JP2003516871A - 研磨表面および物品ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
研磨表面および物品ならびにそれらの製造方法Info
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Abstract
Description
よびこれらの表面を含む物品に関する。さらに詳しくは、本発明は表面に耐摩耗
性を与える、ランダムでなく分布された硬粒子を含有するような表面を得るため
の新規で改良された方法を開示する。
65ならびに5,380,390;5,203,880:5,190,568;
5,817,204;5,620,489;5,991,330;および5,9
80,678号明細書は、すべて引用によりここに組入れられるが、すべては研
磨物品の表面にランダムでない態様で硬い粒子の均一な分布を与える方法を教示
する。
rm)に対して孔開けがキャビティを境界づけるように、孔開けされた(per
forated)ステンシルもしくはマスクを配置し、これらのキャビティーを
ペースト形態の金属ろう付け(metal braising)組成物で充填し
、ついでステンシルを除去して切削表面に付加されたろう付けペーストを離散的
な粒子にすることを開示する。硬い粒子(砥粒)はペースト粒子上に堆積され、
またはペースト粒子とともに予備混合され、ろう付け条件でプリフォームを焼成
することによりその場に固着される。
78号明細書(引用によりすべてがここに組入れられる)には、種々の接着剤材
料および少くとも1つのマスクが、複合研磨材の熱処理に先立って、基板および
/またはキャリア上に硬い粒子の不均一な分布を形成するために、そして硬い粒
子を保持するために用いられる。たとえば、研磨材は、基板を接着剤で被覆し、
接着剤被覆した基板をおおってマスクを置き、この基板を多量の硬い砥粒と接触
させて砥粒がマスクの開口を通過して基板に接着するようにし、ついで接着剤に
より保持されない多くの砥粒のすべてを除去し、任意にマスクを除去することに
より形成されうる。このように、基板のパターンに残る粒子は、焼成しうる、も
しくは溶融しうるマトリックス材料で囲まれるが、粒子は一時的に接着剤で保持
される。熱および/または圧力による次の処理は研磨材を完成させる。
くは他の細胞状(cellular)材料の形態を採りうる。このように、マス
クはメッシュもしくは他の細胞状材料の開口により硬い粒子および/または粒子
の集まりの帯域の分布を決定する。さらに、マスクは加熱の前に除去されるか、
または残って砥粒の研磨材の構成部分(integral part)となりう
る。さらに、上述の特許で記載されるように基板は焼成しうるマトリックス材料
のプリフォームであり得、そして硬い材料は、材料の焼成前に予め置かれた硬い
粒子のロール圧密(roll compaction)のような、種々の圧縮手
段で、その中に送り出され、もしくは圧密されうる。
は溶融しうる材料であり得、そして熱(たとえばプラズマ)スプレーもしくは蒸
着のような熱に係るプロセスにより堆積され得るが、材料の熱分解は焼成しうる
材料と同等であると考えられる。焼成の変形として、マトリックス材料は加熱も
しくは圧密の開始前にアセンブリの少くとも片側に溶融材料を置くことにより溶
融材料で含浸され得るが、その溶融材料は加熱時に溶融し、そして毛管現象によ
りマトリックス材料中に運ばれる。
、多量の粉末状の焼成しうるマトリックス材料および液状バインダー組成物の混
合物から製造される、軟かく、容易に変形し得、そして可とう性の形態の、焼成
しうるマトリックス材料を開示する。多量の砥粒が、焼成されて研磨物品を形成
するプリフォームに少くとも部分的に含まれうる。たとえば、バインダー粉末混
合物は支持体表面に分配され、そしてプリフォームを形成するためにドクターナ
イフにより均一な厚さに修正されうる。多くの砥粒は、たとえば粒子をプリフォ
ームの少くとも片側に置き、ついで粒子をプリフォームに送り出すことによりプ
リフォーム中に含有されうる。砥粒はプリフォームが焼成される前に、または焼
成時にプリフォーム中に送り出されうる。しかも、粒子はランダムな態様で、ま
たは細胞状メッシュもしくはマスク材料により規定されうる、ランダムでない態
様でプリフォームに含まれうる。
、砥粒のランダムでない分布を有する類似の砥粒に関し、砥粒を配置するのに用
いられた後にメッシュ材料は、部分的にもしくは完全に、マトリックス材料を焼
成するに先立ち、物理的に除去され、またはマトリックス材料を焼成するために
用いられる温度で溶解もしくは蒸発され得、マトリックス材料内に均一に分布さ
れた砥粒を残すことを教示する。
シュ材料の間、もしくは少くとも片側に配置され得、そして金属もしくは非金属
化合物、粉末、繊維、メッシュ、シム(shims)、箔およびそれらのいかな
る組合わせ、であってもよい。構造的な構成部分はマトリックス材料の組成と異
なっていてもよく、そしてそれらは好ましくは圧力下に焼成もしくろう付けされ
(braged)、焼成した研磨材になりうる。さらに、その特許はホウ素、ク
ロム、鉄のような炭化物形成元素を亜鉛とともに、もしくは亜鉛なしで、含有す
る組成物を、適切な焼成しうるマトリックス材料もしくは焼成しうるマトリック
ス材料の1成分として、開示し、しかもろう付けおよび溶融材料はその組成物と
ともに添加剤として使用されうる。
の、好ましくはランダムでなく、もしくは均一でないパターンで分布された硬い
砥粒を含有する耐磨耗性物品を含む(これらに限定されない)物品の新規で改良
された製造方法を提供する。
布された研磨品質を与える多数の硬い粒子を含む研磨材の製造方法であり、該方
法は多数の該粒子を支持しうるキャリアに対してその中に開口を有するマスクを
置くこと、硬い粒子が接着(adhere)する該キャリアから離れた該マスク
の外側に固着手段を与えること、多数の硬い粒子を該マスクの該外側に付着(a
pply)させ、粒子の1部分がマスクの開口を通過し、マスクの開口に相当す
る該キャリア上に該粒子のパターンを形成し、そして粒子のもう1つの部分は該
マスクに接着すること、キャリアからキャリアに接着された硬い粒子を含むマス
クを分離し、キャリア上に該粒子のパターンを残し、保持マトリックス材料でキ
ャリア上の粒子を少くとも部分的に囲むこと、ならびに該保持マトリックス材料
を加熱して該材料に該パターンに該粒子を保持する保持マトリックスを形成させ
ること、の段階を含む方法、が提供される。
たとえば、ステンシル、テンプレート、細胞状材料、メッシュ等)を選ぶこと、
および少なくともいくらかの硬い粒子を一時的におよび/または永続的に支持も
しくは担持することのできる、キャリアもしくは基板、に対してマスクを置くこ
と、もしくは、とともにマスクをアセンブルすることを含む。
のいくつかはマスクの開口を通過し、キャリア上に、固着され、もしくは置かれ
、そしてもう1つの部分はマスク上にあり、開口の間のマスクの空間に置かれる
。
を備え、粒子はマスクの外側面上の空間に粒子を保持するように接着される。こ
のように、それに接着された硬い粒子を有するマスクはキャリアから分離され、
それにより分離されたマスクは有効に、そして効率的に多数の硬い粒子を除去し
、それは最終的な研磨物品の1部分を形成しない。このように研磨材料の1部を
形成しない硬い材料を除去することにより、その処理の間には粒子ダストがほと
んど創り出されず、それはたとえば再使用もしくは販売のためにそれらを回収す
るのをもっと容易に、そしてもっと効率的にする。さらに、望ましくない硬い粒
子が研磨材料の1部になる機会を最小にする。
て、マスクの開口の大きさ、形状および分布により、ならびに硬い粒子の大きさ
および形状により、マスクの設計によりキャリア上に分布される。このように、
硬い粒子のプログラムされた、もしくはランダムではない分布がキャリア上に与
えられる。
および/または硬い粒子の特性、ならびにキャリアもしくは硬い粒子の表面特性
、たとえばキャリアおよび/または硬い粒子に付着される被覆材料、水分量、湿
度、質量(重力の利用)温度(たとえば、負の温度)、磁化、静電気、放電(di
scharge)条件等、により与えられうる。加えて、キャリア上への粒子の配置の
後に、さらなる物質が、キャリアに粒子をもっと永続的に固着するために付着さ
れうる。マスクは、キャリアに硬い粒子をそのように固着する前、もしくは後に
、キャリアから除去されうる。固着プロセスの間の、と同時の、もしくは直後の
マスク除去が本発明の最も好適な態様である。
回収され、ついでさらに研磨材を製造するために利用されるのが好適である。
面の接着剤被覆もしくは表面粗さによる定着(anchoring)を含む。さらに、本
来的に粘着性である材料から得られるマスクも利用しうる。しかし、マスクがキ
ャリアから分離されるときに分離されるように、マスク外側面に粒子を保持する
いかなる手段も利用しうる。
ない硬い粒子はキャリアおよびマスクもしくはそれらのアセンブリーから除去さ
れ、収集され、研磨材を再び製造するのに利用されうる、多数の硬い粒子を形成
する。これらの硬い粒子は、いかなる適切な方法によっても除去され得、重力、
ブラシかけ(brushing)、吹付け(blowing)、送風(blasting)、ピッキング
(picking)、吸引、真空、削り落し(scraping)、シャッキング(shacking)
、タッピング(tapping)、振動、加熱、磁化、消磁、充電および放電(electri
cal charging and discharging)を含むが、これらに限定されない。
さらなる処理に供される。この処理は次の少なくとも1つを含みうる。 −粒子は少なくとも部分的にキャリア中に送り出され(urged)、その中で保持 力を向上し、またはその場でこれらの硬い粒子を固定(locking)しうる。こ の送り出し(urging)および/または固定はキャリアからマスクを除去する前、 間もしくは後に与えられうる。 −永続的な保持マトリックス材料(たとえば、焼成しうる、堆積しうる、溶融し うる、ろう付けしうるもしくは熱硬化性材料)とともにキャリアおよび硬い粒 子を供給すること。 −加熱、焼成、ろう付け、溶融、成形(molding)、注型(casting)、堆積(す なわち、電気もしくは熱的堆積)、めっき、ならびにそれらの組合わせ等の種 々の方法により、直接に、および/または保持マトリックス材料により、硬い 粒子およびキャリアの間に永続的な保持を与える。
よび/またはキャリア、および任意に互いに、永続的に(研磨工具における硬い
粒子の寿命に関して)固着もしくは結合される。
ンプレート、ステンシル、細胞状材料、もしくはメッシュ材料でありうる、本発
明での使用に適した開口を有するマスクの例を示す。これらのマスクは、孔開け
(perforation)、ドリル(drilling)、切削、ろう付け、溶接、および接着(g
luing)、またはレーザーを含む(これらに限定されない)多くの方法により製
造されうる。図1に示されるように、マスク10は、多数の貫通開口15〜24
を含むが、それぞれは異なっている。図2に示されるように、マスク30は、多
数の丸い開口35および多数の多角形開口40を示す。
図であり、貫通開口55ならびに貫通開口55のマスク部分57を有し、キャリ
ア60に置かれている。本発明によれば、キャリアから離れたマスクの側は接着
剤被覆100のような固着手段を備え、粒子はそれに接着する。あるいは、マス
クは、本来的に粘着性のものから製造され得、または、たとえば、光もしくは温
度の影響下に粘着性になり、粒子はマスクに直接に接着する。しかし、マスクの
外側表面に粒子を保持し、マスクに接着するいかなる手段も利用しうる。
持することのできるいかなる種類の基板であってもよい。後で詳述されるように
、キャリアははプレート(たとえば金属プレート)、箔、メッシュ型材料(たと
えばワイアメッシュもしくはワイアでない細胞状材料)もしくは研磨材の1部を
形成する、焼成しうる材料のプリフォームであり得、またはそれは形成後に研磨
材からつづいて除去される基板でもありうる。
60の頂部に多数の硬い材料70を使用する場合を示す。硬い材料70のいくつ
かはマスク50の開口55を通過し、キャリア上に置かれ、そして硬い材料80
のいくつかは、マスクの部分57上に行き、そこで接着剤100によりその場に
保持される。このように、硬い粒子は、マスクおよびキャリアに、ならびに互い
に、置かれ、および/または固着される。図5は、所望ならば、マスクに、もし
くは開口55により、保持されなかった硬い粒子を除去した後に、アセンブリー
がいかにみえるかを示す。
を備えるので、開口55を通過する硬い材料はそれに接着する。このようにキャ
リア60とマスク50の間に、被覆層たとえば接着剤90の薄膜があり、開口5
5内の硬い粒子はそれに接着する。マスク50に接着していない多数の粒子は図
5に示されるように除かれるので、これは開口55に粒子を保持するのに役立つ
。硬い粒子も接着剤物質、液体および/またはフリズされた(frizzed)および
/または磁性化物質とともにそれらをスプレーすることにより、自然の静電気、
機械的インターロックによって互いに固着されうる。
除去した後に、硬い粒子80の単一層および粒子75の単一層のみが、直接に、
または接着剤物質90および100により、マスク50およびキャリア60に固
着されたままにされうる、ことを選択的に示す。
に依存して、硬い粒子75は図6に示されるように開口55内に積重ねて、もし
くはカラム状に配置され、または図7に示されるように単一層に形成され得、ま
たは図8に示されるように各開口55においてまさに単一粒子でありうることが
理解されるべきである。図8は接着層90を示す。この層90は独立の要素また
はマスク50もしくは、キャリア60の1部であっても、結合/接着されていて
もよい。
の場合、固着手段は、基板からマスクを分離するプロセスにおいて、マスクおよ
び/または基板の引裂き(tearing-off)もしくは破損(breakage)を防止すべ
きである。このような固着手段の例は、低い粘着性の接着剤(たとえば、感圧接
着剤)、およびたとえば、基板もしくはキャリア中の孔もしくは開口もしくはチ
ャンネルによる吸引/解放作用でありうる。
着されていない粒子が除去された後に、所望ならば、それに接着された粒子80
を含むマスクはキャリアから分離され、キャリア60上に粒子75のパターンを
残す。図9は互いからマスク50およびキャリア60を分離するプロセスを概略
で示す。分離プロセスにおいて、ならびに分離後に、マスク50は、少なくとも
大部分の硬い粒子80、およびキャリア60を除いて、硬い粒子75をすべて保
持するのが好ましい。もっと具体的には、図9に示されるように、マスク50は
、キャリアから除去されそして、ロールに巻くことにより、キャリア60から除
去されうる。分離プロセスは連続もしくは半連続の態様で、または個別もしくは
バッチの態様でありうる。
用されれば、互いに分離するのを困難にすべきである。このように、たいていの
場合、物質90は十分に粘着であるべきであるので、粒子75はそれに接着する
が、キャリアからマスク50を分離するのを困難にするほど強くはない。
た粒子75は残りのマトリックス材料と接触し、もしくは少なくとも部分的にそ
れに囲まれる。図9Aに示されるように、これはたとえば粉末化された焼成しう
るマトリックス材料76であり得、ついで加熱されて、材料を溶融もしくは焼成
し、所望のパターンに粒子75を保持し、研磨材を生成する。キャリアは研磨材
の1部であり得、または焼成につづいて除去されうる。
保持型材料に加えて、もしくはその代わりに構造の片側もしくは両側に付着され
うる。図9Bは焼成しうる材料のプリフォーム77および78が図9Aのアセン
ブリーの両側に付着される場合を示し、その後に、プレート79はアセンブリー
に圧力を及ぼし、そして熱が研磨材を焼成するのに加えられる。材料76は省略
され得、またはそれは粉末化した焼成しうるマトリックス材料もしくは溶融しう
る材料でありうる。もし材料76が溶融しうる材料であれば、それはプリフォー
ムの最終焼成温度以下で溶融し、そして互いに、およびプリフォームにより与え
られる保持マトリックスに、接着するのを助ける。あるいは、キャリア60は焼
成しうる材料のプリフォームであり得、単独での保持マトリックスを形成し、研
磨材を製造する上述のプロセスの間、粒子75を保持する。
は、特にもしキャリア60が焼成しうるマトリックス材料のプリフォームであれ
ば、図10に示されるように、一対の対向する圧密手段でキャリアに粒子を送り
出すことを含む。圧密ロールは硬い粒子75をキャリア60に送り出し、キャリ
アを変形させる。キャリア60のもとの厚さ110は圧密もしくは変形のいくつ
かの条件下で変化され得、得られる厚さ120はもとの厚さ110よりも小さい
。キャリア60の幅(図には示されない)もこのような圧密下で変形しうる。
全に埋め込まれ得る。最終製品の異なる用途は突出(protrusion)の異なるレベ
ルを要求しうる。本発明の1つの態様において、単一層正面研削工具(face gri
nding tool)は、図11に示されるようにキャリア60の表面150を超えた硬
い粒子の突出であるべきである。キャリア60、硬い粒子75の性質および硬い
粒子75のキャリア60への浸透の深さに依存して、硬い粒子75はネスト(ne
sts)155内に快適に支えられ、そしてそれによりキャリアに固定されうる。
他の用途は、好ましくは硬い材料75のキャリア/プリフォーム60への十分な
突出を要求する。
し接着剤物質90が送り出し/圧密の結果としてネスト155に存在すると、そ
れは、たとえば熱、焼尽(burn−out)、吸引作用、真空もしくは溶解プロセス
により、キャリア上に存在するものとともに除去されうる。もし存在すれば、物
質90の除去は、有機物質、水、そして加熱下でのガスの発生を低減するために
、製造において重要な段階であり得、クリーンなプロセス環境ならびに硬い粒子
75および永続的な保持材料の間の良好な保持を特に与える。それは焼成、ろう
付け、溶融、電着および熱硬化にとって特に重要であり、それらは負の(真空)
および/または保護および/または還元雰囲気を有するか、もしくは有されない
。
持材料125は硬い材料75におよび任意に少なくとも部分的にキャリアに付着
されうる。この材料125を「補足的」 (“supplemental”)と呼ぶ理由は、キ
ャリア60自体も、特にもしそれが焼成しうるマトリックス材料であれば、硬い
材料のための保持マトリックスを与えうる。適切な処理後の補足的保持材料は、
硬い材料75をキャリア60に永続的に結合するのに役立つ。
しくはメッシュ型の材料であれば、「補足的」材料125は、硬い材料およびキ
ャリア60の完全さ(integrity)を与える唯一の物でありうる。この場合、「
補足的」材料125は、ろう付けプロセスの機能の定義:液体により部品を一緒
に統合し、ついでろう材料を固化する、にしたがって、真にろう付け材料として
機能しうる。したがって、この場合、研磨材料を製造するプロセスで、ろうは熱
(荷重および/または圧力を加え、もしくは加えない)で溶融し、ついで固化(
荷重および/または圧力を加え、もしくは加えないで)する。もし、ろう材料が
ろう型でない焼成しうる材料と一緒にされる(混合もしくは付着)されると、適
切な温度で溶融するろうは、該ろう型でない焼成しうる材料の骨格(毛管チャン
ネル)に浸透しうる。
、シート、固形材の切断片もしくは破片、冷間圧密粉末、溶融した金属、好まし
くは噴霧材、および電解液の形態でありうる。それは金属材料(たとえば、金属
および合金粉末および混合物)または非金属材料(たとえば、熱可塑性プラスチ
ックス、レジン、エポキシ)でありうる。保持材料は予備焼成された、もしくは
十分に焼成された粉末材料、注型粉末テープ、ロール圧蜜粉末テープもしくはプ
レートから選ばれ得、細胞状材料および金属にもとづくメッシュ材料を含む。
ないならば、それは続く除去をマスクとともに助けるために、マスクに粒子80
を保持するのを助けるのに使用されうることが留意されるべきである。もし硬い
材料80が保持材料を含むならば、マスクとともに粒子除去するのに続いて、さ
らなる使用に粒子を回収させるために、保持材料は粒子から分離されることがで
きるようにすべきことも留意すべきである。特に、硬い材料はさらなる使用のた
めに材料をもどす前に、保持材料からきれいにされるべきである。それにもかか
わらず、いくつかの場合には、除去された硬い粒子は微量の保持材料が存在して
も、再使用にもどされうる。
キャリアへの送り出しは、図13に示されるようにマスク50を除去する前に実
施されうる。好ましくは、これはマスク50が薄い、または変形しうる、もしく
は弾性(elastic)、もしくは弾力がある(resilient)ときである。プレート7
9またはロール130−1および140−1のような圧密手段の作用下に、マス
ク50は圧縮され、硬い粒子80はマスクに少なくとも部分的に送り出され、そ
して硬い粒子75もキャリア60に送り出される。マスク50が除去された後に
、得られる材料は図11に示されるものに類似する。
送り出すための多くの利用しうる手段の1つにすぎないことが理解されるべきで
ある。圧密手段は、平らな、波形の、四角形の、丸い、等でありうる。圧密手段
は電気、水力、気力もしくは振動(超音波を含む)機械の1部であるか、もしく
はそれに結合されうる。
薄い物質(たとえば硬い材料の長さ寸法の3.0×10−1〜1.0×10−6 )であるときの態様が図14〜16に示される。図14は、マスク50の外側表
面150上に置かれた硬い粒子80、ならびにキャリア60の外側表面上の硬い
粒子75を示す。図15は、硬い粒子80および75が、それぞれマスク50お
よびキャリア60に送り出された後(図10および13に示されるような圧密手
段により)の構造を示す。図16は、キャリアからマスク50およびそれに接着
された粒子80を分離した後の、キャリア60およびそこに埋め込まれた粒子7
5の構造を示す。
0のさらなる処理は、種々の方法を含み得、加熱、焼成、ろう付け、溶融、硬化
、およびそれらの組合わせを含むがそれらに限定されない。そしてそれらは圧力
をかけて、もしくは無しで、および/または真空をかけて、もしくは無しで、熱
スプレーおよび電着、そしてすべては連続および/または半連続および/または
バッチ、ならびにそれらの組合わせの態様で実施される。これらの多くの方法は
、米国特許第5,203,880号明細書(その内容は引用によりここに組入れ
られる)を含む上述の米国特許に開示されている。
ベルは0〜100%で変動しうる。
個のみが示されている硬い粒子75を含む圧密キャリア60から製造された研磨
材を示す。
ク50の少なくとも側170上に、多くのポケットもしくはチャンネル165を
有するマスク50を示す。ある圧縮力(たとえば図13に示されるように)およ
び/または真空下に、空気は、マスク表面180をシールするためにこれらのポ
ケット165から少なくとも部分的に除去される。その結果、マスク50はキャ
リア表面180に固着する。マスクのこのデザインおよび付着の方法はキャリア
からのマスクの容易な分離を可能にする(たとえば、図9のように)。空気をこ
れらのポケット165に浸透させる他の方法(たとえば真空の解放)も使用され
うる。ポケット165を含む特定のマスクを製造しなければならない必要性にも
かかわらず、マスク50およびキャリア60を接着剤もしくは他の材料と、一時
的に接着するようにもっと有利でありうる。なぜならキャリアからの接着剤の除
去は、製造プロセスにおいて追加の段階を必要としうるからである。ポケットも
しくはチャンネル165は種々の方法により製造され得、圧縮、成形、エッチン
グ、および微細複製を含むが、これらに限定されない。
料、たとえば、エステル;絹;織物;紙;箔、フィルム、薄膜、テープ、シート
およびプレート、を含む異なる種類および源の種々の材料、から製造され得、も
しくは、を利用しうる。マスクおよび使用される接着剤は、粘着性材料およびの
り;感圧接着剤;片および両面接着材料(好ましくはテープ、シートおよびプレ
ートの形態);感圧接着テープ;プラスチックス;レジン;ゴム、ペースト;ガ
ラス;セラミックス、ガラス繊維;ゲル;ワイアメッシュフィルター、織物およ
び不織布のメッシュ、膨張、パンチ、切削、ドリルおよび他の機械加工された、
および/または変形された材料を含むメッシュ型材料;注型、圧密および少なく
とも部分的に焼成された材料を含む粉末および/または繊維材料;ならびに他の
材料を有する、もしくは有さないこれらの材料の組合わせ、でありうる。マスク
は好ましくは、変形しうる、および/または弾性およびまたは弾力的であるべき
である。マスクの厚さは限定されないが、好適には硬い粒子の長さ寸法に匹敵す
るか、実質的に小さく(すなわち、硬い粒子の長さ寸法/大きさの2.0〜10
×10−6)あるべきである。
電気化学的エッチング法を含む。レーザーパンチングを含む多くの方法は、十分
な大きさ(たとえば幅24インチ、長さ100フィート)のマスク、または巻き
取られたロール、孔のある円筒(いわゆるドラム)、もしくは継ぎ目のある、も
しくはない連続ベルトの形態のマスク、を与えうる。たとえば、感圧接着シート
もしくはテープ(片もしくは両面)が、テープの開口により切削もしくはパンチ
ングする、レーザーパンチング工具によりマスク変換されうる。
隣りあうマスクの側はキャリアからのマスクの容易な分離を容易にするためにキ
ャリアの表面について低粘着性能力を有しうるが、硬い材料を受けるマスクの側
は、硬い粒子のマスクへの良好な接着を促進し、したがって互いのマスクおよび
キャリアの分離の間にキャリア上への硬い粒子の落下を最小にするために、硬い
粒子への比較的強い接着力を有する。
材料;絹;繊維;紙、箔、テープ、プレート、プラスチックス、レジン;ゴム;
ペースト;ガラス、セラミックス、ガラス繊維;ワイアメッシュ、フィルタ、織
物および不織布のメッシュ、膨張、パンチ、切削、ドリルおよび他の機械加工お
よび/または変形材料を含むメッシュ型材料;未焼成圧密体、ロール圧密材料、
注型粉末および/または繊維、焼成、および/または部分的焼成、および/また
は浸透材料を含むが限定されない、プリフォームを含む(これに限定されない)
粉末および/または繊維材料;そして他の材料を含んでいてもよいこれらの組合
わせ、を含む。キャリアは可とう性の、硬い、単一層もしくは複合体でありうる
;1つ以上の材料でありうる;圧密および/または熱処理の前または後に、固体
材料もしくは粉末材料であり得、開孔および毛管チャンネルを含む孔を含みうる
。キャリアは可とう性で硬い、非多孔質もしくは多孔質材料、注型およびロール
材料;合金、複合体、粉末、非焼成、予備焼成および十分に焼成した材料、であ
りうる。
ーム、たとえば注型粉末プリフォームはキャリア60として使用される。このプ
リフォームは米国特許第5,620,489号明細書に開示されており、その内
容は引用によりここに組入れられる。それは注型および/または硬化および/ま
たは予備焼成および/または十分に焼成されたまま利用されうる。この注型材料
は、上述のいかなる段階でも、キャリアとして、マスクの開口を通過する硬い粒
子を受取り、そしてたとえば硬い粒子をそれに送り出すことにより、キャリアに
固着させる。これは、硬い粒子をキャリア60に固着するために、その量を最小
にするか、またはいかなる接着材料も使用させないことを可能にする。このよう
な接着材料の最小化もしくは不存在は最終製品の生産性および品質に寄与する。
ア60を示すが、図18はキャリア60−2がメッシュもしくは細胞状材料であ
りうることを示す。図18は研磨材料を製造する方法における段階に関して、図
4に類似し、多数の硬い粒子70−2、細胞状キャリアの開口190内の多数の
75−2、およびマスク50−2上の多数の80−2を示す。図18も細胞状キ
ャリア60−2がさらなる材料すなわちキャリア200によりマスク50−2の
反対側からシールされ、マスクにより覆われなかった開口190を通って硬い粒
子が落下するのを妨げる。
つの硬い粒子が、細胞状キャリア60−3内に形成されうることを示す。材料2
00−3に関して、細胞状キャリア60−3も分配マスクとしての役割を演じ、
そしてこの場合、キャリア200−3は第2のキャリアである。マスクであるキ
ャリア60−3も第2のキャリア200−3から除去され、マスク50−3およ
びキャリア−マスク60−3の統合された効果により、その表面に硬い粒子75
−3を有する第2のキャリア200−3を残す。第2のキャリア200−3はキ
ャリア材料60と同一材料から、そして同一の方法により製造されうる。さらに
、第2のキャリア200−3および/または硬い粒子75−3は上述と同一の方
法で処理されうる。図19Aは、マスク50−3およびマスク−キャリア60−
3の除去後、そして保持マトリックス材料で硬い粒子を囲む前の、図19の第2
キャリア200−3を示す。
面感圧接着テープの組み合わせである。このように、粒子は、テープの開口、お
よび各開口の各粒子に対するキャリア上のパターン、ワイアメッシュに対応する
パターンを形成する。
スクを密に一緒に保持するのに用いられうる、従来の保持手段を示す。その図は
、キャリア650、細胞状キャリア−マスク680、分配マスク700、および
細胞状キャリアマスクの開口の硬い材料770、ならびに対向する荷重エレメン
ト760および740を示す。荷重は、エレメント650、680および700
に対する圧力を与え、調節し、そしてそれらを一緒に保持するが、荷重エレメン
トの質量により、または追加の質量荷重もしくは機械的な力800、たとえばC
クランプの要素に対する圧力の付加、電場等、により発生されうる。キャリアお
よびマスクを一緒に保持するこの方法は、それらを分離し、そして最終研磨製品
の一部を形成しない硬い粒子を除去する容易な方法を提供することがわかる。こ
の保持の主役(principal)は、半自動もしくは全自動(すなわちロボットの利用
)機械により容易になされうる。マスク700およびキャリア−マスク680の
除去後に、必要ならば、硬い粒子700がキャリア上に分布され、しかもキャリ
ア中に送り出された、図1に示されるキャリア60の構造を得る。
成」「固相での焼成」、「液相での焼成」、「液状焼成」、「部分焼成」、「浸
透を伴う焼成」、「ろう付け」、「溶融」、「堆積」、「熱固定」、「熱スプレ
ー」、「電着」、「電気めっき」、ならびにそれらの類語および代用後は同じ意
味である;すなわち、有用な研磨材および/または工具への成分の結合、ならび
にキャリアもしくは研磨工具上に(もしくは無しで)硬い粒子の永続的な保持を
与える。
に与えられるとき、キャリアが金属の箔もしくはプレート、または焼成した材料
もしくは固形金属キャリア(すなわち鋼)であれば、この材料は焼成され、また
は溶融してろう付けもしくは溶融材料の役割を演じ、キャリア内もしくは上に硬
い粒子を永続的に固着もしくは結合する。
−Fe粉末組成物、任意にNi−Cr−P添加を含む)の粉末組成物および/ま
たはプリフォームであれば、補足的保持材料(図12の125のような)が使用
されうる。適切な熱および/または圧力および/または雰囲気がキャリアと補足
的保持材料に与えられるとき、この補足的保持材料は溶融し、そしてキャリア中
に浸透する、液相中はこの材料は基礎保持材料の細孔に浸透し、それらを満たす
が、同時にいくらかの過程(たとえば、拡散、分解、還元、酸化、黒鉛化、エッ
チング)が基礎保持材料、補足的保持材料および硬い粒子の成分間で生じうる。
したがって、浸透のプロセスで、補足的保持材料は基礎保持材料を変性する。同
時に、この材料および/またはその成分は硬い粒子をそれ自体、および基礎保持
材料に固着させる。その結果、硬い粒子は、焼成されたキャリアおよび補足的保
持材料の組合わせにより保持される。このプロセスは「浸透を伴う焼成」もしく
は「浸透」と呼ばれうる;さらにそれは「溶融を伴う焼成」等とも呼ばれうる。
分とともに一緒にされたキャリアに対して加えられるとき、プロセスは「圧力下
の焼成」といわれ、液相を伴うか、もしくは伴わない。液相の発生はその組成な
らびにキャリア(保持材料自体でありうる)および保持材料およびそれらの成分
の組合わせに依存する。
ックス材料は焼成しうるマトリックス材料であるべきであり、それは保護および
/または負圧の雰囲気中もしくは、そうではなく、圧力下で型内で焼成される。
加えて、それは保護および/または負圧雰囲気を有する炉内で実施されるべきで
ある;そして液相がキャリアおよび/または補足的保持材料(もし存在すれば)
により発生される。
記載されるような、焼成しうるマトリックス材料の軟らかく、容易に変形しうる
粉末プリフォームがキャリアとして用いられ、そして粉末の形態の補足的保持材
料(少なくとも硬い材料および/またはキャリア上にふりかけることにより)が
所望のパターンの硬い粒子を定着するのを助けるのに用いられる。
125−1としてここに示され、キャリア60−1に対して置かれる。硬い粒子
75−1は上述と同じ態様で所望のパターンでプリフォーム125−1上に分布
される。図23は少なくとも部分的に材料125−1に送り出されたこれらの粒
子75−1を示し、そして図24では、材料125−1によるキャリア60−1
へ送り出される。
望のパターンで上述と同じ態様でキャリア60−1上に分布される粒子75−2
の頂部に置かれたプリフォーム125−2である。図26は少なくとも部分的に
材料125−2およびキャリアに送り出されたこれらの粒子を示す。硬い粒子は
プリフォーム125−2およびキャリアの表面から突出しうる。保持表面の上方
に硬い粒子の突出を与える手段は米国特許第5,203,880号明細書に記載
され、その内容は引用によりここに組入れられる、軟らかい浸透しうるセパレー
タを含むこれらの手段は加熱の前、もしくは間に利用され、複合材料を形成しう
る。
て後で捨てられる固形材料でありうる。この場合、所望のパターンで上述と同じ
態様でキャリア上に分布された後に、粒子は焼成しうるマトリックス材料のよう
な保持材料で囲まれ、ついでその材料は焼成されて研磨物品を形成し、粒子は焼
成された材料中に埋め込まれ、そしてそれによりその場に固く保持される。その
材料は、その粒子にわたって焼成しうるマトリックス粉末を付着することにより
、または粒子を覆って、もしくはその下に焼成しうるマトリックス材料のプリフ
ォームを供給することにより、付与され、そして焼成の前または焼成中にプリフ
ォーム上に粒子を送り出す。
ケル、鉄、マンガン、モリブデン、タングステン、ニッケル−青銅組成物)であ
り得、集成し、硬い粒子と結合する。固形形状での焼成、炉内もしくは焼成プレ
スの型で荷重もしくは圧力下の焼成、がこのような材料について最良の方法であ
る。キャリアについての選択は補足的な、保持補強材料(すなわち0.5〜10
、好ましくは3〜7%)をも含む。このような保持補強材料の例は、低温ろう付
け材料、すなわち銀、銅、亜鉛および/またはスズにもとづく材料、ならびに高
温ろう付け材料であり、材料を溶融し、硬く仕上げる。これらの保持補強材料は
、元素周期律表のIVA、VA、VIA、VIIIA、VIIIBおよびIVB族の少なくとも
いくつかの炭化物形成金属(すなわち、クロム、チタン)、ならびに周期律表の
IBおよびIIB族のいくつかの金属を含有するのが好適である。液相の存在下(
30%まで、好ましくは2〜15%の液相)での焼成、および浸透を伴う焼成は
このような材料の組み合わせについて最良の選択である。炉内もしくは焼成プレ
スの型内で荷重もしくは圧力下の焼成が好適である。
な、保持補強材料から主になる(50wt%より多い)ことである。液相での焼成
、浸透を伴う焼成、もしくはある場合には直接ろう付けおよび溶融がこのような
材料の組合わせについての最良の選択である。
り、そしてさらに図12に示されるようにさらなる補足的な保持材料を備えるこ
とである。補足保持材料は元素周期律表のIVA、VA、VIA、VII A、VII Bお
よびIVB族の少なくともいくつかの炭化物形成金属(すなわち、クロム、チタン
)、および/または周期律表のIBおよびIIB族のいくつかの金属を含有しうる
。
ましくはランダムでない態様で保持され、そして好ましくは主に金属化合物で保
持された、硬い粒子を含有する研磨物品を製造するために、どの特定の方法(焼
成、浸透等)が硬い材料を永続的に保持するために用いられるかは重要ではない
。
もしくはしないで、それらを単一のアセンブリーに集成してアセンブリーとしう
る。このような処理の例は、熱固定、加硫、焼成、ろう付け(すべて、型、炉内
;誘導、従来の抵抗加熱による;炎/トーチ、接着剤、エポキシ、のり等)を含
む。
レメントが複合材料もしくはそのアセンブリーとともに追加もしくは集合され、
そしてキャリアとして使用される。このアセンブリーは複合材料の前に、および
/または後に、たとえば、焼成の前、もしくは後に、製造されうる。
。たとえば、ダイヤモンド(天然、合成および多結晶性);窒化物(たとえば、
六方晶窒化ホウ素)、ホウ化物、もしくは好ましくは高硬度の無機砥粒、または
それらの組合わせ、が挙げられる。
工具および耐磨耗性製品ならびに切削、研削、荒削り、孔開け、ドレシング、ポ
リシング、ラッピングのための部品、工具を含む。これらの物品の例は正面およ
び回転研削のディスク、ドラムおよびドレッサー:セグメント;研磨工具および
耐磨耗物品のための取替え可能な/廃棄される研磨セグメントおよび部品;円形
および往復セグメント化および連続リムブレード、ドリルビット;ワイアソ−の
ためのビード、を含む。
Making a Sintered Article and Produc
ts Produced Thereby」という名称の米国特許第5,791
,330号および係属中の米国特許出願No.09/448,840に記載され
るような単一構造から有用な研磨部品を抜出すことにより得ることができる。抜
出された部分は、たとえばろう付け、溶接もしくは焼成により一緒に集成し、単
一のユニットとして使用されうる。
リアが鋼の箔もしくはプレートのような固形材料であり、もしくは予備焼成され
、もしくは十分に焼成され、そして粒子が少なくとも部分的に一時的な保持のた
めにこのキャリアに送り出される(くい込み、埋め込み)とき、キャリアにおけ
る粒子の永続的な保持は、キャリアへの粒子の配置もしくは送り出しの前、もし
くは後に粉末もしくはプリフォームをろう付け、もしくは溶融する形態で(任意
に、好ましくはフラックスを用いて)、材料を供給することにより付与されうる
。熱処理は、材料を溶融し、ろう付けし、それによりキャリアに粒子を定着させ
る。
られた主たる残留気孔率0〜5%)であり、そして粒子の浸透がないならば、溶
融したろう付け材料は溶融して硬い材料をキャリアに固着させる。この場合にお
いて、キャリアへの溶融材料の実質的な物理的浸透はない。キャリア60は、固
体もしくは適切に予備焼成された物質として、加熱処理において収縮しない。焼
成もしくは特別のろう付け炉(好ましくは真空)、誘導設備、オープン炎/トー
チ、を含む炉がこの処理のために必要な熱を供給するために使用されうる。
融およびろう付け金属粉末およびプレフォームを用いることができ、好ましくは
クロム、チタン、ホウ素、ケイ素のような炭化物形成元素を含む。組成(wt%で
)「Cr4〜25%、P0〜10%、B2〜3%、Si0〜10%、Fe0〜4
%、W0〜15%、Mn0〜37%、Cu0〜5%、Ta0〜5%、Al0〜4
%、Y0〜0.02%、La0〜0.05%、Re0〜0.03%、Niおよび
/またはCo残部」は、Sulzer Plasma Tecnik,Inc.
(ミシガン州トロイ)(AMDRYろう付け材料として知られる材料)、Wal
l Colmony Corporation(ミシガン州Madison H
eights)(Colmony Hard Facing Alloysおよ
びHigh Temperature Brasing Filler Met
alsとして知られる材料)、Coast Metals(テキサス州Frie
ndswood)(Hard Facing Metalsとして知られる材料
)およびLucas−Mihaupt,Inc.of A Handy & H
erman Company(ウィスコンシン州Cudahy)(高温ろう付け
合金および低温ろう付け合金として知られる材料)から容易に、粉末および/ま
たはペーストおよび/またはプリフォーム(テープ)の形態で入手しうる。
たはニッケル)は、粉末または未焼成もしくは部分的に焼成された粉末プリフォ
ームの形態でキャリアとして使用され得、すべては実質的な開孔を含む(すなわ
ち90〜30%)。示されるような同一材料も、粉末、ペーストもしくはプリフ
ォームの形態で補足的保持材料として使用されうる。この場合において、粉末も
しくはプリフォームにされたキャリアが実質的な開孔を有するので、加熱のプロ
セスで収縮する。焼成の間に生じる2つの主な過程がある:(1)キャリアの粉
末成分間の拡散であり、収縮および度々、キャリアの形状の変形を伴い、そして
その強度は増加し、そして(2)もし存在すれば、補足的保持材料について、加
熱のプロセスでキャリアの開口への溶融相の浸透、ならびに多孔質の減少。キャ
リアもしくはその成分も保持材料と同じか低い温度で液相を発生しうることが留
意されるべきである。焼成もしくは浸透を伴う焼成、もしくは液相の存在下の焼
成として、これらの2つのプロセスの組合わせを説明しうる。キャリアにおける
固着された位置から硬い粒子を置換しうる加熱プロセスにおいて、収縮および変
形の傾向のために、加熱の使用はキャリアおよび硬い粒子のアセンブリーに対し
て荷重もしくは圧力を好ましくは伴うべきである。このプロセスは炉内もしくは
いわゆる焼成プレスで実施され得、通常、熱間圧密もしくは圧力下の焼成といわ
れる。
、当業者に明らかである。明細書および具体的態様は例示としてのみ考えられ、
本発明の真の範囲および精神は請求項により示される。
図。
の断面図。
を示す、図4に類似した図。
。
た図。
す図。
図。
の断面図。
を示す、図4に類似した図。
。
た図。
す図。
Claims (33)
- 【請求項1】 硬い粒子をその場に保持するための保持マトリックス中に分
布され、研磨性を与える多数の硬い粒子を含む研磨材の製造方法であり、該方法
は多数の該粒子を支持しうるキャリアに対してその中に開口を有するマスクを置
くこと、硬い粒子が接着する該キャリアから離れた該マスクの外側に固着手段を
与えること、多数の硬い粒子を該マスクの該外側に付着させ、粒子の1部分がマ
スクの開口を通過し、マスクの開口に相当する該キャリア上に該粒子のパターン
を形成し、そして粒子のもう1つの部分は該マスクに接着すること、キャリアか
らキャリアに接着された硬い粒子を含むマスクを分離し、キャリア上に該粒子の
パターンを残し、保持マトリックス材料でキャリア上の粒子を少くとも部分的に
囲むこと、ならびに該保持マトリックス材料を加熱して該材料に該パターンに該
粒子を保持する保持マトリックスを形成させること、の段階を含む方法。 - 【請求項2】 保持マトリックス材料が焼成しうるマトリックス材料である
請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 キャリアが焼成しうるマトリックス材料である請求項2記載
の方法。 - 【請求項4】 粒子が、該粒子を少くとも部分的に該プリフォーム中に送り
出すことにより、焼成しうるマトリックス材料に少くとも部分的に囲まれる請求
項3記載の方法。 - 【請求項5】 粒子が、材料を加熱する間にプリフォーム中に送り出される
請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 粒子が、材料を加熱する前にプリフォーム中に送り出される
請求項4記載の方法。 - 【請求項7】 焼成しうるマトリックス材料のプリフォームがそこに分布さ
れた硬い粒子を有する請求項4,5もしくは6記載の方法。 - 【請求項8】 粒子は、該キャリアからマスクを分離した後に、焼成しうる
マトリックス材料を該粒子およびキャリアに付着させることにより、焼成しうる
マトリックス材料に少くとも部分的に囲まれる請求項2記載の方法。 - 【請求項9】 該キャリアがその上に接着被覆を有し、それにマスクの開口
を通過する粒子が接着する請求項1記載の方法。 - 【請求項10】 キャリアが研磨材の1部を形成する請求項1記載の方法。
- 【請求項11】 キャリアがメッシュ材料である請求項1記載の方法。
- 【請求項12】 メッシュ材料が研磨材の1部を形成する請求項1記載の方
法。 - 【請求項13】 キャリアが研磨材から除かれ、ついで加熱する請求項1記
載の方法。 - 【請求項14】 該キャリアに隣接するマスクの側も該キャリアに一時的に
マスクを固着するための固着手段を備え、一方、粒子は、それに付着され、接着
剤はマスクがキャリアから分離されるときにマスクとともに除去される請求項1
記載の方法。 - 【請求項15】 マスクのために固着手段が接着剤のコーティングである請
求項14記載の方法。 - 【請求項16】 粒子は、マスクがキャリアから分離される前に、マスクの
開口によりキャリアに送り出される請求項1記載の方法。 - 【請求項17】 粒子は、マスクは、マスクが除去された後に、そして粒子
が保持マトリックス材料で少くとも部分的に囲まれる前に、キャリアに送り出さ
れる請求項1記載の方法。 - 【請求項18】 マスクもしくはキャリアに接着しない粒子は、マスクがキ
ャリアが分離される前に除去される請求項9記載の方法。 - 【請求項19】 マスクが同一形状の多数の開口を有する請求項1記載の方
法。 - 【請求項20】 固着手段が該メッシュの外側の接着剤層を含む請求項1記
載の方法。 - 【請求項21】 マスクがテープ上に接着剤を有する感圧接着剤テープであ
り、該固着手段を与える請求項1記載の方法。 - 【請求項22】 マスクが両面接着剤テープであり、片側の接着剤は固着手
段を与え、そして残りの側はキャリアにマスクを一時的に固着し、粒子はそこに
付着される請求項1記載の方法。 - 【請求項23】 マスクはロール状に巻くことによりキャリアから分離され
る請求項1記載の方法。 - 【請求項24】 粒子が加熱前にキャリアに送り出される請求項1記載の方
法。 - 【請求項25】 粒子はマスクが除去された後にキャリアに送り出される請
求項24記載の方法。 - 【請求項26】 粒子はマスクが除去される前にキャリアに送り出される請
求項24記載の方法。 - 【請求項27】 補足的な保持材が加熱前にキャリア上の粒子に付着される
請求項1記載の方法。 - 【請求項28】 補足的な保持材が保持マトリックス材よりも低い温度で溶
融する溶融可能材料である請求項27記載の方法。 - 【請求項29】 補足的保持材がろう付け材である請求項27記載の方法。
- 【請求項30】 保持マトリックス材がろう付け材である請求項1記載の方
法。 - 【請求項31】 保持マトリックス材がろう付け材と焼成しうる材料の混合
物である請求項1記載の方法。 - 【請求項32】 圧力が、保持マトリックス材の加熱の間、キャリアおよび
粒子にかけられる請求項1記載の方法。 - 【請求項33】 硬い粒子をその場に保持するために保持マトリックス中に
分布された研磨品質を与える多数の硬い粒子を含む研磨材の製造方法であり、該
方法は多数の該粒子を支持しうるキャリアに対してその中に開口を有するマスク
を置くこと、該キャリアから離れた該マスクの外側に多数の硬い粒子を付着させ
ること、粒子の1部分にマスクの開口を通過させ、そしてマスクの開口に相当す
る該キャリア上に該粒子のパターンを形成させ、そして粒子のもう1つの部分を
該マスクに接着させること、キャリアからキャリアに接着された硬い粒子を含む
マスクを分離し、キャリア上に該粒子のパターンを残し、保持マトリックス材料
でキャリア上の粒子を少くとも部分的に囲むこと、ならびに該保持マトリックス
材料を加熱して該材料に該パターンに該粒子を保持する保持マトリックスを形成
させること、の段階を含む方法。
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