JP2509379B2 - 研摩材結合体、研摩材粒子製造方法及び研摩材結合体の研削性能向上方法 - Google Patents

研摩材結合体、研摩材粒子製造方法及び研摩材結合体の研削性能向上方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、結合された研摩体の研削性能を高めるため
シリカ発生物質を添加することにより焼成前に改質され
る、ビトリファイド（ガラス）結合ゾルゲルアルミナ質
焼結研摩体、すなわち研削砥石、セグメント砥石、手研
ぎ用の砥石、その他同種類のものに関する。
アルミナ質ゾルゲル研摩材粒子の表面をシリカ又はシ
リカ発生物質、例えばコロイドシリカもしくは有機のケ
イ素含有化合物、例を挙げるとシリケート、シラン、ケ
イ素エーテル、ケイ素エステル及びシリコーンの如きも
の、で処理すると、結果として得られるガラス質で結合
された研摩材粒子の研削性能は大いに向上する、という
ことが分った。これらの処理は、研摩材粒子から研摩材
結合体が形成される前に製造工程の間で実施される場合
に効果的であることが分った。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
本発明は、詳しく言えば、ゾルゲルアルミナ質研摩材
粒子を用いて調製されるビトリファイド結合研削砥石に
関する。ビトリファイド結合研削砥石は、レジノイド結
合砥石すなわちフェノール−アルデヒド結合砥石とは、
ビトリファイド結合研削砥石が粒子を結合するのにガラ
ス相を使用し、従って実質的により高い温度で処理され
る（樹脂結合砥石の場合には約400℃以下であるのに対
しビトリファイド砥石の場合には約800℃以上）という
点で異なる。より高い製造温度が使用されるため、ビト
リファイド結合砥石は、レジノイド結合砥石が耐えるこ
とができるよりも高い使用温度に耐えることができる。
同様に、焼結されたゾルゲルアルミナ質研摩材粒子は他
のアルミナ質研摩材粒子すなわち溶融アルミナとは性質
が異なることが知られている、ということにも言及すべ
きである。米国特許第4543107号明細書は、ゾルゲル粒
子から製造されるビトリファイド砥石は溶融アルミナ粒
子から製造される同様の砥石よりも低い温度で処理され
ねばならない、ということを開示する。ゾルゲル粒子は
一般に、申し分のない砥石を得るためには、通常のビト
リファイド結合剤については約1100℃以下、そしてより
粘性の高アルミナ及びシリカ結合剤については約1220℃
以下で処理されねばならない。
ケイ素含有物質は、比較的低温で処理されるレジノイ
ド結合砥石すなわちフェノール−ホルムアルデヒドその
他同様のもので結合された砥石について性質を改良する
ために、研摩材粒子コーティングその他同様のものとし
て使われているが、ビトリファイド結合砥石の場合には
使用されていない。これは、ケイ素含有物質は多くの物
品の撥水性を改良することが知られており、そしてレジ
ノイド結合研削砥石は使用中に存在する冷却水の作用の
ために劣化を被ることが知られているので、驚くべきこ
とではない。レジノイド砥石のための研摩材粒子のケイ
素処理は、レジノイド結合研摩性物品を効果的に「防水
性」にして、レジノイド結合研摩性物品の有効寿命を通
じて強度劣化を防止し且つ研削等級の維持を増加させ
る。ビトリファイド研摩材結合体は水による劣化に対し
本来的に耐性があるので、そのような処理は行なわれて
いない。更に、ビトリファイド結合体は成形のために極
端に高い温度にさらされるので、存在しているいずれの
有機シランも温度により破壊され、こうして結果として
得られる研削砥石の性能に影響を及ぼさないことが予期
されよう。通常の溶融アルミナ質粒子の場合には、シラ
ンの予期された分解は下記に示されるように起こらな
い。
また、ビトリファイド結合砥石は、以前から研削助剤
としての溶融硫黄で含浸されている。溶融硫黄は、砥石
が焼成された後にその砥石に存在し、かくして砥石を形
成するために使用される個々のアルミナ粒子に作用する
ことができない。
コットリンジャー（Cottringer）らの米国特許第4623
364号明細書及び1987年３月９日出願の係属中の米国特
許出願第023346号明細書は、アルミナ−水和物の結晶性
α−アルミナへの転化を促進することが可能である結晶
性α−アルミナ又は他の物質を種として加えたアルミナ
−水和物のゲルを加熱することによる、研摩材粒子を含
めた種々のセラミックス体の調製を記載する。そのよう
な種入りのゾルゲルアルミナ研摩材粒子は、サブミクロ
ンの大きさのα−アルミナ結晶、高い硬度、そして、種
を加える手順を使用しない米国特許第4518397号明細書
のライシーザー（Leitheiser）らの教示により製造され
るゾルゲル研摩材粒子よりも高い密度によって特徴づけ
られる。同じように、シュワベル（Schwabel）の米国特
許第4744802号明細書は、該形成剤がα−酸化第二鉄で
ある、緻密な高硬度ゾルゲル焼結アルミナ研摩材粒子を
製造するための、種入れ又は核形成法を記載する。
この出願及び開示される発明の目的上、「ゾルゲル焼
結アルミナ研摩材」なる用語は、米国特許第4518397
号、同第4623364号及び同第4744802号各明細書のいずれ
か一つの教示並びに当該技術分野で使用される他のゾル
ゲル技術により製造された研摩材に対して適用しようと
するものである。
〔課題を解決するための手段及び作用効果〕 単独の又は他の研摩材と組み合わせたアルミナ質ゾル
ゲル研摩材粒子の表面を、これらの研摩材粒子を成形し
てガラス質で結合された研削体にする前にシリカ又はシ
リカ発生物質で処理すると、そのような研削体の研削性
能が有意に向上する、ということが見いだされた。この
結果は、同じやり方でもって、通常の溶融アルミナの研
摩材すなわちゾルゲル技術によって調製されていないも
のを用いて同じ処理を利用しようとする努力は、研削性
能の上記の如き向上を示さないビトリファイド結合研摩
体をもたらしたことから、とりわけ思いがけぬことであ
る。
改良された研削砥石を結果としてもたらすこの現象
は、十分には理解されていないが、今のところは、ゾル
ゲル焼結アルミナ質研摩材の非常に微細な結晶の表面の
反応性が通常の溶融アルミナ研摩材のはるかにより大き
な基本結晶のそれと比べて増大していることに関係して
いると考えられる。
次に、本発明を詳しく説明する。
本発明のビトリファイド結合された研摩材結合体は、
少なくとも一部分のものがシリカ又はシリカ発生物質で
処理されているゾルゲルアルミナ質粒子とガラス質結合
剤とから構成される。
アルミナ質粒子は、微結晶性ベーマイトのような水和
アルミナと水と硝酸のような酸とから調製された乾燥さ
せたゲルを破砕及び焼成することを伴うゾルゲル技術に
より調製される。最初のゾルは、10〜15重量％までのス
ピネル、ムライト、二酸化マンガン、チタニア、マグネ
シア、セリア、ジルコニア粉末もしくはもっと大量に例
えば40％以上加えることのできるジルコニア前駆物質、
あるいは他の相溶性添加剤又はそれらの前駆物質を、更
に含んでもよい、これらの添加剤は、破砕靱性、硬さ、
破砕性、破砕機構あるいは乾燥挙動といったような性質
を改変するために標準的に含まれる。最も好ましい態様
においては、ゾル又はゲルは、焼結時の水和アルミナ粒
子のα−アルミナへの転化を容易にするのに有効な量の
分散されたサブミクロンの結晶性の種物質又はそれの前
駆物質を含む。適当するそのような種は当該技術分野に
おいて周知である。種物質の量は水和アルミナの約10重
量％を超えるべきではなく、また約５％を上回る量には
標準的に利益がない。種が十分に細かい（好ましくは約
60m2/g以上）である場合、約0.5〜10％の量を使用する
ことができ、約１〜５％がより好ましい。種は、硝酸第
二鉄溶液のような前駆物質の形で加えてもよい。一般に
は、種物質は、α−アルミナと同形であり且つ同様の結
晶格子寸法（約15％以内）を有するべきであり、また、
α−アルミナへの転化の起こる温度（約1000〜1100℃）
で乾燥したゲル中に存在すべきである。種入りのもの及
び種の入っていないものの両方の適当なゲルの調製は、
当該技術分野においては破砕及び焼成処理がそうである
ようによく知られており、それゆえにこれについてのよ
り以上の詳細は文献でもって容易に入手可能であり、こ
こには含めない。
このように調製された各アルミナ質粒子は、結晶の大
きさが約10μｍ未満、好ましくは約１μｍ未満である、
多数の非多孔性α−アルミナ結晶から本質的に構成され
る。この研摩材は、理論密度の少なくとも約95％の密度
を有する。
アルミナ質粒子は、次いでシリカ又は、処理された粒
子で作製された研摩材結合体の焼成を行う間に粒子の表
面でシリカを発生させるケイ素化合物で処理される。焼
成前かあるいは焼成後に個々の研摩材粒子にシリカに富
む表面をもらすいずれのケイ素含有化合物を、本発明で
使用してもよい。ここで使用するのに適したケイ素化合
物は、コロイドシリカをも、例えばシラン、シリケー
ト、ケイ素エーテル、ケイ素エステル及びシリコーンの
如き有機のケイ素含有化合物をも包含する。シリカに富
む表面の特定の源が重要であることは見いだされていな
いが、異なる源が研削性能に差異を生じさせることは分
っており、これまでの最良の結果はコロイドシリカを処
理剤として使用した場合に観察されている。観測された
性能の違いは、特定のケイ素化合物の粒子表面への付着
性の程度、あるいは使用される特定の焼成条件下でのケ
イ素化合物のシリカへの転化の程度、あるいはシリカに
富む層の厚さ、あるいはシリカの存在により研摩体に発
生する圧縮の程度に由来するものかもしれない。
好ましくは、ケイ素化合物はそれ自体がシリカであっ
て、例えばフュームドシリカ、コロイドシリカもしくは
シリカゲルであり、あるいは有機シラン、より好ましく
は、個々のゾルゲルアルミナ質粒子上により均一な被覆
が生じるのを助ける官能基を有するもの、であろう。そ
のような官能基の例には、アミノ基、ビニル基、アクリ
ロ基、メタクリロ基及びメルカプト基が含められる。こ
れらの官能基を含有しているシランは多数の商業的供給
源より容易に入手可能である。フュームドシリカの使用
は、単独に使用しようとあるいはシランのようなシリカ
発生物質との混合物で使用しようと、とりわけ有利であ
る。
ゾルゲルアルミナ質粒子のケイ素化合物での処理は、
粒子を所望量のケイ素化合物と均一に混合して均一性を
保証するため十分に混ぜ合わせることによってたやすく
達成することができる。この処理は、粒子と結合剤とか
ら所望の研摩材結合体を作製する前に製造過程のいずれ
の点で実行してもよい。最も都合よくは、ケイ素化合物
を研摩材結合体の製造における第一の工程として混合し
ながら粒子に加え、続いてビトリファイド結合剤への前
記物質及びいずれかの他の所望の成分を加えることであ
ろう。あるいはまた、粒子は、ケイ素化合物と一緒に混
合してケイ素化合物で前処理し、次いでこの処理された
粒子を後に研摩材結合体の成形に使用するため保管する
ことができる。ケイ素化合物は一般にゾルゲルアルミナ
質粒子の表面を濡らすので、特定のケイ素化合物と通例
的な混合を行う以上のことは必要ないことが分ってい
る。
ここに示されるように、本発明の研摩材結合体は、少
なくとも一部分のものが説明されたように処理されてい
るアルミナ質粒子と、ビトリファイド結合剤から構成さ
れる。研摩材及び結合剤の具体的な量は、幅広く変える
ことができる。適当な組成は、いずれも体積により表し
て、結合剤が約３〜76％、研摩材が約24〜62％、そして
気孔が約０〜73％の範囲にわたることができる。好まし
くは、研摩材結合体は約３〜39％の結合剤、約30〜56％
の研摩材、そして約０〜67％の気孔を含む。中空のガラ
スビーズ、中実のガラスビーズ、発泡ガラス粒子、バブ
ルドアルミナの如き媒体その他同様のものを含めた通常
の気孔を、本発明の研摩材結合体に取入れて、それによ
り結合度と組織番号の変化に関する自由度をより広くし
てもよい。
本発明の研摩製品は、ビトリファイド結合剤で結合さ
れる。いずれの従来のビトリファイド結合剤組成物も、
それが、非常に高いため結合剤とゾルゲルアルミナ質粒
子との間に有害な相互作用が起こる温度で成熟しないこ
とを条件として、本発明で使用することができる。一般
には、比較的低い焼成温度すなわち約1100℃未満の温度
を必要とする結合剤が使用されよう。適当なビトリファ
イド結合剤組成物は、米国ペンシルベニア州ピッツバー
グのO.ホメル（Hommel）・カンパニーやその他から商業
的に入手可能である。結合剤は、当該技術分野において
周知のように、約50体積％までの充填材又は研削助剤を
含むことができる。ビトリファイド結合剤は、充填材の
混入を受けることができるとは言え、そのような結合剤
を熟成させるのに高温が必要とされるため有用な物質を
いくらか制限する。このように、適当な充填材には、特
定のビトリファイド結合剤の熟成温度に従って、藍晶
石、ムライト、霞石閃長岩、グラファイト及び二硫化モ
リブデンの如き物質が含まれる。
使用される実際の結合剤により主として決められる通
常の条件で焼成後、ビトリファイド結合体は通常のやり
方でもって溶融硫黄のような研削助剤で又は、研削助剤
を砥石の気孔へ運ぶためエポキシ樹脂の如きビヒクル
で、含浸して差支えない。
充填材及び研削助剤のほかに、研摩材結合体は全体の
約１〜90体積％の量の１種又は２種以上の別の研摩材を
含むことができる。この別の研摩材は、例えばその粒径
がより細かい場合には充填材として、あるいはそれがよ
り粗い場合には補助的な又は副次的な研摩材として働く
ことができる。
一部の研削用途においては、この別の研摩材は被覆さ
れたゾルゲルアルミナ質研摩粒子のための希釈剤として
機能しよう。他の応用においては、この別の研摩材は、
ビトリファイド結合された製品の全体的な研削特性を、
全体効率においてあるいは研削される材料に与えられる
仕上げにおいて高めることもある。この別の研摩材は、
溶融アルミナ、共溶融アルミナ−ジルコニア、焼結アル
ミナ−ジルコニア、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダ
イアモンド、フリント、ガーネット、バブルドアルミ
ナ、バブルドアルミナ−ジルコニアその他同種類のもの
でよい。
処理されたゾルゲル研摩材粒子及びこれらの粒子を含
有しているビトリファイド結合体は、一般には、次に掲
げる例が示すように従来技術の未処理研摩材及び結合体
より優れている。これらの研摩体は、全種類の金属、例
え挙げれば、ステンレス鋼、鋳鋼、焼入れ工具鋼のよう
な種々の鋼や鋳鉄、例えば可鍛鋳鉄、可鍛鉄、球状黒鉛
鋳鉄、チルド鋳鉄及びモジュラ鋳鉄の如きものや、クロ
ム、チタン及びアルミニウムのような金属を研削するの
に適している。全ての研摩材及びそれらを含有している
ビトリファイド結合体の場合のように、本発明の研摩材
及び結合体は一部の金属を研削するのに他のものよりも
効果的で、且つ、一部の研削用途において他のものにお
けるよりも効率的であろう。利用される研摩材がここに
記載された処理された研摩材である場合に、めざましい
携帯用砥石、切断砥石、精密研削砥石、セグメント砥
石、トラック研削砥石及び工具研削砥石が得られる。
〔実施例〕
以下に掲げる限定しない例において、全ての部数及び
百分率は別段の明示がない限りは重量によるものであ
る。また、ここで使用される「研摩材粒子」なる用語は
研摩材の個々の粒子のことである。
例１ 米国特許第4623364号明細書の教示に従ってANSIサイ
ズ54の焼結された種入りゾルゲルアルミナ研摩材粒子を
製造し、そしてこれを使って米国特許第4543107号明細
書の教示に従う試験砥石を作製した。これらに記載され
た手順を、研摩材粒子をガラス質結合剤と混ぜ合わせる
直前に1.5重量％の特定のケイ素含有化合物、すなわち
種々のシラン類又はコロイドシリカでそれぞれ処理した
ことを除いて利用した。
直径５インチ（127mm）そして厚さ0.5インチ（12.7m
m）で1.25インチ（31.75mm）の孔のある試験砥石を、そ
れぞれ異なる研削試験用に作製した。焼成後、各砥石の
面の幅を試験前に0.25インチ（6.345mm）に減少させ
た。各砥石の製造手順は次に述べるとおりであった。
砥石Ａ（標準の砥石） 1000gの54グリットの種入りゾルゲル焼結アルミナ研
摩材を秤量して混合用ボウルに入れ、29ccの水で湿らせ
た。混合を続けながら、12gのデキストリン、次いで11
9.7gの、表１に組成が示される結合剤Ｆ、そして追加の
20gのデキストリンを加えた。最後のデキストリンを加
えてから２分間混合後に、この混合物をプレスして砥石
にした。プレスされた各砥石は、重さが367.9gであり、
またプレスされ体積は168.05ccであった。
砥石Ｂ（Y9576（商標）処理） 1000gの54グリットの種入りゾルゲル焼結アルミナ研
摩材を秤量して混合用ボウルに入れ、そして、米国ニュ
ーヨーク州タリータウン（Tarrytown）のユニオン・カ
ーバイド社より入手したフェニルアミノアルキルトリメ
トキシシランすなわちY9576（商標）有機官能性シラン1
5gで湿らせた。混合を続けながら、14ccの水、12gのデ
キストリン、119.7gの結合剤Ｆ及び追加の20gのデキス
トリンを加えた。混合時間、プレスされた砥石の重量及
び体積は、砥石Ａの場合と同じであった。
砥石Ｃ（A1102（商標）処理） 1000gの54グリットの種入りゾルゲル焼結アルミナ研
摩材を秤量して混合用ボウルに入れ、そして、A1102
（商標）有機官能性シランとしてユニオン・カーバイド
社より入手したアミノシラン15gで湿らせた。混合を続
けながら、14ccの水、12gのデキストリン、119.7gの結
合剤Ｆ、そして追加の20gのデキストリンを加えた。混
合時間、プレスされた砥石の重量及び体積は、砥石Ａと
同じであった。
砥石Ｄ（Y9492（商標）処理） 1000gの54グリットの種入りゾルゲル焼結アルミナ研
摩材を秤量して混合用ボウルに入れ、そして、Y9492
（商標）アミノ官能性シランとしてユニオン・カーバイ
ド社より入手したアミノアルキルトリオキシジシラン15
gで湿らせた。混合を続けながら、50ccの水、12gのデキ
ストリン、119.7gの結合剤Ｆ、そして追加の20gのデキ
ストリンを加えた。２分間混合後に、この混合物をプレ
スして砥石にした。各砥石の重量はプレスしたままで37
8.8gあり、またプレスされた体積は168.05ccであった。
砥石Ｅ（コロイドシリカ処理） 1000gの54グリットの種入りゾルゲル焼結アルミナ研
摩材を秤量して混合用ボウルに入れ、そして、ラドック
ス（Ludox）AS−40（商標）として米国デラウェア州ウ
ィルミントン（Wilmington）のE.I.デュポン社より入手
したコロイドシリカ15gで湿らせた。混合を続けなが
ら、14ccの水、12gのデキストリン、119.7gの結合剤
Ｆ、そして追加の20gのデキストリンを加えた。２分間
混合後、この混合部物をプレスして、砥石Ａと同じプレ
スされた重量及び体積を有する砥石にした。
結合剤Ｆ、すなわち試験砥石の全部において使用され
たがらす質結合剤の組成を、表１に示す。この結合剤は
フリット処理された結合剤であるから、その未焼成の組
成と焼成された組成とは同一である。
砥石Ａ〜Ｅをそれぞれ風乾させ、そして空気中で43時
間900℃で焼成し、次いでこの温度で16時間均熱してか
ら室温まで冷却させた。焼成後、砥石を面の幅を0.25イ
ンチ（6.35mm）に減少させてスロット研削試験用に調製
した。
乾式スロット研削試験を、スロットの長さ16インチ
（40.64cm）のRc60に焼入れされたD3工具鋼により行っ
た。試験は、砥石速度を6500sfpm（33.02smps）に設定
しそしてテーブル速度を50fpm（0.254mps）に設定したB
rown and Sharpe平面研削盤を使って行った。また、試
験は、３種類のダウンフィード、すなわち２重の通過当
り0.5,1、及び1,5ミル（0.0127,0.0254、及び0.0381m
m）で実行し、全部が合計して100ミル（2.54mm）に達し
たが、但し1.5ミルのダウンフィードでは100.5ミル（2.
667mm）に達した。各切込み速度で、砥石の摩耗、金属
の除去量、及び動力を測定した。試験結果を表２に示
す。
砥石の摩耗単位体積当りの除去された金属の体積の尺
度としての研削比（S/W）は、砥石を交換しなくてはな
らなくなる前の金属の全除去量を決定するので、研削砥
石の性能の尺度のうちの一つである。研削砥石の有用性
のもう一つの、更にもっと重要な尺度は、砥石が除去す
ることのできる金属の量ばかりでなくそれがそうする速
度をも考慮する特性（Quality）の尺度（S2/W）であ
る。表２のデータより、研削比も特性も、試験されたシ
リカを発生する砥石処理の全部により著しく改良された
ことが明らかである。これは、砥石の実際の使用条件に
より近い、より早い切込み速度の場合に特にそのとおり
である。最も激しい切込み速度において、砥石Ｅ（コロ
イドシリカで処理された）は、未処理の砥石Ａよりも15
6％大きな研削比及び158％大きな特性を示した。同じよ
うに、砥石Ｄ（Y9492シランで処理された）は、111％大
きい研削比及び112％大きい特性を示した。
例２ 例１におけるように調整された砥石を、水道水で1:40に
希釈した、米国マサチューセッツ州ウースターのWhite
＆ Bagley社より入手した水性研削液E55（商標）を使用
する研削試験でもって更に評価した。試験は、8500sfpm
（43.2smps）に設定した砥石速度でRc55に焼入れした43
40鋼により行った。そのほかの試験条件は、1.5ミルの
送り量では行わなかったことを除いて例１におけるとお
りであった。この湿式研削試験の結果を表３に示す。
ここでも、研削性能の実質的な向上が試験された処理
の全部について起こった。砥石Ｄ及びＥは再び最良の結
果を示した。0.5ミルのダウンフィード時の砥石Ｄは、
研削比の166％の向上及び特性の145％の向上を示した。
そのほかの処理された砥石については、研削比の向上は
砥石Ｂの場合の31％から砥石Ｅの場合の121％までの範
囲にわたる一方、特性の向上は砥石Ｃの場合の11％から
砥石Ｅの場合の70％までの範囲にわたった。
例３ 更に別の一連の試験砥石を、例１の砥石Ｂでは1.5％
の量で使用したシランY9576（商標）の量を増減させて
作製した。すなわち、0.5％,1.0％及び２％のシランY95
76を使って三つの追加の試験砥石F,G及びＨをそれぞれ
作製した。製造手順は、1000gの研摩材粒子当りそれぞ
れ5g,10g及び20gのY9576シランを使用したことを除き、
砥石Ｂのそれと同じであった。砥石F,G及びＨは、砥石
Ａ（０％Y9576）及び砥石Ｂ（1.5％Y9576）と一緒に、
シランの量が増加するのを評価した一連の砥石を構成す
る。例１及び例２におけるのと同じ研削試験法、すなわ
ち焼入れされたD3工具鋼による乾式研削試験法及び4340
鋼による湿式研削試験法を使用した。乾式研削試験の結
果を表４に、また湿式研削試験の結果を表５に示す。
この特定のシラン処理についての表４の乾式研削試験
結果は、シランの量を増加させて0.5％より多くすると
性能が向上し、また1.5％は2.0％とほぼ同じ程度に効果
的であった、ということを示す。表５の湿式研削試験結
果は、0.5％のY9576が少ししか効果がないという点で同
様であった。この湿式研削試験では、1.5％がこのシラ
ンについての最適量に相当するようである一方で、1.0
％のシラン量も2.0％のシラン量も極めて同じような性
能を示した。
比較例Ａ 例１及び２手順を、ゾルゲルアルミナ粒子をいくつか
の比較的大きなすなわち約50〜100μｍの結晶を有し該
ゾルゲルアルミナ粒子と同様の高純度の溶融アルミナ研
摩材と取替えたことを除いて、繰り返した。こうして、
研削砥石Ｊ及びＫを例１におけるように調製した。砥石
Ｊは、ケイ素処理された粒子を含有しないという点で砥
石Ａと同様であり、そして砥石Ｋは、Y9576有機官能性
シランとしてユニオン・カーバイド社より入手したフェ
ニルアミノアルキルトリメトキシシラン1.5％をそのほ
かの砥石構成成分を加える前に研摩材粒子に混ぜ入れた
という点で砥石Ｂと同様であった。
これらの二つの砥石を、乾式及び湿式の両方の研削条
件下で例１及び２におけるのと同じ材料により評価し
た。乾式研削試験の結果を表Ａに、そして湿式研削試験
の結果を表Ｂに示す。
表Ａ及びＢの両方における未処理の試料とシランで処
理された試料との間の結果の類似から容易に分るよう
に、シラン処理は溶融アルミナ研摩材粒子の研削性能を
変化させなかった。
ゾルゲルアルミナ研摩材の表面をシリカで富ませるこ
こで直接言及された手段以外の手段は当業者にとっては
明らかであろうということ、そしてこれらの他の手段は
本発明の範囲内にあるものと考えられるということを理
解すべきである。
例４ それぞれが５×1/2×7/8インチ（127×12.7×22.225m
m）の寸法の二組の砥石を調製した。両方の組とも、80
グリットの種入りソルゲルアルミナを使い、そしてこれ
らは下記に示すのを除いて例１（砥石Ａ）において説明
した一般的技術により調製された。
これらの二組の砥石で使用された粒子は別々に調製さ
れた。一方のバッチは未処理であり、それに対して他方
は、1200gのアルミナ粒子、6gの脱イオン水、23.4gの動
物性にかわ系水性結合剤、そしてキャボット（Cabot）
・コーポレーションよりC8549の呼称で入手可能なCabo
−Silフュームドシリカ4.92gを一緒に混ぜ合わせてフュ
ームドシリカで処理された。後者の処理によって、砥石
におけるシリカの量は約0.41重量％になった。両方のバ
ッチとも174.96gの結合剤Ｆ（例１より）と混ぜ合わ
せ、そして乾燥及び焼成を行って砥石を作製した。
フュームドシリカで処理された粒子から作製された砥
石は、未処理の粒子から作製された砥石と同様の物理的
性質を、それらが有意により小さいサンドブラスト貫入
値を有する（3.63であるのに対して3.08）ことを除い
て、持っていた。
湿式の外部プランジ研削試験でもってRc60〜62に焼入
れされた52100鋼による評価を、５％のW.S.オイルを研
削液として使いそして8500sfpm（43.2smps）の砥石速度
を使用して行ったところ、表６に示された結果が得られ
た。
上記の結果から分るように、フュームドシリカによる
処理は、より少ない動力を消費しながら研削比を有意に
向上させた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ヘイ アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01545，シュルースベリィ，ブルック ストリート 51 (72)発明者 デビッド ロストカー アメリカ合衆国， マサチューセッツ 01566，スターブリッジ，ライブラリィ レーン 10

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ｉ）シリカに富む表面を有するゾルゲル
    焼結アルミナ質研摩材粒子及び（ii）ビトリファイド結
    合剤を含んでなる研摩材結合体。
  2. 【請求項２】前記ゾルゲル焼結アルミナ質研摩材粒子が
    種入りのゾルゲル焼結アルミナ質研摩材粒子である、請
    求項１記載の研摩材結合体。
  3. 【請求項３】前記ゾルゲル焼結アルミナ質研摩材粒子が
    理論密度の少なくとも95％の密度を有し、且つ、ジルコ
    ニア、チタニア、マグネシア、セリア、スピネル、ハフ
    ニア、ムライト、二酸化マンガン、これらの酸化物の前
    駆物質、及びそれらの混合物からなる群より選択された
    50重量％までの酸化物を含む、請求項１記載の研摩材結
    合体。
  4. 【請求項４】24〜62体積％の研摩材、３〜76体積％の結
    合剤及び０〜73体積％の気孔から本質的になる、請求項
    １記載の研摩材結合体。
  5. 【請求項５】30〜60体積％の研摩材、３〜40体積％の結
    合剤及び０〜67体積％の気孔から本質的になる、請求項
    １記載の研摩材結合体。
  6. 【請求項６】溶融アルミナ、共溶融アルミナ−ジルコニ
    ア、焼結アルミナ−ジルコニア、炭化ケイ素、立方晶窒
    化ホウ素、ダイアモンド、フリント、ガーネット、バブ
    ルドアルミナ、バブルドアルミナ−ジルコニア、及びそ
    れらの混合物から本質的になる群より選択された２体積
    ％から90体積％までの別の研摩材を更に含む、請求項１
    記載の研摩材結合体。
  7. 【請求項７】前記ビトリファイド結合剤が30体積％まで
    の充填材を含む、請求項１記載の研摩材結合体。
  8. 【請求項８】前記充填材が藍晶石、ムライト、霞石閃長
    岩、グラファイト、二硫化モリブデン及びそれらの混合
    物から本質的になる群より選択される、請求項７記載の
    研摩材結合体。
  9. 【請求項９】当該研摩材結合体が、工具を研ぐ砥石、精
    密研削砥石、クリープ送り砥石、切断砥石又は携帯用砥
    石である、請求項１記載の研摩材結合体。
  10. 【請求項１０】焼結されたゾルゲルアルミナ質研摩材粒
    子をケイ素化合物で被覆し、そしてこれらの被覆粒子
    を、該ケイ素化合物をシリカに変え且つこのシリカを表
    面に固定するのに十分な温度で且つ十分な時間熱処理す
    ることを含む、シリカに富む表面を有する焼結ゾルゲル
    アルミナ質研摩材粒子の製造方法。
  11. 【請求項１１】前記ケイ素化合物がシラン、シリケー
    ト、ケイ素エーテル、ケイ素エステル及びシリコーンか
    ら本質的になる群より選択された有機のケイ素含有化合
    物である、請求項10記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記粒子が0.5〜３重量％のケイ素化合
    物で被覆される、請求項10記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記ケイ素化合物がアミノ基、ビニル
    基、アクリロ基、メタクリロ基及びメルカプト基からな
    る群より選択された少なくとも一つの官能基を含有して
    いる、請求項10記載の方法。
  14. 【請求項１４】焼結されたゾルゲルアルミナ質研摩材粒
    子をシリカ物質で被覆し、そしてこれらの被覆粒子を、
    該シリカを表面に固定するのに十分な温度で且つ十分な
    時間熱処理することを含む、シリカに富む表面を有する
    焼結ゾルゲルアルミナ質研摩材粒子の製造方法。
  15. 【請求項１５】前記シリカがコロイドシリカ及びシリカ
    ゲルからなる群より選択される、請求項14記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記粒子が0.5〜３重量％のシリカで被
    覆される、請求項14記載の方法。
  17. 【請求項１７】研摩材結合体を調製するために使用され
    る個々の焼結ゾルゲルアルミナ質研摩材粒子を0.5〜３
    重量％のケイ素化合物で被覆し、そしてこれらの被覆粒
    子を、シリカ被覆を該粒子の表面に固定しそしてシリカ
    に富む表面を生じさせるのに十分な温度で且つ十分な時
    間熱処理することを含む、ビトリファイド結合された焼
    結ゾルゲルアルミナ研摩材結合体の研削性能を向上させ
    る方法。
  18. 【請求項１８】前記ケイ素化合物がコロイドシリカ及び
    シリカゲルから本質的になる群より選択される、請求項
    17記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記ケイ素化合物がシラン、シリケー
    ト、ケイ素エーテル、ケイ素エステル及びシリコーンか
    ら本質的になる群より選択される、請求項17記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】前記ケイ素化合物がシランである、請求
    項17記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記シランが個々のゾルゲルアルミナ質
    粒子上に均一な被覆を生じさせるのを助ける１又は２以
    上の官能基を有する、請求項20記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記官能基がアミノ基、ビニル基、アク
    リロ基、メタクリロ基及びメルカプト基から本質的にな
    る群より選択される、請求項21記載の方法。
  23. 【請求項２３】前記シランがアミノシランである、請求
    項20記載の方法。
  24. 【請求項２４】前記アミノシランがアミノアルキルトリ
    オキシジシランである、請求項23記載の方法。
  25. 【請求項２５】前記ゾルゲル焼結アルミナ質研摩材粒子
    が種入りのゾルゲル焼結アルミナ質研摩材粒子である、
    請求項17記載の方法。
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