KR20060087582A

KR20060087582A - 연마 용품 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20060087582A
Application number: KR1020067005791A
Authority: KR
Inventors: 로날드 디. 프로보우; 존 디. 하스
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-08-02
Also published as: BRPI0414610A; EP1663579A1; WO2005035198A1; US20050060941A1; JP2007505758A; CN1882418A

Abstract

본 발명은 연마 용품 및 그의 제조 방법을 개시한다. 연마 용품 (100)은 지지체 (130) 및 지지체 상에 있는 특징부 (120)의 배열 (110)을 포함한다. 각각의 특징부는 기저부 및 몸체를 포함한다. 몸체는 언더컷 (125)을 갖는 면을 포함한다. 한 실시양태에서, 특징부는 또한 그 위에 배치된 연마 입자를 갖는 편평 상부를 포함한다. 다른 실시양태에서, 특징부는 또한 기저부에 인접한 언더컷 측벽 (124) 상의 반경부를 포함한다.

연마 용품, 지지체, 특징부, 언더컷

Description

연마 용품 및 그의 제조 방법 {ABRASIVE ARTICLE AND METHODS OF MAKING THE SAME}

본원은 연마 용품, 특히 구조화된 연마 용품, 그의 제조 방법 및 그의 사용 방법을 개시한다.

연마 용품은 가공물 표면을 연마하고 마무리하는 데 수백 년에 걸쳐 널리 사용되어 왔다. 이들의 용도는 높은 제거량의 고압 금속 연삭 방법부터 안과용 렌즈와 같은 미세 연마에까지 이르러 있다. 일반적으로, 연마 용품은 서로 결합되어 있거나 (예컨대, 결합된 연마 또는 연삭 휠), 지지체에 결합되어 있는 (예컨대, 코팅된 연마재) 복수 개의 연마 입자로 이루어져 있다. 코팅된 연마재의 경우, 통상적으로 단층, 때로는 2층의 연마 입자로 되어 있다. 이들 연마 입자가 닳게 되면, 코팅된 연마재는 본질적으로 낡게 되어 통상 버려진다.

연마 입자의 3차원 코팅물에서의 보다 최근의 개발은 종종 "구조화된 연마재"로 칭해지는 연마 용품을 제공하였다. 구조화된 연마 용품의 여러 가지 구성이, 예를 들어 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,152,917호(피퍼(Pieper) 외)에 개시되어 있다. 피퍼는 가공물 표면에 대해 비교적 높은 절삭률 및 비교적 미세한 표면 마무리를 제공하는 구조화된 연마재를 교시하고 있다. 구조화된 연마재 는 지지체에 결합된 규칙적이고 정밀히 형상화된 연마 복합체를 포함한다.

구조화된 연마 용품 및 그의 제조 방법에 관한 다른 참고 문헌으로는 모두 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,855,632호(슈퇴첼(Stoetzel) 외), 동 제5,681,217호(후프만(Hoopman) 외), 동 제5,435,816호(스퍼전(Spurgeon) 외), 동 제5,378,251호(쿨러(Culler) 외), 동 제5,304,223호(피퍼 외) 및 동 제5,014,468호(라비파티(Ravipati) 외)를 들 수 있다.

피퍼의 특허, 및 다른 구조화된 연마재에 관한 특허들은 연마재 분야에서의 상당한 진전이지만, 개선의 여지는 여전히 존재한다.

<개요>

본원의 한 측면은 연마 용품을 위한 특징부(feature)에 관한 것이다. 특징부는 기저부 및 몸체를 포함한다. 몸체는 다면체이며, 한 실시양태에서는 몸체를 한정하는 4개의 측벽을 갖는 피라미드형 다면체이다. 한 측벽은 경사각(rake angle)을 형성하는 언더컷(undercut)을 갖는다. 한 실시양태에서, 언더컷 측벽은 기저부에 인접한 반경부를 포함한다. 다른 실시양태에서, 몸체는 또한 연마 입자를 포함하는 편평 상부를 포함한다.

본원의 다른 측면은 지지체 상에 특징부의 배열을 갖는 연마 용품에 관한 것이다. 배열은 기저부 및 몸체를 각각 포함하는 복수 개의 특징부를 포함한다. 각각의 몸체는 다면체이며, 한 실시양태에서는 몸체를 한정하는 4개의 측벽을 갖는 피라미드형 다면체이다. 한 측벽은 경사각을 형성하는 언더컷을 갖는다. 한 실시양태에서, 언더컷 측벽은 기저부에 인접한 반경부를 포함한다. 다른 실시양태에 서, 몸체는 또한 연마 입자를 포함하는 편평 상부를 포함한다.

도 1은 본원에 따른 연마 용품의 예시적 실시양태의 투시 단면도이다.

도 1A는 선 A-A에 따른 도 1의 용품의 측면도이다.

도 1B는 선 B-B에 따른 도 1의 용품의 정면도이다.

도 2는 본원에 따른 연마 용품을 제조하기 위한 시스템의 예시적 실시양태이다.

도 3은 본원에 따른 연마 용품을 제조하기 위한 시스템의 다른 예시적 실시양태이다.

일반적으로, 본원은 연마 용품, 그의 제조 방법 및 그의 사용 방법에 관한 것이다. 한 예시적 실시양태에서, 연마 용품은 반복되는 미소 특징부(microreplicated feature)를 복수 개 포함한다. 본원에 있어서, 특징부 및 복합체라는 용어는 호환적으로 사용된다.

특징부는 기저부 및 몸체를 포함한다. 몸체는 언더컷 부분을 갖는 면을 포함한다. 이 면은 또한 기저부에 인접한 아치부를 포함할 수도 있다. 특징부는 또한 편평 상부를 포함할 수도 있다. 편평부는 기저부에 대해 각을 이루고 있을 수 있다.

다른 예시적 실시양태에서, 연마 용품은 벨트이다. 벨트는 지지체 및 벨트 상에 배열된 복수 개의 특징부를 포함한다. 한 예시적 실시양태에서, 특징부는 언더컷 면이 모두 유사하게 배향되도록 배열된다. 다른 예시적 실시양태에서, 편평 상부는 지지체에 대해 각을 이루고 있다. 다른 실시양태들은 상술된 특징을 하나 또는 이를 조합하여 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 연마 용품 (100)은 간격 또는 경계에 의해 분리된 연마 복합체 (120)를 포함한다. 연마 복합체는 지지체 (130) 표면에 결합되어 있다. 복합체 형상과 관련이 있는 경계 또는 경계들은 하나의 연마 복합체가 인접한 다른 연마 복합체와 어느 정도 분리되어 있도록 한다. 개별적인 연마 복합체를 형성하기 위해, 연마 복합체의 기저부 형상을 형성하는 경계 부분은 서로 분리되어 있어야 한다. 일부 실시양태에서, 기저부, 또는 지지체와 가장 가까운 연마 복합체 부분은 그 이웃하는 연마 복합체와 접경할 수 있다. 연마 복합체 (120)는 결합제 및 연삭 조제에 분산된 복수 개의 연마 입자를 포함한다. 일부의 연마 복합체는 접경해 있고, 나머지 연마 복합체는 그들 사이에 개방된 공간을 갖고 있는, 지지체에 결합되어 있는 연마 복합체의 조합을 갖는 것 또한 본 발명의 범위 내이다.

지지체

본 발명의 지지체는 전면 및 배면을 가지며, 임의의 통상적인 연마 지지체일 수 있다. 유용한 지지체의 예로는 중합체 필름, 프라이밍된 중합체 필름, 직물, 종이, 가황 섬유, 부직물 및 이들의 조합물을 들 수 있다. 다른 유용한 지지체로는 미국 특허 제5,316,812호에 개시되어 있는 섬유상 강화 열가소성 지지체 및 국제특허출원 제WO 93/12911호에 개시되어 있는 이음매 없는 순환 지지체를 들 수 있다. 지지체는 이를 밀봉하고(밀봉하거나) 지지체의 일부 물성을 조절하기 위한 처리제 또는 처리제들을 함유할 수도 있다. 이들 처리제는 당업계에 널리 알려져 있다.

또한, 지지체는 얻어지는 코팅된 연마재를 지지 패드 또는 백업(back-up) 패드에 고정시킬 수 있는 부착 수단을 그의 배면 상에 가질 수도 있다. 이 부착 수단은 감압성 연마재, 후크 앤드 루프(hook and loop) 부착 시스템의 한 면, 또는 상기 미국 특허 제5,316,812호에 개시되어 있는 나사산 돌출부일 수 있다. 별법으로서, 모두 본원에 참고로 포함되는 출원인의 미국 특허 제5,201,101호에 기재되어 있는 맞물림 부착 시스템이 있을 수 있다.

연마 용품의 배면은 또한 내미끄럼성 또는 내마찰성 코팅물을 함유할 수 있다. 이러한 코팅물의 예로는 연마재에 분산된 무기 입자(예컨대, 탄산칼슘 또는 석영)를 들 수 있다.

연마 코팅물

연마 입자

연마 입자의 입도는 통상적으로 약 0.1 내지 1500 ㎛, 대개 약 0.1 내지 400 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 100 ㎛, 가장 바람직하게는 0.1 내지 50 ㎛에 이른다. 한 실시양태에서, 연마 입자의 모스(Mohs) 경도는 약 8 이상, 더욱 바람직하게는 9를 초과한다. 이러한 연마 입자의 예로는 용융 산화알루미늄(갈색 산화알루미늄, 열처리된 산화알루미늄 및 백색 산화알루미늄을 포함함), 세라믹 산화알루미늄, 녹색 탄화규소, 탄화규소, 크로미아, 알루미나 지르코니아, 다이아몬드, 산화철, 세리아, 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 석류석 및 이들의 조합물을 들 수 있다.

"연마 입자"라는 용어는 또한 단일 연마 입자가 서로 결합하여 연마 응집체를 형성하는 경우도 포함한다. 연마 응집체는 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,311,489호, 동 제4,652,275호 및 동 제4,799,939호에 더 기재되어 있다.

연마 입자 상에 표면 코팅물을 갖는 것 또한 본 발명의 범위 내이다. 표면 코팅물은 다수의 상이한 기능들을 가질 수 있다. 일부 경우, 표면 코팅물은 결합제에 대한 연마 입자의 접착성을 향상시키고, 연마 입자의 연마 특성을 변화시키는 기능 등을 갖는다. 표면 코팅물의 예로는 커플링제, 할라이드 염, 실리카를 비롯한 금속 산화물, 내화성 금속 질화물, 내화성 금속 탄화물 등을 들 수 있다.

연마 복합체에 희석제 입자가 있을 수도 있다. 이들 희석제 입자의 입도는 연마 입자의 크기와 동일한 정도일 수 있다. 이러한 희석제 입자의 예로는 석고, 대리석, 석회석, 부싯돌, 실리카, 유리구, 유리 비드, 알루미늄 실리케이트 등을 들 수 있다.

결합제

연마 입자는 유기 결합제에 분산되어 연마 복합체를 형성한다. 결합제는 중합 가능한 유기 수지를 포함하는 결합제 전구체로부터 유도된다. 본 발명의 연마 용품의 제조시, 중합 또는 경화 공정의 개시를 촉진하는 에너지원에 결합제 전구체를 노출시킨다. 에너지원의 예로는 열 에너지 및 방사선 에너지가 있으며, 방사선 에너지로는 전자 빔, 자외광 및 가시광을 들 수 있다. 상기 중합 공정시, 수지는 중합되고, 결합제 전구체는 고화된 결합제로 전환된다. 결합제 전구체의 고화시, 연마 코팅물이 형성된다. 또한, 연마 코팅물 중 결합제는 일반적으로 연마 코팅물을 지지체에 접착시킨다.

본 발명에 사용하기 위한 바람직한 두 부류의 수지는 축합 경화성 수지 및 부가 중합 가능한 수지이다. 부가 중합 가능한 수지가 방사선 에너지에 노출되어 쉽게 경화되므로 바람직한 결합제 전구체이다. 부가 중합 가능한 수지는 양이온 메커니즘 또는 자유 라디칼 메커니즘을 통해 중합시킬 수 있다. 이용되는 에너지원 및 결합제 전구체 화학에 따라, 경화제, 개시제 또는 촉매가 중합의 개시를 돕는 데 종종 바람직하다.

통상적이고 바람직한 유기 수지의 예로는 페놀 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 아크릴화 우레탄, 아크릴화 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, 및 이들의 혼합물 및 조합물을 들 수 있다. "아크릴레이트"라는 용어는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함한다.

페놀 수지는 그 열적 특성, 입수 가능성 및 비용으로 인해 연마 용품 결합제에 널리 사용된다. 2가지 형태의 페놀 수지, 즉 레졸 및 노볼락이 있다. 레졸 페놀 수지는 포름알데히드 대 페놀의 몰비가 1:1 이상, 통상적으로 1.5:1.0 내지 3.0:1.0이다. 노볼락 수지는 포름알데히드 대 페놀의 몰비가 1:1 미만이다. 구입 가능한 페놀 수지의 예로는 옥시덴탈 케미컬즈사(Occidental Chemicals Corp.) 제조의 상표명 "두레즈(Durez)" 및 "바쿰(Varcum)"; 몬산토사(Monsanto) 제조의 상표명 "레지녹스(Resinox)"; 애쉬랜드 케미컬사(Ashland Chemical Co.) 제조의 상표명 "에어로펜(Aerofene)" 및 "에어로탭(Aerotap)"으로 알려진 것들을 들 수 있다.

아크릴화 우레탄은 히드록시-종결된, 이소시아네이트 NCO 증량된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 디아크릴레이트 에스테르이다. 구입 가능한 아크릴화 우레탄의 예로는 모턴 티오콜 케미컬사(Morton Thiokol Chemical)가 시판하는 상표명 "유비탄(UVITHANE) 782"; 및 라드큐어 스페셜티즈사(Radcure Specialties)가 시판하는 상표명 "CMD 6600", "CMD 8400" 및 "CMD 8805"로 알려진 것들을 들 수 있다.

아크릴화 에폭시는 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르, 예컨대 비스페놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스테르이다. 구입 가능한 아크릴화 에폭시의 예로는 라드큐어 스페셜티즈사가 시판하는 상표명 "CMD 3500", "CMD 3600" 및 "CMD 3700"으로 알려진 것들을 들 수 있다.

에틸렌계 불포화 수지로는 탄소, 수소 및 산소, 및 임의로 질소 및 할로겐류의 원소를 함유하는 단량체 및 중합체 화합물 모두를 들 수 있다. 산소 또는 질소 원자 또는 이들 모두는 통상 에테르, 에스테르, 우레탄, 아미드 및 우레아기에 존재한다.

에틸렌계 불포화 화합물은 바람직하게는 약 4,000 미만의 분자량을 가지며, 지방족 모노히드록시기 또는 지방족 폴리히드록시기를 함유하는 화합물과 불포화 카르복실산, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산 등의 반응으로부터 제조된 에스테르인 것이 바람직하다. 아크릴레이트 수지의 대표예로서는 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 테트라아크릴레이트를 들 수 있다. 다른 에틸렌계 불포화 수지로는 카르복실산의 모노알릴, 폴리알릴 및 폴리메탈릴 에스테르 및 아미드, 예컨대 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트 및 N,N-디알릴아디프아미드를 들 수 있다. 또 다른 질소 함유 화합물로는 트리스(2-아크로일옥시에틸)이소시아누레이트, 1,3,5-트리(2-메틸아크릴옥시에틸)-트리아진, 아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈 및 N-비닐피페리돈을 들 수 있다.

아미노플라스트 수지는 분자당 또는 올리고머당 1개 이상의 펜던트 알파, 베타 불포화 카르보닐기를 갖는다. 이들 불포화 카르보닐기는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 아크릴아미드 형태의 기일 수 있다. 이러한 물질의 예로는 N-(히드록시메틸)아크릴아미드, N,N'-옥시디메틸렌비스아크릴아미드, 오르토 및 파라 아크릴아미도메틸화 페놀, 아크릴아미도메틸화 페놀 노볼락 및 이들의 조합물을 들 수 있다. 이들 재료는 모두 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,903,440호 및 동 제5,236,472호에 더 기재되어 있다.

1개 이상의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체 및 1개 이상의 펜던트 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체는 이후 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,652,274호에 더 기재되어 있다. 바람직한 이소시아누레이트 물질은 트리스(히드록시에틸)이소시아누레이트의 트리아크릴레이트이다.

에폭시 수지는 옥시란을 가지며, 개환에 의해 중합된다. 이러한 에폭시드 수지로는 단량체 에폭시 수지 및 올리고머 에폭시 수지를 들 수 있다. 일부 바람직한 에폭시 수지의 예로는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐 프로판](비스페놀의 디글리시딜 에테르), 및 쉘 케미컬사(Shell Chemical Co.)가 시판하는 상표명 "에폰(Epon) 828", "에폰 1004" 및 "에폰 1001F", 다우 케미컬사(Dow Chemical Co.)가 시판하는 상표명 "DER-331", "DER-332" 및 "DER-334"로 구입 가능한 재료를 들 수 있다. 다른 적합한 에폭시 수지로는 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르(예컨대, 다우 케미컬가 시판하는 "DEN-431" 및 "DEN-428")를 들 수 있다.

본 발명의 에폭시 수지는 적절한 양이온 경화제를 첨가하는 양이온 메커니즘을 통해 중합할 수 있다. 양이온 경화제는 산 공급원을 생성하여 에폭시 수지의 중합을 개시한다. 이들 양이온 경화제로는 오늄 양이온을 갖는 염 및 금속 또는 준금속의 착음이온을 함유하는 할로겐을 들 수 있다. 다른 양이온 경화제로는 유기 금속 착양이온을 갖는 염 및 금속 또는 준금속의 착음이온을 함유하는 할로겐을 들 수 있으며, 이들은 이하 참고로 포함되는 미국 특허 제4,751,138호(컬럼 6, 제65행 내지 컬럼 9, 제45행)에 더 기재되어 있다. 다른 예로는 미국 특허 제4,985,340호(컬럼 4, 제65행 내지 컬럼 14, 제50행), 및 둘 다 1989년 3월 8일에 공개된 유럽 특허 출원 제306,161호 및 동 제306,162호(상기 문헌들은 모두 참고로 포함됨)에 기재되어 있는 유기 금속 염 및 오늄 염이 있다. 또 다른 양이온 경화제로는, 금속이 주기율표의 제IVB족, 제VB족, 제VIB족, 제VIIB족 및 제VIIIB족의 원소 중에서 선택되는 것인 유기 금속 착물의 이온성 염을 들 수 있고, 이는 본원에 참고로 포함되며 1983년 11월 21일에 공개된 유럽 특허 출원 제109,581호에 기재되어 있다.

자유 라디칼 경화성 수지에 대해서는, 일부 경우 연마 슬러리가 자유 라디칼 경화제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 전자 빔 에너지원의 경우, 전자 빔 그 자체가 자유 라디칼을 생성하므로 경화제가 항상 필요한 것은 아니다.

자유 라디칼 열 개시제의 예로는 퍼옥시드, 예컨대 벤조일 퍼옥시드, 아조 화합물, 벤조페논 및 퀴논을 들 수 있다. 자외광 또는 가시광 에너지원의 경우, 이 경화제는 종종 광개시제로 불린다. 자외광에 노출되는 경우 자유 라디칼 공급원을 생성하는 개시제의 예로는 유기 퍼옥시드, 아조 화합물, 퀴논, 벤조페논, 니트로소 화합물, 아크릴 할라이드, 히드로존, 머캅토 화합물, 피릴륨 화합물, 트리아크릴이미다졸, 비스이미다졸, 클로로알키트리아진, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 티옥산톤 및 아세토페논 유도체, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택되는 것을 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 가시광에 노출되는 경우 자유 라디칼 공급원을 생성하는 개시제의 예는 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,735,632호(제목: Coated Abrasive Binder Containing Ternary Photoinitiator System)에서 찾아 볼 수 있다. 가시광과 사용하기에 바람직한 개시제로는 시바 가이기사(Ciba Geigy Corporation)로부터 구입 가능한 "이르가큐어(Irgacure) 369"가 있다.

연삭 조제

연삭 조제는 재료, 바람직하게는 입상 재료로 정의되며, 연마 용품에 첨가하면 연마의 화학적 및 물리적 공정에 상당한 영향을 끼쳐 성능을 개선시킨다. 통상적으로 및 바람직하게는, 연삭 조제를 입자로서 슬러리에 첨가하지만, 액상으로서 슬러리에 첨가하거나 오버코트로서 첨가하여 제품의 하중을 감소시킬 수 있다. 연삭 조제의 존재는 연삭 조제를 함유하지 않는 연마 용품과 비교하여, 상응하는 연마 용품의 연삭 효율 또는 절삭률(연마 용품의 손실량당 가공물의 제거량으로 정의됨)을 향상시킬 것이다. 특히, 당업계에서는 연삭 조제가 1) 연마 과립과 피연마 가공물 사이의 마찰을 감소시키거나, 2) 연마 과립이 "캡핑(capping)"되는 것을 방지, 즉 금속 입자(금속 가공물의 경우)가 연마 과립의 상부에 접착되는 것을 방지하거나, 3) 연마 과립과 가공물 사이의 계면 온도를 떨어뜨리거나, 4) 요구되는 연삭력을 감소시키거나, 5) 금속 가공물의 산화를 방지할 것으로 여겨지고 있다. 일반적으로, 연삭 조제의 첨가는 연마 용품의 유효 수명을 연장시킨다.

본 발명에 유용한 연삭 조제는 다양한 각종 재료를 포함하며, 무기 또는 유기계일 수 있다. 연삭 조제의 화학 물질군의 예로는 왁스, 비누, 유기 할라이드 화합물, 할라이드 염 및 금속 및 이들의 합금을 들 수 있다. 유기 할라이드 화합물은 통상적으로 연마시 분해되어 할로겐 산 또는 기상 할라이드 화합물을 방출할 것이다. 이러한 재료의 예로는 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌과 같은 염소화 왁스; 및 폴리비닐 클로라이드를 들 수 있다. 비누의 예로는 리튬 및 아연 스테아레이트를 들 수 있다. 할라이드 염의 예로는 염화나트륨, 칼륨 크리올라이트, 나트륨 크리올라이트, 암모늄 크리올라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 나트륨 테트라플루오로보레이트, 플루오르화규소, 염화칼륨, 염화마그네슘을 들 수 있다. 금속의 예로는 주석, 납, 비스무트, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철 티타늄을 들 수 있다. 다른 기타 연삭 조제로는 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 황화물을 들 수 있다. 여러 가지 연삭 조제의 조합물을 사용하는 것 또한 본 발명의 범위 내이며, 일부 경우 이는 상승 효과를 제공할 수 있다.

상기 언급한 연삭 조제의 예는 대표적인 것만을 의미한다. 본 발명에서 사용하기에 바람직한 연삭 조제는 크리올라이트이고, 칼륨 테트라플루오로보레이트(KBF.sub.4)가 가장 바람직하다.

연삭 조제는 비연마성, 즉 연삭 조제의 모스 경도가 8 미만인 것이 고려된다. 연삭 조제는 또한 불순물을 함유할 수 있으며, 이러한 불순물은 연마 용품의 성능에 악영향을 거의 미치지 않는 것이어야 한다.

연삭 조제의 입도는 바람직하게는 약 0.1 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 70 ㎛의 범위이다. 일반적으로, 연삭 조제의 입도는 바람직하게는 연마 입자의 크기와 동일하거나 그보다 작다.

연마 코팅물은 일반적으로 약 1 중량％ 이상, 통상적으로는 약 2.5 중량％ 이상, 바람직하게는 약 5 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 중량％ 이상의 연삭 조제를 포함하고, 가장 바람직하게는 약 20 중량％ 이상의 연삭 조제를 포함한다. 연삭 조제를 약 50 중량％ 넘게 포함하면, 연삭 성능이 감소한다는 것이 이론화되어 있기 때문에(연마 입자의 양이 줄어드므로) 손해일 수 있다. 연삭 조제의 양이 증가할수록, 절삭률로 측정되는 상대적인 연삭 성능도 향상된다는 것은 놀라운 사실이었다. 연마 코팅물 중의 연삭 조제의 양이 증가할수록 연마 입자의 상대적인 양이 감소하기 때문에, 이는 예측 불가능한 것이었다. 연삭 조제가 아닌 연마 입자가 가공물 표면의 절단에 기여한다. 일반적으로, 연마 코팅물은 5 내지 90 중량％, 바람직하게는 20 내지 80 중량％의 연마 입자, 5 내지 80 중량％, 바람직하게는 5 내지 40 중량％의 결합제, 및 5 내지 60 중량％, 바람직하게는 10 내지 40 중량％의 연삭 조제를 포함한다.

임의의 첨가제

본 발명에 유용한 슬러리는, 예를 들어 충전제, 섬유, 윤활제, 습윤제, 틱소트로픽재, 계면활성제, 안료, 염료, 대전방지제, 커플링제, 가소제 및 현탁제와 같은 임의의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 재료의 양은 원하는 특성을 제공하도록 선택된다. 이들을 사용하면 연마 복합체의 부식성에 영향을 미칠 수 있다. 일부 경우, 첨가제는 연마 복합체가 더 부식되기 쉽게 하여, 무뎌진 연마 입자를 배출하고, 새로운 연마 입자를 노출시키기 위해 일부러 첨가된다.

본 발명에 유용한 대전방지제의 예로는 흑연, 카본 블랙, 산화바나듐, 습윤제 등을 들 수 있다. 이러한 대전방지제는 모두 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,061,294호, 동 제5,137,542호 및 동 제5,203,884호에 개시되어 있다.

커플링제는 결합제 전구체와 충전제 입자 또는 연마 입자와의 결합 브릿지를 제공할 수 있다. 유용한 커플링제의 예로는 실란, 티타네이트 및 지르코알루미네이트를 들 수 있다. 유용한 슬러리는 바람직하게는 약 0.01 내지 3 중량％의 커플링제를 함유한다.

본 발명에 유용한 현탁제의 예로는 표면적이 150 m²/g 미만인 비정질 실리카 입자(데구사사(DeGussa Corp.)로부터 구입 가능한 상표명 "OX-50")가 있다.

연마 복합체를 포함하는 연마 코팅물

본 발명의 바람직한 한 측면에서, 연마 코팅물은 지지체에 결합된 복수 개의 연마 복합체의 형태로 존재한다. 일반적으로 각 연마 복합체가 정밀한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 각 복합체의 정밀한 형상은 뚜렷하고 식별가능한 경계에 의해 결정된다. 이러한 뚜렷하고 식별가능한 경계는 육안으로 쉽게 볼 수 있고, 주사형 전자 현미경과 같은 현미경으로 연마 용품의 단면을 검사할 때 명확하다. 대조적으로, 정밀한 형상을 갖지 않는 복합체를 포함하는 연마 코팅물 중에서는, 경계가 명확하지 못하고, 판독하기 어려울 수 있다. 이러한 뚜렷하고 식별가능한 경계는 정밀한 형상의 외곽선 또는 윤곽선을 형성한다. 이러한 경계는 연마 복합체를 상호간에 어느 정도 분리시키고, 또한 연마 복합체를 서로 구분 짓는다.

도 1 내지 1B를 참조하여, 본원에 따른 연마 용품 (100)의 예시적 실시양태를 예시한다. 연마 용품 (100)은 연마 복합체 (122)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 복합체 형상과 관련이 있는 경계 또는 경계들은 하나의 연마 복합체를 인접한 또 다른 연마 복합체와 어느 정도 분리시킨다. 개별적인 연마 복합체를 형성하기 위해, 연마 복합체의 형상을 형성하는 경계 부분은 서로 분리되어야 한다. 도 1A에서, 기저부, 또는 지지체에 가장 가까운 연마 복합체 부분은 이웃하는 연마 복합체와 접경할 수 있다는 점에 유의한다. 연마 복합체 (122)는 결합제 및 연삭 조제에 분산된 복수 개의 연마 입자를 포함한다. 또한, 일부의 연마 복합체는 접경해 있고, 나머지 연마 복합체는 그들 사이에 개방된 공간을 갖고 있는, 지지체에 결합되어 있는 연마 복합체의 조합을 갖는 것 또한 본 발명의 범위 내이다.

일부 경우, 형상을 형성하는 경계는 평면이다. 평면을 갖는 형상의 경우, 3개 이상의 평면이 존재한다. 주어진 형상의 평면의 개수는 원하는 기하형태에 따라 변경될 수 있고, 예를 들어 평면의 개수는 3 내지 20개의 범위일 수 있다. 일반적으로, 3 내지 10개의 평면, 바람직하게는 3 내지 6개의 평면이 존재한다. 이러한 평면들은 교차하여 원하는 형상을 형성하고, 이들 평면이 교차하는 각에 의해 형상의 치수가 결정될 것이다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 연마 복합체의 일부는 상이한 치수를 갖는 이웃하는 연마 복합체를 갖는다. 본 발명의 이 측면에서, 10％ 이상, 바람직하게는 30％ 이상, 더욱 바람직하게는 50％ 이상, 가장 바람직하게는 60％ 이상의 연마 복합체가 상이한 치수를 갖는 인접한 연마 복합체를 갖는다. 이러한 상이한 치수는 연마 복합체 형상, 평면 경계 사이의 각 또는 연마 복합체의 치수와 관련될 수 있다. 인접하는 연마 복합체의 이러한 상이한 치수는 결과적으로 연마 또는 다듬어질 가공물 상에 비교적 미세한 표면 마무리를 제공하는 연마 용품을 얻게 한다.

연마 복합체의 형상은 임의의 형상일 수 있으나, 직사각형, 원뿔형, 반원형, 원형, 삼각형, 사각형, 육각형, 피라미드형, 팔각형 등과 같은 기하 형태인 것이 바람직하다. 바람직한 형상의 실시양태는 하기 "기하구조"라 제목을 붙인 단락에 제시하였다. 개별적인 연마 복합체 형상은 본원에서 "돌출 단위체"로 지칭될 수 있다. 바람직한 형상은 피라미드형이고 이 피라미드의 기저부는 3개 또는 4개의 측면을 가질 수 있다. 또한, 연마 복합체의 단면적이 지지체로부터 멀어질수록 감소하거나 또는 그의 높이에 따라 감소하는 것이 바람직하다. 이러한 가변성 표면적은 연마 복합체가 사용되는 동안 마모됨에 따라 불균일 압력을 생성한다. 또한, 연마 용품을 제조하는 동안에, 상기 가변성 표면적은 연마 복합체가 제조 공구로부터 보다 쉽게 떨어지도록 한다. 일반적으로, ㎠ 당 5개 이상의 개별적인 연마 복합체가 존재한다. 일부 경우, 500개/㎠ 이상의 개별적인 연마 복합체가 존재할 수 있다.

연마 용품의 제조 방법

본 발명의 모든 연마 용품을 제조하기 위한 필수적인 단계는 슬러리를 제조하는 단계이다. 슬러리는 임의의 적합한 혼합 기술에 의해 결합제 전구체, 연삭 조제, 연마 입자 및 임의의 첨가제를 서로 배합하여 제조된다. 혼합 기술의 예로는 저전단 및 고전단 혼합을 들 수 있고, 고전단 혼합이 바람직하다. 초음파 에너지가 연마 슬러리의 점도를 낮추기 위해 혼합 단계와 조합하여 이용될 수 있다. 통상적으로, 연마 입자 및 연삭 조제는 결합제 전구체 중에 서서히 첨가된다. 슬러리 중 기포의 양은 혼합 단계 동안에 진공을 가함으로써 최소화될 수 있다. 일부 경우, 점도를 낮추기 위해 슬러리를 일반적으로 30 내지 70 ℃의 범위에서 가열하는 것이 바람직하다. 슬러리가 양호하게 코팅되게 하고, 연마 입자 및 연삭 조제가 침강하지 않는 이론적인 특성을 슬러리가 갖는 것이 중요하다.

에너지원

슬러리가 지지체 상에 코팅된 후, 예를 들어 제조 공구(하기에 기재함)로부터의 이동을 통해, 슬러리가 에너지원에 노출되어 결합제 전구체 중에서 수지의 중합을 개시할 수 있다. 에너지원의 예로는 열 에너지 및 방사선 에너지를 들 수 있다. 에너지의 양은 결합제 전구체 화학, 연마 슬러리의 양, 연마 입자의 양과 종류 및 임의의 첨가제의 양과 종류 등의 여러 인자에 좌우된다. 열 에너지의 경우, 온도는 약 30 내지 150 ℃, 일반적으로 40 내지 120 ℃의 범위일 수 있다. 노출 시간은 약 5분 내지 24시간의 범위일 수 있다.

적합한 방사선 에너지원에는 전자 빔, 자외광 또는 가시광을 들 수 있다. 이온화 방사선으로도 알려진 전자 빔 방사선은 약 0.1 내지 약 10 Mrad, 바람직하게는 약 1 내지 약 10 Mrad의 에너지 양으로 사용될 수 있다. 자외선 방사선은 약 200 내지 약 400 nm, 바람직하게는 약 250 내지 400 nm 범위 내의 파장을 갖는 비입자성 방사선을 지칭한다. 가시광 방사선은 약 400 내지 약 800 nm, 바람직하게는 약 400 내지 약 550 nm 범위 내의 파장을 갖는 비입자성 방사선을 지칭한다. 300 내지 600 Watt/인치의 가시광을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 중합 공정이 완료된 후에, 결합제 전구체는 결합제로 전환되고, 슬러리는 연마 코팅물로 전환된다. 생성된 연마 용품은 일반적으로 바로 사용될 수 있다. 그러나 일부 경우, 습윤화 또는 구부림 등의 다른 공정이 여전히 필요할 수 있다. 연마 용품은 사용되기 전에 원뿔형, 순환 벨트, 시트, 디스크 등과 같은 임의의 원하는 형태로 전환될 수 있다.

제조 공구

본 발명의 제3 및 제4 측면에 대하여, 일부 경우, 연마 코팅물은 정밀하게 형상화된 연마 복합체로 존재하는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 연마 용품을 제조하기 위해, 일반적으로 제조 공구가 요구된다.

제조 공구는 복수 개의 공동을 내장한다. 이러한 공동은 본질적으로 연마 복합체의 역형태이고, 연마 복합체의 형상을 생성하는 데 기여한다. 공동의 치수는 원하는 형상과 치수의 연마 복합체를 제공하도록 선택된다. 생성된 제조 공구에 공동의 형상 또는 치수가 적절하게 제조되지 않는 경우, 원하는 치수의 연마 복합체를 제공하지 않을 것이다.

공동은 인접한 공동들 사이에 공간을 갖는 도트 유사 패턴으로 존재할 수 있거나, 서로에 대해 맞닿아 있을 수 있다. 공동이 서로에 대해 맞닿아 있는 것이 바람직하다. 또한, 공동의 형상은 연마 복합체의 단면적이 지지체로부터 멀어질수록 감소하도록 선택된다.

제조 공구는 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웹, 코팅 롤, 예컨대 윤전그라비아 롤, 코팅 롤 상에 설치된 슬리브, 또는 다이일 수 있다. 제조 공구는 금속(예를 들어, 니켈), 금속 합금 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 금속 제조 공구는 임의의 통상적인 기술, 예컨대 조각, 보빙, 전기성형, 다이아몬드 선삭(turning) 등에 의해 제조될 수 있다. 금속 제조 공구에 대한 한가지 바람직한 기술은 다이아몬드 선삭이다.

열가소재 공구가 금속 마스터 공구로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 제조 공구에 대해 요망되는 패턴의 역 패턴을 가질 것이다. 마스터 공구는 제조 공구와 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 마스터 공구는 바람직하게는 금속, 예를 들어 니켈로 제조되며, 다이아몬드 선삭된다. 열가소성 시트 재료를 임의로 마스터 공구와 함께 가열하여, 열가소성 재료 및 공구를 함께 가압함으로써 열가소성 재료가 마스터 공구 패턴으로 엠보싱되도록 할 수 있다. 또한 열가소성 재료는 마스터 공구로 압출되거나 주조된 후에 가압될 수 있다. 열가소성 재료를 냉각시켜 고화하여 제조 공구를 생성한다. 바람직한 열가소재 제조 공구 재료의 예로는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이들의 조합물을 들 수 있다. 열가소재 제조 공구를 이용할 경우, 열가소재 제조 공구를 일그러뜨릴 수 있는 과도한 열이 발생되지 않도록 주의해야 한다.

또한 제조 공구는 제조 공구로부터 연마 용품을 용이하게 이형시키기 위하여 이형 코팅물을 함유할 수 있다. 금속을 위한 이러한 이형 코팅물의 예로는 경질 탄화물, 질화물 또는 붕소화물 코팅물을 들 수 있다. 열가소성 재료를 위한 이형 코팅물의 예로는 실리콘 및 플루오로 화학물질을 들 수 있다.

본 발명의 연마 용품을 제조하기 위한 한가지 방법이 도 2에 도시되어 있다. 지지체 (41)가 풀림 스테이션 (42)에서 출발하며, 동시에 제조 공구 (46)가 풀림 스테이션 (45)에서 출발한다. 제조 공구 (46)는 코팅 스테이션 (44)에 의해 슬러리로 코팅된다. 슬러리를 가열하고(거나) 슬러리를 초음파 처리한 후 코팅하여 점도를 낮출 수 있다. 코팅 스테이션은 임의의 통상적인 코팅 수단, 예컨대 드롭 다이(drop die) 코터, 나이프 코터, 커튼 코터, 진공 다이 코터 또는 다이 코터일 수 있다. 코팅하는 동안 기포의 형성은 최소화되어야 한다. 바람직한 코팅 기술은 모두 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제3,594,865호, 동 제4,959,265호 및 동 제5,077,870호에 개시된 바와 같은 진공 유체 베어링 다이이다. 제조 공구를 코팅한 후, 지지체 및 슬러리를 임의의 수단으로 접촉시켜, 슬러리가 지지체의 전면을 습윤시키도록 한다. 도 2에서, 접촉 닙 롤 (47)을 이용하여 슬러리를 지지체와 접촉시킨다. 그 다음, 접촉 닙 롤 (47)은 또한 생성된 구조물을 지지 드럼 (43)에 대향하여 밀어 넣는다. 에너지원 (48) (바람직하게는 가시광원)은 충분한 양의 에너지를 슬러리에 전달하여 결합제 전구체를 적어도 부분적으로 경화시킨다. 부분 경화라는 용어는 결합제 전구체가 중합되어, 슬러리가 거꾸로 세운 시험관으로부터 흐르지 않는 상태가 되는 것을 의미한다. 결합제 전구체는 제조 공구로부터 임의의 에너지원에 의해 제거된 후에 완전히 경화될 수 있다. 이후에, 제조 공구는 맨드럴 (49) 상에서 재권취되므로 제조 공구를 다시 재사용할 수 있다. 임의로, 제조 공구를 결합제 전구체로부터 제거한 후, 전구체를 완전히 임의 경화시킬 수 있다. 제거 후에, 전구체를 경화시킬 수 있고, 제조 공구는 재사용을 위하여 맨드럴 (49) 상에서 재권취될 수 있다. 또한, 연마 용품 (120)은 맨드럴 (121) 상에서 권취된다. 결합제 전구체가 완전히 경화되지 않은 경우, 결합제 전구체는 시간에 따라 및(또는) 에너지원으로의 노출에 의해 완전히 경화될 수 있다. 이러한 제1 방법에 따라 연마 용품을 제조하기 위한 추가의 단계는 모두 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,152,917호(피퍼 외) 및 동 제6,129,540호(후프만 외)에 더 기재되어 있다. 무작위 형상화된 연마 복합체는 미국 특허 제6,129,540호(후프만 외)에 기재된 공구 세공 및 방법에 의해 제조될 수 있다.

결합제 전구체를 방사선 에너지에 의해 경화시키는 것이 바람직하다. 방사선 에너지는, 제조 공구가 방사선 에너지를 상당히 흡수하지 않는 한, 제조 공구를 통해 전달될 수 있다. 또한, 방사선 에너지원은 제조 공구를 상당히 분해시키지 않아야 한다. 열가소재 제조 공구 및 자외광 또는 가시광을 사용하는 것이 바람직하다.

슬러리를 제조 공구의 공동이 아닌 지지체 상으로 코팅할 수 있다. 그 후, 슬러리 코팅된 지지체를 제조 공구와 접촉시켜 슬러리가 제조 공구의 공동으로 흐르게 한다. 연마 용품을 제조하기 위한 나머지 단계는 상기 기재된 바와 같다.

또 다른 방법이 도 3에 도시되어 있다. 지지체 (51)가 풀림 스테이션 (52)에서 출발하고, 슬러리 (54)가 코팅 스테이션 (53)에 의해 제조 공구 (55)의 공동으로 코팅된다. 슬러리를 다수의 기술, 예컨대 드롭 다이 코팅, 롤 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 진공 다이 코팅 또는 다이 코팅 중 임의의 하나에 의해 공구 상에 코팅할 수 있다. 또한, 슬러리를 가열하고(거나) 슬러리를 초음파 처리한 후 코팅하여 점도를 낮출 수 있다. 코팅하는 동안 기포의 형성은 최소화되어야 한다. 그 후, 지지체, 및 연마 슬러리가 들어 있는 제조 공구를 닙 롤 (56)로 접촉시켜 슬러리가 지지체의 전면을 습윤시키도록 한다. 그 다음, 슬러리 중의 결합제 전구체를 에너지원 (57)에 노출시켜 적어도 부분적으로 경화시킨다. 이렇게 적어도 부분적으로 경화시킨 후, 슬러리를 지지체에 접합 또는 접착된 연마 복합체 (59)로 전환시킨다. 생성된 연마 용품을 닙 롤 (58)을 이용하여 제조 공구로부터 제거하고, 재권취 스테이션 (60)으로 권취한다. 임의로, 제조 공구를 결합제 전구체로부터 제거한 후에 전구체를 완전히 임의 경화시킬 수 있다. 제조 공구를 제거한 후, 전구체를 경화시킬 수 있다. 어떤 경우든, 에너지원은 열 에너지 또는 방사선 에너지일 수 있다. 에너지원이 자외광 또는 가시광일 경우, 지지체는 자외광 또는 가시광을 투과시키는 것이 바람직하다. 이러한 지지체의 한 예가 폴리에스테르 지지체이다.

슬러리가 지지체의 전면 상으로 직접 코팅될 수 있다. 그 후, 슬러리 코팅된 지지체를 제조 공구와 접촉시켜 슬러리가 제조 공구의 공동으로 습윤되도록 한다. 연마 용품을 제조하기 위한 나머지 단계는 상기 기재된 바와 같다.

가공물 표면을 다듬는 방법

본 발명의 또 다른 측면은 금속 또는 목재 표면의 연마 방법에 관한 것이다. 이 방법은 본 발명의 연마 용품을 금속 또는 목재 표면을 갖는 가공물과 마찰 접촉시키는 것을 포함한다. 용어 "연마"는 금속 가공물의 일부를 연마 용품에 의해 절삭 또는 제거하는 것을 의미한다. 또한, 이러한 다듬기 공정 후에 가공물 표면과 관련된 표면 거칠기(surface finish)가 통상적으로 감소된다. 한가지 통상적인 표면 거칠기 측정치는 Ra이며, Ra는 일반적으로 마이크로인치 또는 마이크로미터로 측정된 산술적 표면 거칠기이다. 표면 거칠기는 형상측정기(profilometer), 예컨대 퍼토미터(Perthometer) 또는 서트로닉(Surtronic)에 의해 측정될 수 있다.

가공물

금속 가공물은 임의의 유형의 금속, 예컨대 연강, 스테인레스 강, 티타늄, 금속 합금, 이종 금속 합금 등일 수 있다. 가공물은 편평하거나, 이와 관련된 형상 또는 윤곽을 가질 수 있다.

용도에 따라, 연마 계면에서의 힘은 약 0.1 kg 내지 1000 kg 범위일 수 있다. 일반적으로 이 범위는 연마 계면에서 1 kg 내지 500 kg의 힘이다. 또한 용도에 따라, 연마하는 동안 액체가 존재할 수 있다. 이러한 액체는 물 및(또는) 유기 화합물일 수 있다. 통상적인 유기 화합물의 예로는 윤활제, 오일, 유화된 유기 화합물, 절삭 유제, 비누 등을 들 수 있다. 이러한 액체는 또한 다른 첨가제, 예컨대 소포제, 그리스 제거제, 부식 억제제 등을 함유할 수 있다. 연마 용품은 사용하는 동안 연마 계면에서 진동할 수 있다. 일부 경우, 이러한 진동은 피연마 가공물 상에 보다 미세한 표면을 얻게 할 수 있다.

본 발명의 연마 용품은 손으로 사용되거나, 기계와 조합하여 사용될 수 있다. 연마 용품 및 가공물 중 적어도 하나 또는 둘다가 연삭 동안 다른 것에 대해 이동한다. 연마 용품은 벨트, 테이프 롤, 디스크, 시트 등으로 전환될 수 있다. 벨트 용도를 위하여, 연마 시트의 2개의 자유 단부를 함께 접합하면 스플라이스(splice)가 형성된다. 1992년 7월 24일에 출원된 본 출원인의 동시 계류중인 미국 특허 출원 제07/919,541호(본원에 참고로 포함됨)에 기재된 것과 같은 스플라이스가 없는 벨트를 사용하는 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함된다. 일반적으로 순환 연마 벨트는 하나 이상의 아이들러(idler) 롤 및 압반 또는 접촉 휠을 횡단한다. 압반 또는 접촉 휠의 경도를 조정하여 원하는 절삭률 및 가공물 표면 거칠기를 얻는다. 연마 벨트의 속도는 원하는 절삭률 및 표면 거칠기에 따라 달라진다. 벨트 치수는 약 5 mm 내지 1,000 mm의 폭 및 약 5 mm 내지 10,000 mm의 길이 범위일 수 있다. 연마 테이프는 연속적인 길이의 연마 용품이다. 이것은 폭이 약 1 mm 내지 1,000 mm, 일반적으로는 5 mm 내지 250 mm 범위일 수 있다. 연마 테이프는 일반적으로 풀려지고, 테이프를 가공물에 대향하여 밀어넣는 지지 패드를 횡단한 후에 재권취된다. 연마 테이프는 연마 계면을 통해 연속적으로 공급되고 인덱싱될 수 있다. 연마 디스크의 직경은 약 50 mm 내지 1,000 mm 범위일 수 있다. 통상적으로 연마 디스크는 부착 수단에 의해 백업 패드에 고정된다. 이러한 연마 디스크는 1분당 100 내지 20,000 회전, 통상적으로는 1분당 1,000 내지 15,000 회전으로 회전할 수 있다.

기하학적 구조

도 1 내지 1B를 참조하면, 연마 용품 (100)의 예시적 실시양태의 일부분이 예시되어 있다. 연마 용품 (100)은 지지체 (130)를 포함한다. 지지체 (130)는 통상적으로 벨트이지만, 다른 형상 및 형태가 가능하다. 지지체 (130)가 벨트인 경우, 통상적으로 서로 직각으로 배열되는 종방향 및 횡방향을 포함한다.

지지체 (130)는 반복되는 미소 특징부 (120)의 배열 (110)에 인접하며 접속되어 있다. 통상적으로, 특징부 (120)는 지지체 (130) 상에서 오프셋을 포함하는 배열 (110) 형태로 정렬되어 있다. 배열 (110)은 통상적으로 용품 (100)의 종방향에 대해 소정의 각도로 또는 비스듬히 배향된다.

배열 (110)은 복수 개의 특징부 (120)를 포함한다. 도시된 예시적 실시양태에서, 각각의 특징부는 기저부 (122) 및 몸체 (123)를 포함한다. 일 실시양태에서, 기저부 (122)는 평행사변형이지만, 특정 용도에서 필요할 경우 다른 형태일 수도 있다. 기저부 (122)는 지지체 (130)와 인접하거나 근접하며, 지지체 (130)에 접속되거나 커플링되어 있다. 도시된 예시적 실시양태에서, 각각의 특징부는 기저부로부터 돌출되어 다면체를 형성하는 4개의 측벽 (127) 또는 표면을 포함한다. 도시된 예시적 특징부는 4개의 측벽을 포함하지만, 특정 용도에 따라 더 많거나 더 적을 수 있다. 다면체는 임의의 형상일 수 있지만, 통상적으로 피라미드형 또는 프리즘 형상이다.

각각의 특징부 (120)는 기저부 (122)에 대해 양의 경사각 (γ)을 형성하는 하나 이상의 측벽 (124)을 포함한다. 측벽 (124)에 대한 경사각 (γ)은 측벽 (124) 상에 언더컷 부분 (125)을 형성한다. 언더컷 (125)은 특히 연마 용품 (100)으로 연마되는 재료가 목재인 용도에서 잘 기능한다.

목재 가공 용도에서는, 부스러기 또는 그 밖의 잔해가 연마 용품 (100) 상에 축적되어 연마 용품 (100)의 작동을 방해하는 경향이 있다. 부스러기 또는 그 밖의 잔해의 제거는 언더컷 (125)을 갖는 측벽 (124)에서의 반경부 (R)를 포함함으로써 용이해진다. 반경부 (R)는 지지체 (130)에 인접하여 위치한다. 또한 인접한 특징부 사이에 간격 또는 랜드부를 포함하면 축적된 재료의 제거가 용이해진다.

연마 용품 (100)이 가공물과 맞물려서 재료를 제거할 때, 통상적으로, 언더컷 면 (125)이 연마 용품의 선단부 (124)이다. 상기 논의된 바와 같이, 상기 선단부 (124)가, 직접 맞물리거나 바이어스로 맞물리도록 배향된 선단부를 갖는 가공물과 맞물릴 수 있다. 약간의 바이어스각을 포함하면 부스러기 또는 그 밖의 잔해가 제거를 위한 연마 용품 (100)의 한쪽 가장자리로 우선적으로 밀려 들어가도록 한다. 또한, 한 실시양태에서는, 기저부 (122)로부터 가장 멀리 위치하는 몸체 (123)의 지점은 기저부 (122) 둘레에 의해 한정된 영역으로 투영되지 않는다. 이것은 도 1A에 도시되어 있으며, 여기서 지지체 (130)에서부터 연장된 수직선은, 가장 좌측의 특징부 (120)의 몸체 (123) 상에서 가장 먼 지점이 기저부 (122) 둘레에 의해 한정된 영역의 외부로 돌출된 것을 나타낸다.

또한 각각의 특징부 (120)는 특징부 (120)의 기저부 (122)에 대해 각도 θ로 경사진 편평부 (128)를 포함한다. 한 실시양태에서, 상부 (128)는 연마 입자 (140)로 코팅된다. 연마 입자 (140)는 가공물로부터 재료를 제거하고, 가공물을 더 컨디셔닝하는 것을 보조한다.

배열 (110)의 특징부 (120)는 통상적으로 종방향(언더컷 표면이 가공물과 맞물리는 방향)으로 피치 (P), 및 종방향에 대해 수직인 방향(횡방향)으로 인접한 특징부 (120) 사이에 간격 (M)을 갖도록 배열된다. 맞물림 방향(또는 종방향)에서 특징부 (120) 간의 피치 (P)는, 언더컷 (125) 측벽의 선단이 직접 인접한 또는 이웃한 특징부의 기저부 (122)와 겹치도록 변경시킬 수 있다. 피치 (P)는 일정하거나 변할 수 있다.

또한, 한 실시양태에서, 가로로 길게 뻗어 있는 측벽 (127) (언더컷 측벽과 대향함)은 기저부 (122)로부터 90도 미만의 각도 α로 경사져 있다. 또한, 각각의 측벽의 기저부에서 횡방향으로 반경부 (R2)를 부가하는 것 또한 재료의 제거에 도움이 될 것이다. 또한, 횡방향으로 대향하는 측벽은 수직에서 각도 β로 경사져 있을 수 있다.

실시예 1

본원에 따른 연마 용품을 제조하고 시험하였다. 용품은 지지체 재료 상에 정렬된 특징부의 배열을 포함하였다. 특징부는 상기 특징부가 횡방향으로 오프셋되도록 배열되었다. 각각의 특징부는 지지체로부터 가장 먼 지점에서 약 20 mil (1 mil은 0.001 인치와 같음)의 높이를 갖고, 약 32 mil의 종방향 피치 (P) 및 약 2 mil의 횡방향 간격을 가졌다. 언더컷 측벽 상의 측벽에서 반경은 약 4 mil이고, 횡방향의 각각의 측벽의 반경은 약 1.3 mil이었다. 언더컷 측벽은 약 5도의 양의 경사각을 가졌다. 언더컷 측벽과 대향하는 측벽은 기저부로부터 약 45도의 각을 이루고, 편평 상부는 기저부에 대한 평행선으로부터 약 10도 각을 이루었다.

본 발명자들은 상기한 연마 용품이 목재 가공물로부터 재료를 제거하는 데 특히 적합함을 알아냈다. 언더컷 측벽은 대부분의 재료를 제거한다. 편평 상부 상의 연마 입자는 가공물의 표면을 약간 스크래칭하여 가공물이 추가의 제제없이 용이하게 흠이 제거될 수 있게 한다.

상기한 연마 용품은 먼저 배열에 의해 형성된 음각의 형상인 공구를 형성함으로써 제조되었다. 공구는 워싱턴 밀즈사(Washington Mills)가 시판하는 중간 등급의 연마 무기물인 알루미늄 산화물로 코팅되었다. 그 후, 타테익 (Tatheic)/TMPTA 아크릴산 수지, KBF4, 이르가큐어 369, OX-50 실리카 및 A174 실란 및 무기물로부터 제조된 슬러리를 지지체 상에 코팅하였다. 슬러리가 지지체 상에 존재하는 동안 공구를 슬러리에 가하였다. 사용된 지지체는 밀리켄사 (Milliken)가 시판하는 폴리에스테르/면 직물 지지체였다. 그 후, 생성물을 경화시키고, 공구로부터 분리하였다. 당업자라면 연마 용품에 요망되는 특정 용도에 따라, 연마 무기물 또는 입자, 슬러리, 지지체 재료의 수많은 여러 가지 조합물이 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 또한, 언더컷 측벽, 기저부와 인접한 1개 이상의 측벽에서의 반경부 및 연마 입자를 갖는 편평 상부의 사용은, 특정 용도가 상기 기재된 특징들의 임의의 조합으로부터 이익을 얻을 수 있다면, 다양한 방식으로 조합될 수 있다.

상기 발명의 상세한 설명, 실시예 및 데이터는 본원 발명의 제조 및 사용을 완전히 기재하고 있다. 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 많은 실시양태가 가능하기 때문에, 본 발명은 이후에 첨부되는 청구의 범위에 속한다.

Claims

지지체, 및 결합제 및 연마 입자를 더 포함하는 복수 개의 특징부(feature)를 포함하며,

상기 특징부는 기저부 및 3개 이상의 측면을 가지며, 상기 기저부와 상기 측면들 중 하나의 측면 간의 각이 양의 경사각을 형성하는 것인 연마 용품.
제1항에 있어서, 상기 연마 특징부 중 하나가 상기 기저부에 대해 각을 이루는 편평 상부를 더 포함하는 것인 연마 용품.
제2항에 있어서, 상기 연마 특징부의 편평 상부 위에 연마 입자를 더 포함하는 연마 용품.
제1항에 있어서, 몸체가 기저부로부터 가장 멀리 위치하는 영역 또는 지점을 포함하며, 상기 영역 또는 지점은 기저부 둘레의 외부로 돌출되어 있는 것인 연마 용품.
제4항에 있어서, 상기 연마 특징부 중 하나 이상이 상기 기저부에 대해 각을 이루는 편평 상부를 더 포함하는 것인 연마 용품.
연마 특징부를 형성하기 위한 패턴을 포함하는 공구를 제공하는 단계,

공구 내에 연마 입자를 넣는 단계,

공구를 슬러리로 채우는 단계,

슬러리와 지지체를 접촉시키는 단계, 및

슬러리를 경화시켜 상기 연마 입자와 결합된 상부 및 상기 지지체와 결합된 하부를 포함하는 연마 특징부를 형성하는 단계

를 포함하는, 연마 용품의 제조 방법.
제6항에 있어서, 공구를 제공하는 단계가 편평 상부를 포함하는 연마 특징부를 형성하기 위한 공구를 제공하는 단계를 포함하는 것인 방법.
제7항에 있어서, 편평 상부가 지지체로 한정되는 기준면에 대해 각을 이루는 것인 방법.
제7항에 있어서, 연마 입자가 산화알루미늄인 방법.
지지체, 및 지지체 상에 각각 기저부 및 몸체를 포함하는 복수 개의 연마 특징부를 포함하며,

상기 몸체는 4개의 면으로 한정되어 있고, 1개 이상의 면이 언더컷 부분을 포함하는 것인 연마 용품.
제10항에 있어서, 기저부에 대향하는 편평 표면을 더 포함하는 연마 용품.
제11항에 있어서, 편평 표면 상에 배치된 연마 입자를 더 포함하는 연마 용품.
제12항에 있어서, 편평 표면이 기저부에 대해 각을 이루는 것인 연마 용품.
제12항에 있어서, 언더컷 부분이 기저부에 인접한 반경부를 포함하는 것인 연마 용품.
제10항에 있어서, 언더컷 부분이 기저부에 인접한 반경부를 포함하는 것인 연마 용품.
제10항에 있어서, 복수 개의 특징부가 각 언더컷 부분이 동일한 방향으로 배향되어 있는 배열 형태로 정렬되어 있는 것인 연마 용품.
제16항에 있어서, 배열이 연마 용품 상에 비스듬히 배향되어 있는 것인 연마 용품.
기저부, 및 4개의 측벽을 포함하는 몸체를 포함하며, 1개 이상의 측벽이 양의 경사각을 갖는 면을 형성하는 것인 연마 용품용 특징부.
제18항에 있어서, 기저부로부터 가장 멀리 배치된 편평 상부를 더 포함하는 특징부.
제19항에 있어서, 편평 상부가 기저부와 실질적으로 평행하게 배향된 것인 특징부.
제19항에 있어서, 편평 상부가 기저부에 대해 약 2도를 넘는 각도로 배향되며, 편평 상부가 음의 경사각을 갖는 표면으로부터 경사져 있는 것인 특징부.
제19항에 있어서, 편평 상부 상에 배치된 연마 입자를 더 포함하는 특징부.
제18항에 있어서, 면이 기저부에 인접한 반경부를 포함하는 것인 특징부.
제22항에 있어서, 면이 기저부에 인접한 반경부를 포함하는 것인 특징부.
제1항 내지 제17항에 기재된 임의의 연마 용품을 제조하기 위한 공구.
벨트 형상으로 한정되는 지지체, 및 지지체 상에 각각 기저부 및 몸체를 포함하는 복수 개의 연마 복합체를 포함하며,

상기 몸체는 4개의 면으로 한정되어 있고, 1개 이상의 면이 언더컷 부분을 포함하는 것인 재료 연마용 벨트.
제26항에 있어서, 기저부에 대향하는 편평 표면을 더 포함하는 벨트.
제27항에 있어서, 편평 표면 상에 배치된 연마 입자를 더 포함하는 벨트.
제28항에 있어서, 편평 표면이 기저부에 대해 각을 이루는 것인 벨트.
제28항에 있어서, 언더컷 부분이 기저부에 인접한 반경부를 포함하는 것인 벨트.
제26항에 있어서, 언더컷 부분이 기저부에 인접한 반경부를 포함하는 것인 벨트.
제26항에 있어서, 복수 개의 복합체가 각각의 언더컷 부분이 동일한 방향으로 배향되어 있는 배열 형태로 정렬되어 있는 것인 벨트.
제32항에 있어서, 배열이 연마 용품 상에 비스듬히 배향되어 있는 것인 벨트.
지지체, 및 지지체 상에 각각 기저부 및 몸체를 포함하는 복수 개의 연마 복합체를 포함하며, 상기 몸체는 4개의 면으로 한정되어 있고, 1개 이상의 면이 언더컷 부분을 포함하고, 언더컷 부분의 구역이 몸체의 임의의 다른 면이 맞물리기 전에 가공물과 맞물리게 되는 연마 용품을 가공물에 접촉시키는 단계를 포함하는, 목재 가공물의 연마 방법.
제34항에 있어서, 상기 연마 용품의 접촉 단계가 편평 상부를 포함하는 연마 용품을 접촉하는 것을 더 포함하며, 연마 입자가 상부 상에 위치하는 것인 방법.
제34항에 있어서, 상기 연마 용품의 접촉 단계가 언더컷 부분 상의 기저부에 인접한 반경부를 포함하는 연마 용품을 접촉하는 것을 더 포함하는 방법.
제36항에 있어서, 반경부를 통해 부스러기를 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 지지체가 벨트인 방법.