JPH05245762A - 研磨材製品及びその製造方法 - Google Patents

研磨材製品及びその製造方法

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JPH05245762A
JPH05245762A JP4330364A JP33036492A JPH05245762A JP H05245762 A JPH05245762 A JP H05245762A JP 4330364 A JP4330364 A JP 4330364A JP 33036492 A JP33036492 A JP 33036492A JP H05245762 A JPH05245762 A JP H05245762A
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JP
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abrasive
metal
abrasive particles
particles
binder
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JP4330364A
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English (en)
Inventor
Ian Gorsuch
ゴーサッチ イアン
Timothy Lawson
ローソン ティモシー
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3M Co
Original Assignee
Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Publication date
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1436—Composite particles, e.g. coated particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0018—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for by electrolytic deposition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
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    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プル−アウトを受けにくい研磨材製品を提供
する。 【構成】 該研磨材製品は、バインダーマトリックス中
に分散している研磨要素を含んで成る。研磨要素は、実
質的にすべてが金属バインダー中に部分的に埋め込まれ
ている個々の研磨材粒子を含んで成る。研磨材粒子は、
電着工程の最終段階においてのみ電解浴に導入される
と、金属バインダーの主面にのみ埋め込まれる。研磨要
素及び研磨材製品の製造方法もまた本発明の態様として
提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基材に研磨要素を結合
する熱可塑性または熱硬化性バインダーを含んで成る研
磨材製品に関する。該研磨要素は、金属バインダーの主
面の中に部分的に埋め込まれている研磨材粒子を含んで
成る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】工作物
の表面を研磨して所望の仕上げを達成することは、家庭
内用途及び産業用途のどちらにおいても日常的なことで
ある。従来の研磨作業は、様々な形状の研磨工具、例え
ばホイール、ディスク、ベルト、等を仕上げるべき表面
に対して急速に回転または往復運動させることによって
行われている。このような工具は、工作物に多数の小さ
な刃先を突きつけるバインダーマトリックス中に埋め込
まれている研磨材粒子を含んで成る研磨表面を少なくと
も一つ含んでいる。
【０００３】研磨作業の際に、工具と工作物との接触に
よって生じる抗力が研磨材粒子をゆるませ、最終的に欠
落させてしまう結果、個々の研磨材粒子が研磨工具の表
面からしばしば除去されてしまう。これを「プル−アウ
ト(pull-out)」または「シェリング(shelling)」と呼
び、その影響は、単なる切削効率の低減から、不均一な
摩耗や工作物の仕上げの失敗にまで及びかねない。例え
ば、ゆるんだ研磨材粒子は工作物表面に傷を付けること
があり、所望の仕上げを回復するためにはさらに別の仕
上げ作業が必要となる。
【０００４】特に硬質材料を研磨する場合、粗粒研磨材
を用いるとプル−アウトが最も顕著になる。というの
は、粒子が大きいほど抜出し力をより受け易いからであ
る。それゆえ、大理石、花コウ岩、等のような石を付形
したり仕上げるために研磨工具が用いられている石加工
産業においては、プル−アウトが特に問題となってい
る。
【０００５】本発明の目的はプル−アウトを受けにくい
研磨材製品を提供することである。
【０００６】米国特許第 4,256,467号（Gorsuch ら）明
細書は、柔軟性の研磨材製品とその製造方法について記
載している。一つの方法では、ステンレススチールまた
はその他の導電性金属の円筒に、離散した領域を除いて
レジスト材料を塗布している。次いで、その円筒を電気
絶縁性メッシュ材で包み、その円筒とメッシュを電解浴
に浸漬し、そして円筒のレジストが塗布されていない領
域上に浴から金属を電解的に付着させている。金属はメ
ッシュ材を通して付着し、そして付着期間の終わりごろ
に研磨材粒子を浴に加え、よって内部に部分的に埋め込
まれている研磨材粒子を有する金属付着物の領域を提供
している。
【０００７】米国特許第 5,127,197号（Bruxvoort ら）
明細書が同様の製品について記載しており、そこでは、
金属付着物を金属性接着剤によって基材に接着してい
る。
【０００８】さらに背景技術として関連あるものとして
以下の特許明細書が挙げられる：米国特許第 2,820,746
号；同第 2,492,143号；同第 3,860,400号；同第 4,04
7,902号；同第 4,078,906号；同第 4,111,667号；同第
4,214,877号；同第 4,288,233号；同第 4,576,612号；
同第 4,798,026号；同第 4,826,508号；同第 4,863,573
号；同第 4,874,478号及び同第 5,011,511号；国際特許
出願第 WO 90/00105号（1990年 1月11日発行）；英国特
許出願第 2 200 920 A号（1988年 8月17日発行）及び同
第 2 164 053 A号（1986年 3月12日発行）；英国特許明
細書第 760,526号（1956年10月31日発行）；同第 1 247
764号（1971年 9月29日発行）；及び同第1 458 236号
（1976年12月 8日発行）。この背景技術は、先に記載し
たGorsuchらの技術の変型や改良について開示するもの
であるが、それらは、研磨材製品において非金属性バイ
ンダー中に分散している Gorsuchらによるような研磨要
素を開示してはいない。
【０００９】国際特許出願第 WO 79/00778号（1979年10
月18日発行）は米国特許第 2,216,728号について論じて
おり、脆化添加材を含有するニッケルのような金属の存
在下で焼結することによって一緒に保持されているダイ
ヤモンド研磨材粒子を含んで成る研磨材結合体について
開示している。該結合体は、結合体が樹脂相に囲まれて
いる樹脂結合研削砥石として有用であるとされている。
【００１０】パターン化された研磨表面を提供して研削
結果を向上させる方法が当該技術分野で知られており、
例えば上述の米国特許第 2,280,746号及び国際特許出願
第 WO 90/00105号に開示されている。また最近では、グ
ラビア法により作製した「パターン化された」研磨材が
導入されており、例えば米国特許第 4,773,920号（Chas
man ら）及び同第 5,014,468号（Ravipatiら）、並びに
譲受人の同時係属米国特許出願第07/651,660号（1991年
2月 6日出願）に開示されている。
【００１１】現在までの技術を再検討したところ、研磨
要素を内部に分散させて有する熱可塑性または熱硬化性
バインダーを含んで成る研磨材製品であって、該研磨要
素が、金属バインダーの主面に部分的に埋め込まれてい
る研磨材粒子を含んで成る、そのような研磨材製品は見
い出されていない。上述の米国特許第 2,216,728号明細
書は、樹脂バインダーに囲まれている金属結合ダイヤモ
ンド結合体研磨材について記載しているが、脆化添加材
（例えば、錫）を銅に添加することは、明らかに、「使
用中の金属結合凝集体のゆっくりではあるが必要な脱
落」を制御するために用いられている。このことは、完
全に研磨材粒子のプル−アウトを減少ではなく増加させ
ることになり、本発明の目的とは正反対の目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】本発明に
よると、バインダーマトリックス中に分散している研磨
要素を含んで成る研磨面を有する研磨材製品が提供され
る。該研磨要素は個々の研磨材粒子を含んで成り、その
実質的にすべての研磨材粒子が金属バインダー中に部分
的に埋め込まれている。本明細書で使用する語句「金属
バインダー中に部分的に埋め込まれている」とは、実質
的にすべての研磨材粒子が金属バインダーの表面に付着
されているが、金属バインダーによって完全に囲まれて
はいないことを意味するが、但し、少量の研磨材粒子が
金属バインダーによって全体的に囲まれていることはあ
りうる。本明細書で使用する語句「バインダーマトリッ
クス中に分散している」とは、実質的にすべての研磨要
素がバインダーマトリックスに囲まれていることを意味
する。ここで用語「バインダーマトリックス」は、有機
樹脂（例えば、熱可塑性、熱硬化性またはこれらの混合
物）を含んで成り、研磨が開始されると、研磨要素を工
作物に徐々に露出するものと理解される。研磨要素は、
好ましくは、研磨材粒子の存在下で金属を電着すること
によって作製される。
【００１３】本発明の研磨材製品は、ホイール、ディス
ク、プレーン及びテーパーカップ、シート、パッド、ブ
ロック、ベルト、等を含む様々ないずれの寸法、形状及
び配置で成形または形成されることができ、そして金
属、石（例えば大理石や花コウ岩）、ガラス及びその他
の通常研磨が困難な材料、を含む幅広い材料を研磨する
のに使用することができる。本発明の研磨材製品は、粗
研磨材を用いた場合に特に有用であり、また湿式及び乾
式のどちらの研磨条件下の使用にも適する。
【００１４】本明細書で使用する用語「研磨要素」は、
金属バインダーによって一緒に結合されている複数の研
磨材粒子が形成する離散した構造体を記述する。各研磨
要素の表面積は、該要素を構成している個々の研磨材粒
子に関して非常に増大している。バインダーマトリック
スは、隣接する研磨材粒子間に形成された間隙にしみ込
むことができ、要素に対するバインダーマトリックスの
ひき（保持力）を有効に増大させて、要素が抜出し力を
受けにくくなるようにする。該研磨要素は、規則形及び
不規則形のどちらの要素も含む様々な形状及び寸法をと
ることができる。研磨要素は、通常は予備成形されて、
未硬化バインダーマトリックス中に導入される。
【００１５】本発明の別の態様は、本発明の研磨材製品
に用いられる研磨要素の製造方法である。この方法は、 （ａ）導電性表面上に非導電性コーティングを部分的に
適用して、露出した隔離されている導電性領域を提供す
る工程； （ｂ）金属イオンの付着溶液から金属を前記表面に付着
させて、別の新たな金属及び研磨材粒子が付着すること
になる複数の隔離されている金属体を提供する工程； （ｃ）該付着溶液に研磨材粒子を導入しながら、前記研
磨材粒子を全体的に被覆することなく各金属体に複数の
研磨材粒子を定着させるのに十分な量で金属を付着し続
ける工程；及び （ｄ）前記研磨要素を前記表面から取り除く工程、を含
んで成る。
【００１６】非導電性コーティングが絶縁性ソルダーレ
ジスト材料である方法や、工程（ａ）と工程（ｂ）の間
に、露出した隔離されている導電性領域に離型材を塗布
する方法が好ましい。
【００１７】該要素の別の製造方法は、 （ａ）離散した非導電性及び導電性領域を有するメッシ
ュ材を、導電性表面に適用する工程； （ｂ）電気メッキまたは無電解メッキされることができ
る金属イオンを含有する溶液中に、工程（ａ）の包まれ
た導電性表面を入れる工程； （ｃ）メッシュの非導電性領域上に及び該領域を通して
金属イオンを付着させる工程； （ｄ）付着期間の終わりごろに溶液中に研磨材粒子を導
入して、内部に部分的に埋め込まれている研磨材粒子を
有する付着した金属領域を形成する工程； （ｅ）溶液から工程（ｄ）の導電性表面を取り出し、次
いでそれからメッシュ材を取り除く工程；及び （ｆ）工程（ｅ）のメッシュ材を、該メッシュを溶解す
るのに十分な条件に暴露し、よって個々の研磨要素を形
成させる工程、を含んで成る。
【００１８】メッシュが、酸、塩基及び／または有機溶
剤に可溶性の熱可塑性材料である方法が好ましい。熱可
塑性材料がポリエステル布であり、そして暴露条件が、
ポリエステルを溶解するのに十分な濃度を有する塩基性
水溶液にポリエステル布を、それを溶解するのに十分な
時間暴露する工程を含む方法が特に好ましい。
【００１９】該研磨要素の製造方法の電着工程は、当該
技術分野に知られている適当ないずれの電着技法であっ
てもよく、ベルギー国特許第622162号、独国特許第 105
9754号並びに英国特許第 1375571号及び同第 1458236号
に開示されている方法を含む。好ましい電着技法は、米
国特許第 4,256,467号に開示されており、本明細書では
これを参照として取入れ、また図３〜図５を参照しなが
ら後で記述する。
【００２０】本発明の研磨要素を含んで成る研磨材製品
の製造方法は、本発明の別の態様である。この方法は、
研磨要素をバインダー前駆体中に分散させる工程を含
み、該研磨要素は個々の研磨材粒子を含んで成り、それ
らはすべて金属バインダー中に全体的ではないが少なく
とも部分的に埋め込まれており、該研磨要素は上述のよ
うに形成され、そしてバインダー前駆体を硬化するのに
十分な条件にバインダー前駆体を暴露する工程を含んで
成る。
【００２１】バインダーマトリックスとして用いられる
バインダー材料は、有機及び無機のどちらのバインダー
材料も含む、研磨材製品の製造に有用ないずれの材料を
含んで成ることもできる。有機バインダーが好ましい。
【００２２】研磨要素を形成するために用いられるバイ
ンダーは、電着されることができるいずれの金属（また
はこのようなその他の材料）を含んで成ることもでき
る。好ましい金属には、銅、銀及び特にニッケルが含ま
れる。さらに、２種以上の異なる金属を連続的に電着す
ることによって作製された金属の組合せを使用すること
も可能である。
【００２３】研磨材は、アルミナ（Al2O3 ）及びダイヤ
モンドを含む、研磨材製品の製造に有用ないずれの材料
を含んで成ることもできるが、本発明で採用される電着
技法と共に使用するには非導電性材料が好ましい。ダイ
ヤモンドが好ましい研磨材であり、また被覆ダイヤモン
ドも同様である。
【００２４】本発明のさらなる態様及び利点について、
実施例を通して、また添付の図面を参照しながら記載す
る。
【００２５】図１は、単一の研磨要素（１で一般に示さ
れる）の概略図である。研磨要素１は、金属バインダー
５の中に部分的に埋め込まれている研磨材の粒子３を含
んで成る。研磨材粒子３はバインダー５から外側に向か
って突出し、多数の刃先を提供している。研磨面のバイ
ンダーマトリックスは、要素中の隣接する研磨材粒子間
に形成された間隙に浸透することができ、よって個々の
研磨材粒子と比較した場合に要素に対するバインダーマ
トリックスの保持容量が増大する。典型的には、個々の
研磨材粒子の約３０％〜約５０％だけが金属バインダー
中に埋め込まれている。
【００２６】図１に例示された実施態様では、研磨要素
１は実質的に半球形であるが、有用ないずれの寸法、形
状及び配置の要素でも使用することができる。
【００２７】粗い研磨材を用いると「プル−アウト」が
起こり易くなるので、本発明は、一般に研磨材粒子の平
均寸法が約２５０マイクロメートルであるような材料を
製造する場合に特に有用である。研磨要素の寸法は所望
の研磨材のグレードと共にいくらかは変化するが、たい
ていの目的には、平均直径が約０．５〜約３mmの範囲に
ある半球形の要素で通常は十分である。より好ましく
は、要素の平均直径は約０．５〜約２mmの範囲にある。
一般に、各要素は少なくとも５個の、好ましくは約１０
〜２０個の研磨材粒子を含有する。
【００２８】各要素に取り込まれる研磨材の量は、所望
の研磨材のグレードや研磨材製品の所期の用途によって
変わるが、一般に、各要素は約０．５〜１０重量％、好
ましくは約０．５〜５重量％の研磨材を含んで成る。
【００２９】研磨要素は、適当ないずれの電着技法を用
いても形成することができる。本明細書に取り入れられ
ている米国特許第 4,863,573号明細書に記載されている
方法では、導電性表面に１本のメッシュ材を載せて、そ
のメッシュ材の上に研磨材鉱物の存在において金属を、
該鉱物が金属中に全体的にではなく部分的に埋め込まれ
るように、電着することによって研磨要素を形成してい
る。金属を付着させる前に絶縁材料（当該技術分野では
しばしば「レジスト」と呼ばれる）をメッシュ材に選択
的に適用して、メッシュの絶縁材料に覆われていない領
域にのみ金属を付着させ、よって研磨要素の形状や寸法
を規定することができる。
【００３０】図３は、電着された研磨材層の製造方法を
例示している。電気絶縁性材料、例えばポリアミド、木
綿、ポリエステル、例えばテレフタル酸とエチレングリ
コールのコポリマー（例、商品名「Terylene」として知
られているもの）、等の織物状のメッシュ材４に、イン
ク状の絶縁材料をスクリーン印刷する。インクは、樹脂
系または油系のインクであることができる。
【００３１】スクリーン印刷は、メッシュ材の画定領域
にインクを浸透させ且つ吸収させて、研磨要素を規定す
る絶縁材料をまったく含まない離散した領域を残すこと
を確実にするような、従来のスクリーン印刷技法によっ
て行うことができる。このような離散した領域は、便利
ないずれの形状及び寸法、例えば円形、ダイヤモンド
形、長方形、等のものであってもよい。
【００３２】導電性の、好ましくは平滑な表面にメッシ
ュ材を載せ、そしてメッシュ材４が金属層中に埋め込ま
れ且つこれに付着するように、メッシュ材を通して該表
面に金属５を直接電着する。研磨材粒子３を、電着期間
の終わりごろに電解浴に加える。研磨材粒子３が埋め込
まれているメッシュ４と組み合わされた金属層５は、導
電性表面から容易に剥離する。電気絶縁材料を導電性表
面の特定領域上に適用し、残りの適用されていない領域
上にのみ金属層を付着させるようにすることによって、
メッシュ材を使用せずに直接に導電性表面に研磨要素を
形成させることは可能であるが、研磨材粒子の除去がさ
らに困難となり、また表面に損傷を与えかねない。
【００３３】特に好ましい電着技法について、図３〜図
５を参照しながら説明する。電着技法は、当該技術分野
では知られており、先に参照した米国特許第 4,256,467
号明細書に開示されている。図３を参照すると、平滑な
円筒形表面９を有するステンレススチールまたはその他
の導電性金属から形成されている円筒７に、電気絶縁性
の酸性レジストが、離散した、間隔を置かれた領域（こ
の図では円形である）１１を除いた領域１０においてコ
ーティングされている。これらの領域１１の表面は、電
気メッキ金属の付着を防止するために、周知の方法で離
型材を用いて処理されている。有用であることがわかっ
ているこのような離型材の一つは、商品名「Minute Wa
x」として知られている自動車用ワックスであり、これ
はTurtle Wax Manufacturing社（英国）より入手でき
る。次いで、１本の柔軟性メッシュ（図示なし）を円筒
７の周囲にきつく張った後、電気メッキまたは無電解メ
ッキされることができるいずれかの金属、好ましくはニ
ッケルまたは銅、の金属電解質を含有する周知の形態の
電解浴（図示なし）中に浸漬する。
【００３４】図４を参照して説明される一つの方法で
は、メッシュ１５が金属１３中に埋め込まれるように、
メッシュ１５の上に、またメッシュ１５を通して円筒７
の上に金属１３を付着させる。ほとんど完全に最終的な
所望の厚さに達するまで金属１３を付着させる。次い
で、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化珪素または
その他の適当な研磨材の形態の研磨材粒子３を懸濁液で
電解浴中に導入すると、これらの研磨材が金属１３の上
にランダムに付着する。その後金属１３の付着を継続し
て、研磨材粒子３を金属１３の外部層中に、全体的では
なく部分的に埋め込む。次いで、メッシュ、金属及び研
磨材粒子の被覆を有する円筒を電解浴から取り出し、リ
ンスしてからメッシュ材を剥ぎ取る。
【００３５】図５を参照して説明される別の方法では、
同様の円筒７を電解液に浸漬し、円筒７の露出面１１上
への金属の付着を開始する。電解液中に存在する研磨材
粒子３が露出面１１の上に同時に沈降し、その結果付着
の際に研磨材粒子３が金属の薄い層１７の中に埋め込ま
れるようになる。
【００３６】初期の金属層１７の中に十分量の研磨材粒
子３が埋め込まれた時点で、円筒７を電解液から取り出
し、洗浄し、そして乾燥する。金属と研磨材粒子３の層
１７を正しい位置に有する円筒７の周囲に１本のメッシ
ュ１５をきつく巻き付ける。円筒７を電解液中に再び入
れて、電気メッキを再開する。今度は、メッシュ１５の
上に、そしてメッシュ１５を通して先に形成した層１７
の上に第二の金属層１９を載せて一体層２１を形成させ
る。第二の金属層１９が完了した時点で、すなわち所望
の厚さに達した時点で、円筒７を取り出し、リンスし、
そしてメッシュ１５を円筒から剥離する。
【００３７】後者の場合、研磨材粒子３の作業点は材料
１８の一表面上にあり、そしてすべてが、円筒７の平滑
面と接触している表面と同一平面にある実質的に同じ面
上に載っている。研磨材粒子は、図４を参照して説明し
た方法にあるようには露出していないので、この方法及
び図５の研磨要素は好ましいものではない。
【００３８】本明細書に記載する電着方法では、電解浴
は、典型的には、付着されるべき金属イオンと水から本
質的に成る。ニッケルを付着させる実施態様では、電解
浴は、好ましくは約３０〜約５０重量％の、より好まし
くは約３５〜約４５重量％のスルファミド酸ニッケルを
含有する。
【００３９】すべての実施態様についての本発明の重要
な態様は、メッシュ材上にそのように形成された研磨要
素が、該研磨要素を搭載したメッシュ材を溶剤、酸、塩
基またはそれらの混合物で浸漬（またはスプレー後に浸
漬）することによって溶解されるメッシュ材１５を有す
ることができる、という点である。本明細書で用いられ
るように、「酸」は、水素イオン濃度の負の常用対数が
７．０未満である水性組成物として、一方「塩基」は、
水素イオン濃度の負の常用対数が７．０を越える水性組
成物として定義される。もちろん、金属及び／または研
磨材粒子に悪影響を与えかねない酸、塩基及び溶剤を避
けるべきであることは当業者にとっては常識であり、悪
影響を及ぼすものは最少限の実験によって容易にわか
る。
【００４０】メッシュを溶解するために使用できる酸に
は、塩酸、硫酸、硝酸、それらの混合物、等が含まれ、
一方適当な塩基には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、等が含まれる。適当な有機溶剤には、低級脂肪族及
び環状炭化水素系溶剤、例えばヘキサン、ヘプタン、シ
クロヘキサン、等が含まれる。
【００４１】メッシュ材がポリエステルである場合に用
いられる、メッシュを溶解する特に好ましい方法の一つ
は、研磨要素を搭載したメッシュを４０重量％水酸化ナ
トリウム(NaOH)水溶液中に浸漬する方法である。
【００４２】図６〜図８は、本発明による研磨材製品の
一実施態様、すなわち、ロータリーサンダー（図示な
し）に用いられる研磨ディスク（一般に数字２３で示さ
れる）を例示している。一般に、研磨ディスク２３は、
研磨要素１（図７参照）を分散させているバインダーマ
トリックスを含んで成る研磨層２７を片面に有する基材
層２５を含んで成る。研磨要素の存在を除くと、ディス
クは完全に従来のものである。このようなディスクの例
は、Interface Developments社より商品名「Flexible R
esin Diamond Disc 」で市販されている。
【００４３】研磨層２７は、複数の連続した環状３１及
び放射状３３の溝（または流路）から形成されており、
これらの溝によって、冷却液や研磨された材料を工作面
から除去することが促進され、またディスク２３をある
程度曲げることができる。これらの溝は、研磨材製品を
生産するために用いられる金型キャビティーによって形
成される。典型的にまた好ましくは、溝の深さはディス
クの厚さの約０．２５〜約０．５倍であり、一方溝の幅
は相当に変えることができるが、好ましくは約１mm〜約
１cmである。溝は場合によって使用できたりできなかっ
たりし、またその他の細かい設計は、行われる特定の作
業に多大に依存することを理解しなければならない。
【００４４】基材層２５の裏側の未被覆面３５には、サ
ンダーのバックアップパッドにディスク２３を固定する
ための手段（図示なし）を設けることができる。例え
ば、基材層に、従来のフックやループ型ファスナーの一
部を、あるいは感圧接着剤を設けることができる。
【００４５】先に示したように、バインダーマトリック
スとして用いられるバインダー材料は、研磨材製品を製
造するのに有用な、有機及び無機両方のバインダー材料
を含むいずれの材料を含んで成ることもできる。天然樹
脂及び特に合成樹脂の両方を含む有機バインダー材料が
バインダーマトリックスとしての用途には好ましい。特
に好ましい樹脂には、よく知られている架橋樹脂、例え
ばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェ
ノール−アルデヒド樹脂、メラミン−アルデヒド樹脂及
びユリア−アルデヒド樹脂が含まれるが、樹脂の選択
は、研磨材製品の所期の用途に多大に依存する。好まし
い樹脂はエポキシ樹脂であり、エポキシノボラック樹脂
を含む。その他の有用な樹脂系には、熱安定性樹脂、例
えばポリベンズイミダゾール（例、米国特許第 3,329,4
89号に開示されたもの）；ポリイミド（例、米国特許第
3,295,940号及び同第 3,385,684号に開示されたも
の）；ポリスルフィド（例、米国特許第 3,303,170号に
開示されたもの）；並びにポリピロンが含まれる。ディ
スクやベルトのような被覆研磨材製品の製造に使用する
には、液状の樹脂系が通常は好ましい。
【００４６】バインダーマトリックスは、好ましくは、
有機樹脂バインダーを含んで成るが、研磨材分野に知ら
れている有用ないずれのバインダー媒体を使用してもよ
い。好ましい樹脂バインダーはフェノール系及びエポキ
シ系バインダーである。適当なエポキシ系バインダーの
例には、Ciba Geigy社より商品名「AV 119」、「AV 129
/HV 935B」及び「AV 129/HV 997 」として市販されてい
るものが含まれる。適当なフェノール系バインダーの例
は、Dynochem社より商品名「XDF 4252」として市販され
ているものである。
【００４７】さらに、本発明の研磨材製品のバインダー
マトリックスは、当該技術分野に知られている１種以上
の添加剤を含むことができる。該添加剤には、充填剤、
滑剤、アンチローディング剤(anti-loading agent)、増
粘剤、帯電防止剤、消泡剤、湿潤剤並びに顔料、例えば
タルク、二酸化チタン及びカーボンブラックが含まれ
る。本発明の研磨材製品は、典型的には湿式研磨条件下
で用いられるが、金属フレーク、カーボンブラック及び
グラファイトのような添加剤は、これらが研磨材製品に
帯電防止特性を付与するので、乾式研磨にとっては特に
有用である。
【００４８】研磨材は、研磨材製品の製造に有用ないず
れの材料を含んで成ることもできる。該研磨材には、ア
ルミナ、アルミナジルコニア、ホウ化アルミニウム、炭
化ベリリウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、リン化ホ
ウ素、セラミックアルミニウム、ダイヤモンド、エメラ
ルド、フリント、ガーネット、ヘマタイト、炭化ハフニ
ウム、酸化マグネシウム、炭化モリブデン、炭化ニオ
ブ、軽石、石英、ルビー、珪砂、珪素、ホウ化珪素、炭
化珪素、窒化珪素、ホウ化タンタル、ホウ化チタン、炭
化チタン、炭化タングステン、ホウ化バナジウム、炭化
バナジウム、ひる石及び炭化ジルコニウムが含まれる
が、本発明に採用される電着技法との併用には非導電性
材料が好ましい。
【００４９】ダイヤモンドが好ましい研磨材である。ベ
ルギー国特許第683508号及び同第698428号並びに仏国特
許第 1142688号及び同第 1522735号に開示されているよ
うな被覆ダイヤモンドもまた有用である。適当な被覆材
料には、銅、ニッケル、銀、コバルト及びモリブデンの
ような金属類と非金属類の両方が含まれる。
【００５０】研磨材粒子の平均粒子寸法は、好ましくは
約１００〜約３００マイクロメートルの範囲にある。特
に好ましい平均粒子寸法は２５０マイクロメートルであ
る。
【００５１】ディスクは、研磨要素を未硬化バインダー
前駆体の中で分散させ、得られた混合物を適当な金型に
注入し、そしてその混合物を硬化させることによって都
合よく製造される。研磨要素の形態や研磨材含有量は研
磨ディスクの所期の用途によって変わるが、例として、
花コウ岩をサンダー仕上げするのに適したディスクが、
以下の規格を有する上述の種類の研磨要素を取り込むこ
とによって得られた： 形状：半球形 寸法：１mm（最大寸法） 研磨材：ダイヤモンド（未被覆） 全研磨材含有量：２重量％ １要素当たりの平均研磨材含有量：２１．６５重量％ 研磨材粒子の平均寸法：２５０マイクロメートル １要素当たりの平均粒子数：１０〜２０個 バインダー：ニッケル
【００５２】
【実施例】ここで実施例を参照しながら本発明を説明す
る。特に明記しない限り、すべての部及びパーセントは
重量を基準としている。
【００５３】実施例１：研磨要素の製造方法 図４を参照して先に説明した本発明に有用な研磨要素を
以下の方法で製造した。Coates Circuit Products 社か
ら商品名「XZ15T 」として知られている絶縁ソルダーレ
ジストを用いて一連の１mm円形非被覆領域をステンレス
スチール製円筒（直径40cm）にパターン化した。次い
で、その円形非被覆領域に商品名「MinuteWax」の自動
車用ワックスを被覆した。その部分被覆された円筒を織
物のポリエステル布できつく包み、その後約４０重量％
スルファミド酸ニッケル水溶液の電解浴中に完全に浸漬
した。織物のポリエステル布は、Sericol から商品名
「PES55/27 」として市販されているものとした。円筒
を１２ボルト電源に陰極として電気接続して、電力を系
に供給した。金属だけを約７５分間付着させた後、平均
粒子寸法２５０マイクロメートルのダイヤモンド研磨材
粒子を電解浴に導入した。研磨材粒子／金属をさらに１
９０分間付着させた後（全厚約１mmとした）、電源を切
り、そして円筒を電解浴から取り出して水道水でリンス
した。この時点の円筒が図４に例示されたものである。
その後、織物のポリエステル布を円筒から剥ぎ取った。
【００５４】次いで、４０重量％NaOH水溶液を調製し
て、織物ポリエステル布を溶解させるために使用した。
円筒から剥ぎ取った布をNaOH溶液中に室温で浸漬してポ
リエステルを完全に溶解させるだけで、ニッケルバイン
ダーと、ニッケル表面に全体的ではないが部分的に埋め
込まれているダイヤモンド研磨材粒子とから成る研磨要
素が得られた。
【００５５】実施例２及び比較例Ａ：比較用研磨試験 この実施例は、実施例１で製造した研磨要素を使用し
て、本発明により製造された研磨ディスクの利点を例示
するためのものである。
【００５６】以下の比較試験は、２枚の図６〜９に例示
した種類の10cm研磨ディスクを使用して行った。これら
２枚のディスクは、一方のディスク（以降「研磨ディス
ク比較例Ａ」と称する」が２重量％の２５０マイクロメ
ートルのダイヤモンドグリットを含有し、他方のディス
ク（以降「研磨ディスク実施例２」と称する）が、図４
を参照して実施例１に記載したニッケルペレット中に部
分的に埋め込まれている２重量％の同じダイヤモンドグ
リットを含有していること以外はすべて同じものとし
た。各ディスクを商品名「Flex 1103 」として知られて
いる回転数3600 rpmの手動式ロータリーアングルグライ
ンダーに取り付けて、たいていの石供給業者から入手で
きる商品名「NERO IMPALA 」（「BON ACCORD」としても
知られている）で知られている黒色花コウ岩の15cm平方
ブロックを１０分間フラットサンダー仕上げするために
使用した。どちらのサンダー仕上げにも水を冷却液とし
て使用した。手動圧力約2.5 psi(176 g/cm2)を使用し、
そして研削前の試料重量から研削後のそれを引くことに
よって除去された素材量（グラム）を１分間隔で記録し
た。
【００５７】得られた研削結果を添付の図面の図９に示
す。１０分間の研削後、研磨ディスク実施例２は全部で
４２６ｇを除去し、一方研磨ディスク比較例Ａはわずか
に５２ｇを除去しただけであり、本発明により製造した
ディスクの研磨効率の方が高いことを明白に例示してい
る。
【００５８】本発明の範囲及び精神を逸脱することなく
本発明の各種改変及び変更を行えることは当業者には明
白であり、本発明が本明細書に記載されている例示的な
実施態様に不当に限定されるべきものではないことを理
解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用するための半球形研磨要素の断面
図である。
【図２】図１の複数の研磨要素が形成されているメッシ
ュ材の断面図である。
【図３】図１の研磨要素を表面で製造することができる
円筒の斜視図である。
【図４】図３の円筒上で形成された研磨要素の別の実施
態様を拡大して図示した断面図である。
【図５】研磨要素のさらに別の実施態様の図４と同様の
断面図である。
【図６】本発明による研磨ディスクの平面図である。
【図７】図６の研磨ディスクの断面図である。
【図８】図６の研磨ディスクの側立面図である。
【図９】本発明による研磨ディスクと従来の研磨ディス
クとの研磨効率を比較したグラフである。
【符号の説明】
１…研磨要素 ３…研磨材粒子 ４、１５…メッシュ材 ５…金属バインダー ７…円筒 ９…円筒表面 １０…レジスト領域 １１…露出面 １３…金属 １７…初期の金属層 １９…第二の金属層 ２１…一体層 ２３…ディスク ２５…基材層 ２７…研磨層 ２９…バインダーマトリックス ３１…環状溝 ３３…放射状溝 ３５…未被覆面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー ローソン イギリス国，シーエム19 ５エーイー，エ セックス，ハーロー，ザ ピナクルズ，ミ ネソタ スリーエム リサーチ リミティ ド内

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バインダーマトリックス中に分散してい
    る研磨要素を含んで成る研磨材製品において、前記研磨
    要素が個々の研磨材粒子を含んで成り、実質的にすべて
    の前記研磨材粒子が金属バインダー中に部分的に埋め込
    まれている前記研磨材製品。
  2. 【請求項２】 研磨材が、アルミナ、アルミナジルコニ
    ア、ホウ化アルミニウム、炭化ベリリウム、酸化ベリリ
    ウム、窒化ホウ素、リン化ホウ素、セラミックアルミニ
    ウム、ダイヤモンド、エメラルド、フリント、ガーネッ
    ト、ヘマタイト、炭化ハフニウム、酸化マグネシウム、
    炭化モリブデン、炭化ニオブ、軽石、石英、ルビー、珪
    砂、珪素、ホウ化珪素、炭化珪素、窒化珪素、ホウ化タ
    ンタル、ホウ化チタン、炭化チタン、炭化タングステ
    ン、ホウ化バナジウム、炭化バナジウム、ひる石及び炭
    化ジルコニウム、並びにそれらの混合物から選択されて
    いる、請求項１記載の研磨材製品。
  3. 【請求項３】 研磨材がダイヤモンドである、請求項２
    記載の研磨材製品。
  4. 【請求項４】 研磨材粒子の平均粒子寸法が約１００〜
    約３００マイクロメートルの範囲にある、請求項１記載
    の研磨材製品。
  5. 【請求項５】 金属が、銅、ニッケル、銀及びそれらの
    混合物から選択されている、請求項１記載の研磨材製
    品。
  6. 【請求項６】 金属がニッケルである、請求項５記載の
    研磨材製品。
  7. 【請求項７】 バインダーマトリックスが樹脂バインダ
    ーを含んで成る、請求項１記載の研磨材製品。
  8. 【請求項８】 樹脂バインダーが、アクリル樹脂、エポ
    キシ樹脂、メラミン−アルデヒド樹脂、フェノール樹
    脂、フェノール−アルデヒド樹脂及びユリア−アルデヒ
    ド樹脂、並びにそれらの混合物から選択されている、請
    求項７記載の研磨材製品。
  9. 【請求項９】 樹脂バインダーがエポキシ樹脂である、
    請求項８記載の研磨材製品。
  10. 【請求項１０】 研磨材粒子が研磨要素の約０．５〜約
    １０重量％を構成している、請求項１記載の研磨材製
    品。
  11. 【請求項１１】 研磨材粒子が研磨要素の約０．５〜約
    ５重量％を構成している、請求項１０記載の研磨材製
    品。
  12. 【請求項１２】 研磨材粒子が研磨要素の約１〜約３重
    量％を構成している、請求項１１記載の研磨材製品。
  13. 【請求項１３】 研磨要素の重量に対する研磨材粒子の
    総重量が約５０％以下である、請求項１記載の研磨材製
    品。
  14. 【請求項１４】 研磨要素の重量に対する研磨材粒子の
    総重量が約１０〜約３０％の範囲にある、請求項１記載
    の研磨材製品。
  15. 【請求項１５】 研磨要素の重量に対する研磨材粒子の
    総重量が約２０〜約２５％の範囲にある、請求項１記載
    の研磨材製品。
  16. 【請求項１６】 各研磨要素が平均して少なくとも約５
    個の研磨材粒子を有する、請求項１記載の研磨材製品。
  17. 【請求項１７】 各研磨要素が平均して約１０〜約５０
    個の研磨材粒子を有する、請求項１記載の研磨材製品。
  18. 【請求項１８】 研磨要素が実質的に半球形である、請
    求項１記載の研磨材製品。
  19. 【請求項１９】 研磨要素の平均直径が約０．５〜約３
    mmの範囲にある、請求項１８記載の研磨材製品。
  20. 【請求項２０】 研磨要素の平均直径が約０．５〜約２
    mmの範囲にある、請求項１９記載の研磨材製品。
  21. 【請求項２１】 基材層に結合されている、請求項１記
    載の研磨材製品。
  22. 【請求項２２】 ホイール、ディスク、カップ、ブロッ
    ク、シート、パッドまたはベルトの形態にある、請求項
    １記載の研磨材製品。
  23. 【請求項２３】 研磨要素の製造方法において、 （ａ）導電性表面上に非導電性コーティングを部分的に
    適用して、露出した隔離されている導電性領域を提供す
    る工程； （ｂ）金属イオンの付着溶液から金属を前記表面に付着
    させて、別の新たな金属及び研磨材粒子が付着すること
    になる複数の隔離されている金属体を提供する工程； （ｃ）該付着溶液に研磨材粒子を導入しながら、前記研
    磨材粒子を全体的に被覆することなく各金属体に複数の
    研磨材粒子を定着させるのに十分な量で金属を付着し続
    ける工程；及び （ｄ）前記研磨要素を前記表面から取り除く工程、を含
    んで成る研磨要素の製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記非導電性コーティングが絶縁性ソ
    ルダーレジスト材料である、請求項２３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 工程（ａ）と工程（ｂ）の間に、露出
    した隔離されている導電性領域に離型材を塗布する、請
    求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 研磨要素の製造方法において、 （ａ）離散した非導電性及び導電性領域を有するメッシ
    ュ材を、導電性表面に適用する工程； （ｂ）電気メッキまたは無電解メッキされることができ
    る金属イオンを含有する溶液中に、工程（ａ）の包まれ
    た導電性表面を入れる工程； （ｃ）メッシュの非導電性領域上に及び該領域を通して
    金属イオンを付着させる工程； （ｄ）付着期間の終わりごろに溶液中に研磨材粒子を導
    入して、内部に部分的に埋め込まれている研磨材粒子を
    有する付着した金属領域を形成する工程； （ｅ）溶液から工程（ｄ）の導電性表面を取り出し、次
    いでそれからメッシュ材を取り除く工程；及び （ｆ）工程（ｅ）のメッシュ材を、該メッシュを溶解す
    るのに十分な条件に暴露し、よって個々の研磨要素を形
    成させる工程、を含んで成る研磨要素の製造方法。
  27. 【請求項２７】 メッシュが、酸、塩基及び／または有
    機溶剤に可溶性の熱可塑性材料である、請求項２６記載
    の方法。
  28. 【請求項２８】 前記熱可塑性材料がポリエステルであ
    り、そして前記条件が、ポリエステルを溶解するのに十
    分な濃度を有する塩基性水溶液にポリエステルを、それ
    を溶解するのに十分な時間暴露する工程を含んで成る、
    請求項２４記載の方法。
  29. 【請求項２９】 研磨材製品の製造方法において、研磨
    要素をバインダー前駆体中に分散させる工程を含んで成
    り、前記研磨要素は個々の研磨材粒子を含んで成り、該
    研磨材粒子はすべて金属バインダー中に部分的に埋め込
    まれており、該研磨要素は該研磨材粒子の存在において
    金属を電着することによって形成され、そして該バイン
    ダー前駆体を硬化するのに十分な条件に該バインダー前
    駆体を暴露する工程を含んで成る前記製造方法。
  30. 【請求項３０】 バインダーマトリックス中に分散して
    いる研磨要素を含んで成る研磨材製品において、研磨要
    素が個々の研磨材粒子を含んで成り、実質的にすべての
    前記研磨材粒子が金属バインダー中に部分的に埋め込ま
    れている研磨材製品。
JP4330364A 1991-12-10 1992-12-10 研磨材製品及びその製造方法 Pending JPH05245762A (ja)

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