(57)【要約】【解決手段】焼結アルミナを主に含有する研磨粒であり、該研磨粒は、９６重量％を超えるアルミナと、０．１重量％と３重量％の間の酸化チタン、および、０．１重量％と３重量％の間の酸化マンガンを含み、酸化チタンと酸化マンガンとの全体が４重量％未満であることを特徴としている。好ましくは、酸化チタンおよび／または酸化マンガンの重量含有量は０．５％以上である。また好ましくは、酸化チタンおよび／または酸化マンガンの重量含有量は１．３％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結アルミナを主に含有する研磨粒であり、９６重量％を超えるアルミナと、０．１重量％と３重量％の間の酸化チタンと、０．１重量％と３重量％の間の酸化マンガン（ＭｎＯで表示）を含み、酸化チタンと酸化マンガンとの全体が４重量％未満であることを特徴とする研磨粒。
【請求項２】
酸化チタンの重量含有量が０．５％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の研磨粒。
【請求項３】
酸化マンガン（ＭｎＯで表示）の重量含有量が０．５％以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の研磨粒。
【請求項４】
酸化チタンの重量含有量が１．３％以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の研磨粒。
【請求項５】
酸化マンガン（ＭｎＯで表示）の重量含有量が１．３％以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の研磨粒。
【請求項６】
酸化チタンの重量含有量に対する酸化マンガンの重量含有量の比率が０．８と１．２の間に含まれる、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の研磨粒。
【請求項７】
アルミナ、酸化マンガン、酸化チタンの化合物の焼結後に、粒子がおよそ１０μｍ、典型的には５μｍと２０μｍの間に含まれる均質なサイズを有する、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の研磨粒。
【請求項８】
以下の連続する過程を有することを特徴とする、研磨粒の製造方法。
すなわち、
ａ）混合物の製造
ａ１）結晶子が、１μｍ好ましくは１．５μｍと２．５μｍの間、典型的には２μｍの平均直径（Ｄ５０で表示）を有する、か焼アルミナの粒の粉末と、
ａ２）０．１％から３％の重量比で混合物に加えられ、粒子のＤ５０がアルミナ粉末のＤ５０に近く、たとえば１μｍと３μｍの間、典型的には２μｍである酸化チタン（ＴｉＯ2）の粉末と、
ａ３）０．１％から３％の重量比で混合物に加えられ、粒子のＤ５０がアルミナ粉末のＤ５０に近く、たとえば１μｍと３μｍの間、典型的には２μｍである酸化マンガン（ＭｎＯおよび／またはＭｎＯ2）の粉末を含んだ、典型的には攪拌によって機械的に均質化されている、アルミナと酸化チタンと酸化マンガンの混合物、
ｂ）未加工のペースト本体を得るために、こうして得られた粉末の圧力下での凝集、
ｃ）未加工のペースト本体の乾燥、
ｄ）１６００℃未満の温度で焼成。
【請求項９】
焼成温度がおよそ１５００℃であり、典型的には１４５０℃と１５５０℃の間に含まれる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
完全なサイクル（温度の上昇−焼結温度での安定期−冷却）が３０分と１２０分の間に含まれ、典型的には冷却から冷却まで９０分である、請求項８または請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
用いられる炉が連続作動する回転炉である、請求項８〜請求項１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
過程ｂ）での圧力下における凝集が直接押出加工による圧縮であり、そこから生じた繊維状物を、次に、任意の断面および任意の高さをしたプリズム形で未加工のペースト本体が得られるように破砕する、請求項８〜請求項１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
典型的には鋼鉄製スラブの研削を目的としたグラインダのような凝集研磨製品であり、請求項１〜請求項７のいずれか一つに記載の研磨粒を含んでいることを特徴とする凝集研磨製品。
【請求項１４】
研磨紙または研磨布のような被覆研磨製品であり、請求項１〜請求項７のいずれか一つに記載の研磨粒を含んでいることを特徴とする被覆研磨製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨器具の作製に用いられる焼結研磨粒の領域に関するものである。より特定的には、本発明は凝集研磨材および被覆研磨材の領域に関するものである。凝集研磨材は、研磨粒が樹脂をベースとする結合剤に分散された製品の製造、典型的にはグラインダの製造を目的とするものである。被覆研磨材は典型的には支持体（紙、布、バンドなど）に付着させた研磨粉である。
【０００２】
本発明はあらゆるタイプの研磨材に適用されるが、より特定的には凝集研磨材の製造を目的としており、該凝集研磨材は、鋼鉄製スラブの研削、鋳造による粗鋼部品のバリ取り、あるいは金属の修正を目的とするグラインダの製造に用いられるようなものである。以下では、本発明を説明するためにこの凝集研磨材を利用することとする。
【背景技術】
【０００３】
凝集研磨材および被覆研磨材は研磨粒から調整され、該研磨粒は、場合に応じて、たとえばコランダムといった電融研磨材のような、液体物の固化によって生じた塊状物で構成される「岩状」と呼ばれる産物を粉砕することによって、または、組成および幾何学的形状が良好な研磨特性に寄与する粒で構成された粉末を焼結することによって、また、あるいは、たとえば米国特許第４５７４００３号明細書（３Ｍ）に記載されている「ゾル・ゲル」法によって得ることができる。
【０００４】
研磨粒は、緊密性や硬度といった良好な機械的特性と良質な研削作用を有する必要がある。
【０００５】
硬度は、粒が破砕して機械的応力の影響の下で断片を発生させる性質を特徴づける。試験される産物は試験するグレードに応じて大きさで分類される。機械的応力をかけた後（鋼球を入れた大型容器での回転）、サンプルを、メッシュが事前に決定されているいくつかのふるいの列にしたがってふるいにかける。特定の係数が回収された各断片に割り当てられるのだが、このことによって、各断片に関する含有量（％表示される）の重心平均として表される硬度で品質性能を分類することが可能になる。硬度が高くなるほど得られる値が１００に近づくことになる。グレード１２の粒（つまり、１．７ｍｍと２ｍｍの間に含まれる初期サイズを有する粒）の硬度を判定するための実施例が文書の最後に示されている。
【０００６】
固さは、スクリューにかけられた材料の可塑性変形に関連する特徴であるが、研磨粒の硬度を特徴づけるために必要な基準ではあっても十分ではないことに注意する必要がある。確かに、研磨粒の固さと研磨特性の間には相関関係があるが、二方向唯一性の関係ではない。つまり、非常に固い粒は脆弱でありえ、その破断は有利な影響を持つことがあるが（たとえば鋭い角が新たに現れること）、マイナスの影響も有することがある（研削作用の低下、悪い仕上がりなど）。逆に、あまり固くない粒があまり脆弱ではなく、結局「角を再生させること」により適することもある。
【０００７】
研削作用は、研削角を保持し、また、破砕して新しい研削角をもたらすようになる粒の特性である。該研削作用は材料の剥離性能によって特徴づけることができ、該性能は、たとえば、比率Ｇ＝（剥離された材料の量／摩耗した研磨材の量）を用いて量子化される。
【０００８】
凝集研磨材の用途については、合金鋼製スラブの研削のようないくつかの使用条件が、研磨粒側に、該研磨粒が凝集産物に１０００℃に達しうる周辺温度と連動した非常に高い圧力（極限条件で５５ｄａＮ／ｃｍ2まで）を受けながら、およそ２００ｋｇ／ｈから２０００ｋｇ／ｈの研削性能を与えることを要求することがある。
【０００９】
市販で入手可能な研磨製品の種類には、
・脆いという不都合を有する、白色または褐色の電融コランダムと、
・緊密だが熱間研削作用に制限のある、電融ジルコニア・コランダムと、
・研削作用が弱いが、良好な仕上げ（粒の形状のファクター）を可能にする焼結ボーキサイトと、
・大量適用にはコストが過度に高い、ゾル・ゲル法によって得られるアルミナ、および、
・非常に高い焼結温度で得られたときにだけ許容可能な硬度と研削作用を有する焼結アルミナが含まれる。
【００１０】
高い圧力および高い温度（およそ１０００℃）で材料の研削量をおよそ２００ｋｇ／ｈから２０００ｋｇ／ｈ上げようとするときに遭遇する極限条件を満たすためには、一般的にはジルコニア・コランダム（典型的には２５％のＺｒＯ2を含む）をベースとするグラインダが用いられるが、このようなグラインダは仕上げには適しておらず、その結果、研削操作をうまく行うためにはいくつかのタイプの研磨材を連続して用いなければならない。
【特許文献１】米国特許第４５７４００３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本出願人は、ゾル・ゲル法によって得られる粒を除く市販の製品よりも優れた特性、硬度と研削作用を有する研磨粒を得ることを追求した。目的はゾル・ゲル法によって得られる粒の特性に近づくことなのだが、該粒は、確かに良好な硬度と良質な研削作用を有してはいても、それを得るためのコストが大量適用のためには手が出ないほど高い。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一つの目的は焼結アルミナを主に含有する研磨粒であり、該研磨粒は、９６重量％を超えるアルミナ、０．１重量％と３重量％の間の酸化チタン、および、０．１重量％と３重量％の間の酸化マンガン（ＭｎＯとして表示）を含み、酸化チタンと酸化マンガンとの全体が４重量％未満にとどまることを特徴としている。好ましくは、酸化チタンおよび／または酸化マンガンの重量含有量は０．５％以上である。また好ましくは、酸化チタンおよび／または酸化マンガンの重量含有量は１．３％以下である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本出願人は、実際、少量の酸化チタンおよび酸化マンガンを加えることで、研磨特性は同等のまま、アルミナを明らかに低い温度で焼結することができることを見出した。かなりのエネルギー節約の他にも、本発明による方法は、たとえば今日までボーキサイトの焼結に用いられている既存の炉を利用することを可能にするという利点を有している。他方、本発明での焼結温度は低く、それによって、出資が低く、制御が容易であり、多くの流量を処理することのできる、連続処理炉を用いることが可能になっている。それは、たとえば、耐火剤で覆われ、連続作動する回転炉である。さらに、焼結時間が比較的短く、安定期ではおよそ２０分であり、これは、冷却から冷却まで３０分と１２０分の間に含まれ、典型的には９０分の完全なサイクル（温度の上昇−焼結温度での安定期−冷却）を意味する。
【００１４】
一般的に、かなりの量の焼結添加剤を加えることは、粒の結合部の近傍で沈殿し、研磨製品の脆弱性の元となる相をもたらす。添加が実質的におよそ０．２％の含有量に制限されているのはこのためである（０．２％のマグネシアを含んだ以下の実施例２の高温焼結アルミナを参照）。本発明の枠内において、本出願人は、驚くべきことに、各酸化物について０．１％を超える、かなりの量の酸化チタンと酸化マンガンを添加することにより使用温度がどのようであれ製品の性能を維持することが可能になることを確証した。
【００１５】
本発明によると、酸化マンガンと酸化チタンは、焼結アルミナの粉末中に、これらのタイプの酸化物それぞれについて重量含有量で少なくとも０．１％、最大で３％、全体の重量含有量では最大で４％存在していなければならない。酸化マンガンはＭｎＯまたはＭｎＯ2の形で存在することができる。その重量含有量はＭｎＯとして表示される。好ましくは、低温焼結の効率を向上させるため、酸化チタンの重量含有量は０．５％以上であり、および／または、酸化マンガン（ＭｎＯで表示）の重量含有量は０．５％以上である。好ましくは、得られる研磨製品の硬度の劣化という危険性を抑えるために、酸化チタンの重量含有量は１．３％以下であり、および／または、酸化マンガン（ＭｎＯで表示）の重量含有量は１．３％以下である。同様の理由で、好ましくは、酸化チタンと酸化マンガン（ＭｎＯで表示）の重量含有量を２．６％以下の値に抑えることが求められることになる。
【００１６】
好ましくは、酸化マンガンの重量含有量は酸化チタンの重量含有量にほぼ等しく、比率は典型的には０．８と１．２の間に含まれる。アルミナの粒子は、好ましくはアルファ・アルミナであり、好適にはか焼アルミナに由来し、中心直径はおよそ２μｍである。
【００１７】
好ましくは、焼結後に得られる粒は、アルミナ、酸化マンガン、酸化チタンの化合物の粒子で構成され、該粒子はおよそ１０μｍ、典型的には５μｍと２０μｍの間に含まれる均質なサイズを有している。
【００１８】
本発明のもう一つの目的は研磨粒の製造方法であり、以下の連続する過程を特徴としている。すなわち、
ａ）混合物の製造
ａ１）結晶子が１μｍ好ましくは１．５μｍと２．５μｍの間、典型的には２μｍの平均直径（Ｄ５０で表示）を有する、か焼アルミナの粒の粉末と、
ａ２）０．１％から３％の重量比で混合物に加えられ、粒子のＤ５０がアルミナ粉末のＤ５０に近く、たとえば１μｍと３μｍの間、典型的には２μｍである酸化チタン（ＴｉＯ2）の粉末と、
ａ３）０．１％から３％の重量比で混合物に加えられ、粒子のＤ５０がアルミナ粉末のＤ５０に近く、たとえば１μｍと３μｍの間、典型的には２μｍである酸化マンガン（ＭｎＯおよび／またはＭｎＯ2）の粉末を含んだ、典型的には攪拌によって機械的に均質化されている混合物、
ｂ）未加工のペースト本体を得るために、こうして得られた粉末の圧力下での凝集、
ｃ）未加工のペースト本体の乾燥、
ｄ）１６００℃未満の温度で焼成。
【００１９】
焼成温度はおよそ１５００℃であり、典型的には１４５０℃と１５５０℃の間に含まれる。完全なサイクル（温度の上昇−焼結温度での安定期−冷却）は３０分と１２０分の間に含まれ、典型的には冷却から冷却まで９０分である。好ましくは、用いられる炉は連続作動する回転炉である。
【００２０】
こうして得られた研磨粒は、その密度、硬度および剥離性能を特徴としている。該研磨粒のマイクロ構造は、焼成後に、およそ１０μｍの、アルミナと酸化マンガンと酸化チタンの均質な化合物の粒子の寸法が得られるように制御される。
【００２１】
好適には、粉末の圧力下での凝集は直接押出加工による圧縮であり、それから生じた繊維状物は、次に未加工のペースト本体を任意の断面および任意の高さのプリズム形で得られるように破砕される。
【実施例１】
【００２２】
Ａ１  酸化マンガンおよび酸化チタンで活性化していない焼結アルミナの特性に対する焼結温度の効果
表１は、異なる粒度の三つのか焼アルミナについて１６００℃および１６５０℃での焼結後に得られる硬度の値を示している。最も高い硬度の値を示しているのは最も細かい粒度を有するアルミナであることが確認できるが、この値は不十分であり、目標は７５を超えることである。
【００２３】
【表１】
2008507604.tif 000002
【実施例２】
【００２４】
Ａ２  市販入手可能なさまざまな製品と本発明による製品との比較
表２は、市販で入手可能なさまざまな製品について測定した硬度の値を示し、最後の列では、本発明による製品について測定した硬度の値を示している。示された硬度の値は、製品の質による平均に対応しており、個々の値がこれらの平均値に対して典型的にはプラスマイナス５の幅がある。
【００２５】
高温焼結アルミナは上で示した製品Ｃの粒度とほぼ同じ粒度を有し、マグネシアタイプの焼結助剤を含んでいる。該アルミナを１６００℃を超える温度で焼結した。
【００２６】
本発明による、酸化チタンおよび酸化マンガンで活性化された焼結アルミナは１．２重量％のＴｉＯ2と、ＭｎＯで表示される１．２重量％の酸化マンガンを含んでいる。該アルミナを１５００℃で焼結した。該アルミナは、もう一つの焼結アルミナを大きく超える硬度を有している。該アルミナは「ゾル・ゲル」アルミナの硬度より低い硬度を示すが、コストは六分の一である。また、該アルミナはジルコニア・コランダムより低い硬度を示すが仕上げグラインドに、より適していることが明らかになった。
【００２７】
【表２】
2008507604.tif 000003
【実施例３】
【００２８】
Ａ３  グレード１２の研磨粒の粉末について硬度係数を判定する実施例
元となるサンプルは、１．７ｍｍと２ｍｍの間に含まれる粒を二つのふるい（１．７ｍｍおよび２ｍｍのメッシュの目）間でふるいがけすることで選別し、大きさで分類される。
【００２９】
該サンプルは、機械的応力、典型的には鋼球で満たした大型容器での回転によって粉砕する。用いたふるいの列は、メッシュの目、すなわち、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２５ｍｍおよび０．１２５ｍｍによって定められたふるいを含んでいる。
【００３０】
以下の寸法分類のそれぞれに関する粉末部分が回収された。
１：φ粒＞１ｍｍ
２：１ｍｍ＞φ粒＞０．５ｍｍ
３：０．５ｍｍ＞φ粒＞０．２５ｍｍ
４：０．２５ｍｍ＞φ粒＞０．１２５ｍｍ
５：０．１２５ｍｍ＞φ粒
【００３１】
寸法分類ｉで回収された粉末部分の比重をＴｉで表すと［つまり、比率（質量分率ｉ）／（試験前のサンプルの初期質量）］、硬度は、
硬度＝４*Ｔ１＋２*Ｔ２＋Ｔ３＋０．５*Ｔ４＋０．２５*Ｔ５、
という関係式で表される。
【００３２】
初期の粉末が指標１００に対応するように、加重計算の係数の合計で先行値を割る。この公式によって、最後のふるい（ここではφ粒＜０．１２５ｍｍ）の通過量が多くなれば、得られる値がより小さくなることが確認できる。つまり、対応する研磨材が大きく破砕され、大量の微細粒子を生成すると、結果的により低い硬度の値が得られるのである。
【国際調査報告】
2008507604.tif 000004
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2008507604.tif 000006
2008507604.tif 000007
2008507604.tif 000008
2008507604.tif 000009