JP2009509781A - 固定研磨工具及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

結合研磨工具は、砥粒の混合物と結合材成分を含んでいる。砥粒の混合物は、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒と凝集状の砥粒顆粒とを含んでいる。また、繊維状のゾル−ゲルアルミナ研磨材及び非繊維状の砥粒の凝集物、及び結合材成分を固定研磨工具も開示する。繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒は、１．０超の長さ−横断幅の縦横比を有している。凝集状の砥粒顆粒は、接合材によって三次元形状が維持されている複数の砥粒を含んでいる。このような固定研磨工具の製造方法も開示される。

Description

多くの研磨操作において、研磨工具が多孔性、特に浸透性若しくは連結多孔性を有することにより、研磨操作の効率及び研磨されるワークピースの品質が改善される。特に、連結多孔性又は流体透過性の体積％は、研磨工具の研磨性能を決定する重要な因子であることがわかっている。連結多孔性を有することにより、研磨中に生じる研磨スラッジ（削り屑）が除かれ、冷却液のホイール内の通過が容易になる。また、連結多孔性を有することにより、研削液、例えば可動砥粒とワークピース表面との間の潤滑油へのアクセスが良好になる。これらの特徴は特に、ディープカット及び最新の精密工程（例えばクリープフィード研磨）の研磨効率を高めるのに重要であり、それにより、ワークピース寸法の精度を犠牲にすることなく、大量の材料を１度の深い研磨のパスで除去できる。

多くの穿孔を有し、浸透性構造を有するかかる研磨部材の例としては、細長い形状若しくは繊維状の砥粒を利用した研磨工具が挙げられる。米国特許第５７３８６９６号及び同第５７３８６９７号明細書には、少なくとも５：１の縦横比（アスペクト比）を有する細長い形状若しくは繊維状の砥粒を利用した固定研磨工具の製造方法が開示されている。繊維状の砥粒を使用したかかる研磨工具の一例としては、ウスター（ＭＡ）のＳａｉｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ社製のＡＬＴＯＳ（商標）として現在市販されているものである。

ＡＬＴＯＳ（商標）研磨工具は、繊維状の砥粒として、例えばＮｏｒｔｏｎ（登録商標）ＴＧ２又はＴＧＸ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ（以下「ＴＧ２」）などの、約７．５：１の平均アスペクト比を有する焼結ゾルゲルアルミナセラミック粒子（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ ｉｎ Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ，ＭＡ）を採用している。ＡＬＴＯＳ（商標）研磨工具は、冶金の損傷リスクの低下以外にも、高い金属除去率、良好な形態維持性及びホイール寿命の長期化を可能にする、高多孔性及び浸透性の研削工具であることが示されている（例えば、Ｎｏｒｔｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，Ｊｕｎｅ ２００２，”Ａｌｔｏｓ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｅｒａｍｉｃ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｗｈｅｅｌｓ”を参照）。ＡＬＴＯＳ（商標）研磨工具は、繊維状の砥粒、例えばＴＧ２粒子のみを含む砥粒を使用することにより、繊維−繊維パッキング理論（例えば、本願明細書に全開示内容を援用する米国特許第５７３８６９６号及び同第５７３８６９７号明細書を参照）に基づく最大の構造的な開放性が得られる。ＴＧ２粒子と他の顕著量の非繊維状粒子、例えば球状、とを混合することにより、構造的な開放性が損なわれるか、又は金属ワークピースの表面仕上にとり好ましくないことが通常知られている。しかしながら、ＴＧ２粒子は耐久性に優れているにもかかわらず、特定のアプリケーションにおいては崩壊しにくく、またＴＧ２粒子は他の多くのブロック状又は球状の粒子よりも製造コストが高い。

以上より、繊維状の砥粒を採用した研磨工具、例えばＡＬＴＯＳ（商標）研磨工具の性能と同様の性能特性を有する、より崩壊しやすく、より経済的に効果的な研磨工具の開発に対するニーズが存在する。

繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒又はその凝集物と凝集状の砥粒顆粒の混合物（ブレンド）から構成される固定（ｂｏｎｄｅｄ）研磨工具は、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒又は凝集状の砥粒顆粒を１００％含有するものから製造された工具と比較して優れた性能を有することを見出した。例えば、ＴＧ２若しくはＴＧ２の凝集物と、凝集状のアルミナ−砥粒顆粒との混合物を含む固定研磨工具が高度な多孔性及び浸透性構造を有し、それにより表面の品質を損なうことなく、様々な研磨用途において優れた性能を示すことを見出した。この発見に基づいて、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒又はその凝集物及び凝集状の砥粒顆粒の混合物を含む研磨工具並びにかかる研磨工具の製造方法を、本願明細書において開示する。繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒の凝集物を含む研磨工具及びかかる研磨工具を製造する方法もまた本願明細書に開示する。

一実施形態では、本発明は、砥粒の混合物、結合材（ｂｏｎｄ）成分、及び少なくとも約３５体積％の空隙率を有する固定研磨部品に関する。当該砥粒の混合物は、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒又はその凝集物、及び凝集状の砥粒顆粒を含む。当該繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒は、約１．０超の長さ−横断幅の縦横比（アスペクト比）を有する。当該凝集状の砥粒顆粒は、接合材（ｂｉｎｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）によって三次元形状を維持された複数の砥粒を含む。

他の実施形態では、本発明は、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒、非繊維状の砥粒及び接合材を含む凝集物、結合材成分を含んでなり、少なくとも約３５体積％の空隙率を有する固定研磨工具に関する。非繊維状の砥粒及び繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒は、接合材によって三次元形状が維持されている。

本発明はまた、固定研磨工具を製造する方法を包含する。当該方法では、砥粒の混合物を調製するが、ここで、当該混合物は、上記の通り、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒又はその凝集物、及び凝集状の砥粒顆粒を含んでなる。次いで、砥粒の混合物を結合材成分で結合させる。砥粒及び結合材成分の混合物を、少なくとも約３５体積％の空隙率を有する付形されたコンポジット（複合材）に成形する。砥粒及び結合材成分の混合物からなる付形されたコンポジットを加熱し、固定研磨工具を形成させる。

本発明により、得られる生成物の表面仕上げ品質又は穿孔構造を損なうことなく、所望の性能を達成することができる。繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒若しくはその凝集物、及び凝集状の砥粒顆粒の混合物を使用した研磨工具は、繊維−繊維ネットワークを形成でき、同時に、同じ構造中に非繊維状ネットワーク、例えば偽−球体−球体ネットワークを形成できる。本発明の研磨部材、例えば研磨ホイールは、流体の流れに対する高い浸透性（透過性）を有する多孔質の構造を有し、また高い金属除去率をもった顕著な研磨性能を有する。本発明の研磨工具の性能は、研磨アプリケーションに合わせて、粒子混合物の含有量を調整して、脆弱さ若しくは耐久性を最大にするか、又はそれら２つのバランスをとる態様で調節することができる。本発明の研磨工具の高い浸透性は、特に高い金属除去率との組合せで有利であり、それにより研磨ゾーンの熱生成が最小化され、その結果ホイールの寿命が長期化し、また冶金的な損傷リスクも低下する。

本発明の上記の、あるいは他の目的、特徴及び利点は、添付の図面に図示するような以下の本発明の好ましい実施形態に関する具体的な説明から明らかとなるであろう。

本発明の固定研磨工具は、連結多孔性（連結した空隙）を有する高い空隙構造及び高い浸透構造を有している。当該固定研磨工具は、工具の体積に対して少なくとも約３５％の空隙率、好ましくは３５％〜約８０％の空隙率を有している。好ましい実施形態では、全空隙の少なくとも約３０体積％が連結空隙である。従って、本発明の固定研磨工具は、高い連結空隙率を有し、特にディープカット及び最新の精密工程、例えばクリープフィード研磨に適している。本願明細書の用語「連結多孔性（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）」とは、結合した砥粒の粒子間に存在する割れ目により構成させる研磨工具の多孔性のことを指し、そこに流体の流れが流入する。連結多孔性の存在は、典型的には、例えばその全開示内容が本願明細書に援用される米国特許第５７３８６９６号及び第５７３８６９７号に開示される試験方法により、制御された条件下で、研磨工具における空気又は水の流れの透過性を測定することにより確認できる。

本願明細書において、用語「繊維状の」砥粒とは、長手方向に沿って一定の横断面を通常有する繊維状のセラミック砥粒のことを指すのに用い、この場合、その長さは横断面の最大寸法より大きい。断面の最大の寸法は約２ｍｍの大きさ、好ましくは約１ｍｍを下廻る大きさ、さらに好ましくは約０．５ｍｍを下廻る大きさであってもよい。繊維状の砥粒は、直鎖であってもよく、曲折してもよく、カーブしてもよく、又はねじれていてもよく、その場合の長さとは、それらを必ずしも直線に戻した場合の長さでなくともよく、むしろその形態全体としての長さのことを指す。好ましくは、本発明の繊維状の砥粒は、カーブするか又はねじれている。

本発明の繊維状の砥粒は、１．０を超える縦横比、好ましくは少なくとも２：１、最も好ましくは少なくとも約４：１であり、例えば少なくとも約７：１であるか、約５：１〜約２５：１の範囲である。ここで、本願明細書の「縦横比（アスペクト比）」又は「長さ−横断幅の縦横比」とは、主要若しくはより長い寸法に沿った長さと、その主要な寸法に対して垂直な寸法であって、粒子中で最も大きな広がり部分の寸法との比率のことを指す。横断面が円形でない、例えば多角形である場合、長手方向に対して垂直な測定値の最大値を、縦横比の測定の際に用いる。

本願明細書において、用語「凝集状の砥粒顆粒」又は「凝集状の粒子」とは、砥粒及び接合材を含む三次元構造を有する顆粒であって、少なくとも３５体積％の空隙率を有する顆粒のことを指す。繊維状の粒子が顆粒の全部又は一部を形成する旨を特に記載しない限り、凝集状の砥粒顆粒は、約１．０の縦横比を有するブロック状又は球状の砥粒からなる。凝集状の砥粒顆粒の例としては、米国特許第６６７９７５８号に記載されている凝集物が挙げられる。本発明の固定研磨工具は、約１．０の縦横比を有するブロック状若しくは球状の砥粒を含む凝集状の砥粒顆粒とともに、並びに繊維状の砥粒、ルーズ（非凝集形態）及び／又は凝集形態のいずれか、を含む粒子混合物により製造される。一変形態様では、本発明の工具は、約１．０の縦横比を有するブロック状若しくは球状の砥粒を含む、凝集状の繊維状の砥粒顆粒により製造される。これらの工具の各々は、任意に、１つ以上の非凝集形態の第２の砥粒を粒子混合物中に含んでいてもよい。

一実施形態では、当該混合物は、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒及び凝集状の砥粒顆粒を含んでいる。本実施形態では、当該混合物は、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒を、混合物の合計重量に対して約５〜９０％、好ましくは約２５〜９０％、より好ましくは約４５〜８０％含んでいる。更に当該混合物は、凝集状の砥粒顆粒を、約５〜９０重量％、好ましくは約２５〜９０重量％、より好ましくは約４５〜８０重量％で含んでいる。当該混合物は、任意に、繊維状粒子又は凝集状粒子のどちらでもない第２の砥粒を最高約５０重量％、好ましくは約２５重量％含んでいる。本発明の研磨工具では、そこで使用される全粒子混合物中、必要量の繊維状粒子、凝集状粒子及び任意の第２の砥粒が合計１００重量％が使用される。次に、任意に繊維状の粒子と混合する適切な第２の砥粒及び凝集状粒子について説明する。

他の実施形態では、当該混合物は、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒の凝集物と凝集状の砥粒顆粒とを含んでいる。繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒の凝集物は、複数の繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒顆粒と第２の接合材とを含んでいる。繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒は、この第２の接合材によって三次元形状で維持される。

任意に、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒の凝集物は、第２の砥粒をさらに含んでいる。第２の砥粒及び繊維状の砥粒は、第２の接合材によって三次元形状で維持される。第２の砥粒は、この分野で公知の研磨工具用の１つ以上の砥粒を含有してもよい。これには、例えばアルミナ粒子（融合アルミナ、非繊維状の焼結ゾル−ゲルアルミナ、焼結ボーキサイトなど）、炭化ケイ素、アルミナ−酸化ジルコニウム、酸窒化アルミニウム、セリア、ホウ素亜酸化物、ガーネット、フリント、ダイヤモンド（天然及び合成ダイヤモンド）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）及びそれらの組み合わせが挙げられる。焼結ゾル−ゲルアルミナを用いる場合を除き、第２の砥粒は、繊維状の形状を含むいかなる形状であってもよい。好ましくは、第２の砥粒は、非繊維状の砥粒である。

繊維状の砥粒顆粒の凝集物中における繊維状の砥粒の量は、通常、凝集物の合計重量に対して約１５〜９５重量％、好ましくは約３５〜８０重量％、より好ましくは約４５〜７５重量％の範囲である。

繊維状の砥粒の凝集物中に含まれる第２の砥粒の量は、通常、凝集物の合計量に対して約５〜８５重量％、好ましくは約５〜６５重量％、より好ましくは約１０〜５５重量％の範囲である。繊維状の粒子と凝集状の粒子との混合物の場合、任意に第２の粒子を凝集状の繊維状の粒子に添加して、本発明の研磨工具で使用する粒子混合物の全体を完成させてもよい。すなわち、任意の第２の砥粒を、最高約５０重量％、好ましくは約２５％で繊維状の粒子凝集物と混合し、研磨工具として使用する粒子混合物の全体を得てもよい。

繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒は、焼結ゾル−ゲルアルミナの多結晶体を含む。シーディングされたか若しくはソーディングされていないゾル−ゲルアルミナもまた、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒に包含されてもよい。好ましくは、繊維状の、シーディングされたゾル−ゲルアルミナ砥粒を用いて砥粒混合物を調製する。好ましい実施形態では、焼結ゾル−ゲルアルミナ砥粒は主に、約２μｍ（ミクロン）未満、より好ましくは約１〜２μｍ未満、さらに好ましくは約０．４μｍ未満のサイズを有するαアルミナ結晶を包含する。

ゾル−ゲルアルミナ砥粒は、公知の方法によって調製できる（例えば、参照することにより本願明細書にその内容を援用する、米国特許第４６２３３６４号、第４３１４８２７号、第４７４４８０２号、第４８９８５９７号、第４５４３１０７号、第４７７０６７１号、第４８８１９５１号、第５０１１５０８号、第５２１３５９１号、第５３８３９４５号、第５３９５４０７号及び第６０８３６２２号を参照）。例えば、典型的には、１つ以上の酸化物（例えば、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂又は希土酸化物金属酸化物）又はシーディング／核形成材料変性剤（例えば、α−Ａｌ₂Ｏ_3、β−Ａｌ₂Ｏ₃、γ−Ａｌ₂Ｏ₃、α−Ｆｅ₂Ｏ₃又は酸化クロム）をいろいろな量で含んでもよい水和アルミナゲルを形成し、更に乾燥させ、ゲルを焼結させること（例えば、米国特許第４６２３３６４号を参照）によってこれらの砥粒が製造されるのが一般的である。

典型的には、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒は、様々な方法によって得ることが可能であり、例えば、水和アルミナのゾル又はゲルを連続した繊維状の粒子に押出若しくはスピニングし、得られた繊維状の粒子を乾燥させ、繊維状の粒子を所望の長さにカット又は破断し、次に当該繊維状の粒子を好ましくは約１５００℃以下の温度で焼成する。好ましい粒子の調製方法は、米国特許第５２４４４７７号、第５１９４０７２号及び第５３７２６２０号に記載されている。押出工程は、約０．２５４ｍｍ〜約１．０ｍｍの直径を有する水和アルミナのゾル又はゲルにとり最も有用であり、また、かかる直径は、乾燥・焼成後、１００グリッド〜２４グリッドの篩開口部の直径にそれぞれ概略該当する。スピニング工程は、焼成直後の直径が約１００μ未満の繊維状の粒子の場合に最も有用である。

押出に最も適するゲルは、通常約３０〜６８％の固体含量のものである。最適な固体含量は、押出加工されるフィラメントの直径に応じて変化する。例えば、焼成後で約６０％の固体含量を有する繊維状の砥粒が好ましく、それは５０グリッドの砥粒用のスクリーン開口部に概ね等しい直径を有する。繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒をスピニングにより形成する場合、約１％〜５％の非ガラス形成性スピニング用助剤、例えばポリエチレンオキシドをゾルに添加してゲルを形成させるのが好ましく、それにより、繊維状の砥粒の形成において望ましい粘性及び弾力特性をゲルに付与することができる。スピニング用助剤は、仮焼若しくは焼成の間に、繊維状の砥粒から燃焼して消失する。

繊維状のシーディングされたゾル−ゲルアルミナ砥粒を用いて砥粒の混合を行う場合、水和アルミナのゾル又はゲルを連続的な繊維状の粒子として押出加工若しくはスピニング工程の間、有効量のサブミクロンサイズの結晶質の種（シード）原料を添加して、ゲル中の水和アルミナの、非常に純度の高いαアルミナ結晶への迅速な転換を促進するのが好ましい。種原料の例は、上記した通りである。

所望の粒子の横断面形状を有するダイを通じてゲルを押出すことによりゲル粒を押出加工する場合、様々な所望の形状とすることができる。これらの形状は、例えば、正方形、ダイヤモンド形、卵形、管状もしくは星形であってもよい。しかしながら、横断面は通常丸形である。初めに形成された連続的な繊維状の粒子は、好ましくは、意図された研磨用途に所望な最大寸法の長さに分断若しくは切断する。繊維状のゲル粒を所望の形状に付形し、切断若しくは粉砕し、必要に応じて乾燥させた後、それらを制御下に焼成し、最終生成物としての砥粒に変換する。通常、焼成工程の温度は、約１２００℃〜約１３５０℃の範囲である。焼成時間は、通常、約５分〜１時間の範囲である。しかしながら、他の温度及び時間を採用してもよい。約０．２５ｍｍより粗い粒子の場合、好ましくは、４００〜６００℃の温度で約数時間〜約１０分間にわたって乾燥後の材料を予備焼成し、粒子のクラッキングを生じさせうる残留揮発性物質及び結合水を除去する。特にシーディングされたゲルから形成される粒子の場合は、過剰な焼成により、急速に大きな粒子中に小型の粒子のほとんど全てが吸収され、その結果ミクロ構造的なスケールにおける生成物の均一性が損なわれる。

本発明の砥粒混合物に使用する凝集状の砥粒顆粒は、複数の砥粒及び接合材を含む、三次元構造を有する顆粒である。凝集状の砥粒顆粒は、砥粒の平均グリット寸法に対して約２〜２０倍の平均寸法を有する。好ましくは、凝集状の砥粒顆粒は、約２００〜約３０００μｍの範囲の平均直径を有する。典型的には、凝集状の砥粒顆粒は、例えば、１２０グリットサイズ（１０６μｍ）粒子の場合に約１．６ｇ／ｃｃ、６０グリッドサイズ（２５０μｍ）粒子の場合に約１．２ｇ／ｃｃである低充填密度（ＬＰＤ）、及び約３０〜８８体積％の空隙率を有する。ＴＧ２粒子で構成される凝集状の繊維状の砥粒顆粒は、約１．０ｇ／ｃｃの低充填密度を有する。ほとんどの粒子の場合、凝集状の砥粒の低充填密度は、遊離した非凝集状の粒子に関して同様に測定した粒子の低充填密度に対して約０．４倍の値を示す。凝集状の砥粒顆粒は、好ましくは、約０．２ＭＰａの最小粉砕強さを示す。

凝集状の砥粒顆粒としては、研磨工具への使用に適することが公知の１つ以上の砥粒を包含することができ、例えば融合アルミナ、非繊維状ゾル−ゲル焼結アルミナ、焼結ボーキサイトなどを含むアルミナ粒子、炭化ケイ素（シリコンカーバイド）、共融合アルミナ−ジルコニア及び焼結アルミナ−ジルコニアを含むアルミナ−酸化ジルコニウム、酸窒化アルミニウム、ホウ素亜酸化物、ガーネット、フリント、天然及び合成ダイヤモンドを含むダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）及びそれらの組み合わせが挙げられる。更なる適切な砥粒の例としては、シーディングされていない焼結ゾル−ゲルアルミナ砥粒が挙げられ、また、これらの砥粒は、微結晶α−アルミナ及び少なくとも１種の酸化物変性剤、例えば希土類金属酸化物（例えばＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｅｕ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｐｒ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃及びＧｄ₂Ｏ₃）、アルカリ金属酸化物（例えばＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏ）、アルカリ土類金属酸化物（例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯ）及び遷移金属酸化物（例えばＨｆＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＴｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＺｎＯ及びＺｒＯ₂）（例えば、全開示内容を参照することで本願明細書に援用する、米国特許第５７７９７４３号、第４３１４８２７号、第４７７０６７１号、第４８８１９５１号、第５４２９６４７号及び第５５５１９６３号を参照）を包含する。シーディングされていない焼結ゾル−ゲルアルミナ砥粒の具体例としては、式ＬｎＭＡｌ₁₁Ｏ₁₉で表される希土酸化物アルミン酸塩が挙げられる。なお、式中、Ｌｎは、三価染色体金属イオン、例えばＬａ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｇｄ又はＥｕであり、Ｍは二価の金属カチオン、例えばマグネシウム、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅ又はＣｏである（例えば、米国特許第５７７９７４３号を参照）。かかる希土類酸化物のアルミン酸塩は、一般に、マグネットプランバイト結晶構造としばしば呼ばれる六角形の結晶構造を有する。凝集状の砥粒顆粒の様々な例は、その全開示内容を参照することで本願明細書に援用する米国特許第６６７９７５８号及び米国特許出願公開第２００３／０１９４９５４号に記載されている。

いかなる寸法又は形状の砥粒を使用してもよい。好ましくは、砥粒混合物に使用する凝集状の砥粒顆粒の寸法は、ホイールの空隙率及び透過性の損失を最小化するようにして選択される。凝集状の砥粒顆粒への使用に適する粒度は、通常の研磨グリット（例えば約６０よりも大〜最高約７，０００μｍまで）からマイクロ研磨グリット（例えば約０．５〜約６０μｍ）までの範囲のいずれかであってもよく、これらのサイズの混合物であってもよい。ある特定の研磨工程では、この研磨工程で通常選択される砥粒（非凝集状）のグリットサイズより小さいグリットサイズの凝集状砥粒を使用するのが望ましい場合もある。例えば、８０グリットサイズ（１８０μｍ）の凝集状の研磨材を５４グリット（３００μｍ）研磨材で置換し、１００グリット（１２５μｍ）の凝集状のものを６０グリッド（２５０μｍ）研磨材で置換し、あるいは１２０グリット（１０６μｍ）の凝集状のものを８０グリット（１８０μｍ）の研磨材で置換してもよい。

典型的な砥粒における凝集物の好ましいサイズは、平均直径において約２００〜約３，０００μｍ、好ましくは約３５０〜約２，０００μｍ、最も好ましくは約４２５〜約１，０００μｍの範囲である。マイクロ研磨粒子の場合、好ましい凝集物のサイズは、平均直径において約５〜約１８０μｍ、好ましくは約２０〜約１５０μｍ、最も好ましくは約７０〜約１２０μｍである。

本発明に係る凝集状の砥粒顆粒において、砥粒は、通常、凝集物の約１０〜約９５体積％で含まれる。好ましくは、当該砥粒は、凝集物の約３５〜約９５体積％、さらに好ましくは約４８〜約８５体積％で含まれる。凝集物の残りは、接合材と空隙である。

凝集状の砥粒顆粒と同様に、本発明に使用する繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物は、３次元構造を有する顆粒であり、複数の繊維状のゾル−ゲル砥粒及び第２の接合材を包含する物質である。好ましくは、繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物は更に、上記のような第２の砥粒を包含する。１つの具体例では、第２の砥粒は、非繊維状の形状を有する。一実施形態では、複数の繊維状のゾル−ゲル砥粒の粒子と第２の砥粒を包含する繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物を用いて、凝集状の砥粒顆粒との組み合わせで、砥粒の混合物を調製することができる。他の実施形態では、複数の繊維状のゾル−ゲル砥粒の粒子と第２の砥粒を包含する繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物を用いて、凝集状の砥粒顆粒と混合しない態様の、本発明の研磨工具用の研磨材を調製することもできる。繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物の典型的な特徴は、凝集状の砥粒顆粒において上記したとおりである。

繊維状粒子及び非繊維状粒子の混合物のグリットサイズを様々に選択することにより、凝集状の粒子を含む研磨工具の研磨性能を調整してもよい。例えば、比較的高い材料除去率（ＭＲＲ）で操作する研磨工程で使用する工具は、４６グリット（３５５μｍ）の正方形若しくはブロック状のアルミナ粒子、及び８０グリット（１８０μｍ）のＴＧ２粒子を含む粒子凝集物を用いて製造することができる。同様に、高ＭＲＲ操作に適合するように仕上げされた工具は、ちょうど４６グリッドの正方形又はブロック状のアルミナ粒子の凝集物と、８０グリッドのルーズな非凝集状のＴＧ２粒子とを混合して含有してもよい。他の例としては、制御された微細な表面処理を必要とし、処理表面へのかき傷を生じさせることのない研磨操作を行う場合に使用する工具は、１２０グリッド（１０６μｍ）の正方形若しくはブロック状のアルミナ粒子、及び８０グリッド（１８０μｍ）のＴＧ２粒子を含む粒子の凝集物を用いて製造できる。代替的な実施形態では、微細な表面品質をもった研削又は研磨用に仕上げられた工具は、ちょうど１２０グリッド（１０６μｍ）の正方形又はブロック状のアルミナ粒子の凝集物と、８０グリッド（１８０μｍ）のルーズな非凝集状のＴＧ２粒子との混合物を含有してもよい。

固定研磨工具の製造にこの分野で一般に使用する任意の結合材（接合）材を用いて、凝集状の砥粒顆粒の接合材（以下「第１接合材」）及び繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物の第２接合材とすることができる。好ましくは、第１及び第２の接合材は、各々独立に、無機材料、例えばセラミック材料、ガラス化（ビトリファイド）材料、ガラス化結合材組成物及びそれらの組み合わせを包含し、好ましくは、ガラス化固定研磨工具用の接着システムとして使用されるタイプのセラミック及びかかるガラス化材料を包含する。これらのガラス化結合材は、焼成前のガラスを粉砕して調製した粉末（フリット）、又は様々な原料、例えば粘土、長石、ライム、ホウ砂及びソーダの混合物、又はフリット及び粗材料の組合せであってもよい。かかる材料を溶融し、約５００〜約１４００℃の温度で液体ガラス相を形成し、それを用いて研磨粒子の表層をウエットにし、冷却してボンドポストを形成させ、それによりコンポジット構造中に砥粒を固定する。当該凝集物に用いる適切な接合材の例は、例えば米国特許第６６７９７５８号及び米国特許出願公開第２００３／０１９４９５４号に記載されている。好ましい接合材は、約１１８０℃において約３４５〜５５，３００ポアズの粘度、及び約８００〜約１３００℃の融解温度を特徴とする。

好ましい実施形態では、第１及び第２の接合材は、各々独立に、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、アルカリ土属金属酸化物及びアルカリ金属酸化物の焼成酸化組成物を含むガラス化（ビトリファイド）の結合材組成物である。焼成酸化組成物の一例としては、７１重量％のＳｉＯ₂及びＢ₂Ｏ₃、１４重量％のＡｌ₂Ｏ₃、０．５重量％未満のアルカリ土属金属酸化物及び１３重量％のアルカリ金属酸化物が挙げられる。

第１及び第２の接合材はまた、シリカ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属とアルカリ土類金属の混合したケイ酸塩、アルミニウムケイ酸塩、珪酸ジルコニウム、水和ケイ酸塩、アルミン酸塩、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、オキシ炭化物並びにそれらの組合せ、及び誘導体を含むセラミック材料であってもよい。通常、セラミック材料が結晶構造を含むという点で、セラミック材料はガラス質若しくはガラス化材料とは異なる。若干のガラス質の相を、特に純粋でない状態のセラミック材料中で、結晶構造と組み合わさって存在していてもよい。例えば粘土、セメント及びミネラルのようなセラミック原料を、粗原料として、本発明で用いることもできる。本発明での使用に適する特定のセラミック材料の例としては、シリカ、ケイ酸ナトリウム、ムライト及びその他のアルミノケイ酸塩、酸化ジルコニウム−ムライト、マグネシウムアルミン酸塩、ケイ酸マグネシウム、珪酸ジルコニウム、長石及びその他アルカリアルミノケイ酸塩、尖晶石、カルシウムアルミン酸塩、マグネシウムアルミン酸塩及び他のアルカリアルミン酸塩、酸化ジルコニウム、イットリアで安定化された酸化ジルコニウム、マグネシア、カルシア、酸化セリウム、チタニア又は他の希土類酸化物の添加物、タルク、酸化鉄、酸化アルミニウム、ベーマイト、酸化ホウ素、酸化セリウム、アルミナ−酸窒化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、黒鉛及びこれらのセラミック材料の組合せが挙げられる。

一般に、第１及び第２の接着材は各々独立に粉末形態で用い、任意に凝集物の製造の間、液状の担体中に添加し、砥粒と接着材との均一な混合を確実に行う。

成形若しくは加工助剤として、粉末状の接合材成分に有機接合材（バインダ）の分散体を添加するのが好ましい。これらの接合材は、デキストリン、澱粉、動物性タンパク質のグルー及び他のタイプのグルー、液体成分、例えば水、溶媒、粘度若しくはｐＨ調整剤、及び混合助剤を包含してもよい。有機接合材の使用により、凝集物の均一性、特に粒子上における接合材分散体の均一性、及び焼成前の若しくは未処理の凝集物の構造的な品質、並びに凝集物を含有する焼成研磨工具の構造的な品質が改善される。有機接合材は、凝集物の焼成工程の間に消失するため、最終的な凝集物又は最終的な研磨工具の一部を構成することはない。必要に応じて、無機接着促進剤を混合物中に添加し、接合材の砥粒に対する付着力を高め、混合物の品質を改善してもよい。無機接着促進剤は、凝集物を調製する際の有機接合材の存在もしくは不存在において使用してもよい。

本発明の凝集物では、高温で融合する接合材が好ましいが、当該接合材また、他の無機接合材、有機接合材、有機結合材、金属結合材及びそれらの組み合わせを含んでいてもよい。有機的に結合した研磨材、被覆された研磨材、金属的に結合した研磨材などの結合材として研磨工具産業で使用される接合材が有利である。

接合材は、凝集物に対して約０．５〜約１５体積％、好ましくは約１〜約１０体積％、最も好ましくは約２〜約８体積％で含まれる。

凝集物中における好ましい空隙率（体積％）は、研磨工具を製造し、グライディング工程に供するのに必要となる凝集物の機械的強度の限度内である限り、技術的にできるだけ高い方が好ましい。空隙率は、約３０〜約８８体積％、好ましくは約４０〜約８０体積％、最も好ましくは約５０〜約７５体積％の範囲であってもよい。凝集物中の空隙の一部分（例えば、約７５体積％まで）は、好ましくは連結多孔性であるか、又は液体（例えば研磨冷却剤及び削り屑）及び空気を含む流体の流れに対して浸透性を有する空隙として存在する。

凝集物の密度は、多くの方法で表すことができる。凝集物のバルク密度は、ＬＰＤとして表すことができる。凝集物の相対密度は、初期相対密度（パーセンテージ）として表すことができ、あるいは凝集物の調製に用いた成分、凝集物中の連結多孔の体積を含む、に対する凝集物の相対密度の比率として表することができる。

パーセンテージとして表示される初期の平均相対密度は、仮想上のゼロ空隙率を有する凝集物の理論密度でＬＰＤを除算することにより算出できる。理論密度は、接合材と凝集物に含まれる砥粒との重量パーセンテージ及び比重から、体積における複合則に従って算出できる。本発明において有用な凝集物では、最大相対密度（％）は約５０体積％であり、より好適には、最大相対密度（％）は約３０体積％である。

連結多孔が含まれ、閉塞された穿孔部分が除外されるように、相対密度を流体置換による体積測定方法で測定することができる。相対密度は、凝集物の調製に用いる材料の体積に対する、流体置換で測定された凝集物の体積の比率である。凝集物の調製に用いる材料の体積は、凝集物の調製に用いた砥粒及び接合材の量及び充填密度に基づく、見かけの体積の値である。好ましい実施形態では、凝集物の最大相対密度は、好ましくは約０．７であり、より好ましくは約０．５の最大相対密度である。

様々な技法によって、砥粒凝集物を様々なサイズ及び形状で調製することができる。これらの技法は、工程当初における（「未処理の」）粒子と接合材との混合物を焼成する前、焼成する間又は焼成した後に実施することができる。混合物を加熱して接合材を融解及び流動させ、それにより粒子に接合材を付着させ、凝集した形態で粒子を固定させる処理のことを、焼成、仮焼又は焼結と呼ぶ。粒子の混合物を凝集させるこの分野で公知の任意の方法を用いて研磨用凝集物を調製することができる。例えば、その全開示内容を参照することで本願明細書に援用する米国特許第６６７９７５８号及び米国特許出願公開第２００３／０１９４９５４号に開示される方法を使用可能である。

好ましい実施形態では、砥粒の凝集物、例えば焼結させた凝集状の砥粒顆粒を以下の工程で調製する。
ｉ）制御された供給速度で砥粒及び接合材を回転仮焼窯に供給する工程；
ｉｉ）制御された速度で窯を回転させる工程；
ｉｉｉ）供給速度及び窯の回転速度により決定される加熱速度で、約８０℃〜約１，３００℃の範囲の温度に混合物を加熱する工程；
ｉｖ）窯中で、接合材が砥粒に接着し、そして複数の砥粒が一緒に付着して焼結された凝集状の顆粒が形成されるまで、砥粒及び接合材をタンブリングさせる工程；及び
ｖ）窯から、焼結した凝集状の顆粒を回収する工程。好ましくは、焼結した凝集状の顆粒は、約１．６ｇ／ｃｃもしくはそれ以下の低充填密度を有する。

本発明で用いられる凝集物の調製方法の一例では、粒子及び接合材の初期混合物をその混合物を焼成する前に凝集させ、「未処理（グリーン）の凝集物」又は「焼成前凝集物」と呼ばれる比較的弱い物理的構造を形成させる。この例では、砥粒及び接合材を未処理の状態において多くの異なる技法、例えばパンペレタイザーを用いて凝集させ、次いで回転仮焼装置に供給して焼結することができる。未処理の凝集物をトレイ又はラック上に配置し、タンブリングさせずに、連続法又はバッチ法によりオーブンで焼成することができる。

研磨粒子を流動床に運搬し、次いで接合材を含有する液体で濡らしてその接合材を粒子に付着させ、凝集物のサイズにあわせて篩い分けし、オーブン又は仮焼装置において焼成することができる。

ミキサーボウルに粒子を添加し、接合材を含有する液体成分（例えば水、又は有機接合材及び水）を秤量し、粒子上へ混合しながら添加し、それらを一緒に凝集させることによりパンペレット造粒を行うことができる。接合材、任意に有機接合材の分散液を粒子上に吹き付けることができ、次いでコーティングされた粒子を混合して凝集物を形成することができる。

低圧押出装置を用いて、粒子及び接合材のペーストを押出加工していろいろなサイズ及び形状にし、これを乾燥させて凝集物を形成させることができる。有機接合材の溶液を用いて、接合材及び粒子からペーストを調製し、これを、その全開示内容を参照することで本願明細書に援用する米国特許第４３９３０２１号に開示されている装置及び方法を用いて所望の形状、例えば繊維状の粒子に押出加工することができる。

乾燥粒状化工程において、接合材の分散液又はペースト中に埋め込んだ砥粒から構成されるシート又はブロックを乾燥させ、次いでロールコンパクターを用いて粒子及び接合材のコンポジット（複合物）を粉砕することができる。

未処理若しくは前駆体の凝集物の他の製造方法では、接合材及び粒子の混合物を、例えば、その全開示内容を参照することで本願明細書に援用する米国特許第６２１７４１３号に開示される方法を用いて成形装置に添加し、正確な形状及びサイズに形成することができる。

本発明において凝集物の調製に有用な方法の第２の例では、粒子及び接合材（任意に有機接合材を使用）の単純な混合物、好ましくは実質的に均一な混合物を回転仮焼装置（例えば、米国特許第６６７９７５８号参照）に供給する。この混合物を、加熱しながら、所定の回転速度及び所定の傾斜に沿ってタンブリング処理する。接合材混合物が加熱され、溶解し、流動し、そして粒子に付着することにより凝集物が形成される。供給の速度及び量を制御しかつ加熱して、焼成及び凝集工程を同時に実施する。供給速度は通常、回転仮焼装置のチューブ（すなわち窯部）の容積に対して約８〜１２％のフロー占有率となる態様で設定される。装置内の最大暴露温度は、液体状態の接合材の粘度が少なくとも約１，０００ポアズの粘度に維持されるように選択される。これにより、砥粒の表面からチューブの表面への接合材の過剰な流れ及び接合材の損失が回避される。凝集物の凝集及び焼成を行う凝集工程は、単一のプロセスで実施してもよく、又は２つのプロセスで実施してもよいが、好ましくは単一プロセスの工程において実施する。

適切な回転仮焼装置は、Ｈａｒｐｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社（Ｂｕｆｆａｌｏ，Ｎ．Ｙ．）、Ａｌｓｔｏｍ Ｐｏｗｅｒ社及びＡｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ社、並びにその他の装置業者から購入することができる。当該装置には任意に、電子回路、インプロセス制御装置及び検出装置、冷却装置、多様な形態の供給装置、並びに他の任意の装置を装着してもよい。

低温硬化性（例えば約８０〜約５００℃）の接合材で砥粒を凝集させる場合、回転乾燥機を備えるロータリーキルン装置を用いることができる。回転乾燥機は、チューブの出口側端部に加熱した空気を供給して砥粒混合物を加熱し、それにより接合材を硬化させて粒子に結合させ、更に、装置から回収するときにそれにより砥粒を凝集させる。本明細書で使用するとき、用語「回転仮焼窯」の例には、かかる回転乾燥装置が挙げられる。

本発明において凝集物の調製に有用な方法の第３の例では、砥粒、接合材及び有機接合材システムの混合物を、事前に凝集させずにオーブンに供給し、加熱する。接合材を溶解させ、流動させ、粒子に付着させるのに十分高い温度で混合物を加熱し、次いで、これを冷却してコンポジット（複合材）を形成させる。コンポジットを圧壊し、篩い分けして焼結凝集物を調製する。

第４の例では、研磨工具を製造する前に凝集物を焼結せず、むしろ「未処理の」凝集物を結合材と成形して工具の本体を形成し、そしてその本体を焼成して研磨工具を形成させる。この工程の好ましい実施方法では、高粘度（溶融させて液体状にする）を有するガラス化（ビトリファイド）接合材を、未処理状態の凝集状粒子に対して用いる。未処理の凝集物をオーブン乾燥し、第２の、好ましくはより低粘度のガラス化結合材組成物と混合し、未処理の研磨工具の形に成形する。この未処理の工具を、高粘度ガラス化の接合材料を溶融させるのには十分であるが流動は生じさせない温度で焼成する。焼成温度は、接合材組成物をガラス状に溶解させ、粒子を凝集させ、結合材組成物を流動させ、凝集物を結合させて工具を形成させるのに十分に高い温度を選択する。この工程の実施にあたり、異なる粘度の材料や、異なる溶融若しくは融解温度を有する材料を選択することは本質的ではない。この分野で公知の接合材及び結合材のその他の組合せを本方法で用いて、未処理状態の凝集物から研磨工具を製造することも可能である。

本発明の固定研磨工具には、あらゆるタイプの常用の研磨製品が包含される。かかる常用の研磨製品の例としては、砥石ホイール、カットオフホイール及びホーニングストーンが挙げられる。これらの製品は、結合材成分と、砥粒混合物又は上記の繊維状のゾル−ゲル砥粒凝集物を含んでなる。固定研磨工具の適切な製造方法は、ここで参照することでその開示内容を本願明細書で援用したものとする米国特許第５１２９９１９号、第５７３８６９６号及び第５７３８６９７号に開示されている。

研磨物品に通常使用するあらゆる結合材を本発明で使用することができる。結合材及び研磨材の量は、通常は、工具の体積に対して約３％〜約２５％の結合材、及び約１０％〜約７０％の砥粒の範囲で変化する。好ましくは、砥粒の混合物は、工具の体積に対して約１０〜６０％、より好ましくは約２０〜５２％の量で固定研磨工具に含有させる。また、繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物を凝集状の砥粒との混合を行わずに用いるとき、繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物は、工具の体積に対して約１０〜６０％、さらに好ましくは約２０〜５２％の量で固定研磨工具に含有させる。好ましい結合材の量は、研磨工具に使用する結合材のタイプにより変化させることができる。

一実施形態では、本発明の研磨工具を樹脂結合材によって結合させてもよい。好適な樹脂結合材としては、フェノール樹脂、ユリアホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、アミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂及びそれらの組み合わせが挙げられる。適切な樹脂結合材及びかかる結合材の製造方法の例としては、いずれも参照することで全開示内容を本願明細書に援用する、米国特許第６２５１１４９号、第６０１５３３８号、第５９７６２０４号、第５８２７３３７号及び第３３２３８８５号に記載されているものが挙げられる。樹脂結合材は、通常、約３〜４８体積％の量で研磨工具の組成物中に含有させる。任意に、添加材、例えば繊維、研磨助剤、潤滑剤、湿潤剤、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤（例えばカーボンブラック、バナジウム酸化物、黒鉛など）、カップリング剤（例えばシラン、チタン酸塩、ジルコマルミネートなど）可塑剤、懸濁剤などを当該樹脂結合材中に更に添加することができる。添加材の典型的な量は、工具の約０〜７０体積％である。

他の実施形態では、工具の結合材成分は、セラミック材料、ガラス化材料、ガラス化結合材組成物及びそれらの組み合わせからなる群から選択される無機材料を含んでいる。適切な結合材の例としては、いずれも参照することで全開示内容を本願明細書に援用したものとする、米国特許第４５４３１０７号、第４８９８５９７号、第５２０３８８６号、第５０２５７２３号、第５４０１２８４号、第５０９５６６５号、第５７１１７７４号、第５８６３３０８号及び第５０９４６７２号に記載のものが挙げられる。例えば、本発明に適するガラス化結合材としては、融合アルミナ又はゾル−ゲルアルミナ砥粒に使用する常用のガラス化結合材が挙げられる。かかる結合材は、米国特許第５２０３８８６号、第５４０１２８４号及び第５５３６２８３号に記載されている。これらのガラス化結合材は、例えば約８５０〜１２００℃の比較的低い温度で焼成することができる。本発明の使用に適する他のガラス化結合材は、約８７５℃を下廻る温度で焼成することができる。これらの結合材の例は、米国特許第５８６３３０８号に開示されている。好ましくは、約８５０℃〜約１２００℃の温度で焼成することができるガラス化結合材を本発明で使用する。１つの具体例では、当該ガラス化結合材は、アルカリホウアルミナシリケート（例えば、米国特許第５２０３８８６号、第５０２５７２３号及び第５７１１７７４号を参照）である。

当該ガラス化結合材は、通常、研磨工具の組成物中で、約２８体積％未満の量、例えば約３〜約２５体積％、約４〜約２０体積％、そして約５〜約１８．５体積％の範囲で含まれる。

任意に、研磨工具、及び第１及び第２の接合材を含む接合材中の結合材成分は、同じタイプの結合材組成物を含んでもよく、この組成物には、例えば、焼成された酸化物の組成物ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、アルカリ土属酸化物及びアルカリ酸化物などを含むガラス化結合組成物が挙げられる。

繊維状のゾル−ゲル研磨砥粒と凝集状の砥粒顆粒との組み合わせ、又は繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物（凝集状の砥粒顆粒と混合したもの又は混合しないもの）により、高度に多孔性、かつ浸透性の構造を有する固定研磨工具の製造が可能となる。しかしながら、任意に、常用の穿孔誘導媒体、例えば中空ガラスビーズ、中実ガラスビーズ、中空樹脂ビーズ、中実樹脂ビーズ、発泡ガラス粒子、発泡アルミナなどを本発明のホイールに混入し、それによりグレード及び構造に関する数多くのバリエーションを伴なってラチチュードを広げてもよい。

本発明の固定研磨工具は、好ましくは約０．１％〜約８０％の空隙（体積ベース）を含有する。好ましくは、工具は、その工具に対して約３５〜約８０体積％、より好ましくは約４０〜約６８体積％の空隙を含有する。

樹脂結合材を使用する場合、砥粒と樹脂結合材成分との混合物は、例えば６０℃〜３００℃の温度範囲で硬化し、レジノイド研磨工具が作製される。ガラス状結合材を使用する場合、砥粒とガラス化結合剤成分との混合物は、例えば６００℃〜１３５０℃の温度範囲で焼成し、ガラス化研磨工具が作製される。

ガラス状結合材を使用する場合、通常はガラス化の研磨工具を公知の方法で焼成する。焼成条件は、使用する実際の結合材及び研磨材により主に決定される。焼成は、不活性雰囲気下、又は空気中で実施できる。幾つかの実施形態では、混合された成分を周囲空気雰囲気下で焼成する。本願明細書で使用するとき、「周囲空気雰囲気」の用語は、大気中から未処理のまま採取した空気のことを指す。

成形方法及びプレス方法を使用して研磨工具、例えばホイール、ストーン、ホーンなどを形成することは、この分野で公知な方法によって行うことができる。例えば、その全開示内容を参照することで本願明細書に援用する、米国特許第６６０９９６３号にかかる適切な方法が教示されている。

典型的には、複数の成分を機械的に混合する。周知のように、追加の成分、例えば有機接合材（バインダ）を含有させることができる。複数の成分を順次混合してもよく、又は１回の工程で混合することができる。任意に、得られた混合物を篩にかけ、混合の間に生じ得る凝集物を除去することができる。

圧縮のため、混合物を適当な成形に配置する。成形されたプランジャーを通常使用し、混合物をカップから取り外す。一実施形態では、混合した成分を研磨ホイールリムに適する形状に成形し、プレスする。例えば米国特許第６６０９９６３号に記載のように、任意の適当な手段、例えば冷間プレス又は熱間プレスによってプレス加工を行うことができる。中空の物体を圧壊しない成形及びプレス方法が好適である。

冷間プレスが好適であり、通常、室温で、成形アセンブリを一緒に保持するのに十分な初期圧力を印加することを包含する。

熱間プレスを使用する場合、焼成の前ならびに焼成の間に圧力を印加する。さもなければ、製品を炉から取り出した後で成形アセンブリに圧力を印加してもよく、それは「ホットコイニング」法と呼ばれる。

中空体を使用する若干の実施形態では、好ましくは中空体の少なくとも９０重量％が、成形及びプレス後に完全な形で残留する。

研磨物品を成形型から取り出し、空冷する。その後の工程では、焼成された工具を標準的なプラクティスに従いエッジングし、使用前にスピード試験を行う。

本発明の研磨工具は、全ての種類の金属の研磨に適している。金属としては、例えば、いろいろな鋼、例えばステンレス鋼、鋳鋼及び硬化した工具鋼、鋳鉄、例えば延性鉄、可鍛鋳鉄、楕円形のグラファイト鉄、冷鉄及びモジュラ鉄、及びクロミウム、チタン及びアルミニウムなどの金属が挙げられる。特に、本発明の研磨工具は、ワークピースとの大きな接触領域を伴う研磨用途、例えばクリープフィード研磨、歯車研磨及び表面研磨、並びに特にニッケルベースの合金などの、研磨が困難な材料及び感熱性材料が用いられる研磨用途において有効性を発揮する。

本発明は、限定を意図していない以下の実施例によって更に詳細に記載される。

実施例１：２種類の集塊した原材料の混合を用いた研磨ホイールの作製
繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物と凝集した砥粒顆粒の種々の組合せを表１に示すように調製し、実験用研磨ホイールの作製に供した。ここで「ＴＧ２」とは、マサチュセッツ州ウオーセスターにあるセイント−ゴバイン アブレイシブズ社から購入した繊維状のシーディングされたゾル−ゲルアルミナ砥粒の一例を表す。同社から入手できるノートン（登録商品名）３８Ａという名称の溶融アルミナ砥粒を、凝集した砥粒顆粒（以下「３８Ａ」と記載）として使用した。

ＴＧ２砥粒と３８Ａ砥粒の凝集物との比を種々変化させて一連の実験用研磨ホイールを作製した。繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒若しくはその凝集、及び凝集した砥粒顆粒の混合物を含んでいるこのような研磨ホイールは、以下「砥粒凝集物−ＴＧ２」タイプの研磨ホイールと称する。４種の凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）〜（２３）を、それぞれ１０、３０、５０及び７５重量％のＴＧ２と、９０、７０、５０及び２５重量％の３８Ａ砥粒を用いて作製した。これらの研磨ホイールを、以下の２種類の凝集物の供給原料から作製した。

ａ）米国特許第６６７９７５８号の表２に記載された接合材Ｃ３重量％中の、７５重量％のＴＧ２（アスペクト比（縦横比）８：１）と２５重量％の１２０メッシュサイズの３８Ａ（３８Ａ−１２０）の凝集物（焼成組成物は７１重量％のガラス形成剤（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）、１４重量％のＡｌ₂Ｏ₃、０．５重量％以下のアルカリ土類金属酸化物ＲＯ（ＣａＯ、ＭｇＯ）、１３重量％のアルカリ金属酸化物Ｒ₂Ｏ（Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ）を含んでなり、比重は２．４２ｇ／ｃｃで粘度（ポアズ）は１１８０℃において３４５である）、及び
ｂ）３重量％の接合材Ｃ中の、６０メッシュサイズの３８Ａの凝集物（３８Ａ−６０）。

供給原料ａ）は、８０メッシュサイズの７５重量％のＴＧ２砥粒と、１２０メッシュサイズの２５重量％の融解アルミナ３８Ａ砥粒（３８Ａ−１２０）との凝集物を含有する。
供給原料ｂ）は６０メッシュサイズの融解アルミナ３８Ａ砥粒（３８Ａ−６０）の凝集物を含有する。各供給原料に対して、３重量％の接合材Ｃを接合材として使用した。キルン（窯）を１１５０℃で操作したこと以外は米国特許第６６７９７５８号の実施例５に記載の方法に従い、凝集物ａ）及びｂ）は、回転キルン（窯）内で調製した。図は、３重量％の接合材Ｃで凝集した７５重量％のＴＧ２及び２５重量％の３８Ａ−１２０の混合物の凝集物ａ）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。図示されるように、３８Ａ−１２０の微粒子が結果として繊維状のＴＧ２砥粒の良好な砥粒被覆となっている。その結果、表１に示すように、凝集物ａ）とｂ）の混合比を変えることによって、本発明の４種の異なる砥粒混合物を得た。

次いで、砥粒と凝集物を接合材Ｃと混合し、その混合物を輪状に成形し、成形された輪を９５０℃で炉で焼成し、２０インチ×１インチ×８インチ（５０．８ｃｍ×２．５ｃｍ×２０．３ｃｍ）の仕上がりサイズの研磨ホイールを作製した。凝集物カット用の−１２／＋パン（米国の標準的な篩メッシュサイズ、１２メッシュより小さい凝集を保持）を使用した。

コントロール（対照）として、研磨剤として３８Ａ−１２０の従来の凝集物（試料（２４））１００％を用いた研磨ホイールを、米国特許第６６７９７５８号の実施例７に記載の方法により作製した。

他のスタンダードの研磨ホイール（２７）と（２８）はそれぞれ１００％の３８Ａ−１２０の非凝集物と１００％の３８Ａ−６０の非凝集物を含む研磨剤を使用し、またスタンダード研磨ホイール（２５）と（２６）はそれぞれ１００％のＴＧ２−８０の非凝集物とＴＧ２−１２０の非凝集物を含む研磨剤を使用した。これらのスタンダード研磨ホイールは、マサチュセッツ州ウオーセスターにあるセイント−ゴバイン アブレイシブズ社から購入し、表２にそれぞれの市販の研磨ホイールの名称を示す。以下、３８Ａ凝集物などの従来の凝集物を使用した研磨ホイールを「凝集した砥粒のコントロール研磨ホイール」と称する。同様に、ＴＧ２砥粒などの従来の繊維状のゾル−ゲル砥粒を使用した研磨ホイールを、以下、「ＴＧ２ホイール」と称する。

実施例２：実施例１の研磨ホイールの機械的性質
Ａ．弾性係数（Ｅｍｏｄ）
Ｅｍｏｄ（弾性係数）に関するすべてのデータは、１９６８年発行、ペルガモンプレス社のＡｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈに掲載のＪ．Ｐｅｔｅｒｓ著、「Ｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｗｈｅｅｌｓ」に記載の方法に従い、Ｇｒｉｎｄｏｓｏｎｉｃ ｍａｃｈｉｎｅで測定した。

凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）〜（２３）の物理的性質を以下の表２に示し、スタンダードの凝集した研磨ホイール（２４）、スタンダードのＴＧ２研磨ホイール（２５）及び（２６）、及び従来のスタンダードの研磨ホイール（２７）及び（２８）と比較した。表２に示すように、標準のＴＧ２研磨ホイール（２５）と（２６）の弾性係数は、スタンダードの３８Ａ−６０研磨ホイール（２８）の係数と同様であった。標準のＴＧ２研磨ホイール（２６）の弾性係数は、試験した研磨ホイールの弾性係数の中で最高値を示した。凝集した砥粒の研磨ホイール（２４）は全く予想外に、ＴＧ２研磨ホイール（２５）及び（２６）に比べて約４０％の弾性係数の低下を示した。興味深いことに、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）〜（２３）の弾性係数は、ＴＧ２研磨ホイール（２５）と（２６）の弾性係数よりも３７％〜４２％の範囲で低かった。凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０〜２３）の弾性係数がＴＧ２／３８Ａ比に伴って顕著に変化せず、凝集した砥粒研磨ホイール（２４）の弾性係数に近い数値を維持したことは注目に値する。

Ｂ．破壊係数（ＭＯＲ）
破壊係数は、実施例１の試料（２０）〜（２７）のバーを用いて、Ｉｎｓｔｒｏｎ（登録製品名）モデルＭＳＴ１１２５自動試験装置により、支持間隔３インチ、幅荷重１インチ、毎分０．０５インチの押出ヘッド速度の荷重速度で４点曲げジグを用いて測定した。試料が破壊するまで試料に力を加え、破壊点における力を記録することにより測定した。結果を上記の表２に示す。表２に示すように、凝集した砥粒の研磨ホイール（２４）は全体的に、スタンダードの生成物（２５）、（２６）及び（２７）に極めて類似した破壊係数を示した。全体的に、これらの製品の破壊係数よりも低い破壊係数が、凝集した砥粒−ＴＧ２製品（２０）〜（２３）で観察された（表２参照）。凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２３）を除き、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）〜（２２）のＭＯＲ（破壊係数）データは、スタンダードの研磨ホイール（２５）、（２６）及び（２７）の破壊係数データよりも比較的低く、一方それらのデータは３８Ａ−６０の凝集を用いた従来の凝集した砥粒研磨ホイールで測定した１３〜１６ＭＰａの破壊係数と比べて比較的高かった（国際公開第０３／０８６７０３号の表６−２参照）。すなわち、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）〜（２３）の破壊係数データは、以下の実施例３に示すように、研削操作に必要となる機械的な力が得られることを示す。

凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）〜（２３）で観察された破壊係数データの低下は、これらの凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールがそれらの組成から予期されるよりも柔軟であったことが原因として考えられる。表２に示す焼成処理後の密度の低下は、不十分な収縮によるものと考えられる。この密度低下はまた、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールが、同一の容量パーセント組成を有するが凝集した砥粒を含めずに調製した比較用の研磨ホイールと比較して、熱処理の間に収縮抵抗性を示すことを示唆する（すなわち、総量１００％に対する、砥粒、結合材及び空隙の容量％）。凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールのこの特徴は、研磨ホイールの製作及び仕上げ操作における重要な潜在的利点を示すものである。

機械的強度（破壊係数）を犠牲にすることなく達成された本発明の凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールの比較的低い剛性（ｅ−ｍｏｄｕｌｕｓ）は、極めて特異的で予想外のことであった。

Ｃ．速度試験／破裂速度
機械的強度を測定することにより、ある複合物質が研削操作において固定研磨工具として使用し得るか否かが解析できる。ガラス化研磨ホイールの場合、あるコンポジット試験バーの機械的強度（破壊係数）と、それと同一のコポジットの破損を引き起こす回転引張応力との相関関係を用いる。その結果、試験バーで測定された破壊係数を基にして、試験バーと同一の組成を用いて同一の行程で作製した研磨ホイールの破裂速度の迅速で正確な評価を行うことができる。

研磨ホイールの破裂速度試験は、ＡＮＳＩ（アメリカ規格協会規格Ｂ７．１−１９８８（１９９５）に記載の標準試験で直接に測定できる。

従来のクリープフィード研削工程では、通常研磨ホイールを６５００ｓｆｐｍ（３３ｍ／ｓ）で、最大約８５００ｓｆｐｍ（４３．２ｍ／秒）の操作速度で操作する。すべての凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）〜（２３）の破裂速度試験値は、クリープフィード研削操作における使用に十分許容可能である。

実施例３．実施例１の研磨ホイールの研削性能
実施例１の凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０〜２３）を、クリープフィード研削操作における使用に推薦されている比較用の市販の研磨ホイール（２５）、（２６）及び（２７）との比較において、クリープフィード研削操作に関して試験した。凝集した砥粒研磨ホイール（２４）（実験室試料）及びマサチュセッツ州ウオーセスターのセイント−ゴベイン アブレイシブズ社から購入した凝集した砥粒研磨ホイール（２９）もまたコントロールの研磨ホイールとして試験した。

クリープフィード研削は、高い材料除去及び燃焼に弱い物質に通常使用される低圧力研削（大接触面に対する）処理である。以下の３つの主要な製造特徴により、クリープフィードホイール研削がより良好なものとなる。

ｉ）低い研削圧力
ｉｉ）低い燃焼感受性、及び
ｉｉｉ）低いドレス補償。

研削圧力を低下させることにより、高い材料除去速度における研削が可能となる。また燃焼感受性を低下させることにより、高い除去速度における研削が可能となる。高い除去速度と低い燃焼感受性を維持しながらドレス補償を低下させることにより、研磨ホイールの寿命の長期化が可能となる。

クリープフィード研削試験に使用される研磨ホイールの全ては同じ寸法（２０×１×８インチ）であり、Ｈａｕｎｉ−Ｂｌｏｈｍ Ｐｒｏｆｉｍａｔ ４１０を用いて試験した。ウエッジ研削試験を、ワークピースを載せる機械のスライドに対してワークピースを小さい角度（０．０５°）で傾けた状態で実施した。研削開始から終了にかけて、表面の研削部分の深さが増し、素材の除去速度が増加し、チップの厚さが増加した。これらの研削工程において、切削の深さが連続的に増加することにより、ブロックの長さ（８インチ（２０．３ｃｍ））全体において素材の除去速度（ＭＲＲ）が連続的に増加した。以上のとおり単一工程における様々な条件における研削データを収集した。ウエッジ試験における研磨ホイールの性能の評価は、更にスピンドル力及び研削力の電子的測定及び記録によっても行った。研削焼け又は研磨ホイールの破損などの許容し難い結果を生じる条件（金属除去速度（ＭＲＲ）、チップの厚さ等）の正確な測定により、研磨ホイール挙動の特徴付け及び相対的な製品性能の順位付けが可能となった。

ウエッジのクリープフィード研削試験の標準的な研削条件：
ｉ）器具：ハウニ−ブローム プロフィマット４１０、
ｉｉ）方式：ウエッジ クリープフィード研削、
ｉｉｉ）研磨ホイールの速度：毎分５５００表面フィート（２８ｍ／秒）、
ｉｖ）テーブル速度：毎分５インチ〜１７．５インチ（１２．７−４４．４ｃｍ／分）まで変動、
ｖ）冷却液：脱イオン水で１０％に調製したマスター−ケミカル トリム Ｅ２１０２００、７２ガロン／分（２７２リットル／分）、
ｖｉ）ワークピース材料：Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８（４２ＨＲｃ）、
ｖｉｉ）ドレス様式：回転ダイヤモンド、連続式、
ｖｉｉｉ）ドレス補償：１０、２０若しくは６０μインチ／ｒｅｖ（０．２５、０．５若しくは１．５μｍ／ｒｅｖ）、
ｉｘ）速度比：＋０．８。

スロットＣｒ研削試験の標準的な切削条件
ｉ）機械：ハウニ−ブローム プロフィマット４１０、
ｉｉ）様式：スロット クリープフィード研削、
ｉｉｉ）研磨ホイール速度：毎分５５００表面フィート（２８ｍ／秒）、
ｉｖ）テーブル速度：毎分５インチ〜１７．５インチ（１２．７−４４．４ｃｍ／分）まで変動、
ｖ）冷却液：脱イオン水で１０％濃度に調製したマスター−ケミカル トリム Ｅ２１０２００、７２ガロン／分（２７２リットル／分）、
ｖｉ）ワークピース材料：Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８（４２ＨＲｃ）、
ｖｉｉ）ドレス様式：回転ダイヤモンド、連続式、
ｖｉｉｉ）ドレス補償：１５μインチ／ｒｅｖ、
ｉｘ）速度比：＋０．８。

損傷とは、ワークピースの焼け、粗雑な表面仕上げ又はコーナーの形状の損傷とした。連続的なドレス研削試験であったため、研磨ホイールの摩損を記録しなかった。損傷が生じた素材の除去速度（最大ＭＲＲ）を記録した。

Ａ．１回転当たり２０μインチのドレッシング速度における凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールのウエッジ研削
２０μインチ／ｒｅｖのドレッシング速度及び切断ウエッジの最初の深さ０．０１インチにおける、試験研磨ホイール（２０）〜（２７）の最大研削速度（ＭＲＲ）及び特異的研削エネルギーを表３に示す。損傷が起こる前、スタンダードの凝集した砥粒の研磨ホイール（２４）では、ＴＧ２研磨ホイール（２５）の値よりも５３％低い素材除去速度を示していた（図４）。１０及び３０重量％のＴＧ２を用いる凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２２）及び（２３）では、スタンダードの凝集した砥粒の研磨ホイール（２４）と同様のＭＲＲを示した。５０重量％のＴＧ２を用いる凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２１）では、ＴＧ２研磨ホイール（２５）と（２６）の値に極めて類似する最大除去速度を示した（ＴＧ２研磨ホイール（２５）及び（２６）の値よりもそれぞれ約１２％及び約６％低い値）。驚くべきことに、７５重量％のＴＧ２を使用した凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）では、試験用の研磨ホイールのうちで最高のＭＲＲ（素材除去速度）値を示し、それはＴＧ２研磨ホイール（２５）の値よりも２７％高かった。すなわち、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールのＭＲＲデータにより、凝集した砥粒とＴＧ２技術の併用による重要な利点の存在が明らかになった。

これらの結果は、凝集した砥粒とＴＧ２技術の特定の併用により、ＴＧ２技術の性能を上回る研削性能が得られることを示唆する。本発明の凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールの、ＴＧ２研磨ホイールを上回る予想外の優れた性能により、本発明即ち凝集した砥粒とＴＧ２技術の併用は画期的な技術といえる。

Ｂ．凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールと、従来のＴＱ２−研磨ホイールとの比較
実施例３のセクションＡの切断ウエッジとは異なる、初期深さの切断ウエッジにおける凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールのＭＲＲデータを、スタンダードのＴＧ２研磨ホイール（２５）のＭＲＲデータと比較した（表４参照）。表４のＭＲＲデータは、切断ウエッジの初期の深さ０．０５インチとして得られた。表４に示すように、この異なった条件においてさえ、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）は試験した研磨ホイールの中で最高の最大ＭＲＲ値を示し、それはＴＧ２研磨ホイール（２５）のＭＲＲ値に対して４３．８％の増加であった。

Ｃ．材料除去速度に及ぼすドレッシング速度の影響
製品素材除去速度に及ぼすドレッシング速度の影響を、ＴＧ２、凝集した砥粒−ＴＧ２及びスタンダードの３８Ａ製品について検討した。表５に示される研削試験のデータは、３種のドレス補償速度、１０、２０及び６０μインチ／ｒｅｖに関して収集した。

スタンダードの３８Ａ研磨ホイール（２７）の最大除去速度は、ドレッシング速度の関数として対数変動を示した。一方、ＴＧ２研磨ホイール（２５）は材料除去速度の一定の増加を可能にし、同研磨ホイールの高生産用途への使用を可能にした。表５のデータは、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）〜（２３）の、ＴＧ２含有量に依存して、スタンダードの３８Ａ研磨ホイール（２７）からＴＧ２研磨ホイール（２５）のＭＲＲ（原料除去速度）の範囲でのＭＲＲの変動を示す。特に、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）及び（２１）は、ドレッシング速度に対するＭＲＲの直線的増加を特徴としており、すなわち、これらの研磨ホイールがＴＧ２研磨ホイールと同様に作動することを示している。凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２０）が、１０μインチ／ｒｅｖという極めて低いドレッシング速度において、ＴＧ２研磨ホイール（２５）のＭＲＲに比して５８％高いＭＲＲ値を示すことは注目に値する。また、凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイール（２１）が、種々のドレッシング速度、特に１０μインチ／ｒｅｖ及び２０μインチ／ｒｅｖにおいて、ＴＧ２研磨ホイール（２５）のデータに極めて類似したＭＲＲデータを示すことは注目に値する。これらの結果は、補償速度が例えば５〜１０μインチ／ｒｅｖに減少した場合、本発明の凝集した砥粒−ＴＧ２研磨ホイールの研削効率が、従来のＴＧ２研磨ホイールと比較してより高くなり得ることを示す。

均等発明に関して
本発明の好ましい実施形態を特に記載し、開示したが、その実施形態を、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲内で適宜変更できることは、当業者にとり自明であることを理解されたい。

本発明の固定研磨工具に係る、７５％のＮｏｒｔｏｎ（登録商標）ＴＧ２研磨材と、２５％のＮｏｒｔｏｎ（登録商標）３８Ａ砥粒とを含む凝集物の、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

ゾル−ゲルアルミナ砥粒は、公知の方法によって調製できる（例えば、参照することにより本願明細書にその内容を援用する、米国特許第４６２３３６４号、第４３１４８２７号、第４７４４８０２号、第４８９８５９７号、第４５４３１０７号、第４７７０６７１号、第４８８１９５１号、第５０１１５０８号、第５２１３５９１号、第５３８３９４５号、第５３９５４０７号及び第６０８３６２２号を参照）。例えば、典型的には、１つ以上の酸化物（例えば、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂又は希土酸化物金属酸化物）又はシーディング／核形成材料変性剤（例えば、α−Ａｌ₂Ｏ₃ 、γ−Ａｌ₂Ｏ₃、α−Ｆｅ₂Ｏ₃又は酸化クロム）をいろいろな量で含んでもよい水和アルミナゲルを形成し、更に乾燥させ、ゲルを焼結させること（例えば、米国特許第４６２３３６４号を参照）によってこれらの砥粒が製造されるのが一般的である。

凝集状の砥粒顆粒としては、研磨工具への使用に適することが公知の１つ以上の砥粒を包含することができ、例えば融合アルミナ、非繊維状ゾル−ゲル焼結アルミナ、焼結ボーキサイトなどを含むアルミナ粒子、炭化ケイ素（シリコンカーバイド）、共融合アルミナ−ジルコニア及び焼結アルミナ−ジルコニアを含むアルミナ−酸化ジルコニウム、酸窒化アルミニウム、ホウ素亜酸化物、ガーネット、フリント、天然及び合成ダイヤモンドを含むダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）及びそれらの組み合わせが挙げられる。更なる適切な砥粒の例としては、シーディングされていない焼結ゾル−ゲルアルミナ砥粒が挙げられ、また、これらの砥粒は、微結晶α−アルミナ及び少なくとも１種の酸化物変性剤、例えば希土類金属酸化物（例えばＣｅＯ₂、Ｄｙ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｅｕ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃，Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｐｒ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃及びＧｄ₂Ｏ₃）、アルカリ金属酸化物（例えばＬｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏ）、アルカリ土類金属酸化物（例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯ）及び遷移金属酸化物（例えばＨｆＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＴｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＺｎＯ及びＺｒＯ₂）（例えば、全開示内容を参照することで本願明細書に援用する、米国特許第５７７９７４３号、第４３１４８２７号、第４７７０６７１号、第４８８１９５１号、第５４２９６４７号及び第５５５１９６３号を参照）を包含する。シーディングされていない焼結ゾル−ゲルアルミナ砥粒の具体例としては、式ＬｎＭＡｌ₁₁Ｏ₁₉で表される希土酸化物アルミン酸塩が挙げられる。なお、式中、Ｌｎは、三価染色体金属イオン、例えばＬａ、Ｎｄ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｇｄ又はＥｕであり、Ｍは二価の金属カチオン、例えばマグネシウム、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅ又はＣｏである（例えば、米国特許第５７７９７４３号を参照）。かかる希土類酸化物のアルミン酸塩は、一般に、マグネットプランバイト結晶構造としばしば呼ばれる六角形の結晶構造を有する。凝集状の砥粒顆粒の様々な例は、その全開示内容を参照することで本願明細書に援用する米国特許第６６７９７５８号及び同第６，９８８，９３７号に記載されている。

固定研磨工具の製造にこの分野で一般に使用する任意の結合材（接合）材を用いて、凝集状の砥粒顆粒の接合材（以下「第１接合材」）及び繊維状のゾル−ゲル砥粒の凝集物の第２接合材とすることができる。好ましくは、第１及び第２の接合材は、各々独立に、無機材料、例えばセラミック材料、ガラス化（ビトリファイド）材料、ガラス化結合材組成物及びそれらの組み合わせを包含し、好ましくは、ガラス化固定研磨工具用の接着システムとして使用されるタイプのセラミック及びかかるガラス化材料を包含する。これらのガラス化結合材は、焼成前のガラスを粉砕して調製した粉末（フリット）、又は様々な原料、例えば粘土、長石、ライム、ホウ砂及びソーダの混合物、又はフリット及び粗材料の組合せであってもよい。かかる材料を溶融し、約５００〜約１４００℃の温度で液体ガラス相を形成し、それを用いて研磨粒子の表層をウエットにし、冷却してボンドポストを形成させ、それによりコンポジット構造中に砥粒を固定する。当該凝集物に用いる適切な接合材の例は、例えば米国特許第６６７９７５８号及び米国特許第６，９８８，９３７号に記載されている。好ましい接合材は、約１１８０℃において約３４５〜５５，３００ポアズの粘度、及び約８００〜約１３００℃の融解温度を特徴とする。

様々な技法によって、砥粒凝集物を様々なサイズ及び形状で調製することができる。これらの技法は、工程当初における（「未処理の」）粒子と接合材との混合物を焼成する前、焼成する間又は焼成した後に実施することができる。混合物を加熱して接合材を融解及び流動させ、それにより粒子に接合材を付着させ、凝集した形態で粒子を固定させる処理のことを、焼成、仮焼又は焼結と呼ぶ。粒子の混合物を凝集させるこの分野で公知の任意の方法を用いて研磨用凝集物を調製することができる。例えば、先に引用した米国特許第６６７９７５８号及び同第６，９８８，９３７号に開示される方法を使用可能である。

Claims (29)

1. ａ）ｉ）約１．０超の長さ−横断幅の縦横比を有する繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒若しくはその凝集物と、
   ｉｉ）接合材によって三次元形状が維持される複数の砥粒を含む凝集状の砥粒顆粒とを含んでなる砥粒の混合物、及び
   ｂ）結合材を含んでなり、
   ｃ）少なくとも約３５体積％の空隙率を有している固定研磨工具。
2. 前記固定研磨工具が流体の流れを浸透させる構造を有している、請求項１に記載の固定研磨工具。
3. 前記混合物が、混合物の合計重量に対して、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒を約５〜９０重量％含んでなる、請求項２に記載の固定研磨工具。
4. 前記繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒が、少なくとも４：１頃の縦横比を有し、かつ約２μｍ未満のサイズを有するαアルミナ結晶を主に含んでなる、請求項３に記載の固定研磨工具。
5. 合計約３５〜８０体積％の空隙率を有している、請求項３に記載の固定研磨工具。
6. 全空隙の少なくとも約３０体積％が連結空隙である、請求項５に記載の固定研磨工具。
7. 前記凝集状の砥粒顆粒が、融合アルミナ、非繊維状の焼結ゾル−ゲルアルミナ、焼結ボーキサイト、共融合アルミナ−酸化ジルコニウム、焼結アルミナ−酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、フリント、ガーネット、ホウ素亜酸化物、アルミニウム酸窒化物及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種の砥粒を含んでなる、請求項１に記載の固定研磨工具。
8. 前記凝集状の砥粒顆粒が融合アルミナを含んでなる、請求項７に記載の固定研磨工具。
9. 前記結合材成分及び接合材が各々独立に、セラミック材料、ガラス化材料、ガラス化結合材組成物及びそれらの組み合わせからなる群から選択される無機材料を含んでなる、請求項１に記載の固定研磨工具。
10. 前記接合材が、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、アルカリ土属酸化物及びアルカリ酸化物からなる焼成酸化物組成物を含んでなるガラス化結合組成物である、請求項９に記載の固定研磨工具。
11. 前記凝集状の砥粒顆粒が、砥粒の平均グリットサイズと比較して約２〜２０倍の範囲のサイズを有する、請求項１に記載の固定研磨工具。
12. 前記凝集状の砥粒顆粒が約２００〜約３，０００μｍの範囲の直径を有する、請求項１１に記載の固定研磨工具。
13. 前記結合材成分が樹脂結合材である、請求項１に記載の固定研磨工具。
14. 前記砥粒の混合物が、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒の凝集物であって、複数の繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒と第２の接合材とを含む凝集物を含んでなり、かつ前記複数の繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒が前記第２の接合材によって三次元形状を維持されている、請求項３に記載の固定研磨工具。
15. 前記繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒の凝集物が更に、第２の非繊維状の砥粒を含んでなり、該第２の非繊維状の砥粒及び繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒が前記第２の接合材によって三次元形状を維持されている、請求項１４に記載の固定研磨工具。
16. 前記繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒の凝集物が、凝集物の合計重量に対して、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒を約５〜９５重量％含んでなる、請求項１５記載の固定研磨工具。
17. ａ）ｉ）約１．０超の長さ−横断幅の縦横比を有する繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒と、
    ｉｉ）非繊維状の砥粒と、
    ｉｉｉ）接合材とを含んでなり、ここで、前記非繊維状の砥粒及び繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒が接合材によって三次元形状が維持されている凝集物、及び
    ｂ）結合材を含んでなり、
    ｃ）少なくとも約３５体積％の空隙率を有している固定研磨工具。
18. 前記固定研磨工具が流体の流れを浸透させる構造を有している、請求項１７に記載の固定研磨工具。
19. 前記非繊維状の砥粒が、融合アルミナ、非繊維状の焼結ゾル−ゲルアルミナ、焼結ボーキサイト、共融合アルミナ−酸化ジルコニウム、焼結アルミナ−酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、フリント、ガーネット、ホウ素亜酸化物、アルミニウム酸窒化物及びそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１種の砥粒を含んでなる、請求項１８に記載の固定研磨工具。
20. 前記凝集物が、凝集物の合計重量に対して、繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒を約５〜９０重量％で含んでなる、請求項１８に記載の固定研磨工具。
21. 合計約３５〜８０体積％の空隙率を有している、請求項２０に記載の固定研磨工具。
22. 全空隙の少なくとも約３０体積％が連結空隙である、請求項２１に記載の固定研磨工具。
23. ａ）ｉ）約１．０超の長さ−横断幅の縦横比を有する繊維状のゾル−ゲルアルミナ砥粒もしくはその凝集物と、
    ｉｉ）接合材によって三次元形状が維持される複数の砥粒を含む凝集状の砥粒顆粒とを含む砥粒の混合物を形成する工程、
    ｂ）前記砥粒の混合物を結合剤成分を混合する工程、
    ｃ）前記砥粒の混合物と前記結合剤成分の混合物を、少なくとも約３５体積％の空隙率を有する付形コンポジットに成形する工程、及び
    ｄ）前記付形コンポジットを加熱して固定研磨工具を形成する工程
    を含んでなる固定研磨工具の製造方法。
24. 前記固定研磨工具が合計約３５〜８０体積％の空隙率を有している、請求項２３に記載の方法。
25. 前記固定研磨工具が有する全空隙の少なくとも３０体積％が連結空隙である、請求項２４に記載の方法。
26. 前記接合材の融解温度が、約８００℃〜約１３００℃の温度範囲である、請求項２３に記載の方法。
27. 前記凝集状の砥粒顆粒が焼結された凝集状の顆粒である、請求項２３に記載の方法。
28. 前記焼結された凝集状の顆粒を調製する工程をさらに含み、該工程が、
    制御された供給速度で砥粒及び接合材を回転仮焼窯に供給する工程と、
    制御された速度で前記窯を回転させる工程と、
    前記供給速度及び前記窯の回転速度で決定される加熱速度で、約８０℃〜約１，３００℃の範囲の温度に混合物を加熱する工程と、
    前記窯中で接合材が砥粒に接着し、複数の砥粒が一緒に接合して焼結された凝集状の顆粒が形成されるまで、砥粒及び接合材をタンブリングさせる工程と、
    前記窯から、焼結された凝集状の顆粒を回収する工程とを含んでなる、請求項２７に記載の方法。
29. 前記砥粒と前記接合材を回転仮焼窯に供給する工程が、前記砥粒と前記接合材との実質的に均一な混合物を調製し、次いで混合物を回転仮焼窯に供給する工程を含んでなる、請求項２８に記載の方法。

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