KR101101454B1

KR101101454B1 - 연마 물품용 조성물

Info

Publication number: KR101101454B1
Application number: KR1020067005784A
Authority: KR
Inventors: 제임스 엘. 맥아들; 스코트 알. 쿨러
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2012-01-03
Also published as: BRPI0414650A; ATE398000T1; CN100493850C; KR20060098367A; US20050060947A1; CN1882419A; EP1675707B1; JP4634386B2; WO2005035196A1; ES2308246T3; US7300479B2; EP1675707A1; JP2007505755A; DE602004014395D1

Abstract

구조화 연마 물품 (20), 연마 물품의 제조 방법 및 연마 물품의 사용 방법을 개시한다. 연마 물품 (20)을 형성하는 연마 복합체 (22)는 높이가 500 마이크로미터 이상이고, 복합체 (22) 중의 연마 입자 (24)는 평균 입도가 40 마이크로미터 이상, 일부 실시양태에서는 85 마이크로미터 이상이다.

연마 물품, 연마 입자, 복합체, 절삭, 마감, 전면, 배면층, 입도

Description

연마 물품용 조성물 {Compositions for Abrasive Articles}

본 출원은 연마 물품, 특히 구조화 연마 물품, 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 구조화 연마 물품은 큰 형상 (topography)을 가지며 큰 세라믹 연마 입자를 포함한다.

연마 물품은 수백년 동안 소재 표면을 연마하고 마감하기 위해 이용되어 왔다. 이 분야는 고 스탁 (stock) 제거의 고압 금속 연삭 공정에서부터 안과용 렌즈와 같은 미세 연마를 포함한다. 일반적으로, 연마 물품은 서로 결합되거나 (예컨대, 결합형 연마 또는 연삭 휠) 또는 배면층에 결합된 (예컨대, 코팅된 연마제) 복수의 연마 입자로 이루어진다. 코팅된 연마제의 경우, 연마 입자층은 전형적으로 한 층 또는 때때로 두 층이다. 이러한 연마 입자가 닳게 되면, 코팅된 연마제는 사실상 닳아 없어져, 전형적으로는 폐기된다.

이러한 단층의 연마 입자에 대한 하나의 해결책이 미국 특허 제4,652,275호 (블뢰허 등), 동 제4,799,939호 (블뢰허 등) 및 동 제5,039,311호 (블뢰허)에 기재되어 있다. 이들 특허 문헌에 개시된 코팅된 연마 물품은 배면층에 결합된 복수의 연마 응집체를 갖는다. 연마 응집체는 연마 입자, 결합제, 임의로는 연삭 조제 및 임의로는 다른 첨가제를 포함하는 성형된 덩어리이다. 이 연마 응집체는 사실상 연마 입자가 입체 코팅이 되어 연마 물품을 형성한다.

연마 입자의 또 다른 입체 코팅은 연마 래핑 (lapping) 필름이다. 래핑 필름은, 미국 특허 제4,644,703호 (카츠마렉 등), 동 제4,773,920호 (채스먼 등) 및 동 제5,015,266호 (야마모토)에 개시된 바와 같이 연마 입자 및 결합제를 포함하는 연마제 슬러리로부터 제조되며, 이는 배면층에 결합된다. 이 래핑 필름은 소재에 대한 미세한 표면 마감이 요구되는 연마 분야에서 상업적 성공을 거두었으나, 다른 여러 분야에 있어서 절삭율이 항상 만족스러운 것은 아니었다.

보다 최근에 개발된 연마 입자의 입체 코팅은 흔히 "구조화 연마제"라고 불리는 연마 물품을 제공하였다. 구조화 연마 물품의 다양한 구성은 예를 들면 미국 특허 제5,152,917호 (피이퍼 등)에 개시되어 있다. 피이퍼는 절삭률이 비교적 높고, 소재 표면에 비교적 미세한 표면 마감을 제공하는 구조화 연마제를 교시한다. 구조화 연마제는 무작위적이지 않고 정밀하게 성형되어 배면층에 결합되는 연마 복합체를 포함한다.

구조화 연마 입자 및 그의 제조 방법에 관한 다른 문헌으로는 미국 특허 제5,855,632호 (스토에첼 등), 동 제5,681,217호 (후프만 등), 동 제5,435,816호 (스퍼전 등), 동 제5,378,251호 (쿨러 등), 동 제5,304,223호 (피이퍼 등), 및 동 제5,014,468호 (라비파티 등)이 있다.

피이퍼의 특허 및 다른 구조화 연마제에 대한 특허는 연마제 분야에서 상당한 진보이기는 하나, 고 스탁 제거 및 연장된 수명에 대한 개선의 여지는 상존한다.

요약

본 출원은 구조화 연마 물품, 연마 물품의 제조 방법, 및 연마 물품의 사용 방법에 관한 것이다. 특히, 연마 물품은 각각이 결합제 중에 연마 입자를 포함하는 복수의 입체 연마 복합체로 구성된 구조화 연마 물품이다. 구체적으로, 복합체는 "큰" 복합체이고, 500 마이크로미터 (0.02 in) 이상의 높이를 갖는다. 부가적으로, 복합체 중의 연마 입자는 평균 입도가 40 마이크로미터 이상인 "큰" 세라믹 연마 입자이다. 일부 실시양태에서, 연마 입자의 평균 입도는 약 85 마이크로미터 이상이다. 다른 실시양태에서, 복합체 중의 연마 입자는 평균 입도가 100 마이크로미터 이상인 "굵은" 세라믹 입자이다. 일부 실시양태에서, 사용되는 세라믹 입자의 평균 입도는 400 마이크로미터 이상이다.

큰 형상의 복합체는 큰 세라믹 연마 입자와 함께, 연마 입자의 크기 및 유형이 동일한 종래의 제조(make)/코트(coat) 연마 물품보다 더 일관된 절삭, 더 긴 절삭 수명 및 더 일관된 표면 마감을 제공한다. 나아가, 심지어 동일한 연마 입자를 사용하는 경우에도, 큰 형상을 갖는 복합체는 큰 세라믹 연마 입자와 함께, 보다 작은 형상을 갖는 구조화 연마 물품보다 더 일관된 절삭, 더 긴 절삭 수명 및 더 일관된 표면 마감을 제공한다.

특정한 일 실시양태에서, 본 발명은 전면을 갖는 배면층 및 전면 상의 복수의 연마 복합체를 포함하는 구조화 연마 물품에 관한 것이다. 각 연마 복합체는 평균 입도가 85 마이크로미터 이상인 복수의 세라믹 연마 입자, 및 방사선 경화성 결합제를 포함하고 연마 복합체의 15 내지 40 중량％를 차지하는 유기 성분을 갖는다. 복합체의 높이는 배면층의 전면으로부터 측정하여 500 마이크로미터 이상이다. 연마 물품은 사용시에 제1 시기에서 제1 절삭율 및 제1 표면 마감, 및 제2 시기에서 제2 절삭율 및 제2표면 마감을 나타내고, 제1 시기 및 제2 시기는 20분 이상의 간격이며, 제2 절삭율은 제1 절삭율의 50％를 넘어 감소하지 않는다. 일부 실시양태에서, 제2 절삭율은 제1 절삭율의 30％를 넘어, 심지어 15％를 넘어 감소하지 않는다.

세라믹 연마 입자의 평균 입도는 100 마이크로미터 이상, 또는 약 200 마이크로미터 이상, 또는 약 100 내지 400 마이크로미터일 수 있다. 세라믹 연마 입자는 시드 첨가된 것 (seeded) 또는 시드 첨가되지 않은 것 (non-seeded)일 수 있다. 부가적으로 또는 별법으로, 세라믹 연마제 입자는 이트륨, 네오디뮴, 란탄, 코발트 및 마그네슘의 산화물과 같은 1종 이상의 희토류 산화물 개질제를 포함할 수 있다.

연마 복합체의 높이는 배면층의 전면으로부터 측정하여 600 마이크로미터 이상, 또는 750 마이크로미터 이상일 수 있다. 이 높이는 적어도 부분적으로 포물선 함수에 의해 정의될 수 있다. 포물선 함수는 제곱근 함수를 포함할 수 있다.

본 발명은 결합제 중에 분산된 평균 입도 85 마이크로미터 이상의 세라믹 연마 입자를 포함하며 높이가 500 마이크로미터 이상인 복수의 연마 복합체를 갖는, 표면을 연삭하기 위한 여러 구조화 연마 물품에 관한 것이다. 일 실시양태에서, 연마 물품은 제1 시기에 표면을 연삭하여 제1 절삭율 및 제1 표면 마감을 얻고, 제1 시기 20분 후 제2 시기에 표면을 연삭하여 제1 절삭율의 50％를 넘어 감소하지 않는 제2 절삭율을 얻도록 구성된다. 다른 실시양태에서, 연마 입자는 제2 시기에 표면을 연삭하여 제1 절삭율의 30%를 넘어 감소하지 않는 제2 절삭율을 얻도록 구성되거나, 또는 제2 시기에 표면을 연삭하여 제1 절삭율의 15％를 넘어 감소하지 않는 제2 절삭율을 얻도록 구성된다. 부가적으로 또는 별법으로, 제2 시기는 제1 시기 30분 후일 수 있다. 다른 실시양태에서, 연삭은 시험 절차 I을 사용하여 싸이클 1에서 제1 절삭율을, 싸이클 240에서 제1 절삭율의 15％를 넘어 감소하지 않는 제2 절삭율을 얻는 것을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 연삭은 시험 절차 II를 사용하여 싸이클 1에서 제1 절삭율을, 싸이클 12에서 제1 절삭율의 50％를 넘어 감소하지 않는 제2 절삭율을 얻는 것을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 연삭은 시험 절차 III을 사용하여 싸이클 1에서 제1 절삭율을, 싸이클 30에서 제1 절삭율의 30％를 넘어 감소하지 않는 제2 절삭율을 얻는 것을 포함한다.

나아가, 본 발명은 표준 연마 물품, 예컨대 코팅 및 중력 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자 응집체를 제조하고 규격화하는 통상적인 코팅 연마제보다 더 일관된 절삭율을 제공하는 구조화 연마 물품을 포함한다. 시험 절차 III을 사용할 경우, 구조화 연마 물품은 30 싸이클 동안의 절삭율 감소가 비교 절삭율 감소의 50％ 이하이다.

본 발명은 또한 구조화 연마 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 공정은 전면을 갖는 배면층을 제공하는 단계, 및 전면 상에 복수의 연마 복합체를 도포하는 단계를 포함한다. 각 연마 복합체는 평균 입도가 85 마이크로미터 이상인 복수의 연마 입자, 및 방사선 경화성 결합제를 포함하고 연마 복합체의 15 내지 40 중량％를 차지하는 유기 성분을 포함한다. 복합체의 높이는 배면층의 전면으로부터 측정하 여 500 마이크로미터 이상이다. 방법은 결합제 전구체 및 이에 분산된 복수의 세라믹 연마 입자를 포함하는 슬러리를 제공하고, 내부에 복수의 공동 (cavity)을 갖는 제조 공구를 제공하고, 슬러리를 공동 내에 코팅하고, 슬러리를 배면층 전면과 접촉시키고, 결합제 전구체를 경화시키고, 슬러리를 제조 공구로부터 제거하는 것을 또한 포함할 수 있다.

슬러리를 제조 공구로부터 제거하기 전에 결합제 전구체를 경화시키거나, 또는 경화 전에 슬러리를 제거할 수 있다. 유사하게, 슬러리를 배면층 전면과 접촉시키기 전에, 또는 그 후에 슬러리를 공동 내에 코팅시킬 수 있다.

도 1은 제1 구조화 연마 형상을 갖는 본 발명의 연마 물품의 확대 단면도이다.

도 2는 제2 구조화 연마 형상의 개략적인 상부 및 측면 투시도이다.

도 3은 도 1 및 2의 연마 물품의 제조 방법의 개략적인 도해이다.

도 4는 도 1 및 2의 연마 물품의 다른 제조 방법의 개략적인 도해이다.

도 5는 실시예 16의 연마 물품의 현미경 사진이다.

도 6은 실시예 17의 연마 물품의 현미경 사진이다.

여러 연삭 작업에 있어서, 연마제의 수명 동안에는 절삭율의 일관성 및 예측가능한 마감이 요망된다. 일부 작업, 예를 들면 주조 및 단조의 오프-핸드 디게이팅 (off-hand degating)에서는 연속적으로 감소하는 절삭율이 요구되는데, 매우 공격적인 초기 절삭이 대부분의 작업을 수행하고, 그 후에는 물품의 끝 부분이 무디어지거나, 캡핑되거나, 닳아 없어진다. 그러나, 굴대 및 롤 연삭 및 이와 유사한 무중심/원통형 연삭 작업은 "변동없는" 절삭율 및 마감이 가장 중요한 경우의 예이다.

3M사의 "멀티컷 (Multicut)" 코팅된 연마제 및 "366FA 트리잭트 (Trizact)" 입자 코팅된 연마제와 같은 응집체 제품은, 무중심 분야에서 비슷한 종래의 (즉, 단층 제조/코트) 연마 물품보다 변동이 없는 절삭 및 마감 곡선을 나타낸다. 그러나, 3M사의 멀티컷 및 통상의 제조/규격 제품은 중간 및 굵은 등급 범위 (예컨대, 등급 50 (평균 입도가 약 500 마이크로미터) 내지 등급 180 (평균 입도가 약 85 마이크로미터))에서 VSM사의 "콤팩트 그레인 (Compact Grain)" ("CG") 응집체 제품에 대비하여 성능이 부족하다. VSM사의 "콤팩트 그레인" ("CG") 응집체 제품, 예컨대 "KK718X 비텍스 (Vitex)"는 대부분의 무중심 연삭 시장 부문에서 표준치를 나타낸다.

본 출원의 배경기술에서 기재한 것과 같은 구조화 연마 물품은 제품의 사용 수명이 상당히 길면서 고도로 일관된 표면 마감을 제공한다. 현재 시판되는 구조화 연마제 제품, 예를 들면 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 3M 컴파니에서 상표명 "트리잭트"로 시판하는 제품은 평균 입도가 3 마이크로미터 (WA5000 등급) 내지 약 125 마이크로미터 (P120 등급)인 융합 산화알루미늄 및 탄화규소 연마 입자를 사용한다. 이들 제품은 미세 등급 마감 및 연마 분야를 겨냥한 것이다. 보다 큰 등급의 구조화 연마제는 구조화 연마 물품의 제조에 사용되는 제조 공구에 기초한 한계로 인해 본 발명 이전에는 이용할 수 없었다.

본원에 개시되는 연마 물품은, 전형적으로 종래의 중간 및 굵은 등급 범위 (예컨대, 등급 50 (평균 입도가 약 500 마이크로미터) 내지 등급 180 (평균 입도가 약 85 마이크로미터))의 제조/규격 연마 물품 또는 응집체 연마 물품을 사용하는 치수화, 블렌딩 및 다른 스탁-제거 연삭용으로 적합한 높고 지속적인 절삭율을 포함하도록, 마감 일관성 및 수명 연장의 개념을 확장한다.

본원에 개시되는 연마 물품은 연장된 시간 동안 그의 절삭율이 유지된다. 전형적인 연삭 조건 하에서, 큰 형상을 갖고 큰 세라믹 연마 입자를 갖는 연마 물품은 통상 연마 물품의 기대 수명 (통상 20분 이상) 동안에 약 50％ 이하의 절삭율 감소를 나타낼 것이다. 일부 소재에서, 절삭율 감소는 약 30％ 이하이고, 다른 소재에서 절삭율 감소는 약 15％ 이하이다. 절삭율 감소의 양은 예를 들면 연마 입도 및 사용되는 연삭 시험과 같은 다양한 조건에 기초한다.

하기 바람직한 실시양태의 기재에서는 본 명세서의 일부를 형성하고, 본 발명을 실시할 수 있는 특정 실시양태를 예시로 나타낸 첨부 도면을 참조한다. 다른 실시양태를 사용할 수도 있으며, 본 발명의 범위에서 벗어남 없이 조성 또는 구조에 변화를 줄 수 있음을 알아야 한다.

도 1을 보면, 본 발명에 따른 연마 물품 (20)이 나타나 있다. 연마 물품 (20)은 배면층 (21)에 결합된 복수의 연마 복합체 (22)를 포함한다. 연마 복합체 (22)는 결합제 (23) 중에 분산된 복수의 연마 입자 (24)를 포함한다. 연마 복합체 (22)는 측면 모서리 (25) (이 실시양태에서는 직선임)에 의해 정의된다.

세라믹 연마 입자

연마 복합체 (22)는 큰 또는 굵은 세라믹 연마 입자 (24)를 포함한다. 큰 형상을 갖는 연마 복합체 (22) 중에 큰 세라믹 연마 입자 (24)를 갖는 연마 물품은 종래의 제조 및 규격 수지 코트에 의해 배면층에 결합된 입도가 큰 연마 응집체를 갖는 연마 물품에 비해, 절삭율이 더 높고, 수명이 더 길며, 전체 수명 동안 일관된 절삭율을 갖는다는 것이 발견되었다. 연마 입도를 가리킬 때 사용되는 "큰"이라는 용어는 연마 입자의 평균 입도가 40 마이크로미터 이상 (대략 등급 P360 또는 ANSI 320)임을 의미한다. 연마 입도를 가리킬 때 사용되는 "굵은"이라는 용어는 연마 입자의 평균 입도가 100 마이크로미터 이상 (대략 등록 P180 또는 ANSI 150)임을 의미한다. 일부 실시양태에서, 세라믹 연마 입자의 평균 입도는 400 마이크로미터 이상 (대략 등급 60)이다.

본 발명의 연마 물품에 적합한 세라믹 연마 입자의 평균 입도는 40 마이크로미터 이상, 통상 50 마이크로미터 이상, 바람직하게는 85 마이크로미터 이상이다. 본 발명의 일부 연마 물품에서, 세라믹 연마 입자의 크기는 100 마이크로미터 이상이다. 다른 실시양태에서, 세라믹 연마 입자는 200 마이크로미터 이상, 때때로는 300 마이크로미터 이상, 종종 400 마이크로미터 이상이다. 일부 바람직한 연마 물품을 위한 특정 연마 입도 (즉, 평균 입도)로는 약 45, 65, 80, 100, 160, 300 마이크로미터 및 400 마이크로미터가 포함된다.

모든 입자가 동일한 크기를 갖는다기보다는 입도의 분포 또는 범위를 나타내는 "등급" 또는 "메쉬"에 따라 연마 입자의 크기가 구분된다는 것이 연마제 분야에 널리 공지되어 있다. 예를 들면, 연마 입자의 등급 표준에 대해서는 문헌 [ANSI B74.18-1996 "For Grading of Certain Abrasive Grain on Coated Abrasive Material"]을 참조하기 바란다. 본 발명에 사용되는 입도는 입자 분포의 평균 입도를 의미한다.

연마 복합체에 사용되는 연마 입자는 전형적으로는 졸 겔 법으로 제조된 다결정질 세라믹 연마 입자이다. 세라믹 알파-알루미나 연마 입자는 또한 소결된 알파-알루미나 (산화알루미늄) 분말로 제조할 수 있다. 세라믹 연마 입자는 전형적으로 모스 경도가 9 이상이다.

소결된 졸-겔 알루미나 연마 입자는 일반적으로, 개질제가 첨가된 것일 수도 있는 알루미나 일수화물의 분산액을 제조하고, 분산액을 겔화시키고, 겔화된 분산액을 건조시키고, 건조된 겔화 분산액을 파쇄하여 입자를 형성하고, 입자를 하소시키고, 입자를 소성하여 연마 입자를 형성하는 것을 포함하는 방법으로 제조된다. 이 기본적인 방법이 처음 발견되어 업계에 공개된 이후로 그의 다양한 개조 및 변형이 개발 및 개시되었다. 소성 단계는 결정립 (grain)을 소결하기 위해 산화알루미늄의 융합 온도 미만의 온도에서 수행한다. 알루미나 연마 입자를 제조하는 졸-겔 법은 미국 특허 제4,314,827호 및 동 제4,518,397호 (레이쎄이저 등)에 보다 상세히 기재되어 있다. 이 방법의 변법은 분산액에 알파-알루미나 시드 또는 산화철 시드를 첨가하는 것을 포함한다.

적합한 시판용 세라믹 연마 입자의 예로는 미국 매사추세츠주 워체스터 소재 노톤 컴파니 (Norton Company)의 "써패스 (Cerpass)", 오스트리아 빌락 소재 트라이바허-쉴라이프미텔 (Treibacher-Schleifmittel)사의 "알로두르 (Alodur) CCCPL"이 포함된다. 3M사에서 시판하는 다양한 제품은 세라믹 연마 입자를 포함한다. 3M사에 시판되는 연마 물품 중에 이용가능한, 연마 물품에 사용하기 적합한 한 특정 세라믹 연마 입자는 "큐비트론 (Cubitron) 321"이라는 상표명으로 알려져 있다. 이 세라믹 연마제 입자는 이트륨, 네오디뮴, 란탄, 코발트 및 마그네슘 첨가제를 갖는 시드 첨가되지 않은 알루미나 입자이다.

다양한 조성물 및 세라믹 입자 제조 방법을 개시하는 문헌으로는, 알파-알루미나 시드의 사용을 개시한 미국 특허 제4,623,364호 (코트린저 등), 산화철 시드의 사용을 개시한 미국 특허 제4,964,883호 (모리스 등), 졸 겔에 희토류 산화물 물질의 첨가를 개시한 미국 특허 제4,881,951호 (먼로에 등), 산화철과 실리카의 배합을 개시한 미국 특허 제5,611,829호 (먼로에 등), 희토류 산화물과 같은 첨가제를 소결 전에 입자 내로 함침시키는 것을 개시한 미국 특허 제5,312,789호 (우드), 및 세라믹 입자의 성형을 개시한 미국 특허 제5,201,916호 (베르그 등)이 있으며, 모두 본원에 참고로 인용된다.

연마 복합체 크기

본 발명의 연마 복합체 (22)는 스케일이 큰 형상, 또는 큰 다면적(prismatic) 구조를 포함한다. 큰 형상의 연마 복합체 (22) 중에 큰 세라믹 연마 입자 (24)를 갖는 연마 물품은, 멀티컷, VSM CG 및 366FA 트리잭트 연마 물품과 같은 통상적으로 제조된 큰 응집체 제품에 비해 절삭율이 더욱 일관적이고 수명이 길다는 것을 발견하였다.

연마 복합체 (22)의 최대 높이는 복합체가 결합되는 배면층의 표면으로부터 측정하여 0.02 인치 (약 500 마이크로미터) 이상, 통상적으로는 0.03 인치 (약 750 마이크로미터) 이상, 및 일 실시양태에서는 0.04 인치 (약 1000 마이크로미터) 이상이다.

연마 복합체 (22)는 임의의 모양일 수 있지만, 입방체, 기둥, 원주, 원추, 원추대, 반구체, 각추, 각추대 등과 같은 기하학적 모양이 바람직하다. 바람직한 모양은 3면 및 4면 각추이다. 연마 복합체의 단면적은, 배면층으로부터 멀어지거나 또는 그의 높이를 따라 감소하는 것이 일반적으로 바람직하다. 이렇게 변하는 표면적은 연마 복합체가 사용시 마모됨에 따라 불균일한 압력을 유발한다. 또한, 연마 물품의 제조시에는, 상기 변하는 표면적으로 인해 연마 복합체를 제조 도구로부터 떼어내기가 보다 용이하다.

일반적으로 평방 센티미터 당 25 개 이상의 개별 연마 복합체가 있다. 일부 경우, 평방 센티미터당 50 개 이상의 개별 연마 복합체가 있을 수 있다. 한 바람직한 복합체는 밑면이 정사각형이고 직선형 측면이 꼭대기 또는 정점에서 만나는 각추이다. 도 2에 예시한 또 다른 바람직한 복합체는 밑면이 사각형인 변형 각추로서, 각추의 면의 형상이 쌍곡선 함수이다. 즉, 각추는 일반적으로, 적어도 부분적으로 쌍곡선에 의해 정의되는 곡면을 가지며, 이 곡면들은 정점에서 만난다. 일부 설계에서, 쌍곡선 함수는 제곱근 함수를 포함한다. 특히, 연마 복합체 (30)은 4 개의 측면을 갖는다 (도 2에는 3 개의 측면 (34a, 34b, 34c)만 보임). 측면 (34a, 34b, 34c)은 밑면 모서리 (2 개의 밑면 모서리 (36a, 36b)만 보임) 및 정점 (35)에서 만나는 측면 모서리 (38a, 38b, 38c, 38d)에 의해 정의된다. 각 측면 모서리 (38a, 38b, 38c, 38d)은 밑면 모서리 (36a, 36b 등)에서 시작되는 쌍곡선 함수로 정의된다. 이러한 각추는 본원과 동일자로 출원된 대리인 관리번호가 58725US002인 본 발명의 출원인의 출원에 상세히 기재되어 있다. 상기 바람직한 두 복합체 배열에 있어서, 각 복합체는 인접한 각 복합체와 밑면 크기가 동일할 수 있고, 각 복합체의 밑면 크기가 인접한 각 복합체와 상이할 수도 있다. 인접 복합체의 밑면 크기가 변하는 예는, 예를 들면 미국 특허 제5,672,097호 (후프만 등)에 개시되어 있다.

상기 언급된 바와 같이, 연마 복합체 (22)는 결합제 (23) 중에 분산된 세라믹 연마 입자 (24)를 포함하며, 배면층 (21)에 결합된다.

배면층

배면층 (21)은 전면 및 후면을 가지며 임의의 통상적인 연마제 배면층일 수 있다. 적합한 배면층의 예로는 중합체 필름, 편성 또는 제직된 천, 종이, 가황 섬유, 부직포, 이들에 예비칠을 한 것, 및 이들의 조합이 포함된다. 이들 배면층은 어느 것이나 강도 및 내마모성을 증가시키기 위해 강화될 수 있다. 배면층은 생성된 코팅된 연마제를 지지 패드 또는 백업 (back-up) 패드에 고정시킬 수 있도록 그의 후면에 부착 수단을 가질 수 있다. 적합한 부착 수단의 예로는 감압성 접착제, 후크 앤 루프 (hook and loop) 부착 시스템의 한 면, 미국 특허 제5,201,101 (로우저 등)에 개시된 맞물림 부착 시스템, 미국 특허 제5,316,812호 (스토우트 등)에 개시된 나사선이 있는 돌출부가 포함된다.

결합제

세라믹 연마 입자는 유기 결합제에 분산되어 연마 복합체를 형성한다. 결합제는 유기 중합성 수지를 포함하는 결합제 전구체로부터 유도된다. 연마 물품의 제조시, 결합제 전구체는 중합 또는 경화 과정의 개시를 돕는 에너지원에 노출된다. 에너지원의 예로는 열 에너지 및 조사 에너지가 포함되며, 후자에는 전자빔, 자외선광 및 가시광이 포함된다. 이 중합 과정 동안, 수지가 중합되며, 결합제 전구체는 고화된 결합제로 전환된다. 결합제 전구체가 고화된 후, 연마 복합체가 형성된다. 연마 복합체 중의 결합제는 또한 일반적으로 연마 복합체를 배면층에 부착시키는 역할을 담당한다.

본 발명의 구조화 연마 물품에 사용하기 위한 바람직한 두 가지 종류의 수지는 축합 경화성 수지 및 부가 중합성 수지이다. 바람직한 결합제 전구체에는 부가 중합성 수지가 포함되는데, 이는 이들 수지가 조사 에너지 노출에 의해 쉽게 경화되기 때문이다. 부가 중합성 수지는 양이온 메카니즘 또는 자유 라디칼 메카니즘을 통해 중합될 수 있다. 사용되는 에너지원 및 결합제 전구체 화학에 따라서, 때로는 경화제, 개시제 또는 촉매가 중합의 개시를 돕는데에 바람직하다.

전형적이고 바람직한 유기 수지의 예로는 페놀계 수지 (레졸 및 노볼락 둘 다), 우레아-포름알데히드 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 아크릴레이트화 우레탄, 아크릴레이트화 에폭시, 에틸렌계 불포화 화합물, 펜던트 불포화 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 유도체, 하나 이상의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체, 하나 이상의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체, 비닐 에테르, 에폭시 수지, 이들의 혼합물 및 조합이 포함된다. 용어 "아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함한다.

아크릴레이트화 우레탄은 히드록시 말단 이소시아네이트 NCO 연장 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 디아크릴레이트 에스테르이다. 시판되는 아크릴레이트화 우레탄의 예로는 모톤 티오콜 케미칼 (Morton Thiokol Chemical)에서 시판하는 상표명 "우비탄 (UVITHANE) 782", 및 래드큐어 스페셜티즈 (Radcure Specialties)에서 시판하는 "CMD 6600", "CMD 8400", 및 "CMD 8805"가 포함된다.

아크릴레이트화 에폭시는 비스페놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르와 같은 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르이다. 시판되는 아크릴레이트화 에폭시의 예로는 래드큐어 스페셜티즈에서 시판하는 상표명 "CMD 3500", "CMD 3600", 및 "CMD 3700"이 포함된다.

에틸렌계 불포화 화합물에는 탄소, 수소 및 산소, 및 임의로는 질소 및 할로겐 원자를 함유하는 단량체 및 중합체 화합물 모두가 포함된다. 산소 또는 질소 원자 또는 이들 두 원자는 일반적으로 에테르기, 에스테르기, 우레탄기, 아미드기 및 우레아기 중에 존재한다. 에틸렌계 불포화 화합물은 바람직하게는 약 4,000 미만의 분자량을 갖고, 바람직하게는 지방족 모노히드록시기 또는 지방족 폴리히드록시기를 함유하는 화합물과 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산 등의 불포화 카르복실산과의 반응으로부터 제조된 에스테르이다.

에틸렌계 불포화 아크릴레이트 수지의 대표적인 예로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 스티렌, 디비닐벤젠, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트가 포함된다. 다른 에틸렌계 불포화 수지로는 카르복실산의 모노알릴, 폴리알릴 및 폴리메탈릴 에스테르 및 아미드, 예를 들면 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트 및 N,N-디알릴아디프아미드가 포함된다. 또 다른 질소 함유 화합물로는 트리스(2-아크릴로일옥시에틸)이소시아누레이트, 1,3,5-트리(2-메틸아크릴옥시에틸)-트리아진, 아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈 및 N-비닐피페리돈이 포함된다.

아미노플라스트 수지 및 이의 유도체는 분자 또는 올리고머 당 하나 이상의 펜던트 알파, 베타 불포화 카르보닐기를 갖는다. 이러한 불포화 카르보닐기는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 아크릴아미드 유형의 기일 수 있다. 이러한 물질의 예로는 N-(히드록시메틸)아크릴아미드, N,N'-옥시디메틸렌비스아크릴아미드, 오르토 및 파라아크릴아미도메틸화 페놀, 아크릴아미도메틸화 페놀계 노볼락 및 이들의 조합이 포함된다. 이러한 물질은 또한 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,903,440호 및 동 제5,236,472호에 기재되어 있다.

하나 이상의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체 및 하나 이상의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체는 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,652,274호 (베트쳐 등)에 기재되어 있다. 구조화 연마 물품에 대한 바람직한 이소시아누레이트 물질은 트리스(히드록시에틸)이소시아누레이트의 트리아크릴레이트이다.

또한, 본 발명의 구조화 연마 물품에 적합한 에폭시 수지는 옥시란을 갖고, 개환에 의해 중합된다. 이러한 에폭시드 수지에는 단량체 에폭시 수지 및 올리고머 에폭시 수지가 포함된다. 일부 바람직한 에폭시 수지의 예로는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐 프로판] (비스페놀의 디글리시딜 에테르) 및 상표명 "에폰 (Epon) 828", "에폰 1004" 및 "에폰 1001F" (쉘 케미칼 컴파니 (Shell Chemical Co.) 제조), "DER-331", "DER-332" 및 "DER-334" (다우 케미칼 컴파니 (Dow Chemical Co.) 제조)로 시판되는 물질이 포함된다. 다른 적합한 에폭시 수지에는 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르 (예를 들면, "DEN-431" 및 "DEN-428" (다우 케미칼 컴파니 제조))가 포함된다. 에폭시 수지에, 양이온성 메카니즘, 즉 양이온성 경화제가 산 공급원을 발생시켜 에폭시 수지의 중합을 개시하는 메카니즘을 통해 에폭시드를 중합하기 위해 적절한 양이온성 경화제가 첨가될 수 있다.

자유 라디칼 경화성 수지에서, 연마 슬러리가 자유 라디칼 경화제를 추가로 포함하는 것이 종종 바람직하다. 그러나, 전자 빔 에너지원의 경우, 전자 빔 자체가 자유 라디칼을 발생시키기 때문에 경화제는 덜 필요하다. 자유 라디칼 열 개시제의 예로는 퍼옥시드, 예를 들면 벤조일 퍼옥시드, 아조 화합물, 벤조페논 및 퀴논이 포함된다. 자외선 또는 가시광선의 에너지원을 사용하는 경우, 이러한 경화제는 종종 광개시제로 지칭된다. 자외선 광에 노출되어 자유 라디칼 공급원이 발생하는 경우의 개시제의 예로는 유기 퍼옥시드, 아조 화합물, 퀴논, 벤조페논, 니트로소 화합물, 아크릴 할라이드, 히드로존, 머캅토 화합물, 피릴륨 화합물, 트리아크릴이미다졸, 비스이미다졸, 클로로알킬트리아진, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 티옥산톤, 아세토페논 유도체 및 이들의 혼합물이 포함된다. 가시광선에 노출되어 자유 라디칼 공급원이 발생하는 경우의 개시제의 예는 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,735,632호 (베트쳐 등)에서 찾을 수 있다. 가시광과 함께 사용되는 바람직한 개시제는 시바 게이기 코퍼레이션 (Ciba Geigy Corporation)으로부터 시판되는 "이르가큐어 (Irgacure) 369"이다.

경화된 연마 복합체 중 결합제 및 다른 유기 물질 (예를 들면, 임의의 개시제, 커플링제 등)의 양은 일반적으로 복합체 전체의 약 10 내지 50 중량％이다. 일부 실시양태에서, 이러한 유기 성분의 양은 약 15 내지 40 중량％이다.

임의의 첨가제

상기 기재한 바와 같이, 연마 복합체 (22)는 결합제 (23) 중에 분산된 세라믹 연마 입자 (24)를 포함한다. 복합체 (22)는 복합체 (22)의 특성을 개선하기 위해 다른 첨가제를 포함할 수 있다.

연마 복합체 (22)는 연마 복합체의 성능을 개선하기 위해 희석제 입자 또는 다른 충전제 입자를 포함할 수 있다. 이러한 임의의 입자의 입도는 세라믹 연마 입자와 같은 크기일 수 있으나, 통상적으로 그보다 작을 것이다. 적합한 입자의 예로는 석고 (gypsum), 대리석, 석회석, 수석, 실리카, 유리 발포체 (glass bubble), 유리 비드, 알루미늄 실리케이트 등이 포함된다.

이차 연마 입자는 큰 세라믹 연마 입자와 함께 존재할 수 있다. 바람직하게는, 임의의 이차 연마 입자는 큰 세라믹 연마 입자보다 작은 평균 입도를 갖는다. 사용가능한 연마 입자의 예로는 융합 산화알루미늄 (브라운 산화알루미늄, 열처리된 산화알루미늄 및 화이트 산화알루미늄을 포함함), 그린 실리콘 카바이드, 실리콘 카바이드, 크로미아, 알루미나, 지르코니아, 다이아몬드, 산화철, 세리아, 큐빅 질화보론, 보론 카바이드, 가닛 및 이들의 조합이 포함된다. 또한, 세라믹 산화알루미늄 입자가 사용될 수 있다.

큰 세라믹 연마 입자, 충전제 입자 또는 이차 연마 입자는 표면 코팅 또는 표면 처리를 할 수 있다. 표면 코팅은 여러 상이한 기능을 할 수 있다. 일부 예에서, 표면 코팅은 결합제에 대한 연마 입자 또는 다른 입자의 유착을 증가시키고, 연마 입자의 연마 특성을 변경시키는 등의 기능을 한다. 표면 코팅의 예로는 커플링제, 할라이드염, 실리카를 비롯한 금속 산화물, 내화성 금속 질화물, 내화성 금속 카바이드 등이 포함된다.

연마 복합체 내에 연삭 조제가 존재할 수 있다. 연삭 조제는 광범위한 여러 물질을 포함하고, 무기계 또는 유기계일 수 있다. 연삭 조제의 화학적 군의 예로는 왁스, 유기 할라이드 화합물, 할라이드염 및 금속 및 이들의 합금이 포함된다. 염소화 왁스의 예로는 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌, 및 폴리비닐 클로라이드가 포함된다. 할라이드염의 예로는 염화나트륨, 칼륨 크리올라이트, 나트륨 크리올라이트, 암모늄 크리올라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 나트륨 테트라플루오로보레이트, 불화 규소, 염화칼륨, 염화마그네슘이 포함된다. 금속의 예로는 주석, 납, 비스무트, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철, 티탄이 포함되고, 다른 여러 연삭 조제에는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속성 황화물이 포함된다. 연삭 조제의 이러한 예는 단지 대표적인 것만을 의미한다. 구조화 연마 물품에 사용하기 위한 하나의 바람직한 연삭 조제는 크리올라이트이고, 또 다른 하나는 칼륨 테트라플루오로보레이트 (KBF₄)이다.

연마 복합체는 부가적으로 또는 별법으로 임의의 첨가제, 예를 들면 윤활제, 습윤제, 틱소트로픽 물질, 계면활성제, 안료, 염료, 대전방지제, 가소제 및 현탁제를 더 포함할 수 있다. 이러한 물질 및 모든 물질의 양은 목적하는 특성을 제공하기 위해 선택된다.

연마 물품의 제조 방법

본 발명의 연마 물품의 한 가지 제조 방법을 도 3에 개략적으로 나타내었다. 상기 방법은 구조화된 표면을 제공하는 데 사용되는 제조 도구를 지칭하여 일반적으로 "벨트" 또는 "웹" 공정으로 지칭될 수 있다.

제조 도구 (46)은 풀림 스테이션 (unwind station)(45)로부터 풀려나오는, 표면 상에 복수의 공동을 갖는 연장된 줄이다. 연마 슬러리는 제조 도구 (46) 상에 코팅되고, 코팅 스테이션 (44)에서 공동 내에 코팅된다. 코팅 스테이션 (44)는 강하 다이 코터, 나이프 코터, 커튼 코터, 진공 다이 코터 또는 다이 코터와 같은 전형적인 코팅 기술을 이용할 수 있다. 슬러리의 점도를 낮추기 위해 코팅 전에, 슬러리는 가열되고(거나) 초음파 에너지에 노출되거나 또는 다른 가공이 실시될 수 있다. 슬러리 중의 공기 기포의 존재가 최소화되는 것이 바람직하다. 일부 실시양태에서, 바람직한 코팅 기술은 진공 유체 베어링 다이를 사용하는 것이다.

코팅된 제조 도구 (46)은 풀림 스테이션 (42)로부터 나와 있는 배면층 (41)과 접촉한다. 배면층 (41) 및 슬러리는, 슬러리가 배면층 (41)의 전면을 적시도록 접촉한다. 도 3에서, 접촉 닙 롤 (47)은 접촉을 용이하게 하기 위해 사용되고, 접촉 닙 롤 (47)은 또한 생성되는 구조체를 지지 드럼 (43)에 대해 가압한다.

에너지원 (48) (바람직하게는 가시광원)은 충분한 양의 에너지를 슬러리에 투과하여, 적어도 부분적으로 결합제 전구체를 경화시킨다. 상기 에너지는 배면층 또는 툴링을 통해 투과될 수 있다. 용어 "부분적 경화"는 시험 튜브를 뒤집었을 때 슬러리가 흐르지 않는 상태가 되도록 결합제 전구체가 중합되는 것을 의미한다. 제조 도구로부터 제거되었을 때 결합체 전구체를 더 경화시킬 수 있다.

코팅 후에, 제조 도구 (46)은 맨드릴 (49) 상에 재권취되어, 제조 도구 (46)이 재사용될 수 있다. 생성되는 연마 물품 (120)은 맨드릴 (121) 상에 권취된다. 결합제 전구체가 완전히 경화되지 않은 경우, 예를 들면 에너지원에 노출시킴으로써 결합제 전구체를 완전히 경화시킬 수 있다. 상기 제1 방법에 따라 연마 물품을 제조하기 위한 부가적인 세부사항 및 별법은 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,152,917호 (피이퍼 등) 및 동 제5,435,816호 (스퍼젼 등)에 기재되어 있다.

상기 기재한 방법은 연마 슬러리가 도구의 공동 중에 존재하는 동안 적어도 부분적으로 결합제를 경화하는 것을 포함하지만, 당연히 모든 경화가 제조 도구의 제거 이후에 행해질 수도 있다.

별법에서, 연마 슬러리는 제조 도구 (46)의 공동 내가 아닌 배면층 (41) 상에 직접 코팅될 수 있다. 슬러리 코팅된 배면층은 이어서 슬러리가 제조 도구 (46)의 공동 내로 흐르도록 제조 도구 (46)과 접촉한다. 연마 물품을 제조하기 위한 나머지 단계는 상기 기재한 바와 동일하다.

구조화 연마 물품을 제조하기 위한 또 다른 방법을 도 4에 나타내었다. 이 방법은 구조화된 표면을 생성하기 위해 사용되는 제조 도구를 지칭하여 일반적으로 "드럼" 방법으로 지칭될 수 있다.

연마 슬러리 (54)는 코팅 스테이션 (53)에서 제조 도구 (55)의 공동 내에 코팅된다. 슬러리 (54)는 임의의 적합한 기술, 예를 들면 강하 다이 코팅, 롤 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 진공 다이 코팅 또는 다이 코팅에 의해 도구 (55) 상에 코팅될 수 있다. 다시, 점도를 낮추고(거나) 기포를 최소화하기 위해 코팅 전에 슬러리를 가공할 수 있다.

풀림 스테이션 (52)로부터의 배면층 (51)은 슬러리가 배면층 (51)의 전면을 적시도록, 닙 롤 (56)에 의해 연마 슬러리를 함유하는 제조 도구 (55)와 접촉한다. 이어서, 슬러리 중의 결합제 전구체는 에너지원 (57)에 노출됨으로써 적어도 부분적으로 경화된다. 생성되는 연마 물품 (59)는 닙 롤 (58)에 의해 제조 도구 (55)로부터 제거되고, 권취 스테이션 (60) 상에 권취된다.

상기 기재한 방법은 연마 슬러리가 도구의 공동 중에 존재하는 동안 적어도 부분적으로 결합제를 경화시키는 것을 포함하지만, 당연히 제조 도구 (55)로부터 배면층 (51) 및 슬러리 (54)가 제거된 후에 모든 경화가 행해질 수도 있다.

별법에서, 연마 슬러리는 제조 도구 (55)의 공동 내가 아닌 배면층 (51) 상에 직접 코팅될 수 있다. 슬러리 코팅된 배면층은 이어서 슬러리가 제조 도구 (55)의 공동 내로 흐르도록 제조 도구 (55)와 접촉한다. 연마 물품을 제조하기 위한 나머지 단계는 상기 기재한 바와 동일하다.

결합제 전구체가 방사선 에너지에 의해 경화되는 것이 바람직하다. 방사선 에너지는 제조 도구가 방사선 에너지를 상당한 정도로 흡수하지 않는 한 제조 도구를 통해 투과될 수 있다. 부가적으로, 방사선 에너지원은 제조 도구를 상당한 정도로 열화시켜서는 안될 것이다. 열가소성 제조 도구 및 자외선 또는 가시광선을 사용하는 것이 바람직하다.

하기의 비제한적 실시예를 통해 본 발명을 추가로 예시할 것이다. 실시예의 모든 부, 백분율, 비율 등은 달리 표시하지 않는 한 중량 기준이다. 하기 표 1에 열거한 약어를 실시예 전체에서 사용하였다.

TMPTA	트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트; 살토머 컴파니 (Sartomer Co.) 상표명 "SR351"로 시판됨
TATHEIC	트리스(히드록시 에틸)이소시아누레이트의 트리아크릴레이트; 살토머 컴파니 상표명 "SR368"로 시판됨
PH2	2-벤질-2-N,N-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부탄온, 시바 게이기 코퍼레이션 상표명 "이르가큐어 369"로 시판됨
ASF	비정질 실리카 충전제, 데구사 (DeGussa) 상표명 "OX-50"으로 시판됨
60 CAO	미국 특허 제5,312,789호의 교시에 따른 세라믹 산화알루미늄, 등급 60 (평균 입도 약 400 ㎛)
80 CAO	미국 특허 제5,312,789호의 교시에 따른 세라믹 산화알루미늄, 등급 80 (평균 입도 약 300 ㎛)
180 CAO	미국 특허 제5,312,789호의 교시에 따른 세라믹 산화알루미늄, 등급 180 (평균 입도 약 100 내지 110 ㎛)
JIS 400 CAO	미국 특허 제5,312,789호의 교시에 따른 세라믹 산화알루미늄, 등급 JIS 400 (평균 입도 약 35 ㎛)
80 FAO	융합 열처리된 산화알루미늄, 등급 80 (평균 입도 약 200 ㎛), 트리바허 (Triebacher, 오스트리아 빌라히 소재)에서 시판함
F360 FAO	휠 등급 F360의 융합 열처리된 산화알루미늄, (평균 입도 약 40 ㎛), 트리바허사에서 시판함
P600 FAO	융합 열처리된 산화알루미늄, FEPA 등급 P600 (평균 입도 약 35 ㎛), 트리바허사에서 시판함
60 NCAO	세라믹 산화알루미늄, 등급 60, 세인트 고바인 세라믹 머터리얼스 (Saint Gobain Ceramic Materials) 상표명 "써패스-XLT (Cerpass-XLT)"로 시판됨
SCA	실란 커플링제, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 크롬튼 코퍼레이션 (Crompton Corp.) 상표명 "A-174NT"로 시판됨
KBF4	미연삭된 98％ 순도의 칼륨 테트라플루오로보레이트 (KBF₄), 95 중량％ 이상이 325 메쉬체를 통과하고, 100 중량％가 200 메쉬체를 통과함
FGP	알루미노-보로-실리케이트 유리 프릿 분체, -325 메쉬, 페로 코퍼레이션 (Ferro Corporation, 미국 오하이오주 클리브랜드 소재) 상표명 "3226-3"으로 시판됨
KB1	광개시제, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄온, 살토머 컴파니에 소속된 람베르티 에스.피.에이. (Lamberti S.P.A.) 상표명 "에사큐어 (ESACURE) KB 1"로 시판됨
PRO	TMPTA/TATHEIC/KB1의 59.41/39.6/0.99 혼합물, 살토머 컴파니 상표명 "Pro 1555"로 시판됨
CaSi	표면 개질된 칼슘 메타실리케이트 충전제, NYCO (미국 뉴욕주 윌스보로 소재) 상표명 "월라스토코트 (Wollastocoat) M400"으로 시판됨

연마 물품을 제조하기 위한 일반적인 절차 1

연마 입자, 결합제 전구체 및 하기 표 2에 열거한 다른 물질을 혼합함으로써 연마 슬러리를 제조하였다. 고속 전단 혼합기를 사용하여 약 1200 rpm에서 약 10분 동안 슬러리를 혼합하였다.

실시예	TMPTA	PH2	KBF4	PRO	CaSi	ASF	FGP	SCA	광물
1	1658	16.5	1368				1368	27	4109
2	1658	16.5	1368				1368	38	4109
3	1168	11.6	964				964	19	2894
4	1168	11.6	964				964	19	2894
5		8		772	400	14	400	30	1201
6		8		772	400	14	400	30	1201
7	612	6.2			600	14		30	1201
8	612	6.2			600	14		30	1201
9	612	6.2			800	14		30	1201
10	612	6.2			800	30		30	1300
11	612	6.2			800	30		30	1300
12	612	6.2			800	14		30	1201
13	772	8			700	14		30	950
14	772	8			700	14		30	950
15	772	8			700	14		30	950
16	612	6.2			1000	16		30	1201
17	612	6.2			1200	16		30	1201

연마 물품의 배면층은 배면층의 전면 상에 라텍스/페놀 수지 프리사이즈(presize) 처리부 (경화된 수지를 기준으로 85 부/15 부)를 갖는 X-중량 폴리에스테르 배면층였다. 이 프리사이즈를 배면층에 도포하고 이어서 가열하여 실질적으로 임의의 휘발물질을 제거하고 페놀 수지를 겔화하였다.

제조 도구는 절삭 마디 니켈-도금된 매스터(master) 도구로부터 압형되는 투명 폴리프로필렌 공구였다. 폴리프로필렌 도구는 직사각형-기저부 (정사각형-기저부를 포함함) 각추형 패턴으로 정의된 복수의 공동을 포함하였다. 각추 특징부를 이들의 기저부가 서로 충돌하도록 배치하였다. 각추 공구 특징부 유형의 특징적인 프로파일 특성 및 공칭 치수는 표 3에 기재한 바와 같다.

공구 유형	각추 기저부 형태	각추 기저부 폭 인치 (㎛)	평균 각추 기저부 폭 인치 (㎛)	각추 높이 인치(㎛)	각추 모서리 프로파일
CK ＃7	정사각형	0.06 (1524)	0.06 (1524)	0.024 (610)	직선
025 SQRT	직사각형	0.03-0.065 (762-1593)	0.05 (1270)	0.025 (635)	제곱근
030 SQRT	직사각형	0.045-0.09 (1103-2205)	0.65 (1651)	0.03 (762)	제곱근
040 SQRT	직사각형	0.065-0.12 (1593-2940)	0.85 (2159)	0.04 (1016)	제곱근

제조 도구의 순환 벨트를 사용하여 도 3에 예시된 것과 유사한 장치 상에서 실시예 1 내지 15의 연마 물품을 제조하였다. 이 공정을 약 15 미터/분 (50 ft/분)으로 실행하였다. 배면층의 전면 상에 약 18 cm 폭으로 연마 슬러리를 나이프 코팅하였다. 나이프 갭은 약 457-635 마이크로미터 (18-25 밀)로 설정하였다. 닙 롤의 압력하에 슬러리-코팅된 배면층을 제조 도구의 공동과 접촉시키고, 이어서 슬러리에 600 와트/인치로 작동되는 두 개의 가시광 램프 ("D" 전구, 퓨전 코포레이션(Fusion Corp.)에서 시판함)로부터 가시광선을 조사하였다. 제조 도구와 배면층 간의 닙 압력은 약 60 파운드 (27 kg)였다. 연마 물품을 도 3의 장치로부터 제거한 후, 필요한 경우, 이를 115℃에서 24시간 동안 가열하여 복합체 및 배면층 처리부를 충분히 경화시켰다. 시험 전에 연마 물품을 구부리지 않았다.

연마 물품을 제조하기 위한 일반적인 절차 2

배면층의 전면 상에 슬러리 혼합물을 손으로 펼쳐 놓고, 표면 위에 CaSi 분말을 뿌리고, 공구를 슬러리 중으로 압력을 가하고, 형성된, 경화되지 않은 연마제 물질을 제거하고, 한 개의 600 와트 "D" 전구를 사용하여 7.5 미터/분 (25 ft/분)의 가시광선으로 도구 외부에 있는 샘플을 경화시켜, 실시예 16 및 17의 연마 물품을 형성하였다.

표 4에 실시예 1 내지 17에 사용된 연마 입자 및 복합체 형성에 사용된 공구에 대해 요약하였다.

상기에 기재된 바와 같이 제조된 연마 물품을 다음 시험 절차 I 내지 III의 설명에 따라서 시험하였다. 또한, 표 8에 열거된 다수의 시판용 연마 물품을 시험하였다. 시험 결과를 표 9에 제공하였다.

시험 절차 I

연마 물품을 순환 벨트 7.6 cm x 335 cm (3 in x 132 in)로 형성하였다. 이 벨트를 표 5에 기재된 조건을 사용하여 표준 도구 백스탠드(Standard Tool Backstand) 연삭기 상에 설치하였다. 손으로 소재를 수평으로 잡고, 소재의 얇은 모서리를 핸드-헬드 (hand-held) 힘 게이지 (심포(Shimpo) FGV-50)로 측정시 약 120 N (28 lb)의 힘으로 접촉부 휠에 대고 압력을 가하였다. 이 소재를 5 cm/초 (2 in/초)의 속도로 접촉부 휠의 면을 가로질러 1회 통과시켜 1 시험 싸이클이 이루어졌다. 처음 16개의 각 소재로부터 제거된 스탁의 평균 양을 초기 절삭 (g/싸이클)로 기록하고, 마지막 16개의 각 소재로부터 제거된 스탁의 평균 양을 최종 절삭 (g/싸이클)로 기록하였다. 시험 기간 (80 또는 240 싸이클)을 통해 제거된 스탁의 누적된 총 양을 총 절삭 (g)으로 기록하였다. 이 소재를 소재의 수평면이 일반적으로 접촉부 휠의 회전축에 대해 평행하도록 놓고, 연마 벨트와 접촉하는 라인은 접촉부 휠의 축 아래 약 25 cm (1 in)에 위치시키도록 유지하였다.

연마 벨트 크기	7.6 cm x 335 cm (3 in x 132 in)
기계	표준 도구 백스탠드 레이드 연삭기 (5 hp 모델) (미국 오하이오주 신시내티 소재의 스탠다드 일렉트릭 톨 컴파니 (Standard Electric Tol Co.))
연마 속도	2122 표면 m/분 (6963 표면 ft/분)
접촉부 휠	35.3 cm (14 in) 직경, 85 A 경도계, 톱니 모양(serrated) 1:1
소재	304 스테인레스강 시트 ∼15.2 cm x 30.5 cm x ∼0.3 cm(∼6 in x 12 in x ∼0.120 in)
연삭 압력	∼120 N (∼28 lb) 핸드 압력
공급 속도	5 cm/초 (2 in/초)
냉각제	없음

시험 절차 II

연마 물품을 순환 벨트 30 cm x 244 cm (12 in x 96 in)로 형성하였다. 하기 표 6에 기재된 조건을 사용하여 ACME 플랫-헤드 피니셔 (Flat-Head Finisher) 상에 벨트를 설치하였다. 벨트의 유효한 절삭 면적은 15 cm x 244 cm이고 소재의 바닥면은 15 cm x 1.2 m로 측정되었다. 이 소재를 10.7 m/분으로 작동하는 컨베이어 벨트 상에서 기계에 연속 공급하였다. 이 시험을 소재 시트의 1200 피트 (366 m)가 연삭될 때까지 행하고, 시험 내내 기계의 접촉부 휠을 하향 조정하여 소재 상에 일정한 압력을 유지하였다. 연삭 압력은 적재하지 않은 조건상에서 벨트 구동 모터의 암페어 소모량 (amp draw)으로 모니터하였다. 처음 5개의 소재 시트 (100 ft (30.5 m) 또는 1 싸이클)로부터 제거된 스탁의 누적 양을 초기 절삭 (g/싸이클)로 기록하고, 마지막 5개의 소재 시트로부터 제거된 스탁의 양을 최종 절삭 (g/싸이클)로 기록하였다. 시험 (1200 ft (366 m)) 동안 제거된 스탁의 총 양을 총 절삭으로 기록하였다.

연마 벨트 크기	30 cm x 244 cm (12 in x 96 in)
기계	30 cm (12 in) ACME 플랫-헤드 피니셔 (미국 미시간주 디트로이트 소재의 ACME 매뉴팩터링 컴파니 (ACME Manufacturing Co.))
연마 속도	1372 표면 m/분 (4500 표면 ft/분)
컨베이어 속도	10.7 m/분 (35 ft/분)
접촉부 휠	20 cm (8 in) 직경, 70 A 경도계, 톱니 모양 1:1
연삭 압력	1.3 amp/cm (3.3 amp/in)
소재	304 스테인레스강 시트 15.2 cm x 1.2 m x ∼0.3 cm (6 in x 48 in x ∼0.120 in)
냉각제	켐툴(Chemtool) CT 2552 (농도 8％)

시험 절차 III

연마 물품을 순환 벨트 10 cm x 137 cm (4 in x 54 in)로 형성하였다. 하기 표 7에 기술한 조건을 사용하여 ACME 무중심 (ACME Centerless) 연삭기 상에 벨트를 설치하였다. 소재는 3.2 cm 직경 x 91 cm 길이 (1.250 in x 36 in)의 1045 탄소강철봉 또는 304 스테인레스강철봉이었다. 각 소재는 벨트-소재 경계면을 향하는 냉각제의 흐름 하에 ACME 기계를 5 싸이클 통과하였다. 봉의 작업 방향은 각 싸이클에서 역행하였다. 시험의 첫 5 싸이클에서 제거된 스탁의 평균량을 초기 절삭 (g/싸이클)으로 기록하였다. 시험의 마지막 5 싸이클에서 제거된 스탁의 평균량은 최종 절삭 (g/싸이클)으로 기록하였다. ACME 무중심 연삭기의 조정 휠을 각 연삭 싸이클 동안 소재 상의 압력이 일정하게 유지되도록 수동으로 조절하였다. 연삭 압력은 적재하지 않은 조건상에서 벨트 구동 모터의 암페어 소모량으로 모니터하였다. 시험 지속시간은 나타내었듯이, 30, 60, 65 또는 80 싸이클이었다. 임의의 실시예를 위한 시험은 해당 실시예에서 절삭율이 기록된 초기 절삭의 60％ 이상으로 감소하였을 때 종료하였다. 시험의 지속시간 동안 제거된 스탁의 누적 총량을 총 절삭 (g)으로 기록하였다.

연마 벨트 크기	10 cm x 137 cm (4 in x 54 in)
기계	ACME 모델 47 무중심 연삭기, ACME 메뉴팩처링 컴파니 (미국 미시간주 디트로이트 소재)
연마 속도	1219 표면 m/분 (4000 표면 ft/분)
조정 휠 속도	50 rpm
통과-공급 속도 (through-feed rate)	3.05 m/min(10 ft/min)
접촉 휠	20 cm (8 in) 직경, 70 A 경도계, 평탄한 면
연삭 압력	0.148 amp/cm (0.375 amp/inch)
소재	3.2 cm 직경 x 91 cm (1.250 in x 36 in)인 1045 탄소강철봉 또는 304 스테인레스강철봉
냉각제	켐툴 CT 2552 (5％ 농도)

표면 마감의 측정

시험 절차 3에 따라 시험된 소재의 표면 마감 (Ra)은 매 5번째 연삭 싸이클의 끝에서 측정하였다. Ra는 마이크로미터 (㎛)로 나타낸 긁힘 깊이의 산술평균이다. 마하 페르토미터 프로필로미터 (Mahr Perthometer profilometer) (모델 M4P, 미국 오하이오주 신시내티 소재의 마하 코포레이션 (Mahr Corporation)에서 시판함)를 사용하여 Ra를 측정하였다.

비교 실시예	설명
A	3M 컴파니 (미국 미네소타주 세인트폴 소재)의 "979F 멀티컷 C" (제조 및 규격 코팅 및 중력 침착된 세라믹 산화알루미늄 연마 입자 응집체를 갖는 통상적인 코팅 연마제, ANSI 등급 80 (대략 190 마이크로미터 평균 입도))
B	3M 컴파니의 "777F" (제조 및 규격 코팅 및 정전기적으로 침착된 세라믹 및 융합 산화알루미늄 연마 입자를 갖는 통상적인 코팅 연마제, ANSI 등급 60 (대략 400 마이크로미터 평균 입도))
C	노톤 컴퍼니 (미국 매사추세츠주 워체스터 소재)의 "R824 노르존플러스 (R824 NorzonPlus)" (제조 및 규격 코팅 및 정전기적으로 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자를 갖는 통상적인 코팅 연마제, ANSI 등급 50 (대략 510 마이크로미터 평균 입도))
D	3M 컴파니의 "A100 366FA 트리잭트" (대략 100 마이크로미터 평균 입도의 중력 침착된 융합 산화알루미늄 입자 응집체를 갖는 구조화된 연마 물품)
E	3M 컴파니의 "369F 멀티컷 A" (제조 및 규격 코팅 및 중력 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자 응집체를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P180 (대략 85 마이크로미터 평균 입도))
F	VSM 어브래시브즈 (VSM Abrasives, 미국 미주리주 오팔론 소재)의 "KK718X 비텍스 (KK718X Vitex) (제조 및 규격 코팅 및 정전기적으로 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P180 (대략 85 마이크로미터 평균 입도))
G	VSM 어브래시브즈의 "KK718X 비텍스" (제조 및 규격 코팅 및 정전기적으로 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P120 (대략 125 마이크로미터 평균 입도))
H	3M 컴파니의 "977F" (제조 및 규격 코팅 및 정전기적으로 침착된 세라믹 산화알루미늄 연마 입자를 갖는 통상적인 코팅 연마제, ANSI 등급 120 (대략 115 마이크로미터 평균 입도))
I	3M 컴파니의 "777F" (제조 및 규격 코팅 및 정전기적으로 침착된 세라믹 및 융합 산화알루미늄 연마 입자를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P120 (대략 125 마이크로미터 평균 입도))
J	3M 컴파니의 "964F" (제조 및 규격 코팅 및 정전기적으로 침착된 세라믹 산화알루미늄 연마 입자를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P120 (대략 125 마이크로미터 평균 입도))
K	3M 컴파니의 "369F 멀티컷 A" (제조 및 규격 코팅 및 중력 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자 응집체를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P120 (대략 125 마이크로미터 평균 입도))
L	VSM 어브래시브즈의 "KK718X 비텍스" (제조 및 규격 코팅 및 중력 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자 응집체를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P80 (대략 200 마이크로미터 평균 입도))
M	VSM 어브래시브즈의 "KK718X 비텍스" (제조 및 규격 코팅 및 중력 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자 응집체를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P60 (대략 400 마이크로미터 평균 입도))
N	VSM 어브래시브즈의 "KK718X 비텍스" (제조 및 규격 코팅 및 중력 침착된 융합 산화알루미늄 연마 입자 응집체를 갖는 통상적인 코팅 연마제, FEPA 등급 P320 (대략 50 마이크로미터 평균 입도))

실시예	초기 절삭, g/싸이클	최종 절삭, g/싸이클	Δ％, 초기 v. 최종	초기 Ra, μin	최종 Ra, μin	총 싸이클	총 절삭, g
1	2.75	2.56	6.9			80	213
2	2.94	2.56	12.9			240	650
비교. A	3.06	1.12	63.4			80	153
비교. B	5.00	1.38	72.4			240	596
3	429	228	46.8			12	3680
4	303	176	41.9			12	2653
비교. C	429	126	70.6			12	2596
5	54.4	45.6	16.2	74	41	65	2927
6	57.6	42.2	26.7	82	51	80	4433
비교. D	35.8	16.8	53.1	47	21	60	1441
비교. E	53.6	11.4	78.3	76	31	30	1131
비교. F	33.8	8.8	74.0	47	16	45	1140
비교. G	58.0	20.6	64.5	83	41	65	2927
7	38.2	30.3	21	57	47	30	1030
8	40.1	30.8	23	79	63	30	1084
비교. H	53.4	22.2	58	81	38	20	674
비교. I	51.6	18.2	65	92	34	20	609
비교. J	32.8	9.2	72	39	16	15	272
비교. K	48.8	19.4	60	66	45	30	1027
9	92.4	84.0	9.1	176	130	60	5449
10	93.6	82.0	12.4	168	111	60	5380
11	73.0	54.4	25.5	100	74	60	3720
12	112.0	97.2	13.2	214	159	60	6232
비교. L	69.0	46.4	32.8	138	88	60	3326
비교. M	79.6	44.4	44.2	164	90	60	3415
13	16.8	5.6	66.7	16	7	35	399
14	17.2	5.0	70.9	15	7	35	392
15	23.8	11.2	52.9	28	12	35	641
비교. N	14.6	4.4	69.9	20	9	35	296

실시예 1-2 및 비교 실시예 A-B

실시예 1-2 및 비교 실시예 A-B는 실험 절차 I에 따라 시험하였다. 표 9의 시험 결과는 스테인레스강 소재 위에 모의 건식, 즉석 연삭 도포에 대해 통상적인 코팅 연마 물품 및 통상적인 응집체 코팅 연마 물품과 비교할 경우 큰 형상 및 큰 세라믹 입자를 갖는 연마 물품의 향상된 절삭의 일관성 및 향상된 수명을 나타냈다.

실시예 3-4 및 비교 실시예 C

실시예 3-4 및 비교 실시예 C는 304 스테인레스강 소재를 사용하여 시험 절차 II에 따라 시험하였다. 표 9의 시험 결과는 모의 습식 플랫-스탁 (flat-stock) 연삭 도포에 대해 큰 형상을 가지나 비세라믹 연마제 입자를 갖는 실시예 (실시예 4)인 경우 및 통상적인 코팅 연마 물품과 비교할 경우, 큰 형상 및 큰 세라믹 입자를 갖는 연마 물품 (실시예 3)이 향상된 절삭율, 향상된 절삭의 일관성, 및 연장된 수명을 나타냈다.

실시예 5-6 및 비교 실시예 D-G

실시예 5-6 및 비교 실시예 D-G는 1045 연강 소재를 사용하여 시험 절차 III에 따라 시험하였다. 표 9의 시험 결과는 모의 습식 무중심 연삭 도포에 대해 통상적인 응집체 코팅 연마 물품과 비교하여 큰 형상 및 큰 세라믹 입자를 갖는 연마 물품이 향상된 절삭의 일관성, 향상된 마감의 일관성, 및 연장된 수명을 나타냈다.

실시예 7-8 및 비교 실시예 H-K

실시예 7-8 및 비교 실시예 H-K는 304 스테인레스강 소재를 사용하여 시험 절차 III에 따라 시험하였다. 표 9의 시험 결과는 모의 습식 무중심 연삭 도포에 대해 통상적인 코팅 연마 물품과 비교할 경우 및 통상적인 응집체 코팅 연마 물품과 비교할 경우, 큰 형상 및 큰 세라믹 입자를 갖는 연마 물품이 향상된 절삭의 일관성, 향상된 마감의 일관성, 및 연장된 수명을 나타냈다.

실시예 9-11 및 비교 실시예 L

실시예 9-11 및 비교 실시예 L은 1045 연강 소재를 사용하여 시험 절차 III에 따라 시험하였다. 표 9의 시험 결과는 통상적인 응집체 연마 물품과 비교할 경우 큰 형상 및 큰 세라믹 입자를 갖는 연마 물품이 향상된 절삭의 일관성, 향상된 마감의 일관성, 및 연장된 수명을 나타냈다. 실시예 10 및 11에 대한 결과는 큰 형상을 가지나 비세라믹 연마 입자를 함유하는 실시예 (실시예 11)과 비교할 경우, 본 발명의 연마 물품 (실시예 10)이 향상된 절삭율, 향상된 절삭의 일관성, 및 연장된 수명을 나타냈다.

실시예 12 및 비교 실시예 M

실시예 12 및 비교 실시예 M은 1045 연강 소재를 사용하여 시험 절차 III에 따라 시험하였다. 표 9의 시험 결과는 모의 습식 무중심 연삭 도포에 대해 통상적인 응집체 연마 물품과 비교할 경우 큰 형상 및 큰 세라믹 입자를 갖는 연마 물품이 향상된 절삭의 일관성, 향상된 마감의 일관성, 및 연장된 수명을 나타냈다.

실시예 13-15 및 비교 실시예 N

실시예 13-15 및 비교 실시예 N은 1045 연강 소재를 사용하여 시험 절차 III에 따라 시험하였다. 표 9의 시험 결과는 모의 습식 무중심 연삭 도포에 대해 통상적인 응집체 연마 물품과 비교할 경우 큰 형상 및 큰 세라믹 연마 입자를 갖는 연마 물품 (실시예 15)이 향상된 절삭의 일관성 및 연장된 수명을 나타냈다. 실시예 13-15에 대한 결과는 모의 습식 무중심 연삭 도포에 대해 큰 형상을 가지나 비세라믹 연마 입자를 함유하는 실시예 (실시예 13-14)와 비교할 경우 큰 형상 및 큰 세라믹 연마 입자를 갖는 연마 물품 (실시예 15)이 향상된 절삭율, 향상된 절삭의 일관성 및 연장된 수명을 나타냈다.

실시예 16-17

실시예 16 및 17의 현미경 사진을 도 5 및 6에 나타냈다. 이들 현미경 사진은 제조 공구의 외부 경화에 의해 제조된 큰 형상 연마 복합체를 나타낸다.

상기 명세서, 실시예 및 데이타는 본 출원의 연마 물품의 제조 및 사용에 대한 완벽한 설명을 제공한다. 본 출원 및 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않는 많은 실시양태가 있을 수 있으므로, 본 발명은 하기 첨부된 특허청구범위에 속하는 것으로 한다.

Claims

(a) 전면을 갖는 배면층, 및

(b) 각 연마 복합체가 (ⅰ) 평균 입도가 85 마이크로미터 이상인 복수의 세라믹 연마 입자, 및 (ⅱ) 방사선 경화성 결합제를 포함하고 연마 복합체의 15 내지 40 중량％를 차지하는 유기 성분을 포함하며, 배면층의 전면으로부터 측정된 높이가 500 마이크로미터 이상인, 상기 전면 상의 복수의 연마 복합체를 포함하고,

사용시 제1 시기에서 제1 절삭율과 제1 표면 마감을 생성하고, 제2 시기에서 제2 절삭율과 제2 표면 마감을 생성하며, 제1 시기와 제2 시기의 간격은 20분 이상이고, 제2 절삭율은 제1 절삭율의 50％ 이상인 구조화 연마 물품.
제1항에 있어서, 세라믹 연마 입자의 평균 입도가 200 마이크로미터 이상인 구조화 연마 물품.
제1항에 있어서, 배면층의 전면으로부터 측정된 복합체의 높이가 600 마이크로미터 이상인 구조화 연마 물품.
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