JP4008821B2 - 被覆研磨材のパターン化された表面の作製 - Google Patents

Description

本発明は被覆された研磨材に関し、特に、パターン化された表面をもった被覆研磨材を作製する方法に関する。

周知の通り、研磨材を基材上に選択的に沈着させた場合には顕著な利点を得ることができる。かかる利点は、基材のうち、通常の使用時に実際の研磨を必要としない部分において沈着されずに廃棄される粒子をなくすことから、研磨材粒子の効率的な使用を保証するために研磨材を島状に形成させること、及び研磨中に研磨クズを取り除くための場所を設けることまでに及んでいる。本発明は、被覆された研磨材の用途のあらゆる種類のものに適合することのできる、被覆研磨材のパターン化された表面を作製するための効率的かつ汎用性の方法を提供する。

通常用いられている被覆された研磨材を作製する場合、バッキングにマーカーコートを設けている。ここで、マーカーコートの主たる機能は、バッキング上に沈着せしめられた研磨材粒子をそのバッキングに結合させることにある。そのために、マーカーコートが完全に硬化してしまう前に研磨材粒子を適用し、よって、粒子が依然としてバッキング表面にできるようにしている。次いで、マーカーコートに接着せしめられた粒子の上にサイズコートを適用する。このサイズコートの主たる機能は、粒子をバッキングに固定することにある。したがって、もしもマーカーコートをバッキング材の上に均一なコーティングとしてではなくパターンとして適用したとすると、バッキング材上に沈着せしめられた粒子が、そのマーカーコートが付着せしめられているパターンに対してのみ結合するであろうということが明らかである。これによって、パターン化された表面を作製するためのすでに知られている方法が提供されている。しかし、このことが意味するものは、製造工程を継続する一方で、バッキングに結合せしめられなかった研磨材粒子を集めかつそこから分離しなければならないということである。これによって問題が発生することがあり得、また、一般的には効率がよくない。さらに加えて、特定の領域にマーカーコートを選択的にプリントすることは簡単ではない。なぜならば、被覆研磨材の均一にパターン化された表面を保証するため、均一性を保証するためにドクターナイフを備えた単純構成のロールコータやスリットダイ沈着メカニズムを使用することの代りに、複数個の沈着用オリフィスを備えて易流動性の状態を保つことが必要であるからである。

別の方法は、マスキング層を使用することを包含し、そのマスキング層の開口部に対応する領域においてのみマーカーコート及び（又は）研磨材粒子を沈着させることが可能である。この方法は、非常に効率的であるというものの、マスキング層の除去の際に問題が発生し得る。なぜならば、マスキング層の背後に回りこみが発生した場合には、マスキング層の取り除きに困難が発生し得、また、一部にオーバーラップする部分があった場合には、マスキング層の除去に際して研磨材粒子の一部の除去もあわせて引き起こされ得るからである。さらに加えて、入念なクリーニングを行わない限りマスキング層を再使用することはできず、したがって、不必要に不経済であり、経費を必要とすることとなる。

粒子の沈着は、重力供給もしくは静電沈着によって一般的に実施されている。重力供給法では、粒子がさらさら状態（自由流動性）のままであることを保証することに依存するのであるけれども、沈着用のホッパーから、（望ましくは）均一な状態となるように粒子を沈着させる。しかし、沈着過剰を生じる傾向があり、したがって、搬送方向を反転させるために基材表面をロールの上を通過させる場合、被覆後の表面が下方を向くこととなり、マーカーコートによって付着せしめられなかった過剰量の粒子が落下してしまう。所望とするパターンを得るため、一連の方向付け用のシュラウドを使用して基材の上に粒子を選択的に沈着させることはすでに提案されている。このような方法では、パターン化された表面の作製がマーカーコートに対する粒子の沈着を物理的にコントロールする機能を奏するようにするため、マーカーコートを均一に被覆するのが一般的である。このような方法は非常に効率的であるけれども、研磨材粒子のサイズがより小さくなるために、使用に当たっての問題がより大である。なぜならば、粒子が小さくなればなるほど流動性の問題により敏感となり、パターンの破壊を生じ得るからである。さらに加えて、シュラウドの位置決めや線速度を適正にコントロールしない限り、過剰量の適用やパターンの解像性の欠如といった問題が発生可能である。

しばしばＵＰ法（上向き投射法）と呼ばれる静電沈着法では、研磨材粒子を入れたトレイを２個の電極の間に配置し、その際、上方の電極は接地されておりかつ下方のそれは電荷を保持できるように作られている。マーカーコートが与えられているバッキングを、これらの電極の間、そして研磨材粒子のトレイの上を通過させる。粒子の沈着を開始させるため、下方の電極に電荷を付与して研磨材粒子を接地電極の方向に上方に投射し、基材上のマーカーコートに研磨材粒子を付着させる。この方法を使用すると、非常に均一であり、コントロールが可能な被膜が得られ、また、かかる理由のため、この方法は広く実施されている。しかし、この方法は、上記したような欠点を伴うパターン化されたマーカーコートの沈着を使用することなくして、パターンの形成に適合することは容易ではない。

本発明は、効率的なＵＰ沈着法を使用して、被覆された研磨材の上にパターン化された表面を作製するための極めて汎用性でありかつ効率的な方法を提供することにある。

本発明は、パターン化された表面をもった被覆された研磨材を作製するためのものであって、静電投射法によって基材上に研磨材粒子を沈着させることを含み、その際、前記粒子の投射を行う電場を調整して、前記基材上に前記粒子が所望のパターンで選択的に沈着されるようになすことを特徴とする方法を提供する。

本質について述べると、上記したパターンは、そのパターンに対応する不均一な静電沈着電場を発生させることによって形成されるものである。「パターン」は、研磨材の円板の周りを占める単純な周辺リングであるか、あるいは研磨材シートのエッジに沿ったラインであることができる。別法によれば、パターンはドットパターンであることができ、その際、それぞれのドットは任意の所望の形状を有することができ、また、パターン要素は任意の所望のスペースを有することができる。パターンを構成する要素はそれぞれ明確に定義される必要がない。なぜならば、電極間の静電電場は、明確な境界線によって規定されるものではないからである。しかし、静電電場の強度が最大の領域に対応してより高レベルの沈着が達成されることが明らかであるので、本願明細書で「パターン」なる用語を使用した場合、このことが「パターン」の基礎となる。

本発明の面から言うと、「不均一」なる語は、研磨材粒子がバッキングに向かって投射される静電電場の強度において意図的に変化を起こさせることを意図している。このことは、電極のエッジの周りの領域においてしばしば観察されているものであって、電場の強度の若干の減衰を引き起こすかもしれないエッジ効果とは無関係である。

強度の変化は、それぞれ異なる用途において顕著な利点をもたらすことのできる多数の方法によって引き起こすことができる。電場は、例えば、常用の電極の間で本質的に均一であることができるけれども、処理後の沈着基材を電極の間を通過させることによって局所的に強化を行ってもよい。従って、例えば、第１及び第２の主たる表面を有するバッキングであって、第１の主たる表面に対してマーカーコートが施されておりかつ第２の主たる表面上に導電性インクでパターンがプリントされているバッキングは、そのバッキングを電極間を通過させた場合、電場を局所的に強化し、そのために、プリント面に対向する第１の主たる表面上で沈着を実施することができる。もしも電場の強さを、局所的強化の不存在において、基材上で粒子の顕著な沈着を引き起こすのに不十分であるように調整したならば、粒子は、フィルムの反対側にプリントされたパターンに対応するパターンで沈着せしめられるであろう。このパターンは、一連のドット又はストライプのように単純であることができ、あるいは、所望ならば、おそらくはより複雑なパターンであることができる。場合によっては、シートの横方向エッジに沿ってストライプをプリントするのが望ましいこともあり得、この場合、常用のＵＰ法を使用した場合に研磨材粒子がしばしば不適当に付与された領域において、より高められた沈着を保証することができる。基材の背面側、すなわち、基材の表面のうち研磨材粒子が沈着せしめられるべき面とは反対側の面に対してプリントを施すことが、最もしばしば行われている。しかし、この方法は必須のものではなく、粒子を受理する側にプリントを行うこともしばしば有利に実施することができる。

本発明方法のこの態様は、バッキングが、電場の強い局所的変動を起こす可能性が少なく、したがって所望とするパターンがクリアに解像される度合いが低い布帛材料よりもむしろ、プラスチックフィルムあるいは紙からなっている場合にとりわけ有用である。

導電性インクによるプリントを使用してパターンを形成した場合、極めて汎用性となるという大きな利点が得られ、また、常用のＵＰ沈着装置を使用するので、任意の所望のパターンを生ぜしめるために適当なプリントステーションを組み合わせて使用することができ、異なるパターンの形成工程の間でＵＰ粒子沈着装置の大規模な変更を行う必要もない。

本発明方法は、連続法、例えば大型のロール（「ジャンボ」と呼ばれる）の形の被覆研磨材を用意し、次いでこれを切断及び（又は）スライスして研磨材の円板又はベルトを作製する方式の常用の被覆研磨材作製方法において使用するのに十分に適している。また、個々の円板を作製する際にも使用することができ、その場合には、バッキング材からなる個々の円板をＵＰ粒子沈着電場に配置して研磨材粒子を受理させる。これらの円板は、電場の中に導入する前、導電性インクからなる適当なパターンを受理することができる。

静電電場の強度を変化させるための別の方法は、付形された電極の使用を介したものである。その最も簡単な態様によれば、接地された電極が環（リング）状に付形される。もしもこの電極を連続した方法で使用するのであるならば、中断された形で電場を発生させかつ電極間におけるバッキングの通過に適合させることが必要となるであろう。しかし、プレカット状態で個々の円板を作製し、電極間を通過中のコンベヤ上に位置決めすることも可能であり、円板の位置に対応させて、沈着のタイミングを正確にコントロールすることができる。

パターン付与された電極は、通電される電極（ライブ電極）あるいは接地された電極のいずれであってもよく、同一の結果を得ることができる。別の改良点として、通電電極及び接地電極の両方に同様なパターンを付与してもよい。

パターン付与された電極は、例えばポリエステル又はポリフッ化ビニリデンのような絶縁性基材上に導電性インクを使用してパターン化されたプリントを実施することによって容易に形成することができる。別法によれば、金属被覆の絶縁性フィルムをエッチングして所望のパターンを与えることができる。また、パターン付与された電極を形成するため、この技術分野で周知のその他の方法を使用することができる。

とりわけ有効なパターン付与された電極は、積層体の形態を有している。この積層体の場合、導電性の材料からなる共通の支持体、あるいはベース、の層の上に絶縁性の層を介して導電性の突起物をもった絶縁性の材料が被せられており、また、その表面には、導電性のベース層と電気的に接触している導電性セグメントのパターンが設けられている。単純な形では、電極の表面には一連の小さなプレートがあり、また、それらのプレートは、実際、絶縁材料により均一に間隔をあけて分離された小型電極（ミニ電極）である。前記したように、パターン付与された電極は、接地電極もしくは通電電極であることができ、あるいは、可能ならば両者であってもよい。前記したように、これらの電極は、ジャンボロールの形をした連続作製モードあるいは注意深く見当あわせして行う個々の円板の作製のいずれにおいても使用可能にできている。

次いで、本発明で実施可能な組み合わせ及び用途のいくつかについて示した図面を特に参照して、本発明を説明することにする。なお、図面は、それらの図面に含まれる開示内容に基づいて当業者に明らかとなるような任意選択事項をすべてまとめ尽くしたものでないことは、もちろんのことである。

図１において、アース１に接地された電極８に対向して、電源７に接続された通電電極９が設けられている。これらの電極の間を、粒子５を担持した粒子コンベヤ６が通電電極に接するようにして通過する。また、これらの電極の間を、未硬化のマーカーコート２の層とその背面に導電性インクで押印されたプリント４とを有する被覆された研磨材のバッキング材が、接地された電極に接するようにして通過する。バッキング材のパターン形成部分が電極間に挟まれた帯域に入り込んだ時、コンベヤからの粒子が、バッキングの対向面上のプリントパターンに対向する領域においてマーカーコート上に沈着する。

図２Ａは、パターンがリングの形をしておりかつバッキングが独立した円板の形をしていることを除いて、図１に示したものと同様な装置を表している。図２Ｂは、図２Ａに示した装置を使用して処理した後の円板の背面（左側）及び前面（右側）を示したものである。背面は、導電性インクを使用してリング４がプリントされたものであり、その結果、これと対をなすところの、バッキング３の前面でマーカーコート２に付着せしめられた研磨材粒子５のリングが得られる。

図３は、環状の接地電極８と、それに対向した環状の通電電極９とを使用したものである。研磨材粒子５を担持したサポートトレイ１０に対向して、マーカーコート４を担持した円板３が設けられている。通電電極を電源７に接続した場合、サポートトレイからバッキングの円板に向かって粒子が投射され、図２Ｂに示したものと同様なパターンが形成される。

図４は、別の配置を示したものであり、この配置の場合、通電電極と設置電極とが積層体の形をしている。これらの積層体は、導電性のバッキングプレートを含み、また、そのバッキングプレートは、多数個の導電性部材１１と、それらの部材の間のエッチング空間を充填した絶縁性材料１２とを与えるため、深くエッチングされている。電極は、プーリーの上を動くベルトの形をしており、電極間をバッキング材が移動する時、そのバッキング材のスピードで電極が移動するようになる。実際、電極は多数個の小型電極からなっているので、電場は、２個の静止電極間で形成される１つの連続した電場よりはむしろ、多数個の独立して電場となるであろう。そのために、対向して設けられた小型電極の対によって、コンベヤトレイからバッキング上のマーカーコートに向けて粒子を投射するのに適当な電場を発生させ得る期間が延長されるであろう。

図５においては、両方の電極を図４に示した積層形態にすることは不必要であるけれども、通電電極又は接地電極のどちらか一方であることができる静止電極と組み合わせ得るということを示している。

図６では、小型電極間の電場の力を高めるため、図４に示した装置に、バッキングの反対側に導電性インクでプリントしたパターンを組み合わせている。

実施例１
この実施例では、本発明方法を使用した結果について説明する。使用した装置は、図３に示したものであるが、しかし、接地電極として、図示した環状電極に代えてフラット電極を使用した。環状の通電電極は、その外径が２０．３２ｃｍであり、かつ半径方向の幅は４．４５ｃｍであった。接地電極に対して、感圧接着剤を塗布したバルカナイズドファイバーのバッキング材（商業的な実施において使用されている、未硬化のマーカーコートのための基材として使用）を付設した。バッキング材と通電電極の間の分離は、１．１１ｃｍであった。研磨材粒子のトレイを通電電極に隣接させて電極間に配置し、次いで通電電極を１０〜３０ｋＶのＤＣ電源に接続した。付着パターンは、図７に示す走査画像に表すとおりであり、また、図７は、沈着方法を変更した方法で被覆した３種類の円板を示している。図示のように、かかる研磨材円板を使用した場合には、好ましいとする周縁領域においてクリアなパターンが得られ、また、その領域では殆どすべての研磨が行われる。

以上、常用のＵＰ沈着法の１変更方法を使用して被覆研磨材を作製する応用例について本発明を記載した。しかし、本発明は、硬化可能なバインダ中に分散可能な研磨材粒子を含む層の表面に対して機能性粉末の層を適用する方法にもまた採用することができる。この機能性粉末とは、特別な表面特性を付与するためのものであり、しばしば、微細な研磨材粒子を含むことができる。このような被覆を使用する方法は、米国特許第５，８３３，７２４号及び同第５，８６３，３０６号に記載されている。被覆は、ＵＰ投射法を使用して適用することができ、また、理解されるように、このような方法の環境下において本発明を使用することはまた、本発明の意図される範囲の範疇に属するものであると考察される。

図１は、背面プリントバッキング材を使用した連続方法の模式図である。 図２Ａは、適当な背面プリントを備えた円板のエッジの周りに研磨材粒子が主として沈着せしめられた円板を個々に作製する装置の構成図である。 図２Ｂは、得られた円板の背面及び前面を示したもので、円板のプリント背面が左側にかつ円板の研磨材被覆面が右側に示されている。 図３は、環状接地電極を使用して個々に円板を作製する装置の構成図である。 図４は、積層電極の断面図である。 図５（図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃ）は、図４に図示のような積層電極を使用した３種類の異なる配置を示した模式図である。 図６は、背面プリント基材及び積層電極の両方を使用した装置の構成図である。 図７は、実施例１に記載の方法によって作製した３種類の円板状研磨材の走査画像である。

Claims (9)

1. パターン化された表面をもった被覆された研磨材を作製するためのものであって、
   対向して配置された、異なる電荷を保持する電極によって発生せしめられた電場を使用した上向き静電投射法によって、第１及び第２の主たる表面を有しかつ前記第２の主たる表面に対向する前記第１の主たる表面に研磨材粒子が沈着せしめられる非帯電の基材上に研磨材粒子を沈着させることを含みかつ、その際、前記粒子の投射を行う電場を調整して、前記基材上に前記粒子を所望のパターンで選択的に投射しかつ沈着させることを特徴とする被覆された研磨材を作製する方法。
2. 前記基材の第２の主たる表面に前記所望のパターンを導電性インクでプリントすることによって電場を調整することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 静電投射の電場を発生させるために使用される電極の少なくとも１つが前記所望のパターンにあわせて付形されているようになすことによって電場を調整することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記付形された電極が環状形態を有していることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 静電電場を発生させるために使用される両方の電極が前記所望のパターンにあわせて付形されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記投射の電場を発生させるために使用される電極の少なくとも１つが、電場発生面を有する積層された電極であり、また、その積層電極が、
   ａ）導電性の材料からなるベース層、
   ｂ）前記ベース層の上に配置された多数個の導電性部材であって、前記ベース層と電気的に連通しておりかつ前記所望のパターンに対応するパターンで配置された多数個の導電性部材、及び
   ｃ）前記ベース層の上に配置されたものであって、前記導電性部材と前記導電性部材の間にあり、よって前記導電性部材を互いに分離している絶縁材料
   を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 連続した形で実施し、その際、研磨材粒子を前記所望のパターンで沈着させる静電電場を発生させる対向して配置された電極の間に前記基材を移動させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記電極の少なくとも１つが、電場発生面を有する積層された電極であり、また、その積層電極が、
   ａ）導電性の材料からなるベース層、
   ｂ）前記ベース層の上に配置された多数個の導電性部材であって、前記ベース層と電気的に連通しておりかつ前記所望のパターンに対応するパターンで配置された多数個の導電性部材、及び
   ｃ）前記ベース層の上に配置されたものであって、前記導電性部材と前記導電性部材の間にあり、よって前記導電性部材を互いに分離している絶縁材料
   を含んでいることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. パターン化された表面をもった被覆された研磨材を作製するための方法であって、
   対向して配置された、異なる電荷を保持する電極によって発生せしめられた電場を使用した上向き静電投射法によって、第１及び第２の主たる表面を有しかつ前記第２の主たる表面に対向する前記第１の主たる表面に研磨材粒子が沈着せしめられる非帯電の基材上に研磨材粒子を沈着させることを含みかつ、その際、前記粒子の投射を行う電場を調整して、前記基材上に前記粒子を所望のパターンで選択的に投射しかつ沈着させること、
   連続した形で実施し、その際、研磨材粒子を前記所望のパターンで沈着させる静電電場を発生させる対向して配置された電極の間に前記基材を移動させること、
   前記電極の少なくとも１つが、電場発生面を有する積層された電極であり、また、その積層電極が、
   ａ）導電性の材料からなるベース層、
   ｂ）前記ベース層の上に配置された多数個の導電性部材であって、前記ベース層と電気的に連通しておりかつ前記所望のパターンに対応するパターンで配置された多数個の導電性部材、及び
   ｃ）前記ベース層の上に配置されたものであって、前記導電性部材と前記導電性部材の間にあり、よって前記導電性部材を互いに分離している絶縁材料
   を含んでいること、そして
   前記研磨材粒子を沈着せしめる間、前記積層された電極を、前記基材と同じ速度でかつ同じ方向に移動させること
   を特徴とする被覆された研磨材を作製する方法。

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