JP5697794B2 - 高速研削操作用の研磨物品 - Google Patents
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Description
下記は、研磨物品、および特に高速研削操作を行うために好適な結合研磨物品を対象とする。
研磨工具は、研磨粒子が材料除去用途向けに結合材内に含有されるように一般に形成される。超研磨粒子（たとえば、ダイヤモンドもしくは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ））または微結晶性アルファ−アルミナ（ＭＣＡ）研磨粒子とも言われる、シードあり（もしくはシードなしでも）の焼結ゾルゲルアルミナ研磨粒子が、そのような研磨工具に用いられ得る。結合材は、樹脂などの、有機材料、またはガラスもしくはガラス化材料などの、無機材料であり得る。特に、ガラス化結合材を使用する、かつＭＣＡ粒子または超研磨粒子を含有する結合研磨工具は、研削のために商業的に有用である。
ある種の結合研磨工具、特にガラス化結合材を利用するものは、ＭＣＡの研磨粒子に有害な影響を及ぼし得る、多くの場合約１１００℃以上での、高温形成プロセスを必要とする。実際に、研磨工具を形成するために必要なそのような高温で、結合材は、研磨粒子、特にＭＣＡ粒子と反応し、研磨材の完全性を損傷し、粒子の鋭さおよび性能特性を低下させ得ることが知られている。結果として、当該技術分野では、形成プロセス中に研磨粒子の高温劣化を抑制するために結合材を形成するために必要な形成温度を低下させることに移行してきた。
たとえば、ＭＣＡ粒子とガラス化結合剤との間の反応の量を減らすために、米国特許第４，５４３，１０７号明細書は、約９００℃ほどに低い温度で焼成するために好適な結合剤組成物を開示している。代わりのアプローチでは、米国特許第４，８９８，５９７号明細書は、約９００℃ほどに低い温度で焼成するために好適な少なくとも４０％のフリット材料を含む結合剤組成物を開示している。１０００℃よりも下の温度で形成することができる結合材を利用する他のそのような結合研磨物品としては、米国特許第５，２０３，８８６号明細書、米国特許第５，４０１，２８４号明細書、米国特許第５，５３６，２８３号明細書、および米国特許第６，７０２，８６７号明細書が挙げられる。さらに、当該技術分野では、そのような結合研磨物品の性能の向上が依然として求められている。
上記のガラス質結合材は、高速研削操作のために必ずしも好適ではない。典型的には、高速研削操作は、研磨物品が高速研削操作中に加えられる力に耐えることができるように、１１００℃を上回る焼結温度で形成されたガラス質結合研磨物品を必要とする。当該技術分野では、結合研磨物品の向上が依然として求められている。
一態様によれば、研磨物品は、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が、約２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から形成され、約３．２（重量パーセントで）以下の重量パーセントシリカ（ＳｉＯ２）：重量パーセントアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の比および約３．０重量％以下の酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を有する結合材内に含有される結合研磨体を含む。結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有し、結合研磨体は、少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含む工作物を研削できる。
別の態様によれば、研磨物品は、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が、約２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から形成され、約３．２（重量パーセントで）以下の重量パーセントシリカ（ＳｉＯ２）：重量パーセントアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の比を有する単相ガラス質結合材内に含有される結合研磨体を有する。結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有し、結合研磨体は、少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含む工作物を研削できる。
さらに別の態様においては、研磨物品は、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が結合材内に含有される結合研磨体を含み、ここで、結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有する。結合研磨体は、少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含む工作物を研削することができ、かつ１．８のカットの深さで約０．０７インチ（１．７８ｍｍ）以下の角保持係数を有することができる。
別の態様においては、研磨物品は、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が結合材内に含有される結合研磨体を含み、ここで、結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有する。結合研磨体は、約１０Ｈｐ以下の最大電力で、および少なくとも約０．４インチ３／分／インチ（２５８ｍｍ３／分／ｍｍ）の材料除去率で、少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含む工作物を研削できる。
さらに別の態様によれば、研磨物品は、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が結合材内に含有される結合研磨体を含み、ここで、結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有する。結合研磨体は、少なくとも約０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）のカットの深さで、および少なくとも約０．４インチ３／分／インチ（２５８ｍｍ３／分／ｍｍ）の材料除去率で、少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含む工作物を研削できる。
別の態様においては、研磨物品は、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が結合材内に含有される結合研磨体を含み、ここで、結合研磨体は、結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有する。結合研磨体は、少なくとも約０．４インチ３／分／インチ（２５８ｍｍ３／分／ｍｍ）の材料除去率で少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含む工作物を研削できる。
本開示は、添付の図面を参照することによって当業者により良く理解され、その多数の特徴および利点が明らかにされ得る。
異なる図面での同じ参照記号の使用は、類似のまたは同一の項目を示す。
下記は、工作物の研削および造形に好適であり得る、結合研磨物品を対象とする。とりわけ、本明細書での実施形態の結合研磨物品は、研磨粒子をガラス質結合材内に組み入れることができる。本明細書での実施形態の結合研磨物品の使用のための好適な用途としては、たとえば、芯なし研削、円筒研削、クランク軸研削、様々な表面研削操作、ベアリングおよびギア研削操作、クリープフィード研削、ならびに様々な工具室用途などの研削操作が挙げられる。
ある実施形態によれば、ある実施形態の結合研磨物品の形成方法は、結合材を形成するための好適な化合物および成分の混合物を形成することによって開始することができる。結合剤は、酸化物化合物などの、無機材料の化合物で形成することができる。たとえば、一つの好適な酸化物材料は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含むことができる。ある実施形態に従って、結合材は、結合材の総重量に対して約５５重量％以下の酸化ケイ素から形成することができる。他の実施形態においては、酸化ケイ素の含有量は、約５４重量％以下、約５３重量％以下、約５２重量％以下、またはさらには約５１重量％以下などの、より少ないものであり得る。さらに、ある種の実施形態においては、結合材は、結合材の総重量に対して少なくとも約４６重量％、およそ少なくとも約４７重量％、少なくとも約４８重量％、またはさらには少なくとも約４９重量％などの、少なくとも約４５重量％の酸化ケイ素から形成されてもよい。酸化ケイ素の量が、上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
結合材はまた、ある種の含有量の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を組み入れることができる。たとえば、結合材は、結合材の総重量に対して少なくとも約１２重量％の酸化アルミニウムを含むことができる。他の実施形態においては、酸化アルミニウムの量は、少なくとも約１４重量％、少なくとも約１５重量％、またはさらには少なくとも約１６重量％であり得る。ある種の場合には、結合材は、結合剤の総重量に対して約２３重量％以下、約２１重量％以下、約２０重量％以下、約１９重量％以下、またはさらには約１８重量％以下である量の酸化アルミニウムを含んでもよい。酸化アルミニウムの量が、上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
ある種の場合には、結合材は、重量パーセントで測定されるような酸化ケイ素の量対重量パーセントで測定されるような酸化アルミニウムの量の間の特定の比から形成することができる。たとえば、シリカ対アルミナの比は、結合材内の酸化ケイ素の重量パーセントを酸化アルミニウムの重量パーセントで割ることによって示すことができる。ある実施形態に従って、酸化ケイ素対酸化アルミニウムの比は、約３．２以下であり得る。他の場合には、結合材内の酸化ケイ素対酸化アルミニウムの比は、約３．１以下、約３．０以下、またはさらには約２．９以下であり得る。さらに、結合材は、ある種の場合には、酸化ケイ素の重量パーセント対酸化アルミニウムの重量パーセントの比が、少なくとも約２．３などの、およそ少なくとも約２．４、少なくとも約２．５、少なくとも約２．６、またはさらには少なくとも約２．７などの、少なくとも約２．２であるように形成することができる。酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素の総量が上述の最小および最大値のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
ある実施形態に従って、結合材は、ある種の含有量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から形成することができる。たとえば、結合材は、結合材の総重量に対して約２０重量％以下の酸化ホウ素を組み入れることができる。他の場合には、酸化ホウ素の量は、約１９重量％以下、約１８重量％以下、約１７重量％以下、またはさらには約１６重量％以下などの、より少ないものであり得る。さらに、結合材は、結合材の総量に対して少なくとも約１２重量％、少なくとも約１３重量％、またはさらには少なくとも約１４重量％などの、少なくとも約１１重量％の酸化ホウ素から形成することができる。酸化ホウ素の量が上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
一実施形態に従って、結合材は、結合材内の酸化ホウ素の重量パーセントと酸化ケイ素の重量パーセントとの総含有量（すなわち、合計）が結合材の総重量に対して約７０重量％以下であり得るように形成することができる。他の場合には、酸化ケイ素と酸化ホウ素との総含有量は、約６８重量％以下、約６７重量％以下、またはさらには約６６重量％以下などの、約６９重量％以下であり得る。特定の一実施形態に従って、酸化ケイ素と酸化ホウ素との総重量パーセント含有量は、結合材の総重量に対して少なくとも約５８重量％、少なくとも約６０重量％、少なくとも約６２重量％、少なくとも約６３重量％、少なくとも約６４重量％、またはさらには少なくとも約６５重量％などの、少なくとも約５５重量％であり得る。結合材内の酸化ケイ素および酸化ホウ素の総重量パーセントは上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
さらに、特定の場合には、酸化ケイ素の量は、重量パーセントで測定されるように、結合材内の酸化ホウ素の量よりも大きいものであり得る。とりわけ、酸化ケイ素の量は、酸化ホウ素の量よりも少なくとも約１．５倍大きい、少なくとも約１．７倍大きい、少なくとも約１．８倍大きい、少なくとも約１．９倍大きい、少なくとも約２．０倍大きい、またはさらには少なくとも約２．５倍も大きいものであり得る。さらに、一実施形態においては、結合材は、約４倍以下大きい、約３．８倍以下大きい、またはさらには約３．５倍以下も大きいなどの、約５倍以下大きい量の酸化ケイ素を含むことができる。酸化ホウ素の量と比べて酸化ケイ素の量の差が上述の最小および最大値のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
ある実施形態に従って、結合材は、少なくとも１つのアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）（式中、Ｒは、元素の周期表の族ＩＡ元素から選択される金属を表す）から形成することができる。たとえば、結合材は、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、および酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、ならびにそれらの組み合わせなどの化合物の群からのアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）から形成することができる。
ある実施形態に従って、結合材は、結合剤の総重量に対して約２０重量％以下の総含有量のアルカリ酸化物化合物から形成することができる。本明細書での実施形態による他の結合研磨物品については、アルカリ酸化物化合物の総含有量は、約１９重量％以下、約１８重量％以下、約１７重量％以下、約１６重量％以下、またはさらには約１５重量％以下であり得る。さらに、一実施形態においては、結合材内のアルカリ酸化物化合物の総含有量は、少なくとも約１２重量％、少なくとも約１３重量％、またはさらには少なくとも約１４重量％などの、少なくとも約１０重量％であり得る。結合材が上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内の総含有量のアルカリ酸化物化合物を含み得ることは十分理解されるであろう。
特定の一実施形態に従って、結合材は、上述のような約３つ以下の個々のアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）から形成することができる。実際に、ある種の結合材は、結合材内に約２つ以下のアルカリ酸化物化合物を組み入れてもよい。
さらに、結合材は、アルカリ酸化物化合物のいずれの個々の含有量も結合材内のアルカリ酸化物化合物の総含有量（重量パーセントでの）の半分以下であるように形成することができる。さらに、特定の一実施形態に従って、酸化ナトリウムの量は、酸化リチウムまたは酸化カリウムの含有量（重量パーセント）よりも大きいものであり得る。より特定の場合には、重量パーセントで測定されるような酸化ナトリウムの総含有量は、重量パーセントで測定されるような酸化リチウムおよび酸化カリウムの含有量の合計よりも大きいものであり得る。さらに、一実施形態においては、酸化リチウムの量は、酸化カリウムの含有量よりも大きいものであり得る。
一実施形態に従って、結合材を形成する重量パーセントで測定されるようなアルカリ酸化物化合物の総量は、結合材内の酸化ホウ素の量（重量パーセントで測定されるような）よりも少ないものであり得る。実際に、ある種の場合には、結合材内の酸化ホウ素の総重量パーセントと比べてアルカリ酸化物化合物の総重量パーセントは、約０．９〜約１．３の範囲内、またはさらには約０．９〜約１．１の範囲内などの、約０．９〜約１．５の範囲内であり得る。
結合材は、ある量のアルカリ土類化合物（ＲＯ）（式中、Ｒは元素の周期表の族ＩＩＡからの元素を表す）から形成することができる。たとえば、結合材は、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、またはさらには酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）などのアルカリ土類酸化物化合物を組み入れることができる。ある実施形態に従って、結合材は、結合材の総重量に対して約３．０重量％以下のアルカリ土類酸化物化合物を含有することができる。さらに他の場合には、結合材は、およそ約２．８重量％以下、約２．２重量％以下、約２．０重量％以下、または約１．８重量％以下などのより少ないアルカリ土類酸化物化合物を含有してもよい。さらに、一実施形態によれば、結合材は、結合材の総重量に対して少なくとも約０．８重量％、少なくとも約１．０重量％、またはさらには少なくとも約１．４重量％などの、少なくとも約０．５重量％の含有量の１つ以上のアルカリ土類酸化物化合物を含有してもよい。結合材内のアルカリ土類酸化物化合物の量が上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
ある実施形態に従って、結合材は、約３つ以下の異なるアルカリ土類酸化物化合物から形成することができる。実際に、結合材は、２つ以下の異なるアルカリ土類酸化物化合物を含有してもよい。ある特定の場合には、結合材は、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムからなる２つのアルカリ土類酸化物化合物から形成することができる。
一実施形態においては、結合材は、酸化マグネシウムの量よりも大きい量の酸化カルシウムを含むことができる。さらに、結合材内の酸化カルシウムの量は、結合材内に存在する他のアルカリ土類酸化物化合物のいずれの含有量よりも大きくてもよい。
結合材は、総含有量が結合材の総重量に対して約２０重量％以下であるようにアルカリ酸化物化合物とアルカリ土類酸化物化合物との組み合わせから形成することができる。他の実施形態においては、結合材内のアルカリ酸化物化合物およびアルカリ土類酸化物化合物の総含有量は、約１８重量％以下、またはさらには約１７重量％以下などの、約１９重量％以下であり得る。しかし、ある種の実施形態においては、結合材内に存在するアルカリ酸化物化合物およびアルカリ土類化合物の総含有量は、少なくとも約１３重量％、少なくとも約１４重量％、少なくとも約１５重量％、またはさらには少なくとも約１６重量％などの、少なくとも約１２重量％であり得る。結合材が上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内のアルカリ酸化物化合物およびアルカリ土類酸化物化合物の総含有量を有することができることは十分理解されるであろう。
ある実施形態に従って、結合材は、結合材内に存在するアルカリ酸化物化合物の含有量がアルカリ土類酸化物化合物の総含有量よりも大きいように形成することができる。特定の一実施形態においては、結合材は、アルカリ土類酸化物化合物の総重量パーセントと比べてアルカリ酸化物化合物の総含有量（重量パーセントでの）の比（Ｒ２Ｏ：ＲＯ）が約５：１〜約１５：１の範囲内であるように形成されてもよい。他の実施形態においては、結合材内に存在するアルカリ酸化物化合物の総重量パーセント対アルカリ土類酸化物化合物の総重量パーセントの比は、約７：１〜約１２：１の範囲内、またはさらには約８：１〜約１０：１の範囲でなどの、約６：１〜約１４：１の範囲内であり得る。
ある実施形態に従って、結合材は、結合材の総重量に対して約３重量％以下の酸化リンから形成することができる。ある種の他の場合には、結合材は、結合材の総重量に対して約２．０重量％以下、約１．５重量％以下、約１．０重量％以下、約０．８重量％以下、約０．５重量％以下、またはさらには約０．２重量％以下などの、約２．５重量％以下の酸化リンを含有してもよい。実際に、ある種の場合には、結合材は、酸化リンを本質的に含まなくてもよい。
好適な含有量の酸化リンは、本明細書に記載されるようなある種の特性および研削性能特性を促進することができる。
一実施形態に従って、結合材は、ＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯなどの、たとえば、酸化物化合物などの、約１重量％以下のある種の酸化物化合物を含む組成物以下から形成することができる。実際に、特定の実施形態においては、結合材は、上に特定された酸化物化合物を本質的に含まないものであり得る。
混合物内に置かれる結合材に加えて、結合研磨物品の形成方法は、ある種のタイプの研磨粒子の組み入れをさらに含むことができる。ある実施形態に従って、研磨粒子は、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含むことができる。実際に、ある種の場合には、研磨粒子は、微結晶性アルミナから本質的になることができる。
研磨粒子は、約１０５０ミクロン以下である平均粒度を有することができる。他の実施形態においては、研磨粒子の平均粒度は、約８００ミクロン以下、約６００ミクロン以下、約４００ミクロン以下、約２５０ミクロン以下、約２２５ミクロン以下、約２００ミクロン以下、約１７５ミクロン以下、約１５０ミクロン以下、またはさらには約１００ミクロン以下などの、より小さいものであり得る。さらに、研磨粒子の平均粒度は、少なくとも約５ミクロン、少なくとも約１０ミクロン、少なくとも約２０ミクロン、少なくとも約３０ミクロン、またはさらには少なくとも約５０ミクロン、少なくとも約６０ミクロン、少なくとも約７０ミクロン、またはさらには少なくとも約８０ミクロンなどの、少なくとも約１ミクロンであり得る。研磨粒子の平均粒度が上述の最小および最大値のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
微結晶性アルミナを利用する研磨粒子にさらに関連して、微結晶性アルミナが、サブミクロンサイズである平均粒径を有する粒子で形成し得ることは十分理解されるであろう。実際に、微結晶性アルミナの平均粒径は、約０．５ミクロン以下、約０．２ミクロン以下、約０．１ミクロン以下、約０．０８ミクロン以下、約０．０５ミクロン以下、またはさらには約０．０２ミクロン以下などの、約１ミクロン以下であり得る。
さらに、研磨粒子および結合材を含む、混合物の形成は、充填剤、細孔形成剤、および最終的に形成される結合研磨物品を形成するために好適な材料などの、他の成分の添加をさらに含むことができる。細孔形成材料の幾つかの好適な例としては、バブルアルミナ、バブルムライト、中空ガラス球、中空セラミック球、または中空ポリマー球などの中空球、ポリマーまたはプラスチック材料、有機化合物、ガラス、セラミック、またはポリマーのストランドおよび／または繊維などの繊維材料を挙げることができるがそれらに限定されない。他の好適な細孔形成材料は、ナフタレン、ＰＤＢ、貝殻、木材などを含むことができる。さらに別の実施形態においては、充填剤は、たとえば酸化物などの、１つ以上の無機材料を含むことができ、特に結晶性または非晶質相のジリコニア、シリカ、チタニア、およびそれらの組み合わせを含んでもよい。
混合物が好適に形成された後に、混合物は造形することができる。好適な造形法は、プレス操作および／または成形操作ならびにそれらの組み合わせを含むことができる。たとえば、一実施形態においては、混合物は、混合物を金型内で冷圧プレスして素地を形成することによって造形することができる。
素地を好適に形成した後に、素地は、ガラス質相結合材を有する研磨物品の形成を促進するために特定の温度で焼結することができる。とりわけ、焼結操作は、約１０００℃未満である焼結温度で行うことができる。特定の実施形態においては、焼結温度は、約９５０℃未満、特に約８００℃〜９５０℃の範囲内などの、約９８０℃未満であり得る。過度に高い温度が回避され、こうして形成プロセス中の研磨粒子の劣化を制限するように、特に低い焼結温度が上述の結合剤成分で利用されてもよいことは十分理解されるであろう。
特定の一実施形態によれば、結合研磨体は、ガラス質相材料を有する結合材を含む。特定の場合には、結合材は単相ガラス質材料であり得る。
最終的に形成される結合研磨体は、結合材、研磨粒子、気孔率の特定の含有量を有することができる。とりわけ、結合研磨物品の結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して少なくとも約４２容積％の気孔率を有することができる。他の実施形態においては、気孔率の量は、結合研磨体の総容積に対して少なくとも約４４容積％、少なくとも約４５容積％、少なくとも約４６容積％、少なくとも約４８容積％、またはさらには少なくとも約５０容積％などの、少なくとも約４３容積％などのより大きいものであり得る。ある実施形態に従って、結合研磨体は、約６５容積％以下、約６２容積％以下、約６０容積％以下、約５６容積％以下、約５２容積％以下、またはさらには約５０容積％以下などの、約７０容積％以下である気孔率を有することができる。結合研磨体が上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内の気孔率を持ち得ることは十分理解されるであろう。
ある実施形態に従って、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して少なくとも約３５容積％の研磨粒子を有することができる。他の実施形態においては、研磨粒子の総含有量は、少なくとも約３７容積％、またはさらには少なくとも約３９容積％などの、より大きいものであり得る。特定の一実施形態に従って、結合研磨体は、それが結合研磨体の総容積に対して約４８容積％以下、またはさらには約４６容積％以下などの、約５０容積％以下の研磨粒子を有するように形成することができる。結合研磨体内の研磨粒子の含有量が上述の最小および最大百分率のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
特定の場合には、結合研磨体は、それが気孔率および研磨粒子の含有量と比べてより少ない含有量（容積％）の結合材を含有するように形成される。たとえば、結合研磨体は、結合研磨体の総容積に対して約１５容積％以下の結合材を有することができる。他の場合には、結合研磨体は、それが結合研磨体の総容積に対して約１４容積％以下、約１３容積％以下、またはさらには約１２容積％以下を含有するように形成することができる。ある特定の場合には、結合研磨体は、それが結合研磨体の総容積に対して少なくとも約８容積％、およそ少なくとも約９容積％、またはさらには少なくとも約１０容積％などの、少なくとも約７容積％の結合材を含有するように形成することができる。
図１は、ある実施形態による特定の結合研磨物品内に存在する相の略図を含む。図１は、容積％結合剤、容積％研磨粒子、および容積％気孔率を有する。陰影領域１０１は、高速研削用途向けに好適な従来の結合研磨物品を表すが、陰影領域１０３は、高速研削用途向けにも好適である、本明細書でのある実施形態による結合研磨物品の相含有量を表す。高速研削用途は典型的には、６０ｍ／秒以上の操作速度で行われる研削と考えられる。
とりわけ、従来の高速結合研磨物品の相含有量（すなわち、陰影領域１０１）は、ある実施形態の結合研磨物品の相含有量とはかなり異なる。とりわけ、従来の高速結合研磨物品は典型的には、およそ４０容積％〜５１容積％の範囲内の最大気孔率、およそ４２容積％〜５０容積％の研磨粒子含有量、およびおよそ９〜２０容積％の結合剤含有量を有する。従来の結合研磨物品は典型的には、高速研削用途が高速研削中に遭遇する過度の力に対処するのに十分な強度を有する結合研磨体を必要とし、かつ高度に多孔性の結合研磨体がこれまで前記力に耐えることができなかったので、５０容積％以下の最大気孔率含有量を有する。
一実施形態によれば、結合研磨物品は、従来の高速結合研磨物品よりもかなり大きい気孔率を有することができる。たとえば、ある実施形態の一つの結合研磨物品は、結合研磨体の総容積に対して約５１容積％〜約５８容積％の範囲内の気孔率含有量を有することができる。さらに、図１に例示されるように、ある実施形態の結合研磨物品は、約４０容積％〜約４２容積％の範囲内の研磨粒子含有量、および結合研磨物品の総容積に対しておよそ２容積％〜約９容積％の範囲内の特に低い結合剤含有量を有することができる。
とりわけ、本明細書での実施形態の結合研磨体は、従来の結合研磨体とは違った特有の特性を有することができる。特に、本明細書での結合研磨物品は、高速研削用途などの、特定の用途向けにそれらを好適なものにする特有の機械的特性を実証しながら、特定の含有量の気孔率、研磨粒子、および結合剤を有することができる。たとえば、一実施形態においては、結合研磨体は、特定の弾性率（ＭＯＥ）に相当し得る、特定の破壊係数（ＭＯＲ）を有することができる。たとえば、結合研磨体は、少なくとも約４０ＧＰａのＭＯＥに対して少なくとも４５ＭＰａのＭＯＲを有することができる。一実施形態においては、ＭＯＲは、４０ＧＰａのＭＯＥに対して少なくとも約４７ＭＰａ、少なくとも約４８ＭＰａ、少なくとも約４９ＭＰａ、またはさらには少なくとも約５０ＭＰａなどの、少なくとも約４６ＭＰａであり得る。さらに、結合研磨体は、４０ＧＰａのＭＯＥに対して約６５ＭＰａ以下、または約６０ＭＰａ以下などの、約７０ＭＰａ以下であるＭＯＲを有してもよい。ＭＯＲが上に与えられた最小および最大値のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
ＭＯＲは、試料サイズを除いて、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に概して従って、荷重が１インチ×０．５インチ面にわたって適用される、サイズ４インチ×１インチ×０．５インチの試料に関する標準３点曲げ試験を用いて測定することができる。破壊荷重を記録し、標準方程式を用いてＭＯＲに逆算することができる。ＭＯＥは、研磨砥石車業界における標準的技法により、ＧｒｉｎｄｏＳｏｎｉｃ機器または類似の装置を用いる複合材料の固有振動数の測定によって計算することができる。
別の実施形態において、４５ＧＰａのＭＯＥを有するある種の結合研磨体については、ＭＯＲは少なくとも約４５ＭＰａであり得る。実際に、４５ＧＰａのＭＯＥを有するある種の結合研磨体については、ＭＯＲは、少なくとも約４７ＭＰａ、少なくとも約４８ＭＰａ、少なくとも約４９ＭＰａ、またはさらには少なくとも約５０ＭＰａなどの、少なくとも約４６ＭＰａであり得る。さらに、ＭＯＲは、４５ＧＰａのＭＯＥに対して約７０ＭＰａ以下、約６５ＭＰａ以下、または６０ＭＰａ以下であってもよい。ＭＯＲが上に与えられた最小および最大値のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
一実施形態においては、結合研磨体は、ＭＯＥで割られたＭＯＲの尺度である、強度比を有することができる。特定の場合には、特定の結合研磨体の強度比（ＭＯＲ／ＭＯＥ）は、少なくとも約０．８であり得る。他の場合には、強度比は、少なくとも約１．０、少なくとも約１．０５、少なくとも約１．１０などの、少なくとも約０．９であり得る。さらに、強度比は、約２．５０以下、約２．００以下、約１．７０以下、約１．５０以下、約１．４０以下、または約１．３０以下などの、約３．００以下であってもよい。結合研磨体の強度比が上述の最小および最大値のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
ある実施形態に従って、結合研磨体は、特定の研削操作での使用に好適であり得る。たとえば、本明細書での実施形態の結合研磨体は高速の操作を必要とする研削操作に好適であることが発見された。実際に、結合研磨体は、工作物を損傷することなく、かつ好適なまたは向上した研削性能を提供して特に高速で利用することができる。ある実施形態に従って、結合研磨体は、少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含む工作物を研削できる。他の場合には、結合研磨体の操作の速度は、少なくとも約６５ｍ／秒、少なくとも約７０ｍ／秒、またはさらには少なくとも約８０ｍ／秒などの、より大きいものであり得る。ある種の場合には、結合研磨体は、約１２５ｍ／秒以下などの、約１５０ｍ／秒以下である速度で工作物を研削できる場合がある。本出願の結合研磨体が上述の最小および最大値のいずれかの間の範囲内の操作の速度で工作物を研削できることは十分理解されるであろう。
結合研磨体の研削能力についての本明細書での言及は、芯なし研削、円筒研削、クランク軸研削、様々な表面研削操作、ベアリングおよびギア研削操作、クリープフィード研削、ならびに様々な工具室研削プロセスなどの研削操作に関することができる。さらに、研削操作のための好適な工作物は、無機または有機材料を含むことができる。特定の場合には、工作物は、金属、金属合金、プラスチック、または天然材料を含むことができる。一実施形態においては、工作物は、鉄金属、非鉄金属、金属合金、金属超合金、およびそれらの組み合わせを含むことができる。別の実施形態においては、工作物は、たとえば、ポリマー材料などの、有機材料を含むことができる。さらに他の場合には、工作物は、たとえば、木材などの、天然材料であってもよい。
特定の場合には、結合研磨体は、高速の操作および特に高い除去率で工作物を研削できることが指摘されている。たとえば、一実施形態においては、結合研磨体は、少なくとも約０．４インチ３／分／インチ（２５８ｍｍ３／分／ｍｍ）の材料除去率で研削操作を行うことができる。他の実施形態においては、材料除去率は、少なくとも約０．５インチ３／分／インチ（３２２ｍｍ３／分／ｍｍ）、少なくとも約０．５５インチ３／分／インチ（３５４ｍｍ３／分／ｍｍ）、またはさらには少なくとも約０．６インチ３／分／インチ（３８７ｍｍ３／分／ｍｍ）などの、少なくとも約０．４５インチ３／分／インチ（２９０ｍｍ３／分／ｍｍ）であり得る。さらに、ある種の結合研磨体についての材料除去率は、約１．２インチ３／分／インチ（７７４ｍｍ３／分／ｍｍ）以下、約１．０インチ３／分／インチ（６４５ｍｍ３／分／ｍｍ）以下、またはさらには約０．９インチ３／分／インチ（５８０ｍｍ３／分／ｍｍ）以下などの、約１．５インチ３／分／インチ（９６７ｍｍ３／分／ｍｍ）以下であってもよい。本出願の結合研磨体が上述の最小および最大値のいずれかの間の範囲内の材料除去率で工作物を研削できることは十分理解されるであろう。
ある種の研削操作中に、本出願の結合研磨体は、特定のカットの深さ（ＤＯＣ）で高速で研削できることが指摘されている。たとえば、結合研磨体によって達成されるカットの深さは、少なくとも約０．００３インチ（０．０７６２ミリメートル）であり得る。他の場合には、結合研磨体は、高速研削操作の間ずっと少なくとも約０．００４５インチ（０．１１４ミリメートル）、少なくとも約０．００５インチ（０．１２７ミリメートル）、またはさらには少なくとも約０．００６インチ（０．１５２ミリメートル）などの、少なくとも約０．００４インチ（０．１０２ミリメートル）のカットの深さを達成できる。本明細書での結合研磨体を利用する高速研削操作についてのカットの深さが約０．０１インチ（０．２５４ミリメートル）以下、または約０．００９インチ（０．２２９ミリメートル）以下であってもよいことは十分理解されるであろう。カットの深さが上述の最小および最大値のいずれかの間の範囲内であり得ることは十分理解されるであろう。
他の実施形態においては、結合研磨体は、上記の研削パラメータが用いられながら、約１０Ｈｐ（７．５ｋＷ）を超えない最大電力で工作物を研削できることが指摘されている。他の実施形態においては、高速研削操作中の最大電力は、約８Ｈｐ（６．０ｋＷ）以下、またはさらには約７．５Ｈｐ（５．６ｋＷ）以下などの、約９Ｈｐ（６．８ｋＷ）以下であってもよい。
別の実施形態に従って、高速研削操作の間ずっと、本明細書での実施形態の結合研磨物品が、特に従来の高速結合研磨物品と比べて、優れた角保持能力を有することが指摘されている。実際に、結合研磨体は、０．００２５５インチ／秒，ラジアンに相当する、少なくとも約１．８のカットの深さ（Ｚｗ）で約０．０７インチ以下の角保持係数を有することができる。とりわけ、本明細書で用いるところでは、１．０のカットの深さは、０．００１４２インチ／秒，ラジアンに相当し、１．４のカットの深さ（Ｚｗ）は、０．００１９８インチ／秒，ラジアンに相当する。角保持係数が、特定のカットの深さで、ＮｉＣｒＭｏＶ硬化調質高強度鋼合金である、４３３０Ｖの工作物に関して５つの研削を行った後のインチ単位での半径の変化の尺度であることは十分理解されるであろう。ある種の他の実施形態においては、結合研磨物品は、少なくとも約１．８０のカットの深さについて、約０．０５インチ以下、約０．０４インチ以下などの、約０．０６インチ以下である角保持係数を実証する。
実施例１
図２は、本明細書での実施形態による結合研磨物品および従来の結合研磨物品についての破壊係数（ＭＯＲ）対弾性率（ＭＯＥ）のプロットを含む。プロット２０１は、本明細書での実施形態に従って形成された一連の結合研磨物品についてのＭＯＲおよびＭＯＥを表す。この一連の試料のそれぞれは、下の表１に（重量％で）提供される結合剤組成を有して製造される。試料は、およそ４２容積％〜およそ５６容積％の様々な気孔率、約４２容積％〜約５２容積％の範囲内の様々な研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約６容積％〜約１４容積％の範囲内の様々な結合材含有量を有する。試料のそれぞれを冷圧プレスして試験片を形成し、およそ９００〜１２５０℃の焼結温度で焼結する。
図２は、本明細書での実施形態による結合研磨物品および従来の結合研磨物品についての破壊係数（ＭＯＲ）対弾性率（ＭＯＥ）のプロットを含む。プロット２０１は、本明細書での実施形態に従って形成された一連の結合研磨物品についてのＭＯＲおよびＭＯＥを表す。この一連の試料のそれぞれは、下の表１に（重量％で）提供される結合剤組成を有して製造される。試料は、およそ４２容積％〜およそ５６容積％の様々な気孔率、約４２容積％〜約５２容積％の範囲内の様々な研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約６容積％〜約１４容積％の範囲内の様々な結合材含有量を有する。試料のそれぞれを冷圧プレスして試験片を形成し、およそ９００〜１２５０℃の焼結温度で焼結する。
プロット２０３は、高速研削用途向けに好適な従来の結合研磨物品の試料のＭＯＲおよびＭＯＥ値を表す。従来の試料は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＶＳ、ＶＨ、およびＶＢＥ、ガラス質結合研磨製品でＫ、Ｌ、およびＭグレードとして商業的に入手可能な結合研磨物品を表す。これらの試料は、およそ４２容積％〜およそ５６容積％の様々な気孔率、約４２容積％〜約２容積％の範囲内の様々な研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約６容積％〜約１４容積％の範囲内の様々な結合材含有量を有した。
ＭＯＲおよびＭＯＥ試験は、上記の試験を用いて完了した。試料のそれぞれを、およそ４インチ×１インチ×０．５インチのサイズに形成し、ＭＯＲは、試料サイズを除いて、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に概して従って、荷重が１インチ×０．５インチ面にわたって適用される標準３点曲げ試験を用いて測定する。破壊荷重を記録し、標準方程式を用いてＭＯＲに逆算する。ＭＯＥは、ＧｒｉｎｄｏＳｏｎｉｃ機器を用いる複合材料の固有振動数の測定によって計算する。
図２に例示されるように、本明細書での実施形態の結合研磨物品を表す試料（すなわち、プロット２０１）は、従来の結合研磨物品を表す試料（すなわち、プロット２０３）と比べて所与のＭＯＥ値に対してより高いＭＯＲ値を実証する。本明細書での実施形態の結合研磨物品を表す試料は、およそ１．１７の強度比（プロット２０１についての線の勾配：ＭＯＲ／ＭＯＥ）を有する。従来の結合研磨物品を表す試料は、およそ０．６３の強度比（プロット２０３についての線の勾配：ＭＯＲ／ＭＯＥ）を有する。図２のデータは、本明細書での実施形態の結合研磨体を表す試料が、従来の結合研磨物品と比べて特定のＭＯＥ値に対して向上したＭＯＲ値を有することを実証する。
従って、本明細書での実施形態の結合研磨物品は、従来の高速結合研磨物品と比べて特定のＭＯＥ値に対してより高いＭＯＲ値によって実証されるように高速研削操作に好適である。さらに、本明細書での実施形態の結合研磨物品を表す試料でＭＯＲが特定のＭＯＥに対してより大きいので、そのような特徴は、操作の速度に対する電力消費の向上ならびに増加した速度の操作での角保持能力の向上を容易にする。
実施例２
さらなる比較研削研究を、本明細書での実施形態の結合研磨物品対従来の高速研削結合研磨物品の高速研削能力を比較するために行った。図３は、本明細書での実施形態による結合研磨物品と比較して従来の結合研磨物品についての材料除去率対カットの深さのチャートを含む。３つの試験を、０．００３インチ、０．００４５インチ、および０．００６インチを含む様々なカットの深さ（ＤＯＣ）で行った。試験パラメータは下の表３に含まれる。
さらなる比較研削研究を、本明細書での実施形態の結合研磨物品対従来の高速研削結合研磨物品の高速研削能力を比較するために行った。図３は、本明細書での実施形態による結合研磨物品と比較して従来の結合研磨物品についての材料除去率対カットの深さのチャートを含む。３つの試験を、０．００３インチ、０．００４５インチ、および０．００６インチを含む様々なカットの深さ（ＤＯＣ）で行った。試験パラメータは下の表３に含まれる。
プロット３０１、３０２、および３０３（３０１〜３０３）は、本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物品の試料を表す。試料３０１〜３０３のそれぞれは、およそ５２容積％〜およそ５６容積％の様々な気孔率、約４０容積％〜約４４容積％の範囲内の様々な研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約３容積％〜約８容積％の範囲内の様々な結合材含有量を有した。結合剤の組成は、上の表１に提供されたものと同じものである。
試料３０５、３０６、および３０７（３０５〜３０７）は、高速研削用途向けに好適な従来の結合研磨物品を表す。従来の試料３０５〜３０７は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＮＱＭ９０Ｊ１０ＶＨ Ｐｒｏｄｕｃｔとして商業的に入手可能な結合研磨物品である。試料３０５〜３０７のそれぞれは、およそ５０容積％〜およそ５２容積％の様々な気孔率、約４２容積％〜約４４容積％の範囲内の様々な研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約６容積％〜約１０容積％の範囲内の様々な結合材含有量を有した。
図３に例示されるように、試料３０１〜３０３は、高速研削操作（すなわち、６０ｍ／秒の操作速度で行われた）について従来の試料３０５〜３０７と比べて試験されたカットの深さのそれぞれで著しくより大きい材料除去率を達成できた。各試験において、試料３０１〜３０３および３０５〜３０７は、工作物が焼けを示すかまたは試料が研削できなくなるまで研削するために使用された。あらゆる試験において、試料３０１〜３０３は、従来の試料３０５〜３０７と比較して著しくより大きい材料除去率を達成した。実際に、０．００４５インチのカットの深さで、試料３０２の材料除去率は、従来の試料３０６によって達成される材料除去率のそれよりも３倍超大きかった。さらに、０．００６インチのカットの深さ値で、試料３０３は、試料３０２の材料除去率に匹敵し、従来の試料３０７の材料除去率より１０倍大きい材料除去率を実証した。そのような結果は、最新技術の従来の結合研磨物品よりも本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物品の研削効率および研削能力の著しい向上を示す。
実施例３
さらなる比較研削研究を、本明細書での実施形態の結合研磨物品対従来の高速研削結合研磨物品の高速研削能力を比較するために行う。図４は、従来の結合研磨物品およびある実施形態による結合研磨物品についての材料除去率対カットの深さのチャートを含む。実施例２において示されたものと同じ試験（上の表３を参照されたい）を、工作物が焼けを示す前の閾値材料除去率を測定するために０．００３インチの特定のカットの深さ（ＤＯＣ）で行う。この試験については、操作の速度は８０ｍ／秒であることに留意されたい。
さらなる比較研削研究を、本明細書での実施形態の結合研磨物品対従来の高速研削結合研磨物品の高速研削能力を比較するために行う。図４は、従来の結合研磨物品およびある実施形態による結合研磨物品についての材料除去率対カットの深さのチャートを含む。実施例２において示されたものと同じ試験（上の表３を参照されたい）を、工作物が焼けを示す前の閾値材料除去率を測定するために０．００３インチの特定のカットの深さ（ＤＯＣ）で行う。この試験については、操作の速度は８０ｍ／秒であることに留意されたい。
プロット４０１は、本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物の試料を表す。試料４０１は、上の実施例３で示された試料３０１〜３０３に類似の構造を有した。試料４０３は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＮＱＭ９０Ｊ１０ＶＨ Ｐｒｏｄｕｃｔとして商業的に入手可能な、高速研削用途向けに好適な従来の結合研磨物品を表す。
図４に例示されるように、試料４０１は、従来の試料４０３と比べて著しくより大きい材料除去率を達成した。実際に、０．００３インチのカットの深さで、試料４０１の材料除去率は、従来の試料４０３によって達成される材料除去率のそれよりも１０倍超大きかった。そのような結果は、最新技術の従来の結合研磨物品よりも本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物品の研削効率および研削能力の著しい向上を示す。
実施例４
別の比較研削試験を、本明細書での実施形態の結合研磨物品および従来の高速研削結合研磨物品について高速研削操作中の最大電力消費を比較するために行う。図５〜７は、試験結果を例示するプロットを含む。
別の比較研削試験を、本明細書での実施形態の結合研磨物品および従来の高速研削結合研磨物品について高速研削操作中の最大電力消費を比較するために行う。図５〜７は、試験結果を例示するプロットを含む。
図５は、従来の結合研磨物品および本明細書での実施形態による結合研磨物品についての最大電力対材料除去率のプロットを含む。試験は、上の表３に提供されるものと同じパラメータを用いて、０．００３インチのカットの深さ（ＤＯＣ）および６０ｍ／秒の操作の速度で様々な試料に関して行った。この試験について、すべての試料５０１〜５０２および５０４〜５０６は、工作物が焼けを示すかまたは試料が研削できなくなるまで工作物を研削するために使用された。
プロット５０１および５０２（５０１〜５０２）は、本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物の試料を表す。試料５０１〜５０２は、およそ５２容積％〜およそ５６容積％の様々な気孔率、約４０容積％〜約４４容積％の範囲内の様々な研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約３容積％〜約８容積％の範囲内の様々な結合材含有量を有した。結合剤の組成は、上の表１に提供されたものと同じものである。
試料５０４、５０５、および５０６（５０４〜５０６）は、高速研削用途向けに好適な従来の結合研磨物品を表す。従来の試料５０４〜５０６は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＮＱＭ９０Ｊ１０ＶＨ Ｐｒｏｄｕｃｔとして商業的に入手可能な結合研磨物品である。試料５０４〜５０６のそれぞれは、およそ５０容積％〜およそ５２容積％の様々な気孔率、約４２容積％〜約４４容積％の範囲内の様々な研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約６容積％〜約１０容積％の範囲内の様々な結合材含有量を有した。
図５に例示されるように、試料５０１〜５０２は、高速研削操作（すなわち、６０ｍ／秒の操作速度で行われた）について従来の試料５０４〜５０６と比べて匹敵するかまたはより小さい最大電力消費を有する一方で０．００３インチのカットの深さで著しくより大きい材料除去率を達成する。あらゆる試験において、試料５０１〜５０２は、従来の試料５０４〜５０６と比較して著しくより大きい材料除去率を達成した。実際に、試料５０１の最大電力消費は、従来の試料５０４および５０５の最大電力消費よりも著しく少なく、かつ従来の試料５０６の最大電力消費に匹敵した。同様に、試料５０２の最大電力消費は、従来の試料５０４および５０５の材料除去率のほぼ２倍の材料除去率を達成しながら、従来の試料５０４および５０５の最大電力消費に匹敵した。そのような結果は、最新技術の従来の結合研磨物品よりも本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物品の研削効率および研削能力の著しい向上を示す。
図６は、従来の結合研磨物品および本明細書での実施形態による結合研磨物品についての最大電力対材料除去率のプロットを含む。試験は、上の表３に提供されるものと同じパラメータを用いて、０．００４５インチのカットの深さ（ＤＯＣ）および６０ｍ／秒の操作の速度で様々な試料に関して行った。この試験について、すべての試料６０１〜６０２および６０４は、工作物が焼けを示すかまたは試料が研削できなくなるまで工作物を研削するために使用された。
プロット６０１および６０２（６０１〜６０２）は、本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物の試料を表す。試料６０１および６０２は、上述の試料５０１および５０２と同じ構造を有する。試料６０４は、高速研削用途向けに好適な従来の結合研磨物品を表す。従来の試料６０４は、上記の商業的に入手可能な結合研磨製品５０４と同じ結合研磨物品である。
図６に例示されるように、試料６０１〜６０２は、従来の試料６０４と比べて類似のまたはより少ない最大電力消費を有する一方で０．００４５インチのカットの深さで著しくより大きい材料除去率を達成する。実際に、試料６０１の最大電力消費は、従来の試料６０４の最大電力消費に匹敵したが、試料６０１の材料除去率は試料６０４の材料除去率よりもほぼ２倍大きかった。さらに、試料６０２の最大電力消費は、従来の試料６０４の最大電力消費よりも少なく、かつ従来の試料６０４の材料除去率の２倍の材料除去率を実証した。そのような結果は、最新技術の従来の結合研磨物品よりも本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物品の研削効率および研削能力の著しい向上を示す。
図７は、従来の結合研磨物品およびある実施形態による結合研磨物品についての最大電力対材料除去率のプロットを含む。試験は、上の表３に提供されるものと同じパラメータを用いて、０．００３インチのカットの深さ（ＤＯＣ）および８０ｍ／秒の操作の速度で様々な試料に関して行った。この試験について、すべての試料７０１および７０２〜７０３は、工作物が焼けを示すかまたは試料が研削できなくなるまで工作物を研削するために使用された。
プロット７０１は、本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物の試料を表す。試料７０１は、上述のような試料５０１と同じ構造を有する。試料７０２〜７０３は、高速研削用途向けに好適な従来の結合研磨物品を表す。従来の試料７０２〜７０３は、上記の通り商業的に入手可能な試料５０４〜５０６と同じものである結合研磨物品である。
図７に例示されるように、試料７０１は、従来の試料７０２〜７０３と比べて好適な最大電力消費を有する一方で０．００３インチのカットの深さで著しくより大きい材料除去率を達成した。実際に、試料７０１の最大電力消費は、従来の試料７０３の最大電力消費より少なかったが、材料除去率はおよそ５倍大きかった。さらに、試料７０１の最大電力消費は、従来の試料７０２の最大電力消費よりもわずかに大きかったが、試料７０１は、従来の試料７０２の材料除去率の１２倍超の材料除去率を達成した。そのような結果は、最新技術の従来の結合研磨物品よりも本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物品の研削効率および研削能力の著しい向上を示す。
実施例５
比較研削試験を、高速研削操作中の本明細書での実施形態の結合研磨物品対従来の高速研削結合研磨物品の角保持能力を比較するために行う。図８〜１１は、試験の結果のプロットおよび図を提供する。
比較研削試験を、高速研削操作中の本明細書での実施形態の結合研磨物品対従来の高速研削結合研磨物品の角保持能力を比較するために行う。図８〜１１は、試験の結果のプロットおよび図を提供する。
図８は、２つの従来の結合研磨物品およびある実施形態による結合研磨物品についての、角保持係数を実証する半径の変化対カットの深さ（Ｚｗ）のプロットを含む。角保持係数は、所与のカットの深さに対する半径の変化の尺度であり、一般に、高速研削操作の苛酷な研削条件下にその形状を維持する結合研磨物品の能力の指標である。各試料の半径の変化は、図８のプロットによって例示されるように３つの異なるカットの深さ値（すなわち、１．００、１．４０、および１．８０）で測定された。試験のパラメータを下の表４に提供する。
プロット８０１は、本明細書での実施形態に従って形成された結合研磨物の試料を表す。試料８０１は、およそ４０容積％〜およそ４３容積％の様々な気孔率、約４６容積％〜約５０容積％の範囲内の様々な研磨粒子含有量（すなわち、微結晶性アルミナ粒子）、および約９容積％〜約１１容積％の範囲内の様々な結合材含有量を有する。試料８０１の結合剤の組成は、表１に上述されたものと同じものであった。
試料８０２および８０３は、高速研削用途向けに好適な従来の結合研磨物品を表す。従来の試料８０２および８０３は、それぞれ、ＶＳおよびＶＨ Ｐｒｏｄｕｃｔとして入手可能な従来の結合研磨物品を表す。ＶＳおよびＶＨ Ｐｒｏｄｕｃｔは、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商業的に入手可能である。
図８に例示されるように、試料８０１は、特定のカットの深さでの半径の総変化（インチ）によって測定される、著しく向上した角保持係数を有する。特に、プロット８０１は、カットの深さ値のすべてについて０．０５インチ未満の角保持係数（すなわち、半径の総変化）を実証した。さらに、試料８０１の角保持係数は、他の高速の従来結合研磨物品（すなわち、試料８０２および８０３）のいずれの角保持係数よりも測れる程度に良好であった。実際に、１．４０のカットの深さで、試料８０１は、従来の試料８０３よりも２分の１未満の角保持係数を実証し、こうして試料８０３の半径の変化の半分未満である半径の変化を有した。さらに、１．８０のカットの深さで、試料８０１は、従来の試料８０２の角保持係数よりもおよそ２分の１であり、かつ従来の試料８０３の角保持係数よりも６分の１未満の角保持係数を実証した。そのような結果は、従来の高速結合研磨物品と比べて本明細書での実施形態の結合研磨物品の角保持係数、ロバスト性、および変形抵抗性の著しい向上を示す。
図９〜１１は、ある実施形態による結合研磨物品対２つの従来の高速結合研磨物品の角保持能力の写真を提供する一連の図を含む。とりわけ、図９〜１１は、従来の結合研磨物品と比べて本明細書での実施形態の研磨物品の角保持能力およびロバスト性の向上の証拠をさらに提供する。
図９は、ある実施形態による結合研磨物品と比べて従来の結合研磨物品についての角保持係数を例示する一連の写真を含む。試料９０１は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＶＨ結合研削砥石として商業的に入手可能な従来の結合研磨物品によって研削された４３３０Ｖ合金スチールの工作物である。試料９０２は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＶＳ結合研削砥石として商業的に入手可能な従来の結合研磨物品によって研削された工作物を表す。試料９０３は、上述の試料５０１と同じ構造を有するある実施形態による結合研磨物品によって研削された工作物を表す。上の試料のすべてについて、工作物の研削は、表４に提供される条件下に行われる。
図９に描写されるように、試料９０３は、試料９０１および９０２と比べて最も一様なエッジを有するように工作物を研削できる。画像は、前の試験によって実証された研削データを支持する。
図１０は、ある実施形態による結合研磨物品と比べて従来の結合研磨物品についての角保持係数を例示する一連の写真を含む。試料１００１は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＶＨ結合研削砥石として商業的に入手可能な従来の結合研磨物品によって、下の表６に示される条件下に研削された４３３０Ｖ合金スチールの工作物である。試料１００２は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＶＳ結合研削砥石として商業的に入手可能な従来の結合研磨物品によって研削された工作物を表す。試料１００３は、試料５０１と同じ構造を有するある実施形態による結合研磨物品によって研削された工作物を表す。上の全試料について、工作物の研削は、表４に提供される条件下に行われる。
図１０に描写されるように、試料１００３は、試料１００１および１００２と比べて最も一様なエッジを実証する。実際に、試料１００１の角は、試料１００３のエッジよりも著しく悪く、表４に示される研削条件下にエッジを適切に形成する従来の結合研磨物品の制限された能力を実証する。同様に、試料１００２の角は、試料１００３のエッジよりも目に見えて悪く、試料１００３を形成するために使用された結合研磨物品と比べて表４に示される研削条件下にエッジを適切に形成する従来の結合研磨物品の制限された能力を実証する。図１０の画像は、前の実施例において生じた、優れた研削データを支持する。
図１１は、ある実施形態による結合研磨物品と比べて従来の結合研磨物品についての角保持係数を例示する一連の写真を含む。試料１１０１は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＶＨ結合研削砥石として商業的に入手可能な従来の結合研磨物品によって、表４に示される条件下に研削された４３３０Ｖ合金スチールの工作物である。試料１１０２は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＶＳ結合研削砥石として商業的に入手可能な従来の結合研磨物品によって研削された工作物を表す。試料１１０３は、上述の試料５０１と同じ構造を有するある実施形態による結合研磨物品によって研削された工作物を表す。上の全試料について、工作物の研削は、表４に提供される条件下に行われる。
図１１に描写されるように、試料１１０３は、試料１１０１および１１０２と比べて最も一様かつ明瞭なエッジを実証する。実際に、試料１１０１の角は、試料１１０３のエッジよりも著しく悪く、表４に示される研削条件下にエッジを適切に形成する従来の結合研磨物品の制限された能力を実証する。同様に、試料１１０２の角は、試料１１０３のエッジよりも目に見えて悪く、特に試料１１０３のエッジと比較されるときに、表４に示される研削条件下にエッジを適切に形成する従来の結合研磨物品の制限された能力を実証する。図１１の画像は、前の実施例において生じた、優れた研削データを支持する。
前述の実施形態は、最新技術からの脱却を表す、研磨製品、特に結合研磨製品を対象とする。本明細書での実施形態の結合研磨製品は、研削性能の向上を容易にする特徴の組み合わせを利用する。本出願に記載されるように、本明細書での実施形態の結合研磨体は、特定の量および種類の研磨粒子、特定の量および種類の結合材を利用し、特定の量の気孔率を有する。そのような製品が、それらの品位および構造の観点から従来の研磨製品の公知領域の外側であるにもかかわらず、効果的に形成され得るという発見に加えて、そのような製品は向上した研磨性能を実証することがまた発見された。とりわけ、本実施形態の結合研磨材は、従来の高速砥石車よりもかなり高い気孔率を有するにもかかわらず研削操作中により高速で操作できることが発見された。実際に、まったく意外にも、本明細書での実施形態の結合研磨体は、最新技術高速砥石車と比べて向上した材料除去率、向上した角保持能力、および好適な表面仕上げをまた実証しながら、６０ｍ／秒を超えるホイール速度で操作する能力を実証した。
さらに、本実施形態の結合研磨材は、最新技術の従来のホイールに対してある種の機械的特性に著しい差異を持ち得ることが発見された。本実施形態の結合研磨体は、ＭＯＲとＭＯＥとの関係に著しい差異を実証し、従来の高速ホイールよりも著しく大きい程度の気孔率を有するにもかかわらず、様々な研削用途において性能の向上を容易にする。まったく意外にも、本明細書での実施形態の結合研磨体に関連した特徴の組み合わせの利用で、類似の構造および品位の従来の高速砥石車と比べて、著しくより堅い（ＭＯＲ）結合研磨体が所与のＭＯＥに対して達成できることが発見された。
前述において、具体的な実施形態およびある種の構成要素の連結への言及は例示的である。結び付けられているかまたは連結されているとしての構成要素への言及が、本明細書に議論されるような方法を実施するために十分理解されるであろうように前記構成要素間の直接連結か、１つ以上の介在する構成要素を通しての間接連結かのどちらかを開示することを意図されることは十分理解されるであろう。従って、上に開示された主題は例示的であり、かつ制限的ではないと考えられるべきであり、添付のクレームは、本発明の真の範囲内に入る、すべてのそのような修正形態、強化形態、および他の実施形態を包含することを意図される。従って、法律が許す最大範囲で、本発明の範囲は、以下のクレームおよびそれらの均等物の最も広い、許容される解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限または限定されないものとする。
本開示の要約は、特許法を遵守するために提供され、それがクレームの範囲または意味を解釈するために用いられることも限定するために用いられることもないであろうという理解のもとに提出される。さらに、前述の詳細な説明において、様々な特徴は、本開示を合理化するという目的のために単一実施形態にグループ化されているまたは記載されている場合がある。本開示は、特許請求される実施形態が各クレームに明確に列挙されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映しているとして解釈されるべきではない。むしろ、以下のクレームが反映するように、発明の主題は、開示された実施形態のいずれかのすべての特徴を対象としていなくてもよい。従って、以下のクレームは、各クレームが特許請求される主題を別々に定義するとして独立している状態で、詳細な説明の中へ組み入れられる。
Claims (14)
- 微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が結合材内に含有される結合研磨体を含む研磨物品であって、前記結合研磨体が、前記結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有し、前記結合研磨体が、少なくとも約０．４インチ３／分／インチ（２５８ｍｍ３／分／ｍｍ）の材料除去率で少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含む工作物を研磨でき、前記結合材が、少なくとも４５重量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含むとともに単相ガラス質材料を含む研磨物品。
- 前記結合研磨体が、１．８のカットの深さで約０．０７インチ（１．７８ｍｍ）以下の角保持係数を有する請求項１に記載の研磨物品。
- 前記結合材が、前記結合材の総重量に対して約２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から形成される、請求項１または２に記載の研磨物品。
- 前記結合材が、約３．２以下の重量パーセント酸化ケイ素（ＳｉＯ２）：重量パーセント酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の比を有する、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記結合材が、約３．０重量％以下の酸化リン（Ｐ２Ｏ５）から形成される、請求項１、２、３および４のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が、約２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と少なくとも約４５重量％のシリカ（ＳｉＯ２）とから形成され、約３．２（重量パーセントで）以下の重量パーセントシリカ（ＳｉＯ２）：重量パーセントアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の比を有する結合材内に含有される結合研磨体を含む研磨物品であって、前記結合研磨体が、前記結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有し、前記結合研磨体が、少なくとも約０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）のカットの深さで少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含むワークピースを研削でき、前記結合材が単相ガラス質材料を含む研磨物品。
- 前記結合研磨体が、約１０Ｈｐ以下の最大電力で工作物を研削できる、請求項１または６に記載の研磨物品。
- 前記研磨粒子が微結晶性アルミナから本質的になる、請求項１、６および７のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記結合研磨体が、前記結合研磨体の総容積の少なくとも約４３容積％かつ約７０容積％以下の気孔率を有する、請求項１、６、７および８のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記結合研磨体が、前記結合研磨体の総容積の少なくとも約４３容積％の気孔率を有する、請求項１、６、７および８のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記結合材が、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、および酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）ならびにそれらの組み合わせからなる化合物の群から選択されるアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）を含む、請求項１、６、７および８のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記結合材が、少なくとも１つのアルカリ酸化物化合物（Ｒ２Ｏ）と少なくとも１つのアルカリ土類酸化物化合物（ＲＯ）とから形成され、前記アルカリ酸化物化合物と前記アルカリ土類酸化物化合物との総含有量が約２０重量％以下である、請求項１、６、７および８のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記結合剤が、ＭｎＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＣｏＡｌ２Ｏ４、およびＭｇＯからなる群から選択される約１重量％以下の酸化物化合物を含む組成物から形成される、請求項１、６、７および８のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）を含む研磨粒子が、約２０重量％以下の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と少なくとも約４５重量％のシリカ（ＳｉＯ２）とから形成され、約３．２（重量パーセントで）以下の重量パーセントシリカ（ＳｉＯ２）：重量パーセントアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の比を有する結合材内に含有される結合研磨体を含む研磨物品であって、前記結合研磨体が、前記結合研磨体の総容積の少なくとも約４２容積％の気孔率を有し、前記結合研磨体が、少なくとも約０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）のカットの深さで少なくとも約６０ｍ／秒の速度で金属を含むワークピースを研削でき、前記結合研磨体が、前記結合研磨体の総容積において１５容積％以下の結合材を有し、前記結合材が単相ガラス質材料を含む研磨物品。
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