(57)【要約】  複合研磨ホイールは、１次研磨部分及び２次研磨部分を含む。１次研磨部分は、第１有機結合剤に保持された成形セラミック研磨粒子を含む。２次研磨部分は、１次研磨部分に結合され、第２有機結合剤に保持された２次破砕研磨粒子を含む。１次研磨部分は、２次研磨部分よりも大きな体積パーセントの成形セラミック研磨粒子を含む。中央開口部は、複合研磨ホイールを通って延在する。【選択図】図２
2015501731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面を画定する１次研磨部分であって、第１有機結合剤に保持された成形セラミック研磨粒子を含む１次研磨部分と、
前記前面と反対側の後面を画定する２次研磨部分であって、前記２次研磨部分が前記１次研磨部分に結合され、第２有機結合剤に保持された２次破砕研磨粒子を含み、前記１次研磨部分が前記２次研磨部分より大きな体積パーセントの前記成形セラミック研磨粒子を含む、２次研磨部分と、を含み、
前記前面から前記後面まで延在する中央開口部を複合研磨ホイールの中に有する、複合研磨ホイール。
【請求項２】
前記２次研磨部分に実質的に前記成形セラミック研磨粒子が存在しない、請求項１に記載の複合研磨ホイール。
【請求項３】
前記成形セラミック研磨粒子が切頭三角錐を含む、請求項１又は２に記載の複合研磨ホイール。
【請求項４】
前記切頭三角錐が７５〜８５度の範囲内の傾斜角を有する、請求項３に記載の複合研磨ホイール。
【請求項５】
前記１次研磨部分が希釈破砕研磨粒子を更に含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【請求項６】
前記希釈破砕研磨粒子が、前記成形セラミック研磨粒子より小さい平均粒径を有する、請求項５に記載の複合研磨ホイール。
【請求項７】
前記第１有機結合剤及び前記第２有機結合剤が異なる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【請求項８】
前記成形セラミック研磨粒子が、１：１〜８：１の厚さに対する最大長の比を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【請求項９】
前記成形セラミック研磨粒子が、２：１〜５：１の厚さに対する最大長の比を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【請求項１０】
前記成形セラミック研磨粒子が、ゾル−ゲル法による成形アルミナ研磨粒子を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【請求項１１】
前記成形セラミック研磨粒子が、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複合研磨ホイール。
【請求項１２】
前記１次研磨部分が、前記前面に隣接した第１強化織物を更に含み、前記２次研磨部分が、２次研磨部分の前記後面に隣接した第２強化織物を更に含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【請求項１３】
前記複合研磨ホイールが、前記中央開口部を取り囲む凹状中央部分を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【請求項１４】
総重量を基準として、前記１次研磨部分が、６６〜７４重量％の成形アルミナ研磨粒子、１４〜２０重量％の液体フェノール樹脂及び固体フェノール樹脂由来の有機結合剤、並びに１０〜１５重量％の研削助剤粒子を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【請求項１５】
少なくとも前記第１又は第２結合剤のうちの１つが、少なくとも部分的に硬化されたフェノール樹脂を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の複合研磨ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は結合した研磨ホイールに関する。
【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。結合した研磨物品の例には、石材、砥石、並びに例えば、研削ホイール及び切削ホイールなどの研磨ホイールが挙げられる。
【０００３】
研削ホイールには、様々な形状があり、例えば、据え置き搭載型モーター（例えば、ベンチグラインダーなど）によって駆動されるか、手動携行式グラインダーに取り付けられ、これによって駆動されてよい。手動携行式グラインダーは、典型的には、加工対象物の表面に対して微小な角度で保持され、例えば、溶接ビード、ばり、ゲート、及び鋳造物から離れた押湯などを研磨するのに使用されてよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様では、本開示は、
前面を画定する１次研磨部分であって、第１有機結合剤に保持された成形セラミック研磨粒子を含む１次研磨部分と、
前面と反対側の後面を画定する２次研磨部分であって、この２次研磨部分が１次研磨部分に結合され、第２有機結合剤に保持された２次破砕研磨粒子を含み、１次研磨部分が２次研磨部分より大きな体積パーセントの成形セラミック研磨粒子を含む、２次研磨部分と、を含み、
前面から後面まで延在する中央開口部を複合研磨ホイールの中に有する、複合研磨ホイールを提供する。
【０００５】
いくつかの実施形態では、第１有機結合剤及び第２有機結合剤は異なる。
【０００６】
いくつかの実施形態では、２次研磨部分に実質的に成形セラミック研磨粒子は存在しない。いくつかの実施形態では、成形セラミック研磨粒子が切頭三角錐を含む。いくつかの実施形態では、切頭三角錐は、７５〜８５度の範囲内の傾斜角を有する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、１次研磨部分は、希釈破砕研磨粒子を更に含む。いくつかの実施形態では、希釈破砕研磨粒子は、成形セラミック研磨粒子より小さい平均粒径を有する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、成形セラミック研磨粒子は、１：１〜８：１の厚さに対する最大長の比を有する。いくつかの実施形態では、成形セラミック研磨粒子は、２：１〜５：１の厚さに対する最大長の比を有する。いくつかの実施形態では、成形セラミック研磨粒子は、ゾル−ゲル法による成形アルミナ研磨粒子を含む。いくつかの実施形態では、成形セラミック研磨粒子は、無機粒子の被覆をその上に有する。いくつかの実施形態では、１次研磨部分は、前面に隣接した第１強化織物を更に含み、２次研磨部分は、２次研磨部分の後面に隣接した第２強化織物を更に含む。いくつかの実施形態では、複合研磨ホイールは、中央開口部を取り囲む凹状の中央部分を有する。いくつかの実施形態では、本開示は、第１〜第１３の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供し、その１次研磨部分は、６６〜７４重量％の成形アルミナ研磨粒子、１４〜２０重量％の液体フェノール樹脂及び固体フェノール樹脂由来の有機結合剤、並びに１０〜１５重量％の研削助剤粒子を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも第１又は第２結合剤のうちの１つは、少なくとも部分的に硬化されたフェノール樹脂を含む。
【０００９】
本開示で使用されるとき、用語「成形セラミック研磨粒子」は、成形された前駆体粒子の形成に使用される成形型のキャビティを実質的に複製する、所定の形状を有する研磨粒子の少なくとも一部分を備えるセラミック研磨粒子を指し、これは続いて焼結されて成形セラミック研磨粒子を形成する。用語「成形セラミック研磨粒子」は、本開示で使用されるとき、ランダムな粉砕又は破砕（例えば、機械的な粉砕など）操作によって得られる研磨粒子を除外する。
【００１０】
本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び図面、並びに添付の特許請求の範囲を考慮することで更に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示による、例示の複合研磨ホイール１００の斜視図である。
【図２】図１に示される切断面２−２の図である。
【図３】例示の成形セラミック研磨粒子３００の概略的平面図である。
【図４】三角形底部３２１及び３２５ａに垂直であり、図３に示される面４−４に沿った、成形セラミック研磨粒子３００の概略的断面図である。
【００１２】
上記の図面に記載の範囲を越えた本開示の追加の実施形態はまた、例えば、議論で述べるように、想到されるものである。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】
【００１３】
ここで図１及び２を参照すると、本開示の１つの実施形態による例示の複合研磨ホイール１００は、前面１２４を画定する１次研磨部分１２０を含む。１次研磨部分１２０は、成形セラミック研磨粒子１４０及び第１有機結合剤１５０に保持された、任意の希釈破砕研磨粒子１７４を含む。２次研磨部分１６０は、前面１２４と反対側の後面１６６を画定する。２次研磨部分１６０は、１次研磨部分１２０に結合される。２次研磨部分１６０は、第２有機結合剤１７５に保持された２次破砕研磨粒子１７０を含む。第２有機結合剤１７５は、第１有機結合剤１５０と同一であってもよく、又は異なっていてもよい。１次研磨部分１２０は、２次研磨部分１６０よりも大きな体積パーセントの成形セラミック研磨粒子１４０を含む。複合研磨ホイール１００は、前面１２４から後面まで延在する中央開口部１９０を有するが、これは、例えば、電力駆動工具への取り付け用に使用することができる。１次研磨部分１２０は、任意に、１次研磨部分１２０の前面１２４に隣接する１次強化材料１１５を更に含む。２次研磨部分１６０は、任意に、後面１６６に隣接する２次強化材料１１６を更に含む。任意の強化材料１１７は、１次研磨部分１２０と２次研磨部分１６０との間に挟まれる、及び／又はこれらの接合部に配置される。いくつかの実施形態では、１次研磨部分及び２次研磨部分は互いに接触し、一方他の実施形態ではこれらは１つ以上の追加要素（例えば、任意に強化材料１１７を含む第３有機結合剤の層）を介して互いに結合される。
【００１４】
一般的に、２次研磨部分は、９０体積％未満、８０体積％未満、７０体積％未満、６０体積％未満、５０体積％未満、４０体積％未満、３０体積％未満、２０体積％未満、１０体積％未満、５体積％未満、又は更には１体積％未満の成形セラミック研磨粒子を含有する。いくつかの実施形態では、２次研磨部分には、成形セラミック研磨粒子が存在しない。
【００１５】
複合研磨ホイールは、例えば、湾曲した又はまっすぐなフレア側面を備える浅面又は平らな皿若しくは受け皿の形状に成形されてよく、中央開口部を取り囲み、隣接する、水平中央部分又は凹状中央部分のどちらかを有してよい（例えば、タイプ２７の凹状中央の研削ホイール）。本開示で使用されるとき、用語「水平中央」は、凹状中央の研磨ホイール又は隆起ハブの研磨ホイール以外の複合研磨ホイールを含むことを意図していて、これは、中央開口部に対して偏差又は鋭角的な曲がりなしに連続する前面及び後面を有する。複合研磨ホイールは、その開示内容を本願に引用して援用する、例えば、米国特許第３，０８１，５８４号（Ｂｕｌｌａｒｄ）、同第３，１３６，１００号（Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｊｒ．）、同第３，５００，５９２号（Ｈａｒｒｉｓｔ）、及び同第３，５９６，４１５号（Ｄｏｎａｈｕｅ）に記載されるように、例えば、携行式グラインダーの駆動スピンドル又は駆動軸に複合研磨ホイールを取り付けるためなど、任意の好適な取り付け具又はアダプターを受容するため、中央開口部（すなわち、中央取り付け穴）に隣接して、又は内部に適合させることができる。様々な方法で研磨ホイールに取り付けることができる、当業者に既知の他の種類の好適な取り付け具が多数存在する。
【００１６】
有機結合剤は、１次研磨部分及び２次研磨部分のそれぞれの全重量に基づき、５〜３０重量％、より好ましくは１０〜２５重量％、更に好ましくは１５〜２４重量％の量が１次研磨部分及び２次研磨部分内に含まれるが、その他の量も使用されてよい。有機結合剤は、典型的には、対応する有機結合剤前駆体を少なくとも部分的に硬化することによって形成される。
【００１７】
フェノール樹脂は、例示の有用な有機結合剤前駆体であり、粉末状及び／又は液状で使用されてよい。硬化（すなわち、重合及び／又は架橋）されて、有用な有機結合剤を形成することができる有機結合剤前駆体には、例えば、１種以上のフェノール樹脂（ノボラックフェノール樹脂及び／又はレゾールフェノール樹脂を含む）、１種以上のエポキシ樹脂、１種以上のユリアホルムアルデヒド結合剤、１種以上のポリエステル樹脂、１種以上のポリイミド樹脂、１種以上のゴム、１種以上のポリベンゾイミダゾール樹脂、１種以上のセラック、１種以上のアクリルモノマー及び／又はオリゴマー、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。有機結合剤前駆体は、例えば、硬化剤、硬膜剤、触媒、反応開始剤、着色剤、帯電防止剤、研削助剤、及び潤滑剤のような、追加の成分と結合されてよい。それぞれ前述の硬化条件は、当業者に周知である。
【００１８】
第１有機結合剤及び第２有機結合剤は、同一でもよく、又は異なっていてもよい（例えば、化学的に異なる）。例えば、第１有機結合剤は、第１フェノール結合剤であってよく、第２有機結合剤は、第１フェノール結合剤とは化学的に異なる第２フェノール結合剤であってよい。
【００１９】
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、フェノールに対するホルムアルデヒドの比が１未満、典型的には、０．５：１〜０．８：１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、フェノールに対するホルムアルデヒドの比が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、及び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。
【００２０】
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。市販されているノボラック樹脂の例には、２ステップの粉末フェノール樹脂であるＤＵＲＥＺ  １３６４（商品名ＶＡＲＣＵＭ（例えば、２９３０２）でＤｕｒｅｚ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ａｄｄｉｓｏｎ，Ｔｅｘａｓ）によって販売されている）、又はＨＥＸＩＯＮ  ＡＤ５５３４  ＲＥＳＩＮ（Ｈｅｘｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．（Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙ）から販売されている）が挙げられる。市販されているレゾールフェノール樹脂の本開示の実施に有用な例には、商品名ＶＡＲＣＵＭ（例えば、２９２１７、２９３０６、２９３１８、２９３３８、２９３５３）でＤｕｒｅｚ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されているもの、商品名ＡＥＲＯＦＥＮＥ（例えば、ＡＥＲＯＦＥＮＥ  ２９５）でＡｓｈｌａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．（Ｂａｒｔｏｗ，Ｆｌｏｒｉｄａ）によって販売されているもの、及び商品名「ＰＨＥＮＯＬＩＴＥ」（例えば、ＰＨＥＮＯＬＩＴＥ  ＴＤ−２２０７）でＫａｎｇｎａｍ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｌｔｄ．（Ｓｅｏｕｌ，Ｓｏｕｔｈ  Ｋｏｒｅａ）によって販売されているものが挙げられる。
【００２１】
有機結合剤前駆体の硬化温度は、選択された材料及びホイール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代表的な条件は、室温において直径４インチ当たり約２０トン（２２４ｋｇ／ｃｍ２）（２１．９ＭＰａ）の適用圧力を含む場合があり、これに続き有機結合剤材料前駆体を硬化させるのに十分な時間の間、最高約１８５℃の温度で加熱する。
【００２２】
本開示による複合研磨ホイールは、成形プロセスによって製造することができる。成形中、第１有機結合剤前駆体及び第２有機結合剤前駆体は、液体若しくは粉末、又は液体と粉末との混合であってよく、研磨粒子と混合される。いくつかの実施形態では、液体培地（硬化性有機樹脂又は溶媒のいずれか）が最初に研磨粒子に加えられ、これらの外表面を濡れた状態にして、次に濡れた研磨粒子は粉末の有機結合剤前駆体と混合される。本開示による複合研磨ホイールは、例えば、圧縮成形、射出成形、及び／又はトランスファー成形により製造され得る。
【００２３】
１つ以上の強化材料を任意に含む複合研磨ホイールは、当業者に周知の任意の好適な方法で熱間プレス又は冷間プレスのいずれか一方により成形され得る。
【００２４】
例えば、１つの例示のプロセスでは、中央が凹状の円形キャビティに囲まれた中央開口部成形軸を有する成形型は、凹状中央のホイール又は隆起ハブのホイールを成形するために使用され得る。研磨ホイールは、まず、軸の周囲に中心孔を有し、成形型の下部と接する強化材料のディスクを配置することにより、成形され得る。その後、強化材料のディスクの上部に第１破砕研磨粒子を含む第２硬化性混合物、及び第２有機結合剤前駆体の均一層を塗布する。次に、軸の周囲に位置付けられた中心孔を有する別の強化材料のディスクが、第２硬化性混合物の層上に配置され、その上への成形セラミック研磨粒子、任意の希釈破砕研磨粒子及び第１結合剤前駆体を含む第１硬化性混合物の均一層の塗布が続く。最後に、中心孔をその中に有するハブ強化ディスクは、軸の周囲の第１硬化性混合物の層の上に配置され、ホイールの凹状中央又は水平中央ハブ部分のいずれか一方を生産するための所望の形状の上部の金型板は、成形型アセンブリを形成するために層の最上部に配置される。成形型アセンブリは、次に従来のコールドプレス又はホットプレスのいずれかの圧盤の間に配置される。その後、プレスを作動させて金型板に下向きの力を加え、所定の厚さ、直径、及び密度の自立構造に１平方インチあたり１〜４トン（１３．８〜５５．２ＭＰａ）の圧力でディスク及び研磨剤混合物を一緒に圧縮する。成形後、ホイールは、成形型から取り除かれ、加熱された（例えば、約１７５℃の温度まで、約６時間）炉に配置され、硬化性混合物を硬化させ、有機結合剤前駆体を有用な有機結合剤に転化する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、１次研磨部分は、結合剤材料及び研磨粒子の合計重量に基づき、約１０〜約６０重量％、好ましくは、約３０〜約６０重量％、より好ましくは、約４０〜約６０重量％の成形セラミック研磨粒子を含む。
【００２６】
アルファアルミナ、マグネシウムアルミナスピネル、及び希土類の六方晶系アルミン酸塩の晶子から構成される成形セラミック研磨粒子は、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）及び同第２００９／０１６９８１６（Ａ１）号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に記載される方法に従って、ゾル−ゲル前駆体アルファアルミナ粒子を使用して調製され得る。
【００２７】
いくつかの実施形態では、アルファアルミナ系成形セラミック研磨粒子は、複数工程のプロセスに従って製造され得る。簡潔に、この方法は、アルファアルミナに転化することができる、種晶添加又は種晶添加されていないゾル−ゲルアルファアルミナ前駆体分散液のいずれかを製造する工程と、所望する成形研磨粒子の外形を有する１つ以上の成形型のキャビティをゾル−ゲルで充填し、前駆体成形セラミック研磨粒子を形成するためにゾル−ゲルを乾燥する工程と、前駆体成形セラミック研磨粒子を成形型のキャビティから取り出す工程と、前駆体成形セラミック研磨粒子を焼成して、焼成した前駆体成形セラミック研磨粒子を形成し、次に焼成した前駆体成形セラミック研磨粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子を形成する工程と、を含む。このプロセスはここで、更に詳しく説明される。
【００２８】
第１のプロセス工程は、アルファアルミナに変換することができるアルファアルミナ前駆体の種晶添加又は種晶添加されていない分散液のいずれかを準備することを伴う。アルファアルミナ前駆体分散液は、揮発性成分である液体を含むことが多い。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、後に成形型のキャビティ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。１つの実施形態では、アルファアルミナ前駆体分散液は、アルファ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）粒子などを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、いくつかの実施形態におけるアルファアルミナ前駆体分散液は、３０重量％〜５０重量％、又は４０重量％〜５０重量％の固体を含有する。
【００２９】
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、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、両方ともＳａｓｏｌ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能な商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」及び「ＤＩＳＰＡＬ」、又はＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｌｏｒｈａｍ  Ｐａｒｋ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から入手可能な商品名「ＨｉＱ−４０」を有する製品が挙げられる。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。
【００３０】
得られる成形セラミック研磨粒子の物理的特性は、一般に、アルファアルミナ前駆体分散液に使用される材料の種類によって異なる。一実施形態において、アルファアルミナ前駆体分散液はゲル状である。本明細書で使用される「ゲル」とは、液体に分散した固体の３次元ネットワークである。
【００３１】
アルファアルミナ前駆体分散液は、変性用添加剤又は変性用添加剤の前駆体を含有することができる。変性用添加剤は、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。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。アルファアルミナ前駆体分散液中に存在し得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。
【００３２】
典型的には、変性用添加剤又は変性用添加剤の前駆体の導入によって、アルファアルミナ前駆体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、アルファアルミナ前駆体分散液をゲル化することもできる。アルファアルミナ前駆体分散液はまた、水和又は焼成した酸化アルミニウムからアルファアルミナへの変換を促進するために、成核剤（播種）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、アルファアルミナ、アルファ酸化第二鉄又はその前駆体、酸化チタン及びチタン酸塩、酸化クロム、並びにこの形質転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、アルファ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。かかるアルファアルミナ前駆体分散液に核を生成することは、米国特許第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）に開示されている。
【００３３】
アルファアルミナ前駆体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アルファアルミナ前駆体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。多塩基酸を使ってもよいが、多塩基酸はアルファアルミナ前駆体分散液を急速にゲル化する場合があり、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市販供給源は、安定したアルファアルミナ前駆体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。
【００３４】
アルファアルミナ前駆体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。
【００３５】
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。アルファアルミナ研磨粒子は、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。アルファアルミナ研磨粒子は、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、アルファアルミナ研磨粒子は、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。
【００３６】
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準備することを伴う。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被覆ロール、被覆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、生産用金型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、若しくはこれらの組み合わせなどの熱可塑性樹脂、又は熱硬化性材料が挙げられる。一実施形態においては、工具全体が高分子材料又は熱可塑性材料で製造される。別の実施形態においては、乾燥中にゾル−ゲルと接触する金型表面（例えば、複数のキャビティの表面など）は、高分子材料又は熱可塑性材料を含み、金型の他の部分は他の材料から製造されてもよい。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。
【００３７】
高分子の金型又は熱可塑性の金型は、金属マスター金型から複製されてもよい。このマスター金型は、生産用金型に所望の逆パターンを有する。マスター金型は、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、マスター金型を例えばニッケルのような金属で製造し、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マスター金型と共に加熱して、２つを一緒に加圧成形することにより、マスター金型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、マスター金型上へと押出又はキャスティングされ、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、生産用金型が製造される。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ような過度の熱を生成しないよう注意が必要である。生産用金型又はマスター金型の設計及び製作に関する更なる情報が、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）、及び同第６，１２９，５４０号（Ｈｏｏｐｍａｎら）に見出すことができる。
【００３８】
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アクセスすることができる。場合によっては、キャビティは、成形型の全厚さまで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、上面は実質的に均一の深さを有するキャビティを備える成形型の底面と実質的に平行である。成形型の少なくとも１つの面、すなわちキャビティが形成される面は、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することができる。
【００３９】
キャビティは成形セラミック研磨粒子を製造するための特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。所与の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。所与の成形型のキャビティは、同じ形であってもよく、又は異なる形であってもよい。
【００４０】
第３のプロセス工程は、アルファアルミナ前駆体分散液で（例えば、従来の技法によって）成形型のキャビティを充填することを伴う。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、離型剤を所望の場合、成形型の単位面積ごとに約０．１ｍｇ／ｉｎ２（０．０２ｍｇ／ｃｍ２）〜約３．０ｍｇ／ｉｎ２（０．４６ｍｇ／ｃｍ２）、又は約０．１ｍｇ／ｉｎ２（０．０２ｍｇ／ｃｍ２）〜約５．０ｍｇ／ｉｎ２（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）で離型剤（ピーナッツオイルなど）が、ゾル−ゲルと接触する生産用金型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、アルファアルミナ前駆体分散液で被覆される。アルファアルミナ前駆体分散液は、上面の上に送り出されてもよい。
【００４１】
次に、スクレーパ又はならし棒を使用して、アルファアルミナ前駆体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。キャビティに入り込まないアルファアルミナ前駆体分散液の残余部分は、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、アルファアルミナ前駆体分散液のごく一部分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より適用される圧力は、典型的には、１００ｐｓｉ（０．７ＭＰａ）未満、又は５０ｐｓｉ（０．３ＭＰａ）未満、又は更には１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）未満である。いくつかの実施形態では、アルファアルミナ前駆体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、得られる成形セラミック研磨粒子の均一な厚さが確保される。
【００４２】
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、揮発性成分は速い蒸発速度で除去される。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、モールドを製造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。高い温度は生産速度の向上をもたらすことができるが、ポリプロピレン工具の劣化をもたらし、成形型としての耐用年数を制限し得る。
【００４３】
第５のプロセス工程は、結果として得られた前駆体成形セラミック研磨粒子を成形型のキャビティから取り出すことを含む。成形型で成形型のキャビティから粒子を取り出すための重力、振動、超音波震動、真空、又は加圧空気を単独で又は組み合わせて使用することによって、前駆体成形セラミック研磨粒子をキャビティから取り出すことができる。
【００４４】
研磨粒子の前駆体を成形型の外で更に乾燥させることができる。アルファアルミナ前駆体分散液を、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。しかしながら、場合によっては、この追加的な乾燥工程を採用して、成形型内にアルファアルミナ前駆体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、前駆体成形セラミック研磨粒子を、１０〜４８０分間、又は１２０〜４００分間、５０℃〜１６０℃、又は１２０℃〜１５０℃の温度において乾燥させる。
【００４５】
第６のプロセス工程は、前駆体成形セラミック研磨粒子の焼成を伴う。焼成の間、本質的に全ての揮発性材料が除去され、アルファアルミナ前駆体分散液中に存在していた多様な成分は、金属酸化物へと変換される。前駆体成形セラミック研磨粒子は、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修正用添加剤を導入することができる。焼成された前駆体成形セラミック研磨粒子の孔に、水溶性の塩を含浸によって導入することができる。次に、前駆体成形セラミック研磨粒子を再び予備燃焼する。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。
【００４６】
第７のプロセス工程は、焼成された前駆体成形セラミック研磨粒子を焼結して、アルファアルミナ粒子を形成することを伴う。焼結前は、焼成された前駆体成形セラミック研磨粒子は完全には緻密化されていないので、成形セラミック研磨粒子として使用するための所望の硬度が足りない。焼成された前駆体成形セラミック研磨粒子を１，０００℃〜１，６５０℃の温度に加熱し、実質的にすべてのアルファアルミナ一水和物（又は同等のもの）がアルファアルミナに変換され、多孔率が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焼成された前駆体成形セラミック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。
【００４７】
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、成形セラミック研磨粒子は、１０ＧＰａ、１６ＧＰａ、１８ＧＰａ、２０ＧＰａ以上のヴィッカース硬度を有してよい。
【００４８】
記述したプロセスを修正するために、例えば、焼成温度から焼結温度まで物質を急速に加熱すること、アルファアルミナ前駆体分散液を遠心分離してスラッジ及び／又は廃棄物等を除去することといった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。
【００４９】
成形セラミック研磨粒子を製造する方法に関する更なる情報が、米国特許出願公開第２００９／０１６５３９４（Ａ１）号（Ｃｕｌｌｅｒら）に開示される。
【００５０】
ここで図３及び４を参照すると、例示の成形セラミック研磨粒子３００は、三角形底部３２１、三角形上部３２３、並びに三角形底部３２１（等辺として示される）及び三角形上部３２３を接続する複数の傾斜側面３２５ａ、３２５ｂ、３２５ｃに囲まれた切頭正三角錐を含む。傾斜角３６０ａは、面３２５ａと三角形底部３２１が交差してできる２面角である。同様に、傾斜角３６０ｂ及び３６０ｃ（両方とも示されていない）は、それぞれ面３２５ｂ及び３２５ｃと三角形底部３２１が交差してできる２面角に対応する。成形セラミック研磨粒子３００の場合、すべての傾斜角は同一の値を有する。いくつかの実施形態では、側縁部３２７ａ、３２７ｂ、及び３２７ｃは、５０マイクロメートル未満の平均曲率半径を有するが、かならずしもその通りではなくてもよい。
【００５１】
本開示に使用される成形セラミック研磨粒子は、典型的には、ダイヤモンド金型を使用して、金型（すなわち成形型）カットを使用して製造することができ、これは例えば鍛造又はパンチングなど他の製造の代替手段よりも、形状のより高い精細度を提供する。典型的に、金型面におけるキャビティは鋭角な縁部に沿って合流する平坦な面を有し、側部と切頭角錐の頂部を形成する。結果として生じる成形セラミック研磨粒子は、成形型の表面にキャビティの形状（例えば、切頭角錐）に対応するそれぞれの公称平均形状を有する。ただし、公称平均形状からの変異（例えば、ランダムな変異）は、製造中に発生する場合があり、かかる変異を示す成形セラミック研磨粒子は、本開示に使用される成形セラミック研磨粒子の定義内に含まれる。
【００５２】
図３及び４に示す実施形態では、面３２５ａ、３２５ｂ、３２５ｃは、同一の寸法を有し、三角形底部３２１と約８２度の２面角を形成する（８２度の傾斜角に相当する）。しかしながら、他の二面角（９０°を含む）も使用され得るということが理解されるであろう。例えば、基部と側部の各々との間の二面角は独立して、４５〜９５°、典型的には７０〜９０°、より典型的には７５°〜８５°の範囲であってもよい。
【００５３】
成形セラミック研磨粒子を指すのに本開示で使用するとき、用語「長さ」は成形研磨粒子の最大寸法を指す。「幅」は、長さと垂直な成形研磨粒子の最大寸法を指す。「厚さ」すなわち「高さ」は、長さ及び幅に垂直である成形された研磨粒子の寸法を指す。
【００５４】
成形セラミック研磨粒子は、典型的には０．００１ｍｍ〜２６ｍｍ、より典型的には０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、及びより典型的には０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲の長さを有するように選択されるが、他の長さもまた使用されてもよい。いくつかの実施形態では、長さは、結合した複合研磨ホイールが内部に含まれる厚さの分数として表され得る。例えば、成形研磨粒子は、結合した複合研磨ホイールの厚さの半分より大きい長さを有してもよい。いくつかの実施形態では、長さは、結合した複合研磨ホイールの厚さよりも大きくてもよい。
【００５５】
成形セラミック研磨粒子は、典型的には０．００１ｍｍ〜２６ｍｍ、より典型的には０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、及びより典型的には０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲の幅を有するように選択されるが、他の長さもまた使用されてもよい。
【００５６】
成形セラミック研磨粒子は、典型的には０．００５ｍｍ〜１．６ｍｍ、より典型的には０．２〜１．２ｍｍの範囲の厚さを有するように選択される。
【００５７】
いくつかの実施形態では、成形セラミック研磨粒子は、少なくとも２、３、４、５、６、又はそれ以上のアスペクト比（長さ対厚さ）を有してもよい。
【００５８】
成形セラミック研磨粒子上の表面被覆を使用して、研磨物品中の成形セラミック研磨粒子と結合剤材料との間の接着を改善してもよく、又は成形セラミック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。かかる表面被覆は、米国特許第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）に記述されている。更に、表面被覆は、成形研磨粒子のキャッピングを防ぎ得る。キャッピングとは、研磨中の加工物からの金属粒子が、成形セラミック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。
【００５９】
本開示による複合研磨ホイールは、研磨工業規格公称等級又は公称等級の組み合わせに対応する破砕研磨粒子（すなわち、成形セラミック研磨粒子の破損から生じるのではない研磨粒子）を更に含んでもよい。存在する場合、破砕研磨粒子は、典型的には、成形セラミック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、必ずしもその通りではなくてもよい。
【００６０】
有用な破砕された研磨粒子には、例えば、溶融酸化アルミニウム、熱処理された酸化アルミニウム、白色溶融酸化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム材料、例えば、商品名３Ｍ  ＣＥＲＡＭＩＣ  ＡＢＲＡＳＩＶＥ  ＧＲＡＩＮで３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から市販のもの、黒色炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、二ホウ化チタン、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナジルコニア、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、ガラスビーズ、ガラス泡、及びガラスファイバーなど）ケイ酸塩（タルク、粘土（例えば、モンモリロナイト）、長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸塩カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム）、フリント、並びにエメリーが挙げられる。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。
【００６１】
本開示の複合研磨ホイールに使用される研磨粒子は、破砕された研磨粒子であれ成形セラミック研磨粒子であれ、研磨産業で認められている規格の公称等級により個別で寸法決めされてよい。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。かかる産業が認めた等級規格には、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、ＦＥＰＡ  Ｐ１２００、ＦＥＰＡ  Ｆ８、ＦＥＰＡ  Ｆ１２、ＦＥＰＡ  Ｆ１６、及びＦＥＰＡ  Ｆ２４、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ＪＩＳ  １０，０００が挙げられてよい。より典型的に、破砕された酸化アルミニウム粒子及び種晶を添加されていないゾル−ゲル法によるアルミナ系研磨粒子は、個別にＡＮＳＩ  ６０及び８０、又はＦＥＰＡ  Ｆ３６、Ｆ４６、Ｆ５４及びＦ６０、又はＦＥＰＡ  Ｐ６０及びＰ８０の等級分け規格に寸法決めされる。
【００６２】
あるいは、研磨粒子（例えば、破砕された研磨粒子及び／又は成形セラミック研磨粒子）は、ＡＳＴＭ  Ｅ−１１「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅ  Ｃｌｏｔｈ  ａｎｄ  Ｓｉｅｖｅｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｐｕｒｐｏｓｅｓ」に準拠するＵ．Ｓ．Ａ．Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｓｉｅｖｅｓを使用して公称スクリーニング等級に等級分けされてよい。ＡＳＴＭ  Ｅ−１１は、指定された粒径に従って物質を分類するためにフレームに装着された織金網の媒体を用いて、試験用ふるいの設計及び構築に関する要件を規定する。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、成形セラミック研磨粒子がＡＳＴＭ  Ｅ−１１の１８号ふるいの規格に準拠する試験用ふるいを通過するものであり、ＡＳＴＭ  Ｅ−１１の２０号ふるいの規格に準拠する試験用ふるいに保持されたものであることを意味する。１つの実施形態では、成形セラミック研磨粒子は、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保持されたような粒径を有する。様々な実施形態において、成形セラミック研磨粒子は、−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してもよい。あるいは、−９０＋１００など特化したメッシュサイズの使用が可能である。
【００６３】
研磨粒子（例えば、成形セラミック研磨粒子及び／又は破砕された研磨粒子）は、例えば、均一に又は不均一に複合研磨ホイールの１次研磨部分及び／又は２次研磨部分にくまなく分配されてよい。例えば、研磨粒子は複合研磨ホイールの中心（例えば、外表面から離れて位置する）に向かって濃縮されてよく、又は外縁、すなわち周辺部に隣接するのみでもよい。凹状の中央部分は、より少ない量の研磨粒子を含んでもよい。好ましくは、１次研磨部分の研磨粒子は互いに均一に分配される。なぜならば、ホイールの製造がより容易であり、切断効果は、２つのタイプの研磨粒子が互いに密接に配置されたときに最適化されるからである。同様に、２次研磨部分の研磨粒子は互いに均一に分配されることが好ましい。
【００６４】
研磨粒子は、カップリング剤（例えば、オルガノシランカップリング剤）と共に処理されてよく、バインダーに対する研磨粒子の接着を強化する。研磨粒子は、それらがバインダー材料と組み合わされる前に処理されてもよく、あるいはそれらは、バインダー材料に対するカップリング剤を含むことによって、その場で表面処理されてもよい。
【００６５】
本開示による複合研磨ホイールは、１種以上の研削助剤（概ね粒子として）、例えば、ポリテトラフルオロエチレン粒子、クライオライト、カリウムフルオロアルミネート、塩化ナトリウム、ＦｅＳ２（二硫化鉄）、又はＫＢＦ４などを、更に含んでよい。存在する場合、研削助剤は、他の成分の重量範囲の要件が充足していることを条件として、好ましくは１〜２５重量％の量、より好ましくは１０〜２０重量％の量で含まれる。粉砕助剤は切削ホイールの切削特性を改良するために、通常、切削界面の温度を下げることによって添加される。精確に成形された研削助剤粒子の実施例は、米国特許出願公開第２００２／００２６７５２（Ａ１）号（Ｃｕｌｌｅｒら）に教示されている。
【００６６】
いくつかの実施形態では、有機結合剤材料は、可塑剤、例えば、ＵＮＩＶＡＲ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．（Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）からＳＡＮＴＩＣＩＺＥＲ  １５４  ＰＬＡＳＴＩＣＩＺＥＲとして入手可能なものなどを含む。
【００６７】
１次研磨部分及び２次研磨部分は、他の成分の重量範囲の要件が充足していることを条件として、例えば、充填剤粒子など追加の構成要素を含んでよい。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、複合研磨ホイールが、使用済の又は摩耗した研磨粒子を剥ぎ取り、新しい、すなわち未使用の研磨粒子を露出させるのを可能にする。
【００６８】
１次研磨部分及び２次研磨部分は、任意の範囲の気孔率、例えば、約１体積％〜５０体積％、典型的には、１体積％〜４０体積％を有してよい。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。
【００６９】
本開示による複合研磨ホイールは、任意の好適な方法によって製造されてもよい。１つの好適な方法では、種晶を添加されていないゾル−ゲル法によるアルミナ系研磨粒子は、硬化性レゾール型フェノールと混合される前にカップリング剤で被覆される。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、室温において成形型に圧入される（例えば、直径４インチ当たり２０トンの適用圧（（２２４ｋｇ／ｃｍ２）（２１．９ＭＰａ））。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。
【００７０】
結合剤は、研磨分野の当業者に周知である。カップリング剤の例には、トリアルコキシシラン（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。
【００７１】
本開示による複合研磨ホイールは、例えば、研磨剤産業界のタイプ２７（例えば、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ＩｎｓｔｉｔｕｔｅのＡＮＳＩ  Ｂ７．１〜２０００（２０００）、１．４．１４項において）の凹状中央の研削ホイールを含む研削ホイールとして有用である。
【００７２】
本開示による複合研磨ホイールは、その中に一体的に成形され結合された強化材料の追加の層又はディスクを１層以上有してもよい。強化材料の１層は、好ましくは結合されて、ホイールの２次研磨部分と１次研磨部分との間に位置する。いくつかの実施形態では、中央開口部に隣接する研磨ホイールの中央ハブ部分は、１次研磨部分の底側に成形されて結合されたガラス繊維布のディスクによって更に強化されてよい。上記の議論のように、本開示による複合研磨ホイールは、複合研磨ホイールを強化する１種以上の強化材料を含んでもよい（例えば、織布、編布、不織布、及び／又はスクリム）。強化材料は、無機繊維（例えば、ガラス繊維）及び／又はポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリイミド繊維などの有機繊維を含んでもよい。場合によっては、繊維が切削ホイール全体に均一に分散されるように、強化短繊維が第１及び／又は第２有機結合剤に含まれることが望ましい場合がある。
【００７３】
典型的な使用では、本開示による回転する複合研磨ホイールの前面の周縁研削エッジは、回転する動力式の工具に固定され、加工物の表面との摩擦接触を生じさせて、表面の少なくとも一部を研磨する。そのように使用される場合、複合研磨ホイールの研磨性能は、成形セラミック研磨粒子及び任意の希釈破砕研磨粒子が研磨ホイール全体に分配される単層構成の研磨性能に有利に近似している。破砕研磨粒子は、典型的には、成形セラミック研磨粒子より製造しやすく安価であるため、複合研磨ホイールは、同じ成形セラミック研磨粒子を含有する単一研磨ホイールと比べてある水準のコスト節減を実現することができる。
【００７４】
有利なことに、例えば、第１有機結合剤と異なる第２有機結合剤を選択することによって、及び／又は２次研磨部分の他の成分の濃度を調整することによって、２次研磨部分の弾性率及び／又は厚さを変化させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、２次研磨部分は１次研磨部分よりも硬い一方で、他の実施形態では、１次研磨部分は、２次研磨部分よりも硬い。
【００７５】
本開示による複合研磨ホイールは、乾燥又は濡れた状態で使用することができる。湿式研削中に、ホイールは水、オイル系潤滑剤、又は水性潤滑剤と併用して使用される。本開示による複合研磨ホイールは、例えば、炭素鋼シート又は棒鋼及びより新種の金属（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。
【００７６】
本開示の選択された実施形態
第１の実施形態では、本開示は、
前面を画定する１次研磨部分であって、第１有機結合剤に保持された成形セラミック研磨粒子を含む１次研磨部分と、
前面と反対側の後面を画定する２次研磨部分であって、この２次研磨部分が１次研磨部分に結合され、第２有機結合剤に保持された２次破砕研磨粒子を含み、１次研磨部分が２次研磨部分より大きな体積パーセントの成形セラミック研磨粒子を含む、２次研磨部分と、を含み、
前面から後面まで延在する中央開口部を複合研磨ホイールの中に有する、複合研磨ホイールを提供する。
【００７７】
第２の実施形態では、本開示は、２次研磨部分に実質的に成形セラミック研磨粒子が存在しない、第１の実施形態による複合研磨ホイールを提供する。
【００７８】
第３の実施形態では、本開示は、成形セラミック研磨粒子が切頭三角錐を含む、第１又は第２の実施形態のいずれか一形態による複合研磨ホイールを提供する。
【００７９】
第４の実施形態では、本開示は、切頭三角錐が７５〜８５度の範囲内の傾斜角を有する、第３の実施形態による複合研磨ホイールを提供する。
【００８０】
第５の実施形態では、本開示は、１次研磨部分が希釈破砕研磨粒子を更に含む、第１〜第４の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００８１】
第６の実施形態では、本開示は、希釈破砕研磨粒子が、成形セラミック研磨粒子より小さい平均粒径を有する、第５の実施形態による複合研磨ホイールを提供する。
【００８２】
第７の実施形態では、本開示は、第１有機結合剤及び第２有機結合剤が異なる、第１〜第６の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００８３】
第８の実施形態では、本開示は、成形セラミック研磨粒子が、１：１〜８：１の厚さに対する最大長の比を有する、第１〜第７の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００８４】
第９の実施形態では、本開示は、成形セラミック研磨粒子が、２：１〜５：１の厚さに対する最大長の比を有する、第１〜第７の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００８５】
第１０の実施形態では、本開示は、成形セラミック研磨粒子が、ゾル−ゲル法による成形アルミナ研磨粒子を含む、第１〜第９の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００８６】
第１１の実施形態では、本開示は、成形セラミック研磨粒子が、無機粒子の被覆をその上に有する、第１〜第１０の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００８７】
第１２の実施形態では、本開示は、１次研磨部分が、前面に隣接した第１強化織物を更に含み、２次研磨部分が、２次研磨部分の後面に隣接した第２強化織物を更に含む、第１〜第１１の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００８８】
第１３の実施形態では、本開示は、複合研磨ホイールが、中央開口部を取り囲む凹状中央部分を有する、第１〜第１２の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００８９】
第１４の実施形態では、本開示は、１次研磨部分が、６６〜７４重量％の成形アルミナ研磨粒子、１４〜２０重量％の液体フェノール樹脂及び固体フェノール樹脂由来の有機結合剤、並びに１０〜１５重量％の研削助剤粒子を含む、第１〜第１３の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００９０】
第１５の実施形態では、本開示は、少なくとも第１又は第２結合剤のうちの１つが、少なくとも部分的に硬化されたフェノール樹脂を含む、第１〜第１４の実施形態のいずれかによる複合研磨ホイールを提供する。
【００９１】
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、これらの実施例に記載する特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものとして解釈されるべきではない。
【実施例】
【００９２】
特に断らないかぎり、実施例及び本明細書の残りの部分におけるすべての部、比率（％）、及び比等は、重量基準である。
【００９３】
実施例の材料には、次の略語が使用される。
【００９４】
【表１】
2015501731.tif 000003
【００９５】
ＡＰ２の調製
ベーマイトゾル−ゲル組成物は、次の配合を使用して製造した。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、商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」を有する酸化アルミニウム一水和物粉末（１６００部）を分散させた。得られたゾル−ゲルは、被覆前に少なくとも１時間エージングした。ゾルゲルは、２８ミル（０．７１ｍｍ）の深さ及び各辺１１０ミル（２．８ｍｍ）の三角形の成形型のキャビティを有する生産用金型に押し入れた。側壁と底部との間の抜き勾配角αは９８度であった。成形型のキャビティの５０％が、三角形の一辺と９０度の角度で交差するキャビティの底面から上がる８つの平行の隆起部を有し、残りのキャビティが平滑な成形型底面を有した。平行な隆線は０．２７７ｍｍごとに離隔され、隆線の断面は、高さ０．０１２７ｍｍで、先端におけるそれぞれの隆線の辺の間の角度が４５度の三角形であった。離型剤（メタノール中のピーナッツオイルの１％溶液）を使用して約０．５ｍｇ／ｉｎ２（０．０８ｍｇ／ｃｍ２）のピーナッツオイルで生産用金型を被覆した。過剰なメタノールは、生産用金型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−ゲルは、生産用金型の開口部が完全に充填されるように、パテナイフ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用金型は、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。得られた乾燥した成形粒子を、超音波ホーンを通過させることにより、生産用金型から取り出した。乾燥した成形粒子は、約６５０℃で焼成し、硝酸マグネシウム溶液で飽和状態した（ＭｇＯとして１０．５重量％、及び０．０２重量％のＨＣ５をその中に分散した状態で有する）。余剰の硝酸溶液を除去し、飽和した成形粒子を乾燥させて、その後、この粒子を再び６５０℃で焼成し、約１４００℃で焼結して、成形セラミック研磨粒子を得た。焼成及び焼結のいずれも、回転管状窯を使用して実施した。
【００９６】
混合物の調製
表１に掲げる成分の量に従って５つの混合物を調製した。混合物１及び混合物４（液体成分を有する）は、空気ミキサーを使用して示された成分を混合することによって調製した。混合物２（乾燥成分）は、パドルミキサーを１分間使用して示された成分をかき混ぜることによって調製した。混合物３は、パドルミキサーを１０分間使用して混合物１及び混合物２を混合することによって調製した。混合物５は、パドルミキサーを１０分間使用して混合物４及び混合物２を混合することによって調製した。
【００９７】
【表２】
2015501731.tif 000004
【００９８】
（実施例１）
タイプ２７の凹状中央の複合研削ホイールを次のように調製した。直径７インチ（１８ｃｍ）のＳＣＲＩＭ（スクリム）のディスクを、直径７インチ（１８ｃｍ）のキャビティのダイに配置した。混合３（１５０グラム）を、均等に拡散し、第２の６．７５インチ（１７ｃｍ）のＳＣＲＩＭのディスクをその混合の上に配置した。混合５（２００ｇｍ）を均等に拡散し、５インチ（１３ｃｍ）のＳＣＲＩＭディスクをキャビティ内に挿入した。充填されたキャビティの成形型を次に４０トン／３８ｉｎ２（１４．５ＭＰａ）の圧力で加圧した。
【００９９】
得られるホイールをキャビティの成形型から取り外し、タイプ２７の凹状の中央の研削ホイールに圧入するために、凹状中央のアルミニウムプレート間のスピンドルに配置した。このホイールを５トン／３８ｉｎ２（１．８ＭＰａ）で圧縮してディスクを成形した。このホイールを次に硬化させるために、７９℃で７時間、１０７℃で３時間、１８５℃で１８時間、炉の中に配置し、温度を４時間以上かけて２７℃まで降下させた。最終の研削ホイールの寸法は、直径１８０ｍｍ×厚さ４ｍｍであった。中心孔は、直径７／８インチ（２．２ｃｍ）であった。結果として生じる凹状中央の複合研削ホイールを、成形セラミック研磨粒子を含有する層（すなわち、１次研磨部分に対応）が凹状中央部分と反対側にあるように構成した。
【０１００】
（実施例２）
表２にレポートされる成分の量に従って６つの混合物を調製した。混合物６及び混合物９（液体成分を有する）を速度４８ＲＰＭで６分間、緩やかに回転するミキサーで混合して調製した。混合物７及び混合物１０（乾燥成分）を速度３０００ｒｍｐで３分間、高速回転するミルミキサーで調製した。混合物８は、パドルミキサーを１０分間使用して混合した混合物６及び混合物７であった。同様に、混合物１１は、混合物９及び混合物１０の混合物であり、パドルミキサーで混合したものであった。
【０１０１】
【表３】
2015501731.tif 000005
【０１０２】
実施例２の研削ホイールを、以下の手順に従って調製した。混合物８及び混合物１１は、粒塊を除去するため、２ｍｍ×２ｍｍの開口部を有するスクリーンを通してスクリーニングした。このスクリーニングした混合物を次に直径７インチ（１８ｃｍ）のダイに圧入した。７インチ（１８ｃｍ）のＳＣＲＩＭ２のディスクをダイに配置した。混合物１１を、次にミネラル散布器（シャッター）を使用して追加し、ダイの前半のキャビティを充填して第１研磨層を形成した。直径６．７５インチ（１７ｃｍ）のＳＣＲＩＭ２のディスクを追加し、次に混合物８を第２のミネラル散布器によってダイのキャビティの後半に追加して含有の第２研磨層を形成し、直径５インチ（１３ｃｍ）のＳＣＲＩＭ２ガラス繊維網のディスクを追加した。この混合物を、次に２２０ｋｇ／ｃｍ２（２１．６ＭＰａ）で加圧した。
【０１０３】
このホイールをアルミニウムプレート間のスピンドルに配置した。８枚のプレート及び８枚の加圧されたホイールの積み重ねを、ホイール８枚の積み重ねごとに５０バール（５ＭＰａ）の圧力で圧縮し、硬化させるため圧縮したままにしておいた。硬化させるためにホイールは炉内に配置された。炉の温度を１７時間以上かけて６０℃〜１７８℃に上昇させ、１７８℃を７時間保ち、その後１１時間以上かけて６０℃まで降下させた。加熱を次いで停止し、炉を冷却させた。最終の複合研磨ホイールの寸法は、以下のとおりであった。直径７インチ（１８ｃｍ）及び厚さ０．２５インチ（０．６４ｃｍ）。中心孔は、直径７／８インチ（２．２ｃｍ）であった。ホイールの重量は、３６５グラム〜３７５グラムであった。
【０１０４】
比較実施例Ａ
比較実施例Ａは、混合物５を下部及び上部の両方の層に使用した以外、実施例１の手順に従って調製されたタイプ２７の凹状中央の研削ホイールであった。この構成では、成形セラミック研磨粒子は研磨ホイール全体に分配された。
【０１０５】
比較実施例Ｂ
比較実施例Ｂは、セラミックアルミナ及びジルコニアアルミナ砥粒を含む、市販されているタイプ２７の２層の凹状中央の研削ホイールであった。これは、Ｎｏｒｔｏｎ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ（Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から「７×．１２５×７／８  ＮＯＲＺＯＮ  ＰＬＵＳ  Ｔｙｐｅ  ２７  ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ  ｃｅｎｔｅｒ  ｗｈｅｅｌ」として入手された。
【０１０６】
研削試験
研磨ホイール（ディスク）を、矩形の軟鋼の棒（０．５インチ（１．３ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×３インチ（７．６ｃｍ））で、０．５インチ（１．３ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）の面上を手で６０００ＲＰＭの空気駆動式グラインダーを使用して、１分サイクルを１０サイクル研削することによって試験した。負荷荷重は、グラインダー重量の１３ポンド（５．９ｋｇ）であった。棒鋼は、各サイクルの前後に重さを量り、重量喪失（すなわち、切削）を記録した。棒鋼は、サイクルごとに端から端まで１６回移動した。ディスクの切削による重量喪失（すなわち、ディスクの摩耗）は、各１０サイクル試験後に記録した。試験結果を表３（以下）で報告する。
【０１０７】
【表４】
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【０１０８】
当業者であれば、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく本開示の様々な改変及び変更を行うことが可能であり、また、本開示は上記に記載した例示的な実施形態に不要に限定されるべきではない点は理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015501731.tif 000009
【図４】
2015501731.tif 000010
【国際調査報告】
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