(57)【要約】  セラミックを含み、かつ所定の角度βで第２のプレートに一体的に接合された第１のプレートを備える、成形研磨粒子。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックを含み、かつ所定の角度βで第２のプレートに一体的に接合された第１のプレートを備える、成形研磨粒子。
【請求項２】
前記第１のプレート又は前記第２のプレートが、少なくとも１つの側壁により接続された第１の主表面と第２の主表面とを含む、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項３】
前記第２の主表面と前記少なくとも１つの側壁との間の抜き勾配αが、約９０度〜約１３５度である、請求項２に記載の成形研磨粒子。
【請求項４】
前記第２の主表面と前記側壁との間の前記抜き勾配αが、約９５度〜約１２０度である、請求項３に記載の成形研磨粒子。
【請求項５】
前記第１のプレートが切頭三角錐を含み、前記第２のプレートが切頭三角錐を含む、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項６】
前記第１のプレートが三角柱を含み、前記第２のプレートが三角柱を含む、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項７】
前記第１のプレートがひし形角柱を含み、前記第２のプレートが三角柱を含む、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項８】
前記第１のプレートが切頭ひし形角錐を含み、前記第２のプレートが切頭三角錐を含む、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項９】
前記所定の角度βが約９０度である、請求項１、２、３、４、５、６、７、又は８に記載の成形研磨粒子。
【請求項１０】
前記所定の角度βが約２０度〜約８５度である、請求項１、２、３、４、５、６、７、又は８に記載の成形研磨粒子。
【請求項１１】
前記成形研磨粒子が、αアルミナを含み、ベーマイトアルミナゾルゲルを鋳造することにより形成される、請求項１、２、３、４、５、６、７、又は８に記載の成形研磨粒子。
【請求項１２】
請求項１に記載の前記成形研磨粒子と結合剤とを含む研磨物品。
【請求項１３】
前記研磨物品が、被覆研磨物品、不織布研磨物品、結合研磨物品、及び研磨ブラシからなる群から選択される、請求項１２に記載の研磨物品。
【請求項１４】
前記結合剤が、前記被覆研磨物品のメイクコートを含み、前記成形研磨粒子が、前記第１のプレートによって前記メイクコートで裏材に取り付けられる、請求項１３に記載の研磨物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交差プレート成形研磨粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨粒子及びこれらの研磨粒子から作製される研磨物品は、物品の製造工程において広範な材料及び表面を研磨、仕上げ、又は研削するために有用である。したがって、研磨粒子及び／又は研磨物品のコスト、性能、又は寿命を改善する必要性が引き続き存在する。
【０００３】
三角形状の成形研磨粒子、及びこの三角形状の成形研磨粒子を使用する研磨物品は、米国特許第５，２０１，９１６号（Ｂｅｒｇ）、同第５，３６６，５２３号（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ）（Ｒｅ  ３５，５７０）、及び同第５，９８４，９８８号（Ｂｅｒｇ）に開示されている。一実施形態において、この研磨粒子の形は正三角形を含む。三角形の研磨粒子は、優れた削り取りレートを有する研磨物品の製造に有用である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
成形された研磨粒子は、概して、ランダムに破砕された研磨粒子に勝る性能を有することができる。研磨粒子の形状を調整することによって、研磨物品がもたらす性能を調整することが可能である。本発明者らは、所定の角度で交差する第１のプレートと第２のプレートとを備える成形研磨粒子を作製することにより、一方のプレートが、成形研磨粒子を裏材に固定するためのベースとしての役割を果たし、他方のプレートが、所定のすくい角で加工対象物と接触するので、被覆研磨物品において、加工対象物に対する一方のプレートのすくい角を正確に制御することができることを発見した。
【０００５】
他の利点としては、次の１〜５が挙げられる。
１．メイクコートに接着される底プレートの寸法を用いて、加工対象物と接触する研磨材の先端の間隔及び密度を制御する。この技術は、異なる材料を研磨するために調整され得る、研磨層の開放度（degree of openness）を制御することができる。
２．削り屑の除去のためのチャネルの形成。研磨材の先端は、ベースの寸法及び形状によって制御可能に離間配置することができるので、冷却流体を導通させるため、又は削り屑の除去のために、研磨層にチャネルを形成することができる。
３．より尖っておりかつあまり平らでない表面を有する成形研磨粒子の作製。ＲＥ  ３５，５７０の三角形の成形研磨粒子は、２つの対向する平面と、加工対象物と接触することができる３つの頂点と、有する。図３の交差プレート成形研磨粒子は、１つの平面と、加工対象物と接触することができる５つの頂点と、を有し、平面でなく頂点が加工対象物と接触する機会が有意に増加する。これは、成形研磨粒子の配向の制御が被覆研磨物品におけるよりも困難な不織布構成体において、特に有利であり得る。
４．いくつかの実施形態においてより大きな摩耗平面を形成するために、接地面積及び傾向が少ない。成形研磨粒子が四面体である場合、頂点が摩耗すると、接地面積が急速に増加する。図１の交差プレート成形研磨粒子は、四面体と同じベースを有しているが、上部頂点が摩耗したときの接地面積の増加は有意に少ない。
５．不織構造の良好な保持。２つのプレートの交差は、不織繊維に対するプレート成形研磨粒子の良好な接着をもたらし、かつ、粒子が不織布ウェブを通って落下する又は不織布ウェブのより深くに入り込むのを防止すると考えられている。
【０００６】
したがって、一実施形態において、本発明は、セラミックを含み、かつ所定の角度βで第２のプレートに一体的に接合された第１のプレートを備える、成形研磨粒子に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
当業者は、この説明があくまで実施例の説明であって、本開示のより広範な観点を制限することを意図するものでなく、それらのより広範な観点が実施例の構築に具現化されていることを理解するであろう。
【図１Ａ】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子の一実施形態。
【図１Ｂ】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子の一実施形態。
【図２Ａ】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子の別の実施形態。
【図２Ｂ】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子の別の実施形態。
【図３Ａ】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子の別の実施形態。
【図３Ｂ】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子の別の実施形態。
【図４Ａ】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子の別の実施形態。
【図４Ｂ】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子の別の実施形態。
【図５】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子を含有する被覆研磨物品。
【図６】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子を含有する別の被覆研磨物品。
【図７】第１のプレートと第２のプレートとを含む交差プレート成形研磨粒子を含有する不織布研磨物品。
【図８】第１のプレートと第２のプレートとを含む別の交差プレート成形研磨粒子。
【図９Ａ】図８の交差プレート成形研磨粒子を作製するために使用される成形型寸法。
【図９Ｂ】図８の交差プレート成形研磨粒子を作製するために使用される成形型寸法。
【図９Ｃ】図８の交差プレート成形研磨粒子を作製するために使用される成形型寸法。
【図１０】実施例１で作製された交差プレート成形研磨粒子。
【図１１】実施例２で作製された不織布研磨物品。  明細書及び図中で繰り返し使用される参照記号は、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図する。
【０００８】
定義
本明細書で使用される「含む／備える／具備する（comprise）」、「有する（have）」、及び「含む（include）」という言葉の形態は、法的に同等かつ非限定的である。したがって、記載された要素、機能、工程、又は制限に加えて、記載されていない追加的な要素、機能、工程、又は制限が存在する場合がある。
本明細書で使用される「研磨材分散液」という用語は、成形型のキャビティに導入されるαアルミナに転換可能なαアルミナ前駆体を意味する。この組成物は、揮発性成分が十分に除去されて研磨材分散液の固化が生じるまでの研磨材分散液を指す。
本明細書で使用される「一体的に接合される」という用語は、第１のプレート及び第２のプレートを形成する同一材料が、２つのプレートを結合することを意味する。２つのプレートを取り付けるために、異なる化学組成を有する別個の結合剤を使用しない。
本明細書で使用するとき、用語「前駆体成形研磨粒子」とは、研磨材分散液が成形型のキャビティ内にあるうちに、研磨材分散液から十分な量の揮発性成分を除去することによって生成され、成形型のキャビティから取り出して、その後の加工作業中にその成型形状を実質的に保持することができる固化体を形成する、未焼結の粒子を意味する。
本明細書で使用される「成形研磨粒子」という用語は、その研磨粒子の少なくとも一部が、成形研磨粒子の前駆体を形成するために使用される成形型のキャビティから複製された所定の形状を有するセラミック研磨粒子を意味する。研磨破片の場合（例えば、米国特許仮出願第６１／０１６，９６５に記載のように）を除き、成形研磨粒子は概して、成形研磨粒子を形成するために使用された成形型のキャビティを実質的に複製する、所定の幾何学的形状を有する。本明細書で使用されるとき、成形研磨粒子は、機械的な粉砕動作によって得られる研磨粒子を除く。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
交差プレート成形研磨粒子
図１〜図４を参照して、例示的な交差プレート成形研磨粒子２０を示す。一実施形態において、成形研磨粒子２０が作製される材料は、αアルミナを含む。αアルミナ粒子は、本明細書で後述するように、ゲル化され、型で成形され、その形を維持するために乾燥され、か焼され、次に焼結された、酸化アルミニウム水酸化物及びアルミニウム一水和物の分散により作製されてよい。交差プレート成形研磨粒子の幾何学的形状は、結合剤によって結合される研磨粒子を含む粒塊を形成するための結合剤を必要とせずに維持される。
【００１０】
広くは、成形研磨粒子２０は、各プレートの中心面（点線）間で測定される所定の角度βで第２のプレート２３と（一実施形態では、成形研磨粒子が成形されるときに）一体的に接合された第１のプレート２１を有する、少なくとも２つの交差するプレートを含む。各プレートは、第１の主表面と、第１の主表面の反対側の第２の主表面とを含む。これらプレートの一方又は両方は、テーパ形状、平凹（一方が平面で一方が凹状表面）、平凸（一方が平面で一方が凸面）、両面が凸状、両面が凹状、平行又はテーパ状の表面を有して湾曲している、又は実質的に平面かつ平行な表面、であり得る。いくつかの実施形態では、主表面は側壁で結合されて、外縁に沿って厚みを有し、別の実施形態では、第１及び／又は第２の主表面はテーパし、２つの凸面の間の交点といった主表面が結合される場所に薄い縁部又は線を形成することができる。プレートは、突然に交差して別個の線を形成することができ、又は、交差の位置に半径を利用して、プレート間に、より段階的移行を形成することができる。他の実施形態では、３つ、４つ、５つ又はそれ以上のプレートが交差して、成形研磨粒子を形成することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態において、第１のプレート２１は、被覆研磨物品５４の裏材５６に成形研磨粒子を固定するための基底部としての役割を果たし、第２のプレート２３は、図５に最もよく見られる加工対象物６４を研磨するための研削部材の役割を果たす。第１のプレートと第２のプレートとは所定の角度βで交差するので、加工対象物に対する第２のプレート２３のすくい角を正確に制御し、それによって、被覆研磨物品の切断速度を改善する、仕上げを改善する、又はその両方を改善することができる。基底部の役割を果たす大きくて平坦な第１のプレートはまた、プレートの一方の縁部のみを使用する場合と比べて、成形研磨粒子を裏材によりしっかりと保持するのを助ける。
【００１２】
第１のプレート及び第２のプレート（２１、２３）は、第１の主表面２４と第２の主表面２６とを有し、かつ厚さＴを有する薄い本体を備えることができる。いくつかの実施形態において、厚さＴは、約５マイクロメートル〜約１ミリメートルの範囲である。プレートは均一な厚さを備えることができ、プレートの厚さは、テーパする又は変化することができる。いくつかの実施形態において、第１の主表面２４と第２の主表面２６とは、少なくとも１つの側壁２８によって互いに接続され、該側壁２８は、図１に示されるように、第２の主表面２６と側壁２８との間に９０度以外の抜き勾配αを有する、傾斜している側壁であってもよい。いくつかの実施形態では、２つ以上の傾斜している側壁２８が存在することができ、２００８年１２月１７日出願の係属中の米国特許出願第１２／３３７，０７５号、発明の名称「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｓｌｏｐｉｎｇ  Ｓｉｄｅｗａｌｌ」により完全に記載されているように、各傾斜している側壁２８の勾配又は角度は、同じであってもよく、又は異なっていてもよい。他の実施形態では、側壁２８は、第１の主表面２４及び第２の主表面２６と９０度の角度で交差し得る。
【００１３】
一実施形態において、第１のプレート及び第２のプレート（２１、２３）の第１及び第２の主表面（２４、２６）は、円形、楕円形、三角形、四辺形（矩形、正方形、台形、ひし形、偏菱形、たこ形（kite）、超楕円形）などの選択された幾何学的形状、又はその他の多辺幾何学的形状（五角形、六角形、八角形等）を含む。あるいは、第１及び第２の主表面（２４、２６）は、不規則な反復形状（成形型のキャビティによって複製される）、又は直線部分と弓形部分とを組み合わせて輪郭及び外縁を形成する形状を含み得る。抜き勾配αに応じて、各プレートの第１及び第２の主表面の面積は、同じであり得る又は異なり得る。多くの実施形態において、第１のプレート及び第２のプレートは、可能性があるものをいくつか挙げると、三角柱、切頭三角錐、ひし形角柱、及び切頭ひし形角錐といった、角柱（９０度の抜き勾配）又は切頭角錐（９０度と等しくない抜き勾配）を含む。
【００１４】
図１に示される一実施形態では、第１のプレート２１は切頭三角錐で構成され、第２のプレート２３は、第１のプレートと所定の角度βで交差する切頭三角錐で構成された。他の実施形態では、両方のプレートが角柱であることができ、又は、一方のプレートは角柱であることができ、他方のプレートは切頭角錐である。一実施形態において、各プレートの主表面は正三角形で構成され、図１に示されるように、第２のプレートは、縁部が第１のプレート２１の第２の主表面２６内にちょうど収まるように、わずかに小さい寸法を有していた。第２のプレート２３は、第１のプレート２１の第２の主表面２６上の想像線によってその縁部（側壁）の１つが二等分された状態で、第１のプレート２１の第２の主表面２６上に位置することができ、該想像線は、第２の主表面の外縁と９０度の角度で交差し、かつ第２の主表面の頂点の１つを二等分する。１つの特定の実施形態では、所定の角度βは８２度であり、各プレートの抜き勾配αは９８度であった。
【００１５】
図２に示される別の実施形態では、第１のプレート２１は切頭三角錐（あるいは角柱）で構成され、第２のプレート２３は、第１のプレートと所定の角度βで交差する矩形（台形）角柱（あるいは切頭角錐）で構成された。他の実施形態では、両方のプレートが角柱であり得、又は両方のプレートが角錐であり得る。第２のプレート２３は、第１のプレート２１の第２の主表面２６上の想像線によってその縁部（側壁）の１つが二等分された状態で、第１のプレート２１の第２の主表面２６上に位置することができ、該想像線は、第２の主表面の外縁と９０度の角度で交差し、かつ第２の主表面の頂点の１つを二等分する。１つの特定の実施形態では、所定の角度βは９０度であり、第１のプレートの抜き勾配αは９８度であり、第２のプレートの抜き勾配αは９０度であった。
【００１６】
図３に示される別の実施形態では、第１のプレート２１はひし形（ダイヤモンド）角柱で構成され、第２のプレート２３は三角柱で構成された。他の実施形態では、両方のプレートが切頭角錐であり得、又はプレートの一方は角柱であり得、他方のプレートは切頭角錐である。第２のプレート２３は、第１のプレート２１の第２の主表面２６上の、対向する頂点の２つを接続する想像線によって、その縁部（側壁）の１つが二等分された状態で、第１のプレート２１の第２の主表面２６上に位置することができる。１つの特定の実施形態において、三角柱は正三角形で構成され、ひし形は第２のプレートによって、図３に見られる第２のプレートの正三角形と同様の寸法及び形状の２つの三角形に二等分された。１つの特定の実施形態において、所定の角度βは９０度であり、第１のプレートの抜き勾配αは９０度であり、第２のプレートの抜き勾配αは９０度であった。
【００１７】
図４に示される別の実施形態では、第１のプレート２１はひし形（ダイヤモンド）角柱で構成され、第２のプレート２３は矩形（台形）角柱で構成された。他の実施形態において、両方のプレートは切頭角錐であり得、プレートの一方は角柱であり得、他方のプレートは切頭角錐である。第２のプレート２３は、第１のプレート２１の第２の主表面２６上の、対向する頂点の２つを接続する想像線によって、その縁部（側壁）の１つが二等分された状態で、第１のプレート２１の第２の主表面２６上に位置することができる。１つの特定の実施形態において、所定の角度βは９０度であり、第１のプレートの抜き勾配αは９０度であり、第２のプレートの抜き勾配αは９０度であった。
【００１８】
本発明の様々な実施形態において、第２のプレート２３（小さい方のプレート）は、第２のプレートの交差縁部が、交差する第１のプレート２１の第１又は第２の主表面の外縁内に完全に収容されるように、寸法設定され得る。あるいは、第２のプレート２３は、第２のプレートの交差縁部が、交差する第１のプレート２１上の第１又は第２の主表面の外縁を越えて延出するように、寸法設定される又は位置することができる。延出は、これらプレートを同一寸法及び形状に作製し、それらの交点を単にオフセットさせることによって達成することができる、又は、表面外縁を１つ以上の縁部から突出させるために、一方のプレートを、これが交差するプレートよりも大きく（長く）作製することができる。
【００１９】
本発明の様々な実施形態では、抜き勾配αは、約９０度〜約１３５度、又は約９５度〜約１３０度、又は約９５度〜約１２５度、又は約９５度〜約１２０度、又は約９５度〜約１１５度、又は約９５度〜約１１０度、又は約９５度〜約１０５度、又は約９５度〜約１００度であってよい。２００８年１２月１７日出願の米国特許出願シリアルナンバ第１２／３３７，０７５号、発明の名称「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｓｌｏｐｉｎｇ  Ｓｉｄｅｗａｌｌ」に論じられているように、抜き勾配αの特定の範囲は、傾斜している側壁を備えた成形研磨粒子から作られた被覆研磨物品の研削性能の驚くべき上昇を生み出すことが見出された。特に、９８度、１２０度、又は１３５度の抜き勾配は、９０度の抜き勾配よりも研削性能を向上させることが見出されている。研削性能の向上は、米国特許出願第シリアルナンバ１２／３３７０７５号の図６及び図７に示されているように、抜き勾配９８度又は１２０度で特に顕著である。異なる角度又は同じ角度の抜き勾配αを、成形研磨粒子を形成するプレートのいずれかと共に用いることができる。交差プレート成形研磨粒子が、第１のプレート２１の第１の主表面２４によってではなく、傾斜している側壁のうちの１つによって、研磨物品に先端がつけられる、ないしは別の方法で取り付けられる場合、上記の範囲内の角度は、同じような方法で（manor）研削性能を上昇させることができる。
【００２０】
同様に、９０度以外の所定の角度βにより、交差プレート成形研磨粒子の切削性能が改善されると考えられているが、９０度の角度も同様に用いることができる。本発明の様々な実施形態において、所定の角度βは、約２０度〜約８５度、約５５度〜約８５度、約６０度〜約８５度、約６５度〜約８５度、約７０度〜約８５度、若しくは約７５度〜約８５度、及び約８０度〜約８５度であり得る。所定の角度βを制御することにより、図５に最もよく見られる被覆研磨物品の加工対象物に対する、第２のプレートのすくい角を制御することができる。
【００２１】
本発明の様々な実施形態において、第１のプレート及び第２のプレート（２１、２３）は、追加の特徴を含むことができる。いくつかの実施形態において、第１の主表面２４は実質的に平面であり、第２の主表面２６は実質的に平面であり、又は両方は実質的に平面である。あるいは、片面は、２００８年１２月１７日に出願された同時係属中の米国特許出願シリアルナンバ第１２／３３６，９６１号、発明の名称「Ｄｉｓｈ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｒｅｃｅｓｓｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ」において更に詳述されるように、凹部又は窪んだ部分であり得る。凹部又は窪んだ部分５０の表面は、米国特許出願シリアルナンバ第１２／３３６，９６１号に論じられるように、ゾルゲルにメニスカスが形成されゾルゲルの縁部が成形型の両側までウィッキングする傾向がある、成形型のキャビティ内にある間のゾルゲルの乾燥条件を選択することで作られる。凹状表面は、中空の研削されたチゼルブレードと同様に、使用目的によっては切削性能を増大させるのを助けることができる。
【００２２】
更に、２００８年１２月１７日に出願された同時係属中の米国特許出願シリアルナンバ第１２／３３７，１１２号、発明の名称「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ｏｐｅｎｉｎｇ」において詳述されているように、第１の主表面２４及び第２の主表面２６を貫通する１つ以上の開口部がプレートに存在し得る。プレートを貫通する開口部は、成形研磨粒子のバルク密度を減少させることができ、それによって、例えば、高い多孔性が所望される場合が多い研削ホイールなどの使用目的によっては、得られる研磨物品の多孔性を増大させる。あるいは、開口部は、粒子をサイズコートに、よりしっかりと固定させることでシェリングを低減できるか、又は開口部は粉砕助剤のリザーバの機能を果たし得る。上述のメニスカス現象を過剰にする乾燥条件を選択することで、又は成形型の表面から延びる１つ以上の柱を有する成形型を作製することで、開口部を成形研磨粒子の中に形成することがきる。開口部を有する成形研磨粒子を作製する方法は、米国特許出願シリアルナンバ第１２／３３７，１１２号において論じられている。
【００２３】
更に、成形研磨粒子は、２００８年１２月１７日に出願された同時係属中の米国仮出願シリアルナンバ第６１／１３８，２６８号、発明の名称「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ｇｒｏｏｖｅｓ」に記載されているように、第１又は第２の主表面に複数の溝を有し得る。溝は、成形型から前駆体成形研磨粒子を取り出すことをより容易にすることが見出されている成形型のキャビティの表面の複数の隆起部によって形成される。三角形の成形断面を有する隆起部は、ウェッジとして作用し、成形型のキャビティに存在しながら、ゾルゲルの収縮を促進する乾燥条件下で、成形型の底面から前駆体成形研磨粒子を引き上げると考えられる。
【００２４】
本開示に従って作製される成形研磨粒子２０は、研磨物品に組み込まれるか、又は粉状（loose form）で用いられてよい。研磨粒子は、概して、使用前に、定められた粒径分布に等級分けされる。そのような分布は典型的には、粗粒子から微粒子までのある範囲の粒径を有している。研磨の技術分野において、この範囲は、ときには「粗い」画分、「統制された」画分、及び「細かい」画分と呼ばれる。研磨業界公認の等級基準に従って等級分けされた研磨粒子は、各公称等級に対する粒径分布を数量的限界内で指定している。このような工業的に認められた等級分け規格（即ち、研磨工業規格の公称等級）としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格及び日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。
【００２５】
ＡＮＳＩ等級表記（即ち、公称等級として指定される）としては、ＡＮＳＩ  ４、ＡＮＳＩ  ６、ＡＮＳＩ  ８、ＡＮＳＩ  １６、ＡＮＳＩ  ２４、ＡＮＳＩ  ３６、ＡＮＳＩ  ４０、ＡＮＳＩ  ５０、ＡＮＳＩ  ６０、ＡＮＳＩ  ８０、ＡＮＳＩ  １００、ＡＮＳＩ  １２０、ＡＮＳＩ  １５０、ＡＮＳＩ  １８０、ＡＮＳＩ  ２２０、ＡＮＳＩ  ２４０、ＡＮＳＩ  ２８０、ＡＮＳＩ  ３２０、ＡＮＳＩ  ３６０、ＡＮＳＩ  ４００、及びＡＮＳＩ  ６００が挙げられる。ＦＥＰＡ等級表記としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００、及びＰ１２００が挙げられる。ＪＩＳ等級表記としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、及びＪＩＳ１０，０００が挙げられる。
【００２６】
あるいは、成形研磨粒子２０は、ＡＳＴＭ  Ｅ−１１「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅ  Ｃｌｏｔｈ  ａｎｄ  Ｓｉｅｖｅｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｐｕｒｐｏｓｅｓ」に従う米国標準試験用ふるいを用いて公称スクリーニング等級に等級分けすることができる。ＡＳＴＭ  Ｅ−１１は、所定の粒径に従って物質を分類するために枠に実装された金網の媒体を用いて試験用ふるいを設計及び構築するための要件について記載している。典型的な表記は、−１８＋２０のように表される場合があり、これは、成形研磨粒子がＡＳＴＭ  Ｅ−１１の１８号ふるいの規格に一致する試験用ふるいを通過するものであり、ＡＳＴＭ  Ｅ−１１の２０号ふるいの規格に一致する試験用ふるいに残るものであることを意味する。１つの実施形態では、成形研磨粒子２０は、大部分の粒子が１８号のメッシュ試験用ふるいを通過し、２０、２５、３０、３５、４０、４５、又は５０号のメッシュ試験用ふるいに残るような粒径を有する。本発明の様々な実施形態において、成形研磨粒子２０は、−１８＋２０、−２０＋２５、−２５＋３０、−３０＋３５、−３５＋４０、−４０＋４５、−４５＋５０、−５０＋６０、−６０＋７０、−７０＋８０、−８０＋１００、−１００＋１２０、−１２０＋１４０、−１４０＋１７０、−１７０＋２００、−２００＋２３０、−２３０＋２７０、−２７０＋３２５、−３２５＋４００、−４００＋４５０、−４５０＋５００、又は−５００＋６３５を含む公称スクリーニング等級を有することができる。あるいは、−９０＋１００など特化したメッシュサイズの使用が可能である。
【００２７】
１つの態様において、本開示は、研磨工業規格の公称等級又は公称スクリーニング等級を有する複数の成形研磨粒子を提供し、この複数の成形研磨粒子の少なくとも一部は、成形研磨粒子２０である。別の態様において、本開示は、研磨工業規格の公称等級又は公称スクリーニング等級を有する複数の成形研磨粒子２０を提供するために、本開示に従って作製された成形研磨粒子２０を等級分けする工程を含む方法を提供する。
【００２８】
所望により、研磨工業規格の公称等級又は公称スクリーニング等級を有するこの成形された研磨粒子２０を他の既知の研磨粒子又は非研磨粒子と混合することができる。いくつかの実施形態において、複数の研磨粒子の総重量に基づき、研磨工業規格の公称等級又は公称スクリーニング等級を有する複数の研磨粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５重量％、あるいは１００重量％さえが、本開示に従って作製された成形された研磨粒子２０である。
【００２９】
成形研磨粒子２０との混合に好適な粒子としては、従来の砥粒、希釈グレイン、又は米国特許第４，７９９，９３９号及び同第５，０７８，７５３号に記載されているものなどの侵食性粒塊（erodable agglomerates）が挙げられる。従来の砥粒の代表的な例としては、溶融酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナジルコニア、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドなどが挙げられる。希釈グレインの代表的な例としては、大理石、せっこう、及びガラスが挙げられる。幾何学的に異なる成形研磨粒子２０のブレンド、又は異なる抜き勾配若しくは異なる所定の角度βを有する傾斜している側壁を備えた成形研磨粒子２０のブレンドを、本発明の物品で使用することができる。
【００３０】
いくつかの用途では、成形研磨粒子及び従来の砥粒のブレンドが有効に機能することが見出されている。これらの用途では、１０重量％などの少量の成形研磨粒子でも性能を著しく高める。成形研磨粒子と従来の砥粒又は希釈グレインとのブレンドで、ブレンド中の成形研磨粒子の重量は５０、４０、３０、２５、２０又は１０％以下であってもよく、依然として性能の著しい向上を提供する。
【００３１】
成形された研磨粒子２０は、表面被覆を有してもよい。表面被覆は、研磨物品の砥粒と結合剤との接着を改善することで知られており、又は成形された研磨粒子２０の静電蒸着を支援するために使用することができる。一実施形態では、米国特許第５，３５２，２５４号に記載されているように成形研磨粒子の重量に対して０．１％〜２％の量の無機物の表面被覆を使用した。このような表面被覆は、米国特許第５，２１３，５９１号、同第５，０１１，５０８号、同第１，９１０，４４４号、同第３，０４１，１５６号、同第５，００９，６７５号、同第５，０８５，６７１号、同第４，９９７，４６１号、及び同第５，０４２，９９１号に記載されている。加えて、表面コーティングは、成形された研磨粒子のキャッピングを防ぐことができる。キャッピングとは、研磨中の加工対象物からの金属粒子が成形された研磨粒子の頂上部に溶接されるようになる現象を表す用語である。上記の機能を発揮する表面被覆は、当業者には既知である。
【００３２】
交差プレート成形研磨粒子を有する研磨物品
図５を参照すると、被覆された研磨物品５４は、裏材５６の第１の主表面６０に塗布される結合剤の第１の層（以下、メイクコート５８と呼ぶ）を有する裏材５６を含む。複数の成形研磨粒子２０がメイクコート５８に取り付けられ又は部分的に埋め込まれ、研磨材層を形成する。結合剤の第２の層（以下、サイズコート６２と呼ぶ）が成形研磨粒子２０に塗布される。メイクコート５８の目的は、成形研磨粒子２０を裏材５６に固定することであり、サイズコート６２の目的は、成形研磨粒子２０を補強することである。当業者に既知であるように、任意のスーパーサイズコーティングを適用してもよい。
【００３３】
図からわかるように、成形研磨粒子２０は、第１のプレート２１によって裏材５６に取り付けられることができる。第２のプレート２３は所定の角度βで第１のプレート２１に結合されるので、加工対象物を研磨している間の第２のプレート２３の加工対象物６４に対するすくい角を正確に制御することができる。すくい角を制御する能力は、研磨物品の切削性能、又は研磨物品の仕上げを改善することができる。
【００３４】
図６に示される別の実施形態では、交差プレート成形研磨粒子（図１）は、被覆研磨粒子を形成するために滴下被覆される。滴下被覆が用いられる場合でも、静電被覆とは対照的に、交差プレート成形研磨粒子は、研削中に三角形のプレートの１つの頂点が加工対象物と接触するように存在するように配向する傾向がある。オープンコートの研磨層を使用し、予め適用された成形研磨粒子の上部に落下するように余剰成形研磨粒子が加えられない場合に、この結果は特に顕著である。
【００３５】
配向を最適化するために、交差プレート成形研磨粒子は、図５及び図６のオープンコートの研磨層の裏材に適用され得る。オープンコートの研磨層では、研磨粒子を含むメイクコートの範囲が１００％未満になるため、研磨粒子間に空き領域及び目に見える樹脂層を残す。本発明の様々な実施形態において、研磨材層中の空き領域の割合は、約１０％〜約９０％、又は約３０％〜約８０％であることができる。
【００３６】
メイクコート５８及びサイズコート６２は、樹脂性接着剤を含む。メイクコート５８の樹脂性接着剤は、サイズコート６２の樹脂性接着剤と同じものでも異なるものでもよい。これらのコートに好適な樹脂性接着剤の例としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、アクリレート樹脂、アミノプラスト樹脂、メラミン樹脂、アクリル酸エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及びこれらの組み合わせが挙げられる。樹脂性接着剤に加えて、メイクコート５８若しくはサイズコート６２、又は両方のコートは、例えば、充填剤、研削助剤、湿潤剤、界面活性剤、染料、顔料、カップリング剤、接着促進剤、及びこれらの組み合わせのような当該技術分野で既知の添加剤を更に含むことができる。充填剤の例としては、炭酸カルシウム、シリカ、タルク、粘土、メタケイ酸カルシウム、ドロマイト、硫酸アルミニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００３７】
研削助剤は、被覆された研磨物品に塗布されてよい。研削助剤は粒子材料として定義され、その添加が研磨の化学的及び物理的な工程に顕著な影響を及ぼし、それによって改善された性能をもたらす。研削助剤は、広範な様々な材料を包含し、また無機系又は有機系であり得る。研削助剤の薬品群の例としては、ワックス、有機ハロゲン化合物、ハロゲン化物塩、並びに金属及びその合金が挙げられる。有機ハロゲン化物化合物は、通常、研磨時に分解し、ハロゲン酸又はガス状ハロゲン化物化合物を放出する。そのような材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンのような塩素化ワックス、及びポリ塩化ビニルなどが挙げられる。ハロゲン塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウムクリオライト、ナトリウムクリオライト、アンモニウムクリオライト、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、及びチタンが挙げられる。他の研削助剤としては、イオウ、有機イオウ化合物、グラファイト、及び金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組み合わせを使用することも本発明の範囲内であり、また場合によっては、これによって相乗効果がもたらされることがある。いくつかの実施形態において、研削助剤は、リオライト及びテトラフルオロホウ酸カリウムが好ましい。このような添加剤の量は、所望の性状をもたらすために調整されてよい。スーパーサイズコートを使用することもまた、本発明の範囲内である。スーパーサイズコーティングは、典型的に、結合剤及び研削助剤を含有する。結合剤は、フェノール樹脂、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、及びこれらの組み合わせのような材料から生成することができる。いくつかの実施形態では、熱硬化性エポキシ樹脂、硬化剤、熱可塑性炭化水素樹脂、研削助剤、分散剤、及び色素を含むスーパーサイズコートが、米国特許第５，４４１，５４９号（Ｈｅｌｍｉｎ）に開示されているように用いられる。
【００３８】
結合研磨物品、不織布研磨物品、又は研磨ブラシに成形研磨粒子２０を使用できることもまた、本発明の範囲内である。結合研磨材は、結合剤によって共に結合されて成形された塊を形成する複数の成形研磨粒子２０を含む。結合研磨材に使用される結合剤は、金属、有機物、セラミック、又はガラス質であり得る。不織研磨材は、有機結合剤によって繊維状不織布ウェブに結合した複数の成形研磨粒子２０を含む。
【００３９】
図７を具体的に参照すると、不織布研磨物品は、ポリウレタン結合剤などの結合剤１２０で結合される絡合繊維１１０で形成された繊維ウェブ１００を含んでいる。交差プレート成形研磨粒子２０は、繊維１１０の露出面上に、繊維ウェブ１００全体に分散される。結合剤１２０は、繊維１１０の少なくとも一部を覆い、成形研磨粒子を不織布ウェブに接着する。いくつかの交差プレート成形研磨粒子に関し、繊維１１０の少なくとも一部は、第１のプレート２１及び第２のプレート２３の両方と同時に接触する。交差プレート成形研磨粒子のより大きな面積が繊維と接触することができるので、成形研磨粒子と繊維とのより良好な接着をもたらすことができる。
【００４０】
交差プレート成形研磨粒子の製造方法
本発明のプロセスを用いて成形セラミック物体に形成され得る材料としては、既知のセラミック材料、例えば、αアルミナ、炭化ケイ素、アルミナ／ジルコニア、及び炭化ホウ素などの細粒などの物理的前駆体が挙げられる。また、三水和アルミナ、ベーマイト、γアルミナ及び他の遷移相アルミナ、並びにボーキサイトなどの化学的及び／又は形態的前駆体が挙げられる。上記の中で最も有用なものは、典型的には、アルミナ及びその物理的又は化学的前駆体を主成分とするものである。しかしながら、本発明はそれらに限定されるものではなく、様々な前駆体材料についても適用可能であると理解すべきである。
【００４１】
アルミナを主成分とする粒子を製造するための特定の状況において望ましいことが分っているその他の成分としては、核生成剤、例えば、微細に分割されたαアルミナ、酸化鉄、酸化クロム、及び前駆体形態からαアルミナ形態への転化において核形成することができるその他の物質、また、マグネシア、チタニア、ジルコニア、イットリア、及び希土類金属酸化物が挙げられる。このような添加剤は、多くの場合、結晶成長抑制剤又は境界相改質剤として作用する。前駆体中のこのような添加剤の量は、通常、約１０重量％未満であり、多くの場合５重量％未満である（固体基準）。
【００４２】
また、αアルミナの化学的又は形態的前駆体の代わりに、微細に分割されたαアルミナそのもののスリップを有機化合物と一緒に使用することも可能であり、有機化合物は、スリップを懸濁液の中に保持し、粒子が焼成されて実質的に十分に緻密化する際の一時的な結合剤として作用する。そのような場合、懸濁液物質を含むことが多くの場合に可能であり、この懸濁液物質は、焼成すると異質な相を形成する、又は、乾燥及び焼成中、若しくは焼成後に成形粒子の構造的一体性を維持する助剤として作用することができる。このような物質は不純物として存在することができる。例えば、前駆体が微細に分割されたボーキサイトの場合、粉末粒子が共に焼結して成形粒子を形成した後に第２の相を形成する少量のガラス質材料が存在する。
【００４３】
本発明のプロセスで使用される分散系は、細かく分散した材料などの任意のセラミック前駆体分散系であってもよく、本発明のプロセスを施された後、成形セラミック物品の形態となる。分散系は、化学的前駆体（例えば、ベーマイはαアルミナの化学的前駆体である）、形態的前駆体（例えば、γアルミナはαアルミナの形態的前駆体である）、並びに（又はあるいは）、αアルミナの微細に分割された形態はある形状へと成形され、その形状を維持するために焼結されることができるという意味では、物理的前駆体であってもよい。
【００４４】
分散系が、物理的又は形態的前駆体を含む場合には、本明細書においてこの用語を用いる場合、前駆体は、共に焼結されると従来の結合及び被覆研磨用途において有用な研磨粒子などのセラミック物品を形成する、微細に分割された粉末粒子の形態である。このような材料は、一般に、約２０ミクロン未満、好ましくは約１０ミクロン未満、及び最も好ましくは約１ミクロン未満の平均寸法を有する粉末粒子を含む。
【００４５】
好ましいプロセスにおいて使用される分散系は、最も好都合には、ベーマイトゾル−ゲルである。このゾル−ゲルは、アルミナ前駆体からαアルミナへの変態において核形成することができる細かく分散した種粒子を含む種晶ゾル−ゲル、又は焼結されるとαアルミナに変わる非種晶ゾル−ゲルであってもよい。
【００４６】
物理的又は形態的前駆体の分散系の固形分は、約４０〜６５％が好ましいが、最大約８０％までの高い固形分を使用することができる。このような分散系においては、微細に分割された粒子と一緒に有機化合物が使用されることが多く、懸濁化剤として、また多くは形成された粒子が乾燥されてその形状を十分に保持するまでの一時的結合剤として使用される。これらは、そのような目的に広く知られる任意のものでよく、例えばポリエチレングリコール、ソルビタンエステル等が挙げられる。
【００４７】
加熱すると最終的な安定したセラミック形態に変化する前駆体固形分は、乾燥及び焼成して研磨粒子を焼結させる間に前駆体から遊離し得る水を考慮する必要がある場合がある。このような場合、固形分は、典型的にはやや低めであり、例えば約７５％以下、又は更には約３０％〜約５０％である。ベーマイトゾル−ゲルの場合、約６０％、又は更に４０％の最大固形分を使用することができ、解膠された約２０％の最小固形分のゾルゲルも使用可能である。
【００４８】
物理的前駆体から作製される成形研磨粒子は、典型的には、種晶化学的前駆体から形成されるものよりも高い温度で焼成される必要がある。例えば、種晶ベーマイトゾル−ゲルの粒子は、約１２５０℃を下回る温度で、実質的に完全に緻密化したαアルミナを形成するのに対して、非種晶ベーマイトゾル−ゲルから製造された粒子は、十分に緻密化するために約１４００℃を上回る焼成温度が必要となり得る。
【００４９】
交差プレート成形研磨粒子の作製の一実施形態では、７つのプロセス工程を用いることができる。第１のプロセス工程は、アルファアルミナに変換可能なシードされた又はシードされていない研磨材分散液のいずれかを提供することを含む。αアルミナ前駆体組成物は、揮発性成分である液体を含むことが多い。一実施形態において、揮発性成分は水である。研磨材分散液は、成形型のキャビティを充填して成形型表面を複製することを可能にするために研磨材分散液の粘性を十分に低くするために十分な量でありながらも、後に成形型のキャビティから液体を除去することを実現不可能なほど高価にしない程度の量の液体を含まなくてはならない。一実施形態において、研磨材分散液は、αアルミナに転換可能な、酸化アルミニウム一水和物（ベーマイト）のような粒子を２重量％〜９０重量％、及び水のような揮発性成分を少なくとも１０重量％、又は５０重量％〜７０重量％、又は５０重量％〜６０重量％含む。逆に、いくつかの実施形態における研磨材分散液は、固体を３０重量％〜５０重量％、又は４０重量％〜５０重量％含有する。
【００５０】
また、ベーマイト以外の酸化アルミニウム水和物を使用してもよい。ベーマイトは、既知の技術によって調製すること、あるいは市販のものを入手することができる。市販のベーマイトの例としては、Ｓａｓｏｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．から入手可能な「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」及び「ＤＩＳＰＡＬ」（どちらも商標）、あるいはＢＡＳＦ  社から入手可能な「ＨｉＱ−４０」（商標）が挙げられる。これらの酸化アルミニウム水和物は比較的純粋である、即ち、一水和物以外の水和物の相をたとえ含んでいるとしても比較的少なく含み、高い表面積を有する。結果として生じる成形研磨粒子２０の物理的特性は、一般に、研磨材分散液で使用される材料の種類に依存する。
【００５１】
一実施形態において、研磨材分散液はゲル状である。本明細書で使用される「ゲル」とは、液体に分散した固体の３次元ネットワークである。研磨材分散液は、修正用添加剤又は修正用添加剤の前駆体を含有することができる。変性用添加剤は、研磨粒子のいくつかの望ましい特性を強化するため、又は後の焼結工程の有効性を増加させるために機能することができる。修正用添加剤又は修正用添加剤の前駆体は、溶解性の塩の形状であってよく、典型的には水溶性の塩であってよい。これらは、典型的には、金属含有化合物から成り、マグネシウム、亜鉛、鉄、シリコン、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、イットリウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテルビウム、ネオジム、ランタン、ガドリニウム、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、チタン、及びこれらの混合物の酸化物の前駆体であってよい。研磨材分散液中に存在できるこれらの添加剤の具体的な濃度は、当該技術に基づき変動する場合がある。典型的には、修正用添加剤又は修正用添加剤の前駆体の導入によって、研磨材分散液はゲルになる。また、一定の時間をかけて加熱することによって研磨材分散液をゲル化することもできる。
【００５２】
研磨材分散液はまた、水和又はか焼した酸化アルミニウムからアルファアルミナへの変換を促進するために、成核剤（シーディング）を含有することもできる。本開示に好適な成核剤としては、αアルミナ、α酸化第二鉄又はその前駆体、酸化チタン及びチタン酸塩、酸化クロム、並びにこの形質転換の成核剤となるであろう他の任意の物質の微粒子が挙げられる。成核剤を使用する場合、その量は、αアルミナの形質転換を引き起こすために十分でなくてはならない。そのような研磨材分散液に核を生成する工程は、米国特許第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）に開示されている。
【００５３】
研磨材分散液に解膠剤を添加して、より安定したヒドロゾル又はコロイド状研磨材分散液を製造することができる。好適な解膠剤は、酢酸、塩酸、ギ酸、及び硝酸のような一塩基酸又は酸化合物である。多塩基酸を使ってもよいが、多塩基酸は研磨材分散液を急速にゲル化し、取り扱い又は追加的な成分の導入を困難にする。ベーマイトのいくつかの商用ソースは、安定した研磨材分散液の形成を助ける（吸収されたギ酸又は硝酸のような）酸タイターを含有する。
【００５４】
研磨材分散液は任意の好適な手段、例えば、単に酸化アルミニウム一水和物を解膠剤含有水と混合することによって、又は酸化アルミニウム一水和物のスラリーを生成し、そこに解膠剤を加えることによって形成することができる。気泡を形成する傾向又は混合中に空気を混入する傾向を低減するために、消泡剤又は他の好適な化学物質を加えることができる。湿潤剤、アルコール、又はカップリング剤のような追加的な化学物質を所望により追加することができる。アルファアルミナ研磨材グレインは、１９９７年７月８日付の米国特許第５，６４５，６１９号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に開示されているように、シリカ及び酸化鉄を含有することができる。αアルミナ研磨材グレインは、１９９６年９月３日付の米国特許第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）に開示されているように、ジルコニアを含有することができる。あるいは、αアルミナ研磨材グレインは、２００１年８月２１日付の米国特許第６，２７７，１６１号（Ｃａｓｔｒｏ）に開示されているように、ミクロ構造又は添加剤を有することができる。
【００５５】
第２のプロセス工程は、少なくとも１つの成形型キャビティ、好ましくは複数のキャビティを有する成形型を提供する工程を伴う。キャビティは図１〜４に例示する成形研磨粒子を製造するために指定の三次元の形状を有する。成形型は、第１のプレート２の形状に対応する第１の成形型キャビティと、所定の角度で第１の成形型キャビティと交差する、第２のプレート２３の形状に対応する第２の成形型キャビティと、を有することができる。広くは、第１の成形型キャビティは成形型の上面と隣接しており、上面中の該キャビティの外縁は、第１のプレート２１の第１の主表面２４の外縁を形成する。第２の成形型キャビティは、第１のプレート２１の第２の主表面２６を形成する第１の成形型キャビティの底部から成形型と交差し、かつ成形型の厚さの中に延びる。
【００５６】
複数のキャビティは、生産工具内で形成することができる。生産工具は、ベルト、シート、連続ウェブ、輪転グラビアのようなコーティングロール、コーティングロール上に載置されるスリーブ、又はダイであることが可能である。１つの実施形態では、生産用工具は高分子材料を含む。好適な高分子材料の例としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はこれらの組み合わせなどの熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性材料が挙げられる。一実施形態において、工具全体が高分子材料又は熱可塑性材料で作製される。別の実施形態において、乾燥中にゾル−ゲルと接触する工具表面（例えば複数のキャビティの表面など）は、高分子材料又は熱可塑性材料を含み、工具の他の部分は他の材料から作製されてもよい。好適な高分子被覆を金属工具に適用して、実施例の方法によって表面張力性状を変更することができる。
【００５７】
高分子の工具又は熱可塑性の工具は、金属マスター工具から複製されてもよい。このマスター工具は、生産用工具に所望の逆パターンを有する。マスター工具は、生産工具と同様の方法で製造することも可能である。一実施形態において、マスター工具を例えばニッケルのような金属で作製し、ダイヤモンドターニング加工することができる。高分子シート材料をマスター工具と共に加熱して、２つを一緒に加圧成形することにより、マスター工具パターンにて高分子材料がエンボス加工されるようにすることができる。高分子又は熱可塑性材料はまた、マスター工具上へと押出又はキャスティングされ、次に加圧成形することもできる。熱可塑性材料を冷却し固化させて、生産用工具が製造される。熱可塑性生産工具が使用される場合、熱可塑性生産工具を歪めて寿命を制限することが可能な過度の熱を生成しないよう注意が必要である。生産工具又はマスター工具の設計及び製作に関する更なる情報は、米国特許第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒら）、同第５，４３５，８１６号（Ｓｐｕｒｇｅｏｎら）、同第５，６７２，０９７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９４６，９９１号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９７５，９８７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第６，１２９，５４０号（Ｈｏｏｐｍａｎら）に見出すことができる。
【００５８】
キャビティへは、上面にある開口部からアクセスすることができる。一実施形態において、上面は実質的に均一の深さを有するキャビティを備える成形型の底面と実質的に平行である。成形型の片面、即ちキャビティが形成される面は、揮発性成分除去の工程の間、周囲の大気に曝露したままにすることができる。
【００５９】
第３のプロセス工程は、任意の従来の技法によって研磨材分散液を成形型のキャビティに充填する工程を伴う。いくつかの実施形態において、ナイフロールコーター又は真空スロットダイコーターを使用することができる。必要に応じて、成形型からの粒子の取り出しを支援するために離型剤を使用してよい。典型的な離型剤としては、例えば、ピーナッツオイル、又は鉱油、魚油のような油、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛、及びグラファイトが挙げられる。一般に、離型剤を用いることが望ましい場合、成形型のユニット領域ごとに約０．１ｍｇ／インチ２（０．０１５ｍｇ／ｃｍ２）〜約３．０ｍｇ／インチ２（０．４６ｍｇ／ｃｍ２）、又は約０．１ｍｇ／インチ２（０．０１５ｍｇ／ｃｍ２）〜約５．０ｍｇ／インチ２（０．７８ｍｇ／ｃｍ２）の離型剤が存在するように、液体中（水又はアルコールなど）約０．１重量％〜約５重量％の離型剤（ピーナッツオイルなど）が、ゾルゲルと接触する生産工具の表面に塗布される。一実施形態において、成形型の上面は、研磨材分散液で被覆される。研磨材分散液は、上面上にポンプ注入されるか又は塗布されることができる。次に、スクレーパ又はならし棒を使用して、研磨材分散液を成形型のキャビティに完全に押し入れることができる。キャビティに入らない研磨材分散液の残りの部分は、成形型の上面から取り出してリサイクルすることができる。いくつかの実施形態では、少量の研磨材分散液が上面に残る場合があり、他の実施形態では上面には分散液が実質的に存在しない。スクレーパ又はならし棒によって加えられる圧力は、典型的には、１００ｐｓｉ（０．６９ＭＰａ）未満、若しくは５０ｐｓｉ（０．３４ＭＰａ）未満、及び１０ｐｓｉ（０．０６ＭＰａ）未満である。いくつかの実施形態において、研磨材分散液の曝露された表面が実質的に上面を超えて延在することはなく、結果として生じる成形された研磨粒子２０の均一な厚さが確保される。
【００６０】
第４のプロセス工程は、揮発性成分を除去して分散液を乾燥させる工程を伴う。望ましくは、揮発性成分は速い蒸発速度で除去される。いくつかの実施形態において、蒸発による揮発性成分の除去は、この揮発性成分の沸点を超える温度で生じる。乾燥温度の上限は、成形型を作製する材料に依存することが多い。ポリプロピレン工具では、温度はこのプラスチックの融点未満でなくてはならない。
【００６１】
一実施形態において、固体が約４０〜５０％の水分散液とポリプロピレン成形型では、乾燥温度は約９０℃〜約１６５℃、又は約１０５℃〜約１５０℃、又は約１０５℃〜約１２０℃であってよい。高温は生産速度の改善をもたらすことができるが、ポリプロピレンの工具を劣化させて成形型としての耐用年数を制限する場合もある。
【００６２】
第５のプロセス工程は、前駆体成形研磨粒子を成形型のキャビティから取り出すことを含む。成形研磨粒子の前駆体は、成形型のキャビティから粒子を取り出すために重力、振動、超音波振動、真空、又は加圧空気のプロセスを、単独で又は組み合わせで成形型に対して用いることによって、キャビティから取り出すことができる。
【００６３】
研磨粒子の前駆体を成形型の外で更に乾燥させることができる。成形型内で望ましいレベルに研磨材分散液を乾燥する場合、追加的な乾燥工程は必要ない。しかし、場合によっては、この追加的な乾燥工程を採用して、成形型内に研磨材分散液がある時間を最低限にすることが経済的である場合がある。典型的には、成形された研磨粒子の前駆体を１０〜４８０分間、又は１２０〜４００分間、５０℃〜１６０℃、又は１２０℃〜１５０℃の温度で乾燥することになる。
【００６４】
第６のプロセス工程は、成形研磨粒子の前駆体のか焼を伴う。か焼工程の間に、本質的に全ての揮発性材料が除去され、研磨材分散液に存在していた多様な成分が形質転換されて酸化金属になる。成形された研磨粒子の前駆体は、一般に、約４００℃〜８００℃の温度に加熱して、遊離水及び９０重量％を超す任意のバウンドされた揮発性材料が除去されるまで、この温度範囲内に維持する。選択的工程において、所望により、含浸プロセスによって修正用添加剤を導入することができる。焼成された前駆体成形研磨粒子の孔に、水溶性の塩を含浸によって導入することができる。次に、前駆体成形研磨粒子を再びか焼する。この選択については、欧州特許出願第２９３，１６３号に詳述されている。
【００６５】
第７のプロセス工程は、か焼された、成形された研磨粒子の前駆体を焼結して、αアルミナ粒子を形成する工程を伴う。焼結前は、か焼された、成形された研磨粒子の前駆体は完全には緻密化されていないので、成形された研磨粒子として使用するための所望の硬度が足りない。か焼された、成形された研磨粒子の前駆体を１，０００℃〜１，６５０℃の温度に加熱し、実質的に全てのαアルミナ一水和物（又は同等のもの）がαアルミナに転換し、気孔率が１５体積％未満に低減されるまで、それらをこの温度範囲内に維持することによって焼結を行う。このレベルの転換を達成するために、か焼された前駆体成形研磨粒子をこの焼結温度に曝露しなくてはならない時間の長さは、多様な因子に応じて変化するが、５秒〜４８時間が典型的である。別の実施形態において、焼結工程の持続時間は１分間〜９０分間の範囲である。焼結後、成形された研磨粒子は、１０ＧＰａ、１６ＧＰａ、１８ＧＰａ、２０ＧＰａ以上のヴィッカース硬度を有してよい。
【００６６】
記述したプロセスを修正するために、か焼温度から焼結温度まで材料を急速に加熱す工程、研磨材分散液を遠心分離してスラッジ、廃棄物等を除去する工程、といったような他の工程を使用することができる。更に、所望により２つ以上のプロセス工程を組み合わせることによってこのプロセスを修正することができる。本開示のプロセスを修正するために使用できる従来のプロセス工程は、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）に詳述されている。
【００６７】
成形研磨粒子の製造方法に関する更なる情報については、２００８年１２月１７日出願の同時係属中の米国特許出願シリアルナンバ第１２／３３７，００１号、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ  Ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｓｈａｒｄｓ，Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ｏｐｅｎｉｎｇ，Ｏｒ  Ｄｉｓｈ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」に開示されている。
【実施例】
【００６８】
実施例１及び比較例Ａ
交差プレート成形研磨粒子の改善された特質を実証するために、実施例１及び比較例Ａを調製した。実施例１の新規な研磨粒子は、所望の研磨用途に必要な鋭さを粒子に提供するために、図８に示される特定の幾何学的形状を有するように成形された。かかる研磨粒子は、三角形のベースプレートの形を有し、三角形の表面の１つから平面のプレートが突き出ている。この研磨材は、複数の非常に鋭い縁部を有するように設計されている。
【００６９】
（実施例１）
２３１６ｇの脱イオン水と６６ｇの硝酸とを、１６０１ｒｐｍで作動する高剪断混合器（Ｓｃｏｔｔ  Ｔｕｒｂｏｎ  Ｍｉｘｅｒ，Ａｄｅｌａｎｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）の中で混合して、アルミナゾルを調製した。１６００ｇの酸化アルミニウム一水和物（「Ｄｉｓｐｅｒａｌ」、Ｓａｓｏｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｈｏｕｓｔｏｎ  Ｔｅｘａｓ）を１分かけて添加した。５分後、追加の６ｇの硝酸を添加し、７分混合した後、１２ｇのピーナッツオイル（「ｐｅａｎｕｔ  ｏｉｌ，ｎ．ｆ．」、Ａｌｎｏｒ  Ｏｉｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｖａｌｌｅｙ  Ｓｔｒｅａｍ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）（Ｄｉｓｐｅｒａｌ含有量を基準として０．７５％）をこの混合物に添加し、２分間混入させた。バッチサイズは４０００ｇであった。ゾルをゲル化し、使用前に２４時間エージングさせた。
【００７０】
幅５インチ（１２．７ｃｍ）のステンレス鋼パテナイフを使用して、ゾルゲルを微細複製された工具のキャビティに押し込んだ。図９Ａ〜図９Ｃに示される寸法のキャビティを有する９インチ×１３インチ（２３ｃｍ×３３ｃｍ）片の生産工具にゾルゲルを押し込んだ。余剰のゾルゲルは、パテナイフを使用して用具から注意深く除去された。次に、被覆された用具を４５℃の空気対流式オーブンの中に１．５時間入れ、水分を除去し、ゾルゲル乾燥させて成形粒子を得た。超音波ホーンを用いて粒子を用具から取り出した。０．７５％のピーナッツオイルを有するこの前駆体成形研磨粒子を、約６５０℃で（１５分間）か焼した後、以下の濃度の混合硝酸塩溶液（酸化物として報告された）を含浸させた：１．０％のＭｇＯ、１．２％のＹ２Ｏ３、４．０％のＬａ２Ｏ３、及び０．０５％のＣｏＯ。余剰硝酸塩溶液を除去し、含浸した前駆体交差成形研磨粒子を乾燥させ、その後、この粒子を６５０℃（１５分間）で再びか焼し、約１４００℃（５分間）で焼結した。焼成及び焼結は双方とも、回転式管状釜を使用して実行した。上記プロセスを用いて製造された研磨粒子が図１０に示されている。空気の閉じ込めに起因して、隆起した三角形の先端部は切頭される傾向があり、図示の三次元交差プレート成形研磨粒子が得られた。
【００７１】
比較実施例Ａ
実施例１で使用した交差プレート成形型に代えて、三角形の大きい方の面の各片の長さが２．７９４ｍｍの成形型キャビティ、０．７１１ｍｍの成形型深さ、及び９７度の抜き勾配を有する平面的な三角形を有する成形型を使用したことを除き、実施例１と同様に比較例Ａを調製した。製造された成形研磨粒子は、米国特許出願第２０１０／０１５１１９６号に開示されている成形研磨粒子と同じか又は類似であった。
【００７２】
実施例２及び比較例Ｂ
実施例２及び比較例Ｂの不織布研磨材を、実施例１及び比較例Ａの研磨粒子をそれぞれ使用して調製した。
【００７３】
（実施例２）
実施例２は、ウレタン樹脂が軽く結合された、７０デニール（７８デシテックス）×１．５インチ（３８ｍｍ）ナイロン６，６短繊維の従来法で調製された１２６ｇ／ｍ２不織布を、実施例１の交差プレート成形研磨粒子でロールコーティングすることにより調製された。予め結合された不織布の４×６インチ（１０．２×１５．２ｃｍ）片に、４９．１５％のレゾールフェノール樹脂、１０．１９％の水、４０．５６％の炭酸カルシウム充填剤、０．１０％のＥＭＵＬＡＮ  Ａ乳化剤（ＢＡＳＦ，Ｆｌｏｒｈａｍ  Ｐａｒｋ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）、及び微量のリオライトで作製した樹脂を塗布し、２００グラム／平方メートルの湿潤付加物（wet add-on）を得た。１平方メートル当たり３２３ｇの実施例１の研磨粒子を、メイクコー上に滴下被覆した。次に、この複合体を９０℃まで加熱し、この温度を９０分間維持した。５０．５６％のＤＯＣＡＮＯＬ  ＰＭＡ  ４８４４３１（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ  Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）、３６．２％のＡＤＥＰＲＩＮＥ  ＢＬ−１６（Ｃｈｅｍｕｔｒａ  Ｇｒｏｕｐ，Ｍｉｄｄｌｅｂｕｒｙ  ＣＴ）ウレタン樹脂、及び１３．２４％の硬化剤ＬＡＰＯＸ  Ｋ４５０（ＰＭＡ中４２．３３％）（Ｒｏｙｃｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｅａｓｔ  Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ，ＣＴ）のサイズコーティングをロールコーティングで塗布し、９６ｇの湿潤付加物を得た。次に、得られた複合体を３３０℃で加熱し、この温度を５分間維持した。得られた研磨物品を図１１に示す。
【００７４】
比較実施例Ｂ
実施例１の研磨粒子を比較例Ａの研磨粒子に代えたことを除き、実施例２と同様に比較例Ｂを調製した。
【００７５】
不織布研磨物品の試験
不織布研磨材ディスクを実施例２及び比較例Ｂから切断し、３Ｍ  Ｂｌｕｅ  Ｖｉｎｙｌ  Ｆｏａｍ  ＃０２３４５バックアップパッド（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍａｐｌｅｗｏｏｄ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）より入手）に取り付け、ランダムオービタルサンダーに装着した。ランダムオービタルサンダーを３４５０ｒｐｍで動作するように作動させ、２ｆｔ／分（０．６１ｍ／分）のトラバース速度で１０インチ（２５．４ｃｍ）にわたって６ｌｂ（２．７２ｋｇ）の荷重下でスチールルールダイ（４５ロックウェル）に対して付勢した。
【００７６】
実施例２の試料の初期切断速度（最初のトラバース中の切断）は、比較例Ｂの試料の初期切断速度の３倍であった。３サイクル後の全体的切断は、実施例２の試料でスチール約０．０９ｇ、比較例Ｂの試料で０．０４ｇであった。実施例２の試料は、比較例Ｂと比較して有意に改善された研削性能を有すると判断された。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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