JP2704044B2

JP2704044B2 - 結合研磨物品用収縮減少性組成物

Info

Publication number: JP2704044B2
Application number: JP5513235A
Authority: JP
Inventors: フジネック，ゲイリー
Original assignee: シンシナティ・ミラクロン・インコーポレーテッド
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1993-01-05
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: EP0577805A4; JPH06506404A; CN1079685A; KR0179397B1; WO1993014906A1; US5178644A; DE69308940D1; EP0577805B1; EP0577805A1; DE69308940T2; ATE150351T1

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野本発明は、ガラス質結合研削砥石及びこのような砥石
やその他のガラス質結合研磨製品の製造方法に関する。
本発明は、ガラス質結合研磨製品、特に、研削砥石を製
造するための改良方法にも関する。この方法では、収縮
減少剤を使用して当該製品の製造方法の焼成操作中の研
磨製品の収縮を減少又は防止する。従来方法におけるガ
ラス質結合研磨製品の焼成中の収縮に関連する問題を本
発明により可及的に少なく又は排除する。

発明の背景ガラス質結合研削砥石は、長年の間、当業界では本質
的に次の工程を使用する方法で製造していた。即ち、研
磨用粗粒、ガラス質又は陶器質結合前駆成分（例えば、
酸化物及びケイ酸塩のフリット）及び一時バインダーを
一緒に混合し、この混合物を型に入れ当該型中で混合物
を圧縮しておおむね研削砥石の所望の寸法と形状にし、
圧縮した砥石から揮発性成分を抽出し（通常は、圧縮し
た砥石を相対的に低い温度、例えば、200〜300℃で加熱
することにより抽出する）、型から砥石を取り出し、次
いで、砥石を相対的に高い温度、例えば、500〜1200℃
の炉中で焼成しガラス質結合を形成し且つ一緒に研磨用
粗粒を結合する。焼成工程前の圧縮した砥石からの揮発
性成分の除去は、従来方では通常行われている。何故な
ら、例えば、一時バインダーのような成分と共に導入さ
れるかかる揮発性成分は、砥石を高温の焼成工程に付す
ときに圧縮した砥石中に依然として残った場合に、焼成
した砥石に膨潤（非不均一膨張）、破裂及び歪みをもた
らし得るからである。揮発性成分は多分水及び／又は有
機物質である。相対的に低い温度での圧縮した砥石の加
熱は、更に、一時バインダーが、型から圧縮した砥石を
取り出せるような一時的且つ弱い方法で砥石の種々の成
分と一緒に結合する目的を有する。この一時的に結合し
た圧縮砥石はしばしば生砥石と呼ばれる。焼成工程中、
この工程は通常一時バインダーの分解温度よりはるかに
高い温度で実施するのであるが、一時バインダーは砥石
から除去され全ての残留物質も駆逐される。

圧縮した一時結合（即ち、生）砥石の焼成は、通常、
500゜〜1200℃の範囲の温度で実施される。この高温加
熱の間、種々の物理的及び／又は化学的変換が、研磨用
粗粒と一緒に結合するガラス質又は陶器質マトリックス
の形成をもたらす。砥石中に多くの孔が形成し体積変化
の起こるのは焼成工程の間である。体積の変化は、しば
しば砥石の収縮に現れる。ガラス質結合マトリックスを
形成するための粒状物質は、反応により化学的に及び／
又は共に融解及び／又は溶成することにより物理的に変
化する。これらの化学的及び／又は物理的変化はガラス
質結合を形成するための粒状物質により占められる体積
の減少を生じさせる。研磨粗粒以外の追加の粒状物質が
ガラス質結合マトリックスに配合されることがあり、体
積の別異の減少をもたらす作用となり得る。収縮程度
は、これらの変化の大きさにおおむね依存し、従って、
その量に、並びに砥石を造るのに使用されるガラス質結
合形成マトリックス材料及びその他の粒状物質の化学的
及び／又は物理的特性及び砥石にもたらされる孔の程度
に依存する。0.5体積％〜10体積％の収縮は知られてお
り、特に相対的に多孔性砥石（例えば、20体積％又はそ
れ以上の多孔性）に知られている。この収縮の事項を例
を挙げて説明するために、砥石のガラス質結合マトリッ
クスを形成するための粒状物質をガラスビーズであるよ
うに視覚化できる。容器にこれらのビーズ入れそれにビ
ーズを最効率パッキングで充填するとビーズにより占め
られていない空間を残す。ビーズが融解して液状ガラス
を形成するとビーズにより占められる体積よりも少ない
ガラスの体積となる。この体積の変化（減少）は、従っ
て、ガラスビーズの融解からもたらされる収縮である。

所定より寸法が小さくなって研削砥石、相対的に多孔
性の砥石についての許容範囲外の中央取付穴、合わせセ
グメントの分離（例えば、リムからコア）及びガラス質
結合研削砥石の均一な割れ又は歪みは、焼成中の砥石の
収縮の観察された結果の幾つかである。これらの問題の
幾つか（例えば、寸足らずの砥石）は、焼成した砥石の
収縮を埋め合わせるのに足る、焼成した砥石よりも大き
な生砥石を製造することにより、又は、所望の最終寸法
よりも大きな焼成砥石を製造し、次いで砥石を機械加工
して適当な寸法にすることにより、当業界で解決してき
た。当業界において、相対的に多孔性の砥石では、収縮
を制御する（即ち、一定の再現性のある結果を得るこ
と）のが困難であることが見いだされたので、収縮を埋
め合わせるのに足る寸法の生砥石の製造では全体的に信
頼出来る回答を得ることが見いだされていなかった。収
縮に対するもっと受け入れることのできる答えは、要求
されるよりも大きな寸法にガラス質結合研削砥石を調製
し、次いで、正確な寸法に砥石を機械加工することであ
った。しかし、ここでも依然として問題が残っている。
機械加工によっても、許容範囲外の取付穴のために寸法
合わせは困難な問題があることが見いだされている。ガ
ラス質結合研削砥石を寸法に機械加工することは工程を
追加し、製造の経費がかかる。数種のガラス質結合研削
砥石、特にダイヤモンドや立方晶系窒化ホウ素のような
高価な研磨用粗粒で製造するものは、高価でない研磨用
粗粒を含む又はその研磨用粗粒を含まないガラス質結合
コアを取り巻くガラス質結合研磨用リムを設けて造られ
る。これらの砥石の製造する公知の方法では、収縮はリ
ムからコアの分離及び砥石の歪みさえもたらすことが観
察されている。このような問題は、スクラップ砥石（即
ち、使用に適さない砥石）及びこれらの既に高価な砥石
の経費を増加させる。

発明の概要本発明の目的は、ガラス質結合研磨物品、例えば、研
削砥石、を製造するための改良方法を提供することにあ
る。

本発明の別の目的は、収縮を減少又は排除するガラス
質結合研磨物品を製造するための改良方法を提供するこ
とにある。

本発明の更なる目的は、収縮作用がないか又は実質的
にないガラス質結合研磨物品を提供することにある。

尚、更なる本発明の目的は、ガラス質結合研磨物品の
製造において従来の技術の収縮問題を克服することにあ
る。

これら及びその他の目的は、本発明では次の記述及び
請求の範囲から明らかになるように、20体積％〜55体積
％の範囲の多孔率のガラス質結合研磨物品（例えば、研
削砥石）を製造するための改良方法が本発明において達
成される。即ち、この方法は、研磨用粗粒及び研磨物品
を製造するためのその他の成分を一緒にブレンドし、ブ
レンドした各成分を型中で圧縮して物品の形状及び寸法
にし、そして、物品を焼成して研磨用粗粒と一緒に結合
するガラス質マトリックスを形成する各工程を含み、こ
こで、改良点はガラス質結合研磨物品を製造するための
成分中に非被覆、非研磨性、非金属性の粒状無機固体収
縮制御剤（SCA）（例えば、六方晶系窒化ホウ素）を混
合することを含む。

本発明の改良方法の実際では、従来技術の収縮により
もたらされる欠点及び問題（例えば、小さくなってしま
った取り付け穴、砥石のコア部分からリムの分離及び砥
石の歪み）がないか実質的にない、20〜55体積％の多孔
性を有するガラス質結合研磨物品、特に、ガラス質結合
研削砥石、さらに具体的には20〜55体積％の多孔性を有
するリム付き研削砥石が得られる。リム付きガラス質結
合研削砥石は、ガラス質結合研磨剤、普通、低価な研磨
剤（例えば、アルミナ、炭化ケイ素）を含むか研磨剤を
含まないガラス質結合コアに結合したダイヤモンドや立
方晶系窒化ホウ素のような高価な研磨剤、のバンドを有
する砥石であることができる。

発明の詳細な記述相対的に多孔性（例えば、少なくとも20体積％の多孔
率）のガラス質結合研削砥石の従来製法は、基本的工程
の、ａ）研磨用粗粒、ガラス質結合前駆物質及びその他
の成分を一緒に混合してブレンドを形成し、ｂ）型中に
このブレンドを入れ、ｃ）型中でブレンドを圧縮してブ
レンドを造形し、そしてｄ）造形したブレンドを加熱し
て研磨用粗粒と一緒に結合するガラス質マトリックスを
形成する工程を使用する。これらの工程を、型中で圧縮
ブレンドを加熱して揮発性物質を除去する、焼成工程前
に圧縮ブレンドを型から取り出す、そして、型中で圧縮
ブレンドを焼成又は加熱してガラス質マトリックスを形
成する（ここで、ブレンドに対する圧縮力を維持し続け
る）ような個々の工程を含むその他の工程又は種々の条
件で補うこともできる。ガラス質結合研削砥石の製造方
法におけるこの最終工程の包含は熱間圧縮として知ら
れ、且つ、通常、特殊で高価な型（例えば、グラファイ
ト製型等）の必要な方法を生じさせる。この熱間圧縮
は、普通、当業界では小型の研削砥石の製造に使用され
ているが、しばしば、不活性雰囲気又は減圧雰囲気と結
び付けて行われる。熱間法を使用しないガラス質結合研
削砥石の製造方法では、圧縮ブレンドを、揮発性物質を
除去し一時バインダーを硬化するための低温（200゜〜3
00℃）の加熱サイクル後、型から取り出す。型から取り
出した造形ブレンドを、次いで、焼成工程に付し、研磨
用粗粒と一緒に結合するガラス質マトリックスを形成す
る。この後者の方法は、通常、冷圧法と呼ばれる。不活
性又は減圧雰囲気中の熱間圧縮は、酸化がガラス質結合
研削砥石又はその他の研磨用製品を製造するのに問題と
なる場合に当業界で使用されてきた。相対的に言えば、
冷圧式は、ガラス質結合研削砥石を製造するのに当業界
で使用される一般的に使用されてきた方法である。

従来の、相対的に多孔性（例えば、少なくとも20体積
％多孔率）のガラス質結合研削砥石の製造法では、研磨
用粗粒又は研磨用粗粒の混合物（例えば、酸化アルミニ
ウム及び炭化ケイ素）をガラス質結合前駆物質とブレン
ドした。この前駆物質は原料物質（例えば、ケイ酸塩、
酸化物等）のフリット又はブレンドであり得る。この原
料物質は、焼成工程の間に、ガラス質結合又はマトリッ
クスを形成し、研磨用粗粒と一緒になって結合する。フ
リットは、通常、融ける又は融解して研削砥石又はその
他の研磨用物品の結合又はマトリックスを形成する粒状
のガラス状物質である。研磨用粗粒及びガラス質結合前
駆物質の混合物は、プロセスの焼成操作の前に、一時的
に砥石混合物の成分を一緒に結合する有機材料と合わせ
ることができる。この一時バインダーは有機ポリマー材
料又はポリマー形成材料であり得る。当業界においてフ
ェノール樹脂が有用な一時バインダーであることが見い
だされている。潤滑剤、極圧剤及び充填剤のようなその
他の材料を、研磨用粗粒、ガラス質結合前駆物質及び一
時バインダーと混合してもよい。次いで、秤量した研削
砥石の混合済み成分を所望の研削砥石の大体の寸法と形
状の型の中に入れる。次いで、型中に均一に配分された
ブレンドに圧力をかけることにより圧縮して所望の寸法
にし、型中で低温（例えば、200゜〜300℃）に加熱して
ブレンド中に存在する揮発性物質（例えば、水や有機溶
媒）を除去する。圧縮したブレンドを低温に加熱するこ
とは、一時バインダーが砥石の成分と一緒になって相対
的に弱い自己支持状に結合し、造形した物品をプロセス
の焼成操作の前に取り扱うことができるようになる。次
いで、砥石を型から取り出し、炉又はオーブン中に入
れ、所定の時間／温度サイクルにわたって高温（例え
ば、500゜〜1000℃）に加熱して研磨用粗粒と結合する
ガラス質結合又はマトリックスを形成する。研磨用粗
粒、ガラス質結合前駆物質、一時バインダー及びその他
の材料を高温に加熱してガラス質結合を形成すること
は、化学的及び／又は物理的変化を生じさせ、高温加熱
（即ち、焼成）工程前の、その寸法と体積から収縮をも
たらすことになる。従って、焼成後の砥石は、焼成前よ
りも小さい。従って、規定の寸法の最終砥石の従来の製
造法では、このような収縮を考慮しなければならなかっ
た。相対的に多孔性の研削砥石では、収縮は、正確又は
信頼性のある再現性がないことが見いだされており、従
って、従来技術方法では、通常、所望の寸法よりも大き
い焼成済みガラス質結合研削砥石を製造し、次いで、焼
成した砥石を機械加工して正しい又は最終の寸法にする
ことを考慮した。かかる機械加工又は仕上げは時間消費
であり、砥石の製造経費を上げる。従って、要求される
機械加工又は仕上げが大変な程研削砥石を製造するため
の時間と経費がかかる。通常、研削砥石は、研削操作を
行うための機械に砥石を取り付けるための中央穴を有す
る。この穴の正確な寸法は研削砥石の利用性に重大であ
る。ガラス質結合研削砥石の製造中に起こる収縮は取り
付け穴の寸法に影響を与え、穴が所望よりも小さくな
る。従って、正しい寸法に穴を機械加工する必要とな
る。このようなガラス質結合研削砥石の機械加工はその
本来的な困難性により、時間消費であり経費がかかる。
従来のガラス質結合研削砥石やその他の研磨用製品の製
造中の収縮は、従って、重要な問題である。収縮の減少
及び望ましくは排除することは、従って、ガラス質結合
研削砥石及びその他の研磨用製品の業界において有利な
改良となるであろう。

本発明は、相対的に多孔性のガラス質結合研削砥石に
おける収縮の問題に挑戦し、収縮が減少又は排除される
ガラス質結合研磨物品の改良した製造方法を提供する。
一定の材料［本明細書では収縮制御剤（SCA）と呼ぶ］
をガラス質結合研磨物品（20〜55体積％の多孔性を有す
る）の製造のための成分のブレンドに使用すると、プロ
セス中の物品の収縮を減少できる。従って、本発明で
は、20〜55体積％の多孔性を有するガラス質結合研磨物
品、更に具体的には研削砥石の製造に改良方法を与え
る。この方法は、ａ）研磨用粗粒及びガラス質マトリックス前駆物質を一
緒にブレンドして均質なブレンドを形成し、ｂ）型にブレンドを入れ、ｃ）ブレンドを圧縮して圧縮造形体を形成し、そしてｄ）圧縮した造形体を、ガラス質マトリックス前駆物質
を研磨用粗粒と一緒に結合するガラス質マトリックスに
変換するための温度に加熱する、各工程を含み、改良点は、収縮減少有効量の収縮減少
制御剤と研磨用粗粒及びガラス質マトリックス前駆物質
とを混合する工程を含み、当該制御剤は非被覆、非研磨
性、非金属性の粒状無機固体である。

本明細書中に開示され特許請求されている本発明の好
適な面では、収縮制御剤（SCA）は、モース硬度スケー
ルで１〜４の範囲の硬度を有する、非被覆、非研磨性、
非金属性の粒状無機固体で、ａ）酸素並びにケイ素、ア
ルミニウム及びマグネシウム元素のうち少なくとも一種
を含有する鉱物並びに六方晶系窒化ホウ素からなる群か
ら選択される。

本発明の開示及び請求の範囲中で使用されているよう
に、非被覆という用語は、表面上に金属の層又は被覆が
ないことを意味する。

本発明の一つの具体的な実際では、20〜55体積％の範
囲の多孔率を有するガラス質結合研磨研削砥石を製造す
る改良方法が提供され、その方法はａ）研磨用粗粒、ガラス質マトリックス前駆物質及び一
時バインダー材料を一緒にブレンドし均質なブレンドを
形成し、ｂ）型にブレンドを入れ、ｃ）型に入れたままブレンドを圧縮し、ｄ）型に入れたまま、圧縮したブレンドをガラス質マト
リックス前駆物質を研磨用粗粒と一緒に結合するガラス
質マトリックスに変換するための温度よりも低い温度に
加熱し、自己支持造形成形材料を形成し、ｅ）この成形材料を型から取り出し、そしてｆ）この成形材料をガラス質マトリックス前駆物質を研
磨用粗粒と一緒に結合するガラス質マトリックスに変換
するのに足る温度に加熱する、各工程を含み、ここで、改良点は、収縮減少有効量の非研磨性六方晶
系窒化ホウ素を、研磨用粗粒、ガラス質マトリックス前
駆物質及び一時バインダーと混合する工程を含むことで
ある。

本発明の別の具体的な実際では、20〜55体積％の範囲
の多孔率を有するガラス質結合研磨用研削砥石を製造す
る改良方法が提供され、その方法はａ）立方晶系窒化ホウ素研磨用粗粒、ガラス質マトリッ
クス前駆物質及び一時バインダーを一緒にブレンドし均
質なブレンドを形成し、ｂ）型にブレンドを入れ、ｃ）型に入れたままブレンドを圧縮し、ｄ）型に入れたまま、圧縮したブレンドをガラス質マト
リックス前駆物質を研磨用粗粒と一緒に結合するガラス
質マトリックスに変換するための温度よりも低い温度に
加熱し、自己支持造形成形物を形成し、ｅ）この成形物を型から取り出し、そしてｆ）この成形物をガラス質マトリックス前駆物質を研磨
用粗粒と一緒に結合するガラス質マトリックスに変換す
るのに足る温度に加熱する、各工程を含み、ここで、改良点は、収縮減少有効量の非研磨性六方晶
系窒化ホウ素を、立方晶系窒化ホウ素研磨用粗粒、ガラ
ス質マトリックス前駆物質及び一時バインダーと混合す
る工程を含むことである。

本発明のなお別の実際では、20〜55体積％の範囲の多
孔率を有するガラス質結合研磨用研削砥石を製造する改
良方法が提供され、その方法はａ）立方晶系窒化ホウ素研磨用粗粒、溶成アルミナ研磨
用粗粒、ガラス質マトリックス前駆物質及び一時バイン
ダーを一緒に混合し均質なブレンドを形成し、ｂ）型にブレンドを入れ、ｃ）型に入れたままブレンドを圧縮し、ｄ）型から成形物を取り出し、この成形物をガラス質マ
トリックス前駆物質を研磨用粗粒と一緒に結合するガラ
ス質マトリックスに変換するのに足る温度に加熱する、
各工程を含み、ここで、改良点は、収縮減少有効量の非研磨性六方晶
系窒化ホウ素を、立方晶系窒化ホウ素研磨用粗粒、溶成
アルミナ研磨用粗粒及び一時バインダーと混合する工程
を含むことである。

本発明のその他の実際では、上述の手順及び六方晶系
窒化ホウ素（SCA）の代わりにSCAとしてパイロフィライ
ト、タルク又は雲母を使用してもよい。

溶成アルミナ、か焼ゾル−ゲルアルミナ、ゾル−ゲル
窒化アルミナ／オキシ窒化アルミナ、炭化ケイ素、立方
晶系窒化ホウ素及びダイアモンド研磨用粗粒（これらに
限定されない）を含む、種々の研磨用粗粒及び研磨用粗
粒の混合物を、本発明の実際に使用できる。これら及び
その他の研磨用粗粒は、当業界で周知の慣用的な寸法で
あることができる。本発明の実際では、60〜325メッシ
ュ（米国標準篩サイズ）、好ましくは、100〜200メッシ
ュの範囲の研磨用粗粒が使用できる。組成中に異なる研
磨用粗粒の種々の組合せ及び／又は寸法を使用してもよ
い。同じ組成であるが異なる寸法の研磨用粗粒混合物、
及び異なる組成で同じ寸法又は異なる寸法の研磨用粗粒
の混合物を本発明の方法及び物品に使用できる。

本発明に使用するガラス質マトリックス前駆物質は、
焼成工程で加熱するとき、研磨物品の研磨用粗粒と一緒
に結合するガラス質マトリックスを形成する材料又は材
料の混合物である。この、研磨用粗粒と一緒に結合する
ガラス質マトリックスは、当業界で研磨物品のガラス質
相、ガラス質結合、陶器結合又はガラス結合としても知
られている。ガラス質マトリックス前駆物質は、更に詳
細には、高温に加熱された時に反応してガラス又は陶器
マトリックスを形成する酸化物及びケイ酸塩の組合せ又
は混合物であってもよく、又は焼成工程中に高温に加熱
される時融け及び／又は融解して研磨物品のガラス質マ
トリックスを形成するフリットであってもよい。当業界
で周知の材料の種々の組合せをガラス質マトリックス前
駆物質として使用してもよい。主にこのような材料は金
属酸化物及びケイ酸塩である。酸化物及びケイ酸塩の種
々の組合せから製した予備形成した微細な粒子ガラス
（即ち、フリット）を、ガラス質マトリックス前駆物質
として使用してもよい。このようなフリットは一般に知
られており、商業的に入手できる。これらのフリット
は、通常、先ず、酸化物及びケイ酸塩の組合せを調製
し、高温に加熱してガラスを形成することにより作られ
る。冷却後、ガラスを、次いで、小さな粒子に粉砕す
る。1000゜F〜2500゜Fの範囲の温度が、本発明のガラス
質マトリックス前駆物質から研磨物品の研磨用粗粒と結
合するガラス質マトリックスに変換するための実施に使
用できる。このような加熱は一般に焼成工程と呼ばれ、
普通、窯又は炉中で実施される。ここで、研磨物品を加
熱するのに使用する温度及び時間は、研磨物品の寸法及
び形状、研磨用粗粒並びにガラス質マトリックス前駆物
質の組成のような因子に従って制御又は変動的に制御さ
れる。当業界でガラス質結合研磨物品を製造するための
焼成条件は周知であり、そのような条件を本発明の実施
に使用できる。

当業界で、ガラス質結合研磨物品の製造に種々の添加
剤の使用が知られており、当該物品を製造する容易性及
び性能を助け且つ改良の双方を達成する。このような添
加剤には、潤滑剤、充填剤、一時バインダー及び加工助
剤等がありうる。これらの添加剤は、当業界で周知の量
で、本発明の実施において、それらの意図する目的のた
めに使用できる。

相対的に多孔性（例えば、20体積％又はそれ以上の多
孔率）のガラス質結合研磨物品のそれらの製造中の収縮
は従来技術において周知である。研磨用粗粒、ガラス質
マトリックス前駆物質及び任意のその他の成分の一定量
の混合物を、型中に入れ、圧縮すると、所定の寸法及び
体積の圧縮造形物を得る。この造形物は、焼成工程で加
熱し研磨用粗粒と一緒に結合するガラス質マトリックス
を形成するとき、体積が収縮し、そして得られたガラス
質結合研磨物品は、焼成工程前の圧縮形状のそれよりも
小さな体積を有する。この収縮（例えば、体積の減少）
の補償のために、焼成前に、焼成後の研磨物品の寸法よ
りも適切に大きくし焼成中の収縮を補正する寸法をもた
せることが知られている。このような補償は、所望の寸
法と形状に焼成したガラス質結合研磨物品（例えば、研
削用砥石）を実質的に提供できる。当業界では、焼成中
に収縮するのを補償するのに足るのみならず、所望の寸
法よりも大きな寸法の焼成したガラス質結合研磨物品を
製造し所望の寸法に当該物品を機械加工をもする寸法の
圧縮した造形物を使用することも知られている。予期さ
れる収縮を補償するのに足る大きさの寸法の圧縮した造
形物の製造は、所望の寸法の焼成研削用砥石を常には生
じさせない。なぜなら、収縮は、満足のいく程度まで制
御し再現するのが難しいからである。従って、この収縮
を取り扱うこの方法は全く満足のいくものではない。所
望よりも大きな研削用砥石を製造し次いでそれを適当な
寸法に機械加工することは、この砥石の製造に工程、時
間及び経費を追加する。本発明は、従来のガラス質結合
研磨物品の製造方法のこれらの困難を克服することを求
める。これらの困難と不利益を克服するために、本発明
の方法では、収縮減少有効量のSCAを研磨用粗粒及びガ
ラス質マトリックス前駆物質に混合する工程を提供する
ものであり、ここで、この収縮制御剤は非被覆、非摩耗
性、非金属性の粒状無機固体である。SCAは、広い範囲
にわたり粒度を有することができる。粒度は研磨用粗粒
よりも小さくても又は大きくてもよい。60〜325、好ま
しくは、100〜200メッシュ（米国標準篩サイズ）の範囲
の粒度を有する収縮制御剤を本発明の実際で使用でき
る。ガラス質結合研磨物品の収縮が成分の量並びに化学
的及び物理的特性、更に当該物品の製造条件に伴い広い
範囲で変動し得るので、本発明の実際で使用するSCAの
収縮減少有効量は広い範囲にわたって変動できる。ガラ
ス質結合研磨物品の体積を基準に、0.5〜20体積％の範
囲、好ましくは、１〜10体積％、最も好ましくは、４〜
８体積％のSCAの量が本発明の実際に使用できる。好ま
しくは、SCAは非被覆、非研磨性、非金属性の粒状無機
固体であり、１〜４モース硬度の範囲の硬度を有し、
ａ）酸素並びにケイ素、アルミニウム及びマグネシウム
元素のうち少なくとも一種を含有する鉱物、並びにｂ）
六方晶系窒化ホウ素からなる群から選択される。酸素並
びにケイ素、アルミニウム及びマグネシウム元素のうち
少なくとも一種を含有し且つ１〜４モース硬度の範囲の
硬度を有する鉱物には、これらに限定されないが、パイ
ロフィライト、タルク、雲母、アロファン、ブルース石
及び緑泥石等がある。本発明の実際で、収縮制御剤とし
て使用し得る鉱物中には、ケイ素、アルミニウム及びマ
グネシウム元素のうち少なくとも一種に加えて種々のそ
の他の元素（例えば、鉄、リチウム、カリウム及びナト
リウム）が見られ得る。酸素の存在に加えて、パイロフ
ィライトはアルミニウム及びケイ素を含有し、タルクは
ケイ素及びマグネシウムを含有し、アロファンはアルミ
ニウム及びケイ素を含有し、ブルース石はマグネシウム
を含有し、緑泥石はケイ素、アルミニウム及びマグネシ
ウムを含有し、そして、雲母はケイ素及びアルミニウム
と更にマグネシウム、鉄、リチウム、ナトリウム又はカ
リウムのうち一種以上を含有する。

ガラス質結合研磨用研削砥石の製造において、当該砥
石を製造するのに使用する材料及びその寸法及び形状の
双方に従うこのような製造のために工程及び条件を変動
することが知られている。本発明の方法の実際のための
工程及び条件は、ガラス質結合研磨物品を製造するのに
使用する材料並びに当該物品の形状及び寸法に合うよう
に変動できる。従って、例えば、本発明の方法の一実際
では、研磨用粗粒をガラス質マトリックス前駆物質と混
合し、次いで、一時バインダー材料を研磨用粗粒及びガ
ラス質マトリックス前駆物質の混合物中にブレンドし、
次いで、添加剤を加えそしてブレンドし、次いで、SCA
を予じめ混合した成分中に添加してブレンドできる。次
いで、得られたブレンドを型に入れ、実質的に所望の寸
法及び形状に圧縮できる。この圧縮したブレンドを型中
でブレンド中の揮発性物質を除去するのに足り且つ各成
分を一緒に一時的に自己指示造形物に結合するための一
時バインダーのための温度であるが、ガラス質マトリッ
クス前駆物質を研磨用粗粒を一緒に結合するガラス質マ
トリックスに変換する温度未満の温度に加熱できる。次
いで、自己支持造形物を型から取り出し、ガラス質マト
リックス前駆物質を研磨用粗粒を一緒に結合するガラス
質マトリックスに変換する温度に加熱できる。本発明の
実際の別の例では、各成分（即ち、研磨用粗粒、ガラス
質マトリックス前駆物質、SCA等）を一緒にブレンドす
る順序以外は上記の手順に実質的に従う。研磨用粗粒を
一時バインダーと混合してこの粗粒をバインダーで均質
に被覆してもよく、次いで、ガラス質マトリックス前駆
物質と被覆した粗粒とを混合し、その他の成分を個々に
添加し先に混合した混合材料中にブレンドし、次いで、
SCAを添加しその配合物に混合する。本発明の方法の実
際の別の例は、SCA及び研磨用粗粒の一緒のブレンド、
それへのガラス質マトリックス前駆物質の添加及びブレ
ンド、次いで、一時バインダーの添加及びブレンド、続
いて個々に物品を製造するためのその他の成分の添加及
びブレンドを含むことができる。このブレンド手順に製
造プロセスの残りの工程（例えば、混合物の型への添
加、混合物の圧縮、及び圧縮した混合物の焼成）が続
く。従って、本発明の方法では、収縮制御剤と研磨用粗
粒、ガラス質結合前駆物質及びガラス質結合研磨物品の
製造のためのその他の成分の混合の工程が生じる具体的
な点を変動できる。

本発明の実際において、当業界で周知の慣用的なブレ
ンド及び混合技術、条件並びに装置を使用できる。ガラ
ス質研磨物品を焼成する前の当該物品、例えば、研削砥
石を圧縮するための当業界に周知の技術、条件及び装置
を使用できる。物品を焼成する前に圧縮したガラス質結
合研磨物品の乾燥を、普通一時バインダーで物品に導入
した水又は有機溶媒を除去するために使用でき、当業界
に周知の技術、条件及び装置を使用して実行できる。圧
縮した研磨物品を乾燥した後、普通、この生物品又は砥
石と呼ばれるものを、高温、例えば、1000゜F〜2500゜F
に加熱して研磨用粗粒と一緒に結合するガラス質マトリ
ックスを形成する。

ガラス質結合研磨物品、例えば、研削砥石は一般に多
孔（即ち、自由空間）を有することが知られている。物
品中の孔の量は、通常、研磨用粗粒の寸法及び組成、ガ
ラス質結合の組成、存在する場合、孔誘導物質の組成及
び量並びに物品を焼成する条件のような要因に依存して
調整可能に変動できる。ガラス質結合研磨物品の広範囲
な多孔性は当業界で公知である。このような多孔性は、
通常、物品の総体積又は幾何学的体積の百分率として表
現される。従って、例えば、ガラス質結合研磨研削砥石
は幾何学的体積のうち40％の多孔率を有する。これは焼
成した砥石の幾何学的体積の40％が孔又は自由空間であ
ることを意味する。焼成したガラス質結合研磨物品の体
積％多孔性は、物品の既知の幾何学的体積及びその製造
の焼成工程後の物品中に残っている各成分の体積％から
算出できる。物品中に使用されている各成分体積による
量及び各成分の真の密度が与えられると、物品中の各成
分の体積が計算できる。次いで、焼成後に物品中に残っ
ている成分の総体積を、物品の幾何学的体積から引き、
次いで、得られた値を物品の幾何学的体積で割る。こう
して得られた値に100を掛けて物品の多孔率を得る。同
様にして、焼成した物品中に残っている成分の各の体積
による百分率を一緒に加え、100からその合計を引き体
積による多孔性百分率を得ることができる。この最後の
手順を、下記の実施例で、各実施例中の研磨剤、結合剤
及び収縮制御剤の体積百分率を加え、100から合計を差
し引くことにより適用できる。

本発明の下記の限定されない実施例中で更に記載す
る。ここで特にことわらない限り、材料の量は重量によ
り、温度は華氏、米国標準篩サイズのメッシュ及び１）2Aアルミナは溶成アルミナ研磨剤２）MEMアルミナは、1989年11月21日に発行された米国
特許第4,881,951号明細書の開示とクレームに従い且つ
ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリ
ング社から入手されるCUBITROM MEMゾル−ゲルアルミ
ナ研磨剤（CUBITRONはミネソタ・マイニング・アンド・
マニュファクチュアリング社の登録商標である）３）3029樹脂は65重量％の固形ユリアホルムアルデヒド
樹脂及び35重量％水を含有する一時バインダー材料４）結合剤Ａは２種類のフリットの重量部等量混合物で
ある。第一のフリットは重量で43.5％SiO₂,1.18％TiO₂,
14.26％Al₂O₃,28.63％B₂O₃,2.14％CaO及び10.29％MgOの
酸化物系の組成を有する。第二のフリットは重量で59.0
％SiO₂,3.0％Al₂O₃,25.0％B₂O₃,4.0％MgO,1.0％Li₂O,2.
0％K₂O,2.0％Na₂O及び4.0％ZnOの酸化物系組成を有す
る。

５）アグラシェル（Agrashell）はアグラシェル社から
入手される市販粉砕ウオルナット殻である。

下記の実施例１〜34は呼称寸法0.250×0.25×1.56イ
ンチ（0.099立方インチの体積）を有するガラス質結合
研磨棒に関し、収縮挙動を測定するために製した。上記
研磨棒を、実施例に示した材料及び量（即ち、重量％）
を使用し、次の方法により調製した。研磨用粗粒又は研
磨用粗粒の混合物を収縮制御剤（即ち、六方晶系窒化ホ
ウ素、パイロフィライト、タルク又は雲母）と共に十分
にブレンドした。得られた混合物に、混合を続けなが
ら、前述の3029樹脂を加えこの配合物を一緒にブレンド
した。結合剤とデキストリンを一緒に均質に混合し、得
られた混合物を、混合しながら、研磨用粗粒、収縮剤制
御剤及び3029樹脂の配合物に加えた。得られた均質ブレ
ンドまたは配合物を、次いで、呼称寸法0.254×1.56イ
ンチで種々の深さを有する型キャビティ中に秤り込み、
呼称厚さ0.25インチに圧縮した。圧縮した棒（呼称寸法
0.25×0.254×1.56インチを有する）を型から取り出
し、室温で少なくとも１時間風乾した。収縮決定法に従
い棒を測定した処理した後、炉中で100゜F／時間の速度
で1525゜Fまで加熱し、６時間1525゜Fに保持することに
より焼成した。次いで、棒を炉中で炉の火を落として室
温まで冷却した。

下記の実施例35〜37の研削砥石を、各成分の混合及び
圧縮した砥石の焼成に関して実施例１〜34の棒と同様の
方法で調製した。実施例35〜37の砥石を製造するのに使
用した型は呼称外径0.75インチ、呼称厚さ0.50インチ及
び呼称内径0.50インチをもつ輪を製するキャビティを有
した。十分に混合した実施例35〜37の成分を上記輪状型
中に秤り込み、所望の呼称寸法に圧縮し、圧縮した輪状
盤を型から取り出した。少なくとも１時間圧縮した輪状
盤を風乾した後、実施例１〜34の棒の製造のための手順
に記載した条件及びスケジュールに従って焼成した。下
記の実施例に与えた収縮体積百分率は、A.I.Andrews
著、「セラミック試験及び計算（Celamic tests and
Calcilations）」第４章、第27頁〜第42頁（John Wi
ley ＆ Sons Inc.発行、著作権1948年）に記載され
ている周知の標準的な方法に従い決定した。下記の実施
例の幾つかでは、収縮ではなくて膨張が起こったことに
注意すべきである。膨張体積％は、計算において適当な
計算符号を変換して収縮体積％と類似の方法で決定し
た。

実施例38〜39の研削用砥石を、実施例38及び39の砥石
のために使用した型の寸法について以外は、実施例１〜
34の棒及び実施例35〜37の砥石の調製のために記載した
と同じ方法及び同じ条件を使用して調製した。次の方法
で実施される研削試験で、Ｇ−比（即ち、砥石の磨耗の
単位体積当たりに除去された金属の体積の割合）値を測
定した。

この研削試験では、IEF Cinternalグラインダーに砥
石を取り付け、内径３インチ×1.045インチ×0.375イン
チの52100鋼円筒状ワークピース（60〜62ロックウエル
Ｃ硬度）を砥石速度41,009RPM、インフィード速度0.060
/分及びワークピース回転速度150表面フィート／分で往
復運動研削を行った。各試験は、0.75立方インチの金属
に除去されるまで実施した。CIMPERIAL HD−90水系金
属工作液を各試験中に使用した。CIMPERIALは、シンシ
ナティミラクロン社の登録商標である。各試験につい
て砥石の磨耗及び金属除去を測定したＧ比値を求めた。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】20〜55体積％の範囲の多孔性を有するガラ
ス質結合研磨物品の改良製造法であって、ａ）研磨用粗粒及びガラス質マトリックス前駆物質を一
緒にブレンドして均質な混合物を形成しｂ）型中にこの混合物を入れ、ｃ）型中で混合物を圧縮して圧縮体を形成し、ｄ）ガラス質マトリックス前駆物質を研磨用粗粒と一緒
に結合するガラス質マトリックスに変える温度で圧縮体
を加熱する各工程からなり、改良点が、収縮減少有効量の収縮制御剤を研磨用粗粒及
びガラス質マトリックス前駆物質と混合する工程を含
み、当該収縮制御剤が、モース硬度スケールで１〜４の
範囲の硬度を有する、非被覆、非研磨性、非金属性の粒
状無機固体であって、下記の成分（１）及び（２）から
なる群から選択されるものであり、当該成分（１）は酸
素と、ケイ素、アルミニウム及びマグネシウム元素のう
ち少なくとも一種とを含有する鉱物であり、成分（２）
は六方晶系窒化ホウ素である、前記方法。
【請求項２】収縮制御剤が、酸素と、ケイ素、アルミニ
ウム及びマグネシウムの元素のうち少なくとも一種とを
含有する鉱物である、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】収縮制御剤が、非研磨性六方晶系窒化ホウ
素である、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項４】工程（ａ）に一時バインダーを含有させ、
ガラス質マトリックス前駆物質を研磨用粗粒と一緒に結
合するガラス質マトリックスに変える温度より低い温度
に前記圧縮体を型中で加熱し、自己支持形態成形品を形
成し、その後、工程（ｄ）前に型からこの成形品を取り
出す工程を更に含む、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項５】前記研磨用粗粒が立方晶系窒化ホウ素であ
る、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項６】前記研磨用粗粒が立方晶系窒化ホウ素と溶
成アルミナ研磨用粗粒との混合物である、請求の範囲第
１項に記載の方法。
【請求項７】研磨用粗粒及びガラス質結合研磨物品を製
造するためのその他の成分を混合する工程の前に研磨用
粗粒と収縮制御剤とを一緒に混合する工程を含む、請求
の範囲第１項に記載の方法。
【請求項８】物品の体積を基準に１〜10体積％の範囲の
量で収縮制御剤を使用する、請求の範囲第１項に記載の
方法。
【請求項９】ガラス質マトリックス前駆物質がフリット
である、請求の範囲第２項に記載の方法。
【請求項１０】研磨用粗粒が立方晶系窒化ホウ素であ
る、請求の範囲第３項に記載の方法。
【請求項１１】ガラス質マトリックス前駆物質がフリッ
トである、請求の範囲第３項に記載の方法。
【請求項１２】収縮制御剤が非研磨性六方晶系窒化ホウ
素である、請求の範囲第７項に記載の方法。
【請求項１３】収縮制御剤の量が物品の体積を基準に４
〜８体積％の範囲の量である、請求の範囲第８項に記載
の方法。
【請求項１４】物品の体積を基準に１〜10体積％の範囲
の量で六方晶系窒化ホウ素を使用する、請求の範囲第10
項に記載の方法。
【請求項１５】ａ）研磨用粗粒及びガラス質マトリック
ス前駆物質を一緒にブレンドして均質な混合物を形成しｂ）型中にこの混合物を入れ、ｃ）型中で混合物を圧縮して圧縮体を形成し、ｄ）ガラス質マトリックス前駆物質を研磨用粗粒と一緒
に結合するガラス質マトリックスに変える温度で圧縮体
を加熱する各工程からなり、改良点が、収縮減少有効量の収縮制御剤を研磨用粗粒及
びガラス質マトリックス前駆物質と混合する工程を含
み、当該収縮制御剤が、モース硬度スケールで１〜４の
範囲の硬度を有する、非被覆、非研磨性、非金属性の粒
状無機固体であって、下記の成分（１）及び（２）から
なる群から選択されるものであり、当該成分（１）は酸
素と、ケイ素、アルミニウム及びマグネシウム元素のう
ち少なくとも一種とを含有する鉱物であり、成分（２）
は六方晶系窒化ホウ素である、改良製造法により製造さ
れる20〜55体積％の範囲の多孔性を有するガラス質結合
研磨物品。
【請求項１６】前記収縮制御剤が、酸素と、ケイ素、ア
ルミニウム及びマグネシウム元素のうち少なくとも一種
とを含有する鉱物である、請求の範囲第15項に記載のガ
ラス質結合研磨物品。
【請求項１７】収縮制御剤が六方晶系窒化ホウ素であ
る、請求の範囲第15項に記載のガラス質結合研磨物品。
【請求項１８】研磨剤が立方晶系窒化ホウ素である、請
求の範囲第15項に記載のガラス質結合研磨物品。