KR20150131077A - 접합된 연마 용품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접합된 연마 용품으로서, 형상화된 연마 입자들, 및 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함하며, 상기 형상화된 연마 입자들 각각은 두께(t)만큼 이격된 제1 측 및 제2 측을 포함하고, 상기 제1 측은 제1 기하학적 형상의 외주를 갖는 제1 면을 포함하며, 상기 두께(t)는 입자의 최단 측-관련 치수부의 길이와 같거나 이보다 작고, 용품은 적어도 그의 표면의 일부 상에, 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 나타내고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는, 접합된 연마 용품에 관한 것이다. 본 발명은 또한 접합된 연마 용품의 제조에 사용하기 위한 조성물, 접합된 연마 용품을 제조 및 이용하는 방법, 및 공작물을 연삭 및 제공하는 방법에 관한 것이다.

Description

접합된 연마 용품{BONDED ABRASIVE ARTICLE}

본 발명은 접합된 연마 용품, 특히 고정밀 연삭에 유용한 접합된 연마 용품에 관한 것이다. 고정밀 연삭을 위한 접합된 연마 용품은 공작물을 원하는 형상 및 크기로 정밀하게 연삭하는 데 유용하다.

접합된 연마 용품은 접합 매체에 의해 서로 접합된 연마 입자들을 갖는다. 접합된 연마 용품을 제조하기 위해 사용되는 주요 유형의 접합 시스템은 레지노이드(resinoid), 유리화(vitrified), 및 금속이다. 레지노이드 접합된 연마재는 연마 입자들을 함께 접합하여 형상화된 괴상체(mass)를 형성하기 위해 유기 결합제 시스템(예컨대, 페놀 결합제 시스템)을 이용한다. 다른 주요 유형은 연마 입자들을 함께 접합하기 위해 유리질 결합제 시스템이 사용되는 접합된 연마 용품(예를 들어, 유리화된 접합된 휠(wheel))들이다. 이들 접합제는 보통 700℃ 내지 1500℃의 온도에서 유리화된다. 금속 접합된 연마 용품들은 전형적으로 연마 입자들을 접합하기 위해 소결된 또는 도금된 금속을 이용한다. 유리화된 접합된 연마 용품들은 이들이 연마 그레인(grain)을 접합하기 위해 유리질 상을 사용하여서 실질적으로 더 높은 온도에서 처리된다는 점에서 레지노이드 접합된 연마 용품과는 상이하다. 유리화된 접합된 연마 용품은 사용 시에 보다 높은 온도를 견딜 수 있고, 레지노이드 접합된 휠보다 대체로 더 강성이고 부서지기 쉽다.

접합된 연마재는 구조가 3차원이고, 전형적으로 결합제에 의해 함께 유지되는 연마 입자들의 형상화된 괴상체를 포함한다. 그러한 형상화된 괴상체는, 예를 들어 연삭 휠과 같은 휠의 형태일 수 있다.

표면의 적어도 일부 상에 표면 프로파일을 갖는 접합된 연마 용품은 많은 연삭 응용에, 특히 프로파일을 공작물에 부여하는 연삭 응용에 유용하다. 특정 예는, 단지 두서너 가지 예만 들어도, 나사 연삭, 기어 연삭, 평면 연삭, 원통 연삭을 포함하지만 그로 제한되지 않는다.

이상적인 상황에서, 접합된 연마 용품은 자기-첨예화(self-sharpening)된다. 그러나, 실제로, 특히, 힘이 충분히 크게 인가되면, 접합된 연마 용품이 파괴되어 연마 입자들을 파단시키고 방출시킬 수 있다. 접합된 연마 용품이 급속히 마모되고 그의 바람직한 형상을 상실함에 따라, 인출되는 연삭 동력이 연삭 응용의 시작 값을 넘어 감소한다. 따라서, 접합된 연마 용품은 전형적으로 주기적인 연삭 곡선(연삭 시간의 함수로서의 연삭 동력 소비)을 보인다. 연삭 사이클의 종료점에서, 연마될 공작물에서의 결함을 피하기 위해 그리고 접합된 연마 용품의 일정한 연마 성능을 제공하기 위해 접합된 연마 용품(예를 들어, 연삭 휠)의 드레싱(dressing)이 설정되어야 한다.

접합된 연마 용품이 사용됨에 따라, 그는 서서히 마모되어, 접합된 연마 용품의 3차원 형상의 기하학적 형상의, 예를 들어 (전형적으로는 사용 동안 "덜 날카로워"지고 "더 평평해" 지는) 표면 프로파일의 형상 및 연삭 휠의 직경의 변화를 야기한다. 접합된 연마 용품의 기하학적 형상의 변화의 결과로, 최종적으로 연삭된 공작물의 원하는 정밀도는 유지될 수 없고 감소된다. 따라서, 공작물에 대해 원하는 정밀도를 달성하기 위하여, 접합된 연마 용품은, 전형적으로 드레싱 장치를 이용하여, 주기적으로 형상 및 크기가 재설정되거나 또는 "드레싱"되어야 한다. 드레싱은 전형적으로 다이아몬드 드레싱 공구와 같은 드레싱 공구를 사용하여 수행된다.

드레싱 동안, 접합된 연마 용품 및 드레싱 장치는 (드레싱 접촉 영역에서) 서로 접촉하게 되고, 이들 중 하나 또는 둘 모두는 서로에 대해 이동되게 한다. 드레싱은 드레싱 장치의 표면이 접합된 연마 용품의 표면으로부터 입자들 및/또는 접합제를 제거하게 하여, 그의 표면을 재형상화한다.

그러나, 종래의 접합된 연마 용품에서, 드레싱 동안 제거되는 연마 입자들은 전형적으로 접합제로부터 축출되고 (또는 당겨지고), 그에 의해 연마 용품 내의 연마 입자들의 원래 위치에 빈 공간을 남긴다. 결과적으로, 특히 프로파일의 팁(tip) 영역에서 용품의 이상적인 표면 프로파일을 생성(용품이 처음으로 사용되기 전) 하거나 또는 재생(용품이 마모된 후)하는 것은 어려울 수 있다. (마모 동안 그리고/또는 드레싱 동안) 접합제로부터 축출되는 입자들로 인해, 프로파일의 팁 영역은 마모가 더 용이하고, 이상적인 형상으로 완전히 (재)드레싱되기 어려울 수 있다. 이는, 특히 접합된 연마 용품의 표면 프로파일의 팁 영역의, 특징부의 바람직하지 않은 평평화 또는 절두화(truncation)를 야기할 수 있다. 예를 들어, 프로파일 특징부의 플랭크(flank)에 존재하는 코너와 같은 다른 특징부가 유사한 평평화 및/또는 절두화를 보여줄 수 있다. 팁 영역 내에서 절두화가 나타나는 접합된 연마 용품이 최종 공작물 프로파일을 부여하기 위하여 사용되는 경우, 접합된 연마 용품의 팁 영역에서의 절두부는 최종 공작물 프로파일의 루트(root) 영역의 대응하는 절두부를 생성할 수 있다. 예를 들어 프로파일의 플랭크에서의 평평한 코너가 최종 공작물 프로파일에서의 대응하게 평평한 상보적 코너를 생성할 수 있다. 따라서, 루트 영역 또는 코너 영역과 같은 날카로운 표면 특징부를 갖는 최종 공작물 프로파일을 제공하는 것은 종종 어렵다.

그러므로, 매우 작은 표면 특징부(특히 매우 날카로운 팁 영역)를 접합된 연마 용품에 정밀하게 (재)생성하는 것은 어려울 수 있다. 표면 프로파일을, 예를 들어 드레싱에 의해, 생성(용품이 처음으로 사용되기 전)하거나 또는 재생(즉, 용품이 마모된 때)하는 것은, 특히 프로파일의 팁 영역 또는 코너 영역에서, 표면 특징부(들)의 치수가 감소함에 따라 더 어려워진다.

따라서, 본 발명 이전에는, 접합된 연마 용품 내의 (특히, 프로파일의 팁 영역에서) 매우 작은 표면 특징부를 갖는 프로파일을 정밀하게 (재)생성하는 것은 (재)생성될 특징부의 치수보다 훨씬 더 작은 공칭 크기, 전형적으로는 적어도 약 한 자릿수 더 작은 크기를 갖는 연마 입자들(종래의 입자들, 예를 들어, 파쇄된 입자들)의 사용을 필요로 한다는 본 기술 분야에서의 일반적인 이해가 있었다.

따라서, 표면의 적어도 일부에 표면 프로파일을 갖는 접합된 연마 용품의 제조 시에, 연마 입자들은 종래에는 적합한 연마 입자들의 사용이 (재)생성될 표면 특징부보다 약 한 자릿수 더 작은 공칭 크기(들)를 갖는 것들로 제한된다는 본 기술 분야에서의 일반적인 이해에 따라서 선택된다.

일 예시로서, 치수가 약 1500 μm인 표면 특징부(예를 들어, 나사산의 피치)를 (재)생성하는 것은 전형적으로는 (예시적으로 단일 리브 나사 연삭 응용과 관련하여) (약 45 μm의 평균 입자 크기에 대응하는) FEPA 등급 F240에 따른 것 이하의 연마 입자 크기가 필요하다고 생각될 것이고, 치수가 약 700 μm 내지 1000 μm인 표면 특징부(예를 들어, 나사산의 피치)를 (재)생성하는 것은 전형적으로 (약 30 μm의 평균 입자 크기에 대응하는) FEPA 등급 F320 내지 (약 18 μm의 평균 입자 크기에 대응하는) FEPA 등급 F400에 따른 범위 이하의 연마 입자 크기가 필요하다고 생각될 것이고, 치수가 약 300 내지 약 600 μm만큼 미세한 표면 특징부(예를 들어, 나사산의 피치)를 (재)생성하는 것은 전형적으로 (약 18 μm의 평균 입자 크기에 대응하는) FEPA 등급 F400 내지 (약 13 μm의 평균 입자 크기에 대응하는) FEPA 등급 F500에 따른 범위 이하의 연마 입자 크기가 필요하다고 생각될 것이다.

종래에 추천되는 것들이 특정 연삭 응용에 따라 약간 변할 수 있지만, 이들은 모두 적합한 연마 입자들이 (재)생성될 표면 특징부보다 약 한 자릿수 더 작은 (즉, 전형적으로 10배, 20배, 30배 또는 심지어 그보다 더 작은) 입자 크기(전형적으로, 공칭 크기)를 나타내어야 한다는 이해에 기초한다.

몇몇 경우에, 충분히 미세한 입자 크기를 선택하는 것은 접합된 연마 용품의 표면 프로파일 내의 작은 표면 특징부를 달성하는 한 가지 방법을 나타낼 수 있다. 그러나, 이러한 방법은, 특히 접합된 연마 용품의 표면 프로파일 내의 팁 영역의 첨예도(sharpness)와 관련하여, 여전히 제한된다. 더욱이, 이러한 방법은 적합한 그릿(grit) 크기의 유용성에 종속된다. 게다가, 주어진 연삭 작업의 경우, 연삭될 재료 및 그의 경도, 연마(스톡(stock) 제거 또는 표면 마무리)될 재료의 양, 연삭 공정 조건(예를 들어, 습식 또는 건식), 또는 연삭 기계의 유형과 같은 많은 인자들이 신중하게 고려되어야 한다. 결과적으로, 작은 표면 특징부의 (재)생성을 위해 필요할 그릿 크기는 (연마될 재료의 양과 같은) 주어진 연삭 작업의 다른 태양(aspect) 하에서 이상적인 그릿 크기가 아닐 수 있다.

다시 말하면, (특정 연삭 응용에 대해 요구되거나 필요한 바와 같은) 주어진 그릿 크기의 연마 입자들을 포함하는 접합된 연마 용품에서, 프로파일 표면 특징부들은, 특히 팁 영역에서의 그들은, 임의의 크기로 스케일이 감소될 수 없다.

의외로, 본 명세서에서 한정된 바와 같은 형상화된 연마 입자들 및 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함하는 유리화된 접합된 조성물이 전술된 문제를 해결할 수 있는 접합된 연마 용품을 제공할 수 있다는 것이 이제 밝혀졌다. 그러한 용품은 고정밀 연삭 응용에서 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.

일 태양에서, 본 발명은 접합된 연마 용품의 제조에 사용하기 위한 유리화된 접합된 조성물에 관한 것으로, 상기 유리화된 접합된 조성물은 본 명세서에서 한정된 바와 같은 형상화된 연마 입자들(전형적으로 복수의 형상화된 연마 입자들), 및 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함하고, 상기 접합된 연마 용품은 적어도 그의 표면의 일부 상에, 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 나타내고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는다. 상기 표면 특징부는 전형적으로 수형(male) 표면 특징부이다. 바람직하게는, 상기 수형 표면 특징부의 높이는 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수의 약 0.1 내지 약 9 배의 치수를 갖는다. 바람직하게는, 상기 수형 표면 특징부는 팁 반경 R(tip)을 나타내고, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다.

추가 태양에서, 본 발명은 접합된 연마 용품으로서, 복수의 형상화된 연마 입자들, 및 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함하며, 상기 형상화된 연마 입자들 각각은 두께(t)만큼 이격된 제1 측 및 제2 측을 포함하고, 상기 제1 측은 제1 기하학적 형상의 외주를 갖는 제1 면을 포함하며, 상기 두께(t)는 입자의 최단 측-관련 치수부의 길이와 같거나 이보다 작고, 용품은 적어도 그의 표면의 일부 상에, 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 나타내고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는, 접합된 연마 용품에 관한 것이다. 상기 표면 특징부는 전형적으로 수형 표면 특징부이다. 바람직하게는, 상기 수형 표면 특징부의 높이는 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수의 약 0.1 내지 약 9 배의 치수를 갖는다. 바람직하게는, 상기 수형 표면 특징부는 팁 반경 R(tip)을 나타내고, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다.

추가 태양에서, 본 발명은 접합된 연마 용품을 제조하는 방법으로서, (a) 기본 형상(basis shape)을 갖는 전구체 유리화된 접합된 연마 용품을 제공하는 단계; 및 (b) 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 상기 전구체 유리화된 접합된 연마 용품의 상기 표면의 적어도 일부 상에 부여하는 단계를 포함하고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖고, 단계 (b)는 바람직하게는 드레싱하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 상기 표면 특징부는 전형적으로 수형 표면 특징부이다. 바람직하게는, 상기 수형 표면 특징부의 높이는 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수의 약 0.1 내지 약 9 배의 치수를 갖는다. 바람직하게는 상기 수형 표면 특징부는 팁 반경 R(tip)을 나타내고, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 2 L_max(바람직하게는 R(tip) ≤ L_max 및 더욱 더 바람직하게는 R(tip) ≤ 0.5 L_max)에 의해 특징지어진다.

본 발명은 추가로 표면의 적어도 일부 상에 프로파일을 갖는 공작물을 제조하는 방법으로서, (1) 초기 형상을 갖는 공작물을 제공하는 단계, (2) 본 발명에 따른 연마 용품의 적어도 일부를 상기 공작물의 표면과 마찰 접촉시키는 단계; 및 (3) 공작물의 표면의 적어도 일부를 연마하도록 공작물 또는 연마 용품 중 적어도 하나를 이동시켜, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 적어도 부분적으로 대응하는 최종 표면 프로파일을 표면의 적어도 일부 상에 갖는 최종 공작물을 제공하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 최종 공작물 표면 프로파일은 적어도 하나의 최종 공작물 표면 특징부를 포함하고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 적어도 하나의 최종 공작물 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는다. 바람직한 실시 형태에서, 상기 표면 프로파일은 루트 반경 R(root)을 나타내는 적어도 하나의 암형(female) 표면 특징부를 포함하고, 상기 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 접합된 연마 용품을 이용하는 것에 의해 특징지어지는 연삭 방법, 특히 나사 연삭 방법, 기어 연삭 방법, 평면 연삭 방법, 및 원통 연삭 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 접합된 연마 용품은 의도된 형상(예를 들어, 표면 프로파일)을 공작물에 정밀하게 부여하는 데 특히 유용하다.

도 1은 (연삭 후이고 드레싱 전인) 실시예 1의 접합된 연마 용품의 단면도를 도시한다.
도 2는 (연삭 후이고 드레싱 전인) 실시예 1의 접합된 연마 용품과 동일한 유형의 프로파일을 포함하지만 프로파일의 표면 특징부보다 매우 더 작은 입자 크기를 갖는 종래의 파쇄된 연마 입자들을 포함하는 비교용 접합된 연마 용품의 단면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 유용한 예시적인 수형 표면 특징부를 도시한다.
도 4는 (연삭 응용에 사용된 후이고 드레싱 전인) 실시예 1의 접합된 연마 용품의 단면 이미지를 도시하는데, 표면 특징부의 높이(레일의 높이)는 형상화된 연마 입자들의 측면 치수에 대략 등가이고, 둘 모두의 치수들은 대략 0.5 mm이다(사진의 하부 좌측에서의 삼각형인 형상화된 연마 입자의 면에 주의).

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "고정밀 연삭"이라는 용어는 공작물을 고정밀도로 연삭하기에 유용한 연삭 응용을 지칭하는 데 사용된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 접합된 연마 용품에 관해 사용되는 경우의 "활성 표면"이라는 용어는 연삭 동안 공작물과 접촉하고 있는 용품의 표면과 관련된다. 예를 들어, 구체적으로 연삭 휠에 관하여, 활성 표면은 휠의 2개의 측 표면들보다는 오히려 휠의 원주 표면(휠의 원주 표면은 또한 때로는 단순히 휠의 "면"이라고 함)과 관련된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "형상화된 연마 입자"라는 용어는 연마 입자의 적어도 일부가, 형상화된 전구체 연마 입자를 형성하는 데 사용되는 주형 공동으로부터 복제된 미리결정된 형상을 갖는 연마 입자를 의미한다. (예컨대, 미국 특허 출원 공보 제2009/0169816호 및 제2009/0165394호에 기재된 것과 같은) 연마 조각(shard)의 경우를 제외하고는, 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자들은 대체로 형상화된 연마 입자를 형성하는 데 사용되었던 주형 공동을 실질적으로 복제하는 미리결정된 기하학적 형상을 가질 것이다. 전형적으로, 주형으로부터 복제된 형상화된 연마 입자들은 입자들의 각각이 실질적으로 동일한 형상(즉, 형상이 복제되게 하는 주형에 의해 미리결정되는 형상)을 갖는 점에서 특징지어질 수 있다. 대조적으로, (압출된 로드(rod)들과 같은) 압출에 의해 제조된 복수의 연마 입자들에서, 입자들의 형상은, 예를 들어 개별 입자들이 그들의 길이를 따라서 상이한 정도의 곡률을 가질 수 있다는 점에서, 여전히 약간 상이할 수 있다. 미리결정된 기하학적 형상의 결과로서, (동일한 주형으로부터 복제된) 복수의 형상화된 연마 입자들은 전형적으로 입자 크기의 현저한 분포를 보이지는 않을 것이다. 형상화된 연마 입자들은 종래의 파쇄된 연마재와 비교하여 매우 좁은 크기 분포에 의해 설명될 수 있다. 형상화된 연마 입자들은, 예를 들어 미국 표준 메시 크기를 사용한 체질(sieving)과 같은 본 기술 분야에 공지된 방법에 기초하여 공칭 크기와 함께 주어지는 것으로 여겨질 수 있다. 전형적으로, 형상화된 연마 입자들은, 동일한 에지 길이, 동일한 입자 높이와 같은 입자 치수에 기초하고 동일한 메시 크기를 통과하는 공칭 크기와 함께 주어지는 것으로 여겨질 수 있다. 실질적으로 동일한 길이는 공통 에지 또는 높이가 각각 공칭 길이 또는 높이의 +/- 20% 이내의 길이를 갖는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "공칭"이라는 용어는 실제로부터 변화할 수 있는 지정된 또는 이론적인 크기 및/또는 형상이거나, 이로 형성되거나, 또는 이와 관련된 것을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같은 형상화된 연마 입자는 (전형적으로 불규칙하게 형상화되고 전형적으로 상이한 입자 크기의 분포에 의해 특징지어지는) 기계식 파쇄 작업에 의해 얻어지는 연마 입자들을 배제한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "포함하다", "갖다", 및 "포함하다"라는 단어의 형태는 법률적으로 동등하며 제한이 없다. 따라서, 열거한 요소, 작용, 단계 또는 제한 이외에도 추가의 열거되지 않은 요소, 작용, 단계 또는 제한이 제시될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "연마 분산물(abrasive dispersion)"이라는 용어는 주형 공동(mold cavity) 내로 도입되는 연마 재료(예를 들어, 알파 알루미나)로 변환될 수 있는 전구체(전형적인 경우에, 알파 알루미나 전구체)를 의미한다. 이 조성물은 충분한 휘발성 성분이 제거되어 연마 분산물을 고형화시킬 때까지 연마 분산물이라 지칭된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "형상화된 전구체 연마 입자(precursor shaped abrasive particle)"라는 용어는, 주형 공동 내에 있을 때 연마 분산액으로부터 충분한 양의 휘발성 성분을 제거하여, 주형 공동으로부터 제거되고 후속의 처리 작업에서 성형된 형상을 실질적으로 유지할 수 있는 응고체를 형성함으로써 생성되는 소결되지 않은 입자를 의미한다.

본 발명에 따른 형상화된 연마 입자의 3차원 형상에 관하여, 길이는 최장 입자 치수를 의미할 것이고, 폭은 길이에 수직한 최대 입자 치수를 의미할 것이다. 본 명세서에서 지칭되는 바와 같은 두께는 또한 전형적으로 길이 및 폭에 수직하다. 일부 경우에, 최장 입자 치수는 입자의 종축을 따를 수 있지만, 이것이 필요한 요건은 아니다.

본 발명에 따른 접합된 연마 용품의 표면 프로파일 내의 표면 특징부의 치수, 특히 (수형 표면 특징부의 높이 또는 폭, 코너 반경 R(corner) 또는 팁 반경 R(tip)과 같은) 수형 표면 특징부의 치수와의 비교를 위한 또는 (최종 공작물 표면 프로파일 내의 암형 표면 특징부의 상보적 코너 반경 R(corner)' 또는 루트 반경 R(root)과 같은) 최종 공작물 프로파일 내의 암형 표면 특징부와의 비교를 위한 관련된 최대 입자 치수는 전형적으로 형상화된 입자의 길이에 대응한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "두께"라는 용어는 그 평면 구성에 걸쳐 달라지는 두께를 갖는 입자에 적용될 때 최대 두께를 의미할 것이다. 입자가 실질적으로 균일한 두께를 갖는 경우, 최소, 최대, 평균 및 중간 두께의 값들은 실질적으로 같을 것이다. 예를 들어, 삼각형의 경우, 두께가 "a"와 같다면, 삼각형의 최단 변의 길이는 바람직하게는 "2a" 이상이다. 최단 면 치수들 중 둘 이상이 동일한 길이를 갖는 입자의 경우, 전술한 관계가 계속 유지된다. 대부분의 경우, 형상화된 연마 입자는 3개 이상의 변을 갖는 다각형이며, 이때 각각의 변의 길이는 입자의 두께보다 크다. 원, 타원, 또는 매우 짧은 변을 갖는 다각형의 특수한 상황에서, 원의 직경, 타원의 최소 직경, 또는 매우 짧은 변의 다각형의 둘레에 외접될 수 있는 원의 직경은 입자의 최단 면 치수인 것으로 고려된다.

추가의 예시를 위해, 사면체형 연마 입자의 경우에, 길이는 전형적으로 하나의 삼각형 변의 변 길이에 해당할 것이고, 폭은 하나의 삼각형 변의 팁과 대향 측 에지의 수직선 사이의 치수일 것이며, 두께는 보통 "사면체의 높이"로 지칭되는 것, 즉 정점(vertex)과 밑면(또는 제1 면)의 수직선 사이의 치수에 해당할 것이다.

연마 입자가 피라미드형, 원추형, 절두-피라미드형, 절두-원추형, 절두 구형 또는 절두 회전 타원체 형상을 갖는 주형 공동 내에 준비되면, 두께가 하기와 같이 결정된다: (1) 피라미드 또는 원추의 경우에, 두께는 입자의 밑면에 수직하고 피라미드 또는 원추의 정점까지 연장되는 선의 길이이고; (2) 절두-피라미드 또는 절두-원추의 경우에, 두께는 절두-피라미드 또는 절두-원추의 보다 큰 밑면의 중심에 수직하고 절두-피라미드 또는 절두-원추의 보다 작은 밑면까지 연장되는 선의 길이이며; (3) 절두 구 또는 절두 회전 타원체의 경우에, 두께는 절두 구 또는 절두 회전 타원체의 밑면의 중심에 수직하고 절두 구 또는 절두 회전 타원체의 만곡된 경계까지 연장되는 선의 길이이다.

입자의 최단 측-관련 치수부의 길이는 입자의 밑면의 최단 면 치수의 길이이거나(입자가 단 하나의 밑면, 전형적으로는 제1 면만을 구비하는 경우), 입자의 보다 큰 밑면의 최단 면 치수의 길이이다(입자가 2개의 밑면들을 갖는 경우, 예를 들어 제2 측이 제2 면을 포함하는 경우).

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "원 섹터(circular sector 또는 circle sector)"라는 용어는 작은 섹터 및 큰 섹터를 비롯하여, 2개의 반경들 및 원호에 의해 둘러싸이는 원판의 부분을 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "원 세그먼트(circular segment)"는 할선(secant) 또는 현(chord)에 의해 원의 나머지로부터 "절단"된 영역으로서 비공식적으로 정의되는 원의 영역을 지칭한다. 원 세그먼트는 원의 중심을 제외한, 할선과 원호 사이의 부분을 구성한다. 이는 흔히 메글리오 영역(Meglio's Area)으로 알려져 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "액적 형상(drop shape)"이라는 용어는 하나의 정점과 하나의 만곡된 선으로 이루어지는 것으로 묘사될 수 있는 외주(액적 형상 영역을 둘러싸는 경로)를 갖는 형상을 지칭하도록 의도되며, 여기서 정점은 만곡된 선의 단부들이 만나는 점에 형성된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "마름모(rhombus)"라는 용어는 동일한 길이의 4개의 에지들을 갖고 대향 정점들이 WO 2011/068714호의 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 각도의 협각들을 갖는 사변형을 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "장사방형(rhomboid)"이라는 용어는 종축의 일 측의 2개의 교차하는 에지들이 동일하지 않은 길이들을 갖고 이들 에지들 사이의 정점이 WO 2011/068714호의 도 4에 도시된 바와 같이 경사 협각(oblique included angle)을 갖는 평행사변형을 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "연 모양(kite)"이라는 용어는 WO 2011/068714호의 도 5에 도시된 바와 같이 횡축 위의 2개의 대향 에지들이 동일한 길이를 갖고 횡축 아래의 2개의 대향 에지들이 동일한 길이를 갖지만 횡축 위의 에지들과는 상이한 길이를 갖는 사변형을 지칭한다. 마름모를 취하고 대향 주 정점들 중 하나를 횡축에 더 인접하게 또는 이로부터 더 멀어지게 이동시킨다면, 연 모양이 형성된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "초타원형(superellipse)"이라는 용어는 직교 좌표계에서 하기의 수학식을 갖는 라메 곡선(Lame's curve)에 의해 규정되는 모든 점(x, y)들의 집합으로서 정의되는 기하학적 도형을 지칭한다:

(여기서, n, a 및 b는 양수임). n이 0 내지 1일 때, 초타원형은 WO 2011/068714호의 도 2에 도시된 바와 같이 오목한 에지들을 갖는 4-아암형 별(four-armed star)(스캘럽(scallop)이 없음)처럼 보인다. n이 1일 때, 마름모 a=b 또는 연 모양 a<>b가 형성된다. n이 1 내지 2일 때, 에지가 볼록해진다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "부 연마 입자(secondary abrasive particle)"라는 용어는 일반적으로 본 발명에 따라 사용될 형상화된 연마 입자들과는 상이한 연마 입자들을 지칭하도록 의도된다.

본 발명에 사용되는 바와 같은 "경질 재료"라는 용어는 전형적으로 3500 ㎏_f/㎟ 이하(전형적으로, 약 1500 내지 약 3000 ㎏_f/㎟)의 누프 경도(Knoop Hardness)를 갖는 것으로 특징지어질 수 있는 재료를 지칭하도록 의도된다.

본 발명에 사용되는 바와 같은 "초경질 재료"라는 용어는 전형적으로 3500 ㎏_f/㎟ 초과(전형적으로, 약 4000 내지 약 9000 ㎏_f/㎟)의 누프 경도를 갖는 것으로 특징지어질 수 있는 재료를 지칭하도록 의도된다.

본 발명에 사용되는 바와 같은 "초연마재"라는 용어는 전형적으로 4500 또는 4500 ㎏_f/㎟ 초과(전형적으로, 약 4700 내지 약 9000 ㎏_f/㎟)의 누프 경도를 갖는 것으로 특징지어질 수 있는 연마 재료를 지칭하도록 의도된다.

대부분의 산화물 세라믹들은 1000 내지 1500 ㎏_f/㎟ (10 내지 15 GPa), 의 범위 내의 누프 경도를 갖고, 많은 탄화물들은 2000 ㎏_f/㎟ (20 GPa) 초과이다. 누프 경도를 결정하기 위한 방법이 ASTM C849, C1326 & E384에 규정되어 있다.

본 발명에 따르면, 놀랍게도, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 형상화된 연마 입자들, 및 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함하는 유리화된 접합된 연마 조성물이, 종래 발명 이전에는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 상대 입자 크기를 이용하여 달성되는 것으로 생각되지 않았을 치수로 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 정밀하게 나타낼 수 있는 접합된 연마 용품을 제공할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 더 구체적으로는, 놀랍게도, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일이 종래에 교시된 그레인 크기(즉, 표면 프로파일 내의 (재)생성될 표면 특징부의 치수보다 적어도 약 한 자릿수 더 작은 종래에 교시된 입자 크기)에 비하여 더 큰 입자 크기 치수의 사용에도 불구하고 비교적 작은 표면 특징부를 포함할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

본 발명에 따르면, 표면의 적어도 일부 상에, 전형적으로 활성 표면 상에, 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 갖는 접합된 연마 용품이 제공될 수 있는데, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는다. 본 발명의 모든 태양을 참고로 본 발명에 사용되는 바와 같이, "동일한 자릿수"라는 용어는 상당히 넓은 의미에서, 본 발명 이전에 교시된 그러한 다른 치수 차이를 단순히 배제하는 것으로서 간주될 수 있다. 본 발명에서의 적합한 치수 차이는, 의도된 연삭 응용에 따라서, 0.1 (또는 심지어 0.1 미만), 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0이지만 또한 최대 4, 5, 6, 7, 8 또는 9만큼 작은 인자의 치수 차이를 포함하지만 이로 제한되지 않는, 이전에 필요한 것으로 생각되었던 것보다 매우 작은 치수 차이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에서, 적합한 인자는 약 0.1 내지 약 3, 바람직하게는 0.1 내지 약 2.5 이상, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2.0의 범위일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 적합한 인자는 약 2.5 초과 내지 약 4 또는 약 5, 바람직하게는 약 3 초과 내지 약 4 또는 약 5의 범위일 수 있고, 추가의 다른 실시 형태에서는, 4 또는 5 초과 내지 약 9, 예컨대 4 또는 5 초과 내지 약 7과 같은 인자가 유용할 수 있다.

설명으로서, 0.5의 인자는 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수가 고려 중인 상기 표면 특징부의 치수의 두 배만큼 큰 것을 의미한다. 1.0의 인자는 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 및 상기 표면 특징부의 치수가 대략 동일한 크기를 갖는 것을 의미한다. 2의 인자는 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수가 상기 수형 표면 특징부의 치수의 절반 크기를 갖는 것을 의미한다.

본 발명에서 사용되는 바와 같이, "치수"라는 용어는 길이에 관한 특징부와 관련되는 것으로, 즉 그의 치수는, 예를 들어 각이 아닌, 종방향 거리(설명 예는 길이, 높이, 폭, 반경을 포함하지만 그로 제한되지 않음)를 기술하도록 사용되는 단위와 함께 주어지는 것으로 여겨진다.

고려 중인 표면 특징부의 치수는 바람직하게는, 본 명세서에서 정의된 바와 같이, 수형 표면 특징부와 관련된다. 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수와의 크기 비교를 위한 (바람직하게는 수형 표면 특징부의) 표면 특징부는 특별히 제한되지 않고 의도된 연삭 응용 및 원하는 최종 공작물 프로파일에 기초하여 선택될 수 있다. 설명 예는 표면 특징부의 (최대) 폭, 표면 특징부의 (최대) 높이, 또는 표면 프로파일의 깊이 및 특히 표면 특징부의 첨예도를 나타내는 반경, 예컨대 코너 반경 R(corner) 또는 팁 반경 R(tip)을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 입자들 및 표면 특징부들의 상대 치수로 인해, 표면 특징부(전형적으로는 수형 표면 특징부)는 전형적으로 비교적 제한된 수의 개별적인 형상화된 연마 입자들을 포함하지만, 종래의 접합된 연마 용품에서는, (논의된 바와 같이) 매우 미세한 입자 크기를 갖는 상당히 많은 수의 개별 입자들의 전체가 표면 프로파일 특징부에 포함된다. 본 발명에 따르면, 개별 입자들의 개수는, 예를 들어 적합한 단면의 적합한 이미지(즉, 전형적으로 수형 표면 특징부인 고려 중인 표면 특징부 및 표면 프로파일을 대표하는 하나)를 제공함으로써 그리고 표면 특징부를 구성하는 입자(즉, 대부분(즉, 입자의 약 절반 초과)이 표면 특징부에 의해 나타나는 영역 내에 있는 입자)를 단순히 카운트함으로써, 본 기술 분야에서 대체로 잘 알려져 있고 이해되는 측정 방법에 기초하여 결정될 수 있다. 2개의 실질적으로 평행한 면들 - 제1 면은 중간 치수가 0.49 mm인 등변 삼각형을 포함하고 또한 제2 면은 중간 에지 길이가 0.415 mm이고 면들 사이의 평균 거리가 0.095 mm인 등변 삼각형을 포함함 - 을 갖는 경사 측벽들(및 드래프트각이 98도인 측벽)을 갖는 삼각 프리즘의 형태인 형상화된 연마 입자(즉, 실시예 I에 사용된 바와 같이 80+로 표시된 입자)에 대하여, 표면 특징부에 의해 구성된 개별 입자들의 비교적 제한된 개수는, 예를 들어, 1 내지 약 200(개의 입자들), 예컨대 1 내지 약 50, 또는 1 내지 약 20 이상, 전형적으로는 1 내지 약 15로부터 선택된 임의의 정수를 의미할 수 있으며, 이들 예로 제한되지 않는다.

마찬가지로, 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자들 및 표면 특징부의 상대 치수로 인해, 수형 표면 특징부의 높이가 형상화된 연마 입자의 최대 치수의 약 0.1 내지 약 9 배, 더 전형적으로는 약 0.5 내지 약 4배, 그리고 더욱 더 전형적으로는 형상화된 연마 입자의 최대 치수의 약 0.5 내지 약 3배의 치수를 갖는 접합된 연마 용품을 제공하는 것이 놀랍게도 가능하다. 바람직하게는, 수형 표면 특징부의 높이는 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수와 대략 동일한 치수를 갖는데, 즉 높이는 형상화된 연마 입자의 최대 치수의 약 0.5 내지 약 1.5 배의 치수를 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 수형 표면 특징부는 팁 반경 R(tip)을 나타내고, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다.

본 발명의 기저를 이루는 효과는 표면 프로파일 특징부의 (재)생성이 (재)생성될 특징부의 치수보다 적어도 약 한 자릿수 작은 입자 치수를 필요로 한다는 본 기술 분야에서의 앞서의 일반적인 이해와 완전히 반대이다.

제1 태양에서, 본 발명은 유리화된 접합된 연마 용품의 제조에 사용하기 위한 유리화된 접합된 연마 조성물(하기에서는 짧고 간단하게 "조성물"이라 함)을 제공한다. 조성물은 복수의 형상화된 연마 입자들, 및 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함한다.

본 발명에서 사용하기 위한 형상화된 연마 입자들 각각은 두께(t)만큼 분리된 제1 측 및 제2 측을 포함하고, 상기 제1 측은 제1 기하학적 형상의 외주를 갖는 제1 면을 포함하며, 상기 두께(t)는 입자의 최단 측-관련 치수부(shortest side-related dimension)의 길이와 같거나 이보다 작다.

조성물은 접합된 연마 용품의 제조에 사용하기에 적합하고, 상기 연마 용품은 적어도 그의 표면의 일부 상에, 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 나타내고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는다. 상기 표면 특징부는 전형적으로 수형 표면 특징부이다. 바람직한 실시 형태에서, 상기 수형 표면 특징부는 팁 반경 R(tip)을 나타내고, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다. 더 바람직하게는, 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ L_max, 또는 더 바람직하게는 R(tip) ≤ 0.8 L_max, 또는 R(tip) ≤ 0.7 L_max, 또는 R(tip) ≤ 0.6 L_max에 의해 특징지어진다. 더욱 더 바람직하게는, 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 0.5 L_max 또는 R(tip) ≤ 0.4 L_max에 의해 특징지어진다. 가장 바람직한 경우에, 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 0.35 L_max에 의해 특징지어진다.

조성물의 특징부는 접합된 연마 용품에 관해 설명된 바와 같다. 따라서, 바람직한 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자들, 접합 매체, 유리질 접합제, 표면 프로파일, 표면 특징부 (바람직하게는, 적어도 하나의 수형 표면 특징부), 수형 표면 특징부의 높이, 팁 반경 R(tip), 코너 반경 R(corner) 및 상기 접합된 연마 용품은 본 발명의 제2 태양(접합된 연마 용품)에 관해 설명된 바와 같다.

제2 태양에서, 본 발명은 복수의 형상화된 연마 입자들 및 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함하는 접합된 연마 용품을 제공한다. 용품은 적어도 그의 표면의 일부 상에, 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 나타내고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는다. 상기 표면 특징부는 바람직하게는 수형 표면 특징부이다. 바람직한 실시 형태에서, 상기 수형 표면 특징부는 팁 반경 R(tip)을 나타내고, 상기 팁 반경 R(tip)은 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max와 동일하거나 그보다 작다.

프로파일이라는 용어는 표면 형상의 다소 복잡한 외형선을 언급하는 것으로 본 기술 분야에서 대체로 잘 이해된다. "표면 프로파일"이라는 용어는 본 발명에서 사용되는 바와 같이 활성 표면의 적어도 일부 상의, 즉 최종 공작물 형상의 부여 시 유효한 표면의 그러한 일부 상의 유효 표면 프로파일을 말한다. 접합된 연마 용품의 유효 표면 프로파일은 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 실질적으로 최종 공작물 프로파일에 대응한다. 유효 표면 프로파일은 전형적으로는, 의도된 연삭 운동의 방향을 따라서, 예컨대 연삭 휠의 원주 표면을 따라서 실질적으로 동일하다.

수학적으로, 접합된 연마 용품의 실제 표면 프로파일은 접합된 연마 용품의 활성 표면에 대해 대표하는 단면을 산출하도록 용품을 통하여 평면과 가상적으로 교차함으로써 얻어지는 2차원 곡선으로서 상상될 수 있다. 예시로서, 접합된 연마 연삭 휠의 표면 프로파일은 (대부분의 경우에 휠 축에 대응하는) 회전 축을 통하는 평면과 휠의 활성 표면, 즉 휠의 원주 표면의 교차에 의해 얻어지는 2차원 곡선으로서 대략적으로 상상될 수 있다.

가장 이상적이고 바람직한 경우에, 실제 표면 프로파일이 교차하는 모든 가능한 부위에서 동일한 한편, 실제로, 실제 표면 프로파일은, 예를 들어 표면에 존재하는 기공과 같은 인자들로 인해, 단면의 하나의 가능한 부위로부터 단면의 다른 가능한 부위까지 약간 상이할 수 있다.

유효 표면 프로파일은 (용품의 전체 활성 표면 영역에 걸쳐) 실제 표면 프로파일에 대한 내재/포위 곡선의 의미에 있어서 상기 의미 내의 모든 가능한 가설적인 교차부들의 합의 유효 평균으로서 대략적으로 상상될 수 있다. 다시 말하면, 표면 프로파일 특징부의 치수를 위해, 유효 표면 프로파일과 상이한 실제 표면 프로파일을 야기할 수 있는 인자(예를 들어, 표면에 존재하는 기공)는 전형적으로 고려되지 않는다.

표면 프로파일은 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "표면 특징부"라는 용어는 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 포함되는 형상 특징부와 관련된다. 수형 표면 특징부는 상기 특징부의 외주에 비해 돌출된 특징부이다. 암형 표면 특징부는 상기 특징부의 외주에 비해 함몰된 특징부이다. 수학적 관점으로부터, 수형 표면 특징부는 최대점을 포함하는 프로파일의 일부를 나타내고, 암형 표면 특징부는 최소점을 포함하는 프로파일의 일부를 말한다. 전형적으로, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 포함된 표면 특징부는 최종 공작물 프로파일 내의 대응하는 (전형적으로 상보적인) 대응측 표면 특징부를 갖는다. 예를 들어, 표면 프로파일에 포함된 수형 표면 특징부는 전형적으로, 최종 공작물 프로파일 내의 대응하는 암형의 대응부를 갖는다.

형상화된 연마 입자들의 최대 치수와의 크기 비교를 위한 표면 특징부(바람직하게는, 수형 표면 특징부)는 특별히 제한되지 않고 예를 들어 연삭 응용 및 의도된 최종 공작물 프로파일에 기초하여 선택될 수 있다. 표면 특징부의 설명 예는 표면 특징부의 (최대) 폭, 표면 특징부의 (최대) 높이 (또는 깊이), 코너 반경 또는 팁 반경 R(tip)을 포함하지만 이로 제한되지 않고, 바람직한 설명 예는 코너 반경, 팁 반경, 및 하나 이상의 코너 반경 및 팁 반경의 조합으로부터 선택된다.

표면 특징부의 높이는 프로파일의 외형선에 기초하여 용이하게 설정될 수 있다. 전형적으로, 높이는 수형 표면 특징부에 포함되는 최대점과 두 개의 인접한 최소점들을 연결하는 선일 수 있는 기준 선 사이의 거리이다. 전형적인 경우에, 수형 표면 특징부의 높이는 표면 프로파일의 깊이에 대응할 수 있다.

표면 특징부의 폭은 또한 프로파일의 외형선에 기초하여 용이하게 설정될 수 있다. 전형적으로, 표면 특징부의 폭은 예를 들어 표면 특징부의 가설적인 기준 선에서의 표면 특징부의 최대 거리이다.

코너 반경은 코너를 포함하는 표면 특징부의 일부로 맞춰질 수 있는 최소 곡률 반경과 관련된다. 팁 영역이 표면 특징부의 최대점을 포함하는 한편, 코너 영역은 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 하나의 코너를 포함하는 팁 영역과는 다른 임의의 영역을 나타내려는 것이다. 따라서, 코너 영역은 전형적으로 표면 특징부의 플랭크에 위치된다. 코너 영역의 설명 예가, 예를 들어 도 3의 형태 39, 형태 39E, 형태 B, 형태 C 또는 형태 M으로 도시되어 있다. 코너 반경은 팁 반경에 더하여 또는 그 대신에 존재할 수 있다. 하나 이상의 코너 반경에 더하여 팁 반경을 포함할 수 있는 프로파일의 예는 단차 프로파일을 포함하지만 그로 제한되지 않는다. 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에서의 코너 반경 R(corner)은 전형적으로 최종 공작물 프로파일 내에 대응하는 상보적 코너 반경 R(corner)'을 갖는다.

전형적인 경우에, 표면 프로파일은 본 기술 분야에서 공지된 리지(ridge), 리지 및 밸리(valley)의 패턴, 삼각 피크, 삼각 곡선, 정현 곡선, 등을 포함하지만 그로 제한되지 않는 패턴들로부터 선택될 수 있다.

수형 표면 특징부는 대체로, 수형 표면 특징부의 팁 영역을 둘러싸는 두 개의 플랭크(측면)를 포함한다. 팁 영역은 전형적으로 수형 표면 특징부의 최대점을 포함한다. 팁 영역은 두 개의 측면들 또는 플랭크들을 연결하는 수형 표면 특징부의 그러한 표면 프로파일 부분을 대략적으로 나타내려고 하는 것이고 그 영역의 임의의 특정 프로파일 형상으로 제한되도록 하려는 것은 아니다. 따라서, 팁 영역은 더 둥글거나 평평한 표면 특징부를 그리고 더 뾰족한 표면 특징부를 - 본 발명에 따른 치수 관계가 만족되는 한 그리고 더 바람직하게는 그러한 특징부가 본 발명에 따른 팁 반경에 의해 특징지어질 수 있는 한 - 동일하게 포함할 수 있다.

플랭크의 특성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 두 개의 플랭크들은 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 두 개의 플랭크들은 (본 명세서에서 정의된 바와 같이) 수형 표면 특징부의 종축에 대해 서로 대칭일 수 있거나 또는 이들은 두 개의 플랭크들 사이에 어떠한 종류의 대칭도 야기하지 않는 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 두 개의 플랭크들은 실질적인 직선일 수 있으며, 이 경우 상부 영역은 실질적인 직선이 수형 표면 특징부의 최대점을 포함하는 곡선으로 변환되는 시작하는 부분을 포함할 것이다.

두 개의 플랭크들은, 비록 필요한 요건이 아니더라도, 각 ε을 포함하도록 서로에 대해 경사져 있을 수 있다. 다른 실시 형태에서, 두 개의 플랭크들은 실질적으로 서로 평행할 수 있다(이는 본 명세서에서 약 0°의 각 ε°에 대응하도록 정의된다). 주로, 각 ε은 의도된 연삭 응용에 유용한 기하학적 형상을 생성하게 하는 한 제한되지 않는다. 전형적인 경우에, 각 ε은 약 100° 미만, 더 전형적으로는 약 85° 미만, 또는 더욱 더 전형적으로는 약 90° 이하로 선택된다. 바람직한 경우에, 각 ε은 약 28 내지 약 82°, 더 바람직하게는 약 33° 내지 약 65°, 그리고 더욱 더 바람직하게는 약 55° 내지 약 63°의 범위가 되도록 선택된다. 그러나, 이들 범위는 제한하는 것으로 이해되지 않는데, 이는 심지어 다른 바람직한 실시 형태에 각 ε이 예를 들어 약 25° 내지 약 45°의 범위가 되도록 선택될 수 있기 때문이다. 또 다른 실시 형태에서, 실질적으로 29°, 30°, 35°, 45°, 55°, 60°, 80° 또는 90°에 대응하는 (그리고 바람직하게는 그와 동일한) 각을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

각 ε은 전형적으로 최종 공작물 프로파일에서의 각 ε'에 대응하는데, 그 예는 나사산의 각(나사산의 인접한 플랭크들 사이의 각), 또는 기어의 인접한 플랭크들 사이의 각을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

예시적인 수형 표면 특징부들이 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 설명 도면에 대해, 구성이 축적으로 그려져 있지 않고 V, W, R, U, X, 및 J로 표현되는 변수들이 팁 반경, 코너 반경 또는 표면 특징부의 높이에 대한 바람직한 치수 관계와 같은 본 발명에 따른 치수 요건을 따르는 임의의 값을 취할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

바람직한 설명 예에 따르면, 수형 표면 특징부는 도 3에 도시된 표준 휠 면 B, C, D, E, F, M, N, P와 같은 DIN ISO 525:2000에 따른 임의의 표준 휠 면에 따른 수형 표면 특징부들로부터 선택된다. 도 3에 대해, 형태 1E의 휠은 휠 면 E에 따른 수형 표면 특징부를 포함하는 표준 형태 1의 휠을 의미할 것이고, 또는 형태 39E의 휠은 휠 면 E에 따른 수형 표면 특징부를 포함하는 표준 형태 39의 휠을 의미할 것이다. 본 발명에 따르면, 적합한 수형 표면 특징부는 비표준 유형의 면 형태를 또한 포함한다.

"팁 반경", 또는 "R(tip)"이라는 용어는 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 대체적으로, 팁 영역, 즉 수형 표면 특징부의 최대점을 포함하는 그러한 표면 프로파일 부분으로 맞춰질 수 있는 최소 곡률 반경을 나타낸다.

팁 반경 R(tip)은 전형적으로, 나사산의 또는 기어의 루트 반경과 같은, 최종 공작물 프로파일에서의 루트 반경 R(root)에 대응한다. 그러나, 루트 반경이라는 용어는 예시적인 이들 공작물에 제한되지 않고 본 발명에 따라 부여될 수 있는 (최종 공작물 프로파일 및 공작물 재료 둘 모두의 관점에서) 임의의 종류의 공작물 프로파일들을 지칭하려는 것이다.

팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 바람직하게는 R(tip) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다. 더 바람직하게는, 유효 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ L_max, 또는 더 바람직하게는 R(tip) ≤ 0.8 L_max, 또는 R(tip) ≤ 0.7 L_max, 또는 R(tip) ≤ 0.6 L_max에 의해 특징지어진다. 더욱 더 바람직하게는, 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 0.5 L_max 또는 R(tip) ≤ 0.4 L_max에 의해 특징지어진다. 가장 바람직한 경우에, 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 0.35 L_max에 의해 특징지어진다.

팁 반경은 임의의 적합한 절대 치수를 가질 수 있는데, 바람직한 절대 치수는 약 0.01 mm 내지 약 6.00 mm, 바람직하게는 약 0.05 mm 내지 약 3.00 mm의 범위에 있다.

다른 바람직한 실시 형태에서, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일은 코너 반경 R(corner)을 나타내는 적어도 하나의 표면 특징부(전형적으로는 수형 표면 특징부)를 포함한다. 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 바람직하게는 또한 R(corner) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다. 더 바람직하게는, 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(corner) ≤ L_max, 또는 더 바람직하게는 R(corner) ≤ 0.8 L_max, 또는 R(corner) ≤ 0.7 L_max, 또는 R(corner) ≤ 0.6 L_max에 의해 특징지어진다. 더욱 더 바람직하게는, 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(corner) ≤ 0.5 L_max, 또는 R(corner) ≤ 0.4 L_max에 의해 특징지어진다. 가장 바람직한 경우에, 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(corner) ≤ 0.35 L_max에 의해 특징지어진다.

표면 특징부는 팁 반경에 더하여 또는 팁 반경에 대신하여 하나 이상의 코너 반경을 나타낼 수 있다. 코너 반경은 임의의 적합한 절대 치수를 가질 수 있는데, 바람직한 절대 치수는 약 0.01 mm 내지 약 6.00 mm, 바람직하게는 약 0.05 mm 내지 약 3.00 mm의 범위에 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, (접합된 연마 용품의 표면의 적어도 일부에 포함되는) 상기 표면 프로파일은 드레싱에 의해 적어도 부분적으로 부여되었다. 드레싱은, 예를 들어, 접합된 연마 용품보다 강도가 더 높은 드레싱 공구를 사용함으로써, 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이 수행될 수 있다. 전형적으로, 드레싱 공구는 초경질 재료(즉, ASTM C849, C1326 및 E384에 따른 경도가 3500 ㎏_f/㎟ 초과인 재료), 예컨대 다이아몬드로 제조되고, 고정식 드레싱 공구, 예컨대 단일점 다이아몬드 드레서(dresser), 다이아폼(Diaform)^TM 고정식 드레싱 공구, 다중점 다이아몬드 드레서, 다이아몬드 블레이드 공구 및 MCD 드레싱 블레이드, 또는 회전 드레싱 공구 예컨대 형태 드레싱 롤, PCD 형태 드레싱 롤, 다이아몬드 드레싱 디스크, 다이아몬드 프로파일 롤, 다이아몬드 반경 드레싱 롤 등을 포함할 수 있다. 회전 드레싱은 또한, 강(steel), 예컨대 경화 공구 강 또는 고속 강, 또는 경질 금속, 예컨대 탄화텅스텐, 또는 다른 것들로 제조된 파쇄 롤을 이용한 파쇄 드레싱에 의해 수행될 수 있다.

어떠한 특정 이론에 의해 구속되길 바라지 않는 한, 형상화된 입자들이 본 발명에서 사용되는 바와 같이 불규칙한 형상 및 크기의 분포를 갖는 파쇄된 입자들과 같은 종래에 사용된 연마 입자들만큼이나 드레싱 시에 접합제로부터 용이하게 떨어지지 않는다고 믿어진다. 결과적으로, 입자들 자체는 드레싱 공정에 관여할 수 있는 것이라 믿어진다. 이에 반하여, 드레싱 동안 접합제로부터 떨어지는 입자들은 자체가 드레싱될 수 없고 게다가 그들의 원래 위치의 부위에서 빈 공간을 남길 것이다.

드레싱 공정에 관여하는 입자들은, 전형적으로 이들이 적어도 일부가 드레싱되는 적어도 하나의 표면을 갖는 것이 특징이다. 드레싱된 표면은 드레싱된 입자를 포함하는 부위에 인접한 표면 프로파일의 일부에 순응한다. 다시 말하면, 연마 입자의 드레싱된 표면 부분은 접합된 연마 용품의 표면 프로파일의 일부를 형성한다. 그에 의해, 드레싱된 표면 부분은 접합된 연마 용품의 표면 프로파일의 정밀도에 기여할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 접합된 연마 용품은 변형된 형상을 갖는 변형된 형상화된 연마 입자들을 추가로 포함하고, 상기 변형된 형상은 드레싱에 의해 상기 형상화된 연마 입자들의 원래 형상으로부터 유도가능하다. 변형된 형상은 그의 표면의 적어도 일부 상에 드레싱되는 표면을 포함하는 것에 의해 특징지어진다. 연마 입자의 드레싱된 표면 부분은 바람직하게는 접합된 연마 용품의 표면 프로파일의 일부를 형성한다. 바람직하게는, 드레싱된 표면 부분은 접합된 연마 용품의 표면 프로파일의 정밀도에 기여한다. 더욱 더 바람직하게는, 드레싱된 표면 부분은 하나 이상의 표면 특징부(예를 들어, 폭, 높이, 코너 반경 및 팁 반경으로부터 선택된 하나 이상의 표면 특징부)의 정밀도에, 그리고 특히 수형 표면 특징부의 임의의 팁 및/또는 코너 영역의 정밀도에 기여한다.

따라서, 바람직하게는, 상기 변형된 형상화된 연마 입자들의 적어도 일부, 그리고 더 바람직하게는 상당 부분, 그리고 더욱 더 바람직하게는 실질적으로 전부가 상기 표면 특징부의 정밀도에 기여한다.

바람직하게는, 상기 기여하는 변형된 형상화된 연마 입자들은 수형 표면 특징부의 팁 영역 및/또는 하나 이상의 코너 영역(들)에 또는 그 근처에 위치된다.

적어도 하나의 수형 표면 특징부의 특정 형상은 제한되지 않는다. 형상은 원하는 연삭 응용 및 의도된 최종 공작물 프로파일에 기초하여 선택될 수 있다. 전형적으로, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 포함되는 수형 표면 특징부는 최종 공작물 프로파일 내의 암형 표면 특징부에 대응한다.

전형적인 경우에, 수형 표면 특징부는 (비록 필요한 요건이 아니더라도) 종축을 가질 수 있다. "종축"은 수형 표면 특징부로 그리고 팁 영역(즉, 수형 표면 특징부의 최대점 둘레의 영역)을 통하여 그려질 수 있는 생각되는 기준 선으로부터 연장된 축으로서 이해된다.

상기 수형 표면 특징부의 형상은 상기 종축에 대칭일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 수형 표면 특징부의 형상은 상기 종축에 대칭이 아닐 수 있다.

전형적인 수형 표면 특징부의 예는 리지, 팁, 코너, 에지, 및 다른 수형 표면 프로파일 요소들을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

프로파일은 (예컨대, 단일 리브 연삭 휠의 경우에) 단일 수형 표면 특징부를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 경우에, 프로파일은 (예를 들어, 다중 리브 연삭 휠의 경우) 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개 또는 심지어 그 이상(예를 들어, 최대 350개)으로부터 선택된 복수 개의 상기 수형 표면 특징부들을 포함할 수 있다.

표면 프로파일이 복수의 수형 표면 특징부들을 포함하는 경우, 상기 특징부들은 서로 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수 개는 제1 복수의 제1 수형 표면 특징부 및 제2 복수의 제2 복수 개를 포함할 수 있고, 제1 복수 개에 포함되는 표면 특징부들은 제2 복수 개에 포함되는 것들과 상이하다.

본 발명의 모든 태양들에서 사용하기 위한 형상화된 연마 입자들은 하기와 같이 설명될 수 있다:

규정된 형상을 갖는 연마 그레인들을 제조하기 위해 채용된 3가지 기본 기술들은 (1) 용융, (2) 소결 및 (3) 화학 세라믹이다. 이들 기본 기술들 중 임의의 하나 또는 이들 기술 중 2가지 또는 모두의 임의의 조합이 본 발명에 사용되는 형상화된 연마 입자들을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 형상화된 연마 입자로 제조될 수 있는 재료는 연마 입자로서 사용하기에 적합한 것으로 알려진 임의의 적합한 경질 또는 초경질 재료를 포함한다.

따라서, 일 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자들은 경질 연마 재료를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자들은 초경질 연마 재료를 포함한다. 또 다른 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자들은 경질 및 초경질 재료들의 조합을 포함한다.

적합한 연마 재료의 구체적인 예들은 알려진 세라믹 재료, 탄화물, 질화물, 및 다른 경질 및 초경질 재료들, 예를 들어 산화알루미늄(예를 들어, 알파 알루미나) 재료(용융된, 열 처리된, 세라믹 및 소결된 산화알루미늄 재료 포함), 탄화규소, 이붕화티타늄, 질화티타늄, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 다이아몬드, 입방정 질화붕소(CBN), 석류석(garnet), 알루미나-지르코니아, 졸-겔 유도된 연마 입자, 산화세륨, 산화지르코늄, 산화티타늄 또는 이들의 조합을 포함한다.

위의 것들 중 가장 유용한 것은 전형적으로 산화알루미늄을 기재로 하며, 하기의 구체적인 설명에서, 본 발명은 산화알루미늄을 구체적으로 참조하여 예시될 수 있다. 그러나, 본 발명이 산화알루미늄으로 제한되는 것이 아니라 복수의 상이한 경질 및 초경질 재료들과 함께 사용되도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 3가지 기본 기술(즉, 용융, 소결 및 화학 세라믹 기술)들에 관하여, 본 발명에서, 형상화된 연마 입자는 이들 기술 중 임의의 하나에 의해 제조되는 하나 이상의 재료(들), 즉 하나 이상의 용융된, 소결된 또는 세라믹 재료들을 기재로 할 수 있으며, 이때 바람직한 재료는 산화알루미늄(바람직하게는, 알파 산화알루미늄)이다. 다시 말하면, 본 발명에 따른 바람직한 형상화된 연마 입자는 알루미나를 기재로 하는데, 즉 그러한 입자는 알루미나로 이루어지거나, 알루미나로 대부분, 예를 들어 연마 입자의 총 중량을 기준으로 50 중량% 초과, 예를 들어 55 내지 100 중량%, 또는 60 내지 80 중량%, 더 바람직하게는 85 내지 100 중량%로 구성된다. 나머지 부분은, 위에서 개설된 바와 같은 경질 및 초경질 재료를 포함하지만 이로 제한되지 않는, 연마재로서 역할하는 형상화된 연마 입자를 손상시키지 않을 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일부 바람직한 실시 형태들에서, 형상화된 연마 입자는 100% 산화알루미늄으로 이루어진다. 또 다른 바람직한 실시 형태들에서, 형상화된 연마 입자는 60 중량% 이상의 산화알루미늄 또는 70 중량% 이상의 산화알루미늄을 포함한다. 유용한 형상화된 연마 입자는, 예를 들어 대부분(예를 들어, 50 중량% 이상, 바람직하게는 55 중량% 이상)의 용융된 산화알루미늄, 및 용융된 산화알루미늄과는 상이한 작은 부분(예를 들어, 50 중량% 미만, 바람직하게는 45 중량% 미만)의 연마 재료(예를 들어, 산화지르코늄)를 포함하는 입자를 포함하지만 이로 제한되지 않을 수 있다.

연마 입자들을 사용하는 것이 또한 본 발명의 범주 내에 있는데, 형상화된 연마 입자들의 적어도 일부는 적어도 일부 그들 표면 상에 표면 코팅을 포함한다. 표면 코팅은 예를 들어 무기 입자들을 포함할 수 있다. 형상화된 연마 입자 상의 표면 코팅은 연마 용품 내의 결합제 재료와 형상화된 연마 입자 사이의 접착을 향상시키기 위해 사용될 수 있거나, 형상화된 연마 입자의 정전 침착을 돕도록 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자에 대한 0.1% 내지 2%의 표면 코팅의 양으로 미국 특허 제5,352,254호 (셀릭카야(Celikkaya))에 기재된 바와 같이 표면 코팅이 사용될 수 있다. 그러한 표면 코팅이 미국 특허 제5,213,591호(셀릭카야 등); 제5,011,508호(왈드(Wald) 등); 제1,910,444호(니콜슨(Nicholson)); 제3,041,156호(로우즈(Rowse) 등); 제5,009,675호(쿤츠(Kunz) 등); 제5,085,671호(마틴(Martin) 등); 제4,997,461호(마크호프-매트니(Markhoff-Matheny) 등); 및 제5,042,991호(쿤츠 등)에 기술되어 있다. 또한, 표면 코팅은 형상화된 연마 입자가 캡핑(capping)되는 것을 방지할 수 있다. 캡핑은 마모되고 있는 공작물로부터의 금속 입자가 형상화된 연마 입자의 상부에 융착되는 현상을 설명하는 용어이다. 상기 기능을 실행하는 표면 코팅은 당업자에게 알려져 있다.

본 발명에서, 화학 세라믹 기술에 의해 제조되는 형상화된 연마 입자, 즉 형상화된 세라믹 연마 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 그러한 입자의 사용으로 제한되지 않는다.

일 실시 형태에서, 형상화된 세라믹 연마 입자는 알파 알루미나를 포함하는데, 즉 입자는 알파 알루미나를 기재로 하는 형상화된 세라믹 입자이다.

일 실시 형태에서, 형상화된 세라믹 연마 입자는 졸-겔 유도된 알루미나를 기재로 하는 연마 입자를 포함한다. 시딩된(seeded) 및 시딩되지 않은 졸-겔 유도된 알루미나를 기재로 하는 연마 입자들 둘 모두가 본 발명에 따라 적합하게 사용될 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 시딩되지 않은 졸-겔 유도된 알루미나를 기재로 하는 연마 입자를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 형상화된 연마 입자들 각각은 실질적으로 정밀하게 형성된 3차원 형상을 갖는다. 전형적으로, 형상화된 연마 입자는 일반적으로 미리결정된 기하학적 형상, 예를 들어 형상화된 연마 입자를 형성하기 위해 사용되었던 주형 공동(mold cavity)을 실질적으로 복제하는 기하학적 형상을 갖는다.

바람직하게는, 형상화된 연마 입자는 얇은 물체로서 특징지어질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 얇은 물체라는 용어는 (로드(rod)와 같은) 긴 또는 필라멘트형 입자와 구별하기 위해 사용되는데, 여기서 3개의 입자 치수들(본 명세서에서 정의된 바와 같은 길이, 폭 및 두께)이 동일한 자릿수를 갖거나 2개의 입자 치수들(길이 및 폭)이 나머지 입자 치수(두께)보다 실질적으로 더 큰 본 발명에 유용한 입자 형상과는 대조적으로, 하나의 입자 치수(길이, 최장 입자 치수)가 다른 2개의 입자 치수들(폭 및 두께) 각각보다 실질적으로 더 크다. 종래의 필라멘트형 연마 입자는 종횡비, 즉 길이(최장 입자 치수) 대 최대 단면 치수(길이에 수직한 최대 단면 치수)의 비가 약 1:1 내지 약 50:1, 바람직하게는 약 2:1 내지 약 50:1, 더 전형적으로는 약 5:1 초과 내지 약 25:1인 것에 의해 특징지어질 수 있다. 또한, 그러한 종래의 필라멘트형 연마 입자는 길이를 따라 변하지 않는 단면 형상(입자의 길이 또는 최장 치수에 수직하게 취해진 단면의 형상)에 의해 특징지어진다.

이와 대조적으로, 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자는 전형적으로 입자의 길이를 따라 변하는 단면 형상에 의해 특징지어질 수 있다. 변형들은 단면 형상의 크기 또는 단면 형상의 형태에 기초할 수 있다.

연마 입자들은 일반적으로 두께(t)만큼 이격된 제1 측 및 제2 측을 각각 포함한다. 제1 측은 일반적으로 제1 기하학적 형상의 외주를 갖는 제1 면(전형적인 경우에, 평탄 면)을 포함한다(그리고 더 전형적으로는 제1 면이다).

바람직하게는, 두께(t)는 입자의 최단 측-관련 치수부의 길이(입자의 제1 측 및 제2 측의 최단 치수; 입자의 최단 측-관련 치수부의 길이는 본 명세서에서 입자의 최단 면 치수의 길이로 또한 지칭될 수 있음)와 같거나 이보다 작다.

전형적인 경우에, 제2 면은 두께(t)만큼 제1 측으로부터 이격된 정점을 포함하거나, 제2 측은 두께(t)만큼 제1 측으로부터 이격된 리지 선을 포함하거나, 제2 측은 두께(t)만큼 제1 측으로부터 이격된 제2 면을 포함한다. 예를 들어, 제2 측은 정점 및 정점과 제1 면의 외주를 연결하는 적어도 하나의 측벽을 포함할 수 있다(예시적인 예는 피라미드형 입자, 예를 들어 사면체형 입자를 포함함). 대안적으로, 제2 측은 리지 선 및 리지 선과 제1 면의 외주를 연결하는 적어도 하나의 측벽을 포함할 수 있다(예시적인 예는 지붕형(roof-shaped) 입자를 포함함). 대안적으로, 제2 측은 제2 면 및 제2 면과 제1 면을 연결하는 적어도 하나의 측벽(경사 측벽일 수 있음)을 포함할 수 있다(예시적인 예는 삼각형 프리즘 또는 절두 피라미드를 포함함).

본 발명에 따른 상이한 형상화된 연마 입자들의 블렌드가 본 발명의 접합된 연마 용품에 사용될 수 있다. 형상화된 연마 입자들의 블렌드가 본 발명에 따른 제1 복수의 형상화된 연마 입자들 및 본 발명에 따른 제2 복수의 형상화된 연마 입자들을 포함할 수 있으며, 여기에서 제1 복수의 입자들은 제2 복수의 입자들과는 상이하다. 차이는 예를 들어 연마 입자의 형상 또는 등급 또는 화학 조성에 기초하여 선택될 수 있다.

두께(t)는 입자의 평탄한 구성에 걸쳐 동일할 수 있거나(예를 들어, 제1 측 및 제2 측이 평행한 평탄 면을 포함하는 실시 형태에서), 변할 수 있다(예를 들어, 제1 측 및 제2 측 중 하나 또는 둘 모두가 평탄하지 않은 면들을 포함하는 실시 형태에서 또는 본 명세서에서 추후에 더 상세히 논의되는 바와 같이 제2 측이 정점 또는 리지 선을 포함하는 실시 형태에서).

대부분의 경우에, 형상화된 연마 입자의 최단 측-관련 치수부의 길이 대 형상화된 연마 입자의 두께의 비는 1:1 이상이지만, 1:1 내지 10:1, 더 바람직하게는 2:1 내지 8:1, 가장 바람직하게는 3:1 내지 6:1의 범위일 수 있다. 이러한 비는 본 명세서에서 주 종횡비로 또한 지칭된다.

입자의 두께의 치수는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전형적인 경우에, 두께는 약 5 마이크로미터 이상, 또는 약 10 마이크로미터 이상, 또는 약 25 마이크로미터 이상, 또는 약 30 마이크로미터 이상, 또는 심지어 약 200 마이크로미터 이상일 수 있다. 두께의 상한은 큰 입자에 대해 약 4 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하, 또는 약 1600 마이크로미터 이하, 또는 약 1200 마이크로미터 이하, 또는 약 100 마이크로미터 이하, 또는 약 500 마이크로미터 이하, 또는 약 300 마이크로미터 이하, 또는 심지어 약 200 마이크로미터 이하이도록 선택될 수 있다.

형상화된 연마 입자는 전형적으로 0.001 mm 내지 26 mm, 더 전형적으로는 0.1 mm 내지 10 mm, 더 전형적으로는 0.5 mm 내지 5 mm의 범위 내의 길이를 갖도록 선택되지만, 다른 길이들이 또한 사용될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 길이는 연마 입자가 내부에 수용되는 접합된 연마 용품의 두께의 비율로서 표현될 수 있다. 예를 들어, 형상화된 연마 입자는 접합된 연마 휠의 두께의 절반보다 큰 길이를 가질 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 길이는 접합된 연마 휠의 두께보다 클 수 있다.

형상화된 연마 입자는 전형적으로 0.001 mm 내지 26 mm, 더 전형적으로는 0.1 mm 내지 10 mm, 더 전형적으로는 0.5 mm 내지 5 mm의 범위 내의 폭을 갖도록 선택되지만, 다른 치수들이 또한 사용될 수 있다.

바람직한 실시 형태에서, 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수(또는 길이)는 약 50 내지 2650 μm의 범위, 그리고 더 전형적으로는 약 100 μm 내지 약 1400 μm의 범위로부터 선택된다.

형상화된 연마 입자는 다양한 체적 종횡비를 가질 수 있다. 체적 종횡비는 체적의 중심을 통과하는 최대 단면적을, 중심을 통과하는 최소 단면적으로 나눈 비로서 정의된다.

일부 형상의 경우, 최대 또는 최소 단면적은 그 형상의 외부 기하학적 형상에 대해 기울어지거나, 비스듬하거나, 경사진 평면일 수 있다. 예를 들어, 구체는 1.000의 체적 종횡비를 가지는 한편, 정육면체는 1.414의 체적 종횡비를 가질 것이다. 길이 A와 동일한 각각의 변 및 A와 동일한 균일한 두께를 갖는 정삼각형 형태의 형상화된 연마 입자는 1.54의 체적 종횡비를 가질 것이고, 균일한 두께가 0.25A까지 감소된 경우, 체적 종횡비는 2.64로 증가된다. 더 큰 체적 종횡비를 갖는 형상화된 연마 입자는 향상된 절삭 성능을 갖는 것으로 여겨진다.

본 발명의 다양한 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자에 관한 체적 종횡비는 약 1.15 초과, 또는 약 1.50 초과, 또는 약 2.0 초과, 또는 약 1.15 내지 약 10.0, 또는 약 1.20 내지 약 5.0, 또는 약 1.30 내지 약 3.0일 수 있다.

연마 입자들은 바람직하게는 다양한 3차원 형상들을 갖는 얇은 3차원 물체들의 형상이다. 전형적인 예들은 평평한 삼각형, 평평한 직사각형, 본 명세서에서 추후에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)된 적어도 하나의 면, 더 바람직하게는 2개의 면들을 갖는 평평한 삼각형 형태의 입자(전형적이지만 반드시 절대적이지는 않은, 얇은 물체)를 포함한다.

제1 측은 일반적으로 제1 기하학적 형상의 외주를 갖는 제1 면을 포함한다(그리고 더 전형적으로는 제1 면임).

예를 들어, 제1 기하학적 형상은 적어도 하나의 정점, 더 전형적으로는 2개 이상의, 바람직하게는 3개 이상의, 가장 바람직하게는 3개 또는 4개의 정점들을 갖는 기하학적 형상들로부터 선택될 수 있다.

적어도 하나의 정점을 갖는 기하학적 형상들을 위한 적합한 예들은 다각형(등변 다각형, 등각 다각형, 별 모양 다각형, 정다각형 및 불규칙 다각형 포함), 렌즈 형상, 활꼴(lune) 형상, 원형 형상, 반원형 형상, 난형 형상, 원 섹터, 원 세그먼트, 액적 형상 및 하이포사이클로이드(hypocycloid)(예를 들어, 초타원 형상)를 포함한다. 바람직한 예는 다각형으로부터 선택된다.

적합한 다각형 기하학적 형상들을 위한 구체적인 예들은 삼각형 형상 및 사변형 형상(예를 들어, 정사각형, 직사각형, 마름모, 장사방형, 사다리꼴, 연 모양, 또는 초타원)을 포함한다.

적합한 사변형 형상들의 정점들은 종축과 교차하는 한 쌍의 대향 주 정점들 및 종축의 대향 측들에 위치되는 한 쌍의 대향 부 정점들로 추가로 분류될 수 있다. 이러한 유형의 사변형 형상을 갖는 제1 측을 구비한 형상화된 연마 입자는 1.3 이상, 바람직하게는 1.7 내지 약 5의, 종축을 가로지르는 최대 폭으로 나눈 종축을 따른 최대 길이의 종횡비에 의해 특징지어질 수 있다. 이러한 종횡비는 본 명세서에서 부 종횡비로서 또한 지칭된다.

일부 실시 형태들에서, 제1 기하학적 형상이 등변 삼각형 형상 또는 더 바람직하게는 정삼각형 형상과 같은 삼각형 형상들로부터 선택되는 것이 특히 바람직하다.

다른 실시 형태들에서, 제1 기하학적 형상은 사변형 형상들로부터, 바람직하게는 정사각형, 직사각형, 마름모, 장사방형, 사다리꼴, 연 모양 또는 초타원의 군으로부터, 더 바람직하게는 직사각형, 마름모, 장사방형, 연 모양 또는 초타원의 군으로부터 선택된다.

본 발명의 목적을 위해, 기하학적 형상은 또한 하나 이상의 에지(면의 외주의 일부)가 아치형(내측을 향하거나 외측을 향하는 데, 첫번째의 대안이 바람직함)일 수 있는 정다각형 또는 불규칙 다각형 또는 별 모양을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명의 목적을 위해, 삼각형 형상은 또한 하나 이상의 에지(면의 외주의 일부)가 아치형일 수 있는 삼변 다각형을 포함하는데, 즉 삼각형의 정의가 구면 삼각형까지 확장되고, 사변형의 정의가 초타원까지 확장된다.

제2 측은 제2 면을 포함할 수 있다(그리고 바람직하게는 제2 면임). 제2 면은 제2 기하학적 형상의 외주를 가질 수 있다.

제2 기하학적 형상은 제1 기하학적 형상과 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게는, 제2 기하학적 형상은 제1 기하학적 형상과 실질적으로 동일한 형상을 갖도록 선택되고, 바람직하게는 제1 기하학적 형상과 합동인 방식으로 배열된다(그렇지만 기하학적 형상의 크기 또는 면적이 상이할 수 있는데, 즉 하나의 면이 다른 하나의 면보다 더 클 수 있음).

다시 말하면, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 동일한 형상" 또는 "실질적으로 같은 형상"이라는 용어는 상기 형상들에 의해 포위되는 영역이 그 크기가 상이할 수 있는 경우를 포함하도록 의도된다.

실질적으로 같은 제1 및 제2 기하학적 형상들의 바람직한 경우에 관하여 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "제1 기하학적 형상과 합동인 방식으로 배열되는"이라는 용어는, 상기 실질적으로 같은 제1 및 제2 기하학적 형상들이 완벽하게 정렬되거나 서로에 대해 단지 약간만 회전되는 것이 바람직하긴 하지만, 제1 및 제2 기하학적 형상들이 서로에 대해 약간 회전되는 경우를 포함하도록 의도된다. 그 정도(또는 회전각)는 제1 면 및 제2 면의 특정 기하학적 형상과 입자의 두께에 의존한다. 허용가능한 회전각은 0 내지 +/-30도, 바람직하게는 0 내지 +/-15도, 더 바람직하게는 0 내지 +/-10도의 범위일 수 있다. 가장 바람직하게는, 회전각은 약 0도(예를 들어, 0 내지 +/-5도)이다.

제2 면의 외주의 적합한 기하학적 형상의 예들은 제1 기하학적 형상에 관하여 전술된 것에서 예시된 바와 같은 형상을 포함한다.

제1 기하학적 형상 및 바람직하게는 또한 제2 기하학적 형상이 등변 삼각형 형상 또는 더 바람직하게는 정삼각형 형상과 같은 삼각형 형상으로부터 선택되는 것이 특히 바람직하다.

제1 면이 실질적으로 평탄할 수 있거나, 또는 제2 면(존재하는 경우)이 실질적으로 평탄할 수 있다. 또한, 양쪽 면들이 실질적으로 평탄할 수 있다. 많은 전형적인 경우에, 제1 면은 평탄하다(그리고 제1 측과 동일함).

대안적으로, 제1 면 및 제2 면(존재하는 경우) 중 적어도 하나가 평탄하지 않은 면일 수 있다. 또한, 양쪽 면들이 평탄하지 않은 면일 수 있다.

예를 들어, 제1 및 제2 면(존재하는 경우) 중 하나 또는 둘 모두가 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있거나 외측을 향해 형상화(예를 들어, 볼록함)될 수 있다.

예를 들어, 제1 면(또는 제2면(존재하는 경우))이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있고, 제2 면(존재하는 경우)(또는 제1 면)이 실질적으로 평탄할 수 있다. 대안적으로, 제1 면(또는 제2 면(존재하는 경우))이 외측을 향해 형상화(예를 들어, 볼록함)될 수 있고, 제2 면(존재하는 경우)(또는 제1 면)이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있거나, 제1 면이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있고, 제2 면(존재하는 경우)이 또한 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있다.

제1 면과 제2 면(존재하는 경우)은 서로 실질적으로 평행할 수 있다. 대안적으로, 제1 면과 제2 면(존재하는 경우)은 예를 들어 (하나의 면이 다른 하나의 면에 대해 경사지는 예시적인 경우에서처럼) 각각의 면에 접하는 가상선이 한 점에서 교차하도록 비평행할 수 있다.

제2 면은 전형적으로 추후에 더 상세히 논의되는 바와 같이 경사 측벽일 수 있는 적어도 하나의 측벽에 의해 제1 면의 외주에 연결된다. 측벽은 전형적으로 사변형 소면(facet)들로부터 선택되는 하나 이상의 소면을 포함할 수 있다.

제2 면을 갖는 형상화된 입자의 구체적인 예들은 프리즘(예를 들어, 삼각 프리즘)과 절두 피라미드를 포함한다.

일부 실시 형태들에서, 제2 측은 제2 면, 및 측벽(측벽과 제2 면 사이의 드래프트각(draft angle)(알파)이 90도임) 또는 경사 측벽(측벽과 제2 면 사이의 드래프트각(알파)이 90도를 초과함)을 형성하는 4개의 소면들을 포함한다. 경사 측벽을 갖는 형상화된 연마 입자의 두께(t)가 커짐에 따라, 드래프트각(알파)이 90도를 초과할 때, 형상화된 연마 입자는 절두 피라미드와 유사하다.

형상화된 연마 입자는 경사 측벽일 수 있는 적어도 하나의 측벽을 포함할 수 있다. 전형적으로, 제1 면과 제2 면은 적어도 하나의 측벽에 의해 서로 연결된다.

다른 실시 형태에서, 리지 선과 제1 면이 적어도 하나의 측벽에 의해 서로 연결된다.

또 다른 실시 형태에서, 정점과 제1 면이 적어도 하나의 측벽에 의해 서로 연결된다.

일부 실시 형태들에서, 하나 초과의(예를 들어, 2개 또는 3개의) 경사 측벽들이 존재할 수 있고, 각각의 경사 측벽의 경사 또는 각도는 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 제1 면과 제2 면은 측벽에 의해 서로 연결된다. 다른 실시 형태들에서, 측벽은, 측벽을 갖는 대신에 면들이 만나는 얇은 에지 또는 점으로 테이퍼 형성되는 입자들의 경우에 최소화될 수 있다.

측벽은 변할 수 있고, 이는 일반적으로 제1 면과 제2 면(존재하는 경우)의 외주를 형성한다. 경사 측벽의 경우에, 경사 측벽은 제1 면의 외주와 제2 면(존재하는 경우)의 외주를 형성한다. 일 실시 형태에서, 제1 면과 제2 면의 외주는 소정의 기하학적 형상(바람직하게는 삼각형 형상)이도록 선택되며, 제1 면 및 제2 면은 동일한 기하학적 형상을 갖도록 선택되지만, 이들은 하나의 면이 다른 하나의 면보다 큰 상태로 크기가 상이할 수 있다.

형상화된 연마 입자의 제2 면과 경사 측벽 사이의 드래프트각(알파)은 각각의 면의 상대 크기들을 변화시키기 위해 변할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 제1 면의 면적 또는 크기와 제2 면의 면적 또는 크기는 실질적으로 같다. 본 발명의 다른 실시 형태들에서, 제1 면 또는 제2 면은 다른 면보다 더 작을 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에서, 드래프트각(알파)은 양쪽 면들의 면적이 실질적으로 같도록 대략 90도일 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에서, 드래프트각(알파)은 제1 면의 면적이 제2 면의 면적보다 크도록 90도 초과일 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에서, 드래프트각(알파)은 제1 면의 면적이 제2 면의 면적보다 작도록 90도 미만일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태들에서, 드래프트각(알파)은 대략 95도 내지 대략 130도, 또는 약 95도 내지 약 125도, 또는 약 95도 내지 약 120도, 또는 약 95도 내지 약 115도, 또는 약 95도 내지 약 110도, 또는 약 95도 내지 약 105도, 또는 약 95도 내지 약 100도일 수 있다.

제1 면 및 제2 면은 또한 제1 드래프트각을 갖는 적어도 하나의 제1 경사 측벽에 의해 그리고 제1 드래프트각과 상이한 값이 되도록 선택된 제2 드래프트각을 갖는 제2 경사 측벽에 의해 서로 연결될 수 있다. 게다가, 제1 면 및 제2 면은 또한 다른 2개의 드래프트각들 중 어느 하나와 상이한 값인 제3 드래프트각을 갖는 제3 경사 측벽에 의해 연결될 수 있다. 일 실시 형태에서, 제1, 제2 및 제3 드래프트각들은 모두 서로 상이한 값이다. 예를 들어, 제1 드래프트각은 120도일 수 있고, 제2 드래프트각은 110도일 수 있으며, 제3 드래프트각은 100도일 수 있다.

하나의 경사 측벽을 갖는 연마 입자의 경우와 유사하게, 경사 측벽을 갖는 형상화된 연마 입자의 제1, 제2 및 제3 경사 측벽들은 변할 수 있고, 이들은 일반적으로 제1 면과 제2 면의 외주를 형성한다.

일반적으로, 형상화된 연마 입자의 제2 면과 각각의 경사 측벽 사이의 제1, 제2 및 제3 드래프트각들은 드래프트각들 중 적어도 2개가 상이한 값이도록 그리고 바람직하게는 3개 모두가 상이한 값이도록 변할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태들에서, 제1 드래프트각, 제2 드래프트각, 및 제3 드래프트각은 약 95도 내지 약 130도, 또는 약 95도 내지 약 125도, 또는 약 95도 내지 약 120도, 또는 약 95도 내지 약 115도, 또는 약 95도 내지 약 110도, 또는 약 95도 내지 약 105도, 또는 약 95도 내지 약 100도일 수 있다.

경사 측벽은 또한 드래프트각(알파) 대신에 (미국 특허 출원 공개 제2010/0151196호의 도 5B에 예시된 바와 같이) 반경(R)에 의해 한정될 수 있다. 반경 R은 측벽들 각각에 대해 변할 수 있다.

추가로, 형상화된 연마 입자의 다양한 경사진 측벽들이 동일한 드래프트각 또는 상이한 드래프트각을 가질 수 있다. 또한, 90도의 드래프트각이 하나 이상의 측벽들에 사용될 수 있다. 그러나, 경사 측벽을 갖는 형상화된 연마 입자가 요구된다면, 측벽들 중 적어도 하나는 약 90도 초과, 바람직하게는 95도 이상의 드래프트각을 갖는 경사 측벽이다.

측벽은 정밀하게 형상화될 수 있고, 예를 들어 오목하거나 볼록할 수 있다. 대안적으로, 측벽(상부 표면)은 균일하게 평탄할 수 있다. 균일하게 평탄하다라는 것은 측벽이 하나의 면으로부터 다른 하나의 면까지 볼록한 영역 또는 하나의 면으로부터 다른 하나의 면까지 오목한 영역을 갖지 않음을 의미한다. 예를 들어, 측벽 표면 중 50% 이상, 또는 75% 이상, 또는 적어도 85% 이상이 평탄할 수 있다. 균일하게 평탄한 측벽은 측벽이 제1 면 및 제2 면과 교차하는 더 잘 한정된(더 예리한) 에지들을 제공하며, 이는 또한 연삭 성능을 향상시키는 것으로 생각된다.

측벽은 또한 전형적으로 삼각형 및 사변형 소면들 또는 삼각형 및 사변형 소면들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 소면들을 포함할 수 있다.

제1 면과 측벽 사이의 각도(베타)는 20도 내지 약 50도, 또는 약 10도 내지 약 60도, 또는 약 5도 내지 약 65도일 수 있다.

제2 면은 리지 선을 포함할 수 있다. 리지 선은 전형적으로 위에서 논의된 바와 같이 경사 측벽일 수 있는 적어도 하나의 측벽에 의해 제1 면의 외주에 연결된다. 측벽은 전형적으로 삼각형 및 사변형 소면들 또는 삼각형 및 사변형 소면들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 소면들을 포함할 수 있다.

리지 선은 제1 면에 실질적으로 평행할 수 있다. 대안적으로, 리지 선은 예를 들어 (리지 선이 제1 면에 대해 경사지는 예시적인 경우에서와 같이) 리지 선에 접하는 가상선이 한 점에서 제1 면과 교차하도록 제1 면에 평행하지 않을 수 있다.

리지 선은 직선일 수 있거나, 리지 선이 아치형 구조체를 포함하는 예시적인 경우에서와 같이 비-직선일 수 있다.

소면들은 평탄하거나 평탄하지 않을 수 있다. 예를 들어, 소면들 중 적어도 하나는 오목하거나 볼록한 것과 같이 평탄하지 않을 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 모든 소면들은 평탄하지 않은 소면, 예를 들어 오목한 소면일 수 있다.

리지 선을 갖는 형상화된 입자의 구체적인 예들은 지붕형 입자, 예를 들어 WO 2011/068714호의 도 4a 내지 도 4c에 예시된 바와 같은 입자를 포함한다. 바람직한 지붕형 입자는 모임 지붕(hip roof 또는 hipped roof)(임의의 측벽 소면들이 리지 선으로부터 제1 측으로 하향 경사를 나타내는 지붕의 유형)의 형상을 갖는 입자를 포함한다. 모임 지붕은 전형적으로 수직 측벽(들) 또는 소면(들)을 포함하지 않는다.

일부 실시 형태들에서, 제1 기하학적 형상은 4개의 에지들 및 4개의 정점들을 갖는 사변형으로부터(예를 들어, 마름모, 장사방형, 연 모양 또는 초타원으로 이루어진 군으로부터) 선택되고, 제2 측은 모임 지붕과 유사한 구조체를 형성하는 리지 선 및 4개의 소면들을 포함한다. 따라서, 2개의 대향 소면들은 삼각형 형상을 가질 것이며, 2개의 대향 소면들은 사다리꼴 형상을 가질 것이다.

제2 측은 정점 및 정점과 제1 면의 외주를 연결하는 적어도 하나의 측벽을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 측벽은 위에서 논의된 바와 같이 경사 측벽일 수 있다. 측벽은 전형적으로 삼각형 소면들로부터 선택되는 하나 이상의 소면들을 포함할 수 있다. 소면들은 평탄하거나 평탄하지 않을 수 있다. 예를 들어, 소면들 중 적어도 하나는 오목하거나 볼록한 것과 같이 평탄하지 않을 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 모든 소면들은 평탄하지 않은 소면, 예를 들어 오목한 소면일 수 있다.

예시적인 예들은 피라미드형 입자, 예를 들어 사면체형 입자 또는 WO 2011/068714호의 도 1a 내지 도 1c와 도 2a 내지 도 2c에 예시된 바와 같은 입자를 포함한다.

형상화된 연마 입자의 두께(t)는 제1 측과 측벽(또는 소면) 사이의 각도(베타)를 선택하도록 제어될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태들에서, 제1 측과 측벽(또는 소면) 사이의 각도(베타)는 20도 내지 약 50도, 또는 약 10도 내지 약 60도, 또는 약 5도 내지 약 65도일 수 있다.

전형적인 실시 형태들에서, 제2 측은 피라미드를 형성하는 삼각형 소면들을 포함하고 더 전형적으로는 이들로 이루어지는 정점 및 측벽을 포함한다. 측벽이 포함하는 소면들의 개수는 (제1 면의 외주를 한정하는) 제1 기하학적 형상에 존재하는 에지들의 개수에 의존할 것이다. 예를 들어, 삼변형 제1 기하학적 형상에 의해 특징지어지는 제1 측을 갖는 피라미드형 연마 입자는 일반적으로 정점에서 만나 피라미드를 형성하는 3개의 삼각형 소면들을 구비할 것이고, 사변형 제1 기하학적 형상에 의해 특징지어지는 제1 측을 갖는 피라미드형 연마 입자는 일반적으로 정점에서 만나 피라미드를 형성하는 4개의 삼각형 소면들을 구비할 것이며, 기타 등등이다.

일부 실시 형태들에서, 제2 측은 피라미드를 형성하는 정점 및 4개의 소면들을 포함한다. 예시적인 실시 형태들에서, 형상화된 연마 입자의 제1 측은 4개의 에지들 및 4개의 정점들을 갖는 사변형의 제1 면을 포함하는데, 이때 사변형은 바람직하게는 마름모, 장사방형, 연 모양 또는 초타원으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 제1 면의 외주의 형상(즉, 제1 기하학적 형상)은 바람직하게는 상기 군으로부터 선택될 수 있는데, 그 이유는 이들 형상이 종축을 따른 대향 주 정점들을 갖고 횡축으로부터 각각의 대향 주 정점을 향해 테이퍼 형성되는 형상인 형상화된 연마 입자를 초래할 것이기 때문이다.

테이퍼의 정도는 종축에 수직한 횡축을 따른 최대 폭(W)으로 나눈 종축을 따른 최대 길이(L)에 의해 정의되는 바와 같은 입자에 대한 특정 종횡비를 선택함으로써 제어될 수 있다. 이러한 종횡비(본 명세서에서 "부 종횡비"로 또한 지칭됨)는 일부 응용들에서 바람직할 수 있는 바와 같은 테이퍼 형성되는 형상화된 연마 입자에 대해 1.0보다 커야 한다. 본 발명의 다양한 실시 형태들에서, 부 종횡비는 약 1.3 내지 약 10, 또는 약 1.5 내지 약 8, 또는 약 1.7 내지 약 5이다. 부 종횡비가 너무 커질 때, 형상화된 연마 입자는 너무 부서지기 쉬워질 수 있다.

일부 실시 형태들에서, WO 2011/068714호의 도 1에서 파선(42)으로 도시된 바와 같이 정점들 중 하나 이상을 약간 절두하고, 형상화된 연마 입자를 그러한 구성으로 성형하는 것이 가능하다. 이들 실시 형태에서, 절두가 일어나는 에지가 이후에 요구되는 사변형을 완성하는 하나 이상의 가상의 정점들을 형성하기 위해 연장될 수 있다면, 제1 측은 요구된 형상인 것으로 여겨진다. 예를 들어, 주 대향 정점들 둘 모두가 절두된다면, 생성된 형상은 여전히 마름모인 것으로 여겨질 수 있는데, 그 이유는 에지가 절두부를 지나 연장될 때, 에지들이 2개의 가상 정점들을 형성하여 제1 측에 대한 마름모 형상을 완성하기 때문이다.

정점을 포함하는 제2 측을 갖는 형상화된 연마 입자의 다른 예시적인 부류는 사면체형 입자이다. 사면체 형상은 일반적으로 6개의 공통 에지들에 의해 결합되는 4개의 주 면(major side)들을 포함하며, 여기서 4개의 주 면들 중 하나가 4개의 주 면들 중 3개의 다른 주 면들과 접촉하고, 6개의 공통 에지들은 실질적으로 동일한 길이를 갖는다. 본 명세서에 사용되는 정의에 따라, 사면체 형상은 제1 면으로서 정삼각형을 포함하는 제1 측과, 정점 및 제1 면과 정점을 연결하여 사면체를 형성하는 소면들로서 3개의 정삼각형들을 포함하는 측벽을 포함하는 제2 측에 의해 특징지어질 수 있다.

4개의 주 면들(즉, 제1 측 및 3개의 소면들로 이루어진 군) 중 적어도 하나는 실질적으로 평탄할 수 있다. 4개의 주 면들 중 적어도 하나는 오목할 수 있거나, 4개의 주 면들 모두가 오목할 수 있다. 4개의 주 면들 중 적어도 하나가 볼록할 수 있거나, 4개의 주 면들 모두가 볼록할 수 있다.

이 실시 형태의 형상화된 입자는 전형적으로 사면체 대칭을 갖는다. 이 실시 형태의 형상화된 연마 입자는 바람직하게는 실질적으로 정사면체로서 형상화된다.

형상화된 연마 입자가 개구(바람직하게는 제1 측 및 제2 측을 통해 연장되거나 이를 통과하는 개구); 적어도 하나의 만입된 (또는 오목한) 면 또는 소면; 외측을 향해 형상화된(또는 볼록한) 적어도 하나의 면 또는 소면; 복수의 홈들을 포함하는 적어도 하나의 측; 적어도 하나의 파열된(fractured) 표면; 낮은 진원도 계수(roundness factor)(본 명세서에서 후술되는 바와 같음); 날카로운 팁을 갖는 하나 이상의 코너 점(corner point)들을 포함하는 제1 면의 외주; 날카로운 팁을 갖는 하나 이상의 코너 점을 포함하는 외주를 갖는 제2 면을 포함하는 제2 측; 또는 상기 형상 특징부들 중 하나 이상의 조합으로부터 선택되는 적어도 하나의 형상 특징부를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시 형태들에서, 형상화된 연마 입자는 제1 면 및 선택적으로 제2 면의 외주의 실질적으로 삼각형 형상과 조합되는 전술된 형상 특징부들 중 적어도 하나를 포함한다.

다른 바람직한 실시 형태들에서, 형상화된 연마 입자는 실질적으로 사변형 제1 기하학적 형상과 조합되는 전술된 형상 특징부들 중 적어도 하나를 포함한다.

다른 바람직한 실시 형태들에서, 형상화된 연마 입자는 인용된 형상 특징부들 중 2개 이상(예를 들어, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상)의 조합을 포함한다. 예를 들어, 연마 입자는 개구 및 외측을 향해 형상화된(또는 볼록한) 제1 면 및 만입된(또는 오목한) 제2 면; 낮은 진원도 계수 및 복수의 홈들을 포함하는 제2 면; 또는 개구 및 외측을 향해 형상화된(또는 볼록한) 제1 면 및 만입된(또는 오목한) 제2 면을 포함할 수 있다.

형상화된 연마 입자는 바람직하게는 날카로운 팁을 갖는 하나 이상의 코너 점들을 포함하는 제1 면 및 선택적으로 제2 면의 외주를 구비한다. 바람직하게는, 외주(들)에 포함되는 모든 코너 점들은 날카로운 팁을 갖는다. 형상화된 연마 입자는 바람직하게는 또한 측벽 내에(예를 들어, 측벽에 포함되는 2개의 만나는 소면들 사이에) 존재할 수 있는 임의의 에지를 따라 날카로운 팁을 구비한다.

코너 점의 첨예도는 상기 코너 점을 따른 곡률 반경에 의해 특징지어질 수 있으며, 여기서 반경은 외주의 내부 측으로 연장된다.

본 발명의 다양한 실시 형태들에서, 곡률 반경(본 명세서에서 평균 팁 반경으로 또한 지칭됨)은 75 마이크로미터 미만, 또는 50 마이크로미터 미만, 또는 25 마이크로미터 미만일 수 있다. 사용 동안에 더 날카로운 에지가 더 침습성(aggressive)인 절삭 및 형상화된 연마 입자의 개선된 파열을 촉진하다고 여겨진다.

보다 작은 곡률 반경은 입자가 입자를 제조하기 위해 사용되는 주형의(즉, 입자의 이상적인 형상의) 에지 또는 코너 특징부를 보다 완벽하게 복제하는 것, 즉 형상화된 연마 입자가 훨씬 더 정밀하게 제조되는 것을 의미한다. 전형적으로, 원하는 형상의 주형을 사용하여 제조되는 형상화된 연마 입자(특히, 형상화된 세라믹 연마 입자)는 프레싱, 펀칭 또는 압출에 기반하는 방법과 같은, 형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 다른 방법에 기반하는 방법보다 더 정밀하게 제조되는 입자를 제공한다.

형상화된 연마 입자는 개구를 포함할 수 있다. 개구는 제1 측 및 제2 측을 완전히 통과할 수 있다. 대안적으로, 개구는 양 측을 완전히 통과하지 않을 수 있는 블라인드 구멍을 포함할 수 있다.

일 실시 형태에서, 개구의 크기는 제1 면 또는 제2 면(존재하는 경우)의 외주에 의해 한정되는 면적에 비해 매우 클 수 있다.

개구는 제1 기하학적 형상 및 제2 기하학적 형상과 동일하거나 상이한 기하학적 형상일 수 있는 기하학적 형상을 포함할 수 있다.

제1 면 또는 제2 면 중 보다 큰 면의 면 면적으로 나눈 개구 면적인 개구 비는 약 0.05 내지 약 0.95, 또는 약 0.1 내지 약 0.9, 또는 약 0.1 내지 약 0.7, 또는 약 0.05 내지 약 0.5, 또는 약 0.05 내지 약 0.3일 수 있다. 이 계산의 목적을 위해, 면 면적은 개구로 인한 어떠한 면적도 차감함이 없이 외주에 의해 둘러싸인 면적에 기초한다.

개구를 갖는 형상화된 연마 입자는 개구가 없는 중실형의 형상화된 연마 입자에 비해 몇몇 이점들을 가질 수 있다. 첫째, 개구를 갖는 형상화된 연마 입자는 중실형의 형상화된 연마 입자와 비교할 때 향상된 절삭률을 갖는다. 면 크기에 비해 보다 큰 개구를 갖는 형상화된 연마 입자는 향상된 연삭 성능을 가질 수 있다.

개구의 내부 표면은 변화하는 윤곽을 가질 수 있다. 예를 들어, 내부 표면의 윤곽은 개구를 갖는 형상화된 연마 입자의 제조를 위해 사용되는 직립하는 주형 요소의 형상에 따라 평탄하거나 볼록하거나 오목할 수 있다. 추가로, 내부 표면은 각각의 면에서의 개구의 크기가 상이하도록 테이퍼 형성될 수 있다. 주형으로부터의 형상화된 연마 입자의 최선의 이형(release)을 위해 그리고 건조 동안에 형상화된 연마 입자의 균열을 방지하기 위해 개구가 주형 공동(cavity)의 상부에서 더 좁고 주형 공동의 하부에서 더 넓도록 내부 표면은 테이퍼 형성된 표면인 것이 바람직하다.

개구는 제1 외주와 실질적으로 동일한 형상을 갖도록 선택될 수 있다. 개구는 또한 제1 면의 외주 및 제2 면의 외주와 실질적으로 동일한 형상을 갖도록 선택될 수 있다. 따라서, 개구를 갖는 형상화된 연마 입자들은 그들의 각자의 단부들에서 결합되는 복수의 바아(bar)들의 일체형 연결부를 포함하여, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2010/0151201호의 도 1A 또는 도 5A에 예시된 바와 같은 폐다각형을 형성할 수 있다. 대안적으로, 개구의 형상은 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2010/0151201호의 도 5B에 예시된 바와 같이 제1 외주 및 선택적으로 제2 외주의 형상과 상이하도록 선택될 수 있다. 개구의 크기 및/또는 형상은 상이한 기능들을 더 효과적으로 수행하기 위해 변할 수 있다. 일 실시 형태에서, 개구의 형상은 실질적으로 삼각형 형상, 더 바람직하게는 정삼각형의 형상을 포함한다.

개구를 갖는 형상화된 연마 입자의 다른 특징은 연마 그레인의 벌크 밀도를 위한 ANSI B74.4-1992 절차에 의해 시험된 바와 같은 극히 낮은 벌크 밀도일 수 있다. 개구가 전체 크기를 감소시킴이 없이 형상화된 연마 입자의 질량을 크게 감소시킬 수 있기 때문에, 생성되는 벌크 밀도는 극히 낮을 수 있다. 또한, 형상화된 연마 입자의 벌크 밀도는 간단히 입자 내의 개구의 크기 및 형상을 변화시킴으로써 용이하게 변경 및 제어될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 개구를 갖는 형상화된 연마 입자의 벌크 밀도는 1.35 g/㎤ 미만, 또는 1.20 g/㎤ 미만, 또는 1.00 g/㎤ 미만, 또는 0.90 g/㎤ 미만일 수 있다.

형상화된 연마 입자는 적어도 하나의 평탄하지 않은 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 면이 평탄하지 않은 면일 수 있거나, 제1 면 및 제2 면 둘 모두가 평탄하지 않은 면일 수 있거나, 제1 면 및 제2 면 중 하나 또는 둘 모두가 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)되거나, 외측을 향해 형상화(예를 들어, 볼록함)될 수 있다.

예를 들어, 제1 면이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있고, 제2 면이 실질적으로 평탄할 수 있다. 대안적으로, 제1 면이 외측을 향해 형상화(예를 들어, 볼록함)될 수 있고, 제2 면이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있거나, 제1 면이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있고, 제2 면이 또한 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있다.

내측을 향해 형상화된 면(예를 들어, 만입된 면)은 실질적으로 평탄한 중심 부분 및 복수의 융기된 코너들 또는 위로 향한 첨단부(point)들을 포함할 수 있다. 그러한 면을 추가로 특징짓기 위해, 형상화된 연마 입자의 제1 면의 곡률이 www.NLREG.com으로부터 얻어지는, 미국 테네시주 브렌트우드 소재의 필립 셔로드(Phillip Sherrod)로부터 입수가능한, 비-선형 회귀 곡선-맞춤 프로그램 "NLREG"와 같은 적합한 이미지 분석 프로그램을 사용하여 구를 맞춤함으로써 측정될 수 있다. 만입된 면은 이미지 분석에 의해 만입된 면에 곡선 맞춤된 구의 반경을 포함할 수 있다. 반경은 구의 중심이 제1 면(24)의 중간점 위에 수직으로 정렬될 때 약 1 mm 내지 약 25 mm, 더 바람직하게는 약 1 mm 내지 약 14 mm, 또는 약 2 mm 내지 약 7 mm일 수 있다. 일 실시 형태에서, 접시형 연마 입자에 대한 맞춤된 구의 반경은 2.0 mm로 측정되었고, 다른 실시 형태에서는 3.2 mm로 측정되었으며, 다른 실시 형태에서는 5.3 mm로 측정되었고, 다른 실시 형태에서는 13.7 mm로 측정되었다.

일 실시 형태에서, 연마 입자는 접시형 연마 입자로 기술될 수 있다. 일반적으로, 접시형 연마 입자는 전형적으로 제1 면, 및 가변 두께(t)를 갖는 측벽에 의해 이격된 제2 면을 갖는 얇은 물체를 포함한다. 일반적으로, 측벽 두께는 접시형 연마 입자의 첨단부 또는 코너에서 더 크고, 에지의 중간점에서 더 얇다.

이와 같이, Tm은 Tc보다 작다. 일부 실시 형태에서, 측벽은 위에서 더 상세히 논의된 바와 같이 90도 초과의 드래프트각(알파)을 갖는 경사 측벽이다. 위에서 논의된 바와 같이, 하나 초과의 경사 측벽이 존재할 수 있고, 각각의 경사 측벽에 대한 기울기 또는 드래프트각은 접시형 연마 입자의 각각의 측에 대해 동일하거나 상이할 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 제1 면은 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입됨)되고, 제2 면과 측벽은 실질적으로 평탄하다. "만입된"이라는 것은 제1 면의 내부의 두께(Ti)가 외주를 따른 부분들에서 형상화된 연마 입자의 두께보다 더 얇음을 의미한다.

언급된 바와 같이, 일부 실시 형태들에서, 만입된 면은 실질적으로 평평한 중심 부분 및 복수의 위로 향한 첨단부들 또는 복수의 융기된 코너들을 구비할 수 있다. 접시형 연마 입자의 외주는 위로 향한 첨단부들 또는 코너들 사이의 부분에서 평평하거나 곧을 수 있고, 두께(Tc)는 Tm보다 훨씬 더 클 수 있다.

다른 실시 형태에서, 만입된 제1 면은 3개의 위로 향한 첨단부들 또는 코너들 및 실질적으로 평탄한 제2 면을 갖고서 실질적으로 오목하다(형상화된 연마 입자는 평요(plano-concave)임). 제1 면이 만입되고 제2 면과 측벽이 실질적으로 평탄한 실시 형태와 비교하여, Tc와 Tm 사이의 차이가 작고, 제1 면의 내부로부터 각각의 위로 향한 첨단부로의 보다 점진적인 전이가 존재할 수 있다. 만입된 면은 주형 공동 내의 졸-겔, 및 메니스커스를 형성하여 제1 면을 만입되게 하는 것을 수반하는 제조 방법의 사용으로부터 얻어질 수 있다. 언급된 바와 같이, 제1 면은 첨단부 또는 코너에서의 두께(Tc)가 제1 면의 내부의 두께(Ti)보다 큰 경향이 있도록 만입될 수 있다. 이와 같이, 첨단부 또는 코너는 제1 면의 내부보다 더 높이 상승된다.

본 발명의 다양한 실시 형태들에서, Tc/Ti의 두께 비는 1.25 내지 5.00, 또는 1.30 내지 4.00, 또는 1.30 내지 3.00일 수 있다. 두께 비는 미국 특허 출원 공개 제2010/0151195호의 문단 [0036]에 기재된 바와 같이 계산될 수 있다. 삼각형의 접시형 연마 입자는 일부 실시 형태들에서 1.55 내지 2.32의 두께 비를 갖는 것으로 측정되었다. 미국 특허 제5,366,523호(로웬호스트(Rowenhorst) 등)에 기재된 종래 기술 방법에 의해 제조된 삼각형 입자는 0.94 내지 1.15의 두께 비를 갖는 것으로 측정되었으며, 이는 입자가 본질적으로 평평하고, 단지 중앙에서 약간 더 두꺼울 수도 있고 마찬가지로 중앙에서 약간 더 얇을 수도 있음을 의미한다. 1.20 초과의 두께 비를 갖는 접시형 연마 입자는 95% 신뢰 구간에서 로웬호스트 입자와 통계상 상이하다.

접시형 연마 입자의 제2 면과 측벽 사이의 하나 이상의 드래프트각(들)(알파)은 전술된 바와 같이 각각의 면의 상대 크기를 변화시키기 위해 변할 수 있다.

접시형 연마 입자의 바람직한 실시 형태는 만입된 면을 갖는 것이다. 드래프트각(알파)은 대략 98도이고, 접시형 연마 입자의 외주는 정삼각형을 구성한다. 각각의 삼각형의 변은 제1 면의 외주에서 대략 1.4 mm 길이로 측정되었다.

일 실시 형태에서, 두께(t)는 더 균일할 수 있다. 이와 같이, Tm은 대략 Tc와 같을 수 있다.

일 실시 형태에서, 예를 들어 접시형 연마 입자가 실질적으로 구형 쉘의 삼각형 섹션을 포함하도록, 제1 면이 볼록하고 제2 면이 오목하다(요철형).

볼록한 면이 졸-겔의 증발 건조 동안에 땅콩유와 같은 주형 이형제의 존재로 인해 주형의 바닥 표면으로부터 이형되는 주형 공동 내의 졸-겔에 의해 형성되는 것으로 여겨진다. 이어서 졸-겔의 리올로지는 증발 건조 동안에 외주가 소정 형상(바람직하게는, 삼각형 형상)으로 형성되는 동안에 제1 면 및 제2 면의 요철 형성을 초래한다.

본 발명의 다양한 실시 형태에서, 오목한 제2 면에 맞춤된 구의 반경은 구의 중심이 제2 면의 중간점 위에 수직으로 정렬될 때 약 1 mm 내지 약 25 mm, 또는 약 1 mm 내지 약 14 mm, 또는 약 2 mm 내지 약 7 mm일 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태들에서, 접시형 연마 입자의 제1 면 및 제2 면은 둘 모두가 만입될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 접시형 연마 입자는 오목한 제1 면 및 오목한 제2 면을 갖는 양면 오목형일 수 있다. 대안적으로, 다른 만입된 구조용 기하학적 형상들이 제2 면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 위로 향한 첨단부들 또는 복수의 융기된 코너들이 제2 면 상에 형성될 수 있다. 그러한 실시 형태에서, 제1 면의 곡률도 또는 평평도는 접시형 연마 입자를 건조하는 방법에 의해 어느 정도 제어됨으로써, 만입된 또는 만곡된 제1 면 또는 실질적으로 평탄한 제1 면을 초래할 수 있다.

형상화된 연마 입자는 제1 측 및 제2 측 중 하나 또는 둘 모두에서 복수의 홈들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 측(즉, 제2 측, 더 바람직하게는 제2 면에 포함되는 하나 이상의 측벽, 면 또는 소면)은 복수의 홈들을 포함한다.

형상화된 연마 입자는 제1 측 및 제2 측 중 하나 또는 둘 모두에서 복수의 리지들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 측(즉, 제2 측, 더 바람직하게는 제2 면에 포함되는 하나 이상의 측벽, 면 또는 소면)은 복수의 리지들을 포함한다.

복수의 홈(또는 리지)들은 주형으로부터 형상화된 전구체 연마 입자를 제거하는 것을 보다 용이하게 하는 것으로 밝혀진 주형 공동의 바닥 표면에서의 복수의 리지(또는 홈)들에 의해 형성될 수 있다.

복수의 홈(또는 리지)들은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 상기 측을 완전히 가로질러 연장될 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 평행선들을 포함할 수 있다. 이러한 종횡비의 관점에서, 본 발명에 사용되는 형상화된 연마 입자는 최대 단면 치수의 길이의 비가 약 2:1 내지 약 50:1, 더 전형적으로는 약 5:1 초과 내지 약 25:1인 것으로서 특징지어질 수 있다. 일 실시 형태에서, 복수의 홈(또는 리지)들은 제2 측을 완전히 가로질러(바람직하게는 제2 면을 가로질러) 연장되는 평행선들을 포함한다. 바람직하게는, 평행선들은 제1 에지를 따른 외주와 90도 각도로 교차한다. 홈 또는 리지의 단면의 기하학적 형상은 절두 삼각형, 삼각형, 또는 아래에서 추가로 논의되는 바와 같은 다른 기하학적 형상일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태에서, 복수의 홈들의 깊이(D)는 약 1 마이크로미터 내지 약 400 마이크로미터일 수 있다. 또한, 접시형 연마 입자의 두께(Tc)에 대한 홈 깊이(D)의 백분율 비(백분율로 표현된 D/Tc)는 약 0.1% 내지 약 30%, 또는 약 0.1% 내지 20%, 또는 약 0.1% 내지 10%, 또는 약 0.5% 내지 약 5%일 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 형태에서, 각각의 홈(또는 리지)들 사이의 간격은 접시형 연마 입자의 에지들 중 하나의 길이와 같은 면 치수의 약 1% 내지 약 50%, 또는 약 1% 내지 40%, 또는 약 1% 내지 30%, 또는 약 1% 내지 20%, 또는 약 5% 내지 20%일 수 있다.

다른 실시 형태에 따르면, 복수의 홈들은 면을 완전히 가로질러 연장될 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 교차하는 평행선들의 크로스 해치 패턴(cross hatch 패턴)을 포함한다. 제1 세트의 평행선들이 삼각형의 에지 길이의 90도 각도(예를 들어, 6.25%의 퍼센트 간격을 가짐)로 외주의 하나의 에지와 교차하고, 제2 세트의 평행선들이 90도 각도(예를 들어, 6.25%의 백분율 간격을 가짐)로 외주의 제2 에지와 교차하여, 크로스 해치 패턴을 생성하고, 제2 면 내에 복수의 융기된 다이아몬드 형상들을 형성한다. 다양한 실시 형태들에서, 크로스 해치 패턴은 교차하는 평행선들 또는 비평행선들, 선들 사이의 다양한 퍼센트 간격들, 아치형의 교차하는 선들, 또는 다양한 홈들의 단면 기하학적 형상들을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태들에서, 각각의 주형 공동의 하부 표면 내의 리지(또는 홈)들의 개수는 1개 내지 약 100개, 또는 2개 내지 약 50개, 또는 약 4개 내지 약 25개일 수 있으며, 따라서 형상화된 연마 입자 내에 상응하는 개수의 홈(또는 리지)들을 형성할 수 있다.

형상화된 연마 입자는 낮은 평균 진원도 계수를 가질 수 있다. 그러한 형상화된 연마 입자는 연마 용품의 기부로부터 연삭 팁까지 연장되는 종축을 포함한다(예를 들어, 미국 특허 출원 공개 제2010/0319269호의 도 1에 도시된 바와 같음). 형상화된 연마 입자에 대한 평균 진원도 계수는 약 15% 내지 0%, 또는 약 13% 내지 0%, 또는 약 12% 내지 0%, 또는 약 12% 내지 약 5%일 수 있다.

형상화된 연마 입자의 횡방향 절단에 기인한 단면 평면의 기하학적 형상(즉, 종축에 대해 90도로 가로지르는 절단, 간단히 "단면 형상"으로 또한 지칭됨)은 특별히 제한되지 않으며, 또한 변할 수 있다. 비원형 단면 형상이 가장 바람직하게 사용된다. 원형 단면 형상은 둥글며, 이는 보다 무딘 것으로 여겨진다. 비원형 단면 형상은, 하나 이상의 날카로운 코너가 존재할 수 있고 하나 이상의 변이 끌의 날과 유사하게 대체로 선형일 수 있기 때문에, 개선된 연삭 성능을 갖는 것으로 여겨진다. 바람직하게는, 단면 형상은, 삼각형, 직사각형, 사다리꼴 또는 오각형을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다각형 형상이다.

(제1 및 제2 면 중 적어도 하나 또는 바람직하게는 둘 모두가 내측을 향해 형상화되는 제2 면을 갖는 입자의 경우에서와 같은) 바람직한 실시 형태에서, 단면 형상의 크기는 제2 면의 외주로부터 제2 면의 중심을 향해 감소한다. 이와 관련하여, "중심"이라는 용어는 제2 면의 기하학적 형상(즉, 제2 기하학적 형상)의 정확한 기하학적 중심으로 제한되지 않지만, 이러한 선택 사항이 또한 고려되고 일부 경우에 바람직할 수 있으나, 일반적으로 제2 기하학적 형상에 의해 한정되는 바와 같은 제2 면의 경계와는 대조적으로 제2 면의 기하학적 형상의 내부에 위치되는 영역을 포함하도록 의도된다.

일 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자의 제1 측 및 제2 측의(바람직하게는, 제1 및 제2 면의) 주변부는 삼각형이고, 단면 형상은 사다리꼴이다.

형상화된 연마 입자는 또한 적어도 하나의 파열된 표면을 포함할 수 있다(적어도 하나의 파열된 표면을 갖는 형상화된 연마 입자는 본 명세서에서 파열되어진 형상화된 연마 입자 또는 연마 조각으로 또한 지칭됨). 다시 말하면, 연마 입자는 적어도 하나의 표면이 파열된 표면인 전술된 바와 같은 형상화된 연마 입자일 수 있다.

적어도 하나의 파열된 표면이 없는 동일한 형상화된 연마 입자와 비교하여, 파열된 연마 입자는 비교 입자의 원래 형상을 대부분, 예를 들어 원래 형상의 60 부피% 이상, 또는 70 부피% 또는 80 부피% 또는 90 부피% 포함하는 것으로 고려될 수 있다. "원래 형상"이라는 용어는 동일한 형상이지만 적어도 하나의 파열된 표면이 없는 형상을 의미한다. 전형적으로, 원래 형상은 비교용의 이상적으로 형상화된 연마 입자를 제조하기 위해 사용되는 주형 공동의 형상과 일치할 것이다.

적어도 하나의 파열된 표면 외에, 파열되어진 형상화된 연마 입자는 원래 형상의 대부분을 한정하는 단지 정밀하게 형성된 표면만을 포함하며, 따라서 기계적 파쇄 작업에 의해 얻어지는 입자를 배제한다.

일 실시 형태에서, 파열되어진 형상화된 연마 입자는 3개 초과의, 바람직하게는 2개 초과의 파열된 표면들을 포함하지는 않는다. 다른 실시 형태에서, 파열되어진 형상화된 연마 입자는 하나의 파열된 표면을 포함한다.

원래 형상은 특별히 제한되지 않으며, 적어도 하나의 파열된 표면을 포함하지 않는 연마 입자에 관하여 위에서 한정된 바와 같은 기하학적 형상으로부터 선택될 수 있다.

파열되어진 형상화된 연마 입자는 삼각형 공동과 같은, 원래 형상을 갖는 주형 내에 형성될 수 있다. 전형적으로, 주형은 연마 조각들을 경제적으로 제조하기 위해 복수의 공동들을 구비한다.

일례에서, 형상화된 연마 입자는 제1 정밀 형성된 표면, 제1 정밀 형성된 표면과 미리결정된 각도(알파)로 교차하는 제2 정밀 형성된 표면, 제1 정밀 형성된 표면에 대향하는 제3 표면, 및 파열된 표면을 포함할 수 있다.

제1 정밀 형성된 표면은 (원래 형상에 해당하는) 주형 내의 공동의 바닥 표면과 접촉함으로써 형성될 수 있다. 제1 정밀 형성된 표면은 공동의 바닥 표면의 표면 마무리와 형상을 실질적으로 복제한다. 연마 조각의 제2 정밀 형성된 표면은 주형 내의 공동의 측벽과 접촉함으로써 형성될 수 있다. 측벽은 바닥 표면과 미리결정된 각도(알파)(본 발명에서 드래프트각(알파)으로 또한 지칭됨)로 교차하도록 설계된다. 제2 정밀 형성된 표면은 공동의 측벽의 표면 마무리와 형상을 실질적으로 복제한다. 제2 정밀 형성된 표면은 공동의 측벽과 접촉함으로써 성형된다. 이와 같이, 생성된 연마 조각의 적어도 2개의 표면들이 정밀하게 형성되고, 두 표면들 사이의 교차각(알파)은 선택된 주형 기하학적 형상에 기초하는 미리결정된 각도이다. 제1 정밀 형성된 표면에 대향하는 연마 조각의 제3 표면은, 공동이 연마 분산액으로 충전된 후 공기와 접촉하기 때문에 외양이 랜덤하게 파형이거나 기복이 있을 수 있다. 제3 표면은 공동과의 접촉에 의해 성형되지 않기 때문에 정밀하게 형성되지 않는다. 흔히, 제3 표면은 주형으로부터 과도한 연마 분산액을 제거하기 위해 주형의 상부 표면을 스크레이핑(scraping)하거나 닥터링(doctoring)함으로써 생성된다. 닥터링 또는 스크레이핑 단계는 확대하면 볼 수 있는 제3 표면의 미세한 파형 또는 울퉁불퉁함을 초래한다. 따라서, 제3 표면은 압출에 의해 생성되는 표면과 유사한데, 이는 역시 정밀하게 형성되지 않는다. 압출 공정에 있어서는 졸-겔이 다이로부터 강제적으로 밀려나온다. 이와 같이, 졸-겔의 표면은 압출 공정의 결과로서 스크레이프 자국, 둥근 홈 및/또는 눈금선을 나타낸다. 이런 자국들은 졸-겔과 다이 사이의 상대 운동에 의해 생성된다. 게다가, 다이로부터 압출된 표면은 일반적으로 매끈한 면이 될 수 있다. 대조적으로, 정밀 형성된 표면은 그 표면의 길이를 따라서 높이가 상당히 변화하는 정현파 형상 또는 그 외의 보다 복잡한 기하학적 표면을 복제할 수 있다.

공동 깊이가 바닥 표면의 면적에 비하여 상대적으로 작을 때 연마 조각의 파열된 표면은 일반적으로 제1 정밀 형성된 표면과 대향하는 제3 표면 사이에서 그리고 공동의 대향 측벽들 사이에서 전파된다. 파열된 표면은 부서지기 쉬운 파열부를 대표하는 날카로운, 들쭉날쭉한 첨단부들에 의해 특징지어진다. 파열된 표면은 공동 내에 있는 동안 형상화된 연마 입자 전구체의 적어도 대부분을 적어도 2개의 조각들로 균열 또는 파열시키는 건조 공정에 의해 생성될 수 있다. 이는 연마 조각을 제조한 주형 공동보다 작은 크기를 갖는 연마 조각을 생성한다. 이 연마 조각들은, 일단 형성되면, 지그소오(jigsaw) 퍼즐 조각처럼 재조립되어 그 연마 조각이 만들어진 주형의 원래의 공동 형상을 재현할 수 있게 된다. 전구체 연마 입자의 균열 또는 파열은 연마 분산액이 공동 내에서 건조될 때 공동의 벽에 대한 연마 분산액의 표면 장력이 연마 분산액의 내부 인력보다 큰 것을 보장함으로써 일어나는 것으로 여겨진다.

다른 실시 형태는 각각 다각형 제1 면(또는 밑면), 다각형 제2 면(또는 상면), 및 밑면과 상면을 연결하는 복수의 측벽들에 의해 경계지어지는 형상화된 연마 입자이며, 여기서 인접 측벽들은 50 마이크로미터 미만의 평균 곡률 반경을 갖는 각자의 측벽 에지들에서 만난다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 예시적인 형상화된 연마 입자(320)는 삼각형 밑면(321), 삼각형 상면(323), 및 밑면(321)과 상면(323)을 연결하는 복수의 측벽(325a, 325b, 325c)들에 의해 경계지어진다. 밑면(321)은 50 마이크로미터 미만의 평균 곡률 반경을 갖는 측벽 에지(327a, 327b, 327c)들을 구비한다. 도 6c 및 도 6d는 측벽 에지(327a)에 대한 곡률 반경(329a)을 도시한다. 일반적으로, 곡률 반경이 더 작을수록, 측벽 에지가 더 날카로워질 것이다. 전형적으로, 형상화된 연마 입자의 밑면과 상면은 실질적으로 평행하여 프리즘형 또는 절두 피라미드형(도 6a 및 6b에 도시된 바와 같은) 형상을 생성하지만, 이것이 요건은 아니다. 도시된 바와 같이, 측벽(325a, 325b, 325c)들은 동일한 치수를 가지며, 약 82°의 밑면(321)과의 이면각(dihedral angle)을 형성한다. 그러나, 그 외의 다른 이면각(90°를 포함함)도 또한 사용될 수 있는 것으로 인식될 것이다. 예를 들어, 밑면과 측벽들 각각 사이의 이면각은 독립적으로 45 내지 90도, 전형적으로는 70 내지 90도, 더 전형적으로는 75 내지 85도의 범위일 수 있다.

특히 바람직한 실시 형태들에 따르면, 형상화된 연마 입자는 평평한 삼각형 소판(platelet)들 또는 평평한 직사각형 소판들의 3차원 형상을 가지며, 이때 평평한 삼각형 소판이 바람직하다. 그러한 형상화된 연마 입자는 간단히 평평한 삼각형 또는 평평한 직사각형으로 또한 지칭될 수 있다.

따라서, 특히 바람직한 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자들 각각은 두께(t)만큼 이격되는 제1 측 및 제2 측을 포함하며, 여기서 상기 두께(t)는 바람직하게는 입자의 최단 측-관련 치수부의 길이와 동일하거나 이보다 작고, 상기 제1 측은 제1 기하학적 형상의 외주를 갖는 제1 면을 포함하며(또는 바람직하게는 제1 면임), 상기 제2 측은 제2 기하학적 형상의 외주를 갖는 제2 면을 포함하고(또는 바람직하게는 제2 면임), 상기 제2 측은 두께(t) 및 상기 제2 면과 상기 제1 면을 연결하는 적어도 하나의 측벽에 의해 상기 제1 측으로부터 이격되며, 상기 제1 기하학적 형상과 상기 제2 기하학적 형상은 크기가 상이할 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 실질적으로 동일한 기하학적 형상을 갖고, 상기 동일한 기하학적 형상은 둘 모두 삼각형 형상 또는 사변형 형상으로부터 선택된다.

상기 제1 기하학적 형상은 바람직하게는 전술된 바와 같이 상기 제2 기하학적 형상과 합동이다.

또한, 그러한 입자의 제1 면 및 제2 면이 실질적으로 평탄하고 서로 실질적으로 평행한 것이 바람직하다.

바람직한 삼각형 및 사변형 또는 직사각형 형상은 위에서 한정된 바와 같다.

측벽은 또한 위에서 한정된 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 측벽은 비-경사 측벽(즉, 제1 기하학적 형상의 크기가 제2 기하학적 형상의 크기와 동일함; 예를 들어 삼각 또는 직각 프리즘) 또는 경사 측벽(즉, 제1 기하학적 형상의 크기가 제2 기하학적 형상의 크기와 동일하지 않고 전형적으로 그보다 큼; 본 명세서에 기술된 바와 같이, 예를 들어 절두 삼각 또는 직각 피라미드의 형상을 갖는 입자의 경우에서와 같음)일 수 있다.

다른 특히 바람직한 실시 형태에 따르면, 형상화된 연마 입자는 전술된 바와 같이 평평한 삼각형 소판(간단히 평평한 삼각형으로 또한 지칭됨) 또는 평평한 직사각형 소판(간단히 평평한 직사각형으로 또한 지칭됨)이지만, 여기서 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나는 내측을 향해 형상화된다(예를 들어, 만입되거나 오목함).

예를 들어, 제1 면이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있고, 제2 면이 실질적으로 평탄하거나 외측을 향해 형상화(예를 들어, 볼록함)될 수 있거나, 제2 면이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있고, 제1 면이 실질적으로 평탄하거나 외측을 향해 형상화(예를 들어, 볼록함)될 수 있다.

대안적으로 그리고 더 바람직하게는, 제1 면이 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있고, 제2 면이 또한 내측을 향해 형상화(예를 들어, 만입되거나 오목함)될 수 있다.

이 실시 형태에 따른 입자에 대해, 두께는 전형적으로 입자의 평탄한 구성에 걸쳐 변하고, "입자의 중심"을 향해 감소한다.

이 실시 형태에 따른 입자는 또한 전형적으로, 입자의 중심을 향한 (길이에 수직한) 단면 형상의 감소 영역에 의해 특징지어진다.

이와 관련하여 사용되는 바와 같은 "입자의 중심"이라는 용어는 일반적인 방식으로 이해되어야 하며, 반드시 입자의 기하학적 중심일 필요는 없지만, 단면 형상의 최소 두께 또는 최소 면적이 전술된 바와 같이 입자의 기하학적 중심에서 구해질 수 있는 경우가 있을 수 있다.

본 발명에 사용되는 형상화된 연마 입자는 연마재 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급(nominal screened grade)을 가질 수 있다.

연마 입자들은 일반적으로 사용 전에 주어진 입자 크기 분포로 분류된다. 이런 분포는 일반적으로 굵은 입자에서 미세한 입자까지 일정 범위의 입자 크기를 갖는다. 연마재 분야에서 이 범위는 가끔은 "굵은", "대조", 및 "미세" 부분으로 부른다. 연마재 산업에서 승인된 분류 표준에 따라서 분류된 연마재 입자들은 수치 한계 내에서 각 공칭 등급에 대한 입자 크기 분포를 규정한다. 이런 산업 승인 분류 규정(즉, 연마재 산업에서 규정된 공칭 등급)에는 미국 규격 협회(American National Standards Institute, Inc.; ANSI) 표준, 연마 제품의 유럽 생산자 연맹(Federation of European Producers of Abrasive Products; FEPA) 표준, 및 일본 공업 규격(Japanese Industrial Standard; JIS) 표준으로 알려진 것들이 포함된다.

ANSI 등급 명칭(즉, 규정된 공칭 등급)에는, ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 36, ANSI 46, ANSI 54, ANSI 60, ANSI 70, ANSI 80, ANSI 90, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400 및 ANSI 600을 포함한다. FEPA 등급 명칭은 F4, F5, F6, F7, F8, F10, F12, F14, F16, F20, F22, F24, F30, F36, F40, F46, F54, F60, F70, F80, F90, F100, F120, F150, F180, F220, F230, F240, F280, F320, F360, F400, F500, F600, F800, F1000, F1200, F1500 및 F2000을 포함한다. JIS 등급 명칭은 JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS46, JIS54, JIS60, JIS80, JIS100, JIS150, JIS180, JIS220, JIS240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS600, JIS800, JIS1000, JIS1500, JIS2500, JIS4000, JIS6000, JIS8000 및 JIS10,000을 포함한다.

대안적으로, 형상화된 연마 입자는 ASTM E-11 "시험 목적용 쇠그물 및 체에 대한 표준 규격(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)"에 따른 미국 표준 시험용 체를 사용하여 공칭 선별 등급으로 분류될 수 있다. ASTM E-11은 지정된 입자 크기에 따른 재료의 분류를 위해 프레임에 장착된 짜여진 쇠그물 매체를 사용하여 시험용 체의 설계 및 구성을 위한 요건을 규정하고 있다. 전형적인 명칭은 -18+20으로 나타낼 수 있는데, 이는 형상화된 연마 입자들이 18번 체에 대한 ASTM E-11 규격을 만족시키는 시험용 체를 통과하여 20번 체에 대한 ASTM E-11 규격을 만족하는 시험용 체에 걸려서 유지된다는 것을 의미한다. 일 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자는 입자들의 대부분이 18 메시 시험용 체를 통과하고 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50메시 시험용 체에 걸려서 유지될 수 있게 하는 입자 크기를 갖는다. 본 발명의 다양한 실시 형태들에서, 형상화된 연마 입자는 이하의 공칭 선별 등급을 가질 수 있다: -18+20, -20+25, -25+30, -30+35, -35+40, -40+45, -45+50, -50+60, -60+70, -70+80, -80+100, -100+120, -120+140, -140+170, -170+200, -200+230, -230+270, -270+325, -325+400, -400+450, -450+500 또는 -500+635.

본 발명의 모든 태양에 따른 형상화된 연마 입자는 본 발명에서 연마 입자의 블렌드로 또한 지칭되는 연마 입자의 분획(또는 연마 분획) 내에 포함될 수 있다(참고의 용이성을 위해, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 "블렌드"라는 용어는 또한 분획(또는 블렌드) 내에 존재하는 연마 입자들의 총량을 기준으로 연마 입자의 분획이 100 중량%의 형상화된 연마 입자를 포함하는 경우를 포함하도록 의도됨).

블렌드는 본 발명에 따른 하나 이상의 유형의 형상화된 연마 입자들 및 선택적으로 본 명세서에서 "부 연마 입자"(본 발명에 따라 사용될 형상화된 연마 입자와 상이한 연마 입자)로 일반적으로 지칭되는 하나 이상의 유형의 연마 입자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따르지 않는 형상을 갖는 연마 입자(예를 들어, 필라멘트형 연마 입자 또는 긴 로드) 또는 종래의 비-형상화된 연마 입자가 부 연마 입자로서 사용될 수 있다.

블렌드는 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자 및 부 연마 입자를 임의의 양으로 포함할 수 있다. 따라서, 형상화된 연마 입자 및 부 연마 입자는 블렌드 내에 포함될 수 있으며, 여기서 부 연마 입자의 함량은 블렌드 내에 존재하는 연마 입자들의 총량을 기준으로 최대 95 중량% 또는 심지어 그 이상일 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 연마 입자들의 블렌드의 총 중량을 기준으로, 블렌드의 적어도 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100 중량%가 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자들이다. 따라서, 매우 바람직한 다른 실시 형태에서, 조성물 또는 접합된 연마 용품은 부 연마 입자를 함유하지 않는다.

추가 설명으로서, 조성물 또는 접합된 연마 용품은 임의의 적합한 양으로, 예컨대, 접합된 연마 용품 내에서의 형상화된 연마 입자들과 부 연마 입자들의 총 중량을 기준으로, 약 5 내지 약 100 중량%, 또는 10 내지 80, 전형적으로, 20 내지 60 중량%, 또는 30 내지 50 중량%로, 형상화된 연마 입자들을 포함할 수 있다.

연마 분획(또는 블렌드)이 연마 분획(또는 블렌드) 내에 존재하는 연마 입자들의 총 중량을 기준으로 100 중량%의 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자를 포함할 때 본 발명이 가장 뚜렷한 효과를 갖지만, 이는 조성물 또는 접합된 연마 용품이 연마 분획 내에 존재하는 연마 입자들의 총 중량을 기준으로 예를 들어 5 중량%만큼 적은 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자와 최대 95 중량%의 부 연마 입자를 함유할 때에도 또한 효과적이다. 따라서, 조성물 또는 접합된 연마 용품은 연마 입자들의 총 중량을 기준으로 연마 입자의 총량이 최대 100 중량%의 본 발명에 따른 연마 입자를 함유할 수 있다(다시 말해서, 연마 용품 또는 조성물은 부 연마 입자들을 함유하지 않는다). 일부 연삭 응용들에서, 부 연마 입자의 첨가는 고가의 형상화된 연마 입자의 양을 감소시킴으로써 비용을 감소시키는 목적을 위한 것이다. 다른 응용들에서, 부 연마 입자와의 혼합물이 상승 효과를 가질 수 있다.

부 연마 입자들은 (그 형상이 본 발명에 사용되는 연마 입자의 형상과 다른 한) 임의의 적합한 입자 형태를 가질 수 있다. 예시적인 입자 형태는 기계적 파쇄 작업에 의해 얻어지는 입자 형태, 응집된 형태, 및 본 명세서에 한정된 바와 같은 특정 연마 입자 형상과는 상이한 임의의 다른 형태를 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

부 연마 입자를 구성하는 재료는 특별히 제한되지 않으며, 연마 입자로서 사용하기에 적합한 것으로 알려진 임의의 적합한 경질 또는 초경질 재료를 포함한다. 따라서, 일 실시 형태에서, 부 연마 입자는 경질 연마 재료로 대부분 구성된다. 예를 들어, 부 연마 입자들의 총 중량을 기준으로 30 중량% 이상, 또는 50 중량% 이상, 또는 60 중량% 내지 100 중량%, 또는 90 중량% 이상, 또는 100 중량%가 경질 재료로 구성된다. 다른 실시 형태에서, 부 연마 입자는 초경질 연마 재료로 대부분 구성된다. 예를 들어, 부 연마 입자들의 총 중량을 기준으로 30 중량% 이상, 또는 50 중량% 이상, 또는 60 중량% 내지 100 중량%, 또는 90 중량% 이상, 또는 100 중량%가 초경질 재료로 구성된다.

부 연마 입자의 적합한 연마 재료의 예들은 알려진 세라믹 재료, 탄화물, 질화물, 및 다른 경질 및 초경질 재료를 포함하지만 이로 제한되지 않고, 형상화된 연마 입자에 관하여 본 명세서에 예시된 바와 같은 재료를 포함하며, 본 발명의 형상화된 연마 입자와 부 연마 입자는 그러한 예시된 재료의 입자들 또는 이들의 임의의 조합으로부터 독립적으로 선택될 수 있다.

부 연마 입자의 재료의 대표적인 예들은, 예를 들어 용융된 산화알루미늄, 예컨대 백색의 용융된 알루미나, 열 처리된 산화알루미늄, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상표 "쓰리엠 세라믹 어브레이시브 그레인(3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN)"으로 구매가능한 것과 같은 세라믹 산화알루미늄 재료, 소결된 산화알루미늄 재료, 탄화규소(블랙 탄화규소 및 그린 탄화규소 포함), 이붕화티타늄, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 석류석, 용융된 알루미나-지르코니아, 졸-겔 유도된 연마 입자(졸-겔 유도된 산화알루미늄 입자 포함), 산화세륨, 산화지르코늄, 산화티타늄을 포함한다. 졸-겔 유도된 연마 입자의 예들은 미국 특허 제4,314,827호(레이테이서(Leitheiser) 등), 제4,623,364호(코트링어(Cottringer) 등); 제4,744,802호(슈바벨(Schwabel)), 제4,770,671호(몬로(Monroe) 등); 및 제4,881,951호(몬로 등)에서 찾아볼 수 있다.

바람직한 실시 형태에서, 부 연마 입자는 용융된 산화알루미늄 재료 또는 용융된 알루미나-지르코니아를 비롯한 용융된 산화물 재료, 바람직하게는 용융된 산화알루미늄의 입자로부터 선택된다.

다른 바람직한 실시 형태에서, 부 연마 입자는 초연마 재료, 예를 들어 입방정 질화붕소 및 천연 또는 인조 다이아몬드의 입자들로부터 선택된다. 적합한 다이아몬드 또는 입방정 질화붕소 재료는 결정질 또는 다결정질일 수 있다. 부 연마 입자로서 사용하기에 바람직한 초연마 재료는 입방정 질화붕소이다.

또 다른 실시 형태에서, 부 연마 입자는 탄화규소 재료의 입자로부터 선택된다.

블렌드 내에 포함되는 부 연마 입자는 연마재 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 가질 수 있다. 언급된 바와 같이, 형상화된 연마 입자는 또한 연마재 산업에서 규정된 공칭 등급 또는 공칭 선별 등급을 가질 수 있고, 부 연마 입자의 등급(들)과 본 발명의 형상화된 연마 입자의 등급(들)은 임의의 유용한 등급으로부터 독립적으로 선택될 수 있다.

바람직한 실시 형태에서, 부 연마 입자들은 상기 형상화된 연마 입자의 최대 치수보다 작은 (예를 들어, FEPA에 따른) 공칭 크기 등급(또는, 예를 들어, 복수의 등급들이 사용되는 경우, 등급들)에 의해 특징지어질 수 있다.

예를 들어, 조성물 또는 접합된 연마 용품은, 선택적으로 연마재 산업에서 규정된 공칭 등급에 해당할 수 있는 파쇄된 부 연마 입자(본 명세서에 한정된 바와 같은 연마 조각을 제외) 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 파쇄된 연마 입자는 형상화된 연마 입자보다 더 미세한 크기 등급 또는 등급들(예컨대, 복수의 크기 등급들이 사용되는 경우)을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 파쇄된 연마 입자는 형상화된 연마 입자보다 더 굵은 크기 등급 또는 등급들(예컨대, 복수의 크기 등급들이 사용되는 경우)을 가질 수 있다.

전형적으로, 종래의 파쇄된 연마 입자는 연마 산업 공인 규정 공칭 등급에 따라 독립적으로 크기가 형성된다. 부 연마 입자에 대한 예시적인 연마 산업 공인 분류 표준과 등급은 형상화된 연마 입자에 관하여 언급된 바와 같은 것을 포함한다.

형상화된 연마 입자를 제공하기 위한 방법은 당업계에 알려져 있으며, (1) 용융, (2) 소결, 및 (3) 화학 세라믹에 기초한 기술을 포함한다. 바람직한 형상화된 연마 입자가 화학 세라믹 기술을 사용함으로써 얻어질 수 있지만, 형상화된 비-세라믹 연마 입자가 또한 본 발명의 범주 내에 포함된다. 본 발명의 설명에서, 형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 방법이 특히 형상화된 세라믹 연마 입자, 특히 알루미나를 기재로 하는 형상화된 세라믹 연마 입자에 관하여 기술될 수 있다. 그러나, 본 발명이 알루미나로 제한되는 것이 아니라 복수의 상이한 경질 및 초경질 재료들과 함께 사용하도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 발명에 사용되는 형상화된 연마 입자는 전형적으로, 예를 들어 스탬핑 또는 펀칭과 같은 다른 제조 대안보다 더 높은 특징부 명료도(feature definition)를 제공하는 다이아몬드 공구를 사용하여 절삭된 공구(즉, 주형)를 사용하여 제조될 수 있다. 전형적으로, 공구 표면 내의 공동은 날카로운 에지들을 따라 만나는 평탄한 면들을 가지며, 절두 피라미드의 상면 및 측면들을 형성한다. 생성된 형상화된 연마 입자는 공구 표면 내의 공동의 형상(예컨대, 절두 피라미드)과 일치하는 각각의 공칭 평균 형상을 갖지만, 공칭 평균 형상으로부터의 변화(예컨대, 랜덤한 변화)가 제조 동안에 일어날 수 있고, 그러한 변화를 보이는 형상화된 연마 입자는 본 명세서에 사용되는 바와 같은 형상화된 연마 입자의 정의 내에 포함된다.

형상화된 연마 입자(예를 들어, 알파-알루미나를 기재로 하는 세라믹 입자)는 전형적으로 적합한 전구체(예를 들어, 세라믹 전구체)의 치수 안정성 분산액을 사용하여 다단계 공정에 따라 제조될 수 있다.

이러한 공정에 전형적으로 채용되는 분산액은 적합한 전구체의 임의의 분산액일 수 있고, 이에 의해 본 발명에 적합한 공정에 처해진 후에 형상화된 연마 입자의 형태인 미세 분산된 재료가 의도된다. 전구체는, 예를 들어 베마이트가 알파 알루미나의 화학적 전구체인 것과 같이 화학적 전구체; 예를 들어 감마 알루미나가 알파 알루미나의 형태학적 전구체인 것과 같이 형태학적 전구체; 뿐만 아니라(또는 대안적으로) 알파 알루미나의 미세 분할 형태가 소정 형태로 형성되고 그 형태를 유지하도록 소결될 수 있다는 의미에서 물리적 전구체일 수 있다. 전형적인 경우에, 적합한 전구체의 치수 안정성 분산액은 졸-겔이다.

분산액이 그 용어가 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 물리적 또는 형태학적 전구체를 포함하는 경우에, 전구체는 함께 소결될 때 종래의 접합되고 코팅된 연마 응용에서 유용한 연마 입자를 형성하는 미세 분할 분말 그레인의 형태이다. 이러한 재료는 일반적으로 약 20 마이크로미터 미만, 바람직하게는 약 10 마이크로미터 미만 및 가장 바람직하게는 약 1 마이크로미터 미만의 평균 크기를 갖는 분말 그레인을 포함한다. 물리적 또는 형태학적 전구체의 분산액의 고형물 함량은 바람직하게는 약 40 내지 65%이지만, 최대 약 80%의 보다 높은 고형물 함량이 사용될 수 있다. 유기 화합물은 입자가 그 형상을 유지하도록 충분히 건조될 때까지 현탁제로서 또는 아마도 일시적 결합제로서 그러한 분산액 내에 미세 분할 그레인과 함께 종종 사용된다. 이는, 폴리에틸렌 글리콜, 소르비탄 에스테르 등과 같은 그러한 목적을 위해 일반적으로 알려진 것들 중 임의의 것일 수 있다.

가열시 최종의 안정한 (예를 들어, 세라믹) 형태로 변화되는 화학적 전구체의 고형물 함량은 건조 및 입자의 소결을 위한 소성 동안에 전구체로부터 유리될 수 있는 물을 고려할 필요가 있을 수 있다. 그러한 경우에, 고형물 함량은 약 75% 이하, 그리고 더 바람직하게는 약 30% 내지 약 50%와 같이 전형적으로 다소 더 낮다. 베마이트 겔의 경우에, 약 60% 또는 심지어 40%의 최대 고형물 함량이 바람직하고, 약 20%의 해교된 최소 고형물 함량을 갖는 겔이 또한 사용될 수 있다.

물리적 전구체로부터 제조된 입자는 전형적으로 시딩된 화학적 전구체로부터 형성된 것들보다 더 높은 온도에서 소성될 필요가 있을 것이다. 예를 들어, 시딩된 베마이트 겔의 입자는 약 1250℃ 미만의 온도에서 본질적으로 완전히 치밀화된 알파 알루미나를 형성하는 반면, 알파 알루미나로부터 제조된 입자는 완전 치밀화를 위해 약 1400℃ 초과의 소성 온도를 필요로 한다.

예를 들어, 본 발명에 사용하기에 적합한 방법은 콜로이드 분산액 또는 하이드로졸(때때로, "졸"로 불림)을 선택적으로 다른 금속 산화물 전구체의 용액과의 혼합물 내에서 성분의 이동성을 제한하는 겔 또는 임의의 다른 물리적 상태로 변환하고, 건조시키며, 소성하여 세라믹 재료를 얻는 것을 수반하는 화학 세라믹 기술을 포함한다. 졸은 수용액으로부터 금속 수산화물의 침전에 이은 해교(peptization), 금속 염의 용액으로부터 음이온의 투석, 금속 염의 용액으로부터 음이온의 용매 추출, 휘발성 음이온을 갖는 금속 염의 용액의 열수 분해를 비롯한 여러 가지 방법들 중 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 졸은 선택적으로 금속 산화물 또는 그 전구체를 함유하고, 용매, 예컨대 물의 부분 추출에 의해 겔과 같은 제한된 이동성의 반강성 고체 상태로 변환되며, 겔은 형상화된 연마 그레인을 제공하기 위해 프레싱, 성형 또는 압출과 같은 임의의 편리한 방법에 의해 형상화될 수 있다.

화학 세라믹 기술을 수반하는 예시적인 방법은 세라믹 전구체의 치수 안정성 분산액(예를 들어, 알파 알루미나로 변환될 수 있는 시딩된 또는 시딩되지 않은 졸-겔 알파 알루미나 전구체 분산액을 포함할 수 있음)을 제조하는 단계; 형상화된 연마 입자의 원하는 외부 형상을 갖는 하나 이상의 주형 공동을 세라믹 전구체의 치수 안정성 분산액으로 충전하는 단계; 세라믹 전구체의 안정성 분산액을 건조시켜 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 형성하는 단계; 주형 공동으로부터 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 제거하는 단계; 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 하소하여 하소된 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 형성하는 단계; 및 이어서 하소된 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 소결하여 형상화된 세라믹 연마 입자를 형성하는 단계를 포함한다. 이 공정은 미국 특허 제5,201,916호(버그(Berg) 등)에 더 상세히 기술되어 있다.

본 발명의 형상화된 입자로 제조될 수 있는 재료는 알파 알루미나, 탄화텅스텐, 탄화규소, 질화티타늄, 알루미나/지르코니아 및 입방정 질화붕소(CBN)와 같은 공지된 세라믹 재료, 탄화물, 질화물의 미세 분할 입자들과 같은 물리적 전구체를 포함한다. 또한, 알루미늄 3수화물, 베마이트, 감마 알루미나 및 다른 전이 알루미나(transitional alumina) 및 보크사이트와 같은 화학적 및/또는 형태학적 전구체가 포함된다. 상기의 것들 중 가장 유용한 것은 전형적으로 알루미나와 그의 물리적 또는 화학적 전구체를 기재로 하며, 하기의 구체적인 설명에서, 본 발명에 사용하기에 적합한 방법이 특히 알루미나와 관련하여 예시된다.

알루미나를 기재로 하는 입자의 제조를 위한 소정의 환경에서 바람직한 것으로 밝혀진 다른 성분들은 핵형성제, 예를 들어 미세 분할 알파 알루미나, 산화제2철, 산화크롬 및 알파 알루미나 형태로의 전구체 형태의 변환의 핵을 형성할 수 있는 다른 재료; 마그네슘의 산화물; 티타늄; 지르코늄; 이리듐; 및 다른 희토류 금속 산화물을 포함한다. 이러한 첨가제는 종종 결정 성장 억제제 또는 경계 상 개질제로서 작용한다. 전구체 내의 그러한 첨가제의 양은 대개는 (고형물 기준으로) 약 10 중량% 미만 그리고 대개 5 중량% 미만이다.

또한, 알파 알루미나의 화학적 또는 형태학적 전구체 대신에 입자가 본질적으로 완전 치밀화로 소성되는 동안 일시적 결합제로서 작용하고 현탁액 내에서 이를 유지할 유기 화합물과 함께 미세 분할 알파 알루미나 자체의 슬립(slip)을 사용할 수 있다. 그러한 경우에, 건조 및 소성 동안에 또는 소성 이후에 형상화된 입자의 구조적 완전성을 유지하는 데 있어서 보조제로서 작용할 수 있거나 소성시에 개별 상을 형성할 현탁액 재료 내에서 포함하는 것이 종종 가능하다. 그러한 재료는 불순물로서 존재할 수 있다. 예를 들어 전구체가 미세 분할 보크사이트인 경우에, 분말 그레인들이 함께 소결되어 형상화된 입자를 형성한 후 제2 상을 형성할 작은 비율의 유리질 재료가 존재할 것이다.

알파 알루미나, 마그네슘 알루미나 스피넬(spinel) 및 희토류 육방정계 알루미네이트의 미소결정들로 구성되는 형상화된 세라믹 연마 입자가 또한 사용될 수 있다. 그러한 입자들은 예를 들어 미국 특허 제5,213,591호(셀릭카야 등)와 미국 특허 출원 공개 제2009/0165394 A1호(쿨러(Culler) 등) 및 제2009/0169816 A1호(에릭슨(Erickson) 등)에 기재된 방법에 따라 졸-겔 전구체 알파 알루미나 입자를 사용하여 제조될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 형상화된 세라믹 연마 입자는 다단계 공정에 따라 제조될 수 있다. 이러한 공정이 이제 특히 알루미나에 관하여 더 상세히 기술될 것이다. 일반적으로, 알파 알루미나를 기재로 하는 형상화된 연마 입자는, 당업계에 알려진 바와 같이 겔화되고 소정 형상으로 성형되며 그 형상을 유지하도록 건조되고, 하소되며, 소결되는 산화알루미늄 1수화물의 분산액으로부터 제조될 수 있다. 형상화된 연마 입자의 형상은 결합제의 필요없이 유지된다.

이러한 다단계 공정의 제1 공정 단계는 알파 알루미나로 변환될 수 있는 알파 알루미나 전구체의 시딩된 또는 시딩되지 않은 분산액을 제공하는 단계를 포함한다. 알파 알루미나 전구체 분산액은 흔히 휘발성 성분인 액체를 포함한다. 일 실시 형태에서, 휘발성 성분은 물이다. 분산액은 주형 공동을 충전하고 주형 표면을 복제할 수 있도록 분산액의 점도를 충분히 낮게 하기 위해 충분한 양의 액체를 포함하지만, 나중에 액체를 주형 공동으로부터 제거하는 것이 엄청나게 비싸지게 할 정도로 많은 액체를 포함해서는 안된다. 일 실시 형태에서, 알파 알루미나 전구체 분산액은 산화알루미늄 1수화물(베마이트)의 입자와 같이 알파 알루미나로 변환될 수 있는 2 중량% 내지 90 중량%의 입자와, 적어도 10 중량%, 또는 50 중량% 내지 70 중량%, 또는 50 중량% 내지 60 중량%의 물과 같은 휘발성 성분을 포함한다. 역으로, 알파 알루미나 전구체 분산액은 일부 실시 형태에서 30 중량% 내지 50 중량%, 또는 40 중량% 내지 50 중량%의 고체를 함유한다.

베마이트 이외의 산화알루미늄 수화물도 사용될 수 있다. 베마이트는 공지의 기술로 제조할 수 있거나 구입할 수 있다. 구매가능한 베마이트의 예에는 모두가 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 사솔 노스 아메리카, 인크.(Sasol North America, Inc.)로부터 입수가능한 상표명 "디스퍼랄(DISPERAL)", 및 "디스팔(DISPAL)", 또는 미국 뉴저지주 플로럼 파크 소재의 바스프 코포레이션(BASF Corporation)으로부터 입수가능한 "HiQ-40"을 갖는 제품이 포함된다. 이들 산화알루미늄 1수화물은 비교적 순수한데, 즉 이들은 1수화물 이외에 조금이라도 있다면 비교적 작은 수화물 상을 포함하며 큰 표면적을 갖는다.

생성되는 형상화된 세라믹 연마 입자의 물리적 특성은 일반적으로 알파 알루미나 전구체 분산액에 사용되는 물질의 유형에 따라 좌우될 것이다. 일 실시 형태에서, 알파 알루미나 전구체 분산액은 겔 상태이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "겔"은 액체 내에 분산된 고체의 3차원 네트워크(network)이다.

알파 알루미나 전구체 분산액은 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체를 함유할 수 있다. 개질 첨가제는 연마 입자의 일부 바람직한 특성을 향상시키거나 후속 소결 단계의 효과를 증대시키는 기능을 할 수 있다. 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체는 가용성 염의 형태, 전형적으로는 수용성 염의 형태일 수 있다. 이들은 전형적으로 금속을 함유하는 화합물로 구성되며, 마그네슘, 아연, 철, 규소, 코발트, 니켈, 지르코늄, 하프늄, 크롬, 이트륨, 프라세오디뮴, 사마륨, 이테르븀, 네오디뮴, 란탄, 가돌리늄, 세륨, 디스프로슘, 에르븀, 티타늄, 및 그 혼합물의 산화물의 전구체가 될 수 있다. 알파 알루미나 전구체 분산액에 존재할 수 있는 이들 첨가제의 구체적인 농도는 당업자에 따라서 달라질 수 있다.

전형적으로 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체를 도입하면 알파 알루미나 전구체 분산액이 겔로 될 것이다. 알파 알루미나 전구체 분산액은 또한 일정 기간에 걸친 열의 적용에 의해 겔로 유도될 수 있다. 알파 알루미나 전구체 분산액은 또한 수화되거나 또는 하소된 산화알루미늄의 알파 알루미나로의 변환을 향상시키기 위한 핵형성제(시딩)를 함유할 수 있다. 본 발명에 적합한 핵형성제는 변환의 핵이 될 알파 알루미나, 알파 산화제2철 또는 그의 전구체, 산화티타늄 및 티탄산염, 산화크롬, 또는 그 외의 다른 재료로 된 미세 입자를 포함한다. 사용되는 경우, 핵형성제의 양은 알파 알루미나의 변환을 일으킬 수 있을 정도로 충분하여야 한다. 이러한 알파 알루미나 전구체 분산액의 핵을 형성하는 것은 슈와벨(Schwabel)의 미국 특허 제4,744,802호에 개시되어 있다.

보다 안정한 하이드로졸 또는 콜로이드 알파 알루미나 전구체 분산액을 제조하기 위해 알파 알루미나 전구체 분산액에 펩타이징제(peptizing agent)가 첨가될 수 있다. 적절한 펩타이징제는 일양성자산(monoprotic acid)이거나 또는 초산, 염산, 개미산 및 질산 등의 산 화합물이다. 다양성자산(multiprotic acid)이 또한 사용될 수 있지만, 이는 알파 알루미나 전구체 분산액을 신속하게 겔로 만들어서 추가의 성분을 취급하거나 그것에 도입하는 것을 어렵게 할 수 있다. 베마이트의 일부 상업적 공급원은 안정한 알파 알루미나 전구체 분산액을 형성하는 것을 도와줄 산 역가(acid titer)(예컨대, 흡수된 개미산 또는 질산)를 함유한다.

알파 알루미나 전구체 분산액은 임의의 적합한 수단에 의해, 예를 들어 펩타이징제를 함유하는 물과 산화알루미늄 1수화물을 단순히 혼합함으로써, 또는 펩타이징제가 첨가되는 산화알루미늄 1수화물 슬러리를 형성함으로써 형성될 수 있다.

혼합 중에 기포가 발생하거나 공기를 함유하는 경향을 줄이기 위해 소포제 또는 그 외의 적절한 화학약품이 첨가될 수 있다. 필요에 따라서 습윤제, 알코올 또는 커플링제 등의 추가의 화학약품이 첨가될 수 있다. 알파 알루미나 연마 입자는 에릭슨(Erickson) 등의 미국 특허 제5,645,619호에 개시된 것과 같이 실리카 및 산화철을 함유할 수 있다. 알파 알루미나 연마 입자는 라미(Larmie)의 미국 특허 제5,551,963호에 개시된 바와 같이 지르코니아를 함유할 수 있다. 대안적으로, 알파 알루미나 연마 입자는 미국 특허 제6,277,161호(카스트로(Castro))에 개시된 것과 같이 미세구조체 또는 첨가제를 가질 수 있다.

제2 공정 단계는 적어도 하나의 주형 공동, 바람직하게는 복수의 공동들을 갖는 주형을 제공하는 단계를 포함한다. 주형은 대체로 평탄한 바닥 표면 및 복수의 주형 공동들을 가질 수 있다. 복수의 공동들이 제조 공구에 형성될 수 있다. 제조 공구는 벨트, 시트, 연속 웨브, 윤전 그라비아 롤(rotogravure roll) 등의 코팅 롤, 코팅 롤에 장착된 슬리브, 또는 다이가 될 수 있다. 일 실시 형태에서, 제조 공구는 중합체성 재료를 포함한다. 적합한 중합체성 재료의 예에는 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리(에테르 설폰), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 조합과 같은 열가소성 재료, 또는 열경화성 재료가 포함된다. 일 실시 형태에서, 전체 공구는 중합체성 또는 열가소성 재료로 만들어진다. 다른 실시 형태에서, 복수의 공동들의 표면과 같이 건조 동안에 졸-겔과 접촉하는 공구의 표면은 중합체성 또는 열가소성 재료를 포함하며, 공구의 다른 부분은 다른 재료로 제조될 수 있다. 예로서 표면 장력 특성을 변화시키기 위해 적절한 중합체성 코팅이 금속 공구에 도포될 수 있다.

중합체성 또는 열가소성 공구는 금속 마스터 공구로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 제조 공구에 요구되는 역상의 패턴을 가질 것이다. 마스터 공구는 제조 공구와 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 마스터 공구는 금속, 예를 들어 니켈로 만들어지며, 다이아몬드 선삭된다. 중합체성 시트 재료는 마스터 공구와 함께 가열될 수 있으며, 그 둘을 함께 가압함으로써 중합체성 재료는 마스터 공구 패턴으로 엠보싱된다. 중합체성 또는 열가소성 재료를 또한 마스터 공구 상으로 압출 또는 캐스팅한 다음 압축할 수 있다. 열가소성 재료를 고형화되도록 냉각하여 제조 공구를 생성한다. 열가소성 제조 공구가 이용되는 경우, 과도한 열이 발생하여 열가소성 제조 공구를 변형시켜서 수명을 제한하지 않도록 주의하여야 한다. 제조 공구 또는 마스터 공구의 설계 및 제조에 관한 더 많은 정보를 미국 특허 제5,152,917호(피퍼(Pieper) 등), 미국 특허 제5,435,816호(스퍼게온(Spurgeon) 등); 제5,672,097호(후프만(Hoopman) 등), 제5,946,991호(후프만 등), 제5,975,987호(후프만 등), 및 제6,129,540호(후프만 등)에서 찾을 수 있다.

공동에의 접근은 주형의 상부 표면 또는 바닥 표면의 개구로부터 할 수 있다. 일부 경우에, 공동은 주형의 전체 두께에 대해 연장될 수 있다. 대안적으로, 공동은 주형의 두께의 단지 일부에 대하여 연장될 수 있다. 일 실시 형태에서, 상부 표면은 공동이 실질적으로 균일한 깊이를 갖는 주형의 바닥 표면에 실질적으로 평행하다. 주형의 적어도 일 측면, 즉 공동이 형성되는 측면은 휘발성 성분이 제거되는 단계 동안에 주위의 대기에 노출된 상태로 남을 수 있다.

공동은 형상화된 세라믹 연마 입자를 제조하기 위해 규정된 3-차원 형상을 갖는다. 깊이 치수는 상부 표면으로부터 바닥 표면 상의 최저 지점까지의 수직 거리와 같다. 주어진 공동의 깊이는 균일하거나 그 길이 및/또는 폭을 따라서 변할 수 있다. 주어진 주형의 공동은 동일 형상이거나 다른 형상이 될 수 있다.

제3 공정 단계는 (예를 들어, 종래 기술에 의해) 주형의 공동을 알파 알루미나 전구체 분산액으로 충전하는 단계를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 나이프 롤 코터(knife roll coater) 또는 진공 슬롯 다이 코터(vacuum slot die coater)가 사용될 수 있다. 필요한 경우 주형으로부터 입자를 제거하는 것을 돕기 위해 주형 이형제가 사용될 수 있다. 전형적인 주형 이형제는 땅콩유 또는 광유와 같은 오일, 어유(fish oil), 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 아연스테아레이트 및 흑연을 포함한다. 일반적으로, 주형 이형제가 필요한 경우, 주형의 단위 면적당 약 0.02 mg/㎠ (0.1 mg/in²) 내지 약 0.46 mg/㎠ (3.0 mg/in²), 또는 약 0.02 mg/㎠ (0.1 mg/in²) 내지 약 0.78 mg/㎠ (5.0 mg/in²)의 주형 이형제가 존재하도록, 졸-겔과 접촉하는 제조 공구의 표면에, 물 또는 알코올과 같은 액체 중의 주형 이형제, 예를 들어 땅콩유가 적용된다. 일부 실시 형태에서, 주형의 상부 표면은 알파 알루미나 전구체 분산액으로 코팅된다. 알파 알루미나 전구체 분산액은 상부 표면 상으로 펌핑될 수 있다.

다음으로, 스크레이퍼(scraper) 또는 레벨러 바(leveler bar)를 사용하여 알파 알루미나 전구체 분산액을 주형의 공동 내로 완전히 밀어 넣을 수 있다. 공동으로 들어가지 않은 알파 알루미나 전구체 분산액의 잔여분은 주형의 상부 표면으로부터 제거되어 재활용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 알파 알루미나 전구체 분산액의 적은 부분은 상부 표면에 남을 수 있고, 다른 실시 형태에서는 상부 표면에 실질적으로 분산액이 없다. 스크레이퍼나 레벨러 바에 의해 가해지는 압력은 전형적으로 0.7 MPa(100 psi) 미만, 또는 0.3 MPa(50 psi) 미만, 또는 심지어 69 ㎪(10 psi) 미만이다. 일부 실시 형태에서, 생성되는 형상화된 세라믹 연마 입자의 두께의 균일성을 보장하기 위해서 알파 알루미나 전구체 분산액의 노출된 표면은 실질적으로 상부 표면을 넘어서 연장하지 않는다.

제4 공정 단계는 휘발성 성분을 제거하여 분산액을 건조시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 휘발성 성분은 빠른 증발 속도에 의해 제거된다. 일부 실시 형태에서, 증발에 의한 휘발성 성분의 제거는 휘발성 성분의 비등점을 초과한 온도에서 일어난다. 건조 온도에 대한 상한은 흔히 주형의 재료에 따라서 달라진다. 폴리프로필렌 공구에 있어서, 이 온도는 플라스틱의 융점 미만이어야 한다. 일 실시 형태에서, 약 40 내지 50% 고형물로 된 수분산액 및 폴리프로필렌 주형의 경우, 건조 온도는 약 90℃ 내지 약 165℃, 또는 약 105℃ 내지 약 150℃, 또는 약 105℃ 내지 약 120℃일 수 있다. 더 높은 온도는 향상된 제조 속도로 이어질 수 있지만, 또한 주형으로서의 그 사용 수명을 제한하는 폴리프로필렌 공구의 열화로 이어질 수도 있다.

제5 공정 단계는 결과적으로 생성된 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 주형 공동으로부터 제거하는 단계를 포함한다. 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 주형에서 이하의 공정들, 즉 입자를 주형 공동으로부터 제거하기 위한 중력, 진동, 초음파 진동, 진공 또는 압축 공기를 단독으로 또는 조합하여 사용함으로써 공동으로부터 제거될 수 있다.

전구체 연마 입자는 주형의 외부에서 추가로 건조될 수 있다. 알파 알루미나 전구체 분산액이 주형 내에서 원하는 수준까지 건조된 경우, 이 추가의 건조 단계는 필요하지 않다. 그러나, 일부 경우에는 알파 알루미나 전구체 분산액이 주형 내에 있는 시간을 최소화하기 위해 이 추가의 건조 단계를 이용하는 것이 경제적일 수 있다. 전형적으로, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 50℃ 내지 160℃, 또는 120℃ 내지 150℃의 온도에서 10분 내지 480분, 또는 120분 내지 400분 동안 건조될 것이다.

제6 공정 단계는 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 하소시키는 단계를 포함한다. 하소 동안에, 본질적으로 모든 휘발성 재료가 제거되며, 알파 알루미나 전구체 분산액 중에 존재하는 다양한 성분이 금속 산화물로 변환된다. 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 일반적으로 400℃ 내지 800℃의 온도까지 가열되며, 자유수(free water)와 90 중량%를 초과하는 임의의 결합된 휘발성 재료가 제거될 때까지 이 온도 범위 내에 유지된다. 선택적 단계에서는 함침 공정에 의해 개질 첨가제를 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 수용성 염이 함침에 의해 하소된 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자의 기공 내로 도입될 수 있다. 그 뒤, 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 다시 사전소성된다. 이 선택 사항은 미국 특허 제5,164,348호(우드(Wood))에 추가로 기재되어 있다.

제7 공정 단계는 하소된 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 소결하여 알파 알루미나 입자를 형성하는 단계를 포함한다. 소결 전에, 하소된 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자는 완전히 치밀화되지 않으며, 따라서 형상화된 세라믹 연마 입자로서 사용하는 데 필요한 경도가 부족하다. 소결은 하소된 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자를 1000℃ 내지 1650℃의 온도까지 가열하고, 실질적으로 모든 알파 알루미나 일수화물(또는 등가물)이 알파 알루미나로 변환되고 다공도(porosity)가 15 부피% 미만으로 감소될 때까지 이 온도 범위 내에 유지함으로써 이루어진다. 이 수준의 변환을 달성하기 위해 하소되어진 형상화된 전구체 세라믹 연마 입자가 소결 온도에 노출되어야 하는 시간 길이는 다양한 인자에 따라서 달라지지만 보통은 5초 내지 48시간이 전형적이다.

다른 실시 형태에서, 소결 단계의 기간은 1분 내지 90분이다. 소결 후에, 형상화된 세라믹 연마 입자는 비커스(Vickers) 경도가 10 GPa, 16 GPa, 18 GPa, 20 GPa, 또는 그 초과일 수 있다.

전술한 공정을 변경하기 위해, 예를 들어, 재료를 하소 온도로부터 소결 온도까지 급속하게 가열하고, 알파 알루미나 전구체 분산액을 원심분리하여 슬러지 및/또는 폐기물을 제거하는 것과 같은 다른 단계를 사용할 수 있다. 게다가, 이 공정은 필요에 따라 공정 단계들 중 둘 이상을 조합함으로써 변경될 수 있다. 본 발명의 공정을 변경하는 데 사용할 수 있는 종래의 공정 단계들은 레이테이서의 미국 특허 제4,314,827호에 보다 완전하게 기재되어 있다. 형상화된 세라믹 연마 입자를 제조하기 위한 방법에 관한 더 많은 정보가 미국 특허 출원 공개 제2009/0165394 A1호(쿨러 등)에 개시되어 있다.

적어도 하나의 경사 측벽을 갖는 형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 방법은, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2010/0151196호 및 제2009/0165394호에 기술되어 있다. 개구를 갖는 형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 방법은, 예를 들어 미국 특허 공개 제2010/0151201호 및 제2009/0165394호에 기술되어 있다. 적어도 일 측에 홈들을 갖는 형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 방법은, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2010/0146867호에 기술되어 있다. 접시형 연마 입자를 제조하기 위한 방법은, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2010/0151195호 및 제2009/0165394호에 기술되어 있다. 낮은 진원도 계수를 갖는 형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 방법은, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2010/0319269호에 기술되어 있다. 적어도 하나의 파열된 표면을 갖는 형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 방법은, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2009/0169816호 및 제2009/0165394호에 기술되어 있다. 제2 측이 정점(예를 들어, 이중 테이퍼 형성된 연마 입자) 또는 리지 선(예를 들어, 지붕형 입자)을 포함하는 연마 입자를 제조하기 위한 방법은, 예를 들어 WO 2011/068714호에 기술되어 있다.

본 발명에 따른 조성물 및 접합된 연마 용품은 접합 매체를 포함한다. 접합 매체는 형상화된 연마 입자(그리고 부 연마 입자, 충전제 및 첨가제와 같은 임의의 선택적인 성분)를 접합된 조성물 내에 또는 접합된 연마 용품 내에 유지시키는 역할을 한다.

본 발명에 따르면, 접합 매체는 유리질("유리화된"으로 또한 지칭됨) 접합제 상을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 접합 매체는 유리질 접합제 (상)이다. 유리질 접합제는 형상화된 연마 입자(그리고 본 명세서에 기술된 바와 같은 임의의 선택적인 부 연마 입자)를 조성물 내에 또는 용품 내에 유지시키는 역할을 한다. 연마 입자(형상화된 연마 입자 및 임의의 선택적인 부 연마 입자)를 함께 결합시키는 유리질 접합제 상은 임의의 적합한 조성을 가질 수 있다.

당업계에 "유리화된 접합제", "유리질 접합제", "세라믹 접합제" 또는 "유리 접합제"로 또한 알려져 있는 유리질 접합제 상은 고온으로 가열시 용융 및/또는 융합되어 일체형 유리질 매트릭스 상을 형성하는 하나 이상의 원료의 혼합물 또는 조합물을 포함하는 유리질 접합제 전구체 조성물로부터 제조될 수 있다.

원료는 특별히 제한되지 않는다. 유리질 접합제 상을 형성하기 위한 전형적인 원료는 금속 산화물(준금속 산화물 포함), 비-금속 산화물, 비-금속 화합물, 실리케이트, 및 자연 발생 및 합성 미네랄, 및 이들 원료 중 하나 이상의 조합으로부터 선택될 수 있다.

금속 산화물은, 예를 들어 산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화바륨, 산화리튬, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화철, 산화티타늄, 산화망간, 산화아연, 및 산화코발트, 산화크롬 또는 산화철과 같은 안료로서 특징지어질 수 있는 금속 산화물과 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

비-금속 산화물은, 예를 들어 산화붕소 또는 산화인, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

비-금속 화합물에 적합한 예는 붕산을 포함한다.

실리케이트는, 예를 들어 알루미늄 실리케이트, 보로실리케이트, 칼슘 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 나트륨 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 리튬 실리케이트, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

미네랄은, 예를 들어 점토, 장석, 고령토, 규회석, 붕사, 석영, 소다회, 석회석, 백운석, 백악, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

본 발명에서, 유리질 접합제 상은 또한 프릿(frit), 즉 접합된 연마 용품의 유리질 접합제 상을 형성하기 위해 유리질 접합제 전구체 조성물 내에 채용되기 전에 사전소성된 조성물로부터 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "프릿"이라는 용어는 하나 이상의 프릿 형성 성분들을 포함하는 혼합물을 완전히 블렌딩한 다음에 그 혼합물을 적어도 용융시키기에 충분히 높은 온도로 가열(사전소성으로 또한 지칭됨)하고 유리를 냉각시키며 이를 분쇄함으로써 형성되는 재료에 대한 일반 용어이다. 프릿 형성 성분들은 보통 분말들로서 함께 혼합되고 소성되어 그 혼합물을 용융시키며, 이어서 용융된 혼합물이 냉각된다. 냉각된 혼합물은 미세 분말로 파쇄 및 선별된 다음에 프릿 접합제로서 사용된다. 분말의 분말도(fineness)는 특별히 제한되지 않는다. 예시적인 입자 크기의 예는 ≤ 35 μm 또는 ≤ 63 μm의 입자 크기를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 본 발명의 접합된 연마 용품, 예를 들어 연삭 휠의 유리질 접합제를 제조하기 위해 유리질 접합제 전구체 조성물 내에 사용될 수 있는 것이 이 최종 분말이다.

프릿, 그 공급원 및 조성은 당업계에 잘 알려져 있다. 프릿 형성 성분들은 유리질 접합제를 형성하기 위한 원료로 앞서 언급되었던 재료를 포함한다. 프릿은 잘 알려진 재료이고, 코팅을 위한, 예를 들어 자기, 금속 및 보석류를 위한 에나멜로서, 그러나 또한 기술 세라믹과 연삭 휠의 유리질 접합제를 위해 여러 해 동안 사용되었다. 유리화된 접합된 연마 용품을 위한 프릿뿐만 아니라 세라믹 접합제는 미국 44114-7000 오하이오주 클리블랜드 레이크사이드 애비뉴 1000 소재의 페로 코포레이션(Ferro Corporation) 및 독일 쾰른 소재의 라임볼트 운트 스트리크(Reimbold & Strick)와 같은 공급자로부터 구매가능하다. 유리화된 접합된 연마 용품에서 사용되는 프릿은 전형적으로 500 내지 1300℃의 범위 내의 용융점을 보인다.

본 발명에 따르면, 프릿은 원료에 더하여 또는 원료 대신에 사용될 수 있다. 대안적으로, 유리질 접합제는 비-프릿 함유 조성물로부터 유래될 수 있다.

예를 들어, 유리질 접합제는 0 초과 내지 100 중량% 프릿을 포함하는 유리질 접합제 전구체 조성물로부터 형성될 수 있지만, 더 전형적으로는 그 조성물은 3 내지 70% 프릿을 포함한다. 유리질 접합제 전구체 조성물의 나머지 부분은 비-프릿 재료일 수 있다.

유리화된 접합제 조성물에 적합한 범위는 다음과 같이 규정될 수 있다: 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 25 내지 90 중량%, 바람직하게는 35 내지 85 중량%의 SiO₂; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 40 중량%, 바람직하게는 0 내지 30 중량%의 B₂O₃; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 40 중량%, 바람직하게는 5 내지 30 중량%의 Al₂O₃; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0 내지 3 중량%의 Fe₂O₃; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0 내지 3 중량%의 TiO₂; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 20 중량%, 바람직하게는 0 내지 10 중량%의 CaO; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 20 중량%, 바람직하게는 0 내지 10 중량%의 MgO; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 20 중량%, 바람직하게는 0 내지 10 중량%의 K₂O; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 25 중량%, 바람직하게는 0 내지 15 중량%의 Na₂O; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 20 중량%, 바람직하게는 0 내지 12 중량%의 Li₂O; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 0 내지 3 중량%의 ZnO; 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 0 내지 3 중량%의 BaO; 및 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0 내지 3 중량%의 금속 산화물[예컨대, CoO, Cr₂O₃(안료)].

연마 용품의 제조를 돕고/돕거나 그러한 용품의 성능을 개선하기 위해 유리질 접합된 연마 용품의 제조시 다양한 첨가제를 사용하는 것이 당업계에 알려져 있다. 본 발명의 실시에 있어서 또한 사용될 수 있는 그러한 종래의 첨가제는 윤활제, 충전제, 일시적 결합제 및 가공 조제를 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

유기 결합제가 바람직하게는 일시적 결합제로서 사용된다. 전형적인 일시적 결합제는 덱스트린, 요소 수지(요소 포름알데히드 수지 포함), 다당류, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴레이트, 및 임의의 다른 유형의 접착제 등이다. 이들 결합제는 또한 물 또는 폴리에틸렌 글리콜, 점도 또는 pH 조절제, 및 혼합 조제와 같은 액체 성분을 포함할 수 있다. 일시적 결합제의 사용은 사전소성된 또는 프레싱된 생소지(green pressed body)뿐만 아니라 소성된 용품의 균질성 및 구조적 품질을 개선할 수 있다. 결합제들은 소성 동안에 타서 없어지기 때문에, 이들은 완성된 접합제 또는 연마 용품의 일부가 되지 않는다.

본 발명에 따른 유리화된 접합된 조성물 및 접합된 연마 용품은 임의의 적합한 방법에 따라 제조될 수 있다. 유리화된 접합된 연마 조성물 및 유리화된 접합된 연마 용품(예컨대, 연삭 휠)을 제조하기 위한 당업계에 잘 알려진 절차 및 조건과, 특히 유리질 접합된 졸-겔 알루미나를 기재로 하는 연마 용품을 제조하기 위한 절차 및 조건이 본 발명의 유리화된 접합된 조성물 및 연마 용품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이들 절차는 당업계의 종래의 잘 알려진 장비를 채용할 수 있다. 유리화된 접합된 연마 조성물을 제조하기 위한 예시적인 방법은

(a) 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자 및 유리질 접합제 전구체 조성물과, 선택적으로 일시적 결합제 조성물(예를 들어, 하나 이상의 일시적 결합제(들) 및 기공 유도제(들)로부터 선택되는 하나 이상의 성분 포함) 및 부 연마 입자로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 전구체 조성물을 제공하는 단계; 및

(b) 유리화된 접합된 연마 조성물을 얻도록 유리질 접합제를 생성하기에 적합한 온도에서 (예를 들어, 약 700℃ 내지 약 1500℃로부터 선택된 온도에서) 전구체 조성물을 소성하는 단계를 포함한다.

본 방법은 또한 3차원 전구체 형상을 조성물에 부여하여 전구체 유리화된 접합된 연마 용품을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. "전구체 유리화된 접합된 연마 용품"이라는 용어는 본 발명에서 정의된 바와 같은 표면 프로파일을 활성 표면의 적어도 일부 상에 나타내지 않는 용품을 말한다. 전구체 유리화된 접합된 연마 용품은 국제 표준 ISO 525:1999 및 국제 표준 ISO 603:1999, FEPA(연마 제품의 유럽 생산자 연맹)의 표준에 따른 표준 유형, 또는 다른 표준 및 비표준 유형에 나열된 형상들을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 임의의 3차원 형상을 가질 수 있다. 예시로서, 전형적인 형상들은, 예를 들어 휠, 호닝 스톤(honing stone), 연삭 세그먼트, 마운티드 포인트(mounted point), 연삭 웜(grinding worm) 또는 FEPA 또는 ISO 525:1999, ISO 603:1999 및 다른 표준의 표준 형태에 따른 다른 유형뿐만 아니라 비-표준 개별 유형들을 포함하지만 이로 제한되지 않을 수 있다. 전구체 접합된 연마 용품에 바람직한 형상은 유리화된 접합된 연마 휠, 특히 유리화된 접합된 연삭 휠이다.

유리화된 접합된 연마 용품을 제조하기 위한 예시적인 방법은

(a) 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자 및 유리질 접합제 전구체 조성물과, 선택적으로 일시적 결합제 조성물(예를 들어, 하나 이상의 일시적 결합제(들) 및 기공 유도제(들)로부터 선택되는 하나 이상의 성분 포함) 및 부 연마 입자로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 전구체 조성물을 제공하는 단계;

(b) 전구체 조성물을 원하는 형상으로 형성하여 미가공 구조체(green structure)를 얻는 단계;

(c) 선택적으로, 미가공 구조체를 건조시키는 단계; 및

(d) 단계 (b) 또는 (c)에서 얻은 미가공 구조체를 유리질 접합제를 제조하기에 적합한 온도에서(예를 들어, 약 700℃ 내지 약 1500℃로부터 선택되는 온도에서) 소성하여, 전구체 유리화된 접합된 연마 용품을 얻는 단계를 포함한다.

몇몇 경우에, 전구체 유리화된 접합된 연마 용품은 그와 같이 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명과 더 관련된 경우에, 전구체 유리화된 접합된 연마 용품은, 예를 들어, 그의 표면의 적어도 일부 상에 표면 프로파일을 제공하도록, 전형적으로 그리고 바람직하게는 드레싱에 의해, 하나 이상의 형상 특징부가 추가로 변경된다. 본 발명에서 논의된 바와 같이, 표면의 적어도 일부 상에 표면 프로파일을 갖는 접합된 연마 용품의 제공은 표면 특징부의 치수가 전형적으로는 임의의 크기로 축소될 수 없다는 점에서 어려울 수 있다.

따라서, 추가 태양에 따르면, 본 발명은 또한 접합된 연마 용품을 제조하는 방법으로서, (a) 전구체 유리화된 접합된 연마 용품을 제공하는 단계; 및 (b) 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 상기 전구체 유리화된 접합된 연마 용품의 상기 표면의 적어도 일부 상에 부여하는 단계를 포함하고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는 방법을 제공한다. 본 방법은 바람직하게는 본 발명의 제2 태양에 대해 설명된 바와 같은 특징부를 갖는 접합된 연마 용품을 제공한다. 따라서, 바람직한 실시 형태에서, 높이, 팁 반경, 및 하나 이상의 코너 반경은 본 발명의 접합된 연마 용품에 대해 설명된 바와 같은 바람직한 치수들을 갖는다.

예를 들어, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일은 바람직하게는 팁 반경 R(tip)을 갖는 적어도 하나의 수형 표면 특징부를 포함하고, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다.

단계 b)는 바람직하게는 상기 표면 프로파일을 부여하기 위하여 용품을 드레싱하는 단계를 포함한다. 드레싱은 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이 수행될 수 있고, 드레싱 장치나 (예를 들어, 정적 드레싱 장치와는 대조적으로 회전을 이용함으로써) 드레싱하는 특정 방법은 어느 것도 특별히 제한되지 않는다. 앞서 언급된 바와 같이, 드레싱은 통상, 고정식 드레싱 공구 예컨대 단일점 다이아몬드 드레서, 다이아폼^TM 고정식 드레싱 공구, 다중점 다이아몬드 드레서, 다이아몬드 블레이드 공구 및 MCD 드레싱 블레이드, 또는 회전 드레싱 공구 예컨대 형태 드레싱 롤, PCD 형태 드레싱 롤, 다이아몬드 드레싱 디스크, 다이아몬드 프로파일 롤, 다이아몬드 반경 드레싱 롤, 또는 강 예컨대 경화 공구 강이나 고속 강 또는 경질 금속 예컨대 탄화텅스텐 또는 본 기술 분야에서 공지된 다른 것들로 제조된 파쇄 롤을 이용하여 수행된다.

유리화된 접합된 연마 조성물 또는 용품의 제조 동안에, 분말 형태의 유리질 접합제 전구체 조성물이, 예를 들어, 소성되어진 유리화된 접합 매체의 일부를 형성하지 않는 일시적 결합제(전형적으로, 유기 결합제)와 혼합될 수 있다. 접합된 연마 용품은 전형적으로 연마 그레인, 유리질 접합제 전구체 조성물, 및 선택적으로 일시적 결합제 및 다른 선택적인 첨가제 및 충전제로 구성되는 미가공 구조체를 형성함으로써 제조된다. 형성은, 예를 들어 프레싱이 있거나 없는 성형에 의해 달성될 수 있다. 전형적인 형성 압력은 넓은 범위 내에서 변할 수 있고, 미가공 구조체의 조성에 따라 0 내지 400 ㎏/㎠ 범위의 압력으로부터 선택될 수 있다. 이어서, 그와 같은 전구체 조성물 또는 미가공 구조체가 소성된다. 유리질 접합제 상은 통상적으로 소성 단계로, 전형적으로 약 700℃ 내지 약 1500℃의 범위 내의, 바람직하게는 약 750℃ 내지 약 1350℃의 범위 내의, 가장 바람직하게는 약 800℃ 내지 약 1300℃의 범위 내의 온도(들)에서 제조된다. 양호한 결과가 또한 약 1000℃ 이하의, 또는 약 1100 내지 약 1200℃의 온도에서 얻어질 수 있다. 유리질 접합제 상이 형성되는 실제 온도는, 예를 들어 특정 접합제 화학적 성질에 의존한다.

유리질 접합제 전구체 조성물의 소성은 전형적으로, 온도를 장기간(예컨대, 약 10 내지 130 시간)에 걸쳐 실온으로부터 최대 온도로 상승시키고, 최대 온도에서 예컨대 1 내지 20 시간 동안 유지시킨 다음에, 소성된 용품을 장기간, 예컨대 10 내지 140 시간에 걸쳐 실온으로 냉각시킴으로써 달성된다. 소성 단계를 위해 선택되는 온도와 유리질 접합제 상의 조성이 유리화된 접합된 조성물 또는 연마 용품 내에 함유되는 연마 입자(형상화된 선택적인 부 입자)의 물리적 특성 및/또는 조성에 해로운 영향을 미치지 않도록 선택되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 유리화된 접합된 조성물 및 접합된 연마 용품은 형상화된 연마 입자(본 발명에 따라 한정된 바와 같음)와 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함한다. 게다가, 조성물 및 접합된 연마 용품은 부 연마 입자, 충전제 및 첨가제로부터 선택되는 하나 이상의 선택적인 성분을 포함할 수 있다.

연마 입자(본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 부 연마 입자를 포함하는 블렌드 내에 포함될 수 있음)의 양은 광범위하게 변할 수 있고, 예를 들어 10 내지 80 부피%, 그리고 더 바람직하게는 25 내지 60 부피%의 범위일 수 있다.

접합 매체의 양이 또한 광범위하게 변할 수 있고, 예를 들어 1 내지 60 부피%, 더 바람직하게는 2.5 내지 40 부피%의 범위일 수 있다.

바람직하게는, 접합된 연마 용품은 적어도 1.20 g/㎤의, 더 바람직하게는 적어도 1.30 g/㎤의 밀도를, 그리고 더욱 더 바람직하게는 1.35 내지 2.65 g/㎤의 범위로부터 선택되는 밀도를 갖는다.

선택적으로, 조성물 및 접합된 연마 용품은 다공도를 포함할 수 있다. 다공도를 포함하는 접합된 연마 용품은, 높은 재료 제거를 위한 칩 간극을 제공할 수 있고 더 많은 냉각제를 접촉 영역 내로 운반하면서 마찰을 감소시킬 수 있으며 자기-첨예화 과정을 최적화시키는 개방 구조(상호링크된 또는 상호연결된 다공도)를 갖는다. 다공도는 접합된 연마 용품이 사용되거나 마모된 연마 입자를 탈락시켜 새로운 절삭 에지 또는 새로운 연마 입자를 노출시킬 수 있게 한다.

본 발명에 따른 조성물 및 접합된 연마 용품은 다공도의 임의의 유효 범위, 예를 들어 약 5 내지 약 80 부피%, 바람직하게는 약 20 내지 약 70 부피%를 가질 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 조성물 및 접합된 연마 용품은 다공도를 포함한다. 다공도는 접합된 연마 용품 내에 포함되는 재료의 패킹 밀도에 의해 제공되는 자연적인 간격에 의해 그리고 당업계에 알려진 바와 같은 기공 유도 성분에 의해 또는 둘 모두에 의해 형성될 수 있다.

기공 유도 성분은 일시적 성분(즉, 최종 접합된 연마 조성물 내에 또는 최종 접합된 연마 용품 내에 존재하지 않는 성분), 비-일시적 성분 (즉, 최종 조성물 내에 그리고 최종 용품 내에 존재하는 성분) 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 기공 유도 성분은 완성된 조성물 또는 연마 용품 내에 어떠한 화학적 흔적도 남기지 않아야 하고(즉, 일시적 성분이어야 하고), 제거시 확장되지 않으며, 연마 입자와 잘 혼합되고, 원하는 유형(예컨대, 상호연결형) 및 정도의 다공도를 제공할 수 있다. 기공 유도 성분은 전형적으로 총 조성물 및 용품의 0 내지 40 부피% 범위의 양으로 각각 사용된다. 전형적인 비-일시적 기공 유도 성분은 유리, 세라믹(산화알루미늄) 및 유리 입자와 같은 재료로 제조되는 중공 구체와 같은 재료로부터 선택될 수 있다. 전형적인 일시적 기공 유도 성분은 중합체 재료(발포된 중합체성 재료 포함) 코르크, 분쇄된 호두 껍질, 목재 입자, 유기 화합물(예를 들어, 나프탈렌 또는 파라다이클로르벤젠) 및 이들의 조합과 같은 재료로부터 선택될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 조성물 및 연마 용품은 (일시적 기공 유도 성분으로서의) 나프탈렌을 사용함으로써 유도되는 다공도를 포함한다.

본 발명에 따른 접합된 연마 조성물 및 용품은, 당업계에 알려진 바와 같이, 예를 들어 충전제 및 첨가제와 같은 추가의 성분을 함유할 수 있다. 본 발명에 따른 조성물 내에 또는 용품 내에 포함될 수 있는 선택적인 첨가제의 예들은, 전술된 바와 같은 비-일시적 기공 유도제와, 윤활제, 충전제, 일시적 결합제 및 가공 조제를 포함하지만 이로 제한되지 않는, 유리질 접합제를 제조할 때 사용되는 임의의 성분들을 포함한다.

본 발명에서 한정된 바와 같은 표면 프로파일을 제외하고, 본 발명에 따른 접합된 연마 용품은 표면 프로파일에 의해 전달될 수 있는 임의의 3차원 기본 형상을 가질 수 있다. 특정 기본 형상(예를 들어, 휠-형상 또는 세그먼트 형상)은 특별히 제한되지 않는다. 전형적으로, 기본 형상은 의도되는 연삭 응용(연삭 방법, 연삭 조건 및 공작물 포함)뿐만 아니라 고객 요구와 같은 요인에 따라 선택된다. 예를 들어, 국제 표준 ISO 603:1999는 모두 본 발명에 유용한 접합된 연마 용품들의 적합한 형상들을 열거한다. FEPA(연마재의 유럽 생산자 연맹)의 표준 또는 다른 표준들에 따른 표준 유형 및 비-표준 유형이 또한 사용될 수 있다.

예시로서, 전형적인 형상들은, 예를 들어 휠, 호닝 스톤, 연삭 세그먼트, 마운티드 포인트, 연삭 웜 또는 FEPA 또는 ISO 525:1999 및 ISO 603:1999 및 다른 표준의 표준 형태에 따른 다른 유형뿐만 아니라 비-표준 개별 유형들을 포함하지만 이로 제한되지 않을 수 있다.

바람직한 접합된 연마 용품은 유리화된 접합된 연마 휠, 특히 유리화된 접합된 연삭 휠이다.

본 발명에 따른 연마 휠의 직경은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 1 mm 내지 2000 mm, 또는 10 mm 내지 1200 mm, 또는 100 mm 내지 750 mm의 범위로 선택될 수 있지만, 다른 치수들이 또한 사용될 수 있다. 마찬가지로, 연마(연삭) 휠의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 두께는 전형적으로 2 내지 600 mm, 또는 5 내지 350 mm, 또는 10 mm 내지 300 mm의 범위로 선택될 수 있지만, 다른 치수들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 보어 직경은 0 mm 내지 800 mm, 더 전형적으로는 4 mm 내지 400 mm, 또는 8 mm 내지 350 mm의 범위일 수 있다.

연마 용품(바람직하게는 연삭 휠)의 특정 설계는 제한되지 않으며, "모놀리식(monolithic)" 설계 및 "구역(zonal)" 설계(예를 들어, 세그먼화된 설계 및 층상 설계)로부터 선택될 수 있다. 둘 모두의 설계는 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지, 중축합물, 및 페놀 수지로부터 선택되는 수지와 같은 접착제의 사용에 의한 보어의 강화를 포함할 수 있다.

연마 입자(즉, 하나 이상의 유형의 형상화된 연마 입자 및 선택적으로 하나 이상의 유형의 부 연마 입자)들은 연마 용품 내에 균질하게 또는 불균질하게 분포될 수 있으며, 예를 들어 연마 용품의 선택된 영역, 층, 세그먼트 또는 부분에 분포되거나 집중될 수 있다. 균질한 또는 불균질한 분포는 균질한 블렌드로서 또는 상이한 유형의 연마 입자들이 단지 연마 용품의 선택된 영역, 층, 세그먼트 또는 부분에만 위치 및 분포되는 방식으로 존재할 수 있다.

예를 들어, 접합된 연마 휠은 외측 구역(흔히 림(rim) 또는 주연부(periphery)로 또한 지칭됨) 및 내측 구역(흔히 코어 또는 중심 부분으로 또한 지칭됨)을 포함하는 적어도 2개의 별개의 섹션들을 포함할 수 있다. 이러한 별개의 섹션들은 접합제의 조성(예를 들어, 접합 재료의 유형 또는 존재하는 다공도의 양), 연마 입자의 형상(예를 들어, 형상화된 연마 입자 대 파쇄된 연마 입자, 또는 제1 형상 대 제2 형상), 연마 입자의 그릿 크기(예를 들어, 보다 미세한 그릿 대 보다 굵은 그릿), 및 연마 입자의 양(예를 들어, 연마 입자의 존재 또는 부재 또는 제1(예를 들어, 많은) 양 대 제2(예를 들어, 적은) 양)으로부터 선택되는 하나 이상의 태양들의 차이에 기초하여 제공될 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 외측 구역은 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자를 포함하는 반면, 내측 구역은 그렇지 않다. 다른 실시 형태들에서, 내측 구역은 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자를 포함하는 반면, 외측 구역은 그렇지 않다.

연마 휠은 또한 비-유리질 접합 재료(예를 들어, 플라스틱 등)로 제조되는 내측 구역을 포함할 수 있다.

접합된 연마 용품이 연삭 휠과 같은 연마 휠이면, 연마 입자는 휠의 중간을 향해 또는 외측 구역, 즉 주연부에만 집중될 수 있다. 중심 부분은 상이한 양(보다 많거나 보다 적은)의 연마 입자를 함유할 수 있다.

구역 설계에 대한 다른 예는 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자를 함유하는 림 및 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자를 선택적으로 함유하는, 바람직하게는 함유하지 않는 내측 구역을 갖는, 연삭 휠과 같은 연마 휠이다. 이 설계의 내측 구역은 선택적으로 동일하거나 상이한 그릿 크기를 가질 수 있는 부 연마 입자(예컨대, 용융된 알루미나, 소결된 알루미나)를 함유할 수 있다. 이 설계는 또한 형상화된 연마 입자의 부재로 인해 연삭 휠 비용을 최소화시키도록 그리고 동시에 파열 속도를 증가시키도록 의도되는 특수 중심 설계로 또한 지칭된다.

다른 변형에서, 연마 휠은 연마 휠의 상이한 측들에 위치되는 2가지 이상의 유형들의 연마 입자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 연마 입자가 휠의 일 측에 위치될 수 있고, 상이한 연마 입자가 대향 측에 위치될 수 있다. 제1 또는 제2 연마 입자 또는 둘 모두는 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자로부터 선택된다. 그러나, 전형적으로, 모든 연마 입자들이 서로 간에 균질하게 분포되는데, 그 이유는 휠의 제조가 더 쉽고, 연마 입자들 또는 둘 이상의 유형들이 서로 근접하게 위치될 때 연삭 효과가 최적화되기 때문이다.

일 실시 형태에서, 본 발명에 따른 연마 입자들은 접합된 연마 용품 전반에 걸쳐 균질하게 분포된다.

고도로 바람직한 실시 형태에 따르면, 조성물 또는 용품은 형상화된 연마 입자들의 대부분을, 즉 형상화된 연마 입자들과 임의의 선택적인 부 연마 입자들의 총량을 기준으로 형상화된 연마 입자들의 적어도 50 중량% 및 최대 100 중량%를 포함한다. 더 바람직하게는, 조성물 또는 용품은 형상화된 연마 입자들과 임의의 선택적인 부 연마 입자들의 총량을 기준으로 형상화된 연마 입자들의 적어도 70% 또는 80 중량% 그리고 더욱 더 바람직하게는 90 중량% 초과를 포함한다.

고도로 바람직한 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 조성물 또는 용품은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 평평한 삼각형들 또는 평평한 사각형들의 형태의 형상화된 연마 입자들을 포함하는데, 즉 상기 제1 기하학적 형상 및 상기 제2 기하학적 형상은 크기가 상이할 수 있거나 또는 상이하지 않을 수 있는 실질적으로 동일한 기하학적 형상들을 갖고, 상기 동일한 기하학적 형상들은 둘 모두, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 삼각형 및 사각형 형상들로부터, 더 바람직하게는 삼각형 형상들로부터 선택된다.

다른 고도로 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수(또는 길이)는 약 50 μm 내지 2650 μm의 범위, 그리고 더 전형적으로는 약 100 μm 내지 약 1400 μm의 범위로부터 선택된다.

바람직하게는, 조성물 또는 용품은 상기 특징부들의 하나 이상의 조합, 즉 형상화된 연마 용품들의 대부분, 평평한 삼각형들 또는 평평한 사각형들의 형태인 형상화된 연마 입자들, 및 약 50 μm 내지 2650 μm로부터, 그리고 더 전형적으로는 약 100 μm 내지 약 1400 μm 범위로부터 선택되는 형상화된 연마 입자들의 최대 치수로부터 선택되는 하나 이상의 특징부의 조합을 포함한다.

추가 태양에서, 본 발명은 또한 공작물을 제공하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 방법은 (1) 초기 형상을 갖는 공작물을 제공하는 단계, (2) 본 발명에 따른 연마 용품의 적어도 일부를 상기 공작물의 표면과 마찰 접촉시키는 단계; 및 (3) 공작물의 표면의 적어도 일부를 연마하도록 공작물 또는 연마 용품 중 적어도 하나를 이동시켜 최종 형상을 갖는 공작물을 제공하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 최종 형상은 전형적으로, 그의 표면의 적어도 일부 상에 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 적어도 부분적으로 대응하는 최종 공작물 표면 프로파일을 포함한다.

바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 최종 공작물 표면 프로파일은 적어도 하나의 최종 공작물 표면 특징부를 포함하고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 적어도 하나의 최종 공작물 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는다. 최종 공작물 표면 특징부는 전형적으로 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 상보적인 대응부를 갖는다.

전형적인 경우에, 표면 프로파일은 밸리, 리지 및 밸리의 패턴, 삼각 함몰부, 삼각 곡선, 정현 곡선, 및 본 기술 분야에서 공지된 다른 것들을 포함하지만 그로 제한되지 않는 패턴들로부터 선택될 수 있다. 실시 형태에서, 상기 최종 공작물 표면 특징부는 전형적으로 접합된 연마 용품의 표면 프로파일 내의 상기 수형 표면 특징부에 대응하는 암형 표면 특징부이다. 따라서, 바람직한 실시 형태에서, 상기 표면 프로파일은 루트 반경 R(root)을 나타내는 적어도 하나의 암형 표면 특징부를 포함하고, 상기 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다.

본 발명에서 사용되는 바와 같이, "루트 반경"이라는 용어는, 임의의 특정 연삭 응용 또는 임의의 특정 최종 공작물 프로파일 유형과 관계 없이, 최종 공작물 프로파일에서의 암형 표면 특징부의 루트 영역을 대략적으로 나타내려는 것이다. "루트 영역"이라는 용어는 본 명세서에서, 암형 표면 특징부의 최소점을 포함하는 암형 표면 특징부의 프로파일 영역으로 지칭된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 루트는 임의의 종류의 공작물 프로파일과 관련될 수 있고, 그러한 공작물들은 본 발명의 다양한 실시 형태에서 바람직할 수 있지만 나사 또는 기어의 형태인 공작물로 제한되지 않는다.

다시 말하면, 상기 최종 공작물 표면 프로파일은 바람직하게는, 접합된 연마 용품에 의해 나타나는 상기 표면 프로파일 내에 포함된 상기 수형 표면 특징부에 대응하는 적어도 하나의 암형 표면 특징부를 포함한다.

따라서, 암형 표면 특징부는 바람직하게는 접합된 연마 용품 내의 팁 반경 R(tip)에 대응하는 루트 반경 R(root)을 포함한다.

전형적으로, 최종 공작물 프로파일 내의 암형 표면 특징부는 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 포함되는 수형 표면 특징부에 대응한다. 바람직한 암형 표면 특징부는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 바람직한 수형 표면 특징부에 대응한다. 그러나, 적어도 하나의 암형 표면 특징부의 특정 형상이 제한되지는 않는다. 예를 들어, 암형 표면 특징부는 (비록 필요한 요건이 아니더라도) 수형 표면 특징부에 대해 설명된 바와 같이 종축을 가질 수 있다. 암형 표면 특징부에 대한 "종축"은 암형 표면 특징부로 그리고 암형 표면 특징부의 루트 또는 바닥 영역(즉, 암형 표면 특징부의 최소점을 둘러싸는 영역)을 통하여 그려질 수 있는 생각되는 기준 선으로부터 연장된 축으로서 이해된다.

상기 암형 표면 특징부의 형상은 상기 종축에 대칭일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 암형 표면 특징부의 형상은 상기 종축에 대칭이 아닐 수 있다.

암형 표면 특징부는 대체로, 암형 표면 특징부의 바닥 (또는 루트) 영역을 둘러싸는 두 개의 플랭크(측면)를 포함한다. 바닥 영역은 전형적으로 암형 표면 특징부의 최소점을 포함한다. 바닥 영역은 두 개의 측면들 또는 플랭크들을 연결하는 암형 표면 특징부의 그러한 표면 프로파일 부분을 대략적으로 나타내려고 하는 것이고 그 영역의 임의의 특정 프로파일 형상으로 제한되도록 하려는 것은 아니다. 따라서, 바닥 영역은 평평하거나 둥근 표면 특징부들을 그리고 뾰족한 표면 특징부를 - 바람직하게는 루트 반경 R(root)에 대해, 그러한 특징부들이 본 발명에 따른 치수 요건에 따르는 한 - 동일하게 포함할 수 있다.

플랭크의 특성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 두 개의 플랭크들은 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 두 개의 플랭크들은 (본 명세서에서 정의된 바와 같이) 암형 표면 특징부의 종축에 대해 서로 대칭일 수 있거나 또는 이들은 두 개의 플랭크들 사이에 어떠한 종류의 대칭도 야기하지 않는 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 두 개의 플랭크들은 실질적인 직선일 수 있으며, 이 경우 바닥 영역은 실질적인 직선이 암형 표면 특징부의 최소점을 포함하는 곡선으로 변환되는 시작하는 부분을 포함할 것이다.

두 개의 플랭크들은, 비록 필요한 요건이 아니더라도, 각 ε'을 포함하도록 서로에 대해 경사져 있을 수 있다. 다른 실시 형태에서, 두 개의 플랭크들은 실질적으로 서로 평행할 수 있다(이는 본 명세서에서 약 0°의 각 ε'에 대응하도록 정의된다). 주로, 각 ε'은 제한되지 않는다. 전형적인 경우에, 각 ε'은 약 100° 미만, 더 전형적으로는 약 85° 미만, 또는 더욱 더 전형적으로는 약 90° 이하로 선택된다. 바람직한 경우에, 각 ε'은 약 28 내지 약 82°, 더 바람직하게는 약 33° 내지 약 65°, 그리고 더욱 더 바람직하게는 약 55° 내지 약 63°의 범위가 되도록 선택된다. 그러나, 이들 범위는, 심지어 다른 바람직한 실시 형태에는 각 ε'이 예를 들어 약 25° 내지 약 45°의 범위가 되도록 선택될 수 있기 때문에, 제한하는 것으로 이해되는 것은 아니다. 또 다른 실시 형태에서, 실질적으로 29°, 30°, 35°, 45°, 55°, 60°, 80° 또는 90°에 대응하는 (그리고 바람직하게는 그와 동일한) 각 ε'을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

각 ε'은 전형적으로 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에서의 각 ε에 대응한다. 예들은 나사산의 각(나사산의 인접한 플랭크들 사이의 각), 또는 기어의 인접한 플랭크들 사이의 각을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

전형적인 암형 표면 특징부의 예는 밸리, 루트, 코너, 에지, 및 다른 암형 프로파일 요소들을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

바람직한 암형 표면 특징부는 도 3에 도시된 것들을 포함하지만 이로 제한되지 않는 바람직한 수형 표면 특징부에 대응한다.

다시 말하면, 상기 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 바람직하게는 R(root) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다. 더 바람직하게는, 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ L_max, 또는 더 바람직하게는 R(root) ≤ 0.8 L_max, 또는 R(root) ≤ 0.7 L_max, 또는 R(root) ≤ 0.6 L_max에 의해 특징지어진다. 더욱 더 바람직하게는, 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ 0.5 L_max, 또는 R(root) ≤ 0.4 L_max에 의해 특징지어진다. 가장 바람직한 경우에, 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ 0.35 L_max에 의해 특징지어진다.

"루트 반경", 또는 "R(root)"이라는 용어는 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 대체적으로, 암형 표면 특징부의 최소점 둘레의 영역으로 맞춰질 수 있는 최소 곡률 반경을 나타낸다. 앞서 설명된 바와 같이, 최종 공작물 프로파일 내의 루트 반경 R(root)(예컨대 나사산의 또는 기어의 루트 반경)은 전형적으로 접합된 연마 용품의 표면 프로파일의 팁 반경 R(tip)에 대응한다. 특별히 제한되지는 않지만, 바람직한 실시 형태에서, 루트 반경 R(root)은 약 0.01 mm 내지 약 6.00 mm의 범위, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 3.00 mm의 범위로부터 선택된다.

다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 최종 공작물 프로파일은 적어도 하나의 코너 반경 R(corner)(전형적으로는, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일 내의 코너 반경에 상보적인 코너 반경)을 나타내는 표면 특징부를, 팁 반경 대신에 또는 그에 더하여, 포함한다. 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 바람직하게는 R(corner) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다. 더 바람직하게는, 코너 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(corner) ≤ L_max, 또는 더 바람직하게는 R(corner) ≤ 0.8 L_max, 또는 R(corner) ≤ 0.7 L_max, 또는 R(corner) ≤ 0.6 L_max에 의해 특징지어진다. 더욱 더 바람직하게는, 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(corner) ≤ 0.5 L_max, 또는 R(corner) ≤ 0.4 L_max에 의해 특징지어진다. 가장 바람직한 경우에, 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(corner) ≤ 0.35 L_max에 의해 특징지어진다.

하나 이상의 코너 반경에 더하여 팁 반경을 포함할 수 있는 최종 공작물 프로파일의 예는 단차 프로파일을 포함하지만 그로 제한되지 않는다.

본 발명의 접합된 연마 용품은 유리하게는 광범위한 연삭 응용들에 사용될 수 있다.

이로운 효과는 특히 높은 재료 제거율을 수반하는 연삭 응용, 특히 러핑(roughing) 및 반-러핑(semi-roughing) 작업으로부터 선택되는 연삭 응용, 즉 전형적으로 높은 재료 제거율을 수반하는 응용에서 달성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 높은 재료 제거율을 수반하는 연삭 응용으로 제한되는 것이 아니라, 또한 유리하게는 마무리 작업과 같은, 높은 재료 제거율을 수반하지 않는 연삭 응용에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 접합된 연마 용품은 러핑 작업으로부터 반-러핑 작업을 거쳐 마무리 작업에 이르는 광범위한 연삭 응용에 적합하게 사용될 수 있다.

특히, 접합된 연마 용품은 공작물의 표면의 적어도 일부 상에 최종 공작물 프로파일, 특히 본 명세서에서 한정된 바와 같은 최종 공작물 프로파일의 생성을 포함하는 임의의 종류의 연삭 응용에 적절히 사용될 수 있다(그러한 연삭 응용은 또한 본 명세서에서 간략하게 "프로파일 연삭 응용"이라 한다).

전형적으로는, 특히 본 발명에 따라 정밀하게 (즉, 날카롭게) 부여될 수 있는 프로파일의 깊은 영역에서, 최종 공작물 표면 프로파일의 정밀한 생성에 관하여, 고정밀 연삭을 필요로 하는 연삭 응용에서 특히 유리한 효과가 달성될 수 있다.

예시적인 연삭 응용은 표준화된 연삭 응용 및 비-표준화된 연삭 응용, 예를 들어 DIN-8589:2003에 따른 방법들을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

본 발명의 접합된 연마 용품은 나사 연삭, 기어 연삭, 원통 연삭, 및 평면 연삭을 포함하지만 이로 제한되지 않는 응용에 특히 유용하다.

그러한 사용은 임의의 특정 나사산, 기어 또는 표면 프로파일을 제공하는 데 제한되지 않는다. 오히려, 당업자는 원하는 공작물 프로파일에 기초하여 적합한 연삭 응용을 용이하게 수립할 수 있다. 본 발명의 접합된 연마 용품은 모든 종류의 나사산, 기어 또는 표면 프로파일을 제공하는 데 사용될 수 있다.

예시적인 나사산은 V-나사산(예를 들어, DIN 13에 따름), 위트워어드(Whitworth) 나사산(예를 들어, DIN 11에 따름), 파이프 나사산(예를 들어, DIN 11에 따름), 너클 나사산(예를 들어, DIN 405에 따름), 아크미(acme) 나사산(예를 들어, DIN 103에 따름), 사다리꼴 미터 나사산(예를 들어, DIN 103에 따름), 톱니 나사산(예를 들어, DIN 513에 따름), 및 강재 도관 나사산(예를 들어, DIN 40430에 따름)을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

예시적인 기어는 스퍼 기어(치형부(teeth)의 선행 에지가 기어의 회전 축과 평행한 기어; 예를 들어, DIN 868에 따름) 및 헬리컬 기어(치형부의 선행 에지가 회전 축과 평행하지 않고 일정 각으로 설정된 기어; 예를 들어, DIN 868에 따름), 외접 및 내접 기어, 베벨 기어, 나선형 베벨 기어, 하이포이드(hypoid) 기어, 크라운 기어, 웜, 비원형 기어, 랙 앤 피니언 기어, 유성 기어 장치(epicyclic gear), 선 및 유성 기어(sun and planet gears), 하모닉 드라이브(harmonic drive), 및 케이지(cage) 기어를 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

예시적인 표면 프로파일은 밸리, 밸리 및 리지의 패턴, 삼각 함몰부, 삼각 곡선, 정현 곡선, 및 본 기술 분야에서 공지된 다른 것들로부터 선택된 패턴을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

연마 동안에 인가되는 힘은 특별히 제한되지 않으며, 연삭 응용에 기초하여 선택될 수 있다.

사용 동안에, 접합된 연마 용품은 건식 또는 바람직하게는 습식으로 사용될 수 있다. 습식 연삭 동안에, 접합된 연마 용품은 전형적으로 예를 들어 물 또는 구매가능한 윤활제(냉각제로 또한 지칭됨)를 함유할 수 있는 연삭 유체와 함께 사용된다. 습식 연삭 동안에, 공작물과 휠을 냉각시키고 계면을 윤활시키며 절삭 부스러기(칩)를 제거하고 휠을 세정시키기 위해 윤활제가 흔히 사용된다. 윤활제는 전형적으로 연삭 영역에 직접 적용되어, 유체가 연삭 휠에 의해 유실되지 않는 것을 보장한다. 사용되는 윤활제의 유형은 공작물 재료에 의존하고, 당업계에 알려진 바와 같이 선택될 수 있다.

일반적인 윤활제는 물과의 혼합 능력에 기초하여 분류될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 제1 부류는 광유(전형적으로 석유계 오일) 및 식물성 오일과 같은 오일을 포함한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 제2 부류는 윤활제(예를 들어, 광유계 윤활제; 식물성 오일계 윤활제 및 반-합성 윤활제)의 에멀젼, 및 윤활제(전형적으로 반-합성 및 합성 윤활제)와 물의 용액을 포함한다.

본 발명에 따른 연마 용품은 연삭 방법을 위한 특수한 임의의 연삭기에 사용될 수 있다. 연삭기는 임의의 적합한 속도로, 대체적으로 약 10 내지 250 m/s의 속도로 전동식, 유압식 또는 공압식으로 구동될 수 있다.

본 발명에 따른 접합된 연마 용품은, 예를 들어 공작물을 연마하는 데 유용하다. 접합된 연마 용품은 금속, 예를 들어 강(분말 야금강 및 강 합금, 탄소강, 연강, 공구강, 스테인리스강, 경화강, 볼 베어링강, 냉간 가공강, 주철 포함), 비철 금속 및 합금(예를 들어, 알루미늄, 티타늄, 청동 등), 경질 금속(예를 들어, 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 질화티타늄, 서멧(cermet) 등), 세라믹(산화물 세라믹, 실리케이트 세라믹, 비-산화물 세라믹과 같은 기술 세라믹), 및 유리로 제조되는 공작물에 사용하기에 특히 적합할 수 있다. 그러나, 접합된 연마 용품의 용도는 이들 예시된 공작물 재료에 대한 용도로 제한되지 않는다.

본 발명의 접합된 연마 용품은 미세한 최종 공작물 프로파일, 특히 날카로운 루트를 갖는 것을 정밀하게 부여하도록 의도된 임의의 연삭 응용에 특히 유용하다. 바람직한 연삭 응용은 하기에서 추가로 설명되는 나사 연삭, 기어 연삭, 평면 연삭 및 원통 연삭을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

기어 연삭

본 발명에 사용되는 바와 같은 "기어 연삭"이라는 용어는 일반적으로 기어의 창성 연삭 및 프로파일 연삭의 방법을 지칭한다. 기어 휠들은 기어박스(gearbox)의 변속비를 결정하며; 기어 장치(gearing)의 제2 기본 법칙에 따르면, 이 비는 이전의 치형부가 맞물림해제되기 전에 다음의 치형부가 이미 맞물린 경우에 단지 일정하게 유지될 것이다. 치뿌리면(tooth flank)의 표면이 더 완벽하게 연삭될수록, 형태 맞춤이 더 양호해지고, 기어 박스는 더 원활하고 조용하게 작동된다. 치뿌리면의 기계가공의 공정은 치수 정밀도 및 형상 정밀도 면에서 어려운 요구를 초래하고, 또한 특히 구성요소의 에지 구역 특성에 어려운 요구를 부과한다. 거시 및 미시 기하학적 형상 - 치형부에 의해 발생되는 소음의 양 및 유형에 영향을 끼침 - 면에서의 매우 작은 편차가 품질 요건에 따라 엄격한 한계 내에서 허용가능할 수 있는 반면, "0의 허용 오차(zero tolerance)" 방침이 치뿌리면의 에지 구역에 적용된다. 구조체에 대한 영향의 결과로서 에지 구역의 손상은 치형부의 보다 빠른 마모에 기여할 것이고, 극단적인 경우에, 치형부가 파열되고 파단되게 할 수 있다. 이들 요건의 맥락에서, 모두 본 발명의 범주 내에 포함되는 상이한 기술들이 유용할 수 있다.

예시적인 기어 연삭 기술은 하기를 포함한다:

- 연삭 웜(worm)을 사용한 연속 창성 연삭 기술에 의한 기어 연삭: 접합된 연마 용품(전형적으로, 연삭 휠)은 연삭 웜에 대응하는 형상을 가지며, 그의 기본 치형부 프로파일은 항상 랙(rack) 프로파일로서 보여야 한다. 기어 장치와 연삭 웜의 연속 창성 연삭을 통해 인벌류트(involute) 형태가 생성된다. 이러한 공정은 기어 휠의 연속 제조에 매우 적합하다.

- 구형체(globoidal) 연삭 웜에 의한 기어 연삭(연속 프로파일 연삭): 연속 창성 연삭 기술과는 달리, 이 경우에 접합된 연마 용품의 형상은 기본 치형부 프로파일로서 랙 프로파일을 갖는 연삭 웜과 대응하지 않는다. 대신에, 구형체 연삭 웜이 치뿌리면의 윤곽을 맵핑(mapping)한다. 연삭 공정 동안에, 치형부 간극 내에서의 공구의 사실상 선형 맞물림을 통해 치형부 형태가 생성된다. 이 방법은 주로 차동 기어에 사용되는 베벨 기어를 연삭하도록 예정되어 있으며, 선택적으로 후속 호닝 단계와 조합될 수 있다.

- 단일 치뿌리면 생성 연삭: 연삭 휠이 단지 치형부 간극당 연삭 방향으로 단일 치뿌리면을 기계가공하는 창성 연삭 공정으로 인벌류트 형상이 생성된다. 이 방법은 미변경 휠 폭을 갖는 상이한 모듈러스의 기계가공을 허용하고, 좌측 또는 우측 치뿌리면에 대해 상이한 인피드(infeed)들을 허용한다.

- 반경방향 인피드를 갖는 형태 또는 프로파일 연삭: 인벌류트 형태가 접합된 연마 용품(가장 전형적으로는, 연삭 휠)으로 전사되고, 이는 이어서 그 형태를 공작물의 치형부 간극 내에 생성한다.

- 회전 인피드를 갖는 형태 또는 프로파일 연삭: 인벌류트 형태가 접합된 연마 용품(전형적으로는, 연삭 휠)으로 전사되고, 이는 이어서 그 형태를 공작물의 치형부 간극 내에 생성한다.

기어 연삭 응용에 사용하기 위한 접합된 연마 용품은 특별히 제한되지 않으며, 전술된 바와 같다. 바람직한 실시 형태들에서, 기어 연삭 응용에 사용하기 위한 접합된 연마 용품은, 특히 바람직한 입자 형상에 관하여 전술된 바와 같이, 선택적으로 적어도 하나의 면이 내측을 향해 형상화된 평평한 삼각형 또는 평평한 직사각형으로부터 선택되는 입자 형상에 의해 특징지어질 수 있다.

평면 연삭

평면 연삭 또는 정면 연삭 기술은 흔히 주연부-종방향(peripheral-longitudinal) 평면 연삭(큰 표면의 평면 연삭, 정면 연삭) 및 주연부-횡방향(peripheral-transverse) 평면 연삭(플루트 연삭(flute grinding), 프로파일 연삭)으로 나뉜다.

주연부-종방향 연삭의 경우에, 연삭 휠이 직각으로 맞닿고, 기계 테이블에 의해 이동되는 공작물 내로 선택된 이송 증분만큼 전진된다. 이러한 공정에서, 인피드 및 이송 속도가 연삭 결과를 한정한다.

주연부-횡방향 평면 연삭은 이상적으로 큰 평평한 표면을 생성하는 데 적합하다. 이 방법에 의하면, 접합된 연마 용품이 또한 공작물에 직각으로 위치되지만, 이는 접합된 연마 용품의 폭에 정확히 대응하는 양만큼 내측으로 이송된다. 둘 모두의 방법이 왕복 연삭 및 크리프-피드 연삭에 대해 사용될 수 있다.

왕복 연삭의 경우에, 접합된 연마 용품은 공작물 위에서 기준 에지에 직각으로 "전후로" 이동한다 - 결과적인 운동이 "왕복"인 것으로 기술된다. 이 방법은 평면 연삭의 가장 오래된 변형으로 보이며, 낮은 절삭 깊이(예를 들어, 0.005 내지 0.2 mm만큼 낮음) 및 높은 테이블 속도(예를 들어, 15 내지 30 m/분의 범위)에 의해 특징지어진다. 이러한 기술은, 연삭하기 쉽고 작은 배치(batch) 크기 및 적은 재료 제거량을 갖는 재료에 대해서뿐만 아니라 비교적 낮은 기계 투자의 경우에 특히 유용하다.

평면 연삭 응용에 사용하기 위한 접합된 연마 용품은 특별히 제한되지 않으며, 전술된 바와 같다. 바람직한 실시 형태에서, 평면 연삭 응용에 사용하기 위한 접합된 연마 용품은, 특히 바람직한 입자 형상에 관하여 전술된 바와 같이, 선택적으로 적어도 하나의 면이 내측을 향해 형상화되는 평평한 삼각형 또는 평평한 직사각형으로부터 선택되는 입자 형상에 의해 특징지어질 수 있다.

원통 연삭

원통 연삭은 흔히 하기의 4가지 특징들 중 하나 이상, 바람직하게는 모두를 갖는 것에 의해 특징지어지는 연삭 기술이다:

(1) 공작물이 일정하게 회전한다; (2) 연삭 휠이 일정하게 회전한다; (3) 연삭 휠이 공작물을 향해 그리고 공작물로부터 멀어지게 이송된다; (4) 공작물 또는 연삭 휠이 다른 하나에 대해 횡단된다.

원통 연삭 응용들의 대부분이 모든 4가지 이동들을 채용하지만, 4가지 동작들 중 3가지만을 채용하는 응용들이 있다. 원통 연삭의 3가지 주 유형들은 외경(OD) 연삭, 내경(ID) 연삭 및 센터리스 연삭이며, 이들 기술 중 임의의 기술이 본 발명에 적합하게 사용될 수 있다:

- 외경(OD) 연삭은 가장 자주 사용되는 연삭 기술 중 하나이다 - 예를 들어 자동차 산업에서, 캠샤프트 및 크랭크샤프트의 연삭에 사용된다. 산업 개발의 과정 동안에 그리고 결과로서 생긴 요건에 응답하여, 외경 연삭은 공작물이 장착되는 방식에 따라 그리고 주 이송 방향에 따라 상이한 기술 변형들로 나뉘어졌다.

o 중심들 사이의 주연부-횡방향 외경(OD) 연삭(플런지 연삭으로서 또한 알려짐)

o 센터리스 주연부-횡방향 외경(OD) 연삭

o 중심들 사이의 주연부-종방향 외경(OD) 연삭(관통 이송(throughfeed) 연삭으로서 또한 알려짐)

o 센터리스 주연부-종방향 외경(OD) 연삭

중심들 사이의 연삭의 공정에서, 공작물은 그의 단부면들에서 중심 설정 고정구들 내의 두 중심들 사이에 확고하게 클램핑되고, 이 위치에서 공작물은 연삭기에 의해 구동된다. 휠의 주 이송 방향 - 직각 플런지 이송 또는 공작물을 따른 평행 이동 - 에 따라, 이는 횡방향 또는 종방향 연삭으로 지칭된다.

주연부-횡방향 외경 연삭의 공정에서, 연삭 휠은 공작물에 대체로 직각으로 위치된다. 이 기술은 일반적으로 베어링 시트(seat), 쇼울더(shoulder) 및 홈을 직선형 플런지 연삭을 사용하여 기계가공하기 위해 사용된다. 흔히, 컷인(cut-in)은 지속적으로 감소하는 칩 제거율과 함께 순서대로 수행되는 몇몇 공정 단계들로 나뉜다. 특정 작업 및 배치의 크기에 따라, 각도 플런지 연삭이 더욱 생산적일 수 있는 다른 변형이다.

주연부-종방향 외경 연삭의 공정은 연삭 휠의 폭보다 상당히 더 긴 실린더형 또는 원추형 공작물을 필요로 하는 응용들에 특히 적합하다. 예들은 종이 생산을 위한 프레스 실린더 및 롤러뿐만 아니라, 철강 산업의 롤링 밀에 사용하기 위한 롤러의 기계가공을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 이 기술에서, 연삭 휠은 공작물에 대해 평행하게 이동하고, 공작물에 직각으로 역전 지점에서 내측으로 이송된다. 요구되는 최종 치수는 수회의 패스로 또는 단지 단일 패스로 달성될 수 있다 - 후자는 박리 연삭으로 지칭된다. 이들 방법은 크리프-피드 연삭 및 왕복 연삭과 유사하다. 자동차 산업에서, 박리 연삭이 예를 들어 구동 샤프트의 제조에 사용된다.

- 센터리스 연삭: 유연한 또는 부서지기 쉬운 재료로 제조된 대량의 긴 그리고/또는 얇은, 둥근 구성요소를 기계가공하는 것이 과제라면, 센터리스 연삭이 해법일 수 있다. 게다가, 센터리스 연삭은 다수의 작업들 - 예컨대, 러핑 및 마무리 - 이 단일 패스로 수행되게 할 수 있는 기술이다. 기계가공 공정 그 자체는 "외경 연삭"에 관하여 이전에 언급된 것들과 같은 다른 원통 연삭 기술에 해당한다 - 심지어 중심들 없이도, 공정은 여전히 플런지 연삭 및 관통 이송 기술을 수반한다.

- 내경(ID) 연삭은 액슬(axle) 또는 샤프트와 비-확고한(non-positive) 연결을 확립할 필요가 있는 구성요소 내에 완벽한 기능성 표면을 제공한다. 외경(OD) 연삭과 유사하게, 이 방법은 연삭 방향에 따라 2가지 상이한 기술들로 나뉜다:

o 주연부-횡방향 내경(ID) 연삭(플런지 연삭)

o 주연부-종방향 내경(ID) 연삭

연삭 휠과 공작물의 거동 면에서, 둘 모두의 기술은 중심들 사이의 외경(OD) 연삭과 사실상 동일한 특성을 나타낸다. ID 연삭이 흔히 사용되는 응용 예들은, 보어를 고정밀 맞춤으로 개선하는 것; 상이한 직경들을 단일 패스로 기계가공하기 위해서뿐만 아니라 테이퍼형 맞춤을 생성하기 위해 그리고 연삭 휠이 기계가공될 표면보다 좁을 필요가 있고 종방향 및 플런지 연삭의 조합이 요구되는 상황에서 경질 및 초경질 재료의 기계가공을 위한 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 전형적인 경우에, 연삭 휠 직경은 보어 직경의 2/3 또는 최대 4/5를 초과하지 않아야 한다.

원통 연삭 응용에 사용하기 위한 접합된 연마 용품은 특별히 제한되지 않으며, 전술된 바와 같다. 바람직한 실시 형태들에서, 원통 연삭 응용에 사용하기 위한 접합된 연마 용품은, 특히 바람직한 입자 형상에 관하여 전술된 바와 같이, 선택적으로 적어도 하나의 면이 내측을 향해 형상화된 평평한 삼각형 또는 평평한 직사각형으로부터 선택되는 입자 형상에 의해 특징지어질 수 있다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 접합된 연마 용품은 광범위한 연삭 응용들에서, 특히 고정밀 연삭 응용들에서 우수한 결과를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 목적을 위하여, 고정밀 연삭 응용이라는 용어는 흔히 현재의 기존 연마재로 가능한 것보다, 유효 표면 프로파일 및 대응하는 최종 공작물 프로파일에 관하여, 더 높은 정밀도를 언급하려는 것이다. 종래의 연마재는 이른바 세라믹 연마재를 비롯한 모든 유형의 산화알루미늄과 탄화규소를 포함한다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 접합된 연마 용품은 최종 프로파일을 공작물에 부여할 수 있는 유효 표면 프로파일을 나타낼 수 있으며, 연삭은, 특히 공작물 표면 프로파일의 더 깊은 깊이까지 아래로, 더 높은 정밀도로 수행될 수 있다는 것이 밝혀졌다.

본 발명의 도입부에서 개설된 바와 같은 문제로 인하여, 날카로운 루트를 나타내는 최종 공작물 프로파일을 제공하는 것은 어려울 수 있다. 특히, 마모 시 (그리고 드레싱 동안) 접합된 연마 용품으로부터 축출된 종래의 입자들로 인해, 수형 표면 특징부의 팁 영역의 절두화가 일어날 수 있다. 결과적으로, 수형 표면 특징부의 팁 영역이 절두된 접합된 연마 용품을 사용함으로써 부여된 공작물 프로파일은, 대응하는 암형 표면 특징부가 유사하게 절두되어 루트 절두부가 생성되게 하는 최종 공작물 프로파일을 생성할 것이다.

본 발명에 따른 접합된 연마 용품은, 특히 날카로운 루트에 대하여, 공작물 프로파일의 깊이에 우수한 정밀도를 갖는 최종 공작물 프로파일을 제공하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 최종 공작물 프로파일의 정밀도를 한정하는 하나의 예시적인 파라미터는 최종 공작물의 암형 표면 특징부의 루트 반경 R(root)이다.

루트 반경이라는 용어는 관련된 기술 분야에서 잘 이해될 것이다. 예를 들어, 나사산에 관하여, "루트"라는 용어는 2개의 인접한 나사산들의 측부를 연결하는 바닥 표면을 의미하는, 반면 "크레스트(crest)"라는 용어는 나사산의 2개의 측부를 연결하는 상측 표면을 의미한다.

루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 바람직하게는 R(root) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어진다. 더 바람직하게는, 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ 0.8 L_max, 또는 R(root) ≤ 0.7 L_max, 또는 R(root) ≤ 0.6 L_max에 의해 특징지어진다. 더욱 더 바람직하게는, 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ 0.5 L_max 또는 R(root) ≤ 0.4 L_max에 의해 특징지어진다. 가장 바람직한 경우에, 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ 0.35 L_max에 의해 특징지어진다.

본 발명은 모든 종류의 프로파일들, 특히 매우 미세한 치수를 갖는 것들을 폭넓게 제공하는 잠재력을 제공하는 것으로 이해된다. 본 발명은 어떠한 특정 절대 치수로도 제한되지 않는다. 그러나, 바람직한 실시 형태에서, 본 발명의 태양은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 약 0.01 mm 내지 약 6.00 mm의 범위, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 3.00 mm의 범위로부터 선택된 적어도 하나의 루트 반경 R(root)에 의해 특징지어지는 최종 공작물 프로파일을 제공하는 데 유용할 수 있다.

앞서 설명된 효과에 더하여, 본 발명의 접합된 연마 용품은 장기간에 걸쳐 그리고 또한 가혹한 연삭 조건 하에서(예를 들어, 높은 비 재료 제거율에서) 일정한 연삭 결과들을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명은 이전에 달성되지 못했던 성능 특징부들의 조합을 제공한다.

게다가, 본 발명에 따른 접합된 연마 용품은 러핑으로부터 반-러핑을 거쳐 마무리 작업에 이르는 광범위한 연삭 응용들에 사용되는 공작물 상의 더 양호한 표면 마무리(감소된 표면 조도(R_a))를 제공할 수 있다. 사용 동안에, 접합된 연마 용품은 또한 공작물을 손상(예를 들어, 공작물 연소 또는 변색에 의함)시킬 위험의 감소를 보장함과 동시에 사용 동안에 접합된 연마 용품의 클로깅(clogging)을 최소화시킬 수 있다.

본 발명의 접합된 연마 용품은 긴 드레싱 사이클에 의해 특징지어지며, 따라서 더 많은 공작물 부품들이 드레싱 사이클들 사이에서 마무리되게 할 뿐만 아니라 접합된 연마 용품의 긴 총 사용 수명을 허용한다. 본 발명의 접합된 연마 용품을 사용하여 실현될 수 있는 더 높은 재료 제거율로 인해, 전체적으로 더 높은 공작물 흐름에 기여하는 보다 짧은 연삭 시간이 달성될 수 있다.

흔히 연삭 응용의 성능을 특징지기 위해 사용되는 다른 파라미터는 비 칩 체적(specific chip volume)(V'_w)이다. V'_w 는 드레싱이 설정되기 전에(즉, 하나의 연삭 사이클 동안에) 연삭 응용에서 제거되는 공작물 재료의 총량[㎣]을 나타낸다. 그 후 드레싱이 설정되어야 하는 시간(즉, 연삭 사이클의 종료)은 연삭 업계의 당업자에 의해 쉽게 인식될 수 있다. 예로서, 연삭 사이클의 종료는 전형적으로 연삭기에 의해 인출되는 동력의 다소 두드러진 강하에 의해 지시된다. 연삭 사이클의 종료를 인식하기 위한 추가의 또는 대안적인 지표(indicator)로서 사용될 수 있는 다른 인자들은, 접합된 연마 용품의 형태 및 프로파일 유지의 상실, 공작물 품질의 감소, 예를 들어 공작물의 연소 또는 변색, 또는 증가된 표면 조도(R_a)에 의해 지시되는 악화된 표면 마무리를 포함하지만 이로 제한되지 않는다.

연삭 사이클의 종료시, 비 칩 체적은 당업계에 알려진 바와 같이 당업자에 의해 쉽게 계산될 수 있다. 비 칩 체적을 결정하기 위해, 연삭의 실제 시작이 연삭 사이클의 시작점으로 취해진다. 특정 연삭 응용의 성능을 평가하기 위해, 비 재료 제거율(Q'_w)이 전형적으로 일정하게 설정되고, 연삭 응용의 성능이 비 칩 체적(V'_w)에 관하여 평가된다.

실제로, 비 칩 체적은 흔히 연삭 응용에 사용되는 활성 연마 용품의 프로파일의 유효 폭에 기초한다(즉, 비 칩 체적은 접합된 연마 용품의 폭의 1 mm당, 예를 들어 하나의 연삭 사이클 동안 1 mm 휠 폭당 제거되는 공작물 재료의 총 체적을 나타냄).

본 발명에 따른 접합된 연마 용품은 놀랍게도 특히 기어 연삭과 같은 응용에서 비 칩 체적(V'_w)에 관하여 우수한 결과를 제공하여서, 예를 들어 재드레싱에 대한 보다 높은 설정 한계로 이어지는 것으로 밝혀졌다. 비 칩 체적에 관한 그러한 우수한 결과가 놀랍게도 또한 높은 재료 제거율에서, 즉 연삭 사이클 중 Q'_w의 높은 일정한 값을 사용할 때 달성될 수 있음이 강조되어야 한다. 전형적으로, 종래의 연마 입자에 기반하는 연마 용품은 보다 낮은 비 재료 제거율(Q'_w)에서 동일한 연삭 응용에 비해 보다 높은 비 재료 제거율(Q'_w)에서 보다 낮은 비 칩 체적(V'_w)을 나타내고, 전형적으로 보다 높은 비 재료 제거율로 사용될 때 연소 또는 변색과 같은 공작물에 관한 악영향을 나타낸다. 이들 가혹한 조건 하에서도, 본 발명에 따른 접합된 연마 용품을 사용할 때 어떠한 공작물 연소 또는 변색도 관찰되지 않았다.

기어 연삭 응용과 같은 특정 연삭 응용이 비 칩 체적에 관하여 그러한 우수한 결과를 제공하는 것으로 밝혀졌지만, 다른 연삭 응용이 유사한 뚜렷한 효과를 제공할 것으로 예상된다.

본 명세서에서 한정된 바와 같은 형상화된 연마 입자를 통합한 본 발명에 따른 접합된 연마 용품은 (고성능 연마 응용에 관하여 한정된 바와 같은) 현재의 통상적인 연마재로 흔히 달성되는 것보다 상당히 높은 비 칩 체적을 제공할 수 있다.

연삭 업계의 당업자는 적절한 유사한 접합된 연마 용품을 쉽게 알아낼 수 있다. 유사한 접합된 연마 용품으로서 사용하기에 적합한 접합된 연마 용품은, 예를 들어 연마 입자가 형상화되지 않는다는 유일한 차이점만을 갖는 동일한 연마 재료에 기반할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자가 동일한 화학 조성을 갖는 동일한 공칭 크기 및 중량의 파쇄된 연마 입자로 대체되는 것을 제외하고는 동일한 접합된 연마 용품이 유사한 접합된 연마 용품으로서 사용될 수 있다. 유사한 접합된 연마 용품은 또한 평가될 접합된 연마 용품에 사용되는 바와 동일한 화학 조성(들)을 갖는 동일한 공칭 크기(들) 및 중량(들)의 임의의 선택적인 부 연마 입자를 함유하여야 한다. 따라서, 평가될 접합된 연마 용품 내에 함유되는 본 명세서에 한정된 바와 같은 형상화된 연마 입자는 바람직하게는 비 칩 체적(V'_w)을 평가할 때 사용되는 유사한 접합된 연마 용품에 대해 유일한 차이를 나타낸다. 이는 (특히 화학 조성에 관하여) 동일한 유형 및 체적량의 접합 매체(그리고 선택적으로 만약 있다면 동일한 체적량의 다공도)가 바람직하게는 평가될 접합된 연마 용품 및 유사한 접합된 연마 용품에 사용됨을 의미한다.

예시에 의해, 본 발명에서 달성가능한 바와 같은 비 칩 체적은 전형적으로, 그러한 현재의 통상적인 연마재에 기반한 유사한 접합된 연마 용품으로 흔히 달성되는 것보다 2배, 또는 5배, 또는 10배, 또는 15배 및 심지어 20배만큼 높다.

접합된 연마 용품이 높은 형태 또는 프로파일 유지에 의해 특징지어지기 때문에, 드레싱이 덜 필요하고, 따라서 이는 더 나은 공정 및 공구 소모 경제성으로 이어진다.

유리화된 접합된 연마 용품 내에 형상화된 연마 입자(예를 들어, 선택적으로 내측을 향해 형상화된 하나 이상의 면을 갖는, 본 명세서에 기재된 바와 같은 평평한 삼각형 및 평평한 직사각형)를 사용하는 것은 이들 이로운 효과가 접합된 연마 용품의 광범위한 상이한 조성들에 대해서뿐만 아니라 광범위한 응용들에 대해 달성되게 한다. 일부 응용들에서 연마 용품이 용품 내에 존재하는 연마 입자들의 총량을 기준으로 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자를 100% 포함할 때 가장 뚜렷한 효과가 달성될 수 있지만, 예를 들어 용품 내에 존재하는 연마 입자들의 총량을 기준으로 본 발명에 따른 형상화된 연마 입자를 5 중량%만큼 적게 그리고 부 연마 입자를 최대 95 중량% 함유하는 용품이 또한 광범위한 응용들에 걸쳐 우수한 성능을 제공하는 것으로 나타났다.

본 발명에서 달성되는 효과는 또한, 접합된 연마 용품이 전형적으로 형상화된 연마 입자를 임의의 특정 배향으로 포함할 필요가 없다는 사실에 비추어 예상 밖이다. 배향이 유리할 수 있는 비교적 얇은 코팅된 연마 용품에서의 상황과는 달리, 접합된 연마 용품(예를 들어, 휠, 세그먼트, 층 또는 그 일부)은 전형적으로 형상화된 연마 입자를 랜덤한 배향으로 포함하지만, 입자의 배향이 본 발명의 범주로부터 배제되는 것은 아니다.

입자 및 표면 프로파일 치수의 결정

형상화된 연마 입자의 치수(예를 들어, 길이, 폭 및 두께)는 당업계에 알려진 방법을 사용하여, 예를 들어 자, 버니어 캘리퍼, 마이크로미터, 또는 현미경 측정 기술과 같은 종래의 측정 공구를 사용하여 전형적으로 적합한 개수의 측정치들의 평균을 계산함으로써 결정될 수 있다.

예를 들어, 미국 뉴욕주 멜빌 소재의 니콘 아메리카스 인크.(Nikon Americas Inc.)로부터 입수되는 니콘 MM-40과 같은 측정 현미경이 하기의 시험 방법에 따라 사용될 수 있다: 하나 이상의 형상화된 연마 입자가 바람직하게는, 그 최대의 실질적으로 평탄한 표면(입자가 그러한 최대의 실질적으로 평탄한 표면을 구비하는 경우)이 유리 슬라이드와 접촉하여(입자가 접시형 또는 오목한 표면을 구비하는 경우 그 표면이 위를 향하게 함) 유리 슬라이드 상에서 지지된다. 이어서, 유리 슬라이드가 니콘 MM-40 현미경 스테이지 상에 놓인다. 이 스테이지는 X 및 Y 방향으로 이동하는 능력을 갖고, 스테이지에는 또한 이동되는 X-Y 거리에 대한 카운터가 구비된다. 십자선(crosshair)이 형상화된 연마 입자의 외부 정점들 중 하나와 정렬된다. 예를 들어, 얇은 삼각형 입자는 3개의 정점들 중 하나를 사용할 것이고; 직사각형 밑면 피라미드는 피라미드의 4개의 직사각형 밑면 정점들 중 하나를 사용할 것이다. 이어서 X 및 Y 카운터들이 0으로 리셋된다. 이어서 십자선이 측정 중인 기하학적 형상의 다음 외부 정점으로 시계 방향으로 이동되고, X 및 Y 판독치들이 기록된다. 이어서 시계 방향으로 이동하는 나머지 외부 정점들이 순차적으로 측정된다. 이어서 각각의 외부 정점의 X 및 Y 좌표들이 스프레드시트 내에 배치될 수 있고, 정점들 중 임의의 2개의 정점들 사이의 최대 치수가 피타고라스의 정리를 사용하여 계산될 수 있다.

삼각형의 경우, 길이는 3개의 정점들 중 임의의 2개의 인접한 정점들 사이의 최대 거리이다. 직사각형의 경우, 길이는 인접한 정점들 사이의 최대 치수이다. 긴 평행사변형의 경우, 길이는 인접한 정점들 사이의 최대 치수이다. 연 모양 또는 마름모의 경우, 길이는 대향하는 정점들 사이의 최대 치수이다. 대안적인 기하학적 형상에 대한 길이를 결정하기 위한 최대 치수는 기하학적 형상을 현미경으로 볼 때 당업자에 의해 결정될 수 있다. 이어서 선택된 정점들의 좌표들을 사용함으로써 또는 길이 치수가 X-축에 평행하도록 스테이지 또는 슬라이드를 회전시킴으로써 길이에 수직한 폭이 결정될 수 있다. 삼각형의 경우, 폭은 최장 인접 정점들을 갖는 변과 대향 정점 사이의 최대 거리이다. 직사각형의 경우, 폭은 두 쌍의 보다 짧은 대향 정점들 사이의 최대 치수이다. 긴 평행사변형의 경우, 폭은 최장 인접 정점들을 갖는 변과 대향 변 사이의 최대 치수이다. 연 모양 또는 마름모의 경우, 폭은 대향하는 정점들 사이의 보다 짧은 치수이다. 대안적인 기하학적 형상에 대한 폭을 결정하기 위한 최대 치수는 기하학적 형상을 현미경으로 볼 때 당업자에 의해 결정될 수 있다.

니콘 MM-40 현미경에는 또한 카운터를 갖는 Z-축 스케일이 구비된다. 두께(t)(유리 슬라이드로부터의 높이)를 측정하기 위해, 뷰필드(viewfield)가 먼저 최대 정확도를 위해 100x 대물 렌즈를 사용하여 유리 슬라이드의 상부 표면에 초점이 맞추어진다. 이어서 Z 카운터가 0으로 리셋된다. 이어서 뷰필드가 관찰될 수 있는 형상화된 연마 입자의 가능한 최고점(최고점을 찾기 위해 보다 낮은 배율이 필요할 수 있음)으로 이동되고, 현미경이 100 x 배율로 그 최고점에 초점이 다시 맞추어진다. 재초점 맞춤 후 Z 판독치에 의해 입자의 두께가 결정된다.

관심대상의 치수(개별 길이, 개별 폭, 개별 두께)에 대해 20개 이상의 형상화된 연마 입자들이 측정된다. 관심대상의 치수(개별 길이, 폭, 두께 치수)의 평균들이 결정되어, 측정된 형상화된 연마 입자들에 대한 치수(길이, 폭, 두께)를 각각 한정한다.

이 측정의 목적을 위해, 개구를 갖는 입자의 두께가 입자의 실제 최대 두께의 위치(즉, 전형적으로 개구 내가 아님)에서 측정된다. 개구를 갖는 입자의 최단 측-관련 치수, 폭 및 길이는 전형적으로, 이들 치수 중 임의의 하나와의 개구의 중첩(만약 있는 경우)의 길이를 차감함이 없이 측정된다. 예를 들어, 균일한 두께(t)의 제1 측과 제2 측 사이에서 연장되는 개구를 갖는 등변삼변형 프리즘형 입자의 폭 및 길이는 개구를 고려함이 없이 제1 면(또는 제2 면)의 외주에 기초하여 측정될 수 있다.

체적 종횡비는 당업계에 알려진 방법을 사용하여, 예를 들어 입자의 실제 최대 및 최소 단면적, 및/또는 전술된 바와 같은 현미경 측정 기술에 의해 결정되는 외부 치수를 사용하고 적합한 개수의(예를 들어, 20개 이상의) 개별 입자 결정치들의 평균을 계산함으로써 결정될 수 있다. 정삼각형의 형상화된 연마 입자의 경우, 두께 및 변 길이가 위에서 논의된 현미경 기술에 의해 측정될 수 있고, 체적 종횡비가 결정될 수 있다.

형상화된 연마 입자에 대해, 곡률 반경은, (예를 들어, WO2011/109188호의 제12면 제25행 내지 제13면 제7행에 도시된 바와 같이), 이미지 분석을 사용하여, 예를 들어 도립 광학 현미경(inverted light microscope)과 인터페이싱된, 캐나다 퀘벡주 롤게일 소재의 클레멕스 테크놀로지스 인크.(Clemex Technologies, Inc.)로부터 입수가능한 클레멕스 비젼(CLEMEX VISION) PE 이미지 분석 프로그램 또는 다른 적합한 이미지 분석 소프트웨어/장비를 사용하여 측정될 수 있다. 제1 면과 제2 면 사이에서 취해진 적합한 폴리싱된 단면을 사용하는 것은 측벽의 에지 또는 코너 점의 현미경 검사에 도움이 될 수 있다. 형상화된 연마 입자의 각각의 점의 곡률 반경은 (예컨대, 100X 배율로 볼 때) 각각의 점의 팁에서 3개의 점들을 한정함으로써 결정될 수 있다. 직선 에지로부터 곡선의 시작으로의 천이가 있는 팁의 곡선의 시작점, 팁의 정점부, 및 만곡된 팁으로부터 다시 직선 에지로 천이부에 점이 배치된다. 이어서 이미지 분석 소프트웨어가 3개의 점들(곡선의 시작점, 중간점 및 끝점)에 의해 한정되는 호(arc)를 그리고 곡률 반경을 계산한다. 적어도 30개의 정점부들에 관한 곡률 반경이 측정 및 평균되어 평균 팁 반경을 결정한다.

평균 진원도 계수는 미국 특허 출원 공개 제2010/0319269호의 [0029]에 기재된 바와 같은 횡방향 절단(C)을 사용하여 상기 특허 출원 공개의 [0029] 내지 [0033]에 기재된 바와 같이 결정될 수 있다.

본 발명의 목적을 위해, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일 내의 관심대상의 표면 특징부의 치수(예컨대, 수형 표면 특징부의 높이, 표면 특징부의 폭, 프로파일의 깊이, 코너 반경 또는 팁 반경)는 본 기술 분야에서 대체적으로 잘 알려진 방법에 기초하여, 예를 들어 (독일 호이헬하임 소재의 ?크 코렌스토프테크닉 게엠베하(Schunk Kohlenstofftechnik GmbH)의 "베르크스토프(Werkstoff) L 53 ZP"와 같은) 카본 브러시의 심(shim)에서 (전형적으로는 적합한 드레싱 이후에, 즉, 가능한 한 원하는 프로파일을 가깝게 달성할 수 있는 드레싱 방법을 이용함으로써, 그리고 사용 전에) 접합된 연마 용품의 유효 표면 프로파일을 재생하고, 본 기술 분야에서 공지된 적합한 방법 및 장치를 이용하여, 예를 들어 (예전의 스위스 빌/비엔 소재의 헨리 하우저 아게(Henri Hauser AG)의 아이소마(ISOMA) M119 또는 하우저 기계 유형 218과 같은) 프로파일 프로젝터(projector)를 사용함으로써 재생된 프로파일 내의 관심 대상의 표면 특징부의 치수를 결정하는 것에 기초하여, 용이하게 결정될 수 있다. 반경, 거리, 각, 최대점, 최소점과 같은 관심 대상의 임의의 표면 특징부(들)의 치수(들)를 정밀하게 결정할 수 있는 소프트웨어가 설치된 고정밀 윤곽 측정 장치를 이용할 때 다른 선택이 있다. 적합한 고정밀 윤곽 측정 장치의 일 예는 독일 괴팅겐 소재의 마르 게엠베하(Mahr GmbH)의 측정 업무에 대한 최적 조정을 위한 CD120 드라이브 유닛, 마르서프(MarSurf) ST500 측정 스탠드, 및 프로브 아암이 구비된 마르서프 XC10이다.

최종 공작물 프로파일의 표면 특징부의 치수(예컨대, 암형 표면 특징부의 깊이, 표면 특징부의 폭, 프로파일의 깊이, 루트 반경 또는 코너 반경과 같은)는 본 기술 분야에 공지된 측정의 적합한 방법을 사용하여, 예를 들어 프로파일 프로젝터(예컨대, 스위스 빌/비엔 소재의 아이소마 에스아(ISOMA SA)의 아이소마 M119)를 사용하여 최종 공작물의 기하학적 형상에 기초하여 용이하게 결정될 수 있다. 적합한 수동식 방법은 얻어질 공작물 프로파일을 보여주고 공작물의 프로파일을 검출하는 시험 시트(test sheet)의 사용을 포함할 수 있다. 루트 반경은 암형 표면 특징부의 최소점 둘레의 영역으로 맞춰질 수 있는 최소 곡률 반경을 측정함으로써, 예를 들어 치뿌리면에서 접선들을 배치하고 접선들이 치뿌리면으로부터 벗어나기 시작하는 점에서 시작하는/끝나는 최소 원호의 반경을 측정함으로써 결정된다. 코너 반경은 오직 코너 영역에 대하여, 루트 반경에 대해 설명된 바와 같이, 즉 코너를 포함하는 영역으로 맞춰질 수 있는 최소 곡률 반경을 결정함으로써, 수립된다.

본 발명의 목적 및 이점은 하기의 비제한적인 실시예들에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예

달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 명세서의 나머지 부분에서 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 달리 언급되지 않는 한, 물 중 오일 또는 합성 윤활제(예를 들어, 캐스트롤 엘티디(Castrol LTd.) 또는 캐스트롤 그룹(Castrol Group)으로부터 입수가능한 캐스트롤 신틸로(Castrol Syntilo) 81 E 또는 캐스트롤 신틸로 CR 4, 또는 심쿨(Cimcool)(등록상표) 플루이드 테크놀로지, 엘엘씨(Fluid Technology, LLC)로부터 입수가능한 심테크(Cimtech)(등록상표) D18)의 3 내지 5% 에멀젼(v/v)과 같은, 연삭 응용에 일반적인 윤활제를 사용하여 습식으로 연삭을 수행하였다.

실시예 I - 나사 연삭

A. 연마 연삭 공구의 제조 공정

표 1에 기재된 바와 같은 조성, 유형, 치수(휠 직경 x 두께 x 보어 직경), 형상 및 접합제를 갖는 유리화된 접합된 연마 연삭 휠을 하기와 같이 제조하였다:

A. 연마 연삭 휠의 제조 공정

동일한 접합제와 350 x 12 x 160 mm(휠 직경 x 두께 x 보어 직경)의 휠 치수 및 T1 형상(DIN:ISO 603:1999에 따름)을 갖는 유리화된 접합된 연마 연삭 휠, 즉 직선형 연삭 휠을 하기의 제조 방법에 따라 제조하였다:

(i) 혼합

실시예들에 관하여 규정된 바와 같은 연마 그레인/그레인 혼합물을 혼합 집합체 내로 넣었고, 혼합하면서 그 위에 액체 일시적 결합제를 부었다. 약 3 내지 5분 동안의 교반 후, 유리화된 접합된 전구체 혼합물과 고체 일시적 결합제로 이루어지는 혼합물을 첨가하였고, 약 10분 동안 완전히 계속 혼합하였다.

(ii) 체질

주어진 실시예들에 관하여, 단계 (i)에서 얻은 혼합물을 체 16 메시(메시 크기 1.18 mm)로 선별한다.

(iii) 성형

단계 (ii)에서 얻은 혼합물을 주형 내에 넣고 프레싱에 의해 성형하여 생소지를 제공한다. 전형적인 성형 압력은 100% 80+를 함유한 연마 혼합물을 갖는 생소지에 대해 126 내지 150 ㎏/㎠ 그리고 30% 80, 60+ 또는 T 형상화된 연마 그레인을 함유한 연마 혼합물을 갖는 생소지에 대해 21-51 ㎏/㎠이었다.

(iv) 열 처리

주어진 실시예들에 관하여, 획득한 생소지를 130℃의 온도에서 건조시키고, 930℃의 온도에서 소결시킨다.

(vii) 마무리

마무리 작업은 보어, 측방향 표면, 및 주연부 표면의 연삭을 포함한다.

예를 들어, 특히 실시예 I, 즉 유형 II 또는 유형 I을 참조하면, 유형 I의 시험 휠은 유형 II의 휠 내에 존재하는 접합제의 보다 높은 체적 백분율 및 보다 작은 다공도로 인해, 유형 II의 시험 휠과 비교할 때 사용된 연삭 조건 하에서 보다 경질이거나 보다 강성으로 작용하는 것으로 고려될 수 있다.

B. 시험 절차

실시예 I에서와 같이 제조된 연삭 휠을 휠의 연삭 성능을 확립하기 위해 나사 연삭 응용에서 시험하였다.

실시예 I의 휠을 이용하여, 연삭 시험을 하기의 연삭 조건을 사용하여 수행하였다:

연삭 공정: 나사 연삭; 거친 연삭, 및 마무리 연삭

기계: 고객의 요구에 맞춰진 SMS UL 900 (제어된 드레서 스핀들을 갖는 CNC-기계)

공작물: 위성 스핀들, 재료: 58-62 HRc로 경화된 1.5752, 5개의 스타트를 갖는 나사산, 피치 직경 20 mm, 나사산 피치 1 mm, 나사산 길이: 266 mm, 원통도: 0.002 mm.

파라미터: 거친 연삭: 인피드 a_e 0.27 mm, 공작물 회전 18 rpm, 작동 속도 v_c 30 m/s

마무리 연삭: 인피드 a_e 0,10 mm, 공작물 회전 10 rpm, 작동 속도 v_c 30 m/s

드레싱: 회전 드레싱 공구/다이아몬드 형태의 드레싱 롤 - CVD 로드의 크기가 0.6 x 0.6 mm임 -; 드레싱 파라미터: 회전당 드레싱 롤 인피드 a_d 0.01 mm, 드레싱 공구의 속도 v_d 1 mm/s, 드레싱 속도 비 q_d -0,8을 갖는 비동기식 드레싱

C. 결과

[표 2]

적용의 범위를 조사하여, 시험 휠(실시예 I-1)은 하기와 같이 연삭 사이클 수, 연삭 시간, 및 적용된 파라미터 설정에 관한 개선을 얻었다: 공작물 회전은 비교예 참조 I-2와 비교하여 거친 연삭 공정에서 약 345%만큼 그리고 마무리 연삭 공정에서 200%만큼 증가하였다. 작동 속도는 거친 연삭 공정에서 약 57%만큼 그리고 마무리 연삭 공정에서 약 17%만큼 증가하였다. 드레싱 사이클 수는 50%만큼 감소하였다. 이들 파라미터의 증가는 약 68%의 총 연삭 시간의 감소로 이어졌다. 루트 반경을 고려하면 개선이 관찰되었다. 루트 반경은 0.15 mm로 결정되었다. 나사산의 최대 허용가능 루트 반경 R(root)은 0.26 mm이다. 연삭 휠의 공작물 연소 및 클로깅이 일어났었다. 기술된 연삭 조건은 비교예 참조 I-2에 대해 적용될 수 없는데, 이는 연삭 공구가 과응력을 받을 것이어서, 즉 프로파일 손실, 연마재의 탈락, 클로깅, 등을 보이고 그에 따라서 불충분한 연삭 성능을 야기하기 때문이다.

Claims (84)

1. 접합된 연마 용품(bonded abrasive article)의 제조를 위한 유리화된(vitrified) 접합된 연마 조성물의 용도로서, 상기 유리화된 접합된 조성물은 형상화된(shaped) 연마 입자들, 및 유리질 접합제(vitreous bond)를 포함하는 접합 매체를 포함하며, 상기 형상화된 연마 입자들 각각은 두께(t)만큼 이격된 제1 측 및 제2 측을 포함하고, 상기 제1 측은 제1 기하학적 형상의 외주를 갖는 제1 면을 포함하며, 상기 두께(t)는, 접합된 연마 용품의 제조를 위해, 입자의 최단 측-관련 치수부(shortest side-related dimension)의 길이와 같거나 이보다 작고, 상기 연마 용품은 적어도 그의 표면의 일부 상에, 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 나타내고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는, 용도.
2. 접합된 연마 용품으로서, 형상화된 연마 입자들, 및 유리질 접합제를 포함하는 접합 매체를 포함하며, 상기 형상화된 연마 입자들 각각은 두께(t)만큼 이격된 제1 측 및 제2 측을 포함하고, 상기 제1 측은 제1 기하학적 형상의 외주를 갖는 제1 면을 포함하며, 상기 두께(t)는 입자의 최단 측-관련 치수부의 길이와 같거나 이보다 작고, 용품은 적어도 그의 표면의 일부 상에, 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 나타내고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는, 용품.
3. 제1항에 따른 용도 또는 제2항에 따른 용품에 있어서, 상기 표면 특징부는 상기 표면 특징부의 높이, 상기 표면 특징부의 폭, 상기 표면 특징부에 의해 나타나는 코너 반경, 및 상기 표면 특징부에 의해 나타나는 팁(tip) 반경으로부터 선택되는, 용도 또는 용품.
4. 제1항 또는 제2항에 따른 용도 또는 제2항 또는 제3항에 따른 용품에 있어서, 상기 표면 특징부는 수형(male) 표면 특징부인, 용도 또는 용품.
5. 제4항에 있어서, 수형 표면 특징부의 높이는 형상화된 연마 입자의 최대 치수의 약 0.1 내지 약 9배의 치수를 갖는, 용도 또는 용품.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수형 표면 특징부는 팁 반경 R(tip)을 나타내고, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어지는, 용도 또는 용품.
7. 제6항에 있어서, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ L_max에 의해 특징지어지는, 용도 또는 용품.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수형 표면 특징부는 코너 반경 R(corner)을 나타내고, 상기 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(corner) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어지는, 용도 또는 용품.
9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수형 표면 특징부는 코너 반경 R(corner)을 나타내고, 상기 코너 반경 R(corner) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(corner) ≤ L_max에 의해 특징지어지는, 용도 또는 용품.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 표면 프로파일은 드레싱(dressing)에 의해 적어도 부분적으로 부여된, 용도 또는 용품.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 변형된 형상을 갖는 변형된 형상화된 연마 입자들을 추가로 포함하고, 상기 변형된 형상은 상기 형상화된 연마 입자들의 원래 형상으로부터 드레싱에 의해 유도된, 용도 또는 용품.
12. 제11항에 있어서, 상기 변형된 형상화된 연마 입자들 중 적어도 일부는 상기 표면 특징부의 정밀도에 기여하는, 용도 또는 용품.
13. 제12항에 있어서, 상기 기여하는 변형된 형상화된 연마 입자들은 최대 수형 표면 특징부에 또는 그 근처에 위치되는, 용도 또는 용품.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 수형 표면 특징부는 종축을 갖는, 용도 또는 용품.
15. 제14항에 있어서, 상기 수형 표면 특징부의 형상은 상기 종축에 대해 대칭인, 용도 또는 용품.
16. 제15항에 있어서, 상기 수형 표면 특징부의 형상은 상기 종축에 대해 대칭이 아닌, 용도 또는 용품.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 수형 표면 특징부는 국제 표준 ISO 525:1999에 따른 형태 1, 형태 1E, 형태 39, 형태 39E, 형태 1ESP 또는 형태 1F, 등뿐만 아니라 표준 휠 면 B, C, D, E, F, M, N, P로부터도 선택되는, 용도 또는 용품.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개 또는 심지어 그 이상으로부터 선택된 복수 개의 상기 수형 표면 특징부들을 포함하는, 용도 또는 용품.
19. 제18항에 있어서, 상기 복수 개가 포함된 상기 수형 표면 특징부는 동일한, 용도 또는 용품.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 유효한 상기 표면 프로파일은 리지(ridge) 및 밸리(valley)의 패턴을 포함하는, 용도 또는 용품.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들의 상기 최대 치수는 약 50 μm 내지 2650 μm의 범위로부터 선택되는, 용도 또는 용품.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들은 용융된 산화알루미늄 재료, 열 처리된 산화알루미늄 재료, 세라믹 산화알루미늄 재료, 소결된 산화알루미늄 재료, 탄화규소 재료, 이붕화티타늄, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 석류석(garnet), 용융된 알루미나-지르코니아, 졸-겔 유도된 연마 입자들, 산화세륨, 산화지르코늄, 산화티타늄, 또는 이들의 조합의 입자들로부터 선택되는, 용도 또는 용품.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들은 산화알루미늄을 대부분 포함하는, 용도 또는 용품.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들은 세라믹의 형상화된 연마 입자들인, 용도 또는 용품.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들은 알파 알루미나를 포함하는, 용도 또는 용품.
26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들은 시딩된(seeded) 졸-겔 유도된 알파 알루미나를 포함하는, 용도 또는 용품.
27. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들은 시딩되지 않은 졸-겔 유도된 알파 알루미나를 포함하는, 용도 또는 용품.
28. 제23항에 있어서, 상기 산화알루미늄은 용융된 산화알루미늄인, 용도 또는 용품.
29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 부 연마 입자들을 추가로 포함하는, 용도 또는 용품.
30. 제29항에 있어서, 상기 부 연마 입자들은 용융된 산화알루미늄 재료, 열 처리된 산화알루미늄 재료, 세라믹 산화알루미늄 재료, 소결된 산화알루미늄 재료, 탄화규소 재료, 이붕화티타늄, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 석류석, 용융된 알루미나-지르코니아, 졸-겔 유도된 연마 입자들, 산화세륨, 산화지르코늄, 산화티타늄, 및 이들의 조합의 입자들로부터 선택되는, 용도 또는 용품.
31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 부 연마 입자들은 용융된 산화알루미늄 재료의 입자들, 초연마 재료의 입자들, 탄화규소 재료의 입자들, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 용도 또는 용품.
32. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부 연마 입자들은 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수보다 작은 크기인/에 대응하는 FEPA에 따른 공칭 크기에 의해 특징지어질 수 있는, 용도 또는 용품.
33. 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부 연마 입자들은 파쇄된 연마 입자들인, 용도 또는 용품.
34. 제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 부 연마 입자들의 함량은 부 연마 입자들과 형상화된 연마 입자들의 총량을 기준으로 최대 95 중량%인, 용도 또는 용품.
35. 제29항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 형상화된 연마 입자들의 양은 접합된 연마 용품 내에서의 형상화된 연마 입자들과 부 연마 입자들의 총 중량을 기준으로 약 20 내지 약 60 중량%인, 용도 또는 용품.
36. 제29항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 형상화된 연마 입자의 양은 형상화된 연마 입자들과 임의의 선택적인 부 연마 입자들의 총량을 기준으로 형상화된 연마 입자들의 적어도 50 중량% 및 최대 100 중량%인, 용도 또는 용품.
37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제36항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 10 내지 80 부피%의 상기 형상화된 연마 입자들 및 1 내지 60 부피%의 상기 접합 매체를 포함하는, 용도 또는 용품.
38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 유리질 접합제는, 유리질 접합제의 총 중량을 기준으로, 25 내지 90 중량%의 SiO₂; 0 내지 40 중량%의 B₂O₃; 0 내지 40 중량%의 Al₂O₃; 0 내지 5 중량%의 Fe₂O₃, 0 내지 5 중량%의 TiO₂, 0 내지 20 중량%의 CaO; 0 내지 20 중량%의 MgO; 0 내지 20 중량%의 K₂O; 0 내지 25 중량%의 Na₂O; 0 내지 20 중량%의 Li₂O; 0 내지 10 중량%의 ZnO; 0 내지 10 중량%의 BaO; 및 0 내지 5 중량%의 금속 산화물을 포함하는, 용도 또는 용품.
39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제38항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 유리질 접합제는 프릿(frit)을 포함하는 유리질 접합제 전구체 조성물로부터 획득가능한, 용도 또는 용품.
40. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제39항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 다공도(porosity)를 포함하는, 용도 또는 용품.
41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제40항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들의 적어도 일부는 적어도 일부 그들 표면 상에 표면 코팅을 포함하는, 용도 또는 용품.
42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제41항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 제1 기하학적 형상은 다각형 형상, 렌즈 형상, 활꼴(lune) 형상, 원형 형상, 반원형 형상, 난형(oval) 형상, 원 섹터(circular sector), 원 세그먼트(circular segment), 액적(drop) 형상, 및 하이포사이클로이드(hypocycloid)로부터 선택되는, 용도 또는 용품.
43. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제42항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 제1 기하학적 형상은 삼각형 형상 및 사변형 형상으로부터 선택되는, 용도 또는 용품.
44. 제1항 내지 제43항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제43항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들 각각은 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 용도 또는 용품.
45. 제44항에 있어서, 상기 적어도 하나의 측벽은 경사 측벽인, 용도 또는 용품.
46. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제45항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 형상화된 연마 입자들은 제2 측에 복수의 홈 및/또는 리지를 추가로 포함하는, 용도 또는 용품.
47. 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제47항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 제2 측은 정점(vertex) 또는 리지 선 또는 제2 면을 포함하는, 용도 또는 용품.
48. 제47항에 있어서, 제2 측은 두께(t)만큼 제1 측으로부터 이격된 제2 면, 및 제2 면과 제1 면을 연결하는 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 용도 또는 용품.
49. 제48항에 있어서, 제2 면은 제1 기하학적 형상과 동일하거나 상이할 수 있는 제2 기하학적 형상의 외주를 갖는, 용도 또는 용품.
50. 제49항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기하학적 형상들은 정다각형, 불규칙 다각형, 렌즈, 활꼴, 원형, 반원형, 난형, 원 섹터, 원 세그먼트, 액적 형상 및 하이포사이클로이드로부터 독립적으로 선택되는, 용도 또는 용품.
51. 제49항 또는 제50항에 있어서, 상기 제1 및 상기 제2 기하학적 형상들은 크기가 상이할 수 있거나 상이하지 않을 수 있는 동일한 기하학적 형상들을 갖는, 용도 또는 용품.
52. 제51항에 있어서, 상기 동일한 기하학적 형상들은 둘 모두 삼각형 형상으로부터 또는 사변형 형상으로부터 선택되는, 용도 또는 용품.
53. 제48항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 면과 제2 면은 서로 실질적으로 평행하거나 평행하지 않은, 용도 또는 용품.
54. 제48항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 면 및/또는 제2 면은 실질적으로 평탄한, 용도 또는 용품.
55. 제48항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나는 평탄하지 않은 면인, 용도 또는 용품.
56. 제55항에 있어서, 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나는 내측을 향해 형상화되는, 용도 또는 용품.
57. 제56항에 있어서, 제1 면은 내측을 향해 형상화되고 제2 면은 실질적으로 평탄하거나, 제1 면은 외측을 향해 형상화되고 제2 면은 내측을 향해 형상화되거나, 제1 면은 내측을 향해 형상화되고 제2 면도 내측을 향해 형상화되는, 용도 또는 용품.
58. 제48항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 측은 제2 면 및 제2 면과 드래프트각(draft angle) 알파로 교차하는 4개의 소면(facet)들을 포함하여 절두 피라미드를 형성하는, 용도 또는 용품.
59. 제47항에 있어서, 제2 측은 두께(t)만큼 제1 측으로부터 이격된 정점 및 정점과 제1 면의 외주를 연결하는 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 용도 또는 용품.
60. 제59항에 있어서, 제1 면의 외주는 삼변형, 사변형 또는 보다 고차의 다각형이고, 제2 측은 정점 및 피라미드를 형성하기 위한 대응하는 개수의 소면들을 포함하는, 용도 또는 용품.
61. 제59항에 있어서, 제1 면의 외주는 삼변형이고, 형상화된 연마 입자들은 6개의 공통 에지(edge)에 의해 연결되는 4개의 주 면(major side)들을 구비하며, 4개의 주 면들 중 각각의 주 면은 4개의 주 면들 중 3개의 다른 주 면들과 접촉하고, 6개의 공통 에지들은 실질적으로 동일한 길이를 갖는, 용도 또는 용품.
62. 제47항에 있어서, 제2 측은 두께(t)만큼 제1 측으로부터 이격된 리지 선, 및 리지 선과 제1 면의 외주를 연결하는 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 용도 또는 용품.
63. 제62항에 있어서, 측벽은 리지 선과 제1 면의 외주를 연결하는 하나 이상의 소면들을 포함하는, 용도 또는 용품.
64. 제62항 또는 제63항에 있어서, 제1 기하학적 형상은 사변형 기하학적 형상으로부터 선택되고, 측벽은 지붕형(roof-shaped) 입자를 형성하는 4개의 소면들을 포함하는, 용도 또는 용품.
65. 제1항 내지 제64항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제64항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 형상화된 연마 입자들은 연마 용품 내에 균질하게 분포되는, 용도 또는 용품.
66. 제1항 내지 제64항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제64항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 형상화된 연마 입자들은 연마 용품 내에 불균질하게 분포되는, 용도 또는 용품.
67. 제66항에 있어서, 용도 또는 용품은 접합된 연마 휠이거나 이를 포함하고, 휠은 외측 구역 및 내측 구역을 포함하며, 내측 및 외측 구역의 조성물들은 접합제의 조성, 연마 입자들의 형상, 연마 입자의 그릿(grit) 크기, 및 연마 입자들의 양으로부터 선택되는 하나 이상의 태양(aspect)들에서 상이한, 용도 또는 용품.
68. 제1항 내지 제67항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제67항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 휠(wheel), 호닝 스톤(honing stone), 연삭 세그먼트(grinding segment), 마운티드 포인트(mounted point)의 형상, 또는 다른 형상들로부터 선택되는 3차원 형상을 갖는, 용도 또는 용품.
69. 제1항 내지 제68항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제68항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 용품은 연삭 휠인, 용도 또는 용품.
70. 제69항에 있어서, 용품은 나사 연삭, 기어 연삭, 평면 연삭, 원통 연삭 및 다른 프로파일 연삭 응용들로부터 선택되는 연삭 응용을 위한 연삭 휠인, 용도 또는 용품.
71. 제1항 내지 제70항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 용품에 있어서, 상기 표면 특징부는 리지, 팁, 코너, 에지, 및 다른 수형 표면 프로파일 요소들로부터 선택되는 수형 표면 특징부인, 용도 또는 용품.
72. 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 용품의 고정밀 연삭에서의, 용도.
73. 강(steel), 비철 금속, 합금, 경질 금속, 세라믹 및 유리로부터 선택되는 공작물(workpiece) 재료를 연마하기 위한, 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 용품의, 용도.
74. 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 접합된 연마 용품을 제조하는 방법으로서,
    a) 기본 형상(basis shape)을 갖는 전구체 유리화된 접합된 연마 용품을 제공하는 단계; 및
    b) 적어도 하나의 표면 특징부를 포함하는 표면 프로파일을 상기 전구체 유리화된 접합된 연마 용품의 상기 표면의 적어도 일부 상에 부여하는 단계를 포함하고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는, 방법.
75. 제74항에 있어서, 상기 표면 프로파일은 팁 반경 R(tip)을 갖는 적어도 하나의 수형 표면 특징부를 포함하고, 상기 팁 반경 R(tip) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(tip) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어지는, 방법.
76. 제74항 또는 제75항에 있어서, 단계 b)는 드레싱하는 단계를 포함하는, 방법.
77. 표면의 적어도 일부 상에 프로파일을 갖는 공작물을 제조하는 방법으로서,
    (1) 초기 형상을 갖는 공작물을 제공하는 단계;
    (2) 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 연마 용품의 적어도 일부를 상기 공작물의 표면과 마찰 접촉시키는 단계; 및
    (3) 공작물의 표면의 적어도 일부를 연마하도록 공작물 또는 연마 용품 중 적어도 하나를 이동시켜, 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 적어도 부분적으로 대응하는 최종 표면 프로파일을 표면의 적어도 일부 상에 갖는 최종 공작물을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
78. 제77항에 있어서, 상기 최종 공작물 표면 프로파일은 적어도 하나의 최종 공작물 표면 특징부를 포함하고, 상기 형상화된 연마 입자들은 상기 적어도 하나의 최종 공작물 프로파일 표면 특징부에 비하여 더 크거나 대략 동일한 자릿수의 최대 치수를 갖는, 방법.
79. 제77항 또는 제78항에 있어서, 상기 최종 공작물 표면 프로파일은 접합된 연마 용품의 표면 프로파일에 포함된 수형 표면 특징부에 대응하는 적어도 하나의 암형(female) 표면 특징부를 포함하고, 상기 암형 표면 특징부는 루트 반경 R(root)을 나타내고, 상기 루트 반경 R(root) 및 상기 형상화된 연마 입자들의 최대 치수 L_max는 R(root) ≤ 2 L_max에 의해 특징지어지는, 방법.
80. 제79항에 있어서, 상기 루트 반경은 약 0.01 mm 내지 약 6.00 mm의 범위로부터 선택되는 치수를 갖는, 방법.
81. 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 접합된 연마 용품의 사용에 의해 특징지어지는, 나사 연삭 방법.
82. 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 접합된 연마 용품의 사용에 의해 특징지어지는, 기어 연삭 방법.
83. 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 접합된 연마 용품의 사용에 의해 특징지어지는, 평면 연삭 방법.
84. 제2항 내지 제71항 중 어느 한 항에 따른 접합된 연마 용품의 사용에 의해 특징지어지는, 원통 연삭 방법.

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