JP2796678B2 - 表面の磨き仕上げ方法とその研磨用具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 本発明は、レンズ等の表面仕上げ及び／或いは磨きの
ための方法の改良と、そのための用具に関するものであ
る。

更に詳細には、本発明はレンズ等の仕上げ及び／或い
は磨き工程を大幅に簡素化し得るゲルを生じる新規な仕
上げ或いは磨き用パッドにかかるものである。

（ロ）発明の背景と問題点 一般に、光学材料、例えば光学レンズに精細に磨きあ
げられた表面を作る工程は、使われる磨き仕上げ剤の種
類や材料のいかんを問わず、大体において同じようなも
のである。このような作業の典型的なものとしては、処
理される材料の表面上を仕上げ或いは磨きパッドを行っ
たり来たりさせ、それと同時に研磨用粒子を含んだスラ
リー或いは水のみをパッドと被処理材料の表面との間に
向けて流すものである。

このような先公知例にはアメリカ合衆国特許第413822
8号があり、ここでは水に可溶で親水性のマトリックス
を有する磨き用パッドが教示され、このマトリックスは
マトリックスに概して弱く接着されたのみで、完全には
マトリックス中に閉じ込められていない研磨粒子を有す
る。

このパッドは水を流し続けながら用いられるもので、
パッドのマトリックスが作業と共に損傷し、パッドから
研磨粒子が浸出して剥れるのを水が助長するようにした
ものである。

しかし、このパッドは剥れた研磨粒子が被処理工作物
と充分に接触できず、実用上は不満足なものである。

また、アメリカ合衆国特許第4255164号は、研磨用仕
上げ粒子が入った水に不溶な微細細胞質のマトリックス
をもつガラス仕上げ用パッドとシートを開示している。

このパッドを水流と共に用いると、そのマトリックス
は割れて、一定の割合で仕上げ用粒子が出て来ることに
なっている。

この種のパッドは表面仕上げの研磨或いは仕上げ段階
では有効かも知れないが、磨き段階の研磨剤を用いる磨
きでは有効でない。

また、アメリカ合衆国特許第4576612号は、磨き粒子
を含んだ水溶性のマトリックスを有する磨きパッドを開
示しているが、ここではパッドと材料との間の衝当面に
向けられた水の流れがマトリックスの露出面を徐々に溶
かし、従って徐々に磨き粒子を開放するものである。

また、アメリカ合衆国特許第3042509号は、磨き粒子
を含んだワックス状でポリエチレン系の磨き組成物を開
示している。この組成物はバフ車やラップ盤の表面にこ
すりつけて用いるもので、バフ車やラップ盤の表面に潤
滑性と磨き性を与えるものである。この組成物は水溶性
なので、バフ作業の終了後に表面から洗い落せる。

更にまた、アメリカ合衆国特許第3921344号、第39599
35号、第3522680号、第3225497号、第3128580号、及び
第2886923号等の先公知例でみる方法においては、材料
と研磨或いは磨きパッドとの間の衝当面にスラリー或い
は他の液体を流れ状に向けることが好ましいことが示さ
れている。

しかしながら、これらいずれの先公知例も、湿った時
に研磨性のゲルを生じるようにしたパッドを開示も教示
もしておらず、これらの先公知例の方法はいくつかの問
題を含んでいる。

例えば、次のような問題点である。

A:研磨粒子をスリラー又は他の液流中に懸濁させてお
くことが、換言すれば粒子が流出するのを防止すること
が難しい。

B:作業機器上に多量の研磨粒子が付着し、乾燥してし
まう欠点がある。

C:研磨スリラーを循環するためのポンプを頻繁に修理
・交換する必要がある。

D:研磨スリラーを混合し、その濃度を制御することが
非常に難しい。

（ハ）発明の開示 そこで、本発明の目的は、材料上に水や液状スラリー
の流を向ける必要がなく、上述した先公知例の方法に付
随する種々の問題のほとんどを回避し得る改良された仕
上げと磨き方法を提供するものである。

この目的を達成するために、わずかな量の水があれば
非常に粘着性のあるゲルとなって、磨かれる材料とパッ
ドの本体との両方に粘着し得る新規な仕上げ或いは磨き
用パッドを提供することがこの発明でもある。

また、この発明は、湿ると研磨剤の全てが直ちに仕上
げ或いは磨きに使える新規な水吸収性或いは吸着性パッ
ドを提供することを目的とするものである。

更にまた、この発明は大量の水を吸収し貯えてゲルを
長時間にわたって形成し得るポリマーで作られ研磨剤を
含有するマトリックスを有する上述した種類の新規なパ
ッドを提供することを目的とするものである。

この発明のその他の目的は、以下の説明と図面から、
また特許請求の範囲から明らかな通りである。

この発明にて開示される概要は次の通りである。

本発明において、表面加工用パッドは研磨粒子を水を
貯めるために働く可撓性の布基板につけられた可撓性で
水を含有しうるマトリックス中に分散することによって
作られる。

このマトリックスを湿らしかつ布基板を飽和させるの
に充分な少量の水をパッドに付与して、被加工材料を湿
ったマトリックスでこすると、両者の間には研磨用の表
面加工ゲルが生成し、表面加工中に被加工材料上に向け
てスラリーやその他の液体を流す必要がない卓越した作
用と効果がある。そして、加工された表面は、光学的品
質で仕上げられた鏡面を有する。

この発明によるパッドは、少量の液剤でもってパッド
と材料との間に仕上げ用或いは磨き用の研磨粒子を含有
するゲルを形成するプラスチック，金属，ガラス，陶磁
器等の種々の材料の表面の仕上げ或いは磨き用の使い捨
てで研磨剤含有の工具を提供する。

酸化アルミニウム，酸化セリウム等の研磨粒子を水吸
収性或いは吸着でゲルを形成する担体又はマトリックス
中に分散し、これを例えば通常の磨き或いは仕上げ用パ
ッドに用いられている種類の布のような可撓性の強化基
板に均一に塗布する。接着剤を基板の裏につけ、これを
切断して一般に用いられている形状の多弁形状パッドを
得る。このパッドをラップ盤面につけ、そのマトリック
スと基板を少量の液体で湿らせる。

ラップ盤の動きはパッド上にゲルを形成し、このゲル
が材料の表面を覆う粘性なスラリーの如くに働く。

好適なる研磨剤担体或はマトリックスは、表面剤の急
速なゲル化と均一な分散をもたらし、ラップ或はその他
の表面仕上げ盤と仕上げ或いは磨かれる材料との間に潤
滑をもたらし、研磨粒子を保持してその散失を防ぐ粘性
なマトリックスを形成する。

マトリックスを支持する基板は、生成したゲルを作業
中貯留するように働く吸水性の布であることが好まし
い。

スラリーはゲル生成マトリックスと共にとれるので、
液状スラリーを作って貯え、処分する必要がなくなる。
また、従って作業機械の保守や洗浄時間も短縮できる。

（ニ）実施例 以下、図面を参照して実施例によりこの発明を更に詳
細に説明する。

符号10はゲルを生成する表面加工パッド全体を示し、
普通によくみられる通りに放射状のスロット11を有し、
これによってパッドは通常の如く多弁のパッドの形状を
なす。

このパッド10はいくつかの部分からなり、各部分がそ
れぞれ異なった働きをなす。例えば、符号12は取付け層
で、以下に説明する通りパッドをラップ盤等につけるの
に用いられる。この層12は例えばPSA接着剤のような工
業界にとって周知の接着剤である。

符号14は基板層を示す。この層はいくつかの働きをな
す。即ち、取付け層12と以下で説明する表面層との間に
ある中間支持層をなし、また磨き或いは仕上げられる材
料の面と接触する以下に説明する研磨粒子を支持するし
なやかな面をなし、かつその構造中には少量の研磨粒子
を保持し、作業中には湿りのための液体の貯蔵所として
働くものである。

例えば、これらに限定されるものではないが、綿，フ
エルト，紙，織成又は不織人工繊維等で作った人工又は
天然のしなやかなシート状の材料が基板層14に用い得
る。これらの材料が研磨粒子をよく保持し、表面層或い
は粒子担体層とよくなじめるように、これらの材料をフ
ロックペーパー状に或いはその他の加工（例えば多孔
状，凹凸状等）を施してもよい。

表面或いは粒子担体層は符号15で示され、好適には研
磨粒子17を含有する水吸収性のマトリックス16からなっ
ている。

この層15は、本発明のゲルを生成する研磨パッドの要
めとなる部材である。後述するように、この層15は通常
は基板14上にペースト状で基板の表面1cm²当り約10mgか
ら250mg以上の範囲で塗布される。

このようにして塗布すると、第２図によって分るよう
に、マトリックス16と粒子17の一部は織物基板中に、特
に層14がフロック状或いはフエルト状に作られている時
には、該層中の相当程度の深さまで浸透する。

この層15は複数の役割を有し、しかもこの役割を果す
ためには最短時間で良質の表面を生成できるように均衡
がとれていなければならない。例えば、研磨粒子17は好
適にはヌープ硬さ1000以上であり、かつその粒子サイズ
分布は表面になるべく傷を残さずに研磨効果を達し得る
ようでなくてはならない。

磨きパッドとして用いる時には、粒子17の平均粒子サ
イズは0.1から10.0ミクロンであり、仕上げパッドの場
合には、10〜50ミクロンが望ましい。研磨粒子は例え
ば、勿論これらに限られないが、酸化セリウムや酸化ア
ルミニウム，シリカ等である。

液体と接触してゲルを生成するゲル剤或いはゲルマト
リックス16は、基板14と表面加工される材料（図示せ
ず）との間の液体の存在下で研磨粒子17を保持する媒体
をなす。マトリックス16は、材料の研磨された面からの
研磨くずを受入れる比較的に大量の液体を保持できるも
のであって、パッドと材料との間の潤滑剤となり、しか
も研磨時の熱の冷却にも働くものである。

このようなマトリックス16を作るために適した材料
は、セルローズ系材料，粘土，アルミナ−ケイ酸塩，シ
リカ重合体等である。

上述したゲル生成剤或いはマトリックス16には、その
他の添加剤、例えば化学的な研磨促進剤，クーラント，
酸化抑止剤等を加えてもよい。

実施例１（磨きパッド） （１）ゲル／研磨マトリックスの作成： Ａ）部：プロピレングリコール20gと、例えばアメリカ
合衆国デラウエア州ウイルミングトンのアクアロン（Aq
ualon）により販売されCMC7Lとして知られるカルボキシ
メチルセルロース担体10gとをよく分散するように混合
した。

Ｂ）部：水160gにアメリカ合衆国コネチカット州ノーウ
オークのバンダービルト・カムパニイ（Vanderbuilt C
o.）により販売され、Darvan7として知られる分散剤5g
を加えたものと、平均粒子サイズが約2.5ミクロンの酸
化アルミニウム150gとをよく分散するようにして混合し
た。

このＢ）部をＡ）部に混合して、混合物を滑らかなペ
ースト状とした。研磨粒子（150g）と担体中のドライ成
分（10g）との比は15:1であった。

このペースト状混合物を層15をなすように、アメリカ
合衆国マサチューセッツ州ピーボデイのテンポ／シェー
ン（Tempo/Shane）により販売される0.020インチレイヨ
ンフロックの如き市販のフロック状ポリエステル布から
なるパッド基板14上に塗布した。

基板14上に塗布されたこのペーストの層の厚みは、約
0.005〜0.008インチであった。この基板布を300゜Fのオ
ーブン中に５分間入れた。この基板を冷却した後に、感
圧接着層12をその表面につけ、鋼ルールダイスを使って
所定の形状に切断した。

（２）試験 このようにして得られた本発明のパッドの第１組をラ
ップ盤20に取付け、マトリックス16を湿らし、基板14の
貯水層を飽和させるのに充分な約20mlの水を施した。ラ
ップ盤をコバーン（Coburn）505磨き機械に取付けて低
速回転とし、圧力を20psiとした。磨いたプラスチック
レンズ［アメリカ合衆国オクラホマ州ムスコギーのコバ
ーン・オプティカル・インダストリーズ（Cobarn Optic
al Industries）のスプレマシー（Supremacy）65］をつ
け、各パッドにつき３分間回転して磨いた。

同様な第２組のパッドを使って試験した。ただし、こ
のパッドを作るときのＡ）部中のプロピレングリコール
の量を40gに増加し、この組のパッドは水に浸けなかっ
た。

第３組のパッドでの試験では、基板布を先ずラップ盤
につけ、その後にパッドに上述したペースト状混合物を
塗り付けて試験した。

（３）結果 第１組のパッド： 試験数:10 磨きとった範囲:15〜31mg 平均の磨きとり分:25mg 表面品質：現行の工業規格と同じ 光学的品質：大変に良し 第２組のパッド： 試験数:3 磨きとった範囲:10〜21mg 平均の磨きとり分:14.3mg 表面品質：低品質の市販レンズに準じる 光学的品質：まあまあ良し 第３組のパッド： 試験数:1 磨きとり分:25mg 表面品質：工業規格に準じる 光学的品質：大変に良し 実施例２（仕上げ） （１）ゲル／研磨マトリックスの作成： Ａ）部：アメリカ合衆国ニューヨーク州ペンヤンのフェ
ロ・コーポレイション（Ferro Corp.）製造のファイン
−ライツ（Fine−Rite）.025アルミナ150gに脱イオン水
100gを加え、これと前記Darvan75gを良く分散するよう
に混合した。

Ｂ）部：カーボキシメチルセルロース（CMC7L）15gにプ
ロピレングリコール23gを加え、よく分散するまで混合
した。

このＢ）部を撹拌しながらＡ）部中に混合した。この
混合物の研磨粒子（150g）と担体中のドライ成分（15
g）との比は10:1であった。

この混合物を、アメリカ合衆国マサチューセッツ州ケ
ルムスフォードのペロン（Pellon）により販売されてい
る種類の0.005インチ厚のガラス磨き布基板上に層状に
0.005インチの厚さで塗布し、乾燥するまで300゜Fのオ
ーブン中においた。冷却したこの布基板を感圧接着剤層
17に張り合せ、多弁形状のパッドにダイスにより打抜い
た。

（２）試験 上記のようにして得られたこの実施例２のパッドをラ
ップ盤20に取付け、水約20mlで飽和した。ラップ盤をコ
ーバン505磨き機械につけ、速度を低速にし、また圧力
を20psiに設定した。プラスチックレンズを装架し、２
分間回転して仕上げた。

（３）結果 試験数:1 仕上げとり分:44mg 表面品質：大変良し 実施例３（磨き） （１）作成 平均の粒子サイズが約2.5ミクロンのアルミナ20gを8g
のエヌエル・ケミカルズ（NL Chemicals）のベントナイ
ト（Clay Bentone SD−１）と脱イオン水25gに混ぜ、よ
く分散するように混合した。研磨粒子（20g）と担体中
のドライ成分（8g）との比は2.5:1であった。

（２）試験 得られたペーストをフロック状ポリエステルパッド或
いは基板14上に塗布し、この基板を磨きラップ盤に取付
け、低速度で圧力20psiで３分間駆動して、プラスチッ
クレンズを磨いた。

（３）結果 試験数:1 磨きとり分:21g 表面品質：現行の工業規格に準じる 光学的品質：大変良し なお、この明細書で用いている「ゲル」或いは「ゲル
状の」という言葉は通常用いられている意味、例えばコ
ロイドである物質中に分配層と連続層とが組合わさてゼ
リー状の半固体物質を生成していることを指している。

（ホ）発明の効果 上述したところから明らかな如く、本発明は光学レン
ズの表面のように固い面を仕上げ研磨或いは磨くため
に、今までに必要とされた方法と装置を大幅に簡素化す
るものである。

即ち、この発明による特別のゲルを生成するパッドを
用いることにより、簡素化の例えば一つとして、パッド
とレンズの間の衝当面に向って液体スラリーや水を流す
必要がなくなり、従って表面工作中に材料上に絶えずス
ラリーを流すための循環ポンプやフィルターも不要にな
るのである。

この発明になる新規なパッドでは、表面研磨作業の開
始に当って、パッドの表面を濡らすだけでよく、たとえ
作業が長引いても、追加の水をパッドにそそげばよい。

いずれにせよ、作業の開始時にパッド上に形成された
ゲル状の被覆物があるので、パッド上に液を流し続ける
ことが不要である。

また、パッドの担体中のドライ成分或いはマトリック
スが研磨粒子の研磨効率を低減することのないように、
研磨粒子のドライ成分に対する比をできるだけ高くする
ことが望ましい。

この発明になるパッドが光学レンズ以外の表面が固い
材料、例えば玉磨きや宝石加工にも用い得ることは勿論
のことである。

また、ゲルを生成するマトリックス用として、前述し
たものとは別の有機化合物、例えばポリビニルアルコー
ル，ポリエチレングリコール，アルジネート，ゴム，こ
れらの組合せ等が、セルロース系材料よりは水吸収或い
は保持性では劣るが、用いることができる。また、符号
14で示される布基板の他に、その他の可撓性の水吸収・
保持性のある基板をこの発明の目的を逸脱しない限り用
いることができる。

更にまた、この発明を時によって図と共に詳細に記し
たが、その他の改変例によってもこの発明の目的を達す
ることができ、このような改変例は特許請求の範囲内に
ある限り本発明の一部であることも勿論のことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるゲルを生成する仕上げ或
いは磨きパッドの平面図、第２図は矢符方向に見た第１
図の２−２線に沿った拡大した部分断面図、第３図は第
１図のパッドをつけた仕上げ或いは磨きラップ盤の側面
図である。 符号説明 10……研磨加工用具、11……放射状のスロット 12……接着性取付け層、14……基板（層） 15……マトリックス層、16……ゲル剤 17……研磨粒子、20……ラップ盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−120070（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−232955（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24B 13/01 - 13/02 B24D 3/02 310 B24D 3/34

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工材上に光学的品質の表面をつくる方
   法にして、被加工材の加工される面上に多数の研磨用粒
   子が分散した水吸収性で可撓なマトリックスで被覆され
   た水吸収性の可撓性基板を有する表面加工用パッドをお
   き、このパッドに少量の液体を付与してそのマトリック
   スを湿らしかつその基板を飽和させ、被加工材の加工さ
   れる面とパッドの湿ったマトリックスとを互いにこすり
   合せて両者間にマトリックスから表面研磨用ゲルを生成
   して被加工材を研磨することを特徴とする表面の磨き仕
   上げ方法。
2. 【請求項２】前記被加工材の加工される面とパッドの湿
   ったマトリックスを互いにこすり合わせる前に液体をパ
   ッドに付与し、加工作業中には追加の液体をパッドに付
   与することなしに研磨加工を完了することよりなる特許
   請求の範囲第１項記載の表面の磨き仕上げ方法。
3. 【請求項３】可撓性基板と、この基板の所望の面を覆い
   湿った時にゲルを生成する可撓性のゲルを生成するマト
   リックス層と、このマトリックス層中に分散した多数の
   研磨粒子とからなり、該マトリックス層はセルロース系
   材料，粘土，シリカ等からなる群から選んだ物質を含
   み、上記該基板はマトリックス層を湿らすために用いら
   れる液体を貯えるように働く水吸収性材料を含んでなる
   表面研磨加工用具。
4. 【請求項４】前記マトリックス層に含まれる群には、更
   にゴム，ポリビニルアルコール，ポリエチレングリコー
   ル，アルジネート，又はこれらの組合せが含まれる特許
   請求の範囲第３項記載の表面研磨加工用具。
5. 【請求項５】前記マトリックス層中に分散した研磨粒子
   は少なくともヌープ硬さ1000以上の硬さを有し、その平
   均粒子サイズは約0.1〜50.0ミクロンの範囲内にある特
   許請求の範囲第３項記載の表面研磨加工用具。
6. 【請求項６】前記可撓性基板は水吸収性物質で作られる
   特許請求の範囲第３項記載の表面研磨加工用具。
7. 【請求項７】研磨粒子とマトリックス層中の他のドライ
   成分との重量比が約2.5:1から15:1である特許請求の範
   囲第３項記載の表面研磨加工用具。