(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェル（０２）、及び前記シェル（０２）内に配置されている空洞（０３）を有する、研磨粒子（０１）であって、
前記シェル（０２）が、複数の層（０７）を備えた層構造（０６）を有すること、並びに
前記シェル（０２）の内面（１１）及び／又は前記シェル（０２）の外面（０８）が、階段状構造（０９）を有すること
を特徴とする、研磨粒子（０１）。
【請求項２】
前記空洞（０３）に原料残渣がないことを特徴とする、請求項１に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項３】
前記シェル（０２）の厚さ（ｍ）が、概ね一定であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項４】
前記シェル（０２）の前記層（０７）が、多段階スクリーン印刷加工により形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項５】
前記空洞（０３）が、前記シェル（０２）に完全に囲まれていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項６】
前記シェル（０２）が、前記空洞（０３）に向かう２以上の貫通孔（１０）を有しており、少なくとも２つの前記貫通孔が、互いに異なる空間方向（ｒ）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項７】
前記シェル（０２）及び前記貫通孔（１０）が、梁構造を形成していることを特徴とする、請求項６に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項８】
研磨物質が、前記空洞（０３）内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項９】
前記シェル（０２）が、セラミック成形化合物から作られていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項１０】
前記シェル（０２）が、ゾルゲル系のゲルから形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
【請求項１１】
請求項１〜１０に記載の研磨粒子（０１）を有することを特徴とする、研磨材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い研磨性能を示す研磨粒子、及びこの研磨粒子を用いた研磨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な研磨粒子は、とりわけ、セラミック材料からなり、研磨材の生産に用いられる。研磨材は、研磨対象材を加工し研磨するために用いられる。セラミック材料の特性のため、セラミックの研磨粒子は対応する研磨材の使用及び生産に適している。純粋な材料特性に加え、研磨粒子の種々の他の特性が、研磨材の研磨性能、特に、研磨材の使用寿命のために、更には研磨材及び研磨粒子の摩耗の面で、重要な役割をも果たす。
【０００３】
特許文献１から、研磨粒子及びマトリックス材に埋め込まれている中空の微細粒子を有する、研磨材が知られている。この微細粒子は、研磨性能を向上させるために役立つ。
【０００４】
特許文献２から、砥粒及び中空充填体を具備している、研磨刃を有する、研磨工具が知られている。
【０００５】
特許文献３から、中空の研磨粒子が知られている。
【０００６】
これまで、入手可能な研磨粒子は、その研磨性能、特に摩耗中の研磨性能の変化という点で満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２９３１３０号明細書
【特許文献２】国際公開第０３／０１８２６１号パンフレット
【特許文献３】独国特許第２３４９３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、研磨粒子が継続的に摩耗する場合にも向上した研磨性能が得られるように、一般的な研磨粒子及び研磨粒子を用いた研磨材を改良することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１の進歩的な研磨粒子及び請求項１２の進歩的な研磨材により達成される。研磨粒子及び研磨材の有利な実施形態が従属請求項の主題である。
【００１０】
本発明の基本的な思想は、シェルの内部に空洞が配置されている、シェルを有する中空の研磨粒子を提案することである。これにより、公知の中実の研磨粒子に比べて種々の利点を有する、研磨粒子の幾何学的形状が作り出される。中実の研磨粒子の場合、研磨粒子の幾何学的形状、及び研磨対象材の面に対する研磨粒子の配置にも左右されるが、研磨対象材と研磨粒子の接触面は、研磨加工中、研磨粒子が摩耗するにつれて大きくなっていく。しかし、この面の拡大は、対応する研磨対象材への接触圧の減少のため、研磨性能の低下をもたらす。
【００１１】
対照的に、ここに提案する、シェル及びシェルの内部に配置されている空洞を有する研磨粒子は、空洞の存在により、研磨粒子の摩耗中の研磨対象材との接触面の増加を制限するという利点を有する。言い換えれば、このことは、本発明による研磨粒子は、摩耗しても各々の研磨対象材に対して概ね一定の接触面を保ち、そしてその結果一定の接触圧が生じるということを意味する。このようにして、安定した研磨性能が可能となる。
【００１２】
研磨粒子は、層構造を有するシェルを有する。例えば、層構造により、異なる原料から交互な層で研磨粒子を作ることが可能になる。一方で、この種の交互の層は、研磨粒子の機械的安定性に好影響を与えることができる。しかしながら、他方で、同一又は異なる原料で作られている層構造は、研磨性能を改善させることもできる。シェルの層構造により、中空の研磨粒子の特に好ましい幾何学的形状が得られる場合に、このことは特に当てはまり、これにより、特に高い研磨性能及び特に安定した研磨性能が発揮される。殻及び内部に配置されている空洞を含むそのような幾何学的形状の例として、四面体、角錐、直方体、角柱、平行六面体、円錐、瓶形、円柱、及び種々の形の多面体一般が含まれるが、他の幾何学的形状も排除されない。
【００１３】
この文脈において、生産過程において空洞に原料残渣を残さない場合に、特に有利である。そのような原料残渣は、例えば、空洞を支持するための支持材の熱分解中に発生し、そして研磨粒子に関して言えば、粒子の研磨性能に悪影響を与え得る。このため、研磨粒子生産の全過程を通じて空洞を自己密封形又は自己支持形とすることにより、支持材、及び支持材の残りである原料残渣が研磨粒子空洞内に配置されないようになれば、研磨粒子の大きな利点となる。
【００１４】
研磨粒子のシェルは、シェルの厚さが概ね一定であれば更に有利である。シェルの厚さが概ね一定であれば、研磨粒子の配置や摩耗状態に拘わらず、研磨粒子の研磨対象材と接触する面を概ね一定にすることが可能となる。これにより研磨材のそれぞれの研磨粒子の研磨性能を概ね一定にすることができる。
【００１５】
また、シェルの内面及び／又はシェルの外面が階段状構造を有していると、研磨性能に好影響を与えることができる。内面とは、空洞に隣接しているシェル面である。この種の階段状構造により、シェルの内外面とも面上に９０°以下の複数の空間角を設けることができる。シェル上又はシェル面上のこのような鋭角の縁は、研磨粒子と研磨対象材との間の接触面を小さくすることができる。したがって、シェルの内面及び／又は外面の階段状構造は、研磨粒子の研磨性能を改善する。この改善が可能となる条件は、接触面の縮小により研磨時の接触圧を高めることができること、更に、階段状構造を有するこの種の研磨粒子の面全体にわたって研磨効果が均一のままであること、すなわち接触圧の増加が面全体にわたる研磨性能の分布に悪影響を与えないことである。
【００１６】
特に有利な一実施形態において、本発明による研磨粒子は、多段階スクリーン印刷加工によってシェルの層を形成した層構造を有するシェルを備えている。そのような多段階スクリーン印刷加工を用いると、ほぼ全ての幾何学的形状の、内部に配置されている空洞を有する研磨粒子を実現できる。また、多段階スクリーン印刷加工によって、特に薄いシェルの層の生産が可能であり、これによれば、シェル及びシェルの内部に配置された空洞を有する更に小さな、又は可能なかぎり小さな研磨粒子の生産が可能である。
【００１７】
しかしながら、研磨粒子は、３Ｄ印刷装置及びこれに対応する印刷技術（３Ｄ印刷）によって生産することも可能である。一般的装置及び方法は、例えば高速プロトタイピング分野で知られている。
【００１８】
さらに、空洞をシェルで完全に囲むと、本発明による研磨粒子の安定性及び研磨性能に特に良い影響を受ける。
【００１９】
しかしながら、この代わりに、互いに異なる空間方向に配置されている、空洞に向かう２以上の貫通孔を、研磨粒子のシェルが有することもまた有利となり得る。シェルに対する垂線、又は貫通孔の位置での想像上のシェルに対する垂線を、シェルにおける空洞に向かう貫通孔の空間方向とする。研磨粒子の空洞に向かうこの種の貫通孔には種々の有利な効果がある。第一に、研磨対象材と接触する面の、研磨粒子と研磨対象材との間の方向又は配置からの独立性をさらに高めることを可能とする。さらに、貫通孔を異なる複数の空間方向に対応させて配置することで、研磨粒子生産にかかる原料コストを引き下げつつ、貫通孔のない同様の研磨粒子に匹敵する研磨性能を得ることができる。
【００２０】
研磨粒子のシェルの貫通孔と、研磨粒子のシェルの対応する残りの部分は、梁構造を形成するように互いに相互されていることが特に望ましい。梁構造で多面体構造の稜を形成することが特に好ましい。この種の梁構造もまた、研磨粒子の研磨対象材と接触する面が、研磨粒子の配置及び摩耗に拘わらず概ね一定であり、更に、対応する中実の研磨粒子に比してこの接触面が非常に小さいという利点を有する。したがって、研磨粒子の摩耗過程全体を通じて高い研磨性能が可能となり、しかも面全体にわたる研磨効果の分布にも悪影響を与えない。
【００２１】
更に、研磨物質を、研磨粒子の空洞内に配置すると特に有利である。この種の研磨物質は、研磨対象材及び／又は研磨粒子と接触すると研磨過程に好影響を与える種類の物質である。シェルに貫通孔を有するものでも有しないものでも、研磨粒子の空洞は、この種の研磨物質を有していてもよい。但し、空洞に向かう貫通孔を有する研磨粒子の場合、研磨粒子の製造後に、浸漬法又は同種のものにより研磨粒子内に研磨物質を導入できる点が、特に有利である。しかし、これに代えて、又はこれに加え、この種の研磨物質をシェルの層の少なくとも部分的に含有させることもできる。
【００２２】
さらに、提案される研磨粒子は、セラミック成形コンパウンドから形成すると、特に望ましい。そうすればセラミック研磨粒子の有利な特性を、シェルと空洞をもつ研磨粒子の上記の有利な特性と組み合わせることができる。更に、研磨粒子、特に研磨粒子のシェルをゾルゲル系のゲルから形成すると特に有利である。
【００２３】
上記及び下記の開示による研磨粒子を含む研磨材もまた、本発明の主題である。研磨材は、対応する結合剤によって基材に研磨粒子を付着させたものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下で、本発明による研磨粒子及び研磨材の個々の実施形態と局面を、概略のみを示す図を用いて例示として説明する。
【図１】図１は、本発明による研磨粒子の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図２は、典型的な摩耗状態における、図１の研磨粒子を示す図である。
【図３】図３は、本発明による研磨粒子の第２の実施形態を示す図である。
【図４】図４は、本発明による研磨粒子の第３の実施形態を示す図である。
【図５】図５は、本発明による研磨粒子の第４の実施形態を示す図である。
【図６】図６は、本発明による研磨粒子の第５の実施形態を示す図である。
【図７】図７は、本発明による研磨粒子の第６の実施形態を示す図である。
【００２５】
図１は、シェル０２を有する研磨粒子０１を示す。加えて、図１の破線は研磨粒子０１のシェル０２内に配置された空洞０３を示す。更に、シェルの厚さｍが研磨粒子０１の異なる複数の箇所で示されている。図１からわかるように、シェルの厚さｍは研磨粒子０１全体を通じて概ね一定である。それゆえ、図１に示すような研磨粒子は、研磨粒子の摩耗中の研磨粒子と研磨対象材との間の接触面の継続的拡大又は少なくとも部分的拡大を、内部に配置された空洞０３によって概ね抑制し又は止められるという利点を有する。この場合でも、研磨粒子０１のシェル０２は研磨加工中に発生する力に耐えるのに十分な機械的安定性を提供する。
【００２６】
研磨粒子０１のシェル０２内の空洞０３の利点を、例として図２に示す。図２は、部分的に摩耗又は摩滅した状態にある、図１の研磨粒子０１を示す。シェル０２の面０４は、図２に示さない研磨対象材と接触し、概して研磨体０１を矢印０５の方向に摩耗させる。図２から容易に理解されるように、面０４は、空洞０３を有しない中実の対応する面に比べて、片側において著しく小さくなっており、これだけでも著しい研磨性能の向上をもたらしている。
【００２７】
また、研磨粒子０１の矢印０５の方向への更なる摩耗の間にも、面０４が概ね変化せず、これによって研磨粒子０１の全体的に高い研磨性能が維持されることも図から明らかである。面０４は研磨粒子０１の幾何学的形状に対して特定の、即ちシェル０２の底に平行な、方向又は配置を示しているが、点線で示される平面ａ及びｂに沿って研磨対象材が接触する場合でも、結果として得られる特性、具体的には上記の空洞０３の有利な特性は、同程度又は少なくとも非常に近い程度に発揮されることは容易に理解できる。したがって、本発明による研磨粒子０１の利点は、研磨粒子０１の研磨対象材に対する特定の配置に依存しない。実際、本発明による、シェル０２及びシェル内に配置された空洞０３を含む研磨粒子０１の利点はまさに、研磨性能、及び研磨粒子１０の摩耗中の研磨性能の変化が、研磨対象材に対する配置から独立していることにある。また、図２には、シェル０２側から空洞０３を画定しているシェル０２の内面１１も図示されている。
【００２８】
図３の研磨粒子０１は、図１の研磨粒子と実質的に同じ形状を示している。しかし、図１と異なり、研磨粒子０１のシェル０２は層構造０６からなっており、層構造０６は個々の層０７で作られている。図３にさらに示すように、そのようなシェル０２の層構造０６の場合、層構造０６の層０７を研磨粒子０１の好ましい対称軸と平行に配置することが可能であるが、絶対に必要と言う訳ではない。
【００２９】
更に、層構造０６の層０７は、種々の材料で作ることができる。例えば、セラミック材料以外の研磨物質で作られる層０７も考えられる。更に、この種の研磨粒子は、複雑な形状、及び層０７の個々の層の特に薄い厚さが得られる多段階スクリーン印刷加工により生産できるという利点がある。
【００３０】
図４の研磨粒子０１もまた、層構造０６を有するシェル０２を有している。シェル０２は、空洞（図４に図示も表示もせず）を完全に囲んでいる。さらに、シェル０２は、層０７を含む層構造０６に加え、シェル０２の外面０８に階段状構造０９を有している。そのような階段状構造０９の利点は、研磨粒子に９０度以下の空間角αが多数生じることである。階段状構造０９に生じた空間角αにより、図４に平面ｓを通る点線で示すような、研磨対象材の面に対する研磨粒子０１の配置となり、この配置では、平面ｓに平行に延在しているシェル０２の外面０８の全体が研磨対象材と接触するのではなく、シェル０２の階段状構造０９の点又は縁だけが接触する。こうしてまた、研磨粒子０１の研磨面を、研磨粒子の摩耗状態及び配置から概ね独立させることができ、研磨面をさらに一層小さくし、それによって接触圧を高めることができる。これら２つの点が、瞬間的な、及び研磨粒子０１が摩耗する間の、研磨性能の増大という利点を今一度もたらす。同時に、階段状構造は、研磨対象材の面に対する研磨加工の均一性に悪影響を与えない。同様に、研磨粒子０１（図４に図示せず）の内面が階段状構造を有することもできる。
【００３１】
図５は、空洞０３に向かう計４つの貫通孔１０が存在している、研磨粒子０１を示す。点線ｒはシェル０２の貫通孔１０の様々な空間方向を表す。貫通孔１０のそれぞれの空間方向は、シェル又は貫通孔１０の位置にある想像上のシェルに対して垂直であると理解されなければならない。それゆえ、図５において、複数の異なる貫通孔１０が、互いに異なる空間方向に配置されている。この種の貫通孔は、研磨粒子と研磨対象材の接触面の最小化により、その過程で接触圧の増加が得られる一方で、研磨加工において面均一性が同じままである限り、研磨粒子の研磨性能を積極的に高めることに役立つことができる。更に、貫通孔１０によって、研磨用の物質又は原料を、例えば浸漬法、又は漬け塗りにより、研磨粒子０１の空洞内及び内面又は外面上に配置することが可能になる。
【００３２】
図６の研磨粒子０１は、別の変化形を表す。この研磨粒子０１は、シェル０２に加え、計６つの貫通孔を有し、シェル０２は梁構造を形成しており、梁構造は多面体の稜、本例の場合には直方体又は立方体の稜を形成し又は再現したものとなっている。図６の研磨粒子０１の貫通孔１０もまた、全体として、相互に直交する３つの空間方向に配置されている。また、図示した梁構造によれば、研磨粒子０１の摩耗過程全体を通じて高い研磨性能を得ることと、研磨物質を空洞０３に入れることが共に可能である。しかしながら、本明細書中で用いられる場合には、梁構造という用語は、図６に示すような配置だけを意味すると解釈されてはならない。貫通孔１０が図６に示すものより有意に小さな殻もまた梁構造と考えられる。
【００３３】
研磨粒子０１の更に別の変化形を図７に示す。図７の研磨粒子０１のシェル０２及び貫通孔１０もまた、梁構造を形成している。図７の場合、シェル０２の梁は、四面体の稜を形成しており、空洞０３がシェル０２の内部に存在している。
本発明の実施態様の一部を以下の項目〈１〉−〈１２〉に記載する。
〈１〉シェル（０２）、及び前記シェル（０２）内に配置されている空洞（０３）を有する、研磨粒子（０１）であって、
前記シェル（０２）が、複数の層（０７）を備えた層構造（０６）を有することを特徴とする、研磨粒子（０１）。
〈２〉前記空洞（０３）に原料残渣がないことを特徴とする、項目１に記載の研磨粒子（０１）。
〈３〉前記シェル（０２）の厚さ（ｍ）が、概ね一定であることを特徴とする、項目１又は２に記載の研磨粒子（０１）。
〈４〉前記シェル（０２）の内面（１１）及び／又は前記シェル（０２）の外面（０８）が、階段状構造（０９）を有することを特徴とする、項目１〜３のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
〈５〉前記シェル（０２）の前記層（０７）が、多段階スクリーン印刷加工により形成されることを特徴とする項目１〜４のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
〈６〉前記空洞（０３）が、前記シェル（０２）に完全に囲まれていることを特徴とする、項目１〜５のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
〈７〉前記シェル（０２）が、前記空洞（０３）に向かう２以上の貫通孔（１０）を有しており、少なくとも２つの前記貫通孔が、互いに異なる空間方向（ｒ）に配置されていることを特徴とする、項目１〜６のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
〈８〉前記シェル（０２）及び前記貫通孔（１０）が、梁構造を形成していることを特徴とする、項目７に記載の研磨粒子（０１）。
〈９〉研磨物質が、前記空洞（０３）内に配置されていることを特徴とする、項目１〜８のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
〈１０〉前記シェル（０２）が、セラミック成形化合物から作られていることを特徴とする、項目１〜９のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
〈１１〉前記シェル（０２）が、ゾルゲル系のゲルから形成されていることを特徴とする、項目１〜１０のいずれか一項に記載の研磨粒子（０１）。
〈１２〉項目１〜１１に記載の研磨粒子（０１）を有する、研磨材。
【図１】
0006343027.tif 000002
【図２】
0006343027.tif 000003
【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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