JP2015223653A - 塗装表面の仕上げ方法及び研磨材料 - Google Patents

Abstract

【課題】工程数の削減、仕上げ研磨の時間短縮及び研磨処理面積の低減を可能にする塗装表面の仕上げ方法を提供する。【解決手段】本開示の一実施態様の塗装表面の仕上げ方法は、複数の三次元要素が配置された構造化表面を有する研磨層を含む研磨材料を用いて塗装表面のブツを除去して、仕上げ研磨に適した表面を提供することと、該表面を仕上げ研磨することとを含む、塗装表面の仕上げ方法であって、研磨層が、平均粒径０．５〜５μｍのダイヤモンド砥粒と、エポキシ樹脂を含有するバインダーとを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、研磨材料を用いた塗装表面、特に自動車塗装表面の仕上げ方法、及び塗装表面に使用される研磨材料に関する。

研磨材料は、自動車塗装表面のブツ除去及び表面仕上げに使用されている。ブツ除去及び表面仕上げを含む作業を塗装補修と呼ぶ場合がある。「ブツ（nib）」とは、塗装環境中の埃、塗装ノズルに溜まった塗料のダマなどが核として塗装表面に付着して形成される、大きさ０．５〜５ｍｍ程度の塗料の突起部を指す。事故などにより損傷した車体の修理時に行なわれる塗装だけではなく、新車の塗装においてもブツの発生を完全に防止することができずに塗装補修が必要となる場合がある。

塗装補修は、一般にブツ除去、粗研磨及び仕上げ研磨の３つの工程を含む。ブツ除去は、一般に固定砥粒を有する研磨材料及びオービタルサンダーが用いられる。研磨材料を用いて手作業でブツ除去が行なわれる場合もある。粗研磨及び仕上げ研磨はブツ除去中に生じた塗装表面の細かい傷を研磨していない塗装表面と同様の外観になるまで除去する工程である。粗研磨では比較的大きな傷を短時間で除去するため研磨力の大きいバフ及びコンパウンドの組み合わせが用いられ、仕上げ研磨では目的とする外観を呈する表面が得られるような研磨力が小さいバフ及びコンパウンドの組み合わせが用いられる。粗研磨及び仕上げ研磨の研磨ツールとして、一般に回転式サンダー及びバフィングサンダーがそれぞれ用いられる。高品質の仕上げ表面が要求されない大衆車などにおいては、粗研磨及び仕上げ研磨が一つの工程で行われる場合もある。

特許文献１（特表２０１３−５０５１４５号公報）には、「第１及び第２の対向する主表面を有する支持体と、前記第１の主表面に配置され、固定される構造化研磨層であって、成形研磨複合体を含み、前記成形研磨複合体が、架橋高分子粘結剤中に分散している研磨粒子及び非イオン性ポリエーテル界面活性剤を含み、前記研磨粒子の平均粒径が１０マイクロメートル未満であり、前記非イオン性ポリエーテル界面活性剤が前記架橋高分子粘結剤に共有結合せず、前記非イオン性ポリエーテル界面活性剤が前記成形研磨複合体の総重量に基づいて２．５〜３．５重量パーセントの量で存在する構造化研磨層と、を含む。構造化研磨物品」が記載されている。

特許文献２（特表２０１０−５２２０９２号公報）には、「被加工物の表面を研磨する方法であって、付着した研磨粒子を含む研磨表面を備える、駆動ツールのシャフトの上に装着された研磨物品を提供する工程と、前記被加工物の表面を、前記研磨物品の研磨表面と接触させる工程と、前記駆動ツールのシャフトを回転往復させることによって、前記回転軸を中心に前記研磨物品の研磨表面を回転往復させる工程と、を含み、前記回転軸を中心に前記研磨物品の研磨表面を回転往復させながら、前記研磨物品の研磨表面に付着した前記研磨粒子によって、前記被加工物の表面を研磨する方法」が記載されている。

特表２０１３−５０５１４５号公報 特表２０１０−５２２０９２号公報

塗装補修では、最初にブツ除去に十分な研磨力を有する研磨材料を使用する必要がある。一方、高い研磨力を有する研磨材料を用いてブツ除去を行うと、ブツだけではなくブツの周辺領域も研削されて窪みが生じる。このような窪みによる外観不良を解消するため、通常はブツが除去された領域に加えてその周辺領域に対しても粗研磨を行う必要があり、仕上げ研磨は粗研磨を行った領域よりもさらに広い領域に対して行う必要がある。また、窪みが深くなるほど、粗研磨及び仕上げ研磨を必要とする領域が大きくなり、研磨時間も長くなる。

また、ブツ除去時に研削された領域は、未研磨の塗装表面と比較して表面粗さが増大している。したがって、粗研磨及び仕上げ研磨において、ブツ除去によって生じた表面粗さを低減して未研磨の塗装表面と外観を合わせる必要がある。しかしながら、研磨力の小さいバフ及びコンパウンドの組み合わせを用いて行なわれる仕上げ研磨によっても表面の微細な凹凸を除去しきれない場合、わずかに残った微細な凹部により入射光の乱反射が生じて、「白ボケ（whitening）」と呼ばれる外観不良が生じる可能性がある。また、いかなる理論に拘束されるわけではないが、白ボケの別の要因として、長時間の粗研磨及び仕上げ研磨により研磨面に生じた摩擦熱によって、塗料のバインダーとして使用される樹脂が軟化して仕上げ研磨で除去できない細かい傷が生じてしまう、あるいは樹脂が熱変性することが考えられる。長時間の研磨に起因する白ボケは、一旦発生すると修正する手段はなく、再塗装を強いられることになる。

したがって、ブツ除去において塗装表面の表面粗さを小さく抑えることにより、粗研磨なしで仕上げ研磨を行うことができ、また白ボケなどの外観不良の発生を低減することができると考えられる。

本開示の目的は、工程数の削減及び仕上げ研磨の時間短縮と、研磨処理面積の低減及び仕上げ表面の品質向上とを可能にする塗装表面の仕上げ方法を提供することである。

本開示の一実施態様によれば、複数の三次元要素が配置された構造化表面を有する研磨層を含む研磨材料を用いて塗装表面のブツを除去して、仕上げ研磨に適した表面を提供することと、該表面を仕上げ研磨することとを含む、塗装表面の仕上げ方法であって、前記研磨層が、平均粒径０．５〜５μｍのダイヤモンド砥粒と、エポキシ樹脂を含有するバインダーとを含む、塗装表面の仕上げ方法が提供される。

本開示の別の実施態様によれば、複数の三次元要素が配置された構造化表面を有する研磨層を含む、塗装表面に使用される研磨材料であって、前記研磨層が、平均粒径０．５〜５μｍのダイヤモンド砥粒と、エポキシ樹脂を含有するバインダーとを含む、研磨材料が提供される。

本開示によれば、ブツ除去に用いられる研磨材料がブツ除去と同時に仕上げ研磨に適した表面を提供するため、粗研磨を行うことなく仕上げ研磨を行うことができる。また、粗研磨を行う必要がないため、仕上げ研磨の時間短縮及び研磨処理面積の低減を実現することができる。仕上げ研磨を短時間かつ小面積で行うことにより白ボケなどの外観欠陥の発生を抑制することができ、結果として塗装品質の向上をもたらすことができる。

なお、上述の記載は、本発明の全ての実施態様及び本発明に関する全ての利点を開示したものとみなしてはならない。

本開示の一実施態様の研磨材料の断面図である。 三角錐の形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。 四角錐の形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。 切頭四角錐の形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。 三次元要素が横に倒して整列された三角柱である構造化表面の断面斜視図である。 寄棟屋根形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。 別の実施態様の寄棟屋根形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。 研磨層が構造化表面を有する研磨材料の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。

以下、本発明の代表的な実施態様を例示する目的でより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施態様に限定されない。

本開示において「基準平面」とは、研磨材料を平坦な被研磨物と接触させたときの被研磨物との接触面、すなわち被研磨物の表面と平行な平面を意味する。典型的には、基準平面は基材表面である。

本開示において三次元要素の「高さ」とは、基準平面の垂線に沿った三次元要素の底面から三次元要素の頂点又は頂面までの距離を意味する。典型的には、高さは基材表面を基準として決定される。

本開示の一実施態様の塗装表面の仕上げ方法は、塗装表面のブツを除去して、仕上げ研磨に適した表面を提供することと、該表面を仕上げ研磨することとを含む。ブツ除去には複数の三次元要素が配置された構造化表面を有する研磨層を含む研磨材料を用いる。研磨層は、平均粒径０．５〜５μｍのダイヤモンド砥粒と、エポキシ樹脂を含有するバインダーとを含む。

本開示の別の実施態様は、塗装表面に使用される上記研磨材料に関する。

研磨材料の一実施態様を断面図で図１に示す。図１に示す研磨材料１００は、基材１０１の上に、エポキシ樹脂を含有するバインダー中に分散されたダイヤモンド砥粒１０３を有する研磨層１０２を含み、研磨層１０２は複数の三次元要素１０４が配置された構造化表面を有する。基材１０１はラミネート層又は接着層を介して研磨層１０２と接着することができる。バインダーが接着性を有する場合は、ラミネート層又は接着層を使用せずに、基材１０１を研磨層１０２に接着することができる。ダイヤモンド砥粒１０３はバインダー中に均一又は不均一に分散している。この実施態様では、研磨材料１００を用いて被研磨物の表面を研磨したときに、被研磨物の硬度次第で、被研磨物と接触した部分が徐々に摩耗して未使用のダイヤモンド砥粒１０３が露出する。

複数の三次元要素が配置された構造化表面を有する研磨層は、未硬化又は未ゲル化状態のバインダー中に分散されたダイヤモンド砥粒を含有する砥粒スラリーを構造化表面のネガパターンを有する金型に充填し、硬化又はゲル化させることにより形成することができる。

ダイヤモンド砥粒は、非常に高い硬度を有する砥粒であり、一般に金属などの硬質材料の研削及び研磨に用いられる。本開示の被研磨物である塗装表面は、金属などの硬質材料と比較して非常に柔らかいため、ダイヤモンド砥粒のように高硬度の砥粒を用いる必要はないと従来考えられていた。本発明者らは、当業者の常識に反してブツ除去にダイヤモンド砥粒を用いることにより、ブツ除去と同時に仕上げ研磨に適した表面が得られることを見出した。

ダイヤモンド砥粒の平均粒径は約０．５μｍ以上、約５μｍ以下であり、平均粒径が約１μｍ以上、約４μｍ以下のダイヤモンド砥粒を有利に使用することができる。ダイヤモンド砥粒の「平均粒径」は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定を用いて測定される体積累積粒径Ｄ_５０である。具体的な測定条件は以下のとおりであるが、同様の原理に基づき同等の値が得られることが当業者にとって理解できる限り、他の測定装置及び条件を用いることを妨げない。
測定装置：レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９２０（株式会社堀場製作所、京都府京都市）
解析ソフトウェア：ＬＡ−９２０ ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）
砥粒量：１５０ｍｇ
分散媒：イオン交換水１５０ｍＬ
循環速度（水の撹拌速度）：設定値１５
超音波発振：あり（ＬＡ−９２０内蔵の超音波装置を使用）
測定温度：室温（２５℃）
相対湿度：８５％以下
Ｈｅ−Ｎｅレーザー光透過率：８５％
タングステンランプ透過率：８５％
相対屈折率：１．８０に設定（ダイヤモンドの相対屈折率：１．８１）
測定時間：２０秒
データ取り込み数：１０
粒径基準：体積

ダイヤモンド砥粒の最大粒径は、約２０μｍ以下、又は約１０μｍ以下であることが有利である。ダイヤモンド粒子の「最大粒径」は、粒子が球形であれば直径、楕円形状であれば長径、針状であれば長軸寸法、多角形状であれば最長の辺（三角形）又は最長の対角線（四角形以上）、その他の不定形状であれば最大寸法である。

いかなる理論に拘束されることを望むわけではないが、比較的小さい平均粒径を有するダイヤモンド砥粒を使用することにより、ダイヤモンド砥粒をより強固にバインダーに保持させて、それにより高い研削力を発揮することができると考えられている。また、平均粒径の比較的小さいダイヤモンド砥粒は塗装表面へ与えるダメージが小さいため、ブツ除去後に生じる窪みの深さ及び大きさ、並びにブツが除去された領域及びその周辺領域の表面粗さを小さくすることができる。

バインダーは硬化又はゲル化可能であり、エポキシ樹脂を含む。バインダーは熱硬化性又は放射線硬化性であってよい。アクリル樹脂よりも硬化物の硬度が高いエポキシ樹脂をバインダーの成分として使用することにより、ダイヤモンド砥粒はバインダーに強固に保持され、高い研削力を発揮することができる。また、エポキシ樹脂を含むバインダーの硬度が高いことにより、研磨層の三次元要素の変形量をより小さくして、手又はサンダーによって入力されたエネルギーを効率よくブツ取りに利用することができる。

エポキシ樹脂として、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、アルキレンオキシド変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、アルキレンオキシド変性ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などのビスフェノールエポキシ樹脂；フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂などのアルキルフェノールノボラックエポキシ樹脂；ナフタレン骨格変性エポキシ樹脂、メトキシナフタレン変性クレゾールノボラックエポキシ樹脂、メトキシナフタレンジメチレンエポキシ樹脂などのナフタレンエポキシ樹脂；ビフェニルエポキシ樹脂、テトラメチルビフェニルエポキシ樹脂などのビフェニルエポキシ樹脂；カルダノールグリシジルエーテル、カルダノールノボラック樹脂などのカルダノールエポキシ樹脂；上記エポキシ樹脂をハロゲン化した難燃化エポキシ樹脂などが挙げられる。有機溶剤への溶解性及び砥粒の分散性が良好であることから、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、及びクレゾールノボラックエポキシ樹脂、特にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、及びクレゾールノボラックエポキシ樹脂が有利に使用できる。これらのエポキシ樹脂を使用することにより、砥粒の充填量の高い研磨材料を作業性よく製造することができる。

バインダーは、エポキシ樹脂に加えて、任意の樹脂成分として、フェノール樹脂、レゾール−フェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂、メラミン樹脂、イソシアヌレートアクリレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂及びこれらの混合物を含んでもよい。バインダーについて用いられる用語「アクリレート」にはアクリレート及びメタクリレートが含まれる。バインダーに含まれる上記任意の樹脂成分の量は、バインダーの合計質量を基準として、一般に約０質量％以上、又は約１質量％以上、約１０質量％以下、又は約５質量％以下である。

硬化性バインダーは、熱、赤外線、電子線、紫外線照射、可視光照射などのエネルギー源を用いて硬化することができる。硬化性バインダーは、典型的には、フリーラジカル機構によりラジカル重合又はカチオン重合する、あるいは縮合反応又は付加反応により架橋構造を形成する。硬化性バインダーを紫外線照射によって硬化させる場合は光開始剤を用いる。このような光開始剤として、有機過酸化物、アゾ化合物、キノン、ベンゾフェノン、ニトロソ化合物、ハロゲン化アクリル、ヒドラゾン、メルカプト化合物、ピリリウム化合物、トリアクリルイミダゾール、ビスイミダゾール、クロロアルキルトリアジン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、チオキサントン、アセトフェノン、ヨードニウム塩、及びスルホニウム塩、並びにこれらの誘導体が挙げられる。エポキシ樹脂が放射線硬化性である場合は、光開始剤としてヨードニウム塩又はスルホニウム塩を使用することができる。

ダイヤモンド砥粒は、バインダー１００質量部に対して、一般に約１５０質量部以上、又は約２００質量部以上、約１０００質量部以下、又は約７００質量部以下の量で砥粒スラリーに含まれる。光開始剤は、バインダー１００質量部に対して、一般に約０．１質量部以上、又は約０．５質量部以上、約１０質量部以下、又は約２質量部以下の量で砥粒スラリーに含まれる。

砥粒スラリーは、カップリング剤、充填材、湿潤剤、染料、顔料、可塑剤、フィラー、剥離剤、研磨補助剤などの任意成分をさらに含んでもよい。

基材として、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドなどのポリマーフィルム、紙、布、金属フィルム、バルカンファイバー、不織布、及びこれらの処理品、並びにこれらの組み合わせなどを使用することができる。紫外線照射に対して透明な基材は、紫外線硬化性の塗料スラリー及び／又はラミネート組成物を用いる場合に有利である。ポリマーフィルムは、火炎処理、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン若しくは酸化性の酸による酸化、スパッタエッチングなどによる表面処理、又はポリエチレンアクリル酸などのプライマー処理を有してもよい。

基材の厚さは、一般に約１５μｍ以上、又は約６０μｍ以上、約５００μｍ以下、又は約３５０μｍ以下とすることができる。基材を弾性材料として基材に形状追従性を付与してもよい。

基材は、三次元要素が配置される表面とは反対側の表面に接着層を有してもよい。例えば、粘着性ポリマーを含有する感圧接着剤を基材表面に塗布することにより、接着層を形成することができる。代わりに、粘着性ポリマーを含有する単層フィルム状の感圧接着フィルム、２つの感圧接着層を有する両面接着テープ又はシートなどを基材表面に貼り付けることにより、基材に接着層を付与してもよい。接着層の厚さは特に限定されないが、一般に約５μｍ以上、又は約１０μｍ以上、約１５０μｍ以下、又は約１００μｍ以下とすることができる。接着層の上に、研磨材料の使用時まで接着層を保護する剥離ライナーが配置されていてもよい。

図１に示す実施態様において、研磨層１０２は複数の三次元要素１０４が配置された構造化表面を有する。三次元要素１０４は側辺が頂上の点で接続された三角錐形状である。この場合、２本の側辺で挟まれた頂角αは、一般に約３０度以上、又は約４５度以上、約１５０度以下、又は約１４０度以下である。三次元要素はピラミッド（四角錐）形状であってもよい。この場合、２本の側辺で挟まれた頂角は、一般に約３０度以上、又は約４５度以上、約１５０度以下、又は約１４０度以下である。

三次元要素１０４の頂上の点は、一般に、研磨材料のほぼ全面にわたって基準表面と平行な平面上に存在している。図１中、符号ｈは基準表面からの三次元要素の高さを示す。ｈは、一般に、約２μｍ以上、又は約４μｍ以上、約３００μｍ以下、又は約１５０μｍ以下とすることができる。ｈのばらつきは三次元要素１０４の高さの約２０％以下であることが好ましく、約１０％以下であることがより好ましい。

研磨材料の三次元要素の研磨機能はその頂部１０５で発揮される。ダイヤモンド砥粒及びバインダーを含む研磨層を備える研磨材料においては、研磨中に三次元要素は頂部から摩耗し、未使用のダイヤモンド砥粒が露出する。したがって、三次元要素の頂部に存在するダイヤモンド砥粒の濃度を高めることにより、研磨材料の切削性又は研磨性を高めることができ、ダイヤモンド砥粒を有効に利用することができる。三次元要素の基部、すなわち基材に接着される三次元要素下部１０６は、通常は研磨機能を必要としないため、砥粒を含まずバインダーのみで形成することができる。三次元要素下部１０６を基材１０１と研磨層１０２を接着するためのラミネート層又は接着層とみなすこともできる。

図１中、符号ｓは三次元要素頂部１０５の高さを示す。ｓは、例えば三次元要素の高さｈの約５％以上、又は約１０％以上、約９５％以下、又は約９０％以下とすることができる。

研磨層の構造化表面は様々な形状の三次元要素を含むことができる。三次元要素の形状として、例えば、円柱、楕円柱、角柱、半球、半楕円球、円錐、角錐、切頭円錐、切頭角錐、寄棟屋根などが挙げられる。構造化表面が複数の種類の形状の三次元要素の組み合わせを含んでもよい。例えば、構造化表面は、複数の円柱及び複数の角錐を組み合わせて含んでもよい。三次元要素の基部の断面形状が頂部の断面形状と異なっていてもよい。例えば、頂部の断面が円形であるのに対して、基部の断面が正方形であってもよい。三次元要素は、通常基部の断面積が頂部の断面積より大きい。三次元要素の基部は互いに又は交互に当接していてもよく、隣接する三次元要素の基部が所定の距離で互いに分離していてもよい。

一実施態様では、複数の三次元要素が、角錐、円錐、切頭角錐及び切頭円錐、並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される形状を有する。複数の三次元要素の形状が三角錐、四角錐などの角錐、特に三角錐であることにより高い研削力を得ることができる。

いくつかの実施態様では、複数の三次元要素が構造化表面に規則的に配置されている。本開示において、三次元要素の配置に関して使用される「規則的」とは、基準平面と平行な平面上の一又は複数の方向に沿って、同一形状又は相似形状の三次元要素が構造化表面上に繰り返し配置されていることを意味する。基準平面と平行な平面上の一又は複数の方向とは、直線方向、同心円方向、螺旋（渦巻）方向、又はそれらの組み合わせであってよい。

図２Ａは、三角錐の形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図であり、図１に示す研磨材料の上面図に相当する。図２Ａ中、符号ｏは三次元要素１０４の底辺長さを示し、符号ｐは三次元要素１０４の頂部間距離を示す。三角錐の底辺長さは互いに同じであっても異なっていてもよく、側辺長さが互いに同じであっても異なっていてもよい。例えば、ｏは、約５μｍ以上、又は約１０μｍ以上、約１０００μｍ以下、又は約５００μｍ以下とすることができる。ｐは、約５μｍ以上、又は約１０μｍ以上、約１０００μｍ以下、又は約５００μｍ以下とすることができる。

図２Ｂは四角錐の形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。図２Ｂ中、符号ｏは三次元要素２０４の底辺長さを示し、符号ｐは三次元要素２０４の頂部間距離を示す。四角錐の底辺長さは互いに同じであっても異なっていてもよく、側辺長さが互いに同じであっても異なっていてもよい。例えば、ｏは、約５μｍ以上、又は約１０μｍ以上、約１０００μｍ以下、又は約５００μｍ以下とすることができる。ｐは、約５μｍ以上、又は約１０μｍ以上、約１０００μｍ以下、又は約５００μｍ以下とすることができる。図２Ｂには示していないが、三次元要素２０４の高さｈは、約２μｍ以上、又は約４μｍ以上、約６００μｍ以下、又は約３００μｍ以下とすることができる。ｈのばらつきは三次元要素２０４の高さの約２０％以下であることが好ましく、約１０％以下であることがより好ましい。

他の実施態様では三次元要素を切頭三角錐又は切頭四角錐とすることができる。これらの実施態様の三次元要素の頂面は、一般に基準平面と平行な三角形又は四角形の平面で構成される。これらの頂面の実質的に全てが基準平面と平行な平面上に存在することが好ましい。

図２Ｃは切頭四角錐の形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。上段左に頂部を切断する前の四角錐の形状を示す。図２Ｃ中、符号ｏは三次元要素３０４の底辺長さを示し、符号ｕは三次元要素３０４の底辺間距離を示し、符号ｙは頂面の一辺の長さを示す。切頭四角錐の底辺長さは互いに同じであっても異なっていてもよく、側辺長さが互いに同じであっても異なっていてもよく、頂面の辺の長さが互いに同じであっても異なっていてもよい。例えば、ｏは、約５μｍ以上、又は約１０μｍ以上、約６０００μｍ以下、又は約３０００μｍ以下とすることができる。ｕは、０μｍ以上、又は約２μｍ以上、約１００００μｍ以下、又は約５０００μｍ以下とすることができる。ｙは、約０．５μｍ以上、又は約１μｍ以上、約６０００μｍ以下、又は約３０００μｍ以下とすることができる。図２Ｃには示していないが、三次元要素３０４の高さｈは、約５μｍ以上、又は約１０μｍ以上、約１００００μｍ以下、又は約５０００μｍ以下とすることができる。ｈのばらつきは三次元要素３０４の高さの約２０％以下であることが好ましく、約１０％以下であることがより好ましい。

図２Ｄは別の実施態様の断面斜視図であり、複数の三次元要素４０４は、横に倒して整列された三角柱であり、稜線を有する。三次元要素４０４は、基材４０１の上に配置され、ダイヤモンド砥粒及びバインダーを含む三次元要素頂部４０５と、バインダーを含み砥粒を含まない三次元要素下部４０６の二層構造で示されている。稜線は研磨材料の実質的に全体にわたって基準平面と平行な平面上にあることが好ましい。ある実施態様では、これらの稜線の実質的に全てが基準平面と平行な同一の平面上に存在する。図２Ｄ中、符号αは三次元要素４０４の頂角を示し、符号ｗは三次元要素４０４の底部幅を示し、符号ｐは三次元要素４０４の頂部間距離を示し、符号ｕは三次元要素４０４の長底辺間距離を示し、符号ｈは基材４０１の表面からの三次元要素４０４の高さを示し、符号ｓは三次元要素上部４０５の高さを示す。例えば、αは、約３０度以上、又は約４５度以上、約１５０度以下、又は約１４０度以下とすることができる。ｗは、約２μｍ以上、又は約４μｍ以上、約２０００μｍ以下、又は約１０００μｍ以下とすることができる。ｐは、約２μｍ以上、又は約４μｍ以上、約４０００μｍ以下、又は約２０００μｍ以下とすることができる。ｕは、０μｍ以上、又は約２μｍ以上、約２０００μｍ以下、又は約１０００μｍ以下とすることができる。ｈは、約２μｍ以上、又は約４μｍ以上、約６００μｍ以下、又は約３００μｍ以下とすることができる。ｓは、三次元要素４０４の高さｈの約５％以上、又は約１０％以上、約９５％以下、又は約９０％以下とすることができる。ｈのばらつきは三次元要素４０４の高さの約２０％以下であることが好ましく、約１０％以下であることがより好ましい。

図２Ｄに示すような個々の三次元要素４０４が、研磨材料の全面にわたって延在してもよい。この場合、三次元要素４０４の長底辺方向の両端部がいずれも研磨材料の端部付近にあり、複数の三次元要素４０４が縞状に配置される。

別の実施態様では、三次元要素が寄棟屋根形状を有する。本開示における「寄棟屋根」形状とは、対向する２つの三角形及び対向する２つの四角形で構成される側面を有し、隣接する三角形の側面及び四角形の側面は辺を共有し、対向する２つの四角形の側面の共有する辺が稜線となる立体形状を指す。稜線は研磨材料の実質的に全体にわたって基準平面と平行な平面上にあることが好ましい。ある実施態様では、これらの稜線の実質的に全てが基準平面と平行な同一の平面上に存在する。２つの三角形の側面又は２つの四角形の側面は同じ形状であってもよく、互いに異なっていてもよい。したがって、寄棟屋根形状の底面は正方形、長方形、平行四辺形、台形などであってもよく、四辺の長さが互いに異なる四角形であってもよい。

図２Ｅは寄棟屋根形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。図２Ｅには長方形の底面を有する寄棟屋根形状が示されている。図２Ｅ中、符号ｌは三次元要素５０４の長底辺の長さを示し、符号ｘは隣接する三次元要素５０４の短底辺間距離を示す。例えば、ｌは、約５μｍ以上、又は約１０μｍ以上、約１０ｍｍ以下、又は約５ｍｍ以下とすることができる。ｘは、０μｍ以上、又は約２μｍ以上、約２０００μｍ以下、又は約１０００μｍ以下とすることができる。符号ｗ、ｐ、及びｕ、並びに図２Ｅには示していないがｈ、ｓ、αなどの定義及び例示的な数値範囲は図２Ｄについて説明したものと同じである。

図２Ｆは別の実施態様の寄棟屋根形状を有する複数の三次元要素が配置された構造化表面の上面模式図である。この実施態様では寄棟屋根形状の底面は平行四辺形であり、角度βを成す２本の直線方向に沿って三次元要素６０４が規則的に配置されている。角度βは、例えば約３０度以上、又は約４５度以上、約８５度以下、又は約７５度以下とすることができる。符号ｌ、ｘ、ｗ、ｐ、及びｕ、並びに図２Ｆには示していないがｈ、ｓ、αなどの定義及び例示的な数値範囲は図２Ｅについて説明したものと同じである。

研磨材料の三次元要素の密度、すなわち研磨材料１ｃｍ^２あたりの三次元要素の個数は、一般に約１００個／ｃｍ^２以上、又は約１０００個／ｃｍ^２以上、約１×１０^５個／ｃｍ^２以下、又は約５×１０^４個／ｃｍ^２以下である。

研磨材料の好適な製造方法を以下に一例として説明するが、研磨材料の製造方法はこれに限られない。

最初に、ダイヤモンド砥粒、バインダー、及び溶剤を含む砥粒スラリーを調製する。砥粒スラリーは、必要に応じて光開始剤などを含有してもよく、砥粒スラリーに流動性を付与するのに十分な量の揮発性溶剤をさらに含有してもよい。揮発性溶剤を用いることにより、研磨材料の製造時の作業性、形成される三次元要素の形状精度などを高めつつ、大量のダイヤモンド砥粒を研磨層に含ませて高い研削力を研磨材料に付与することができる。

揮発性溶剤として、バインダーを溶解することができ、室温〜１７０℃で揮発性を示す有機溶剤が有利に使用できる。揮発性溶剤として、具体的には、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどが挙げられる。他の溶剤として水を有利に使用することもできる。

次に、底側が先細形状の複数の凹部を有する鋳型シートを調製する。凹部の形状は形成する三次元要素を反転させた形状であればよい。鋳型シートの材料は、例えばニッケルなどの金属、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などを用いることができる。ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂は、金属治具上でその溶融温度においてエンボス加工可能であるため、所望の形状の凹部を容易に形成できる。バインダーが放射線硬化性樹脂である場合、紫外線又は可視光線を透過する材料を鋳型シートに用いることが好ましい。

図３は、研磨層が構造化表面を有する研磨材料の製造方法の一例を模式的に示す工程図である。図３（ａ）に示すように、鋳型シート７０８に砥粒スラリー７０９を充填する。充填量は、揮発性溶剤が蒸発しバインダーが硬化した後に、例えば図１及び２Ｄに示す三次元要素頂部１０５、４０５を形成するのに十分な量である。典型的には、揮発性溶剤の蒸発後に鋳型シートの凹部の底からの深さが図１及び図２Ｄに示す寸法ｓとなる量を充填する。

充填は砥粒スラリーをロールコーターなどのコーティング装置で鋳型シートに塗布することにより行うことができる。塗布時の砥粒スラリーの粘度は、約１０Ｐａ・ｓ以上、又は約１００Ｐａ・ｓ以上、約１×１０^６Ｐａ・ｓ以下、又は約１×１０^５Ｐａ・ｓ以下とすることができる。

図３（ｂ）に示すように、充填された砥粒スラリーから揮発性溶剤を蒸発させて除去する。典型的には、砥粒スラリーを充填した鋳型シートを５０〜１５０℃に加熱する。加熱は０．２〜１０分間行う。バインダーが熱硬化性である場合は、硬化温度で加熱して硬化工程を同時に行ってもよい。溶剤の揮発性が高い場合は室温で数分〜数時間放置してもよい。

図３（ｃ）に示すように、鋳型シートにラミネート組成物７１０を更に充填して凹部をバインダーで満たす。ラミネート組成物は、砥粒スラリーで用いたバインダーと同一又は異なるバインダーを含むことができ、基材に対する接着性が良好なバインダーを含むことが有利である。

ラミネート組成物のバインダーとして、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などが有利に使用できる。ラミネート組成物は砥粒スラリーと同様の光開始剤、その他の任意成分などを含んでもよい。ラミネート組成物の充填は砥粒スラリーと同様の方法により行うことができる。

図３（ｄ）に示すように、鋳型シート７０８に基材７０１を重ねてラミネート組成物７１０を基材７０１に接触させる。接触時にロールなどを用いて鋳型シート７０８と基材７０１の積層物を加圧してもよい。

その後、バインダーを硬化させる。硬化は、砥粒スラリーのバインダーとラミネート組成物のバインダーについて別々に行ってもよく、同時に行ってもよい。

バインダーは、加熱によって、あるいは赤外線、電子線、紫外線又は可視光の照射によって硬化する。加熱時の温度、又は照射エネルギーの印加量は、用いるバインダーの種類、照射エネルギー源などによって適宜決定することができる。硬化時間は鋳型シートの凹部の深さ、周囲温度、砥粒スラリー及びラミネート組成物の組成などに依存して変化する。例えば、透明基材の上から紫外線（ＵＶ）を照射してバインダーを硬化することができる。

図３（ｅ）に示すように、鋳型シートを除去することにより、基材７０１と構造化表面を有する研磨層７０２とを有する研磨材料７００が得られる。鋳型シートを除去した後にバインダーを硬化することもできる。

上記の研磨材料を用いて塗装表面のブツを除去する。ブツ除去は、電動又はエアー駆動のサンダーに取り付けた研磨材料をブツに接触させて高速で動かすことによって行うことができる。研磨材料を手で保持しブツに軽く押し当てて往復又は円運動させることにより行うこともできる。

一般に、研磨材料は、直径約１ｃｍ以上、又は約１．５ｃｍ以上、約２０ｃｍ以下、又は約１３ｃｍ以下の円形、又は辺の長さが約１ｃｍ以上、又は約１．５ｃｍ以上、約２０ｃｍ以下、又は約１３ｃｍ以下の正方形又は長方形に裁断されて使用される。

研磨材料をサンダーの研磨面に直接取り付けてもよく、中間パッドを介してサンダーの研磨面に取り付けてもよい。研磨材料は中間パッド又はサンダーの研磨面と接着するための感圧接着層を有していてもよく、中間パッドはサンダーの研磨面及び／又は研磨材料と接着するための感圧接着剤層を有していてもよい。中間パッドは弾性圧縮性材料で作られていてもよい。中間パッドの硬度を変えることにより、ブツ除去効率及びブツ除去後の表面粗さを調節することができる。

サンダーの研磨面は、自転運動、往復運動、オービタル（公転）運動、及びこれらの組み合わせなどの様々な運動が可能であってよい。例えば、いくつかの市販のダブルアクションサンダーは自転運動とオービタル運動の組み合わせが可能である。好適な実施態様では、サンダーの研磨面を自転運動させずにオービタル運動させる。この実施態様では、研磨材料のいずれの場所においても研磨材料の移動量が同じであるため、研磨材料の全面でブツ除去効率をほぼ一定にすることができ、作業者の習熟度に拘わらず研磨品質を均一にすることができる。オービタル運動のオービタル軌道直径（オービットダイヤ）は、約０．１ｍｍ以上、又は約０．５ｍｍ以上、約２０ｍｍ以下、又は約１０ｍｍ以下とすることができる。オービタル運動の回転数は、約３０００ｒｐｍ以上、又は約５０００ｒｐｍ以上、約１５０００ｒｐｍ以下、又は約１００００ｒｐｍ以下とすることができる。

研磨材料をブツに接触させるときにサンダーに加える力は、研磨材料の面積によって様々であるが、一般に約３ｋｇｆ以下、好ましくは約０．５ｋｇｆ以上、約２ｋｇｆ以下である。この力はブツの大きさ、形状などによって変化させることができる。

研磨材料を手で保持してブツ除去を行う場合、一般に半径約５ｍｍ以上、又は約１０ｍｍ以上、約１００ｍｍ以下、又は約５０ｍｍ以下の円運動をするように研磨材料を動かすことが望ましい。代わりに、研磨材料を約５ｍｍ以上、又は約１０ｍｍ以上、約１００ｍｍ以下、又は約５０ｍｍ以下の距離で往復運動させてもよい。研磨材料に手で加える力は、研磨材料の面積によって様々であるが、一般に約０．３ｋｇｆ以上、約２ｋｇｆ以下である。この力はブツの大きさ、形状などによって変化させることができる。

研磨材料表面に潤滑剤として水を付着させた状態でブツ除去を行うことが望ましい。水を付着させることにより、研磨材料の目詰り及び粉塵の発生を抑制することができる。また、研磨材料表面はブツ除去中に定期的に水で洗浄することが望ましい。

本開示において、ブツを除去した領域の表面は仕上げ研磨に適している。いくつかの実施態様では、その表面のＲｚは、約０．５μｍ以下、約０．２μｍ以下、又は約０．１μｍ以下である。

ブツ除去が完了した後、ブツ除去中に生じた傷を除去するために、ブツを除去した領域及びその周辺領域において仕上げ研磨を行う。仕上げ研磨は、バフを電動又はエアー駆動のサンダーに取り付け、仕上げ研磨を行う領域にバフを接触させて高速で動かすことによって行うことができる。バフ表面、仕上げ研磨を行う領域、又はそれら両方にコンパウンドを付着させて仕上げ研磨を行うことが望ましい。

バフを構成する材料として、天然繊維、合成繊維及びこれらの組み合わせ、フォームなどの様々な材料を使用することができる。バフの研磨面は、バフが取り付けられるサンダーの回転軸に沿った方向から見たときに一般に円形であり、研磨面の表面が平坦であってもよく、複数の凸部及び凹部を有する三次元表面であってもよい。バフの直径は、一般に直径約２．５ｃｍ以上、又は約５ｃｍ以上、約２０ｃｍ以下、又は約１３ｃｍ以下である。被研磨面との適合性を高める目的で、バフが弾性圧縮性材料で作られていてもよい。

コンパウンドとして、界面活性剤を用いて砥粒、油脂類又は増粘剤、及び石油系溶剤を水中に分散及び乳化させたものを使用することができる。砥粒の平均粒径は、一般に約０．５μｍ以上、又は約１μｍ以上、約１０μｍ以下、又は約５μｍ以下である。砥粒のモース硬度は一般に４〜１０の範囲である。そのような砥粒として、例えば（焼成）ケイソウ土、（焼成）カオリン、アルミナ、コロイダルシリカ、合成シリカ、炭酸カルシウムなどを使用することができる。油脂類、増粘剤、石油系溶剤、及び界面活性剤として、塗装仕上げ用のコンパウンドに含まれる従来公知のものを使用することができる。

サンダーの研磨面は、自転運動、往復運動、オービタル（公転）運動、及びこれらの組み合わせなどの様々な運動が可能であってよい。好適な実施態様では、サンダーの研磨面を自転運動させる。この実施態様において、自転運動の回転軸が、例えば約１ｍｍ以上、又は約５ｍｍ以上、約３０ｍｍ以下、又は約２０ｍｍ以下の幅で自由に移動可能であってもよい。自転運動の回転数は、約３０００ｒｐｍ以上、又は約５０００ｒｐｍ以上、約１５０００ｒｐｍ以下、又は約１００００ｒｐｍ以下とすることができる。

本開示によれば、粗研磨を行うことなく塗装表面を仕上げることができるが、ブツ除去後に必要に応じて粗研磨を行ってもよい。粗研磨は仕上げ研磨よりも研磨力の高いバフ及びコンパウンド、例えば平均粒径のより大きい砥粒を含むコンパウンドを用いて行うことができる。

本開示の方法及び研磨材料は、塗装表面の仕上げ、特に自動車塗装表面の仕上げに使用することができる。また、本開示の方法及び研磨材料は、上塗り工程（クリア塗装工程）後の塗装表面の表面仕上げだけではなく、中塗り工程などの中間工程のブツ取り及び表面仕上げに使用することもできる。

以下の実施例において、本開示の具体的な実施態様を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。部及びパーセントは全て、特に明記しない限り質量による。

本実施例で使用した材料及び装置を以下の表１に示す。

砥粒スラリー１〜４を以下の表２に示す成分を配合することにより調製した。

ラミネート組成物を以下の表３に示す成分を配合することにより調製した。

表４に示す三次元要素を反転させた形状の凹部を有するポリプロピレン製鋳型シートを準備した。鋳型シートに砥粒スラリー１〜４をロールコーターにより塗布し、７５℃で３分間乾燥させた。この上にラミネート組成物を塗布し、基材として厚さ７５μｍの透明ポリエステルフィルムを重ね、ロールで加圧して積層した。ポリエステルフィルムの側から紫外線を照射し、ラミネート組成物を硬化させた。次いで、７０℃で２４時間加熱して砥粒スラリー及びラミネート組成物のバインダーを硬化させた。

ポリエステルフィルム上に両面感圧接着シートＦＡＳ Ｅ−８（ＡＶＥＲＹ ＤＥＮＮＩＳＯＮ社、アメリカ ＣＡ州より入手）を貼り付け、鋳型シートを除去し、室温まで冷却して構造化表面の反対面に感圧接着層を有する研磨材料１〜６を得た。研磨材料１〜６の研磨層は、表４に示される複数の三次元要素が配置された構造化表面を有する。

得られた研磨材料を直径８２ｍｍの円形に打ち抜いて、以下の研削力試験及び２段階研磨試験により、ブツ除去性能及び仕上げ研磨適性を評価した。

＜研削力試験＞
研削力試験によりブツ除去性能を評価した。手順は以下のとおりである。研磨材料の構造化表面の反対面から剥離ライナーを除去して感圧接着層を露出させ、回転試験機に固定する。被研磨物をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）板（直径１０２ｍｍの円形）とし、荷重５ｋｇｆ（９５ｇｆ／ｃｍ^２）で研磨回数１０００回毎に被研磨物の質量変化を測定し、合計で３０００回研磨を行う。結果を表５に示す。質量変化が大きいことは研磨材料の研削力が高い、すなわちブツ除去性能に優れていることを示す。

＜２段階研磨試験＞
２段階研磨試験により、ブツ除去後に荒れた表面の表面粗さ、及び粗研磨を行なわずにこの表面を仕上げ研磨で仕上げるのに必要な研磨回数を評価した。この試験に使用した試験機は、サンダーを固定保持するアーム及び塗装板を取り付けるためのステージを備えている。アームはサンダーに負荷を掛けた状態でサンダーを直線運動（一方向又は往復）させることができる。手順は以下のとおりである。塗装板として日本ペイント製ＨＸをコーティングしたボンデ鋼板（縦２５ｃｍ×横３２ｃｍ）を用意し、塗装面を上にして試験機のステージに固定する。３１２５ブツ除去用サンダーに３１２５ＰＳＡパッドソフトを取り付け、その上に研磨材料１〜６、４６６ＬＡ Ａ５、４６６ＬＡ Ａ３、及び２６６ＬＡ Ａ２のいずれかを取り付ける。３１２５サンダーの研磨面は自転運動せずに直径２ｍｍの円上でオービタル運動する。３１２５サンダーを試験機のアームに取り付けてから研磨材料の研磨面（構造化表面）に霧吹きで水を供給し、供給空気圧０．４ＭＰａ、荷重１ｋｇｆ、速度３ｃｍ／秒で２０ｃｍの長さを２回（１往復）通過させて塗装面を研削する。

次に、塗装板の向きを９０度回転させてステージに固定する。３１２５ブツ除去用サンダーをアームから取り外し、フォームバフィングパッド１３２５７を取り付けた８１２５バフィングサンダーをアームに取り付ける。８１２５サンダーの研磨面は１２ｍｍの自由移動幅を有する中心軸の周りに自転運動する。１３２５７パッドにポリッシュエクストラファイン２ｇを均一になるように塗布し、供給空気圧０．４ＭＰａ、荷重１ｋｇｆ、速度３ｃｍ／秒で２０ｃｍの長さを一方向に繰り返し通過させて塗装面を仕上げ研磨する。ブツ除去後仕上げ研磨前の塗装表面のＲｚ（最大高さ）、仕上げ研磨の完了に必要な研磨回数及び白ボケの有無を表５に示す。

例１〜４では、仕上げ研磨の完了に必要な研磨回数を６回以下と短縮することができ、かつ白ボケの発生のない高品質の仕上げ表面が得られた。比較例２と比較例３はバインダーの種類が異なる（比較例２：エポキシ樹脂、比較例３：アクリル樹脂）以外は同等であり、比較例１と比較例２はシリコンカーバイド砥粒の平均粒径が異なる（比較例１：２μｍ、比較例２：５μｍ）以外は同等である。シリコンカーバイド砥粒を用いた場合、バインダーをアクリル樹脂（比較例３）からより硬いエポキシ樹脂（比較例２）に変えると研削力が低下した。エポキシ樹脂をバインダーとした場合、三次元要素の摩耗がアクリル樹脂と比べて少なく、新しい（未使用の）シリコンカーバイド砥粒の露出が抑えられたため、研削力が低下したものと考えられる。バインダーをエポキシ樹脂として、シリコンカーバイド砥粒の平均粒径を小さくした比較例１では、比較例２より研削力がさらに低下した。一方、ダイヤモンド砥粒を用いた場合、シリコンカーバイド砥粒と異なり平均粒径２μｍでも高い研削力が得られた（例１）。

１００、７００ 研磨材料
１０１、４０１、７０１ 基材
１０２、７０２ 研磨層
１０３ ダイヤモンド砥粒
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４ 三次元要素
１０５、４０５ 三次元要素頂部
１０６、４０６ 三次元要素下部
７０８ 鋳型シート
７０９ 砥粒スラリー
７１０ ラミネート組成物

Claims (4)

1. 複数の三次元要素が配置された構造化表面を有する研磨層を含む研磨材料を用いて塗装表面のブツを除去して、仕上げ研磨に適した表面を提供することと、
   該表面を仕上げ研磨することと
   を含む、塗装表面の仕上げ方法であって、前記研磨層が、平均粒径０．５〜５μｍのダイヤモンド砥粒と、エポキシ樹脂を含有するバインダーとを含む、塗装表面の仕上げ方法。
2. 前記仕上げ研磨に適した表面のＲｚが０．５μｍ以下である、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の三次元要素が、角錐、円錐、切頭角錐及び切頭円錐、並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される形状を有する、請求項１又は２のいずれかに記載の方法。
4. 複数の三次元要素が配置された構造化表面を有する研磨層を含む、塗装表面に使用される研磨材料であって、前記研磨層が、平均粒径０．５〜５μｍのダイヤモンド砥粒と、エポキシ樹脂を含有するバインダーとを含む、研磨材料。

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