JP4901184B2 - 研磨材及び該研磨材の製造方法,並びに前記研磨材を用いたブラスト加工方法 - Google Patents
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Classifications
-
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- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
Description
水を含有することにより所望の弾力性と粘着性を有する核体と,この核体の表面に前記粘着性により粘着された複数の砥粒とから成る研磨材を用い,前記研磨材を該研磨材の核体に水を保持した状態にて被加工物に噴射して衝突させ,被加工物の加工表面を研磨する研磨方法がある(特許文献2参照)。
圧縮流体と共に噴射して使用されるブラスト加工用の研磨材であって,低反発弾性の弾性体である母材内に砥粒が分散されて成り,研磨材を100mass%とした場合の該研磨材における前記砥粒の配合割合(含有率)が60〜90mass%となるよう,前記母材10〜40mass%に対して前記砥粒60〜90mass%を配合分散して加工表面に対する衝突時における反跳を防止し得る反発弾性率に抑えることにより,加工表面に衝突後,該加工表面を滑走可能として成ることを特徴とする(請求項1)。
低反発弾性の弾性体である母材を成すポリマー原料及び配合剤10〜40mass%と,砥粒60〜90mass%とを混練した後,粒状体へと成形することにより,加工表面に対する衝突時における反跳を防止し得る反発弾性率に抑えられ,加工表面に衝突後,該加工表面を滑走可能と成す,圧縮流体と共に噴射して使用されるブラスト加工用の研磨材を得ることを特徴とし(請求項4),これにより研磨材100mass%に対して砥粒を60〜90mass%の配合割合とする。
前記本発明の研磨材を,圧縮流体と共に被加工物の加工表面に対して0〜90°の入射角で噴射することを特徴とする(請求項5)。前記入射角は好ましくは0〜70°,より好ましくは0〜60°,一例としては45°とすることができる(請求項6)。
本発明の研磨材は,母材となる弾性体に研削能力を有する砥粒を分散して成り,前記母材の弾性力を利用して,前記研磨材が被加工物の加工表面に衝突した際に該加工表面に打痕が形成されるのを好適に防止することを可能とするほか,前記研磨材における砥粒の含有率を所定範囲内として該研磨材の反発弾性率を抑えることにより,前記加工表面に衝突した前記研磨材が前述する母材の弾性力によって反跳するのを防止できるものであり,前記加工表面との衝突時に発生する衝撃を吸収しつつ該加工表面を滑走させて,前記加工表面に梨地状の凹凸が形成されることを防ぎつつ研磨や切削等のブラスト加工を施すことを可能とするものである。
母材は,本発明の研磨材において研削能力を有する砥粒をその内部及び表面に担持する担体となるものであり,前記研磨材が被加工物の加工表面に対して噴射され前記加工表面に衝突した際,該加工表面に食い込む等の影響を与えることを防止する観点から,弾性体から成るものとし,後述するような原料ポリマーに各種配合剤を配合して構成される。
主原料となる原料ポリマーは後述する各種添加剤を加えることによりゴム,熱可塑性エラストマー等の弾性体を成すもので,固体のほか,液状ゴムやエマルジョン等のラテックスの形態のものが使用できる。また,前記母材並びに該母材を含む前記研磨材の反発弾性率を抑える観点から,その特性上,低反発弾性であるものが好ましい。
前記原料ポリマーは,各種の配合剤と混合された上で母材を成す弾性体として加工される。
砥粒は,被加工物に施す加工の目的に応じて,被加工物との接触により研削,表面の平滑化,表面粗さの調整等の一又は複数の作用を及ぼす能力を有し,本発明の研磨材において被加工物を研磨,切削,クリーニング,摩擦抵抗の減少,疲労強度の向上等をもたらす役割を担うもので,前述した原料ポリマー及び配合剤から成る母材に分散される。
前記研磨材における前記砥粒の配合割合(含有率)は,研磨材を100mass%とした場合,10〜90mass%の範囲とすることが好ましい。
本発明の研磨材は,原料ポリマーとして上述のゴム(原料ゴム)を用いる場合,既知のゴム製造の加工工程を経ることにより製造することができる。
本発明のブラスト加工方法は,前述する本発明の研磨材を被加工物の加工表面に噴射あるいは投射することによって該加工表面を研磨,切削等して,鏡面化,平滑化,バリ取り,クリーニング,模様形成,摺動抵抗の減少,疲労強度の向上等,所望状態に加工,乃至は所望の性質を付与するものである。
前記研磨材の噴射は,圧縮流体により加速して噴射する既知の各種のブラスト加工装置を用いて行なうことができる。前記ブラスト加工装置としてエア式の加工装置を用いる場合,噴射ガンから圧縮流体と共に研磨材を噴射することが可能なものであれば,その形式は,直圧式やサイホン式,重力式等の乾式,液体ホーニング等の湿式のいずれを使用しても良く,特に限定されない。なお,省エネルギーの観点からは,使用電力に対する出力の効率がよく,入力エネルギーが有効に利用できる直圧式が好ましい。
前述のように,本発明のブラスト加工方法にあっては,弾性体を母材とした前記本発明の研磨材を被加工物の加工表面に対して噴射し,該加工表面を研磨,切削等することによる鏡面化,バリ取り,クリーニング,模様形成,摺動抵抗の減少,疲労強度の向上等,所望状態に加工,乃至は所望の性質を付与するものであり,各種の加工目的に応じて,被加工物の表面に対する入射角を0〜90°の範囲で適宜調整可能である。
本発明のブラスト加工方法は,研磨加工や切削加工の対象となる各種材質の製品を被加工物とすることができ,具体例を挙げると,炭素鋼,工具鋼,高速度鋼,軸受鋼,ステンレス鋼,超硬合金,アルミおよびその合金,銅およびその合金,マグネシウム合金,チタンおよびその合金,ガラス,石英,セラミックス,プラスチックおよび木材,塗装面等の有機物等から成る被加工物に対して使用することができる。
製造直後
製造直後における本発明の研磨材の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると共に,SEM装置に併設したエネルギー分散型X線分析装置により,SEM像に対応した部位の元素分析(面分析)を実施し,その組成分析を行った。装置としては堀場製作所製HORIBA EMAXを使用した。その結果を図1に示す。
また,本発明の研磨材の耐久性を確認すべく,該研磨材をブラスト加工に使用し,ブラスト加工後の前記研磨材表面における前記砥粒の存在状況を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。なお,前記研磨材の母材はブタジエン・アクリロニトリル共重合体(NBR),砥粒は粒度#10000のグリーンカーボランダムである。
本発明の研磨材の切削能力を確認すべく,被加工物として軸受鋼SUJ-2を鏡面加工したものを用い,これに前記研磨材によりブラスト加工を施して,前記被加工物の加工表面の切削痕を観察した(図3)。研磨材は,母材をブタジエン・アクリロニトリル共重合体(NBR),砥粒をホワイトアランダム(アルミナ)とし,平均粒径0.8mm(砥粒の粒度#3000)とした。ブラスト加工装置は,ノズル径5mmのエア式のブラスト加工装置FDQ3(株式会社不二製作所製)とし,被加工物の加工表面に対し,該研磨材を噴射圧力0.5MPa,噴射距離50mm,噴射角度45°にて噴射した。
各種材質から成る被加工物に対して本発明の研磨材を用いてブラスト加工を施し,研磨状態を確認した。
被加工物としてソーダーガラスを用い,これにアランダムから成る粒度#600の研磨材(株式会社不二製作所製フジランダム)を噴射角度90°でブラスト加工したものを比較例1,前記比較例1に対し,粒度#4000のホワイトアランダムを砥粒とし,ブタジエン・アクリロニトリル共重合体を母材とした平均粒径0.8mmの本発明の研磨材(以下,「研磨材A」という。)を噴射角度45°でブラスト加工したものを実施例1,前記実施例1に対し,粒度#8000のホワイトアランダムを砥粒とし,ブタジエン・アクリロニトリル共重合体を母材とした平均粒径0.8mmの本発明の研磨材(以下,「研磨材B」という。)にて噴射角度45°でさらにブラスト加工を施したものを実施例2とし,これらの加工表面の状態を確認した。なお,前記研磨材A,Bは,ガン(ノズル)3型を備えたエア式のブラスト加工装置SFK−2(不二製作所製)を用いて,噴射圧力0.5MPa,噴射距離50mm,噴射時間30秒,噴射量500g/minで噴射した。
被加工物としてSKD11を用い,これに研磨材として#300のスチールショット(株式会社不二製作所製スチールビーズ)を噴射角度90°でブラスト加工したものを比較例2,前記比較例2に対して,前述の本発明の研磨材Bを噴射角度45°でブラスト加工したものを実施例3とし,これらの加工表面の状態を確認した。なお,前記研磨材は,ノズル径を5mmとしたエア式のブラスト加工装置FDQ3(不二製作所製)を用いて,噴射圧力0.5MPa,噴射距離50mmで噴射した。
被加工物としてSUP3を用い,これに研磨材として、これにアランダムから成る粒度#600の研磨材(株式会社不二製作所製フジランダム)を噴射角度90°でブラスト加工したものを比較例3,前記比較例3に前述の本発明の研磨材Aを噴射角度45°でブラスト加工したものを実施例4,前記実施例4に前述の本発明の研磨材Bを噴射角度45°でさらにブラスト加工したものを実施例5とし,これらの加工表面の状態を確認した。なお,前記研磨材は,ノズル径を5mmとしたエア式のブラスト加工装置FDQ3(不二製作所製)を用いて,噴射圧力0.5MPa,噴射距離50mmで噴射した。
金型の研磨・クリーニング・鏡面化
樹脂金型,ゴム金型,ガラス金型,粉末冶金金型,プレス金型,鍛造金型等に対し,いずれともにブラスト加工の利点である噴射ガンを自由に角度変化できる利点を利用し,本発明の研磨材を使用したブラスト加工を異形状の金型の研磨,鏡面化に利用した。
繰り返し荷重がかかる,例えば軸,歯車,スピンドル等の部品,ドリル,エンドミル,ホブ,ブローチ等の工具に生じたバリ,カエリの除去と表面の平滑化処理を本発明の研磨材を使用したブラスト加工によって行った。これによりこれらの部品や工具の耐久性を向上させることができる。
本発明の研磨材を使用して,塗装,接着の前処理として行われるゴム成型物の表面の粗面化を行った。
上記弾性材料の粗面化と同様の方法により,各種成型品の表面に付着しているシール,テープ,ラベル等の粘着物質の除去を行った。
被加工物の表面に対し,本発明の研磨材を使用したブラスト加工を行うことによって表面粗さを変化させ,反射率,光沢度の調整を行った。
本発明の研磨材を使用したブラスト加工を,被加工物の表面を少量切削除去する切削加工に使用した。これにより,一例として以下のように切削された表層の下層にある機能・特性を発現させるための表面層の除去処理を行った。
特定の物資,例えば触媒に使われる白金-プラチナの粒子を母材であるカーボンに結合剤と共にしたものを成型型に入れて熱処理し,所望の形状に形成した容器にあっては,触媒機能を持つ白金-プラチナ粒子は先端が母材の表面に露出しているものの,その殆どが母材であるカーボン中に埋まっている。そのため,触媒としての機能を十分に発揮させるためには,この白金-プラチナ粒子を更に表面に露出させる必要がある。
膜厚により電気抵抗値を制御する方法において,抵抗膜を蒸着によって製作する場合,蒸着後の膜厚が厚いために所望の抵抗値が得られない場合,または,その蒸着膜の一部を高抵抗値にしたい場合は,膜厚を減ずる必要がある。しかし,このようにして成形された蒸着膜の膜厚を,抵抗値の調整を行い得る程度に微小に減じることは困難であり,形成した蒸着膜を一旦エッチングなどの方法によって剥離・除去し,その後に再蒸着が行われている。
熱可塑性樹脂の成形品を被加工物とし,これに対して本発明の研磨材を使用したブラスト加工を行うことで,熱可塑性樹脂成形品の表面艶出しを行った。
ステンレス製品の溶接焼け,さび,酸化スケールの除去等の処理として行っていた酸洗いの代替処理として,本発明の研磨材を使用したブラスト加工によりこれらの除去を行った。
使用したブラスト装置:「LDQ−C」(株式会社不二製作所製)
使用した研磨材:砥粒としてグリーンカーボランダム(GC)#8000(株式会社フジミインコーポレーテッド製)を分散し,砥粒の固形分が70mass%,研磨材の粒子径として20メッシュの篩を96%通過,30メッシュの篩を42%通過したものを使用した。
処理対象:SUS304(100mm×100mm×3mm)の鏡面板に溶接ビードを作ったもの使用。
同様のステンレス製品を処理対象とし,フッ酸と硝酸を酸濃度〔(mol/l)1.2:0.3〕)とした酸洗剤を使用し,溶接スケール部位とその周辺部位にこれを刷毛塗りし,その後消石灰水溶液で中和,水洗した。
本発明の研磨材を使用したブラスト加工を行ったステンレス製品(実施例)では,ビード状の焼けが除去されていると共に,仕上がりの外観状態は光沢を呈していた。ビード周辺部は加工をしない部位に比較し,やや曇りが見られるものの,顔が映る程度の良好な鏡面となっていた。
ショットピーニングや微粒子衝突法等による処理後の処理対象表面に対し,本発明の研磨材を使用したブラスト加工を行った。これにより,前記処理後の表面の摺動性の向上(摺動抵抗の低減),及び疲労強度の向上を得ることができた。
処理対象であるSKDの金属表面に,鋼製の#150(平均粒径70μm)のショット(球状)を噴射速度100m/secで噴射してショットピーニングを行った。このショットピーニング後の処理対象の表面電子顕微鏡写真(SEM像)を図13に示す。
以上の通りであるショットピーニング後の処理対象表面に対し,本発明の研磨材を使用したブラスト処理を行った。
更に,透明なPMMA〔Poly Methyl Methacrylate :ポリメタクリル酸メチル(メタクリル樹脂)〕の丸棒をショットピーニング後の処理対象表面(図13)と,本発明の研磨材によるブラスト加工後の表面(図14)のそれぞれの表面に擦り付けて,その滑り具合と,PMMA製の棒に対する傷つき具合を確認したところ,ショットピーニング後の表面(図13)に対する擦り付けでは,PMMA製の棒の滑りが悪く,また,擦り付け後にPMMA製の棒の表面に擦り傷が出来ていることが確認された。
このように,ショットピーニング後の処理対象表面に生じた木の葉状のささくれは,このような表面を有する摺動部品を各種の装置類に組み込んだ際,この部分と接触する相手部材に引っかかり,摺動に対する抵抗を生じる。
20 ノズル(ブラスト加工装置の)
Claims (6)
- 圧縮流体と共に噴射して使用されるブラスト加工用の研磨材であって,
低反発弾性の弾性体である母材10〜40mass%に対して砥粒60〜90mass%を配合分散して,加工表面に対する衝突時における反跳を防止し得る反発弾性率に抑えることにより,加工表面に衝突後,該加工表面を滑走可能として成ることを特徴とする研磨材。 - 前記砥粒を70mass%以上配合して成ることを特徴とする請求項1記載の研磨材。
- 染料,顔料等の着色材又はこれらに加え,蛍光着色剤及び又は芳香剤,抗菌剤を添加配合してなる請求項1又は2記載の研磨材。
- 砥粒60〜90mass%を,低反発弾性の弾性体である母材を成すポリマー原料及び配合剤10〜40mass%と混練した後,粒状体に成形することにより,加工表面に対する衝突時における反跳を防止し得る反発弾性率に抑えられ,加工表面に衝突後,該加工表面を滑走可能と成す研磨材を得ることを特徴とする,圧縮流体と共に噴射して使用されるブラスト加工用の研磨材の製造方法。
- 請求項1〜3いずれか1項記載の研磨材を,圧縮流体と共に被加工物の加工表面に対して0〜90°の入射角で噴射することを特徴とするブラスト加工方法。
- 前記入射角が0〜70°であることを特徴とする請求項5記載のブラスト加工方法。
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