材および研磨ブラシを提供する。
【解決手段】総繊度が４７０〜１５０００ｄｔｅｘの合成樹脂マルチフィラメント２の外周長手方向に、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１を複数本引き揃え、接着剤３を介して固着してなる研磨ブラシ用毛材。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属板の製造工程の一つである金属圧延工程において、圧延ロールなどの被研磨物表面を洗浄および研磨するために使用する研磨用ブラシ毛材の改良に関し、さらに詳しくは、特に外部水冷方式で使用する場合の冷却効果に優れ、持続的な研磨性能を発揮する研磨ブラシ用毛材および研磨ブラシに関するものである。

従来、金属板の製造工程における圧延ロールなどの被研磨物表面の洗浄および研磨には、ディスクロールブラシ、チャンネルロールブラシなどの研磨ブラシが使用されており、さらにこれらの研磨ブラシの毛材としては、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントが使用されている。

これらの研磨ブラシは、高速回転しながら圧延ロールの表面および被研磨物の表面に押圧され、この圧延ロールの表面および被研磨物上に付着したスラッジや錆を除去するために使用されるが、研磨ロールブラシと圧延ロールに発生する摩擦熱が研磨ブラシ毛材を熱劣化させるため、この熱劣化を防ぐことを目的として研磨ロールブラシの外側から水を掛けて、研磨ブラシ毛材を冷却する外部水冷方式が採用されている。

しかし、この外部水冷方式においては、高速回転する研磨ブラシの外側から水を掛けても、遠心力によって水が研磨ブラシの内部まで到達することができず、冷却不足によって研磨ブラシ毛材の根元が折損するなどの問題があり、その対策としては、研磨ブラシの内側から水を出して冷却する内部水冷方法が一部で採られているが、この方式は研磨ブラシの構造が複雑になるばかりか、研磨ブラシの価格が高くなるため、これを採用するには経済的に好ましくないという問題があった。

こうした問題に対処するための従来技術としては、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントにマルチフィラメントをカバーリングした研磨ブラシ用毛材（例えば、特許文献１参照）が既に提案されている。

しかしながら、マルチフィラメントでカバーリングした研磨ブラシ用毛材についても、やはり毛材同志が強く擦れ合うために、マルチフィラメントが解れてしまうばかりか、マルチフィラメントが切れて被研磨物に付着したり、被研磨物の冷却工程において、切れたマルチフィラメントが冷却配管内に詰まったりするなどの支障をきたすため、研磨用ブラシ毛材の更なる改善が強く要望されていた。

さらに、鉄鋼の重研削に使用する場合には、研磨ブラシの植毛密度が高く、より多くの摩擦熱が発生するため、研磨ブラシ用毛材の根元まで冷却することが必要となり、優れた吸水性能をもった研磨用ブラシ毛材の実現が強く求められていた。

特開２００１−３２７５６号公報

本発明の目的は、特に外部水冷方式で使用する場合の冷却効果に優れ、持続的な研磨性能を発揮する研磨ブラシ用毛材および研磨ブラシを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明によれば、総繊度が４７０〜１５０００ｄｔｅｘの合成樹脂マルチフィラメントの外周長手方向に、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントを複数本引き揃え、接着剤を介して固着してなることを特徴とする研磨ブラシ用毛材が提供される。

なお、本発明の研磨ブラシ用毛材においては、前記合成樹脂マルチフィラメントの外周長手方向に、接着剤を介して固着された複数本の砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントに、撚りがかけられていることが好ましい条件として挙げられる。

また、本発明の研磨ブラシは、前記研磨ブラシ用毛材を毛材の少なくとも一部に使用したことを特徴とし、特にこの研磨用ブラシを金属圧延工程において、圧延ロールなどの被研磨物表面を研磨する外部水冷方式に使用した場合には、優れた効果を如何なく発揮することができる。

本発明によれば、以下に説明するとおり、特に外部水冷方式で使用する場合に、冷却水が毛細管現象により研磨ブラシ用毛材の中心にあるマルチフィラメントへ吸い上げられ、研磨ブラシの内部まで十分に届くため、優れた冷却効果を維持することができ、研磨ブラシ用毛材の折損を防止して、持続的な研磨性能を発揮する研磨ブラシ用毛材および研磨ブラシを得ることができる。

図１は本発明の研磨ブラシ用毛材の第１実施例を示す正面図（ａ）とそのＡ―Ａ線断面図（ｂ）である。 図２は同じく第２実施例を示す正面図（ａ）とそのＡ―Ａ線断面図（ｂ）である。

以下、本発明の研磨ブラシ用毛材および研磨ブラシについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１の第１実施例に示したように、本発明の研磨ブラシ用毛材は、総繊度が４７０〜１５０００ｄｔｅｘの合成樹脂マルチフィラメント２の外周長手方向に、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１の複数本（図面では３本）を引き揃えて、接着剤３を介して固着してなることを特徴としている。また、図２の第２実施例では、第１実施例の研磨ブラシ用毛材に対し、さらに撚りをかけたことを特徴としている。

ここで、合成樹脂マルチフィラメント２の総繊度は、４７０〜１５０００ｄｔｅｘの範囲であることが好適であり、総繊度が４７０ｄｔｅｘ未満の場合は、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１の研磨ブラシ用毛材構成割合が減少して、金属板の製造工程の一つである金属圧延工程において、圧延ロールなどの被研磨物表面を洗浄および研磨するために使用する際に発生する摩擦熱が小さくなり、本発明が目的とする効果が有効的に発揮し得なくなる。逆に、合成樹脂マルチフィラメント２の総繊度が１５０００ｄｔｅｘを超える場合は、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１の総繊度も大きくなり、研磨ブラシの製造が困難になるため好ましくない。

なお、本発明の研磨ブラシ用毛材において、合成樹脂マルチフィラメント２の混入比率は１０〜３０重量％が好ましい。合成樹脂マルチフィラメント２の混入比率が５％未満の場合は、吸水性能が小さくなり、研磨ブラシ用毛材の耐久性が劣る傾向となる。一方、合成樹脂マルチフィラメント２の混入比率が３０重量％を超えた場合は、研磨粒子含有合成樹脂モノフィラメント１の混入比率が少なく研磨性能が劣り、好ましくない傾向となる。この混合範囲で砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１を合成樹脂マルチフィラメント２の外周長手方向に配置したことにより、研磨ブラシ用毛材に毛細管現象による吸水性能が得られ、金属圧延工程の外部水冷方式において冷却水が研磨ブラシ用毛材の全体に導かれて、優れた冷却効果により研磨ブラシ用毛材の折損を防止することができる。また、合成樹脂マルチフィラメントが砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントの中心に位置するために、金属板の製造工程における圧延ロールなどの被研磨物表面の洗浄および研磨において、研磨ブラシ毛材同士の擦れによるマルチフィラメントの折損および解れが抑えられ、さらに持続的な研磨性能を発揮する研磨ブラシ用毛材および研磨ブラシを得ることができる。

なお、図１に示した第１実施例では、合成樹脂マルチフィラメント２の外周長手方向に、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１を３本配置して、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１同士を接着剤３を介して固着している。ここで使用する接着剤３としては、ホットメルト樹脂などの通常業界で使用されている接着剤を用いることができ、接着方法は特に規制しない。また、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１の本数は２本以上が必要であり、３本以上であることが好ましい。

また、図２に示した第２実施例では、図１で得られたものに対し、さらに撚りをかけて形成される。撚りをかけたることによって、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１同士の結合が強固になり、金属板の製造工程における圧延ロールなどの被研磨物表面の洗浄および研磨において、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント１同士の剥離が抑制できる。ここでの撚り数は１ｍあたり１０〜６０回の範囲が好ましい。撚り数が１０回未満では砥材粒子含有モノフィラメント１同士の剥離の抑制効果は小さく、撚り数が６０回以上では中心にあるマルチフィラメントが圧迫して吸水性が失われる傾向となる。

本発明の砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントに使用される熱可塑性樹脂としては、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０（以下、Ｎ６１０という）、ナイロン６１２、ナイロン６／６６共重合体、ナイロン６／１２共重合体などのポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴという）、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリメチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレートなどのポリエステル系樹脂を使用することができる。

また、本発明で使用するポリアミド系樹脂は、その相対粘度が低いと溶融紡糸が不安定となる場合があるため、相対粘度が３．０以上であるものが好ましく、ポリエステル系樹脂の場合は、その固有粘度が低いと同じく溶融紡糸が不安定となる場合があるため、固有粘度が０．６以上であるものが好ましい。

なお、ポリアミド系樹脂の相対粘度は、濃度９８％の硫酸２５ｃｃの中にポリアミド系樹脂０．２５ｇを溶解し、この溶液を２５℃の温度条件下でオストワルド粘度管を使用して測定したものであり、ポリエステル系樹脂の固有粘度は、濃度９８．５％のオルトクロロフェノール２５ｍｌ中にポリエステル系樹脂２．０ｇを溶解し、この溶液を２５℃の温度条件下でオストワルド粘度管を使用して測定したものである。

本発明の砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントに使用される砥材粒子としては、酸化アルミナ、炭化ケイ素および人工ダイヤモンドなどが挙げられ、これらの粒度番手としては、研磨材粒度ＪＩＳ Ｒ６００１（１９７３）に規定される＃３６〜＃３０００、特に＃６０〜＃２０００の範囲のものが好ましく使用される。

そして、上記の砥材粒子の含有量は、熱可塑性樹脂組成物中に５〜４０重量％の範囲にあることが必要であり、さらには１０〜３０重量％の範囲にあることがより好ましい。砥材粒子の含有量が上記範囲を下回る場合は、研磨力に欠けた研磨ブラシ用毛材となりやすく、逆に、含有量が上記範囲を上回る場合は、モノフィラメントの強度が低下し、折損耐久性に欠けた研磨ブラシ用毛材となりやすい。

本発明の合成樹脂マルチフィラメントに使用される熱可塑性樹脂としては、特に特定しないが、好ましくはナイロン６、ナイロン６６、ポリエチレンテレフタレートから選ばれた１種の樹脂から構成されたマルチフィラメントであって、上記した総繊度のものが好適に使用される。

次に、本発明の研磨ブラシ用毛材の製造方法について説明する。

まず、砥材粒子含有熱可塑性樹脂を紡糸機に供給し溶融混練した後、同一の口金孔の中央から押し出す。次に、押出された糸条を２０℃の冷却浴で冷却固化した後、引き続き１８０℃〜２４０℃の熱風雰囲気中で２．５倍〜４．０倍に延伸してボビンに巻き取ることで砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントが得られる。

図１に示した第１実施例の研磨ブラシ用毛材は、得られた砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントを巻き付けた所定の本数のボビンと、合成樹脂マルチフィラメントとをスタンドにセットし、合成樹脂マルチフィラメントを中心に砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントを外周に配置して、引き揃えて送りローラにて引き出しながら接着剤を塗布しつつ、加熱する方法により形成される。その後これを所望の長さにカットし、研磨ブラシ用毛材として使用される。

図２に示した第２実施例の研磨ブラシ用毛材は、上記方法で得られた第１実施例の研磨ブラシ用毛材をボビンに巻取り、このボビンを回転させながら研磨ブラシ用毛材を引き出し、１８０℃〜２４０℃熱処理層にて熱処理を施す方法で形成することができる。

ここで、研磨ブラシ用毛材の断面形状は、円形以外にも楕円形、三角形、矩形およびその他の異形にすることができ、特に限定はされない。

また、研磨ブラシ用毛材の平均直径は、０．５〜４．０ｍｍ、特に１．０〜３．５ｍｍの範囲のものが好ましく使用される。研磨ブラシ用毛材の平均直径が上記範囲を下回る場合は、毛腰が弱くなるために研磨力に欠けた研磨ブラシ用毛材となりやすく、逆に、上記範囲を上回る場合は、毛腰が強くなるために剛直な研磨ブラシ用毛材となりやすく、例えば、ディスクブラシを作製するに際しては、ディスク板に対して折り曲げ植毛が困難となりやすい。

また、本発明の研磨ブラシは、上記研磨ブラシ用毛材を使用し、公知の製造方法で得られたものであり、その形状としては、例えば、カップブラシやチャンネルブラシやディスクロールブラシなど様々な研磨ブラシが挙げられ、特に外部水冷方式において優れた冷却効果により持続的な研磨性能を発揮する。

以下に実施例を挙げて本発明の構成および効果をさらに説明する。

なお、以下の実施例における吸水率および耐久性の評価は下記に記載の方法で行った。

［吸水率］
研磨ブラシ毛材の重量（Ａ）を予め計っておき、４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍに植毛したカップ状ブラシを作製してその重量（Ｂ）を計る。このカップ状ブラシを研磨ブラシ毛材の先端から水が入った水槽に１ｍｍ浸漬させて１分間放置する。その後取り出して速やかにカップ状ブラシの重量（Ｃ）を計り次式で吸水率を求める。
吸水率＝（Ｃ―Ｂ）／Ａ
この数値が大きいほど吸水率が高くなる。

［耐久性］
研磨ブラシ毛材を、内径４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍに植毛した金属カップ状ブラシを作製する。これをモーターに取り付け、１８０℃の雰囲気下で５０Ｎの圧力で、１２０００ｒｐｍで回転させながら、真鍮金属板に接触させて、８時間研磨作業を行う。このときに研磨面に水３０ＣＣ／分を加え続ける。研磨作業終了後の研磨ブラシ毛材の状態を目視により次の基準で評価した。
○；研磨ブラシ毛材に異常なし。
×；研磨ブラシ毛材にマルチフィラメントの解れがある。
×；研磨ブラシ毛材の折損がある。

［実施例１〜３］
相対粘度が３．８のＮ６１０樹脂（東レ（株）製Ｍ２０４１）７７重量％と、シランカップリング剤（東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製ＳＨ６０２０）を０．２重量％被覆処理した粒度番手＃１８０の炭化ケイ素砥材粒子（昭和電工社製）２３重量％との混合物の組成物を二軸押出紡糸機に供し、孔径２．５ｍｍの紡糸ノズルから２７０℃で溶融紡糸した後、２０℃の冷却浴で冷却固化した後、引き続き１８０℃の熱風雰囲気中で３．２倍に延伸してボビンに巻き取ることにより、直径０．８ｍｍの砥材粒子含有モノフィラメントを得た。

得られた砥材粒子含有モノフィラメント３本と、ナイロン６マルチフィラメント（東レ製Ｔ―７２０）とをスタンドにセットし、マルチフィラメントを中心として砥材粒子含有モノフィラメントが外周に配置するようにして引き揃えて、送りローラにて引き出し、その外周に共重合ポリアミド系完全水系懸濁液（エムスケミー・ジャパン製Ｇｒｉｌｔｅｘ ２Ａ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）を塗布した後、３分間、１８０℃の熱処理を施すことにより、図１に示した態様の研磨ブラシ用毛材を得た。なお、この場合のマルチフィラメントの繊度と比率を表１に示したように変更した。

そして、得られた研磨ブラシ用毛材をカットし、内径４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍに植毛した金属カップ状ブラシの作製に使用した。研磨ブラシ用毛材およびカップ状ブラシの各評価結果を表１に併せて示す。

［実施例４］
実施例１で得られた研磨ブラシ用毛材をボビンに巻き取り、回転式のボビンスタンドにセットしてボビンを１００ｒｐｍ、回転させながら送りローラで毎分５ｍの速度で引取り２００℃の加熱層に３０秒通して、図２に示した態様に変更した研磨ブラシ用毛材を得た。

そして、得られたモノフィラメントを植毛してカップ状ブラシを加工し、研磨ブラシ用毛材およびカップ状ブラシの各評価結果を表１に併せて示す。

［比較例１］
相対粘度が３．８のＮ６１０樹脂（東レ（株）製Ｍ２０４１）７７重量％と、シランカップリング剤（東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製ＳＨ６０２０）を０．２重量％被覆処理した粒度番手＃１８０の炭化ケイ素砥材粒子（昭和電工社製）２３重量％との混合物の組成物を二軸押出紡糸機に供し、孔径２．５ｍｍの紡糸ノズルから２７０℃で溶融紡糸した後、２０℃の冷却浴で冷却固化した後、引き続き１８０℃の熱風雰囲気中で３．２倍に延伸することにより、直径０．８ｍｍの砥材粒子含有モノフィラメントを得た。

そして、得られたモノフィラメントをカットし、内径４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍに植毛した金属カップ状ブラシの作製に使用した。研磨ブラシ用毛材およびカップ状ブラシの評価結果を表１に併せて示す。

［比較例２］
固有粘度が１．５のポリブチレンテレフタレート樹脂（東レ（株）製：１５００Ｓ）とポリエステルエラストマー（ポリエステルポリエーテルブロックコポリマ：東レ・デュポン（株）製、商品名ハイトレル７２４７）とを、５０／５０（重量比）の割合で混合した樹脂に対して、シランカップリング剤（東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製：品名ＳＨ６０２０）を０．３重量％被覆処理した粒度番手＃１８０の炭化ケイ素砥材粒子（昭和電工（株）製）を２３重量％添加した組成物を二軸押出紡糸機に供し、孔径３．０ｍｍの紡糸ノズルから２７０℃で溶融紡糸した後、１９０℃で３．５倍に延伸することにより、直径が１．４ｍｍのモノフィラメントを製造した。

そして、得られたモノフィラメントをカットし、内径４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍに植毛した金属カップ状ブラシの作製に使用した。モノフィラメントおよびカップ状ブラシの評価結果を表１に併せて示す。

［比較例３］
実施例１において、得られた直径０．８ｍｍの砥材粒子含有モノフィラメントを３本束ねて、その外周にマルチフィラメント（東レ製）に共重合ポリアミド系完全水系懸濁液（エムスケミー・ジャパン製Ｇｒｉｌｔｅｘ ２Ａ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）を塗布したものを螺旋状に巻きつけ、１８０℃にて３分間の熱処理を施して、研磨ブラシ用毛材を得た。

そして、得られたモノフィラメントをカットし、内径４５ｍｍ、外径７０ｍｍ、毛丈３０ｍｍに植毛した金属カップ状ブラシの作製に使用した。研磨ブラシ用毛材およびカップ状ブラシの各評価結果を表１に併せて示す。

表１の結果から明らかなように、本発明の条件を満たす研磨ブラシ用毛材（実施例１〜４）は、中心にマルチフィラメントを設けたものであることから、研磨加工時にマルチフィラメントの解れの発生がなく、研磨ブラシ用毛材へ十分に冷却水が行き届き、研磨ブラシ用毛材の折損がなく優れた耐久性を有したものであった。これに対し、本発明の条件を満たさない研磨ブラシ用毛材（比較例１、２）は、マルチフィラメントが使用されていないため、冷却水が研磨ブラシ内部まで行き届かず、研磨ブラシ用毛材の折損が激しいものであった。また、研磨ブラシ用毛材の外周にマルチフィラメントを使用したもの（比較例３）は、研磨ブラシ用毛材の折損は見られなかったが、マルチフィラメントの解れが激しいものであった。

以上説明したように、本発明の研磨ブラシ用毛材は、特に外部水冷方式で使用する場合に、冷却水が毛細管現象により研磨ブラシ用毛材の中心にあるマルチフィラメントへ吸い上げられ、研磨ブラシの内部まで十分に届くため、優れた冷却効果を維持することができ、研磨ブラシ用毛材の折損を防止して、持続的な研磨性能を発揮することから、カップブラシやチャンネルブラシやディスクロールブラシなど様々な研磨ブラシ分野への適用が大いに期待される。

１ 砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメント
２ 合成樹脂マルチフィラメント
３ 接着剤

Claims (3)

1. 総繊度が４７０〜１５０００ｄｔｅｘの合成樹脂マルチフィラメントの外周長手方向に、砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントを複数本引き揃え、接着剤を介して固着してなることを特徴とする研磨ブラシ用毛材。
2. 前記合成樹脂マルチフィラメントの外周長手方向に、接着剤を介して固着された複数本の砥材粒子含有合成樹脂モノフィラメントに、撚りがかけられていることを特徴とする請求項１に記載の研磨ブラシ用毛材。
3. 請求項１〜２のいずれか1項に記載の研磨ブラシ用毛材を少なくとも一部に使用したことを特徴とする研磨ブラシ。

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