(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが側壁を有する成形された複数の研磨粒子を含み、前記成形された複数の研磨粒子のそれぞれがαアルミナを含み、前記側壁によって分けられた第１の面及び第２の面を有し、並びに最大厚さＴを有し、
前記第１の面の外辺部及び前記第２の面の外辺部が三角形を含み、
前記成形された複数の研磨粒子が前記第２の面上に複数の溝を更に含み、
前記第２の面と前記側壁との間の抜き勾配αを含み、前記抜き勾配αが９５度〜１３０度である、複数の研磨粒子。
【請求項２】
前記複数の溝の断面形状が三角形又は切頭三角形を含む、請求項１に記載の複数の研磨粒子。
【請求項３】
前記複数の溝のそれぞれが深さＤを含み、Ｄ／Ｔのパーセント比が０．１〜１０％である、請求項１又は２に記載の複数の研磨粒子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の複数の研磨粒子と、裏材の第１の主表面上のメークコートと、前記側壁によって前記メークコートに接着され、研磨層を形成する前記成形された複数の研磨粒子のブレンドと、サイズコートで被覆された前記研磨層とを含み、前記成形された複数の研磨粒子のブレンドが、前記複数の溝を有する成形された複数の研磨粒子と、前記複数の溝を有さない成形された複数の研磨粒子とを含む、被覆された研磨物品。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
研磨粒子及びこれらの研磨粒子から作製される研磨物品は、物品の製造工程において広範な材料及び表面を研磨、仕上げ、又は研削するために有用である。したがって、研磨粒子及び／又は研磨物品のコスト、性能、又は寿命を改善する必要性が引き続き存在する。
【０００２】
三角形の研磨粒子及びこれらの三角形の研磨粒子を使用する研磨物品は、米国特許第５，２０１，９１６号（Ｂｅｒｇ）、同第５，３６６，５２３号（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ）、及び同第５，９８４，９８８号（Ｂｅｒｇ）に開示されている。一実施形態において、この研磨粒子の形は正三角形を含む。三角形の研磨粒子は、優れた削り取りレートを有する研磨物品の製造に有用である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
成形された研磨粒子は、概して、ランダムに破砕された研磨粒子に勝る性能を有することができる。研磨粒子の形を調整することによって、研磨物品がもたらす性能を調整することが可能である。本発明者らは、成形された研磨粒子の面上の１つに複数の溝を有する成形された研磨粒子を作製することによって、成形された研磨粒子の前駆体が、成形された研磨粒子の成型に使用される、複数の成形型の空洞を有する生産工具から遥かに容易に放出されることを見出した。驚くべきことに、複数の溝を形成する複数の隆起部によって成形型の空洞の総表面積が増加しても、複数の溝を有する成形された研磨粒子の前駆体は、成形型の空洞から遥かに取り出しやすい。
【０００４】
また本発明者らは、成形された研磨粒子の溝は、溝を有さない、同一の成形された研磨粒子と比較して、成形された研磨粒子の研削性能に影響することを見出した。具体的には、初期削り取りレートが低下し、成形された研磨粒子が磨耗し始めるにつれて徐々に削り取りレートが増加する傾向にある。典型的には、研磨粒子の削り取りレートは研磨粒子の寿命にわたって低下する傾向にある。溝を含まない成形された研磨粒子でも、同様の結果が発生する。したがって、本発明者らは、溝を有さない成形された研磨粒子と溝を有する成形された研磨粒子とのブレンドを使用することにより、成形された研磨粒子から作製された研磨物品の削り取りレート曲線を操作して、研磨粒子の使用期間にわたって極めて均一の削り取りレートを有する研磨物品を作製できることを見出した。
【０００５】
したがって一実施形態において、本発明は、それぞれ側壁を有する成形された研磨粒子を含む研磨粒子に関する。この成形された研磨粒子のそれぞれはαアルミナを含み、側壁によって分けられた第１の面及び第２の面を有し、並びに最大厚さＴを有し、成形された研磨粒子は第２の面上に複数の溝を更に含む。
【０００６】
別の実施形態において、本発明は、複数の成形型の空洞を含む成形された研磨粒子を作製するための生産工具に関する。この複数の成形型の空洞は、成形型の底面と、成形型の側壁と、高さＨｃとを含み、成形型の底面及び成形型の側壁は高分子材料を含み、底面は複数の隆起部を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
当業者は、この説明があくまで実施例の説明であって、本開示のより広範な観点を制限することを意図するものでなく、それらのより広範な観点が実施例の構築に具現化されていることを理解するであろう。
【図１】底面に複数の隆起部を有する成形型の空洞の断面図。
【図１Ａ】図１の隆起部の様々な断面実施形態。
【図１Ｂ】図１の隆起部の様々な断面実施形態。
【図２】溝を有する成形された研磨粒子の一実施形態の平面図。
【図２Ａ】図２の成形された研磨粒子の側面図。
【図３】溝を有する成形された研磨粒子の顕微鏡写真。
【図４】溝を有する成形された研磨粒子の別の実施形態の顕微鏡写真。
【図５】溝を有する成形された研磨粒子の別の実施形態。
【図６Ａ】成形された研磨粒子の一実施形態の平面図。
【図６Ｂ】図６Ａの成形された研磨粒子の側面図。
【図６Ｃ】図６Ａの成形された研磨粒子から作製された、被覆された研磨物品の側面図。
【図７】成形された研磨粒子の顕微鏡写真。
【図８】図７の成形された研磨粒子から作製された、被覆された研磨物品の上面の顕微鏡写真。
【図９Ａ】成形された研磨粒子の別の実施形態の平面図。
【図９Ｂ】図９Ａの成形された研磨粒子の側面図。
【図９Ｃ】図９Ａの成形された研磨粒子から作製された、被覆された研磨物品の側面図。
【図１０Ａ】成形された研磨粒子の別の実施形態の平面図。
【図１０Ｂ】図１０Ａの成形された研磨粒子の側面図。
【図１０Ｃ】図１０Ａの成形された研磨粒子から作製された、被覆された研磨物品の側面図。
【図１１】溝を有する成形された研磨粒子及び溝を有さない成形された研磨粒子の削り取りレート及び累積削り取りのグラフ。
【図１２】異なる抜き勾配を有する成形された研磨粒子の時間に対する削り取りレートのグラフ。
【図１３】異なる抜き勾配を有する成形された研磨粒子の時間に対する総削り取りのグラフ。
【図１４】米国特許第５，３６６，５２３号に従って作製した、従来技術の研磨粒子の顕微鏡写真。
【図１５】図１４の従来技術の成形された研磨粒子の横断面の顕微鏡写真。
【図１６】図１４の従来技術の成形された研磨粒子の横断面の顕微鏡写真。
【図１７】傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の横断面の顕微鏡写真。
【０００８】
明細書及び図中で繰り返し使用される参照記号は、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図する。
【０００９】
定義
本明細書で使用されているように、「含む」、「有する」、及び「包含する」という単語の形態は、法律的に同意義でありかつ制約されない。それゆえ、列挙されている要素、機能、工程又は制限に加えて、列挙されていない付加的な要素、機能、工程又は制限が存在し得る。
【００１０】
本明細書で使用される「研磨材分散液」という用語は、成形型の空洞に導入されるαアルミナに転換可能なαアルミナ前駆体を意味する。この組成物は、揮発性成分が十分に除去されて研磨材分散液の固化が生じるまでの研磨材分散液を指す。
【００１１】
本明細書で使用される「成形された研磨粒子の前駆体」という用語は、成形型の空洞から取り出すことができ、後に続く加工作業中にその成型された形を実質的に保持できる固化されたボディを形成するために、研磨材分散液が成形型の空洞内にあるときに研磨材分散液から十分な量の揮発性成分を除去することによって生成される未焼結粒子を意味する。
【００１２】
本明細書で使用される「成形された研磨粒子」という用語は、成形された研磨粒子の前駆体の形成に使用される成形型の空洞から複製される所定の形を有する研磨粒子の少なくとも一部を有するセラミックの研磨粒子を意味する。研磨破片の場合（例えば、米国特許仮出願第６１／０１６９６５号に記載）を除き、成形された研磨粒子は、一般に、成形された研磨粒子の形成に使用された成形型の空洞を実質的に複製する、所定の幾何学的形状を有することになる。本明細書で使用される「成形された研磨粒子」は、機械的な粉砕作業によって得られる研磨粒子を除く。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
溝を有する成形された研磨粒子
図１を参照すると、複数の成形型の空洞１０２を有する生産工具１００の一部が示されている。明確にするために、単一の成形型の空洞１０２が図示される。成形型の空洞１０２は、成形型の側壁１０４と成形型の底面１０６とを含む。一実施形態において、成形型の底面及び成形型の側壁は高分子材料を含んだ。成形型の底面の外辺部を形成する成形型の側壁１０４の幾何学的形状は様々であってよい。一実施形態において幾何学的形状には、成形型の空洞が３つの対向する成形型の側壁を有するように、生産工具内の各成形型の空洞の上から見たときに正三角形が選択された。本明細書で後述するように、成形型の空洞の他の幾何学的形状も使用できる。成形型の側壁１０４は、成形型の底面１０６と所定の角度αで交差する。本明細書で後述するように、成形された研磨粒子２０の研削性能は、角度αが約９５度〜約１３０度になるように選択することによって改善できる。しかし所定の角度αは、９０度又は９０度よりも若干小さくてもよい。これは、成形型の空洞１０２内で形成される成形された研磨粒子の前駆体が乾燥中に収縮することがあり、したがって成形された研磨粒子の前駆体は閉じ込められるのではなく、それでもなお成形型の空洞から取り出されるからである。
【００１４】
成形型の底面１０６は、所定の高さＨｒを有し、成形型の底面から立ち上がる複数の隆起部１０８を含む。本発明の一実施形態において、複数の隆起部の高さＨｒは、成形型の空洞の全高Ｈｃと比較して小さい。上述したように、複数の隆起部１０８は、成形された研磨粒子の前駆体の乾燥後に、生産工具１００の成形型の空洞１０２から成形された研磨粒子の前駆体を遥かに取り出しやすくするという予期しない利点を有する。複数の隆起部の存在によって成形型の空洞の総表面積が増加すると、成形された研磨粒子の前駆体を取り出しにくくなると予想されるが、それでもこの結果が生じる。成形型の空洞１０２から成形された研磨粒子の前駆体を容易に放出できることは、連続的に作動する生産ラインで成形された研磨粒子を製造するために重要な属性である。この利点は、生産ラインの速度が上がるにつれて特に重要である。生産工具内に残った成形された研磨粒子の前駆体は生産工具を「詰まらせる」。これにより、処理能力が低下するだけではなく、掃除しようとすると、連続炉で研磨材分散液を乾燥させる前に研磨材分散液を生産工具にスロット被覆するという問題も生じる。
【００１５】
改善された放出性状を達成するためには、複数の隆起部の高さＨｒは、成形型の空洞の全高Ｈｃと比較して小さい必要があると考えられる。高さＨｒが高さＨｃに近づくにつれて、原則的に成形型の空洞１０２が数個のより小さい成形型の空洞に細分化され、成形型の空洞からの改善された放出という利点が失われることがある。本発明の様々な実施形態において、複数の隆起部１０８の高さＨｒは、約１マイクロメートル〜約４００マイクロメートルであってよい。更に、空洞の高さに対する隆起部の高さのパーセント比Ｈｒ／Ｈｃ（％で示される）は、０．１％〜約３０％、又は０．１％〜約２０％、又は０．１％〜約１０％、又は約０．５％〜約５％であってよい。
【００１６】
加えて、改善された成形型の放出性状を得るためには、複数の隆起部１０８の断面形状が重要な場合があると考えられる。図１Ａを参照すると、一実施形態において、各隆起部１０８は、第１の側面１１０と、第２の側面１１２と、上部１１４とを含む。第１の側面１１０及び第２の側面１１２のそれぞれは、隆起部の断面形状が上部１１４に向かって先細になって切頭三角形を形成するように、成形型の底面１０６から鈍角で立ち上がる。この点において、隆起部の断面形状は歯車の歯又は楔にも類似する。
【００１７】
図１Ｂを参照すると、別の実施形態において、各隆起部１０８は、第１の側面１１０と、第２の側面１１２とを含む。第１の側面１１０及び第２の側面１１２のそれぞれは、隆起部の断面形状が先端に向かって先細になって三角形を形成するように、成形型の底面１０６から鈍角で立ち上がる。この点において、隆起部の断面形状は歯車の歯又は楔にも類似する。一実施形態において、各隆起部は０．０１２７ｍｍの高さＨｒを有し、三角形の先端における第１の側面１１０と第２の側面１１２との間の夾角は４５度だった。成形型の空洞は０．７１１２ｍｍの高さＨｃを有し、空洞の高さに対する隆起部の高さのパーセント比Ｈｒ／Ｈｃは１．７９％であった。
【００１８】
隆起部の横断面に切頭三角形又は三角形を形成させることにより、各隆起部は、成形された研磨粒子の前駆体が乾燥するにつれて成形された研磨粒子の前駆体を成形型の底面１０６から若干持ち上げる傾向にある楔として乾燥中に機能すると考えられる。いくつかの実施形態において、成形された研磨粒子の前駆体は、乾燥中に若干収縮すると考えられる。したがって、「楔」は成形された研磨粒子の前駆体を成形型の底面から離し、成形型の空洞から成形された研磨粒子の前駆体を取り出しやすくする。他の実施形態において、隆起部の断面形状は正方形、矩形、半球形、凸状、略放物線状、又は他の幾何学的形状であってよい。
【００１９】
複数の隆起部１０８の１つの機能は改善された離型をもたらすことなので、複数の隆起部の間隔及び均一性が重要であり得る。具体的には、成形型の空洞の成形型の底面１０６に隆起部が均一に設けられて、成形された研磨粒子の前駆体の一部が底面に「張り付く」ことがないようにする必要がある。一実施形態において、複数の隆起部１０８は、複数の隆起部が、三角形の成形型の空洞の１つの成形型の側壁から対向する成形型の側壁まで成形型の底面１０６を完全に横切って延在する連続線であった。複数の隆起部は、図１Ｂについて記載されるように三角形の横断面を有し、約０．２７７ｍｍごとに離隔された平行線を含んだ。
【００２０】
本発明の様々な実施形態において、各隆起部間のパーセント間隔は、成形された研磨粒子の縁部の１つの長さなど面寸法の約１％〜約５０％、１％〜４０％、１％〜３０％、１％〜２０％、又は５％〜２０％であってよい。一実施形態において、成形型の底面１０６において２．５４ミリメートルの辺長を有し、２７７マイクロメートルの間隔で成形型の空洞ごとに８個の隆起部を有する正三角形は、１０．９％の各隆起部間のパーセント間隔を有した。本発明の他の実施形態において、成形型の底面の隆起部の数は、１〜約１００、約２〜約５０、又は約４〜約２５であってよい。
【００２１】
複数の隆起部は、成形型の底面に弓状線で、直線で、入れ子構造の三角形など同心状の幾何学的パターンで、又は定間隔若しくは不定間隔を有するクロスハッチ線で配置されてよい。複数の隆起部は、相互に平行であっても、交差してもよい。様々なパターンの組み合わせを使用してもよい。
【００２２】
本発明の他の実施形態において、複数の隆起部は、複数の隆起部が対向する成形型の側壁間で連続的に延在しないように、底面に沿って間隔をあけて配置される不連続の線分の形状であってよい。あるいは、線状に分割された複数の隆起部は、底面がワッフル焼型の焼き板に類似するようにグリッドパターン状に均等に離隔された複数の角錐台を含むように、大幅に短くしてよい。他の不連続の隆起部の幾何学的形状は、底面に配置されてディンプルパターンを有する表面をもたらし、その放出特性を改善させてよい。
【００２３】
次に図２及び２Ａを参照すると、図１の成形型の空洞１０２から作製された、複数の溝１１６を有する成形された研磨粒子２０が図示されている。溝を有する成形された研磨粒子２０が作製される材料は、αアルミナを含む。αアルミナ粒子は、本明細書で後述するように、ゲル化され、型で成形され、その形を維持するために乾燥され、か焼され、次に焼結された、酸化アルミニウム一水和物の分散により作製されてよい。成形された研磨粒子の形は、次に成形された構造体に形成される、結合剤中の研磨粒子を含む粒塊を形成するための結合剤を必要とせずに維持される。
【００２４】
一般に、溝１１６を有する成形された研磨粒子２０は、第１の面２４と、第２の面２６とを有し、厚さＴを有する薄型のボディを含む。第１の面２４及び第２の面２６は側壁２２によって相互に連結され、側壁は、本明細書で後述するように、成形型の側壁と成形型の底面との間の９０度を超える角度αを有する成形型の空洞を使用することによって、傾斜側壁２２を形成するように動かされてよい。側壁は、その代わりに薄縁部若しくは先端部に向かって先細になる面を有する、又はより厚い側壁を有する、成形された研磨粒子について最小化されてよい。
【００２５】
いくつかの実施形態において、第１の面２４は実質的に平面であるか、第２の面２６は実質的に平面であるか、又は両面が実質的に平面である。あるいは、同時係属中の米国特許出願第１２／３３６，９６１号、名称「Ｄｉｓｈ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｒｅｃｅｓｓｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ」（２００８年１２月１７日出願、代理人整理番号６４７１６ＵＳ００２）に詳細が記載されるように、面は凹状又は凸状であってよい。加えて、同時係属中の米国特許出願第１２／３３７，１１２号、名称「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ｏｐｅｎｉｎｇ」（２００８年１２月１７日出願、代理人整理番号６４７６５ＵＳ００２）に詳細が記載されるように、面を貫く開口部又は開口が存在してよい。参照される出願に記載されるように、成形された研磨粒子に窪み面又は開口部のいずれかを含むことは、研削性能を大幅に改善することが見出されている。
【００２６】
一実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６は相互に実質的に平行である。他の実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６は、１つの面が他の面に対して傾斜しており、各面に接する想像線がある点で交差するように非平行であってよい。溝１１６を有する成形された研磨粒子２０の側壁２２は様々であってよく、一般に、第１の面２４及び第２の面２６の外辺部２９を形成する。一実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６の外辺部２９は幾何学的形状であるように選択されてよく、第１の面２４及び第２の面２６は同一の幾何学的形状を有するように選択されてよい。ただし、これらは寸法が異なり、１つの面が他の面よりも大きい。一実施形態において、第１の面２４の外辺部２９及び第２の面２６の外辺部２９は、図示される三角形であった。
【００２７】
図２Ａを参照すると、成形された研磨粒子２０の第２の面２６と側壁２２との間の抜き勾配αは様々であり、各面の相対的寸法を変化させてよい。本発明の様々な実施形態において、抜き勾配αは、９０度、又は約９５度〜約１３０度、又は約９５度〜約１２５度、又は約９５度〜約１２０度、又は約９５度〜約１１５度、又は約９５度〜約１１０度、又は約９５度〜約１０５度、又は約９５度〜約１００度であってよい。実施例に示されるように、抜き勾配αの特定の範囲は、成形された研磨粒子から作製された、被覆された研磨物品の研削性能に驚くべき向上をもたらすことが見出されている。
【００２８】
溝を有する成形された研磨粒子は、本明細書で後述するように、被覆された研磨物品の作製に使用できる。溝１１６を有する成形された研磨粒子２０が９０度を超える抜き勾配α（傾斜側壁）を有する場合、溝を有する成形された研磨粒子２０の大部分は、被覆された研磨物品の作製時に先細になるか、一方に傾く。本明細書で後述するように、これは、改善された研削性能をもたらすと考えられる。
【００２９】
傾斜配向を更に最適化するために、溝及び傾斜側壁を有する成形された研磨粒子は、オープンコートの研磨層で裏材に塗布されてよい。クローズドコートの研磨層は、製造機を１回通過させて研磨物品のメークコートに塗布できる研磨粒子又は研磨粒子のブレンドの最大重量として定義される。オープンコートは、塗布可能な最大重量（グラム単位）よりも重量が少ない、被覆された研磨物品のメークコートに塗布される研磨粒子又は研磨粒子のブレンドの量である。オープンコートの研磨層では、研磨粒子を含むメークコートの範囲が１００％未満になるため、図８に最もよく示されているように粒子間に空き領域及び目に見える樹脂層を残す。本発明の様々な実施形態において、研磨層内の空き領域率は、約１０％〜約９０％、又は約３０％〜約８０％であってよい。
【００３０】
裏材に塗布される、溝及び傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の数が過剰な場合、粒子間の間隔が不十分になり、メークコート及びサイズコートを硬化させる前に粒子が傾斜したり先細になったりできるようになると考えられる。本発明の様々な実施形態において、オープンコートの研磨層を有する被覆された研磨物品内の成形された研磨粒子の５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は９０％超は、先細であるか又は傾斜している。
【００３１】
次に図３を参照すると、溝１１６及び傾斜側壁を有する成形された研磨粒子２０の顕微鏡写真が示されている。図３において、抜き勾配αは約９８度であり、成形された研磨粒子は正三角形を含んだ。各三角形の辺は、より大きい第１の面２４の外辺部において約１．６ｍｍであった。皿型の研磨粒子は、様々な側壁の厚さ及び成形された研磨粒子が主として三角形の先端又は角部に存在するという事実に着目することによってわかるように、窪んだ第１の面２４を有した。
【００３２】
次に図４を参照すると、溝１１６を有する成形された研磨粒子２０の顕微鏡写真が示されている。図４において、成形型の抜き勾配αは９８度であり、成形された研磨粒子は正三角形を含んだ。各三角形の辺は、より大きい第１の面２４の外辺部において約１．６ｍｍであった。皿型の研磨粒子は、凹状の第１の面２４と、凸状の第２の面２６（最初に成形型の底面で形成された）とを有した。窪み面又は凹状の面のいずれかを有する皿型の研磨粒子の詳細については、上述の代理人整理番号６４７１６ＵＳ００２に開示されている。
【００３３】
第２の面２６上の溝１１６は、成形型の底面の複数の隆起部１０８によって形成される。したがって、第２の面２６上の溝のパターンは、隆起部について上述したいずれかのパターンを複製する。一実施形態において、複数の溝は、第２の面を完全に横切って延在し、縁部に沿った外辺部と９０度の角度で交差する平行線を含む。溝の断面形状は三角形であった。又は、上述の他の形状であってよい。
【００３４】
本発明の様々な実施形態において、複数の溝１１６の深さＤは、約１〜４００マイクロメートルであってよい。更に、成形された研磨粒子の最大厚さＴに対する溝の深さＤのパーセント比（Ｄ／Ｔ、％で示される）は、０．１％〜約３０％、又は０．１％〜約２０％、又は０．１％〜約１０％、又は約０．５％〜約５％であってよい。
【００３５】
生産工具の放出機能が改善された結果として成形された研磨粒子に配置される複数の溝は、驚くべきことに、結果として生じる溝を有する成形された研磨粒子の研削性能に影響することが見出されている。この結果は、成形された研磨粒子の最大厚さＴと比較して溝の深さＤが小さい場合でも生じる。この結果が、溝に沿っての使用中に成形された研磨粒子の断裂が増加し、新たな鋭角が形成され得ることにより生じるのか、溝を有する成形された研磨粒子が磨耗して特定の溝を曝露すると、成形された研磨粒子が断裂することなく溝自体が新たな鋭角及びわずかに磨耗を低減した面をもたらすためにより生じるのかは不明である。成形された研磨粒子ごとに複数の溝があるので、溝を有する成形された研磨粒子が自身を研ぎ直す複数の機会が存在する。
【００３６】
実施例で詳述するように、一実施形態における複数の溝は、成形された研磨粒子の初期削り取りレートを低下させ、その後研磨物品が使用されるにつれて削り取りレートを増加せる傾向にあった。溝を有さない、同様の寸法の成形された研磨粒子は、より高い初期削り取りレートを有し、その後研磨物品が使用されるにつれて削り取りレートを低下させる傾向にあった。溝を有する成形された研磨粒子と溝を有さない成形された研磨粒子とをブレンドすることによって、初回使用及び以降の使用中の研磨物品の削り取りレートをより均一にできる。均一の削り取りレートは、標準化された部品の作製中に研磨材が磨耗するにつれて生産機械を再調整しなくても済むようにするために、研磨物品の消費者にとって重要なことが多い。様々な実施形態において、少なくとも５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％、３０重量％、３５重量％、４０重量％、４５重量％、５０重量％、５５重量％、６０重量％、６５重量％、７０重量％、７５重量％、８０重量％、８５重量％、９０重量％、又は９５重量％の溝を有する成形された研磨粒子を溝を有さない成形された研磨粒子と混合してよい。一実施形態において、複数の溝を有する正三角形の研磨粒子と複数の溝を有さない正三角形の研磨粒子との５０％−５０％混合物は、時間に対して非常に均一の削り取りレートをもたらすことが見出された。本発明の様々な実施形態において、成形された研磨粒子のブレンドは、約４０％〜約６０％の複数の溝を有する成形された研磨粒子と、約４０％〜約６０％の複数の溝を有さない成形された研磨粒子とを含んでよい。
【００３７】
次に図５を参照すると、第２の面２６上に存在する複数の溝に関する別の実施形態が図示される。複数の溝は、第２の面２６を完全に横切って延在する交差平行線のクロスハッチパターンを含む。第１の組の１７の平行線は、外辺部の１つの縁部を９０度の角度で交差して、三角形の縁部長さの６．２５％のパーセント間隔を有し、第２の組の１７の平行線は、外辺部の第２の縁部を約９０度の角度で交差し、６．２５％のパーセント間隔を有して、第２の面にクロスハッチパターンを生み出し、複数の隆起したひし形を形成した。様々な実施形態において、クロスハッチパターンは、交差平行線、交差非平行線、線間の様々なパーセント間隔、弓状の交線、又は溝の様々な断面形状を使用してよい。
【００３８】
傾斜側壁を有する成形された研磨粒子
図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃを参照すると、例示の傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０が図示されている。以下の説明において、傾斜側壁（９０度を超える抜き勾配α）を有する成形された研磨粒子のいずれの実施形態も上述の溝１１６を有する成形された研磨粒子のいずれかの実施形態と組み合わせることができる。傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０が作製される材料は、αアルミナを含む。αアルミナ粒子は、本明細書で後述するように、ゲル化され、型で成形され、その形を維持するために乾燥され、か焼され、次に焼結された、酸化アルミニウム一水和物の分散により作製されてよい。
【００３９】
一般に、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０は、第１の面２４と、第２の面２６とを有する薄型のボディを含み、厚さｔを有する。第１の面２４及び第２の面２６は、少なくとも１つの傾斜側壁２２によって相互に連結される。いくつかの実施形態において、複数の傾斜側壁２２が存在してよく、各傾斜側壁２２の傾斜つまり角度は、図６Ａに示されるものと同じであっても、図９Ａに示されるものと異なってもよい。
【００４０】
いくつかの実施形態において、第１の面２４は実質的に平面であるか、第２の面２６は実質的に平面であるか、又は両面が実質的に平面である。あるいは、同時係属中の米国特許出願第１２／３３６，９６１号、名称「Ｄｉｓｈ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｒｅｃｅｓｓｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ」（２００８年１２月１７日出願、代理人整理番号６４７１６ＵＳ００２）に詳細が記載されるように、面は凹状又は凸状であってよい。加えて、同時係属中の米国特許出願第１２／３３７，１１２号、名称「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ｏｐｅｎｉｎｇ」（２００８年１２月１７日出願、代理人整理番号６４７６５ＵＳ００２）に詳細が記載されるように、面を貫く開口部又は開口が存在してよい。
【００４１】
一実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６は相互に実質的に平行である。他の実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６は、１つの面が他の面に対して傾斜しており、各面に接する想像線がある点で交差するように非平行であってよい。傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の傾斜側壁２２は様々であってよく、一般に、第１の面２４及び第２の面２６の外辺部２９を形成する。一実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６の外辺部２９は幾何学的形状であるように選択されてよく、第１の面２４及び第２の面２６は同一の幾何学的形状を有するように選択されてよい。ただし、これらは寸法が異なり、１つの面が他の面よりも大きい。一実施形態において、第１の面２４の外辺部２９及び第２の面２６の外辺部２９は、図示される三角形であった。
【００４２】
図６Ｂ及び６Ｃを参照すると、成形された研磨粒子２０の第２の面２６と傾斜側壁２２との間の抜き勾配αは様々であり、各面の相対的寸法を変化させてよい。本発明の様々な実施形態において、抜き勾配αは、約９５度〜約１３０度、又は約９５度〜約１２５度、又は約９５度〜約１２０度、又は約９５度〜約１１５度、又は約９５度〜約１１０度、又は約９５度〜約１０５度、又は約９５度〜約１００度であってよい。実施例に示されるように、抜き勾配αの特定の範囲は、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子から作製された、被覆された研磨物品の研削性能に驚くべき向上をもたらすことが見出されている。
【００４３】
次に図６Ｃを参照すると、被覆された研磨物品４０が示され、研磨層によって被覆された裏材４２の第１の主表面４１を有する。研磨層は、メークコート４４と、メークコート４４によって裏材４２に取り付けられた傾斜側壁２２を有する複数の成形された研磨粒子２０と、を含む。サイズコート４６は、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０を裏材４２に更に取り付ける、又は接着するために塗布される。
【００４４】
上述したように、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の大部分は、先細になるか、一方に傾く。これにより、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の大部分が、裏材４２の第１の主表面４１に対して９０度未満の配向角度βを有するようになる。傾斜側壁を有する成形された研磨粒子を塗布する静電塗装法は、初めて裏材に塗布されるときには、最初に粒子を９０度の配向角度βに配向する傾向にあるため、この結果は予想外である。静電場は、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の上に配置される裏材に粒子が初めて塗布されたときに、粒子を垂直に整列させる傾向がある。更に静電場は、粒子を加速させ、９０度の配向でメークコートの方に移動させる傾向にある。ウェブが反転する任意の時点（サイズコート４６の塗布前又は後のいずれか）で、重力下、又はメーク及び／若しくはサイズコートの表面張力下にある粒子は傾いて、傾斜側壁２２上に留まる傾向にある。被覆された研磨物品の作製プロセスにおいては、メークコート及びサイズコートが硬化して固まり、これ以上回転しないようになる前に、成形された研磨粒子が傾き、傾斜側壁２２によってメークコートに取り付けられるための十分な時間が存在すると考えられる。上述のように、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子が塗布され、傾くことが可能になると、成形された研磨粒子の最先端４８は、一般に、同じ高さｈを有する。
【００４５】
傾斜配向を更に最適化するために、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子は、オープンコートの研磨層で裏材に適用される。クローズドコートの研磨層は、製造機を１回通過させて研磨物品のメークコートに塗布できる研磨粒子又は研磨粒子のブレンドの最大重量として定義される。オープンコートは、塗布可能な最大重量（グラム単位）よりも重量が少ない、被覆された研磨物品のメークコートに塗布される研磨粒子又は研磨粒子のブレンドの量である。オープンコートの研磨層では、研磨粒子を含むメークコートの範囲が１００％未満になるため、図８に最もよく示されるように粒子間に空き領域及び目に見える樹脂層を残す。本発明の様々な実施形態において、研磨層内の空き領域率は、約１０％〜約９０％、又は約３０％〜約８０％であってよい。
【００４６】
裏材に塗布される、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の数が過剰な場合、粒子間の間隔が不十分になり、メークコート及びサイズコートを硬化させる前に粒子が傾斜したり先細になったりできるようになると考えられる。本発明の様々な実施形態において、オープンコートの研磨層を有する被覆された研磨物品内の成形された研磨粒子の５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は９０％超は、先細であるか又は傾斜しており、９０度未満の配向角度βを有する。
【００４７】
理論に束縛されるものではないが、９０度未満の配向角度βは、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子に改善された切削性能をもたらすと考えられる。驚くべきことに、この結果は、被覆された研磨物品内のＺ軸を中心とする成形された研磨粒子の回転配向にかかわらず生じる傾向にある。図６Ｃは理想化されており、全ての粒子が同方向に整列している様子を示しているが、実際の被覆された研磨ディスクは、図８に最もよく示されるようにランダムに分布し、回転した粒子を有する。研磨ディスクは回転しており、成形された研磨粒子はランダムに分布しているので、一部の成形された研磨粒子は、９０度未満の配向角度βで加工対象物の方に移動され（加工対象物は最初に第２の面２６を衝打していた）、一方で隣接する成形された研磨粒子はちょうど１８０度回転される場合がある（加工対象物は成形された研磨粒子の背面及び第１の面２４を衝打する）。粒子がランダムに分布し、ディスクが回転するので、半分未満の成形された研磨粒子が、最初に第１の面２４ではなく、第２の面２６を加工対象物に衝打させる場合がある。しかし、定義された回転方向及び定義された加工対象物との接点を有する研磨ベルトの場合、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子をベルト上に整列させ、各成形された研磨粒子が９０度未満の配向角度βで作動し、図６Ｃで理想化されたように加工対象物が最初に第２の面２６へと移動するようにすることが可能であろう。本発明の様々な実施形態において、被覆された研磨物品の研磨層内の傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の少なくとも大部分の配向角度βは、約５０度〜約８５度、又は約５５度〜約８５度、又は約６０度〜約８５度、又は約６５度〜約８５度、又は約７０度〜約８５度、又は約７５度〜約８５度、又は約８０度〜約８５度であってよい。
【００４８】
次に図７及び８を参照すると、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の顕微鏡写真が示されている。図７において、抜き勾配αは約１２０度であり、成形された研磨粒子は正三角形を含んだ。各三角形の辺は、より大きい第１の面２４の外辺部において約１．６ｍｍであった。成形された研磨粒子は、約０．３８ｍｍの厚さを有した。図７の成形された研磨粒子から作製され、結果として生じる被覆された研磨ディスクの表面は、図８に示されている。上述したように、成形された研磨粒子の大部分は、メークコート内の傾斜側壁の１つの上に留まる。図３の被覆された研磨物品の研磨層内の傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の大部分の配向角度βは、約６０度である。
【００４９】
図９Ａ〜９Ｃを参照すると、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の第２の実施形態が図示されている。傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０が作製される材料は、αアルミナを含む。αアルミナ粒子は、本明細書で後述するように、ゲル化され、型で成形され、その形を維持するために乾燥され、か焼され、次に焼結された、酸化アルミニウム一水和物の分散により作製されてよい。
【００５０】
一般に、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０は、第１の面２４と、第２の面２６とを有する薄型のボディを含み、厚さｔを有する。第１の面２４及び第２の面２６は、少なくとも抜き勾配５２を有する第１の傾斜側壁５０及び抜き勾配５６（第１の抜き勾配とは異なる値になるように選択される）を有する第２の傾斜側壁５４によって相互に連結される。図示される実施形態において、第１及び第２の面は、第３の抜き勾配６０（他の２つの抜き勾配のいずれとも異なる値である）を有する第３の傾斜側壁５８によっても連結される。
【００５１】
図示される実施形態において第１、第２及び第３の抜き勾配は、全て相互に異なる値である。例えば、第１の抜き勾配５２は１２０度であってよく、第２の抜き勾配５６は１１０度であってよく、第３の抜き勾配６０は１００度であってよい。図４Ｃに示されるように、３つの異なる抜き勾配を有する成形された研磨粒子から作製された、結果として生じる被覆された研磨物品４０は、３つの異なる傾斜側壁それぞれに均一に分布する成形された研磨粒子を有する傾向にある。したがって、被覆された研磨物品は、成形された研磨粒子の先端４８について、３つの異なる、裏材からの高さを有する傾向にある。最大の抜き勾配でメークコートに接する第１の傾斜側壁５０は最低の先端高さｈ１を有し、中間の抜き勾配を有する第２の傾斜側壁５４は中間の先端高さｈ２を有し、最小の抜き勾配を有する第３の傾斜側壁５８は最高の先端高さｈ３を有する。その結果、被覆された研磨物品は、裏材に対して３つの異なる配向角度βと、３つの異なる先端高さとを有する成形された研磨粒子を保有することになる。このような被覆された研磨物品は、成形された研磨粒子の高い先端が磨耗して鈍化する傾向が進むにつれて、成形された研磨粒子の未使用の短い先端が加工対象物に接するようになるため、研磨物品が磨耗するにしたがってより均一の切削性能を保有すると考えられる。
【００５２】
いくつかの実施形態において、第１の面２４は実質的に平面であるか、第２の面２６は実質的に平面であるか、又は両面が実質的に平面である。あるいは、同時係属中の米国特許出願第１２／３３６，９６１号、名称「Ｄｉｓｈ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｒｅｃｅｓｓｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ」（２００８年１２月１７日出願、代理人整理番号６４７１６ＵＳ００２）に詳細が記載されるように、面は凹状又は凸状であってよい。加えて、同時係属中の米国特許出願第１２／３３７，１１２号、名称「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ｏｐｅｎｉｎｇ」（２００８年１２月１７日出願、代理人整理番号６４７６５ＵＳ００２）に詳細が記載されるように、面を貫く開口部又は開口が存在してよい。
【００５３】
一実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６は相互に実質的に平行である。他の実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６は、１つの面が他の面に対して傾斜しており、各面に接する想像線がある点で交差するように非平行であってよい。傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の第１、第２、及び第３の傾斜側壁は様々であってよく、一般に、第１の面２４及び第２の面２６の外辺部２９を形成する。一実施形態において、第１の面２４及び第２の面２６の外辺部２９は幾何学的形状であるように選択されてよく、第１の面２４及び第２の面２６は同一の幾何学的形状を有するように選択されてよい。ただし、これらは寸法が異なり、１つの面が他の面よりも大きい。一実施形態において、第１の面２４の外辺部２９及び第２の面２６の外辺部２９は、図示される三角形であった。
【００５４】
図９Ｂ及び９Ｃを参照すると、成形された研磨粒子２０の第２の面２６とそれぞれの傾斜側壁との間の第１、第２、及び第３の抜き勾配は様々であってよく、抜き勾配の少なくとも２つは異なる値であり、望ましくは３つ全てが異なる値である。本発明の様々な実施形態において、第１の抜き勾配、第２の抜き勾配、及び第３の抜き勾配は、約９５度〜約１３０度、又は約９５度〜約１２５度、又は約９５度〜約１２０度、又は約９５度〜約１１５度、又は約９５度〜約１１０度、又は約９５度〜約１０５度、又は約９５度〜約１００度であってよい。
【００５５】
次に図９Ｃを参照すると、被覆された研磨物品４０が示され、研磨層によって被覆された裏材４２の第１の主表面４１を有する。研磨層は、メークコート４４と、メークコート４４によって裏材４２に取り付けられた第１、第２、又は第３の傾斜側壁のいずれかを有する複数の成形された研磨粒子２０とを含む。サイズコート４６は、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０を裏材４２に更に取り付けるため又は接着するために塗布される。
【００５６】
上述したように、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の大部分は、先細になるか又は一方に傾く。これにより、第１の実施形態について上述したように、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の大部分が裏材４２の第１の主表面４１に対して９０度未満の配向角度βを有するようになる。
【００５７】
傾斜配向を更に最適化するために、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子は、オープンコートの研磨層で裏材に適用される。オープンコートの研磨層では、研磨粒子を含むメークコートの範囲が１００％未満になるため、図８に最もよく示されるように研磨粒子間に空き領域及び目に見える樹脂層を残す。本発明の様々な実施形態において、研磨層内の空き領域率は、約１０％〜約９０％、又は約３０％〜約８０％であってよい。
【００５８】
裏材に塗布される、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の数が過剰な場合、粒子間の間隔が不十分になり、メークコート及びサイズコートを硬化させる前に粒子が傾斜したり先細になったりできるようになると考えられる。本発明の様々な実施形態において、オープンコートの研磨層を有する被覆された研磨物品内の成形された研磨粒子の５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は９０％超は、先細であるか又は傾斜しており、９０度未満の配向角度βを有する。
【００５９】
理論に束縛されるものではないが、９０度未満の配向角度βは、前述したように、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子に改善された切削性能をもたらすと考えられる。本発明の様々な実施形態において、被覆された研磨物品の研磨層内の傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の少なくとも大部分の配向角度βは、約５０度〜約８５度、又は約５５度〜約８５度、又は約６０度〜約８５度、又は約６５度〜約８５度、又は約７０度〜約８５度、又は約７５度〜約８５度、又は約８０度〜約８５度であってよい。
【００６０】
次に図１０Ａ〜Ｂを参照すると、本発明の第３の実施形態が示されている。この実施形態において傾斜側壁２２は、図６Ａ〜６Ｃに示される実施形態の抜き勾配αではなく、半径Ｒによって画定される。半径Ｒによって画定される傾斜側壁２２も、図１０Ｃに示されるように、被覆された研磨物品の形成時に成形された研磨粒子２０の先細化又は傾きをもたらすことが見出されている。研削試験は、より大きい第１の面２４の外辺部において各三角形の辺が約１．６ｍｍである正三角形を含み、約０．３８ｍｍの厚さを有する成形された研磨粒子は、１２０度の抜き勾配又は０．５１ｍｍの半径Ｒを有する成形された研磨粒子と同じ切削性能を有することを示している。本発明の様々な実施形態において、半径Ｒは、成形された研磨粒子の厚さｔの約０．５〜約２倍であってよい。
【００６１】
第２の実施形態のように、半径Ｒは側壁ごとに異なってよく、その結果、被覆された研磨物品内で成形された研磨粒子が様々な角度に傾斜したり又は先細になったりする。
【００６２】
裏材に塗布される、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の数が過剰な場合、粒子間の間隔が不十分になり、メークコート及びサイズコートを硬化させる前に粒子が傾斜したり先細になったりできるようになると考えられる。本発明の様々な実施形態において、オープンコートの研磨層を有する被覆された研磨物品内の成形された研磨粒子の５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、又は９０％超は、先細であるか又は傾斜しており、９０度未満の配向角度βを有する。
【００６３】
第１の実施形態、第２の実施形態、又は第３の実施形態のいずれについても、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０は、様々な３次元形状を有してよい。外辺部２９の幾何学的形状は、三角形、矩形、円形、楕円形、星形、又は他の正多角形若しくは非正多角形であってよい。一実施形態においては正三角形が使用され、別の実施形態においては二等辺三角形が使用される。本開示の目的のために、実質的に三角形の形状は三角錐も含み、１つ以上の辺が弓状であってよい、及び／又は三角形の先端が弓状であってよい。
【００６４】
加えて、成形された研磨粒子の様々な傾斜側壁は、同一の抜き勾配又は異なる抜き勾配を有してよい。更に、側壁の１つが約９５度以上の抜き勾配を有する側壁である限り、９０度の抜き勾配が１つ以上の側壁で用いられてよい。
【００６５】
傾斜側壁を有する成形された研磨粒子２０は、様々な体積縦横比を有してよい。体積縦横比は、体積の重心を貫通する最大断面積を体積の重心を貫通する最小断面積で除した比率として定義される。一部の形状では、最大断面積及び最小断面積は、その形の外部形状に対して平面傾斜しているか、角度がついているか、又は傾斜していてよい。例えば、球体は１．０００の体積縦横比を有するが、立方体は１．４１４の体積縦横比を有する。長さＡに等しい各辺及びＡに等しい均一の厚さを有する正三角形の形状の成形された研磨粒子は、１．５４の体積縦横比を有する。均一の厚さが０．２５Ａに減少すると、体積縦横比は２．６４に増加する。より大きい体積縦横比を有する成形された研磨粒子は、改善された切削性能を有すると考えられる。本発明の様々な実施形態において、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の体積縦横比は、約１．１５超、又は約１．５０超、又は約２．０超、又は約１．１５〜約１０．０、又は約１．２０〜約５．０、又は約１．３０〜約３．０であってよい。
【００６６】
傾斜側壁を有する成形された研磨粒子は、成形された研磨粒子の先端部又は角部で遥かに小さい曲率半径を有してよい。米国特許第５，３６６，５２３号（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔら）に開示され、図１４に図示される正三角形の研磨粒子は、平均先端半径に対して、１０３．６マイクロメートルの三角形の先端の曲率半径（先端付近の１つの辺から次の辺まで測定）を有する。曲率半径は、倒立光学顕微鏡と接続したＣｌｅｍｅｘ  Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓプログラム又は他の好適な画像解析ソフトウェアなどの画像解析を使用して、第１又は第２の面の研磨断面から測定できる。各三角形の頂点の曲率半径は、１００倍の倍率で横断面を観察するときに各頂点に３つの点を定めることによって予測できる。点は先端の曲線の始点に配置され、先端の頂点において直線の縁部から曲線の始点への移行と、湾曲した先端から直線の縁部に戻る移行が存在する。次に画像解析ソフトウェアは、３つの点（曲線の始点、中間点、及び終点）によって画定される弧を描き、曲率半径を算出する。少なくとも３０の頂点について曲率半径が測定され、平均先端半径が決定される。図７と図１４とを比較することによって最もよくわかるように、現行手法で作製された成形された研磨粒子は遥かに精密に作製される。したがって、成形された研磨粒子の平均先端半径は遥かに小さい。本開示に従った作製された成形された研磨粒子の平均先端半径は、１９．２マイクロメートル未満と測定されている。本発明の様々な実施形態において、平均先端半径は、７５マイクロメートル未満、又は５０マイクロメートル未満、又は２５マイクロメートル未満であってよい。より鋭い先端は、使用中に成形された研磨粒子の改善された断裂及びより攻撃的な切削を促進すると考えられる。
【００６７】
より鋭い先端を有することに加えて、成形された研磨粒子は、遥かに精密に画定された側壁を有してよい。次に図１５及び図１６を参照すると、図１４の従来技術の成形された研磨粒子の面を垂直に貫通して切断した研磨断面の顕微鏡写真が示される。上述のように、側壁（上面）は凹状又は凸状のいずれかである傾向にあり、均一に平面ではない。断面を切断する場所に応じて、同一の側壁がある形状から別の形状に変化することがある。図１６を参照すると、最前面では側壁が凸状であるが、背景では凹状である。
【００６８】
図１７を参照すると、９８度の抜き勾配を有する傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の面を垂直に貫通して切断した研磨断面が示されている。第１の面２４（右側の垂直面）は、上記で参照された代理人整理番号６４７１６ＵＳ００２の係属特許出願に開示されているように凹状である。凹面は、スコップ、スプーン、又は中空のグランドチゼルブレードと同様に、使用中により多くの材料を取り出すことによって研削性能を改善すると考えられている。第２の面２６は、実質的に平面である（左側の垂直面）。最後に、側壁（上面）は均一に平面である。均一に平面であるとは、側壁が、ある面から別の面まで凸状である領域、又はある面から別の面まで凹状である領域を有さず、少なくとも５０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも８５％以上の側壁面が平面であることを意味する。横断面に示されるように、側壁が９０度の角度で切断されて研磨された場合、実質的に線状の縁が現れる（ここで、側壁の上面と切断した断面区域の前面が接触する）。均一に平面の側壁は、典型的に、側壁の長さに沿った実質的に全ての横断面においてこの実質的に線状の縁を有する。均一に平面の側壁は、側壁と第１の面及び第２の面とが交差する、より明確に画定された（より鋭い）縁部をもたらし、これも研削性能を改善すると考えられる。
【００６９】
本開示に従って作製される傾斜側壁２２及び／又は溝１１６を有する成形された研磨粒子２０は、研磨粒子に組み込まれるか、粉状（loose form）で用いられてよい。研磨粒子は、一般に、使用前に、定められた粒径分布に等級分けされる。そのような分布は典型的には、粗粒子から微粒子までのある範囲の粒径を有している。研磨の技術分野において、この範囲は、ときには「粗い」画分、「統制された」画分、及び「細かい」画分と呼ばれる。研磨業界公認の等級基準に従って等級分けされた研磨粒子は、各公称等級に対する粒径分布を数量的限界内で指定している。このような工業的に認められた等級分け規格（すなわち、研磨工業規格の公称等級）としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格及び日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。
【００７０】
ＡＮＳＩ等級表記（すなわち、公称等級として指定される）としては、ＡＮＳＩ  ４、ＡＮＳＩ  ６、ＡＮＳＩ  ８、ＡＮＳＩ  １６、ＡＮＳＩ  ２４、ＡＮＳＩ  ３６、ＡＮＳＩ  ４０、ＡＮＳＩ  ５０、ＡＮＳＩ  ６０、ＡＮＳＩ  ８０、ＡＮＳＩ  １００、ＡＮＳＩ  １２０、ＡＮＳＩ  １５０、ＡＮＳＩ  １８０、ＡＮＳＩ  ２２０、ＡＮＳＩ  ２４０、ＡＮＳＩ  ２８０、ＡＮＳＩ  ３２０、ＡＮＳＩ  ３６０、ＡＮＳＩ  ４００、及びＡＮＳＩ  ６００が挙げられる。ＦＥＰＡ等級表記としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００、及びＰ１２００が挙げられる。ＪＩＳ等級表記としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、及びＪＩＳ１０，０００が挙げられる。
【００７１】
あるいは、傾斜側壁２２及び／又は溝１１６を有する成形された研磨粒子２０は、ＡＳＴＭ  Ｅ−１１「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅ  Ｃｌｏｔｈ  ａｎｄ  Ｓｉｅｖｅｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｐｕｒｐｏｓｅｓ」に準拠するＵ．Ｓ．Ａ．Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｓｉｅｖｅｓを使用して公称スクリーニング等級に等級分けされてよい。ＡＳＴＭ  Ｅ−１１は、指定の粒径に従って材料を分類するために、枠にはめた織布ワイヤクロスを媒体として用いる試験用ふるいの設計及び構造の要件を規定している。典型的な表記は、−１８＋２０のように表される場合があり、これは、成形された研磨粒子２０がＡＳＴＭ  Ｅ−１１の１８号ふるいの規格に一致する試験用ふるいを通過するものであり、ＡＳＴＭ  Ｅ−１１の２０号ふるいの規格に一致する試験用ふるいに残るものであることを意味する。一実施形態において、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０は、大部分の粒子が１８号のメッシュ試験用ふるいを通過し、２０、２５、３０、３５、４０、４５、又は５０号のメッシュ試験用ふるいに残るような粒径を有する。本発明の様々な実施形態において、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子は、−１８＋２０、−２０＋２５、−２５＋３０、−３０＋３５、−３５＋４０、−４０＋４５、−４５＋５０、−５０＋６０、−６０＋７０、−７０＋８０、−８０＋１００、−１００＋１２０、−１２０＋１４０、−１４０＋１７０、−１７０＋２００、−２００＋２３０、−２３０＋２７０、−２７０＋３２５、−３２５＋４００、−４００＋４５０、−４５０＋５００、又は−５００＋６３５を含む公称スクリーニング等級を有することができる。
【００７２】
一態様において、本開示は、研磨工業規格の公称等級又は公称スクリーニング等級を有する複数の成形された研磨粒子を提供し、少なくとも複数の研磨粒子の一部は、傾斜側壁２２及び／又は溝１１６を有する成形された研磨粒子２０である。別の態様において、本開示は、研磨工業規格の公称等級又は公称スクリーニング等級を有する複数の成形された研磨粒子２０を提供するために、本開示に従って作製された成形された研磨粒子２０を等級分けする工程を含む方法を提供する。
【００７３】
所望により、研磨工業規格の公称等級又は公称スクリーニング等級を有するこの成形された研磨粒子２０を他の既知の研磨粒子又は非研磨粒子と混合することができる。いくつかの実施形態において、複数の研磨粒子の総重量に基づき、研磨工業規格の公称等級又は公称スクリーニング等級を有する複数の研磨粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５重量％、あるいは１００重量％さえが、本開示に従って作製された成形された研磨粒子２０である。
【００７４】
傾斜側壁２２及び／又は溝１１６を有する成形された研磨粒子２０との混合に適した粒子としては、従来の研磨グレイン、希釈グレイン、又は米国特許第４，７９９，９３９号及び同第５，０７８，７５３号に記載されるなどの侵食性粒塊（erodable agglomerates）が挙げられる。従来の研磨グレインの代表的な例としては、溶融酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、ガーネット、溶融アルミナジルコニア、キュービック窒化ホウ素、ダイヤモンドなどが挙げられる。希釈グレインの代表的な例としては、大理石、せっこう、及びガラスが挙げられる。傾斜側壁２２を有する、異なる形状に成形された研磨粒子２０のブレンド（例えば、三角形と正方形）又は異なる抜き勾配を有する成形された研磨粒子２０のブレンド（例えば、１２０度の抜き勾配を有する粒子と混合した、９８度の抜き勾配を有する粒子）は、本発明の物品に使用されてよい。
【００７５】
成形された研磨粒子２０は、表面被覆を有してもよい。表面被覆は、研磨物品の研磨グレインと結合剤との接着を改善することで知られており、又は成形された研磨粒子２０の静電蒸着を支援するために使用することができる。このような表面被覆は、米国特許第５，２１３，５９１号、同第５，０１１，５０８号、同第１，９１０，４４４号、同第３，０４１，１５６号、同第５，００９，６７５号、同第５，０８５，６７１号、同第４，９９７，４６１号、及び同第５，０４２，９９１号に記載されている。加えて、表面被覆は、成形された研磨粒子のキャッピングを防ぐことがある。キャッピングとは、研磨中の加工対象物からの金属粒子が成形された研磨粒子の頂上部に溶接されるようになる現象を表す用語である。上記の機能を発揮する表面被覆は、当業者には既知である。
【００７６】
傾斜側壁を有する成形された研磨粒子を有する研磨物品
図１Ｃ、４Ｃ、及び５Ｃを参照すると、被覆された研磨物品４０は、裏材４２の第１の主表面４１に塗布される結合剤の第１の層（以下、メークコート４４と呼ぶ）を有する裏材４２を含む。メークコート４４に取り付けられる又は部分的に埋め込まれるのは、傾斜側壁２２及び／又は溝１１６を有する複数の成形された研磨粒子２０であり、研磨層を形成する。傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０には、結合剤の第２の層（以下、サイズコート４６と呼ぶ）が塗布される。メークコート４４の目的は、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０を裏材４２に固定することであり、サイズコート４６の目的は、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０を補強することである。傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の大部分は、先端４８又は頂点が裏材４２から離れる方向を向くように配向され、成形された研磨粒子は、傾斜側壁２２上に存在し、示されるように先細になるか又は傾斜している。
【００７７】
メークコート４４及びサイズコート４６は、樹脂性接着剤を含む。メークコート４４の樹脂性接着剤は、サイズコート４６の樹脂性接着剤と同じものでも異なるものでもよい。これらのコートに好適な樹脂性接着剤の例としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、アクリレート樹脂、アミノプラスト樹脂、メラミン樹脂、アクリル酸エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及びこれらの組み合わせが挙げられる。樹脂性接着剤に加えて、メークコート４４若しくはサイズコート４６、又は両方のコートは、例えば、充填剤、研削助剤、湿潤剤、界面活性剤、染料、顔料、カップリング剤、接着促進剤、及びこれらの組み合わせのような当該技術分野で既知の添加剤を更に含むことができる。充填剤の例としては、炭酸カルシウム、シリカ、タルク、粘土、メタケイ酸カルシウム、ドロマイト、硫酸アルミニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００７８】
研削助剤は、被覆された研磨物品に塗布されてよい。研削助剤は粒子材料として定義され、その添加が研磨の化学的及び物理的な工程に顕著な影響を及ぼし、それによって改善された性能をもたらす。研削助剤は、広範な様々な材料を包含し、また無機系又は有機系であり得る。研削助剤の薬品群の例としては、ワックス、有機ハロゲン化合物、ハロゲン化物塩、並びに金属及びその合金が挙げられる。有機ハロゲン化合物は、典型的には、研磨の間に分解し、ハロゲン酸又はガス状のハロゲン化合物を放つ。そのような材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンのような塩素化ワックス、及びポリ塩化ビニルなどが挙げられる。ハロゲン塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウムクリオライト、ナトリウムクリオライト、アンモニウムクリオライト、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、及びチタンが挙げられる。他の研削助剤としては、イオウ、有機イオウ化合物、グラファイト、及び金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組み合わせを使用することも本発明の範囲内であり、また場合によっては、これによって相乗効果がもたらされることがある。一実施形態において、研削助剤はクリオライト又はテトラフルオロホウ酸カリウムであった。このような添加剤の量は、所望の性状をもたらすために調整されてよい。スーパーサイズコートを使用することもまた、本発明の範囲内である。スーパーサイズコートは、典型的に、結合剤及び研削助剤を含有する。結合剤は、フェノール樹脂、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、及びこれらの組み合わせのような材料から生成することができる。
【００７９】
傾斜側壁２２及び／又は溝１１６を有する成形された研磨粒子２０を結合された研磨物品、不織研磨物品、又は研磨ブラシで使用してよいこともまた、本発明の範囲内である。結合された研磨材は、結合剤によって共に結合されて成形された塊を形成する複数の成形された研磨粒子２０を含んでよい。結合された研磨材に使用される結合剤は、金属、有機、又はガラス質であってよい。不織研磨材は、有機結合剤によって繊維状不織ウェブへと結合される複数の成形された研磨粒子２０を含む。
【００８０】
傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の作製方法
第１のプロセス工程は、αアルミナに転換可能なシードされた又はシードされていない研磨材分散液のいずれかを提供する工程を伴う。αアルミナ前駆体組成物は、揮発性成分である液体を含むことが多い。一実施形態において、揮発性成分は水である。研磨材分散液は、成形型の空洞を充填して成形型表面を複製することを可能にするために、研磨材分散液の粘性を十分に低くするために十分な量でありながらも、後に成形型の空洞から液体を除去することを実現不可能なほど高価にしない程度の量の液体を含まなくてはならない。一実施形態において、研磨材分散液は、αアルミナに転換可能な、酸化アルミニウム一水和物（ベーマイト）のような粒子を２重量％〜９０重量％、及び水のような揮発性成分を少なくとも１０重量％、又は５０重量％〜７０重量％、又は５０重量％〜６０重量％含む。逆に、いくつかの実施形態における研磨材分散液は、固体を３０重量％〜５０重量％、又は４０重量％〜５０重量％含有する。
【００８１】
また、ベーマイト以外の酸化アルミニウム水和物を使用してもよい。ベーマイトは、既知の技術によって調製すること、又は市販のものを入手することができる。市販のベーマイトの例としては、Ｓａｓｏｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．から入手可能な「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」及び「ＤＩＳＰＡＬ」（どちらも商標）、あるいはＢＡＳＦ社から入手可能な「ＨｉＱ−４０」（商標）が挙げられる。これらの酸化アルミニウム水和物は比較的純粋である。すなわち、一水和物以外の水和物の相をたとえ含んでいるとしても比較的少なく含み、高い表面積を有する。結果として生じる、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子２０の物理的性状は、一般に、研磨材分散液で使用される材料の種類によって異なる。
【００８２】
一実施形態において、研磨材分散液はゲル状である。本明細書で使用される「ゲル」とは、液体に分散された３次元網状組織の固体である。研磨材分散液は、修正用添加剤又は修正用添加剤の前駆体を含有することができる。修正用添加剤は、研磨粒子のいくつかの所望の性状を強化するため又は後の焼結工程の効果を増すために機能することができる。修正用添加剤又は修正用添加剤の前駆体は、溶解性の塩の形状であってよく、典型的には水溶性の塩であってよい。これらは、典型的には、金属含有化合物からなり、マグネシウム、亜鉛、鉄、シリコン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、イットリウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテルビウム、ネオジム、ランタン、ガドリニウム、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、チタン、及びこれらの混合物の酸化物の前駆体であってよい。研磨材分散液中に存在できるこれらの添加剤の具体的な濃度は、当該技術に基づき変動する場合がある。典型的には、修正用添加剤又は修正用添加剤の前駆体の導入によって、研磨材分散液はゲルになる。また、一定の時間をかけて加熱することによって研磨材分散液をゲル化することもできる。
【００８３】
研磨材分散液は、また、水和又はか焼した酸化アルミニウムからαアルミナへの形質転換を促進するために成核剤を含有することができる。本開示に好適な成核剤としては、αアルミナ、α酸化第二鉄又はその前駆体、酸化チタン及びチタン酸塩、酸化クロム、並びにこの形質転換の成核剤となるであろう他の任意の物質の微粒子が挙げられる。成核剤を使用する場合、その量は、αアルミナの形質転換を引き起こすために十分でなくてはならない。そのような研磨材分散液に核を生成する工程は、米国特許第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）に開示されている。
【００８４】
研磨材分散液に解膠剤を添加して、より安定したヒドロゾル又はコロイド状研磨材分散液を製造することができる。好適な解膠剤は、酢酸、塩酸、ギ酸、及び硝酸のような一塩基酸又は酸化合物である。多塩基酸を使ってもよいが、多塩基酸は研磨材分散液を急速にゲル化し、取り扱い又は追加的な成分の導入を困難にする。ベーマイトのいくつかの商用ソースは、安定した研磨材分散液の形成を助ける（吸収されたギ酸又は硝酸のような）酸タイターを含有する。
【００８５】
研磨材分散液は任意の好適な手段、例えば、酸化アルミニウム一水和物を解膠剤含有水と混合することによって、又は酸化アルミニウム一水和物のスラリーを生成し、そこに解膠剤を加えることによって、容易に形成する（fromed）ことができる。気泡を形成する傾向又は混合中に空気を混入する傾向を低減するために、消泡剤又は他の好適な化学物質を加えることができる。湿潤剤、アルコール、又はカップリング剤のような追加的な化学物質を所望により追加することができる。αアルミナ研磨材のグレインは、１９９７年７月８日付の米国特許第５，６４５，６１９号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に開示されているように、シリカ及び酸化鉄を含有することができる。αアルミナ研磨材グレインは、１９９６年９月３日付の米国特許第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）に開示されているように、ジルコニアを含有することができる。あるいは、αアルミナ研磨材グレインは、２００１年８月２１日付の米国特許第６，２７７，１６１号（Ｃａｓｔｒｏ）に開示されているように、ミクロ構造又は添加剤を有することができる。
【００８６】
第２のプロセス工程は、少なくとも１つの成形型の空洞、好ましくは複数の空洞を有する成形型を提供する工程を伴う。成形型は、一般に平面の底面と複数の成形型の空洞とを有してよい。複数の空洞は、生産工具内で形成することができる。生産工具は、ベルト、シート、連続ウェブ、輪転グラビアのようなコーティングロール、コーティングロール上に載置されるスリーブ、又はダイであることが可能である。生産工具は、高分子材料を含む。好適な高分子材料の例としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はこれらの組み合わせ、及び熱硬化性材料など熱可塑性樹脂が挙げられる。一実施形態において、工具全体が高分子材料又は熱可塑性材料で作製される。別の実施形態において、乾燥工程中にゾルゲルと接触する複数の空洞の表面（成形型底面及び成形型側壁）のような工具表面は、高分子材料又は熱可塑性材料を含み、工具の他の部分は他の材料で作製することができる。好適な高分子被覆を金属工具に適用して、実施例の方法によって表面張力性状を変更することができる。
【００８７】
高分子又は熱可塑性工具は、金属マスター工具を完全に複製するものであってよい。マスター工具は、生産工具に所望の逆パターンを有する。マスター用具は、製造用具と同様の方法で製造することも可能である。一実施形態において、マスター工具を、例えばニッケルのような金属で作製し、ダイヤモンドターニング加工することができる。高分子又は熱可塑性シート材料をマスター工具と共に加熱して、２つを一緒に加圧成形することにより、マスター工具パターンにて材料がエンボス加工されるようにしてよい。高分子又は熱可塑性材料はまた、マスター工具上へと押出加工又はキャスティングし、次に加圧成形することもできる。熱可塑性材料を冷却し固化させて製造用具が製造される。熱可塑性生産工具が使用される場合、熱可塑性生産工具を歪めて寿命を制限することが可能な過度の熱を生成しないよう注意が必要である。生産工具又はマスター工具の設計及び製作に関する更なる情報は、米国特許第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒら）、同第５，４３５，８１６号（Ｓｐｕｒｇｅｏｎら）、同第５，６７２，０９７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９４６，９９１号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９７５，９８７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第６，１２９，５４０号（Ｈｏｏｐｍａｎら）に見出すことができる。
【００８８】
空洞へは、成形型の上面又は底面にある開口部から達することができる。場合によっては、空洞は成形型の厚さ全体に延在することができる。あるいは、空洞は成形型の厚さの一部分のみに延在することができる。一実施形態において、上面は、ほぼ均一の深さを有する空洞を伴う成形型の底面とほぼ平行である。成形型の少なくとも１つの側部、すなわち空洞が形成される側部は、揮発性成分除去の工程の間、周囲の大気に曝露したままにすることができる。
【００８９】
空洞は、指定の３次元形を有する。一実施形態において、空洞の形は上から見たときに傾斜側壁を有する三角形であり、つまり、空洞の底面は上面の開口部よりわずかに小さいものであると説明できる。傾斜側壁は、研削性能を改善させ、成形型から研磨粒子の前駆体を取り出しやすくすると考えられる。別の実施形態において、成形型は複数の三角形の空洞を含む。複数の三角形の空洞のそれぞれは、正三角形を含む。
【００９０】
あるいは、円形、矩形、正方形、六角形、星形、又はこれらの組み合わせのような、全てがほぼ均一の深さの寸法を有する、他の空洞の形を使用してもよい。深さの寸法は、上面から底面の最下点までの垂直距離と等しい。与えられた空洞の深さは、均一であってもよく、又はその長さ及び／又は幅に沿って変化してもよい。与えられた成形型の空洞は、同じ形であってもよく、又は異なる形であってもよい。
【００９１】
第３のプロセス工程は、任意の従来の技法によって研磨材分散液を成形型の空洞に充填する工程を伴う。いくつかの実施形態において、ナイフロールコーター又は真空スロットダイコーターを使用することができる。必要に応じて、成形型からの粒子の取り出しを支援するために離型剤を使用してよい。典型的な離型剤としては、例えば、ピーナッツオイル、又は鉱油、魚油のような油、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛、及びグラファイトが挙げられる。一般に、離型剤を所望の場合、成形型のユニット領域ごとに約０．１ｍｇ／ｉｎ２（０．０１６ｍｇ／ｃｍ２）〜約３．０ｍｇ／ｉｎ２（０．４６５ｍｇ／ｃｍ２）、又は約０．１ｍｇ／ｉｎ２（０．０１６ｍｇ／ｃｍ２）〜約５．０ｍｇ／ｉｎ２（０．７７５ｍｇ／ｃｍ２）の離型剤が存在するように、液体中（水又はアルコールなど）約０．１重量％〜約５重量％の離型剤（ピーナッツオイルなど）が、ゾルゲルと接触する生産工具の表面に塗布される。一実施形態において、成形型の上面は、研磨材分散液で被覆される。研磨材分散液をポンプして上面に載せることができる。次に、スクレーパ又はならし棒を使用して、研磨材分散液を成形型の空洞に完全に押し入れることができる。空洞に入らない研磨材分散液の残りの部分は、成形型の上面から取り出してリサイクルすることができる。いくつかの実施形態において、少量の研磨材分散液が上面に残る場合があり、他の実施形態では上面には分散液が実質的にない。スクレーパ又はならし棒に加える圧力は、典型的には、１００ｐｓｉ（６８９．５ｋＰａ）未満、又は５０ｐｓｉ（３４４．７ｋＰａ）未満、又は１０ｐｓｉ（６８．９ｋＰａ）未満である。いくつかの実施形態において、研磨材分散液の曝露された表面が実質的に上面を超えて延在することはなく、結果として生じる成形された研磨粒子２０の均一な厚さが確保される。
【００９２】
第４のプロセス工程は、揮発性成分を除去して分散液を乾燥させる工程を伴う。望ましくは、揮発性成分は高蒸発速度で除去する。いくつかの実施形態において、蒸発による揮発性成分の除去は、この揮発性成分の沸点を超える温度で生じる。乾燥温度の上限は、成形型を作製する材料に依存することが多い。ポリプロピレン工具では、温度はこのプラスチックの融点未満でなくてはならない。
【００９３】
一実施形態において、固体が約４０〜５０％の水分散液とポリプロピレン成形型では、乾燥温度は約９０℃〜約１６５℃、又は約１０５℃〜約１５０℃、又は約１０５℃〜約１２０℃であってよい。高温はより大きい開口部の形成をもたらすことができるが、ポリプロピレン工具に劣化をもたらして成形型としての耐用年数を制限することもあり得る。
【００９４】
一実施形態において、次の配合を使用してベーマイトゾルゲルの試料を作製した。つまり、水（２４００部）及び７０％の含水硝酸（７２部）を含有する溶液を１１分間高せん断混合することによって、商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」を有する酸化アルミニウム一水和物粉末（１６００部）を分散させた。結果として生じるゾルゲルは、少なくとも１時間置いてから塗布した。ゾルゲルは、２８ミル（０．７１ｍｍ）の深さ及び両側１１０ミル（２．７９ｍｍ）の三角形の成形型の空洞を有し、９８度の成形型の側壁と成形型の底面との間の所定の抜き勾配（draft angel）αを有する生産工具に押し入れた。生産工具の製造中、成形型の空洞の５０％は成形型の底面に隆起部を含み、これによって図３及び４の成形された研磨粒子が形成された。成形型の空洞のもう一方の５０％は平滑な底面を有した。
【００９５】
ゾルゲルは、生産工具の開口部が完全に埋まるように、パテナイフを使用して空洞に押し入れた。離型剤（メタノール中１％のピーナッツオイル）を使用して、成形型の表面に約０．５ｍｇ／ｉｎ２（０．０７８ｍｇ／ｃｍ２）のピーナッツオイルが塗布されるように、生産工具を被覆した。過剰なメタノールは、生産工具のシートを空気対流炉に４５℃で５分間配置することにより除去した。ゾルゲルで被覆された生産工具は、４５℃の空気対流炉に少なくとも４５分間配置して乾燥させた。超音波ホーンを通過させることにより、成形された研磨粒子の前駆体を生産工具から取り出した。これらの成形された研磨粒子の前駆体を焼成して、傾斜側壁２２及び／又は溝１１６を有する成形された研磨粒子２０を製造できる。
【００９６】
第５のプロセス工程は、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の前駆体を成形型の空洞から取り出す工程を伴う。傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の前駆体は、成形型の空洞から粒子を取り出すために重力、振動、超音波振動、真空、又は加圧空気のいずれか１つのプロセス又は組み合わせを成形型に対して用いることによって、空洞から取り出すことができる。
【００９７】
傾斜側壁を有する研磨粒子の前駆体は、成形型の外で更に乾燥させてよい。成形型内で望ましいレベルに研磨材分散液を乾燥する場合、追加的な乾燥工程は必要ない。しかし、場合によっては、この追加的な乾燥工程を採用して、成形型内に研磨材分散液がある時間を最低限にすることが経済的である場合がある。典型的には、成形された研磨粒子の前駆体を１０〜４８０分間、又は１２０〜４００分間、５０℃〜１６０℃、又は１２０℃〜１５０℃の温度で乾燥することになる。
【００９８】
第６のプロセス工程は、傾斜側壁２２を有する成形された研磨粒子の前駆体をか焼する工程を伴う。か焼工程の間に、本質的に全ての揮発性材料が除去され、研磨材分散液に存在していた多様な成分が形質転換されて金属酸化物になる。成形された研磨粒子の前駆体は、一般に、約４００℃〜８００℃の温度に加熱して、遊離水及び９０重量％を超す任意のバウンドされた揮発性材料が除去されるまで、この温度範囲内に維持する。選択的工程において、所望により、含浸プロセスによって修正用添加剤を導入することができる。か焼された、成形された研磨粒子の前駆体の孔に、水溶性の塩を含浸によって導入することができる。次に、成形された研磨粒子の前駆体を再び予備焼成する。この選択については、欧州特許出願第２９３，１６３号に詳述されている。
【００９９】
第７のプロセス工程は、か焼された、成形された研磨粒子の前駆体を焼結して、αアルミナ粒子を形成する工程を伴う。焼結前は、か焼された、成形された研磨粒子の前駆体は完全には緻密化されていないので、成形された研磨粒子として使用するための所望の硬度が足りない。か焼された、成形された研磨粒子の前駆体を１，０００℃〜１，６５０℃の温度に加熱し、実質的に全てのαアルミナ一水和物（又は同等のもの）がαアルミナに転換し、気孔率が１５体積％未満に低減されるまで、それらをこの温度範囲内に維持することによって焼結を行う。このレベルの転換を達成するために、か焼された、成形された研磨粒子の前駆体をこの焼結温度に曝露しなくてはならない時間の長さは、多様な因子に依存するが、通常、５秒〜４８時間が典型的である。別の実施形態において、焼結工程の持続時間は１分間〜９０分間の範囲である。焼結後、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子は、１０ＧＰａ、１６ＧＰａ、１８ＧＰａ、２０ＧＰａ以上のヴィッカース硬度を有してよい。
【０１００】
記述したプロセスを修正するために、か焼温度から焼結温度まで材料を急速に加熱する工程、研磨材分散液を遠心分離してスラッジ、廃棄物等を除去する工程、といったような他の工程を使用することができる。更に、所望により２つ以上のプロセス工程を組み合わせることによってこのプロセスを修正することができる。本開示のプロセスを修正するために使用できる従来のプロセス工程は、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）に詳述されている。成形された研磨粒子の作製方法に関する詳細については、同時係属中の米国特許出願第１２／３３７，００１号、名称「Ｍｅｔｈｏｄ  Ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｓｈａｒｄｓ，Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ｏｐｅｎｉｎｇ，Ｏｒ  Ｄｉｓｈ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」（２００８年１２月１７日出願、代理人整理番号６３５１２ＵＳ００２）に開示されている。
【実施例】
【０１０１】
本開示の目的及び利点を以下の非限定的な実施例で更に例示する。これらの実施例において列挙されるその特定の材料及び量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限しないと解釈されるべきである。特に記載のない限り、実施例及び本明細書の残りの部分における全ての部、パーセント、及び比率などは、重量による。
【０１０２】
赤色ドープの成形された研磨粒子の調製
次の配合を使用してベーマイトゾルゲルの試料を作製した。つまり、水（２４００部）及び７０％の含水硝酸（７２部）を含有する溶液を１１分間高せん断混合することによって、商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」を有する酸化アルミニウム一水和物粉末（１６００部）を分散させた。結果として生じるゾルゲルは、少なくとも１時間置いてから塗布した。ゾルゲルは、２８ミル（０．７１ｍｍ）の深さ及び両側１１０ミル（２．７９ｍｍ）の三角形の成形型の空洞を有する生産工具に押し入れた。成形型の側壁と成形型の底面との間の抜き勾配αは、生産工具ごとに異なっていた。抜き勾配αは、第１の工具では９０度、第２の工具では９８度、第３の工具では１２０度、最後の工具では１３５度であった。抜き勾配が９８度の生産工具は、成形型の空洞の５０％が、三角形の一辺と９０度の角度で交差する空洞の底面から立ち上がる８つの平行の隆起部を有し、残りの空洞が平滑な成形型底面を有するように製造した。上述のように、平行な隆起部は０．２７７ｍｍごとに離隔され、隆起部の横断面は、高さ０．０１２７ｍｍで、それぞれの隆起部の側部が先端となす角度が４５度の三角形であった。ゾルゲルは、生産工具の開口部が完全に埋まるように、パテナイフを使用して空洞に押し入れた。離型剤（メタノール中１％のピーナッツオイル）を使用して生産工具を被覆し、生産工具に約０．５ｍｇ／ｉｎ２（０．０７８ｍｇ／ｃｍ２）のピーナッツオイルを塗布した。過剰なメタノールは、生産工具のシートを空気対流炉に４５℃で５分間配置することにより除去した。ゾルゲルで被覆された生産工具は、４５℃の空気対流炉に少なくとも４５分間配置して乾燥させた。超音波ホーンを通過させることにより、成形された研磨粒子の前駆体を生産工具から取り出した。成形された研磨粒子の前駆体を約６５０℃でか焼し、次に、（酸化物として報告された）濃度がそれぞれ１．８％のＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３硝酸混合液で飽和した。過剰な酢酸溶液を除去し、飽和した、開口部を有する成形された研磨粒子の前駆体を乾燥させ、その後粒子を６５０℃で再か焼し、約１４００℃で焼結した。か焼及び焼結のいずれも、回転管状窯を使用して実行した。
【０１０３】
４つの異なる抜き勾配を有する傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の作製後に、被覆された研磨ディスクを作製した。表１に示されるフェノールメークコート樹脂及びフェノールサイズコート樹脂を使用して、７／８インチ（２．２ｃｍ）の中心円を有する直径７インチ（１７．８ｃｍ）の繊維ディスクに傾斜側壁及び／又は溝１１６を有する成形された研磨粒子を静電塗装した。フェノール樹脂は、レゾールフェノールホルムアルデヒド樹脂（１〜５％の水酸化カリウムにより触媒される１．５：１〜２．１：１（フェノール：ホルムアルデヒド）縮合物）から作製できる。
【０１０４】
【表１】
0005525546.tif 000002
【０１０５】
以下の手順を用いて１０４５中炭素鋼を研削することにより、傾斜側壁及び／又は溝１１６を有する成形された研磨粒子の研削性能を評価した。評価用の直径７インチ（１７．８ｃｍ）の研磨ディスクを、７インチ（１７．８ｃｍ）のリブ付きディスクパッド平面皿（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から入手した「８０５１４  Ｅｘｔｒａ  Ｈａｒｄ  Ｒｅｄ」）を装備した回転研削盤に取り付けた。次に、研削盤を稼動させて、１２ポンド（５．４ｋｇ）の荷重下の、０．７５×０．７５ｉｎ（１．９×１．９ｃｍ）の予め計量された１０４５スチールバーの末端面を付勢した。この荷重下でのこの加工対象物に対する研削盤の結果的な回転速度は５０００ｒｐｍであった。この加工対象物を、これらの条件下で合計５０回１０秒研削インターバル（パス）で研磨した。それぞれの１０秒インターバルの後、加工対象物を室温まで冷却させ、計量して、研磨動作による削り取りを測定した。試験結果は、それぞれのインターバルでのインクリメンタルな削り取り、及び取り除かれた合計削り取りとして報告した。所望により、好適な設備を用いて試験を自動化することができる。
【０１０６】
図１１を参照すると、時間に対する削り取りレート、並びに溝を有する及び溝を有さない抜き勾配９８度の成形された研磨粒子の総削り取りレートが図示されている。上述のように、溝を有さない成形された研磨粒子の初期削り取りレートは、溝を有する、同寸法の成形された研磨粒子よりも大きい。溝を有さない成形された研磨粒子の削り取りレートは、試験が進行するにつれて低下する傾向にあるが、溝を有する成形された研磨粒子の削り取りレートは、試験が進行するにつれて増加する傾向にある。
【０１０７】
図１２及び１３を参照すると、時間に対する削り取りレート及び時間に対する総削り取りが描かれる。上述のように、９０度超の抜き勾配を有する傾斜側壁を有する成形された研磨粒子は、９０度の抜き勾配を有する、同様に成形された研磨粒子よりも大幅に優れた性能を示す。抜き勾配が１３５度に近づくにつれて、傾斜側壁を有する成形された研磨粒子の性能は、急速に悪化し始める。１３５度の抜き勾配を有する粒子を９８度の抜き勾配を有する粒子と比較すると、初期削り取りレートはほぼ同じだったが、総削り取りは大幅に減少した。１２０度の抜き勾配を有する粒子は、初期削り取りで約２０％の改善と、９８度の抜き勾配を有する粒子とほぼ同じ総削り取りを有したが、この結果は予想外だった。更に驚くべきことには、９０度から９８度へと抜き勾配をわずか８度変化させた粒子では、性能が飛躍的に向上した。研磨粒子は、溝を有する成形された研磨粒子５０％と溝を有さない成形された研磨粒子５０％とのブレンドであったために、削り取りレートは約２倍になり、この削り取りレートは試験期間を通して比較的一定のままであった。
【０１０８】
当業者は、より具体的に添付の「請求項」に記載した本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに、本開示への他の修正及び変更を行うことが可能である。様々な実施形態の態様は、様々な実施形態の他の形態と全体的に、若しくは一部的に互換可能、又は結合され得るということが理解される。特許状への上記の出願の中で引用されている全ての参照、特許、又は特許出願は、全体として一貫した方法で参照することにより本明細書に組み込まれる。これらの組み込まれた参照と本明細書との間に部分的に不一致又は矛盾がある場合、先行する記述の情報が優先するものとする。当業者が請求項の開示を実行することを可能にするために与えられた先行する記述は、本請求項及びそれと等しい全てのものによって定義される本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
0005525546.tif 000003
【図１Ａ】
0005525546.tif 000004
【図１Ｂ】
0005525546.tif 000005
【図２】
0005525546.tif 000006
【図２Ａ】
0005525546.tif 000007
【図３】
0005525546.tif 000008
【図４】
0005525546.tif 000009
【図５】
0005525546.tif 000010
【図６Ａ】
0005525546.tif 000011
【図６Ｂ】
0005525546.tif 000012
【図６Ｃ】
0005525546.tif 000013
【図７】
0005525546.tif 000014
【図８】
0005525546.tif 000015
【図９Ａ】
0005525546.tif 000016
【図９Ｂ】
0005525546.tif 000017
【図９Ｃ】
0005525546.tif 000018
【図１０Ａ】
0005525546.tif 000019
【図１０Ｂ】
0005525546.tif 000020
【図１０Ｃ】
0005525546.tif 000021
【図１１】
0005525546.tif 000022
【図１２】
0005525546.tif 000023
【図１３】
0005525546.tif 000024
【図１４】
0005525546.tif 000025
【図１５】
0005525546.tif 000026
【図１６】
0005525546.tif 000027
【図１７】
0005525546.tif 000028