(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一面１４と第二面１６を有し、ほぼ平坦である基材１２と；
該基材の第一面１４から延びる複数の剛毛１８であって、少なくとも２のアスペクト比を有し、該基材と一体成形されており、実質的に均質である剛毛と；
該基材１２に設けられた、回転工具に取り付けるための取付け手段とを；
有する一体成形研磨ブラシ１０であって、
該一体成形研磨ブラシ１０は成形可能な高分子材料２８を含有し、その成形可能な高分子材料は少なくとも該複数の剛毛全体に散在する研磨粒子２６を含む高分子熱可塑性エラストマーであり、
該一体成形研磨ブラシ１０は使用する際に高速回転する回転工具に取り付けられ、
該剛毛は、実質的に永久的な変形を生じずに曲がることにより、少なくとも剛毛側面の最外側の部分がワークピースに接触して研磨機能を奏するものである、
一体成形研磨ブラシ。
【請求項２】
前記基材の一平面が前記第一面１４であり、前記複数の剛毛１８は該一平面から回転軸とほぼ平行な方向に延びている、請求項１記載の一体成形研磨ブラシ。
【請求項３】
前記基材の外側縁部が前記第一面１４であり、前記複数の剛毛１８は該外側縁部から回転軸とほぼ垂直な方向に延びている、請求項１記載の一体成形研磨ブラシ。
【請求項４】
前記剛毛は１０を上回るアスペクト比を有する、請求項１〜３のいずれか記載の一体成形研磨ブラシ。
【請求項５】
前記剛毛は少なくとも２０のアスペクト比を有する、請求項１〜３のいずれか記載の一体成形研磨ブラシ。
【請求項６】
前記剛毛は根元が先端より太くなるようにテーパーが付いている請求項１〜５のいずれか記載の一体成形研磨ブラシ。
【請求項７】
前記剛毛の根元に隣接する第一部分は根元が先端より太くなるようにテーパーが付いており、前記剛毛の先端に隣接する第二部分は太さが一定である請求項１〜５のいずれか記載の一体成形研磨ブラシ。
【請求項８】
第一面１４と第二面１６を有し、ほぼ平坦である基材１２と；
該基材の第一面１４から延びる複数の剛毛１８であって、少なくとも２のアスペクト比を有し、該基材と一体成形されており、実質的に均質である剛毛と；
該基材１２に設けられた、回転工具に取り付けるための取付け手段とを；
有し、
成形可能な高分子材料２８を含有し、その成形可能な高分子材料は少なくとも該複数の剛毛全体に散在する研磨粒子２６を含む高分子熱可塑性エラストマーである、一体成形研磨ブラシ１０を提供する工程；
該一体成形研磨ブラシ１０を回転工具に取り付けて高速回転させる工程；
該一体成形研磨ブラシ１０の剛毛の先端部をワークピースに接触させることにより、該剛毛が実質的に永久的な変形を生じずに曲がり、少なくとも剛毛側面の最外側の部分がワークピース表面に接触する工程；
を包含する研磨方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般に、基材と一体になった複数の剛毛を有する研磨ブラシに関し、特に、成形可能なポリマーと研磨粒子の混合物の射出成形により作成される研磨ブラシに関する。ブラシは、有機質または無機質の研磨粒子を含むことができる。本発明は、内部にプラスチック研磨粒子が分散する熱可塑性マトリックスを含む研磨フィラメントにも関する。
背景技術
ブラシは、各種基板を艶出し、清掃および研磨するために長年にわたって使用されてきた。これらのブラシ製品は一般に、基板に接する複数の剛毛を有する。研磨粒子を剛毛に追加すると、剛毛の研磨性を高めることができる。研磨粒子を含む剛毛を有する従来の研磨ブラシを製造するのに必要な製造ステップは、数多くある。研磨粒子と熱可塑性結合剤の混合物を化合させて押出し成形し、剛毛を形成する。次に、剛毛を所望の長さに切断する。複数のこうした剛毛を機械的に結合し、ブラシ部分を形成する。次に、複数のこうしたブラシ部分をハブまたはプレート上に取り付けて、ブラシを形成する。
こうしたブラシの一例は、米国特許第５，０４５，０９１号“Method of Making Rotary Brush With Removable Brush Elements”（Abrahamson等）に開示されている。Abrahamson等では、複数の研磨剛毛が機械的に一緒にクランプされ、根元システムが取り付けられて、ブラシ部分を形成する。複数のこうしたブラシ部分は、回転ハブ上に取り付けられる。剛毛を機械的にハブ上に取り付けてブラシ部分を形成するもう一つの方法は、米国特許第５，２３３，７１９号“Apparatus and Brush Segment Arrangement for Finishing Wheel Brushes”（Young等）に開示されている。Young等は、たとえば高分子樹脂により基板の片側に取り付けられた一面の剛毛を有する基板と、基板の対向側から延びて回転ハブとかみ合う根元システムとから成るブラシ部分を示唆している。米国特許第５，４００，４５８号（Rambosek）は、高分子基材部分に埋め込まれた複数の剛毛を有するブラシ部分を示唆している。このブラシ部分をハブに取り付けるための根元手段は、基材と一体成形することができる。
米国特許第５，２３３，７９４号“Rotary Tool Made of Inorganic Fiber-Reinforced Plastic”（Kikutani等）には、軸３と一体成形された回転先端を有する回転工具５が開示されている。この回転工具は、研磨手段として５０容量％〜８１容量％の量のきわめて硬い無機質の長いファイバを有する熱硬化性樹脂から成る。長い無機質のファイバの直径は、３μm〜３０μmの範囲で良い。Kikutani等の実施例の一つでは、回転する先端は、図３１に示すブラシ先端から延びるブラシの剛毛に相当する要素６を備えた柱または円筒として形成される。
米国特許第５，１５２，９１７号および第５，３０４，２２３号（Pieper等）は、精密に成形されて支持体に接着された研磨複合材料から成る塗布研磨製品を示唆している。研磨複合材料は、結合剤と研磨粒子から成る。精密に成形された複合材料は、たとえばピラミッド、鋸歯状溝または線形の溝の形式で良い。隣接する複合材料の形状上の対応する点間の最大距離は、１mm未満で良い。Pieper等の塗布研磨製品は、たとえば以下の一般的な手順に従って作成することができる。先ず、研磨粒子と結合剤を含むスラリーを製造工具に導入する。第二に、スラリーが支持体の前面を湿らせるように、支持体を製造工具の外面に導入する。第三に、結合剤が少なくとも部分的に硬化する。第四に、製造工具を支持体から取り外す。
米国特許第５，３１６，８１２号（Stout等）は、研磨製品に使用する熱可塑性支持体を示唆している。樹脂質の結合剤は、研磨粒子を熱可塑性支持体に付着させる。
米国特許第５，１７４，７９５号および第５，２３２，４７０号（Wiand）は、複数の突出部が延びるシート部分から成る研磨製品を示唆している。研磨粒子は、製品を構成する成形可能な材料全体に均質に分散する。Wiandは、支持体から1.6mm（.063in）延び、直径が3.2mm（0.125in）の短い突出部を有する一つの実施例、および支持体から1.3〜1.5mm（0.05〜0.06in）延び、直径が1.3mm（0.05in）の短い突出部を有するもう一つの実施例を示唆している。
英国特許出願第２．０４３，５０１号（Dawkins）は、眼病用ワークピースを研磨するための研磨製品を開示している。この研磨製品は、研磨粒子と熱可塑性結合剤の混合物を射出成形し、端部が動作可能な研磨面として作用する複数の直立突出部を有する可撓性支持体から成る研磨製品を成形することにより作成される。
米国特許第５，４２７，５９５号（Pihl等）は、長さ全体にわたって連続面を有し、第一の硬化有機質高分子材料を含む第一の細長いフィラメント構成要素と、第一の細長いフィラメント構成要素と境を接し、連続面に沿って第一の細長いフィラメント構成要素と溶融接着接触する第二の硬化有機高分子材料を含む第二の細長いフィラメント構成要素とから成る押出し研磨フィラメントを開示している。第二硬化有機質高分子材料は、第一硬化有機質高分子材料と同じでも、異なっても良い。第一および第二硬化有機質高分子材料の少なくとも一方は、内部に研磨粒子が接着されている熱可塑性エラストマーを含む。また、高回転で回転するのに適するハブなどの基板に取り付けられた少なくとも一つの研磨フィラメントから成る研磨製品も開示されている。
米国特許第５，４６０，８８３号（Barber等）には、研磨粒子が内部に分散および接着された熱可塑性エラストマーを少なくとも部分的に塗布された少なくとも一つの予備成形コアを備え、熱可塑性エラストマーおよび研磨粒子が共に硬化配合物を構成する複合研磨フィラメントを開示されている。複合研磨フィラメントは、少なくとも一部の上、できれば少なくとも一つの予備成形コアの表面全体に硬化配合物を有することが望ましい。予備成形コアは、一つまたは複数のコーティングステップから独立する、その前のステップで形成され、コーティングステップの一つは、予備形成コアに研磨剤充填熱可塑性エラストマーを塗布する。
「ナイロン」としても周知のポリアミドのフィラメントは、天然フィラメントに代わる合成品として1950年代後半に開発された。その頃、研磨粒子をフィラメントの形式でナイロンマトリックス内に均一に分散させるための押出し過程が開発された（米国特許第３，５２２，３４２号および第３，９４７，１６９号）。ポリアミド研磨フィラメントの考察は、Watts,J.H.による“Abrasive Monofilaments-Critical Factors that Affect Brush Tool Performance”、Society of Manufacturing Engineers Technical Paper、1988に記載されている。これは、１９８８年３月２１日から２４日に開催されたWESTEC会議において著者が発表した内容を文書にしたものである。従来の無機質研磨粒子をこうしたポリアミドフィラメントとともに使用することは公知である。Wattsが説明するとおり、この種のフィラメントは摩滅するので、新しい研磨粒子が露出する。こうして、複数のこうしたフィラメントを使用して作成される研磨フィラメントブラシ工具は、使用中に再生される。各種のポリアミドは、多くの目的に適する一方、研磨フィラメントの一定の実施例に使用するには適さないという特性上の制約がある。米国特許第５，４２７，５９５号（Pihl等）は、こうした制約の問題を取り上げ、研磨フィラメント内に熱可塑性エラストマーを使用して、こうした制約を減少または克服する方法を説明している。Pihl等のフィラメントは、同時に押出されるコア構成要素およびシース構成要素を含む。コアおよびシースのどちらか、または両方は、内部に研磨粒子が接着される。Pihl等は、従来の無機質研磨粒子の使用を示唆しているが、Pihl等の請求の範囲は特定のタイプの研磨粒子に限定されていない。
米国特許第５，４６０，８８３号（Barber, Jr．等）もポリアミドの制約の問題を取り上げ、研磨フィラメントに熱可塑性エラストマーを使用して、こうした制約を減少または克服する方法を記載している。Barber等のフィラメントは、予備成形されたコア構成要素と、複合フィラメントを形成するためにこのコア上に塗布されたシース構成要素とを具備する。塗布されたシースには、内部に研磨粒子が接着されている。Barber等は従来の無機質研磨粒子の使用を示唆しているが、Barber等の請求の範囲は特定のタイプの研磨粒子に限定されていない。
研磨粒子またはフィラメントを含むブラシは、各種基板を艶出し、清掃および研磨するために長年にわたって使用されてきた。これらのブラシは、基板に接する複数の剛毛またはフィラメントを一般に有する。研磨粒子を剛毛に追加すると、剛毛の研磨性を高めることができる。ブラシは、次のように作成することができる。研磨粒子と任意の適切な熱可塑性結合剤の混合物を化合させて押し出し、剛毛または研磨フィラメントを形成する。次に、研磨フィラメントを所望の長さに切断する。次に、複数のこうした研磨フィラメントを機械的に結合し、ブラシ部分を形成する。次に、複数のこうしたブラシ部分をハブまたはプレート上に取り付け、ブラシを形成する。
上記の研磨フィラメントおよびブラシに一般に使用される研磨粒子は、たとえばモース硬度スケールで７、一般に９を超える高い硬度を必然的に有する無機質粒子に限定されてきた。この研磨粒子は十分な耐熱性があり、剛毛またはフィラメント製造過程により有害な影響を受けない。こうした研磨粒子は、ワークピースの表面を研磨するために研磨フィラメントおよびブラシに使用される。ある場合には、この研磨は、ワークピースの一部を除去することである。また、他の場合には、この研磨は、ワークピース表面から望ましくない材料（残骸、オイル残留物、酸化層、ペンキなど）を除去することである。実施例によっては、下にあるワークピースを除去または研磨せずに、この望ましくない材料を除去する必要がある。しかし、研磨フィラメント内の研磨粒子は非常に「攻撃的」なので、研磨フィラメントは、ワークピース表面と共に望ましくない材料を除去する。
Charvatに付与された米国特許第３，０９０，０６１号には、硬いワイヤの剛毛上にプラスチックビードを使用して、剛毛をブラシに組み込む時に剛毛に所望の間隔を維持する方法が開示されている。Charvatは、この方法がブラシ面の不適当な圧縮を防ぎ、ブラシ面の単位長さ当たりで先端が接触する頻度を等しくするように、剛毛を適切な間隔で配置し、調節するのに有効であることを示唆している。Charvatが示唆した望ましいブラシの剛毛は、ヌープ硬度が少なくとも６００、場合により７００を超え、８００をも超える鋼ワイヤである。Charvatはさらに、剛毛材料がナイロン、ガラスフィラメント剛毛など、適切なブラシ剛毛から構成できること、およびビードは剛毛上の開口本体である必要はなく、剛毛に接着され、間隔を置いて配置された小球体および突起で良く、剛毛と小球体および突起とは同心である必要はないことも示唆している。プラスチックビードおよび剛毛には、薄いプラスチックコーティングを塗布する。Charvatは、プラスチックビードスペーサまたはバッファを研磨粒子の代わりとして使用できることは示唆または提案していない。実際、Charvatは、プラスチックビードよりはるかに硬く研磨性がある剛毛材料の使用を示唆し、プラスチックビード内に従来の無機質研磨粒子を含むことも提案している。Charvatは、プラスチックコーティングおよびビードが作動中に侵食され、突出する剛毛端部が実際のブラシのようにワークピース上で作用するのに適することを示唆している。
容易かつ安価に製造でき、適切な耐久性および研磨特性がある研磨ブラシを提供する必要があることが分かる。また、ワークピース表面を損傷せずにワークピース表面から異物を効率的に除去するか、またはワークピース表面に所望の優れた仕上げを提供することができる研磨粒子を有するフィラメントを提供する必要があることも明らかである。
発明の開示
本発明の一側面では、第一面および第二面を有する一般に平面である基材と、この基材から延びる複数の剛毛とから成る一体成形研磨ブラシを提供する。剛毛は、少なくとも２のアスペクト比を有し、基材と一体成形される。成形研磨ブラシは、少なくとも剛毛全体に研磨粒子が散在する成形可能な高分子材料から成る。望ましい一実施例では、基材は可撓性であり、剛毛は基材の第一面から延びる。別の望ましい実施例では、基材はさらに外側縁部を具備し、剛毛はその外側縁部から延びる。
本発明の別の側面では、成形可能な高分子材料は、研磨ブラシ全体に散在する研磨粒子を含む。
本発明のさらに別の側面では、剛毛は少なくとも５のアスペクト比を有する。望ましい一実施例では、剛毛は少なくとも７のアスペクト比を有する。別の望ましい実施例では、剛毛は少なくとも１０のアスペクト比を有する。望ましいさらに別の実施例では、剛毛は少なくとも２０のアスペクト比を有する。
望ましい一実施例では、剛毛は各々、基材に隣接する根元と、基材に対向する先端とから成り、剛毛は、根元が先端より広くなるようにテーパが付いている。別の望ましい実施例では、剛毛は根元に隣接する第一部分にテーパが付き、先端に隣接する第二部分で一定の太さを有する。別の望ましい実施例では、剛毛は根元から基材への移行部にすみ肉半径を有する。
本発明の別の側面では、剛毛は基材と同一平面上にある。望ましい一実施例では、剛毛は中心部分の外側縁部から半径方向に延びる。望ましい別の実施例では、剛毛は外側縁部の周囲に一様に角度を形成して間隔を置いて配置される。
本発明の別の側面では、成形研磨ブラシは、研磨ブラシを工具に取り付けるために、基材上に取付手段が装備されている。望ましい一実施例では、この取付手段は、基材と一体成形されて基材の第二面から延びるスレッド付きスタッドから成る。
望ましい別の実施例では、基材はさらに内側縁部を有し、取付手段は成形ブラシと一体成形された根元を具備し、根元は内側縁部から延びて、内側縁部および内側縁部から離れた基材部分に隣接して頚部を具備し、基材は頚部より広くなっている。
別の望ましい実施例では、基材はさらに内側縁部を有し、取付手段は内側縁部内にキー溝が形成され、キー溝は、駆動手段内に形成された対応するキーとかみ合うように構成される。
別の望ましい実施例では、基材はさらに内側縁部を具備し、内側縁部と外側縁部は基材の境界となる同心円から成る。望ましい一実施例では、内側縁部は、内側縁部から駆動軸を受け入れるように構成され、基材はさらに固定ロッドを基材から受け入れる取付穴を具備する。
本発明の別の側面では、基材はさらに、外側縁部に対向する内側縁部を有し、内側縁部と外側縁部は、互いに等角で１８０°以下の角度を有する弓形の円形部分を有し、基材はさらに、内側縁部の第一端部から外側縁部の第一端部に延びる第一の放射状縁部、および内側縁部の第二端部から外側縁部の第二端部に延びる第二の放射状縁部を有する。望ましい一実施例では、角度の大きさは１８０°に相当する。別の望ましい実施例では、角度の大きさは１２０°に相当する。さらに別の望ましい実施例では、角度の大きさは９０°に相当する。
上記のどの成形ブラシの場合も、成形可能な高分子材料は、熱可塑性エラストマーから成ることが望ましい。望ましい一実施例では、熱可塑性エラストマーは、ポリエステルベースの熱可塑性エラストマーから成る。
上記のその成形ブラシの場合も、成形可能なポリマーは、潤滑剤をさらに含むことが望ましい。
上記のブラシの一側面では、研磨粒子は無機質研磨粒子から成る。別の側面では、研磨粒子は有機質研磨粒子から成る。
上記のどのブラシの場合も、基材は円形であることが望ましい。別の側面では、基材は多角形であることが望ましい場合がある。
本発明の別の側面では、第一主要面を有する支持体と組み合わせた成形研磨ブラシを提供する。成形研磨ブラシは、支持体の第一主要面上に取り付けられ、ブラシアセンブリを形成する。一つの望ましい実施例では、支持体は円形であり、アセンブリは、実質的に等角の間隔で第一主要面上に取り付けられた複数の研磨ブラシから成る。
本発明の別の側面では、第一面および第二面を有する基材と、基材の第一面から延びる複数の剛毛とから成る一体成形研磨ブラシの別の形状を提供する。剛毛は、基材と一体成形され、成形研磨ブラシは、少なくとも複数の剛毛全体に散在する研磨粒子を含む熱可塑性エラストマーから成る。このブラシの一つの望ましい実施例では、基材は一般に平面である。別の望ましい実施例では、基材は円形である。さらに別の望ましい実施例では、基材は多角形である。
本発明の別の側面では、第一面および第二面を有する基材と、基材の第一面から延び、基材と一体成形された複数の剛毛と、基材と一体成形されて基材の第二面から延び、研磨ブラシを工具に取り付けて研磨ブラシを回転させるスレッド付きスタッドとから成る一体成形研磨ブラシのさらに別の形状を提供する。成形研磨ブラシは成形可能な高分子材料から成り、成形可能な高分子材料は、少なくとも複数の剛毛全体に散在する研磨粒子を含む。
本発明の別の側面では、第一面および第二面を有する基材と、基材の第一面から延びる複数の剛毛とから成る一体成形研磨ブラシのさらに別の形状を提供する。剛毛は、基材と一体成形される。成形研磨ブラシは成形可能な高分子材料から成り、成形可能な高分子材料は、少なくとも剛毛全体に散在する有機質研磨粒子を含む。
本発明の別の側面では、同心円を区画する内側縁部および外側縁部を有する一般に平面の中心部分と、中心部分の円形穴を区画する内側縁部と、中心部分の外側縁部から半径方向に延びる複数の剛毛とから成る一体成形ブラシ部分のさらに別の形状を提供する。剛毛は中心部分と同一平面上にあり、少なくとも２のアスペクト比を有し、中心部分と一体成形される。この成形ブラシ部分は、全体に研磨粒子が散在する高分子熱可塑性エラストマーから成る。
本発明の別の側面では、円形外側縁部を有する一般に平面の中心部分と、中心部分の外側縁部から半径方向に延びて中心部分と同一平面にあり、少なくとも２のアスペクト比を有し、中心部分と一体成形されている複数の剛毛と、ブラシ部分を駆動手段に取り付けるために中心部分に装備され、中心部分と一体成形されたスレッド付きスタッドから成り、中心部分の中心に配置された取付手段とから成る一体成形ブラシ部分のさらに別の形状を提供する。成形ブラシ部分は、研磨粒子が全体に散在する高分子熱可塑性エラストマーから成る。
本発明の別の側面では、一般に平面であり、互いに等角で１８０°以下の角度の弓形円形部分を構成する内側縁部および外側縁部を有し、第一の半径方向縁部が内側縁部の第一端部から外側縁部の第一端部に延び、第二の半径方向縁部が内側縁部の第二端部から外側縁部の第二端部に延びる中心部分と、中心部分の外側縁部から半径方向に延びる複数の剛毛とから成る一体成形ブラシ部分のさらに別の形状を提供する。剛毛は、中心部分と同一平面にあり、少なくとも２のアスペクト比を有し、中心部分と一体成形される。成形ブラシ部分は、研磨粒子が全体に散在する高分子熱可塑性エラストマーから成る。
本発明は、ブラシアセンブリも提供する。このアセンブリは、a)上記の複数の成形ブラシ部分と、b)複数の成形ブラシ部分を回転させる回転駆動手段とから成る。各々の成形ブラシ部分は、一般に平面である各々の中心部分が互いに平行になるように、取付手段により駆動手段に取り付けられる。
また、上記の任意の成形研磨ブラシを製造する方法も提供する。この方法は、a)成形可能なポリマーを研磨粒子と混合して、混合物を形成するステップと、b)混合物を加熱して、流動可能な材料を形成するステップと、c)流動可能な材料を圧力により金型に射出して研磨ブラシを形成するステップとから成る。望ましい一実施例では、ステップa)は、潤滑剤を熱可塑性エラストマーと混合することをさらに含む。
また、上記の任意の研磨ブラシによりワークピース表面を研磨する方法も提供する。この方法は、a)一体成形研磨ブラシを提供するステップと、b)剛毛をワークピース表面に接触させるステップと、c)研磨ブラシをワークピースに対し移動して、ワークピース表面を研磨するステップとから成る。望ましい一実施例では、ステップc)は、ワークピース材料をワークピース表面から除去することから成り、研磨粒子は無機質の研磨粒子から成る。別の望ましい実施例では、ワークピース表面はその上に異物を含み、研磨粒子は有機質の研磨粒子から成り、ステップc)は、ワークピース材料を除去せずにワークピース表面から異物を除去することから成る。
本発明は、プラスチック研磨粒子を含む新しい研磨フィラメントであって、ブラシ構造がこうした研磨フィラメントを具備する研磨フィラメントと、こうした研磨フィラメントを製造する方法と、ブラシ構造を使用してワークピース表面を研磨する方法にも関する。
一実施例は、熱可塑性マトリックス内に散在するプラスチック研磨粒子を含む研磨フィラメントに関する。
この第一実施例に関しては、４種類の主な研磨フィラメントがある。第一のタイプでは、プラスチック研磨粒子は熱可塑性マトリックス全体にほぼ均一に散在し、できれば均一に散在することが望ましい。この第一のタイプでは、研磨粒子が均一に散在することにより、実質的に均質な研磨フィラメントが得られる。第二、第三および第四のタイプでは、研磨フィラメントはシースおよびコアから成る。第二のタイプでは、シースは、プラスチック研磨粒子が少なくとも一部に散在する熱可塑性マトリックスから成る。コアは、シースと共に押出される第二の熱可塑性材料、またはシースが上に塗布された予備成形コアから構成することができる。第三のタイプでは、コアは、少なくとも一部にプラスチック研磨粒子が散在する熱可塑性マトリックスから成り、シースは第二の熱可塑性材料から成る。第四のタイプでは、シースとコアはどちらも、少なくとも一部にプラスチック研磨粒子が散在する熱可塑性マトリックスから成る。これらの４種類の実施例では、熱可塑性マトリックスおよび／またはプラスチック研磨粒子は、シースとコアとでは異なって良い。
「散在する」という用語は、フィラメントを形成する熱可塑性材料内に研磨粒子が埋め込まれて配置されていることを意味する。コアとシースの実施例の場合、「散在する」という用語は、コアもしくはシースまたはこの両方を形成する熱可塑性マトリックス内に研磨粒子が埋め込まれて全体に配置されていることを意味する。粒子は、実質的に均質な分布を形成するように散在されるが、必ずしも絶対的に均質に分布する必要はない。さらに、粒子の大部分は熱可塑性マトリックス内に完全に埋め込まれる一方、これは、表面の多少の露出粒子が熱可塑性マトリックスの外側に部分的に延びる可能性を排除するものではない。
「熱可塑性マトリックス」という用語は、材料が加熱されて溶融
状態になり、実質上冷却されて固体状態になり得ることを意味する。熱可塑性マトリックスは、本明細書に記載する任意の熱可塑性ポリマーまたは熱可塑性エラストマーで良い。
本明細書で使用する場合、「硬化」という用語は、熱可塑性ポリマーまたは熱可塑性エラストマーの温度が溶融温度または解離温度未満である場合の熱可塑性材料の物理的状態を意味する。この用語は、熱可塑性材料の室温（約10〜約40℃）硬度（ショアＤスケール）を表すためにも使用することができる。本発明で使用する熱可塑性材料の室温ショアＤジュロメーター硬度は、ASTM D790が決定する少なくとも約30であることが望ましく、約30〜約90であればさらに望ましい。この用語は、熱可塑性マトリックスまたは熱可塑性エラストマー／プラスチック研磨粒子混合物を物理的および／または化学的に処理してその硬度を高めることは意味しない。
「プラスチック研磨粒子」という用語は、熱可塑性マトリックスに存在する個々の存在物つまり粒子を意味する。「プラスチック」という用語は、研磨粒子が有機材料から形成されることを意味する。粒子は、熱硬化性または熱可塑性ポリマーから形成することが望ましい。こうしたプラスチック研磨粒子の例としては、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、メタクリレート、メチルメタクリレートおよびポリ塩化ビニルがある。プラスチック研磨粒子のさらにその他の例としては、フェノール、エポキシ、ウレアホルムアルデヒド、アクリレート、およびメラミンホルムアルデヒドベースの材料の架橋ポリマーがある。
本明細書で使用する「予備成形コア」は、一つのステップが予備成形コアに熱可塑性シースを塗布することである一つまたは複数のコーティングステップと独立するステップおよびその前のステップで成形される一つまたは複数のコア要素を意味する。つまり、予備成形コアは、硬化配合物と同時に製造されないことを意味する。予備成形コアの断面は形状に限定がないが、実質的に丸いかまたは矩形の断面を有する予備成形コアが適していることが分かっている。
予備成形コアはフィラメントの長さ全体から延びることが望ましいが、これは必須ではない。予備成形コアの断面は全体のフィラメントと同じ断面である必要もなく、予備成形コアと硬化配合物は同心または偏心で良く、一つまたは複数のコア要素は本発明の範囲内である。
予備成形コアは、連続する個々の金属ワイヤ、多数の連続する個々の金属ワイヤ、多数の非金属の連続フィラメント、または後の二つの混合で良いが、予備成形コアの融解温度は十分に高く、研磨剤充填溶融熱可塑性樹脂のコーティングを予備成形コアの少なくとも一部に塗布することができ、予備成形コアの完全性が維持されるように溶融熱可塑性樹脂が急速に冷却されなければならない。
望ましい予備成形コアとしては、プレーン炭素鋼、ステンレス鋼および銅などのシングルストランドおよびマルチストランドの金属コアがある。その他の望ましい予備成形コアとしては、ガラス、セラミック、並びにアラミド、ポリアミド、ポリエステルおよびポリビニルアルコールなどの合成有機質高分子材料など、多数のの非金属フィラメントがある。
第二実施例は、プラスチック研磨粒子を有する複数の研磨フィラメントから成る研磨ブラシの構造に関する。
この実施例の一つの形態では、研磨ブラシは以下から成る：
(a)複数の研磨フィラメントであって、少なくともその一部が、熱可塑性マトリックスと、熱可塑性マトリックス内に分布して研磨フィラメントを形成するプラスチック研磨粒子とから成るフィラメント；
(b)複数の研磨フィラメントを一緒に固定して、ブラシ構造を形成する手段。
本発明のフィラメントは、多くのタイプのブラシに組み込み、清掃、ばり取り、丸み付け、金属、プラスチック、ガラス基板上への装飾的仕上げの付与など、無数の用途に使用することができる。ブラシのタイプとしては、ホイールブラシ、円筒ブラシ（印刷回路清掃ブラシなど）、小型研削盤ブラシ、床洗浄ブラシ、カップ用ブラシ、端部ブラシ、溝ブラシ、フレア付きカップ端部ブラシ、円形フレア付き端部カップブラシ、塗布カップおよび可変トリム端部ブラシ、密閉端部ブラシ、パイロット接着ブラシ、各種形状の管ブラシ、コイルばねブラシ、排気筒清掃ブラシ、煙突およびダクトブラシなどがある。一つのブラシ内のフィラメントは、当然ながら同じであっても異なっても良い。プラスチック粒子充填フィラメントを使用できる具体的なブラシの例は、米国特許第５，０１６，３１１号、第５，０８３，８４０号および第５，２３３，７１９号（Young等）並びに第５，４００，４５８号（Rambosek）に記載されているブラシなどがある。
本発明の第三の実施例は、ワークピース表面を研磨する方法に関する。この方法は、以下のステップから成る：
(a)外面を有するワークピースを提供するステップ、
(b)研磨ブラシを提供するステップであって、研磨ブラシが以下から成るステップ：
(i)研磨フィラメントを形成するために熱可塑性マトリックス内に分布するプラスチック研磨粒子を含む研磨フィラメント：
(ii)複数の研磨フィラメントを一緒に固定してブラシ構造を形成する手段；および
(c)ブラシをワークピースに対し移動して、ワークピース外面の一部を除去するステップ。
第三実施例の変形例は、以下のステップから成る方法である：
(a)以下から成る研磨ブラシを提供するステップ：
(i)プラスチック研磨粒子が熱可塑性マトリックス内に分布する複数の研磨フィラメント、および
(ii)複数の研磨フィラメントを一緒に固定して、ブラシを形成する手段；
(b)複数の研磨フィラメントをワークピース表面に接触させ、ワークピース表面がその上に異物を含むステップ、および
(c)研磨ブラシをワークピースに対し移動して、ワークピース表面から異物を除去するステップ。場合によっては、研磨ブラシは、異物を除去する際に、下にあるワークピースの一部を除去する。また、場合によっては、研磨ブラシは、ワークピース外面から著しい量の材料は除去しない。
【図面の簡単な説明】
本発明について、添付図面を参照してさらに説明する。図中、類似の構造は、複数の図面全体で類似の数字により示す。
図１は、本発明に従って作成された研磨ブラシの第一実施例の断面図である。
図２は、図１の研磨ブラシの平面図である。
図３は、作動している図１の研磨ブラシの側面図である。
図４は、図１のブラシの剛毛の一実施例の側面図である。
図５は、図１のブラシの剛毛の他の実施例の断面図である。
図６は、本発明に基づく強化手段を具備する研磨ブラシの別の実施例の部分断面図である。
図７は、本発明に基づく別の強化手段の図６に類似の図面である。
図８は、本発明に従って作成された研磨ブラシの別の実施例の平面図である。
図９は、面９−９に沿って切った図８のブラシの断面図である。
図１０は、支持体上に取り付けられた複数の研磨ブラシを有する本発明に基づくブラシアセンブリの平面図である。
図１１Ａ〜図１１Ｄは、図１０のブラシアセンブリの面１１−１１に沿って切った断面図であり、研磨ブラシを支持体上に取り付ける手段の別の実施例を示す。
図１２は、本発明に基づく放射状研磨ブラシ部分の第一実施例の平面図である。
図１３は、線１３−１３に沿って切った図１２のブラシ部分の断面図である。
図１４ａは、軸上に組み付けられてブラシアセンブリを形成する図１２の複数のブラシ部分の等角投影図である。
図１４ｂは、個々のブラシ部分が互いに隣接する図１４ａに類似の図である。
図１５は、本発明に基づく放射状研磨ブラシ部分の第二実施例の断面図である。
図１６は、本発明に基づく放射状研磨ブラシ部分の第三実施例の平面図である。
図１７は、１本の軸に一緒に組み付けられた図１６の複数のブラシ部分の端部図である。
図１８ａ〜図１８ｄは、図１２の線１８−１８に沿って切った本発明に基づくブラシ部分の剛毛の様々な実施例の断面図である。
図１９は、作動している図１２のブラシ部分の部分側面図である。
図２０は、本発明に基づく放射状研磨ブラシ部分の第四実施例の平面図である。
図２１は、１本の軸に取り付けられたブラシ部分の部分平面図であり、取付手段の別の実施例を示す。
図２２は、取付手段のその他の実施例を示すブラシ部分の平面図である。
図２３は、線２３−２３に沿って切った図２２のブラシ部分の断面図である。
図２４は、本発明を実施する第一の装置および方法の略図である。
図２５は、本発明に基づく金型および突出装置の部分断面図である。
図２６は、本発明を実施する第二の装置および方法の略図である。
図２７は、図２６の金型の側面図である。
図２８は、図２７の線２８−２８に沿って切った図２６の金型部分の第一実施例の断面図である。
図２９は、図２８の金型部分の別の実施例の図２８に類似する図である。
図３０は、図１２の線３０−３０に沿って切った断面図であり、図２９の金型により作成されるブラシ部分の別の実施例を示す。
図３１は、公知の回転工具の等角図である。
図３２は、本発明に基づく研磨フィラメントの実施例の透視図である。
図３３〜図３９は、本発明に基づく研磨フィラメントの個々の実施例の拡大透視図であり、コアを示すためにシースの一部を除去してある。
図４０は、本発明に基づくフィラメントを具備するブラシ工具の実施例の透視図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明は、一側面では、成形研磨ブラシ、成形研磨ブラシを作成する方法、および成形研磨ブラシを使用する方法に関する。
図１および図２を参照すると、研磨ブラシ１０の第一実施例は、第一面１４および第二面１６を有する平面の基材１２から成る。複数の剛毛１８は、基材１２の第一面１４から外側に突出する。各剛毛１８の間には、基材１２の第一面１４が露出する空間がある。研磨ブラシ１０は、一体成形されることが望ましく、成形可能なポリマー２８内の研磨粒子２６の一般に均質な配合物から成る。
材料、製造工程およびブラシ構造は、所望の研磨用途によって決まる。本明細書で使用する場合、「研磨」という用語は、少なくとも以下の一つを含む：ワークピース表面の一部を除去する；ワークピースに表面仕上げを施す；表面のスケールを除去する；表面のばりを除去する；ペンキまたはその他のコーティング、ガスケット材料、腐食、オイル残留物、その他の異物もしくは残骸の除去など、ワークピース表面を清掃する；またはこれらのいくつかの組み合わせ。いくつかの実施例では、攻撃的な研磨特性を提供することが望ましく、この場合、ブラシ部分は、研磨粒子、比較的大きい研磨粒子、比較的硬質の研磨粒子、結合剤の比率に比べて比較的研磨性が高い粒子、またはこれらのいくつかの組み合わせから構成すると良い。その他の実施例では、研磨する表面に対して艶出しタイプの仕上げを施すか、または表面材料自体を除去せずに表面を清掃することが望ましく、この場合、ブラシ部分には研磨粒子を使用しないか、比較的小さい研磨粒子、比較的軟質の研磨粒子、結合剤の比率に比べて比較的研磨性が低い粒子、またはこれらのいくつかの組み合わせを使用すると良い。様々な配合および硬度の研磨粒子２６を使用して、所望の研磨特性を得ることができる。
基材
望ましい実施例では、基材１２は一般に平面である。しかし、輪郭があるかまたは曲線状の基材も本発明の範囲に含まれる。たとえば、基材１２は、凸状、凹状または円錐状で良い。こうした装置の場合、剛毛１８を均一な長さにして、剛毛の先端２２が同一平面にないようにするか、または剛毛の長さを変えて、先端を同一平面にすることができる。基材１２は、その周囲にリップを任意に具備することができ、基材の一部は、そこから一番外側の剛毛１８を超えて半径方向に延びる。リップのサイズは、境を接する表面に対し、ワークピースの表面に対して一定の角度にて研磨ブラシ１０を動かすことを妨げないように、最小限であることが望ましい。
図１〜図７に示す望ましい一実施例では、基材１２は、より多くの剛毛を不均一または不規則なワークピースと接触させるのに役立つ可撓性基材１２を提供するのに適する材料および厚さである。基材１２は、基材の損傷または著しい永久的な変形を生じずに、少なくとも１０°曲がることができれば望ましく、少なくとも２０°曲がることができればさらに望ましく、少なくとも４５°曲がることができればさらに望ましい。所望の曲がり角度は、意図する研磨実施例およびワークピースの材料によっても異なる。不均一または不規則なワークピースを研磨する能力は、可撓性基材１２が可撓性剛毛１８と結合すると強化される。基材１２は、約1.0〜15.0mmの厚さを有することが望ましく、約1.5〜10mmであればさらに望ましく、約2.0〜６mmであればなお望ましく、約2.5〜4.0mmであれば最も望ましい。基材１２は、図２に示すように円形であることが望ましい。基材１２の直径は、約2.5〜20.0cm（1.0〜8.0in)であることが望ましいが、これより小さいかまたは大きい基材も意図されている。円形以外の基材形状も意図されており、基材形状としては、比較的硬質で非可撓性の基材であれば、楕円形、矩形、正方形、三角形、菱形およびその他の多角形があるが、これらだけに限らない。
基材１２は、単一の研磨ブラシを提供するために、剛毛１８と一体成形することが望ましい。したがって、剛毛１８を基材１２に接着するために、接着手段または機械的手段は不要である。基材１２および剛毛１８は同時に成形することが望ましい。場合によっては、研磨粒子２６と成形可能ポリマー２８の一つの混合物を１回の射出過程において金型に配置することができる。こうした実施例では、研磨ブラシ１０は、全体的に一般に均質な配合物から成る。しかし、成形過程により、研磨粒子と結合剤の混合物は完全に均質にはならない。たとえば、ポリマーと研磨混合物を金型に射出する際、細い剛毛の空洞の影響により、基材付近の剛毛空洞の内側に隣接して比較的多くのポリマーが最初に冷却され、混合物の研磨粒子の濃度は、剛毛の先端２２に向かって多少高くなる。
あるいは、成形可能なポリマー２８を金型に２回以上装入することができる。たとえば、１回目には、成形可能なポリマー２８と研磨粒子２６の混合物を装入する。この混合物は、主に剛毛１８内に配置される。２回目には、研磨粒子２６を含まないかまたは比較的少量の研磨粒子を含む成形可能ポリマー２８を装入する。研磨粒子を含まない成形可能ポリマー２８は、研磨ブラシ１０の基材１２に主に存在する。
研磨粒子を含むポリマーを２回装入することも、本発明の範囲に含まれる。１回目の装入には比較的大きい研磨粒子を含み、２回目の装入には比較的小さいかまたは比較的軟質の研磨粒子を含むことができる。研磨する際には比較的粗い研磨粒子を使用し、次に比較的細かい研磨粒子を使用する。
剛毛
剛毛１８は、基材１２の第一面から延び、根元２０は基材１２に隣接し、先端２２は基材１２から離れている。剛毛１８は任意の断面を有することができ、これらの断面としては、円形、星形、半月形、四分円形、楕円形、矩形、正方形、三角形、菱形または多角形などがあるが、これらだけに限らない。望ましい一実施例では、剛毛１８は、剛毛１８の長さに沿って一定の円形断面から成る。その他の望ましい実施例では、剛毛１８は、剛毛の長さの全体または一部に沿って一定ではない、つまり可変の断面を有する。
剛毛の断面積が基材１２から離れた方向に減少するように、剛毛にはテーパを付けることが望ましい。テーパ付き剛毛１８は、上記の任意の断面を有することができるが、円形の断面を有することが望ましい。テーパ付き剛毛１８は、研磨ブラシを製造する際に、断面が一定の剛毛１８よりも金型から取り出しやすい傾向がある。さらに、剛毛１８には、図３に示すように研磨ブラシ１０をワークピースに対して回転させる際に、曲げ応力が加わる。これらの曲げ応力は、剛毛１８の根元２０において最高である。したがって、図４および図５に示すテーパ付き剛毛は、円筒状の剛毛１８よりも曲げ応力に耐えることができる。さらに、ブラシ１０は、剛毛１８の根元２０と基材の第一面１４間の移行部にすみ肉半径２４を具備することが望ましい。すみ肉２４は、約0.25〜2.5mm（.010〜0.100in）の半径を有することができるが、約0.5〜1.3mm（.020〜.050in）であればさらに望ましい。図４に示す望ましい一実施例では、剛毛１８は円錐形であり、その長さ全体に沿って直径が減少する。図５に示す他の望ましい実施例では、剛毛１８は、基材に隣接してテーパ付き部分を有し、剛毛の他の部分は円筒状である。望ましい一実施例では、テーパは根元２０から先端２２方向の長さの約８０％まで延び、剛毛の先端２２までの長さの他の部分は円筒状である。テーパは適切な任意の角度から成り、望ましい一実施例では、図４および図５の角度αで測定して約３°である。
剛毛１８は、根元２０から先端２２まで測定した剛毛１８の長さを剛毛の幅で除算したアスペクト比を有する。テーパ付き剛毛の場合、この幅は、アスペクト比を決めるために長さに沿った平均幅として定義される。非円形断面の場合、この幅は、方形断面の隅から隅までの対角線など、所定の平面の最長幅である。図１〜図７に示す望ましい一実施例では、剛毛１８のアスペクト比は少なくとも１であることが望ましく、約４〜18であればさらに望ましく、約６〜16であればなお望ましい。剛毛１８のサイズは、ブラシ１０の特定実施例に応じて選択することができる。剛毛１８の長さは、約５〜80mmであれば望ましく、約５〜50mmであればさらに望ましく、約５〜25mmであればなお望ましく、約10〜20mmであれば最も望ましい。剛毛１８の幅は、約0.25〜10mmであれば望ましく、約0.5〜5.0mmであればさらに望ましく、約.75〜3.0mmであればなお望ましく、約1.0〜2.0mmであれば最も望ましい。望ましい一実施例では、剛毛１８はすべて同じ寸法を有する。あるいは、一つのブラシ１０の剛毛１８は、異なる長さ、幅または断面など、寸法が異なっても良い。剛毛１８の長さおよび基材１２の輪郭は、先端２２が一般に同一平面になるように選択することが望ましいが、本発明はその他の配列も意図している。
剛毛１８の密度および配列は、研磨ブラシ１０の特定の実施例に応じて選択することができる。剛毛１８は、任意のパターンまたは規則的なパターンで基材１２に配置することができる。基材１２が円形である場合、剛毛１８は、同心円のリング状に配置することが望ましい。研磨ブラシ１０は回転してワークピースを加工するので、基材１２の中心付近の剛毛は、基材１２の周囲付近の剛毛１８よりも遅い線形速度で移動する。したがって、基材１２の中心上またはこの付近の剛毛１８は、中心部から離れた剛毛１８に比べて動きが少ない。したがって、ブラシ１０は、図２に示すように基材１２中心の第一面１４に剛毛１８がない部分を有する。剛毛１８は、必要に応じて隣接する剛毛と境を接していても、接していなくても良い。剛毛１８の密度は約５〜30本／cm2の範囲であることが望ましく、約10〜25本／cm2であればさらに望ましく、約15〜20本／cm2であればなお望ましく、約20本／cm2であれば最も望ましい。剛毛は、基材１２の第一面１４の一部の上にのみ存在するか、または実質的に基材１２の第一面１４全体の上に存在して良い。
剛毛の材料、長さおよび構造は、不均一または不規則なワークピースを研磨するのに役立つように、剛毛１８の可撓性が十分であるように選択することが望ましい。剛毛１８は、剛毛の損傷または実質的に永久的な変形を生じずに少なくとも10°曲がることが望ましく、少なくとも25°曲がればさらに望ましく、少なくとも45°曲がればなお望ましく、少なくとも90°曲がれば最も望ましい。こうしたワークピースの研磨をさらに促進するために、基材１２も可撓性であることが望ましい。可撓性剛毛を使用する場合、剛毛は、図３のＡに示すように先端２２の前縁の接合点および剛毛側面の一番外側の部分においてワークピース表面と接する。これは、先行技術で周知のとおり、アスペクト比が非常に低い非可撓性研磨突起と対照的である。こうした突起は主に、突起先端の平面全体でワークピースと接する。
望ましい一実施例では、剛毛１８は長さが等しく、平面状の基材１２から延びて、先端２２は、ブラシを停止した際に同一平面上になる。剛毛の先端２２が同一平面ではない基材１２および剛毛１８の構成も可能である。たとえば、基材周囲付近の剛毛をブラシ１０の中心部の剛毛より長くすることができる。これは、高回転速度（22,000RPM以上）により生じる剛毛の変形を補正するために行われる。こうした状態では、基材１２周囲付近の剛毛は、基材中心部付近の剛毛より高速度で移動し、基材中心付近の剛毛より半径方向外側に大きく曲がる。静止時の様々な高さは、動作状態における剛毛先端２２がほぼ同一平面になるように選択することができる。
取付手段
図１を参照すると、研磨ブラシ１０は、基材１２と一体の取付手段３０を具備する。取付手段３０は、使用中に研磨ブラシ１０を回転工具および／または支持パッドもしくはバックアップパッドに固定する手段である。取付手段３０は、基材および剛毛と一体成形することが望ましい。望ましい取付手段は先行技術で十分に周知であり、米国特許第３，５６２，９６８号、第３，６６７，１７０号および第３，２７０，４６７号に記載されている。最も望ましい取付手段は、米国特許第３，５６２，９６８号が示唆しているように、回転工具とねじで係合するのに適する一体成形スレッド付きスタッドである。この種の取付手段は、円形またはディスク形ブラシ１０に望ましい。取付手段３０は、適切な回転のために基材１２に対し中心に位置することが望ましい。取付手段３０は、研磨ブラシ１０の他の部分と同じ材料から作成することができ、研磨粒子２６を含んで良い。あるいは、取付手段３０は、研磨粒子２６を含まない成形可能ポリマー２８の独立した射出から作成することができる。
本発明の範囲には、米国特許第５，０７７，８７０号“Mushroom-Type Hook Strip for a Mechanical Fastener”（Melbye等）に記載されているか、またはミネソタ州、セントポールのMinnesota Mining and Manufacturing CompanyからSCOTCHMATETMとして市販されているタイプのフックおよびループ式取付手段を使用することも含まれる。また、Minnesota Mining and Manufacturing Companyから市販されているDUAL LOCKTM締結具などの両性締結具を使用して、研磨ブラシをバックアップパッドに固定することもできる。また、米国特許第４，８７５，２５９号、“Intermeshing Articles”（Appeldorn）に記載されているような係合構造面を使用することも可能である。あるいは、研磨ブラシの基材に一つまたは複数の直線状またはスレッド付きの穴または開口部を設け、研磨ブラシを機械的に（ボルトとナットを使用するなど）バックアップパッドに固定することもできる。
強化手段
基材部分は、図６に示すファイバ強化手段４０ａから成る強化手段をさらに具備することができる。強化手段４０ａは、たとえばファブリック、不織シート材料、メッシュ、スクリムなどから構成するか、または成形可能ポリマーに配合され、研磨ブラシ全体に分散する個々のファイバから構成することができる。強化手段は、その物理的特性を改善するための処理を任意に含むことができる。強化手段の目的は、支持体の曲げ強度と引張り強度を高めることである。本発明に使用するのに適する強化ファイバの例としては、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維、ワイヤメッシュ、鉱物繊維、耐熱有機質材料から成形した繊維、またはセラミック材料から成形した繊維がある。その他の有機質繊維としては、ポリビニルアルコール繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維およびフェノール繊維がある。ガラス繊維を使用する場合、成形可能なポリマー混合物は、熱可塑性材料に対する接着を改善するために、シラン結合剤などのカップリング剤を含むことが望ましい。繊維の長さは、約0.5mm〜約50mmの範囲であり、約１mm〜約25mmであれば望ましく、約1.5mm〜約10mmであれば最も望ましい。繊維のデニールは約25〜300であり、50〜200であれば望ましい。
強化手段は、図７に示す強化層または基板４０ｂを含むことができる。研磨ブラシ１０は基材１２から成り、基材１２には、その第二面１６に強化基板４０ｂが取り付けられている。強化基板４０ｂの目的は、基材１２の強度を高めることである。強化基板４０ｂは、研磨粒子２６を含まなくて良い。強化基板４０ｂはワークピースと接触しないので、この層には研磨粒子を含む必要はない。強化基板は、成形可能なポリマーから構成することができる。この場合、強化基板は、研磨ブラシ１０と同時に成形することができる。あるいは、強化基板４０ｂは、高分子フィルム、注入高分子フィルム、クロス、紙、バルカナイズドファイバ、不織層、およびこれらを処理したものなど、支持体タイプの材料で良い。この場合、強化基板４０ｂは金型に装入することができ、ブラシ１０を形成する成形可能ポリマー２８は強化基板４０ｂに接着することができる。あるいは、強化基板４０ｂは、ブラシ成形後にブラシ１０に接着剤で接着することができる。望ましい一実施例では、強化基板４０ｂは基材１２と同一の広がりを持つが、必要に応じて基材１２より小さくても大きくても良い。
次に図８および図９を参照すると、本発明に基づく成形研磨ブラシ１１０の別の実施例が示されている。研磨ブラシ１１０は、図示のとおり一般に楔形の多角形である平面状の基材１１２を有する。基材１１２は、互いに対向する第一面１１４と第二面１１６を有する。第一面１１４からは、複数の剛毛１１８が延びている。剛毛１
１８は、図１および図２の実施例に関して上記で説明したとおり剛毛１１８の長さ全体またはその一部において先端１２２より広い根元１２０を有するようにテーパが付いている。
研磨ブラシ１１０は、フロアメンテナンス作業に一般に使用される回転フロアマシンに使用するのに都合が良いように構成されているが、その用途はそれにより制限されない。図１０から分かるとおり、複数の研磨ブラシ１１０を適切な支持体１４０に取り付け、アセンブリ１５０を形成することができる。適切な支持体１４０としては、ミネソタ州、セントポールのMinnesota Mining and Manufacturing Companyが市販しているINSTALOKTMなどがある。これは、以下に説明するとおり、研磨ブラシ１１０を上に取り付けるように変更された。支持体１４０は、床面を研磨するための先行技術で周知のとおり、回転フロアマシンに取り付けることができる。
研磨ブラシ１１０は一般に楔形であり、研磨ブラシ間に隙間があるように支持体１４０上に配置することが望ましく、支持体１４０の第一面１４２には剛毛１１８がない。研磨ブラシ１１０は、支持体１４０の周囲に実質的に等間隔で配置することが望ましい。支持体１４０上の剛毛１１８および研磨ブラシ１１０の区分された配置は、一般に平行な剛毛１１８と関連して連続する「縁部」を形成し、この縁部により、剛毛１１８は不均一な表面内のへこみに達することができ、区分された処理面がない類似のブラシアセンブリに比べて処理効率ははるかに高まる。区分された配置は、剛毛１１８内に蓄積する材料の量を減少する上でも役に立つ。ブラシ１１０間の開放範囲は材料が蓄積する空間になり、その結果、研磨ブラシ１１０の使用寿命が延長する。この隙間は、所定の支持体１４０上の剛毛の数も減少させ、作動中のその他の剛毛１１８に対する圧力が増大する。その他の剛毛１１８は各々比較的大きい力を支持しなければならないので、その結果得られる剛毛１１８の先端１２２における圧力の増大は本発明のブラシアセンブリの処理効率を改善するのに役立つ。あるいは、ブラシ１１０は、支持体１４０上で剛毛１１８が途切れないように配置することができる。あるいは、１本のブラシ１１０に、一般に支持体１４０のサイズに等しい円形支持体１１２を装備することができる。
研磨ブラシ１１０は、任意の成形可能ポリマー１２８、添加剤および本明細書に記載する研磨粒子１２６から構成することができる。研磨ブラシ１１０は、研磨粒子１２６を含まなくても良い。床洗浄および艶出しなどの実施例では、適切な一つの成形可能ポリマー１２８は、デラウェア州、ウィルミントンのE.I. Du Pont de NemoursがHytrelTM5526として市販しているものなど、ポリエステルベースのTPEと、研磨粒子１２６として３０重量％の120グレードの炭化珪素とから成る。
アセンブリ１５０には、複数の類似する研磨ブラシ１１０を使用することができる。つまり、研磨ブラシ１１０は、一つのアセンブリ１５０の中で異なって良い。たとえば、成形可能ポリマー１２８、研磨粒子１２６および剛毛１１８の長さもしくは配置が異なるか、またはその他のパラメーターを有する研磨ブラシ１１０を使用することができる。また、一つの研磨ブラシ１１０内で高さが異なる剛毛１１８を使用することもできる。
研磨ブラシ１１０は、支持体１４０に永久的または取外し可能に固定することができる。図１１Ａから分かるとおり、ブラシ１１０の第二面１１６は、接着層１３０により支持体１４０の第一面１４２に結合される。接着層１３０は、感圧接着剤および熱活性化接着剤など、適切な任意の接着剤から構成することができる。あるいは、研磨ブラシ１１０および支持体１４０の材料は、音波溶接により取り付けるように選択することができる。
研磨ブラシ１１０は、ねじ、ボルト、リベット、クランプなどにより支持体１４０に機械的に固定することができる。また、図１１Ｂに略図を示すように、支持体１４０の第一面１４２に取付層１３０ａ、研磨ブラシ１１０の第二面に補足取付層１３２ａを使用することも可能である。取付層１３０ａおよび１３２ａは、米国特許第５，０７７，８７０号、“Mushroom-Type Hook Strip for a Mechanical Fastener”（Melbye等）に記載されているか、またはミネソタ州、セントポールのMinnesota Mining and Manufacturing CompanyがSCOTCHMATETMとして市販しているものなど、フックおよびループ式の取付システムから構成することができる。また、Minnesota Mining and Manufacturing Companyが市販しているDUAL LOCKTM締結具などの両性締結具を使用して、研磨ブラシをバックアップパッドに固定することもできる。米国特許第４，８７５，２５９号、“Intermeshing Articles”（Appeldorn）に記載されている係合構造面を使用することも可能である。
研磨ブラシ１１０は、図１１Ｃに示すように、支持体１１２の第二面から延びる一体成形スタッド１３０ｂにより支持体１４０に解放可能に固定することができる。スタッド１３０ｂは、支持体１４０の穴１３０ｂに解放可能にかみ合う大きさおよび構成であり、支持体１４０の第二面１４４とかみ合う。または、支持体１４０は、図１１Ｄに示すように、レール１３２ｃをブラシ１１０の支持体１１２に摺動可能にかみ合うスロット１３０ｃを具備することもできる。
図１２および図１３は、本発明に基づく成形研磨ブラシのさらに別の実施例が示されている。「研磨ブラシ」および「研磨ブラシ部
分」という用語は、この実施例を指すために置き換え可能に使用される。図１２および図１３に示すとおり、研磨ブラシ部分１０は、外側縁部１４と内側縁部１６を有する基材または中心部分１２から成る。複数の剛毛１８は、外側縁部１４から外側に延び、剛毛の根元２０から始まって剛毛の先端２２に終わる。剛毛の根元２０間には空間があり、基材または中心部分１２の縁部１４が露出する。あるいは、隣接する剛毛は根元２０部で互いに隣接する。ブラシ部分１０は、剛毛１８と中心部分１２が互いに連続するように一体成形される。ブラシ部分１０は、成形可能ポリマー２８内の研磨粒子２６の一般に均質な配合物から成る研磨ブラシ部分であることが望ましい。
図１４ａに示すとおり、複数のブラシ部分１０を主軸１０１上に組み立てて、ブラシアセンブリ１００を形成することができる。任意の数の部分１０を一緒に組み立てて、所望の幅のアセンブリ１００を形成することができる。ブラシ部分１０は、図１４ｂに示すように、ブラシ部分間に実質的に空間がないように、互いに隣接することが望ましい。あるいは、ブラシ部分１０は、図１４ａに示すように隣接ブラシ部分間に空間があるように軸１０１上に組み立てることができる。たとえば、５〜10,000個のブラシ部分１０を一緒に組み立ててアセンブリ１００を形成することができるが、多少なりとも必要に応じて使用することができる。部分間を係合する手段は、隣接ブラシ部分が互いに対して回転するのを減少するかまたはなくすために具備される。こうした係合手段は、たとえば中心部分１２の表面上の相互係合鋸歯パターンまたは穴およびディンプルパターンを具備することができる。便宜上、この実施例は、他の部分がブラシアセンブリと結合するように意図されている場合に「ブラシ部分」と呼ぶ。しかし、「ブラシ部分」という用語は、他のブラシ部分と結合せずに単独で使用される実施例を除外することを意図するものではなく、「ブラシ」という用語はブラシ部分を指すためにも使用されることが分かる。
中心部分
「中心部分」という用語は、図１２〜図２２に示すように、一般に半径方向外側に延びる剛毛を有するブラシの実施例に関して便宜上一般的に使用する。「基材」という用語は、図１〜図１１に示すように、基材に対して一般に垂直に延びる剛毛を有するブラシの実施例に関して便宜上一般的に使用する。しかし、「基材」および「中心部分」という用語はこれに限られるものではなく、全体的に相互に置き換え可能に使用できることが分かる。図１２に示す実施例では、中心部分または基材１２は、一般に平面である連続する円周部分である。輪郭があるかまたは曲線状の中心部分を有することも、本発明の範囲に含まれる。たとえば、中心部分１２は凸状、凹状または円錐形で良い。図１５に示すように、中心部分１２ａは円錐であり、剛毛１８は、中心部分により区画される円錐面に対して平行に延びる。
ブラシ部分１０は、数個のブラシ部分を１個の駆動手段に一緒に機械的に結合してブラシアセンブリとするために、溝、キー溝または根元などの取付手段を中心部分１２に任意に有することができる。図１２に示すように、中心部分１２は２個の取付穴１９を具備し、その穴には止めロッドを挿入することができる。２本の止めロッド１０２が穴１９に挿入されたブラシアセンブリ１００を図１４ａに示す。軸１０１および止めロッド１０２は次に、適切な回転駆動手段に取り付けることができる。
図１２〜図２１に示す実施例では、中心部分１２は約0.5〜25mmの厚さを有することが望ましく、厚さは、約1.0〜10mmであればさらに望ましく、約1.5〜６mmであればなお望ましく、1.5〜３mmであれば最も望ましい。中心部分１２は、図１２に示すように円形であることが望ましい。中心部分１２の外側縁部１４の直径は約2.5〜61mm（1.0〜24.0in）であることが望ましいが、これより小さいかまたは大きい中心部分も本発明の範囲に含まれる。望ましい一実施例では、中心部分１２は、より多くの剛毛を不均一または不規則なワークピースと接触させるのに役立つ可撓性中心部分１２を提供するのに適する材料および厚さである。中心部分１２は、中心部分の損傷または実質的に永久的な変形を生じずに少なくとも10°曲がることが望ましく、少なくとも20°曲がればさらに望ましく、少なくとも45°曲がればなお望ましい。円形以外の中心部分の形状も本発明の範囲に含まれ、これらの形状としては、比較的剛性または非可撓性中心部分の場合、楕円形、矩形、正方形、三角形、菱形およびその他の多角形形状を含むが、これらだけに限らない。
中心部分１２ｂは、図１６に示すように互いにリング状の扇形で良い。この実施例では、中心部分１２ｂは、放射状の縁部１３および１５により各面に接着される。リング状扇形は、整数個のリング状扇形を一つの円周ブラシ部分に組み立てることができる角度のある幅を有する。たとえば、４個の90°のリング状扇形１０ｂは、図１７に示す360°の円周ブラシ部分を形成するように容易に配置することができる。
中心部分１２は、一つのブラシ部分になるように剛毛１８と一体成形することが望ましい。したがって、剛毛１８を中心部分１２に接着する接着剤または機械的手段は不要である。中心部分１２と剛毛１８は、同時に成形することが望ましい。研磨ブラシ部分を作成するには、研磨粒子２６と成形可能ポリマー２８の一つの混合物を１回の射出過程で金型に配置する必要がある。こうした実施例では、研磨ブラシ部分は、全体に一般的に均質な配合物から成る。しかし、成形過程により、研磨粒子と結合剤の混合物は完全に均質にはならない場合がある。たとえば、ポリマーと研磨剤の混合物を金型に射出する際、細い剛毛の空洞の影響により、基材付近の剛毛の空洞内側に隣接してより多くのポリマーが最初に冷却され、混合物の研磨粒子の濃度は剛毛の先端２２に向かって多少高くなる。
あるいは、成形可能なポリマー２８を２回以上金型に装入することができる。たとえば、１回目の装入では、成形可能ポリマー２８と研磨粒子２６の混合物が剛毛１８内に主に配置される。２回目の装入では、研磨粒子２６を含まないか、または少量もしくは異なる種類の研磨粒子を含む成形可能ポリマー２８が主にブラシ部分１０の中心部分１２に配置される。２回の装入の両方に研磨粒子を含むことも、本発明の範囲に含まれる。最初の装入には一定のサイズ、材料および／または硬度を有する研磨粒子を含み、２回目の装入には異なる研磨粒子を含むことができる。研磨する際、先端２２付近の研磨粒子が最初に使用され、次に、根元２０付近により近い研磨粒子が使用される。
剛毛
剛毛１８は、根元２０から始まって中心部分１２から離れた先端２２で終わるように中心部分１２の外側縁部から延びる。望ましい一実施例では、剛毛１８は、中心部分１２の外側縁部１４から放射状に延び、中心部分１２と同一平面上にある。以下でさらに詳しく述べるように成形を容易にするため、外側縁部１４の周囲に一列の剛毛１８が配置されることが望ましい。あるいは、図３０に示すように、二列の剛毛１８を形成しても良い。剛毛１８は、中心部分１２が図１３に示す平面であるか、または図１５に示す円錐形であるかに関わらず、中心部分１２の平面に対して平行な平面内の中心部分１２の外側縁部１４から延びることが望ましい。あるいは、剛毛１８は、中心部分の平面に対して斜角にて中心部分１２の外側縁部１４から延びても良い。
剛毛１８は、任意の断面を有して良い。こうした断面としては、円形、星形、半月形、四分円形、楕円形、矩形、正方形、三角形、菱形またはその他の多角形があるが、これらだけに限らない。具体的な断面をいくつか図１８ａ〜図１８ｄに示す。望ましい一実施例では、剛毛１８は、剛毛１８の長さに沿って一定の断面を有する。他の実施例では、剛毛１８は、剛毛の長さに沿って一定ではないかまたは変化する断面を有する。
剛毛１８には、剛毛の断面積が根元２０から先端２２方向に減少するようにテーパを付けることができる。テーパ付き剛毛１８は、上記の任意の断面を有することができる。剛毛１８は、図１９に示すように、ブラシ部分１０がワークピースに対して回転する際に曲げ応力を受ける。これらの曲げ応力は、剛毛１８の根元２０（外側縁部１４）において最大である。したがって、テーパ付き剛毛は、断面積が一定の剛毛よりも曲げ応力に耐えることができる。剛毛１８は、長さ全体に沿ってテーパを有するか、または根元２０に隣接してテーパ部分を有し、剛毛の他の部分では一定の断面積を有することができる。テーパは、適切な任意の角度から構成して良い。ｓらに、ブラシ部分１０は、剛毛１８の根元２０と中心部分１２の外側縁部１４との間の移行部にすみ肉半径を有することができる。
剛毛１８は、外側の根元２０から先端２２まで測定した剛毛１８の長さを剛毛の幅で除算した値として定義されるアスペクト比を有する。テーパ付き剛毛の場合、この幅は、アスペクト比を決定するための長さに沿った平均幅と定義される。非円形断面の場合、幅は、方形断面の隅から隅までの対角線など、所定の平面内の最長幅と考える。図１１〜図２３に示す実施例では、剛毛１８のアスペクト比は少なくとも２であることが望ましく、約５〜100であればさらに望ましく、約50〜75であればなお望ましい。剛毛１８のサイズは、ブラシ部分１０とブラシ１００の特定の実施例に応じて選択することができる。剛毛１８の長さは約0.2〜50cmであることが望ましく、約１〜25cmであればさらに望ましく、約５〜15cmであればなお望ましい。剛毛１８の幅は、約0.25〜10mmであれば望ましく、約0.5〜5.0mmであればさらに望ましく、約0.75〜3.0mmであればなお望ましく、約1.0〜2.0mmであれば最も望ましい。一実施例では、剛毛１８はすべて同じ寸法を有する。あるいは、複数のブラシ部分１０から成るブラシアセンブリ１００の剛毛１８は、異なる長さ、幅または断面積など、寸法が異なって良い。図２０は、二つのグループの短い剛毛１８ａおよび二つのグループの長い剛毛１８ｂを有するブラシ部分１０を示す。図１７に示す実施例では、各々剛毛の長さが異なるリング状扇形部分１０ｂを配置することができる。図１４ａおよび１４ｂに示すブラシアセンブリ１００に関しては、異なる剛毛を有する隣接するブラシ部分１０を使用することができる。
剛毛１８の密度と配置は、ブラシ部分１０およびブラシアセンブリ１００の特定の実施例に応じて選択することができる。剛毛１８は、中心部分１２の外側縁部１４周囲に均一に配置することが望ましい。あるいは、剛毛１８は、各グループ間に空間があるグループとして配置することができ、半径方向外側以外、つまり中心部分１２の半径に対してゼロではない角度にて中心部分１２の平面内で方向を決めることができる。したがって、ブラシ部分１０は、外側縁部１４に剛毛１８を含まない部分を有することができる。剛毛は、中心部分１２の外側縁部１４の一部の上にのみ存在するか、または実質的に外側縁部１４全体に存在して良い。剛毛１８は、所望の剛毛と境を接していても、接していなくても良い。
剛毛の材料、長さおよび構成は、剛毛１８が十分に可撓性があり、不均一または不規則なワークピースの研磨を促進ことができるように選択することが望ましい。剛毛１８は、剛毛の損傷または実質的に永久的な変形を生じずに、少なくとも25°曲がることが望ましく、少なくとも45°曲がればさらに望ましく、少なくとも90°曲がればなお望ましく、約180°曲がれば最も望ましい。
剛毛１８は、適切な構造により強化することができる。たとえば、強化ファイバまたはワイヤを剛毛の金型の空洞内に配置し、成形可能なポリマー２８を強化ワイヤの周囲に射出することができる。こうして、内部に強化ワイヤまたはファイバが埋め込まれた剛毛１８が得られる。
取付手段
ブラシ部分１０は、数個のブラシ部分を一緒に結合してブラシアセンブリを形成するか、または一つもしくは複数のブラシ部分１０をハブもしくは軸などの支持手段に取りつけるための取付手段を具備することが望ましい。図１２および図１４に示すように、中心部分１２は、軸１０１とかみ合うように構成された内側縁部１６を有する。中心部分１２は、止めロッド１０２を受け入れるための取付穴１９も具備する。図１６および図１７に示す別の実施例では、中心部分１２ｂは、軸１０１’内に補足的に構成されたスロット１０４とかみ合うように構成された頚部３２と基材３４から成る取付用根元を具備する。図１６および図１７に示す配置は、リング状扇形１２ｂを含むブラシ部分に良く適する。取付用根元３０は、作動中に半径方向にリング状扇形を支持することができる。取付用根元３０は、360°のブラシ部分１０、１０ａと共に使用することもできる。取付手段のその他の実施例を図２１に示すが、この実施例では、中心部分１２は、軸１０１”内に適切に構成されたキー１０６とかみ合うように構成された溝またはキー溝３６を具備する。
図１２および図１３に示すブラシ部分の望ましい一実施例では、中心部分１２は、縁部１４にて約10cm（４in）の外径、縁部１６にて約５cm（２in）の内径、および約2.0cm（0.08in）の厚さを有し、１４４本の剛毛１８は、中心部分１２の平面内の縁部１４から半径方向外側に延びる。各剛毛１８は、長さが約7.5cm（３in）であり、根元の太さ約2.0mm（0.08in）から先端の太さ約1.5mm（0.06in）までテーパが付き、断面は図１８ｃに一般に示すとおりである。
取付手段のさらに別の実施例を図２２および図２３に示す。この実施例では、中心部分１２は連続しており、内側縁部１６により区画される開口部を具備しない。取付手段３８は、中心部分１２の中心に装備される。この種の取付手段は、360°の円形ブラシ部分に使用するのに適する。適切な取付手段３８は先行技術で公知であり、米国特許第３，５６２，９６８号、第３，６６７，１７０号、第３，２７０，４６７号に記載されている。望ましい一つの取付手段は、米国特許第３，５６２，９６８号に記載されているように、回転工具とねじで係合するのに適する一体成形スレッド付きスタッドである。取付手段３８は中心部分１２と一体成形し、ブラシ部分１０が適切に回転するように中心部分１２に対し中心に位置することが望ましい。取付手段３８は、ブラシ部分１０の他の部分と同じ材料か
ら作成することができ、研磨粒子２６を含んで良い。あるいは、取付手段３８は、研磨粒子２６を含まない成形可能なポリマー２８の独立する射出から作成することができる。
図２２および図２３に示すブラシ部分の望ましい一実施例では、中心部分１２は、縁部１４の外径が約10cm（４in）であり、約2.0mm（0.08in）の厚さを有し、114本の剛毛１８は、中心部分１２の平面内で縁部１４から半径方向外側に延びる。各々の剛毛１８は、長さが約7.5cm（３in）であり、根元部の太さ約2.0mm（0.08in）から先端部の太さ約1.5mm（0.06in）までテーパを形成し、一般に図１８ｃに示す断面を有する。ブラシ部分は、米国特許第３，５６２，９６８号に記載されているように、回転工具とねじで係合するのに適する一体性形スレッド付きスタッドを具備する。
図２２および図２３に示すブラシ部分の別の望ましい実施例では、中心部分１２は、縁部１４の外径が約2.5cm（１in）であり、約2.5mm（0.1in）の厚さを有し、30本の剛毛１８が中心部分１２の平面内で縁部１４から半径方向外側に延びる。各々の剛毛１８は、長さが約2.25cm（0.88in）であり、根元部の太さ約3.0mm（0.12in）から先端部の太さ約2.0mm（0.08in）までテーパを形成し、一般に図１８ｃに示す断面を有する。ブラシ部分は、米国特許第３，５６２，９６８号に記載されているように、回転工具とねじで係合するのに適する一体成形スレッド付きスタッドを具備する。
強化手段
中心部分１２は、繊維強化基板から成る強化手段をさらに具備することができる。強化手段は、たとえば、繊維、不織シート材、マット、メッシュ、スクリムなどから構成することができるか、または成形可能ポリマー内に配合され、ブラシ部分全体に分散する個々の繊維から構成することができる。強化手段は、その物理的特性を改善するための処理を任意に含むことができる。強化手段の目的は、ブラシ部分１０の曲げ強度と引張り強度を高めることである。本発明に使用するのに適する強化手段の例としては、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維、ワイヤメッシュ、鉱物繊維、耐熱有機材料から成形した繊維、またはセラミック材料から形成した繊維がある。その他の有機質繊維としては、ポリビニルアルコール繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維およびフェノール繊維がある。ガラス繊維を使用する場合、成形可能ポリマーの混合物は、熱可塑性材料に対する接着を改善するために、シラン結合剤などのカップリング剤を含むことが望ましい。繊維の長さは、約0.5mm〜約50mmの範囲であることが望ましく、約１mm〜約25mmであればさらに望ましく、約1.5mm〜約10mmであれば最も望ましい。繊維のデニールは、約25〜300であることが望ましく、50〜200であればさらに望ましい。
成形可能ポリマー
本明細書に記載するブラシ、ブラシ部分およびフィラメントに使用される成形可能ポリマー材料２８は、成形することができる、つまり熱により所望の形状を形成することができる有機質結合剤であることが望ましい。成形可能ポリマーは、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、熱可塑性エラストマー、またはこれらの組合せで良い。熱可塑性ポリマーの場合、有機質結合剤は、ポリマーが流動する融解点以上に加熱される。その結果、熱可塑性ポリマーは金型の空洞内に流入し、研磨ブラシ１０を形成する。次に、研磨ブラシが冷却し、熱可塑性結合剤が凝固する。熱硬化性ポリマーの場合、成形の際、有機質結合剤は熱可塑性状態にある。つまり、有機質結合剤は、融解点以上に加熱された後、金型の空洞内に流入して研磨ブラシを形成する。次に、場合によりさらに高温にて研磨ブラシをさらに加熱すると、この有機質結合剤は架橋して熱硬化性ポリマーを形成する。適切な熱硬化性ポリマーとしては、スチレンブタジエンゴム、ポリウレタン、ウレアホルムアルデヒド、エポキシおよびフェノールがある。
熱可塑性ポリマー
本発明に基づく研磨ブラシは、熱可塑性ポリマーから構成することができる。適切な熱可塑性ポリマーの例としては、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリブチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン、アセタールポリマー、ポリウレタン、ポリアミド、およびこれらの組合せがある。一般に、本発明の望ましい熱可塑性ポリマーは、高い融解温度と良好な耐熱特性を有するものである。熱可塑性ポリマーは、作動中の応力が比較的低い低速の研磨ブラシ１０の実施例に使用することが望ましい。本発明に使用するのに適する市販の熱可塑性ポリマーの例としては、サウスキャロライナ州、サムターのEMS-American Grilon, Inc．が市販しているナイロン6,12のGrilonTMCR9コポリマー、デラウェア州、ウィルミントンのHimont USA, Inc．が市販している、ポリプロピレンベースの熱可塑性樹脂、ProfaxTMおよびKS075、およびテキサス州、ヒューストンのShell Co．が市販している、ポリウレタンベースの熱可塑性樹脂、DuraflexTMがある。
本発明にに使用するのに適する一つの特定の熱可塑性ポリマーは、アミド基、つまり-C(O)NH-を有することを特徴とするポリアミド樹脂材料である。ナイロン6/6またはナイロン６など、各種のポリアミド樹脂材料、つまりナイロンを使用することができる。ナイロン6/6は、アジピン酸とヘキサメチレンジアミンの縮合物である。ナイロン6/6は、約264℃の融解点および約770kg/cm2の引張り強度を有する。ナイロン６は、ε-カプロラクタムのポリマーである。ナイロン６は、約220℃の融解点および約700kg/cm2の引張り強度を有する。本発明に基づく製品の支持体として使用できる市販のナイロン樹脂の例としては、ミズーリ州、セントルイスのMonsantoが市販している「Vydyne」、デラウェア州、ウィルミントンのDu Pontが市販している「Zytel」および「Minion」、ニュージャージー州、ピスキャタウェイのHuls America, Inc．が市販している「Trogamid T」、ペンシルバニア州、ピッツバーグのMobay,Inc．が市販している「Nydur」、並びにニュージャージー州、パーシパニーのBASF Co．が市販している「Ultramid」がある。
熱可塑性エラストマー
高速、高応力の実施例など、場合によっては、成形可能ポリマーは熱可塑性エラストマーであるか、または熱可塑性エラストマーを含むことが望ましい。熱可塑性エラストマー（または「TPE」）は、１９８７年、ニューヨークにおいてN.R. Legge、G. HoldenおよびH.E. Schroedeerが編集したHanser Publishersの“Thermoplastic Elastomers, A Comprehensive Review”（本明細書では、「Legge等」という）で定義され、考察されている。本明細書で使用する熱可塑性エラストマーは一般に、低等量の多官能価モノマーと高等量の多官能価モノマーの反応生成物であり、低等量多官能価モノマーは、最大約２の官能価および最大約300の等量を有し、重合の際に硬質セグメント（および、その他の硬質セグメントと結合して、結晶質の硬質領域または範囲）を形成することができ、高等量の多官能価モノマーは、最低約２の官能価および最低約350の等量を有し、重合の際に、硬質範囲または領域を結合する軟質の可撓性チェーンを形成することができる。
「熱可塑性エラストマー」は、「熱可塑性樹脂」および「エラストマー」とは異なる。これらは、張力により伸び、高度の引張り強度を有し、迅速に収縮し、実質的に元の寸法を回復する天然ゴムに匹敵する物質の一般名である。一方、熱可塑性エラストマーは、硬質範囲の融解温度以上に加熱された後、エラストマーと違って、射出成形、押出、吹込成形などの熱可塑性技術により加工することができる均質な溶融液を形成する。その後冷却すると、再び硬質範囲と軟質範囲に分離し、弾性特性を有する材料が形成される。これは、熱可塑性樹脂の場合は起こらない。熱可塑性エラストマーは、熱可塑性材料の溶融時の加工性と非溶融状態における従来の熱硬化性ゴムの官能性および特性を結合する。これは、先行技術では、イオノマー、セグメント化イオノマー、またはセグメント化イオノマー性熱可塑性エラストマーと記述される。セグメント化されたエラストマーは、「硬質セグメント」から成る。この硬質セグメントは、「軟質」で長く、可撓性のポリマーチェーンにより互いに結合された結晶質の硬質範囲を形成するように会合する。硬質範囲は、軟質ポリマーチェーンの融解温度を超える融解または分解温度を有する。
市販の熱可塑性エラストマーとしては、セグメント化ポリエステル熱可塑性エラストマー、セグメント化ポリウレタン熱可塑性エラストマー、セグメント化ポリアミド熱可塑性エラストマー、熱可塑性エラストマーと熱可塑性ポリマーの配合物、およびイオノマー性熱可塑性エラストマーがある。
本明細書で使用する「セグメント化熱可塑性エラストマー」は、高等量多官能価モノマーと低等量多官能価モノマーの反応生成物であるポリマーを基剤とする熱可塑性エラストマーの下位クラスを指す。セグメント化熱可塑性エラストマーは、最低２の平均官能価および最低約350の等量を有する高等量多官能価モノマーと、最低約２の平均官能価および約300未満の等量を有する低等量多官能価モノマーとの凝縮反応生成物であることが望ましい。高等量の多官能価モノマーは、重合の際に軟質セグメントを形成することができ、低等量の多官能価モノマーは、重合の際に硬質セグメントを形成することができる。本発明に有用なセグメント化熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステルTPE、ポリウレタンTPE、およびポリアミドTPE、並びにシリコンエラストマー／ポリイミドブロック共重合性TPEがあり、低等量および高等量の多官能価モノマーは、各々のTPEを形成するのに適するように選択する。
セグメント化TPEは、約２〜８活性水素官能価を有する低分子量（一般に300未満の等量を有する）の配合物、「連鎖延長剤」（TPE技術では周知）を含むことが望ましい。特に望ましい例としては、エチレンジアミンおよび1,4-ブタンジオールがある。
「イオノマー性熱可塑性エラストマー」は、イオン性ポリマー（イオノマー）を基剤とする熱可塑性エラストマーの下位クラスを指す。イオノマー性熱可塑性エラストマーは、イオン会合またはクラスターにより複数の位置において互いに結合された二つ以上の可撓性ポリマーチェーンから成る。イオノマーは、官能化モノマーとオレフィン不飽和モノマーとの共重合により、または予備成形ポリマーの直接官能化により一般に調製される。カルボキシル官能化イオノマーは、遊離基共重合により、アクリル酸またはメタクリル酸とエチレン、スチレンおよび類似コモノマーとの共重合により得られる。その結果得られるコポリマーは、金属水酸化物、金属アセテートおよび類似の塩化ナトリウムにより所望の程度まで中和することができる遊離酸として一般に使用される。イオノマーの歴史の考察およびイオノマーに関する特許は、Legge等、pp. 231−243に記載されている。
本明細書で使用する「熱可塑性ポリマー」、つまり「TP」は、一般の定義より限定的な定義を有し、「圧力および熱の付与により軟化および流動する材料」である。TPEがTPの一般的な定義を満たすことは当然明らかである。なぜなら、TPEも、圧力および熱の付与により流動するからである。したがって、本発明の目的上、「熱可塑性」の定義をさらに特定する必要がある。本明細書で使用する場合、「熱可塑性」とは、圧力および熱の付与により流動するが、融解温度未満においてエラストマーの弾性特性を持たない材料を意味する。
TPEとTPの配合物も本発明の範囲に含まれ、この配合物は、本発明の研磨フィラメントの機械的特性を調整する際にはるかに高い可撓性を有する。
市販の望ましいセグメント化ポリエステルとしては、デラウェア州、ウィルミントンのE.I. Du Pont de Nemours and Company, Inc．から市販され、「HytrelTM4056」、「HytrelTM5526」、「HytrelTM5556」、「HytrelTM6356」、「HytrelTM7246」、「HytrelTM8238」の商標で知られるものがあるが、「HytrelTM5526」、「HytrelTM5556」、「HytrelTM6356」が最も望ましい。熱可塑性ポリエステルの類似族は、「Riteflex」の商標でHoechst Celanese Corporationから市販されている。さらに有用なポリエステルTPEとしては、テネシー州、キングスポートのEastman Chemical Products, Inc．が「Ecdel」の商標で市販しているもの、マサチューセッツ州、ピッツフィールドのGeneral Electric Companyが市販している「Lomad」、Du Pontが市販している「Bexloy」がある。さらに有用なポリエステルTPEとしては、ペンシルバニア州、エクストンのLNP Engineering Plasticsが「Lubricomp」として市販しているものがあるが、これは、潤滑剤、ガラス繊維強化剤および炭素繊維強化剤と共に市販されている。
市販の望ましいセグメント化ポリアミドとしては、ニュージャージー州、グレンロックのAtochem Inc．が「Pebax」および「Rilsan」の商標で市販しているものがある。
市販の望ましいセグメント化ポリウレタンとしては、オハイオ州、クリーブランドのB.F. Goodrichが「Estane」の商標で市販しているものがある。その他の望ましいセグメント化ポリウレタンとしては、ミシガン州、ミッドランドのThe Dow Corning Companyが「Pellethane」および「Isoplast」の商標で市販しているもの、Morton Thiokol, Inc．のMorton Chemical Divisionが「Morthane」の商標で市販しているもの、ミシガン州、ワイアンドットのBASF Corporationが「Elastollan」の商標で市販しているものがある。
熱可塑性エラストマーについては、米国特許第５，４４３，９０６号に詳しく記載する。
研磨粒子
本明細書に記載するブラシ、ブラシ部分およびフィラメントに有用な研磨粒子２６は、一般に約0.1〜1500μmの範囲の粒子サイズを有する。粒子サイズは、通常は約１〜1300μmであり、50〜500μmであれば望ましい。研磨粒子は、有機質でも無機質でも良い。研磨粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム、熱処理溶融酸化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、加熱処理酸化アルミニウム、炭化珪素、二硼化チタン、アルミニウムジルコニア、ダイヤモンド、炭化硼素、セリア、立方晶系窒化硼素、ガーネット、およびこれらの組合せがある。望ましい溶融酸化アルミニウムとしては、ニューヨーク州、トナワンダのExolon ESK Companyまたはマサチューセッツ州、ノースグラフトンのWashington Mills Electro Minerals Corp．が商業的に予備処理したものがある。望ましいセラミック酸化アルミニウム研磨粒子は先行技術で公知であり、米国特許第４，３１４，８２７号、第４，６２３，３６４号、第４，７４４，８０２号、第４，７７０，６７１号、第４，８８１，９５１号、第４，９６４，８８３号、第５，０１１，５０８号、および第５，１６４，３４８号に記載されているものがある。α−アルミナおよび酸化稀土類から成る望ましいα−アルミナベースのセラミック粒子としては、ミネソタ州、セントポールのMinnesota Mining and Manufacturing CompanyがCubitronTMの商標で市販しているものがある。研磨粒子のその他の例としては、中実ガラス球、中空ガラス球、炭酸カルシウム、ポリマー気泡、シリケート、三水和アルミニウム、およびムライトがある。研磨粒子は、結合剤と結合してワークピース表面を研磨できる研磨ブラシ１０を形成する有機質または無機質の任意の粒子材料で良い。研磨材料の選択は、意図する実施例によって部分的に決まる。たとえば、車両から塗装を除去する場合、塗装の下の表面を損傷しないように、比較的軟質の研磨粒子を使用することが望ましい場合がある。あるいは、金属ワークピースからばりを除去する場合、アルミナなど、比較的硬質の研磨粒子を使用することが望ましい。本発明の研磨ブラシは、二つ以上の種類とサイズの研磨粒子を含むことができる。
本明細書で使用する場合、「研磨粒子」という用語は、互いに結合されて研磨凝集物を形成する個々の研磨粒子も含む。研磨凝集物は先行技術で公知であり、米国特許第４，３１１，４８９号、第４，６５２，２７５号および第４，７９９，９３９号に詳しく記載する。本発明の研磨粒子は、表面塗料も含む。表面塗料が研磨粒子と研磨粒子内の結合剤との接着を改善することは、周知のとおりである。こうした表面塗料は先行技術で公知であり、米国特許第５，０１１，５０８号、第１，９１０，４４４号、第３，０４１，１５６号、第５，００９，６７５号、第４，９９７，４６１号、第５，２１３，５９１号および第５，０４２，９９１号に記載されている。場合により、塗料を追加すると、研磨粒子の研磨性および／または加工性が向上する。
本発明のブラシ、ブラシ部分およびフィラメントに有用なプラスチック研磨粒子は、有機物ベースの材料である。これらは、熱可塑性ポリマーおよび／または熱硬化性ポリマーから成形することが望ましい。本発明に有用なプラスチック研磨粒子は、個々の粒子、または個々の粒子の凝集物で良い。この凝集物は、結合剤により互いに接着されて成形素材を形成する複数のプラスチック研磨粒子から成る。
プラスチック研磨粒子は、約0.1〜80重量％の範囲の重量％（熱可塑性マトリックスとプラスチック研磨粒子全体の重量当たり）にて熱可塑性マトリックス内に存在することが望ましく、約３〜約60重量％であればさらに望ましい。この重量％は、特定の研磨実施例またはブラシ実施例により部分的に決まる。
熱可塑性マトリックス内に含まれるプラスチック研磨粒子のサイズは、ブラシ、ブラシ部分またはフィラメントに意図する用途によって決まる。切削または粗い仕上げを必要とする実施例の場合、比較的大きい研磨粒子が望ましいが、仕上げ実施例には、サイズが比較的小さいプラスチック研磨粒子が望ましい。粒子の平均直径は、フィラメントまたはブラシ剛毛の直径の約１／２以内であることが望ましく、フィラメントまたはブラシ剛毛の約１／３以内であればさらに望ましい。
プラスチック研磨粒子は、約0.01〜約500μmの平均粒子サイズを有する。このサイズは、一般に約0.1〜約250μmであり、約５〜約100μmであればさらに望ましく、約５〜約75μmであれば最も望ましい。平均粒子サイズは、最長寸法で測定するのが普通である。
プラスチック研磨粒子は、任意の正確な形状を有することができるか、または不規則もしくは無作為に成形することができる。こうした三次元形状の例としては、ピラミッド、円筒、円錐、球、ブロック、多角形などがある。あるいは、プラスチック研磨粒子は、比較的平坦にして、菱形、十字形、円、三角形、矩形、正方形、楕円形、八角形、五角形、六角形、多角形などの断面を有することができる。
プラスチック研磨粒子の表面、またはその表面の一部もしくは粒子の一部の表面全体は、カップリング剤で処理して、溶融熱可塑性マトリックス内における接着性および／または分散性を強化することができる。プラスチック研磨粒子は、硬化配合物内で均一に分散する必要はないが、均一に分散する場合は、研磨特性がより一定する。
プラスチック研磨粒子は、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、メタクリレート、メチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン、アセタールポリマー、ポリウレタン、ポリアミド、およびこれらの組合せなどの熱可塑性材料から成形することができる。一般に、本発明の望ましい熱可塑性ポリマーは、200℃を超える高い融解温度を有するものであり、300℃を超えればさらに望ましく、つまり良好な耐熱特性を有することが望ましい。プラスチック研磨粒子は、プラスチック粒子がフィラメント製造工程により実質的に影響を受けないように、熱可塑性マトリックスより高い融解点または軟化点を有するべきである。プラスチック粒子は、フィラメントまたはブラシ加工中に一般に粒子状を維持することができなければならないので、フィラメント製造工程で実質的に融解または軟化しないように選択するべきである。望ましい一実施例では、プラスチック粒子は、熱可塑性マトリックス、並びにシースおよびコアが存在する場合、これらより高い研磨性を有するように選択される。こうして、プラスチック研磨粒子は、ワークピースから異物を除去するか、または微細な表面仕上げを行うなどの所望の表面研磨を達成し、熱可塑性マトリックスは作動中に摩耗して、ワークピース表面に対して常に新しいプラスチック研磨粒子を提供する。
熱可塑性研磨粒子を成形する方法はいくつかある。こうした方法の一つは、熱可塑性ポリマーを細長い部分内に押し出し、これらの部分を所望の長さに切断することである。あるいは、熱可塑性ポリマーは、所望の形状および粒子サイズに成形することができる。この成形過程は、圧縮成形または射出成形で良い。
プラスチック研磨粒子は、熱硬化性ポリマーから成形することができる。熱硬化性ポリマーは、フェノール樹脂、アミノプラスと樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂、アクリレートイソシアヌルレート樹脂、ウレアホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリレートウレタン樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、アクリレートエポキシ樹脂、およびこれらの混合物から成形することができる。フェノールベースの研磨粒子は、一つの望ましい研磨粒子である。２種類のフェノール樹脂、レゾールとノボラックがある。レゾールフェノール樹脂は、１対１以上、一般に1.5対1.0〜3.0対1.0のホルムアルデヒド対フェノールのモル比を有する。ノボラック樹脂は、１対１未満のホルムアルデヒド対フェノールのモル比を有する。市販のフェノール樹脂の例としては、ニュージャージー州、バーリントンのOccidental Chemicals Co．が「Durez」および「Varcum」の商標で市販しているもの、Monsantoの「Resinox」、オハイオ州、コロンバスのAshland Chemical Co．の「Aerofene」および「Arotap」がある。これらのフェノール樹脂は、硬化して熱硬化性ポリマーになる。その結果得られた熱硬化性ポリマーは、次に所望の粒子サイズおよび粒子サイズ分布まで粉砕される。別の方法では、熱硬化性プラスチック研磨粒子は、米国特許第、５００，２７３号、“Precisely Shaped Particles and Method of Making Same”（Holmes等）の示唆に従って作成することができる。プラスチック研磨粒子は、熱可塑性ポリマーと熱硬化性ポリマーの混合物で良い。
特に望ましい有機質研磨粒子は、インディアナ州、サウスベンドのMaxi Blast Inc．が「MC」噴射媒体として市販している金属および金型清掃プラスチック噴射媒体であり、帯電防止塗料と共に市販されているが、未加工であることが望ましい。「MC」媒体は、99％メラミンホルムアルデヒドセルロセート、つまりアミノ熱硬化性プラスチックである。
プラスチック研磨粒子の平均ヌープ硬度は、一般に約80KNH未満であり、約65KNH未満であれば望ましい。
プラスチック研磨粒子のほか、無機物ベースの研磨粒子を含むことも本発明の範囲に含まれる。これらの無機質研磨粒子は一般に、約0.01〜500μmの範囲の粒子サイズを有し、このサイズは、通常は約１〜150μmである。場合によっては、無機質研磨粒子は、プラスチック研磨粒子と同じサイズであるか、これより小さいことが一般に望ましい。研磨粒子は、少なくとも約７のモース硬度を有することが望ましく、約９であればさらに望ましい。たとえば、研磨フィラメントは、10〜90重量％の熱可塑性マトリックス、10〜90重量％のプラスチック研磨粒子、および０〜49重量％の無機質研磨粒子から構成することができる。
研磨粒子２６は一般に、0.1〜75重量％の粒子／ポリマー混合物であり、約３〜60％であれば望ましく、約20〜40％であればさらに望ましいが、必要に応じてこれより多いかまたは少なくても良い。表面研磨実施例によっては、ブラシ部分１０は、研磨粒子２６を含まない成形可能ポリマー材料２８から成ることが望ましい。
添加剤
成形可能ポリマー材料２８は、たとえば充填剤（研削助剤を含む）、繊維、帯電防止剤、酸化防止剤、加工助剤、UV安定剤、難燃剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、顔料、染料、カップリング剤、可塑剤、および沈殿防止剤など、任意の添加剤をさらに含むことができる。これらの材料の量は、所望の特性を提供するように選択する。ある添加剤を成形可能ポリマー材料に含むのに望ましい一つの方法は、押出しまたは成形温度および圧力に耐えるシェル内に添加剤を封入することである。
潤滑剤
強化実施例によっては、成形ポリマー２８は、潤滑剤を含むことが望ましい。成形可能ポリマー２８内に潤滑剤が存在すると、ワークピース表面と接触する剛毛の摩擦が減少する。ひいては、ワークピースを研磨する際に発生する熱が減少する。過度の熱により、研磨ブラシはワークピース上に残留物を残すか、またはワークピースを損傷する場合がある。適切な潤滑剤としては、リチウムステアレート、亜鉛ステアレート、カルシウムステアレート、アルミニウムステアレート、エチレンビスステアルアミド、グラファイト、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、およびシリコン配合物があり、これらは、たとえば熱可塑性樹脂および熱可塑性エラストマーと共に使用することができる。
望ましいシリコン材料の例としては、公式（Ａ）の高分子量のポリシロキサンがある：
0003976336.tif 000002
ここで、Ｒ、Ｒ’、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5およびＲ6は、同じかまたは異なる場合があり、アルキル、ビニル、クロロアルキル、アミノアルキル、エポキシ、フルオロアルキル、クロロ、フルオロまたはヒドロキシで良く、ｎは500以上であり、1,000以上であれば望ましく、1,000〜20,000以上であればさらに望ましく、1,000〜15,000以上であれば最も望ましい。
もう一つの望ましいポリシロキサンは、公式（Ｂ）のポリジメチルシロキサンである：
0003976336.tif 000003
ここで、ＲおよびＲ’は、同じかまたは異なる場合があり、アルキル、ビニル、クロロアルキル、アミノアルキル、エポキシ、フルオロアルキル、クロロ、フルオロまたはヒドロキシで良く、ｎは500以上であり、1,000以上であれば望ましく、1,000〜20,000以上であればさらに望ましく、1,000〜15,000以上であれば最も望ましい。
ポリシロキサンは、たとえば配合物自体または濃縮物として、多くの異なる形態で市販されている。ポリシロキサンを配合できるポリマーの例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリアセタール、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）、およびポリエステルエラストマーがあり、これらはすべて市販されている。シリコン変性HytrelTMは、BY27-010（またはMB50-010）として、シリコン変性Nylon6,6はBY27-005（またはMB50-005）としてミシガン州、ミッドランドのDow Corning Companyから市販されている。一般に、市販の濃縮物は、40〜50重量％のポリシロキサンを含むが、完成品の所望の重量％を達成できる限り、本発明の目的には任意の重量％が認められる。潤滑剤は、研磨粒子分を除いて約20重量％以下の量で成形可能ポリマー２６内に存在できることが望ましく、約１〜10％の量であれば望ましいが、必要に応じてこれより多くても少なくても良い。
カップリング剤
成形可能ポリマー材料２８は、先行技術で周知のとおり、結合剤と研磨粒子間の接着を研磨するカップリング剤を含むことができる。本発明に適するこうしたカップリング剤の例としては、オルガノシラン・ジルコアルミネートおよびチタネートがある。望ましいシランカップリング剤としては、γ−アミノプロピルトリエトキシシランのように一般にアミン官能基を有し、ニューヨーク州、ニューヨークのUnion Carbide CorporationからA-1100または-1102として市販されている。研磨粒子２６は、成形可能ポリマーと混合する前にカップリング剤を使って予備処理することができる。あるいは、カップリング剤は、成形可能ポリマー２８に直接追加することができる。
充填剤
成形可能ポリマー材料２８は、先行技術で周知のように充填剤を含むことができる。本発明に有用な充填剤の例としては、金属カーボネート（炭酸カルシウム（チョーク、方解石、泥灰石、トラバーチン、大理石および石灰石）、カルシウムマグネシウムカーボネート、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウムなど）、シリカ（石英、ガラスビード、ガラス気泡およびガラス繊維など）、シリケート（タルク、粘土（モントモリロナイト）、長石、マイカ、珪酸カルシウム、ナトリウムアルミノシリケート、ナトリウムシリケートなど）、金属硫酸塩（カルシウム硫酸塩、バリウム硫酸塩、ナトリウム硫酸塩、アルミニウムナトリウム硫酸塩、アルミニウム硫酸塩など）、石膏、ひる石、木粉、三水和アルミニウム、カーボンブラック、金属酸化物（酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム、二酸化チタンなど）、および金属亜硫酸塩（カルシウム亜硫酸塩など）がある。
研磨助剤
ポリマー材料は、研磨助剤を含むことができる。研磨助剤は、本明細書では、追加することにより、研磨の化学的および物理的処理に対し著しい効果を有し、ひいては性能を改善する粒子材料として定義する。特に、先行技術では、研磨助剤は以下を行うと考えられている：1)研磨粒子と研磨されるワークピース間の摩擦を減少する、2)研磨粒子が「帽子状」になるのを防ぐ、つまり、金属粒子が研磨粒子の上部に溶接されるのを防ぐ、3)研磨粒子とワークピース間の界面温度を低下させる、および4)研磨力を減少する。研磨助剤の化学基の例としては、ワックス、有機ハライド配合物、ハライド塩、金属、およびその合金がある。有機ハライド配合物は、研磨の際に一般に分解され、ハロゲン酸または気体ハライド配合物を放出する。こうした材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンおよび塩化ポリビニルなどの塩素化ワックスがある。ハライド塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウム永晶石、ナトリウム永晶石、アンモニウム永晶石、カリウムテトラフルオロボレート、ナトリウムテトラフルオロボレート、弗化珪素、塩化カリウム、塩化マグネシウムがある。金属の例としては、錫、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、およびチタンがある。その他の研磨助剤としては、硫黄、有機硫黄配合物、黒鉛、および金属硫化物がある。
射出成形
本発明の研磨ブラシまたはブラシ部分１０、１１０は、射出成形することが望ましい。射出成形技術は、先行技術において公知である。本発明の方法に従って研磨ブラシ１０を作成する射出成形装置６０を図２４に示す。成形可能ポリマー２８および任意で研磨粒子２６から成る小球の混合物は、できれば加熱して乾燥させた後、ホッパー６２内に配置する。ホッパーは、一般にバレル６８内のねじ６６から成るスクリュー押出機６４の第一面つまり後部側７０に混合物を供給する。スクリューインジェクター６４の対向面つまり前部側７２は、軟化した混合物を金型７６ａ、７６ｂに供給するノズル７４から成る。押出機６４のバレル６８は、加熱されて混合物を溶解し、回転ねじ６６は、混合物をノズル７４方向に推進する。ねじ６６は、Ｂ方向に直線的に前方へ移動し、軟化混合物の「ショット」を所望の圧力にて金型７６ａ、７６ｂに付与する。ねじの前端とノズル間には一般に隙間が保たれ、金型内に射出されない軟化材料の「クッション」範囲を提供する。
金型は、所望の研磨ブラシ構成の逆になっている空洞を具備する。したがって、成形ブラシ１０、１１０の場合、金型の構造は、基材１２、剛毛１８、および任意の取付手段３０のサイズおよび構成など、研磨ブラシの構成を考慮に入れなければならない。図１２と図１３に示す成形ブラシまたは部分１０の場合、図２７に示す金型７６ａ、７６ｂは、所望のブラシ部分の構成の逆になっている空洞を具備する。したがって、金型の構造は、中心部分１２、剛毛１８、および穴１９、根元３０、キー溝３６またはスレッド付きスタッド３８といった任意の取付手段のサイズおよび構成など、ブラシ部分の構成を考慮に入れなければならない。図２８に示すとおり、金型部分７６ａは、剛毛１８を形成する空洞７８を具備する。図２８に示す金型実施例は、図１８ｃに示す剛毛実施例を成形するように構成されている。あるいは、図２９に示す金型部分７６ｃおよび７６ｄは、二列のスタッガ状剛毛１８を形成するために使用することができる。こうした剛毛の配置を図３０に示す。
上記の小球は、以下のように作成することが望ましい。成形可能ポリマー２８は融解点を超えて加熱され、次に研磨粒子２６が混合される。その結果得られる混合物は、連続ストランド内で成形され、ストランドが冷却されて成形可能ポリマーが凝固し、先行技術で公知の適切な装置で小球状にされる。同様に、ポリマー材料２８は、潤滑剤および／またはその他の添加剤を小球の成形の際に含むことができる。成形可能ポリマー２８、研磨粒子２６、および所望の潤滑剤またはその他の添加剤から成る小球は次に、ホッパー６２内に配置され、上記のスクリュー押出機６４内に供給される。あるいは、研磨粒子２６と小球状の成形可能ポリマー２８とを混合し、ホッパー内に供給することができる。同様に、ポリマー材料２８に対する潤滑剤および／またはその他の添加剤は、ホッパー内に供給する前に混合することができる。
研磨粒子が射出成形される条件は、使用する射出成形機、ブラシ１０の構成、および成形可能ポリマー２８と研磨粒子２６の配合によって決まる。望ましい一実施例では、成形可能ポリマー２８は、先ず80〜120℃、できれば90〜110℃まで加熱して乾燥され、ホッパー６２内に配置されてスクリュー供給範囲内に重力により供給される。スクリュー押出機のバレル温度は約200〜250℃であり、約220〜245℃であればさらに望ましい。金型の温度は、約50〜150℃であれば望ましく、約100〜140℃であればさらに望ましい。サイクルタイム（混合物をスクリュー押出機内に導入してから金型を開いて成形研磨ブラシを取り出すまでの時間）は、0.5〜180秒であることが望ましく、約５〜60秒であればさらに望ましい。射出圧力は、約690〜6,900kPa（100〜1000psi）の範囲であることが望ましく、約2070〜4830kPa（300〜700psi）であればさらに望ましい。
射出成形サイクルは、材料の配合および研磨ブラシの構成によって決まる。望ましい一実施例では、成形可能ポリマーおよび研磨粒子は、研磨ブラシ１０全体で一般に均質である。こうした実施例では、ポリマー材料２８および研磨粒子２６の混合物を１回装入またはショットして、基材１２、剛毛１８、および取付手段が存在する場合は取付手段３０を含むブラシ１０を成形する。あるいは、剛毛１８は研磨粒子２６を含むが、基材１２は研磨粒子を含まない場合がある。こうした実施例では、材料は２回装入またはショットされる。１回目の装入では、成形可能ポリマー２８と研磨粒子２６の混合物が金型の剛毛部分に主に充填される。２回目の装入では、研磨粒子を含まない成形可能ポリマー（１回目の装入の成形可能ポリマーと同じでも異なっても良い）が、金型の基材および取付手段部分に主に充填される。同様に、基材１２および剛毛１８は研磨粒子を含むが、取付手段３０は研磨粒子を含まない場合がある。この構成では、材料は２回装入またはショットされる。１回目の装入では、成形可能ポリマー２８と研磨粒子２６の混合物が金型の剛毛および基材部分に充填される。２回目の装入では、成形可能ポリマー（１回目の装入の成形可能ポリマーと同じでも異なっても良い）だけが、金型の取付手段部分に主に充填される。必要なら、複数のショットを使用して、ブラシの異なる部分の色を変えることができる。たとえば剛毛、基材、取付手段に対して１回づつ、３回以上のショットを使用することも可能である。射出成形した後、金型を冷却し、成形可能ポリマーを凝固させる。次に金型の半部を分割して、成形研磨ブラシ１０を取り出す。
図１および図２または図８〜図１１に示す成形ブラシの場合、凝固した研磨ブラシ１０を金型から取り出すために、金型７６ａおよび７６ｂの射出部分から対向側に突出ピンアセンブリ８０が装備されることが望ましい。図２５から分かるとおり、突出ピン８２は、剛毛１８に対応する各金型の空洞７８内に配置することが望ましい。研磨ブラシ１０が完全に冷却して金型部分７６ａを取り除いた後、突出ピン８２の先端８４は剛毛の先端２２をＣ方向に基材１２に向かって押し動かし、剛毛１８を個々の空洞内から取り出す。望ましい一実施例では、空洞内における突出ピン８２の先端８４の位置を変えることができ、ひいては金型の空洞７８の奥行きが変化し、より長いかまたはより短い剛毛１８を成形することができる。これは、金型部分７６ｂに対する突出ピンアセンブリ８０の位置を変えるか、または突出ピンアセンブリ８０の突出ピン８２の長さを変えることにより行われる。
表面の研磨方法
上記のとおり、本発明に基づく成形研磨ブラシ１０は、以下により表面を研磨するために使用される：ワークピース表面の一部を除去する；ワークピースに表面仕上げを施す；ペンキもしくはその他の塗料、ガスケット材料、腐食もしくはその他の異物を除去するなど、ワークピース表面を清掃する；またはこれらのいくつかの組合せ。図１および図２の研磨ブラシ１０は、取付手段により適切な電動回転工具に固定され、先行技術で公知の直角電動工具に使用するのに特に適する。本発明に基づく成形研磨ブラシを使用するのに適する一つの電動工具は、Ingersoll-Randサイクロンシリーズの直角研削盤、モデルTA 180 RG4、定格18.000rpmおよび0.70hpである。成形研磨ブラシ１０は、回転電動工具に単独で取り付けるか、または先行技術で周知のとおり、研磨ブラシ１０の裏にバックアップパッドを使用する。適切な一つのバックアップパッド装置は、米国特許第３，５６２，９６８号（Johnson等）に開示されているものである。
上記のとおり、図１２〜図２３に示す成形ブラシ部分１０およびブラシアセンブリ１００は、以下により表面を研磨するために使用される：ワークピース表面の一部を除去する；ワークピースに表面仕上げを施す；ペンキもしくはその他の塗料、ガスケット材料、腐食もしくはその他の異物を除去するなど、ワークピース表面を清掃する；またはこれらのいくつかの組合せ。図１４ｂに示す望ましい一実施例では、ブラシアセンブリ１００は、取付手段により軸１０１と適切な駆動手段に固定された複数のブラシ部分１０から成る。あるいは、図２２のブラシ部分は、適切な回転駆動手段に取り付けることができる。表面仕上げは乾燥状態で行っても、潤滑剤、防錆剤、または先行技術で公知のその他の液体を使用して湿潤状態で行っても良い。ブラシアセンブリ１００または部分１０は、任意の適切な速度で回転させることができ、約100〜15,000RPMの範囲であれば望ましいが、必要ならこれより速い速度または遅い速度を使用しても良い。表面の研磨は、ブラシアセンブリまたは部分に対し一般に約0.5〜100kgの適切な力を加えて行うことができる。剛毛１８は十分に可撓性および柔軟性があり、多くの研磨作業において、ワークピースに対する剛毛の接触は、先端１８に直近の剛毛の小部分だけではなく、剛毛面の実質的にの長さに沿っている点に注目すべきである。本明細書に記載する有機研磨粒子を使用することにより、研磨ブラシは、ワークピース自体の材料の著しい量を除去せずに、たとえばペンキ、汚れ、残骸、オイル、酸化塗料、錆、接着剤、ガスケット材料などの異物をワークピース表面から除去するために使用することができる。
研磨フィラメント
上記のとおり、本発明は、プラスチック研磨粒子が内部に分散した熱可塑性マトリックスから成る研磨フィラメントも提供する。研磨フィラメントは、少なくとも１のアスペクト比を有することが望ましく、少なくとも５であれば望ましく、少なくとも10であればさらに望ましく、少なくとも20であれば最も望ましい。このアスペクト比は、長さを計算上の平均幅で除算した値と定義される。フィラメントは、所望の任意の長さまたは幅で良く、断面の形状は当然、円形、楕円形、正方形、三角形、矩形、多角形または複合楕円形（三楕円形、四楕円形など）で良い。したがって、研磨フィラメントは、様々な断面積を有することができる。たとえば、フィラメントは、「波状」または表面模様付きでも良い。
研磨フィラメントには、主に４種類ある。第一のタイプでは、プラスチック研磨粒子は、熱可塑性マトリックス全体にほぼ均一に散在し、均一に散在すれば望ましい。この第一のタイプでは、実質的に均質な研磨フィラメントが得られる。第二、第三および第四のタイプでは、研磨フィラメントはシースおよびコアから成り、シースおよびコアは異なる材料から作成することが望ましい。こうしたフィラメントは先行技術で公知であり、米国特許第５，４２７，５９５号、“Abrasive Filaments Comprising Abrasive-Filled Thermoplastic Elastomer, Method of Making Same, Articles Incorporating Same and Methods of Using Said Articles”（Pihl等）、および米国特許第５，４６０，８８３号、“Composite Abrasive Filaments, Methods of Making Same, Articles Incorporating Same, and Methods of Using Said Articles”（Barber, Jr．等）に記載されている。第二のタイプでは、シースは、プラスチック研磨粒子が少なくとも一部に散在する熱可塑性マトリックスから成る。コアは、Pihl等が示唆するようにシースと共に押し出される第二の熱可塑性マトリックス、またはBarber等が示唆するように上に硬化シースが塗布された予備成形コアから構成することができる。第三のタイプでは、シースは第二の熱可塑性マトリックスから成り、コアは、少なくとも一部にプラスチック研磨粒子が散在する熱可塑性マトリックスから成る。第四のタイプでは、シースとコアは共に、少なくとも一部にプラスチック研磨粒子が散在する熱可塑性マトリックスから成る。第四の実施例では、熱可塑性マトリックスおよび／またはプラスチック研磨粒子は、シースとコアが異なることが望ましい。
図３２は、プラスチック研磨粒子２１８が全体に散在する熱可塑性マトリックス２１６から成るフィラメント２１０の拡大透視図である。
本発明に基づく研磨フィラメントのコアとシースが同時に押し出される実施例２２０、２３０および２４０を図３３〜図３５に拡大透視図で示す。各実施例では、各々のコアを示すために、シースの一部が除去されていることが分かる。また、研磨粒子から成るコアもしくはシース（または両方）は、コアまたはシースの一部だけに研磨粒子が充填される場合があることも分かる。図３３〜図３５に示す実施例では、コアおよびシースのどちらかまたは両方は、熱可塑性エラストマーもしくは熱可塑性樹脂またはこれらの配合物から構成することができる。
図３３を参照すると、研磨フィラメント２２０は、熱可塑性マトリックス２２４とプラスチック研磨粒子２２６を含むコア２２２の形態の第一の細長いフィラメント構成要素を有する。研磨フィラメント２２０は、コア２２２と同時に押し出されるシース２２８の形態の第二の細長いフィラメント構成要素も有する。細長いフィラメント構成要素のコア２２２の熱可塑性マトリックス２２４には、複数の研磨粒子２２６が全体に散在し、内部に付着している。
図３４は、別の研磨フィラメント実施例２３０を示す。この実施例では、第一の細長いフィラメント構成要素はコア２３２の形態であり、同時に押し出されるシースは、複数の研磨粒子が全体に散在し、内部に付着している熱可塑性マトリックス２３８から成形される。この実施例では、シースだけが研磨粒子を含む。
図３５は、第一の熱可塑性マトリックス２４４から成るコア２４２の形態の第一フィラメント構成要素、および第二の熱可塑性マトリックス２４８から成り、コアと同時に押し出されるシースの形態の第二フィラメント構成要素を有する別のコアとシースの研磨フィラメント実施例２４０を示し、この実施例では、コアおよびシースはどちらも研磨粒子２４６ａおよび２４６ｂを含む。研磨粒子２４６ａおよび２４６ｂは当然、種類、粒子のサイズ、粒子サイズの分布、およびコアおよびシース内における分布が同じであっても異なっても良い。研磨粒子２４６ａおよび２４６ｂの少なくともどちらかは、本発明に基づくプラスチック粒子から成る。コアおよびシースが各々研磨粒子から成り、研磨粒子がコアとシースとで同じであるかまたは異なって良い実施例も本発明の範囲に含まれる。あるいは、コアとシースの一方が無機質研磨粒子から成り、コアとシースの他方がプラスチック研磨粒子から成っても良い。
図３３〜図３５に略図で示す研磨フィラメントは、広範なコア直径および研磨フィラメント全体の直径を有することができ、これらの直径は、溶融熱可塑性マトリックスを製造するために使用される装置、および研磨粒子が付着される製品のサイズによってのみ限定される。研磨粒子の直径が増大するにつれて、所定のサイズのハブなどの基板に付着できる研磨フィラメントの数が減少することは明らかである。コアとシース構造である本発明の研磨フィラメント、および一般的な携帯工具に使用される研磨フィラメントの場合、コア直径は少なくとも約0.1mmであれば望ましいが、研磨フィラメント自体は約1.0〜約2.0mmの範囲の直径を有することが望ましい。これらの直径は当然、大型の研磨装置の場合は著しく増大することができ、はるかに大きいコアおよび全体の直径を有する研磨フィラメントは添付の請求の範囲内に含まれると考えられる。
図３６〜図３９は、本発明に基づく複合研磨フィラメントの４種類の実施例２５０、２６０、２７０および２８０の拡大透視図を示し、これらの図では、予備成形コアを示すために、熱可塑性マトリックスおよびプラスチック研磨粒子から成るシースの一部が除去されていることが分かる。
図３６は、熱可塑性マトリックス２５４およびプラスチック研磨粒子２５８の硬化シースコーティングにより覆われた予備成形コア２５２を有する複合研磨フィラメントの拡大透視図を示す。この実施例の予備成形コア２５２は、たとえば７本の個々のステンレス鋼ワイヤ２５６から形成された１×７ストランド予備成形コアである。シースの熱可塑性マトリックスは、複数の研磨粒子２５８が全体に散在し、内部に付着している。
図３７は、複数の平行する連続金属ワイヤまたは非金属モノフィラメント２６６から形成される代替複合研磨フィラメント実施例２６０を示し、図３８は、第二の代替実施例２７０を示し、この実施例では、予備成形コア２７２は、３×７構成の３本のストランド２７６を有するケーブルであり、これらのストランドは各々、図３６に示す個々に７本の金属ワイヤまたは非金属モノフィラメントの１×７ストランドである。複合研磨フィラメント２６０および２７０は各々、プラスチック研磨粒子２６８、２７８が全体に散在して内部に付着し、予備成形コア２６２および２７２を覆っている熱可塑性マトリックス２６４、２７４の硬化シースコーティングを有する。図３７に示す実施例に関しては、シースコーティングは、予備成形コアの平行モノフィラメント間に存在することができ、ひいては個々のモノフィラメントが配置される間隔は等しくても等しくなくても良いことに注目するべきである。
図３９は、本発明に基づく別の複合研磨フィラメント実施例２８０の拡大透視図を示す。この実施例の予備成形コア２８２は、たとえばステンレス鋼またはガラス繊維から成る１本の連続するワイヤまたはモノフィラメントである。前の実施例と同様、コア２８２は、複数の研磨粒子２８８が全体に散在して内部に付着された熱可塑性マトリックス２８４の硬化シースコーティングをその上に有する。
図３６〜図３９に略図を示す複合研磨フィラメントは、広範な予備成形コア直径および複合研磨フィラメント全体の直径を有する。これらの直径は、予備成形コアに熱可塑性マトリックスのシースコーティングを塗布するために使用される装置、および複合研磨フィラメントが付着される製品のサイズによってのみ限定される。複合研磨フィラメントの予備成形コア直径が増大するにつれて、所定サイズのハブなどの基板に付着できる複合研磨フィラメントの数が減少することは明らかである。一般的な携帯工具に使用される本発明の複合研磨フィラメントの予備成形コア直径は少なくとも約0.1mmであることが望ましいが、複合研磨粒子自体は、約1.0〜約2.0mmの範囲の直径を有することが望ましい。これらの寸法は当然、大型の研磨装置の場合は著しく増大し、はるかに大きい予備成形コアおよび全体の直径を有する複合研磨フィラメントは、添付の請求の範囲に含まれると考えられる。
予備成形コア
本発明に有用な予備成形コアは、表面特性、機械的特性および環境安定特性を選択または変更することができる研磨コーティング基板と考えることができる。予備成形コア材料は、その表面がコアと熱可塑性マトリックスコーティング間の付着を達成する能力を有するように選択するか、またはこうした能力を変更できることが望ましい。重要な機械的特性としては、様々な化学的、熱および大気条件で作動する際の引張り強度および屈曲疲れ抵抗性がある。
本発明のフィラメントに有用な予備成形コアとしては、ステンレス鋼、銅などの金属ワイヤ；ガラス、セラミック繊維などの無機質繊維；アラミド、レーヨンなどの合成繊維；綿などの天然繊維；およびこれらの混合物がある。連続モノフィラメントを使用しても良いが、これらの材料のストランド状ケーブルおよび糸が望ましい。本明細書で使用する「ストランド状」はワイヤを一緒に撚り合わせることを指し、「糸」は撚り合わせられた非金属モノフィラメントを指す。一般的な構成としては１×３、１×７および３×７構成があり、最初の数はストランドまたは糸の数を指し、２番目の数は、各々の糸またはストランドとして一緒に撚り合わせられた個々のモノフィラメントまたはワイヤの数を指す。「ケーブル」は、撚り合わせられた２本以上のストランドを指し、「諸撚糸」は、撚り合わせられた２本以上の糸を指す（たとえば、ケーブルを「右回りに」撚り合わせる場合、諸撚糸は「左回りに」撚り合わせられる）。あるいは、予備成形コアは、撚られていない連続ワイヤまたはモノフィラメントの形態で良い。望ましい糸としては、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、綿繊維の糸、これらの諸撚糸、およびこれらの混合物がある。
予備成形コアの直径は少なくとも約0.01mmであることが望ましく、約0.1mm〜約0.7mmであればさらに望ましいが、フィラメントを製造する現在公知の方法により課せられる以外に、直径の上限は実質的にない。
本発明に有用な市販の予備成形コア材料としては、ミシガン州、ナイルズのNational Standard, Specialty Wire Divisionが市販している外径（OD）0.035mmの１×７ストランド状ステンレス鋼；オハイオ州、トレドのOwens-Corning Fiberglass Corporationが市販している注文番号「ECH 18 1/0 0.5Z 603-0」の、約240本のモノフィラメントを有する連続ガラス繊維糸（本明細書では「OCF H-18」という）、および注文番号「ECG 75 1/2 2.8S 603-0」の、エポキシシラン前処理された類似のガラスフィラメント糸（本明細書では「OCF-G75」という）；Du Pontが製造および販売している「Keblar」という商標のアラミド繊維糸（200〜3000デニール、撚り数ゼロ、タイプ964）；およびペンシルバニア州、ベンサレムのEddington Thread Manufacturing Companyが市販している紡織番号#69、#92、#138（数字は、諸撚糸の重量を指す）の、アラミド、ポリアミドおよびポリエステル繊維から製造された諸撚糸がある。
望ましい一実施例では、予備成形コアは、熱可塑性マトリックスを予備成形コアに付着させるのに役立つ接着剤またはシーラントなどの前処理化学物質で処理される。予備成形コアがガラス諸撚糸である場合に有用な前処理化学物質の一つのグループは、エポキシシランなどのシランカップリング剤である。
シース／コアフィラメント実施例のシース構成要素は、同時に押し出されるかまたは予備成形されるコアを覆うことが望ましいが、これは必要条件ではない。シースは、ワークピースに衝突するコア面だけを覆えば良いと思われ、この構成のフィラメントは本発明の範囲に含まれると考える。当業者には明らかなように、シースは、コアと同じ外側構成を有する必要はない。たとえば、コアがほぼ円形の断面であっても、シースの断面は矩形または三角形で良い。上記の望ましいフィラメント構成のように、シースがコアを完全に覆う場合、シースの断面積対コアの断面積の比率は、約0.5：１〜約100：１の広範な範囲で変えることができる。この断面積の比率の範囲は、約１：１〜約10：１の範囲であることが望ましく、約１：１〜約３：１であればさらに望ましい。
熱可塑性マトリックス
「熱可塑性マトリックス」という用語は、材料を溶融状態まで加熱してから、実質的に固体状態まで冷却できることを意味する。熱可塑性マトリックスは、任意の熱可塑性ポリマーまたは熱可塑性エラストマーで良い。また、異なる熱可塑性ポリマーまたは熱可塑性エラストマーの配合物、または熱可塑性ポリマーと熱可塑性エラストマーの配合物を使用することも、本発明の範囲に含まれる。
熱可塑性エラストマー
本発明の一側面では、熱可塑性マトリックスは、熱可塑性エラストマーで良い。熱可塑性エラストマーは、米国特許第５，４２７，５９５号および第５，４６０，８８３号に記載されているもの、並びに研磨ブラシおよび研磨部分１０、１１０の各種実施例を参照して上記に記載したものがある。
セグメント化熱可塑性エラストマーの機械的特性（切断時の引張り強度および伸び率など）は、いくつかの要因によって決まる。エラストマーを形成するポリマー内の硬質セグメントの特性、その化学的組成、分子量分布、配合方法、およびエラストマーの熱履歴はすべて、硬質範囲の形成程度に影響する。低等量の多官能価モノマーの割合を増やすと、その結果得られるエラストマーの硬度および弾性率が増す一方、最終的な伸び率は低下する傾向がある。
セグメント化エラストマーの上限使用温度は、硬質セグメントから成る低等量多官能価モノマーの軟化点または融解点によって決まる。長期間の老化では、軟質セグメントから成る高等量多官能価モノマーの安定性も重要である。高温においては、硬質範囲に影響する可能性がある硬質セグメントの割合が低い場合、エラストマーの曲げ弾性率および引張り強度は一般に低下する。プラスチック加工技術の当業者には明らかなとおり、セグメント化エラストマーの上限使用温度を高めるには、比較的高温にて軟化または融解する硬質範囲を形成するのに適する低等量多官能価モノマーを導入する必要がある。しかし、低等量多官能価モノマーの量または等量を増やすことは、エラストマーの硬度を高めるのに役立つが、そのエラストマーから作成されるフィラメントの弾性特性および屈曲疲れ抵抗性が低下する可能性がある。
上記のとおり、熱可塑性エラストマーおよびその他のポリマーの配合物も有用であることが実証されており、こうした配合物としては、Dow Chemicalが「Prevail」という商標で市販するグレード3050、3100および3150のポリウレタン／アクリロニトリルブタジエンスチレン配合物がある。
シリコンおよびポリイミドのエラストマー性コポリマーなど、プラスチック加工技術の当業者が熱可塑性エラストマーとして考えるブロックコポリマーも、本発明のフィラメントに有用であることが実証されている。熱可塑性シリコンおよびポリイミドの市販のエラストマー性コポリマーとしては、ニューヨーク州、ウォーターフォードのGE Siliconesが「Siltem STM-1500」の商標で市販しているものがある。これらのコポリマーは、約25MPaの引張り強度、105％の伸び率、および約415MPaの曲げ弾性率を有する。
「SURLYN」とう商標で周知のイオノマーなど、イオノマー性熱可塑性エラストマーとして作用し、ひいては本発明に有用なイオノマーは、前記のとおり官能化モノマーとオレフィン不飽和モノマーとの共重合により、または予備成形ポリマーの直接官能化により調製することが望ましい。約５〜約20重量％のメタクリル酸成分を含むものなど、市販の品質のエチレン／メタクリル酸コポリマーは、本発明に特に有用なこれらのイオノマーを形成する。
熱可塑性ポリマー
本発明に適する熱可塑性ポリマーの例としては、研磨ブラシおよび部分１０、１１０の様々な実施例を参照して上記で記載した熱可塑性ポリマーすべてを含む。
添加剤
研磨ブラシおよび研磨部分１０、１１０の様々な実施例に関して上記に記載した添加剤はすべて、フィラメント２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０および２８０に使用することができる。これは、上記の潤滑剤、カップリング剤、充填剤および研削助剤を含む。
強化剤
フィラメントは、強化剤をさらに含むことができる。こうした強化剤の例としては、ゴムタイプのポリマーおよび可塑剤がある。強化剤の特定の例としては、トルエンスルホンアミド有導体、スチレンブタジエンコポリマーポリエーテル主鎖ポリアミド（Atochemが「Pebax」の商標で市販）、ポリアミド上にグラフトされたゴム（Du Pontが「Zytel FN」の商標で市販）、およびスチレン-（エチレンブチレン）-スチレンのトリブロックコポリマー（Shell Chemical Co．が「Kraton 1901X」の商標で市販）がある。
製品
本発明のプラスチック研磨粒子フィラメントは、多様なブラシに組み込むか、むき出しで高さのある研磨パッドを形成するように組み立てるか、または各種基板に取り付けることができる。図４０は、ハブ２９２に接着されるかまたはその他の方法で取り付けられた複数のフィラメント２９１を有する本発明の範囲に含まれるホイールブラシ２９０の実施例を示す。
本発明のフィラメントは、清掃、ばり取り、丸み付け、並びに金属プラスチックおよびガラス基板上への装飾仕上げの付与など、多くの種類および無数の用途のブラシに組み込むことができる。ブラシの種類としては、ホイールブラシ、シリンダブラシ（印刷回路清掃ブラシなど）、小型研削盤ブラシ、床洗浄ブラシ、カップブラシ、端部ブラシ、フレア付きカップ端部ブラシ、円形フレア付き端部カップブラシ、塗布カップおよび可変トリム端部ブラシ、封入端部ブラシ、パイロット結合ブラシ、各種形状の管ブラシ、コイルばねブラシ、排気筒清掃ブラシ、煙突およびダクトブラシなどがある。ある一つのブラシ内のフィラメントは、同じであっても異なっても良いことは当然である。プラスチック研磨粒子充填フィラメントを使用できる具体的なブラシの限りないリストには、米国特許第５，０１６，３１１号、第５，０８３，８４０号および第５，２３３，７１９号（Young等）並びに第５，４００，４５８号（Rambosek）に記載されているブラシなどが記載されている。
一般に、こうした一つのブラシ構造は、基材層、結合剤層および剛毛から成る。剛毛は、上方に突出し、一般に互いに平行になるように結合剤層中に個々に均一に埋め込まれる。基材層および結合剤層の材料は同じであっても異なっても良く、これらの層は一般に高分子材料である。たとえば、基材層は、可撓性かつ弾性の高分子連続気泡フォーム、ポリエステル材料またはポリアミド材料で良い。さらに、これらの高分子材料には、綿、ポリアミドまたはポリエステル繊維を含浸することができる。結合剤層は一般に、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシまたはポリアミドなど、半剛性の高分子材料である。基材層および結合剤層が同じである場合、ポリウレタン材料を使用することが望ましい。一般に、基材層および結合剤層は、１〜10mmの範囲で良いが、２〜５mmであれば望ましい。剛毛の直径が大きくなればなる程、結合剤層が厚くなることは明らかである。
このブラシ構造は、本発明の研磨フィラメントのみから構成することができる。あるいは、ブラシ構造は、本発明の研磨フィラメントと従来のフィラメントの混合物から構成することも可能である。こうした従来のフィラメントは、研磨粒子を含まないものと、従来の無機質研磨粒子を含むものとがある。
従来のフィラメントは、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレンおよび金属繊維から成るグループから選択することができる。場合によっては、フィラメントは中空で良く、これはブラシ技術で十分に公知である。さらに、高分子フィラメントは、炭化珪素および酸化アルミニウムなどの技術で十分に公知の研磨粒子を含むことができる。これらの研磨粒子の粒子サイズは実施例に応じて異なるが、一般に10〜600μmの範囲であり、15〜120μmであれば望ましい。フィラメントが研磨粒子を含む場合、ブラシ構造材料は、ワークピース上に艶消しタイプの仕上げを一般に形成する。フィラメントが研磨粒子を含まない場合、ワークピース上に光沢タイプの仕上げが一般に形成される。
フィラメントの直径は、0.01〜100mmの範囲で良いが、一般に0.05mm〜50mmであり、0.1〜25mmであれば望ましく、0.2mm〜10mmであればさらに望ましく、0.25mm〜５mmであれば最も望ましい。フィラメントの長さ、つまりトリムの長さは１mm〜1000mmで良いが、一般に２mm〜100mmであり、３mm〜75mmであれば望ましく、４mm〜50mmであればさらに望ましく、５mm〜50mmであれば最も望ましい。
実施例によっては、フィラメントは結合剤層に対しほぼ垂直であるが、コンベヤシステムなどの実施例では、フィラメントは指定の角度または指定の傾斜にて配置される。
本発明の剛毛またはフィラメントは、たとえばヘアブラシ、ペンキブラシ、車両洗浄ブラシ、道路クリーナー、噴射式除雪機、芝刈機など、その他の非研磨実施例に使用することができる。
もう一つの実施例は、内部に研磨粒子および封入材料を有する剛毛を提供することである。封入材料の例としては、石鹸、潤滑剤、防錆剤、帯電防止剤を挙げることができる。特定の実施例では、プラスチック研磨粒子を含む剛毛に燐酸（または類似の材料）を追加することができる。こうした剛毛から作成されるブラシは、たとえば自動車、ベンチおよびスウィングセットなどの製品の表面の錆を除去および／または中和する際に有用である。
ワークピース
ワークピースは、金属、合金、特殊合金、セラミック、ガラス、木材、木材状材料、複合材料、塗装面、プラスチック、強化プラスチック、石、およびこれらの組合せなど、任意のタイプの材料で良い。ワークピースは、ワークピース表面の外側に不必要な層またはコーティングがあっても良い。このコーティングは、たとえばペンキ、汚れ、残骸、オイル、酸化物コーティング、錆、接着剤、ガスケット材料などである。ワークピースは平坦でも、ワークピースに関連する形状または輪郭を有しても良い。ワークピースの例としては、ガラス製眼鏡、プラスチック製眼鏡、プラスチックレンズ、ガラス製テレビ画面、金属製自動車構成部品、プラスチック製構成部品、パーティクルボード、カムシャフト、クランクシャフト、台所の流し、浴槽、家具、タービンの羽根、塗装自動車構成部品、磁気媒体などがある。
研磨界面に加わる力は、実施例に応じて、約0.1kg〜100kgを超える範囲である。この力は一般に、研磨界面にて１kg〜50kgの範囲である。また、実施例によっては、研磨の際に液体が存在する場合もある。この液体は、水および／または有機質配合物で良い。一般的な有機質配合物の例としては、潤滑剤、オイル、乳化有機質配合物、切削油剤などがある。これらの液体は、脱泡剤、脱脂剤、防錆剤など、その他の添加剤を含むこともできる。研磨製品は、使用の際に研磨界面にて振動することができる。場合によっては、この振動により、研磨されるワークピースに対しさらに微細な表面が形成される。
本発明のブラシ製品は、ペンキその他のコーティング、ガスケット材料、腐食またはその他の異物を除去するなど、ワークピース表面を清掃することにより表面を研磨するために手動で、または機械と組合せて使用することができる。ブラシとワークピースの少なくともどちらか、または両方が、互いに対し移動する。研磨製品またはブラシは、ベルト、テープロール、ディスク、シートなどに転換することができる。ブラシディスクは一般に、取付手段によりバックアップパッドに固定される。これらのブラシディスクは、100〜20,000回転／分、一般に1,000〜15,000回転／分で回転することができる。
複合プラスチック粒子フィラメントの製法
本発明の研磨フィラメントを製造する方法は、一般に以下のステップから成る：
(a)熱可塑性マトリックスを溶解させて、それとプラスチック研磨粒子を結合するステップ；
(b)溶融熱可塑性マトリックスおよびプラスチック研磨粒子を押し出すステップ；
(c)溶融熱可塑性マトリックスを硬化して、プラスチック研磨粒子が全体に散在した熱可塑性マトリックスから成る硬化配合物を形成するのに十分な温度まで、コーティングを冷却するステップ。
この方法の第一変形例は、以下のステップから成る：
(a)第一熱可塑性マトリックスを溶解させて、それとプラスチック研磨粒子を結合するステップ；
(b)第二熱可塑性マトリックスを溶解させるステップ；
(c)第一熱可塑性マトリックス、プラスチック研磨粒子および第二熱可塑性マトリックスを同時に押し出し、第一熱可塑性マトリックスとプラスチック研磨粒子がコアを形成し、第二熱可塑性マトリックスが、コアを実質的に覆うコーティングを形成するステップ；
(d)溶解した第一および第二熱可塑性マトリックスが硬化して、第二熱可塑性マトリックスから成るコアと、プラスチック研磨粒子が全体に分布した第一熱可塑性マトリックスから成るシースであって、該シースが実質的にコア上に存在するシースとを有する研磨フィラメントを形成するのに十分な温度まで冷却するステップ。
この方法の第二変形例は、以下のステップから成る：
(a)第一熱可塑性マトリックスを溶解させるステップ；
(b)第二熱可塑性マトリックスを溶解させ、それとプラスチック研磨粒子を結合するステップ；
(c)第一熱可塑性マトリックス、第二熱可塑性マトリックスおよびプラスチック研磨粒子を同時に押し出して、第一熱可塑性マトリックスがコアを形成し、第二熱可塑性マトリックスとプラスチック研磨粒子が、実質的にコアを覆うコーティングを形成するステップ；
(d)溶解した第一および第二熱可塑性マトリックスが硬化して、第一熱可塑性マトリックスから成るコアと、第二熱可塑性マトリックスとプラスチック研磨粒子から成るシースであって、該シースが実質的にコア上に存在するシースとを有する研磨フィラメントを形成するのに十分な温度まで冷却するステップ。
この方法の第三の変形例は、以下のステップから成る：
(a)第一熱可塑性マトリックスを溶解させ、それと第一研磨粒子を結合するステップ；
(b)第二熱可塑性マトリックスを溶解させ、それと第二プラスチック研磨粒子を結合するステップ；
(c)第一熱可塑性マトリックス、プラスチック研磨粒子および第二熱可塑性マトリックスを同時に押し出して、第一熱可塑性マトリックスと第一研磨粒子がコアを形成し、第二熱可塑性マトリックスと第二プラスチック研磨粒子が、実質的にコアを覆うコーティングを形成するステップ；
(d)溶解した第一および第二熱可塑性マトリックスが硬化して、第一熱可塑性マトリックスと第一プラスチック粒子から成るコアと、第二熱可塑性マトリックスと第二プラスチック研磨粒子から成るシースであって、該シースが実質的にコア上に存在するシースとを有する研磨フィラメントを形成するのに十分な温度まで冷却するステップ。
本明細書に記載する第二、第三および第四変形例は、米国特許第５，４２７，５９５号（Pihl等）に従って実施することが望ましい。Pihl等が示唆するコア／シースフィラメントを同時に押し出す方法および装置は、本発明の範囲のモノフィラメント実施例を押し出すように、当業者の知識の範囲内で便宜上変更することが可能である。
この方法の第四変形例は、以下のステップから成る：
(a)熱可塑性マトリックスを溶解させ、それとプラスチック研磨粒子を結合するステップ；
(b)予備成形コアの少なくとも一部に、溶融熱可塑性マトリックスおよびプラスチック研磨粒子から成るコーティングを塗布するステップ；
(c)溶融熱可塑性マトリックスが硬化して、プラスチック研磨粒子が全体に散在した熱可塑性マトリックスから成る硬化配合物を形成するのに十分な温度までコーティングを冷却するステップ。
複合フィラメントを形成する上記の方法は、米国特許第５，４６０，８８５号（Barber等）に従って実施することが望ましい。
こうした複合フィラメントは、Barber等が示唆する様々な任意の工程により作成することができる。こうした工程としては、一つまたは複数の予備成形コアをダイに通し、溶解してプラスチック研磨粒子が充填された熱可塑性マトリックスが、予備成形コアがダイを通る際に予備成形コア上に塗布される工程、プラスチック研磨粒子が充填された溶融熱可塑性マトリックスを予備成形コア上にスプレー塗布する工程、または溶融熱可塑性マトリックスの槽に予備成形コアを通し、研磨粒子を溶融熱可塑性マトリックスのコーティングに付与する工程などがある。（あるいは、プラスチック研磨粒子は、溶融熱可塑性マトリックス槽内に存在しても良い。）プラスチック研磨粒子は、熱可塑性マトリックスを塗布された予備成形コア方向に静電力などの力によりプラスチック研磨粒子を投入することにより、熱可塑性マトリックスを塗布されたコアに付与することができる。しかし、望ましい方法は最初に記載した工程であり、一つまたは複数の予備成形コアをダイに通し、プラスチック研磨粒子を充填された溶融熱可塑性マトリックスを予備成形コアに少なくとも部分的に塗布し、溶融熱可塑性マトリックスを冷却して、硬化配合物を形成する工程が望ましい。
この方法の第五の変形例は、以下のステップから成る：
(a)熱可塑性マトリックスを溶解させ、それとプラスチック研磨粒子を結合するステップ；
(b)熱可塑性マトリックスとプラスチック研磨粒子を押し出して、熱可塑性マトリックスとプラスチック研磨粒子がシート状構造を形成するステップ；
(c)溶融熱可塑性マトリックスが硬化して、シートを形成するのに十分な温度まで該構造を冷却するステップ；
(d)フィラメント状構造を形成するように該シートを転換するステップ。
シートをフィラメント状構造に転換する方法は、たとえば打抜き、水噴射切断、フィブリル化、または回転切断などがある。
フィラメントを作成する際、工程および材料の選択は、以下の条件を考慮して行うべきである。プラスチック研磨粒子は、押出し工程において実質的に融解または劣化してはならない。したがって、熱可塑性マトリックスは一般に、プラスチック研磨粒子よりも低い融解点および／または軟化点を有する。ひいては、熱可塑性マトリックスは押出し工程で溶解させることができるが、熱可塑性研磨粒子は融解または溶解しない。したがって、加工後、プラスチック研磨粒子は、熱可塑性マトリックス内に個々の粒子として存在する。本発明の発明者は、フィラメントを形成する２種類の有機質材料があると考えると、本発明の研磨フィラメントを形成することができる、という意外なことに思いがけなく気が付いた。熱可塑性マトリックスを形成する有機質材料は融解するが、プラスチック研磨粒子を形成する有機質材料は実質的に融解しない。やはり加工の際、融解温度および／または押出し温度は、プラスチック研磨粒子を過度に融解および／または劣化させない温度でなければならない。プラスチック研磨粒子の表面は、加工の際に気体（つまり、水蒸気）が放出しないように、比較的「乾燥」していなければならない。加工の際に気体または揮発物が放出されると、研磨フィラメントに望ましくない空隙または欠点が生じる場合がある。
使用する押出機は、単一バレル押出機または二軸スクリュー押出機で良い。また、CTM（キャビティ移動ミキサー）を使用しても良い。これらの押出機は、熱可塑性押出し技術で公知である。温度、材料供給速度、ホッパーなども公知である。
プラスチック研磨粒子は熱可塑性樹脂と混合することができ、熱可塑性樹脂は溶融状態でも固体状態でも良い。ポリマー／プラスチックの単一の流れを使用して、本発明のフィラメントを作成することができる。他の方法では、二つの個々の供給流を使用することが可能である。
プラスチック研磨粒子は、押出機内の供給ポートを介して溶融熱可塑性マトリックスに追加して溶融熱可塑性マトリックスの凝集物にすることができるが、プラスチック研磨粒子が溶融熱可塑性マトリックス全体に適切に分散することができるように早い時点で追加することが望ましい。あるいは、プラスチック研磨粒子は、第二ステップにおいて（つまり、予備成形コアに溶融熱可塑性マトリックスを塗布した後に）静電コーティングなどにより溶融熱可塑性マトリックスコーティング内に分散させることができる。
熱可塑性樹脂およびプラスチック研磨粒子から成る本発明のフィラメントは、円形、楕円形および長円形、正方形、矩形、六角形、台形および星形などの多角形、並びにその他の形状の断面に押し出すことができる。
冷水急冷器は、溶融熱可塑性マトリックスを急速に冷却して、熱可塑性マトリックスとプラスチック研磨粒子から成る硬化配合物を形成するために、溶融押出しまたは同時押出しフィラメントまたは熱可塑性マトリックスが塗布された予備成形コアが通るダイのすぐ下流に配置することが望ましい。複数の予備成形コアを同時に塗布するか、または複数のフィラメントを押し出すかまたは同時に押し出す工程は、大量生産プラスチック研磨粒子フィラメントの見地から望ましい。これは、多岐管装置を使用して達成することができる。この場合、複数の巻上げロールが必要である。
プラスチック研磨フィラメントは、次に所望の長さを有する個々のプラスチック粒子フィラメントに切断する。フィラメントを使用する前にその引っ張り強度を増大することは本発明に範囲に含まれるが、必ずしもそうする必要はない。
溶融プラスチック粒子フィラメントが硬化した後、フィラメントの上にコーティング（プラスチックコーティングなど）を塗布することができる。プラスチック研磨粒子をフィラメントから突出させるのも本発明の範囲に含まれる。
本発明の実施について、以下の詳細な例に関してさらに説明する。これらの例は、様々な特定の望ましい実施例および技術をさらに示すために記載する。しかし、本発明の範囲内で多くの変形および変更を行うことができることを理解すべきである。すべての例において、部分および割合はすべて、特記しない限り重量である。プラスチック研磨粒子の「グレード」は、Grinding Wheel Institute（ANSI ASC B74.18-1984）が使用するグレードである。
産業上の利用可能性
例１〜７０は、図１〜図３に関して上記で説明した実施例に一般に従って構成した。
使用した射出成形機は、トグルクランプシステム、54グラム（３オンス）のバレルおよび汎用スクリューを有する75トンのVan Dorn単一ショット押出機であった。成形パラメーターは、処方の変化、金型の構造、金型条件、スクリュー条件およびバレル条件に応じて各々の例で変更した。一般的な成形パラメーターとしては以下がある：ノズル温度232℃（450°Ｆ）、バレル前部の温度（ノズル付近）226℃（440°Ｆ)、バレル後部の温度（ホッパー付近）221℃（430°Ｆ）、スクリューの回転450RPM、噴射圧力2760〜3450kPa（400〜500psi）、クッション5.1mm（0.200in）、およびショットの距離つまり長さ7.37cm（2.90in）。平均の完全サイクルタイムは、研磨ブラシ１個当たり約36秒だった。
これらの例に使用した処方を表１に示し、使用したポリマー配合物、研磨粒子のタイプおよび量を列挙する。各々の配合物は、成形する前に、Bryant空気乾燥器内において65℃にて４時間乾燥させた。研磨ブラシ１０の基材１２は直径５cm（２in）、厚さ2.54mm（0.1in）だった。研磨ブラシ１０は、254本の一体成形剛毛１８を具備していた。各々の剛毛１８は長さ1.27mm（0.50in）であり、根元の直径2.54mm（0.10mm）から、根元２０から先端２２までの長さの80％における直径1.27mm（0.05in）までテーパが付いており、先端２２までの残りの長さは直径1.27mm（0.05in）だった。研磨ブラシのいくつかは、剛毛から基材への移行部のすみ肉半径は、表２にすみ肉Ａとして記載した約0.25mm（0.01in）だった。その他の研磨ブラシのすみ肉半径は、表３にすみ肉Ｂとして記載した約0.64mm（0.025in）だった。各研磨ブラシ１０は、米国特許第３，５６２，９６８号（Johnson等）に基づく取付手段３０を具備していた。
以下の例を用意するに当たり、次の成分を使用した：
成形可能ポリマー
HytrelTM
ポリエステルベースのTPEで、デラウェア州、ウィルミントンのE.I. Du Pont de Nemours and Companyが市販している。
LubricompTMYL-4030
ポリエステルベースのTPEで、15％のPTFE潤滑剤を含む；
LubricompTMYF-1004
ポリエステルベースのTPEで、20％のガラス繊維強化剤を含む；
LubricompTMYC-1004
ポリエステルベースのTPEで、20％の炭素繊維強化剤を含む；
これらはすべて、ペンシルバニア州、エクストンのLNP Engineering Plasticsが市販している。
LomadTMResin B0100
ポリエステルベースのTPEで、マサチューセッツ州、ピッツフィールドのGeneral Electric Co．が市販している。
EstaneTM
ポリウレタンベースのTPEで、オハイオ州、クリーブランドのB.F. Goodrichが市販している。
PebaxTM5533 SA 00
ナイロンベースのTPEで、ニュージャージー州、グレンロックのAtochem Inc．が市販している。
DuraflexTM0110
ポリブチレンTPで、テキサス州、ヒューストンのShell Chemical Co．が市販している。
ProfaxTMKS075P
ポリプロピレンベースのTP；
ProfaxTMKS084P
ポリプロピレンベースのTP；共にデラウェア州、ウィルミントンのHimont USA Inc．が市販している。
GrilonTMCR9
ナイロン６、12TPで、サウスキャロライナ州、サムターのEMS-American Grilonが市販している。
潤滑剤
BY27-005
ポリアミドベースのポリマー溶融添加剤：
BY27-010（またはMB50-010）
ポリエステルエラストマーベースのポリマー溶融添加剤；共にミシガン州、ミッドランドのDow Corning Companyが市販している。
カップリング剤
シラン
シランカップリング剤で、γ−アミノプロピルトリエトキシシランのようにアミン官能基を一般に有し、ニューヨーク州、ニューヨークのUnion Carbide CorporationがA-1100または-1102として市販している。
Z-6030
メタクリレート官能基を有するシランカップリング剤；
Z-6075
ビニル官能基を有するカップリング剤；共にミシガン州、ミッドランドのDow Corning Corporationが市販している。
研磨粒子
SiC
炭化珪素。
Al2O3
ニューヨーク州、トナワンダのExolon ESK Companyまたはマサチューセッツ州、ノースグラフトンのWashington Mills Electro Minerals Corp．が予備処理した溶融酸化アルミニウム。
Al2O3(h)
加熱処理した溶融酸化アルミニウム。
CA01
α−アルミナおよび酸化稀土類から成る、α−アルミナベースのセラミックで、ミネソタ州、セントポールのMinnesota Mining and Manufacturing CompanyがCubitronTMの商標で市販している。
CA02
15％のCA01と85％の濾過溶融アルミナの混合物。
CA03
15％のCA01と溶融アルミナの混合物。
CA04
94.3％のアルミナ、4.5％の酸化アルミニウム、1.2％の酸化鉄から成る、α−アルミナベースのセラミック。
MC-3
30/40メッシュサイズの未処理プラスチック噴射加工媒体で、インディアナ州、サウスベンドのMaxi-Blast Companyが市販している。
すべての配合物は、特記しない限り、全体に重量比つまり重量％で記載してある。成形可能ポリマーの成分の配合率は、研磨粒子を除いた成形可能ポリマーの成分の組合せを100％として記載してある。研磨成分は、研磨粒子を含む成形可能ポリマーの成分の組合せを100％とし、研磨粒子の配合率として記載してある。
例１〜４１
例１〜例４１の配合物を表１に記載する。
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性能試験
個々の研磨ブラシ１０は、1.8kg（４lb．）の荷重を20秒間付与した後に11秒間持ち上げる装置上で試験した。この試験を30サイクル繰り返し、ワークピース上での全体の試験時間は10分間だった。ワークピースは、5052アルミニウムの平らなプレートであり、寸法は38.1×38.1×0.32cm（15×15×1/8in）で、試験装置に取り付けるための0.64cm（1/4in）の穴が中心にあった。プレートは、３分ごとに約１回転させた。研磨ブラシは、Ingersoll-Randサイクロンシリーズ垂直研削盤、モデルTA 180 RG4、定格18,000rpmおよび0.70hpに取り付けた。研磨ブラシは、18,000RPMの自由回転で作動させた（荷重をかけた実際のRPMは多少少ない）。研磨ブラシは、ワークピースに対し７°の角度にて保持した。プレートの重量損失は切削として記録し、研磨ブラシの重量損失および長さの減少は摩耗として記録した。性能試験後、仕上げ、Raを記録したが、特定の各々の例で達成されるような良好な結果にはならなかった。これは、性能試験では、研磨ブラシがワークピースの同じ範囲を複数回通るからである。記載した結果は、特記しない限り、同じ組成の２個のブラシの平均である。いくつかの組成については、すみ肉Ａおよびすみ肉Ｂの両方を使って試験したが、この方法で試験しなかった例もある。
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例４２〜例７０
性能試験
以下を除いて、例１〜例４１と同じ性能試験を行った。すべての例は、約0.025インチのすみ肉半径を有していた。アルミニウム試験片の結果は２回の試験の平均であり、冷間圧延鋼（CRS）の結果とステンレス鋼（SS）の結果は各々１回の試験の結果である。マイクロ仕上げ（μinによるRaおよびRzとして記載する）は、性能試験に使用した以外の試験片について特定のブラシ例を手動で試験した後の結果であり、表面を研磨する前の仕上げは以下のとおりである（μinによる）：
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各例の研磨ブラシの組成を表４に記載し、アルミニウムの試験結果を表５、冷間圧延鋼の結果を表６（すべての例を試験したのではない）、ステンレス鋼の結果を表７（すべての例を試験したのではない）に記載する。例４２〜例７０では、ブラシの損傷は見られなかった。
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例７１
回転フロアマシンに使用する成形研磨ブラシ１１０は、ポリエステルベースの熱可塑性エラストマーHytrelTM5526（Du Pontが市販）を射出成形することにより図８および図９の実施例に一般に従って作成した。このエラストマーは、30重量％の120グレード炭化珪素研磨剤を含むように配合した。材料は、配合後、ペレット化した。ペレット化した配合物は、例１〜例７０に関して上記で説明したマッドセットプラスチック射出プロトタイプ金型を使って75トンのVan Dornプレス上で射出成形した。金型の温度は60℃（140°Ｆ）、融解温度は約237℃（460°Ｆ）だった。サイクルタイムは30秒だった。部品の重量は32.5グラムだった。
基材１１２は一般に楔形の多角形であり、長さ10.5cm（4.125in）×一方の端部の幅3.8cm（1.50in）および対向端部の幅2.2cm（0.875in）だった。一主要面からは440本の剛毛１１８が延び、各々の剛毛は長さが1.9cm（0.75in）、根元の直径2.3mm（0.090in）、先端１２２の直径1.0mm（0.040in）だった。先端１２２に隣接する剛毛１１８の長さ9.5mm（0.375in）の部分は円筒状だった。
例７２〜例７４
例７２〜例７４は、上記のプラスチック研磨粒子を含んでいた。
例７２
例７２は、図３２を参照して説明した実施例に一般に基づく、モノフィラメント構成を有する押出しプラスチック研磨粒子だった。押出機は、七つの加熱バレル範囲を有するWerner/Pfleiderer ZSK30同時回転二軸スクリュー押出機だった。この押出機には、Ｌ／Ｄ比30：１を有する直径30mmの同時回転スクリューが装備されていた。押出機のダイは、米国特許第５，４２７，５９５号が示唆するとおり、同時押出機としてではなくモノフィラメント押出機として動作した。
Du Pont de Nemours and Company, Inc．が市販している、ポリエステルベースの熱可塑性エラストマー「Hytrel6356」、およびDow Corning Companyが「MB50-010」の商標で市販している、ポリエステルエラストマーベースのポリマー溶融添加剤を含む配合物を調製した。この配合物を31.7グラム／分の割合で押出機に供給した。押出機は350rpmで回転し、押出機内の圧力は200psiだった。先ず熱可塑性マトリックスを押出機で溶解させ、次に、押出機バレルの供給ポートから約８グラム／分の割合でポリエステル研磨粒子を加えた。U.S. Technology Corp．が「Polyextra Plastic Blast Media」の商標で市販しているプラスチック研磨粒子は、モース硬度３、30/40メッシュサイズであり、使用する前に121℃で一晩乾燥させた。
押出機範囲内の各温度は以下のとおりであった：バレル範囲１〜７：246℃、254℃、257℃、251℃、251℃、246°ｃ、227℃；アダプター範囲８〜11：227℃、221℃、227℃、227℃；ダイ範囲12：238℃。
押出しダイ前部から約25mmに配置した水冷急冷タンクから12.2メートル／分で２本のフィラメントを引き抜き、次にフィラメントを直径76.2cm（30in）の集合ドラム上に巻いた。直径約５cm（２in）の束を巻取機から切り取って巻いて剛性のストレート束を形成した。部分を1.59cm（5/8in）の長さに束から切り取った。
米国特許第３，５６２，９６８号（Johnson等）に記載され、「Roloc」として公知のスレッド付き取付ボタンを挿入するための直径0.95cm（3/8in）の中心穴を有するシラスティックゴム金型を使用して支持体を形成した。金型の容器は、直径５cm（２in）×奥行き0.635cm（1/4in）だった。取付ボタンを所定の位置に配置した後、Uniroyalの「Adiprene LF600D」とEthyl Chemicalsの「Ethicure 300」を９：１の重量比で室温にて混合し、約0.47cm（3/16in）の深さまで容器に流し込んだ。この混合物はボタンのフランジを囲むので、硬化した時には、ボタンは所定の位置にしっかり保持されている。流し込みが完了した後、金型とプレートが同心円になるように、プラスチック剛毛ガイドプレートを金型の上に配置した。ガイドプレートには貫通する穴があり、この穴は、剛毛の配置を割り当てて、硬化が完了するまで剛毛を垂直に保持するための穴だった。次に、384本の押出し剛毛を手でAdiprene/Ethicure混合物内に配置し、約1.27cm（1/2in）の剛毛が基材から延びるようにした。アセンブリ全体を86℃のオーブンに１時間配置して硬化させた。硬化した後、支持体とガイドプレートを剛毛から持ち上げて外した。次に、その結果得られたブラシを直角電動工具上で試験した。
ブラシは、直角空気駆動電動工具、定格0.35HP、20,000rpmのIngersoll RandモデルCyclone CA200に取り付けた。この工具には、５cm（２in）のバックアップパッドを取り付けた。ブラシを使って、ミシガン州、ヒルズデールのACT Laboratoriesが市販している0.8mm（0.032in）の冷間圧延鋼から黒色エナメルペンキを除去した。ブラシは、金属表面を損傷したり、表面にかき傷を付けたりせずにペンキを除去することが観察された。
例７３
例７３は例７２と同様に用意したが、192本の押出し剛毛をAdiprene/Ethicure混合物内に手で配置し、約１cm（3/8in）の剛毛が基材から延びるようにした。例７３は、例７２に関して説明したように試験したが、金属表面を損傷したり、表面にかき傷を付けたりせずにワークピースからペンキを除去することが観察された。
例７４
例７４は、図１〜図３の実施例に関して説明した成形研磨ブラシ１０に一般に従って成形した一体射出成形ブラシだった。押出機は、トグルクランピングシステム、54グラム（３オンス）のバレルおよび汎用スクリューを具備する75トンのVan Dorn単一ショット押出機だった。
配合物は、E.I. Du Pont de Nemours and Company Inc．が市販している、ポリエステルベースのエラストマー、「Hytrel」5526を90重量％および「BY27-010」を10重量％の組合せ、並びにインディアナ州、サウスベンドのMaxi-Blast Companyが市販している30/40メッシュサイズの未加工プラスチック噴射仕上げ媒体をプラスチック研磨粒子「MC-3」の成分の組合せで100％に基づいて30重量％から成るように調製した。成形前、各々の配合物をBryant空気乾燥器内で79℃（175°Ｆ）にて４時間乾燥させた。
ブラシの基材は、直径５cm（２in）および厚さ2.54mm（0.1in）だった。ブラシには、254本の一体成形の剛毛があった。各々の剛毛は長さ1.27mm（0.50in）であり、根元の直径2.54mm（0.10in）から、根元から先端までの長さの80％における直径1.27mm（0.05in）までテーパが付いており、先端までの残りの長さの直径は1.27mm（0.05in）だった。剛毛基材におけるすみ肉半径は、約0.64mm（0.025in）だった。各ブラシは、米国特許第３，５６２，９６８号（Johnson等）に基づく取付手段として一体成形のスレッド付きスタッドを具備していた。
研磨ブラシがアルミニウム製ワークピースに使用するのに適するかどうかを判断するため、1.8kg（４lb）の荷重を20秒間にわたって付与し、11秒間持ち上げる装置上でブラシを試験した。これをワークピースについて30サイクル繰り返し、全体の試験時間は10分間だった。ワークピースは、38.1×38.1×0.32cm（15×15×1/8in）の5052アルミニウムの平らなプレートで、試験装置に取り付けるための0.64cm（1/4in）の中心穴を具備していた。プレートは、３分ごとに約１回転させた。研磨ブラシは、Ingersoll-Randサイクロンシリーズの直角研削盤、モデルTA 180 RG4、定格18,000RPM、0.70hpに取り付けた。研磨ブラシは、18,000RPMの自由回転で作動させた（実際のRPMは、これより多少少ない）。研磨ブラシは、ワークピースに対して７°の角度で保持した。ワークピースを試験の前後に計量したが、ブラシは、ワークピース上に材料の損失を生じなかった。
例７４に従って構成されたブラシは、下記のようにも使用した。ブラシを携帯回転工具と共に使用し、アルミニウムの自動車エンジンブロックからガスケットを除去したが、エンジンブロックから材料を除去せずにガスケット材料を完全に除去したことが観察された。また、ブラシを携帯回転工具と共に使用して、ペンキの外側コーティングを除去したが、ワークピースには下塗が残った、つまり以下のように作成されたミシガン州、ヒルズデールのACT Laboratories, Inc．が市販している試験パネルにｅ−コートが残った：
パネル１
材料：冷間圧延鋼、0.81mm（0.032in）厚、未仕上げ
名称：B952 P60 DIW
下塗剤：GPX05379
下塗：E98KD405黒色
透明塗：E126CD005防汚剤
パネル２
材料：冷間圧延鋼、0.81mm（0.032in）厚、未仕上げ
名称：C168 C20 DIW
ｅ−コート：ED3150A
下塗剤：80-1146（GPX5028）
下塗：872AB921黒色
透明塗：RK3840
ペンキ仕様：998-4065
以上で、いくつかの実施例に関して本発明について説明してきた。上記の詳細な説明および例は、分かりやすくするために記載したにすぎない。以上の説明は、本発明に不必要な制限を加えるものではない。当業者には、本発明の範囲を逸脱せずに上記の実施例に多くの変更を行うことが可能であることは明白である。たとえば、本発明に基づく研磨ブラシには、支持体または剛毛の開口部によるなど、先行技術で周知の方法により、作動中に冷却水、潤滑剤および洗浄液をワークピースに導入するための手段を装備することができる。したがって、本発明の範囲は、本明細書に記載されている正確な詳細および構成に限定すべきではなく、請求の範囲に記載されている構造およびこれと同等の構造に限定すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003976336.tif 000023
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
0003976336.tif 000025
【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
0003976336.tif 000029
【図１４ａ】
0003976336.tif 000030
【図１４ｂ】
0003976336.tif 000031
【図１５】
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【図１６】
0003976336.tif 000033
【図１７】
0003976336.tif 000034
【図１８ａ】
0003976336.tif 000035
【図１８ｂ】
0003976336.tif 000036
【図１８ｃ】
0003976336.tif 000037
【図１８ｄ】
0003976336.tif 000038
【図１９】
0003976336.tif 000039
【図２０】
0003976336.tif 000040
【図２１】
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【図２２】
0003976336.tif 000042
【図２３】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３６】
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【図３７】
0003976336.tif 000053
【図３８】
0003976336.tif 000054
【図３９】
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【図３２】
0003976336.tif 000056
【図３３】
0003976336.tif 000057
【図３４】
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【図３５】
0003976336.tif 000059
【図４０】
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