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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Polieren
einer Glaswerkstückoberfläche, wobei
ein fester Schleifgegenstand verwendet wird, der Zeroxid-Teilchen
enthält,
die in einem Bindemittel dispergiert sind.
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Glasgegenstände können verbreitet
in Haushalten, Büros
und Fabriken in der Form von Linsen, Prismen, Spiegeln, Kathodenstrahlröhren, Flachanzeigenglas,
Fahrzeugwindschutzscheiben, Computer-Plattensubstraten, Möbelglas,
Kunstglas und dergleichen vorgefunden werden. Das Schleifen, die
Endbearbeitung und das Polieren dieser Arten von Glasgegenständen zu
einer optischen Klarheit ist von äußerster Wichtigkeit. Falls
vorhanden, können
Fehler, Mängel
und sogar kleinere Kratzern die optische Klarheit des Glasgegenstands
behindern und können
sogar die Fähigkeit
behindern, richtig durch das Glas zu sehen. Folglich ist es erwünscht, daß das Glas
im wesentlichen frei von irgendwelchen Fehlern, Mängeln, Kratzern
ist und optisch klar ist.
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Viele
optische Komponenten weisen eine gewisse Art Krümmung oder Radius auf, der
mit den Glasgegenständen
verbunden ist. Es gibt mehrere unterschiedliche Mittel, eine Krümmung/Radius
auf einer Glasoberfläche
zu erzeugen. Ein Mittel ist es, Schleifgegenstände zu verwenden, und im allgemeinen
gibt es drei Hauptprozesse für
eine solche Formerzeugung: Grobschleifen, Feinen und Polieren.
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Der
erste Schritt ist es, durch Grobschleifen der optischen Komponente
mit einem Schleifwerkzeug die gewünschte Krümmung oder den gewünschten
Radius zu erzeugen. Typischerweise enthält dieses Schleifwerkzeug ein
superhartes Schleifteilchen, wie Di amant, Wolframkarbid oder kubisches
Bornitrid. Die resultierende Glasoberfläche weist üblicherweise die geeignete
Krümmung
auf, die erforderlich ist. Das Schleifmittelwerkzeug in diesem Grobschleifprozeß wird tiefe
Kratzer in die Glasoberfläche
machen, so daß die
resultierende Glasoberfläche
weder präzise
genug noch glatt genug ist, um sie direkt zu einem optisch klaren
Zustand zu polieren.
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Der
Zweck des Feinungsschrittes ist es, die groben Kratzer zu verfeinern,
die durch den Grobschleifprozeß erzeugt
werden. Im allgemeinen entfernt der Feinungssprozeß die tiefen
Kratzer, die nach dem Grobschleifen zurückbleiben, und liefert eine
im wesentlichen glatte, jedoch nicht polierte Oberfläche. Der
Feinungsprozeß sollte
auch zu einer ausreichenden Entfernung der groben Kratzer führen, so
daß die
Glasoberfläche
zu einer optisch klaren Oberfläche
poliert werden kann. Wenn der Feinungssprozeß nicht alle groben Kratzer
entfernt, dann kann es äußerst schwierig
für den
Polierschritt sein, diese Kratzer zu entfernen, um eine optisch
klare Oberfläche
zu erzeugen. Im Fall von Augenlinsen wird dieser Läuterungsprozeß typischerweise in
der Gegenwart eines flüssigen
Mediums, wie Wasser, mit einem herkömmlichen beschichteten Schleifgegenstand,
einem beschichteten Läppschleifgegenstand
oder einer Kombination herkömmlicher
beschichteter Schleifmittel und beschichteter Läppschleifgegenstände durchgeführt. Der
herkömmliche
beschichtete Schleifgegenstand weist einen Träger auf, der eine erste Bindemittelschicht
aufweist, die für
gewöhnlich
als eine Grundbeschichtung bezeichnet wird, die auf den Träger aufgetragen
ist. Es sind mehrere Schleifteilchen mindestens teilweise in die
Grundbeschichtung eingebettet. Über
den Schleifteilchen/der Grundbeschichtung befindet sich eine zweite
Bindemittelschicht, die für
gewöhnlich
als eine Deckbeschichtung bezeichnet wird, und diese Deckbeschichtung
verstärkt
die Schleifteilchen. Ein beschichteter Läppschleifgegenstand weist einen Träger auf,
der eine Schleifbeschichtung aufweist, die an den Träger gebunden
ist. Diese Schleifbeschichtung weist mehrere Schleifteilchen auf,
die in einem Bindemittel dispergiert sind. Es gibt mindestens einen
Feinungsschritt, typischerweise zwei oder mehr Feinungsschritte,
wobei jeder nachfolgende Feinungsschritt einen Schleifgegenstand
nutzt, der eine kleinere oder feinere Schleifteilchengröße als der
vorhergehende Schritt enthält.
Im Fall anderer Glasoberflächen,
wie einem Kathodenstrahlröhrenglas,
geschieht dieses Feinen typischerweise mit Schleifmittelbreien.
Frühere
Versuche, feste Schleifgegenstände
zu verwenden, sind im allgemeinen auf einer kommerziellen Basis
im großen
Maßstab
erfolglos geblieben.
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Der
erste Feinungsschritt verwendet üblicherweise
abhängig
von der Oberflächenbeschaffenheit,
die durch den Grobschleifschritt erzeugt wird, Schleifteilchen mit
einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 bis 40 Mikrometer.
Der zweite Feinungsschritt verwendet üblicherweise Schleifteilchen,
die mindestens etwa 50% kleiner oder feiner als die ersten sind, üblicherweise
eine durchschnittliche Teilchengröße von 4 bis 12 Mikrometer.
Die für
die beiden Feinungsschritte benötigte
Zeit beträgt üblicherweise
von etwa einer Minute bis zwei Minuten pro Schritt, abhängig von
der Anfangsoberflächenbeschaffenheit,
der Schleifteilchengröße und der gewünschten
Oberflächenbeschaffenheit.
Die Oberflächenbeschaffenheit
der optischen Komponente nach diesem Feinungssprozeß liegt
typischerweise irgendwo zwischen etwa 0,06 und 0,13 Mikrometer (Ra) und/oder
bei einem Rtm, das größer als
etwa 0,40 bis 1,4 Mikrometer ist.
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Die
Rauhigkeit einer Oberfläche
ist typischerweise auf Kratzer oder ein Kratzmuster zurückzuführen, das
mit dem bloßen
Auge sichtbar sein kann oder nicht sichtbar sein kann. Ein Kratzmuster
kann als eine Reihe von Spitzen und Tälern längs der Oberfläche definiert
werden. Rtm ist ein übliches
Maß der
Rauhigkeit, das in der Schleifmittelindustrie verwendet wird, jedoch
kann das genaue Meßverfahren
mit dem Typ der Anlage variieren, die bei der Bewertung der Oberflächenrauhigkeit
genutzt wird. Wie sie hierin verwendet werden, beruhen Rtm-Messungen auf Verfahren,
die mit dem Oberflächenmeßgerät von Rank
Taylor Hobson befolgt werden, das unter der Handelsbezeichnung SURTRONIC
3 erhältlich
ist. Innerhalb des Anwendungsgebiets von Rank Taylor Hobson ist
Rt als die maximale Spitzen-Tal-Höhe innerhalb
einer Bewertungslänge
definiert, die durch das Rank-Taylor-Hobson-Instrument festgelegt
wird. Rtm ist der Durchschnitt der maximalen Spitze-Tal-Höhe in jeder
Bewertungslänge,
der über
fünf aufeinanderfolgende
Bewertungslängen
gemessen wird. Rtm wird mit einer Oberflächenmeßgerätsonde gemessen, die für das SURTRONIC
3 ein Diamantspitzen-Taster mit 5 Mikrometer Radius ist, und die
Ergebnisse werden in Mikrometern (μm) aufgezeichnet. Im allgemeinen
ist die Beschaffenheit um so glatter, je niedriger der Rtm-Wert
ist. Es kann eine leichte Variation des absoluten Rtm-Wertes, jedoch
nicht notwendigerweise, auftreten, wenn die Messung an derselben
vollendeten Glasoberfläche
mit verschiedenen Marken kommerziell erhältlicher Oberflächenmeßgeräte durchgeführt wird.
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Ra
ist definiert als ein durchschnittlicher Rauhigkeitshöhenwert
eines arithmetischen Durchschnitts der Abweichungen des Oberflächenrauhigkeitsprofils
von einer Mittellinie auf der Oberfläche, ebenfalls gemessen in
Mikrometern (μm).
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Der
dritte Schritt ist der Polierschritt, der die optisch klare Oberfläche auf
dem Glasgegenstand erzeugt. In vielen Fällen geschieht dieser Polierschritt
mit einem losen Schleifmittelbrei. Lose Schleifmittelbreie enthalten
typischerweise mehrere sehr kleine Schleifteilchen (das heißt, kleiner
als etwa 10 Mikrometer, üblicherweise
kleiner als etwa 5 Mikrometer), die in einem flüssigen Medium wie Wasser dispergiert
sind. Der lose Schleifmittelbrei kann optional andere Additive,
wie Dispersionsmittel, Schmiermittel, Entschäumungsmittel und derglei chen
enthalten. Lose Schleifmittelbreie sind für gewöhnlich die bevorzugten Mittel,
um die endgültige
Politur zu erzeugen, aufgrund der Fähigkeit der losen Schleifmittelbreie,
im wesentlichen alle restlichen Kratzer zu entfernen, um eine optisch
klare Oberfläche
zu erzeugen, die im wesentlichen frei von irgendwelchen Fehlern,
Mängeln
und/oder kleineren Kratzern ist.
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Es
ist wohlbekannt, daß kleine
Unterschiede in den Rtm- oder Ra-Werten einen bedeutenden Einfluß auf die
Klarheit der polierten Glasoberfläche haben, das heißt, ein
kleiner Unterschied von Rtm kann den Unterschied zwischen einer
optisch klaren Oberfläche
und einer trüben
Oberfläche
bedeuten. Die Eingangsbeschaffenheit zum endgültigen Polieren (das heißt, zur
optischen Klarheit) kann ebenfalls abhängig vom Prozeß beträchtlich
variieren. Zum Beispiel könnten
Anfangsbeschaffenheiten vor dem Polieren Ra-Werte von etwa 0,05
bis etwa 0,2 Mikrometer und Rtm-Werte von etwa 1,0 bis etwa 2,0
Mikrometer aufweisen. Es können
andere Werte außerhalb
dieser Bereiche vor dem Polieren angetroffen werden.
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Eine
Poliermaschinerie hängt
großteils
von der Anwendung und dem Material ab, das poliert wird. Zum Beispiel
können
Augenlinsen poliert werden, wobei Poliermaschinen wie eine Zylindermaschine
Coburn 5000 oder eine Coburn 5056 oder eine Flachläppmaschine
Coburn 507 genutzt werden, die alle von Coburn Optical Industries
Inc., Muskogee, OK erhältlich
sind. Diese Maschinen beruhen auf einer festen Bewegung, die orbital oder
eine Bewegung in der Form einer 8 sein kann, eines Schleifmittelmaterials,
während
die Linse über
das Schleifmittel gleiten gelassen wird. Drücke von etwa 35 kPa (5 psi)
bis etwa 350 kPa (50 psi) könnten
verwendet werden, jedoch sind Drücke
von etwa 70 kPa (10 psi) bis etwa 210 kPa (30 psi) typisch. Das
feste Schleifmittel könnte
in diesem Fall eine sogenannte Gänseblümchen-Anordnung
aufweisen, so daß das
feste Schleifpolster im stande ist, sich einem gekrümmten Polierarm
anzupassen, so daß es
keine Falten oder Falze im festen Schleifpolster gibt.
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Zum
Beispiel offenbart die EPO-Veröffentlichung
Nr. 650803 von Lindholm u.a. ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche mit
optischen Qualität,
wie einer ophthalmischen Linse, wobei Schleifverbundstoffe ohne
einen Schleifmittelbrei verwendet werden. Im wesentlichen werden
alle Schleifteilchen, die aus den Schleifverbundstoffen erodiert
werden, von der Grenzfläche
zwischen der zu polierenden Oberfläche und dem Schleifgegenstand
entfernt. Die Erosion der Schleifteilchen aus den Schleifverbundstoffen
bringt eine kontinuierliche Zufuhr von neuen Schleifteilchen in
den Schleifverbundstoffen in Eingriff mit der Oberfläche, die
poliert wird. Folglich wird das Polieren im wesentlichen durch die
Schleifteilchen bewirkt, die in dem Bindemittel gehalten werden,
nicht durch die erodierten Schleifteilchen.
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Kathodenstrahlröhren-Frontplatten
werden gegenwärtig
auf großen
halbsphärischen
Drehläppmaschinen
geschliffen und vollendet, die verschiedene Typen von Schleifmittelbreien
und Polstern verwenden. Der endgültige
Polierschritt (das heißt,
um optische Klarheit bereitzustellen) nutzt typischerweise einen
Zerdioxid-Brei auf einem segmentierten Filzpolster. Der Brei wird
auf die Polster-Glasplatten-Grenzfläche gepumpt. Industrielles
Flachläppen
von Computer-Dünnfilmscheibenwafern
wird ziemlich auf dieselbe Art durchgeführt, wobei eher ein Präzisionsflachläppwerkzeug
(das einen Durchmesser von 12 bis 60 Inch (etwa 30 bis 152 cm) aufweist)
als das halbsphärische
Läppwerkzeug
mit dem Schleifmittelbrei verwendet wird.
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Lose
Schleifmittelbreie werden verbreitet in den endgültigen Polierschritten von
Glasgegenständen verwendet,
jedoch sind viele Nachteile mit ihnen verbunden. Diese Nachteile
umfassen die Unannehmlichkeit der Handhabung des erforderlichen
großen
Volumen des Breis, das erforderliche Rühren, um das Absetzen der Schleifteilchen
zu verhindern und um eine einheitliche Konzentration der Schleifteilchen
an der Poliergrenzfläche
sicherzustellen, und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Anlage, um den losen
Schleifmittelbrei herzustellen, zu behandeln und außerdem zurückzugewinnen
und wiederzuverwerten. Zusätzlich
muß der Brei
selbst periodisch analysiert werden, um seine Qualität und Dispersionsstabilität sicherzustellen,
was zusätzliche
kostspielige Arbeitsstunden erfordert. Außerdem zeigen Pumpköpfe, Ventile,
Speiseleitungen, Schleifläppwerkzeuge
und andere Teile der Breizufuhranlage, die mit dem losen Schleifmittelbrei
in Kontakt kommen, schließlich
einen unerwünschten
Verschleiß.
Ferner ist der Poliervorgang während
des Gebrauchs üblicherweise
sehr unordentlich, da der lose Schleifmittelbrei, der üblicherweise
als eine viskose Flüssigkeit auf
ein weiches Polster aufgetragen wird, leicht spritzt und schwierig
unter Kontrolle zu halten ist.
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Verständlicherweise
sind Versuche mit einem gewissen Maß an Erfolg unternommen worden,
die Poliersysteme mit losem Schleifmittelbrei durch beschichtete
Läppschleifmittel
zu ersetzen. Zum Beispiel offenbaren die US-Patente Nr. 4,255,164
(Butzke u.a.), 4,576,612 (Shukla u.a.) und 4,733,502 (Braun) verschiedene
Schleifgegenstände
und Polierprozesse. Andere Verweisquellen, die beschichtete Läppschleifgegenstände lehren,
schließen
die US-Patente Nr. 4,644,703 (Kaczmarek u.a.), 4,773,920 (Chasman
u.a.) und 5,014,468 (Ravipati u.a.) ein. Jedoch haben beschichtete
Läppschleifmittel
lose Schleifmittelbreie nicht kommerziell ersetzt. In einigen Fällen polieren
beschichtete Läppschleifmittel
den Glasgegenstand nicht vollständig,
so daß die
resultierende Oberfläche
nicht optisch klar und im wesentlichen frei von Fehlern, Mängeln und
kleineren Kratzern ist. In anderen Fällen erfordert ein beschichtetes
Läppschleifmittel
eine längere
Zeit, um den Glasgegenstand zu polieren, wodurch es kostengünstiger
ist, einen losen Schleifmittelbrei zu verwenden.
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Sehr
viel weniger wird technisches industrielles Glas von Hand poliert.
Dieser Prozeß nutzt
typischerweise eine Filzpolierscheibe mit 7 bis 12 Inch (etwa 17
bis 30 cm) Durchmesser, die an einer Backstand-Schleifmaschine angebracht
ist. Ein auf Zerdioxid beruhender Brei oder Verbindungspoliermittel
sind die Schleifmittel, die typischerweise beim Polieren von Hand
verwendet werden. Die Drehzahlen liegen typischerweise zwischen
etwa 500 und etwa 1500 U/min mit angewendeten Drücken von etwa 70 kPa (10 psi)
bis etwa 420 kPa (60 psi). Zusätzlich
werden zufällige
Kratzer im Glas ebenfalls durch Polieren von Hand entfernt, wobei
Rechtwinkel-Schleifmaschinen verwendet werden, die Polster von 12,5
bis 25 cm (5 bis 10 inch) mit Zerdioxid-Breien oder Verbindungen halten. Wie
oben erläutert,
weisen auf Brei beruhende Polierverfahren bedeutende Nachteile auf.
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Ferner
hat in der Vergangenheit das Polieren eines Glaswerkstücks typischerweise
vor der effizienten Verwendung der gegenwärtig erhältlichen Poliermatrizen, wie
Schleifmittelbreie und Läppfilme,
eine Schulung des Maschinenarbeiters erfordert. Eine Schulung des
Maschinenarbeiters ist von Bedeutung, da die Technik des Maschinenarbeiters
eine Poliermatrixauflösung
beeinflußt,
die zur Freisetzung von Schleifteilchen führt. Eine langsame Anfangsauflösungszeit
führt zu
langsameren Poliergeschwindkeiten. Diese Erscheinung hat zu einer
geringen Verbraucherakzeptanz eines Polierverfahrens, das ein Schleifprodukt
mit einem Zeroxid-Polster verwendet, gegenüber ihren gegenwärtigen Verfahren
geführt,
die Polierpolster und Zerdioxid-Breie oder Pasten verwenden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum schnellen Polieren eines Glaswerkstücks wird im Anspruch 1 definiert.
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Der
Schleifgegenstand, der zum schnellen Polieren eines Glaswerkstücks verwendet
wird, weist einen Träger
und mindes tens eine Polierschicht auf. Die Polierschicht weist Schleifteilchen
auf, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Vorzugsweise wird
das Bindemittel aus einem Bindemittelvorläufer gebildet, bevorzugter
enthält
der Bindemittelvorläufer
ein mehrfunktionelles Acrylharz(e), ein monofunktionelles Acrylharz(e)
und deren Mischungen. Der Schleifgegenstand ist imstande, ein anfängliches
Rtm von etwa 0,8 μm
oder größer auf
einem Prüfglasrohling
in etwa einer Minute auf ein endgültiges Rtm von etwa 0,3 μm oder weniger
zu reduzieren, wobei ein hierin definiertes RPE-Verfahren verwendet
wird. Die Schleifteilchen haben vorzugsweise eine chemomechanische
Wirkung auf das Glas, am bevorzugtesten sind die Schleifteilchen
Zeroxid-Teilchen, die in einem Bindemittel dispergiert sind.
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Das „RPE-Verfahren" (RPE) nutzt eine
Poliermaschine COBURN 507, die von Coburn Optical Industries, Inc.,
Muskogee, OK, erhältlich
ist, die so modifiziert wird, daß sie einen Prüfglasrohling
von 5 cm (2 Inch) Durchmesser aufnimmt, und der Standardschleifträger wurde
durch ein Aluminium-Flachläppwerkzeug
mit 10 cm (4 Inch) Durchmesser ersetzt. Die Spindeldrehzahl wird
auf 665 U/min eingestellt, der Schwunghub beträgt 0, und die Orbitalhublänge beträgt etwa
0,78 inch (oder ist auf „7" eingestellt). Die
Polierbewegung des Schleifträgers
wird durch die Poliermaschine bestimmt. Das gesamte Polieren wird
unter einer langsamen Flüssigkeitszufuhr
durchgeführt,
das heißt,
Aufbringen von 0,25 Gramm Wasser auf die Schleifgegenstand-/ Prüfglasrohling-Grenzfläche alle
5 Sekunden. Ein typischer Kontaktdruck an der Grenzfläche zwischen
dem Schleifgegenstand und dem Prüfglasrohling
beträgt
etwa 105 kPa (15 psi). Die Prüfglasrohlinge
sind Glasringe PYREX 7740, die von Houde Glass Company, Newark,
NJ erhältlich
sind. Jeder Glasring weist einen Außendurchmesser von 5,015 cm
(2,010 Inch), einen Innendurchmesser von 4,191 cm (1,650 Inch),
eine Höhe
von 1,27 cm (0,5 Inch) und eine Oberflächengröße von 13,567 cm2 (1,03
Inch2) auf, die zum Polieren zur Verfügung steht. Die
Oberfläche
jedes Prüfglasrohlings
kann vor dem Polieren auf ein endgültiges Rtm ein anfängliches
oder Eingangs-Rtm von etwa 0,8 bis etwa 1,4 μm aufweisen.
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Gemäß dem RPE-Verfahren
wird eine Oberflächenbeschaffenheit
auf dem Prüfglasrohling,
die einer optischen Klarheit entspricht, unter Verwendung des Schleifgegenstands
der vorliegenden Erfindung; in etwa 1 Minute oder weniger erreicht,
vorzugsweise wird ein endgültiges
Rtm von etwa 0,30 μm
oder weniger in etwa 1 Minute oder weniger erreicht, bevorzugter
wird ein endgültiges
Rtm von etwa 0,20 μm
oder weniger in etwa 1 Minute oder weniger erreicht, und am bevorzugtesten
wird ein endgültiges
Rtm von etwa 0,15 μm
in etwa 1 Minute Polieren oder weniger erreicht.
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Es
wird zu verstehen sein, daß die
tatsächliche
Zeit (oder Geschwindigkeit), die notwendig ist, ein Glaswerkstück auf eine
optische Klarheit zu polieren, abhängig von einer Anzahl von Faktoren
variieren wird, wie der verwendeten Poliervorrichtung, dem zu polierenden
Bereich der Oberfläche,
dem Kontaktdruck, der Schleifteilchengröße, dem Zustand des anfänglichen
zu polierenden Oberflächenbereichs
usw. Das RPE-Verfahren stellt einfach eine grundlegende Leistungseigenschaft
bereit, die verwendet werden kann, um das vorliegende Verfahren
und den Gegenstand mit herkömmlichen
Glaspoliertechniken zu vergleichen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Polieren eines Glaswerkstücks unter
Verwendung des vorliegenden Schleifgegenstands gerichtet. Das Verfahren
weist die Schritte auf, ein Glaswerkstück bereitzustellen, das eine
erste Oberfläche
mit einem anfänglichen
Rtm von etwa 0,8 μm
oder größer aufweist.
Ein Schleifgegenstand, der eine bahn- bzw. bogenförmige Struktur
aufweist, die mindestens eine Polierschicht aufweist, wird ebenfalls
bereitgestellt. Die mindestens eine Polierschicht weist Zeroxid-Teilchen
auf, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Der Schleifgegenstand
ist imstande, ein anfängliches
Rtm von etwa 0,8 μm
oder größer auf
einem Prüfglasrohling
in etwa einer Minute auf ein endgültiges Rtm von etwa 0,3 μm oder weniger zu
reduzieren, wobei das RPE-Verfahren verwendet wird. Die erste Oberfläche des
Glaswerkstücks
wird mit der mindestens einen Polierschicht des Schleifmittels in
Berührung
gebracht. Das anfängliche
Rtm der ersten Oberfläche
des Glaswerkstücks
wird auf ein endgültiges
Rtm von etwa 0,30 μm
oder weniger reduziert. Der Schritt der Reduzierung des anfänglichen
Rtm des Prüfglasrohlings
weist vorzugsweise das Reduzieren der anfänglichen Rtm auf ein endgültiges Rtm
von etwa 0,20 μm
oder weniger, und bevorzugter aus ein endgültiges Rtm von etwa 0,15 μm oder weniger
auf.
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Die
obenerwähnte
bogenförmige
Struktur weist vorzugsweise einen Träger und mehrere Verbundstoffe
auf, wobei die Verbundstoffe Zerdioxid-Teilchen und ein Bindemittel
aufweist, wobei das Bindemittel vorzugsweise die Einrichtung zur
Befestigung der Verbundstoffe an die Trägerschicht bereitstellt. Vorzugsweise wird
das Bindemittel aus einem Bindemittelvorläufer gebildet und wird durch
einen Additionspolymerisationsmechanismus gebildet, das heißt eine
radikalische oder kationische Polymerisation eines Bindemittelvorläufers, und
der Bindemittelvorläufer
ist vorzugsweise imstande, polymerisiert zu werden, indem er, falls
notwendig zusammen mit einem geeigneten Aushärtungsmittel, Strahlungsenergie
ausgesetzt wird.
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Vorzugsweise
enthält
der Bindemittelvorläufer
ein mehrfunktionelles Acrylharz(e), ein monofunktionelles Acrylharz(e)
und deren Mischungen.
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Die
Polierschicht kann mehrere geformte Schleifverbundstoffe aufweisen.
Diese Schleifverbundstoffe können
präzise
geformt oder unregelmäßig geformt
sein. Vorzugsweise sind die Schleifverbundstoffe präzise geformt.
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„Präzise geformt", wie es hierin verwendet
wird, beschreibt die Schleifverbundstoffe, die durch Aushärten des
Bindemittelvorläufers
gebildet werden, während
der Vorläufer
sowohl auf einem Träger
ausgebildet ist als auch einen Hohlraum auf der Oberfläche eines
Herstellungswerkzeugs füllt.
Diese Schleifverbundstoffe weisen eine dreidimensionale Form auf,
die durch Seiten mit verhältnismäßig glatter
Oberfläche
definiert ist, die durch wohldefinierte scharfe Kanten begrenzt
und verbunden sind, die klare Kantenlängen mit klaren Endpunkten
aufweisen, die durch die Schnittpunkte der verschiedenen Seiten
definiert sind. Der Schleifgegenstand wird in dem Sinne als „strukturiert" bezeichnet, daß mehrere
solche präzise
geformten Schleifmittel eingesetzt werden.
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„Begrenzung", wie sie hierin
verwendet wird, bezeichnet die freiliegenden Oberflächen und
Kanten jedes Verbundstoffes, die die tatsächliche dreidimensionale Form
jedes Schleifverbundstoffes begrenzen und definieren. Dies Begrenzungen
sind leicht sichtbar und erkennbar, wenn ein Querschnitt eines Schleifgegenstandes
unter einem Mikroskop betrachtet wird. Diese Begrenzungen trennen
und unterscheiden einen Schleifverbundstoff von einem anderen, selbst
wenn die Verbundstoffe längs
einer gemeinsamen Grenze an ihren Basen aneinander anstoßen. Im
Vergleich sind in einem Schleifgegenstand, der keine präzise Form
aufweist, die Begrenzungen und Kanten nicht eindeutig, das heißt, der
Schleifverbundstoff gibt vor der Vollendung seines Aushärtens nach.
Diese Schleifverbundstoffe, seien sie präzise oder unregelmäßig geformt,
können aus
jeder geometrischen Form bestehen, die durch eine im wesentlichen
klare und erkennbare Begrenzung definiert ist, wobei die präzise geometrische
Form aus der Gruppe ausgewählt
wird, die aus würfelförmig, prismatisch,
kegelförmig,
kegelstumpfförmig,
pyramidenförmig,
pyramidenstumpfförmig,
zylindrisch und dergleichen besteht.
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„Textur", wie sie hierin
verwendet wird, bezeichnet eine Polierschicht, die irgendeinen der
obenerwähnten
dreidimensionalen Verbundstoffe aufweist, seien die einzelnen dreidimensionalen
Verbundstoffe präzise
oder unregelmäßig geformt.
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„Optisch
klare Oberfläche" bezeichnet eine
Oberfläche,
die im wesentlichen frei von irgendwelchen Fehlern, Mängeln und/oder
kleineren Kratzern ist, die mit dem bloßen Auge sichtbar sind.
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Das
Verfahren der Erfindung ist ein benutzerfreundlicheres, dauerhaftes
und schnelles Verfahren zum Polieren von Glasoberflächen mit
optischer Qualität,
das die Notwendigkeit beseitigt, Poliertechniken mit einem äußeren Schleifmittelbrei
oder Gel zu verwenden, sondern statt dessen einen festen Schleifgegenstand verwendet,
der die Zeit beseitigt, die benötigt
wird, zu einer optischen Klarheit zu polieren, und den Schmutz reduziert,
der durch das Polierverfahren erzeugt wird. Der Schleifgegenstand
läuft sich
schnell ein, was zu schnelleren anfänglichen Polierraten führt, und
weist dennoch eine Polierlebensdauer auf, die mindestens gleich
anderen Polierpolstermatrizen ist.
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Andere
Merkmale, Vorteile und weitere Verfahren, die Erfindung zu praktizieren,
werden aus der folgenden Beschreibung der Figuren und der bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung besser verstanden werden.
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1 ist eine vergrößerte Querschnittansicht
eines Schleifgegenstands.
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2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht
eines alternativen Schleifgegenstands.
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3 ist eine schematische
Ansicht eines Systems zur Herstellung eines Schleifgegenstands zur
Verwendung in dieser Erfindung.
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4 ist eine graphische Aufzeichnung
der durchschnittlichen Rtm-Werte der Tabelle 4 als Funktion der
Zeit.
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5 ist eine graphische Aufzeichnung
der durchschnittlichen Ra-Werte der Tabelle 5 als Funktion der Zeit.
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Diese
Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zum Verwenden eines
Schleifgegenstands in Bahnen- bzw. Bogenform für den Schritt des endgültigen Polierens
für Glaswerkstücke ohne
die Notwendigkeit, einen von außen
zugeführten
Schleifkornbrei oder Gel zu verwenden. Materialien, die zum Polieren
durch die Erfindung geeignet sind, umfassen zum Beispiel PYREX,
Quarz, Borsilikat, Natron-Kalk, auf Tetraethylorthosilikat beruhendes
Glas, auf Blei beruhendes Glas, und andere verschiedene Typen von
Glas. Insbesondere wird ein Verfahren zum vorzugsweisen Polieren
eines Glaswerkstücks,
das einen anfänglichen
Rauhigkeitswert Rtm von mindestens etwa 0,8 μm aufweist, zu einem endgültigen Rauhigkeitswert
Rtm von etwa 0,30 μm oder
weniger bereitgestellt, wobei der Schleifgegenstand imstande ist,
den anfänglichen
Rauhigkeitswert Rtm eines Prüfglasrohlings
von etwa 0,80 μm
zu einem endgültigen
Rauhigkeitswert Rtm von etwa 0,30 μm oder weniger zu reduzieren,
wobei ein RPE-Verfahren verwendet wird. Es wurde überraschend
festgestellt, daß ein Verfahren
zum Polieren eines Glaswerkstücks,
das einen Schleifgegenstand nutzt, der Zeroxid- Teilchen aufweist,
die in einem Bindemittel dispergiert sind, in einer wesentlich kürzeren Zeitspanne
als gegenwärtig
erhältliche
Schleifgegenstände
eine Oberfläche
eines Glaswerkstücks
zu einer optisch brauchbaren Klarheit poliert.
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Ein
solches Verfahren ist zum Beispiel auf dem Gebiet der Fernsehkathodenstrahlröhrenreparatur
von besonderer Wichtigkeit. Es ist sehr wünschenswert, daß ein Fernsehkathodenstrahlröhren-Frontplattenglas schnell
nach dem Zusammenbau während
des Fernsehherstellungsprozesses ersetzt wird. Eine Anlage in der Röhrenherstellungsfabrik,
die verwendet wird, um ein solches Glas zu polieren, poliert typischerweise
mit einem wesentlich niedrigeren Druck als die Anlage, die bei der
Herstellung eines neuen Kathodenstrahlröhrenglases verwendet wird,
das heißt,
ein solches Polieren kann durch Handpoliergeräte durchgeführt werden, wo der Maschinenarbeiter
oder Techniker den Druck steuert, der auf die Oberfläche zum
Polieren ausgeübt
wird. Es wird erkannt werden, daß Oberflächenmängel in diesem Stadium des
Herstellungsprozesses typischerweise nicht die gesamte Kathodenstrahlröhren-Glasoberfläche umfassen.
Daher wird das Polieren dieser Mängel nicht
das Polieren der gesamten Kathodenstrahlröhren-Glasoberfläche beinhalten,
sondern statt dessen ein örtlicher
Polierprozeß sein.
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In
einer Ausführungsform
weist das Verfahren die Schritte auf, ein Glaswerkstück bereitzustellen,
das eine erste Oberfläche
mit einem anfänglichen
Rauhigkeitswert Rtm von etwa 0,8 μm
oder größer aufweist.
Ein Schleifgegenstand, der eine bahnenförmige Struktur aufweist, die
mindestens eine Polierschicht aufweist, wird verwendet, um das Glaswerkstück zu polieren.
Die mindestens eine Polierschicht weist Zeroxid-Teilchen auf, die
in einem Bindemittel dispergiert sind. Der Schleifgegenstand ist
imstande, in etwa einer Minute einen anfänglichen Rauhigkeitswert Rtm
von etwa 0,8 μm
oder größer auf
einem Prüfglasrohling
zu einem endgültigen Rauhigkeitswert
Rtm von etwa 0,3 μm
oder weniger zu reduzieren, wobei das RPE-Verfahren verwendet wird. Der
anfängliche
Rauhigkeitswert Rtm der ersten Oberfläche des Glaswerkstücks wird
auf einen endgültigen Rauhigkeitswert
Rtm von etwa 0,30 μm
oder weniger reduziert. Es wird angenommen, daß eine fast unmittelbare Auflösung (oder
unmittelbares Einlaufen) nach einem anfänglichen Kontakt zwischen dem
Schleifgegenstand und der Glasoberfläche für den Schleifgegenstand der
Erfindung typisch ist. Es wird ferner angenommen, daß in dieser
Zeit vor Ort ein breiförmiger
Zustand erreicht wird, der Zeroxid-Teilchen aus den Schleifverbundstoffen,
Bruchstücke
des Bindemittels und/ oder Zeroxid-Teilchen enthält, die an den Bindemittelbruchstükken haften,
die aus dem Schleifgegenstand an der Grenzfläche zwischen dem Schleifgegenstand
und der Glasoberfläche
freigesetzt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Bindemittel aus einem härtbaren
Bindemittelvorläufer
gebildet, der ein mehrfunktionelles Acrylharz(e), ein monofunktionelles
Acrylharz(e) und deren Mischungen enthält. Vorzugsweise wird das Bindemittel
aus einem Bindemittelvorläufer ausgehärtet, indem
es Strahlungsenergie ausgesetzt wird. Ein geeignetes Polymerisationsmittel
oder ein Aushärtungsmittel
kann ebenfalls hinzugegeben werden.
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Der
Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung kann die Form jeder
geeigneten Form annehmen, wie rund, oval oder rechteckig, abhängig von
der besonderen Form des Läppwerkzeugpolsters
(das heißt
des Haltepolsters), das eingesetzt wird. In vielen Fällen wird
der Schleifgegenstand in seiner Größe geringfügig größer als das Läppwerkzeugpolster
sein. Ein Schleifgegenstand kann geschlitzt oder aufgeschlitzt sein,
oder kann mit Perforationen versehen sein. Das Bahnen- bzw. Bogenmaterial
kann durch herkömmliche
Verfahren durch Spleißen
der aneinanderstoßenden
Enden eines länglichen
Streifens des Bogenmaterials auch zu einem endlosen Band geformt
werden. Zusätzlich
kann der Schleifgegenstand zu jeder gewünschten Anordnung oder Form
abgestanzt und/oder aufgeschnitten werden.
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Bezugnehmend
auf 1, wird eine Ausführungsform
des Schleifgegenstands 30 der Erfindung detaillierter dargestellt
und weist einen Träger 31 auf,
der mehrere einzelne Schleifverbundstoffe 34, die an die Vorderseite 32 des
Trägers
gebunden sind, und ein Befestigungssystem, wie einen druckempfindlichen
Kleber 38, auf der Rückseite 33 des
Trägers
aufweist. Die Schleifverbundstoffe 34 weisen mehrere Schleifteilchen 35 auf,
die in einem Bindemittel 36 dispergiert sind. Wie gezeigt,
weisen die Schleifverbundstoffe 34 eine präzise Form
auf, die hier als Pyramidenstümpfe
gezeigt wird. Eine optionale Schicht 37 ist eine geeignete
Ablösekaschierung
und kann abgezogen werden, um die druckempfindliche Kleber- (PSA)-Schicht 38 freizulegen,
die auf die Rückseite 33 des
Trägers 31 beschichtet
ist.
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Bezugnehmend
auf 2, wird eine andere
Ausführungsform
des Schleifgegenstands 30' der
Erfindung detaillierter dargestellt. Wie gezeigt, weist der Schleifgegenstand 30' einen Träger 31' auf, der mehrere einzelne
Schleifverbundstoffe 34',
die an die Vorderseite 32' des
Trägers
gebunden sind, und ein Befestigungssystem, wie ein druckempfindlicher
Kleber 38' auf
der Rückseite 33' des Trägers aufweist.
Die Schleifverbundstoffe 34' weisen
mehrere Schleifteilchen 35' auf,
die in einem Bindemittel 36' dispergiert
sind. Wie gezeigt, weisen die Schleifverbundstoffe 34' eine unpräzise oder
unregelmäßige Form
auf, die hier als zusammengesackte Verbundstoffe gezeigt wird. Die
unregelmäßigen Schleifverbundstoffe 34' sind nicht
durch wohldefinierte Formkanten abgegrenzt, die bestimmte Kantenlängen mit
bestimmten Endpunkten aufweisen. Die optionale Schicht 37' ist eine geeignete
Ablösekaschierung
und kann abgezogen werden, um die druckempfindliche Kleber- (PSA)-Schicht 38' freizulegen,
die auf die Rückseite 33' des Trägers 31' beschichtet
ist.
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Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung bedeutet die Terminologie „Polieren" die Entfernung früherer Kratzer,
um eine feine, spiegelförmige
Beschaffenheit ohne visuell identifizierbare Kratzer in der Oberfläche des
Glaswerkstücks
bereitzustellen. Als weiteres Kriterium eines erfolgreichen Polierens
im Verfahren der Erfindung weist die polierte Glasoberfläche einen
Rtm-Wert von 0,30 Mikrometer oder weniger auf, der durch ein Oberflächenmeßgerät SURTRONIC
3 gemessen wird, das von Rank Taylor Hobson, Leicester, England
erhältlich
ist, das eine Spitze mit 5 Mikrometer Radius und eine Grenzlänge von
etwa 0,8 mm aufweist. Diese Oberflächenbeschaffenheit wird benötigt, um
sicherzustellen, daß die
Glasoberfläche
frei von heftigen Wir beln und tiefen Kratzern ist, die die optischen
Eigenschaften der Glasoberfläche
beeinträchtigen
würden.
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Beispiele
typischer Träger,
die für
den Polierschleifgegenstand verwendet werden können, der im Verfahren dieser
Erfindung verwendet wird, schließen einen Polymerfilm, einen
grundierten Polymerfilm, ein Gewebe, Papier, Vliesstoffe und deren
behandelte Ausführungen
und deren Kombinationen ein. Papier oder Gewebeträger sollten
eine wasserabweisende Behandlung aufweisen, so daß sich der
Träger
während
des Poliervorgangs nicht merklich verschlechtert, da typischerweise
Wasser verwendet wird, um in der Praxis dieser Erfindung die Läppwerkzeugeinrichtung
während
des Polierens zu überschwemmen.
Zum Beispiel kann eine Trägerschicht
aus einer Papierschicht bestehen, die mit einem Acryllatexharz gesättigt ist
und eine Dicke von etwa 255 bis 305 Mikrometern aufweist. Der Träger kann
auch kompressibel sein. Vorzugsweise ist der Träger ein Polymerfilm. Bevorzugter
weist der Polymerfilmträger
eine Dicke von etwa 50 bis 100 μm,
und am bevorzugtesten von etwa 75 μm auf.
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Eine
bevorzugte Art Träger
sind Polymerfilme und Beispiele solcher Filme schließen Polyesterfilme, Polyester
und Copolyester, Mikrohohlraum-Polyesterfilme, Polyimidfilme, Polyamidfilme,
Polyvinylalkoholfilme, Polypropylenfilm, Polyethylenfilm und dergleichen
ein. Es sollte außerdem
eine gute Adhäsion
zwischen dem Polymerfilmträger
und der Schleifbeschichtung, das heißt der Polierschicht geben.
In vielen Fällen
werden die Polymerfilmträger
grundiert.
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Die
Grundierung kann eine Oberflächenveränderung
oder chemische Grundierung sein. Beispiele von Oberflächenveränderungen
schließen
eine Korona-Behandlung, UV-Behandlung, Elektronenstrahlbehandlung,
Flammenbehandlung und einen Oberflächenverschleiß ein, um
die Oberflächengröße zu erhöhen. Beispiel
chemischer Grundierungen schließen
ein Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, wie im
US-Patent Nr. 3,188,265 (Charbonneau u.a.) offenbart, eine Kolloiddispersion,
wie im US-Patent Nr. 4,906,523 (Bilkadi u.a.) gelehrt, Aziridinmaterialien,
wie im US-Patent Nr. 4,749,617 (Chanty) offenbart, und durch Strahlung
aufgepfropfte Grundierungen ein, wie in den US-Patenten Nr. 4,563,388
(Bonk u.a.) und 4,933,234 (Kobe u.a.) gelehrt.
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Der
Träger
kann auch eine Befestigungseinrichtung an seiner Rückseite
aufweisen, um das resultierende beschichtete Schleifmittel an einem
Haltepolster oder Unterstützungspolster
zu befestigen. Die Befestigungseinrichtung kann ein druckempfindlicher
Kleber (PSA) oder Band, ein Schlaufengewebe für eine Haken- und Schlaufenbefestigung
oder ein ineinandergreifendes Befestigungssystem sein.
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Der
bevorzugte Schleifgegenstand zur Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung setzt eine Anordnung einzelner Schleifverbundstoffe ein,
wobei jeder Verbundstoff Schleifteilchen aufweist, die in einem
Bindemittelsystem dispergiert sind, im Gegensatz zu einer durchgehenden
Polierschicht aus Schleifteilchen, die in einem Bindemittel dispergiert
sind. Es wird bevorzugt, daß die
Verbundstoffe dreidimensional sind, Arbeitsoberflächen aufweisen,
die kein Teil einer integralen Schicht bilden, und die während des
Gebrauchs unabhängig
wirkende Schleifflächen
aus anderen Verbundstoffen präsentieren.
Der in dieser Erfindung verwendete Schleifgegenstand kann ein sogenannter „strukturierter
Schleifgegenstand" oder
ein perlenförmiger
Schleifgegenstand sein. Ein strukturierter Schleifgegenstand bedeutet
einen Schleifgegenstand, in dem mehrere einzelne präzise geformte
Verbundstoffe auf einem Träger
angeordnet sind, wobei jeder Verbundstoff Schleifteilchen aufweist,
die in einem Bindemittel dispergiert sind. Ein perlenförmiger Schleifgegenstand
weist (im allgemeinen kugelförmige
und üblicherweise
hohle) Perlen bzw. Kügelchen
aus Bindemittel und Schleifteilchen auf. Dieser Perlen werden dann
mit einem Bindemittel an einen Träger geklebt. Jedoch wird das
perlenförmige
Schleifmittel we niger bevorzugt. Jedoch stellt das entweder präzise oder
unregelmäßig geformte
texturierte Schleifmittel, wie oben beschrieben, oder Perlenschleifmittel,
Raum zur Schleifmehlentfernung bereit, stellt Raum zur Fluidwechselwirkung
bereit, besitzt eine höheren
Einheitsdruck/Verbundstoffauflösung
und erzeugt weniger „Haftreibung" als das perlenförmige Schleifmittel
als eine durchgehende Polierschicht eines Läppfilms.
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Wenn
der Schleifgegenstand dieser Erfindung beim Polieren einer Glasoberfläche verwendet
wird, erodieren die Schleifverbundstoffe allmählich. Die Erodierbarkeitsgeschwindigkeit
hängt von
vielen Faktoren ab, einschließlich
der Schleifverbundstoff-Formulierung
und den Polierbedingungen. Hinsichtlich der Schleifverbundstoff-Formulierung,
können
der Schleifteilchentyp, die Schleifteilchengröße, der Bindemitteltyp, optionale
Additive, einzeln oder in Kombination die Erodierbarkeit des Schleifverbundstoffs
beeinflussen. Zum Beispiel sind härtere Bindemittel, wie Phenolbindemittel,
weniger erodierbar als weichere Bindemittel, wie aliphatische Epoxidbindemittel.
Alternativ können
bestimmte Additive oder Füllstoffe,
wie Glasblasen, den Schleifverbundstoff erodierbarer machen.
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Die
Schleifverbundstoffe des Schleifgegenstands der Erfindung enthalten
vorzugsweise Schleifteilchen, die in einem Bindemittel dispergiert
sind. Die Schleifteilchen bestehen vorzugsweise aus Zeroxid oder Zerdioxid,
seltenen Erdverbindungen oder deren Mischungen. Solche seltenen
Erdverbindungen, die zum Polieren geeignet sind, können im
US-Patent Nr. 4,529,410 (Khaladji u.a.) gefunden werden. Es wird
angenommen, daß solche
Schleifteilchen ein chemomechanisches Element für das Polierverfahren bereitstellen.
Wie es hierin verwendet wird, bezeichnet chemomechanisch einen dualen
Mechanismus, wo sowohl die Korrosionschemie als auch die Bruchmechanik
eine Rolle beim Glaspolieren spielen. Insbesondere wird angenommen,
daß Schleifteilchen,
wie zum Beispiel Zeroxid und Zirkonoxid, ein chemisches Element
für die
Poliererscheinung breitstellen, wie in Cook, L.M., „Chemical
Processes in Glass Polishing",
120 J. of Non-Crystalline Solids 152–171, Elsevier Science Publ.
B.V. (1990) erläutert.
Während
man nicht an eine bestimmte Theorie gebunden ist, wird angenommen,
daß mihdestens
für wässerige
Breie die Poliergeschwindigkeiten mit der Geschwindigkeit molekularer
Wasserdiffusion in die Glasoberfläche, einer anschließenden Glasauflösung unter der
Belastung, die durch das Polierteilchen ausgeübt wird, der Adsorptionsgeschwindigkeit
der Auflösungsprodukte
auf der Oberfläche
der Polierkörnung,
der Geschwindigkeit der Silikawiederablagerung zurück auf die Glasoberfläche, und
der wässerigen
Korrosignsgeschwindigkeit zwischen Teilchenstößen in Beziehung stehen.
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Die
Schleifteilchen können
im Bindemittel einheitlich dispergiert sind, oder die Schleifteilchen
können alternativ
uneinheitlich dispergiert sein. Es wird bevorzugt, daß die Schleifteilchen
einheitlich dispergiert sind, so daß die resultierende Schleifbeschichtung
ein konsistentes Abtragungs/Poliervermögen bereitstellt.
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Zum
Glasoberflächenpolieren
wird es bevorzugt, daß die
durchschnittliche Teilchengröße der Schleifteilchen
von etwa 0,001 bis 20 Mikrometer, typischerweise zwischen 0,01 bis
10 Mikrometer beträgt.
In einigen Fälle
weisen die Schleifteilchen vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße auf,
die kleiner als 0,1 Mikrometer ist. In anderen Fällen wird es bevorzugt, daß die Teilchengrößenverteilung
zu keinen oder verhältnismäßig wenigen
Schleifteilchen führt,
die eine Teilchengröße aufweisen,
die größer als
etwa 2 Mikrometer ist, vorzugsweise kleiner als etwa 1 Mikrometer
und bevorzugter kleiner als etwa 0,75 Mikrometer. Bei diesen verhältnismäßig kleinen
Teilchengrößen können die
Schleifteilchen dazu neigen, durch Zwischenteilchen-Anziehungskräfte Aggregate
zu bilden. So können
diese Aggregate eine Teilchengröße aufweisen,
die größer als etwa
1 oder 2 Mikrometer und sogar so groß wie 5 oder 10 Mikrometer
ist. Es wird dann bevorzugt, diese Aggregate zu einer durchschnittlichen
Größe von etwa
2 Mikrometer oder weniger aufzubrechen. Jedoch kann es in manchen
Fällen
schwierig sein, diese Aggregate „aufzubrechen". Zusätzlich sind
diese sehr kleinen Schleifteilchen vor der Zugabe zum Bindemittelvorläufer in
einer Flüssigkeit
dispergiert. Diese Dispersion kann in Wasser oder in einer basischen
oder sauren Flüssigkeit
vorliegen. Ferner kann diese Flüssigkeit
auch einen grenzflächenaktiven
Stoff, ein Haftmittel oder ein Benetzungsmittel enthalten. In einigen
Fällen
wird es bevorzugt, daß die
Teilchengrößenverteilung
eng kontrolliert wird, so daß der
resultierende Schleifgegenstand eine sehr konsistente Oberflächenbeschaffenheit
auf der Glasoberfläche
nach dem Polieren bereitstellt.
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Der
Schleifgegenstand zur Verwendung im Verfahren der Erfindung kann
optional zusätzlich
zu Zeroxid andere Schleifteilchen aufweisen. Die optionalen Schleifteilchen
können
entweder harte oder weiche anorganische Schleifteilchen oder deren
Mischungen sein. Beispiele harter Schleifteilchen schließen Aluminiumoxid,
wärmebehandeltes
Aluminiumoxid, weißes
Schmelzaluminiumoxid, schwarzes Siliziumcarbid, grünes Siliziumcarbid,
Titandiborid, Borcarbid, Wolframcarbid, Titancarbid, Diamant, kubisches
Bornitrid, Granat, Schmelz-Aluminiumoxid-Zirkonoxid, Solgelschleifteilchen
und dergleichen ein.
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Weiche
anorganische Teilchen schließen
Silika, Chrom(III)-oxid,
Eisenoxid, Zirkonerde, Titandioxid, Silikate und Zinnoxid ein. Der
Schleifgegenstand kann eine Mischung von zwei oder mehreren unterschiedlichen
Schleifteilchen aufweisen. Diese Mischung kann eine Mischung von
harten anorganischen Schleifteilchen und weichen anorganische Schleifteilchen
aufweisen. In einer Mischung von zwei oder mehreren unterschiedlichen
Schleifteilchen können
die einzelnen Schleifteilchen dieselbe durchschnittliche Teilchengröße aufweisen,
oder alternativ können die
einzelnen Schleifteilchen eine andere durchschnittliche Teilchengröße aufweisen.
Zum Beispiel kann der Schleifgegenstand der Erfindung Zeroxid-Teilchen
und andere seltene Erdoxide, wie Zirkonerde, Silika und dergleichen
enthalten. Es wird bevorzugt, daß alle optionalen Schleifteilchen die
Poliereigenschaften des Zeroxids nicht zum Beispiel dadurch behindern,
daß sie
heftige Kratzer erzeugen.
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Es
liegt außerdem
im Rahmen dieser Erfindung, daß eine
Oberflächenbeschichtung
vorhanden ist, die auf die Schleifteilchen beschichtet ist. Die
Oberflächenbeschichtung
kann viele unterschiedliche Funktionen haben. In einigen Fällen erhöhen Oberflächenbeschichtungen
die Adhäsion
an das Bindemittel, verändern
die Schleifeigenschaften des Schleifteilchens und dergleichen.
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Die
Polierschicht kann ferner optionale Additive aufweisen, wie zum
Beispiel Füllstoffe
(einschließlich Schleifhilfen),
Fasern, Schmiermittel, Benetzungsmittel, thixotrope Materialien,
oberflächenaktive
Stoffe, Pigmente, Farbstoffe, Antistatikmittel, Haftmittel, Weichmacher
und Suspensionsmittel. Die Mengen dieser Materialien werden so ausgewählt, daß sie die
gewünschten
Eigenschaften bereitstellen.
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Beispiele
von Füllstoffen,
die nur aufgrund ihrer Wirkungen auf die Erodierbarkeit verwendet
werden, schließen
Glasblasen, Aluminiumoxid-Blasen, Polymerkugeln, Tonblasen, Marmor,
Mergel, Gips, Kreide, Koralle, Muschelkalk, Oolith ein, sind aber
nicht darauf beschränkt.
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Ein
Haftmittel kann eine Verbindungsbrücke zwischen dem Bindemittelvorläufer und
den Füllstoffteilchen
oder Schleifteilchen bereitstellen. Beispiele von Haftmitteln schließen Silane,
Titanate und Zircoaluminate ein. Außerdem enthält der Schleifmittelbrei vorzugsweise
etwa 0,01 bis 3 Gew.% Haftmittel.
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Ein
Beispiel eines Suspensionsmittels ist ein amorphes Silikateilchen,
das eine Oberflächengröße von weniger
als 150 Quadratmeter/Gramm aufweist, das von DeGussa Corp. unter
den Handelsnamen „Aerosil 130" oder „OX-50" kommerziell erhältlich ist.
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Die
Schleifteilchen werden in einem Bindemittel dispergiert, um den
Schleifverbundstoff zu bilden. Das Bindemittel schließt ein wärmehärtendes
oder vernetzendes Bindemittel ein, und vorzugsweise ein Bindemittel,
das durch eine Additions(Kettenreaktions)-Polymerisation härtbar ist.
Die Verwendung von Bindemittelsystemen in dieser Erfindung, die über einen
Additionsmechanismus härten,
stellt den Vorteil bereit, daß sie schnell
und kontrollierbar ausgehärtet
werden können,
indem sie einer Strahlungsenergie ausgesetzt werden, um eine hohe
Herstellungsgeschwindigkeit zuzulassen, während sie ein hohes Maß an Kontrolle über die
endgültige
Form der Schleifverbundstoffe gewähren. Das wärmehärtende Bindemittel wird vorzugsweise
aus einem Bindemittel- oder Polymervorläufer gebildet.
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Schleifteilchen
werden mit dem Bindemittelvorläufer
gemischt, um einen Schleifmittelbrei zu bilden. Während der
Herstellung des Schleifgegenstands wird der Schleifmittelbrei einer
Energiequelle ausgesetzt, die bei der Einleitung des Polymerisations-
oder Aushärtungsprozesses
des Bindemittelvorläufers
hilft. Beispiele von Energiequellen schließen thermische Energie und
Strahlungsenergie ein, die Elektronenstrahlen, UV-Licht und sichtbares
Licht einschließt.
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Beispiele
geeigneter Bindemittelvorläufer,
die über
eine Additions- (Kettenreaktions-) Mechanismus härtbar sind, schließen Bindemittelvorläufer ein,
die über
einen freien Radikalmechanismus oder alternativ über einen kationischen Mechanismus
polymerisieren. Diese Ausdrücke,
wie „Additions"- oder „Kettenreaktions"-Mechanismus, Polymerisation über einen „freien
Radikalmechanismus" oder
einen „kationischen" Mechanismus haben wohlbekannte
Bedeutungen, wie sie im Textbook of Polymer Science, dritte Auflage,
F. Billmeyer, Jr., John Wiley & Sons,
New York, NY, 1984 erläutert
werden.
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Insbesondere
schließen
geeignete Bindemittelvorläufer
für diese
Erfindung, die über
einen freien Radikalmechanismus polymerisieren, acrylierte Urethane,
acrylierte Epoxide, ethylenisch ungesättigte Verbindungen, einschließlich Acrylmonomerharz(e),
Aminoplastderivate mit α,α-ungesättigten
Seiten-Carbonylgruppen,
Isocyanuratderivate mit mindestens einer Seitenacrylatgruppe, Isocyanatderivate
mit mindestens einer Seiten-Acrylatgruppe, Epoxidharze, Vinylether
und deren Mischungen und Kombinationen ein. Der Ausdruck Acrylat
umfaßt
Acrylate und Methacrylate.
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Die
ethylenisch ungesättigten
Monomere oder Oligomere, oder Acrylatmonomere oder Oligomere können monofunktionell,
difunktionell, trifunktionell, tetrafunktionell oder höher funktionell
sein. Ethylenisch ungesättigte
Bindemittelvorläufer
schließen
sowohl monomere und polymere Verbindungen ein, die Atome von Kohlenstoff,
Wasserstoff und Sauerstoff und optional Stickstoff und die Halogene
enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder beide sind im allgemeinen
in Ether-, Ester, Urethan-, Amid- und Harnstoffgruppen vorhanden.
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Ethylenisch
ungesättigte
Verbindungen weisen vorzugsweise ein Molekulargewicht von weniger
als etwa 4000 auf und sind vorzugsweise Ester, die aus der Reaktion
von Verbindungen hergestellt werden, die aliphatische Monohydroxygruppen
oder aliphatische Polyhydroxygruppen und ungesättigte Karbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itakonsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure und
dergleichen enthalten. Repräsentative
Beispiele ethylenisch ungesättigter
Monomere schließen
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzen, Hydroxyethylacrylat,
Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat,
Hydroxybutylacrylat, Hydroxy butylmethacrylat, Vinyltoluen, Ethylenglycoldiacrylat,
Polyethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat,
Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glyceroltriacrylat,
Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltrimethacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat
und Pentaerythritoltetramethacrylat ein. Andere ethylenisch ungesättigte Harze
schließen
Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und Amide von Karbonsäuren, wie
Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-diallyladipamid ein. Noch
weitere stickstoffhaltige Verbindungen schließen Tris(2-acryloxyethyl)isocyanurat,
1,3,5-tri(2-methaeryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methylacrylamid,
N-methyl-acrylamid, N,N-dimethylacrylamid,
N- Vinylpyrrolidon und N-vinyl-piperidon und CMD 3700 ein, das von
Radcure Specialties erhältlich ist.
Beispiele von ethylenisch ungesättigten
Verdünnern
oder Monomeren können
in den US-Patenten Nr. 5,236,472 (Kirk u.a.) und 5,580,647 (Larson
u.a.) gefunden werden. Zusätzliche
Informationen, die Bindemittel und Bindemittelvorläufer betreffen,
können
in PCT WO 97/11484 (Bruxvoort u.a.) und im US-Patent Nr. 4,773,920
(Chasman u.a.) gefunden werden.
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Ein
bevorzugter Bindemittelvorläufer
der Erfindung enthält
eine Mischung eines mehrfunktionellen Acrylharzes(en) mit einem
monofunktionellen Acrylharz(en). Das mehrfunktionelle Acrylharz(e)
kann ein trifunktionelles Acrylmonomerharz, ein tetrafunktionelles
Acrylmonomerharz oder eine Kombination eines trifunktionellen und
tetrafunktionellen Acrylmonomerharzes sein. Obwohl es nicht erwünscht ist,
durch eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß diese
Kombination eines vernetzten mehrfunktionellen Acrylharzes(en) und
eines monofunktionellen Acrylharzes(en) ein Bindemittel-/Harzsystem
liefert, das dazu neigt spröde
zu sein. Es wird angenommen, daß ein
solches Bindemittel zerspringt, zerfällt, zerbricht, in Stücke zerbricht,
splittert und die gewünschten
Erodierbarkeitseigenschaften der Schleifverbundstoffe des Schleifgegenstands
zum Glaspolieren in der vorliegenden Erfindung verleiht. Es wird
ferner angenommen, daß das
spröde Bindemittel
vor Ort einen breiförmigen
Zustand an der Grenzfläche
zwischen dem Schleifgegenstand und der Glasoberfläche erzeugt.
Der Brei enthält
Zeroxid-Teilchen, Fragmente des Bindemittels und/oder der Zeroxid-Teilchen,
die an den Bindemittelfragmenten haften, die vom Schleifgegenstand
freigesetzt werden.
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Im
allgemeinen liegt das Gewichtsverhältnis zwischen diesen Acrylharz(en)
zwischen etwa 5 bis etwa 95 Teilen mehrfunktionellem Acrylatmonomer
zu etwa 95 bis 5 Teilen monofunktionellem Acrylatmonomer, vorzugsweise
zwischen 25 bis etwa 75 Teile mehrfunktionellem Acrylatmonomer zu
etwa 75 bis 25 Teilen monofunktionellem Acrylatmonomer, bevorzugter
zwischen 40 bis etwa 60 Teilen mehrfunktionellem Acrylatmonomer
zu etwa 60 bis 40 Teilen monofunktionellem Acrylatmonomer, und am
bevorzugtesten zwischen etwa 50 Teilen mehrfunktionellem Acrylatmonomer
zu etwa 50 Teilen monofunktionellem Acrylatmonomer.
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Die
Schleifbeschichtung kann von etwa 1 bis 90 Gewichtsteile Schleifteilchen
auf etwa 99 bis 10 Gewichtsteile Bindemittel enthalten. Vorzugsweise
enthält
die Schleifbeschichtung von etwa 30 bis 85 Gewichtsteile Schleifteilchen
auf etwa 70 bis 15 Gewichtsteile Bindemittel, bevorzugter von 40
bis 70 Gewichtsteile Schleifteilchen auf etwa 30 bis 60 Gewichtsteile
Bindemittel.
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Die
Schleifbeschichtung kann außerdem
ein oder mehrere Additive enthalten, die allgemein als Härtungsmittel
kategorisiert werden können.
Ein Härtungsmittel
ist ein Material, das dabei hilft, den Polymerisations- oder Vernetzungsprozeß einzuleiten
und zu vollenden, so daß der
Bindemittelvorläufer
in ein Bindemittel umgewandelt wird. Der Ausdruck Härtungsmittel
umfaßt
Initiatoren, Photoinitiatoren, Katalysatoren und Aktivato ren. Die
Menge und Art des Härtungsmittels
wird zum größten Teil
von der Chemie des Bindemittelvorläufers abhängen.
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Die
Polymerisation des bevorzugten ethylenisch ungesättigten Monomers(e) oder Oligomers(e)
findet über
einen freien Radikalmechanismus statt. Wenn eine Energiequelle ein
Elektronenstrahl ist, erzeugt der Elektronenstrahl freie Radikale,
die die Polymerisation einleiten. Jedoch liegt es im Rahmen dieser
Erfindung, Initiatoren selbst dann zu verwenden, wenn der Bindemittelvorläufer einem
Elektronenstrahl ausgesetzt wird. Wenn die Energiequelle Wärme, ultraviolettes
Licht oder sichtbares Licht ist, kann es sein, daß ein Initiator
vorhanden sein muß,
um freie Radikale zu erzeugen. Beispiele von Initiatoren (das heißt Photoinitiatoren),
die freie Radikale erzeugen, wenn sie ultraviolettem Licht oder
Wärme ausgesetzt
sind, schließen
organische Peroxide, Azo-Verbindungen, Chinone, Nitrosoverbindungen,
Acylhalogenide, Hydrazone, Mercapto-Verbindungen, Pyrylium-Verbindungen,
Imidazole, Chlortriazine, Benzoin, Benzoinalkylether, Diketone,
Phenone und deren Mischungen ein, sind jedoch nicht auf sie beschränkt. Beispiele
kommerziell erhältlicher
Photoinitiatoren, die bei Belichtung mit ultraviolettem Licht freie
Radikale erzeugen, schließen
IRGACURE 651 und IRGA-CURE
184, die beide von Ciba Geigy Company, Hawthorne, NJ kommerziell
erhältlich
sind, und DAROCUR 1173 ein, das von Merck kommerziell erhältlich ist.
Beispiele von Initiatoren, die bei Belichtung mit sichtbarem Licht
freie Radikale erzeugen, können
im US-Patent Nr. 4,735,632 gefunden werden. Ein anderer Photoinitiator,
der bei Belichtung mit sichtbarem Licht freie Radikale erzeugt,
trägt den
Handelsnamen IRGACURE 369, der von Ciba Geigy Company kommerziell
erhältlich
ist.
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Typischerweise
wird der Initiator in Mengen verwendet, die beruhend auf dem Gewicht
des Bindemittelvorläufers
zwischen 0,1 und 10 Gew.%, vorzugsweise zwischen 2 und 4 Gew.% liegen.
Zusätzlich
wird es bevorzugt, den Initiator im Bindemittelvorläu fer vor
der Zugabe irgendeines teilchenförmigen
Materials, wie den Schleifteilchen und/oder den Füllstoffteilchen
zu dispergieren, vorzugsweise gleichmäßig zu dispergieren.
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Im
allgemeinen wird es bevorzugt, daß der Bindemittelvorläufer einer
Strahlungsenergie, vorzugsweise ultraviolettem Licht oder sichtbarem
Licht ausgesetzt wird. In einigen Fällen werden bestimmte Schleifteilchen
und/oder Zusatzstoffe ultraviolettes und sichtbares Licht absorbieren,
was es schwierig macht, den Bindemittelvorläufer richtig zu härten. Diese
Erscheinung trifft insbesondere auf Zerdioxid-Schleifteilchen und
Siliziumcarbid-Schleifteilchen zu. Es ist ziemlich unerwartet herausgefunden
worden, daß die
Verwendung von phosphathaltigen Photoinitiatoren, insbesondere von
Acylphosphinoxid-haltigen Photoinitiatoren dazu beiträgt, das
Problem zu überwinden.
Ein Beispiel eines solchen Photoinitiators ist 2,4,6- Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid,
das von BASF Corporation, Charlotte, NC, unter der Handelsbezeichnung
LUCIRIN TPO kommerziell erhältlich
ist. Andere Beispiele kommerziell erhältlicher Acylphosphinoxide
schließen
DAROCUR 4263 und DAROCUR 4265 ein, die beide von Merck kommerziell
erhältlich
sind.
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Optional
können
die härtbaren
Zusammensetzungen Photosensibilisatoren oder Photoinitiatorsysteme
enthalten, die eine Polymerisation entweder in Luft oder in einer
Inertatmosphäre,
wie Stickstoff bewirken. Diese Photosensibilisatoren oder Photoinitiatorsysteme
schließen
Verbindungen ein, die Carbonylgruppen oder tertiäre Aminogruppen und deren Mischungen
aufweisen. Unter den bevorzugten Verbindungen, die Carbonylgruppen
aufweisen, befinden sich Benzophenon, Acetophenon, Benzil, Benzaldehyd,
o-Chlorbenzaldehyd, Xanthon, Thioxanthon, 9,10-Anthrachinon und andere aromatische
Ketone, die als Photosensibilisatoren dienen können. Unter den bevorzugten
tertiären
Aminen befinden sich Methyldiethanolamin, Ethyldiethanolamin, Triethanolamin,
Phenylmethylethanolamin und Dimethylaminoethyl benzoat. Im allgemeinen
kann die Menge des Photosensibilisators oder Photoinitiatorsystems
beruhend auf dem Gewicht des Bindemittelvorläufers von etwa 0,01 bis etwa
10 Gew.%, bevorzugter von etwa 0,25 bis etwa 4,0 Gew.% variieren.
Beispiele von Photosensibilisatoren umfassen QUANTICURE ITX, QUANTICURE
QTX, QUANTICURE PTX, QUANTICURE EPD, die alle von Biddle Sawyer
Corp. kommerziell erhältlich
sind.
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Die
Schleifbeschichtung kann optional einen Weichmacher enthalten. Im
allgemeinen wird die Zugabe des Weichmachers die Erodierbarkeit
der Schleifbeschichtung erhöhen
und die Gesamtbindemittelhärte
weich machen, falls er verwendet wird. Der Weichmacher sollte im
allgemeinen mit dem Bindemittel kompatibel sein, so daß es keine
Phasentrennung gibt. Beispiele von Weichmachern umfassen Polyvinylchlorid,
Dibutylphthalat, Alkylbenzylphthalat, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol,
Zelluloseester, Phthalat, Slikonöle,
Adipat- und Sebacatester, Polyole, Polyolderivate, t-Butylphenyldiphenylphosphat,
Tricresylphosphat, Rizinusöl,
deren Kombinationen und dergleichen ein. Im allgemeinen kann die
Weichmachermenge von etwa 15 Gew.% oder weniger, bevorzugter von
etwa 10a bis etwa 5 Gew.% und am bevorzugtesten von etwa 2% bis
etwa 0 Gew.% variieren.
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Die
Polierbeschichtung kann optional einen Füllstoff aufweisen. Der Füllstoff
kann die Erodierbarkeit der Schleifverbundstoffe ändern. Ein
Füllstoff
ist ein teilchenförmiges
Material und weist im allgemeinen einen durchschnittlichen Teilchengrößenbereich
von etwa 0,1 bis etwa 50 Mikrometer, typischerweise von etwa 1 bis 30
Mikrometer auf. Beispiele nützlicher
Füllstoffe
für diese
Erfindung schließen
ein: Metallkarbonate (wie Kalziumkarbonat, das heißt, Kreide,
Calcit, Tonmergel, Travertin, Marmor und Kalkstein), Kalzium-Magnesiumkarbonat,
Natriumkarbonat, Magnesiumkarbonat, Silika (wie Quarz, Glasperlen,
Glasblasen und Glasfasern), Silikate (wie Talk, Tone [Montmorillonit]
Feldspat, Mika, Kalziumsilikat, Kalziummetasilikat, Natriumaluminosilikat,
Natriumsilikat), Metallsulfate (wie Kalziumsulfat, Bariumsulfat,
Natriumsulfat, Aluminium-Natriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips,
Vermiculit, Holzmehl, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Metalloxide (wie Kalziumoxid
[Ätzkalk], Aluminiumoxid,
Zinnoxid, Zinnasche, Titandioxid), Metallsulfite (zum Beispiel Kalziumsulfit),
thermoplastische Teilchen (wie Polycarbonat, Polyetherimid, Polyester,
Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Polypropylen,
Acetalpolymere, Polyurethane, Nylonteilchen) und wärmehärtende Teilchen
(wie Phenolblasen, Phenolperlen, Polyurethanschaum-Teilchen). Füllstoffe
können
außerdem
Hologensalze enthalten, die einschließen: Natriumchlorid, Kaliumkryolith,
Natriumkryolith, Ammoniumkryolith, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat,
Siliziumfluoride, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid und dergleichen. Metalle
können
auch als Füllstoffe
verwendet werden, wie Zinn, Blei, Wismut, Kobalt, Antimon, Cadmium,
Eisen, Titan und dergleichen. Andere zusätzliche Füllstoffe schließen Schwefel,
organische Schwefelverbindungen, Graphit, Metallsulfide und dergleichen
ein.
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Erfindungsgemäß weist
die Polierschicht eine Schleifkonstruktion auf, wobei die oben beschriebene Schleifbeschichtung
aus Schleifteilchen und Bindemittelvorläufer zu mehrere geformten Schleifverbundstoffen geformt
wird. Jeder dieser geformten Schleifverbundstoffe kann entweder
eine präzise
Form oder eine unregelmäßige Form
aufweisen. In einer Ausführungsform
weist jeder Schleifverbundstoff eine präzise Form auf, die mit ihr
verbunden ist. Die Form weist eine Oberfläche oder Begrenzung auf, die
mit ihr verbunden ist, die dazu führt, daß ein Schleifverbundstoff in
einem gewissen Maß von
einem anderen angrenzenden Schleifverbundstoff getrennt ist. Das
heißt,
um einen einzelnen Schleifverbundstoff zu bilden, müssen die
Ebenen und Begrenzungen, die die Form des Schleifverbundstoffes
bil den, mindestens an den distalen Enden der oberen Abschnitte der
Schleifverbundstofformen voneinander getrennt sein.
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Diese
distalen Enden können
sich alle zu einer gemeinsamen imaginären Ebene erstrecken, die sich parallel
zum Träger
erstreckt, oder können
voneinander unabhängige
Höhen aufweisen.
Der untere oder Bodenabschnitt der Schleifverbundstoffe, jedoch
nicht einschließlich
der distalen Enden, kann an einen anderen anstoßen oder kann um einen vorbestimmten
Abstand beabstandet sein. Es sollte verstanden werden, daß die Definition
von anstoßen
auch eine Anordnung abdeckt, wo aneinandergrenzende bzw. benachbarte
Verbundstoffe sich einen gemeinsamen Schleifmaterialsteg oder eine
brückenförmige Struktur
teilen, die gegenüberliegende
Seitenwände
der Schleifverbundstoffe berührt
und sich zwischen ihnen erstreckt. Der Schleifmaterialsteg besteht
aus demselben Schleifmittelbrei (Schleifbeschichtung oder Polierschicht),
der verwendet wird, um die Schleifverbundstoffe zu bilden. Die Verbundstoffe
sind in dem Sinne „benachbart", daß sich kein
dazwischenliegender Verbundstoff auf einer direkte imaginären Linie
befindet, die zwischen den Mitten der Verbundstoffe gezogen wird.
In einer Ausführungsform
der Erfindung sind die Schleifverbundstoffe in dem Sinne „einzeln", daß sich mindestens
die distalen Enden unterschiedlicher Verbundstoffe nicht miteinander
verbinden. Es wird angenommen, daß diese Trennung eine Einrichtung
bereitstellt, um es zuzulassen, daß ein Fluidmedium frei zwischen
den Schleifverbundstoffen fließt.
Es wird dann angenommen, daß dieser
freie Fluß dazu führt, zu
einer besseren Schneidegeschwindigkeit, Oberflächenbeschaffenheit oder einer
erhöhten
Ebenheit während
des Glaspolierens beizutragen. Zum Beispiel sind bezugnehmend auf 1 aneinandergrenzende Schleifverbundstoffe 34 nahe
der Oberseite getrennt und stoßen
nahe der Unterseite aneinander. Der Abstand der Schleifverbundstoffe
kann von etwa 1 Verbundstoff pro linearen cm bis etwa 100 Schleifverbundstoffen
pro linearen cm, vorzugsweise von etwa 5 Verbundstoffen pro linearen
cm bis etwa 80 Verbundstoffen pro linearen cm, bevorzugter von etwa
10 Verbundstoffen pro linearen cm bis etwa 60 Verbundstoffen pro
linearen cm, und am bevorzugtesten von etwa 15 Verbundstoffen pro
linearen cm bis etwa 50 Verbundstoffen pro linearen cm variieren.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung gibt es einen Flächenabstand
von mindestens etwa 5 Verbundstoffe/cm2,
vorzugsweise mindestens etwa 100 Verbundstoffe/cm2,
bevorzugter mindestens etwa 500 Verbundstoffe/cm2 und
am bevorzugtesten mindestens etwa 1200 Verbundstoffe/cm2.
In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung liegt der Flächenabstand
der Verbundstoffe zwischen etwa 1 bis etwa 12000 Schleifverbundstoffe/cm2, vorzugsweise zwischen etwa 50 und etwa
7500 Verbundstoffe/cm2 und bevorzugter zwischen
etwa 50 und etwa 5000 Verbundstoffe/cm2.
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Die
einzelnen Schleifverbundstofformen können jede dreidimensionale
Form aufweisen, jedoch bestehen sie vorzugsweise aus einer geometrischen
Form wie einem Zylinder, einer Kugel, einer Pyramide, einem Pyramidenstumpf,
einem Kegel, einem Kegelstumpf, einem Prisma, einem Würfel oder
einem pfostenförmigen Merkmal
mit einer Oberseitenform eines Dreiecks, Quadrats, Rechtecks, Sechsecks,
Achtecks oder dergleichen. Eine andere Form ist halbsphärisch und
wird ferner in der PCT-Veröffentlichung
Nr. WO 95/22436 (Hoopman) beschrieben, die am 24. August 1995 veröffentlicht
wurde. Außerdem
kann der resultierende Schleifgegenstand eine Mischung unterschiedlicher
Schleifverbundstofformen aufweisen. Jedoch ist es möglich, daß die mehreren
Schleifverbundstoffe im wesentlichen dieselbe Form aufweisen, jedoch
die Orientierung der einzelnen Schleifverbundstoffe sich voneinander
unterscheiden kann.
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Eine
bevorzugte Form ist eine Pyramide oder ein Pyramidenstumpf. Die
pyramidenförmige
Form weist vorzugsweise vier bis fünf Seiten auf, wenn sie nicht
abgestumpft ist, und fünf
bis sechs Seiten, wenn sie abgestumpft ist (einschließlich der
Grundseite), obwohl auch eine größere Anzahl
von Seiten innerhalb des Rahmens der Erfindung liegt. Es wird bevorzugt,
eine Höhe
der Verbundstoffe vorzusehen, die über den Schleifgegenstand konstant
ist, jedoch ist es möglich,
Verbundstoffe mit veränderlichen
Höhen zu
erhalten. Die Höhe der
Verbundstoffe kann einen Wert von etwa 10 bis etwa 1000 Mikrometer,
vorzugsweise etwa 25 bis etwa 500 Mikrometer, bevorzugter von etwa
40 bis etwa 150 Mikrometer und am bevorzugtesten von etwa 50 bis
etwa 80 Mikrometer aufweisen. Wo eine pyramidenförmige oder pyramidenstumpfförmige Form
verwendet wird, weisen die Grundseiten im allgemeinen eine Länge von
etwa 100 bis 500 Mikrometern auf. Die Seiten, die die Schleifverbundstoffe
bilden, können
gerade sein oder sie können
sich verjüngen.
Wenn sich die Seiten verjüngen,
ist es leichter, den Schleifverbundstoff aus den Hohlräumen des
Herstellungswerkzeugs zu entfernen. Der Winkel, der die Verjüngung bildet,
kann zwischen etwa 1 und etwa 75 Grad, vorzugsweise zwischen etwa
2 und 50 Grad, bevorzugter zwischen etwa 3 und 35 Grad, und am bevorzugtesten
zwischen etwa 5 und 15 Grad liegen.
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Die
einzelnen Schleifverbundstoffe können
alternativ als Schleifagglomerate oder Perlen vorgesehen werden.
Diese Schleifagglomerate bestehen im allgemeinen aus den Typen,
die in den US-Patenten Nr. 4,311,489 (Kressner); 4,652,275 (Bloecher
u.a.); 4,799,939 (Bloecher u.a.); und 5,500,273 (Holmes u.a.) beschrieben
werden, die jedoch für
die Zwecke dieser Erfindung modifiziert werden, um die Erodierbarkeit
des Verbundstoffes durch die hierin beschriebenen Mittel zu erhöhen.
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3 ist eine schematische
Darstellung der Herstellung eines bevorzugten Schleifgegenstands
zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Der erste Schritt,
den bevorzugten Schleifgegenstand herzustellen, ist es den Schleifmittelbrei herzustellen.
Der Schleifmittelbrei wird hergestellt, indem durch irgendeine geeignete
Mischtechnik der Bindemittelvorläufer,
die Schleifteilchen und die optionalen Additive miteinander kombiniert
werden. Beispiele von Mischtechniken umfassen Mischen mit niedriger
Scherung und hoher Scherung, wobei Mischen mit hoher Scherung bevorzugt
wird. Die Menge der Luftblasen im Schleifmittelbrei kann minimiert
werden, indem während
des Mischungsschrittes durch Absaugen ein Unterdruck erzeugt wird.
Es ist wichtig, daß der
Schmirgelbrei eine Rheologie aufweist, die gut beschichtet und in
der sich die Schleifteilchen und anderen Additive aus dem Schleifmittelbrei
nicht absetzen. Es können
alle bekannten Techniken, um die Beschichtbarkeit zu verbessern,
wie Ultraschall oder Erwärmung
verwendet werden.
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Ein
erstes Verfahren ergibt im allgemeinen einen Schleifverbundstoff,
der eine präzise
Form aufweist. Um die präzise
Form zu erhalten, wird der Bindemittelvorläufer im wesentlichen erstarren
oder aushärten
gelassen, während
der Schleifmittelbrei in den Hohlräumen eines Herstellungswerkzeugs
vorhanden ist. Ein zweites Verfahren ergibt im allgemeinen einen
Schleifverbundstoff, der eine unregelmäßige Form aufweist. In diesem
Verfahren wird das Herstellungswerkzeug vor dem Aushärten vom
Bindemittelvorläufer
entfernt, was zu einer zusammengesackten, unregelmäßigen Form
führt.
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Das
bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands, um
präzise
geformte Schleifverbundstoffe zu bilden, verwendet ein Herstellungswerkzeug,
das mehrere Hohlräume
enthält.
Diese Hohlräume weisen
im wesentlichen die inverse Form des gewünschten Schleifverbundstoffs
auf und sind dafür
verantwortlich, die Form der Schleifverbundstoffe zu erzeugen. Die
Anzahl der Hohlräume
führt zu
dem Schleifgegenstand mit einer entsprechenden Anzahl von Schleifverbundstoffen/Quadrateinheitsfläche. Diese
Hohlräume können irgendeine
geometrische Form, wie einen Zylinder, eine Kuppel, eine Pyramide,
einen Py ramidenstumpf, ein Prisma, einen Würfel, einen Kegel, einen Kegelstumpf
oder ein pfostenförmiges
Merkmal mit einer Oberseitenform eines Dreiecks, Quadrats, Rechtecks,
Sechsecks, Achtecks oder dergleichen aufweisen. Die Abmessungen
der Hohlräume
werden so ausgewählt,
daß sie
die gewünschte
Anzahl von Schleifverbundstoffen/Quadratzentimeter erzielen. Die
Hohlräume
können
in einem punktförmigen
Muster mit Zwischenräumen zwischen
benachbarten Hohlräumen
vorhanden sein oder die Hohlräume
können
aneinander anstoßen.
Es wird bevorzugt, daß die
Hohlräume
aneinander anstoßen.
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Das
Herstellungswerkzeug kann ein Band, eine Platte, eine durchgehende
Platte oder Bahn, eine Beschichtungswalze, wie eine Tiefdruckwalze,
eine Buchse, die an einer Beschichtungswalze angebracht ist, oder
ein Stempel sein. Das Herstellungswerkzeug kann aus Metall, das
eine nickelplattierte Oberfläche
aufweist, Metallegierungen, Keramik oder Kunststoff bestehen. Weitere
Informationen über
Herstellungswerkzeuge, ihre Herstellung, Materialien, usw. können in
den US-Patenten Nr. 5,152,917 (Pieper u.a.) und 5,435,816 (Spurgeon
u.a.) gefunden werden. Ein bevorzugtes Herstellungswerkzeug ist
ein thermoplastisches Herstellungswerkzeug, das von einer Metallurform
abgeprägt
wird.
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Wenn
der Schleifmittelbrei einen wärmehärtenden
Bindemittelvorläufer
aufweist, wird der Bindemittelvorläufer ausgehärtet oder polymerisiert. Diese
Polymerisation wird im allgemeinen eingeleitet, wenn er einer Energiequelle
ausgesetzt wird. Im allgemeinen hängt die Energiemenge von verschiedenen
Faktoren, wie der Bindemittelvorläuferchemie, den Abmessungen
des Schleifmittelbreis, der Menge und Art der Schleifteilchen, und
der Menge und Art der optionalen Additive ab. Die Strahlungsenergiequellen
schließen
Elektronenstrahlen, ultraviolettes Licht oder sichtbares Licht ein.
Elektronen- (ionisierende) Strahlung kann mit einem Energiepegel
von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad (etwa 0,001 MJ/kg bis etwa 0,1 MJ/kg),
vorzugsweise bei einem Energiepegel von etwa 0, 1 bis etwa 10 Mrad
(0,001 MJ/kg bis etwa 0,1 MJ/kg) verwendet werden. Ultraviolette Strahlung
bezeichnet Strahlung, die eine Wellenlänge innerhalb des Bereichs
von etwa 200 bis etwa 400 Nanometern, vorzugsweise innerhalb des
Bereichs von etwa 250 bis 400 Nanometern aufweist. Die bevorzugte Ausgangsleistung
der Strahlungsquelle beträgt
118 bis 236 Watt/cm. Sichtbare Strahlung bezeichnet Strahlung, die
eine Wellenlänge
innerhalb des Bereichs von etwa 400 bis etwa 800 Nanometern, vorzugsweise
im Bereich von etwa 400 bis etwa 550 Nanometern aufweist.
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Ein
Verfahren zur Herstellung des bevorzugten dreidimensional Schleifgegenstands
wird in 3 dargestellt.
Ein Träger 51 verläßt eine
Abwickelstation 52, und zur selben Zeit verläßt das Herstellungswerkzeug (mit
Hohlräumen
versehenes Werkzeug) 56 eine Abwickelstation 55.
Das Herstellungswerkzeug 56 wird mittels einer Beschichtungsstation 54 mit
Schleifmittelbrei beschichtet. Die Beschichtungsstation kann irgendeine herkömmliche
Beschichtungseinrichtung, wie eine Tropfdüsen-Auftragmaschine, Rakelauftragmaschine, Gießauftragmaschine,
Unterdruckdüsen-Auftragmaschine
oder eine Düsenauftragmaschine
sein. Während der
Beschichtung sollte die Bildung von Luftblasen minimiert werden.
Eine Beschichtungstechnik ist eine Flüssigkeitslager-Unterdruckdüse, die
aus dem Typ bestehen kann, wie er in den US-Patenten Nr. 3,594,865; 4,959,265
und 5,077,870 beschrieben wird.
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Nachdem
das Herstellungswerkzeug beschichtet ist, werden der Träger 51 und
der Schleifmittelbrei durch irgendeine geeignete Einrichtung in
Kontakt gebracht, so daß der
Schleifmittelbrei die Vorderseite des Trägers benetzt. In 3 wird der Schleifmittelbrei
mittels einer Kontaktquetschwalze 57 mit dem Träger in Kontakt
gebracht. Danach drückt
die Kontaktquetschwalze 57 außerdem die resultierende Konstruktion
gegen eine Haltewalze 53. Danach wird eine gewisse Form
Strahlungsenergie, wie hierin beschrieben, durch eine Energiequelle 63 in
den Schleifmittelbrei übertragen,
um den Bindemittelvorläufer
mindestens teilweise zu härten.
Zum Beispiel kann das Herstellungswerkzeug aus einem transparenten
Material (zum Beispiel Polyester, Polyethylen oder Polypropylen)
bestehen, um Lichtstrahlung zu dem Brei durchzulassen, der in den
Hohlräumen
im Werkzeug enthalten ist, wenn das Werkzeug und der Träger über die
Walze 53 gehen. Der Ausdruck teilweise härten bedeutet,
daß der
Bindemittelvorläufer
zu einem solchen Zustand polymerisiert wird, daß der Schleifmittelbrei nicht
fließt,
wenn der Schleifmittelbrei aus Herstellungswerkzeug entfernt wird.
Der Bindemittelvorläufer
kann durch irgendeine Energiequelle vollständig ausgehärtet werden, nachdem er aus
dem Herstellungswerkzeug entfernt ist. Anschließend daran wird das Herstellungswerkzeug
auf einen Wickeldorn 59 wieder aufgewickelt, so daß das Herstellungswerkzeug 56 erneut
wiederverwendet werden kann. Zusätzlich wird
der Schleifgegenstand 60 auf einen Wickeldorn 61 gewickelt.
Wenn der Bindemittelvorläufer
nicht vollständig
ausgehärtet
ist, kann der Bindemittelvorläufer
dann entweder mit der Zeit vollständig ausgehärtet werden, und/oder indem
er einer Energiequelle ausgesetzt wird.
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Weitere
Details der Verwendung eines Herstellungswerkzeugs, um den Schleifgegenstand
gemäß diesem
bevorzugten Verfahren herzustellen, wird ferner in den US-Patenten
Nr. 5,152,917 (Pieper u.a.), wo der beschichtete Schleifgegenstand,
der hergestellt wird, eine inverse Kopie des Herstellungswerkzeugs
ist, und 5,435,816 (Spurgeon u.a.) beschrieben.
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In
einer weiteren Variation dieses ersten Verfahrens kann der Schleifmittelbrei
auf den Träger
und nicht in die Hohlräume
des Herstellungswerkzeugs beschichtet werden. Der mit Schleifmittelbrei
beschichtete Träger
wird dann in Kontakt mit dem Herstellungswerkzeug gebracht, so daß der Schleifmittelbrei
in die Hohlräume
des Herstellungswerkzeugs fließt.
Die restlichen Schritte, den Schleifgegenstand herzustellen, sind
dieselben, wie oben detailliert dargestellt. Bezüglich dieses Verfahrens wird
es bevorzugt, daß der
Bindemittelvorläufer
durch Strahlungsenergie ausgehärtet
wird. Die Strahlungsenergie kann durch den Träger und/oder durch das Herstellungswerkzeug
durchgelassen werden. Wenn die Strahlungsenergie entweder durch
den Träger
oder das Herstellungswerkzeug durchgelassen wird, dann sollten der
Träger
oder das Herstellungswerkzeug die Strahlungsenergie nicht nennenswert
absorbieren. Zusätzlich
sollte die Strahlungsenergiequelle den Träger oder das Herstellungswerkzeug
nicht nennenswert beeinträchtigen.
Zum Beispiel kann ultraviolettes Licht durch einen Polyesterfilmträger durchgelassen
werden.
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Alternativ
kann, wenn das Herstellungswerkzeug aus bestimmten thermoplastischen
Materialien, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polycarbonat,
Poly(ethersulfon), Poly(Methylmethacrylat), Polyurethanen, Polyvinylchlorid
oder deren Kombinationen besteht, ultraviolettes oder sichtbares
Licht durch das Herstellungswerkzeug und in den Schleifmittelbrei
durchgelassen werden. In einigen Fällen wird es bevorzugt, UV-Stabilisatoren und/oder
Antioxidationsmittel in das thermoplastische Herstellungswerkzeug
einzubauen. Das verformbarere Material führt zu einer leichteren Bearbeitung.
Für auf
Thermoplasten beruhende Herstellungswerkzeuge sollten die Arbeitsbedingungen
zur Herstellung des Schleifgegenstands so eingestellt werden, daß keine übermäßige Wärme erzeugt
wird. Wenn übermäßige Wärme erzeugt
wird, kann diese das thermoplastische Werkzeug verzerren oder schmelzen.
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Nachdem
der Schleifgegenstand hergestellt ist, kann er gebogen und/oder
angefeuchtet werden, bevor er in eine geeignete Form/Gestalt umgearbeitet
wird, bevor der Schleifgegenstand verwendet wird.
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Ein
weiteres Verfahren, einen Schleifgegenstand herzustellen, ist es,
mehrere Schleifagglomerate an einen Träger zu binden. Diese Schleifagglomerate
weisen mehrere Schleifteilchen auf, die miteinander verbunden sind,
um mittels eines ersten Bindemittels eine geformte Masse zu bilden.
Die resultierenden Schleifagglomerate werden dann in einem zweiten
Bindemittelvorläufer
dispergiert und auf einen Träger
beschichtet. Der zweite Bindemittelvorläufer wird erstarren gelassen,
um ein Bindemittel zu bilden, und die Schleifagglomerate werden
dann an den Träger
gebunden.
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Die
Schleifagglomerate können
die optionalen Additive enthalten, wie erläutert. Die Schleifagglomerate
sollten eine gewünschte
Erodierbarkeitsgeschwindigkeit aufweisen, so daß sie während des Gebrauchs einlaufen.
Wiederum kann diese Erodierbarkeitsgeschwindigkeit durch den Schleifteilchentyp,
durch den Typ des ersten Bindemittels, die Additivtypen und deren
Verhältnissen
bestimmt werden.
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Schleifagglomerate
können
durch irgendeinen herkömmlichen
Prozeß hergestellt
werden, wie jenen, die in den US-Patenten Nr. 4,311,489; 4,652,275;
4,799,939 und 5,500,273 in Einzelheiten dargestellt werden.
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Die
Schleifagglomerate werden in einem zweiten Bindemittelvorläufer dispergiert,
um einen Schleifmittelbrei zu bilden. Die restlichen Schritte, um
den Schleifgegenstand herzustellen, können dieselben sein, wie hierin
erläutert.
Alternativ kann der Schleifmittelbrei auf den Träger durch Rakelbeschichtung,
Walzenbeschichtung, Sprühen,
Gravurbeschichtung, Düsenbeschichtung,
Gießbeschichtung
oder andere herkömmliche
Beschichtungstechniken aufgetragen werden. Dann wird der Schleifmittelbrei
einer Energiequelle ausgesetzt, um den Bindemittelvorläufer auszuhärten und
den Schleifmittelbrei in einen Schleifverbundstoff umzuwandeln.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands betrifft
ein Verfahren, in dem die Schleifverbundstoffe, die gebildet werden,
nicht präzise
geformt sind, das heißt
sie weisen eine unregelmäßige Form
auf. In diesem Verfahren wird der Schleifmittelbrei einer Energiequelle
ausgesetzt, sobald der Schleifmittelbrei vom Herstellungswerkzeug
entfernt ist. Der erste Schritt ist es, eine Seite des Trägers durch
irgendeine herkömmliche
Technik mit einem Schleifmittelbrei zu beschichten, wie durch eine
Tropfdüsen-Auftragmaschine,
Gravurauftragmaschinenwalze, Rakelauftragmaschine, Gießauftragmaschine,
Unterdruckdüsen-Auftragmaschine
oder eine Düsenauftragmaschine.
Falls erwünscht,
ist es möglich,
den Schleifmittelbrei zu erwärmen und/oder
den Brei vor der Beschichtung Ultraschallwellen auszusetzen, um
die Viskosität
zu senken. Danach wird die Schleifmittelbrei-/Träger-Kombination in Kontakt
mit einem Herstellungswerkzeug gebracht. Das Herstellungswerkzeug
kann derselbe Typ Herstellungswerkzeug sein, der oben beschrieben
wird. Wiederum weist es eine Reihe von Hohlräumen auf, und der Schleifmittelbrei
fließt
in die Hohlräume.
Bei der Entfernung des Schleifmittelbreis/Trägers aus dem Herstellungswerkzeug
wird der Schleifmittelbrei ein texturiertes Muster aufweisen, das
mit diesem verbunden ist: das heißt, das Muster der Schleifverbundstoffe,
die aus den Hohlräumen
gebildet werden. Anschließend
an die Entfernung wird der gemusterte Schleifmittelbrei/Träger einer
Energiequelle ausgesetzt, um die Polymerisation des Bindemittelvorläufers einzuleiten
und so die Schleifverbundstoffe zu bilden. Es wird im allgemeinen
bevorzugt, daß die
Zeit zwischen dem Entfernen des gemusterten Schleifmittelbreis/Trägers bis
zum Aushärten
des Bindemittelvorläufers
verhältnismäßig minimal
ist. Wenn diese Zeit zu lang ist, wird das Muster in einem solchen
Maß verzerrt,
daß das
Muster im wesentlichen verschwindet.
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Eine
andere Ausführungsform
dieses Verfahrens ist es, den Schleifmittelbrei zuerst auf die Hohlräume des
Herstellungswerkzeugs aufzubringen. Der Träger wird dann mit dem beschichteten
Herstellungswerkzeug in Kontakt gebracht, so daß der Schleifmittelbrei den
Träger
benetzt und an ihm haftet. In dieser Ausführungsform kann das Herstellungswerkzeug
eine Tiefdruckwalze sein. Die restlichen Schritte, den Schleifgegenstand herzustellen,
sind von diesem Punkt an dieselben, wie oben beschrieben. Nachdem
der Schleifgegenstand hergestellt ist, kann er gebogen und/oder
angefeuchtet werden, bevor er umgearbeitet wird.
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Noch
eine andere Ausführungsform
dieses Verfahrens ist es, den Schleifmittelbrei durch ein Sieb zu sprühen oder
zu beschichten, um ein Muster und die Schleifverbundstoffe zu erzeugen.
Der Bindemittelvorläufer
wird dann ausgehärtet
oder erstarren gelassen, um die Schleifverbundstoffe zu bilden.
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Es
gibt eine weitere Technik, einen Schleifgegenstand herzustellen,
der ein Schleifmuster oder eine Textur aufweist, die damit verbunden
ist. Es kann ein Träger
bereitgestellt werden, der geprägt
ist oder ein profiliertes Muster aufweist. Es wird ein Schleifmittelbrei über diesen
Träger
beschichtet und der Brei wird dem Profil des geprägten Trägers folgen,
um ein Muster oder eine texturierte Beschichtung bereitzustellen.
Zusätzliche
Informationen über
die Herstellung eines texturierten Schleifmittels, das einen geprägten Träger aufweist, können in
den US-Patenten Nr. 3,246,430 (Hurst), 3,991,527 (Mayan) und 5,015,266
(Yamamoto) gefunden werden.
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Noch
ein anderes Verfahren, einen Schleifgegenstand herzustellen, wird
im US-Patent Nr. 5,219,462 (Bruxvoort u.a.) beschrieben, das die
Beschichtung eines Schleifmittelbreis in die Aussparungen eines
geprägten
Trägers
beschreibt. Der Schleifmittelbrei enthält Schleifteilchen, Bindemittelvorläufer und
ein Treibmittel. Die resultierende Konstruktion wird solchen Bedingungen
ausgesetzt, daß das
Treibmittel bewirkt, daß sich
der Schleifmittelbrei über
die Vorderseite des Trägers
ausdehnt. Danach wird der Bindemittelvorläufer erstarren gelassen, um
die Schleifverbundstoffe zu bilden.
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In
noch einem weiteren Verfahren wird der Schleifmittelbrei zu Kugeln
oder Perlen geformt, wie sie in einem kommerziell erhältlichen
Produkt 3M IMPERIAL BEADED MICROFINISHING FILM, erhältlich sind,
das durch Minnesota Mining & Manufacturing
Company („3M"), St. Paul, MN,
USA hergestellt wird. Dieses Produkt weist Perlen aus Bindemittel
und Schleifteilchen auf, die mittels einer Grund- und Deckbeschichtung
an einen Träger
geklebt sind.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren und
einen Gegenstand zum schnellen Polieren einer Glaswerkstückoberfläche, wobei
ein texturierter Schleifgegenstand verwendet wird, der Zeroxid-Teilchen
aufweist, die in einem Bindemittel dispergiert sind. Das Schleifen
und Polieren von Oberflächen mit
optischer Qualität
sind wichtige Prozesse bei der Produktion brauchbarer Oberflächen an
optischen Komponenten, wie Linsen, Prismen, Spiegeln, Kathodenstrahlröhren, Windschutzscheiben,
Fenstern, Glascomputerplatten, Photo- und Bilderrahmen aus Glas
und dergleichen. Fenster und Windschutzscheiben können Autofenster,
Busfenster, Zugfenster, Flugzeugfenster, Hausfenster, Bürofenster
und dergleichen sein.
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Im
allgemeinen muß eine
Oberflächenbeschaffenheit
nach einem zweiten oder endgültigen
Feinungsschritt, die ein Ra von etwa 0,06 bis 0,13 Mikrometer, oder
ein Rtm von 0,40 bis 1,4 Mikrometer aufweist, bis zu einem Rtm von
etwa 0,30 Mikrometer oder weniger nach dem Polierschritt gesenkt
werden, damit die Oberfläche
optisch brauchbar gemacht wird, oder so daß optionale Oberflächenüberzüge auf das
polierte Glas aufgetragen werden können. Zusätzlich sind heftige Kratzer,
Kreiselmarkierungen oder Eindrücke
im allgemeinen unannehmbar. Eine Poliermaschine, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann, kann jede Maschine sein, die so
gestaltet ist, daß sie
ein festes Schleifpolster aufnimmt, das heißt eine Läppwerkzeugeinrichtung. Beispiele
von Läppmaschinen,
die zum Durchführen
des Polierens der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen
eine Zylindermaschine Coburn 5000, eine Zylindermaschine Coburn
5056 oder Coburn 507, die alle von Coburn Optical Industries. Inc.,
Muskogee, OK, erhältlich
sind, und andere bekannte Maschinen in der Industrie. Es wird angenommen,
daß auf
den Schleifgegenstand ausgeübter
Druck bei der Auflösung
oder Erosion des Schleifgegenstands hilft, der verwendet wird. Die
Erosion wird über
Typen des Schleifgegenstands variieren. Insgesamt wird der verwendete
Druck von der verwendeten Polieranlage, der anfänglichen Oberflächenbeschaffenheit
des Glaswerkstücks,
der Schleifteilchengröße und der
erwünschten
endgültigen
Oberflächenbeschaffenheit
des Glaswerkstücks
abhängen.
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Für andere
Arten von Glasmaterialien werden rotierende gerade oder halbsphärische Läppwerkzeuge verwendet.
Diese Läppwerkzeuge
sind Haltepolster für
die Schleifgegenstände
der Erfindung. In noch anderen Poliervorgängen werden verschiedene „Hand"-Schleifmaschinen
oder Vorrichtungen verwendet. Diese Handschleifmaschinen können eine
Fluid- oder Wasserzufuhr durch die Mitte der rotierenden Scheibe
aufweisen, wie im US-Patent Nr. 4,523,411 (Freerks) beschrieben.
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Die
tatsächliche
Zeit, die zum Glaswerkstückpolieren
benötigt
wird, hängt
von der Größe des zu
polierenden Oberflächenbereichs,
dem verwendeten Druck, der anfänglichen
Oberflächenbeschaffenheit
des Glaswerkstücks,
der Schleifmittel-Teilchengröße und der
gewünschten
endgültigen
Oberflächenbeschaffenheit
des Glaswerkstücks
ab. Ein erfahrener Maschinenbediener wird in der Lage sein, die
korrekte Zeit und den Druck zu bestimmen, die erforderlich sind,
um die erwünschte
endgültige
Glaswerkstückbeschaffenheit
zu erhalten.
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Die
Läppwerkzeugeinrichtung
wird während
des Polierverfahrens der vorliegenden Erfindung mit Wasser versorgt.
Der wässerige
Fluß,
der bei der Verwendung des Polierbogens oder Polsters dieser Erfindung
verwendet wird, ist vorzugsweise vorherrschend Wasser, kann jedoch
auch andere Bestandteile enthalten, wie sie typischerweise beim
Breipolieren oder bei der herkömmlichen
Endbearbeitung mit beschichtetem Schleifmittel verwendet werden.
Solche Additive können
wasserlösliche Öle, emulgierbare Öle, Benetzungsmittel
und dergleichen einschließen.
Der wässerige
Fluß ist
mindestens im wesentlichen frei von Schleifteilchen, und enthält vorzugsweise
keine Schleifteilchen.
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Es
ist zu verstehen, daß keine
zusätzlichen
Schleifteilchen auf die Flüssigkeit
angewendet werden, das Polieren wird durch den Schleifgegenstand
und den integralen Brei an der Glaswerkstück-/Schleifgegenstand-Grenzfläche durchgeführt. In
jedem Fall sind keine Schleifgegenstände in der Flüssigkeit
vorhanden, wenn sie anfänglich
aufgebracht wird, das heißt
von einer Quelle zugeführt
wird, die außerhalb
der Poliergrenzfläche
liegt.
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Nachdem
das Glaswerkstück
erfindungsgemäß auf eine
Oberflächenbeschaffenheit
mit einem Rtm von etwa 0,30 Mikrometer oder weniger poliert worden
ist, kann optional auf die polierte Oberfläche des Glaswerkstücks ein Überzug aufgebracht
werden, um die Beschaffenheit zu schützen. Dieser Überzug kann
ein kratzfester Überzug,
ein Antireflexionsüberzug,
ein Anstrich oder ein dekorativer Überzug sein. Dieser Überzug wird
natürlich
von der Endverwendung der Glasoberfläche und den Anforderungen des
Kunden/Endbenutzers des fertigen Produkts abhängen.
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Die
folgenden nichtbeschränkenden
Beispiele werden die Erfindung weiter veranschaulichen. Alle Teile,
Prozentsätze,
Verhältnisse
und dergleichen in den Beispielen beziehen sich auf das Gewicht,
wenn nicht anders angegeben.
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Beispiele
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Die
folgenden Abkürzungen
werden durchweg verwendet:
TMPTA: | Trimethylolpropantriacrylat,
das von Sartomer unter der Handelsbezeichnung „SR 351" erhältlich
ist |
PEG: | Polyethylenglykol,
das von Union Carbide unter der Handelsbezeichnung CARBOWAX 600
kommerziell erhältlich
ist |
BP1: | ein
Pentaerythrittetraacrylat, das von Sartomer Co., Inc., Exton, PA,
unter der Handelsbezeichnung 1SR 2951 kommerziell erhältlich ist |
BP2: | 2-Phenoxyethylacrylharz,
das von Sartomer, Co., Inc., unter der Handelsbezeichnung 1SR 3391
kommerziell erhältlich
ist |
PH2: | 2-benzyl-2-N,N-dimethylamino-1-(4-morpholino-phenyl)-1-butanon, das von
Ciba Geigy Corp., unter der Handelsbezeichnung 1Irgacure 3691 kommerziell
erhältlich
ist |
PPF: | ein
76 Mikrometer dicker (3 Milli-Inch dicker) Polyesterfilm, der eine Ethylen-Acrylsäure-Copolymer-
Grundierung auf der Vorderseite enthält |
CA1: | ein
3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan-Haftmittel, das von OSI Specialities.
Inc., Danbury, CT, unter der Handelsbezeichnung 1A-1741 kommerziell
erhältlich
ist |
CA2: | ein
Isopropyl-triisostearoyl-titanat-Haftmittel, das von Kenrich Petrochemicals
I kommerziell erhältlich
ist |
HDDA: | Hexandioldiacrylat,
das von Sartomer Co., Inc., unter der Handelsbezeichnung 1Sartomer
2381 kommerziell erhältlich
ist |
CACO: | Kalziumkarbonat-Füllstoff
mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa einem Mikrometer,
der von Pfizer Speciality Minerals, New York, NY, unter der Handelsbezeichnung
1Superflex 2001 kommerziell erhältlich
ist |
PH3: | 2-Isopropylthioxanthon,
das von Biddle-Sawyer Corp., New York, NY, (Großhändler für Octet Chemicals, Großbritannien)
unter der Handelsbezeichnung „QUANTICURE
ITX" kommerziell
erhältlich
ist |
PH4: | Ethyl-4-(dimethylamino)benzoat-Photoinitiator,
der von Biddle-Sawyer Corp., unter der Handelsbezeichnung 1EPD1
kommerziell erhältlich
ist |
PH5: | 2:1:2-Verhältnis von
PH2:PH3:PH4 |
PH7: | flüssiger 2,4,6-Trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphinoxid-Photoinitiator, der
von BASF, Charlotte, NC, unter der Handelsbezeichnung 1Lucirin LR
88931 kommerziell erhältlich
ist |
CE01: | Zerdioxid-Schleifteilchen,
die eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,5 Mikrometern
aufweisen, die von Rhone Poulenc, Shelton, CT, kommerziell erhältlich sind |
SCA: | Silan-Haftmittel,
3-Methacryloxypropyl-trimethoxysilan, das von Union Carbide unter
der Handelsbezeichnung „A-174" kommerziell erhältlich ist |
ASF1: | amorpher
Silika-Füllstoff,
der von DeGussa unter der Handelsbezeichnung „Aerosil 130" kommerziell erhältlich ist |
APS: | eine
anionischer grenzflächenaktiver
Stoff aus Polyester, der von ICI Americas, Inc., Wilmington, DE,
unter Handelsbezeichnung 1FP41 und „PS4" kommerziell erhältlich ist |
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Rtm
-
Rtm
ist ein übliches
Maß der
Rauhigkeit, das in der Schleifmittelindustrie verwendet wird, jedoch
kann das genaue Meßverfahren
mit dem Typ der Anlage variieren, die bei der Bewertung der Oberflächenrauhigkeit genutzt
wird. Wie sie hierin verwendet werden, beruhen Rtm-Messungen auf
Verfahren, die mit dem Oberflächenmeßgerät von Rank
Taylor Hobson befolgt werden, die in Leicester, England angesiedelt
ist, das unter der Handelsbezeichnung SURTRONIC 3 erhältlich ist.
Innerhalb des Anwendungsgebiets von Rank Taylor Hobson ist Rt als
die maximale Spitze-Tal-Höhe
innerhalb einer Bewertungslänge
definiert, die durch das Rank-Taylor-Hobson-Instrument festgelegt
wird. Rtm ist der Durchschnitt, der über fünf aufeinanderfolgende Bewertungslängen gemessen
wird, der maximalen Spitze-Tal-Höhe
in jeder Bewertungslänge.
Rtm wird mit einer Oberflächenmeßgerätsonde gemessen,
die für
das SURTRONIC 3 ein Diamantspitzen-Taster mit 5 Mikrometer Radius
ist, und die Ergebnisse werden in Mikrometern (μm) aufgezeichnet.
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Ra
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Ra
ist als ein durchschnittlicher Rauhigkeitshöhenwert eines arithmetischen
Durchschnitts der Abweichungen des Oberflächenrauhigkeitsprofils von
einer Mittellinie auf der Oberfläche
definiert, ebenfalls in Mikrometern (μm) gemessen.
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Herstellung
der Schleifgegenstände
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Der
Schleifgegenstand für
Beispiel 1 wurde aus der Schleifmittelbrei-Formulierung hergestellt,
die in Tabelle 1 beschrieben wird.
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Der
Schleifgegenstand für
Beispiel 1 wurde aus dem Zeroxid-Brei
hergestellt, der die obige Formulierung aufweist. Der Schleifmittelbrei
wurde durch Mischen der obigen Bestandteile in einem Planetenmischer mit
niedriger Scherung für
5–10 Minuten
hergestellt, wobei die Reihenfolge der Zugabe der Bestandteile BP1, BP2,
CA1, PH7 und APS war. Die Planetenschaufel-Drehzahl betrug 24 U/min, während die
Mischdrehzahl etwa 1000 U/min betrug. Diese Mischung wurde bei einer
Temperatur von etwa 40°C
durchgeführt.
Nachdem diese Bestandteile gründlich
gemischt waren (5–10
min), wurde zu dieser Mischung allmählich CE01 hinzugegeben. Die
Drehzahl des Mischers wurde auf 1800 U/min erhöht, so daß eine Mischung mit mittlerer
Scherung stattfand. Diese Mischung wurde annähernd 10–20 Minuten gemischt. Sobald
das CEO1 gut dispergiert war, wurde die Drehzahl des Mischers auf
2587 U/min erhöht,
und es wurde für
annähernd
60 Minuten gemischt.
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Es
wurde ein Herstellungswerkzeug durch Gießen eines Polypropylenmaterials
auf ein Metallurformwerkzeug mit einer Gießoberfläche hergestellt, die eine Ansammlung
von aneinandergrenzenden Pyramidenstümpfen aufweist. Das resultierende
Herstellungswerkzeug enthielt Hohlräume, die in der Form von Pyramidenstümpfen vorlag.
Das pyramidenförmige
Muster war so gestaltet, daß ihre
aneinandergrenzenden Basen voneinander nicht mehr als etwa 510 Mikrometer
(0,020 Inch) beabstandet waren. Die Höhe jedes Pyramidenstumpfes
betrug etwa 80 Mikrometer, die Basis betrug etwa 178 Mikrometer
pro Seite und die Oberseite betrug etwa 51 Mikrometer pro Seite.
Es gab etwa 50 Linien/Zentimeter, die die Anordnung von Verbundstoffen
umreißen.
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Der
Schleifgegenstand wurde auf einer Maschine hergestellt, die ähnlich zu
der in 3 dargestellten ist.
Dieser Prozeß wurde
in einem Reinraum der Klasse 10000 ausgeführt. Das oben hergestellte
Herstellungswerkzeug wurde von einer Haspel abgewickelt. Der oben
gemischte Schleifmittelbrei wurde bei Raum temperatur beschichtet
und in verschiedene Hohlräume
des Herstellungswerkzeugs beschichtet, wobei eine Unterdruckschlitzdüsen-Auftragmaschine
verwendet wurde. Danach wurde der PPF-Träger
mit dem mit Schleifmittelbrei beschichteten Herstellungswerkzeug
in Kontakt gebracht, so daß der
Schleifmittelbrei die Vorderseite des Trägers benetzte, der die Ethylen-Acrylsäure-Copolymergrundierung
aufwies. Eine UV-Lichtbestrahlung wurden
dann durch den Träger
und in den Schleifmittelbrei übertragen.
Es wurden zwei unterschiedliche Ultraviolett- (UV)-Lampen in Reihe
verwendet.
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Die
erste UV-Lampe war ein UV-Licht von Fusion System, das einen „V"-Kolben verwendete
und mit 236,2 Watt/cm (600 Watt/Inch) betrieben wurde. Die zweite
UV-Lampe war eine UV-Lampe von ATEK, die einen Mitteldruck-Quecksilberkolben
verwendete und bei 157,5 Watt/cm (400 Watt/Inch) betrieben wurde.
Bei Belichtung mit dem UV-Licht wurde der Bindemittelvorläufer in
ein Bindemittel umgewandelt und der Schleifmittelbrei wurde in einen
präzise
geformten Schleifverbundstoff umgewandelt; wobei sie zusammen eine
Polierschicht herstellten, die im Werkzeug ausgehärtet wurde.
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Das
Herstellungswerkzeug wurde dann von der Polierschicht entfernt,
und das Herstellungswerkzeug wurde wieder aufgewickelt. Der präzise geformte
Schleifverbundstoff/Träger
bildete den Schleifgegenstand, und dieser wurde auf einen Kern gewickelt.
Dieser Prozeß war
ein kontinuierlicher Prozeß,
der mit etwa 3 Meter/Minute (10 Fuß/Minute) arbeitete. Der Schleifgegenstand
wurde dann für
etwa 2 Minuten auf eine Temperatur von 110 bis 115,5°C (230–240°F) erwärmt, um
die Grundierung auf dem PPF-Träger
zu aktivieren. Wie oben angegeben, wies der auf diese Weise hergestellte
Schleifgegenstand präzise
geformte Schleifverbundstoffe auf.
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Beispiel
2 verwendete dieselbe Formulierung, wie in Tabelle 1 gezeigt, und
unter denselben Breiherstellungsparametern, wie im Beispiel 1. Jedoch
wurde Beispiel 2 außerhalb
des Werkzeugs ausgehärtet.
Zuerst wurde der Brei, wie in Beispiel 1 beschrieben, in die Hohlräume des
Herstellungswerkzeugs mit der Hand beschichtet, was umfaßte, den
Brei hinter eine Rakelbeschichtungsklinge mit einem Spalt von 25,4
Mikrometer (1 Milli-Inch) zwischen der Klinge und dem Herstellungswerkzeug
zu gießen.
Der PPF-Träger
wurde in Kontakt mit dem mit Schleifmittelbrei beschichteten Herstellungswerkzeug
gebracht. Der Brei benetzte die Vorderseite des PPF-Trägers, der
die Grundierung aufweist. Der Schleifmittelbrei wurde dann aus den
Hohlräumen
entfernt, indem das Herstellungswerkzeug aus dem Brei-/Träger-Verbundstoff entfernt
wurde. Dann wurde UV-Licht in den Schleifmittelbrei geleitet. Hier
wurden, wie oben, zwei UV-Lampen
verwendet, jedoch waren beide Lampen 2 V-Kolben (236,5 Watt/cm),
die in Reihe verwendet wurden. Das Aushärten des Schleifgegenstands
außerhalb
des Werkzeugs bewirkt, daß die
Schleifverbundstoffpyramiden zusammensackten, was vielmehr eine
texturierte Polierschicht ergab, als daß präzise Schleifverbundstoffe erhalten
wurden.
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Es
wurde ein Schleifgegenstand, Vergleichsbeispiel A, aus der Breiformulierung
hergestellt, wie folgend in Tabelle 2 gezeigt.
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Der
Schleifmittelbrei wurde hergestellt, indem zuerst TMPTA, HDDA, PH5
und CA2 bei niedriger Scherung für
20 Minuten gemischt wurden. Dann wurde CEO1 hinzugegeben und für 15 Minuten
bei 1725 U/min gemischt. Dann wurde CA1 hinzugegeben und für 5 Minuten
bei 1725 U/min gemischt, und dann wurde CACO hinzugegeben und für 10 Minuten
bei 2400 U/min gemischt.
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Es
wurde unter Verwendung dieses Schleifmittelbreis ein Schleifgegenstand
hergestellt, wie für
Beispiel 1 beschrieben, das heißt,
das Aushärten
fand im Werkzeug statt, jedoch geschah die UV-Aushärtung vielmehr
durch das Herstellungswerkzeug als durch den Träger, wie oben beschrieben.
Das resultierende Produkt ist gegenwärtig von 3M, St. Paul, MN,
unter der Handelsbezeichnung 3M 568XA CEO POLISH PAD erhältlich.
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Ein
anderer Schleifgegenstand, Vergleichsbeispiel B, wurde unter Verwendung
der Formulierung hergestellt, die in Tabelle 3 gezeigt wird.
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Der
Schleifgegenstand wurde unter den Bedingungen hergestellt, wie für das Vergleichsbeispiel
A beschrieben. Jedoch da das Vergleichsbeispiel B aus einer Formulierung
angepaßt
wurde, die weiße
Aluminiumoxid-Schleifteilchen nutzt (wie in
EP 650803 Seite 55 beschrieben). Die
Menge der Zeroxid-Teilchen wurde berechnet, um denselben Volumenanteil
wie die Formulierung mit weißem
Aluminiumoxid zu ergeben (das heißt etwa 28% Volumen). Jedoch
war die Formulierung mit Zeroxid-Teilchen in dieser Men ge nicht
mischbar, und daher wurde die Menge der Zeroxid-Teilchen reduziert,
bis die Formulierung mischbar wurde, was etwa 67,0 Gew.% waren,
wie in Tabelle 3 gezeigt.
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Polierprüfverfahren
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Das
folgende Prüfverfahren
wurde verwendet, um die Polierfähigkeiten
der Schleifgegenstände
zu bewerten. Eine Poliermaschine COBURN 507, die von Coburn Optical
Industries, Inc., Muskogee, OK, erhältlich ist, wurde modifiziert,
um einen Prüfglasrohlingring
mit 5 cm (2 Inch) Durchmesser aufzunehmen, und das Standard-Schleifträgerpolster
wurde durch ein Aluminium-Geradläppwerkzeug
mit 10 cm (4 Inch) Durchmesser ersetzt. Die Spindeldrehzahl betrug
665 U/min, die Hublänge
wurde auf 0 eingestellt, und die Orbitalhublänge betrug etwa 0,78 inch,
was eine Einstellung von 7 war. Das gesamte Polieren wurde unter
einer langsamen Flüssigkeitszufuhr
durchgeführt,
das heißt,
es wurden alle 5 Sekunden 0,25 Gramm Wasser auf die Schleifgegenstand-/Prüfglasrohling-Grenzfläche gespritzt.
Das Polieren wurde bei einem Kontaktdruck von 105 kPa (15 psi) an
der Grenzfläche
zwischen dem Schleifgegenstand und dem Prüfglasrohling durchgeführt.
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Ein
Prüfglasrohling
wurde in der Poliermaschine COBURN 507 angeordnet. Die verwendeten
Prüfglasrohlinge
bestanden aus einem Glasring PYREX 7740, der von Houde Glass Company,
Newark, NJ erhältlich
ist. Jeder Glasring wies einen Außendurchmesser von 5,015 cm
(2,010 inch), einen Innendurchmesser von 4,191 cm (1,650 inch),
eine Oberflächengröße von 13,567
cm2 (1,03 Inch2)
und eine Höhe
von 1,27 cm (0,5 Inch) auf.
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Der
Prüfglasrohling
wurde anfänglich
für annähernd 2
Minuten mit einem 30 Mikrometer-Siliziumcarbid-Schleifgegenstand
geschliffen, der von 3M, St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung
IMPERIAL MICROFINISHING FILM 468 L kommerziell erhältlich ist.
Jeder Prüfglasrohling
wurde dann ein zweites Mal für eine
Zeit geschliffen, die ausreicht, ein anfängliches oder Eingangs-Rtm
von etwa 1,0 bis etwa 1,4 μm
zu erzeugen, die im allgemeinen eine Zeit von etwa 2 bis 3 Minuten
war. Die zweite Läuterung
wurde mit einem 15 Mikrometer-Siliziumcarbid-Schleifgegenstand durchgeführt, der
von 3M unter der Handelsbezeichnung IMPERIAL MICROFINISHING FILM
468L kommerziell erhältlich
ist.
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Die
Oberflächenbeschaffenheit,
das heißt
Rtm, wie oben beschrieben, des Prüfglasrohlings wurde durch Messungen
bestimmt, die auf dem Oberflächenmeßgerät SURTRONIC
3 vorgenommen wurden, das oben beschrieben wird. Drei Messungen
wurden von dem Oberflächenmeßgerät gemacht.
Die „Eingangs"-Beschaffenheit auf
der Testrohlingoberfläche,
das heißt
die Rtm-Messung aus dem Polieren, das mit den Siliziumcarbid-Schleifgegenständen durchgeführt wurde,
wurde aufgezeichnet.
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Der
Prüfglasrohling
wurde dann für
etwa 1 Minute (60 Sekunden) mit den Schleifgegenständen poliert, die
in den Beispielen 1, 2 und Vergleichsbeispielen A und B beschrieben
werden (in dreifachen Polierdurchgängen). Nach etwa 1 Minute wurde
das Polieren gestoppt und die Oberflächenbeschaffenheit oder Rtm
des Prüfglasrohlings
wurde bestimmt, wie für
die Eingangs-Rtm-Messungen
beschrieben, außer
daß 6
Messungen für
jeden polierten Prüfglasrohling
vorgenommen wurden. Dieses Verfahren wurde nach annähernd einer
zweiten und dritten Minute Polieren wiederholt.
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Es
wurden außerdem
durchschnittliche Rauhigkeitshöhenwerte
oder Ra, wie oben beschrieben, für
jeden polierten Prüfglasrohling
bei einem „Eingang", 1 Minute, 2 Minuten
und 3 Minuten Polierzeit bestimmt.
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Die
Ergebnisse der Oberflächenbeschaffenheit
durch das Polieren mit den Schleifgegenständen der vorliegenden Erfindung
und der Vergleichsbeispiele A und B werden im folgenden in Tabelle
4 für Rtm-Messungen
bzw. in Tabelle 5 für
Ra-Messungen gezeigt.
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Die
in den Tabellen 4 und 5 gezeigten Daten demonstrieren, daß verglichen
mit den Schleifgegenständen,
die für
die die Vergleichsbeispiele A und B als Beispiel dienen, mit beiden
Beispielen des Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung schneller
eine feinere Oberflächenbeschaffenheit
erzielt wurde.
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Die 4 und 5 zeigen graphisch die Durchschnitte
der Daten, die in den Tabellen 4 bzw. 5 gezeigt werden. Die graphischen
Darstellungen zeigen in 4 die
durchschnittlichen Rtm-Werte oder in 5 die durchschnittlichen
Ra-Werte auf der Abszisse als Funktion der Polierzeit längs der
Ordinate, mit dem „Eingang" zur Zeit von 0 Minuten. 4 stellt graphisch die überraschend
kürzere
Zeitspanne der Polierzeit dar, die erforderlich ist, um einen Rtm-Wert
von weniger als 0,30 zu erzielen. Tatsächlich lagen nach nur einer
1 Minute Polierzeit die durchschnittlichen Rtm-Werte für die Schleifgegenstände in den
Beispielen 1 und 2 unter 0,30, während
die Schleifgegenstände
in den Vergleichsbeispielen A und B etwa 0,67 bzw. 0,41 betrugen.
Es wurde eine Polierzeit von 3 Minuten benötigt, damit sich das Vergleichsbeispiel
A einem durchschnittlichen Rtm-Wert
von 0,30 näherte,
und eine Polierzeit von 2 Minuten wurde für das Vergleichsbeispiel B
benötigt.
Die schnelle Poliergeschwindigkeit wird auch in 5 bestätigt, wo nach einer Polierzeit
von 1 Minute das Vergleichsbeispiel A einen durchschnittlichen Ra-Wert
aufwies, der nahezu zweimal größer als
im Beispiel 2 war, in dem die Schleifverbundstoffe nicht präzise geformt
sind.
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Es
wurde dann ausgewertet, ob das oben beobachtete schnelle Polieren
unabhängig
vom Kontaktdruck an der Grenzfläche
zwischen dem Schleifgegenstand und den Prüfglasrohling war. Es wurden
dann Polierexperimente ausgeführt,
wie oben beschrieben, mit der Ausnahme, daß der Kontaktdruck an der Grenzfläche zwischen
dem geprüften
Schleifgegenstand und dem Prüfglasrohling
auf 70 kPa (10 psi) reduziert wurde. Die Tabellen 6 und 7 zeigen
die Ergebnisse für
Rtm bzw. Ra.
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Die
in den Tabellen 6 und 7 gezeigten Daten demonstrieren, daß die schnelle
Poliergeschwindigkeit, die durch den Schleifgegenstand der vorliegenden
Erfindung erzielt wird, überraschenderweise
unabhängig vom
Kontaktdruck ist. Während
es nicht erwünscht
ist, durch eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß sich diese
unerwarteten Ergebnisse aus der Verwendung des Bindemittels im Schleifgegenstand
der vorliegenden Erfindung herleiten. Das Bindemittel im Schleifgegenstand
der Erfindung kann als „hart" oder „spröde" gekennzeichnet werden,
was bei der Erosion der Schleifverbundstoffe hilft und folglich
vor Ort eine breiartige Matrix erzeugen kann. Es war zu erkennen,
daß bei
jeder Druckbedingung die Schleifgegenstände gemäß den Vergleichsbeispielen
A und B nach 3 Minuten Polieren keine so feinen Oberflächenbeschaffenheiten
wie die vorliegende Erfindung ergaben, selbst wenn sie mit der Oberflächenbeschaffenheit
verglichen wurden, die nach nur einer Minute Polieren mit dem Schleifgegenstand
der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde.
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Nach
einer Minute Polieren wurde der Prüfglasrohling mikroskopisch
bei 10x Vergrößerung untersucht.
Für eine
solche visuelle Untersuchung war es notwendig, alles lose Schleifmittel
vom Prüfglasrohling
zu entfernen, und dies wurde mit einem leichten Luftstrom durchgeführt, und
der Prüfglasrohling
wurde dann für etwa
1 Stunde bei etwa 130°F
getrocknet. Es wurde beobachtet, daß Vergleichsbeispiel B eine
unregelmäßige Ablagerung
einer wachsförmigen
Substanz auf dem Prüfglasrohling
auf etwa 5% bis etwa 10% des polierten Oberflächenbereichs aufwies. Es waren
auch Bereiche eines trockenen pulverförmigen Materials zu sehen. Die
wachsartige Ablagerung war beim Schleifgegenstand der Erfindung,
das heißt,
dem Beispiel 1 nicht zu sehen. Jedoch wurde beobachtet, daß im wesentlichen
die gesamte Oberflächengröße, die
mit dem erfindungsgemäßen Schleifgegenstand
poliert wurde, die weiße
pulverförmige
Substanz aufwies.
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Polierlebensdauer
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Der
Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung wurde dann auf die
Polierlebensdauer hin bewertet. Die Polierlebensdauer wurde durch
Verwendung eines Klassierungspolierverfahrens bestimmt. In diesem Verfahren
wurde ein Kathodenstrahlröhren-Plattenglaswerkstück mit 19
Inch (etwa 48 cm) mit einer Schleifgegenstandscheibe poliert, die
ein Mittelloch und Abmessungen von 5 Inch mal 0,625 Inch (etwa 12,7
cm mal 1,6 cm) aufwies. Eine Fläche
von etwa 25 bis 35 Quadratinch (etwa 63,6 bis etwa 89 cm) wurde
mit einem FLEX SANDER LW603VR, der von Ackermann & Schmitt, Steinheim/Murr,
Deutschland erhältlich
ist, mit einer Drehzahl von etwa 1600 bis 1800 U/min mit einem strukturierten
Schleifpolster geschliffen, das von 3M unter der Han delsbezeichnung
A 10 MIC 3M 268XA AO erhältlich
ist, das an einem mittelweichen Trägerpolster 3M STIKIT DISC PAD
CWF angebracht war, das von 3M, St. Paul erhältlich ist. Diese Glaswerkstücke waren
nun visuell undurchsichtig und trübe. Schleifgegenstände, wie
im Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel A wurden verwendet, um die
Polierlebensdauer zu bestimmen.
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Beispielschleifgegenstände wurden
an dem FLEX SANDER angebracht, wie oben beschrieben. Das Glaswerkstück wurde
poliert, bis es visuell klar war. Dieses Schleifpolieren des Glaswerkstücks wurde
wiederholt, bis keine Auflösung
des Schleifgegenstands beobachtet wurde; typischerweise an einem
Punkt, wo sich der Schleifgegenstand nicht in einer Fluidbewegung
relativ zum Glaswerkstück
bewegte und ein Klebenbleiben und eine ruckweise Bewegung beobachtet
wurden. Es wird angenommen, daß dieser
Zustand auf die vollständige
Auflösung
des fixierten Schleifgegenstands zurückzuführen ist, die zu einer wesentlichen
Beseitigung der texturierten Polierschicht führt. Zusätzlich wurde das Glaswerkstück heiß, und die
Steuerung des Polierers wurde schwierig. Es wurde die Zeit gemessen,
um jedes Glaswerkstück
zu polieren, so daß die
Poliergeschwindigkeit (Quadratinch pro Sekunde) berechnet werden
konnte. Es wurde eine durchschnittliche Geschwindigkeit für jeden
geprüften
Schleifgegenstand berechnet. Die vollständige Auflösung der texturierten Polierschicht
wurde ungefähr
so berechnet, daß sie
eine Poliergeschwindigkeit von etwa 0,3 Inch2/s
(etwa 1,9 cm2/s) beträgt, das heißt, dies ist der Punkt, an
dem der Test gestoppt wurde.
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Während dieser
Auswertung wurde beobachtet, daß sich
der Schleifgegenstand des Beispiels 1 fast unmittelbar beim Kontakt
mit dem nassen Prüfglasrohling
aufzulösen
begann. Die Auflösung
benötigte
keine sorgfältige
Positionierung des Polierers. Das Vergleichsbeispiel A erzielte
keine gute anfängliche
Auflösung, wenn
nicht große
Sorgfalt walten gelassen wurde, um den Polierer zu positionieren
und das Wasser und den Druck zu steuern, die auf die Grenzfläche zwischen
der Schleifgegenstand und der Prüfglasrohlingoberfläche angewendet
wurden. Das Vergleichsbeispiel B zeigte eine schnelle anfängliche
Auflösung
und begann schnell zu polieren. Als jedoch die Prüfglasrohlingoberfläche visuell
klar wurde, wurde der Polierer schwer zu steuern und begann, über die
Glasoberfläche
zu gleiten. Es wurde ein wachsartiges oder schmieriges Aussehen
der Glasoberfläche
wahrgenommen, und wenn Wasser auf die Oberfläche aufgetragen wurde, neigte
es dazu, Perlen zu bilden. Es wird angenommen, daß diese
Beobachtungen auf den Weichmacher zurückzuführen sein können, der in der Bindemittel-Formulierung
im Vergleichsbeispiel B vorhanden ist. Es wurde beobachtet, daß die Glasoberfläche unter
Verwendung des Vergleichsbeispiels B mit einer erhöhten Polierzeit
zu einer visuellen Klarheit poliert werden kann.
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Die
geprüften
Schleifgegenstände
wurden hergestellt, wie für
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel A beschrieben. Die Polierlebensdauer
für jeden
Schleifgegenstand wurde bestimmt, und die Daten werden in Tabelle
8 gezeigt, wobei „Gesamtbetrag
Inch2" „Gesamtbetrag
cm2",)
die Summenoberflächengröße ist,
die durch eine einzelne Schleifgegenstandscheibe poliert wird.
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Die
in Tabelle 8 gezeigten Daten demonstrieren, daß die Polierlebensdauer des
Schleifgegenstands der vorliegenden Erfindung statistisch dieselbe
wie im Vergleichsbeispiel A ist. Jedoch war es überraschend, daß die Messungen,
die vorgenommen wurden, um die Polierlebensdauer zu bestimmen, weniger
Variabilität zeigten
und daß durch
einen einzelnen Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung im
Durchschnitt eine größere Oberflächengröße poliert
zu werden schien als durch jenen des Vergleichsbeispiels A. Es wurde überraschend
und unerwartet festgestellt, daß der
Schleifgegenstand der vorliegenden Erfindung nicht nur schnelle Poliergeschwindigkeiten
erreicht, sondern er mindestens dieselbe Polierlebensdauer wie der
Vergleichsschleifgegenstand aufwies.
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Der
Effekt des „Einlaufens" eines Schleifgegenstands
wurde geprüft,
um zu untersuchen, ob die Poliergeschwindigkeit sich über die
Lebensdauer des Schleifgegenstands änderte. In diesem Test wurde
der Schleifgegenstand im Vergleichsbeispiel A bei einem anschließenden Polieren
eines neuen Prüfglasrohlings nach
einer anfänglichen
Auflösung
geprüft.
Die Schleifgegenstände
wurden verwendet, um oben beschriebene PYREX-Glastestrohlinge für etwa 1
Minute zu polieren, und dann wurden anschließend neue Prüfglasrohlinge
poliert, wobei dieselben Schleifgegenstände verwendet wurden, das heißt die „alten" Schleifgegenstände. Es
fanden Rtm- und Ra-Messungen bei zwei Drücken statt, 10 psi und 15 psi
(70 kPa und 105 kPa) Die Daten werden in den Tabellen 9 und 10 für Messungen
gezeigt, die bei 10 psi bzw. 15 psi (70 kPa bzw. 105 kPa) vorgenommen
wurden.
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Die
Daten zeigen, daß sich
die Poliergeschwindigkeit bei einer zweiten Verwendung des Schleifgegenstands
in Vergleichsbeispiel A erhöhte.
Wenn jedoch die „Wiederverwendungs"-Messungen mit der ersten Verwendung
der Schleifgegenstände
der Erfindung nach 1 Minute Polieren verglichen werden, wie durch
die Daten in der mit „1
Minute" bezeichneten
Spalte in den Tabellen 4 und 5 gezeigt, wurden mit dem Schleifgegenstand
der Erfindung niedrigere Rtm- und Ra-Werte erreicht.