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発明の名称 バフ材
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−109273
公開日 平成10年(1998)4月28日
出願番号 特願平8−260955
出願日 平成8年(1996)10月1日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】田中 宏 (外1名)
発明者 光岡 一行 / 佐藤 敢
要約 目的
本発明は微細砥粒を固定化したため研磨力に優れ、従来の如く微細砥粒を外部より供給せずとも研磨が可能である新規なバフ材およびディスクグラインダー用オフセット型バフ材を提供することを目的とする。

構成
ポリビニルアセタールスポンジを主成分とした圧縮弾性率が高々2000kg/cm2であるバフ材であって、該バフ材中に微細砥粒が固定されていることを特徴とするバフ材である。
特許請求の範囲
【請求項1】 ポリビニルアセタールスポンジを主成分とした圧縮弾性率が高々2000kg/cm2であるバフ材であって、該バフ材中に微細砥粒が固定されていることを特徴とするバフ材。
【請求項2】 微細砥粒が直径が5μm以下の微細粒子である請求項1記載のバフ材。
【請求項3】 微細砥粒がバフ材の見かけ体積の2〜20%である請求項1記載のバフ材。
【請求項4】 微細砥粒が微細な酸化セリウム粒子である請求項1記載のバフ材。
【請求項5】 バフ材の結合材であるポリビニルアセタールスポンジに熱硬化性樹脂を付与したものである請求項1記載のバフ材。
【請求項6】 バフ材の結合材であるポリビニルアセタールスポンジを再アセタール処理し、アセタール化度を75ないし85モル%としたものである請求項1記載のバフ材。
【請求項7】 バフ材中に短繊維が付与されている請求項1記載のバフ材。
【請求項8】 請求項1記載のバフ材をディスクグラインダーに取り付けて用いることを特徴とするオフセット型バフ材。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガラス・石英・水晶等の硬脆材料を研摩するバフ材に関し、特に、ディスクグラインダーに取り付けて研磨するのに好適なディスクグラインダー用オフセット型バフ材に関する。
【0002】
【従来技術】ガラス・石英・水晶・石材等の材料は多岐に渡る用途に利用されているが、多くの場合その表面は光沢面に仕上げられ、該材料を用いた製品の価値を高めている。通常、これらの表面を光沢面にするためには一部の場合を除き研磨加工が不可欠である。研磨加工はバフ材と称する砥粒の保持体を回転あるいは揺動等の方法で動かし、このバフ材上に微細砥粒の分散液を供給しながら被研磨面に押し当て、微細砥粒が被研磨面に作用し加工を行わせる方法である。
【0003】即ち、バフ材とは、研磨加工において供給される微細砥粒の保持体として用いられ、研磨加工時において微細砥粒の保持、被研磨面のなじみに優れる特性を有するもので、一般的には布や皮革、不織布やフェルトあるいは合成多孔質体であるポリビニルアセタールスポンジが用いられている。このように、バフ材の素材に要求される特徴は、微細砥粒の保持に適した空隙を持つこと、被研磨面によくなじみ傷を与えない弾性、柔軟性を持つことである。研磨加工に用いられる微細砥粒は被研磨面に傷を生じない粒径および硬度の砥粒であるが、一般的には粒径が5μm以下の酸化セリウム、酸化クロム、酸化珪素或いは酸化ジルコニウム等の砥粒が用いられている。
【0004】しかし、研磨加工を行う場合、供給する微細砥粒の分散液が高濃度かつ大量であるので周囲に激しく砥粒分散液が飛散し、環境を著しく汚染する欠点があった。また、浪費される砥粒量が多く、効率が極めて悪い、砥粒分散液を常に所定量づつ供給しなければならない煩わしさがある等の問題点があった。特に複雑な形状を呈する被研磨面を少ない範囲で加工する場合には、ディスクグラインダーにオフセット型のバフ材を取り付け、微細砥粒を供給しながら加工を行わざるを得ないのであるが、この場合には前述の欠点が大きな問題となった。即ち、周囲を汚染するのみならず、加工を行わない被研磨面を甚だしく汚染するため加工終了後清掃作業が必須となる、極くわずかな範囲を加工するために多くの砥粒を用意しなければならない等の問題が生じるのである。
【0005】この問題を解決するためには、バフ材に微細砥粒を固定化する手段が考えられるが、バフ材は通常フェルトや不織布等で構成されているため微細砥粒を固定化することは極めて困難であった。というのは、バフ材の素材である繊維を縫い合わせたり、絡ませたり、又は融着させたり、若しくは極く微量の接着剤を用いて接着させたりして製造されているため微細砥粒を素材中に固定・保持する手段がないのである。
【0006】この問題を回避する手段として、バフ材に微細砥粒を混合させた樹脂液を含浸させる方法で微細砥粒を固定化する方法も考えられるが、この場合、微細砥粒を混合させた樹脂液の粘度が高くなり、バフ材に均一に樹脂液を含浸させることができない。一方微細砥粒の量を減じて粘度を低くすると所望の研磨性能を得ることができず、また、所望の研磨性能を得るために必要な量の微細砥粒を混合させると樹脂液中で微細砥粒が容易に沈降するため微細砥粒を均一に固定することができない等の問題があり実用的ではなかった。
【0007】また、微細砥粒を固定したいわゆる砥石も検討された。しかし、これらはバフ材に比して著しく硬いため、被研磨面に対するなじみが不足でありむらなく研磨を行うことができず、硬度の高さに起因する傷の発生の問題もあり実用的でなかった。このように、ガラス・石英・水晶等の材料を光沢面に研磨できるバフ材、特に手持ちのディスクグラインダーで使用することができるバフ材について、微細砥粒を固定したバフ材からなるオフセット型バフ材は、未だ満足すべき物が得られていないのが現状である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者はバフ材中に微細砥粒を固定化すべく鋭意検討を重ねた結果、ポリビニルアセタールスポンジの原料混合液に微細砥粒を混合させた後に反応硬化を行うことによってバフ材に微細砥粒を固定することができるとの知見を得、本発明を完成されたものであって、本発明は微細砥粒を固定化したため研磨力に優れ、従来の如く微細砥粒を外部より供給せずとも研磨が可能である新規なバフ材およびディスクグラインダー用オフセット型バフ材を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、ポリビニルアセタールスポンジを主成分とした圧縮弾性率が高々2000kg/cm2であるバフ材であって、該バフ材中に微細砥粒が固定されていることを特徴とするバフ材であり、微細砥粒として直径が5μm以下の微細粒子であることが好ましく、該微細粒子がバフ材の見かけ体積の2〜20%であることが好ましい。
【0010】即ち、従来よりフェルトや不織布等のバフ材と同様にポリビニルアセタールスポンジ素材からなるバフ材は知られている。ポリビニルアセタールスポンジは、極めて弾性の高い樹脂であるポリビニルアルコールを原料とし、この溶解液に気孔形成剤や発泡の手段を用いて気孔を形成させつつ、ホルマール化反応を行うことで、ポリビニルアルコールの欠点である耐水性の不足を解消すると同時に多孔質構造のスポンジ状組織を形成させて得られる素材である。このようにして得られたポリビニルアセタールスポンジが、その弾性および多孔質構造を活かしてフェルトや不織布と同様にバフ材として用いられ、特に熱硬化性樹脂および短繊維を付与した物(特願昭50−33902号)および熱硬化性樹脂を付与しアセタール化度を高めた物(特願昭50−33903号)は特に優れた性能を持つことが知られている。本発明はこのポリビニルアセタールスポンジ素材を利用するのである。ただ、本発明ではポリビニルアセタールスポンジ素材をバフ材として使用するためその圧縮弾性率が高々2000kg/cm2とするのである。
【0011】本発明は従来行われてきたバフ材と遊離砥粒スラリーに代えて用いることができる微細砥粒を固定したバフ材であり、微細砥粒を固定するために、原料混合液を反応硬化させて製造されるポリビニルアセタールスポンジバフ材を用いたことにより、初めてバフ材の持つ砥粒の保持力および弾性、柔軟性を持ちなおかつ微細砥粒を固定したバフ材が製造可能となったものである。本発明のバフ材は従来より用いられているポリビニルアセタールスポンジを素材として用いたため研磨力、なじみに優れ、被研磨面に傷をつけることが無く、さらに固定した微細砥粒が加工中に作用し、遊離砥粒スラリーを添加することなく加工が可能になるのである。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明のバフ材には、微細砥粒が固定されている。微細砥粒は、被研磨物に傷をつけない粒径および硬度のものが用いられ、被研磨物の種類に応じて使い分けられる。本発明においては、好ましくは粒径5μm以下の砥粒が用いられ、砥粒の種類としては酸化セリウム、酸化クロム、酸化珪素、酸化ジルコニウム等であるが、特に酸化セリウムが好ましい。微細砥粒を固定する量は好ましくはバフ材の見かけ体積の2〜20%、より好ましくは5〜15%である。この量を下回ると十分な研磨力を得ることができず、また上回るとバフ材に適した弾性が失われる。
【0013】本発明のバフ材は、素材としてポリビニルアセタールスポンジを用いる。ポリビニルアセタールスポンジの製造方法は公知であるが、概略を記述すると、ポリビニルアルコール(PVAと表示する。)の粉末を水に溶解してPVA水溶液を作る。PVA水溶液にアセタール化反応の原料であるホルマリン等を加え、さらに反応触媒である酸類を加え気孔形成材を添加するあるいは発泡させることによって気孔を形成し、加温して反応させることでPVAがアセタール化、硬化し、ポリビニルアセタールスポンジを形成する。ポリビニルアセタールスポンジバフ材は上記の方法で製造されるため、原料混合液に微細砥粒を混合し、反応硬化させることによって容易に微細粒子を固定することができる。また、PVA水溶液は粘性が高いため、微細砥粒を混合後強く撹拌することによって微細砥粒の凝集および沈降を防止することが容易であり、均一に微細砥粒を分散、固定しやすい。
【0014】また、微細砥粒は反応硬化を行う前に原料混合液に混合されるため、ポリビニルアセタールスポンジバフ材の反応硬化によるスポンジ状組織形成に際してあたかも結合材の一部分のようにふるまい、ポリビニルアセタールスポンジバフ材のスポンジ状組織を形成する際に悪影響を及ぼすことがない。その結果得られた微細砥粒を固定したポリビニルアセタールスポンジバフ材は従来のポリビニルアセタールスポンジバフ材と同様の多孔質構造を形成する。このため、微細砥粒を固定しないポリビニルアセタールスポンジバフ材の持っていた、バフ材として好ましい特徴である微細砥粒の保持力、弾性および柔軟性はそのまま微細砥粒を固定したポリビニルアセタールスポンジバフにおいても維持される。また、得られた微砥粒を固定したポリビニルアセタールスポンジバフ材は多孔質構造を維持しており、さらに主成分であるPVAの性質で水との親和性が良い。このためバフ材に多くの水を保持することができる。これはディスクグラインダーに取り付けて使用する場合、発生した研磨屑は気孔を通して排出されるため傷の発生を防止し、熱の発散を行うため発熱を防止するのでさらに使いやすくなる。
【0015】本発明のバフ材は微細砥粒を固定することによって硬度が高くなるが、硬度が必要以上に高くなりバフ材に必要な性質である弾性や柔軟性を失うことは非常に好ましくない。硬度が高いと研磨面に対するなじみが悪く、むらなく研磨することが困難であり、被研磨面の品質を著しく悪化させるになり、さらには被研磨面に傷を生じることもある。とくにオフセット型バフ材においては、バフ材が硬いと研磨中に振動が激しく、ディスクグラインダーを手で持って使用する場合、安定させることができない。このため、本発明のバフ材は、圧縮弾性率が高々2000kg/cm2であることが必要であるが、好ましくは高々1500kg/cm2、より好ましくは高々1000kg/cm2である。本発明のバフ材において、圧縮弾性率が2000kg/cm2を超えると、バフ材に必要な弾性が失われることとなり、微細砥粒を固定しない従来のバフ材と同様の用途に適用することができない。特にオフセット型バフ材においては、研磨時にディスクグラインダーが被研磨面で振動し、研磨面の品質を悪化させる可能性が著しく高く、通常の作業者の技量では使用が不可能である。
【0016】圧縮弾性率はJIS K7220に記載さた方法で測定された値で、材料に外力を加えて圧縮試験を行う際の圧縮応力とこれに対応する材料のひずみの比である。要約すれば材料を圧縮させるために要する力である。ただし、測定に用いる材料は実際の使用状況を考慮し、水中に1日以上放置し十分含水させた物とした。
【0017】本発明のバフ材は、ポリビニルアセタールスポンジと微細砥粒のみで構成する事もできるが、耐摩耗性や、不織布やフェルトの如き弾性が必要である場合、熱硬化性樹脂や、短繊維を添加する、得られたバフ材を再度アセタール化する方法で改質することができる。例えば、原料混合液にさらに熱硬化性樹脂を添加すると、耐摩耗性を初めとしたその樹脂の特性を付与することができる。熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂等があげられ、耐摩耗性や、硬度、脆性等を付与することができる。熱硬化性樹脂の添加量は特に限定されないが、得られたバフ材の圧縮弾性率が2000kg/cm2を超えない範囲で添加される。
【0018】短繊維を添加した場合、バフ材に不織布やフェルトの如き弾性を与えることができる。ここで用いる短繊維の種類は特に限定されるものではないが、例えばビニロン繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、ポリエステル系ウレタン繊維等を挙げることができ、短繊維の長さは好ましくは1mm以上、更に好ましくは3mm以上であって、その繊維径は好ましくは1μm以上、更に好ましくは10μm以上であるが、特にこれに限定されるものではない。添加量も特に限定されるものではないが、ただし、短繊維を添加することによって得られたバフ材の圧縮弾性率が2000kg/cm2を超えることは好ましくない。特に熱硬化性樹脂と短繊維を添加したポリビニルアセタールスポンジバフ材(特願昭50−33902号)および短繊維を添加し得られたバフ材をさらにアセタール化して得られるポリビニルアセタールスポンジバフ材(特願昭50−33903号)はポリビニルアセタールスポンジバフ材より優れた特性を持つことは公知であり、このバフ材に微細砥粒を固定化したバフ材は優れた研磨性能と耐摩耗性を持つ。
【0019】本発明に係るバフ材は例えば次のような方法により製造される。PVA水溶液に微細砥粒の粉末を加え、架橋剤としてのホルムアルデヒド水溶液、触媒としての酸類、更に必要であればウレタン系樹脂、フェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂、澱粉等の気孔形成剤を加え撹拌し均一な溶液を調製する。該溶液を反応固化した後余剰成分を除去すると共に乾燥する。本発明のオフセット型バフ材は、上記の方法で製造される微細砥粒を固定したバフ材とバフ材をディスクグラインダーに取り付けるための治具からなる。本発明のオフセット型バフ材において、バフ材をディスクグラインダーに取り付ける治具およびバフ材と治具を接着する接着剤は使用時の条件を満たす材質、例えば耐水性があり使用時の回転によって破壊されたり、バフ材が剥離しないものであれば材質や形状は特に限定されるものではない。例えばポリエチレンテレフタレート製の治具にホットメルトの接着剤を挙げることができる。
【0020】本発明に係るオフセット型バフ材は、例えば次のような方法により製造される。前述の手段で得られたバフ材を所定の形状に成形し、例えばポリエチレンテレフタレート製の取り付け治具にウレタン系ホットメルト型接着剤を用いて研磨材と治具を接着してオフセット型バフ材となす。
【0021】これを図をもって説明する。図1は本発明にかかるバフ材の平面図、図2はその側面図であり、図3はディスクグラインダーに取付けた状態を示した図である。バフ材1は中央に孔を有する取付け治具2に接着剤等によって一体とし、これをディスクグラインダー3の回転軸に取付ける。使用に際しては、ディスクグラインダー3の回転軸によってバフ材1を回転させながら、被研磨材である例えばガラス板4に押し当てながら研磨する。
【0022】
【実施例】
実施例1固形分10重量%のポリビニルアルコール溶液600mlに、600gの酸化セリウムを加え、更に澱粉30g、1デニールで長さ5mmのビニロン繊維10g、37%ホルムアルデヒド水溶液100ml、レゾール型フェノール樹脂(固形分60重量%)100ml、塩酸50mlを加えた後水を加えて全量を1000mlとした。この溶液を撹拌し均一溶液を調製した後、型枠に流し込み静置し反応させた。反応終了後、反応生成物を型枠から取り出し、水洗により余剰の酸および未反応のホルマリンを除去したのち乾燥しバフ材を得た。得られたバフ材の圧縮弾性率は600kg/cm2であった。得られたバフ材を外径φ100、内径φ55、厚み10mmに成形し、ポリエチレンテレフタレート製の外径φ100、内径φ15、厚み3.5mmの取り付け治具にウレタン系ホットメルト型接着剤で接着しオフセット型バフ材を得た。該オフセット型研磨材を1時間水道水中で保存し吸水させた後、ディスクグラインダーに取り付け5000rpmの回転数でガラスの面取り加工の仕上げ研磨を行ったところ、振動は極めて少なく曲面を呈する被研磨面においても容易に研磨を行うことができた。
【0023】実施例2固形分8重量%のポリビニルアルコール溶液600mlに、600gの酸化セリウムを加え、更に澱粉30g、ポリエステル系ウレタン樹脂(固形分30重量%)100ml、レゾール型フェノール樹脂(固形分60重量%)100ml、硫酸70mlを加えた後水を加えて全量を1000mlとした。この溶液を撹拌し均一溶液を調製した後、型枠に流し込み静置し反応させた。反応終了後、反応生成物を型枠から取り出し、水洗により余剰の酸および未反応のホルマリンを除去したのち乾燥しバフ材を得た。得られたバフ材の含水時の圧縮弾性率は400kg/cm2であった。得られた研磨材を実施例1と同様に加工しオフセット型バフ材とし、ガラスの面取り加工の仕上げ研磨を行ったところ、振動は極めて少なく実施例1記載のバフ材よりさらに容易に研磨を行うことができた。しかし若干バフ材の摩耗量が大きかった。
【0024】実施例3実施例1の製造方法において、触媒量を調節する事で圧縮弾性率1500kg/cm2のバフ材を得た。該バフ材を用いて実施例1と同様にオフセット型バフ材を作製しガラスの面取り加工の仕上げ研磨を行ったところ、振動が少なく研磨を行うことができたが、研磨面をむらなく加工するためには、若干の熟練を要した。
【0025】比較例1実施例1の製造方法において、結合材成分の量を増加させ、さらに得られたバフ材を130℃で熱処理する事で圧縮弾性率3000kg/cm2のバフ材を得た。該バフ材を用いて実施例1と同様にオフセット型バフ材を作製しガラスの面取り加工の仕上げ研磨を行ったところ、ディスクグラインダーが激しく振動し、通常の作業者の技量では加工を行うことができなかった。以上実施例及び比較例の結果を纏めると表1のとおりである。
【0026】
【表1】

表1において、a、b、c及びdの評価は目視及び相対的な結果として優良、良、普通及び不可を表示した。
【0027】
【発明の効果】本発明は、バフ材の素材としてポリビニルアセタールスポンジバフ材を用いたため、その製造時において原料混合液に微細砥粒を混合した後反応硬化を行うことで容易にバフ材に微細砥粒、特に酸化セリウムを固定化することができ、本発明のバフ材を用いることで、従来行われてきた、バフ材に微細砥粒スラリーを添加しながら行う加工に代えて、単に本発明のバフ材に水を供給するだけで研磨加工を行うことができ、作業環境が大幅に改善されるとともに、微細砥粒スラリー作成の手間を省き、微細砥粒の使用量も減少し、コストダウンを図ることができる。




 

 


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