JP2013202695A

JP2013202695A - 研磨装置

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Publication number: JP2013202695A
Application number: JP2012070707A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Matsuda; 大輔松田; Tsutomu Nagayama; 励永山; Takamasa Miyake; 孝昌三宅; Kazuto Nishimura; 和人西村
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】シート状基材の表面に無端帯状の研磨布を循環回転させながら接触させて、高速で走行させることにより研磨を行う研磨装置において、研磨後のシート状製品の仕上がり厚みの斑を低減できる研磨装置を提供することを目的とする。
【解決手段】シート状基材の表面を研磨するための研磨装置であって、互いに平行に離間されて配置されるコンタクトロール及び駆動ロールと、該駆動ロールを回転駆動させる駆動装置と、コンタクトロール及び駆動ロールに掛け渡されて循環回転される無端帯状の研磨布と、研磨布を介してコンタクトロールに平行に対向配置されるバックロールと、を備え、シート状基材は、研磨布とバックロールとの間に形成されるクリアランスを通過し、コンタクトロールを冷却するための温調手段をさらに備える研磨装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状基材の研磨加工に用いられる研磨装置に関する。

従来、基材の表面を研磨したり研削したりするための研磨装置として、基材の表面に無端帯状の研磨布を循環回転させながら接触させることにより研削や研磨を行う研磨装置が知られている。

例えば、下記特許文献１は、無端帯状の研磨布を回転させながら樹脂成形品に接触させて高速で走行させることにより、樹脂成形品の研削や研磨を行う研磨装置において、樹脂成形品を研削する際に、研磨布の表面に樹脂の切子が目詰まりすることにより、研削効率が低下することを抑制したり、研磨布の寿命を長くしたりすることを目的として、回転する無端帯状の研磨布の表面に、空気噴射ノズルから圧縮空気を噴射することにより、樹脂の切子を吹き飛ばし、また、樹脂を冷却することにより溶融して研磨布の表面に付着しにくくする技術を開示する。

特開２０１１−９３００５号公報

基材の表面に無端帯状の研磨布を循環回転させながら接触させることにより研削や研磨を行う研磨装置は、例えば、数十メートルまたは数百メートルのような長尺のロール原反から引き出されたシート状基材の表面をロールトゥロールで連続して研磨する際に用いられることがある。

図８を参照してこのような研磨工程を説明する。図８中、６はシート状基材、１６はシート状基材６の送り出しロール、１２ａ〜１２ｆはガイドロール、１００は無端帯状の研磨布３をコンタクトロール１及び駆動ロール２に掛け渡し、図略のモータで研磨布３を循環回転させてシート状基材６を研磨する研磨装置、５はシート状基材６を研磨布３に押し当てるバックロール、１５は図略のエア吸引装置に接続された集塵ダクト、１２６は研磨後のシートの巻き取りロールである。

図８に示すようなロールトゥロールの工程で研磨加工する場合においては、送り出しロール１６から巻き取りロール１２６までガイドロール１２ａ〜１２ｆで案内しながらシート状基材６を連続して搬送し、その途中に配設された研磨装置１００でシート状基材６の表面を連続的に研磨する。

本発明者らは、このようなロールトゥロールの研磨工程により、シート状基材の表面を連続研磨加工した場合、得られるシート状製品の仕上がり厚みにばらつきが生じ、厚み斑が生じて歩留まりを低下させるという問題を抱えていた。

本発明は、シート状基材の表面に無端帯状の研磨布を循環回転させながら接触させて研磨を行う研磨装置において、研磨後のシート状製品の厚みを高精度に仕上げることができる研磨装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述したようなロールトゥロールの研磨工程において生じるシート状製品の厚み斑の発生原因を検討したところ、次のような原因により仕上がり厚みに斑が発生することを突き止めた。

上述したような研磨装置でシート状基材を連続して研磨加工した場合、詳細に検討してみると、幅方向に対して中央部の厚みが常に薄くなる傾向があることに気付いた。具体的には、例えば、図９に示すように、幅１４０ｃｍのポリエステル製の不織布を仕上がり厚み０．３７ｍｍを目標にして約３００ｍ連続して研磨した場合、その中央部の厚みがその周囲の厚みに比べて薄くなっていることに気付いた。さらに検討を進めた結果、研磨装置の無端帯状の研磨布を掛け渡すロールのうち、シート状基材に研磨布を接触させるためのコンタクトロールの材質や形状を種々検討した結果、その材質の放熱性が低かったり、Ｌ／Ｄが高かったりした場合には、より仕上がり厚みの斑が大きくなることに気付いた。また、連続処理量が長くなればなるほど、厚みの斑が大きくなっていることに気付いた。そして、上述したような研磨工程において生じる厚みの斑の発生原因を次のように特定した。

すなわち、ロールトゥロールの研磨工程に配設される研磨装置の、研磨布を回転させながらシート状基材に接触させるコンタクトロールは、シート状基材の全幅を均一に研磨するために、コンタクトロールの長手方向（幅）をシート状基材の幅よりも長くする必要がある。この場合、コンタクトロールの長手方向の長さ（Ｌ）がコンタクトロールの断面径（Ｄ）に比べて長い、すなわち、Ｌ／Ｄが高くなる。

研磨加工において発生する摩擦熱はコンタクトロールに伝熱して、その両端断面から優先的に放出されるために、Ｌ／Ｄが高い場合にはコンタクトロールの両端に近い部分は熱を放出しやすく、コンタクトロールの中央部は熱を放出しにくい。そのために、研磨の連続処理時間が長くなればなるほど、中央部の温度が両端部の温度に比べて高くなっていることに気付いた。そして、このような場合には、コンタクトロールの幅方向中央部の熱膨張量がその両端部の熱膨張量よりも大きくなり、そのために研磨布とバックロールとの間のクリアランス量が中央部において狭くなり、その結果、図９に示すように、シート状基材の幅方向中央部がより深く研磨されて厚みが薄くなっていることに気付いた。そして、さらに鋭意検討した結果、本発明に想到するに至った。

すなわち、本発明の一局面は、シート状基材の表面を研磨するための研磨装置であって、互いに平行に離間されて配置されるコンタクトロール及び駆動ロールと、該駆動ロールを回転駆動させる駆動装置と、コンタクトロール及び駆動ロールに掛け渡されて循環回転される無端帯状の研磨布と、研磨布を介してコンタクトロールに平行に対向配置されるバックロールと、を備え、シート状基材は、研磨布とバックロールとの間に形成されるクリアランスを通過し、コンタクトロールを冷却するための温調手段をさらに備える研磨装置である。このような構成の研磨装置においては、研磨の際の摩擦熱を蓄熱するコンタクトロールを冷却または加熱することによりその温度を均質化させることができる。その結果、ロールの全体において熱膨張量を均質化させることができるために、コンタクトロールとバックロールとの間のクリアランスを幅方向において均一化することができ、得られるシート製品の仕上がり厚みを均一化することができる。

このような研磨装置は、ロール状のシート原反から引き出されるシート状基材を連続的に研磨加工するロールトゥロールの研磨工程に配設された場合には、厚み斑を抑制する効果がより顕著に奏される。特に、Ｌ／Ｄが６以上であるようなコンタクトロールを備えている場合には、その中央部と両端部との温度差が大きくなりやすいために、本発明のより高い効果が奏される。また、コンタクトロールが樹脂ロールの場合にも、特に熱膨張量が大きくなるために本発明のより高い効果が奏される。

温調手段は、コンタクトロールの中央領域を局所的に冷却する送風器であることが好ましい。摩擦熱を放出しにくい中央領域に局所的に風を当てて冷却することにより、コンタクトロールの中央領域が大きく熱膨張することを抑制できる。

また温調手段としては、ロールの内部に冷媒を送液する手段を採用することもできる。

また、コンタクトロールは、少なくとも２点の温度を測定するための温度センサを備え、温度センサにより測定された少なくとも２点の温度の差を小さくするように温調手段を制御する制御装置を備える場合には、より精密な温度コントロールを行うことにより、より厚み斑を抑制することができる。

本発明によれば、無端帯状の研磨布を循環回転させながらシート状基材の表面に接触させる研磨装置で研磨する場合に、研磨後のシート製品の厚み斑を低減することができる。

図１は、第１実施形態のロールトゥロールの研磨工程において、研磨装置１０でシート状基材６を研磨するための工程の構成を説明する模式図である。図２は、研磨装置１０の模式図である。図３は、研磨装置１０に備えられた、温調手段である送風配管４がコンタクトロール１の中央部を冷却する様子を模式的に説明する説明図である。図４は、第１実施形態の研磨装置１０の送風配管４を温度センサからの温度データに基づいて制御する構成を模式的に説明する説明図である。図５は、第２実施形態の研磨装置２０の、内部に冷媒を送液される配管を備えたコンタクトロール１１を模式的に説明する説明図である。図６は、第３実施形態の研磨装置３０の、温調手段である送風配管１４がコンタクトロール１の中央部を除く部分を加熱するときの様子を模式的に説明する説明図である。図７は、実施例及び比較例の研磨において得られた不織布の幅方向の厚み分布を示すグラフである。図８は、従来のロールトゥロールの研磨工程において、研磨装置１００でシート状基材６を研磨する工程を説明する模式図である。図９は、従来のロールトゥロールの研磨工程において発生した不織布の仕上がり厚み斑の一例を示すグラフである。

［第１実施形態］
以下、本発明に係る一実施形態の研磨装置について説明する。

図１は、本実施形態の研磨装置１０が配設されたロールトゥロールの研磨工程において、シート状基材６を研磨する工程を説明する模式図である。また、図２は、図１中の研磨装置１０の斜視模式図である。図１中、６は矢印方向に連続的に搬送されるシート状基材、１６はシート状基材６の送り出しロール、１２ａ〜１２ｆはガイドロール、１０は無端帯状の研磨布３をコンタクトロール１及び駆動ロール２に掛け渡し、図略のモータで研磨布３を循環回転させてシート状基材６を研磨する研磨装置、４は幅方向の中央部に複数の送風孔を備えた送風配管、５はシート状基材６を研磨布３に押し当てるバックロール、１５は図略のエア吸引装置に接続された集塵ダクト、２６は研磨後のシート状基材６の巻き取りロールである。また、図２に示すように、駆動ロール２は駆動装置であるモータ２ａに接続されて回転駆動される。

図１に示したようなロールトゥロールの工程で研磨加工する場合、送り出しロール１６から巻き取りロール２６までシート状基材６をガイドロール１２ａ〜１２ｆで案内しながら連続して一方向に搬送し、その途中に配設された研磨装置１０でシート状基材６の表面を連続的に研磨する。そして、研磨により発生した切子は集塵ダクト１５で吸引除去される。

研磨装置１０においては、搬送されるシート状基材６が連続的に研磨布３とバックロール５との間に形成されるクリアランスを通過してその表面が研磨される。そして、シート状基材６が研磨されるときに研磨布３に摩擦熱が発生し、その摩擦熱がコンタクトロール１に伝熱され、コンタクトロール１に徐々に蓄熱される。

すなわち、図１に示すようにロールトゥロールでシート状基材の表面を連続的に研磨または研削する場合、連続研磨時間の経過とともにコンタクトロール１に伝熱される熱が徐々に増加していき、コンタクトロール１が蓄熱する。そして、コンタクトロール１に蓄熱された熱は主としてコンタクトロール１の端面の断面から放出される。従って、コンタクトロール１は、長手方向（幅方向）の中央部の温度がその周囲よりも高くなる。その結果、熱膨張により、コンタクトロール１の中央部の径がその周囲の径よりも大きくなる。そして、一度中央部の径がその周囲の径よりも大きくなると、その中央部ではその周囲よりも摩擦熱が発生しやすくなり、ますます中央部に熱を偏らせ、熱膨張させる。

本実施形態における研磨装置１０は、図２に示すようにコンタクトロール１の中央部を局所的に冷却するための送風配管４を備える。研磨装置１０がこのような送風配管４を備えることにより、コンタクトロール１の幅方向の中央部に局所的に送風することにより、その中央部の放熱を助け、コンタクトロール１の温度を均質化することができる。

図３は、研磨装置１０に備えられた、送風配管４がコンタクトロール１の中央部を冷却するときの様子を模式的に説明する模式図である。

図３に示すように、研磨装置１０においては、回転するコンタクトロール１の中央部は、送風配管４に設けられた通風孔４ａから噴出される風を当てられて冷却される。なお、送風配管４は、例えば、圧縮空気を蓄積するコンプレッサタンク７に配管９を介して接続されており、バルブ８の開閉度の調整により送風配管４に所定の流量の空気が送られる。このようにして、コンタクトロール１の中央部を冷却することにより、コンタクトロール１の長手方向（幅方向）の熱勾配を小さくし、その熱膨張の量の均一化を図ることができる。その結果、コンタクトロールとバックロールとの間のクリアランスを幅方向において均一化することができ、得られるシート状製品の仕上がり厚みを均一化することができる。

バルブ８は手動で開閉度を調整するバルブであっても、電子制御によりその開閉度が調整される電磁バルブであってもよい。また、その開閉度は、予め測定しておいた温度データや厚みデータに基づいて制御しても、例えば、非接触の温度計でロール表面の温度を随時モニターし、その温度データに基づいてフィードバック制御してもよい。

図４は、研磨装置１０において、コンタクトロール１の中央部の表面温度を測定する温度センサ２１及びコンタクトロール１の端部の表面温度を測定する温度センサ２２と、温度センサ２１，２２により測定された２点の温度データの入力を受けてバルブ８の開閉を制御する制御装置２３を設けた装置構成を示す。制御装置２３は図略のRAM等の記憶装置とCPU等の演算装置等を備える。制御装置２３は温度センサ２１，２２により定期的に測定された温度データの入力を受けて記憶し、２点の温度差が予め設定された閾値以上になった場合に、バルブ８に所定の流量で空気を送るように信号を送信する。そして、バルブ８はバルブを「開」にする信号を受けて、バルブを開くことにより送風配管４に空気が送られる。さらに、温度センサ２１，２２は２点の温度データを集め、送風配管４から送られた空気によりコンタクトロール１が冷却され、２点の温度差が予め設定された閾値未満になった場合には、バルブ８を「閉」にする信号を送信する。そして、バルブ８はバルブを「閉」にする信号を受けて、バルブを閉じることにより送風配管４への空気が遮断される。このようなフィードバック制御によればより精密にシート状基材６の研磨による厚み斑の発生を高精度に抑制することができる。閾値温度の範囲は特に限定されないが、例えば、５℃以下、さらには３℃以下に設定される。温度センサ２１，２２の種類は、コンタクトロール１の回転に影響を与えないものであれば特に限定なく用いられ、例えば、非接触型の温度センサが用いられる。

ロールトゥロールの研磨工程に配設される研磨装置１０の研磨布３は、シート状基材６を均一に研磨するために、通常、シート状基材６の幅よりも大きい幅を有する。従って、研磨布３を掛け渡すコンタクトロール１の長手方向の長さ（Ｌ）はそのロール径（Ｄ）よりも大幅に長い。このようなコンタクトロールのＬ／Ｄは６以上、さらには６〜９、特には７〜８であることが好ましい。

また、コンタクトロール１は、ゴムロール等の樹脂ロールであっても金属ロールであってもよいが、シート状基材６との接触面積を大きくして研磨効率を高めるためにはゴムロール等の樹脂ロールであることが好ましい。しかし、樹脂ロールは金属ロールに比べて線膨張率が高く、熱膨張の量も著しく大きくなる。このように熱膨張の量の大きい樹脂ロールをコンタクトロールとして用いる場合に、送風配管４によるコンタクトロール１の局所的な冷却による効果が特に高くなる。

研磨布３の種類は、シート状基材６の表面を目的とする仕上げに応じて適宜選択することができ、例えば、研削加工するための表面に砥粒が固着されたサンドペーパーや、研磨加工するためのフェルトや軟らかい布、ポリッシングパッド、フラップバフ加工用パッドなどのバフ研磨用のパッドなど特に限定されない。

処理に供されるシート状基材６の種類も特に限定されないが、特には、ロールトゥロールで連続して搬送されて研磨加工されるようなシート状基材が好ましい。このようなシート状基材の具体例としては、不織布、織布、人工皮革、天然皮革、樹脂シート、フレキシブル回路基板等が挙げられる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る他の実施形態の研磨装置２０について図５を参照して説明する。なお、第１実施形態で説明した研磨装置１０と同じ要素については同様の符号を付し、また、説明の簡略のために、同様の要素についての詳しい説明は省略する。

本実施形態の研磨装置２０は、温調手段である送風配管４及びコンタクトロール１を用いる代わりに、温調手段であるコンタクトロール内部に冷媒が送液される冷媒配管１１ａを備える、コンタクトロール１１を用い、コンタクトロールをその内部から冷却する構成を備える以外は研磨装置１０と同様の構成を有する。

図４は、研磨装置２０に備えられた、冷媒配管１１ａを内部に備えるコンタクトロール１１に冷媒タンク１７から冷媒を供給する構成を模式的に説明する模式図である。

図４に示すように、研磨装置２０においては、コンタクトロール１１は冷媒を循環させる冷媒配管１１ａを備える。そして、冷媒配管１１ａは、冷媒タンク１７と配管１９を介して接続されている。冷媒配管１１ａは、コンタクトロール１１の中央部において熱交換量がより多くなるように設計されていることが好ましい。

冷媒配管１１ａは、冷却水を循環させる冷媒タンク１７に配管１９を介して接続されており、バルブ１８の開閉により冷媒配管１１ａに例えば冷媒として水が送られる。そして、冷媒配管１１ａに送られた水により、コンタクトロール１１が冷却される。その結果、コンタクトロール１１の長手方向（幅方向）の熱勾配を小さくし、その熱膨張の量の均一化を図ることができる。そして、コンタクトロールとバックロールとの間のクリアランスを幅方向において均一化することができ、得られるシート製品の仕上がり厚みを均一化することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る他の実施形態の研磨装置３０について、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態で説明した研磨装置１０と同じ要素については同様の符号を付し、また、説明の簡略のために、同様の要素については詳しい説明を省略する。

本実施形態の研磨装置３０は、中央部に複数の通風孔４ａを備えた送風配管４を用いてコンタクトロール１の中央部に冷風を当てて冷却する代わりに、中央部を除いた端部に近い部分に複数の通風孔１４ａを備えた送風配管１４を用いてコンタクトロール１の中央部を除いた端部に近い部分に熱風を当てて加熱する以外は研磨装置１０と同様の構成を有する。

図６は、研磨装置３０に備えられた、送風配管１４がコンタクトロール１の中央部を除いた、端部に近い部分に熱風を接触させて加熱するときの様子を模式的に説明する模式図である。

図６に示すように、研磨装置３０においては、回転するコンタクトロール１の中央部を除いた端部に近い部分に向けて、送風配管１４に設けられた通風孔１４ａから熱風が噴射されて加熱される。なお、送風配管１４は、例えば、圧縮空気を蓄積するコンプレッサタンク７に配管２９を介して接続されており、バルブ２８の開閉により送風配管１４に空気が送られる。その配管２９の経路において、熱風がヒータＨにより加熱される。このようにして、コンタクトロール１の中央部を除いた端部に近い部分を加熱することにより、コンタクトロール１の長手方向（幅方向）の熱勾配を小さくし、その熱膨張の量の均一化を図ることができる。その結果、コンタクトロールとバックロールとの間のクリアランスを幅方向において均一化することができ、得られるシート製品の仕上がり厚みを均一化することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。

実施例として、図１に示したようなロールトゥロールの研磨工程を用いて、ポリエステルの極細繊維からなる見かけ密度０．４８０ｇ／ｃｍ³の不織布のバフ処理を行った。研磨装置としては、図２に示したような研磨装置を用い、そのコンタクトロールは表層に厚み１５ｍｍのゴム層を備え、幅（Ｌ）１７１０ｍｍ、直径（Ｄ）２３５ｍｍのＬ／Ｄ＝７．３であり、研磨布の番手は＃１２０であった。また、研磨装置は、コンタクトロールを冷却するための直径２１ｍｍの送風配管を備え、送風配管はコンタクトロールの幅方向の中心を中央として、１０ｃｍ間隔で設けられた７つの直径３ｍｍの送風孔を備え、送風配管を圧縮空気タンクに接続して０．１６ｍ³／分の風量でコンタクトロールに空気を吹き付けた。また、研磨は、研磨布速度５５０ｍ／分、不織布の搬送スピード２ｍ／分の条件で研磨を行った。

また、絡合不織布の原反は、幅１４００ｍｍ、長さ５００ｍ、処理前厚み約０．５０ｍｍであり、研磨後の目標厚み０．３７ｍｍと設定して研磨を行った。

そして、研磨開始から２００ｍ、４００ｍの時点における、コンタクトロールの中央部とその両端からそれぞれ２００ｍｍの部分の端部Ａ及び端部Ｂの温度及び研磨後の不織布厚みを測定した。

比較例として、送風配管を備えない以外は実施例と同様の研磨装置を用いて、実施例と同様にして研磨を行い、評価した。結果を表１に示す。また、図７に実施例及び比較例で研磨された不織布の厚み分布を示す。

表１及び図７の結果から、本発明に係る実施例の研磨装置で研磨した不織布は２００ｍ、４００ｍ連続研磨しても端部と中央部の厚み差は小さかったが、冷却部を有しない研磨装置を用いた比較例の研磨装置で研磨した不織布は２００ｍ、４００ｍと連続研磨するにつれても端部と中央部の厚み差が拡大していくことがわかる。また、実施例においては、コンタクトロールの端部と中央部の温度差が小さかったが、比較例においては、コンタクトロールの端部と中央部の温度差が大きく、また、研磨を進めるにつれて温度差が拡大していることがわかる。

本発明に係る研磨装置は、ロールトゥロールの研磨工程を用いて連続してシート状基材を研磨するような工程における研磨に好ましく用いられる。

１，１１コンタクトロール
２駆動ロール
２ａモータ
３研磨布
４，１４送風配管
４ａ，１４ａ通風孔
５バックロール
６シート状基材
７コンプレッサタンク
８，１８，２８バルブ
９，１９配管
１０，２０，３０研磨装置
１１ａ冷媒配管
１１ｂ冷媒溜り部
１２ａガイドロール
１５集塵ダクト
１６送りロール
１７冷媒タンク
２１，２２温度センサ
２３制御装置
２６巻き取りロール
Ｈヒータ

Claims

シート状基材の表面を研磨するための研磨装置であって、
互いに平行に離間されて配置されるコンタクトロール及び駆動ロールと、該駆動ロールを回転駆動させる駆動装置と、
前記コンタクトロール及び前記駆動ロールに掛け渡されて循環回転される無端帯状の研磨布と、
前記研磨布を介して前記コンタクトロールに平行に対向配置されるバックロールと、を備え、
前記シート状基材は、前記研磨布と前記バックロールとの間に形成されるクリアランスを通過し、
前記コンタクトロールを冷却するための温調手段をさらに備えることを特徴とする研磨装置。
ロールトゥロールの研磨工程に配設される請求項１に記載の研磨装置。
前記温調手段は、前記コンタクトロールの中央領域を局所的に冷却する送風器である請求項１または２に記載の研磨装置。
前記コンタクトロールは、その内部に、前記温調手段である冷媒を送液される配管を備える請求項１または２に記載の研磨装置。
前記コンタクトロールはＬ／Ｄが６以上である請求項１〜４の何れか１項に記載の研磨装置。
前記コンタクトロールは樹脂ロールである請求項１〜５の何れか１項に記載の研磨装置。
前記コンタクトロールは、少なくとも２点の温度を測定するための温度センサを備え、前記温度センサにより測定された少なくとも２点の温度の差を小さくするように前記温調部を制御する制御装置を備える請求項１〜６の何れか１項に記載の研磨装置。