KR20070085816A

KR20070085816A - 연마 제품 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20070085816A
Application number: KR1020077012751A
Authority: KR
Inventors: 클라우스-페터 슈피스
Original assignee: 클링스포르 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-08-27
Also published as: WO2006061112A1; JP4996475B2; EP1827762B1; US20090277098A1; CN101048259B; CN101048259A; EP1827762A1; BRPI0518815A2; JP2008522837A; KR101287501B1

Abstract

본 발명은 연마 입자들에 대한 비-다공질, 특히 비-발포 열경화성 결합제를 포함하는 매트릭스 내에 연마 입자들이 파묻히고, 작업 대상물을 연마하기 위해 연마 입자들로 덮인 접촉 표면(10)이 형성되는 연마제에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 매트릭스는 상기 접촉 표면을 덮는 연마 입자들이 연마 동안 상기 매트릭스 내로 눌리는 정도까지 상기 매트릭스가 탄력 있게 유연하다. 원래 연마 입자들로 덮인 접촉 표면에 수직으로 상기 매트릭스가 소모되면 연마 입자들로 덮인 추가적 접촉 표면이 나타나도록 상기 연마 입자들이 상기 매트릭스 내에 분산된다. 상기 연마 입자들이 상기 연마제의 대응 접촉 표면에 대해 수직 및 수평 모두인 상기 매트릭스의 복원력을 따르도록 상기 연마 입자들이 상기 매트릭스 내에 분산된다. 상기 매트릭스는 가요성 백킹에 결합된다. 상기 매트릭스 내에 포함된 결합제를 통해 상기 매트릭스가 상기 매트릭스의 가요성 백킹에 직접 결합된다.

Description

연마 제품 및 이의 제조 방법{ABRASIVE PRODUCT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 일반적으로, 결합제의 매트릭스 내에 연마 입자들이 파묻히고(embedded), 연마 입자들로 덮인(covered) 접촉 표면(contact surface)이 작업 대상물(workpiece)을 연마하기 위해 형성되는(configured) 연마제(abrasive)에 관한 것이다.

이러한 연마제의 개발이 시작된 이래로 연마제 복합물(abrasive composite)을 균질 구조로 만드는 것이 알려져 있다. 이러한 목적으로 원래는 비-탄성 결합제(non-elastic binder)가 사용되었으나, 그 이래로 수십년간 탄력있게 유연한 결합제(elastically compliant binder)가 사용되어 왔다. 탄력있게 유연한 결합제를 사용하는 연마제 복합물의 예로는, 예를 들어 큐브 형태의 조밀 복합물(compact composite) 또는, 예를 들어 연마 휠(abrasive wheel)로서 형성된 다른 연마 조밀체(abrasive compact)도 있다. 이와 관련하여, 다공질(cellular) 또는 비-다공질 예들이 모두 알려져 있다. 이러한 공지된 연마 조밀체는 40년 이상 증명된 성공의 기록과 함께 출원인에 의해 실행된 바와 같이 전체로서 주조되었고 여전히 주조되고 있다.

연마제 입자에 대해 탄력있게 유연한 결합제를 사용하는 이러한 공지된 연마제는 결합제의 연마 조밀체로서의 형상(configuration)으로 인해 지금까지 연마제 내에 혼입된(integrated) 물질 없이 완전히(regularly) 가공되어 왔다. 대조적으로, 비-탄력적인 결합제를 갖는 연마제의 경우, 이 부문(branch)에서 이와 같이 불리는 "백킹이 있는 연마제(backed abrasive)"가 수십년 이래로 탁월하다.

본 발명은 또한 특히, 상기 다공질, 특히 발포된 결합제(foamed binder)와 대조적으로 비-다공질, 특히 비-발포된 결합제를 갖는 연마제에 관한 것이다.

독일 플라스틱스 핸드북(Plastics Handbook, "Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 28th Edition, by Karl Oberbach, published by Verlag Hansa, 555면 도 4.18 참조")을 참조하여, PUR(폴리우레탄)이 관련되는 어떠한 경우에도, 그러나 모든 다른 발포 결합제들에 관해서도, 발포된 물질들과 비-다공질 결합제들 간에, 일반적으로 구별되는 것이 명백하다.

이 경우에 본 발명에 대해 특히 중요한(substantial) 비-다공질 PUR 형태들은 다음 그룹:

고체 폴리우레탄

캐스트(cast) 엘라스토머 및 스프레이 엘라스토머

열가소성 엘라스토머

고무

에 속한다.

처음에 종래 기술로서 인용된 탄력있게 유연한 조밀체 및 상기 인용된 그 룹(grouping)에서의 "고체" 복합물은 각각 특별한 캐스트 엘라스토머이며, 본 발명에 따른 연마제들은 특히 캐스트 엘라스토머들을 또한 사용한다.

결합제들이 발포 제조되는 경우에 공기를 적용함으로써 물리적 기계적으로 발포된 물질과 발포제(blowing agent)를 적용함으로써 화학적으로 발포된 물질 간에 구별된다.

본 발명이 관련되는 비-다공질 결합제를 갖는 연마제는 상기 처리의 대응하는 구체적인 취급에 의해 물리적으로도 표적 발포되지(targetted foamed) 않고 화학적으로도 표적 발포되지 않는 것을 특징으로 한다. 실제 잔여의 다공질 형성(remnant cellular formation)을 전적으로 결코 피할 수 없다 할지라도 최대한 가능한 범위 내에서 팽창(expansion)을 피하는 것을 그 대신 목표(target)로 한다. 이것이 - 적어도 매매(market)를 위해 구체적으로 설계된 제조된 대로의 연마 제품을 설명할 때 - 실제 실행(actual practice)에 비해 진짜 밀도(real density) 및 이론적 밀도를 참조하는 것이 가장 좋게 생각되는 이유이다.

발포 결합제들에 대하여 이러한 비교는 일례로서 PUR에 의해 가장 잘 설명된다. 인용된 독일 플라스틱스 핸드북(Plastics Handbook, "Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 28th Edition, by Karl Oberbach, published by Verlag Hansa, 554면 이하 참조")에 기재되어 있는 것처럼, 몰딩된 포옴(molded foam)(30 - 300 kg/m³), 강성 포옴(30 - 90 kg/m³) 및 개방-셀(open-celled) 포옴(20 - 40 kg/m³) 간에 구별된다.

본 발명에 따르면, 특히 최소 다공성(minimum porosity)을 적절히 나타내는 800 kg/m³ 이상의 밀도를 갖는 PUR이 사용된다.

연마제 복합물이 다공질이고 특히 발포된 결합제를 특징으로 하는 백킹이 있는 결합제가, 예를 들어 독일 특허 DE 31 14 001 A1 및 DE 19 07 983 A1에 이미 공지되어 있다.

본 발명은 끝으로 특히 연마제에 관한 것이며, 이의 복합물은 연마 입자들의 열경화성 결합제를 포함한다. 이 때, 고무가 연마 입자들의 결합제로서 본 발명의 범위 내에서 또한 사용될 수 있다 할지라도, 본 발명은 복합물의 연마 입자들에 대한 결합제로서 이와 같이 알려진, 예를 들어 폴리우레탄과 같은 열경화성 플라스틱에 의존한다.

거의 같은 비율 1:1 또는 0.8:1로 가소제를 사용하는 것을 부가적으로 요구하는, 본 발명의 범위 내에서 사용된 열경화성 플라스틱들과 상이한, 가소화된 콜록실린(plasticized colloxyline) 형태의 연마 입자들에 대한 열가소성 결합제의 일례가 독일 특허 DD 106 585 A에 기재되어 있다. 연마제의 로딩(loading)을 막기 위해 연마제 복합물 내에 60 중량% 이상의 연마제 분말의 비율이 또한 요구되며, 80 %를 초과하는 연마제 분말의 대응 비율은 부수적으로 연마제 복합물을 결합(bonding)시키기 위해 불리한 것으로 보인다. 이러한 공지된 연마제 복합물은 백킹(backing)에 수직으로 측정시 연마제 복합물을 10 ㎛ 내지 최대 40 ㎛ 두께 범위의 극히 얇은 연마제 층으로서 형성하기 위해 특히 발명된다.

단지 완전하도록, 보다 새로운(exotic) 알려진 연마제가 더 참조되며, 연마 입자들이 반죽될 수 있는 상기 연마제의 결합제가 연마를 위해 작업 대상물(workpiece) 표면의 프로파일에 적합화되도록 주장된다(독일 특허 DD 255 903 A1).

현재 관련되는 바와 같은 연마제가 기술적으로 발전되는 동안, 예를 들어 연마 툴 또는 기계의 측면에서 회전(rotating) 또는 진동(oscillating) 작동시의 작업 속도는 항상 더 빠르게 되고 있으며, 이것은 수십년 이래로 탄력있게 유연한 결합제에 의해 형성된 연마제의 매트릭스 내에 마침내 얻어진(culminated) 특별한 수단(measure) 없이는 너무 이르게(prematurely) 손상되는 원심력을 포함하는 얻어지는 가속력 및 견인력(resulting force of acceleration and traction)에 견딜 수 없게 되는 탄력 있게 유연한 결합제들을 갖는 균질 연마제들이 얻어져 왔다. 연마 휠들과 관련하여 사용된 이들 특별한 수단들 중 하나는, 연마 휠의 고체 코어의 연마 코팅을 치수화하여 연마제를 점점 더 얇게 형성하는 것과 관련되며 이것은 유용 수명(useful life)을 상대적으로 짧게 한다. 무한 연마 벨트(endless abrasive belt)에 대해서는, 백킹 역할을 하는 무한 벨트를 스트립-형 연마제 복합물로 코팅하는 것이 심지어 거의 50년 전에도 고려되었으며, 연마 입자들을 포함하는 스트립-형 연마제 복합물의 매트릭스는 각 경우에 폴리우레탄의 유연한 포옴(compliant foam)에 의해 형성됨으로써, 이러한 연마 입자들이 개별 접착제에 의해 무한 벨트에 고정되었다(영국 특허 GB B 821929, 특히 2면 3 내지 7행 참조). 그러나, 이 발명은 연마제 복합물을 블랭크 해야 하며 및 관련된 개별 결합 때문에 일련 제조시 에 불합리하게 복잡화된 방법이 필요하다는 것이 요지이며, 이는 이 발명이 실행시에 허용되지 못하는 이유이다.

통상적인 침식 연마(erosive abrasion)에 대하여, 초기에는 동물가죽 아교(hide glue) 및 현재에는 인조 수지와 같은 비-탄성(non-elastic) 결합제로 연마 입자들(이의 입자 크기는 원하는 결과에 따라 선택된다)을 백킹에 직접적으로 결합시키는 것은 항상 일반적이었다. 이러한 백킹은 기계 내에서 얻어지는 견인력 및 원심력을 흡수한다. 이러한 통상적인 경우에, 연마 입자들은 단지 단일 층으로 백킹에 부착되고 연마 돌기(abrasive protuberance)에 의해 작업 대상물과 연마 접촉하는 표면으로부터 돌출된다. 이러한 돌기들이 연마시 닳아 없어지게 되자마자, 결합제가 작업 대상물과 마찰 접촉하게 되어, 연마 효과가 크게 감소되고 작업 대상물의 연마된 표면(abraded surface)에 로딩되는 결합제가 성가시게 된다.

결합제를 통해 결합된 백킹 상의 방사선-경화된 비-탄성 결합제의 매트릭스 내에 연마 입자들이 균질하게 배치되어 있는 연마제의 경우, 작업 대상물과의 자유 접촉 표면을 백킹에 평행한 증가 단면의 백킹으로 지향(direction)하는 것을 특징으로 하는 매트릭스가 서로 사이에 공간을 두고 분산된 복수의 매트릭스체로 나뉜다(독일 특허 T2 692 10 221).

다시 말해, 침식 연마시 연마 입자들의 연마부들은 접촉 표면으로부터 돌출되고, 연마 입자들의 크기가 더 작을수록 연마된 표면의 피니시(finish)가 모두 더 좋아진다. 이와 관련하여, 표면의 피크에서 골까지의 높이(peak-to-valley height)의 감소를 제외하고는 실질적으로 침식성 연마와 더 이상 관련 없는 호우 닝(honing) 또는 래핑(lapping)과 비교하여 피니싱(finishing)에 대해 구별이 요구된다.

현대의 연마기(abrasive machine)에 사용하기 위해, 연마 부직포(abrasive non-woven)를 피니싱 연마제로서 제공하는 것이 현재 일반적이다. 독일 특허 DE-T2 69609709(특히 특허청구범위 제 4 항)에 기재된 바와 같이, 복수의 연마 입자들이 결합제 시스템을 통해 유기 섬유들의 성긴 직물(open loose fabric)에 결합된다. 이와 함께 수행된 피니싱의 결과로 기계가공되는 표면의 스캡들(scabs)이 이상하게 굽거나 깨어지게(broken) 된다. 스크래치 및 스크레이프(scrape)와 같은 작업 대상물의 피니싱된 표면의 결함은 단순히 겉꾸려지며(glossed over) 실제로 제거되지 않는다.

본 발명은 긴 유용 수명(useful life)을 피니싱 품질(finishing quality)의 고도 일관성과 결합시켜 현대 연마기 상의 피니싱 툴로서 사용하기 위한 합리적인 대량 생산용 물품(article)으로서 적합한 특허청구범위 제 1 항의 서두(preamble)에 기재된 바와 같은 종류의 연마제를 제공하는 목적에 기초한다.

이러한 목적은 특허청구범위 제 1 항의 특징을 갖는 연마제에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 연마제에서, 매트릭스 결합제의 덮인 외피(covering skin)를 제거함으로써(releasing) 제품 처리의 마지막 상(phase)에서 노출될 필요가 있는 연마 입자들로 덮인 신규한 접촉 표면이 제공되는 경우, 연마 입자들의 일부분들이 작업 대상물과의 원래의 제 1 접촉 표면으로부터 돌출되게 된다. 피니싱을 수행할 때 연마 입자들의 이러한 돌출부들이 완전히 또는 거의 완전히 매트릭스 내로 눌려(impressed) 작업 대상물에서 침식 연마 작용이 실질적으로 제거된다. 매트릭스의 연마 입자 덮개(covering)가 닳아 없어지는 동안 앞서 주변에 있던(previously surrounding resient) 결합제가 작업 대상물의 연마된 표면과 로딩 접촉하지 않게 되고 이는 대신에 고무 지우개처럼 연마된다는 점에서 작업 대상물의 연마된 표면의 로딩(loading)이 방지되거나 적어도 최소화된다. 이러한 배치에서, 연마 입자들은 이처럼 닳아 없어지는(worn down) 것이 아니라 현재의 접촉 표면으로부터 점차 줄어든다(drop off). 연마 입자들의 이러한 감소(loss)는 매트릭스의 깊이로부터 연속적으로 재생되어, 피니싱 동안 매트릭스가 소모됨에도 불구하고 피니싱 품질은 일관되게 유지된다. 실제로, 백킹과 관련하여 매트릭스가 전부 소모될 때까지도 이는 적용된다. 이러한 배치에서, 백킹은 단지 소수의 작업 단계들로 본 발명에 따른 연마제를 합리적이고 비용-효과적으로 제조하면서 회전 속도, 벨트 속도 또는 진동의 등급(rating)과 같은 고도의 작업 파라미터들에서도 매트릭스가 어느 정도까지 소모된다 할지라도 일관된 작업 품질을 보장한다.

지금까지 가능했던 것에 대한 개선책으로서 현대 피니싱 기계와 관련하여 본 발명에 따른 연마제로 달성할 수 있는 피니시가 특히 또한 강조될 것이다. 따라서, 연마 부직포를 사용하여 달성할 수 있는 본 발명에 따른 피니시는 연마 부직포와 비교시 연마 입자들의 또한 추가적인 최소 침식 효과와 관련됨으로써, 본 발명에 따라 이제는 연마 표면의 결함이 감춰질(conceal) 뿐 아니라 연마되거나(abraded away) 적어도 교정될(corrected) 수 있다. 이는 이제 놀랍게도 추가적인 피니싱이 필요 없이 이에 적합한 작업 대상물을 연이어 크롬 염료로 염색할 수 있도록 한다(chrome).

결합제, 사용될 수 있는 어떤 충전제들 및 연마 입자들의 입자의 형태를 선택함으로써 연마가 실질적으로 결정된다. 예를 들어, 놋쇠, 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 다양한 물질들을 기계 가공하기 위해 결합제가 이에 맞춰질(tailored) 수 있다. 본 발명에 따른 연마제는 비교적 거친 작업 대상물 표면을 피니싱 하기에 특히 효과적이다. 본 발명에 따른 연마제에서 연마 입자들이 비교적 거친(coarse) 경우에도 작업 대상물 표면은 이제 어떤 결함도 없는 극히 미세한 표면들로 피니싱될 수 있다.

이 모두가 현재의 발전 경향으로부터 떠나 수십 년 무시된 매트릭스의 탄력있게 유연한 결합제에 새롭게 의존함으로써 달성된다.

특허청구범위 제 2 항 내지 제 43 항은 본 발명에 따른 연마제의 유리한 추가적인 실시예들에 관한 것이며, 제 44 항 내지 제 49 항은 본 발명에 따른 연마제를 제조하기 위한 바람직한 디바이스(device)에 관한 것이다.

종속항들(sub-claims)에서, 일반화 용어가 사용되는 한, 물리적 데이터에 의해 지지된 이 부문(branch)에서 통상적인 술어 및 표준화될 때 이 정도로 통상적인 기술을 참조한다.

특히 강조되어야 하는 것은, 본 발명에 따른 연마제를 사용하여, 탄력있게 유연한 매트릭스가 비-다공질 열경화성 결합제를 포함하는 연마제 복합물이 이제 유연하게 구성된 백킹에 적용되어 완전한 복합물을 직접적으로, 즉 개별 결합층의 촉진(promotion) 없이 형성함으로써, 연마제의 소모 시에 연속적으로 닳아 없어진 입자들이 매트릭스의 깊이로부터 대체되며(replaced), 연마제 복합물의 전체 또는 거의 전체가 연마 품질의 손실 없이 가요성 백킹까지 닳아 없어질 때까지 이는 계속 적용된다는 것이다. 이러한 배치에서, 매트릭스 및 연마 입자들을 포함하는 연마제 복합물의 탄력있게 유연한 형상은 백킹의 가요성 특정한 적용예에 맞춰질 수 있는 고유의 가요성(native flexibility)과 함께 완전한 연마제를 부여한다. 이에 추가로, 연마시에 소비자의 최종 요구가 가요성이든 아니든 이것에 상관 없이 이제 동일한 연마제를 소비자가 이용가능하게 할 수 있고, 따라서 연마제의 가요성에 대한 상이한 요건들을 갖는 적용예들을 위해 다수의 상이한 연마제들을 비축하는(stock) 것이 많은 적용예들에서 더 이상 불필요하게 된다.

특허청구범위 제 2 항 및 제 3 항은 각각 매트릭스 및 연마제 복합물 내 결합제 밀도의 바람직한 상한 및 하한에 관한 것이다.

특허청구범위 제 4 항 내지 제 8 항은 탄성(elasticity)(제 4 항 및 제 5 항), 경도(hardness)(제 6 항 및 제 7 항) 및 최대 연신율(ultimate elongation)(제 8 항)을 참조한 매트릭스의 탄력있게 유연한 형상에 관한 바람직한 선택 기준에 관한 것이다.

밀도(제 2 항 및 제 3 항), 탄성(제 4 항 및 제 5 항), 경도(제 6 항 및 제 7 항) 및 최대 연신율(제 8 항)의 범위에 대한 제 2 항 내지 제 8 항에 인용된 한계값들은, 특히 독일 DIN 표준 또는 세계적으로 유효한 ISO 표준에 기초하여 표준화되어 확립되며, 각각은 다음과 같이 다른 것과 관련이 있다.

밀도: 각각 DIN 53479 및 ISO 1183 (제 2 항 및 제 3 항)

탄성: 각각 DIN 53513 및 ISO 527-2 (제 4 항 및 제 5 항)

경도: 각각 DIN 53505 및 ISO 868 (제 6 항 및 제 7 항)

최대 연신율: 각각 DIN 53504 및 ISO 527-1 (제 8 항)

제 9 항은 매트릭스의 백킹 또는 연마제 복합물의 백킹이 가요성(flexible) 있는 것으로 주장되는 바람직한 기준을 기재한다.

제 10 항 및 제 11 항은 최소로(제 10 항) 및 최대로(제 11 항) 주장되는 백킹에 수직인 매트릭스의 두께에 대한 바람직한 치수에 관한 것이다. 현재, 적용하기 바람직한 두께는 1000 ㎛, 즉 1.0 mm 및 1500 ㎛, 즉 1.5 mm 이다. 특히 강조되는 본 발명의 한 적용예는 이러한 의미에서 평평한 물질로서, 특히 웹 물질(web material)로서의 연마제의 제작물(fabrication)이다.

제 12 항 및 제 13 항은 하한(제 12 항) 및 상한(제 13 항)을 주장하는 연마 입자들의 부피 백분율 및 매트릭스의 결합제의 부피 백분율의 비율의 바람직한 치수에 관한 것이다.

제 14 항은 연마 입자들의 바람직한 입자 크기 범위를 기재한다.

제 15 항은 연마제의 쇼어 경도(Shore hardness)의 바람직한 범위를 기재한다.

도 16 항 내지 제 20 항은, 제 21 항에서 청구된 대로 이 부문에서 일반적인 바와 같이 충전될 수 있는 비-다공질 열경화성 결합제의 바람직한 물질에 관한 것인 반면, 제 22 항 및 제 23 항은 특정 조성물을 기재한다.

제 24 항은 본 발명의 범위에서 가능한 한 가장 피해야 하는 발포가능한 결합제의 경우에 대한 특별한 조성물에 관한 것이다. 이러한 목적으로, 제 24 항은 특히 결합제에 대한 첨가제로서 발포 저해제를 사용하는 것을 기재한다.

제 25 항 및 제 27 항은 연마 입자들의 형태에 대하여 바람직한 선택에 관한 것이다.

제 28 항 내지 제 30 항은 매트릭스 내 연마 입자들의 바람직한 정렬(array)에 관한 것이다.

제 31 항 내지 제 34 항은 매트릭스의 개별 매트릭스체들로의 바람직한 세분(sub-divisioning)에 관한 것이다.

제 35 항 내지 제 38 항은 백킹의 바람직한 형상에 관한 것이다.

제 39 항 내지 제 42 항은 다양한 연마 툴(abrasive tool)의 연마제의 바람직한 기하학적 형상에 관한 것이다.

제 43 항은 결론적으로 연마 툴 상에서 사용하기 전에 시판되는 대로의 형상의 연마제의 원래의 접촉 표면의 바람직한 형상에 관한 것이다.

본 발명에 따른 연마제가 무한 벨트로서 형성되는 제 39 항에 기재된 변형예가 특히 중요하다. 이러한 형상에서, 동일한 연마제에 대하여 작업 대상물 상에 미치는 작용은, 작업 대상물에 미치는 작용이 얻어지는 무한 벨트의 위치에 따라 또한 변화될 수 있다. 특히 바람직하게 작용하기 위한 위치는 한편으로는 접촉 휠(contact wheel) 상이며 다른 한편으로는 무한 벨트의 자유 측면 상이고, 이를 통해 또한 접촉 휠의 경도 및 벨트 속도가 영향 인자로서 작용할 수 있다.

본 발명은 또한 제 44 항 내지 제 49 항에서 청구된 바와 같은 본 발명에 따른 연마제의 제조 방법에 관한 것이다.

이와 같이 알려진 한가지 방법은 미국 특허 제 5,562,745호에 기재되어 있다.

본 발명은 이제 본 발명의 요점을 일반적으로 설명하는 도 1 내지 3을 참조하여 특별한 실례 실시예에 의해 상세화될 것이다.

도 1은 연마제의 접촉 표면을 부분도로 도시하는 반면, 도 2는 도 1의 흰 원에 대응하는 도 1에 도시된 도면의 부분 확대도이고, 도 3은 접촉 표면에 수직인 동일한 연마제의 단면부를 더 확대된 비율로 도시한 것이다.

도면들 모두에 도시된 바와 같은 연마제에서, 예를 들어 충전제들 및 첨가제들과 함께 발포되지 않은(unfoamed) 폴리우레탄인 탄력있게 유연하고 비-다공질인 열경화성 결합제(6)를 포함하는 매트릭스(4)(도 3에서 점으로 도시)에 가요성 지지 백킹(2)이 결합됨으로써, 연마 입자들(8)이 균질하게 분산된 매트릭스(4) 내에 또는 백킹(2)에 평행한 층들 내에 파묻힌다(embedded). 이러한 배치에서 결합제(6)는 매트릭스(4) 내에 연마 입자들(8)을 결합시키는 역할을 할 뿐 아니라 매트릭스(4)를 백킹(2)에 결합시키는 작용을 하고 이렇게 함으로써 매트릭스(4) 및 백킹(2) 간에 개별적인 결합 층이 필요 없다.

백킹(2)과 평행한 자유 접촉 표면(10)이 백킹(2)으로부터 멀리 향하는 매트릭스의 측면 상에 형성된다. 연마제가 사용되지 않을 때, 연마 입자들(8)의 자유 스캡들(free scabs)은 탄력있게 유연한 결합제(6)의 복원력(return force)에 영향받는 접촉 표면(10)(도시되지 않음)으로부터 약간 돌출된다. 사용될 때, 접촉 표면(10) 영역의 연마 입자들은 탄력있게 유연한 결합제(6)의 복원력에 대항하여 작업 대상물(도시 않음)과 상호작용하여 매트릭스(4) 내로 완전히 눌리거나(impressed) 거의 완전히 눌린다. 그러나, 그 원래 상태(original condition)에서나 연마제의 사용 전에 연마 입자들(8)은 접촉 표면(10)에서 매트릭스(4)의 결합제와 함께 미세구조를 형성하기에 충분하게만 접촉 표면으로부터 돌출된다(jut).

또한, 설명된 바와 같은 특별한 실시예는 다음의 특별한 측면을 특징으로 한다:

전체-길이(full-length) 백킹(2)에서, 매트릭스(4)는 육각형 프로파일로 정의되는 표면들이 백킹(2)에 수직으로 배향되는 복수개의 규칙적인 육각형 매트릭스체들(4a)로 나뉘어, 아무리 닳더라도 매트릭스(4)는 각 백킹(2)에 대한 또는 접촉 표면(10)과 평행한 동일한 규칙적인 육각형 단면의 각 매트릭스체(4a)가 남아있게 된다.

각각의 단일 매트릭스체(4a)는 백킹(2)으로부터 돌출되며, 전체-길이 인터페이스(full-length interspace)(12)는 중간에(inbetween) 일관되게 치수화되고 백킹(2)으로부터 접촉 표면(10) 영역까지 연장된다.

인터페이스(12)는 작업 대상물(도시 않음)을 공기 냉각하거나 액체 냉각하기 위해 사용될 수 있다.

도시된 바와 같이, 매트릭스체(4a)는 매트릭스(4)의 균질한 벌집 구조를 형성한다. 이러한 배치에서, 매트릭스체(4a)의 두 반대편 모서리를 연결하는 가상의 선을 따라 연마 방향(16)이 배향되도록 연마 방향(16)이 선택되며, 이들은 차례로 상호 엇갈리게(staggered) 배치되어 갭을 형성하여, 매트릭스체(4a)가 불안정화되는(destabilized) 경우에도 불안정화되지 않은 매트릭스체(4a)에 의한 상호 지지가 보장된다.

이러한 경우에 도시된 바와 같은 개별 매트릭스체들(4a)의 특별한 육각형 형상과 상관 없이, 개별 매트릭스체들(4a)로 분리된(resolved) 매트릭스와 백킹(2)의 연결이 연마제 복합물의 가요성을 전체적으로 향상시키도록 매트릭스(4) 내 매트릭스체들의 형상 및 정렬이 선택된다. 이는 연마제가 무한 벨트(도시 않음)인 경우에 특히 특별하게 유리하다.

시험예:

시험 파라미터:

튜브스톡 벨트 그라인더(tubestock belt grinder): Flex LBR 1506 VRA, 1200 Watt

벨트 길이(무한 벨트): 40 mm × 618 mm

절단 속도(Cutting speed): 14 m/s

작업 대상물: 스테인리스강 튜브스톡, 재료 번호. 1.4301,

치수: 50 mm × 2.5 mm

취급: 튜브스톡을 넘겨줌으로써 가이드되는(guided) 기계

시험 제조:

스테인리스강 튜브스톡이 먼저 연마 벨트 입자 크기 P 80을 갖는 무중심(centerless) 연마기 상에서 대강 그라운딩된다(grounded). 대강 절단한 후의 평균적인 피크로부터 골까지(peak-to-valley) 높이는 대략 Ra = 2.6 ㎛이다.

시험 실행:

스테인리스강 레일링(railing) 또는 프런팅(fronting)에 대하여, Ra = 0.5 ㎛의 평균적인 피크로부터 골까지의 높이(average peak-to-valley height)가 일반적으로 지정된다(specified). 이는 다음의 입자 순서를 사용함으로써 일반적으로 달성된다: P120 - P180 - P280. 사용된 연마 벨트는, 예를 들어 표준 연마 벨트 CS 310 ×F이다(가요성 면 백킹(flexible cotton backing) 약 320 g/m², 연마 입자 산화알루미늄, 페놀성 수지 결합제). 지정된 피니시를 달성하기 위하여, 이 기계를 사용하여 3회 이상 실행(run)(입자 P120 - P180 - P280)할 필요가 있었다.

비교를 위하여 본 발명에 따른 무한 벨트가 동일한 시험 형상(test configuration)으로 동일한 시험 제품(test preparation)과 함께 사용되었고, 벨트의 특성은 다음과 같았다 : 가요성 면 백킹 약 320 g/m², 1200 ㎛의 층 두께를 갖는 비-다공질 열경화성 결합제로서의 폴리우레탄, 결합제 내에 균질하게 분산된 연마 입자 탄화규소 P60.

단 1회 실행(single run)으로 Ra = 0.5 ㎛의 평균적인 피크로부터 골까지의 높이가 얻어졌다.

Claims

연마 입자들(8)에 대한 비-다공질의(non-cellular), 특히 비-발포된(non-foamed) 열경화성 결합제(4)를 포함하는 매트릭스(4) 내에 연마 입자들(8)이 파묻히고, 작업 대상물(workpiece)을 연마하기 위해 연마 입자들(8)로 덮인(covered) 접촉 표면(contact surface)(10)이 형성되는 연마제(abrasive)에 있어서,

a) 상기 접촉 표면(10)을 덮는(covered) 연마 입자들(8)이 연마 동안 상기 매트릭스(4) 내로 눌리는(impressed) 정도까지 상기 매트릭스(4)가 탄력 있게 유연한(elastically compliant) 특징;

b) 원래 연마 입자들(8)로 덮인 접촉 표면(10)에 수직으로 상기 매트릭스(4)가 소모되면 연마 입자들(8)로 덮인 추가적 접촉 표면(10)이 나타나도록(release) 상기 연마 입자들(8)이 상기 매트릭스(4) 내에 분산되는 특징;

c) 상기 연마 입자들(8)이 상기 연마제의 대응 접촉 표면(10)에 대해 수직 및 수평 모두인 상기 매트릭스(4)의 복원력(return force)을 따르도록 상기 연마 입자들(8)이 상기 매트릭스 내에 분산되는 특징;

d) 상기 매트릭스(4)가 가요성 백킹(flexible backing)(2)에 결합되는 특징;

e) 상기 매트릭스(4) 내에 포함된 결합제(6)를 통해 상기 매트릭스(4)가 상기 매트릭스의 가요성 백킹(2)에 직접 결합되는 특징이 조합되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(4) 내 결합제(6)의 밀도가 상기 결합제(6)의 물질(substance)의 비밀도(specific density)의 70 % 이상인 경우에 상기 결합제(6)가 비-다공질(non-cellular)이라고 하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 매트릭스(4) 내 결합제(6)의 밀도가 상기 매트릭스(4)의 물질의 특정 밀도의 85 % 이상, 바람직하게는 90 % 이상인 경우에 상기 결합제(6)가 비-다공질(non-cellular)이라고 하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 탄성이 35 % 이상, 바람직하게는 40 % 이상인 경우에 상기 결합제(6)가 탄력있게 유연하다고 하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 탄성이 55 % 이하, 바람직하게는 50 % 이하인 경우에 상기 결합제(6)가 탄력있게 유연하다고 하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 경도가 40 쇼어 A(Shore A) 이상, 바람직하게는 45 쇼어 A 이상인 경우에 상기 결합제(6)가 탄력있게 유연하다고 하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 경도가 75 쇼어 A 이하, 바람직하게는 70 쇼어 A 이하인 경우에 상기 결합제(6)가 탄력있게 유연하다고 하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 최대 연신율(ultimate elongation)이 150 % 이상, 바람직하게는 170 % 이상인 경우에 상기 결합제(6)가 탄력있게 유연하다고 하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

20 mm의 감지 간격(sensing spacing) 및 15 °의 회전각으로, 15 mm의 감지 폭에 대한 백킹(2)의 휨 강성이 5000 mN 이하인 경우에 상기 백킹(2)이 탄력있게 유연하다고 하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백킹(2)에 수직인 매트릭스의 두께가 200 ㎛ 이상, 바람직하게는 500 ㎛ 이상, 가장 바람직하게는 1000 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백킹(2)에 수직인 매트릭스의 두께가 2500 ㎛ 이하, 바람직하게는 1500 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 결합제(6)의 부피 백분율에 대한 상기 연마 입자들(8)의 부피 백분율의 비에서, 상기 연마 입자들(8)의 부피 백분율이 80 부피 % 보다 작거나 최대 80 부피 % 이고, 바람직하게는 60 부피 % 보다 작거나 최대 60 부피 % 인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 결합제(6)의 부피 백분율에 대한 상기 연마 입자들(8)의 부피 백분율의 비에서, 상기 연마 입자들(8)의 부피 백분율이 20 부피 % 보다 크거나 최소 20 부피 % 이고, 바람직하게는 40 부피 % 보다 크거나 최소 40 부피 % 인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연마 입자들(8)이 2 ㎛ 내지 2000 ㎛의 크기 범위, 바람직하게는 70 ㎛ 내지 540 ㎛의 크기 범위이고, 가장 바람직하게는 FEPA 표준에 따라 P36, P60, P120 및 P240의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

쇼어 경도 A 범위에서의 상기 연마제의 쇼어 경도가 바람직하게는 60 °내지 90 ° 쇼어 A인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 폴리우레탄을 포함하고, 바람직하게는 폴리우레탄과 같은 것으로 제조되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 고무를 포함하고, 바람직하게는 고무와 같은 것으로 제조되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 폴리술파이드(polysulfide)를 포함하고, 바람직하게는 폴리술파이드와 같은 것으로 제조되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 폴리술파이드를 포함하고, 바람직하게는 폴리술파이드와 같은 것으로 제조되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 아크릴레이트를 포함하고, 바람직하게는 아크릴레이트와 같은 것으로 제조되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 충전되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)가 상기 결합제(6)에 외에 하나 이상의 충전제 및/또는 하나 이상의 염료 및/또는 하나 이상의 다른 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,

상기 충전제로서 카올린이 제공되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,

하나 이상의 발포 저해제(foam inhibitor)가 첨가제로서 제공되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연마 입자들(8)이 하나 이상의 탄화규소 및/또는 하나 이상의 산화규소를 포함하고, 바람직하게는 하나 이상의 탄화규소 및/또는 하나 이상의 산화규소로 구성되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연마 입자들(8)이 하나 이상의 산화알루미늄 및/또는 하나 이상의 산화알루미늄 혼합 결정(aluminium oxide mixed crystal)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연마 입자들(8)의 적어도 일부분이 하나 이상의 경질-금속(hard-metal)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백킹(2)에 가장 가까이 정렬되어 있는 연마 입자들(8)이 상기 백킹(2) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연마 입자들(8)이 상기 매트릭스(4)에 균질하게 분산되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연마 입자들(8)이 매트릭스(4) 내에 상기 백킹(2) 상의 수개의 층들로 배치되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,

연마 입자들(8)을 포함하는 매트릭스(4)가 상호 간격(mutual spacing)으로 동일한 백킹(2) 상에 분산된 수개의 매트릭스체들(4a)로 나뉘고, 상기 매트릭스체들(4a)이, 바람직하게는 원래의 접촉 표면(10) 또는 백킹(2)에 수직 방향으로, 일관된 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 31 항에 있어서,

상기 매트릭스체들(4a)이 상기 백킹(2)에 평행한 다각형 단면을 가지고, 바람직하게는 연마 방향(16)으로 상호 엇갈려(staggered) 배치되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 32 항에 있어서,

상기 다각형 단면이 육각형이고 바람직하게는 두 모서리들이 연마 방향(16) 으로 또는 연마 방향(16)에 반대로 배향되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 31 항에 있어서,

상기 매트릭스체들(4a)이 상기 백킹(2)에 평행한 원형 단면을 가지고, 바람직하게는 연마 방향(16)으로, 상호 엇갈려 배치되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백킹(2)이 직물, 편물, 필름, 필라멘트 층 및/또는, 종이, 섬유 또는 부직포와 같은 섬유들의 하나 이상의 비-규칙적인(non-regulated) 층들로 구성되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 35 항에 있어서,

상기 백킹(2)이 천연 또는 인조 섬유들 및/또는 이의 혼합물들로 구성되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백킹(2)이 본래 탄력있게 유연한 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 백킹(2)이 품질 피니시(quality finish)를 갖는 것을 특징으로 하는 연 마제.
제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,

무한 벨트(endless belt)로서의 형상(configuration)를 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,

진동 구동(oscillating drive)을 위한 평평한 물질, 바람직하게는 스트립들로서의 형상을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,

진동 구동을 위한 디스크 또는 활(bow)로서의 형상을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,

회전 구동을 위한 디스크, 단편화된(segmented) 연마 디스크, 얇은 판 모양의(laminated) 연마 포인트(abrasive point) 또는 휠로서의 형상을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 원래의 접촉 표면(10)이 기껏해야 마이크로-범위로 패턴화되는 것을 특 징으로 하는 연마제.
상기 연마 입자들(8)이 아직(still) 저점성인 결합제(6)와 함께 매트릭스(4) 내에 먼저 혼합된 후 이 혼합물이 상기 백킹(2)에 적용되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 따른 연마제의 제조 방법.
아직 저점성인 동안 상기 결합제(6)가 먼저 백킹(2) 상의 매트릭스(4)에 적용된 후 상기 연마 입자들(8)이 적용되어 상기 결합제(6)가 아직 저점성인 동안 상기 연마 입자들(8)이 상기 백킹(2)으로 가라앉는(sink) 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 따른 연마제의 제조 방법.
제 45 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 아직 저점성인 동안 상기 연마 입자들(8)이 상기 매트릭스(4) 상에 분산되는 것을 특징으로 하는 연마제의 제조 방법.
제 45 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 아직 저점성인 동안 수회 시도(several passes)로 상기 백킹(2)에 앞서 전부 적용된 상기 매트릭스에 상기 연마 입자들(8)이 적용되는 것을 특징으로 하는 연마제의 제조 방법.
제 44 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 결합제(6) 및 상기 연마 입자들(8)을 포함하는 매트릭스(4)가 다중-코팅(multi-coating) 처리로 함께 또는 개별적으로 상기 백킹(2)에 적용되는 것을 특징으로 하는 연마제의 제조 방법.
상기 백킹(2) 상에 상호 간격으로 배치된 매트릭스체들(4a)을 구성하는 경우에 마스킹 기술(masking technique)이 사용되는 것을 특징으로 하는 제 31 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 따른 연마제의, 특히 제 44 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법.