(57)【要約】  自己融着型発泡研磨材物品およびこのような物品を使用した機械加工方法。この機械加工方法には、加工表面を有する工作物を提供するステップと、加工表面に対して研磨材を移動させることによって加工表面から材料を除去するステップとが含まれ、ここで研磨材は、砥粒と少なくとも約６６体積％の多孔とで構成されている発泡研磨材本体を含む。
2011524260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  加工表面を有する工作物を提供するステップと；
−  前記加工表面に対して研磨材を移動させることによって前記加工表面から材料を除去するステップと；
を含む機械加工方法において、前記研磨材が、砥粒と少なくとも約６６体積％の多孔とを含む自己融着型発泡研磨材本体を含む、機械加工方法。
【請求項２】
前記多孔が少なくとも約７０体積％である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記多孔が約７５体積％〜約９５体積％の間の範囲内にある、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記自己融着型発泡研磨材本体が、少なくとも約１ミクロンの平均サイズを有する細孔を含む、請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記自己融着型発泡研磨材本体が、３００ミクロン（ＰＦ３００）超の平均直径を有する細孔を少なくとも約１５％という分率で含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記自己融着型発泡研磨材本体が４５０ミクロン（ＰＦ４５０）超の平均直径を有する細孔を、少なくとも約５％という分率で含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記自己融着型発泡研磨材本体が、７５０ミクロン（ＰＦ７５０）超の平均直径を有する細孔を約１０％以下という分率で含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
砥粒および少なくとも約６６体積％の多孔を有する自己融着型発泡研磨材本体を含み、前記研磨材本体が研削盤のチャック部と係合するように構成されている、研磨工具。
【請求項９】
前記研磨材本体の結合部分が、前記研磨材本体の中心を通って延在し前記研磨材本体の回転軸を画定する開口部を含み、この開口部が研削盤のチャック部と係合するように構成されている、請求項８に記載の研磨工具。
【請求項１０】
前記研磨材本体が長さ、幅および厚みにより画定される細長い形状を有する、請求項８または９に記載の研磨工具。
【請求項１１】
長さ＜幅≦厚みであり、前記研磨材本体が約２：１以上の長さ対厚みの比として定義づけされる一次アスペクト比を有する、請求項１０に記載の研磨工具。
【請求項１２】
−  砥粒と少なくとも約６６体積％の多孔とを有する自己融着型発泡研磨材本体と；
−  前記研磨材本体の中心を通って延在し前記研磨材本体の回転軸を画定し、研削盤のチャック部と係合するように構成されている開口部と、
を含む研磨工具。
【請求項１３】
前記多孔が少なくとも約７０体積％である、請求項１２に記載の研磨工具。
【請求項１４】
前記多孔には、隣接細孔と実質的に接触し相互連結された細孔の網状組織を形成する実質的に球形の形状を有する個別に識別可能な細孔が含まれる、請求項１２または１３に記載の研磨工具。
【請求項１５】
前記自己融着型発泡研磨材本体が、少なくとも約１ミクロンの平均サイズを有する細孔を含む、請求項１２、１３または１４に記載の研磨工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、機械加工において使用するための研磨材物品そしてより詳細には機械加工プロセスにおける発泡研磨材の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械加工用途で用いられる研磨材には、典型的に、融着型研磨材物品とコーティング型研磨材物品が含まれる。コーティング型研磨材物品には一般に、バッキングと、このバッキングに砥粒を固定するための接着剤被膜とを含み、その最も一般的な例はサンドペーパーである。融着型研磨工具は、研磨または艶出し装置などの機械加工装置上に取付けることのできるホイール、ディスク、セグメント、取付けポイント（ｍｏｕｎｔｅｄ  ｐｏｉｎｔ）、ホーンおよびその他の工具形状の形をした剛性で典型的にモノリシック構造の３次元複合研磨材で構成されている。このような融着型研磨工具は通常、砥粒、融着材料、および多孔を含む３相を有する。
【０００３】
融着された研磨構造内部の一定量の多孔は、機械加工効率を改善し、機械加工されている工作物の品質を熱または機械的損傷から保護することができるということが示されてきた。しかしながら、製造上の限界および機械的特性の要件（例えば強度）が、多孔の割合を制限し、この割合はさらにグリットのサイズ、凝集した砥粒の存在、および融着材料のタイプにより左右される。
【０００４】
砥粒の標準的な充填作業の結果得られる自然の多孔は、一般に高い多孔性を達成するには不充分であることから、製造技術には、融着型研磨材の形成においてガラス泡、有機物質などの細孔形成物質を使用することが含まれる。しかしながらこのような細孔形成物質は、機械加工効率を改善するのに適した開放多孔ではなく、閉鎖細孔を形成する傾向を有する。実際、閉鎖多孔が過度に生成されると、有効な材料除去に必要な機械加工力を増大させて、工作物に対する熱損傷を増加させる可能性がある。その上、一部の細孔形成物質を使用するためには、形成中に研磨材物品から細孔形成物質を「焼失させる」減法的プロセスが必要となる可能性があり、これがその他の製造上の障害をひき起こす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によると、機械加工方法は、加工表面を有する工作物を提供するステップと；加工表面に対して研磨材を移動させることによって加工表面から材料を除去するステップとを含み、ここで研磨材は、砥粒と少なくとも約６６体積％の多孔とで構成されている自己融着型発泡研磨材本体を含む。多孔は、７５体積％〜９５体積％の範囲内、またはより詳細には約７７体積％〜約９０体積％の範囲内にあり得る。一部の実施形態において、多孔は、少なくとも約７５体積％、少なくとも約８０体積％、または少なくとも８５体積％である。さらに、細孔は、少なくとも約１ミクロンという平均サイズを有していてよく、約１０ミクロンから約２０００ミクロンの間の広い範囲にわたりサイズが変動してよい。一部の事例において、自己融着型発泡研磨材本体は、「ｘ」ミクロン超の平均直径を有する発泡研磨材物品の内部の細孔分率を表わす大細孔分率ＰＦｘに基づいて特徴づけすることが可能である。詳細な実施例では、自己融着型発泡研磨材物品は、約１５％〜約５０％の範囲内のＰＦ３００を有する。このような１つの場合において、ＰＦ３００は少なくとも約２０％、または少なくとも約２５％、さらには少なくとも約３０％である。その他の例示的物品において、自己融着型発泡研磨材本体は、約５％〜約３０％の範囲内のＰＦ４５０（すなわち４５０ミクロン超の平均サイズを有する細孔の分率）を有する。より詳細な事例において、ＰＦ４５０は少なくとも約１０％、例えば少なくとも約１２％、さらには少なくとも約１５％である。１つの詳細な構成において、発泡研磨材物品は、約１％〜約１０％間の範囲のＰＦ７５０を有する。一部のその他の実施形態において、ＰＦ７５０は、約８％以下、約５％以下、さらには約２％以下である。
【０００６】
砥粒は、酸化物、ホウ化物、窒化物、炭化物およびそれらの任意の組合せからなる材料群から選択することができる。一部のその他の事例において、砥粒はアルミナおよび炭化ケイ素であり、一部の場合において、発泡研磨材本体は、本質的にアルミナまたは炭化ケイ素で構成され得る。
【０００７】
自己融着型発泡研磨材本体は約６０ｍｍ超の厚みを有することができる。さらに、自己融着型発泡研磨材本体は約０．３ｇ／ｃｍ３〜１．３５ｇ／ｃｍ３間の範囲内の密度を有する可能性があり、したがって密度は約１．２ｇ／ｃｍ３以下または約１．０ｇ／ｃｍ３以下となる。研磨材本体は同様に、その多孔体積の割に強いものであり、こうして例えば自己融着型発泡研磨材本体の破壊応力（ＭＯＲ）は、約１ＭＰａ〜約２０ＭＰａ間の範囲内にある。例えば、一部の構成において、ＭＯＲは少なくとも約５ＭＰａ、または少なくとも約８ＭＰａである。
【０００８】
別の実施形態によると、自己融着型研磨発泡材料を用いた工作物艶出し方法は、加工表面を有する工作物を提供するステップと、加工表面に対して発泡研磨材を移動させることによって加工表面から材料を除去するステップとを含む。発泡研磨材には、互いに融着されて剛性構造を形成する砥粒および構造を通って相互連結された通路の網状組織を形成する少なくとも約７０体積％の多孔を含む自己融着型研磨材本体が含まれ、多孔には、１０ミクロンから約２０００ミクロンの間の範囲内の平均サイズおよび少なくとも約１５％という３００ミクロン超の平均直径をもつ細孔の細孔分率（ＰＦ３００）を有する細孔が含まれる。
【０００９】
本開示は、添付図面を参照することによりさらに良く理解でき、その数多くの特徴および利点が当業者にとって明らかとなるかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る発泡研磨材の一部分の拡大画像を示す。
【図２】一実施形態に係る発泡研磨材の一部分の拡大画像を示す。
【図３】一実施形態に係る発泡研磨材の一部分の拡大画像を示す。
【図４】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、電力と累積除去材料の関係を表わすプロットを示す。
【図５】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、法線力と累積除去材料の関係を表わすプロットを示す。
【図６】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、接線力と累積除去材料の関係を表わすプロットを示す。
【図７】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、平均表面粗度と累積除去材料の関係を表わすプロットを示す。
【図８】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、二乗平均平方根表面粗度と累積除去材料の関係を表わすプロットを示す。
【図９】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、平均的表面うねりと累積除去材料の関係を表わすプロットを示す。
【図１０】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、合計表面うねりと累積除去材料の関係を表わすプロットを示す。
【図１１】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、弾性係数（ＥＭＯＤ）と多孔体積百分率の関係を表わすプロットを示す。
【図１２】従来の融着型研磨材と一実施形態に係る発泡研磨材についての、サンドブラスト侵食の関係を表わすプロットを示す。
【図１３】一実施形態に係る研磨工具の斜視図を示す。
【図１４】一実施形態に係る研磨工具の横断面図を示す。
【図１５】一実施形態に係る研磨工具の横断面図を示す。
【図１６】一実施形態に係る研磨工具の斜視図を示す。
【図１７】一実施形態に係る研磨工具の斜視図を示す。
【図１８】一実施形態に係る研削盤を含む研磨工具の横断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の開示は、機械加工用途に適した研磨材物品に関する。一実施形態によると、従来の融着型研磨材中で一般的に使用されている融着材料（例えばガラス質融着材料）を使用せずに互いに融着された砥粒を含む自己融着型発泡研磨材を最終的な研磨材物品とするように、特殊なプロセスを通して、発泡研磨材物品が形成される。
【００１２】
より具体的には、セラミックスラリーを上部に形成させるための網状下層構造（例えば海綿）または細孔形成物質を使用することなく、特定のプロセスにより発泡研磨材物品が形成される。物品の形成は、スラリー中の研磨材粒子、少なくとも１つのゲル化剤そして少なくとも１つの発泡剤を含む混合物を調製することによって開始させることができる。混合物は、ゲル化剤のゲル化温度よりも高い温度で混合され、こうして発泡体が得られるまでゲル化が回避される。発泡により、混合物の内部に多数の気泡が導入され、これらの気泡が後に最終的発泡研磨材内部で多孔を形成する。発泡後、混合物は成型され冷却されて、部分的に凝固したゲル化発泡体本体を形成する。ゲル化の後、発泡研磨材が得られるように、混合物を乾燥させ焼成する。典型的には、焼成プロセスには、１０００℃を超え約１４００℃から約２３００℃の間の範囲内にある温度で互いに融着させるための砥粒の焼結ステップが含まれる。こうして形成される発泡研磨材は、研削または艶出しホイールなどの機械加工用途に適したものを含めたさまざまな形状に成型可能である。
【００１３】
詳細な一実施形態によると、混合物には安定化剤が添加される。安定化剤は、特定のせん断速度に対する感応性を有し、そのため混合速度を低下させた時点で、混合物の粘度は桁違いに増大して、安定した発泡混合物を形成することができ、これをその後冷却させてゲル化した発泡体本体を形成する。ゲル化発泡体本体はその後熱処理を受けて、最終的発泡研磨材物品を形成する。このようなプロセスは、大きく厚みある発泡研磨材物品の形成を促進し、開示全体が参照により本明細書に援用されている国際公開第２００６／０１８５３７号パンフレット中で記述されている。
【００１４】
一実施形態によると、発泡研磨材物品は、研削および艶出しなどの機械加工作業を促進するのに適した硬度を有し熱処理を通して自己融着型構造を形成することのできる砥粒を含むことができる。特定の一実施形態によると、砥粒は酸化物、ホウ化物、窒化物、炭化物およびそれらの任意の組合せなどのセラミクスを含み得る。さらに詳細な一実施形態によると、砥粒は酸化物および窒化物、さらに詳細にはアルミナおよび炭化ケイ素を含むことができる。一部の実施形態において、発泡研磨材の砥粒は全体的に炭化ケイ素粒である。さらにその他の実施形態では、砥粒は本質的にアルミナ粒からなる。
【００１５】
本明細書中で記述されている発泡研磨材物品は、機械加工および艶出し用途において使用するのに適した厚みを有し、極めて頑強になるように形成され得る。したがって、一実施形態において、発泡研磨材物品の本体は、約６０ｍｍ〜約２００ｍｍ間の範囲内の厚みを有する。一部のその他の実施形態において、発泡研磨材本体の厚みは、少なくとも約７０ｍｍ、例えば少なくとも約８０ｍｍ、少なくとも約１００ｍｍさらには少なくとも約１２５ｍｍである。
【００１６】
一実施形態によると、発泡研磨材は、非常に多孔性の高い構造であり、したがって、極めて低い密度を有する。実際、本明細書に記述されている発泡研磨材物品は、高度の多孔を有し、その大部分は、構造を通して通路が相互連結されている網状組織を画定する開放多孔である。したがって、一実施形態によると、発泡研磨材は、約０．３ｇ／ｃｃ３〜約１．３５ｇ／ｃｃ３間の範囲内の密度を有する。一部のその他の実施形態においては、発泡研磨材は１．２ｇ／ｃｃ３以下、約１．０ｇ／ｃｃ３以下、さらには約０．７５ｇ／ｃｃ３以下の密度を有する。
【００１７】
自己融着型発泡研磨材物品の一例は、０．１ミクロン〜２００ミクロンの範囲内の粒径分布を有し、混合物中におよそ６５重量％存在する純度９９％のアルミナ粒子を用いてアルミナ粉末の混合物を形成することにより製造される。混合物はさらに、分散剤として０．６重量％のポリアクリル酸アンモニウムを、ゲル化剤として２．４重量％のゼラチンを、そしてキサンタンガムとして提供されるキサンタンまたはＳＫＷ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ製のＳａｔｉａｘａｎｅＴＭなどの安定化剤０．１％を含む。Ｒｈｏｄｉａ  ＰＭＣからＲｈｏｄｏｖｉｏｌ  ４／１２５として販売されているＰＶＡは発泡剤であり、２．２重量％の量で混合物中に存在する。混合物は同様に、１．０重量％という少量で可塑化剤も含むことができ、混合物の残りの部分は水である。
【００１８】
このような混合物の形成は、別個に形成された混合物Ａ、ＢおよびＣを組合せることにより実施される。混合物Ａは、砥粒と水のスラリーを含む。混合物Ｂは、ゲル化剤、安定化剤および水を含み、これはゲル化剤のゲル化温度より高い温度で連続的に混合される。混合物Ｃは水中の発泡剤を含む。混合物ＡおよびＣを、混合物Ｂに添加し、添加中は発泡混合物が得られるまで混合物Ｂを加熱し攪拌する。発泡混合物は（例えば金型中に注ぎ込むことにより）成型され、冷却されて、ゲル化発泡体本体を形成し、その後乾燥され焼成されて、図１〜３の定査電子顕微鏡画像内に示された成形製品を形成する。
【００１９】
図１〜３は、発泡研磨材物品の一部分の拡大画像を提供し、発泡研磨材物品の細孔のサイズおよび形状を示している。例示された実施形態は、少なくとも約１ミクロンの平均細孔サイズおよび約１０ミクロン〜２０００ミクロン間の範囲内の細孔サイズを有する。異なる細孔サイズの組合せにより、単位あたりの細孔数の増加が促進され、細孔の充填効率の改善ひいては物品の多孔の増大が促進される。
【００２０】
図１〜３にさらに示されているように、発泡研磨材物品の多孔には、一般に互いに接触して相互連結された細孔の網状組織を形成する実質的に球形形状を有する個々に識別可能な細孔が含まれる。例えば、図３をより詳細に参照すると、細孔３０１および３０２は、実質的に球形の輪郭そして明確な丸味ある側面３０５を有し、細孔が、発泡プロセス中に形成された気泡の球形形状から形成され一般にこの形状を維持することを示している。
【００２１】
さらに、発泡研磨材物品の多孔に関連して、実施形態は、「ｘ」ミクロンよりも大きい平均直径を有する発泡研磨材物品内部の細孔の分率を表わす大細孔分率ＰＦｘに基づき特徴づけされた。一実施形態によると、発泡研磨材物品は、約１５％〜約５０％の範囲内のＰＦ３００を有する。一部のその他の実施形態においては、ＰＦ３００は少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、さらに少なくとも約３０％である。
【００２２】
別の実施形態によると、発泡研磨材物品は、約５％〜約３０％の範囲内のＰＦ４５０を有する。一部のその他の実施形態においては、ＰＦ４５０は、少なくとも約１０％、例えば少なくとも約１２％、さらには少なくとも約１５％である。
【００２３】
さらに別の実施形態によると、発泡研磨材物品は、約１％〜約１０％の範囲内のＰＦ７５０を有する。その他の実施形態において、ＰＦ７５０は、約８％以下、約５％以下、さらには約２％以下である。
【００２４】
前述の通り、発泡研磨材物品の実施形態は、発泡研磨材の構造的無欠性を維持しながらより大きい単位体積あたりの細孔百分率、ひいては最終物品内のより大きい全体的多孔を可能にする一定の細孔サイズ範囲を有する。こうして、一実施形態によると、発泡研磨材物品は少なくとも約６６体積％の多孔を有する。より詳細には、多孔は、約６８体積％〜約９５体積％の範囲内、例えば約７５体積％〜約９５体積％の範囲内、さらには約７７体積％〜約９０体積％の範囲内にあり得る。一部の実施形態では、多孔は、少なくとも約７０体積％、少なくとも約７５体積％、少なくとも約８０体積％さらには少なくとも約８５体積％である。
【００２５】
発泡研磨材物品は有意な細孔体積を有するが、物品が機械加工用途で使用するのに充分な機械的性能を有することは注目に値することである。例えば、一実施形態において、研磨材本体は、約１ＭＰａ〜約２０ＭＰａの範囲内の破壊係数（ＭＯＲ）を有する。その他の実施形態では、ＭＯＲは少なくとも約３ＭＰａ、少なくとも約５Ｍｐａさらには少なくとも約８ＭＰａである。
【００２６】
ここで図４〜１０を参照とすると、本明細書中で記述されている発泡研磨材物品と比較した場合の従来の融着型研磨材物品の機械加工性能およびパラメータを実証するさまざまなプロットが提供されている。図４〜１０に示されているプロットを生成するために実施された機械加工試験は、金属工作物上で行われた。試験は、約１ｍｍ３／ｓ／ｍｍの材料除去速度で行なわれる内径機械加工試験を用いて補完された。従来の融着型研磨材物品（ＣＥ１）は、等級Ｌのゾルーゲルアルミナ粒およびＭ１のガラス質ガラス融着材を含むＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ社の融着型研磨材ホイールである。自己融着型発泡研磨材物品（Ｅ１）は、同じゾル−ゲルアルミナ粒を含んでいた。下表１は、自己融着型発泡研磨材物品と比較した場合の従来の融着型研磨材（ＣＥ１）の組成および一部の特性を詳細に示している。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図４は、従来の融着型研磨材物品対本明細書中に記述されている発泡研磨材物品についての、単位電力と工作物由来の累積除去材料の関係を示している。このプロットは、ＣＥ１およびＥ１の摩擦作業の側面を示し、所要単位電力が高くなることは望ましくない。プロット４０１はＣＥ１に関連し、一方プロット４０３はＥ１に関連している。図４に示される通り、同じ体積の材料を工作物から除去するのに必要とされる電力量は、ＣＥ１の場合（プロット４０１）の方が著しく多い。以上のことから明らかであるように、Ｅ１に付随する摩擦損失は、ＣＥ１よりも著しく低く、その結果、材料除去効率は高くなり、発熱は少なくなり、研磨材製品および工作物に対する必然的な熱損傷は削減される。
【００２９】
図５および６は、ＣＥ１およびＥ１についての、法線力と工作物由来の累積除去材料の関係のプロットおよび接線力と工作物由来の累積除去材料の関係を表すプロットを示す。力と累積除去材料のプロットは、ＣＥ１およびＥ１の摩擦作業の局面を示し、所要の力が大きくなることは望ましくないということが指摘されている。図５では、プロット５０１がＣＥ１に関連し、一方プロット５０３がＥ１に関連している。図６では、プロット６０１がＣＥ１に関連し、一方プロット６０３がＥ１に関連している。図示されている通り、同じ体積の材料を除去するのに必要とされるＣＥ１に対し加えられる力の量は、図５および図６の両方についてＥ１のものよりも実質的に大きい。図５および図６に図示されているように、Ｅ１に関連して有効な研削に必要とされる力は、ＣＥ１よりも著しく低く、その結果、材料除去効率は高くなり、発熱は少なくなり、研磨材製品および工作物に対する必然的な熱損傷は減少する。
【００３０】
図７および８は、ＣＥ１およびＥ１についての、平均表面粗度（Ｒａ）と累積除去材料の関係を表すプロット、および二乗平均平方根表面粗度（Ｒｚ）と累積除去材料の関係を表すプロットを示す。表面粗度と累積除去材料の関係を表すプロットは、ＣＥ１およびＥ１の艶出し有効性を示し、表面粗度が高くなることは機械加工された工作物においてさらに不適切である。図７では、プロット７０１がＣE１に関連し、一方プロット７０３がＥ１に関連している。図８では、プロット８０１がＣＥ１に関連し、一方プロット８０３がＥ１に関連している。図７および図８に示されているように、ＣＥ１は、表面粗度の増加を実証しており、こうして艶出しが大きくなるにつれて、工作物の表面粗度は高くなる。これとは対照的に、Ｅ１は、実質的に一定の平均表面粗度、そして実際には、除去された材料の増加に伴う表面粗度二乗平均平方根の減少を実証している。図７および８中で明らかになるように、Ｅ１に関連する表面粗度の変化はＣＥ１よりも著しく低く、その結果、除去された材料に応じて表面仕上げはより優れたものとなる。
【００３１】
図９および図１０は、それぞれＣＥ１およびＥ１について、工作物の平均表面うねり（Ｗａ）と累積除去材料の関係を表すプロットおよび、加工表面の合計表面うねり（Ｗｔ）と累積除去材料の関係を表すプロットを示す。平均表面うねりと累積除去材料の関係を表すプロットは、ＣＥ１とＥ１の艶出し有効性を示し、表面うねりが大きくなることは望ましくない。図９において、プロット９０１はＣＥ１に関連し、一方プロット９０３はＥ１に関連している。図１０において、プロット１００１はＣＥ１に関連し、一方プロット１００３はＥ１に関連している。図示されているように、ＣＥ１は、Ｅ１と比較して、同一の除去材料体積について工作物の表面うねりが大きくなっている。材料除去に応じた工作物の寸法制御に関して、図９および１０は、Ｅ１が、より平滑な表面を維持しながら材料除去効率が良いことから、ＣＥ１よりも優れていることを示している。
【００３２】
図１１および１２は、この実施形態と従来の融着型研磨材の差異をさらに実証している。顕著にも、図１１および１２は、発泡研磨材物品の剛性および硬度が、従来の融着型研磨材製品に比べて改善されていることを実証しており、これは、構造の多孔性が高いことを考慮するときわめて予想外のことである。
【００３３】
図１１は、ＣＥ１およびＥ１についての弾性係数（ＥＭＯＤ）と多孔百分率の関係を表わす２つのプロットを表す。プロット１１０１は従来の融着型研磨材（ＣＥ１）に関連し、一方プロット１１０３は発泡研磨材（Ｅ１）に関連している。図示されている通り、Ｅ１はＣＥ１に比べて、所与の多孔についてより大きい剛性を有し、したがって、多孔の改善に伴ってより高い剛性を有し、これは、研削用途にとって望ましいことである。例えば、ＣＥ１は、３０ＧＰａのＥＭＯＤ値で５０％の多孔を有し、一方Ｅ１は、同様のＥＭＯＤ値（３０ＧＰａ）で７０％の多孔を有し得る。こうして、Ｅ１はより高いまたは少なくとも匹敵する剛性を提供する一方で、非常に多孔性が高くかつ相互連結された多孔を通してより大きい削屑除去能力を提供することができる。
【００３４】
図１２は、ＣＥ１およびＥ１についての、サンドブラスト侵食（ＳＢＰ）と多孔百分率の関係を表わす２つのプロットを示す。一般に、研磨材の業界では研磨材製品の硬度または製品の耐磨耗性を測定するためにサンドブラスト侵食試験が実施される。ＣＥ１により示されている通り、従来の融着型研磨材製品は、多孔が増加するにつれて硬度が低下し、耐摩耗性は増大する。これに比べて、Ｅ１は、多孔が著しく大きくても、耐摩耗性はＣＥ１よりも実質的に低いということを実証している。その上、Ｅ１の耐摩耗性は、ＣＥ１ほど急速には多孔の増大と共に増大せず、これはより大きい多孔の範囲にわたりかつより高い多孔性範囲にわたり耐摩耗性が改善されたことを実証している。こうして、Ｅ１は、より高い耐磨耗性を提供しながら、非常に多孔性が高くかつ相互連結された多孔を通してより大きい削屑除去能力を提供することができる。
【００３５】
図１３−１６は、本明細書中の実施形態に係る発泡研磨材構造を有する研磨工具を示している。顕著にも、この研磨工具は、研磨ホイールの形で、あるいはより広義に、研削盤に連結するための固定具またはチャック部と係合するために研磨工具の中央部分を通って延在する開口部または「軸穴」を有する回転構造の形で成型され得る。ここで分かるように、そしてさらに図示されるように、研磨工具は、ディスク、円錐、カップなどの形をとり得る。これらのさまざまな形態において、軸穴を通って延在する中心軸に対して垂直に延在する横断平面内に存在する工具の外部輪郭は、一般に円形である。一部の研磨工具構造において、平面内の発泡研磨材構造の本体は、中心軸の周囲を通して延在する発泡研磨材料の連続的構造であり得る。さらに、詳細な実施形態において、工具は不連続な構造を有することができ、例えば、工具は複数の発泡研磨材セグメントが一般に円形パターンで基板に融着されているセグメント構造を有することができる。
【００３６】
したがって、図１３を参照すると、一実施形態にしたがって、研磨工具の斜視図が示されている。図示されている通り、研磨工具１３００は、ディスクの形に成型された発泡研磨材本体１３０１を含んでいる。研磨工具１３００はさらに、研磨材本体１３０１の中心を通って延在して研削に応用されている間に研磨材本体を回転させることができるように回転軸を画定する開口部１３０３を含む。開口部１３０３は同様に、チャック部と係合するように構成され、こうして研磨材本体１３０１を研削盤に結合できるようになっている。このような事例において、チャック部は、開口部１３０３を通って延在し開口部１３０３の両側で研磨材本体１３０１と係合し研磨材本体を研削盤に固定することにより研磨材本体を把持するクランプまたはその他のアセンブリを含むことができる。
【００３７】
図１４および１５の横断面図にさらに示されている通り、研磨材本体は、カップ１４００、コーン１５００などのその他の形状を有することができる。このような実施形態において、研磨材本体はさらに、リセスを画定するフランジを含むことができる。その他の実施形態の場合と同様、研磨材本体は、本体を通って延在しチャック部または固定具と係合するための回転軸（ｒ）を画定する開口部を含む。回転軸（ｒ）に垂直な横断平面ｘ−ｘ´は、一般に円形である外周を含む。
【００３８】
図１６は、一実施形態に係る研磨工具の斜視図を示す。図示されている通り、研磨工具１６００は、発泡研磨材本体１６０１を含む。その上、一実施形態によると、研磨材物品は、長さ、幅および厚みという寸法を有し、ここで長さ＜幅≦厚みである。特定の一実施形態において、研磨材本体１６０１は、約２：１以上、例えば約３：１、５：１以上、さらには約１０：１以上の長さ対厚み比として定義される一次アスペクト比を有する。研磨材本体はさらに、長さ対幅の比として定義される第２のアスペクト比を有することができる。このような一部の実施形態において、二次アスペクト比は、約２：１以上、約３：１、４：１以上、さらには約５：１以上であり得る。一部の実施形態においては、二次アスペクト比は約１０：１以下である。
【００３９】
実際の寸法に関しては、一部の実施形態において、研磨材本体１６０１の長さ（１）は約２５ｃｍ以下、例えば約２０ｃｍ以下、そしてより詳細には６ｃｍ〜約２０ｃｍの範囲内である。一部のその他の実施形態において、研磨材本体１６０１の幅（ｗ）は約１０ｃｍ以下、例えば約８ｃｍ以下、そして詳細には約２ｃｍ〜約６ｃｍの範囲内である。このような研磨工具の厚み（ｔ）に関しては、一部の実施形態によると、厚みは約５ｃｍ以下、例えば４ｃｍ以下、そして詳細には約０．５ｃｍ〜約３ｃｍの範囲内である。
【００４０】
図１６中でさらに示されているように、研磨材本体１６０１は立方六面体の形状（直角プリズム）を有することができ、こうして一部の実施形態において、研磨材本体１６０１は、厚み（ｔ）と幅（ｗ）の寸法により画定されるように矩形の横断面輪郭を有することになる。さらに、その他の実施形態において、研磨材本体１６０１は正方形の横断面輪郭を有することができる。
【００４１】
さらに、図１７に示されているように、研磨工具１７００は円筒形状を有することができ、したがって研磨材本体１７０１は円形の横断面形状を有することができる。さらに、図示されている通り、研磨工具１７００は、それを研削盤に結合させるため研削盤の固定具またはチャック部と係合するように構成された端部部分１７０３を含む。１つの特定の実施形態によると、研磨工具１７００は、研削盤のチャック部または固定具と適切に結合するため、研磨工具１７０１の寸法とは異なる寸法を有する端部部分１７０３を含む。図１７に示されているように、端部部分１７０３は、研磨材本体１７０１の寸法より大きい寸法を有する。さらに、変形実施形態において、端部部分１７０３は、研磨材本体１７０１の寸法より小さい寸法を有することができる。
【００４２】
本明細書中で記述されている研磨工具は、本明細書中で記述されている１つ以上の実施形態の１つ以上の特徴を含むことができるということがさらにわかる。例えば、図１６および１７の組合せ形幾何形状を有する研磨工具を形成させ、こうして研磨工具が矩形形状をもつ部分と円筒形状をもつ部分を有するようにしてもよい。
【００４３】
図１８を参照すると、研削盤の横断面図が提供されている。研削盤１８００は、ハウジング１８０１内に収納された原動機１８０３および片端で原動機１８０３に連結されたアーム１８０５を有するハウジング１８０１を含む。原動機１８０３に連結された端部と反対側のアーム１８０５の端部で、このアーム１８０５はチャック部１８０７に連結されており、このチャック部は、本明細書に係る発泡研磨工具１８０９と係合しこれに連結されるように構成されている。
【００４４】
図１８中にさらに示されている通り、そして一実施形態によると、チャック部１８０７は、研磨工具１８０９の反対側の主要表面と係合し研磨工具１８０９をアーム１８０５に連結するように設計された２枚のプレートを含むことができる。さらに図示されているように、チャック部１８０７は、研磨工具１８０９内の開口部（例えば軸穴）を通って延在しプレート上に圧縮力を提供し研磨工具１８０９をチャック１８０７内部にしっかり固定するように構成されたボルト１８１１を含むことができる。しかしながら、その他のチャックを利用してもよいということがわかる。
【００４５】
作業中、アーム１８０５を回転させるように原動機１８０３を操作することができる。図示され以上で説明した構成要素の連結を考えると、アーム１８０５の回転は、研磨工具１８０９の回転を容易にし、こうして、工作物が回転する研磨工具１８０９と接触した時点で研削または艶出しプロセスが促進される。図１８は研削ホイール研磨工具を内蔵する研削盤を示しているが、本明細書中で記述されている研磨工具のその他の類似の形状および構成のためにその他の適切なチャック部を使用できることがわかる。
【００４６】
本明細書中では、技術的現状からの脱却を表わす多孔の高い発泡研磨材物品を用いて工作物を機械加工する方法が開示されてきた。従来、このような高い多孔性を有するセラミクス、特に自己融着型研磨材は、このように多孔体積が大きいことにより研磨材の用途に必要な機械的耐久性が提供されることはないと思われていたことから、それらの応用がフィルターおよび触媒支持材料に限定されるものと考えられていた。その上、自己融着型セラミクスそしてより詳細にはセラミックスラリーを注型することで成形された網状セラミクスは、機械加工用途に適したものであるかもしれないということが示唆されてきたが、より多くの多孔を有する構造には、機械加工プロセスを容易にするために必要な耐久性が欠如していると思われたことから、これらの物品の多孔は、６５体積％未満に限定されてきた（例えば米国特許第５，２２１，２９４号明細書を参照のこと）。
【００４７】
しかしながら、本明細書中の実施形態に係る自己融着型研磨材物品は、６５体積％を超える多孔を有し、機械加工用途に適するのみならず、並外れた性能を提供することが発見された。いかなる特定の理論に束縛されることも望まず、発明人らは、発泡研磨材物品が従来の構造と実質的に異なる多孔性を有することを指摘している。詳細には、発泡研磨材物品内部の細孔のサイズは、最小の細孔と最大の細孔の間で、２ケタとは言わないまでも少なくともおよそ１ケタ変動する。その上、細孔の形状は、実質的に球形（すなわち気泡様）でかつ平滑な曲面を有しており、明確である。気泡様の細孔の形状はサイズの多様性と組合わさって、単位体積あたりの細孔の密な充填、ひいては全体的構造内のより高い多孔性を可能にする。さらに、細孔が密に充填されていることから、従来の材料に比べて構造内部の相互連結された多孔の割合をより大きくすることができる。このような特徴の組合せにより、機械的破壊に対する予想外の強度および耐性をもち、機械加工そして艶出し用途に特に適した自己融着型研磨材物品を作り出すことが可能になる。このような自己融着型発泡研磨材料は耐火材分野などの工業的利用分野での使用のために開発され展開されてきたが、技術的現状ではこのような材料は研磨材用途向けに使用されなかった。これは、例えば米国特許第５，２２１，２９４号明細書中で報告された通り、多孔の増大に伴う従来の研磨材製品の性能の低さから考えると、意外なことではない。したがって、本明細書中の実施形態に係る高い多孔性の自己融着型発泡研磨材が有効な研磨材特性を有するのみならずこのような顕著な性能を有することが発見されたことは予想外であった。
【００４８】
以上で開示した内容は、例示を目的とする非限定的なものとみなされるべきであり、添付のクレームは、本発明の真の範囲内に入るような全ての修正、向上およびその他の実施形態を網羅するように意図されている。したがって法により許容される最大限の範囲において、本発明の範囲は、以下のクレームおよびその等価物の許容可能な最も広義の解釈により判定されるべきものであり、以上の詳細な説明により限定または制限されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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【国際調査報告】
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