JP2854207B2

JP2854207B2 - 異型断面剛毛

Info

Publication number: JP2854207B2
Application number: JP29592392A
Authority: JP
Inventors: 進野呂田; 信幸山本; 弘行安藤
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1999-02-03
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JPH06146108A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属やセラミックス材
料の表面をブラッシングして洗浄或いは研磨する為のブ
ラシ用の剛毛に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属やセラミックス材料の表面を
ブラッシングして洗浄或いは研磨仕上するブラシを構成
する剛毛の断面形状は単純な円形が一般的であり、若干
複雑といっても角のとれた三角形や四角形あるいは何個
かの円形剛毛を互いに融着あるいは接着或いは細かい繊
維状物で巻き付けて一体化させた剛毛が知られている程
度である。これは、従来のブラシ用人造剛毛の主成分が
殆んどナイロンであって全く溶融紡糸法によって造られ
ているからである。即ち、ナイロンの溶融紡糸では粘度
と冷却速度の関係から角のはっきりした複雑な断面形状
の剛毛を製造することは極めて困難である。しかしなが
ら、ブラッシング作用を詳細に分析してみると、剛毛の
断面形状の及ぼす影響は極めて大きく、従来の単純な形
状では非常に非効率であることがわかる。本発明者等は
特開平４―３７１６３号公報に記載の方法でメタ系芳香
族ポリアミドの剛毛を製造することに成功しており、こ
の製造方法によれば口金の孔形状と殆ど同じ形状を維持
し角のはっきりした剛毛を容易に製造することが可能で
あり、かかる技術を踏まえて本発明に着手したものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等の検討結果
によれば、ブラシのブラッシング作用を最大限に高める
ための条件は下記の通りであり、これを全て満足する剛
毛を得ることが本発明の課題である。（１）剛毛の断面に角が多く存在する。（２）洗浄用の場合は剛毛の先端が数十〜数百デニール
の程度に細いこと。（３）研磨用の場合は、砥粒が剛毛の表面にできるだけ
露出していること。（４）剛毛の腰が強いこと。（５）繰り返し大変形に耐えること。（６）保水性（洗浄用の場合）或いは保油性（研磨用の
場合）に富むこと。（７）剛毛の主成分の耐熱性が高く、温度変化に対して
弾性率の変化が少ないこと。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記（１）〜（７）に関
しそれぞれ個別にその条件のみ捕らえて解決することは
それほど困難ではないが、全ての条件を同時に解決する
ことは容易ではない。例えば、（２）と（４）とは単純
に考えて相反する条件である。

【０００５】本発明者等の検討結果によれば、上記
（１）から（７）の課題を同時に解決する剛毛は下記の
（請求項１）〜（請求項５）によって達成することがで
きる。（請求項１）繊維断面が中心断面図形の周りに４個の
四角形の断面図形の角部が重ね会う四葉状断面形状であ
ることを特徴とする異型断面剛毛。（請求項２）１個の中心断面図形が四角形である請求
項１に記載の異型断面剛毛。（請求項３）４個の四角形の断面図形が互いに対称の
位置にある請求項１または２に記載の異型断面剛毛。（請求項４）剛毛の主成分がメタ系芳香族ポリアミド
である請求項１〜３のいずれかに記載の異型断面剛毛。（請求項５）剛毛の主成分であるメタ系芳香族ポリア
ミドにポリエーテルエーテルケトンが０．５〜２５％分
散混合されている請求項４に記載の異型断面剛毛。

【０００６】以下、本発明を図面で詳細に説明する。図
１は本発明の異型断面剛毛の最も典型的な断面を模式的
に示したものである。図１から明らかなように、本発明
の剛毛は、１個の中心断面図形１の周りに４個の四角断
面図形２の角部が重ね会う四葉状断面を呈している。図
１の例では、１個の中心断面図形１と４個の四角断面図
形２とが全く同じ正四角形であり、周りの四角形２は互
いに対称の位置に配置され全体として正四角形のなかに
収められ且つ互いに接触していない。結果的には、全体
としてみたとき、正四角形の各片に直角に深い溝３が形
成された形状となっている。図１から明らかなように、
中心断面図形１と四角断面図形２の角部の重ね合せをあ
まり多くし過ぎると４個の四角断面図形２が互いに接触
してしまい四葉状断面とならないので、本発明の課題を
解決することにならない。

【０００７】図２は、１個の中心断面図形４として長方
形を、４個の四角断面図形５として別の長方形を採用し
た場合である。この場合も４個の長方形を互いに接触さ
せず対称の位置に配置させ、全体として四葉状断面形状
にすべきである。図のような断面図形はＸ軸とＹ軸方向
で曲げの硬さが異なるので、特殊なブラシの毛材として
活用される。

【０００８】図３は、１個の中心断面図形１として不定
四角形を、４個の四角断面図形７、８、９、１０として
大きさも形もそれぞれ異なる不定四角形を採用した場合
である。この場合も４個の四角断面図形７、８、９、１
０は互いに接触せず、全体として四葉状断面形状を呈す
ることが必要である。しかしながら、この場合は４個の
四角断面図形７、８、９、１０が互いに対称の位置に配
置されず、曲げの方向も片寄るので、耐久性の面からは
図１の断面の方が好ましい。

【０００９】図１、図２、図３から明らかなように本発
明の異型断面剛毛はその断面に１２個もの角が存在する
から前記課題の（１）を解決し、非常にブラッシング効
果が高められる。

【００１０】本発明の異型断面剛毛は、四葉状断面形状
の葉状の付け根部即ち４個の四角断面図形の角と１個の
中心断面図形との重ね合せ部が細いから、ブラッシング
時にこの部分が裂け易く、先端のみ５分割された細デニ
ールの剛毛になりやすい。このことは、本発明の前記課
題（２）を解決するものである。ブラシの洗浄性は剛毛
が細かくて腰があることが重要であるが、細くすること
と腰を強くすることは相反する。本発明の異型断面剛毛
は先端のみ分割されるので、この矛盾から解放されるこ
とになる。

【００１１】本発明の異型断面剛毛は、表面積が非常に
大きいので、炭化珪素、溶融アルミナ、ジルコニア、金
剛砂、ダイヤモンド、窒化ボロン等の混合砥粒が表面に
多く露出されることになり、前記課題の（３）を解決し
ている。一般に剛毛を細デニールにするほど剛毛の体積
に比べて表面積が多くなるが、腰が弱くなって逆に研磨
効果が減少することはよく経験することである。本発明
の剛毛は、全体として太いから前記のように腰の強さは
充分保持されている。

【００１２】本発明の異型断面剛毛は、前記のようにブ
ラッシング作用としては細デニール効果があるにもかか
わらず剛毛全体の曲げに対しては断面二次モーメントが
大きいので腰が強く前記課題（４）を解決しているばか
りでなく、太くて腰が強ければ大変形に弱く折れやすい
という一般的な矛盾を克服し、課題（５）をも解決して
いる。何故ならば、図１から容易に推定されるように、
非常に大きな曲げや捩じり変形に対しては、無理な歪を
吸収するように断面形態が変わるからである。さらに極
端な歪みに対しては葉状の付け根部が分離し、歪みを吸
収することさえある。ブラッシング時に於ける剛毛の曲
げ方向は必ずしも一定でないから、耐久性の観点からは
左右上下対称の形を有する図１の例が最も好ましい。ま
た、単純に耐久性のみ考慮するなら、葉状の付け根が細
いのが望ましいがあまり細すぎると植毛部まで簡単に分
離してしまうので好ましくない。

【００１３】本発明の異型断面剛毛は、図１の３の様な
深い溝が存在するので、液体を保持し易く課題の（６）
を解決している。

【００１４】本発明の課題（７）を解決するには、剛毛
の主成分である重合体の選定が重要であるが、本発明者
等の検討結果によればメタ系芳香族ポリアミドが最も好
ましい。本発明に於けるメタ系芳香族ポリアミドとは、
全繰り返し単位の８５モル％以上がメタフェニレンイソ
フタルアミド単位であるホモポリアミド又はコポリアミ
ドである。このメタ系芳香族ポリアミドの１例であるポ
リメタフェニレンイソフタルアミド（ＰＭＩＡと略称）
の具体的製造方法は、特公昭４７―１０８６３号公報記
載の界面重合法が好ましい。また、ＰＭＩＡ剛毛の製造
方法は、特開平４―３７１６３号公報記載の方法が好ま
しい。

【００１５】本発明の異型断面剛毛の主成分としてＰＭ
ＩＡが好ましい理由は、この重合体の融点が約４００℃
と高い上にガラス転移温度が約２７０℃と非常に高いの
でブラッシング時に発生する摩擦熱に対して弾性率の変
化が少ないので、本発明の前記課題である（７）を満足
しているからである。そのうえ更に重要なことは、ＰＭ
ＩＡの場合は融点と熱分解温度が近接している為、通常
の溶融紡糸法では剛毛の成形が不可能であり、前記特開
平４―３７１６３号公報に記載のような特殊な成形法で
始めて成型可能であるが、この特殊成形法では、高い粘
度で押し出されるから口金ノズルの形状とほぼ同じ断面
の剛毛を容易に得ることができるのである。即ち、例え
ば、図１の断面図形を有する剛毛を得るには、これと相
似形のノズルを有する口金を用いれば良い。ブラシ用の
剛毛として最も良く利用されているナイロン剛毛の溶融
紡糸時の粘度はＰＭＩＡに比べてはるから低いから、角
の有る四角形の断面形状を得るだけでも困難である。

【００１６】まして本発明のような複雑な異型断面形状
を有する剛毛は、よほどの工夫をしなければ成型するこ
とができない。本発明者等の検討結果によれば、ＰＭＩ
Ａ以外の重合体を主成分とする場合は、出来るだけ固有
粘度の高いものを用いて押し出し、急冷して形態固定す
るべきである。

【００１７】本発明の課題である前記（１）〜（７）を
徹底的に満足させる剛毛を得るには、主成分である重合
体にＰＭＩＡを採用し、このＰＭＩＡに対し０．５重量
部〜２５重量部のポリエーテルエーテルケトンを補助重
合体として採用することが好ましい。ポリエーテルエー
テルケトンは融点が約３３０℃、ガラス転移温度が約１
４０℃であり、耐熱性はＰＭＩＡに比べて若干低いが、
この重合体をＰＭＩＡに少量混合して前記特開平４―３
７１６３号公報に記載の方法で剛毛を成形すると流動性
の高いポリエーテルエーテルケトンが剛毛内部でフィブ
リル状となって分散し、剛毛の分割細デニール化を助け
ることになるからである。ポリエーテルエーテルケトン
の混合量が０．５重量％未満の場合はあまり効果が認め
られず、２５重量％を越えるとフィブリル化が過度にな
りすぎ本発明の効果が失われるばかりでなく、耐熱性低
下の弊害もでてくる。ポリエーテルエーテルケトンの更
に好ましい混合量はＰＭＩＡに対して１〜１５重量％、
更に好ましくは３〜１０重量％である。

【００１８】

【発明の効果】本発明の異型断面剛毛は前記本発明の課
題を極めて効果的に解決するものである。以下、その効
果について具体的に説明する。

【００１９】本発明の異型断面剛毛は、例えば鋼板の製
造工程で欠かすことのできない表面洗浄ブラシの毛材と
して使用する場合に画期的な洗浄効果を発揮する。その
理由は、本発明の剛毛が前記本発明の課題である
（１）、（２）、（４）、（６）を満足しているからで
ある。洗浄ブラシとしての効果を更にあげるには、剛毛
の主成分としてＰＭＩＡを採用し、その補助成分として
ポリエーテルエーテルケトンを数％混合すればよい。こ
れは（２）、（４）と（６）の効果が増大し更に（７）
が加わるからである。

【００２０】本発明の異型断面剛毛は、例えばステンレ
スの鏡面加工用ブラシの毛材として使用する場合に、大
きな効果を発揮する。ステンレスに限らず金属の鏡面加
工には従来布バフが使用され、補助材として細かい砥粒
のコンパウンドが使用されてきたが、最近は環境問題が
あってこの方法が敬遠される傾向にある。細かい砥粒を
混合した剛毛のブラシを使用すればこの環境問題から逃
れられるが、従来の砥粒含有剛毛では充分な金属鏡面を
得ることができなかった。何故ならば、鏡面を形成する
には、鏡面に接触する繊維が細いこと、毛材の腰が強い
こと、毛材に研磨粉が付きにくいこと、毛材の耐熱性が
高いこと等、従来の剛毛では対応しきれない要求項目が
あったからである。本発明の剛毛は見事にこの要求にこ
たえることができる。

【００２１】本発明の異型断面剛毛は、一般の金属は勿
論、超硬金属やチタン材、セラミックのような研磨しに
くい材料を研磨加工するブラシの毛材としても優れた効
果を発揮する。この場合は、研磨用の砥粒を剛毛の主成
分であるＰＭＩＡ中に分散混合させたものを用いるのが
好ましい。この際重要な課題は前記（３）〜（７）であ
り、一般的には上記のような研磨しにくい材料には砥粒
としてダイヤモンドを採用するが、高価なダイヤモンド
の混合量を最小限にするには（３）の課題が非常に大き
な意味を持つことになり、本発明の異型断面はここでも
極めて大きな効果を発揮する。

【００２２】

【実施例１】特開平４―３７１６３号公報記載の第５図
の装置を用い、１個の正四角形の中心断面図形の周りに
この中心断面図形と同じ四角断面図形の角部を重ね合せ
た図１の形状の口金を採用し、該公報の実施例１と同様
な方法でＰＭＩＡの異型断面剛毛を製造した。得られた
剛毛の繊度は５０００ｄｅであり、口金と殆んど相似形
の断面であった。この剛毛で回転ブラシを作成し、油や
金属粉が付着した鋼板の洗浄試験を行ったところ、同じ
太さの丸断面ナイロンブラシに比べて約３倍、ＰＭＩＡ
丸断面剛毛に比べて約２倍の洗浄能力があった。

【００２３】また、連続運転による回転試験を行って耐
久性を調べたところ、毛材の折れは殆んど見られず、磨
耗量は同じ太さの丸断面ＰＭＩＡ剛毛に比べて半分以下
であった。さらにこの剛毛を数本抜き取り顕微鏡観察し
たところ、剛毛の先端部から１〜５ｍｍ程度の長さにわ
たって４〜５本に分割されていた。一方、耐磨耗性の向
上に関しては、本発明者等の経験によれば、剛毛の繊度
と磨耗量とはほぼ比例関係にあることがわかっているの
で、先端割繊による単純なデニール効果によるものと推
測される。尚、毛材の汚れに関して単純な丸断面剛毛ブ
ラシと全く変わらなかった。

【００２４】

【実施例２】ステンレスの鏡面加工用ブラシを作成する
実施例１と同じＰＭＩＡの平均５０μ粉末に、＃６００
０の炭化珪素微粉末を３重量％、ポリエーテルエーテル
ケトンの平均５０μ粉末１０重量％を混合した原料を用
いて実施例１と同じ装置で異型断面剛毛を製造した。こ
の剛毛を用いてカップ型のブラシを作成した。このブラ
シを平面研磨機を取り付けダイヤ砥石で剛毛先端の割繊
加工を行ってからステンレスの鏡面加工をおこなったと
ころ、従来ブラシのようなブラシの筋目は全く発生せ
ず、しかも長時間使用にもかかわらず毛材先端部の割繊
状態は殆んど変わっていなかった。即ち、剛毛の先端部
数ミリの個所が細かくフィブリル状に割れており、他は
全く変化がなかった。尚、念のために先端部の割れる過
程を観察すべくダイヤモンド砥石での割繊を行わないで
鏡面加工をおこなったところ、研磨約１０分程度はブラ
シの筋目が発生したがその後は綺麗な鏡面が得られ剛毛
は充分割繊されていた。この割繊までの過程を観察する
と、先ず最初に四角断面図形の重ね合わせ部が分離し、
やがて各四角断面図形の内部が加速的に割繊していくこ
とがわかった。

【００２５】

【実施例３】チタン板の鏡面研削加工用ブラシを作成す
るにあたり、実施例１と同じＰＭＩＡの粉末に、平均粒
径が１６０μの粗いダイヤモンド砥粒を１２重量％混合
した原料を用いて、実施例１と同じ装置を用い全繊度が
５０００ｄｅ、１個の葉状のデニールが約１０００ｄｅ
の異型断面剛毛を製造した。このような剛毛が成形でき
たことは極めて驚くべきことである。何故なら、通常の
１０００ｄｅ剛毛の直径は約２００μであり、砥粒の粒
径がその半分以上に達するものは断糸等のトラブルがあ
って成形困難である。本実施例の成功は１個の中心断面
図形を中心として４個の葉状形状が紡糸延伸過程で助け
合うことと、砥粒がオリフィスの流動過程でそれぞれ安
定葉状四角断面図形のなかに整頓されるためと推測され
る。かくして成形された剛毛では当然砥粒が剛毛表面に
露出する確率が増大し、これが研磨性能の増大に寄与す
るのである。実験結果によれば、この異型断面剛毛は、
同じ繊度の丸断面剛毛のダイヤモンド１８％混合品と同
等の研磨性能を示したのみならず、耐久性は３倍に達し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異型断面剛毛の最も典型的な断面形状
を模式的に示す図。

【図２】本発明の異型断面剛毛の他の一例であって、長
方形の中心断面図形の周りに４個の別の長方形の角部が
重ね合う四葉状断面形状。

【図３】本発明の異型断面剛毛の他の一例であって、不
定四角形の中心断面図形の周りに４個の異なる四角断面
図形の角部が重ね合う四葉状断面形状。

【符号の説明】

１正方形の中心断面図形２四葉状断面形状の葉状を形成する正方形の断面図形３四葉状異型断面剛毛に形成された溝４長方形の中心断面図形５四葉状断面形状の葉状を形成する長方形の断面図形６不定四角形の中心断面図形７〜１０四葉状断面形状の葉状を形成する４個の異な
る断面図形

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) D01D 5/253 D01F 6/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維断面が１個の中心断面図形の周りに
４個の四角形の断面図形の角部が重ね会う四葉状断面形
状であることを特徴とする異型断面剛毛。
【請求項２】１個の中心断面図形が四角形である請求
項１に記載の異型断面剛毛。
【請求項３】４個の四角形の断面図形が互いに対称の
位置にある請求項１または２に記載の異型断面剛毛。
【請求項４】剛毛の主成分がメタ系芳香族ポリアミド
である請求項１〜３のいずれかに記載の異型断面剛毛。
【請求項５】剛毛の主成分であるメタ系芳香族ポリア
ミドにポリエーテルエーテルケトンが０．５〜２５％分
散混合されている請求項４に記載の異型断面剛毛。