JP4416485B2 - ポリウレタン砥石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリウレタン多孔質砥石、特にはグラビア製版用銅メッキロールの表面を研磨するのに好適な、銅メッキロール研磨用多孔質砥石に関する。

グラビア製版用銅メッキロールは、円筒状又は円柱状鉄芯に銅メッキを施したのち、その表面を多孔質砥石により研磨して、グラビアの製版・印刷を良好に行うことができる程度にまで表面を鏡面仕上げして作製されている。即ち、図１に示すように、グラビア製版用銅メッキロール１を所定速度で回転させると共に、このロール１の表面に多孔質砥石２を回転かつロール軸方向に沿って走行（好ましくは往復動）させながら当接し、ロール１の表面を砥石２で鏡面研磨するものである。

この場合、ロール１の表面研磨は一般に湿式研磨加工法が採用され、多孔質砥石２とロール１表面とが適当な接触面積・圧力にて接触するように砥石２の荷重を適宜調節し、砥石２とロール１の位置調整を行い、側方に設置されたノズル（図示せず）から研磨部位に水を吹きかけながら、砥石２とロール１を好適な速度でそれぞれの回転軸を中心に回転させ、かつ砥石２は、ロール１の軸方向に沿って往復動させるものである。通常は、研磨砥石の被研磨ロールの軸線に対する傾き（砥石角度）は角度で０．５°未満に設定させるが、研磨スピードを上げるために、角度が０．５°を越えて研磨されるケースも出てきている。
ここで、上記砥石２としては、図２に示すように、円板状ないし短軸円柱状に形成され、通常直径２００ｍｍ、厚さ５０〜１００ｍｍのものが使用されている。なお、砥石２の中心部には研磨屑吸引・排出用貫通孔３が設けられ、この貫通孔３の周縁部に中空回転軸４が設けられているものである。

本出願人は、先に、グラビア製版用銅メッキロールを研磨する砥石として、ポリビニルアセタール系多孔質砥石を提案した（特許文献１参照）。
このポリビニルアセタール系多孔質砥石は、母材であるポリビニルアセタール樹脂に耐水性付与を目的に熱硬化性樹脂及びアクリル樹脂を配合又は含浸させているが、それでも研磨中に使用する水を吸湿して砥石の膨潤が起こる傾向が残り、砥石中の気孔部分が減少して砥石の目詰りが発生し易いという欠点が多少見られた。また、特許文献１に示されるポリビニルアセタール系多孔質砥石では、研磨中の砥石角度を強くすると、砥石自体の弾性が少ない為か、研磨キズが発生し易い等の欠点があった。
特開２０００−２４９３５号公報

本発明は、上記事情を改善するためになされたもので、湿式研磨においても吸湿が起こらず、砥石の膨潤による砥石の目詰りの発生がなく、弾性があって優れた仕上がり面状態を得る事ができるグラビア製版用銅メッキロール研磨用多孔質砥石の製造方法を提供することを課題とする。

本発明のポリウレタン砥石の製造方法は、ポリエーテル系およびポリエステル系から選ばれた１種または２種以上のポリオール成分と有機ポリイソシアネート成分とのそれぞれに無機系砥粒を均一混合させた後、ロータリースタティクミキサーにより一気に均一混合させ、反応させることを特徴とする。前記無機系砥粒の添加量が無機系砥粒／ウレタン比＝１．０〜２．０であることが好ましい。

本発明の製造方法で得られたポリウレタン砥石は、湿式研磨においても吸湿・膨潤することがなく、また、ポリウレタン特有の弾性により、従来の砥石にない研磨特性が得られる。また、砥石形状と組み合わせることにより、研磨キズ発生の無い良好な高精度印刷ができる。

本発明者らは、上記課題を達成するため鋭意検討を重ねた結果、イソシアネート成分とポリオール成分の両方に無機系砥粒を混合させた後、ロータリースタティクミキサーにより一気に均一混合させ、反応を行わせることによりボイド発生の少ない均一なポリウレタン組織を得ることができることを見出し、これを用いて、グラビア製版用銅メッキロールなどの研磨に適した砥石が得られることを見出し、本発明をなすに到った。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の砥石は、砥粒と樹脂を混合し、所定形状に成形、硬化することにより形成することができる。
本発明の製造方法で得られたポリウレタン砥石は、上述したように、ポリウリタン樹脂および無機系砥粒を主成分とするものである。
ここで、ポリウレタン樹脂は、ポリエーテル系およびポリエステル系から選ばれた１種または２種以上のポリオール成分と有機ポリイソシアネート成分とからなり、それぞれに無機系砥粒を混合した両成分をロータリースタティクミキサーにより一気に均一混合して反応を行わせることにより、ポリオール成分と有機ポリイソシアネート成分の混合時に発生する気泡の巻き込みによるボイドの発生を防ぐことができて、均一なポリウレタン組織を形成することができる。

ここで、有機イソシアネートは、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（以下、ＭＤＩという）、トリレン−２，４−ジイソシアネート（以下、ＴＤＩという）等を用いることができる。
また、ポリオール成分としては、ポリエーテルポリオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングコールのうち、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

ポリオール成分と有機イソシアネート成分の混合については、簡易なハンドミキシング方法が知られているが、混合の攪拌時にエアーの巻き込みが酷く、ポリウレタン発泡成形品の中にエアーが取り残されて、砥石組織に大きなボイドとなってしまい、これでは均一組織の砥石とは成り得ない。
そこで、本発明では、ポリオール成分と有機ポリイソシアネート成分をロータリースタティクミキサーにより一気に均一混合して、反応を行わせることにより、ポリオール成分と有機ポリイソシアネート成分の混合時に発生する気泡の巻き込みを極力抑えたことにより、砥石組織中のボイドの発生を防ぐことができて、均一なポリウレタン組織を形成することができる。

本発明のポリウレタン砥石に配合される無機系砥粒としては、平均粒径（Ｄ₅₀）が４０〜１μｍ程度の微粒のものが好ましく、材質としては炭化珪素、熔融アルミナ、仮焼アルミナ、酸化セリウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、ジルコンサンド、酸化珪素等の各種研磨材料が挙げられ、これらの１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
無機系砥粒の配合量としては、対ウレタン比で１．０〜２．０とする。無機系砥粒の配合量が対ウレタン比１．０未満では、グラビア製版銅メッキロールなどの研磨において研磨速度が低下してしまう。また、無機系砥粒の配合量が対ウレタン比２．０を超えると、ポリオール成分及び有機イソシアネート成分それぞれに混合する無機系砥粒量が多くなり混合液の粘度が極端に増加して流動性を失い、ロータリースタティクミキサーによる均一混合、反応ができなくなってしまう。

それぞれ無機系砥粒を混合したポリオール成分と有機イソシアネート成分とを一気に均一混合した後、直ちに型枠内に注入して発泡成形・固化を行う。それぞれ無機系砥粒を混合したポリオール成分と有機イソシアネート成分とは混合すると、３０秒後程度から発泡反応が開始し、３０分程度で発泡反応・固化が完了する。そこで、両者を一気に均一混合した後、直ちに所定の型枠内に注入し、蓋をして発泡反応・固化を進行させる。
その際に、注入する混合物の量を調整することによって、ポリウレタン砥石の発泡成形密度を任意に制御することができることを利用して、ポリウレタン砥石の嵩密度を０．４０〜０．６０ｇ／ｃｍ³にすることが望ましい。嵩密度が０．４０ｇ／ｃｍ³未満では、グラビア製版用銅メッキロールなどの研磨において砥石の消耗量が増大してしまい実用的ではない。また、嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ³を超えると、研磨により発生する銅粉が研磨砥石面に付着して砥石に目詰りが発生しやすくなる。

本発明のポリウレタン砥石は、砥石形状を選ぶことによって、さらに望ましいものとなる。
好ましい砥石形状としては、円形であるよりも、ポリビニルアセタール系多孔質砥石を用いた特許文献１に開示されたロール研磨用多孔質砥石の場合の砥石の平面形状、すなわち、四角形ないし二十角形の（直線）多角形状（正多角形状であることが好ましい）を挙げることができる。ここで、研磨面が三角形状であると、砥石における研磨可能面積が極端に減少する結果、優れた寸法精度で研磨を行うことができなくなり、また砥石の単位面積当たりの研磨圧力が増大して砥石自身の消耗が激しくなり、更に研磨中に研磨部位へ散布する水の砥石回転方向への飛散がひどく作業環境を悪化させる。一方、二十角形状を超えた多角形状では円形にきわめて近くなり、円形状砥石で研磨した場合と同様に被研磨ロール表面に傾斜角度の大きいスジ状の研磨跡が残ってしまう場合があり、好ましくない。

さらに、（直線）多角形状の辺の一部を残して角を二等辺三角形あるいは円弧で切り落とした形状（歯車形状）（図３では、１２角形状の角を二等辺三角形に切り落とした砥石形状が例示される）や、（直線）多角形状の辺の直線を円弧状に替えた円弧多角形状（図４では、円弧四角形状の砥石形状が例示される）も好ましい砥石形状として挙げることができる。
なお、図３において、符号５は、元となる直線多角形状の辺を示し、符号６は、直線多角形状の角を切り落とす二等辺三角形を示す。切り落とす二等辺三角形は、長円・楕円形状でも差し支えない。
尚、本発明のポリウレタン砥石は、グラビア印刷用ロールだけでなく、表面研磨、特に鏡面仕上げ表面研磨を必要とする各種用途に対して好適に使用し得る。

以下、本発明の具体的態様を実施例及び比較例により説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、各例において使用した測定装置及び研磨機は次の通りである。
砥石硬度計： ロックウェル硬度計（松沢精機（株）製） 圧子直径１／２インチ鋼球を用い試験荷重１００ｋｇでのＨＲＳ数値を使用する。
研磨機： バーチカル型円筒研磨機（三興機械（株）製）
表面粗さ計： 触針式表面粗さ計（（株）小坂研究所製）
研磨ロール径測定器： ＤＩＡＭＥＴ（Ｋ．Ｗａｌｔｅｒ社製）
被研磨ロール： 円周６００ｍｍ×長さ１１００ｍｍロールにビッカース硬度Ｈｖ２００の硬質銅メツキを１５０μｍ施したものを使用した。

［実施例１〜７］
炭化珪素砥粒（平均粒径（Ｄ₅₀）１０μｍ）１００重量部を１／２量づつに分けてトリプロピレングリコールのポリオール成分５０重量部とＭＤＩの有機イソシアネート成分５０重量部の各々に攪拌混合させた。均一攪拌を確認後、砥粒の混入されたポリオール成分と砥粒の混入された有機イソシアネート成分をロータリースタティクミキサーにより一気に均一混合を行い、直ちにポリウレタン製型枠内に注入して発泡成形を行った。型枠サイズは２１５ｍｍφ×７０ｍｍを用いた。この注入時に発泡成形密度を種々に変化させることができることは前述のとおりである。
硬化後に型から取り出し、外径２００ｍｍ×内径５０ｍｍ×厚さ５０ｍｍの形状に砥石を加工した。更にドリリングタッピンクマシンを使用して八角形状に再加工し、本発明のポリウレタン砥石を得た（実施例１）。
成分比を表１に示すように調整し、実施例１と同様にし、各種砥石形状に再加工を行って、表１に示す実施例２〜７の砥石を得た。

［比較例１〜５］
表２に示す成分を用いて、実施例１と同様に処理して、表２に示す比較例１〜５の砥石を得た。
比較例１は、砥粒とウレタンとの比率が請求項３の規定を満たさず、比較例２および比較例３は、砥石の嵩密度が請求項２の規定を満たさず、比較例４は、砥石形状が請求項４の規定を満たさず、比較例５は、ポリオール成分および有機イソシアネート成分を含まず、特許文献１に開示された砥石である。

このようにして得られた砥石の砥石物性として、砥石硬度及び嵩密度を測定した後に、バーチカル型円筒研磨機に取り付け、被研磨ロールである円周６００ｍｍ×長さ１１００ｍｍの硬質銅メッキロールの研磨を行った。研磨液としては水を使用し、砥石回転数９５０ｒ．ｐ．ｍ、ロール回転数１５０ｒ．ｐ．ｍ、砥石荷重４０ｋｇ、ロール軸方向砥石送り速度３００ｍｍ／ｍｉｎで３往復研磨を行った。
研磨前後にＤＩＡＭＥＴ測定器にてロール径測定及びノギスによる砥石厚さ測定を行い、研磨量及び砥石消耗量を得た。更に、被研磨ロール表面の表面粗さを表面粗さ計で測定を行った。また、被研磨ロールの研磨後の研磨軌跡形状及び研磨後の砥石表面状態を目視にて観察を行った。

このようにして得られた被研磨ロールは、バフ研磨、製版工程、クロムメッキ工程を経由して、校正機で校正刷りを行い、印刷物に研磨キズ及び研磨軌跡によるスジ状の印刷欠陥を生じるか否かを目視で確認した。
この結果について実施例を表−１に示した。また、比較例に関するデータを表−２に示した。

表の結果より砥粒ウレタン比＝１．０〜２．０で砥石嵩密度０．４０〜０．６０ｃｍ³の範囲の砥石は砥石目詰まり発生もなく、研磨特性が優れている事が認められる。また、更に砥石形状との組み合わせにより校正印刷後の印刷物に研磨キズ及び研磨軌跡によるスジ状の印刷欠陥が無く、高精度印刷となっている事が確認された。

本発明によれば、グラビア製版用銅メッキロールの鏡面研磨が高性能に行えるので、グラビア印刷の高精細印刷画像を得ることができる。

ロール研磨用砥石によるロール研磨方法の説明図である。 円形状砥石の平面図である。 歯車形状の一態様である砥石形状の平面図である。 円弧四角形状の一態様である砥石形状の平面図である。

符号の説明

１：グラビア製版用銅メッキロール
２：多孔質砥石
３：（研磨屑吸引・排出用）貫通孔
４：中空回転軸
５：歯車形状の元になる直線多角形状の辺を仮想的に示す直線
６：歯車形状の元になる直線多角形状の角を切り落とす二等辺三角形を仮想的に示す線

Claims (2)

1. ポリエーテル系およびポリエステル系から選ばれた１種または２種以上のポリオール成分と有機ポリイソシアネート成分とのそれぞれに無機系砥粒を均一混合させた後、ロータリースタティクミキサーにより一気に均一混合させ、反応させることを特徴とするポリウレタン砥石の製造方法。
2. 前記無機系砥粒の添加量が無機系砥粒／ウレタン比＝１．０〜２．０である請求項１に記載のポリウレタン砥石の製造方法。

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