JP6640110B2 - 研磨粒子、及びこれを含む研磨物品 - Google Patents

Description

研磨粒子、及び研磨粒子を用いて作製した研磨物品は、商品の製造において、種々の材料及び表面の研磨、仕上げ、又は研削に有用である。

したがって、研磨粒子、及び研磨粒子が組み込まれる研磨物品のコスト、性能又は寿命を改善する必要性が引き続き存在する。

成形研磨粒子、及び特に（例えばαアルミナから製造した）セラミック成形研磨粒子は、過去約１０年にわたり、研磨業界に革新をもたらしてきた。成形研磨粒子は、その製造方法により付与される、ランダムではない形状を有する。成形研磨粒子は一般的に、無作為に粉砕された研磨粒子と比較して優れた性能を有することができる。研磨粒子の形状を調節することで、研磨粒子が組み込まれる研磨物品の、得られる性能を調節することができる。

米国特許出願公開第２０１１／０１４６８６７（Ａ１）号（Ｂｏｄｅｎ ｅｔ ａｌ．）に記載されている一般的な方法に従うと、溝を有するαアルミナ成形研磨粒子は、ゲル化され、形状にモールドされ、その形状を維持するために乾燥され、か焼され、次いで焼結される酸化アルミニウム一水和物の分散液から作製することができる。

ステンレス鋼材料を研削することは、炭素鋼よりもより困難であることが知られている。事実、被覆された研磨物品において、ステンレス鋼の仕上げのための材料は通常、スーパーサイズ層（又は単に「スーパーサイズ」）として知られている最上層に提供される。このようなスーパーサイズ層には一般に、研削助剤としても知られる、研磨材の研磨（例えば研削）性能を向上させるハロゲン含有粒子（例えばＫＢＦ_４、及び／又はＮａ_３ＡｌＦ_６（氷晶石））が非常に満たされている。しかし、ハロゲンは通常、ステンレス鋼内では、また特に核産業において、汚染物質として認識されている。ハロゲンが存在することにより、オーステナイト溶接、例えば３０４ステンレス鋼とニッケル系合金の溶接における応力腐食割れを促進することもまた知られている。

一態様では、本開示は、
外辺部を有する基部面と、
上記外辺部に当接する連続する複数の側壁であって、上記連続する複数の側壁のそれぞれが上記外辺部に当接し、集合的に上記連続する複数の側壁は上記外辺部全体に当接し、上記連続する複数の側壁の隣接する対は、それぞれの角縁部に沿って互いに当接している、連続する複数の側壁と、
連続する切子面を含む多切子面であって、上記多切子面は上記連続する複数の側壁により上記基部面から離間しており、少なくとも１つのＶ字溝は、複数の上記角縁部のうちの第１の角縁部から多切子面を横切り、上記角縁部のうちの第１の角縁部に接しない連続する複数の側壁のうちの１つまで延びる、多切子面と、
により境界付けられている、セラミック形成粒子であって、
全面積に基づいて、多切子面の１０％未満が上記基部面に平行である、
セラミック成形研磨粒子を提供する。

通常は、２種以上のセラミック成形研磨粒子が特定用途及び／又は研磨物品に用いられる。したがって、第２の態様では、本開示は、本開示に従った複数のセラミック成形研磨粒子を提供する。セラミック成形研磨粒子は、研磨業界が明記した公称等級に対応する粒度分布を有するように選択されてよい。

第３の態様では、本開示は、裏材に結合させた、本開示に従った複数のセラミック成形研磨粒子を含む、被覆された研磨物品を提供する。

予想していないことに、かつ有利には、本開示に従ったセラミック成形研磨粒子は、ハロゲン含有研削助剤を添加することなく、研削助剤を含有する従来の被覆された研磨物品同様に性能を発揮する、あるいは、被覆された研磨粒子の研磨性能を向上させる、被覆された研磨物品を作製するのに使用可能な、十分に改善された研磨特性を示す。

本明細書で使用する場合、性質（例えば平面性）を指して用いられる用語「名目上」とは、製造許容度により生じる性質の僅かな変化が含まれることを意味する。例えば、「名目上平面状」には、製造工程で生じる無作為な孔又は無作為な湾曲といった、意図しない表面欠陥を有する表面を含む。

本明細書で使用する場合、研磨粒子の表面を指して用いられる用語「実質的に平面状」とは、表面が、通常は平面的形質を有し、平面性に周期的に僅かなずれを有し得ることを含む。

本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで更に深い理解が得られるであろう。

本開示の一実施形態に従った、代表的なセラミック成形研磨粒子１００の概略斜視図である。 本開示の一実施形態に従った、代表的なセラミック成形研磨粒子２００の概略斜視図である。 本開示の一実施形態に従った、代表的なセラミック成形研磨粒子３００の概略斜視図である。 本開示の一実施形態に従った、代表的なセラミック成形研磨粒子４００の概略斜視図である。 本開示の一実施形態に従った、代表的なセラミック成形研磨粒子５００の概略斜視図である。 セラミック成形研磨粒子ＣＳＡＰ２の顕微鏡写真である。 本開示の一実施形態に従った、代表的な被覆された研磨物品７００の概略側面図である。 ３１６ステンレス鋼棒を加工物と使用した、比較例Ａ及びＢ、並びに実施例１の、全削り取り対サイクル数のプロットである。 １０４５炭素鋼棒を加工物として使用した、比較例Ａ及びＢ、並びに実施例１の、全削り取り対サイクル数のプロットである。 ７１６ ＩＮＣＯＮＥＬ合金棒を加工物として使用した、比較例Ａ及びＢ、並びに実施例１の、全削り取り対サイクル数のプロットである。

明細書及び図中で繰り返し使用される参照記号は、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図する。多数の他の変更例及び実施形態が、当業者によって考案され得ることを理解すべきであり、それらは、本開示の原理の範囲及び趣旨の範囲内に含まれる。図面は縮尺通りに描かれていない場合がある。

図１を参照すると、代表的なセラミック成形研磨粒子１００が図示されている。セラミック成形研磨粒子１００の材料は、セラミック材料（例えばαアルミナ）を含む。

セラミック成形研磨粒子１００は、外辺部１１５を有する基部面１１０、連続する複数の側壁１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、及び多切子面１３０により境界付けられている。連続する複数の側壁１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃのそれぞれは、外辺部１１５に当接する。集合的に、連続する複数の側壁１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは外辺部１１５全体に当接する。連続する複数の側壁１２０ａ及び１２０ｂ、１２０ｂ及び１２０ｃ、並びに１２０ａ及び１２０ｃの隣接する対は互いに、対応する角縁部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃに沿って当接する。

多切子面１３０は、連続する切子面１３５を含む。多切子面１３０は、連続する複数の側壁１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃにより基部面１１０から離間される。３つのＶ字溝１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃは、それぞれの角縁部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃから共通点１５０を通り、多切子面１３０を横切ってそれぞれの複数の側壁１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ａまで延びる。カスプ１６０のそれぞれは、２つの切子面１３５及び１つの側壁１２０で形成される。

図１に示すように、基部面、それぞれの連続する複数の側壁及び切子面は平面状である。しかしながら、これは要件ではない。いくつかの好ましい実施形態では、基部面、連続する複数の側壁、及び切子面のそれぞれは少なくとも実質的に平面状であるか、又は少なくとも名目上平面状（例えば平面状）である。別の好ましい実施形態では、基部面、連続する複数の側壁、及び切子面のいずれか若しくは全て（又はこれらの任意の部分組み合わせ）は、湾曲状（例えば凹状、凸状、若しくはこれらの組み合わせ）であってよいか、又は更なるとポログラフィー形質を有してよい。

第２の実施形態では、図２に示すように、セラミック成形研磨粒子２００は、外辺部２１５を有する基部面２１０、連続する複数の側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、及び多切子面２３０により境界付けられている。連続する複数の側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃのそれぞれは、外辺部２１５に当接する。集合的に、連続する複数の側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃは外辺部２１５全体に当接する。連続する複数の側壁２２０ａ及び２２０ｂ、２２０ｂ及び２２０ｃ、並びに２２０ａ及び２２０ｃの隣接する対は互いに、対応する角縁部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃに沿って当接する。

多切子面２３０は、連続する切子面２３５を含む。多切子面２３０は、連続する複数の側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃにより基部面２１０から離間される。２つのＶ字溝２４０ａ、２４０ｃはそれぞれの角縁部２２２ａ、２２２ｃから多切子面２３０を横切り、それぞれの複数の側壁２２０ｃ、２２０ｂまで延びる。カスプ２６０は２つの切子面及び１つの側壁から形成される。

第３の実施形態では、図３に示すように、セラミック成形研磨粒子３００は、外辺部３１５を有する基部面３１０、連続する複数の側壁３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ、及び多切子面３３０により境界付けられている。連続する複数の側壁３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄのそれぞれは外辺部３１５に当接する。集合的に、連続する複数の側壁３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄは外辺部３１５全体に当接する。連続する複数の側壁３２０ａ及び３２０ｂ、３２０ｂ及び３２０ｃ、３２０ｃ及び３２０ｄ、３２０ｄ及び３２０ａの隣接する対は互いに、それぞれの角縁部３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ、３２２ｄに沿って当接している。

多切子面３３０は、連続する切子面３３５を含む。多切子面３３０は、連続する複数の側壁３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄにより基部面３１０から離間される。２つのＶ字溝３４０ａ、３４０ｂはそれぞれ、角縁部３２２ａ、３２２ｂから多切子面３３０を横切り、角縁部３２２ｃ、３２２ｄまで延びる。２つの更なるＶ字溝３４０ｃ、３４０ｄは隣接しない対の側壁３２０ａ及び３２０ｃ、３２０ｂ及び３２０ｄの間に、多切子面３３０を横切って延びている。カスプ３６０のそれぞれは、２つの切子面及び１つの側壁で形成される。

第４の実施形態では、図４に示すように、セラミック成形研磨粒子４００は、外辺部４１５を有する基部面４１０、連続する複数の側壁４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、及び多切子面４３０により境界付けられている。連続する複数の側壁４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃのそれぞれは、外辺部４１５に当接する。集合的に、連続する複数の側壁４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃは外辺部４１５全体に当接する。連続する複数の側壁４２０ａ及び４２０ｂ、４２０ｂ及び４２０ｃ、４２０ｃ及び４２０ａの隣接する対は互いに、角縁部４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃに沿って当接している。

多切子面４３０は、連続する切子面４３５を含む。多切子面４３０は、連続する複数の側壁４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃにより基部面４１０から離間される。Ｖ字溝４４０は、対応する角縁部４２２ｃから多切子面４３０を横切り、側壁４２０ｂまで延びる。カスプ４６０はそれぞれ、１つの切子面及び２つの側壁で形成される。

第５の実施形態では、図５に示すように、セラミック成形研磨粒子５００は、外辺部５１５を有する基部面５１０、連続する複数の側壁５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ、及び多切子面５３０により境界付けられている。連続する複数の側壁５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃのそれぞれは、外辺部５１５に当接する。集合的に、連続する複数の側壁５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃは外辺部５１５全体に当接する。連続する複数の側壁５２０ａ及び５２０ｂ、５２０ｂ及び５２０ｃ、並びに５２０ａ及び５２０ｃの隣接する対は互いに、対応する角縁部５２２ａ、５２２ｂ、５２２ｃに沿って当接する。

多切子面５３０は、連続する切子面５３５を含む。多切子面５３０は、連続する複数の側壁５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃにより基部面５１０から離間される。２つのＶ字溝５４０ａ、５４０ｂはそれぞれの角縁部５２２ａ、５２２ｂから多切子面５３０を横切り、それぞれの側壁５２０ｂ、５２０ｃまで延びる。Ｖ字溝５４０ｃは側壁５２０ｂから多切子面５３０を横切り、側壁５２０ａまで延びる。カスプ５６０ａは２つの切子面及び１つの側壁で形成される一方、カスプ５６０ｂは１つの切子面及び２つの側壁で形成され、カスプ５６０ｃは３つの切子面で、側壁なしで形成される。

本開示の実践に有用なセラミック成形研磨粒子は、任意のセラミック材料を含んでよいか、それから本質的に構成されているか、又はそれで構成されてよい。有用なセラミック材料としては、例えば、結晶性セラミック及びガラスセラミックが挙げられる。セラミック材料は溶融又は焼結され、かつ多結晶であるのが好ましい。しかしながら、これは要件ではない。有用なセラミック材料としては、例えば、αアルミナ、溶融アルミナ−ジルコニア、及び溶融オキシニトリドが挙げられる。本開示に従った成形セラミック研磨粒子での使用に好適な、ゾル−ゲル由来のセラミック材料に関する更なる詳細は、例えば米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ．）、同第４，５１８，３９７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ．）、同第４，６２３，３６４号（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．）、同第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）、同第４，７７０，６７１号（Ｍｏｎｒｏｅ ｅｔ ａｌ．）、同第４，８８１，９５１号（Ｗｏｏｄ ｅｔ ａｌ．）、同第４，９６０，４４１号（Ｐｅｌｌｏｗ ｅｔ ａｌ．）、同第５，１３９，９７８号（Ｗｏｏｄ）、同第５，２０１，９１６号（Ｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．）、同第５，３６６，５２３号（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ ｅｔ ａｌ．）、同第５，４２９，６４７号（Ｌａｒｍｉｅ）、同第５，５４７，４７９号（Ｃｏｎｗｅｌｌ ｅｔ ａｌ．）、同第５，４９８，２６９号（Ｌａｒｍｉｅ）、同第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）、同第５，７２５，１６２号（Ｇａｒｇ ｅｔ ａｌ．）、及び同第６，０５４，０９３号（Ｔｏｒｒｅ ｅｔ ａｌ．）に見出すことができる。

αアルミナ、マグネシウムアルミナスピネル、及び希土類の六方晶系アルミン酸塩の晶子から構成されるセラミック成形研磨粒子は、例えば米国特許第５，２１３，５９１号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａ ｅｔ ａｌ．）、並びに米国特許出願公開第２００９／０１６５３９４（Ａ１）号（Ｃｕｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．）及び同第２００９／０１６９８１６（Ａ１）号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎ ｅｔ ａｌ．）に記載されている方法に従ったゾルゲルαアルミナ前駆体粒子を使用して調製することができる。αアルミナ砥粒は、米国特許第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）に開示されているように、ジルコニアを含有してもよい。あるいは、αアルミナ砥粒は、米国特許第６，２７７，１６１号（Ｃａｓｔｒｏ）に開示されているように、ミクロ構造又は添加剤を有することができる。セラミック成形研磨粒子を製造するための方法に関する更なる情報は同時係属中の米国出特許願公開第２００９／０１６５３９４（Ａ１）号（Ｃｕｌｌｅｒ ｅｔ．ａｌ）に開示されている。

本開示で用いられるセラミック成形研磨粒子は通常、精密機械加工を使用して切断される工具（即ち、成形型）を用いて作製することができ、これは例えば鍛造又はパンチングなど他の製造の代替手段よりも、形状のより高い精細度を提供する。典型的には、工具表面のキャビティは、鋭い縁部に沿って合わさる平坦面を形成し、正４面体の面を形成する。得られるセラミック成形研磨粒子は、工具表面のキャビティの形状に対応する、それぞれの名目上の平均形状を有する。ただし、名目上の平均形状からの変化（例えば、無作為な変化）は、製造中に発生する場合があり、このような変化を示すセラミック成形研磨粒子は、本開示に使用されるセラミック成形研磨粒子の定義内に含まれる。

本開示に従ったセラミック成形研磨粒子は研磨物品内に組み込むことができるか、又は遊離形態で用いることができる。研磨粒子は、概して、使用前に、定められた粒径分布に等級分けされる。そのような分布は典型的には、粗粒子から微粒子までのある範囲の粒径を有している。研磨の技術分野において、この範囲は、ときには「粗い」画分、「統制された」画分、及び「細かい」画分と呼ばれる。研磨業界が許可した等級基準に従い等級分けした研磨粒子は、各公称等級に対する粒径分布を数量的限界内で指定している。このような工業的に認められた等級分け規格（すなわち、研磨工業規格の公称等級）としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格及び日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。ＡＮＳＩ等級表記（すなわち、公称等級として指定される）としては、ＡＮＳＩ ４、ＡＮＳＩ ６、ＡＮＳＩ ８、ＡＮＳＩ １６、ＡＮＳＩ ２４、ＡＮＳＩ ３６、ＡＮＳＩ ４０、ＡＮＳＩ ５０、ＡＮＳＩ ６０、ＡＮＳＩ ８０、ＡＮＳＩ １００、ＡＮＳＩ １２０、ＡＮＳＩ １５０、ＡＮＳＩ １８０、ＡＮＳＩ ２２０、ＡＮＳＩ ２４０、ＡＮＳＩ ２８０、ＡＮＳＩ ３２０、ＡＮＳＩ ３６０、ＡＮＳＩ ４００、及びＡＮＳＩ ６００が挙げられる。ＦＥＰＡ等級表記としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００、及びＰ１２００が挙げられる。ＪＩＳ等級表記としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、及びＪＩＳ１０，０００が挙げられる。

あるいは、セラミック成形研磨粒子は、ＡＳＴＭ Ｅ−１１「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｗｉｒｅ Ｃｌｏｔｈ ａｎｄ Ｓｉｅｖｅｓ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｐｕｒｐｏｓｅｓ」に適したＵ．Ｓ．Ａ．Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｓｉｅｖｅｓを使用して公称スクリーニング等級に等級分けすることができる。ＡＳＴＭ Ｅ−１１は、指定の粒径に従って材料を分類するための、枠内に装着した織金網の媒体を使用する試験用ふるいの設計及び構造の要件を規定している。典型的な表記は、−１８＋２０のように表される場合があり、これは、研磨粒子がＡＳＴＭ Ｅ−１１の１８号ふるいの規格に一致する試験用ふるいを通過するものであり、ＡＳＴＭ Ｅ−１１の２０号ふるいの規格に一致する試験用ふるいに残るものであることを意味する。一実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、粒子の大部分が１８号のメッシュ試験用ふるいを通過し、かつ２０、２５、３０、３５、４０、４５、又は５０号メッシュ試験ふるいに保持されることができるような粒径を有する。本開示の各種実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、−１２＋１４、−１４＋１６、−１６＋１４、−１８＋２０、−２０＋２５、−２５＋３０、−３０＋３５、−３５＋４０、−４０＋４５、−４５＋５０、−５０＋６０、−６０＋７０、−７０＋８０、−８０＋１００、−１００＋１２０、−１２０＋１４０、−１４０＋１７０、−１７０＋２００、−２００＋２３０、−２３０＋２７０、−２７０＋３２５、−３２５＋４００、−４００＋４５０、−４５０＋５００、又は−５００＋６３５を含む公称スクリーニング等級を有することができる。

一態様では、本開示は、研磨業界が規定する公称等級、又は公称スクリーニング等級を有する複数のセラミック成形研磨粒子を提供し、ここで、複数の研磨粒子の少なくとも一部は、本開示に従ったセラミック成形研磨粒子である。別の態様では、本開示は、研磨業界が規定した公称等級又は公称スクリーニング等級を有する複数のセラミック成形研磨粒子を提供するための、本開示に従って作製したセラミック成形研磨粒子の等級分けを含む方法を提供する。

連続する複数の側壁は、基部面を多切子面から分離する。切子面と共に、側壁は多切子面の周辺端部にてカスプを形成する。例えば、カスプは２つの側壁及び１つの切子面、２つの切子面及び１つの側壁、３つの切子面及び１つの側壁、又は２つの切子面及び２つの側壁で形成されてよい。図１ではカスプのそれぞれは側壁に接するが、別の実施形態において、多切子面は、連続する複数の側壁のいずれにも接しない１つ以上の更なるカスプを含んでよい（例えば図５を参照）。複数の側壁は、基部面から延びるにつれて、多切子面の中心に向かって内側に先細りするのが好ましいが、これは要件ではない。テーパー角（研磨粒子を作製するために使用した成形型の抜き勾配に対応）は、基部面に対して直角の線と比較して、好ましくは５〜１１°、より好ましくは７〜９°の値を有する。

連続する複数の側壁の数は、切子面及び基部面の形状に依存する。３以上の任意の数字の連続する複数の側壁が存在してよい。連続する複数の側壁の数は、三角形、長方形又は正方形、及び六角形の基部面に対応して、それぞれ３、４、又は６個であるのが好ましい。

多切子面は連続する複数の切子面を含むが、切子面は同様に他の要素を含んでよい。好ましい実施形態では、多切子面は少なくとも名目的に、切子面の全体から構成される（例えば、切子面から構成される）（例えば、図１に示す通り）。しかしながら、これは要件ではない。いくつかの実施形態では、切子面のいずれの部分も、基部面に対して平行ではない。しかし、他の実施形態においては、切子面のいくつかの部分かが基部面に対して平行であってよい。このような実施形態において、このような切子面により占有される多切子面の累積部分は、多切子面の面積の１０％未満、８％未満、６％未満、４％未満、２％未満、あるいは１％未満であってよい。

多切子面に配置されるカスプは、基部面に対して少なくとも名目的に等しい（例えば等しい）か、又は等しくない高さを有してよい。

好ましい実施形態では、セラミック成形研磨粒子は複数工程プロセスに従って作製することができる。このプロセスは、任意のセラミック前駆体分散体材料を使用して行うことができる。

手短かに言えば、この方法は、対応するセラミックに転換可能な、種結晶を有するか又は有しないセラミック前駆体分散体のいずれか（例えば、αアルミナに転換可能なベーマイトゾルゲル）の作製工程、成形研磨粒子の所望の外形を有する１つ以上の成形型のキャビティをセラミック前駆体分散体で満たし、セラミック前駆体分散体を乾燥させて前駆体セラミック成形研磨粒子を形成する工程、前駆体セラミック成形研磨粒子を成形型のキャビティから取り除く工程、前駆体セラミック成形研磨粒子をか焼して、か焼前駆体セラミック成形研磨粒子を形成し、次いでか焼前駆体セラミック成形研磨粒子を焼成し、セラミック成形研磨粒子を形成する工程、を含む。このプロセスを、αアルミナ含有セラミック成形研磨粒子との関係においてより詳細に説明する。

第１のプロセス工程は、セラミックに変換可能なセラミック前駆体の、種結晶を有するか又は有しない分散体を提供する工程を伴う。セラミック前駆体分散体は、揮発性成分である液体を含む場合が多い。一実施形態において、揮発性成分は水である。分散体は、成形型のキャビティを充填して成形型表面を複製することを可能にするために、研磨材分散体の粘度を十分に低くするのに十分な量でありながらも、後に成形型のキャビティから液体を除去することが実現不可能なほど高価にならない程度の量の液体を含まなくてはならない。一実施形態において、セラミック前駆体分散体は、酸化アルミニウム一水和物（ベーマイト）の粒子などのセラミックに変換可能な粒子を２重量％〜９０重量％、及び水などの揮発性成分を少なくとも１０重量％、又は５０重量％〜７０重量％、又は５０重量％〜６０重量％含む。逆に、いくつかの実施形態におけるセラミック前駆体分散体は、３０重量％〜５０重量％、又は４０重量％〜５０重量％の固形分を含有する。

有用なセラミック前駆体分散体の例としては、酸化ジルコニウムゾル、酸化バナジウムゾル、酸化セリウムゾル、酸化アルミニウムゾル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。有用な酸化アルミニウム分散体としては、例えば、ベーマイト分散体及び他の酸化アルミニウム水和物分散体が挙げられる。ベーマイトは、既知の技術によって調製すること、あるいは市販のものを入手することができる。市販されているベーマイトの例としては、Ｓａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．からＤＩＳＰＥＲＡＬ及びＤＩＳＰＡＬとして、又はＢＡＳＦ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＨＩＱ−４０として入手可能な製品が挙げられる。これらの酸化アルミニウム一水和物は比較的純粋である。すなわち、これらは、存在しても比較的少量の、一水和物以外の水和物相を含み、かつ大きい表面積を有する。

結果として生じるセラミック成形研磨粒子の物理的特性は、一般に、セラミック前駆体分散体で使用される材料の種類によって異なる。本明細書で使用される「ゲル」とは、液体に分散した固体の３次元ネットワークである。

セラミック前駆体分散体は、変性剤、又は変性剤の前駆体を含有することができる。変性用添加剤は、研磨粒子のいくつかの望ましい特性を強化するため、又は後の焼結工程の有効性を増加させるために機能することができる。変性用添加剤又は変性用添加剤の前駆体は、溶解性の塩の形状であってよく、典型的には、水溶性の塩であってよい。これらは、典型的には、金属含有化合物からなり、マグネシウム、亜鉛、鉄、ケイ素、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、イットリウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテルビウム、ネオジム、ランタン、ガドリニウム、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、チタン、及びこれらの混合物の酸化物の前駆体であってよい。セラミック前駆体分散体中に存在できるこれらの添加剤の具体的な濃度は、当上記技術に基づき様々であり得る。

典型的には、変性用添加剤又は変性用添加剤の前駆体の導入によって、セラミック前駆体分散体はゲルになる。セラミック前駆体分散体は、一定時間熱を加えて分散体中の液体量を蒸発によって低減することによって、ゲルに誘発されることもできる。

セラミック前駆体分散体は、成核剤を含有することもできる。本開示に好適な成核剤としては、αアルミナ、α酸化鉄若しくはその前駆体、酸化チタン及びチタン酸塩、酸化クロム、又はこの変換の成核剤となる他の任意の物質の微粒子を挙げることができる。成核剤を使用する場合、その量は、αアルミナの変換を引き起こすために十分でなくてはならない。αアルミナ前駆体分散液の成核は、米国特許第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）に開示されている。

解膠剤をセラミック前駆体分散体に加えて、より安定したヒドロゾル又はコロイドセラミック前駆体分散体を作製することができる。好適な解膠剤は、酢酸、塩酸、ギ酸、及び硝酸のような一塩基酸又は酸化合物である。多塩基酸を使用することができるが、多塩基酸はセラミック前駆体分散体を急速にゲル化し、取り扱い又は追加的な成分の導入を困難にする。ベーマイトの一部の商業的供給源は、安定したセラミック前駆体分散体の形成を助ける（吸収されたギ酸又は硝酸のような）酸タイターを含有する。

セラミック前駆体分散体は、例えば、ゾルゲルアルミナ前駆体の場合、酸化アルミニウム一水和物を、解膠剤を含有する水と単に混合するか、又は、解膠剤が添加される酸化アルミニウム一水和物スラリーを形成することで、任意の好適な手段により形成することができる。消泡剤又は他の好適な化学物質を加えて、混合中に気泡を形成する、又は空気が混入する傾向を低下させることができる。湿潤剤、アルコール、又はカップリング剤のような追加的な化学物質を所望により追加することができる。

第２のプロセス工程は、成形型の少なくとも１つの主表面に形成される少なくとも１つの成形型のキャビティ、好ましくは複数のキャビティを有する成形型を提供する工程を伴う。いくつかの実施形態において、成形型は、例えば、ベルト、シート、連続ウェブ、輪転グラビアロールなどの被覆ロール、被覆ロール上に装着されるスリーブ、又はダイであり得る、生産工具として形成される。１つの実施形態では、生産工具は高分子材料を含む。好適な高分子材料の例としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はこれらの組み合わせなどの熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性材料が挙げられる。一実施形態においては、工具全体が高分子材料又は熱可塑性材料で製造される。別の実施形態において、乾燥工程中にセラミック前駆体分散体と接触する、複数のキャビティの表面などの工具表面は、高分子材料又は熱可塑性材料を含み、工具の他の部分は他の材料で作製され得る。好適な高分子被覆を金属工具に適用して、実施例の方法によって表面張力特性を変更することができる。

高分子用具又は熱可塑性生産工具は、金属製マスター工具から複製され得る。このマスター工具は、生産工具に所望の逆パターンを有する。マスター工具は、生産工具と同様の方法で製造することも可能である。一実施形態において、マスター金型を例えばニッケルのような金属で製造し、ダイヤモンドターニング加工することができる。一実施形態において、マスター工具は、少なくとも部分的にステレオリソグラフィを用いて形成される。高分子シート材料をマスター工具と共に加熱して、２つを一緒に加圧成形することにより、マスター工具パターンにて高分子材料がエンボス加工されるようにすることができる。高分子又は熱可塑性材料はまた、マスター工具上へと押出又はキャスティングされ、次に加圧成形することもできる。熱可塑性材料を冷却し固化させて、生産工具が製造される。熱可塑性生産工具が使用される場合、熱可塑性生産工具を歪めて寿命を制限するような過度の熱を生成しないよう注意が必要である。生産工具又はマスター工具の設計及び製造に関する更なる情報は、米国特許第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒ ｅｔ ａｌ．）、同第５，４３５，８１６号（Ｓｐｕｒｇｅｏｎ ｅｔ ａｌ．）、同第５，６７２，０９７号（Ｈｏｏｐｍａｎ ｅｔ ａｌ．）、同第５，９４６，９９１号（Ｈｏｏｐｍａｎ ｅｔ ａｌ．）、同第５，９７５，９８７号（Ｈｏｏｐｍａｎ ｅｔ ａｌ．）、及び同第６，１２９，５４０号（Ｈｏｏｐｍａｎ ｅｔ ａｌ．）に見出すことができる。

キャビティへは、成形型の上面又は底面にある開口部からアクセスすることができる。場合によっては、キャビティは、成形型の全厚さまで延びることができる。あるいは、キャビティは、成形型の厚さの一部分のみにわたって延びることができる。一実施形態において、上面は実質的に均一の深さを有するキャビティを備える成形型の底面と実質的に平行である。成形型の少なくとも１つの面、すなわちキャビティが形成される面は、揮発性成分の除去工程の間、周囲の外気に曝露したままにすることができる。

キャビティは、セラミック成形研磨粒子を作製するための特定の三次元形状を有する。深さの寸法は、上面から底面の最下点までの垂直距離と等しい。所与の成形型のキャビティは、同じ形であってもよく、又は異なる形であってもよい。

一実施形態では、キャビティの形状は、頂部から見たときに三角形であり、キャビティの底部表面（即ち、セラミック成形研磨粒子の多切子面に対応する）が、上部表面の開口部よりも僅かに小さい傾斜状の側壁を有すると説明することができる。傾斜側壁は、成形された研磨粒子の前駆体を成形型から容易に取り出せるようにし、研磨粒子の研削性能を改善させると考えられる。

成形型キャビティの形状には円形、長方形、正方形、六角形、星形、又はこれらの組み合わせ等を用いることができ、これらは全て、実質的に均一な深さ寸法を有している。深さの寸法は、上面から底面の最下点までの垂直距離と等しい。加えて、キャビティは、角錘、台形角錐、切頭球、切頭回転楕円、円錐、及び台形円錐のような他の立体形状の逆の形を有することができる。所与のキャビティの深さは、均一であってもよく、又はその長さ及び／若しくは幅に沿って変化してもよい。所与の成形型のキャビティは、同じ形であってもよく、又は異なる形であってもよい。

第３のプロセス工程は、成形型のキャビティをセラミック前駆体分散体で（例えば、従来の技術によって）充填する工程を伴う。いくつかの実施形態において、ナイフロールコーター又は真空スロットダイコーターを使用することができる。必要に応じて、成形型からの粒子の取り出しを支援するために離型剤を使用してよい。典型的な離型剤としては、例えば、ピーナッツオイル又は鉱油、魚油のような油、シリコン、ポリテトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛、及びグラファイトが挙げられる。一般に、水又はアルコール等の液体中のピーナッツオイルといった離型剤は、成形型の開放が望まれる場合、約０．１ｍｇ／ｉｎ^２（０．６ｍｇ／ｃｍ^２）〜約３．０ｍｇ／ｉｎ^２（２０ｍｇ／ｃｍ^２）、又は約０．１ｍｇ／ｉｎ^２（０．６ｍｇ／ｃｍ^２）〜約５．０ｍｇ／ｉｎ^２（３０ｍｇ／ｃｍ^２）の離型剤が成形型の単位面積あたりに存在するように、セラミック前駆体分散体と接する生産工具の表面に塗布される。いくつかの実施形態において、成形型の上面はセラミック前駆体分散体で被覆される。セラミック前駆体分散体は、ポンプで上面上に送り込まれることができる。

次に、スクレーパ又はならし棒を使用して、セラミック前駆体分散体を成形型のキャビティ内に完全に押し入れることができる。キャビティに入らないセラミック前駆体分散体の残余部分は、成形型の上面から取り除いて再利用することができる。いくつかの実施形態では、少量のセラミック前駆体分散体が上面に残る場合があり、他の実施形態では上面には分散体が実質的に存在しない。スクレーパ又はならし棒により加えられる圧力は通常、１００ｐｓｉ（０．６（ＭＰａ））未満、５０ｐｓｉ（０．３（ＭＰａ））未満、あるいは１０ｐｓｉ（６０（ｋＰａ））未満である。いくつかの実施形態において、セラミック前駆体分散体の露出面は、上面を実質的に越えて延出しない。

キャビティの露出面が成形セラミック研磨粒子の平面状基部面となることを容易にするために、キャビティを（例えばマイクロノズル合金を使用して）溢れるほど埋め、セラミック前駆体分散体をゆっくりと乾燥させるのが望ましい。

第４のプロセス工程は、揮発性成分を除去して分散液を乾燥させることを伴う。望ましくは、揮発性成分は速い蒸発速度で除去される。いくつかの実施形態において、蒸発による揮発性成分の除去は、この揮発性成分の沸点を超える温度で生じる。乾燥温度の上限は、成形型を製造する材料に依存することが多い。ポリプロピレン工具では、温度はこのプラスチックの融点未満でなくてはならない。

一実施形態において、約４０〜５０固形分％の水分散体及びポリプロピレン製の成形型では、乾燥温度は、約９０℃〜約１６５℃、又は約１０５℃〜約１５０℃、又は約１０５℃〜約１２０℃であり得る。高い温度は生産速度の向上をもたらすことができるが、ポリプロピレン工具の劣化をもたらし、成形型としての耐用年数を制限し得る。

乾燥中、セラミック前駆体分散体は縮小し、しばしばキャビティ壁からの収縮を引き起こす。例えば、キャビティが平坦壁を有する場合には、得られるセラミック成形研磨粒子は、少なくとも３つの凹状の主面を有する傾向があり得る。キャビティ壁を凹状にすることで（これによりキャビティの容積が増加する）、実質的に平面状の主要側壁を有するセラミック成形研磨粒子を得ることができる。必要な凹型の程度は、一般に、セラミック前駆体分散体の固形分によって異なる。

第５のプロセス工程は、得られた前駆体セラミック成形研磨粒子を成形型のキャビティからの取り出すことを伴う。前駆体セラミック成形研磨粒子は、成形型のキャビティから粒子を取り出すために重力、振動、超音波振動、真空、又は加圧空気のプロセスを、単独で又は組み合わせで成形型に対して用いることによって、キャビティから取り出すことができる。

前駆体セラミック成形研磨粒子を成形型の外で更に乾燥させることができる。セラミック前駆体分散体を、成形型内で望ましいレベルまで乾燥させる場合には、この追加的な乾燥工程は必要ない。しかし、場合によっては、この追加的な乾燥工程を採用して、成形型内にセラミック前駆体分散体が滞留する時間を最低限にすることが経済的である場合がある。典型的には、前駆体セラミック成形研磨粒子は、５０℃〜１６０℃、又は１２０℃〜１５０℃の温度で、１０〜４８０分、又は１２０〜４００分の間乾燥される。

第６のプロセス工程は、前駆体セラミック成形研磨粒子のか焼工程を伴う。か焼工程の間、本質的に全ての揮発性材料が除去され、セラミック前駆体分散体中に存在していた様々な成分は、金属酸化物へと変換される。前駆体セラミック成形研磨粒子は、一般に、４００℃〜８００℃の温度に加熱され、遊離水及び９０重量％を超すあらゆる結合揮発性材料が除去されるまで、この温度範囲内に維持される。選択的工程において、所望により、含浸プロセスによって変性用添加剤を導入することができる。か焼された前駆体セラミック成形研磨粒子の孔に、水溶性の塩を含浸によって導入することができる。次に、前駆体セラミック成形研磨粒子を再び予備か焼する。このオプションは、米国特許第５，１６４，３４８号（Ｗｏｏｄ）に更に詳しく記載されている。

第７のプロセス工程は、か焼された前駆体セラミック成形研磨粒子を焼結して、セラミック粒子を形成する工程を伴う。焼結前は、か焼された前駆体セラミック成形研磨粒子は完全には緻密化されていないので、セラミック成形研磨粒子として使用するための所望の硬度が足りない。焼結は、か焼された前駆体セラミック成形研磨粒子を１０００℃〜１６５０℃の温度まで加熱することによって行われる。このレベルの変換を達成するためにか焼された前駆体セラミック成形研磨粒子をこの焼結温度に曝露しなくてはならない時間の長さは、様々な要因にもよるが、通常、５秒〜４８時間が典型的である。別の実施形態において、焼結工程の持続時間は１分間〜９０分間の範囲である。

焼結後、セラミック成形研磨粒子は１０ＧＰａ（ギガパスカル）、１６ＧＰａ、１８ＧＰａ、２０ＧＰａ、又はそれ以上のビッカース硬度を有することができる。

例えば、材料を、か焼温度から焼結温度に急激に加熱すること、並びに／又はセラミック前駆体分散体を遠心分離してスラッジ及び／若しくは廃棄物を除去することといった他の工程を使用して、記載されたプロセスを変更することができる。更に、所望により、２つ以上のプロセス工程を組み合わせることによってこのプロセスを修正することができる。本開示のプロセスを変更するのに使用可能な従来のプロセス工程は、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）により完全に記載されている。

所望により、研磨業界が規定した公称等級又は公称スクリーニング等級を有するセラミック成形研磨粒子は、他の既知の研磨材又は非研磨粒子と混合することができる。いくつかの実施形態では、複数の研磨粒子の総重量を基準として、研磨業界が規定した公称等級又は公称スクリーニング等級を有する複数の研磨粒子の、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、あるいは１００重量％は、本開示に従い作製したセラミック成形研磨粒子である。

セラミック成形研磨粒子と共に混合するのに適している粒子としては、従来の砥粒、希釈グレイン、又は米国特許第４，７９９，９３９号及び同５，０７８，７５３号に記載されているもの等の侵食性凝集体が挙げられる。従来の研磨グレインの代表的な例としては、溶融酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、ガーネット、溶融アルミナジルコニア、キュービック窒化ホウ素、ダイヤモンドなどが挙げられる。希釈グレインの代表的な例としては、大理石、せっこう、及びガラスが挙げられる。異なるセラミック成形研磨粒子（例えば三角形及び正方形）のブレンドを使用してもよい。

セラミック成形研磨粒子は、表面被覆も有してもよい。表面被覆は、研磨物品の研磨グレインと結合剤との接着を改善することで知られており、又はセラミック成形研磨粒子の静電蒸着を支援するために使用することができる。このような表面被覆は、米国特許第５，２１３，５９１号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａ ｅｔ ａｌ．）、同第５，０１１，５０８号（Ｗａｌｄ ｅｔ ａｌ．）、同第１，９１０，４４４号（Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ）、同第３，０４１，１５６号（Ｒｏｗｓｅ ｅｔ ａｌ．）、同第５，００９，６７５号（Ｋｕｎｚ ｅｔ ａｌ．）、同第５，０８５，６７１号（Ｍａｒｔｉｎ ｅｔ ａｌ．）、同第４，９９７，４６１号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ ｅｔ ａｌ．）、及び同第５，０４２，９９１号（Ｋｕｎｚ ｅｔ ａｌ．）に記載されている。加えて、表面被覆は、成形研磨粒子のキャッピングを防ぐことがある。キャッピングとは、研磨中の加工物からの金属粒子が成形研磨粒子の頂上部に溶着される現象を表す用語である。上記の機能を発揮する表面被覆は、当業者には既知である。

ここで図７を参照すると、被覆された研磨物品７００は、裏材７１０の主表面７１５上に適用される結合剤物質の第１層（以下、メイク層７２０と称される）を有する裏材７１０を含む。複数のセラミック成形研磨粒子７３０がメイク層７２０に付着されるか、又はメイク層７２０内に部分的に埋め込まれる。セラミック成形研磨粒子上に結合剤物質の第２層があり、これは以下、サイズ層７４０と称される。メイク層７２０及びサイズ層７４０の目的は、セラミック成形研磨粒子７３０を裏材７１０に固定することである。集合的に、メイク層７２０、サイズ層７４０及びセラミック成形研磨粒子７３０が研磨層７６０を形成する。任意のスーパーサイズ層７７０が研磨層７６０上に配置される。

セラミック成形研磨粒子は、カスプ又は頂点が、示すように裏材から離れるように、又は裏材に向いて配向することができる。

代表的な有用な裏材としては、例えば、不織布（例えばニードルタック、メルトスパン、スパンボンド、水流交絡、又はメルトブロウン不織布）、ニット、ステッチボンド、及び織布（例えば生地）等の布地；紙；メッシュ；ポリオレフィンフィルム（例えば二軸延伸ポリプロピレン、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、セルロースエステルフィルムを含むポリプロピレン）等の高分子フィルム（下地処理フィルムを含む）；ホイル；フォーム（例えば天然スポンジ材料又はポリウレタンフォーム）；これらの材料の２つ以上の組み合わせ；並びにこれらの処理形が挙げられる。裏材はまた、２種類の材料（例えば、紙／フィルム、布／紙、フィルム／布）の積層体であり得る。

メイク層及びサイズ層は結合剤物質（例えば樹脂性接着剤）を含む。メイク層の結合剤物質は、サイズ層の結合剤物質と同一であるか、又は異なってよい。これらの層に好適な結合剤材料の例としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、アクリレート樹脂、アミノプラスト樹脂、メラミン樹脂、アクリレート化エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及びこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態ではフェノール樹脂が好ましく、粉末形態及び液体状態の両方で用いることができる。有機結合剤材料はまた、その特性を改善又は変更するために、他の結合剤材料で改質されてもよい。メイク層、サイズ層、又は両方の層は、当上記技術分野において既知の添加剤、例えば充填剤、研削助剤、湿潤剤、界面活性剤、染料、顔料、カップリング剤、可塑剤、接着促進剤、及びこれらの組み合わせ等を更に含んでよい。充填剤の例としては、炭酸カルシウム、シリカ、タルク、粘土、メタケイ酸カルシウム、ドロマイト、硫酸アルミニウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。

研削助剤は粒子材料として定義され、その添加が研磨の化学的及び物理的な工程に顕著な影響を及ぼし、それによって改善された性能をもたらす。前述したように、セラミック成形研磨粒子は、開口部２２が研削助剤リザーバとして作用する結果、増大した性能を有することができると考えられている。セラミック成形研磨粒子の静電蒸着の前に、成形研磨粒子２０は研削助剤で満たした開口部２２を有することにより、その機能を発揮することができると考えられている。

研削助剤は、広範な様々な材料を包含し、また無機系又は有機系であり得る。研削助剤の薬品群の例としては、ワックス、有機ハロゲン化合物、ハロゲン化物塩、並びに金属及びその合金が挙げられる。有機ハロゲン化合物は、典型的には、研磨中に分解し、ハロゲン酸又はガス状のハロゲン化合物を放出する。このような材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレン等の塩素化ワックス、及びポリ塩化ビニルが挙げられる。ハロゲン塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウムクリオライト、ナトリウムクリオライト、アンモニウムクリオライト、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。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、及びチタンが挙げられる。他の研削助剤としては、イオウ、有機イオウ化合物、グラファイト、及び金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組み合わせを使用することも、本開示の範囲内である。場合によっては、これにより相乗効果を生じる場合がある。１つの実施形態では、研削助剤はクリオライト又はテトラフルオロホウ酸カリウムであった。このような添加剤の量は、所望の性状をもたらすために調整されてよい。スーパーサイズ被覆を使用することもまた、本開示の範囲内である。スーパーサイズ層は通常、結合剤及び研削助剤を含有する。結合剤は、フェノール樹脂、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、及びこれらの組み合わせのような材料から生成することができる。

本開示に従った被覆（及び他の）研磨物品は、粉砕された研磨粒子（即ち、セラミック成形研磨粒子の破損から生じるのではない研磨粒子、及び研磨業界の規定の公称等級に対応する研磨粒子、又はこれらの組み合わせ）を更に含んでよい。粉砕された研磨粒子は、典型的には、セラミック成形研磨粒子よりも細かいサイズ等級又は複数のサイズ等級（例えば、複数のサイズ等級が用いられる場合）であるが、これは要件ではない。

有用な粉砕された研磨粒子としては、例えば、溶融酸化アルミニウム、褐色融解酸化アルミニウム、熱処理酸化アルミニウム、白色溶融酸化アルミニウム、商品名「３Ｍ ＣＥＲＡＭＩＣ ＡＢＲＡＳＩＶＥ ＧＲＡＩＮ」で３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から市販されているもの等のセラミック酸化アルミニウム材料、黒色炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、二ホウ化チタン、炭化ホウ素、タングステンカーバイド、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ざくろ石、溶融アルミナジルコニア、アルミニウムオキシニトリド、ゾルゲル由来の研磨粒子、酸化鉄、酸化クロム、セリア、ジルコニア、チタニア、ケイ酸塩、酸化スズ、シリカ（石英、ガラビーズ、ガラスバブル、及びガラス繊維等）、ケイ酸塩（タルク、粘土類（例えば、モンモリロナイトなど）、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、ケイ酸ナトリウム等）、フリント、及びエメリーの粉砕粒子が挙げられる。ゾルゲル由来の研磨粒子の例は、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ．）、同第４，６２３，３６４号（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．）、同第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）、同第４，７７０，６７１号（Ｍｏｎｒｏｅ ｅｔ ａｌ．）、及び同第４，８８１，９５１号（Ｍｏｎｒｏｅ ｅｔ ａｌ．）に見出すことができる。研磨粒子は、例えば米国特許第４，６５２，２７５号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ．）及び同４，７９９，９３９号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ．）に記載されているもの等の研磨材アグロメレートを含むことができることも、また考慮される。

研磨粒子を所望により、１つ以上のカップリング剤で処理して、研磨粒子の結合剤への接着を向上させてよい。研磨粒子を、結合剤物質と組み合わせる前にカップリング剤で処理してもよいし、又は、カップリング剤を結合剤物質に含むことで、ｉｎ ｓｉｔｕで研磨粒子を表面処理してよい。カップリング剤は、研磨分野の当業者に周知である。カップリング剤の例としては、オルガノシランカップリング剤（例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン）、チタン酸塩、及びジルコン酸塩が挙げられる。

被覆研磨分野で既知の、メイク層及びサイズ層を有する被覆された研磨物品の製造に関する詳細は、例えば米国特許第４，７３４，１０４号（Ｂｒｏｂｅｒｇ）、同第４，７３７，１６３号（Ｌａｒｋｅｙ）、同第５，２０３，８８４号（Ｂｕｃｈａｎａｎ ｅｔ ａｌ）、同第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒ ｅｔ ａｌ．）、同第５，３７８，２５１号（Ｃｕｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．）、同第５，４１７，７２６号（Ｓｔｏｕｔ ｅｔ ａｌ．）、同第５，４３６，０６３号（Ｆｏｌｌｅｔｔ ｅｔ ａｌ．）、同第５，４９６，３８６号（Ｂｒｏｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．）、同第５，６０９，７０６号（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ ｅｔ ａｌ．）、同第５，５２０，７１１号（Ｈｅｌｍｉｎ）、同第５，９５４，８４４号（Ｌａｗ ｅｔ ａｌ．）、同第５，９６１，６７４号（Ｇａｇｌｉａｒｄｉ ｅｔ ａｌ．）、同第４，７５１，１３８号（Ｂａｎｇｅ ｅｔ ａｌ．）、同第５，７６６，２７７号（ＤｅＶｏｅ ｅｔ ａｌ．）、同第６，０７７，６０１号（ＤｅＶｏｅ ｅｔ ａｌ．）、同第６，２２８，１３３号（Ｔｈｕｒｂｅｒ ｅｔ ａｌ．）、及び同第５，９７５，９８８号（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ）に見出すことができる。

セラミック成形研磨粒子を結合研磨物品、不織布研磨物品、又は研磨ブラシで利用可能であることもまた、本開示の範囲内である。結合研磨材は、結合剤により互いに結合し、成形された塊を形成する複数のセラミック成形研磨粒子を含むことができる。結合研磨材に使用される結合剤は、金属、有機、又はガラス質であってよい。不織布研磨材は、有機結合剤により不織繊維ウェブ内で結合された複数のセラミック成形研磨粒子を含む。

本開示の選択された実施形態
第１の実施形態において、本開示は、
外辺部を有する基部面と、
上記外辺部に当接する連続する複数の側壁であって、上記連続する複数の側壁のそれぞれが上記外辺部に当接し、集合的に上記連続する複数の側壁は上記外辺部全体に当接し、上記連続する複数の側壁の隣接する対は、それぞれの角縁部に沿って互いに当接している、連続する複数の側壁と、
連続する複数の切子面を含む多切子面であって、上記多切子面は上記連続する複数の側壁により上記基部面から離間しており、少なくとも１つのＶ字溝は、複数の上記角縁部のうちの第１の角縁部から多切子面を横切り、複数の上記角縁部のうちの第１の角縁部に接しない連続する複数の側壁の１つまで延びる、多切子面と、
により境界付けられている、セラミック成形研磨粒子であって、
全面積に基づいて、上記多切子面の１０％未満が上記基部面に平行である、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第２の実施形態において、本開示は、上記基部面が実質的に平面状である、第１の実施形態によるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第３の実施形態において、本開示は、上記基部面が三角形である、第１又は第２の実施形態によるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第４の実施形態において、本開示は、上記少なくとも１つのＶ字溝が、共通点で交差する少なくとも３つのＶ字溝を含む、第１〜第３の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第５の実施形態において、本開示は、全面積に基づいて、上記多切子面の１％未満が上記基部面に平行である、第１〜第４の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第６の実施形態において、本開示は、上記多切子面のいずれの部分も上記基部面に平行ではない、第１〜第５の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第７の実施形態において、本開示は、上記多切子面は、上記連続する複数の側壁の上記連続する複数の切子面と比較して、少なくとも４倍多くの連続する複数の切子面を含む、第１〜第６の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第８の実施形態において、本開示は、上記多切子面及び上記連続する複数の側壁は共同して、少なくとも６つのカスプを画定する、第１〜第７の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第９の実施形態において、本開示は、上記多切子面が、上記連続する複数の側壁と接しない、中央に配置された錐体を含む、第１〜第８の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第１０の実施形態において、本開示は、上記多切子面は上記連続する複数の切子面から構成される、第１〜第９の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第１１の実施形態において、本開示は、少なくとも上記多切子面が成形プロセスにより形成される、第１〜第１０の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第１２の実施形態において、本開示は、上記連続する複数の側壁が、上記基部面から延びるにつれて内側に先細りする、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第１３の実施形態において、本開示は、上記セラミック成形研磨粒子がαアルミナを含む、第１〜第１２の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子を提供する。

第１４の実施形態において、本開示は、第１〜第１３の実施形態のいずれか１つによる、複数のセラミック成形研磨粒子を提供する。

第１５の実施形態において、本開示は、研磨業界が規定した公称等級又は公称スクリーニング等級の少なくとも１つに相当する粒度分布を有する、第１４の実施形態による複数のセラミック成形研磨粒子を提供する。

第１６の実施形態において、本開示は、裏材に結合させた、第１４又は第１５の実施形態による複数のセラミック成形研磨粒子を含む被覆された研磨物品を提供する。

第１７の実施形態において、本開示は、
上記裏材上に、少なくとも部分的に配置されたメイク層と、
上記メイク層上に少なくとも部分的に配置されたサイズ層と
を更に含む、第１６の実施形態による被覆された研磨物品を提供する。

第１８の実施形態において、本開示は、上記被覆された研磨物品は、上記サイズ層上に少なくとも部分的に配置されたスーパーサイズ層を更に含み、上記スーパーサイズ層は研削助剤を含む、第１６又は第１７の実施形態による被覆された研磨物品を提供する。

第１９の実施形態において、本開示は、上記被覆された研磨物品は、研削助剤を含むスーパーサイズ層を含まない、第１６又は第１７の実施形態による被覆された研磨物品を提供する。

第２０の実施形態において、本開示は、上記被覆された研磨物品が研削助剤を含まない、第１６又は第１７の実施形態による被覆された研磨物品を提供する。

以下の非限定的な実施例によって本開示の目的及び利点を更に例示するが、これら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、本開示を不当に制限するものと解釈されるべきではない。
[実施例]

特に記載が無い限り、実施例及びこれ以降の明細書における部、％、比率などはいずれも重量基準である。実施例を調製するために使用した種々の原材料の概略を、表１（以下）に記載する。

セラミック成形研磨粒子の調製
ＣＳＡＰ１の調製
以下の配合を用いて、ベーマイトゾルゲルを調製することにより、ＣＳＡＰ１の成形研磨粒子を作製した：ＤＩＳＰＥＲＡＬ酸化アルミニウム一水和物粉末（Ｓａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓから、１６００重量部）を、水（２４００重量部）及び７０％の含水硝酸（７２重量部のＨＮＯ_３）を含有する溶液を１１分間、高剪断混合することにより分散させた。結果として生じるゾルゲルは、少なくとも１時間置いてから塗布した。ゾルゲルは、２８ミル（０．７１ｍｍ）の深さ及び各辺１１０ミル（２．７８ｍｍ）の正三角形の成形型のキャビティを有する生産工具に押し入れた。成形型の、側壁と底部間の角度は９８°であった。離型剤（メタノール中の１％ピーナッツオイル）を使用して、生産工具に塗布されるピーナッツオイル約０．５ｍｇ／ｉｎ^２（０．０８ｍｇ／ｃｍ^２）を生産工具に被覆した。生産工具のシートを空気対流炉に４５℃で５分間配置することにより、余剰メタノールを除去した。生産工具の開口部が完全に満たされるように、ゾルゲルをパテナイフでキャビティに押し入れた。ゾルゲルで被覆された生産工具を４５℃の空気対流炉に少なくとも４５分間配置し、乾燥させた。超音波ホーンを通過させることにより、前駆体成形研磨粒子を生産工具から取り出した。前駆体成形研磨粒子を約６５０℃でか焼し、その後１．２％のＭｇＯ、１．２％のＹ_２Ｏ_３、及び２．４％のＬａ_２Ｏ_３（酸化物として報告）の混合硝酸溶液で飽和させた。飽和前駆体成形研磨粒子を乾燥させた後、粒子を再び６５０℃でか焼し、約１４００℃で焼結した。か焼及び焼結工程は共に、ロータリーチューブキルンを用いて実施した。得られるセラミック成形研磨粒子をキルンから出して室温空気中に移し、ここで粒子を金属容器に収集して室温まで冷却させた。

ＣＳＡＰ２の調製
生産工具のキャビティが、図１に示す三角形プリズムの形質を有するセラミック成形研磨粒子をもたらしたことを除いて、ＣＳＡＰ１と同様にＣＳＡＰ２を調製した。ここで、３倍の回転対称軸を有する、セラミック成形研磨粒子のＶ溝は０．２４９ｍｍの名目深さを有し、各側長さは２．１８９ｍｍの名目長さを有し、名目の粒子厚さは０．７９４ｍｍであった。

研磨ディスクの調製
比較例Ａ
比較例Ａの研磨ディスクは、０．８３ｍｍ（３３ミル）の厚さを有するバルカナイズドファイバー裏材（ＤＹＮＯＳ ＧｍｂＨ，Ｔｒｏｉｓｄｏｒｆ，Ｇｅｒｍａｎｙから、ＤＹＮＯＳ ＶＵＬＣＡＮＩＺＥＤ ＦＩＢＲＥとして入手）の、７インチのディスク（（１７．８ｃｍ）直径及び７／８インチ（２．２ｃｍ）直径のアーバーホール）を、レゾールフェノール樹脂４９．１５重量部、充填剤４０．５６重量部、界面活性剤１ ０．１部、及び水１０．１９重量部からなる、メイク被覆組成物３．５グラム／ディスク（ｇ／ディスク）で被覆することにより調製した。次いで、ディスクを研磨粒子ＣＳＡＰ１ １５．０ｇ／ディスクで、その後、レゾールフェノール樹脂２９．４２重量部、研削助剤１ ５０．６５重量部、界面活性剤１ １．８１重量部、及び水１８．１２重量部からなるサイズ被覆組成物１３．０ｇ／ディスクで、静電被覆した。次いで、ディスクを９０℃で９０分間加熱した。次いで、部分硬化したディスクを、エポキシ樹脂３０．９６重量部、研削助剤２ ５６．３４重量部、界面活性剤２ ０．７８部、硬化剤０．３６部、消泡剤０．０４部、及び水１１．５２重量部からなるスーパーサイズ被膜１０ｇで更に被覆した。その後、１０時間１０２℃で硬化させ、得られた研磨ディスクを曲げた。

比較例Ｂ
スーパーサイズ被膜を貼り付けないことを除いて、比較例Ａのものと同一の、比較例Ｂの研磨ディスクを調製した。
[実施例]

（実施例１）
研磨粒子ＣＳＡＰ１を研磨粒子ＣＳＡＰ２で置き換えたことを除いて比較例Ｂのものと同一の、実施例１の研磨ディスクを調製した。

研削試験
以下の手順を使用して、実施例１、並びに比較例Ａ及びＢの研磨ディスクを試験した。

直径７インチ（１７．８ｃｍ）の研磨ディスクを、７インチ（１７．８ｃｍ）のリブ付きディスクパッド平面皿（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から入手した「８０５１４ ＥＸＴＲＡ ＨＡＲＤ ＲＥＤ」）を装備した回転研磨盤に取り付けた。次に、研削盤を稼動させ、研磨ディスクを０．７５ｉｎ×０．７５ｉｎ（１．９ｃｍ×１．９ｃｍ）断面積の予め計量した３０４ステンレス鋼棒（加工物）の末端面に、１２ポンド（５．５ｋｇ）の荷重下で押し付けた。この荷重下で、この加工物を押し付けて得られる研削盤の回転速度を、５０００ｒｐｍとした。加工物を、これらの条件下で、合計２０回にわたる１０秒研削間隔（サイクル）で研磨した。それぞれの１０秒サイクルの後、加工物を室温まで冷却させ、計量して、切削した鋼の量を測定した。試験結果（平均４つのディスク）を、合計の削り取りとして図８に報告した。

研削試験を、１０４５炭素鋼加工物（５０サイクル実施、結果を図９に報告）、及び７１６ ＩＮＣＯＮＥＬ合金加工物（１６サイクル実施、結果を図１０に報告）で繰り返した。

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、及び特許出願は、一貫した形でそれらの全文が参照により本明細書に組み込まれている。これらの組み込まれた参照と本明細書との間に部分的に不一致又は矛盾がある場合、先行する記述の情報が優先するものとする。当業者が請求項の開示を実行することを可能にするために与えられた先行する記述は、本請求項及びの全ての等価物によって定義される本開示の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (19)

1. 外辺部を有する基部面と、
   前記外辺部に当接する連続する複数の側壁であって、前記連続する複数の側壁のそれぞれは前記外辺部に当接し、集合的に前記連続する複数の側壁は前記外辺部全体に当接し、前記連続する複数の側壁の隣接する対は、それぞれの角縁部に沿って互いに当接している、連続する複数の側壁と、
   連続する複数の切子面を含む多切子面であって、前記多切子面は前記連続する複数の側壁により前記基部面から離間しており、少なくとも１つのＶ字溝は、複数の前記角縁部のうちの第１の角縁部から複数の前記角縁部のうちの前記第１の角縁部に接しない前記連続する複数の側壁のうちの１つまで延びる、多切子面と、により境界付けられている、セラミック成形研磨粒子であって、
   前記セラミック成形研磨粒子は、セラミック材料のみからなり、
   全面積に基づいて、前記多切子面の１０％未満が前記基部面に平行であり、
   前記多切子面及び前記連続する複数の側壁は共同して、少なくとも６つのカスプを画定する、セラミック成形研磨粒子。
2. 外辺部を有する基部面と、
   前記外辺部に当接する連続する複数の側壁であって、前記連続する複数の側壁のそれぞれは前記外辺部に当接し、集合的に前記連続する複数の側壁は前記外辺部全体に当接し、前記連続する複数の側壁の隣接する対は、それぞれの角縁部に沿って互いに当接している、連続する複数の側壁と、
   連続する複数の切子面を含む多切子面であって、前記多切子面は前記連続する複数の側壁により前記基部面から離間しており、少なくとも１つのＶ字溝は、複数の前記角縁部のうちの第１の角縁部から複数の前記角縁部のうちの前記第１の角縁部に接しない前記連続する複数の側壁のうちの１つまで延びる、多切子面と、により境界付けられている、セラミック成形研磨粒子であって、
   前記セラミック成形研磨粒子は、セラミック材料のみからなり、
   全面積に基づいて、前記多切子面の１０％未満が前記基部面に平行であり、
   前記多切子面は、前記連続する複数の側壁と接しない、中央に配置された錐体を含む、セラミック成形研磨粒子。
3. 前記基部面は、実質的に平面である、請求項１又は２に記載のセラミック成形研磨粒子。
4. 前記基部面は、三角形である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
5. 前記少なくとも１つのＶ字溝は、共通点で交差する少なくとも３つのＶ字溝を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
6. 全面積に基づいて、前記多切子面の１％未満が前記基部面に平行である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
7. 前記多切子面のいずれの部分も前記基部面に平行ではない、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
8. 前記多切子面は、前記連続する複数の側壁の少なくとも４倍の連続する複数の切子面を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
9. 前記多切子面は、前記連続する複数の切子面から構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
10. 少なくとも前記多切子面は、成形プロセスにより形成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
11. 前記連続する側壁は、前記基部面から延びるにつれて内側に先細りする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
12. 前記セラミック成形研磨粒子は、αアルミナを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のセラミック成形研磨粒子。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
14. 研磨業界が規定した公称等級又は公称スクリーニング等級のうちの少なくとも１つに相当する粒度分布を有する、請求項１３に記載の複数のセラミック成形研磨粒子。
15. 裏材に結合させた、請求項１３又は１４に記載の複数のセラミック成形研磨粒子を含む、被覆された研磨物品。
16. 前記裏材上に少なくとも部分的に配置されたメイク層と、
    前記メイク層上に少なくとも部分的に配置されたサイズ層とを更に含む、請求項１５に記載の被覆された研磨物品。
17. 前記被覆された研磨物品は、前記サイズ層上に少なくとも部分的に配置されたスーパーサイズ層を更に含み、前記スーパーサイズ層は、研削助剤を含む、請求項１５又は１６に記載の被覆された研磨物品。
18. 前記被覆された研磨物品は、研削助剤を含むスーパーサイズ層を含まない、請求項１５又は１６に記載の被覆された研磨物品。
19. 前記被覆された研磨物品は、研削助剤を含まない、請求項１５又は１６に記載の被覆された研磨物品。

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