(57)【要約】  構造化研磨物品（２０）、研磨物品の製造法、および研磨物品の使用法。研磨物品（２０）を形成する研磨複合材料（２２）は、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有し、そして複合材料（２２）中の研磨粒子（２４）は、少なくとも４０マイクロメートル、いくつかの実施形態においては少なくとも約８５マイクロメートルの平均粒度を有する。
2007505755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）前面を有するバッキングと、
（ｂ）前記前面上の複数の研磨複合材料と、
を含んでなる構造化研磨物品であって、各研磨複合材料が、
（ｉ）少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する、複数のセラミック研磨粒子と、
（ｉｉ）前記研磨複合材料の１５重量％〜４０重量％を占有する、放射線硬化性バインダーを含んでなる有機成分と、
を含んでなり、
前記複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有し、
前記研磨物品が、使用において、１回目で第１の切削率および第１の表面仕上げ、そして２回目で第２の切削率および第２の表面仕上げを生じ、１回目と２回目とは少なくとも２０分間離れており、
前記第２の切削率が前記第１の切削率より５０％以下だけ低い、構造化研磨物品。
【請求項２】
前記第２の切削率が前記第１の切削率より３０％以下だけ低い、請求項１に記載の構造化研磨物品。
【請求項３】
前記第２の切削率が前記第１の切削率より１５％以下だけ低い、請求項２に記載の構造化研磨物品。
【請求項４】
前記セラミック研磨粒子が、少なくとも２００マイクロメートルの平均粒度を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項５】
前記セラミック研磨粒子が、約１００マイクロメートル〜４００マイクロメートルの平均粒度を有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項６】
前記複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも６００マイクロメートルの高さを有する、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項７】
前記複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも７５０マイクロメートルの高さを有する、請求項６に記載の研磨物品。
【請求項８】
前記研磨複合材料が、放物線関数によって少なくとも部分的に画定された高さを含んでなる、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項９】
前記放物線関数が平方根関数を含む、請求項８に記載の研磨物品。
【請求項１０】
前記セラミック研磨粒子が、少なくとも１種の希土類酸化物変性剤を含んでなる、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１１】
前記セラミック研磨粒子が、イットリウム、ネオジム、ランタン、コバルトおよびマグネシウムの少なくとも１種の酸化物を含んでなる、請求項１０に記載の研磨物品。
【請求項１２】
前記セラミック研磨粒子が、種付されたセラミックアルミナである、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１３】
前記セラミック研磨粒子が、種付されていないセラミックアルミナである、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項１４】
（ａ）前面上の複数の研磨複合材料を含んでなる構造化研磨物品であって、各研磨複合材料が、
（ｉ）バインダー中に分散された、少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する、複数のセラミック研磨粒子を含んでなり、そして
（ｉｉ）前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有する、構造化研磨物品を提供する工程と、
（ｂ）１回目に表面を研削して、第１の切削率および第１の表面仕上げを得る工程と、
（ｃ）１回目の２０分後の２回目に表面を研削して、前記第１の切削率より５０％以下だけ低い第２の切削率を得る工程と、
を含んでなる、表面の研削法。
【請求項１５】
２回目に表面を研削する工程が、
（ａ）２回目に表面を研削して、前記第１の切削率より３０％以下だけ低い第２の切削率を得る工程
を含んでなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
２回目に表面を研削する工程が、
（ａ）２回目に表面を研削して、前記第１の切削率より１５％以下だけ低い第２の切削率を得る工程
を含んでなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
２回目に表面を研削する工程が、
（ａ）１回目の３０分後の２回目に表面を研削する工程
を含んでなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
（ａ）前面を有するバッキングと、
（ｂ）前記前面上の複数の研磨複合材料と、
を含んでなる構造化研磨物品であって、各研磨複合材料が、
（ｉ）少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する、複数のセラミック研磨粒子と、
（ｉｉ）前記研磨複合材料の１５重量％〜４０重量％を占有する、放射線硬化性バインダーを含んでなる有機成分と、
を含んでなり、
前記複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有し、
前記研磨物品が、試験手順Ｉを使用時に、サイクル１で第１の切削率、そしてサイクル２４０で第２の切削率を生じ、前記第２の切削率が前記第１の切削率より１５％以下だけ低い、構造化研磨物品。
【請求項１９】
（ａ）前面を有するバッキングと、
（ｂ）前記前面上の複数の研磨複合材料と、
を含んでなる構造化研磨物品であって、各研磨複合材料が、
（ｉ）少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する、複数のセラミック研磨粒子と、
（ｉｉ）前記研磨複合材料の１５重量％〜４０重量％を占有する、放射線硬化性バインダーを含んでなる有機成分と、
を含んでなり、
前記複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有し、
前記研磨物品が、試験手順ＩＩを使用時に、サイクル１で第１の切削率、そしてサイクル１２で第２の切削率を生じ、前記第２の切削率が前記第１の切削率より５０％以下だけ低い、構造化研磨物品。
【請求項２０】
（ａ）前面を有するバッキングと、
（ｂ）前記前面上の複数の研磨複合材料と、
を含んでなる構造化研磨物品であって、各研磨複合材料が、
（ｉ）少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する、複数のセラミック研磨粒子と、
（ｉｉ）前記研磨複合材料の１５重量％〜４０重量％を占有する、放射線硬化性バインダーを含んでなる有機成分と、
を含んでなり、
前記複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有し、
前記研磨物品が、試験手順ＩＩＩを使用時に、サイクル１で第１の切削率、そしてサイクル３０で第２の切削率を生じ、前記第２の切削率が前記第１の切削率より３０％以下だけ低い、構造化研磨物品。
【請求項２１】
（ａ）前面を有するバッキングと、
（ｂ）前記前面上の複数の研磨複合材料と、
を含んでなる構造化研磨物品であって、各研磨複合材料が、
（ｉ）少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する、複数のセラミック研磨粒子と、
（ｉｉ）前記研磨複合材料の１５重量％〜４０重量％を占有する、放射線硬化性バインダーを含んでなる有機成分と、
を含んでなり、
前記複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有し、
前記研磨物品が、試験手順ＩＩＩを使用時に、３０サイクル超で比較の切削率減少の５０％以下の切削率減少を有し、
試験手順ＩＩＩを使用して、メークおよびサイズコートならびに重力によって付着された溶融酸化アルミニウム研磨粒子凝集体を有する従来の被覆研磨材によって、前記比較の切削率減少が得られる、構造化研磨物品。
【請求項２２】
（ａ）前面を有するバッキングを提供する工程と、
（ｂ）前記前面上で複数の研磨複合材料を適用する工程と、
を含んでなる研磨物品の製造法であって、各研磨複合材料が、
（ｉ）少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する、複数のセラミック研磨粒子と、
（ｉｉ）前記研磨複合材料の１５重量％〜４０重量％を占有する、放射線硬化性バインダーを含んでなる有機成分と、
を含んでなり、
前記複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有する、研磨物品の製造法。
【請求項２３】
前記適用工程が、
（ａ）バインダー前駆体およびその中に分散された複数のセラミック研磨粒子を含んでなるスラリーを提供する工程と、
（ｂ）その中に複数のキャビティを有する製造工具を提供する工程と、
（ｃ）前記キャビティ中に前記スラリーを被覆する工程と、
（ｄ）前記スラリーを前記バッキング前面と接触させる工程と、
（ｄ）前記バインダー前駆体を硬化する工程と、
（ｅ）前記製造工具から前記スラリーを除去する工程と、
を含んでなる、請求項２２に記載の研磨物品の製造法。
【請求項２４】
前記バインダー前駆体を硬化する工程が、前記製造工具から前記スラリーを除去する工程の前に実行される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記製造工具から前記スラリーを除去する工程が、前記バインダー前駆体を硬化する工程の前に実行される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記キャビティ中に前記スラリーを被覆する工程が、前記スラリーを前記バッキング前面と接触させる工程の前に実行される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記スラリーを前記バッキング前面と接触させる工程が、前記キャビティ中に前記スラリーを被覆する工程の前に実行される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
スラリーを提供する前記工程が、
（ａ）バインダー前駆体、および少なくとも２００マイクロメートルの平均粒度を有するセラミック研磨粒子を含んでなるスラリーを提供する工程
を含んでなる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
スラリーを提供する前記工程が、
（ａ）バインダー前駆体、および１００マイクロメートル〜４００マイクロメートルの平均粒度を有するセラミック研磨粒子を含んでなるスラリーを提供する工程
を含んでなる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
スラリーを提供する前記工程が、
（ａ）バインダー前駆体、および少なくとも６００マイクロメートルの平均粒度を有するセラミック研磨粒子を含んでなるスラリーを提供する工程
を含んでなる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
スラリーを提供する前記工程が、
（ａ）バインダー前駆体、および少なくとも１種の希土類酸化物変性剤を含んでなるセラミック研磨粒子を含んでなるスラリーを提供する工程
を含んでなる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
スラリーを提供する前記工程が、
（ａ）バインダー前駆体、ならびにイットリウム、ネオジム、ランタン、コバルトおよびマグネシウムの少なくとも１種の酸化物を含んでなるセラミック研磨粒子を含んでなるスラリーを提供する工程
を含んでなる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前面上で複数の研磨複合材料を適用する前記工程が、
（ａ）各研磨複合材料が、前記バッキングの前面から測定した際に、少なくとも７５０マイクロメートルの高さを有する、複数の研磨複合材料を適用する工程
を含んでなる、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前面上で複数の研磨複合材料を適用する前記工程が、
（ａ）各研磨複合材料が、放物線関数によって画定された高さを有する、複数の研磨複合材料を適用する工程
を含んでなる、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、研磨物品、特に構造化研磨物品、製造法および使用法に関する。より具体的には、構造化研磨物品は大きいトポグラフィーを有し、そして大きいセラミック研磨粒子を含む。
【背景技術】
【０００２】
研磨物品は、１００年以上、ワークピース表面を研磨および仕上げるために利用されている。これらの適用は、高ストック除去の高圧金属研削プロセスから、眼鏡レンズのような精密ポリッシングに及ぶ。一般的に、研磨物品は、一緒に結合されたか（例えば、結合研磨材もしくは研削ホイール）、またはバッキングに結合された（例えば、被覆研磨材）、複数の研磨粒子から製造される。被覆研磨材に関して、典型的に単層、または時には２層の研磨粒子が存在する。一旦これらの研磨粒子が摩耗したら、被覆研磨材は本質的に摩耗されて、そして典型的に処分される。
【０００３】
研磨粒子のこのような単層への１つの解決策については、特許文献１（ブローシェール（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、特許文献２（ブローシェール（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）および特許文献３（ブローシェール（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ））に記載されている。これらの文献に開示される被覆研磨物品は、バッキングに結合された複数の研磨凝集体を有する。研磨凝集体は、研磨粒子、バインダー、任意に研削助剤および任意に他の添加剤を含んでなる成形塊状物である。これらの研磨凝集体は、本質的に、研磨物品を形成する研磨粒子の三次元コーティングを生じる。
【０００４】
研磨粒子のもう１つの三次元コーティングは、研磨ラッピングフィルムである。特許文献４（カチマレック（Ｋａｃｚｍａｒｅｋ）ら）、特許文献５（チャスマン（Ｃｈａｓｍａｎ）ら）および特許文献６（ヤマモト）に開示されるもののようなラッピングフィルムは、バッキングに結合される、研磨粒子およびバインダーを含んでなる研磨スラリーから製造される。これらのラッピングフィルムは、ワークピース上で精密表面仕上げが望まれるポリッシング適用において広範囲の商業的成功を収めてきたが、多くの他の適用に関して、これらのラッピングフィルムは必ずしも望ましい切削率を有さない。
【０００５】
より最近の、研磨粒子の三次元コーティングにおける開発によって、しばしば「構造化研磨材」と呼ばれる研磨物品が提供された。例えば、特許文献７（ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）に、様々な構造の構造化研磨物品が開示されている。ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）は、ワークピース表面において相対的に高い切削率および相対的に精密な表面仕上げを生じる構造化研磨材を教示する。構造化研磨材は、バッキングに結合された、ランダムではない正確な形状の研磨複合材料を含んでなる。
【０００６】
構造化研磨物品およびそれらの製造法に関する他の参考文献としては、特許文献８（ステゼル（Ｓｔｏｅｔｚｅｌ）ら）、特許文献９（フープマン（Ｈｏｏｐｍａｎ）ら）、特許文献１０（スパージェン（Ｓｐｕｒｇｅｏｎ）ら）、特許文献１１（カラー（Ｃｕｌｌｅｒ）ら）、特許文献１２（ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）および特許文献１３（ラヴィパティ（Ｒａｖｉｐａｔｉ）ら）が挙げられる。
【０００７】
ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）および他の構造研磨材の特許は、研磨材の分野において著しい進歩であるが、常に、高いストック除去および長い寿命に関する改善の余地がある。
【特許文献１】米国特許第４，６５２，２７５号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７９９，９３９号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０３９，３１１号明細書
【特許文献４】米国特許第４，６４４，７０３号明細書
【特許文献５】米国特許第４，７７３，９２０号明細書
【特許文献６】米国特許第５，０１５，２６６号明細書
【特許文献７】米国特許第５，１５２，９１７号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８５５，６３２号明細書
【特許文献９】米国特許第５，６８１，２１７号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，４３５，８１６号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３７８，２５１号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，３０４，２２３号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，０１４，４６８号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願は、構造化研磨物品、研磨物品の製造法および研磨物品の使用法に関する。特に、研磨物品は、各複合材料がバインダー中に研磨粒子を含んでなる複数の三次元研磨複合材料からなる構造研磨物品である。具体的には、複合材料は、少なくとも５００マイクロメートル（０．０２インチ）の高さを有する「大きい」複合材料である。加えて、複合材料中の研磨粒子は、少なくとも４０マイクロメートルの平均粒度を有する「大きい」セラミック研磨粒子である。いくつかの実施形態において、研磨粒子は、少なくとも約８５マイクロメートルの平均粒度を有する。さらなる実施形態において、複合材料中の研磨粒子は、少なくとも１００マイクロメートルの平均粒度を有する「粗い」セラミック粒子である。いくつかの実施形態において、使用されるセラミック粒子は、少なくとも４００マイクロメートルの平均粒度を有する。
【０００９】
大きいトポグラフィーの複合材料は、大きいセラミック研磨粒子と一緒に、同一粒度および種類の研磨粒子による従来のメーク／コート研磨物品よりも一貫した切削、長い切削寿命および一貫した表面仕上げを有する研磨物品を提供する。加えて、大きいトポグラフィーの複合材料は、大きいセラミック研磨粒子と一緒に、同一研磨粒子によるものの、より小さいトポグラフィーを有する構造化研磨物品よりも一貫した切削、長い切削寿命および一貫した表面仕上げを有する研磨物品を提供する。
【００１０】
１つの好ましい実施形態において、本発明は、前面を有するバッキングと、前記前面上の複数の研磨複合材料とを含んでなる構造化研磨物品に関する。各研磨複合材料は、少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する複数のセラミック研磨粒子と、放射線硬化性バインダーを含んでなる有機成分とを有し、この有機成分は、研磨複合材料の１５重量％〜４０重量％を占有している。この複合材料は、バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有する。この研磨物品は、使用において、１回目で第１の切削率および第１の表面仕上げ、そして２回目で第２の切削率および第２の表面仕上げを生じ、１回目と２回目とは少なくとも２０分間離れており、第２の切削率は第１の切削率より５０％以下だけ低い。いくつかの実施形態において、第２の切削率は、第１の切削率より３０％以下だけ低く、そしてさらに１５％以下だけ低い。
【００１１】
セラミック研磨粒子は、少なくとも１００マイクロメートル、少なくとも約２００マイクロメートル、または約１００〜４００マイクロメートルの平均粒度を有し得る。セラミック研磨粒子は、種付されても、種付されていなくてもよい。加えて／あるいは、セラミック研磨粒子は、少なくとも１種の希土類酸化物変性剤、例えば、イットリウム、ネオジム、ランタン、コバルトおよびマグネシウムの酸化物を含み得る。
【００１２】
バッキングの前面から測定された研磨複合材料の高さは、少なくとも６００マイクロメートル、または少なくとも７５０マイクロメートルであり得る。この高さは、放物線関数によって少なくとも部分的に画定され得る。放物線関数は平方根関数を含み得る。
【００１３】
本発明は、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有し、そしてバインダー中に分散された、少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有するセラミック研磨粒子を含んでなる複数の研磨複合材料を有する、表面を研削するための様々な構造化研磨物品に関する。一実施形態において、研磨物品は、１回目に表面を研削して、第１の切削率および第１の表面仕上げを得るため、そして１回目の２０分後の２回目に表面を研削して、第１の切削率より５０％以下だけ低い第２の切削率を得るために構造化される。一実施形態において、研磨物品は、２回目に表面を研削して、第１の切削率より３０％以下だけ低い第２の切削率を得るため、または２回目に表面を研削して、第１の切削率より１５％以下だけ低い第２の切削率を得るために構造化される。加えて／あるいは、２回目は１回目の３０分後であり得る。もう１つの実施形態において、研削工程は、試験手順Ｉを使用して、サイクル１で第１の切削率、そしてサイクル２４０で第２の切削率を生じ、第２の切削率が第１の切削率より１５％以下だけ低い工程を含む。なおもう１つの実施形態において、研削工程は、試験手順ＩＩを使用して、サイクル１で第１の切削率、そしてサイクル１２で第２の切削率を生じ、第２の切削率が第１の切削率より５０％以下だけ低い工程を含む。さらなる実施形態において、研削工程は、試験手順ＩＩＩを使用して、サイクル１で第１の切削率、そしてサイクル３０で第２の切削率を生じ、第２の切削率が第１の切削率より３０％以下だけ低い工程を含む。
【００１４】
そしてさらに、本発明は、メークおよびサイズコートならびに重力によって付着された溶融酸化アルミニウム研磨粒子凝集体を有する従来の被覆研磨材のような基準の研磨物品よりも一貫した切削率を提供する構造化研磨物品を含む。試験手順ＩＩＩを使用した場合、この構造化研磨物品は、３０サイクル超で比較の切削率減少の５０％以下の切削率減少を有する。
【００１５】
また本発明は、構造化研磨物品の製造法に関する。この工程は、前面を有するバッキングを提供する工程と、前記前面上で複数の研磨複合材料を適用する工程とを含む。各研磨複合材料は、少なくとも８５マイクロメートルの平均粒度を有する複数のセラミック研磨粒子と、放射線硬化性バインダーを含んでなる有機成分とを含んでなり、この有機成分は、研磨複合材料の１５重量％〜４０重量％を占有している。複合材料は、バッキングの前面から測定した際に、少なくとも５００マイクロメートルの高さを有する。この方法は、バインダー前駆体およびその中に分散された複数のセラミック研磨粒子を含んでなるスラリーを提供する工程と、その中に複数のキャビティを有する製造工具を提供する工程と、キャビティ中にスラリーを被覆する工程と、スラリーをバッキング前面と接触させる工程と、バインダー前駆体を硬化する工程と、製造工具からスラリーを除去する工程も含み得る。
【００１６】
製造工具からスラリーを除去する前に、バインダー前駆体を硬化することができるか、またはバインダー前駆体を硬化する前に、製造工具からスラリーを除去することができる。同様に、スラリーをバッキング前面と接触させる前または後に、キャビティ中にスラリーを被覆することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
多くの研削操作において、研磨材の寿命を通して、切削率の一貫性および予測できる仕上げが望ましい。いくつかの適用では、例えば、鋳造品および鍛造品の即座のディゲートでは、非常に激しい初期切削によってほとんどの仕事が達成され、その後、物品は、曇り、キャッピングまたは摩耗終点に達するため、連続的に減少する切削率が望ましい。しかしながら、シャフトおよびロール研削、ならびに類似の心なし／円筒研削操作は、「平坦な」切削率および仕上げが第１の重要性である場合を例証する。
【００１８】
３Ｍの「マルチカット（Ｍｕｌｔｉｃｕｔ）」被覆研磨材および「３６６ＦＡ  トリザクト（Ｔｒｉｚａｃｔ）」粒子被覆研磨材のような凝集体製品は、心なしの適用において相当する従来の（すなわち、単層メーク／コート）研磨物品よりも平坦な切削および仕上げ曲線を示す。しかしながら、３Ｍのマルチカット（Ｍｕｌｔｉｃｕｔ）および従来のメーク／コート製品は、中間および粗いグレード範囲（例えば、グレード５０（平均粒度約５００マイクロメートル）からグレード１８０（平均粒度約８５マイクロメートル））のＶＳＭの「コンパクト  グレイン（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｇｒａｉｎ）」（「ＣＧ」）凝集体製品に対して性能が不足している。「ＫＫ７１８Ｘ  バイテックス（Ｖｉｔｅｘ）」のようなＶＳＭの「コンパクト  グレイン（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｇｒａｉｎ）」（「ＣＧ」）凝集体製品は、心なし研削の市場区分の多くにおいて基準値を表す。
【００１９】
本願の背景で記載されるもののような構造化研磨物品は、製品の例外的に長い使用寿命によって、非常に一貫した表面仕上げを提供する。ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）の３Ｍ  カンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から商標名「トリザクト（Ｔｒｉｚａｃｔ）」で入手可能であるもののような、現在市販品として入手可能な構造化研磨製品は、３マイクロメートル（ＷＡ５０００グレード）から約１２５マイクロメートル（Ｐ１２０グレード）の範囲の平均粒度を有する溶融酸化アルミニウムおよび炭化ケイ素研磨粒子を利用する。これらの製品は、精密仕上げおよびポリッシング適用に向けられる。構造化研磨物品を製造するために使用される製造工具に基づく制限のため、より大きいグレードの構造化研磨材は、本発明以前には利用可能ではなかった。
【００２０】
本開示の研磨物品は、粗いグレードおよび中間グレードの範囲（例えば、グレード５０（平均粒度約５００マイクロメートル）からグレード１８０（平均粒度約８５マイクロメートル））の従来のメーク／コート研磨物品または凝集体研磨物品を典型的に利用している、ディメンショニング、ブレンディングおよび他のストック除去の研削適用のために適切な、高く、持続した切削率を含むように、仕上げ一貫性および長寿命のコンセプトを拡張する。
【００２１】
本開示の研磨物品は、長期間にわたって、それらの切削率を保持する。典型的な研削条件において、大きいセラミック研磨粒子を伴う大きいトポグラフィーの研磨物品は、通常、研磨物品の予期された寿命（通常、少なくとも２０分）にわたって、約５０％以下の切削率減少を有する。いくつかの物品に関して、切削率減少は約３０％以下であり、そして他の物品に関して、切削率減少は約１５％以下である。切削率減少の量は、例えば、使用される研磨粒子の粒度および研削試験のような様々な条件に基づく。
【００２２】
以下の好ましい実施形態の記載において、本発明の一部を形成しており、そして例証として本発明が実施され得る具体的な実施形態が示されている、添付の図面が引用される。本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよく、そして配合上または構造上の変更がなされてもよいことは理解されるべきである。
【００２３】
図１を参照して、本開示による研磨物品２０が示される。研磨物品２０は、バッキング２１に結合された、複数の研磨複合材料２２を含んでなる。研磨複合材料２２は、バインダー２３中に分散された複数の研磨粒子２４を含んでなる。研磨複合材料２２は、本実施形態において線形である側面辺２５によって画定される。
【００２４】
セラミック研磨粒子
研磨複合材料２２は、大きい、または粗いセラミック研磨粒子２４を含んでなる。従来のマークおよびサイズ樹脂コートによってバッキングに結合された、大きい粒度の研磨凝集体を有する研磨物品と比較して、大きいトポグラフィーの研磨複合材料２２において大きいセラミック研磨粒子２４を有する研磨物品は、より高い切削率と、その寿命を通して一貫した切削率を有するより長い寿命とを有することが見出された。研磨粒子の粒度に関する場合、用語「大きい」の使用によって、少なくとも４０マイクロメートル（おおよそグレードＰ３６０またはＡＮＳＩ３２０）の平均粒度を研磨粒子が有することが意図される。研磨粒子の粒度に関する場合、用語「粗い」の使用によって、少なくとも１００マイクロメートル（おおよそグレードＰ１８０またはＡＮＳＩ１５０）の平均粒度を研磨粒子が有していることが意図される。いくつかの実施形態において、セラミック研磨粒子は、少なくとも４００マイクロメートル（おおよそグレード６０）の平均粒度を有する。
【００２５】
本開示の研磨物品に関して適切なセラミック研磨粒子の平均粒度は、少なくとも４０マイクロメートル、通常、少なくとも５０マイクロメートル、そして好ましくは、少なくとも８５マイクロメートルである。本発明のいくつかの研磨物品に関して、セラミック研磨粒子の粒度は、少なくとも１００マイクロメートルである。他の実施形態は、少なくとも２００マイクロメートル、いくつかは、少なくとも３００マイクロメートル、そしてしばしば、少なくとも４００マイクロメートルのセラミック研磨粒子を有する。いくつかの好ましい研磨物品に関する具体的な研磨粒子の粒度（すなわち、平均粒度）としては、約４５、６５、８０、１００、１６０、３００マイクロメートルおよび４００マイクロメートルが挙げられる。
【００２６】
研磨粒子を「グレード」または「メッシュ」によってサイズ設定することは、研磨分野において周知である。これは、全粒子が同一粒度を有するのではなく、粒度の分布または範囲である。例えば、研磨粒子グレーディング標準に関して、ＡＮＳＩ  Ｂ７４．１８−１９９６「被覆研磨材上の特定の研磨粒子のグレーディングのために（Ｆｏｒ  Ｇｒａｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｅｒｔａｉｎ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｇｒａｉｎ  ｏｎ  Ｃｏａｔｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ」を参照のこと。本明細書で使用される場合、提供される粒度は、粒子分布の平均粒度を意味する。
【００２７】
研磨複合材料中で使用される研磨粒子は、ゾルゲルプロセスから典型的に製造される多結晶性セラミック研磨粒子である。焼結α−アルミナ（酸化アルミニウム）粉末から、セラミックα−アルミナ研磨粒子も製造可能である。セラミック研磨粒子は、典型的に、少なくとも９のモース硬度を有する。
【００２８】
一般的に、変性剤が添加されてもよいアルミナ一水和物の分散系を調製する工程と、分散系をゲル化する工程と、ゲル化分散系を乾燥する工程と、乾燥されたゲル化分散系を粉砕して粒子を形成する工程と、粒子をか焼する工程と、粒子を発火して研磨粒子を形成する工程とを含むプロセスによって、焼結ゾルゲルアルミナ研磨粒子を製造する。このプロセスが最初に発見されて当該分野に開示されて以来、この基本プロセスの様々な調節および修正が発展されて開示されている。酸化アルミニウムの融解温度以下の温度で粒子を焼結するように、発火工程を実行する。アルミナ研磨粒子のゾルゲル製造プロセスは、より完全に、米国特許第４，３１４，８２７号明細書および米国特許第４，５１８，３９７号明細書（ライゼイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）に記載されている。このプロセスの変形として、分散系にα−アルミナ種または酸化鉄種を添加することが挙げられる。
【００２９】
適切な、市販品として入手可能なセラミック研磨粒子の例としては、マサチューセッツ州ウォーチェスター（Ｗｏｒｃｈｅｓｔｅｒ，ＭＡ）のノートン  カンパニー（Ｎｏｒｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ）からの「サーパス（Ｃｅｒｐａｓｓ）」およびオーストリア、フィラッハのトリーバジェール−シュライフミッテル（Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ−Ｓｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌ，Ｖｉｌｌａｃｈ，Ａｕｓｔｒｉａ）からの「アロダー（Ａｌｏｄｕｒ）ＣＣＣＰＬ」が挙げられる。３Ｍから市販品として入手可能な様々な製品は、セラミック研磨粒子を組み入れている。３Ｍから入手可能な研磨製品中で利用可能である研磨物品において使用するために適切な１つの特定のセラミック研磨粒子は、商標名「キュビトロン（Ｃｕｂｉｔｒｏｎ）３２１」で既知である。このセラミック研磨粒子は、種付されていないアルミナ粒子であり、イットリウム、ネオジム、ランタン、コバルトおよびマグネシウムの添加剤を有する。
【００３０】
セラミック粒子の様々な組成物および製造法を開示する参考文献としては、α−アルミナ種の使用を開示する米国特許第４，６２３，３６４号明細書（コットリンガー（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ）ら）、酸化鉄種の使用を開示する米国特許第４，９６４，８８３号明細書（モリス（Ｍｏｒｒｉｓ）ら）、ゾルゲルへの希土類酸化物材料の添加を開示する米国特許第４，８８１，９５１号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ）ら）、酸化鉄およびシリカを組み合わせることを開示する米国特許第５，６１１，８２９号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ）ら）、焼結前に、粒子中に希土類酸化物のような添加剤を含浸させることを開示する米国特許第５，３１２，７８９号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ））、ならびにセラミック粒子の成形を開示する米国特許第５，２０１，９１６号明細書（ベルグ（Ｂｅｒｇ）ら）が挙げられ、これらは全て、本明細書に援用される。
【００３１】
研磨複合材料のサイズ
本開示の研磨複合材料２２は、大規模なトポグラフィーまたは大きいプリズム構造を含んでなる。マルチカット（Ｍｕｌｔｉｃｕｔ）、ＶＳＭ  ＣＧおよび３６６ＦＡ  トリザクト（Ｔｒｉｚａｃｔ）研磨物品のような、従来通りに製造された大きい凝集体の製品と比較して、大きいトポグラフィー研磨複合材料２２において大きいセラミック研磨粒子２４を有する研磨物品は、より一貫した切削率およびより長い寿命を有することが見出されている。
【００３２】
研磨複合材料２２の最大高さは、複合材料が結合されたバッキングの表面から測定され、少なくとも０．０２インチ（約５００マイクロメートル）の高さ、通常、少なくとも０．０３インチ（約７５０マイクロメートルの高さであり、そして一実施形態において、少なくとも０．０４インチ（約１０００マイクロメートル）の高さである。
【００３３】
研磨複合材料２２はいずれの形状であってもよいが、好ましくは、立方体、柱、円柱、円錐、円錐台、半球、角錐、角錐台等のような幾何学形状である。好ましい形状は、三面および四面角錐である。一般的に、研磨複合材料断面積が、バッキングから離れて減少するか、その高さに沿って減少することが好ましい。使用の間、研磨複合材料が摩耗される時、この可変性表面積は不均一な圧力を生じる。加えて、研磨物品の製造間、この可変性表面積は、製造工具からの研磨複合材料のより容易な剥離をもたらす。
【００３４】
一般的に、平方ｃｍあたり少なくとも２５個の個々の研磨複合材料が存在する。いくつかの例において、少なくとも５０個の個々の研磨複合材料／平方ｃｍが存在してよい。１つの好ましい複合材料は、ピークまたは頂点で交わる線形側面を有する正方形底面の角錐である。図２に図示される、もう１つの好ましい複合材料は、四面底面を有する変形された角錐であり、角錐の面の幾何学が放物線関数である。すなわち、角錐は、一般的に曲線状の面を有し、これは少なくとも部分的に、頂点で交わる放物線によって画定される。いくつかのデザインにおいて、放物線関数は平方根関数を含む。特に、研磨複合材料３０は、４つの側面（３つの側面３４ａ、３４ｂ、３４ｃのみが図２に示される）を有する。側面３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、底面辺（２つの底面辺３６ａ、３６ｂのみが示される）によって、およびピーク３５で交わる側面辺３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄによって画定される。各側面辺３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、底面辺３６ａ、３６ｂ等に基づく放物線関数によって画定される。かかる角錐は、本願と同日に出願された、代理人整理番号５８７２５ＵＳ００２を有する譲受人の出願に詳述される。これらの好ましい複合材料の配列の両方に関して、各複合材料は、各隣接複合材料に対して底面サイズが同一であってもよく、または各複合材料は、各隣接複合材料とは底面サイズが異なってもよい。隣接複合材料に対して底面サイズを変更する例は、例えば、米国特許第５，６７２，０９７号明細書（フープマン（Ｈｏｏｐｍａｎ）ら）に開示される。
【００３５】
上記の通り、研磨複合材料２２は、バインダー２３中に分散されたセラミック研磨粒子２４を含んでなり、バッキング２１に結合されている。
【００３６】
バッキング
バッキング２１は、前面および後面を有し、そしていずれの従来の研磨バッキングでもあり得る。適切なバッキングの例としては、ポリマーフィルム、編布または織物布、紙、バルカンファイバー、不織布、それらの下塗りされたもの、およびそれらの組み合わせが挙げられる。強度および耐伸長性の増加を提供するために、これらのバッキングのいずれも強化可能である。得られた被覆研磨材を支持パッドまたはバックアップパッドに固定可能であるように、バッキングは、後面上に取り付け手段を有してもよい。適切な取り付け手段の例としては、感圧接着剤、ホックとループとの取り付け系、米国特許第５，２０１，１０１号明細書（ロウザー（Ｒｏｕｓｅｒ）ら）に開示されるような噛み合い取り付け系、および米国特許第５，３１６，８１２号明細書（スタウト（Ｓｔｏｕｔ）ら）に開示されるような、ねじ込み突起物が挙げられる。
【００３７】
バインダー
セラミック研磨粒子は有機バインダー中で分散されて、研磨複合材料を形成する。バインダーは、有機重合性樹脂を含んでなるバインダー前駆体から誘導される。研磨物品の製造間、重合の開始または硬化プロセスにおいて補助となるエネルギー源にバインダー前駆体を暴露する。エネルギー源の例としては、熱エネルギーおよび放射線エネルギーが挙げられ、後者としては、電子ビーム、紫外光および可視光が挙げられる。この重合プロセス間、樹脂は重合し、そしてバインダー前駆体は凝固化バインダーへと変換される。バインダー前駆体の凝固時に、研磨複合材料が形成される。また、研磨複合材料中のバインダーは、一般的に、バッキングへ研磨複合材料を付着させる役割も果たす。
【００３８】
本発明の構造化研磨物品で使用する樹脂の２つの好ましい種類は、縮合硬化性および付加重合性樹脂である。付加重合性樹脂は放射線エネルギーへの暴露によって簡単に硬化されるので、好ましいバインダー前駆体は付加重合性樹脂を含む。カチオン機構によって、またはフリーラジカル機構によって、付加重合性樹脂を重合可能である。利用されるエネルギー源およびバインダー前駆体の化学性次第で、重合開始を補助するために硬化剤、開始剤または触媒が好まれる場合がある。
【００３９】
典型的かつ好ましい有機樹脂の例としては、フェノール樹脂（レゾールおよびノボラックの両方）、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、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシ、エチレン系不飽和化合物、ペンダント不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト誘導体、少なくとも１個のペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体、少なくとも１個のペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体、ビニルエーテル、エポキシ樹脂、それらの混合物および組み合わせが挙げられる。用語「アクリレート」は、アクリレートおよびメタクリレートを包含する。
【００４０】
アクリル化ウレタンは、ヒドロキシ末端、イソシアネートＮＣＯ延長ポリエステルまたはポリエーテルのジアクリレートエステルである。市販品として入手可能なアクリル化ウレタンの例としては、モートン  チオコール  ケミカル（Ｍｏｒｔｏｎ  Ｔｈｉｏｋｏｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）から入手可能な商標名「ユビタン（ＵＶＩＴＨＡＮＥ）７８２」、ならびにラドキュア  スペシャルティズ（Ｒａｄｃｕｒｅ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）から入手可能な商標名「ＣＭＤ６６００」、「ＣＭＤ８４００」および「ＣＭＤ８８０５」で既知のものが挙げられる。
【００４１】
アクリル化エポキシは、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のような、エポキシ樹脂のジアクリル酸エステルである。市販品として入手可能なアクリル化エポキシの例としては、ラドキュア  スペシャルティズ（Ｒａｄｃｕｒｅ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）から入手可能な商標名「ＣＭＤ３５００」、「ＣＭＤ３６００」および「ＣＭＤ３７００」で既知のものが挙げられる。
【００４２】
エチレン系不飽和化合物としては、炭素、水素および酸素、ならびに任意に窒素およびハロゲンの原子を含有するモノマーおよびポリマー化合物の両方が挙げられる。酸素もしくは窒素原子または両方が、エーテル、エステル、ウレタン、アミドおよび尿素基中に一般的に存在する。エチレン系不飽和化合物は、好ましくは、約４，０００未満の分子量を有し、そして好ましくは、脂肪族モノヒドロキシ基また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、マレイン酸等のような不飽和カルボン酸との反応から製造されるエステルである。
【００４３】
エチレン系不飽和アクリレート樹脂の代表例としては、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、グリセリントリアクリレート、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メタクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレートおよびペンタエリトリトールテトラアクリレートが挙げられる。他のエチレン系不飽和樹脂としては、ジアリルフタレート、ジアリルアジペートおよびＮ，Ｎ−ジアリルアジパミドのような、カルボン酸のモノアリル、ポリアリルおよびポリメタリルエステルおよびアミドが挙げられる。さらに他の窒素含有化合物としては、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−メチルアクリルオキシエチル）−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−ビニルピロリドンおよびＮ−ビニルピペリドンが挙げられる。
【００４４】
アミノプラスト樹脂およびそれらの誘導体は、１分子または１オリゴマーあたり、少なくとも１個のペンダントα，β−不飽和カルボニル基を有する。これらの不飽和カルボニル基は、アクリレート、メタクリレートまたはアクリルアミド型の基であり得る。かかる材料の例としては、Ｎ−（ヒドロキシメチル）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−オキシジメチレンビスアクリルアミド、オルトおよびパラアクリルアミドメチル化フェノール、アクリルアミドメチル化フェノールのノボラック、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。これらの材料は、米国特許第４，９０３，４４０号明細書および米国特許第５，２３６，４７２号明細書にさらに記載されており、両特許とも本明細書に援用される。
【００４５】
少なくとも１個のペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体および少なくとも１個のペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体は、米国特許第４，６５２，２７４号明細書（ボエットシェール（Ｂｏｅｔｔｃｈｅｒ）ら）に記載されており、これは本明細書に援用される。構造研磨物品のための好ましいイソシアヌレート材料は、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリレートである。
【００４６】
エポキシ樹脂も、本発明の構造研磨物品のために適切であり、オキシランを有し、開環重合する。かかるエポキシド樹脂としては、モノマーエポキシ樹脂およびオリゴマーエポキシ樹脂が挙げられる。いくつかの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）、ならびにシェル  ケミカル  カンパニー（Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）から入手可能な商標名「エポン（Ｅｐｏｎ）８２８」、「エポン（Ｅｐｏｎ）１００４」および「エポン（Ｅｐｏｎ）１００１Ｆ」、ダウ  ケミカル  カンパニー（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）から入手可能な「ＤＥＲ−３３１」、「ＤＥＲ−３３２」および「ＤＥＲ−３３４」で市販品として入手可能な材料が挙げられる。他の適切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  カンパニー（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）から入手可能な「ＤＥＮ−４３１」および「ＤＥＮ−４２８」）が挙げられる。エポキシ樹脂に関して、カチオン機構を通してエポキシドを重合するために、適切なカチオン硬化剤を添加することができ、カチオン硬化剤は、エポキシ樹脂の重合を開始する酸供給源を発生させる。
【００４７】
フリーラジカル硬化性樹脂に関して、しばしば、研磨スラリーがフリーラジカル硬化剤をさらに含むことが好ましい。しかしながら、電子ビームエネルギー源の場合、電子ビームそれ自体がフリーラジカルを発生させるため、硬化剤はあまり必要とされない。フリーラジカル熱開始剤の例としては、ペルオキシド、例えば、ベンゾイルペルオキシド、アゾ化合物、ベンゾフェノンおよびキノンが挙げられる。紫外光または可視光エネルギー源のいずれかと一緒に使用される場合、これらの硬化剤は、光開始剤と呼ばれることが多い。紫外線光への暴露時にフリーラジカル源を発生する開始剤の例としては、有機ペルオキシド、アゾ化合物、キノン、ベンゾフェノン、ニトロソ化合物、アクリルハライド、ヒドロゾン、メルカプト化合物、ピリリウム化合物、トリアクリルイミダゾール、ビスイミダゾール、クロロアルキトリアジン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、チオキサントン、アセトフェノン誘導体およびそれらの混合物が挙げられる。可視放射への暴露時にフリーラジカル源を発生する開始剤の例は、米国特許第４，７３５，６３２号明細書（ボエットシェール（Ｂｏｅｔｔｃｈｅｒ）ら）に見出され得、これは本明細書に援用される。可視光で使用するために好ましい開始剤は、チバ  ガイギー  コーポレイション（Ｃｉｂａ  Ｇｅｉｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販品として入手可能な「イルガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）３６９」である。
【００４８】
硬化された研磨複合材料中のバインダーおよび他の有機材料（例えば、いずれかの開始剤、カップリング剤等）のレベルは、通常、全複合材料の約１０重量％〜５０重量％である。いくつかの実施形態において、これらの有機成分のレベルは、約１５重量％〜４０重量％である。
【００４９】
任意の添加剤
前記の通り、研磨複合材料２２は、バインダー２３中に分散されたセラミック研磨粒子２４を含んでなる。複合材料２２は、複合材料２２の特性を変性する他の添加剤を含んでもよい。
【００５０】
研磨複合材料２２は、研磨複合材料の性能を変性する希釈粒子または他のフィラー粒子を含んでもよい。これらの任意の粒子の粒度は、セラミック研磨粒子と同じ桁であってもよいが、典型的により小さい。適切な粒子の例としては、石膏、大理石、石灰岩、フリント、シリカ、ガラスバブル、ガラスビーズ、ケイ酸アルミニウム等が挙げられる。
【００５１】
第２の研磨粒子は、大きいセラミック研磨粒子と一緒に存在してもよい。好ましくは、いずれの第２の研磨粒子も、大きいセラミック研磨粒子よりも小さい平均粒度を有する。使用可能な研磨粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム（茶色酸化アルミニウム、加熱処理された酸化アルミニウムおよび白色酸化アルミニウムを含む）、緑色炭化ケイ素、炭化ケイ素、クロミア、アルミナジルコニア、ダイヤモンド、酸化鉄、セリア、立方窒化ホウ素、炭化ホウ素、ガーネットおよびそれらの組み合わせが挙げられる。セラミック酸化アルミニウム粒子も使用可能である。
【００５２】
大きいセラミック研磨粒子、フィラー粒子または第２の研磨粒子は、その上に表面コーティングまたは処理を有してもよい。表面コーティングは、多くの異なる機能を有し得る。いくつかの例において、表面コーティングは、バインダーへの研磨粒子または他の粒子の接着力を増加させ、研磨粒子等の研磨特性を変更する。表面コーティングの例としては、カップリング剤、ハロゲン塩、シリカを含む金属酸化物、耐火性の金属窒化物、耐火性の金属炭化物等が挙げられる。
【００５３】
研削助剤が研磨複合材料内に存在してもよい。研削助剤は、広範囲の様々な材料を包含し、そして無機物または有機物をベースとし得る。研削助剤の化学的群の例としては、ワックス、有機ハロゲン化合物、ハロゲン塩、ならびに金属およびそれらの合金が挙げられる。塩素化ワックスの例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンおよびポリ塩化ビニルが挙げられる。ハロゲン塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、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、チタンが挙げられ、他の種々の研削助剤としては、硫黄、有機硫黄化合物、黒鉛および金属硫化物が挙げられる。これらの研削助剤の例は単なる代表である。構造化研磨物品で使用するための１つの好ましい研削助剤は氷晶石であり、そしてもう１つはテトラフルオロホウ酸カリウム（ＫＢＦ４）である。
【００５４】
研磨複合材料は、加えて／あるいは、さらなる任意の添加剤、例えば、潤滑油、湿潤剤、チキソトロピック材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤、可塑剤および懸濁剤を含んでもよい。これらの材料の量、および全ての材料は、所望の特性を提供するように選択される。
【００５５】
研磨物品の製造法
本発明の研磨物品の１つの製造法を図３に模式的に図示する。この方法は、一般的に、構造化表面を提供するために使用される製造工具を指して、「ベルト」または「ウェブ」プロセスと呼ばれる。
【００５６】
製造工具４６は、一表面上に複数のキャビティを有する延長された長さであり、巻き戻し位置４５を出発する。研磨スラリーは、製造工具４６上へ、そして被覆位置４４でキャビティ中へ被覆される。被覆位置４４は、ドロップダイコーター、ナイフコーター、カーテンコーター、真空ダイコーターまたはダイコーターのような従来の被覆技術を利用することができる。スラリーの粘度を低下するために、被覆前に、スラリーが加熱されても、そして／または超音波エネルギーを受けさせても、または他の加工を受けてもよい。好ましくは、スラリー中の気泡の存在は最小である。いくつかの実施形態において、好ましい被覆技術は、真空流動ベアリングダイを使用することである。
【００５７】
被覆された製造工具４６を、巻き戻し位置４２からのバッキング４１と接触させる。バッキング４１およびスラリーは、スラリーがバッキング４１の前面を湿潤させるように接触する。図３において、接触を促進するために接触ニップロール４７が使用され、そしてまた接触ニップロール４７は、支持ドラム４３に対して、得られた構造体を強制する。
【００５８】
エネルギー源４８（好ましくは、可視光源）は、バインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化するために十分な量のエネルギーをスラリーへと伝送する。このエネルギーは、バッキングを通して、または工具を通して伝送されてもよい。「部分的に硬化される」という用語は、逆にされた試験管からスラリーが流動しないような状態までバインダー前駆体が重合されることを意味する。バインダー前駆体が製造工具から除去されると、それをさらに硬化することができる。
【００５９】
被覆後、製造工具４６を再利用できるように、製造工具４６を心棒４９上で巻き戻す。得られた研磨物品１２０を心棒１２１上で巻き戻す。バインダー前駆体が完全に硬化されない場合、例えば、エネルギー源への暴露によってバインダー前駆体を完全に硬化することができる。この第１の方法に従って研磨物品を製造するための追加的な詳細および変形は、米国特許第５，１５２，９１７号明細書（ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）および米国特許第５，４３５，８１６号明細書（スパージェン（Ｓｐｕｒｇｅｏｎ）ら）に記載されており、そして両文献とも本明細書に援用される。
【００６０】
上記方法は、研磨スラリーが工具のキャビティ中にある間に、少なくとも部分的にバインダーを硬化する工程を含むが、製造工具の除去後に全ての硬化を実行可能であることは理解される。
【００６１】
別の方法では、研磨スラリーを、製造工具４６のキャビティ中ではなく、バッキング４１上へ直接に被覆することができる。次いで、スラリーが製造工具４６のキャビティ中に流動するように、スラリー被覆バッキングを製造工具４６と接触させる。研磨物品を製造する残りの工程は、上記されるものと同一である。
【００６２】
構造化研磨物品を製造するもう一つの方法を図４に図示する。この方法は、一般的に、構造化表面を生じるために使用される製造工具を指して、「ドラム」法と呼ばれる。
【００６３】
被覆位置５３において、研磨スラリー５４を製造工具５５のキャビティ中へと被覆する。ドロップダイコーティング、ロールコーティング、ナイフコーティング、カーテンコーティング、真空ダイコーティングまたはダイコーティングのようないずれかの適切な技術を使用して、スラリー５４を工具５５上へ被覆することができる。再び、粘度を低下させるため、そして／またはバブルを最小化するため、被覆前にスラリーを加工することが可能である。
【００６４】
巻き戻し位置５２からのバッキング５１を、スラリーがバッキング５１の前面を湿潤させるように、ニップロール５６によって研磨スラリーを含有する製造工具５５と接触させる。次に、エネルギー源５７への暴露によって、スラリー中のバインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化させる。得られた研磨物品５９をニップロール５８によって製造工具５５から取外し、巻戻し位置６０上へ巻き戻す。
【００６５】
上記方法は、研磨スラリーが工具のキャビティ中にある間に、少なくとも部分的にバインダーを硬化する工程を含むが、製造工具５５からバッキング５１およびスラリー５４の除去後に全ての硬化を実行可能であることは理解される。
【００６６】
別の方法では、研磨スラリーを、製造工具５５のキャビティ中ではなく、バッキング５１上へ直接に被覆することができる。次いで、スラリーが製造工具５５のキャビティ中に流動するように、スラリー被覆バッキングを製造工具５５と接触させる。研磨物品を製造する残りの工程は、上記されるものと同一である。
【００６７】
好ましくは、放射線エネルギーによってバインダー前駆体を硬化する。製造工具が放射線エネルギーを明らかに吸収しない限り、放射線エネルギーは製造工具を通って伝送可能である。加えて、放射線エネルギー源は、製造工具を明らかに分解するべきではない。熱可塑性の製造工具および紫外光または可視光を使用することが好ましい。
【実施例】
【００６８】
以下の非限定的な実施例は、本発明をさらに説明する。特記されない限り、実施例中の全ての部、パーセント、比率等は重量による。実施例を通して、表１に記載される以下の略語を使用する。
【００６９】
2007505755.tif 000003
【００７０】
研磨物品製造に関する一般手順１
研磨粒子と、バインダー前駆体と、以下の表２に記載の他の材料とを混合することによって、研磨スラリーを調製した。高剪断混合機を使用して、約１０分間、約１２００ｒｐｍで、このスラリーを混合した。
【００７１】
2007505755.tif 000004
【００７２】
研磨物品用バッキングは、バッキングの前面上にラテックス／フェノール樹脂プレサイズ（ｐｒｅｓｉｚｅ）処理（硬化される樹脂を基準として８５部／１５部）を有するＸ−重量ポリエステルバッキングであった。プレサイズをバッキングに適用し、次いで、いずれの揮発性物質も実質的に除去してフェノール樹脂をゲル化するために加熱した。
【００７３】
製造工具は、切削ナールニッケルめっきマスター工具からエンボスされた透明ポリプロピレン工具であった。ポリプロピレン工具は、長方形底面の（正方形底面を含む）角錐タイプパターンによって画定された複数のキャビティを有した。角錐の特徴は、それらの底面が互いに対して突き当たるように配置された。角錐工具特徴タイプの特徴プロフィール特性および公称寸法は、表３に記載される通りであった。
【００７４】
2007505755.tif 000005
【００７５】
図３に図示されるものと類似の装置で、エンドレスベルトの製造工具を使用して実施例１〜１５の研磨物品を製造した。このプロセスを約１５メートル／分（５０フィート／分）で操作した。研磨スラリーをバッキングの前側上へ幅約１８ｃｍでナイフ被覆した。ナイフ間隔が約４５７〜６３５マイクロメートル（１８〜２５ミル）となるように設定された。スラリー被覆バッキングをニップロールの圧力下で製造工具のキャビティと接触させ、次いで、６００ワット／インチで操作される２つの可視ランプ（「Ｄ」バルブ、フージョン  コーポレイション（Ｆｕｓｉｏｎ  Ｃｏｒｐ．）から市販品として入手可能）からの可視光によってスラリーを照射した。製造工具とバッキングとの間のニップ圧は、約６０ポンド（２７ｋｇ）であった。研磨物品を図３の装置から取り出した後、必要に応じて、複合材料およびバッキング処理を完全に硬化するために、１１５℃で２４時間加熱した。研磨物品は、試験前に曲げられなかった。
【００７６】
研磨物品を製造するための一般手順２
バッキングの前側上へスラリー混合物を手で延展し、表面上にＣａＳｉ粉末を散布し、工具をスラリー中にプレスし、形成された未硬化の研磨材料を除去し、そして１個の６００ワット「Ｄ」バブルを使用して７．５メートル／分（２５フィート／分）で可視光によって工具の外側で試料を硬化して、実施例１６〜１７の研磨物品を形成した。
【００７７】
表４に、実施例１〜１７で使用された研磨粒子、および複合材料を形成するために使用された工具をまとめる。
【００７８】
2007505755.tif 000006
【００７９】
以下の試験手順ＩからＩＩＩの記述に従って、上記の通り製造された研磨物品を試験した。また表８に記載される、多数の市販品として入手可能な研磨物品も試験した。試験の結果を表９に提供する。
【００８０】
試験手順Ｉ
エンドレスベルト７．６ｃｍ×３３５ｃｍ（３インチ×１３２インチ）中に研磨物品を形成した。表５に記載の条件を使用して、スタンダード  ツール  バックスタンド  グラインダー（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｏｏｌ  Ｂａｃｋｓｔａｎｄ  Ｇｒｉｎｄｅｒ）上にベルトを取り付けた。水平位置でワークピースを手で保持し、そしてハンドヘルドフォースゲージ（シンポ（Ｓｈｉｍｐｏ）ＦＧＶ−５０）で測定される場合に、ワークピースの薄縁を約１２０Ｎ（２８ポンド）の力でコンタクトホイールに対してプレスした。１回の試験サイクルを達成するため、５ｃｍ／秒（２インチ／秒）の速度でコンタクトホイールの表面を横切って、一度、ワークピースを横断移動させた。最初の１６ワークピースのそれぞれから除去されたストックの平均量を初期切削（ｇ／サイクル）として記録し、そして最後の１６ワークピースのそれぞれから除去されたストックの平均量を最終切削（ｇ／サイクル）として記録した。試験の持続期間（８０または２４０サイクル）を通して除去されたストックの累積総量を全切削（ｇ）として記録した。ワークピースの水平面がコンタクトホイールの回転軸と一般的に平行であるように、そして研磨ベルトとの接触線がコンタクトホイールの軸の約２５ｃｍ（１インチ）下の位置にあるように、ワークピースを保持した。
【００８１】
2007505755.tif 000007
【００８２】
試験手順ＩＩ
エンドレスベルト３０ｃｍ×２４４ｃｍ（１２インチ×９６インチ）中に研磨物品を形成した。表６に記載の条件を使用して、ＡＣＭＥ  フラット−ヘッド  フィニッシャー（ＡＣＭＥ  Ｆｌａｔ−Ｈｅａｄ  Ｆｉｎｉｓｈｅｒ）上にベルトを取り付けた。ベルトの有効切削領域は１５ｃｍ×２４４ｃｍであり、そして測定されたワークピースの研削表面は１５ｃｍ×１．２ｍであった。１０．７ｍ／分で走行するコンベアベルト上でワークピースを連続的に機械中に供給した。１２００フィート（３６６ｍ）のワークピースシートが研削されるまで試験を実行し、そしてワークピース上で一定圧力を維持するために、試験を通して機械のコンタクトホイールを下方向へと調整した。負荷のない条件以上のベルトドライブモーターのアンプドローによって、研削圧力を監視した。最初の５ワークピースシート（１００フィート（３０．５ｍ）または１サイクル）から除去されたストックの累積量を初期切削（ｇ／サイクル）として記録し、そして最後の５ワークピースシートから除去されたストックの量を最終切削（ｇ／サイクル）として記録した。試験（１２００フィート（３６６ｍ））間に除去されたストックの全量を全切削として記録した。
【００８３】
2007505755.tif 000008
【００８４】
試験手順ＩＩＩ
エンドレスベルト１０ｃｍ×１３７ｃｍ（４インチ×５４インチ）中に研磨物品を形成した。表７に記載の条件を使用して、ＡＣＭＥ  センタレス  グラインダー（ＡＣＭＥ  Ｃｅｎｔｅｒｌｅｓｓ  Ｇｒｉｎｄｅｒ）上にベルトを取り付けた。ワークピースは、１０４５炭素鋼または３０４ステンレス鋼のいずれかの丸棒、直径３．２ｃｍ×長さ９１ｃｍ（１．２５０インチ×３６インチ）であった。ベルト−ワークピース境界面で方向付けられた冷却剤があふれる下で、各ワークピースを５回ＡＣＭＥ機械に通した。棒に対する処理量方向は、各サイクルで逆にされた。試験の最初の５サイクルで除去されたストックの平均量を初期切削（ｇ／サイクル）として記録した。試験の最後の５サイクルで除去されたストックの量を最終切削（ｇ／サイクル）として記録した。各研削サイクルを通して、ワークピース上で一定圧力を維持するために、ＡＣＭＥ  センタレス  グラインダー（ＡＣＭＥ  Ｃｅｎｔｅｒｌｅｓｓ  Ｇｒｉｎｄｅｒ）の調整ホイールを手で調整した。負荷のない条件以上のベルトドライブモーターのアンプドローによって、研削圧力を監視した。示された通り、試験存続期間は、３０、６０、６５または８０サイクルであった。切削率が、その実施例で記録された初期切削の少なくとも６０％まで低下した時、いずれの実施例に関する試験も終了した。試験の持続期間を通して除去されたストックの累積総量を全切削（ｇ）として記録した。
【００８５】
2007505755.tif 000009
【００８６】
表面仕上げの測定
５回の切削サイクルの終了毎に、試験手順３に従って試験されたワークピースの表面仕上げ（Ｒａ）を測定した。Ｒａは、マイクロメートル（ｕｍ）で表されるスクラッチ深さの算術平均である。マール  パーソメーター  プロフィロメーター（Ｍａｈｒ  Ｐｅｒｔｈｏｍｅｔｅｒ  ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）（モデルＭ４Ｐ、オハイオ州シンシナティのマール  コーポレイション（Ｍａｈｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，ＯＨ）から入手可能）を使用してＲａを測定した。
【００８７】
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【００８８】
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【００８９】
実施例１〜２および比較例Ａ〜Ｂ
試験手順Ｉに従って、実施例１〜２および比較例Ａ〜Ｂを試験した。表９の試験結果は、ステンレス鋼ワークピース上でシミュレーションされる乾燥、即座の研削適用において、従来の被覆研磨物品および従来の凝集体被覆研磨物品と比較して、大きいトポグラフィーおよび大きいセラミック粒子を有する研磨物品の切削一貫性の改善および寿命の改善を示す。
【００９０】
実施例３〜４および比較例Ｃ
３０４ステンレス鋼ワークピースを使用して、試験手順ＩＩに従って、実施例３〜４および比較例Ｃを試験した。表９の試験結果は、シミュレーションされる湿潤、フラットストック研削適用において、大きいトポグラフィーおよび非セラミック研磨粒子を有する実施例（実施例４）と比較して、そして従来の被覆研磨物品と比較して、大きいトポグラフィーおよび大きいセラミック粒子を有する研磨物品（実施例３）の切削率の改善、切削一貫性の改善および寿命の延長を示す。
【００９１】
実施例５〜６および比較例Ｄ〜Ｇ
１０４５軟鋼ワークピースを使用して、試験手順ＩＩＩに従って、実施例５〜６および比較例Ｄ〜Ｇを試験した。表９の試験結果は、シミュレーションされる湿潤、心なし研削適用において、従来の凝集体被覆研磨物品と比較して、大きいトポグラフィーおよび大きいセラミック粒子を有する研磨物品の切削一貫性の改善、仕上げ一貫性の改善および寿命の延長を示す。
【００９２】
実施例７〜８および比較例Ｈ〜Ｋ
３０４ステンレス鋼ワークピースを使用して、試験手順ＩＩＩに従って、実施例７〜８および比較例Ｈ〜Ｋを試験した。表９の試験結果は、シミュレーションされる湿潤、心なし研削適用において、従来の被覆研磨物品と比較して、そして従来の凝集体被覆研磨物品と比較して、大きいトポグラフィーおよび大きいセラミック粒子を有する研磨物品の切削一貫性の改善、仕上げ一貫性の改善および寿命の延長を示す。
【００９３】
実施例９〜１１および比較例Ｌ
１０４５軟鋼ワークピースを使用して、試験手順ＩＩＩに従って、実施例９〜１１および比較例Ｌを試験した。表９の試験結果は、従来の凝集体被覆研磨物品と比較して、大きいトポグラフィーおよび大きいセラミック粒子を有する研磨物品の切削一貫性の改善、仕上げ一貫性の改善および寿命の延長を示す。実施例１０および１１に関する結果は、大きいトポグラフィーを有するが、非セラミック研磨粒子を含有する実施例（実施例１１）と比較して、本発明の研磨物品（実施例１０）の切削率の改善、切削一貫性の改善および寿命の延長を示す。
【００９４】
実施例１２および比較例Ｍ
１０４５軟鋼ワークピースを使用して、試験手順ＩＩＩに従って、実施例１２および比較例Ｍを試験した。表９の試験結果は、シミュレーションされる湿潤、心なし研削適用において、従来の凝集体研磨物品と比較して、大きいトポグラフィーおよび大きいセラミック粒子を有する研磨物品の切削一貫性の改善、仕上げ一貫性の改善および寿命の延長を示す。
【００９５】
実施例１３〜１５および比較例Ｎ
１０４５軟鋼ワークピースを使用して、試験手順ＩＩＩに従って、実施例１３〜１５および比較例Ｎを試験した。表９の試験結果は、シミュレーションされる湿潤、心なし研削適用において、従来の凝集体研磨物品と比較して、大きいトポグラフィーおよび大きいセラミック研磨粒子を有する研磨物品（実施例１５）の切削一貫性の改善および寿命の延長を示す。実施例１３〜１５に関する結果は、大きいトポグラフィーを有するが、非セラミック研磨粒子を含有する実施例（実施例１３〜１４）と比較して、本発明の研磨物品（実施例１５）の切削率の改善、切削一貫性の改善および寿命の延長を示す。
【００９６】
実施例１６〜１７
図５および６に実施例１６および１７の顕微鏡写真を示す。これらの顕微鏡写真は、製造工具の外側で硬化によって製造される大きいトポグラフィーの研磨複合材料を示す。
【００９７】
上記の明細書、実施例およびデータは、本開示の研磨物品の製造および使用の完全な説明を提供する。本開示および本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの実施形態を製造可能であるため、添付の請求項に本発明は帰属する。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】第１の構造化研磨トポグラフィーを有する、本発明による研磨物品の拡大断面図。
【図２】第２の構造化研磨トポグラフィーの模式的な斜視上面および側面図。
【図３】図１および図２の研磨物品の製造法の模式図。
【図４】図１および図２の研磨物品のもう１つの製造法の模式図。
【図５】実施例１６の研磨物品の顕微鏡写真。
【図６】実施例１７の研磨物品の顕微鏡写真。
【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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【国際調査報告】
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