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Hintergrund
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Die
Erfindung betrifft beschichtete Schleifmittel und insbesondere ein
Verfahren oder die Herstellung beschichteter Schleifmittel mit einer
gemusterten Oberfläche.
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Es
ist wohlbekannt, daß durch
die selektive Ablagerung von Schleifmaterialien auf einem Substrat
erhebliche Vorteile erhalten werden können. Diese können von
der Vermeidung von vergeudetem Korn durch Nicht-Ablagerung auf den
Teilen eines Substrats, die keine aktive Schleifwirkung während herkömmlicher
Verwendung ausüben,
bis zur Bildung von Inseln von Schleifmaterial reichen, die eine effiziente
Nutzung des Schleifkorns und Raum für während des Schleifens weg zu
transportierenden Schleifabfalls sicherstellen. Die vorliegende
Erfindung gewährleistet
einen sehr effektiven und vielseitigen Weg zur Herstellung von gemusterten
Oberflächen
beschichteter Schleifmittel, die an alle Arten von beschichteten
Schleifmittelanwendungen angepaßt werden
können.
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Bei
der Herstellung herkömmlicher
beschichteter Schleifmittel wird eine Unterlage mit einer Grundschicht
zur Verfügung
gestellt, deren primäre Funktion
es ist, darauf abgelagertes Schleifkorn an die Unterlage zu binden.
Das Korn wird daher aufgebracht, bevor die Grundschicht voll ausgehärtet ist, so
daß diese
es dem Korn noch ermöglicht,
an deren Oberfläche
zu haften. Eine Deckschicht wird dann über das an der Grundschicht
haftende Korn aufgebracht und die primäre Funktion dieser Schicht
ist es, das Korn an der Unterlage zu verankern. Es ist daher klar,
daß, wenn
eine Grundschicht in einem Muster anstelle einer gleichförmigen Beschichtung über das Unterlagenmaterial
aufgebracht wird, das darauf abgelagerte Korn nur an dem Muster
haften wird, in welchem die Grundschicht abgelagert worden ist.
Dies stellt einen bekannten Weg für die Herstellung gemusterter
Oberflächen
zur Verfügung.
Dies bedeutet jedoch, daß nicht
haftendes Schleifkorn gesammelt und von der Unterlage abgetrennt
werden muß,
während
der Herstellungsprozeß weiter
läuft.
Dies kann zu Problemen führen
und ist im allgemeinen ineffizient. Des weiteren ist das selektive
Drucken von spezifischen Bereichen mit der Grundschicht nicht einfach,
da es bedeutet, daß anstelle der
Verwendung einer einfachen Walzenbeschichtungsvorrichtung mit einem
Abstreichmesser zur Sicherstellung der Gleichmäßigkeit oder eines Ablagerungsmechanismuses
mittels einer Schlitzdüse
mehrere Ablagerungsöffnungen
freifließend
gehalten werden müssen,
um eine gleichmäßig gemusterte
Oberfläche
eines beschichteten Schleifmittels sicherzustellen.
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Ein
alternatives Verfahren umfaßt
die Verwendung einer Maskierungsschicht, welche die Ablagerung einer
Grundschicht und/oder von Schleifkorn nur an Stellen erlaubt, die
Löchern
in der Maskierungsschicht entsprechen. Dies kann sehr effektiv sein,
aber die Entfernung der Maskierungsschicht kann zu Problemen führen, wenn
es eine Eindringung hinter die Schicht gegeben hat, was bewirken könnte, daß die Schicht
schwierig zu entfernen ist, oder wenn es einige Überlappung gegeben hat, so daß die Entfernung
der Schicht bewirkt, daß auch
etwas von dem Schleifmittel entfernt wird. Ferner kann die Maskierungsschicht
nicht wiederverwendbar sein, wenn sie nicht sorgfältig gereinigt
wird, und dies stellt eine unnötige
Unannehmlichkeit und Kosten dar.
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Die
Ablagerung von Korn erfolgt im allgemeinen durch Zuführung mittels
Schwerkraft oder durch elektrostatische Ablagerung. Bei einem Verfahren durch
Zuführung
mittels Schwerkraft wird das Korn aus einem Ablagerungsbehälter in
einer (hoffentlich) gleichmäßigen Weise
abgelagert, obwohl dies davon abhängt, daß sichergestellt ist, daß das Korn
freifließend
bleibt. Die Tendenz ist jedoch zu viel abzulagern, so daß, wenn
die Substratoberfläche über eine Rolle
läuft,
um die Bewegungsrichtung umzukehren, die beschichtete Oberfläche nach
unten schaut und überschüssiges,
nicht an die Grundschicht anhaftendes Korn abfällt. Es wurde vorgeschlagen,
Korn selektiv unter Verwendung einer Reihe von gerichteten Leitblechen
auf dem Substrat abzulagern, um ein gewünschtes Muster zu erhalten.
Bei solch einem Verfahren ist die Unterlage im allgemeinen gleichmäßig mit
der Grundschicht bedeckt, so daß die
Herstellung einer gemusterten Oberfläche eine Funktion der physikalischen
Steuerung der Ablagerung von Korn auf der Grundschicht ist. Während solche
Verfahren sehr effizient sind, wird die Verwendung problematischer, wenn
die Schleifkorngröße geringer
wird, da die kleineren Körner
eher zu Fließproblemen
neigen, was zu einer Unterbrechung des Musters führen könnte. Zusätzlich besteht das mögliche Problem
der Überdosierung
und des Fehlens einer Bestimmtheit des Musters, solange nicht die
Positionierung des Leitbleichs und die Bahngeschwindigkeit entsprechend gesteuert
werden.
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Bei
einem Verfahren mit elektrostatischer Ablagerung, oft als ein UP
(Aufwärtsschleuder, „upward
projection") Verfahren
bezeichnet, wird eine Schleifkorn enthaltende Schale zwischen zwei
Elektroden angeordnet, wobei die obere Elektrode geerdet ist und
die untere daran angepaßt
ist, eine Ladung zu tragen. Eine Unterlage, auf der sich eine Grundschicht
befindet, wird zwischen den Elektroden und oberhalb der Schale mit
Schleifkorn hindurchgeführt.
Um die Kornablagerung zu beginnen, wird die untere Elektrode unter
Spannung gesetzt und Schleifkorn wird nach oben in Richtung der
geerdeten Elektrode geschleudert und es haftet an der Grundschicht
auf dem Substrat. Dies ergibt eine sehr gleichmäßige, steuerbare Beschichtung
und wird aus diesem Grund häufig
angewandt. Es ist jedoch nicht leicht anpaßbar zur Erzeugung von Mustern,
sofern nicht gemusterte Grundschichtablagerungen verwendet werden,
die an den oben beschriebenen Nachteilen leiden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein außerordentlich vielseitiges
und effizientes Verfahren zur Herstellung von gemusterten Oberflächen auf
einem beschichteten Schleifmittel unter Verwendung einer effizienten
UP Ablagerungstechnik zur Verfügung.
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Allgemeine
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines
beschichteten Schleifmittels mit einer gemusterten Oberfläche zur
Verfügung, welches
die Ablagerung von Schleifkorn auf einem Substrat mittels einer
elektrostatischen Schleudertechnik umfaßt, wobei das Feld, durch welches
das Korn geschleudert wird, gesteuert wird, um zu gewährleisten,
daß das
Korn bevorzugt in dem gewünschten
Muster abgelagert wird.
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Im
wesentlichen wird das Muster durch Erzeugung eines nicht-homogenen,
elektrostatischen Ablagerungsfelds entsprechend dem Muster gebildet.
Das „Muster" kann ein einfacher
Umfangsring um eine Schleifscheibe herum oder es können Linien entlang
der Kanten eines Schleifpapiers sein. Alternativ dazu kann es ein
Muster von Punkten sein, wobei jeder Punkt jede gewünschte Konfiguration
und die Musterelemente jeden gewünschten
Abstand aufweisen können.
Die Begrenzung jeden Elements des Musters ist nicht notwendigerweise
klar, weil elektrostatische Felder zwischen Elektroden nicht durch
klare Trennlinien begrenzt sind. Es gibt jedoch eine klar höhere Ablagerungsmenge
entsprechend den Bereichen der höchsten
Intensität
des elektrostatischen Felds, und dies ist die Basis des „Musters", so wie dieser Begriff
hierin verwendet wird.
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In
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll der Begriff „nicht-homogen" absichtlich eingefügte Veränderungen
in der Intensität
des elektrostatischen Felds ausdrücken, durch welches das Schleifkorn
in Richtung auf die Unterlage geschleudert wird. Er bezieht sich
nicht auf Kanteneffekte, die oft in Bereichen um die Kanten von
Elektroden herum beobachtet werden, wo es einige Schwächung der Stärke des
Feldes geben kann.
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Die
Veränderungen
können
durch eine Anzahl von Wegen erzeugt werden, von denen jeder erhebliche
Vorteile für
verschiedene Anwendungen gewährleisten
kann. Das Feld kann beispielsweise im wesentlichen einheitlich zwischen
herkömmlichen Elektroden
sein, jedoch lokal intensiviert durch den Durchgang eines behandelten
Ablagerungssubstrats zwischen den Elektroden. Somit wird zum Beispiel eine
Unterlage mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche mit
einer auf der ersten Hauptoberfläche
aufgebrachten Grundschicht und einem in einer leitfähigen Tinte
auf die zweite Hauptoberfläche gedruckten
Muster, während
sie zwischen den Elektroden hindurchgeht, das Feld lokal intensivieren
und dadurch die Ablagerung auf der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegend
den bedruckten Bereichen. Wenn die Feldstärke so eingestellt wird, daß in Abwesenheit
der lokalen Intensivierung diese nicht ausreicht, um eine signifikante
Ablagerung des Korns auf dem Substrat zu bewirken, wird das Korn
in einem Muster abgelegt werden, das dem auf der Rückseite des
Films aufgedruckten Muster entspricht. Dieses Muster kann so einfach
sein wie eine Reihe von Punkten oder Streifen oder vielleicht komplexere Muster
wie gewünscht.
Manchmal kann es wünschenswert
sein, Streifen entlang der seitlichen Kanten eines Blattes zu drucken,
um eine erhöhte
Ablagerung in einem Bereich sicherzustellen, der in herkömmlichen
UP Verfahren oft ungenügend
mit Schleifkorn versorgt wird. Das Bedrucken wird am häufigsten
auf der Rückseite
des Substrats angewandt, das ist die Seite gegenüber derjenigen, auf welcher
das Schleifkorn abzulagern ist. Dies ist jedoch nicht wesentlich,
und Bedrucken auf der kornaufnehmenden Seite kann oft Vorteile aufweisen.
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Diese
Ausführungsform
des Verfahrens ist besonders effektiv, wenn die Unterlage ein Kunststoffilm
oder Papier und kein gewebtes Material ist, welches eine weniger
intensive lokale Veränderung
des Feldes erzeugt und daher eine weniger klare Begrenzung des gewünschten
Musters.
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Erzeugen
des Musters durch Drucken mit leitfähiger Tinte bietet den großen Vorteil
extrem vielseitig zu sein, und, da es herkömmliche UP Ablagerungsausrüstung verwendet,
kann es in Verbindung mit einer geeigneten Druckstation verwendet
werden, um jedes gewünschte
Muster zu erzeugen, ohne umfassende Modifizierung der UP Kornablagerungsvorrichtung
zwischen Läufen
mit verschiedenen Mustern.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist gut angepaßt
zur Verwendung in einem kontinuierlichen Verfahren, so wie einer
herkömmlichen
Technik zur Herstellung von beschichteten Schleifmitteln, welche eine
große
Rolle beschichteten Schleifmittels erzeugt („Jumbo" genannt), die dann geschnitten und/oder gespleißt wird,
um Schleifscheiben oder Bänder
zu erzeugen. Es kann auch bei der Herstellung einzelner Scheiben
verwendet werden, bei welchem einzelne Scheiben des Unterlagenmaterials
in dem UP Kornablagerungsfeld plaziert werden, um das Schleifkorn
aufzunehmen. Diese Scheiben können geeignete
Muster an leitfähiger
Tinte erhalten, bevor sie in das Feld gebracht werden.
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Ein
alternatives Verfahren zur Variierung der Intensität des elektrostatischen
Feldes verwendet geformte Elektroden. Bei der einfachsten Ausführungsform
ist die geschliffene Elektrode ringförmig. Wenn diese in einem kontinuierlichen
Verfahren verwendet wird, wird es notwendig sein, das Feld in unterbrochener
Weise zu erzeugen und mit dem Durchgang der Unterlage zwischen den
Elektroden zu koordinieren. Es ist jedoch möglich, einzelne Scheiben herzustellen,
die vorgeschnitten und auf einem Fördermittel positioniert sind,
das zwischen den Elektroden hindurchgeht, vorausgesetzt, daß der zeitliche Ablauf
der Ablagerung genau gesteuert werden kann, um der Position auf
der Scheibe zu entsprechen.
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Die
gemusterte Elektrode kann, mit dem gleichen Ergebnis, entweder die
mit Spannung beaufschlagte Elektrode sein oder die geerdete. Eine
weitere Verfeinerung wäre
es ähnliche
Muster sowohl auf der mit Spannung beaufschlagten wie der geerdeten
Elektrode zu haben.
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Gemusterte
Elektroden können
einfach durch gemustertes Drucken unter Verwendung leitfähiger Tinte
oder eines isolierenden Substrats, wie einem Polyester- oder Polyvinylidenfluoridfilm,
hergestellt werden. Alternativ dazu kann ein metallbeschichteter,
isolierender Film geätzt
werden, um das gewünschte
Muster zu ergeben. Andere auf dem Fachgebiet gut bekannte Techniken
können
auch eingesetzt werden, um gemusterte Elektroden zu erzeugen.
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Eine
besonders effektive gemusterte Elektrode weist die Form eines Laminats
auf, bei welchem eine gemeinsame Träger- oder Basisschicht eines
leitfähigen
Materials mit einem isolierenden Material mit leitfähigen Fortsätzen durch
die isolierende Schicht überlagert
ist, was auf der Oberfläche
ein Muster von leitfähigen
Segmenten in elektrischem Kontakt mit der leitfähigen Basisschicht gewährleistet.
Bei einer einfachen Form ist die Oberfläche der Elektrode eine Reihe
von kleinen Platten, welche effektiv Mini-Elektroden darstellen,
die gleichmäßig beabstandet
und durch isolierendes Material getrennt sind. Wie vorher kann die
gemusterte Elektrode die geerdete Elektrode oder die mit Spannung
beaufschlagte Elektrode sein oder es können möglicherweise beide sein. Wie
vorher sind diese Elektroden dazu geeignet entweder bei einem kontinuierlichen Herstellungsmodus
in Form einer Jumborolle oder bei der Herstellung einzelner Scheiben
in einem sorgfältig
zusammenpassenden Ansatz verwendet zu werden.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht eines kontinuierlichen Verfahrens, das
ein rückseitig
bedrucktes Unterlagenmaterial verwendet.
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2a zeigt
einen Aufbau zur Herstellung einzelner Scheiben mit Schleifkorn,
das vorwiegend um die Kante einer Scheibe mit dem geeigneten rückseitigen
Druck abgelegt ist.
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2b zeigt Rück- und Vorderansicht der erhaltenen
Scheiben, wobei die bedruckte Rückseite der
Scheibe links und die schleifmittelbeschichtete Oberfläche rechts
gezeigt ist.
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3 zeigt
einen Aufbau für
die Herstellung einzelner Scheiben unter Verwendung einer ringförmigen,
geerdeten Elektrode.
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4 zeigt
einen Querschnitt einer laminierten Elektrode.
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5 (a, b und c) zeigt in schematischer Form
drei verschiedene Anordnungen, die solche laminierten Elektroden
verwenden.
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6 zeigt
einen Aufbau, bei welchem sowohl rückseitig bedrucktes Substrat
als auch laminierte Elektroden eingesetzt werden.
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7 umfaßt drei gescannte Bilder von Schleifscheiben,
die gemäß des unten
beschriebenen Verfahrens nach Beispiels 1 hergestellt wurden.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Die
Erfindung wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, die einige der möglichen
Kombinationen und Anwendungen der Erfindung erläutern. Sie stellen natürlich keine
erschöpfende
Zusammenfassung der Optionen dar, die für den Fachmann auf der Basis
von deren Offenbarung offensichtlich sich.
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In 1 liegt
eine Elektrode 8, verbunden mit der Erde 1, einer
spannungsbeaufschlagten Elektrode 9 gegenüber, die
mit einer Stromquelle 7 verbunden ist. Ein Kornförderband 6,
welches Korn 5 trägt,
läuft zwischen
den Elektroden in der Nähe
der spannungsbeaufschlagten Elektrode durch. Ein Unterlagenmaterial 3 für beschichtetes
Schleifmittel mit einer Schicht aus ungehärteter Grundschicht 2 und einem
Muster 4, das auf die Rückseite
mittels einer leitfähigen
Tinte gedruckt ist, läuft
zwischen den Elektroden in der Nähe
der geerdeten Elektrode durch. Sobald die gemusterten Teile der
Unterlage in die Zone zwischen den Elektroden eintreten, wird von dem
Förderband
auf der Grundschicht abzulagerndes Korn in den Bereichen geschleudert,
die dem gedruckten Muster auf der gegenüberliegenden Seite der Unterlage
gegenüberliegen.
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2a zeigt
einen ähnlichen
Aufbau zu dem in 1 gezeigten, mit der Ausnahme,
daß das
Muster die Form eines Ringes aufweist und die Unterlage in Form
einer separaten Scheibe vorliegt. 2b zeigt
die Rückseite
(links) und die Vorderseite (rechts) der Scheibe nach der Behandlung
unter Verwendung des Aufbaus aus 2a. Die
Rückseite wurde
mit einem Ring 4 aus leitfähiger Tinte bedruckt, und das
Ergebnis ist ein passender Ring 5 aus Schleifkorn, der
an der Grundschicht 2 anhaftet, auf der Vorderseite der
Unterlage 3.
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3 verwendet
eine geerdete Ringelektrode 8 und eine gegenüberliegende
mit Spannung beaufschlagte Elektrode 9. Einer das Schleifkorn 5 enthaltenden
Trägerschale 10 liegt
die eine Grundschicht 4 tragende Scheibe 3 gegenüber. Wenn
die mit Spannung beaufschlagte Elektrode mit der Stromquelle 7 verbunden
wird, wird Korn von dem Trägerschale
auf die Unterlagenscheibe geschleudert, um ein Muster zu erzeugen,
das dem in 2b gezeigten ähnlich ist.
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4 zeigt
eine andere Anordnung, bei welcher die mit Spannung beaufschlagte
Elektrode und die geerdete Elektrode in Form von Laminaten vorliegen,
die eine leitfähige
Unterlagenplatte enthalten, die tief geätzt worden ist, um eine Vielzahl
von leitfähigen
Elementen 11 und isolierendem Material 12, das
die geätzten
Räume zwischen
den Elementen ausfüllt,
zurückzulassen.
Die Elektroden liegen in Form von sich auf Riemenscheiben bewegenden Bändern vor,
um eine Elektrode zur Verfügung
zu stellen, die sich mit der Geschwindigkeit des Unterlagenmaterials
bewegt, wenn sich dieses zwischen den Elektroden bewegt. Tatsächlich sind
die Elektroden eine Vielzahl von Mini-Elektroden, so daß das Feld
eher als ein kontinuierliches Feld zwischen zwei statischen Elektroden
eine Vielzahl individueller Felder darstellt. Es wird daher eine
längere
Zeitdauer geben, während
der gegenüberliegende
Paare von Mini-Elektroden ein Feld erzeugen werden, das ausreichend
ist, um Korn von der Förderbandschale
auf die Grundschicht auf der Unterlage voranzutreiben.
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In 5 ist angezeigt, daß es nicht notwendig ist, daß beide
Elektroden in der in 4 erläuterten laminierten Form vorliegen,
sondern mit einer statischen Elektrode kombiniert werden können, die
entweder die mit Spannung beaufschlagte oder die geerdete Elektrode
sein kann.
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In 6 ist
der in 4 gezeigte Aufbau mit einem Muster kombiniert,
das mittels leitfähiger
Tinte auf der Rückseite
der Unterlage gedruckt ist, um die Stärke des Feldes zwischen den
Mini-Elektroden hervorzuheben.
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Beispiel 1
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In
diesem Beispiel erläutern
wir die Ergebnisse der Benutzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die verwendete Vorrichtung ist wie in 3 gezeigt,
mit der Ausnahme, daß die
geerdete Elektrode anstelle der in der Zeichnung gezeigten Ringelektrode
eine flache Elektrode war. Die mit Spannung beaufschlagte Ringelektrode
hatte einen Außendurchmesser
von 20,32 cm, eine radiale Ausdehnung von 4,45 cm. Ein Unterlagenmaterial
aus vulkanisierter Faser beschichtet mit einem druckempfindlichen Haftmittel
(als Ersatz verwendet für
die ungehärtete Grundschicht,
die in einem kommerziellen Vorgang verwendet werden würde) war
an der geerdeten Elektrode befestigt. Der Abstand zwischen dem Unterlagenmaterial
und der mit Spannung beaufschlagten Elektrode betrug 1,11 cm. Eine
Schale mit Schleifkorn wurde zwischen den Elektroden benachbart
zu der mit Spannung beaufschlagten Elektrode plaziert, die dann
mit einer 10-30 kV Gleichstromquelle verbunden wurde. Das Muster
der Ablagerung ist in den gescannten Bildern wie in 7 präsentiert gezeigt,
die drei auf diese Weise mit verschiedenen Zeiten der Ablagerung
beschichtete Scheiben zeigt. Sie zeigen ein klares Muster der Ablagerung
in dem bevorzugten Randbereich, wo praktisch die gesamte Schleifwirkung
auftritt, wenn solch eine Schleifschiebe eingesetzt wird.
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Die
Erfindung wurde oben beschrieben in Bezug auf deren Anwendung bei
der Herstellung von beschichteten Schleifmitteln durch eine Abwandlung eines
herkömmlichen
UP Ablagerungsverfahrens. Sie kann jedoch auch an Verfahren angepaßt werden,
bei denen eine Schicht eines funktionellen Pulvers über die
Oberfläche
einer Schicht aufgebracht wird, die in einem härtbaren Bindemittel dispergierbares
Schleifkorn enthält.
Es ist beabsichtigt, daß dieses
funktionelle Pulver spezifische Oberflächeneigenschaften vermittelt,
und es kann oft feines Schleifkorn enthalten. Ein Verfahren, das
solch eine Beschichtung verwendet, ist in den US Patenten 5,833,724
und 5,863,306 beschrieben. Die Beschichtung kann unter Verwendung
einer UP Schleudertechnik aufgebracht werden, und es ist klar, daß die Verwendung
der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit solch einem Verfahren
auch als in den beabsichtigten Schutzbereich der Erfindung fallend angesehen
wird.