JPH04336971A

JPH04336971A - 結合研磨体、研磨材粒子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04336971A
Application number: JP4053151A
Authority: JP
Inventors: David Rostoker; デイビッド　ロストカー; Carole J Markhoff-Matheny; キャロル　ジェイ．マーコフ−マセニー
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1991-03-15
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1992-11-25
Also published as: BR9200864A; AU1059992A; EP0503598A3; CA2060611A1; ZA92873B; US5131926A; MX9201129A; EP0503598A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微粒子とりわけ平均粒
子寸法約２０μ（ミクロン）未満の焼結アルミナ質材料
の微粒子から製造されるビトリファイド（ガラス）結合
ゾル−ゲル法焼結アルミナ質研磨体、例えば超仕上砥石
、砥石車、セグメント、砥石などに関する。粒子は、ビ
トリファイド結合組成物と混合される前に、該結合組成
物とゾル−ゲル法アルミナ粒子との反応を阻害する金属
酸化物を生成する十分量の化合物で該粒子表面を被覆す
ることによって改質される。好ましくは、少なくとも約
１０重量％の金属を含有し且つビトリファイド結合の熟
成の初期段階の際に金属酸化物を生成する有機金属系界
面活性剤を用いて、該粒子を被覆する。

【０００２】少なくとも約１０重量％の金属を含有する
有機官能性金属含有界面活性剤を用いてアルミナ質ゾル
−ゲル法研磨材粒子を被覆することによって、改良され
たガラス結合研磨材製品を製造できることがわかった。このことは、該粒子が約２０μ未満の平均粒子寸法を示
す場合に特にそうである。こうした粒子は、工業的に有
用なビトリファイド研磨材を作るのには今までは使用で
きなかった。該被覆は、所望の粒子寸法を得るために利
用される微粉砕手順の際に該粒子表面に施された場合に
特に有効であることがわかった。

【０００３】

【従来の技術】本発明は、超微粒のゾル−ゲル法アルミ
ナ質研磨材グリットから製造されたビトリファイド結合
仕上及び超仕上砥石（ホーニング砥石とも呼ばれる）に
特に関する。ビトリファイド結合研磨材製品は、レジノ
イド結合（すなわちフェノール−アルデヒド）製品とは
異なるものである。すなわち、前者はガラス相を用いて
グリットを結合するので実質的に高温（約８００℃以上
）で処理されるのに対して、後者は約４００℃以下で処
理される。ビトリファイド結合製品は、高い温度で製造
されるので、高い使用温度に耐えることができる。

【０００４】超微粒ゾル−ゲル法焼結アルミナ質研磨材
グリット、特に約２０μ未満の平均粒子寸法を示すもの
からビトリファイド結合製品を製造しようとする試みは
、ほとんど失敗に終わっている。このような超微粒子は
、より粗いゾル−ゲル法アルミナ質粒子や従来の溶融ア
ルミナ粒子と比較して、はるかに高い表面反応性を示す
。この表面反応性は、高温で処理されるビトリファイド
結合剤と一緒に該粒子を用いようとした場合に特に問題
となることがわかった。結果として、今までは、超微粒
子から非常に軟質で低性能の製品しか製造されなかった
。実際に、該製品は一般に、従来の溶融アルミナから製
造された類似製品よりも劣っていた。比較的大きな粒子
寸法のゾル−ゲル法アルミナ質研磨材グリットは、他の
アルミナ研磨材料よりも有利であることが一般に示され
ているので、同様な実質的性能利点を獲得する試みにお
いて、超微粒グリットをビトリファイド結合剤中に取り
込む手順を開発することが望まれている。

【０００５】ゾル−ゲル法研磨材は一般に、各種量の添
加剤例えばＭｇＯまたはＺｒＯ２　を含有する水和アル
ミナゲルを調製する工程、並びに続く該ゲルの乾燥及び
焼結工程によって製造される。例えば米国特許第４，３
１４，８２７号明細書を参照されたい。シーデッド（ｓ
ｅｅｄｅｄ）ゾル−ゲル法研磨材は、アルファアルミナ
の種を使用するか、あるいは同じ結晶構造や類似の格子
パラメーターを有する官能性の等価材料、例えば酸化鉄
などを使用して、水和アルミナをアルファアルミナに転
化することによって形成される。シーデッドゾル−ゲル
法アルミナ材料の製造方法は、例えば米国特許第４，６
２３，３６４号、同第４，７４４，８０２号、同第４，
９５４，４６２号、及び同第４，９６４，８８３号、並
びにＰＣＴ出願第ＷＯ９０／０８７４４号及び同第ＷＯ
９０／０２１６０号に記載されている。ゲルから研磨材
料を製造するため、通常は、乾燥及び焼結した押出ゲル
材料を適当な手段例えばハンマーまたはボールミルによ
って破砕または破壊して研磨粒子を形成し、次いで一般
に該研磨粒子を分級する。ゾル−ゲル法材料以外の研磨
材形成組成物に用いられているのと同様な種類の押出、
粉砕、及び成形処理法を採用することができる。

【０００６】開示する本発明及び本出願の目的のため、
「ゾル−ゲル法焼結アルミナ研磨材」という語句は、米
国特許第４，５１８，３９７号、同第４，６２３，３６
４号、同第４，７４４，８０２号、同第４，９５４，４
６２号、及び同第４，９６４，８８３号、並びにＰＣＴ
出願第ＷＯ９０／０８７４４号及び同第ＷＯ９０／０２
１６０号のいずれかの教示により製造された研磨材、並
びに同様な結果を達成する他のゾル−ゲル技法により製
造された研磨材に対して適用される。

【０００７】米国特許第４，９９７，４６１号明細書は
、ビトリファイド結合剤とゾル−ゲル法アルミナ質グリ
ットとの間の有害な相互作用を低減するために、該グリ
ット上にシリカ濃縮表面を使用することを開示している
。現在では、グリット粒子が非常に細かい、すなわち約
２０μ未満である場合、シリカ源が非常に良好な接着剤
となり、その結果、シリカで被覆された大表面積の微細
グリットを乾燥する際に広大な凝集が起こることがわか
っている。該凝集塊は研磨体において粗粒として作用し
、そして、微細グリットを使用する意味がなくなる。珪素は非金属である。

【０００８】従って、とりわけ非常に微細なゾル−ゲル
法アルミナ質グリットを用いてビトリファイド研磨体を
製造するのに有用な系が必要である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】研磨材グリットをガラ
ス結合剤と混合してガラス結合体に処理加工する前に、
少なくとも約１０重量％の金属を含有する有機官能性金
属含有界面活性剤で、アルミナ質ゾル−ゲル法研磨材グ
リット粒子表面を被覆することによって、該界面活性剤
の有機部分の熱分解により該結合剤の熟成の初期段階の
際に該粒子の表面を金属酸化物に転化できることがわか
った。その結果生じた金属酸化物被膜が、該ガラス結合
剤組成物との反応から該グリットを保護する。このこと
が、特に該グリット粒子の平均粒子寸法が約２０μ未満
である場合に、結果として得られた研磨体の研磨性能を
著しく改良することがわかった。このようなゾル−ゲル
法グリットは、被覆されることにより特に実質的な性能
向上を示した。

【００１０】

【課題を解決するための手段、作用、及び効果】本発明
のビトリファイド結合研磨体は、少なくとも約１０重量
％の金属を含有し且つビトリファイド結合剤の熟成の初
期段階の際に金属酸化物を生成する有機金属系界面活性
剤によって、金属酸化物を被覆した少なくとも一部分を
含むゾル−ゲル法アルミナ質グリットと、ガラス結合剤
とから成る。

【００１１】アルミナ質グリットは、水和アルミナ例え
ば微結晶ベーマイト、水、及び酸例えば硝酸から調製さ
れた乾燥ゲルの破砕及び焼成を一般に伴うゾル−ゲル技
法によって製造される。初期のゾルは、約１０〜１５重
量％以下のスピネル、ムライト、二酸化マンガン、チタ
ニア、マグネシア、セリア、ジルコニア粉末もしくはよ
り多量に例えば４０％以上で添加できるジルコニア前駆
体、または適合する他の添加剤もしくはそれらの前駆体
をさらに含有することができる。該添加剤は通常、破壊
靱性、硬度、脆砕性、破壊力学、または乾燥挙動のよう
な特性を改変するために含められる。最も好ましい実施
態様において、該ゾルまたはゲルは、焼結の際に水和ア
ルミナ粒子をアルファアルミナへ転化することを促進す
るのに有効な量で、分散させたサブミクロンの結晶質種
材料またはそれらの前駆体を含有する。このような種に
適当なものは該技術分野において周知である。種材料の
量は一般に水和アルミナの約１０重量％を上回るべきで
はなく、そして通常は約５％を上回る量はまったく有益
ではない。該種が十分に微細（好ましくは１グラム当た
り約６０平方メートル以上）であるならば、約０．５〜
１０％を使用することができ、そして約１〜５％が好ま
しい。該種は前駆体例えば硝酸鉄溶液の形態で加えるこ
とも可能である。適当なゲルの調製は、種を含む場合及
び含まない場合の両方とも、破砕及び焼成手順と同様に
該技術分野において周知である。これらに関するさらな
る詳細については文献で容易に入手できるので、ここで
は記載しない。

【００１２】このように製造された各アルミナ質グリッ
トは、約１０ミクロン未満、好ましくは約１ミクロン未
満の結晶寸法を有する多数の非セル状（ｎｏｎ−ｃｅｌ
ｌｕｌａｒ）アルファアルミナ結晶から本質的に成る。該研磨材は、理論密度の少なくとも約９５％の密度を示
す。

【００１３】ここで使用するのに適当なアルミナ質グリ
ットは、コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ）計数器で計測し
て約５００μ程度の大きさからサブミクロン程度の小さ
さにまでの範囲の平均粒子寸法を有することができる。該平均粒子寸法が約２０μ未満であることが好ましい。該平均粒子寸法が約１５μ未満であることがより好まし
い。該平均粒子寸法が約１０μ未満であることがさらに
より好ましい。該平均粒子寸法が７μ未満であることが
最も好ましい。

【００１４】金属酸化物被膜を形成させるため、少なく
とも約１０重量％の金属を含有する有機官能性金属界面
活性剤をアルミナ質グリットに被覆する。該界面活性剤
が少なくとも約１５重量％の金属を含有することが好ま
しい。該界面活性剤が少なくとも約１８重量％の金属を
含有することが最も好ましい。このような界面活性剤は
、該アルミナ質グリット表面との不可逆性化学的相互作
用を可能にする有機性及び金属性両方の官能価を含有す
る。該金属成分以外の界面活性剤の特別な化学組成、並
びに該金属が該アルミナ質粒子上に酸化物被膜を形成す
ること、が重要であることはわかっていない。このこと
は予想されるように、生じた金属酸化物被膜が犠牲層と
して機能して、焼成の際にガラス結合剤との望ましくな
い反応から該アルミナ質グリットを保護すると考えられ
ているためである。この層は、ガラス結合剤を溶融する
高温に加熱した際に実質的に完全に熱分解され、そして
所望の凝固研磨体を形成する。本発明では、個々のアル
ミナ質グリット粒子表面を実質的に完全に被覆するいず
れの有機官能性金属系界面活性剤でも使用することがで
きる。被膜間の性能の違いは、グリット表面への特定の
界面活性剤の接着性程度、形成された界面活性剤層の深
さ、または熱分解後のグリット表面の金属酸化物量、の
変動におそらくは基因する。

【００１５】有機官能価は、グリット粒子の親水性表面
に有機金属系化合物を引き付けるのに主に役立ち、そし
て個別のゾル−ゲル法アルミナ質グリット上に実質的に
均一な被膜を形成するのを補助する。適当な官能基の例
として、アミノ基、カルボキシ基、アルキル基、ビニル
基、アクリロ基、メタクリロ基、及びメルカプト基が挙
げられる。該界面活性剤の金属成分には、アルミニウム
、ジルコニウム、チタン、及びイリジウムのような元素
、並びにそれらの混合物及び錯体が含まれることができ
る。これらの官能基を含有し且つ十分に高い金属含有量
を有する有機官能性金属系界面活性剤は、多数の市販品
から容易に利用できる。

【００１６】本発明において有用である適当な界面活性
剤には、無機ポリマー骨格を有するジルコアルミネート
界面活性剤（Ｍａｎｃｈｅｍ　Ｌｉｍｉｔｅｄ社、Ｍａ
ｎｃｈｅｓｔｅｒ、英国）、チタンアルコキシド、アル
ミニウムアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド、イ
リジウム系界面活性剤などが含まれるが、但しそれらは
十分に高い金属含有量を示すものである。好ましい界面
活性剤は有機官能性ジルコアルミネートである。さらに
好ましくは、該ジルコアルミネート界面活性剤がキレー
ト化アルミニウム部分と、有機官能性リガンドと、及び
ジルコニウムオキシハリドとの反応生成物であって、該
有機官能性リガンドが該キレート化アルミニウム部分と
錯体を形成し且つ該部分に化学結合しており、該アルミ
ニウム部分が化学式Ａｌ２　（ＯＲ１　Ｏ）ａ　Ａｂ　
Ｂｃ　（式中、Ａ及びＢの各々はヒドロキシまたはハリ
ドであり、ａ，ｂ及びｃの各々は２ａ＋ｂ＋ｃ＝６とな
るような整数であり、ＯＲ１　Ｏは（ａ）アルファ、ベ
ーターまたはアルファ、ガンマ−グリコール基（式中Ｒ
１　は約１〜約６個の炭素原子を有するアルキル基であ
る）または（ｂ）以下の化学式、

【００１７】

【化３】

【００１８】（式中、Ｒ３　はＨまたは炭素原子約１〜
約４個を有するアルキル基である）で示されるアルファ
−ヒドロキシカルボン酸残基である）で示され；前記有
機官能性リガンドが（ａ）炭素原子約２〜約３６個を有
するアルキル、アルケニル、アルキニル、もしくはアラ
ルキルカルボン酸、（ｂ）炭素原子約２〜約１８個を有
するアミノ官能性カルボン酸、（ｃ）炭素原子約２〜約
１８個を有する二塩基性カルボン酸、（ｄ）炭素原子約
２〜約１８個を有する二塩基酸の酸無水物、（ｅ）炭素
原子約２〜約１８個を有するメルカプト官能性カルボン
酸、または（ｆ）炭素原子約２〜約１８個を有するエポ
キシ官能性カルボン酸であり；前記ジルコニウムオキシ
ハリド部分が化学式ＺｒＡｄ　Ｂｅ　（式中Ａ及びＢは
上述のとうりであり、そしてｄ及びｅはｄ＋ｅ＝４であ
るような整数である）で示され；前記キレート化アルミ
ニウム部分の前記ジルコニウムオキシハリド部分に対す
るモル比率が約１．５〜約１０であり；そして前記有機
官能性リガンドの総金属量に対するモル比率が約０．０
５〜約２である、前記反応生成物である。このようなジ
ルコアルミネートの合成及び化学構造は米国特許第４，
５３９，０４９号明細書に記載されており、その主題を
参照としてここで取り入れる。

【００１９】ゾル−ゲル法アルミナ質グリットを有機官
能性金属含有界面活性剤で被覆することは、グリットと
所望量の界面活性剤とを十分な混合で均一に混合して被
覆を達成することによって行うことができる。この被覆
は、グリットとガラス結合剤成分とを混合して所望の研
磨体を形成する前であれば製造工程のいずれの時点で行
ってもよい。すなわち、被覆したグリットは将来の用途
に備えて貯蔵することができる。グリットへの被膜の接
着性を改良するため、及びより実質的に完全な被覆を生
み出すため、該界面活性剤を新しいグリット表面と接触
せしめることが望ましい。このことを達成する最も簡便
な方法は、グリットと混合されている水に界面活性剤を
加え、次いでその混合物を少なくとも短い時間例えば１
５〜２０分間湿式微粉砕することであることがわかった
。短時間の微粉砕はグリットの平均粒子寸法を若干減小
させる。このように、特定寸法の予備分級グリットを使
用する場合には、それが微粉砕後にもなおも規格範囲内
にあるように、一般にその規格の粗い側であるべきであ
る。グリットを微粉砕後に分級すべき場合には、微粉砕
混合物に単に加えられた界面活性剤を使用して従来の微
粉砕技法を採用することができる。このような場合には
、界面活性剤は微粉砕助剤として役に立つが、微粉砕は
通常長時間継続される。

【００２０】使用する有機官能性金属系界面活性剤量は
、その有機部分が熱分解した後に金属酸化物被膜でグリ
ット粒子を実質的に完全に被覆するのに少なくとも実質
的に十分であることが必要である。こうして、その適量
は一般にグリットの重量に基づいて約０．５〜約５重量
％、好ましくは約０．７〜約３重量％、最も好ましくは
約０．７５〜約２重量％の範囲である。本質的に完全に
金属酸化物がすべてのグリット表面を被覆する量を上回
る量を用いても利益は認められなかった。

【００２１】本発明の研磨材製品はビトリファイド結合
剤で結合されている。本発明では従来のいずれの結合剤
組成物でも使用できる。なぜなら、有機官能性金属系界
面活性剤が未処理体としてその場で熱分解された場合に
金属酸化物被膜を生成し、該被膜が、結合剤成分とグリ
ットとの間の有害な相互作用からアルミナ質グリットを
保護する犠牲層として役立つからである。結合を形成す
るため、ガラス組成物を高温、すなわち一般に約８００
〜約１２００℃で焼成する。適当なガラス結合剤組成物
が、Ｏ．Ｈｏｍｍｅｌ社（Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ，ＰＡ）
、Ｅｔｅｓ　　Ｌ’Ｈｏｓｐｉｅｄ社（Ｖａｌｌｕｒｉ
ａ，Ｆｒａｎｃｅ）、及び他社より市販されている。結合剤は、該技術分野において周知のとうり、約５０体
積％以下で充填剤または研磨助剤を含有することができ
る。ビトリファイド結合剤は、充填剤の包含が容易であ
る一方、該結合剤の熟成に必要な高温のために有用な材
料をいくらか限定する。こうして、適当な充填剤には、
特定のビトリファイド結合剤の熟成温度に依存して、カ
イヤナイト、ムライト、あられ石閃長岩、グラファイト
、及び二硫化モリブデンが含まれる。

【００２２】研磨体は、一種以上の第二研磨材を全研磨
体量の約１〜９０体積％の量で含有することができる。この第二研磨材は、例えばそのグリット寸法がより微細
であるならば充填剤として作用し、あるいはそのグリッ
ト寸法がより粗いならば助剤または第二研磨材として作
用することができる。ある研磨用途では、第二研磨材は
、被覆されたゾル−ゲル法アルミナ質研磨材グリットの
希釈剤として機能する。他の用途では、第二研磨材は、
研磨されるべき材料に付与される仕上げにおいて、また
は全体の効率において、ビトリファイド結合製品の全体
の研磨特性を向上させることさえ可能である。第二研磨
材は、例えば溶融アルミナ、焼結アルミナ−ジルコニア
、炭化珪素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、フリン
ト、ガーネット、バブルド（ｂｕｂｂｌｅｄ）アルミナ
、バブルドアルミナ−ジルコニアなどであることができ
る。

【００２３】従来の気孔生成媒体、例えば中空ガラスビ
ーズ、固体ガラスビーズ、発泡ガラス粒子、バブルドア
ルミナ、並びに完全燃焼する有機材料、例えばワックス
、クルミ殻微粉、メチルセルロースなどを本研磨体に取
り入れ、よってグレード及び構造数の変種に関して広い
寛容度を提供することができる。

【００２４】本発明の研磨体は、少なくとも一部分が（
好ましくは全部が）上述のように被覆されたアルミナ質
グリットと、ビトリファイド結合剤とから成る。研磨材
及び結合剤の特定の量は、最終研磨体の特定の末端用途
に依存して幅広く変化しうる。適当な組成は、結合剤約
３〜７５体積％、研磨材約２５〜９０体積％、及び気孔
約０〜７０体積％の範囲にあることができる。該研磨体
が結合剤約５〜４０％、研磨材約３０〜８５％、及び気
孔約０〜６５％を含んで成ることが好ましい。

【００２５】用いられた実際の結合剤により主に決めら
れる従来の条件で焼成した後、ビトリファイド結合体に
従来の方法で添加剤を含浸して、研磨性能を改良するこ
とができる。例えば、溶融硫黄、カルナバ蝋、またはエ
ポキシ樹脂を使用することができる。

【００２６】該研磨体は、全ての種類の金属例えばステ
ンレススチール、鋳鋼、焼入工具鋼、鋳鉄、可鍛鋳鉄、
可鍛鉄、球状黒鉛鉄、チルド鉄、及びモジュール鉄、並
びにクロム、チタン、及びアルミニウムのような金属を
研磨するのに適している。すべての研磨材及びそれらを
含有するビトリファイド結合剤はそうであるが、本発明
の研磨材及び結合体は、他よりも有効に幾種の金属を研
磨し、そして他におけるよりもいくつかの研磨用途にお
いてより効率的である。

【００２７】本発明により生産される特に望ましい製品
は、仕上及び超仕上スティック砥石である。このような
製品は、約２０μ未満、好ましくは約１０μ未満、最も
好ましくは約７μ未満の平均粒子寸法を有する超微細グ
リット粒子と、ビトリファイド結合剤とから成る。一般
に該砥石は、ビトリファイド結合剤約５〜４０重量％と
研磨粒子６０〜９５重量％、好ましくはビトリファイド
結合剤約８〜２０重量％と研磨粒子約７５〜約８５重量
％とを含有する。一般に、該研磨材グリット粒子の少な
くとも約４０％は本発明の被覆アルミナ質粒子であり、
そして残りは、もしあるならば上述のいずれかの第二研
磨材、好ましくは溶融アルミナまたは炭化珪素である。

【００２８】仕上スティック砥石を製造する適当な処理
方法は、（ｉ）研磨材及びガラス結合剤組成物と、生強
度を提供するための適当なバインダー例えば液糖約１〜
１２重量％と、必要に応じて約３重量％以下の水との混
合物を一緒に混合する段階；（ｉｉ）該混合物をふるい
分けして混合の際に生成した凝集物を除去及び破砕する
段階；（ｉｉｉ）ふるい分けした混合物を室温及び加圧
下で所望の形状に成形する段階；並びに（ｉｖ）成形し
た付形物を高温で焼成して結合剤を熟成せしめる段階、
の各段階を伴う。

【００２９】

【実施例】以下の非限定例において、すべての部及びパ
ーセントは特に断わらない限り重量を基準とするもので
ある。さらに、ここで用いられる語句「研磨材グリット
」は、研磨材料の個別の粒子を意味するものである。

【００３０】比較例Ａ焼結シーデッドゾル−ゲル法アルミナ研磨材グリット微
粉を集めて分級し、一連の寸法のグリットすなわちＦ６
００（平均粒子寸法８．３〜１０．３ミクロン）、Ｆ８
００（同５．５〜７．５ミクロン）、Ｆ１０００（同３
．７〜５．３ミクロン）、及びＦ１２００（同２．５〜
３．５ミクロン）を調製した。同じグリット寸法の従来
の白色アルミナ超仕上製品と比較して、各種グリットを
超仕上研磨材として評価した。この微細ゾル−ゲル法グ
リットは表面被膜を含まなかった。

【００３１】以下の例１の一般手順に従いスティック砥
石を製造したが、但し炭化珪素粒子は存在せず、しかも
別の市販ガラス結合剤を使用した。このスティック砥石
は、Ｌｕｂｒｘ　　Ｈｏｎｉｎｇオイル１５０を用いた
旋盤に取り付けられたＳｕｐｆｉｎａ超仕上ヘッド上で
ロックウェル硬度５８〜６２の５２，１００スチール工
作物を使用して、以下の例２の基本手順に従い評価した
。

【００３２】この比較用試験は、非常の微細のゾル−ゲ
ル法グリットとガラス結合剤とから製造された仕上ステ
ィック砥石については、研磨体強度の実質的な低減があ
ったことを示した。優れた製品または同等な製品を製造
することが期待されたゾル−ゲル法グリットであったが
、実際にはゾル−ゲル法製品は白色アルミナグリットと
比べて実質的に劣るものであった。特定の結果は、（ｉ
）ゾル−ゲル法製品は実質的に軟質であり且つ押込抵抗
性が低い；（ｉｉ）ゾル−ゲル法製品の摩耗率は白色ア
ルミナ製品の少なくとも３倍は大きい；並びに（ｉｉｉ
）ゾル−ゲル法製品は、白色アルミナ製品の半分未満の
金属を除去した、ことを示した。

【００３３】ビトリファイド結合剤系における白色アル
ミナグリットの代わりに微細ゾル−ゲル法アルミナ研磨
材グリットを直接用いると、同じグリット寸法の従来の
白色アルミナ製品の切削及び仕上の両方の性能を欠いた
弱い、低性能の超仕上スティック砥石が製造された。

【００３４】例１共有の米国特許第４，６２３，３６４号明細書の教示に
従い、焼結シーデッドゾル−ゲル法アルミナ研磨材グリ
ットを製造した。このグリットを用いて、二種の異なる
寸法のグリット、すなわち公称粒子寸法５．５〜７．５
μを有するＦ８００及び同２．５〜３．５μを有するＦ
１２００から仕上砥石を製造した。各粒子寸法のグリッ
トを有する砥石は、本発明によるもの、すなわち有機官
能性界面活性剤被膜を使用するものと、研磨性能比較用
の従来の白色アルミナからのものとの両方について製造
した。

【００３５】本発明の砥石を製造するために、約２０μ
未満の粒子寸法を有する風力分級グリット６．８１ｋｇ
と、水１０．２３ｋｇと、プロピレングリコールに溶解
した無機ポリマー骨格を有するアミノ官能性ジルコアル
ミネート界面活性剤（２０％活性）のＭａｎｃｈｅｍ　
　ＡＰＧ１０２ｇとを、高純度アルミナボールを具備し
た１８インチＳＷＥＣＯ微粉砕機中に装填した。該界面
活性剤の金属含量は約２０．５〜２２．０％である。微
粉砕後、生成物を取り出し、沈降させ、デカントし、そ
して乾燥した。その乾燥ケークは、２００Ｕ．Ｓ．メッ
シュスクリーンを通して押出すことによって容易に破砕
された。

【００３６】６．５時間微粉砕したグリット（以降Ｆ８
００−ＳＧと称する）は、コールター計数器による以下
の実測粒子寸法分布を示した：２．０２μを上回る累積
部分９４％、＞７．５μ＝５０％、及び＞１５．０７μ
＝３％。２２時間微粉砕したグリット（以降Ｆ１２００
−ＳＧと称する）については、以下の実測分布を示した
：＞１．３１μ＝９４％、＞２．５６μ＝５０％、及び
＞５．２６μ＝３％。

【００３７】比較目的で、上述のゾル−ゲル法グリット
と同じ粒子寸法を有する従来の白色溶融アルミナグリッ
トを製造した。これらグリットを以降Ｆ８００−ＷＡ及
びＦ１２００−ＷＡと称する。

【００３８】この二種の８００グリットに対する仕上砥
石は、以下のように製造した。上述の二種のグリット各
々３９．５部、各グリットと同様な寸法の炭化珪素粒子
３９．５部、Ｌ４６フリットとＡフリット（これらの組
成は以下の表１に示す）との５０：５０混合物１８部、
液状コーンシロップ３部、及び水１〜２倍を、Ｈｏｂａ
ｒｔ−Ｓｔｙｌｅミキサー中約４０分間混合する工程；
該混合物をふるい分けして凝集物を破砕及び除去する工
程；さらに１５分間再混合し、且つ再ふるい分けする工
程；そして得られた混合物を液圧を用いて室温で成形す
る工程により、１０５×１５５×１８ｍｍのブロックを
製造した。

【００３９】二種の１２００グリットに対する仕上砥石
も同様に製造したが、但し該混合物は被覆グリット４１
部、炭化珪素粒子４１部、フリット混合物１５部、液状
コーンシロップ３部、及び水１〜２倍を含有した。

【００４０】結合剤Ｌ４６及びＡの組成を表１に示す。それらの混合物が、超仕上試験用砥石の各々に使用した
ガラス結合剤である。該結合剤はフリット結合剤である
ので、それらの焼成前及び焼成後の組成は等しい。

【００４１】

【表１】

【００４２】該ブロックを風乾し、次いで空気中９４０
℃で２０時間焼成し、続いてその温度で１〜２時間ソー
キングしてから室温へ冷却した。焼成後、規格への適合
について該ブロックの品質検査を行った。仕上スティッ
ク砥石をスライスして、試験要件、すなわち砥石寸法６
．５×１７×４８ｍｍを有する二重半径体の付形物を製
造した。

【００４３】例２超仕上試験は、Ｏ．Ｒ．（外半径）二重ローアンギュラ
ー（ｒａｗ　　ａｎｇｕｌａｒ）玉軸受シリーズ３１１
４４３、処理玉軸受スチールについて例１で製造したス
ティック砥石を用いて行った。該試験は、研磨機タイプ
ＳＫＦ　　ＭｏｄＦＳＦ１３０を用いて、それぞれ以下
の設定で行った。砥石振動　　　　　　　　　　　　７００サイクル／分
砥石圧力　　　　　　　　　　　　１．５ａｔｍ工作物
回転数　　　　　　　　１３５０ｒｐｍ振動長　　　　
　　　　　　　　　　角度１０度サイクル時間　　　　
　　　　６〜７秒所定の全研磨量は１０〜１２ミクロン
とし、そして仕上は約０．０８〜０．１０のＲａ高さを
示すことが要求された。用いた流体は切削油（ＴＭ５５
）と微粉砕溶剤との５０：５０混合物とした。それぞれ
のＦ８００グリットスティック砥石は粗研磨加工として
、そしてＦ１２００スティック砥石はその同じ工作物の
仕上加工として評価した。すなわち、Ｆ８００−ＷＡの
後にはＦ１２００−ＷＡを続けた。

【００４４】表２に示した試験結果は、仕上スティック
砥石から製造された玉軸受軌道または部品の数を報告す
るものであるる

【００４５】

【表２】

【００４６】このように、Ｆ８００−ＳＧスティック砥
石はＦ８００−ＷＡスティック砥石のほぼ２倍長持ちし
、そしてＦ１２００−ＳＧスティック砥石はＦ１２００
−ＷＡスティック砥石の１０倍長持ちした。ＳＧスティ
ック砥石から製造された表面品質及び除去された全研磨
量は規格範囲内にあり、そしてＷＡスティック砥石と本
質的に同等であった。

【００４７】比較例ＢＭａｎｃｈｅｍ　　ＡＰＧの代わりに金属含量の低い類
似のアミノ官能性界面活性剤を用いて、例１の手順を繰
り返そうとした。詳細には、チタン含量５％のアミノチ
タネートを使用した。乾燥して得られた微粉砕生成物は
破砕することが難しく、ビトリファイド研磨体に有害で
あろう乾燥凝集物を残した。この材料はこれ以上処理加
工しなかった。

【００４８】比較例ＣＭａｎｃｈｅｍ　　ＡＰＧの代わりに金属ではなく珪素
（非金属）を含有する類似のアミノ官能性化合物を用い
て、例１の手順を繰り返そうとした。該珪素含量は約１
０重量％であった。詳細には、Ｕｎｉｏｎ　　Ｃａｒｂ
ｉｄｅ社から入手したアミノシランＡ１１０２（商標）
である、珪素含量約１０重量％の有機官能性シランを使
用した。乾燥して得られた微粉砕生成物は、粒子間接着
性に関して上記比較例Ｂのチタネートよりも実質的に劣
悪であった。この乾燥体を破砕するすべての合理的試み
が失敗に終わった。適切な微細粒ビトリファイド体には
離散粒子を使用しなければならないので、この材料をさ
らに処理加工することは行わなかった。

【００４９】本明細書において直接引用したもの以外の
金属酸化物を用いてゾル−ゲル法アルミナ質研磨材表面
を被覆する手段は、当業者には明らかであり、しかもこ
のような他の手段が本発明の範囲内にあることが意図さ
れていることを理解すべきである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　（ｉ）金属酸化物で被覆された表面を
有するゾル−ゲル法焼結アルミナ質研磨材グリット粒子
と、（ｉｉ）ビトリファイド結合剤とから製造された結
合研磨体。
【請求項２】　　前記ゾル−ゲル法焼結アルミナ質研磨
材グリット粒子がシーデッドゾル−ゲル法焼結アルミナ
質研磨材グリット粒子である、請求項１記載の結合研磨
体。
【請求項３】　　前記ゾル−ゲル法焼結アルミナ質研磨
材グリット粒子が、理論密度の少なくとも約９５％の密
度を有し、そしてジルコニア、チタニア、マグネシア、
セリア、スピネル、ハフニア、ムライト、二酸化マンガ
ン、これら酸化物の前駆体、及びそれらの混合物より成
る群から選択された酸化物を約５０重量％以下で含有す
る、請求項１記載の結合研磨体。
【請求項４】　　前記研磨体が被覆研磨材約２５〜約９
３体積％、結合剤約３〜約７体積％、及び気孔約０〜約
７０体積％から本質的に成る、請求項１記載の結合研磨
体。
【請求項５】　　前記研磨体が溶融アルミナ、共溶融ア
ルミナ−ジルコニア、焼結アルミナ−ジルコニア、炭化
珪素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、フリント、ガ
ーネット、バブルドアルミナ、バブルドアルミナ−ジル
コニア、及びそれらの混合物より本質的に成る群から選
択された第二の研磨材約１〜約９０体積％をさらに含む
、請求項１記載の結合研磨体。
【請求項６】　　前記研磨体が砥石車である、請求項１
記載の結合研磨体。
【請求項７】　　前記研磨体が仕上スティック砥石であ
る、請求項１記載の結合研磨体。
【請求項８】　　約１５μ未満の平均粒子寸法を有する
研磨材グリット粒子約６０〜９５重量％と、ビトリファ
イド結合剤約５〜４０重量％とを含んで成る請求項７記
載の仕上スティック砥石であって、前記研磨材グリット
粒子の少なくとも約４０重量％が、金属酸化物で被覆さ
れた表面をもつゾル−ゲル法焼結アルミナ質グリット粒
子である、前記仕上スティック砥石。
【請求項９】　　前記グリット粒子の平均粒子寸法が約
２０μ未満である、請求項１記載の結合研磨体。
【請求項１０】　　前記金属酸化物が、前記粒子と前記
ビトリファイド結合剤との間の反応を実質的に阻害する
のに十分な量で存在する、請求項１記載の結合研磨体。
【請求項１１】　　前記金属酸化物がアルミナを含んで
成る、請求項１記載の結合研磨体。
【請求項１２】　　前記金属酸化物が、アルミナとジル
コニアとの混合物を含んで成る、請求項１記載の結合研
磨体。
【請求項１３】　　金属酸化物で被覆された表面を有す
るアルミナ質研磨材粒子。
【請求項１４】　　結合剤がガラス化された場合に前記
粒子とガラス結合剤との間の有害な反応を実質的に阻害
するのに十分な量で前記金属酸化物が存在する、請求項
１３記載の粒子。
【請求項１５】　　前記金属酸化物が、アルミナ、ジル
コニア、チタニア、イリジア、並びにそれらの混合物及
び錯体より本質的に成る群から選択された、請求項１３
記載の粒子。
【請求項１６】　　請求項１３記載の焼結ゾル−ゲル法
アルミナ質研磨材粒子を製造する方法であって、（ｉ）
有機官能性金属界面活性剤の存在において前記粒子を十
分な時間微粉砕して、前記界面活性剤を前記表面に付着
せしめる工程、並びに（ｉｉ）前記粒子を十分な温度に
加熱して、前記界面活性剤の有機官能性部分を熱分解し
且つ金属酸化物を生成せしめる工程、を含んで成る前記
方法。
【請求項１７】　　前記有機官能性金属界面活性剤の金
属が、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、イリジウ
ム、並びにそれらの混合物及び錯体より本質的に成る群
から選択された、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】　　前記有機官能性金属界面活性剤が、
キレート化アルミニウム部分と、有機官能性リガンドと
、及びジルコニウムオキシハリドとの反応生成物であっ
て、前記有機官能性リガンドが前記キレート化アルミニ
ウム部分と錯体を形成し且つ前記部分に化学結合してお
り、前記アルミニウム部分が化学式Ａｌ２　（ＯＲ１　
Ｏ）ａ　Ａｂ　Ｂｃ（式中、Ａ及びＢの各々はヒドロキ
シまたはハリドであり、ａ，ｂ及びｃの各々は２ａ＋ｂ
＋ｃ＝６となるような整数であり、ＯＲ１　Ｏは（ａ）
アルファ、ベーターまたはアルファ、ガンマ−グリコー
ル基（式中Ｒ１　は約１〜約６個の炭素原子を有するア
ルキル基である）または（ｂ）以下の化学式、【化１】（式中、Ｒ３　はＨまたは炭素原子約１〜約４個を有す
るアルキル基である）で示されるアルファ−ヒドロキシ
カルボン酸残基である）で示され；前記有機官能性リガ
ンドが（ａ）炭素原子約２〜約３６個を有するアルキル
、アルケニル、アルキニル、もしくはアラルキルカルボ
ン酸、（ｂ）炭素原子約２〜約１８個を有するアミノ官
能性カルボン酸、（ｃ）炭素原子約２〜約１８個を有す
る二塩基性カルボン酸、（ｄ）炭素原子約２〜約１８個
を有する二塩基酸の酸無水物、（ｅ）炭素原子約２〜約
１８個を有するメルカプト官能性カルボン酸、または（
ｆ）炭素原子約２〜約１８個を有するエポキシ官能性カ
ルボン酸であり；前記ジルコニウムオキシハリド部分が
化学式ＺｒＡｄ　Ｂｅ　（式中Ａ及びＢは上述のとうり
であり、そしてｄ及びｅはｄ＋ｅ＝４であるような整数
である）で示され；前記キレート化アルミニウム部分の
前記ジルコニウムオキシハリド部分に対するモル比率が
約１．５〜約１０であり；そして前記有機官能性リガン
ドの総金属量に対するモル比率が約０．０５〜約２であ
る、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】　　前記粒子が前記界面活性剤約０．５
〜約５重量％で被覆されている、請求項１６記載の方法
。
【請求項２０】　　金属酸化物を有する研磨体を製造す
るために用いられる焼結ゾル−ゲル法アルミナ質研磨材
グリット粒子それぞれを実質的に完全に被覆する工程を
含んで成る、ビトリファイド結合した焼結ゾル−ゲル法
アルミナ質研磨体の研磨性能を改良する方法。
【請求項２１】　　前記ゾル−ゲル法焼結アルミナ質研
磨材グリット粒子がシーデッドゾル−ゲル法焼結アルミ
ナ質研磨材グリット粒子である、請求項２０記載の方法
。
【請求項２２】　　前記金属酸化物の被膜が、少なくと
も約１０重量％の金属含量を有する有機官能性金属含有
界面活性剤で前記粒子を被覆する工程と、前記界面活性
剤を熱分解する工程とによって製造される、請求項２０
記載の方法。
【請求項２３】　　有機官能性金属含有界面活性剤で被
覆された表面を有するアルミナ質研磨材グリット粒子。
【請求項２４】　　前記界面活性剤が、少なくとも約１
０重量％の金属含量を有する、請求項２３記載の粒子。
【請求項２５】　　前記金属が、アルミニウム、ジルコ
ニウム、チタン、イリジウム、並びにそれらの混合物及
び錯体より本質的に成る群から選択された、請求項２３
記載の粒子。
【請求項２６】　　前記界面活性剤が、キレート化アル
ミニウム部分と、有機官能性リガンドと、及びジルコニ
ウムオキシハリドとの反応生成物であって、前記有機官
能性リガンドが前記キレート化アルミニウム部分と錯体
を形成し且つ前記部分に化学結合しており、前記アルミ
ニウム部分が化学式Ａｌ２　（ＯＲ１　Ｏ）ａ　Ａｂ　
Ｂｃ　（式中、Ａ及びＢの各々はヒドロキシまたはハリ
ドであり、ａ，ｂ及びｃの各々は２ａ＋ｂ＋ｃ＝６とな
るような整数であり、ＯＲ１　Ｏは（ａ）アルファ、ベ
ーターまたはアルファ、ガンマ−グリコール基（式中Ｒ
１　は約１〜約６個の炭素原子を有するアルキル基であ
る）または（ｂ）以下の化学式、【化２】（式中、Ｒ３　はＨまたは炭素原子約１〜約４個を有す
るアルキル基である）で示されるアルファ−ヒドロキシ
カルボン酸残基である）で示され；前記有機官能性リガ
ンドが（ａ）炭素原子約２〜約３６個を有するアルキル
、アルケニル、アルキニル、もしくはアラルキルカルボ
ン酸、（ｂ）炭素原子約２〜約１８個を有するアミノ官
能性カルボン酸、（ｃ）炭素原子約２〜約１８個を有す
る二塩基性カルボン酸、（ｄ）炭素原子約２〜約１８個
を有する二塩基酸の酸無水物、（ｅ）炭素原子約２〜約
１８個を有するメルカプト官能性カルボン酸、または（
ｆ）炭素原子約２〜約１８個を有するエポキシ官能性カ
ルボン酸であり；前記ジルコニウムオキシハリド部分が
化学式ＺｒＡｄ　Ｂｅ　（式中Ａ及びＢは上述のとうり
であり、そしてｄ及びｅはｄ＋ｅ＝４であるような整数
である）で示され；前記キレート化アルミニウム部分の
前記ジルコニウムオキシハリド部分に対するモル比率が
約１．５〜約１０であり；そして前記有機官能性リガン
ドの総金属量に対するモル比率が約０．０５〜約２であ
る、請求項２３記載の粒子。