ES2297284T3 - Cierre para articulos de tratamiento de superficies y sistema de liberacion rapida. - Google Patents
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Abstract
Un artículo de tratamiento de superficies, que comprende: a) un elemento de tratamiento de superficies que incluye un soporte generalmente plano (30), dicho soporte incluye una superficie de trabajo (32) y una superficie trasera (34), dicha superficie de trabajo tiene las características deseadas para refinar una superficie; y b) un cierre (11) localizado en dicha superficie trasera, dicho cierre incluye: i) un primer extremo (12) enfrente de dicho soporte; ii) un segundo extremo (14) contiguo a dicho soporte; iii) una parte cónica (16), el área de la sección transversal de dicha parte cónica aumenta en la dirección desde dicho primero extremo hacia dicho segundo extremo; iv) un surco (20) localizado entre dicha parte cónica y dicho segundo extremo; y v) una parte de unión que tiene una sección transversal no circular y no poligonal.
Description
Cierre para un artículo de tratamiento de
superficies y sistema de liberación rápida.
La presente invención se refiere en general a
artículos abrasivos y más especialmente a disposiciones para montar
artículos abrasivos en una placa soporte.
La patente de los EE.UU. nº 3.562.968 para
Johnson et al. describe una herramienta de tratamiento
superficies que contempla una instalación fácil del artículo de
tratamiento de superficies. El artículo de tratamiento de
superficies tiene adherido a él un botón de propulsión que se acopla
a una abertura cilíndrica complementaria en un montaje propulsor
que comprende una placa soporte que está propulsada por un medio de
propulsión. El botón de propulsión unido de forma adhesiva
contempla una unión y retirada fáciles de los elementos de
tratamiento de superficies sin herramientas especiales de montaje.
Un sistema de cierre similar incorporado en diversas realizaciones
de cepillos moldeados integralmente se describe en la patente de los
EE.UU. nº 5.679.067, "Molded Abrasive Brush," (Johnson et
al.); y en la solicitud de patente internacional de la OMPI nº
WO96/33638, "Abrasive Brush and Filaments," (Johnson et
al.).
Los discos de acondicionamiento de superficies
que tienen un botón macho roscado unido a la cara trasera del disco
mediante un adhesivo están disponibles de forma comercial como
discos de acondicionamiento de superficies Roloc^{TM} de
Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota.
También están disponibles discos abrasivos recubiertos que incluyen
un botón macho roscado unido a la cara trasera. Estos discos de
acondicionamiento de superficies tienen en la cara delantera un
material abierto de red no tejida tridimensional, adaptable formado
por fibras sintéticas y partículas abrasivas. Esta red está
punzonada a un soporte de rejilla tejido abierto. La patente de los
EE.UU. nº 3.688.453 para Legacy et al. describe artículos
abrasivos que comprenden una red no tejida expansible punzonada a
un soporte tejido e impregnada con resina y abrasivo.
Aunque el éxito comercial del sistema de unión
de los artículos abrasivos Roloc^{TM} ha sido impresionante, es
deseable mejorar adicionalmente el sistema de unión.
El documento
US-A-2.671.964 describe un artículo
de tratamiento de superficies que comprende:
a) un elemento de tratamiento de superficies que
incluye un soporte generalmente plano, dicho soporte incluye una
superficie de trabajo y una superficie trasera, dicha superficie de
trabajo tiene las características deseadas para refinar una
superficie; y
b) un cierre, dicho cierre incluye:
- i)
- un primer extremo enfrente de dicho soporte;
- ii)
- un segundo extremo contiguo a dicho soporte;
- iii)
- una parte cónica, el área de la sección transversal de dicha parte cónica aumenta en la dirección desde dicho primer extremo hasta dicho segundo extremo;
- iv)
- un surco localizado entre dicha parte cónica y dicho segundo extremo; y
- v)
- una parte de unión que tiene una sección transversal poligonal.
El cierre no está unido de una forma permanente
al artículo de tratamiento de superficies.
Un aspecto de la presente invención proporciona
un artículo de tratamiento de superficies cono se define en la
reivindicación 1. El artículo de tratamiento de superficies
comprende un elemento de tratamiento de superficies con un cierre
en su superficie trasera. El elemento de tratamiento de superficies
incluye un soporte generalmente plano que incluye una superficie de
trabajo y una superficie trasera, en el que la superficie de trabajo
tiene las características deseadas para refinar una superficie. El
cierre incluye: i) un primer extremo enfrente del soporte; ii) un
segundo extremo contiguo al soporte; iii) una parte cónica que
aumenta de área de la sección transversal en la dirección desde el
primer extremo hasta el segundo extremo; iv) un surco localizado
entre la parte cónica y el segundo extremo; y una parte de unión
que tiene una sección transversal no circular y no poligonal.
El elemento de tratamiento de superficies puede
ser un cepillo moldeado que incluye una pluralidad de cerdas que se
extienden desde el soporte. En este caso, el cierre puede estar
moldeado integralmente con el cepillo moldeado. El elemento de
tratamiento de superficies puede ser un artículo abrasivo recubierto
que tiene el cierre unido a él. El elemento de tratamiento de
superficies puede ser un artículo de acondicionamiento de
superficies no tejido que tiene el cierre unido a él.
El artículo de tratamiento de superficies de la
presente invención se puede usar con un sistema de liberación
rápida para unir de forma liberable un artículo de tratamiento de
superficies a una placa soporte. El sistema incluye un artículo de
tratamiento de superficies con un cierre como se describió
anteriormente, y una placa soporte. La placa soporte incluye un
cuerpo con una superficie delantera y una superficie trasera, una
abertura de montaje dispuesta en la superficie delantera. La
abertura está formada por una superficie interior generalmente
perpendicular a cuerpo y que define una sección transversal no
circular que corresponde a la sección transversal de la parte de
unión. La abertura incluye un medio elástico montado en ella para
acoplar de forma liberable el surco en el cierre.
La presente invención proporciona también un
cierre para uso con un elemento rotatorio de tratamiento de
superficies como se define en la reivindicación 2. El cierre
comprende una base y un componente del cierre. La base incluye una
superficie delantera y una superficie trasera, y un componente del
cierre que se extiende desde la superficie trasera. El componente
del cierre incluye un primer extremo enfrente del soporte de la
base, un segundo extremo contiguo a la base, una parte cónica que
aumenta de área de la sección transversal en la dirección desde el
primer extremo hasta el segundo extremo, un surco localizado entre
la parte cónica y el segundo extremo, y una parte de unión que
tiene una sección trasversal no circular y no poligonal.
La presente invención se explicará
adicionalmente con referencia a las Figuras adjuntas, en las que las
estructuras iguales se indican con las mismas referencias numéricas
en todas las diversas vistas, y en las que:
La Figura 1 es una vista lateral elevada de un
artículo de tratamiento de superficies que incluye un cierre de
liberación rápida;
La Figura 2 es una vista plana desde arriba del
artículo de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista lateral elevada de una
placa soporte para uso con el artículo de tratamiento de
superficies;
La Figura 4 es una vista de la sección
transversal de la placa soporte de la Figura 3;
La Figura 5 es una vista de la sección
transversal del artículo de tratamiento de superficies de la Figura
1 montado en la placa soporte de la Figura 4;
La Figura 6 es una vista lateral de un artículo
de tratamiento de superficies alternativo; y
La Figura 7 es una vista lateral de aún otro
artículo de tratamiento de superficies alternativo.
La presente invención está dirigida a artículos
de tratamiento de superficies que incluyen un cierre de liberación
rápida en su superficie trasera. El cierre puede ser integral y
unitario con los artículos de tratamiento de superficies, tal como
cuando el artículo es un cepillo moldeado y el cierre está moldeado
con él. Alternativamente, el cierre puede ser un elemento separado
que está unido al elemento de tratamiento de superficies. Tales
realizaciones incluyen discos abrasivos recubiertos y discos de
acondicionamiento de superficies no tejidos que tienen el cierre
montado en su superficie trasera. Los cepillos moldeados pueden
tener también el cierre formado separadamente y después unido a
ellos.
Respecto a las Figuras 1 y 2, el artículo de
tratamiento de superficies 10 es un cepillo moldeado. El cepillo 10
comprende un soporte 30 que tiene una superficie delantera 32 y una
superficie trasera 34. Diversas cerdas 36 sobresalen aparentemente
desde la superficie 32 del soporte 30. Entre las cerdas 36 existen
espacios en los que la superficie delantera 32 del soporte está
expuesta. En una realización, el cepillo está preferentemente
moldeado de forma integral y comprende un polímero moldeable
básicamente libre de partículas abrasivas. En otra realización, el
cepillo está moldeado preferentemente de forma integral y comprende
una composición generalmente homogénea de partículas abrasivas en
un polímero moldeable. En otra realización las partículas abrasivas
pueden estar dispersadas homogéneamente dentro de las cerdas 36
pero no en el soporte 30.
El artículo de tratamiento de superficies 10
comprende el cierre 11 incorporado en el soporte 30. El cierre
proporciona un medio de asegurar el artículo de tratamiento de
superficies 10 a una herramienta rotatoria y/o a una placa de apoyo
o una placa soporte durante el uso. Se prefiere que el cierre 11
esté moldeado de forma integral con el soporte y las cerdas. Se
prefiere que el cierre 11 esté centrado respecto al soporte para
una rotación adecuada. El cierre está adaptado para unir el artículo
de tratamiento de superficies a una herramienta rotatoria de
velocidad elevada, tal como una amoladora de ángulo recto, por
ejemplo. Tal disposición permite que el artículo de tratamiento de
superficies rote a velocidades elevadas sobre un eje de rotación
centrado en el medio de unión, y generalmente perpendicular al
soporte (para bases planas, llanas). En tal realización, cada cerda
se traslada en un camino circular sobre el eje de rotación, mientras
esté orientada generalmente de forma paralela al eje de rotación.
Preferentemente, el cepillo y el cierre están configurados para
poder hacerlos rotar a al menos 100 RPM, dependiendo del tamaño y
configuración, preferentemente a al menos 5.000 RPM, y algunos
cepillos menores se pueden hacer rotar a hasta 30.000 RPM. El cierre
11 puede estar hecho del mismo material que el resto del cepillo
10, y puede contener las partículas abrasivas opcionales.
Alternativamente, el cierre 11 puede estar hecho de una inyección
separada de polímero moldeable sin partículas abrasivas.
El cierre 11 incluye un primer extremo 12 que
está configurado para ajustarse en una abertura correspondiente en
la placa soporte o árbol motor como se describe a continuación. El
cierre 11 incluye también un segundo extremo 14 contiguo al soporte
del artículo de tratamiento de superficies. Contigua al primer
extremo 12 está una parte cónica 16 para facilitar el acoplamiento
del cierre 11 en la abertura de la placa soporte y para facilitar
el acoplamiento con la junta tórica descrita a continuación.
Contigua a y posterior desde el cono 16 está una parte plana 18 que
define el extremo inferior del surco 20. Posterior al surco 20 está
un cono 22 que evoluciona hacia las paredes planas 24 y esquinas
26. Las paredes 24 y las esquinas 26 están configuradas para
cerrarse de forma ajustada con las paredes y esquinas de la abertura
en una placa soporte. Las paredes 24 definen de esta forma una
parte de unión con una sección transversal que corresponde a la
sección transversal de la abertura en la placa soporte. El surco 20
está configurado para un acoplamiento a presión con la junta tórica
80 en la placa soporte 50. Posterior a las paredes planas 24 está la
superficie trasera 34 del soporte 30 en el cepillo moldeado.
La Figura 3 ilustra una vista lateral de una
placa soporte 50 para uso con los artículos de tratamiento de
superficies descritos en la presente memoria. La placa soporte 50
incluye una superficie delantera 54 para sostener el artículo de
tratamiento de superficies y una superficie trasera 56 que se
estrecha en la protuberancia 58. La protuberancia 58 incluye un
primer extremo 60 que tiene en él un rebaje 61. Montado en el rebaje
61 está una tuerca de montaje 90 que tiene un diámetro interno de
roscado 92 para el acoplamiento con el árbol motor en una
herramienta con motor. La placa soporte podría incluir en su lugar
una disposición de cambio rápido para unión a una herramienta con
motor. Como se ve en la Figura 4, la placa soporte 50 incluye una
abertura 64 en la superficie delantera 54 para recibir el cierre 11
en el artículo de tratamiento de superficies. En la realización
ilustrada que no está dentro del alcance de la invención, la
abertura 64 incluye paredes planas 66 que se unen a las esquinas
68, en las que las paredes definen una abertura de sección
transversal hexagonal 64. La abertura incluye también un surco 70
en el que se mantiene una junta tórica 80. Dependiendo del material
de la placa soporte, el surco 70 puede estar moldeado en la abertura
64 o elaborado a máquina en la abertura 64.
La Figura 5 ilustra el cierre 11 del artículo de
tratamiento de superficies 10 montado en la placa soporte 50. El
cierre 11 y la abertura 64 en la placa soporte 50 están configurados
para acoplarse a presión uno con otro para minimizar la rotación
relativa entre la placa soporte y el artículo de tratamiento de
superficies. La placa soporte tiene preferentemente un diámetro un
tanto más pequeño que el artículo de tratamiento de superficies.
Sin embargo, la placa soporte puede ser significativamente menor que
el artículo de tratamiento de superficies, o puede se mayor que el
artículo de tratamiento de superficies. El material y tamaño del
cierre 11 y de la placa soporte 50 en la abertura 64 se seleccionan
para resistir el par motor transmitido durante el uso de la placa
soporte 10 con una herramienta a motor. Los materiales preferidos
para el cierre 11 incluyen los materiales preferidos para el
cepillo moldeado 10 descrito a continuación, u aquellos materiales
descritos a continuación para el cierre 11 tratados con respecto a
las Figuras 6 y 7. Los materiales preferidos para la placa soporte
50 incluyen metal, Nailon, caucho duro, y materiales compuestos.
El surco 20 en el cierre 11 se acopla con una
junta tórica 80 para evitar la liberación involuntaria del artículo
de tratamiento de superficies 10 de la placa soporte 50, mientras se
permite que el artículo de tratamiento de superficies se retire
fácilmente de la placa soporte sin herramientas simplemente
arrancando el artículo 10 de la placa soporte 50 con suficiente
fuerza para vencer el ajuste a presión entre la junta tórica 80 y
el surco 20. Se observa que la distancia entre la superficie
posterior 34 del soporte 30 y el surco 20 en el cierre 11 se puede
elegir tal que la superficie delantera 54 de la placa soporte 50 se
acople con el hombro de la superficie trasera 34 del soporte 30
cuando el surco 20 está acoplado con la junta tórica 80. También se
observa que el cono 16 en el cierre 11 facilita el acoplamiento del
cierre con la junta tórica, y ensancha la junta tórica según el
cierre 11 se inserta en la abertura 64 en la placa soporte 50. La
junta tórica elástica y fuerte 80 vuelve de golpe a un diámetro
menor y se acopla con el surco 20 en el cierre 11. La junta tórica
80 puede ser en su lugar cualquier tipo de componente elástico que
se acople de forma liberable con el surco 20 en el cierre 11.
Componentes elásticos adecuados incluyen juntas aislantes,
abrazaderas C, y similares. Estos pueden estar hechos de cualquier
material adecuado tal como metal, caucho, vinilo, o materiales
compuestos seleccionados para permitir que el componente elástico
se estire de forma elástica sin deformación permanente
significativa, y entonces se ponga en contacto con el surco en el
cierre.
Las dimensiones de las paredes 24 en el cierre
11 con respecto a la abertura 64 en la placa soporte 50 se deberían
seleccionar para minimizar la rotación relativa entre el artículo de
tratamiento de superficies y la placa soporte durante el uso,
mientras se permite el montaje y desmontaje fácil del artículo de
tratamiento de superficies de la placa soporte. Se puede usar
cualquier disposición no poligonal para la forma de la sección
transversal de la parte de unión del cierre 11 y el hueco y abertura
64 en la placa soporte, salvo la circular, para proporcionar una
disposición en la que el artículo de tratamiento de superficies no
rote con respecto a la placa soporte. Por lo tanto, lo que se
requiere es que la abertura 64 y la correspondiente parte del
cierre 11 no sean cilíndricas, proporcionando de esta forma un
ajuste para prevenir la rotación relativa entre el artículo de
tratamiento de superficies y la placa soporte.
Opcionalmente, la parte de unión puede ser
cónica para ser mayor en el segundo extremo 14 contiguo al artículo
de tratamiento de superficies y menor en el extremo contiguo al
surco 20. La abertura 64 en la placa soporte podría ser cónica para
ser mayor en la primera superficie 54 de la placa soporte. Con tal
disposición, el cierre 11 estaría forzado más profundo en la
abertura 64 durante el uso, tal que el estrechamiento causaría que
la parte de unión se ajustara más cómodamente con la abertura 64, y
proporcionara un autocentrado del cierre 11 con respecto a la placa
soporte.
También están dentro del alcance de la presente
invención disposiciones alternativas. Por ejemplo, aunque la junta
tórica 80 se ilustra como que permanece en el surco 70 en la
abertura 64 en la placa soporte 50, la junta tórica 80 puede en vez
de eso permanecer en el surco 20 en el cierre 11. Además, los
componentes del sistema de montaje se pueden invertir. Es decir, el
cierre 11 puede estar incluido en la placa soporte de la
herramienta a motor para acoplarse con una abertura de unión en el
artículo de tratamiento de superficies.
Volviendo a la realización del cepillo moldeado
del artículo de tratamiento de superficies 10 ilustrado en las
Figuras 1 y 2, en una realización preferida el soporte 30 es
generalmente plano. Sin embargo, está dentro del alcance de la
invención tener un soporte contorneado o curvado. Por ejemplo, el
soporte puede tener forma convexa, cóncava, o cónica. En tal
disposición, las cerdas pueden ser de longitud uniforme en cuyo caso
las puntas de las cerdas no serán coplanarias, o las cerdas pueden
ser de longitud variable en cuyo caso las puntas pueden ser
coplanarias. El soporte puede ser flexible o rígido, y puede incluir
un componente de refuerzo para aumentar la rigidez. El soporte
puede tener preferentemente un espesor de aproximadamente 1,0 a 15,0
mm, más preferentemente de aproximadamente 1,5 a 10 mm, aún más
preferentemente de aproximadamente 2,0 a 6 mm, y lo más
preferentemente de aproximadamente 2,5 a 4,0 mm. El soporte 30 es
preferentemente circular como se ilustra en la Figura 2. El
diámetro del soporte es preferentemente de aproximadamente 2,5 a
20,0 cm (1,0 a 8,0 pulgadas), aunque se pueden usar soportes
menores y mayores. Se puede usar una forma de los soportes distinta
de la circular, que incluye, pero no está limitada a, oval,
rectangular, cuadrada, triangular, de diamante, y otras formas
poligonales.
Preferentemente, el soporte se moldea integral
con las cerdas para proporcionar un cepillo unitario. De esta
forma, no se requiere un medio adhesivo o mecánico para adherir las
cerdas al soporte. Se prefiere que el soporte y las cerdas se
moldeen simultáneamente. En algunos ejemplos, puede existir una
mezcla única de partículas abrasivas y polímero moldeable que se
coloca en el molde en un procedimiento de inyección único. En tal
realización, el cepillo 10 comprende una composición en general
totalmente homogénea. Sin embargo, debido al procedimiento de
moldeado, la mezcla de partícula abrasiva/agregante puede no ser
perfectamente homogénea. Alternativamente, pueden existir dos o más
inserciones de un polímero moldeable en el molde. Por ejemplo, una
inserción puede contener una mezcla de polímero moldeable y
partículas abrasivas opcionales localizadas ante todo en las cerdas.
Una segunda inserción, que estaría presente ante todo en el soporte
30 del cepillo 10, puede contener polímero moldeable sin partículas
abrasivas o con menos partículas abrasivas.
Las cerdas 36 se extienden desde la superficie
delantera 32 del soporte 30. Las cerdas pueden tener cualquier área
de la sección transversal, que incluye pero no está limitada a,
circular, estrellada, de media luna, de cuarto de luna, oval,
rectangular, cuadrada, triangular, de diamante o poligonal. En una
realización preferida, las cerdas comprenden una sección
transversal circular constante a lo largo de la longitud de la
cerda. En otras realizaciones preferidas, las cerdas tienen una
sección transversal no constante o variable a lo largo de toda o en
una parte de la longitud de la cerda.
Se prefiere tener cerdas cónicas tal que el área
de la sección transversal de la cerda disminuya en la dirección que
se aleja del soporte 30. Las cerdas cónicas pueden tener cualquier
sección transversal como se describió anteriormente, y
preferentemente tienen una sección transversal circular. Las cerdas
cónicas tienden a ser más fáciles de retirar del molde durante la
fabricación del cepillo que las cerdas de área de la sección
transversal constante. Además, las cerdas están sometidas a
tensiones de flexión según el cepillo 10 gira contra una pieza de
trabajo. Estas tensiones de flexión son mayores en la raíz de las
cerdas. Por lo tanto, una cerda cónica tal como se ilustra en la
Figura 1 es más capaz de resistir las tensiones de flexión que una
cerda cilíndrica. Además, las cerdas incluyen preferentemente un
nervio en la transición entre la raíz de la cerda y la superficie
delantera 32 del soporte.
Las cerdas 36 comprenden una relación de aspecto
definida como la longitud de la cerda medida desde la raíz a la
punta, dividida por la anchura de la cerda. En el caso de una cerda
cónica, la anchura se define como la anchura promedio a lo largo de
la longitud con el propósito de determinar la relación de aspecto.
En el caso de una sección transversal no circular, el ancho se toma
como el ancho más largo en un plano dado, tal como la diagonal
esquina-a-esquina de una sección
transversal cuadrada. La relación de aspecto de las cerdas 36 es
preferentemente al menos 1, más preferentemente de aproximadamente 4
a 18, y aún más preferentemente de aproximadamente 6 a 16. El
tamaño de las cerdas se puede seleccionar para la aplicación
concreta del cepillo 10. La longitud de las cerdas es
preferentemente de aproximadamente 5 a 80 mm, más preferentemente de
aproximadamente 5 a 50 mm, aún más preferentemente de
aproximadamente 5 a 25 mm, y lo más preferentemente de
aproximadamente 10 a 20 mm. El ancho de las cerdas es
preferentemente de aproximadamente 0,25 a 10 mm, más preferentemente
de aproximadamente 0,5 a 5,0 mm, aún más preferentemente de
aproximadamente 0,75 a 3,0 mm, y lo más preferentemente de
aproximadamente 1,0 a 2,0 mm. En una realización preferida, todas
las cerdas tienen las mismas dimensiones. Alternativamente, las
cerdas en un cepillo único pueden tener dimensiones diferentes tal
como diferentes longitudes, anchuras o áreas de la sección
transversal. Las longitudes de las cerdas y el contorno del soporte
se eligen preferentemente para que las puntas sean generalmente
coplanarias, aunque también están dentro del alcance de la presente
invención otras disposiciones. La densidad y colocación de las
cerdas 36 se puede elegir para la aplicación concreta del cepillo
10. Las cerdas 36 se pueden disponer en el soporte 30 con un patrón
al azar u ordenado. Preferentemente, las cerdas están
perpendiculares al soporte plano 30. Esto hace más fácil retirar el
cepillo moldeado 10 del molde. Sin embargo, está también dentro del
alcance de la presente invención que las cerdas estén inclinadas
con respecto al soporte.
El material de polímero moldeable es
preferentemente un material agregante orgánico que es capaz de ser
moldeado, es decir, es capaz de deformarse por calor para dar una
forma deseada. El polímero moldeable puede ser un polímero
termoplástico, un polímero termoendurecible, o un elastómero
termoplástico. En el caso de un polímero termoplástico, el
agregante orgánico se calienta por encima de su punto de fusión lo
que causa que el polímero fluya. Esto da como resultado que el
polímero fluya en las cavidades del molde para formar el cepillo 10.
El cepillo se enfría entonces para solidificar el agregante
termoplástico.
\newpage
Ejemplos de polímeros termoplásticos adecuados
incluyen policarbonato, polieterimida, poliéster, polietileno,
polisulfona, poliestireno, polibutileno, copolímero de bloques de
acrilonitrilo-butadieno-estireno,
polipropileno, polímeros de acetal, poliuretanos, poliamidas, y sus
combinaciones. En general, los polímeros termoplásticos preferidos
de la invención son los que tienen una temperatura de fusión elevada
y buenas propiedades de resistencia al calor. Los polímeros
termoplásticos se pueden emplear preferentemente para aplicaciones a
velocidad baja del cepillo 10, en las que la tensión durante el
funcionamiento es relativamente baja. Ejemplos de polímeros
termoplásticos disponibles comercialmente adecuados para uso con la
presente invención incluyen Grilon^{TM} CR9 copolímero de Nailon
6.12 disponible de EMS-American Grilon, Inc., Sumter
South Carolina; Profax^{TM} y KS075 termoplástico basado en
polipropileno disponible de Himont USA, Inc., Wilmington, Delaware;
y Duraflex^{TM} termoplástico basado en polibutileno disponible
de Shell Chemical Co., Houston, Texas.
En algunos ejemplos, tales como velocidad alta,
aplicaciones de tensión elevada, se prefiere que el polímero
moldeable sea un elastómero termoplástico ("ETP, TPE por sus
siglas en inglés") o incluye un elastómero termoplástico.
Elastómeros termoplásticos disponibles comercialmente incluyen
elastómeros termoplásticos segmentados de poliéster, elastómeros
termoplásticos segmentados de poliuretano, elastómeros
termoplásticos segmentados de poliamida, mezclas de elastómeros
termoplásticos y polímeros termoplásticos, y elastómeros
termoplásticos ionoméricos. Los elastómeros termoplásticos
segmentados útiles en la presente invención incluyen ETPs de
poliéster, ETPs de poliuretano, y ETPs de poliamida, y ETPs
copoliméricos de bloques de elastómero de silicona/poliimida, con
los monómeros polifuncionales de peso equivalente bajo y alto
seleccionados apropiadamente para producir el respectivo ETP.
"Polímero termoplástico", o "PT" como
se usa en la presente memoria, tiene una definición más limitada que
la definición general, que es un material que se ablanda y fluye
tras la aplicación de presión y calor. Por supuesto se apreciará
que los ETPs cumplen la definición general de PT, ya que los ETPs
también fluirán tras la aplicación de presión y calor. Es
necesario, de esta forma, ser más específico en la definición de
"termoplástico" para los propósitos de esta invención.
"Termoplástico", como se usa en la presente memoria, significa
un material que fluye tras la aplicación de presión y calor, pero
que no posee las propiedades elásticas de un elastómero cuando está
por debajo de su temperatura de fusión. Las mezclas de materiales
ETP y PT también están dentro de la invención, permitiendo incluso
mayor flexibilidad en la confección de propiedades mecánicas de los
filamentos de la invención.
Poliésteres segmentados disponibles
comercialmente y preferidos incluyen los conocidos con las
denominaciones comerciales "Hytrel^{TM} 4056",
"Hytrel^{TM} 5526", "Hytrel^{TM} 5556",
"Hytrel^{TM} 6356", "Hytrel^{TM} 7246", e
"Hytrel^{TM} 8238" disponibles de E.I. Du Pont de Nemours and
Company, Inc., Wilmington, Delaware, con las más preferidas que
incluyen Hytrel^{TM} 5526, Hytrel^{TM} 5556, e Hytrel^{TM}
6356. Una familia similar de poliésteres termoplásticos está
disponible con el nombre comercial "Riteflex" (Hoechst Celanese
Corporation). ETPs de poliéster aún más útiles son los conocidos
con la denominación comercial "Ecdel", de Eastman Chemical
Products, Inc., Kingsport, Tennessee; "Lomad", de General
Electric Company, Pittsfield, Massachusetts; "Arnitel" de DSM
Engineered Plastics; y "Bexloy" de Du Pont. ETPs de poliéster
más útiles incluyen los disponibles como "Lubricomp" de LNP
Engineering Plastics, Exton, Pennsylvania, y está comercialmente
disponible incorporando lubricante, refuerzo de fibra de vidrio, y
refuerzo de fibra de carbono.
Poliamidas segmentadas disponibles
comercialmente y preferidas incluyen las conocidas con la
denominación comercial "Pebax" y "Rilsan", ambas
disponibles de Atochem Inc., Glen Rock, New Jersey.
Poliuretanos segmentados disponibles
comercialmente y preferidos incluyen los conocidos con la
denominación comercial "Estane", disponible de B.F. Goodrich,
Cleveland, Ohio. Otros poliuretanos segmentados preferidos incluyen
los conocidos con la denominación comercial "Pellethane", e
"Isoplast" de The Dow Corning Company, Midland, Michigan, y
los conocidos con la denominación comercial "Morthane", de
Morton Chemical Division, Morton Thiokol, Inc.; y los conocidos con
la denominación comercial "Elastollan", de BASF Corporation,
Wyandotte, Michigan.
Los elastómeros termoplásticos se describen
adicionalmente en la patente de los EE.UU. nº 5.443.906 (Pihl et
al.).
En realizaciones que incluyen las partículas
abrasivas opcionales, las partículas abrasivas tienen por regla
general un tamaño de partícula en el intervalo de aproximadamente
0,1 a 1.500 micrómetros, normalmente entre aproximadamente 1 a
1.000 micrómetros, y preferentemente entre 50 y 500 micrómetros. Las
partículas abrasivas opcionales pueden ser orgánicas o
inorgánicas.
Ejemplos de partículas abrasivas incluyen óxido
de aluminio fundido, óxido de aluminio cerámico, óxido de aluminio
tratado con calor, carburo de silicio, diboruro de titanio,
alúmina-circona, diamante, carburo de boro, ceria,
silicatos de aluminio, nitruro cúbico de boro, granate, y sílice.
Aún otros ejemplos de partículas abrasivas incluyen esferas sólidas
de vidrio, esferas huecas de vidrio, carbonato de calcio, burbujas
poliméricas, silicatos, aluminio trihidratado, y mullita. Como se
usa en la presente memoria, la terminología partículas abrasivas
abarca también partículas abrasivas únicas que están unidas juntas
para formar un aglomerado abrasivo. Los aglomerados abrasivos se
describen adicionalmente en las patentes de los EE.UU. n^{os}
4.311.489; 4.652.275, y 4.799.939. Las partículas abrasivas pueden
contener también un recubrimiento superficial. Se sabe que los
recubrimientos superficiales mejoran la adhesión entre la partícula
abrasiva y el agregante en la partícula abrasiva.
Las partículas abrasivas orgánicas adecuadas
para uso con el cepillo de la presente invención se forman
preferentemente a partir de un polímero termoplástico y/o un
polímero termoendurecible. Las partículas orgánicas se pueden hacer
también a partir de materiales orgánicos naturales tales como
cáscaras de nueces, almidón de trigo, y similares. Las partículas
abrasivas orgánicas útiles en la presente invención pueden ser
partículas individuales o aglomerados de partículas individuales.
Los aglomerados pueden comprender diversas partículas abrasivas
orgánicas unidas juntas mediante un agregante para formar una masa
con forma.
Cuando se usan partículas abrasivas orgánicas en
el cepillo moldeado de la presente invención, las partículas están
presentes preferentemente en el polímero moldeable en un porcentaje
en peso (por peso total de polímero moldeable y partículas
abrasivas orgánicas) en el intervalo de aproximadamente 0,1 a
aproximadamente 80 por ciento en peso, más preferentemente de
aproximadamente 3 a aproximadamente 60 por ciento en peso. El
porcentaje en peso depende en parte de la acción abrasiva o
aplicaciones del cepillo particulares.
Las partículas abrasivas orgánicas se pueden
formar a partir de un material termoplástico tal como policarbonato,
polieterimida, poliéster, cloruro de polivinilo, metacrilato,
metilmetacrilato, polietileno, polisulfona, poliestireno,
copolímero de bloques de
acrilonitrilo-butadieno-estireno,
polipropileno, polímeros de acetal, poliuretanos, poliamida, y sus
combinaciones. En general, los polímeros termoplásticos preferidos
de la invención son los que tienen una temperatura de fusión
elevada, por ejemplo, mayor de 200ºC, más preferentemente 300ºC; o
buenas propiedades de resistencia al calor. Las partículas abrasivas
orgánicas deberían tener un punto de fusión o reblandecimiento más
alto que la matriz termoplástica, para que las partículas orgánicas
no estén afectadas sustancialmente por el procedimiento de
fabricación del filamento. La partícula orgánica debería ser capaz
de mantener un estado generalmente particulado durante el
procedimiento de segmentado del filamento o cepillo, y por lo tanto
debería seleccionarse para no fundirse o ablandarse sustancialmente
durante el procedimiento de fabricación del filamento.
Una partícula abrasiva orgánica preferida es un
medio plástico de limpieza por soplado de metal y molde disponible
comercialmente como medio de soplado "MC" de Maxi Blast Inc.,
South Bend, Indiana, disponible con un recubrimiento antiestático,
pero preferentemente sin tratar. El medio "MC" es un melamino
formaldehído celulosato al 99%, un aminoplástico
termoendurecible.
La dureza Knoop promedio ("KNH") de la
partícula abrasiva orgánica es en general menor de aproximadamente
80 KNH, y preferentemente menor de aproximadamente 65 KNH.
También está dentro del alcance de esta
invención incorporar partículas abrasivas en base inorgánica junto
con las partículas abrasivas orgánicas.
Cuando están presentes, las partículas abrasivas
opcionales son preferentemente de aproximadamente 5 a 60 por ciento
en peso de la mezcla de partícula y polímero, y más preferentemente
aproximadamente 30 a 40 por ciento, aunque se pueden usar más o
menos como se desee.
El material polimérico moldeable puede incluir
adicionalmente aditivos opcionales, tales como, por ejemplo,
materiales de carga (que incluyen coadyuvantes del triturado),
fibras, agentes antiestáticos, antioxidantes, coadyuvantes del
procesado, estabilizantes UV, retardantes de la llama, lubricantes,
agentes humectantes, tensioactivos, pigmentos, tintes, agentes de
acoplamiento, plastificantes y agentes de suspensión. Las cantidades
de estos productos se seleccionan para proporcionar las propiedades
deseadas.
Para algunas aplicaciones, se prefiere que el
polímero moldeado incluya un lubricante. La presencia de un
lubricante en el polímero moldeable reduce la fricción de la cerda
que entra en contacto con la superficie de la pieza de trabajo.
Esto reduce el calor generado cuando se refina la pieza de trabajo.
Un calor excesivo puede causar que el cepillo deje residuos sobre
la pieza de trabajo o aparte de eso dañe la pieza de trabajo.
Lubricantes adecuados incluyen estearato de litio, estearato de
cinc, estearato de calcio, estearato de aluminio, etileno bis
estearamida, grafito, disulfuro de molibdeno; politetrafluoroetileno
(PTFE), y compuestos de silicona, útiles por ejemplo con
termoplásticos y elastómeros termoplásticos.
Un ejemplo de un material de silicona preferido
es un polisiloxano de elevado peso molecular descrito en la
publicación de solicitud de patente internacional de la OMPI nº
WO96/33841; titulada "Abrasive Article Having a Bond System
Comprising a Polysiloxane" (Barber).
Los polisiloxanos están disponibles en muchas
formas diferentes, por ejemplo, como el compuesto mismo o como un
concentrado. Ejemplos de los polímeros en los que el polisiloxano
puede formar parte incluyen polipropileno, polietileno,
poliestireno, poliamidas, poliacetal,
acrilonitrilo-butadieno-estireno
(ABS), y elastómero de poliéster, todos los cuales están
disponibles de forma comercial. El Hytrel^{TM} modificado con
silicona está disponible de forma comercial como
BY27-010 (o MB50-010), y el Nailon
6.6 modificado con silicona está disponible como
BY27-005 (o MB50-005), ambos de Dow
Corning Company, Midland, Michigan. Por regla general, los
concentrados disponibles de forma comercial pueden contener un
polisiloxano en un porcentaje en peso en el intervalo de 40 a 50;
sin embargo, cualquier porcentaje es aceptable para los propósitos
de la invención mientras se pueda conseguir el porcentaje en peso
deseado en el producto final. Los lubricantes pueden estar
presentes en el polímero moldeable preferentemente en cantidades de
hasta aproximadamente 20 por ciento en peso (exclusivo del
contenido de partículas abrasivas), y preferentemente en una
cantidad de aproximadamente 1 a 10 por ciento, aunque se puede usar
más o menos como se desee.
Como es bien sabido en la técnica, el material
polimérico moldeable puede incluir alguno o todos los siguientes:
agentes de acoplamiento; materiales de carga; y coadyuvantes del
triturado.
El cepillo 10 y el cierre 11 de la presente
invención se moldean preferentemente por inyección como es bien
conocido en la técnica. El molde contendrá cavidades que son el
inverso de la configuración deseada del cepillo y el cierre. De
esta forma el diseño del molde debe tener en cuenta la configuración
de cepillo que incluye el tamaño y configuración de soporte 30, las
cerdas 36, y el cierre 11.
Detalles adicionales en artículos moldeados
preferidos y métodos de hacerlos se describen en la patente de los
EE.UU. nº 5.679.067, "Molded Abrasive Brush," (Johnson et
al.); y en la solicitud de patente internacional de la OMPI nº
WO96/33638, "Abrasive Brush and Filaments," (Johnson et
al.).
También es posible para el artículo de
tratamiento de superficies de la presente invención ser un disco
abrasivo recubierto, un disco de acondicionamiento superficial no
tejido, una placa de pulido, un cepillo, o elemento similar de
tratamiento de superficies. El cierre 11 se puede unir a tal
artículo de tratamiento de superficies por cualquier medio
adecuado, tal como mediante adhesivo. Una de tales realizaciones se
ilustra en la Figura 6 como el artículo de tratamiento de
superficies 110 que comprende el cierre 11 montado sobre el disco
abrasivo recubierto 130. Otra realización se ilustra en la Figura 7
como el artículo de tratamiento de superficies 210 que comprende el
cierre 11 montado sobre un disco de acondicionamiento de superficies
no tejido 230. Los elementos de tratamiento de superficies 130, 230
tienen una superficie delantera de trabajo 132, 232 y una
superficie trasera 134, 234. El cierre 11 está unido centralmente a
la superficie trasera del artículo. Tal cierre separado 11 puede
estar también unido a los cepillos moldeados descritos en la
presente memoria, en vez de estar moldeados de forma integral con
el
cepillo.
cepillo.
En cualquiera de las realizaciones en las que el
cierre 11 es un elemento separado, una realización preferida del
cierre 11 es como sigue. Como se observa en las Figuras 6 y 7, el
cierre 11 incluye una base generalmente plana 27. La base 27
incluye una superficie delantera 28 que está unida al disco abrasivo
recubierto 130 o disco de acondicionamiento de superficies 230. La
superficie delantera 28 de la base del cierre es preferentemente
lisa y plana para proporcionar suficiente área superficial para
conseguir la deseada fuerza de unión al artículo de tratamiento de
superficies. También se prefiere que la base 27 del cierre 11 sea
circular, aunque se pueden usar otras formas. En una realización
preferida, la base 27 del cierre 11 tiene un diámetro de
aproximadamente 3 cm (1,2 pulgadas), aunque cierres mayores y
menores están dentro del alcance de la invención. Enfrente de la
superficie delantera 28 de la base 27 está la superficie trasera 29.
Como se ilustra, la superficie trasera 29 se afila hacia el filo
externo de la base del cierre 27. Extendiéndose desde el centro de
la superficie trasera 29 está el elemento macho del sistema de
cierre como se describió anteriormente con relación a la
realización ilustrada en las Figuras 1-2.
El cierre 11 puede comprender cualquier material
polimérico que tenga las características de fusión, flujo y
adhesión apropiadas para llegar a unirse al artículo de tratamiento
de superficies. Por regla general, los materiales poliméricos
útiles serán de naturaleza termoplástica. Adicionalmente, se pueden
emplear materiales poliméricos termoendurecible si están sólo
ligeramente reticulados o tienen un intermedio estable o estado
"etapa B" y por lo tanto pueden fluir bajo presión y
temperatura. Ejemplos de tales materiales poliméricos
termoplásticos incluyen poliamidas, poliésteres, copoliamidas,
copoliésteres, poliimidas, polisulfona, y poliolefinas. Un ejemplo
de un material polimérico termoendurecible es un polvo moldeador de
Novolak. De estos, se prefieren los termoplásticos, y de los
termoplásticos, se prefieren las poliamidas, siendo la
poli(hexametilenadipamida) (Nailon 6.6) la más preferida. El
material polimérico puede incluir opcionalmente colorantes,
materiales de carga, coadyuvantes del procedimiento, y agentes de
refuerzo. Ejemplos de colorantes incluyen pigmentos y tintes.
Ejemplos de materiales de carga incluyen burbujas o esferas de
vidrio, carbonato de calcio en partículas, mica, y similares. Los
coadyuvantes del procedimiento pueden ser materiales tales como
estearato de litio, estearato de cinc, y materiales de
fluoropolímero que se sabe que aumentan las características de flujo
de los materiales poliméricos fundidos. Los agentes de refuerzo
pueden incluir fibra de vidrio, fibra de carbono, y fibra de metal,
todos a niveles hasta aproximadamente 50% en peso. Si se usa agente
de refuerzo, el contenido preferido de material de carga es 30 a
45% en peso de fibra de vidrio. El cierre 11 puede estar hecho por
cualquier método conocido por el experto en la técnica. Estos
incluyen pero no están limitados a moldeado por inyección, moldeado
por inyección-reacción, y elaboración a máquina
convencional. Se prefiere el moldeado por inyección.
Una realización preferida de un artículo de
tratamiento de superficies con un cierre separado 11 montado sobre
él es el artículo de tratamiento de superficies 110 ilustrado en la
Figura 6. El artículo de tratamiento de superficies es un disco
abrasivo recubierto 130, que tiene una superficie delantera o de
trabajo 132, y una superficie trasera 134. El cierre 11 se monta en
el centro de la superficie trasera 134 tal como mediante un
adhesivo. Ejemplos adecuados de discos abrasivos recubiertos 130
incluyen cualquier artículo abrasivo conocido, tal como artículos
abrasivos recubiertos convencionales, que incluyen los disponibles
con los nombres comerciales Regal^{TM} Regalloy^{TM},
Regalite^{TM}, Green Corps^{TM} y Trizact^{TM} todos
disponibles de Minnesota Mining and Manufacturing Company, St.
Paul, Minnesota.
Otra realización preferida de un artículo de
tratamiento de superficies 210 de la presente invención se ilustra
en la Figura Figure 7. El artículo de tratamiento de superficies 210
incluye el disco de acondicionamiento de superficies 230 que tiene
el cierre 11 unido a él. El cierre 11 está unido a la superficie
trasera 234 del disco de acondicionamiento de superficies 230.
Un artículo de tratamiento de superficies
preferido es un disco abrasivo no tejido de acondicionamiento de
superficies 230, tal como está disponible comercialmente de
Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, un
Disco de Acondicionamiento de Superficies A-CRS;
Disco de Acondicionamiento de Superficies A-Med o
Disco de Acondicionamiento de Superficies A-VFN con
la denominación comercial "SCOTCH-BRITE". La
parte delantera de la superficie de trabajo 232 de tales discos
comprende preferentemente una red no tejida expansible de fibras
homogéneas de Nailon 6.6 que ha sido punzonada a través de un
soporte de rejilla de Nailon tejido de refuerzo. Preferentemente,
aproximadamente 40% de las fibras homogéneas de la red sobresalen a
través de los intersticios formados por los hilos de la urdimbre y
los hilos del relleno de la rejilla tejida para unir juntas la red
no tejida y la rejilla tejida. Las fibras restantes permaneces en el
lado de la superficie delantera del disco de acondicionamiento de
superficies 230. Además, existen recubrimientos de resinas duras,
termoendurecibles y partículas abrasivas en la red no tejida
expansible. Un artículo de acondicionamiento de superficies
preferido se describe en detalle en la patente de los EE.UU. nº
3.688.453, "Abrasive Articles," Legacy et al.
Es preferible que la rejilla tejida comprenda al
menos 5 hilos de urdimbre por cada 2,5 cm (1 pulgada) y 5 hilos de
relleno por cada 2,5 cm (1 pulgada), y más preferentemente
aproximadamente 16 hilos de urdimbre e hilos de relleno por cada
2,5 cm (1 pulgada). Los hilos preferidos son de al menos 100
deniers, y más preferentemente de aproximadamente 840 deniers. Un
hilo puede ser una o más fibras que actúan como o son tratadas como
una unidad. Un hilo puede ser un filamento continuo o "hilado"
("spun") (alineado y retorcido) desde la homogeneidad en un
haz unificado. Un hilo puede ser multifilamento (más de un filamento
continuo) o monofilamento. El área abierta entre las fibras de la
urdimbre y de la trama es preferentemente al menos 5% del área total
de la rejilla, y más preferentemente aproximadamente 30%.
En una realización especialmente preferida del
artículo de tratamiento de superficies 210 ilustrado en la Figura
7, el cierre 11 tiene preferentemente una base 27 de 3 cm de
diámetro y está moldeado por inyección a base de Nailon 6.6 que
tiene hasta 45% en peso de fibras de vidrio de refuerzo. La rejilla
incluye preferentemente dieciséis hilos de urdimbre por cada 2,5 cm
(1 pulgada) y dieciséis hilos de relleno por cada 2,5 cm (1
pulgada). Los hilos son preferentemente hilos multifilamento de
Nailon de 840 deniers. La rejilla tejida incluye preferentemente un
recubrimiento de PVC para mantener el tejido. La red no tejida
comprende fibras homogéneas de Nailon 6.6 punzonadas a la rejilla
tejida tal que aproximadamente 40% de las fibras se extienden a
través de los intersticios de la rejilla tejida. Además, existen
recubrimientos de resinas termoendurecibles, duras y partículas
abrasivas aplicados en el lado de la superficie delantera 31 de la
red no tejida expansible. Resinas, tales como poliuretanos, se
pueden exponer a la superficie trasera 234 del artículo de
acondicionamiento de superficies. Después que el artículo se ha
curado, se convierte en discos individuales de acondicionamiento de
superficies.
La presente invención se ha descrito aquí con
referencia a varias realizaciones de la misma. Las descripciones
detalladas precedentes se han dado sólo por claridad y comprensión.
No se han de entender como limitaciones innecesarias de la misma.
Para un experto en la técnica será evidente que se pueden hacer
muchos cambios en las realizaciones descritas, sin apartarse del
alcance de la invención. Por ejemplo, el cierre descrito en la
presente memoria se puede usar en cualquier tipo de herramienta
rotatoria, tal como brocas. De esta forma, el alcance de la
presente invención no debería estar limitado a los detalles y
estructuras exactos descritos en ella, sino más bien por las
reivindicaciones.
Claims (3)
1. Un artículo de tratamiento de superficies,
que comprende:
a) un elemento de tratamiento de superficies que
incluye un soporte generalmente plano (30), dicho soporte incluye
una superficie de trabajo (32) y una superficie trasera (34), dicha
superficie de trabajo tiene las características deseadas para
refinar una superficie; y
b) un cierre (11) localizado en dicha superficie
trasera, dicho cierre incluye:
- i)
- un primer extremo (12) enfrente de dicho soporte;
- ii)
- un segundo extremo (14) contiguo a dicho soporte;
- iii)
- una parte cónica (16), el área de la sección transversal de dicha parte cónica aumenta en la dirección desde dicho primero extremo hacia dicho segundo extremo;
- iv)
- un surco (20) localizado entre dicha parte cónica y dicho segundo extremo; y
- v)
- una parte de unión que tiene una sección transversal no circular y no poligonal.
2. Un cierre para uso con un elemento rotatorio
de tratamiento de superficies, dicho cierre comprende una base (30)
que incluye una superficie delantera (32) y una superficie trasera
(34) y un componente del cierre que se extiende desde dicha
superficie trasera; dicho componente del cierre incluye un primer
extremo (12) enfrente de dicha base, un segundo extremo (14)
contiguo a dicha base, una parte cónica (16), el área de la sección
transversal de dicha parte cónica aumenta en la dirección desde
dicho primer extremo hacia dicho segundo extremo, un surco (20)
localizado entre dicha parte cónica y dicho segundo extremo, y una
parte de unión que tiene una sección transversal no circular y no
poligonal.
3. El cierre de la reivindicación 2, en el que
dicha parte de unión es cónica para ser mayor en dicho segundo
extremo de dicho cierre.
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