(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨物品であって、
結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体であって、少なくとも２２５ＧＰａの、研磨粒子と結合材料との界面の弾性係数（ＭＯＥ）を有する、結合研磨体を含み、
前記結合研磨体は、６０ｍ／ｓ未満の速度で、金属を含むワークピースを研削するように構成される、研磨物品。
【請求項２】
前記結合研磨体は、少なくとも１３ＧＰａの、研磨粒子と結合材料との界面の硬度を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項３】
前記結合研磨体は、少なくとも３５ｍ／ｓの速度で、金属を含むワークピースを研削するように構成される、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項４】
前記結合研磨体は、前記結合研磨体の総容積の少なくとも４２容積％〜７０容積％の気孔率を有し、前記結合研磨体は、前記結合研磨体の前記総容積の少なくとも３５容積％の研磨粒子を含む、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項５】
前記結合材料は、少なくとも１つのアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）および少なくとも１つのアルカリ土類酸化物化合物（ＲＯ）から形成され、前記アルカリ酸化物化合物および前記アルカリ土類酸化物化合物の総含有量は、２０重量％以下である、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項６】
前記結合材料は、９．６〜２６の、重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセントＬｉ２Ｏとの比率（ＳｉＯ２：Ｌｉ２Ｏ）を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項７】
前記結合材料は、４．８〜１０．４の、重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセントＮａ２Ｏとの比率（ＳｉＯ２：Ｎａ２Ｏ）を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項８】
前記結合材料は、９．６〜２６の、重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセントＫ２Ｏとの比率（ＳｉＯ２：Ｋ２Ｏ）を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項９】
前記結合材料は、２．８〜５．２の、重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセントＢ２Ｏ３との比率（ＳｉＯ２：Ｂ２Ｏ３）を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１０】
前記結合材料は、０．２〜１の、重量パーセントＬｉ２Ｏと重量パーセントＮａ２Ｏとの比率（Ｌｉ２Ｏ：Ｎａ２Ｏ）を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１１】
前記結合材料は、０．４〜２．５の、重量パーセントＬｉ２Ｏと重量パーセントＫ２Ｏとの比率（Ｌｉ２Ｏ：Ｋ２Ｏ）を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１２】
前記結合材料は、１〜５の、重量パーセントＮａ２Ｏと重量パーセントＫ２Ｏとの比率（Ｎａ２Ｏ：Ｋ２Ｏ）を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１３】
前記結合研磨体は、送り込み速度（インチ／分）の変化に対するｘ軸半径（インチ）の変化の比の平均として定義される、研削ファクターを含み、送り込み速度（Ｚ’ｗ）が１．０インチ（２５．４ｍｍ）／分を超える領域で、前記研削ファクターは、０．０４０分以下である、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１４】
前記結合研磨体は、送り込み速度（インチ／分）の変化に対するｙ軸半径（インチ）の変化の比の平均として定義される、研削ファクターを含み、送り込み速度（Ｚ’ｗ）が１．０インチ（約２５．４ｍｍ）／分を超える領域で、前記研削ファクターは、０．０１８分以下である、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１５】
前記結合材料は、２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）および３．０重量％以下の酸化リン（Ｐ２Ｏ５）から形成され、３．２（重量パーセント）以下の重量パーセントシリカ（ＳｉＯ２）と重量パーセントアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との比率を有し、前記結合研磨体は、前記結合研磨体の総容積の少なくとも４２容積％の気孔率を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
下記は、研磨物品を対象とし、特に、より低速で研削作業を行うのに適した結合研磨物品を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
研磨工具は、全般的に、材料除去用途向けに、結合材料内に含有される研磨砥粒を有するように形成される。超研磨砥粒（例えば、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ））、または微結晶性アルファアルミナ（ＭＣＡ）研磨砥粒とも称されるシードされた（さらには、シードされていない）焼結ゾルゲルアルミナ研磨砥粒を、そのような研磨工具に用いることができる。結合材料は、樹脂等の有機材料、またはガラスもしくはガラス状材料等の無機材料とすることができる。特に、ガラス状結合材料を使用し、かつ、ＭＣＡ砥粒または超研磨砥粒を含有する結合研磨工具は、研削について商業的に有用である。
【０００３】
ある結合研磨工具、特にガラス状結合材料を利用するものは、しばしば約１１００℃以上の高温形成過程を必要とし、ＭＣＡの研磨砥粒に悪影響を及ぼす可能性がある。実際に、研磨工具を形成するために必要なそのような高温において結合材料は、研磨砥粒、特にＭＣＡ砥粒と反応し、研磨剤の完全性を損なう可能性があり、砥粒の鋭さおよび性能特性を低下させることが認識されている。その結果、産業界は、形成過程中の研磨砥粒の高温劣化を抑制するために、結合材料を形成するために必要な形成温度を低下させる方向に移行してきた。産業界は、そのような結合研磨物品の性能の向上を引き続き求めている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本開示は、添付図面を参照することによって、よりよく理解され得、その数多くの特徴および利点が当業者に明らかになり得る。
【図１】従来技術の結合研磨物品および実施形態に従う研磨物品に関する、気孔率のパーセント、研磨剤のパーセント、および結合剤のパーセントの図表である。
【図２】研磨砥粒、結合剤、およびそれらの界面の弾性係数および硬度試験を例示する写真である。
【図３】２つの従来の結合研磨物品と本明細書の一実施形態に従う結合研磨物品とを比較した、研磨剤、結合剤、および研磨剤−結合剤界面の弾性係数（ＭＯＥ）のグラフである。
【図４】２つの従来の結合研磨物品と本明細書の一実施形態に従う結合研磨物品とを比較した、研磨剤、結合剤、および研磨剤−結合剤界面の硬度のグラフである。
【図５】ｘ軸およびｙ軸の双方に沿った形状損失を示す、研磨物品の概略図である。
【図６】従来の結合研磨物品および一実施形態に従う結合研磨物品に関する、表面仕上げＲａ対送り込み速度（Ｚ’ｗ）の線図である。
【図７】従来の結合研磨物品および一実施形態に従う結合研磨物品に関する、５回研削対送り込み速度（Ｚ’ｗ）における材料除去の線図である。
【図８】従来の結合研磨物品および一実施形態に従う結合研磨物品に関する、角部保持ファクターを示す、ｘ軸半径の変化対送り込み速度（Ｚ’ｗ）の線図である。
【図９】従来の結合研磨物品および一実施形態に従う結合研磨物品に関する、角部保持ファクターを示す、ｙ軸半径の変化対送り込み速度（Ｚ’ｗ）の線図である。
【図１０】従来の結合研磨物品および一実施形態に従う結合研磨物品に関する、ドレッシングあたりの部品数のグラフである。
【図１１】従来の結合研磨物品および一実施形態に従う結合研磨物品に関する、サイクル時間のグラフである。  異なる図面における同じの記号の使用は、同様または同一の項目を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
下記は、ワークピースの研削および成形に適し得る、結合研磨物品を対象とする。特に、本明細書の実施形態の結合研磨物品は、ガラス質結合材料内に研磨粒子を組み込むことができる。本明細書の実施形態の結合研磨物品を使用するのに適した用途としては、例えば、センタレス研削、円筒研削、クランク軸研削、種々の表面研削作業、ベアリングおよび歯車研削作業、クリープフィード研削、ならびに種々の工具室用途を含む、研削作業が挙げられる。
【０００６】
一実施形態によれば、一実施形態の結合研磨物品の形成方法は、好適な化合物および成分の混合物を形成して、結合材料を形成することによって開始することができる。結合剤は、酸化物化合物等の無機材料の化合物で形成することができる。例えば、１つの好適な酸化物材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が挙げられる。一実施形態によれば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、約５５重量％以下の酸化ケイ素から形成することができる。他の実施形態において、酸化ケイ素の含有量は、約５４重量％以下、約５３重量％以下、約５２重量％以下、さらには約５１重量％以下等、より少なくすることができる。さらに、ある実施形態において、結合材料は、結合材料の総重量に対して、少なくとも約４７重量％、少なくとも約４８重量％、さらには少なくとも約４９重量％の程度の、少なくとも約４６重量％等の、少なくとも約４５重量％の酸化ケイ素約から形成され得る。酸化ケイ素の量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【０００７】
結合材料はまた、ある含有量の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）も組み込むことができる。例えば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、少なくとも約１２重量％の酸化アルミニウムを含むことができる。他の実施形態において、酸化アルミニウムの量は、少なくとも約１４重量％、少なくとも約１５重量％、さらには少なくとも約１６重量％とすることができる。ある事例において、結合材料は、結合剤の総重量に対して、約２３重量％以下、約２１重量％以下、約２０重量％以下、約１９重量％以下、さらには約１８重量％以下の量の酸化アルミニウムを含み得る。酸化アルミニウムの量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【０００８】
ある事例において、結合材料は、重量パーセントで測定したときの酸化ケイ素の量と、重量パーセントで測定したときの酸化アルミニウムの量との特定の比率から形成することができる。例えば、シリカとアルミナとの比率は、結合材料内の酸化ケイ素の重量パーセントを酸化アルミニウムの重量パーセントで割ることによって説明することができる。一実施形態によれば、酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの比率は、約３．２以下とすることができる。他の事例において、結合材料内の酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの比率は、約３．１以下、約３．０以下、さらには約２．９以下とすることができる。さらに、結合材料は、ある事例において、酸化ケイ素の重量パーセントと酸化アルミニウムの重量パーセントとの比率を、少なくとも約２．４、少なくとも約２．５、少なくとも約２．６、さらには少なくとも約２．７の程度等の、少なくとも約２．３等の、少なくとも約２．２である。酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素の総量は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【０００９】
一実施形態よれば、結合材料は、ある含有量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から形成することができる。例えば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、約２０重量％以下の酸化ホウ素を組み込むことができる。他の事例において、酸化ホウ素の量は、約１９重量％以下、約１８重量％以下、約１７重量％以下、さらには約１６重量％以下等、より少なくすることができる。さらに、結合材料は、結合材料の総重量に対して、少なくとも約１２重量％、少なくとも約１３重量％、さらには少なくとも約１４重量％等の、少なくとも約１１重量％の酸化ホウ素から形成することができる。酸化ホウ素の量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００１０】
一実施形態によれば、結合材料は、結合材料内の酸化ホウ素の重量パーセントおよび酸化ケイ素の重量パーセントの総含有量（すなわち、合計）が、結合材料の総重量に対して、約７０重量％以下とすることができるように形成することができる。他の事例において、酸化ケイ素および酸化ホウ素の総含有量は、約６８重量％以下、約６７重量％以下、さらには約６６重量％以下等の、約６９重量％以下とすることができる。特定の一実施形態によれば、酸化ケイ素および酸化ホウ素の総重量パーセント含有量は、結合材料の総重量に対して、少なくとも約５８重量％、少なくとも約６０重量％、少なくとも約６２重量％、少なくとも約６３重量％、少なくとも約６４重量％、さらには少なくとも約６５重量％等の、少なくとも約５５重量％とすることができる。結合材料内の酸化ケイ素および酸化ホウ素の総重量パーセントは、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００１１】
さらに、特定の事例において、酸化ケイ素の量は、重量パーセントで測定したときに、結合材料内の酸化ホウ素の量よりも多くすることができる。特に、酸化ケイ素の量は、酸化ホウ素の量よりも、少なくとも約１．５倍多く、少なくとも約１．７倍多く、少なくとも約１．８倍多く、少なくとも約１．９倍多く、少なくとも約２．０倍多く、少なくとも約２．５倍多くすることができる。さらに、一実施形態において、結合材料は、約４倍以下多い、約３．８倍以下多い、約３．５倍以下多い等の、約５倍以下多い量の酸化ケイ素を含むことができる。酸化ホウ素の量と比較したときの酸化ケイ素の量の差は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００１２】
一実施形態によれば、結合材料は、少なくとも１つのアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）から形成することができ、ここで、Ｒは、元素周期表のＩＡ群の元素から選択される金属を表す。例えば、結合材料は、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、および酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、ならびにそれらの組み合わせを含む化合物の群からのアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）から形成することができる。
【００１３】
一実施形態によれば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、約２０重量％以下のアルカリ酸化物化合物の総含有量から形成することができる。本明細書の実施形態による他の結合研磨物品について、アルカリ酸化物化合物の総含有量は、約１９重量％以下、約１８重量％以下、約１７重量％以下、約１６重量％以下、さらには約１５重量％以下とすることができる。さらに、一実施形態において、結合材料内のアルカリ酸化物化合物の総含有量は、少なくとも約１２重量％、少なくとも約１３重量％、さらには少なくとも約１４重量％等の、少なくとも約１０重量％とすることができる。結合材料は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内のアルカリ酸化物化合物の総含有量を含むことができることが認識されるであろう。
【００１４】
１つの特定の実施形態によれば、結合材料は、上で述ベられるように、約３つ以下の別個のアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）から形成することができる。実際に、ある結合材料は、結合材料内に約２つ以下のアルカリ酸化物化合物を組み込み得る。
【００１５】
さらに、結合材料は、アルカリ酸化物化合物のいずれかの個々の含有量が、結合材料内のアルカリ酸化物化合物の総含有量（重量パーセント）の半分以下であるように形成することができる。さらに、特定の一実施形態によれば、酸化ナトリウムの量は、酸化リチウムまたは酸化カリウムの含有量（重量パーセント）よりも多くすることができる。より特定の事例において、重量パーセントで測定したときの酸化ナトリウムの総含有量は、重量パーセントで測定したときの酸化リチウムおよび酸化カリウムの含有量の合計よりも多くすることができる。さらに、一実施形態において、酸化リチウムの量は、酸化カリウムの含有量より多くすることができる。
【００１６】
一実施形態によれば、結合材料を形成する、重量パーセントで測定したときのアルカリ酸化物化合物の総量は、結合材料内の（重量パーセントで測定したときの）酸化ホウ素の量未満とすることができる。実際に、ある事例において、結合材料内の酸化ホウ素の総重量パーセントと比較したときのアルカリ酸化物化合物の総重量パーセントは、約０．９〜１．３の範囲内、さらには約０．９〜約１．１の範囲内等の、約０．９〜１．５の範囲内とすることができる。
【００１７】
結合材料は、ある量のアルカリ土類化合物（ＲＯ）から形成することができ、ここで、Ｒは、元素周期表のＩＩＡ群の元素からの要素を表す。例えば、結合材料は、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、さらには酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）等の、アルカリ土類酸化物化合物を組み込むことができる。一実施形態によれば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、約３．０重量％以下のアルカリ土類酸化物化合物を含有することができる。さらに他に事例において、結合材料は、約２．８重量％以下、２．２重量％以下、約２．０重量％以下、または約１．８重量％以下の程度等の、より少ないアルカリ土類酸化物化合物を含有し得る。さらに、一実施形態によれば、結合材料は、結合材料の総重量に対して、少なくとも約０．８重量％、少なくとも約１．０重量％、さらには少なくとも約１．４重量％等の、少なくとも約０．５重量％の１つ以上のアルカリ土類酸化物化合物の含有量を含有し得る。結合材料内のアルカリ土類酸化物化合物の量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００１８】
一実施形態によれば、結合材料は、約３つ以下の異なるアルカリ土類酸化物化合物から形成することができる。実際に、結合材料は、２つ以下の異なるアルカリ土類酸化物化合物を含有し得る。１つの特定の事例において、結合材料は、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムから成る２つのアルカリ土類酸化物化合物から形成することができる。
【００１９】
一実施形態において、結合材料は、酸化マグネシウムの量よりも多い量の酸化カルシウムを含むことができる。さらに、結合材料内の酸化カルシウムの量は、結合材料内に存在する他のアルカリ土類酸化物化合物のいずれかの含有量よりも多くなり得る。
【００２０】
結合材料は、総含有量が結合材料の総重量に対して約２０重量％以下であるように、アルカリ酸化物化合物およびアルカリ土類酸化物化合物の組み合わせから形成することができる。他の実施形態において、結合材料内のアルカリ酸化物化合物およびアルカリ土類酸化物化合物の総含有量は、約１８重量％以下、さらには約１７重量％以下等の、約１９重量％以下とすることができる。しかしながら、ある実施形態において、結合材料内に存在するアルカリ酸化物化合物およびアルカリ土類酸化物化合物の総含有量は、少なくとも約１３重量％等、少なくとも約１４重量％、少なくとも約１５重量％、さらには少なくとも約１６重量％等の、少なくとも約１２重量％とすることができる。結合材料は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内のアルカリ酸化物化合物およびアルカリ土類酸化物化合物の総含有量を有することができることが認識されるであろう。
【００２１】
一実施形態によれば、結合材料は、結合材料内に存在するアルカリ酸化物化合物の含有量がアルカリ土類酸化物化合物の総含有量よりも多くなるように形成することができる。特定の一実施形態において、結合材料は、アルカリ土類酸化物化合物の総重量パーセントと比較したときの、アルカリ酸化物化合物の総含有量（重量パーセント）の割合（Ｒ２Ｏ：ＲＯ）が、約５：１〜約１５：１の範囲内であるように形成され得る。他の実施形態において、結合材料内に存在するアルカリ酸化物化合物の総重量パーセントとアルカリ土類酸化物化合物の総重量パーセントとの割合は、約７：１〜約１２：１の範囲内、さらには約８：１〜約１０：１の範囲内等の、約６：１〜約１４：１の範囲内とすることができる。
【００２２】
一実施形態によれば、結合材料は、結合材料の総重量に対して約３重量％以下のリン酸化物から形成することができる。ある他の事例において、結合材料は、結合材料の総重量に対して、約２．０重量％以下、約１．５重量％以下、約１．０重量％以下、約０．８重量％以下、約０．５重量％以下、さらには約０．２重量％以下等の、約２．５重量％以下のリン酸化物を含有し得る。実際に、ある事例において、結合材料は、リン酸化物を本質的に含み得ない。リン酸化物の好適な含有量は、本明細書で説明されるようなある特徴および研削性能特性を助長することができる。
【００２３】
一実施形態によれば、結合材料は、例えばＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯ等の酸化物化合物を含む、約１重量％以下のある酸化物化合物を含む組成物以下から形成することができる。実際に、特定の実施形態において、結合材料は、上で特定された酸化物化合物を本質的に含まないものとすることができる。
【００２４】
混合物内に配置される結合材料に加えて、結合研磨物品を形成する過程はさらに、あるタイプの研磨粒子の組み込みを含むことができる。一実施形態によれば、研磨粒子は、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含むことができる。実際に、ある事例において、研磨粒子は、本質的に微結晶性アルミナで構成することができる。
【００２５】
研磨粒子は、約１０５０ミクロン以下の平均粒径を有することができる。他に実施形態において、研磨粒子の平均粒径は、８００ミクロン以下、約６００ミクロン以下、約４００ミクロン以下、約２５０ミクロン以下、約２２５ミクロン以下、約２００ミクロン以下、約１７５ミクロン以下、約１５０ミクロン以下、さらには約１００ミクロン以下の程度等、より小さくすることができる。さらに、研磨粒子の平均粒径は、少なくとも約５ミクロン、少なくとも約１０ミクロン、少なくとも約２０ミクロン、少なくとも約３０ミクロン、さらには少なくとも約５０ミクロン、少なくとも約６０ミクロン、少なくとも約７０ミクロン、さらには少なくとも約８０ミクロン等の、少なくとも約１ミクロンとすることができる。研磨粒子の平均粒径は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００２６】
微結晶性アルミナを利用する研磨粒子をさらに参照すると、微結晶性アルミナは、サブミクロンサイズの平均砥粒径を有する砥粒で形成することができることが認識されるであろう。実際に、微結晶性アルミナの平均砥粒径は、約０．５ミクロン以下、約０．２ミクロン以下、約０．１ミクロン以下、約０．０８ミクロン以下、約０．０５ミクロン以下、さらには約０．０２ミクロン以下等の、約１ミクロン以下とすることができる。
【００２７】
加えて、研磨粒子および結合剤を含む混合物の形成はさらに、充填剤、気孔形成剤、および最終的に形成される結合研磨物品の形成に適した材料等の、他の成分の添加を含むことができる。気孔形成材料のいくつかの好適な例としては、バブルアルミナ、バブルムライト、中空ガラス球、中空セラミック球、もしくは中空ポリマー球を含む中空球、ポリマーもしくはプラスチック材料、有機化合物、ガラス、セラミック、もしくはポリマーのストランドおよび／もしくは繊維を含む繊維様材料が挙げられるが、それらに限定されない。他の好適な気孔形成材料としては、ナフタレン、ＰＤＢ、シェル、木材等が挙げられる。さらに別の実施形態において、充填剤は、例えば酸化物を含む、１つ以上の無機材料を含むことができ、また特に、ジルコニア、シリカ、チタニア、およびそれらの組み合わせの結晶相または非結晶相を含み得る。
【００２８】
混合物が好適に形成された後に、混合物を成形することができる。好適な成形過程としては、プレス作業および／またはモールディング作業ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。例えば、一実施形態において、混合物は、混合物を金型内でコールドプレスして素地体を形成することによって成形することができる。
【００２９】
素地体を好適に形成した後に、素地体は、ガラス質相結合材料を有する研磨物品の形成を助長するために、特定の温度で焼結することができる。特に、焼結作業は、約１０００℃未満である焼結温度で行うことができる。特定の実施形態において、焼結温度は、約９５０℃未満、特に約８００℃〜９５０℃の範囲内等の、約９８０℃未満とすることができる。上述の結合成分について特に低い焼成温度が利用され得、よって、極端に高い温度が回避され、したがって、形成過程中の研磨粒子の劣化を制限することが認識されるであろう。
【００３０】
特定の一実施形態によれば、結合研磨体は、ガラス質相材料を有する結合材料を含む。特定の事例において、結合材料は、単相ガラス質材料とすることができる。
【００３１】
最終的に形成される結合研磨体は、特定の含有量の結合材料、研磨粒子、気孔率を有することができる。特に、結合研磨物品の本体は、結合研磨体の総容積に対して少なくとも約４２容積％の気孔率を有することができる。他の実施形態において、気孔率の量は、結合研磨体の総容積に対して、少なくとも約４４容積％、少なくとも約４５容積％、少なくとも約４６容積％、少なくとも約４８容積％、さらには少なくとも約５０容積％等の、少なくとも約４３容積％等、より多くすることができる。一実施形態によれば、結合研磨体は、約６５容積％以下、約６２容積％以下、約６０容積％以下、約５６容積％以下、約５２容積％以下、さらには約５０容積％以下等の、約７０容積％以下の気孔率を有することができる。結合研磨体は、結合研磨体の総容積の約４６％〜約４８％の気孔率等の、結合研磨体の総容積の約４６％〜約５０％の気孔率を含み得る。結合研磨体は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内の気孔率を有することができることが認識されるであろう。
【００３２】
一実施形態によれば、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して少なくとも約３５容積％の研磨粒子を有することができる。他の実施形態においては、研磨粒子の総含有量は、少なくとも約３７容積％、さらには少なくとも約３９容積％等、より多くすることができる。特定の一実施形態によれば、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、約４８容積％以下、さらには約４６容積％以下等の、約５０容積％以下の研磨粒子を有するように形成することができる。結合研磨体内の研磨粒子の含有量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００３３】
特定の事例において、結合研磨体は、気孔率および研磨粒子の含有量と比較して、僅かな含有量（容積％）の結合材料を含有するように形成される。例えば、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、約１５容積％以下の結合材料を有することができる。他の事例において、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、約１４容積％以下、約１３容積％以下、さらには約１２容積％以下を含有するように形成することができる。１つの特定の事例において、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して、少なくとも約８容積％、少なくとも約９容積％程度、さらには少なくとも約１０容積％等の、少なくとも約７容積％の結合材料を含有するように形成することができる。
【００３４】
図１は、一実施形態に従う特定の結合研磨物品内に存在する相の図表を含む。図１は、結合剤の容積％、研磨粒子の容積％、および気孔率の容積％を含む。陰影領域１０１は、研削用途に適した従来の結合研磨物品を表すが、陰影領域１０３は、本明細書の一実施形態による結合研磨物品の相含有量を表す。
【００３５】
特に、従来の結合研磨物品の相含有量（すなわち、陰影領域１０１）は、一実施形態の結合研磨物品の相含有量とはかなり異なる。特に、従来の結合研磨物品は、一般的に、およそ４０容積％〜５１容積％の範囲内の最大気孔率、およそ４２容積％〜５０容積％の研磨粒子含有量、およびおよそ９〜２０容積％の結合剤含有量を有する。従来の結合研磨物品は、研削中に遭遇する過剰な力に対処するのに十分な強度を有する結合研磨体を研削用途が必要とし、かつ、高多孔性結合研磨体がそのような力にこれまで耐えることができなかったので、一般的に、５０容積％以下の最大気孔含有量を有する。
【００３６】
一実施形態によれば、結合研磨物品は、従来の結合研磨物品よりもかなり大きい気孔率を有することができる。例えば、一実施形態の１つの結合研磨物品は、結合研磨体の総容積に対して、約５１容積％〜約５８容積％の範囲内の気孔含有量を有することができる。さらに、図１で例示されるように、一実施形態の結合研磨物品は、結合研磨物品の総容積に対して、約４０容積％〜約４２容積％の範囲内の研磨粒子含有量、およびおよそ２容積％〜約９容積％の範囲内の特に低い結合剤含有量を有することができる。
【００３７】
特に、本明細書の実施形態の結合研磨体は、従来の結合研磨体とは異なる特有の特性を有することができる。特に、本明細書の結合研磨物品は、特定の含有量の気孔率、研磨粒子、および結合剤を有する一方で、結合研磨物品を研削用途等の特定の用途に適したものにする特有の機械的特性を示すことができる。例えば、一実施形態において、結合研磨体は、特定の弾性率（ＭＯＥ）に対応し得る、特定の破壊係数（ＭＯＲ）を有することができる。例えば、結合研磨体は、少なくとも約４０ＧＰａのＭＯＥに対して、少なくとも４５ＭＰａのＭＯＲを有することができる。一実施形態においては、ＭＯＲは、４０ＧＰａのＭＯＥに対して、少なくとも約４７ＭＰａ、少なくとも約４８ＭＰａ、少なくとも約４９ＭＰａ、さらには少なくとも約５０ＭＰａ等の、少なくとも約４６ＭＰａとすることができる。さらに、結合研磨体は、４０ＧＰａのＭＯＥに対して、約６５ＭＰａ以下、または約６０ＭＰａ以下等の、約７０ＭＰａ以下のＭＯＲを有し得る。ＭＯＲは、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００３８】
別の実施形態において、４５ＧＰａのＭＯＥを有するある結合研磨体に対して、ＭＯＲは、少なくとも約４５ＭＰａとすることができる。実際に、４５ＧＰａのＭＯＥを有するある結合研磨体について、ＭＯＲは、少なくとも約４７ＭＰａ、少なくとも約４８ＭＰａ、少なくとも約４９ＭＰａ、さらには少なくとも約５０ＭＰａ等の、少なくとも約４６ＭＰａとすることができる。さらに、ＭＯＲは、４５ＧＰａのＭＯＥに対して、約７０ＭＰａ以下、約６５ＭＰａ以下、または約６０ＭＰａ以下であり得る。ＭＯＲは、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００３９】
ＭＯＲは、４インチ×１インチ×０．５インチ（約１０１．６ｍｍ×約２５．４ｍｍ×約１２．７ｍｍ）のサイズの試料に対する標準３点曲げ試験を使用して測定することができ、荷重は、試料サイズ以外に、全般的にＡＳＴＭ  Ｄ７９０に従って、１インチ×０．５インチ（約２５．４ｍｍ×約１２．７ｍｍ）の平面にわたって荷重が印加される。破壊荷重を記録し、標準方程式を使用してＭＯＲに逆算することができる。ＭＯＥは、研磨研削砥石産業界における標準的技法に従って、ＧｒｉｎｄｏＳｏｎｉｃ機器または類似の装置を使用した複合材の固有振動数の測定によって計算することができる。
【００４０】
一実施形態において、結合研磨体は、ＭＯＲをＭＯＥで割った尺度である、強度比を有することができる。特定の事例において、特定の結合研磨体の強度比（ＭＯＲ／ＭＯＥ）は、少なくとも約０．８とすることができる。他の事例において、強度比は、少なくとも約１．０、少なくとも約１．０５、少なくとも約１．１０等の、少なくとも約０．９とすることができる。さらに、強度比は、約２．５０以下、約２．００以下、約１．７０以下、約１．５０以下、約１．４０以下、または約１．３０以下等の、約３．００以下であり得る。結合研磨体の強度比は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００４１】
一実施形態によれば、結合研磨体は、特定の研削作業での使用に適したものとすることができる。例えば、本明細書の実施形態の結合研磨体は、研削作業に適していることが発見されている。実際に、結合研磨体は、ワークピースに損傷を与えることなく利用することができ、好適なまたは向上した研削性能を提供する。
【００４２】
結合研磨体の研削能力に対する本明細書の参照は、センタレス研削、円筒研削、クランク軸研削、種々の表面研削作業、ベアリングおよび歯車研削作業、クリープフィード研削、ならびに種々の工具室の研削過程等の研削作業に関連することができる。さらに、研削作業用の好適なワークピースとしては、無機材料または有機材料が挙げられる。特定の事例において、ワークピースとしては、金属、金属合金、プラスチック、または天然材料が挙げられる。一実施形態において、ワークピースとしては、鉄系金属、非鉄系金属、金属合金、金属超合金、およびそれらの組み合わせが挙げられる。別の実施形態において、ワークピースとしては、例えばポリマー材料を含む、有機材料が挙げられる。さらに他の事例において、ワークピースは、例えば木材を含む、天然材料であり得る。
【００４３】
これらの研磨物品の砥石サイズのいくつかのバージョンは、直径で約４．５インチ（約１１．４３ｃｍ）を超える〜約５４インチ（約１３７．１６ｃｍ）の範囲であり得る。代表的なストック除去量は、用途に応じて、約０．０００１インチ（約０．００２５ｍｍ）〜約０．５００インチ（約１２．７ｍｍ）の範囲であり得る。
【００４４】
特定の事例において、結合研磨体は、特に高い除去率でワークピースを研削できることが注目されている。例えば、一実施形態において、結合研磨体は、少なくとも約０．４インチ３／分／インチ（２５８ｍｍ３／分／ｍｍ）の材料除去率で研削作業を行うことができる。他の実施形態において、材料除去率は、少なくとも約０．５インチ３／分／インチ（３２２ｍｍ３／分／ｍｍ）、少なくとも約０．５５インチ３／分／インチ（３５４ｍｍ３／分／ｍｍ）、さらには少なくとも約０．６インチ３／分／インチ（３８７ｍｍ３／分／ｍｍ）等の、少なくとも約０．４５インチ３／分／インチ（２９０ｍｍ３／分／ｍｍ）とすることができる。さらに、ある結合研磨体の材料除去率は、約１．２インチ３／分／インチ（７７４ｍｍ３／分／ｍｍ）以下、約１．０インチ３／分／インチ（６４５ｍｍ３／分／ｍｍ）以下、さらには約０．９インチ３／分／インチ（５８０ｍｍ３／分／ｍｍ）以下等の、約１．５インチ３／分／インチ（９６７ｍｍ３／分／ｍｍ）以下であり得る。本出願の結合研磨体は、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内の材料除去率で、ワークピースを研削することができることが認識されるであろう。
【００４５】
ある研削作業中に、本出願の結合研磨体は、特定の切込み深さ（ＤＯＣ）または（Ｚｗ）で研削できることが注目されている。例えば、結合研磨体によって達成される切込み深さは、少なくとも約０．００３インチ（０．０７６２ミリメートル）とすることができる。他の事例において、結合研磨体は、研削作業中に、少なくとも約０．００４５インチ（０．１１４ミリメートル）、少なくとも約０．００５インチ（０．１２７ミリメートル）、さらには少なくとも約０．００６インチ（０．１５２ミリメートル）等の、少なくとも約０．００４インチ（０．１０２ミリメートル）の切込み深さを達成することができる。本明細書の結合研磨体を利用する研削作業の切込み深さは、約０．０１インチ（０．２５４ミリメートル）以下、または約０．００９インチ（０．２２９ミリメートル）以下であり得ることが認識されるであろう。切込み深さは、上述の最小値および最大値のいずれかの範囲内とすることができることが認識されるであろう。
【００４６】
他の実施形態において、結合研磨体は、約１０Ｈｐ（７．５ｋＷ）を超えない最大動力でワークピースを研削することができる一方で、上述の研削パラメータが利用されることが注目されている。他の実施形態において、研削作業中の最大動力は、約８Ｈｐ（６．０ｋＷ）以下、さらには約７．５Ｈｐ（５．６ｋＷ）以下等の、約９Ｈｐ（６．８ｋＷ）以下であり得る。
【００４７】
別の実施形態によれば、研削作業中に、本明細書の実施形態の結合研磨物品は、特に従来の結合研磨物品と比較して、優れた角部保持能力を有することが注目されている。実際に、結合研磨体は、０．００２５５インチ（約０．００６４８ｍｍ）／秒，ラジアンに相当する、少なくとも約１．８の切込み深さ（Ｚｗ）で約０．０７インチ（約１．７８ｍｍ）以下の角部保持ファクターを有することができる。特に、本明細書で使用されるとき、１．０の切込み深さは、０．００１４２インチ（約０．０３６０７ｍｍ）／秒，ラジアンに相当し、１．４の切込み深さ（Ｚｗ）は、０．００１９８インチ（０．０５０２９ｍｍ）／秒，ラジアンに相当する。角部保持ファクターは、特定の切込み深さで、ＮｉＣｒＭｏＶ硬化調質高強度鋼合金である４３３０Ｖのワークピースに対して５回研削を行った後のインチでの半径の変化の尺度であることが認識されるであろう。ある他の実施形態において、結合研磨物品は、少なくとも約１．８０の切込み深さについて、約０．０５インチ（約１．２７ｍｍ）以下、約０．０４インチ（約１．０２ｍｍ）以下等の、約０．０６インチ（約１．５２ｍｍ）以下である角部保持ファクターを示す。
【００４８】
一実施形態において、研磨物品は、結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体を含み得る。結合研磨体は、少なくとも約２２５ＧＰａの、研磨粒子と結合材料との界面の弾性係数（ＭＯＥ）を含み得る。結合研磨体は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、金属を含むワークピースを研削するように構成され得る。
【００４９】
例えば、研磨粒子と結合材料との界面の弾性係数ＭＯＥは、少なくとも約２７５ＧＰａ、さらには少なくとも約３００ＧＰａ等の、少なくとも約２５０ＧＰａであり得る。あるいは、研磨粒子と結合材料との界面の弾性係数ＭＯＥは、約３２５ＧＰａ以下、さらには約３２０ＧＰａ以下等の、約３５０ＧＰａ以下であり得る。
【００５０】
別の実施形態において、研磨物品は、結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体を含み得る。結合研磨体は、少なくとも約１３ＧＰａの研磨粒子と結合材料との界面の硬度を含み得る。結合研磨体は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、金属を含むワークピースを研削するように構成され得る。他の例において、研磨粒子と結合材料との界面の硬度は、少なくとも約１４ＧＰａ、さらには少なくとも約１５ＧＰａであり得る。あるいは、研磨粒子と結合材料との界面の硬度は、約１８ＧＰａ以下、さらには約１６ＧＰａ以下等の、約２０ＧＰａ以下であり得る。
【００５１】
さらに別の例において、結合研磨体は、約１２５マイクロインチ（約３．１８ｍｍ）の表面仕上げを含み得る。
【００５２】
結合研磨体は、少なくとも約１．０インチ（約２５．４ｍｍ）／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で機能し得る。例えば、Ｚ’ｗは、約１．８インチ（約４５．７ｍｍ）／分以下、約２．０インチ（約５０．８ｍｍ）／分以下、さらには２．２インチ（５５．９ｍｍ）／分等の、約１．４インチ／分であり得る。
【００５３】
１つのバージョンにおいて、結合研磨体は、少なくとも約０．２３５ｉｎ３（約３．８５１ｃｍ３）／分の材料除去率を含み得る。
【００５４】
研磨物品の実施形態は、結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体を含み得る。結合研磨体は、送り込み速度の変化にわたるｘ軸半径の変化として定義される、研削ファクターを含み得る。研削ファクターは、約０．０４０以下であり得る。結合研磨体は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、金属を含むワークピースを研削するように構成され得る。研削ファクターは、約０．０３０以下の研削ファクター、さらには０．０２８以下の研削ファクター等の、約０．０３５以下であり得る。
【００５５】
特定の実施形態において、結合研磨体は、約０．０８０インチ（約２．０３２ｍｍ）以下の角部保持ファクターを含み得る。例えば、ｘ軸の角部保持ファクターは、約０．０６０インチ（約１．５２４ｍｍ）以下、約０．０５０（約１．２７０ｍｍ）以下、さらには０．０４２インチ（約１．０６７ｍｍ）以下等の、約０．０７０インチ（約１．７７８ｍｍ）であり得る。
【００５６】
角部保持ファクターは、砥石の半径のパーセント変化として表され得る。例えば、直径７インチ（約１７８ｍｍ）（すなわち、半径３．５インチ（約８８．９ｍｍ））を有する砥石について、０．０８０インチ（約２．０３２ｍｍ）のｘ軸角部保持ファクターは、１−（３．５−０．０８）／３．５＝２．３％の変化の、砥石のｘ軸半径の変化を表す。０．０７、０．０６、０．０５、および０．０４２のｘ軸の角部保持ファクターについて、砥石のｘ軸半径の変化は、それぞれ、２％、１．７％、１．４％、および１．２％である。故に、結合研磨体は、３％以下のｘ軸半径の変化を有し得る。例えば、結合研磨体は、約２％以下、約１．７％以下、約１．５％以下、さらには約１．３％以下等の、２．５％以下のｘ軸半径の変化を有し得る。
【００５７】
結合研磨体の他の実施形態は、送り込み速度の変化にわたるｙ軸半径の変化として定義される、研削ファクターを含み得る。研削ファクターは、約０．０１８以下であり得る。他の研削ファクターの例は、約０．０１４以下の研削ファクター、約０．０１２以下の研削ファクター、さらには約０．０１０以下の研削ファクター等の、約０．０１６以下であり得る。
【００５８】
特定の実施形態において、結合研磨体は、約０．０３０インチ（約０．７６２ｍｍ）以下、約０．０２５インチ（約０．６３５ｍｍ）以下、さらには約０．０２４インチ（約０．６１０ｍｍ）以下等の、約０．０３３インチ（約０．８３８ｍｍ）のｙ軸角部保持ファクターを含み得る。
【００５９】
角部保持ファクターは、砥石の半径のパーセント変化として表され得る。例えば、直径７インチ（約１７８ｍｍ）（すなわち、半径３．５インチ（約８８．９ｍｍ））を有する砥石について、０．０３３インチ（約０．８３８ｍｍ）のｙ軸角部保持ファクターは、１−（３．５−０．０３３）／３．５＝０．９４％の変化の、砥石のｙ軸半径の変化を表す。０．０３、０．０２５、０．０２４のｙ軸の角部保持ファクターについて、砥石のｘ軸半径の変化は、それぞれ、０．８６％、０．７１％、および０．６９％である。
【００６０】
故に、結合研磨体は、約１％以下のｙ軸半径の変化を有し得る。例えば、結合研磨体は、約０．８％以下、さらには約０．７％以下等の、約０．９％以下のｘ軸半径の変化を有し得る。
【００６１】
研磨物品の他のバージョンは、従来の外径研磨研削砥石よりも、少なくとも約４％、少なくとも約５％、さらには少なくとも約６％等の、従来の外径研磨研削砥石よりも、少なくとも約３％少ないドレッシングを必要とする本体を含み得る。
【００６２】
別の実施例において、本体は、従来の外径研磨研削砥石よりも、少なくとも約５％少ないサイクル時間を必要とし得る。例えば、本体は、従来の外径研磨研削砥石よりも、少なくとも約１５％、さらには少なくとも約１８％少ないサイクル時間等の、少なくとも約１０％少ないサイクル時間を必要とし得る。
【００６３】
研磨物品の実施形態は、約５５ｍ／ｓ未満の速度で、金属を含むワークピースを研削するように構成することができる、結合研磨体を有し得る。例えば、速度は、約４５ｍ／ｓ未満、さらには約４０ｍ／ｓ未満等の、約５０ｍ／ｓ未満であり得る。さらに他のバージョンにおいて、速度は、少なくとも約４０ｍ／ｓ、少なくとも約４５ｍ／ｓ、さらには少なくとも約５０ｍ／ｓ等の、少なくとも約３５ｍ／ｓであり得る。
【００６４】
研磨物品は、約１８インチ（約４５７．２ｍｍ）〜約３０インチ（約７６２．０ｍｍ）、約１０インチ（約２５４．０ｍｍ）〜約３６インチ（約９１４．４ｍｍ）、さらには約５インチ（約１２７．０ｍｍ）〜約５４インチ（約１３７１．６ｍｍ）等の、約２４インチ（約６０９．６ｍｍ）〜約３０インチ（約７６２．０ｍｍ）の範囲の外径を有する砥石を含む本体を有し得る。
【００６５】
研磨物品の他の実施形態は、単相ガラス質材料を含む結合材料を含み得る。結合研磨体のいくつかのバージョンは、約７０容積％以下の気孔率等の、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を含み得る。
【００６６】
結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約３５容積％の研磨粒子を含み得る。別の例において、結合研磨体は、結合研磨体の総容積の約１５容積％以下の結合材料を含み得る。
【００６７】
結合材料の例は、結合材料の総重量に対して約２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から形成され得る。別のバージョンにおいて、結合材料は、約３．２以下の、重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセント酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）との比率（ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３）を含み得る。結合材料は、約３．０重量％以下のリン酸化物（Ｐ２Ｏ５）から形成され得る。あるいは、結合材料は、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を本質的に含み得ない。
【００６８】
結合材料の他の実施形態は、アルカリ土類酸化物化合物（ＲＯ）から形成され得る。例えば、結合材料中に存在するアルカリ土類酸化物化合物（ＲＯ）の総量は、約３．０重量％以下であり得る。結合材料は、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の群から選択される約３つの異なるアルカリ土類酸化物化合物（ＲＯ）から形成され得る。結合材料はまた、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、および酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、ならびにそれらの組み合わせから成る化合物の群から選択されるアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）も含み得る。結合材料は、約２０重量％以下のアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）の総量から形成され得る。あるいは、結合材料は、約３つ以下のアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）を含み得る。別の例において、結合材料内に存在する任意のアルカリ酸化物化合物の含有量（重量％）は、アルカリ酸化物の総含有量（重量％）の半分以下であり得る。
【００６９】
さらに他の実施形態において、結合材料は、約５５重量％以下の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成される。結合材料は、少なくとも約１２重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から形成され得る。結合材料はまた、少なくとも１つのアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）および少なくとも１つのアルカリ土類酸化物化合物（ＲＯ）からも形成され得、アルカリ酸化物化合物およびアルカリ土類酸化物化合物の総含有量は、約２０重量％以下である。
【００７０】
結合剤のいくつかの例は、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）および酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成され得、酸化ホウ素および酸化ケイ素の総含有量は、約７０重量％以下であり得る。酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有量は、酸化ホウ素の含有量よりも多くなり得る。
【００７１】
特定のバージョンにおいて、結合剤は、ＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯから成る群から選択される、約１重量％以下の酸化物化合物を含む組成物から形成され得る。結合剤は、ＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯから成る群から選択される酸化物化合物を本質的に含まない組成物から形成され得る。加えて、結合研磨体は、約１０００℃以下の温度で焼結され得る。
【００７２】
結合材料の実施形態は、約２．４〜約３．５の、重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセント酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）との比率（ＳｉＯ２：Ａｌ２Ｏ３）を含み得る。結合材料は、微量（＜１％）のＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、およびＭｇのそれぞれ、ならびにそれらの組み合わせを含み得る。結合材料は、約３２〜約５２の重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセントＣａＯとの比率（ＳｉＯ２：ＣａＯ）を含み得る。結合材料はまた、約９．６〜約２６の重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセントＬｉ２Ｏとの比率（ＳｉＯ２：Ｌｉ２Ｏ）を含み得る。別の例において、結合材料は、約４．８〜約１０．４の重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセントＮａ２Ｏとの比率（ＳｉＯ２：Ｎａ２Ｏ）を含み得る。結合材料は、約９．６〜約２６の重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と、重量パーセントＫ２Ｏとの比率（ＳｉＯ２：Ｋ２Ｏ）を含み得る。結合材料はまた、約２．８〜約５．２の重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と重量パーセントＢ２Ｏ３との比率（ＳｉＯ２：Ｂ２Ｏ３）も含み得る。
【００７３】
結合材料の実施形態は、約１０〜約２０の重量パーセント酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と重量パーセントＣａＯとの比率（Ａｌ２Ｏ３：ＣａＯ）を含み得る。結合材料は、約３〜約１０の重量パーセント酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と重量パーセントＬｉ２Ｏとの比率（Ａｌ２Ｏ３：Ｌｉ２Ｏ）を含み得る。結合材料はまた、約１．５〜約４の重量パーセント酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と重量パーセントＮａ２Ｏとの比率（Ａｌ２Ｏ３：Ｎａ２Ｏ）も含み得る。結合材料の例は、約３〜約１０の重量パーセント酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と重量パーセントＫ２Ｏとの比率（Ａｌ２Ｏ３：Ｋ２Ｏ）を含み得る。結合材料はまた、約０．９〜約２の重量パーセント酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と重量パーセントＢ２Ｏ３との比率（Ａｌ２Ｏ３：Ｂ２Ｏ３）も含み得る。
【００７４】
別の例において、結合材料は、約０．２〜約０．７５の重量パーセントＣａＯと重量パーセントＬｉ２Ｏとの比率（ＣａＯ：Ｌｉ２Ｏ）を含み得る。結合材料は、約０．１〜約０．３の重量パーセントＣａＯと重量パーセントＮａ２Ｏとの比率（ＣａＯ：Ｎａ２Ｏを含み得る。結合材料はまた、約０．２〜約０．７５の重量パーセントＣａＯと重量パーセントＫ２Ｏとの比率（ＣａＯ：Ｋ２Ｏ）を含み得る。加えて、結合材料は、約０．１６〜約０．１５の重量パーセントＣａＯと重量パーセントＢ２Ｏ３との比率（ＣａＯ：Ｂ２Ｏ３）を含み得る。
【００７５】
結合材料の他の実施形態は、約０．２〜約１の重量パーセントＬｉ２Ｏと重量パーセントＮａ２Ｏとの比率（Ｌｉ２Ｏ：Ｎａ２Ｏ）を含むことができる。結合材料は、約０．４〜約２．５の重量パーセントＬｉ２Ｏと重量パーセントＫ２Ｏとの比率（Ｌｉ２Ｏ：Ｋ２Ｏ）を含むことができる。結合材料はまた、約０．１２〜約０．５の重量パーセントＬｉ２Ｏと重量パーセントＢ２Ｏ３との比率（Ｌｉ２Ｏ：Ｂ２Ｏ３）も含むことができる。
【００７６】
結合材料の特定の実施形態は、約１〜約５の重量パーセントＮａ２Ｏと重量パーセントＫ２Ｏとの比率（Ｎａ２Ｏ：Ｋ２Ｏ）を含み得る。結合材料はまた、約０．３〜約１の重量パーセントＮａ２Ｏと重量パーセントＢ２Ｏ３との比率（Ｎａ２Ｏ：Ｂ２Ｏ３）も含み得る。加えて、結合材料は、約０．１２〜約０．５の重量パーセントＫ２Ｏと重量パーセントＢ２Ｏ３との比率（Ｋ２Ｏ：Ｂ２Ｏ３）を含むことができる。
【００７７】
研磨物品の他の例は、約２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）および約３．０重量％以下のリン酸化物（Ｐ２Ｏ５）から形成され、約３．２（重量パーセント）以下の重量パーセントシリカ（ＳｉＯ２）と重量パーセントアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との比率を有する、結合研磨体を含み得、結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有する。結合研磨体は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、金属を含むワークピースを研削することができ得る。
【００７８】
研磨物品を研削する方法の実施形態は、結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体を形成することを含み、よって、結合研磨体は、少なくとも約２２５ＧＰａの研磨粒子と結合材料との界面の弾性係数（ＭＯＥ）を含む。本方法は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、結合研磨体によって、金属を含むワークピースを研削することを含み得る。
【００７９】
研磨物品を研削する方法の別の実施形態は、結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体を形成することを含み得、よって、結合研磨体は、少なくとも約１３ＧＰａの研磨粒子と結合材料との界面の硬度を含む。本方法は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、結合研磨体によって、金属を含むワークピースを研削することを含み得る。
【００８０】
研磨物品を研削する方法のさらに別の実施形態は、結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体を形成することを含み、よって、結合研磨体は、送り込み速度の変化にわたるｘ軸半径の変化として定義される、研削ファクターを含み、研削ファクターは、少なくとも約１．０インチ（約２５．４ｍｍ）／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）に対して約０．０４０以下である。本方法は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、結合研磨体によって、金属を含むワークピースを研削することを含み得る。
【００８１】
研磨物品を研削する方法はまた、結合材料内に含有される研磨粒子を有する結合研磨体を形成することを含み、よって、結合研磨体は、送り込み速度の変化にわたるｙ軸半径の変化として定義される、研削ファクターを含み、研削ファクターは、少なくとも約１．０インチ（約２５．４ｍｍ）／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）に対して約０．０１８以下である。本方法は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、結合研磨体によって、金属を含むワークピースを研削することを含み得る。
【００８２】
研磨物品を研削するさらに別の方法は、約２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）および約３．０重量％以下のリン酸化物（Ｐ２Ｏ５）から形成され、約３．２（重量パーセント）以下の重量パーセントシリカ（ＳｉＯ２）と重量パーセントアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との比率を有する、結合研磨体を形成することを含むことができ、結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有する。本方法は、約６０ｍ／ｓ未満の速度で、結合研磨体によって、金属を含むワークピースを研削することを含み得る。
【００８３】
実施例
実施例１
外径研削用途における砥石の寿命または性能は、持続できる研削回数、またはその形状もしくは角部保持能力を失うまでに研削することができる部品数に依存し得、また、部品の品質にも影響を与えることになる。砥石の寿命はまた、以降の研削作業のための新しい表面を生成するために必要とされるドレッシング頻度にも関連し得る。砥石の形状保持能力または角部保持能力はまた、結合剤が砥粒を保持し、有効な研削作業に対するその良好さを維持する能力にも関連し得る。本実施例では、異なる結合剤を伴う３８Ａ溶融アルミナ研磨粒子を有する研磨剤砥石を試験した。試験装置は、Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ型圧子先端を使用した、ＭＴＳ  Ｎａｎｏｉｎｄｅｎｔｅｒ  ＸＰであった。各試料について、圧子押し込みは、研磨粒子から粒子の境界を横断して結合剤領域まで延在し、次いで次の研磨粒子の中へ延在する二重線（図２を参照されたい）に沿って、２０か所で行った。列の中の圧子押し込み間の間隔は、１０ミクロンであり、列自体は、１０ミクロンの距離で分離した。圧子押し込みは、１ミクロンの深さまで進めた。
【００８４】
図３および図４は、それぞれ、３つの異なる結合剤に関する弾性係数（ＭＯＥ）および硬度を示す。線図１３０１、１３０２、および１３０３は、それぞれ、本明細書の実施形態に従って形成された結合研磨物品の試料の、研磨剤、結合剤、および研磨剤−結合剤界面のＭＯＥを表す。この試料は、結合研磨体の総容積のほぼ７容積％〜ほぼ１２容積％の結合剤含有量の範囲を有した。加えて、この試料は、結合研磨体の総容積のほぼ４６容積％〜ほぼ５０容積％の気孔率の範囲を有した。
【００８５】
図３において、第１の従来の試料ＣＳ１は、その研磨剤、結合剤、および研磨剤−結合剤界面について、それぞれ、ＭＯＥ値１３０５、１３０６、および１３０７を生じた。試料ＣＳ１は、Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＶＳ製品として市販されている結合研磨物品である。第２の従来の試料ＣＳ２は、Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＶＨ製品として市販されている結合研磨物品である。試料ＣＳ２は、その研磨剤、結合、および研磨剤−結合剤界面について、それぞれ、ＭＯＥ値１３１０、１３１１、および１３１２を生じた。
【００８６】
図３で示されるように、実施形態の界面ＭＯＥ１３０３は、従来の試料ＣＳ１およびＣＳ２の界面ＭＯＥ１３０７および１３１２よりもそれぞれかなり優れていた。そのような結果は、最新技術の従来の結合研磨物品を超える、本明細書の実施形態に従って形成された結合研磨物品の研磨剤−結合剤界面のＭＯＥの顕著な向上を示す。
【００８７】
図４において、線図１４０１、１４０２、および１４０３は、それぞれ、図３の実施形態に従って形成された結合研磨物品の試料の研磨剤、結合剤、および研磨剤−結合剤界面の硬度を表す。第１の従来の試料ＣＳ１は、その研磨剤、結合剤、および研磨剤−結合剤界面について、それぞれ、硬度値１４０５、１４０６、および１４０７を生じた。試料ＣＳ１は、図３について上で開示されたものと同じである。同様に、第２の従来の試料ＣＳ２は、その研磨剤、結合剤、および研磨剤−結合剤界面について、それぞれ、硬度値１４１０、１４１１、および１４１２を生じた。試料ＣＳ２は、図３について上で開示されたものと同じである。
【００８８】
図４で示されるように、実施形態の界面硬度１４０３は、従来の試料ＣＳ１およびＣＳ２の界面硬度１４０７および１４１２よりもそれぞれかなり優れていた。そのような結果は、最新技術の従来の結合研磨物品を超える、本明細書の実施形態に従って形成された結合研磨物品の研磨剤−結合剤界面の硬度の顕著な向上を示す。
【００８９】
したがって、新しい結合剤は、より高い弾性係数および硬度を有する。これは、研磨砥石におけるより弱い部分（結合剤および界面）について特に顕著である。弾性係数および界面の硬度の向上は、界面の強化を補助することができ、また、界面が研磨剤とのより良好な接続性を有することを示す。これらの設計は、厳しい研削条件の下で研磨砥石の寿命を向上させるのに有用である。
【００９０】
実施例２
この角部保持の用途および試験のために、７インチ（約１７７．８ｍｍ）の砥石の４つの試料を準備した。４つの試料は、３つの異なる従来の結合剤および本明細書の一実施形態に従う１つの結合剤を含んだ。４つの試料は全て、３８Ａ溶融アランダム砥粒を含み、またそれぞれ、結合研磨体の総容積に対して、約７容積％〜約１２容積％の結合剤含有量、ならびに約４６％〜約５０％の気孔率を含んだ。従来の試料は、実施例１で使用したものと同じＶＳおよびＶＨ結合剤を使用した。表１は、実施例２で使用される試験条件に関するさらなる詳細を含む。
【表１】
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【００９１】
４つの試料は、角部保持構成においてＢｒｙａｎｔ研削盤上で試験した。砥石速度は、５０．３６ｍ／秒であった。試験材料は、外径３．７４５インチ（約９５．１２３ｍｍ）の４３３０Ｖ鋼（Ｒｃ＝２８〜３２）であった。試験材料の速度は、１．１５ｍ／秒であった。研削モードは、０．１００インチ（約２．５４ｍｍ）の研削幅での外部プランジであった。各砥石は、反転めっきしたダイヤモンドロールの補助を用いてドレッシングした。送り込み速度は、１．０、１．４、および１．８インチ３（約２９．５ｃｍ３）／分／インチの目標材料除去速度（Ｚ’ｗ）を得るように調整した。各試験砥石に対して、目標送り込み速度で、ドレッシングを行わずに５回連続した半径方向の研削を行った。最後の研削の後に、ワーク材料から表面仕上げおよびうねりを取得した。角部半径および半径方向の摩耗測定のために、各研削の後に、試験砥石を使用して、砥石輪郭を記録するＦｏｒｍｉｃａ製ブランクを研削した。そのブランクから測定値を取得した。
【００９２】
図６は、３つの従来の結合研磨物品１６００、１６０１、および１６０２、ならびに結合研磨物品の実施形態１６０５の表面仕上げＲａ対送り込み速度（Ｚ’ｗ）の線図を含む。結合研磨体の実施形態１６０５は、１．４インチ（約３５．６ｍｍ）／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で、約８５マイクロインチ（約２．１６μｍ）以下の表面仕上げを含む。対照的に、物品１６００、１６０１、および１６０２は全て、１．４インチ／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で、少なくとも約１２５マイクロインチ（約３．１８μｍ）の表面仕上げを呈した。
【００９３】
図７は、同じ３つの従来の結合研磨物品１７００、１７０１、および１７０２、ならびに結合研磨物品の実施形態１７０５の、５回研削における材料除去対送り込み速度（Ｚ’ｗ）の線図を含む。結合研磨体１７０５は、１．８インチ（約４５．７ｍｍ）／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で、少なくとも約０．２４１ｉｎ３（約３．９４９ｃｍ３）／分の材料除去率を含んだ。対照的に、従来の物品１７００、１７０１、および１７０２は全て、１．８インチ／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で、約０．２３５ｉｎ３（約３．８５１ｃｍ３）／分以下の材料除去速度を呈した。
【００９４】
角部摩耗または半径測定値の変化の概略図を図５に示す。寸法１５００は、ｘ軸に沿った試料の元々の寸法（すなわち、０．８７５インチ（約２２．２２５ｍｍ）の軸方向の幅）を表し、一方で、寸法１５０１は、ｘ軸に沿った試料の研削後の寸法を表す。同様に、寸法１５０２は、ｙ軸に沿った試料の元々の寸法（すなわち、７インチ（約１７７．８ｍｍ）の直径）を表し、一方で、寸法１５０３は、ｙ軸に沿った試料の研削後の寸法を表す。
【００９５】
図８は、同じ３つの従来の結合研磨物品１８００、１８０１、および１８０２、ならびに結合研磨物品の実施形態１８０５の角部保持ファクターを示す、ｘ軸半径の変化対送り込み速度（Ｚ’ｗ）の線図を含む。結合研磨物品の実施形態１８０５は、１．８インチ（約４５．７ｍｍ）／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で、約０．０４２インチ（約１．０６７ｍｍ）のｘ軸角部保持ファクターを含んだ。対照的に、従来の物品１８００、１８０１、および１８０２は全て、１．８インチ／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で、少なくとも約０．０８０インチ（約２．０３２ｍｍ）のｘ軸角部保持ファクターを呈した。
【００９６】
加えて、結合研磨体１８０５は、送り込み速度の変化にわたるｘ軸半径の変化として定義される、研削ファクターを含んだ。研削ファクターは、本質的に図８における線の平均勾配である。例えば、本体１８０５の場合、研削ファクターは、０．０４２−０．０１９＝０．０２３の分子を有する。分母は、１．８０−１．００＝０．８０である。研削ファクターは、０．０２３／０．８０＝約０．０２９である。対照的に、物品１８００、１８０１、および１８０２は、少なくとも約０．０５０の研削ファクターを有した。
【００９７】
同様に、図９は、同じ３つの従来の結合研磨物品１９００、１９０１、および１９０２、ならびに結合研磨物品の実施形態１９０５の角部保持ファクターを示す、ｙ軸半径の変化対送り込み速度（Ｚ’ｗ）の線図を含む。本体１９０５は、１．８インチ（約４５．７ｍｍ）／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で、約０．０４２インチ（約１．０６７ｍｍ）のｙ軸角部保持ファクターを呈した。物品１９００、１９０１、および１９０２は、１．８インチ／分の送り込み速度（Ｚ’ｗ）で、少なくとも約０．０３３インチ（約０．８３８ｍｍ）のｙ軸角部保持ファクターを有した。
【００９８】
図９に基づいて、研削ファクターも計算した。例えば、本体１９０５の場合、研削ファクターは、０．０２４−０．０１６＝０．００８の分子を有する。分母は、１．８０−１．００＝０．８０である。研削ファクターは、０．００８／０．８０＝約０．０１である。対照的に、物品１９００、１９０１、および１９０２は、少なくとも約０．０１８８の研削ファクターを有した。
【００９９】
したがって、ｘ軸およびｙ軸に沿った角部半径の変化は、本明細書の実施形態による結合剤を有する製品が、従来の結合システムを有する製品と比較して、全ての除去速度において最も少ない角部摩耗の量を示すことを示している。
【０１００】
実施例３
本実施例、ならびにゾルゲルおよび溶融アルミナ研磨剤の組み合わせを含む実施形態は、先の実施例について上で説明される結合剤によって形成した。この試料は、他の実施例について上で使用した従来の結合剤ＶＨを伴うゾルゲルおよび溶融アルミナ研磨剤を有する従来の製品に対する仕上げ形状のために、センタレスプランジを適用して試験した。研削砥石は、１６インチ（約４０６．４ｍｍ）の直径を有し、研削した材料は、軟鋼（１０１４）であった。目的は、ドレスあたりの部品数を増加させることによって生産性を向上させることとした。砥石速度は、５７．４５ｍ／秒であり、部品速度は、１．１５ｍ／秒であった。
【０１０１】
表２は、実施例３で使用される試験条件に関するさらなる詳細を含む。
【表２】
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【０１０２】
図１０は、従来の結合研磨物品２０００および結合研磨物品の実施形態２００５のドレスあたりの部品数のグラフを含む。物品２００５は、物品２０００と比較して、良好な表層仕上げまたは形状を伴って、ドレスあたりの部品数の大幅な向上（約７％の向上）を示した。
【０１０３】
観察された別の利点は、新しい砥石に対する送り込み速度を大幅に増加させることができ、サイクル時間の短縮を補助することである。より短いサイクル時間は、研削作業のより良好な効率を有する。図１０に関して説明される同じ試料を、サイクル時間について試験し、結果を、図１１に示す。図１１は、従来の結合研磨物品２１００および結合研磨物品の実施形態２１０５のサイクル時間のグラフである。物品２１０５は、物品２１００を超える大幅な向上（ほぼ１８％）を示した。
【０１０４】
前述の実施形態は、研磨製品を対象とし、特に、最新技術からの飛躍を示す結合研磨製品を対象とする。本明細書の実施形態の結合研磨製品は、研削性能の向上を助長する特徴の組み合わせを利用する。本明細書で説明されるように、本明細書の実施形態の結合研磨体は、特定の量およびタイプの結合材料、特定の量およびタイプの結合材料、ならびに特定の量の気孔率を利用する。そのような製品を効率的に形成することができるという発見に加えて、それらのグレードおよび構造に関して従来の研磨製品の既知の分野以外であるにもかかわらず、そのような製品が研削性能の向上を示したことも発見した。特に、本実施形態の結合研磨材は、従来の研削砥石よりもはるかに高い気孔率を有するにもかかわらず、研削作業中により低い速度で動作させることができることを発見した。実際に、非常に驚くべきことに、本明細書の実施形態の結合研磨体は、約６０ｍ／ｓ未満の砥石速度で動作する能力を示す一方で、最新技術の研削砥石と比較して、材料除去速度の向上、角部保持能力の向上、および好適な表面仕上げも示した。
【０１０５】
前述において、具体的な実施形態およびある構成要素に対する参照は、例示的なものである。連結または接続されているものとしての構成要素に対する参照は、本明細書で論じられる方法を実行するために認識されるように、該構成要素間の直接的な接続、または１つ以上の介在する構成要素を通した間接的な接続のいずれかを開示することが意図されることが認識されるであろう。このように、上で開示される主題は、実例となるものであり、制限的なものではないとみなすべきであり、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に含まれる、全ての当該の修正、改良、および他の実施形態を包含することが意図される。したがって、本発明の範囲は、法律によって許容される最大の範囲まで、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物の最も広義の許容される解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限または限定されないものとする。
【０１０６】
本開示の要約は、特許法を遵守するために提供され、それが特許請求の範囲の範囲または意味を解釈するために使用されることも、限定するために使用されることもないであろうという理解の下で提出される。加えて、前述の発明を実施するための形態において、種々の特徴は、本開示を合理化するという目的で単一の実施形態にグループ化され得るか、または単一の実施形態で説明され得る。本開示は、特許請求される実施形態が各請求項で明確に列挙されるものよりも多い特徴を必要とする意図を反映するものとして解釈されるべきでない。むしろ、下記の特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、開示される実施形態のいずれかの全ての特徴よりも少ないものを対象とし得る。したがって、以下の特許請求の範囲は、発明を実施するための形態に組み込まれ、各請求項は、特許請求される主題を個別に定義するものとしてそれ自体が自立している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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