(57)【要約】  向上した砥粒保持力及び性能を有する研磨物品及び製造方法が開示される。向上した砥粒保持力をもつ研磨物品により、性能が向上した、製品寿命のより長い物品が得られる。
2012525273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の研磨砥粒と、有機結合剤材料と、活性充填剤材料とを含み、前記活性充填剤材料が、通常の乾式切断状態において吸熱反応を提供する有効量の活性吸熱充填剤材料を含む極薄で小径のカットオフホイール。
【請求項２】
前記複数個の研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、及びＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項３】
前記複数個の研磨砥粒が、ＳＧ、ＮＱ、３Ｍ３２１、３Ｍ３２４、ＮＺプラス、ＺＦ、ＺＳ、ＺＫ４０、ＺＲ２５Ｂ、ＺＲ２５Ｒ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項４】
前記複数個の研磨砥粒が、全混合物の約３５〜約５５容積％存在する請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項５】
前記複数個の研磨砥粒が、一次研磨砥粒と、二次研磨砥粒とを含み、前記一次研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記一次砥粒が、全研磨砥粒量の約２０〜約１００容積％を含む請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項６】
前記有機結合剤材料が、乾燥樹脂材料を含む請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項７】
前記有機結合剤材料が、全混合物の約２５〜約４５容積％存在する請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項８】
前記活性吸熱充填剤材料が、硫化物及び低融点酸化物からなる充填剤種の群から選択される請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項９】
前記活性吸熱充填剤材料が、黄鉄鉱、硫化亜鉛、硫化銅、酸化鉛、酸化錫、酸化ビスマス及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項８に記載のカットオフホイール。
【請求項１０】
前記活性充填剤材料が、氷晶石、ＰＡＦ、ＫＢＦ４、Ｋ２ＳＯ４、ＮａＣｌ／ＫＣｌ及びこれらの組み合わせを含む請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項１１】
前記活性吸熱充填剤材料が、前記活性充填剤材料の全量の約２５〜約１００容積％存在する請求項１０に記載のカットオフホイール。
【請求項１２】
前記活性吸熱充填剤材料が、前記結合剤材料の約１２〜約５０容積％含まれている請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項１３】
前記有機結合剤材料に対する前記活性吸熱充填剤材料の容積比が、約０．１３６〜約１の範囲にある請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項１４】
直径が約７５ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲にある請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項１５】
厚さが約２．５ｍｍ未満である請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項１６】
前記厚さが、約０．８ｍｍ〜約２．２ｍｍまでの間にある請求項１５に記載のカットオフホイール。
【請求項１７】
アスペクト比が、約４０〜約１６０の範囲にある請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項１８】
研磨ホイールを含む請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項１９】
前記研磨ホイールが、熱劣化が主な製品摩耗メカニズムとなる乾式切断用途に用いられる請求項１８に記載のカットオフホイール。
【請求項２０】
複数個の研磨砥粒と、有機結合剤材料とを含み、前記有機結合剤材料に、吸熱反応を提供する活性吸熱充填剤材料が加えられ、前記活性吸熱充填剤材料の量が、前記結合剤の約１２容積〜約５０容積％までの範囲にある極薄で小径のカットオフホイール。
【請求項２１】
前記複数個の研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項２２】
前記複数個の研磨砥粒が、ＳＧ、ＮＱ、３Ｍ３２１、３Ｍ３２４、ＮＺプラス、ＺＦ、ＺＳ、ＺＫ４０、ＺＲ２５Ｂ、ＺＲ２５Ｒ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項２３】
前記複数個の研磨砥粒が、全混合物の約３５〜約５５容積％存在する請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項２４】
前記複数個の研磨砥粒が、一次研磨砥粒と、二次研磨砥粒とを含み、前記一次研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記一次砥粒が、全研磨砥粒量の約２０〜約１００容積％を構成する請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項２５】
前記二次研磨砥粒が、セラミック酸化物、窒化物及び炭化物からなる群から選択される請求項２４に記載のカットオフホイール。
【請求項２６】
前記有機結合剤材料が、乾燥樹脂材料を含む請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項２７】
前記有機結合剤材料が、全混合物の約２５〜約４５容積％存在する請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項２８】
前記活性吸熱充填剤材料が、硫化物及び低融点酸化物からなる充填剤種の群から選択される請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項２９】
前記活性吸熱充填剤材料が、黄鉄鉱、硫化亜鉛、硫化銅、酸化鉛、酸化錫、酸化ビスマス及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項２８に記載のカットオフホイール。
【請求項３０】
前記有機結合剤材料に対する前記活性吸熱充填剤材料の容積比が、約０．１３６〜約１の範囲にある請求項２８に記載のカットオフホイール。
【請求項３１】
直径が約７５ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲にある請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項３２】
厚さが約２．５ｍｍ未満である請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項３３】
前記厚さが、約０．８ｍｍ〜約２．２ｍｍまでの間にある請求項３２に記載のカットオフホイール。
【請求項３４】
アスペクト比が、約４０〜約１６０の範囲にある請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項３５】
研磨ホイールを含む請求項２０に記載のカットオフホイール。
【請求項３６】
前記研磨ホイールが、熱劣化が主な製品摩耗メカニズムとなる乾式切断用途に用いられる請求項３５に記載のカットオフホイール。
【請求項３７】
複数の研磨砥粒と、有機結合剤材料とを含み、前記有機結合剤材料に、砥粒保持力を向上させる吸熱反応を提供する活性吸熱充填剤材料が加えられ、前記複数個の研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記活性吸熱充填剤材料が、硫化物、低融点酸化物及びこれらの組み合わせからなる群から選択される極薄で小径のカットオフホイール。
【請求項３８】
前記複数個の研磨砥粒が、ＳＧ、ＮＱ、３Ｍ３２１、３Ｍ３２４、ＮＺプラス、ＺＦ、ＺＳ、ＺＫ４０、ＺＲ２５Ｂ、ＺＲ２５Ｒ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項３９】
前記複数個の研磨砥粒が、全混合物の約３５〜約５５容積％存在する請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４０】
前記複数個の研磨砥粒が、一次研磨砥粒と、二次研磨砥粒とを含み、前記一次研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記一次砥粒が、全研磨砥粒量の約２０〜約１００容積％を構成する請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４１】
前記二次研磨砥粒が、セラミック酸化物、窒化物及び炭化物からなる群から選択される請求項４０に記載のカットオフホイール。
【請求項４２】
前記有機結合剤材料が、乾燥樹脂材料を含む請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４３】
前記有機結合剤材料が、全混合物の約２５〜約４５容積％含まれている請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４４】
前記活性吸熱充填剤材料が、黄鉄鉱、硫化亜鉛、硫化銅、酸化鉛、酸化錫、酸化ビスマス及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４５】
前記活性吸熱充填剤材料が、前記結合剤材料中に約１２〜約５０容積％存在する請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４６】
前記有機結合剤材料に対する前記活性吸熱充填剤材料の容積比が、約０．１３６〜約１の範囲にある請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４７】
直径が約７５ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲にある請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４８】
厚さが約２．５ｍｍ未満である請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項４９】
前記厚さが、約０．８ｍｍ〜約２．２ｍｍまでの間にある請求項４８に記載のカットオフホイール。
【請求項５０】
アスペクト比が、約４０〜約１６０の範囲にある請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項５１】
研磨ホイールを含む請求項３７に記載のカットオフホイール。
【請求項５２】
前記研磨ホイールが、熱劣化が主な製品摩耗メカニズムとなる乾式切断用途に用いられる請求項５１に記載のカットオフホイール。
【請求項５３】
前記研磨ホイールが、不活性充填剤材料を含む請求項１〜５２のいずれか一項に記載のカットオフホイール。
【請求項５４】
前記不活性充填剤材料が、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２及びこれらの組み合わせを含む請求項５３に記載のカットオフホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、研磨物品に関し、特に向上した砥粒保持力及び性能を有する研磨物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨物品は多くの場合、切断、ラッピング、研削、又はポリッシングによって加工物を機械加工する種々の工業において使用される。機械加工するための研磨物品の使用は、光学工業、自動車工場修理業から金属製造業までの広範な工業分野に及んでいる。これらの例の各々において、製造設備は、設計した寸法、形状、及び製品の表面特性（例えば、平面性、表面粗度）に到達するため、研磨剤を使用してバルク材料を取り除く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
研磨物品を荒削りする製造業者は、より高い生産性並びに顧客によって指定される高性能の要件に合致する研磨物品を作ることを絶えず要求される。製造業者がより高い生産性及び性能条件に合致する荒削り研磨物品を作ることを要求される１つの特定の理由は、研磨物品が、研磨砥粒の破砕又は磨滅又は結合剤の破砕による機械的破壊を受けるだけでなく、砥粒とそれを取り巻く有機結合剤との境界面での熱的破壊（即ち、砥粒の脱落）を受けるからである。特に、熱を取り除く冷却材なしで材料を取り除く荒削り研磨物品と関連した高出力は、これらの物品を後者のタイプの破壊（即ち、研磨砥粒と結合剤との境界面での熱劣化）に至らせがちである。この熱劣化は、良好な耐機械的破壊性を示す研磨砥粒を使用するときに、一層明らかになる。結局のところ、熱劣化は、荒削りする研磨物品を弱め、性能を損ない、ついには寿命を短くする。熱劣化は、極薄の乾式カットオフホイールに対して特に問題となり得、このようなカットオフホイールでは、砥粒／結合剤境界面において熱劣化する温度に極めて急速に到達しがちである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、複数個の研磨砥粒と、有機結合剤材料と、活性充填剤材料とを含む極薄で小径のカットオフホイールが提供される。活性充填剤材料は、通常の乾式切断状態において吸熱反応を提供する有効量の活性吸熱充填剤材料を含む。
【０００５】
第２の実施形態では、複数個の研磨砥粒と、吸熱反応を提供する活性吸熱充填剤材料が加えられた有機結合剤材料とを含む極薄で小径のカットオフホイールが提供される。活性吸熱充填剤材料の量は、結合剤材料の約１２〜約５０容積％の範囲にある。
【０００６】
第３の実施形態では、複数個の研磨砥粒と、砥粒保持力を向上させる吸熱反応を提供するため、活性吸熱充填剤材料が加えられた有機結合剤材料とを含む、極薄で小径のカットオフホイールが提供される。複数個の研磨砥粒は、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。活性吸熱充填剤材料は、硫化物、低融点酸化物及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による研磨物品の画像である。
【図２】図２は、従来の研磨物品の顕微鏡写真の画像であって、従来技術による多量の砥粒の脱落を示したものである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態によって形成された研磨物品の顕微鏡写真の画像である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面を参照すると、図１は、本発明の一実施形態による研磨物品１００の画像である。特に、図１は、研磨物品１００が研磨ホイール製品であることを示している。当該技術分野において知られているように、研磨ホイール製品には、例えば、大径のカットオフ研磨ホイール製品、中径のカットオフ研磨ホイール製品、及び小径のカットオフ研磨ホイール製品のような種々の寸法のものがある。一般に、大径のカットオフ研磨ホイール製品の直径は、約１０００ｍｍ超、中径のカットオフ研磨ホイール製品の直径は、約４００ｍｍ超かつ約１０００ｍｍ未満であるのに対して、小径のカットオフ研磨ホイール製品の直径は、約４００ｍｍ未満である。研磨物品１００を形成するのに使用される研磨混合物に関する以下の記載は、好ましくは小径のカットオフ研磨ホイール製品に適しており、特に直径が約２５０ｍｍ以下の極薄で小径のカットオフ研磨ホイール製品に適しているが、当業者であれば、研磨物品１００を形成するのに使用される研磨混合物が、大径のカットオフ研磨ホイール製品及び中径のカットオフ研磨ホイール製品にも同様に適用し得ることを認識するであろう。
【０００９】
一実施形態では、研磨物品１００は、研磨砥粒と、吸熱充填剤のような活性充填剤材料が加えられた有機結合剤材料とを含む研磨混合物から形成された、極薄で小径の結合された研磨物品である。これらの活性吸熱充填剤材料は、「通常の乾燥切断状態」において砥粒とそれを取り巻く有機結合剤材料との境界面の温度を低下させる吸熱反応を提供する。一般に、研削性能を高めるため、活性充填剤を、結合した研磨剤に使用することができる。再活性充填剤としても知られる活性充填剤は、物理的及び／又は化学的に活性であるように設計されている。これらは一般的に、切断速度及び切断時の冷たさを拡大し増加させる。研磨工具の寸法及び形状のような種々のパラメータに応じて、使用する砥粒及び結合剤の種類、遭遇する作動条件、活性充填剤は、以下のうち１つ以上を行うことができる。
１）研磨砥粒と研磨される加工物との間の摩擦を減少させる。
２）研磨砥粒が「キャッピング」するのを防止する、即ち、金属粒子が砥粒の頂部に溶接されるのを防止する。
３）研磨砥粒と加工物との間の境界面の温度を低下させる。
４）所要の研削力を低下させる。
これらの反応は一般に、以下の異なるメカニズムに分けることができる。
１）研磨砥粒と加工物との摩擦を減少させる潤滑。
２）研磨砥粒の頂部への金属の結合又は削り屑粒子の加工物への溶接を阻止し、又はチップの形成を容易にするために金属表面の健全性を変えることによる金属表面の化学腐食。
３）研磨砥粒を適所にしっかり保持するのに使用される結合剤材料の酸化のフリーラジカル過程を妨げることによる接着融除の阻止。
４）新たな砥粒に作用を始めさせ、古い摩耗した研磨粒子を放出させる一定の接着腐食。
５）研磨砥粒と加工物との研削境界面から熱を放散するのを支援する大きな吸熱反応による熱放散。
【００１０】
本明細書に記載されるように、「通常の乾式切断状態」において研磨砥粒とそれを取り巻く有機結合剤の境界面での温度を低下させる吸熱反応を提供する少なくとも１種の活性吸熱充填剤材料を使用する結果、向上した砥粒保持力又は利用が得られる。向上した砥粒保持力の結果として、研磨物品１００は、従来の研磨混合物から形成される他の極薄のカットオフ研磨ホイール製品よりも向上した切断性能とより長い寿命を有する。
【００１１】
この実施形態では、研磨物品１００は、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナとＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２とからなる研磨系の群から選択された少なくとも1種の一次研磨砥粒を含有する。本発明の実施形態において使用してもよい種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ族からの研磨砥粒の非網羅的リストには、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡ）から市販されているＳＧ砥粒及びＮＱ砥粒と、３Ｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から市販されている３Ｍ３２１キュービトロン（Ｃｕｂｉｔｒｏｎ）砥粒及び３Ｍ３２４キュービトロン（Ｃｕｂｉｔｒｏｎ）砥粒と、これらの組み合わせとが含まれる。本発明の実施形態において使用してもよいＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２族からの研磨砥粒の非網羅的リストには、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡ）から市販されているＮＺプラス砥粒と、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡ）から市販されているＺＦ砥粒及びＺＳ砥粒と、Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｉｎｃ．（Ｔｒｏｎｔ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ）から市販されているＺＫ４０砥粒と、Ａｌｃａｎ  Ｉｎｃ．（Ｍｏｎｔｒｅａｌ，Ｑｕｅｂｅｃ，Ｃａｎａｄａ）から市販されているＺＲ２５Ｂ砥粒及びＺＲ２５Ｒ砥粒とが含まれる。一実施形態では、一次研磨砥粒の量は、研磨砥粒の全体量の約２０〜約１００容積％を構成する。
【００１２】
一実施形態では、コストの条件又は性能の条件のいずれかを達成するため、少なくとも1種の二次研磨砥粒を一次研磨砥粒に配合することができる。二次研磨砥粒は、セラミック酸化物（例えば、コーテッド又は非コーテッド溶融Ａｌ２Ｏ３、単結晶Ａｌ２Ｏ３）、窒化物（例えば、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ）、および炭化物（例えば、ＳｉＣ）とからなる群から選択してもよい。一実施形態では、二次研磨砥粒の量は、砥粒の全体量の容積又はバランスで約８０〜約０％の範囲に及んでもよい。
【００１３】
一実施形態では、有機結合剤材料は、1つ又はそれ以上の有機樹脂（例えば、エポキシ、ポリエステル、フェノール、シアン酸エステル樹脂、又は他の適当な熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂）のような当該分野で認められている有機結合剤材料を実質的に含む。使用することができる樹脂の非限定的な特定の例には、Ｄｙｎｅａ  Ｏｙ（Ｆｉｎｌａｎｄ）によって商標名Ｐｒｅｆｅｒｅ、カタログ／製品番号８５２２Ｇ、８５２８Ｇ、８６８０Ｇ、８７２３Ｇとして販売されている樹脂と、Ｈｅｘｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｉｓ（ＯＨ）によって商標名Ｒｕｔａｐｈｅｎ．ＲＴＭ、カタログ／製品番号９５０７Ｐ、８６８６ＳＰ、ＳＰ２２３として販売されている樹脂と、Ｄｕｒｅｚ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＴＸ）によってカタログ／製品番号２９３４４、２９３４６、２９７２２として販売されている樹脂とが含まれる。一実施形態では、結合剤材料は、乾燥樹脂材料を含む。
【００１４】
種々の実施形態では、活性吸熱充填剤の種類と量は、「通常乾式切断状態」において吸熱反応を提供するために選ばれる。用語「通常乾式切断状態」とは一般に、切断／研削するようにホイールが設計される共通材料の乾式切断時に、小径の極薄カットオフホイールの砥粒／結合剤境界面で遭遇する状態を意味する。活性吸熱充填剤の「有効量」は、通常乾式切断状態において吸熱反応を提供する。これらの状態は一般に、４５０℃を超える熱劣化温度まで極めて急速に増加することを含む。熱劣化は、極めて急速に熱移動し、砥粒／結合剤材料境界面で極めて急速に熱劣化温度に到達しがちな極薄な乾式カットオフホイールに対しては特に問題となり得る。本出願の極薄ホイールでは、活性吸熱充填剤は、一般には乾式切断時に遭遇する状態において吸熱反応を生成し、従って、砥粒／結合剤境界面での温度を低下させ、その結果、砥粒保持力を非常に向上させ、寿命をより長くする。種々の別の実施形態では、活性吸熱充填剤は、砥粒／結合剤境界面での温度が少なくとも約４５０℃、又は少なくとも約５００℃、又は少なくとも約５２７℃、又は活性吸熱充填剤を分解するのに要する活性エネルギーを上回る熱エネルギーの量を提供する温度であるときに吸熱反応を提供する。加熱速度が緩慢であるとき、又は砥粒／結合剤境界面の温度が低すぎる場合には、放熱反応が生ずることがあり、従って、研磨物品の厚さは、所望の吸熱反応を得る役割を果たすことができることに留意すべきである。
【００１５】
一実施形態では、吸熱反応を提供する少なくとも１種の活性吸熱充填剤材料は、硫化物と低融点酸化物からなる充填物の種類の群から選定される。本発明の実施形態において使用してもよい硫化物種からの活性吸熱充填剤の非網羅的なリストには、黄鉄鉱、硫化亜鉛、硫酸銅、及びこれらの組み合わせが含まれる。本発明の実施形態において使用してもよい低融点酸化物種からの活性吸熱充填剤の非網羅的なリストには、酸化ビスマス、酸化鉛、酸化錫、及びこれらの組み合わせが含まれる。一実施形態では、低融点酸化物の活性充填剤の融点が、約１０００℃未満であるのが好ましいことに留意する。
【００１６】
当業者であれば、切断、ラッピング、研削、又はポリッシングに対する研磨物品１００の能力を高めるために、有機結合剤材料に種々の他の充填剤を加えてもよいことを認識するであろう。充填剤は、活性充填剤及び／又は不活性充填剤を含んでもよい。活性充填剤の非網羅的なリストには、氷晶石、ＰＡＦ、ＫＢＦ４、Ｋ２ＳＯ４、ＮａＣｌ／ＫＣｌ、及びこれらの組み合わせを含んでもよい。不活性充填剤の非網羅的なリストには、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＳｉＯ３、カイヤナイト（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２の混合物）、サラン（ポリ塩化ビニリデン）、かすみ石（Ｎｅｐｈｅｎｌｉｎｅ）（Ｎａ、Ｋ）、ＡｌＳｉＯ４、おがくず、ココナッツ殻粉、石粉、長石、カオリン、石英、ガラス短繊維、アスベスト繊維、バラティーニ（ｂａｌｏｔｉｎｉ）、表面処理した微細砥粒（シリコン炭化物、コランダム等）、軽石、コルク粉末、及びこれらの組み合わせを含んでもよい。好ましい実施形態では、金属を腐食させ、ホイールと加工物との間の摩擦を減少させるために、Ｋ３ＡｌＦ６とＫＡｌＦ４の混合物であるＰＡＦのような活性充填剤材料を有機結合剤材料に加えることができる。
【００１７】
特定の実施形態では、研磨物品１００を形成するのに使用される研磨混合物の配合は、以下の通りでもよい。一実施形態では、この混合物中に存在する研磨砥粒は、全混合物の容積（即ち、間隙を除く）の約３５〜約５５％の範囲に及んでもよい。別の実施形態では、この混合物中に存在する研磨砥粒は、全混合物の容積（即ち、間隙を除く）の約４０〜約５４％の範囲に及んでもよい。一実施形態では、この混合物中の有機結合剤材料（例えば、樹脂）は、混合物全体の約２５〜約４５容積％までの範囲に及んでもよい。別の実施形態では、この混合物中の有機結合剤材料（例えば、樹脂）は、全混合物の約３０〜約４０容積％の範囲に及んでもよい。一実施形態では、この混合物中の活性吸熱充填剤材料は、（全混合物の量の）約５〜約３０容積％の範囲に及ぶ量でもよい。別の実施形態では、この混合物中の活性吸熱充填剤材料は、（全混合物の量の）約５〜約２４容積％の範囲に及ぶ量でもよい。他の実施形態では、この混合物中の活性吸熱充填剤材料は、（全混合物の量の）約１２〜約５０容積％の範囲に及ぶ量でもよい。さらに、他の実施形態では、この混合物中の活性吸熱充填剤材料は、（全混合物の量の）約１２容積％〜約３５容積％の範囲に及ぶ量でもよい。残りは、活性充填剤又は不活性充填剤を含む他の充填剤となるであろう。一実施形態では、吸熱反応を提供する活性充填剤材料の有機結合剤材料（例えば、樹脂）に対する容積比は、約０．１３６〜約１の範囲にある。別の実施形態では、吸熱反応を提供する活性充填剤材料の有機結合剤材料（例えば、樹脂）に対する容積比は、約０．１３６〜約０．６７の範囲にある。
【００１８】
上述のように、一実施形態では、研磨物品１００は、極薄で小径のカットオフ研磨ホイール製品である。特定の実施形態では、研磨物品１００の直径は、約７５ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲にあり、厚さは約２．５ｍｍ未満である。他の実施形態では、ホイールの厚さは、約０．８ｍｍ〜約２．２ｍｍである。種々の実施形態では、ホイールのアスペクト比は、約４０〜約１６０の範囲とすることができる。これらの寸法により、乾式切断の用途に良好に適合する極薄で小径の研磨物品１００ができる。ホイールの寸法及び組成は、顕著な性能の向上を提供するように、本教示に従って選ぶことができる。
【００１９】
本明細書に記載されるように、上述の配合から形成される研磨物品は、従来の研磨物品のような砥粒の多量の脱落を受けない。従来の配合から形成される研磨物品は、砥粒の多量の脱落によって悪影響を受ける。これは、これらの混合物における研磨砥粒と結合剤材料との結合が、研磨物品の切断作用と関連した熱入力から生ずる熱劣化に耐えることができないからである。本発明の種々の実施形態によれば、研磨物品の表面レベルにおける砥粒とそれを取り巻く有機結合剤との境界面での温度が最も高く、約６００℃〜約１０００℃までの範囲となり得ることが測定された。有機結合剤材料は、熱伝導率が低い（即ち、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満）ため、断熱層として作用することができ、これにより切断作用による熱入力は、研磨剤の他の層が存在する研磨物品の深さを実質的に貫通しない。従って、２５０℃〜３５０℃になるこれらの下層レベルにおける砥粒とそれを取り巻く有機結合剤との境界面での温度は、頂面の境界面での温度をかなり下回る。表面レベルにおける砥粒とそれを取り巻く有機結合剤との境界面での温度が非常に高いので、結合剤は弱くなり（樹脂のような有機結合剤材料の典型的な熱分解温度は５００℃である）、ついにはこのレベルでの砥粒は脱落し、典型的な磨滅プロセスにより徐々に磨滅するのではなく、表面から落下する。上述の配合によって形成された研磨物品は、砥粒の脱落が少ない。これは、吸熱反応が境界面の温度を低下させるように発生するため、砥粒とそれを取り巻く結合剤材料との境界面での熱劣化による悪影響の程度が小さいからである。
【００２０】
本発明の実施形態による研磨物品は、ホイールの寸法及び特定の種類の研磨砥粒と活性吸熱充填剤の配合のため、従来技術と比較して、砥粒とそれを取り巻く有機結合剤材料との境界面での熱劣化による悪影響を受けない。特に、上述の配合における活性充填剤の使用が活性充填剤の熱分解を提供するように作用し、その結果、研磨砥粒と結合剤との境界面での温度を低下させる冷却効果が得られることが本明細書で分かった。これは、激しい熱劣化が発生する傾向を抑制する。上述の配合において吸熱反応を提供するこれらの活性充填剤の使用に加えて、上記の研磨砥粒の選択及び配合の結果、従来の研磨物品よりも砥粒の脱落の程度が著しく小さい研磨製品が得られることが分かった。
【００２１】
図２は、従来の研磨物品の顕微鏡画像２００であって、多数の砥粒脱落孔２１０を示している。説明を容易にするため、数個の砥粒脱落孔２１０のみが強調表示されていることに注意されたい。画像２００を詳細に見ると、従来技術によって形成されたこの研磨物品が極めて多数の砥粒脱落孔２１０を有することが分かる。この多くの砥粒脱落孔がある研磨物品は良好に機能せず、従って、寿命が短いであろう。
【００２２】
図２に示される従来の研磨物品と比較して、図３は、本発明の実施形態によって形成された研磨物品の顕微鏡画像３００を示している。図３に示されるように、本発明の実施形態によって形成された研磨物品は、図２に示される従来の研磨物品よりも砥粒脱落孔が著しく少ない。図３では砥粒脱落孔の全てが強調表示されているわけではないが、明らかに、図２よりも砥粒脱落孔が著しく少ない。
【００２３】
図３の研磨物品の砥粒脱落孔が著しく少ないので、本明細書に記載されているような研磨物品は、従来の研磨物品よりもより良好に切断作業を遂行し、よりより長く使用できる。研磨物品の性能に関する１つの測定法は、絶対Ｇ比である。本明細書に記載されるような絶対Ｇ比は、最大作動速度が約８０ｍ／ｓであり得る乾式切断用途のためのポータブル機械に研磨物品を取り付けることによって得られる。典型的な寸法（例えば、６００ｍｍ（長さ）×１００（幅）×６（厚さ）ｍｍ）の加工物材料を万力によってクランプしてもよい。次いで、加工物材料からの切断片の数を数え、研磨物品の直径とともにコンピュータシステムに記録する。次いで、熟練したオペレータが、グラインダを使用して手動で試験を行い、加工物材料に関して切断作業を実施する。グラインダと接続されたデータ取得システムが、試験時のグラインダの電力および電流と切断時間を監視する。研磨物品が完全に消耗されるまで、試験は継続する。次いで、試験された物品の直径を測定して記録する。残りの加工物材料の重量を計り、同様に記録する。市販のソフトウェアアプリケーションを使用するコンピュータシステムは、材料除去速度（ＭＲＲ）とホイール磨耗速度（ＷＷＲ）を測定する。アプリケーションは、ＭＲＲをＷＷＲで除することによって絶対Ｇ比を計算する。絶対Ｇ比が高いと、研磨物品の性能がより良好であることを表す。
【００２４】
本明細書において、研磨物品Ａ（参考）の絶対Ｇ比で除した研磨物品Ｂの絶対Ｇ比の比率である相対Ｇ比を使用して、研磨物品の性能を比較する。それ故、研磨物品Ａの相対Ｇ比は１である。相対Ｇ比が高いと、性能がより良好に改良されたことを表す。この手法を使用して、上述の配合を使用して本明細書において形成された研磨物品の相対Ｇ比が１．００を上回ることが測定された。以下の例は、約１．４〜約２．４までの範囲の相対Ｇ比の値を得ることが可能であることを示している。
【実施例】
【００２５】
本明細書に記載されている実施形態によって形成された研磨物品の特定の例を以下に提供する。
【００２６】
実施例１
本実施例では、研磨物品は、上述の配合で形成される。約２５ポンドの単結晶Ａｌ２Ｏ３砥粒が配合された約４４ポンドのＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒を、ミキシング容器内に加えた。少なくとも１種の処理液体を砥粒に投入した。ここで、約５ポンドの液体樹脂を研磨砥粒に加えた。約１１ポンドの粉末樹脂、約６ポンドのＰＡＦ及び約９ポンドの黄鉄鉱を、別のミキシング容器内に準備した。研磨砥粒と液体樹脂との混合物をこの別の容器に注入し、粉末樹脂、ＰＡＦ及び黄鉄鉱の混合物と混合した。次いで、研磨物品を、例えば米国特許第６，８６６，６９１Ｂ１号明細書（その全体を参考として本明細書に組み込む）に記載されている形成方法のような、従来の研磨物品と同じ方法で形成した。研磨物品の寸法は、直径１２５ｍｍ、厚さ１ｍｍであった。上述の配合をもつ研磨物品の性能を試験し、（同じ寸法の従来の研磨物品と比較して）その相対Ｇ比は２．２であった。性能の向上は、黄鉄鉱の熱分解が研磨砥粒とそれを取り巻く有機結合剤の境界面での温度を低下させ、これにより砥粒保持力が向上し寿命がより長くなるという事実によるものであった。本開示は提示された理論によって限定されることはないが、温度が５２７℃を上回るとき、高活性エネルギーのため黄鉄鉱の分解が優勢となることは明らかである。
【００２７】
実施例２
本実施例では、研磨物品を上述の配合で形成した。約６８ポンドの種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナＡｌ２Ｏ３研磨砥粒をミキシング容器内に加えた。少なくとも１種の処理液体を研磨砥粒に投入した。この中に、約５ポンドの液体樹脂を研磨砥粒内に加えた。約１１ポンドの粉末樹脂、約６ポンドのＰＡＦ及び約１０ポンドの黄鉄鉱を、別のミキシング容器内に準備した。研磨砥粒と液体樹脂との混合物を別の容器に注入し、粉末樹脂、ＰＡＦ及び黄鉄鉱の混合物と混合した。次いで、研磨物品を、上述の従来の研磨物品と同じ方法で形成して試験した。本実施例における研磨物品の寸法は、直径が１２５ｍｍ、厚さが１ｍｍであった。その相対Ｇ比は１．６であった。その結果得られた性能の向上は、黄鉄鉱の熱分解が研磨砥粒とそれを取り巻く有機結合剤の境界面での温度を低下させ、これにより砥粒保持力が向上し寿命がより長くなるという事実によるものであった。
【００２８】
以下に、本明細書に記載された実施形態によって形成されない研磨物品の比較例を提供する。
【００２９】
比較例１
本例では、研磨物品を上述の研磨砥粒で形成したが、異なる活性充填剤を使用した。特に、約２５ポンドの単結晶Ａｌ２Ｏ３研磨砥粒が配合された約４４ポンドのＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２研磨砥粒をミキシング容器内に加えた。この中に、約５ポンドの液体樹脂を研磨砥粒内に加えた。本例の配合と実施例１における上述の配合との唯一の相違は、結合剤の配合においてただ１種の活性充填剤、ＰＡＦが用いられることであった。すなわち、この配合には黄鉄鉱がなかった。特に、約１１ポンドの粉末樹脂及び約１３ポンドのＰＡＦを、別のミキシング容器内に準備した。研磨砥粒と液体樹脂との混合物を別の容器に注入し、粉末樹脂及びＰＡＦの混合物と混合した。次いで、研磨物品を、実施例１に記載したのと同じ方法で形成して試験した。本例における研磨物品の寸法は、直径が１２５ｍｍ、厚さが１ｍｍであった。得られた相対Ｇ比は（同じ寸法の従来の研磨物品と比較して）１．１であった。研磨物品の寿命又は砥粒保持力は、実施例１と同じ尺度では向上しなかった。これは、切断作業時に吸熱反応が発生しなかったからである。
【００３０】
本開示がその好ましい実施形態に関連して特に示され説明されてきたが、当業者には変形及び修正が生じることが認識されるであろう。従って、特許請求の範囲が、本開示の真正な精神の範囲に入るような修正及び変形を全て包含することを意図していることを理解すべきである。
【図１】
2012525273.tif 000003
【図２】
2012525273.tif 000004
【図３】
2012525273.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月2日(2011.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の研磨砥粒と、有機結合剤材料と、活性充填剤材料とを含み、前記活性充填剤材料が、通常の乾式切断状態において吸熱反応を提供する有効量の活性吸熱充填剤材料を含む極薄で小径のカットオフホイール。
【請求項２】
前記複数個の研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、及びＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項３】
前記複数個の研磨砥粒が、ＳＧ、ＮＱ、３Ｍ３２１、３Ｍ３２４、ＮＺプラス、ＺＦ、ＺＳ、ＺＫ４０、ＺＲ２５Ｂ、ＺＲ２５Ｒ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項４】
前記複数個の研磨砥粒が、全混合物の約３５〜約５５容積％存在する請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項５】
前記複数個の研磨砥粒が、一次研磨砥粒と、二次研磨砥粒とを含み、前記一次研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記一次砥粒が、全研磨砥粒量の約２０〜約１００容積％を構成する請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項６】
前記活性吸熱充填剤材料が、硫化物及び低融点酸化物からなる充填剤種の群から選択される請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項７】
前記活性吸熱充填剤材料が、黄鉄鉱、硫化亜鉛、硫化銅、酸化鉛、酸化錫、酸化ビスマス及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項６に記載のカットオフホイール。
【請求項８】
前記活性充填剤材料が、氷晶石、ＰＡＦ、ＫＢＦ４、Ｋ２ＳＯ４、ＮａＣｌ／ＫＣｌ及びこれらの組み合わせを含む請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項９】
前記活性吸熱充填剤材料が、前記結合剤の約１２容積％から約５０容積％である請求項１に記載のカットオフホイール。
【請求項１０】
前記複数個の研磨砥粒が、一次研磨砥粒と、二次研磨砥粒とを含み、前記一次研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記一次砥粒が、全研磨砥粒量の約２０容積％から約１００容積％を構成する請求項９に記載のカットオフホイール。
【請求項１１】
前記有機結合剤材料が、乾燥樹脂材料を含み、前記有機結合剤材料が、全混合物の約２５容積％から約４５容積％存在する請求項９に記載のカットオフホイール。
【請求項１２】
直径が約７５ｍｍ〜約２５０ｍｍの範囲にある請求項９に記載のカットオフホイール。
【請求項１３】
アスペクト比が、約４０〜約１６０の範囲にある請求項９に記載のカットオフホイール。
【請求項１４】
熱劣化が主な製品摩耗メカニズムとなる乾式切断用途に用いられる研磨ホイールを含む請求項９に記載のカットオフホイール。
【請求項１５】
前記複数個の研磨砥粒が、種晶又は非種晶ゾルゲルアルミナ砥粒、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２砥粒及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記活性吸熱充填剤材料が、硫化物、低融点酸化物及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項９に記載のカットオフホイール。
【国際調査報告】
2012525273.tif 000006
2012525273.tif 000007
2012525273.tif 000008
2012525273.tif 000009
2012525273.tif 000010