KR101287501B1

KR101287501B1 - 연마 제품 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101287501B1
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: 2013-07-19
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: EP1827762B1; EP1827762A1; JP4996475B2; JP2008522837A; US20090277098A1; WO2006061112A1; BRPI0518815A2; KR20070085816A; CN101048259B; CN101048259A

Abstract

본 발명은 연마제 입자용 비-다공질(non-cellular), 특히 비-발포형(non-foamed) 열경화성 결합제를 포함하는 매트릭스 내에 연마제 입자기 매립(embedding)되어 있고 연마제 입자로 피복된 접촉 표면이 작업대상물을 연마하도록 하는 구성형태를 갖는 연마제에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 매트릭스는 상기 접촉 표면을 피복하는 연마제 입자가 연마중에 상기 매트릭스 내로 임프레스될 정도로 탄성을 갖는다. 연마제 입자로 원래 피복된 접촉 표면에 수직 방향으로 상기 매트릭스가 소모되면 연마제 입자로 피복된 추가적 접촉 표면이 나타나도록 상기 연마제 입자가 매트릭스 내에 분산되어 있다. 상기 연마제 입자들이 상기 연마제의 해당 접촉 표면에 대해 수직 및 수평 방향 둘다로 상기 매트릭스의 복원력을 따르도록 상기 연마제 입자가 상기 매트릭스 내에 분산되어 있다. 상기 매트릭스는 가요성 배면에 결합된다. 상기 매트릭스 내에 함유된 결합제를 통해 상기 매트릭스가 상기 매트릭스의 배면에 직접 결합된다.

Description

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

본 발명은 일반적으로, 결합제(binder)를 포함하는 매트릭스 내에 연마제 입자(abrasive)가 매립(embedding)되어 있고 작업대상물(workpiece)을 연마하기 위해 연마제 입자로 덮인 접촉 표면(contact surface)이 형성되어 있는 연마제에 관한 것이다.

연마제가 개발되기 시작한 이래로 연마제 복합물(abrasive composite)을 균일(homogeneous) 구조로 제조하는 것이 알려져 왔다. 본래 이러한 목적으로는 비-탄성(non-elastic) 결합제가 사용되어 왔으나, 수 십년전부터 탄성 결합제(elastically compliant binder)가 사용되어 왔다. 비-탄성 결합제를 사용하는 연마제 복합물의 한 예는 숫돌이다. 탄성 결합제를 사용하는 연마제 복합물의 예로는 예컨대 큐브 형태의 조밀 복합물(compact composite) 또는 예를 들어 연마 휠(abrasive wheel)로 형성된 기타 연마 조밀체(abrasive compact)도 있다. 이와 관련하여 다공질(cellular) 및 비-다공질(non-cellular) 양태가 둘 다 알려져 있다. 상기 공지의 연마 조밀체는 과거부터 현재까지 40년 이상동안 출원인에 의해 전체적으로 캐스트(cast)되어 왔다.

연마제 입자에 대해 탄성 결합제를 사용하는 상기 공지의 연마제는 연마 조밀체 형태를 형성하기 위해 연마제 내에 물질을 혼입시키지 않으면서 통상 제작되어 왔다. 이와 대조적으로, 비-탄성 결합제를 사용한 연마제는 이 분야에서 '배면을 갖는 연마제(backed abrasive)"로 지칭되면서, 이 분야에서 수 십년동안 이용되어 왔다.

본 발명은 다공질(cellular), 특히 발포형 결합제(foamed binder)와는 대조적인 비-다공질, 특히 비-발포형 결합제를 갖는 연마제에 관한 것이다.

독일 플라스틱스 핸드북(the German Plastics Handbook, "Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 28th Edition, by Karl Oberbach, published by Verlag Hansa, 555면 도 4.18 참조")을 참조하면, PUR(폴리우레탄)에 대한 임의의 경우에 있어서 또한 다른 모든 발포형 결합제들에 있어서, 발포형 물질과 비-다공질 결합제간의 구별은 일반적으로 명확하게 이루어지고 있다.

이 경우에, 본 발명에서 본질적인(substantial) 비-다공질 PUR 유형은 하기 군에 속한다:

고체 폴리우레탄

캐스트(cast) 엘라스토머 및 스프레이 엘라스토머

열가소성 엘라스토머

고무

선행 기술로서 처음에 인용된 탄성 조밀체 및 인용된 군(grouping)에서의 "고체" 복합물 각각은 특별한 캐스트 엘라스토머이며, 본 발명에 따른 연마제 역시 구체적으로는 캐스트 엘라스토머를 사용한다.

결합제가 발포 제조되는 경우, 공기 적용에 의해 물리적 기계적으로 발포되는 물질과 발포제(blowing agent) 적용에 의해 화학적으로 발포되는 물질은 구분된다.

본 발명에 따르는 비-다공질 결합제를 사용한 연마제는 구체적인 처리공정에 의해 물리적으로나 화학적으로 표적 발포(targetted foamed)되지 않음을 특징으로 한다. 그 대신에, 실제로는 잔여 다공질 형성(remnant cellular formation)이 완전히 회피될 수는 없다고 하더라도 팽창(expansion)을 가능한 최대한 회피하는 것을 목표(target)로 한다. 이 때문에, 적어도 시장에서 구체적으로 설계 제조된 연마 제품을 설명함에 있어서, 실제 실시예(actual practice)와 비교하여 진짜 밀도(real density) 및 이론 밀도(theoretical density)를 참조하는 것이 최선이다.

발포형 결합제에 대하여 이러한 비교는 예컨대 PUR에 의해 가장 잘 설명된다. 인용된 독일 플라스틱스 핸드북(the German Plastics Handbook, "Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 28th Edition, by Karl Oberbach, published by Verlag Hansa, 554면 이하 참조")에 기재되어 있는 것처럼, 몰딩된 발포체(molded foam)(30 - 300 kg/m³), 강성 발포체(30 - 90 kg/m³) 및 개방형-다공질(open-celled) 발포체(20 - 40 kg/m³)가 구별된다.

본 발명에 따르면, 특히 최소 다공도(minimum porosity)를 적절하게 나타내는 800 kg/㎥ 정도의 밀도를 갖는 PUR이 사용된다.

연마제 복합물이 다공질이고, 특히 발포형 결합제를 특징으로 하는 배면을 갖는 결합제(backed binder)가, 예를 들어 독일특허 DE 31 14 001 A1 및 DE 19 07 983 A1에 이미 공지되어 있다.

본 발명은 특히 연마제 입자에 대한 열경화성 결합제를 포함하는 연마제 및 그의 복합물에 관한 것이다. 본 발명은 예컨대, 복합물을 구성하는 연마제 입자의 결합제로 알려진 폴리우레탄과 같은 열경화성 플라스틱을 사용할 수 있으며, 본 발명의 범위 내에서 연마제 입자에 대한 결합제로서 고무가 사용될 수 있다.

가소화된 콜록실린(colloxyline) 형태를 갖는 연마제 입자에 대한 열가소성 결합제의 일례가 독일특허 DD 106 585 A호에 기재되어 있는데, 여기에서는 본 발명에서 사용되는 열경화성 플라스틱과는 상이하게, 대략 동일한 비율인 1:1 또는 0.8:1로 부가적으로 가소화제를 사용하는 것이 요구되고 있다. 또한, 연마제 복합물 내의 연마제 분말의 비율은 상기 연마제의 로딩(loading)을 방지하기 위해 60중량% 이상이 요구되나, 단, 80%를 넘는 연마제 분말의 비율은 연마제 복합물의 접착(bonding)에 유해하다. 이러한 공지된 연마제 복합물은, 배면(backing)으로부터수직 측정시 연마제 복합물이 10 내지 40 ㎛ 두께 범위의 초박층 연마제를 형성하도록 특별히 고안된 것이다.

보다 최신의 공지 연마제는 연마제 입자와 배합할 수 있는(kneadable) 결합제로, 연마시킬 작업대상물(workpiece)의 연마표면에 적합화될 수 있다 (독일특허 DD 255 903 A1).

당업계에서 연마제가 기술적으로 개발되는 동안, 예를 들어 연마 툴(tool) 또는 기계의 회전(rotating) 가공 또는 진동(oscillating) 가공시에 작업 속도가 더욱 빨라졌고, 이로 인해, 수 십년전부터 탄성 결합제를 포함한 균일 연마제가 원심력을 비롯한 견인력 및 가속력(force of acceleration and traction)을 견딜 수 없게 되어, 특별한 수단(measure)없이는 탄성 결합제에 의해 형성된 연마제 매트릭스가 조기에(prematurely) 파괴되는 결과가 발생하였다. 연마 휠(abrasive wheel)과 함께 사용되는 상기 특별한 수단 중 하나는 연마제를 보다 얇게 형성하기 위해 연마 휠의 솔리드 코어(solid core)의 연마재 피복 두께를 나타내는 것이 있으나, 이는 가용 수명(useful life)을 다소 단축시킨다. 무한 연마 벨트(endless abrasive belt)의 경우, 배면 역할을 하는 무한 벨트를 스트립 형상의 연마제 복합물로 피복하는 것이 50여 년 전에도 고려되었으며, 연마제 입자를 함유하는 상기 스트립 형상의 매트릭스는 각 경우에 유연한 발포형(compliant foam) 폴리우레탄에 의해 형성되고 이러한 연마제 입자가 별도의 접착제에 의해 무한 벨트에 접착되었다(영국 특허 GB B 821929호, 특히 2면 3 내지 7행 참조). 그러나, 상기 발명에서는 연마제 복합물과 별도의 접착을 블랭크(blank)해야 하기 때문에 일련의 제조에 있어서 불합리하게 복잡한 방법이 필요함을 요지로 하므로 실용화될 수 없었다.

통상적인 침식성 연마(erosive abrasion)의 경우, 초기 가죽아교(hide glue), 현재는 인조 수지와 같은 비-탄성(non-elastic) 결합제에 의해 연마제 입자들(이의 입자 크기는 목적하는 결과에 따라 선택한다)를 배면에 직접 접착시키는 것이 일반적이었다. 상기 접착에 의해 기계에서 발생하는 견인력과 원심력을 흡수한다. 이러한 통상적인 경우, 연마제 입자는 단지 단일 층으로 배면에 접착되고, 작업대상물과 연마 접촉하는 표면으로부터 연마 돌기부(abrasive protuberances)로 돌출되어 있다. 상기 돌기부가 연마시에 닳아 없어지게 되면 결합제가 작업대상물과 마찰 접촉하게 되어, 연마 효과가 크게 감소하고, 작업대상물의 연마된 표면(abraded surface)의 결합제 로딩 문제가 발생한다.

방사선-경화된 비탄성 결합제를 통해 배면 상에 결합된, 상기 결합제를 포함하는 매트릭스(a matrix of a radiation-cured non-elastic binder on a backing bonded via the binder) 내에 연마제 입자가 균일하게 배치되어 있는 연마제의 경우, 상기 매트릭스는 상호 이격되어 분산된 다수의 매트릭스체(matrix bodies)로 분할되고, 작업대상물과의 자유 접촉 표면에서 배면 방향으로 배면에 평행한 횡단면이 증가하는 것을 특징으로 한다(독일특허 T2 692 10 221).

즉, 접촉 표면으로부터 돌출되어 있는 연마제 입자의 침식성 연마부에 있어서, 연마된 표면의 피니시(finish)는 연마제 입자의 크기가 더 작을수록 보다 좋아진다. 이러한 측면에서, 표면 고점부-대-저점부(peak-to-valley height) 높이 차이가 감소되는 것을 제외하고는 실질적으로 침식성 연마를 수반하지 않는 호우닝(honing) 또는 래핑(lapping)과 비교하여 피니싱(finishing)이 구별될 필요가 있다.

최신 연마기에 사용하기 위해 연마 부직포(abrasive non-woven)를 피니싱 연마제로 제조하는 것이 현재 일반적이다. 독일 특허 DE-T2 69609709 (특히, 특허청구범위 제4항)에 기재된 바와 같이, 다수의 연마제 입자들이 결합제 시스템을 통해 유기 섬유로 이루어진 성긴 직물(open loose fabric)에 접착된다. 이와 함께 실시된 피니싱에서는 기계가공된 표면 스캡스(scabs)가 부적절하게 구부러지거나 부서진다. 피니싱된 작업 대상물 표면에 있는 스크래치 및 스크레이프(scrape)와 같은 결함은 실제로는 방치되는 것이며(glossed over) 제거되는 것은 아니다.

본 발명은 오랜 가용 수명 및 고도로 일관된 피니싱 품질(finishing quality)을 동시에 만족시키며 최신 연마기에서 피니싱 툴(finishing tool)로 사용되는 대량 생산에 적합한 청구항 제1항에 기재된 바와 같은 연마제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 연마제에 의해 달성된다.
즉, 상기 목적은, 연마제 입자(8)가 비-다공질(non-cellular), 특히 비-발포형(non-foamed) 열경화성 결합제(6)를 포함하는 매트릭스(4) 내에 매립(embedding)되어 있는 연마제에 있어서, 상기 연마제 입자(8)로 덮여있는 접촉 표면(10)이 작업대상물(workpiece)의 연마를 위해 형성되어 있고,
a) 상기 접촉 표면(10)을 덮는(covered) 연마제 입자(8)가 연마 동안에 상기 매트릭스 (4) 내로 눌릴(impressed) 정도로 상기 매트릭스(4)가 탄성(elastically compliant)을 갖고,
b) 상기 연마제 입자(8)로 덮여있는 접촉 표면(10)에 수직 방향으로 상기 매트릭스(4)가 연마 소모되면 상기 연마제 입자(8)로 덮여있는 추가적인 접촉 표면(10)이 나타나도록(release) 상기 연마제 입자(8)가 상기 매트릭스(4) 내에 분산되어 있으며,
c) 상기 연마제 입자(8)가, 상기 접촉 표면(10)에 수직 방향으로 또는 평행하게 작용하는 상기 매트릭스(4)의 복원력(return force)에 따라 연동하도록(comply) 상기 매트릭스(4) 내에 분산되어 있고,
d) 상기 매트릭스(4)가 가요성 배면(flexible backing)(2)에 접착되며,
e) 상기 매트릭스(4)에 포함된 결합제(6)에 의해, 상기 가요성 배면(2)에 대하여 상기 매트릭스(4)가 직접 접착되는 것을 특징으로 하는 연마제에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 연마제에서는 신규한 연마제 입자로 덮인 접촉 표면이 제공되는 경우, 접촉 표면은 매트릭스 결합제의 피복막을 제거시킴으로써 제조 공정의 최종 단계에서 어떠한 것에 의해서도 덮여있지 않아야 하고, 그 결과 연마제 입자의 일부분이 작업대상물과의 최초 접촉 표면으로부터 돌출될 수 있다. 피니싱을 수행할 때 연마제 입자의 돌출부는 매트릭스 내로 완전히 또는 거의 완전히 눌려(impressed), 작업대상물에 대한 침식성 연마 작용이 실질적으로 없어진다. 연마제 입자를 덮은 매트릭스가 마모되는 동안, 주변에 있던 결합제는 작업대상물의 연마된 표면과 로딩 접촉하지 않게 되며, 그 대신에 고무 지우개처럼 마멸되므로 작업대상물의 연마된 표면이 로딩되는 것이 방지되거나 적어도 최소화된다. 이러한 배치에서, 연마제 입자는 그 자체가 닳아 없어지는(worn down) 것이 아니라, 현재의 접촉 표면으로부터 조금씩 멀어지게 된다(drop off). 이러한 연마제 입자는 소실(loss)되더라도 매트릭스 심부에 의해 연속적으로 재생성되기 때문에, 피니싱 동안에 매트릭스가 소모됨에도 불구하고 피니싱 품질이 일정하게 유지된다. 실제로, 배면에 접착된 매트릭스 전체가 소모될 때까지 이러한 현상은 유지된다. 이러한 형태에서, 배면으로 인해 본 발명에 따른 연마제를 단지 소수의 작업 단계만에 합리적이고 비용효과적으로 제작할 수 있는 한편, 회전 속도, 벨트 속도 및 진동 크기와 같은 작업 파라미터의 높은 등급에서도 매트릭스의 소모 정도에 상관없이 배면의 일관된 가공 품질이 보장된다.

종래 기술에 대한 개선점으로, 최신 피니싱 기계와 함께 본 발명의 연마제를 이용함으로써 피니싱이 달성될 수 있음이 특히 강조될 수 있다. 따라서, 연마 부직포를 사용하여 달성할 수 있는 본 발명에 따른 피니싱은 연마 부직포에 비해 연마제 입자의 부가적인 최소 침식 효과에 의한 것이므로, 본 발명에 의해 연마 표면의 결함이 감춰질 수 있을 뿐만 아니라 마멸되거나 적어도 보정될 수 있다. 이로 인해, 놀랍게도, 부가적인 피니싱 처리없이 이에 적당한 작업대상물을 크롬 염료로 염색할 수 있게 된다(chrome).

연마는 결합제, 사용될 수 있는 임의의 충전제(filler), 및 연마제 입자의 입자 형태를 선택함으로써 실질적으로 결정된다. 결합제는 예를 들어, 놋쇠(brass), 알루미늄 또는 스테인레스 강과 같은 다양한 물질의 기계 가공에 적합하게 변형될 수 있다(tailored). 본 발명에 따른 연마제는 비교적 거친 작업대상물 표면을 피니싱하기에 특히 효과적이다. 이러한 비교적 거친 작업대상물 표면은, 본 발명에 따른 연마제에서 연마제 입자가 비교적 거친(coarse) 경우에도, 어떠한 결함도 갖지 않는 극히 고운(fine) 표면으로 피니싱될 수 있다.

상기 모든 사항은 수 십년동안 무시되어온 매트릭스 내의 탄성 결합제를 신규하게 사용함으로써 현재의 기술 수준에서 벗어나 가능하게 되었다.

특허청구범위 제2항 내지 제43항은 본 발명에 따른 연마제의 바람직한 추가 양태에 관한 것이고, 제44항 내지 제49항은 본 발명에 따른 연마제를 제조하기에 바람직한 제조방법에 관한 것이다.

종속항들에서 일반화 용어(generalizing term)가 사용되는 경우, 물리적 데이터에 의해 뒷받침되는 부문에서 통상 사용되는 용어 및 표준화된 범위 내에서 통상 사용되는 기술 범위를 참조한다.

특히 강조되어야 하는 점은, 본 발명에 따른 연마제에서는 연마제 복합물의 탄성 매트릭스가 비-다공질의 열 경화성 결합제를 포함하고 이러한 연마제 복합물이 가요성(flexible) 배면에 도포되어 일체형(integral) 복합물을 직접 형성하기 때문에, 즉, 분리된 접착층의 조성(promotion)을 필요로 하지 않기 때문에, 연마제가 소모되는 경우, 마멸된 입자가 매트릭스 심부로부터 계속적으로 대체되고, 이러한 현상은 연마제 복합물이 가요성 배면에 이르러 전부 혹은 거의 전부 마멸될 때까지 연마 품질의 저하없이 계속된다는 점이다. 상기 구성에서 매트릭스 및 연마제 입자를 포함하는 연마제 복합물의 탄성적 배치는 배면의 가요성 (특정 용도에서 적합할 수 있는 천연 가요성)과 함께 완전한 연마를 가능하게 한다. 이에 부가하여, 가요성 필요 여부에 대한 소비자 요구에 상관없이 소비자는 동일한 연마제를 사용하면 되므로, 연마제 가요성에 대한 요구조건이 상이한 많은 용도를 위해서도 많은 연마제를 비축할 필요성이 없어진다.

특허청구범위 제2항 및 제3항은 각각 매트릭스 내의 결합제 밀도 및 연마제 복합물 밀도 각각의 바람직한 상한 및 하한에 관한 것이다.
즉, 매트릭스(4) 내의 결합제(6)의 밀도는 결합제(6) 물질(substance)의 비밀도(specific density)의 70 % 이상인 경우에 결합제(6)가 비-다공질(non-cellular)이라고 할 수 있다.
또한, 매트릭스(4) 내의 결합제(6)의 밀도가 매트릭스(4) 물질의 비밀도의 85 % 이상, 바람직하게는 90 % 이상인 경우에 결합제(6)가 비-다공질(non-cellular)이라고 할 수 있다.

특허청구범위 제4항 내지 제8항은 탄성(elasticity)(제4항 및 제5항), 경도(hardness)(제6 및 제7항) 및 최대 연신율(ultimate elongation)(제8항)과 관련하여 매트릭스의 탄성적 배치의 바람직한 선택 기준에 관한 것이다.
즉, 매트릭스(4)의 탄성이 35 % 이상, 바람직하게는 40 % 이상인 경우에 결합제(6)가 탄성(elastically compliant)을 갖는다고 할 수 있다.
또한, 매트릭스(4)의 탄성이 55 % 이하, 바람직하게는 50 % 이하인 경우에 매트릭스(4)가 탄성을 갖는다고 할 수 있다.
또한, 매트릭스(4)의 경도가 40 쇼어 A(Shore A) 이상, 바람직하게는 45 쇼어 A 이상인 경우에 매트릭스(4)가 탄성을 갖는다고 할 수 있다.
또한, 매트릭스(4)의 경도가 75 쇼어 A 이하, 바람직하게는 70 쇼어 A 이하인 경우에 매트릭스(4)가 탄성을 갖는다고 할 수 있다.
또한, 매트릭스(4)의 최대 연신율(ultimate elongation)이 150 % 이상, 바람직하게는 170 % 이상인 경우에 매트릭스(4)가 탄성을 갖는다고 할 수 있다.

밀도(제2항 및 제3항), 탄성(제4항 및 제5항), 경도(제6항 및 제7항) 및 최대 연신율(제8항)의 범위에 대한 제2항 내지 제8항에 인용된 한계값은 표준화된 것으로, 특히 독일 DIN 표준(German DIN standards) 또는 세계적으로 유효한 ISO 표준(the worldwide valid ISO standards)에 기초한다. 상호 관계는 이하에 기재된 바와 같다:

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).

제9항은 매트릭스의 배면 및 연마제 복합물의 배면에 가요성이 있다고 하는데 대한 바람직한 기준을 기재하고 있다.

제10항 및 제11항은 배면에 수직인 매트릭스 두께의 최소치(제10항) 및 최대치(제11항)의 바람직한 수치에 관한 것이다. 일반적으로, 응용에 바람직한 두께는 1000 ㎛, 즉, 1.0 ㎜ 및 1500 ㎛, 즉, 1.5㎜이다. 특히 강조되는 본 발명의 응용은 편평한 물질(flat material)의 연마제, 특히 웹 물질(web material)로서의 연마제의 제조(fabrication)이다.
즉, 배면(2)에 수직인 매트릭스의 두께가 200 ㎛ 이상, 바람직하게는 500 ㎛ 이상, 가장 바람직하게는 1000 ㎛ 이상일 수 있다.
또한, 배면(2)에 수직인 상기 매트릭스의 두께가 2500 ㎛ 이하, 바람직하게는 1500 ㎛ 이하일 수 있다.

제12항 및 제13항은 연마제 입자의 체적과 매트릭스 결합제의 체적의 백분율의 하한(제12항)과 상한(제13항)에 관한 것이다.
즉, 매트릭스(4) 중의 결합제(6)의 부피에 대한 연마제 입자(8)의 부피 비율의 백분율이 80 부피 % 이하, 바람직하게는 60 부피 % 이하일 수 있다.
또한, 매트릭스(4)의 상기 결합제(6)의 부피에 대한 상기 연마제 입자(8)의 부피 비율의 백분율이 20 부피 % 이상, 바람직하게는 40 부피 % 이상일 수 있다.
제14항은 연마제 입자의 바람직한 입자 크기 범위를 기재한 것이다.
즉, 연마제 입자(8)의 크기가 2 ㎛ 내지 2000 ㎛, 바람직하게는 70 ㎛ 내지 540 ㎛이고, 가장 바람직하게는 FEPA 표준에 따라 P36, P60, P120 및 P240 크기를 가질 수 있다.

삭제

제 15 항은 연마제의 쇼어 경도(Shore hardness)의 바람직한 범위를 기재한다. 즉, 연마제의 쇼어 경도가 바람직하게는 60 내지 90 쇼어 A일 수 있다.

제16항 내지 제20항은, 제21항에 기재된 바와 같은, 이 부문에서 일반적인 바와 같이 충전될 수 있는(filled) 비-다공질 열경화성 결합제의 바람직한 물질에 관한 것이고, 제22항 및 제23항은 특정한 경우를 기재한 것이다.
결합제(6)는 폴리우레탄을 포함하고, 바람직하게는 1종의 폴리우레탄으로 구성될 수 있다.
결합제(6)는 고무를 포함하고, 바람직하게는 1종의 고무로 구성될 수 있다.
결합제(6)는 폴리술파이드(polysulfide)를 포함하고, 바람직하게는 1종의 폴리술파이드로 제조될 수 있다.
결합제(6)는 아크릴레이트를 포함하고, 바람직하게는 1종의 아크릴레이트로 제조될 수 있다.
결합제(6)가 충전되어 있는 형태(filled)인 것일 수 있다.
매트릭스(4)는 결합제(6)에 외에 1종 이상의 충전제 및/또는 1종 이상의 염료 및/또는 1종 이상의 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
카올린이 충전제로 사용될 수 있다.
제24항은 본 발명에 있어서 피하는 것이 바람직한 발포성 결합제의 특정한 일례에 관한 것이다. 이러한 목적으로, 제24항은 결합제에 대한 첨가제로서 특히 발포 억제제를 사용하는 것을 기재하고 있다.

즉, 1종 이상의 발포 억제제(foam inhibitor)가 첨가제로서 사용될 수 있다.

제25항 내지 제27항은 연마제 입자에 대한 바람직한 선택에 관한 것이다.
즉, 연마제 입자(8)는 1종 이상의 탄화규소 및/또는 1종 이상의 산화규소를 포함하고, 바람직하게는 1종 이상의 탄화규소 및/또는 1종 이상의 산화규소로 구성될 수 있다.
또한, 연마제 입자(8)는 1종 이상의 산화알루미늄 및/또는 1종 이상의 산화알루미늄 혼합 결정(aluminium oxide mixed crystal)으로 구성될 수 있다.
또한, 연마제 입자(8)의 적어도 일부분은 1종 이상의 경질-금속(hard-metal)으로 구성될 수 있다.

제28 내지 30항은 매트릭스 내의 연마제 입자의 바람직한 배열(array)에 관한 것이다.
즉, 배면(2)에 가장 가까이 배열되어 있는 연마제 입자(8)가 배면(2) 상에 위치할 수 있다.
연마제 입자(8)는 매트릭스(4) 중에 균일하게 분산되어 있을 수 있다.
연마제 입자(8)는 배면(2) 상의 매트릭스(4) 중에서 수개의 층들로 배열되어 있을 수 있다.

제31 내지 제34항은 매트릭스가 각각의 매트릭스체로 바람직하게 세부 분할(sub-divisioning)되는 것에 관한 것이다.
즉, 연마제 입자(8)를 포함하는 매트릭스(4)는 동일한 배면(2) 상에서 상호 간격(mutual spacing)으로 분산된 수개의 매트릭스체(4a)로 분할되고, 상기 매트릭스체(4a)는 바람직하게는 상기 접촉 표면(10) 또는 상기 배면(2)에 수직 방향으로 동일한 단면을 가질 수 있다.
매트릭스체(4a)는 상기 배면(2)에 평행한 다각형(polygonal) 단면을 갖고, 바람직하게는 연마 방향(16)으로 상호 엇갈리게(mutually staggered) 배열될 수 있다.
다각형 단면은 육각형이고 바람직하게는 2개의 모서리가 연마 방향(16)으로 또는 연마 방향(16)과 반대 방향으로 배향될 수 있다.
매트릭스체(4a)는 배면(2)에 평행한 원형 단면을 갖고, 바람직하게는 연마 방향(16)으로 상호 엇갈리게 배열될 수 있다.

제35 내지 38항은 배면의 바람직한 형태에 관한 것이다.
배면(2)은 직물, 편직물, 필름, 필라멘트 층 및/또는, 종이, 섬유 또는 부직포와 같은 섬유의 1종 이상의 비-규칙적인(non-regulated) 층으로 구성될 수 있다.
배면(2)은 천연 섬유, 인조 섬유 및/또는 이들의 혼합물들로 구성될 수 있다.
배면(2)은 본래 탄성을 가질 수 있다.
배면(2)은 고 품질 피니시(quality finish)를 가질 수 있다.

제39 내지 42항은 다양한 연마 툴(abrasive tool)의 연마제의 바람직한 기하학적 형태에 관한 것이다.
연마제는 무한 벨트(endless belt)의 형상(configuration)을 가질 수 있다.
연마제는 진동 구동(oscillating drive)을 위해 평평한 물질 형상, 바람직하게는 스트립 형상을 가질 수 있다.
연마제는 진동 구동을 위해 디스크 형상 또는 활(bow) 형상을 가질 수 있다.
연마제는 회전 구동을 위해 디스크 형상, 단편화된(segmented) 연마 디스크 형상, 얇은 판 모양의(laminated) 연마 포인트(abrasive point) 형상 또는 휠 형상을 가질 수 있다.

제43항은 연마제가 연마 툴에서 사용되기 전에 시판될 때의 본래 접촉표면의 바람직한 형태에 관한 것이다.
즉, 연마제는 접촉 표면(10)이 최대(at the most) 마이크로-범위로 패턴화될 수 있다.

본 발명에 따른 연마제가 무한 벨트 형상으로 형성된 제39항에 기재된 변형예가 특히 중요하다. 이러한 형상에서, 동일한 연마제가 작업대상물에 대해 갖는 효과는 무한 벨트의 위치에 따라 변한다. 효과를 나타내기에 특히 바람직한 위치는 접촉 휠(contact wheel) 상, 또는 무한 벨트의 자유 면(free side) 상이어서, 이를 통해 접촉 휠의 경도 및 벨트 속도가 영향 인자로 작용할 수 있다.

본 발명은 또한 청구항 제44 내지 49항에 기재된 바와 같이 본 발명에 따르는 연마제의 제조방법에 관한 것이다.
즉, 연마제 입자(8)가 아직(still) 저점성인 결합제(6)와 함께 매트릭스(4) 내에 혼합된 후에, 이 혼합물이 배면(2)에 도포되는 것을 특징으로 하는 제조 방법에 의해 연마제가 제조될 수 있다.
또한, 아직 저점성인 동안 결합제(6)가 배면(2) 상의 매트릭스(4)에 배합된 후에 연마제 입자(8)가 배합되어, 결합제(6)가 아직 저점성인 동안 연마제 입자(8)가 배면(2)으로 가라앉는(sink) 것을 특징으로 하는 제조 방법에 의해 연마제가 제조될 수 있다.
또한, 연마제 입자(8)가, 결합제(6)가 아직 저점성인 동안 매트릭스(4) 상에 분산되는 것을 특징으로 하는 제조 방법에 의해 연마제가 제조될 수 있다.
또한, 연마제 입자(8)가 매트릭스(4)에 배합된 후에, 결합제(6)가 아직 저점성인 동안 여러 경로(several passes)로 배면(2)에 도포되는 것을 특징으로 하는 제조 방법에 의해 연마제가 제조될 수 있다.
또한, 결합제(6)를 포함하는 매트릭스(4) 및 연마제 입자(8)가 다층 피복(multi-coating) 과정에서 함께 또는 개별적으로 배면(2)에 도포되는 것을 특징으로 하는 제조 방법에 의해 연마제가 제조될 수 있다.
또한, 매트릭스체(4a)를 배면(2) 상에 상호 간격을 두고 배치하는 경우에 마스킹 기술(masking technique)이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법에 의해 연마제가 제조될 수 있다.

이와 같이 알려진 방법중 하나가 미국특허 제5,562,745호에 기재되어 있다.

본 발명은 그의 특징을 일반적으로 설명하면서 도 1 내지 3과 관련하여 특정 실시 양태에 의해 하기에서 설명된다.
도 1은 연마제 접촉 표면의 부분도이다.
도 2는 도 1의 흰색 원에 해당하는 부분을 확대한 부분도이다.

도 3은 동일한 연마제를 접촉 표면에 수직 방향으로의 횡단면을 더욱 확대시킨 횡단면도이다.

도면 전부에 도시된 연마제에 있어서, 가요성 지지 배면(2)이 매트릭스(4) (도 3의 점선 영역)에 접착되고, 매트릭스(4)는 비다공질 열경화성인 탄성 결합제를 포함하고, 상기 결합제(6)는 예컨대 비발포형 폴리우레탄에 충전제와 첨가제를 포함할 수 있다. 연마제 입자(8)는 매트릭스(4)에 균일하게 분산되도록 매립되어 있거나(embedded) 또는 배면(2)에 평행하게 층상으로 있다. 상기 배열에서는 결합제(6)가 매트릭스(4) 내에 연마제 입자(8)를 접착시키는 역할을 할 뿐만 아니라 매트릭스(4)를 배면(2)에 접착시키는 역할을 하므로, 매트릭스(4)와 배면(2) 간에 별도의 접착층을 필요로 하지 않게 된다.

배면(2)과 평행한 자유 접촉 표면(10)이, 배면(2)의 반대측의 매트릭스(4) 측면에 형성된다. 연마제가 사용되지 않을 때, 연마제 입자(8)의 스캡스(scabs)는 탄성 결합제(6)의 복원력을 받는 접촉 표면(10)으로부터 약간 돌출된다(도시되어 있지 않음). 연마제가 사용될 때, 접촉 표면(10)의 영역에 있는 연마제 입자는 탄성 결합제(6)의 복원력을 거스르며 작업대상물(도시되어 있지 않음)과 상호작용하여 매트릭스(4) 내로 완전하게 또는 거의 완전하게 눌린다(impressed). 그러나, 초기 조건 또는 연마제의 사용 전에 연마제 입자(8)는 접촉 표면(10)에서 매트릭스(4)의 결합제(6)와 함께 미세구조(microstructure)를 형성하기에 충분할 정도로만 접촉 표면(10)에서 돌출되어 있다.

또한, 예시된 특정 실시양태는 하기와 같은 특별한 측면을 갖는다:

전체-길이(full-length) 배면(2)에서, 매트릭스(4)는 다수의 정형화된 6각 형상의 매트릭스체(4a)로 분할된다. 육각형 표면은 배면(2)에 수직 방향으로 있기 때문에, 매트릭스체(4a)가 아무리 닳더라도 매트릭스체(4a)는 배면(2) 또는 접촉 표면(10)에 평행한 동일하게 정형화된 육각형 형상으로 남아있게 된다.

각각의 단일 매트릭스체(4a)는 전체-길이 인터스페이스(full-length interspace)(12)로 둘러싸여 배면(2)으로부터 돌출되어 있고, 배면(2)으로부터 접촉 표면(10) 영역까지에 걸쳐 있으며, 그 사이에서 동일한 크기를 갖는다.

상기 인터스페이스(12)는 작업대상물(도시되어 있지 않음)을 공기 냉각하거나 액체 냉각하기 위해 사용될 수 있다.

도시된 바와 같이, 매트릭스체(4a)는 균일한 벌집(honeycomb) 구조의 매트릭스(4)를 형성한다. 이러한 배열에서, 연마 방향(16)은 매트릭스체(4a)의 두 반대편 모서리를 연결하는 가상선을 따르는 방향이다. 매트릭스체(4a)는 상호 엇갈리게(staggered) 배열되어 갭(gap)을 형성하므로 하나의 매트릭스체(4a)가 불안정하더라도(destabilized) 불안정하지 않은 인접 매트릭스체(4a)에 의해 확실하게 지지된다.

각각의 매트릭스체(4a)는 육각형 형상이지만, 배면(2)을 갖는 각각의 매트릭스(4a)로 구성된 매트릭스(4)가 연속되어 연마 복합물의 가요성이 전체적으로 증가하도록 매트릭스(4) 내의 형상 및 배열이 선택된다. 이는 특히 연마제가 무한 벨트(도시되어 있지 않음)일 때에 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 준비:

스테인레스강 튜브스톡은 연마 벨트 입자 크기 P80을 갖는 무심(centerless) 연마 기계 상에서 먼저 대강 분쇄하였다. 대강 분쇄한 후의 고점부-대-저점부 높이 차의 평균은 약 R_a = 2.6㎛이었다.

시험 실시:

스테인레스 강 레일링(railing) 또는 프론팅(fronting)에 대하여, 통상 고점부-대-저점부의 평균 높이는 R_a=0.5㎛으로 특정되었다. 이는 P120-P180-P280의 일련의 입자를 사용함으로써 일반적으로 달성된다. 사용한 연마 벨트는 예컨대 표준 연마 벨트 CS 310 XF (가요성 코튼(cotton) 배면 약 320 g/㎡, 산화 알루미늄 연마제 입자, 페놀계 수지 결합제)이었다. 특정한 피니싱을 달성하기 위해 적어도 연마기를 3회 실시할 필요가 있다(입자 P120-P180-P280).

비교를 위해, 본 발명에 따른 무한 벨트를 동일한 시험배치 및 동일한 시험준비에서 이용하였다. 벨트의 특징은 다음과 같았다: 가요성 코튼 배면 약 320 g/㎡, 비-다공질 열경화성 결합제로 사용되는 1200 ㎛ 층 두께의 폴리우레탄, 탄화규소인 P60 연마제 입자는 결합제에 균일하게 분산되어 있다.

R_a=0.5㎛인 고점부-대-저점부 평균 높이는 단 일회의 실시만에 달성되었다.

Claims

연마제 입자(8)가 비-다공질(non-cellular) 열경화성 결합제(6)를 포함하는 매트릭스(4) 내에 매립(embedding)되어 있는 연마제에 있어서,

상기 연마제 입자(8)로 덮여있는 접촉 표면(10)이 작업대상물(workpiece)의 연마를 위해 형성되어 있고,

a) 상기 매트릭스(4)는 연마 동안에 탄성도가 35% 이상이 되도록 하는 탄성(elastically compliant)을 갖고,

b) 상기 연마제 입자(8)로 덮여있는 접촉 표면(10)에 수직 방향으로 상기 매트릭스(4)가 연마 소모되면 연마제 입자(8)로 덮여있는 추가적인 접촉 표면(10)이 나타나도록(release) 상기 연마제 입자(8)가 상기 매트릭스(4) 내에 분산되어 있으며,

c) 상기 연마제 입자(8)가, 상기 접촉 표면(10)에 수직 방향으로 또는 평행하게 작용하는 상기 매트릭스(4)의 복원력(return force)에 따라 연동하도록(comply) 상기 매트릭스(4) 내에 분산되어 있고,

d) 상기 매트릭스(4)가 가요성 배면(flexible backing)(2)에 접착되며,

e) 상기 매트릭스(4)에 포함된 결합제(6)에 의해, 상기 가요성 배면(2)에 대하여 상기 매트릭스(4)가 직접 접착되며,

f) 상기 연마제 입자(8)를 포함하는 매트릭스(4)가 동일한 배면(2) 상에서 상호 간격(mutual spacing)으로 분산된 수 개의 매트릭스체(4a)로 분할되고, 상기 매트릭스체(4a)가 상기 접촉 표면(10) 또는 상기 배면(2)에 수직 방향으로 동일한 단면을 가지며,

g) 상기 매트릭스체(4a)가 상기 배면(2)에 평행한 다각형(polygonal) 단면을 갖고, 연마 방향(16)으로 상호 엇갈리게(mutually staggered) 배열되는 것을 특징으로 하는

연마제.
제 1 항에 있어서,

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

상기 매트릭스(4) 내의 상기 결합제(6)의 밀도가 상기 매트릭스(4) 물질의 비밀도의 85 % 이상인 경우에 상기 결합제(6)가 비-다공질(non-cellular)이라고 함을 특징으로 하는 연마제.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 탄성이 55 % 이하인 경우에 상기 매트릭스(4)가 탄성을 갖는다고 함을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 경도가 40 쇼어 A(Shore A) 이상인 경우에 상기 매트릭스(4)가 탄성을 갖는다고 함을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 경도가 75 쇼어 A 이하인 경우에 상기 매트릭스(4)가 탄성을 갖는다고 함을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)의 최대 연신율(ultimate elongation)이 150 % 이상인 경우에 상기 매트릭스(4)가 탄성을 갖는다고 함을 특징으로 하는 연마제.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 배면(2)에 수직인 매트릭스(4)의 두께가 200 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 배면(2)에 수직인 상기 매트릭스(4)의 두께가 2500 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(4) 중의 상기 결합제(6)의 부피에 대한 상기 연마제 입자(8)의 부피 비율의 백분율이 80 부피 % 이하인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(4) 중의 상기 결합제(6)의 부피에 대한 상기 연마제 입자(8)의 부피 비율의 백분율이 20 부피 % 이상인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제 입자(8)의 크기가 2 ㎛ 내지 2000 ㎛인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제의 쇼어 경도가 60 내지 90 쇼어 A인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 폴리술파이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 아크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 결합제(6)가 충전되어 있는 형태(filled)인 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(4)가 상기 결합제(6) 이외에 충전제, 염료 및 첨가제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 21 항에 있어서,

카올린이 충전제로 사용되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 22 항에 있어서,

상기 첨가제로서 1종 이상의 발포 억제제(foam inhibitor)가 사용되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제 입자(8)가 탄화규소, 산화규소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제 입자(8)가 산화알루미늄, 산화알루미늄 혼합 결정(aluminium oxide mixed crystal) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 연마제.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 연마제 입자(8)가 상기 배면(2) 상에 위치할 수 있도록 매트릭스(4) 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제 입자(8)가 상기 매트릭스(4) 중에 균일하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제 입자(8)가 상기 배면(2) 상의 상기 매트릭스(4) 중에서 수개의 층들로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 연마제.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 다각형 단면이 육각형이고, 2개의 모서리가 상기 연마 방향(16)으로 또는 연마 방향(16)과 반대 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스체(4a)가 상기 배면(2)에 평행한 원형 단면을 갖고, 연마 방향(16)으로 상호 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 배면(2)이 직물, 편직물, 필름, 필라멘트 층, 또는 종이, 섬유 및 부직포로부터 선택된 1종 이상의 비-규칙적인(non-regulated) 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 35 항에 있어서,

상기 배면(2)이 천연 섬유, 인조 섬유 또는 이들의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 배면(2)이 탄성을 갖는 것임을 특징으로 하는 연마제.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 연마제가 무한 벨트(endless belt)의 형상(configuration)을 가짐을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제가 편평한 물질 형상을 가짐을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제가 디스크 형상 또는 활(bow) 형상을 가짐을 특징으로 하는 연마제.
제 1 항에 있어서,

상기 연마제가 회전 구동을 위해 디스크 형상, 단편화된(segmented) 연마 디스크 형상, 얇은 판 모양의(laminated) 연마 포인트(abrasive point) 형상 또는 휠 형상을 가짐을 특징으로 하는 연마제.
삭제
연마제 입자(8)가 결합제(6)와 함께 매트릭스(4) 내에 혼합된 후에, 이 혼합물이 배면(2)에 도포되는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 따른 연마제의 제조 방법.
결합제(6)가 배면(2) 상의 매트릭스(4)에 배합된 후에 연마제 입자(8)가 배합되어, 상기 연마제 입자(8)가 상기 배면(2)으로 가라앉는(sink) 것을 특징으로 하는 제 1 항에 따른 연마제의 제조 방법.
제 45 항에 있어서,

상기 연마제 입자(8)가 상기 매트릭스(4) 상에 분산되는 것을 특징으로 하는 연마제의 제조 방법.
삭제
제 44 항에 있어서,

상기 결합제(6)를 포함하는 매트릭스(4) 및 상기 연마제 입자(8)가 다층 피복(multi-coating) 과정에서 함께 또는 개별적으로 상기 배면(2)에 도포되는 것을 특징으로 하는 연마제의 제조 방법.
매트릭스체(4a)를 배면(2) 상에 상호 간격을 두고 배치하는 경우에 마스킹 기술(masking technique)이 사용되는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 따른 연마제의 제조 방법.