JP2528197B2 - 研磨フィラメント含有研磨布紙材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被覆された研磨材が多結晶質研磨フィラメ
ントを含有する、研磨布紙製品に関する。

ゾルゲル法アルミニウム質研磨材は、数年前の導入以
来、研磨布紙および結着研磨材の用途の広い分野におい
て他の主な研磨材を越えた実質的な利点を実証した。こ
のような研磨材は、一般に、変化する量の添加剤、例え
ば、MgOまたZrO₂をまた含有することができる、水和ア
ルミナゲルを乾燥および焼結することによって作られ
る。乾燥した材料を焼結の前または後に破砕して、所望
の大きさの範囲の、不規則なブロック状の他結晶質研磨
グリットを得る。グリットは後に結着研磨剤または研磨
布紙製品、例えば、研削といしまたはセグメント、また
は研磨ベルトまたはディスク中に組み込むことができ
る。

米国特許第4,314,827号（Leitheiserら）は、直径が
５〜10ミクロン程度である不規則な「スノーフレーク
（snow flake）」の形状のアルファAl₂O₃結晶を焼結し
たグリットが含有するような方法で作られた研磨グリッ
トを開示している。「スノーフレーク」のアームの間お
よび隣接する「スノーフレーク」の間の空間は、他の
相、例えば、微細な結晶質のアルミナマグネシアスピネ
ルにより満たされている。

米国特許第4,623,364号（1986年11月18日発行、出願
人Norton Company）は、増大した性質を有する、アルミ
ニウム質の研磨グリット、および研磨グリット以外の製
品、例えば、被覆、薄いフィルム、フィラメント、棒ま
たは小型の造形部品の製造方法を開示している。その特
許において、水和アルミナのアルファアルミナへの転化
は、種材料を乾燥前にゲルまたはゲル前駆体へ導入する
ことによって促進される。これはゲルまたはゲル前駆体
をアルファアルミナの媒質とともに湿式振動微粉砕する
ことによるか、あるいは粉末または他の形態の非常に微
細な種粒子の直接添加により達成することができる。そ
のようにして得られるアルファアルミナ（ここにおいて
しばしばSGグレーンと呼ぶ）は非常に微細な、均一性の
構造を有し、実質的にすべてが約１ミクロンより小さい
結晶子をもつ。より長い焼成によりわずかにより大きい
大きさを得ることができるが、これは一般に望ましくな
い。研磨グリットを作るために、種添加したゲルを乾燥
し、破砕し、そして焼成する。そのように製造された研
磨グリットは、製品、例えば、被覆した研磨ディスクお
よび研削といしの製作において使用することができる。
あるいは、造形した部品または棒を作るために、材料
を、例えば、焼成前の押出しにより形成または成形する
ことができる。押出しの場合において、形成した棒を後
に適当な長さ切断または破壊する。

本発明は、長い寿命をもちそして特別の形態のゾルゲ
ルアルミナの研磨グレーンを使用する所定の切削速度に
ついて適用する電力はより少ない、研磨布紙材を提供す
る。

本発明の研磨布紙材は、より自由の切削であり、そし
て研削の間より少ない熱を発生する。

本発明の研磨布紙材は、また、より均一な速度で切削
し、そしてより一定の表面仕上げを加工物に異常に長い
有用な寿命にわたって付与することが発見された。

本発明は、研磨グレーン（砥粒）がその長さに沿って
実質的に一定の断面を有する、焼結されたゾルゲルアル
ミナフィラメントからなる、研磨布紙製品を提供する。
フィラメントは少なくとも約1:1、好ましくは少なくと
も約2:1〜約9:1であり、そして12:1以上であることがで
きる、平均のアスペクト比を有する。アルファアルミナ
のフィラメントは、添加剤、例えば、MgOまたは他のス
ピネルアルミナ形成剤、ZrO₂、または適合性の材料を含
有することができる。それらはゾルゲルのルートにより
形成され、そして好ましくは種添加したゾルゲルから形
成される。

フィラメントは、好ましくは少なくとも95％、より好
ましくは98％のアルミナの結晶子からなる多結晶体であ
り、そして焼成の時非晶質または「ガラス状」材料を形
成する不純物を本質的に含まない。結晶子は約２ミクロ
ンまでの大きさであるが、好ましくはフィラメントは約
１ミクロン以下、最も好ましくは0.5ミクロン以下の大
きさである。

研磨フィラメントは、可撓性基材にフィラメントの１
端を隣接させて接着剤メーカーコート（adhesive maker
coat）により取り付ける。フィラメントは、一般に、
基材から離れる方向に伸び、そして通常サイズ剤で上塗
り（サイズコート）してフィラメントを基材にさらに定
着する。基材は、研磨布紙材に使用されている既知の基
材、例えば、織製またはステッチ結合したファブリッ
ク、フィルムまたは紙のいずれからも形成することがで
きる。種々のよく知られた布または紙の仕上げの方法お
よび材料を工業的に、用途に依存して、基材を調製し、
そして本発明において使用する研磨布紙材の基材に等し
く適用することができる。同様に、研磨布紙材の製作に
おいて使用する、よく知られた標準のメイカーコートの
いずれをも使用することができる。

本発明の研磨フィラメントの平均のアスペクト比は、
かなり短く、例えば、平均少なくとも約1:1、好ましく
は約2:1〜約5:1であり、サイズ剤の被覆は標準のロール
被覆技術により適用することができる。研磨フィラメン
トはより大きいアスペクト比を有する場合、他の手段、
例えば、噴霧被覆により被覆することが好ましく、この
ような被覆はフィラメントを過度にぐちゃっと落ちない
であろう。サイズ剤被覆に使用される材料は、研磨布紙
材の工業において使用される既知の型のいずれであるこ
ともできる。

本発明の研磨布紙製品は、先行技術の破砕したグリッ
トを混入したものより実質的により長い寿命を有するこ
とが発見された。それらは、また、先行技術の研磨布紙
材より、変動が少ない速度で切断し、そして変動が少な
い表面仕上げを加工物に付与する傾向がある。

予期せざることには、また、本発明の研磨フィラメン
トを組み込んだ研磨布紙材の使用は、低圧の作業におい
てとくに有効であることが発見された。

本発明の独特の利点は、必要に応じて種々の長さの研
磨フィラメントを有する研磨布紙製品を提供することが
できるばかりでなく、かつまたあるものについてロール
破砕した研磨グレーンを使用して従来得ることができな
かった、特定の用途のための大きさの分布を、必要に応
じて、正確にするか、あるいは変動させることができる
ということである。

それ以上の利点は、本発明の研磨フィラメントを組み
込んだ研磨製品において、フィラメントは種々の長さま
たはアスペクト比に切断して、標準のCAMI等級のフィラ
メントのブレンドをシミュレーションすることができる
ということである。あるいは、研磨布紙材は等級を越え
た、制御の微細な直径の研磨フィラメントのデザインし
たブレンドを有することができる。

研磨フィラメントの使用における他の利点は、従来の
破砕したグリットで起こるような廃物が存在しないの
で、製作作業がより経済的および効率的であるというこ
とである。

なお他の利点は、表面上のグレーンのより低い密度
が、単位表面積当たりより高い数のグレーンを有する製
品よりしばしばすぐれた性能を有するということであ
る。

本発明による研磨布紙製品は、種々の形態、例えば、
研磨ディスクで供給することができ、それら多くの研削
用途において改良された性能を提供する。

本発明の研磨布紙製品は、研削助剤の効率よい使用に
とくによく適合することが発見された。これらは通常研
磨材料に被福の形態で適用される。低いプロフィル（pr
ofile）の普通のグレーンは、研磨グレーンが覆われて
ならないので、適用できる研削助剤の量を制限する。し
かしながら、本発明において使用するフィラメント状研
磨材は高いプロフィルを有するので、かなり多い研削助
剤の混入を可能とし、そしてこれは非常に有益な結果を
有する。また、研削助剤は、樹脂被覆中の混合物として
の代わりに、より反応性の形態で、多分フォームの形態
で適用することができる。

使用する研削助剤は、効果であることが知られている
任意のもの、例えば、KBF₄,K₂TiF₆,NaCl、イオウなどを
包含することができる。

本発明の以上および他の目的および利点は、図面と組
み合わせて、以下の説明および実施例を読むと明らかと
なるであろう。

ここで図面を参照すると、支持部材12および被覆され
た研磨材14の上部表面の被覆からなる、被覆された研磨
製品10の写真が第１図に示されている。研磨布紙材14
は、第２図からよりよく理解されるように、メイカーコ
ート16、研磨フィラメント18の層、およびサイズコート
20からなる。

この出願およびここに開示されているの目的で、用語
「フィラメント」は細長いセラミック物体を呼ぶために
使用し、ここでセラミック物体の各々はその長さに沿っ
て一般に一定した断面を有し、そして長さは断面の最大
寸法の好ましくはその少なくとも２倍（平均）である。
本発明の研磨フィラメントは曲げるか、あるいはより合
わすことができるので、必然的に長さは直線においてよ
りはむしろ物体に沿って測定する。

研磨フィラメント18は、一般に、水和アルミナの好ま
しくは種添加したゲルを連続のフィラメントに押出し、
そのように得られたフィラメントを乾燥し、フィラメン
トを所望のの長さ切断または破砕し、次いでフィラメン
トを1500℃以下の温度に焼成することによって得られ
る。

水和アルミナのゲルの調製および焼成の種々のゾルゲ
ル方法は、米国特許第4,314,827号、米国特許第4,623,3
64号および米国特許第4,797,139号に記載されている。
前記特許に記載されている水和アルミナに加えて、ゾル
は10〜15重量％までの添加剤、例えば、チタニア、スピ
ネル、ムライト、二酸化マグネシウム、マグネシア、セ
リア、ジルコニアを粉末またはそれらの前駆体の形態
で、あるいは他の適合性の添加剤またはそれらの前駆体
を含むことができ、それらは、また、大量で、例えば、
40％以上で添加することができる。しかしながら、焼成
の時非晶質のガラス状材料を形成する材料をゲルは実質
的に含まないことが好ましい。したがって、本発明の製
品において使用する焼成したゾルゲルのグレーンは、好
ましくは少なくとも95重量％、より好ましくは少なくと
も98重量％のアルファアルミナであるべきである。最も
好ましい実施態様において、ゾルまたはゲルは、焼結の
時の水和アルミナ粒子のアルファアルミナへの転化を促
進するために有効量で、分散した１ミクロンより小さい
結晶質種材料を含む。これは「種添加したゾルゲルのプ
ロセス」と普通に呼ぶ。種材料の量は水和アルミナの約
10重量％を越えるべきでなく、そして約５％を越える量
に対して利益は通常存在しない。種が適切に微細である
場合、約0.5〜10％の量を使用することができ、１〜５
％は好ましい。

一般に、より多い種材料、例えば、より多いアルファ
アルミナを添加する場合、これはゲルの安定性を妨害
し、そして押出を困難とすることがある。さらに、押出
物中の大量の前もって存在するアルファアルミナは焼結
の達成により高い温度を必要とする。しかしながら、上
に示したように、より高い温度は結晶の成長に導き、そ
してこのような生成物は一般に劣る。

固体の微結晶質の種材料の例は、ベータアルミナ、ア
ルファ酸化第二鉄、アルファアルミナ、ガンマアルミ
ナ、酸化クロム、およびアルファアルミナのための核化
部位を提供する他の微細な破片であり、アルファアルミ
ナは好ましい。種は、また、前駆体、例えば、硝酸第二
鉄溶液の形態で添加することができる。一般に、種材料
はアルファアルミナと同一構造であり、そして同様な結
晶格子寸法（15％以内）を有し、そしてアルファアルミ
ナへの転化が起こる温度（約1000〜1100℃）において乾
燥したゲル中に存在すべきである。

生の研磨フィラメントはゲルから種々の方法、例え
ば、押出または紡糸により形成することができる。押出
は直径約0.25〜1.5mmの生の濾過に最も有用であり、生
のフィラメントは、乾燥および焼成後、それぞれ、100
グリット〜24グリットの研磨グリットのために使用され
るスクリーンの開口のそれに直結がほぼ等しい。紡糸は
直径が約100ミクロンより小さい焼成したフィラメント
について最も有用である。0.1ミクロン（0.0001mm）程
度に微細な焼成したフィラメントは、本発明に従い紡糸
により作られた。生のフィラメントは焼成するとそれら
の押出された形態から直径の約40％収縮する。

押出に最も適するゲルは、固体含量が約30％〜約65
％、好ましくは約45％〜64％であるべきである。最適な
固体含量は押出されるフィラメントの直径とともに直接
変化し、約60％の固体含量は50グリットの破砕研磨グリ
ット（約0.28mm）についてのスクリーンの開口にほぼ等
しい焼成した直径を有するフィラメントについて好まし
い。

本発明による紡糸は、ディスク上にある量のゲルを配
置し、次いでこれをフリング（fling）生のフィラメン
トに紡糸することによって実施することができ、これら
の生のフィラメントは空気中でほとんど直ちに乾燥す
る。あるいは、ゲルを周辺に孔開けされた孔またはスロ
ットを有する遠心ボウル中に入れことができ、そしてこ
のボウルを、例えば、5,000rpmで回転してフィラメント
を形成し、これらのフィラメントはこのプロセスにおい
て否定した「生の」直径に延伸される。他の既知の紡糸
法を、また、使用して生のフィラメントを形成すること
ができる。紡糸に最も有用な固体含量は約20％〜45％、
好ましくは約35％〜40％である。

フィラメントを紡糸により形成する場合、約１％〜５
％の非ガラス形成紡糸助剤、例えば、ポリエチレンオキ
シドをゾルに添加し、これからゲルを形成して、フィラ
メントの形成のために望ましい性質を粘断性の性質をゲ
ルに付与することは望ましい。紡糸助剤の最適な量は、
ゲルの固体含量とともに逆に変化する。紡糸助剤をか焼
または焼成の間にフィラメントから燃焼し去る。必要な
その添加量は非常にわずかである（一般に、押出のため
にまったく不必要である）ので、それは焼成したフィラ
メントの性質に実質的に影響を与えない。

種々の所望の形状は、フィラメントの断面に望む形状
を有するダイを通してゲルを押出すことによって、押出
されたフィラメントに付与することができる。ゲルのフ
ィラメントが比較的大きい断面を有するか、あるいは大
量の水を含有するゲルから作されている場合、それらを
100℃以下の温度で乾燥し、次いでそれらを100℃以上に
加熱することが必要であるか、あるいは好ましいことが
ある。ゲルのフィラメントが比較的薄い断面を有する
か、あるいは非常に高い固体のゲルから作られる場合、
乾燥は不必要であることがある。

最初に形成された連続的フィラメントは、好ましく
は、意図する研削の用途に望む最大寸法の長さに破壊ま
たは切断する。一般に、連続のフィラメントを明確な物
体に転化するか、あるいはそれらの形状を変化するため
に必要な造形または分割作業は、ゲルの状態または乾燥
した段階で最もよく達成される。なぜなら、それは本発
明の最終の焼後後形成される、非常に堅くかつ強い物体
について作業することを試みることによるより、これら
の時点において、非常に少ない努力および経費で達成す
ることができるからである。こうして、連続のフィラメ
ントは、押出機から出るとき、この分野において知られ
ている任意の適当な手段により、例えば、ダイの面に隣
接して取り付けられた回転するワイヤカッターにより、
所望の長さのフィラメントに短くすることができる。あ
るいは、乾燥したフィラメント破壊するか、あるいはわ
ずかに破砕し、次いで所望の範囲の長さに分類すること
ができる。

ゲルのフィラメントを所望のように造形し、そして切
断または破砕し、そして必要に応じて乾燥した後、それ
らを制御した焼成により最終の形態のフィラメントに転
化する。焼成はゲルのフィラメントのアルミナ含量の実
質的すべてを結晶質のアルファアルミナに転化するため
に十分であるべきであるが、温度または時間のいずれも
過度であってはならない。なぜなら、過度の焼成は使用
において効果に劣る研磨材である製品に導く、望ましく
ないグレーンまたは結晶子の成長に促進するからであ
る。一般に、それぞれ、１時間および５分の間の1200℃
〜1350℃の間の温度における種添加したゲルの焼成は適
切であるが、他の温度および時間を使用することができ
る。約0.25mmより粗いフィラメントについて、乾燥した
材料を約400〜600℃に、それぞれ、約数時間〜約10分に
予備焼成して、焼成の間にフィラメントをひび割れさせ
ることがある残留する揮発性物質および結合水を除去す
ることは好ましい。とくに種添加したゲルから形成され
たフィラメントについて、過剰の焼成はより大きいグレ
ーンをそれらのまわりのより小さいグレーンの大部分ま
たはすべてを急速に吸収させ、これにより微細構造の規
模で生成物の均一性を減少させる。

本発明のフィラメント状研磨粒子は、平均少なくとも
約1:1、好ましくは少なくとも約2:1のアスペクト比、す
なわち、主要なまたはより長い寸法に沿った長さと、主
要な寸法に対して垂直の寸法に沿ったフィラメントの最
大の広がりとの間の比を有する。断面が円形以外であ
る、例えば、多面形である場合、縦方向に対して垂直で
ある最長の測定値をアスペクト比の決定において使用す
る。しかしながら、研磨フィラメントの特定のロットの
アスペクト比は、フィラメントの分割の特定の方法に多
少依存して変化するであろう。こうして、特定のロット
は2:1より小さいアスペクト比をもつフィラメントもあ
りまた2:1より大きいアスペクト比をもつフィラメント
もあることができるが、平均すると、本発明の研磨布紙
製品中の使用に望む研磨フィラメントは少なくとも約2:
1のアスペクト比を有することが好ましい。

好ましくは、平均のアスペクト比は約２〜約８の範囲
であるが、これより長いフィラメントは、また、多くの
用途において有用である。一般に、より低いアスペクト
比の研磨フィラメントを有する研磨布紙製品は高い圧力
の研削の用途により適することが分かり、そしてより高
いアスペクト比をもつもの低い圧力の用途により適する
ことが分かるであろう。本発明の実施において最も有用
なフィラメントは、殆んどの用途について少なくとも16
GPa、好ましくは少なくとも18GPa（ビッカースの押込み
機、500gの荷重）を有し、そして理論密度の好ましくは
少なくとも90％、通常最も好ましくは少なくとも95％で
ある。純粋なアルファアルミナは約20〜21GPaの硬度を
有する。ある場合において、少なくとも、本発明の実施
において使用する研磨フィラメントはそれらの長さ方向
の次元においてよりまたはカールを有するか、あるいは
多少湾曲するかあるいは曲がることができる。

本発明の研磨フィラメントは、同一材料および微小構
造をもちかつ同等の直径をもつものであってさえ、通常
の破砕した研磨グレーンを含有する研磨布紙製品よりも
きわめてすぐれた、研磨布紙製品を生成することが発見
された。

本発明の研磨布紙製品10の製作は、大部分について、
この分野においてよく知られているように、普通の技術
により達成することができる。基材12は、現在研磨布紙
材の製作において普通に使用されている任意の材料であ
ることができる。これは次のものを包含する：紙、フィ
ルム、織製およびステップ結合した布、例えば、レーヨ
ン、綿の太綾、ナイロンおよびポリエステル、加硫繊
維、寸法安定性ポリエステルフィルムなど、これらは研
磨布紙製品の意図する最終用途に多少依存して種々の材
料でサイズされる。支持部材のためのサイズおよび充填
の材料は、使用場合、澱粉、膠であり、必要に応じて充
填などし、あるいは樹脂材料、例えば、フェノール−ア
ルデヒドであることができる。

結合層またはメイカーコート16は、樹脂材料、例え
ば、フェノール−アルデヒド、エポキシ樹脂などである
ことができる。この層は、必要に応じて、その上に砂の
サイズ剤の被覆16を有することができる。砂のサイズ剤
の被覆は熱硬化性樹脂材料である場合、メイカー接着コ
ートは、必要に応じて、膠または樹脂材料であることが
できる。

普通のメーカー接着剤は、48％のフェノール−ホルム
アルデヒド樹脂の固体および52％の炭酸カルシウム充填
材を含有する溶液からなる。支持部材上のメイカーコー
トの被覆後、メイカーコートの樹脂は、普通に、例え
ば、配合に依存して、107℃で30分間予備硬化すること
ができる。次いで、研磨フィラメントを通常静電技術に
従い適用し、上方の推進または投射は好ましい。次い
で、サイズ剤の被覆または接着剤を適用し、その例は48
％のフェノール−ホルムアルデヒド樹脂および52％の炭
酸カルシウム充填材を含有する普通の溶液である。次い
で、研磨布紙材は最後の硬化、典型的には約107℃にお
いて10時間で、を与えてメイカーコートおよびサイズ材
の被覆中の樹脂を所望の硬度に硬化する。

研磨布紙材の製作において使用する普通の輻射線硬化
可能な（電子ビームまたは紫外線）樹脂を、また、必要
に応じて、布の仕上げまたは接着剤層のいずれかまたは
すべての上に使用することができる。

基材上への接着材被覆の被覆は、普通の技術、例え
ば、ロール被覆に従い達成される。しかしながら、比較
的長い研磨フィラメントを使用する場合、サイズ剤の被
覆は、より望ましくは、噴霧被覆またはロール被覆以外
の他の技術により適用して、研磨フィラメントの破壊ま
たは落下を回避することができる。

ここで第５図を参照すると、普通のロール破砕技術に
より得られる研磨グレーン24からなる、先行技術に従う
比較の研磨布紙材料22が示されている。第１図〜第４図
に示すように、本発明の研磨布紙材料により提供される
構成の差は、容易に理解することができる。本発明の研
磨布紙材の製作に使用する研磨フィラメントの立体配置
の差は、第６図を参照することにより、より容易に理解
することができる。その図面において、ゾル−ゲルアル
ミナの研磨材の普通のロール破砕により得られる、不規
則な三次元の形状のグレーン26は第６図（ａ）に示され
ている。これらの不規則な形状のグレーンは、普通のロ
ール破砕技術により得られる、第６図（ｂ）に示す融解
研磨グレーン28に同様に造形される。第６図（ｄ）〜
（ｆ）において、本発明による研磨布紙材料の製作にお
いて使用される研磨フィラメントの種々のロットが示さ
れている。第６図は、フィラメントをサイズ等級にする
努力を必要としない、不規則のアスペクト被の研磨フィ
ラメント18のロットを示す。このような研磨フィラメン
トは4.1:1の平均のアスペクト比を有する。第６図
（ｄ），（ｅ）および（ｆ）における研磨フィラメント
は、それぞれ、3.6:1;5.1:1;および8.5:1の平均のアス
ペクト比を有する。図面から容易に理解できるように、
ゾル−ゲルのフィラメント18はそれらの長さに沿って実
質的に一定の円形の断面を有する。他方において、ロー
ル破砕されたゾル−ゲルのグレーン26は、ロール破砕さ
れたアルミナのグレーン28のように、不規則な形状を有
する。あるものは比較的長く、そして他のものはブロッ
ク状の形状である。いずれも一定の断面の形状と見なさ
れない。

第９図および第10図は、本発明の製品と先行技術のそ
れの表面の異なる物理学的外観を明瞭に示す。

第11図および第12図は、第９図および第10図に示す構
造により生成した切屑を示す。本発明の製品はきれいな
連続的切屑を生成し、きわめてすぐれた切削を実証する
ことに注意すべきである。しかしながら、第12図は溶融
した金属の小さい球と混合したフィラメント状切屑を示
し、比較的劣った研削性能を明らかにする。

本発明の研磨布紙材は、規則性に劣る形状を有しかつ
種々の立体配置を加工物に与える先行技術の製品を越え
た、明確な利点を有することが発見された。これらの利
点の多くはグレーンの形状から直接由来する。

ベルトおよびディスクの製品の形態で加えた種々の圧
力下に実施した研削試験において、性能の改良の程度は
アスペクト比の値と密接に相関関係した。合計の切削は
ある値までアスペクト比とともに増加し、前記値は製品
の型、接触圧力および他の試験条件に依存した。例え
ば、80psiのベルトのプランジ（plunge）研削試験にお
いて、アスペクト比を３より大きく増加すると、性能は
改良されなかった。性能は制限になしに高いアスペクト
比の値とともに増加し続けなかった。なぜなら、より大
きい長さはグレーンの基部により大きい内部応力を生成
し、そして生ずる内部応力は急速にグレーンを破壊した
からである。約5psiのより低い圧力を繊維のディスクの
製品へ加えると、性能は非常により高い比に到達するま
で低下しなかった。

より高いアスペクト比は、次のものを与えることによ
って４つの方法で、研削性能の機構に影響を及ぼすこと
が発見された： ・切断へりのより広い分布 ・単位表面積当たりのより少ない接触先 ・切屑のクリアランス（clearance）の増加 ・グレーンの支持または凝集。

より高いアスペクト比で、切断へりは支持部材より上
でより大きい高さまたは厚さにわたって分布し、被覆さ
れた製品は種々のレベルで切断へりのいくつかの群で研
削することができる。最高のアスペクト比をもつグレー
ンの第１群は内部の繊維の応力のために究極的に破壊
し、そしてより短い、摩耗しないグレーンの新しい群は
露出されそして切削を開始する。局所の応力が繊維の応
力を越える場合、へりの先端は新しいへりおよび再鋭利
化効果を生成する。最初に、高いアスペクト比のグレー
ンは主に新しいグレーンを露出することによって作用す
る；後にモーメントのアームが減少するとき、へりの再
鋭利化はより優勢となる。

いくつかの実験および試験は、機構のこの解釈を支持
した。試験の間、製品の重量損失／間隔はアスペクト比
の2:1から3:1への増加とともに増加した。グレーンの摩
耗および破壊の観察を可能とする中断したサイクルを使
用する、低い圧力および高い圧力のベルト試験におい
て、前述の破壊のモードは研削の間に起こった。表面の
視的検査ならびにプロフィロメトリー（profilometry）
の研究において、また、本発明による製品中のグレーン
のピークは、従来の破砕したSGグレーンの製品における
より大きい範囲の高さにわたって分布すること、および
この範囲はアスペクト比とともに増加することが示され
た。さらに、表面仕上げ（Raまたは算術平均）および加
工バンドはアスペクト比とともに増加した。加工バンド
は、10の異なる間隔から最高の先および最低の先の平均
と見いだし、そして差を取ることによって決定する。加
工バンドは、加工を実施するためにいかに多くの材料が
接着剤サイズ剤レベルより上に利用可能であるかのより
よい指示を与える。

同一のグレーン重量のために、本発明による研磨布紙
製品はより多い「開いた（open）」被覆、すなわち、支
持部材上に単位区域当たりより少ないグレーンを有す
る。なぜなら、先はより大きい高さにわたって分布し、
そして各グレーンは最も重いからである。単位区域当た
りより少ない潜在的接触先は、グレーン当たりより高い
力を生ずる。グレーンがより高い荷重を支持できる場
合、より深い、したがって、より冷たいかつより効率よ
い切削がなされるであろう。各グレーンのへりは破砕し
た、ピラミッドのグレーンの先より多くの材料を除去す
るが、破砕したグレーン製品はより多くのグレーン先で
切削し、したがって、最初の切削速度はほぼ等しいか、
あるいは破砕したグレーンはなおわずかに高い最初の切
削速度を有することができる。しかしながら、本発明の
製品中に使用するグレーンはより高い速度を維持しかつ
より長く持続する。発生し切屑中のより厚い、より幅広
い粒子が観察されることはこの機構を支持する（参照、
例えば、第11図および第12図）。プロフィルの測定は、
また、ピーク密度（ピーク／インチ）はアスペクト比の
増加とともに減少する。

起こる第３機構は、本発明のより粗いかつより開いた
製品により提供される切屑のクリアランスの増加であ
る。より大きい接触面積をもつ繊維のディスクの試験に
おいて、本発明の製品により発生する切屑は、より大き
い切屑のクリアランスのために、アスペクト比の増加と
ともに長さが増加する。試験の間、繊維のディスクは試
験の終わりまで目づまり（loading）の微候を示さず、
金属の付着（buildup）は切削プロセスを妨害しそして
寿命を短縮することを示した。

グレーンのアスペクト比が増加すると、グレーンは凝
集物と同様な作用において互いに対して位置しかつ互い
に支持する。グレーンの群は切削の間かつ大きい質量を
有する間互いに支持し、加工物中に発生した仕上げは個
々のグレーンの切断へり大きさにより決定される。

より高いアスペクト比は、単独で、フィラメント状グ
レーンのよりすぐれた性能を完全には説明することがで
きない。1.9:1の低い平均のアスペクト比では、グレー
ンは1.5:1のわずかにより低い平均のアスペクト比のみ
をもつ、従来の破砕したSGグレーンよりなお性能が優れ
ていた。したがって、グレーンの正規の円筒状の形状
は、また、グレーンの性能の制御において重要であるよ
うに思われる。

円筒状の形状は、４つの方法で研削性に能影響を与え
る： ・０または０に近いレーキ角をもつグレーンは増加した ・グレーン中のより均一な応力の分布 ・より長い、連続の切断へり ・制御されかつ切削ゾーンから離れる方向に向けられた
切屑。

配向が適切であると、本発明において使用する加工物
とグレーンの切削面に関する０または０に近いレーキ角
を提供する。グレーンが半径方向に対称の形状を有する
場合、レーキ角はグレーンの軸のまわりの回転の向きに
無関係に０に止まる。０のレーキ角はグレーンがリボン
様チップを切削できるようにし、これは熱、摩擦および
摩耗を減少する。グレーンは、従来の破砕した研磨グレ
ーンよりむしろ小型の切削工具に似た作用をする。典型
的なピラミッドの形状の破砕したグレーンの負のレーキ
角は、グレーンの先またはへりが金属をすくようにさせ
る；切削よりむしろ溶融、引き裂きおよび塗り付け。研
削プロセスの間に発生した温度および圧力は、技術的文
献中の多くの説明に従いかつ加工物の材料中の金属学的
変化の観測によると極端に高い。切削ゾーンから切屑を
除去する任意の機構は、切断へりの摩耗を減少し、そし
て耐久性および寿命を増加するであろう。切削のすくい
プロセスの間の差は、第11図および第12図のSEM写真中
に描かれている。これらは本発明の製品中で使用するグ
レーンが、すくい作用よりむしろ切削で材料を除去する
ことを評価する。

向きが適切であると、フィラメント状グレーンの円筒
の固相は切削ゾーンから離れる方向に切屑を向けること
を促進する。第11図は、切屑粒子がが切削表面に凹形の
みぞを有することを示す。凸形の円筒形グレーンの表面
は、切断へりおよび加工物から離れる方向に切屑の切屑
の制限運動に調和する。

正規の円筒形は、また、非常に先鋭な不規則の破砕し
たSGグレーンと比較して、より均一な応力の分布を生成
する。凸形の円筒形表面は加工物中に突き刺さるので、
圧縮応力はグレーン表面のある領域において発生するで
あろう。普通の破砕したSGグレーンは、しばしば、コン
コイドの方法で破壊する傾向のために、凹形表面および
凹形フレークの形状を有する。凹形の表面は加工物中に
突き刺さるので、引張り強さは破砕したグレーンのある
領域中に発生する傾向がある。セラミックスは張力より
圧縮において非常に高い荷重を支持することができる。
結局、グレーンは破壊の前により高い荷重に耐えること
ができ、それゆえ寿命を延長するより深い切削が可能で
ある。破砕したグレーンは、また、それらの表面に多く
のきずおよび切り込みを有し、これらは加えた応力を拡
大または濃縮する。普通の破砕技術では、凹形表面およ
び試験−濃縮する切り込みを排除することができない。
破砕したグレーンのより鋭いへりはベルト試験において
より高い初期の切削速度生成するが、破砕したグレーン
は、応力の濃縮レベルがより高いために、研削力下に塊
となる傾向が高い。

本発明の製品中に使用した円筒形グレーンは長い連続
の切断へりを生成し、これらの切断へりは普通の破砕し
たグレーンのより短い、ぎざぎざのあるへりと比較し
て、より広い切屑リボンを生成し、そしてより長い加工
へりにわたって摩耗を分布させる。より長い切断へりは
鈍くなるためにより長い時間を要し、それゆえ、より耐
久性がある。中断した研削試験の間の観察において、グ
レーンの上表面上の摩耗プラトーは破砕したSGグレーン
と比較してより遅い速度で発生することが示される。

本発明の特定の実施態様を次の実施例により説明す
る。しかしながら、これらの実施例はここに開示する本
発明をよりよる例示することのみを目的とし、そして本
発明を限定すると解釈すべきではない。

実施例１ ロール破砕したゾル−ゲルアルミナグレーンに対する研
磨フィラメントの性能の評価 この実施例において、50グリットCAMI等級（0.0136
9″）に等しい平均直径（0.013″）を有する種添加した
ゲル（S.G.）酸化アルミニウムの研磨材フィラメントか
らなる、被覆された研磨ディスクを、普通の実施されて
いるように乾燥したゲルのロール破砕により得られた種
添加したゲルの酸化アルミニウムの研磨グレーンに対し
て評価した。各場合において、結晶大きさは１ミクロン
より小さかった（ここにおけるすべての結晶子の大きさ
は「切断」法により測定した）。約2:1から約12:1に変
化するアスペクト比を有する、変化する長さの研磨フィ
ラメントは、ロール破砕により得られかつ等級づけた変
化する長さの研磨グレーンの分布に多少類似する方法で
得た。それにもかかわらず、研磨フィラメントは容易に
はこのような等級づけにはかけられないことを理解すべ
きである。研磨フィラメントの場合において、普通のロ
ール破砕したグレーンと対照的に、すべてのフィラメン
トの次元の２つは等しい。ロール破砕したゲル材料は＋
8.2＋3.1のグリット大きさ分布を有した。

被覆された研磨ディスク（直径７″、中央の開口7/
8″）は、普通の研磨布紙材の製作法、普通の0.030″の
加硫繊維の裏張りおよび普通の炭酸カルシウム充填した
レゾールフェノール樹脂メイカーコート（48％の樹脂、
52％の充填材）およびサイズ剤の被覆（48％の樹脂、52
％の充填）を使用して製作した。しかしながら、サイズ
剤の被覆中に使用した充填材は、炭酸カルシウムの代わ
りにクリオライト（Cryolite）であった。メイカーコー
トの樹脂は、研磨フィラメントの適用後、107℃（225゜
F）において５時間、次いで107℃において10時間予備硬
化し、最後に、サイズ剤の被覆の適用後、107℃におい
て10時間硬化した。被覆は普通のロール被覆技術を使用
して、１通過の作業で強制通風炉内で実施した。樹脂被
覆の重量（湿式基準）は次の通りであった：メイカーコ
ート、15＃/Rm;およびサイズ剤の被覆、23＃/Rm。リー
ム（「Rm」）は330平方フィートの被覆面積に等しい。
ロール破砕した研磨グレーンおよびフィラメント状の研
磨粒子ha、通常の技術により、静電の上方投射を使用し
て被覆した。試験した種々のディスクについての被覆重
量を下表１に記載する。

1. 通常のグレーンの静電被覆のサイクル時間は、すな
わち、ロール破砕したグレーンについて、５秒である。
それにもかかわらず、このような被覆時間後（ディスク
No.5）被覆は非常に開いて見えたので20秒に被覆した第
２試料（ディスクNo.2）を作り、そしてまた試験した。

ロール破砕した研磨グレーン（対照製品、ディスクN
o.1）は、次の標準組成を有した： 他の性質：密度3.98（水Pyc）、3.88（ヘリウムPy
c）、；硬度20.7（GPa）；および平均結晶子大きさ0.17
ミクロン。

研磨フィラメントは同一標準組成であり、約２〜12の
アスペクト比を有した（平均のアスペクト比６〜７）。
上のデータから示されるように、投射時間の増加は被覆
されたグレーンの重量を有意に増加させた。

硬化したディスクは、規定する大きさに切断した後、
まずゴムのローラー固定装置を使用して、硬い樹脂結合
（メイカーコートおよびサイズ剤の被覆）に制御可能に
割れ目をあたえるように普通に０゜〜90゜に曲げ、次い
で普通の技術に従いカールを補正し、その後それらは低
い（112 DsIII）および高い（112 Ds,112Dss）圧力の曇
り（dulling）について繊維ディスクを評価するとき普
通に実施される試験において使用した。一般に、このよ
うな試験は研磨ディスクを中程度の硬さのゴムのバック
アップパッドに取り付け、次いでこのパッドをカートリ
ッジに取り付けられた水平に配置するモーターで作動す
るスピンドルへ設置することを含み、カートリッジは摩
擦のないベヤリング上で水平方向に液圧で作動する標本
ホルダーに向かって前後に自由に動く。標本ホルダーは
１″×１″×９−3/4″−1/8″のアングルまたは３″×
3/16″×15″の長さの平らな板を受容し、そしてスピン
ドルに対する90゜の方向に水平方向に動くことができ、
前以て決定した距離で前以て決定した速度で前後に往復
する。試験装置は作業の間安定性を与える、実質的に鋼
のテーブルに取り付けられる。研削力は、スピンドルが
取り付けられている可動カートリッジへ取り付けられた
プーリーシステムへおもりを吊すことによって加える。
ディスクは標本ホルダーに対して平行から10゜の角度で
準備される。

試験112 Dsh−ha高い圧力（10ポンド、50グリットの
グレーン、12ポンド−36グリット）の曇り試験、ここで
繊維ディスクを適用して１″×１″×９−3/4″−1018
炭素鋼の構成角度（1/8″）の厚さ1/8″のへりを研削す
る。角度の形状の加工物はまず秤量し、次いで秤量ホル
ダーに取り付け、この秤量ホルダーは８−1/2ストロー
ク／分の速度および７フィート／分の線速度で９−3/4
インチの距離で前後に往復する。研磨ディスクは3450rp
mで駆動する。研削サイクルは２分であり、その後アン
グルの標本を動かし、そして重量損失を記録する。次い
で、このサイクルを必要に応じて挿入した新しいアング
ルの標本を使用して、最小研削速度が10g/分に到達する
まで、反復する。ここで試験は終わる。次のデータを記
録する：除去されるｇ数/2分の間隔、試験の終わりへの
間隔のメンバー、および評価するディスクにより除去さ
れた合計の切削（ｇ）。試験結果は通常対照ディスクの
百分率で示す。

試験112 Dss−この試験は試験Dshと同一あるが、ただし
標本は304ステンレス鋼アングルであり、炭素鋼の代わ
りに使用し、研削間隔は１分であり、そして試験の終わ
りは10間隔である。そのうえ、研削力は50グリットのデ
ィスクについて７ポンドおよび36グリットのディスクに
ついて10ポンドである。

112 DsIII−この試験は試験112 DSHと同一であるが、た
だし低い圧力の試験であり−10ポンドの力−標本は３″
×３″/16″×15″長さの冷間引抜炭素鋼の板であり、
そしてこれは繊維ディスクが板の３″の面を研削するよ
うに設置することができる。製品の間隔は１分であり、
そして切削速度が3g/分より小さくなったとき試験を終
える。

低い圧力の試験は、異なる時間に受け取った鋼の２つ
の異なるロット（ロットＢおよびロットＣ）について実
施した。示すように、それらは表２に記載する合計の切
削から明らかなように異なる研削特性を有する。

対照ディスク、すなわち、ディスクNo.1に関する上の
研削試験の相対的結果を下表３に示す。

上の結果から明瞭に明らかなように、1018炭素鋼につ
いて、研磨フィラメントを内部に有する繊維支持部材の
ディスクは、普通の破砕技術により作ったノートン・カ
ンパニーの種添加した酸化アルミニウムのグレーンを有
するディスクより、有意にすぐれた研削性能を有する。
５秒のUP被覆をもつディスクNo.2は、高い圧力中の39％
多い切削を与え、そして低い圧力の平らな試験において
179〜300％多い切削を与えた。さらに、研磨フィラメン
トの量を増加する（ディスクNo.3）と、高い圧力におけ
る切削においてなおいっそう改良されたが、低い圧力の
試験において改良は観測されなかった。この試験の全体
の結果は、研磨フィラメントが高い圧力の研削条件下に
より耐久性であることを示す。このようなものは、ま
た、より融通性があり、そして低い圧力においてロール
破砕したS.G.研磨グレーンより自由の切削を与える。

繊維の研磨材は、3.2kgのプラル（Pural ）NGアルミ
ナ一水和物の粉末〔コンデア・ヘミー社（Condea Chemi
e GMBHから入手した）を、22gの微粉砕したアルファア
ルミナの種を含有する1.3kgの水と普通の二重外殻のＶ
字形ブレンダー内で５分間混合して作った。この時点に
おいて、750ccの蒸留水で希釈した200gの70％の硝酸を
添加し、さらに約５分間混合して、種が均一に分散した
固体のゲルを形成した。ゲル中に使用した種は、蒸留水
の供給物を45型スウェコ（Sweco）ミル中で正規の等級
の88％のアルミナ研削媒質（各々直径12mm×長さ12mm）
〔ダイヤモナイト・プロダクツ・カンパニー（Diamonit
e Products Company）、オハイオ州シュレベから入手し
た〕とともに、水中の粒子（アルミナの種）が少なくと
も100m²/gの比表面積に到達するまで、微粉砕すること
によって調製した。

使用したプラル（Pural ）NG粉末は、約99.6％の純
度を有し、少量の炭素、マグネシア、および鉄酸化物を
含んでいた。

次いで、種添加したゲルは、直径0.60mmの開口をもつ
平滑な壁のダイを通して押出して、連続のゲルのフィラ
メントを生成した。乾燥後、押出したストランドを平均
約2mmの長さに破壊し、次いで1320℃に５分間焼成し
た。焼成により研磨フィラメントをアルファアルミナに
転化した後、個々のフィラメントは標準の50グリットの
研磨材に等しい平均の断面大きさを有した。研磨フィラ
メントの少なくともあるものはその長さに沿って曲がり
かつより合わされていた。

研磨繊維は実質的に純粋なアルファアルミナであり、
前述のように、0.3ミクロンの平均の結晶子大きさ、お
よび約16Gpaの硬度を有した。

実施例２ ロール破砕したグレーンot研磨フィラメントの比較的切
削性能 この実施例において、従来のロール破砕により得られ
るSG研磨グレーンに対して、フィラメントの形状の種添
加したゲル（SG）酸化アルミニウムの研磨粒子の切断お
よび仕上げを比較する。フィラメントの形状の研磨粒子
は、50グリットの研磨グレーン（0.01369）にほぼ等し
い平均の直径（0.013″）を有し、そして約2:1〜約8:1
の不規則のアスペクト比を有した。それにもかかわら
ず、使用するバッチの等級は、下に示すように、多少の
非常に長いフィラメント、および不釣合いに高い数の微
細物を生じた。研磨フィラメントおよび50グリットのS.
G.ロール破砕した対照の組成は、実施例１に前に記載し
たものと同一であった。

上の表から理解することができるよに、２つの異なる
研磨材「グレーン」の等級の変動は互いにかなり変化し
た。「＋3.2＋1.9」の読みは、ロール破砕した研磨グレ
ーンの試料が、CAMI等級決定スクリーン系を使用して試
験して、オーバーグレード（overgrade）が3.2％高く、
そして微細物が1.9％高かったことを意味する。このよ
うなものは50グリットの研磨グレーンについて許容され
うるものと思われる許容差の範囲内である。他方におい
て、研磨フィラメントの試料について「−2.5＋30.9」
の読みは、試料がオーバーグレードが低く、そして微細
物が30.9％高い、不釣合いな値、であったことを示す。
微細物の終わりについて高い読みは、すべてが同一形状
である、研磨フィラメント（「グレーン」）から生ず
る。数がより低いほど、50グリットの対照のスクリーン
の大きさより小さい、概算の直径はより大きい。

繊維のディスクを普通の方法で調製した。被覆の重量
はほぼ次の通りであった：メイカーコート15＃/RM。サ
イズ剤コート23＃/RM、研磨フィラメント65g、ロール破
砕したグレーン52g。

作った繊維のディスクは、普通に曲げた後、まず低い
圧力の曇り試験において評価した。比較の切断および仕
上げを示す結果はを下表Ｘに記載する。

金属の加工物の仕上げの品質は、仕上げ物に沿った種
々のスポット（例えば、中央および左、右のへりにおい
て）においてトレースから取ったRaおよびRt値により普
通に測定する。これらの統計のパラメーターの意味は、
この分野においてよく知られている。このようなものは
次の刊行物に記載されている：「表面のテクスチャーお
よび部分の形状寸法への導入（An Introduction to Suf
ace Texture and Part Geometry）」,Industrial Metal
Products Incorporated（IMPCO）、その完全な開示を
ここに引用によって加える。一般に、Raは平均の表面の
粗さである。地形が異なる多くの表面は同様なRa値を生
じ得るので、この数は同一表面から発生した他のパラメ
ーターにより通常補われる。金属仕上げ技術において、
RtはしばしばRaの測定を補うために使用される。Rtの値
は、仕上げ作業後の加工物表面上に残留し得る引っ掻き
またはゲージの深さの測度である。Pcは、一般に、引っ
掻き頻度を示す数である。

上のデータから理解することができるように、その中
に研磨フィラメントを有するディスクは、切断におい
て、普通のロール破砕した研磨グレーンを有するディス
クにより性能が優れている。最初に、研磨フィラメント
のディスクは最初のわずかの間隔の間多少より低い速度
で切断するが、次いで非常により長い時間の間持続速度
で切断し続けた。研磨フィラメントにより発生した表面
仕上げは、ロール破砕したグレーンのそれにほぼ等しい
ように思われる。それにもかかわらず、再び、フィラメ
ントの形状の研磨粒子のバッチの等級は、上に開示した
ように、不釣り合いに高い数の微細物および多少長い研
磨フィラメントを生じたことに注意すべきである。より
制御した「等級づけ」を使用すると、異なる仕上げは同
様に生ずるであろう。

それ以上の試験（112 DsI）を実施した、研磨フィラ
メントおよび両者の50グリットおよび36グリットのロー
ル破砕した研磨グレーンにより発生した切断および仕上
げを比較した。結果を下表XIに記載する。試験片は１″
の面を有する。

上の結果から理解することができるように、50グリッ
トの研磨フィラメントは50グリットのロール破砕した研
磨グレーンより性能が優れているばかりでなく、かつま
た切断は36グリットの対照のそれに等しかった。再び、
研磨フィラメントは最初ロール破砕した研磨グレーンに
より多少より低い速度で切断するが、それはより長い時
間の間持続速度で切断し続けた。この１″の鋼試験で
は、フィラメントの形状の研磨粒子は36グリットの対照
に類似する仕上げを発生した。

実施例３ ロール破砕したグレーンに対する増加するアスペクト比
をもつ研磨フィラメントの比較的切削性能 この実施例において、異なる平均のアスペクト比の研
磨フィラメントを有する被覆された研磨ディスクを、同
様な組成のロール破砕した研磨グレーンに対して試験し
て、切削性能へのアスペクト比の効果を評価する。

焼結されたゾル−ゲル研磨材料は、前述したように、
製作し、次いで複数の開口を有する微細な円形のダイを
通して押出した。研磨フィラメントを乾燥し、そして軽
度にジョー破砕して異なるフィラメントの長さを得た。
焼成後、ロットを変化する篩開口にわたって短時間篩が
けして、異なる長さの研磨フィラメントを分離した。平
均のアスペクト比を決定し、そして下にに記載する。異
なる試料の化学的分析および物理学的性質を表６に記載
する。

繊維の支持部材の研磨ディスクは、実施例１に記載す
る手順に従い作った。前に開示したような、研削試験を
結果を下表７に記載する： 上に示すような、研磨フィラメントを含有するディス
クは、ロール破砕した研磨グレーンの対照ディスクと比
較すると、1020および1018鋼についての112 Dshおよび1
12 DsIII試験において切削の顕著な改良を示す。しかし
ながら、比較すると、性能の非常に少ない増加はステン
レス鋼の切削において（112 Dss）示された。高い圧力
の曇り試験におけるように、研磨フィラメントを含有す
るディスクは低い圧力の研削の用途において高度に有効
であるように思われる。篩がけしない（試料1015）製品
は、112 DsIII試験についての対照の切削の347％の合計
の切削を有した。

第７図に示すように、1020H.R.鋼への112 Dsh試験に
おいて、切削は平均のアスペクト比の増加とともにほぼ
5.1:1（試料1017）の点まで増加し、次いで減少する。
試験の間、研磨フィラメントは破壊し、次いで繊維ディ
スクを飛び散らせることが観察される。この説明に限定
されたくないが、これは明らかに、フィラメントの長さ
が増加するとき、モーメントのアームは増加して、研磨
グレーン（フィラメント）中の応力レベルを変化すると
いう事実から生ずる。アスペクト比に関する研磨フィラ
メントの損失は、上の表７において確証される。こうし
て、例えば、112 Dsh試験において、被覆された研磨デ
ィスクの重量の損失は、アスペクト比の増加とともに増
加する:9.5g,8.5:1の平均のアスペクト比対3.8g,3.6:1
の平均アスペクト比。それにもかかわらず、第７図に示
すように、アスペクト比が平均8.5:1である試料1018
は、なお、普通のロール破砕したグレーンを有する対照
ディスクより性能が優れていた。

アスペクト比は、表７に示すように、ステンレス鋼の
切削（112 Dss）において性能に影響を及ぼすとは思わ
れない。

低い圧力の曇り試験（112 DsIII）の場合において、
切削は、第８図から理解されるように、4.2:1のアスペ
クト比の試料1015を使用する切削における異常なピーク
を除外して、アスペクト比の増加とともに増加する。こ
の試料は、篩がけしないとして提供されたこの実施例３
において試験した試料の群のただ１つである。小さい数
（25）の研磨フィラメントは試料1015から不規則に選択
し、そしてこのようなものの直径の長さは光学的に決定
した。これらのフィラメントのアスペクト比は2.58から
12.66に変化した。こうして、1015において切削のこの
差は、すべての篩がけした他の試料におけるより、篩が
けしない試料中に存在する長さのより広い分布から生じ
うると信じられる。篩がけは長さの分布を変更または狭
くする。他方において、篩がけしない研磨フィラメント
を使用すると、より少ない長いグレーン（フィラメン
ト）は接触し、これにより高い単位圧力／グレーンを生
ずる。上の表７に詳しく示されていないが、研磨フィラ
メントを含有するディスクは、前述の実施例におけるよ
うに、SG対照より低い初期の切削速度を有するが、各場
合において非常により長い時間の間より高い切削速度を
維持する。SG対照は10g/分を第８間隔まで切削したが、
試料1015は第30間隔まで10g/分より高い切削を示した。

実施例４ 36グリットロール破砕したグレーンに対する36グリット
の研磨フィラメントのディスクの切削性能 この実施例において、普通のロール破砕およびフィラ
メントの押出による研磨グレーンの製作についてと同一
組成を有する、種添加したゾルゲルアルミナのフィラメ
ントを使用して、36グリットの繊維ディスクを評価し
た： ロール破砕した研磨グレーンおよびフィラメントは、
次の物理学的性質を有した：密度（水、Pyc）−3.89;密
度（ヘリウム、Pyc）−3.92;硬度−20.3;結晶の大きさ
（平均）−0.149ミクロン。

この研磨材料を0.016″の直径（ほぼ36グリット）で
押出し、そして約0.8mm〜約4mmで変化する不規則な長さ
に切断した。こうして、このような研磨グリット（グレ
ーン）のアスペクト比は約2:1〜約10:1で変化させた。

繊維裏張りディスクは実施例１に記載されているよう
に製作したが、ただし被覆重量は次の通りであった：メ
イカーコート、17ポンド/Rm;サイズ剤の被覆、28ポンド
/Rm;研磨グレーン／繊維、60ポンド/Rm。

使用した研磨材料の研削および生ずる切削性能は、前
述したように、表８に示す。

本発明の被覆された研磨材料を使用して実施した各試
験において、初期の切削速度は、前に実施した試験にお
けるように、対照より低いが、切削速度は非常により長
い期間について維持される。この理論に拘束されたくな
いが、このような低い初期の切削は、初期の接触におい
て極端に長いグレーンが比較的小さい数のためありう
る。

ステンレス鋼の試験において、これは通常10分の終点
まで実施し、6g/分の速度で切削し、そして合計の切削
は80gであった。10分の終わりにおいて、他方において
研磨フィラメントを有するディスクは8g/分の速度で切
削し、合計の切削は91gであった。この繊維ディスクの
製品は、6g/分の切削速度に到達するまで、実験した。
これは追加の10分の実施時間を要し、そして合計の切削
は20分後163gであった。

本発明はほぼ円形の断面を有する研磨フィラメントに
関してとくに記載するが、理解されるように、それに限
定されない。本発明の実施においてフィラメント状の研
磨剤は所望の任意の形状、例えば、円形、正方形、三角
形、ダイヤモンド形、多面形、卵形、Ｘ字形などである
ことができる。主な要件はこのようなものが前述したよ
うに細長い形状であるということである。さらに、この
ようなフィラメント状の研磨材は必ずしも直線の立体配
置である必要はない。それらは長さ方向にに沿ってより
合わされているか、あるいは必要に応じて、他の方法で
非直線であることができる。そして異なる形状、または
異なる大きさを有する研磨フィラメント、例えば、研磨
布紙材料、のブレンドの被覆された研磨材のシート材料
を、２つの異なる直径の円形の研磨フィラメントを使用
して提供するすることができる。さらに、研磨フィラメ
ントは普通に破砕される研磨グレーンとブレンドするこ
とができる。ゾル−ゲルAl₂O₃は、他の組成の研磨グレ
ーン、例えば、融解Al₂O₃、ガーネットなどとブレンド
することができる。研磨布紙材料は、普通の塩被覆技術
により製造することができ、例えば、メイカー接着剤を
被覆し、次いでより安価な接着性グレーンまたは充填材
を重力を被覆により適用し、次いでここに記載する研磨
フィラメントを電気被覆することができる。等級づけら
れたスプリット被覆の研磨材料は、例えば、微細なグリ
ットをまず重力被覆し、次いでより粗い研磨フィラメン
トを上部に電気被覆することができる。

また、理解されるように、本発明は繊維基材ディスク
に関してとくに開示するが、これに限定されない。種々
の普通の研磨布紙製品、例えば、ベルト、シート、造形
品およびすくい車を製造することができる。

以上の詳細な説明は理解を明瞭とするために与えら
れ、そして不必要な限定はなされないことを理解すべき
である。本発明は明らかな変更について詳述に示しかつ
記載した程度に限定されず、そして当業者は特許請求の
範囲に記載する本発明の精神および範囲を逸脱しないで
変化をおもいつくであろう。

実施例５ この実施例において、本発明の研磨フィラメントの性
能への結晶の大きさの影響を説明する。

研磨フィラメントを７″の直径の繊維ディスクとして
被覆し、そして標準の112 DsH,112DsIIIおよび113 DsI
のディスク試験において試験した。最初の２は前述し
た。113 DsIは中程度の圧力の試験の手順は、112 DsHと
同一の装置を使用しそして、試験物として、１″×２−
1/2″×９−3/4″の1018鋼棒を使用した。棒は棒の１″
の面を研磨するようにディスクに提供した。研削の間隔
は２分である；棒は各研削後取り出し、そして秤量して
重量損失を評価する。４本の棒を試験の間交互に使用っ
する。すべての他の面において、試験は112 DsH試験と
同様である。

結果を下表10に記載する。試験「比較」は、破砕およ
び研削手順により製造したブロック状グレーンを使用す
る、標準の商用種添加したゾルゲル研磨材種である。

上のデータから明らかなように、研磨粒子中に最小の
利用可能な結晶子大きさを使用するとき有意の利点が存
在する。また、明らかなように、種添加しない生成物は
まったく非常によい性能を示さない。

実施例６ この実施例において、正方形の平方のグレーンを使用
して作った製品と、標準の破砕したSGグレーンを使用し
て作ったものと比較する。各場合において、グレーンは
種添加したゾルゲルから形成し、そして結晶子は１ミク
ロンより小さい大きさであった。80グリット大きさのSG
グレーンおよび80グリット大きさに相当する正方形の断
面をもつグリットを本発明の製品において使用した。ア
スペクト比は4:1であった。

結果は「SG対照」製品の性能の百分率として表す。得
られた結果は次の通りであった： したがって、明らかなように、前述の円形以外の他の
断面は本発明の製品において有効である。

実施例７ この実施例は、研磨製品の有効性へのグレーンの量の
効果を示す。

１系列の実験を実施して、本発明の製品の研削性能へ
の有効な種々のパラメーターを評価した。研究したパラ
メーターはアスペクト比、グレーンの重量、種々のグレ
ーンのブレンド、およびグレーンの適用方法であった。
特記しない限り、使用した裏張りは仕上げ775,7.3オン
スのポリセステルのスクリーンであり、そしてメイカー
接着剤およびサイズ接着剤は次の処方を使用して作っ
た： 表10は作った製品および得られた研削試験の結果を要
約する。

試験結果を検討すると、明らかなように、性能が最高
の製品はAR3.1を含有した。さらに、製品中のこのグレ
ーンの量を単に減少すると、陽性の効果が得られた。最
高の結果、308％、を与えた製品はAR3.1で覆われた66％
のみの表面を有した。

AR2.1を使用して得られた結果はAR3.1のように劇的で
あったが、対照より、172％程度になお有意にすぐれて
いた。AR2.1の重量の減少とともに改良された性能の同
一のパターンが認められた。40〜60％付近のグレーン重
量のレベルは、評価した２つのアスペクト比のいずれに
ついても、最良の結果を与えるように思われる。製品へ
のAR2.1の位置が性能の有意の差をつくったことは注目
に値する。製品７−11は第１被覆として適用したAR3.1
および第２被覆として適用した50グリットのSGを有した
が、製品７−12第１として適用した50グリットのSGおよ
び第２被覆として適用したAR3.1を有した。122−Ds（8
0）試験の結果は、７−11が対照よりわずかにすぐれた
（115％）性能を示したが、７−12は対照の292％であっ
た。

ここで製造したAR3.1の製品は、ほぼ50グリットであ
る、0.013″の粒子サイズの直径を有したが、122−Ds
（80）試験において2.5倍程度におよび固定繊維ディス
ク試験において３倍程度に36グリット（参照、36R984）
より性能が優れていたことに注意すべきである。

各場合において、静電グレーン投射技術を使用した。
SG−50グリットは1.73のゆるい充填密度を有し、そして
＋16.0の等級外および−4.6の微細物を有した。

FAは50グリットの融解アルミナの研磨材を示す。（こ
れは非上級（non−premium）グレーンである。） NZはノートン・カンパニーからの50グリットのノルゾ
ン（Norzon ）を示す。（これは非上級グレーンであ
る。） SiCは50グリットの炭化ケイ素のグレーンを示す。
（これは非上級グレーンである。） 「密接の被覆の％」は、実際の被覆重量により表され
る最大の可能な被覆重量の百分率を意味する。

上に示す結果から明らかであるように、フィラメント
状グレーン製品を使用する場合、多数の被覆のレベルを
使用するとき、それは好ましくは上部被覆である。ま
た、明らかなように、フィラメント状グレーンを含有す
る被覆は、好ましくは、性能が最適であるためには、密
接の被覆の約40〜60％のみを構成し、残りは非上級研磨
グレーンによるか、あるいは、さらによくは、空気空間
により提供される。

実施例VIII この実施例において、適当な媒質中のアルファアルミ
ナの粒子を押出し、次いで焼結して凝集した構造体を形
成することに対する、フィラメントの形状でアルファア
ルミナをその場で形成する効果を説明する。

種添加したゾル−ゲルのフィラメントは、ベーマイト
〔コンデア（Condea）の「Disperal」）を水および１重
量％の１ミクロンより小さいアルファアルミナのベーマ
イトを、Ｖ字形ブレンダー内で２分間混合することによ
って製造した。次いで、18重量％の硝酸溶液を添加して
ベーマイトの重量に基づいて7.2重量％の硝酸とした。
混合はさらに５分間続けたベーマイトのゲルを生成し
た。

次いで、上に相当するが、ただしより多くのアルファ
アルミナ（上の種材料として使用した種類の）を添加し
て、合計の混合物が非常に高い重量比率を有するように
した、１系列の生成を調製した。ベーマイトを保持して
混合物の押出可能性を保持した。処方を下表XIIに記載
する。

次いで、これらの材料を押出してフィラメントを形成
し、フィラメントを後述する条件下に、乾燥しそして焼
結した。高いアルファアルミナの比較バッチの焼結に、
種添加したゲルの方法により製造されるものより高い温
度を必要とした。次いで、フィラメントの試料を、0.2c
m/分のクロスヘッド速度でインストロン試験機を使用し
て３点法に従い、それらの強さについて試験した。フィ
ラメントを1cmの間隔を置いた１対のヘリ上に支持し
た。下向きの圧力をこれらの中点の間にナイフの刃で加
えた。圧力をフィラメントが破壊するまで徐々に加え、
フィラメントの断面積で割り、下表XIIIに破壊強さとし
て報告する。

比較バッチのフィラメントは、押出後、焼成前に寸法
一体性をもつより細いフィラメントの押出は非常に困難
であるので、非常に太かった。アルファアルミナのより
高い比率は、この問題を有意に悪化することが分かっ
た。

上のデータの比較から理解することができるように、
比較フィラメントは有意により低い破壊強さを有し、そ
してこれは焼結プロセスの結果としてアルファアルミナ
の結晶の間に発生した、より弱い焼結結合を反映すると
信じられる。したがって、本発明の好ましいフィラメン
トは、好ましくは、実施例VIIIに記載する試験により測
定したとき、少なくとも8,000、好ましくは少なくとも1
0,000kg/cm²断面を有する。これは、非常に低い強さが
得られる、予備形成したアルファアルミナの焼結により
作った生成物と対照的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、研磨フィラメントの層を有する本発明の被覆
研磨製品の砥粒の粒子構造を示す図面に代る写真であ
る。 第２図は、第１図に示すような被覆研磨製品の断面図
で、やはり砥粒の粒子構造を示す図面に代る写真であ
る。 第３図は、本発明の他の被覆研磨製品の断面内の砥粒の
粒子構造を示す図面に代る写真であり、ここで第２図に
示す製品により大きい平均のアスペクト比を有する研磨
フィラメントを使用する。 第４図は、本発明の被覆研磨製品の断面内の砥粒の粒子
構造を示す図面に代る写真であり、ここで研磨フィラメ
ントは第２図においてものより多少小さい平均のアスペ
クト比を有する。 第５図は、本発明の被覆研磨製品の断面内の砥粒の粒子
構造を示す図面に代る写真であり、ここで普通のロール
破砕により得られる研磨グレーンを使用する。 第６図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）および
（ｆ）は、それぞれ、50グリットのゾル−ゲルアルミナ
の研磨グレーン；普通の50グリットのロール破砕された
融解アルミナの研磨グレーン；および本発明による被覆
された研磨製品中に使用した不規則の（ｃ）および増加
する（d,e,f）平均のアスペクト比の50グリットのゾル
−ゲルの研磨フィラメント、の粒子構造を示す図面に代
る写真である。 第７図は、研磨フィラメントを有する本発明による被覆
された研磨ディスクについての合計の切削への増加する
アスペクト比の効果を示すグラフである。 第８図は、切削の性能において被覆された研磨材への研
磨フィラメントのアスペクト比の効果を示す他のグラフ
である。 第９図は、サイズ剤の被覆中に埋め込まれた研磨粒子の
粒子構造を示す、本発明による被覆製品の表面の図面に
代るS.E.M.写真（100倍に拡大）である。 第10図は、サイズ剤の被覆をもつ従来の破砕した種添加
したゾル−ゲルグレーン製品の表面の砥粒の粒子構造を
示すS.E.M.写真（100倍に拡大）である。 第11図は、被覆製品、例えば、第９図に示すもの（本発
明の製品）の使用からの切屑の粒子構造を示す図面に代
る50×S.E.M.写真である。 第12図は、第９図に示す製品（先行技術）の使用からの
切屑の粒子構造を示す図面に代る50×S.E.M.写真であ
る。 10……研磨布紙製品、12……基材、 14……研磨布紙材、16……メーカーコート、 18……研磨フィラメント層、 20……サイズコート。

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）基材、および ｂ）１）メイカーコートと２）複数の予備造形されたフ
   ィラメント状研磨粒子の層とからなる研磨材被覆層、 からなる研磨布紙材料であって、前記フィラメント状研
   磨粒子は実質的に均一な断面を有し、前記基材へ前記メ
   イカーコートにより付着されており、かつ前記フィラメ
   ント状研磨粒子の各々は少なくとも１のアスペクト比を
   もつ実質的に均一な断面を有しそして２ミクロンより大
   きくない大きさの結晶子を有する焼結されたゾルゲル法
   アルファアルミナの多結晶体からなり、かつ前記フィラ
   メント状研磨粒子は少なくとも16GPaのビッカース硬度
   （500g荷重）を有することを特徴とする、研磨布紙。
2. 【請求項２】前記研磨粒子は理論密度の少なくとも90％
   の密度をもつ、請求項１に記載の研磨布紙。
3. 【請求項３】フィラメント状研磨粒子は円形の断面を有
   する、請求項１または２に記載の研磨布紙。
4. 【請求項４】前記基材上の前記フィラメントの形状の粒
   子は少なくとも2:1の平均のアスペクト比を有する、請
   求項1,2または３記載の研磨布紙。
5. 【請求項５】前記研磨フィラメントのビッカース硬度
   （500g荷重）は少なくとも18GPaである、請求項1,2,3ま
   たは４に記載の研磨布紙。
6. 【請求項６】前記焼結された研磨フィラメントは少なく
   とも2:1の平均アスペクト比を有し、そして各研磨フィ
   ラメントは0.05〜0.5mmの直径を有し、そして前記アル
   ファアルミナの結晶は種添加ゾルゲル法による結晶であ
   り、そして結晶子は１ミクロンより大きくない大きさを
   有する、請求項１〜５のいずれか１に記載の研磨布紙。
7. 【請求項７】前記フィラメントの形状のアルファアルミ
   ナの粒子は、0.5ミクロンより大きくない再結晶の大き
   さを有する一般に等軸の結晶の少なくとも95％からな
   る、請求項１〜６のいずれか１に記載の研磨布紙。
8. 【請求項８】フィラメント状粒子は少なくとも8,000kg/
   cm²の破壊強さを有する、請求項１〜７のいずれか１に
   記載の研磨布紙。
9. 【請求項９】前記予備造形した研磨粒子は、理論密度の
   少なくとも95％の密度を有する研磨フィラメントであ
   り、そしてスピネル、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、前記酸化物の
   前駆体、およびそれらの混合物から成る群より選択され
   る物質の15重量％までを含む、請求項１〜８のいずれか
   １に記載の研磨布紙。
10. 【請求項１０】前記アルファアルミナの結晶は１ミクロ
    ンより小さい大きさを有する種添加ゾルゲル法アルミナ
    の結晶である、請求項９に記載の研磨布紙。
11. 【請求項１１】前記フィラメントの形状のアルミナに基
    づく研磨粒子の少なくともあるものはそれらのより長い
    寸法方向において湾曲している、請求項１〜10のいずれ
    か１に記載の研磨布紙。
12. 【請求項１２】前記フィラメントの形状のアルミナに基
    づく研磨粒子の少なくともあるものはそれらのより長い
    寸法方向においてより合わされている、請求項１〜11の
    いずれか１に記載の研磨布紙。
13. 【請求項１３】前記予備造形した研磨粒子は円形の形状
    に研磨フィラメントであり、各前記フィラメントはほぼ
    0.33mmの直径を有する、請求項１〜12のいずれか１に記
    載の研磨布紙。
14. 【請求項１４】基材の表面は、閉じた被覆を形成するた
    めに要求されるフィラメント状アルミナ焼結粒子の理論
    重量の40〜60％を受容する、請求項１〜13のいずれか１
    に記載の研磨布紙。
15. 【請求項１５】複数の研磨材の層を使用し、そして最後
    に適用する層はフィラメント状研磨粒子からなる、請求
    項１〜14のいずれか１に記載の研磨布紙。
16. 【請求項１６】被覆された研磨材の層は、存在する研磨
    材の重量に基づいて、40％までの非フィラメント状研磨
    粒子からなる、請求項１〜15のいずれか１に記載の研磨
    布紙。
17. 【請求項１７】フィラメント状粒子の少なくとも一部分
    は、使用するとき、０に近い加工物に関するレーキ角を
    有する、請求項１〜16のいずれか１に記載の研磨布紙。
18. 【請求項１８】フィラメント状粒子の少なくとも一部分
    は、成分のフィラメントが互いに対して位置しかつ支持
    するグループで存在する、請求項１〜17のいずれか１に
    記載の研磨布紙。
19. 【請求項１９】フィラメント状粒子は少なくとも8,000k
    g/cm²破壊強さを有する、請求項１〜18のいずれか１に
    記載の研磨布紙。
20. 【請求項２０】研削助剤からなる層が被覆された研磨材
    の層へ適用されている、請求項１〜19のいずれか１に記
    載の研磨布紙。
21. 【請求項２１】サイズコートを研磨粒子の適用後に適用
    し、そしてメイカーコートおよびサイズコートはフェノ
    ール樹脂からなる、請求項１〜20のいずれか１に記載の
    研磨布紙。
22. 【請求項２２】研磨製品はディスクであり、そして基材
    は加硫繊維である、請求項１〜20のいずれか１に記載の
    研磨布紙。
23. 【請求項２３】研磨フィラメントは2:1〜8;1の平均のア
    スペクト比を有する、請求項１〜22のいずれか１に記載
    の研磨布紙。