JP6116487B2 - フォーム裏材を含むコーティングされた研磨物品、及びその製造方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［背景］
本開示は、フォーム裏材を含むコーティングされた研磨物品に関する。フォームで裏打ちされた研磨物品は、コーティングされた研磨物品の研磨表面に対する可撓性及び適合性を有するのが望ましいことが多い表面を研磨するのに有用である。フォームで裏打ちされた研磨物品は、湾曲した金属、湾曲した木製表面、又は、その他の被加工形状若しくは材料を研磨するときに用いることができる。

［発明の概要］
フォームで裏打ちされコーティングされた研磨物品は、バン鋳造法から作製されたフォーム裏材を用いることが多い。注湯バン鋳造では、フォーム原料を金型内に圧送し、膨張させて、金型を満たす。硬化後、このフォームブロック、すなわち「バン」を取り出す。この時点で、フォームを所望の厚さのシートに切断（スカイビング）してもよい。続いて、フォーム上に直接、研磨粒子をコーティングするか、布、フィルム、又は紙の裏材を有するコーティングされた研磨物品の上に、フォームを接着剤で積層してもよい。しかしながら、この方法では、連続気泡が粗くなり、フォームの表面がテクスチャー加工されないことになる。フォーム裏材の適合性の向上が望まれるとき、又は、フォーム裏材とユーザーの指先との間の摩擦の上昇が望まれるときには、テクスチャー加工表面がないことが、望ましくないことがある。細目の研磨層をフォーム表面に付着させるときには、露出連続フォーム気泡を作り出して、所望の均一な研磨層を生じる切断プロセスにより、フォーム表面の固有粗度が高くなりすぎる場合があるので、切断による粗さは有害となることがある。

テクスチャー加工フォーム表面はエンボス加工法によって作ることができるが、エンボス加工では、パターンを作るときに、フォーム裏材の高圧縮区域（溝区域）と低圧縮又は非圧縮区域（隆起区域）との間に密度差が生じる。この密度差は、フォーム裏材の適合性と、その使用時における手触りに影響を及ぼすことがある。更に、低密度フォーム材は、エンボス加工技法によって加工しても、テクスチャー加工表面を作ることができない場合が多い。

上記のエンボス加工及び切断の問題の解決法は、ある高さまで連続的にブローするフォーム製造法を用いることである。この方法では、平滑なライナーと、微細複製した複数の鋳型キャビティを有する生産用治工具との間にフォーム材料を噴霧する。このフォーム原料は計量し、固定された空隙間でライナーと生産用治工具を前進させる一対のニップロールに通す。ロール間の空隙は、フォーム裏材の所望の最終厚さ寸法に合わせて設定する。生産用治工具／フォーム材料／平滑なライナーの積層体をオーブンに通し、フォームを膨張及び硬化させる微細複製した生産用治工具をフォーム材料から剥離すると、生産用治工具のキャビティのパターンを模するテクスチャー加工表面が残る。ライナーを外した後には、粗度の低い平滑な表面が存在し、その平滑な表面は、その上に研磨粒子、特に、ファイングレードの研磨粒子を直接付着させるためのものであり、その際、切断したフォーム表面が粗いのは望ましくない。

このテクスチャー加工フォーム裏材の作製方法は有益である。これは、フォームが膨張して、微細複製した治工具のキャビティを完全に満たすからである。フォームが膨張してテクスチャーを形成するので、エンボス加工によって作られたテクスチャー加工フォーム表面とは異なり、フォーム構造全体の密度は名目上同じである。驚くべきことに、いくつかの実施形態では、テクスチャー加工フォーム裏材を生産用治工具から外すのに、離型剤が必要ないことを本発明者らは見出した。更に、フォームが生産用治工具の鋳型キャビティ内で膨張するので、該プロセスは、非常に密度の低いフォーム裏材でテクスチャー加工表面を作製するのに適している。

テクスチャー加工表面の形状を制限内に抑えると、生産用治工具からテクスチャー加工フォーム裏材を剥がしやすくなることを本発明者らは割り出した。制限内に抑えると離型剤が不要となり、フォーム作製プロセスの効率が高まる。隆起部が高すぎたり、隆起部密度が高すぎたりすると、フォームを引き裂くことなく、生産用治工具からフォームを外すのは困難になり、治工具の鋳型キャビティにフォーム残留物が残ることになる。

したがって、１つの実施形態では、本発明は、少なくとも１つのテクスチャー加工表面を有するポリウレタンフォーム裏材と、反対表面上の、メイクコート及び研磨粒子を含む研磨層と、を含むコーティングされた研磨物品であって、前記テクスチャー加工表面が、隆起部及び溝区域のアレイを有し、１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの前記テクスチャー加工表面の総面積（平方インチ（ｃｍ^２））が１．４００平方インチ（９．０３ｃｍ^２）以下であり、前記ポリウレタンフォーム裏材の密度が実質的に均一である、コーティングされた研磨物品に関する。

別の実施形態では、本発明は、隆起部及び溝区域のアレイを有するテクスチャー加工表面と、該テクスチャー加工表面と対向する反対表面と、を含むポリウレタンフォーム裏材であって、接触表面内に、微細複製した複数の鋳型キャビティを含む生産用治工具からテクスチャー加工表面を外すための９０度剥離力が４．５ニュートン／インチ（１．８Ｎ／ｃｍ）未満である、ポリウレタンフォーム裏材に関する。

当業者は、この説明があくまで実施例の説明であって、本開示のより広範な観点を制限することを意図するものでなく、それらのより広範な観点が実施例の構築に具現化されていることを理解するであろう。

テクスチャー加工表面を含むフォーム裏材を有するコーティングされた研磨物品の斜視図。 図１のテクスチャー加工表面の拡大図。 テクスチャー加工表面を含むフォーム裏材を作製するプロセスの概略。 密度が実質的に均一なフォーム裏材の断面の１．２倍写真。 密度が実質的に均一なフォーム裏材の隆起部の断面の５倍拡大写真。 密度が実質的に均一なフォーム裏材の平滑な表面の断面の５倍拡大写真。 １平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２））に対する剥離力のグラフ。 サイズ樹脂のＴｇに対する切削度のグラフ。 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。

［定義］
本明細書で使用される「含む／備える／具備する（comprise）」、「有する（have）」、及び「含む（include）」という言葉の形態は、法的に同等かつ非限定的である。したがって、記載された要素、機能、工程、又は制限に加えて、記載されていない追加的な要素、機能、工程、又は制限が存在する場合がある。

本明細書で使用する場合、「実質的に均一な密度」は、ポリウレタンフォーム裏材の隆起部と他の領域の密度がほぼ同じであることを意味する。したがって、隆起部の孔径及び孔分布は、ポリウレタンフォーム裏材の他の領域の孔径及び孔分布と同じであるか又は同程度である。別の実施形態では、隆起部の密度の変動は、ポリウレタンフォーム裏材の他の領域と比べて、２５、２０、１５、１０、５、又は２．５パーセント以下の違いである。

［詳細な説明］
図１及び１Ａを参照すると、コーティングされた研磨物品１０が示されている。コーティングされた研磨物品１０は、少なくとも１つのテクスチャー加工表面１７を形成する隆起部１４及び溝区域１６のアレイ１３を有するポリウレタンフォーム裏材１２を含む。コーティングされた研磨物品の使用時、テクスチャー加工表面はユーザーの手と接触し、いくつかの実施形態では、この表面には研磨粒子が付着していない。研磨層１８（メイクコート及び研磨粒子）は、ポリウレタンフォーム裏材の反対表面４２（図３）に存在し、この表面は、平滑な表面又は別のテクスチャー加工表面のいずれかであることができる。研磨層１８は、１つの実施形態では、好適なメイクコートによってポリウレタンフォーム裏材に直接付けることができ、あるいは、研磨層１８は、例えば紙、フィルム、又は布のコーティング裏材２０に付着することができる。コーティング裏材２０は、その研磨層１８と共に、好適な接着剤によってポリウレタンフォーム裏材１２に付着することができる。

ポリウレタンフォーム裏材１２上のテクスチャー加工表面１７は、図２に示されているプロセスによって形成することができる。図２では、生産用治工具２２（ポリプロピレンである場合が多い）を巻き出し、その接触表面２４の、微細複製した複数の鋳型キャビティが、２本のニップロール３０の間の寸法決定空隙２７に配置されたライナー２６と面するようにする。ポリウレタンフォーム材料２８を２本のニップロール３０の間の寸法決定空隙２７の中に噴霧する。生産用治工具２２／ポリウレタンフォーム材料２８／ライナー２６の積層体をオーブン３２に通して、フォームを膨張及び硬化させる。続いて、微細複製した生産用治工具２２をポリウレタンフォーム材から約９０度の角度（３４）で剥がすと、生産用治工具２２の鋳型キャビティのパターンを模するテクスチャー加工表面１７が残る。ライナー２６は、図示されているように、ポリウレタンフォーム裏材１２と共に巻き取ってロール３８にすることができ、あるいは任意で、生産用治工具と同様に、オーブン３２から出た後、約９０度の角度で剥がすことができる。

多くの実施形態では、ポリウレタンフォームと接するライナー表面は、平滑な表面になるように選択して、テクスチャー加工表面１７と対向する反対表面４２に付与されるテクスチャーを最小限にする。別の実施形態では、ライナー２６の代わりに、コーティング裏材２０と研磨層１８とを有するコーティングされた研磨ウェブを用いて、オーブン３２で硬化させるときに、ポリウレタンフォーム裏材１２をコーティング裏材２０に直接付着させるようにできる。別の実施形態では、ライナー２６の代わりに第２の生産用治工具を用いて、ポリウレタンフォーム裏材１２の対向し合う主表面の両面に、テクスチャー加工表面が形成されるようにできる。対向し合う主表面に付与するテクスチャーは、各生産用治工具によって成形される隆起部の大きさ、形、間隔に応じて、同じであることも、異なることもできる。

図１及び３を参照すると、ポリウレタンフォーム裏材１２の所望の触感及び生産用治工具２２からの離型特性をもたらすために、様々な実施形態のポリウレタンフォーム裏材を選択することができる。いくつかの実施形態では、隆起部の密度が定められている。詳細には、２０〜８０個／平方インチ（３〜１３個／ｃｍ^２）又は３０〜７０個／平方インチ（４〜１１個／ｃｍ^２）という隆起部密度によって、多くの隆起部を付与し過ぎて、生産用治工具からポリウレタンフォーム裏材を外しにくくしたり、外せなくしたりすることなしに、ポリウレタンフォーム裏材の摩擦特性及び適合性を向上させるのに十分な数の隆起部がもたらされる。別の態様では、隆起部の高さＨが定められている。詳細には、１０〜１００ミル（０．２５４〜２．５４ｍｍ）の高さ、２０ミル〜９０ミル（０．５〜２．３ｍｍ）の高さ、又は３０ミル〜８０ミル（０．７〜２．１ｍｍ）の高さによって、高さが高すぎて、構造化治工具からポリウレタンフォーム裏材を外しにくくしたり、外せなくしたりすることなしに、ポリウレタンフォーム裏材の摩擦特性を向上させるのに十分な高さの隆起部がもたらされる。別の態様では、ポリウレタンフォーム裏材の厚みＴが定められている。詳細には、３〜７ｍｍの厚み、又は４ｍｍ〜６ｍｍの厚みによって、可撓性を損なうことなく、ポリウレタンフォーム裏材に構造的一体性をもたらすのに十分な厚みがもたらされる。別の態様では、ポリウレタンフォーム裏材の密度が定められている。詳細には、２〜８ポンド／立方フィート（３２〜１２９ｋｇ／ｍ^３）の密度、３〜７ポンド／立方フィート（４８〜１１３ｋｇ／ｍ^３）の密度、又は４〜６ポンド／立方フィート（６４〜９７ｋｇ／ｍ^３）の密度によって、可撓性を損なうことなく、ポリウレタンフォーム裏材に構造的一体性がもたらされる。別の態様では、溝区域の幅が定められている。詳細には、隆起部の幅の２０〜１００パーセント、又は隆起部の幅の２０〜５０パーセントという溝区域１６の幅によって、両方向に容易にたわむのに十分な可撓性がポリウレタンフォーム裏材にもたされる。別の実施形態では、溝区域１６は、図１Ａ及び３に示されているように、隣接する隆起部１４の端が相互に直接接し合う線を含むことができる。別の態様では、生産用治工具２２又はテクスチャー加工フォーム裏材を９０度の剥離角度で、他の基材から外すための９０度剥離力（１インチ当たりのニュートンで表される）は、１インチ当たり約４．５、４．０、３．５、若しくは３．０ニュートン（１．７、１．６、１．４、若しくは１．２Ｎ／ｃｍ）以下、及び／又は、１インチ当たり約０．５若しくは１．０ニュートン（０．１若しくは０．３Ｎ／ｃｍ）以上であることができる（加工中、フォームを治工具に付着させ続けるには、それなりの剥離力が望ましい）。９０度剥離力が１インチ当たり４．５ニュートン（１．７Ｎ／ｃｍ）以下であるときには、離型剤は不要である。更に剥離力を下げると、更に高い製造速度で、生産用治工具２２をテクスチャー加工表面１７から更に外しやすくなる。離型剤が不要になることによって、自動車塗装店で、塗装の準備をしている表面を汚す危険なしに、フォームで裏打ちされコーティングされた研磨物品を使用できるようになると共に、テクスチャー加工表面の外観も大きく向上する。一般的な離型剤は、テクスチャー加工表面の形成の大きな妨げとなり、不完全な隆起部が作られたり、ハンドグリップが大きく減少したり、審美性、手触り、及び光沢が低下したりする。上記の態様は、ポリウレタンフォーム裏材の所望の特質を定めるいずれかの方法を選択及び組み合わせることができることが分かる。

隆起部の好適な形は様々であることができ、四角柱、正四角柱、菱形角柱（菱面体）、三角柱、六角柱、正四角錐、四角錐、三角錐、六角錐、３個、４個、又は６個の面を有する角柱台、円筒形、並びに錐体を挙げることができる。いくつかの実施形態では、米国特許第６，５４０，３６７号及び同第７，３００，４７９号に開示されている形を有する隆起部を用いることができる。角柱又は角柱台を用いるときには、隣接面と接する縁は直線で、平面を形成するか（図１Ａ）、あるいは、曲線で、湾曲面を形成する（図３Ａ）。

いくつかの実施形態では、溝区域は、図１に示されているように網状パターンの線を形成し、網状パターンの線は、長軸１５及び横軸１９と、９０度以外の角度で交差する。いくつかの実施形態では、溝区域の長軸との交差角度は約４５度であるが、約１０度〜約８０度の他の角度を用いることができる。溝区域の長手方向軸に対する交差角度が鋭角であると、溝区域で曲げることに対するコーティングされた研磨物品の可撓性が高くなるので、使用時に物品を把持して曲げる方法により、一部の人にとってのコーティングされた研磨物品の可撓性を高めることができると考えられる。

図３、３Ａ、及び３Ｂを参照すると、ポリウレタンフォーム裏材１２の断面が示されている。図で見られるように、ポリウレタンフォーム裏材の密度は、断面全体にわたって実質的に均一である。更に、図３Ｂには、反対表面４２（研磨層が付着している表面）は非常に平滑であることが示されている。反対表面４２は、平滑な剥離ライナー表面に当てて連続鋳造することにより、更に平滑であると考えられ、これにより、表面４２の空隙の頻度を最小限にし、実質的に空隙が存在しない反対表面４２の上に薄いスキン又は連続的フィルムが得られる。図３Ａ及び３Ｂでは、フォームの気泡及び空隙がテクスチャー加工表面１７又は反対表面４２にまでは及んでいないことに留意されたい。実際、図３における切断フォームの気泡の断面は、バン鋳造で研磨粒子を付着させてからフォーム裏材の厚みに切断した従来技術の表面において典型的なものである。

反対表面の平均粗度をレーザー形状測定によって試験し、３つのサンプルの平均Ｒａが７．８８マイクロメートル、平均Ｒｚが５９．６マイクロメートルであることが分かった。これに対し、バン鋳造法によって作製し、レーザー形状測定によって測定したフォーム裏材の切断表面では、３つのサンプルの平均Ｒａは４２３．３マイクロメートル、平均Ｒｚは１７１３．３マイクロメートルであった。様々な実施形態では、反対表面の表面粗度に関しては、レーザー形状測定による平均粗度Ｒａが０〜１００マイクロメートル、０〜７５マイクロメートル、０〜２５マイクロメートル、又は０〜１０マイクロメートルであることができる。様々な実施形態では、反対表面の表面粗度に関しては、レーザー形状測定による平均粗度Ｒｚが０〜１０００マイクロメートル、０〜７５０マイクロメートル、０〜２５０マイクロメートル、又は０〜１００マイクロメートルであることができる。

表面粗度は、当業者に知られているようなレーザー形状測定を用いて測定することができる。好適な計器は、赤色レーザー三角測量センサーＭｉｃｒｏ Ｅｐｓｉｌｏｎ １７００−２を備えたＢ＆Ｈ ３Ｄ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ Ｍｏｄｅｌ Ｖｏｙａｇｅｒ １２１２．２０１１．ＬＴ８０２０．ＭＥ１７０２である。フォームサンプルを平らな精密ステージの上に置き、平らに押さえ込むか、又は弛緩させる。Ｌａｓｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｆｉｌｅｒバージョン２．１のようなコンピュータプロファイラーソフトウェアプログラムを起動する。１７００−２センサーを使用し、追跡可能なゲージブロックＮＩＳＴで較正する。レーザーを反対表面（非テクスチャー加工表面）に当て、いずれの印刷区域、損傷区域、又はしわ区域も回避する。蛇行走行を用いて、１０ｃｍ×１０ｃｍのサンプルをＹ方向に５０マイクロメートルの間隔で走査する。２００回通した後、１０×１０ｃｍのサンプルをマッピングし、そのデータをグリッドファイル、すなわち．ｇｒｄファイルに保存する。続いて、グリッドファイルをＴｒｕｅｇａｇｅ，Ｉｎｃ．製のＴｒｕｅＭａｐ ４．０ソフトウェアに送る。Ｔｒｕｅｍａｐ ４．０で、フォームの不均一性に関してデータを修正し、外れ値を除去する。続いて、Ｒａ、Ｒｚ、及びＲｔのような表面パラメーターを算出する。少なくとも３つの試験サンプルから得た平均を用いて、平均粗度の値を定める。

図４を参照すると、テクスチャー加工フォーム裏材の生産用治工具からの９０度剥離力のグラフが示されている。図２に示されているように、製造中に、生産用治工具をテクスチャー加工表面から９０度の剥離角度で剥がせるように、この剥離力を制御する必要がある。ｘ軸は、１平方インチ当たり（６．４５ｃｍ^２）の総面積（平方インチ（ｃｍ^２））と等しい計算値である。この数値は、アレイの１．０００インチ×１．０００インチ（２．５４ｃｍ×２．５４ｃｍ）の正方形領域内のテクスチャー加工表面（隆起部及び溝区域）の総表面積を割り出すことによって算出する。したがって、隆起部及び溝区域のアレイがない平坦表面の値は１．０００となる。１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２））の値が大きくなると、その表面のテクスチャー加工度は高くなり、隆起部の数が増えるか（密度が高くなるか）、隆起部の表面積が大きくなるか（高さが高くなる、小面が増える、平坦な頂部が増えるなど）、若しくは、溝区域が減少するか（隆起部と接する部分、隆起部の密度が高くなる）、又は、これらの組み合わせが生じることになる。テクスチャー加工フォームと構造化治工具を離すのに必要な力に対して、この算出値（１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２）））をプロットした。生産用治工具又はテクスチャー加工フォームを９０度の剥離角度でうまく外すためには、剥離力（ニュートン／インチ（ニュートン／ｃｍ））は、約４．５ニュートン／インチ（１．７Ｎ／ｃｍ）未満でなければならない。利便性のために、グラフには、４．５の位置に水平線が描かれている。グラフで見られるように、実施例のデータは、Ｒ^２の値が０．８６である直線に適合できる。この線の等式は、Ｙ＝７．７１３Ｘ−６．１１２である。したがって、テクスチャー加工フォーム裏材の様々な実施形態では、１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２））は、１．４００、１．３５０、１．３００、１．２５０、又は１．２００平方インチ（９．０３、８．７１、８．３９、８．０６、又は７．７４ｃｍ^２）以下、かつ、１．０００（６．４５ｃｍ^２）超（平坦な非テクスチャー加工表面）であることができる。

フォーム裏材は、ポリウレタンフォームから作製されている。ポリウレタン又はイソシアネート系樹脂を形成させるための基本的な反応化学は、イソシアネート（−ＮＣＯ）末端基とヒドロキシ（−ＯＨ）末端基との縮合反応を伴う。これによって、ウレタン結合基（すなわちＲ_ａＮＨＣ（Ｏ）−ＯＲ_ｂ）を有する基本的なポリマーユニットが形成され、この種の物質の名称は、この結合基に由来する。重要な役割を果たす別の反応は、イソシアネート（−ＮＣＯ）末端基と水分子（Ｈ_２Ｏ）を伴い、これらが反応して、二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成させ、この二酸化炭素が、特定の気泡生成物用の発泡（フォーム）剤として機能し、アミンを伴い、更に反応して二置換尿素結合を形成させるものである。いずれの場合でも、ポリウレタン樹脂系の２つの主要成分は、−ＮＣＯ基源としての液体イソシアネートと、ヒドロキシル（−ＯＨ）基源としてのポリオールである。用いるイソシアネートは一般に、二官能性（ジイソシアネート）である。一般的な例としては、２つの異性体（２，４及び２，６）のトルエン（又はトリレン）ジイソシアネート（「ＴＤＩ」と略される）、並びに、メチレンジ（又はビス）フェニルジイソシアネート（「ＭＤＩ」と略され、ポリマー形態でも用いられる（「ＰＭＤＩ」））が挙げられる。ポリオールは、「マクログリコール」とも称され、末端基及び側鎖基としてのヒドロキシル基（−ＯＨ）を特徴とする。ポリオールの鎖長、−ＯＨ基の出現頻度（官能性）は様々であり得る。一般に、可撓性のポリウレタンは、低い官能性と長い鎖と関連付けられており、硬質ポリウレタンは、高い官能性と短い鎖に対応する。ポリオールは一般に、油及び炭化水素に対する良好な耐性を一般に有するポリエステルタイプのポリオールと、加水分解（水による分解）に対する良好な耐性を一般に有するポリエーテルタイプのポリオールという２つの種類に分類される。ポリウレタンタイプ樹脂は、ポリウレタンの化学的性質と関連付けられる複雑かつ多様な化学反応において役割を果たす他の化学物質を特徴とする場合が多い。簡潔には、これらの化学物質は、比較的少ない量で用いられるので、増量剤、鎖延長剤（例えば１，４−ブタンジオールのような短鎖ジオール）、硬化剤、架橋剤、又は更には触媒と呼ばれることが多い。従来の触媒としては、例えば、三級アミンのようなアミン、スズ石鹸、及び有機スズ化合物が挙げられる。核化剤、界面活性剤、及び難燃剤もフォーム形成剤に加える場合が多い。その他の好適なポリウレタンフォームは、米国特許第５，９６２，１２０号に開示されている。

研磨層を形成する研磨粒子の大きさは、０．１〜２０００マイクロメートル、より典型的には１〜１０００マイクロメートル、更に典型的には１５〜５００マイクロメートルの範囲であることができるが、他の大きさを用いてもよい。本発明において有用な様々なタイプの研磨粒子としては、セラミック酸化アルミニウム、熱処理酸化アルミニウム、及び白色溶融酸化アルミニウムを含む酸化アルミニウム、炭素ケイ素、アルミナジルコニア、ダイヤモンド、セリア、立方窒化ホウ素、ガーネット、すりガラス、石英、並びに、上記の組み合わせの粒子が挙げられる。「研磨粒子」という用語は、単一の研磨粒子を共に接合させて研粒凝集体を形成させる場合も包含する。

研磨粒子の組成及び研磨粒子の大きさの選択は、処理する被加工表面の性質と所望の研磨効果を考慮しながら、コーティングされた研磨物品の意図する最終用途によって決まることになることは当業者には明らかであろう。含有させる研磨粒子は、モース硬度が少なくとも約５又は少なくとも約８の物質を含むのが好ましいが、一部の用途では、これよりも柔らかい粒子が好適であることもある。研磨粒子を研磨層に付着させて、最終物品の意図する最終用途に十分な形で研磨粒子を搭載する。

硬化性メイク層前駆体を裏材の主表面上にコーティングすることによって、研磨粒子を反対表面４２又は任意のコーティング裏材２０に保持するためのメイク層を形成することができる。このメイク層前駆体は、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、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性エポキシ樹脂を含む）、イソシアヌレート樹脂、ニトリルゴム、アクリル、ポリ塩化ビニル、ブタジエンゴム、及び上記の組み合わせを含んでもよい。メイクコート前駆体は、硬化させたときに、研磨粒子を基材（反対主表面又は任意のコーティング裏材）にしっかり接合させるのに必要な接着性をもたらすコーティング重量で、基材に付着させる。典型的なメイクコートでは、乾燥付着重量は、１５〜５０グラム／２４平方インチ（６３〜２１０グラム／平方インチ）（９．７７〜３２．５６ｇ／ｃｍ^２）の範囲となる。

任意で、少なくとも部分硬化させたメイク層前駆体と研磨粒子を覆うように、サイズ層を配置してもよい。サイズ層前駆体は、メイクコート用として列挙したものと同じ前駆体を含んでもよい。メイクコート及びサイズコート用に、同じ又は異なる前駆体を用いることができる。サイズ層前駆体は、サイズ層を裏材に付着させるための既知のコーティング法（例えばロールコーティング、押し出しダイコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティング、グラビアコーティング、及びスプレーコーティングを含む）によって付着させてよい。

いくつかの実施形態では、ウレタンメイクコート樹脂を用いると、得られるフォームで裏打ちされた研磨物品が、最良の性能を発揮することを本発明者らは発見した。反対表面４２は、連続的スキン又はフィルム層を有するので、鋳造してフォームの厚みへ切断する方法で用いる典型的なメイクコートは、かなり異なる表面粗度値及び特性が原因で、あまり有用ではない。詳細には、ウレタンメイクコートのショアＤジュロ硬度は、５５〜８０ショアＤ、６５〜７５ショアＤ、又は６８〜７２ショアＤであることができる。このショアＤ硬度範囲は、比較的表面粗度の低い反対表面４２に研磨粒子を直接付着させるのに十分な軟らかさ及び可撓性を有する。この範囲を超えるか、又は下回る値は、スキン又はフィルム層を有する低粗度の反対表面４２で用いるには脆弱すぎるか、又は伸縮性が高すぎる傾向がある。１つの実施形態では、７０ショアＤジュロ硬度のウレタンメイクコートを用いた。

いくつかの実施形態では、特定のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するサイズコートで更にコーティングされているウレタンメイクコートと共に研磨粒子を付着させると、フォームで裏打ちされた研磨物品の切削度（cute rate）が高くなることを本発明者らは発見した。図５を参照すると、サイズコートのガラス転移温度を高くすると、約７０〜７５℃のガラス転移温度までは、切削度が向上する。この温度からは、切削度は再び低下し、サイズ樹脂のガラス転移温度の機能として切削性能の向上の予期せぬ範囲が示されている。比較のために、従来技術のフォームで裏打ちされた研磨材（比較例Ｈ、３Ｍ Ｃｏｎｔｏｕｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓａｎｄｉｎｇ Ｓｐｏｎｇｅ Ｓｕｐｅｒ Ｆｉｎｅ Ｐ２２０）の切削度が水平線として示されている。樹脂のメーカーから（好ましい）ガラス移転温度が依然として提供されていない場合には、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｉｒｃｕｉｔｓの試験方法６５０（ＩＰＣ−ＴＭ−６５０）を用いて、ガラス転移温度を測定することができる。

示されているように、サイズコートのガラス転移温度Ｔｇが５２℃超、又は５４〜１００℃、６０〜９２℃、６４〜８８℃、若しくは６８〜７６℃であるとき、本発明のコーティングされた研磨物品の切削度は、従来技術よりも優れている。１つの実施形態では、サイズコートは、ガラス転移温度が７２℃のアクリルエマルジョンを含んでいた。上記のガラス転移温度範囲によって、ウレタンメイクコート、及び反対表面４２のスキン又はフィルム層の物理的特性に対して補完的な物理的特性を有するコーティングが得られる。ウレタンメイクコート及び特定のガラス転移温度を有するアクリルサイズコートを平滑な反対表面４２と併用すると、微細研磨粒子を直接反対表面の上にコーティング可能になる一方で、従来技術よりも高い切削度を得られると共に、使用後、被加工材上で、従来技術と同じ最終粗度が得られる。

任意のコーティング裏材２０は、いずれかの従来の研磨裏材であることができる。有用な裏材の例としては、ポリマーフィルム、下塗りポリマーフィルム、布、紙、加硫繊維、不織布、及びこれらの組み合わせが挙げられる。裏材は、裏材をシールし、及び／又は、裏材のいくつかの物理的特性を修正するための処理剤も含んでもよい。これらの処理剤は、当技術分野において周知である。

本開示の目的及び利点を以下の非限定的な実施例で更に例示する。これらの実施例において列挙されるその特定の材料及び量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限しないと解釈されるべきである。特に記載のない限り、実施例及び本明細書の残りの部分における全ての部、パーセント、及び比率は、重量による。

比較例Ａ
表１に定められている組成物をピンミキサーで混合し、微細複製したポリプロピレン製生産用治工具と平滑なポリプロピレンコーティング紙ライナーとの間の空隙を約３ミル（７６．２マイクロメートル）に設定した寸法決定ニップ空隙に、この混合物を噴霧することによって、テクスチャー加工表面を有するポリウレタンフォームシートを作製した。

米国特許第５，４３５，８１６号（Ｓｐｕｒｇｅｏｎら）、８段目４１行〜１０段目２０行の開示内容に従って、微細複製した複数の鋳型キャビティを有する、微細複製したポリプロピレン製生産用治工具を作製した。治工具のパターンは、隆起部間に６４ミル（１．６２ｍｍ）の溝区域を有すると共に、隆起部密度が４９個／平方インチ（７．６個／平方センチメートル）である高さ２４．５ミル（０．６３３ｍｍ）×長さ８７．５ミル（２．２２ｍｍ）×幅８７．５ミル（２．２２ｍｍ）のキューブのアレイであった。１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２））は１．４２０平方インチ（９．１６ｃｍ^２）であった。

ポリプロピレンコーティング紙ライナーは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ（Ｋａｕｋａｕｎａ，ＷＩ）の「１９＃ＰＰ １２０ Ｒａ ｍｉｃｒｏｉｎｃｈｅｓ／１２ｐｔ Ｃ１Ｓ／１９＃ ＰＰ ６０ Ｒａ ｍｉｃｒｏｉｎｃｈｅｓ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃｏａｔｅｄ ｂｌｅａｃｈｅｄ ｂｏａｒｄ）」であった。このライナーは、平滑な側とマットな側を有する。マットな側がポリウレタンフォームと接するように、このライナーを配向させた。

続いて、このライナー／フォーム／生産用治工具の複合体を６０フィート／分（１８．３ｍ／分）で、華氏２２０度（１０４℃）に設定した１２０フィート（３６．６ｍ）のオーブンに通した。

実施例１
微細複製したポリプロピレン製生産用治工具のパターンが、４０ミル（１．０２ｍｍ）の高さと９０．５ミル（２．３０ｍｍ）の正方形の底面を有する四角錐のアレイであって、隆起部間に１６ミル（０．４１ｍｍ）の溝区域を有すると共に、隆起部密度が６４個／平方インチ（９．９２個／平方センチメートル）であるアレイである以外は、比較例Ａと同様にして実施例１を作製した。１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２））は１．１３１であった。

比較例Ｂ
微細複製したポリプロピレン製生産用治工具のパターンが、隆起部間に４１．５ミル（１．０５ｍｍ）の溝を有すると共に、隆起部密度が３８．５個／平方インチ（５．９７個／平方センチメートル）である高さ５５ミル（１．４０ｍｍ）×各辺７８．５ミル（１．９９ｍｍ）の六角形のアレイである以外は、比較例Ａと同様にして比較例Ｂを作製した。１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２））は１．９９７平方インチ（１２．９ｃｍ^２）であった。

比較例Ｃ
微細複製したポリプロピレン製生産用治工具のパターンが、隆起部間に１０ミル（０．２５ｍｍ）の溝を有すると共に、隆起部密度が１４０個／平方インチ（２１．７個／平方センチメートル）である高さ１００ミル（２．５４ｍｍ）×底面の各辺１１０．５ミル（２．８１ｍｍ）の正三角錐のアレイである以外は、比較例Ａと同様にして比較例Ｃを作製した。１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２））は２．５８０平方インチ（９．１６ｃｍ^２）であった。

比較例Ｄ
ポリプロピレン製治工具の代わりに第２のライナーを用いる以外は、比較例Ａと同様にして比較例Ｄを作製した。比較例Ｄは、両方の主表面とも同様に隆起部を有さないままである対照実施例であった。１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ^２））は１．０００平方インチ（６．４５ｃｍ^２）であった。

剥離力試験法
実施例から得た試験片の界面接着性を、ライナー／フォーム界面及びフォーム／生産用治工具界面の両方で評価した。いずれの試験も、ＡＳＴＭ Ｄ６８６２「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ９０ Ｄｅｇｒｅｅ Ｐｅｅｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ」によって定められたガイドラインに従って行った。用いたロードフレームは、ＭＴＳ（Ｅｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）製の「ＭＴＳ Ａｌｌｉａｎｃｅ Ｌｏａｄ Ｆｒａｍｅ １００」であった。収集ソフトウェアは「ＭＴＳ ＴｅｓｔＷｏｒｋｓ ４」（ＴＷ４）であった。ロードセルは、フルスケールが１０ニュートンの「ＭＴＳ ＰＮ ４５０１００６／８」であった。試験の前に、ロードセルに対して、ＴＷ４による内部的な較正と、ロードセルに取り付けた固定治具から５０ｇｆ及び１００ｇｆ（０．４９Ｎ及び０．９８Ｎ）の重りを吊り下げ、ＴＷ４を介したロードセルからの出力が、予測値の１％以内であることを確認することによる実験的な較正の両方を行った。

サンプルはそのまま１インチ×７インチ（２．５４ｃｍ×１７．８ｃｍ）の長方形断面で試験した。ライナー／フォーム界面の９０度剥離試験では、低コンプライアンスの「３Ｍ Ｓｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ ＣＡ４ Ｉｎｓｔａｎｔ Ａｄｈｅｓｉｖｅ」（３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ））によってアルミニウムプレートに付着させたライナーから、ロードフレームのクロスヘッドの動作軸に対して９０度以下の向きで、治工具層を外した（比較例Ａに対するライナー／フォーム剥離試験の手順を変更して、フォーム層を損傷なしに治工具から外せないことに対応した。すなわち、比較例Ａでは、アルミニウムプレートに付着させたライナーから、フォーム／治工具複合体を剥離させた）。フォーム／生産用治工具間の接着性を測定する試験では、プレートに付着させた生産用治工具からライナー層を外した。プルタブを設けるのに十分なフォームが利用可能になるまで手で引っ張り（その後、プルタブは、幅１インチのバネクランプに取り付けた）、それによりフォームを基材（ライナー又は生産用治工具）から分離させることによって、層剥離をフォームと基材との間で開始させた。続いて、クランプをロードセルに取り付けた。試験前に、ＴＷ４ソフトウェアを設定したパーソナルコンピュータ上のＴＷ４によるデジタルロードディスプレイを観察することによって、ロードセル／固定治具から予荷重がサンプルに適用されていないか確認した。

ＴＷ４を用いて、ソフトウェアコマンドによって剥離力試験を開始し、ロードフレームのクロスヘッドとフォームサンプルを基材から１０インチ／分（２５．４ｃｍ／分）の速度で引き離した。ＰＣモニターで、荷重［ニュートン］に対するクロスヘッドの変位［ｍｍ］を観察しながら、ＴＷ４で、サンプル速度２５ｈｚにおける荷重及び変位を記録した。試験後、荷重に対する変位をプロットし、試験の荷重プラトー領域（大半のサンプルにおいて約２５ｍｍであった）における平均剥離耐性力［ニュートン］を算出した。各実施例において５つの試験片を試験した。平均試験結果と標準偏差が表２に示されている。

^１ ｎ．ｄ．＝未決定
^２ ｎ／ａ＝適用不可

実施例２及び３、並びに比較例Ｅ〜Ｈ
実施例２及び３、並びに比較例Ｅ〜Ｇでは、従来技術のフォームで裏打ちされコーティングされた研磨物品との比較において、サイズ樹脂のＴｇが、得られる研磨物品の研磨効果に及ぼす影響が示されている。実施例１のポリウレタンフォーム裏材から研磨物品を作製した。フォーム裏材に、７０ショアＤ硬度のウレタン樹脂のメイクコートを、裏材４×６インチ（１０．２×１５．２ｃｍ）当たり０．４ｇの重量で、酸化アルミニウム研磨粒子Ｇｒａｄｅ Ｐ２２０を、裏材４×６インチ（１０．２×１５．２ｃｍ）当たり２．４ｇで付着させた。表３に示されているように、ガラス転移温度Ｔｇ（メーカーのデータによる）が様々であると共に、適切な樹脂充填のために重量を制御したサイズコートを研磨層の上に付着させた。得られた研磨物品を試験し、研磨試験に従って、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）の被加工材上の各切削量を割り出した。

研磨試験では、２．５インチ×５．５インチ（６．４ｃｍ×６．４ｃｍ）の、フォームで裏打ちされ研磨物品と接するバックアップパッドを備えた機械制御式研磨アームであって、１３．５ポンド（６０．１Ｎ）の下向きの力でＸ動作にて２１インチ×１５インチ（５３．３ｃｍ×３８．１ｃｍ）のＣＡＢ製基材を横断した後、Ｙ動作にて横断する動作を１分のサイクルで行うアームを用いる。１サイクルは、長さ約１１０２．５インチ（２８００．４ｃｍ）であり、６０秒で、１５インチ×２１インチ（３８．１ｃｍ×５３．３ｃｍ）のパネル上で１８ ３／８インチ（４６．７ｃｍ）の長さを６０回動作する。アームは、各動作間で約０．０３０６３インチ（０．０７８ｃｍ）、ＣＡＢ被加工材の長さ方向で上下に割り出す。これを６サイクル繰り返す。６サイクル分を合わせたものとして総切削量を記録する。１回目のサイクルの後に、研磨経路で、Ｔａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎの粗面計を用いて仕上がり面を測定する。試験結果を表３に示す。

^３ ｎ．ｄ．＝未決定、脆弱すぎるサイズ樹脂

当業者は、より具体的に添付の請求項に記載した本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに、本開示への他の修正及び変更を行うことが可能である。多様な実施形態の観点を多様な実施形態の他の観点と一部若しくは全て相互交換すること又は組み合わせることが可能であると理解されたい。上述の出願において引用された、参照、特許、又は特許出願は、一貫した方法で全体が参照により本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の部分と本願の部分との間に不一致又は矛盾がある場合、先行する記述の情報が優先されるものとする。当業者が請求項の開示を実行することを可能にするために与えられた先行する記述は、本請求項及びそれと等しい全てのものによって定義される本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
［発明の項目］
［項目１］
少なくとも１つのテクスチャー加工表面を有するポリウレタンフォーム裏材と、反対表面上のメイクコート及び研磨粒子を含む研磨層と、を含むコーティングされた研磨物品であって、前記テクスチャー加工表面が、隆起部及びランド区域のアレイを有し、前記テクスチャー加工表面の、１平方インチ（６．４５ｃｍ ^２ ）当たりの総面積（平方インチ（ｃｍ ^２ ））が１．４００平方インチ（９．０３ｃｍ ^２ ）以下であり、前記ポリウレタンフォーム裏材の密度が実質的に均一である、コーティングされた研磨物品。
［項目２］
前記ポリウレタンフォーム裏材の密度が２〜８ポンド／立方フィート（３２〜１２９ｋｇ／ｍ ^３ ）である、項目１に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目３］
前記ポリウレタンフォーム裏材の厚みＴが３〜７ｍｍである、項目１又は２に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目４］
前記隆起部の高さＨが１０〜１００ミル（０．２５〜２．５４ｍｍ）である、項目１、２、又は３に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目５］
隆起部密度が１平方インチ当たり２０〜８０個（１ｃｍ ^２ 当たり３〜１３個）である、項目１、２、３、又は４に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目６］
前記反対表面の平均表面粗度Ｒａが０〜１００マイクロメートルである、項目１、２、３、４、又は５に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目７］
前記メイクコートが、硬度５５〜８０ショアＤのウレタンを含む、項目１、２、３、４、５、又は６に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目８］
サイズコートが研磨層の上に付着されており、前記サイズコートが、ガラス転移温度Ｔｇが５４〜１００℃のアクリルを含む、項目７に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目９］
隆起部及びランド区域のアレイを有するテクスチャー加工表面と、前記テクスチャー加工表面と対向する反対表面と、を含むポリウレタンフォーム裏材であって、微細複製した複数の鋳型キャビティを接触表面内に含む生産用治工具から、前記テクスチャー加工表面を外すための９０度剥離力が４．５ニュートン／インチ（１．７Ｎ／ｃｍ）未満である、ポリウレタンフォーム裏材。
［項目１０］
前記ポリウレタンフォーム裏材の密度が２〜８ポンド／立方フィート（３２〜１２９ｋｇ／ｍ ^３ ）である、項目９に記載のポリウレタンフォーム裏材。
［項目１１］
前記ポリウレタンフォーム裏材の厚みＴが３〜７ｍｍである、項目９又は１０に記載のポリウレタンフォーム裏材。
［項目１２］
前記隆起部の高さＨが１０〜１００ミル（０．２５〜２．５４ｍｍ）である、項目９、１０、又は１１に記載のポリウレタンフォーム裏材。
［項目１３］
隆起部密度が１平方インチ当たり２０〜８０個（１ｃｍ ^２ 当たり３〜１３個）である、項目９、１０、１１、又は１２に記載のポリウレタンフォーム裏材。
［項目１４］
前記反対表面の平均表面粗度Ｒａが０〜１００マイクロメートルである、項目９、１０、１１、１２、又は１３に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目１５］
前記接触表面がポリプロピレンを含み、離型剤が前記接触表面に塗布されていない、項目９、１０、１１、１２、１３、又は１４に記載のコーティングされた研磨物品。
［項目１６］
少なくとも１つのテクスチャー加工表面を有するポリウレタンフォーム裏材であって、前記テクスチャー加工表面が、隆起部及びランド区域のアレイを有し、前記ポリウレタンフォーム裏材の密度が実質的に均一であるポリウレタンフォーム裏材と、前記裏材の反対表面上のメイクコート及び研磨粒子を含む研磨層であって、前記メイクコートが、硬度５５〜８０ショアＤのウレタンを含む研磨層と、を含むコーティングされた研磨物品であって、サイズコートが前記研磨層の上に付着されており、前記サイズコートが、ガラス転移温度Ｔｇが５４〜１００℃のアクリルを含む、コーティングされた研磨物品。

Claims (2)

1. 少なくとも１つのテクスチャー加工表面を含むポリウレタンフォーム裏材と、反対表面上のメイクコート及び研磨粒子を含む研磨層と、を含むコーティングされた研磨物品であって、
   前記テクスチャー加工表面が、隆起部及び溝区域のアレイを含み、
   １平方インチ（６．４５ｃｍ^２）当たりの、前記テクスチャー加工表面の総表面積が、１．４００平方インチ（９．０３ｃｍ^２）以下であり、
   前記ポリウレタンフォーム裏材が実質的に均一な密度を有しており、
   前記メイクコートが硬度５５〜８０ショアＤのウレタンを含む、コーティングされた研磨物品。
2. 当該コーティングされた研磨物品が、前記研磨層の上に付着されたサイズコートをさらに含み、
   前記サイズコートは、ガラス転移温度Ｔｇが５４〜１００℃のアクリルを含む、請求項１に記載の前記コーティングされた研磨物品。

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