JP7380509B2

JP7380509B2 - 研磨具及び研磨方法

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Publication number: JP7380509B2
Application number: JP2020170925A
Authority: JP
Inventors: 浩二山下; 健太枡田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2040-10-09
Also published as: JP2022062794A

Description

本発明は、砥粒が固着された研磨シートを積層した積層体を有する研磨具及びこれを用いた研磨方法に関し、特に、鋼材表面の酸化スケールや表面疵を研削して除去する表面手入れ等に用いられる研磨具及び研磨方法に関する。

物体の表面の付着物や凹凸を研削して除去するために、ディスクグラインダ等の研削機に取りつけられて回転駆動される、砥石ホイールや研磨ディスクなどの研磨具が用いられている。

熱間圧延後の鋼材の表面に付着する酸化スケール（酸化物被膜）を研削する研磨具としては、研磨シートを積層することによって構成されたものが種々提案されている。例えば、特許文献１には、円板状の研磨布を回転軸方向に積層して、円筒状となるように圧接重合した、積層ロールタイプの研削工具が開示されている。この研削工具の円筒状の研削面で鋼材を研削すると、研削面に対して垂直な研磨布の端面が鋼材表面を擦って研削が行われ、砥粒とともに基材である布が摩耗して、新しい砥粒が表れるようになっている。

また、特許文献２には、研磨布片を支持円板に起立状態で回転方向に、すなわち回転軸に対して放射状に積層した、ディスクタイプ（リングタイプ）の研削ホイールが開示されている。この研削ホイールの円板状の研削面で鋼材を研削すると、研削面に対して垂直な研磨布片の端面が鋼材表面を擦って研削が行われ、砥粒とともに基材である布が摩耗して、新しい砥粒が表れるようになっている。

さらに、特許文献３には、やや厚めの不織布よりなる平帯状研磨布を、中心部に円形開口部を有するように渦巻状に巻回しながら積層し、その積層面を接着して形成した環状研磨ディスクの側面に、回転軸挿着孔を備えた円形基板を接着してなる不織布研磨布ディスクが開示されている。

特開平６－１５５３１４号公報特開２００４－８２２９９号公報実公昭５１－５４３０７号公報

特許文献１の積層ロールタイプの研削工具では、研磨布を積層して圧接重合した円筒状の研削工具の外周面（円筒面）が研削面となるため、研磨対象物の平面（鋼材の表面）に対して線接触となる。このため、広い研削面積を得るために、線接触と直交する方向に研削工具を送ることや、研削幅を得るために長い円筒状にすることが必要となる。長い円筒状にする場合は、研削工具の両端に軸を設けて軸受を設けるなど、構造上も大きくなる傾向がある。

また、特許文献２の研削ホイールでは、研磨布片を回転軸に対して放射状に積層した円板状の研削面が、研磨対象物の平面（鋼材の表面）に面接触するため、広い研削面積を得ることができる。しかし、研磨布片を支持円板に起立状態で、回転軸に対して放射状に固定するため、研磨布を１枚ずつ積層していく必要があり、研削ホイールの製作に手間がかかる。

さらに、特許文献３の不織布研磨布ディスクでは、特許文献２と同様に、平帯状研磨布を渦巻状に巻回しながら積層した環状研磨ディスクの研削面が、研磨対象物の平面（鋼材の表面）に面接触するため、広い研削面積を得ることができる。しかし、研磨シート（平帯状研磨布）を、中心部に円形開口部を有するように渦巻状に巻回しながら積層するのが難しかった。

上記課題に鑑み、本発明は、砥粒が固着された研磨シートを積層した積層体を有する研磨具であって、研磨シートを容易に積層することができるとともに、研削効率を高めることができる研磨具及び研磨方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］棒状の芯材と、前記芯材の外周面に、砥石が固着した帯状の研磨シートが前記芯材と直交する方向に積層されてなる積層体と、前記芯材に取り付けられ、前記積層体の側面を保持する保持部材とを有する、研磨具。
［２］前記砥粒は、前記基材の少なくとも一方の面に固着されている、［１］に記載の研磨具。
［３］前記研磨シートは、前記芯材に渦巻状に巻き付けられる、［１］または［２］に記載の研磨具。
［４］前記研磨シートは、前記芯材を一周してその両端が突き合わされる状態に巻き付けられている、［１］または［２］に記載の研磨具。
［５］前記芯材および前記積層体は、前記芯材と直交する方向の断面が非円形である、［１］～［４］のいずれかに記載の研磨具。
［６］前記芯材と前記積層体、前記保持部材と前記積層体、および前記研磨シート同士の少なくとも１組は、接着剤によって固定されている、［１］～［５］のいずれかに記載の研磨具。
［７］前記保持部材と前記積層体、および前記芯材と前記積層体の少なくとも１組を固定する固定部材をさらに有する、［１］～［６］のいずれかに記載の研磨具。
［８］前記芯材の外周面には、前記研磨シートの端部を係止する係止部が形成されている、［１］～［７］のいずれかに記載の研磨具。
［９］前記芯材の軸方向の高さは、同方向における前記積層体の高さより低い、請求項［１］～［８］のいずれかに記載の研磨具。
［１０］前記芯材の軸方向の高さは、同方向における前記積層体の高さの３分の１以上２分の１以下である、［９］に記載の研磨具。
［１１］前記芯材は、摩耗する材料で構成されている、［１］～［１０］のいずれかに記載の研磨具。
［１２］［１］～［１１］のいずれかに記載の研磨具を、前記芯材を中心として回転させながら、前記積層体の前記保持部材とは反対側の側面を研磨対象物の表面に接触させることにより、前記研磨対象物の表面を研削する、研磨方法。

本発明の研磨具及び研磨方法によれば、研磨シートが芯材の外周面上に積層されてなる積層体の研削面で鋼材を研削すると、積層体の表面に対して垂直な研磨シートの端面が鋼材表面を擦って研削が行われ、砥粒とともに基材である布が摩耗していくことで、新しい砥粒が表れることで、砥粒の目つぶれや目詰まりが生じにくくなる。

また、研磨シートが芯材の外周面上に積層されてなる積層体は、その研削面が円板状の形状を有するため、広い研削面積が得られ、研削効率を高めることができる。

また、研磨シートの側面が保持部材に当接する状態に積層されて積層体が構成されているので、研削時に積層体を構成する研磨シートの側面が保持部材に保持されて変形しにくく、研削効率を高めることができる。

また、研磨シートを、その側面が保持部材に当接する状態に、芯材の外周面上に積層して、積層体が構成されているので、研磨シートを容易に積層することができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）はそれぞれ、本発明の研磨具の例を示す断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれ、本発明の研磨具における研磨シートの例を示す図である。図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ、本発明の研磨具における固定部材の例を示す斜視図である。図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ、本発明の研磨具における固定部材の例を示す斜視図である。図５は、本発明の研磨具において、芯材に巻き付けられる研磨シートの端部が係止される係止部の例を示す図である。図６（ａ）～図６（ｄ）はそれぞれ、本発明の研磨具の研削面の形状の例を示す図である。図７（ａ）および図７（ｂ）はそれぞれ、本発明の研磨具及び研磨方法による研削状況の例を示す断面図である。図８は、本発明の研磨具及び研磨方法による研削状況の例を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の研磨具及び研磨方法の実施形態について、詳細に説明する。

図１（ａ）に、本発明の研磨具の一実施形態の断面図を示す。

本実施形態の研磨具１は、ディスクグラインダ等の研削機２に取りつけて回転駆動させて用いられるものであって、棒状の芯材１１と、芯材１１と交差するように取り付けられる平板状の保持部材１２と、帯状の研磨シート１３が芯材１１の外周面上に巻き付けられて芯材１１と直交する方向に積層されることで形成される積層体１４とを有している。芯材１１と保持部材１２は、互いに別部材として形成したものを組み合わせても良く、芯材１１と保持部材１２とを単一の部材として形成しても良い。

研磨シート１３は、帯状の基材（布紙）の少なくとも一方の面に砥粒（図示せず）が塗布されて固着されたものであり、芯材１１の外周面に巻き付けられて積層されることで形成される積層体１４の側面が、保持部材１２により保持されている。基材の両面に砥粒が固着されていれば、研磨シート１３が複数枚積層された状態で、隣接する研磨シート１３の砥粒が互いに干渉し合い、研磨シート１３がずれるのを抑えられるので、より好適である。砥粒は、基材の表面に塗布する代わりに、基材に埋め込まれていてもよい。砥粒としては、例えば、アルミナやＳｉＣ等の硬質材を使用できる。

図１（ａ）に示すように、積層体１４が巻き付けられた芯材１１と、積層体１４を構成する研磨シート１３の側面を保持する保持部材１２の中心にはそれぞれ、貫通孔１１ａ、１２ａが形成されており、この貫通孔１１ａ、１２ａに止めボルト２２を挿入して、研削機２の回転部２１に締め込むことで、研磨具１を研削機２に取り付けることができる。なお、芯材１１と保持部材１２には、必ずしも貫通孔１１ａ、１２ａを形成する必要はなく、例えば図１（ｂ）に変形例として示すように、研磨具１Ａにおいて芯材１１Ａと保持部材１２Ａとを一体に形成するとともに、保持部材１２Ａ部分から突設するように雄ねじ部１１ｓを設け、この雄ねじ部１１ｓを研削機２の回転部２１に備えられた雌ねじ部に螺入させることで、研磨具１Ａを研削機２に取り付けるようにしても良い。

研磨シート１３を芯材１１、１１Ａの外周面上に積層する方法としては、図２（ａ）に示すように、長い帯状の研磨シート１３を芯材１１、１１Ａの外周面上に渦巻状に巻き付けても良く、あるいは、図２（ｂ）に示すように、各研磨シート１３を芯材１１、１１Ａを一周してその両端が突き合わされる状態に巻き付けても良い。後者の場合には、図２（ｂ）に示すように、短い帯状の研磨シート１３をあらかじめ複数枚積層して積層体１３Ａにしてから、環状に曲げて芯材１１、１１Ａに巻き付けて、積層体１４を形成することができる。あるいは、短い研磨シート１３を１枚ずつ順に芯材１１、１１Ａに巻き付けて、積層体１４を形成してもよい。

芯材１１、１１Ａの外周面上に巻き付けて積層される帯状の研磨シート１３の幅、すなわち芯材１１、１１Ａの軸方向の積層体１４の高さを一定にすれば、芯材１１、１１Ａに巻き付けられた研磨シート１３によって構成される積層体１４の研削面が平面となり、円板形の研削面の全面が鋼材Ｗに摺接するようになる。あるいは、図１（ａ）または図１（ｂ）に示すように、芯材１１、１１Ａの外周面上に巻き付けて積層される帯状の研磨シート１３の幅を、芯材１１、１１Ａから遠ざかるにつれてわずかに減少させていけば、芯材１１に巻き付けられた研磨シート１３の端面によって構成される積層体１４の研削面に傾斜（テーパー）が形成され、円板形の研削面のうちの片側が鋼材Ｗに摺接することになる。

上記のように、研磨シート１３を芯材１１、１１Ａの外周面上に巻き付けて積層する際に、研磨シート１３同士の合わせ面（積層面）を接着剤（図示せず）により固定しても良いが、研磨中に研磨シート１３の端面が摩耗して新しい砥粒が表れるようにするため、研磨シート１３の摩耗を抑制するほどの強固な接着にならないようにする。

また、研磨シート１３が芯材１１、１１Ａに巻き付けられ積層されて構成される積層体１４には、保持部材１２、１２Ａに当接する側の側面に接着剤（図示せず）を塗布して、保持部材１２、１２Ａに固定することが好ましい。同様に、積層体１４を芯材１１、１１Ａに固定するために、研磨シート１３が巻き付けられる芯材１１に接着剤（図示せず）を塗布することが好ましい。

あるいは、積層体１４を保持部材１２、１２Ａまたは芯材１１、１１Ａに固定する他の方法として、上記の接着剤に代えて、もしくはこれに加えて、芯材１１、１１Ａの外周面上に巻き付けて積層される研磨シート１３に、積層体１４の外周側から内周側に向かう方向にピン（固定部材）（図示せず）を差し込んでも良い。ピンは、積層される研磨シート１３を貫通させた上で、積層体１４の内周側の芯材１１、１１Ａや保持部材１２、１２Ａに差し込むことにより固定できる。

また、例えば図１（ａ）、図３（ａ）または図３（ｂ）に示すように、積層体１４、１４Ｂを保持部材１２、１２Ｂまたは芯材１１、１１Ｂに固定するさらに他の方法として、芯材１１、１１Ｂの外周面上に巻き付けて積層される研磨シート１３を、積層体１４、１４Ｂの外周側から押さえ部材（固定部材）１５、１５Ｂで押さえた上で、バンド（固定部材）１６で締め付けても良い。あるいは、図１（ｂ）、図４（ａ）または図４（ｂ）に示すように、芯材１１、１１Ｆの外周面上に巻き付けて積層される研磨シート１３を、積層体１４、１４Ｆの外周側からリング（固定部材）１７やストッパ（固定部材）１８の爪１８ａで固定しても良い。なお、図３（ｂ）、図４（ａ）および図４（ｂ）では、芯材１１Ｂ、１１Ｆと直交する方向における、芯材１１Ｂ、１１Ｆおよび積層体１４Ｂ、１４Ｆの断面形状が非円形である場合について図示しているが、これについては後述する。

また、積層体１４を保持部材１２または芯材１１に固定するさらに他の方法として、図５に示すように、芯材１１の外周面に研磨シート１３の端部（始端）が差し込まれて係止される溝である係止部１１ｇを形成しても良い。具体的には、研磨シート１３の端部（始端）を芯材１１の係止部１１ｇに差し込んで係止した上で、芯材１１の外周面上に、研削時の研磨具１の回転方向とは逆方向に巻き付けて、研削時の研磨具１の回転により研磨シート１３が締め付けられるようにする。上記のとおり、研磨シート１３を巻き付けながら、研磨シート１３同士の合わせ面（積層面）に接着剤を塗布することが好ましい。研磨シート１３の巻き終わりの最外周部においても、巻き付きが解れないように、研磨シート１３同士の合わせ面（積層面）を接着する。さらに、研磨シート１３を巻き付けた後の積層体１４の外周形状に合ったリング１７で、研磨シート１３を外周側から挟み込んでも良い。図示を省略するが、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す研磨具１、１Ｂの芯材１１、１１Ｂの外周面にも、上記と同様に、係止部が形成されている。

このように、上記の各固定方法を複数組み合わせて、積層体１４、１４Ｂを保持部材１２、１２Ａ、１２Ｂまたは芯材１１、１１Ａ、１１Ｂに固定することが好ましい。

また、芯材１１および積層体１４は、芯材１１の軸方向に見たときの形状、すなわち芯材１１と直交する方向の断面形状が、必ずしも円形でなくても良い。芯材１１に研磨シート１３を巻き付けることによって構成される積層体１４の断面形状は、芯材１１の形状に応じて変わるため、例えば図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｄ）および図６（ａ）～（ｄ）に示すように、芯材１１Ｂ～１１Ｆの断面形状を三角形、楕円形、多角形、波状等として、積層体１４Ｂ～１４Ｆの断面形状を同様に変化させることができる。

積層体１４の断面形状が円形である場合には、研磨具１の回転軸を鋼材Ｗに対して垂直にして回転させると、鋼材Ｗの表面において積層体１４の研削面が接触する領域の境目（エッジ）で段差が生じてしまう。この場合、図７（ｂ）に示すように、研磨具１Ａの回転軸を傾けると、図７（ｂ）を左側から見た状態を図７（ａ）に示すように、研削面の断面は楕円の一部と直線で構成されるため、鋼材Ｗの表面に対して垂直な段差をなくすことができる。ただし、研削面の研削幅と研削深さは、楕円の長半径と短半径の比率で決まるため、目的の研削深さに合わせた研削幅で研削加工する必要がある。このとき、鋼材Ｗを広い幅で研削したい場合は、研磨具１の回転軸の傾斜を１度から１０度程度とし、鋼材Ｗを部分的に狭い幅で研削したい場合は、研磨具１の回転軸の傾斜を５０度程度まで傾けてもよい。

これに対し、図３（ｂ）および図６（ａ）～（ｄ）に示すように、積層体１４Ｂ～１４Ｆの断面形状を非円形にすることで、研磨具１Ｂ～１Ｆの回転中は、鋼材Ｗの表面において積層体１４Ｂ～１４Ｆの研削面が接触する領域の境目が常時変化して、研削部分の周縁に段差が生じるのを防ぐことができる。特に鋼材Ｗを広い幅で研削したい場合などで、滑らかな研削面を得ることができる。研磨具１の回転軸を鋼材Ｗに対して垂直にして回転させる方法は、研磨具１全面が鋼材Ｗに当接して研削の火花が全周に飛び散ったり、回転の反力が一方向ではないため旋回力となって研削機２が振り回されたりするため、通常の人手作業に用いるよりも自動機械による研削手段として用いることが好ましい。積層体１４Ｂ～１４Ｆの断面形状が非円形の場合でも、研削面全面が当接することを避けるべく、切削幅と切削深さの比率を踏まえながら、研磨具１Ｂ～１Ｆの回転軸を傾斜させても構わない。

また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、芯材１１の軸方向の高さ１１ｈは、同方向における積層体１４の高さ１４ｈ、すなわち芯材１１に巻き付けられる研磨シート１３の幅より低いことが好ましい。芯材１１の軸方向の高さ１１ｈを、積層体１４の高さ１４ｈより低くすることにより、図８に示すように、積層体１４が摩耗して高さが低くなった場合でも、芯材１１が鋼材Ｗの表面に当たって傷が付くことを防止できる。

特に、芯材１１の軸方向の高さ１１ｈは、同方向における積層体１４の高さ１４ｈの３分の１以上２分の１以下であることが好ましい。芯材１１の軸方向の高さ１１ｈが、積層体１４の高さ１４ｈの３分の１未満である場合は、芯材１１が低すぎて研磨シート１３を巻き付けることが難しくなり、２分の１より大きい場合は、研磨シート１３が摩耗したときに芯材１１が鋼材Ｗの表面に当たるおそれが高まるためである。

また、芯材１１の軸方向の高さを同方向の積層体１４の高さより低くすることに代えて、もしくは低くすることに加えて、研磨シート１３、積層体１４とともに摩耗する材料、例えば樹脂等により、芯材１１を構成することが好ましい。これにより、鋼材Ｗの表面との摩擦で芯材１１を摩耗させることができ、芯材１１が鋼材Ｗの表面に当たって鋼材Ｗの表面が傷つくことを抑制できる。

本実施形態の研磨方法は、上述の研磨具１、１Ａ～１Ｆを、芯材１１、１１Ａ～１１Ｆを中心として回転させながら、積層体１４、１４Ａ～１４Ｆの保持部材１２、１２Ｂとは反対側の側面を研磨対象物Ｗの表面に接触させることにより、研磨対象物Ｗの表面を研削するものである。

１、１Ａ～１Ｆ研磨具
１１、１１Ａ～１１Ｆ芯材
１１ａ貫通孔
１１ｇ係止部
１１ｈ芯材の高さ
１１ｓ雄ねじ部
１２、１２Ｂ保持部材
１２ａ貫通孔
１３研磨シート
１３Ａ積層体
１４、１４Ａ～１４Ｆ積層体
１４ｈ積層体の高さ
１５、１５Ｂ押さえ部材（固定部材）
１６バンド（固定部材）
１７リング（固定部材）
１８ストッパ（固定部材）
２研削機
２１回転部
２２止めボルト
Ｗ鋼材（研磨対象物）

Claims

棒状の芯材と、
前記芯材の外周面に、砥粒が固着した帯状の研磨シートが前記芯材と直交する方向に積層されてなる積層体と、
前記芯材に取り付けられ、前記積層体の側面を保持する保持部材と
を有し、
前記芯材は、摩耗する材料で構成されている、研磨具。
前記砥粒は、前記研磨シートの少なくとも一方の面に固着されている、請求項１に記載の研磨具。
前記研磨シートは、前記芯材に渦巻状に巻き付けられる、請求項１または２に記載の研磨具。
前記研磨シートは、前記芯材を一周してその両端が突き合わされる状態に巻き付けられている、請求項１または２に記載の研磨具。
前記芯材および前記積層体は、前記芯材と直交する方向の断面が楕円形または波状である、請求項１～４のいずれかに記載の研磨具。
前記芯材と前記積層体、前記保持部材と前記積層体、および前記研磨シート同士の少なくとも１組は、接着剤によって固定されている、請求項１～５のいずれかに記載の研磨具。
前記保持部材と前記積層体、および前記芯材と前記積層体の少なくとも１組を固定する固定部材をさらに有する、請求項１～６のいずれかに記載の研磨具。
前記固定部材は、前記積層体の外周側から内周側に向かう方向に差し込まれることにより前記芯材と前記積層体とを固定するピンを含む、請求項７に記載の研磨具。
前記固定部材は、前記積層体を外周側から押さえる押さえ部材と、該押さえ部材を締め付けることにより前記芯材と前記積層体とを固定するバンドとを含む、請求項７に記載の研磨具。
前記固定部材は、前記積層体の外周側に嵌めこまれることにより前記芯材と前記積層体とを固定するリングまたはストッパを含む、請求項７に記載の研磨具。
前記芯材の外周面には、前記研磨シートの端部を係止する係止部が形成されている、請求項１～１０のいずれかに記載の研磨具。
前記芯材の軸方向の高さは、同方向における前記積層体の高さより低い、請求項１～１１のいずれかに記載の研磨具。
前記芯材の軸方向の高さは、同方向における前記積層体の高さの３分の１以上２分の１以下である、請求項１２に記載の研磨具。
請求項１～１３のいずれかに記載の研磨具を、前記芯材を中心として回転させながら、前記積層体の前記保持部材とは反対側の側面を研磨対象物の表面に接触させることにより、前記研磨対象物の表面を研削する、研磨方法。