JP3636725B2 - 高透過性砥石 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、細長い形状を持つ細長い砥粒（elonagated abrasive grain）及び他の材料を利用して製造し、高性能の研削の用途に有益な高透過性の特徴を達成する研磨物品（abrasive article）に関する。この研磨物品は前例のない透過性、相互接続気孔、開放性及び研削性能を持つ。
気孔、特に研磨工具内の相互接続したそれは２つの面で重要な役割を果たす。気孔は研削油剤、例えば研削の間に発生する熱を伝達して研削環境を常に低温に保つための冷却剤、及び動いている砥粒と工作物の表面の間の摩擦を減少させそして潤滑的な効果で切削速度を増加させる滑剤の接近を可能にする。この研削油剤及び滑剤は金属的な損傷（例えば焼け（burn））を最小化し、研磨工具の寿命を最大化する。深い研削、及び工作物の寸法精度を犠牲にしないで一度の深い研削パスで大量の材料を除去する高度に効率的な研削のための新しい精密な方法（例えばクリープフィード研削）でこれは特に重要である。従って、流体（空気、冷却剤、滑剤等）に対するその透過度によって測定される砥石の構造的な開放性（すなわち気孔の相互接続）は、非常に重要になる。
気孔は、研削される目的物から取り除かれた材料（例えば金属チップ又は削り屑（swarf））のためのクリアランス（clearance）も提供する。研削する工作材料が「機械加工しにくい」延性若しくはガム状、例えばアルミニウム又はいくつかの合金である場合、又は金属チップが長く気孔の相互接続がないと研削する砥石が簡単に目詰まりを起こす場合に、屑片（debris）クリアランスが必要である。
気孔の要求の両方に合う研磨工具を製造するために、長年にわたって多くの方法が試みられてきた。
Carmanらの米国特許第5221294号明細書は、有機気孔成形構造物を研磨スラリーに浸漬し、その後加熱の間に燃え尽きさせて網目状の研削構造物を製造する一段階の工程を使用して達成した５〜65％の空隙率を持つ砥石を開示する。
ゴトウらの特開平３−161273号明細書は、大きな体積の気孔を持つ研磨物品を開示する。ここで、それぞれの気孔はこの研磨物品で使用する砥粒の平均直径の１〜10倍の直径を持つ。前記気孔は硬化の間に燃え尽きる材料の使用によって発生させる。
サトウらの特開平３−281174号明細書は、大きな体積の気孔を持つ研磨物品を開示する。ここで、それぞれの気孔はこの研磨物品で使用する砥粒の平均直径の少なくとも10倍の直径を持つ。50体積％の気孔率は有機気孔誘発材料を硬化の間に燃え尽きさせて達成する。
Garyらの米国特許第5037452号明細書は、非常に多孔性の砥石に必要な構造的な強度を定義するために有益な指数を開示する。
Sheldonらの米国特許第5203886号明細書は、高気孔率ビトリファイド砥石を製造するのに有益な有機気孔誘発剤（例えばクルミの殻）と独立気泡気孔誘発剤（例えばバブルアルミナ（bubble alumina））の組み合わせを開示する。「自然の又は残余の（natural or residual）気孔率」（約28〜53％であると計算される）は砥石の合計の気孔率の一部として説明される。
Rueらの米国特許第5244477号明細書は、０〜73体積％の気孔を含む研磨物品を製造するために気孔誘発剤と組み合わせて使用するフィラメント状砥粒を開示する。
Nelsonの米国特許第3273984号明細書は、有機又は樹脂結合剤及び少なくとも30体積％の砥粒を含む研磨物品が最大で68体積％の気孔を含めることを開示する。
Wuの米国特許第5429648号明細書は、燃え尽きて35〜65体積％の気孔を持つ研磨物品を作る有機気孔誘発剤を含むビトリファイド砥石を開示する。
気孔率を増加させるこれら及び他の同様の努力は、砥石に満足できるレベルの構造的な透過性をもたらしていなかった。このために砥石の気孔率は、砥石の性能を信頼可能に予想をしなかった。
加えて、高気孔率の気孔構造を有機気孔誘発剤（例えばクルミの殻又はナフタレン）によって発生させる場合、ある補足的な問題が発生する。これらの気孔誘発剤は未焼成の研磨工具の焼成において、硬化した研磨工具に空隙又は気孔を残して熱的に分解する。この方法の問題は、気孔誘発剤の貯蔵の間の吸湿、部分的に湿分に起因し及び部分的に砥粒と気孔誘発剤の密度の差に起因する混合の不均一性及び混合の分離、型に装填していない間の気孔誘発剤の歪みの時間依存性の開放に起因して研磨工具の制御できない寸法をもたらす成形厚さの増加又は「もどり（springback）」、加速速度が十分にゆっくりではない場合又はビトリファイド結合剤の軟化点が十分に高くない場合の、気孔誘発剤の不完全な燃焼又は焼成された研磨物品の「核形成（coring）」若しくは「黒色化（blacking）」、加熱速度の制御及び炎及び製品の ひび割れに関して困難をもたらす発熱反応、並びに気孔誘発剤を熱的に分解するときの、環境に好ましくない影響をしばしばもたらす空気浮遊放出物及び臭気を含む。
独立気泡バブル、例えばバブルアルミナを導入することは、有機物を燃え尽きさせる方法の問題をなくして気孔を導入する。しかしながら、バブルによって発生させた気孔は内在的に独立している。そのためこの気孔構造は冷却剤及び滑剤の通過に対して透過性がない。
これらの欠点を克服し研磨物品の透過度を最大にするために本発明は研磨物品中で長さ対直径のアスペクト比（L/D）が少なくとも5:1の細長い又は繊維状の砥粒、及び単独又はフィラメント状の砥粒と組み合わせるフィラメント状の形状を持つ選択される充填剤の利益を得る。同様のフィラメント状の形状を持つ選択される充填剤が使用でき、又はフィラメント状の砥粒と組み合わせて使用できる。別の方法では、未焼成の研磨物品を加熱して一時的な細長い材料（有機繊維又は繊維ガラス）を燃焼又は溶融させて完成した研磨物品内で細長い相互接続した開放性の流路の網状構造を作ることによって、製造の間に工具内に透過性を与えてもよい。
研磨物品組成物内の細長い材料及び形状は高気孔率、高透過性及び高性能の研磨工具を与える。
発明の要約
本発明は、約55〜約80体積％の相互接続気孔、及び研削に効果的な量の砥粒と結合剤を含み、砥粒の横断面幅の少なくとも1.7664倍（0.44倍）の空気透過度（cm ³ − 空気／（秒・kPa）（cc−空気／秒／水柱インチ））を持つ研磨物品であって、研削の間に研磨物品を通る流体又は屑片の通過を可能にする流路の開放性構造を相互接続気孔が提供する研磨物品である。
本発明は、約40〜約54体積％の相互接続気孔、及び研削に効果的な量の砥粒と結合剤を含み、砥粒の横断面幅（μｍ）の少なくとも0.8832倍（0.22倍）の空気透過度（cm ³ −空気／（秒・kPa）（cc−空気／秒／水柱イン チ））を持つ研磨物品であって、相互接続気孔が研削の間に研磨物品を通る流体又は屑片の通過を可能にする流路の開放性構造を提供する研磨物品も含む。
好ましくは前記研磨物品はビトリファイド結合剤及び少なくとも5:1のL/D比を持つ砥粒の繊維状粒子を含む。前記砥粒は焼結種入れゾルゲルアルミナフィラメント状粒子でよい。前記研磨物品は気孔誘発剤を伴って、又は伴わずに製造することができる。繊維状充填材料を単独で、又は繊維状砥粒と組み合わせて使用して、研磨物品内で相互接続気孔を発生させる。
発明の詳細な説明
研磨物品は研磨操作に必要な効果的な量の砥粒及び結合剤、並びに随意に充填剤、滑剤又は他の成分を含む。研磨物品は好ましくは、研削力に耐えるのに十分な構造的な強度を保持ながら達成可能な透過性気孔の最大体積を含む。研磨物品は工具、例えば砥石、ホーン及び砥石のセグメント、並びに工作物を研磨するために設計された結合砥粒の他の形を含む。研磨物品は約40体積％〜80体積％、好ましくは55体積％〜80体積％、及び最も好ましくは60体積％〜70体積％の相互接続気孔を含むことができる。相互接続気孔は流体の流れに対して開放性の、結合した砥粒の粒子間の隙間からなる研磨物品の気孔である。
20％〜60％の残部体積は砥粒と結合剤であって、砥粒と結合剤の体積比は約20:1〜1:1である。これらの量は研削のために効果的であり、より大きい砥石に、及びビトリファイド結合剤ではなく有機結合剤を含む配合物にはより大量の結合剤及び粒子が必要とされる。従来の砥粒と比較して、ビトリファイド結合剤中の超砥粒は典型的により多い量の結合剤含有量を要求する。好ましい態様では、研磨物品はビトリファイド結合剤で作られ、15％〜43％の砥粒と３％〜15％の結合剤を含む。
砥石の寿命、研削性能及び工作物表面の質の観察されるかなりの改良を示すために、本発明の研磨物品はこの研磨物品を通る流体の自由流れを可能にする最小透過能力を持たなければならない。ここで使用する場合、研磨工具の透過度はQ/Pである（ここでＱは空気流れのccで表わされる流量を意味し、Ｐは差圧を意味する）。Q/Pは、流体（例えば空気）の所定の流速において研磨工具構造物と大気の間で測定される圧力差である。この相対透過度Q/Pは気孔体積と気孔サイズの２乗の積に比例する。より大きい気孔サイズが好ましい。気孔の外形及び砥粒サイズはQ/Pに影響を与える他の要素であり、より大きい砥粒サイズはより高い相対透過度をもたらす。Q/Pは以下の例６で説明する装置及び方法を使用して測定する。
従って、ビトリファイド結合で約55％〜80％の気孔率を持つ研磨工具で、断面幅が１32〜194μｍ砥粒サイズを使用する場合、本発明の利益を生ずるために少なくとも160.6cm ³ −空気／（秒・kPa）（40cc−空気／秒水柱 インチ）の空気透過度が必要である。１94μｍよりも大きい砥粒サイズのためには、少なくとも200.8cm ³ −空気 （秒・kPa）（50cc−空気／秒／水柱インチ））の透過度が必要である。
55％〜80％の気孔率のための透過度と砥粒サイズの間の関係は、最小透過度＝1.7664（0.44）×砥粒の断面幅（μｍ）、の式によって表すことができる。少なくとも ７０μｍの断面幅が好ましい。
ビトリファイド結合で約40％以上約55％未満の気孔率を持つ研磨工具では、１32〜194μｍの砥粒サイズを使用する場合、本発明の利益を生ずるために少なくとも11 6.5cm ³ −空気／（秒・kPa）（29cc−空気／秒／水柱イ ンチ）の空気透過度が必要である。１94μｍよりも大きい砥粒サイズのためには、少なくとも168.7cm ³ −空気／ （秒・kPa）（42cc−空気／秒／水柱インチ）の透過度が必要である。
約40％以上約55％未満の気孔率のための透過度と砥粒サイズの間の関係は、最小透過度＝0.8832（0.22）×砥粒の断面幅（μｍ）、の式によって表すことができる。
他の砥粒サイズ、結合剤タイプ及び多孔性の程度のための同様な相対透過度の制限は、当業者がこれらの関係及びD'Arcyの法則を所定のタイプの研磨物品のために実験データに適用することによって決定することができる。
断面幅がより小さい粒子は、成形及び焼成段階の間に透過度を維持するためのフィラメントスペーサー（例えばバブルアルミナ）の使用を必要とする。より大きい砥 粒サイズを使用してもよい。砥粒サイズを増加させることの唯一の制限は、前記サイズが工作物、研削機械、砥石組成物及び外形、表面仕上げ等、並びに特定の研削操作の要求に従って当業者が選択及び使用する様々な要素にふさわしいことである。
本発明の促進された透過性及び改良された研削性能は、繊維状粒子（「繊維類」）のマトリックスによって画定される独自の安定な相互接続気孔の発生に起因する。この繊維類は砥粒又は充填剤若しくは前記２つの組み合わせからなっていてよく、様々な形状及び外形を持つことができる。この繊維類を結合剤組成物及び他の研磨工具組成物と混合し、その後圧縮そして硬化又は焼成して工具を成形することができる。もう１つの他の好ましい態様では、繊維のマット及び随意に他の工具成分を予備成形して、随意に他の配合物成分をしみ込ませ、その後硬化又は焼成して１又はそれ以上の工程で工具を作る。
独立気泡又は有機気孔誘発剤を加えて更に粒子を離すことによって前記繊維をより緩く配置すると、より高い透過度が達成できる。焼成において、有機粒子を含む物品は縮んでより小さい寸法を持つ物品をもたらす。これは物品の集結性のために繊維が相互接続しなければならないからである。研磨工具の焼結後の最終的な寸法及び結果としてもたらされる透過度は、繊維のアスペクト比の関数である。L/Dがより大きくなると、充填配列（packed array）の透過度がより多く残る。
研磨物品の作成及びその焼成の後で、配合物がこれらの最小透過度及び相互接続気孔の特徴を持つ研磨物品を与えるならば、任意の配合物の配合を使用して研磨物品をここで調製することができる。
好ましい態様において研磨物品は、焼結ゾルゲルαアルミナに基づく好ましくは１〜２μｍ未満、より好ましくは0.4μｍ未満の微晶質を持つ多結晶研磨材料を組み込んだフィラメント状砥粒粒子を含む。適当なフィラメント状粒子は、Rueらの米国特許第5244477号明細書、Kalinowskiらの同第5129919号明細書、Kalinowskiらの同第5035723号明細書、及びRueらの同第5009676号明細書で説明され、これらの明細書はここで参照して結合する。フィラメント状の砥粒をもたらし及びここで使用することができるより大きい微結晶を持つ他のタイプの多結晶アルミナ砥粒は、例えばLeitheisenらの米国特許第4314705号明細書及びWoodの米国特許第5431705号明細書で説明され、これらの特許明細書はここで参照して結合する。これらの原料から得られるフィラメント状粒子は、少なくとも5:1のL/Dアスペクト比を好ましくは持つ。様々なフィラメントの形状が使用でき、これらは例えばまっすぐの、湾曲した、螺旋状の及びくねくねした繊維を含む。好ましい態様において、アルミナ繊維は中空の形状である。
好ましい態様において、フィラメント状砥粒は、79μ ｍよりも大きい砥粒サイズ（すなわち直径が79μｍよりも大きい粒度）を持つ。あるいは、断面幅が23〜79μｍの砥粒サイズを持つフィラメント状砥粒粒子を、79μｍよりも大きい平均凝集粒子直径を持つ凝集した形で使用することができる。第２の別の好ましい態様では、断面 幅が23〜79μｍの砥粒サイズを持つフィラメント状砥粒粒子を、焼成の間にフィラメントの間隔をあけるのに効果的な量の気孔誘発剤（有機材料又は独立気泡）と共に使用することができ、それによって最終的な砥石において少なくとも約40cc/秒／水柱インチの最小透過度を維持する。
最小透過度が維持されるならばフィラメント状の形状であってもそうでなくても任意の砥粒を本発明の物品で使用することができる。酸化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア−アルミナ、ガーネット及びエメリーを含むがこれに限定されない通常の研磨剤が、約0.5μｍから5,000μｍ、好ましくは約２μｍ〜200μｍの砥粒サイズで使用できる。ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素及び亜酸化ホウ素（boron suboxide）（ここで参照して結合する米国特許第5135892号明細書で説明される）を含むがこれらに限定されない超砥粒は、通常の砥粒と同じ粒度で使用できる。
通常研磨物品で使用される任意の結合剤を繊維状の粒子と共に使用して結合された研磨物品を作ることができるが、ビトリファイド結合剤が構造的な強度のために好ましい。当該技術分野で知られる他の結合剤、例えば適切な硬化剤を伴う有機又は樹脂結合剤を、例えば約40％〜80％の相互接続気孔を持つ研磨物品に使用できる。
研磨物品は、他の添加剤、好ましくはフィラメント状又はマット状にした若しくは凝集したフィラメント状粒子の充填剤、気孔誘発剤、滑剤、並びに加工添加物、例えば帯電防止剤及び物品の成形及び圧縮のための一時的な結合材料をこれらに限定されないが含むことができる。ここで使用する「充填剤」は、独立気泡及び有機材料型の気孔誘発剤を含まない。これらの随意の研磨配合物成分の適切な量は、当業者が容易に決定することができる。
ふさわしい充填剤は、二次研磨剤、固体滑剤、金属粉末又は粒子、セラミック粉末例えば炭化ケイ素、及び当該技術分野で知られる他の充填剤を含む。
フィラメント状材料、結合剤及び他の成分を含む研磨混合物は、通常の技術及び装置を使用して混合及び成形する。研磨物品は、冷間、温間若しくは熱間圧縮又は当業者に知られる任意の方法によって成型することができる。研磨物品は、当該技術分野で知られ並びに結合剤及び他の成分のタイプ及び量で選択される従来の焼成工程によって焼成することができる。一般に気孔含有率が増加すると焼成時間は短くなり焼成温度は低下する。
研磨物品を成形する従来の方法に加えて、本発明の物品は１段階の方法、例えばここで参照して結合するCarmanらの米国特許第5221294号明細書で説明される方法で調製することができる。１段階の方法を使用する場合、相互接続した気孔構造を持ち及び有機（例えポリエステル）又は無機（例えばガラス）繊維又はセラミック繊維マトリックスからなるマット状又はフォーム状構造、又はセラミック若しくはガラス若しくは有機物のハネカム状マトリックス又はそれらの組み合わせを選択し、そしてこのマトリックスに砥粒及び結合剤を浸透させて初めに多孔質構造を得て、その後焼成及び必要に応じて仕上げをして、研磨物品を作る。好ましい態様では、ポリエステル繊維マットの層を砥石の一般的な形に配置して、アルミナスラリーを浸透させて繊維をコーティングする。この構造物を１時間にわたって1510℃に加熱してアルミナを焼結させ、ポリエステル繊維を熱的に分解し、その後更に加工し（例えば、他の成分を浸透させる）、そして焼成して研磨物品を作る。適当な繊維マトリックスは、マサチューセッツ州ウスターのNorton Companyから入手できるポリエステルナイロン繊維マット製品を含む。
もう１つの好ましい態様では、樹脂でコーティングされた繊維ガラスのマット織物を、砥粒、ビトリファイド結合剤成分及び他の成分を含む研磨配合物と共に砥石型内に積層させる。この構築された配合物を従来の方法で処理し、砥石を横切る大きな流路の形の規則正しく間隔をあけた気孔を持つ研磨物品を作る。
これらの方法のいずれかで調整される研削物品は、改良された研削性能を示す。湿式の研削操作では、そのような研磨工具は、同じ研磨配合物から調製した同様の工具であるがより少ない相互接続気孔及び透過度を持つ工具及び／又は同じ気孔率を持つが相互接続気孔がより少なく及び透過度がより低い工具と比較して、より長い砥石寿命、より高いＧ比（Ｇ−ratio）（金属除去速度と砥石の摩耗速度の比）及びより小さい引く力（power draw）を持つ。通常の工具と比較すると本発明の研削工具は、より良い、よりなめらかな工作物表面ももたらす。
例１
この例は、Norton Company（マサチューセッツ州ウスター）から得られる平均L/Dが約7.5の大きいアスペクト比の種入れゾル−ゲルアルミナ（TARGA（商標））を使用し、気孔誘発剤を添加しない砥石の製造を示す。以下の表１は混合の配合を挙げる。

それぞれの砥石のためにHobart（商標）混合機で、この配合物を上記の配合及び順序に従って調製した。それぞれの成分を順番に加えて、それぞれを加えた後で約１〜２分間にわたって先に加えた成分と共に混合した。混合の後で、混合した材料を直径7.6cm（３インチ）又は12.7cm（５インチ）の鋼鉄の型に入れ、10〜20秒にわたって液圧成形プレス（hydraulic molding press）で冷間圧縮して、2.22cm（7/8インチ）の孔持つ1.59cm（5/8インチ）の厚いディスク状の砥石を得た。成形された砥石の総計体積（直径、孔及び厚さ）及び成分の合計重量は、焼成するそのような砥石の所望の計算された最終的な密度及び気孔率によって予め決定された。圧縮された砥石から圧力を取り除いた後で、砥石を型から手動で取り外して３〜４時間バット（batt）の上で乾燥させ、その後キルンにおいて加熱速度50℃／時で25℃から最大900℃にして砥石を８時間保持して焼成し、その後キルン内で室温まで自然に冷却した。
焼成後の砥石の密度は、計算された密度からの全ての偏差のために試験した。多孔性は砥粒とビトリファイド結合剤の密度比がバッチの前に知られているので、密度の測定から決定した。３つの研磨物品の気孔率はそれぞれ51体積％、58体積％、及び62体積％であった。
例２
この例は、特に高気孔率の砥石のためにL/Dが約30のTARGA（商標）粒子を使用し、気孔誘発剤を全く使用しない２つの砥石の製造を示す。
以下の表２は混合の配合を示す。例１と同様な成形及び焼成の後で、気孔率が（４）77体積％、（５）80体積％のビトリファイド砥石が得られた。

例３
この方法が商業的な大きさ、すなわち直径500mm（20インチ）の研磨工具を製造できることを示す。３つの大きな（20×１×８インチ、つまり500×25×200mm）砥石を、商業的な大きさのクリープフィード砥石のためにそれぞれ平均L/Dが約6.14、5.85、7.6の細長いTARGA（商標）粒子を使用し、気孔誘発剤を添加しないで製造する。
以下の表３は混合の配合を示す。成形段階では、最大戻りは砥石厚さの0.2％未満（又は0.002インチ若しくは50μｍで194μｍの粒子太さと比較される）で、気孔誘発剤を含む同じ規格の砥石よりもかなり少なかった。様々な位置における成形厚さは非常に均一で、最大偏差が0.4％（又は0.004インチ又は100μｍ）であった。成形の後でそれぞれの砥石を砥石の縁からのエアリングによって持ち上げて、バットの上に乗せ湿度制御室で一晩乾燥した。加熱速度を50℃／時よりもわずかに遅くして加熱し900℃の温度で８時間維持してそれぞれの砥石をキルンで焼成し、その後予定通りにキルン内で室温まで冷却した。
焼成後にこれら３つのビトリファイド砥石を測定すると（６）54体積％、（７）54体積％及び（８）58体積％の気孔率を持っていた。これらの砥石に欠陥は見出されず、成形体積から焼成体積への縮みは、構造に気孔を与えるためにバブルアルミナで製造した商業的な砥石で観察される縮み以下であった。これら３つの砥石における最大不均衡はそれぞれ13.6g（0.48オンス）、7.38g（0.26オンス）、及び11.08g（0.38オンス）、すなわち全砥石重量の0.1％〜0.2％だけであった。不均衡のデータは、均衡化の調製が必要な上限よりもかなり小さかった。これらの結果は従来の砥石と比較して、製造における高気孔率砥石の品質の一貫性における本発明の方法のかなりの利点を示す。

例４
（Ｉ）等しい体積分率の開いた気孔を含む砥石を以下の配合物から商業的な規模の装置で製造して、気孔誘発剤を含む配合物を使用する自動圧縮及び成形装置の生産性と、気孔誘発剤を含まない本発明の配合物のそれを比較する。

気孔誘発剤を含む従来の配合物と比較して本発明の配合物では、生産性（成形工程における単位時間当たりの砥石の製造速度）が５倍になることが観察された。本発明の配合物は自動圧縮操作を可能にする自由流れの特徴を示した。気孔誘発剤が存在しないので、本発明の配合物は圧縮後の戻り及び焼成の間の着色を示さない。本発明の砥石の透過度は172.7cm ³ −空気／（秒・kPa）（43c c−空気／秒／水柱インチ）であった。
（II）等しい体積分率の開いた気孔を含む砥石を以下の配合物から製造して、気孔誘発剤を含む配合物の焼成特性と本発明の配合物のそれを比較した。

本発明の砥石は焼成の後で悪化（slumpage）、欠損又は着色の兆候を示さなかった。透過度が20.1cm ³ −空気 ／（秒・kPa）（5cc−空気／秒／水柱インチ）の気孔誘発剤を含む従来の配合物から製造される未焼成の圧縮した砥石と比較して、焼成前の未焼成の圧縮した本発明の砥石は88.4cm ³ −空気／（秒・kPa）（22cc−空気／秒／ 水柱インチ）の高い透過度を持っていた。未焼成のものの高い透過度は焼成の間に高い物質／熱移動率をもたらし、従来の砥石と比べてより高い本発明の砥石の加熱速度許容性（heat rate capability）を与えると考えられる。本発明の砥石の焼成は、等価の加熱サイクルを使用する従来の砥石で必要とされる時間の1/2で完了する。本発明の焼成された砥石の透過度は180.7cm ³ −空気／ （秒・kPa）（45cc−空気／秒／水柱インチ）であった。
例５
この例は、予備凝集させた粒子を使用して高気孔率砥石を製造できることを示す。細長いゾルゲルαアルミナ粒子の押出しの間に押出し速度を制御して低下させて予備凝集させた粒子を製造する。速度の低下は、押し出された材料の乾燥の前に押し出しダイを出る材料として凝集体を発生させて作る。
気孔誘発剤を全く使用せずに、凝集した細長いTARGA（商標）粒子から、高気孔率砥石を例１で説明したように製造した（平均的な凝集体は約５〜７個の細長い粒子を持ち、それぞれの平均寸法は約194×194×（194×5.96）μｍ）。公称アスペクト比は5.96、及びLPDは0.99g/ccであった。以下の表５は混合の配合を示す。成形及び焼成の後で、製造されたビトリファイド砥石は54体積％の気孔率を持っていた。

例６
この例は透過度測定試験を説明し、繊維状粒子の形の砥粒を使用することによって研磨物品の透過度が大きく増加することを示す。
透過度試験
流量と多孔質媒体にかかる圧力の間の関係を支配D'Arcyの法則に基づく透過度試験による多孔質媒体の開口性の定量的な測定値を使用して、砥石を評価した。非破壊試験装置を作製した。この装置は空気供給源、流量計（入り口空気流量Ｑを測定）、圧力計（砥石の様々な位置での圧力の変化を測定）及び砥石の様々な表面の位置に向かう空気流れを割り当てるために空気供給源に接続されたノズルからなる。
試験では1.76kg/cm²（25psi）の空気入り口圧力P₀、14m³/時（500ft³/時）の入り口空気流量Q₀、及び2.2cmの試験ノズル端を使用した。データの収集点（砥石当たり８〜16点）（すなわち片面当たり４〜８点）は厳密な平均をもたらすように取った。
砥石の測定
表４は様々な砥石の透過度の値（cm ³ /（秒・kPa）（c c/秒／水柱インチ）でのQ/P）の比較を示す。

データは厚さが少なくとも1/2インチ（1.27cm）、典型的に１インチ（2.54cm）の厚さの砥石を使用して標準化した。例２のための対照標準として役立つ砥石を製造することは不可能であった。これは、この配合物を本発明の砥石の高気孔率含有物（標準的な研磨配合物中で細長い砥粒を使用して達成される）に成形できないからである。アスペクト比が4:1のゾルゲルアルミナ砥粒とアスペクト比が1:1のゾルゲル又は38Aアルミナ砥粒の50/50体積％混合物を使用して対照標準砥石を製造した。これら全ての砥粒はマサチューセッツ州ウスターのNorton Companyから入手できる。
砥石11は凝集した細長い砥粒を含み、従って凝集していない細長い粒子との直接の比較にも、透過度＝1.7664 （0.44）×砥粒の断面幅（μｍ）、の式によって提供される透過度の説明にも役に立たない。しかしながら、この本発明の砥石の透過度は対照標準と非常に好ましく比較され、凝集していない細長い粒子を含むことを除いて等価のタイプの砥石で予想される通気性とほぼ等しい。
本発明の方法によって製造される砥石は同じ気孔率を持つ従来の砥石よりも約２〜３倍大きい透過度を持つことをデータは示す。
例７
この例は、砥粒のL/Dアスペクト比がクリープフィード研削様式においてどのように研削性能を変化させるかを示す。Norton Company製造プラントで直径50.8×2.54×20.32cm（20×１×８インチ）に製造された、54％の気孔率、並びに等しい量の研磨剤及び結合剤を持つ一組の砥石を、以下の表５で示すようにして試験するために選択した。

これらの砥石の研削性能を試験した。ブロックの最も長い面に沿うBlohm試験器での切断非連続ドレスクリープフィード操作によって、4340鋼（Rc48−52）の20.32×10.66×5.33cm（８×４×２インチ）ブロックで研削を行った。砥石速度は30.5m/秒（6000S.F.P.M.）、切削深さは0.318cm（0.125インチ）及びテーブル速度は19.05cm/分（7.5インチ／分）から6.35cm/分（2.5インチ／分）の増加率で工作物が焼けを起こすまでであった。細長いTarga粒子を使用して、54％の気孔率及び少なくとも約200.8cm ³ −空気／（秒・kPa）（50cc−空気／秒／ 水柱インチ）の空気透過度を持つ砥石を製造することによって、研削性能は大きく改善された。表６は様々な研削の態様の結果を比較する。相互接続気孔の利点に加えて、研削の生産性（金属除去速度によって特徴付けられる）及び被研削性指数（比エネルギーで割ったＧ比）の両方は砥粒のアスペクト比の関数であり、L/Dが増加するにつれて性能は増加する。

cm/分での速度はインチ／分での速度の2.54倍に等しい。Kg/cmでの力は重量ポンド／インチでの力の5.59倍に等しい。
同様な研削性能の結果は断面幅132〜194μｍの砥粒を含む砥石で得られる。より小さい砥粒サイズでは、少なくとも約160.6cm ³ /（秒・kPa）（40cc/秒／水柱イン チ）の透過度を持つ砥石でかなりの研削の改良が観察された。
例８
この例は、マット構造の熱的に分解する繊維状材料を使用して、硬化した研磨物品に高度の相互接続気孔を発生させる透過性の研磨物品の調製を説明する。
以下に示す配合を使用し、この成分を例１で説明したように混合し、そして混合物を型（５×0.53×0.875インチ）の中で積層させて圧縮し、未焼成の砥石を作った。砥石12及び13は、樹脂でコーティングされた繊維ガラスマット（製品＃3321及び＃57としてIndustrial Polymer and Chemicalsから入手できる70重量％Ｅガラス上の30重量％樹脂）の４つの層によって分離された等しい間隔の研磨配合物の５つの層を含んていた。1mm四方の開口部を持つ細かいメッシュ状のマット（＃3321）を砥石12に使用し、5mm四方の開口部を持つ荒いメッシュ状のマット（＃57）を砥石13に使用した。砥石14は対称標準であり繊維ガラスメッシュを含んでいなかった。

例１のように未焼成の砥石をプレスから外し、乾燥そして焼成した。焼成後に砥石の外側の直径を切削して、繊維ガラスマットの分解によって成形された気孔の流路を露出させた。砥石は研削の用途に適当な単一の構造物であった。Ｘ線撮影写真を撮り、砥石12及び13では、大きく、流体に対して透過性の流路で、ほぼ繊維ガラスメッシュの寸法及び位置の内部網状構造の存在、並びに砥石14では流路がないことを確かめた。従って砥石12及び13は本発明の使用に適当であった。
例９
この例は、アルミナスリップ（slip）でコーティングされた有機基材の不織マットの積層体を使用する透過性研磨物品の調製を説明する。積層体を熱処理してアルミナを焼結させ、その後透過性研磨物品を作るマトリックスとして使用した。
アルミナスリップ成分は、ベーマイトゾル（Condea Chemie社から入手できるCondea、Desperal sol10/2液）100g、Nalco脱泡剤0.15ml及びαアルミナ粉末（Ceralox社から入手できるMgOを伴うCeralox−APA−0.5μｍ）300gを500rpmで撹拌することによって、強力な混合機（Premier Mill Corporation Laboratory Disperator Model）で混合し、粘度が増加したら混合速度を2500〜3000rpmに増加させた。15分間にわたってRed Devilプラント振盪機上に設置された1000mLのNalgene容器中で、混合物を99.97％の純度の酸化アルミニウム1.27c m（0.5インチ）円筒状微粉砕媒体で微粉砕し、その後10USメッシュTylerスクリーン上でふるい分けしてアルミナスリップを作った。
アルミナスラリーを使用して、６つの（9.53×0.64cm （3.75×0.25インチ））ポリエステル／ナイロン不織繊維マット状ディスク（Norton Companyから得られる）をコーティングした。コーティングされたディスクを紙のディスクで覆われたアルミナバットに積み重ね、もう１つの他の紙のディスクとアルミナバットをこの積み重ねに乗せ、そして高さ１インチの２つのブロックをこの積み重ねの両脇に配置した。一番上のバットに圧力をかけてこの積み重ねを圧縮してブロックと同じ高さにした。積み重ねたディスクを室温で４時間、そして80℃の炉で４時間乾燥させた。コーティングされたディスクは最高温度1510℃にする温度勾配サイクルを使用して焼成し、アルミナマトリックスを作った。
焼成後、アルミナマトリックスにビトリファイド結合材料の分散液を浸透させた。分散液はアルミナスリップに使用したのと同じ強力な混合機で、混合機500〜700rpmに調節し、70gの50℃脱イオン水、0.3mlのDarvan821A分散剤（R.T.Vanderbilt社から入手できる）、0.15mlのNalco脱泡剤、30gのフリット結合剤粉末（原料結合剤混合物を溶融してガラスにし、冷却、粉砕そしてふるい分けして平均粒度が10〜20μｍのフリットを作った）、及び1gのGelloid C101ポリマー（FMC社）を混合して調製した。一定の撹拌を伴って分散液温度を40〜45℃に調製し、アルミナマトリックスへの浸透のために粘度を最小化した。アルミナマトリックス（115gのアルミナを含む）をペトリ皿に配置し、結合剤分散液で浸漬し、真空室に配置し、そして真空引きしてガラスフリット結合剤分散液がマトリックスに完全に浸透することを確実にした。冷却して、ゲル及び過剰なゲルを作る結合剤分散液をアルミナマトリックスの外側からこすり落とした。浸透させたアルミナマトリックス（42.8gの結合剤を含む）を最高温度900℃の温度勾配焼成サイクルにおいて焼成し、ここで参照して結合する米国特許第5035723号明細書の例１で説明される結合剤組成を持つ研磨物品を作る。研磨物品はかなり透過性で、構造が単一であり、70〜80体積％の気孔率を持ち、研削の用途の適当な強度を持つ。
例10
この例は、砥粒及び研磨物品を硬化させるのに適当な割合の結合剤を含む繊維状材料を使用する透過性の研磨物品の調製を説明する。繊維状材料は、射出成形及び焼結によって、ゾルゲルαアルミナ粒子とビトリファイド結合材成分の体積比が5.75:1.0のスラリー混合物から作った。砥石（直径7.62cm（３インチ））は、以下に示す混合物配合を使用して例１で説明するようにして作った。

砥石は80体積％の気孔率、1405.6cm ³ /（秒・kPa）（3 50cc/秒／水柱インチ）の透過度を持ち、穏やかな研削の用途に適当な単一の構造物である。

Claims (12)

1. 55〜80体積％の相互接続気孔、及び研削に 効果的な量の砥粒と結合剤を含み、μｍで表された砥粒 の断面幅の少なくとも1.7664倍（0.44倍）の、cm ³ −空 気／（秒・kPa）（cc−空気／秒／水柱インチ）で表さ れた空気透過度を持ち、前記相互接続気孔が研削の間に 研磨物品を通る流体又は屑片の通過を可能にする開放性 の流路構造を提供する、研磨物品。
2. 40体積％〜54体積％の相互接続気孔及び研 削に効果的な量の砥粒及び結合剤を含み、μｍで表され た砥粒の断面幅の少なくとも0.8832倍（0.22倍）の、cm ³ −空気／（秒・kPa）（cc−空気／秒／水柱インチ）で 表された空気透過度を持ち、前記相互接続気孔が研削の 間に研磨物品を通る流体又は屑片の通過を可能にする開 放性の流路構造を提供する、研磨物品。
3. 前記結合剤がビトリファイド結合剤であ る、請求項１又は２に記載の研磨物品。
4. 前記相互接続気孔が繊維状粒子のマトリッ クスによって画定され、繊維状粒子が少なくとも5:1の 長さ対直径のアスペクト比を持つ、請求項１又は２に記 載の研磨物品。
5. 前記研磨物品が気孔誘発剤を含まない、請 求項４に記載の研磨物品。
6. 前記繊維状粒子が砥粒、充填剤、それらの 組み合わせ、及びそれらの凝集体からなる群より選択さ れる材料からなる、請求項４に記載の研磨物品。
7. 前記砥粒が、長さ対直径のアスペクト比が 少なくとも5:1の焼結ゾルゲルαアルミナ砥粒である、 請求項６に記載の研磨物品。
8. 前記充填剤が、セラミック繊維、ガラス繊 維、有機繊維、それらの組み合わせ、及びそれらの凝集 体からなる群より選択される、請求項６に記載の研磨物 品。
9. 断面幅が194μｍよりも大きい砥粒に対し て、研磨物品が少なくとも200.8cm ³ /（秒・kPa）（50cc /秒／水柱インチ）の透過度を持つ、請求項４に記載の 研磨物品。
10. 前記相互接続気孔が、ガラスマット、有 機繊維マット、セラミック繊維マット、及びそれらの組 み合わせからなる群より選択される組織化された充填剤 の少なくとも１つの層によって画定される、請求項１又 は２に記載の研磨物品。
11. 前記セラミック繊維マットがビトリファ イド結合剤材料によってコーティングされている、請求 項10に記載の研磨物品。
12. 前記有機繊維マットがアルミナスラリー のコーティングを持つポリエステル繊維マットである、 請求項10に記載の研磨物品。