KR20060093116A - 코팅된 연마재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

연마 물품은 돌출 연마 유닛들의 어레이를 포함한다. 각각의 유닛은 기부와, 기부와 동일 평면인 평면 상으로 투영되었을 때 기부와 중심이 다른 말단 정점을 갖는다. 연마 물품은 전술한 연마 유닛들을 포함하도록 형성된 연마 코팅에 결합된 후방부를 포함한다. 연마 물품을 제조하기 위한 방법은 제작 공구, 연마 슬러리, 및 후방부를 죄는 단계를 포함한다. 슬러리 내의 결합제가 제조 중에 경화된다. 연마 물품은 작업편을 연마하는데 사용될 수 있다.

연마 물품, 돌출 유닛, 연마 코팅, 슬러리, 결합제

Description

코팅된 연마재의 제조 방법{METHOD OF MAKING A COATED ABRASIVE}

본 발명은 연마 어레이, 연마 물품, 그러한 연마 물품을 제조하는 방법, 및 그러한 연마 물품을 사용하는 방법에 관한 것이다. 연마 물품은 후방부(backing)의 적어도 하나의 표면에 결합된 연마 코팅을 갖는 후방부를 포함한다. 연마 코팅은 유용한 기하학적 형상을 나타내는 돌출 유닛을 포함하도록 성형된다.

연마 물품은 족히 100년은 넘게 작업편 표면을 연마하여 마무리하는데 이용되어 왔다. 이러한 용도는 다량 제거, 고압 금속 연마 공정으로부터 안과용 렌즈의 미세 폴리싱의 범위이다. 통상, 연마 물품은 서로 결합되거나 (예를 들어, 결합된 연마 또는 연삭 휠) 또는 후방부에 결합된 (예를 들어, 코팅된 연마재) 복수의 연마 입자를 포함한다. 코팅된 연마재에 대해, 전형적으로 하나 또는 때때로 2개의 연마 입자의 층이 있다. 이러한 연마 입자들이 마모되면, 코팅된 연마재는 본질적으로 마모되어 전형적으로 폐기된다.

구조화된 연마재가 미국 특허 제5,152,917호(피퍼(Pieper) 등)에 의해 개시되어 있다. 중요하게, 피퍼에 의해 개시된 구조화된 연마재는 작업편 표면 상에서 비교적 높은 절삭률 및 비교적 미세한 표면 마무리의 결과를 낳는다. 구조화된 연마재는 후방부에 결합된 무작위적이지 않은 정밀하게 성형된 연마 복합재를 포함한 다.

피퍼에 의해 개시된 것과 같은 구조화된 연마재가 높은 절삭률과 같은 바람직한 특징을 나타내지만, 구조화된 연마재는 여전히 시간에 따라 그의 유효성을 잃는 경향이 있다. 따라서, 구조화된 연마재는 그의 초기의 3 또는 4회의 연마 사이클에서 (예를 들어, 사이클당 그램으로 표현되는) 특정한 절삭률을 산출할 수 있지만, 5 또는 10회의 사이클 후에 그의 초기값의 단지 수분의 일인 절삭률을 산출할 수 있다. 절삭률의 그러한 열화는 효율적인 연마 기술을 제공하는 목적에 대해 불리하다.

상기 내용으로부터 명백한 바와 같이, 구조화된 연마재가 그의 사용 수명을 연장시키고 그의 절삭률 열화를 최소화하도록 만들어질 수 있는 계획에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 연마 어레이, 연마 물품, 연마 물품을 제조하는 방법, 연마 물품을 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수개의 돌출 유닛의 연마 어레이는 각 유닛이 적어도 연마 입자 및 결합제가 혼합된 본체를 가지는 구조를 가질 수 있다. 각 본체는 기부 및 상기 기부로부터 최말단 영역을 가질 수 있다. 연마 어레이는 2차원으로 분포된 복수개의 돌출 유닛을 포함할 수 있다. 각 돌출 유닛은 기부 및 주연부를 가진다. 각 유닛에 대해서, 그 각각의 말단 영역은 그 각각의 기부와 동일 평면인 평면 상으로 투영될 때, 말단 영역의 투영부와 기부의 중심점 사이에서 오프셋 벡터를 한정한다. 복수개의 돌출 유닛에 대한 상기 오프셋 벡터는 그 합이 0의 극한에 접근하지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연마 물품은 전방면 및 후방면을 가지는 후방부를 포함한다. 연마 코팅은 후방부의 전방면에 접합될 수 있다. 연마 코팅은 2차원으로 분포된 복수개의 돌출 유닛을 포함할 수 있다. 각 돌출 유닛은 주연부를 가지는 기부를 가진다. 각 유닛에 대해, 그 각각의 말단 영역은, 그 각각의 기부와 동일 평면인 평면 상으로 투영될 때, 말단 영역의 투영과 기부의 중심점 사이에서 오프셋 벡터를 한정한다. 복수개의 돌출 유닛에 대한 상기 오프셋 벡터는 그 합이 0의 극한에 접근하지 않는다.

도1은 본 발명의 다른 연마 물품 실시예를 도시하는 확대된 단면도이다.

도2는 도1의 연마 물품을 제조하는 공정의 개략도이다.

도3은 도1의 연마 물품을 제조하는 다른 공정의 개략도이다.

도4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 유닛의 평면도를 도시한다.

도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 유닛의 평면도를 도시한다.

도4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 물품의 평면도를 도시한다.

도4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 물품의 다른 평면도를 도시한다.

도4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 유닛의 다른 평면도를 도시한다.

도4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 유닛의 다른 평면도를 도시한다.

도4g는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 유닛의 다른 평면도를 도시한다.

도4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 유닛의 다른 평면도를 도시한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 연마 물품을 도시한다.

도6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 유닛들의 어레이를 도시한다.

도6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출 유닛들의 다른 어레이를 도시한다.

본 발명은 연마 어레이, 연마 물품, 연마 물품을 제조하는 방법, 및 연마 물품을 사용하는 방법에 관한 것이다.

도1을 참조하면, 연마 물품(20)은 경계부(25)에 의해 분리된 연마 복합재(22)를 포함한다. 연마 복합재는 후방부(21)의 표면에 결합된다. 복합재 형상과 관련된 경계부 또는 경계부들은 하나의 연마 복합재를 다른 인접한 연마 복합재로부터 어느 정도 분리되게 한다. 개별 연마 복합재를 형성하기 위해, 연마 복합재의 형상을 형성하는 경계부들의 일부는 서로로부터 분리되어야 한다. 도2에서, 후방부에 가장 가까운 연마 복합재의 기부 또는 일부는 그의 이웃하는 연마 복합재와 맞닿을 수 있다는 것을 알아야 한다. 연마 복합재(22)는 결합제(23) 내에 분산된 복수의 연마 입자(24) 및 연삭 보조제(26)를 포함한다. 연마 복합재들 중 일부는 맞닿고 다른 연마 복합재들은 그들 사이에 개방 공간을 갖는, 후방부에 결합된 연마 복합재들의 조합을 갖는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.

후방부

본 발명의 후방부는 전방면 및 후방면을 가지며, 임의의 종래의 연마 후방부일 수 있다. 유용한 후방부의 예는 중합체 필름, 전처리된 중합체 필름, 천, 종이, 가황 섬유, 부직포, 및 이들의 조합을 포함한다. 다른 유용한 후방부는 미국 특허 제5,316,812호에 개시된 바와 같은 강화 섬유 열가소성 후방부와, 국제 특허 출원 공개 WO93/12911호에 개시된 바와 같은 무한한 이음매 없는 후방부를 포함한다. 후방부는 또한 후방부를 밀봉하고 그리고/또는 후방부의 몇몇 물성을 변형시키기 위한 처리제 또는 처리제들을 함유할 수 있다. 이러한 처리제들은 기술 분야에 잘 알려져 있다.

후방부는 또한 결과적인 코팅된 연마재를 지지 패드 또는 백업 패드에 고정시키는 것을 가능케 하기 위해 그의 후방면 상에 부착 수단을 가질 수 있다. 이러한 부착 수단은 압력 감응식 접착제, 후크 및 루프 부착 시스템의 일 표면, 또는 전술한 미국 특허 제5,316,812호에 개시된 바와 같은 나사 돌출부일 수 있다. 대안적으로, 본원에서 이후에 전체적으로 참조되는 본 양수인의 미국 특허 제5,201,101호에 설명된 바와 같은 맞물림 부착 시스템이 있을 수 있다.

연마 물품의 후면은 또한 슬립 저항성 또는 마찰성 코팅을 함유할 수 있다. 그러한 코팅의 예는 연마재 내에 분사된 무기 입자(예를 들어, 탄산칼슘 또는 석영)를 포함한다.

연마 코팅

연마 입자

연마 입자는 전형적으로 약 0.1 내지 1500 ㎛ 범위의 입자 크기, 보통은 약 0.1 내지 400 ㎛, 양호하게는 0.1 내지 100 ㎛, 가장 양호하게는 0.1 내지 50 ㎛의 입자 크기를 갖는다. 연마 입자가 적어도 약 8, 더욱 양호하게는 9를 초과하는 모어 경도를 갖는 것이 양호하다. 그러한 연마 입자의 예는 (갈색 산화알루미늄, 열 처리된 산화알루미늄, 및 백색 산화알루미늄을 포함하는) 용융 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄, 녹색 탄화규소, 탄화규소, 크로미아, 알루미나 지르코니아, 다이아몬드, 산화철, 세리아, 입방체 질화붕소, 탄화붕소, 가닛, 및 이들의 조합을 포함한다.

"연마 입자"라는 용어는 또한 단일 연마 입자들이 서로 결합되어 연마괴를 형성하는 것을 포함한다. 연마괴는 본원에서 전체적으로 참조된 미국 특허 제4,311,489호, 제4,652,275호, 및 제4,799,939호에 상세하게 설명되어 있다.

연마 입자 상에 표면 코팅을 갖는 것도 본 발명의 범주 내에 있다. 표면 코팅은 상이한 기능들을 가질 수 있다. 몇몇의 경우에, 표면 코팅은 결합제에 대한 연마 입자의 부착을 증가시키고, 연마 입자의 연마 특징을 변경시킨다. 표면 코팅의 예는 커플링제, 할로겐염, 실리카를 포함한 금속 산화물, 내화성 금속 질화물, 내화성 금속 탄화물 등을 포함한다.

연마 복합재 내에, 희석 입자도 있을 수 있다. 이러한 희석 입자의 입자 크기는 연마 입자와 동일한 정도의 크기일 수 있다. 그러한 희석 입자의 예는 석고, 대리석, 석회석, 플린트, 실리카, 유리 버블, 유리 비드, 규산알루미늄 등을 포함한다.

결합제

연마 입자들은 유기 결합제 내에 분산되어 연마 복합재를 형성한다. 결합제는 유기 중합성 수지를 포함하는 결합제 전구체로부터 유도된다. 본 발명의 연마 물풀의 제조 중에, 결합제 전구체는 중합 또는 경화 공정의 개시를 돕는 에너지원 에 노출된다. 에너지원의 예는 열 에너지 및 방사선 에너지를 포함하고, 후자는 전자 비임, 자외선, 및 가시광선을 포함한다. 이러한 중합 공정 중에, 수지가 중합되고 결합제 전구체가 응고된 결합제로 변환된다. 결합제 전구체의 응고 시에, 연마 코팅이 형성된다. 연마 코팅 내의 결합제는 또한 통상 후방부에 대해 연마 코팅을 부착하는 것을 담당한다.

본 발명에서 사용하기에 양호한 2가지 부류의 수지로 응축 경화성 및 첨가 중합성 수지가 있다. 양호한 결합제 전구체는 이러한 수지가 방사선 에너지에 대한 노출에 의해 쉽게 경화되기 때문에, 첨가 중합성 수지를 포함한다. 첨가 중합성 수지는 양이온 메커니즘 또는 자유 라디칼 메커니즘을 통해 중합될 수 있다. 사용되는 에너지원 및 결합제 전구체 화학적 성질에 따라, 경화제, 개시제, 또는 촉매가 때때로 중합을 개시하는 것을 돕는데 양호하다.

전형적이며 양호한 유기 수지의 예는 페놀성 수지, 요소-포름알데히드 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 아크릴레이티드 우레탄, 아크릴레이티드 에폭시, 에틸렌 불포화 화합물, 분지된 불포화 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 유도체, 적어도 하나의 분지된 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체, 적어도 하나의 분지된 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체, 비닐 에터, 에폭시 수지, 및 이들의 혼합 및 조합을 포함한다. "아크릴레이트"라는 용어는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함한다.

페놀성 수지는 그의 열 특성, 이용성, 및 비용 때문에 연마 물품 결합제에서 널리 사용된다. 레졸 및 노볼락인, 2가지 유형의 페놀성 수지가 있다. 레졸 페놀 성 수지는 1 대 1 이상, 전형적으로 1.5:1.0 내지 3.0:1.0의 포름알데히드 대 페놀의 몰비를 갖는다. 노볼락 수지는 1 대 1 미만의 포름알데히드 대 페놀의 몰비를 갖는다. 상업적으로 이용 가능한 페놀성 수지의 예는 오시덴탈 케미컬즈, 코프.(Occidental Chemicals Corp.)의 "듀레즈(Durez)" 및 "바큠(Varcum)"과, 몬산토(Monsanto)의 "레지녹스(Resinox)"와, 애쉴랜드 케미컬 코.(Ashland Chemical Co.)의 "에어로펜(Aerofene)"과, 애쉴랜드 커미컬즈 코.의 "에어로탭(Aerotap)"의 상표명에 의해 알려진 것들을 포함한다.

아크릴레이티드 우레탄은 하이드록시 말단, 이소시아네이트 NCO 연장 폴리에스터 또는 폴리에터의 디아크릴레이트 에스터이다. 상업적으로 이용 가능한 아크릴레이티드 우레탄의 예는 모톤 씨오콜 케미컬(Morton Thiokol Chemical)로부터 구입 가능한 "UVITHANE 782"와, 래드큐어 스페셜티즈(Radcure Specialties)로부터 구입 가능한 "CMD 6600", "CMD 8400" 및 "CMD 8805"의 상표명으로 알려진 것들을 포함한다.

아크릴레이티드 에폭시는 비스페놀 A 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스터와 같은, 에폭시 수지의 디아크릴레이트 에스터이다. 상업적으로 이용 가능한 아크릴레이티드 에폭시의 예는 래드큐어 스페셜티즈로부터 구입 가능한 "CMD 3500", "CMD 3600" 및 "CMD 3700"의 상표명으로 알려진 것들을 포함한다.

에틸렌 불포화 수지는 탄소, 수소, 및 산소, 그리고 선택적으로 질소 및 할로겐의 원자를 함유하는 단량체 및 중합체 화합물을 포함한다. 산소 또는 질소 원자 또는 이들 모두는 통상 에터, 에스터, 우레탄, 아미드, 및 요소 그룹 내에 존재 한다.

에틸렌 불포화 화합물은 양호하게는 약 4,000 미만의 분자량을 가지며, 양호하게는 지방족 모노하이드록시기 또는 지방족 폴리하이드록시기를 함유하는 화합물과 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 이소크로톤산, 말레산 등과 같은 불포화 카르복실산의 반응으로부터 만들어진 에스터이다. 아크릴레이트 수지의 대표적인 예는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 스티렌, 디비닐벤젠, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 헥사네디올 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 글리세롤 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 메타크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 및 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트를 포함한다. 다른 에틸렌 불포화 수지는 모노알릴, 폴리알릴, 및 폴리메트알릴 에스터와, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 아디페이트, 및 N,N-디알릴아디파미드와 같은 카르복실산의 아미드를 포함한다. 또 다른 질소 함유 화합물은 트리스(2-아크릴로일옥시에틸)이소시아누레이트, 1,3,5-트리(2-메티아크릴옥시에틸)-트리아진, 아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, 및 N-비닐피페리돈을 포함한다.

아미노플라스트 수지는 분자 또는 소중합체마다 적어도 하나의 분지된 α,β 불포화 카르보닐기를 갖는다. 이러한 불포화 카르보닐기는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 또는 아크릴아미드 타입의 기일 수 있다. 그러한 재료의 예는 N-(하이드록시메틸)아크릴아미드, N,N'-옥시디메틸렌비스아크릴아미드, o- 및 p-아크릴아 미도메틸레이티드 페놀, 아크릴아미도메틸레이티드 페놀성 노볼락, 및 이들의 조합을 포함한다. 이러한 재료들은 본원에서 전체적으로 참조된 미국 특허 제4,903,440호 및 제5,236,472호에 상세하게 설명되어 있다.

적어도 하나의 분지된 아크릴레이트기를 갖는 이소시아누레이트 유도체 및 적어도 하나의 분지된 아크릴레이트기를 갖는 이소시아네이트 유도체는 본원에서 이후에 전체적으로 참조되는 미국 특허 제4,652,274호에 상세하게 설명되어 있다. 양호한 이소시아누레이트 재료는 트리스(하이드록시에틸) 이소시아누레이트의 트리아크릴레이트이다.

에폭시 수지는 옥시란을 가지며, 개환에 의해 중합된다. 그러한 에폭시드 수지는 단량체 에폭시 수지 및 소중합체 에폭시 수지를 포함한다. 몇몇 양호한 에폭시 수지의 예는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐 프로판](비스페놀의 다글리시딜 에터)와, 쉘 케미컬 코.(Shell Chemical Co.)로부터 구입 가능한 "에폰(Epon) 828", "에폰 1004" 및 "에폰 1001F" 및 다우 케미컬 코.(Dow Chemical Co.)로부터 구입 가능한 "DER-331", "DER-332" 및 "DER-334"의 상표명으로 상업적으로 구입 가능한 재료를 포함한다. 다른 적합한 에폭시 수지는 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에터(예를 들어, 다우 케미컬 코.로부터 구입 가능한 "DEN-431" 및 "DEN-428")를 포함한다.

본 발명의 에폭시 수지는 적절한 양이온성 경화제의 첨가에 의해 양이온 메커니즘을 거쳐 중합될 수 있다. 양이온성 경화제는 에폭시 수지의 중합을 개시하기 위한 산 공급원을 발생시킨다. 이러한 양이온성 경화제는 오늄 양이온을 갖는 염과, 금속 또는 준금속의 착음이온을 함유하는 할로겐을 포함할 수 있다. 다른 양이온성 경화제는 본원에서 이후에 전체적으로 참조되는 미국 특허 제4,751,138호(제6 칼럼 65행 내지 제9 칼럼 45행)에 상세하게 설명된 유기 금속 착양이온을 갖는 염과, 금속 또는 준금속의 착음이온을 함유하는 할로겐을 포함한다. 다른 예는 유기 금속 염 및 오늄 염이고, 이는 미국 특허 제4,985,340호(제4 칼럼 65행 내지 제14 칼럼 50행) 및 1989년 3월 8일자로 공개된 유럽 특허 출원 제306,161호 및 제306,162호에 설명되어 있고, 이들은 본원에서 전체적으로 참조되었다. 또 다른 양이온성 경화제는 금속이 전체적으로 참조된 1983년 11월 21일자로 공개된 유럽 특허 출원 제109,581호에 설명된 IVB, VB, VIIB, 및 VIIIB족의 원소로부터 선택된 유기 금속 착체의 이온성 염을 포함한다.

자유 라디칼 경화성 수지에 관해, 몇몇의 경우에, 연마 슬러리가 자유 라디칼 경화제를 더 포함하는 것이 양호하다. 그러나, 전자 비임 에너지원의 경우에, 경화제는 전자 비임 자체가 자유 라디칼을 발생시키기 때문에 항상 요구되는 것은 아니다.

자유 라디칼 열 개시제의 예는 과산화물, 예를 들어 벤조일 퍼옥사이드, 아조 화합물, 벤조페논, 및 퀴논을 포함한다. 자외선 또는 가시광선 에너지원에 대해, 이러한 경화제는 때때로 광개시제로 불린다. 자외선에 노출되었을 때 자유 라디칼 공급원을 발생시키는 개시제의 예는 유기 과산화물, 아조 화합물, 퀴논, 벤조페논, 니트로조 화합물, 아크릴 할로겐화물, 하이드로존, 머캅토 화합물, 피릴륨 화합물, 트라아크릴이미다졸, 비스이미다졸, 클로로알키트리아진, 벤조인 에터, 벤 질 케탈, 치옥산톤, 및 아세토페논 유도체, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 포함하지만 그에 제한되지 않는다. 가시광선에 노출되었을 때 자유 라디칼 공급원을 발생시키는 개시제의 예는 본원에서 전체적으로 참조된, 발명의 명칭이 3원 광개시제 시스템을 포함한 코팅된 연마 결합제인 미국 특허 제4,735,632호에서 찾을 수 있다. 가시광선과 함께 사용하기에 양호한 개시제는 시바 가이기 코포레이션(Ciba Geigy Corporation)으로부터 상업적으로 구입 가능한 "Irgacure 369"이다.

연삭 보조제

연삭 보조제는 연마 물품에 대한 그의 첨가가 연마의 화학적 및 물리적 공정에 대해 현저한 영향을 가져서 성능을 개선시키는 재료, 양호하게는 입상 재료이다. 전형적으로 그리고 양호하게는, 연삭 보조제는 입자로서 슬러리에 첨가되지만, 액체로서 슬러리에 첨가될 수 있다. 연삭 보조제의 존재는 연삭 보조제를 함유하지 않은 연마 물품에 비해 대응하는 연마 물품의 (연마 물품 손실 중량당 제거되는 작업편의 중량으로서 정의된) 연삭 효율 또는 절삭률을 증가시킬 것이다. 특히, 연삭 보조제는 1) 연마 입자와 연마되는 작업편 사이의 마찰을 증가시키거나 2) 연마 입자가 "캡핑"되는 것을 방지하거나, 즉 (금속 작업편의 경우에) 금속 입자가 연마 입자의 상부에 용접되는 것을 방지하거나, 3) 연마 입자와 작업편 사이의 계면 온도를 감소시키거나, 4) 요구되는 연삭력을 감소시키거나, 5) 금속 작업편의 산화를 방지하는 것으로 기술 분야에서 믿어진다. 통상, 연삭 보조제의 첨가는 연마 물품의 사용 수명을 증가시킨다.

본 발명에서 유용한 연삭 보조제는 매우 다양한 상이한 재료들을 포함하고, 무기 또는 유기계일 수 있다. 연삭 보조제의 화학군의 예는 왁스, 유기 할로겐 화합물, 할로겐 염, 및 금속 및 그의 합금을 포함한다. 유기 할로겐 화합물은 전형적으로 연마 중에 분해되어 할로겐산 또는 기상의 할로겐 화합물을 방출한다. 그러한 재료의 예는 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌과 같은 염소계 왁스와, 폴리비닐 클로라이드를 포함한다. 할로겐 염의 예는 염화나트륨, 칼륨 크라이올라이트, 나트륨 크라이올라이트, 암모늄 크라이올라이트, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 나트륨 테트라플루오로보레이트, 불화규소, 염화칼륨, 염화마그네슘을 포함한다. 금속의 예는 주석, 납, 비스무스, 코발트, 안티몬, 카드뮴, 철, 티타늄을 포함하고, 다른 부수적인 연삭 보조제는 황, 유기 황 화합물, 그래파이트, 및 금속성 황화물을 포함한다. 상이한 연삭 보조제들의 조합을 사용하는 것도 본 발명의 범주 내에 있고, 몇몇의 경우에 이는 상승 효과를 생성할 수 있다.

연삭 보조제들의 전술한 예는 단지 대표적인 의미이다. 본 발명에서 사용하기 위한 양호한 연삭 보조제는 크라이올라이트이고, 가장 양호한 것은 칼륨 테트라플루오로보레이트(KBF.sub.4)이다.

연삭 보조제는 비연마성으로 고려되고, 즉 연삭 보조제의 모어 경도는 8 미만이다. 연삭 보조제는 또한 불순물을 함유할 수 있고, 이러한 불순물들은 연마 물품의 성능에 현저한 악영향을 주지 않아야 한다.

연삭 보조제 입자 크기는 양호하게는 약 0.1 내지 100 ㎛의 범위이고, 더욱 양호하게는 10 내지 70 ㎛이다. 통상, 연삭 보조제의 입자 크기는 양호하게는 연 마 입자의 크기 이하이다.

연마 코팅은 대체로 적어도 약 1 중량%, 전형적으로 적어도 약 2.5 중량%, 양호하게는 적어도 약 5 중량%, 더욱 양호하게는 적어도 약 10 중량%의 연삭 보조제 그리고 가장 양호하게는 적어도 약 20 중량%의 연삭 보조제를 포함한다. 약 50 중량%를 초과하는 연삭 보조제는 불리할 수 있고, 이는 연삭 성능이 감소한다는 이론 때문(더 적은 연마 입자가 존재하기 때문)이다. 놀랍게도, 연삭 보조제의 양이 증가됨에 따라, 절삭률에 의해 측정된 상대 연삭 성능도 증가되었다. 이는 연마 코팅 내의 연삭 보조제의 양이 증가됨에 따라, 연마 입자의 상대량이 감소되기 때문에 예상치 못했었다. 연삭 보조제가 아닌 연마 입자가 작업편 표면을 절삭하는 것을 담당한다. 통상, 연마 코팅은 5 내지 90 중량%, 양호하게는 20 내지 80 중량%의 연마 입자와, 5 내지 80 중량%, 양호하게는 5 내지 40 중량%의 결합제와, 5 내지 60 중량%, 양호하게는 10 내지 40 중량%의 연삭 보조제를 포함한다.

선택적인 첨가제

본 발명에서 유용한 슬러리는 예를 들어, 충진제, 섬유, 윤활제, 습윤제, 요변성 재료, 계면 활성제, 염료, 안료, 정전기 방지제, 커플링제, 가성화제, 및 현탁화제와 같은 선택적인 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 재료들의 양은 원하는 특성을 제공하도록 선택된다. 이들의 사용은 연마 복합재의 침식성에 영향을 줄 수 있다. 몇몇의 경우에, 첨가제는 연마 복합재를 더욱 침식성으로 만들기 위해 의도적으로 첨가되고, 이에 의해 무뎌진 연마 입자를 배출하고 새로운 연마 입자를 노출시킨다.

본 발명에서 유용한 정전기 방지제의 예는 그래파이트, 카본 블랙, 산화바나듐, 보습제 등을 포함한다. 이러한 정전기 방지제들은 본원에서 이후에 전체적으로 참조되는 미국 특허 제5,601,294호, 제5,137,542호, 및 제5,203,884호에 개시되어 있다.

커플링제는 결합제 전구체와 충진제 입자 또는 연마 입자 사이의 연결 브리지를 제공할 수 있다. 유용한 커플링제의 예는 실란, 티타네이트, 및 지르코알루미네이트를 포함한다. 유용한 슬러리는 양호하게는 약 0.01 내지 3 중량%의 커플링제를 함유한다.

본 발명에서 유용한 현탁화제의 예는 드구사 코프.(DeGussa Corp.)로부터 "OX-50"이라는 상표명으로 상업적으로 구입 가능한 150 m²/g 미만의 표면적을 갖는 무정형 실리카 입자이다.

연마 복합재를 포함하는 연마 코팅

본 발명의 양호한 일 태양에서, 연마 코팅은 후방부에 결합된 복수의 연마 복합재의 형태이다. 각각의 연마 복합재가 정밀한 형상을 갖는 것이 일반적으로 양호하다. 각각의 복합재의 정밀한 형상은 명확하고 구별 가능한 경계부에 의해 결정된다. 이러한 명확하고 구별 가능한 경계부는 연마 입자의 단면이 주사 전자 현미경과 같은 현미경 하에서 검사될 때 쉽게 보이고 확실하다. 비교해 보면, 정밀한 형상을 갖지 않는 복합재를 포함하는 연마 코팅에서, 경계부는 명확하지 않고, 판독하기 어려울 수 있다. 이러한 명확하고 구별 가능한 경계부는 정밀한 형 상의 외형 또는 윤곽을 형성한다. 이러한 경계부는 연마 복합재들을 어느 정도 분리시키고, 또한 연마 복합재들을 구분한다.

도1을 참조하면, 연마 물품(10)은 경계부(25)에 의해 분리된 연마 복합재(22)들을 포함한다. 복합재 형상과 관련된 경계부 또는 경계부들은 하나의 연마 복합재를 다른 인접한 연마 복합재로부터 어느 정도 분리되게 한다. 개별 연마 복합재를 형성하기 위해, 연마 복합재를 형성하는 경계부들 중 일부는 서로로부터 분리되어야 한다. 도1에서, 후방부에 가장 가까운 연마 복합재의 기부 또는 부분은 그의 이웃하는 연마 복합재와 맞닿을 수 있다는 것을 알아야 한다. 연마 복합재(22)는 결합제(23) 내에 분산된 복수의 연마 입자(24)와, 연삭 보조제(26)를 포함한다. 연마 복합재들 중 일부가 맞닿고 다른 연마 복합재들은 그들 사이에 개방 공간을 갖는, 후방부에 결합된 연마 복합재들의 조합을 갖는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.

몇몇의 경우에, 형상을 형성하는 경계부들은 평탄하다. 평면을 갖는 형상에 대해, 적어도 3개의 평면이 잇다. 주어진 형상에 대한 평면의 개수는 원하는 기하학적 형상에 따라 변할 수 있고, 예를 들어 평면의 개수는 3 내지 20개 이상의 범위일 수 있다. 통상, 3 내지 10개의 평면, 양호하게는 3 내지 6개의 평면이 있다. 이러한 평면들은 교차하여 원하는 형상을 형성하고, 이러한 평면들이 교차하는 각도는 형상 치수를 결정할 것이다.

본 발명의 다른 태양에서, 연마 복합재들 중 일부는 상이한 치수의 이웃하는 연마 복합재를 갖는다. 본 발명의 이러한 태양에서, 적어도 10%, 양호하게는 적어 도 30%, 더욱 양호하게는 적어도 50%, 가장 양호하게는 적어도 60%의 연마 복합재들이 상이한 치수를 갖는 인접한 연마 복합재를 갖는다. 이러한 상이한 치수들은 연마 복합재 형상, 평탄 경계부들 사이의 각도, 또는 연마 복합재의 치수에 관한 것일 수 있다. 이웃하는 연마 복합재들에 대한 이러한 상이한 치수의 결과는 연마되거나 정제되는 작업편 상에 상대적으로 더 미세한 표면 마무리를 생성하는 연마 물품의 결과를 낳는다. 본 발명의 이러한 태양은 본 양수인의 공동 계류 중인 1993년 9월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 제08/120,300호에 상세하게 설명되어 있다.

연마 복합재 형상은 임의의 형상일 수 있지만, 이는 양호하게는 사각형, 원추형, 반원형, 원형, 삼각형, 정방형, 육각형, 피라미드, 8각형 등과 같은 기하학적 형상이다. 양호한 형상의 실시예는 아래에서 "기하학적 특징"이라는 명칭의 섹션에서 제시된다. 개별 연마 복합재 형상은 본원에서 "돌출 유닛"으로서 불릴 수 있다. 양호한 형상은 피라미드이고, 이러한 피라미드의 기부는 3면 또는 4면일 수 있다. 연마 복합재 단면 표면적이 후방부로부터 멀리 감소하거나 그의 높이를 따라 감소하는 것도 양호하다. 이러한 가변 표면적은 연마 복합재가 사용 중에 마모됨에 따라 불균일한 압력의 결과를 낳는다. 추가적으로, 연마 물품의 제조 중에, 이러한 가변 표면적은 연마 복합재를 제작 공구로부터 더 쉽게 이형시킨다. 통상, 평방 cm당 적어도 5개의 개별 연마 복합재가 있다. 몇몇의 경우에, 평방 cm당 적어도 500개의 연마 복합재가 있을 수 있다.

연마 물품을 제조하는 방법

본 발명의 연마 물품들 중 하나를 제조하기 위한 본질적인 단계는 슬러리를 준비하는 단계이다. 슬러리는 결합제 전구체, 연삭 보조제, 연마 입자, 및 선택적인 첨가제를 임의의 적합한 혼합 기술에 의해 서로 조합함으로써 제조된다. 혼합 기술의 예는 저전단 및 고전단 혼합을 포함하고, 고전단 혼합이 양호하다. 초음파 에너지도 연마 슬러리 점성을 낮추기 위해 혼합 단계와 조합하여 이용될 수 있다. 전형적으로, 연마 입자 및 연삭 보조제는 결합제 전구체 내로 점진적으로 첨가된다. 슬러리 내의 공기 방울의 양은 혼합 단계 중에 진공을 흡인함으로써 최소화될 수 있다. 몇몇의 경우에, 점성을 낮추기 위해 슬러리를 일반적으로 30℃ 내지 70℃ 범위로 가열하는 것이 양호하다. 슬러리가 잘 코팅되도록 허용하는 이론적인 특성을 가지며, 연마 입자 및 연삭 보조제가 슬러리 외부에서 정착하지 않는 것이 중요하다.

에너지원

슬러리가 (아래에서 설명되는) 제작 공구로부터의 전사에 의해 후방부 상으로 코팅된 후에, 슬러리는 결합제 전구체 내의 수지의 중합을 개시하도록 에너지원에 노출될 수 있다. 에너지원의 예는 열 에너지 또는 방사선 에너지를 포함한다. 에너지의 양은 결합제 전구체 화학 특성, 연마 슬러리의 치수, 연마 입자의 양 및 유형, 및 선택적인 첨가제의 양 및 유형과 같은 여러 인자에 따른다. 열 에너지에 대해, 온도는 약 30℃ 내지 150℃, 일반적으로 40℃ 내지 120℃의 범위일 수 있다. 노출 시간은 약 5분 내지 24시간 이상의 범위일 수 있다.

적합한 방사선 에너지원은 전자 비임, 자외선, 또는 가시광선을 포함한다. 이온화 방사선으로도 알려진 전자 비임 방사선은 약 0.1 내지 약 10 Mrad의 에너지 수준, 양호하게는 약 1 내지 약 10 Mrad의 에너지 수준에서 사용될 수 있다. 자외선 방사선은 약 200 내지 약 400 ㎚의 범위, 양호하게는 약 250 내지 400 ㎚의 범위 내의 파장을 갖는 비입상 방사선을 말한다. 가시광선 방사선은 약 400 내지 약 800 ㎚의 범위, 양호하게는 약 400 내지 약 550 ㎚의 범위 내의 파장을 갖는 비입상 방사선을 말한다. 300 내지 600 Watt/inch의 가시광선이 사용되는 것이 양호하다.

이러한 중합 공정이 완료된 후에, 결합제 전구체는 결합제로 변환되고, 슬러리는 연마 코팅으로 변환된다. 결과적인 연마 물품은 통상 사용될 준비가 된다. 그러나, 몇몇의 경우에, 가습 또는 가요화와 같은 다른 공정이 필요할 수도 있다. 연마 물품은 연마 물품이 사용되기 전에, 원추, 무한 벨트, 시트, 디스크 등과 같은 임의의 원하는 형태로 변환될 수 있다.

제작 공구

본 발명의 제3 및 제4 태양에 관해, 몇몇의 경우에, 연마 코팅이 정밀하게 성형된 연마 복합재로서 존재하는 것이 양호하다. 이러한 유형의 연마 물품을 제조하기 위해, 제작 공구가 일반적으로 요구된다.

제작 공구는 복수의 공동을 포함한다. 이러한 공동들은 본질적으로 연마 복합재의 역형상이며, 연마 복합재의 형상을 발생시키는 것을 담당한다. 공동의 치수는 연마 복합재의 원하는 형상 및 치수를 제공하도록 선택된다. 공동의 형상 또는 치수가 적절하게 제조되지 않으면, 결과적인 제작 공구는 연마 복합재의 원하는 치수를 제공하지 않을 것이다.

공동들은 인접한 공동들 사이에 공간을 갖는 도트형 패턴으로 존재할 수 있거나, 공동들은 서로에 대해 맞닿을 수 있다. 공동들이 서로에 대해 맞닿는 것이 양호하다. 추가적으로, 공동의 형상은 연마 복합재의 단면적이 후방부로부터 멀리 감소하도록 선택된다.

제작 공구는 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웨브, 그라비야 롤과 같은 코팅 롤, 코팅 롤 상에 장착된 슬리브, 또는 다이일 수 있다. 제작 공구는 금속(예를 들어, 니켈), 금속 합금, 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 금속 제작 공구는 조각, 보빙, 전해 성형, 다이아몬드 선삭 등과 같은 임의의 종래 기술에 의해 제조될 수 있다. 금속 제작 공구에 대한 한 가지 양호한 기술은 다이아몬드 선삭이다.

열가소성 공구가 금속 마스터 공구에서 복제될 수 있다. 마스터 공구는 제작 공구에 대해 필요한 역패턴을 갖는다. 마스터 공구는 제작 공구와 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 마스터 공구는 양호하게는 금속, 예를 들어 니켈로부터 제조되며, 다이아몬드 선삭된다. 열가소성 시트 재료는 열가소성 재료가 그와 마스터 공구를 가압함으로서 마스터 공구 패턴으로 엠보싱되도록, 선택적으로 마스터 공구와 함께 가열될 수 있다. 열가소성 재료는 또한 마스터 공구 상으로 압출 또는 주조된 다음 가압될 수 있다. 열가소성 재료는 냉각되어 고화되고, 제작 공구를 생성한다. 양호한 열가소성 제작 공구 재료의 예는 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 이들의 조합을 포함한다. 열가소성 제작 공구가 이용되면, 열가소성 제작 공구를 변형시킬 수 있는 과도한 열을 발생시키지 않도록 주의해야 한다.

제작 공구는 또한 제작 공구로부터 연마 물품의 더 용이한 이형을 허용하도록 이형 코팅을 포함할 수 있다. 금속을 위한 그러한 이형 코팅의 예는 경질 탄화물, 질화물 또는 붕화물 코팅을 포함한다. 열가소성 재료를 위한 이형 코팅의 예는 규소 및 불소 화합물을 포함한다.

도2에 도시된 본 발명의 연마 물품을 제조하기 위한 한 가지 방법이 도2에 도시되어 있다. 후방부(41)가 풀림 스테이션(42)을 떠나고, 동시에 제작 공구(46)가 풀림 스테이션(45)을 떠난다. 제작 공구(46)가 코팅 스테이션(44)에 의해 슬러리로 코팅된다. 점성을 낮추기 위해 코팅 이전에 슬러리를 가열하고 그리고/또는 슬러리에 초음파를 가하는 것이 가능하다. 코팅 스테이션은 드롭 다이 코팅기, 나이프 코팅기, 커튼 코팅기, 진공 다이 코팅기, 또는 다이 코팅기와 같은 임의의 종래의 코팅 수단일 수 있다. 코팅 중에, 공기 방울의 형성이 최소화되어야 한다. 양호한 코팅 기술은 본원에서 전체적으로 참조된 미국 특허 제3,594,865호, 제4,959,265호, 및 제5,077,870호에 개시된 것과 같은 진공 유체 베어링 다이이다. 제작 공구가 코팅된 후에, 후방부와 슬러리가 임의의 수단에 의해 접촉하게 되어 슬러리가 후방부의 전방면을 습윤시킨다. 도2에서, 슬러리는 접촉 닙 롤(47)에 의해 후방부와 접촉하게 된다. 다음으로, 접촉 닙 롤러(47)는 또한 결과적인 구성물을 지지 드럼(43)에 대해 가압한다. 에너지원(48; 양호하게는, 가시광선의 공급원)이 결합제 전구체를 적어도 부분적으로 경화시키기에 충분한 양의 에너지를 슬러리 내로 전달한다. 부분적인 경화라는 용어는 결합제 전구체가 슬러리가 뒤집힌 시험관으로부터 흐르지 않는 상태로 중합되는 것을 의미한다. 결합제 전구체는 그가 제작 공구로부터 제거되면, 임의의 에너지원에 의해 완전히 경화될 수 있다. 이에 뒤이어, 제작 공구는 맨드릴(49) 상으로 재권취되어, 제작 공구는 다시 재사용될 수 있다. 선택적으로, 제작 공구는 전구체의 임의의 경화 이전에 결합제 전구체로부터 제거될 수 있다. 제거 후에, 전구체가 경화될 수 있고, 제작 공구는 재사용을 위해 맨드릴(49) 상에 재권취될 수 있다. 추가적으로, 연마 물품(120)은 맨드릴(121) 상에 권취된다. 결합제 전구체가 완전히 경화되지 않으면, 결합제 전구체는 시간 및/또는 에너지원에 대한 노출에 의해 완전히 경화될 수 있다. 이러한 제1 방법에 따라 연마 물품을 제조하기 위한 추가의 단계들은 본원에서 전체적으로 참조된, 미국 특허 제5,152,917호 및 1993년 1월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 제08/004,929호에 상세하게 설명되어 있다. 무작위적으로 성형된 연마 복합재들은 본원에서 전체적으로 참조된 1993년 9월 13일자로 출원된 공동 계류 중인 미국 특허 출원 제08/120,300호에 설명된 공구 및 절차에 의해 제조될 수 있다.

결합제 전구체가 방사선 에너지에 의해 경화되는 것이 양호하다. 방사선 에너지는 제작 공구가 방사선 에너지를 상당히 흡수하지 않는 한 제작 공구를 통해 전달될 수 있다. 추가적으로, 방사선 에너지원은 제작 공구를 상당히 열화시키지 않아야 한다. 열가소성 제작 공구 및 자외선 또는 가시광선을 사용하는 것이 양호하다.

슬러리는 제작 공구의 공동 내로가 아닌 후방부 상으로 코팅될 수 있다. 슬러리가 코팅된 후방부는 그 다음 제작 공구와 접촉하게 되어 슬러리가 제작 공구의 공동 내로 유동한다. 연마 물품을 제조하기 위한 나머지 단계들은 전술한 바와 동일하다.

다른 방법이 도3에 도시되어 있다. 후방부(51)가 풀림 스테이션(52)을 떠나고, 슬러리(54)가 코팅 스테이션(53)에 의해 제작 공구(55)의 공동 내로 코팅된다. 슬러리는 드롭 다이 코팅, 롤 코팅, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 진공 다이 코팅, 또는 다이 코팅과 같은 많은 기술들 중 하나에 의해 공구 상으로 코팅될 수 있다. 다시, 점성을 낮추기 위해 코팅 이전에 슬러리를 가열하고 그리고/또는 슬러리에 초음파를 가하는 것이 가능하다. 코팅 중에, 공기 방울의 형성이 최소화되어야 한다. 그 다음, 후방부와 연마 슬러리를 함유하는 제작 공구가 닙 롤(56)에 의해 접촉하게 되어 슬러리가 후방부의 전방면을 습윤시킨다. 다음으로, 슬러리 내의 결합제 전구체는 에너지원(57)에 대한 노출에 의해 적어도 부분적으로 경화된다. 이러한 적어도 부분적인 경화 후에, 슬러리는 후방부에 결합되거나 부착된 연마 복합재(59)로 변환된다. 결과적인 연마 물품은 닙 롤(58)에 의해 제작 공구로부터 제거되어 재권취 스테이션(60) 상으로 권취된다. 선택적으로, 제작 공구는 전구체의 임의의 경화 이전에 결합제 전구체로부터 제거될 수 있다. 제작 공구의 제거 후에, 전구체가 경화될 수 있다. 각 경우에, 에너지원은 열 에너지 또는 방사선 에너지일 수 있다. 에너지원이 자외선 또는 가시광선이면, 후방부가 자외선 또는 가시광선에 대해 투과성인 것이 양호하다. 그러한 후방부의 예는 폴리에스터 후방부다.

슬러리는 후방부의 전방면 상으로 직접 코팅될 수 있다. 슬러리가 코팅된 후방부는 그 다음 제작 공구와 접촉하게 되어 슬러리가 제작 공구의 공동을 습윤시킨다. 연마 물품을 제조하기 위한 나머지 단계들은 전술한 바와 동일하다.

작업편 표면을 정제하는 방법

본 발명의 다른 태양은 금속 표면을 연마하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 본 발명의 연마 물품을 금속 표면을 갖는 작업편과 마찰식으로 접촉시키는 단계를 포함한다. "연마"라는 용어는 금속 작업편의 일부가 연마 물품에 의해 절삭되거나 제거되는 것을 의미한다. 추가적으로, 작업편 표면과 관련된 표면 마무리는 전형적으로 이러한 정제 공정 후에 감소된다. 한 가지 전형적인 표면 마무리 측정은 Ra이고, Ra는 일반적으로 마이크로인치 또는 마이크로미터로 측정된 대수 표면 마무리이다. 표면 마무리는 퍼쏘미터(Perthometer) 또는 서토닉(Surtonic)과 같은 프로필로미터(profilometer)에 의해 측정될 수 있다.

작업편

금속 작업편은 연강, 스테인리스강, 티타늄, 금속 합금, 특수 금속 합금 등과 같은 임의의 유형의 금속일 수 있다. 작업편은 편평할 수 있거나, 형상 또는 그와 관련된 윤곽을 가질 수 있다.

용도에 따라, 연마 계면에서의 힘은 약 0.1 kg 내지 1000 kg 이상의 범위일 수 있다. 통상, 이러한 범위는 연마 계면에서 1 kg 내지 500 kg의 힘이다. 또한, 용도에 따라, 연마 중에 존재하는 액체가 있을 수 있다. 이러한 액체는 물 및/또는 유기 화합물일 수 있다. 전형적인 유기 화합물의 예는 윤활제, 오일, 유화 유기 화합물, 절삭 유체, 비누 등을 포함한다. 이러한 액체들은 또한 거품 제거제, 그리스 제거제, 부식 억제제 등과 같은 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 연마 물품은 사용 중에 연마 계면에서 진동할 수 있다. 몇몇의 경우에, 이러한 진동은 연마되는 작업편 상의 더 미세한 표면의 결과를 낳을 수 있다.

본 발명의 연마 물품은 손으로 사용될 수 있거나, 기계와 조합하여 사용될 수 있다. 연마 물품 및 작업편 중 적어도 하나 또는 이들 모두는 연삭 중에 서로에 대해 이동된다. 연마 물품은 벨트, 테이프 롤, 디스크, 시트 등으로 변환될 수 있다. 벨트 용도에 대해, 연마 시트의 2개의 자유 단부가 서로 결합되어, 스플라이스가 형성된다. 본원에서 이후에 전체적으로 참조되는 본 양수인의 공동 계류 중인 1992년 7월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제07/919,541호에 설명과 것과 같은 무스플라이스 벨트를 사용하는 것도 본 발명의 범주 내에 있다. 통상, 무한 연마 벨트는 적어도 하나의 아이들러 롤 및 플래튼 또는 접촉 휠 위에서 선회한다. 플래튼 또는 접촉 휠의 경도는 원하는 절삭률 및 작업편 표면 마무리를 얻도록 조정된다. 연마 벨트 속도는 원하는 절삭률 및 표면 마무리에 따른다. 벨트 치수는 약 5 mm 내지 1,000 mm 폭 및 약 5 mm 내지 10,000 mm 길이의 범위일 수 있다. 연마 테이프는 연마 물품의 연속된 길이이다. 이는 폭이 약 1 mm 내지 1,000 mm, 일반적으로 5 mm 내지 250 mm의 범위일 수 있다. 연마 테이프는 보통 풀려서, 작업편에 대해 테이프를 가압하는 지지 패드 위에서 선회하고, 그 다음 재권취된다. 연마 테이프는 연마 계면을 통해 연속적으로 공급될 수 있으며 인덱싱될 수 있다. 연마 디스크는 직경이 약 50 mm 내지 1,000 mm의 범위일 수 있다. 전형적으로, 연마 디스크는 부착 수단에 의해 백업 패드에 고정된다. 이러한 연마 디스크는 분당 100 내지 20,000 회전, 전형적으로 분당 1,000 내지 15,000 회전으로 회전할 수 있다.

기하학적 특징

"연마 복합재를 포함하는 연마 코팅"이라는 명칭의 본 명세서의 섹션에서 언급된 바와 같이, 연마 복합재는 그가 결합된 후방부로부터 돌출하는 유닛로 성형될 수 있다. 개별 성형된 복합 연마재는 본원에서 "돌출 유닛"으로 불린다. 돌출 유닛에 대해 선택된 특정 기하학적 특징은 그가 위치된 구조화된 연마 물품의 성능에 영향을 줄 수 있다. 아래에서 제시되는 기하학적 특징 계획은 (사이클당 질량으로 측정되는) 상승된 초기 절삭률을 제공하고 각각의 연속된 연마 사이클에서 절삭률의 최소의 열화를 나타내도록 선택된다.

도4a 내지 도4h, 도5, 도6a 및 도6b에 도시된 돌출 유닛, 및 본원에서 언급되는 다른 돌출 유닛은 전술한 제조 방법을 사용하여, 전술한 재료로부터 구조화될 수 있다. 도4a 내지 도4h, 도5, 도6a, 및 도6b가 돌출 유닛 내의 연마 입자 및 결합제를 도시하지 않지만, 돌출 유닛이 연마 입자 및 결합제를 구성 재료로서 가지므로, 그러한 입자 및 결합제가 존재한다는 것이 이해된다.

도4a는 돌출 유닛(400)의 평면도를 도시한다. 돌출 유닛은 정방형 형상인 기부(401)를 갖는다. 기부(401) 이외에, 돌출 유닛(400)은 기부(401)의 다양한 측면들 각각으로부터 선형 정점(406)으로 연장되는 4개의 측면을 갖는다. 도4a의 관점으로 인해, 측면(403, 406)만이 보인다.

도4a로부터 알 수 있는 바와 같이, 선형 정점(406)은 기부(401)와 동일 평면 인 평면 상으로 투영되었을 때, 기부(401)의 대향 배치된 측면들 사이에서 연장된다. 돌출 유닛의 기부와 동일 평면인 평면 상으로의 정점(406)과 같은 정점의 투영을 언급할 때, "정점의 투영" 또는 "선형 정점의 투영"라는 용어가 본원에서 사용될 수 있다. 선형 정점(406)의 투영이 사이에서 연장되는 대향 배치된 측면들의 중심점들은 작은 해싱(hashing)으로 식별된다. 선형 정점(406)의 투영은 대향 배치된 측면들의 중심점들 사이에서 연장되지 않는다.

도4a의 돌출 유닛은 도4b에 도시된 바와 같이 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 도4b는 각각의 돌출 유닛(400)의 기부가 인접한 돌출 유닛(400)의 기부와 맞닿도록 배치된 대체로 동일한 돌출 유닛(400)들의 어레이를 도시한다. 돌출 유닛(400)들은 후방부(408)에 결합되어 연마 물품을 생성하는 것으로 도시되어 있다. 도4b에 도시된 어레이가 2x2로서 도시되어 있지만, 어레이는 원칙적으로 임의의 크기일 수 있다. 또한, 도4c에 도시된 바와 같이, 어레이는 인접한 돌출 유닛(400)들의 기부들이 서로 맞닿지 않도록 구성될 수 있다.

도4d는 돌출 유닛(410)을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 돌출 유닛은 그의 투영이 기부(414)의 일 측면으로부터 타 측면으로 연장되기에 불충분한 길이를 갖는 선형 정점(412)을 갖는다. 따라서, 측면들 각각은 기부(414)로부터 말단 선형 정점으로 내측으로 테이퍼진다. 특히, 선형 정점(412)의 투영이 외삽되면, 그의 외삽은 기부(414)의 각각의 대향 배치된 측면들의 중심점들과 만나지 않는다. 이러한 방식으로, 선형 정점(412)의 투영은 기부(414)의 대향 배치된 측면들의 중심점들 "사이"에서 연장되지 않는다고 말할 수 있다.

도4e는 다른 돌출 유닛(416)을 도시한다. 도4a, 도4b, 도4c, 및 도4d에 도시된 돌출 유닛들은 그들의 선형 정점(412)이 유사한 계획의 채용에 의해 그들 각각의 기부의 대향 배치된 측면들의 중심점들 사이에서 연장되지 않고 선형 정점들은 그들 각각의 기부의 모든 측면들에 대해 비스듬한 특징을 나타낸다. 도4e에 도시된 바와 같이, 선형 정점(418)의 투영은 기부(420)의 측면들 중 일부에 대해 평행할 수 있지만, 기부(420)의 대향 배치된 측면들의 중심점들 사이에서 연장되지 않는다.

도4f는 또 다른 돌출 유닛(422)을 도시한다. 도4f는 돌출 유닛의 정점이 선형일 수 있지만, 직선일 필요는 없다는 것을 도시한다. 돌출 유닛(422)은 (직선과 반대인) 곡선인 정점(424)을 갖는다. 곡선 정점(424)의 투영은 기부(426)의 대향 배치된 측면들의 중심점들 사이에서 연장되지 않는다.

도4a, 도4b, 도4c, 도4d, 도4e, 및 도4f에 도시된 기부들은 모두 정방형 형상이었다. 그러한 제한은 본질적이 아니다. 원칙적으로, 기부는 임의의 폐쇄된 형상일 수 있다. 예를 들어, 기부는 임의의 정다각형 또는 부정다각형일 수 있거나, 평행사변형, 사각형, 또는 임의의 4변형일 수 있다. 기부는 원형 또는 타원형일 수 있다. 기부의 측면들은 직선 또는 곡선일 수 있다. 예를 들어, 도4g에 도시된 돌출 유닛(428)은 4개의 측면을 갖고, 이 중 2개는 곡선(430, 432)이다. 기부의 대향 배치된 곡선 측면들의 중심점은 곡선 측면을 2개의 세그먼트로 분할함으로써 찾을 수 있고, 제1 세그먼트의 길이는 제2 세그먼트의 길이와 동일하다. 예를 들어, 측면(430)은 2개의 세그먼트, 세그먼트(AB, BC)로 분할되었다. 지점(B), 중심점은 세그먼트(AB)의 길이가 세그먼트(BC)의 길이와 동일하도록 위치된다. 당업자는 중심성의 다른 측정이 직선이 아닌 선의 중심점을 식별하도록 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다시, 선형 정점(434)의 투영은 대향 배치된 측면(430, 432)들 사이에서 연장되지만, 그들 각각의 중심점에서는 연장되지 않는다.

도4h는 5각형 형상인 기부(438)를 갖는 돌출 유닛(436)을 도시한다. 측면(AB)의 중심점은 작은 해시 표시로 식별된다. 특히, 돌출 유닛(436)은 일견, 측면(AB)에 대향하여 배치된 측면을 갖는 것으로 보이지 않는다. 선형 정점(440)을 기부의 대향 배치된 측면들 상의 비중심점들 사이에서 연장되도록 배향시키기 위해, 측면(AB)이 복합 세그먼트(ACDEB)에 대향하는 것으로 간주할 수 있다. 측면(ACDEB)의 중심점은 지점(D)이고, 이는 세그먼트(ACD)의 길이가 세그먼트(DEB)의 길이와 동일하기 때문이다. 따라서, 선형 정점(440)이 기부(438)의 대향 배치된 측면들의 중심점들 사이에서 연장되지 않는 것은 알기 쉽다.

도4h와 관련된 논의로부터 추출되는 일반적인 원리는 특정 계획이 기부의 주어진 측면에 대향하여 배치된 측면을 찾는데 사용될 수 있는 것이다. 간략하게, 기부의 주어진 측면과 마주하는 측면들의 세트는 주어진 측면과 대향하여 배치된 단일 측면으로 집합적으로 고려될 수 있다 (예를 들어, 측면(ACDEB)은 측면(AB)과 마주하고, 측면(AB)에 대향하여 배치된 것으로 고려될 수 있다).

도5는 일부가 도면 부호(502)로 식별되어 있는 돌출 유닛들의 2차원 어레이를 포함하는 연마 물품(500)의 사시도를 도시한다. 각각의 돌출 유닛(502)은 사각형인 기부를 갖는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기부의 길이 및 폭은 25.4 내지 3,810 ㎛(1 내지 150 mil) 사이일 수 있다. 각각의 기부는 선형 정점(504)을 갖는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선형 정점은 기부 위로 1,524 ㎛(mil)까지 배향될 수 있다. 도5의 기부들 각각이 동일한 크기 및 기하학적 특징을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 조건은 본질적이지 않다. 기부들은 다양한 크기 및/또는 기하학적 특징일 수 있다. 또한, 선형 정점(504)들 각각이 서로 평행한 것으로 도시되어 있지만, 이러한 조건은 본질적이지 않다. 선형 정점(504)들은 서로에 대해 평행하지 않을 수 있다. 마지막으로, 선형 정점들 각각이 그들 각각의 기부로부터 일정한 거리에 있는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 조건도 본질적이지 않다. 기부와 그의 각각의 선형 정점(504) 사이의 거리는 돌출 유닛(502)마다 변할 수 있다.

도6a는 돌출 유닛(600 내지 606)들의 어레이를 도시한다. 돌출 유닛(600 내지 606)들 각각은 대체로 점 형상인 정점(608 내지 614)을 갖는다. 임의의 상기 예에서의 임의의 선형 정점은 선형 세그먼트로서 실시되는 것과 반대로, 점으로서 실시될 수 있다. 다시 도6a에 대해 논의하면, 돌출 유닛(600 내지 606)들 각각에서, 정점(608 내지 614)은 중심으로부터 이격되어 위치된다. 각각의 정점(608 내지 614)의 투영은 각각의 기부의 중심 및/또는 질량 중심으로부터 정점(608 내지 614)의 투영으로 연장되는 오프셋 벡터(v₁, v₂, v₃, v₄)를 한정한다. 특히, 오프셋 벡터(v₁, v₂, v₃, v₄)들의 합은 0이 아니다. 예를 들어, 오프셋 벡터(v₁, v₂, v₃, v₄)들 각각이 유닛 벡터이면, 벡터들의 합은 2y이다. 돌출 유닛들의 큰 어레이에 대해, 오프셋 벡터들의 합은 합산된 벡터들의 개수가 무한대에 접근함에 따라 0의 극한에 접근하지 않아야 한다.

lim_n→∞(∑v_n) ≠ 0

달리 말하면, 전체로 보았을 때, 어레이는 정점(608 내지 614)들의 위치에 대한 순 방향성을 나타내야 한다.

도6b는 선형 정점(616 내지 622)을 갖는 돌출 유닛에 적용될 때의 순 비례의 개념을 도시한다. 도6b에서 알 수 있는 바와 같이, 선형 정점(616 내지 622)들의 투영은 각각의 기부의 중심 및/또는 질량 중심으로부터 정점(616 내지 622)의 투영 중심으로 연장되는 오프셋 벡터(v₁, v₂, v₃, v₄)를 한정한다. 다시 한번, 돌출 유닛들의 큰 어레이에 대해, 오프셋 벡터들의 합은 합산된 벡터들의 개수가 무한대에 접근함에 따라 0의 한계에 접근하지 않아야 한다.

lim_n→∞(∑v_n) ≠ 0

달리 말하면, 전체로 보았을 때, 어레이는 정점(608 내지 614)들의 위치에 대한 순 방향성을 나타내야 한다.

본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 취지로부터 벗어나지 않고서 당업자에게 명백해질 것이고, 본 발명은 본원에서 설명된 예시적인 실시예로 부당하게 제한되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다.

Claims (16)

1. 각 유닛은 적어도 연마 입자 및 결합제가 혼합된 본체를 가지고, 각 본체는 기부 및 상기 기부로부터 최말단 영역을 가지는 복수개의 돌출 유닛의 연마 어레이이며,

   2차원으로 분포된 복수개의 돌출 유닛을 포함하며,

   각 돌출 유닛은 기부 및 주연부를 가지고,

   각 유닛에 대해서, 그 각각의 말단 영역은 그 각각의 기부와 동일 평면인 평면 상으로 투영될 때, 그 기부의 주연부 내부에 투영되고, 말단 영역의 투영부와 기부의 중심점 사이에 오프셋 벡터를 한정하고,

   복수개의 돌출 유닛에 대한 상기 오프셋 벡터는 그 합이 0의 극한에 접근하지 않는 연마 어레이.
2. 제1항에 있어서, 각 말단 영역은 선형인 연마 어레이.
3. 제2항에 있어서, 각 말단 영역은 직선형인 연마 어레이.
4. 제2항에 있어서, 각 말단 영역은 곡선형인 연마 어레이.
5. 제1항에 있어서, 각 기부는 평행사변형인 연마 어레이.
6. 제5항에 있어서, 상기 평행사변형의 변 중 어느 것도 연마 어레이가 위에 배치되는 물품의 에지와 평행하지 않는 연마 어레이.
7. 제1항에 있어서, 각 유닛에 대해, 그 각각의 말단 영역은 그 각각의 기부와 동일 평면인 평면 상으로 투영될 때, 상기 기부의 주연부 내부에 투영되는 연마 어레이.
8. 제1항에 있어서, 연속되는 기부는 접촉하지 않는 연마 어레이.
9. 전방면 및 후방면을 가지는 후방부와,

   상기 후방부의 전방면에 접합되는 연마 코팅을 포함하며,

   상기 연마 코팅은 2차원으로 분포된 복수개의 돌출 유닛을 포함하고,

   각 돌출 유닛은 주연부를 가지는 기부를 가지고,

   각 유닛에 대해서, 그 각각의 말단 영역은 그 각각의 기부와 동일 평면인 평면 상으로 투영될 때, 그 기부의 주연부 내부에 투영되고, 말단 영역의 투영부와 기부의 중심점 사이에 오프셋 벡터를 한정하고,

   복수개의 돌출 유닛에 대한 상기 오프셋 벡터는 그 합이 0의 극한에 접근하지 않는 연마 물품.
10. 제9항에 있어서, 각 말단 영역은 선형인 연마 물품.
11. 제10항에 있어서, 각 말단 영역은 직선형인 연마 물품.
12. 제10항에 있어서, 각 말단 영역은 곡선형인 연마 물품.
13. 제9항에 있어서, 각 기부는 평행사변형인 연마 물품.
14. 제13항에 있어서, 상기 평행사변형의 변 중 어느 것도 연마 어레이가 위에 배치되는 물품의 에지와 평행하지 않는 연마 물품.
15. 제9항에 있어서, 각 유닛에 대해, 그 각각의 말단 영역은 그 각각의 기부와 동일 평면인 평면 상으로 투영될 때, 상기 기부의 주연부 내부에 투영되는 연마 물품.
16. 제9항에 있어서, 연속되는 기부는 접촉하지 않는 연마 물품.

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