(57)【要約】  成形研磨粒子はαアルミナを含み、第１の側、第２の側、長手方向軸に沿って最大長、及び長手方向軸に横方向に最大幅を有する。第１の側は、４つの縁部及び４つの頂点を有する四辺形を含み、四辺形は、菱形、長斜方形、凧形又はスーパー楕円形からなる群から選択される。成形研磨粒子は、最大長を最大幅で割ったアスペクト比１．３以上を有する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形研磨粒子であって、αアルミナを含み、第１の側、第２の側、長手方向軸に沿って最大長、及び前記長手方向軸に横方向に最大幅を有し、前記第１の側が、４つの縁部及び４つの頂点を有する四辺形を含み、前記四辺形が、菱形、長斜方形、凧形又はスーパー楕円形からなる群から選択され、前記最大長を前記最大幅で割ったアスペクト比が１．３以上である、成形研磨粒子。
【請求項２】
前記第２の側が、頂点及び角錐を形成する４つの小平面を含む、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項３】
前記小平面が、約５〜約６５度の角度βで前記第１の側と交差する、請求項２に記載の成形研磨粒子。
【請求項４】
第２の側が、第２の面及び抜き勾配αで前記第２の面と交差する４つの小平面を含み切頭角錐を形成する、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項５】
前記抜き勾配αが、約９５〜約１３５度である、請求項４に記載の成形研磨粒子。
【請求項６】
前記第２の側が、第２の面及び９０度の抜き勾配αで前記第２の面と交差する４つの小平面を含む、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項７】
前記第２の側が、隆起線及び４つの小平面を含む、請求項１に記載の成形研磨粒子。
【請求項８】
前記小平面が、約５〜約６５度の角度βで前記第１の側と交差する、請求項７に記載の成形研磨粒子。
【請求項９】
前記四辺形が、菱形を含む、請求項１〜８に記載の成形研磨粒子。
【請求項１０】
前記四辺形が、長斜方形を含む、請求項１〜８に記載の成形研磨粒子。
【請求項１１】
前記四辺形が、凧形を含む、請求項１〜８に記載の成形研磨粒子。
【請求項１２】
前記四辺形が、スーパー楕円形を含む、請求項１〜８に記載の成形研磨粒子。
【請求項１３】
前記アスペクト比が、約１．７〜約５である、請求項１〜１２に記載の成形研磨粒子。
【請求項１４】
前記頂点の１つ以上が切頭される、請求項１〜１３に記載の成形研磨粒子。
【請求項１５】
前記第２の側は複数の溝を含む、請求項１〜１３に記載の成形研磨粒子。
【請求項１６】
前記第１の側が凹部である、請求項１〜１３に記載の成形研磨粒子。
【請求項１７】
前記第１の側及び前記第２の側を通り抜ける開口部を含む、請求項１〜１３に記載の成形研磨粒子。
【請求項１８】
前記第２の側が、複数の隆起部を含む、請求項１〜１３に記載の成形研磨粒子。
【請求項１９】
被覆研磨物品、結合研磨物品、不織布研磨物品、又は研磨ブラシからなる群から選択される研磨物品を形成する結合剤を含む、請求項１〜１８に記載の成形研磨粒子。
【請求項２０】
前記被覆研磨物品が、第１の主表面と、前記第１の主表面に塗布されるメイクコートと、前記メイクコートに塗布され少なくとも１０重量パーセントの前記成形研磨粒子を含む研磨材層と、前記研磨材層の上に塗布されるサイズコートと、を有する裏材を含む、請求項１９に記載の成形研磨粒子。
【請求項２１】
前記研磨材層が、１００重量％の前記成形研磨粒子を有するクローズドコートを含む、請求項２０に記載の成形研磨粒子。
【請求項２２】
前記研磨材層が、従来のグレインを含み、前記成形研磨粒子が、５０％以下の前記研磨材層を含む、請求項２０に記載の成形研磨粒子。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
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。
【０００２】
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）に開示される。１つの実施形態では、この研磨粒子の形状は正三角形を含んでいた。三角形状の成形研磨粒子は、高い切削速度を有する研磨物品の製造に有用である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
成形研磨粒子は、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、成形研磨粒子が対向する端部のそれぞれに向かって先細になる（双対テーパ形状）ように製造することで、研削性能結果が著しく改善することを発見した。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
成形研磨粒子を使用して被覆研磨物品を製造するとき、典型的には静電界を使用して成形研磨粒子をピックアップして移動させてメイクコートを含む樹脂と接触させて裏材に付着させる。本発明の請求項に係わる成形研磨粒子の１つの利点は、より多くの成形研磨粒子が裏材に付着するにつれて、それぞれの成形研磨粒子は図６及び７に示すように先端部が研磨物品の研削面上にあるようにメイクコートの中に向く傾向があることである。これは成形研磨粒子が幅より長く、それぞれの端部に向かって先細になるので生じる。
【０００５】
三角形状の研磨粒子が被覆されるとき、より多くの粒子が塗布されるにつれて、米国特許第５，２０１，９１６号の図３に見られるように、三角形のうちの幾らかは先端部がメイクコートに付着し三角形の底辺が研削面に露出した状態で既存の三角形の間に充填し始める。この現象は、事実上研磨物品の研削面全体が成形研磨粒子で覆われる研磨物品のクローズドコート構成体で特に顕著である。幾つかの用途では、三角形の先端部の代わりに三角形の底辺等の水平表面が研削面上に存在するとき研削性能の低減が生じる。
【０００６】
双対テーパ形状の成形研磨粒子の他の利点は、耐衝撃性の向上及びシェリングの低減であると考えられる。成形研磨粒子は端部よりも中部近くでより幅が広いので、粒子はロッド成形研磨粒子等の均一な断面積を有する粒子よりも硬さが向上し得る。高アスペクト比のロッド成形研磨粒子は、高い荷重下の鋭い縁部の研削等の衝撃にさらされるとき、メイクコート及びサイズコートの中に固定される基部のところで簡単にポキッと折れてしまう可能性がある。対照的に、本発明の請求項に係わる成形研磨粒子はおよそ中途までメイクコート及びサイズコートの中に埋められ、成形研磨粒子がコートから現れる基部をかなり幅広く残すことができるので、耐衝撃性が向上する。更に、成形研磨粒子の相当な部分が歯根に似てメイクコート及びサイズコートの中に埋められるので、研磨物品からの研磨粒子のシェリングの低減が可能である。
【０００７】
幾らかの実施形態での別の利点は、成形研磨粒子は対向する側に頂点及び４つの小平面を含み得ることである。小平面は角度をなすので、成形研磨粒子がメイクコートに付着された後、倒れかかっても、又は成形研磨粒子がより水平にメイクコートに直接付着されても、成形研磨粒子を裏材に対して傾けることができる。これはまた、成形研磨粒子の実質的に水平な表面を研削面に呈するのを防ぐのに役立ち、したがって成形研磨粒子の実質的に水平な表面を成形研磨粒子で研磨される材料に呈するのを防ぐのに役立つ。図７に見られるように、Ｈで示す粒子等の被覆研磨物品の研削面に鉛直よりも、より水平に置かれる成形研磨粒子は、水平な表面の代わりに、研磨される材料と初期に接触する鋭い縁部及び先端部をまだ有し、したがって切削性能を改善する。
【０００８】
したがって、１つの実施形態では、本発明はαアルミナを含み、第１の側、第２の側、長手方向軸に沿って最大長、及び長手方向軸に横方向に最大幅を有し、第１の側は４つの縁部及び４つの頂点を有する四辺形を含み、四辺形は菱形、長斜方形、凧形又はスーパー楕円形からなる群から選択され、最大長を最大幅で割ったアスペクト比は１．３以上である成形研磨粒子に属する。
【０００９】
当業者は、本説明はあくまで例示的な実施形態の説明であって、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例示的な構築に具現化されていることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】成形研磨粒子の１つの実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図１Ｂ】成形研磨粒子の１つの実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図１Ｃ】成形研磨粒子の１つの実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図２Ａ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図２Ｂ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図２Ｃ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図３Ａ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図３Ｂ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図３Ｃ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図４Ａ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図４Ｂ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図４Ｃ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図５Ａ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図５Ｂ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図５Ｃ】成形研磨粒子の別の実施形態の第１の側、第２の側、及び側面図を示す図。
【図６】図１の成形研磨粒子から作製された被覆研磨物品を示す図。
【図７】図１の成形研磨粒子から製造された被覆研磨物品の研削面の顕微鏡写真。
【図８】−５０／＋６０の菱形直角錐（right rhombic pyramidal）に成形した研磨粒子対粉砕粒子の顕微鏡写真。
【図９】−７０／＋８０の菱形直角錐に成形した研磨粒子（図１）対粉砕粒子の、サイクルの関数としての切削速度のグラフ。
【図１０】−７０／＋８０の菱形直角錐に成形した研磨粒子（図１）対粉砕粒子の、サイクルの関数としての累積切削のグラフ。
【図１１】−６０／＋７０の菱形直角錐に成形した研磨粒子（図１）対粉砕粒子の、サイクルの関数としての切削速度のグラフ。
【図１２】−６０／＋７０の菱形直角錐に成形した研磨粒子（図１）対粉砕粒子の、サイクルの関数としての累積切削のグラフ。
【図１３】粉砕粒子を伴う−５０／＋６０の菱形直角錐に成形した研磨粒子（図１）３０％対１００％粉砕粒子の、サイクルの関数としての切削速度のグラフ。
【図１４】ステンレス鋼上の図３の成形研磨粒子のサイクルの関数としての切削速度のグラフ。
【図１５】ステンレス鋼上の図１の成形研磨粒子のサイクルの関数としての切削速度のグラフ。
【図１６】ステンレス鋼上の２つの正三角形平行面を有する成形研磨粒子のサイクルの関数としての切削速度のグラフ。
【図１７】軟鋼上の図３の成形研磨粒子のサイクルの関数としての切削速度のグラフ。
【図１８】軟鋼上の図１の成形研磨粒子のサイクルの関数としての切削速度のグラフ。
【図１９】ステンレス鋼上の２つの正三角形平行面を有する成形研磨粒子の累積切削の関数としての切削速度のグラフ。
【００１１】
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。
【００１２】
定義
本明細書で使用されているように、「含む」、「有する」、及び「包含する」という単語の形態は、法律的に同意義であり、制約されない。それゆえ、列挙されている要素、機能、工程又は制限に加えて、列挙されていない付加的な要素、機能、工程又は制限が存在し得る。
【００１３】
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アルミナに変換可能な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。
【００１４】
本明細書で使用される「成形研磨粒子の前駆体」という用語は、成形型のキャビティから取り出すことができ、後続の加工作業中にその成型された形状を実質的に保持できる固化体を形成するために、研磨材分散液が成形型のキャビティ内にあるときに、この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る未焼結粒子を意味する。
【００１５】
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号に記載）を除き、成形研磨粒子は一般に成形研磨粒子の形成に使用された成形型のキャビティを実質的に複製する、所定の幾何学形状を有することになる。本明細書で使用される成形研磨粒子は、機械的な粉砕作業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】
【００１６】
双対テーパ形状の成形研磨粒子
図１〜５を参照して、例示的な双対テーパ形状の成形研磨粒子を示す。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、その形状を維持するために乾燥され、か焼され、次いで焼結される酸化アルミニウム一水和物の分散液から作製することができる。成形研磨粒子の形状は、次に成形構造体に成形される結合剤中に研磨粒子を含む粒塊を形成するために、結合剤を必要とすることなく維持される。
【００１７】
一般に、成形研磨粒子２０は、第１の側２４と、第２の側２６とを有し、厚さＴを有する、薄型本体を含む。幾つかの実施形態では、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。幾つかの実施形態では、第１の側２４及び第２の側２６は、図３に示すように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、少なくとも１つの側壁２８によって互いに接続される。幾つかの実施形態では、１つ以上の傾斜している側壁２８が存在することができ、「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｓｌｏｐｉｎｇ  Ｓｉｄｅｗａｌｌ」と題する２００８年１２月１７日出願の係属中の米国特許出願第１２／３３７，０７５号により完全に説明されるように、傾斜している側壁２８のそれぞれの傾斜又は角度は同じでもよく、又は異なってもよい。他の実施形態では、側壁２８は図５に示すように第１の側２４及び第２の側２６と９０度の勾配で交差することができる。
【００１８】
一般に、成形研磨粒子の第１の側２４は４つの縁部３０及び４つの頂点３２を有する四辺形を含み、四辺形は菱形、長斜方形、凧形又はスーパー楕円形からなる群から選択される。四辺形の頂点は更に、長手方向軸３６に交差する１対の対向する主頂点３４及び長手方向軸３６の両側に位置する１対の対向する副頂点３８とに分類することができる。
【００１９】
菱形は、図１及び図３に見られるように、等しい長さの４つの縁部を有する四辺形であり、対向する頂点は等しい度の夾角を有する。長斜方形は、図４に見られるように、長手方向軸３６の片側面の２つの交差する縁部３０は、長さが等しくなく、これらの縁部の間の頂点３２は傾斜夾角を有する、平行四辺形である。凧形は、図５に見られるように、横軸４０の上方の２つの対向する縁部３０は長さが等しく、横軸４０より下方の２つの対向する縁部３０は長さが等しいが横軸の上方の縁部とは異なる長さである四辺形である。菱形から、対向する主頂点３４のうちの１つを横軸４０に近づける又は横軸４０から遠ざけるのどちらかに移動させると、凧形が形成される。スーパー楕円形は、式（ｘ／ａ）ｎ＋（ｙ／ｂ）ｎ＝１（式中ｎ、ａ及びｂは正の数である）を有するＬａｍ’ｅの曲線で画定される幾何学的図形である。ｎが０と１との間であるとき、スーパー楕円形は図２に示すように凹の縁部（スカラップなしで）を有する４本腕の星のように見える。ｎが１であるとき、菱形ａ＝ｂ、又は凧形ａ≠ｂが形成される。ｎが１と２の間であるとき、縁部３０は凸状になる。
【００２０】
上述の群から選択された形状は、長手方向軸３６に沿って対向する主頂点３４、及びそれぞれ対向する主頂点に向かって横軸４０から先細になる形状を備えた成形研磨粒子になるので、第１の側２４の形状は上述これらの群から選択される。そのため、静電界を使用して成形研磨粒子を被覆裏材に塗布するとき、特により多くの成形研磨粒子が裏材に塗布されるにつれて、成形研磨粒子は１つの主頂点３４がメイクコート中にあり、第２の主頂点３４が研削面に露出する傾向を有する。
【００２１】
テーパの度合いは、長手方向軸３６に沿った最大長Ｌを長手方向軸３６に垂直の横軸４０に沿った最大幅Ｗで割ることで画定される特定の粒子のアスペクト比を選択することで調整できる。図１、２及び３の成形研磨粒子は、全ておよそ２．４のアスペクト比を有する。図４の成形研磨粒子は、およそ６．２のアスペクト比（and aspect ratio）を有する。図５の成形研磨粒子は、およそ１．８のアスペクト比を有する。成形研磨粒子が静電被覆を向上させるために望ましい先細になるためには、アスペクト比は１．０を超えるべきである。本発明の様々な実施形態では、アスペクト比は約１．３〜約１０、又は約１．５〜約８、又は約１．７〜約５である。アスペクト比が大きくなりすぎると、成形研磨粒子は壊れやすくなり得る。これは成形研磨粒子に負荷をかける衝撃が極度になり得る鋭い縁部を有する物体を研削するために、大きい荷重下で使用するとき、成形研磨粒子が徐々にすり減っていくのではなく壊れる可能性がある。望ましくは、成形研磨粒子の一番先端がポキッと折れ被覆研磨物品から粒子がシェリングしないように、十分な成形研磨粒子の幅及び／又は厚さがメイクコート及びサイズコートの中に埋められるように、アスペクト比を選択する。
【００２２】
幾つかの実施形態では、図１に破線４２で示すように、頂点の１つ以上をわずかに切頭し、成形研磨粒子をそのような形状に成形することが可能である。そのような粒子は初期切削が低減され、材料を研磨するために短期間使用した後の研磨粒子の形状に幾分似ていると考えられる。したがって、より大きな初期支持面積又は初期切削を低減することが望ましい場合に、１つ以上の切頭した頂点を備えた成形研磨粒子を設計することが可能である。これらの実施形態では、切頭が行われる縁部を延長させて１つ以上の想像上の頂点が形成されるのであれば、それは請求項に係わる四辺形を完成し、第１の側２４は請求項に係る形状であると考えられる。例えば、破線４２で示すように、対向する主頂点３４の双方が切頭されるのであれば、縁部を切頭を通り越して延長させるとき、縁部は２つの想像上の頂点を形成し、それによって第１の側２４の菱形形状を完成するので、得られる形状もやはり菱形であると考えられる。
【００２３】
幾つかの実施形態では、第２の側２６は頂点４４及び４つの小平面４６を含み、図１及び２に示すように角錐を形成する。そのような実施形態では、成形研磨粒子の厚さＴを調整して、第１の側２４と小平面４６との間の角度βを選択することができる。小平面４６は角度をなすので、成形研磨粒子がメイクコートに付着された後倒れかかっても、又は成形研磨粒子がより水平にメイクコートに直接付着されても、成形研磨粒子を裏材に対して傾けることができる。これはまた、成形研磨粒子の実質的に水平な表面を研削面に呈するのを防ぐのに役立ち、したがって成形研磨粒子の実質的に水平な表面を成形研磨粒子で研磨される材料に呈するのを防ぐのに役立つ。図７に見られるように、Ｈで示す粒子等の被覆研磨物品の研削面に鉛直よりもより水平に置かれる成形研磨粒子は、水平な表面の代わりに、研磨される材料と初期に接触する鋭い縁部及び対向する副頂点３８をまだ有し、したがって切削性能が改善する。第２の側２６のこの実施形態は、第１の側２４用に列挙した任意の形状と共に使用できる。
【００２４】
本発明の様々な実施形態では、第１の側２４と小平面４６との間の角度βは、２０度〜約５０度、又は約１０度〜約６０度、又は約５度〜約６５度であり得る。
【００２５】
幾つかの実施形態では、第２の側２６は、隆起線４７及び４つの小平面４６を含み得、図４に見られるように寄せ棟屋根に似ている構造体を形成する。したがって、対向する２つの小平面は、三角形状を有し、対向する２つの小平面は、台形形状を有す。この実施形態では、同様の範囲が第１の側と小平面４６との間の角度βに使用できる。第２の側２６のこの実施形態は、第１の側２４用に列挙した任意の形状と共に使用できる。
【００２６】
幾つかの実施形態では、第２の側２６は、側壁２８（図５に見られるように側壁２８と第２の面４８との間の抜き勾配αは９０度に等しい）、又は傾斜している側壁２８（図３に見られるように側壁２８と第２の面４８との間の抜き勾配αは９０度より大きい）を形成する第２の面４８及び４つの小平面を含む。この成形研磨粒子の厚さＴが大きくなるにつれて、抜き勾配αが９０度より大きいとき成形研磨粒子は切頭角錐に似る。成形研磨粒子２０の第２の面４８と側壁２８との間の抜き勾配αは、第２の面４８の相対的寸法を変えるように多様に変えられる。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。「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｓｌｏｐｉｎｇ  Ｓｉｄｅｗａｌｌ」と題する２００８年１２月１７日出願の米国特許出願第１２／３３７，０７５号に論じられるように、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において驚くべき上昇を生み出すことが発見された。特に、抜き勾配９８度、１２０度、又は１３５度は、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１２／３３７，０７５号の図６及び７に見られるように、抜き勾配９８度又は１２０度で特に顕著である。第２の側２６のこの実施形態は、第１の側２４用に列挙した任意の形状と共に使用できる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、第１の側２４が実質的に平面である、若しくは第２の面４８が実質的に平面である、又は双方が実質的に平面である。あるいは、２００８年１２月１７日出願の「Ｄｉｓｈ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａ  Ｒｅｃｅｓｓｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ」と題する同時係属中の米国特許出願第１２／３３６，９６１号により詳細に論じられるように、第１の側２４は凹部又は窪み部５０であり得る。図５は、凹部５０の第１の側２４を有する成形研磨粒子を示す。凹部又はくぼんだ部分５０の表面は、米国特許出願第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運ばれる傾向がある、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。第１の側２４の凹部表面５０は、凹状の溝があるのみ刃に類似する幾らかの用途で、切削性能を上昇するのに役立ち得る。窪み部５０は、図５の実施形態でのみ示されるが、そのような特徴は本特許出願で示す若しくは説明する、任意の特徴と共に、又は特徴若しくは実施形態の組み合わせと共に使用できる。
【００２８】
更に、２００８年１２月１７日出願の「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ｏｐｅｎｉｎｇ」と題する同時係属中の米国特許出願第１２／３３７，１１２号により詳細に論じられるように、第１の側２４及び第２の側２６を通り抜ける成形研磨粒子を貫通する１つ以上の開口部５２が存在し得る。図２は、成形研磨粒子を通り抜ける２つの開口部５２を示す。成形研磨粒子を貫通する開口部５２は、成形研磨粒子の嵩密度を低減でき、それによって多孔性の増加がしばしば望まれる砥石車等の幾つかの用途で得られる研磨物品の多孔性を増加させる。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、又はバントケーキ型に似ている底から延びる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できる。開口部を備えた成形研磨粒子の製造方法は米国特許出願第１２／３３７，１１２号に論じられる。開口部５２は図２の実施形態でのみ示されるが、そのような特徴は本特許出願で示す、若しくは説明する任意の特徴と共に、又は特徴若しくは実施形態の組み合わせと共に使用できる。
【００２９】
更に、２００８年１２月１７日出願の「Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ｇｒｏｏｖｅｓ」と題する同時係属中の米国仮出願第６１／１３８，２６８号に説明するように、成形研磨粒子は第２の側２６に複数の溝５３（図３）を有し得る。溝は、成形型から成形研磨粒子の前駆体を取り出すことを、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底面の複数の隆起部によって形成される。成形型のキャビティ内にある間ゾルゲルの収縮を促進する乾燥条件下で、三角形状の断面を有する隆起部は、くさびの機能を果たし、成形研磨粒子の前駆体を成形型の底面から持ち上げて外すと考えられる。図６の成形研磨粒子を注意深く見ることで、第２の側２６の複数の溝５３が見える。溝５３は、図３の実施形態でのみ示されるが、そのような特徴は本特許出願で示す若しくは説明する任意の特徴と共に、又は特徴若しくは実施形態の組み合わせと共に使用できる。
【００３０】
更に、成形研磨粒子は、図８に見られるように第２の側２６から延びる複数の隆起部を有し得る。段ステップの外観が同心の隆起部によって第２の側２６上に形成されるように、隆起部を小平面４６（又は第２の面４８）上に配置できる。他の実施形態では、隆起部は平行で交差しない線、又は平行で交差する線（斜交平行模様）を形成できる。１つの実施形態では、同心の隆起部は、第２の側で小平面の表面を超えて隆起し、底辺の寸法８〜１０マイクロメートル、高さ３〜５マイクロメートルを有し、ほぼ４０〜４５マイクロメートルごとに直線的に離間した正三角形の断面を含む。他の実施形態では、隆起部の断面は正方形、長方形、台形、三角形、又は他の幾何学的形状であり得る。隆起部は第２の側２６の表面積を増加させると考えられ、したがって被覆研磨物品の樹脂被覆の付着の向上に寄与する。複数の隆起部は、成形型のキャビティの底面に切り込まれた複数の溝で形成できる。隆起部は図８の実施形態でのみ示されるが、そのような特徴は本特許出願で示す若しくは説明する任意の特徴と共に、又は特徴若しくは実施形態の組み合わせと共に使用できる。
【００３１】
成形研磨粒子２０は、様々な体積アスペクト比を有してよい。体積アスペクト比は、体積の重心を貫通する最大断面積を重心を貫通する最小断面積で除した比率として定義される。一部の形状では、最大断面積及び最小断面積は、その形の外部形状に対して平面傾斜しているか、角度がついているか、又は傾斜していてよい。例えば、球体は１．０００の体積アスペクト比を有する一方、立方体は１．４１４の体積アスペクト比を有する。長さＡに等しい各辺及びＡに等しい均一の厚さを有する正三角形の形状の成形研磨粒子は、１．５４の体積アスペクト比を有する。均一の厚さが０．２５Ａに減少すると、体積アスペクト比は２．６４に増加する。より大きい体積アスペクト比を有する双対テーパ形状の成形研磨粒子は、改善された切削性能を有すると考えられる。本発明の様々な実施形態では、成形研磨粒子の体積アスペクト比は、約１．１５超、又は約１．５０超、又は約２．０超、又は約１．１５〜約１０．０、又は約１．２０〜約５．０、又は約１．３０〜約３．０であってよい。
【００３２】
本開示にしたが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、一般に、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したが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（すなわち、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。
【００３３】
ＡＮＳＩ等級表記（すなわち、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。
【００３４】
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、所定の粒径にしたが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２０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等の特化したメッシュサイズの使用が可能である。
【００３５】
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、本開示にしたが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。
【００３６】
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。幾つかの実施形態では、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、又は更には１００重量％が、本開示にしたがって作製された成形研磨粒子２０である。
【００３７】
成形研磨粒子２０との混合に好適な粒子としては、従来の研磨グレイン、希釈グレイン、又は米国特許第４，７９９，９３９号及び同第５，０７８，７５３号に説明されるものなどの侵食性粒塊（erodableagglomerates）が挙げられる。従来の研磨グレインの代表的な例としては、溶融酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、ガーネット、溶融アルミナジルコニア、キュービック窒化ホウ素、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。異なる形状の成形研磨粒子２０のブレンド（例えば、菱形凧形又は三角形）、又は異なる抜き勾配を有する傾斜側壁を有する成形研磨粒子２０のブレンド（例えば、９８度の抜き勾配を有する粒子と１２０度の抜き勾配を有する粒子とを混合）を、本発明の物品中で使用できる。
【００３８】
幾つかの用途では、成形研磨粒子及び従来の研磨グレイン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、実施例に示すように、１０重量％等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研磨グレイン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。
【００３９】
成形研磨粒子２０は、表面被覆を有してもよい。表面被覆は、研磨物品の研磨グレイン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。１つの実施形態では、米国特許第５，３５２，２５４号に説明されるように表面被覆は成形研磨粒子の重量に対して０．１％〜２％の量の無機物を使用した。そ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号に説明される。加えて、表面被覆は、成形研磨粒子のキャッピングを防ぐことがある。キャッピングとは、研磨中の加工対象物からの金属粒子が成形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。
【００４０】
双対テーパ形状の成形研磨粒子を有する研磨物品
図６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５４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塗布してもよい。過半数（５０％を超える）の成形研磨粒子２０を、対向する主頂点３４のうちの１つが裏材５６から離れた方向に向き、対向する主頂点３４のうちの１つがメイクコート５８に埋め込まれるように配向させる。
【００４１】
双対テーパ形状の成形研磨粒子の使用を一層最適化するために、クローズドコートの研磨材層を使用できる。クローズドコートの研磨材層は、製造機を１回通過させて研磨物品のメイクコートに塗布できる研磨粒子又は研磨粒子のブレンドの最大重量として定義される。オープンコートは、塗布可能な最大重量（グラム単位）よりも重量が少ない、被覆された研磨物品のメイクコートに塗布される研磨粒子又は研磨粒子のブレンドの量である。オープンコートの研磨材層では、研磨粒子を有するメイクコートの範囲が１００％未満になるため、粒子間に空き領域及び目に見える樹脂層を残す。
【００４２】
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、アクリル化エポキシ樹脂、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。
【００４３】
研削助剤は、被覆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、また無機又は有機であり得る。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。有機ハロゲン化合物は、典型的には、研磨中に分解し、ハロゲン酸又はガス状のハロゲン化合物を放出する。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。１つの実施形態では、研削助剤はクリオライト又はテトラフルオロホウ酸カリウムであった。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トは、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。幾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。
【００４４】
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を含んでよい。結合研磨材に使用される結合剤は、金属、有機、又はガラス質であってよい。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。
【００４５】
双対テーパ形状の成形研磨粒子の製造方法
第１のプロセス工程は、α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。１つの実施形態では、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、実現不可能なほど高価にするほどの量の液体を、成形型のキャビティからの除去するものではない。１つの実施形態では、研磨材分散液は、αアルミナに変換可能な、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、幾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。
【００４６】
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ができか、又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（商標）」及び「ＤＩＳＰＡＬ（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一水和物は比較的純粋である。すなわち、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量含み、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。
【００４７】
１つの実施形態では、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、液体に分散された３次元網状組織の固体である。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。修正用添加剤は、研磨粒子の幾つかの所望の性状を強化するため又は後の焼結工程の効果を増す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なり、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。
【００４８】
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α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、アルファ酸化第二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アルミナの変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。
【００４９】
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。多塩基酸を使用してもよいが、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。ベーマイトの幾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。
【００５０】
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。α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してもよい。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、ジルコニアを含有してもよい。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。
【００５１】
第２のプロセス工程は、少なくとも１つの成形型のキャビティ、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ことを伴う。成形型は、一般に平面の底面と複数の成形型のキャビティとを有してよい。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。１つの実施形態では、工具全体が高分子材料又は熱可塑性材料で作製される。別の実施形態では、乾燥工程中にゾルゲルと接触する、複数のキャビティ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することができる。好適な高分子塗膜を金属工具に塗布して、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。
【００５２】
高分子又は熱可塑性工具は、金属種工具を完全に複製するものであってよい。種工具は、生産工具に所望の逆パターンを有する。種工具は、生産工具と同様の方法で製造することも可能である。１つの実施形態では、種工具を、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種工具と共に加熱して、この２つを一緒に加圧成形することにより、高分子材料を、種工具パターンでエンボス加工することができる。高分子又は熱可塑性材料はまた、種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恐れのある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。
【００５３】
キャビティへは、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、キャビティは成形型の厚さ全体に延在することができる。あるいは、キャビティは成形型の厚さの一部分のみに延在することができる。１つの実施形態では、上面は、ほぼ均一の深さを有するキャビティ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つの側部、すなわちキャビティが形成される側部は、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。
【００５４】
キャビティは図１〜５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。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。与えられたキャビティの深さは、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キャビティは、同じ形状であってもよく、又は異なる形状であってもよい。
【００５５】
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ことを伴う。幾つかの実施形態では、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（０．０１６ｍｇ／ｃｍ２）〜約３．０ｍｇ／インチ２（０．４７ｍｇ／ｃｍ２）、又は約０．１ｍｇ／インチ２（０．０１６ｍｇ／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。１つの実施形態では、成形型の上面は、研磨材分散液で被覆される。研磨材分散液をポンプして上面に載せることができる。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再利用することができる。幾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加える圧力は、典型的には、１００ｐｓｉ（６８９．５ｋＰａ）未満、又は５０ｐｓｉ（３４４．７ｋＰａ）未満、又は１０ｐｓｉ（６８．９ｋＰａ）未満である。幾つかの実施形態では、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研磨粒子２０の均一な厚さが確保される。
【００５６】
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ことを伴う。望ましくは、揮発性成分は高蒸発速度で除去する。幾つかの実施形態では、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。
【００５７】
１つの実施形態では、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。
【００５８】
第５のプロセス工程は、成形研磨粒子の前駆体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。
【００５９】
研磨粒子の前駆体を成形型の外で更に乾燥することができる。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、成形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。
【００６０】
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変換されて金属酸化物になる。成形研磨粒子の前駆体は、一般に、４００℃〜８００℃の温度に加熱して、遊離水及び９０重量％を超す任意の結合し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。か焼された、成形研磨粒子の前駆体の孔に、水溶性の塩を含浸によって導入することができる。次に、成形研磨粒子の前駆体を再び予備焼成する。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。
【００６１】
第７のプロセス工程は、か焼された、成形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ことを含む。焼結前は、か焼された、成形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。このレベルの変換を達成するために、か焼された、成形研磨粒子の前駆体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、多様な因子に依存するが、通常、５秒〜４８時間が典型的である。別の実施形態では、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。
【００６２】
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る工程、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）により完全に詳述されている。
【００６３】
成形研磨粒子の製造方法に関する詳細については、２００８年１２月１７日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ  Ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｓｈａｒｄｓ，Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ｏｐｅｎｉｎｇ，Ｏｒ  Ｄｉｓｈ−Ｓｈａｐｅｄ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」と題する同時係属中の米国特許出願第１２／３３７，００１号に開示されている。
【実施例】
【００６４】
本開示の目的及び利点を、以下の非限定的な実施例で更に例示する。これらの実施例において列挙されるその特定の材料及び量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限しないと解釈されるべきである。別途注記のない限り、実施例における、及び本明細書の他の部分における、全ての部、割合、比率などは、重量基準である。
【００６５】
実施例１〜３：成形研磨粒子の調製
実施例１〜３は図８に示す菱形直角錐に成形した研磨粒子である。次の配合を使用してベーマイトゾルゲルを、次の方法、つまり、水（７０８７部）及び７０％の含水硝酸（２１２部）を含有する溶液を１３分間高せん断混合することによって、商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」（Ｓａｓｏｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ））を有する酸化アルミニウム一水和物粉末（４８２４部）を分散させて、作製した。結果として生じるゾルゲルは、１時間放置してから被覆した。ゾルゲルを表１に示す菱形直角錐に成形した成形型のキャビティの寸法を有する生産工具に押し入れた。生産工具を作製中に、成形型のキャビティの表面が三角形の断面を備えた一続きの溝を有するように製造した。溝は深さ６マイクロメートル、１１０度の傾斜角度の寸法を有した。そのような特徴間の間隔は０．０６５ｍｍであった。成形型の離型剤、水中２％のピーナッツオイルを生産工具に塗り、約１ｍｇ／平方インチ（１．５５ｇ／平方メートル）のピーナッツオイルを塗布した。ゾルゲルは、生産工具の全ての開口部が完全に埋まるように、真空スロットダイコーティングステーションを使用してキャビティに押し入れた。ゾルゲルで被覆された生産工具を、１０フィート／分（３メートル／分）で２７フィート（８．２メートル）の強制対流式オーブンに通過させた。１３．５フィート（４．１ｍ）のゾーン１区域は、６０％の気流速度において１３５℃、１３．５フィート（４．１ｍ）のゾーン２区域は、４０％の気流速度において１２１℃に設定した。超音波ホーンを通過させることにより、成形研磨粒子の前駆体を生産工具から取り出した。成形された研磨粒子の前駆体を約６５０℃でか焼し、次に、（酸化物として報告された）濃度がそれぞれ１．８％のＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３硝酸混合液で飽和した。余剰の硝酸溶液を除去し、飽和した前駆成形研磨粒子を乾燥させ、その後、この粒子を再び６５０℃で焼成し、約１４００℃で焼結させた。か焼及び焼結のいずれも、回転管状炉を使用して実行した。代表的な成形研磨粒子を図８に示す。
【００６６】
表面被覆処理
成形研磨粒子のうちの幾らかは成形研磨粒子の静電塗布を向上させるために、米国特許第５，３５２，２５４号に開示されるＣＵＢＩＴＯＮ  ３２４ＡＶ粉砕研磨粒子の製造に使用する方法に類似したやり方（manor）で処理した。か焼された、成形研磨粒子の前駆体を、１．４％のＭｇＯ、１．７％のＹ２Ｏ３、５．７％のＬａ２Ｏ３及び０．０７％のＣｏＯを含む希土類酸化物（ＲＥＯ）溶液で浸透させた。７０グラムのＲＥＯ溶液にＡｌｍａｔｉｓ（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ、ＰＡ）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。約１００グラムのか焼された、成形研磨粒子の前駆体を、次に、７１．４グラムのＲＥＯ溶液（solution）に分散させたＨｙｄｒａｌ  Ｃｏａｔ  ５粉末で浸透させた。浸透させた、か焼された、成形研磨粒子の前駆体は次に、最終の硬さまで焼結させる前に再びか焼される。
【００６７】
【表１】
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１  等級表記法「−Ｘ／＋Ｙ」は、粒子はサイズＸのふるいを通り抜けるが、サイズＹのふるいの上に残ることを示す。
２  ｎ／ａは「適用せず」を意味する。
【００６８】
比較例Ａ〜Ｃ
比較例Ａ〜Ｃは、実施例１〜３のものと同等の網の目のふるいにかけた市販のゾルゲルから誘導した粉砕研磨粒子である。これらの粒子は３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから「ＣＵＢＩＴＲＯＮ  ３２１」の商標名で市販される。表１で−７０／＋８０は、粒子はメッシュサイズ７０を通り抜けられるが、メッシュサイズ８０の上に残ることを示す。
【００６９】
実施例４〜６及び比較例Ｄ〜Ｆ
実施例４〜６及び比較例Ｄ〜Ｆは、実施例１〜３及び比較例Ａ〜Ｃとして調製された研磨粒子から調製された研磨物品である。これらの粒子を７／８インチ（２．２ｃｍ）の穴を備えた７インチ（１７．８ｃｍ）の直径繊維ディスク上に被覆した。メイクコート及びサイズコートの組成物を表２に示す。厚さ０．８３ｍｍ（３３ミル）を有するバルカナイズドファイバー裏材（商品名「ＤＹＮＯＳ  ＶＵＬＣＡＮＩＺＥＤ  ＦＩＢＲＥ」でＤＹＮＯＳ  Ｇｍｂｈ（Ｔｒｏｉｓｄｏｒｆ、Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手）を３．０グラム／ディスクのメイクコート組成物で被覆し、５．０グラム／ディスクの研磨粒子で静電被覆し、次に１０．０グラム／ディスクのサイズコート組成物を塗布した。実施例６の場合、成形研磨粒子は、実施例３の成形研磨粒子３０％及び褐色の酸化アルミニウム粒子（Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ｓｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．（Ｎｉａｇｒａ  Ｆａｌｌｓ，Ｎ．Ｙ）から入手した等級Ｐ１００「ＦＳＸ」）７０％の混合物であった。摂氏１０２度で１０時間硬化させた後、ディスクを曲げ、次に研削試験１によって試験した。試験結果を図９〜１９に示す。
【００７０】
【表２】
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【００７１】
研削試験１
研磨ディスクを次の手順により試験した。評価用の直径７インチ（１７．８ｃｍ）の研磨ディスクを、７インチ（１７．８ｃｍ）のディスクパッド平面皿（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎ．））から入手した「４５１９３  Ｍｅｄｉｕｍ  Ｇｒａｙ」）を装備した回転研削盤に取り付けた。次に、研削盤を稼動させ、０．７５×０．７５インチ（１．９×１．９ｃｍ）の予め計量した１０４５中炭素鋼棒の末端面を、８ポンド（３．６ｋｇ）の荷重下で押し付けた。この荷重下でのこの加工対象物に対する研削盤の結果的な回転速度は５０００ｒｐｍであった。この加工対象物を、これらの条件下で合計５０回、１５秒研削インターバル（パス）で研磨した。それぞれの１５秒インターバルの後、加工対象物を室温まで冷却させ、計量して、研磨動作による削り取りを測定した。試験結果は、実施例４及び５は累積切削及び切削速度として、実施例６のそれぞれの間隔は増分切削として報告される。所望により、好適な設備を用いて試験を自動化することができる。
【００７２】
結果
等級−７０／＋８０菱形角錐に成形した形状の成形研磨粒子で製造したディスクは、従来のロール粉砕法から得た同様の粒子で製造したディスクより性能が優れていた。成形研磨粒子で製造したディスクの切削速度及び累積切削値は、粉砕粒子で製造したディスクより著しく高かった。これらの結果を、図９に、サイクルの関数としての切削速度として、図１０に、メッシュサイズ−７０／＋８０を備えた粒子の時間の関数としての合計切削として示す。
【００７３】
等級−６０／＋７０菱形角錐に成形した形状の粒子で製造したディスクは従来のロール粉砕法から得られた同様の粒子で製造されたディスクより性能が優れていた。成形粒子で製造したディスクの切削速度及び累積切削値はまた、粉砕粒子で製造したディスクより著しく高かった。これらの結果は、図１１に、サイクルの関数としての切削速度として、図１２に、メッシュサイズ−６０／７０を備えた粒子の時間の関数としての合計切削として示す。
【００７４】
等級−５０／＋６０の菱形角錐に成形した研磨粒子３０％と同じ網の目サイズの粉砕研磨粒子とを混合して製造したディスクの切削値は、等級−５０／＋６０の粉砕粒子１００％で製造したディスクより著しく高かった。これらの結果を図１３にサイクルの関数として１サイクル当たりの切削として示す。このように、性能を著しく高めるために、少量の双対テーパ形状の成形研磨粒子のみが必要となる。
【００７５】
実施例７〜１０及び比較例Ｇ
実施例７〜１０及び比較例Ｇは、市販の粉砕粒子とのブレンドで少数として用いる場合の本発明の成形研磨粒子の有効性を実証する。実施例２の成形研磨粒子と、同様のサイズの市販の粉砕粒子（Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ｓｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．（Ｎｉａｇｒａ  Ｆａｌｌｓ，Ｎ．Ｙ）から入手した褐色の酸化アルミニウム等級Ｐ８０「ＦＳＸ」）とのブレンドを調製した。これらの研磨ブレンドの組成物を表３に識別する。これらの粒子ブレンドを使用して研磨シートを調製した。
【００７６】
実施例７は、コート側バリア層を備えた１６×２４インチ（４０．６×６１．０ｃｍ）の標準Ｃ−重量（１２０ｇｓｍ）の紙裏材をリブ付き被覆ロッドを使用して非イオン性界面活性剤（Ｉｎｔｅｒｓｔａｂ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）からの「Ｉｎｔｅｒｗｅｔ  ３３」）０．５％含有の５５％水中に分散させたレゾールフェノール樹脂を含むメイクコーティングで被覆して調製した。２５グラムの量の鉱物ブレンドを量り、静電被覆に備えて鉱物トレイに均一に塗りつけた。被覆裏材は１０秒間静電被覆した。粒子を被覆したシートを強制対流式オーブンで華氏２１０度（９９℃）で５０分間硬化させ、続いて華氏２２０度（１０４℃）で６０分硬化させた。次にメイクコーティングと同じ組成物のサイズコーティングを均一に濡れた外観になるまではけ塗りで塗布した。次に、サイズコーティングを施した物品を華氏１８５度（８５℃）で６０分間、華氏２１０度（９９℃）で６０分間、華氏２２０度（１０４℃）で３０分間、及び華氏２３５度（１１３℃）で３０分間の一連のステップで硬化させた。Ｅ−Ｃｈｅｍ（Ｌｅｅｄｓ、Ｅｎｇｌａｎｄ）から商品名「Ｅ−１０５８」で市販される５０％水性ステアリン酸カルシウム分散のスーパーサイズコーティングをはけ塗りによって塗布し、一晩乾燥させた。ここで完成した研磨物品は評価するために、非研磨側に取り付け層を付けて５インチ（１２．７ｃｍ）直径の円形ディスクを切り抜いて調製した。
【００７７】
実施例８〜１０及び比較例Ｇのディスクを、研磨粒子ブレンドの組成物が表３に示すように異なることを除いて実施例７のディスクと同様に調製した。実施例７〜１０及び比較例Ｇのディスクを木の試験によって評価した。
【００７８】
木の試験
ディスクを３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から商品名「３Ｍ  ＳＴＩＫＩＴ又はＨＯＯＫＩＴ  ＢＡＣＫＵＰ  ＰＡＤ、＃２０２０６」で入手可能な直径１．２７−ｃｍ（５．０−インチ）、厚さ０．９５−ｃｍ（３／８−インチ）の発泡体バックアップパッドに取り付けた。次に、バックアップパッド及びディスクの組立体をＡｉｒ  Ｖａｎｔａｇｅ  Ｔｏｏｌｓ（Ｅｌ  Ｍｏｎｔｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手した直径１２．７−ｃｍ（５−インチ）中仕上げの回転式ダブルアクションサンダー「モデル０５０２３７」の上に取り付けた。予め計量した集塵装置（１１．４３ｃｍ×１５．２４ｃｍ）をサンダーの塵出口ポートに取り付けた。ディスクの研磨面を手で、予め計量したＷｏｏｄｃｒａｆｔｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ（Ｓｔ．Ｃｌｏｕｄ，ＭＮ）から入手した４０．６ｃｍ×４０．６ｃｍ（１６インチ×１６インチ）メープルの木の試験加工対象物と接触させた。サンダーは、６２０ｋＰａ（９０ｐｓｉ）の送気管圧及び１５ポンドフォース（４４Ｎ）のダウンフォースで、８サイクル（それぞれ１５０秒間）作動させた。加工対象物の表面に０度の角度を使用した。各サイクルは、パネル表面の端から端まで毎秒１７ｃｍ（毎秒６．７インチ）の工具速度で、合計で１００８インチ（２５．１６メートル）の全経路長の重複した横方向に４８回の走行からなり、結果として試験パネルの部分が均一に研磨される。「切削」は、木のパネルから取り除かれた重量（グラム）を記録した。報告データは３つの試験試料の平均に基づく。比較試験の結果を表３に示す。
【００７９】
【表３】
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【００８０】
実施例２（表１）の成形研磨粒子をわずか１０重量パーセント追加することで、研磨物品の累積的な切削性能がほぼ２倍になる。実施例２の成形研磨粒子の相対量を更に増やすことで、切削性能は大幅ではないが更に上昇する。
【００８１】
実施例１１、１２及び比較例Ｈ
実施例１１、１２及び比較例Ｈの研磨粒子を、工具の成形型のキャビティが変更されたことを除いて、実施例１の粒子と同様に調製した。
【００８２】
実施例１１の成形型のキャビティは、細長い菱形の形状をした開口部であり、成形型の基部もまた細長い菱形の形状である。菱形の形状の基部はわずかに小さく、キャビティの壁に８度の抜き勾配を与え、図３に示す成形研磨粒子を作る。
【００８３】
実施例１２の成形型のキャビティは、細長い菱形の形状をした開口部であった。菱形形状の４つの側はキャビティの壁に４５度の抜き勾配で頂点まで細長く下がり（tapper down）、図１に示す成形研磨粒子を作る。
【００８４】
比較例Ｈの成形型のキャビティは、正三角形の形状をした開口部であり、基部もまた正三角形の形状である。三角形の基部はわずかに小さく、キャビティの壁に８度の抜き勾配を与える。
【００８５】
実施例１３、１４及び比較例Ｊ
実施例１３、１４及び比較例Ｊの研磨物品を、１）実施例１１の粒子（図３に示す細長い菱形）、実施例１２（図１に示す細長い菱面体（rhombohedryl）の角錐）、及び比較例Ｈ（正三角形の角柱）を代用した、２）フェノール樹脂中にＫＢＦ４を含むスーパーサイズ層をそれぞれのディスクに塗布した、及び３）研磨材の重量が１ディスク当たり１０グラムのオープンコート、及び１００％クローズドコート（実施例１１は１ディスク当たり３４グラム、実施例１２は１ディスク当たり２２グラム、及び比較例Ｊは１ディスク当たり２２グラム）の双方の種類を調製したことを除いて、実施例４のものと同様に作製した。実施例１３〜１４及び比較例Ｊの研削性能を、研削試験２によってステンレス鋼上で評価し（結果を図１４〜１６に示す）、研削試験１（５０サイクルの代わりに４２〜４５サイクルに制限して）によって１０４５の中炭素鋼上で評価した（結果を図１７〜１９に示す）。実施例１３及び１４の切削性能は研磨材グレインの含有量が増えるにつれて向上した。実施例１３及び１４のクローズドコートディスクはオープンコートディスクより性能が優れていた。比較例Ｊのディスクは逆の挙動を示し、切削性能はオープンコートからクローズドコートに行くにつれて減少した。
【００８６】
研削試験２
研磨ディスクを次の手順により試験した。評価用の直径７インチ（１７．８ｃｍ）の研磨ディスクを、７インチ（１７．８ｃｍ）のディスクパッド平面皿（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎ．）から入手した「４５１９３  Ｍｅｄｉｕｍ  Ｇｒａｙ」）を装備した回転研削盤に取り付けた。次に、研削盤を稼動させ、０．７５×０．７５インチ（１．９×１．９ｃｍ）の予め計量した３０４ステンレス鋼棒の末端面を、１２ポンド（５．４ｋｇ）の荷重下で押し付けた。この荷重下でのこの加工対象物に対する研削盤の結果的な回転速度は５０００ｒｐｍであった。この加工対象物を、これらの条件下で合計６〜１２回、１５秒研削インターバル（パス）で研磨した。それぞれの１５秒インターバルの後、加工対象物を室温まで冷却させ、計量して、研磨動作による削り取りを測定した。試験結果を、実施例４及び５は累積切削及び切削速度として、実施例６のそれぞれの間隔は増分切削として報告した。所望により、好適な設備を用いて試験を自動化することができる。
【００８７】
図１４は２つの細長い菱形平行面（図３）を備えた成形研磨粒子の性能を示し、図１５はステンレス鋼上の１つの細長い菱形面（図１）の成形研磨粒子の性能を示す。これらの粒子のメジアン径はメッシュ４０である。双方の場合にオープンコート構成体からクローズドコート構成体へと初期の切削速度の上昇が見られる。その一方で、図１６は、メッシュ粒径４０の２つの正三角形平行面を備えた比較例の成形研磨粒子を示し、研削性能は、オープンコートからクローズドコートへと低下する。したがって、本発明の成形研磨粒子は、クローズドコート構成体で従来の成形研磨粒子より性能が優れている。
【００８８】
図１７は、２つの細長い菱形平行面（図３）を備えた成形研磨粒子の性能を示し、図１８は、軟鋼上の１つの細長い菱形面（図１）を備えた成形研磨粒子の性能を示す。これらの粒子のメジアン径はメッシュ４０である。双方の場合にオープンコート構成体からクローズドコート構成体へと初期の切削速度の上昇が見られる。その一方で図１９はメッシュ粒径４０の２つの正三角形平行面を備えた比較例の成形研磨粒子を示し、研削性能はオープンコートからクローズドコートへと低下する。したがって、本発明の成形研磨粒子は、クローズドコート構成体にあり、従来の成形研磨粒子より性能が優れている。
【００８９】
これらの結果は、本発明の幾何学形状が低圧研削の用途に最適化できることを示す。以前は良好な研削切削速度を得るには、三角形の粒子を備えたオープンコート構成体を必要とした。これらの条件下の比較では、少なくとも１つの細長い菱形面を備えた成形研削粒子の鉱物の開放度が低下した状態で、研削性能が上昇する。
【００９０】
塗料研磨性能
実施例９、１０及び比較例Ｇの研磨物品を塗料研磨試験によって比較した。結果を表４に示す。
【００９１】
塗料研磨試験
ディスクを３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから商品名「３Ｍ  ＳＴＩＫＩＴ又はＨＯＯＫＩＴ  ＢＡＣＫＵＰ  ＰＡＤ、＃２０２０６」で入手可能な直径１．２７−ｃｍ（５．０−インチ）、厚さ０．９５−ｃｍ（３／８−インチ）の発泡体バックアップパッドに取り付けた。次に、バックアップパッド及びディスクの組立体をＡｉｒ  Ｖａｎｔａｇｅ  Ｔｏｏｌｓ（Ｅｌ  Ｍｏｎｔｅ，ＣＡ）から入手した直径１２．７−ｃｍ（５−インチ）中仕上げの回転式ダブルアクションサンダー「モデル０５０２３７」の上に取り付けた。ディスクの研磨面を手で、予め計量したＡＣＴ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｈｉｌｌｓｄａｌｅ，ＭＩ）からのペンキ、プライマー、及びＥ−コートがスプレイされた４６ｃｍ×７６ｃｍ（１８インチ×３０インチ）の鋼パネルと接触させた。サンダーは、６２０ｋＰａ（９０ｐｓｉ）の送気管圧及び１５ポンドフォース（４４Ｎ）のダウンフォースで、加工対象物の表面に２．５度の角度でほぼ６サイクル（それぞれ１５０秒間）を使用して作動させた。各研磨サイクルは、パネル表面の端から端まで、毎秒およそ１７ｃｍ（６．７インチ）の工具速度で、合計でほぼ１００８インチ（２５．１６メートル）の全経路長の重複した横方向に４８回の走行を含み、結果として試験パネルの部分が均一に研磨される。サイクルは、上述の合計研磨時間、及び加工対象物を検査するために研磨を止め、次に金属に達するまで繰り返す操作者による動きを表す。一般に鋼パネルは６つのサイクルを必要とした。
【００９２】
第１の研磨サイクル後、研磨されたパネル上部を横切るように圧縮空気を吹き付けることにより、試験パネルをきれいにして、目に見える粉塵を取り除いた。パネルを計量し、Ｔａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎ  Ｃｏ．の表面計を使用して仕上げ、測定した。報告データは３つの試験試料の平均である。データは、本発明の成形研磨粒子がより高い切削性能だけでなく、より低い表面粗さも達成したことを示す。双方は望ましい属性である。
【００９３】
【表４】
2013512788.tif 000006
【００９４】
当業者は、より具体的に添付の請求項に記載した本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに、本開示への他の修正及び変更を行うことが可能である。様々な実施形態の態様は、様々な実施形態の他の形態と全体的に、若しくは一部的に互換可能、又は結合され得るということが理解される。特許状への上記の出願の中で引用されている全ての参照、特許、又は特許出願は、全体として一貫した方法で参照することにより本明細書に組み込まれる。これらの組み込まれた参照と本明細書との間に部分的に不一致又は矛盾がある場合、先行する記述の情報が優先するものとする。当業者が請求項の開示を実行することを可能にするために与えられた先行する記述は、本請求項及びそれと等しい全てのものによって定義される本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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