(57)【要約】【課題】コーティングされた研磨製品及びその形成方法を提供すること。【解決手段】基板及びその上に載っている研磨層を含むコーティングされた研磨製品が開示される。研磨層には砥粒と結合剤が含まれ、結合剤は、砥粒と共に均等に混合された第１及び第２の結合剤構成要素を有する結合剤処方から形成され、第１の結合剤構成要素は放射線硬化性であり、第２の結合剤構成要素は粉末を含みかつ熱硬化性である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、及び基板の上に載っている研磨層を含むコーティングされた研磨製品であって、
前記研磨層が、砥粒及び結合剤を含み、前記結合剤が、砥粒と共に均等に混合された第１及び第２の結合剤構成要素を含む結合剤処方で形成されており、前記第１の結合剤構成要素が、放射線硬化性であり、第２の結合剤構成要素が、粉末を含みかつ熱硬化性である、コーティングされた研磨製品。
【請求項２】
第２の結合剤が、本質的に粉末からなる、請求項１に記載の製品。
【請求項３】
第１の結合剤構成要素が、ＵＶ、マイクロ波及び電子ビーム放射線のうちの少なくとも１つによって硬化可能である、請求項１に記載の製品。
【請求項４】
第１の結合剤構成要素が、ＵＶ硬化性結合剤化合物を含む、請求項１に記載の製品。
【請求項５】
第１の結合剤構成要素が、ＵＶ硬化性結合剤構成要素のブレンドを含む、請求項４に記載の製品。
【請求項６】
ＵＶ硬化性結合剤化合物が、アクリレート及びメタクリレートオリゴマー及びエポキシアクリレート、脂肪族ウレタンアクリレート、芳香剤ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、芳香族酸アクリレート、エポキシメタクリレート、芳香族酸メタクリレート及び１、２、３、４及び５官能性アクリレート及びメタクリレート及びその混合物から成る群から選択される、請求項４に記載の製品。
【請求項７】
第２の結合剤構成要素が、熱硬化性重合体を含む、請求項１に記載の製品。
【請求項８】
熱硬化性重合体が、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素／ホルムアルデヒド、メラミン／ホルムアルデヒド、アクリル、ポリエステル、ビニル及びその混合物から成る群からの重合体を含む、請求項７に記載の製品。
【請求項９】
砥粒が、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、ガーネット、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素及びそれらの組合せから成る群からの少なくとも１つの材料を含む、請求項１に記載の製品。
【請求項１０】
砥粒がアルファアルミナを含む、請求項９に記載の製品。
【請求項１１】
結合剤処方がさらにカップリング剤を含む、請求項１に記載の製品。
【請求項１２】
砥粒が、バランス量の結合剤処方との混合に先立ちカプリング剤で処理される、請求項１１に記載の製品。
【請求項１３】
カプリング剤が、オルガノシラン又はオルガノチタネートを含む、請求項１１に記載の製品。
【請求項１４】
カプリング剤が、アミノシラン又はメタクリルオキシシランを含む、請求項１３に記載の製品。
【請求項１５】
基板が、重合体フィルム、セルロース材料及び織物から成る群からの構成要素を含む、請求項１に記載の製品。
【請求項１６】
セルロース材料が紙を含み、織物が重合体飽和剤を有する木綿及びポリエステル基板を含む、請求項１５に記載の製品。
【請求項１７】
第１の結合剤がモノ硬化性であり、かつ第２の結合剤がモノ硬化性である、請求項１に記載の製品。
【請求項１８】
研磨層が、表面フィーチャをもった隆起パターンを有する、請求項１に記載の製品。
【請求項１９】
表面フィーチャが、隣接するパターンを形成する、請求項１８に記載の製品。
【請求項２０】
表面フィーチャが、離散した突起である、請求項１８に記載の製品。
【請求項２１】
研磨層が、隆起パターンを付与するためのパターン付き工具を基板の表面に接触させることによって形成される、請求項１８に記載の製品。
【請求項２２】
パターン付き工具が、反復する多角形パターンを有し、表面フィーチャをもった隆起多角形パターンを基板上に残す、請求項２１に記載の製品。
【請求項２３】
コーティングされた研磨製品を形成する方法であって、下記の工程：
砥粒と結合剤処方を混合して研磨分散体を形成する工程であって、前記結合剤処方が、第１及び第２の結合剤構成要素の混合物を含み、第１の結合剤構成要素が、放射線硬化性であり、かつ第２の結合剤構成要素が、粉末を含み熱硬化性である工程；
研磨分散体で基板をコーティングしてコーティングされた中間製品を形成する工程；
コーティングされた中間製品に光照射を行って第１の結合剤化合物を硬化させる工程；及び
コーティングされた中間製品を熱処理して第２の結合剤化合物を硬化させる工程、
を含んで成る方法。
【請求項２４】
第２の結合剤化合物が、本質的に粉末からなる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
コーティング及び光照射が、連続的プロセスで実施される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
熱処理が、連続的プロセスで実施される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
連続的プロセスが、スプール・ツー・スプールプロセスであり、該プロセスにおいて、基板が少なくともコーティング及び光照射工程中に並進運動させられる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
コーティングが、基板上で研磨分散体をパターン化するための工具を利用して実施される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
熱処理が、オフラインで実施され、コーティングされた中間製品が巻取られた形をしており、かつ第２の結合剤構成要素を硬化させるべくバルク加熱される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
コーティングが、研磨分散体が１つのパターンを形成するような形で実施され、コーティングされた研磨製品が構造化された研磨製品である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
第１の結合剤構成要素は、ＵＶ硬化性結合剤構成要素である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
ＵＶ硬化性結合剤構成要素は、アクリレート及びメタクリレートオリゴマー及びエポキシアクリレート、脂肪族ウレタンアクリレート、芳香剤ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、芳香族酸アクリレート、エポキシメタクリレート、芳香族酸メタクリレート及び１、２、３、４及び５官能性アクリレート及びメタクリレートを含むモノマーから成る群から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
第２の結合剤構成要素が、熱硬化性重合体を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
熱硬化性重合体が、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素／ホルムアルデヒド、メラミン／ホルムアルデヒド、アクリル、ポリエステルル又はその混合物を含む、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、コーティングされた研磨製品に関するものであり、特にコーティングされた研磨製品及び硬化のための多数の経路をもつ結合剤処方（組成物）を利用したコーティングされた研磨製品を形成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コーティングされた研磨製品は、基本的に、研磨剤含有層を上に被着させることのできる寸法的に安定した構成要素（成分）として働く基板又は基材（バッキング）を含む。従来のコーティングされた研磨製品において、研磨層の砥粒は、被着状態の砥粒を定着させるための接着性結合剤組成物であるメーカーコートを使用して基材に接着されている。最も一般的には、加工は、構造的一体性を研磨層に付与するサイズコートの被着をもって続行される。従来のコーティングされた研磨剤との関連において、砥粒は、一般的にランダムに配向されており、かなり均等な層を形成する。
【０００３】
従来のコーティングされた研磨製品よりも改善された性能を提供するべく、工学処理（エンジニアリング）された又は構造化された研磨剤が開発されてきた。また、構造化された研磨剤は、一般に基材を使用するが、研磨層は、予め構成されたパターンを形成するべく被着される。このような構造化された研磨剤は、一般に、例えば持続的切断速度、一貫した表面仕上げ及び長い寿命の提供のような従来の研磨製品と比べて増強された研削特性を示す。
【０００４】
従来のコーティングされた研磨剤及び構造化された研磨剤の両方との関連において、基材又は基板に対し研磨剤を接着させるためならびに砥粒を安定化させるために熱硬化性結合剤が使用されてきた。しかしながら、熱硬化は、往々にして、硬化時間が長いために砥粒位置の望ましくない移動がもたらされることを含めた数多くの欠点を有する。特に構造化された研磨剤との関連において、粒子のパターンは、加熱中及び／又は熱処理に先立つ又は熱処理中の構造化された研磨剤の取扱いの間の結合剤処方のレオロジー的変化の間に分断され得る。
【０００５】
上述の欠点に対処しようとして、有利なことに短かい硬化サイクルを可能にするいわゆる放射線硬化性結合剤系が開発されてきた。かかる放射線硬化性結合剤には、ＵＶ硬化性結合剤ならびに電子ビーム（ｅ−ｂｅａｍ）硬化性結合剤が含まれる。しかしながら、放射線硬化性結合剤にも欠点がないわけではない。例えば、特に炭化ケイ素ベースの接着剤の場合、放射線の浸透深さが制限される。さらに、結合剤処方内に存在する染料が放射線浸透に伴う問題をひき起こし、不完全な硬化をもたらす可能性がある。
【０００６】
既知のコーティングされた研磨剤特に構造化された研磨剤に関連する加工及び性能上の特徴に対処しようとして、特許文献１及び２は、放射線硬化性及び熱硬化性の構成要素を組合わせる結合剤処方を利用して形成されたさまざまなコーティングされた研磨剤について記述している。加工中、硬化に先立ってコーティングされた中間製品に添加される機能粉末の使用を通して、粘性が改良される。この機能粉末は、工学処理された形状が硬化の前及び硬化中に維持されるように加工中に構造的一体性を保持するべく中間製品の粘性を調整するように意図されている。
【０００７】
例えば特許文献１及び２の中で例示されているような当該技術分野において提供された進歩にもかかわらず、さらに優れたコーティングされた研磨剤及びそれを形成することを目的としかつ大規模製造作業に適した方法に対するニーズがなおも存在し続けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，８６３，３０６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８３３，７２４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の形態に従うと、コーティングされた研磨製品は、基板及びその上に載った研磨層を含んでいる。研磨層には砥粒と結合剤が含まれ、結合剤は、砥粒と共に均等に混合された第１及び第２の結合剤化合物（コンパウンド）を含む結合剤処方（組成物）から形成されている。第１の結合剤化合物は、一般に放射線硬化性であり、また、第２の結合剤化合物は、望ましくは、粉末の形をしておりかつ熱硬化性である。
【００１０】
もう１つの形態に従うと、コーティングされた研磨製品を形成する方法は、研磨分散を形成するべく、砥粒と結合剤処方を混合する工程であって、結合剤処方が第１及び第２の結合剤化合物の混合物を含む工程を含んでいる。第１の結合剤化合物は、放射線硬化性であり、また、第２の結合剤化合物は、一般に粉末の形をしており、かつ熱硬化性である。本方法は、コーティングされた中間製品を形成するべく、研磨分散で基板をコーティングする工程及び硬化作業を実施する工程を連続して行う。硬化工程は、第１の結合剤化合物を硬化させるべく、コーティングされた中間製品に光照射を行うこと、そして第２の結合剤化合物を硬化させるべく、コーティングされた中間製品を熱処理することによって実施される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１態様による構造化されコーティングされた研磨製品を形成するための基本的な配置及びプロセスフローを示した模式図である。
【図２】本発明の１態様によるコーティングされた研磨製品の断面図である。
【図３】本発明の１態様によるコーティングされた研磨製品の斜視図である。
【図４】本発明の１態様によるコーティングされた研磨製品の斜視図である。
【図５】本発明の１態様によるコーティングされた研磨製品の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付の図面を参照にすることにより、本発明をさらに良く理解でき、また、その数多くの目的、特長及び利点が当業者に明らかとなるであろう。なお、異なる図面において同一の参照番号を使用した場合、同様もしくは同一の部材を指すものとする。
【００１３】
本発明の１面に従うと、一般に基板及びその上に載っている研磨層を含むコーティングされた研磨製品が提供される。研磨層には砥粒と結合剤が含まれ、結合剤は結合剤処方から形成される。特定の実施形態において、本結合剤処方は、砥粒と共に均等に混合されている第１及び第２の結合剤化合物を含む。典型的には、第１の結合剤は放射線硬化性であり、第２の結合剤は粉末で形成され、かつ熱硬化性である。第１及び第２の結合剤は、各々、硬化のための単一の経路のみを有し得る。すなわち、各結合剤は、モノ硬化性であり、そのため特定の結合剤化合物を硬化するのに単一の硬化方法を使用できる。例えば先に指摘した通り、第１の結合剤は、光照射によってのみ硬化可能であるような形でモノ硬化性であり得、一方、第２の結合剤は、熱処理によってのみ硬化可能であるモノ硬化性である。
【００１４】
結合剤処方の特徴に目を向けると、上述の通り、結合剤化合物の１つは、ＵＶ硬化性、電子ビーム硬化性又はマイクロ波硬化性のように放射線硬化性を一般に有する。特に有用なＵＶ結合剤組成物は、アクリレート及びメタクリレートオリゴマー及び単量体から成る群から選択された成分を含有する。有用なオリゴマとしては、エポキシアクリレート、脂肪族ウレタンアクリレート、芳香族ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、芳香族酸アクリレート、エポキシメタクリレート及び芳香族酸メタクリレートが含まれる。単量体としては、１、２、３、４及び５官能性アクリレート及びメタクリレート、例えばトリメチロプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌアレートトリアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、オクチルアクリレート、オクチルアクリレート、及びデシルアクリレートが含まれる。結合剤処方には、１分子につき３個以上のアクリレート基を含む実質的な量のアクリレート単量体が含まれ得る。典型的な市販の製品には、上述のとおりのトリメチロプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）ならびにペンタエリスリトールトリアクリレート（ＰＥＴＡ）が含まれる。２及び３官能性アクリレートならびにより高分子量のアクリレートオリゴマーの相対量は、加工のための適切なレオロジー特性及び硬化後の最終製品の適切な靱性及び切断特性を与えるべく、その他の構成要素と共に調整可能である。
【００１５】
さらに、接着剤と砥粒の間の結合を改善するために、カプリング剤を利用することができる。典型的なカプリング剤には、オルガノシラン、例えばOsi Specialities Incから入手可能なＡ−１７４及びＡ−１１００、そしてオルガノチタネート及びジルコアルミネートが含まれる。カプリング剤の特定の群としては、アミノシラン及びメタクリルオキシシランが含まれる。
【００１６】
分散のレオロジー及び硬化された結合剤の硬度及び靱性を変えるため、分散体の中に充填剤（フィラー）を取込むことができる。有用な充填剤の例としては、金属炭酸塩、例えば炭酸カルシウム、炭酸ナトリウムなど；シリカ、例えば石英、ガラスビーズ、ガラス玉；ケイ酸塩、例えばタルク、粘土、メタケイ酸カルシウム；金属流酸塩、例えば硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム；金属酸化物、例えば酸化カルシウム、酸化アルミニウム（例えばベーマイト及び／又は擬ベーマイトの形で）；及びアルミニウム三水和物が含まれる。
【００１７】
分散体は、研削効率及び切断速度を高めるために研削助剤を含むことができる。有用な研削助剤は、ハロゲン化物塩、例えばナトリウム氷晶石、テトラフルオロホウ酸カリウムなどの無機ベースのものであり得、そうでなければ、塩素化ろう（ワックス）、例えばポリ塩化ビニルなどの有機ベースのものでもあり得る。特定の実施形態としては、１〜８０ミクロン、最も好ましくは５〜３０ミクロンの範囲の粒度をもつ氷晶石及びテトラフルオロホウ酸カリウムが含まれる。研削助剤の重量百分率は、（研磨剤構成要素を含めた）処方全体の０〜５０％の範囲、最も好ましくは１０〜３０％の範囲である。
【００１８】
上述の成分に加えて、その他の構成要素を添加することもできる。典型的には、光開始剤、例えばベンゾインエーテル、ベンジルケタール、α−アルコキシアセトフェノン、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−アミノアルキルフェノン、酸化アシルホスフィン、ベンゾフェノン／アミン、チオキサントン／アミン、又はその他の遊離ラジカル発生剤；静電防止剤、例えば黒鉛、カーボンブラックなど；懸濁剤、例えばヒュームドシリカ；ローディング防止剤、例えばステアリン酸亜鉛；潤滑剤、例えばワックス；湿潤剤；染料；充填剤；粘度改良剤；分散剤；及び消泡剤などである。
【００１９】
第２の結合剤化合物に目を向けると、さまざまな熱硬化性重合体を利用することができる。熱可塑性及び熱硬化性重合体を利用することが可能であるものの、往々にして熱硬化性重合体は、特に過度の熱を生成する切断又は仕上げ作業の状況下でのその安定した性質のため特に重用される。特定の開発に従うと、第２の結合剤化合物は、粉末で構成されているか、主として粉末で、さらには基本的に完全に粉末で形成されている。一般に、液体の熱硬化性重合体は、粉末の方が有利であるために排除される。粉末形状の熱硬化性結合剤は、コーティングされた研磨剤をかなり容易に形成するためのプロセスフローに取込まれ得ることから、特に有利である。実際、粉末化された熱硬化性結合剤の使用は、構造化された研磨剤を形成するのに用いられる研磨分散を作製するために特に有利である。その上、粉末形態での熱硬化性構成要素の使用は、最終製品において改善された研磨性能を提供すること、ならびに少なくとも部分的には分散の粘性の有益な変化に起因して改善された加工性をもつ研磨分散を提供することが実証されたということがわかっている。熱硬化性重合体の例としては、それらの樹脂が液体形態ではなく粉末形態で使用されることを条件として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素／ホルムアルデヒド、メラミン／ホルムアルデヒド、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ビニル及びそれらの混合物、が含まれる。なお、かかる樹脂はいずれの形態ででも利用可能であり、本発明では粉末化された又は粒状の形態を使用することが好ましいということを理解されたい。
【００２０】
砥粒は、アルミナ（融解又は焼結）、ジルコニア、ジルコニア／アルミナ酸化物、炭化ケイ素、ガーネット、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素及びそれらの組合せを含む既知の砥粒のいずれか又はその組合せで形成され得る。主としてアルファ−アルミナから成る緻密な砥粒を使用することによって特定の実施形態が作り出された。研磨剤粒子は、一般に、１〜１５０ミクロンの平均粒度、より典型的には１〜８０ミクロンの平均粒度を有する。しかしながら、一般的には、存在する研磨剤の量は、処方の重量の約１０〜約９０％、例えば約３０〜約８０％を提供する。
【００２１】
基材は、さまざまな重合体フィルム、紙及びその他のセルロース材料を含めた柔軟ではあるものの機械的に安定した材料、そしてさまざまな重合体飽和剤を伴う木綿及びポリエステルを含む織物で形成され得る。基材又は基板の特定のタイプは、ポリエチレンテレフタレートフィルムである。その他の重合体フィルムとしては、ポリカーボネートフィルムが含まれる。基材は、研磨層と基材の間の接着性を促進するべく、下塗り又は前処理されていてよい。放射線硬化性結合剤構成要素、それに関する添加剤、基材及び砥粒の詳細は、参照することで本書に組み入れられた本譲受人により共同所有されている米国特許第５，０１４，４６８号に見い出すことができる。
【００２２】
ここで、本発明の特定の面に目を向けて、一般に研磨材料の隆起したパターンをもつ構造化された研磨剤ならびにその製造方法に焦点をあてて以下に説明する。
【００２３】
図１は、コーティングされた研磨製品１０、特に構造化された又は工学処理されたコーティングされた研磨製品の連続的製造のための基本的プロセスフローを例示している。ここでは、基材１２は、巻出しスタンド上に備わったロール４２から引き出されている。巻出しスタンドには、通常の慣例に従い、基材の巻出しに対する所望の抵抗を提供するためのブレーキが付いている。基材１２は、参照番号４４，４６，４８及び５０により指定されている単数又は複数の適切なロールのまわりの巻出し部域から、参照番号５２で一般的に示されているコーティング部域まで走行する。ここで、矢印で表わされた方向に回転するロール５４とパターン付きロール５６が形成するニップの間を通過させられる。パターン付きロールは、本発明の実施形態に従って使用可能な３次元構造を付与するための１つのタイプの工具である。研磨コーティングで上を被覆されている基材１２は、単数又は複数のロール５８、６０のまわりを通って、電子ビーム源又は化学線光源すなわち紫外線（ＵＶ）光源のような、結合剤処方の一部分を硬化させるための放射線源を有する硬化ステーション６２まで進む。硬化ステーション６２はさらに、製品の硬化を完成させるため、ＵＶ光源の下流側に熱源を含み得る。代替的には、熱源をオフラインで提供することもできる。例えば、放射線のみを利用する部分的硬化の後、かくして部分的に硬化された製品をロール掛けし、熱硬化オーブンの中でロール掛けした形態で硬化（バルク硬化）させることができ、そうでなければ熱硬化ステーションを含むもう１つのリール・トウ・リールプロセスを通して送ることもできる（線形又はインライン硬化）。１つの態様に従うと、迅速なインライン硬化を可能にする第１の結合剤化合物の使用により、後続の工程の硬化を、接着剤層の所望の構造的フィーチャをなおも維持しながらバルク硬化作業においてオフラインで行なうことができる。
【００２４】
ロール６４、６６は、コーティングされた研磨材料１０を、硬化ゾーンを通って水平配置で走行するように送る。硬化ゾーンから、コーティングされた研磨材料１０はロール６８全体にわたって、コーティングされた研磨材料の巻取られたロールを提供するべく、圧縮空気駆動式テークダウンロール７６、ゴム被覆ロール７４、ロール７２を含む一般的に参照番号７０で示された従来のテークダウンアセンブリまで走行する。
【００２５】
化学線光源の放射量は、従来の任意のＵＶ源によって提供され得る。例えば、本発明の実施においては、コーティングは、幅１インチあたり１００ワットから６００ワットまでの範囲のエネルギー出力でＶ、Ｄ、Ｈ又はＨ＋電球又はそれらの組合せから生成されたＵＶ光に対して露出された。
【００２６】
パターン付きロールとの接触を通して基材上に形成されたパターンは、処方の隔離されたアイランド又は谷により分離された尾根のパターンを含み得る。このパターンは一般に、層の浸食に伴って研削表面の面積が増大している状態で基材から等距離のところにある複数の研削表面を伴う研磨製品を提供するように設計される。研削表面の間には、研削液の循環及び研削により生成された削りくずの除去を可能にするための溝路が設けられていることが多い。
【００２７】
さらに、研磨組成物をパターン化し被着させるのに用いられる工具は、処方の表面を可塑性ではあるものの流動しないようにするべく、粘性を高めるのに貢献するように加熱又は冷却され得る。しかしながら、加熱は、工具類と接触している間に結合剤が硬化するようなレベルまで行なわれるべきではない。樹脂処方又は表面層の粘性を調整することにより、パターンは、例えば少なくとも約３０秒、好ましくは少なくとも６０秒間、硬化及び取扱いを可能にするべく実質的に保持される。
【００２８】
以上の実施形態は、パターン付きロールを使用する場合に関して特定的に記述されてきたが、その他のパターン化技術も使用可能である。比較的単純な形態では、適切な基板に研磨処方をコーティングすることができ、次にパターン付きのスタンプ又は刻み付きの鋼製ロールといったようなエンボス加工工具との接触によりパターン化させることができる。
【００２９】
特定の開発に従うと、研磨分散体又は組成物は、以上で詳述した通りの研磨剤構成要素及び付加的な構成要素と放射線硬化性重合体を組合わせた粉末形態の熱硬化性重合体を使用している。典型的には、熱硬化性重合体の粒度は、サブミクロンから５００ミクロンの範囲であり得る。粒度の変更を用いて、コーティングのレオロジー特性ならびに最終的な力学的特性を変えることができる。粉末の形での結合剤樹脂の取込みは同様に、液体形態の結合剤のみで行なわれた場合には加工不可能となるはずの少ない研磨剤、充填材及び研削助剤含有量でのスラリーの加工をも可能にする。
【００３０】
図２に目を向けると、構造化された研磨剤の実施形態の横断面図が例示されている。特に、構造化された研磨製品２００には、研磨層２０８が上に具備された基板又は基材２０５が含まれる。研磨層２０８は横断面に隆起したフィーチャ２１０を有している。隆起したフィーチャ２１０の断面形状は、意図された最終用途に基づいて著しく変化し得る。図示された実施形態において、フィーチャ２１０は、切断表面を形成する相対的な鋭いピーク２１４及び／又は平坦な切断表面２１６で終結する全体として勾配のある三角形の横断面を有する。さまざまなフィーチャは、その下にあるマトリクス２１２を通して一緒に連絡されていてもよいし又は、一般に基材２０５の一部分を露出させる部分２２５によって例示されるような研磨材料中の空隙により互いから離隔されていてもよい。斜視図を見ればわかるように、構造化された研磨剤は、一般に反復する多角形隣接パターンを有する。このパターンの一部分は、破断されて、隣接する隆起したフィーチャの局在化されたパターンのみを形成し得るということが指摘される。
【００３１】
図３〜図５に目を向けると、構造化された研磨剤のさまざまな実施形態が開示されている。これらの図面は、例示的に複数の異なる幾何学パターンを示す実際のＳＥＭ写真の図形的表示を表わしている。図３は、秩序配列の形で配置された六角形の表面フィーチャを示している。図４は、表面フィーチャの長さとここでは幅である次に大きい寸法との比として定義されるかなり実質的な縦横比（アスペクト比）をもつ全体として線形の表面フィーチャを示している。１０、１００又はさらにそれ以上の縦横比が典型的である。図５は、正方形の表面フィーチャのアレイ（水平横断面）を示す。図示されているように、各々の表面フィーチャは、ピークで終結する４つの主要な側面をもつピラミッドを形成する。表面フィーチャ間の谷は、完全に研磨材料が無くてもよいが、図示された実施形態においては、一般に谷は研磨層の比較的薄い部分を含んでいる。
【実施例】
【００３２】
例１：ステンレス鋼の湿式心なし研削
【００３３】
試験対象製品：
湿式心なし研削の利用分野における研削性能に対する、結合剤処方に熱硬化官能性を提供する熱硬化性粉末の効果を評価するため、対照の工学処理された研磨剤処方の中にOxy ChemからのNovolac熱硬化性粉末Vercum２９−３４５を添加した。修正された処方及び対照の処方をポリエステル布基板上にコーティングし、Fusion ＵＶユニット内でのＵＶ放射線に対する曝露を含む工学処理済み研磨製品を作るための同じ条件下で加工した。Novolac含有製品をさらに３．５時間２５０Ｆで熱硬化させた。処方は、第１表に示されている。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
ここに記載の実施形態を形成するためのプロセスフローは、本書に参考として含まれている米国特許第５，８６３，３０６号で詳細に記述されている。
【００３６】
略語表：
Ebercryl（エベルクリル）３７００：ＵＣＢケミカルズ製のエポキシアクリレート。
ＴＭＰＴＡ：ＵＣＢケミカルズ製のトリメチロールトリアクリレート。
Irgacure（イルガキュア）８１９：Ciba-Geigy製の酸化ホスフィン光開始剤。
Varcum（バーカム）２９−３４５：Oxy Chem製のノボラック粉末。
ＡＴＨ：Ａ１１００シラン表面処理を伴うＡＬＣＯＡ製の三水酸化アルミニウム。
Ａ１１００：Ｏｓｉ製のアミノシランＡｌ１００。
【００３７】
試験用工作機械：
ＡＣＭＥ４７型定補給心なしベルト研削機を、試験手順全体のために使用した。機械は調整車、ワークレストブレード、接触車及び研磨剤ベルトを含めた４つの主要構成要素から成る。
【００３８】
工作材料：
試験開始時に各々１．５インチ×１０インチの２０個の円筒形３０４ステンレス鋼工作物一式を使用した。
【００３９】
試験の手順：
製品を屈曲させ、心無し研削機上での試験のための４”×５４”のベルトに変形させた。工作物の研削作業に先立ち、工作機械上で次のパラメータを確認した。
【００４０】
調整車角度を５°にセットした。調整及び接触といし車軸が互いに平行であることを確認した。調整車及び接触車を整列させた。ナイロンのワークレストをきれいに研削した。適切な部品空間距離を得るようにワークガイドを調整した。
【００４１】
試験手順は、以下に概略的に示した工程のシーケンスに従った。
【００４２】
工作物を予め研削して表面の欠陥を除去した。各工作物の重量を記録した。０．００６インチの所望の切り込みについて機械を調整し、調整車速度を５３ＲＰＭにセットした。機械に２本のバーを通した。これは１回のパスとして計数された。研削中、さび止めを含有する水冷却剤を研磨ベルト上に、スプレーした。各工作物の重量を記録して除去された金属を計算した。ベルトの厚み及びベルトの伸びを測定した。切り込みを次にさらに０．００６インチだけ増大し、２本のさらなるバーを機械を通して送り、再び重量、厚み及び伸びの測定を行なった。これらの工程を、製品が基材まで摩滅するまで反復した。
【００４３】
試験結果：
ノボラック粉末が添加された処方は、対照処方全体にわたり改善された耐摩耗性を示した。それは、対照処方の場合４パスであったのに比べ５パスにわたり持続した。対照よりも低い砥粒含有量の場合でさえ、ノボラック粉末（又は類似のフェノール／ホルムアルデヒドベースの粉末）付きの製品は対照処方に比べ高い素材除去に達した。さらに、ノボラック粉末付きの製品での切断対摩耗比は対照製品に比べ著しく優れている。
【００４４】
【表２】
2010264591.tif 000004
【００４５】
例２：複合サンダー仕上げディスク
【００４６】
試験製品：
９ミクロン及び３０ミクロンの２つのグリットサイズの製品が試験された。各グリットサイズについて、ＵＶ硬化性樹脂のみから成る結合剤を伴う対照処方を作り、ＵＶ硬化性樹脂に加えてアクリルベースの熱硬化性粉末を含有する修正された処方を作った。修正された処方及び対照処方をポリエチレンテレフタラートフィルム基板上にコーティングし、FusionＵＶユニット内でのＵＶ放射線に対する曝露を含めた工学処理済み研磨製品を作るための同じ条件下で加工した。熱硬化性粉末を伴う製品は、４時間２５０°Ｆで付加的な熱硬化を受けた。
【００４７】
【表３】
2010264591.tif 000005
【００４８】
【表４】
2010264591.tif 000006
【００４９】
【表５】
2010264591.tif 000007
【００５０】
【表６】
2010264591.tif 000008
【００５１】
略語表：
Ebercryl３７２０：ＵＣＢケミカルズ製のエポキシアクリレート。
ＴＭＰＴＡ：ＵＣＢケミカルズ製のトリメチロールトリアクリレート。
Irgacure ８１９：Ciba-Geigy製の酸化ホスフィン光開始剤。
ＢＹＫ Ａ５０１：ＢＹＫChemie製消泡剤。
Ａ１１００：Ｏｓｉ製アミノシランＡ１１００。
アクリル熱硬化性粉末：ＶＥＤＯＣからの１５８Ｃ１２１、Ｆｅｒｒｏの粉末コーティング。
【００５２】
工作材料：
試験用には６″×２４″×１/２″の複合パネルを使用した。
【００５３】
機器：
ランダム軌道サンダー用のディスクを試験するように設計された自動サンダー上で製品を試験した。機械は、設定ストローク長で往復運動するアーム上に取付けられたDynabradeからのランダム軌道サンダーから成る。本機械は、ディスクを始動させ、アームを低下させてサンダーを工作物に接触するように設置し、サンダーを工作物上で設定圧力で設定時間中前後に移動させ、次にサンダーを工作物から離れるようにもち上げることによって作動する。その後工作物上で測定を実施する。その重量を測定するために秤を用い、表面仕上げを測定するために表面分析装置を使用し、光沢を測定するために光沢計を使用する。
【００５４】
試験手順：
複合パネルを清浄し、拭って乾燥させ、その重量を記録した。機械のストローク長を２０インチにセットし、摩耗ディスク上の下向き力を１０ポンドにセットした。パネルをサンダー内に設置し、機械を１分間走らせた。工作物を横断してのサンダーの横方向速度は約２０ｆｔ／分であった。サンダー仕上げ試験中スプレーボトルを使用して固体表面パネルの表面上に水を露として吹きつけた。機械上で１分間サンダー仕上げした後、パネルを機械から取出し水で清浄して、拭って乾燥させた。パネルを秤量し、重量損失を記録した。Ｒａ、Ｒｙ及びＲmaxを記録するために表面分析装置を使用した。光沢計を用いて２０、６０及び８５度での光沢読取り値を記録した。サンダー内に再びパネルを設置し、１分間サンダー仕上げし、清浄し、測定した。この手順を、パネル上で１２分間のサンダー仕上げが実施されるまで反復した。
【００５５】
試験結果：
研削結果は第７表に要約されている。熱硬化性粉末付きの処方は、対照処方全体にわたり著しく優れた耐摩耗性を有していた。１２分間の湿式サンダー仕上げの後の熱硬化性粉末を伴う９ミクロン及び３０ミクロンの両方の処方の重量損失は、対照対応物についてのそれぞれ７．４及び１０．６グラムと比べ、わずか０．１グラムであった。素材除去対製品重量損失の比として定義されたＧ比は、同様に熱硬化性粉末付きの処方について実質的に改善される（１２５及び４３対０．５４及び０．７７）。さらに、熱硬化性粉末付きの製品は、この利用分野についての臨界性能基準である研摩された固体表面上の対照処方よりもはるかに高い最終光沢値を達成した。要約すると、プラスチック粉末の添加は、研摩された固体表面の耐摩耗性、Ｇ比及び最終光沢値を驚くほど大幅に改善した。
【００５６】
【表７】
2010264591.tif 000009
【００５７】
以上で開示した実施形態に従うと、加工性を改善するのみならず以上で要約されているような顕著な性能特性としても現われるコーティングされた研磨剤特に構造比又は工学処理されたコーティング済み研磨剤が開示されている。さらに、以上で開示されたさまざまな実施形態に関連して記述されているような第１及び第２の全く異なる結合剤化合物の使用は、結合剤組成物の選択において多大な柔軟性を可能にする。これとは対照的に、単一の結合剤化合物の形に工学処理された異なる官能基をもつ２官能性化合物のこれまでの使用は、プロセス柔軟性の低減に苦しみ、工学処理し実現するのがはるかに困難である。
【００５８】
以上で開示した内容は例としてみなされるべきものであり、制限的意味をもつものとしてみなされてはならず、添付の特許請求の範囲はこのような全ての修正、強化及び本発明の範囲内に入るその他の実施形態を全て網羅するように意図されている。かくして、法律により許容された最大限度まで、本発明の範囲は、別紙の特許請求の範囲及びその等価物の最も広い許容可能な解釈によって決定されるべきであり、以上の詳細な説明によって制約又は制限されるものではない。
【００５９】
例えば、以上のことは、それぞれ放射線硬化性及び熱硬化性である全く異なる結合剤化合物を特定的に参照指示しているものの、比較的急速に硬化する放射線硬化性結合剤を代替的結合剤で置換することも可能である。例えば、熱処理により急速に硬化される急速硬化エポキシキャップされた触媒を使用することができる。代替的には、熱処理により急速硬化される急速硬化ウレタン／ブロックされた触媒を使用することもできる。この点において、第１の結合剤化合物は一般に、より頑強で比較的緩慢に硬化する第２の結合剤化合物と組合わされた状態で望ましくはその急速硬化特性を維持する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティングされた研磨製品を形成する方法であって、下記の工程：
砥粒と結合剤処方を混合して研磨分散体を形成する工程であって、前記結合剤処方が、第１及び第２の結合剤構成要素の混合物を含み、第１の結合剤構成要素が、放射線硬化性であり、かつ第２の結合剤構成要素が、熱硬化性の粉末であって、前記結合剤処方のレオロジー特性を変更するのに十分な量で含まれ、そして前記第１の結合剤構成要素は、アクリレート及びメタクリレートオリゴマー及びエポキシアクリレート、脂肪族ウレタンアクリレート、芳香剤ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、芳香族酸アクリレート、エポキシメタクリレート、芳香族酸メタクリレート及び１、２、３、４及び５官能性アクリレート及びメタクリレートを含むモノマーから成る群から選択され、前記第２の結合剤構成要素は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素／ホルムアルデヒド、メラミン／ホルムアルデヒド、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂又はその混合物を含む、工程；
前記研磨分散体で基板をコーティングしてコーティングされた中間製品を形成する工程；
前記コーティングされた中間製品をパターニングする工程；
前記コーティングされた中間製品に光照射を行って、パターニング後の前記第１の結合剤構成要素を硬化させる工程；及び
前記コーティングされた中間製品を熱処理して、パターニング後の前記第２の結合剤構成要素を硬化させ、よって、硬化され、パターニングされた研磨層で被覆された前記基板を含む前記コーティングされた研磨製品を形成する工程、
を含んで成る方法。
【請求項２】
コーティング及び光照射が、連続的プロセスで実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
熱処理が、連続的プロセスで実施される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
連続的プロセスが、スプール・ツー・スプールプロセスであり、該プロセスにおいて、基板が少なくともコーティング及び光照射工程中に並進運動させられる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
コーティング及びパターニングが、基板上で研磨分散体をパターン化するための工具を利用して実施される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
熱処理が、オフラインで実施され、コーティングされた中間製品が巻取られた形をしており、かつ第２の結合剤構成要素を硬化させるべくバルク加熱される、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
コーティング及びパターニングが、研磨分散体が１つの研磨構造体のパターンを形成するような形で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１の結合剤構成要素は、ＵＶ硬化性結合剤構成要素である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
コーティングされた中間製品のパターニングが、そのコーティングされた中間製品をエンボス加工工具と接触させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第２の結合剤構成要素がアクリル重合体を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
第２の結合剤構成要素がポリエステル構成要素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
第１の結合剤構成要素がエポキシアクリレート構成要素であり、第２の結合剤構成要素がポリエステル樹脂である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
工学処理された研磨製品を形成する方法であって、下記の工程：
砥粒と結合剤処方を混合して研磨分散体を形成する工程であって、前記結合剤処方が、第１及び第２の結合剤構成要素の混合物を含み、第１の結合剤構成要素が、ＵＶ硬化性であり、かつ第２の結合剤構成要素が、熱硬化性の粉末を含み、前記結合剤処方のレオロジー特性を変更するのに十分な量で含まれ、そして前記第１の結合剤構成要素は、アクリレート及びメタクリレートオリゴマー及びエポキシアクリレート、脂肪族ウレタンアクリレート、芳香剤ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、芳香族酸アクリレート、エポキシメタクリレート、芳香族酸メタクリレート及び１、２、３、４及び５官能性アクリレート及びメタクリレートを含むモノマーから成る群から選択され、前記第２の結合剤構成要素は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素／ホルムアルデヒド、メラミン／ホルムアルデヒド、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂又はその混合物を含む、工程；
前記研磨分散体のコーティングで、隆起した研磨表面のパターンを備えたコーティングされた中間製品を基板上に形成する工程；
前記コーティングされた中間製品に光照射を行って、第１の結合剤構成要素を硬化させる工程；及び
光照射後、前記コーティングされた中間製品を熱処理する工程、
を含んで成る方法。
【請求項１４】
コーティングされた中間製品の形成、光照射、及び熱処理が、連続的プロセスで実施される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
光照射後の前記コーティングされた中間製品を巻取る工程をさらに含み、その際、熱処理が、巻取り後の前記コーティングされた中間製品をバルク加熱することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
工学処理された研磨製品を形成する方法であって、下記の工程：
砥粒と結合剤処方を混合して研磨分散体を形成する工程であって、前記結合剤処方が、第１及び第２の結合剤構成要素の混合物を含み、第１の結合剤構成要素が、ＵＶ硬化性であり、かつ第２の結合剤構成要素が、熱硬化性の粉末を含み、前記結合剤処方のレオロジー特性を変更するのに十分な量で含まれ、そして前記第１の結合剤構成要素は、アクリレート及びメタクリレートオリゴマー及びエポキシアクリレート、脂肪族ウレタンアクリレート、芳香剤ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、芳香族酸アクリレート、エポキシメタクリレート、芳香族酸メタクリレート及び１、２、３、４及び５官能性アクリレート及びメタクリレートを含むモノマーから成る群から選択され、前記第２の結合剤構成要素は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素／ホルムアルデヒド、メラミン／ホルムアルデヒド、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂又はその混合物を含む、工程；
前記研磨分散体で基板をコーティングして、コーティングされた中間製品を形成する工程；
前記コーティングされた中間製品をエンボス加工工具と接触させて、前記研磨分散体の少なくとも一部分に隆起した研磨表面のパターンを付与する工程；
前記コーティングされた中間製品をエンボス加工工具と接触させることに続いて、前記コーティングされた中間製品に光照射を行う工程；及び
光照射後、前記コーティングされた中間製品を熱処理する工程、
を含んで成る方法。
【外国語明細書】
2010264591000001.pdf