(57)【要約】  本発明は、少なくとも２０ＧＰａの硬さＨｖ及び平均結晶径１００〜３００ｎｍの結晶構造を有するアルファアルミナをベースとした焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子に関し、前記研磨粒子は、第１面と前記第１面の反対にある第２面とを有するボディを備え、双方の面は、２０μｍ〜５００μｍの厚さ（Ｔ）を有するランダムに成形された側壁により互いに隔てられている。【選択図】３Ｂ
2018524414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と前記第１面の反対にある第２面とを有するボディを備える、アルファアルミナをベースとした焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子であって、双方の面は、２０μｍ〜５００μｍの厚さ（Ｔ）を有するランダムに成形された側壁により隔てられており、
前記研磨粒子が、１００〜３００ｎｍの平均結晶径の結晶構造を有することを特徴とする、研磨粒子。
【請求項２】
前記研磨粒子が、１〜２０質量％のジルコニアを含む化学組成を有し、前記ジルコニアの少なくとも５０質量％が、正方晶形態で存在することにより特徴付けられる、請求項１に記載の研磨粒子。
【請求項３】
前記結晶構造が、α−アルミナ結晶の連続主要相と実質的に粒界配向のジルコニア結晶の二次相とを含み、前記ジルコニア結晶の結晶径が、１００ｎｍ未満であることにより特徴付けられる、請求項２に記載の研磨粒子。
【請求項４】
前記化学組成が、０．５〜５質量％のＭｇＯを追加で含むことにより特徴付けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項５】
前記化学組成が、１〜１０質量％のジルコニアを含むことにより特徴付けられる、請求項２〜４のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項６】
前記ジルコニアの少なくとも７５質量％が、正方晶形態で存在することにより特徴付けられる、請求項２〜５のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項７】
前記アルミナ及びジルコニア結晶の平均結晶径が、２５０ｎｍ以下であることにより特徴付けられる、請求項２〜６のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項８】
前記研磨粒子が、０．６０を超える真円度（Ｃ）を有することにより特徴付けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項９】
前記研磨粒子が、１０〜１７の凹凸係数（ＵＥ）を有することにより特徴付けられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項１０】
前記研磨粒子が、１５％を超える平均外周ランダム性係数（ＡＰＲＦ）を有することにより特徴付けられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項１１】
前記ランダムに成形された側壁が、１００〜４５０μｍの厚さ（Ｔ）を有することにより特徴付けられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項１２】
前記研磨粒子が、１．２０〜１．９０のアスペクト比（ＡＲ）を有することにより特徴付けられる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項１３】
前記研磨粒子が、１．６０未満のアスペクト比を有することにより特徴付けられる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項１４】
前記研磨粒子が、２〜１０の長さ／厚さ比を有することにより特徴付けられる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項１５】
少なくとも１つの面が、節、うねり、歯状物、鋸刃、角錐、円錐及び／又は他のくぼみ若しくは隆起部などの構造要素で均質に構造化されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の研磨粒子。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプレートレット様ランダム成形研磨粒子の製造方法であって、
- 粒径３００ｎｍ未満のα−アルミナ種結晶を含む、酸性化水中のα−アルミナ水和物の分散物を調製する工程、
- ジルコニウム及びマグネシウム塩の水溶液を添加することで、前記分散物をゲル化させる工程、
- 押出成形、成型、プレス加工、塗り広げ又はコーティングなどの適当な方法により、前記ゲルを均一な厚さの層に形成する工程、
- 前記成形したゲルを乾燥させて、粒状砥粒前駆体材料を得る工程、
- 前記粒状砥粒前駆体材料を粉砕及び篩過して、プレートレット様ランダム成形研磨前駆体粒子を得る工程、
- 任意で前記砥粒前駆体粒子をか焼する工程、及び
- 前記砥粒前駆体粒子を１４５０℃以下の温度で焼結して、プレートレット様ランダム成形研磨粒子を得る工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子を粉砕、篩過及び／又は分級して、１．７０未満、好ましくは１．６０未満の平均アスペクト比を有する研磨粒子を得る追加工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子、その製造方法及びその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
約３０年前、一般にはゾル／ゲル誘導砥粒と称されるアルファアルミナをベースにした新規の実質的に改良されたタイプの砥粒が開発、商品化された。この新しいタイプのアルファアルミナ砥粒の金属での研削性能は、例えば研削能率又はｇ比（研削量及び摩耗減量の指数）で測定すると、慣用の溶融アルミナ砥粒を使用して得たものより劇的に高かった。
【０００３】
当初、ゾル／ゲル砥粒は、溶融微結晶アルミナジルコニア砥粒の代替物として開発された。したがって、遡ること１９７９年、欧州特許第００２４０９９号Ｂ１は、少なくとも１０％のジルコニア、ハフニア又はジルコニアとハフニアとの組み合わせを改質成分として含むα−酸化アルミニウム系顆粒状研磨用鉱物を請求している。後年、多数のゾル／ゲル砥粒特許及び特許出願が公開され、アルミナ／ジルコニア複合材の元々の着想はなくなったが、純粋なアルミナ系製品又はジルコニア以外の改質剤を少量含むゾルゲル誘導α−アルミナ系砥粒のほうがアルミナジルコニアゾル／ゲル砥粒より性能が良いと広く知られたからであることは明白である。
【０００４】
典型的には、ゾル／ゲル砥粒は、アルミナ一水和物を酸性化水に分散させ、分散物をゲル化させ、得られたゲルを乾燥させ、乾燥させたゲルを粉砕して粒子にし、乾燥させた粒子をか焼することで水及び他の揮発性物質を除去し、か焼した粒子をアルミナの融点よりはるかに低い温度で焼結することで作製する。多くの場合、１種以上の酸化物改質剤、成核剤、粒子成長阻害剤又は他の添加剤を追加で使用することで、アルミナ砥粒の性質及び研削性能をさらに改善する。
【０００５】
緻密なアルミナ系砥粒のゾル／ゲル法での作製は、例えば米国特許第４３１４８２７号、第４８８１９５１号及び第５２２７１０４号に記載されている。
【０００６】
さらに、過去１５年間にわたって、特定の形状を有するアルファアルミナ系のゾル／ゲル誘導研磨粒子に関する多数の特許及び特許出願が公開されている。
【０００７】
米国特許第５２０１９１６号には、三角形、四角形又は他の幾何学形状の薄いボディが特徴と言える形状を有する研磨粒子が記載されている。そのような研磨粒子は、アルファアルミナに転化可能な粒子を含む分散物を用意し、この分散物を特定の形状を有する金型キャビティに導入することで作製される。ゲル化及び乾燥後、既定のサイズを有する砥粒前駆体粒子が形成され、これらの粒子を金型キャビティから取り外し、続いてか焼及び焼結する。
【０００８】
同様に成形される製品及び方法は、例えば米国特許第７３８４４３７号、第８１２３８２８号、第８７６４８６５号、第８１４２５３１号、第８１４２８９１号及び第８１４２５３２号に記載されている。
【０００９】
上記の参考文献に記載の方法及び製品には、特定の形状を得るには、所望の砥粒に合わせたサイズ及び形状を有する金型キャビティを使用するという欠点がある。しかしながら、所望の砥粒の平均粒径は１ｍｍ以下の範囲にあるため、殆どの場合、上述した成型技術は複雑で、特にあまり生産性が高くない。
【００１０】
欧州特許第０３１８１６８号Ｂ１には、プレートレット形状の砥粒が記載されている。プレートレットの作製はゾル／ゲル法で行われ、例えば、ゲルを、既定の厚さを有するフィルムへの押出成形により成形し、続いて乾燥させ、粉砕して粒子を形成する。粉砕した粒子をか焼、焼結する。得られたプレートレット様砥粒に関して特別な結晶構造又は特別な化学組成への言及はない。現在まで、特許は１９８７年まで遡るというのに、そのような砥粒が研削材市場に登場したことはない。
【００１１】
丸み係数が小さい三角形の研磨粒子は米国特許出願第２０１０／０３１９２６９号Ａ１に開示されている。成形研磨粒子の形状を特に精確にすることで研削性能が向上すると指摘されている。
【００１２】
過去１５年間にわたって多数の異なる形状の砥粒が開示されているものの、現在に至るまで、成功裡に商品化されたのは「Ｃｕｂｉｔｒｏｎ  ＩＩ」の商標で販売された三角形の形状を有するゾル／ゲル誘導成形砥粒製品だけである。しかしながら、当業者は概して成形研磨粒子のほうが高性能であろうと考えるため、代替となる高性能な成形砥粒への需要は依然として大きい。
【発明の概要】
【００１３】
したがって、本願の１つの目的は、コストパフォーマンスがよく高性能な焼結成形研磨粒子を提供することである。本発明の別の目的は、そのようなα−アルミナ系焼結成形研磨粒子の製造方法を提供することである。
【００１４】
驚くべきことに、本発明に即して、１００〜３００ｎｍの平均結晶径及び２０ＧＰａを超える高い硬さＨｖの極めて微細な結晶構造を有するならば、α−アルミナをベースとしたプレートレット様ランダム成形焼結研磨粒子も、特別な研削作業にとって優れた特性を示すことが判明した。
【００１５】
好ましい実施形態において、本発明の焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子は、１〜２０質量％のジルコニアを含む化学組成を有する。この場合、結晶構造はα−アルミナ結晶の連続主要相と実質的に粒界（ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒ）配向のジルコニア結晶の二次相とを含み、アルミナ及びジルコニア結晶の平均結晶径は１００〜３００ｎｍであり、ジルコニア結晶の結晶径は１００ｎｍ未満である。
【００１６】
焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子は概して、第１面と第１面の反対にある第２面とを有するボディを備え、これら２つの面は、２０〜５００μｍの厚さ（Ｔ）を有するランダムに成形された側壁により隔てられている。
【００１７】
焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子は、グラフ解析に基づいて様々な粒形因子により効果的に特徴づけることができる。
【００１８】
円相当径（Ｘ）は、粒子と同じ表面積を有する円の直径と定義される。円相当径（Ｘ）は、等式（１）により、粒子の測定面積（Ａ）に基づいて計算できる。
【数１】
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【００１９】
真円度（Ｃ）は、粒子が円に似ている度合いと定義される。粒子が完璧に丸い円から離れれば離れるほど、真円度の値は小さくなる。真円度は、測定された面積（Ａ）及び外周（Ｐ）に基づいて計算できる。ＩＳＯ  ９２７６−６（２００６）は、等式（２）により真円度を定義している。
【数２】
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【００２０】
古い文献の殆どにおいて、アスペクト比（ＡＲ）は、長さを幅で割ったものとして計算される。長さは、長軸に平行な粒子の外周上の任意の２つの点間の最大距離である。幅は短軸に平行な粒子の外周上の２つの点間の最大距離であり、長軸はその形状の最小回転エネルギーに対応する粒子の本体の中心を通る。短軸は粒子の本体の中心を通り、長軸に対して常に直角である。
【００２１】
凹凸係数（ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓ  ｆａｃｔｏｒ）は、粒子の測定された面積（Ａ）及び外周（Ｐ）に基づいて等式（３）により計算する。
【数３】
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【００２２】
様々な幾何学形状（すなわち、円形、長方形、正方形及び等辺三角形）に関する幾つかの模範ＵＥ値を以下の表１にまとめる。
【表１】
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【００２３】
焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子は、プレートレット様ランダム成形研磨粒子の外周の側壁に沿って等辺三角形、長方形又は円形の接線を描くことで求められる外周ランダム性係数（ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ  ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ  ｆａｃｔｏｒ：ＰＲＦ）を用いて特徴づけることもできる。ＰＲＦ（％）は、標準幾何学形状を完成させるための欠損面積（Ｍ）を焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子の実際の面積（Ａ）で割り、１００を掛けることで計算する。この計算には、最小の欠損面積（Ｍ）を有する最も近い標準幾何学形状を用いなくてはならない。測定は、グラフ解析ソフトウェア又は同様の適当な測定技法を用いて行う。少なくとも５０個の個々のプレートレット様ランダム成形研磨粒子の外周を測定し、少なくとも５０の個々の結果を平均することで平均外周ランダム性係数（ＡＰＲＦ）を求めるよう測定を繰り返す。１００％の平均外周ランダム性係数は、欠損面積が測定した砥粒の実際の面積と同じほど大きいことを示す。
【００２４】
特に高い研削性能結果は、平均外周ランダム性係数が１５％を超える、好ましくは２０％を超える、より好ましくは３０〜１００％である時にプレートレット様砥粒により得られると判明している。これは、複数のプレートレットのランダムに配向された粗い縁により、特に多くの鋭利な縁を有するかなり均質な研削面を有する研磨物品が得られ、研削能率が高くなるからと考えられる。この説明は実質的に、研磨物品の光学的調査に基づいている。
【００２５】
プレートレットの「ランダム性という特徴」は、例えばＣｕｂｉｔｒｏｎ  ＩＩといった等辺三角形の特定の「金型を用いて形成した」研磨粒子と比較して各プレートレット様粒子の面積又はアスペクト比の分散（ｖａｒｉａｎｃｅ）を調べることで表すこともできる。プレートレットごとの面積の分散を、以下の表２に、幾つかの選択した研磨粒子の幾つかの重要な粒形因子と共に挙げる。面積の分散を表すために、ＡＮＯＶＡプログラム（Ｅｘｃｅｌソフトウェア）を使用した。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２にまとめられている選択した砥粒は、後述の実施例７、８及び９のプレートレット様ランダム成形研磨粒子であり、それぞれ２．５％（ＺＴＡ２．５）、５％（ＺＴＡ５）又は１０質量％（ＺＴＡ１０）のジルコニアを含む。市販の無成形砥粒（Ｃｕｂ．３２１）及び等辺三角形の形態の成形砥粒（Ｃｕｂ．ＩＩ）を比較用に用いる。後者の砥粒タイプ両方の化学組成は比較例１に対応する。ランダム成形砥粒のＡＰＲＦ係数の計算の殆どは最も近い幾何学形状として長方形を用いて行われ、Ｃｕｂ．ＩＩの場合は等辺三角形を用いた。
【００２８】
特に良好な結果は、特定の度合いの真円度を示し、長さと幅との差が小さい本発明によるプレートレット様ランダム成形研磨粒子で得られることが判明した。有利には、典型的な長さ／幅比は１．２０〜１．９０、好ましくは１．４０〜１．７０、より好ましくは１．６０以下の範囲にある。この後者のタイプのプレートレット様研磨粒子の例は実施例８にしたがって作製するＺＴＡ５ｃｃであるが、追加で焼成後、粉砕、篩過される。静電コーティング後、特に均質な研削面が形成され、プレートレット様研磨粒子は研磨物品の裏張り上で側壁でもって実質的に直立するからと考えられる。
【００２９】
特に良好な研削性能は、真円度（Ｃ）が０．６〜０．７の範囲にある時に得られる。さらに、砥粒が１０〜１７の凹凸係数（ＵＥ）を有するならば有益であると判明している。
【００３０】
焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子を特徴づける別の適切な特徴は長さ／厚さ比であり、典型的には２〜１０、好ましくは４〜８である。この場合でも、研磨物品に成功裡に適用するために、焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子は、対応する長さ／厚さ比の特定のコンパクト度を有すべきと判明している。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態において、ランダムに成形された側壁は、１５０〜４５０μｍの厚さ（Ｔ）を有する。アルミナ及びジルコニア結晶の平均結晶径は有利には２５０ｎｍ以下である。
【００３２】
対応する粒形因子が既定のゲル層の厚さ及び続く粉砕により自動的に得られない限り、所望の比は、追加で分級、例えば篩過、粉砕又は粒形のグレーディングを例えば振動台で行うことで調節可能である。
【００３３】
粒径及び粒形は、光学顕微鏡ＳＴＥＭＩ  ＳＶ６（Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ  ＧｍｂＨ）で測定した。粒径及び粒形は、撮影時に便利なように離して配置された個々のプレートレットのそれぞれの面積及び外周を計算するためのＩｍａｇｅＪソフトウェアで分析する。この方法は信頼性が高く、再現性のある値が得られる。
【００３４】
好ましくは、ゾル／ゲル誘導プレートレット様ランダム成形研磨粒子の化学組成は追加で０．５〜５質量％のＭｇＯを含み、これは通常、硝酸マグネシウム溶液を結晶成長阻害剤及び解膠剤としてゾル／ゲル工程中に添加するからである。
【００３５】
さらに、特別な研削作業用の高性能な研磨粒子を得るには１〜１０質量％のジルコニアで十分であることが既に判明している。したがって、本発明の好ましい実施形態において、プレートレット様ランダム成形研磨粒子は１〜１０質量％のジルコニアを含む。
【００３６】
ジルコニアの少なくとも５０質量％、好ましくは７５質量％は正方晶形態で存在する。
【００３７】
本発明の別の好ましい実施形態において、少なくとも１つの面は均質に構造化され且つ構造要素、例えば節、うねり、切り込み、歯状物、鋸刃、角錐、円錐及び／又は他の凹部若しくは突出部を備える。このため、プレートレット様研磨粒子の研磨物品、例えば砥石車、研磨布紙及びファイバーディスクにおける結合は改善され、摩耗損失をさらに低減できる。両面が均質に構造化され、上記の構造要素を含むならばさらに改善されることは自明である。ゲルを乾燥前に逆構造を有する支持板に塗り広げることでプレートレット様ランダム成形粒子の表面に構造要素を設け得る。第２の均質に構造化された表面は、塗り広げたゲルフィルムの表面を、同じく逆構造を特徴とするテクスチャ加工ロールで処理することで形成し得る。その場合、ゲルの粘稠度が、乾燥工程中、形成した構造を維持するのに十分な堅さであることが前提条件であることは明白である。
【００３８】
プレートレット様ランダム成形研磨粒子の製造方法は、
- 粒径３００ｎｍ未満のα−アルミナ種結晶を含む、酸性化水中のα−アルミナ水和物の分散物を調製し、
- ジルコニウム及びマグネシウム塩、例えば酢酸ジルコニウム及び硝酸マグネシウムの水溶液を添加することで分散物をゲル化させ、
- 任意の適当な方法、例えば押出成形、成型、プレス加工、塗り広げ又はコーティングによりゲルを均一な厚さの層に形成し、
- 成形したゲルを乾燥させてプレートレット様砥粒前駆体材料を得て、
- プレートレット様砥粒前駆体材料を粉砕及び篩過してプレートレット様ランダム成形研磨前駆体粒子を得て、
- 任意で砥粒前駆体粒子をか焼し、
- 砥粒前駆体粒子を１４５０℃以下の温度で焼結してプレートレット様ランダム成形研磨粒子を得て、
- 任意で焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子を追加で粉砕、篩過及び分級して１．７０未満、好ましくは１．６０未満の平均アスペクト比（ＡＲ）を有するプレートレット様ランダム成形研磨粒子を得るステップを含む。
【００３９】
α−アルミナ種結晶の用意は特別な主要重要方法ステップの１つであり、例えば、湿式ボールミル法で、３μｍ未満の平均粒径を有する微粒子のα−アルミナ粉末から始め、続いてボールミル後の分散物を遠心分離にかけて１００ｎｍ未満の粒径を有するα−アルミナ種結晶を得ることで行われる。プレートレット様ランダム成形研磨粒子の作製に使用する種結晶の量は典型的には、研磨粒子製品の質量を基準として、１〜５質量％、有利には約２質量％の範囲内である。酸性化水中のα−アルミナ水和物の種結晶分散物を調製するために、遠心分離にかけた種結晶分散物を２０〜３０質量％のα−アルミナ一水和物水溶液に添加し、溶液のｐＨを十分な量の硝酸を添加することで約２．５まで調節する。得られた溶液を、高せん断ホモジナイザを使用してホモジナイズし、続いて十分な量のジルコニウム及びマグネシウム塩、例えば酢酸ジルコニウム及び硝酸マグネシウムを含む塩溶液の添加により室温でゲル化させると、１〜２０質量％のジルコニア及び１〜５質量％の酸化マグネシウムを含む化学組成を有する研磨粒子が得られる。例えば対応するスロット付きノズルを有するダイを通してゲルを押出成形することで、ゲルを約８００〜１６００μｍの厚さを有する平坦なフィルムに形成する。この平坦なフィルムを約１００℃の温度で乾燥させると、ゲルフィルムの厚さは大きく縮み、亀裂が生じる。この乾燥させた材料を粉砕、篩過するとプレートレット様ランダム成形研磨前駆体粒子が得られる。この前駆体粒子を任意で６００〜７００℃の温度でか焼し、続いて約１３６０℃でロータリーキルンにおいて２０分間にわたって焼結する。焼結後、１．７０未満、好ましくは１．６０未満の平均アスペクト比（ＡＲ）を有するプレートレット様ランダム成形研磨粒子を得るために、焼結研磨粒子を好ましくはもう一度粉砕し、例えば振動台を使用して篩過及び／又は分級する。
【００４０】
押出成形以外の任意の適切な方法、例えばプレス加工、成型、塗り広げ、噴霧及びコーティングもゲルの成形に用い得る。
【００４１】
概して、得られるプレートレット様研磨粒子は２０ＧＰａを超える、好ましくは２２ＧＰａを超える硬さＨｖ及び理論密度の９７％より高い密度を有する。
【００４２】
本発明の特徴をさらに図面により例示する。図面は図１〜４として明細書に同封されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】プレートレット様ランダム成形研磨粒子のエッチング研磨部の走査型電子顕微鏡写真を示す。
【図２Ａ】等辺三角形によるプレートレット様ランダム成形研磨粒子の測定面積を示す。
【図２Ｂ】長方形によるプレートレット様ランダム成形研磨粒子の測定面積を示す。
【図２Ｃ】円形によるプレートレット様ランダム成形研磨粒子の測定面積を示す。
【図３Ａ】図２Ａ〜２Ｃによるプレートレット様ランダム成形研磨粒子の平面図である。
【図３Ｂ】図２Ａ〜２Ｃによるプレートレット様ランダム成形研磨粒子の斜視図である。
【図４】プレートレット様ランダム成形研磨粒子の研削性能を先行技術の研磨粒子と比較したグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、α−アルミナ結晶の連続主要相と実質的に粒界配向のジルコニア結晶の二次相とを含むプレートレット様ランダム成形研磨粒子の微晶質結晶構造を示す。分析した例の化学組成は、２．５質量％のジルコニア及び１質量％のＭｇＯを含む。サンプルは、粒径１００ｎｍ以下の２質量％のα−アルミナ種結晶を使用して作製した。上記のプレートレット様研磨粒子は、２３．６ＧＰａの硬さＨｖ及び理論密度の９８．６％の密度を有する。平均結晶径は１００〜３００ｎｍであり、ジルコニア結晶１の結晶径は１００ｎｍ以下である。
【００４５】
図２Ａ〜２Ｃでは、平均外周ランダム性係数（ＡＰＲＦ）の測定方法を描いている。外周ランダム性係数（ＰＲＦ）は、等辺三角形（図２Ａを参照）、長方形（図２Ｂを参照）又は円形（図２Ｃを参照）の接線をプレートレット様ランダム成形研磨粒子の外周の側壁に沿って引くことで求められる。ＰＲＦ（％）は、（選択した標準幾何学形状を完成させるための）欠損面積（Ｍ）を実際の面積（Ａ）で割り、続いて１００を掛けることで計算する。５０個の個々のプレートレット様ランダム成形研磨粒子の外周を測定し、この５０の個々の結果を平均することで平均外周ランダム性係数（ＡＰＲＦ）を求めるよう測定を繰り返す。この計算には、最も近い標準幾何学形状を用いるべきである。したがって、図２Ａ〜２Ｃの外周を有するプレートレット様ランダム成形研磨粒子の場合、円形又は長方形を用いるべきである。
【００４６】
図３Ａは、図２Ａ〜２Ｃのプレートレット様ランダム成形研磨粒子の平面図である。長さ（Ｌ）は、長軸に平行な粒子の外周上の任意の２つの点間の最大距離である。幅（Ｗ）は短軸に平行な粒子の外周上の２つの点間の最大距離であり、長軸はその形状の最小回転エネルギーに対応する粒子の本体の中心を通る。短軸は粒子の本体の中心を通り、長軸に対して常に直角である。
【００４７】
図３Ｂは、図２Ａ〜２Ｃのプレートレット様ランダム成形研磨粒子の斜視図である。プレートレット様ランダム成形研磨粒子は、第１面２と第１面２の反対にある第２面とを有するボディを備え、これら２つの面は、２０〜５００μｍの厚さ（Ｔ）を有するランダムに成形された側壁３により隔てられている。
【００４８】
図４に、非成形砥粒と比較した、プレートレット様ランダム成形研磨粒子の幾つかの選択した研削試験のグラフを示す。図４については、後出の研削試験についての記述でより詳細に説明する。
【００４９】
本発明を以下の実施例によりさらに例示するが、実施例に記載のその特定の材料及び量並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定すると解釈されるべきではない。
【実施例】
【００５０】
実施例１（比較例）
比較例１を、米国特許第４８８１９５１号の教示にしたがって、約２質量％のＬａ2Ｏ3、１質量％のＹ2Ｏ3及び１質量％のＭｇＯを改質剤として使用した含浸法により作製した。得られた砥粒は、商標「Ｃｕｂｉｔｒｏｎ  ３２１」を有する市販のゾル／ゲル誘導砥粒に対応する。
【００５１】
実施例２（比較例）
固形分が約３０質量％の分散物を、所望の産物の総質量を基準として、アルファ酸化アルミニウム一水和物粉末を２質量％のアルファ酸化アルミニウム種結晶と共に、水及び濃硝酸（７０％）を含有する溶液中で混合することで調製し、ｐＨを２．５に調節した。得られたゾルを、それぞれ所望の産物の質量を基準として、改質成分としての１質量％の硝酸マグネシウムの等価酸化物及び２．５質量％の酢酸ジルコニウムの等価酸化物と混合した。酢酸ジルコニウム及び硝酸マグネシウムの添加後、ゲル化が室温で起きる。ゲルを約１００℃で乾燥させると研磨粒子前駆体材料が得られ、これを粉砕して研磨粒子に望むものより若干大きい粒径を小さくし、続いて篩過した。篩過した研磨粒子前駆体を２０分間にわたって約１３６０℃でロータリーキルンにおいて焼結することで研磨粒子を得た。焼結後、研磨粒子を最後の篩過にかけることでＦＥＰＡに準拠したグリットＰ３６を得た。
【００５２】
実施例３〜６（比較例）
実施例３〜６を比較例２にしたがって作製した。ただし、５質量％（実施例３）、１０質量％（実施例４）、１５質量％（実施例５）又は２０質量％（実施例６）の酢酸ジルコニウムの等価酸化物を改質成分として使用した。
【００５３】
実施例７（本発明）
固形分が約３０質量％の分散物を、所望の産物の総質量を基準として、アルファ酸化アルミニウム一水和物粉末を２質量％のアルファ酸化アルミニウム種結晶と共に、水及び濃硝酸（７０％）を含有する溶液中で混合することで調製し、ｐＨを２．５に調節した。得られたゾルを、それぞれ所望の産物の質量を基準として、１質量％の硝酸マグネシウムの等価酸化物及び２．５質量％の酢酸ジルコニウムの等価酸化物と混合した。酢酸ジルコニウム及び硝酸マグネシウムの添加後、ゲル化が室温で起きた。ゲルを支持板上に、厚さ約１．５ｍｍ、長さ３ｃｍの矩形のノズルを有するダイにより押出成形してフィルムを得た。成形したゲルを約１００℃で乾燥させるとプレートレット様研磨粒子前駆体材料が得られ、これを粉砕して研磨粒子に望むものより若干大きい粒径を小さくし、続いて篩過した。篩過した研磨粒子前駆体を２０分間にわたって約１３６０℃でロータリーキルンにおいて焼結することでプレートレット様ランダム成形研磨粒子を得た。焼結後、成形研磨粒子を最後の篩過にかけることでＦＥＰＡに準拠したグリットＰ３６を得た。
【００５４】
焼結プレートレット様ランダム成形研磨粒子は、２３．６ＧＰａのビッカース硬さＨｖ、理論密度の９８．６％の密度及び平均結晶径１７０ｎｍの結晶構造を有する。粒子は、約１０８０μｍの平均長さ、６２０μｍの平均幅及び約１８０μｍの平均厚さを有する。
【００５５】
実施例８及び９（本発明）
実施例８及び９を実施例７にしたがって作製した。ただし５質量％（実施例８）及び１０質量％（実施例９）の酢酸ジルコニウムの等価酸化物を改質成分として使用した。
【００５６】
実施例１０（研削試験／２５０ｍｍファイバーディスク）
約４０ｇの研磨粒子を約５ｇのレジノイドコートでコーティングしたバルカンファイバーペーパー上に、２２〜３５ｋＶの静電場を６〜１０秒にわたって印加する静電砥粒コーティング機（Ｐｅｔｅｒ  Ｓｃｈｗａｂｅ  ＧｍｂＨ）で静電コーティングすることでファイバーディスクを作製した。コーティングを施した研磨用ファイバーディスクを６時間にわたって１００℃で硬化させ、続いて約３５ｇのサイズ剤コートでコーティングし、最期に１２時間にわたって１４０℃で硬化させた。
【００５７】
試験を、以下の篩過分析にしたがってグリットＰ３６を使用して行った。
【表３】
2018524414.tif 000008
【００５８】
直径２０ｍｍのＣｒ−Ｎｉステンレススチールのバー（１．４５７１）である工作物を、２０００ｒｐｍ、それぞれ圧力４０Ｎ、６０Ｎで動いているファイバーディスクに当てた。試験では、各２分サイクル後に工作物から失われる質量を測定した。各試験ランは全部で８回の研削サイクルから構成され、サイクル間には２分の冷却時間がある。試験ラン後、ファイバーディスクの質量損失を追加で求めた。
【００５９】
【表４】
2018524414.tif 000009
【００６０】
選択した幾つかの実施例（１、２、７及び８）の研削試験をグラフで表したものを図４で再現する。比較例１はＣｕｂｉｔｒｏｎ  ３２１と称される。比較例２は、ＺＴＡ−ＳＧ２．５の名称を有する２．５質量％のジルコニアをドープしたゾル／ゲル砥粒である。実施例２と同じ化学組成を有する本発明のプレートレット様研磨粒子である実施例７はＺＴＡ−ＳＧ２．５（プレート）と称される。５質量％のジルコニアをドープした本発明の研磨粒子である実施例８はＺＴＡ−ＳＧ５（プレート）と称される。
【００６１】
ｇ比を等式（４）により計算することで、比較例１と直接比較できる。
【数４】
2018524414.tif 000010
【００６２】
グラフは、特に第１研削サイクル中に、プレートレット様ランダム成形実施例７、８の両方が非成形粒子より有意に高い研削能率を示し、５質量％のジルコニアをドープした実施例８は試験ラン全体を通して高いレベルであり続けたことをはっきりと示している。別の利点は、全てジルコニアドープ粒子に関して、測定された摩耗減量が、特に高圧条件下で、比較例１より少ないことであり、１４２％のｇ比を示した実施例８では研削性能が４２％上昇した。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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