JP2002534281A - 活性結合剤を有する超砥石 - Google Patents
活性結合剤を有する超砥石Info
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Abstract
(57)【要約】
硬く剛性の砥粒、ならびに金属成分および活性金属成分を含む焼結結合剤から形成される、平形で薄いモノリス砥石は優れた剛性を示す。金属成分は多くの焼結可能な金属組成物から選択されうる。活性金属は焼結条件で砥粒と反応して結合を形成しうる金属であり，砥粒および焼結結合剤を砥粒強化複合材に統合するのに十分な量で存在する。ダイヤモンド砥粒、銅／スズ／チタン焼結結合剤砥石が好適である。このような砥石は、シリコンウエハおよびアルミナー炭化チタンパックの切断のようなエレクトロニクス産業における研磨操業に有用である。新規な砥石の剛性は従来のモノリス砥石よりも高く、したがって改良された切断精度および比較的少ない切りくずが、砥石の厚さの増加および同伴するカーフ損失の増加を招くことなく達成されうる。
Description
【０００１】 本発明は、エレクトロニクス産業で利用されているような非常に硬い材料を研
磨するための薄い砥石に関する。
磨するための薄い砥石に関する。
【０００２】 非常に薄くて、かつ非常に硬い砥石は商業的に重要である。たとえば、薄い砥
石はエレクトロニクス製品の製造において、シリコンウェハ、およびアルミナ−
炭化チタン複合体のいわゆるパック（packs)の処理における、薄片の切断および
他の研磨操作の実施、に使用される。シリコンウェハは集積回路に使用されるの
が通常であり、そしてアルミナ−炭化チタンパックは磁気的に記憶された情報を
記録し再生するための浮動薄膜ヘッド（flying thin film heads）を製造するの
に利用される。シリコンウェハおよびアルミナ−炭化チタンパックを研磨するた
めの砥石の使用は米国特許第５，３１３，７４２号明細書によく記載されており
、ここに引用により開示全体が組入れられる。
石はエレクトロニクス製品の製造において、シリコンウェハ、およびアルミナ−
炭化チタン複合体のいわゆるパック（packs)の処理における、薄片の切断および
他の研磨操作の実施、に使用される。シリコンウェハは集積回路に使用されるの
が通常であり、そしてアルミナ−炭化チタンパックは磁気的に記憶された情報を
記録し再生するための浮動薄膜ヘッド（flying thin film heads）を製造するの
に利用される。シリコンウェハおよびアルミナ−炭化チタンパックを研磨するた
めの砥石の使用は米国特許第５，３１３，７４２号明細書によく記載されており
、ここに引用により開示全体が組入れられる。
【０００３】 ’７４２特許において述べられるように、シリコンウェハおよびアルミナ−炭
化チタンパックの製造は工作物材料のくずをほとんど伴なわない寸法的に正確な
切断の必要性を創出する。理想的には、このような切断をもたらす切断ブレード
はできるかぎり硬く、そして実際的に薄くあるべきである。なぜなら、ブレード
が薄ければ薄いほど産生するくずは少なく、そしてブレードが硬ければ硬いほど
真直ぐに切断するからである。しかし、これの特性は相容れない。なぜなら、ブ
レードが薄ければ薄いほど、硬さが小さくなるからである。
化チタンパックの製造は工作物材料のくずをほとんど伴なわない寸法的に正確な
切断の必要性を創出する。理想的には、このような切断をもたらす切断ブレード
はできるかぎり硬く、そして実際的に薄くあるべきである。なぜなら、ブレード
が薄ければ薄いほど産生するくずは少なく、そしてブレードが硬ければ硬いほど
真直ぐに切断するからである。しかし、これの特性は相容れない。なぜなら、ブ
レードが薄ければ薄いほど、硬さが小さくなるからである。
【０００４】 産業は、アーバを備えた心棒に一緒に組み合わせられるのが通常であるモノリ
ス砥石を用いるのが進展してきた。組合わせにおいて個々の砥石は、圧縮できず
、耐久性のスペーサにより互いに軸方向に分離されている。従来、個々の砥石は
砥石のアーバ孔からその周囲まで均一な軸方向寸法を有する。非常に薄いが、こ
れらの砥石の軸方向寸法は切断の良好な精度のために適切な硬さを与えるのに望
まれるよりも大きい。しかし、くずの発生を受け入れられる範囲内にとどめるた
めに、厚さは低下する。これは砥石の剛性を理想よりも小さく減少させる。
ス砥石を用いるのが進展してきた。組合わせにおいて個々の砥石は、圧縮できず
、耐久性のスペーサにより互いに軸方向に分離されている。従来、個々の砥石は
砥石のアーバ孔からその周囲まで均一な軸方向寸法を有する。非常に薄いが、こ
れらの砥石の軸方向寸法は切断の良好な精度のために適切な硬さを与えるのに望
まれるよりも大きい。しかし、くずの発生を受け入れられる範囲内にとどめるた
めに、厚さは低下する。これは砥石の剛性を理想よりも小さく減少させる。
【０００５】 従来の平形砥石（straight wheel）は比較的薄い砥石よりも多くの工作物くず
を発生し、そして比較的硬い砥石よりも多くの切くずおよび不正確な切断を生じ
るのがみられる。’７４２特許は、アーバ孔から外側へ半径方向に伸びる内側部
分の厚みを増加させることにより、組合された平形砥石の性能を向上しようと試
みた。厚い内側部分を有するモノリス砥石はスペーサを有する平形砥石よりも硬
いことが開示された。しかし、’７４２特許の砥石は、内側部分は切断に使用さ
れず、したがって内側部分の砥石の容積が無駄になるという不利を受ける。薄い
砥石、特にアルミナ−炭化チタンを切断するための砥石は、ダイヤモンドのよう
な高価な砥粒物質を使用するので、’７４２特許の砥石のコストは、無駄な砥石
容積により、平形砥石に比べて高い。
を発生し、そして比較的硬い砥石よりも多くの切くずおよび不正確な切断を生じ
るのがみられる。’７４２特許は、アーバ孔から外側へ半径方向に伸びる内側部
分の厚みを増加させることにより、組合された平形砥石の性能を向上しようと試
みた。厚い内側部分を有するモノリス砥石はスペーサを有する平形砥石よりも硬
いことが開示された。しかし、’７４２特許の砥石は、内側部分は切断に使用さ
れず、したがって内側部分の砥石の容積が無駄になるという不利を受ける。薄い
砥石、特にアルミナ−炭化チタンを切断するための砥石は、ダイヤモンドのよう
な高価な砥粒物質を使用するので、’７４２特許の砥石のコストは、無駄な砥石
容積により、平形砥石に比べて高い。
【０００６】 従来の砥石と比べて向上した剛性を有する、平形、モノリスで薄い砥石を有す
るのが望ましい。砥石の形状は別にして、剛性は砥石構成材料の固有剛性により
決定される。モノリス砥石は、砥粒、ならびに所望の形状に砥粒を保持する結合
剤から基本的にできている。これまで金属結合剤はシリコンウェハおよびアルミ
ナ−炭化チタンパックのような硬物質を切断するのを意図される。薄い砥石のた
めに使用されてきたのが通常である。ダイヤモンド砥粒を保持するための種々の
金属結合剤組成物、たとえば銅、亜鉛、銀、ニッケルもしくは鉄合金が、この分
野で知られている。金属結合剤組成物への少くとも１つの活性金属成分の添加は
、結合形成の間にダイヤモンド砥粒を活性金属成分と化学的に反応させ得、それ
により統合された、砥粒強化複合体を形成する；ことがここに見出された。この
ように金属への砥粒の化学的結合とともに砥粒の非常に高い固有剛性は実質的に
増加した剛性の砥石構造を生じさせる。
るのが望ましい。砥石の形状は別にして、剛性は砥石構成材料の固有剛性により
決定される。モノリス砥石は、砥粒、ならびに所望の形状に砥粒を保持する結合
剤から基本的にできている。これまで金属結合剤はシリコンウェハおよびアルミ
ナ−炭化チタンパックのような硬物質を切断するのを意図される。薄い砥石のた
めに使用されてきたのが通常である。ダイヤモンド砥粒を保持するための種々の
金属結合剤組成物、たとえば銅、亜鉛、銀、ニッケルもしくは鉄合金が、この分
野で知られている。金属結合剤組成物への少くとも１つの活性金属成分の添加は
、結合形成の間にダイヤモンド砥粒を活性金属成分と化学的に反応させ得、それ
により統合された、砥粒強化複合体を形成する；ことがここに見出された。この
ように金属への砥粒の化学的結合とともに砥粒の非常に高い固有剛性は実質的に
増加した剛性の砥石構造を生じさせる。
【０００７】 したがって、本発明は、約２０〜２５００μｍの範囲の均一な幅を有する、平
形の砥粒強化研磨ディスクからなる砥石であり、約２．５〜５０ vol％の砥粒、
ならびに焼結の際に砥粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補
充的量の結合剤から本質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属
を含まない組成の研磨ディスクの弾性率値よりも少くとも１０％高い弾性率値を
有する砥粒強化研磨ディスクを製造するのに有効な量で存在する、砥石を提供す
る。 さらに、本発明は、約２０〜２５００μｍの範囲の均一な幅を有する、平形の
砥粒強化研磨ディスクからなる砥石と、工作物を接触させる段階を含む工作物の
切削方法を提供し、砥石は約２．５〜５０ vol％の砥粒、ならびに焼結の際に砥
粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補充的量の結合剤から本
質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属を含まない組成の研磨
ディスクの弾性率値よりも少くとも１０％高い弾性率値を有する砥粒強化研磨デ
ィスクを製造するのに有効な量で存在する、方法である。
形の砥粒強化研磨ディスクからなる砥石であり、約２．５〜５０ vol％の砥粒、
ならびに焼結の際に砥粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補
充的量の結合剤から本質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属
を含まない組成の研磨ディスクの弾性率値よりも少くとも１０％高い弾性率値を
有する砥粒強化研磨ディスクを製造するのに有効な量で存在する、砥石を提供す
る。 さらに、本発明は、約２０〜２５００μｍの範囲の均一な幅を有する、平形の
砥粒強化研磨ディスクからなる砥石と、工作物を接触させる段階を含む工作物の
切削方法を提供し、砥石は約２．５〜５０ vol％の砥粒、ならびに焼結の際に砥
粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補充的量の結合剤から本
質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属を含まない組成の研磨
ディスクの弾性率値よりも少くとも１０％高い弾性率値を有する砥粒強化研磨デ
ィスクを製造するのに有効な量で存在する、方法である。
【０００８】 さらに本発明は、研磨工具の製造方法を提供し、 （ａ）（１）砥粒； （２）大きな部分の銅および小さな部分のスズから本質的になる金属成 分；および （３）焼結条件下で砥粒と化学的に反応する活性金属 を含む粒子成分の予め選定された部分を供給すること； （ｂ）均一な組成物を形成するために粒子成分を混合すること； （ｃ）均一な組成物を予め選定された型内に置くこと； （ｄ）成型物品を形成するのに有効な時間約３４５〜６９０MPa の範囲の圧力
に型を圧縮すること； （ｅ）成型物品を、金属成分および活性金属を焼結して焼結結合剤にするのに
有効な時間約５００〜９００℃の範囲の温度に加熱し、それにより砥粒および焼
結結合剤を砥粒強化複合体に統合すること；ならびに （ｆ）砥粒強化複合体を冷却して研磨工具を形成させること、 の段階を含む方法である。
に型を圧縮すること； （ｅ）成型物品を、金属成分および活性金属を焼結して焼結結合剤にするのに
有効な時間約５００〜９００℃の範囲の温度に加熱し、それにより砥粒および焼
結結合剤を砥粒強化複合体に統合すること；ならびに （ｆ）砥粒強化複合体を冷却して研磨工具を形成させること、 の段階を含む方法である。
【０００９】 本発明は平形で円形の、モノリス砥石に適用されうる。「平形」（“straight
”）という用語は、砥石の軸方向厚さがアーバ孔の半径から砥石の外径まですべ
ての半径で均一であることを意味する。これらの砥石に意図される重要な用途は
、精度と減少したかつ損失をもって、無機物質のウェハおよびパックのような薄
片を研削切断（slicing)することである。高い切断速度、すなわち工作物と接触
する砥石表面の速度、で砥石を操業することにより優れた結果が達成されること
が多い。このような性能基準および操業条件は、非常に小さく、均一な厚さの、
大きい半径を有する砥石を用いて達成されるのが通常である。ここで、本発明の
好適な砥石は特徴的に高いアスペクト比を著しく特徴とする。アスペクト比は軸
方向断面寸法、すなわち砥石の厚さ、によりで割った砥石外径の比と定義される
。アスペクト比は、１に対して、約２０〜６０００、好ましくは約１００〜１２
００、そしてもっと好ましくは約２５０〜１２００であるべきである。
”）という用語は、砥石の軸方向厚さがアーバ孔の半径から砥石の外径まですべ
ての半径で均一であることを意味する。これらの砥石に意図される重要な用途は
、精度と減少したかつ損失をもって、無機物質のウェハおよびパックのような薄
片を研削切断（slicing)することである。高い切断速度、すなわち工作物と接触
する砥石表面の速度、で砥石を操業することにより優れた結果が達成されること
が多い。このような性能基準および操業条件は、非常に小さく、均一な厚さの、
大きい半径を有する砥石を用いて達成されるのが通常である。ここで、本発明の
好適な砥石は特徴的に高いアスペクト比を著しく特徴とする。アスペクト比は軸
方向断面寸法、すなわち砥石の厚さ、によりで割った砥石外径の比と定義される
。アスペクト比は、１に対して、約２０〜６０００、好ましくは約１００〜１２
００、そしてもっと好ましくは約２５０〜１２００であるべきである。
【００１０】 砥石厚さの均一性は所望の切断性能を得るために厳格な公差に保持される。好
適には、均一な厚さは約２０〜２５００μｍ、もっと好適には約１００〜５００
μｍ、そして最も好適には約１００〜２００μｍの範囲である。約５μｍ未満の
厚さ可変性が好適である。アーバ孔の径は約１２〜９０mmそして砥石径は約５０
〜１２０mmであるのが通常である。 「モノリス」（“monolithic”）という用語は、砥石材料がアーバ孔の半径か
ら砥石の半径まで完全に均一な組成であることを意味する。すなわち、モノリス
砥石の全体は、基本的に、焼結結合剤中に埋込まれた砥粒を含む研磨ディスクで
ある。研磨ディスクは、たとえば研磨砥石の研磨部分が添付される金属コアのよ
うな、研磨部分の構造支持体のための統合された、非研磨部分を有さない。
適には、均一な厚さは約２０〜２５００μｍ、もっと好適には約１００〜５００
μｍ、そして最も好適には約１００〜２００μｍの範囲である。約５μｍ未満の
厚さ可変性が好適である。アーバ孔の径は約１２〜９０mmそして砥石径は約５０
〜１２０mmであるのが通常である。 「モノリス」（“monolithic”）という用語は、砥石材料がアーバ孔の半径か
ら砥石の半径まで完全に均一な組成であることを意味する。すなわち、モノリス
砥石の全体は、基本的に、焼結結合剤中に埋込まれた砥粒を含む研磨ディスクで
ある。研磨ディスクは、たとえば研磨砥石の研磨部分が添付される金属コアのよ
うな、研磨部分の構造支持体のための統合された、非研磨部分を有さない。
【００１１】 基本的に、本発明の研磨ディスクは、３つの成分、すなわち、砥粒、金属成分
および活性金属成分を含む。金属成分および活性金属は一緒に焼結結合剤を形成
し、所望形状の砥石における砥石を保持する。焼結結合剤は成分を適切な焼結条
件に供することにより得られる。「活性金属」（“active metal”）は、焼結の
際に砥粒表面と反応しうる元素もしくは化合物を意味する。したがって、活性金
属は砥粒に化学的に結合する。さらに、活性金属は砥粒および焼結結合剤を砥粒
補強複合体に統合するのに有効な量で存在する。したがって、適切に高剛性なら
びに高硬度の砥粒を慎重に選定することにより、砥粒−焼結結合剤マトリックス
の全体剛性が、焼結の間に砥粒に化学的に結合する活性金属成分により高められ
る。
および活性金属成分を含む。金属成分および活性金属は一緒に焼結結合剤を形成
し、所望形状の砥石における砥石を保持する。焼結結合剤は成分を適切な焼結条
件に供することにより得られる。「活性金属」（“active metal”）は、焼結の
際に砥粒表面と反応しうる元素もしくは化合物を意味する。したがって、活性金
属は砥粒に化学的に結合する。さらに、活性金属は砥粒および焼結結合剤を砥粒
補強複合体に統合するのに有効な量で存在する。したがって、適切に高剛性なら
びに高硬度の砥粒を慎重に選定することにより、砥粒−焼結結合剤マトリックス
の全体剛性が、焼結の間に砥粒に化学的に結合する活性金属成分により高められ
る。
【００１２】 砥粒を選定する主な重要さは、砥粒物質が切断されるべき物質よりも硬くある
べきことである。薄い砥石の砥粒は非常に硬い物質から選ばれるのが通常である
。なぜなら、これらの砥石はアルミナ−炭化チタンのような非常に硬い材料を研
磨するのに用いられるのが通常であるからである。上述のように、砥粒物質は、
結合剤の構造を強化するのに十分に高い剛性を有するべきであることも重要であ
る。砥粒物質を選択するための付加的な基準は、砥粒物質の弾性率が比較的高く
、好ましくは焼結結合剤のそれよりも著しく高い、ことを確実にすることに帰す
るのが通常である。本発明において使用される代表的な、硬い砥粒物質は、ダイ
ヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素のようないわゆる超砥粒、ならびに炭化ケイ素
、溶融酸化アルミニウム、微結晶アルミナ、窒化ケイ素、炭化ホウ素、および炭
化タングステンのような他の硬い砥粒である。これらの砥粒の少くとも２つの混
合物も使用されうる。ダイヤモンドが好適である。 砥粒は微細粒子形態で使用されるのが通常である。約１２０mm径までの砥石の
ための砥粒の粒径は通常、約０．５〜１００μｍ、好ましくは約１０〜３０μｍ
の範囲であるべきである。もっと大きい径の砥石のための粒径は比例してもっと
大きくなりうる。
べきことである。薄い砥石の砥粒は非常に硬い物質から選ばれるのが通常である
。なぜなら、これらの砥石はアルミナ−炭化チタンのような非常に硬い材料を研
磨するのに用いられるのが通常であるからである。上述のように、砥粒物質は、
結合剤の構造を強化するのに十分に高い剛性を有するべきであることも重要であ
る。砥粒物質を選択するための付加的な基準は、砥粒物質の弾性率が比較的高く
、好ましくは焼結結合剤のそれよりも著しく高い、ことを確実にすることに帰す
るのが通常である。本発明において使用される代表的な、硬い砥粒物質は、ダイ
ヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素のようないわゆる超砥粒、ならびに炭化ケイ素
、溶融酸化アルミニウム、微結晶アルミナ、窒化ケイ素、炭化ホウ素、および炭
化タングステンのような他の硬い砥粒である。これらの砥粒の少くとも２つの混
合物も使用されうる。ダイヤモンドが好適である。 砥粒は微細粒子形態で使用されるのが通常である。約１２０mm径までの砥石の
ための砥粒の粒径は通常、約０．５〜１００μｍ、好ましくは約１０〜３０μｍ
の範囲であるべきである。もっと大きい径の砥石のための粒径は比例してもっと
大きくなりうる。
【００１３】 本発明の金属成分は、単一の金属元素もしくは多数の元素の混合物であっても
よい。本発明における使用に適する代表的な元素は、銅、スズ、コバルト、鉄、
ニッケル、銀、亜鉛、アンチモンおよびマンガンを含む。混合物の例は銅−スズ
、銅−スズ−鉄−ニッケル、銅−亜鉛−銀、銅−ニッケル−亜鉛、銅−ニッケル
−アンチモンを含む。コバルト−タングステン炭化物およびニッケル−銅−アン
チモン−タンタル炭化物のような金属化合物、ならびに非金属を含む合金も使用
されうる。非金属成分は金属の硬度を高め、または金属の融点を低下させるのが
通常であり、比較的低い焼結温度を助け、それにより高温にさらされることから
のダイヤモンドの損傷を回避する。このような非金属含有化合部および合金の例
はニッケル−銅−マンガン−ケイ素−鉄、およびニッケル−ホウ素−ケイ素を含
む。金属成分は小粒径粉末として供給されるのが通常である。多数元素金属成分
の粉末粒子は個別元素、プレ合金もしくは双方の混合物のいずれでもありうる。
よい。本発明における使用に適する代表的な元素は、銅、スズ、コバルト、鉄、
ニッケル、銀、亜鉛、アンチモンおよびマンガンを含む。混合物の例は銅−スズ
、銅−スズ−鉄−ニッケル、銅−亜鉛−銀、銅−ニッケル−亜鉛、銅−ニッケル
−アンチモンを含む。コバルト−タングステン炭化物およびニッケル−銅−アン
チモン−タンタル炭化物のような金属化合物、ならびに非金属を含む合金も使用
されうる。非金属成分は金属の硬度を高め、または金属の融点を低下させるのが
通常であり、比較的低い焼結温度を助け、それにより高温にさらされることから
のダイヤモンドの損傷を回避する。このような非金属含有化合部および合金の例
はニッケル−銅−マンガン−ケイ素−鉄、およびニッケル−ホウ素−ケイ素を含
む。金属成分は小粒径粉末として供給されるのが通常である。多数元素金属成分
の粉末粒子は個別元素、プレ合金もしくは双方の混合物のいずれでもありうる。
【００１４】 活性金属成分により、焼結結合剤は砥粒を単に囲むよりもむしろ砥粒に化学的
に付着する。したがって新規で、活動的に結合された薄い砥石の砥粒は非活動的
に結合された砥石の砥粒よりも大きな露出で工作物に引合わされうる。加えて、
比較的軟質の焼結結合剤組成物も使用されうる。これらの特徴は、砥石が目づま
りする傾向が少なくもっと自由に切断し、したがって減少した動力消費で操業さ
れるという利点を与える。銅−スズは比較的軟質の結合を生ずる金属成分のため
の好適な組成物である。 銅−スズの金属成分について、大部分（すなわち＞５０wt％）は銅であり、小
部分（すなわち＜５０wt％）はスズであるのが通常である。好適には、銅−スズ
組成物は、銅５０〜９０wt％およびスズ約１０〜４０wt％から本質的になる；も
っと好適には銅約７０〜９０wt％およびスズ約１０〜３０wt％；そして最も好適
には銅約７０〜７５wt％およびスズ約２５〜３０wt％である。新規な、活動的に
結合された、薄い砥石の製造についての下の記述が説明するように、金属成分は
微細粒子の形態で砥石製造工程に供給されるのが通常である。
に付着する。したがって新規で、活動的に結合された薄い砥石の砥粒は非活動的
に結合された砥石の砥粒よりも大きな露出で工作物に引合わされうる。加えて、
比較的軟質の焼結結合剤組成物も使用されうる。これらの特徴は、砥石が目づま
りする傾向が少なくもっと自由に切断し、したがって減少した動力消費で操業さ
れるという利点を与える。銅−スズは比較的軟質の結合を生ずる金属成分のため
の好適な組成物である。 銅−スズの金属成分について、大部分（すなわち＞５０wt％）は銅であり、小
部分（すなわち＜５０wt％）はスズであるのが通常である。好適には、銅−スズ
組成物は、銅５０〜９０wt％およびスズ約１０〜４０wt％から本質的になる；も
っと好適には銅約７０〜９０wt％およびスズ約１０〜３０wt％；そして最も好適
には銅約７０〜７５wt％およびスズ約２５〜３０wt％である。新規な、活動的に
結合された、薄い砥石の製造についての下の記述が説明するように、金属成分は
微細粒子の形態で砥石製造工程に供給されるのが通常である。
【００１５】 活性金属成分は焼結結合剤の金属成分および砥粒の双方との適合性から選ばれ
る。すなわち、焼結条件下で、活性金属は強い焼結結合を形成するために金属成
分とともに緻密化されるべきであり、そして、砥粒表面と反応して、それととも
に化学的結合を形成するべきである。活性金属成分の選定は、金属成分の組成、
砥粒の組成および焼結条件に大いに依存しうる。活性金属成分の代表的な物質は
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、タンタルおよびそれらの少くとも
２つの混合物である。混合物において、活性成分金属は個々の金属粒子として、
もしくは合金として供給されうる。チタンは、特に銅−スズ金属成分およびダイ
ヤモンド砥粒に関して、好適である。
る。すなわち、焼結条件下で、活性金属は強い焼結結合を形成するために金属成
分とともに緻密化されるべきであり、そして、砥粒表面と反応して、それととも
に化学的結合を形成するべきである。活性金属成分の選定は、金属成分の組成、
砥粒の組成および焼結条件に大いに依存しうる。活性金属成分の代表的な物質は
チタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、タンタルおよびそれらの少くとも
２つの混合物である。混合物において、活性成分金属は個々の金属粒子として、
もしくは合金として供給されうる。チタンは、特に銅−スズ金属成分およびダイ
ヤモンド砥粒に関して、好適である。
【００１６】 活性成分は、元素の形態として、または金属および不活性成分元素の化合物と
して添加されうる。チタン元素は低温で水および／または酸素と反応して二酸化
チタンを生成し、したがって焼結の間、砥粒と反応するのに利用できなくなる。
したがって、水もしくは酸素が存在するときにはチタン元素の添加はあまり好適
ではない。もしチタンが化合物の形態で添加されると、化合物はチタンが砥粒と
反応できるように焼結段階の前に元素の形態に解離しうるべきである。本発明に
おいて使用するチタンの好適な化合物形態は水素化チタンＴｉＨ2 であり、それ
は約５００℃まで安定である。約５００℃を超えると、水素化チタンはチタンと
水素に解離する。
して添加されうる。チタン元素は低温で水および／または酸素と反応して二酸化
チタンを生成し、したがって焼結の間、砥粒と反応するのに利用できなくなる。
したがって、水もしくは酸素が存在するときにはチタン元素の添加はあまり好適
ではない。もしチタンが化合物の形態で添加されると、化合物はチタンが砥粒と
反応できるように焼結段階の前に元素の形態に解離しうるべきである。本発明に
おいて使用するチタンの好適な化合物形態は水素化チタンＴｉＨ2 であり、それ
は約５００℃まで安定である。約５００℃を超えると、水素化チタンはチタンと
水素に解離する。
【００１７】 金属成分要素および活性金属成分の双方は好適には粒子の形態で結合剤組成物
に配合される。粒子は焼結結合および焼結時の砥粒との最適接触をとおして均一
な濃度を得るのを助けるために、そして砥粒に良好な結合強さを持たせるように
、小さい粒径を有するべきである。約４４μｍの最大寸法の微細粒が好適である
。金属粉末の粒径は特定メッシュ大きさのふるいにより粒子を通過させることよ
り測定されうる。たとえば称呼（nominal)４４μｍ最大粒子は３２５米国標準メ
ッシュふるいを通過する。 好適な態様において、活動的に結合した薄い砥石は銅約４５〜７５wt％、スズ
約２０〜３５wt％および活性金属約５〜２０wt％の焼結結合を含み、合計１００
％である。特に好適な態様において、活性金属はチタンである。上述のとおり、
好適には水素化チタンの形態でチタン成分を配合することである。チタン元素と
水素化チタンの分子量のわずかな差異は無視されうるのが通常である。しかし、
明快さのために、特にそうではないと指示がなければ、ここに述べる組成物は存
在するチタンをいうことが述べられる。
に配合される。粒子は焼結結合および焼結時の砥粒との最適接触をとおして均一
な濃度を得るのを助けるために、そして砥粒に良好な結合強さを持たせるように
、小さい粒径を有するべきである。約４４μｍの最大寸法の微細粒が好適である
。金属粉末の粒径は特定メッシュ大きさのふるいにより粒子を通過させることよ
り測定されうる。たとえば称呼（nominal)４４μｍ最大粒子は３２５米国標準メ
ッシュふるいを通過する。 好適な態様において、活動的に結合した薄い砥石は銅約４５〜７５wt％、スズ
約２０〜３５wt％および活性金属約５〜２０wt％の焼結結合を含み、合計１００
％である。特に好適な態様において、活性金属はチタンである。上述のとおり、
好適には水素化チタンの形態でチタン成分を配合することである。チタン元素と
水素化チタンの分子量のわずかな差異は無視されうるのが通常である。しかし、
明快さのために、特にそうではないと指示がなければ、ここに述べる組成物は存
在するチタンをいうことが述べられる。
【００１８】 新規な砥石はいわゆる「冷間プレス」（“cold press”）もしくは「熱間プレ
ス（“hot press”)型の緻密化処理により基本的に製造される。時々「無圧焼結
」（“pressureless sintering”）といわれる冷間プレス処理において、成分の
配合物は所望の形状の型に導入され、圧密であるがもろい成型物品を得るために
室温で高い圧力が付加される。高い圧力は約３００MPa を超えるのが、通常であ
る。ついで、圧力は解放され、成型物品は型から取除かれ、ついで焼結温度に加
熱される。焼結のための加熱は、成型物品がプレ焼結段階の圧力、すなわち、約
１００MPa 未満、好適には約５０MPa 未満よりも低い圧力に不活性ガス雰囲気下
に圧力調節される間に、なされるのが通常である。さらに焼結は真空下でも生じ
うる。この低圧焼結の間、薄い砥石ディスクのような成型物品は、型内に置かれ
、および／または平板の間に挟まれうる。 熱間プレス処理において、粒子結合剤組成物成分の配合物は通常黒鉛の型内に
置かれ、冷間プロセスのように高圧に圧縮される。しかし、不活性ガスが用いら
れ、高圧が維持され、一方温度は上昇され、それによりフリフォームが圧力下に
ある間に緻密化される。
ス（“hot press”)型の緻密化処理により基本的に製造される。時々「無圧焼結
」（“pressureless sintering”）といわれる冷間プレス処理において、成分の
配合物は所望の形状の型に導入され、圧密であるがもろい成型物品を得るために
室温で高い圧力が付加される。高い圧力は約３００MPa を超えるのが、通常であ
る。ついで、圧力は解放され、成型物品は型から取除かれ、ついで焼結温度に加
熱される。焼結のための加熱は、成型物品がプレ焼結段階の圧力、すなわち、約
１００MPa 未満、好適には約５０MPa 未満よりも低い圧力に不活性ガス雰囲気下
に圧力調節される間に、なされるのが通常である。さらに焼結は真空下でも生じ
うる。この低圧焼結の間、薄い砥石ディスクのような成型物品は、型内に置かれ
、および／または平板の間に挟まれうる。 熱間プレス処理において、粒子結合剤組成物成分の配合物は通常黒鉛の型内に
置かれ、冷間プロセスのように高圧に圧縮される。しかし、不活性ガスが用いら
れ、高圧が維持され、一方温度は上昇され、それによりフリフォームが圧力下に
ある間に緻密化される。
【００１９】 砥石処理の最初の段階は、成形用型に成分を充填することを含む。成分は、別
々の砥粒、金属構成成分粒子および活性金属構成成分粒子の均一な配合物として
添加されうる。この均一な配合物は、予め選定された割合で粒子の混合物を配合
するのにこの分野で知られた、適切な機械的配合装置を用いて形成されうる。例
示的な混合装置は二重円すいタンブラー、トウィンシェルＶ型タンブラー、リボ
ンブレンダー、水平ドラムタンブラー、および固定シェル／内部スクリューミキ
サーを含みうる。
々の砥粒、金属構成成分粒子および活性金属構成成分粒子の均一な配合物として
添加されうる。この均一な配合物は、予め選定された割合で粒子の混合物を配合
するのにこの分野で知られた、適切な機械的配合装置を用いて形成されうる。例
示的な混合装置は二重円すいタンブラー、トウィンシェルＶ型タンブラー、リボ
ンブレンダー、水平ドラムタンブラー、および固定シェル／内部スクリューミキ
サーを含みうる。
【００２０】 銅およびスズは予め合金化され、青銅粒子として導入されうる。もう１つの選
択は原料の青銅粒子組成物、追加の銅および／またはスズ粒子、活性金属粒子お
よび砥粒を一緒にして、ついで配合することを含む。 本発明の基本的な態様において、砥粒は結合剤を焼結する前には被覆されない
。すなわち、砥粒はその表面に金属を含まない。もう１つの態様は、すべての成
分を機械的に配合する前に活性金属成分の全部もしくは１部を含む層で砥粒を予
備被覆することを必要とする。この方法は焼結の間の砥粒と活性金属との間の化
学的結合形成を増強しうる。
択は原料の青銅粒子組成物、追加の銅および／またはスズ粒子、活性金属粒子お
よび砥粒を一緒にして、ついで配合することを含む。 本発明の基本的な態様において、砥粒は結合剤を焼結する前には被覆されない
。すなわち、砥粒はその表面に金属を含まない。もう１つの態様は、すべての成
分を機械的に配合する前に活性金属成分の全部もしくは１部を含む層で砥粒を予
備被覆することを必要とする。この方法は焼結の間の砥粒と活性金属との間の化
学的結合形成を増強しうる。
【００２１】 層は、たとえば化学蒸着もしくは物理蒸着により得られるような分子厚さであ
り得、または高分子厚さであり得る。もし分子厚さが使用されると、砥粒と結合
剤組成物成分の混合物中の付加的な活性金属での予備被覆で、活性金属の量を補
うことが勧められる。予備被覆の分子厚さは、本発明により得られうる有利な結
果を達成するのに十分な量の活性金属を単独では有さないのが通常である。
り得、または高分子厚さであり得る。もし分子厚さが使用されると、砥粒と結合
剤組成物成分の混合物中の付加的な活性金属での予備被覆で、活性金属の量を補
うことが勧められる。予備被覆の分子厚さは、本発明により得られうる有利な結
果を達成するのに十分な量の活性金属を単独では有さないのが通常である。
【００２２】 高分子厚さの被覆は、(Ａ)粘着ペーストを形成するために、活性金属成分の微
粉末および一時的な液状バインダーを均一な組成物に混合すること；（Ｂ）砥粒
を粘着性ペーストと混合して、粘着性ペーストで砥粒表面の少なくとも大部分を
ぬらすこと；ならびに（Ｃ）砥粒に機械的に付着された活性金属粉末の残渣を残
すように、液状バインダーを、通常、加熱して乾燥することにより達成されうる
。機械的付着の目的は、化学的結合が付着を永続的にするとき、少なくとも焼結
まで砥粒に近接して活性金属粒子を維持することである。いかなる従来の一時的
液状バインダーもペーストに使用されうる。「一時的」(“fugitive”)という用
語は、液状バインダーが高温で、好ましくは焼結温度より低い温度で、焼結処理
に悪い影響を与えないで結合剤組成物から立退く能力を有することを意味する。
バインダーは、実質的に完全に蒸発するのに十分揮発性であるべきであり、およ
び／または結合剤の機能を妨害するような残渣を残さないで、焼結の間に、熱分
解すべきである。好適にはバインダーは約４００℃未満で蒸発する。バインダー
はこの分野でよく知られている多くの方法により粒子と配合されうる。
粉末および一時的な液状バインダーを均一な組成物に混合すること；（Ｂ）砥粒
を粘着性ペーストと混合して、粘着性ペーストで砥粒表面の少なくとも大部分を
ぬらすこと；ならびに（Ｃ）砥粒に機械的に付着された活性金属粉末の残渣を残
すように、液状バインダーを、通常、加熱して乾燥することにより達成されうる
。機械的付着の目的は、化学的結合が付着を永続的にするとき、少なくとも焼結
まで砥粒に近接して活性金属粒子を維持することである。いかなる従来の一時的
液状バインダーもペーストに使用されうる。「一時的」(“fugitive”)という用
語は、液状バインダーが高温で、好ましくは焼結温度より低い温度で、焼結処理
に悪い影響を与えないで結合剤組成物から立退く能力を有することを意味する。
バインダーは、実質的に完全に蒸発するのに十分揮発性であるべきであり、およ
び／または結合剤の機能を妨害するような残渣を残さないで、焼結の間に、熱分
解すべきである。好適にはバインダーは約４００℃未満で蒸発する。バインダー
はこの分野でよく知られている多くの方法により粒子と配合されうる。
【００２３】 成形用型に装入されるべき成分の混合物は、研磨材分野で使用されるのが通例
であるパラフィンワックス「Ａｃｒｏｗａｘ」、およびステアリン酸亜鉛のよう
な任意の処理助剤を少量含有しうる。 いったん均一な配合物が調製されると、それは適切な型に装入される。好適な
冷間プレス焼結処理において、型の内容物は、外部的に付加された機械的圧力で
、外気温下、約３４５〜６９０ＭＰａに圧縮されうる。プラテン(platen)プレス
が、たとえばこの操業に使用されうる。圧縮は、約５〜１５秒維持されるのが通
常であり、その後解除される。ついで型の内容物は、結合剤組成物を緻密化する
のに十分高いが、実質的に完全には溶融しない焼結温度に昇温される。焼結温度
は少なくとも約５００℃であるべきである。加熱は低絶対圧真空下、もしくは不
活性ガスおおいのもとのような、不活性雰囲気下で生じさせるべきである。砥粒
が悪い影響を受けるような高温での焼結を要求しないような金属結合剤および活
性金属成分を選択するのが重要である。たとえば、ダイヤモンドは約１１００℃
を超えると黒鉛化されはじめる。したがって、ダイヤモンド砥石の焼結は安全に
この温度未満、好ましくは約９５０℃未満、で生じるように設計されるべきであ
る。焼結温度は、結合剤成分を焼結させ、同時に活性金属を砥粒と反応させるの
に有効な間、保持されるべきである。焼結温度は約３０〜１２０分間維持される
のが通常である。
であるパラフィンワックス「Ａｃｒｏｗａｘ」、およびステアリン酸亜鉛のよう
な任意の処理助剤を少量含有しうる。 いったん均一な配合物が調製されると、それは適切な型に装入される。好適な
冷間プレス焼結処理において、型の内容物は、外部的に付加された機械的圧力で
、外気温下、約３４５〜６９０ＭＰａに圧縮されうる。プラテン(platen)プレス
が、たとえばこの操業に使用されうる。圧縮は、約５〜１５秒維持されるのが通
常であり、その後解除される。ついで型の内容物は、結合剤組成物を緻密化する
のに十分高いが、実質的に完全には溶融しない焼結温度に昇温される。焼結温度
は少なくとも約５００℃であるべきである。加熱は低絶対圧真空下、もしくは不
活性ガスおおいのもとのような、不活性雰囲気下で生じさせるべきである。砥粒
が悪い影響を受けるような高温での焼結を要求しないような金属結合剤および活
性金属成分を選択するのが重要である。たとえば、ダイヤモンドは約１１００℃
を超えると黒鉛化されはじめる。したがって、ダイヤモンド砥石の焼結は安全に
この温度未満、好ましくは約９５０℃未満、で生じるように設計されるべきであ
る。焼結温度は、結合剤成分を焼結させ、同時に活性金属を砥粒と反応させるの
に有効な間、保持されるべきである。焼結温度は約３０〜１２０分間維持される
のが通常である。
【００２４】 好適な熱間プレス処理において、条件は圧力が焼結完了まで維持されることを
除けば冷間プレスと同様であるのが通常である。無圧焼結もしくは熱間プレスの
いずれにおいても、焼結後に、型は外気温度に低下され、焼結生成物が取除かれ
る。生成物は所望の寸法公差を得るためにラッピング(lapping)のような従来法
で仕上げられる。 このように、上述の焼結および結合は、砥粒強化複合体を形成するために砥粒
を焼結結合剤中に統合する。砥粒強化複合体の形成を容易にするため、ならびに
良好に露出された砥石を提供するために、焼結生成物中で、約２．５〜５０ｖｏ
ｌ％の砥粒および補充的量の焼結結合剤を用いるのが好適である。
除けば冷間プレスと同様であるのが通常である。無圧焼結もしくは熱間プレスの
いずれにおいても、焼結後に、型は外気温度に低下され、焼結生成物が取除かれ
る。生成物は所望の寸法公差を得るためにラッピング(lapping)のような従来法
で仕上げられる。 このように、上述の焼結および結合は、砥粒強化複合体を形成するために砥粒
を焼結結合剤中に統合する。砥粒強化複合体の形成を容易にするため、ならびに
良好に露出された砥石を提供するために、焼結生成物中で、約２．５〜５０ｖｏ
ｌ％の砥粒および補充的量の焼結結合剤を用いるのが好適である。
【００２５】 本発明による好適な研磨工具は砥石である。したがって、典型的な型形状は薄
いディスク形状である。中実(solid)のディスク型が使用され得、焼結後に中央
ディスク部分はアーバ孔を形成するために除去されうる。あるいは、環状形の型
がその場でアーバ孔を形成するために使用されうる。後者の方法は焼結ディスク
の砥粒を備えた中央部分を捨てることによる無駄を避ける。 砥粒強化複合体構造のうまくいく形成により、砥粒は砥石の剛性に寄与する。
したがって、上述のように、砥粒は硬度、耐衝撃性等の従来の特性のみならず、
たとえば弾性率により決定される剛性についても選択されることが重要である。
特定の理論に縛られることは望まないが、活性金属成分で化学的結合により焼結
結合剤と統合された非常に硬い砥粒は著しく複合体の剛性に寄与する。この寄与
は、操業時に複合体上の応力負荷は本質的に非常に硬い砥粒に有効に移されるの
で生じると考えられる。このように等しい厚さの従来の砥石よりも硬い、平形で
、活動的に結合された薄い砥石を得ることは本発明の実施により可能である。新
規な砥石は、従来の平形砥石に比べてカーフ損失の犠牲なしに、もっと精密な切
断と少ない切りくずを与えるのに有用である。
いディスク形状である。中実(solid)のディスク型が使用され得、焼結後に中央
ディスク部分はアーバ孔を形成するために除去されうる。あるいは、環状形の型
がその場でアーバ孔を形成するために使用されうる。後者の方法は焼結ディスク
の砥粒を備えた中央部分を捨てることによる無駄を避ける。 砥粒強化複合体構造のうまくいく形成により、砥粒は砥石の剛性に寄与する。
したがって、上述のように、砥粒は硬度、耐衝撃性等の従来の特性のみならず、
たとえば弾性率により決定される剛性についても選択されることが重要である。
特定の理論に縛られることは望まないが、活性金属成分で化学的結合により焼結
結合剤と統合された非常に硬い砥粒は著しく複合体の剛性に寄与する。この寄与
は、操業時に複合体上の応力負荷は本質的に非常に硬い砥粒に有効に移されるの
で生じると考えられる。このように等しい厚さの従来の砥石よりも硬い、平形で
、活動的に結合された薄い砥石を得ることは本発明の実施により可能である。新
規な砥石は、従来の平形砥石に比べてカーフ損失の犠牲なしに、もっと精密な切
断と少ない切りくずを与えるのに有用である。
【００２６】 新規な砥石の剛性は、従来の砥石に比べてかなり向上されるべきである。好適
な態様において、活動的に結合された砥石の弾性率は、焼結結合剤成分単独（す
なわち、金属成分＋活性金属成分で、砥粒を含まない）の弾性率よりも高く、少
なくとも約１００ＧＰａ，そして好ましくは少なくとも約１５０ＧＰａである。
もう１つの好適な態様において、砥石の弾性率は砥粒を含有しない焼結結合剤の
弾性率の少なくとも約２倍である。 本発明はその特定の代表的な態様の例により例示されるが、そこでは他に指示
がなければすべての部、割合および％は質量により、粒径は米国標準ふるいメッ
シュの称呼により示される。本来ＳＩ単位で得られていないすべての質量および
測定単位はＳＩ単位に換算された。
な態様において、活動的に結合された砥石の弾性率は、焼結結合剤成分単独（す
なわち、金属成分＋活性金属成分で、砥粒を含まない）の弾性率よりも高く、少
なくとも約１００ＧＰａ，そして好ましくは少なくとも約１５０ＧＰａである。
もう１つの好適な態様において、砥石の弾性率は砥粒を含有しない焼結結合剤の
弾性率の少なくとも約２倍である。 本発明はその特定の代表的な態様の例により例示されるが、そこでは他に指示
がなければすべての部、割合および％は質量により、粒径は米国標準ふるいメッ
シュの称呼により示される。本来ＳＩ単位で得られていないすべての質量および
測定単位はＳＩ単位に換算された。
【００２７】 実施例１ 銅粉末（＜４００メッシュ）、スズ粉末（＜３２５メッシュ）および水素化チ
タン（＜３２５メッシュ）が、Ｃｕ５９．６３％、Ｓｎ２３．８５％およびＴｉ
Ｈ２１６．５０％の割合で一緒にされた。この結合剤組成物は集塊を除去するた
めに１６５メッシュのステンレス鋼ふるいを通過させられ、ふるいにかけられた
混合物は「Ｔｕｒｂｕｌａ」（商標）ミキサー（Ｇｌｅｎ Ｍｉｌｌｓ，Ｉｎｃ
．，Ｃｌｉｆｔｏｎ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）中で３０分間混和された。ＧＥ Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｗｏｒｔｈｉｎｇｔｏｎ，Ｏｈｉｏからのダイ
ヤモンド砥粒（１５〜２５μｍ）が、ダイヤモンド１８．７５ｖｏｌ％を含有す
る混合物を形成させるために金属混和物に添加された。この混合物は均一な砥粒
および結合剤組成物を得るために１時間、Ｔｕｒｂｕｌａミキサー中で混和され
た。
タン（＜３２５メッシュ）が、Ｃｕ５９．６３％、Ｓｎ２３．８５％およびＴｉ
Ｈ２１６．５０％の割合で一緒にされた。この結合剤組成物は集塊を除去するた
めに１６５メッシュのステンレス鋼ふるいを通過させられ、ふるいにかけられた
混合物は「Ｔｕｒｂｕｌａ」（商標）ミキサー（Ｇｌｅｎ Ｍｉｌｌｓ，Ｉｎｃ
．，Ｃｌｉｆｔｏｎ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）中で３０分間混和された。ＧＥ Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｗｏｒｔｈｉｎｇｔｏｎ，Ｏｈｉｏからのダイ
ヤモンド砥粒（１５〜２５μｍ）が、ダイヤモンド１８．７５ｖｏｌ％を含有す
る混合物を形成させるために金属混和物に添加された。この混合物は均一な砥粒
および結合剤組成物を得るために１時間、Ｔｕｒｂｕｌａミキサー中で混和され
た。
【００２８】 砥粒および結合剤組成物は外径１２１．６７ｍｍ、内径６．３５ｍｍおよび均
一な深さ０．８１ｍｍのキャビティを有する鋼製型へ置かれた。「生」(“green
”)砥石は外気温下で４１４ＭＰａ（４．６５トン／ｃｍ2 ）で１０秒間型を圧
密化することにより形成された。生の砥石は型から取除かれ、ついで真空下で２
時間、水平な平板の間で上方板に６６０ｇの質量を配置されて８５０℃に加熱さ
れた。熱い焼結生成物はゆっくりと２５０℃に冷却され、ついで外気温に急速に
冷却された。砥石は従来の方法により最終的な寸法に研削されたが、予め選定さ
れた振れ(run out)への形直し(“truing”)および表Ｉに示す条件下での初期目
直し(initial dressing)を含む。 仕上砥石寸法は外径１１４．３ｍｍ、内径６９．８８ｍｍ（アーバ孔径）およ
び厚さ０．１７８ｍｍであった。
一な深さ０．８１ｍｍのキャビティを有する鋼製型へ置かれた。「生」(“green
”)砥石は外気温下で４１４ＭＰａ（４．６５トン／ｃｍ2 ）で１０秒間型を圧
密化することにより形成された。生の砥石は型から取除かれ、ついで真空下で２
時間、水平な平板の間で上方板に６６０ｇの質量を配置されて８５０℃に加熱さ
れた。熱い焼結生成物はゆっくりと２５０℃に冷却され、ついで外気温に急速に
冷却された。砥石は従来の方法により最終的な寸法に研削されたが、予め選定さ
れた振れ(run out)への形直し(“truing”)および表Ｉに示す条件下での初期目
直し(initial dressing)を含む。 仕上砥石寸法は外径１１４．３ｍｍ、内径６９．８８ｍｍ（アーバ孔径）およ
び厚さ０．１７８ｍｍであった。
【表１】
【００２９】 実施例２および比較例１ 実施例１で記載されるように製造された新規な砥石および同じ大きさの従来の
、市販砥石（比較例１）が、黒鉛基板にのりづけされた、型３Ｍ−３１０（Ｍｉ
ｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．
，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）アルミナー炭化チタンの長さ
１５０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×厚さ１．９８ｍｍのブロックから多数の薄片を切断
するのに用いられた。比較例１の砥石組成は、コバルト５３．１ｗｔ％、ニッケ
ル２３．０ｗｔ％、銀１２．７ｗｔ％、鉄５．４％、銅３．４％および亜鉛２．
４％の結合剤中に１５／２５μｍダイヤモンド砥粒１８．９ｖｏｌ％であった。
各スライシングの前に、砥石は、単一の目直しパスおよび１９ｍｍ幅の目直しス
ティック（実施例１では１２．７ｍｍ）が使用された以外は、表Ｉに示されるよ
うに目直しされた。各試験において、砥石は外径１０６．９３ｍｍの２つの金属
支持スぺーサの間に備え付けられた。砥石速度は７５００ｒｅｖ．／ｍｉｎ（回
転／分）（比較例１では９０００ｒｅｖ．／ｍｉｎ．）であり、送り速度１００
ｍｍ／ｍｉｎ．および切断深さ２．３４ｍｍが用いられた。切断は、２７５ｋP
ａの圧力で１．５８ｍｍ×８５．７ｍｍの長方形ノズルにより放出される、５％
さび止め剤で安定化された脱塩水５６．４L／分の流れで冷却された。切断の結
果は表IIに示される。新規な砥石はすべての切断性能基準を良好に成し遂げた。
比較例１の砥石は、２０％高い回転速度で操業することを必要とし、新規砥石よ
りも約４５％高い動力を消費した（約５２０Ｗ対３６９Ｗ）。
、市販砥石（比較例１）が、黒鉛基板にのりづけされた、型３Ｍ−３１０（Ｍｉ
ｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．
，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）アルミナー炭化チタンの長さ
１５０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×厚さ１．９８ｍｍのブロックから多数の薄片を切断
するのに用いられた。比較例１の砥石組成は、コバルト５３．１ｗｔ％、ニッケ
ル２３．０ｗｔ％、銀１２．７ｗｔ％、鉄５．４％、銅３．４％および亜鉛２．
４％の結合剤中に１５／２５μｍダイヤモンド砥粒１８．９ｖｏｌ％であった。
各スライシングの前に、砥石は、単一の目直しパスおよび１９ｍｍ幅の目直しス
ティック（実施例１では１２．７ｍｍ）が使用された以外は、表Ｉに示されるよ
うに目直しされた。各試験において、砥石は外径１０６．９３ｍｍの２つの金属
支持スぺーサの間に備え付けられた。砥石速度は７５００ｒｅｖ．／ｍｉｎ（回
転／分）（比較例１では９０００ｒｅｖ．／ｍｉｎ．）であり、送り速度１００
ｍｍ／ｍｉｎ．および切断深さ２．３４ｍｍが用いられた。切断は、２７５ｋP
ａの圧力で１．５８ｍｍ×８５．７ｍｍの長方形ノズルにより放出される、５％
さび止め剤で安定化された脱塩水５６．４L／分の流れで冷却された。切断の結
果は表IIに示される。新規な砥石はすべての切断性能基準を良好に成し遂げた。
比較例１の砥石は、２０％高い回転速度で操業することを必要とし、新規砥石よ
りも約４５％高い動力を消費した（約５２０Ｗ対３６９Ｗ）。
【表２】
【００３０】 実施例３および４ならびに比較例２〜８ 砥粒強化砥石組成物の剛性が試験された。ダイヤモンド砥粒を有する、および
無しの種々の微細金属粉末が表III に示される割合で一緒にされ、実施例１のよ
うに均一組成物に混合された。引張り試験試料は、大気温度で約４１４〜６２０
ＭＰａ（３０〜４５Ｔｏｎｓ／ｉｎ２）の圧力下で約５〜１０秒間、ドッグボー
ン形状の型内で組成物を圧縮することにより形成され、ついで実施例１に述べる
ように真空下で焼結された。試験試料はＩｎｓｔｒｏｎ引張り試験機にもとづい
てソニック（ｓｏｎｉｃ）および標準引張り弾性率測定に供された。結果は表II
I に示される。砥粒強化試料（実施例３および４）の弾性率は１５０ＧＰａを超
えた。実施例４においてダイヤモンドの増加した濃度は、弾性率を著しく高め、
ダイヤモンドが組成物中に統合されたことを確認する。対照的に、比較例２はダ
イヤモンドの不存在のために砥粒強化のない同一の結合剤組成物は劇的に剛性を
低下させることを示した。同様に，比較例３は、活性成分無しに青銅結合剤組成
物に埋め込まれたダイヤモンドは比較的不十分な剛性を与えることを示す。 比較例４において、以前はＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．から商
業的に入手しえたダイヤモンド砥粒（約１〜２μｍ厚さのチタンで表面が被覆さ
れていると製造者により説明されていた。）が使用された。剛性は活性成分を有
さないもの（比較例３）に比べてわずかに向上したが、効果的な実施例組成物に
は遠く及ばなかった。低下した効果の理由は、おそらく、あまりに少量の活性成
分しか存在しないので、表面のチタンは焼結前に炭化物の形態であり，チタンを
他の金属成分と適合させないか、および／または砥粒上の非炭化物チタンは酸化
されている、ことによる。比較例５および７は、銅／スズ／ニッケル／鉄結合剤
の異なる組成を有する従来の薄いダイヤモンド砥石はわずか１００ＧＰａの弾性
率を有することを示す。比較例６および８は、ダイヤモンド砥粒のない比較例５
および７の砥石組成物に対応する。これらの比較例は、ダイヤモンドを有する、
または有さない結合剤組成物の剛性は大体同じであることを示す。これは活性金
属成分を含まない結合剤は、構造を強化するために結合剤にダイヤモンドを統合
しないという見込みを確認する。
無しの種々の微細金属粉末が表III に示される割合で一緒にされ、実施例１のよ
うに均一組成物に混合された。引張り試験試料は、大気温度で約４１４〜６２０
ＭＰａ（３０〜４５Ｔｏｎｓ／ｉｎ２）の圧力下で約５〜１０秒間、ドッグボー
ン形状の型内で組成物を圧縮することにより形成され、ついで実施例１に述べる
ように真空下で焼結された。試験試料はＩｎｓｔｒｏｎ引張り試験機にもとづい
てソニック（ｓｏｎｉｃ）および標準引張り弾性率測定に供された。結果は表II
I に示される。砥粒強化試料（実施例３および４）の弾性率は１５０ＧＰａを超
えた。実施例４においてダイヤモンドの増加した濃度は、弾性率を著しく高め、
ダイヤモンドが組成物中に統合されたことを確認する。対照的に、比較例２はダ
イヤモンドの不存在のために砥粒強化のない同一の結合剤組成物は劇的に剛性を
低下させることを示した。同様に，比較例３は、活性成分無しに青銅結合剤組成
物に埋め込まれたダイヤモンドは比較的不十分な剛性を与えることを示す。 比較例４において、以前はＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．から商
業的に入手しえたダイヤモンド砥粒（約１〜２μｍ厚さのチタンで表面が被覆さ
れていると製造者により説明されていた。）が使用された。剛性は活性成分を有
さないもの（比較例３）に比べてわずかに向上したが、効果的な実施例組成物に
は遠く及ばなかった。低下した効果の理由は、おそらく、あまりに少量の活性成
分しか存在しないので、表面のチタンは焼結前に炭化物の形態であり，チタンを
他の金属成分と適合させないか、および／または砥粒上の非炭化物チタンは酸化
されている、ことによる。比較例５および７は、銅／スズ／ニッケル／鉄結合剤
の異なる組成を有する従来の薄いダイヤモンド砥石はわずか１００ＧＰａの弾性
率を有することを示す。比較例６および８は、ダイヤモンド砥粒のない比較例５
および７の砥石組成物に対応する。これらの比較例は、ダイヤモンドを有する、
または有さない結合剤組成物の剛性は大体同じであることを示す。これは活性金
属成分を含まない結合剤は、構造を強化するために結合剤にダイヤモンドを統合
しないという見込みを確認する。
【表３】
【００３１】 本発明の特定の態様が実施例での例示のために選ばれ，先の説明は本発明のこ
れらの態様を説明する目的で特定の用語で説明されているが、この説明は特許請
求の範囲で規定される本発明の範囲を限定しようとするものではない。
れらの態様を説明する目的で特定の用語で説明されているが、この説明は特許請
求の範囲で規定される本発明の範囲を限定しようとするものではない。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１２月２０日（２０００．１２．２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】 したがって、本発明は、約２０〜２５００μｍの範囲の均一な幅を有する、平
形の砥粒強化研磨ディスクからなる砥石であり、約２．５〜５０ vol％の砥粒、
ならびに焼結の際に砥粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補
充的量の結合剤から本質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属
を含まない組成の研磨ディスクの弾性率値よりも少くとも２４％高い弾性率値を
有する砥粒強化研磨ディスクを製造するのに有効な量で存在する、砥石を提供す
る。 さらに、本発明は、約２０〜２５００μｍの範囲の均一な幅を有する、平形の
砥粒強化研磨ディスクからなる砥石と、工作物を接触させる段階を含む工作物の
切削方法を提供し、砥石は約２．５〜５０ vol％の砥粒、ならびに焼結の際に砥
粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補充的量の結合剤から本
質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属を含まない組成の研磨
ディスクの弾性率値よりも少くとも２４％高い弾性率値を有する砥粒強化研磨デ
ィスクを製造するのに有効な量で存在する、方法である。
形の砥粒強化研磨ディスクからなる砥石であり、約２．５〜５０ vol％の砥粒、
ならびに焼結の際に砥粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補
充的量の結合剤から本質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属
を含まない組成の研磨ディスクの弾性率値よりも少くとも２４％高い弾性率値を
有する砥粒強化研磨ディスクを製造するのに有効な量で存在する、砥石を提供す
る。 さらに、本発明は、約２０〜２５００μｍの範囲の均一な幅を有する、平形の
砥粒強化研磨ディスクからなる砥石と、工作物を接触させる段階を含む工作物の
切削方法を提供し、砥石は約２．５〜５０ vol％の砥粒、ならびに焼結の際に砥
粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補充的量の結合剤から本
質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属を含まない組成の研磨
ディスクの弾性率値よりも少くとも２４％高い弾性率値を有する砥粒強化研磨デ
ィスクを製造するのに有効な量で存在する、方法である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年７月３１日（２００１．７．３１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｄ 3/00 ３５０ Ｂ２４Ｄ 3/00 ３５０ 3/02 ３１０ 3/02 ３１０Ａ 3/06 3/06 Ａ 3/34 3/34 Ｚ (72)発明者 ブルジャン，セルゲイ−トミスラフ アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01720，アクトン，ワシントン ドライブ 23 (72)発明者 ラマナス，スリニバサン アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01520，ホールデン，アベリー ロード 28 (72)発明者 ギアリー，アール ジー． アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01701，フラミンハム，ウェーブニー ロ ード 12 Ｆターム(参考） 3C063 AA02 AB03 BB02 BB03 BB04 BB15 BB19 BC02 BD01 BG07 CC04 CC05 CC19 EE10 EE15 EE31 FF06 FF08 FF21 FF23
Claims (36)
- 【請求項１】 約２０〜２５００μｍの範囲の均一な幅を有する、平形の砥
粒強化研磨ディスクからなる砥石であり、約２．５〜５０ vol％の砥粒、ならび
に焼結の際に砥粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補充的量
の結合剤から本質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属を含ま
ない組成の研磨ディスクの弾性率値よりも少くとも１０％高い弾性率値を有する
砥粒強化研磨ディスクを製造するのに有効な量で存在する、砥石。 - 【請求項２】 砥粒が約０．５〜１００μｍの大きさであり、砥粒強化研磨
ディスクは少くとも約１００GPa の弾性率値を有する請求項１記載の砥石。 - 【請求項３】 弾性率値が砥粒を含まない同一の焼結結合剤組成の弾性率値
より少くとも２倍大きい請求項２記載の砥石。 - 【請求項４】 研磨ディスクが約１５〜３０ vol％の砥粒から本質的になる
請求項３記載の砥石。 - 【請求項５】 金属成分が銅、スズ、コバルト、鉄、ニッケル、銀、亜鉛、
アンチモン、マンガン、炭化金属およびそれらの少くとも２つの合金からなる群
より選ばれる請求項１記載の砥石。 - 【請求項６】 金属成分がホウ素、ケイ素およびそれらの化合物および組合
わせからなる群より選ばれる物質を含有する金属合金もしくは金属化合物を含む
請求項１記載の砥石。 - 【請求項７】 活性金属がチタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、タ
ンタルおよびそれらの少くとも２の混合物からなる群より選ばれる請求項４記載
の砥石。 - 【請求項８】 砥粒が活性金属被覆を含まない請求項７記載の砥石。
- 【請求項９】 砥粒が金属の高分子厚み層で被覆される請求項７記載の砥石
。 - 【請求項１０】 モノリスである請求項１記載の砥石。
- 【請求項１１】 焼結結合剤が、 （ａ）銅約４５〜７５wt％； （ｂ）スズ約２０〜３５wt％；および （ｃ）活性金属約５〜２０wt％、 ここで（ａ），（ｂ）および（ｃ）の合計が１００wt％である、 からなる請求項５記載の砥石。
- 【請求項１２】 活性金属がチタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、
タンタル、およびそれらの少くとも２つの混合物からなる群より選ばれる請求項
１１記載の砥石。 - 【請求項１３】 活性金属がチタンである請求項１２記載の砥石。
- 【請求項１４】 砥粒が、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、
溶融酸化アルミナ、微結晶アルミナ、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステ
ンおよびそれらの少くとも２つの混合物からなる群より選ばれる砥粒である請求
項１記載の砥石。 - 【請求項１５】 砥粒がダイヤモンドである請求項１４記載の砥石。
- 【請求項１６】 約４０〜１２０mmの周辺リム径を有し、約１２〜９０mmの
軸アーバ孔と境界を定め、約１００〜５００μｍの範囲の均一な幅を有し、そし
てダイヤモンド砥粒から本質的になる、研磨ディスクから本質的になる砥石であ
り、焼結結合剤は銅約５９．５wt％、スズ２４％およびチタン１６．５wt％を含
有する砥石。 - 【請求項１７】 均一な幅が約１００〜２００μｍの範囲である請求項１６
記載の砥石。 - 【請求項１８】 均一な幅および約２０〜６０００対１のアスペクト比を有
する、平形の砥粒強化研磨ディスクからなる砥石であり、約２．５〜５０ vol％
の砥粒、ならびに焼結の際に砥粒と化学結合を形成し、金属成分と活性金属を含
む、補充的量の結合剤から本質的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活
性成分を含まない組成の研磨ディスクの弾性率値よりも少くとも１０％高い弾性
率を有する砥粒強化ディスクを製造するのに有効な量で存在する、砥石。 - 【請求項１９】 約２０〜２５００μｍの範囲の均一な幅を有する、平形の
砥粒強化研磨ディスクからなる砥石と、工作物を接触させる段階を含む工作物の
切削方法であり、砥石は約２．５〜５０ vol％の砥粒、ならびに焼結の際に砥粒
と化学結合を形成し、金属成分と活性金属とを含む、補充的量の結合剤から本質
的になり、活性金属および砥粒は同一であるが活性金属を含まない組成の研磨デ
ィスクの弾性率値よりも少くとも１０％高い弾性率値を有する砥粒強化研磨ディ
スクを製造するのに有効な量で存在する、方法。 - 【請求項２０】 研磨ディスクが、さらに約４０〜１２０mmの周辺リムおよ
び約１２〜９０mmの軸アーバ孔を含み、金属成分は銅、スズ、コバルト、鉄、ニ
ッケル、銀、亜鉛、アンチモン、マンガン、金属炭化物およびそれらの少くとも
２つの合金からなる群より選ばれ、そして活性金属はチタン、ジルコニウム、ハ
フニウム、クロム、タンタルおよびそれらの少くとも２つの混合物からなる群よ
り選ばれ、砥粒は約０．５〜１００μｍの大きさであり、砥粒強化研磨ディスク
は少くとも１００GPa の弾性率を有し、そしてその弾性率は砥粒を含まない焼結
結合剤の弾性率よりも少くとも約２倍である請求項１９記載の方法。 - 【請求項２１】 金属成分が、ホウ素、ケイ素、ならびにそれらの化合物お
よび混合物からなる群より選ばれる金属合金もしくは金属化合物を含む請求項２
０記載の方法。 - 【請求項２２】 周辺リム径が約５０〜１２０mm、均一な幅が約１００〜５
００μｍであり、そして、研磨ディスクはダイヤモンド砥粒から本質的になり、
焼結結合剤は、（ａ）銅約４５〜７５wt％；（ｂ）スズ約２０〜３５wt％；およ
び（ｃ）活性金属約５〜２０wt％から本質的になり、ここで（ａ），（ｂ）およ
び（ｃ）の合計は１００wt％である、 請求項２０記載の方法。 - 【請求項２３】 工作物がアルミナ−炭化チタンである請求項１９記載の方
法。 - 【請求項２４】 研磨工具の製造方法であり、 （ａ）（１）砥粒； （２）大きな部分の銅および小さな部分のスズから本質的になる金属成 分；および （３）焼結条件下で砥粒と化学的に反応する活性金属 を含む粒子成分の予め選定された部分を供給すること； （ｂ）均一な組成物を形成するために粒子成分を混合すること； （ｃ）均一な組成物を予め選定された型内に置くこと； （ｄ）成型物品を形成するのに有効な時間約３４５〜６９０MPa の範囲の圧力
に型を圧縮すること； （ｅ）成型物品を、金属成分および活性金属を焼結して焼結結合剤にするのに
有効な時間約５００〜９００℃の範囲の温度に加熱し、それにより砥粒および焼
結結合剤を砥粒強化複合体に統合すること；ならびに （ｆ）砥粒強化複合体を冷却して研磨工具を形成させること、 の段階を含む方法。 - 【請求項２５】 圧縮段階の後に約１００MPa より低い圧力に成型物品への
圧力を低下させること、そして加熱段階の間、約１００MPa より低い圧力を維持
することをさらに含む請求項２４記載の方法。 - 【請求項２６】 成型物品が、約１０〜４０MPa の圧力に圧力を低下され、
加熱段階の間、維持される請求項２５記載の方法。 - 【請求項２７】 研磨工具が、約１００〜５００μｍの範囲の均一な幅、約
５０〜１２０mmの周辺リム径を有するディスクであり、そしてディスクは約１２
〜９０mmの軸アーバ孔と境界を定める請求項２５記載の方法。 - 【請求項２８】 圧縮段階の後に型からディスクを取除くこと、そして加熱
段階の間にディスクに対して片寄った平板の間にディスクを挟むことの段階をさ
らに含む請求項２７記載の方法。 - 【請求項２９】 ディスクが約１００〜２００μｍの範囲の均一な幅を有す
る請求項２７記載の方法。 - 【請求項３０】 成型物品が圧縮段階の圧力に維持されている間に、加熱段
階が生じる請求項２０記載の方法。 - 【請求項３１】 砥粒が活性金属の被覆を含まない請求項２４記載の方法。
- 【請求項３２】 砥粒が、混合段階の前に金属の高分子厚み層で被覆される
請求項２４記載の方法。 - 【請求項３３】 粒子成分が、（ａ）銅約４５〜７５wt％；（ｂ）スズ約２
０〜３５wt％；ならびに（ｃ）チタン、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、タ
ンタルおよびそれらの少くとも２つの混合物からなる群より選ばれる活性金属約
５〜２０wt％からなり、（ａ），（ｂ）および（ｃ）の合計が１００wt％である
請求項２４記載の方法。 - 【請求項３４】 供給する段階が、さらに （ｉ）活性金属成分の微粉末および粘着性ペーストを形成するのに有効な量の 液状バインダーを混合して均一な混合物とすること； （ii）砥粒を粘着状ペーストと混合して、砥粒表面の少くとも大部分を粘着性 ペーストでぬらすこと；ならびに （iii ）砥粒に機械的に付着された活性金属粉末の残渣を効果的に残すように 液状バインダーを乾燥すること、を含む請求項３３記載の方法。
- 【請求項３５】 砥粒は粒子成分の約２０〜５０ vol％を含み、ダイヤモン
ド、立方晶窒化ホウ素、炭化ケイ素、溶融酸化アルミニウム、微結晶アルミナ、
窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステンおよびそれらの少くとも２つの混合
物からなる群より選ばれる砥粒から本質的になる、請求項２４記載の方法。 - 【請求項３６】 砥粒がダイヤモンドである請求項３５記載の方法。
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