JP3290398B2 - ホーニング、革砥およびポリシング用の研磨材料と、当該材料を利用した研磨工具 - Google Patents

ホーニング、革砥およびポリシング用の研磨材料と、当該材料を利用した研磨工具

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高度に鋭利で、耐
久性のあるナイフエッジを生成する研磨材料と、当該研
磨材料を使用した研磨工具に関する。
【０００２】
【発明の背景】本発明は、米国特許第５、６１１、７２
６号に記載されている技術の変形に関するものである。
米国特許第５、４０４、６７９号と同時に出願日１９９
７年７月８日の米国特許出願番号第０８／８８９、７６
８号、出願日１９９５年６月６日の米国特許出願番号第
０８／４６６，４５１号、及び現在は米国特許第５、３
９０、４３１号であるが、その出願日１９９５年２月２
１日の米国特許出願番号第０８／３９１，２５０号、出
願日１９９３年４月１０日の米国特許出願番号第０８／
０５５，８５６号についても参照されている。これらの
特許及び出願の詳細のすべてが本明細書への参照として
組入れられている。
【０００３】米国特許第５、６１１、７２６号（以下
‘７２６特許と称する）は、新規なホーニング材料を用
いて高度に鋭利で、さらに耐久性のあるナイフエッジを
生成する特有なブレード刃研ぎ器について記載してい
る。この特許は、ホーニング材料の最適な物理的特性を
得る重要性を記載したものである。ホーニング材料は、
十分な柔軟性を有していなければならず、さらに、使用
中物理的に歪みを受けても、その物理的な原形を回復し
なければならない。ホーニングディスクに剛性がありす
ぎると、ナイフエッジを損傷する。砥粒寸法は、十分研
磨性を有するように選択されなければならないが、ナイ
フ端面を傷つけるほど研磨性を有するものであってはな
らない。
【０００４】発明者の試みでは、公知の研磨方式を使用
することは、高度に鋭利でかつ耐久性のあるナイフエッ
ジを再生的に生成することはうまく行かないことが立証
された。ホーニングをうまく行なうには、研磨剤を組入
れた材料が適当な物理的特性、柔軟性、弾性、剛性及び
熱的特性及びホーニング特性の経時変化の少ないものか
ら経時変化のないものまでを含めた十分な、しかし高す
ぎない研磨率を有していることが必要である。
【０００５】通常のバフ手段を使用する試みは、うまく
行かないことが立証された。発明者によって試験された
布地及び繊維状ホイールは、不均一であり、かつそれら
の有効性を保持するため、研磨剤でしばしば再被覆しな
ければならないことが立証された。布地及び繊維状ホイ
ールは、予測できないかつ終始一貫していないものであ
る。それらの材料は、刃研ぎ加工の研磨破片が「負荷上
昇」（load-up）するので、皮革又は多孔性ポリエチレ
ン材料（Corfam（商標) などの）のホイールは実用的で
ない。
【０００６】発明者は、それらの研究の詳細を‘７２６
特許の中で、歪みを受けてもそれらの原形を回復しかつ
特性が均一な価値の高い形状に形成できる材料について
報告した。ナイフの刃研ぎに重要な角度制御は、ナイフ
エッジに接触する研磨剤及びホーニング材料の正確な形
状に依存している。満足できる材料は、その材料の物理
的特性の狭い範囲にあることが示された。
【０００７】研磨剤と混ぜるゴム及びポリウレタンは、
その材料が余りに早急に「負荷上昇」するか、又は適切
に除去するには強靱すぎると、実用的でなくなることが
立証された。エポキシのような多様性材料は、不満足と
なることが立証された。これは、過剰な脆性、過剰な
「負荷上昇」及びそれらの表面が過剰に研削（glazin
g）されるためである。また、これら材料は、経時的な
特性変化や、加熱時に軟化し、十分に柔軟にならないな
どの傾向がある。
【０００８】しかしながら、’７２６特許に開示されて
いるように、発明者は、ジオール及びトリオールのポリ
エチレンオキサイドアブダクトから派生された脂肪族ポ
リエーテル第１アミン及びジファンクションアミン又は
トリファンクションアミンであるポリオキシプロピレン
アミンで主に構成された最適なエポキシ組成を見出し
た。
【０００９】この材料は、良好なホーニング材料を構成
するのに必要な柔軟性、耐久性及び回復特性を有してい
る。エポキシ材料は、研磨剤添加時に必要な研磨性を維
持しながら成形するのに必要とされる順応性を有してお
り、強靱さ、耐久性及び適切なゴム状特性を有し長期の
使用にわたってその形状を維持する。
【００１０】この最適な材料は、十分に作動する一方
で、長時間の、冗長でかつ高価な注入成形法により形成
材料を最終形状に形成しなければならないが、注入成形
法は１００°Ｃ（２１２°Ｆ）で１時間から２時間のプ
ロセスで最終特性を設定し、さらに、数年間その特性を
安定に維持するため１００〜１１０°Ｃ（２１２〜２３
０°Ｆ）で４時間の硬化を加える必要がある。
【００１１】この完成されたエポキシ材料を特徴とする
従来の方法も、実用的でないことが立証された。しかし
ながら、改良されたロックウェル試験機は、２．２２ｃ
ｍ（７／８”）直径の滑らかな鋼球を備えているが、こ
の鋼球が非常に再現性のある測定値を与えたとき、ナイ
フ刃研ぎとして使用される本質的材料特性と関連するこ
とが見出だされた。
【００１２】この方法を以下に説明する。
【００１３】この試験方法は、約２．２２ｃｍ（７／
８”）直径の鋼球を備えている標準ロックウェル試験機
を使用し、この球で、約５ｃｍ×約５ｃｍ（２”×
２”）及び９．５３ｍｍ（３／８”）厚の材料のサンプ
ルを加圧するが、まず、標準の小重量の１０Ｋｇで、そ
の後６０Ｋｇの大重量で行なう。まず、小重量の球をサ
ンプル上に押し付けて球の最初の停止高さをゼロポイン
トとして表示する。その後、大重量を球に負荷して、球
がゼロポイント以下に沈み込む距離（高さの変化）をＤ
１として記録する。小重量を残して大重量を取除くと、
残りの沈み込み量が減少する。元のゼロポイント以下の
残りのへこみ量をＤ２として記録する。この手順によれ
ば、本発明の最適エポキシ材料サンプルは、ロックウェ
ル硬度試験機で小重量を負荷した場合に、３０秒以下で
２２９目盛（約０．４６ｍｍ（０．０１８３”））加圧
された。これがＤ１である。大重量を取除いた時の残留
凹みＤ２は１４０目盛であった。回復率Ｒは、 Ｒ＝（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３９又は３９％ である。
【００１４】すべての重量を取除くと、この材料は、３
０分以内にサンプルの元の厚さの９８％以上に戻った。
前記ユニークなエポキシ材料に、より低濃度の研磨剤を
添加した組成物は、この試験後、より急速に元の厚さへ
回復する。上記に定義された回復率Ｒや、ディスクのサ
ンプルで生じる原形回復は、これらのディスクの性能を
最適化するために極めて重要な特性である。
【００１５】エポキシ研磨剤添加ディスクの満足な組成
の代表的なサンプルが、以下に示すように試験された。
【００１６】 Ｄ２ 研磨剤固体％ Ｒ 残留凹み*サンプル番号 エポキシ３７−３ＥＣ中 回復率％ 目盛（１０ｋｇ） １ ７８％ ３１ １５５ ２ ７４％ ３９ １４０ ３ ５０％ ７５ ＊１目盛は、凹みの約０．００２ｍｍ（０．００００８”）に相当する。
【００１７】‘７２６特許で報告されているように、こ
の値は、比較的狭い範囲の特性を表しており、この特性
は５ミクロンの砥粒を使用すると満足な性能を与える。
最適な組成は、５ミクロンの砥粒を６５〜７５％使用す
るという狭い範囲である。これは、組成の重要性及びそ
の結果生ずる物理的特性を実証するものである。
【００１８】以上述べた代表的な値は、専門家が所望す
るシャープさと切削特性を十分満足させる結果をもたら
した。
【００１９】満足できる切削エッジが、１〜２０ミクロ
ンの範囲内にある粒径の研磨粒子をエポキシ混合物に重
量で４０〜８０％加えることにより構成されたホーニン
グディスクで得られた。これらの範囲内では、研磨粒子
を添加する範囲の上の方で、より小径粒子の使用が好ま
しい。
【００２０】エポキシをベースとする組成物は、‘７２
６特許に記載されているように、良好なホーニングに必
要とされる前記ユニークな特性を提供する一方で、エポ
キシ材料は、遅い注入成形法によってのみ生成されなけ
ればならなかった。
【００２１】
【発明の概要】本発明者らは、注入成形を必要とせず、
射出成形法などの他の手段で成形できる他の重合体の成
形法を探求し、さらに、良好なホーニングに不可欠であ
る前記したユニークなバランスした物理的特性を提供す
ることを試みた。
【００２２】意外にも、満足できる射出成形可能な材料
系がポリオレフィン系で見出されたが、このポリオレフ
ィン系は、強靱さ（toughness）という点では公知でな
い。
【００２３】本発明による研磨剤添加材料は、１０Ｋｇ
の標準小重量及び６０ｋｇの大重量で約２．２２ｃｍ
（７／８”）直径の鋼球を使用するロックウェル試験機
で測定された５０〜１５５目盛ある残留凹みに対して３
０〜６０％の範囲の回復率を有する。
【００２４】本発明は、切削エッジの各側で隣接する面
を有する鋭いエッジ又はのこ歯形ブレードに対するホー
ニング構造を提供する。ホーニング構造は、２つの隣接
する柔軟な切頭円錐形状の研磨剤添加ディスクの１つの
回転軸に対して垂直の関係にある垂直線に関して所定の
角度で設定されたモータ駆動部及び２つの並置ナイフガ
イドエッジを含んでいる。ディスクは、モータ駆動部に
より軸上で駆動され、ブレードがその表面と接触して移
動される時、研磨剤被覆ディスクの表面が切削エッジを
横切り又は離れるように移動する。コンタクトのポイン
トは、ナイフエッジガイドの位置によって設定されかつ
制御される。１つのガイドは、研削剤被覆表面のそれぞ
れを有するコンタクトのポイントの前方であり、かつ他
のガイドは、研削剤被覆表面のそれぞれを有するコンタ
クトのポイントの向かい側である。両エッジガイドは、
位置決めされて切削エッジに係合する。柔軟な研磨剤添
加切頭円錐ディスクは、研磨粒子を重量で５０〜８０％
の範囲でエチレン共重合体を基本とするオレフィン系熱
可塑性樹脂中に含んでいる。
【００２５】また、本発明は、エチレン共重合体を基本
とする熱可塑性樹脂中に混入された粒径が１〜２５ミク
ロンの範囲内の研磨粒子を重量比で５０〜８０％を含む
革砥材料で被覆された硬質構造体からなる革砥パッドを
含んでいる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明者が発見したものは、適当
な研磨剤を高密度に添加することができ、さらに驚くべ
きことには、別の新規なホーニング及び革砥材料を形成
するに当たり射出成形することができるユニークなグル
ープの材料である。この同種の材料が、刃研ぎ装置及び
金属性、結晶質、セラミック及び半導体材料の磨きでの
使用を含む広範な応用範囲を有することが示された。
【００２７】分子量が大きなポリビニルアルコール、エ
チレンビニルアセテート、ポリ塩化ビニル、コポリエス
テルエラストマー及びウレタンを含む射出成形可能な材
料の広い範囲でかつそれらの多様性が調査されたが、硬
すぎる、弾性がありすぎる、除去できない、又は使用中
に簡単に研削されるということが見出された。
【００２８】意外にも、一定のポリオレフィンエラスト
マーは、研磨剤を５０〜８０％添加した場合、ホーニン
グ材料として良好に機能するように、十分な弾性が保持
され、十分な研磨性があった。このクラスの１つの重合
体としては、ＤｕＰｏｎｄ−Ｄｏｗ社から市販されてい
るエラストマーである商標名Ｅｎｇａｇｅ（エチレンア
ルファーオレフィン重合体）がある。このようなエチレ
ン共重合体をベースとし、前述したような添加範囲で研
磨剤が添加されたオレフィン系熱可塑性樹脂は 、非常に
効果的であることが立証され、また上記したような注入
成形可能なエポキシ材料で形成されたものの本質的な複
製物も、上記したようなロックウェル硬度試験機での試
験法により決定される特性を呈することが立証された。
【００２９】５０〜８０％を添加すると、適度に良好な
機能となるが、最適に研磨剤を添加したオレフィン系材
料は、次の組成及びロックウェル硬度試験機により決定
される特性を有していた。
【００３０】 （１０ｋｇでの）残留凹み 研磨剤固体％ Ｄ１（６０ｋｇ） Ｄ２ オレフィン系材料中 目盛 目盛 回復率Ｒ％ ７６％ ２１７ １４７ ３２％（‘７２６特許に記載された） エポキシ同様のこの最適
材料は、負荷を取除いた後、３０分以内に、その元の厚
さの９８％以上に戻った。この材料は、標準的な射出成
形機で良好に成形されかつ親出願で述べたホーニングデ
ィスク構成で良好な特性を示した。
【００３１】さらに、この組成の材料は、十分柔軟でか
つ研磨性があること、及び平坦なプレートに成形した場
合、意外にも手動革砥材料としても良好に使用できるこ
とが見出された。ある材料を手動革砥パッドとして良好
に機能させるためには、当該材料は、ナイフエッジに部
分的にしっくり順応するに十分な柔軟性を有していなけ
ればならならないが、パッド表面を横切って引っ張られ
る際に、エッジを「一掃する」(wipe-out)ほど硬いもの
であってはならない。手動革砥操作では、革砥角度の制
御は、通常、ほとんど行われないか又は不十分な制御し
かできず、革砥パッド表面が、エッジの幾何学的な形状
に対し少なくとも部分的にしっくり順応する程、十分柔
軟でかつフレキシブルであれば、革砥パッドに対するブ
レードエッジの角度の適合は、ある程度は達成される。
しかし、パッドは、ブレードエッジに沿って連続する微
小なバリの除去や、複数のエッジ面に対し残渣ポリシュ
を提供するために、十分研磨性を有していなければなら
ない。意外にも、この射出成形可能なオレフィン系材料
は、革砥パッド構造の範囲内で試験したとき、良好な特
性を示している。
【００３２】このユニークな材料は、各種形状に成形可
能であり、かつ通常の射出成形装置で形成可能なので、
研磨剤を高濃度に添加しても、極めて平坦なプレートに
容易に成形可能である。このフレキシブルな材料をリジ
ッドに支持する金属プレートや剛性のある形状のものの
周囲又は上に材料をインサート成形することも可能であ
る。このようにすることにより、全体的な形状順応性あ
るいは表面平坦性を確立でき、一方、ナイフエッジが表
面全体にわたって革砥されるとき、材料が十分柔軟性を
有し、繊細なナイフエッジの一部に対し局所的にしっく
り順応させることが維持される。この順応性を図１に図
示する。
【００３３】さらに、研磨剤５０〜８０％を添加した材
料は、結晶表面、セラミックスおよび半導体材料の研磨
に好ましい特性を示した。この材料は、容易に平らなパ
ッドに射出成形され、輪状体およびディスク形にするこ
とができ、また、ホーニング用又は革砥用の輪状体や軸
駆動される回転ディスクのような剛性芯材上に注入成形
することもできる。
【００３４】図１においては、ディスク１５用のこの新
材料１３が、エッジに沿って削り面１１を有するナイフ
４を超鋭利なエッジにするために用いられ、位置１４に
示したようにエッジが研磨剤添加材料１３を変形させて
いることが示されている。ナイフは、通常、刃面が部分
的に新材料の面に当たるように、その刃面の角Ｖ（図
１）より少し大きい角度で保持される。ホーニング作業
と革砥作業とにおいては、ナイフのエッジが新材料１３
の面を横切って又は沿って動かされるとき、軽く押圧す
る必要があるだけである。
【００３５】‘７２６特許に記述された動力刃研ぎ装置
に使う場合、本新材料は、図２に示すような円錐状ディ
スク１５又は同様の幾何学的形状にプラスチック又は金
属で作ったハブ状基質構造２９の上に注入成型される。
ディスクは、ハブ状基板構造上に成型するかあるいは予
め成型した上で、別途接着又はクランプ手段により装着
する。ばね６は、円錐状ディスク１５を軸９に押し付け
る力を生じる。ナイフの端部刃面は、円錐状ディスク１
５に中心線Ｂの上の線分Ａに沿う点であってディスクの
上右の四分円内にある点で接触するのが好ましい。図３
に円錐の角度Ｃを示す。ディスク１５は図３に示すよう
に‘７２６特許に記述されたように用いられる。
【００３６】図４に示すような手動革研ぎパッドの場
合、本新材料１３は、通常は平坦だが、特殊用途では、
色々な任意の形を取り得る剛性金属板又はプラスチック
板等の支持板２５上に、固定されるか又はモールドされ
る。もし支持板２５が平坦であれば、一般的にホーニン
グ用として新材料１３の面構成もまた、ほとんどの革砥
用途に好ましいように、平坦にできる。望むなら、支持
板２５の下面２６もまた同一組成の第２研磨材料で表面
処理をするか、又は革砥前の粗研ぎができるよう、革砥
材料の有用なグループになり得る研磨“砥石”として働
く大粒子又はダイヤモンドのような、一層研磨性の高い
研磨材で被覆することもできる。
【００３７】本新材料は、半導体、結晶質材料および類
似の品のための研磨パッド又は研磨ディスクに上首尾で
成型された。半導体と結晶質材料に用いるには、研磨さ
れる材料の性質に応じて、アルミナ、ダイヤモンド、稀
土類酸化物のような各種の研磨剤を使用できる。図５に
は、本新材料が、ディスク状に射出成型でき、次いで、
剛性ディスク２７に接着された場合の１つの構成が示さ
れている。また、材料１３は、注入成型処理によっても
剛性ディスクに接着できる。望むなら、本材料は、これ
らの手段により可撓性の支持ディスクおよび構造物に接
着できる。図６には、研磨輪２８の周縁上に成型又は接
着された本材料１３を示す。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の研磨材料
は、高度に鋭利で、耐久性のあるナイフエッジを生成す
ることができ、射出成形されて別の新規なホーニング及
び革砥を生成でき、研磨工具は、刃研ぎ装置及び金属
性、結晶質、セラミック及び半導体材料の磨きなどに広
範に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ナイフに刃研ぎするのに使用される本発明に
よる成形ディスクを示す立面断面図である。
【図２】 本発明によるディスクの正面図である。
【図３】 図２の３−３線に沿って破断した断面図であ
る。
【図４】 本発明による革砥パッドの斜視図である。
【図５】 本発明による成形ディスクの斜視図である。
【図６】 本発明によるポリッシングホイール（研磨ホ
イール）の斜視図である。
【符号の説明】
４…ナイフ、１１…削り面、１３…研磨材料、１５…デ
ィスク、２５…板、２７，２８…回転ディスク、Ｒ…回
復率。
フロントページの続き (72)発明者 ダニエル ディー．フライエル ジュニ ア アメリカ合衆国，19348 ペンシルベニ ア州，ケネット スクウェア，ローズデ イル ロード 638 (72)発明者 ロバート ピー．ビグリアノ アメリカ合衆国，19810 デラウェア州, ウィルミングトン，ベリイウッド コー ト ３ (56)参考文献 特開 昭53−5490（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−254769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−170621（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−27782（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−234169（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−73275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24D 3/00 B24B 3/36

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エチレン共重合体をベースとするオレフ
    ィン系熱可塑性樹脂に重量比で５０〜８０％の研磨粒子
    を添加してなることを特徴とするホーニング、革砥およ
    びポリシング用の研磨材料。
  2. 【請求項２】 前記樹脂は、射出成形法により形成ない
    し整形されることを特徴とする請求項１の研磨材料。
  3. 【請求項３】 前記樹脂は、支持板上に射出成型される
    ことを特徴とする請求項１の研磨材料。
  4. 【請求項４】 前記樹脂は、金型内に挿入された剛性の
    ある輪状体又はディスク上に成形されることを特徴とす
    る請求項３の研磨材料。
  5. 【請求項５】 前記研磨材料は、小重量１０Ｋｇと大重
    量６０Ｋｇで、直径略２．２２ｃｍ（７／８”）の鋼球
    を使用するロックウェル試験機により測定した５０目盛
    から１５５目盛の残留陥没が、３０〜６０％の範囲の回
    復率Ｒを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれ
    かに記載の研磨材料。
  6. 【請求項６】 エチレン共重合体をベースとするオレフ
    ィン系熱可塑性樹脂に重量比で５０〜８０％の研磨粒子
    を添加してなることを特徴とするホーニング、革砥およ
    びポリシング用の研磨工具。
  7. 【請求項７】 前記樹脂は、鋭いエッジを作るための刃
    研ぎ器として使用されるように柔軟な切頭円錐状に成型
    された請求項６の研磨工具。
  8. 【請求項８】 前記樹脂は、革砥パッドとなるように剛
    性板上に固着され型成型された請求項６の研磨工具。
  9. 【請求項９】 前記研磨粒子は、粒子径が１〜２５ミク
    ロンの範囲である請求項６〜８のいずれかに記載の研磨
    工具。
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