(57)【要約】本発明はワークピースの研磨方法に関する。本方法は、凝集体内に超砥粒を含む研磨物品を提供する工程を含む。本方法は次に、研磨物品を、溶射ハード相を含むワークピース外面と接触させる工程と、研磨物品およびワークピースを相対的に移動させる工程と、を含む。ワークピース外面は結合相をさらに含んでもよい。研磨物品は連続ベルト、研磨テープまたは樹脂結合ディスクであってもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝集体内に超砥粒を含む研磨物品を提供する工程と、
該研磨物品を、溶射ハード相を含むワークピース外面と接触させる工程と、
該研磨物品および該ワークピースを相対的に移動させる工程と、
を含むワークピースの研磨方法。
【請求項２】
前記溶射ハード相が金属酸化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属酸化物が酸化アルミニウムを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属酸化物が酸化ジルコニウムを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記溶射ハード相が炭化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記炭化物が炭化チタンを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記炭化物が炭化クロムを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記炭化物が炭化タングステンを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記溶射コーティングが窒化物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記窒化物が窒化チタンを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記窒化物が窒化ケイ素を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶射コーティングが金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属がクロム−ニッケル−ホウ素合金を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ワークピース外面が結合相をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記結合相が金属材料を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属材料がニッケル、クロム、コバルト、またはそれらの組合せを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記結合相が金属酸化物材料を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記溶射ハード相が炭化タングステンであり、かつ、前記結合相がコバルトである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記凝集体がガラスバインダー内に研磨粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記研磨物品が連続ベルトである、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記研磨物品が樹脂結合ディスクである、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記凝集体が不規則形状である、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記凝集体が正確な形状を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記凝集体が立方体、ピラミッド、切頭ピラミッド、または球体である、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨物品およびかかる研磨物品の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロール研削工業界は金属部品上に所望の仕上げを与えるための研磨工程を必要とする。現在は、この研磨工程は砥石車か柔軟性ダイヤモンドベルトかのどちらかで行われる。従来のダイヤモンドベルトは典型的には基材に接着された砥粒の単層よりなる。柔軟性ダイヤモンドベルトの例には、すべてミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な、商品名６４５０Ｊフレックス・ダイヤモンド（Ｆｌｅｘ  Ｄｉａｍｏｎｄ）５０、６４５０Ｊフレックス・ダイヤモンド７４、１４５１ＪフレックスＣＢＮ４０が挙げられる。しかしながら、被覆研磨材での研磨材のより効率的な使用を獲得するために、幾つかの被覆研磨材は研磨凝集体で製造されてきた。
【０００３】
しかしながら、研磨仕上げに好適な砥石車は使用中に低い材料除去速度を有し、遅い製造方法をもたらし、崩壊または粉砕によって破滅的に破損するという可能性を有する。従来のフレックス・ダイヤモンドベルトは制限された寿命を有し、高価である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はワークピースの研磨方法に関する。本方法は、凝集体内に超砥粒を含む研磨物品を提供する工程を含む。本方法は次に、研磨物品を、溶射ハード相を含むワークピース外面と接触させる工程と、研磨物品およびワークピースを相対的に移動させる工程と、を含む。ワークピース外面は結合相をさらに含んでもよい。研磨物品は連続ベルト、研磨テープまたは樹脂結合ディスクであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
研磨物品
図１は、本発明での使用のための研磨物品１０の実施形態を例示する。研磨物品１０は基材１２と研磨コーティングとを含む。研磨コーティングはバインダー１４とバインダー１４内に分散された凝集体１６とを含む。研磨凝集体１６は凝集体バインダー２０内に保持された研磨粒子１８を含む。本発明に好適な研磨物品の例はまた、クリスティアンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ）に付与された米国特許第６，２１７，４１３号明細書に記載されている。
【０００６】
基材
研磨物品１０用の基材１２は、意図される用途での使用に好適な任意の材料であってもよい。具体的には、基材は、研磨物品基材として好適な任意の材料であってもよく、凝集体の成分と相性が良く、その完全性を硬化および研磨条件下で維持する。一般に、基材は適合性の柔軟なシートである。基材の例は当該技術では周知であり、加硫処理した繊維、ポリマー、紙、織布および不織布、ならびに箔を含む。基材の具体例には、ポリエステルおよびポリエステル布が挙げられる。
【０００７】
バインダー
バインダー１４は基材１２上へコーティングされる。典型的には、バインダーは、図１の実施形態で示されるような単層である。しかしながら、バインダーはまた基材上の層（メイクコート）および凝集体上方の第２層（サイズコート）であることもできよう。
【０００８】
一般に、バインダーは有機ベースのバインダー前駆体、例えば、樹脂から形成される。適合したエネルギー源のような適切な条件に曝すと、樹脂は重合して架橋した熱硬化ポリマーすなわちバインダーを形成する。典型的な樹脂接着剤の例には、フェノール樹脂、ペンダントのα，β−不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン系不飽和樹脂、アクリレート化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリレートウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、フッ素変性エポキシ樹脂、およびそれらの混合物が挙げられる。一般に、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂が使用される。
【０００９】
フェノール樹脂は、それらの熱特性、入手可能性、コスト、および取扱いの容易さのためにバインダー前駆体として広く使用されている。２つのタイプのフェノール樹脂、レゾールおよびノボラックがある。レゾールフェノール樹脂は、１対１より大きいまたはそれに等しい、典型的には１．５：１〜３：１のホルムアルデヒド対フェノールのモル比を典型的には有する。ノボラック樹脂は１対１未満のホルムアルデヒド対フェノールのモル比を典型的には有する。
【００１０】
エポキシ樹脂はオキシラン環を有し、開環によって重合する。好適なエポキシ樹脂は、モノマーエポキシ樹脂とポリマーエポキシ樹脂とを含み、様々な主鎖および置換基を有することができる。一般に、主鎖は、エポキシ樹脂に通常関連した任意のタイプのもの、例えば、ビス−フェノールＡであってもよく、置換基は、室温でオキシラン環とよく反応する活性水素原子のない任意の基を含むことができる。好適な置換基の代表的な例には、ハロゲン、エステル基、エーテル基、スルホネート基、シロキサン基、ニトロ基およびホスフェート基が挙げられる。
【００１１】
エポキシ樹脂の例には、２，２−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）−フェニル］プロパン（ビスフェノールのジグリシジルエーテル）が挙げられる。他の好適なエポキシ樹脂には、フェノール・ホルムアルデヒドノボラックのグリシジルエーテルが含まれる。
【００１２】
エチレン系不飽和樹脂には、炭素、水素、および酸素の原子、ならびに場合により窒素およびハロゲン原子を含有するモノマーおよびポリマー化合物の両方が含まれる。酸素もしくは窒素原子または両方が一般にエーテル、エステル、ウレタン、アミド、およびウレア基中に存在する。エチレン系不飽和化合物は一般に約４，０００未満の分子量を有し、脂肪族モノヒドロキシ基または脂肪族ポリヒドロキシ基を含有する化合物と、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、およびマレイン酸のような不飽和カルボン酸との反応から製造されたエステルであってもよい。
【００１３】
アクリレート樹脂の代表的な例は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル・スチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトルエン、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートおよびペンタエリスリトールテトラアクリレートを含む。
【００１４】
他のエチレン系不飽和樹脂は、フタル酸ジアリル、アジピン酸ジアリル、およびＮ，Ｎ−ジアリルアジパミドのような、カルボン酸のモノアリル、ポリアリル、およびポリメタリルエステルおよびアミドを含む。他の好適な窒素含有化合物には、トリス（２−アクリロイル−オキシエチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリ（２−メタクリルオキシエチル）−ｓ−トリアジン、アクリルアミド、メチルアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、およびＮ−ビニルピペリドンが含まれる。
【００１５】
バインダーは、例えば、フィラー（粉砕助剤を含む）、繊維、帯電防止剤、滑剤、湿潤剤、界面活性剤、顔料、染料、結合剤、可塑剤、および懸濁剤のような、任意の添加剤をさらに含んでもよい。これらの材料の量は、所望の特性を提供するために選択することができる。
【００１６】
本発明に有用なフィラーの例には、金属炭酸塩（炭酸カルシウム（例えば、チョーク、方解石、泥灰岩、トラバーチン、大理石、および石灰岩）、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、ならびに炭酸マグネシウムのような）；シリカ（石英、ガラスビーズ、ガラス球、およびガラス繊維のような）；シリケート（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、ケイ酸ナトリウムのような）；金属硫酸塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウムのような）；石膏；バーミキュライト；木粉；水酸化アルミニウム；カーボンブラック；金属酸化物（酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム（アルミナ）、および二酸化チタンのような）；ならびに金属亜硫酸塩（亜硫酸カルシウムのような）が挙げられる。フィラーは典型的には約０．１〜１００マイクロメートル、好ましくは１〜５０マイクロメートル、より好ましくは１〜２５マイクロメートルの範囲の平均粒径を有する。
【００１７】
好適な粉砕助剤には粒子状材料が含まれ、その添加は研磨の化学的および物理的プロセスに重大な影響を及ぼし、改善された性能をもたらす。特に、粉砕助剤は、１）砥粒と研磨中のワークピースとの間の摩擦を減らす、２）砥粒が「キャッピング」するのを防ぐ、すなわち、金属粒子が砥粒の上面に溶接されるようになるのを防ぐ、３）砥粒とワークピースとの間の界面温度を下げる、および／または４）研削力を下げるかもしれない。一般に、粉砕助剤の添加は被覆研磨材の有効寿命を長くする。粉砕助剤は多種多様な異なる材料を包含し、無機または有機ベースであることができる。
【００１８】
粉砕助剤の例には、ワックス、有機ハライド化合物、ハライド塩ならびに金属およびそれらの合金が挙げられる。有機ハライド化合物は典型的には研磨中に分解し、ハロゲン酸またはガス状ハライド化合物を放出するであろう。かかる材料の例には、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、およびポリ塩化ビニルが挙げられる。ハライド塩の例には、塩化ナトリウム、氷晶石カリウム、氷晶石ナトリウム、氷晶石アンモニウム、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。金属の例には、錫、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、およびチタンが挙げられる。他の粉砕助剤の例には、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイト、および金属硫化物が挙げられる。異なる粉砕助剤の組合せもまた使用することができる。粉砕助剤の上述の例は、粉砕助剤の代表的な提示であることを意図され、すべての粉砕助剤を包含することを意図されない。
【００１９】
帯電防止剤の例には、グラファイト、カーボンブラック、酸化バナジウム、保湿剤などが挙げられる。これらの帯電防止剤は、米国特許第５，０６１，２９４号明細書、同第５，１３７，５４２号明細書、および同第５，２０３，８８４号明細書に開示されている。
【００２０】
一般に、バインダーを製造するために使用されるスラリーは、約５〜９５重量％のバインダー前駆体と、約５〜９５重量％の研磨粒子および任意の添加剤とを含む。
【００２１】
研磨凝集体
凝集体は、不規則形状である、またはそれらと関係がある正確な形状、例えば、立方体、ピラミッド、切頭ピラミッド、または球体を有することができる。凝集体は、永久バインダーマトリックス内に研磨粒子または砥粒を含む。永久バインダーマトリックスは有機または無機であることができる。有機バインダーの例には、フェノール樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、およびエポキシ樹脂が挙げられる。無機バインダーの例には、金属（ニッケルのような）、および金属酸化物が挙げられる。金属酸化物は通常ガラス（ガラス状）か、セラミック（結晶性）か、ガラス−セラミックかのどれかして分類される。永久バインダーの具体例には、ガラス粉末およびコロイド状金属酸化物、例えば、シリカが挙げられる。
【００２２】
本発明の凝集体は次の手順によって作製することができる。研磨粒子は、溶液中の仮バインダーおよび永久バインダーと混合されてスラリーを形成する。一般に、混合物は研磨粒子を分散させるために撹拌される。仮バインダーの具体例には、水中のデキストリンが挙げられる。
【００２３】
混合工程が完了した後、スラリーは金型、例えば、多数の空洞を有する成形用具中へ移される。成形用具中の空洞は、多くの異なる形状、例えば、切頭ピラミッドを有することができる。過剰のスラリーは除去され、スラリーで満たされた別個の金型をもたらす。スラリーは次に、例えば室温で約１５〜約２０時間乾燥することによって凝固する。凝固は混合物からの液体の除去の結果起こる。乾燥粒子は、仮バインダーによってつなぎ合わせられた凝集体前駆体である。仮バインダー材料は最終焼成前に凝集体を結び付けるが、永久バインダーが活性化された時に一般に除去されるであろう、例えば仮バインダーは焼成工程で燃え尽きるであろう。
【００２４】
凝集体前駆体は次に成形用具から取り出され、永久バインダーが活性化される。これは、永久バインダーを溶融させるための熱によって、または凝固工程を活性化するための放射線によって一般に成し遂げられる。例えば、ガラス永久バインダーと共に、凝集体前駆体はオーブンを約４００℃で約２時間加熱することによって溶融され、次に温度はガラスの軟化点の約３０℃内まで約１時間上げられる。
【００２５】
平均凝集体サイズは一般に少なくとも約２０マイクロメートルであり、ある実施形態では少なくとも約３８マイクロメートルである。ある実施形態では、研磨粒子は６００マイクロメートルほどに大きくてもよいし、さらに１０００マイクロメートルほどに大きくてもよい。
【００２６】
本発明の凝集体は、次に、被覆研磨製品、結合研磨製品、例えば、砥石車、不織研磨製品、および砥粒が典型的に用いられる他の製品を製造するために使用される。
【００２７】
研磨粒子
本発明に好適な研磨粒子には、超砥粒として公知の研磨粒子が含まれる。超砥粒は一般に８より大きいモース（Ｍｏｈｓ）硬度を有する。かかる超砥粒の例には、ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素が挙げられる。研磨粒子は、成形されている（例えば、棒、三角形、またはピラミッド）か、成形されていない（すなわち、不規則な）かのどちらかであることができる。
【００２８】
本発明の有利な適用のための研磨粒子の平均粒径は少なくとも約０．１マイクロメートルであり、ある実施形態では少なくとも約０．５マイクロメートルであり、他の実施形態では、少なくとも約１．５マイクロメートルである。ある実施形態では、研磨粒子は３００マイクロメートルほどに大きくてもよい。研磨粒子は次に本発明の研磨凝集体中に入れられる。
【００２９】
研磨物品の製造方法
被覆研磨製品は、上に記載されたような凝集体を使用して製造されてもよい。凝集体とバインダーとを含む研磨コーティングが基材に塗布されて被覆研磨材を形成する。研磨コーティングは、任意の公知方法、すなわち、ドロップコーティング、スラリーコーティング、静電塗装、ロールコーティングなどによって塗布することができる。本発明に好適な研磨物品の製造方法はまた、クリスティアンソンに付与された米国特許第６，２１７，４１３号明細書に記載されている。
【００３０】
被覆研磨材は、通常のやり方で、例えば、基材一面にメイクコートを塗布し、メイクコート一面に凝集体をドロップコーティングし、サイズコートを塗布し、次に、このように塗布されたコーティングを硬化させて作製することができる。サイズコートが凝集体の摩滅性に悪影響を及ぼさないように注意が払われるべきである、すなわち、サイズコートは被覆研磨材の表面に溢れるべきではない。あるいはまた、多くのケースで、特に凝集体の樹脂バインダーがサイズコートを作製するために通常使用される材料である場合にはサイズコートは必要とされない。
【００３１】
研磨物品はまた、スラリーコーティング法を用いて製造されてもよい。かかる方法では、凝集体、バインダー前駆体、およびいかなる任意の添加剤もスラリーを形成するために撹拌される。スラリーは次に基材上へコーティングされる。スラリーは、凝集体の単層、またはコーティングの厚さの全体にわたって分散された複合凝集体を生み出すより厚いコートを見込むために薄くコーティングされてもよい。バインダーは次に、例えば重合反応を開始することによって凝固する。
【００３２】
本発明の研磨物品は手動により使用する、またはベルト研削機のような機械と組み合わせて使用することができる。研磨物品は、例えば、ベルト、テープロール、ディスク、またはシートへ変換することができる。
【００３３】
ベルト用途向けに、研磨シートの２つの自由端はつなぎ合わされ、スライスされ、こうしてエンドレスベルトを形成する。スライスなしのベルトもまた用いることができる。一般に、エンドレス研磨ベルトは、少なくとも１つの遊びロールおよびプラテンまたはコンタクトホイールを越えて旋回する。プラテンまたはコンタクトホイールの硬度は、所望のカット速度およびワークピース表面仕上げを得るために調節される。研磨ベルト速度は、所望のカット速度および表面仕上げに依存し、一般に約２０〜１００表面メートル／秒のどこか、典型的には３０〜７０表面メートル／秒の範囲である。ベルト寸法は、幅が約０．５ｃｍ〜１００ｃｍ、好ましくは１．０〜３０ｃｍ、長さが約５ｃｍ〜１，０００ｃｍ、好ましくは５０〜５００ｃｍの範囲である。
【００３４】
研磨テープは連続長さの研磨物品であり、幅が約１ｍｍ〜１，０００ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲であることができる。研磨テープは通常解かれて、テープをワークピースに押し付けるサポートパッドを越えて旋回し、次に巻き戻される。研磨テープは研磨界面を通して連続的に供給し、割り出しすることができる。
【００３５】
研磨材技術で「デイジー」として知られる形状にあるものをも含んでもよい研磨ディスクは、直径が約５０ｍｍ〜１，０００ｍｍ、好ましくは５０〜１００ｍｍの範囲であることができる。典型的には、研磨ディスクは、取付け手段によってバックアップ・パッドに固定され、１００〜２０，０００回転／分、典型的には１，０００〜１５，０００回転／分で回転することができる。
【００３６】
ワークピース
幾つかのワークピース、例えば、クランクシャフトは、軽くて硬いことから恩恵を受ける。ワークピースは軽い合金、例えばアルミニウム合金、またはスチールで形成されてもよい。しかしながら、これらのワークピースは、耐摩耗性のような、劣った機械的性質を有するかもしれない。
【００３７】
それ故、ワークピースはコーティングで被覆されてもよい。かかるコーティングは、表面機械的性質を改善する目的のために表面に塗布されてもよい、成分上への耐研磨性コーティング、ロールコーティング、熱バリアコーティング、耐熱性コーティング、寸法復元コーティングおよび他の研削し難いコーティングとして一般に塗布される。ハードコーティングの一タイプは溶射コーティングと言われる。溶融したまたはほぼ溶融した粒子を高速度で基材上へ衝突させると、かかるコーティングを生み出す。
【００３８】
具体的な実施形態では、コーティングは溶射コーティングである。コーティングは該コーティングを含む外面を生み出す。耐久性を改善するために、コーティングは一般にハード相材料、例えば金属合金、セラミックまたは金属とセラミックとの組合せである。ある実施形態では、コーティングはハード相および結合相の両方を含むであろう。
【００３９】
ハード相コーティングの例には、例えば、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムのような金属酸化物、炭化チタンおよび炭化クロムのような炭化物、窒化チタンおよび窒化ケイ素のような窒化物、ならびにクロム−ニッケル−ホウ素合金のようなハード金属コーティングが挙げられる。具体例では、コーティングは炭化タングステンである。
【００４０】
ある種の実施形態では、コーティングはハード相および結合相を含む。結合相は、ハード相をワークピースに結び付ける。一般に、結合相は、それが結合剤として機能するのを促進するために、ハード相の溶融温度より低い溶融温度を有するであろう。結合相の例には、金属および金属酸化物が挙げられる。具体例にはコバルトが挙げられる。具体的な一コーティングは炭化タングステンおよびコバルトである。一般に、ハード相は８５％〜９９重量％のコーティングと約１％〜約１５重量％の結合相とである。
【００４１】
溶射コーティングは、フレーム溶射、プラズマアーク溶射、移行式プラズマアーク溶射、アーク溶射ならびにフレーム溶射および溶融をはじめとする、任意の好適な方法によってワークピースに一般にコーティングされる。これらの方法は当業者には公知である。
【００４２】
研磨物品の使用方法
ワークピースは、上に議論されたように、強度を高めるためにコーティングされてもよい。かかるケースでは、研磨されるべき表面はワークピースの外面を含む。本方法は、凝集体内に超砥粒を含む研磨物品を提供する工程と、研磨物品をワークピースと接触させる工程とを伴う。ワークピースは、溶射ハード相を含む外面を一般に有する。ある実施形態では、外面は結合相をさらに含む。
【００４３】
研磨物品はワークピースの外面と接触させられる。研磨物品は次にワークピースと相対的に移動させられる。冷却液が界面に導入されてもよい。一般に、ベルトは、凝集体内の研磨粒子に最適の速度で、一般にはシステムが許す限り速く運転されるであろう。
【実施例】
【００４４】
本発明は、本発明の範囲を限定することを意図されない次の実施例によってさらに例示される。これらの実施例は例示目的のみのためであるに過ぎず、添付の特許請求の範囲に限定することを意図されない。
【００４５】
凝集体の作製
凝集体１〜２
仮バインダー溶液用の配合物を表１に報告する。このバインダーは焼成前に凝集体の十分な生強度を提供したし、焼成工程中にきれいに燃え尽きる。配合物を溶解するまで超音波浴中の閉じたビーカー中で混合した。
【００４６】
表１  鉱物用の仮バインダー
2006520699.tif 000003
【００４７】
使用するガラス粉末は、称号ＳＰ１０８６およびＳＰ２０１４でフロリダ州マールバラのスペシャルティ・ガラス・インコーポレーティッド（Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｇｌａｓｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ｏｆ  Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ，ＦＬ）から入手したアルミノ−ボロシリケートタイプであった。他の成分には、称号エアロゾル（Ａｅｒｏｓｏｌ）ＡＹ１００でニュージャージー州ウェスト・パターソンのサイテック・コーポレーション（Ｃｙｔｅｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗｅｓｔ  Ｐａｔｅｒｓｏｎ，ＮＪ）から入手したナトリウムジアミルスルホスクシネート界面活性剤、およびミシガン州ミッドランドのダウ・コーニング・コーポレーション（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）から入手したダウ−コーニング（Ｄｏｗ−Ｃｏｒｎｉｎｇ）６５消泡剤が含まれた。表２の配合物を使用して５０ミクロン・ダイヤモンド凝集化高強度および低強度粒子をそれぞれ製造した。ダイヤモンド粒子は、ＳＭＢ−５の商品名でミシガン州チェスターフィールドのナショナル・リサーチ・カンパニー（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｉｎ  Ｃｈｅｓｔｅｒｆｉｅｌｄ，ＭＩ）から入手した。
【００４８】
表２  重量パーセントでの鉱物用スラリー配合物
2006520699.tif 000004
【００４９】
各ケースで、スラリーを開いたビーカー・システム中で５分間、引き続き超音波浴で３０分間撹拌することによって十分に混合した。０．３６ｍｍ×０．３６ｍｍ×０．３６ｍｍの寸法および１０度のテーパー角を有する切頭四角錐形状の形の空洞を有するポリプロピレン成形用具を次にコーティングして上で調製したスラリーで空洞を満たした。過剰の材料を除去した。成形用具空洞を満たした後、スラリーを室温で一晩乾燥した。乾燥後に、凝集体前駆体を超音波ホーンの助けを借りて成形用具から取り出した。生じた生本体を次に耐火性セイガー（ｓａｇｅｒ）に移し、１．５℃／分の加熱速度で４００℃まで加熱し、当該温度に２時間保持した。
【００５０】
温度を次に２℃／分の加熱速度でガラスの軟化点の３０℃内まで上げ、当該温度に１時間保持して凝集体を溶融させた。この温度は、所与のガラスに所望の特性を与えるために選択する。より低い温度はより低い結合強度を与える傾向があり、より高い温度はより高い結合強度を与える傾向がある。溶融後に、炉の温度を２℃／分の冷却速度で室温まで冷却した。
【００５１】
凝集体の強度は、凝集体の圧縮試験を用い、強度分布を定量化して評価した。凝集体が５０％残存確率で耐え得る中央荷重を、製造した凝集体の全バッチについて定量化した。粒子を圧潰するのに必要とされる力を、イリノイ州アイタスカのシンポ・インスツルメンツ（Ｓｈｉｍｐｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｉｔａｓｃａ，ＩＬ）から入手したＦＧＥ−５０と称されるシンポ・フォース・ゲージ（Ｓｈｉｍｐｏ  Ｆｏｒｃｅ  Ｇａｇｅ）で測定した。
【００５２】
フロリダ州マールバラのスペシャルティ・ガラス・インコーポレーティッドから入手した２つのガラスフリッツ、ＳＰ１０８６およびＳＰ２０１４は、６８５℃および８２０℃で焼成された時に、それぞれ、２９８７ｐｓｉおよび５４７６ｐｓｉの中央強度を提供した。
【００５３】
凝集体３
凝集体１および２について記載した方法を用い、次の表３の配合物を使用して７４ミクロン・ダイヤモンドを組み込んだ凝集体を製造した。これらの凝集体を、０．３６ｍｍ×０．３６ｍｍ×０．３６ｍｍのポケット寸法の空洞中でそれらを成形することによって形成した。これらの凝集体を耐火セイガー中で、７１０℃で１時間焼成した。加熱および冷却サイクル条件の残りは、凝集体１および２についての上記と同じものであった。
【００５４】
表３
2006520699.tif 000005
【００５５】
凝集体４〜５
ＨＳ−２の商品名でカリフォルニア州ウォールナット・クリークのピナクル・アブレイシブス（Ｐｉｎｎａｃｌｅ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ  ｏｆ  Ｗａｌｎｕｔ  Ｃｒｅｅｋ，ＣＡ）から入手した立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）粒子を、凝集体１および２を形成するために用いた手順で次の配合物を使用して凝集体へ成形した。使用したガラス粉末はＳＰ２０１４であった。ＣＢＮおよびダイヤモンド凝集体の製造方法は同一であった。次の表４は、ＣＢＮ粒子用のスラリーを調製するために使用した成分を示す。
【００５６】
表４
2006520699.tif 000006
【００５７】
基材
イタリア国ミラノのサンプラ・ベルティング株式会社（Ｓａｍｐｌａ  Ｂｅｌｔｉｎｇ  ＳＰＡ  ｏｆ  Ｍｉｌａｎ，Ｉｔａｌｙ）から入手した双層（ｔｗｉｎ  ｐｌｙ）織りポリエステルクロス・タイプＸ６４２と特定されるポリエステル布基材材料を、被覆研磨材用の基材として使用した。このクロスを、織り基材への研磨材の粘着性を高めるために研磨材を前側にコーティングする前に、プライマー・エポキシ樹脂で処理した。プレコート処理として使用した配合物を表５に報告する。この樹脂を、ノッチ付きバー・コーターを用いて０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）ギャップで塗布し、室温で一晩硬化させた。
【００５８】
表５  基材プレコート配合物
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【００５９】
前側を次にバインダー前駆体と凝集化粒子との混合物でコーティングした。前駆体は表６に報告する配合物に従って調製した。前駆体用の樹脂ベースは、水性ポリマー溶液フェノール樹脂であった。使用した水性フェノール樹脂は、０．７５〜１．４％遊離ホルムアルデヒドおよび６〜８％遊離フェノール、約７８％のパーセント固形分を含有し、残りが水であり、ｐＨ約８．５で、１％未満の水酸化ナトリウム触媒入り、約２４００〜２８００センチポイズ粘度の社内生産レゾールフェノール樹脂であった。同等のレゾールフェノール樹脂は、アロフェン（Ａｒｏｆｅｎｅ）の商品名でケンタッキー州コヴィントンのアッシュランド・ケミカル・カンパニー（Ａｓｈｌａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，ｉｎ  Ｃｏｖｉｎｇｔｏｎ，ＫＹ）から商業的に入手可能である。この樹脂を、表６に示す割合で、商品名カボシル（Ｃａｂｏｓｉｌ）でイリノイ州タスコラのキャボット・コーポレーション（Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｔｕｓｃｏｌａ，ＩＬ）から入手した溶融シリカ、オーストリア国フィラッハのトライバッハー・シュライフミッテルＡＧ社（Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ｓｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌ  ＡＧ  ｏｆ  Ｖｉｌｌａｃｈ，Ａｕｓｔｒｉａ）から入手した９ミクロン酸化アルミニウム粉末、称号ＡＳＰ６００ピアレス・クレー（ｐｅｅｒｌｅｓｓ  ｃｌａｙ）でコネチカット州ノーウォークのＲ．Ｔ．ヴァンダービルト・カンパニー（Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｏｆ  Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ）から入手したピアレス・クレー、およびニュージャージー州ニュー・ブルンスウィックのアクロス・ケミカルズ（Ａｋｃｒｏｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ｉｎ  Ｎｅｗ  Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ，ＮＪ）から入手したインターウェット（Ｉｎｔｅｒｗｅｔ）３３と組み合わせた。混合物を、使用前に約３０〜４５分間十分に撹拌した。
【００６０】
表６  凝集体バインダー前駆体配合物
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【００６１】
実施例１〜７
実施例１および２のベルトは、それぞれベルト上で高いおよび低い中央圧潰強度レベルの研磨粒子で作製した。２つの強度レベルは、研磨凝集体１および２のバインダーとして２つの異なるガラスを使用することによって得られた。
【００６２】
ダイヤモンド凝集体用の最終コーティング混合物を、３０：２００の比で前駆体と共に表７に報告する凝集体を使用して調製した。混合物を、先に記載した前処理織り基材上へドクターブレードコーティングした。被覆基材を次にオーブン中へ移し、１．５℃／分の速度で室温から９３℃まで加熱した。オーブン中の温度を９３℃に９０分間保持した。オーブンを次に０．７℃／分の速度で１１０℃まで加熱し、当該温度に９．２５時間保持する。
【００６３】
実施例３および４のベルトは、それぞれベルト上で高いおよび低い中央圧潰強度レベルの研磨粒子で作製した。２つの強度レベルは、実施例１および２でのように研磨凝集体１および２のバインダーとして２つの異なるガラスを使用することによって得られた。ベルトを先ず０．１２５ｍｍのギャップでドクターブレードを使って前駆体でコーティングし、粒子をドロップコーティングし、ゴムロールで詰め込んだ。室温で乾燥後に追加の前駆体を塗料ローラーでサイズコートとして塗布した。被覆基材を次にオーブン中へ移し、１．５℃／分の速度で室温から９３℃まで加熱した。オーブン中の温度を９３℃に９０分間保持した。オーブンを次に０．７℃／分の速度で１１０℃まで加熱し、当該温度に９．２５時間保持する。
【００６４】
実施例５用の最終コーティング混合物を、８６：２００の前駆体比で凝集体３を使用して調製し、先に記載した前処理織り基材上へドクターブレードコーティングした。被覆基材を次にオーブン中へ移し、１．５℃／分の速度で室温から９３℃まで加熱した。オーブン中の温度を９３℃に９０分間保持した。オーブンを次に０．７℃／分の速度で１１０℃まで加熱し、当該温度に９．２５時間保持する。
【００６５】
実施例６および７は、８６：２００の凝集体対前駆体比で、それぞれ凝集体４および５を使用して作製した。それらを実施例１および２と同じ条件下でコーティングし、乾燥し、硬化させた。
【００６６】
表７
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【００６７】
試験手順
１．１７ｍ（４６インチ）長さのベルトを動かすために１４５．５ｍｍ（５．７３インチ）直径駆動輪を備えたダイナブレード（Ｄｙｎａｂｒａｄｅ）３ｈｐ研削機を用いた。駆動輪を、３０．５ｍ／秒（６０００フィート／分）の表面速度をもたらす４０００ｒｐｍで運転した。研削機をいかなる荷重もなしに１０秒間運転して冷却液流量およびベルト速度が定着されたことを確実にした。オハイオ州ペリーズバーグのマスター・ケミカル・コーポレーション（Ｍａｓｔｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｅｒｒｙｓｂｕｒｇ，ＯＨ）から入手した冷却液（Ｃｏｏｌａｎｔ）Ｃ３２０を水で４％に希釈し、ノズルの助けを借りて研削界面に供給した。ワークピースを、イリノイ州モニーのビムバ・マニュファクチャリング・カンパニー（Ｂｉｍｂａ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｏｎｅｅ，ＩＬ）から入手したビムバ（Ｂｉｍｂａ）１７１２空気圧シリンダの助けを借りて駆動研磨ベルト中へ突っ込んだ。時間の関数として除去された材料を記録した。試験の初めにおよび試験の終わりに、ワークピースの重量および／または長さを測定し、記録した。ベルトを、９０デュロメーター・ポリウレタン・コンタクトホイールを用いてワークピースが突っ込まれるポイントで支持した。
【００６８】
これらの評価に使用したワークピースを次の表８に提示する。
【００６９】
表８  研削されたワークピースの説明
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【００７０】
従来の単層ダイヤモンドまたはＣＢＮベルトは、表９に示すように使用中に材料除去能力の低下を一般に示す。単層ベルト、比較例Ａ、（ミネソタ州メープルウッドの３Ｍコーポレーションから入手した６４５０Ｊフレックス・ダイヤモンド５０）の初期カット速度は、約０．２ｍｍ／分（０．００８インチ／分）でスタートしたが、１時間の研削後にカット速度は０．０８１３ｍｍ／分（０．００３２インチ／分）に低下し、６時間の研削後にカット速度はさらに０．００７６ｍｍ／分（０．０００３インチ／分）に低下した。
【００７１】
実施例３ベルトと関係するカット速度は、最初の１時間内に０．０９６５ｍｍ／分（０．００３８インチ／分）に低下した。追加の６時間後に、カット速度は依然として約０．０８６４ｍｍ／分（０．００３４インチ／分）であった。
【００７２】
すべてのベルトは高い炭化タングステン除去速度でスタートした。速度は最初の１時間中に著しく低下した。これは、多くの被覆研磨ベルトに共通の挙動である。研削操作の大半は初期の鋭い低下の後に行われる。表９は、時間の関数としての研磨ベルトによる炭化タングステンの除去速度を示す。従来の単層ダイヤモンドベルト、比較例Ａもまた表９に示す。
【００７３】
表９  時間の関数としての各ベルトによるｍｍ／分単位のＷＣ除去速度
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【００７４】
１４５１ＪフレックスＣＢＮ１２５と称される（ミネソタ州メープルウッドの３Ｍコーポレーションから入手した）従来の単層メッキ柔軟性ＣＢＮベルト、比較例Ｃだけでなく、ＣＢＮ凝集体ベルト、実施例６および７、ならびに比較例Ｂ（ミネソタ州メープルウッドの３Ｍコーポレーションから入手した６４５０Ｊフレックス・ダイヤモンド７４と称される）を比較する試験を表１０にまとめる。ＣＲＣ−４１０コーティングはコネチカット州ダンベリーのプラクサイア社（Ｐｒａｘａｉｒ  Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ）から入手した。試験されるサンプルをＤ２スチール・ワークピース上に供給した。インディアナ州インディアナポリスにあるプラクサイア・サーフェス・テクノロジーズ社（Ｐｒａｘａｉｒ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）がこれらのコーティングを塗布した。すべての研削試験は、コーティングが下にあるワークピースを露出する前に打ち切った。
【００７５】
表１０  Ｄ２スチール上のプラクサイアＣＲＣ−４１０コーティングについての
研削速度（ｇ／分単位の）結果
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【００７６】
ＣＢＮ凝集体ベルト、ダイヤモンド凝集体ベルトおよび従来の単層メッキ柔軟性ダイヤモンドベルト、比較例Ｂ、ミネソタ州メープルウッドの３Ｍコーポレーションから入手した６４５０Ｊフレックス・ダイヤモンド７４を比較する試験を表１１に提示する。ＣＲＣ−１３５０コーティングはコネチカット州ダンベリーのプラクサイア社から商業的に入手可能である。試験されるサンプルをＤ２スチールワークピース上に供給した。インディアナ州インディアナポリスにあるプラクサイア・サーフェス・テクノロジーズ社がこれらのコーティングを塗布した。すべての研削試験は、コーティングが下にあるワークピースを露出する前に打ち切った。
【００７７】
表１１  Ｄ２スチール上のプラクサイア１３５０コーティングについての研削速度結果
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【００７８】
本発明の様々な修正および変更は本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の研磨物品の断面図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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