WO2023286478A1 - 弾性研磨材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　金属金型やドリルなど金属加工物の複雑な表面形状を有するワークの表面処理に好適な弾性研磨材を提供する。 【解決手段】　弾性母材に接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化した集合造粒体を再度接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化してなる弾性研磨材の提供。

Description

弾性研磨材及びその製造方法

本発明は、金属金型やドリルなど金属加工物の複雑な表面形状を有するワークの表面処理に有効な弾性研磨材及びその製造方法に関する。

従来、弾力性研磨材として、ゼラチンからなる核体に水を含有させることにより生じる粘着力により複数の砥粒を粘着させ、水分を保持して弾力性を持たせた状態で被研磨材に衝突させてその表面を研磨する研磨材（特許文献１）、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研磨粉層を設けた砥材（特許文献２）、低反発弾性の弾性体である母材に対して砥粒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を抑える研磨材（特許文献３）などが提案されている。

金属金型やドリルなど金属加工物の複雑な表面形状を有するワークのブラスト研磨においては、切削加工目や放電加工目の除去が可能な高い研磨力の獲得及び研磨作業中の研磨材の脱落による研磨力の低下を防止するする必要があった。

しかしながら、従来一般に提供されている弾性研磨材は、中仕上げや鏡面仕上げは可能であるが、金属金型製造時などに発生する切削加工目や放電加工目の除去には限界があった。そのため複雑な表面形状を有する金属金型やドリルなど金属加工物の切削加工目や放電加工目の除去は手研ぎにより行われているのが現状であり作業効率にも問題があった。

特許第３３７６３３４号公報 特許第３８００６１０号公報 特許第４９０１１８４号公報

本発明は、母材と研磨材との密着性の向上を図り、研磨材の脱落を防ぎ、研磨力の低下を解決した高い研磨力を有し、複雑な表面形状を有するワークのブラスト研磨などの表面処理に有効な弾性研磨材を提供すること及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の弾性研磨材は、弾性母材に接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化した集合造粒体を再度接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化したことを特徴とする（請求項１）。

前記本発明は、弾性母材に接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化した集合造粒体を再度接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化した構成であるため、ブラスト研磨などにおいてワークの形状に合わせて変形して研磨が行われ、外周から摩耗していく過程で内部から新たな造粒体が表れて高い研磨力を長時間にわたって維持するものである。

本発明の実施の一形態は、前記弾性母材がエラストマーであり、前記接着剤が溶剤系熱硬化性樹脂であり、前記研磨材がアルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア、ＣＢＮ、ダイヤモンドであることを特徴とする（請求項２）。

前記弾性母材は研磨材の担体である。ワークに深い傷を入れないためには母材は弾性体であることが必要である。弾性母材としては前記のエラストマーであることが好ましい。

その形状は、円形、その他の形状でも良く表面状態は平滑でも良いが、より好ましくは凹凸がある方が良い。凹凸があることにより表面積が増大し付着させる研磨材量を増大することができるので高い研磨力を得ることができる。

前記接着剤は研磨材の保持である。溶剤系熱硬化性樹脂として、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられるが、ウレタン樹脂が好ましい。また、接着剤硬度が低いものほど柔軟性の機能を発揮し、鉛筆硬度Ｂ以下のものが好ましい。

前記鉛筆硬度は、JIS K 5600－5－4：1999（引っかき硬度　鉛筆法）に準拠して、既知の硬さの鉛筆を塗膜に押し付けて塗膜硬度を測定する方法である。より好ましくは、鉛筆硬度４Ｂ以下の接着剤が好ましい。なお、鉛筆硬度がＢ超過の接着剤はワークに深い傷を入れる場合がある。

前記研磨材は研磨力である。高い研磨力を得るためには平均粒子径が２０～１００μmであることが好ましい（請求項３）。平均粒子径が２０μm未満の場合には切削加工目や放電加工目を除去する高い研磨力を得ることが難しく、また、１００μmより大きい場合には脱粒による研磨力の低下が問題になる。

なお、研磨材としては、アルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア、ＣＢＮ、ダイヤモンド等が挙げられるが、研磨性能およびコスト面から炭化ケイ素が好ましい。

本発明の実施の一形態は、帯電防止剤及び金属石鹸を添加したことを特徴とする（請求項４）。

帯電防止剤の添加は弾性研磨材の導電性の向上である。帯電防止剤としてカーボンブラック、導電性ポリマー、界面活性剤等が挙げられるが、カーボンブラックが好ましい。ブラスト研磨時にワークに打ち付けられた弾性研磨材は衝突時に発生する静電気により帯電していく。そして、蓄積された静電気によりブラスト装置内の壁面に弾性研磨材の付着が起こる。この付着量が多くなると循環効率が低下して作業性の低下を招く。

従来、対策として、加湿や定期的な除電液の噴霧などの対策が講じられるが、手間がかり作業性の低下を招く。本発明では弾性研磨材の製造過程で帯電防止剤を添加することにより長時間壁面付着の起こらない弾性研磨材を提供することが目的である。

金属石鹸の添加は弾性研磨材同士の凝集防止である。ブラスト研磨時にワークに打ち付けられた弾性研磨材は衝突エネルギーによる発熱の影響で弾性研磨材同士が凝集し易くなる。弾性研磨材同士が凝集するとノズル内で詰まりの発生や一時貯蔵するタンク内で弾性研磨材が留まり循環出来ないなどの問題が発生する。
本発明では弾性研磨材の製造過程で金属石鹸を添加することにより長時間凝集が起こらない弾性研磨材を提供することを目的とする。

本発明の弾性研磨材の製造方法は、弾性母材と接着剤とを混合撹拌して弾性母材の周囲に接着剤層を形成する工程、接着剤層が形成された弾性母材と研磨材とを混合撹拌して接着剤層に研磨材を付着させる工程、加熱硬化させて集合造粒体を形成する工程、前記弾性母材を集合造粒体に置き換え、前記３工程を繰り返すことを特徴とする（請求項５）。

前記本発明の製造方法によれば、弾性母材に接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化した集合造粒体を再度接着剤により研磨材を接着させて加熱硬化して前記本発明の弾性研磨材を提供することができる。

本発明の弾性研磨材の製造方法の実施の一形態は、前記弾性母材がエラストマーであり、前記接着剤が溶剤系熱硬化性樹脂であり、前記研磨材がアルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア、ＣＢＮ、ダイヤモンドであることを特徴とする（請求項６）。

本発明の弾性研磨材の製造方法の実施の一形態は、前記研磨材の平均粒子径が２０～１００μｍであることを特徴とする（請求項７）。

本発明の弾性研磨材の製造方法の実施の一形態は、帯電防止剤及び金属石鹸を添加したことを特徴とする（請求項８）。

本発明によれば、母材と研磨材との密着性の向上を図り、研磨材の脱落を防ぎ、研磨力の低下を解決した高い研磨力を有することにより、複雑な表面形状を有するワークの表面処理に好適であり、また、作業効率の向上を図ることができる。

本発明の弾性研磨材の構成を示す模式図である。 １工程品と２工程品の研磨量の試験結果表である。 １工程品と２工程品の比較ＳＥＭ写真である。 ブラスト処理前と処理後のワークの比較写真である。 ブラスト処理前と処理後の弾性研磨材の比較ＳＥＭ写真である。

＜本発明の構造＞
以下に本発明の実施の一形態を説明する。図1は、本発明の弾性研磨材の構成を示す模式図である。

図１において、aはそれぞれ弾性母材、bはそれぞれの弾性母材aに接着剤により接着された研磨材である。また、図中、１は先に加熱硬化した集合造粒体であり、２は再度接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化した本発明の弾性研磨材である。

前記構成の弾性研磨材２は、ブラスト研磨などに使用した場合、外周から摩耗していく過程で内部から新たな研磨材１が表れて高い研磨力を長時間にわたって維持する。

つぎに、本発明の製造方法について説明する。
　　弾性母材；熱可塑性エラストマー
　　接着剤；溶剤系熱硬化性ウレタン樹脂
　　研磨材；炭化ケイ素
　　添加剤；カーボンブラック
　　添加剤；金属石鹸
＜製造工程＞
　金属石鹸を添加した溶剤系熱硬化性ウレタン接着剤を準備し、弾性母材と混合撹拌して弾性母材の周囲に前記接着剤層を形成した（第１工程）。つぎに接着剤層が形成された弾性母材と研磨材の炭化ケイ素と添加剤としてカーボンブラックを加えて混合撹拌して弾性母材の接着剤層に研磨材を付着させた（第２工程）。
つぎに研磨材が付着された弾性母材を加熱硬化させて集合造粒体を得た（第３工程）。さらに前記弾性母材を集合造粒体に置き換え、前記３工程を繰り返した（第４工程）。

前記第４工程の詳細は、集合造粒体に接着剤を添加して混合撹拌して集合造粒体の周囲に接着剤層を形成する工程、つぎに集合造粒体に研磨材を添加して混合撹拌して研磨材を付着させる工程、つぎに研磨材が付着された集合造粒体を加熱硬化する工程からなる。

つぎに、本発明の性能評価について説明する。
＜性能評価＞
図２は１工程品と２工程品の研磨量の試験結果表である。図２は本発明の製造方法において、造粒工程を２回とすることによって高い研磨力が得られたことを示すものである。

同図でいう１工程品とは前記製造工程の第１工程～第３工程を経た弾性研磨材であり、２工程品とは前記製造工程の第１工程～第４工程を経た弾性研磨材である。なお、使用した材料の総量は１工程品も２工程品も同じである。

試験条件は、三共理化学株式会社製ブロアブラスト装置（AB－１－LAP型）を使用し、弾性研磨材噴射時のブロワ圧を40kPa、ノズル径１０ｍｍ、弾性研磨材３００ｇ、弾性研磨材粒度GC600を用い、ノズルとワークをそれぞれ固定した状態でノズル先端とワーク間距離を１５ｃｍ、噴射角度６０°にて９０分間噴射を行った。

対象となるワークはS45Cを使用した。研磨量は研磨前後でのワーク重量の差から算出した。その結果、２工程品は１工程品と比較して研磨力が約１．９倍高いことが分かった。

図３は、１工程品と２工程品の比較ＳＥＭ写真である。観察すると、１工程品は２工程品と比較して研磨材が接着剤の中に埋もれていることが分かる。これは、１工程品の場合、弾性母材量に対して接着剤量が多く、接着剤が研磨材の表面に滲み出ているためである。したがって、弾性研磨材同士の凝集も多く、収率の低下を招く原因にもなっている。研磨材が接着剤の中に埋もれることにより研磨材の研磨に対する機能が低下するため１工程品は２工程品より研磨力が小さい結果となっている。

図４はブラスト処理前と処理後の比較写真である。詳しくは、ハイス鋼（YXM－１）からなる放電加工目のワークに対しブラスト処理を行い研磨力および仕上り面の評価を行った。

研磨試験は、三共理化学株式会社製のブロアブラスト装置（AB-１-LAP型）を使用し、弾性研磨材噴射時のブロワ圧を40kPa、ノズル径１０ｍｍ、弾性研磨材約１ｋｇ、弾性研磨材粒度GC220を用い、ノズルを固定した状態でワークを手に持ち、任意の噴射距離および角度にて５分間噴射を行った。仕上り面の評価は、KEYENCE社製のレーザ顕微鏡を使用した。その結果、加工前表面粗さRa:4.7μmであったものが、短時間でRa:0.8μmまで平滑に処理できることが確認された。

図５はブラスト処理前と処理後の弾性研磨材の比較ＳＥＭ写真である。本発明の弾性研磨材の脱粒性能を確認するための試験である。試験条件は、三共理化学株式会社製ブロアブラスト装置（AB-1-LAP型）を使用し、弾性研磨材噴射時のブロワ圧を40kPa、ノズル径１０ｍｍ、弾性研磨材約１ｋｇ、弾性研磨材粒度GC600を用い、ノズルとワークをそれぞれ固定した状態で、ノズル先端とワーク間距離を１５ｃｍ、噴射角度６０°にて１０時間噴射を行った。対象ワークはS45Cを使用した。

研磨試験前後で弾性研磨材の表面状態をＳＥＭ写真で観察した。その結果、研磨試験前後で弾性研磨材の表面状態はほぼ同じであることが確認された。

本発明によれば、複雑な表面形状を有するワークの表面処理を効果的に行うことができ、金属金型やドリルなど金属加工物の切削加工目や放電加工目の手研ぎ作業を不要にするなど産業上の利用可能性は大である。

　　ａ　弾性母材
　　ｂ　研磨材
　　１　集合造粒体
　　２　弾性研磨材

Claims (8)

1. 弾性母材に接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化した集合造粒体を再度接着剤により研磨材を付着させて加熱硬化したことを特徴とする弾性研磨材。
2. 前記弾性母材がエラストマーであり、前記接着剤が溶剤系熱硬化性樹脂であり、前記研磨材がアルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア、ＣＢＮ、ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１に記載の弾性研磨材。
3. 前記研磨材の平均粒子径が２０～１００μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性研磨材。
4. 帯電防止剤及び金属石鹸を添加したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の弾性研磨材。
5. 弾性母材と接着剤とを混合撹拌して弾性母材の周囲に接着剤層を形成する工程、接着剤層が形成された弾性母材と研磨材とを混合撹拌して接着剤層に研磨材を付着させる工程、加熱硬化させて集合造粒体を形成する工程、前記弾性母材を集合造粒体に置き換え、前記３工程を繰り返すことを特徴とする弾性研磨材の製造方法。
6. 前記弾性母材がエラストマーであり、前記接着剤が溶剤系熱硬化性樹脂であり、前記研磨材がアルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア、ＣＢＮ、ダイヤモンドであることを特徴とする請求項５に記載の弾性研磨材の製造方法。
7. 前記研磨材の平均粒子径が２０～１００μｍであることを特徴とする請求項５又は６に記載の弾性研磨材の製造方法。
8. 帯電防止剤及び金属石鹸を添加することを特徴とする請求項５、６又は７に記載の弾性研磨材の製造方法。

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