JP3834791B2 - 砥材およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワークの凹凸面を平面化するために使用する砥材およびその製造方法に関するもので、金属、セラミック、プラスチック、また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表面仕上げに適するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
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。例えば、ワークが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、ワークが精密部品であれば表面を滑沢に仕上げることが要求される。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、仕上げ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、しかも、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。
【０００３】
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研磨微粉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ずに残されていたのである。
【０００４】
本発明は上述した課題を解決するもので、その目的とするところは、複雑な表面形状を有するワークでも短時間で仕上げ等することができ、しかも作業環境も改善することができる砥材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために本発明では、次の点に着目し、コア材の原料の選択および製造方法を案出した。即ち、本発明の砥材はコア材に研磨微粉を付着させてなることを基本的構成とするが、ワークの凹凸面を平面化するためには、前記コア材はワーク表面に衝突した後、できるだけ長い距離を滑ることが好ましい。そのため、反発弾性が小さく、衝突後の形状変化が大きい衝撃吸収性の高い物質をコア材の材料として選択することが好ましい。そこで、本発明では、コア材の材料として粘弾性を示す物質を採用することとした。
【０００６】
また、コア材に研磨微粉を付着させるにはバインダを用いることができるが、当初よりコア材に粘着性があれば別途バインダを用いることなく研磨微粉を付着させることができて合理的である。そこで、本発明ではコア材として粒状の粘着剤を用いることとした。
【０００７】
さらに、好適なコア材として、本発明では天然、合成の区別なくゴム系粘着剤、又はアクリル系粘着剤をそれぞれ採用することとした。つまり、これら粘着剤は、上述した粘弾性および粘着性を備える上、噴射時（加速時）およびワーク面への衝突時に形状破壊されない構造強度を有し、経年変化が少なく、作業あるいは保管環境（温度や湿度）による物性変動が小さいことから、コア材として好適な具体例として挙げることができる。また、これら粘着剤は、安価に入手しやすいという利点もある。
【０００８】
そして、請求項２に係る発明では上記砥材を製造する方法として、ホットメルト型粘着剤を圧縮空気によって飛散粒化する方法を採用した。より詳しくは、ホットメルト型粘着剤を熱空気ジェットによって粒化したコア材を回転ドラム内の研磨微粉のたまり場に落とし、混合することで、コア材表面に研磨微粉が付着して砥材を完成させることができる。なお、完成した砥材の大小はふるいにかけることで選別可能である。使用する砥材の粒径はワークの素材や仕上げ等の目的によって変更することができるが、０．１〜３ｍｍ程度の粒径が最も使用便宜がよい。
【０００９】
一方、請求項３に係る発明では砥材の他の製造方法として、固形粘着剤の凍結粉砕法によって粒化する方法を採用した。より詳しくは、回転ドラム内の研磨微粉に固形粘着剤の凍結粉砕粒を投入し混合する。すると、粒の温度上昇（常温への移行）に伴い表面に研磨微粉が付着し、砥材を完成させることができる。また、ここでも請求項２で説明したようにふるいによって砥材の大小を選別する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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、本発明に係る砥材の概念図である。図中、１はコア材、２はコア材１の表面に付着させた研磨微粉である。コア材１は研磨微粉２を粘着支持するための粒状の担体であり、粘弾性を示す材料によって構成される。その代表的なものとして粘着剤がある。粘着剤はベースポリマーの種類によって、アクリル系、ゴム系、ビニル系、シリコーン系などに分類され、本発明では何れから選択することもできる。ただし、各粘着剤は、粘着特性、弾性特性が異なるため、仕上げの目的に応じて最適なものを選択する。この点、アクリル系やゴム系は粘着剤の主軸をなし、流通する種類も豊富であり、安価に入手することもできるので、通常の仕上げであればコア材として選択することは有意である。特にアクリル系粘着剤は、他のモノマーと共重合させることで物性を変化させることが容易であるし、ゴム系粘着剤に比べて耐久性、耐油性等に優れるという利点がある。これに対してゴム系粘着剤は、アクリル系と比べて耐久性に劣るが、被粘着物の極性を問わず優れた粘着性を示すので、如何なる研磨微粉をも付着させることができるという利点がある。なお、ゴム系粘着剤は、天然ゴムに限らず、合成ゴムから選択することができる。一方、シリコーン系は耐熱性や耐候性、耐薬品性に優れるため、こうした物性変化が小さいという意味ではその選択も可能である。何れにしても、どのような特性の粘着剤を採用するかは、ワークの材質や仕上げの目的に応じる。本発明で必要なことは、当初より粘着性能を持つ粘着剤をコア材として採用することである。また、より希望する仕上げ効果を得るためには、粘着剤の選択だけでなく、その大きさ、形状、比重、硬度といった形態面からも調整するのが有効である。また、粘着特性のタック、粘着力、凝集力の３要素も適宜調整する。
【００１１】
他方、研磨微粉２は、ワークに応じたものを選択することができる。即ち、ワークが金属であればダイヤモンド粉や炭化ケイ素、アルミナなどの研削材、セラミックであればダイヤモンド粉、プラスチックであればアルミナや酸化鉄などの研削材を粒径１〜２０μｍに破砕したものを利用する。
【００１２】
図２は、本発明の砥材によるワーク表面の研削工程を概念的に示したものである。即ち、この工程によれば、先ず砥材１０を適宜噴射装置を用いてワーク表面Ｗに斜め上方から吹き付ける（同図（Ａ））。すると、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（同図（Ｂ））。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が移動した距離だけ研磨微粉２によってワーク表面Ｗが研削される（同図（Ｃ））。そして、砥材１０がワーク表面Ｗから反発あるいは離脱することによって研削を終了する（同図（Ｄ））。
【００１３】
上記研削工程からも明らかなように、本発明の砥材によれば、その噴射量を調整することでサンドペーパーに似た研削効果が得られる。その一方で、砥材の噴射速度を調整した場合も、ワーク表面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の噴射速度を下げることによって、過度の研削をなくし、ワーク表面を良好に仕上げることができる。即ち、砥材の噴射速度を調整することによって砥材の運動エネルギーを調整し、砥材のワーク表面に対する摩擦力、引いては研磨微粉による研削力を調整することができるのである。さらに、ワークの表面形状に応じて砥材の噴射と同時に圧縮空気を吹き付けることがある。これは、ワーク表面に凹部が存在する場合、この凹部に砥材が滞留して研削効率を低下させることがあるからである。そこで、圧縮空気を噴射することで、比重が小さい砥材を凹部から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。
【００１４】
続いて、本発明による砥材の製造方法を説明する。ここでは、２つの方法があり、何れもコア材として粘着剤を使用する。そのうちの一つは、熱可塑性の粘着剤をコア材として使用したものである。より具体的には、粘着剤としてホットメルト型を用いる。そして、このホットメルト型粘着剤を軟化させた状態で粒化する。その手段として、熱空気ジェットがある。つまり、十分に溶融させて低粘度にした状態のホットメルト型粘着剤に対して、その溶融温度を超える熱空気ジェットを噴射することによって、当該軟化粘着剤を粒化することができる。そして、この粒化したものをコア材として、これを粘着性能を発揮する温度状態にて回転中の回転ドラム等の研磨微粉のたまり場に投入する。さらに、当該投入後、回転ドラムを駆動することによってコア材と研磨微粉が混合され、コア材に研磨微粉が付着して本発明の砥材が完成する。
【００１５】
他の製造方法は、粘着剤の凍結破砕法を利用したものである。つまり、粘着剤をガラス転移させ、この硬化したものを破砕することによって粘着剤を所望の大きさに粒化させるのである。そして、このようにして粒化させた粘着剤をコア材として、これを回転中の回転ドラム等の研磨微粉のたまり場に投入し、当該粘着剤はその摩擦熱や機械熱によって温度が上昇し、粘着性を示す。この粘着性によって研磨微粉を付着させるのである。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればコア材として粘弾性のある物質を採用したので、ワークの凹凸面を効率よく平滑化することができる。特にコア材としてアクリル系やゴム系の粘着剤を採用することによって、安価に砥材を入手することができる。また、本発明の砥材の製造方法によれば、粘着剤の性質の一つであるガラス転移などを利用してこれを砥材に適した粒状に加工できるため、その加工方法も至って簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の砥材の概念図
【図２】同砥材によるワーク表面の研削工程を示した説明図
【符号の説明】
１ コア材
２ 研磨微粉
１０ 砥材
Ｗ ワーク表面

Claims (3)

1. 反発弾性が小さく、衝突後の形状変化が大きい衝撃吸収性の高いゴム系粘着剤又はアクリル系粘着剤からなる粒状のコア材に、研磨微粉を付着させたことを特徴とする砥材。
2. ホットメルト型粘着剤を熱空気ジェットにより粒化してなるコア材を回転ドラムに投入すると共に、該回転ドラム内にて前記コア材と研磨微粉を混ぜ合わせることによりコア材に研磨微粉を付着させることを特徴とした砥材の製造方法。
3. 凍結させた粘着剤を破砕してなるコア材を回転ドラムに投入すると共に、該回転ドラム内にて前記コア材と研磨微粉を混ぜ合わせることによりコア材に研磨微粉を付着させることを特徴とした砥材の製造方法。

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