JPH06245818A - 傾斜植毛ロールブラシ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はブラッシング作用によって金属、セ
ラッミックスあるいはプラスチック等の表面を研磨加工
するための高性能な回転ロール型ブラシの提供を目的と
する。 【構成】 植毛剛毛の長さ方向と芯ロールの軸方向との
なす植毛角が１０〜７０°であることを特徴とする傾斜
植毛ロールブラシ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラッシング作用によっ
て金属やセラミックス或いはプラスチック等の表面を洗
浄や研磨加工するための回転ロール型ブラシに関する。

【０００２】

【従来の技術】板状やパイプ状等の基本素材は勿論、電
気、機械、自動車等あらゆる工業製品の製造工程の表面
仕上げは最も重要な技術の一つであると同時に最も難し
い技術の一つでもある。それは大量生産方式の成形加工
や高度に発達した機械研削加工によってできる製品の表
面には粗度上の限界があるため一定以上の粗度に仕上げ
ようとすると研磨やバフがけ等のいわゆる研磨加工に頼
らざるを得ず、この分野の技術が人の熟練に大きく依存
しているからである。

【０００３】従来、物理的な磨きに使用されている工具
材料には砥石、研磨布紙、研磨不織布、布羽布、剛毛ブ
ラシ等がある。しかしながら砥石は柔軟性に欠けるため
被研磨材の表面への馴染みが無いので利用範囲が狭く且
つ仕上げ精度上に限界がある。また研磨布紙は磨耗が大
きく長期連続使用に耐えないばかりか砥粒を結合剤で固
めているため砥粒の凝集むらの影響で研磨傷が付きやす
い。砥粒を結合した接着剤を用いた研磨不織布も研磨布
紙と同様な欠点を有する。また布羽布は砥粒を混合した
ペースト状物を被研磨材の表面又は布羽布の表面に塗り
付けて磨きを行うものであるがペースト状物が周りに飛
散するため作業環境が悪いばかりでなく大量に飛散した
ペースト状物と研磨粉との混合廃棄物の処理や被研磨材
の表面に付着したペースト状物の溶剤洗浄廃棄物の処理
等の環境問題がある。一方、砥粒を混入した剛毛ブラシ
は柔軟性に富み磨耗も少なく環境問題の恐れも少ない点
において昔から理想的な表面加工材料と言われてきたが
現状の実用範囲は極めて限られていると言わざるを得な
い。なぜならば最も実用的な工具形態であるロール状ブ
ラシの場合、他の材料工具に比べて研磨性能が低いこと
と研磨面に所謂ブラシマークが発生することの欠点があ
るからである。従来のロールブラシの性能が他のロール
研磨材料に比べて低い理由は砥粒混合率が高々５０％程
度に過ぎないうえに被研磨材との接触部が剛毛の先端の
小さな範囲に限られるからである。またブラシマークが
発生するのは剛毛の植毛むら、剛毛先端の打ち傷、剛毛
束の波打ち現象等にブラシ特有のむら現象があるからで
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題の一つは新規なブラシ構造によって従来ブラシ
にとって宿命的とされた上記欠点を大幅に改良すること
である。本発明が解決しようとする課題の他の一つは環
境問題に対応して従来は殆んどブラシの使用分野でなか
った乾式研磨用の耐熱、高性能ロールブラシを得ること
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】ブラシの研磨性能を上げ
るには剛毛に混入させる砥粒の量を増大すること、剛毛
を太くすること、剛毛の植毛密度を上げること等の常識
的手段が考えられるがいずれも限界があることは明らか
である。そこで本発明者等は従来ブラシの構造そのもの
に疑問をもち本発明の課題を解決するための理想的ブラ
シ構造を徹底的に追求した。その結果ブラシ製作の都合
上か或いは常識的概念からか従来例外なく実施されてい
た９０°植毛角構造を捨て去り植毛剛毛の長さ方向と芯
ロールの軸方向とのなす植毛角が１０〜７０°である傾
斜植毛構造ロールブラシともいうべき新規なロールブラ
シを得るに至ったものである。傾斜植毛といっても剛毛
をロールの回転方向に傾斜させ軸方向には直角に植毛し
た例は従来も見られるが芯ロールの軸方向に対して傾斜
植毛した例は見られない。これは従来知られているチャ
ンネルブラシ、ディスクブラシ、植え込みブラシ等の方
式では作製が極めて困難であるばかりでなく構造の利点
が全く認識されていなかったためであろう。

【０００６】以下、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る。図１は本発明の傾斜植毛ロールブラシの断面を模式
的に示したものである。図１から明らかなように本発明
の傾斜植毛ロールブラシでは剛毛１と芯ロール２の軸方
向とのなす角θが１０〜７０°の範囲で傾斜して植毛さ
れている。植毛手段は特に問わないが本発明者等が考案
した方法（実施例１）で接着植毛するのが本発明の効果
を最も有効に発揮させる。即ち図１では接着樹脂３が傾
斜植毛された剛毛を芯ロールに固着せしめている。

【０００７】本発明の傾斜植毛ロールブラシは単純な洗
浄から鏡面研磨さらに粗研磨まで活用できるので全く砥
粒の含まれない剛毛は勿論、粒度＃１００００程度の微
粒子砥粒から粒度＃３６程度の粗砥粒を混合した剛毛が
利用される。また砥粒の種類も炭化珪素、溶融アルミ
ナ、ジルコニア、金剛砂、ダイヤモンド、窒化ボロン等
特に問わない。なお本発明の傾斜植毛ロールブラシには
従来の直角植毛ブラシに比べて多量の砥粒が混合された
剛毛を用いることができる。何故ならば図１から容易に
推察されるようにブラシを被研磨材の表面に強く押し付
けても従来の直角植毛のように座屈して大きく歪むこと
がないため剛毛が折れにくいからである。このことは単
純にブラシの研磨性能を向上させることを意味してい
る。

【０００８】本発明の傾斜植毛ロールブラシに用いる剛
毛の単糸繊度は１００〜５００００デニ−ルの範囲が好
ましい。剛毛の繊度があまり細すぎるとブラシ回転の遠
心力で毛の逆立ち現象が起きるので好ましくない。本発
明のブラシの場合は従来ブラシに比べてむしろ太目の方
が好ましい。何故ならば剛毛を太くした場合の問題点で
ある剛毛の折れ易さやブラシマーク問題が解決され太さ
の効果である研磨性能の向上が図られるからである。

【０００９】本発明の傾斜植毛ロールブラシに用いる剛
毛の断面形状は通常の丸断面でも良いが三角形、四角
形、或いは三葉、四葉状等の異型断面が好ましい。何故
なら本発明の傾斜植毛ロールブラシの場合は従来ブラシ
と異なり剛毛の側面を活用する度合いが大きく且つ研磨
時に剛毛が捩じり作用を受けるため捩じり回転しながら
研磨するからである。これは従来ブラシの剛毛先端の叩
きつけ作用による研磨機構と基本的に異る点である。

【００１０】本発明の傾斜植毛ロールブラシに用いる剛
毛の主成分はナイロン等一般にブラシに使用される高分
子材料が採用できる。しかしながら本発明の課題を完全
に解決するには剛毛の主成分としてメタ系芳香族ポリア
ミドを採用すべきである。本発明におけるメタ系芳香族
ポリアミドとは全繰り返し単位の８５モル％以上がメタ
フェニレンイソフタルアミド単位であるホモポリアミド
又はコポリアミドである。本発明の剛毛の主成分として
メタ系芳香族ポリアミドが最も好ましい理由は下記の通
りである。 （１） メタ系芳香族ポリアミドの融点は約４００℃と
高いため乾式研磨をしても摩擦熱による融着が起こりに
くい。 （２） メタ系芳香族ポリアミドのガラス転移温度は約
２７０℃と高いためブラッシング時に昇温しても物性変
化が少ないため研磨性能が変わりにくい。 （３） メタ系芳香族ポリアミドは同じポリアミドでも
ナイロンのような脂肪族ポリアミドに比べて弾性率が高
く且つｔａｎδ（損失正接）が低いため本発明のブラシ
において発生する前記剛毛の捩じり現象において捩じり
抵抗が大きくしかも自己発熱量が少ないので研磨性能の
みならず耐久性に富む。 （４） ブラシに限らず他の研磨材料においても研磨材
と被研磨材との間に微量の潤滑液を介在させると研磨効
率が増大し且つ良好な研磨面が得られるが本発明のブラ
シで乾式研磨する場合、剛毛に微量の潤滑液（水分又は
油分）を含浸させると有効である。この際、剛毛の主成
分が潤滑液とどの程度親和性があるか問題である。潤滑
液としては一般の機械研削に使用されているエマルジョ
ン型の研削油が有効で害も少ないので剛毛の主成分が水
にも鉱物油にも親和性の高いものが好ましい。この点に
おいてメタ系芳香族ポリアミドは最適な材料である。 （５） ブラシ材料の素材としてのメタ系芳香族ポリア
ミドの唯一の欠点はナイロンに比べて曲げ大変形性が不
足していることであり従来の直角植毛型ブラシでは、や
やもすると折れやすい欠点があったが本発明のブラシで
はその危惧が殆んどなく上記利点を１００％生かすこと
ができる。なおメタ系芳香族ポリアミドを主成分とする
剛毛は本発明者等の提案による特開平４−３７１６３号
公報に記載の方法で製造することができる。

【００１１】本発明の傾斜植毛ロールブラシにおける剛
毛の植毛角θの範囲は１０〜７０°である。本発明者等
の検討結果によれば植毛角が１０°未満では剛毛が太い
場合はブラシの表面が不均一になるため均一な研磨面が
得られず、また細い場合はブラシの回転遠心力で剛毛が
逆立つ等の弊害が発生し易くなるために本発明の課題が
解決されない。植毛角が７０°を越えると傾斜植毛の効
果が少なくなり従来の９０°植毛ブラシとの差が顕著で
なくなるので本発明の課題が解決されない。本発明にお
いて好ましい植毛角は２０〜６０°の範囲であり、さら
に好ましい範囲は３０〜５０°である。

【００１２】

【発明の効果】本発明の傾斜植毛ロールブラシは同じ剛
毛を使用した場合でも従来の直角植毛型ロールブラシに
比べて下記の理由により少なくとも１．５倍以上の研磨
効果を発揮する。 （１） 剛毛の先端と側面との両方で研磨する。 （２） 被研磨材との接触抵抗で剛毛は植毛根部を支点
に捩じれながら曲げられるため研磨方向は植毛根部を支
点に円弧を描くので研磨目は被研磨材の移動方向と一致
せず常に被研磨材表面の凸部を削りとる作用をする。即
ち従来ブラシでは研磨目が被研磨材の移動方向と一致す
るため剛毛先端の砥粒が被研磨材表面の凹部に填まり込
むので研磨効果が減少するが本発明のブラシはこれと全
く逆の作用をする。 （３） 従来ブラシは被研磨材との接触時に剛毛が座屈
変形するため接触圧があまり上がらないばかりか接触圧
そのものが剛毛の長さに大きく依存すので研磨効果が少
なく且つ磨耗による剛毛長の変化とともに研磨効果も変
る。一方、本発明のブラシは図１から明らかなようにブ
ラシロールの軸方向に剛毛が重ね合わされて配列してい
るので座屈変形することはなく接触圧も上げることがで
きるし剛毛長の依存度も少ない。

【００１３】本発明の傾斜植毛ロールブラシは上記
（１）と（２）との理由によって均一研磨効果を発揮す
る。即ち、従来ブラシのような剛毛先端での叩き付け作
用はなく常に被研磨材表面の凸部を研磨して研磨目はラ
ンダムになるからである。本発明の均一研磨効果を最大
限に活用する例はステンレス板等の鏡面加工である。従
来、鏡面加工は布羽布以外で不可能とされ環境問題に大
きな影を投げかけていたが本発明によってこの問題が一
挙に解決された。

【００１４】剛毛の主成分としてメタ系芳香族ポリアミ
ドを使用した本発明のブラシは上記の研磨効果を一層発
揮させるばかりでなく耐熱性と親水及び親油性によって
乾式研磨への活用が大きく増大した。以下に実施例によ
り本発明を具体的に説明する

【００１５】。

【実施例１】特開平４−３７１６３号公報に記載された
第５図の装置を用いて粒度＃１０００の炭化珪素砥粒が
１０重量％混合されたメタ系芳香族ポリアミド（ポリメ
タフェニレンイソフタルアミド、以下ＰＭＩＡという）
の丸断面剛毛（１０００ｄｅ）を製造した。つぎにこの
剛毛を３０ｍｍに切断して図２に模式的に示すような傾
斜植毛シートを作製した。即ち、３０ｍｍに切断された
剛毛束を先ずＸＹ平面上に直角に充填状態で配列させ、
つぎに全体をＸ軸方向に倒して傾斜配列体を作成し、こ
の配列体の下部ＸＹ面を樹脂で固める方式を採用した。
即ち、図２において剛毛１は、Ｘ軸とのなす角θが３０
°、Ｙ軸とのなす角が９０°となるようにＸＹ平面上に
充填配列され、その下面を補強布４とともに接着樹脂３
で固定されている。なお補強布としてパラ系芳香族ポリ
アミドフィラメント（帝人株式会社製テクノーラ）から
なる織物を用い接着樹脂としてエポキシ樹脂系弾性接着
剤（セメダイン株式会社製セメダインＰＭ２１０）を用
いた。つぎに、この傾斜植毛シートを直径２４０ｍｍ、
幅７６０ｍｍの芯ロールの表面に該シートのＸ軸方向が
芯ロールの軸方向になるように巻き付けて前記エポキシ
樹脂系弾性接着剤で貼り合わせ本発明の傾斜植毛ロール
ブラシを製作した。このブラシを用いてリードフレーム
用銅薄板の表面研磨加工（マイクロスクラッチ加工）を
行った。その結果、表面あらさの最大高さ（Ｒｍａｘ）
の目標値０．８μに対し、０．５μが得られた。

【００１６】一方、全く同じ剛毛を用いて従来のチャン
ネル方式で直角植毛ロールブラシを製作し上記と同じマ
イクロスクラッチ加工を行った。その結果、Ｒｍａｘは
１．７μとなり、あらさ目標を達成できなかったばかり
でなくチャンネル構造に起因するチャンネルマーク、剛
毛の波打ち現象に起因するチャタマーク等のブラシマー
クが発生しマイクロスクラッチ加工製品として到底許容
できるものではなかった。

【００１７】

【実施例２】実施例１と同様な方法で粒度＃２４０の炭
化珪素砥粒を２０％混合したメタ系芳香族ポリアミドの
四角断面剛毛（２５００ｄｅ）を製造した。この剛毛を
３０ｍｍに切断し実施例１と同様に植毛角が４５°の傾
斜植毛シートを製造し直径２００ｍｍ、幅１００ｍｍの
芯ロール２本を用意して下記２種のロールブラシを作成
した。 （１） シートのＸ軸方向を芯ロールの軸方向に一致さ
せて巻き付け貼り合わせた本発明の傾斜植毛ロールブラ
シ。 （２） シートのＸ軸方向を芯ロールの軸方向と直角に
なるように巻き付け貼り合わせた本発明とは異なる傾斜
植毛ロールブラシ。なお、このブラシは剛毛の長さ方向
とロールの円周方向とのなす角が４５°であるが本発明
での植毛角は９０°となっている。

【００１８】この２本のブラシを用いて自動車用亜鉛メ
ッキ鋼板の研磨洗浄テストを行ったところ本発明のブラ
シ（１）の鋼板研磨量は５．２ｇｒ／ｍ２ であったの
に対しブラシ（２）の研磨量は２．７ｇｒ／ｍ２ であ
り驚くべきことに全く同一の傾斜植毛シートを用いても
剛毛の方向によって大きく異なることが明らかとなっ
た。なおブラシは剛毛がブラシの回転方向に傾いている
ため剛毛の波打ち現象によるチャタリングの発生が極め
て少ないことが本発明者等の過去の検討結果で明らかと
なっていたがブラシが回転方向に対して直角であるにも
かかわらず波打ち現象が極めて少なくチャタリング現象
は見られなかった。

【００１９】

【実施例３】実施例１と同様の方法で粒度＃１２０のダ
イヤモンド砥粒を１５重量％混入したメタ系芳香族ポリ
アミドの丸断面剛毛（５０００ｄｅ）を製造し、これを
４０ｍｍに切断して傾斜角が２０°の傾斜植毛シートを
作製した。この傾斜植毛シートを直径２００ｍｍ、幅１
００ｍｍの芯ロールに傾斜植毛シートのＸ軸がロールの
軸方向に一致するように巻き付けて貼り合わせ傾斜角が
２０°の傾斜植毛ロールブラシを作製した。つぎに、こ
の傾斜植毛ロールブラシをエマルジョン系の研削オイル
に１週間浸漬したのち回転脱液後、常温乾燥して乾式研
磨用ブラシを作製した。なお、このブラシのオイルの含
浸量を測定したところ約３％であった。このブラシを用
いて黒皮付きステンレス板を乾式研磨したところ酸化し
て非常に硬くなった黒皮が簡単に除去され、しかも連続
研磨しても融着は勿論性能低下も見られなかった。な
お、このステンレス黒皮の研磨は同じダイヤモンド砥粒
を用いてもナイロンを主成分とする従来構造のブラシで
は性能及び融着問題で乾式研磨が不可能とされていた。

【００２０】

【実施例４】実施例１と同じ装置に四葉状断面形状のノ
ズルを有する口金を取り付け粒度＃６０００の炭化珪素
砥粒を５％混合したメタ系芳香族ポリアミドの剛毛（１
０００ｄｅ）を製造した。この剛毛の断面形状は図３の
ように中心の四角断面ブロック５の４個の角に１個づつ
他の四角断面ブロック６の角部が重なって連結し四葉状
となっている。この四葉状断面形状の剛毛を２０ｍｍに
切断し傾斜角が４５°の傾斜植毛シートを作製して、こ
れを直径２００ｍｍ、幅５０ｍｍの芯ロールに巻き付け
て貼り合わせ傾斜植毛ロールブラシを製作し実施例３と
同様にオイル処理を行った。このブラシを布羽布研磨機
に取り付けステンレスや銅合金の小型部品を磨いたとこ
ろ布羽布と何ら変わらない鏡面仕上げができ、しかも布
羽布のような後処理が不要なので環境汚染の恐れが激減
したとの評価を得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の傾斜植毛ロールブラシの模式的断面図

【図２】本発明の傾斜植毛ロールブラシに用いる傾斜植
毛シートの模式的斜視図

【図３】実施例４で使用した四葉状断面形状のメタ系芳
香族ポリアミド剛毛の模式的断面図

【符号の説明】

１ ブラシの剛毛 ２ ブラシの芯ロール ３ 剛毛を芯ロールに傾斜植毛固着するための接着樹脂 ４ 傾斜植毛シートの補強布 ５ 四葉状断面形状剛毛の断面における四葉の中心の四
角断面ブロック ６ 四角断面ブロック５の４個の角部に葉状に連結した
四角断面ブロック

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 植毛剛毛の長さ方向と芯ロールの軸方向
   とのなす植毛角が１０〜７０°であることを特徴とする
   傾斜植毛ロールブラシ。
2. 【請求項２】 植毛剛毛の主成分がメタ系芳香族ポリア
   ミドである請求項１に記載の傾斜植毛ロールブラシ。