具有陷窝或孔眼的片状磨具的制作方法

专利名称：具有陷窝或孔眼的片状磨具的制作方法
技术领域：
本发明涉及磨具，更具体地，涉及适用于有机材料，如树脂或涂布的膜的光洁度加工用的片状磨具。
背景技术：
当具有平的研磨层的磨具用在研磨过程中时，不可能得到稳定的研磨效果和研磨准确度。这是因为研磨废料聚集在磨具和要研磨的表面之间，结果导致要研磨的表面被废料刮伤，或者研磨废料粘着在要研磨的表面上，导致研磨准确度的降低。
为了解决这个问题，已知的一种工艺是在磨具的表面上形成一些突起和凹陷，使得研磨废料和剥落下来的磨具颗粒收集凹陷中，由此将它们除去。
例如，日本专利公开公报No.3012261公开了一种磨具，其中的研磨层具有立体结构。该种磨具具有基片、形成在基片上的支撑层、以及涂布在支撑层上的研磨层，并且支撑层形成有规则的均匀的凹凸形状。
日本专利公开公报No.昭63-16980公开了一种磨具，其中，粘合剂和磨粒施加在基片上并干燥，然后通过使用具有凹凸图案的辊子来进行压花过程，例如使用具有凹凸印刷圆筒的轧压辊进行轧压操作，从而在研磨层上形成突起和凹陷。
日本专利公开公报No.平1-171771公开了一种磨具，它具有粘合剂、以及通过位于基片表面上的粘合剂粘结在基片上的磨粒，所述基片预先经过压花处理以提供凹凸图案。
在这些磨具中，就形成在研磨层上的突起和凹陷而言，凹陷形成在一结构中使之围绕着一个突起或者平行于一个突起；并且凹陷形成连续的凹槽。如上所述，突起和凹陷形成在研磨层上，从而收集在凹陷中或者除去废料和剥落下来的磨粒。但是，当凹陷形成为连续的凹槽时，很可能导致要研磨的表面被凹陷的边缘，或者能较自由地通过凹陷移动的收集的研磨废料等刮伤。
还已知设计为装在打磨机上的具有许多孔眼的磨具。它们的例子包括得自MN州St.Paul的3M公司的商品名为“3M HOOKIT FILM DISC DUST FREE”和“3MIMPERIAL STIKIT DISC DUST FREE”的研磨圆盘。研磨圆盘中的孔眼用作除去尘粒所用的抽风口，并且不置于磨具的整个表面上。
而且，在上述磨具中，研磨过程通过粘结在突起上的磨粒来进行，这些突起承载着更大的负荷，导致磨粒加速磨损，造成磨具的寿命缩短。

发明内容
本发明提供了一种片状磨具，它能研磨出具有高准确度的表面而不损坏要研磨的表面，并且在研磨效率和使用寿命方面更为优越。本发明的磨具适用于有机材料，如树脂或涂布的膜的光洁度加工。
一方面，本发明提供了一种片状磨具，它具有基片、涂布在所述基片表面上的粘合剂、以及通过粘合剂粘结在所述基片上的磨粒，其中，所述磨具具有许多陷窝或孔眼，所述陷窝或孔眼各自具有分布在整个研磨表面上相互独立的形状。所述磨具具有约50-96％的与要研磨的物体接触的有效接触区域。
在一个实施方式中，磨具的陷窝或孔眼是直径为0.5-10mm、更好是2-6mm的圆形。在另一个实施方式中，磨具的陷窝或孔眼是边长为0.2-10mm、更好是2-6mm的正方形。
在另一个实施方式中，上述磨具的陷窝或孔眼具有一斜边。
在另一个实施方式中，磨具具有约75-90％、更好是约80-85％的有效接触区域。
在另一个实施方式中，磨具上的陷窝或孔眼的直径为磨具的外径的2-8％。
在另一个实施方式中，磨具的磨粒基本上以单层的形式涂布(宜使用静电涂布)。
另一方面，本发明提供了一种装上本发明磨具的手动打磨块或打磨机。


图1是本发明磨具的一个截面图。
图2a是表示静电喷涂法的截面示意图。
图2b是使用图2a所示的静电喷涂法制得的研磨涂层的截面图。
图3a是浆液涂布法的截面示意图。
图3b是使用图3a所示浆液涂布法制得的研磨涂层的截面图。
图4a是表示静电涂布法的截面示意图。
图4b是使用图4a所示的静电涂布法制得的研磨涂层的截面图。
图5a-5d是本发明一些磨具的正视图。
图6a-6c是本发明一些磨具的正视图。
图7是静电喷涂设备的示意图。
具体实施例方式
图1是本发明一种磨具的截面图。基片11的表面上用粘合剂12涂布，磨粒13通过粘合剂12粘结在基片11上。
在磨具中形成了许多孔眼14。也可以使用不穿过基片后表面的陷窝代替孔眼。磨屑和脱落的磨粒收集并保留在孔眼或陷窝中，从而有效地防止在要研磨的表面上形成线状刮痕。而且，在使用孔眼时，能有效地防止被研磨的表面粘着在磨具的磨粒涂布表面上，由此提供改进的研磨效率。
陷窝或孔眼的形状没有特别的限制，只要它们以相互独立的方式形成，而不形成连续的凹槽。例如，适合的形状选自圆形、椭圆形和多边形，如六边形、正方形、菱形或三角形。
关于陷窝或孔眼，当它们太小时，会产生堵塞，从而导致收集磨屑的效率降低等。当陷窝或孔眼太大时，磨具的强度和研磨效率下降。因此，陷窝或孔眼的尺寸宜为磨具外径的约2-8％(直径比)。
更具体地，就陷窝或孔眼的尺寸而言，在陷窝或孔眼是圆形的情况下，直径约为0.5-10mm、更好是约2-6mm，在陷窝或孔眼是正方形的情况下，正方形的边长约为0.2-10mm、更好是约2-6mm。
陷窝或孔眼宜分布在磨具的整个研磨表面上。当研磨表面上存在没有陷窝或孔眼的区域时，磨屑无法收集在该区域中，磨具就会粘着在被研磨的物体上，导致研磨效率的降低。
并不需要所有的陷窝或孔眼都具有相同的形状和尺寸。那些具有不同形状和尺寸的陷窝或孔眼可以以混合的方式形成，只要将它们分布在磨具的整个表面上。但是，最好将它们有规则地排列。
磨具一个面上的各个陷窝或孔眼的边缘最好是斜的。当磨具一个面上的各个陷窝或孔眼的边缘是锐的或者突出时，会损坏被研磨的表面。
孔眼宜通过将磨具进行冲孔处理来形成。当对磨具进行冲孔时，最好将刀片从研磨表面插入直至基片的后表面。这样就可以在磨具一个面上的各个孔眼中形成斜边。但是，孔眼也可以在磨具的涂布以前对基片进行冲孔来形成。
陷窝宜通过对基片进行压花处理来形成。而且，陷窝还可以通过复制方法来形成。这些方法可以形成具有均匀而规则形状的陷窝，用以改善磨具进行研磨时的准确度和光洁度质量，还在磨具一个面上的各个陷窝中形成斜边。
关于本发明的磨具，磨具表面与被研磨的物体的有效接触区域宜为约50-96％。更好地，在使用湿磨所用的手动研磨块的情况下，有效接触区域宜为约75-90％、更好是约80-85％。有效接触区域是指不包括陷窝或孔眼的磨具表面的区域占没有陷窝或孔眼的磨具的区域的比例(％)。
有效接触区域小于50％，就增加了研磨过程中施加在磨粒上的负荷，导致剥落下来的磨粒增加，从而降低了研磨效率。有效接触区域超过约96％则无法提供改善的研磨效率。
关于本发明的磨具所用的基片，可以使用通常用作片状磨具的基片的任何材料。更具体地，可以使用例如聚合物薄膜、机织布料、非织造布料、纸、树脂浸渍纸和涂布了聚合物的纸。特别优选的基片包括油浸渍纸、涂布了聚合物的纸、聚酯如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、金属蒸气沉积的纸、或者它们的薄膜。基片的厚度通常为12-150μm，更好是38-100μm。
磨粒通过粘合剂粘结在基片的表面上。粘合剂的例子包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等。
磨粒的例子包括氧化铝、氧化铈、碳化硅和金刚石；关于氧化铝，可以使用熔凝氧化铝、陶瓷氧化铝(包括溶胶-凝胶法氧化铝)等。磨粒可以是由塑料，如聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃等制成的细颗粒。磨粒的平均粒径通常为53-0.45μm。换句话说，平均粒径为53μm(JIS#220)至0.45μm(JIS#20000)，更好是5μm(JIS#2500)至40μm(JIS#360)。
要制造本发明的磨具，首先，使用没有陷窝或孔眼的基片形成具有平的研磨表面的磨具。接着，在此磨具的整个平表面上形成许多具有相互独立的形状的陷窝或孔眼。或者，也可以先在基片的整个表面上形成许多具有相互独立的形状的陷窝或孔眼。接着，将粘合剂和磨粒施加在基片上。然后将材料加热以固化粘合剂。
磨粒宜形成为单一的涂布层，从而使它们在基片表面上基本上排列成一磨粒层。这种排列可以提高磨粒的保留力和使用效率。这种排列还保持了薄膜表面上的突起和凹陷。
宜使用静电喷涂法施加磨粒。这样使磨粒的排列具有适合的取向，并因此改善磨具的研磨效率。图2a是表示静电喷涂法的原理的截面示意图。将要涂布的物体56放置在喷嘴54的前面，使之以一预定的间隙面对喷嘴。磨粒51和粘合剂(未示出)通过直流高压电源52充入，并通过按箭头53所示方向流动的气流经喷嘴54排出。
磨粒51和粘合剂可以通过来自电晕放电电流的库仑力粘着在要涂布的物体56(例如，磨具的薄膜基片)上，该电晕放电电流从具有高电压的喷射器顶针电极55流向要涂布的物体56。在该方法中，在喷射器顶针电极55与要涂布的物体56之间形成静电场57，从而使在静电喷涂的顶部离子化的磨粒51沿静电场57飞过，并以均匀的方式粘着在要涂布的物体56的表面上。
结果，如图2b所示，与浆液法相比，薄膜基片56的表面上磨粒51具有适宜的取向，由此提供研磨力更为优越的磨具。而且，由于随后施加的磨粒与粘着的磨粒之间的静电排斥，随后施加的磨粒不会粘着在已经粘着的磨粒上。这样，薄膜基片56的表面被基本上呈单层形式的磨粒51所涂布。因此，可以改善磨粒的保留力和使用效率。
粘合剂和磨粒可以分别施加，或者可以预先制备粘合剂和磨粒的混合物，然后使用静电喷涂法直接施加在基片上。
在磨粒和粘合剂施加在基片上之后，对粘合剂固化以得到磨具。粘合剂通常通过加热来固化。
关于向基片施加磨粒的方法，可以使用与静电喷涂法类似的其它方法，如浆液法和静电涂布法。
图3a是表示浆液涂布法的原理的截面示意图。使用刮刀62刮平含有磨粒63和粘合剂64的涂布液61，得到图3b所示的磨具。
图4a是表示静电涂布法的原理的截面示意图。将磨粒71放置在加热板73上，与要涂布的物体74面对面的排列，以一预定的间隙隔开。通过交流高压电源72(2.5-60Hz，0-60kV)向加热板73施加高电压，从而使磨粒71带电，如图4a中符号(+)和(-)所示。此时，在加热板71和要涂布的物体74之间形成静电场，磨粒72就通过库仑力向要涂布的物体74的表面吸引上去，粘着在其上。由此得到图4b所示的磨具。
本发明的磨具适合应用于对有机材料如树脂的研磨加工。本发明能有效地防止磨具粘着在被研磨的表面上，并因此改善了研磨效率。例如，本发明的磨具可以用来除去在片状金属上形成的涂布的薄膜上存在的缺陷，并调整该涂布的表面的织构。此时，本发明的磨具可用于干磨或湿磨处理。
在这些应用中，片状磨具通常装在手动研磨块或打磨机上。关于手动研磨块，日本实用新型公开公报No.平5-67465公开了它的一个例子。关于打磨机，日本专利公开公报No.平7-314318公开了它的一个例子。
图5-6是本发明磨具的实施方式的正视图。图5a、5b、5c和5d所示是设计为装在手动打磨块上的磨盘100。中心的开口102提供了可向研磨表面施加润滑液(例如水)的通道。该开口对收集研磨废料不起作用。该磨盘包括许多分布在整个研磨表面106上的孔104，各个孔具有相互独立的形状。圆盘的代表性说明示于表1表1

图6a-6c所示是设计为装在打磨机上的磨盘。该磨盘110包括许多分布在整个研磨表面114上的孔112，各个孔具有相互独立的形状。该圆盘的代表性说明示于表2
表2

在以下的实施例中，本发明的目的和优点将通过各种实施方式作进一步的说明，但是这些实施例的细节不应构成对本发明不恰当的限制。
实施例实施例1-4使用厚度为75μm的PET膜作为基片。首先，通过混合100g粒径为JIS#2000的氧化铝(购自Nanko陶瓷公司)、20g商品名为“EPOTOHTO YD128R”的环氧树脂(购自Tohto Kasei公司)、20g“VERSAMIDE 125”(购自Henkel-Hakusui公司)和75g丙二醇单甲醚(购自Dow Corning公司)，形成磨料涂布液。
图7是用于静电喷涂法的涂布设备的示意图。在压力下将磨料涂布液从储罐81(配备了空气混合器)送往一隔膜泵82，并通过在涂布液调节器83和背压力调节器84之间的压力差进行循环。压力差设定为不小于0.15Mps，在测量仪85-86上测定。
将来自储罐81的涂布液送往静电喷涂喷射器，在那里形成雾化的涂布液和空气的混合流。使用设置在喷射器入口的准确度涂布液调节器88控制喷涂喷射器87的输出。通过低压控制装置89向喷射器的电极施加电压，以形成静电场。空气在电极的顶部离子化，从而使通过离子化区域涂布液中的磨粒充上负电荷。涂布液就按静电场的方向施加在PET膜90上。
关于涂布装置，可以使用市售商品名为“用于75785溶剂基涂料的REA-90”的静电喷涂喷射器和市售商品名为“9040 CASCADE低压控制装置”(得自Lanzburg Industry有限公司)的低压控制装置。涂布条件设定如下
表3

随后，使用酚醛树脂(购自Showa Koubunshi K.K.)进行胶结涂层过程。将该胶结涂层在140℃下固化3分钟。
然后，对所得的连续片状磨具从其研磨表面向其后表面的方向进行冲孔加工，从而在此片状磨具的整个表面上形成孔眼。通过改变孔眼的数目形成四种类型的磨盘(实施例1-4)。得到的是直径为100mm的磨盘。没有孔眼的磨盘用作对照试样。表4示出了所得的磨盘的规格。
表4

使用研磨测试机(商品名为“SCIEFFER”研磨机，购自MD州Gaithersburg的Frazier Precision公司)对所得的磨盘进行研磨测试。使用直径为100mm、厚度为8mm的丙烯酸塑料板作为要研磨的物体。研磨负荷设定为4.5kg。通过旋转被研磨的物体并测量丙烯酸板的重量(克)损失来测定磨削量。表5示出了测试的结果。而且，对板上经研磨的表面进行目测观察，在任何磨盘上都未发现线状刮痕。
表5

实施例5除了使用厚度为3密耳(75μm)的PET膜之外，按实施例1-4所述的方法进行。PET膜包括直径为650μm、深100μm的以点阵图案形成在整个表面上的针点陷窝。磨盘的有效接触区域为83.6％。
使用手动研磨块在一个方向上来回移动来研磨直径为100mm、厚2mm的丙烯酸塑料板。研磨过程使用湿磨和干磨法进行。根据表6-8中列出的标准来评价研磨操作性能、研磨性能和光洁度加工度。平均表面粗糙度Ra的测定(μm)使用购自Mitsutoyo K.K.的525 Series Photoracer(高准确度表面粗糙度测定设备SV-C600)，根据JIS测试法(JIS B0601-1994)进行。结果列于表9。
表6湿磨操作性能

表7研磨性能

表8光洁度

比较例1除了使用厚度为3密耳(75μm)，在表面上没有突起或凹陷的PET膜作为基片之外，按实施例5所述的方法得到磨盘。对磨盘的测试按实施例5所述进行。结果示于表9。
比较例2除了将磨料涂层施加到具有直径为650μm，高100μm的形成在整个表面上针点突起的PET膜的其它表面上之外，按实施例5所述的方法得到磨盘。所得的磨盘的有效接触区域为16.4％。按实施例5所述对磨盘进行测试。结果示于表9。
比较例3除了PET膜基片具有许多宽580μm、以连续的凹槽图案的形式形成的菱锥状突起(其短直径为1220μm、长直径为1750μm、高40μm)之外，按实施例5所述的方法得到磨盘。所得的磨盘的有效接触区域为42.7％。按实施例5所述对磨盘进行测试。结果示于表9。
表9

结果显示，与具有突起的磨具相比，在研磨表面上具有陷窝的磨具不太会在被研磨的表面上产生刮痕，并具有优越的操作性能。
从前面的描述中可以看出，在不偏离本发明的范围和精神的前提下，对本发明进行各种修改和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.一种片状磨具，它包括基片、涂布在所述基片表面上的粘合剂、以及通过形成研磨表面的粘合剂粘结在所述基片上的磨粒，其特征在于所述磨具具有许多分布在整个研磨表面中的陷窝或孔眼，所述陷窝或孔眼各自具有相互独立的形状，所述磨具具有约50-96％的与被研磨的物体接触的有效接触区域。
2.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述陷窝或孔眼具有直径为0.5-10mm的圆形。
3.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述陷窝或孔眼具有直径为2-6mm的圆形。
4.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述陷窝或孔眼具有边长为0.2-10mm的正方形。
5.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述陷窝或孔眼具有边长为2-6mm的正方形。
6.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述陷窝或孔眼各自具有一个斜边。
7.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述磨具具有许多陷窝。
8.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述磨具具有许多孔眼。
9.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述磨具具有约75-90％的有效接触区域。
10.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述磨具具有约80-85％的有效接触区域。
11.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述陷窝或孔眼的直径为所述磨具外径的2-8％。
12.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述磨粒基本上呈单层的形式。
13.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述磨粒是使用静电喷涂法施加的。
14.如权利要求1所述的磨具，其特征在于所述磨具装在手动打磨块或打磨机上。
全文摘要
一种片状磨具，它具有基片(11)、涂布在所述基片表面上的粘合剂(12)、以及通过粘合剂粘结在所述基片上的磨粒，所述磨具具有许多陷窝或孔眼(14)，它们各自具有位于整个磨料表面上的相互独立的形状，所述磨具具有50－96％的与被研磨的物体接触的有效接触区域。
文档编号B24D11/00GK1549757SQ02817158
公开日2004年11月24日 申请日期2002年9月3日 优先权日2001年9月3日
发明者铃木一男, 海老沢一, 一 申请人:3M创新有限公司