(57)【要約】  セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部によって接合された４つの主面を有する。４つの主面の１つ１つは、４つの主面の他の３つと接触する。６つの共通の縁部は実質的に同じ長さを有する。セラミック成形粒子の製造方法が開示される。セラミック成形研磨粒子は、加工品の表面を研磨するのに有用である。研磨物品は、結合剤内に保持されたセラミック成形研磨粒子を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合剤内に保持されたセラミック成形研磨粒子を含む研磨物品であって、該セラミック成形研磨粒子が、６つの共通の縁部によって接合された４つの主面を有し、該４つの主面の１つ１つが、該４つの主面の他の３つと接触し、前記６つの共通の縁部が実質的に同じ長さである、研磨物品。
【請求項２】
前記４つの主面のうちの少なくとも１つが、実質的に平坦である、請求項１に記載の研磨物品。
【請求項３】
前記４つの主面のうちの少なくとも１つが凹面である、請求項１又は２に記載の研磨物品。
【請求項４】
前記４つの主面の全てが凹面である、請求項３に記載の研磨物品。
【請求項５】
前記４つの主面のうちの少なくとも１つが凸面である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項６】
前記セラミック成形研磨粒子が角錐台形状ではない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項７】
前記セラミック成形研磨粒子が４面体対称を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項８】
前記セラミック成形研磨粒子が実質的に正４面体形状である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項９】
前記セラミック成形研磨粒子がゾルゲル法によるアルミナを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項１０】
前記セラミック成形研磨粒子がαアルミナを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項１１】
前記セラミック成形研磨粒子が、無機粒子の被覆をその上に有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項１２】
前記結合剤が有機結合剤を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項１３】
前記研磨物品が結合研磨物品を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項１４】
前記結合剤がフェノール樹脂を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項１５】
前記結合剤がガラス結合剤を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項１６】
前記研磨物品が結合研磨砥石を含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項１７】
前記結合研磨砥石が研削砥石を含む、請求項１６に記載の研磨物品。
【請求項１８】
前記研削砥石が、中央が窪んだ研削砥石を含む、請求項１７に記載の研磨物品。
【請求項１９】
前記結合研磨砥石が切断砥石を含む、請求項１７に記載の研磨物品。
【請求項２０】
前記結合研磨砥石の対向する主表面上に配置される補強材を更に含む、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項２１】
前記結合研磨砥石の１つの主表面上だけに配置される補強材を更に含む、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項２２】
研磨工業規格の公称等級に適合する粉砕された研磨粒子を更に含む、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の研磨物品。
【請求項２３】
加工品を研磨する方法であって、
請求項１に記載の研磨物品の前記セラミック成形研磨粒子の少なくとも一部を、加工品の表面と摩擦接触させる工程と、
前記加工品の前記表面の少なくとも一部を研磨するために、前記加工品又は前記研磨物品の少なくとも一方を動かす工程と、を含む方法。
【請求項２４】
複数のセラミック成形研磨粒子であって、該セラミック成形研磨粒子が、６つの共通の縁部によって接合された４つの主面を有し、該４つの主面の１つ１つが、該４つの主面の他の３つと接触し、前記６つの共通の縁部が実質的に同じ長さであり、前記セラミック成形研磨粒子が、研磨工業規格の公称等級に適合する、複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項２５】
前記４つの主面のうちの少なくとも１つが、実質的に平坦である、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項２６】
前記４つの主面のうちの少なくとも１つが凹面である、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項２７】
前記主面の４つ全てが凹面である、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項２８】
前記４つの主面のうちの少なくともが凸面である、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項２９】
前記セラミック成形研磨粒子が、角錐台形状ではない、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項３０】
前記セラミック成形研磨粒子が４面体対称を有する、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項３１】
前記セラミック成形研磨粒子が、実質的に正４面体形状である、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項３２】
前記セラミック成形研磨粒子がαアルミナを含む、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項３３】
前記セラミック成形研磨粒子が、無機粒子の被覆をその上に有する、請求項２４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
【請求項３４】
セラミック成形研磨粒子の製造方法であって、
共通の頂点で交わる３つの凹面の壁を有する成形型の空洞に、セラミック前駆体分散体を導入する工程と、
前記セラミック前駆体分散体を乾燥し、これを前記空洞から取り出してセラミック成形研磨粒子前駆体を提供する工程と、
前記セラミック成形研磨粒子前駆体を仮焼する工程と、
前記仮焼したセラミック成形研磨粒子前駆体を焼結して、前記セラミック成形研磨粒子を提供する工程であって、
前記セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部によって接合された４つの主面を有し、該４つの主面の１つ１つが、該４つの主面の他の３つと接触し、前記４つの主面のうちの少なくとも３つが実質的に平坦であり、前記６つの共通の縁部が実質的に同じ長さである、工程と、
を含む方法。
【請求項３５】
前記セラミック成形研磨粒子がαアルミナを含む、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は結合研磨物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
結合研磨物品は、結合剤によって互いに結合された研磨粒子を有する。結合研磨材としては、例えば、臼石、砥石、研削砥石、及び切断砥石が挙げられる。結合剤は、典型的には有機樹脂であるが、セラミック又はガラス（即ち、ガラス質結合剤）などの無機材料であってもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様において、本開示は複数のセラミック成形研磨粒子を提供し、該セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部によって接合された４つの主面を有し、４つの主面の１つ１つは、４つの主面の他の３つと接触し、６つの共通の縁部は実質的に同じ長さを有する。
【０００４】
いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、研磨工業規格の公称等級に適合する。いくつかの実施形態において、４つの主面のうちの少なくとも１つは実質的に平坦である。いくつかの実施形態において、４つの主面のうちの少なくとも１つは凹面である。いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子はαアルミナを含む。いくつかの実施形態において、４つの主面の全ては凹面である。いくつかの実施形態において、４つの主面のうちの少なくとも１つは凸面である。いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、角錐台形状ではない。いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子は４面体対称を有する。いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、実質的に正４面体形状である。いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、ゾルゲル法によるアルミナを含む。いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、無機粒子の被覆をその上に有する。
【０００５】
本開示によるセラミック成形研磨粒子は、例えば、研磨物品の製造、及び加工品の研磨に有用である。
【０００６】
したがって、別の態様において、本開示は、加工品を研磨する方法を提供し、該方法は、加工品の表面と本開示による研磨物品のセラミック成形研磨粒子の少なくとも一部とを摩擦接触させる工程と、加工品の表面の少なくとも一部を研磨するために、加工品又は研磨物品の少なくとも一方を移動させる工程と、を含む。
【０００７】
更に別の態様において、本開示は、結合剤内に保持された本開示によるセラミック成形研磨粒子を含む研磨物品を提供する。
【０００８】
いくつかの実施形態において、結合剤は有機結合剤を含む。いくつかの実施形態において、研磨物品は結合研磨物品を含む。いくつかの実施形態において、結合剤はフェノール樹脂を含む。いくつかの実施形態において、結合剤は無機結合剤を含む。いくつかの実施形態において、結合剤はガラス結合剤を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態において、研磨物品は結合研磨砥石を含む。いくつかの実施形態において、結合研磨砥石は研削砥石（例えば、中央が窪んだ研削砥石など）又は切断砥石を含む。いくつかの実施形態において、研磨物品は、結合研磨砥石の対向する主表面上に配置される補強材を更に含む。いくつかの実施形態において、研磨物品は、結合研磨砥石の１つの主表面上だけに配置される補強材を更に含む。いくつかの実施形態において、研磨物品は、（例えば、研磨工業規格の公称等級に適合する）粉砕された研磨粒子を更に含む。
【００１０】
更に別の実施形態において、本開示は、研磨粒子の製造法を提供し、該方法は、
共通の頂点で交わる３つの凹面の壁を有する成形型の空洞に、セラミック前駆体分散体を導入する工程と、
セラミック前駆体分散体を乾燥し、これを空洞から取り出して、セラミック成形研磨粒子前駆体を提供する工程と、
セラミック成形研磨粒子前駆体を仮焼する工程と、
仮焼されたセラミック成形研磨粒子前駆体を焼結して、セラミック成形研磨粒子を提供する工程と、ここで、セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部によって接合された４つの主面を有し、４つの主面の１つ１つが、４つの主面の他の３つと接触し、４つの主面のうちの少なくとも３つが実質的に平坦であり、６つの共通の縁部が実質的に同じ長さである、を含む。
【００１１】
有利には、本開示によるセラミック成形研磨粒子は、一貫性のない及び／又は劣化した研磨性能の原因となり得る、（例えば、製造技術の結果として）研磨粒子が所与の方向に沿って配向する可能性を低減する、高度の対称性を有する。
【００１２】
本明細書で使用する場合、
共通の縁部に関する用語「実質的に同じ長さ」とは、共通の縁部が公称長さの＋／−２０％以内の長さを有することを意味する。
用語「正４面体」とは、４つの等しい面を有する四面体を指す。
正４面体に関する用語「実質的に成形された」とは、小欠陥（例えば、製造中に生じ得る）を別にすれば正４面体の形状を有することを意味する。
【００１３】
上記の実施形態は、組み合わせに本開示の教示の観点から明らかな誤りがない限り、あらゆる組み合わせで実施されてもよい。
【００１４】
本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで理解される。以下の図面及び発明を実施するための形態は、実例となる実施形態をより具体的に例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示の一実施形態に係る代表的な結合研磨砥石１００の斜視図。
【図２】図１の線２−２に沿った結合研磨砥石１００の断面側面図。
【図３Ａ】代表的なセラミック成形研磨粒子２０ａの概略斜視図。
【図３Ｂ】代表的なセラミック成形研磨粒子２０ｂの概略斜視図。
【図３Ｃ】代表的なセラミック成形研磨粒子２０ｃの概略斜視図。
【図３Ｄ】代表的なセラミック成形研磨粒子２０ｄの概略斜視図。
【図３Ｅ】代表的なセラミック成形研磨粒子２０ｅの概略斜視図。
【００１６】
上記の図面には本開示の複数の実施形態が記載されているが、考察の中で記述したとおり、その他の実施形態も考えられる。いかなる場合も、本開示は本開示を代表して提示するものであって、限定するものではない。多数の他の変更例及び実施形態が、当業者によって考案され得ることを理解すべきであり、それは、本開示の原理の範囲及び趣旨の範囲内に含まれる。図は、縮尺どおりに描かれていない場合もある。同様の参照番号が、同様の部分を示すために複数の図を通じて使用されている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで図１及び図２を参照すると、本開示の一実施形態に係る代表的な結合研磨砥石１００は、結合研磨砥石１００を、例えば、動力駆動の工具に取り付けるために使用するセンタ穴１１２を有する。結合研磨砥石１００は、セラミック成形研磨粒子２０と、従来法で粉砕及び寸法設定される任意の研磨粒子３０と、結合剤材料２５とを含む。任意の第１のスクリム１１５及び任意の第２のスクリム１１６が、結合研磨砥石１００の対向する主表面上に配置される。
【００１８】
セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部によって接合された４つの主面を有し、これら主面のそれぞれは、これら主面のうちの３つと接触し、６つの共通の縁部は、実質的に同じ長さを有する。特徴的形状を有する種々の実施形態は、上述の説明に包含される。
【００１９】
１つの例示的な実施形態では、図３Ａに示されるように、セラミック成形研磨粒子は正４面体形状である。ここで図３Ａを参照すると、セラミック成形研磨粒子２０Ａは、６つの共通の縁部（９１ａ、９２ａ、９３ａ、９４ａ、９５ａ、９６ａ）によって接合された４つの主面（８１ａ、８２ａ、８３ａ、８４ａ）を有する。これら主面のそれぞれは、それぞれの共通の縁部において、これら主面のうちの他の３つと接触する。例えば、主面８１ａは共通の縁部９５ａにおいて主面８２ａと接触し、主面８１ａは共通の縁部９１ａにおいて主面８４ａと接触し、主面８１ａは共通の縁部９４ａにおいて主面８３ａと接触している。正４面体（即ち、２つの等しい縁部と４つの面とを有する）が図３Ａに示されているが、他の形状もまた許容されるということが認識されるであろう。例えば、セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部が実質的に同じ長さを有するという制約を条件として（上文で定義されている）、不規則な（即ち、正でない）４面体形状であってもよい。
【００２０】
例えば、図３Ｂに示される別の例示的な実施形態では、セラミック成形研磨粒子は四面粒子形状である。ここで図３Ｂを参照すると、セラミック成形研磨粒子２０Ｂは、６つの共通の縁部（９１ｂ、９２ｂ、９３ｂ、９４ｂ）によって接合された４つの主面（８１ｂ、８２ｂ、８３ｂ、８４ｂ）を有する。これらの主面のそれぞれは凹状であり、それぞれの共通の縁部においてこれら主面のうちの他の３つと接触する。例えば、主面８１ｂは共通の縁部９５ｂにおいて主面８２ｂと接触し、主面８１ｂは共通の縁部９１ｂにおいて主面８４ｂと接触し、主面８１ｂは共通の縁部９４ｂにおいて主面８３ｂと接触している。図３Ｂには４面体対称（即ち、三回対称性の４つの回転軸及び６つの反射対称面）を有する粒子が示されているが、他の形状もまた許容されるということが認識されるであろう。例えば、セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部が実質的に同じ長さを有するという制約を条件として、１つ、２つ、又は３つの凹面を有し、残りは平坦であってもよい。
【００２１】
図３Ｃに示される別の例示的な実施形態では、セラミック成形研磨粒子は四面粒子形状である。ここで図３Ｃを参照すると、セラミック成形研磨粒子２０Ｃは、６つの共通の縁部（９１ｃ、９２ｃ、９３ｃ、９４ｃ）によって接合された４つの主面（８１ｃ、８２ｃ、８３ｃ、８４ｃ）を有する。これら主面のそれぞれは凸状であり、それぞれの共通の縁部において、これら主面のうちの他の３つと接触する。例えば、主面８１ｃは、共通の縁部９５ｃにおいて主面８２ｃと接触し、主面８１ｃは共通の縁部９１ｃにおいて主面８４ｃと接触し、主面８１ｃは共通の縁部９４ｃにおいて主面８３ｃと接触している。４面体対称を有する粒子が図３Ｃに示されているが、他の形状もまた許容されるということが認識されるであろう。例えば、セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部が実質的に同じ長さを有するという制約を条件として、１つ、２つ、又は３つの凸面を有し、残りは平坦又は凹面であってもよい。
【００２２】
図３Ｄに示される別の例示的な実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、４つの主面と４つの小さい面とを有する８面粒子形状である。ここで図３Ｄを参照すると、セラミック成形研磨粒子２０Ｄは、６つの共通の縁部（９１ｄ、９２ｄ、９３ｄ、９４ｄ）によって接合された４つの主面（８１ｄ、８２ｄ、８３ｄ、８４ｄ）を有している。これら主面のそれぞれは六角形であり、それぞれの共通の縁部において、これら主面のうちの他の３つと接触する。例えば、主面８１ｄは共通の縁部９５ｄにおいて主面８２ｄと接触し、主面８１ｄは共通の縁部９１ｄにおいて主面８４ｄと接触し、主面８１ｄは共通の縁部９４ｄにおいて主面８３ｄと接触している。４面体対称を有する粒子が図３Ｄに示されているが、他の形状もまた許容されるということが認識されるであろう。例えば、セラミック成形研磨粒子は、６つの共通の縁部が実質的に同じ長さを有するという制約を条件として、１つ、２つ、又は３つの凸面を有し、残りは平坦であってもよい。
【００２３】
言うまでもなく、現実には、図３Ａ〜図３Ｄの理想的な描写から逸脱することはよくあることである。そのようなセラミック成形研磨粒子もまた包含される。ここで図３Ｅを参照すると、セラミック成形研磨粒子２０Ｅは、６つの共通の縁部（９１ｅ、９２ｅ、９３ｅ、９４ｅ）によって接合された４つの主面（８１ｅ、８２ｅ  ８３ｅ、８４ｅ）を有する。これら主面のそれぞれは、それぞれの共通の縁部において、これら主面のうちの他の３つと接触する。例えば、主面８１ｅは共通の縁部９５ｅにおいて主面８２ｅと接触し、主面８１ｅは共通の縁部９１ｅにおいて主面８４ｅと接触し、主面８１ｅは共通の縁部９４ｅにおいて主面８３ｅと接触している。
【００２４】
セラミック成形研磨粒子は、上述の形状要素（例えば、凸状の面、凹状の面、不規則な面、及び平坦な面）の組み合わせを有してもよい同様に、異なる形状及び／又は寸法を有するセラミック成形研磨粒子の組み合わせを用いてもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、多段階プロセスに従って作製され得る。このプロセスは、任意のセラミック前駆体分散体材料を使用して行うことができる。
【００２６】
簡潔に述べると、該方法は、対応するセラミック（例えば、αアルミナに変換され得るベーマイトゾルゲル）に変換可能な種結晶を有するか又は有さないセラミック前駆体分散体を調製する工程と、成形研磨粒子の所望の外形を有する１つ以上の成形型の空洞をこのセラミック前駆体分散体で充填する工程と、セラミック前駆体分散体を乾燥させて前駆体セラミック成形研磨粒子を形成する工程と、成形型の空洞から前駆体セラミック成形研磨粒子を取り出す工程と、前駆体セラミック成形研磨粒子を仮焼して仮焼された前駆体セラミック成形研磨粒子を形成した後、仮焼された前駆体セラミック成形研磨粒子を焼結してセラミック成形研磨粒子を形成する工程と、を含む。このプロセスを、αアルミナ含有セラミック成形研磨粒子との関係においてより詳細に説明する。
【００２７】
第１のプロセス工程は、セラミックに変換可能なセラミック前駆体の、種結晶を有するか又は有さない分散体を提供する工程を伴う。セラミック前駆体分散体は、揮発性成分である液体を含む場合が多い。一実施形態において、揮発性成分は水である。分散体は、成形型の空洞を充填して成形型表面を複製することを可能にするために、研磨材分散体の粘度を十分に低くするのに十分な量でありながらも、後に成形型の空洞から液体を除去することを実現不可能なほど高価にしない程度の量の液体を含まなくてはならない。一実施形態において、セラミック前駆体分散体は、酸化アルミニウム一水和物（ベーマイト）の粒子などのセラミックに変換可能な粒子を２重量％〜９０重量％、及び水などの揮発性成分を少なくとも１０重量％、若しくは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セラミック前駆体分散体は、３０重量％〜５０重量％、又は４０重量％〜５０重量％の固形分を含有する。
【００２８】
有用なセラミック前駆体分散体の例としては、酸化ジルコニウムゾル、酸化バナジウムゾル、酸化セリウムゾル、酸化アルミニウムゾル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。有用な酸化アルミニウム分散体としては、例えば、ベーマイト分散体及び他の酸化アルミニウム水和物分散体が挙げられる。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から入手可能な商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」及び「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」、あるいはＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な商品名「ＨｉＱ−４０」が挙げられる。これらの酸化アルミニウム一水和物は比較的純粋であり、すなわち、一水和物以外の水和相を、たとえ含んでいるとしても比較的少なく含み、また高表面積を有する。
【００２９】
結果として生じるセラミック成形研磨粒子の物理的特性は、一般に、セラミック前駆体分散体で使用される材料の種類によって異なる。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。
【００３０】
セラミック前駆体分散体は、変性剤、又は変性剤の前駆体を含有することができる。変性剤は、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。変性剤又は変性剤の前駆体は、融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。セラミック前駆体分散体中に存在できるこれらの添加剤の具体的な濃度は、当該技術に基づき様々であり得る。
【００３１】
典型的には、変性剤又は変性剤の前駆体の導入によって、セラミック前駆体分散体はゲルになる。セラミック前駆体分散体は、一定時間熱を加えて分散体中の液体量を蒸発によって低減することによって、ゲルに誘発されることもできる。セラミック前駆体分散体は、成核剤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酸化鉄若しくはその前駆体、酸化チタン及びチタン酸塩、酸化クロム、又はこの変換の成核剤となる他の任意の物質の微粒子を挙げることができる。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。核形成αアルミナ前駆体分散体は、米国特許第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）に開示されている。
【００３２】
素練り促進剤をセラミック前駆体分散体に加えて、より安定したヒドロゾル又はコロイドセラミック前駆体分散体を作製することができる。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。多塩基酸を使用することができるが、多塩基酸はセラミック前駆体分散体を急速にゲル化し、取り扱い又は追加的な成分の導入を困難にする。ベーマイトの一部の商業的供給源は、安定したセラミック前駆体分散体の形成を助ける（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。
【００３３】
セラミック前駆体分散体は、任意の好適な手段によって形成されることができ、例えば、ゾルゲルアルミナ前駆体の場合は、酸化アルミニウム一水和物と、素練り促進剤を含有する水とを単純に混合することによって、又は素練り促進剤が添加される酸化アルミニウム一水和物スラリーを形成することによって形成されることができる。
【００３４】
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。
【００３５】
第２のプロセス工程は、成形型の少なくとも１つの主表面に形成される少なくとも１つの成形型の空洞、好ましくは複数の空洞を有する成形型を提供する工程を伴う。いくつかの実施形態において、成形型は、例えば、ベルト、シート、連続ウェブ、輪転グラビアロールなどのコーティングロール、コーティングロール上に装着されるスリーブ、又はダイであり得る、生産工具として形成される。一実施形態では、生産工具は高分子材料を含む。好適な高分子材料の例としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はこれらの組み合わせ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、乾燥工程中にセラミック前駆体分散体と接触する、複数の空洞の表面などの工具表面は、高分子材料又は熱可塑性材料を含み、工具の他の部分は他の材料で作製され得る。好適な高分子被覆を金属工具に適用して、実施例の方法によって表面張力特性を変更することができる。
【００３６】
高分子用具又は熱可塑性生産工具は、金属製マスター工具から複製され得る。マスター工具は、生産工具に所望の逆パターンを有する。マスター工具は、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。一実施形態において、マスター工具は、少なくとも部分的にステレオリソグラフィを用いて形成される。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加工又はキャスティングし、次に加圧成形することもできる。熱可塑性材料を冷却し固化させて、生産工具が製造される。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。
【００３７】
空洞へは、成形型の上面又は底面にある開口部から達することができる。場合によっては、空洞は、成形型の全厚さまで延在することができる。あるいは、空洞は、成形型の厚さの一部分のみにわたって延在することができる。一実施形態において、上面は、ほぼ均一の深さを有する空洞を伴う成形型の底面とほぼ平行である。成形型の少なくとも１つの面、すなわち空洞が形成される面は、揮発性成分の除去工程の間、周囲の外気に曝露したままにされることができる。
【００３８】
空洞は、セラミック成形研磨粒子を作製するための特定の三次元形状を有する。深さの寸法は、上面から底面の最下点までの垂直距離と等しい。与えられた空洞の深さは、均一であってもよく、又はその長さ及び／又は幅に沿って変化してもよい。与えられた成形型の空洞は、同じ形であってもよく、又は異なる形であってもよい。
【００３９】
第３のプロセス工程は、成形型の空洞をセラミック前駆体分散体で（例えば、従来の技術によって）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、離型剤が所望の場合、成形型の単位面積あたり約０．１ｍｇ／インチ２（０．６ｍｇ／ｃｍ２）〜約３．０ｍｇ／インチ２（２０ｍｇ／ｃｍ２）、又は約０．１ｍｇ／インチ２（０．６ｍｇ／ｃｍ２）〜約５．０ｍｇ／インチ２（３０ｍｇ／ｃｍ２）の離型剤が存在するように、液体（水又はアルコールなど）中の離型剤（ピーナッツオイルなど）が、セラミック前駆体分散体と接触する生産工具の表面に塗布される。いくつかの実施形態において、成形型の上面はセラミック前駆体分散体で被覆される。セラミック前駆体分散体は、ポンプで上面上に送り込まれることができる。
【００４０】
次に、スクレーパ又はならし棒を使用して、セラミック前駆体分散体を成形型の空洞内に完全に押し入れることができる。空洞に入らないセラミック前駆体分散体の残余部分は、成形型の上面から取り除いて再利用することができる。いくつかの実施形態では、少量のセラミック前駆体分散体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体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（６８９．５ｋＰａ）未満、又は５０ｐｓｉ（３４４．７ｋＰａ）未満、又は更に１０ｐｓｉ（６８．９ｋＰａ）未満である。いくつかの実施形態において、セラミック前駆体分散体の露出面は、上面を実質的に越えて延出しない。
【００４１】
空洞の露出面が成形セラミック研磨粒子の平坦面になることが望ましい実施形態では、（例えば、マイクロノズルアレイを用いて）空洞を過充填して、セラミック前駆体分散体を徐々に乾燥させるのが望ましくあり得る。
【００４２】
第４のプロセス工程は、揮発性成分を除去して分散体を乾燥させる工程を伴う。望ましくは、揮発性成分は高蒸発速度で除去する。いくつかの実施形態において、蒸発による揮発性成分の除去は、この揮発性成分の沸点を超える温度で生じる。乾燥温度の上限は、成形型を作製する材料に依存することが多い。ポリプロピレン工具では、温度はこのプラスチックの融点未満でなくてはならない。一実施形態において、約４０〜５０固形分％の水分散体及びポリプロピレン製の成形型では、乾燥温度は、約９０℃〜約１６５℃、若しくは約１０５℃〜約１５０℃、又は約１０５℃〜約１２０℃であり得る。高温は生産速度の改善をもたらすことができるが、ポリプロピレン工具を劣化させて成形型としての耐用年数を制限することもあり得る。
【００４３】
乾燥中、セラミック前駆体分散体は縮小し、しばしば空洞壁からの収縮を引き起こす。例えば、空洞が平坦壁を有する場合には、得られるセラミック成形研磨粒子は、少なくとも３つの凹状の主面を有する傾向があり得る。空洞壁を凹状にすることで（これによって空洞容積が増加する）、少なくとも３つの実質的に平坦な主面を有するセラミック成形研磨粒子を得ることが可能であることが現在見出されている。必要な凹型の程度は、一般に、セラミック前駆体分散体の固形分によって異なる。
【００４４】
第５のプロセス工程は、得られた前駆体セラミック成形研磨粒子を成形型の空洞からの取り出すことを伴う。前駆体セラミック成形研磨粒子は、成形型の空洞から粒子を取り出すために重力、振動、超音波振動、真空、又は加圧空気のプロセスを、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、空洞から取り出すことができる。
【００４５】
前駆体セラミック成形研磨粒子を成形型の外で更に乾燥させることができる。セラミック前駆体分散体を、成形型内で望ましいレベルまで乾燥させる場合には、この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、成形型内にセラミック前駆体分散体が滞留す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、前駆体セラミック成形研磨粒子は、５０℃〜１６０℃、又は１２０℃〜１５０℃の温度で、１０〜４８０分、又は１２０〜４００分の間乾燥される。
【００４６】
第６のプロセス工程は、前駆体セラミック成形研磨粒子の仮焼工程を伴う。仮焼工程の間、本質的に全ての揮発性材料が除去され、セラミック前駆体分散体中に存在していた様々な成分は、金属酸化物へと変換される。前駆体セラミック成形研磨粒子は、一般に、４００℃〜８００℃の温度に加熱され、遊離水及び９０重量％を超すあらゆる結合揮発性材料が除去されるまで、この温度範囲内に維持される。選択的工程において、所望により、含浸プロセスによって変性剤を導入することができる。仮焼された前駆体セラミック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、前駆体セラミック成形研磨粒子を再び予備仮焼する。この選択肢は、米国特許第５，１６４，３４８号（Ｗｏｏｄ）に更に記載されている。
【００４７】
第７のプロセス工程は、仮焼された前駆体セラミック成形研磨粒子を焼結して、セラミック粒子を形成する工程を伴う。焼結前は、仮焼された前駆体セラミック成形研磨粒子は完全には緻密化されていないので、セラミック成形研磨粒子として使用するための所望の硬度が足りない。焼結は、仮焼された前駆体セラミック成形研磨粒子を１０００℃〜１６５０℃の温度まで加熱することによって行われる。このレベルの変換を達成するために仮焼された前駆体セラミック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、様々な要因にもよるが、通常、５秒〜４８時間が典型的である。
【００４８】
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、セラミック成形研磨粒子は、１０ＧＰａ（ギガパスカル）、１６ＧＰａ、１８ＧＰａ、２０ＧＰａ以上のヴィッカース硬度を有し得る。
【００４９】
記載されるプロセスを変更するために、他の工程、例えば、材料を仮焼温度から焼結温度まで急激に加熱する、スラッジ及び／又は廃物を除去するためにセラミック前駆体分散体を遠心分離するなどといった工程を用いることができる。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）により完全に詳述されている。
【００５０】
αアルミナ、マグネシウムアルミナスピネル、及び六方晶系アルミン酸希土類の微結晶からなるセラミック成形研磨粒子は、ゾルゲルαアルミナ前駆体粒子を使用して、例えば、米国特許第５，２１３，５９１号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａら）、並びに米国特許出願公開第２００９／０１６５３９４  Ａ１号（Ｃｕｌｌｅｒら）及び米国特許出願公開第２００９／０１６９８１６  Ａ１号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に記載されている方法に従って調製されてもよい。αアルミナ砥粒は、米国特許第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）に開示されているように、ジルコニアを含有してもよい。あるいは、αアルミナ砥粒は、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。セラミック成形研磨粒子を製造するための方法に関する更なる情報は同時係属中の米国出特許願公開第２００９／０１６５３９４  Ａｌ号（Ｃｕｌｌｅｒら）に開示されている。
【００５１】
本開示で使用されるセラミック成形研磨粒子は、典型的には、ダイヤモンド工具を使用して切断される工具（即ち、成形型）を使用して製造されることができ、該工具は、例えば、鍛造又は打抜きなどの他の代替製造手段よりも高度な形状鮮明度を提供する。典型的には、工具表面の空洞は、鋭い縁部に沿って合わさる平坦面を形成し、正４面体の面を形成する。結果として得られるセラミック成形研磨粒子は、工具表面の空洞の形状に対応する対応の公称平均形状を有するが、公称平均形状からの変形（例えば、ランダム変形）が製造中に生じる可能性があり、かかる変形を呈するセラミック成形研磨粒子は、本明細書で用いられるセラミック成形研磨粒子の定義に含まれる。
【００５２】
セラミック成形研磨粒子は、様々な形状特徴を有する粒子を含むことができる。例えば、セラミック成形研磨粒子は、凸状、平坦、凹状、又はその他の形状の１つ以上の主面と、曲線状又は直線状の共通の縁部とを有し得る。更に、セラミック成形研磨粒子は、個々の形状が異なる粒子を含んでもよいが、６つの共通の縁部によって接合された４つの面を有する。任意に、主面は滑らかであってもよく、及び／又は例えば更なる鋭い縁部をもたらすために、主面はその中に空洞又は突起部を有していてもよい。
【００５３】
図３Ａ〜３図Ｅは、本開示による成形セラミック成形研磨粒子の種々の例示的な実施形態を示している。
【００５４】
１つの例示的な実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、図３Ａに示されるような正４面体形状であり得る。したがって、セラミック成形研磨粒子２０ａは、６つの共通の縁部９１ａ、９２ａ、９３ａ、９４ａ、９５ａ、及び９６ａによって接合された４つの合同な平坦な主面８１ａ、８２ａ、８３ａ、及び８４ａを有する。
【００５５】
別の例示的な実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、図３Ｂに示されるような形状であり得る。したがって、セラミック成形研磨粒子２０ｂは、６つの共通の縁部９１ｂ、９２ｂ、９３ｂ、９４ｂ、９５ｂ、及び９６ｂによって接合された４つの凹状の主面８１ｂ、８２ｂ、８３ｂ、及び８４ｂを有する。
【００５６】
更に別の例示的な実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、図３Ｃに示されるような形状であり得る。したがって、セラミック成形研磨粒子２０ｃは、６つの共通の縁部９１ｃ、９２ｃ、９３ｃ、９４ｃ、９５ｃ、及び９６ｃによって接合された４つの凸状の主面８１ｃ、８２ｃ、８３ｃ、及び８４ｃを有する。
【００５７】
更に別の例示的な実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、図３Ｄに示されるような先端の切頭四面体形状であり得る。したがって、セラミック成形研磨粒子２０ｄは、実質的に同じ長さの６つの共通の縁部９１ｄ、９２ｄ、９３ｄ、９４ｄ、９５ｄ、及び９６ｄによって接合された４つの平坦な主面８１ｄ、８２ｄ、８３ｄ、及び８４ｄを有する。
【００５８】
更に別の例示的な実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、１つ以上の先端及び／又は共通の縁部が、例えば、図３Ｅに示されるような製造欠陥の結果いびつである、実質的に切頭四面体形状であってもよい。したがって、セラミック成形研磨粒子２０ｅは、実質的に同じ長さの６つの共通の縁部９１ｅ、９２ｅ、９３ｅ、９４ｅ、９５ｅ、及び９６ｅによって接合された４つの主面８１ｅ、８２ｅ、８３ｅ、及び８４ｅを有する。
【００５９】
セラミック成形研磨粒子上の表面被覆を使用して、研磨物品中のセラミック成形研磨粒子と合剤材料との間の接着を改善してもよく、又はセラミック成形研磨粒子の静電沈着を助けるために表面被覆を使用することができる。一実施形態において、米国特許第５，３５２，２５４号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａ）に記載されているような表面被覆を、成形研磨粒子の重量に対して０．１〜２％表面被覆の量で使用してもよい。そのような表面被覆は、特許第５，２１３，５９１号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａら）、同第５，０１１，５０８号（Ｗａｌｄら）、同第１，９１０，４４４号（Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ）、同第３，０４１，１５６号（Ｒｏｗｓｅら）、同第５，００９，６７５号（Ｋｕｎｚら）、同第５，０８５，６７１号（Ｍａｒｔｉｎら）、同第４，９９７，４６１号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙら）、及び同第５，０４２，９９１号（Ｋｕｎｚら）に記載されている。加えて、表面被覆は、成形された研磨粒子のキャッピングを防ぐことがある。キャッピングは、研磨中の加工品からの金属粒子が、セラミック成形研磨粒子の頂部に溶着す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。
【００６０】
典型的には、セラミック成形研磨粒子は、比較的小さい最大粒子寸法、例えば、約５ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満、５マイクロメータ未満、２００マイクロメータ未満、１００マイクロメータ未満、５０マイクロメータ未満、２０マイクロメータ未満、又は更に１０マイクロメータ未満を有するが、その他の寸法を用いてもよい。
【００６１】
いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子（所望により任意の従来法で粉砕された追加研磨粒子）は、研磨産業で認められている規定の公称等級に従って寸法設定される。代表的な研磨産業で認められている等級規格としては、ＡＮＳＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）、ＦＥＰＡ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ  ｏｆ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）、及びＪＩＳ（日本工業規格）によって公表されているものが挙げられる。そのような工業的に認められた等級規格としては、例えば、ＡＮＳＩ  ４、ＡＮＳＩ  ６、ＡＮＳＩ  ８、ＡＮＳＩ  １６、ＡＮＳＩ  ２４、ＡＮＳＩ  ３０、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；ＦＥＰＡ  Ｐ８、ＦＥＰＡ  Ｐ１２、ＦＥＰＡ  Ｐ１６、ＦＥＰＡ  Ｐ２４、ＦＥＰＡ  Ｐ３０、ＦＥＰＡ  Ｐ３６、ＦＥＰＡ  Ｐ４０、ＦＥＰＡ  Ｐ５０、ＦＥＰＡ  Ｐ６０、ＦＥＰＡ  Ｐ８０、ＦＥＰＡ  Ｐ１００、ＦＥＰＡ  Ｐ１２０、ＦＥＰＡ  Ｐ１５０、ＦＥＰＡ  Ｐ１８０、ＦＥＰＡ  Ｐ２２０、ＦＥＰＡ  Ｐ３２０、ＦＥＰＡ  Ｐ４００、ＦＥＰＡ  Ｐ５００、ＦＥＰＡ  Ｐ６００、ＦＥＰＡ  Ｐ８００、ＦＥＰＡ  Ｐ１０００、及びＦＥＰＡ  Ｐ１２００；並びにＪＩＳ  ８、ＪＩＳ  １２、ＪＩＳ  １６、ＪＩＳ  ２４、ＪＩＳ  ３６、ＪＩＳ  ４６、ＪＩＳ  ５４、ＪＩＳ  ６０、ＪＩＳ  ８０、ＪＩＳ  １００、ＪＩＳ  １５０、ＪＩＳ  １８０、ＪＩＳ  ２２０、ＪＩＳ  ２４０、ＪＩＳ  ２８０、ＪＩＳ  ３２０、ＪＩＳ  ３６０、ＪＩＳ  ４００、ＪＩＳ  ４００、ＪＩＳ  ６００、ＪＩＳ  ８００、ＪＩＳ  １０００、ＪＩＳ  １５００、ＪＩＳ  ２５００、ＪＩＳ  ４０００、ＪＩＳ  ６０００、ＪＩＳ  ８０００、及びＪＩＳ１０，０００が挙げられる。より典型的には、セラミック成形研磨粒子は、ＡＮＳＩ  ６０及び８０又はＦＥＰＡ  Ｐ６０及びＰ８０等級規格とほぼ等しい大きさである。
【００６２】
用語「研磨産業で認められている規定の公称等級」は、研磨産業で認められている規定の公称ふるい等級も包含する。例えば、規定の公称ふるい等級は、ＡＳＴＭ  Ｅ−１１−０９「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅ  Ｃｌｏｔｈ  ａｎｄ  Ｓｉｅｖｅｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｐｕｒｐｏｓｅｓ」に準拠するＵＳＡ標準試験ふるい（Ｕ．Ｓ．Ａ．Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｓｉｅｖｅｓ）を用いてもよい。ＡＳＴＭ  Ｅ−１１−０９は、指定の粒径に従って材料を分類するための、枠内に装着した織金網の媒体を使用する試験用ふるいの設計及び構造の要件を規定している。典型的な表記は、−１８＋２０のように表される場合があり、これは、セラミック成形研磨粒子がＡＳＴＭ  Ｅ−１１−０９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−１１−０９の２０号ふるいの規格に一致する試験用ふるいに残るものであることを意味する。一実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、粒子の少なくとも９０％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。種々の実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、−１８＋２０、−２０／＋２５、−２５＋３０、−３０＋３５、−３５＋４０、５−４０＋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。
【００６３】
本開示による結合研磨物品（例えば、研削砥石、切断砥石、砥石、及び石砥）は、典型的には成形プロセスによって製造される。成形中、液状有機、粉末無機、又は粉末有機のいずれかである結合剤材料の前駆体は、研磨粒子と混合される。場合によっては、最初に液状媒質（樹脂又は溶媒のいずれか）が研磨粒子に塗布されてそれらの外表面を濡らした後、濡れた粒子を粉末媒体と混合する。本開示による結合研磨物品は、圧縮成形、射出成形、トランスファー成形等によって製造されてもよい。成形は、ホットプレス法若しくはコールドプレス法、又は当業者に周知の任意の好適な方法のいずれかによって行われることができる。
【００６４】
結合剤材料は、典型的には、無機ガラス状物質（例えば、ビトリファイド研磨砥石の場合など）、金属、又は有機樹脂（例えば、樹脂結合した研磨砥石の場合など）を含む。
【００６５】
無機ガラス状結合剤は、異なる金属酸化物の混合物から調製され得る。これら金属酸化物ガラス結合剤の例としては、シリカ、アルミナ、カルシア、酸化鉄、チタニア、マグネシア、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化リチウム、酸化マンガン、酸化ホウ素、酸化りん等が挙げられる。重量に基づくガラス結合剤の具体例としては、例えば、４７．６１％のＳｉＯ２、１６．６５％のＡｌ２Ｏ３、０．３８％のＦｅ２Ｏ３、０．３５％のＴｉＯ２、１．５８％のＣａＯ、０．１０％のＭｇＯ、９．６３％のＮａ２Ｏ、２．８６％のＫ２Ｏ、１．７７％のＬｉ２Ｏ、１９．０３％のＢ２Ｏ３、０．０２％のＭｎＯ２、及び０．２２％のＰ２Ｏ５、並びに６３％のＳｉＯ２、１２％のＡｌ２Ｏ３、１．２％のＣａＯ、６．３％のＮａ２Ｏ、７．５％のＫ２Ｏ、及び１０％のＢ２Ｏ３が挙げられる。モル比に基づくガラス結合剤の更なる他の例としては、３．７７％のＳｉＯ２、０．５８％のＡｌ２Ｏ３、０．０１％のＦｅ２Ｏ３、０．０３％のＴｉＯ２、０．２１％のＣａＯ、０．２５％のＭｇＯ、０．４７％のＮａ２Ｏ、及び０．０７％のＫ２Ｏが挙げられる。様々な結合研磨物品の製造中、粉体形状のガラス結合剤は、一時的な結合剤、典型的には有機結合剤と混合されてもよい。ビトリファイド結合剤はまた、ガラス原料（例えば約１〜１００％のうちのいずれかのガラス原料であるが、一般には２０〜１００％のガラス原料）から形成されてもよい。フリット結合剤で使用される一般材料のいくつかの例としては、長石、ホウ砂、石英、ソーダ灰、酸化亜鉛、重質炭酸カルシウム、三酸化アンチモン、二酸化チタン、ケイフッ化ナトリウム、フリント、氷晶石、ホウ酸、及びこれらの組み合わせが挙げられる。これらの材料は、通常、粉末として一緒に混合され、この混合物を融解するために仮焼された後、この融解混合物は冷却される。冷却された混合物は粉砕され、ふるいにかけて非常に細かい粉末とした後、フリット結合剤として称される。これらフリット結合剤が仕上がる温度は、その化学的性質に依存するが、約６００℃〜約１８００℃の間のいずれかであり得る。
【００６６】
金属結合剤の例としては、スズ、銅、アルミニウム、ニッケル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００６７】
有機結合剤材料は、典型的には、結合研磨物品の総重量を基準として５重量％〜３０重量％、より典型的には１０重量％〜２５重量％、及びより典型的には１５重量％〜２４重量％の量で含まれる。フェノール樹脂は、最も一般に用いられる有機結合剤材料であり、粉体形状及び液体状態の両方で使用され得る。フェノール樹脂は広く使用されているが、例えば、エポキシ樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、ゴム、セラック、及びアクリル結合剤などの他の有機結合剤材料を使用することも、本開示の範囲内である。有機結合剤材料はまた、その特性を改善又は変更するために、他の結合剤材料で改質されてもよい。
【００６８】
有用なフェノール樹脂としては、ノボラックフェノール樹脂及びレゾールフェノール樹脂が挙げられる。ノボラックフェノール樹脂は、酸性触媒され、ホルムアルデヒドとフェノールとの比が１未満、典型的には０．５：１及び０．８：１であることを特徴とする。レゾールフェノール樹脂は、アルカリ触媒され、ホルムアルデヒドとフェノールとの比が１以上、典型的には１：１〜３：１であることを特徴とする。ノボラック及びレゾールフェノール樹脂は、化学的に改質されてもよく（例えば、エポキシ化合物との反応により）、又は改質されなくてもよい。フェノール樹脂を硬化するのに適した代表的な酸性触媒としては、硫酸、塩酸、リン酸、シュウ酸、ｐ−トルエンスルホン酸が挙げられる。フェノール樹脂を硬化するのに適したアルカリ触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、有機アミン、又は炭酸ナトリウムが挙げられる。
【００６９】
フェノール樹脂は周知であり、商業的供給源から容易に入手可能である。市販のノボラック樹脂の例としては、２段階粉末フェノール樹脂であるＤＵＲＥＺ  １３６４（Ｄｕｒｅｚ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ａｄｄｉｓｏｎ，ＴＸ）から商品名「ＶＡＲＣＵＭ」（例えば、２９３０２）で市販）、又はＨＥＸＩＯＮ  ＡＤ５５３４樹脂（Ｈｅｘｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．（Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙ）により市販）が挙げられる。本開示を実施する際に有用な市販のレゾールフェノール樹脂の例としては、Ｄｕｒｅｚ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ａｄｄｉｓｏｎ，Ｔｅｘａｓ）より商品名「ＶＡＲＣＵＭ」（例えば、２９２１７、２９３０６、２９３１８、２９３３８、２９３５３）で市販のもの、Ａｓｈｌａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｂａｒｔｏｗ，Ｆｌｏｒｉｄａ）より商品名「ＡＥＲＯＦＥＮＥ」（例えば、ＡＥＲＯＦＥＮＥ  ２９５）で市販のもの、及びＫａｎｇｎａｍ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｌｔｄ．（Ｓｅｏｕｌ，Ｓｏｕｔｈ  Ｋｏｒｅａ）より商品名「ＰＨＥＮＯＬＩＴＥ」（例えば、ＰＨＥＮＯＬＩＴＥ  ＴＤ−２２０７）で市販のものが挙げられる。
【００７０】
有機結合剤材料の前駆体の硬化温度は、選択された材料及び研磨砥石の設計によって異なる。好適な条件の選択は、当業者の能力の範囲内である。フェノール結合剤のための代表的な条件としては、室温で直径４インチ当たり約２０トン（２２４ｋｇ／ｃｍ２（２１．９ＭＰａ））の圧力を印加した後、有機結合剤材料の前駆体が硬化するのに十分な時間、最高約１８５℃の温度まで加熱することを包含し得る。
【００７１】
いくつかの実施形態において、結合研磨物品は、結合剤材料及び研磨粒子の総重量に基づいて、約１０重量％〜６０重量％、典型的には３０重量％〜６０重量％、及びより典型的には４０重量％〜６０重量％のセラミック成形研磨粒子を含む。
【００７２】
結合研磨物品は、粉砕された研磨粒子（即ち、セラミック成形研磨粒子の破損から生じるのではない研磨粒子、研磨産業の規定の公称等級に対応する研磨粒子、又はこれらの組み合わせ）を更に含んでもよい。粉砕された研磨粒子は、典型的には、セラミック成形研磨粒子よりも細かいサイズ等級又は複数のサイズ等級（例えば、複数のサイズ等級が用いられる場合）であるが、これは要件ではない。
【００７３】
有用な破砕された研磨粒子としては、例えば、融解酸化アルミニウム、褐色融解酸化アルミニウム、熱処理された酸化アルミニウム、白色融解酸化アルミニウム、商品名「ＣＵＢＩＴＲＯＮ」で３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から市販のもののようなセラミック酸化アルミニウム材料、ブラックシリコンカーバイド、グリーンシリコンカーバイド、二ホウ化チタン、炭化ホウ素、タングステンカーバイド、チタンカーバイド、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ざくろ石、融解アルミナジルコニア、アルミニウムオキシ窒化物、ゾルゲル法による研磨粒子、酸化鉄、クロミア、セリア、ジルコニア、チタニア、ケイ酸塩、酸化スズ、シリカ（石英、ガラビーズ、ガラスバブル、及びガラス繊維など）、ケイ酸塩（タルク、粘土類（例えば、モンモリロナイトなど）、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）、フリント、及び金剛砂の粉砕粒子が挙げられる。ゾルゲル法による研磨粒子の例は、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒら）、同第４，６２３，３６４号（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒら）、同第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）、同第４，７７０，６７１号（Ｍｏｎｒｏｅら）、及び、同第４，８８１，９５１号（Ｍｏｎｒｏｅら）に見出すことができる。研磨粒子は、例えば、米国特許第４，６５２，２７５号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒら）及び同第４，７９９，９３９号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒら）に記載のもののような研磨材粒塊を含み得ることも考えられる。
【００７４】
研磨粒子は、例えば、結合研磨物品全体に均一に又は不均一に分配されてもよい。例えば、結合研磨砥石が研磨又は切断砥石である場合、研磨粒子は、中央に向かって集中されてもよく（例えば、研削砥石又は切断砥石の外層から離れて位置決めされる）、あるいは、研削砥石又は切断砥石の外側縁部、即ち、周縁に集中されてもよい。別の変形では、第１の研磨粒子は、ホイールの１つの面に第１の研磨粒子が存在し、反対側の面に別の研磨粒子が存在してもよい。しかしながら、典型的には、ホイールの製造がより簡単であるという理由から、全ての研磨粒子は互いの間で均質的に分配され、また、２種類の研磨粒子が互いに近接して配置される場合に切削効率が最適化される。
【００７５】
本開示による結合研磨物品は、他の構成要素の重量範囲の要件が満たされることを条件として、前述のもの以外の追加研磨粒子を含んでもよい。例としては、融解酸化アルミニウム（融解アルミナ−ジルコニアなど）、褐色酸化アルミニウム、青色酸化アルミニウム、シリコンカーバイド（グリーンシリコンカーバイドなど）、ざくろ石、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、クロミア、セリア、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００７６】
研磨粒子は、研磨粒子と結合剤との接着を強化するために、任意に、１種以上の結合剤で処理されてもよい。研磨粒子は、結合剤材料と混合される前に結合剤で処理されてもよく、又は研磨粒子は、結合剤を結合剤材料に含ませることによってその場で表面処理されてもよい。結合剤は、研磨分野の当業者に周知である。結合剤の例としては、オルガノシラン結合剤（例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン）、チタン酸塩、及びジルコン酸塩が挙げられる。
【００７７】
いくつかの実施形態において、本開示による結合研磨物品は、追加の粉砕助剤、例えば、ポリテトラフルオロエチレン粒子、氷晶石、塩化ナトリウム、ＦｅＳ２（二硫化鉄）、又はＫＢＦ４を、他の構成要素の重量範囲の要件が満たされることを条件として、典型的には１重量％〜２５重量％、より典型的には１０重量％〜２０重量％の量で含有する。粉砕助剤は、一般に切削界面の温度を低下させることによって、（例えば、冷却剤なしに乾燥状態で使用する場合に）結合研磨材の切断特性を改善するために加えられる。粉砕助剤は、粉砕助剤粒子の単一粒子又は粒塊の形態であってもよい。精密に成形された粉砕助剤粒子の例は、米国特許公開第２００２／００２６７５２  Ａ１号（Ｃｕｌｌｅｒら）に教示されている。
【００７８】
結合剤材料は、任意に、例えば、ＵＮＩＶＡＲ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ（Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）からＳＡＮＴＩＣＩＺＥＲ  １５４可塑剤として入手可能なもののような、１種以上の可塑剤を含有してもよい。
【００７９】
本開示による結合研磨物品は、他の構成要素の重量範囲の要件が満たされることを条件として、例えば、充填剤粒子などの追加成分を含有してもよい。充填剤粒子は、すき間を占有する及び／又は多孔性を提供するために添加されてもよい。多孔性は、使用された又は摩耗した研磨粒子を取り除いて、新規の又は新しい研磨粒子を暴露するのを可能にする。
【００８０】
本開示による結合研磨物品は、例えば、約１体積％〜５０体積％、典型的には１体積％〜４０体積％といった任意の範囲の多孔性を有する。充填剤の例としては、バブル及びビーズ（例えば、ガラス、セラミック（アルミナ）、粘土、ポリマー、金属）、コルク、セッコウ、大理石、石灰岩、フリント、シリカ、アルミニウムケイ酸塩、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００８１】
本開示による結合研磨物品は、任意の好適な方法に従って製造されることができる。１つの好適な方法では、セラミック成形研磨粒子は、硬化性レゾールフェノール樹脂と混合される前に、結合剤で被覆される。結合剤の量は、一般に、５０〜８４部の研磨粒子ごとに０．１〜０．３部の量で存在するように選択されるが、この範囲外の量も用いることができる。得られた混合物には、液状樹脂、並びに硬化性ノボラックフェノール樹脂及び氷晶石が加えられる。この混合物は、室温で成形型に圧入される（例えば、直径４インチ当たり２０トン（２２４ｋｇ／ｃｍ２（２１．９ＭＰａ））の印加圧力で）。次に、成形されたホイールは、最高約１８５℃の温度で、硬化性フェノール樹脂が硬化するのに十分な時間加熱することによって硬化される。
【００８２】
本開示による結合研磨物品は、例えば、研削砥石及び切断砥石として有用である。
【００８３】
研削砥石は、典型的には、０．５ｃｍ〜１００ｃｍ、より典型的には１ｃｍ〜１０ｃｍの厚さを有し、典型的には、約１ｃｍ〜１００ｃｍ、より典型的には約１０ｃｍ〜１００ｃｍの直径を有するが、その他の寸法を用いることも可能である。例えば、結合研磨物品は、一般に直径が１０〜１５ｃｍのカップホイールの形態であってもよく、直径最大１００ｃｍのばり取りホイールの形態であってもよく、又は直径最大約２５ｃｍの中央が窪んだ研削砥石の形態であってもよい。任意のセンタ穴を使用して、切断砥石を動力駆動工具に取り付けることができる。存在する場合、センタ穴は、典型的には、直径０．５ｃｍ〜２．５ｃｍであるが、他のサイズを用いることが可能である。任意のセンタ穴は、例えば、金属フランジによって補強されてもよい。あるいは、機械的締結具が、切断砥石の一方の表面に軸方向に固定されてもよい。例としてはねじ付き支柱が挙げられる。
【００８４】
切断砥石は、典型的には、０．８０ミリメートル（ｍｍ）〜１６ｍｍ、より典型的には１ｍｍ〜８ｍｍの厚さを有し、典型的には２．５ｃｍ〜１００ｃｍ（１インチ〜４０インチ）、より典型的には約７ｃｍ〜１３ｃｍの直径を有するが、他の寸法を用いることも可能である。任意のセンタ穴を使用して、切断砥石を動力駆動の工具に取り付けることができる。存在する場合、センタ穴は、典型的には直径０．５ｃｍ〜２．５ｃｍであるが、他のサイズを用いることが可能である。任意のセンタ穴は、例えば、金属フランジによって補強されてもよい。あるいは、機械的締結具が、切断砥石の一方の表面に軸方向に固定されてもよい。例としては、ねじ付き支柱、ねじ込みナット、ティナーマンナット、及び差し込み取り付け支柱（bayonet mount post）が挙げられる。
【００８５】
任意に、本開示による結合研磨物品は、例えば結合研磨物品の１つ又は２つの主表面上に配置される、又は結合研磨物品内に配置される、結合研磨物品を補強するスクリムを更に含んでもよい。スクリムの例としは、織布又はニット布が挙げられる。スクリム中の繊維は、ガラス繊維（例えば、グラスファイバ）、ポリアミド、ポリエステル、又はポリイミドなどの有機繊維から作製され得る。場合によっては、繊維が結合研磨物品全体に均質に分散されるように結合剤内に補強短繊維を含むのが望ましくあり得る。
【００８６】
本開示による結合研磨物品は、例えば加工品を研磨するのに有用である。例えば、該結合研磨物品は、加工品への熱損傷を防止することができる比較的低い動作温度を維持した状態で良好な研磨特性を呈する研磨又は切断砥石へと成形されることができる。
【００８７】
結合研磨材の研削砥石は、例えばＩｎｇｅｒｓｏｌｌ−Ｒａｎｄ（Ｓｉｏｕｘ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ）及びＣｏｏｐｅｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌｓ  ｏｆ  Ｌｅｘｉｎｇｔｏｎ（Ｓｏｕｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ）から入手可能なもののような直角研磨工具（right angle grinding tool）上で使用され得る。該工具は、電気又は空気圧で、一般に約１０００〜５００００ＲＰＭの速度で駆動され得る。
【００８８】
使用中、結合研磨砥石は、湿式又は乾式で使用され得る。湿式研磨中、結合研磨砥石は、水、油性潤滑剤、又は水性潤滑剤と共に使用される。本開示による結合研磨砥石は、例えば、炭素鋼シート又は棒鋼より新種の金属（例えば、ステンレス鋼又はチタン）などの種々の被加工材料上、又は柔軟でより多くの鉄を含む金属材料（例えば、軟鋼、低合金鋼、又は鋳鉄）上で特に有用であり得る。
【００８９】
以下の非限定的な実施例によって本開示の目的及び利点を更に例示するが、これら実施例で引用される特定の材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に制限するものと解釈されるべきではない。
【実施例】
【００９０】
特に記載がない限り、実施例及びこれ以降の明細書における部、割合、比率などはいずれも重量基準である。実施例の表の中で、「ＮＡ」は適用可能でないことを意味する。
【００９１】
実施例で使用した材料
【００９２】
【表１】
2013525130.tif 000003
【００９３】
セラミック成形研磨粒子ＳＡＰ１〜ＳＡＰ３の製造で使用した成形型の説明
ＳＡＰ１〜ＳＡＰ３の粒子の製造に使用した成形型は、ｅｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ  ＧｍｂＨ（Ｇｌａｄｂｅｃｋ，Ｇｅｒｍａｎｙ）製のＰＥＲＦＡＣＴＯＲＹ  ＳＸＧＡ＋Ｗ／ＥＲＭ  ＭＩＮＩ  ＭＵＬＴＩ  ＬＥＮＳ  ＳＴＥＲＥＯＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＹ装置として知られるラピッドプロトタイピング装置によってもたらされた。ｅｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣの機械は、６０ｍｍの焦点距離を有するプロジェクタを備えて構成されていた。これらの成形型を作るのに使用された樹脂はｅｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ  Ｒ５であった。ＳＡＰ１に関し、正４面体の空洞は、３ｍｍの縁部長さを有した。ＳＡＰ３に関し、正４面体の空洞は、２ｍｍの縁部長さを有した。ＳＡＰ２に関し、正４面体の空洞は、３ｍｍの縁部長さを有し、側面は各空洞に対して０．１４ｍｍ隆起した中央部を有していた（即ち、３つの空洞壁のそれぞれが隆起し、その結果研磨粒子の対応する面は凹型となる）。
【００９４】
セラミック成形研磨粒子ＳＡＰ４〜ＳＡＰ５の製造で使用した成形型の説明
ＳＡＰ４の粒子の製造に使用した成形型は、密集した正三角形形状の開口部を有する正４面体の空洞のアレイであった（辺長（ピッチ）＝０．９４２９ｍｍ）。正４面体の空洞のそれぞれは、深さ０．８１７１ｍｍ及び抜き勾配７７．５度を有していた。開口部間のランド領域の幅は０．０５０８ｍｍであった。
【００９５】
ＳＡＰ５の粒子の製造に使用した成形型は、密集した正三角形形状の開口部を有する正４面体の空洞のアレイであった（辺長（ピッチ）＝１．５９１８ｍｍ）。正４面体の空洞のそれぞれは、深さ１．３５７１ｍｍ及び抜き勾配７７．５度を有していた。開口部間のランド領域の幅は０．１０１６ｍｍであった。
【００９６】
セラミック成形研磨粒子ＳＡＰＡ〜ＳＡＰＣの製造で使用した成形型の説明：
成形型は、３辺が同じ長さの密集した成形された三角形の空洞を有した（即ち、空洞は切頭三角形のピラミッドの形状を有した）。ＳＡＰＡ、及びＳＡＰＢを製造するために使用された成形型の空洞の辺長は２．７９ｍｍ（１１０ミル）であった。ＳＡＰＡ及びＳＡＰＢに関し、成形型は、空洞の底面から膨らみ始めて三角形の一辺と９０度の角度で交差する平行な隆起部を成形型の空洞が有するように製造された。平行な隆起部は０．２７７ｍｍ（１０．９ミル）離間し、隆起部の断面は、高さが０．０１２７ｍｍ（０．５ミル）で、それぞれの隆起部の先端における側部間の角度が４５度である三角形であった。ＳＡＰＡでは、側壁深さは０．９１ｍｍ（３６ミル）であった。ＳＡＰＢに関し、成形型は、成形型の空洞の底面中に突出して三角形の一辺と９０度の角度で交差する平行な隆起部を成形型の空洞が有するように製造された。平行な隆起部は０．１０ｍｍ（３．９ミル）離間し、隆起部の断面は、高さが０．００３２ｍｍ（０．１２６ミル）で、それぞれの隆起部の先端における側部間の角度が４５度である三角形であった。ＳＡＰＢでは、側壁深さは０．４６ｍｍ（１８ミル）であった。
【００９７】
ＳＡＰＣ：ＳＡＰＣの製造で使用した成形型の空洞の辺長は１．６６ｍｍ（６５ミル）であった。側壁深さは０．８０ｍｍ（３１ミル）であった。成形型の空洞は、底部から膨らみ始め、三角形の一辺と９０度の角度で交差する平行な隆起部を有した。平行な隆起部は０．１５０ｍｍ（５．９ミル）離間し、隆起部の断面は、高さが０．０１２７ｍｍ（０．５ミル）で、それぞれの隆起部の先端における側部間の角度が３０度である三角形であった。
【００９８】
ＳＡＰＡ〜ＳＡＰＣでは、傾斜角（即ち、成形型の空洞の基部と側壁のそれぞれとの間に形成される２面角）は９８度であった。
【００９９】
曲率半径を測定する方法
全試料の曲率半径を以下の方法に従って測定した。セラミック成形研磨粒子は、セラミック成形研磨粒子の基部と先端とを結ぶ側縁部に沿って、５０マイクロメータ以下の曲率半径を有する。曲率半径は、倒立光学顕微鏡、又はその他の好適な画像解析ソフト／機器とインターフェース接続された、Ｃｌｅｍｅｘ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｌｏｎｇｕｅｕｉｌ，Ｑｕｅｂｅｃ，Ｃａｎａｄａ）から入手可能なＣＬＥＭＥＸ  ＶＩＳＩＯＮ  ＰＥ画像解析プログラムを用いて、先端と底面との間を撮像した研磨された断面から測定された。成形研磨粒子の各点の曲率半径は、（例えば、倍率１００Ｘで）断面で見たときに、各点の先端に３つの点を画定することによって測定された。第１の点は、直線縁部から曲線の始まりへの移行が存在する、先端の曲線が始まる点に置かれ、第２の点は、先端の頂点に位置決めされ、第３の点は、曲線状の先端から直線縁部に戻る移行位置に位置決めされた。次に画像解析ソフは、３つの点（曲線の始点、中間点、及び終点）によって画定される弧を描き、曲率半径を算出する。少なくとも３０の先端について曲率半径が測定され、平均先端半径が決定される。
【０１００】
粒子長を測定する方法
最後の粒子の寸法を、ｗｗｗ．ＢｉｇＣ．ｃｏｍ（Ｔｏｒｒｅｎｃｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手した市販の「ＡＭ４１３ＺＴ  ＤＩＮＯ−ＬＩＴＥ  ＰＲＯ」デジタル顕微鏡を使用して測定した。各バッチの５個の粒子を平らに置き、倍率１００Ｘで画像を撮像した。各粒子の３辺全ての長さを、デジタルカメラの内蔵コンピュータ・ソフトウェアを使用して測定した。これらの１５の長さの測定値の平均、並びに標準偏差を計算した。
【０１０１】
ＳＡＰ１〜ＳＡＰ５研磨粒子の粒子厚さを測定する方法
粒子厚さは、正４面体の幾何学的特性に従って測定した粒子長から計算された。
【０１０２】
ＳＡＰＡ〜ＳＡＰＣ研磨粒子の粒子厚さを測定する方法
研磨粒子の寸法を、ｗｗｗ．ＢｉｇＣ．ｃｏｍ（Ｔｏｒｒｅｎｃｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手可能な市販の「ＡＭ４１３ＺＴ  ＤＩＮＯ−ＬＩＴＥ  ＰＲＯ」デジタル顕微鏡を使用して測定した。平均粒子厚さは、各種類の５個の粒子を斜めに取り付け（平坦な面がテーブル表面に対して垂直になる）、粒子側面を倍率１００Ｘで撮像することによって決定された。中心及び各縁部近くの粒子厚さを、提供されたソフトのカーソルを用いて、各面に関して測定した。次に粒子をテーブル表面に対して垂直に１２０度回転させ、第２及び第３の面の高さ測定をそれぞれ行った。このように、各試料で９回の粒子厚さ測定を行い、５個の粒子で合計４５回の測定が行われた。平均及び標準偏差を計算した。
【０１０３】
研摩試験（切断の合計、１０サイクル）
試験用の例示のホイールを往復研磨機の上に装着した。予め計量された試験加工品は、１０１８鋼の４００ｍｍ×５０ｍｍ×７ｍｍ試験片であり、加工品の水平上面に対して１５度の角度で研削砥石と係合するように装着された。加工品は、４００ｍｍ×７ｍｍ側に位置するように装着された。研磨機を作動させて研削砥石を６０００ＲＰＭで回転させた。回転する研削砥石を、５８Ｎの力で試験加工品に圧接させる一方で、加工品の長さを１秒当たり６インチ（１５．２４ｃｍ／秒）の速度で移動させた。試験サイクルは１．０分であった。１回、５回、及び１０回のサイクルの後に試験加工品を計量した。１０回の１分間の研磨サイクルの後、除去された加工品の総重量を決定し、１０サイクルの切断の合計として報告した。
【０１０４】
切断試験
例示の切断砥石を、２３０Ｖ  ４インチ（１０５ｍｍ）Ｂｏｓｃｈ研磨機モデルＧＷＳ６−１００（公称ＲＰＭ  １０，０００）を装備したＭａｔｅｒｎｉｎｉ切断試験装置ＰＴＡ１００／２３０（Ｄａｖｉｄｅ  Ｍａｔｅｒｎｉｎｉ  ＳＰＡ，Ｍａｌｎａｔｅ，Ｉｔａｌｙ）で試験した。切断試験装置は次のパラメータで使用された：試験プログラム１００−ＳＳ−Ｒ、切断電流：３．５Ａ、係数ｋｐ＝１５、係数ｋｄ＝３０。加工品は、１６ｍｍの個体ステンレス鋼ロッドであった。平均切断時間及び切断回数の両方を、切断砥石の直径が９０ｍｍになるまで記録した。
【０１０５】
ＲＥＯがドープされたセラミック成形研磨粒子（ＳＡＰ１〜ＳＡＰ５及びＳＡＰＡ〜ＳＡＰＣ）の調製
次の配合を使用してベーマイトゾルゲルの試料を作製した。つまり、水（２４００部）及び７０％の含水硝酸（７２部）を含有する溶液を１１分間高せん断混合することによって、Ｓａｓｏｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．からＤＩＳＰＥＲＡＬとして入手可能な酸化アルミニウム一水和物粉末（１６００部）を分散させた。結果として生じるゾルゲルは、少なくとも１時間置いてから塗布した。ゾルゲルを、上で報告された寸法の三角形状成形型空洞を有する生産工具に押し込んだ。
【０１０６】
ゾルゲルは、生産工具の開口部が完全に埋まるように、パテナイフを使用して空洞に押し入れた。離型剤（メタノール中１％のピーナッツオイル）を使用して生産工具を被覆し、生産工具に約０．５ｍｇ／ｉｎ２（０．０８ｍｇ／ｃｍ２）のピーナッツオイルを塗布した。過剰なメタノールは、生産工具のシートを空気対流炉に４５℃で５分間配置することにより除去した。ゾルゲルで被覆された生産工具は４５℃の空気対流炉に少なくとも４５分間配置して乾燥させた。超音波ホーン上を通過させることにより、前駆体セラミック成形研磨粒子を生産工具から取り出した。前駆体セラミック成形研磨粒子を約６５０℃で仮焼した。仮焼された前駆体セラミック成形研磨粒子に、１．４％のＭｇＯ、１．７％のＹ２Ｏ３、５．７％のＬａ２Ｏ３、及び０．０７％のＣｏＯを含む代替希土類酸化物（ＲＥＯ）溶液を含浸させた。７０グラムのＲＥＯ溶液にＡｌｍａｔｉｓ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）より市販のＨｙｄｒａｌ  Ｃｏａｔ  ５粉末（およそ０．５マイクロメートルの平均粒径）１．４グラムを開放ビーカーで撹拌することで分散させた。次に、約１００グラムの仮焼された前駆体セラミック成形研磨粒子に、ＲＥＯ溶液に分散させた７１．４グラムのＨｙｄｒａｌ  Ｃｏａｔ  ５粉末を含浸させる。次いで、含浸した仮焼された前駆体セラミック成形研磨粒子を、約１４００℃で最終硬度まで焼結する前に、６５０℃で再度仮焼した。仮焼及び焼結は共に、回転管状窯を使用して行われた。得られた組成物は、１重量％のＭｇＯ、１．２重量％のＹ２Ｏ３、４重量％のＬａ２Ｏ３、及び０．０５重量％のＣｏＯ、並びに微量のＴｉＯ２、ＳｉＯ２、及びＣａＯを含有するアルミナ組成物であった。得られた研磨粒子寸法は表に（下記）に報告されている。
【０１０７】
【表２】
2013525130.tif 000004
【０１０８】
実施例１〜３及び比較例Ａ〜Ｃ
実施例１〜３及び比較例Ａ〜Ｃの研削砥石を作製して、４インチ（１０５ｍｍ）研削砥石に様々な形状の粒子を組み込むことが与える影響を実証した。
【０１０９】
実施例１では、試験組成物の半径内部（従来の結合研磨組成物を含む、ホイールの半径の８０％）と周辺帯域（ホイールの２０％）とを有する、放射状に層を成す補強されたホイールを作製した。本発明の組成物又は比較組成物のこの周辺帯域（例えば「タイヤ」）の厚さは、各ホイールの周囲に沿って１．０ｃｍであった。
【０１１０】
実施例１の８０％の内部組成物は、完成した研削砥石の重量に基づいて、４４部のＡＰ１、３．８部のＡＰ２、及び２．４８部のＡＰ３を混合することによって調製された。４．４部のＰＲ１を撹拌しながら添加した後、１３．８８部のＰＲ２及び１２部のＣＲＹを添加した。外側（周辺の）２０％帯域は、５．５部のＳＡＰ１、５．５部のＡＰ１、０．９５部のＡＰ２、及び０．６２部のＡＰ３を混合することによって調製された。１．１部のＰＲ１を撹拌しながら添加した後、３．４７部のＰＲ２及び３部のＣＲＹを添加した。放射状に層を成す混合物を、直径１０５ｍｍのダイの中のＳＭ層の間に挟み込み、２０トン／１２．２７インチ２（２３０ｋｇ／ｃｍ２）（２２．６ＭＰａ）の圧力で押圧して単一空洞の中に圧入した。次に、研削砥石を金属板の間に置き、ＴＥＦＬＯＮ被覆シートで分離し、硬化炉に入れた。約４０時間の硬化サイクル（区分１：設定値１７４°Ｆ（７８．８℃）、４分かけて昇温、７時間浸漬；区分２：設定値２２５°Ｆ（１０７℃）、４時間２０分かけて昇温、３時間浸漬；区分３：設定値３６５°Ｆ（１８５℃）、３時間１５分かけて昇温、１８時間浸漬；区分４：設定値８０°Ｆ（２６．６℃）、４時間２７分かけて昇温、５分間浸漬）の後、７／８インチ（２２．２ｍｍ）ダイヤモンドドリルを使用してセンタ穴を開け、研削砥石の直径は正確に９８ｍｍであった。
【０１１１】
実施例２〜３及び比較例Ａ〜Ｃは、組成物を表３に示されるように調整したことを除き、実施例１と同様に作製された。
【０１１２】
比較例Ｄ
比較例Ｄは、組成物が表３に示されるように全体的に均一であったことを除き、実施例１と同様に作製されたホイールであった。比較例Ｄの研削砥石は粉砕された研磨粒子のみを含有した。
【０１１３】
【表３】
2013525130.tif 000005
【０１１４】
実施例４〜５及び比較例Ｅ
実施例４〜５及び比較例Ｅの切断砥石を作製して、４インチ（１０５ｍｍ）切断砥石に様々な形状の粒子を組み込むことが与える影響を実証した。
【０１１５】
例えば、４、５．５部のＡＰ１、５．５部のＳＡＰ４、０．９５部のＡＰ２及び０．６２部のＡＰ３を、１．１部のＰＲ１と混合した。一方、３．４７部のＰＲ２、３．０部のＣＲＹを一緒に混合した。乾燥粉末混合物を、樹脂と研磨粒子との濡れた混合物に徐々に加えた。Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ＆  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｓｈｒｅｗｓｂｕｒｙ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から３３２１として入手した直径４インチ（１０５ｍｍ）のガラス繊維のスクリム（ＳＭ）を、液圧プレス機械の成形型に入れた。２０ｇの無機物／樹脂混合物を、液圧プレス機械の成形型のスクリムの上に入れた。第２のスクリムを混合物組成の上に入れ、２０トン／１２．２７インチ２（２３０ｋｇ／ｃｍ２）（２２．６ＭＰａ）の圧力で成形型の単一空洞に圧入した。次いで、切断砥石を金属板の間に置き、ＴＥＦＬＯＮ被覆シートで分離し、硬化炉に入れた。約４０時間の硬化サイクル（区分１：設定値１７４°Ｆ（７８．８℃）、４分かけて昇温、７時間浸漬；区分２：設定値２２５°Ｆ（１０７℃）、４時間２０分かけて昇温、３時間浸漬；区分３：設定値３６５°Ｆ（１８５℃）、３時間１５分かけて昇温、１８時間浸漬；区分４：設定値８０°Ｆ（２６．６℃）、４時間２７分かけて昇温、５分間浸漬）の後、最終切断砥石の寸法は、１０４．０３〜１０４．７６ｍｍ×１．３４〜１．６３ｍｍ×９．５ｍｍであった。
【０１１６】
切断砥石を切断試験に従って試験した。結果を表４に示す。
【０１１７】
表４に示されるような組成変更を除き、実施例５及び比較例Ｅは実施例４と同様に調製された。
【０１１８】
ホイールが消耗する前に達成された切断当たりの平均時間及び切断数に関する比較試験の結果は、表４（下記）に示されている。
【０１１９】
【表４】
2013525130.tif 000006
【０１２０】
本明細書に引用した全ての特許及び刊行物は、その全文を参照することにより本明細書に組み込むこととする。本明細書に記載される全ての実施例は、特に指示しない限り非限定的であるとみなすべきでる。当業者は、本開示の様々な修正及び変更を、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく行うことができ、また、本開示は、上記で説明した例示的な実施形態に過度に限定して理解すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【国際調査報告】
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