JP2018501967A - 結合研磨物品及び製造方法 - Google Patents

Abstract

結合研磨物品、例えばビトリファイド結合研削ホイールの製造方法。研磨粒子とバインダー剤とエチルマルトールなどのγ−ピロン細孔誘導材料とを含む結合可能研磨組成物が調製される。この組成物から前駆研磨構造体が形成される。前駆研磨構造体からγ−ピロン細孔誘導材料が除去されて多孔質前駆研磨構造体が得られ、これが更に加工処理されて結合研磨物品が得られる。一部の実施形態において、バインダー剤はガラス質結合材料を含み、結合研磨物品は多孔質ビトリファイド結合研削ホイールである。【選択図】図１

Description

本開示は、研削ホイールなどの結合研磨物品に関する。より詳細には、本発明は、得られた結合研磨物品における細孔形成を含めた、結合研磨物品の製造方法に関する。

砥粒加工及び他の作業に有用な結合研磨物品は、構造上三次元であり、典型的には、バインダーによって一体に結合された研磨粒子の付形された塊を含む。かかる付形された塊は、例えば、研削ホイール、カットオフホイールなど、円筒又はホイールの形態であり得る。結合研磨物品の製造に用いられる結合系の主な種類は、ビトリファイド、レジノイド、及び金属である。ビトリファイド研削ホイールなどのビトリファイド結合研磨物品では、ガラス質バインダー剤又はバインダー系を使用して研磨粒子が一体に結合される。これらの結合は、通常、７００℃〜１５００℃の温度でガラス化する。レジノイド結合研磨材は、有機バインダー系（例えば、フェノールバインダー系）を利用して研磨粒子を一体に結合し、付形された塊を形成する。金属結合研磨物品は典型的には、研磨粒子を結合するために、焼結又はめっきした金属を使用する。ビトリファイド結合研磨物品は、それがガラス質相を使用して砥粒を結合し、したがって実質的に一層高温で加工処理される点が、レジノイド結合研磨粒子と異なる。ビトリファイド結合研磨物品は、使用中においてより高い温度に耐えることができ、樹脂状結合砥石車よりも、より剛性かつ脆性である。ビトリファイド結合研磨物品は精密機械加工に良く適している。

ビトリファイド結合研削ホイールなどの結合研磨物品の切削特性には、細孔の封入又は形成が有益となり得ることが分かっている。多孔性を含む又は呈する結合研磨物品は開放構造（相互連結又は相互接続した多孔性）を有することで、高い材料除去率のためのチップクリアランスを提供することができ、且つより多くの冷却液を接触域に送り込む一方で摩擦を低減することができる。多孔性及び砥粒間の間隔が不十分な場合、結合研磨物品は切りくずが詰まるようになり、期待どおりに切削しなくなる。また、多孔性は自生作用の特質を促進し得るため、結合研磨物品が使用済みの又は摩耗した研磨粒子を脱落させて新しい切れ刃又は新鮮な研磨粒子を露出させることが可能になる。

研磨粒子及びバインダー剤を圧力下で装填又は成形すると、最低レベルの多孔性が自然に生じ得る。しかしながら、この自然の多孔性は、多くのビトリファイド結合研磨物品の最終用途の適用にとって典型的には不十分である。そのため、ガラス質結合性研磨組成物又は混合物では細孔誘導成分又は添加剤を含める。細孔誘導成分又は添加剤は、非一時的（即ち、研磨組成物中及び最終結合研磨物品中に存在する成分）、一時的（即ち、研磨組成物中に存在するが、最終結合研磨物品中には存在しない成分）、及びこれらの組み合わせであり得る。典型的な非一時的細孔誘導成分としては、中空ガラス球及び中空セラミック球が挙げられる。典型的な一時的細孔誘導成分としては、コルク、クルミ殻粉、木材粒子、及びポリマー材料が挙げられる。これらの一時的細孔誘導成分は、ビトリファイド研磨結合物品製造過程の一部として研磨マトリックスからバーンアウトされる。

貝殻粉末、木材粒子などは実行可能な一時的細孔誘導材料であるが、供給が変動し易く、且つこうした材料は昇華しないため、キルンでの直火に関して懸念が起こる。多くのポリマー材料が本質的に弾性であり、スプリングバックを生じるため、ひいては焼成後に得られるビトリファイド結合研磨物品の形状を予測し又は正確に制御することが困難となり得る。ナフタレンは、もう一つの周知の一時的細孔誘導材料であり、これはポリマー材料の同じスプリングバックの懸念をもたらさない。従来の防虫剤の主成分としてより知られているが、ナフタレンの物理的特性及び材料特性はビトリファイド研磨結合物品製造方法によく適している。ナフタレンは、所望のサイズの細孔が生じるように容易に付形することができ、従来のガラス質結合材料又は研磨グリットと反応せず、且つ予想圧力下又はプレス条件下で体積変化をほとんど又は全く呈しない。更に、ナフタレンはビトリファイド結合プロセスの温度（及び圧力）で容易に昇華し、したがって得られた結合研磨物品からきれいに取り除かれる。しかしながら、ナフタレンは人間及び動物にとって発癌の可能性があると見なされており、またそれを扱う作業は快適でない。更に、様々な行政機関が厳格なナフタレン暴露限度を定めており（又は検討中であり）、これによりナフタレンをビトリファイド結合研磨物品の大量生産に使用することは事実上不可能となり得る。

上記を踏まえると、環境に無害な、他の点ではナフタレンのプロセス制御属性を呈する材料によって多孔性が誘導されたビトリファイド結合研磨物品などの結合研磨物品の製造方法が必要とされている。

本開示の一部の態様は、結合研磨物品、例えばビトリファイド結合研削ホイールの製造方法に関する。研磨粒子とバインダー剤とγ−ピロン細孔誘導材料とを含む結合可能研磨組成物が調製される。この組成物から前駆研磨構造体が形成される。前駆研磨構造体からγ−ピロン細孔誘導材料が除去されて多孔質前駆研磨構造体得られ、これが更に加工処理されて結合研磨物品が得られる。一部の実施形態では、バインダー剤はガラス質結合材料を含み、多孔質前駆研磨構造体が高温（例えば、少なくとも７００℃）に曝されると、ビトリファイド結合が生じる。他の実施形態では、細孔誘導材料としてエチルマルトールが提供され、これは前駆構造体から昇華及び／蒸発によって除去される。

本開示の原理に従う結合研磨物品の製造方法のフローチャートである。

本開示の原理に従う結合研磨物品と、細孔誘導材料としてナフタレンを使用して製造された、及び細孔誘導材料なしに製造されたビトリファイド結合研磨物品との写真及び光学顕微鏡像の比較を示す。

本開示の方法に従い製造された結合研磨物品と、従来の方法を用いて製造された結合研磨物品との性能特性の比較を示すグラフである。 本開示の方法に従い製造された結合研磨物品と、従来の方法を用いて製造された結合研磨物品との性能特性の比較を示すグラフである。 本開示の方法に従い製造された結合研磨物品と、従来の方法を用いて製造された結合研磨物品との性能特性の比較を示すグラフである。

本開示の態様は、結合研磨物品の製造方法、製造過程で生成された前駆研磨構造体、及び得られた結合研磨物品に関する。概して言えば、本開示の製造方法は、細孔誘導材料を結合可能研磨組成物に配合すること、結合可能研磨組成物を所望の形状に成形（例えばプレス）して前駆研磨構造体（例えば「未焼成」本体）を得ること、細孔誘導材料が除去される（例えば昇華する）ように前駆研磨構造体を加工処理して多孔質前駆研磨構造体を得ること、及び多孔質前駆研磨構造体を加工処理して結合研磨物品の形成を達成することを伴う。前駆研磨構造体から結合研磨物品への移行に関連する加工処理工程は、用いられる詳細な結合剤に合わせて調整することができる。いずれにしても、本開示の技術により、得られた結合研磨物品に多孔性を誘導することが、前駆研磨構造体の加工処理時の体積変化はほとんど又は全くなしに、容易で制御された、環境に無害な形で可能になる。本開示の技術は、ビトリファイド結合研磨物品の製造に特に有用であるが、レジノイド及び金属などの他の研磨物品結合フォーマットにもまた適用可能である。したがって、以下ではガラス質結合の例を考察するが、本開示は、決してビトリファイド結合研磨物品に限定されるものではない。更に、本開示の結合研磨物品は様々な形態をとることができ、一部の実施形態では、研削ホイール、カットオフホイール、ホーン、砥石など、金属及び他の材料の機械加工及び仕上げ加工に好適である。

図１は、本開示の結合研磨物品製造技術を示すフロー図である。２０において、例えば以下に記載する成分又は原料を共に混合することにより、結合可能研磨組成物を調製する。概して言えば、本開示の結合可能研磨組成物は、研磨粒子と結合剤又はバインダー剤と細孔誘導材料とを含む。研磨粒子及びバインダー剤の詳細な種類及び分量は、それらが最終結合研磨物品の目的の最終用途に望ましいそれぞれ研磨特性及び結合特性を有する限り、本開示において重要でない。本開示の態様は、細孔誘導材料の選択にある。したがって、初めに本開示の細孔誘導材料を以下で考察し、続いて研磨粒子、バインダー剤、及び他の任意の結合可能研磨組成物原料を例示的に特定する。

細孔誘導材料は、一部の実施形態において、結晶性固体形態のγ−ピロンである。γ−ピロン類は、５個の炭素原子と、２つの２重結合を有する１個の酸素原子と、パラ位の炭素原子に結合した第２の酸素原子とを含む環を有する複素環式化合物である。意外にも、少なくとも一部のγ−ピロン材料、例えばエチルマルトールが、ビトリファイド結合研磨物品の製造に関連してナフタレンの所望の性能特性を本質的に再現し、しかし環境には無害であることが見出された。例えばエチルマルトールは、特に毒性が高いという疑いもなければ、ナフタレンと同じ厳格な暴露限度が課されることもない。実際、エチルマルトールは食品添加物として、焼きたての味及び匂いを付与するため世界中で用いられている。メチルマルトールなどの他のγ−ピロン類もまた、本開示によって想定される。

ちなみに、本開示の細孔誘導材料（例えばエチルマルトール）は、少なくとも以下の特性を呈し、又はそれを満足する。第一に、本細孔誘導材料は環境に無害である。ナフタレンはこの基準を満たさない。第二に、本細孔誘導材料は、選択の研磨粒子、結合剤、又は結合可能研磨組成物で用いられる他の原料と反応しない。第三に、本細孔誘導材料は、特定のサイズの細孔を誘導又は作成することが可能である。第四に、本細孔誘導材料は前駆研磨構造体の形成工程（例えばプレス加工）において体積変化をほとんど又は全く呈しない。本細孔誘導材料はきれいに昇華又はバーンアウトし、残渣が残らない。最後に、本細孔誘導材料は水に難溶性又は不溶性である。

意外にも、エチルマルトールがこれらの基準の各々を満たすことが見出された。エチルマルトールは、ナフタレンに非常に類似した物理的特性及び材料特性を数多く呈する、様々な寸法で利用可能な結晶性有機固体である。エチルマルトールはプレス加工条件下で可塑的に変形し（例えば、弾性エネルギーを蓄積しない）、難水溶性であり、低温（例えば、約１４０℃程度）できれいに昇華する。更に、意外にも、エチルマルトールは既存のビトリファイド結合研磨物品製造過程でナフタレンの直接の又は「ドロップイン」代替物として使用し得ることが見出された。本開示によって想定される他のγ−ピロン類も同様によく適していることが予想される。

図１に戻ると、結合可能研磨組成物（工程２０）の研磨粒子成分は、当業者に公知のとおりの、及びその他結合研磨物品に適切な、様々な形態をとることができる。例えば、研磨粒子は、硬質材料（例えば、少なくとも約７モース硬度）で形成された砥粒であってもよく、又はそれを含むことができる。研磨粒子は、異なる種類の研磨粒子状材料の組み合わせを含むことができる。研磨粒子は、研磨材凝集物、非凝集研磨粒子、及びこれらの組み合わせを含むことができる。一部の実施形態において、研磨粒子は、炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、及びこれらの組み合わせなどの無機材料を含むことができ、又はそれでできていてもよい。一部の実施形態において、研磨粒子は、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素などの超研磨粒子状材料であってもよく、又はそれを含むことができる。一部の実施形態において、研磨粒子は、例えば、αアルミナのクリスタリット、マグネシウムアルミナスピネル、及びゾルゲル前駆体αアルミナ粒子を使用して調製された希土類六方晶アルミン酸塩で構成されるセラミック粒子を含むことができ、又はそれを成すことができる。有用な研磨粒子の他の非限定的な例としては、限定はされないが、溶融酸化アルミニウム、処理酸化アルミニウム、白色溶融酸化アルミニウム、Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮの３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから商標３Ｍ ＣＥＲＡＭＩＣ ＡＢＲＡＳＩＶＥ ＧＲＡＩＮで市販されているものなどのセラミック酸化アルミニウム材料、黒色炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、二ホウ化チタン物、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン、ザクロ石、溶融アルミナジルコニア、ゾルゲル由来研磨粒子、酸化鉄、クロミア、セリア、ジルコニア、チタニア、ケイ酸塩、酸化スズ、シリカ（石英、ガラスビーズ、ガラスバブル、及びガラス繊維など）、ケイ酸塩（タルク、粘土（例えば、モンモリロナイト）、長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウムなど）、フリント、及びエメリーが挙げられる。研磨粒子は、破砕微粒子及び／又は成形粒子（例えば、セラミック成形研磨粒子）であってもよく、又はそれを含むことができる。研磨粒子は被覆（例えば、カップリング剤で被覆）されていてもよい。

上述のとおり、結合可能研磨組成物の結合剤は、当業者に公知のとおりの、及びその他結合研磨物品に適切な、様々な形態をとる。バインダー材料は、典型的には、ガラス状無機材料（例えば、ビトリファイド結合研磨物品の場合のように）、金属、又は有機樹脂（例えば、樹脂結合研磨物品の場合のように）を含む。

一部の実施形態において、本開示の技術は、結合剤がガラス質（ビトリファイドとも称される）結合材料又はボンド相を含む、ビトリファイドボンド加工処理で有益である。ガラス質結合材料は研磨粒子を組成物中又は物品中に保持する働きをする。研磨粒子を一体に結合するガラス質ボンド相は、任意の好適な組成物であってよい。

当該技術分野で「ビトリファイドボンド」、「ガラス質ボンド」、「セラミックボンド」、又は「ガラスボンド」とも称されるガラス質ボンド相は、高温で加熱すると融解及び／又は溶融して一体のガラス質マトリックス相を形成する１つ以上の原材料の混合物又は組み合わせを含むガラス質ボンド前駆組成物から生成され得る。

原材料は特に限定されない。ガラス質ボンド相を形成するための典型的な原材料は、金属酸化物（半金属酸化物を含む）、非金属酸化物、非金属化合物、ケイ酸塩並びに天然に存在する及び合成の材料、及びこれらの原材料の１つ以上の組み合わせから選択することができる。

金属酸化物ガラス質バインダーは、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化マンガン、酸化亜鉛、及び顔料として特徴付けることのできる金属酸化物、例えば、酸化コバルト、酸化クロム、又は酸化鉄、及びこれらの組み合わせから選択することができる。

非金属酸化物は、例えば、酸化ホウ素、酸化亜リン酸及びこれらの組み合わせから選択することができる。非金属化合物の好適な例としては、ホウ酸が挙げられる。

ケイ酸塩は、例えば、ケイ酸アルミニウム、ホウケイ酸塩、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム、及びこれらの組み合わせから選択することができる。

鉱物は、例えば、粘土、長石、カオリン、ウォラストナイト、ホウ砂、石英、ソーダ灰、石灰岩、白雲石、白亜、及びこれらの組み合わせから選択することができる。

ビトリファイド結合研磨物品の製造においては、粉末形態のガラス質バインダーが一時的バインダー、典型的には有機バインダーと混合されてもよい。ビトリファイドバインダーはまたフリットに由来してもよく、例えば、約１〜１００％フリット、しかし概ね２０〜１００％フリットの範囲であり得る。フリットは、結合研磨物品のガラス質ボンド相を形成するためのガラス質ボンド前駆組成物中におけるその使用に先立ち予め焼成されている組成物である。本明細書で使用されるとき、用語「フリット」は、１つ以上のフリット形成成分を含む混合物を完全にブレンドし、続いて少なくとも混合物を融解させるのに十分に高い温度に混合物を加熱し（予備焼成とも称される）、ガラスを冷却し、それを微粉砕することによって形成される材料の総称である。フリットバインダーで使用される一般材料のいくつかの例としては、長石、ホウ砂、石英、ソーダ灰、酸化亜鉛、重質炭酸カルシウム、三酸化アンチモン、二酸化チタン、ケイフッ化ナトリウム、フリント、氷晶石、ホウ酸、及びこれらの組み合わせが挙げられる。これらの材料は、通常、粉末として共に混合され、焼成してこの混合物が溶融され、次に溶融した混合物が冷却される。冷却した混合物は破砕され、微細粉末に篩分けされた後、第１のバインダーとして使用される。これらのフリットボンドが成熟する温度はそのケミストリーに依存するが、約６００℃〜約１８００℃の範囲であり得る。

ガラス質結合材料又は組成物（本開示の結合可能研磨組成物で使用するための）の好適な範囲の非限定的な例は、以下のとおり特定することができる：ガラス質結合材料の総重量に基づいて２５〜９０重量％、任意に３５〜８５重量％のＳｉＯ_２；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜４０重量％、任意に０〜３０重量％のＢ_２Ｏ_３；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜４０重量％、任意に５〜３０重量％のＡｌ_２Ｏ_３；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜５重量％、任意に０〜３重量％のＦｅ_２Ｏ_３；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜５重量％、任意に０〜３重量％のＴｉＯ_２；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜２０重量％、任意に０〜１０重量％のＣａＯ；ガラス質ボンド総重量に基づいて０〜２０重量％、任意に１〜１０重量％のＭｇＯ；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜２０重量％、任意に０〜１０重量％のＫ_２Ｏ；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜２５重量％、任意に０〜１５重量％のＮａ_２Ｏ；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜２０重量％、任意に０〜１２重量％のＬｉ_２Ｏ；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜１０重量％、任意に０〜３重量％のＺｎＯ；ガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜１０重量％、任意に０〜３重量％のＢａＯ；及びガラス質結合材料の総重量に基づいて０〜５重量％、任意に０〜３重量％の金属酸化物（例えば、ＣｏＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３又は他の顔料）。本開示の方法及びシステムで有用なガラス質バインダーの他の具体的な非限定的例としては、重量に基づいて、４７．６１％ＳｉＯ_２、１６．６５％Ａｌ_２Ｏ_３、０．３８％Ｆｅ_２Ｏ_３、０．３５％ＴｉＯ_２、１．５８％ＣａＯ、０．１０％ＭｇＯ_３、９．６３％Ｎａ_２Ｏ、２．８６％Ｋ_２Ｏ、１．７７％Ｌｉ_２Ｏ、１９．０３％Ｂ_２Ｏ_３、０．０２％ＭｎＯ_２、及び０．２２％Ｐ_２Ｏ_５；及び６３％ＳｉＯ_２、１２％Ａｌ_２Ｏ_３、１．２％ＣａＯ、６．３％Ｎａ_２Ｏ、７．５％Ｋ_２Ｏ、及び１０％Ｂ_２Ｏ_３が挙げられる。本開示で有用なガラス質バインダーの更に他の非限定的な例としては、モル比に基づいて、３．７７％ＳｉＯ_２、０／５８％Ａｌ_２Ｏ_３、０．０１％Ｆｅ_２Ｏ_３、０．０３％ＴｉＯ_２、０．２１％ＣａＯ、０．２５％ＭｇＯ、０．４７％Ｎａ_２Ｏ、及び０．０７％Ｋ_２Ｏが挙げられる。

一部の実施形態において、ガラス質バインダー型の結合剤は、研磨物品の製造促進及び／又はかかる物品の性能向上の両方のため、当該技術分野において公知のとおりの様々な添加剤を含むことができる。本開示において同様に使用し得る、かかる従来の添加剤としては、限定はされないが、潤滑剤、充填剤、一時的バインダー、及び加工助剤が挙げられる。任意に、有機バインダーが一時的バインダーとして使用される。典型的な一時的バインダーとしては、デキストリン、ユリア樹脂（尿素ホルムアルデヒド樹脂を含む）、多糖類、ポリエチレングリコール、ポリアクリレート類、及び任意の他のタイプのグルー等が挙げられる。これらのバインダーはまた、水又はポリエチレングリコールなどの液状成分、粘度若しくはｐＨ調整剤又は混合助剤も含み得る。一時的バインダーの使用は、事前焼成した又は未焼成プレス加工済み本体並びに焼成した物品の均一性及び構造的品質を改善し得る。一時的バインダーは焼成中にバーンアウトするため、最終的な又は完成品の結合研磨物品の一部にはならない。

本開示の態様はビトリファイド結合研磨物品の製造において極めて有用であるが、他の結合フォーマットもまた想定される。したがって、結合可能研磨組成物の結合剤は、あるいは、金属バインダー（例えば、スズ、銅、アルミニウム、ニッケル等）又は当該技術分野において樹脂結合研磨物品に有用であることが公知のとおりの有機樹脂を含んでもよい。

正確なフォーマットに関わらず、２０において、選択された原料を混合して結合可能研磨組成物を調製する。混合手順には、当該技術分野において公知の従来の機器を用いることができる。２２において、結合可能研磨組成物を所望の形状に成形して前駆研磨構造体（例えば未焼成構造体）を得る。成形は、例えば、プレス加工を伴う又は伴わない金型成形によって達成することができる。典型的な成形圧力は広範囲にわたり異なってもよく、結合可能研磨組成物の組成、及び得られる前駆研磨構造体の所望の特性に応じて０〜４００ｋｇ／ｃｍ^３の範囲の圧力から選択され得る。本開示の前駆研磨構造体は、少なくとも１つのγ−ピロン、例えばエチルマルトールの形態の細孔誘導材料を含む。他の実施形態において、本開示の前駆研磨構造体は、ガラス質結合剤及びγ−ピロン（例えば、エチルマルトール）細孔誘導材料を含む。他の実施形態において、本開示の前駆研磨構造体は、ガラス質結合剤及びγ−ピロン（例えば、エチルマルトール）細孔誘導材料を含み、且つナフタレンを含まない。

２４において、前駆研磨構造体から細孔誘導材料を除去して多孔質前駆研磨構造体を得る。細孔誘導材料の除去を達成するために必要な加工処理は細孔誘導材料組成及び他の特性に依存してもよく、一部の実施形態では、前駆研磨構造体を、細孔誘導材料の昇華を生じさせるのに十分なドウェル時間にわたって熱（例えば、室温を上回る温度）に曝すことを伴う。例えば、細孔誘導材料がエチルマルトールであるか又はそれを含む一部の実施形態において、意外にも、エチルマルトールは、例えば少なくとも１４０℃程度、あるいは１７５℃程度の温度で、約０．５〜１０時間程度のドウェル時間で前駆研磨構造体から完全且つきれいに昇華／蒸発することが見出された（除去の完全性がエチルマルトールの量、物品の厚さ、温度、ドウェル時間等に依存することは理解される）。関連する実施形態では、細孔誘導材料は、前駆研磨構造体を種々の段階で漸増加熱条件に曝すことによって除去し得る。例えば、前駆研磨構造体を７０℃〜１４０℃の範囲の温度での加熱条件に第１の時間にわたって曝し、続いて更なる高温（例えば、１４０℃〜１７５℃程度）に第２の時間にわたって曝すことができる。前駆研磨構造体からの細孔誘導材料の完全な昇華を実現するのに適切な他の温度及び／又はドウェル時間条件もまた想定される。いずれにしても、細孔誘導材料の除去後、構造体には開口又は細孔が残る。

２６において、多孔質前駆研磨構造体を加工処理して結合研磨物品の形成を生じさせる。完全な結合（bonding）又は結合（binding）を実現するのに適切なプロセスパラメータは、具体的な結合フォーマットに従い選択される。例えば、ビトリファイド結合研磨物品では、多孔質前駆研磨構造体は高温で加熱又は「焼成」される。ガラス質ボンド相は、通常はこの焼成工程において、典型的には約７００℃〜約１５００℃の範囲、任意に約７５０℃〜約１３５０℃の範囲、任意に約８００℃〜約１３００℃の範囲の温度で生成される。一部の実施形態では、約１０００℃以下、又は約１１００℃〜約１２００℃の温度でもまた良好な結果が得られる。ガラス質のボンド相が形成される実際の温度は、例えば、特定の結合化学による。ガラス質ボンド組成物の焼成は、典型的には、温度を室温から最高温度まで長時間（例えば、約１０〜１３０時間）かけて上昇させ、最高温度に保ち（例えば、約１〜２０時間）、次に焼成された物品を長時間（例えば、約１０〜１４０時間）かけて室温に冷却することによって達成される。焼成工程に選択される温度及びガラス質結合剤の組成は、結合可能研磨組成物又は最終結合研磨物品中に含まれる研磨粒子の物理的特性及び／又は組成に有害な影響が及ばないように選択すべきであることが理解されなければならない。当業者に公知のとおり、金属結合剤又は有機樹脂結合剤では異なる加工処理条件が用いられ得る。

上記の説明と一致して、図１の技術は細孔誘導材料の除去（工程２４）と続く工程２６の加工処理とを異なる操作として示すが、他の実施形態では、「工程」は組み合わせることができる。即ち、前駆研磨構造体が、ビトリファイドボンドの実現に十分な長い時間にわたって高温に曝され、前駆研磨構造体がこの加熱又は焼成過程の初期段階を受けることに伴い、構造体から細孔誘導材料（例えば、エチルマルトール）が昇華する。

得られた結合研磨物品は様々な形態をとることができ、且つ様々な特性を呈することができる。例えば、結合研磨物品は、研削ホイール、カットオフホイール、ホーン、砥石などであってもよい。一部の非限定的な例では、結合研磨物品中の研磨粒子の量は幅広く異なってよく、例えば、１０〜８０％、任意に２５〜６５％の範囲であり得る。研磨粒子は結合研磨物品中に均一に分布していても、又は不均一に分布していてもよい。結合剤の量もまた幅広く異なってよく、例えば、１〜６０体積％、任意に２．５〜４０体積％の範囲であり得る。一部の実施形態において、結合研磨物品は、少なくとも１．２０ｇ／ｃｍ^３の密度、任意に少なくとも１．３０ｇ／ｃｍ^３、任意に１．３５〜２．６５ｇ／ｃｍ^３の範囲の密度を有する。結合研磨物品は、任意の有用な多孔性範囲を有し得る。一部の実施形態において、結合研磨物品は約５〜約８０体積％、任意に約２０〜約７０体積％の多孔性を有する。結合研磨物品の詳細な設計は限定されず、「モノリシック」設計及び「ゾーン」設計（セグメント化設計及び積層設計など）から選択することができる。両方の設計とも、グルー又は他の熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂、重縮合物、及びフェノール樹脂から選択される樹脂など、補強材料（例えば、ホイール型結合研磨物品の中心孔の補強）を含むことができる。

実施例及び比較例
本開示の目的及び利点を以下の非限定的な例及び比較例によって更に例示する。これらの例に記載される詳細な材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に限定するものと解釈されてはならない。

特に注記されない限り、実施例及び本明細書の他の部分における全ての部数、割合、比等は重量基準である。特に明記しない限り、全ての試薬は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ ＭＯなどのファインケミカル業者から入手したか、若しくはそれらから入手可能であり、又は公知の方法によって合成してもよい。実施例の表中において、「ＮＡ」は該当なしを意味する。

以下の略記を用いて実施例を説明する。
℃：摂氏
Ｆ_ｘ：研削中のｘ方向の力
Ｆ_ｚ：研削中のｚ方向の力
ｇ／ｃｍ^３：グラム毎立方センチメートル
ＧＰａ：ギガパスカル
ｈ_ｍｏｍ 切りくず厚さ
ｋＮ：キロニュートン
ｋＰａ：キロパスカル
ｋＷ：キロワット；
ｍ／ｓ：メートル毎秒
ｍｉｌ：１０^−３インチ
ｍｍ：ミリメートル
ｍｍ／ｍｉｎ：ミリメートル毎分
ｍｍ^３／ｍｍ／ｓｅｃ：立方ミリメートル毎ミリメートル毎秒
μｍ：マイクロメートル
ＭＰａ：メガパスカル
Ｎ：ニュートン
ｐｓｉ：ポンド／平方インチ
Ｑ−プライム：比材料除去率
Ｒａ：表面粗さの絶対値の算術平均
速度比：工作物速度に対する研削ホイール速度の比

本実施例で使用する材料及び試薬の略称は以下のとおりである。
デキストリン：Ａｇｒａｎａ Ｓｔａｒｋｅ ＧｍｂＨ，Ａｕｓｔｒｉａから入手した
エチルマルトール：３−ヒドロキシ−２−エチル−４−ピロン、Ｐａｒｃｈｅｍ Ｆｉｎｅ＆Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｎｅｗ Ｒｏｃｈｅｌｌｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋから入手した。
Ｆ５４：白色溶融アルミナ、商標「ＡＬＯＤＵＲ ＷＳＫ Ｆ５４」でＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ Ｓｃｈｉｅｆｍｉｔｔｅｌ，ＡＧ，Ａｕｓｔｒｉａから入手した
Ｆ６０：白色溶融アルミナ、商標「ＡＬＯＤＵＲ ＷＳＫ Ｆ６０」でＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ Ｓｃｈｉｅｆｍｉｔｔｅｌ，ＡＧ，Ａｕｓｔｒｉａから入手した
Ｆ７０：白色溶融アルミナ、商標「ＡＬＯＤＵＲ ＷＳＫ Ｆ７０」でＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ Ｓｃｈｉｅｆｍｉｔｔｅｌ，ＡＧ，Ａｕｓｔｒｉａから入手した
ＴＢＲ：ＵＦＲ及び任意にワックス成分を含む一時的バインダー樹脂
ＵＦＲ：尿素−ホルムアルデヒド樹脂、商標「ＤＵＲＩＴＥ ３０２９ｃ」でＭｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，Ｏｈｉｏから入手した。
Ｖ６０１：ガラスフリットブレンド
Ｖ９０４：ガラスフリットブレンド

実施例１
細孔誘導材料としてエチルマルトールを含めて、ビトリファイド結合研磨バーを本開示の原理に従い調製した。より詳細には、実施例１のビトリファイド結合研磨バーは、１）研磨粒子（アルミナ鉱物Ｆ５４、Ｆ６０及びＦ７０）；２）バインダー剤（Ｖ６０１（ガラス質結合剤）、デキストリン（固形一時的バインダー添加剤）、及びＴＢＲ（液状一時的バインダー添加剤））；及び３）γ−ピロン細孔誘導材料（エチルマルトール）を、表１に掲載する配合に従い空気駆動式ミキサを使用して２１℃で５分間均一に分散させることによって調製し、これにより結合可能研磨組成物が得られた。３０分後、この結合可能研磨組成物を１２×１５×１２０ｍｍのダイに塗り広げ、プレスして前駆研磨構造体（又は「未焼成バー」）を得た。実施例１の前駆研磨構造体の密度は２．００５ｇ／ｃｍ^３であった。ダイから前駆研磨構造体を取り出し、オーブン（耐火性サガー）に移し、表２に掲載する熱サイクルに曝してエチルマルトール細孔誘導材料を昇華／蒸発させることにより、多孔質前駆研磨構造体を得た。最終焼成作業については追加的な溶融アルミナグリットをオーブンに入れ、オーブンへのボンドの融合及び流動を防いだ。多孔質前駆研磨構造体を表３に掲載する条件による２回目のガラス質結合熱サイクルに曝して結合研磨構造体（ビトリファイド結合バー）を得た。このビトリファイド結合バーを２１℃に放冷した。

比較例Ａ
表１に掲載の配合に従い、概ね実施例１に記載する手順によりガラス質結合研磨バーを調製し、但し細孔誘導材料としてエチルマルトールに代えてナフタレンを用いた。比較例Ａの前駆研磨構造体の密度は２．０１０ｇ／ｃｍ^３であった。

比較例Ｂ
表１に掲載の配合に従い、概ね実施例１に記載する手順によりガラス質結合研磨バーを調製し、但し細孔誘導材料は含めなかった。比較例Ｂの前駆研磨構造体の密度は２．０９０ｇ／ｃｍ^３であった。

実施例１、比較例Ａ、及び比較例Ｂのサンプルの写真及び光学顕微鏡写真を入手した。図２に再掲する。示されるとおり、エチルマルトールにより、ナフタレンを使用したときに観察されたものとほぼ同じ細孔構造が生じた。更に、これらの極めて類似した結果は、実施例１及び比較例Ａについて同じ一般的な作製方法を用いて実現した。意外にも、エチルマルトールが多孔質ビトリファイド結合研磨物品の製造においてナフタレンの「ドロップイン」代替物として働き得ることが分かった。追加的な細孔誘導材料なしに作製したサンプル（即ち、比較例Ｂ）との比較から、更なる多孔性の誘導に細孔形成材料が重要であり得ることは明らかである。

実施例２
表１の配合に従い、ガラス質研磨組成物（結合可能研磨組成物）を概ね実施例１に記載のとおり調製した。この組成物を１２７ｍｍ穴を有する直径４００ｍｍ×幅２５ｍｍのホイール金型に移し、プレスして、２．１２ｇ／ｃｍ^３の密度を有する前駆研磨構造体（又は「未焼成本体」）を得た。この前駆研磨構造体を細孔形成剤バーンオフ及びガラス質結合熱サイクルに曝して、研削ホイールの形態の結合研磨物品を得た。

実施例３
表１の配合に従い、概ね実施例２に記載のとおりビトリファイド結合研削ホイールの形態の結合研磨物品を調製し、ここでホイール金型寸法は直径１９５ｍｍ×幅２００ｍｍ×９０ｍｍ穴であった。実施例３の前駆研磨構造体（又は「未焼成ホイール」）は２．１５ｇ／ｃｍ^３の密度を有した。

比較例Ｃ
表１の配合に従い、概ね実施例２に記載のとおりビトリファイド結合研削ホイールの形態の結合研磨物品を調製し、但しエチルマルトールを等容積のナフタレンに代えた。比較例３の前駆研磨構造体（又は「未焼成ホイール」）は２．１２ｇ／ｃｍ^３の密度を有した。

比較例Ｄ
表１の配合に従い、概ね実施例３に記載のとおりビトリファイド結合研削ホイールの形態の結合研磨物品を調製し、但しエチルマルトールを等容積のナフタレンに代えた。比較例Ｄの前駆研磨構造体（又は「未焼成ホイール」）は２．１５ｇ／ｃｍ^３の密度を有した。

実施例２及び３、並びに比較例Ｃ及びＤのビトリファイド研磨結合物品／ホイールの物理的特性を以下の試験方法により計測した。結果を表４に掲載する。
多孔性：計算値
表面硬度：Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐ．，Ｓａｃｒａｍｅｎｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａから入手したＧｒａｄｅ−Ｏ−Ｍｅｔｅｒを使用して計測した
動的ヤング率（Ｅｄｙｎ）
Ｊ．Ｗ．Ｌｅｍｍｅｎｓ，Ｎ．Ｖ．，Ｌｅｕｖｅｎ，Ｂｅｌｇｉｕｍから入手したＧｒｉｎｄｏＳｏｎｉｃを使用して計測した

クリープフィード研削試験
Ｂｌｏｈｍ Ｊｕｎｇ，ＧｍｂＨ，Ｇｅｒｍａｎｙから入手したモデル「ＰＲＯＦＩＴＭＡＴ ＭＴ４８０」研削機を使用して、以下の条件下で実施例２及び比較例Ｃを評価した。結果を表５〜表８及び図３〜図５に掲載する。
工作物：２５０×１８×６５ｍｍ低合金硬化鋼、ロックウェル硬度６０ＨＲｃ、タイプ「Ｋ７２０」、Ｂｏｅｈｌｅｒ Ｅｄｅｌｓｔａｈｌ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ ＫＧ，Ｋａｐｆｅｎｂｅｒｇ，Ａｕｓｔｒｉａから入手した。
冷却液：３〜５％エマルション（ｖ／ｖ）の油又は合成潤滑剤（例えば、Ｃａｓｔｒｏｌ Ｌｔｄ．又はＣａｓｔｒｏｌ Ｇｒｏｕｐから入手可能なＣａｓｔｒｏｌ Ｓｙｎｔｉｌｏ ８１Ｅ又はＣａｓｔｒｏｌ Ｓｙｎｔｉｌｏ ＣＲ４、又はＣｉｍｃｏｏｌ（登録商標）から入手可能なＣｉｍｔｅｃｈ（登録商標）Ｄ８１

目直し
タイプ ＣＶＤ、０．８×０．８ｍｍ
１パス当たりの切り込み ２０μｍ
オーバーラップ ２

本開示の結合研磨物品の製造方法は、先行技術と比べて顕著な改善をもたらす。γ−ピロン細孔誘導材料（例えばエチルマルトール）を使用することにより、得られる結合研磨物品に所望の多孔性が従来の製造条件下で容易に生じ、環境上の取扱いに対する懸念が起こらない。本開示のγ−ピロン細孔誘導材料は、得られる結合研磨物品の設計された幾何学的形状に対する負の影響が、あったとしても最小限である。

好ましい実施形態を参照しながら本開示を説明してきたが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱しない範囲で形態及び細部の変更を行えることは、当業者であれば理解できるであろう。

Claims (17)

1. 結合研磨物品の製造方法であって、
   研磨粒子と、バインダー剤と、γ−ピロン細孔誘導材料と、を含む結合可能研磨組成物を調製する工程と、
   前記結合可能研磨組成物から前駆研磨構造体を形成する工程と、
   前記前駆研磨構造体から前記γ−ピロン細孔誘導材料を除去して多孔質前駆研磨構造体を得る工程と、
   前記多孔質前駆研磨構造体を加工処理して結合研磨物品を得る工程と、を含む方法。
2. 前記γ−ピロン細孔誘導材料がエチルマルトールを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前駆研磨構造体を形成する前記工程が、前記結合可能研磨組成物を金型成形することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記バインダー剤がガラス質結合材料を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記バインダー剤が水性一時的バインダーを更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記γ−ピロン細孔誘導材料を除去する前記工程が、前記前駆研磨構造体を加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記γ−ピロン細孔誘導材料が、前記γ−ピロン細孔誘導材料を除去する前記工程の一部として昇華及び／又は蒸発する、請求項１に記載の方法。
8. 前記結合可能研磨組成物は、ナフタレンが存在しないことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記多孔質前駆研磨構造体を加工処理する前記工程が、前記多孔質前駆研磨構造体を加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記結合剤がガラス質結合剤であり、更に、前記多孔質前駆研磨構造体を加工処理する前記工程が、前記多孔質前駆研磨構造体を７００℃以上の温度に曝すことを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記結合研磨物品がビトリファイド結合研削ホイールである、請求項１に記載の方法。
12. 結合研磨物品の形成に使用するための結合可能研磨組成物であって、
    研磨粒子と、
    バインダー剤と、
    γ−ピロン細孔誘導材料と、を含む結合可能研磨組成物。
13. 前記γ−ピロン細孔誘導材料がエチルマルトールを含む、請求項１２に記載の結合可能研磨組成物。
14. ナフタレンが存在しないことを特徴とする、請求項１３に記載の結合可能研磨組成物。
15. 結合研磨物品の形成に使用するための前駆研磨構造体であって、
    研磨粒子と、
    バインダー剤と、
    γ−ピロン細孔誘導材料と、を含む前駆研磨構造体。
16. 前記γ−ピロン細孔誘導材料がエチルマルトールを含む、請求項１５に記載の前駆研磨構造体。
17. ナフタレンが存在しないことを特徴とする、請求項１６に記載の前駆研磨構造体。

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