JP5932845B2 - 静電研磨粒子コーティング装置及び方法 - Google Patents

Description

研磨物品の被覆基材に砥粒を付着させるために静電場を用いることはよく知られている。例えば、１９４５年にミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチャリング社（Minnesota Mining and Manufacturing Company）に付与された米国特許第２，３７０，６３６号は、それぞれの砥粒の細長い寸法が基材表面に対してほぼ起立する（立っている）ように、砥粒の配向に影響を与えるための静電場の使用について開示している。

従来の静電システムでは、研磨粒子は、コンベヤーベルト上の研磨粒子に平行にその上を移動する被覆基材の下で研磨粒子を水平方向に搬送することによって、被覆基材に付着することができる。コンベヤーベルト及び被覆基材は、電位差に接続された下側プレート及び接地された上側プレートによって静電気を帯電させた領域を通過する。この後、研磨粒子は、静電場の力の作用により、重力に抗してほぼ垂直方向に移動し、被覆基材に付着して、被覆基材に対して起立した配向となる。多数の研磨粒子が、被覆基材に付着する前に静電場に平行にその長手方向軸を整列させる。

一般的に、このような構成は効果的に機能し、業界標準となっている。しかしながら、研磨粒子が重くなりすぎる場合、研磨粒子の静電引力を強め、これにより得られる被覆研磨物品の均一性を高めるために、しばしば高価である研磨粒子コーティングが加えられる。相対湿度が低い期間、従来のシステムが高い信頼性で動作するためには、更なる加湿装置がしばしば必要とされる。物理的粒径がＡＮＳＩ粒度約２０よりも大きい極めて重い研磨粒子は、現在の静電技術では付着させることはできないため、被覆基材上にドロップコーティングしなければならない。ドロップコーティングでは細長の配向を有する研磨粒子はわずかであり、得られる被覆研磨物品の研磨作用が低下する。従来のシステムにおける研磨粒子は、被覆基材に付着するまでコンベヤーベルトと被覆基材との間でしばしば繰り返し前後に跳ねるため、被覆研磨層の均一性が低下する。

本発明者らは、上記の問題、及び研磨剤コーティングを容易にパターン化することが可能であることを含む更なる利点が、研磨粒子が重力に打ち勝って垂直方向に持ち上げられる代わりに、被覆基材へとほぼ水平方向などの非垂直方向に推進される新規な静電コーティングプロセスによって得られることを見出した。一実施形態では、被覆基材は、研磨粒子が被覆基材に付着される際にほぼ垂直方向に移動する。コンベヤーベルト上に研磨粒子を支持する代わりに、研磨粒子は、少なくとも一部が電位差に接続されることにより静電場を発生する供給トレイを有する振動式フィーダーによって動かされる。一実施形態では、接地ロッドが被覆基材の背後に、供給トレイの端部と反対側に配置される。研磨粒子は、トレイの振動及び静電場の作用により、供給トレイの長さに沿って水平方向に供給方向に移動する。その後、粒子は、供給トレイから被覆基材上へと静電場によって並進される。本発明者らは、新規な方法によれば、研磨粒子が垂直方向ではなく水平方向に移動するにも関わらず、研磨粒子の細長の配向が依然として得られることを見出した。

新規な静電システムでは研磨粒子が被覆基材に付着するために打ち勝たなければならない重力はより小さいことから、大幅に低い電圧を使用して、所定の研磨粒子の粒径に対する静電場を発生させることができる。更に、打ち勝たなければならない重力がより小さく、振動式供給トレイが使用されることから、大幅に重い研磨粒子を付着させ、かつ／又は静電引力を強めるための研磨粒子の外側のコーティングをなくすことができる。新規な静電システムは、低湿度環境でも補助的な加湿を行う必要なく動作可能である。

更に、本発明者らは、供給トレイの端部と被覆基材及び／又は導電性部材との間の隙間を変化させることによって、被覆研磨物品中の粒子のｚ方向の回転配向を変化させることが可能であることを期せずして見出した。隙間が３／８インチ（０．９５ｃｍ）よりも小さい場合、三角形状の研磨粒子は、研磨粒子が供給トレイを通過する際に三角形の底辺が被覆基材の流れ方向に整列するように、より高頻度で配向する傾向にある。隙間が３／８インチ（０．９５ｃｍ）よりも大きい場合、三角形状の研磨粒子は、研磨粒子が供給トレイを通過する際に三角形の底辺が被覆基材の幅方向に整列するように、より高頻度で配向する傾向にある。被覆研磨物品における基材を通る長手方向軸を中心とした成形研磨粒子の選択的なＺ方向の回転配向を利用して研磨速度を向上させ、研磨粒子の破壊を低減し、又は被覆研磨物品によって結果として得られる仕上げを向上させることが可能である。新規な静電システムは成形された研磨粒子を起立した状態で付着させることが可能であるばかりでなく、従来は可能ではなかった、研磨粒子のｚ方向の回転配向を変化させることができる。

新規な静電システムを使用して、マスク又はパターン化されたメーク層を使用することなく、パターン化された研磨層を有する被覆研磨物品を製造することもできる。振動式フィーダーに印加される電圧、静電場、又はその両方を急速にサイクル変化させることによって、被覆研磨物品に幅方向の研磨剤の縞模様を容易に形成することができる。電場が消失させられると、空中で支持されていない研磨粒子は重力の作用により落下し、被覆基材に付着されなくなる。供給トレイの振動が低下又は停止されると、研磨粒子は被覆基材に付着されなくなる。被覆研磨物品上の流れ方向の研磨剤の縞模様は、研磨粒子が供給トレイ内の特定の幅方向の位置にのみ付着するように、供給トレイに個別の溝を設けることにより形成することができる。個別の溝を用い、電場を急速にサイクル変化させることによって、マス目状の研磨剤のパターンを形成することができる。供給トレイ又は振動式フィーダーの全体を位置決め機構に取り付けて、研磨粒子の動く流れをＸ、Ｙ若しくはＺ方向、又はその組み合わせの方向に向けることによって、直線、曲線、又は他のパターンを付着させることもできる。

新規な静電方法によれば、研磨粒子を同時に両面に塗布することができる。この方法では、メーク層を両面に有する被覆基材を、静電気を帯電した供給トレイをそれぞれが有する２基の振動式フィーダーの間の隙間に垂直方向に通過させる。２基の振動式フィーダーの供給トレイは、互いに対向して配置される。一方の供給トレイは正の電位に接続され、他方の供給トレイは負の電位に接続される。各トレイ内の研磨粒子は対向するトレイに向かって推進され、被覆基材の互いに反対側の面に付着する。

一部の実施形態では、被覆基材を、帯電した供給トレイを通過して流れ方向に動かす代わりに、供給トレイの放出部の近くに配置された回転円形ディスクに被覆基材を取り付けることができる。供給トレイの少なくとも一部は帯電され、接地された接地ターゲットが所望の隙間に設定される。ディスクは、確立された静電場の存在下で回転される。回転円形ディスク上の被覆基材と供給トレイとの間の隙間を、回転円形ディスクの回転速度とともに変化させることによって、被覆基材に付着される成形研磨粒子のｚ方向の回転配向を変化させることができる。

したがって、一実施形態では、本発明は、メーク層を有する基材の、互いに反対側の主面の一方に粒子を付着させる方法であって、粒子が供給面上で１以上の層に沈降するように、粒子を供給面を有する供給部材上で支持する工程であって、供給面と基材とが非平行に配置されている、工程と、粒子を供給面から基材に並進させて、粒子を静電力によってメーク層に付着させる工程と、を含む、方法にある。

別の実施形態では、本発明は、被覆研磨物品中の成形研磨粒子のｚ方向の回転配向を変化させる方法であって、少なくとも１つのほぼ平面状の粒子表面をそれぞれが有する成形研磨粒子を与える工程と、成形研磨粒子を供給面上に供給する工程と、メーク層が供給面に面するように、互いに反対側の主面の一方にメーク層を有する基材を、ウェブ経路に沿って供給面と導電性部材との間に案内する工程と、供給面と導電性部材との間に静電場を形成する工程と、成形研磨粒子を供給面からメーク層上に静電場によって並進させて、被覆研磨物品を形成する工程と、供給面と導電性部材との間の隙間を調節して、基材上における成形研磨粒子のｚ方向の回転配向を変化させる工程と、を含む、方法にある。

別の実施形態では、本発明は、基材のメーク層に研磨粒子を起立した状態で付着させる方法であって、ＡＮＳＩ粒度が２０未満であるか又はＦＥＰＡ粒度がＰ２０未満である研磨粒子を選択する工程と、選択された研磨粒子を供給面上に供給する工程と、メーク層が供給面に面するように、互いに反対側の主面の一方にメーク層を有する基材を、ウェブ経路に沿って供給面と導電性部材との間に案内する工程と、供給面と導電性部材との間に静電場を形成する工程と、選択された研磨粒子を供給面からメーク層上に非垂直方向に並進させて、選択された研磨粒子をメーク層に起立した状態で付着させる工程と、を含む、方法にある。

別の実施形態では、本発明は、供給面を有する振動式フィーダーと、供給面に対向する導電性部材と、供給面を帯電させて、供給面と導電性部材との間に静電場を発生させる電位差と、供給面と導電性部材との間にウェブを案内するためのウェブ経路と、を備える、装置にある。

当業者であれば、本考察はあくまで代表的な実施形態の説明に過ぎず、代表的な構成として実施される本開示のより広い態様を限定することを意図するものではない点は理解されるはずである。

明細書及び図面において参照符合が繰り返し使用される場合、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すものとする。
被覆基材に研磨粒子を付着させるための静電システム。 被覆基材に研磨粒子を付着させるための別の静電システムの一部。 図１の３−３線に沿った異なる供給トレイの断面。 図１の３−３線に沿った異なる供給トレイの断面。 図１の３−３線に沿った異なる供給トレイの断面。 被覆基材の両面に研磨粒子を同時に付着させるための静電システムの別の実施形態。 回転する被覆基材に研磨粒子を付着させるための静電システムの別の実施形態。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 実施例において述べるように形成された異なる被覆研磨物品の研磨剤層の写真。 明細書及び図中で繰り返し使用される参照記号は、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図する。

用語の定義
本明細書で使用される「備える（comprise）」、「有する（have）」、及び「含む（include）」といった語形は、法律的に等価かつ非限定的である。したがって、記載される要素、機能、工程、又は限定以外に、更なる記載されない要素、機能、工程、又は限定が存在しうる。
本明細書で使用するところの「成形研磨粒子」とは、少なくとも部分的に複製された形状を有する研磨粒子を意味する。成形研磨粒子を製造するための非限定的なプロセスは、所定の形状を有する成形型中で前駆体研磨粒子を成形する工程、所定の形状を有するオリフィスから前駆体研磨粒子を押し出す工程、所定の形状を有する印刷スクリーンの開口部から前駆体研磨粒子を印刷する工程、又は前駆体研磨粒子を所定の形状若しくはパターンにエンボス加工する工程を含む。成形研磨粒子の非限定的な例としては、米国再発行特許第ＲＥ ３５，５７０号、米国特許第５，２０１，９１６号、及び同第５，９８４，９９８号に開示されるような三角形の板状粒子、又は、その一例が米国特許第５，３７２，６２０号に開示されるセント・ゴベイン・アブレイシブズ社（Saint-Gobain Abrasives）により製造される、しばしば円形の断面を有する細長のセラミックロッド／フィラメント、又は角錐などの形状に成形された、結合剤と多数の研磨粒子とを含む成形研磨複合材料が挙げられる。
本明細書において使用するところの「ほぼ水平な」とは、完全な水平方向の±１０°、±５°、又は±２°の範囲内を意味する。
本明細書において使用するところの「ほぼ垂直な」とは、完全な垂直方向の±１０°、±５°、又は±２°の範囲内を意味する。
本明細書において使用するところの「ほぼ直交する」とは、９０°の±２０°、±１０°、±５°、又は±２°の範囲内を意味する。
本明細書において使用するところの「ｚ方向の回転配向」とは、粒子の長手方向軸を中心とした回転角度のことを指す。粒子の長手方向軸は、粒子が静電力によって空気中を移送される際に電場と整列する。

図１を参照すると、被覆研磨材製造装置１０の一部が示されている。互いに反対側の主面を有する基材２０がウェブ経路２２に沿ってコーター２４を通過して進められると、コーター２４が樹脂２６を塗布して基材の第１の主面３０上に層２８を形成し、これにより被覆基材３２が形成される。被覆基材３２は、被覆基材が供給部材を作動する振動式フィーダー３６を通過する際にほぼ垂直に移動するように、適当なガイドロール３４によってウェブ経路２２に沿って案内される。コンベヤーもまた、供給部材に対して作用しうる。

振動式フィーダー３６は、供給面を有する供給トレイ３８、及び、電磁駆動要素又は機械的偏心駆動要素などの駆動要素４０を有する。電磁駆動要素の場合、アーマチャ４２の一端が、１以上の可撓性部材４４によって支持された供給トレイ３８と直接的又は間接的に連結され、可撓性部材４４によりトレイは横方向の運動を行うことが可能となっている。可変交流電源４５によって、アーマチャによって伝達される振動の振幅を制御する電磁駆動要素に電力が供給される。振動式フィーダーは、振動式フィーダーを接地から電気的に絶縁する振動ダンパー４６上に配設することができる。また、供給トレイ３８を、供給トレイを接地から電気的に絶縁する絶縁体５０上に配設することもできる。適当な振動式トレイフィーダーは、ペンシルベニア州エリー所在のエリーズ・マニュファクチャリング社（Eriez Manufacturing Co）より入手可能である。

供給トレイ３８の少なくとも一部に静電気を帯電させ、少なくともその一部を正又は負の電位差５２に接続して静電場を発生させることができる。例えば供給トレイは、絶縁性材料から形成され、ホッパー５８から研磨粒子５６を受容する非導電性材料受け部５４、及び導電性材料から形成され、非導電性材料受け部５４に取り付けられた導電性出口トラフ６０を有しうる。振動式フィーダー３６全体又は供給トレイ３８のみに静電気を帯電させることが可能であるが、電位差によって帯電される表面積を最小化することで帯電した表面を接地から絶縁することが容易となり、望ましくないアーク放電が低減されて安全性が高められる。また、これにより、静電場を集中させることによって、被覆基材への研磨粒子の引力を強めることができる。静電場を発生又は消失させるために電位差５２を、スイッチ、ＰＬＣ、又は振動回路によって高速でサイクル変化させることができる。

一実施形態では、金属棒、スプレッダーバー、アイドラロール、金属プレート、ターンバー、又は他の導電性部材などの導電性部材６２が供給トレイ３８と反対側に配置され、接地と電気的に接続される。例えばアイドラロール、スプレッダーバー、ターニングバー、又は丸ロッドなどの導電性部材のサブセットが湾曲した外表面を有し、被覆基材が湾曲した外表面の少なくとも一部に巻き付いている（図１、２）。他の実施形態では、被覆ウェブは導電性部材と接触しない。

被覆基材３２は、振動式フィーダー３６に面したメーク層２８とともに、供給トレイ３８と導電性部材６２との間の隙間６４を通過する。供給トレイ３８に電圧が印加されている場合、帯電した供給トレイと導電性部材との間の隙間６４に静電場６３が存在する。振動フィーダー３６の作用により、ホッパー５８から受け部５４に入る研磨粒子５６は、供給トレイ３８を通り、供給面として機能する出口トラフ６０へと、更に隙間６４内へと輸送される。静電場が存在しない場合、研磨粒子５６は重力の作用によってパン６６内に垂直に落下し、そこで回収してホッパー５８に戻すことができる。静電場が発生すると、研磨粒子５６は隙間６４を水平方向に横断するように基材２０上のメーク層２８上へと推進されて、メーク層中に埋め込まれる。予期せざる点として、ほぼ水平方向の研磨粒子の静電発射法の使用によっても、基材上に研磨粒子の細長の配向が生じる。従来のシステムでは、被覆基材に付着した粒子が重力によって垂直方向に整列する傾向があることから、研磨粒子が最初に被覆基材に衝突した後、重力によって研磨粒子が倒れ、研磨粒子を「寝かせる」傾向があるものと考えられていた。研磨粒子がメーク層２８に付着された後、従来のプロセスを用いて研磨粒子上にサイズコートを塗布し、メークコート及びサイズコートを硬化させることによって被覆研磨物品が得られる。

新規な静電システムでは、研磨粒子が被覆基材に付着するうえで同様の重力に打ち勝つ必要がないことから、静電場を発生させるために印加される電圧を大幅に低くすることができる。詳細には、一実施形態において、三角形の板状粒子からなる粒度３６＋の成形研磨粒子は５〜１０ｋＶで適切に付着されることが示されているのに対して、従来の垂直方向に付着される静電システムでは２０〜４０ｋＶが必要とされる。更に、ＡＮＳＩ １６、ＡＮＳＩ １２、ＦＥＰＡ Ｐ１６、又はＦＥＰＡ Ｐ１２などの約ＡＮＳＩ ２０又はＦＥＰＡ Ｐ２０よりも物理的粒径が大きいセラミックαアルミナ研磨粒子は、基材上に起立した配向を実現しつつ、新規な静電システムによって容易に付着させることが可能である。従来の静電システムでは、ＡＮＳＩ粒度１６のセラミックαアルミナ研磨粒子を付着させることはできない。

静電付着を促進するために、本発明者らは、導電性部材６２の流れ方向の長さ及び出口トラフの高さを、流れ方向に通常長さ１フィートから２０フィート（０．３ｍ〜６．１ｍ）である、従来のシステムにおいて以前より使用されている静電プレートのサイズと比較して、相対的に短くすることができることを見出した。一部の実施形態では、導電性部材は４、２、１、０．７５、０．５、又は０．２５インチ（１０１．６、５０．８、２５．４、１９．１、１２．７、又は６．４ｍｍ）以下の流れ方向の長さを有しうる。同様に、一部の実施形態では、出口トラフの出口における高さＨは、４、２、１、０．７５、０．５、又は０．２５インチ（１０１．６、５０．８、２５．４、１９．１、１２．７、又は６．４ｍｍ）以下の寸法を有しうる。静電場を発生する隙間の両側の導電性構造の流れ方向の長さを最小とすることで静電場の電気力線が集中し、これにより、得られる被覆研磨層の均一性が向上するとともに成形研磨粒子を回転配向させる助けとなりうるものと考えられる。

図の実施形態において研磨粒子が付着される、隙間６４におけるウェブ経路２２は、被覆ウェブが導電性部材６２に巻き付く際にほぼ垂直となる。研磨粒子が付着される前のウェブ経路２２は、垂直方向から振動式フィーダー３６から遠ざかる方向に傾斜していることにより、存在する静電場がない場合に研磨粒子が被覆基材と接触することが防止され、研磨粒子が継続して振動によって供給されることが防止される。垂直方向からの角度θは、約１０°〜約１３５°、又は約２０°〜９０°、又は約２０°〜約４５°でありうる。他の実施形態では、アイドラロールなどの導電性部材の周囲の巻き付き角度は０°〜１８０°の範囲であってよく、これにより、被覆ウェブが１８０°だけ導電性部材６２に巻き付く場合に、図１においてウェブが導電性部材６２に対してほぼ水平かつ導電性部材６２から遠ざかる方向に移動することができる。

本発明者らは、新規な静電システムによって、被覆研磨物品中の成形された研磨粒子又は他の粒子のｚ方向の回転配向を操作することができることを予期せずして見出した。詳細には、出口トラフ６０のような供給面によって、ほぼ平面状の粒子表面５７又は仮想平面を形成する粒子上の３点を特定のｚ方向の回転配向で配向させることができる。この後は、従来のシステムと異なり、被覆基材に粒子が付着される前に粒子を更に回転させることなく、隙間６４を通るように粒子を直線的に並進させるだけでよい。これにより、粒子が供給面によって支持される際に確立された粒子のｚ方向の回転配向をほぼ維持したまま、被覆基材に粒子を付着させることが可能である。これは、コインをテーブルの表面から空中に高速で滑り落とすのと似ている。コインは、ｚ軸を中心として回転することなく空中を飛行する傾向を有し、平らな面の一方が上を向いた状態で床に衝突する。

したがって、粒子が供給面から離れる直前に基材が隙間を通過する際、粒子の少なくとも３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は９５％が、供給面上に置かれた状態で有していたのとほぼ同じｚ方向の回転配向を有したまま被覆基材に付着するか、又は基材に対する付着後に基材に対して同じ配向を有するように被覆基材に付着することができる。従来のシステムでは、粒子のｚ方向の回転配向は制御されず、また、ランダムである。粒子がコンベヤー上に水平に置かれた状態で静電場によって最も強く引かれる粒子の縁、側面、又は点がコンベヤーから最初に浮揚し、これにより粒子が垂直の配向に９０°回転する。この「浮揚」による回転は制御されず、粒子がメーク層に付着すると、粒子は基材に対してランダムに配向する。このため、新規なシステムでは、粒子が静電場によって非垂直方向に並進されるために、粒子を基材に付着させる前に粒子のｚ方向の回転を制御することができる。

一実施形態では、少なくとも１つのほぼ平面状の粒子表面を有するか又は仮想平面を画定する３点を有する粒子を付着させる場合、ほぼ平面状の粒子表面が供給面と平行になるように、粒子を１以上の層を形成するように供給面上に沈降させる。一部の実施形態では、この沈降は、供給面が振動する際に重力の作用によって実現される。これにより、ほぼ平面状の粒子表面は基材に対して所定の配向に予め配向される。供給面上の粒子の供給面への付着が速過ぎると、大きな粒子の塊が存在することになり、ほぼ平面状の粒子表面が沈降の際に所望の配向に回転されなくなる。したがって、特定の実施形態では、供給面上の粒子は、５、４、３、２又は１層以下の層を構成しうる。一部の実施形態では、供給面上の粒子は実質上、粒子の単一層を形成する。

更に、供給面の振動を制御することによって、ほぼ平面状の粒子表面の予め配向された配置を向上又は維持することができる。詳細には、振動の振幅又は振動数は、供給面上の粒子がその表面から繰り返し放り上げられて空中に回転した後、異なるｚ方向の回転配向で供給面上に着地するほどに大きすぎてはならない。むしろ、粒子は、供給面に沿って穏やかに振動し、供給面上での飛び跳ねが最小となるように直線的に並進することが望ましい。このため、一部の実施形態では、メーク層に付着される前に粒子が重力の作用によって供給面に沿って滑る傾向を有するように、供給面に角度が付けられていてもよい。

本発明者らは、供給トレイの端部と導電性部材との間の隙間６４を変化させることによって、被覆研磨物品中の成形された研磨粒子又は他の粒子のｚ方向の回転配向を変化させることが可能であることを期せずして見出した。したがって、供給面上に置かれた粒子の予め選択されたｚ方向の回転配向を、隙間を変化させることによって更に変化させることができる。詳細には、新規な静電システムにおける隙間を変化させることによって、粒子が静電場によって空中を並進される際に、粒子の更なるｚ方向の回転を生じさせることが可能である。隙間Ｄが３／８インチ（０．９５ｃｍ）よりも小さい場合、三角形の板状粒子からなる三角形状の研磨粒子は、図１に示されるように粒子が供給トレイを通過する際、三角形の底辺と、供給面に元々接触していたほぼ平面状の粒子表面とが被覆基材の流れ方向に整列するように、より高頻度で配向される傾向を有する（粒子が隙間を通過する際に粒子の並進に加えて、約９０°の回転）。隙間が３／８インチ（０．９５ｃｍ）よりも大きい場合、三角形状の研磨粒子は、粒子が供給トレイを通過する際、三角形の底辺と、供給面に元々接触していたほぼ平面状の粒子表面とが被覆基材の幅方向に整列するように、より高頻度で配向される傾向を有する（粒子が隙間を通過する際に粒子の更なる回転が最小である並進）。

したがって、新規な静電システムでは、隙間６４を変化させることによって粒子のｚ方向の回転配向が変化する。詳細には、隙間を小さくすることにより、板状粒子からなる成形研磨粒子のより多くが流れ方向に整列することが示されており、隙間を大きくすることにより、より多くの板状粒子が幅方向に整列することが示されている。被覆基材を通るｚ軸を中心とした成形研磨粒子の回転配向を利用して研磨速度を向上させ、研磨粒子の破壊を低減し、結果として得られる被覆研磨物品の仕上げを向上させることができる。従来の静電システムでは、成形研磨粒子の回転配向を制御することはできない。

本発明の異なる実施形態では、メーク層によって基材に付着された粒子の２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は９５％以上が、基材に対して予め選択されたｚ方向の回転配向を有しうる。成形研磨粒子がほぼ平面状の粒子表面を有する場合、従来のシステムではほぼ平面状の粒子表面は、基材に対してランダムに配向していた。本発明の異なる実施形態では、メーク層によって基材に付着された成形研磨粒子の２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、又は９５％以上が、流れ方向又は幅方向のいずれかにほぼ平面状の粒子表面が整列するといったように、基材に対して予め選択されたｚ方向の回転配向を有する。

新規な静電システムでは、所定の断面形状を有する供給トレイ又はターニングバーの使用によって、成形研磨粒子５６又は他の粒子のｚ方向の回転配向を制御することもできる。ここで図２の平面図を参照すると、被覆基材３２が、導電性部材６２として機能する湾曲した外表面を有するターニングバー６８の方向にウェブ経路２２に沿って搬送されている。被覆基材３２はターニングバー６８に約１８０°巻き付いており、ターニングバーは入ってくるウェブ経路に対して４５°の角度をなしている。これにより、被覆基材は入ってくるウェブ経路２２に対して直交する方向に方向転換される。薄い三角形の板状の成形研磨粒子からなる研磨粒子５６が振動によって供給され、振動式フィーダー３６の出口トラフ６０から静電場の引力によって並進させられ、被覆基材３２がターニングバーに巻き付くのに従って被覆基材３２に付着する。被覆基材３２は研磨粒子が付着される時点では４５°の角度にあるため、成形研磨粒子は、図１の静電システムによって与えられる配向から４５°回転されて被覆基材に付着される。ターニングバー６８によって与えられる予め組み込まれた４５°の回転に加えるか又はこれから差し引かれる更なる回転の配向が、出口トラフ６０とターニングバーとの間の隙間６４を変化させることによって得られる。

図３Ｃを参照すると、出口トラフ６０の一実施形態の、図１の３−３線に沿った断面が示されている。出口トラフ６０は、出口トラフの水平な底面と角度αで交差する、幅方向に傾斜した平面支持面７２をそれぞれが有する複数の個別の溝７０を有している。幅方向に傾斜した平面支持面は、粒子が重力の作用によって幅方向に支持面を滑り落ちる傾向を有するように角度が付けられている。三角形の板状粒子からなる成形研磨粒子５６が出口トラフ６０内に存在する場合、これらの粒子は、傾いた支持面７２の上にほぼ平面状の粒子表面の一方を下にして平らに置かれる傾向を有する。三角形の板状粒子からなり、傾斜した側壁（切頭三角形状の角錐）を有する成形研磨粒子の一例が、２０１０年６月１７日公開の米国特許出願公開第２０１０／０１５１１９６号に、当該出願公開の図１及び２に示されるように図示及び説明されている。幅方向に傾斜した平面支持面が例えば３０°の角度αで傾斜している場合、被覆基材に付着された成形研磨粒子は、隙間６４を変化させることによって与えられる更なる回転がない場合に、図３Ａに示される出口トラフ６０によって与えられる配向から３０°回転される傾向を有する。幅方向に傾斜した平面支持面の角度αは、１〜８９°、又は３０、４５、若しくは６０°などのように２０〜７０°で変化しうる。

上記に述べたように、新規な静電システムは、図１０〜１５に示されるようなパターン形成された研磨材層を形成する能力を有している。これらのパターンは、出口トラフ６０の供給面を変化させるか又は付着方法を変えることによって形成することができる。詳細には、静電場（図１２、１３）、振動式フィーダー（図１０、１１）、又はその両方に印加される電圧を周期的に変化させることによって、砥粒を幅方向の縞模様に付着させることができる。出口トラフ６０が、対向する垂直壁７８（図３Ｂ）に接続する水平の平面支持面７４をそれぞれが有する、複数の間隔をおいた個別の溝７０を有する場合、機械方向の砥粒の縞模様を付着することができる（図１４、１５）。この後、図３Ｂの出口トラフを使用した場合に静電場、振動式フィーダー、又はその両方に印加される電圧を周期的に変化させることによって、被覆基材上に砥粒のマス目パターンを形成することができる（図１１と１５との組み合わせ）。上記で考察したように、図３Ｃに示されるような幅方向に傾斜した平面支持面を用いることで、被覆基材上に付着させる前に成形研磨粒子をｚ方向に回転させることができる。上記は組み合わせることが可能である。

出口トラフ又は振動式フィーダー全体を位置決め機構に取り付けて、研磨粒子の動く流れをＸ、Ｙ若しくはＺ方向、又はその組み合わせの方向に向けることによって、直線、曲線、又は他のパターンを付着させることも可能である。適当な位置決め機構としては、リニアアクチュエータ、サーボ液圧アクチュエータ、ボールネジアクチュエータ、空圧アクチュエータ、及び当業者には周知の他の位置決め機構が挙げられる。上記の出口トラフの設計以外に、出口トラフ６０及び供給面は、Ｕ字形状、Ｖ字形状、半円形、管状、又は隙間を通ってメークコート中に粒子を推進するのに先立って出口トラフ内において粒子を支持するための他の断面形状とすることができる。

本発明の異なる実施形態において、供給面と、隙間を通過する基材とは、平行とならないように配置される。他の実施形態において、供給方向における供給面は、供給面と導電性部材との間の隙間内に配置される基材に対してほぼ直交する。更なる他の実施形態では、供給面はほぼ水平であり、基材は隙間においてほぼ垂直である。異なる実施形態において、粒子は、供給面から基材へと非垂直方向に並進される。更に、異なる実施形態において、基材は供給面を通過する際に重力に抗して上方に移動する。一部の実施形態では、基材は供給面を過ぎてほぼ垂直上方に移動する。この移動の方向により、基材に対してより多くの粒子が起立した配向を有するようになるものと考えられる。例えば、粒子が供給面から自由落下する際、その前縁は、重力によって表面から離れ始め、粒子の後縁よりも下方となりうる。メーク層中にこの前縁を捕捉し、これを重力に抗して上方に並進させることにより、起立した配向を実現し、基材に対する粒子の傾きを低減する助けとなりうる。

静電システムと使用するのに適した研磨粒子には任意の公知の研磨粒子が含まれ、静電システムは成形研磨粒子を付着させるうえで特に効果的である。適当な研磨粒子としては、酸化アルミニウムのような溶融酸化アルミニウム系の材料、酸化アルミニウムセラミック（１以上の金属酸化物変性剤、及び／又はシード剤若しくは核化剤が含まれてもよい）及び熱処理された酸化アルミニウム、炭化ケイ素、共溶融されたアルミナ−ジルコニア、ダイアモンド、セリア、二ホウ化チタン、立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、ガーネット、フリント、エメリー、セラミックαアルミナゾルゲル法により調製された研磨粒子、並びにこれらの混合物が挙げられる。研磨粒子は例えば、個別の粒子、粒塊、研磨材複合粒子、及びこれらの混合物の形態であってもよい。

ここで図１を参照すると、代表的な成形研磨粒子５６が示されている。成形研磨粒子は、製造中に概ね三角形状に成形され、互いに反対側の２つのほぼ平面状の粒子表面及び三角形の外周を有する板状粒子からなる。特定の実施形態では、成形研磨粒子は、三角形のプリズム（９０°又は真っ直ぐな縁）、又は傾斜した側壁を有する切頭三角形状の角錐からなりうる。多くの実施形態において、成形研磨粒子の各面は正三角形を構成する。適当な成形研磨粒子及びその製造方法が以下の特許出願公開に開示されている。すなわち、米国特許出願公開第２００９／０１６９８１６号、同第２００９／０１６５３９４号、同第２０１０／０１５１１９５号、同第２０１０／０１５１２０１号、同第２０１０／０１４６８６７号、及び同第２０１０／０１５１１９６号。

研磨粒子は、例えば米国国家規格協会（AmericanNational Standards Institute,Inc.）（ＡＮＳＩ）規格、欧州研磨製品製造者連盟（Federationof European Producers of Abrasive Products）（ＦＥＰＡ）規格、及び日本工業規格（Japanese Industrial Standard）（ＪＩＳ）などの研磨材の業界において受け容れられている公称等級に対応するように一般的に選択される。代表的なＡＮＳＩ等級の表記（すなわち、特定の公称等級）としては、ＡＮＳＩ ４、ＡＮＳＩ ６、ＡＮＳＩ ８、ＡＮＳＩ １６、ＡＮＳＩ ２４、ＡＮＳＩ ３６、ＡＮＳＩ ４０、ＡＮＳＩ ５０、ＡＮＳＩ ６０、ＡＮＳＩ ８０、ＡＮＳＩ １００、ＡＮＳＩ １２０、ＡＮＳＩ １５０、ＡＮＳＩ １８０、ＡＮＳＩ ２２０、ＡＮＳＩ ２４０、ＡＮＳＩ ２８０、ＡＮＳＩ ３２０、ＡＮＳＩ ３６０、ＡＮＳＩ ４００、及びＡＮＳＩ ６００が挙げられる。代表的なＦＥＰＡ等級の表記としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、６００、Ｐ８００、Ｐ１０００、及びＰ１２００が挙げられる。代表的なＪＩＳ等級の表記としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、及びＪＩＳ１０，０００が挙げられる。

新規な静電システムを使用して、充填剤粒子を被覆基材に付着させることもできる。有用な充填剤粒子としては、石英などのシリカ、ガラスビーズ、泡ガラス、及びガラス繊維；タルク、粘土、（例えば、モンモリロナイト）長石、雲母、カルシウムシリケート、カルシウムメタシリケート、ナトリウムアルミノシリケート、ナトリウムシリケートなどのシリケート；硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウムなどの金属硫酸塩；石こう；バーミキュライト；木粉；アルミニウム三水和物；カーボンブラック；アルミニウム酸化物；二酸化チタン；氷晶石；キオライト；及び亜硫酸カルシウムなどの金属亜硫酸塩が挙げられる。

新規な静電システムを使用して、研磨助剤粒子を被覆基材に付着させることができる。代表的な研磨助剤としては、有機又は無機であってもよいが、ワックス、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロフタレン、及びポリビニルクロリドの塩素化ワックスなどのハロゲン化有機化合物；塩化ナトリウムなどのハロゲン化物塩、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、塩化マグネシウム；並びに、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、及びチタンなどの金属及びその合金が挙げられる。他の研磨助剤の例としては、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイト、及び金属硫化物が挙げられる。異なる研磨助剤の組み合わせが使用可能である。研磨助剤は、粒子、又は米国特許第６，４７５，２５３号に開示されるような特定の形状を有する粒子に成形することができる。

研磨粒子を付着させるのに適した基材２０には、被覆研磨物品の製造分野において知られるものが含まれる。一般的に、基材は互いに反対側の２つの主面を有する。基材の厚さは一般的に、約０．０２〜約５ｍｍ、又は約０．０５〜約２．５ｍｍ、又は約０．１〜約０．４ｍｍの範囲であるが、これらの範囲外の厚さも有用でありうる。代表的な基材としては、不織布（例えば、ニードルタック、メルトスパン、スパンボンド、水流交絡、又はメルトブローン不織布地など）、編布、スティッチボンド、及び織布地、スクリム、これらの材料の２以上の組み合わせ、並びにこれらの処理されたものが挙げられる。

本装置で使用するのに適したコーター２４としては、ナイフコーター、エアナイフコーター、グラビアコーター、リバースローラーコーター、メータリングロッドコーター、押出しダイコーター、スプレーコーター、及びディップコーターなどの、基材上にメーク層を塗布することができる任意のコーターが挙げられる。

メーク層２８は、基材の主面上に硬化性メーク層前駆体をコーティングすることによって形成することができる。メーク層前駆体は、例えば、膠、フェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、フリーラジカル重合性多官能性（メタ）アクリレート（例えば、ペンダントα，β−不飽和基を有するアミノプラスト樹脂、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシ、アクリル化イソシアヌレート）、エポキシ樹脂（ビス−マレイミド及びフルオレン変成エポキシ樹脂を含む）、イソシアヌレート樹脂、並びにこれらの混合物を含みうる。

図４を参照すると、静電コーティングシステムの代替的な一実施形態が示されている。新規な静電方法によれば、粒子層を同時に両面に塗布することができる。この方法では、両方の主面にメーク層２８を有する被覆基材２０が、静電気を帯電した供給トレイ３８をそれぞれが有する２基の振動式フィーダー３６の間の隙間６４をほぼ垂直に通過する。２基の振動式フィーダーの供給トレイは互いにほぼ対向しているが、実施形態によっては流れ方向にわずかにオフセットさせることもできると考えられる。第１の振動式フィーダーの第１の供給面は正の電位に接続され、第２の振動式フィーダーの第２の供給面は負の電位に接続されている。それぞれの供給面上の研磨粒子は、対向する供給面に向かって推進されて被覆基材の両面に付着する。

次に図５を参照すると、静電コーティングシステムの別の代替的な実施形態が示されている。被覆基材は、振動式フィーダー３６の静電気を帯電した供給トレイ３８の放出部の近くに配置された回転円形ディスク８０の平面状の円形表面に取り付けることができる。供給トレイの少なくとも一部が帯電され、ディスクが接地されていることにより静電場が形成されている。回転円形ディスク上の被覆基材と供給トレイとの間の隙間６４を、ディスクの回転速度とともに変化させることによって、被覆基材に付着された成形研磨粒子のｚ方向の回転を変化させることができる。詳細には、より多くの粒子を起立した状態で付着させるためには、粒子が隙間を並進する際に基材が供給面を通過してほぼ垂直上方に並進するように、回転円形ディスクが回転しなければならない。一部の実施形態では、供給面の幅をディスクの半径以下とすることにより、ディスクを回転させることなく成形研磨粒子をディスクの直径の一部にのみ付着させることができる。

本発明の目的及び利点を以下の非限定的な実施例により更に例示するが、これらの実施例において記載される特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するものとして解釈されるべきではない。特に断らないかぎり、実施例及び本明細書の残りの部分におけるすべての部、比率（％）及び比等は、重量基準である。

（実施例１〜５）
実施例１〜５は、本発明の異なる実施形態を実証するものである。すべての実施例について、標準的なフェノール系メーク層コーティング及び標準的な基材を使用した。すべての実施例について、三角形の板状粒子からなる成形研磨粒子のオープンコートをメーク層がコーティングされた裏材上に発射した。成形研磨粒子は、米国特許出願公開第２０１０／０１５１１９６号の開示に従って調製した。成形粒子は、各辺の長さが０．０５４インチ（１．３７ｍｍ）、成形型の深さが０．０１２インチ（０．３ｍｍ）の正三角形の形状のポリプロピレン成形型キャビティーからアルミナゾルゲルを成形することによって調製した。乾燥及び焼成後に得られた成形研磨粒子は、約５７０マイクロメートル（最も長い寸法）であり、３０メッシュのシーブを通過するものであった。静電コーティング装置の機械設定は以下の通りであった。すなわち、線速度＝１２．５フィート／分（３．８１ｍ／分）；振動式フィーダーの設定＝２００〜３５０（「ＳＹＮＴＲＯＮ Ｍｏｄｅｌ ＦＴ０１」、エフ・エム・シー・テクノロジーズ社（FMC Technologies）テキサス州ヒューストン）；印加電圧＝５ｋｖ±１ｋｖ；出口トラフと導電性部材接地バーとの間の隙間＝０．３７５インチ±０．１２５インチ（０．９５ｃｍ±０．３２ｃｍ）；出口トラフの下縁を接地バーの中心と整列；並びに接地バーの直径は０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）。２次粒子は付着させる場合、グレード８０の粉砕アルミナ粒子とした。機械の設定値を様々に変更することによって、下記表１に示すような実施例１〜５の代表的な実施形態とした。

当業者であれば、より詳細に付属の「特許請求の範囲」に記載される本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく本開示に対する他の改変及び変更を行うことが可能である。異なる実施形態の態様を異なる実施形態の他の態様と部分的若しくは全体的に互換すること又は組み合わせることが可能である点は理解されるであろう。特許証のための上記の出願において引用された、参照文献、特許、又は特許出願はいずれも一貫性を有するようにそれらの全容を本明細書に援用する。これらの援用文献の一部と本明細書との間に不一致又は矛盾がある場合、上記の説明文における情報が優先するものとする。特許請求される開示内容を当業者が実行することを可能ならしめるために示される上記の説明文は、「特許請求の範囲」及びそのすべての均等物によって規定される本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (2)

1. 粒子供給面を規定する出口トラフを有する振動式粒子フィーダーであって、前記粒子供給面を振動するように動作可能な振動式粒子フィーダーと、
   前記粒子供給面から離間した導電性部材と、
   前記粒子供給面を帯電させて、前記粒子供給面と前記導電性部材との間に静電場を発生させる電位差と、
   前記粒子供給面と前記導電性部材との間にウェブを案内するためのウェブ経路と、
   を備える、装置。
2. 前記粒子供給面が、前記粒子供給面と前記導電性部材との間の隙間を通って前記ウェブを案内する前記ウェブ経路に対してほぼ直交している、請求項１に記載の装置。

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