研磨刷的製作方法

2023-05-14 22:55:36 4

專利名稱：研磨刷的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括呈結合形式的多個刷毛的研磨刷。
背景技術：
在磨削諸如鋼板等之類的金屬的表面或端部表面的領域中，使用包括作為刷毛的 由包括研磨顆粒的合成樹脂構成的單絲的研磨刷。被廣泛使用的該類型的研磨刷是由刷毛組成的研磨刷，該刷毛由包含研磨顆粒的 聚醯胺樹脂如尼龍構成，研磨顆粒由碳化矽、氧化鋁等構成。例如，專利文獻1公開了用於 研磨刷的刷毛，該刷毛件包括聚醯胺樹脂，包括碳化矽的研磨顆粒被添加至該聚醯胺樹脂。專利文獻1 日本專利申請特許公開，公開號No. 2002-283242o

發明內容
本發明解決的問題最近，諸如矽塊或陶瓷材料之類的硬質材料正越來越多地作為待磨削對象。尤其 是，對去除硬質材料的表面上的小裂紋的需求正在增加。但是，常規的研磨刷不足以產生有 效的磨削力，因而不能完全滿足磨削的要求。考慮到該情況，本發明旨在提供一種具有足夠的磨削力並且適合於磨削硬質材料 的研磨刷。解決問題的手段本發明將提供能夠解決這些問題的研磨刷。權利要求1所述的研磨刷提供一種技 術手段，其中，該研磨刷包括多個刷毛、結合材料以及刷保持器，該結合材料通過覆蓋多個 刷毛的表面的外周而結合多個刷毛，該刷保持器保持被結合的多個刷毛的端部並且將其緊 固至研磨刷裝置的驅動部件。該驅動部件驅動研磨刷，被結合的多個刷毛的端部被容易地 緊固至研磨刷裝置的驅動部件或從研磨刷裝置的驅動部件移除。刷毛是由包括研磨顆粒的 聚酯樹脂構成的單絲，該研磨顆粒由金剛石顆粒製成，該金剛石顆粒的表面覆蓋有鎳或主 要由鎳構成的金屬合金。在權利要求1的發明中，構成刷毛的聚酯樹脂比已被常規地用作單絲的樹脂材料 更硬且更有彈性。因此，能夠獲得更大的磨削力。此外，研磨刷能夠磨削對象，並且具有大 得多的硬度的金剛石顆粒可暴露在單絲的表面上。因此，能夠獲得更大的磨削力。此外，通 過以鎳或主要由鎳構成的金屬合金覆蓋金剛石顆粒的表面，比金剛石顆粒的表面上的凹進 和外凸大的凹進和外凸形成在研磨顆粒的表面上。所述凹進和外凸產生固定的效果，由此， 金剛石顆粒更加剛性地固定至樹脂材料並且往往不從刷毛脫落。因此，能夠在較長時間內 保持較高的磨削力。因為與通過磨石磨削所施加的力相比，利用刷磨削，沒有過度的力影響 待磨削對象，所以本發明的研磨刷對於去除硬質材料的表面上的小裂紋是特別有用的。權利要求2的研磨刷提供了一種技術手段，其中，權利要求1的刷毛的聚酯樹脂包 括60mol% (摩爾百分比)或更多的2，6_萘二甲酸乙二酯(ethylene-2，6-naphthalate)單元並且具有0. 4-1. Omm的直徑。如權利要求2所述，包括60mOl%或更多的2，6_萘二甲酸乙二酯單元的聚合物如 聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂可以被有效地用作為聚酯樹脂。由包括60mOl%或更多的2，6_萘 二甲酸乙二酯單元的聚乙烯樹脂構成的單絲具有高剛度。因此，其能夠有利地使磨削力增 大。此外，刷毛的每個直徑都應當優選為處於0.4-1. Omm內。如果該直徑低於0. 4mm，則刷 毛的剛度減小。因而，不可能獲得足夠的磨削力。如果該直徑高於1mm，則刷毛的硬度變得 比常規的材料高，並且刷毛的剛度變得過高。因此，刷毛將變得易碎並且將容易斷裂。權利要求3的研磨刷提供了一種技術手段，其中，基於研磨顆粒的重量，權利要求 1或2的刷毛包括45-65wt%的覆蓋金剛石顆粒的表面的鎳或主要由鎳構成的金屬合金。如權利要求3所述，覆蓋金剛石顆粒的表面的鎳或主要由鎳構成的金屬合金的量 應當優選為研磨顆粒的總重量的45-65wt %。如果所述量低於45wt %，則不可能在研磨 顆粒的表面上形成足夠大的凹進和外凸，由此產生僅是很弱地將顆粒結合至刷毛的結合 力。因此，較大量的研磨顆粒將在磨削期間脫落，並且磨削的效率將降低。如果所述量高於 65wt%，則被暴露的研磨顆粒的表面的比率將減小。因此，磨削的效率也將降低。權利要求4的研磨刷提供了一種技術手段，其中，基於lOOpts.wt的聚酯樹脂，權 利要求1或2的刷毛包括10-40pts. wt的研磨顆粒。如權利要求4所述，基於lOOpts. wt的聚酯樹脂，被包括在刷毛中的研磨顆粒的量 應當優選為10-40pts.wt。如果所述量低於lOpts.wt，則未在單絲的表面上暴露足夠量的 研磨顆粒，因而未獲得足夠的磨削力。如果所述量高於40pts. wt,則單絲的強度降低，並且 它們變得容易斷裂。權利要求5的研磨刷提供了一種技術手段，其中，權利要求1或2的刷毛包括平均 直徑為5 μ m至150 μ m的研磨顆粒。如權利要求5所述，研磨顆粒的平均直徑應當優選為5 μ m至150 μ m。如果該平均 直徑小於5 μ m,則未獲得足夠的磨削力。如果該平均直徑大於150 μ m,則單絲的強度降低， 並且它們變得容易斷裂。權利要求6的研磨刷提供了一種技術手段，其中，權利要求1或2的研磨刷包括刷 保持器，該刷保持器包括插入孔和保持部件，被結合的多個刷毛的端部插入各插入孔中，該 保持部件被容易地緊固至研磨刷裝置的驅動部件或從研磨刷裝置的驅動部件移除，該驅動 部件驅動研磨刷。可以僅通過將被結合的多個刷毛的端部插入到刷保持器的插入孔中以及通過將 它們緊固至所述孔而容易地生產權利要求6的研磨刷。此外，研磨刷裝置具有保持部件，該 保持部件被容易地緊固至研磨刷裝置的驅動部件或從研磨刷裝置的驅動部件移除。該驅動 部件驅動研磨刷。因此，能夠提高磨削的效率。


圖1示出了本發明的一個實施方式中的研磨刷的橫截面的部分。圖2示出了研磨刷附接至研磨刷裝置的刷緊固工具的方式。圖2(A)示出了研磨刷裝置的正視圖。視圖的一部分被省略。圖2(B)示出了圖 2(A)的底部視圖。
圖3示出了在矽塊被本發明的一個實施方式中的研磨刷磨削之前和之後的矽塊 的橫截面圖。圖3㈧示出了在矽塊被研磨刷磨削之前的矽塊的橫截面圖。圖3(B)示出了 在矽塊被研磨刷磨削之後的矽塊的橫截面圖。
具體實施例方式參照

本發明的研磨刷。如圖1所示，研磨刷10包括多個刷毛11，多個刷毛11包含作為研磨顆粒的金剛石顆粒。刷毛11通過環繞它們的外周Ila的結合材料12而被結合，其中，經結合的多個刷 毛11的端部lib由刷保持器13保持。在本實施方式中，刷保持器13包括插入孔13a和保持部件13b，多個刷毛11的端 部lib插入到各插入孔13a中，保持部件1 被容易地緊固至研磨刷裝置的驅動部件(圖 2中的緊固構件21對應於該驅動部件)或從研磨刷裝置的驅動部件移除，該驅動部件驅動 研磨刷。多個刷毛11的端部lib由例如粘合劑緊固至插入孔13a。刷毛11是由聚酯樹脂製成的單絲，該單絲具有圓形的橫截面並且包含研磨顆粒， 研磨顆粒為金剛石顆粒，金剛石顆粒的表面覆蓋有鎳或主要由鎳構成的金屬合金。通過在 將聚酯樹脂與預定量的研磨顆粒混合之後熔紡聚酯樹脂、以及在必要的情況下通過使聚酯 樹脂延伸因此而被熔紡來製造這些單絲。使用由此獲得的刷毛11的研磨刷10的聚酯樹脂比常規用作為單絲的尼龍樹脂更 硬且更有彈性。因此，其具有更大的磨削力。此外，金剛石顆粒可以具有增大的磨削力，該 金剛石顆粒具有極高的硬度，並且暴露在單絲的表面上。在本發明中使用的聚酯樹脂包括聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、聚對苯二甲酸亞 甲基酉旨(polymethylene terephthalate)、聚對苯二甲酸四亞甲基酉旨(polytetramethylene ter印hthalate)、聚對苯二甲酸亞丙基酉旨(polypropylene ter印hthalate)、聚萘二甲酸 亞甲基酯(polymethylene naphthalate)、聚萘二甲酸四亞甲基酯(polytetramethylene naphthalate)、聚萘二甲酸亞丙基酯(polypropylene naphthalate)、或者包括這些聚酯樹 脂中的任意一個作為主要成份的的共聚聚酯。在本發明的一個實施方式中使用的聚酯樹脂是包括60mol% (摩爾百分比)或 更多的2，6_萘二甲酸乙二酯(ethylene-2，6-naphthalate)單元的聚合物。因此，可以 使用合適的聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂。因為由包括60mOl%或更多的2，6_萘二甲酸乙二 酯單元的聚酯樹脂製成的單絲具有較高的剛性且因此可以使磨削力增大，所以優選地使 用該單絲。如果聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂少於40mOl%，聚酯樹脂可以包括諸如對苯二 甲酸、間苯二甲酸和鄰苯二甲酸之類的二羧酸成份以及諸如乙二醇，丙二醇和四甲撐二醇 (tetramethylene glycol)之類的二酉享成份。刷毛11的研磨顆粒形成為使得金剛石顆粒的表面覆蓋有鎳或主要由鎳構成的金 屬合金。在本實施方式中使用的研磨顆粒是金剛石顆粒，該金剛石顆粒的表面通過非電解 電鍍而覆蓋有鎳。通常，金剛石顆粒沒有任何確定的構形且表面的凹進和外凸(粗糙度)受到限制。因此，如果顆粒以這種構形與樹脂材料混合，則顆粒與樹脂材料之間的結合力小，並且顆粒 在磨削期間往往容易從刷毛脫落。當被鎳或主要由鎳構成的金屬合金所覆蓋時，形成了比 金剛石顆粒的表面上的凹進和外凸大的凹進和外凸，由此，產生了將顆粒固定至樹脂材料 的效果，使顆粒不容易從刷毛脫落。以這種方式，本發明的研磨刷能在較長時間內持續磨 削，並且保持高的磨削力。可以使用除了非電解電鍍之外的用以覆蓋顆粒的表面的各種方法，如在噴塗之後 執行非電解電鍍和藉助於機械擠壓(ironing)物理地將鎳或金屬合金附接至金剛石顆粒。用於覆蓋的鎳或主要由鎳構成的金屬合金的量優選為研磨顆粒的總量的 45-65wt% (重量百分比)。如果所述量低於45wt%，則在研磨顆粒的表面上未充分形成凹 進和外凸，且研磨顆粒與刷毛之間的結合力小。因此，比較大量的研磨顆粒將在磨削期間脫 落，而磨削的效率將下降。如果所述量高於65wt%，則暴露的研磨顆粒表面的比率將減小。 因此，研磨的效率將降低。如果金剛石顆粒的直徑較大，則磨削力增大，導致磨削效率提高。如果金剛石顆粒 的直徑較小，則不可能獲得大的磨削力。但是，能夠使被磨削對象的表面的粗糙度變得更平 滑。金剛石顆粒的平均直徑優選為5-150 μ m(微米)。如果所述平均直徑小於5 μ m，則不 可能獲得足夠的磨削力。如果所述平均直徑大於150 μ m,刷毛的單絲的強度減小，並且它們 變得容易斷裂。以lOOpts.wt (重量份)為基準，包括在刷毛11中的研磨顆粒的量優選為刷毛 11 (聚酯樹脂)的10-40pts.wt。如果所述量低於lOpts.wt，則未在刷毛11的表面上暴露 足夠量的研磨顆粒，並且不能獲得足夠的磨削力。如果所述量高於40pts. wt，則刷毛的單絲 的強度減小，並且它們變得容易斷裂。刷毛11 (單絲)的直徑優選為處於0. 4-1. Omm(毫米)的範圍內。如果所述直徑 小於0.4mm，則刷毛11的剛度變低且因而不可能獲得足夠的磨削力。如果所述直徑大於 1. 0mm，則刷毛的剛度將會太高，並且刷毛將變得易碎且容易斷裂。由諸如橡膠、矽橡膠和聚氯乙烯樹脂之類的樹脂材料構成的結合材料12通過繞 刷毛11的外周Ila覆蓋刷毛11而對刷毛11進行結合。在本實施方式中，刷毛11的頂端 部分在圖1中顯示為被略微暴露。這示出了在環繞刷毛11的外周Ila以樹脂材料覆蓋刷 毛11的過程中設置約束刷毛11的頂端部分的臨時緊固構件(未示出)的痕跡。在覆蓋刷 毛11的外周Ila(被塗在刷毛11的外周Ila上)的結合材料12變幹並且固化之後，移除 臨時緊固構件。繩子、橡膠環等可以用作臨時緊固構件材料。由此構成的結合材料12即使在刷毛11變得較長的情況下也能夠在刷毛11的頂 端處產生足夠的剛度。這是因為結合材料12能結合刷毛11並且阻止刷毛沿磨削的方向變 形。以這種方式，研磨刷10能夠產生高磨削力。此外，依據刷毛11的頂端的磨損，刷毛11 的頂端能在磨削期間總是被暴露。這是因為當結合材料12由樹脂材料製成時，並且當刷毛 11的頂端部分在磨削過程中磨損時，結合材料12根據刷毛11的頂端的磨損而逐漸地破裂 或磨損。這使得刷毛11的頂端能夠具有期望的剛度，並且使磨削能夠在刷毛11的頂端總 是被暴露的情況下而被執行。結合材料12可不僅通過以樹脂材料塗敷刷毛11而形成，而且可通過對帶或管進 行加熱並將其附著至刷毛11而形成。此外，如果能獲得足夠的剛度，則不需要繞刷毛的外周Ila沿著刷毛的全長覆蓋。可自由地決定結合材料12的長度或應當被結合的刷毛的外 周Ila的位置。以下參照圖2(A)和圖2(B)說明本實施方式的研磨刷10，其中，研磨刷10裝配至 研磨刷裝置(未示出)的刷緊固工具20。如圖2(A)和圖2(B)所示，刷緊固工具20包括具有上蓋的圓筒形的轉動構件22， 並且在轉動構件22內包括刷緊固構件21，研磨刷裝置的轉動軸30連接至轉動構件22，其 中，可以通過收緊緊固螺釘25來附接多個研磨刷10，並且其中，可以通過收緊固定螺釘沈 來固定多個研磨刷10在豎直方向上的位置，所述多個研磨刷10在豎直方向上的位置通過 鬆開固定螺釘26而可移動地調節；刷緊固工具20還包括滑動軸M，滑動軸M豎直地設置 在轉動構件22的中心處並且是轉動軸30的延伸，從而當調節研磨刷在豎直方向上的位置 時允許刷緊固構件21通過滑動而移動；並且刷緊固工具20還包括支撐構件23，支撐構件 23對附接至轉動構件22的下部開口端部的研磨刷10的刷毛11的頂端部分的位置進行調 節，支撐構件23被容易地緊固至轉動構件22的下部開口端部或從轉動構件22的下部開口 端部移除。在本實施方式中，15個集中地(concentrically)形成，並且在各固定孔21a之間 具有預定的間隔，研磨刷10被容易地緊固至所述15個固定孔21a或從所述15個固定孔 21a移除。磁體21b附接至各固定孔21a的表面。當刷保持器13插入到固定孔21a中時， 磁體21b吸引並且保持刷保持器13。通過以緊固螺釘25緊固刷保持器13而將研磨刷10 固定至緊固部件21。如上所見，由於可容易地緊固或移除研磨刷10。因此，可以提高該工 作的效率。此外，襯套21c設置在刷緊固構件21的中心處以使研磨刷10可以上下移動，沿著 穿入刷緊固工具20的滑動軸M滑動。具有襯套23b的通孔23a形成在支撐構件23中，刷毛被插入到襯套23b中。在刷 毛頂端的一定長度被推出支撐構件23的外表面並且被推向待磨削對象側之後，通過收緊 固定螺釘沈而確定被推出的刷毛11的頂端的位置。接著，當研磨刷裝置的轉動軸30旋轉時，刷緊固工具20的轉動構件22和刷緊固 構件21作為一體而轉動。以這種方式，附接至刷緊固構件21的多個研磨刷10可繞著作為 其旋轉中心的轉動軸30轉動。研磨刷裝置的位移機構(未示出)將刷緊固工具20的研磨 刷10壓靠待磨削對象。所述對象由此相對於研磨刷移動而可被磨削。當刷毛11的頂端被磨掉且隨後當刷毛11從支撐構件23的通孔23a突出的部分 變得較短時，使刷緊固構件21朝向支撐構件23移動，使刷毛11的一定的預定部分朝向待 磨削對象側從通孔23a突出。因此，磨削可以繼續。以這種方式，能夠在不剩下任何未使用 部分的情況下最大限度地使用刷毛11，從而減少更換研磨刷10的次數，否則，由於刷毛11 的磨損而將需要較大量的更換。本發明的研磨刷10適合應用於諸如矽塊和陶瓷材料之類的硬質材料的磨削。如 果在硬質材料的表面上有小裂紋，因為裂紋將導致強度的顯著減小，所以它們在隨後的過 程中或在硬質材料的使用期間將導致硬質材料的破壞或損壞。因此，重要的是去除這些小 裂紋。本發明的研磨刷10具有大磨削力使得研磨刷能夠不僅高效地磨削這些硬質材料，而 且研磨刷在其磨削期間不產生新裂紋。這是因為與由磨石執行的磨削不同，沒有過度的力影響待磨削對象。因此，研磨刷10適合尤其用於去除硬質材料的表面上的小裂紋。(可替代的示例)刷毛11的橫截面可以是除圓形之外的橢圓形、三角形、矩形或任意其它的形狀。 刷保持器13可以由各種結構材料製成。例如，端部lib可以覆蓋有樹脂材料。此外，圖1 示出了刷保持器13，其中，刷保持器13具有圓形柱的形狀，但是形狀不限制於該形狀。取決 於刷緊固構件21的固定孔21a的形狀，可以適當地選擇所述形狀。(示例)現在說明使用本發明的研磨刷的磨削的示例。形成為方形柱的單晶矽塊被用作為 待磨削對象。然而，本發明不限制於在下面給出的示例。在本示例中，具有22. 6mm的外徑的、在表1中被列示為研磨刷A-D的單絲被用作 為刷毛。刷件的長度為125mm。對於刷毛的樹脂材料，使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。使 用研磨顆粒，其為表面覆蓋有鎳的金剛石顆粒。所包括的鎳的量為56wt%。相對於IOOpts. wt的刷毛的聚萘二甲酸乙二醇酯的量而言，所包括的研磨顆粒的量為20pts. wt。金剛石顆 粒的直徑處於等級4，並且它們的直徑按研磨刷A至D的順序而減小。[表 1]
權利要求
1.一種研磨刷，包括多個刷毛、結合材料以及刷保持器，所述結合材料通過覆蓋所述多 個刷毛的表面的外周而結合所述多個刷毛，所述刷保持器保持被結合的所述多個刷毛的端 部並且將它們緊固至研磨刷裝置的驅動部件，所述驅動部件驅動所述研磨刷，被結合的所 述多個刷毛的所述端部被容易地緊固至所述研磨刷裝置的所述驅動部件或從所述研磨刷 裝置的所述驅動部件移除，其中，所述刷毛是由包括研磨顆粒的聚酯樹脂構成的單絲，所述研磨顆粒由金剛石顆 粒製成，所述金剛石顆粒的表面覆蓋有鎳或主要由鎳構成的金屬合金。
2.如權利要求1所述的研磨刷，其中，所述刷毛的所述聚酯樹脂包括60mol%或更多的 2,6-萘二甲酸乙二酯單元，並且每個所述刷毛的直徑為0. 4mm至1. 0mm。
3.如權利要求1或2所述的研磨刷，其中，基於所述研磨顆粒的重量，所述刷毛包括 45-65wt%的覆蓋所述金剛石顆粒的表面的鎳或主要由鎳構成的金屬合金。
4.如權利要求1或2所述的研磨刷，其中，基於lOOpts.wt的所述聚酯樹脂，所述刷毛 包括10-40pts. wt的研磨顆粒。
5.如權利要求1或2所述的研磨刷，其中，所述刷毛包括平均直徑為5μ m至150 μ m的 研磨顆粒。
6.如權利要求1或2所述的研磨刷，其中，所述刷保持器包括插入孔和保持部件，被結 合的所述多個刷毛的所述端部插入到各個所述插入孔中，所述保持部件被容易地緊固至所 述研磨刷裝置的所述驅動部件或從所述研磨刷裝置的所述驅動部件移除，所述驅動部件驅 動所述研磨刷。
全文摘要
本發明提供一種具有適合於磨削硬質材料的高磨削力的研磨刷。該研磨刷(10)包括多個刷毛(11)、結合材料(12)以及刷保持器(13)，該結合材料(12)通過覆蓋多個刷毛(11)的表面的外周而結合多個刷毛，該刷保持器(13)保持被結合的多個刷毛的端部(11b)。刷毛(11)是具有圓形橫截面且由包括研磨顆粒的聚酯樹脂構成的單絲，該研磨顆粒由金剛石顆粒製成，該金剛石顆粒的表面覆蓋有鎳或主要由鎳構成的金屬合金。刷保持器(13)可以被容易地緊固至刷緊固構件(21)或從刷緊固構件(21)移除。在一個實施方式中，通過位於刷緊固構件(21)上的磁體(21b)吸引刷保持器(13)。
文檔編號B24D13/14GK102131619SQ20098013270
公開日2011年7月20日 申請日期2009年10月19日 優先權日2009年5月26日
發明者平野雅雄 申請人:新東工業株式會社