JP2012232374A

JP2012232374A - ブラスト加工用研削材

Info

Publication number: JP2012232374A
Application number: JP2011101664A
Authority: JP
Inventors: Masaki Mizukami; 雅樹水上
Original assignee: Potters Ballotini Co Ltd
Current assignee: Potters Ballotini Co Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-29

Abstract

【課題】従来のガラスビーズと樹脂からなる複合材料の代替として十分に使用可能な研削性能を有し、しかも従来の複合材料より製造が容易であり、さらに資源の有効利用にも寄与することができるブラスト加工用研削材を提供する。
【解決手段】ブラスト加工用研削材は、ガラス繊維強化プラスチックを粉砕して得られた複合粒子を含む。複合粒子の粒径は０．００１ｍｍ以上１．０００ｍｍ以下であり、かつ複合粒子の平均比重は１．２以上４．０以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ブラスト加工用研削材に関する。

ブラスト加工は、被加工物の表面に研削材粒子を高速で吹き付け、その衝撃力によって、被加工物表面を研削あるいは表面に付着した異物を除去するもので、従来より、物体表面を粗面化あるいは清浄化する方法として広く用いられている。このブラスト加工において、使用される研磨材の粒子の材質や形状は、被加工物の材質や形状、ブラストの目的などに応じて適宜選択されている。

例えば、被加工物の材質が金属、特に比較的硬度の高い鉄系金属の鋳物などの場合には、研削剤として、スチールショット、スチールグリッド、天然珪砂、アルミナ、各種人造研削材、ガラスビーズなどが一般に使用されている。一方、被加工物が銅、亜鉛、アルミニウムなどの軽金属や合成樹脂など、比較的硬度の低い材質からなる場合には、上記スチールショットのような硬度の高い研削材は、被加工物の表面を必要以上に変形させたり、研削したり、あるいは傷付けたりするので、通常は使用されていない。このような硬度の低い材質からなる被加工物の場合には、研削材として天然のソフトグリッド（トウモロコシの芯、クルミの殻、植物の種子など）や合成樹脂などの使用が一般的である。

ところで、ブラスト加工法には、研削材粒子を水中に分散させ、これを高速で吹き付ける湿式法と称する方法がある。これは、被加工物の材料硬度が低いだけでなく、その被加工部分の形状が細緻である場合や、被加工物表面には損傷を与えずに不要の付着物のみを除去したい場合などに適した方法である。

このような湿式法に適したブラスト加工用研削材として、ガラスビーズの外周に、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂を付着させた複合材料が提案され、すでに一部実用化もされている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、従来の上記複合材料は、製造にあたり、ガラスビーズ外周へのカップリング剤の付着、その後の、ガラスビーズと合成樹脂との混合、合成樹脂の性質に合わせた硬化方法によるペレット化、およびペレットの冷凍粉砕による粒子化という、非常に煩雑な工程を経る必要があり、生産性や品質の安定化などの点で未だ改良すべき余地があった。

一方、ガラス繊維で強化した熱硬化性樹脂を含むプラスチック（ＦＲＰ）は、優れた耐熱性、機械的強度を有するため、住宅機材や建築資材を始め、船舶や自動車の構造材料などとして広く用いられている。そして、近年はこのような熱硬化性樹脂を含むガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が使用済みとなった後、これらを資源として再利用することが検討されている。しかし、熱硬化性樹脂は一旦硬化すると熱で軟化溶融しないため、その再利用が困難で、ガラス繊維強化プラスチックの場合には、熱硬化性樹脂に加えてガラス繊維を含むため、その再利用がさらに困難であった。

特公昭６１−５７１５５号公報

本発明は上記従来の事情に対処してなされたもので、従来のガラスビーズと樹脂からなる複合材料の代替として十分に使用可能な研削性能を有し、しかも従来の複合材料より製造が容易であり、さらに資源の有効利用にも寄与することができるブラスト加工用研削材を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るブラスト加工用研削材は、ガラス繊維強化プラスチックを粉砕して得られた複合粒子を含むブラスト加工用研削材であって、前記複合粒子の粒径が０．００１ｍｍ以上１．０００ｍｍ以下で、かつ前記複合粒子の平均比重が１．２以上４．０以下であることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、従来のガラスビーズと樹脂からなる複合材料の代替として十分に使用可能な特性を有し、しかも従来の複合材料より製造が容易であって、さらに資源の有効利用にも寄与することができるブラスト加工用研削材が提供される。

本発明の一実施例のブラスト加工用研削材を用いた湿式ブラスト加工における研削時間に対する研削量の変化を示すグラフである。本発明の一実施例のブラスト加工用研削材を用いた湿式ブラスト加工における研削時間に対する被加工物表面の表面粗さＲａの変化を示すグラフである。本発明の一実施例のブラスト加工用研削材を用いた湿式ブラスト加工における研削時間に対する被加工物表面の表面粗さＲｚの変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明は、ガラス繊維強化プラスチックを粉砕して得られた複合粒子を含むブラスト加工用研削材である。

［ガラス繊維強化プラスチック］
本発明で使用されるガラス繊維強化プラスチックは、熱硬化性樹脂を主成分とし、ガラス繊維を含むものが好ましい。熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタンなどが挙げられる。好ましくは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂であり、より好ましくは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂である。

また、ガラス繊維は、高い研削性を得る観点から、繊維長が１００μｍ以上であることが好ましい。但し、あまり長いと研削性が過度となり被加工物を損傷させるおそれがあることから、繊維長は３００μｍ以下であることがより好ましく、１２０μｍ以上１８０μｍ以下であるとより一層好ましい。また、研削性をさらに高める観点から、ガラス繊維は、比重が２．３以上２．９以下であることが好ましく、２．５以上２．７以下であることがより好ましい。

このようなガラス繊維は、ガラス繊維強化プラスチック中に５質量％以上６０質量％以下含まれていることが好ましく、１５質量％以上４０質量％以下であることがより好ましい。ガラス繊維の含有量が５質量％未満では研削性が低下し、６０質量％を超えると研削性が過度となり、被加工物を損傷するおそれがある。

ガラス繊維強化プラスチックには、ガラス繊維以外の無機成分が含まれていてもよい。ガラス繊維以外の無機成分としては、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、クレー、水酸化カルシウム、ガラスビーズなどが挙げられる。このようなガラス繊維以外の無機成分が配合されていることによって、研削性が制御され、被加工物の過度の損傷を防ぐことができる。また、研削材粒子の耐摩耗性を向上させることができ、結果として研削材の長寿命化を図ることができる。

ガラス繊維以外の無機成分としては、なかでも、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムが好ましい。炭酸カルシウムは、特に、平均粒径が１μｍ以上８μｍ以下で、比重が２．５以上２．９以下であるものが好ましい。また、水酸化アルミニウムは、特に、平均粒径が１μｍ以上１２μｍ以下で、比重が２．３以上２．５以下であるものが好ましい。水酸化アルミニウムは、水とのなじみ性が良好であるため、湿式ブラスト加工の用途に用いるものでは、水酸化アルミニウムが含有されていることが好ましく、炭酸カルシウムと水酸化アルミニウムが併用されている場合には、水酸化アルミニウムが炭酸カルシウムより多く含有されていることが好ましい。なお、炭酸カルシウムおよび水酸化アルミニウムの平均粒径は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。

このガラス繊維以外の無機成分は、ガラス繊維強化プラスチック中に５質量％以上６０質量％以下含まれていることが好ましく、１５質量％以上４０質量％以下であるとより好ましい。含有量が５質量％未満では前述した効果が十分に得られず、また、６０質量％を超えると、研削性が低下するおそれがある。また、ガラス繊維以外の無機成分は、樹脂成分の質量比以下でガラス繊維強化プラスチック中に含まれていることが、研削性の制御や研削材の寿命特性などの観点から好ましい。

ガラス繊維強化プラスチックには、本発明の効果を阻害しない範囲で、上記成分の他、ガラス繊維強化プラスチックに通常配合されているカップリング剤、離型剤、消泡剤などの添加剤がさらに配合されていてもよい。また、熱硬化性樹脂以外の樹脂、例えば、熱可塑性アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂なども、本発明の効果を阻害しない範囲で配合されていてもよい。

上記のようなガラス繊維強化プラスチックは、浴槽・浴室ユニットや浄化槽などの住宅機材、建築資材、漁船・プレジャーボートなどの舟艇船舶、自動車鉄道車両、給水タンク・耐食タンクなどのタンク容器、パイプ・電気部品などの工業機材などに広く用いられている。本発明においては、これらの用途に使用された後、あるいは製造段階で廃棄処理となったガラス繊維強化プラスチックを、原料のガラス繊維強化プラスチックの一部または全部として用いることができる。これにより、資源の有効利用に、また廃棄物の削減に、大きく貢献することができる。

なお、ガラス繊維強化プラスチック製品は、用途に応じて、ハンドレイアップ法、スプレーアップ法、ＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）法、ＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）法、ＳＭＣ（ＳｈｅｅｔＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）法などの種々の方法で成形されているが、本発明においては、いずれの方法で成形されたものであってもよい。

［複合粒子］
複合粒子は、上記ガラス繊維強化プラスチックを粉砕することにより得られる。粉砕方法としては、例えば、ドリル、ハンマーミル、レイモンドミル、ボールミルなどの粉砕機により粉砕する方法、一軸高速回転剪断破砕機により粉砕する方法などが用いられる。

本発明においては、複合粒子の粒径が、０．００１ｍｍ以上１．０００ｍｍ以下で、かつ平均比重が１．２以上４．０以下の範囲となるようにする。粒径が０．００１ｍｍ未満では、衝撃力が弱く、研削材として機能させることができない。逆に、粒径が１．０００ｍｍを超えると、衝撃力が強すぎて被加工物の表面を必要以上に研削したり変形させたり傷つけたりする。また、平均比重が１．２未満では、特に湿式ブラスト加工法に用いた場合に、粒子が流水中に浮いてしまって一様に分散させることが困難になる。また、平均比重が４．０を超えると、衝撃力が強すぎて被加工物の表面を必要以上に研削したり変形させたり傷つけたりする。複合粒子の粒径は、０．０５ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下の範囲であることが好ましく、０．１０ｍｍ以上０．６０ｍｍ以下の範囲であることがより好ましい。また、複合粒子の平均比重は、１．２以上３．８以下であることが好ましく、１．３以上２．０以下であることがより好ましい。なお、複合粒子の粒径の調整は、例えば、篩分けや重力式分級機による方法などにより行うことができる。

［ブラスト加工用研削材］
本発明のブラスト加工用研削材は、ガラス繊維強化プラスチックを粉砕して得られた複合粒子複合粒子のみで構成することが好ましいが、任意成分として、従来のガラスビーズを用いた複合粒子、例えば、ガラスビーズの外周にポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂を付着させた複合粒子を含有させてもよい。

本発明のブラスト加工用研削材においては、ガラス繊維強化プラスチックを粉砕して得られた、粒径が０．００１ｍｍ以上１．０００ｍｍ以下で、かつ平均比重が１．２以上４．０以上の複合粒子を含んでいる。この複合粒子は、製造が容易で、しかも従来のガラスビーズを用いた複合粒子と同等またはそれ以上の研削性能を有しており、したがって、従来の複合粒子に代わるブラスト加工用研削材として用いることができる。また、この複合粒子は、ガラス繊維強化プラスチックを原料として用いるので、資源の有効利用、廃棄物量の削減にも寄与することができる。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の記載において特に明示しない限り、「％」は「質量％」を示すものとする。また、実施例で用いたガラス繊維強化プラスチック、および複合粒子の平均比重は、アルキメデス法による測定値である。

（実施例）
ＳＭＣ法により成型加工された下記に示す組成からなる住宅機材用ガラス繊維強化プラスチック（平均比重１．５）を日立工機（株）製のドリル式粉砕機に投入し粉砕した後、篩分けして、粒径２１０〜６００μｍ、平均比重１．５の複合粒子からなるブラスト加工用研削材を得た。

ガラス繊維強化プラスチックの組成：
不飽和ポリエステル樹脂５５％
ガラス繊維（繊維長１２０〜１６０μｍ、比重２．６）２０％
炭酸カルシウム（平均粒径２μｍ、比重２．７）１０％
水酸化アルミニウム（平均粒径８μｍ、比重２．４）１５％

得られたブラスト加工用研削材を用い、マコー社製湿式ブラスト装置ココット（登録商標）を使用して、以下の条件でアクリル板（２０ｍｍ×２０ｍｍ×４ｍｍ）の表面に湿式ブラスト加工を行い、研削時間に対する研削量、被加工物表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）、および同表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）の各変化を調べ、その性能を評価した。なお、研削量は、（株）島津製作所製電子天秤ＡＥＧ−２２０／Ｇ（形名）により測定した。また、表面粗さＲａ、Ｒｚは（株）東京精密製表面粗さ・輪郭形状測定機サーフコム４７５Ａ（製品名）を用い、ＪＩＳＢ０６０１（２００１）に準拠して測定した。
加工条件：
水２０Ｌ
ブラスト加工用研削材２５０ｇ
エアー圧力０．３５ＭＰａ
ノズル先端から被加工物表面までの距離７４ｍｍ

これらの結果を図１〜３に示す。これらの図には、比較のために、市販のポッターズ・バロティーニ（株）製のブラスト加工用研削材（商品名ＰＳ８０；粒径２１０〜６００μｍ、平均比重１．５）を用いて同様の湿式ブラスト加工を行い、同様に評価した結果を比較例として併せ示す。

なお、比較例のブラスト加工用研削材は、平均粒径０．０２５ｍｍのガラスビーズを用いて次のようにして製造されたものである。
すなわち、平均粒径０．０２５ｍｍのガラスビーズに、アミノシラン系カップリング剤を０．１％添加し、ミキサ中で約３０分撹拌した後、乾燥して、ガラスビーズの表面に均一に付着させた。このカップリング剤で処理したガラスビーズと、加熱軟化させた市販のポリエチレンテレフタレート樹脂ペレット（比重約１．２）とを、２５：７５の質量比でよく混合した後、棒状に押出成形した。これをカッタで切断してガラスビーズ入り樹脂ペレットを作り、このペレットを液体窒素の入った容器に入れて、−５０〜−１９５℃の温度で急速冷凍し、取り出してハンマーミルで粉砕した後、篩分けして、粒径２１０〜６００μｍ、平均比重１．５の複合粒子からなるブラスト加工用研削材を製造した。

これらの図から明らかなように、実施例で得られたブラスト加工用研削材は、従来のガラスビーズを用いて製造されたブラスト加工用研削材と同等以上の性能を有しており、その代替として十分に使用できることが確認された。

次に、上記実施例で得られたブラスト加工用研削材を用い、マコー社製湿式ブラスト装置ココット（登録商標）を使用して、リードフレーム上にＩＣチップを固着し、合成樹脂で封止した半導体パッケージに対し湿式ブラスト加工を行ったところ、半導体パッケージ本体を損傷することなくリード間の細かいバリを完全に除去することができた。

Claims

ガラス繊維強化プラスチックを粉砕して得られた複合粒子を含むブラスト加工用研削材であって、
前記複合粒子は、粒径が０．００１ｍｍ以上１．０００ｍｍ以下で、かつ平均比重が１．２以上４．０以下であることを特徴とするブラスト加工用研削材。
前記ガラス繊維強化プラスチックは、ガラス繊維を５質量％以上６０質量％以下含有することを特徴とする請求項１記載のブラスト加工用研削材。
前記ガラス繊維強化プラスチックは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂からなる群より選択される少なくとも１種の熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１または２記載のブラスト加工用研削材。
湿式ブラスト加工用研削材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のブラスト加工用研削材。