KR20180069079A

KR20180069079A - 접합된 연마 용품 및 이를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20180069079A
Application number: KR1020187016085A
Authority: KR
Inventors: 멜리사 씨 쉴로-암스트롱; 브라이언 디 고어스; 조셉 비 엑켈
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-06-22
Also published as: US20180326557A1; WO2017083255A1; JP6983155B2; CN108349068A; EP3374130A4; JP2018533493A; KR102567777B1; EP3374130A1

Abstract

접합된 연마 용품을 제조하는 방법이 분쇄된 연마 입자를 교반에 의해 공구의 표면에 대해 가압하여, 분쇄된 연마 입자의 제1 부분이 공구의 표면에 대해 사전결정된 위치에 있는 수평으로 배향된 정밀하게 형상화된 공동 내에 보유되게 하고, 분쇄된 연마 입자의 제2 부분이 공구의 표면 상에 유리된 입자로서 남아 있게 하는 단계를 포함한다. 유리된 입자는 공구로부터 분리된다. 공구는 경화성 결합제 재료 전구체를 포함하는 주형 내에 위치된다. 정밀하게 형상화된 공동 내에 보유된 분쇄된 연마 입자는 주형 내로 방출되고, 공구는 주형으로부터 제거된다. 분쇄된 연마 입자 및 경화성 결합제 재료 전구체는 형상화되고 경화되어 접합된 연마 용품을 형성한다. 이러한 방법에 의해 제조가능한 접합된 연마 용품이 또한 개시된다.

Description

접합된 연마 용품 및 이를 제조하는 방법

본 개시 내용은 대략적으로 접합된 연마 용품(abrasive article) 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

분쇄된 연마 입자(crushed abrasive particle) 또는 그레인(grain)은 연마 광물(abrasive mineral)을 기계적으로 분쇄함으로써 형성된다. 분쇄 작업의 무작위 특성(random nature)으로 인해, 생성되는 입자는 전형적으로 무작위로 형상화되고 크기설정된다. 보통, 초기에 생성된 분쇄된 연마 입자는 예를 들어 접합된 연마 용품과 같은 다양한 연마 제품에 추후에 사용되도록 사용을 위한 크기에 따라 분류된다.

접합된 연마 용품은 접합 매체에 의해 함께 접합된 연마 입자를 갖는다. 수지-접합(resin-bond)(즉, 유기 수지(organic resin)-접합된) 연마재에 대해, 접합 매체는 경화된 유기 수지(선택적으로 충전제 등을 함유함)이다. 유리질-접합(vitreous-bond)(즉, 유리질-접합된) 연마재에 대해, 접합 매체는 세라믹 또는 유리와 같은 소결된 무기 재료(선택적으로 충전제 등을 함유함)이다. 접합된 연마재는 예를 들어 혼(hone) 및 접합된 연마 휠(abrasive wheel), 예컨대 숫돌(grindstone) 및 절삭 휠(cutoff wheel)을 포함한다.

절삭 휠은 전형적으로 일반적인 절단 작업에 사용되는 얇은 휠이다. 휠은 전형적으로 직경이 약 2 내지 약 200 센티미터이고, 두께가 1 밀리미터(mm) 미만 내지 수 mm이다. 이들은 전형적으로 분당 약 1000 내지 약 50000 회전수의 속도로 작동되고, 예컨대, 금속 또는 유리를, 예를 들어 공칭 길이로 절단하는 작업을 위해 사용된다. 절삭 휠은 또한 "산업용 절삭 톱날(industrial cutoff saw blade)"로, 그리고 주조소(foundry)와 같은 일부 환경에서 "절단기(chop saw)"로 알려져 있다. 그들의 명칭이 암시하는 바와 같이, 절삭 휠은 예를 들어 금속 로드(rod) 및 파이프(pipe)와 같은 스톡(stock)을, 스톡을 통해 연마함으로써 절단하기 위해 사용된다.

보다 높은 성능의 접합된 연마 용품 및 이를 제조하기 위한 방법에 대한 지속적인 요구가 있다.

본 개시 내용은 접합된 연마 용품의 기술분야를 진전시킨다.

제1 태양에서, 본 개시 내용은 접합된 연마 용품을 제조하는 방법을 제공하며, 방법은,

a) 서로 반대편에 있는 제1 및 제2 수평 주 표면들을 갖는 공구를 제공하는 단계 - 제1 주 표면은 정밀하게 형상화된 공동을 한정하고, 각각의 수평으로 배향된 정밀하게 형상화된 공동은 공구의 표면에 대해 사전결정된 위치를 갖고, 각각의 정밀하게 형상화된 공동은 진공 공급원에 유체연통식으로(fluidly) 연결되는 각각의 도관 개구(conduit opening)를 가진 수평 저부 표면을 가짐 -;

b) 제1 분쇄된 연마 입자를 교반에 의해 공구의 표면에 대해 가압하여, 제1 분쇄된 연마 입자의 일부분이 정밀하게 형상화된 공동 중 적어도 일부 내에 보유되게 하고, 제1 분쇄된 연마 입자의 제2 부분이 공구의 표면 상에 제1 유리된 입자(loose particle)로서 남아 있게 하는 단계;

c) 실질적으로 모든 제1 유리된 입자를 공구로부터 분리시키는 단계;

d) 공구를 경화성 결합제 재료 전구체(curable binder material precursor)를 포함하는 주형 내에 위치시키는 단계;

e) 정밀하게 형상화된 공동 내에 보유된 제1 분쇄된 연마 입자를 주형 내로 방출하는 단계;

f) 공구를 주형으로부터 제거하는 단계;

g) 제1 분쇄된 연마 입자 및 경화성 결합제 재료 전구체를 압축하여 형상화된 생소지(green body)를 형성하는 단계; 및

g) 경화성 결합제 재료 전구체를 적어도 부분적으로 경화시켜 접합된 연마 용품을 생성하는 단계를 순차적으로 수행하는 것을 포함한다.

일부 실시예에서, 방법은 단계 e) 후에 그리고 단계 f) 전에,

i) 제2 분쇄된 연마 입자를 교반에 의해 공구의 표면에 대해 가압하여, 제2 분쇄된 연마 입자의 일부분이 정밀하게 형상화된 공동 중 적어도 일부 내에 보유되게 하고, 제2 분쇄된 연마 입자의 일부분이 공구의 표면 상에 제2 유리된 입자로서 남아 있게 하는 단계 - 실질적으로 모든 정밀하게 형상화된 공동은 최대 하나의 제2 분쇄된 연마 입자를 포함함 -;

ii) 제2 유리된 입자를 공구로부터 분리시키는 단계;

iii) 추가량의 경화성 결합제 재료 전구체를 주형 내로 추가하는 단계;

iv) 공구를 주형 내에 위치시키는 단계; 및

iv) 정밀하게 형상화된 공동 내에 보유된 제2 분쇄된 연마 입자를 주형 내로 방출하는 단계를 순차적으로 수행하는 것을 추가로 포함한다.

다른 태양에서, 본 개시 내용은 결합제 재료 내에 고정되어 보유되는 분쇄된 연마 입자를 포함하는 접합된 연마 용품을 제공하며, 분쇄된 연마 입자는 접합된 연마 용품 내의 사전결정된 위치에 배치된다.

일부 실시예에서, 분쇄된 연마 입자는 규칙적 패턴(regular pattern)에 따라 배열된다. 일부 실시예에서, 분쇄된 연마 입자는 비-무작위 배향(non-random orientation)을 갖는다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 공동에 관한 용어 "수평으로 배향된"은 공동을 한정하는 공구의 표면에 국소적으로 평행한 길이 및 폭을 갖는 것을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 공구 내의 공동에 관한 용어 "정밀하게 형상화된"은 다양한 면의 교차에 의해 한정되는 뚜렷한 종점을 갖고서 뚜렷한 에지 길이를 갖는 명확하게 한정된 예리한 에지에 의해 경계를 이루고 결합되는 비교적 매끄러운 표면을 가진 면에 의해 한정되는 3차원 형상을 갖는 공동을 지칭한다.

본 개시 내용의 특징 및 이점은 상세한 설명 및 첨부된 청구범위를 고려할 때 추가로 이해될 것이다.

도 1a는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 예시적인 접합된 연마 절삭 휠(100)의 사시도.
도 1b는 선 1B-1B를 따라 취해진, 도 1에 도시된 예시적인 접합된 연마 절삭 휠의 단면 측면도.
도 2a는 본 개시 내용을 실시하기에 적합한 예시적인 공구(210)의 개략적인 평면도.
도 2b는 도 2a에 도시된 공동(220)의 확대 단면도.
본 개시 내용의 원리의 범주 및 사상에 속하는 다수의 다른 변형 및 실시예가 당업자에 의해 고안될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 일정한 축척으로 도시된 것이 아닐 수 있다.

이제 도 1a를 참조하면, 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 예시적인 접합된 연마 절삭 휠(100)은 절삭 휠(100)을, 예를 들어 전동 공구(power driven tool)에 부착하기 위해 사용되는 중심 구멍(112)을 갖는다. 이제, 분쇄된 연마 입자(120), 선택적인 충전제 입자(130), 및 결합제 재료(125)를 도시한, 선 1B-1B를 따라 취해진, 도 1a의 절삭 휠(100)의 단면도인 도 1b를 참조한다. 절삭 휠(100)은 절삭 휠(100)의 서로 반대편에 있는 주 표면들 상에 배치되는 제1 스크림(scrim)(115) 및 제2 스크림(116)을 갖는다. 분쇄된 연마 입자(120)는 사전결정된 위치에 위치될 수 있다.

본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠은 일반적으로 성형 공정에 의해 제조된다. 성형 중에, 유기 결합제 재료 전구체가 연마 입자와 혼합된다. 일부 경우에, 액체 매체(수지 또는 용매)가 먼저 연마 입자에 적용되어 그들의 외측 표면을 습윤시키고, 이어서 습윤된 입자가 분말형 매체와 혼합된다. 본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠은 압축 성형, 사출 성형, 이송 성형 등에 의해 제조될 수 있다. 성형은 열간 또는 냉간 프레싱, 또는 당업자에게 알려진 임의의 적합한 방식에 의해 행해질 수 있다.

경화될 때, 유기 결합제 재료는 전형적으로 접합된 연마 용품의 총 중량을 기준으로, 5 내지 30 중량 퍼센트, 더욱 전형적으로 10 내지 25 중량 퍼센트, 그리고 더욱 전형적으로 15 내지 24 중량 퍼센트의 양으로 포함된다. 페놀 수지가 가장 통상적으로 사용되는 유기 결합제 재료이고, 분말 형태 및 액체 상태 모두로 사용될 수 있다. 페놀 수지가 널리 사용되지만, 예를 들어 에폭시 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 고무, 쉘락(shellac), 및 아크릴 결합제를 포함하는 다른 유기 결합제 재료를 사용하는 것이 본 개시 내용의 범주 내에 있다. 유기 결합제 재료는 또한 유기 결합제 재료의 특성을 개선 또는 변경시키기 위해 다른 결합제 재료로 개질될 수 있다.

유용한 페놀 수지는 노볼락 및 레졸 페놀 수지를 포함한다. 노볼락 페놀 수지는, 산-촉매되고 1 미만, 전형적으로 0.5:1 내지 0.8:1의 포름알데히드 대 페놀의 비를 갖는 것을 특징으로 한다. 레졸 페놀 수지는, 알칼리 촉매되고 1 이상, 전형적으로 1:1 내지 3:1의 포름알데히드 대 페놀의 비를 갖는 것을 특징으로 한다. 노볼락 및 레졸 페놀 수지는 화학적으로 개질될 수 있거나(예컨대, 에폭시 화합물과의 반응에 의함), 그들은 개질되지 않을 수 있다. 페놀 수지를 경화시키기에 적합한 예시적인 산 촉매는 황산, 염산, 인산, 옥살산, 및 p-톨루엔설폰산을 포함한다. 페놀 수지를 경화시키기에 적합한 알칼리 촉매는 수산화나트륨, 수산화바륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 유기 아민, 또는 탄산나트륨을 포함한다.

페놀 수지는 잘 알려져 있으며, 상업적 공급원으로부터 용이하게 입수가능하다. 구매가능한 노볼락 수지의 예는 듀레즈(DUREZ) 1364, 2-스텝, 분말형 페놀 수지(미국 텍사스주 애디슨 소재의 듀레즈 코포레이션(Durez Corporation)에 의해 상표명 바르큠(VARCUM)으로 판매됨)(예컨대, 29302), 또는 헥시온(HEXION) AD5534 레진(RESIN)(미국 켄터키주 루이스빌 소재의 헥시온 스페셜티 케미칼즈, 인크.(Hexion Specialty Chemicals, Inc.)에 의해 판매됨)을 포함한다. 본 개시 내용의 실시에 유용한 구매가능한 레졸 페놀 수지의 예는 듀레즈 코포레이션에 의해 상표명 바르큠으로 판매되는 것(예컨대, 29217, 29306, 29318, 29338, 29353); 미국 플로리다주 바르토우 소재의 애쉬랜드 케미칼 코.(Ashland Chemical Co.)에 의해 상표명 에어로펜(AEROFENE)으로 판매되는 것(예컨대, 에어로펜 295); 및 대한민국 서울 소재의 강남 케미칼 컴퍼니 엘티디.(Kangnam Chemical Company Ltd.)에 의해 상표명 "페놀라이트(PHENOLITE)"로 판매되는 것(예컨대, 페놀라이트 TD-2207)을 포함한다.

유기 결합제 재료 전구체의 경화 온도는 선택된 재료 및 휠 설계에 따라 달라질 것이다. 적합한 조건의 선택은 당업자의 능력 내에 있다. 페놀 결합제에 대한 예시적인 조건은 실온에서 4 인치 직경당 약 20 톤(224 ㎏/㎠)의 압력을 인가한 후에 유기 결합제 재료 전구체를 경화시키기에 충분한 시간 동안 최대 약 185℃의 온도에서 가열하는 것을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 접합된 연마 용품은 결합제 재료 및 연마 입자의 총 중량을 기준으로, 약 10 내지 70 중량 퍼센트, 전형적으로 30 내지 60 중량 퍼센트, 그리고 더욱 전형적으로 40 내지 60 중량 퍼센트의 분쇄된 연마 입자를 포함한다.

공구는 임의의 적합한 형태를 가질 수 있다. 예는 드럼(drum), 무한 벨트(endless belt), 디스크(disc), 및 시트(sheet)를 포함한다. 공구는 강성 또는 가요성일 수 있지만, 바람직하게는 롤러(roller)와 같은 통상적인 웨브 취급 장치(web handling device)의 사용을 허용하기에 충분히 가요성이다. 공구를 제조하기에 적합한 재료는 예를 들어 열가소성재(예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카르보네이트, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 플라스틱(ABS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤(PEK), 및 폴리옥시메틸렌 플라스틱(POM, 아세탈), 폴리(에테르 설폰), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드, 및 이들의 조합), 금속, 및 천연, EPDM 및/또는 실리콘 고무를 포함한다. 구매가능한 적합한 재료는 예를 들어 미국 사우스 캐롤라이나주 록 힐 소재의 3D 시스템즈(3D Systems)에 의해 상표명 "비지젯(VISIJET) SL", 및 "아큐라(ACCURA)"(예컨대, 아큐라(Accura) 60 플라스틱)로 판매되는 것과 같은 3D 프린터와 함께 사용하기에 적합한 것을 포함한다.

유용한 공구는 임의의 정밀한 형상 또는 크기를 가질 수 있는 정밀하게 형상화된 공동을 갖는다. 적합한 공동 형상의 예는 3-면, 4-면, 5-면, 및 6-면 프리즘(즉, 밑면과 윗면을 포함하지 않음) 및 피라미드(예컨대, 이등변 및 둔각 삼각형 밑면을 가진 3-면 프리즘 및 피라미드)를 포함한다. 일부 실시예에서, 공동은 정삼각 또는 사각 프리즘 또는 피라미드이다. 일부 실시예에서, 공동은 원추체이다. 위의 피라미드형 및 원추형 형상은 또한 절두될 수 있다.

공동의 종축의 평균 종횡비(즉, 길이:폭의 비)는 적어도 1.2이다. 바람직하게는, 평균 종횡비는 적어도 1.2, 적어도 1.25, 적어도 1.3, 적어도 1.35, 또는 적어도 1.4 이상이다.

이제 도 2a를 참조하면, 예시적인 공구(210)는 서로 반대편에 있는 제1 및 제2 주 표면들(212, 214)(도 2b 참조)을 갖는다. 표면(212)은 표면(212) 상에 배치되는 복수의 동일한 수평으로 배향된 정밀하게 형상화된 공동(220)을 한정한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 정밀하게 형상화된 공동(220)은, 공구(210)를 통해 제2 표면(214)까지 연장되는 도관(270)의 개구(272)를 제외하고는, 내향 테이퍼 각도(inward taper angle)(θ)를 가진 측벽(225) 및 평탄한 저부(260)를 갖는 절두 정삼각 피라미드로서 형상화된다. 사용 시에, 이들 개구는 공구 및 분쇄된 연마 입자를 주형 내에 위치시키는 중에(전형적으로 공동이 하향으로 향하는 역전된 공구 구성으로) 분쇄된 연마 입자를 공동 내에 보유시키기 위해, 예를 들어 진공 펌프(도시되지 않음)와 같은 저압 공급원에 유체연통식으로 연결된다. 인가된 진공을 제거하는 것(예컨대, 압력을 주위 압력으로 증가시키는 것)은 분쇄된 연마 입자를 주형 내로 낙하하도록 방출하며, 주형 내에서 분쇄된 연마 입자는 제위치로 고정된다.

예상외로, 본 발명자는 적어도 1.2의 종횡비를 가진 수평으로 배향된 정밀하게 형상화된 공동을 사용함으로써, 평균 종횡비보다 큰 종횡비를 가진 분쇄된 연마 입자가 공동 내에 우선적으로 보유되어, 접합된 연마 용품 내에 통합되는 결과를 가져올 수 있는 것을 알게 되었다. 또한, 공동 내에 보유되는 분쇄된 연마 입자가 일반적으로 공동에 의해 적어도 일정 정도로 배향됨에 따라, 이러한 배향이 접합된 연마 용품 내에 통합될 수 있다.

공동의 개구는 임의의 형상을 가질 수 있다. 캐리어 부재(carrier member) 내의 공동의 길이, 폭, 및 깊이는 일반적으로 공동과 함께 사용되는 분쇄된 연마 입자의 크기 및 형상에 의해 적어도 부분적으로 결정될 것이다. 분쇄된 연마 입자가 수평으로 배향된 공동 내에 존재하기 위해, 공동 개구의 길이는 분쇄된 연마 입자의 평균 입자 직경보다 커야 하고(예컨대, 적어도 10, 20, 30, 40, 또는 심지어 50 퍼센트 더 큼), 한편 공동의 깊이 및 폭은 바람직하게는 분쇄된 연마 입자의 평균 입자 직경보다 작다. 본 개시 내용의 실시에서, 실질적으로 모든 형상화된 공동이 최대 하나의 연마 입자를 포함하는 것이 바람직하다.

본 개시 내용에 따른 방법은 형상 분류 전에 분쇄된 연마 입자에 존재하였던 것보다 높은 평균 종횡비(길이 대 폭)를 가진 연마 입자를 포함하는 접합된 연마 용품을 생성할 수 있다. 향상의 정도는 예를 들어 공구 내의 공동의 형상, 및 분쇄된 연마 입자의 크기 및 형상에 대한 공동의 관계에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 치수가 너무 작은 공동은 연마 입자를 특히 교반에 의해 공동 내에 보유할 수 없을 것이다. 마찬가지로, 분류되는 연마 입자에 비해 너무 큰 공동은 형상 분류에 관하여 감소된 효율성을 야기할 수 있다. 입자를 공동 내로 적절히 분류하는 데 필요한 교반의 정도가 또한 공동 및 연마 입자의 크기 및/또는 형상에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이들 파라미터는 전형적으로 선택되는 분쇄된 연마 입자 및 공구에 따라 달라질 것이다. 둘 모두의 그러한 파라미터의 선택은 당업자의 능력 내에 있다.

공구는 예를 들어 무한 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웨브, 코팅 롤(coating roll), 코팅 롤 상에 장착된 슬리브(sleeve), 또는 다이(die)의 형태일 수 있다. 공구가 벨트, 시트, 웨브, 또는 슬리브의 형태인 경우, 그것은 접촉 표면 및 비-접촉 표면을 가질 것이다. 제조 공구의 접촉 표면의 패턴은 일반적으로 복수의 공동 또는 리세스(recess)에 의해 특징지어질 것이다. 공동에 의해 형성되는 패턴은 특정 계획에 따라 배열될 수 있거나, 무작위적일 수 있다. 공동이 표면의 적용범위(coverage)를 최대화시키기 위해 규칙적 어레이로 배열될 수 있지만, 공동은 또한 무작위로 배향될 수 있으며, 일단 분쇄된 연마 입자가 공동으로부터 제거되면, 분쇄된 연마 입자는 각각의 다른 분쇄된 연마 입자와의 모든 공간 배향 관계를 상실한다.

본 개시 내용을 실시하는 데 유용한 공구를 제조하기 위한 방법에 관한 추가의 상세 사항이 PCT 국제 공개 WO 2012/100018 A1호(쿨러(Culler) 등) 및 미국 특허 출원 공개 제2013/0344786 A1호(케이퍼트(Keipert))에 기술되어 있다.

정밀하게 형상화된 공동은 공동을 한정하는 표면 반대편의 제2 표면까지 연장되는 제2 개구를 각각의 공동의 저부에 가질 수 있다. 그러한 경우에, 제2 개구는 바람직하게는 제1 개구보다 충분히 작고, 따라서 연마 입자는 둘 모두의 개구를 완전히 통과하지 않는다(즉, 제2 개구는 캐리어 부재를 통한 연마 입자의 통과를 방지하기에 충분히 작음).

공구는 수평으로 배향된 공동을 갖는다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 일 실시예에서, 공구(210)는 표면(212)에 의해 한정되는 공동(220)을 갖는다. 주 표면(212)은 그 내부에 형성되는 복수의 동일한 정밀하게 형상화된(절두 삼각 피라미드로서) 공동(220)을 갖는다. 공동(220)은 비교적 얕고(그들은 길이 및 폭 둘 모두보다 작은 깊이를 가짐), 표면(212)에 평행하게 배열된다. 각각의 공동(220)은 그의 저부(260)에 구멍(270)(도 2b 참조)을 가지며, 이러한 구멍을 통해 진공이 인가될 수 있다.

공동 측벽은 바람직하게는 매끄럽지만, 이는 필수 사항이 아니다. 측벽은 예를 들어 평탄하거나, 곡면상(curviplanar)(예컨대, 오목 또는 볼록)이거나, 원추형이거나, 절두원추형일 수 있다. 공동은 별개의 저부 표면(예컨대, 공구 표면에 평행한 평탄한 저부)을 가질 수 있거나, 측벽은 예를 들어 점 또는 선에서 만날 수 있다. 공동의 측벽은 수직이거나(즉, 공구의 표면에 수직하거나) 예를 들어 내향으로 테이퍼 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 공동 중 적어도 일부가 제1, 제2, 제3, 및 제4 측벽을 포함한다. 그러한 실시예에서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 측벽은 연속적이고 인접할 수 있다.

분쇄된 연마 입자는 전형적으로 기계적 분쇄의 특성으로 인해 무작위로 형상화된다. 연마 입자는 일반적으로 적어도 4, 5, 6, 7 또는 심지어 적어도 8의 모스 경도(Mohs hardness)를 갖는 광물로 형성된다. 적합한 광물의 예는 용융 산화알루미늄(이는 브라운(brown) 산화알루미늄, 열처리 산화알루미늄, 및 화이트(white) 산화알루미늄을 포함함), 공-용융(co-fused) 알루미나-지르코니아, 산화알루미늄 세라믹, 그린(green) 탄화규소, 블랙(black) 탄화규소, 크로미아(chromia), 지르코니아, 플린트(flint), 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 가넷(garnet), 소결 알파(alpha)-알루미나계 세라믹, 및 이들의 조합을 포함한다. 소결 알파-알루미나계 세라믹 연마 그래뉼(granule)은 예를 들어 미국 특허 제4,314,827호(레이테이서(Leitheiser) 등)에 의해 그리고 미국 특허 제4,770,671호 및 제4,881,951호(둘 모두 먼로(Monroe) 등)에 기술되어 있다. 알파-알루미나계 세라믹 연마재는 또한 슈와벨(Schwabel)의 미국 특허 제4,744,802호(슈와벨)에 의해 개시된 바와 같이 산화철 또는 알파-알루미나 입자와 같은 핵형성(nucleating) 재료에 의해 (개질제가 있거나 없이) 시딩될(seeded) 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "알파-알루미나계 세라믹 연마 그래뉼"은 개질되지 않은, 개질된, 시딩되고 개질되지 않은, 및 시딩되고 개질된 세라믹 그래뉼을 포함하도록 의도된다.

분쇄된 연마 입자는 일반적으로 사용 전에 주어진 입자 크기 분포로 등급이 정해진다. 그러한 분포는 전형적으로 조대(coarse) 입자로부터 미세(fine) 입자까지의 입자 크기 범위를 갖는다. 연마재 기술분야에서, 이러한 범위는 때때로 "조대", "대조(control)", 및 "미세" 부분으로 지칭된다. 연마재 산업 승인 등급 표준(abrasive industry accepted grading standards)에 따라 등급이 정해지는 연마 입자는 수치 한계 내에서 각각의 공칭 등급에 대한 입자 크기 분포를 규정한다. 그러한 산업 승인 등급 표준(즉, 연마재 산업 규정 공칭 등급(abrasives industry specified nominal grade))은 ANSI(American National Standards Institute, Inc.) 표준, FEPA(Federation of European Producers of Abrasive Products) 표준, 및 JIS(Japanese Industrial Standard) 표준으로 알려진 것을 포함한다.

ANSI 등급 명칭(즉, 규정된 공칭 등급)은 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, 및 ANSI 600을 포함한다. FEPA 등급 명칭은 P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000, 및 P1200을 포함한다. JIS 등급 명칭은 JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS 46, JIS 54, JIS 60, JIS 80, JIS 100, JIS 150, JIS 180, JIS 220, JIS 240, JIS 280, JIS 320, JIS 360, JIS 400, JIS 600, JIS 800, JIS 1000, JIS 1500, JIS 2500, JIS 4000, JIS 6000, JIS8000, 및 JIS 10000을 포함한다.

대안적으로, 분쇄된 연마 입자는 ASTM E-11 "시험 목적을 위한 쇠그물 및 체에 대한 표준 규격(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)"에 따른 미국 표준 시험 체를 사용하여 공칭 선별 등급으로 등급이 정해질 수 있다. ASTM E-11은 지정된 입자 크기에 따른 재료의 분류를 위해 프레임 내에 장착된 직조된 쇠그물 매체를 사용하여 시험 체의 설계 및 구성을 위한 요건을 규정한다. 전형적인 명칭은 -18+20으로 나타낼 수 있는데, 이는 연마 입자가 18번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 충족시키는 시험 체를 통과하고 20번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 충족시키는 시험 체에 걸려 보유된다는 것을 의미한다. 일 실시예에서, 분쇄된 연마 입자는 입자의 대부분이 18 메시 시험 체를 통과하고 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 메시 시험 체에 걸려 보유될 수 있게 하는 입자 크기를 갖는다. 본 개시 내용의 다양한 실시예에서, 분쇄된 연마 입자는

-18+20, -20+25, -25+30, -30+35, -35+40, -40+45, -45+50, -50+60, -60+70, -70+80, -80+100,

-100+120, -120+140, -140+170, -170+200, -200+230, -230+270, -270+325, -325+400,

-400+450, -450+500, 또는 -500+635를 포함하는 공칭 선별 등급을 가질 수 있다.

일단 분쇄된 연마 입자가 공구의 표면 상에 배치되면, 분쇄된 연마 입자는 교반되고 점진적으로 입자 중 일부가 공구의 표면 상의 공동 내로 침강되는 한편, 다른 것들은 그의 표면 상에 유리되어 남아 있게 된다. 입자가 대안적으로 교반으로 인해 공동 내에 그리고 공동 외부에 존재할 수 있지만, 평균적으로 분쇄된 연마 입자는 공동에 상보적인 크기 및 형상을 가진 분쇄된 연마 입자가 우선적으로 공동 내에 보유될 평형 상태에 도달하는 경향이 있을 것임이 인식될 것이다.

공구와 접촉한 상태에서의 분쇄된 연마 입자의 교반은 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 예는 공구의 기계적 교반(예컨대, 진동 모터를 사용함) 및/또는 공기의 송풍을 포함한다.

일단 분쇄된 연마 입자가 공구의 표면 상의 공동 내로의 침강의 평형 상태에 적어도 부분적으로(바람직하게는 완전히) 도달하면, 공구의 표면 상에 남아 있는 초과의 유리된 분쇄된 연마 입자는 공구(및 그에 따라 또한 그의 공동 내에 존재하는 연마 입자)로부터 분리된다. 이는 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 예는 중력이 유리된 입자를 공구로부터 멀어지게 가압시키도록 공구의 표면을 경사지게 하는 것, 브러시에 의한 와이핑(wiping), 및 공기의 송풍을 포함한다.

공구 상의 초과의 유리된 분쇄된 연마 입자가 제거된 후에, 연마 입자는 예를 들어 공동을 역전시키고 진공 보조를 중단하여 중력이 연마 입자를 접합된 연마 용품을 조립하기 위해 사용되는 주형 내로 낙하하게 함으로써 공구로부터 분리된다.

본 개시 내용에 따른 접합된 연마 용품을 제조하는 하나의 방법에서, 접착제 코팅된 보강 스크림(reinforcing scrim)이 4-부분 주형의 저부 내에 배치되고, 이어서 공구의 정밀하게 형상화된 공동 내에 보유되는 분쇄된 연마 입자가 전술된 바와 같이 접착제 코팅된 보강 스크림 상으로 방출된다. 이어서, (예컨대, 액체, 슬러리(slurry), 페이스트(paste), 또는 분말 형태의) 결합제 재료 전구체가 주형에 추가된다. 예를 들어, 생성되는 접합된 연마 용품의 두께를 형성하기 위해, 연마 입자 및 경화성 결합제 재료 전구체를 추가하는 것의 추가적인 반복이 수행될 수 있다. 제2 보강 스크림이 선택적으로, 그러나 바람직하게 최종 구성요소로서 주형 내에 추가되고, 이어서 가압되어 생소지를 형성한다. 주형이 제거되고, 생소지가 결합제 재료 전구체의 경화를 거친다. 경화 조건은 선택된 결합제 재료 전구체에 의존할 것이고, 당업자의 능력 내에 있을 것이다. 접합된 연마 용품을 제조하기 위한 방법에 관한 상세 사항이 예를 들어 미국 특허 제4,800,685호(헤인즈(Haynes) 등); 미국 특허 제4,898,597호(헤이(Hay) 등); 미국 특허 제4,933,373호(모렌(Moren)); 미국 특허 제5,282,875호(우드(Wood) 등)에서 그리고 미국 특허 출원 공개 제2011/0296767 A1호(리(Lee) 등)에서 확인될 수 있다.

본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠은, 다른 구성요소의 중량 범위 요건이 충족되는 것을 조건으로, 예를 들어 충전제 입자와 같은 추가적인 성분을 포함할 수 있다. 충전제 입자는 연삭을 보조하고, 공간을 점유하고, 그리고/또는 다공도(porosity)를 제공하기 위해 추가될 수 있다. 다공도는 접합된 연마 휠이 새로운 또는 마모되지 않은 연마 입자를 노출시키기 위해 사용된 또는 마모된 연마 입자를 탈락시키는 것을 가능하게 한다.

본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠은 임의의 범위의 다공도, 예를 들어 약 1 체적 퍼센트 내지 50 체적 퍼센트, 전형적으로 1 체적 퍼센트 내지 40 체적 퍼센트를 갖는다. 충전제의 예는 불화알루미늄칼륨, 아황산염, 빙정석, 버블(bubble) 및 비드(bead)(예컨대, 유리, 세라믹 (알루미나), 점토, 중합체, 금속), 탄산염, 코르크, 석고, 대리석, 석회석, 플린트, 실리카, 규산알루미늄, 및 이들의 조합을 포함한다.

본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠은 임의의 적합한 방법에 따라 제조될 수 있다. 하나의 적합한 방법에서, 비-시딩된 졸-겔 유도 알루미나계 연마 압자는 경화성 레졸 페놀과 혼합하기 전에 커플링제(coupling agent)로 코팅된다. 커플링제의 양은 일반적으로 그것이 연마 입자의 매 50 내지 84부 당 0.1 내지 0.3부의 양으로 존재하도록 선택되지만, 이러한 범위 밖의 양이 또한 사용될 수 있다. 액체 수지, 및 경화성 노볼락 페놀 수지 및 빙정석이 생성되는 혼합물에 첨가된다. 혼합물은 실온에서 (예컨대, 4 인치 직경당 20 톤(224 ㎏/㎠)의 인가된 압력으로) 주형 내로 가압된다. 이어서, 성형된 휠은 경화성 페놀 수지를 경화시키기에 충분한 시간 동안 최대 약 185℃의 온도에서 가열함으로써 경화된다.

커플링제는 연마재 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 커플링제의 예는 트라이알콕시실란(예컨대, 감마-아미노프로필트라이에톡시실란), 티타네이트, 및 지르코네이트를 포함한다.

본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠은 예를 들어 절삭 휠 및 연마재 산업 타입(Type) 27(예컨대, 문헌[American National Standards Institute standard ANSI B7.1-2000 (2000) in section 1.4.14]에서와 같이) 중심-함몰형 연삭 휠로서 유용하다.

절삭 휠은 전형적으로 두께가 0.80 밀리미터(mm) 내지 16 mm, 더욱 전형적으로 1 mm 내지 8 mm이고, 전형적으로 2.5 cm 내지 100 cm(40 인치), 더욱 전형적으로 약 7 cm 내지 13 cm의 직경을 갖지만, 다른 치수가 또한 사용될 수 있다(예컨대, 직경이 100 cm만큼 큰 휠이 알려져 있음). 선택적인 중심 구멍이 절삭 휠을 전동 공구에 부착하기 위해 사용될 수 있다. 존재할 경우, 중심 구멍은 전형적으로 직경이 0.5 cm 내지 2.5 cm이지만, 다른 크기가 사용될 수 있다. 선택적인 중심 구멍은 예를 들어 금속 플랜지(flange)에 의해 보강될 수 있다. 대안적으로, 기계적 체결구가 절삭 휠의 하나의 표면에 축방향으로 고정될 수 있다. 예는 나사형 포스트(threaded post), 나사형 너트(threaded nut), 티네르만 너트(Tinnerman nut), 및 베이오넷 마운트 포스트(bayonet mount post)를 포함한다.

본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠, 및 특히 절삭 휠은, 예를 들어 접합된 연마 휠의 1개 또는 2개의 주 표면 상에 배치되거나, 접합된 연마 휠 내에 배치되어, 접합된 연마 휠을 보강하는 보강 스크림을 포함할 수 있다. 보강 스크림의 예는 직조 또는 편직 천을 포함한다. 보강 스크림 내의 섬유는 유리 섬유(예컨대, 섬유유리), 유기 섬유, 예컨대 폴리아미드, 폴리에스테르, 또는 폴리이미드로부터 제조될 수 있다. 일부 경우에, 섬유가 절삭 휠 전체에 걸쳐 균일하게 분산되도록 접합 매체 내에 보강 스테이플 섬유(staple fiber)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 보강 스크림은 분쇄된 연마 입자가 주형 내에 침착될 때 분쇄된 연마 입자의 위치를 유지시키는 것을 보조하기 위해 접착제로 코팅될 수 있다.

본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠은 예를 들어 피가공물을 연마하는 데 유용하다. 예를 들어, 이는 피가공물에 대한 열 손상을 방지할 수 있는 비교적 낮은 작업 온도를 유지하면서 우수한 연삭 특징을 나타내는 연삭 또는 절삭 휠로 형성될 수 있다.

절삭 휠은 예를 들어 미국 밀워키 수 소재의 인거솔-랜드(Ingersoll-Rand), 및 도트코(Dotco)로부터 입수가능한 것과 같은 임의의 직각 연삭 공구에 사용될 수 있다. 공구는 일반적으로 약 1000 내지 100000 RPM의 속도로 전기로 또는 공압식으로 구동될 수 있지만, 이는 필수 사항이 아니다.

사용 중에, 접합된 연마 휠은 건식 또는 습식으로 사용될 수 있다. 습식 연삭 중에, 휠은 물, 오일-기반 윤활제, 또는 물-기반 윤활제와 함께 사용된다. 본 개시 내용에 따른 접합된 연마 휠은, 예를 들어 탄소강 시트 또는 바 스톡(bar stock) 및 더욱 이종의 금속(more exotic metal)(예컨대, 스테인리스강 또는 티타늄)과 같은 다양한 피가공물 재료에, 또는 보다 연성의 더 많은 철을 함유한 금속(예컨대, 연강, 저합금강, 또는 주철)에 특히 유용할 수 있다.

본 개시 내용의 목적 및 이점은 하기의 비제한적인 예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 예에 인용된 특정 재료 및 그 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 개시 내용을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 개시 내용의 선택적 실시예

제1 실시예에서, 본 개시 내용은 접합된 연마 용품을 제조하는 방법으로서,

a) 서로 반대편에 있는 제1 및 제2 수평 주 표면들을 갖는 공구를 제공하는 단계 - 제1 주 표면은 정밀하게 형상화된 공동을 한정하고, 각각의 수평으로 배향된 정밀하게 형상화된 공동은 공구의 표면에 대해 사전결정된 위치를 갖고, 각각의 정밀하게 형상화된 공동은 진공 공급원에 유체연통식으로 연결되는 각각의 도관 개구를 가진 수평 저부 표면을 가짐 -;

b) 제1 분쇄된 연마 입자를 교반에 의해 공구의 표면에 대해 가압하여, 제1 분쇄된 연마 입자의 일부분이 정밀하게 형상화된 공동 중 적어도 일부 내에 보유되게 하고, 제1 분쇄된 연마 입자의 제2 부분이 공구의 표면 상에 제1 유리된 입자로서 남아 있게 하는 단계;

d) 공구를 경화성 결합제 재료 전구체 및 선택적으로 제1 보강 스크림을 포함하는 주형 내에 위치시키는 단계;

f) 공구를 주형으로부터 제거하는 단계;

g) 제1 분쇄된 연마 입자 및 경화성 결합제 재료 전구체를 압축하여 형상화된 생소지를 형성하는 단계; 및

g) 경화성 결합제 재료 전구체를 적어도 부분적으로 경화시켜 접합된 연마 용품을 생성하는 단계를 순차적으로 수행하는 것을 포함하는, 방법을 제공한다.

제2 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예에 따른 방법으로서, 단계 e) 후에 그리고 단계 g) 전에, 제2 보강 스크림을 주형 내에 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법을 제공한다.

제3 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 방법으로서, 정밀하게 형상화된 공동이 수평으로 배향되는 접촉 단계를 추가로 포함하는, 방법을 제공한다.

제4 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 실질적으로 모든 수평으로 배향된 정밀하게 형상화된 공동은 최대 하나의 제1 분쇄된 연마 입자를 포함하는, 방법을 제공한다.

제5 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 단계 e) 후에 그리고 단계 f) 전에,

ii) 제2 유리된 입자를 공구로부터 분리시키는 단계;

iv) 공구를 주형 내에 위치시키는 단계; 및

iv) 정밀하게 형상화된 공동 내에 보유된 제2 분쇄된 연마 입자를 주형 내로 방출하는 단계를 순차적으로 수행하는 것을 추가로 포함하는, 방법을 제공한다.

제6 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제5 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 주형은 제2 보강 스크림을 추가로 포함하는, 방법을 제공한다.

제7 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제6 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 단계 b)는 공구를 기계적으로 교반하는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다.

제8 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제7 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 제1 분쇄된 연마 입자는 제1 분쇄된 연마 입자를 공구의 표면 상에 배치하기 전에 연마재 산업 규정 공칭 등급에 따르는, 방법을 제공한다.

제9 실시예에서, 본 개시 내용은 제8 실시예에 따른 방법으로서, 연마재 산업 규정 공칭 등급은 ANSI 등급 명칭 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, 및 ANSI 600; FEPA 등급 명칭 P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000, 및 P1200; 및 JIS 등급 명칭 JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS 46, JIS 54, JIS 60, JIS 80, JIS 100, JIS 150, JIS 180, JIS 220, JIS 240, JIS 280, JIS 320, JIS 360, JIS 400, JIS 600, JIS 800, JIS 1000, JIS 1500, JIS 2500, JIS 4000, JIS 6000, JIS8000, 및 JIS 10000으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법을 제공한다.

제10 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제9 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 분쇄된 연마 입자는 용융 산화알루미늄, 공-용융 알루미나-지르코니아, 산화알루미늄 세라믹, 그린 탄화규소, 블랙 탄화규소, 크로미아, 지르코니아, 플린트, 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 가넷, 소결 알파-알루미나계 세라믹, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 방법을 제공한다.

제11 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제10 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 제1 분쇄된 연마 입자는 적어도 0.1 밀리미터의 평균 입자 직경(D₅₀)을 갖는, 방법을 제공한다.

제12 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제11 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 접합된 연마 용품은 절삭 휠을 포함하는, 방법을 제공한다.

제13 실시예에서, 본 개시 내용은 제1 실시예 내지 제12 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 경화성 결합제 재료 전구체는 경화성 유기 수지를 포함하는, 방법을 제공한다.

제14 실시예에서, 본 개시 내용은 결합제 재료 내에 고정되어 보유되는 분쇄된 연마 입자를 포함하는 접합된 연마 용품으로서, 분쇄된 연마 입자는 접합된 연마 용품 내의 사전결정된 위치에 배치되는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

제15 실시예에서, 본 개시 내용은 제14 실시예에 따른 접합된 연마 용품으로서, 분쇄된 연마 입자는 규칙적 패턴에 따라 배열되는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

제16 실시예에서, 본 개시 내용은 제14 실시예 또는 제15 실시예에 따른 접합된 연마 용품으로서, 분쇄된 연마 입자는 비-무작위 배향을 갖는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

제17 실시예에서, 본 개시 내용은 제14 실시예 내지 제16 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 접합된 연마 용품으로서, 결합제 재료는 경화된 유기 수지를 포함하는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

제18 실시예에서, 본 개시 내용은 제14 실시예 내지 제17 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 접합된 연마 용품으로서, 결합제 재료는 유리질 결합제를 포함하는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

제19 실시예에서, 본 개시 내용은 제14 실시예 내지 제18 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 접합된 연마 용품으로서, 접합된 연마 휠을 포함하는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

제20 실시예에서, 본 개시 내용은 제14 실시예 내지 제19 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 접합된 연마 용품으로서, 절삭 휠을 포함하는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

제21 실시예에서, 본 개시 내용은 제20 실시예에 따른 접합된 연마 용품으로서, 절삭 휠은 절삭 휠의 각각의 서로 반대편에 있는 주 표면들에 근접하게 배치되는 적어도 제1 및 제2 보강 스크림을 추가로 포함하는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

제22 실시예에서, 본 개시 내용은 제14 실시예 내지 제21 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 접합된 연마 용품으로서, 충전제 연마 입자를 추가로 포함하는, 접합된 연마 용품을 제공한다.

예

달리 언급되지 않는 한, 예 및 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다.

아래의 표 1은 예에서 사용되는 다양한 재료를 열거한다.

[표 1]

절단 시험 방법

1/8 인치(3.2 mm) 두께의 스테인리스강의 40-인치(1 m) 길이 시트를 그의 주 표면이 수평에 대해 35도 각도로 경사진 상태로 고정시켰다. 가이드 레일(guide rail)을 경사진 시트의 하향으로 비스듬한 상부 표면을 따라 고정시켰다. 디월트 모델(DeWalt Model) D28114 4.5-인치(11.4-cm)/5-인치(12.7-cm) 절삭 휠 앵글 그라인더(angle grinder)를 가이드 레일에 고정시켜, 공구가 중력 하에 하향 경로로 안내되게 하였다. 평가를 위한 절삭 휠을 공구 상에 장착하되, 절삭 휠 공구가 중력 하에 레일을 따라 하향으로 횡단하도록 방출될 때 절삭 휠이 스테인리스강 시트의 전체 두께와 마주하도록 장착하였다. 절삭 휠을 10000 rpm으로 회전시키도록 절삭 휠 공구를 작동시켰고, 공구를 방출하여 그의 하강을 시작하였으며, 60초 후에 스테인리스강 시트 내의 생성된 절단부의 길이를 측정하였다. 절삭 휠의 치수를 절단 시험 전 및 후에 측정하여 마모를 결정하였다.

예비예 1

예비예 1은 AP1의 선택 및 분석을 기술한다. 레취 테크놀로지 게엠베하(Retsch Technology GmbH)에 의한 캠사이저(Camsizer) XT를 사용하여 벌크(bulk) AP1 샘플의 비 b/l(폭을 길이로 나눈 것)을 결정하였다. 이러한 샘플을 AP1-벌크(AP1-Bulk)로 칭하였다. 비 b/l은 다음과 같이 계산되며,

여기서, x _c,min 은 입자 돌출부(particle projection)의 측정된 세트의 최대 현(chord) 중 최단 현이고, x _Fe,max 는 측정된 세트의 페렛(Feret) 직경 x _Fe 중에서의 최장 페렛 직경이다.

이어서, 각각의 공동의 저부에 대해 98도의 측벽 각도를 가진 1.90 mm/면의 길이, 및 방사형 어레이(모든 정점이 주연부를 향해 지향됨)로 배열되는 0.0138 인치(0.35 mm)의 주형 공동 깊이를 가진 정밀하게 이격되고 배향된 정삼각형 포켓을 갖는, 도 2a에 도시된 바와 같은 위치설정 공구(210)를 태핑(tapping)에 의해 보조하여 AP1으로 충전하였다. 공구의 공동 내에 수용되는 것을 초과하는 분쇄된 연마 입자를 셰이킹(shaking) 및 태핑에 의해 제거하였다.

캠사이저 XT를 사용하여 위치설정 공구(210)에 의해 선택된 AP1 샘플의 비 b/l을 결정하였다. 이러한 샘플을 AP1-분류(AP1-Sorted)로 칭하였다. 결과는 포켓 내에 수집된 광물이 벌크 샘플보다 29% 높은 길이 대 폭(l/b, 위와 같이 결정된 b/l의 역수) 종횡비를 갖는 것을 보여주었다. l/b 값이 높을수록, 입자가 보다 예리한 것으로 고려된다.

아래의 표 2는 벌크 및 분류 분쇄된 연마 입자의 평균 종횡비를 보고한다.

[표 2]

예 1

예비예 1은 AP1의 선택 능력을 기술하고, 이어서 예 1은 도 1에 도시된 바와 같이, AP1 및 위치설정 공구(210)를 사용한 수지 접합된 연마 휠의 제조를 기술한다.

RP(50 그램)를 550 그램의 AP2에 첨가하였고, 키친에이드 커머셜 믹서(KitchenAid Commercial mixer)(모델 KSM C50S) 내에서 7분 동안 속도 1로 혼합하였다. 이어서, 이러한 혼합물을 400 그램의 PP1과 조합하였고, 추가로 7분 동안 혼합하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 14-메시 스크린을 사용하여 체로 걸러서 결합제 및 연마 입자의 덩어리를 제거하였다. 이러한 혼합물은 이제부터 MIX1으로 지칭될 것이다.

MIX1(22g)을 5-인치(127-mm) 직경 × 1-인치(2.5-cm) 깊이의 금속 주형 공동의 저부 내에 배치하였고, 주형이 회전하는 동안에 블레이드에 의해 균일한 두께로 도포하였다. 주형은 23-mm의 내경을 가졌다. 주형을 폐쇄하였고, MIX1을 3초 동안 실온에서 50 톤(907 ㎏)의 하중으로 가압하였다. 가압 후에, MIX1은 취급될 수 있었던 생소지 웨이퍼(wafer)이다.

이어서, 각각의 공동의 저부에 대해 98도의 측벽 각도를 가진 1.90 mm/면의 길이, 및 방사형 어레이(모든 정점이 주연부를 향해 지향됨)로 배열되는 0.0138 인치(0.35 mm)의 주형 공동 깊이를 가진 정밀하게 이격되고 배향된 정삼각형 포켓을 갖는, 도 2a에 도시된 바와 같은 위치설정 공구(210)를 태핑에 의해 보조하여 AP1으로 충전하였다. 공구의 공동 내에 수용되는 것을 초과하는 분쇄된 연마 입자를 셰이킹 및 태핑에 의해 제거하였다.

또한 스크림으로 지칭되는 섬유유리 메시 RXV08-125 × 23 mm의 125 mm 직경 디스크를 "프리발 스프레이어(Preval Sprayer)" 에어로졸 분무기를 사용하여 아이소프로판올 중의 RP의 67 중량% 용액으로 코팅하였다. 이러한 용액을 15 그램의 아이소프로판올 중에 50 그램 RP를 조합함으로써 제조하였다. 코팅이 점착성으로 되도록 하기 위해 메시 상의 코팅을 10분 동안 공기 건조시켰다. 감압 공급원을 작동시켰고, 대부분의 공동 내에 단일 입자를 유지시킨 상태에서 위치설정 공구를 뒤집었다. 공구의 공동 내에 수용되는 것을 초과하는 연마 입자를 또한 이러한 방식으로 제거하였다. 이어서, 분쇄된 연마 입자-포함 공구를 접착제 코팅된 디스크에 대략 1 mm로 아주 근접하게 위치시키고 역전시켜, 연마 입자를 접착제 코팅된 디스크 상에 정밀하게 배열되고 배향된 패턴으로 침착시켰다. 총 1.25 내지 1.40 그램(g)의 AP1을 적용하였다.

제2 125 mm 직경 스크림을 입자로 동일하게 코팅하였다. 둘 모두의 스크림을 밤새 건조시킨 후에, 제2 코팅된 스크림을 5-인치(127-mm) 직경 × 1-인치(2.5-cm) 깊이의 금속 주형 공동의 저부 내에, 코팅된 면을 위로 하여 배치하였다. 주형은 23-mm의 내경을 가졌다. 이어서, MIX1의 생소지 웨이퍼를 코팅된 스크림의 상부에 배치하였다. 이어서, 제1 스크림을 충전 혼합물의 상부에, 코팅된 면을 아래로 하여 배치하였다. 폴란드 자슬로 소재의 루메트 피피유에이치(Lumet PPUH)로부터의 28 mm × 22.45 mm × 1.2 mm 금속 플랜지를 제1 스크림의 상부에 배치하였다. 주형을 폐쇄하였고, 코팅된 스크림-MIX1 웨이퍼-코팅된 스크림 샌드위치(sandwich)를 3초 동안 실온에서 30 톤(544.2 ㎏)의 하중으로 가압하였다. 이어서, 절삭 휠 전구체를 주형으로부터 제거하였고, 30 시간(hr) 경화 사이클: 75℃에서 2시간, 90℃에서 2시간, 110℃에서 5시간, 135℃에서 3시간, 188℃에서 3시간, 188℃에서 13시간, 그리고 이어서 2시간 동안 60℃로 냉각하여 스택(stack)으로 경화시켰다. 휠의 최종 두께는 0.048 내지 0.056 인치 범위 내에 있었다. 예 1의 3개의 복제물을 총 3개의 휠에 대해 제조하였다.

비교예 A

AP1이 양쪽 스크림 상에 배향되지 않는 것을 제외하고는, 예 1을 반복하였다. 이러한 비-배향된 광물을 부착하기 위해, 스크림을 에어로졸 분무기에 의해 아이소프로판올 중의 RP의 67 중량% 용액으로 코팅하였다. 이러한 용액을 15 그램의 아이소프로판올 중에 50 그램 RP를 조합함으로써 제조하였다. 스크림의 외측 1 인치(2.54 cm)를 제외한 전부를 종이로 덮었다. 스크림이 회전되는 동안에 AP1 광물을 스크림의 외측 1 인치(2.54 cm) 상에 분무하였다. 종이 커버링을 제거하였다. 비교예 A의 2개의 복제물을 총 3개의 샘플에 대해 제조하였다.

비교예 B

AP1 또는 RP가 양쪽 스크림 상에 배치되지 않고 충전 혼합물 웨이퍼가 27 그램인 것을 제외하고는, 예 1을 반복하였다. 비교예 B의 2개의 복제물을 총 3개의 샘플에 대해 제조하였다.

예 2

예비예 1은 AP1의 선택 능력을 기술하고, 이어서 예 1은 AP1 및 위치설정 공구(210)를 사용한 수지 접합된 연마 휠의 제조를 기술한다.

RP(60 그램)를 600 그램의 AP3에 첨가하였고, 키친에이드 커머셜 믹서(모델 KSM C50S) 내에서 7분 동안 속도 1로 혼합하였다. 이어서, 이러한 혼합물을 340 그램의 PP2와 조합하였고, 추가로 7분 동안 혼합하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 14-메시 스크린을 사용하여 체로 걸러서 결합제 및 연마 입자의 덩어리를 제거하였다. 이러한 혼합물은 이제부터 MIX2로 지칭될 것이다.

또한 스크림으로 지칭되는 섬유유리 메시 RXV08-125 × 23 mm의 125 mm 직경 디스크를 5-인치(127-mm) 직경 × 1-인치(2.5-cm) 깊이의 금속 주형 공동의 저부 내에 배치하였다. 주형은 23-mm의 내경을 가졌다.

MIX2(11g)를 배치하였고, 주형이 회전하는 동안에 블레이드에 의해 균일한 두께로 도포하였다. 주형을 폐쇄하였고, 주형의 상부가 제거되기 전에 MIX2를 3초 동안 실온에서 5 톤(90.7 ㎏)의 하중으로 가압하였다. 가압 후에, MIX2는 일정 정도의 안정성을 갖는 생소지 웨이퍼이다.

감압 공급원을 작동시켰고, 대부분의 공동 내에 단일 입자를 유지시킨 상태에서 위치설정 공구를 뒤집었다. 공구의 공동 내에 수용되는 것을 초과하는 연마 입자를 또한 이러한 방식으로 제거하였다. 이어서, 분쇄된 연마 입자-포함 공구를 역전시켰고, 5-인치(127-mm) 직경의 금속 주형 내의 MIX2의 웨이퍼에 대략 1 mm로 아주 근접하게 위치시켰다. 감압 공급원을 작동정지시켜 연마 입자를 주형 공동의 기부 상에 정밀하게 배열되고 배향된 패턴으로 침착시켰다. 총 1.25 내지 1.40 그램(g)의 AP1을 적용하였다. 주형을 폐쇄하였고, 주형의 상부가 제거되기 전에 내용물을 3초 동안 실온에서 5 톤(90.7 ㎏)의 하중으로 가압하였다. 가압 후에, AP1은 MIX2 생소지 웨이퍼 내에서 가압된다.

다른 11 g의 MIX2를 동일한 주형 내에 배치하였고, 주형이 회전하는 동안에 블레이드에 의해 균일한 두께로 도포하였다. 주형을 폐쇄하였고, 주형의 상부가 제거되기 전에 MIX2를 3초 동안 실온에서 5 톤(90.7 ㎏)의 하중으로 가압하였다.

배향된 AP1의 다른 층을 MIX2의 생소지 웨이퍼의 상부에 정밀하게 배치하였다. AP1의 제1 층의 배치에서와 같이, AP1의 제2 층을 감압 공급원 및 공동을 가진 공구의 동일한 공정을 이용함으로써 배치하였다. 다른 스크림을 배향된 AP1의 상부에 배치하였다. 주형을 폐쇄하였고, 전체 주형이 제거되기 전에 내용물을 3초 동안 실온에서 30 톤(544.2 ㎏)의 하중으로 가압하였다. 최종 절삭 휠 전구체는 스크림-MIX2-AP1(배향됨)-MIX2-AP1(배향됨)-스크림 샌드위치였다.

이어서, 절삭 휠 전구체를 주형으로부터 제거하였고, 30-시간(hr) 경화 사이클: 75℃에서 2시간, 90℃에서 2시간, 110℃에서 5시간, 135℃에서 3시간, 188℃에서 3시간, 188℃에서 13시간, 그리고 이어서 2시간 동안 60℃로 냉각하여 스택으로 경화시켰다. 휠의 최종 두께는 0.42 내지 0.55-인치(1.07 내지 1.40 mm) 범위 내에 있었다. 2개의 복제물을 총 3개의 휠에 대해 제조하였다.

비교예 C

AP1이 양쪽 스크림 상에 배향되지 않는 것을 제외하고는, 예 2를 반복하였다. AP1(1.25 g)을 총 2.5 g AP1에 대해 각각의 MIX2의 외측 1-인치(2.54 cm) 상에 분무하였다(무작위 배향). 최종 절삭 휠 전구체는 스크림-MIX2-AP1(무작위)-MIX2-AP1(무작위)-스크림 샌드위치였다. 비교예 C의 2개의 복제물을 총 3개의 샘플에 대해 제조하였다.

아래의 표 3은 다양한 위의 예에 대해 절단 시험 방법에 따라 얻어진 결과를 열거한다.

[표 3]

AP1의 배향은 1분 절단 속도에 도움을 주고, 궁극적으로 성능을 개선한다. 그레인의 보다 예리한 부분을 피가공물을 향해 배향시킴으로써, 그것이 그레인의 평평한 부분을 이용할 때보다 신속하게 절단하고 더욱 많이 파단시킨다.

특허증을 위한 상기 출원의 상세한 설명 및 예 섹션에서의 모든 인용된 참고 문헌, 특허 또는 특허 출원은 전체적으로 일관된 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 포함된 참고 문헌의 부분과 본 출원 사이에 불일치 또는 모순이 있는 경우, 전술한 설명의 정보가 우선할 것이다. 당업자가 청구된 본 개시 내용을 실시할 수 있게 하도록 주어진 전술한 설명은 청구범위 및 그에 대한 모든 등가물에 의해 한정되는 본 개시 내용의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims

접합된 연마 용품(abrasive article)을 제조하는 방법으로서,
a) 서로 반대편에 있는 제1 및 제2 수평 주 표면들을 갖는 공구를 제공하는 단계 - 제1 주 표면은 정밀하게 형상화된 공동을 한정하고, 각각의 수평으로 배향된 정밀하게 형상화된 공동은 공구의 표면에 대해 사전결정된 위치를 갖고, 각각의 정밀하게 형상화된 공동은 진공 공급원에 유체연통식으로(fluidly) 연결되는 각각의 도관 개구(conduit opening)를 가진 수평 저부 표면을 가짐 -;
b) 제1 분쇄된 연마 입자(crushed abrasive particle)를 교반에 의해 공구의 표면에 대해 가압하여, 제1 분쇄된 연마 입자의 일부분이 정밀하게 형상화된 공동 중 적어도 일부 내에 보유되게 하고, 제1 분쇄된 연마 입자의 제2 부분이 공구의 표면 상에 제1 유리된 입자(loose particle)로서 남아 있게 하는 단계;
c) 실질적으로 모든 제1 유리된 입자를 공구로부터 분리시키는 단계;
d) 공구를 경화성 결합제 재료 전구체(curable binder material precursor)를 포함하는 주형 내에 위치시키는 단계;
e) 정밀하게 형상화된 공동 내에 보유된 제1 분쇄된 연마 입자를 주형 내로 방출하는 단계;
f) 공구를 주형으로부터 제거하는 단계;
g) 제1 분쇄된 연마 입자 및 경화성 결합제 재료 전구체를 압축하여 형상화된 생소지(green body)를 형성하는 단계; 및
g) 경화성 결합제 재료 전구체를 적어도 부분적으로 경화시켜 접합된 연마 용품을 생성하는 단계
를 순차적으로 수행하는 것을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 단계 d)에서, 주형은 제1 보강 스크림(reinforcing scrim)을 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 정밀하게 형상화된 공동이 수평으로 배향되는 접촉 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 실질적으로 모든 수평으로 배향된 정밀하게 형상화된 공동은 최대 하나의 제1 분쇄된 연마 입자를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 단계 e) 후에 그리고 단계 f) 전에,
i) 제2 분쇄된 연마 입자를 교반에 의해 공구의 표면에 대해 가압하여, 제2 분쇄된 연마 입자의 일부분이 정밀하게 형상화된 공동 중 적어도 일부 내에 보유되게 하고, 제2 분쇄된 연마 입자의 일부분이 공구의 표면 상에 제2 유리된 입자로서 남아 있게 하는 단계 - 실질적으로 모든 정밀하게 형상화된 공동은 최대 하나의 제2 분쇄된 연마 입자를 포함함 -;
ii) 제2 유리된 입자를 공구로부터 분리시키는 단계;
iii) 추가량의 경화성 결합제 재료 전구체를 주형 내로 추가하는 단계;
iv) 공구를 주형 내에 위치시키는 단계; 및
iv) 정밀하게 형상화된 공동 내에 보유된 제2 분쇄된 연마 입자를 주형 내로 방출하는 단계
를 순차적으로 수행하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
제5항에 있어서, 주형은 제2 보강 스크림을 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 단계 b)는 공구를 기계적으로 교반하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 제1 분쇄된 연마 입자는 제1 분쇄된 연마 입자를 공구의 표면 상에 배치하기 전에 연마재 산업 규정 공칭 등급(abrasives industry specified nominal grade)에 따르는, 방법.
제8항에 있어서, 제1 분쇄된 연마 입자는 ANSI 등급 명칭 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, 및 ANSI 600; FEPA 등급 명칭 P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000, 및 P1200; 및 JIS 등급 명칭 JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS 46, JIS 54, JIS 60, JIS 80, JIS 100, JIS 150, JIS 180, JIS 220, JIS 240, JIS 280, JIS 320, JIS 360, JIS 400, JIS 600, JIS 800, JIS 1000, JIS 1500, JIS 2500, JIS 4000, JIS 6000, JIS8000, 및 JIS 10000으로 이루어진 군으로부터 선택되는 연마재 산업 규정 공칭 등급에 따르는, 방법.
제1항에 있어서, 제1 분쇄된 연마 입자는 용융 산화알루미늄, 공-용융(co-fused) 알루미나-지르코니아, 산화알루미늄 세라믹, 그린(green) 탄화규소, 블랙(black) 탄화규소, 크로미아(chromia), 지르코니아, 플린트(flint), 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 가넷(garnet), 소결 알파(alpha)-알루미나계 세라믹, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 제1 분쇄된 연마 입자는 적어도 0.1 밀리미터의 평균 입자 직경(D₅₀)을 갖는, 방법.
제1항에 있어서, 접합된 연마 용품은 절삭 휠(cutoff wheel)을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 경화성 결합제 재료 전구체는 경화성 유기 수지(curable organic resin)를 포함하는, 방법.
결합제 재료 내에 고정되어 보유되는 분쇄된 연마 입자를 포함하는 접합된 연마 용품으로서,
분쇄된 연마 입자는 접합된 연마 용품 내의 사전결정된 위치에 배치되는, 접합된 연마 용품.
제14항에 있어서, 분쇄된 연마 입자는 규칙적 패턴(regular pattern)에 따라 배열되는, 접합된 연마 용품.
제14항에 있어서, 분쇄된 연마 입자는 비-무작위 배향(non-random orientation)을 갖는, 접합된 연마 용품.
제14항에 있어서, 결합제 재료는 경화된 유기 수지를 포함하는, 접합된 연마 용품.
제14항에 있어서, 결합제 재료는 유리질 결합제(vitreous binder)를 포함하는, 접합된 연마 용품.
제14항에 있어서, 접합된 연마 휠을 포함하는, 접합된 연마 용품.
제14항에 있어서, 절삭 휠을 포함하는, 접합된 연마 용품.
제20항에 있어서, 절삭 휠은 절삭 휠의 각각의 서로 반대편에 있는 주 표면들에 근접하게 배치되는 적어도 제1 및 제2 보강 스크림을 추가로 포함하는, 접합된 연마 용품.
제14항에 있어서, 충전제 연마 입자를 추가로 포함하는, 접합된 연마 용품.