(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融又は焼結アルミナ、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、溶融アルミナ／ジルコニア及びそれらの混合からなる群より選択されるグリットサイズが３２０グリット未満の砥粒と、前記砥粒の体積抵抗率及び表面抵抗率を少なくとも５０％増加させ且つ表面抵抗率を１０14Ω／□以下及び／又は体積抵抗率を１０14Ω・ｃｍ以下にするのに十分な量のシリカ粉末とを含有し、前記シリカが沈降シリカ、フュームドシリカ、疎水性表面を有するシリカ粒子を提供するように処理されたフュームドシリカ、及びそれらの混合からなる群より選択され、加えられる前記シリカ粉末の量が粉末組成物の０．０２〜５重量％である、静電気的に投射可能な粉末組成物。
【請求項２】
前記表面及び体積抵抗率の値がそれぞれ、１０12Ω／□及び１０12Ω・ｃｍ未満である、請求項１に記載の粉末組成物。
【請求項３】
前記シリカ粒子の大きさが、前記砥粒の大きさ以下である、請求項１に記載の粉末組成物。
【請求項４】
前記砥粒がＰ１２００グリット又はそれよりも小さい、請求項１に記載の粉末組成物。
【請求項５】
粉末組成物を静電気的に基体に堆積させる工程を含む、コーティングされた研磨具の調製方法であって、前記組成物が、溶融又は焼結アルミナ、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、溶融アルミナ／ジルコニア及びそれらの混合からなる群より選択される３２０グリットよりも微細な砥粒と、前記砥粒の体積抵抗率及び表面抵抗率を少なくとも５０％増加させ且つ表面抵抗率を１０14Ω／□以下及び／又は体積抵抗率を１０14Ω・ｃｍ以下にするのに十分な量のシリカ粉末とを含有し、前記シリカが沈降シリカ、フュームドシリカ、疎水性表面を有するシリカ粒子を提供するように処理されたフュームドシリカ、及びそれらの混合からなる群より選択され、加えられる前記シリカ粉末の量が前記粉末組成物の０．０２〜５重量％である、コーティングされた研磨具の調製方法。
【請求項６】
前記粉末組成物の表面及び体積抵抗率の値がそれぞれ、１０12Ω／□及び１０12Ω・ｃｍ未満である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記シリカ粒子の平均サイズが、前記砥粒の平均サイズ以下である、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記砥粒のサイズがＰ１２００グリット以下である、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
本発明は、静電技術による研磨材の堆積、特にそのような技術をかなり改良する組成物に関する。
【０００２】
砥粒を硬化していない又は部分的に硬化したバインダー材料に堆積させる方法によるコーティングされた研磨具の製造では、ほとんどの一般的な堆積方法が静電堆積を含み、ここでは静電界の影響下で粒子を上向きに投射（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）して、バインダーに接触させる。これらは一般的にＵＰ（上向き投射）プロセスとして説明される。粒子はホッパーから可動ベルトに供給し、この可動ベルトが堆積箇所を通る。この堆積箇所は、可動ベルトの下に配置された帯電プレートと、可動ベルトの上に配置され且つ帯電プレートと直接に対向している平行な接地プレートによって作られている。粒子を堆積させる基体を、可動ベルトと平行でその上側の経路に通す。これら基体と可動ベルトとはいずれも堆積箇所を通る。帯電プレートと接地プレートとの間の静電界は、下側を向いている基体の表面に向けて粒子を上向きに投射する。ここで、粒子は、基体にコーティングされた硬化していない又は部分的に硬化したバインダーに付着する。粒子サイズが均一である場合、通常これは非常に均一な粒子の堆積をもたらす。しかしながら粒子が塊を作る傾向がある場合、又は投射される場所から表面への流れが均一ではない場合、堆積の均一性がかなり悪化することがある。この問題は、非常に微細な粒子を使用する場合に特に深刻である。
【０００３】
本発明は、静電気的に堆積させる粒子のサイズが非常に小さい場合であっても、この粒子の自由流れを促進する手段を提供する。本発明は、ＵＰ砥粒堆積プロセスの供給機構で使用すること、又は硬化可能バインダー中に分散した砥粒を含有する組成物の表面に、砥粒含有機能粉末を堆積させるために使用することができる。この方法は米国特許第５，８３３，７２４号明細書で開示されるようなものである。
【０００４】
［発明の説明］
本発明は、静電気的に投射可能な粉末組成物を提供する。この組成物は、グリットサイズが３２０グリット未満の砥粒と、砥粒の体積抵抗率及び表面抵抗率を少なくとも５０％増加させ、且つ表面抵抗率を１０14Ω／□以下及び／又は体積抵抗率を１０14Ω・ｃｍ以下にするのに十分な量のシリカ粉末を含有する。好ましくはこれらの最大抵抗率の値は、それぞれ１０12Ω／□及び１０12Ω・ｃｍ未満である。
【０００５】
表面及び体積抵抗率は、「中程度の導電性の材料のコンダクタンスの直流抵抗」を測定するための標準の方法であるＡＳＴＭ  Ｄ４４９６、及び「絶縁材料の直流抵抗」を測定するための標準の方法であるＡＳＴＭ  Ｄ２５５７を使用して測定する。これらのパラメータ（体積抵抗率及び表面手効率）の一方について本発明で許容できるレベルが達成されたことは、他方についても許容できるレベルが達成されたことを示唆し、従って実際にはいずれか一方のみのパラメータの測定で十分である。
【０００６】
抵抗率の値を粉末の流動性に関連付け、それによってコーティングされた研磨具の用途において、処理された粉末をより容易にＵＰ堆積で使用できることが分かっている。しかしながら、大きすぎる又は小さすぎる抵抗率はいずれも望ましくない。従って抵抗率を制御して最適な結果を確実にすることが必要である。シリカ粉末を加えることは砥粒の抵抗率を増加させるのに有益であるが、大きすぎる抵抗率は投射に関する問題をもたらす。従って最適な性能が得られるように、抵抗率を制御することが大切である。本発明の粉末組成物で達成される顕著な特徴は、静電気的な投射性及び促進された流動性である。
【０００７】
望ましい抵抗率の値は、例えば砥粒に、様々な量の適当なシリカ粉末添加剤を加えることによって達成可能である。しかしながら一般には、組成物の重量に基づいて０．０２〜５重量％を加えることによって、本発明の粉末の目標抵抗率の性質を確実にすることができる。シリカの好ましい量は、組成物の重量に基づいて、０．０５〜３重量％、例えば０．１〜２重量％である。
【０００８】
好ましくはシリカ粉末の粒度は、砥粒の粒度以下である。
【０００９】
シリカは任意の入手可能な粉末状シリカ製品、例えばフュームドシリカ又は沈降シリカであってよい。シリカは本質的に電荷による凝集に対していくらか抵抗性であるが、フュームドシリカのようないくらかのシリカは、高度に多孔質な粒子構造を有して、凝集性の表面領域をもたらし、そのようなシリカは凝集体を作る傾向が場合によってはある。このような問題がフュームドシリカで起こる場合、ヘキサメチルジシラザンのような添加剤で処理してシリカ表面の疎水性を増加させ、凝集する傾向を最少化した後で、効果的に使用することができる。そのような処理は、フュームドシリカの商業的な供給者によって頻繁に使用されている。商業的なフュームドシリカ粉末のいくらかの凝集が起こる場合であっても、もたらされる力はかなり小さく、剪断応力によって容易に破壊することができる。
【００１０】
有利に使用できる適当なシリカとしては以下のものを挙げることができる：
ＦＧ−ＳＰ  ＦＬＯＷ−ＧＡＲＤ（商標）、粒度２５μｍ及びＢＥＴ表面積２２０ｍ2／ｇ；
ＦＧ−ＡＢ、粒度２０μｍ及びＢＥＴ表面積１３０ｍ2／ｇ；
ＨＩ−ＳＩＬ（商標）Ｔ−６００、粒度２．０μｍ及びＢＥＴ表面積１７０ｍ2／ｇ；及び
ＨＩ−ＳＩＬ（商標）Ｔ−１５２、粒度１．４μｍ及びＢＥＴ表面積１５０ｍ2／ｇ（これら全てはＰＰＧ社から入手可能）；並びに
ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）ＴＳ−５３０、粒度０．２μｍ及び表面積２２０ｍ2／ｇであって、ヘキサメチルジシラザンによる表面処理をされている（キャボット社から入手可能）。
【００１１】
砥粒は例えば、溶融又は焼結アルミナ、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、又は溶融アルミナ／ジルコニアでよい。しかしながら最も一般的に使用されている砥粒は、アルミナ又は炭化ケイ素に基づいている。使用できる砥粒の粒度は、３２０グリット又はそれよりも小さい大きさに対応するが、問題は通常、Ｐ１２００及びそれよりも微細なグリットサイズでかなり深刻である。これは、約２５μｍ又はそれよりも微細な平均粒度に対応している。
【００１２】
組成物は、砥粒及びシリカ粉末に加えて、表面潤滑性、帯電防止性、促進された研削能力等のような特定の性質を研磨生成物に提供する機能性添加剤も含有することができる。そのような添加剤は、砥粒と共に初期混合物に含有されている。これらは、混合する研磨粒子と同じ又はそれよりも小さい粒度を有することが好ましい。存在していてよい機能性添加剤の量は、研磨材及び添加剤の合計重量に基づいて、例えば５〜７５重量％、好ましくは２５〜６０重量％、最も好ましくは３０〜５０重量％でよい。
【００１３】
本発明に対応する抵抗率を有することと並んで、本発明の研磨粉末は、大気中の湿分及び粒子上の湿分の変化に対して一般にあまり影響を受けないことも見出されている。いくらかの粒子、特にアルミナに基づく粒子では、ＵＰ堆積装置の周囲の相対湿度は、砥粒の投射効率に非常に大きな影響を与える。しかしながら本発明の砥粒粉末は、湿度の変化に対してかなり抵抗性である。これによって本発明の実施によってかなりの追加の利益が得られる。
【００１４】
本発明は更に、組成物のＵＰ堆積のための方法を含む。ここでこの組成物は、グリットサイズが３２０グリット未満、好ましくは４００グリット未満の砥粒と、砥粒の体積抵抗率及び表面抵抗率を少なくとも５０％増加させ、且つ表面抵抗率を１０14Ω／□以下、好ましくは１０12Ω／□以下、及び／又は体積抵抗率を１０14Ω・ｃｍ以下、好ましくは１０12Ω・ｃｍ以下にする量のシリカ粉末を含有する。
【００１５】
また本発明は、砥粒の粒度以下の粒度のシリカを、組成物の重量に基づいて０．０２〜５重量％で砥粒と組み合わせることを含むそのような研磨組成物のＵＰ堆積のための方法を含む。
【００１６】
砥粒については、サイズはＣＡＭＩ分粒プロセスに関して表されており、マイクロメートル数での平均粒度を示している。シリカ又は他の粉末添加剤については、粒度はマイクロメートルで示されており、例えばＨｏｒｉｂａ粒度分析装置によって測定される体積平均粒度に言及している。
【００１７】
［好ましい態様の説明］
一連の組成物の性能及び１つのそのような組成物を組み込んだコーティングされた研磨具の研磨性能を評価することによって、本発明を説明する。従ってこれらの例は、例示的なものであって、本発明の範囲又は本発明の有用性の範囲を本質的に限定することは全く意図していない。
【００１８】
例１
本発明の組成物の流動性を示すために、図１に示すような試験装置を用意した。この装置は、ロール２の外側表面に粒子を供給するようにされたホッパー１を有しており、このロール２はホッパーの軸に対して平行な軸の周りに制御可能な速度で回転する。またここで、ホッパーとロール表面との間の隙間３は制御可能である。粒子はワイヤー４上を通って容器５に落下して入る。
【００１９】
上述の試験装置の操作においては、粉末をホッパーに供給し、スロットとドラムの間の隙間を固定し、ドラムを一定の速度で回転させる。粒子の流量を、１５秒当たりに容器に堆積する粒子のグラム数に関して測定した。これを隙間の設定、ドラムの速度及び粉末の組成の数だけ反復した。
【００２０】
２：１部の重量比のＰ１２００グリット酸化アルミニウム粒子とフルオロホウ酸カリウム、及びＦＬＯＷ−ＧＡＲＤ（商標）ＡＢの商標名でＰＰＧ社から入手可能な様々な量の沈降シリカを含む粉末を系を通す。シリカ及び砥粒の両方の平均粒度は約２０μｍである。加えられたシリカの量に依存して、組成物の表面抵抗率は約１０9〜約１０11Ω／□であり、体積抵抗率は約１０9〜約１０11Ω・ｃｍであった。１５秒間の間に収集容器に堆積した粒子の量は、ホッパーとロール表面との間の隙間を３つの異なる設定にして測定した。この結果は図２においてグラフで示している。ここで理解されるように、この系での結果は、最大流量は隙間に関わらず約１％のシリカ添加濃度で達成される。異なるロール速度での繰り返しは同じ結果をもたらした。
【００２１】
同じ試験装置を使用して同様な一連の試験を行って、同じ成分で得られる改良を評価した。但しここでは、４０インチ／分（約１ｍ／分）の一定のロール速度、及び０．０３インチ、０．０４インチ及び０．０６インチ（それぞれ０．７６ｍｍ、１．０２ｍｍ及び１．５２ｍｍ）の異なる隙間設定を使用した。本発明のそれぞれの組成物は、同じＰ１２００アルミナ及びフルオロホウ酸カリウム粒子と混合された２重量％の同じシリカを含んでいた。それぞれをシリカなしの同じ組成で比較し、試験を行う前に、粉末混合物を３週間にわたって１００°Ｆで貯蔵して最適な自由流れ性を確実にした。本発明の生成物ではそのような乾燥事前処理は採らなかった。
【００２２】
結果は図３で示している。ここでは同じ条件のシリカを伴わない組成物に対する改良の割合（１５秒間に堆積した粉末のグラム数に関して）を棒グラフで示している。この棒の長さは、シリカを伴わない生成物に対する改良の割合を示している。それぞれの棒のエラーバーは、この表にまとめた結果での可変性の程度を示している。予想されるように、隙間が比較的大きくなると、示される改良の程度は小さくなる。これは、比較的広い隙間がいくらかの凝集した粒子の通過を可能にすることによる。しかしながら改良はまだ有意のものである。
【００２３】
他のパラメータを一定に維持したＰ１２００よりも大きい粒度のアルミナでの評価は、Ｐ１０００アルミナ粒度で有意の改良を示した。しかしながらそれよりも大きい粒度では、試験条件は明らかな改良を示すのに十分に感受性ではなかった。更に上述のように、粒子凝集の問題は粒度が大きくなると比較的起こりにくくなる。そのような比較的大きい粒度を試験するために、直径０．１インチ（２．５４ｍｍ）の流出孔を有するじょうごを使用して、流量を評価した。ここでは流れが妨害され、２％のシリカの添加が３２０グリット又はそれよりも小さい粒度のアルミナの流量の増加に効果的であることが見出された。
【００２４】
例２
この例では、加工表面に関して、コーティングされた研磨具の研磨性能を、シリカ添加剤あり又はシリカ添加剤なしで評価した。コーティングされた研磨基体は、紫外線硬化性アクリレートバインダー樹脂中に分散させたアルミナ砥粒を含む組成物を堆積させ、そして堆積した組成物の表面に、２：１の重量比のＰ１２００アルミナ砥粒及びフルオロホウ酸カリウム粒子を含む粉末の層を適用することによって得た。組成物に繰り返しパターンをエンボス加工し、樹脂バインダー成分を硬化させた。３つの試料を調製した。これらは、砥粒／バインダー樹脂組成物の未硬化表面に堆積した粉末層のうち２つがシリカを含有しており、第３のものはシリカを含有していないことを除いて同じであった。
【００２５】
試料は、１６ｐｓｉの圧力（Ｍａｔｃｈｌｅｓｓ−Ｂ接触ホイールを使用して、コーティングされた研磨具の背面に適用）及び５，０００ｓｆｐｍの相対移動速度で、３０４ステンレス鋼リングでの研磨性能に関して試験した。
【００２６】
本発明の第１の組成物は、ＢＥＴ表面積が１７０ｍ2／ｇで平均粒度約２μｍの沈降シリカを、粉末重量に基づいて０．０８重量％の量で含有していた。本発明の第２の組成物は、例１で使用した２０μｍのシリカを、粉末の重量に基づいて０．２５重量％含有していた。第３の組成物はシリカを含有していなかった。
【００２７】
研磨試験の結果は図４に示している。理解されるように、シリカを導入した場合の研磨結果への影響は非常に小さく、且つ非常に低濃度であっても有益なことがある。
【００２８】
例３
この例は、シリカ添加剤の添加が、得られる砥粒粉末の抵抗率に与える影響を示すことを意図している。全ての場合に、添加剤は、ヘキサメチルジシラザン処理をしたフュームドシリカ粉末であった。このシリカはＣａｂｏｔ社から商標名「ＴＳ５３０」で入手可能である。
【００２９】
２組の試験を行った。１組目の試験は、以下の商標名でＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ
ＡＧから入手可能な酸化アルミニウム砥粒粉末について行った：
ＢＦＲＰＬ  Ｐ６００（ＦＥＰＡ  Ｐ研磨、平均粒度２５．８μｍ）；
ＦＲＰＬ  Ｐ８００（平均粒度２１．８μｍ）；及び
ＦＲＰＬ  Ｐ１５００（平均粒度１２．６μｍ）。
【００３０】
２組目の試験は、以下の商標名でＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社から入手可能な炭化ケイ素砥粒粉末について行った：
Ｅ２９９  ４００（ＡＮＳＩ研磨２２．１μｍ）；
Ｅ２９９  ６００（ＡＮＳＩ研磨１４．５μｍ）；及び
Ｅ５９９  Ｐ１５００（ＦＥＰＡ  Ｐ研磨１２．６μｍ）。
【００３１】
それぞれの場合に、粉末に所定量のシリカ粉末添加剤を加え、体積抵抗率を相対湿度２０％及び５０％で測定した。評価の結果は図５〜８で示している。図５及び７においては、添加剤量に対する抵抗率の変化を、それぞれ酸化アルミニウム及び炭化ケイ素粒子量に関して示している。図６及び８はそれぞれ、図５及び７のデータを、改質剤を伴わない粒子での抵抗率の測定値と比較して棒グラフで示している。これを行うために、グラフにおいて報告された抵抗率の値を、同じ相対湿度の改質されていない同一の砥粒の抵抗率で割っている。これは、シリカ添加剤を比較的適度な量で加えたときの、抵抗率の劇的な改良を明らかに示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、添加剤を評価するために使用する試験ベット装置の概略の透視図である。
【図２】  図２は、例１で使用した流動性評価装置における、３つの特定の条件での粒子流量を示すグラフである。
【図３】  図３は、本発明の組成物の使用による流動性の改良を示す棒グラフである。
【図４】  図４は、例２で得られる研磨結果を示す棒グラフである。
【図５】  図５は、２つの異なる相対湿度条件における３つの異なる酸化アルミニウム砥粒での、得られる研磨粉末の体積抵抗率への添加剤重量の影響を示すグラフである。
【図６】  図６は、棒グラフの形で図５のデータを表したものである。
【図７】  図７は、炭化ケイ素砥粒に関して集めたデータであることを除いて、図５と同様なグラフである。
【図８】  図８は、炭化ケイ素砥粒に関して集めたデータであることを除いて、図６と同様な棒グラフである。
【図１】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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