(57)【要約】  粉末噴射によるガラス質ボンド研磨物品及びそれらの前駆体の製造方法を開示する。本方法により作成されたガラス質ボンド研磨物品は、弓状又は蛇行状の冷却通路を有する研磨物品、単体構造化された研磨ディスク、研磨セグメント、賦形された研磨粒子、及び研磨ホイールを含む。
2018522746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス質ボンド研磨物品の製造方法であって、前記製造方法は、逐次的な工程を含み、前記逐次的な工程は、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層を限られた領域内に堆積する工程であり、前記固まっていない粉末粒子は、ガラス質ボンド前駆体粒子及び研磨粒子を含み、前記固まっていない粉末粒子の層は、実質的に均一な厚さを有する、工程、
ｉｉ）前記固まっていない粉末粒子の層の所定の領域に液状バインダ前駆体物質を噴出する工程、並びに
ｉｉｉ）前記液状バインダ前駆体物質を、前記所定の領域の前記固まっていない粉末粒子の粒子を一緒に結合する一時的バインダ物質に転換して、結合した粉末粒子の層を形成する工程、を逐次的に行うサブプロセスと、
ｂ）工程ａ）を独立して複数回実施して、前記結合した粉末粒子及び残った固まっていない粉末粒子を含む研磨物品プリフォームを生成する工程であり、各工程ａ）において、前記固まっていない粉末粒子が独立して選択され、前記液状バインダ前駆体物質は、独立して選択される、工程と、
ｃ）前記残った固まっていない粉末粒子の実質的に全てを前記研磨物品プリフォームから分離する工程と、
ｄ）前記研磨物品プリフォームを加熱して、ガラス質ボンド材料中に保持された前記研磨粒子を含む前記ガラス質ボンド研磨物品を提供する工程と、を逐次的に行う工程を含む、製造方法。
【請求項２】
前記研磨粒子は、ダイヤモンド粒子又は立方窒化ホウ素粒子のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記研磨粒子は、金属酸化物セラミック粒子を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
前記研磨粒子及び前記ガラス質ボンド材料は、同じ化学組成を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ガラス質ボンド研磨物品は、少なくとも１つの冷却通路を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記ガラス質ボンド研磨物品は、単体構造化された研磨ディスク、研磨研削ビット、研磨セグメント、及び研磨ホイールから成る群から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記液状バインダ前駆体物質は、溶存又は分散ポリマーを含有する液状ビヒクルを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記液状バインダ前駆体物質は、溶存又は分散した無機ガラス質ボンド前駆体を含有する液状ビヒクルを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記無機ガラス質ボンド前駆体は、αアルミナの前駆体を含む、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記固まっていない粉末粒子は、サブミクロンセラミック粒子を含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記固まっていない粉末粒子は、流動剤粒子を更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
工程ｄ）は、前記一時的バインダ物質をバーンアウトすることを更に含む、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
研磨粒子を内部に保持するガラス質ボンド材料を含むガラス質ボンド研磨物品であって、前記ガラス質ボンド研磨物品の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの蛇行状の冷却通路を有する、ガラス質ボンド研磨物品。
【請求項１４】
研磨粒子を内部に保持するガラス質ボンド材料を含むガラス質ボンド研磨物品であって、前記ガラス質ボンド研磨物品の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの弓状の冷却通路を有する、ガラス質ボンド研磨物品。
【請求項１５】
前記研磨粒子は、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子を含み、前記第１の研磨粒子及び前記第２の研磨粒子は前記ガラス質ボンド研磨物品内の所定の異なる領域内に配置されている、請求項１３又は１４に記載のガラス質ボンド研磨物品。
【請求項１６】
前記異なる領域は層である、請求項１５に記載のガラス質ボンド研磨物品。
【請求項１７】
前記研磨粒子は、ダイヤモンド粒子又は立方窒化ホウ素粒子のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のガラス質ボンド研磨物品。
【請求項１８】
前記研磨粒子は、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、又は金属酸化物セラミック粒子のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３〜１７のいずれか一項に記載のガラス質ボンド研磨物品。
【請求項１９】
前記ガラス質ボンド研磨物品は、単体構造化された研磨ディスク、研磨研削ビット、研磨セグメント、及び研磨ホイールから成る群から選択される、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載のガラス質ボンド研磨物品。
【請求項２０】
ガラス質ボンド前駆体物質により一緒に結合した研磨粒子を含むガラス質ボンド研磨物品前駆体であって、
前記ガラス質ボンド研磨物品前駆体の少なくとも一部を通って延びる延びる少なくとも１つの蛇行状の冷却通路、又は
前記ガラス質ボンド研磨物品前駆体の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの弓状の冷却通路、のうちの少なくとも１つを更に含む、ガラス質ボンド研磨物品前駆体。
【請求項２１】
前記研磨粒子は、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、又は金属酸化物セラミック粒子のうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載のガラス質ボンド研磨前駆体。
【請求項２２】
単体構造化研磨ディスクであって、
作業主表面を有する平面状セラミック基材と、
前記作業主表面から延びる精密に賦形されたセラミック研磨要素と、を備え、前記精密に賦形されたセラミック研磨要素と前記平面状セラミック基材とで単体の本体を形成する、単体構造化された研磨ディスク。
【請求項２３】
前記精密に賦形された研磨要素は、共通回転軸の周りに湾曲している、請求項２２に記載の単体構造化された研磨ディスク。
【請求項２４】
前記精密に賦形された研磨要素は湾曲している、請求項２３又は２４に記載の単体構造化された研磨ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、ガラス質結合マトリックス内の研磨粒子を有する研磨物品の製造方法、及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビトリファイドボンド研磨物品（例えば、研磨ホイール、研磨セグメント、及び砥石）は、研磨粒子（例えば、ダイヤモンド、立方窒化ホウ素、アルミナ、若しくはＳｉＣ）、ガラス質ボンド前駆体（例えば、ガラスフリット、セラミック前駆体）、任意選択的な細孔誘導剤（例えば、ガラス気泡、ナフタレン、破砕されたヤシ若しくはクルミ殻、又はアクリルガラス若しくはＰＭＭＡ）、並びに液状ビヒクル中の一時的有機バインダ（例えば、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール、尿素ホルムアルデヒド樹脂、若しくはデキストリンの水溶液）のブレンドを圧縮することによって製造されている。通例、研磨粒子、ガラス質ボンド前駆体、及び通常、細孔誘導剤をともにドライブレンドする。次に、一時的有機バインダ溶液を加え、粒子混合物を浸潤させる。次に、ブレンドされた混合物を、離型剤で処理された焼入鋼成形型内に配置し、次に、ガラス質ボンド前駆体がガラス質ボンドマトリックス（当技術分野において、「ガラス質ボンド」及び「ガラス質バインダ」とも呼ばれる）に転換されるまで加熱する。
【０００３】
この製作手法には多くの欠点がある。それらは各研磨物品の形状によって専用の成形型が必要となること、成形型は通例、高価であり、かつ製作のための長いリードタイムを有すること、いかなる設計変更も、新たな成形型の製作を必要とすること、成形できる形状が制限がされ、アンダーカット、又は冷却通路などの内部構造を有する複雑な形状が概ね不可能であること、成形型が摩耗し、成形型当りで製造できるユニット数が制限されること、成形型に研磨材混合物が充填されている間、成分が分離する場合があり、容易に視認可能な、不均質な研磨成分及び密度のむらを引き起こすこと。更に、プロセスが手動であり、労働集約的である。
【０００４】
粉末床バインダ噴射は、積層造形法、すなわち「３Ｄプリンティング」の技術であり、この技術では、粉末の薄層が、噴射された液状バインダ混合物により所望の箇所で一時的に結合される。一般的に、そのバインダ混合物は、インクジェットプリントヘッドにより吐出され、好適な溶剤又は担体液に溶けたポリマーから成る。一方法では、バインダは、他の粉末と混合した粉末、又は粉末にコーティングし乾燥した粉末であり、次いで、水又は溶剤混合物などの活性化液を、粉末に噴射して、選択エリアのバインダを活性化する。
【０００５】
そして、プリントされた粉末層を、少なくとも部分的に乾燥し、位置を下げて、次の粉末層を展開できるようにする。完全な物体が形成されるまで、粉末の展開、結合及び乾燥のプロセスを繰り返すことができる。物体及び周囲の粉末を、プリンタから取り出し、多くの場合、乾燥又は硬化して更に強度を付加して、硬化した物体を周囲の粉末から取り出せるようにする。
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、本開示は、ガラス質ボンド研磨物品の製造方法を提供する。この製造方法は、逐次的な工程を含み、逐次的な工程は、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層を限られた領域内に堆積する工程であり、固まっていない粉末粒子は、ガラス質ボンド前駆体粒子及び研磨粒子を含み、固まっていない粉末粒子の層は、実質的に均一な厚さを有する、工程、
ｉｉ）固まっていない粉末粒子の層の所定の領域に液状バインダ前駆体物質を噴出する工程、並びに
ｉｉｉ）液状バインダ前駆体物質を、所定の領域の固まっていない粉末粒子の粒子を一緒に結合する一時的バインダ物質に転換して、結合した粉末粒子の層を形成する工程、を逐次的に行うサブプロセスと、
ｂ）工程ａ）を独立して複数回実施して、結合した粉末粒子及び残った固まっていない粉末粒子を含む研磨物品プリフォームを生成する工程であり、各工程ａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択され、液状バインダ前駆体物質は、独立して選択される、工程と、
ｃ）残った固まっていない粉末粒子の実質的に全てを研磨物品プリフォームから分離する工程と、
ｄ）研磨物品プリフォームを加熱して、ガラス質ボンド材料中に保持された研磨粒子を含むガラス質ボンド研磨物品を提供する工程と、を逐次的に行う工程を含む。
【０００７】
有利なことに、本開示に係る方法は、ガラス質ボンド研磨物品を大量又は短期間の生産で製造するのに適している。
【０００８】
したがって、別の態様では、本開示は、研磨粒子を内部に保持するガラス質ボンド物質を含むガラス質ボンド研磨物品であって、ガラス質ボンド研磨物品の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの蛇行状の冷却通路を有する、ガラス質ボンド研磨物品を提供する。
【０００９】
更に別の態様では、本開示は、研磨粒子を内部に保持するガラス質ボンド物質を含むガラス質ボンド研磨物品であって、ガラス質ボンド研磨物品の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの弓状の冷却通路を有する、ガラス質ボンド研磨物品を提供する。
【００１０】
更に別の態様では、本開示は、ガラス質ボンド前駆体物質により一緒に結合した研磨粒子を含むガラス質ボンド研磨物品前駆体であって、
ガラス質ボンド研磨物品前駆体の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの蛇行状の冷却通路、又は
ガラス質ボンド研磨物品前駆体の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの弓状の冷却通路、のうちの少なくとも１つを更に含む、ガラス質ボンド研磨物品前駆体を提供する。
【００１１】
更に別の態様では、本開示は、単体構造化された研磨ディスクであって、
作業主表面を有する平面状セラミック基材と、
作業主表面から延びる精密に賦形されたセラミック研磨要素と、を備え、この精密に賦形されたセラミック研磨要素と平面状セラミック基材とで単体の本体を形成する、単体構造化された研磨ディスクを提供する。
【００１２】
第２２の実施形態では、本開示は、精密に賦形された研磨要素は、共通回転軸の周りに湾曲している、第１９の実施形態に係る単体構造化された研磨ディスクを提供する。
【００１３】
本明細書で使用する時、用語「ガラス質ボンド」は、無機セラミック、ガラス、及びガラスセラミックを含む。
【００１４】
本開示の特徴及び利点は、「発明を実施するための形態」並びに添付された「特許請求の範囲」を考慮することで、更に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示に係るガラス質ボンド研磨物品の製造方法の概略プロセスフロー図である。
【図２】本開示に従って調製可能な、例示的なガラス質ボンド研磨ホイール２００の概略断面平面図である。
【図３】本開示に従って調製可能な、例示的なガラス質ボンド研磨ホイール３００の概略断面平面図である。
【図４】本開示に従って調製可能な、例示的なガラス質ボンド研磨セグメント４００の概略斜視図である。
【図５】本開示に従って調製可能な、ガラス質ボンド研磨ホイール５００の概略斜視図である。
【図６Ａ】本開示に従って調製可能な、単体構造化された研磨ディスク６００の概略斜視図である。
【図６Ｂ】単体構造化された研磨ディスク６００の概略平面図である。
【図７Ａ】本開示に従って調製可能な、単体構造化された研磨ディスク７００の概略斜視図である。
【図７Ｂ】単体構造化された研磨ディスク７００の概略平面図である。
【図８】本開示に従って調製可能な、回転研磨工具８００の概略斜視図である。  本明細書及び図中で繰り返し使用される参照符号は、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことが意図される。本開示の原理の範囲及び趣旨に含まれる他の多くの改変形態及び実施形態が当業者によって考案されうることが理解されるべきである。図面は、縮尺通りに描かれていない場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示によるガラス質ボンド研磨物品の製造方法は共通の積層サブプロセスを含む。サブプロセスは、少なくとも３つの工程を逐次的に、好ましくは連続的に（ただし、必須ではない）実施することを含む。
【００１７】
図１は、ガラス質ボンド研磨物品の製造に使用される例示的な粉末噴射プロセス１００を概略的に図示している。
【００１８】
第１の工程では、固まっていない粉末粒子１１０の層１３８を、限られた領域１４０に堆積する。層１３８は、実質的に均一な厚さとするべきである。例えば、層の厚さは、５０ミクロン未満、好ましくは、３０ミクロン未満、及びより好ましくは、１０ミクロン未満で変化しうる。層は、噴射された液状バインダ前駆体物質が、適用された場所にある、固まっていない粉末の全てを結合できる限り、約１ミリメートルまでの任意の厚さを有してもよい。好ましくは、層の厚さは、約１０ミクロン〜約５００ミクロン、１０ミクロン〜約２５０ミクロン、より好ましくは、約５０ミクロン〜約２５０ミクロン、及びより好ましくは、約１００ミクロン〜約２００ミクロンである。
【００１９】
固まっていない粉末粒子はガラス質ボンド前駆体粒子及び研磨粒子を含む。
【００２０】
ガラス質ボンド前駆体粒子は、ガラス質物質に熱的に転換され得る任意の物質の粒子を含み得る。例としては、ガラスフリット粒子、セラミック粒子、セラミック前駆体粒子、及びこれらの組合わせが挙げられる。
【００２１】
本開示に係る研磨粒を互いに固結するガラス質ボンドは、例えば、研磨材の技術分野において知られた任意の好適な組成のものであることができる。ガラス質ボンド相はまた、当技術分野において、「セラミックボンド」、「ガラス質相」、「ガラス質マトリックス」、又は「ガラスボンド」として様々に知られており、（例えば、組成に依存して）、高温に加熱されると反応して一体的なガラス質ボンド相を形成する、１つ以上の酸化物（例えば、金属酸化物及び／若しくはボリア）、並びに／又はフリット（即ち、小粒子）としての少なくとも１つのケイ酸塩から生成されてもよい。例としては、ガラス粒子（例えば、再生ガラスフリット、水ガラスフリット）、シリカフリット（例えば、ゾル−ゲルシリカフリット）、アルミナ三水和物粒子、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、及びこれらの組合わせが挙げられる。好適なフリット、これらの原料、及び組成物は当該技術分野において既知である。
【００２２】
研磨物品は通例、研磨粒、ガラス質ボンド前駆体、任意選択の細孔形成剤、及び一時的バインダで構成された未焼成構造体を形成することによって調製される。未焼成構造体はその後焼成される。ガラス質ボンド相は通常、本開示の研磨物品を生成するためのプロセスの焼成工程において生成される。典型的な焼成温度は、５４０℃〜１７００℃（１０００°Ｆ〜３１００°Ｆ）の範囲である。焼成工程のために選択される温度及びガラス質ボンド相の組成は、ガラス質ボンド研磨物品中に含有される研磨粒子の物理的特性及び／又は組成に悪影響を与えないように選定されなければならないことを理解されたい。
【００２３】
有用なガラスフリット粒子は、ガラス質ボンド研磨物品における使用のために知られている任意のガラスフリット物質を含み得る。例としては、シリカガラスフリット、ケイ酸塩ガラスフリット、ホウケイ酸塩ガラスフリット、及びこれらの組合わせから成る群から選択されるガラスフリットが挙げられる。一実施形態では、代表的なガラス質固結物質は、約７０〜９０％のＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３、１〜２０％のアルカリ酸化物、１〜２０％のアルカリ土類酸化物、及び１〜２０％の遷移金属酸化物を含有する。別の実施形態では、ガラス質固結物質は、約８２ｗｔ％のＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３、５％のアルカリ金属酸化物、５％の遷移系列金属酸化物、４％のＡｌ２Ｏ３、及び４％のアルカリ土類酸化物の組成を有する。別の実施形態では、ガラス質固結物質として、約２０％のＢ２Ｏ３、６０％のシリカ、２％のソーダ、及び４％のマグネシアを有するフリットを使用することができる。当業者であれば、上記の特定の成分及びそれらの成分の量が、該組成物で形成される最終研磨物品に特定の性質を与えることを一部目的として選択されることができる点が理解されよう。
【００２４】
ガラスフリットのサイズは様々であり得る。例えば、それは研磨粒子と同じサイズであっても異なってもよい。典型的には、ガラスフリットの平均粒径は、約０．０１マイクロメートル〜約１００マイクロメートル、好ましくは、約０．０５マイクロメートル〜約５０マイクロメートル、及び最も好ましくは、約０．１マイクロメートル〜約２５マイクロメートルの範囲である。少なくとも約５のモース硬度を有する研磨粒子の平均粒径に対する、ガラスフリットの平均粒径は、様々であり得る。通例、ガラスフリットの平均粒径は、研磨剤の平均粒径の約１〜約２００パーセント、好ましくは、約１０〜約１００パーセント、及び最も好ましくは、約１５〜約５０パーセントである。
【００２５】
典型的には、固まっていない粉末粒子中における、ガラス質ボンド前駆体粒子の、研磨粒子に対する重量比は、約１０：９０〜約９０：１０の範囲である。ガラス質ボンド前駆体粒子の形状もまた、様々であり得る。典型的に、それらは形状が不規則である（例えば、破砕され、任意選択的に選別される）。ただし、これは必要条件ではない。例えば、それらは、球状、立方体状、又は何らかの他の所定の形状であってもよい。
【００２６】
好ましくは、ガラス質ボンド前駆体粒子の熱膨張係数は研磨粒子のものと同じであるか、又は実質的に同じである。
【００２７】
１つの好ましいガラス質ボンドは、ＳｉＯ２  ６３．２８、ＴｉＯ２  ０．３２、Ａｌ２Ｏ３  １０．９９、Ｂ２Ｏ３  ５．１１、Ｆｅ２Ｏ３  ０．１３、Ｋ２Ｏ  ３．８１、Ｎａ２Ｏ  ４．２０、Ｌｉ２Ｏ  ４．９８、ＣａＯ  ３．８８、ＭｇＯ  ３．０４及びＢａＯ  ０．２６の酸化物ベースのモルパーセント（％）組成を有する。これらの含有成分の焼成は通例、温度を長時間（例えば、約２５〜２６時間）にわたって室温から１１４９℃（２１００°Ｆ）へ上昇させ、最大温度で（例えば、数時間）保持し、その後、焼成された物品を更に長時間（例えば、２５〜３０時間）にわたって室温まで冷却することによって達成される。
【００２８】
ガラス質ボンド前駆体粒子はセラミック粒子を含んでもよい。このような場合には、セラミック粒子の焼結及び／又は溶融がガラス質マトリックスを形成する。任意の焼結可能及び／又は溶融可能セラミック物質が用いられ得る。好ましいセラミック物質としては、アルミナ、ジルコニア、及びこれらの組合わせが挙げられる。
【００２９】
所望の場合には、αアルミナセラミック粒子は、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、イットリア、希土類酸化物、ジルコニア、ハフニウム、クロム、又は同様のものなどの金属の酸化物で修飾されてもよい。アルミナ及びジルコニア研磨粒子は、例えば、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒら）、同第４，５１８，３９７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒら）、同第４，５７４，００３号（Ｇｅｒｋ）、同第４，６２３，３６４号（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒら）、同第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）、及び同第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）において開示されているとおりの、ゾル−ゲルプロセスによって製造されてもよい。
【００３０】
ガラス質ボンド前駆体粒子は、ガラス質ボンド前駆体粒子と研磨粒子との複合体積の１０〜４０体積パーセント、好ましくは、研磨組成物の１５〜３５体積パーセントの量で存在してもよい。
【００３１】
研磨物品の製造を補助し、及び／又はこのような物品の性能を工場させるために、様々な結合接着物品の製造において様々な添加物を使用することは既知である。本開示の実施において同様に使用され得るこのような従来の添加物としては、限定するものではないが、潤滑剤、充填剤、細孔誘導剤、及び加工助剤が挙げられる。潤滑剤の例としては、黒鉛、硫黄、ポリテトラフルオロエチレン及び二硫化モリブデンが挙げられる。細孔誘導剤の例としては、ガラス気泡及び有機粒子が挙げられる。例えば、添加物の意図された目的のために、当技術分野において知られているとおりの添加物の濃度が採用されてもよい。好ましくは、添加物は、本開示の実施において採用された研磨粒子に対してほとんど又は全く悪影響を及ぼさない。
【００３２】
固まっていない粉末粒子は、任意選択的に、それらの流動性及び層の展開の均一性を向上するために改質されていてもよい。粉末の改良方法としては、凝集、噴霧乾燥、ガス噴霧又は水噴霧、フレーム形成、粒状化、ミリング加工、及び篩分けが挙げられる。追加的に、例えば、ヒュームドシリカ、ナノシリカ、ステアリン酸塩類、及びデンプンなどの流動剤が任意選択的に添加されてもよい。
【００３３】
ガラス質ボンド前駆体粒子は、例えば、焼成されると、対応するセラミック形態へ転換する、ボーキサイト、ベーマイト、か焼アルミナ、又はか焼ジルコニアなどのセラミック前駆体（例えば、アルミナ又はジルコニアの前駆体）を含んでもよい。
【００３４】
ガラス質結合研磨物品（例えば、研磨ホイール）を製造するための、当該技術分野において既知の手順及び条件、並びに特に、ガラス質ボンド研磨物品を製造するための手順及び条件が、本開示の研磨物品を製造するために使用され得る。これらの手順は、当該技術分野における従来的かつ既知の器具を利用し得る。
【００３５】
研磨粒子は、研磨材産業において用いられる任意の研磨粒子を含み得る。好ましくは、研磨粒子は、少なくとも４、好ましくは、少なくとも５、より好ましくは、少なくとも６、より好ましくは、少なくとも７、より好ましくは、少なくとも８、より好ましくは、少なくとも８．５、及びより好ましくは、少なくとも９のモース硬度を有する。一部の実施形態では、研磨粒子は超砥粒（superabrasive）粒子を含む。本明細書で使用する時、用語「超砥粒」は、炭化ケイ素のもの以上の硬度を有する任意の研磨粒子（例えば、炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方窒化ホウ素、及びダイヤモンド）を指す。
【００３６】
好適な研磨物質の具体例としては、酸化アルミニウム（例えば、αアルミナ）物質（例えば、溶融、熱処理、セラミック、及び／若しくは焼結酸化アルミニウム物質）、炭化ケイ素、二ホウ化チタン、窒化チタン、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、立方窒化ホウ素（ＣＢＮ）、ガーネット、溶融アルミナ−ジルコニア、ゾル−ゲル由来研磨粒子、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、並びにこれらの組合わせが挙げられる。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、ゾル−ゲル由来研磨粒子の例を見出すことができる。（例えば、米国特許第６，５５１，３６６号（Ｄ’Ｓｏｕｚａら）に記載されているとおりの）ガラス質ボンドマトリックス中により微細な研磨粒子を含む凝集研磨粒子も同様に用いられ得る。
【００３７】
微細な細粒度を達成するために、固まっていない粉末粒子は、好ましくは、４００ミクロン以下、好ましくは、２５０ミクロン以下、より好ましくは、２００ミクロン以下、より好ましくは、１５０ミクロン以下、１００ミクロン以下、又は更に８０ミクロン以下の最大サイズを有するように（例えば、篩い分けによって）サイズが設定される。ただし、より大きなサイズもまた用いられ得る。ガラス質ボンド前駆体粒子、研磨粒子、及びあらゆる任意選択の追加的な粒子成分は、同じ、又は異なる最大粒子サイズ、Ｄ９０、Ｄ５０、及び／又はＤ１０粒径分布パラメータを有し得る。
【００３８】
固まっていない粉末粒子は、例えば、細孔誘導剤、及び／又は充填剤粒子などの他の成分を任意選択的に更に含んでもよい。細孔誘導剤の例としては、ガラス気泡及び有機粒子が挙げられる。
【００３９】
次に、液状バインダ前駆体物質１７０を、層１３８の（１つ以上の）所定の領域１８０にプリンタ１５０により噴射する。液状バインダ前駆体物質は、よって、領域１８０内の固まっていない粉末粒子をコーティングし、その後に、領域１８０内の固まっていない粉末粒子を互いに結合するバインダ物質に転換される。液状バインダ前駆体物質は、（例えば、気化、又は熱硬化、化学硬化、及び／又は（例えば、ＵＶ光又は可視光を用いる）放射線硬化によって）、噴射パターン（及び、複数の繰返しによる最終３Ｄ形状）に従って、固まっていない粉末粒子を結合するバインダ物質に転換されうる任意の組成であってよい。
【００４０】
一部の実施形態では、液状バインダ前駆体物質は、溶存ポリマーを含有する液状ビヒクルを含む。液体は、有機溶剤及び水の１つ以上を含みうる。例示的な有機溶剤としては、アルコール（例えば、ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル）、ケトン、及びエーテルが挙げられ、１００℃超の引火点を有することが好ましい。
【００４１】
好適な１つ又は複数の溶剤の選択は、一般的に、例えば、所望の表面張力及び粘度、選択された微粒子固体など、具体的な用途の要件に依存する。
【００４２】
液状ビヒクルは、完全に水とすることができ、又は１つ以上の有機溶剤との組合せで水を含むことができる。水溶性ビヒクルは、総重量ベースで、少なくとも２０パーセントの水、少なくとも３０パーセントの水、少なくとも４０パーセントの水、少なくとも５０パーセントの水、又は少なくとも７５パーセントの水を含むことが好ましい。
【００４３】
一部の実施形態では、１つ以上の有機溶剤が、例えば、液状ビヒクルの乾燥スピードを制御するために、液状ビヒクルの表面張力を制御するために、（例えば、界面活性物質等の）含有成分の溶解を可能にするために、又は、含有成分のうちのいずれかの二次的成分として、液状ビヒクルに含まれていてもよく、例えば、有機助溶剤が、液状ビヒクルの含有成分として添加された界面活性物質内に存在してもよい。例示的な有機溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール、及びイソブチルアルコールなどのアルコール；アセトン、メチルエチルケトン、及びジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール；酢酸エチル及び乳酸エチルなどのエステル；エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，２，４−ブタントリオール、１，５−ペンタンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、ヘキシレングリコール、グリセロール、グリセロールエトキシレート、トリメチロールプロパンエトキシレートなどの多価アルコール類；エチレングリコールメチル若しくはエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、トリエチレングリコールメチル若しくはエチルエーテル、エチレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールｎ−プロピルエーテル、トリプロピレングリコールｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、及びジプロピレングリコールジメチルエーテルなどの低級アルキルエーテル；２−ピロリジノン及びＮ−メチル−２−ピロリジノンなどの窒素含有化合物；ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホン、及びチオグリコールなどの硫黄含有化合物類、並びに前述したものの任意の組合わせが挙げられる。
【００４４】
液状ビヒクル内の有機溶剤及び／又は水の量は、特に、粘度、表面張力、及び／又は乾燥速度など、液状バインダ前駆体物質の所望の特性などの多くの要因に依存する場合があり、それらは、例えば、ピエゾ式又はサーマル式のプリントヘッドなど、液状ビヒクルインクとともに使用されることが意図されるインクジェット印刷技術のタイプなどの要因に依存する場合がある。
【００４５】
液状バインダ前駆体物質は、液状ビヒクル内に溶解可能又は分散可能であるポリマーを含みうる。好適なポリマーの例としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニルカプロラクタム、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）（ＰＥＯＸ）、ポリビニルブチラート、メチルビニルエーテル及び無水マイレン酸のコポリマー、アクリル酸の特定のコポリマー、及び／又はヒドロキシエチルアクリレート、メチルセルロース、天然ポリマー（例えば、デキストリン、グアーガム、キサンタンガム）が挙げられうる。これらのうち、主に水である液状ビヒクルともに使用するためには、ポリビニルピロリドン類が好ましい。所望に応じて、代わりに又は追加で、上に列挙したもの以外の他の有機ポリマーを使用してもよい。
【００４６】
液状バインダ前駆体物質は、１つ以上のフリーラジカル重合性、そうでなければ放射線硬化性材料の物質、例えば、アクリル系モノマー類及び／若しくはオリゴマー類並びに／又はエポキシ樹脂類を含んでもよい。また、フリーラジカル重合性の、そうでなければ放射線硬化性の物質を硬化させるための有効量の光開始剤及び／又は光触媒が含まれてもよい。好適な（メタ）アクリレートモノマー及びオリゴマー、そうでなければ放射線硬化性物質（例えば、エポキシ樹脂）の例が、例えば米国特許第５，７６６，２７７号（ＤｅＶｏｅら）に見られる。
【００４７】
一部の好ましい実施形態では、液状バインダ前駆体物質は、金属ナノ粒子及び／又は金属酸化物ナノ粒子を本質的に含まない（例えば、それらを１パーセント未満、０．１パーセント未満、０．０１パーセント未満を含むか、又は含まない）。本明細書で使用する時、用語「ナノ粒子」は、１ミクロン以下、例えば、５００ナノメートル（ｎｍ）以下、又は更に１５０ｎｍ以下の平均粒子径を有する粒子を指す。
【００４８】
代替的に、又は加えて、液状バインダ前駆体は、アルミナ及び／又はジルコニアのためのセラミック前駆体を含む水性ゾルであってもよい。例としては、水性ベーマイトゾル類及びジルコニアゾル類が挙げられる。このような場合には、焼成後に、液状バインダ前駆体は、研磨粒子と同じ、又は異なる組成を有し得る。例えば、米国特許第６，３７６，５９０号（Ｋｏｌｂら）に、ジルコニアゾル類に関する詳細を見出すことができる。例えば、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒら）、同第５，１７８，８４９号（Ｂａｕｅｒ）、同第４，５１８，３９７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）、同第４，８８１，９５１号（Ｗｏｏｄら）、同第４，９６０，４４１号（Ｐｅｌｌｏｗら）、同第５，０１１，５０８号（Ｗａｌｄら）、同第５，０９０，９６８号（Ｐｅｌｌｏｗ）、同第５，１３９，９７８号（Ｗｏｏｄ）、同第５，２０１，９１６号（Ｂｅｒｇら）、同第５，２２７，１０４号（Ｂａｕｅｒ）、同第５，３６６，５２３号（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔら）、同第５，４２９，６４７号（Ｌａｒｍｉｅ）、同第５，５４７，４７９号（Ｃｏｎｗｅｌｌら）、同第５，４９８，２６９号（Ｌａｒｍｉｅ）、同第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）、同第５，７２５，１６２号（Ｇａｒｇら）、及び同第５，７７６，２１４号（Ｗｏｏｄ）に、ベーマイトゾル類に関する詳細を見出すことができる。
【００４９】
噴出された液状バインダ前駆体物質は、例えば、液状バインダ前駆体物質中の液状ビヒクルの蒸発によって、固まっていない粉末粒子の所定の領域内で固まっていない粉末粒子を一緒に結合するバインダ物質へ転換されて、結合した粉末粒子の層を形成する。これらの実施形態では、バインダ物質を十分に高い温度に加熱することで、後続の焼成工程の間にそれを揮発及び／又は分解（例えば、「バーンアウト」）させる。冷却は、当技術分野において周知の任意の手段（例えば、サブゼロ急冷又は室温への空冷）によって達成されうる。
【００５０】
図１を再び参照すると、噴出された液状バインダ前駆体物質１７０は、例えば、液状バインダ前駆体物質中の液状ビヒクルの気化によって、固まっていない粉末粒子の少なくとも１つの所定の領域にある固まっていない粉末粒子を結合するバインダ物質へ転換されて（工程１９０）、結合した粉末粒子の層を形成する。これらの実施形態では、バインダ物質を十分に高い温度に加熱することによって、その後の焼結又は注入工程において揮発及び／又は分解（例えば、「バーンアウト」）させる。
【００５１】
次いで、上記の工程は、３次元（３−Ｄ）研磨物品プリフォームにおいて、繰返しにより得られる所定のデザインに従って、噴射が実施される領域を層毎に変更しながら、繰り返される（工程１８５）。各々の繰返しでは、固まっていない粉末粒子及び液状バインダ前駆体物質は、独立して選択されてよい。すなわち、固まっていない粉末粒子及び液状バインダ前駆体物質のうちのいずれか又は両方が、隣接する堆積層のものと同じでもよく、異なっていてもよい。
【００５２】
研磨物品プリフォームは、結合した粉末粒子及び残った固まっていない粉末粒子を含む。研磨物品プリフォームを形成するために十分な繰返しを実施した後、同プリフォームを、残った固まっていない粉末粒子の実質的に全て（例えば、少なくとも８５パーセント、少なくとも９０パーセント、好ましくは少なくとも９５パーセント、より好ましくは少なくとも９９パーセント）から分離することが好ましいが、このことは必須ではない。
【００５３】
所望に応じて、異なる粉末を各々に収容する複数の粒子貯蔵槽を使用してもよい。同様に、共通のプリントヘッド、又は好ましくは別個のプリントヘッドのいずれかを用いて、異なる複数の液状バインダ前駆体物質を使用してもよい。これによって、ビトリファイドボンド研磨物品に、異なる個別の領域に分布した、異なる粉末／バインダがもたらされる。例えば、比較的廉価であるが、性能の低い研磨粒子及び又はガラス質ボンド前駆体粒子は、高い性能特性を有することが特に重要とされない（例えば、研磨面から離れた内部における）ビトリファイドボンド研磨物品の領域に割り当ててもよい。
【００５４】
概して、このような仕方で製造されたガラス質ボンド研磨物品はそれらの体積全体にわたって相当な多孔性を有する。したがって、研磨物品プリフォームは、次に、追加のガラス質ボンド前駆体物質の溶液若しくは分散液、又は結晶粒成長変性剤を注入されてもよい。
【００５５】
本開示を実施するために適した粉末噴射機器が、例えば、ＥｘＯｎｅ，Ｎｏｒｔｈ  Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから市販されている。例えば、米国特許第５，３４０，６５６号（Ｓａｃｈｓら）及び同第６，４０３，００２（Ｂ１）号（ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｇｅｅｓｔ）に、本開示を実施するために適した粉末噴射技法に関する更なる詳細を見出すことができる。
【００５６】
有利に、本開示に係る方法は、他の方法によっては容易に、又はたやすく製作され得ない様々なガラス質ボンド研磨物品を製造するために適している。例えば、結合していない固まっていない粉末の除去のための研磨材プリフォームの外部への開口部が存在している限り、内部空隙を含むことが可能である。したがって、本開示の方法を用いて、蛇行状及び又は弓状経路を有する冷却通路を容易に製作することができる。冷却通路はガラス質ボンド研磨物品の外部へ開く。いくつかの実施形態では、それらは単一の開口部を有するが、より典型的には、それらは２つ以上の開口部を有する。冷却媒体（例えば、空気、水又は油）が冷却通路（単数又は複数）を通して循環し、研磨の間に発生した熱を除去する。
【００５７】
次に図２を参照すると、例示的なガラス質ボンド研磨ホイール２００は弓状及び蛇行状の冷却通路２１０をそれぞれ有する。
【００５８】
図３は、蛇行状の冷却通路３２０を有する別の例示的なガラス質ボンド研磨ホイール３００を示す。
【００５９】
本開示の方法に従って調製可能なガラス質ボンド研磨物品は、本質的に任意の既知のガラス質ボンド研磨物品、例えば、単体構造化された研磨ディスク、研削刃、研磨セグメント、賦形された研磨粒子（例えば、三角形状研磨粒子）、及び研磨ホイール、並びに現在のところ未知の多くのガラス質ボンド研磨物品を含む。
【００６０】
図４は例示的なガラス質ボンド研磨セグメント４００を示す。一般的な使用においては、複数のガラス質ボンド研磨セグメント４００を、金属ディスクの周縁に沿って一様に間隔を設けて取り付け、研磨ホイールを形成する。
【００６１】
図５はガラス質ボンド研磨ディスク５００を示し、２つの領域５１０、５２０を有する。各領域は、ガラス質ボンドマトリックス材料５５０、５６０中に保持された研磨粒子５３０、５４０をそれぞれ有する。
【００６２】
図６Ａ〜図６Ｂ及び図７Ａ〜図７Ｂは、セラミック平面状基材６２０、７２０と一体的に形成された、精密に賦形されたセラミック研磨要素６１０、７１０を有する様々な単体構造化された研磨ディスクをそれぞれ示す。
【００６３】
図８は、回転研磨工具８００（例えば、Ｄｒｅｍｅｌ工具などの、手持ち式モータ駆動シャフトのための刃）を示す。
【００６４】
図２及び図３に示される上述のガラス質研磨ホイールは、対応する未焼成体（即ち、同じ大まかな形状特徴を有するが、一時的バインダによってくっつけられたガラス質ボンド前駆体粒子を含む）を焼成することによって、調製することができる。
【００６５】
本開示の選択される実施形態
第１の実施形態では、本開示は、ガラス質ボンド研磨物品の製造方法であって、製造方法は、逐次的な工程を含み、逐次的な工程は、
ａ）
ｉ）固まっていない粉末粒子の層を限られた領域内に堆積する工程であり、固まっていない粉末粒子は、ガラス質ボンド前駆体粒子及び研磨粒子を含み、固まっていない粉末粒子の層は、実質的に均一な厚さを有する、工程、
ｉｉ）固まっていない粉末粒子の層の所定の領域に液状バインダ前駆体物質を噴出する工程、並びに
ｉｉｉ）液状バインダ前駆体物質を、所定の領域の固まっていない粉末粒子の粒子を一緒に結合する一時的バインダ物質に転換して、結合した粉末粒子の層を形成する工程、を逐次的に行うサブプロセスと、
ｂ）工程ａ）を独立して複数回実施して、結合した粉末粒子及び残った固まっていない粉末粒子を含む研磨物品プリフォームを生成する工程であり、各工程ａ）において、固まっていない粉末粒子が独立して選択され、液状バインダ前駆体物質は、独立して選択される、工程と、
ｃ）残った固まっていない粉末粒子の実質的に全てを研磨物品プリフォームから分離する工程と、
ｄ）研磨物品プリフォームを加熱して、ガラス質ボンド材料中に保持された研磨粒子を含むガラス質ボンド研磨物品を提供する工程と、を逐次的に行う工程を含む。
【００６６】
第２の実施形態では、本開示は、研磨粒子は、ダイヤモンド粒子又は立方窒化ホウ素粒子のうちの少なくとも１つを含む、第１の実施形態に係る方法を提供する。
【００６７】
第３の実施形態では、本開示は、研磨粒子は、金属酸化物セラミック粒子を含む、第１又は第２の実施形態に係る方法を提供する。
【００６８】
第４の実施形態では、本開示は、研磨粒子及びガラス質ボンド材料は、同じ化学組成を有する、第１〜第３の実施形態のいずれか１つに係る方法を提供する。
【００６９】
第５の実施形態では、本開示は、ガラス質ボンド研磨物品は、少なくとも１つの冷却通路を含む、第１〜第４の実施形態のいずれか１つに係る方法を提供する。
【００７０】
第６の実施形態では、本開示は、ガラス質ボンド研磨物品は、単体構造化された研磨ディスク、研磨研削ビット、研磨セグメント、及び研磨ホイールから成る群から選択される、第１〜第５の実施形態のいずれか１つに係る方法を提供する。
【００７１】
第７の実施形態では、本開示は、液状バインダ前駆体物質は、溶存及び／又は分散ポリマーを含有する液状ビヒクルを含む、第１〜第６の実施形態のいずれか１つに係る方法を提供する。
【００７２】
第８の実施形態では、本開示は、液状バインダ前駆体物質は、溶存及び／又は分散した無機ガラス質ボンド前駆体を含有する液状ビヒクルを含む、第１〜第７の実施形態のいずれか１つに係る方法を提供する。
【００７３】
第９の実施形態では、本開示は、無機ガラス質ボンド前駆体は、αアルミナの前駆体を含む、第８の実施形態に係る方法を提供する。
【００７４】
第１０の実施形態では、本開示は、固まっていない粉末粒子は、サブミクロンセラミック粒子を含む、第８又は第９の実施形態に係る方法を提供する。
【００７５】
第１１の実施形態では、本開示は、固まっていない粉末粒子は、流動剤粒子を更に含む、第１〜第１０の実施形態のいずれか１つに係る方法を提供する。
【００７６】
第１２の実施形態では、本開示は、工程ｄ）は、一時的バインダ物質をバーンアウトすることを更に含む、第８〜第１１の実施形態のいずれか１つに係る方法を提供する。
【００７７】
第１３の実施形態では、本開示は、研磨粒子を内部に保持するガラス質ボンド材料を含むガラス質ボンド研磨物品であって、ガラス質ボンド研磨物品の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの蛇行状の冷却通路を有する、ガラス質ボンド研磨物品を提供する。
【００７８】
第１４の実施形態では、本開示は、研磨粒子を内部に保持する有するガラス質ボンド材料を含むガラス質ボンド研磨物品であって、ガラス質ボンド研磨物品の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの弓状の冷却通路を有する、ガラス質ボンド研磨物品を提供する。
【００７９】
第１５の実施形態では、本開示は、研磨粒子は、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子を含み、第１の研磨粒子及び第２の研磨粒子はガラス質ボンド研磨物品内の所定の異なる領域内に配置されている、第１３又は第１４の実施形態に係るガラス質ボンド研磨物品を提供する。
【００８０】
第１６の実施形態では、本開示は、異なる領域は層である、第１５の実施形態に係るガラス質ボンド研磨物品を提供する。
【００８１】
第１７の実施形態では、本開示は、研磨粒子は、ダイヤモンド粒子又は立方窒化ホウ素粒子のうちの少なくとも１つを含む、第１３〜第１６の実施形態のいずれか１つに係るガラス質ボンド研磨物品を提供する。
【００８２】
第１８の実施形態では、本開示は、研磨粒子は、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、又は金属酸化物セラミック粒子のうちの少なくとも１つを含む、第１３〜第１７の実施形態のいずれか１つに係るガラス質ボンド研磨物品を提供する。
【００８３】
第１９の実施形態では、本開示は、ガラス質ボンド研磨物品は、単体構造化された研磨ディスク、研磨研削ビット、研磨セグメント、及び研磨ホイールから成る群から選択される、第１３〜第１８の実施形態のいずれか１つに係るガラス質ボンド研磨物品前駆体を提供する。
【００８４】
第２０の実施形態では、本開示は、ガラス質ボンド前駆体物質により一緒に結合した研磨粒子を含むガラス質ボンド研磨物品前駆体であって、
ガラス質ボンド研磨物品前駆体の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの蛇行状の冷却通路、又は
ガラス質ボンド研磨物品前駆体の少なくとも一部を通って延びる少なくとも１つの弓状の冷却通路、のうちの少なくとも１つを更に含む、ガラス質ボンド研磨物品前駆体を提供する。
【００８５】
第２１の実施形態では、本開示は、研磨粒子は、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、又は金属酸化物セラミック粒子のうちの少なくとも１つを含む、第２０の実施形態に係るガラス質ボンド研磨前駆体を提供する。
【００８６】
第２２の実施形態では、本開示は、単体構造化された研磨ディスクであって、
作業主表面を有するセラミック基材と、
作業主表面から延びる精密に賦形されたセラミック研磨要素と、を備え、この精密に賦形されたセラミック研磨要素と平面状セラミック基材とで単体の本体を形成する、単体構造化された研磨ディスクを提供する。
【００８７】
第２３の実施形態では、本開示は、精密に賦形された研磨要素は、共通回転軸の周りに湾曲している、第２２の実施形態に係る単体構造化された研磨ディスクを提供する。
【００８８】
第２４の実施形態では、本開示は、精密に賦形されたセラミック研磨要素が湾曲している、第２３又は第２４の実施形態に係る単体構造化された研磨ディスクを提供する。
【００８９】
本開示の目的及び利点は、以下の非限定的な実施例によって更に例示されるが、これらの実施例で引用される特定の材料及びそれらの量、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】
【００９０】
特に断らない限り、実施例及び明細書の他の部分における全ての割合、パーセンテージ、比率などは、重量による。実施例において、℃＝セルシウス度、ｇ＝グラム、ｍｉｎ＝分、ｍｍ＝ミリメートル、ｓｅｃ＝秒、及びｒｐｍ＝回転／分である。
【００９１】
下の表１は、実施例で使用された材料のための略称を列記する。
【表１】
2018522746.tif 000003
【００９２】
凝集手順
以下のように説明される噴霧乾燥微粒化方法を用いて、研磨粒子（ＰＤＲ５又はＰＤＲ８）を、バインダマトリックスＰＤＲ３を用いて凝集させ、５マイクロメートル〜４５マイクロメートルの範囲のサイズを有する粒塊（それぞれ、ＡＧ１又はＡＧ２）を形成した。以下の成分を含有する混合物を、実験室超音波浴の助けを借りてブレンドした：１２３．０グラム（ｇ）の２５ｗｔ．％デキストリン水溶液、１００．０ｇのＰＤＲ３、９０．０ｇのＰＤＲ５（ＡＧ１を製造するため）又はＰＤＲ８（ＡＧ２を製造するため）、２９５．０ｇの蒸留水、１．９ｇのＮ−オクタデシルスルホサクシナメート（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｙａｎａｍｉｄ  Ｃｏ．，Ｗａｙｎｅ，Ｎｅｗ  ＪｅｒｓｅｙよりＣＹＡＮＡＳＯＬ  ＡＹとして入手）。次に、混合物を遠心微粒化器（Ｎｉｒｏ  Ｉｎｃ．，Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＭａｒｙｌａｎｄからのＭｏｂｉｌｅ  Ｍｉｎｏｒ）内で微粒化した。微粒化ホイールは２００００ｒｐｍで動作した。粒子が液滴を形成するのに従い、２００℃で微粒化チャンバ内へ供給される空気を用いて粒子を乾燥させた。次に、微粒化器を備えるサイクロンを用いて粒子を収集し、４５マイクロメートルの篩を通して篩分し、より粗い粒子を除去した。
【００９３】
実施例１
混合重量に基づき、８０ｗｔ．％のＰＤＲ１及び２０ｗｔ．％のＰＤＲ３を混合することによって、プリント材料を準備した。プリント材料を、Ｔｈｅ  ＥｘＯｎｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎｏｒｔｈ  Ｈｕｎｔｉｎｇｄｏｎ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａより入手した、Ｘ１−ＬＡＢ  ３Ｄプリンタのビルドボックスに詰めた。プリンタのバインダ供給ボトルにＢＩＮを詰めた。以下の操作パラメータを使用して、製造者の操作指示書によるプリント手順及び順序によって、３Ｄプリンティングを実行した。層厚１００ミクロン、スプレッダスピード１ｍｍ／秒、プリント飽和度７０％レベル、９０％ヒータ出力時の乾燥時間４５秒。印刷を終了した後に、印刷された物体及び粉体床をプリンタから取り出し、周囲雰囲気オーブン（ａｍｂｉｅｎｔ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ  ｏｖｅｎ）内に配置し、１９５℃で２時間硬化させた。２３℃に冷却した後に、印刷された物体を粉体床から除去し、柔らかい毛ブラシを用いて固まっていない粉末を除去した。次に、物体を炉内に配置し、４００℃で２時間、バーンアウトし、それに続き、７００℃で４時間、焼結させ、その結果、手持ち式回転工具デバイス（例えば、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｂｏｓｃｈ  Ｔｏｏｌ  Ｃｏｒｐ．，Ｍｏｕｎｔ  Ｐｒｏｓｐｅｃｔ，ＩｌｌｉｎｏｉｓのためのＤｒｅｍｅｌ回転工具）とともに使用するために適した研磨刃を得た。
【００９４】
実施例２
混合重量に基づき、８５ｗｔ．％のＰＤＲ２及び１５ｗｔ．％のＰＤＲ４を混合することによって、プリント材料を調製した。以下の点を除いて、実施例１において一般的に説明した手順を繰り返した：スプレッダ速度＝１０ｍｍ／秒、プリント飽和度＝１３０％レベル、乾燥時間＝９０％の加熱器出力において５５秒、及び炉焼結温度＝９００℃で４時間。
【００９５】
実施例３
混合重量に基づき、８０ｗｔ．％のＡＧ１及び２０ｗｔ．％のＰＤＲ３を混合することによって、プリント材料を調製した。以下の点を除いて、実施例１において一般的に説明した手順を繰り返した：プリント飽和度＝１５０％レベル、乾燥時間＝９０％の加熱器出力において２５秒、及び炉焼結温度＝６３０℃で４時間。
【００９６】
実施例４
混合重量に基づき、８３．０ｗｔ．％のＰＤＲ６、１６．９ｗｔ．％のＡＧ１及び０．１ｗｔ．％のＰＤＲ７を混合することによって、プリント材料を調製した。以下の点を除いて、実施例１において説明した手順を繰り返した：プリント飽和度＝１２５％レベル、乾燥時間＝９０％の加熱器出力において６０秒、及び炉焼結温度＝６００℃で４時間。
【００９７】
実施例５
混合重量に基づき、８０ｗｔ．％のＡＧ２及び２０ｗｔ．％のＰＤＲ３を混合することによって、プリント材料を調製した。炉焼結温度を６３０℃で４時間に設定した点を除いて、実施例４において説明した手順を繰り返した。
【００９８】
研磨性能の評価
実施例１〜５からのガラス質ボンド研磨物品を、研磨性能について、アルミニウム、顕微鏡ガラススライド、及び木片などの、種々の材料に対して評価した。いくつかの場合には、回転工具をマンドレル上に組み立て、Ｄｒｅｍｅｌ手持ち式回転工具を用いて試験した。全ての物体が、材料を研磨するために有効であった。
【００９９】
実施例６
以下の点を除いて、実施例１において説明した手順を繰り返した：物品の設計が正三角形（３ｍｍの辺、０．６の厚さ）であったこと、ＰＤＲ９を、まず、１８０ミクロンの開口部を有する篩を通し、次に、６２ミクロンの開口部を有する篩を通して篩い分けすることによって、プリント粉末材料を調製したこと、層高さ＝１００ミクロン、粉末比＝１．６、スプレッダ速度＝１５ｍｍ／秒、プリント飽和度＝１６０％レベル、乾燥時間＝６０秒、２３℃に冷却した後に、ブラシの代わりに３００ミクロンの篩を用いて、印刷された物体を粉末から除去し、次に、物体を、５℃／分の速度で１５００℃の最終温度まで加熱した炉内で焼成し、そこでそれを２０分間、保持したこと。
【０１００】
実施例７
８０ｗｔ．％のＰＤＲ９及び２０ｗｔ．％のＰＤＲ１０（混合重量に基づく百分率）を混合し、まず、１８０ミクロンの開口部を有する篩を通し、次に、６２ミクロンの開口部を有する篩を通して篩い分けすることによって、印刷粉末材料を調製した。以下の点を除いて、実施例６において一般的に説明した手順を繰り返した：スプレッダ速度＝１．０ｍｍ／秒、プリント飽和度＝１４０％レベル、乾燥時間＝４０秒、及び炉を５℃／分の速度で１５５５℃の最終温度まで加熱したこと。
【０１０１】
特許証のための上記出願において引用された全ての参考文献、特許、又は特許出願は、一貫してその全文を参照により本明細書に組み込む。組み込まれた参照文献の部分と本出願の部分との間に不一致又は矛盾がある場合は、前述の説明の情報が優先されるものとする。前述の説明は、特許請求されている開示を当業者が実施することを可能にするために示されており、請求項及びその全ての均等物によって規定される本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2018522746.tif 000004
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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