JP5826324B2 - 溶浸した研磨セグメントを組込んだ研磨物品 - Google Patents

Description

以下では一般に、研磨工具およびその形成方法に関し、さらに詳細には、ベースに取付けられた溶浸した研磨セグメントを利用する研磨工具そしてこのような工具の組立て方法に関する。

例えば追加の道路および建物の建設などの下部構造の改善の促進に必要とされる手段は、開発途上地域の持続的な経済発展にとって不可欠である。さらに、先進地域は、老朽化しつつある下部構造を更新しかつ拡張された道路および建物で置換する必要性をつねに有している。

建設業界は、建設材料を切断し研削するためのさまざまな工具を使用している。道路の古い区画を除去するかまたは再度仕上げ加工するためには、切断および研削工具が必要である。さらに、床や建物の外壁向けに用いられる石製スラブなどの仕上げ材料の切出しおよび前処理には、削孔、切断そして艶出し用工具が必要となる。典型的に、これらの工具には、プレートまたはホイールなどのベース要素にボンディングされた研磨部材が含まれる。研磨部材とベース要素の間のボンドが破壊すると、研磨部材および／またはベース要素の交換が必要となる可能性があり、その結果、ダウンタイムが生じ生産性は失われる。さらに、破壊によって研磨部材の一部分が作業部域から高速で放出された場合に安全上の問題がひき起こされる可能性がある。したがって、研磨部材とベース要素の間のボンディングの改善が所望される。

一態様によると、研磨物品は、ベースと、金属マトリクスに結合された研磨粒子を含む研磨部材とを含み、この研磨部材は、金属溶浸材料を含む溶浸材が実質的に充填された相互連結された細孔の網状構造を有する。研磨物品はさらに、研磨部材とベースの間にある裏当て領域を含み、この裏当て領域は、少なくとも１つの金属元素を含むボンディング組成物で構成され、この裏当て領域は、ベースと全く異なる領域そして研磨部材と全く異なる領域である。研磨物品は、裏当て領域における平均破壊強度が少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ^２であり約１５０以下の破壊強度変動を有する。

別の態様において、研磨物品は、ベースと；研磨粒子、金属マトリックスおよび溶浸材を含む互いにボンディングされた３つの全く異なる相を含む研磨部材と；研磨部材とベースの間の裏当て領域と、を有する。この裏当て領域は、第１の相と第２の相を含み、第１相と第２相が互いの内部に等分布しており、ここで第１相と第２相は、不連続の領域で構成されており、不連続の領域は約５０ミクロン以下の平均サイズを有する。

さらに別の態様によると、研磨物品は、ベースと；金属マトリクスに結合された研磨粒子を含む研磨部材を含み、この研磨部材は、金属溶浸材料を含む溶浸材が実質的に充填された相互連結された細孔の網状構造をさらに含む。研磨物品はさらに、研磨部材とベースの間に裏当て領域を含み、この裏当て領域は少なくとも１つの金属元素を含むボンディング組成物で形成され、この裏当て領域は、ベースと全く異なる領域そして前記研磨部材と全く異なる領域である。この研磨物品は、厚み４ｃｍ、長さ３０ｃｍのコンクリート製舗装用スラブを通した５０回のカットのため少なくとも約１０００ｃｍ^２／分の平均切断速度を有する。

さらに別の態様において、研磨物品は、ベースと；研磨粒子、金属マトリックスおよび溶浸材を含む互いにボンディングされた３つの全く異なる相を含む研磨部材と；レーザー溶接されたボンド継手を含む研磨部材とベースの間の裏当て領域と、を含む。

一態様によると、研磨物品の形成方法には、ベース上に研磨部材を設置するステップが含まれ、ここで研磨部材は、金属マトリクスに結合された研磨粒子を含み、さらに、金属溶浸材料を含む溶浸材が実質的に充填された相互連結された細孔の網状構造を含む。この方法はさらに、研磨部材をベースに溶接するステップを含む。

さらに別の態様において、研磨物品は、ベースと；金属マトリクスに結合された研磨粒子を含み、さらに、金属溶浸材料を含む溶浸材が実質的に充填された相互連結された細孔の網状構造を含む研磨部材と；研磨部材とベースの間にあって、金属溶浸材料を含む溶浸材が実質的に充填された相互連結された細孔の網状構造を含む裏当て領域と；ベースと研磨部材を合わせてボンディングする裏当て領域にある溶接継手と、を含む。

本開示は、添付図面を参照することにより、さらに良く理解され、その数多くの特徴および利点が当業者にとって明白になるかもしれない。

一実施形態に係る研磨物品の形成方法の流れ図である。 一実施形態に係る研磨物品の図解である。 一実施形態に係る裏当て領域の一部分を含む研磨物品の一部分の断面画像である。 一実施形態に係る裏当て領域の一部分を含む研磨物品の一部分の断面画像である。 石を示す裏当て領域を有する従来の熱間プレス加工された研磨物品の断面画像である。

異なる図面中の同じ参照番号の使用は、類似のまたは同一の品目を表わす。

一実施形態によると、本明細書中の研磨物品はベース要素と研磨部材を含み得る。研磨物品は、コンクリートを切断するためのコンクリートカッターなどの建設材料の切断向けの切断工具であり得る。あるいは、研磨物品は、例えばコンクリートまたは焼成粘土を研削するためまたはアスファルトを除去するための研削工具であり得る。

図１は、一実施形態に係る研磨物品の形成方法を提供する流れ図である。図示されている通り、ステップ１０１で、ベース上に研磨部材を設置することによりこのプロセスを開始することができる。研磨部材を最初に形成してから、取付けのためベース上に設置できるということが認識される。詳細には、研磨部材は、金属マトリックスに結合された研磨粒子を有しさらに相互連結された細孔の網状構造を含む溶浸された研磨セグメントであり得、ここで細孔の少なくとも一部分には金属溶浸材料からなる溶浸材が充填されている。

ベース要素は、研磨物品の用途に応じてリング、リングセクション、プレート、またはディスクの形をしている可能性がある。ベース要素は、金属または金属合金製であり得る。例えば、ベースは、薄い横断面を有するベース要素用として鋼特に熱処理可能な鋼合金、例えば２５ＣｒＭｏ４、７５Ｃｒｌ、Ｃ６０またはそれに類似する鋼合金、あるいは厚いベース要素用としてＳｔ６０またはそれに類似するものなどの単純な建築用鋼材で製造され得る。ベース要素は、少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ^２の引張り強度を有することができる。ベース要素は、当該技術分野において公知のさまざまな冶金技術により形成可能である。

とりわけ、ベース材料は、本明細書中の実施形態に係る溶接プロセスを容易にする低炭素タイプの材料であり得る。ベース材料は、形成プロセスを容易にするため、約１０％未満、例えば約８％未満、約６％未満、約４％未満、約２％未満、さらには約１％未満の炭素含有量を有することができる。

例示的な一実施形態において、研磨部材は、相互連結された細孔の網状構造を有する金属マトリックス内に埋込まれた研磨粒子を含む。研磨粒子は、少なくとも約７というモース硬度を有する研磨材料を含むことができる。特定の場合において、研磨粒子は、超研磨材料例えばダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素を含むことができる。研磨粒子は、約４００ＵＳメッシュ以上、例えば約１００ＵＳメッシュ以上、例えば約２５〜８０ＵＳメッシュの粒径を有し得る。利用分野に応じて、粒径は約３０〜６０ＵＳメッシュであり得る。

研磨粒子は、約２体積％〜約５０体積％の量で存在し得る。さらに、研磨粒子の量は、利用分野により左右されるかもしれない。例えば、研削または艶出し工具用の研磨部材は、研磨部材の総体積の約３．７５体積％〜約５０体積％の研磨粒子を含み得る。あるいは、切断工具のための研磨部材は、研磨部材の総体積の約２体積％〜約６．２５体積％の研磨粒子を含み得る。さらに、コア採取削孔用の研磨部材は、研磨部材の総体積の約６．２５体積％〜約２０体積％の研磨粒子を含み得る。

金属マトリックスは、金属元素あるいは複数の金属元素を含む金属合金を含み得る。一部の研磨セグメントのためには、金属マトリックスは金属元素、例えば鉄、タングステン、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、銀およびその組合せを含むことができる。特定の場合には、金属マトリックスは、希土類元素、例えばセリウム、ランタン、ネオジムおよびその組合せを含むことができる。

１つの特定の実施例において、金属マトリックスは、耐摩耗構成成分を含み得る。例えば、一実施形態において、金属マトリックスは、タングステンカーバイトを含むことができ、より詳細には、本質的にタングステンカーバイドで構成されていてよい。

一部の設計において、金属マトリックスは個別の構成成分の粒子または予め合金になっている粒子を含み得る。粒子は約１．０ミクロン〜約２５０ミクロンであり得る。

以上で指摘した通り、研磨部材は、研磨部材の本体内で、細孔の相互連結された網状構造の内部に溶浸材が存在するような形で形成され得る。溶浸材は、研磨部材の体積全体に延在する細孔の容積を部分的、または実質的に、さらには完全に充填し得る。１つの特定の設計によると、溶材は、金属または金属合金材料であり得る。例えば、一部の適切な金属元素には、銅、錫、亜鉛およびその組合せが含まれ得る。

特定の場合において、溶浸材は、金属合金、詳細には銅−錫合金製のブロンズ処理材料であり得、こうしてそれは本明細書中の実施形態に係る溶接のために極めて適したものとなっている。例えば、ブロンズ処理材料は本質的に銅と錫で構成され得る。一部のブロンズ処理材料は、特定含有量、例えば組成物内の材料の総量の約２０％以下、約１５％以下、約１２％以下、さらには約１０％以下の錫を包含し得る。一実施形態によると、ブロンズ処理材料は、約５％〜約２０％、例えば約８％〜約１５％、さらには約８％〜約１２％の範囲内の量で錫を含み得る。

さらに、一部のブロンズ処理材料を溶浸材材料として使用することができ、これは組成物中の材料の総量の少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、さらには少なくとも約８８％の量の銅を有することができる。一部のブロンズ処理材料は、約８０％〜約９５％、例えば約８５％〜約９５％、さらには約８８％〜約９３％の範囲内の量の銅を使用し得る。

さらに、ブロンズ処理材料は、本明細書中の実施形態の形成方法による研磨物品の適切な形成を容易にするために極めて低い含有量で他の元素、例えば亜鉛を含んでいてよい。例えば、ブロンズ処理材料は、約１０％以下、例えば約５％以下、さらには約２％以下の亜鉛を使用していてよい。事実、一部のブロンズ処理材料は本質的に亜鉛を含んでいない可能性がある。

研磨部材は、混合物を形成するために研磨粒子と金属マトリックスを組合せることができるような形で製造されてよい。金属マトリックスは、その構成成分の粒子の配合物を含むことができ、あるいは金属マトリックスの予め合金にされた粒子でもあり得る。一実施形態において、金属マトリックスは、（ＷＣ）_ｗＷ_ｘＦｅ_ｙＣｒ_ｚＸ（_{１−ｗ−ｘ−ｙ−ｚ}）という式に適合している可能性があり、式中０≦ｗ≦０．８、０≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦０．８、０≦ｚ≦０．０５、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦１であり、かつＸはコバルトやニッケルなどの他の金属を含むことができる。別の実施形態では、金属マトリックスは、（ＷＣ）_ｗＷ_ｘＦｅ_ｙＣｒ_ｚＡｇ_ｖＸ（_{１−ｖ−ｗ−ｘ−ｙ−ｚ}）という式に適合している可能性があり、ここで式中０≦ｗ≦０．５、０≦ｘ≦０．４、０≦ｙ≦１．０、０≦ｚ≦０．０５、０≦ｖ≦０．１、ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦１であり、Ｘは、コバルトおよびニッケルなどの他の金属を含み得る。

金属マトリックスと研磨粒子の混合物をプレス加工作業、特に冷間プレス加工作業により研磨プリフォームの形に形成し、多孔質研磨部材を形成することが可能である。冷間プレス加工は、約５０ｋＮ／ｃｍ^２（５００ＭＰａ）〜約２５０ｋＮ／ｃｍ^２（２５００ＭＰａ）の圧力で実施可能である。結果として得られた多孔質研磨部材は、相互連結された細孔の網状構造を有し得る。一つの例において、多孔質研磨部材は約２５〜５０体積％の多孔を有することができる。

結果として得られた多孔質研磨部材を次に、溶浸プロセスに付すことができ、そこで溶浸材料が研磨部材の本体の内部に配置され、詳細には研磨部材の本体内の細孔の相互連結された網状構造内に配置される。溶浸材は、毛管作用を介して冷間プレス加工された研磨部材の細孔内に引き込まれてよい。溶浸プロセスの後、結果として得られた高密度化された研磨部材の密度は約９６％以上であり得る。研磨部材に溶浸する溶浸材の量は、高密度化研磨部材の約２０重量％〜４５重量％であり得る。

研磨部材は、研磨部材とベースの間に配置された裏当て領域を含むことができ、これにより研磨部材とベースの接合が容易になる。一実施形態によると、裏当て領域は研磨部材およびベースとは全く異なる領域であり得る。さらに、裏当て領域は、当初研磨部材の一部として形成され得、詳細には、研磨部材とベースの接合を容易にする特定の特徴を有する研磨部材の全く異なる領域であってよい。例えば、１つの実施形態によると、裏当て領域は、研磨部材内の研磨粒子の量に比べて低い百分率（体積％）の研磨粒子を有することができる。事実、一部の場合において、裏当て領域は、本質的に研磨粒子を含まない可能性がある。これは、研磨部材をベースに溶接するために用いられるエネルギービーム（例えばレーザー）を使用する形成方法には特に適しているかもしれない。

裏当て領域の少なくとも一部分は、ボンディング組成物を含み得る。ボンディング組成物は金属または金属合金を含むことができる。一部の適切な金属材料は、例えばチタン、銀、マンガン、リン、アルミニウム、マグネシウム、クロム、鉄、鉛、銅、錫およびその組合せを含む遷移金属元素を含むことができる。

特定の場合において、ボンディング組成物は溶浸材と類似したものであって、ボンディング組成物と溶浸材は相互間に単一の元素種以下の差異しかない可能性がある。さらに一層特定的な場合において、ボンディング組成物は、溶浸材と同一であり得る。例えば、ボンディング組成物はブロンズ処理材料であり得、より詳細には本明細書中に記載のブロンズ処理材料で本質的に構成され得る。

本明細書中の実施形態によると、ボンディング組成物は或る程度の元素種共通性を有するという点で、溶浸材組成物と関連づけされ得る。量的には、ボンディング組成物と溶浸材組成物の間の元素重量パーセントの差は、約２０重量％以下であってよい。元素重量パーセント差は、溶浸材組成物に比べたボンディング組成物中に含まれる各元素の重量含有量の差の絶対値として定義される。他の実施形態では、ボンディング組成物と溶浸材組成物の間の組成関係がさらに接近している。ボンディング組成物と溶浸材組成物の間の元素重量パーセント差は、例えば１５重量％、１０重量％、５重量％または２重量％を超えないものであってよい。約ゼロの元素重量パーセントは、裏当て領域および溶浸材を構成する組成物が同じであることを表わしている。以上の元素値は、マイクロプローブ元素分析を含む任意の適切な分析手段によって測定されてよく、溶浸材が金属マトリックスと接触する部域に沿って発生するかもしれない合金化は無視している。

裏当て領域は、特定の多孔含有量を有することができる。例えば、裏当て領域は、研磨部材の多孔よりも少ない多孔を有することができる。事実、裏当て領域中の多孔の量は、研磨部材内の多孔の量と比べて著しく少ない可能性がある。一部の場合において、裏当て領域は、２つの領域間で体積パーセントベースで比較した場合、少なくとも２％少ない多孔を含む。他の場合において、この差はより大きいものであり得、例えば多孔率は、研磨部材よりも少なくとも約４％、少なくとも約５％、少なくとも約７％、少なくとも約１０％、さらには少なくとも約１５％低い。多孔率の差は、裏当て領域と研磨部材の適正な溶浸を促進することができる。

裏当て領域は、裏当て領域の総体積に対して約４０体積％以下の多孔を有し得る。他の場所において、裏当て領域内の多孔の量は、約３８体積％以下、約３４重量％以下、さらには約３０重量％以下であり得る。さらに、裏当て領域内の多孔の量は、少なくとも約７重量％、少なくとも約８重量％、少なくとも約１０重量％、少なくとも約１２重量％、さらには少なくとも約１５重量％の溶浸材であり得る。裏当て領域の多孔含有量は、以上に記した最小と最大の百分率のいずれかの間の範囲内であり得る。

裏当て領域内の全多孔の有意な部分が相互連結された多孔であることがさらに認識される。すなわち、多孔の少なくとも大部分、さらには少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％または本質的にその全てが、相互連結された多孔であり得る。

裏当て領域は、裏当て領域の総体積に対し少なくとも約５重量％の溶浸材を含むことができる。他の場合において、裏当て領域は少なくとも約７重量％、少なくとも約８重量％、少なくとも約１０重量％、少なくとも約１２重量％、さらには少なくとも約１５重量％の溶浸材を含むことができる。さらに、溶浸材の量は、約４０重量％以下、約３８重量％以下、約３４重量％以下、さらには約３０重量％以下となるように、制限され得る。溶浸材の量は、以上に記した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。

したがって、裏当て領域は、マトリックス金属間に形成された相互連結された細孔の網状構造を含むことができ、ここで、溶浸材材料は相互連結された細孔を実質的に充填している。裏当て領域は、マトリックス金属と溶浸材を類似の量で含むことができる。とりわけ、裏当て領域は、本質的に研磨粒子を含んでいなくてよい。溶浸材で実質的に充填された相互連結された細孔を裏当て領域が含んでいるこのような実施形態では、溶浸材料は、ベースと研磨部材の間の接合部（例えば溶接継手）を形成する上でブロンズ処理材料として作用することができる。

したがって、裏当て領域の形成そして詳細には裏当て領域内部の多孔の性質およびサイズの制御は適切な溶浸を促進するように制御され得る。適切な溶浸により、裏当て領域の適切な材料特性ならびに裏当て領域とベースの間の適切な溶接継手領域の形成が保証される。例えば、裏当て領域は、裏当て領域内の多孔の平均細孔サイズが研磨部材内の細孔の平均細孔サイズ以下、そしてより詳細にはそれよりも小さいものとなるように形成される。このような差別により、裏当て領域の完全かつ適切な溶浸および強い溶接継手領域の形成を促進することができる。

一部の場合において、裏当て領域内の細孔の平均細孔サイズは、研磨部材内の細孔の平均細孔サイズよりも少なくとも約１％小さい。他の実施形態において、平均細孔サイズの差はさらに大きく、例えば少なくとも約３％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％さらには少なくとも約２０％小さい。さらに、この差は、それが約８０％以下、約７０％以下、約５０％以下さらには約４０％以下となるよう、制限され得る。平均細孔サイズの差は、最小値と最大値のいずれかの間の範囲内であり得る。

研磨部材および裏当て領域内の多孔の性質およびサイズの制御には、研磨部材および裏当て領域を含む研磨物品の形成中の圧力の極めて均一な付加の適用が含まれ得る。２つの構成要素の全長および全体積にわたる均一な圧力は、本体の均質な圧縮および実質的に均一な細孔サイズを促すことができる。研磨部材および裏当て領域を形成するために用いられる粉末材料の粉末サイズを詳細に選択して、細孔サイズをさらに制御してよい。

一実施形態において、裏当て領域は、研磨部材とベースを接合するための溶接作業を容易にする特定のブロンズ処理材料を含むことができる。事実、一部の裏当て領域は、本質的に銅−錫ブロンズ処理材料で構成され得る。一部の適切なブロンズ処理材料は、少なくとも約８０％の銅、例えば少なくとも約８２％の銅、少なくとも約８５％の銅、少なくとも約８７％の銅、少なくとも約８８％の銅、少なくとも約９０％の銅、少なくとも約９３％の銅、さらには少なくとも約９５％の銅を含むことができる。こうして、ブロンズ処理材料は、残量の錫を含むことができ、適切なブロンズ処理材料は約２０％以下の錫、約１８％以下の錫、約１５％以下の錫、約１３％以下の錫、約１２％以下の錫、約１０％以下の錫、約８％以下の錫、約５％以下の錫を含むことができる。

ステップ１０１においてベース上に研磨部材を設置した後、プロセスはステップ１０３において、ベースに研磨部材を溶接することで続行される。特定の場合において、溶接プロセスは、ベースにエネルギービームを衝突させるステップを含み、より詳細には、研磨部材とベースの間の裏当て領域にエネルギービームを衝突させるステップを含み得る。特定の場合において、エネルギービームはレーザーであり得、こうして研磨セグメントはレーザー溶接ボンド継手を介してベースに取付けられる。レーザーは、Ｄｒ．Ｆｒｉｔｓｃｈから一般に入手可能であるロフィンレーザー源であってよい。

図２は、ベース２０４にボンディングされた高密度化研磨部材２０２を含む例示的研磨物品２００を示している。高密度化研磨部材２０２は、互いにボンディングされた金属マトリックス粒子２０６および研磨粒子２０８、ならびに溶浸材２１０が充填された金属マトリックス粒子２０６間に延在する細孔の相互連結された網状構造を含む。さらに示されているように、研磨物品は、研磨部材２０２とベース２０４の間に配置された裏当て領域２１２を含むことができる。裏当て領域２１２は、高密度化研磨部材２０２の組成物と連続的であり得るボンディング組成物を含み得る。

一実施形態によると、研磨物品の裏当て領域は、裏当て領域２１２が互いの内部に等分布した第１の相と第２の相を含み得るような形で形成される。図３Ａおよび３Ｂは、一実施形態に係る裏当て領域の一部分を含む研磨物品の一部の断面画像を含んでいる。示されているように、図３Ａの画像は、ベース３０１の一部分、裏当て領域３０２の一部分および研磨セグメント３０３の一部分を含む。図３Ｂにさらに示されているように、裏当て領域３０２は不連続相、詳細には実質的に均一に混合されている第１相３０５と第２相３０６とを含み得る。

さらに、第１相３０５と第２相３０６は、拡大画像で示されている不連続領域を有することができる。不連続領域は、同様に拡大された画像上で最長寸法に沿って測定された約５０ミクロン以下の平均サイズを有する多結晶領域であり得る。これは、特定の平均粉末サイズおよび実質的に球形の形状を有する金属材料を使用することによって促進されるかもしれない。一部の実施形態において、第１および第２の相３０５および３０６の不連続領域は、約４０ミクロン以下、約３０ミクロン以下、約２５ミクロン以下、さらには約２０ミクロン以下程度と、より小さいものであり得る。特定の場合において、第１および第２相３０５および３０６の不連続領域は、約１ミクロン〜約５０ミクロン、例えば約５ミクロン〜約５０ミクロン、例えば約１０ミクロン〜約４０ミクロン、さらには約１０ミクロン〜約３０ミクロンの範囲内の平均サイズを有し得る。

示されているように、第１および第２相３０５および３０６は、互いに細かく混合され細かくマーブリングされ得る。その上、第１相３０５を識別する全く異なる領域は、細長く繊維質および／または樹状の形態により画定され得、ここで、繊維質ストランドは第２相３０６を通って延在でき、さらには互いに絡み合った状態となることさえできる。

さらに、裏当て領域３０２は、細かい閉鎖細孔３０７を含む可能性があり、これらは裏当て領域３０２の体積全体にわたり互いに均一に離隔していてよい。特定の場合において、閉鎖細孔３０７は特に丸い形状を有することができ、一般に、平均細孔サイズは約５０ミクロン未満、例えば約４０ミクロン未満、約２５ミクロン未満、さらには約１５ミクロン未満である。

裏当て領域は、約４００ミクロン以下、例えば約３００ミクロン以下、約２００ミクロン以下程度の平均厚みを有し得る。平均裏当て領域は、少なくとも約１ｍｍの裏当て領域と研磨部材の界面の長さに沿って図３Ａに示されているような拡大画像を用いて少なくとも約１０個の異なる測定値をとることによって測定されてよい。他の場合において、裏当て領域３０２は、少なくとも約５０ミクロン、例えば少なくとも約１００ミクロン、少なくとも約１５０ミクロン、さらには少なくとも約１７５ミクロンの平均厚みを有するように形成され得る。さらに、特定の設計では、約５０ミクロン〜約４００ミクロン、例えば約１００ミクロン〜約３００ミクロンの範囲内の平均厚みを有する裏当て領域が使用されてよい。

その上、裏当て領域３０２は、より従来型の研磨物品（例えば溶接を介してベースにボンディングされる熱間プレス加工された研磨セグメント）において一般的であるかもしれない石を本質的に含まないものであり得る。石は、一般に、周囲の領域と比べて不均質な組成の領域として識別され、領域全体にわたる破壊破損を誘発する傾向がより高い領域を提示し得る。図４は、全く異なる第２の相４０４によってとり囲まれた大きく丸い粒子として存在する石４０３を示す裏当て領域４０１を有する従来の研磨物品の断面画像を含んでいる。その上、裏当て領域４０１は、細孔４０５が、裏当て領域の体積全体を通して均一に分散されておらず特定の領域内、例えば石４０３に近位の領域内、さらに詳細には石４０３とそれをとり囲む全く異なる第２相４０４との間の界面に集中していることを示している。

本明細書中の実施形態にしたがって形成された研磨物品は、特定の機械的特性およびきわめて適切なボンド強度ならびに裏当て領域で測定された研磨セグメントとベース間のボンド強度の一貫性を有するかもしれない。例えば、一実施形態によると、研磨物品は、少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ^２という裏当て領域における平均破壊強度を有することができ、これはＥＮ１３２３６に概略的に説明されている欧州規格試験手順に準じて測定可能である。一部の場合において、平均破壊強度は、少なくとも約６００Ｎ／ｍｍ^２、例えば少なくとも約７００Ｎ／ｍｍ^２、少なくとも約８００Ｎ／ｍｍ^２、少なくとも約９２５Ｎ／ｍｍ^２、例えば少なくとも約９５０Ｎ／ｍｍ^２、さらには少なくとも約９７５Ｎ／ｍｍ^２であり得る。さらにより特定的な実施形態において、研磨物品は、約６００Ｎ／ｍｍ^２〜約１４００Ｎ／ｍｍ^２、約７００Ｎ／ｍｍ^２〜約１４００Ｎ／ｍｍ^２、さらには約８００Ｎ／ｍｍ^２〜約１４００Ｎ／ｍｍ^２の範囲内の平均破壊強度を有し得る。一部の実施形態では、研磨物品は、約９００Ｎ／ｍｍ^２〜約１４００Ｎ／ｍｍ^２、例えば約９２５Ｎ／ｍｍ^２〜約１３５０Ｎ／ｍｍ^２、約９５０Ｎ／ｍｍ^２〜約１３００Ｎ／ｍｍ^２、さらには約９７５Ｎ／ｍｍ^２〜約１２５０Ｎ／ｍｍ^２の範囲の平均破壊強度を有し得る。

その上、本明細書中の実施形態の研磨物品は、少なくとも１００回の測定の標準偏差として計算される破壊強度変動により測定される一貫した破壊強度を示し得る。本明細書中の実施形態の研磨物品は、約１５０以下、例えば約１２５以下、約１２０以下、さらには約１１０以下の破壊強度変動を有し得る。一部の場合において、破壊強度変動は、約２５〜約１５０、例えば約２５〜約１２５、さらには約２５〜約１１０の範囲内であり得る。

本明細書中の実施形態の研磨物品は、いくつかの性能特徴を有し得る。例えば、研磨物品は、厚み４ｃｍ、長さ３０ｃｍで道路の舗装に使用されるコンクリート骨材で作られた舗装用スラブを通した５０回のカットのために少なくとも約１０００ｃｍ^２／分の平均切断速度を有し得る。事実、一部の研磨物品は、少なくとも約１０５０ｃｍ^２／分、例えば少なくとも約１１００ｃｍ^２／分、さらには少なくとも約１１２５ｃｍ^２／分の平均切断速度を有し得る。本明細書中の特定の実施形態は、約１０００ｃｍ^２／分〜約１４００ｃｍ^２／分、例えば約１０５０ｃｍ^２／分〜約１４００ｃｍ^２／分、さらには約１１００ｃｍ^２／分〜約１３００ｃｍ^２／分の範囲内の平均切断速度を有する研磨物品を使用してよい。

４つの試料を形成し、試験する。試料１は最初に約１０００ＭＰａでの冷間プレス加工を通して形成され、その後特定のブロンズ処理を用いて溶浸された溶浸部品である。研磨部材は、タングステンカーバイドベースの金属マトリックス（コバルトとニッケルの他の金属を含んでいてよい）とダイヤモンドの研磨粒子を含む。試料１の研磨物品は同様に、本質的に研磨粒子を含まない裏当て領域も含む。溶浸材は、約４５ミクロン未満の平均粒径を有する８０／２０の銅／錫ブロンズ材料である。

試料２は、ブロンズ材料が６３ミクロン未満の平均粒径を有する８５／１５の銅／錫ブロンズ材料であるという点を除いて、試料１のプロセスにしたがって形成される。

試料３は、ブロンズ材料が４５ミクロン未満の平均粒径を有する９０／１０の銅／錫ブロンズ材料であるという点を除いて、試料１のプロセスにしたがって形成される。

試料４は、ブロンズ材料が７４ミクロン未満の平均粒径を有する９５／５の銅／錫ブロンズ材料であるという点を除いて、試料１のプロセスにしたがって形成される。

試料１〜４について速度と寿命の試験を行なった。その結果を下表１にまとめる。

以上で指摘した通り、試料１〜４に準じて形成された研磨物品の切断速度および寿命は、工業規格の能力を実証した。試料１〜４についての速度は、一部の従来の工業規格の熱間プレス加工品よりも大きいものであった。寿命も同様に、一部の従来の物品に比べ改善されていた。

さらに、多くの部品を、上述の試料（試料１〜４）に準じて形成した。事実、各試料（すなわち試料１〜４）について１６個のセグメントを形成し、これらを低炭素鋼にレーザー溶接した。各試料の溶接強度および平均破壊強度および標準偏差を、ベースからセグメントを破断するのに必要な測定上のトルクに基づいて、下表２に示す。

ここからわかるように、試料１〜４についてのセグメントは、工業的用途に適した平均破壊強度を示した。おそらく、さらに注目に値するのは、試験した全ての試料についての標準偏差が、特に典型的に標準偏差がはるかに高い従来の部品と比べた場合に有意に低いものであったという点である。

試料５および６は、上記試料２の実施形態に準じて形成される。試料５および６は各々、低炭素鋼ベースにレーザー溶接されている冷間プレス加工し溶浸した１６個の独立したセグメントを含んでいる。平均破壊強度および破壊強度変動を、試料５および６の１６個のセグメントの各々について測定する。結果は下表にまとめられている。

試料５および６について記録した平均破壊強度は、工業規格を満たしている。より詳細には、破壊強度変動は、試験し典型的には１５０ではなくても１２０超の値を有していた他の従来の試料よりも優れたものである。明らかに、レーザー溶接と溶浸された研磨物品の組合せにより、ベースにおいてより一貫性ある継手界面を有する強くボンディングされた物品が容易に得られ、こうして、ベースにボンディングされた研磨セグメントの壊滅的な故障や破断は削減される。

一実施形態によると、研磨工具は、キャリヤ要素と研磨構成要素を含む。研磨工具は、コンクリートを切断するためのコンクリートカッターなどの建設用材料切断用の切断工具であり得る。あるいは、研磨工具は、コンクリートまたは焼成粘土を研削するかまたはアスファルトを除去することなどを目的とする研削工具であり得る。詳細には、以下の実施形態は、研磨物品内で使用するためにベース上に溶浸済み研磨セグメントを溶接する方法を説明したものである。当該技術分野における一部の参考文献では、一般に、溶接が適切な接合プロセスとして認められている。参考文献の中には、溶浸品をさまざまなプロセスによってベースに接合してよいということを大々的に記述し、多くのプロセスの１つとして溶接を無作為に列挙しているものさえある。しかしながら、これらの参考文献は、溶浸品の溶接にはたとえ間接的にでさえ言及しておらず、このようなプロセスまたは物品が参考文献により可能となることはない。本出願の発明人らは、この分野の専門家として、溶浸された物品の溶接が瑣末なプロセスでないことを指摘している。その上、発明人らの知るところによると、業界中のいかなる物品も、うまく溶接された溶浸部品に基づくものではない。出願人らにより実証された研磨物品の成功に伴って、このような物品に対する業界の需要は増大した。さらに、本明細書中の実施形態に係る製品を商業的な成功を納めるように形成するためには、いくつかの問題を識別し克服する必要があった。この成功に役立つ特徴のいくつかの組合せとしては、裏当て領域を形成するために使用される原料のサイズおよび形状、裏当て領域の組成、溶接に用いられるビームのタイプ、波長および出力、研磨セグメント内の砥粒のタイプと位置づけ、が含まれる。その上、本明細書中の実施形態の研磨セグメントは、予想外の機械的特性および性能特性を示した。

以上で、具体的な実施形態およびいくつかの構成成分の関連性に対する言及は、例示的なものである。連動または関連しているものとしての構成成分に対する言及は、前記構成成分間の直接的関連性または本明細書中で論述されている方法を実施するものとして今後認識されるような１つ以上の介入する構成成分を通した間接的な関連性のいずれかを開示するように意図されたものであることがわかるだろう。したがって、以上で開示した内容は、限定的なものではなく例示的なものとしてみなされるべきであり、添付のクレームは、本発明の真の範囲内に入る全ての修正、増強および他の実施形態を網羅するように意図されている。こうして、法律により許容される最大限度で、本発明の範囲は、以下のクレームおよびその等価物の許容可能な最も広義の解釈により決定されるべきであり、以上の詳細な説明により制約または限定されるものではない。

「開示の要約」は、特許法に準拠するように提供されたものであり、クレームの範囲または意味を解釈または限定するために使用されないという了解の下に提出されたものである。さらに上述の「図面の詳細な説明」では、開示を簡素化する目的で、さまざまな特徴を一緒にまとめるかまたは単一の実施形態に記述しているかもしれない。この開示は、請求対象の実施形態が各クレーム内で明示的に列挙されているよりも多くの特徴を必要としているという意図を反映するもの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しているように、発明力ある内容は、開示されている任意の実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴に向けられていてよい。したがって、以下のクレームは、各クレームが別個に請求される内容を定義するものとして独立している状態で、「図面の詳細な説明」の中に組込まれるものである。

Claims (10)

1. ベースと、
   研磨粒子を含む相、金属マトリックスを含む相および溶浸材を含む相を含む互いにボンディングされた３つの全く異なる相を含む研磨部材と、
   前記金属マトリックスと前記溶浸材とを含む共に前記金属マトリックスと前記溶浸材とがマーブリングされた、前記研磨部材と前記ベースの間の裏当て領域と、を含み、
   前記裏当て領域において、前記金属マトリックスと前記溶浸材が、不連続の領域で構成されており、前記不連続の領域が約５０ミクロン以下の平均サイズを有する、研磨物品。
2. 前記裏当て領域が約４００ミクロン以下の平均厚みを有する、請求項１に記載の研磨物品。
3. 前記裏当て領域が少なくとも約５０ミクロンの平均厚みを有する、請求項１に記載の研磨物品。
4. 前記裏当て領域が、約１００ミクロン〜約３００ミクロンの範囲内の平均厚みを有する、請求項１に記載の研磨物品。
5. 前記裏当て領域が本質的にボンディング組成物で構成される、請求項１に記載の研磨物品。
6. 前記裏当て領域が少なくとも約９０重量％の前記ボンディング組成物を含む、請求項１に記載の研磨物品。
7. 前記ボンディング組成物が、銅、銅−錫ブロンズ、銅−錫−亜鉛合金およびその組合せからなる群から選択される金属を含む、請求項５に記載の研磨物品。
8. 前記ボンディング組成物がさらに、チタン、銀、マンガン、リン、アルミニウム、マグネシウム、クロム、鉄、鉛およびその組合せからなる金属群から選択される金属を含む、請求項７に記載の研磨物品。
9. 前記金属マトリックスの前記不連続の領域が、約４０ミクロン以下の平均サイズを有する、請求項１に記載の研磨物品。
10. 前記裏当て領域が本質的に石を含まない、請求項１に記載の研磨物品。

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