JP2009502532A - 研磨材粒塊で研磨する方法 - Google Patents

Abstract

提供されているのは、研磨方法であり、加工物を提供する工程、固定研磨材の物品を提供する工程、コンディショニング粒子を供給する工程、並びにコンディショニング粒子の存在中で加工物と固定研磨材の物品を相対的に移動させて、加工物の表面を修正すると共に固定研磨材をコンディショニングする工程を含む。固定研磨材の物品は、第一面を有する基材と基材の第一面上に分布する研磨材複合物の領域とを含む。研磨材複合物には、複合物結合剤及び研磨材粒子が含まれ、研磨材粒子は、マトリックス材と共に研磨材粒塊になっていてもよい。研磨材粒子は、加工物より硬い。コンディショニング粒子は、複合物結合剤、マトリックス材、及び研磨材粒塊の１つ以上をコンディショニングするのに十分である。コンディショニング粒子の硬さは加工物の硬さより柔らかく、それらは加工物を実質的に研磨しない。

Description

本発明は、加工物を研磨する方法に関するものであり、加工物をすり減らす又は研磨するのに好適な第一の研磨材の粒塊と、第一の研磨材の粒塊をコンディショニング又はドレッシングするのに好適なコンディショニング粒子とを使用している。

コーティングされた研磨材物品は通常、裏材に付着された研磨材グリットの層からなる。三次元で非平坦の固定研磨材の物品には、あるパターンの、複数の研磨材粒子及び結合剤が含まれる。使用後、研磨材グリットは、磨耗して鈍くなるので、新しい研磨材を露出するために、追加プロセスが用いられる。

液体中に分散された遊離研磨材粒子を含有するスラリーと研磨パッドも、研磨のために使用されてきた。ラッピングは通常、液体中にアルミニウム酸化物のような遊離研磨材グリットのスラリーを、典型的には鋳鉄などの金属である回転するラッププレートを横切って流すことが含まれる、研ぎ加工である。これにより、研磨剤の薄膜が、研磨パッドと加工物の間に提供されて、片面又は同時に両面からの素材除去が可能になる。

一態様では、本発明の方法は、別個の又はオフラインの研磨材ドレッシング若しくはコンディショニングプロセスを必要とせずに、長時間にわたって所望のレベルの加工物削り取り速度を維持する。別の態様では、本発明は、除去速度の安定性及び予測可能性を向上させ、このことが、仕上げ操作中のプロセスの効率を改善し、スクラップ材を減少させる。

手短に言えば、本発明は、研磨方法を提供するが、この方法は、加工物を提供する工程、第一面を有する基材と基材の第一面上に分布する研磨材複合物の領域とを含む固定研磨材の物品を提供する工程であって、研磨材複合物に複合物結合剤と第一の硬さの研磨材粒子とが含まれ、第一の硬さが加工物の硬さより硬い、固定研磨材の物品を提供する工程、複合物結合剤をコンディショニングするのに十分であり、加工物の硬さより柔らかい第二の硬さを有する、コンディショニング粒子を供給する工程、並びにコンディショニング粒子の存在中で、加工物と固定研磨材の物品を相対的に移動させて、複合物結合剤をコンディショニングすると共に加工物の表面を修正する工程を含む。固定研磨材物品の研磨材粒子は、マトリックス材と共に粒塊中で提供することができる。この場合、コンディショニング粒子は、粒塊のマトリックス材をコンディショニングするのに十分とすることができる。

別の態様では、本発明は、研磨方法を提供するが、この方法は、加工物を提供する工程、第一面を有する基材と基材の第一面上に分布する研磨材複合物の領域とを含む固定研磨材の物品を提供する工程であって、研磨材複合物に複合物結合剤と研磨材粒塊とが含まれ、その粒塊に第一の硬さの研磨材粒子がマトリックス材と共に含まれ、第一の硬さが加工物の硬さより硬い、固定研磨材の物品を提供する工程、作動流体とコンディショニング粒子とのスラリーを供給する工程であって、その粒子が、加工物の硬さより柔らかい第二の硬さを有し、研磨材粒塊のマトリックス材をコンディショニングするのに十分である、作動流体とコンディショニング粒子とのスラリーを供給する工程、並びにスラリー及びコンディショニング粒子の存在中で、加工物と固定研磨材の物品を相対的に移動させて、加工物の表面を修正する工程を含む。

本発明の１つの実施形態の利点は、研磨材複合物中の研磨材粒塊をドレッシング可能なようにされた、スラリーにより又は固定研磨材物品中で供給されるコンディショニング粒子によって、粒塊がコンディショニングされるという、研磨材粒塊を使用する研磨方法を提供していることである。本発明の場合、加工物と固定研磨材の物品が相互に対して相対的に移動される時、固定研磨材の物品中の主研磨材は加工物の表面を修正するが、コンディショニング粒子は、加工物の表面を感知可能に修正することはない。本発明の幾つかの実施形態では、コンディショニング粒子は、研磨材複合物の中の研磨材粒塊中の研磨材粒子の平均粒径未満の平均粒径を有する。別の態様では、固定研磨材の物品は、研磨仕上げ中に放出可能であるように固定研磨材物品上に供給されたコンディショニング粒子を使用する。

本発明の研磨方法では、固定研磨材の物品中の（第一の硬さの）研磨材粒子は、加工物をすり減らすことができ、一方、固定研磨材の物品の一部として供給される又は別個のスラリーとして供給される（第二の硬さの）コンディショニング粒子は、研磨材粒塊のマトリックス材をコンディショニングするか又はすり減らすが、加工物への影響はたとえあったとしても、ほんの少ししかない。例えば、典型的なラッピングプロセスは、加工物を研磨するのに数分から数時間を要することがあるが、（第二の硬さの）コンディショニング粒子だけでは、いつかは研磨が生じるとしても、類似加工物を研磨するのに少なくとも数日、数週間、又は数ヶ月を要するであろう。

研磨仕上げプロセス中に、スラリー又は「自己コンディショニング」研磨材物品からのコンディショニング粒子が、マトリックス材に作用することによって固定研磨材の破断を促進し、これが今度は、加工物の表面を修正するのに利用可能な、研磨材表面上の活性な切り点を維持する。コンディショニング粒子は、（スラリーラッピングの場合に必要とされるように、）これらの粒子に起因するあらゆる有意な加工物除去速度を引き起こすのに十分な硬さ又は寸法である必要はない。研磨材表面上に存在する活性な切り点が増加すると、除去速度が上昇し、硬質表面上で使用される固定研磨材に普通に見られる除去速度の低下が防止される。

本発明のその他の特徴および利点は、次の本発明の詳細な説明および請求の範囲から明らかとなるであろう。前記要約は、本開示の例示された各実施形態または全ての実施を記載するものではない。図及び次に続く詳細説明において、本明細書に開示された原理を利用するある好ましい実施形態が、更に具体的に例証される。

本明細書の全ての数値は、異なる記述が無い限り、用語「約」により修飾されるとみなされる。端点による数値範囲の列挙には、その範囲内に包括される全ての数が包含される（例えば、１〜５には、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５が含まれる）。

本発明は、研磨方法を提供するが、この方法は、加工物を提供する工程、固定研磨材の物品を提供する工程、コンディショニング粒子を供給する工程、及びコンディショニング粒子の存在中で加工物と固定研磨材の物品を相対的に移動させて、加工物の表面を修正する工程を含む。固定研磨材の物品は、第一面を有する基材と、基材の第一面上に分布する研磨材複合物の領域とを含む。研磨材複合物は、複合物結合剤と、研磨材粒子及び／又は研磨材粒塊とを含む。粒塊は、研磨材粒子をマトリックス材と共に含む。研磨材粒子は、加工物の硬さより硬い第一の硬さを有する。コンディショニング粒子は、複合物結合剤及び／又は研磨材粒塊のマトリックス材をコンディショニングするのに十分であり、加工物の硬さより柔らかい第二の硬さを有する。固定研磨材の物品と加工物は、コンディショニング粒子の存在中で相互に対して相対的に移動されて、加工物の表面を修正し、固定研磨材物品中の複合物結合剤及び／又は研磨材粒塊のマトリックス材をコンディショニングする。

別の実施形態では、本発明は、研磨方法を提供するが、この方法は、加工物を提供する工程、固定研磨材の物品を提供する工程、作動流体とコンディショニング粒子とのスラリーを供給する工程、並びに作動流体及びコンディショニング粒子の存在中で加工物と固定研磨材の物品を相対的に移動させて、加工物の表面を修正する工程を含む。固定研磨材の物品は、第一面を有する基材と基材の第一面上に分布する研磨材複合物の領域とを含む。研磨材複合物には、複合物結合剤及び研磨材粒塊が含まれる。粒塊には、第一の硬さの研磨材粒子がマトリックス材と共に含まれ、第一の硬さは、加工物の硬さより硬い。コンディショニング粒子は、加工物の硬さより柔らかい第二の硬さを有するが、それでも、複合物結合剤及び／又は研磨材粒塊のマトリックス材をコンディショニングするのに十分である。加工物は、作動流体とコンディショニング粒子とのスラリーの存在中で、加工物と固定研磨材物品が相対的に移動されることによって研磨され、加工物の表面が修正される。

本発明は、加工物を研磨するために固定研磨材の物品を使用するが、加工物は、ある硬さを有する。研磨材物品は、上面又は第一面と下面又は第二面とを有する基材を含む。研磨材物品の基材の第一面上には、研磨材複合物の（少なくとも１つの）分布領域が有る。これらの研磨材複合物には、複合物結合剤及び研磨材粒塊が含まれる。一態様では、粒塊には、第一の硬さの研磨材粒子がマトリックス材と共に含まれる。粒塊中のこれらの研磨材粒子の硬さは、意図される加工物の硬さより硬く、固定研磨材物品の意図された使用の間に、これらの研磨材粒子が加工物を研磨するか又はすり減らすようになっている。研磨材物品の基材の第一面上にはまた、コンディショニングアマルガムの（少なくとも１つの）分布領域が存在する場合もある。これらのアマルガム、又は複合物、又はサブアセンブリには、侵食性結合剤及び第二の硬さのコンディショニング粒子が含まれる。この第二の硬さは、加工物の硬さより柔らかいが、それでも、研磨材粒塊のマトリックス材をコンディショニングするのに十分である。代わりに、又は組み合わせて、作動流体とコンディショニング粒子とのスラリー中で、コンディショニング粒子を供給することもできる。したがって、本発明のこの態様は、自己コンディショニング又はその場コンディショニング研磨方法を提供するが、コンディショニング粒子はマトリックス材に作用して、研磨材粒塊の中から新表面を解放するが、好ましくは、加工物をすり減らしたり、侵食したり、又は引っかくことはしない。幾つかの態様では、コンディショニング粒子は、複合物結合剤をもコンディショニングするものであるが、このことは、例えば、研磨材粒塊が三次元の固定研磨材の物品中で提供されるとき、研磨材物品をコンディショニングすると、新しい研磨材粒子及び／又は新しい粒塊が露出されるようになり、有用である。

本発明は、別の実施形態において、加工物を研磨するための固定研磨材の物品を使用するが、加工物は、約２５００ｋｇ／ｍｍ^２未満のヌープ硬さを有する。この実施形態では、その方法は、固定研磨材の物品を上の説明のようなコンディショニング粒子と共に使用する。研磨材複合物は、研磨材粒塊を含み、粒塊には、加工物の硬さより硬い、又は少なくとも約２５００ｋｇ／ｍｍ^２のヌープ硬さを有する研磨材粒子が含まれる。これらの粒塊には、研磨材粒子がマトリックス材と共に含まれる。コンディショニング粒子は、スラリーを介して、又はコンディショニング複合物若しくはアマルガムを介して固定研磨材の物品の一部として供給される。複合物のとき、コンディショニング粒子は、基材の第一面上に分布可能であり、侵食性結合剤がコンディショニング粒子と共に含まれる。加工物の硬さ未満の、及び研磨材粒塊のマトリックス材の硬さより硬い、ヌープ硬さを有するコンディショニング粒子。このように、本発明の様々な態様は、上の説明のような研磨材を使用する自己コンディショニング研磨方法を提供する。

本発明は、別の実施形態において、加工物を研磨するために固定研磨材の物品を使用するが、固定研磨材の物品は、第一面及び第二面を有する基材と；基材の第一面上に分布する研磨材複合物の領域であって、研磨材複合物に、複合物結合剤及び研磨材粒塊が含まれ、その粒塊に、少なくとも約２５００ｋｇ／ｍｍ^２の硬さを有する研磨材粒子が、少なくとも約１８ｋｇ／ｍｍ^２の硬さを有するマトリックス材と共に含まれる、研磨材複合物の領域と；基材の第一面上に分布するコンディショニングアマルガムの領域であって、アマルガムに、侵食性の結合剤、及び複合物結合剤をコンディショニングするのに十分であって第二の硬さを有するコンディショニング粒子が含まれ、第二の硬さが、２５００ｋｇ／ｍｍ^２より低い、複合物結合剤の硬さにほぼ同じかそれより硬い、及びマトリックスの硬さにほぼ同じかそれより硬い、コンディショニング結合物の領域とを含む。幾つかの態様では、コンディショニング粒子は、研磨材粒子の平均粒径未満の平均粒径を有する。

本発明に有用な固定研磨材の物品に関する更なる詳細は、同時係属米国特許出願１１／１９１，７２２（２００５年７月２８日出願）にて見出される。

本発明の研磨方法には更に、スラリー研磨剤が含まれてもよく、スラリー研磨剤は、マトリックス材及び／又は複合物結合剤をすり減らすこと又はコンディショニングすることができるが、好ましくは加工物をすり減らすことはない。

ここで有用な研磨材物品に戻ると、図１は、加工物２０と接触している研磨材物品１０を示す。研磨材物品１０は、幾つかの要素で構成される。基材１００の上に、研磨材複合物１１０が設けられており、これに複合物結合剤の形作られた領域１２０及び研磨材粒塊１２２が含まれる。研磨材粒塊１２２には、第一の研磨材の粒子１２４と共にマトリックス材１２６が含まれる。また基材１００の上に設けられているのは、コンディショニング複合物１３０であり、これに侵食性結合剤の形作られた領域１３２及びコンディショニング粒子１３４が含まれる。コンディショニング粒子１３４の粒子は、コンディショニング複合物１３０と研磨材複合物１１０との間にあるチャネル１４０内の作動流体中にも懸濁しているのが示される。チャネル１４０は、研磨材物品１０の使用中に、スラリー及び作動流体の移動を方向付けることができる。図面は寸法どおりではない。幾つかの実施形態では、コンディショニング粒子１３４は、研磨材粒子の寸法に近い又はそれより小さい平均粒径を有し、例えば、コンディショニング粒子１３４は、第一の研磨材１２４の平均粒径と比較して、１２５％、１００％、７５％、又は更に小さい平均粒径を有することができる。コンディショニング粒子は、好ましくは、研磨材粒子の平均粒径の少なくとも約５０％の平均粒径を有する。加えて、コンディショニング粒子は、複合物結合剤１２０中にも含まれ得る。本発明において、研磨材物品１０と加工物２０とが、コンディショニング粒子１３４の存在中で相互に対して相対的に移動され、コンディショニング粒子は通常、流路１４０内で懸濁して示される作動流体又はスラリー中で供給され、及び／又はコンディショニング複合物１３０の一部として供給される。本発明の方法では、加工物は、コンディショニング複合物１３０及び／又は侵食性結合剤１３２をすり減らして、コンディショニング粒子を解放することができる。加えて又は組み合わせて、侵食性結合剤１３２が方法中に徐々に溶解して、コンディショニング粒子１３４を解放してもよい。

一実施形態では、基材１００、複合物結合剤１２０、及び侵食性結合剤１３２の２つ又は３つは、同一材料で作成可能である。例えば、高分子樹脂が、上述の研磨材機構の１つ又は２つの結合剤として、並びに基材用に使用可能である。したがって、図１は、基材１００が複合物結合剤１２０及び侵食性結合剤１３２と一体化された、１つの選択肢を示している。一態様では、薄い基材が、別の支持層と共に使用される。基材及び支持層は、異なる材料にも、同一材料にもすることができる。これらは、いかなる既知の手段によっても、例えば接着剤、感圧性接着剤、鋳造及び硬化、溶融鋳造などにより、付着可能である。例えば、薄い基材１００は、ポリエステル又はポリカーボネートなどの材料の支持層に、両面感圧性接着剤テープなどの接着剤により、付着させることができる。

図２Ａ〜２Ｄは、研磨材複合物の領域及びコンディショニング複合物の領域を有する、本発明で有用な固定研磨材の物品の代表的な構成を示す。より具体的には、図２Ａは、研磨材複合物２０２Ａの一般領域又は場を有する研磨材物品２００Ａを示し、この場の中の選択された領域に設けられたコンディショニング複合物２０４Ａの領域であり、ここでは円配置で示される。図２Ｂは、研磨材複合物２０２Ｂの一般領域又は場を有する研磨材物品２００Ｂを示し、この場の中の選択された領域に設けられたコンディショニング複合物２０４Ｂの環状領域である。図２Ｃは、研磨材複合物２０２Ｃの一般領域又は場を有する研磨材物品２００Ｃを示し、この場の中の選択された領域に設けられたコンディショニング複合物２０４Ｃの領域であり、ここでは方形輪状配置で示される。図２Ｄは、研磨材複合物２０２Ｄの一般領域又は場を有する研磨材物品２００Ｄを示し、この場の中の選択された領域に設けられたコンディショニング複合物２０４Ｄの領域であり、物品が時計方向に回転される時に作動流体及び／又はスラリーを研磨材物品２００Ｄの中心に向けて方向付け可能なデザインでここでは示される。図２Ｄは、それに加えて、研磨材物品２００Ｄの周囲のスラリー保持部２０６を示す。本発明の多くの実施形態において、そのような保持部を使用し、図２Ｄに示されるような場所（周囲）又は他の場所で、所望の持続時間、スラリーを研磨材物品と共に保持することができる。すなわち、保持部は、（図のように）全周囲に、又は保持される物質量を制御するような具合に、断続的領域に設けることができる。加えて、コンディショニング複合物の領域は、スラリー及び／又は作動流体を優先的に方向付けて、例えば、図２Ｄのコンディショニング複合物２０４Ｄで示されるように、液体を中心に向けて運ぶように設けることができる。代替実施形態では、保持部は、液体を中心から遠くへ、又は別の所望の経路で運ぶように、設計することができる。保持部は、研磨材複合物であっても、コンディショニングアマルガムであっても、これらの組み合わせであっても、又は更に別の材料であってもよい。

別の態様では、コンディショニング流体方向付け領域は、研磨材領域から独立して、又はこれと協働して使用することができる。例えば、マトリックス材の樹脂、複合物結合剤、侵食性結合剤、又は他の材料を含むワイパーが、コンディショニング物質を移動させる、取り去る、及び／又は保持するための設計の中に含まれる場合もある。

有用な物品中で有用な基材には、コーティングされた研磨材及び固定された研磨材に有用と知られているものが含まれ、例えばポリマーフィルム、布地、紙、発泡体、不織布、これらの処理された又は準備された形態、及びそれらの組み合わせなどがある。例として、ポリエステルフィルム類、ポリオレフィンフィルム類（例えば、ポリエチレン及びプロピレンのフィルム）、ポリアミドフィルム類、ポリイミドフィルム類などが挙げられる。薄い基材は、支持のための別の層を使用して、例えばより厚いフィルム又はポリカーボネートシートなどを使用して、補強することができる。加えて、本発明の研磨材物品は、基台若しくはシートに、あるいは研磨装置若しくは機械に直接、いずれかの既知のルートにより付着可能であり、例えば、感圧性接着剤を含めた接着剤が有用である。

本発明は、複数の研磨材粒塊を含む研磨材複合物を使用するが、粒塊は、基材又は裏材上で単一層に配置することができ、複数の研磨材粒子又は粒塊が厚さの少なくとも一部中に広がる「三次元」構造に配置することができ、使用中に、研磨材粒子の幾つかが構造体又は粒塊から侵食される、すり減らされる、又は取り去られると、研磨機能を遂行可能な、及び好ましくは加工物上で削り取り速度を維持可能な、追加研磨材粒子が露出されるようになっている。それに加えて、コンディショニング粒子が、複合物結合剤をドレッシング又はコンディショニングし、これにより新しい研磨材粒子又は粒塊を露出してもよい。研磨材複合物は、複合物結合剤が含まれるメイクコート及び／又はサイズコート中の研磨材粒子又は単一の粒塊であってもよい。そのような単一層の研磨材は、主研磨材粒子が主研磨材粒子の単一層を構成するよりも、構造体又は粒塊の厚さ全体に分布されるときに、三次元である。研磨材粒塊は、第一の硬さの研磨材粒子を含み、例えば、破砕に基づくラッピング又は研削によって意図される加工物をすり減らすのに十分な硬さを有するように選択される。すなわち、これらの研磨材粒子は、一般に、意図される加工物の硬さより硬い硬さを有するので、「主研磨材」と呼ぶことができる。したがって、これらの研磨材粒子の選択は、意図される加工物が決定要因となる。例えば、本発明の一態様では、加工物は、少なくとも約１０００、より好ましくは少なくとも約２０００のヌープ硬さ（全てｋｇ／ｍｍ^２）を有する。別の態様では、加工物は、少なくとも約２２００、又は少なくとも約２５００のヌープ硬さを有する。研磨材粒子の特定の選択及び特定の加工物に対する適合性は、当業者の力量の範囲内であり、より硬い加工物に対してより硬い研磨材が必要とされる。最も硬い加工物に対しては、研磨材粒子は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素、及び好ましくは２２００ｋｇ／ｍｍ^２超過の硬さを有する他の研磨材グリットとすることができる。本発明の別の態様では、加工物は、少なくとも約６００〜６４０ｋｇ／ｍｍ^２のヌープ硬さを有し、研磨材粒子は、一般に、上で列挙したもの及び好ましくは６４０ｋｇ／ｍｍ^２超過の硬さを有するいずれか他の研磨材グリット、例えばアルミナ、ジルコニア、コランダムなどとすることができる。

コンディショニング複合物又はアマルガムは、コンディショニング粒子を供給するように本発明で使用することができる。そのような粒子の一例は、使用中に又は研磨システム内に、スラリーの一部を形成することができる研磨材グリットである。コンディショニング粒子は、コンディショニング粒子に起因して加工物をすり減らすか又は削り取るのが最小限であるか又は著しくないように、意図される加工物未満の硬さを有する。しかしながら、コンディショニング粒子は、研磨材粒塊のマトリックス材とほぼ同じか又はより硬い硬さを有し、このマトリックス材をコンディショニングするか又はすり減らして、新しい研磨材粒子を露出させる。コンディショニング粒子はまた、特に三次元の固定研磨材の物品において、複合物結合剤をコンディショニングして、新しい研磨材粒塊を露出させてもよい。

三次元の固定研磨材タイプの領域を研磨材物品内に形成するために、複合物結合剤が、本発明で使用される。この結合剤は、樹脂、ガラス、ガラスセラミック、高分子、接着剤などとすることができる。結合剤は、（紫外線又は熱のようなエネルギーにより）硬化可能な有機物質で形成することができる。例として、アミノ樹脂類、アルキル化尿素ホルムアルデヒド樹脂類、メラミンホルムアルデヒド樹脂類、及びアルキル化ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド樹脂、ビニルアクリレート類、アクリレート化エポキシ類、アクリレート化ウレタン類、アクリレート化ポリエステル類、アクリレート化アクリル類、アクリレート化ポリエーテル類、ビニルエーテル類、アクリレート化オイル類、及びアクリレート化シリコーン類のような（アクリレート類及びメタクリレート類を含めた）アクリレート樹脂類、ウレタンアルキド樹脂類のようなアルキド樹脂類、ポリエステル樹脂類、反応性ウレタン樹脂類、レゾール及びノボラック樹脂類、フェノール／ラテックス樹脂類のようなフェノール樹脂類、ビスフェノールエポキシ樹脂類のようなエポキシ樹脂類、イソシアネート類、イソシアヌレート類、ポリシロキサン樹脂類（アルキルアルコキシシラン樹脂類が含まれる）、反応性ビニル樹脂類、フェノール樹脂類（レゾール及びノボラック）などが挙げられる。その樹脂類は、モノマー、オリゴマー、ポリマー、又はこれらの組み合わせとして提供されてもよい。樹脂の硬さは、選択された組成物と共に変化する。例えば、樹脂の硬さは、一般に、最も柔らかいエポキシ又はアクリレート樹脂類についての少なくとも約１８ｋｇ／ｍｍ^２から、フェノール樹脂類についての約４０ｋｇ／ｍｍ^２の範囲である。

本発明の研磨材粒塊は、マトリックス材を含む。この材料は、研磨材粒子又は主研磨材グリットを共に粒塊内に保持し、粒塊は、研磨材複合物内に含まれる。マトリックス材は、樹脂、ガラス、金属、ガラスセラミック、又はセラミックとすることができる。例えば、シリカガラス、ガラスセラミック、ボロシリケートガラスのようなガラス、フェノール、エポキシ、アクリル、及び複合物結合剤の文脈で説明された他の樹脂類が、使用可能である。より好ましくは、マトリックス材は、硬く、ガラス状の、又は砕けやすい（brittle）材料を含み、次にこれが、使用中にコンディショニング粒子によってすり減らされて、主研磨材グリットの新しい表面を解放する。典型的には、マトリックス材は、複合物結合剤と少なくとも同じくらい硬く、特に異なる材料で作成される時には、はるかにより硬い場合もある。例えば、マトリックス材は、少なくとも約５０、より好ましくは、少なくとも約１００、２００、４００、６００、又は更により硬い、硬さを有する場合もある（全てｋｇ／ｍｍ^２）。例えば、約５００〜６００ｋｇ／ｍｍ^２の硬さのシリカガラスを、マトリックス材用に使用することができる。

コンディショニング粒子を共に物品内に保持して、使用中に粒子を解放するために、侵食性結合剤が、本発明で使用される。侵食性結合剤は、好ましくは、加工物による侵食、又は作動流体若しくは添加剤による制御された溶解などによって、粒子を制御可能に解放する。好適な物質には、複合物結合剤の文脈中で上述されたものが含まれる。侵食性結合剤が溶解によりコンディショニング粒子を解放するとき、有用な結合剤には、パラフィンワックス類、寒天のデンプン類、ケイ酸ナトリウム類、カルボキシメチルセルロースナトリウム、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、又はミシガン州ミッドランド（Midland, MI）のダウケミカル（Dow Chemical）からのカーボワックス（Carbowax）（商標）ポリエチレングリコール固体類が挙げられる。加えて、加工物そのものも、コンディショニングアマルガムを調整して、コンディショニング粒子を解放することができる。本発明のコンディショニング粒子は、個々のグリット又は研磨材粒子である必要はない。個々のグリット粒子があってもなくても、これらの粒塊、凝集体、又は組み合わせであり得るからである。

本発明で使用されるコンディショニング粒子は、複合物結合剤をコンディショニングするのに十分であると共に、研磨材粒塊のマトリックス材をコンディショニングするのにも十分であってもよい。すなわち、コンディショニング粒子は、複合物結合剤及び／又はマトリックス材を除去して新しい研磨材粒子を露出させる寸法範囲及び硬さの組み合わせを有する。これらのコンディショニング粒子は、第二の硬さを有し、第二の硬さは、加工物の硬さより柔らかく、複合物結合剤の硬さにほぼ等しいかそれより硬い。第二の硬さはまた、マトリックス材の硬さにほぼ等しいかそれより硬い。もちろん、複合物結合剤とマトリックス材は、同一材料にすることができる。これらのコンディショニング粒子は、意図される加工物を感知できるほど磨耗させることはない。すなわち、コンディショニング粒子は、十分な時間、圧力、及び他の作動条件が与えられれば、加工物を磨耗させる可能性がある。しかしながら、コンディショニング粒子が寄与する磨耗の速度は、たとえ測定可能であるとしても、最小限である。このように、コンディショニング粒子が研磨材粒塊のマトリックス材に作用している間に、主研磨材粒子が、加工物に作用する。例えば、典型的なラッピングプロセスは、加工物を研磨するのに数分から数時間を要することがあるが、（第二の硬さの）コンディショニング粒子は、類似加工物を研磨するのに少なくとも数日、場合によれば数週間若しくは数ヶ月を要するであろうし、又は妥当な時間内ではいかなる実質的なレベルでも、研磨が生じない可能性がある。

一般に、コンディショニング粒子が大き過ぎるとき、固定研磨材の物品が加工物表面と接触するのを妨げて、有効性を低減するおそれがある。コンディショニング粒子が小さすぎるとき、ドレッシング又はコンディショニングの有効性が低下し、時がたてば、研磨速度が遅くなる。本発明の幾つかの実施形態では、主研磨材グリットの平均粒径は、コンディショニング粒子の平均粒径より大きい。別の態様では、第二の硬さのコンディショニング粒子は、第一の硬さの研磨材粒子の平均粒径と比較して、約１２５％未満から、約１００％未満、約７５％未満、又は更により小さい平均粒径を有する。コンディショニング粒子は、好ましくは、第一の硬さの研磨材粒子の平均粒径の少なくとも約５０％の平均粒径を有する。

本発明で有用な研磨材物品には、研磨材複合物粒子が実質的に存在しない領域と共に、研磨材複合物粒子の領域が含まれてもよい。例えば、流路、ワイパー、スラリー方向付け部、及びスラリー保持部などの機構は、研磨材粒子がほんの少しでも又は全くなくても使用可能である。

一実施形態では、研磨材複合物の領域とコンディショニングアマルガムの領域は、実質的に同一平面上にある。それらの領域は、いかなる好適な配置にても提供可能である。一実施形態では、コンディショニングアマルガムの領域は、加工物の寸法と同様の寸法にされて、加工物が、コンディショニング研磨材アマルガムをすり減らすか又は侵食して、コンディショニング粒子又はグリットを解放することができるようになっている。このグリットは、作動流体により運ばれて、コンディショニングスラリーを形成することができ、これが次に、マトリックス材に作用して、本発明の主研磨材を有効にコンディショニングする。

いかなる既知の作動流体も使用可能である。例えば、水、水溶液などが、当業者の力量の範囲内の特定の選択を伴って、使用可能である。潤滑剤、冷却剤、研削助剤、分散剤、懸濁剤などのような様々な添加物も、組み入れ可能である。添加物はまた、加工物表面と化学的に相互作用して、研磨プロセスを改善するように使用されてもよい。加えて、化学反応を使用して、コンディショニング粒子をコンディショニングアマルガムの領域から制御可能に解放することができる。すなわち、機械的及び／又は化学的な作用が、コンディショニンググリット又は粒子を液体中へ解放して、コンディショニングスラリーを構成することができる。

一実施形態では、固定研磨材の物品は、流体流れを導くことができる種々の研磨材の領域を有する。例えば、それらの領域は、コンディショニングスラリーの流れを円形研磨材の実施形態の中心に向かって導くことができる。別の例では、それらの領域は、コンディショニングスラリーを本発明で使用される研磨材の縁部向きに流れるように仕向けることができる。

本発明の加工物は、主研磨材の硬さ未満であって且つコンディショニング粒子の硬さを超える硬さを有する。加工物は、一般に、脆性研磨又は破砕に基づく研削によってすり減らされる。加工物材料の例には、石英、ヒ化ガリウム、ゲルマニウム、トパーズ、スピネル、アルミニウムオキシニトリド（Aluminum Oxy Nitride）（ＡＬＯＮ）、ＳｉＣ、サファイア、及びｃ面サファイアが挙げられる。

一実施形態では、本発明は、少なくとも約２０００、２１００、又は２２００ｋｇ／ｍｍ^２の硬さの研磨材粒子が含まれる固定研磨材の物品を使用して、硬質基材を研磨する。これらの研磨材粒子は、ガラスなどのマトリックス材の中に含まれて、研磨材複合物を形成する。加えて、コンディショニングアマルガムの領域が、研磨材複合物の領域と共に、高分子フィルム（例えばポリエステル）などの基材の同一側上に含まれる。コンディショニングアマルガムは、研磨材粒子の硬さよりも少なくとも約５０、又は更に少なくとも約１００ｋｇ／ｍｍ^２低い硬さのコンディショニング粒子を含有する。複合物結合剤は、メイクコート及び／又はサイズコートとすることができ、研磨材複合物を三次元の研磨材物品中に保持することができる。一態様では、コンディショニング粒子は、研磨材粒子の平均粒径の約１２５％未満、約１００％未満、又は更に約７５％未満である。一態様では、コンディショニング粒子の平均粒径は、研磨材粒子の平均粒径の少なくとも約５０％である。代わりに、又は組み合わせて、コンディショニング粒子は、本発明の方法の間の作動流体中に供給可能である。幾つかの実施形態では、コンディショニング粒子は、約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約０．５μｍ未満、又は更に約０．１μｍ未満の平均粒径を有する。幾つかの実施形態では、研磨材粒子は、約１μｍ超過、約５μｍ超過、約８μｍ、１０μｍ、１５μｍ、又は更に約２０μｍ超過の平均粒径を有する。これらの研磨材粒子が、いかなる所望の寸法の粒塊にも組み合わされる。例えば、粒塊は、典型的には、その中の研磨材粒子の平均粒径の少なくとも約３倍からの範囲である。粒塊は、典型的には、その中の研磨材粒子の平均粒径の約２０倍未満の範囲である。幾つかの態様では、コンディショニング粒子は、好ましくは、研磨材粒子より小さい。一態様では、約５μｍの平均粒径を有するコンディショニング粒子が、約１５０〜２００μｍの粒径の粒塊中の、約８〜１０μｍの平均粒径を有する研磨材粒子と共に使用される。例えば、サファイア加工物に対して、８〜１０μｍのダイヤモンド粒子が、１〜５μｍのアルミナコンディショニング粒子と共に、約１７０〜１９０μｍの粒径の粒塊中で使用可能である。

本発明で有用な研磨材物品は、コーティングされた研磨材又は三次元で非平坦の研磨材複合物を有する研磨材物品を作成するための、いかなる既知の方法によっても作成可能である。例えば、研磨材粒塊及びコンディショニング研磨材は、上で説明された基材の１つの上の領域に、上で説明されたような結合剤を使用して付着されて提供可能である。加えて、いかなる既知のサイズコートも、粒塊及びコンディショニング研磨材の上に提供することができる。別の例に関しては、構造化された表面（例えば、頂点と谷、ピラミッド、立方体、台形などのような形作られた特徴）を有する基材が、別個の領域に設けられた研磨材粒塊及びコンディショニング研磨材と共に、使用可能である。別の例では、研磨材粒塊を含有する研磨材複合物を使用して、構造化された表面を形成可能であり、一方、コンディショニング研磨材の領域を、構造化された表面の周りに設けることができる。

有用な方法が、米国特許第５，１５２，９１７号及び第５，４３５，８１６号に記載されている。好適な方法の他の記述を、米国特許第５，４３７，７５４号、第５，４５４，８４４号、第５，５，４３５，８１６号、及び第５，３０４，２２３号に見出すことができる。三次元で非平坦の研磨材複合物中に含まれるのに好適な研磨材粒塊は、米国特許第６，５５１，３６６号、第６，６４５，６２４号、第５，６５１，７２９号、第５，９７５，９８８号、及び第４，７９９，９３９号に記載されるもののような、いかなる既知の方法によって製造されてもよい。三次元で非平坦の研磨材複合物を有して、その複合物がメイクコート中に固定されて任意のサイズコーティングをされた研磨材粒塊を含む、有用な研磨材物品を作成する別の有用な方法が、米国特許第６，２１７，４１３号に記載されている。

本発明は、一般に、研削、又はラッピング、又は研磨操作に有用であり、特に硬い若しくは脆い加工物に対して有用である。一態様では、本発明の方法は、別個の又はオフラインの研磨材ドレッシング若しくはコンディショニングプロセスを必要とせずに、長時間にわたって所望のレベルの加工物削り取り速度を維持する。別の態様では、本発明は、除去速度の安定性及び予測可能性を向上させ、このことが、仕上げ操作中のプロセスの効率を改善し、スクラップ材を減少させる。本発明のプロセスによって、同じ固定研磨材物品が種々多様な加工物材料に対して有効となり得る。

本発明の目的及び利点は、下記の実施例によって更に例証されるが、これらの実施例において列挙される特定の材料及びその量並びに他の諸条件及び詳細は、本発明を過度に制限するものと解釈されるべきではない。

ガラス質で結合されたダイヤモンド粒塊の調製
ガラス質で結合されたダイヤモンド粒塊が、概ね米国特許第６，３１９，１０８号の方法を使用して生産された。まず、仮結合溶液は、デキストリン（イリノイ州デイケーター（Decatur, IL）のＡ．Ｅ．スタンレイ・マニュファクチャリング社（A. E. Stanley Mfg. Co.）から「ＳＴＡＮＤＥＸ２３０」として入手可能）２５重量部（ｐｂｗ）を脱イオン水７５ｐｂｗ中に溶解することによって、調製された。

仮結合溶液を１７０．０ｇと、メチルエチルケトン中にＡＹ１００界面活性剤（コネティカット州スタンフォード（Stamford, CT）のサイテック・インダストリーズ（Cytek Industries）から入手可能）５０重量％の溶液を４．０ｇと、ダウ・コーニング添加物６５（Dow Corning Additive 65）（シリコーンエマルション消泡剤、ミシガン州ミッドランド（Midland, MI）のダウ・コーニング社（Dow Corning Corp.）から入手可能）を１．３ｇとを含むスラリーが、１５〜２０分間プロペラミキシングブレードで完全に混合された。磨砕されたガラスフリットが、メタノール２０ｇをガラスフリット（フロリダ州オールドスマー（Oldsmar, FL）のスペシャルティ・ガラス社（Specialty Glass Inc.）からのＳＰ１０８６ガラス）８００ｇと共に、オハイオ州イースト・パレスティン（East Palestine, Ohio）のＵ．Ｓ．ストーンウェア（U.S. Stoneware）からのアルミナ強化磁器製の＃２ミリングジャー（８．３Ｌ（２．２ガロン））に充填することによって、調製された。そのジャーには、０．６ｃｍ（０．２５インチ）のジルコニア製ミリングペレット約１６．９ｋｇも入れられた。その組み合わせが、約１３．６ｒａｄ／ｓ（１３０ｒｐｍ）にて７２時間磨砕されてから、排出された。磨砕されたガラスフリットの２００．０ｇ量がスラリーに加えられて、混合が２０分間継続された。次に、公称粒径２０μｍを有するダイヤモンド研磨材粒子（ミシガン州チェスターフィールド（Chesterfield, MI）のナショナル・リサーチ社（National Research Corp.）から入手可能）が、スラリーに加えられて、その組み合わせはさらに２０分間混合された。

得られたスラリーは、次に、ポリプロピレン用具の空洞中にコーティングされ、過剰スラリーが、ドクターブレードを使用して除去された。その用具は、米国特許番号第５，１５２，９１７号の教示により作成された。ポリプロピレン用具中の空洞は、切頭四面ピラミッドの形体であって、深さ１７８μｍ、開口部２４６μｍ×２４６μｍ、及び基部１５１μｍ×１５１μｍを有した。用具空洞中のスラリーは、室温において２４時間、風乾された。乾燥後に、超音波駆動される振動チタンバー（コネティカット州ダンベリー（Danbury, CT）のブランソン・ウルトラソニック・インスツルメンツ（Branson Ultrasonic Instruments）からブランソン９０２Ｒとして入手可能）を用具の後ろ表面に接触させることによって、乾燥した研磨材複合物前駆体を用具から押し出した。

乾燥した前駆体粒子は、２５０μｍ開口の標準ふるいに通され、続いて１５０μｍに通された。１５０μｍ開口のふるいの上に残る乾燥前駆体粒子は、ベーマイト粉末（アルミナ一水和物、ディスペラル（Disperal）、独国ブルンスブッテル（Brunsbuttel, Germany）のコンデア・ケミー社（Condea Chemie GmbH）から市販）からなる無機分離剤と、ベーマイト粉末６ｇに対して乾燥前駆体粒子１００ｇの比率で、混合された。乾燥前駆体と分離剤の混合物は、耐火性のサガー（sager）（イリノイ州ペカトニカ（Pecatonica, IL）のイスペン・セラミック（Ipsen Ceramic）から入手可能）の中で焼成された。焼成温度は、室温から４００℃まで毎分１．５℃の率で昇温され、次に４００℃にて２．０時間保持されて、仮結合剤を焼き切った。前駆体は、次に、７２０℃まで毎分２℃の率で加熱され、７２０℃にて１．０時間、大気圧で保持された。焼成の次に、得られた多孔質セラミックの研磨材複合物は、室温まで毎分約２℃の率で冷却された。焼成された多孔質セラミックの研磨材複合物は、２５０μｍ開口の標準ふるいに通され、続いて１５０μｍに通されて、無機分離剤を除去された。１５０μｍ開口の上に残る焼成された多孔質セラミックの研磨材複合物は、次に、研磨材物品での使用のために収集された。

結合剤前駆体中に分散された研磨材粒塊の調製
分散剤（ソルスパース（Solsperse）（商標）３２０００、英国マンチェスター（Manchester, U.K.）のルブリゾル社（Lubrizol Ltd.）ノベオンディビジョン（Noveon Division）から入手可能）２５重量％とアクリレート樹脂（ＳＲ３６８Ｄ、ペンシルバニア州エクストン（Exton, PA）のサートマー社（Sartomer Co., Inc.）から入手可能）７５重量％との分散剤溶液が、空気駆動式プロペラミキサーを使用して約１時間混合された。Ｖａｚｏ５２熱反応開始剤（ウエストバージニア州ベル（Bell, WV）のデュポン・ケミカル・ソルーション・エンタープライズ（Dupont Chemical Solution Enterprise）から入手可能）を、樹脂に混合する前に、プラスチック袋に入れて封止し、袋を堅い表面（試験台上面）上に置いて、セラミック乳鉢を使用して微粒子に砕くことによって、破砕した。混合の間には、混合物を加熱水浴（６０℃）中に置いて、分散剤の樹脂への解け込みを助長した。熱反応開始剤の溶液が、５重量％のＶａｚｏ５２を９５重量％のアクリレート樹脂（ＳＲ３６８Ｄ）の中へプロペラミキサーを使用して混合することによって、作り出された。熱反応開始剤溶液は、冷蔵庫に格納された（温度＜４０℃）。メタケイ酸カルシウム（ＮＹＡＤ Ｍ４００ウォラストナイト、メキシコ国ハーモシロソノラ（Hermosillo Sonora, Mexico）のＮＹＣＯミネラルズ社（NYCO Minerals Inc.）から入手可能）を、使用前に、ＮＹＡＤ Ｍ４００を金属容器に入れて、１２０℃に設定したオーブンの中で２〜４日間容器を加熱することによって、乾燥させた。ＮＹＡＤ Ｍ４００は、次に、室温に冷却され、使用されるまで、容器がビニルテープで封止された。樹脂プレミックスが、次の構成成分：３６８Ｄ樹脂９１重量％と、上で説明された分散剤溶液８重量％と、光開始剤（イルガキュア（Irgacure）８１９、ニューヨーク州タリータウン（Tarrytown, NY）のチバ・スペシャルティ・ケミカルズ（Ciba Specialty Chemicals）から入手可能）１重量％とを、コウェルス（Cowels）高速ブレードミキサーを使用して混合することによって、作り出された。光開始剤が溶解するまでの約１時間、これが混合されて、樹脂プレミックスが形成された。

研磨材スラリーが、上で説明された樹脂プレミックス１５４７．８ｇを、ＮＹＡＤ Ｍ４００ウォラストナイト２９３５ｇ、上の説明のように作り出された１８０μｍのビトリファイドダイヤモンド粒塊１００ｇ、ヒュームドシリカ（ＯＸ５０、ニュージャージー州パーシッパニー（Parsippany, NJ）のデグッサ社（Degussa Corporation）から入手可能）４５ｇ、及び消泡剤（ダウ・コーニングアディティブ（Dow Corning Additive）＃７、ダウ・コーニング社（Dow Corning Corp.）から入手可能）２．５ｇと、高せん断下で１時間混合することによって、作り出された。混合物を、次に、プラスチックペール缶に入れて封止し、ローラーミル（Ｕ．Ｓ．ストーンウエア（U.S. Stoneware）から入手可能）で２．１ｒａｄ／ｓ（毎分２０回転（ｒｐｍ））にて１８〜２４時間回転させて、スラリーを形成した。次に、スラリーをローラーミルから取り外して、低せん断下で混合し、その間に、上で説明された熱反応開始剤溶液３７０ｇを添加した。スラリーは、約３０分間、又は温度が３２℃（９０°Ｆ）に達するまで、混合された。

固定研磨材物品の調製：方法Ｉ
この研磨材物品は、概ね米国特許第５，９５８，７９４号（ブルックスボールト（Bruxvoort）ら）に記載されるように、本特許の図１５に示されるものに類似の装置で作成された。

空洞の配列を含むポリプロピレン用具が、提供された。用具中の空洞は、逆転された切頭四面ピラミッドの形体であって、深さ８００μｍ、開口部２８００μｍ×２８００μｍ、及び基部２５１８μｍ×２５１８μｍと、中心間隔３９７６μｍとを有した。その用具は、本質的に、研磨材複合物の所望の形状、寸法、及び配置の逆であった。

用具が、巻取機から巻き戻された。研磨材複合物結合剤の前駆体中に分散された研磨材粒塊が、室温にて、真空スロットダイコーターを使用してコーティングされ、用具の空洞中に塗布された。次に、ポリエステルの裏材（ミネソタ州セントポール（St. Paul, MN）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能な１２５μｍ（５ミル）スコッチパック（Scotchpak）（商標）のコーティングされるべき表面上にエチレンアクリル酸コポリマーのプライマーを有する、１２７μｍ（５ミル）厚さのポリエステルフィルム）を、研磨材スラリーをコーティングした用具に接触させて、研磨材スラリーが裏材のプライマー付き表面を濡らすようにした。紫外線（ＵＶ）が、用具を貫いて研磨材スラリーまで透過された。２つの異なるＵＶランプが連続して使用された。第一のＵＶランプは、フュージョンシステム（Fusion System）の「Ｖ」バルブであって、２３６．２Ｗ／ｃｍ（６００ワット／インチ）で点灯された。二番目は、フュージョンシステム（Fusion System）の「Ｄ」バルブであって、２３６．２Ｗ／ｃｍ（６００ワット／インチ）で点灯された。紫外線にさらされると、結合剤前駆体が結合剤に変換されて、研磨材スラリーが研磨材複合物に変換された。用具が、研磨材複合物／裏材から取り外された。研磨材複合物／裏材を、次に、フュージョンシステム（Fusion System）「Ｄ」バルブを使用して及びそれを２３６．２Ｗ／ｃｍ（６００ワット／インチ）で作動させて、裏材側まで、追加の紫外線処理のために露出した。

研磨材物品を形成した研磨材複合物／裏材は、次に、コアに巻き取られた。これは、約４．６〜７．６ｍ／ｍｉｎ（１５〜２５フィート／分）で運転される連続プロセスであった。コアに巻き取られた研磨材複合物／裏材は、次に、結合剤システムの硬化を完了するために、及びポリエステル裏材上のプライマーを活性化するために、８０〜１０５℃に設定されたオーブン中で約８時間、加熱された。

試験用の研磨材物品を調製するために、研磨材複合物／裏材シートが、０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）厚さのポリカーボネートシート（レクサン（Lexan）（商標）８０１０ＭＣ、インディアナ州マウントバーノン（Mount Vernon, IN）のＧＥポリマー・シェイプス（GE Polymer Shapes）から入手可能）に、感圧性接着剤テープ（「４４２ＫＷ」、ミネソタ州セントポール（St. Paul, MN）の３Ｍ社（3M Company）から入手可能）を使用して積層された。直径が３０．４８ｃｍ（１２ｉｎ．）の円形試験サンプルが、試験用にダイカットされた。

アマルガム物品の調製：方法ＩＩ
１５μｍのコンディショニング粒子（ＰＷＡαアルミナ、オレゴン州ウィルソンビル（Wilsonville, OR）のフジミ社（Fujimi Corporation）からマイクログリットＰＷＡ１５（Microgrit PWA 15）として入手可能）を７５ｇと、分散剤（ディスパービク１８０（Disperbyk 180）、コネティカット州ウィリングフォード（Wallingford, CT）のＢＹＫケミー（BYK-Chemie）から）を５ｇと、トリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）（サートマーＳＲ３５１、ペンシルバニア州エクストン（Exton, PA）のサートマー社（Sartomer Company, Inc.）から）を２０ｇと、光開始剤（イルガキュア（Irgacure）８１９、ニューヨーク州タリータウン（Tarrytown, NY）のチバ・スペシャルティ・ケミカルス（Ciba Specialty Chemicals）から）を１．０ｇとのコンディショニングアマルガム前駆体混合物が、方法Ｉにて説明されたように調製されて、コンディショニングアマルガムに変換された。次に、セグメントが、方法Ｉにより調製された固定研磨材の物品から先に調製された３０．４８ｃｍ（１２ｉｎ．）円板中の開口部に嵌合するように、ダイカットされた。

アマルガム物品の調製：方法ＩＩＩ
アマルガム物品の調整を方法ＩＩにより成した後、コンディショニングアマルガムの構造に方法ＩＩのコンディショニングアマルガム物品前駆体が流し込まれてこれを満たし、ポリプロピレンの剥離裏材でならされてＵＶ硬化され、平面状のコンディショニング研磨材シートが作り出された。次に、セグメントが、方法Ｉにより調製された固定研磨材の物品から先に調製された３０．４８ｃｍ（１２ｉｎ．）円板中の開口部に嵌合するように、ダイカットされた。

アマルガム物品の調製：方法ＩＶ
固定研磨材の物品が方法Ｉにより作り出された後、平面状のコンディショニングアマルガム機構により置き換えられるべき領域が、３０．５ｃｍ（１２ｉｎ．）円板の研磨材面から取り外されて、隙間が形成された。

レゾール樹脂（水に７５重量％固体、ホルムアルデヒド：フェノールが重量で１．５：１、２．５％のＫＯＨで触媒作用受け）を２０ｇと、１５μｍのコンディショニング粒子（ＰＷＡαアルミナ、マイクログリットＰＷＡ１５（Microgrit PWA 15））を８０ｇと、水を１５ｇと、イソプロピルアルコールを１５ｇとのコンディショニングアマルガム前駆体混合物が、調製された。この混合物を使用して、固定研磨材の物品中の隙間に満たして、ゴムナイフすなわちスキージでならした。次に、研磨材が、６０℃に設定されたオーブン中で３０分間、８５℃で３０分間、１０５℃で３０分間、及び１２０℃で２時間硬化されて、固定研磨材の物品を形成した。

試験方法Ａ：片面ラッピング試験
試験は、イリノイ州レイクブラフ（Lake Bluff, IL）のビューラー社（Buehler Ltd.）から入手したフェニックス（Phoenix）４０００片面ラップ盤で実施された。固定研磨材のパッドが、感圧性接着剤を使用して圧盤に取り付けられた。ダイヤモンド固定研磨材のパッドが、アルミナ固定研磨材（２６８ＸＡ−Ａ３５、３Ｍ社から入手可能）を使用して初期コンディショニングすることによって、試験のために準備された。２６８ＸＡアルミナ固定研磨材が、３枚の６５ｍｍ（２．５６ｉｎ．）直径×３．１８ｍｍ（０．１２５ｉｎ．）厚さのボロフロート（Borofloat）（商標）ガラス円板（ニューヨーク州エルマイラ（Elmira, NY）のスイフトガラス（Swift Glass））に取り付けられた。表面上に２６８ＸＡ研磨材を有する３枚のボロフロート（Borofloat）（商標）円板が、１５２ｍｍ（６ｉｎ．）直径×１５ｍｍ（０．６ｉｎ．）厚さのアルミニウム金属プレートに取付けワックス（クリスタルボンド５０９クリア（Crystalbond 509 Clear）、ニューヨーク州カレイコテッジ（Calley Cottage, NY）のアレムコ・プロダクツ社（Aremco Products, Inc.））を使用して取り付けられて、コンディショニングプレートを形成した。コンディショニングプレートが、ラップ盤の上側ヘッドに迅速脱着法で取り付けられた。ラップ盤が、１８．８ｒａｄ／ｓ（１８０ｒｐｍ）の圧盤と１０．５ｒａｄ／ｓ（１００ｒｐｍ）で逆回転する基材を使用して、３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）の付加圧で１分間運転された。コンディショニングの間、脱イオン水中に１０体積％のサブレルブ（Sabrelube）９０１６（イリノイ州レイクブラフ（Lake Bluff, IL）のケムトール・オアカイト（Chemetall Oakite））が、３０ｍＬ／ｍｉｎの流量で供給された。初期コンディショニングプロセスは、上で説明された機械条件を使用して５５．２ｋＰａ（８ｐｓｉ）で５分間、ボロフロート（Borofloat）（商標）ガラス（金属プレートに取付けワックスで付着された３枚の６５ｍｍ基材）をラッピングすることにより完了した。それぞれのサファイアラッピング試験の前に、窓ガラス基材（スイフト・ガラス（Swift Glass））が、３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）の圧力及び指定された機械条件を使用して３３０〜３６０μｍ／ｍｉｎの間の安定した窓ガラス除去速度が達成されるまで８〜９分間、ラッピングされた。窓ガラス基材及びサファイア加工物の除去速度が、ラッピング中の重量喪失（Ｍグラム）を次の式の使用により除去された厚さ（Ｔμｍ）に変換することによって、計算された：
Ｔ＝１０，０００×Ｍ／（Ａ×Ｄ）
上式において、Ａは基材の面積（ｃｍ^２）、及びＤは基材の密度（ｇ／ｃｍ^３）であり、サファイアは、３．９ｇ／ｃｍ^３の密度を有し、窓ガラスは、２．４ｇ／ｃｍ^３の密度を有した。

下記実施例の自蔵型コンディショニング研磨材物品のそれぞれは、ポリカーボネートシート（３０．５ｃｍ（１２ｉｎ．）直径）に両面接着剤を使用して積層され、固定研磨材が、その直径に切り取られた。それぞれ５分間のラッピング運転が、Ｃ面サファイア（マサチューセッツ州セーラム（Salem, MA）のクリスタル・システムズ（Crystal Systems））に指定された機械条件を使用して３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）で実施された。結果を下表Ｉに示す。

試験方法Ｂ：両面ラッピング
試験は、独国ランツブルク（Rendsburg, Germany）のピーター・ウォルタース（Peter Wolters）から入手可能なＡＣ５００両面ラップ盤を使用して実施された。試験される固定研磨材のパッドが、下側及び上側の両圧盤に感圧性接着剤を使用して取り付けられた。ダイヤモンド固定研磨材のパッドが、アルミナ固定研磨材（２６８ＸＡ−Ａ３５、ミネソタ州セントポール（St. Paul, MN）の３Ｍ社（3M Company）から市販）を使用して初期コンディショニングすることによって、試験のために準備された。２６８ＸＡアルミナ固定研磨材が、５つの空いた（部品の無い穴）部品キャリアの上側及び下側に取り付けられた。コンディショニングキャリアが、次のような機械条件：上側圧盤速度１０．１ｒａｄ／ｓ（９６ｒｐｍ）時計方向；下側圧盤速度９６ｒｐｍ反時計方向；太陽歯車速度１．５ｒａｄ／ｓ（１４ｒｐｍ）（時計方向又は反時計方向いずれにも）；冷却剤流量２００ｍＬ／ｍｉｎ；及びラッピング流体（脱イオン水中にサブレルブ（Sabrelube）（商標）９０１６が１０体積％）の流量１００ｍＬ／ｍｉｎを使用して、１０．９ｋＰａ（１．６ｐｓｉ）の圧力で総計１分間運転された。太陽歯車の回転方向は、１分サイクルの中間で反転された。パッドの準備は、６５ｍｍボロフロート（Borofloat）（商標）ガラス基材が１５枚の５分間バッチを、上で列挙された機械条件で１３．９ｋＰａ（２ｐｓｉ）にて３回運転することによって、完了した。

実施例１
固定研磨材の物品が、方法Ｉにより調製された固定研磨材物品の３０．５ｃｍ（１２ｉｎ．）円板の中へ、方法ＩＩＩにより調製された平面状コンディショニングアマルガムセグメントの５ｃｍ直径円形領域を８枚挿入することによって、準備された。８枚の円板は、縁部から約３．８ｃｍ（１．５ｉｎ．）の円周上で均一の間隔にされた。

実施例２
固定研磨材の物品が、方法Ｉにより調製された固定研磨材物品の３０．５ｃｍ（１２ｉｎ．）円板の中へ、方法ＩＩにより調製された非平坦コンディショニングアマルガムセグメントの５ｃｍ直径円形領域を８枚挿入することによって、準備された。８枚の円板は、実施例１のような間隔にされた。

実施例３
固定研磨材の物品が、方法Ｉにより調製された固定研磨材物品と方法ＩＩにより調製された非平坦コンディショニングアマルガムセグメントとの交互ストライプを有するシートから３０．５ｃｍ（１２ｉｎ．）円板を切断することによって、準備された。固定研磨材物品のストライプは５ｃｍ（２ｉｎ．）幅であり、非平坦コンディショニングアマルガムのストライプは２．５４ｃｍ（１ｉｎ．）幅であった。

実施例４
固定研磨材の物品が、方法Ｉにより調製された固定研磨材物品の３０．５ｃｍ（１２ｉｎ．）円板の中へ、方法ＩＶにより調製された平面状コンディショニングアマルガムセグメントの５ｃｍ直径円形領域を８枚挿入することによって、準備された。８枚の円板は、縁部から約３．８ｃｍ（１．５ｉｎ．）の円周上で均一の間隔にされた。

実施例５
固定研磨材の物品が、方法Ｉにより調製された固定研磨材物品の３０．５ｃｍ（１２ｉｎ．）円板の中へ、方法ＩＶにより調製された平面状コンディショニングアマルガムセグメントの２．５ｃｍ直径円形領域を１６枚挿入することによって、準備された。８枚の円板は、実施例Ｉのような間隔にされたが、縁部から約５ｃｍ（２ｉｎ．）であった。

実施例６
固定研磨材の物品が、方法Ｉにより調製された固定研磨材物品の３０．５ｃｍ（１２ｉｎ．）円板の中へ、方法ＩＶにより調製された平面状コンディショニングアマルガムセグメントの２つの同心リングを挿入することによって、準備された。第一のリングは、内径が６．３５ｃｍ（３ｉｎ．）で、幅が１．２７ｃｍ（０．５ｉｎ．）であった。第二のリングは、内径が１０．２ｃｍ（４ｉｎ．）で、幅が１．６ｃｍ（０．６３ｉｎ．）であった。

実施例７
固定研磨材の物品が、方法Ｉにより調製された固定研磨材物品の３０．４８ｃｍ（１２ｉｎ．）円板の中へ、方法ＩＶにより調製された２つの同心平面状コンディショニングアマルガムセグメントを挿入し、固定研磨材の材料と平面状コンディショニング材料が交互する入れ子正方形を得ることによって、準備された。固定研磨材の材料の中央正方形は、８．９×８．９ｃｍ（３．５×３．５ｉｎ．）であり、これが平面状コンディショニング材料の０．６６ｃｍ（０．２５ｉｎ．）幅のストライプにより囲まれ、これらが構造化された固定研磨材の０．９４ｃｍ（０．３８ｉｎ．）のストライプにより囲まれ、これらが平面状コンディショニング材料の３．１８ｃｍ（１．２５ｉｎ．）幅の第二組のストライプにより囲まれて、全て３０．５ｃｍ円板に中心があった。

比較例Ａ
固定研磨材の物品が、方法Ｉによって調製されて、試験方法Ａを使用して試験された。

実施例８〜１０及び比較例Ｂ（ＣＥ−Ｂ）
実施例８〜１０では、ダイヤモンド固定研磨材が、方法ＩＩＩ（上記）によって作り出され、及びコンディショニング粒子がラッピング流体（脱イオン水中にサブレルブ（Sabrelube）（商標）９０１６冷却剤が１０体積％の溶液）に供給されている間に、試験方法Ａにより試験された。比較例Ｂは、同じ固定研磨材を使用したが、コンディショニング粒子無しであった。結果を下表ＩＩに示す。

実施例８では、約１体積パーセント（体積％）の磨砕されたガラスフリット（ＳＰ１０８６）が、ラッピング流体に添加された。冷却剤混合物は、試験中一定に攪拌された。除去速度は、ラッピングの最初の１５分間内に９２％を超えて低下した。

実施例９では、約１体積％の３μｍコンディショニング粒子（マイクログリットＰＷＡ３（Microgrit PWA 3）アルミナ粉末、オレゴン州ウィルソンビル（Wilsonville, OR）のフジミ社（Fujimi Corp.）から入手可能）が、ラッピング流体に添加された。冷却剤混合物は、試験中一定に攪拌された。除去速度は、ラッピングの最初の１５分間内に９２％を超えて低下した。

実施例１０では、約１体積％の１５μｍコンディショニング粒子（マイクログリットＰＷＡ１５（Microgrit PWA 15）アルミナ粉末、フジミ社（Fujimi Corp.）から入手可能）が、ラッピング流体に添加された。冷却剤混合物は、試験中一定に攪拌された。除去速度は、ラッピングの最初の１０分間後に２９％だけ低下したが、それからラッピング時間３０分まで、２９．４μｍ／ｍｉｎの平均値に安定した。

比較例Ｂでは、ラッピング流体が、コンディショニング粒子無しで使用された。除去速度は、ラッピングの１５分間内に９５％を超えて低下した。

実施例１１及び比較例Ｃ（ＣＥ−Ｃ）
ダイヤモンド固定研磨材が、方法ＩＩＩにより作り出された。両面ラッピング試験が、試験方法Ｂにより実施された。

実施例４では、パッドを準備するためにボロフロート（Borofloat）（商標）ラッピング運転が２分間だけ使用されることを除いて、試験方法Ｂが使用された。このボロフロート（Borofloat）（商標）運転に、６５ｍｍ直径窓ガラス基材１５枚のバッチが５回続いた。各窓ガラスバッチは、１３．９ｋＰａ（２ｐｓｉ）で２分間運転された（最初のバッチは５分間）。一連のサファイアラッピング運転が、５０ｍｍＣ面サファイア基材１０枚のバッチで実施された。これらのバッチのそれぞれは、使用されたラッピング流体がサブレルブ（Sabrelube）（商標）９０１６の１０体積％溶液中に１５μｍアルミナ（ＰＷＡ１５）１体積％の混合物であったという点を除いて、試験方法Ｂに列挙された機械条件にて運転された。結果を表ＩＩＩに示す。観察された基材除去速度は、延長されたラッピング時間の後でさえも、ラッピング圧力５１．４ｋＰａ（７．５ｐｓｉ）、３１．１ｋＰａ（４．５ｐｓｉ）、２０．４ｋＰａ（３．０ｐｓｉ）、又は１０．２ｋＰａ（１．５ｐｓｉ）に対して、実質的に変化（すなわち、初期値の１５％を超えて変化）しなかった。すなわち、所与の圧力に対して、除去速度が安定したままであった。

比較例Ｂでは、５０ｍｍＣ面サファイア部品１０枚が、付加圧力３４．１ｋＰａ（４．９ｐｓｉ）、脱イオン水中にサブレルブ（Sabrelube）（商標）９０１６が１０体積％の溶液、及び試験方法Ｂにて示された機械条件を使用して、ラッピングされた（１０分バッチ４回）。結果を表ＩＩＩに示す。除去速度は、比較的高い圧力が維持されたにもかかわらず、４０分のラッピング後に、８５％を超えて低下した。

本発明の範囲および原理から逸脱することなく様々な変更をなし得ることが、上記説明から当業者には明白であり、また、本発明が、上の説明の例示的実施形態に過度に限定されると理解すべきではない。

加工物と接触して示される本発明で有用な物品の部分断面図を示しており、この図は寸法どおりには描かれていない。 研磨材複合物の領域及びコンディショニング複合物の領域を有する、本発明で有用な固定研磨材の物品の代表的な概略構成を示す。 研磨材複合物の領域及びコンディショニング複合物の領域を有する、本発明で有用な固定研磨材の物品の代表的な概略構成を示す。 研磨材複合物の領域及びコンディショニング複合物の領域を有する、本発明で有用な固定研磨材の物品の代表的な概略構成を示す。 研磨材複合物の領域及びコンディショニング複合物の領域を有する、本発明で有用な固定研磨材の物品の代表的な概略構成を示す。

Claims (21)

1. 研磨方法において：
   ある硬さを有する加工物を提供する工程；
   第一面を有する基材と前記基材の第一面上に分布される研磨材複合物の領域とを含む固定研磨材の物品を提供する工程であって、前記研磨材複合物に複合物結合剤と第一の硬さを有する研磨材粒子とが含まれ、前記第一の硬さが前記加工物の硬さより硬い、固定研磨材の物品を提供する工程；
   前記複合物結合剤をコンディショニングするのに十分であり、及び前記加工物の硬さより柔らかい第二の硬さを有する、コンディショニング粒子を提供する工程；並びに
   前記コンディショニング粒子の存在中で、前記加工物と前記固定研磨材物品を相対的に移動させて、前記複合物結合剤をコンディショニングすると共に前記加工物の表面を修正する工程
   を含む方法。
2. 前記固定研磨材物品の研磨材粒子が、マトリックス材と共に粒塊中で提供される、請求項１に記載の方法。
3. 前記コンディショニング粒子が、前記粒塊のマトリックス材をコンディショニングするのに十分である、請求項２に記載の方法。
4. 前記加工物表面を液体媒質の存在中で修正する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記コンディショニング粒子がスラリー中で提供される、請求項１に記載の方法。
6. 前記コンディショニング粒子が、前記基材上で前記研磨材複合物の領域に隣接するコンディショニング複合物の領域中で提供され、前記コンディショニング複合物が、コンディショニング粒子と侵食性結合剤とを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記コンディショニング粒子が、前記第一の硬さの研磨材粒子の平均粒径未満の平均粒径を有し、任意に、前記研磨材複合物の領域とコンディショニング複合物の領域とが、実質的に同一平面上にある、請求項１に記載の方法。
8. 前記コンディショニング粒子が、前記研磨材粒子の平均粒径の約５０〜１００％の平均粒径を有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記固定研磨材物品が、前記研磨材複合物が実質的に無い領域を更に含み、この領域に流路が含まれてもよい、請求項１に記載の方法。
10. 前記マトリックス材が、樹脂、ガラス、金属、ガラスセラミック、又はセラミックを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記研磨材粒子が、ダイヤモンド、又は炭化ケイ素、炭化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記コンディショニング粒子が、アルミナ、コランダム、ジルコニア、セリア、ガラス、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記コンディショニング粒子の硬さが、前記複合物結合剤をコンディショニングするのに十分である、請求項１に記載の方法。
14. 前記加工物の硬さが、前記複合物結合剤をコンディショニングするのに十分である、請求項１に記載の方法。
15. 前記研磨材物品の基材と前記複合物結合剤とが、実質的に同じ材料である、請求項１に記載の方法。
16. 研磨方法において：
    ある硬さを有する加工物を提供する工程；
    第一面を有する基材と前記基材の第一面上に分布される研磨材複合物の領域とを含む固定研磨材の物品を提供する工程であって、前記研磨材複合物に複合物結合剤と研磨材粒塊とが含まれ、前記粒塊に第一の硬さの研磨材粒子がマトリックス材と共に含まれ、及び前記第一の硬さが前記加工物の硬さより硬い、固定研磨材の物品を提供する工程；
    作動流体とコンディショニング粒子とのスラリーを供給する工程であって、前記粒子が、前記加工物の硬さより柔らかい第二の硬さを有し、及び前記研磨材粒塊のマトリックス材をコンディショニングするのに十分である、作動流体とコンディショニング粒子とのスラリーを供給する工程；並びに
    前記スラリーと前記コンディショニング粒子との存在中で、前記加工物と前記固定研磨材物品を相対的に移動させて、前記加工物の表面を修正する工程
    を含む方法。
17. 前記粒塊が、サファイアを研磨するのに好適な研磨材を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記コンディショニング粒子が、約２１００ｋｇ／ｍｍ^２未満の硬さを有する、請求項１６に記載の方法。
19. 前記研磨材粒子が、約２５００ｋｇ／ｍｍ^２超過のヌープ硬さを有する、請求項１６に記載の方法。
20. 前記固定研磨材物品を接着剤で研磨機に取り付ける工程を更に含み、任意に、前記接着剤が感圧性接着剤である、請求項１６に記載の方法。
21. 前記コンディショニング粒子が、前記固定研磨材物品の前記複合物結合剤より硬い、請求項１４に記載の方法。

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