JP6734665B2 - 砥材 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの表面仕上げに使用する砥材に関するもので、金属、セラミック、プラスチック、又はこれらの複合体に至るまで広い分野に適用でき、特に複雑な表面形状を有するワークの中仕上げおよび艶出しに適するものである。

従来、ワーク表面を研削、研磨あるいは仕上げるための方法は種々提供されているが、何れの方法を用いるかは仕上げ等の目的、あるいはワークの素材や形状に応じて選択する必要があった。即ち、例えば鋳造物であれば、荒仕上げをした後に、研磨が必要であるし、一方、精密部品であれば、表面を滑沢に仕上げることを目的とするものもある。また、ワークの素材が金属である場合と、セラミックである場合では、研削等の方法も異なってくる。

このように、従来はワークの素材や仕上げ等の目的に応じて、砥材や研削方法を使い分けなければならず、また、その都度、使用器具も変更しなければならないため、ワークの表面仕上げには自ずと時間と手間がかかっていた。

さらに、従来方法の何れであっても、複雑な表面形状を有するワークを効率よく仕上げ等することは困難であった。特に、工業用の金型や歯科補綴物は複雑な凹凸面を有するため、その表面を研磨するには時間と手間がかかっていたのである。さらにまた、環境上でも作業中に砥粒塵が多量に発生するので、作業者の衛生面にも大きい問題を有するものであった。このように、研削あるいは研磨については、広い分野において作業性の悪さ、作業環境の劣悪などの基本的な課題は根本的に解決されていない部分も多い。

上述した従来の問題点に鑑み、本発明者らは、複雑な表面でも短時間で仕上げ等を行うことでき、作業環境も良好に維持することができる砥材を提供することを目的として、合成樹脂発泡材またはラバーなどの人工組成物をコアとし、このコアの表面に非硬化性の粘着剤をバインダとして砥粒層を設けた砥材を開示した（特許文献１）。

この砥材によれば、コア表面に砥粒層を設けるという簡単な構成でありながら、吹き付け量や吹き付け速度を変更するだけで、ワーク表面を目的の態様に仕上げることができ、また、コアや砥粒を変更すれば、より緻密に仕上げることができる。また、バインダとして非硬化性の粘着剤を用いたものにあっては、粘着性が長期に持続されるため、使用により砥粒が剥離した砥材に、あらたにバインダを塗布することなく、再度、砥粒を付着させることができる。

特許第３８００６１０号公報

特許文献１では、表面仕上げの目的に合わせて、砥材の吹き付け量や吹き付け速度を調整したり、より緻密な仕上げを行うために、コアや砥粒をも前記目的に応じたものを選択することを開示する一方、バインダについては、前記選択したコアに対する砥粒の粘着力や再付着性に着目するのみで、研削性能の向上という観点からは改善の余地が残されていたのである。

即ち、特許文献１の砥材において、バインダは、コア表面に砥粒を保持する重要な機能を有するが、特許文献１では、表面仕上げの目的に合わせてコアや砥粒等を変更した場合でも、バインダについては、その種類や性状を変更する旨の開示がなく、実際の表面仕上げにおける機械的特性等は考慮されていなかった。つまり、表面仕上げの目的が荒仕上げと艶出しとでは、砥材に必要とされる研削力が異なるが、バインダについては、研削力の調整に積極的に寄与するための手段が講じられていなかったのである。

本発明は、上述した実状に鑑みなされたもので、その目的とするところは、より表面仕上げの目的に適合する研削力を有した砥材を提供することである。

上述した目的を達成するために本発明では、コア表面にバインダを介して砥粒層が形成され、多数個をワークに吹き付けて表面仕上げを行う砥材であって、前記バインダは、非硬化性の粘着剤を主原料として粘着性を有し、前記ワークの所望する表面粗さに応じた硬さに調整するための他剤が混合されているものとした。

つまり、本発明の砥材は、前記コア表面と前記砥粒層の間におけるバインダ（粘着層）が、非硬化性の粘着剤を主原料として、硬さを調整するための他剤が混合されており、その硬さは、前記所望する表面粗さに応じて、例えば、荒仕上げではより硬く、艶出しや鏡面研磨ではより柔らかくなるように調製されている。また、前記砥粒層を形成する砥粒の粒径が相対的に大きいほど相対的に硬くなるように調製することも含む。その結果として、前記コア表面に前記非硬化性の粘着剤単独で前記砥粒層を形成したときよりも所望する表面粗さに忠実に仕上げることができる。

バインダは、その硬さが主原料である非硬化性の粘着剤単独よりも大きく調整されていることを含む。つまり、非硬化性の粘着剤単独によるバインダの硬さを基準として硬めのバインダを採用することで、非硬化性の粘着剤単独によるバインダを採用するよりも研削力（ワーク表面の削れ度合い）を高めることができる。

一方、本発明では、バインダの硬さが主原料である非硬化性の粘着剤単独よりも小さく調整されていることも含み、その場合は、非硬化性の粘着剤単独によるバインダを採用するよりも研削力は小さくなるが、逆に、ワークへの衝突に係るショックが弱まり、ワーク表面に光沢を付与することができる。

より具体的には、バインダは、硬めとするときは硬化物の性状を示し、柔らかめとするときは流動物の性状を示す。

また、主原料である非硬化性の粘着剤はゴム系またはアクリル系であることが好ましい。比較的安価に入手が容易だからである。

さらに、砥粒層は、バインダの硬さが相対的に大きく調整されるほど、相対的に粒径（粒度）の大きい砥粒から構成される一方、前記バインダの硬さが相対的に小さく調整されるほど、相対的に粒径の小さい砥粒から構成されることが好ましい。バインダの硬さによって研削力が変わることに対応して、硬めのバインダのときは粒径の大きい砥粒による砥粒層として、さらに研削力を高め、逆に、柔らかめのバインダのときは粒径の小さい砥粒による砥粒層として、鏡面仕上げを実現することができるからである。

なお、本発明の砥材は、ワーク表面を研削、研磨、鏡面仕上げ等（以下、単に表面仕上げという）行うものであるが、その使用にあっては、砥材をワーク表面に斜めから多数吹き付けることにより行われる。ここで、「コア」とは砥粒層を支持するための粒状の担体をいい、バインダとの親和性により砥粒を付着できる材質が要求される。ただし、大きさ、形状、比重、硬度などは適宜変更される。

一方、「バインダ」とは、少なくとも砥粒をコア表面に付着させることができる接着力あるいは粘着力を有するものをいう。このうち経時的に硬化するバインダを使用した場合は、それが例えばポリビニルアルコールのように再湿性を有しない限り、コア表面に砥粒を再付着させることはできない。そこで、本発明では、バインダとして、非硬化性の粘着剤が主原料のものを用いることとした。ここで粘着剤とは、ガムテープ等で使用されるいわゆる感圧接着剤のみを意味するものではなく、上記付着強度を有し、しかも、経時的に硬化せず、砥粒が剥離してもなお粘着力（接着力）を維持するものと定義する。具体的には、ゴムのりを一例として開示する。そして、当該粘着剤によれば、一度、使用して砥粒が剥離した砥材のコア表面に対して、再度、砥粒を付着させることができるのである（砥粒層の再形成）。ただし、粘着剤の粘着力は、仕上げの目的や本発明砥材の噴射速度等に応じて調整される。

本発明によれば、従来、コアや砥粒の選択によって、所望する表面仕上げに対応していたものが、その対応要素として、硬さ調整されたバインダを追加したため、同じコアと砥粒を用いた場合でも、所望する表面粗さに忠実な、より精緻な表面仕上げが可能となり、また、従来よりも表面仕上げ能力の幅が広がる。

本発明砥材の概念図 硬めのバインダを用いた本発明砥材によるワーク表面の研削工程図 柔らかめのバインダを用いた本発明砥材によるワーク表面の研削工程図

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は、本発明に係る砥材１０を概念的に示した断面図であって、当該砥材１０は、例えば合成樹脂発泡材のように、弾力性があり、それぞれが独立した気孔を多数有する多孔質体を例えば５０μ〜５ｍｍ程度の大きさにカットして製作したコア１に、バインダを用いて、例えば０．１μ〜３０μの砥粒からなる砥粒層２を形成してなる。そして、当該砥材１０を用いてワーク表面を仕上げるには、適宜な吹き付け装置、噴射装置などにより砥材１０をワーク表面に対して斜めから吹き付けるという方法により行われる。

上記コア１は、これと親性のあるバインダを介して砥粒を支持する担体として機能し、その材質は上記合成樹脂発泡材の他に、ラバーなどの人工組成物であってもよく、さらにはコーン等の天然組成物を採用することもできる。また、コア１の大きさも、小さい方がワークに対する衝突エネルギーが小さくなるので、砥粒層２がコア１から剥離しにくい。さらに、比重が小さく軟質のコアは鏡面仕上げや艶出しに向いているし、比重が大きく硬質のコアは研削に向いている。このように、コア１はワークの素材や仕上げ等の目的に応じて材質や大きさ等が選択される。

一方、バインダは、（１）粘着性能が長時間持続する、（２）粘着力が大きい、（３）操作性が良好である、（４）環境特性が良好であるものが好ましい。これら条件全てを満たすものとして、例えばゴムのりが該当する。上記（１）の条件により、コア１に対して複数回にわたり砥粒２を付着させることができる。換言すれば、コア１の再利用が可能となる。具体的には、非硬化性の粘着剤が該当するが、再湿性の接着剤であっても良い。（２）の条件により、砥粒層２の不用意な剥離を防止することができる。ただし、あまり粘着力が大きい場合は、砥材にゴミが付着するといった不都合や、砥材が噴射装置に付着して当該装置のメンテナンスに手間が生じるため、バインダの粘着力は用いる噴射装置や噴射速度、あるいは仕上げの目的等に応じて調整される。なお、粘着力の調整は、バインダ自体を特定のものから選択する他、水による希釈、他剤との混合等により行うことができるが、この他の手段であってもよい。ここでバインダとして必要なことは、少なくとも砥粒層２をコア表面に付着でき、且つ、吹き付け時に砥粒層２が剥離しない接着性あるいは粘着性を有することである。一方、（３）の条件により、作業性良く砥粒層２をコア表面に形成することができる。（４）の条件により、作業者等に悪影響を及ぼすことがない。

そして、本発明では、表面仕上げに係る所望の表面粗さに応じて、コア１や砥粒層２の砥粒を選択したうえで、さらに、この表面粗さに適したバインダを用いる。このバインダは、本発明においては、非硬化性の粘着剤を主原料として粘着性を有し、前記ワークの所望する表面粗さに応じた硬さに調整するための他剤が混合されている。

具体的には、荒仕上げなど、より研削力を必要とする場合は、比較的硬めのバインダを採用する。その手段としては、非硬化性の粘着剤に、硬化物である合成樹脂を混合して、硬化物としてのバインダを得る。より具体的には、アクリル系の非硬化性の粘着剤を主原料とした場合、アクリル樹脂を副原料として混合する。なお、混合比は、主原料：副原料＝１：１とすることが基準であるが、砥粒層２の砥粒の粒径等に応じて調整する

一方、艶出しや鏡面仕上げなど、研削力を小さくし、その代わりに砥材の衝撃エネルギーの吸収性を高める必要がある場合は、比較的柔らかめのバインダを採用する。その手段としては、非硬化性の粘着剤に可塑剤などの流動物である溶剤を混合して、流動物としてのバインダを得る。より具体的には、アクリル系の非硬化性の粘着剤を主原料とした場合は、副原料としてアジピン酸エステル系可塑剤、フタル酸エステル系可塑剤、ポリビニルアルコール可塑剤などを混合する。なお、混合比は、主原料：副原料＝２：１を基準とするが、上記と同様、砥粒の粒径等に応じて調整することができる。

上記砥材１０によるワーク表面の研削工程を示せば図２のようになる。先ず砥材１０を適宜吹き付け装置を用いてワーク表面Ｗに斜めから吹き付ける（図２（Ａ）参照）。そして、砥材１０はワーク表面Ｗに衝突すると同時に塑性変形し、ワーク表面Ｗの研削を開始する（図２（Ｂ）参照）。続いて、砥材１０は変形しながらワーク表面Ｗを滑動し、砥材１０が移動した分Ｓだけ砥粒２によりワーク表面Ｗを研削する（図２（Ｃ）参照）。そして、砥材１０がワーク表面Ｗから反発して研削を終了するのである（図２（Ｄ）参照）。

上記研削工程からも明らかであるように、本発明の砥材１０によれば、その吹き付け量や吹き付け速度、さらには吹き付け角度を調整することでサンドペーパーによる研磨とほぼ同じ仕上げ効果が得られる。その一方で、砥材１０の吹き付け速度を調整しても、ワークの仕上げ具合を変えることができる。例えば、ワーク表面が柔らかい材質や脆い材質である場合には砥材１０の吹き付け速度を下げることで、過度の研削をなくし、ワークの表面を良好に仕上げることができる。即ち、砥材１０の吹き付け速度を調整することによって砥材１０の運動エネルギーを調整し、砥材１０のワーク表面に対する摩擦力、すなわち砥粒２による切削力を調整することが可能である。さらに、ワークの表面形状に応じて、砥材１０の吹き付けと同時に圧縮空気を吹き付けることがある。これは、ワークの表面に凹部がある場合、この凹部に砥材１０が溜まって研削効率が下がることがあるが、砥材１０は比重が小さいため、当該凹部に圧縮空気を吹き付けることで凹部に溜まった砥材１０を速やかに除去することができ、研削効率を高めることができるからである。

さらに、本発明では、硬めのバインダを用いて、比較的粒径の大きい砥粒を採用した場合は、図２に示したように、砥材１０がワークと衝突したとき、砥粒のワークへの食い込みが大きくなり、又、バインダに粘着性があることで、コア表面の砥粒が飛散せず、ワークとコアの間にとどまって研削力が向上する。

一方、柔らかめのバインダを用いて、比較的粒径の小さい砥粒を採用した場合は、砥材１０がワークに衝突したとき、バインダが流動性を有しているため、図３に示したように、衝突時のショックが弱まり、砥粒のワークへの食い込みも小さく、ワーク表面に光沢がでる。

なお、砥粒層２は一層でもよいが、二層、あるいはそれ以上の多層に形成することも有意である。使用により外側の層が剥がれたとしても、その内側の層によって継続的に使用できるからである。ここで、砥粒層２を多層に形成するには、次の二通りの方法がある。第一に、コア１の表面にバインダを塗布し、その上から砥粒をまぶして砥粒層２を形成する方法である。第二に、予めバインダと砥粒を混練しておき、これをコア表面に付着して、砥粒層２を形成する方法である。これら何れの方法であっても、コア表面に砥粒層２を形成できるが、上記第二の方法であれば、作業性良く、しかも、コア表面に対して砥粒層２を均一に形成することができる。そして、砥粒層２を多層に形成する場合には、第一の方法ではコア表面からバインダ、砥粒、バインダ、砥粒の順で砥粒層２を形成する。一方、第二の方法により砥粒層２を多層形成する場合には、バインダと砥粒の混練物を数回にわけてワーク表面に付着させることにより行われる。このように、砥粒層２を多層に設けた場合には、使用の都度、砥粒２を付着させる必要がなくなり、同じ砥材１０を複数回使用することができる。

１ コア
２ 砥粒層
１０ 砥材

Claims (7)

1. ワークの所望する表面粗さに応じた硬度を有するコアの表面にバインダを介して砥粒層が形成され、多数個をワークに吹き付けて表面仕上げを行う砥材であって、前記バインダは、非硬化性の粘着剤を主原料として粘着性を有し、前記ワークの所望する表面粗さに応じて、荒仕上げではより硬く、艶出しや鏡面研磨ではより柔らかくなるように、当該バインダの硬さを調整するための他剤が前記粘着剤に混合されていることを特徴とした砥材。
2. バインダは、その硬さが主原料である非硬化性の粘着剤単独よりも大きく、硬くなる側に調整されている請求項１記載の砥材。
3. バインダは、その硬さが主原料である非硬化性の粘着剤単独よりも小さく、柔らかくなる側に調整されている請求項１記載の砥材。
4. バインダは、硬化物である請求項１または２記載の砥材。
5. バインダは、流動物である請求項１または３記載の砥材。
6. 主原料である非硬化性の粘着剤はゴム系またはアクリル系である請求項１から５のうち何れか一項記載の砥材。
7. 砥粒層は、バインダの硬さが硬くなる側に相対的に大きく調整されるほど、相対的に粒径の大きい砥粒から構成される一方、前記バインダの硬さが柔らかくなる側に相対的に小さく調整されるほど、相対的に粒径の小さい砥粒から構成される請求項１から６のうち何れか一項記載の砥材。

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