Die Erfindung betrifft beschichtete Schleifmittel und insbesondere ein Verfahren oder die Herstellung beschichteter Schleifmittel mit einer gemusterten Oberfläche.

Es ist wohlbekannt, daß durch die selektive Ablagerung von Schleifmaterialien auf einem Substrat erhebliche Vorteile erhalten werden können. Diese können von der Vermeidung von vergeudetem Korn durch Nicht-Ablagerung auf den Teilen eines Substrats, die keine aktive Schleifwirkung während herkömmlicher Verwendung ausüben, bis zur Bildung von Inseln von Schleifmaterial reichen, die eine effiziente Nutzung des Schleifkorns und Raum für während des Schleifens weg zu transportierenden Schleifabfalls sicherstellen. Die vorliegende Erfindung gewährleistet einen sehr effektiven und vielseitigen Weg zur Herstellung von gemusterten Oberflächen beschichteter Schleifmittel, die an alle Arten von beschichteten Schleifmittelanwendungen angepaßt werden können.

Bei der Herstellung herkömmlicher beschichteter Schleifmittel wird eine Unterlage mit einer Grundschicht zur Verfügung gestellt, deren primäre Funktion es ist, darauf abgelagertes Schleifkorn an die Unterlage zu binden. Das Korn wird daher aufgebracht, bevor die Grundschicht voll ausgehärtet ist, so daß diese es dem Korn noch ermöglicht, an deren Oberfläche zu haften. Eine Deckschicht wird dann über das an der Grundschicht haftende Korn aufgebracht und die primäre Funktion dieser Schicht ist es, das Korn an der Unterlage zu verankern. Es ist daher klar, daß, wenn eine Grundschicht in einem Muster anstelle einer gleichförmigen Beschichtung über das Unterlagenmaterial aufgebracht wird, das darauf abgelagerte Korn nur an dem Muster haften wird, in welchem die Grundschicht abgelagert worden ist. Dies stellt einen bekannten Weg für die Herstellung gemusterter Oberflächen zur Verfügung. Dies bedeutet jedoch, daß nicht haftendes Schleifkorn gesammelt und von der Unterlage abgetrennt werden muß, während der Herstellungsprozeß weiter läuft. Dies kann zu Problemen führen und ist im allgemeinen ineffizient. Des weiteren ist das selektive Drucken von spezifischen Bereichen mit der Grundschicht nicht einfach, da es bedeutet, daß anstelle der Verwendung einer einfachen Walzenbeschichtungsvorrichtung mit einem Abstreichmesser zur Sicherstellung der Gleichmäßigkeit oder eines Ablagerungsmechanismuses mittels einer Schlitzdüse mehrere Ablagerungsöffnungen freifließend gehalten werden müssen, um eine gleichmäßig gemusterte Oberfläche eines beschichteten Schleifmittels sicherzustellen.

Ein alternatives Verfahren umfaßt die Verwendung einer Maskierungsschicht, welche die Ablagerung einer Grundschicht und/oder von Schleifkorn nur an Stellen erlaubt, die Löchern in der Maskierungsschicht entsprechen. Dies kann sehr effektiv sein, aber die Entfernung der Maskierungsschicht kann zu Problemen führen, wenn es eine Eindringung hinter die Schicht gegeben hat, was bewirken könnte, daß die Schicht schwierig zu entfernen ist, oder wenn es einige Überlappung gegeben hat, so daß die Entfernung der Schicht bewirkt, daß auch etwas von dem Schleifmittel entfernt wird. Ferner kann die Maskierungsschicht nicht wiederverwendbar sein, wenn sie nicht sorgfältig gereinigt wird, und dies stellt eine unnötige Unannehmlichkeit und Kosten dar.

Die Ablagerung von Korn erfolgt im allgemeinen durch Zuführung mittels Schwerkraft oder durch elektrostatische Ablagerung. Bei einem Verfahren durch Zuführung mittels Schwerkraft wird das Korn aus einem Ablagerungsbehälter in einer (hoffentlich) gleichmäßigen Weise abgelagert, obwohl dies davon abhängt, daß sichergestellt ist, daß das Korn freifließend bleibt. Die Tendenz ist jedoch zu viel abzulagern, so daß, wenn die Substratoberfläche über eine Rolle läuft, um die Bewegungsrichtung umzukehren, die beschichtete Oberfläche nach unten schaut und überschüssiges, nicht an die Grundschicht anhaftendes Korn abfällt. Es wurde vorgeschlagen, Korn selektiv unter Verwendung einer Reihe von gerichteten Leitblechen auf dem Substrat abzulagern, um ein gewünschtes Muster zu erhalten. Bei solch einem Verfahren ist die Unterlage im allgemeinen gleichmäßig mit der Grundschicht bedeckt, so daß die Herstellung einer gemusterten Oberfläche eine Funktion der physikalischen Steuerung der Ablagerung von Korn auf der Grundschicht ist. Während solche Verfahren sehr effizient sind, wird die Verwendung problematischer, wenn die Schleifkorngröße geringer wird, da die kleineren Körner eher zu Fließproblemen neigen, was zu einer Unterbrechung des Musters führen könnte. Zusätzlich besteht das mögliche Problem der Überdosierung und des Fehlens einer Bestimmtheit des Musters, solange nicht die Positionierung des Leitbleichs und die Bahngeschwindigkeit entsprechend gesteuert werden.

Bei einem Verfahren mit elektrostatischer Ablagerung, oft als ein UP (Aufwärtsschleuder, „upward projection") Verfahren bezeichnet, wird eine Schleifkorn enthaltende Schale zwischen zwei Elektroden angeordnet, wobei die obere Elektrode geerdet ist und die untere daran angepaßt ist, eine Ladung zu tragen. Eine Unterlage, auf der sich eine Grundschicht befindet, wird zwischen den Elektroden und oberhalb der Schale mit Schleifkorn hindurchgeführt. Um die Kornablagerung zu beginnen, wird die untere Elektrode unter Spannung gesetzt und Schleifkorn wird nach oben in Richtung der geerdeten Elektrode geschleudert und es haftet an der Grundschicht auf dem Substrat. Dies ergibt eine sehr gleichmäßige, steuerbare Beschichtung und wird aus diesem Grund häufig angewandt. Es ist jedoch nicht leicht anpaßbar zur Erzeugung von Mustern, sofern nicht gemusterte Grundschichtablagerungen verwendet werden, die an den oben beschriebenen Nachteilen leiden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein außerordentlich vielseitiges und effizientes Verfahren zur Herstellung von gemusterten Oberflächen auf einem beschichteten Schleifmittel unter Verwendung einer effizienten UP Ablagerungstechnik zur Verfügung.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Schleifmittels mit einer gemusterten Oberfläche zur Verfügung, welches die Ablagerung von Schleifkorn auf einem Substrat mittels einer elektrostatischen Schleudertechnik umfaßt, wobei das Feld, durch welches das Korn geschleudert wird, gesteuert wird, um zu gewährleisten, daß das Korn bevorzugt in dem gewünschten Muster abgelagert wird.

Im wesentlichen wird das Muster durch Erzeugung eines nicht-homogenen, elektrostatischen Ablagerungsfelds entsprechend dem Muster gebildet. Das „Muster" kann ein einfacher Umfangsring um eine Schleifscheibe herum oder es können Linien entlang der Kanten eines Schleifpapiers sein. Alternativ dazu kann es ein Muster von Punkten sein, wobei jeder Punkt jede gewünschte Konfiguration und die Musterelemente jeden gewünschten Abstand aufweisen können. Die Begrenzung jeden Elements des Musters ist nicht notwendigerweise klar, weil elektrostatische Felder zwischen Elektroden nicht durch klare Trennlinien begrenzt sind. Es gibt jedoch eine klar höhere Ablagerungsmenge entsprechend den Bereichen der höchsten Intensität des elektrostatischen Felds, und dies ist die Basis des "Musters", so wie dieser Begriff hierin verwendet wird.

In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll der Begriff „nicht-homogen" absichtlich eingefügte Veränderungen in der Intensität des elektrostatischen Felds ausdrücken, durch welches das Schleifkorn in Richtung auf die Unterlage geschleudert wird. Er bezieht sich nicht auf Kanteneffekte, die oft in Bereichen um die Kanten von Elektroden herum beobachtet werden, wo es einige Schwächung der Stärke des Feldes geben kann.

Die Veränderungen können durch eine Anzahl von Wegen erzeugt werden, von denen jeder erhebliche Vorteile für verschiedene Anwendungen gewährleisten kann. Das Feld kann beispielsweise im wesentlichen einheitlich zwischen herkömmlichen Elektroden sein, jedoch lokal intensiviert durch den Durchgang eines behandelten Ablagerungssubstrats zwischen den Elektroden. Somit wird zum Beispiel eine Unterlage mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche mit einer auf der ersten Hauptoberfläche aufgebrachten Grundschicht und einem in einer leitfähigen Tinte auf die zweite Hauptoberfläche gedruckten Muster, während sie zwischen den Elektroden hindurchgeht, das Feld lokal intensivieren und dadurch die Ablagerung auf der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegend den bedruckten Bereichen. Wenn die Feldstärke so eingestellt wird, daß in Abwesenheit der lokalen Intensivierung diese nicht ausreicht, um eine signifikante Ablagerung des Korns auf dem Substrat zu bewirken, wird das Korn in einem Muster abgelegt werden, das dem auf der Rückseite des Films aufgedruckten Muster entspricht. Dieses Muster kann so einfach sein wie eine Reihe von Punkten oder Streifen oder vielleicht komplexere Muster wie gewünscht. Manchmal kann es wünschenswert sein, Streifen entlang der seitlichen Kanten eines Blattes zu drucken, um eine erhöhte Ablagerung in einem Bereich sicherzustellen, der in herkömmlichen UP Verfahren oft ungenügend mit Schleifkorn versorgt wird. Das Bedrucken wird am häufigsten auf der Rückseite des Substrats angewandt, das ist die Seite gegenüber derjenigen, auf welcher das Schleifkorn abzulagern ist. Dies ist jedoch nicht wesentlich, und Bedrucken auf der kornaufnehmenden Seite kann oft Vorteile aufweisen.

Diese Ausführungsform des Verfahrens ist besonders effektiv, wenn die Unterlage ein Kunststofffilm oder Papier und kein gewebtes Material ist, welches eine weniger intensive lokale Veränderung des Feldes erzeugt und daher eine weniger klare Begrenzung des gewünschten Musters.

Erzeugen des Musters durch Drucken mit leitfähiger Tinte bietet den großen Vorteil extrem vielseitig zu sein, und, da es herkömmliche UP Ablagerungsausrüstung verwendet, kann es in Verbindung mit einer geeigneten Druckstation verwendet werden, um jedes gewünschte Muster zu erzeugen, ohne umfassende Modifizierung der UP Kornablagerungsvorrichtung zwischen Läufen mit verschiedenen Mustern.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist gut angepaßt zur Verwendung in einem kontinuierlichen Verfahren, so wie einer herkömmlichen Technik zur Herstellung von beschichteten Schleifmitteln, welche eine große Rolle beschichteten Schleifmittels erzeugt („Jumbo" genannt), die dann geschnitten und/oder gespleißt wird, um Schleifscheiben oder Bänder zu erzeugen. Es kann auch bei der Herstellung einzelner Scheiben verwendet werden, bei welchem einzelne Scheiben des Unterlagenmaterials in dem UP Kornablagerungsfeld plaziert werden, um das Schleifkorn aufzunehmen. Diese Scheiben können geeignete Muster an leitfähiger Tinte erhalten, bevor sie in das Feld gebracht werden.

Ein alternatives Verfahren zur Variierung der Intensität des elektrostatischen Feldes verwendet geformte Elektroden. Bei der einfachsten Ausführungsform ist die geschliffene Elektrode ringförmig. Wenn diese in einem kontinuierlichen Verfahren verwendet wird, wird es notwendig sein, das Feld in unterbrochener Weise zu erzeugen und mit dem Durchgang der Unterlage zwischen den Elektroden zu koordinieren. Es ist jedoch möglich, einzelne Scheiben herzustellen, die vorgeschnitten und auf einem Fördermittel positioniert sind, das zwischen den Elektroden hindurchgeht, vorausgesetzt, daß der zeitliche Ablauf der Ablagerung genau gesteuert werden kann, um der Position auf der Scheibe zu entsprechen.

Die gemusterte Elektrode kann, mit dem gleichen Ergebnis, entweder die mit Spannung beaufschlagte Elektrode sein oder die geerdete. Eine weitere Verfeinerung wäre es ähnliche Muster sowohl auf der mit Spannung beaufschlagten wie der geerdeten Elektrode zu haben.

Gemusterte Elektroden können einfach durch gemustertes Drucken unter Verwendung leitfähiger Tinte oder eines isolierenden Substrats, wie einem Polyester- oder Polyvinylidenfluoridfilm, hergestellt werden. Alternativ dazu kann ein metallbeschichteter, isolierender Film geätzt werden, um das gewünschte Muster zu ergeben. Andere auf dem Fachgebiet gut bekannte Techniken können auch eingesetzt werden, um gemusterte Elektroden zu erzeugen.

Eine besonders effektive gemusterte Elektrode weist die Form eines Laminats auf, bei welchem eine gemeinsame Träger- oder Basisschicht eines leitfähigen Materials mit einem isolierenden Material mit leitfähigen Fortsätzen durch die isolierende Schicht überlagert ist, was auf der Oberfläche ein Muster von leitfähigen Segmenten in elektrischem Kontakt mit der leitfähigen Basisschicht gewährleistet. Bei einer einfachen Form ist die Oberfläche der Elektrode eine Reihe von kleinen Platten, welche effektiv Mini-Elektroden darstellen, die gleichmäßig beabstandet und durch isolierendes Material getrennt sind. Wie vorher kann die gemusterte Elektrode die geerdete Elektrode oder die mit Spannung beaufschlagte Elektrode sein oder es können möglicherweise beide sein. Wie vorher sind diese Elektroden dazu geeignet entweder bei einem kontinuierlichen Herstellungsmodus in Form einer Jumborolle oder bei der Herstellung einzelner Scheiben in einem sorgfältig zusammenpassenden Ansatz verwendet zu werden.

1 ist eine schematische Ansicht eines kontinuierlichen Verfahrens, das ein rückseitig bedrucktes Unterlagenmaterial verwendet.

2a zeigt einen Aufbau zur Herstellung einzelner Scheiben mit Schleifkorn, das vorwiegend um die Kante einer Scheibe mit dem geeigneten rückseitigen Druck abgelegt ist. 2b zeigt Rück- und Vorderansicht der erhaltenen Scheiben, wobei die bedruckte Rückseite der Scheibe links und die schleifmittelbeschichtete Oberfläche rechts gezeigt ist.

3 zeigt einen Aufbau für die Herstellung einzelner Scheiben unter Verwendung einer ringförmigen, geerdeten Elektrode.

4 zeigt einen Querschnitt einer laminierten Elektrode.

5 (a, b und c) zeigt in schematischer Form drei verschiedene Anordnungen, die solche laminierten Elektroden verwenden.

6 zeigt einen Aufbau, bei welchem sowohl rückseitig bedrucktes Substrat als auch laminierte Elektroden eingesetzt werden.

7 umfaßt drei gescannte Bilder von Schleifscheiben, die gemäß des unten beschriebenen Verfahrens nach Beispiels 1 hergestellt wurden.

Die Erfindung wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die einige der möglichen Kombinationen und Anwendungen der Erfindung erläutern. Sie stellen natürlich keine erschöpfende Zusammenfassung der Optionen dar, die für den Fachmann auf der Basis von deren Offenbarung offensichtlich sich.

In 1 liegt eine Elektrode 8, verbunden mit der Erde 1, einer spannungsbeaufschlagten Elektrode 9 gegenüber, die mit einer Stromquelle 7 verbunden ist. Ein Kornförderband 6, welches Korn 5 trägt, läuft zwischen den Elektroden in der Nähe der spannungsbeaufschlagten Elektrode durch. Ein Unterlagenmaterial 3 für beschichtetes Schleifmittel mit einer Schicht aus ungehärteter Grundschicht 2 und einem Muster 4, das auf die Rückseite mittels einer leitfähigen Tinte gedruckt ist, läuft zwischen den Elektroden in der Nähe der geerdeten Elektrode durch. Sobald die gemusterten Teile der Unterlage in die Zone zwischen den Elektroden eintreten, wird von dem Förderband auf der Grundschicht abzulagerndes Korn in den Bereichen geschleudert, die dem gedruckten Muster auf der gegenüberliegenden Seite der Unterlage gegenüberliegen.

2a zeigt einen ähnlichen Aufbau zu dem in 1 gezeigten, mit der Ausnahme, daß das Muster die Form eines Ringes aufweist und die Unterlage in Form einer separaten Scheibe vorliegt. 2b zeigt die Rückseite (links) und die Vorderseite (rechts) der Scheibe nach der Behandlung unter Verwendung des Ausbaus aus 2a. Die Rückseite wurde mit einem Ring 4 aus leitfähiger Tinte bedruckt, und das Ergebnis ist ein passender Ring 5 aus Schleifkorn, der an der Grundschicht 2 anhaftet, auf der Vorderseite der Unterlage 3.

3 verwendet eine geerdete Ringelektrode 8 und eine gegenüberliegende mit Spannung beaufschlagte Elektrode 9. Einer das Schleifkorn 5 enthaltenden Trägerschale 10 liegt die eine Grundschicht 4 tragende Scheibe 3 gegenüber. Wenn die mit Spannung beaufschlagte Elektrode mit der Stromquelle 7 verbunden wird, wird Korn von dem Trägerschale auf die Unterlagenscheibe geschleudert, um ein Muster zu erzeugen, das dem in 2b gezeigten ähnlich ist.

4 zeigt eine andere Anordnung, bei welcher die mit Spannung beaufschlagte Elektrode und die geerdete Elektrode in Form von Laminaten vorliegen, die eine leitfähige Unterlagenplatte enthalten, die tief geätzt worden ist, um eine Vielzahl von leitfähigen Elementen 11 und isolierendem Material 12, das die geätzten Räume zwischen den Elementen ausfüllt, zurückzulassen. Die Elektroden liegen in Form von sich auf Riemenscheiben bewegenden Bändern vor, um eine Elektrode zur Verfügung zu stellen, die sich mit der Geschwindigkeit des Unterlagenmaterials bewegt, wenn sich dieses zwischen den Elektroden bewegt. Tatsächlich sind die Elektroden eine Vielzahl von Mini-Elektroden, so daß das Feld eher als ein kontinuierliches Feld zwischen zwei statischen Elektroden eine Vielzahl individueller Felder darstellt. Es wird daher eine längere Zeitdauer geben, während der gegenüberliegende Paare von Mini-Elektroden ein Feld erzeugen werden, das ausreichend ist, um Korn von der Förderbandschale auf die Grundschicht auf der Unterlage voranzutreiben.

In 5 ist angezeigt, daß es nicht notwendig ist, daß beide Elektroden in der in 4 erläuterten laminierten Form vorliegen, sondern mit einer statischen Elektrode kombiniert werden können, die entweder die mit Spannung beaufschlagte oder die geerdete Elektrode sein kann.

In 6 ist der in 4 gezeigte Aufbau mit einem Muster kombiniert, das mittels leitfähiger Tinte auf der Rückseite der Unterlage gedruckt ist, um die Stärke des Feldes zwischen den Mini-Elektroden hervorzuheben.

In diesem Beispiel erläutern wir die Ergebnisse der Benutzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die verwendete Vorrichtung ist wie in 3 gezeigt, mit der Ausnahme, daß die geerdete Elektrode anstelle der in der Zeichnung gezeigten Ringelektrode eine flache Elektrode war. Die mit Spannung beaufschlagte Ringelektrode hatte einen Außendurchmesser von 20,32 cm, eine radiale Ausdehnung von 4,45 cm. Ein Unterlagenmaterial aus vulkanisierter Faser beschichtet mit einem druckempfindlichen Haftmittel (als Ersatz verwendet für die ungehärtete Grundschicht, die in einem kommerziellen Vorgang verwendet werden würde) war an der geerdeten Elektrode befestigt. Der Abstand zwischen dem Unterlagenmaterial und der mit Spannung beaufschlagten Elektrode betrug 1,11 cm. Eine Schale mit Schleifkorn wurde zwischen den Elektroden benachbart zu der mit Spannung beaufschlagten Elektrode plaziert, die dann mit einer 10–30 kV Gleichstromquelle verbunden wurde. Das Muster der Ablagerung ist in den gescannten Bildern wie in 7 präsentiert gezeigt, die drei auf diese Weise mit verschiedenen Zeiten der Ablagerung beschichtete Scheiben zeigt. Sie zeigen ein klares Muster der Ablagerung in dem bevorzugten Randbereich, wo praktisch die gesamte Schleifwirkung auftritt, wenn solch eine Schleifschiebe eingesetzt wird.

Die Erfindung wurde oben beschrieben in Bezug auf deren Anwendung bei der Herstellung von beschichteten Schleifmitteln durch eine Abwandlung eines herkömmlichen UP Ablagerungsverfahrens. Sie kann jedoch auch an Verfahren angepaßt werden, bei denen eine Schicht eines funktionellen Pulvers über die Oberfläche einer Schicht aufgebracht wird, die in einem härtbaren Bindemittel dispergierbares Schleifkorn enthält. Es ist beabsichtigt, daß dieses funktionelle Pulver spezifische Oberflächeneigenschaften vermittelt, und es kann oft feines Schleifkorn enthalten. Ein Verfahren, das solch eine Beschichtung verwendet, ist in den US Patenten 5,833,724 und 5,863,306 beschrieben. Die Beschichtung kann unter Verwendung einer UP Schleudertechnik aufgebracht werden, und es ist klar, daß die Verwendung der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit solch einem Verfahren auch als in den beabsichtigten Schutzbereich der Erfindung fallend angesehen wird.

Ein elektrostatisches Verfahren zur Ablagerung von Schleifkorn kann angepaßt werden, um eine gemusterte Schleifoberfläche zu erzeugen, indem die lokale Intensität des Feldes, mit dem das Korn auf das Substrat geschleudert wird, gesteuert wird.

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