(57)【要約】  砥粒塊が、ほぼ連続的で且つ無孔性の無機結合剤によって三次元構造で互いに結合された複数の砥粒を含み、砥粒が、約０．５ミクロン〜約１５００ミクロンの平均サイズを有し、無機結合剤が、砥粒塊の約７５重量パーセント未満をなし、砥粒塊の嵩密度が、砥粒の嵩密度の約９０パーセント未満である。
2009511289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ連続的で且つ無孔性の無機結合剤によって三次元構造で互いに結合された複数の砥粒を含む砥粒塊であって、前記砥粒が、約０．５ミクロン〜約１５００ミクロンの平均サイズを有し、前記無機結合剤が、前記砥粒塊の約７５重量パーセント未満をなし、前記砥粒塊の嵩密度が、前記砥粒の嵩密度の約９０パーセント未満である砥粒塊。
【請求項２】
前記砥粒の少なくとも一部分が、前記無機結合剤によって実質的に包み込まれていない、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項３】
前記砥粒が、不連続なコーティングを前記無機結合剤の上に形成し、前記無機結合剤の中心から半径方向外向きに延びる直線が、前記砥粒の３個以下を通過する、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項４】
前記直線が、前記砥粒の２個以下を通過する、請求項３に記載の砥粒塊。
【請求項５】
前記砥粒が、不連続な単層を前記無機結合剤の上に形成する、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項６】
前記砥粒塊が、１：１を超える縦横比を有する、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項７】
前記砥粒塊が、約１：１〜約２０：１の縦横比を有する、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項８】
前記砥粒が、溶融酸化アルミニウム、セラミックアルミニウムオキサイド、熱処理した酸化アルミニウム、白色溶融酸化アルミニウム、褐色溶融酸化アルミニウム、単結晶溶融酸化アルミニウム、シリカ、炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、アルミナジルコニア、溶融アルミナジルコニア、ダイヤモンド、セリア、立方晶窒化ホウ素、Ｂ６Ｏ及びＢ１０Ｏの形の酸化ホウ素、ガーネット、トリポリ、炭窒化ホウ素、焼結アルファアルミナベースの研磨粒子、ベーマイト系焼結アルミナ、並びにそれらの組合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項９】
前記無機結合剤が、ガラス結合剤である、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項１０】
前記ガラス結合剤が、部分的に又は完全に結晶化している、請求項９に記載の砥粒塊。
【請求項１１】
前記無機結合剤が、ケイ酸塩、ケイ酸ソーダ石灰、ケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸カルシウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ホウケイ酸塩、リン酸塩、ホウ素ガラス、アルミン酸塩、ガラスセラミックス、チタン酸塩含有ガラス、希土類酸化物ガラス、ジルコニア系ガラス、カレット及び粉砕した消費者使用後のリサイクルガラス、並びにそれらの組合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項１２】
前記砥粒塊が、約５ミクロン〜約１０，０００ミクロンのサイズを有する、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項１３】
砥粒塊１個当たり約３個〜約３００個の砥粒を含む、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項１４】
前記砥粒１グラム当たり約０．０５グラム〜約０．５グラムのガラス結合剤を含む、請求項１に記載の砥粒塊。
【請求項１５】
複数のガラス体を提供するステップであって、各ガラス体がある規定された形状を有し、前記ガラス体がある軟化温度を有するステップと、
複数の砥粒を提供するステップと、
前記複数のガラス体と前記複数の砥粒を混合して混合物を形成するステップと、
前記ガラス体が、前記規定された形状をほぼ維持しながらも軟化するように、前記混合物を前記軟化温度に加熱するステップと、
砥粒を前記軟化したガラス体に付着させて複数の砥粒塊を形成するステップと、
前記ガラス体が硬化するように、前記砥粒塊を冷却するステップと、を含むプロセスによって製造される複数の砥粒塊。
【請求項１６】
前記複数のガラス体が、複数のガラス繊維を含む、請求項１５に記載の複数の砥粒塊。
【請求項１７】
前記ガラス体が、前記冷却するステップの後、ほぼ連続的で且つ無孔性となる、請求項１５に記載の複数の砥粒塊。
【請求項１８】
表面を有する裏材と、
前記表面に結合組織によって固定された複数の砥粒塊であって、そのそれぞれがほぼ連続的で且つ無孔性の無機結合剤によって三次元構造で互いに結合された複数の砥粒を含む前記複数の砥粒塊と、を含む被覆された研磨剤であって、前記砥粒が、約０．５ミクロン〜約１５００ミクロンの平均サイズを有し、前記無機結合剤が、前記砥粒塊の約７５重量パーセント未満をなし、かつ前記砥粒塊の嵩密度が、前記砥粒の嵩密度の約９０パーセント未満である、研磨剤。
【請求項１９】
複数のガラス体を提供するステップであって、各ガラス体がある規定された形状を有し、前記ガラス体がある軟化温度を有するステップと、
複数の砥粒を提供するステップと、
前記複数のガラス体と前記複数の砥粒を混合して混合物を形成するステップと、
前記ガラス体が前記規定された形状をほぼ維持しながらも軟化するように、前記混合物を前記軟化温度まで加熱するステップと、
砥粒を前記軟化したガラス体に付着させて複数の砥粒塊を形成するステップと、
前記ガラス体が硬化するように、前記砥粒塊を冷却するステップと、を含む複数の砥粒塊を製造する方法。
【請求項２０】
前記ガラス体が、前記砥粒よりも少なくとも約２倍大きい、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の砥粒を提供するステップが、過剰な砥粒を提供するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の砥粒を提供するステップが、１容量部のガラス体当たり少なくとも約２容量部の砥粒を提供するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の砥粒を提供するステップが、１容量部のガラス体当たり少なくとも約４容量部の砥粒を提供するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記加熱するステップが、前記混合物を約３００℃〜約１５００℃の温度まで加熱するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記加熱するステップが、前記混合物を約１時間〜約３時間前記軟化温度まで加熱するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記砥粒塊を過剰な砥粒から分離するステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記分離するステップが、前記砥粒塊よりも小さく且つ前記砥粒よりも大きい開口部を有するメッシュスクリーンを選択して前記砥粒塊を前記過剰な砥粒からふるい分けするステップを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記砥粒塊をより小さなサイズに分割するステップを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定砥粒、研磨布紙、不織布研磨材、及び研磨ブラシを含めた様々な研磨物品において使用しうる砥粒塊に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨グリット又は砥粒が、研磨布紙、固定砥粒、及び不織布研磨材を含めた研磨物品において使用されて久しい。研磨グリットは従来より、アルミナ、アルミナジルコニア、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、及びゾルゲル法による研磨粒子など、硬い物質の微粒子から成るものであった。特定の研磨用途に使用される特定の研磨粒子の効果を評価する上で用いられる基準としては、典型的には、研磨寿命、切削速度、基材表面仕上げ、研削効率、及び製品コストが挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのような従来のグリットは、短期間にわたって加工物から材料を除去する上では効果的であるが、多くのグリットは、時間と共に平滑化したりすり減ったりして、更なる材料がほとんど除去されなくなる。相当な数の研磨グリットが平滑化されると、研磨物品は通常、加工物を研磨する効果が低下する。更に、研磨グリットが時間と共にますます平滑化するにつれて、研磨物品の切削速度は調和しないものとなることがある。
【０００４】
時間と共に調和しなくなる切削速度に対処するために、砥粒塊が開発されてきた。砥粒塊は、有機結合剤又は無機結合剤で結び付けられた複数の研磨グリットを有している。結合剤は通常、研磨グリッドよりも脆く、従って、研磨グリッドが平滑化するか又はすり減る前に、結合剤が破壊して、消耗した研磨グリッドを解放し、新たな研磨グリッドをが加工物に露出させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、本開示は、ほぼ連続的で且つ無孔性の無機結合剤によって三次元構造で互いに結合された複数の砥粒を含む砥粒塊であって、その砥粒がは、約０．５ミクロン〜約１５００ミクロンの平均サイズを有し、無機結合剤が、砥粒塊の約７５重量パーセント未満をなし、砥粒塊の嵩密度が、砥粒の嵩密度の約９０パーセント未満である砥粒塊を提供する。
【０００６】
別の態様において、本開示は、表面を有する裏材と、その表面に結合組織によって固定された複数の砥粒塊であって、そのそれぞれがほぼ連続的で且つ無孔性の無機結合剤によって三次元構造で互いに結合された複数の砥粒を含む複数の砥粒塊と、を含む被覆された研磨剤であって、その砥粒が、約０．５ミクロン〜約１５００ミクロンの平均サイズを有し、その無機結合剤が、砥粒塊の約７５重量パーセント未満をなし、かつ砥粒塊の嵩密度が、砥粒の嵩密度の約９０パーセント未満である、研磨剤を提供する。
【０００７】
別の態様において、本開示は、複数のガラス体を提供するステップであって、各ガラス体がある規定された形状を有し、ガラス体がある軟化温度を有するステップと、複数の砥粒を提供するステップと、複数のガラス体を複数の砥粒と混合して混合物を形成するステップと、ガラス体がその規定された形状をほぼ維持しながらも軟化するように、混合物を軟化温度まで加熱するステップと、砥粒をその軟化したガラス体に付着させて複数の砥粒塊を形成するステップと、ガラス体が硬化するように、砥粒塊を冷却するステップと、を含む複数の砥粒塊を製造する方法を提供する。
【０００８】
本開示の砥粒塊は、一般に廉価で製造され、典型的には研削寿命の改善をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、本開示による砥粒塊が、ほぼ連続的で且つ無孔性の無機結合剤１４によって三次元構造で互いに結合された複数の砥粒を含み、砥粒が、約０．５ミクロン〜約１５００ミクロンの平均サイズを有し、無機結合剤１４が、砥粒塊の約７５重量パーセント未満であり、砥粒塊の嵩密度が、砥粒の嵩密度の約９０パーセント未満である。ここで、「嵩密度」とは、ある嵩量の粒子、即ち、粒子がゆるく集結しているときの、砥粒又は砥粒塊の体積を指す。
【００１０】
いくつかの実施形態において、無機結合剤は、チョップトガラス繊維ストランド、ガラス繊維断熱材、消費者使用後のリサイクルガラス、又はガラスフリット寸法粒子から製造されたガラス体などの廉価な原材料から形成されたガラス結合剤である。以下で説明するように、本発明の方法は、砥粒塊を形成するための結合剤として機能する廉価な原材料を使用して、廉価な砥粒塊の砥粒を製造することを可能にする。
【００１１】
ほぼ連続的で且つ無孔性であるとは、即ち、ガラス結合剤が単一の無孔性ガラス体であることを意味する。砥粒塊の三次元構造において、ガラス結合剤は、その三次元構造全体にわたって実質的に連続的である。ガラス結合剤は一般に、間隙又は気孔を形成することなく砥粒を湿潤させる。いくつかの実施形態において、ガラス結合剤は、単一の無孔性ガラス体から形成されている。いくつかの実施形態において、砥粒塊は、ガラス結合剤を形成するために使用するガラス体と同じ外形を有している。
【００１２】
いくつかの実施形態において、砥粒塊は、約５ミクロン〜約１０，０００ミクロンのサイズを有している。いくつかの実施形態において、砥粒塊は、約１０ミクロン〜約１００ミクロンのサイズを有している。更なる実施形態において、砥粒塊は約１５ミクロンのサイズを有している。砥粒塊の「サイズ」とは、砥粒塊の最も小さい線寸法を意味する。例えば、図１に示す砥粒塊のサイズは、寸法Ｗである。別の実施形態において、砥粒塊は１：１を超える縦横比を有している。いくつかの実施形態において、砥粒塊は、約１：１〜約２０：１の縦横比を有している。更なる実施形態において、砥粒塊は約２：１〜約５：１の縦横比を有している。「縦横比」とは、砥粒塊の最も長い寸法と最も幅の狭い寸法との比を意味する。例えば、図１において、砥粒塊の最も長い寸法は長さＬであり、最も短い寸法は幅Ｗであり、従って、図１における砥粒塊の縦横比はＬ：Ｗ（図１では約３：１として示す）である。
【００１３】
各砥粒塊毎に、砥粒塊から製造された研磨物品が、効率的な研削に必要となる以上の砥粒を有することなく、許容可能な切削寿命を有するように、十分な数の砥粒が存在するべきである。いくつかの実施形態において、１個の砥粒塊当たり約３個〜約３００個の砥粒が存在する。いくつかの実施形態において、１個の砥粒塊当たり約３個〜約２０個の砥粒が存在する。更なる実施形態において、１個の砥粒塊当たり約３個〜約１５個の砥粒が存在する。いくつかの実施形態において、１グラムの砥粒当たり約０．０５グラム〜約０．５グラムのガラス結合剤が存在する。いくつかの実施形態において、１グラムの砥粒当たり約０．１グラム〜約０．４５グラムの間のガラス結合剤が存在する。更なる実施形態において、砥粒塊中の１グラムの砥粒当たり約０．１５グラム〜約０．２５グラムのガラス結合剤が存在する。
【００１４】
本開示の砥粒塊は、従来の砥粒ではなく砥粒塊を用いる研磨物品の研削寿命を相当に向上させることを示してきた。例えば、比較例Ｂ（従来の砥粒）と実施例１５（本発明の砥粒塊）の研削ディスク間の比較を参照されたい。本発明の砥粒塊を用いて製造された研削ディスクは、１０１８鋼製の加工物から８分間に合計で２８９グラムを研削することができたのに対して、従来の研削ディスクは、同じ時間に合計で約２６０グラムを研削できるに過ぎなかった。又、別の比較試験において、従来の研削ディスクは約１１分間にわたって研削できるに過ぎなかったのに対して、砥粒塊を用いて製造された研削ディスクは、１５分後も依然として効果的に研削していた（図８参照）。
【００１５】
いくつかの実施形態において、砥粒は、無機結合剤によって実質的に包み込まれていない。この状況において、「実質的に包み込まれていない」という語句は、砥粒の表面の一部分がガラス結合剤と接触していないことを意味する。いくつかの実施形態において、各砥粒の大多数は露出しており、従って、ガラス結合剤内に包み込まれていない。別の実施形態において、砥粒は、ガラス結合剤の上に不連続なコーティングを形成しており、ここで、、ガラス結合剤の中心から半径方向外向きに延びる、図１に示す直線１６のような直線は、３個以下の砥粒を通過する。いくつかの実施形態において、砥粒は、ガラス結合剤の上に不連続なコーティングを形成しており、ここで、ガラス結合剤の中心から半径方向外向きに延びる、図１に示す直線のような直線は、２個以下の砥粒を通過する。いくつかの実施形態において、砥粒は、ガラス結合剤の上に不連続な単層を形成しており、その結果、粒塊の中心から半径方向外向きに延びる線は、１個以下の砥粒を通過する。砥粒は不連続なコーティングを形成するため、図１に示す線１６ｂのような、粒塊の中心から外向きに延びる線が、どの砥粒も通らずに延びることもある。
【００１６】
本開示の砥粒塊において有用な砥粒は、研磨物品によってもたらされるべき所望の切削速度及び表面仕上げを達成するように選択される。砥粒は典型的には、約０．５マイクロメートル〜約１５００マイクロメートルに及ぶ粒径を有している。いくつかの実施形態において、砥粒の粒径は、約１マイクロメートル〜約１３００マイクロメートルにあり、ここで砥粒の「径」は、個々の粒状の砥粒の最も短い寸法を指す。
【００１７】
本開示の研磨材粒塊に使用するのに好適な砥粒の例としては、溶融酸化アルミニウム、セラミックアルミニウムオキサイド（ceramic aluminum oxide)、熱処理した酸化アルミニウム、白色溶融酸化アルミニウム、褐色溶融酸化アルミニウム、単結晶溶融酸化アルミニウム、シリカ、炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、アルミナジルコニア、溶融アルミナジルコニア、ダイヤモンド、セリア、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、Ｂ６Ｏ及びＢ１０Ｏの形の酸化ホウ素、ガーネット、トリポリ、炭窒化ホウ素、焼結アルファアルミナベースの研磨粒子、ベーマイト系焼結アルミナ、並びにそれらの組合わせから製造された粒子が挙げられる。一実施形態において、砥粒は、スリーエムカンパニー社（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul））によって商標表記「キュービトロン（CUBITRON）」として販売されている粒体である。
【００１８】
いくつかの実施形態において、砥粒は、少なくとも約３５ＧＰａの硬さを有する「超砥粒」材料であるか、又はその超砥粒材料を相当に含んでいる。いくつかの実施形態において、砥粒は、ダイヤモンド、ＣＢＮ、又はそれらの組合わせのような、少なくとも約４０ＧＰａの硬さを有する「超砥粒」材料であるか、又はその超砥粒材料を相当に含んでいる。この状況において、「超砥粒材料を相当に備える」とは、砥粒の少なくとも３０パーセントが超砥粒である実施形態を表すために用いている。いくつかの実施形態において、砥粒の少なくとも５０パーセントが超砥粒である。更なる実施形態において、砥粒の少なくとも７５パーセントが超砥粒である。
【００１９】
一実施形態において、ガラス結合剤は、砥粒を互いに結び付けて砥粒塊を形成する、ほぼ連続的で且つ無孔性のガラス質物質である。ガラス結合剤は、砥粒塊を使用して加工物を研磨している間に砥粒を定位置に保持するに十分な強度を持つべきであるが、砥粒が過度に研がれ又は鈍くなり加工物を効果的に切削しなくなると砕けてしまうほど十分に脆いものであるべきである。ガラス結合剤は典型的には、砥粒塊の約７５重量パーセント未満である。いくつかの実施形態において、ガラス結合剤は、砥粒塊の約６０重量パーセント未満である。更なる実施形態において、ガラス結合剤は、砥粒塊の５０重量パーセント未満である。「ガラス結合剤」という用語の使用は、ガラス結合剤を厳密にガラス質の非結晶化物質のみに限定することを意図したものではない。むしろ、ガラス結合剤は、完成した砥粒塊において、部分的に又は完全に結晶化した材料であってもよい。一実施形態において、ガラス結合剤は、最初はガラスであるが、砥粒塊を作る加熱プロセス及び冷却プロセスの間に部分的に又は完全に結晶化されるガラス体である。
【００２０】
ガラス結合剤に使用しうる材料の例としては、ケイ酸塩、ケイ酸ソーダ石灰、ケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸カルシウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ホウケイ酸塩、リン酸塩、ホウ素ガラス、アルミン酸塩、ガラスセラミックス、チタン酸塩含有ガラス、希土類酸化物ガラス、ジルコニア系ガラス、カレット及び粉砕した消費者使用後のリサイクルガラス、又はそれらの組合わせが挙げられる。ガラス結合剤は、砥粒塊において部分的に又は完全に結晶化されていてよい。
【００２１】
いくつかの実施形態において、ガラス結合剤は、砥粒塊を形成する上で使用するための廉価な原材料として得ることができるガラス体から形成されている。ガラス体原材料の例には、オーウェンスコーニング社（Owens Corning）（オハイオ州トレド（Toledo））から若しくはサンゴバンヴェトロテックスアメリカ社（Saint-Gobain Vetrotex America, Inc.）（ペンシルバニア州バリーフォージュ（Valley Forge））から入手可能なチョップトガラス繊維ストランド、ジョンズマンビル社（Johns Manville Corporation）（コロラド州デンバー（Denver））から入手可能なガラス繊維断熱バット、アメリカンスペシャルティガラス社（American Specialty Glass Inc.）（ユタ州ノースソルトレークシティ（North Salt Lake City））から入手可能なリサイクルガラス微粉、又は、フェロ社（Ferro Corporation）（オハイオ州クリーブランド（Cleveland））から入手可能なガラスフリット片が挙げられる。一実施形態において、ガラス体は、砥粒と混合する前に互いに束ねることができるガラス繊維である。いくつかの実施形態において、ガラス体は、砥粒よりも少なくとも約２倍大きい。いくつかの実施形態において、ガラス体は、砥粒よりも少なくとも約３倍大きい。更なる実施形態において、ガラス体は、砥粒よりも少なくとも約５倍大きい。この状況において、「大きい」という用語は、ガラス体の最長寸法、即ち図１における長さＬが、砥粒の粒径よりも大きいことを意味する。
【００２２】
複数の砥粒塊を製造する方法は、ガラス結合剤から製造された複数のガラス体を提供するステップであって、各ガラス体がある規定された形状を有し、ガラス体がある軟化温度を有するステップと、複数の砥粒を提供するステップと、その複数のガラス体とその複数の砥粒を互いに混合して混合物を形成するためにステップと、ガラス体が、その規定された形状をほぼ維持しながらも軟化するように、混合物をガラス体の軟化温度に加熱するステップと、砥粒をその軟化したガラス体に付着させて複数の砥粒塊を形成するステップと、ガラス体のガラス結合剤が硬化するように、砥粒塊を冷却するステップと、を含んでいる。
【００２３】
いくつかの実施形態において、ガラス体は、チョップトガラス繊維ストランド、複数のガラス繊維、又は消費者使用後のリサイクルガラスの粒子などの廉価な前駆体として提供される。そのようなガラス体は、砥粒塊の形成に寄与する初期形状を有している。いくつかの実施形態において、ガラス体は、約０．７９ｍｍ（１／３２インチ）〜約９．５ｍｍ（３／８インチ）の長さを有する、オーウェンスコーニング社（Owens Corning）によって販売されているガラス繊維ストランドなどの長く薄いチョップトガラス繊維ストランドである。いくつかの実施形態において、ガラス体は、約１．５９ｍｍ（１／１６インチ）の長さを有している。いくつかの実施形態において、ガラス体の幅は、約０．４ｍｍ（１／６４インチ）〜約１．５９ｍｍ（１／１６インチ）の範囲である。いくつかの実施形態において、ガラス体の幅は約０．７９ｍｍ（１／３２インチ）である。他の実施形態において、ガラス体は、約０．１９８ｍｍ（１／１２８インチ）〜約１．５９ｍｍ（１／１６インチ）のサイズを有する、消費者使用後のリサイクルガラスの微粉である。いくつかの実施形態において、リサイクルガラスの微粉は、約０．４ｍｍ（１／６４インチ）〜約０．７９ｍｍ（１／３２インチ）の範囲とすることができる。更なる実施形態において、約０．４ｍｍ（１／６４インチ）のサイズを有するリサイクルガラスの微粉を使用することができる。
【００２４】
ガラス体を選択した後、ガラス体は複数の砥粒と混合される。いくつかの実施形態において、過剰な砥粒が、混合するステップの間、ガラス体と混合される。「過剰」とは、砥粒塊の形成に必要となるよりも多くの砥粒がガラス体と混合されることを意味する。一実施形態において、混合するステップは、１容量部のガラス体に対して少なくとも約２容量部の砥粒という過剰な砥粒を提供することを含む。更なる実施形態において、混合するステップは、１容量部のガラス体に対して少なくとも約３容量部の砥粒という過剰な砥粒を提供することを含む。更なる別の実施形態において、混合するステップは、１容量部のガラス体に対して少なくとも約４容量部の砥粒という過剰な砥粒を提供するステップを含む。別の方法において、１容量部のガラス体に対して約２容量部〜約２００容量部の範囲の砥粒が提供される。更なる実施形態において、１容量部のガラス体に対して約１０容量部と約１００容量部の砥粒が、１容量部のガラス体ごとに提供される。更なる実施形態において、１容量部のガラス体に対して約１０容量部と約２５容量部の砥粒が、１容量部のガラス体ごとに提供される。ガラス体と砥粒の混合物は、ガラス体が砥粒内にほぼ均一に分布するまで、互いに、即ち、市販の混合機などの通常の混合手段を使用して混合される。
【００２５】
いくつかの実施形態において、混合するステップは、砥粒とガラス体が均一に混合された状態を維持するように、水又は他のある一時的な液体結合剤と、ガラス体及び砥粒とを混合することを含む。いくつかの実施形態において、１００グラムの砥粒に対して約１グラム〜約５グラムの範囲で添加される。いくつかの実施形態において、１００グラムの砥粒に対して約２グラム〜約４グラムの範囲で添加される。更なる実施形態において、１００グラムの砥粒に対して約３グラムの水が添加された。
【００２６】
混合された後、混合物は、ガラス体のガラス結合剤の軟化温度に加熱される。混合物は、炉及び窯を含めた多数の加熱装置のうちのいずれを使用して加熱してもよい。好ましい方法において、混合物は、回転窯又は立窯に絶えず送られる一方、形成された砥粒塊は窯から除去される。
【００２７】
混合物は、ガラス体が軟化して砥粒がガラス体に付着するように、少なくともガラス結合剤の軟化温度に加熱される。「軟化温度」とは、ガラス結合剤の粘度が十分に低くなって、ガラス結合剤が十分に変形可能となり、その結果、砥粒をガラス結合剤に埋め込むことができるようになる温度を意味する。ガラス体は、初期の原材料の状態と比較すると、幾分かの歪み、溶融又は流動を粒塊化の後に示すことがあるが、各ガラス体の形状は、そのバルク形状をほぼ維持し、又、おおよそ元のままでありながら砥粒塊の骨格を形成する。
【００２８】
特定のガラス結合剤の軟化温度は、そのガラス結合剤の組成に依存する。例えば、サンゴバン社（St. Gobain）（ペンシルバニア州バリーフォージュ（Valley Forge））から入手可能なチョップトガラス繊維ストランドは、５２パーセント〜６２パーセントのシリカ（ＳｉＯ２）、１６パーセント〜３０パーセントの土類酸化物（即ちＣａＯ又はＭｇＯ）、０パーセント〜１０パーセントのＢ２Ｏ３、１１パーセント〜１６パーセントのＡｌ２Ｏ３、並びに少量（即ち３パーセント以下）のアルカリ酸化物（即ちＮａ２Ｏ又はＫ２Ｏ）、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、組成を有する「Ｅ  Ｇｌａｓｓ」からできており、Ｆ２は約１０００℃の軟化温度を有しており、一方で、消費者使用後のリサイクルガラスは、異なる組成を有し、より低い約８００℃の軟化温度を有している。特定のガラス結合剤の軟化温度は、当業者であれば手探り法によって容易に求めることができるが、その手探り法において、ガラス体と砥粒の混合物を経験的温度に加熱し、結果として生じた砥粒塊を分析して、ガラス結合剤が流れて砥粒を適切に湿潤させ、従って砥粒が十分にガラス体に結合されるように、ガラス結合剤が十分に軟化しているかどうかを判断する。一方法において、軟化温度は、ガラス体が十分柔軟となり、その結果、砥粒の少なくとも約５パーセントが、砥粒の大部分に対してガラス結合剤に埋め込まれる温度であると決められる。いくつかの実施形態において、軟化温度は、ガラス体が十分柔軟となり、その結果、砥粒の少なくとも約１０パーセントが、砥粒の大部分に対してガラス結合剤に埋め込まれる温度であると決められる。更なる実施形態において、軟化温度は、ガラス体が十分柔軟となり、その結果、砥粒の少なくとも約２０パーセントが、砥粒の大部分に対してガラス結合剤に埋め込まれる温度であると決められる。一方法において、混合物は、約３００℃〜約１５００℃の温度に加熱される。いくつかの実施形態において、混合物は、約４００℃〜約１１００℃の温度に加熱される。更なる実施形態において、混合物は、約６００℃〜約１０００℃の温度に加熱される。
【００２９】
又、加熱するステップは、ガラス結合剤がわずかに流れ、砥粒の表面を湿潤させるように、ガラス体と砥粒の混合物をガラス結合剤の軟化温度よりも高く加熱することを含んでもよい。いくつかの実施形態において、混合物は、ガラス結合剤の軟化温度よりも約１℃〜約２００℃だけ高く加熱される。いくつかの実施形態において、混合物は、ガラス結合剤の軟化温度よりも約５℃〜約５０℃だけ高く加熱される。更なる実施形態において、混合物は、ガラス結合剤の軟化温度よりも約１０℃高く加熱される。混合物は、ある温度に加熱されるが、その温度は、砥粒の融解温度を十分に下回るものであり、従って、砥粒はその大きさ及び形状を保持し、又、砥粒は融解したり互いに付着したりしない。
【００３０】
ガラス体及び砥粒は、規定された所望数の砥粒が各ガラス体に結合されるようにするのに十分な期間にわたって加熱される。混合物が加熱される時間量は、長すぎてはならないが、それは、この時間量が長すぎると、砥粒塊の形成に必要となるよりも多くのエネルギーが要求されるからである。いくつかの実施形態において、ガラス体及び砥粒は、約１／２時間〜約４時間加熱される。いくつかの実施形態において、ガラス体及び砥粒は、約１時間〜約３時間加熱される。更なる実施形態において、ガラス体及び砥粒は、約２時間加熱される。しかしながら、ガラス体と砥粒の混合物が加熱される時間量は、その混合物を加熱する温度とガラス結合剤の組成に依存する。以下で説明するように回転窯を使用して混合物が加熱される場合、その窯は、回転窯の加熱部分内における残留時間で、混合物の所望の加熱時間が得られるように設計される。回転窯においては、加熱時間は又、ずっと短いものであってもよい。いくつかの実施形態において、回転窯内における加熱時間は、１時間未満である。いくつかの実施形態において、回転窯内における加熱時間は、約５分〜約１５分である。
【００３１】
いくつかの実施形態において、回転窯は、ガラス結合剤と砥粒の混合物を加熱するために使用される。一実施形態において、回転窯は、長い金属製の円筒形チューブと、そのチューブ及びそのチューブの内容物を加熱するための発熱体とを備えている。回転窯チューブは、例えば、約１２．７ｃｍ（５インチ）の外径と、約１１．４３ｃｍ（４  １／２インチ）の内径と、約１２１．９ｃｍ（４８インチ）の加熱長さとを有するインコネルチューブとすることができる。回転窯は、炭化ケイ素の抵抗発熱体で加熱される２領域式の窯であってもよい。いくつかの実施形態において、回転窯は、水平からわずかに角度をなしており、その結果、砥粒、ガラス体から製造されたガラス結合剤、及び形成された砥粒塊は、操作中に回転窯から流れ落ちる。一実施形態において、回転窯のチューブは、約２度〜約３０度だけ水平から角度をなしている。いくつかの実施形態において、回転窯のチューブは、約５度〜約２０度だけ水平から角度をなしている。回転窯は、加熱中、構成成分を窯内で混合された状態に保つ。一方法において、回転窯は、１分間当たり約１回転〜約１０回転の範囲で回転される。いくつかの実施形態において、回転窯は、１分間当たり約２回転〜約８回転の範囲で回転される。回転窯は又、材料が回転窯の内壁に堆積するのを防止するために一定間隔でチューブを叩く重りを備えていてもよい。回転窯は又、同じ目的で、回転窯の内部にスクレーパブレードを備えていてもよい。
【００３２】
ガラス結合剤が十分に軟化した後、砥粒がガラス体に付着して、加熱した砥粒塊を形成する。ガラス体に結合された砥粒は、いくつかの実施形態においては、図１に示すように各砥粒１２のかなりの部分が露出するように、ガラス結合剤に部分的に埋め込まれている。
【００３３】
加熱し砥粒をガラス結合剤に付着させた後、砥粒塊は冷却され、その結果、ガラス結合剤は硬化し、砥粒は所定の位置に保たれて砥粒塊を形成する。砥粒塊は、ガラス結合剤が固体状態又はほぼ固体状態へと硬化し、砥粒が砥粒塊から剥離するのを抑制するのに十分低い温度に冷却される。ガラス体が冷却され硬化した後、砥粒は、ガラス体の外面に結合される。一実施形態において、砥粒塊は、約２０℃〜約１００℃に冷却される。いくつかの実施形態において、砥粒塊は、約２５℃〜約７５℃に冷却される。更なる実施形態において、砥粒塊は、「室温」、即ち約２５℃に冷却される。冷却は、形成された砥粒塊の前駆体を炉又は窯から取り出し「空冷」することによって達成してもよく、又、砥粒塊の前駆体は、回転窯の一部分を冷却する水冷装置を用いるなど、能動的な冷却によって冷却してもよい。冷却するステップの後、ガラス体は、いくつかの実施形態において、ほぼ連続的で且つ無孔性となる。
【００３４】
別の実施形態において、ガラス結合剤の全て又は一部を結晶化させるために砥粒塊を熱処理するステップを含めてもよい。熱処理するステップは、砥粒塊が完全に冷却される前に用いられても、砥粒塊が完全に冷却された後に用いられてもよい。
【００３５】
上述のように、いくつかの実施形態において、砥粒塊を作るために使用されるガラス体は過剰な砥粒と混合され、その結果、各ガラス体は砥粒で十分に覆われる。従って、一方法において、砥粒塊を過剰な砥粒から分離するステップが含まれる。分離するステップは、砥粒塊よりも小さく且つ砥粒よりも大きい開口部を有するメッシュスクリーンを選択し、そのメッシュスクリーンを使用して砥粒塊を過剰な砥粒からふるい分けするステップを含む。砥粒塊は様々なサイズで形成しうるため、いくつかの実施形態において、一連のメッシュスクリーンが用いられ、各スクリーンは、依然として過剰な砥粒をふるい分けする一方で、まず大きな砥粒塊を、次いでより小さな砥粒塊を捕えるように、順により小さくなっている。
【００３６】
砥粒塊は、特定の研磨物品における利用に望ましい粒径を有してもよい。しかしながら、いくつかの方法において、ガラス体のいくつかは、所望の粒塊のサイズよりも大きくてもよく、又、２つ以上のガラス体が、加熱するステップの間に互いに固着することがあり、その結果、砥粒塊の一部は、所望よりも大きくなることがある。従って、一方法において、形成された砥粒塊をより小さなサイズに分解するステップが含まれる。分解するステップは、ローラー又は他のある分解手段の下で砥粒塊を粉砕し、引き続き、スクリーンを使用して砥粒塊をふるい分けして、所望のサイズの砥粒塊を取り出し、その結果、依然として大きすぎる砥粒塊を再び分解できるようにするステップを含んでもよい。一実施形態において、最終的な砥粒塊は、約５ミクロン〜約１０，０００ミクロンのサイズを有している。
【００３７】
本発明の砥粒塊は、いくつかの種類の、図５に示す研磨布紙物品などの研磨物品、図６に示す砥石車５０などの固定砥粒研磨、図７に示すような不織布研磨物品６０、及び研磨ブラシの製造において使用してもよい。
【００３８】
図５を参照すると、主要面３４を有する裏材３２と、主要面３４に結合組織３６によって固定された複数の砥粒塊１０と、を有し、ここで、各砥粒塊１０が、ほぼ連続的で且つ無孔性の無機結合剤によって三次元構造で互いに結合された複数の砥粒を含み、ここで、砥粒が、約０．５ミクロン〜約１５００ミクロンの平均サイズを有し、無機結合剤が、砥粒塊１０の約７５重量パーセント未満であり、砥粒塊１０の嵩密度が、砥粒の嵩密度の約９０パーセント未満である、研磨布紙物品３０が示されている。
【００３９】
結合組織３６は、砥粒塊１０を裏材３２の主要面３４に結び付けて研磨層３８を形成している。当該技術分野において一般に既知であるように、結合組織３６は、メイク層４０とサイズ層４２とを含んでもよく、メイク層４０は、主要面３４に付けられ、各砥粒塊１０の一部分がメイク層４０に埋め込まれる。サイズ層４２は、メイク層４０及び砥粒塊１０の上に付けられて、裏材３２への砥粒塊１０の付着を強化している。又、スーパーサイズ層（不図示）が使用されてもよい。
【００４０】
裏材は、研磨布紙の分野で既知である多数の種類の裏材のうちのいずれであってもよく、研磨層は、裏材の主要面上にコーティングされる。典型的な裏材材料の例としては、高分子フィルム、下塗りした高分子フィルム、生機織物、織物、繊維、紙、バルカナイズドファイバー、不織布、高分子／繊維複合材料、並びにそれらの処理ヴァージョン及び／又は組合わせが挙げられる。好ましい裏材は、その開示内容を参照によって本願に援用する米国特許第５，９７５，９９８号（クリスチャンソン（Christianson））に記載されている布裏材などの布から、又は、その開示内容を参照によって本願に援用する米国特許公報第２００５／００３２４６８号（ハント（Hunt）ら）に記載されている繊維裏材などの繊維裏材から作られる。
【００４１】
結合組織は、いくつかの実施形態においては、ある有機系の結合組織であり、その有機系の結合組織は、例えば、一方がメイク層で他方がサイズ層である少なくとも２つの付着層を備えていてもよい。典型的には、メイク層及びサイズ層は、有機系の結合剤前駆体、例えば樹脂から形成されている。メイク層を形成するために使用される前駆体は、サイズ層を形成するために使用される前駆体と同じであっても異なっていてもよい。熱又は紫外線エネルギー源など、適切な条件にさらされると、樹脂は重合して、架橋した熱硬化性重合体又は結合剤を形成する。結合組織を形成するために使用される典型的な樹脂の例としては、フェノール樹脂、ペンダントアルファ、ベータ不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン性不飽和樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、フッ素変性エポキシ樹脂、及びそれらの混合物が挙げられる。エポキシ樹脂及びフェノール樹脂が好ましい。市販されているフェノール樹脂の例としては、オキシデンタルケミカルズ社（Occidental Chemicals Corp.）から入手可能な商標名ＤＵＲＥＺ及びＶＡＣＲＵＭで知られる樹脂、モンサント社（Monsanto）から入手可能な商標名ＲＥＳＩＮＯＸで知られる樹脂、並びにアシュランドケミカル社（Ashland Chemical Co.）から入手可能な商標名ＡＲＯＦＥＮＥ及びＡＲＯＴＡＰで知られる樹脂が挙げられる。
【００４２】
アミノプラスト樹脂は典型的には、１個の分子又はオリゴマー当たり少なくとも１個のペンダントアルファ、ベータ不飽和カルボニル基を有している。有用なアミノプラスト樹脂としては、米国特許第４，９０３，４４０号（ラーソン（Larson）ら）及び第５，２３６，４７２号（カーク（Kirk）ら）に記載されるものが挙げられ、これらの特許は参照によって本願に援用される。
【００４３】
エポキシ樹脂は、オキシラン環を有しており、開環によって重合されている。好適なエポキシ樹脂には、低分子量のエポキシ樹脂及び高分子量のエポキシ樹脂が挙げられ、又、好適なエポキシ樹脂は、様々な主鎖及び置換基を有することができる。一般に、主鎖は、一般にエポキシ樹脂と関連付けられる任意の種類、例えばビスフェノールＡのものであってもよく、又、置換基は、オキシラン環と室温で反応する活性水素原子のない任意の基を含むことができる。好適な置換基の代表的な例としては、ハロゲン、エステル基、エーテル基、スルホン酸基、シロキサン基、ニトロ基及びリン酸基が挙げられる。
【００４４】
好ましいエポキシ樹脂の例としては、２，２−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）−フェニル］プロパン（ビスフェノールのジグリシジルエーテル）、並びに、商品表記「Ｅｐｏｎ  ８２８」、「Ｅｐｏｎ  ０４」、及び「Ｅｐｏｎ  ０１Ｆ」としてシェルケミカル社（Shell Chemical））から、又「ＤＥＲ−３３１」、「ＤＥＲ−３３２」及び「ＤＥＲ−３３４」としてダウケミカル社（Dow Chemical Co.）から市販されている材料が挙げられる。他の好適なエポキシ樹脂としては、フェノールホルムアルデヒドノボラックのグリシジルエーテル、例えばダウケミカル社（Dow Chemical Co.）から入手可能な「ＤＥＮ４３１」及び「ＤＥＮ４２８」が挙げられる。
【００４５】
エチレン性不飽和樹脂としては、炭素、水素、及び酸素、更に所望により窒素の原子、並びにハロゲン原子を含む低分子量及び高分子量の化合物が挙げられる。酸素原子若しくは窒素原子又はそれら双方は一般に、エーテル基、エステル基、ウレタン基、アミド基、及び尿素基に存在する。エチレン性不飽和化合物は、いくつかの実施形態において、約４，０００未満の分子量を有しており、又、いくつかの実施形態において、脂肪族モノヒドロキシ基又は脂肪族ポリヒドロキシ基を含有する化合物と、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、及びマレイン酸などの不飽和カルボン酸との反応から製造されたエステルである。
【００４６】
アクリル樹脂の代表的な例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレートスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトルエン、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、ペンタエリトリトールトリメソシエート（pentaerythritol trimethocyate）、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、及びペンタエリトリトールテトラメソシエート（pentaerythritol tetramethocylate）が挙げられる。
【００４７】
他のエチレン性不飽和樹脂としては、モノアリル、ポリアリル、及びポリメタリルエステル、並びに、フタル酸ジアリル、アジピン酸ジアリル、及びＮ，Ｎ−ジアリルアジポアミドなどのカルボン酸のアミドが挙げられる。他の好適な含窒素化合物としては、トリス（２−アクリロイル−オキシエチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリ（２−メタクリルオキシエチル）−ｓ−トリアジン、アクリルアミド、メチルアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、及びＮ−ビニルピペリドンが挙げられる。
【００４８】
アクリル化ウレタンは、ヒドロキシ末端ＮＣＯ延長ポリエステル又はポリエーテルのジアクリレートエステルである。市販されているアクレート化ウレタンの例には、モートンチオコールケミカル社（Morton Thiokol Chemical）から入手可能な「ＵＮＩＴＨＡＮＥ  ７８２」、並びに、ラドキュアスペシャルティーズ社（Radcure Specialties）から入手可能な「ＣＭＤ  ６６００」、「ＣＭＤ  ８４００」、及び「ＣＭＤ  ８８０５」が挙げられる。
【００４９】
アクリレート化エポキシは、ビスフェノールＡエポキシ樹脂のジアクリレートエステルなど、エポキシ樹脂のジアクリレートエステルである。市販されているアクレート化エポキシの例としては、ラドキュアスペシャルティーズ社（Radcure Specialties）から入手可能な「ＣＭＤ  ３５００」、「ＵＣＭＤ  ３６００」、及び「ＣＭＤ  ３７００」が挙げられる。
【００５０】
本発明の結合組織３６、例えばメイク層４０及び／又はサイズ層４２は、例えば、充填剤（研削助剤を含む）、繊維、静電気防止剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、顔料、染料、カップリング剤、可塑剤、及び懸濁剤など、所望による添加剤を更に含むことができる。これらの材料の量は、所望の特性をもたらすように選択することができる。
【００５１】
本発明に有用な充填剤の例としては、金属炭酸塩（炭酸カルシウム（例えば、白亜、方解石、泥灰岩、石灰華、大理石、及び石灰石）、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸マグネシウムなど）、シリカ（石英、ヒュームドシリカ、ガラスビーズ、ガラスバブル、及びガラス繊維など）、ケイ酸塩（タルク、粘土（例えばモンモリロナイト）長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウムなど）、金属硫酸塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウムなど）、セッコウ、バーミキュライト、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、金属酸化物（酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム（アルミナ）、及び二酸化チタンなど）、並びに金属亜硫酸塩（亜硫酸カルシウムなど）が挙げられる。充填剤は典型的には、約０．１マイクロメートル〜１００マイクロメートルに及ぶ平均粒子サイズを有している。いくつかの実施形態において、充填剤は、約１マイクロメートル〜５０マイクロメートルに及ぶ平均粒子サイズを有している。更なる実施形態において、充填剤は、約１マイクロメートル〜２５マイクロメートルに及ぶ平均粒子サイズを有している。
【００５２】
好適な研削助剤としては、添加すると研磨の化学的プロセス及び物理的プロセスに相当な効果をもたらし、結果として性能を改善する粒子状材料が挙げられる。具体的には、研削助剤は、１）砥粒と研磨されている加工物との間の摩擦を減少させ、２）砥粒が「キャップ形成」するのを防止し、即ち、金属粒子が砥粒の上部に溶着するのを防止し、３）砥粒と加工物との間の界面温度を低下させ、且つ／又は、４）研削抵抗を低下させることができる。一般に、研削助剤を添加すると、研磨布紙の耐用寿命が増加する。研削助剤は、多種多様な材料を包含しており、無機系であっても有機系であってもよい。
【００５３】
研削助剤の例としては、ワックス、有機ハロゲン化合物、ハロゲン塩及び金属並びにそれらの合金が挙げられる。有機ハロゲン化合物は典型的としては、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と、ポリ塩化ビニルとが挙げられる。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。他の研削助剤の例としては、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。例えばＷＯ９５／２４９９１（ガグリアルディ（Gagliardi）ら）に記載されているように、異なる研削助剤の組合わせを使用することができる。研削助剤の上記の例は、研削助剤を示す代表とすることを意図したものであり、全ての研削助剤を包含することを意図したものではない。
静電気防止剤の例としては、グラファイト、カーボンブラック、酸化バナジウム、湿潤剤などが挙げられる。これらの静電気防止剤が、米国特許第５，０６１，２９４号（ハーマー（Harmer）ら）、第５，１３７，５４２号（ブキャナン（Buchanan）ら）、及び第５，２０３，８８４号（ブキャナン（Buchanan）ら）において開示されており、これらの特許は参照によって本願に援用される。
【００５４】
メイク層とサイズ層とを備える結合組織は一般に、ヌープ硬度数（ＫＨＮ）が最低５０ＫＨＮ（Ｋｇｆ／ｍｍ２の単位で表現することもできる）、典型的には少なくとも６０ＫＨＮである。いくつかの実施形態において、メイク層とサイズ層とを備える結合組織は一般に、ヌープ硬度数（ＫＨＮ）が最低５０ＫＨＮ、典型的には少なくとも約７０ＫＨＮである。更なる実施形態において、メイク層とサイズ層とを備える結合組織は一般に、ヌープ硬度数（ＫＨＮ）が最低５０ＫＨＮ、典型的には少なくとも約８０ＫＨＮである。更なる実施形態において、メイク層とサイズ層とを備える結合組織は一般に、ＡＳＴＭ  Ｅ３８４−８９に従って測定して、ヌープ硬度数（ＫＨＮ）が最低５０ＫＨＮ、典型的には少なくとも約８０ＫＨＮであり、これは、研削抵抗に耐えうるようにするためであり砕解しうるようにするためではない。
【００５５】
一般に、結合組織がメイク層とサイズ層とを備える場合、メイク層とサイズ層の少なくとも一方は、結合剤前駆体、例えば熱硬化性樹脂の約５重量部〜９５重量部、いくつかの実施形態においては３０重量部〜ら７０重量部と、充填剤の約５重量部〜９５重量部、いくつかの実施形態においては３０重量部〜７０重量部とから構成することができる。結合組織が、研磨スラリーを備えている場合、その研磨スラリーの重量を基準として、結合剤前駆体の量は、５重量パーセント〜９５重量パーセントに及ぶことができ、又、充填剤の量は、５重量パーセント〜９５重量パーセントに及ぶことができる。
【００５６】
例えば、好ましいヌープ硬度数は、結合組織に対して、即ちいくつかの実施形態において、少なくとも７０ＫＨＮに及ぶ。更なる実施形態において、好ましいヌープ硬度数は、結合組織に対して、即ち、少なくとも８０ＫＨＮに及ぶ。更なる別の実施形態において、好ましいヌープ硬度数は、結合組織に対して、即ち、少なくとも９０ＫＨＮに及び、上述した充填剤粒子の存在によって達成することができる。充填剤粒子は、硬化した熱硬化性樹脂を硬化させ、結合組織、例えばメイク層とサイズ層を強化する。この充填剤粒子の量及びカップリング剤の存在は、結合組織のヌープ硬度の管理を支援するものである。
【００５７】
好ましいヌープ硬度範囲を達成するために、カップリング剤が、充填剤及び／又は研磨粒子の上に存在してもよい。カップリング剤は、結合組織と充填剤及び／又は研磨粒子との間を会合によって橋渡しするものである。好適なカップリング剤の例としては、オルガノシラン、ジルコアルミネート、及びチタネートが挙げられる。結合剤は通常、充填剤と砥粒塊の全重量を基準として、約０．１重量パーセント〜５重量パーセント、いくつかの実施形態においては０．５重量パーセント〜３．０重量パーセントに及ぶ量で存在する。
【００５８】
又、砥粒塊は、固定砥粒において使用されてもよい。固定砥粒物品は通常、結合剤によって互いに結び付けられた研磨粒子の造形塊（本開示を実施するにおいて、ガラス結合剤によって互いに結合された砥粒を備えて、砥粒塊を形成している）を含んでおり、その研磨粒子は、有機質であっても、金属質であっても、ビトリファイド質であってもよい。そのような造形塊は、例えば、図６に示す砥石車、又はカットオフホイールなどの車の形式とすることができる。砥石車の直径は、典型的には約１センチメートル〜１メートル超であり、カットオフホイールの直径は、約１センチメートル〜８０センチメートル超、より典型的には約３センチメートル〜約５０センチメートルである。カットオフホイールの厚さは、典型的には約０．５ミリメートル〜約５センチメートル、より典型的には約０．５ミリメートル〜約２センチメートルである。又、造形塊は、例えば、ホーニング砥石、セグメント、軸付砥石、ディスク（例えば両頭研削盤）又は他の通常の固定砥粒形状の形式とすることができる。固定砥粒物品は、典型的には、固定砥粒物品の全容量を基準として、約３容量パーセント〜５０容量パーセントの結合剤５２と、約３０容量パーセント〜９０容量パーセントの研磨材と、最大５０容量パーセントの添加剤（研削助剤を含む）と、最大７０容量パーセントの孔とを備えている。通常、砥石車は少なくとも１０パーセント以上の多孔度を有している。いくつかの研削操作に対しては、５０パーセントを超える非常に高度な多孔度が望ましい。固定砥粒の一例が、図６に示す砥石車５０である。砥石車５０は、結合剤５２によって車状に一体に成形された本発明の砥粒塊を含んでおり、この結合された車はハブ５４に装着されている。
【００５９】
固定砥粒物品を作るのに使用される好適な有機結合剤としては、熱硬化性有機ポリマーが挙げられる。好適な熱硬化性有機ポリマーの例には、フェノール樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ペンダントα，β−不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシ、及びそれらの組合わせが挙げられる。又、結合剤５２及び／又は研磨物品は、繊維、潤滑剤、湿潤剤、チキソトロピー性材料、界面活性剤、顔料、染料、静電気防止剤（例えば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイトなど）、カップリング剤（例えば、シラン、チタン酸塩、ジルコアルミネートなど）、可塑剤、懸濁剤などの添加剤を含んでいてもよい。これらの所望による添加剤の量は、所望の特性をもたらすように選択することができる。カップリング剤によって、研磨粒子及び／又は充填剤への付着性を改善することができる。結合剤の化学的性質によって、熱硬化、放射線硬化、又はそれらの組合わせが可能となることがある。結合剤の化学的性質についての更なる詳細は、米国特許第４，５８８，４１９号（コール（Caul）ら）、第４，７５１，１３８号（チュメイ（Tumey）ら）、及び第５，４３６，０６３号（フォレット（Follett）ら）に見出すことができ、これらの特許の開示内容は、参照によって本願に援用される。
【００６０】
ガラス質の固定砥粒についてより具体的に言えば、ガラス質結合剤５２は、非晶構造を呈し且つ通常は硬質なものであるが、当該技術分野において周知である。結合したビトリファイド研磨物品は、砥石車、ホーニング砥石、軸付砥石又は他の通常の固定砥粒形の形状をなしていてもよい。好ましいビトリファイド固定砥粒物品は、研削砥石である。
【００６１】
ガラス質結合剤５２を形成するために使用される金属酸化物の例としては、シリカ、ケイ酸塩、アルミナ、ソーダ、カルシア、カリウム（potassia）、チタニア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化リチウム、マグネシア、ボリア、ケイ酸アルミニウム、ホウケイ酸ガラス、ケイ酸リチウムアルミニウム、及びそれらの組合わせなどが挙げられる。通常、ガラス質結合剤５２は、１０パーセント〜１００パーセントのガラスフリットを含む組成物から形成されうるが、より典型的には、その組成物は、２０パーセント〜８０パーセントのガラスフリット又は３０パーセント〜７０パーセントのガラスフリットを含んでいる。ガラス質結合剤５２の残りの部分は、非フリット材料であってよい。或いは、ガラス質結合剤５２は、非フリット含有組成物から誘導されてもよい。ガラス質結合剤５２は、典型的には約７００℃〜約１５００℃の範囲内、通常は約８００℃〜約１３００℃の範囲内、ときには約９００℃〜約１２００℃の範囲内、又更には約９５０℃〜約１１００℃の範囲内のある温度で焼成（matured）される。結合剤が焼成（matured）される実際の温度は、例えば特定の結合剤の化学的性質に依存する。ガラス質結合剤５２は又、部分的に又は完全に結晶化するように熱処理されてもよい。
【００６２】
ガラス質結合剤は、シリカと、アルミナ（いくつかの実施形態においては、少なくとも１０重量パーセントのアルミナ）と、ボリア（いくつかの実施形態においては、少なくとも１０重量パーセントのボリア）とを含んでいてもよい。ほとんどの場合、ガラス質結合剤は、アルカリ金属酸化物（１つ又は複数）（例えばＮａ２ＯとＫ２Ｏ）（場合によっては、少なくとも１０重量パーセントのアルカリ金属酸化物（１つ又は複数））を更に含んでいる。
【００６３】
結合剤５２は又、典型的には粒子状物質の形式の充填剤又は研削助剤を含んでいてもよい。典型的には、粒子状物質は無機材料である。本発明に有用な充填剤の例としては、金属炭酸塩（炭酸カルシウム（例えば、白亜、方解石、泥灰岩、石灰華、大理石、及び石灰石）、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム）、シリカ（例えば、石英、ガラスビーズ、ガラスバブル及びガラス繊維）、ケイ酸塩（例えば、タルク、粘土（モンモリロナイト）長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム）、金属硫酸塩（例えば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウム）、セッコウ、バーミキュライト、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、金属酸化物（例えば、酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム（アルミナ）、及び二酸化チタン）、並びに金属亜硫酸塩（例えば、亜硫酸カルシウム）が挙げられる。また、イオウ又はワックス系の研削助剤は、孔が形成された後にその孔に充填することによって、砥石車に添加されてもよい。
【００６４】
一般に、研削助剤を添加すると、研磨物品の耐用寿命が増加する。研削助剤は、研磨の化学的プロセス及び物理的プロセスに相当な効果をもたらし、結果として性能を改善する材料である。理論に束縛されるものではないが、研削助剤（１つ又は複数）は、（ａ）研磨材と研磨されている加工物との間の摩擦を増加させ、（ｂ）研磨粒子が「キャップ形成」するのを防止する（即ち、金属粒子が研磨粒子の上部に溶着するのを防止する）か、若しくは少なくとも研磨粒子がキャップを形成する傾向を減じ、（ｃ）研磨粒子と加工物との間の界面温度を低下させ、又は（ｄ）研削抵抗を低下させると考えられている。
【００６５】
図７を参照すると、本開示の不織布研磨物品が、開放型の多孔質で嵩高いポリマーフィラメント構造を備えており、このポリマーフィラメント構造は、構造全体に分布し且つ有機結合剤６４でその構造に付着結合した砥粒塊を有している。フィラメントの例としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、及びポリアラミド繊維が挙げられる。図７に、典型的な不織布研磨物品６０の、約１００倍に拡大した概略図を示す。そのような不織布研磨物品は、繊維マット６２を基材として備えており、その繊維マット６２に、砥粒塊が結合剤６４によって付着されている。不織布研磨物品６０に使用される結合剤６４は、固定砥粒に関して上述した有機結合剤のうちのいずれかであってよい。
【００６６】
有用な研磨ブラシとしては、裏材と一体となった複数の剛毛を有するものが挙げられる（例えば、米国特許第５，４２７，５９５号（ピール（Pihl）ら）、第５，４４３，９０６号（ピール（Pihl）ら）、第５，６７９，０６７号（ジョンソン（Johnson）ら）、及び第５，９０３，９５１号（イオンタ（Ionta）ら）を参照されたい。これらの特許の開示内容は参照によって本願に援用される）。いくつかの実施形態において、そのようなブラシは、ポリマーと研磨粒子の混合物（本発明を実施するにおいて、本開示による砥粒塊の形式でガラス結合剤によって互いに塊状化された砥粒を含む）を射出成形することによって作られる。
【００６７】
研磨物品は、研磨布紙であるか、固定砥粒であるか、不織布研磨材であるか、又は研磨ブラシであるかに関わらず、本開示による砥粒塊を１００パーセントで含むか、又は、砥粒塊と他の研磨粒子（同様に塊状化されてもよい）及び／若しくは希釈粒子との配合物を含むことができる。しかしながら、研磨物品内の研磨粒子うち、少なくとも約２重量パーセント、いくつかの実施形態においては少なくとも約５重量パーセント、更なる実施形態においては約３０重量パーセント〜約１００重量パーセントは、砥粒塊である。場合によっては、砥粒塊は、他の研磨粒子及び／又は希釈粒子と、５重量パーセント対７５重量パーセント、約２５重量パーセント対７５重量パーセント、約４０重量パーセント対６０重量パーセント、又は約５０重量パーセント対５０重量（即ち、重量において等量で）の比で混合されてもよい。好適な研磨粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム（白色溶融アルミナ、熱処理した酸化アルミニウム及び褐色酸化アルミニウムを含む）、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナージルコニア、ゾルゲル法による研磨粒子などが挙げられるが、それらに限定されない。ゾルゲル法による研磨粒子は、種晶を添加されてもよく、又種晶を添加されなくてもよい。同様に、ゾルゲル法による研磨粒子は、不規則に形状をなしていてもよく、又、三角形又は棒形など、それらの研磨粒子に関連した形状を有していてもよい。ゾルゲル法の研磨粒子の例としては、上述したものが挙げられる。砥粒塊は、本質的に希釈粒子と同じサイズを有していてもよく、逆に、砥粒塊は、希釈粒子よりもサイズが大きくても小さくてもよい。
【００６８】
又、本発明による砥粒塊は、他の砥粒塊と組み合わされてもよい。他の砥粒塊の結合剤は、有機質及び／又は無機質であってよい。砥粒塊に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第４，３１１，４８９号（クレスナー（Kressner））、第４，６５２，２７５号（ブルーカー（Bloecher）ら）、第４，７９９，９３９（ブルーカー（Bloecher）ら）、第５，５４９，９６２号（ホームズ（Holmes）ら）、第５，９７５，９８８号（クリスチャンソン（Christianson））、第６，６２０，２１４号（マカードル（McArdle）ら）、第６，７９０，１２６号（ウッド（Wood）ら）、及び第６，８８１，４８３号（マカードル（McArdle）ら）に見出すことができ、これらの特許の開示内容は参照によって本願に援用される。
【００６９】
異なる種類の砥粒塊の配合物又は砥粒塊と他の研磨粒子との配合物が存在する場合、その配合物を形成する粒子／粒塊の種類は、同じサイズのものであってもよい。或いは、粒子／粒塊の種類は、異なる粒子サイズのものであってもよい。
【００７０】
好適な希釈粒子の例としては、大理石、セッコウ、フリント、シリカ、酸化鉄、ケイ酸アルミニウム、ガラス（ガラスバブル及びガラスビーズを含む）、アルミナバブル、アルミナビーズ、並びに希釈粒塊が挙げられる。
【００７１】
本開示の砥粒塊は、研磨物品に均一に分布していてもよく、又、研磨物品の選択した領域又は部分に集中していてもよい。例えば、研磨布紙には、研磨粒子／砥粒の２つの層が存在してもよく、第１の層は、本発明による砥粒塊以外の研磨粒子／砥粒を含み、第２の（最も外側の）層は、砥粒塊を含んでいる。同様に、固定砥粒には、砥石車の２つの異なる区間が存在してもよく、最も外側の区間は、本発明による砥粒塊を含む一方で、最も内側の区間は本発明による砥粒塊を含んでいなくてもよい。或いは、砥粒塊は、固定砥粒物品の全体を通じて均一に分布していてもよい。
【００７２】
研磨布紙物品に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第４，７３４，１０４号（ブロバーグ（Broberg））、第４，７３７，１６３号（ラーキー（Larkey））、第５，２０３，８８４号（ブキャナン（Buchanan）ら）、第５，１５２，９１７号（ピーパー（Pieper）ら）、第５，３７８，２５１号（カラー（Culler）ら）、第５，４１７，７２６号（スタウト（Stout）ら）、第５，４３６，０６３号（フォレット（Follett）ら）、第５，４９６，３８６号（ブロバーグ（Broberg）ら）、第５，６０９，７０６号（ベネディクト（Benedict）ら）、第５，５２０，７１１号（ヘルミン（Helmin））、第５，９５４，８４４号（ロー（Law）ら）、第５，９６１，６７４号（ガグリアルディ（Gagliardi）ら）、第５，９７５，９８８号（クリスティナソン（Christinason））、第６，６２０，２１４号（マカードル（McArdle）ら）、第６，７９０，１２６号（ウッド（Wood）ら）、及び第６，８８１，４８３号（マカードル（McArdle）ら）に見出すことができ、これらの特許の開示内容は参照によって本願に援用される。固定砥粒物品に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号（リュー（Rue））、第４，７４１，７４３号（ナラヤナン（Narayanan）ら）、第４，８００，６８５号（ヘインズ（Haynes）ら）、第４，８９８，５９７号（ヘイ（Hay）ら）、第４，９９７，４６１号（マーコフ・マスニー（Markhoff-Matheny）ら）、第５，０３８，４５３号（ナラヤナン（Narayanan）ら）、第５，１１０，３３２号（ナラヤナン（Narayanan）ら）、及び第５，８６３，３０８号（キー（Qi）ら）に見出すことができ、これらの特許の開示内容は参照によって本願に援用される。更に、固定砥粒に関する詳細は、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号（リュー（Rue））、第４，８９８，５９７号（ヘイ（Hay）ら）、第４，９９７，４６１号（マーコフ・マスニー（Markhoff-Matheny）ら）、第５，０９４，６７２号（ジャイルズ（Giles）ら）、第５，１１８，３２６号（シェルドン（Sheldon）ら）、第５，１３１，９２６号（ロストカー（Rostoker）ら）、第５，２０３，８８６号（シェルドン（Sheldon）ら）、第５，２８２，８７５号（ウッド（Wood）ら）、第５，７３８，６９６（ウー（Wu）ら）、及び第５，８６３，３０８号（キー（Qi）ら）に見出すことができ、これらの特許の開示内容は参照によって本願に援用される。不織布研磨物品に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第２，９５８，５９３号（フーバー（Hoover）ら）に見出すことができ、この特許の開示内容は参照によって本願に援用される。
【００７３】
本発明による好ましい砥粒塊で研磨するための方法は、スナッギング（即ち、高圧高研削量）から磨き仕上げ（例えば、研磨布紙ベルトを用いた医療用インプラントの磨き仕上げ）に及び、後者は通常、より微細なグレード（例えばＡＮＳＩ  ２２０以上のグレード）の砥粒でなされる。砥粒塊は又、ガラス質の砥石車を用いたカムシャフトの研削など、精密な研磨用途において使用されてもよい。特定の研磨用途に使用される砥粒塊及びそのような粒塊を含む砥粒のサイズは、当業者には明らかとなろう。
【００７４】
砥粒塊を用いた研磨は、乾式でなされても湿式でなされてもよい。湿式研磨の場合、液体は、完全に浸みわたるように希薄な霧の形態で供給され導入されてもよい。広く使用されている液体の例としては、水、水溶性油、有機潤滑剤、及び乳濁液が挙げられる。その液体は、研磨に伴う熱を減じるのに役立ち且つ／又は潤滑剤として機能することができる。その液体は、殺菌剤、消泡剤などの少量の添加剤を含有していてもよい。
【００７５】
砥粒塊は、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、硬化鋼、チタン、ニッケル合金、コバルト合金、ガラス、セラミックス、木材、木質系材料、塗料、塗面、有機塗布面などの加工物を研磨するのに使用されてもよい。研磨中に加えられる力は通常、約１キログラム〜約１００キログラムに及ぶ。
【００７６】
砥粒塊は又、固まっていない形式で、又は粒塊の砥粒が液体媒体（例えば水）中に分散しているスラリーとして使用されてもよい。
【００７７】
以下の実施例により、本発明の特定の実施形態が更に説明されよう。本発明は又、実施例において述べる実施形態の修正形態及び変更形態をも含むこと、並びに、説明のための実施例は、請求する本発明の範囲を限定するものではないことが、当業者には理解されよう。
【実施例】
【００７８】
実施例１
１／４インチの少量のＦｉｂｅｒｇｌａｓｓ  Ｃｈｏｐｐｅｄ  Ｓｔｒａｎｄ（フロリダ州ウエストパームビーチ（West Palm Beach）のＵＳコンポジッツ社（US Composites, Inc.））を、大過剰のグレード５０  ３５１  キュービトロン（ＣＵＢＩＴＲＯＮ）（ミネソタ州セントポール（St. Paul）のスリーエム社（3M））砥粒と磁製るつぼ中で混合した。るつぼをこの混合物と共にマッフル炉に置き、１１００℃に加熱し、１時間にわたって炉に入れた後、炉を消し冷却させた。内容物を１４メッシュのスクリーンに通すことにより、粒塊を過剰な研磨材グリットから回収した。約６ミリメートル長（１／４インチ）の棒形状の粒塊を回収した。粒子をＳＥＭ試験すると、ガラスは十分に流れ、グリットを湿潤させたことが示された。
【００７９】
実施例２
４容量部の３５１キュービトロン（CUBITRON）砥粒（ミネソタ州セントポール（St. Paul）のスリーエム社（3M））を、１容量部の１／４インチのガラス繊維チョップトストランド（フロリダ州ウエストパームビーチ（West Palm Beach）のＵＳコンポジッツ社（US Composites Inc.））と混合した。この混合物を４つの磁製るつぼ中に置いた。この混合物を収容したるつぼをマッフル炉に置き、１１００℃に加熱し、７５分間炉に入れた後、炉を消し冷却させた。るつぼの内容物を、１２、１４、及び１４メッシュのスクリーンを重ね合わせたたロータップスクリーナでふるい分けした。＋１２メッシュの材料を、大きな（約２ミリメートル〜３ミリメートル）のロールギャップを有する１０．２ｃｍ（４インチ）のロール粉砕機内でわずかに粉砕した。次いで、この粉砕した材料を、上記と同じ積み重ねたスクリーンでふるい分けした。全回収量は、＋１２メッシュが８４．８ｇ、−１２＋１４メッシュが１７０．１ｇ、−１４＋２０メッシュが２３６ｇ、−２０＋３０メッシュが７１．５ｇ、−３０メッシュが１１５０ｇであった。−２０＋３０メッシュ部分は、約３個〜８個の個々のグリットを含有する粒塊からなっていた。−３０メッシュは、主に個々のグリットであった。
【００８０】
実施例３〜２５
実施例３〜２５に対するガラス投入材料を、以下の表１で確認する。
2009511289.tif 000003
【００８１】
試験手順
スイングアーム試験
評価すべき研磨ディスクを、スリーエムカンパニー（3M Company）から部品番号０５１１４１４５１９２として市販されている２０．３センチメートルの円形受け板に取り付けた。次いで、その受け板を、ミネソタ州センタービル（Centerville）のリールマニュファクチャリング社（Reel Manufacturing）から商標表記「ＳＷＩＮＧ  ＡＲＭ  ＴＥＳＴＥＲ」として入手した試験装置に固定した。直径３０．５センチメートル、厚さ１．８９７ミリメートルの軟鋼のディスク状加工物を計量し、試験装置に金属製ファスナで固定した。各試験の間、鋼製の加工物を、研磨物品ディスクに３９．２ニュートンの力で当てた。研磨物品ディスクを３６６．５ラジアン／秒（毎分３５００回転（ｒｐｍ））で回転させ、加工物をディスクに対して７度の角度で８分間配置した一方で、加工物を０．２ラジアン／秒（２ｒｐｍ）で回転させた。除去された鋼の量（合計の切削量）及び各研磨ディスクの損失重量（即ちシェリング）を記録した。
【００８２】
スライド作用試験
このスライド作用試験は、研磨布紙ディスクの切削速度を測定することを目的としたものである。試験すべき研磨ディスクを使用して、縦１．２５センチメートル、横１８センチメートルの１０１８軟鋼の加工物の表面を研削した。使用した研削盤は、定荷重油圧式のディスク研削盤であった。加工物と研磨ディスクとの間の定荷重は、荷重バネによって与えられた。研削盤用の受けパッドは、アルミニウム製の受けパッドであり、約７度で傾斜して、縁部から中心に向かって３．５センチメートル延びるものであった。そのディスクをアルミニウム製のパッドに保持ナットによって固定し、５７６ラジアン／秒（５，５００ｒｐｍ）で駆動した。受けパッド及びディスクと加工物との間の荷重は、約６．８ｋｇであった。各ディスクを使用して、別個の加工物を６０秒の間隔にわたって研削した。初期の切削量は、研削の最初の６０秒以内に除去された金属の量であった。特に明記しない限り、合計の切削量は、試験中に除去された金属の総量であり、グラム単位での総切削量が示される。研削性能のデータは、特に明記しない限り、３枚のディスクの平均値に基づいたものである。
【００８３】
比較例Ａ及びＢ
比較例Ａ及びＢは、ミネソタ州セントポール（St. Paul）のスリーエムカンパニー（3M Company）から入手した「９８８ＣＲグレード５０の繊維ディスク、１７．８ｃｍ（７インチ）×２．２ｃｍ（７／８インチ）」であった。
【００８４】
実施例３〜８（ガラス繊維原料）
ガラス繊維を使用した粒塊の原料を以下のように準備した。１５００グラムのグレード５０のキュービトロン（CUBITRON）３２１（ミネソタ州セントポール（St. Paul）のスリーエム社（3M）から入手した）と６０グラムのチョップトガラス繊維を、平坦なビーターを低速で利用するホーバート社（Hobart）製フードミキサーを使用して、３分間にわたって互いに組み合わせ混合した。その混合物に十分な水を添加して、鉱物／ガラス繊維の混合物が、手のひらで絞ると一塊に集結するようにした。
【００８５】
結果として得られた混合物を２等分し、各半部を２１．６ｃｍ（８  １／２インチ）×１０．８ｃｍ（４  １／２インチ）のアルミナ製のさやに詰めた。２個のさやを互いに積み重ね、フィッシャーサイエンティフィック社（Fischer Scientific）の「Ｉｓｏ  Ｔｅｍｐ」プログラマブルマッフル炉に配置し、５℃／分の加熱速度で１０００℃に焼成した。試料が１０００℃に達すると、それらの試料を２時間にわたって均熱させた。２時間後、窯を停止し、試料を徐々に室温に冷却した。
【００８６】
焼成すると、アルミナ製のさやから取り出したガラス繊維と研磨材の粒塊化混合物は、鳥の巣に似ていた。各粒塊化混合物を、１０、１８、２０、２５、３０メッシュのスクリーンからなる、積み重ねた米国標準試験ふるい（USA Standard Testing Sieves）の最上部のスクリーンに置いた。又、＃１０のスクリーンには、多数の１．３ｃｍ（１／２インチ）のアルミナ製ミリングメディアシリンダを加え、そのシリンダによって、「鳥の巣」を個々の粒塊に分割するのを容易にした。スクリーンの積み重ねを、ふるい振盪機（オハイオ州メンター（Mentor）のＷ．Ｓタイラー社（W.S. Tyler）製の粒子分析、濾過及び工業用ふるい分け製品「Ｒｏ−Ｔａｐ  Ｍｏｄｅｌ  ＲＸ−２９」）に数分間にわたって置いた。次いで、個々のスクリーンの目を整えた。
【００８７】
−１８＋２０のスクリーンの目を通じた粒塊を、標準的な炭酸カルシウム充填メイク樹脂と氷晶石充填サイズ樹脂を使用して、繊維ディスク裏材に静電気的にコーティングした。ディスクの別の一組みを、−２０＋２５及び−２５＋３０のスクリーンの目の５０／５０  ｗ／ｗブレンドを使用して、同じ樹脂を使用して静電気的にコーティングした。
【００８８】
例としてのディスクを、スイングアーム試験を用いて試験した。その結果を表２に記す。
【００８９】
実施例９及び１０（ガラス繊維原料）
実施例９及び１０は、２２２キュービトロン（Cubitron）を３２１キュービトロン（Cubitron）に代えたことを除き、実施例３〜８と同様に調製した。
【００９０】
実施例１１〜１４（リサイクルガラス原料）
実施例１１〜１４は、リサイクルガラス原料を使用して調製した。１５００グラムのグレード５０のキュービトロン（Cubitron）３２１と５０グラムのリサイクルガラスを混合することによって、粒塊を調製した。平坦なビーターを低速で利用するホーバート社（Hobart）製のフードミキサーを使用して、２つの構成成分を３分間にわたって互いに混合した。その混合物に十分な水を添加して、鉱物／ガラス繊維の混合物が、手のひらで絞ると一塊に集結するようにした。
【００９１】
結果として得られた混合物を２等分し、各半部をアルミナ製のさやに詰めた。２個のさやを互いに積み重ね、プログラマブルなフィッシャーサイエンティフィック社（Fischer Scientific）のＢｏｘ窯に配置し、５℃／分の加熱速度で８００℃に熱した。試料が８００℃に達すると、それらの試料を２時間にわたって均熱させた。２時間後、窯を停止し、焼成した粒塊を徐々に室温に冷却した。
【００９２】
実施例を等級分けし、その後に、上述の実施例３〜８と同じ方式で繊維ディスクにコーティングした。
【００９３】
例としてのディスクを、スイングアーム試験を用いて試験した。その結果を表２に記す。
【００９４】
実施例１５〜２４（ガラスフリット原料）
１５００グラムのグレード５０のキュービトロン（Cubitron）３２１と５０グラムのガラスフリットを混合することによって、粒塊を調製した。平坦なビーターを低速で利用するホーバート社（Hobart）製のフードミキサーを使用して、２つの構成成分を３分間にわたって互いに混合した。その混合物に十分な水を添加して、鉱物／ガラス繊維の混合物が、手のひらで絞ると一塊に集結するようにした。
【００９５】
結果として得られた混合物を２等分し、各半部をアルミナ製のさやに詰めた。２個のさやを互いに積み重ね、プログラマブルなフィッシャーサイエンティフィック社（Fischer Scientific）のＢｏｘ窯に置いた。各ロットを、上記の軟化温度よりも５０℃高い温度に加熱した。各試料に対する加熱速度は５℃／分であった。試料がその温度に達すると、それらの試料を２時間にわたって均熱させた。２時間後、窯を停止し、実施例を徐々に室温に冷却した。
【００９６】
実施例を等級分けし、−１８＋２０の部分が静電気的にコーティングせず、ドロップコーティングすることを除き、上述の実施例３〜８と同じ方式で繊維ディスクにコーティングした。例としてのディスクを、スイングアーム試験を用いて試験した。その結果を表２に記す。
【００９７】
実施例１５〜２４を、スライド作用試験で試験した。各ディスクを、１０１８軟鋼の加工物を使用して、１５１分間にわたって研削した。加えて、３Ｍ  ９８８ＣＲディスクを、試験のための対照標準として含めた。各１分間隔後の除去した金属を記録し、図７及び８に記す。
【００９８】
実施例２５
実施例２５を、ラザーニヤを調理するかのように調製した。ガラス繊維断熱バット（元々は５．１ｃｍ（２インチ）厚）を、複数の薄層に引きちぎった。個々の２１．６ｃｍ（８  １／２インチ）×１０．８ｃｍ（４  １／４インチ）×５．１ｃｍ（２インチ）のアルミナ製のさやの底部に、アルミナグリットの薄層を、続いて断熱材の層を、続いてアルミナグリットと断熱材の別の層を散りばめた。これを、交互層でさやが充填されるまで続けた。混合物を突き固め、それによってより多くの層をさやに詰めるために、このプロセスの間、周期的に重りを混合物に当てた。２個のさやが充填されると、それらのさやを互いに積み重ね、フィッシャーサイエンティフィック社（Fischer Scientific）の「Ｉｓｏ  Ｔｅｍｐ」プログラマブルマッフル炉に配置し、５℃／分の加熱速度で７００℃に焼成した。試料が７００℃に達すると、それらの試料を２時間にわたって均熱させた。２時間後、窯を停止し、試料を徐々に室温に冷却した。
【００９９】
熱処理の後、混合物は元の体積の約１／４に縮んだ。粒塊化した「鳥の巣」は脆く、より小さな破片に手で容易に分解することができ、次いでその破片を乳鉢と乳棒に置き、粉末へと更に砕いた。−１００のふるい分級を維持するために、１００メッシュの米国標準試験スクリーン（USA Standard Testing screen）を通じて、この粉末を手でふるい分けした。ソニックシフターを使用して、この−１００のふるい分級を、６６ミクロンおよび２５ミクロンのスクリーンを通じて更にふるい分けした。−６６ミクロン＋２５ミクロンのスクリーンのガラス繊維粒塊を示す写真を図４に示す。
【０１００】
2009511289.tif 000004
【０１０１】
2009511289.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本開示による代表的な砥粒塊の斜視図である。
【図２】本開示による砥粒塊の顕微鏡写真であり、ガラス結合剤はガラス繊維体でできている。
【図３】本開示による砥粒塊の顕微鏡写真であり、ガラス結合剤は消費者使用後のリサイクルガラスでできている。
【図４】本開示による砥粒塊の顕微鏡写真であり、ガラス結合剤はガラス繊維でできている。
【図５】本開示の砥粒塊を用いて製造された研磨布紙物品の横断面概略図である。
【図６】本開示の砥粒塊を用いて製造された固定砥粒物品の斜視図である。
【図７】本開示の砥粒塊を用いて製造された不織布研磨物品の拡大概略図である。
【図８】通常の砥粒を用いて製造された研磨布紙ディスクと比較した、本開示によって製造された様々な砥粒塊を用いて製造された研磨布紙ディスクの研削結果を示す線グラフである。
【図９】通常の砥粒を用いて製造された研磨布紙ディスクと比較した、本開示によって製造された様々な砥粒塊を用いて製造された研磨布紙ディスクの研削結果を示す線グラフである。
【図１】
2009511289.tif 000006
【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】
2009511289.tif 000013
【図９】
2009511289.tif 000014
【国際調査報告】
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2009511289.tif 000016