JP2004500992A

JP2004500992A - 固締具を表面処理部材に接着するための方法および固締具を有するかかる物品

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Publication number: JP2004500992A
Application number: JP2001576234A
Authority: JP
Inventors: ピーター・ジェイ・フリッツ; スタンリー・エル・コンウェル
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2004-01-15
Also published as: WO2001078946A1; EP1276594A1; DE60025736D1; DE60025736T2; US20020081952A1; EP1276594B1; AU2000269342A1; US20030114096A1; ATE316448T1

Abstract

表面状態調節部材（４０）と、略平面および駆動部材（１８）を含む固締具（１２）と、表面状態調節部材（４０）と上記固締具（１２）の平面（１４）との間の接着剤層（２４）であって、回転配向を含む接着剤層と、を含む表面処理物品。本発明はまた、固締具（１２）を表面状態調節部材（４０）に接着させる好ましい方法も提供する。この方法は、接着剤層（２４）を軟化させるために、接着剤層（２４）を固締具（１２）の平面（１４）および表面状態調節部材（４０）と接触させた状態で、固締具（１２）と表面状態調節部材（４０）との間の相対的な回転を誘発するステップと、その後に、固締具（１２）と表面処理部材（４０）との間の相対的回転を停止させるステップと、を含む。

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、一般的に、固締具を表面状態調節部材に接着するための方法およびかかる表面処理物品に関し、さらに詳細には、固締具と研磨物品との間の接着剤層を用いて固締具と表面状態調節部材との間に相対的な回転を誘発する方法およびかかる研磨物品に関する。
【０００２】
発明の背景
熱可塑性固締具を物品に接着するためのさまざまな物品および方法が、当該技技術分野では公知である。たとえば、Ｇｕｇｌｅらに付与された米国特許第４，６３６，１２４号は、中心に位置する熱活性接着ペレットを備えた摩擦圧接固締面を有するワンピース熱可塑性固締具アセンブリを開示している。複数のそらせ板部分は、回転軸から複数のラジアル距離にある摩擦圧接面と共に一体形成される。一実施形態において、そらせ板部分は、摩擦圧接面の中心部分とその周囲に隣接する点までの間に延在する連続スバイラルリブに示されている。スバイラルリブは、熱活性接着剤が基部から離れないようにし、摩擦圧接面の面にわたって熱活性接着剤を均一に分配するための手段を提供する。
【０００３】
Ｐｅｔｅｒｓｏｎに付与された米国特許第４，５５１，１８９号は、固締具に印加される回転方向および軸方向の力の印加によって誘発される摩擦熱によって、基板に熱可塑性材料固締具を溶融するための摩擦圧接式固締具システムを開示している。キャビティが熱可塑性基部部材の底面の内側に形成され、基部部材の厚さ以上の厚さを有する層を形成するために、基部材料および基板材料の両方に対する接着親和力を有する熱活性接着材料が、キャビティの中に挿入される。基部部材は、熱活性接着剤を基板に接着させるために十分な回転方向および軸方向の力を利用して回転される。
【０００４】
Ｓｍｉｔｈに付与された欧州特許出願第０　９３７　５４４　Ａ２号は、研磨処理ディスクを作製するための方法を開示しており、ディスクは、取付部材に超音波圧接される研磨材料から形成される。
【０００５】
Ｐｅｎｔｔｉｌａらに付与された米国特許第５，９３１，７２９号は、固締具を物品にスピン溶接するための方法およびかかる物品を開示している。固締具は、表面状態調整ディスクの後部に溶融接合される。表面処理物品は、加工物面を処理するようになされた作業面および後面を含み、後面には目の粗いスクリムが含まれている。好ましい実施形態において、表面処理物品は、不織研磨表面状態調整ディスクを有する。Ｐｅｎｔｔｉｌａらの参照特許は、表面処理物品の場合には、コーティングされた研磨ディスク、研磨パッド、ブラシまたは類似の表面処理要素も可能であることを述べている。
【０００６】
接着剤によってディスクの裏面に接合された雄ネジボタンを有する表面状態調整ディスクは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭｉｎｎｅｓｏｔａからＲｏｌｏｃ^ＴＭ表面状態調整ディスクとして市販されている。このような表面状態調整ディスクは、研磨部材と、熱硬化性樹脂系接着剤の層によって研磨部材に接着された固締具と、を有する。固締具は、基部と適切なバックアップパッドに接着するためのねじ部分を有する。このような表面状態調整ディスクは、第一に固締具を加熱型取付具（通常は２００〜２６０℃）に装着するために組立てられ、固締具のねじ部分が加熱型取付具によって固着され、基部が露出されるようになっている。加熱型取付具は、固締具を加熱する。次に、熱硬化性樹脂系接着剤の層が、通常は吹付けによって固締具基部に塗布される。熱硬化性樹脂系接着剤の吹付け後、研磨部材は、加熱型取付具によって固着される固締具に対して集められてから、固締具上で熱硬化性樹脂系接着剤と接触する。研磨部材および固締具は、熱硬化性樹脂系接着剤の層が硬化するまで、圧縮力で押さえられる。続いて、表面状態調整ディスクが、加熱型取付具から除去される。
【０００７】
発明の概要
本発明の一態様は、表面処理物品を提供する。表面処理物品は、ａ）表面状態調節部材と、ｂ）略平面および駆動部材を含む固締具と、ｃ）表面状態調節部材と固締具の平面との間の接着剤層であって、回転配向を含む接着剤層と、を含む。
【０００８】
上記の表面処理物品の好ましい一実施形態において、表面状態調節部材は、作業面および作業面に対向する後面を含み、接着剤層が表面状態調節部材の後面および固締具の平面の間にある。この実施形態の別の態様において、接着剤層は、表面状態調節部材の後面の実質的にすべてに塗布される。
【０００９】
上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、表面状態調節部材は、研磨部材である。この実施形態の別の態様において、作業面は、不織研磨布を含む。この実施形態のさらに別の態様において、作業面は研磨布紙を含む。
【００１０】
上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、固締具は、熱可塑性材料を含む。この実施形態の別の態様において、固締具は、ナイロンを含む。上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、固締具は、金属を含む。この実施形態の別の態様において、固締具は、鋼を含む。
【００１１】
上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、接着剤層は、熱可塑性接着剤を含む。この実施形態の別の態様において、熱可塑性接着剤層は、固締具の平面と表面状態調節部材との間の熱可塑性接着剤層を用いて、固締具と表面状態調節部材との相対的な回転を誘発することによって加熱された。この実施形態の別の態様において、接着剤層は、熱硬化可能な熱可塑性接着剤を含む。
【００１２】
上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、固締具は略平面基部および駆動部材を含み、平面基部は平面および平面に対向する第２の面を含み、駆動部材は平面基部の第２の面から延在する。この実施形態の別の態様において、平面基部は、接着剤を表面状態調節部材の後面と平面基部との間を自由に流動するようにし、接着剤は軟化状態である。
【００１３】
本発明の別の態様は、表面処理物品の代替品を提供する。表面処理物品は、ａ）表面状態調節部材と、ｂ）略平面および駆動部材を含む固締具であって、平面が中心部分と中心部分に隣接する外側部分を含む固締具と、ｃ）表面状態調節部材と固締具の平面との間の接着剤層であって、固締具の平面の中心部分に隣接する接着剤層より固締具の平面の外側部分に隣接する表面状態調節部材により強固に接合される接着剤層と、を含む。
【００１４】
上述の表面処理物品の好ましい一実施形態において、表面状態調節部材は、作業面および作業面に対向する後面を含み、接着剤層が表面状態調節部材の後面および固締具の平面の間にある。この実施形態の別の態様において、接着剤層は、表面状態調節部材の後面の実質的にすべてに塗布される。
【００１５】
上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、表面状態調節部材は、研磨部材である。この実施形態の別の態様において、作業面は、不織研磨布を含む。この実施形態のさらに別の態様において、作業面は研磨布紙を含む。
【００１６】
上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、固締具は、熱可塑性材料を含む。この実施形態の別の態様において、固締具は、ナイロンを含む。上述の表面処理物品のさらに別の好ましい実施形態において、固締具は、金属を含む。この実施形態の別の態様において、固締具は、鋼を含む。
【００１７】
上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、接着剤層は、熱可塑性接着剤を含む。この実施形態の別の態様において、熱可塑性接着剤層は、固締具の平面と表面処理物品との間の熱可塑性接着剤層を用いて、固締具と表面処理物品との相対的な回転を誘発することによって加熱された。この実施形態のさらに別の態様において、接着剤層は、熱硬化可能な熱可塑性接着剤を含む。
【００１８】
上述の表面処理物品のさらに別の好ましい実施形態において、固締具は略平面基部および駆動部材を含み、平面基部は平面および平面に対向する第２の面を含み、駆動部材は平面基部の第２の面から延在する。上述の表面処理物品の別の好ましい実施形態において、平面基部は、接着剤を表面処理物品の後面と平面基部との間を自由に流動するようにし、接着剤は軟化状態である。
【００１９】
本発明の別の態様は、固締具を表面状態調節部材に接着するための方法を提供する。固締具を表面状態調節部材に接着するための方法は、ａ）固締具の平面および表面状態調節部材と接触する熱可塑性接着剤層を用いて、固締具と表面状態調節部材との相対的な回転を誘発し、固締具と表面状態調節部材との間の接合を形成するための接着剤層を軟化させるステップと、ｂ）その後、固締具と表面処理部材との間の相対的な回転を停止させるステップと、を含む。
【００２０】
上述の方法の好ましい一実施形態において、接着剤層は接着剤シートを含む。この実施形態の別の態様において、接着剤シートは、接着剤のディスクを含む。上述の方法の別の好ましい実施形態において、接着剤層は、接着剤の環を含む。
【００２１】
上述の方法の好ましい一実施形態において、表面状態調節部材は、作業面および作業面に対向する後面を含み、ステップａ）は、固締具の平面および表面状態調節部材の後面と接触する接着剤層を用いて、固締具と表面状態調節部材との間の相対的回転を誘発するステップを含む。この実施形態の別の態様において、表面状態調節部材は、研磨部材を含む。この実施形態のさらに別の態様において、この方法は、ステップａ）の前に、表面状態調整物品の後面上に接着剤層を塗布するステップをさらに含む。この実施形態の別の態様において、この方法は、ステップａ）の前に、接着剤層を表面状態調整物品の後面の実質的にすべてに塗布するステップをさらに含む。この実施形態のさらに別の態様において、作業面は、研磨布紙を含む。この実施形態の別の態様において、作業面は、不織面を含む。
【００２２】
上述の方法の別の好ましい実施形態において、固締具は、熱可塑性材料を含む。この実施形態の別の態様において、固締具は、ナイロンを含む。上述の方法の別の好ましい実施形態において、固締具は、金属を含む。この実施形態の別の態様において、固締具は、鋼を含む。
【００２３】
上述の方法のさらに別の好ましい実施形態において、接着剤層は、熱可塑性接着剤を含む。この実施形態の別の態様において、熱可塑性接着剤層は、熱硬化可能な熱可塑性接着剤を含む。
【００２４】
上述の方法の別の好ましい実施形態において、固締具は略平面基部および駆動部材を含み、平面基部は平面および平面に対向する第２の面を含み、駆動部材は平面基部の第２の面から延在する。
【００２５】
上述の方法の別の好ましい実施形態において、ステップａ）は、２，０００〜１０，０００ＲＰＭの相対的回転を誘発するステップを含む。上述の方法の別の好ましい実施形態において、ステップａ）は、固締具と表面状態調節部材との間に５〜９０ポンドの圧縮力を印加するステップを含む。この実施形態の別の態様において、ステップａ）は、固締具の平面を軟化させ、表面状態調節部材と接合させる。
【００２６】
上述の方法の別の好ましい実施形態において、この方法は、ステップａ）の前に、固締具の平面上に接着剤層を塗布するステップをさらに含む。上述の方法のさらに別の好ましい実施形態において、この方法は、この方法によって調製された表面処理物品を提供する。
【００２７】
本発明は、添付の図面を参照してさらに説明される。類似の構造物は、複数の図面を通して類似の参照符号によって表される。
【００２８】
発明の詳細な説明
本発明の表面処理物品１０の好ましい実施形態が、図１に示されている。表面処理物品１０は、表面状態調節部材４０と、接着剤層２４によって接着された固締具１２と、を含む。表面処理物品１０を形成するために、固締具１２および表面状態調節部材４０は、それらの間の接着剤層を用いて互いに対して回転され、接着剤層が軟化され、固締具１２と表面状態調節部材４０との間で流動することができるようにする。冷却時には、接着剤層は、固締具１２と表面状態調節部材４０との間の接合を形成する。固締具１２と表面処理部材４０との間の接着剤層を軟化するための好ましいスピン溶接方法については、以下に述べる。
【００２９】
表面状態調節部材４０は、作業面４２および作業面４２に対向する後面４４を含む。表面状態調節部材４０はまた、作業面４２と後面４４との間に延在する周縁面４６も含む。図示されているように、固締具１２は、接着剤層２４によって表面状態調節部材４０の後面４４に接着される。あるいは、固締具１２は、接着剤層２４によって表面状態調節部材４０の作業面４２に接着されてもよい。
【００３０】
固締具１２は、略平面基部１５および駆動部材１８を含む。平面基部１５は、略平面１４を含む。固締具１２と表面状態調整部材４０との間の相対的な回転を誘発する前に、接着剤層が固締具１２の平面１４と表面状態調節部材４０の後面４４との間に配置される。接着剤層は、熱可塑性接着剤層であることが好ましい。間にある熱可塑性接着剤層を用いて固締具１２と表面状態調整部材４０との間に相対的な回転を誘発することによって、摩擦が熱可塑性接着剤層を軟化させ、固締具１２と表面状態調節部材４０との間に流れ込むようにさせる。冷却時には、接着剤層２４は固締具１２と表面状態調節部材４０との間の接合を形成する。好ましい一実施形態において、接着剤層は、接着剤の個別シートである。接着剤の個別シートを有することの利点は、固締具１２と表面状態調整部材４０との間の相対的な回転を誘発する前に、接着剤シートを表面状態調節部材４０上またはそれ以外に配置するか、または表面状態調節部材４０上に再配置することができることである。このような接着剤シートは、円またはディスクの形状であり、固締具１２の平面１４の形状にほぼ対応していることが好ましい。接着剤のディスクの直径が平面１４の直径より小さく、接着剤が固締具１２の外縁を越えて流れ出さないようになっていればさらに好ましい。接着剤シート２４は、固締具１２と表面状態調節部材４０との間の均一な接着剤層２４を形成するために、均一な厚さであることが好ましい。好ましい一実施形態において、スピン溶接前の接着剤層は厚さ０．０５ｃｍ〜０．３ｃｍである。別の好ましい実施形態において、スピン溶接前の接着剤層は厚さ０．１５ｃｍである。熱可塑性接着剤のこのような個別シートは、熱可塑性接着の長いウェブから切り取られてもよい。
【００３１】
接着剤を軟化させるための固締具１２と表面状態調整部材４０との間の相対的な回転のために、接着剤層は参照符号３０によって概略的に示される回転配向を含む。この回転配向は、異なる形態で観測されてもよい。一例として、接着剤層２４は、回転方向における渦巻きを含み、固締具１２が表面状態調節部材４０に対して回転されたことを示している。別の例としては、表面状態調節部材４０の後面４４の構成に応じて、複数の後面材料が回転方向において接着剤層２４に混合されるようになっていてもよい。接着剤を用いて混合される後面材料の場合には、接着剤および後面材料は、回転方向における渦巻きに観測されてもよい。
【００３２】
固締具１２は、基部１５および駆動部材１８を含む。基部１５は、平面１４および平面１４に対向する第２の面１６を含む。接着剤層を軟化させて流れ込むことができるようにするために必要な摩擦温度を実現するのに十分な表面積を提供するために、固締具１２の平面１４は滑らかで、かつ平坦であることが好ましい。また、接着剤が加熱され軟化されたときに、接着剤層２４を固締具１２と表面処理物品１０の後面４４との間に自由に流れ込ませることができるようにするために、固締具１２の平面１４滑らかで、かつ平坦であることが好ましい。しかし、固締具１２の平面１４は、平坦であるが表面模様付き面を含んでいてもよい。また、固締具１２の平面１４は円であることが好ましい。平面１４は、中心部分２０および中心部分２０の外側の外側部分２２を含む。好ましい一実施形態において、固締具１２の平面１４は、直径約３ｃｍ（１．２インチ）であるが、さらに大きい固締具およびさらに小さい固締具も本発明の範囲内である。図示されているように、第２の面１６は、固締具１２の外縁に向かって次第に小さくなる。駆動部材１８が、第２の面１６の中心から延在している。好ましい固締具１２が、Ｊｏｈｎｓｏｎらに付与された「Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｔｒｅａｔｉｎｇ　Ｔｏｏｌ」と題する米国特許第３，５６２，９６８号に開示されている。
【００３３】
駆動部材１８は、表面処理物品１０を所望の電動工具に接着するために構成されている。好ましい実施形態において、駆動部材１８は、対応する雌ネジのバックアップパッド（図示せず）に適合するネジ付きスタッドである。適切なバックアップパッドは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭｉｎｎｅｓｏｔａからＲｏｌｏｃ^ＴＭディスクパッドとして市販されている。
【００３４】
図２ａは、図１の線２ａ−２ａに沿って切った表面処理物品１０の断面図を示している。表面状態調節部材４０は、研磨部材４０である。図示された実施形態において、研磨部材４０は、研磨布紙部材４０である。後面４４は、バッキング４５を含む。好ましいバッキングは、スピン溶接工程に持ちこたえるのに十分な厚さおよび堅さであるバッキングである。研磨部材４０の作業面４２は、研磨層を含む。研磨層は、メイクコートおよび任意のサイズのコートによって、バッキングに接合される多数の研磨粒子４８を含む。研磨布紙部材およびそれらの製造方法は、当業者には公知である。研磨布紙部材４０の一例が、ＤｅＶｏｅらによる「Ｃｏａｔｅｄ　Ａｂｒａｓｉｖｅ　Ａｒｔｉｃｌｅ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｍａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｓａｍｅ」と題する米国特許第５，７６６，２７７号に示されている。
【００３５】
好ましい実施形態において、接着剤層２４は、固締具１２の外側部分２２と後面４４との間に、固締具１２の中心部分２０と後面４４との間の接合に比べて、より強固に接合する。固締具１２の回転によって生じる線速度が平面１４の外径の方が大きいため、外径における摩擦温度が最大である。したがって、固締具１２の外側部分２２に隣接する接着剤の部分は、中心部分２０に隣接する接着剤の部分より急速に加熱される。冷却時には、外側部分２２に隣接する部分接着剤２４は、固締具１２と研磨物品４０との間に強力な接合を提供する。回転がより小さな線速度を生じる平面１４の中心部分２０では、摩擦熱がより小さい。その結果、固締具１２の中心部分２０に隣接する接着剤層２４は、固締具１２の外側部分２２に隣接する接着剤と同程度の強さの接合を提供するほど加熱されることはないと考えられる。固締具１２が熱可塑性材料から構成されており、固締具１２の平面１４の部分が研磨物品４０の後面４４に直接接触している場合には、固締具の熱可塑性材料もまた、スピン溶接中に固締具１２を研磨物品４０の後面４４に溶融接合するほど軟化される可能性がある。これは、熱可塑性固締具の部分を研磨物品４０に直接接触させることができ、かつ固締具１２の平面１４の直径より小さい直径を有する接着剤層２４を提供することによって実現されることができる。
【００３６】
固締具１２と表面状態調節部材４０の後面４４との間の個別品目として接着剤層または接着剤の個別シートを配置するのではなく、固締具１２と表面状態調整部材４０との間の相対的な回転を誘発する前に、後面４４が接着剤層で塗布されてもよい。接着剤層は熱可塑性接着剤であることが好ましい。接着剤層は、固締具１２の直径より小さいか、または大きい直径であってもよい。たとえば、後面４４の実質的にすべてが、接着剤層で塗布されてもよい。あるいは、固締具１２と表面状態調整部材４０との間の相対的な回転を誘発する前に、接着剤層は固締具１２の平面１４上に塗布されてもよい。後面４４上または固締具１２の平面１４上に接着剤層を塗布することによって、固締具１２と表面状態調整部材４０との間の相対的な回転を誘発する前に、固締具１２と表面状態調節部材との間の接着剤の個別シートを中心に配置しなくて済む。
【００３７】
図２ｂは、図１の線２ｂ−２ｂに沿って切った別の表面処理物品１０の断面図を示している。表面状態調節部材４０はまた、研磨部材であるが、具体的に言えば、不織研磨部材４０である。不織研磨部材４０は、織ったスクリムに針で止められた繊維５０ニードルを含む。作業面４２および後面４４は、繊維５０を含む。好ましい不織研磨部材は、Ｌｅｇａｃｙらによる「Ａｂｒａｓｉｖｅ　Ａｒｔｉｃｌｅｓ」と題した米国特許第３，６８８，４５３号に詳細に記載されており、この特許の開示内容は、本願明細書に参照によって引用されるものとする。相対的な回転が固締具１２と表面状態調整部材４０との間に誘発されるとき、接着剤層が軟化し始め、織った繊維５０の間の空間を浸透し、固締具１２と表面状態調節部材４０との間の付加的な機械的接合を提供する。接着剤層の直径が固締具１２の平面１４の直径より小さい場合には、相対的な回転中、繊維材料もまた、軟化し、固締具１２に溶融接合する。
【００３８】
図３は、別の固締具１２ａを含む表面処理物品１０ａの別の実施形態を示している。表面処理物品１０ａは、別の固締具１２ａおよび環状接着剤層３６を含む点を除き、図１の表面処理物品１０と類似である。環状接着剤層３６は、表面処理物品１０ａに取り入れたり、はずしたり、または表面処理物品１０ａに再配置したりすることができる個別の環状接着剤シートであってもよい。固締具１２ａは、表面処理物品１０ａを所望の電動工具に接着するためのネジ付きソケット１３を含む。好ましい実施形態において、ネジ付きソケット１３は、対応する雄ネジのバックアップパッド（図示せず）に適合する。適切なバックアップパッドは、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭｉｎｎｅｓｏｔａからＲｏｌｏｃ^ＴＭＴＳディスクパッドとして市販されている。
【００３９】
図４は、表面処理物品１０ａの断面図を示している。固締具１２ａは、基部１５およびネジ付きソケット１３を含む。基部１５は、環状平面１４を含む。上述の方法と同様に、固締具１２ａは、接着剤３６の環によって研磨部材４０の後面４４に接着される。接着剤の環は熱可塑性接着剤層であることが好ましい。好ましい一実施形態において、接着剤の環は個別の環状接着剤シートである。その間にある熱可塑性接着剤の環を用いて、固締具１２ａと表面状態調節部材４０との間の相対的な回転を誘発することによって、摩擦が熱可塑性接着剤層を軟化させ、固締具１２ａと表面状態調節部材４０との間に流れ込ませる。冷却時には、接着剤３６の環は、固締具１２ａと表面状態調節部材４０との間の接合を形成する。環状接着剤層は、環状平面１４の寸法と類似であることが好ましい。あるいは、固締具１２ａを表面処理物品１０ａに接着するために、接着剤の環の代わりに、接着剤の連続ディスクを用いてもよい。
【００４０】
表面処理物品１０ａは、図３および図４には研磨布紙部材４０として示されている。しかし、表面処理物品１０ａは、不織研磨部材を含んでもよい。
【００４１】
固締具１２は熱可塑性材料から構成されることが好ましい。適切な熱可塑性材料の例としては、ナイロンおよびポリアミドが挙げられる。固締具１２ａは、熱可塑性材料ではなく、金属から構成されることが好ましい。適切な金属は、鋼である。
【００４２】
接着剤層２４は熱可塑性接着剤であることが好ましい。「熱可塑性」なる語は、特許請求の範囲を含む本願明細書で用いられるとき、熱の印加によって物理的変化を受ける材料を表す。すなわち、加熱時には材料が流動するか、または軟化し、冷却時には、初期の非流動状態に戻る。接着剤層は、熱硬化可能な熱可塑性接着剤であってもよい。本発明の場合には、熱可塑性接着剤の部分集合である。「熱硬化可能な熱可塑性」なる語は、特許請求の範囲を含む本願明細書で用いられるとき、加熱によって物理的変化および化学的変化を受ける材料を表す。すなわち、加熱時には材料が流動し、冷却時には初期の非流動状態に戻る。熱可塑性接着剤は、接着剤を再び流動するか、または軟化するようにするために、再び加熱することができるのに対し、熱硬化可能な熱可塑性接着剤は、加熱されても再び流動するか、または軟化することはない。適切な熱可塑性接着剤としては、ポリアミドポリマーおよびコポリマー、ポリエステルポリマーおよびコポリマー、エチレン／ビニルアセテートコポリマーなどが挙げられる。このような熱可塑性接着剤は、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮから「Ｊｅｔ−Ｍｅｌｔ　３７３８」または「Ｊｅｔ−Ｍｅｌｔ　３７４７」として市販されている。適切な熱硬化可能な熱可塑性接着剤の例としては、Ｐｏｒｔｅｌｌｉらによる「Ｐｒｅｐｒｅｇ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔａｂｌｅ　Ｒｅｓｉｎ」と題した米国特許第５，３６８，９２２号に教示された接着剤が挙げられる。
【００４３】
図５は、表面処理物品１０を形成するために、その間にある接着剤層を用いて固締具１２と表面状態調節部材４０との間の相対的な回転を誘発するためのスピン溶接装置６０を示している。表面処理物品１０ａを形成するために、その間にある接着剤の環を用いて固締具１２ａを表面状態調節部材４０にスピン溶接するために同装置を用いてもよい。上述したように、接着剤層は、接着剤の個別シートであってもよく、または表面処理物品の後面４４上に既に塗布されていてもよく、または固締具１２の平面１４上に塗布されてもよい。接着剤の個別シートは、図５および図６に示されている。
【００４４】
装置６０は、電動機６２および駆動機構６４が取付けられるフレーム６１を具備している。好ましい実施形態において、駆動機構６４は、空気シリンダである。摺動可能なフレーム６３および電動機６２を空気シリンダ６４から延在するロッド６５によって垂直方向に駆動することができるようにするために、電動機６２が摺動可能なフレーム６３によって取付けられる。シリンダ６４の作動に応じて、摺動可能なフレームを上下するために、ロッド６５が摺動可能なフレーム６３に固定される。第１のシャフト６６が、電動機６２から延在している。第１のシャフトは、第２のシャフト６７に連結される。図示された実施形態において、任意のはずみ車６８が第２のシャフト６７の末端に取付けられる。また、シャフトの末端には、固締具１２を保持するための取付具７０も取付けられる。第２のシャフトは、摺動可能なフレーム６３から延在する軸受支え６９を任意に通過してもよい。したがって、電動機６２は、第１のシャフト６６、第２のシャフト６７、任意のはずみ車６８、取付具７０を駆動し、これらの構成要素のすべてが、シリンダ６４の作動に応じて、摺動可能なフレーム６３と共に上下されることがわかる。
【００４５】
取付具７０は、スピン溶接作業中、固締具１２を保持する任意の適切な取付具であってもよい。固締具が接着剤層２４および表面状態調節部材４０に対して回転されるとき、取付具７０は、取付具７０内の固締具１２が滑らないようにするのに十分なくらい、しっかりと固締具１２を把持しなければならない。取付具７０はまた、スピン溶接工程後、固締具１２を容易に開放するように形成される必要もある。したがって、取付具７０は、当業界では公知であるように、固締具１２の把持および開放を行うための可動要素を含んでもよい。
【００４６】
図６に示された実施形態において、取付具７０は、その中にキャビティ７４を有する取付具本体７２を含む。キャビティは、固締具１２の駆動部材１８を収容することができる大きさである。キャビティ７４は、ネジ付き駆動部材１８と嵌合するために任意にネジ付きであってもよい。あるいは、キャビティ７４は、ネジ付きスタッド２０の把持および開放を行うための可動要素（図示せず）を含んでいてもよい。取付具７０は、任意にＯリング７６を含む。Ｏリング７６は、固締具１２の第２の面１６と当接する。駆動部材１８の把持および開放を行うための可動要素が取付具７０にない場合には、Ｏリング７６が特に好ましい。これは、スピン溶接中、固締具１２と取付具７０との間で滑らないようにするために役立つ。あるいは、固締具１２の第２の面１６と接触する取付具７０の面は、スピン溶接中、取付具と固締具との間の滑りを最小限に抑えるために、粗面または表面模様付き面であってもよい。いかなる配置構成が用いられようと、スピン溶接中、駆動部材１８または固締具１２に損傷を与えないようにするために、注意を払う必要がある。
【００４７】
表面状態調節部材４０は、スピン溶接中、部材４０が回転しないようにするために、フレーム６０にクランプで固定されるか、または別の方法で機械的に保持されてもよい。あるいは、スピン溶接中、部材４０が回転しないようにするために、表面状態調節部材４０の作業面４２が置かれるフレーム６０上に摩擦面が存在してもよい。スピン溶接前に固締具１２および表面状態調節部材４０を装着するためおよびスピン溶接後に取外すための任意の適切な方法が提供されてもよく、スピン溶接自体または接着剤の接合強度に影響を及ぼすことは望ましくないと考えられる。
【００４８】
上述の物品の好ましい実施形態の場合には、固締具１２を表面状態調節部材４０にスピン溶接するための好ましい方法は、以下の通りである。一般に、スピン溶接方法は、表面状態調節部材４０を静止させた状態で保持するステップと、表面状態調節部材４０にわたってほぼ中心に配置されるスピン溶接装置６０によって駆動される適切な取付具７０において固締具１２を取付けるステップと、表面状態調節部材４０のほぼ中心に熱可塑性接着剤の個別シートを配置するステップと、所望の回転速度まで取付具７０および固締具１２を加速するステップと、固締具１２と表面状態調節部材４０との間に位置する接着剤シート２４と固締具１２の平面１４を接触させるために駆動機構６４を作動するステップと、接着剤シート２４を軟化させるために必要な摩擦温度を実現するために、固締具が回転している間、固締具１２と表面状態調節部材４０との間に十分な力を印加するステップと、取付具７０および固締具１２の回転を停止鎖せることができるようにするステップと、固締具１２と表面処理物品部材４０との間の接合を形成するために、軟化した接着剤層２４を十分に冷却する間、固締具１２と表面状態調節部材４０との間の力を維持するステップと、取付具７０から固締具１２を開放し、表面状態調整物品１０を除去するステップと、を含む。接着剤シートが固締具１２の平面１４に比べて、小さい直径である場合には、固締具は熱可塑性材料から構成され、平面も軟化され、表面状態調節部材４０を用いて接合されてもよい。
【００４９】
接着剤の個別シートを用いる代わりに、接着剤層２４は、固締具と表面処理部材４０の間の相対的な回転を誘発する前に、固締具１２または表面処理部材４０のいずれかに既に組み込まれていてもよい。たとえば、固締具１２を取付具７０に取付ける前に、固締具１２の平面１４は、接着剤層を用いて塗布されてもよい。あるいは、装置６０において表面状態調整物品を保持する前に、表面状態調節部材４０の後面４４は、接着剤層を用いて塗布されてもよい。これらの代替方法のいずれかに関して、固締具１２と表面状態調節部材４０との間に接着剤の個別シートを個別に整列させる必要はない。
【００５０】
Ｐｏｗｅｌｌ，ＭｃＧｅｅ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．，ｏｆ　Ｓｈｏｒｅｖｉｅｗ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから入手可能なＰＭＡ　Ｓｐｉｎｗｅｌｄ　９０などの本願明細書に記載された状態を得ることができる任意の市販のスピン溶接装置６０を用いてもよい。別の適切な装置としては、Ａｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎからすべて市販されている１３９４−ＡＭ０４　ａｘｉｓ　ｍｏｄｕｌｅを用いたＡｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙサーボモータモデル番号１３２６ＡＢ−Ｂ４１０Ｊ−２１またはモデル番号１３２６ＡＳ−Ｂ３３０Ｈ−２１が挙げられる。
【００５１】
固締具と部材４０との間の摩擦によって、回転する固締具を停止させることができるように、固締具１２および表面状態調節部材４０が圧力下で接触した後、スピン溶接装置は、電動機６２から電力を除去するモードで作動されることが好ましい。あるいは、取付具７０および固締具１２の回転は、抵抗によって停止されてもよい。
【００５２】
固締具１２と表面状態調節部材４０との間の溶融接合の強度に影響を及ぼすことが分かっている変数は、以下の通りである。シリンダ６４がシステムに印加する力は、約１２５〜１１３１ｌｂ（直径４インチのシリンダの場合には１０〜９０ｐｓｉ）であれば好ましく、約２５１〜６２８ｌｂ（２０〜５０ｐｓｉ）であればさらに好ましく、約３１４〜５６５ｌｂ（２５〜４５ｐｓｉ）であれば最も好ましい。電動機６２の速度は約２，０００〜１０，０００ＲＰＭであることが好ましい。スピン時間は約０．１５〜０．９０秒であることが好ましい。スピン時間は、取付具７０および固締具１２を接着剤シート２４および表面状態調節部材４０に向かって移動する（行程距離約２〜６インチ）ために、電磁弁がシリンダに気圧を印加するための信号を発信した時間から、電動機６２が電力を受けた状態でどれだけの長さ維持されるかを示す測定値であり、固締具１２が接着剤シート２４および表面状態調節部材４０に接触した後、電動機６２から電力を除去するためのコマンドによって終了する。適切な接合強度を決定するために有用な変数は、スピン時間（秒）を乗じた電動機の速度（ＲＰＭ）である。この変数は、所望の接合強度を得るために、所望の最低値を上回るものとして決定されている。所望の最低値を超えるまで変数を増大させることにより、溶融接合の剥離から駆動部材１８の破損に至る故障モードに変わる。したがって、故障モードの転換点を超えるまでこの変数を増大させることは、表面処理物品の全体強度をほとんど強化しないことになる。上述の要素の好ましい実施形態を固締するためには、（ＲＰＭ）×（スピン時間）が約２００〜９０００であることが好ましい。
【００５３】
回転速度およびスピン時間の所与の範囲内で、接着剤層、固締具、表面状態調節部材の間の所望の溶融接合力を得るために、少なくとも最小の好ましい力で、シリンダ６４は接着剤シートおよび表面状態調節部材４０と接触する固締具１２を維持する必要があることと、力を増大させることは溶融接合の剥離から駆動部材１８の破損に至る故障モードに変わることと、がわかっている。したがって、剥離モードが切り替わる点を超えて、力を増大させても、表面処理物品の全体強度をあまり増大しない。本願明細書に記載された固締具１２、接着剤層２４、表面状態調節部材４０の好ましい実施形態の場合には、固締具１２と表面状態調整部材４０との間の圧縮力は、約５〜約９０ポンドである。
【００５４】
本発明は、複数の実施形態を参照して説明してきた。前述の詳細な説明および実施例は、理解を明確にするために与えられたに過ぎない。そこから不必要な限定であると理解すべきではない。本発明の範囲を逸脱することなく、示された実施形態において、さまざまな変更を加えることができることは、当業者には明白であると思われる。したがって、本発明の範囲は、本願明細書に記載された正確な詳細および構造ではなく、むしろ、特許請求の範囲の文言によって記載される構造物およびそれらの構造物の等価物によって限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表面処理物品の好ましい実施形態の平面図である。
【図２ａ】線２ａ−２ａに沿って切り取った図１の表面処理物品の断面図である。
【図２ｂ】線２ｂ−２ｂに沿って切り取った図１の表面処理物品の別の実施形態の断面図である。
【図３】本発明による表面処理物品の別の実施形態の平面図である。
【図４】線４−４に沿って切り取った図３の表面処理物品の断面図である。
【図５】固締具を接着剤層に接触させる前に、表面状態調節部材に接触している本発明の方法を実行するための好ましい装置の部分概略図である。
【図６】表面状態調節部材に接触している接着剤層と接触している固締具を示す図５の装置の部分図である。

Claims

ａ）表面状態調節部材と、
ｂ）略平面および駆動部材を含む固締具と、
ｃ）前記表面状態調節部材と前記固締具の前記平面との間の接着剤層であって、回転配向を含む前記接着剤層と、を含む表面処理物品。
前記表面状態調節部材が作業面および前記作業面に対向する後面を含み、前記接着剤層が前記表面状態調節部材の前記後面と前記固締具の前記平面との間にある、請求項１に記載の表面処理物品。
前記接着剤層が前記表面状態調節部材の前記後面の実質的にすべてに塗布される、請求項２に記載の表面処理物品。
前記表面状態調節部材が研磨部材である、請求項１に記載の表面処理物品。
前記作業面が不織研磨布を含む、請求項４に記載の表面処理物品。
前記作業面が研磨布紙を含む、請求項４に記載の表面処理物品。
前記固締具が熱可塑性材料を含む、請求項１に記載の表面処理物品。
前記固締具がナイロンを含む、請求項７に記載の表面処理物品。
前記固締具が金属を含む、請求項１に記載の表面処理物品。
前記固締具が鋼を含む、請求項９に記載の表面処理物品。
前記接着剤層が熱可塑性接着剤を含む、請求項１に記載の表面処理物品。
前記熱可塑性接着剤層が、前記固締具の前記平面と前記表面状態調節部材との間の前記熱可塑性接着剤層を用いて、前記固締具と前記表面状態調節部材との間の相対的な回転を誘発することによって加熱された、請求項１１に記載の表面処理物品。
前記接着剤層が熱硬化可能な熱可塑性接着剤を含む、請求項１１に記載の表面処理物品。
前記固締具が略平面基部および駆動部材を含み、前記平面基部が前記平面および前記平面に対向する第２の面を含み、前記駆動部材が前記平面基部の前記第２の面から延在する、請求項１に記載の表面処理物品。
前記平面基部が前記接着剤を前記表面状態調節部材の前記後面と前記平面基部との間で自由に流動させることができ、前記接着剤が軟化された状態である、請求項１１に記載の表面処理物品。
ａ）表面状態調節部材と、
ｂ）略平面および駆動部材を含む固締具であって、前記平面が中心部分および前記中心部分に隣接する外側部分を含む固締具と、
ｃ）前記表面状態調節部材と前記固締具の前記平面との間の接着剤層であって、前記固締具の前記平面の前記中心部分に隣接する前記接着剤層より、前記固締具の前記平面の前記外側部分に隣接する前記表面状態調節部材をより強固に接合される接着剤層と、を含む表面処理物品。
前記表面状態調節部材が作業面および前記作業面に対向する後面を含み、前記接着剤層が前記表面状態調節部材の前記後面と前記固締具の前記平面との間にある、請求項１６に記載の表面処理物品。
前記接着剤層が前記表面状態調節部材の前記後面の実質的にすべてに塗布される、請求項１７に記載の表面処理物品。
前記表面状態調節部材が研磨部材である、請求項１６に記載の表面処理物品。
前記作業面が不織研磨布を含む、請求項１９に記載の表面処理物品。
前記作業面が研磨布紙を含む、請求項１９に記載の表面処理物品。
前記固締具が熱可塑性材料を含む、請求項１６に記載の表面処理物品。
前記固締具がナイロンを含む、請求項２２に記載の表面処理物品。
前記固締具が金属を含む、請求項１６に記載の表面処理物品。
前記固締具が鋼を含む、請求項２４に記載の表面処理物品。
前記接着剤層が熱可塑性接着剤を含む、請求項１６に記載の表面処理物品。
前記熱可塑性接着剤層が、前記固締具の前記平面と前記表面処理物品との間の前記熱可塑性接着剤層を用いて、前記固締具と前記表面処理物品との間の相対的な回転を誘発することによって加熱された請求項２６に記載の表面処理物品。
前記接着剤層が熱硬化可能な熱可塑性接着剤を含む、請求項２６に記載の表面処理物品。
前記固締具が略平面基部および駆動部材を含み、前記平面基部が前記平面および前記平面に対向する第２の面を含み、前記駆動部材が前記平面基部の前記第２の面から延在する、請求項１６に記載の表面処理物品。
前記平面基部が前記接着剤を前記表面処理物品の前記後面と前記平面基部との間で自由に流動させることができ、前記接着剤が軟化された状態である、請求項２６に記載の表面処理物品。
ａ）固締具の平面および表面状態調節部材に接触する熱可塑性接着剤層を用いて、前記固締具と前記表面状態調節部材との間の相対的な回転を誘発し、前記接着剤層を軟化させ前記固締具と前記表面状態調節部材との間の接合を形成するようにするステップと、
ｂ）その後で、前記固締具と前記表面処理部材との間の相対的な回転を停止させるステップと、を含む固締具を表面状態調節部材に接着させるための方法。
前記接着剤層が接着剤シートを含む、請求項３１に記載の方法。
前記接着剤シートが接着剤のディスクを含む、請求項３２に記載の方法。
前記接着剤層が接着剤の環を含む、請求項３１に記載の方法。
前記表面状態調節部材が作業面および前記作業面に対向する後面を含み、ステップａ）が前記固締具の前記平面および前記表面状態調節部材の前記後面に接触する前記接着剤層を用いて、前記固締具と前記表面状態調節部材との間の相対的な回転を誘発するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
前記表面状態調節部材が研磨部材を含む、請求項３５に記載の方法。
前記作業面が研磨布紙を含む、請求項３６に記載の方法。
前記作業面が不織面を含む、請求項３６に記載の方法。
前記固締具が熱可塑性材料を含む、請求項３１に記載の表面処理物品。
前記固締具がナイロンを含む、請求項３９に記載の方法。
前記固締具が金属を含む、請求項３１に記載の方法。
前記固締具が鋼を含む、請求項４１に記載の方法。
前記接着剤層が熱可塑性接着剤を含む、請求項３１に記載の方法。
前記熱可塑性接着剤層が熱硬化可能な熱可塑性接着剤を含む、請求項４３に記載の方法。
前記固締具が略平面基部および駆動部材を含み、前記平面基部が前記平面および前記平面に対向する第２の面を含み、前記駆動部材が前記平面基部の前記第２の面から延在する、請求項３１に記載の方法。
ステップａ）が、２，０００〜１０，０００ＲＰＭの相対的な回転を誘発するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
ステップａ）が、前記固締具と前記表面状態調節部材との間に５〜９０ポンドの圧縮力を印加するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
ステップａ）が、前記固締具の前記平面を軟化させ、前記表面状態調節部材と接合させる、請求項４７に記載の方法。
ステップａ）の前に、前記表面状態調整物品の前記後面上に前記接着剤層を塗布するステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
ステップａ）の前に、前記接着剤層を前記表面状態調整物品の前記後面の実質的にすべてに塗布するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
ステップａ）の前に、前記固締具の前記平面上に前記接着剤層を塗布するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
請求項３１の方法によって作成される表面処理物品。