JPH11508193A - 一時的バインダーとして水を使用する研磨用物品の圧縮成形 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一時的バインダーとして、水を用いて、低揮発性の有機化学物質含量の未硬化の成形された研磨用物品が調製される。この研磨用物品は、好ましくは、フェノール−ホルムアルデヒド比が１：０．２〜１：０．３５であり、遊離フェノールの含有量が０．５％未満であるノボラック樹脂を有する、均一に被覆されたと粒を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】 一時的バインダーとして水を使用する研磨用物品の圧縮成形 本発明は、圧縮成形方法によって研磨用物品の製造における一時的バインダー としての水の使用に関する。 発明の背景 研磨砥石のような樹脂で結合された研磨用物品は、ばらばらの研磨用のグレイ ン（ｇｒａｉｎ）粒子又はグリット（ｇｒｉｔ）粒子を液体樹脂材料及び粉末樹 脂と混合し、次いでこの混合物を適当な加熱条件下に加圧することによって、一 般に製造される。他の成分、例えば充填材、硬化剤、湿潤剤、及び種々の金属粉 末は、この混合物に含有せしめることができる。この混合物の乾燥部分の液体樹 脂との溶媒和を行わせる熟成期間が、加圧の前に通常必要である。 研磨用物品の製造において、研磨用グレイン粒子を相互に結合して、この物品 が硬化プロセスに先立って成形され、また他の取扱いを受けられるようにする必 要がある。この物品を望みの形状に固定するために、硬化過程の間に熱がかけら れる。理想的な一時的バインダーは未硬化の研磨用物品に生強度を与え；製造の 計画策定（ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）に柔軟性を与え、即ち熟成期間を不要にし； 圧縮成形（冷圧プレス）又は熱圧プレス操作に有用であり；研磨用物品の成形に 先立って粒子が貯蔵されているときと粒の不可逆的凝集が起こらないものである 。生強度は、型から未硬化の研磨用物品を取り出し、この物品を研磨用物品に硬 化するするための設備に移送するとき、及び特に精密な研磨砥石に望みの形状の 一体性を維持するときの両方に重要である。 米国特許Ｎo.Ａ−４９１８１１６（Ｇａｒｄｚｉｅｌｌａ等）に記載されてい るように、研磨用物品を接合するために有機溶媒溶液としてフェノールノボラッ ク樹脂が使用されてきた。硬化の前には一時的バインダーが必要でない。そのよ うな系の欠点は、高温度での溶媒の容易な着火性及び廃棄物処理を包含する。溶 媒のない変性ノボラック樹脂が開発されたが、これらの物質は非常に高価である 。 研磨用物品を作るのにある種のフェノールノボラックバインダーを用いること に包含される困難に加えて、製造業者はときどき他の製造上の問題に直面する。 例えば、研磨砥石のための成形材料を調製するときに液体フェノール樹脂のよう な液体の粒子湿潤剤を使用すると、不安定な成形混合物を生ずることがある。更 に、そのような混合物の使用は、多量の埃を生じることがあり、これはしばしば 床を製造するときの欠点である。 ノボラックバインダーを使用することに関連する埃及び安定性の問題は、Ｇａ ｒｄｚｉｅｌｌａに述べられた教えによって幾分緩和されたように見える。この 文献は、フェノール−ホルムアルデヒドモル比１：０．２〜１：０．３５を有す る特別のフェノールノボラック樹脂を用いる種々の成形材料の調製を開示してい る。例えば、特定のフェノールノボラック樹脂のホットメルトで湿潤した加熱コ ランダム粒子を使用することにより研磨ディスクが調製される。高出力ミキサー 中で１４０℃で混合した後、この組成物を９０℃に冷却し、次いで第２のノボラ ック樹脂及び硬化剤と更に混合する。 Ｇａｒｄｚｉｅｌｌａは、彼のコメントを「熱圧研磨ディスクの製造のための 耐熱性成形材料」に限っている。彼は、研磨用物品の冷圧に言及していない。当 技術分野における他の教えに基づけば、恐らく有機バインダー、例えばフルフラ ールが、未硬化の研磨用物 品の成形及び取扱いを可能にするために冷圧において一時的バインダーとして使 用されるであろう。過去において、有機溶媒及び他の有機材料、例えばフルフラ ール及びアルコール（これらはフェノール樹脂と、及び研磨用物品におけるより 柔軟な樹脂を与えるために使用されるゴム材料と相溶性である）が一時的バイン ダーとして使用されてきた。 環境問題に払われる注意が増しているため、一時的バインダーのような有機溶 媒又は他の有機材料は、製造において困難を作りだしている。有機バインダーは 、空気、水及び固体廃棄物流出物流において望ましくない。それらは、未硬化研 磨用物品、及び恐らくは硬化物品の揮発性有機化学物質含量に；有機溶媒のため に必要とされる追加の在庫調節に；そして使用済み研磨用物品、例えば廃砥石の 廃棄から生じる廃棄物問題に、寄与する。有機材料は、ごみ投棄場における使用 済み研磨用物品から侵出する傾向があり、それによって、潜在的な地下水汚染、 土壌汚染、及び他の環境上の及び規制上の問題を作りだす。 環境に優しい溶媒である水が、フェノール樹脂で被覆されたと粒用の優れた一 時的バインダーであることが見いだされた。水は未硬化の研磨用物品に優れた生 強度を提供し、冷圧操作に有用であり、と粒混合物の再使用及び製造操作におけ る柔軟性を可能にし、そして環境問題が完全にない。この水の一時的バインダー としての使用は、Ｇａｒｄｚｉｅｌｌａのフェノールノボラック樹脂のような低 揮発性化学物質含有樹脂と組み合わせて行われるとき、特に有利である。 更に、前記最終物品はその基本的性質を保持しなければならない。研磨砥石の 場合、望ましい性質は研削性及び長い稼働寿命を包含する。一時的バインダーと して使用される水は、最終研磨用物品に 悪い影響を与えない。 発明の要約 本発明は、次のものを包含する、未硬化の、成形された研磨用物品を提供する ： ａ．少なくとも１つのフェノールノボラック樹脂で均一に被覆された粒状研磨 材料； ｂ．有効量の少なくとも１つの硬化剤；及び ｃ．前記研磨用物品を硬化に先立って結合するのに有効な量の水； 但し、ここに、前記研磨用物品は、揮発性有機化学物質の含量が０．５ｗｔ％ 未満である。 本発明は、次のことを含む成形された研磨用物品を調製するためのプロセスを 提供する： ａ．８０〜１３０℃で、粘度３００〜３０００ｃｐの液体フェノールノボラッ ク樹脂を、粒状研磨材料と、均一に被覆されたと粒が形成されるまで混合するこ と； ｂ．前記均一に被覆されたと粒を、少なくとも１つの硬化剤及び少なくとも１ つの乾燥フェノールノボラック樹脂を含む研磨用物品成分と混合して自由流動性 の均一に被覆されたと粒を形成すること； ｃ．自由流動性の圧縮混合物を形成するのに有効な量の水を前記自由流動性均 一被覆と粒と混合して自由流動性で圧縮可能な混合物を形成すること； ｄ．前記自由流動性で圧縮可能な混合物を望みの形状の型に入れること；及び ｅ．前記自由流動性で圧縮可能な混合物を、未硬化成形研磨用物 品が得られるまで４０℃未満の温度で圧縮すること； 但し、ここに、前記未硬化成形研磨用物品は、前記型から無傷で取り出され、 望みの形状の損失なしに熱硬化されるに充分な生強度を有する。 発明の詳細な説明 硬化に先立って前記研磨用物品を一時的に結合するに有効な量の水を用いて、 未硬化の、成形された研磨用物品が調製される。未硬化の成形された研磨用物品 における一時的バインダーとしての水の利益は、この水が少なくとも１つのノボ ラック樹脂で均一に被覆されたと粒材料を結合するのに使用されるとき、特に顕 著である。この樹脂は、遊離のフェノールの含量が０．５ｗｔ％未満であり、揮 発性有機化学物質の実質的にないことが好ましい。そのような樹脂は、一般には ０．３ｗｔ％未満の、好ましくは０．２ｗｔ％未満の自由フェノールを含有する 未硬化研磨用物品を調製するのに使用できる。 好ましい態様において、水は、均一に被覆されたと粒の０．００１〜５ｗｔ％ の量で、一時的バインダーとして使用される。均一に被覆されたと粒の０．５〜 ３ｗｔ％の量の水が最も好ましい。 本発明の環境上の利益を充分に得るためには、未硬化研磨用物品の揮発性有機 化学物質の含量が０．５ｗｔ％未満であることが好ましい。この研磨用物品の硬 化（例えば１２０℃〜１７５℃で、２〜１８時間）の後、この硬化した研磨用物 品は、好ましくは揮発性有機化学物質が実質的にない。 好ましい態様においては、硬化の後に、前記研磨用物品は、重量パーセンテー ジベースで、６０〜８０％のと粒材料、５〜１０％のノボラック樹脂、０〜２． ０％の硬化剤、０〜３０％の充填材、及 び０〜５％の金属酸化物を含有する。この硬化された研磨用物品は、遊離のフェ ノール含量が約０．３ｗｔ％未満であり、揮発性有機化学物質の含量が約０．５ ｗｔ％未満である。生強度及び混合物取扱いのために一時的バインダーとして水 を使用する利点は、軟質砥石（例えば、多孔度３０〜４０容量％）の加工におい て最も顕著であるが、利益は、より低い多孔度（例えば、１２容量％未満の多孔 度）の、より硬質のグレードの砥石においても観察される。 前記研磨性混合物成分、バッチの大きさ及びこの混合物に対する貯蔵又は保持 の要請は、一時的バインダーとして有用な水の最適量に影響するであろう。 本発明の好ましい具体例は、以下に記載されるようにして調製された均一に被 覆されたと粒を用いるが、少量の未硬化と粒は、被覆された粒子及び本発明の未 硬化研磨用物品中の他の成分と組み合わされてもよい。２０ｗｔ％以下、好まし くは１０〜１５ｗｔ％の未硬化と粒が前記混合配合物中に使用されるのが好まし い。 研磨材料を液体の及び乾燥したノボラック樹脂と連続的に混合するのが好まし い。研磨用物品を調製するための全体のプロセスの当初の工程に関して用いられ る「連続的な混合」は、実質的な中断なしにと粒に各成分の材料を適用する意味 である。例として、液体の及び乾燥した樹脂成分は、好ましくはミキサーに同時 に供給される。この方法は過去に使用された方法と対照的である。この過去の方 法は、バッチ混合、液体樹脂成分の一部を乾燥樹脂成分の一部と混合し、その後 追加の部分の液体樹脂及び追加の部分の乾燥樹脂を混合する、云々を含んでいた 。本発明の硬化剤は、他の成分の添加の前又は間の、どんな適当な時期にもミキ サーに供給できるけれども、好ましくは乾燥樹脂成分と予備混合される。 本発明に使用される粒状研磨材料は、普通の研磨材又は超と粒で あってよい。普通の研磨材は、例えば酸化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニ ア−アルミナ、ガーネット、エメリー、及びフリントを包含する。超と粒は、ダ イヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、及び亜酸化ホウ素（米国特許Ｎo.５ １３５８９２に記載されており、これをここに援用してその内容を記載に含める ）を包含する。研磨材料の種々の混合物も予想されており、例えば酸化アルミニ ウム及びジルコニアアルミナの混合物がある。用いられる混合物の全量は、ここ に記載したようにして調製されるすべての硬化研磨体の約４０〜約７０容量％で ある。 研磨材の粒子（ｇｒａｉｎ）（ときどき「グリット（ｇｒｉｔｓ）」と呼ぶこ とがある）の平均粒度は、種々のファクター、例えば利用される特定の研磨材、 及び研磨体から形成される道具の最終用途に依存する。一般に、超と粒及び普通 のと粒についての平均粒度は、約０．５〜約５０００μm の範囲、好ましくは約 ２〜２００μm の範囲にある。望みの用途のための適当なと粒サイズは、過度の 実験なしに選択できる。 好ましい態様において、本発明はゾル−ゲルで誘導された研磨材を包含する。 これらの研磨材の例は、ゾル−ゲルアルミナ研磨グリットであり、これは種晶を 添加していてもいなくてもよい。これらの種類の材料は、例えば米国特許Ｎo.５ １３１９２３（ここに援用してその内容を記載に含める）に記載されている。 前記研磨材料は室温で使用されてもよい。しかしながら、それは混合が始まる 前に、例えば約３０℃〜約１５０℃に予備加熱してもよい。特に好ましい態様に おいて、前記温度差は、液体ノボラック樹脂の温度の約２５℃以内である。この 材料温度の釣り合いは、加熱された樹脂材料が、より冷たい又はより熱い研磨粒 子と接触するとき起こる粘度変化を最小にするであろう。 好ましい液体ノボラック樹脂は、米国特許Ｎo.４９１８１１６（Ｇａｒｄｚｉ ｅｌｌａ）（これをここに援用してその内容を記載に含める）に記載されている 。Ｇａｒｄｚｉｅｌｌａに記載されているように、この樹脂はフェノール−ホル ムアルデヒド比が１：０．２〜１：０．３５の範囲にある。この樹脂は通常、遊 離フェノールが約０．５％未満である。これらの樹脂も、非常に高い接着保持力 を持ち、非常に自由流動性のある成形用樹脂被覆と粒を与える。この樹脂被覆と 粒の追加の特性は、それらの安定性であり、これは長い貯蔵寿命を保証する。 本発明のためのこれらの物質の好ましい分子量は、重量平均分子量にして約２ ００〜約１０００の範囲である。 前記ノボラック樹脂は室温で固体であり、２５℃を超えると融解を始める。７ ０℃で、それらは比較的低い融解粘度を有し、それらを取扱い、及び他の成分と の混合を容易にする。低融解粘度は、混合工程の間の溶媒の必要性を除く。それ らは、好ましくはミキサーに供給される前に、約３００ｃｐ〜約３０００ｃｐの 範囲の粘度を生ずるに充分な温度に予備加熱される。好ましい粘度は約４００ｃ ｐ〜約８００ｃｐの範囲にあり、これは約１２５℃〜約１１５℃の温度に対応す る。 第２のノボラック樹脂は乾燥粉として使用される。この樹脂の性質は臨界的な ものではないが、そのフェノール−ホルムアルデヒド比は、好ましくは液体ノボ ラック樹脂の比の外側にある。それは、例えば、Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎ ｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｈ ｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ １７，３８４〜４１６頁（これをここ で援用してその内容を記載に含める）に一般に記載されている材料である。適当 なフェノールノボラックは、米国特許Ｎo.４２６４５ ５７（Ａｎｎｉｓ）及び３８７８１６０（Ｇｒａｚｅｎ等）（両方をここに援用 してそれらの内容を記載に含める）に記載されている。 本発明において、前記乾燥ノボラック樹脂は一般にフェノール−ホルムアルデ ヒドモル比が約１：０．５〜約１：０．９の範囲にある。前記乾燥樹脂は、好ま しくは遊離フェノール含量が約５．０ｗｔ％未満、最も好ましくは１．０ｗｔ％ 未満である。これらの材料は、室温で固体であり、約７０℃を超えると融解を始 める。しかしながら、これらの材料は、ミキサーに固体として、即ちそれらの融 点未満で供給される。好ましくは、それらは室温で、以下に記載される任意成分 の幾つかとの粉末混合物の形で使用される。 前記乾燥ノボラック樹脂の好ましい分子量は、約２０００〜約１５０００の範 囲にある。特に好ましい分子量範囲は、通常５０００〜約１２０００である。 ここで使用されるノボラック樹脂の相対的量に関しては、乾燥樹脂に対する液 体樹脂の重量比は、通常約７：１〜約１：７の範囲にある。特に好ましい比は、 約３：１〜約１：３である。 前記乾燥ノボラック樹脂は硬化剤の全部又は一部と予備混合してもよい。前記 硬化剤は、通常、成形材料中に含まれるノボラック樹脂の全重量の約０．１ｗｔ ％〜２０ｗｔ％であり、好ましくは約７ｗｔ％〜１４ｗｔ％である。 広範な種々の充填材が含まれ得る。適当な充填材の例としては（これらに限ら れる訳ではない）、砂、炭化ケイ素、アルミナ、ボーキサイト、クロム鉄鉱、マ グネサイト、ドロマイト、ムライト、シリカアルミナセラミック（例えば、ゼオ ライト（登録商標）充填材）、ホウ化物、ヒュームドシリカ、ゾルゲル物質、二 酸化チタン、炭素製品（例えば、カーボンブラック、コークス、又はグラファイ ト−）；コランダム、木粉、クレー、タルク、カルシウムフルオロスパー（ｃａ ｌｓｉｕｍ ｆｌｕｏｒｏｓｐａｒ）、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、 ジルコニア、及び種々の形のガラス、例えばグラスファイバーがある。１より多 くの充填材の混合物も可能である。 各充填材又は充填材の組み合わせについての有効量は、当業者によって容易に 決定できる。本発明についての充填材の通常の量は、全組成物の重量を基準とし て、０〜約３０重量部である。研磨ディスクの場合には、充填材の量は、前記デ ィスクの重量を基準として通常約５〜２０重量部である。 前記乾燥ノボラック樹脂成分は、研磨用物品中に通常使用される他の成分を含 有してもよい。顕著な例としては、静電防止剤；金属酸化物、例えば石灰、酸化 亜鉛、酸化マグネシウム、及びこれらの混合物；並びに滑剤、例えばステアリン 酸、グリセロールモノステアレート、グラファイト、カーボン、二硫化モリブデ ン、ワックスビーズ（ｗａｘ ｂｅａｄｓ）、及びフッ化カルシウムがある。充 填材の場合のように、これら材料の各々の適量は、当業者によって容易に決定で きる。 ここで用いるに適した硬化剤は、例えばＧａｚｅｎ等の上述の特許に記載され ている。種々のアミン類、例えばエチレンジアミン；エチレントリアミン；メチ ルアミン；及びヘキサメチレンテトラミン（「ヘキサ」）を用いることができる 。そのような材料の前駆体も使用できる。例として、水酸化アンモニウムは、そ れがホルムアルデヒドと反応してヘキサを形成するので、適当な硬化剤である。 ヘキサ及びその前駆体は、好ましい硬化剤である。 硬化剤の有効量として、通常、全ノボラック樹脂１００部あたり約５〜約２０ 部（重量基準）の硬化剤が用いられる。樹脂で結合さ れた研磨用物品の分野における当業者は、種々のファクター、例えば使用される 樹脂の特定の種類；要求される硬化の度合い、及びこの物品に望まれる最終的な 性質（強度、硬度、及び研削性能）に基づいて、この量を調節することができる 。研磨砥石の調製において、特に好ましい硬化剤の量は、約８〜約１５重量部で ある。 前記研磨材料と上述の他の成分とを混合するために種々のミキサーを使用する ことができる。適当なミキサーの例は、Ｅｉｒｉｃｈ（例えば、モデルＲＶ０２ ）及びＬｉｔｔｌｅｆｏｒｄタイプ、並びにボール型ミキサーである。と粒の品 質に関して最良の結果は、通常低出力ミキサーを用いて通常達成される。低出力 はまた、より高出力のミキサーが使用されたときの磨耗特性に較べて過剰の部分 的磨耗を防ぐ。 低出力操作の例として、上述のＥｉｒｉｃｈモデルは低パン速度、通常約６５ ｒｐｍで、混合攪拌速度、約２０００ｒｐｍ未満で使用されるべきである。 ボール型ミキサーが好ましい。本発明にのために、これらのタイプのミキサー も、比較的低速度、例えばパン速度約５０ｒｐｍ未満で運転される。前記ボール 型ミキサーは、しばしば１又はそれ以上のパドルの組を有し、これは本発明のた めに、好ましくは約２００ｒｐｍ未満の速度で稼働する。最も好ましい態様にお いて、前記パドルは約１５０ｒｐｍ未満の速度で稼働する。 上述のように、液体の又は乾燥した樹脂成分を有する研磨材（既に前記ミキサ ー中に入れられ、通常予備加熱される）の連続的混合は、通常、各成分の同時供 給が必要である。同時添加は、前記と粒が以下に述べるように各成分で均一に被 覆されるようになることを容易に可能にする。前記ミキサーに供給される各成分 の相対量は、供給の間、他の成分に対する各成分の割合ができるだけ一定になる ように測定される。 混合時間は、加工及び材料、例えば用いられる研磨材及びバインダー樹脂、充 填材の存在又は非存在；使用されるミキサー装置の種類及び容量；加工される材 料の品質、等に関する種々のファクターに依存する。一般に、比較的小さな加工 の規模、例えば全材料５０ポンドについては、混合時間は約３分〜約６分の範囲 であり；そして比較的大きな規模の場合、例えば全材料約６００ポンドまでの場 合、約３分〜約８分である。研削加工における当業者は、ここに記載した教えに 部分的に基づいて、最も適当な混合時間を選定できるであろう。 上述のように、種々の成分の添加の間及びその後の混合温度は、通常約８０℃ 〜約１３０℃の範囲である。好ましくは、前記混合温度は約９０℃〜約１２５℃ の範囲にある。この温度は、幾つかの理由で混合プロセスの間低下する傾向があ る。第１に、前記混合系は通常大気に開かれ、結局熱を失う。第２に、前記乾燥 樹脂は通常室温で供給される。従って、混合が完了した後の混合物の最終温度は 、通常約６５℃〜９０℃の範囲である。温度低下は、前記研磨材／樹脂系の時期 尚早の硬化と凝集を抑制するから、幾つかの点で有利である。 混合が完了したのち、前記成形材料は、後の使用のために貯蔵できる。それは 、周囲温度に冷却したとき、乾燥した流動可能な粒状材料である。更に、前記粒 子は、揮発性有機材料で調製された幾つかの成形材料に較べて、実質的に埃がな い。 上述のプロセスが完了した後、本発明におけると粒は、ノボラック樹脂で均一 に被覆される。この均一な被膜は、粒子の調査によって測定される。ドライボン ド（ｄｒｙ ｂｏｎｄ）（即ち、充填材及び樹脂）が過剰に濃縮されている大き な領域のないことは明らか である。同様に、大きな粘着性の「液体樹脂に富んだ」領域のないことが観察さ れる。 均一性は、更に、「ゆるい材料」、即ち、と粒に接着せず、重大な加工上のめ んどうな問題を引き起こす可能性のある前記の量が減っていることによって更に 証明される。混合工程の後にと粒に接着しないドライボンドの全量は、成形材料 の全量に基づいて、約３ｗｔ％未満であるべきである。好ましい態様において、 前記量は約１．５％未満である。特に好ましい態様において、例えば、成形材料 が高性能研削ディスクの調製に使用されるときは、この非接着性材料は約０．５ ％未満であるべきである。 本発明方法によって調製される成形材料の他の重要な特性は、その貯蔵安定性 である。比較的多量の揮発性有機成分（例えば、遊離のフェノール）を含有する 先行技術の組成物と相違して、これらの成形材料は、一般に時間の経過と共にす る蒸発に起因する物理的化学的変化を経由しない。例として、６００ポンドのサ ンプルを室温で少なくとも３週間貯蔵し、次いで加圧し、硬化して、「新しく混 合した」成形材料を用いて調製した物品と同じ特性を有する研磨用物品を形成す ることができる。 貯蔵する代わりに、成形材料は、所望の研磨用物品を調製するのに直ぐに使用 することもできる。それは通常最初はスクリーンに通して、全ての凝集物を除き 、次いで直接成形装置に運ぶ。こうして、好ましい態様においては、先行技術の 殆どのプロセスと相違して、混合と成形の間になんらの熟成工程を置かない。熟 成工程はコスト高であり、時間消費をするから、そのような工程の除去は、商業 的観点から相当に有利である。 水を成形材料に添加して、当技術分野において知られた全ての方法により、自 由流動性の圧縮可能な混合物を形成することができる 。水を添加する好ましい手段は、連続的混合共にする噴霧及び他のゆっくりした 添加方法である。与えられた混合処方において、適当な場合には、混合付加物だ けでなく他のバインダー材料を水に加えてもよく（例えば、デキストリン、グリ セロール又は蔗糖）、これらは研磨用物品の全体に均一に分散される必要がある 。 前記水バインダーは、他の研磨用物品成分と充分に混合しなければならない。 混合は、上記のように、又は研磨用物品の製造の技術分野において公知の何らか の方法で実施することができる。 バインダーとしての水を含有する混合物の熟成は、良好な混合物取扱い又は生 強度を得るためには必要ではないが、前記混合物から作られた成形物品の熟成を すると追加の生強度が得られる。特に、２〜１０時間の熟成は、未硬化の研磨用 物品の生強度を改善する。 製造条件下に必要な場合には、このバインダーとして水を含有する混合物は、 周囲条件下に蒸発によって乾燥させ、その後、更なる混合、凝集体のスクリーニ ング、及び有機バインダー、例えばフルルラールを含有する混合物の回収の技術 分野で使用される他の技術の必要なしに、再使用できる。 成形材料の混合物は、当技術分野で公知のどんな方法ででも圧縮できる。 ホットプレス、ウォームプレス（ｗａｒｍ ｐｒｅｓｓｉｎｇ）、又は冷圧を 利用することができる。ホットプレスは、例えば、Ｂａｋｅｌｉｔｅ（Ｃ）ｐｕ ｂｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｒｕｔａｐｈｅｎ（Ｃ）−Ｒｅｓｉｎｓ ｆｏｒ Ｇｒｉ ｎｄｉｎｇ Ｗｈｅｅｌｓ−Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．（ ＫＮ ５０Ｅ −０９．９２−Ｇ＆Ｓ−ＢＡ）及び他のＢａｋｅｌｉｔｅ（Ｃ） ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ： Ｒｕｔａｐｈｅｎ（Ｃ）Ｐｈｅｎｏｌｉｃ Ｒｅｓ ｉｎｓ−Ｇｕｉｄｅ／Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｒａｎ ｇｅｓ／Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（ＫＮ１０７／ｅ−１０．８９ ＧＳ−ＢＧ） （これら両方をここに援用してその内容を記載に含める）に記載されている。有 用な情報は、Ｐｌａｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ と共同して、Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔｉｎｇ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｊ．Ｆ．Ｍｏｎｋ，Ｃｈａｐｔｅｒ ３（“Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍ ｏｕｌｄｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｓ”），１９８１ Ｇｅｏｒｇｅ Ｇｏｏｄｗｉｎ Ｌｔｄ．にも見いだされる。この文献もここに援用してその内 容を記載に含める。説明するために、研磨ディスク又は砥石は、通常ステンレス スチール、高炭素鋼、又は高クロム鋼から作られた適当な型中に前記混合物を入 れることによって調製できる。成形されたプランジャを用いてこの混合物を仕上 げることができる。冷予備加圧がときどき使用され、その後装填された型組み立 て品が適当な炉中に入れられた後予備加熱される。この型組み立て品はどんな便 利な方法（電気、スチーム、加圧熱水、又はガス炎）ででも加熱できる。抵抗型 ヒーター又は誘導型ヒーターをこの型の酸化を最小にするために、導入できる。 特別な温度、圧力及び時間の範囲は、用いられる特別な材料、使用される装置 の種類、及び砥石の寸法に依存するであろう。この成形圧力は通常約０．５ｔｓ ｉ〜約５．０ｔｓｉ、好ましくは約０．５ｔｓｉ〜約２．０ｔｓｉの範囲である 。このプロセスのための加圧温度は一般に約１１５℃〜約２００℃、好ましくは 約１４０℃〜１７０℃の範囲にある。この型中の保持時間は、通常約３０〜約６ ０秒／研磨用物品厚さmmである。 この開示の目的に沿うと、用語「ホットプレス」は、当技術分野で公知の高温 鋳造法を包含する。典型的な熱鋳造法において、型組み立て品が加熱炉から取り 出された後にそれに圧力がかけられる。 冷圧及びウォームプレスは、特にエネルギー管理の要請及び時間管理の要請が 重要である製造操作においては、好ましい方法である。冷圧は米国特許Ｎo.３６ １９１５１に記載されており、これをここに援用してその内容を記載に含める。 予定された、秤量された混合組成物の装填物は、最初に供給され、適当な型、例 えば通常の砥石型の空洞内に均一に分布される。この材料は周囲温度、通常は約 ４０℃未満、好ましくは約３０℃未満に保持される。次いで、圧力は、適当な手 段、例えば水圧によって、材料の未硬化の塊にかけられる。掛けられる圧力は、 約０．５ｔｓｉ〜約１５ｔｓｉ、より好ましくは約１ｔｓｉ〜約６ｔｓｉの範囲 である。前記プレス内での保持時間は、通常約５秒〜約１分である。好ましい結 果を得るために必要な成形圧力は、グラファイト及びステアレートのような滑剤 型材料の使用によって、約２０％まで下げられるようである。 ウォームプレスは、型中の混合物の温度が、通常約１４０℃より幾分低い、よ りしばしば、約１００℃より幾分低い温度に高められる以外は、冷圧に非常に類 似した方法である。冷圧について従われるのと同じ一般的圧力及び保持時間のパ ラメーターが、ここでも従われる。 冷圧又はウォームプレスの後、前記成形材料は硬化される。硬化温度の選択は 、特別の研磨用物品に望まれる強度、硬度、及び研削の性能を含む少なくとも幾 つかのファクターによる。通常、硬化温度は約１５０℃〜約２５０℃の範囲であ ろう。より好ましい態様において、前記硬化温度は約１５０℃〜約２００℃の範 囲にある。硬化時間は約６時間〜約４８時間の範囲である。多くの例において、 最終硬化温度は、複数の工程で、即ち複数の中間温度及び複数の保持期間を経過 して到達する。好ましい態様において、前記成形された研磨用物品は１２０°に ２〜３時間、次いで１７５°に１２〜１ ８時間、大気圧で空気中に加熱される。そのような方法は、前記混合物中の乾燥 成分の液体成分による追加の湿潤を高める。 加圧及び硬化の後、前記研磨用物品は型から取り出し、空冷する。その後の工 程、例えば、常法に従った砥石の縁取り及び仕上げ削りも可能である。本発明に ついて、硬化の後の成形物品の多孔度は、通常約０〜６０容量％の範囲、最もし ばしば４〜４０容量％である。冷圧硬化物品は、好ましくは約１２〜６０容量％ 、最も好ましくは約２０〜４０容量％の多孔度である。 以下の例は、本発明を限定することなしに、本発明の種々の態様を示す。全て の部及びパーセントは特に示さない限り重量基準である。 （例１） グリットサイズ２０及び３０（比１：１）の酸化アルミニウム研磨材４６３６ ｇ及びグリットサイズ２４のジルコニア−アルミナ研磨材７８６１ｇを１２０℃ に予熱し、直径５１cmの混合ボールに入れた。１２０℃に加熱した低分子量液体 ノボラック樹脂（フェノール：ホルムアルデヒド比が１：０．２〜１：０．３５ ）８９８ｇを、１７９２ｇのノボラック樹脂、１４８７ｇの黄鉄鉱、８３５ｇの 硫酸カリウム、３８７ｇの酸化カルシウム、及び１４５ｇのヘキサメチレンテト ラミンからなる予備混合された乾燥物質（室温の物質４６４９ｇと共にミキサー に同時にゆっくり加えた。混合サイクルの間に、前記ボールを時計回りに３０ｒ ｐｍで回転させた。一組の攪拌羽を時計方向に８０ｒｐｍで回転しており、他の レーキ様攪拌機を１１０ｒｐｍで反時計回りに回転していた。全混合時間６分の 後、この混合物の温度は７５℃であった。この時点での混合物は、乾燥した流動 性の、１％未満のゆるい材料の（樹脂／充填材で均一に被覆された）と粒からな っていた。 （例２Ａ） 均一に被覆された粒状研磨材料を調製するにあたって、２０７２ｇのアルミナ （３６グリット）を約８０℃〜約１２０℃に予熱した。次いで、この混合物を例 １で使用したのと類似の直径２５cmの混合ボール中に入れた。全体で２６ｇの低 分子量ノボラック樹脂（フェノール−ホルムアルデヒドモル比１：０．２〜１： ０．３５）を使用した。この材料を粘度約４００ｃｐ〜８００ｃｐを得るに充分 な温度（即ち、約１１５℃〜１２５℃の範囲の温度）に予熱した。１５３．８ｇ の標準ノボラック樹脂材料、及び１５．２ｇのヘキサメチレンテトラミンを含有 する全体で１６９ｇの予備混合した乾燥接着剤を使用した。前記液体樹脂及び乾 燥接着剤を一連の３工程で前記と粒上に積層し、各工程は各成分の全量の約１／ ３を利用した。混合パラメーターは、混合温度を１２０℃にして、例１に使用し たものと同様にした。 得られた乾燥した、流動性の製品は、熱重量分析で測定して只の０．４％の揮 発成分を含んでいるのみであった。 （例２Ｂ） 均一に被覆された粒状研磨材料を調製するにあたって、１６，４３８．７ｇの アルミナ及び炭化ケイ素の研磨材混合物（３６グリット）を約８０℃〜約１２０ ℃に予熱した。次いで、この混合物を例１で使用したのと類似の直径５１cmの混 合ボール中に入れた。全体で３７２ｇの低分子量ノボラック樹脂（フェノール− ホルムアルデヒドモル比１：０．２〜１：０．３５）を使用した。この材料を粘 度約４００ｃｐ〜８００ｃｐを得るに充分な温度（即ち、約１１５℃〜１２５℃ の範囲の温度）に予熱した。１２１３．３ｇの標準ノボラック樹脂材料、及び１ ２０．０ｇのヘキサメチレンテトラミンを含有する全体で１３３３．３ｇの予備 混合した乾燥接着剤を使用 した。前記液体樹脂及び乾燥接着剤を一連の３工程で前記と粒上に積層し、各工 程は各成分の全量の約１／３を利用した。混合パラメーターは、混合温度を１２ ０℃にして、例１に使用したものと同様にした。 （例３） 一時的バインダーとして水を用い、例２Ａの被覆された粒状研磨材料を以下の 表１に示す量で混合し、自由流動性の圧縮可能な粒状混合物を形成した。（１） バインダーを含有しない対照サンプル、及び（２）バインダーとしてフルフラー ルを含有する対照サンプルを表１に示す量、調製した。本発明の粒子混合物（７ ４．８ｇの湿った混合物）及び対照（７４．８ｇの混合物）を使用して、実験室 規模の圧縮機中で室温及び７０３kg／cm²（平方インチあたり５トン）の圧力で １０．１６cm×２．５４cm×１．７７cm（４”×１”×１ １／２”）の未硬化 成形研磨用物品（棒）を圧縮成形した。 その結果を表１に示す。 ａ．型を閉じたが、圧力を開放すると、はね開いた。 これらの結果は、一時的バインダーとして１〜４％の水を添加すると、未硬化 の研磨棒の調製の間の生強度及び混合物の取扱い性が大幅に改善されることを示 している。これらのサンプルは、室温での「冷」圧は成功であり、硬化（６０° 〜１２０℃で４０分；１２０℃で２時間；１２０°〜１７５℃で３時間；及び１ ７５℃で２０分）後、形状一体性（サイズ及び形状）を証明した。 圧縮成形の間に成形品についてなされた満載排水量の測定において、バインダ ーとして水を含有する材料は、フルフラールを含有する材料に較べて非常に鋭い 排水量を示し、配合量はフルフラールのそれの２〜５倍であった。バインダーの ない材料は、取扱いに際してばらばらになり、それ故満載排水量は測定できなか った。従って、水バインダーは、冷圧操作について最良の混合物を与える。 水バインダーを含有する混合物の熟成は、混合物の取扱い又は生強度のために 必要ではないが、熟成の検討を行ったところ、２〜１０時間熟成した混合物から 作った未硬化の研磨棒の生強度が改善された。 （例４） 混合物の取扱い及び成形工程の間に一時的バインダーとして水又 はトリデシルアルコール（ＴＤＡ）を用いて、砥石を製作した。 と粒混合物を例１に記載したようにして、混合した。混合物の一部（４５０ｇ ）複数を、この混合物を連続的に攪拌している間に、点滴器から小滴にして、こ のバインダーを加えることにより、表２に記載したバインダーで、湿潤させた。 この混合物を、２００トンのスチームプレスを用い１８２メートル法トン（２０ ０トン）の圧力で冷圧することにより、直ちに未硬化の１７．８×１．３×２． ５cm（７×０．５×１インチ）の平たい砥石に成形した。それらの結果を表２に 示す。 水は砥石の生強度を改善した。成形の間の混合物取扱い品質は、使用された水 の全ての量において、良好であった。 ＴＤＡを含有するサンプルは、水を含有するサンプルよりも取扱い及び成形が 困難であった。 ａ．砥石を厚さ１２．７mm（０．５インチ）に圧縮できず。バインダーなしで は、砥石は１８２メートル法トンの圧力で１３．２mm（０．５２インチ）の厚さ であった。 （例５） 一時的バインダーとして、水を用いて冷圧操作において、商業規模の砥石を製 作した。例２Ｂの混合物を以下の表３に示した量の水に混合した。周囲温度で表 ３に記載したようにして砥石を圧縮した（冷圧した）。 サンプル１及び２を圧縮して１７．８×０．８×２．５cm（７× １／３×１インチ）の砥石にした。サンプル３及び４を圧縮して９１．４×１０ ．２×５０．８cm（３６×４×２０インチ）の砥石にした。そしてサンプル５〜 ７を圧縮して３０．５×２．５×１０．２cm（１２×１×４インチ）の砥石にし た。結果を表３に示す。 ａ．サンプル３及び４について、例２Ｂの混合物は、少量の粒子希釈剤で３６ ／４６グリットブレンドを含むようにと粒に変換した。 ｂ．硬化剤（ヘキサメチレンテトラミン）を、全硬化剤の量が、全ノボラック 樹脂の９ｗｔ％になるように増した。 ｃ．破裂強さは、１０日の水浸漬の後に測定した。全てのサンプルは、商業的 使用の許容限界である、５３６０ｒｐｍを超える破裂強さを持っていた。 ここに与えた記載を考慮して、本発明の他の修飾及び変形が可能である。それ 故、添付の請求の範囲に定義された発明の範囲内で、上記の特定の態様中におい て、変化を付けることが可能であることが理解されるべきである。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年５月１８日 【補正内容】 (１)（１）本願明細書第９頁下から５行目の「訳ではない」の次に『が』を挿入 する。 （２）同書第１１頁第１６行の「本発明」の次の「に」を抹消する。 （３）第２３頁表３中の「サンプルＮo.」の見出しの右隣の見出し「混合物 」を『混合物^a』に補正する。 （４）第２４頁表３中のサンプルＮo.の「７」を『７^b』に補正する。 (２) 本願請求の範囲を別紙の通りに補正する。 請求の範囲 １．次のものを含有する未硬化の成形された研磨用物品： ａ．少なくとも１つのフェノールノボラック樹脂で均一に被覆された粒状研磨 材料； ｂ．有効量の少なくとも１つの硬化剤；及び ｃ．硬化に先立って研磨用物品を結合するのに有効な量の水； ここに、前記研磨用物品は、０．５ｗｔ％未満の揮発性有機化学物質を含有す る。 ２．前記研磨用物品が、これを１２０℃に２〜３時間、次いで１７５℃に１２ 〜１８時間、周囲雰囲気及び圧力下で硬化した後、前記研磨用物品が０〜６０容 量％の多孔度を有する、請求項１の研磨用物品。 ３．前記硬化した研磨用物品が、重量パーセント基準で、６０〜９５％の粒状 研磨材料、５〜１５％のフェノールノボラック樹脂、０〜２％の硬化剤、０〜３ ０％の充填材、及び０〜５％の金属酸化物を含有する、請求項２の研磨用物品。 ４．次の工程を包含する成形された研磨用物品の調製方法： ａ．８０〜１３０℃で、粘度３００〜３０００ｃｐを有する液体フェノールノ ボラック樹脂を粒状研磨材料と、均一に被覆されたと粒が形成されるまで、予備 混合する工程； ｂ．均一に被覆されたと粒を、少なくとも１つの硬化剤及び少なくとも１つの 乾燥フェノールノボラック樹脂を含有する研磨用物品成分と混合して自由流動性 の均一に被覆されたと粒を形成する工程； ｃ．有効量の水を、前記自由流動性の、均一に被覆されたと粒と混合して、自 由流動性の圧縮可能な混合物を形成する工程； ｄ．前記自由流動性の、圧縮可能な混合物を望みの形状を有する型中に入れる 工程；及び ｅ．前記自由流動性の、圧縮可能な混合物を４０℃未満の温度で、未硬化の成 形された研磨用物品が得られるまで圧縮する工程； ここに、前記未硬化の成形された研磨用物品は、前記型から無傷で取り出せ、 望みの形状で損失無しに硬化されるに充分な生強度を有する。 ５．前記成形された研磨用物品を、１５０〜２５０℃で６〜４８時間熱硬化す る工程を更に有する、請求項４の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次のものを含有する未硬化の成形された研磨用物品： ａ．少なくとも１つのフェノールノボラック樹脂で均一に被覆された粒状研磨 材料； ｂ．有効量の少なくとも１つの硬化剤；及び ｃ．硬化に先立って研磨用物品を結合するのに有効な量の水； ここに、前記研磨用物品は、０．５ｗｔ％未満の揮発性有機化学物質を含有す る。 ２．充填材、多孔度誘導剤（ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｉｎｄｕｃｅｒ）、第２と粒 、静電防止剤、金属酸化物、滑剤、硬化剤、バインダー、及びこれらの組み合わ せからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を更に含有する請求項１の研磨 用物品。 ３．前記充填材が、砂、炭化ケイ素、アルミナ、ボーキサイト、クロム鉄鉱、 マグネサイト、ドロマイト、ムライト、ホウ化物、ヒュームドシリカ、ゾルゲル 材料、二酸化チタン、カーボン、グラファイト、コランダム、木粉、クレー、タ ルク、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、ジルコニア、及びグラスファイバ ー、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれる、請求項２の研磨用物品。 ４．前記滑剤が、ステリン酸、グリセロールモノステアレート、グラファイト 、カーボン、二硫化モリブデン、ワックスビーズ、及びフッ化カルシウムからな る群から選ばれる、請求項３の研磨用物品。 ５．前記金属酸化物が、石灰、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、及びこれらの混 合物からなる群から選ばれる、請求項２の研磨用物品。 ６．前記粒状研磨材料が、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、エメリー、フリント、ダイヤモンド、立方晶窒 化ホウ素、種晶添加ゾルゲルアルミナ、種晶無添加ゾルゲルアルミナ、及びこれ らの組み合わせからなる群から選ばれる請求項１の研磨用物品。 ７．前記フェノールノボラック樹脂が、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂モ ル比、１：０．２〜１：０．３５であり、遊離のフェノール含量が０．５％未満 である、請求項１の研磨用物品。 ８．前記フェノールノボラック樹脂が、重量平均分子量２００〜１０００を有 する、請求項７の研磨用物品。 ９．前記フェノールノボラック樹脂が８０〜１３０℃で、粘度３００〜３００ ０ｃｐを有する、請求項７の研磨用物品。 １０．フェノール−ホルムアルデヒドモル比が１：０．５〜１：０．９である 第２のフェノールノボラック樹脂を含有するフェノールノボラック樹脂の混合物 である、請求項７の研磨用物品。 １１．前記第２のフェノールノボラック樹脂が重量平均分子量２０００〜１５ ０００を有する、請求項１０の研磨用物品。 １２．前記フェノールノボラック樹脂の混合物が１２〜８８ｗｔ％の第２のフ ェノールノボラック樹脂を含有する、請求項１０の研磨用物品。 １３．前記研磨用物品が、０．００１〜５ｗｔ％の水を含有する、請求項１の 研磨用物品。 １４．前記研磨用物品が０．３ｗｔ％未満の有利フェノールを含有する、請求 項１の研磨用物品。 １５．前記研磨用物品が、これを１２０℃に２〜３時間、次いで１７５℃に１ ２〜１８時間、周囲雰囲気及び圧力下で硬化した後、前記研磨用物品が０〜６０ 容量％の多孔度を有する、請求項１の研磨用物品。 １６．前記研磨用物品が、硬化後に揮発性有機化学物質の実質的にない、請求 項１５の研磨用物品。 １７．前記硬化剤が、エチレンジアミン、エチレントリアミン、メチルアミン 及びヘキサメチレントリアミンからなる群から選ばれるアミンである、請求項１ の研磨用物品。 １８．前記硬化剤が、フェノールノボラック樹脂の５〜２０ｗｔ％存在する、 請求項１の研磨用物品。 １９．４〜４０容量％の多孔度を有する、請求項１６の研磨用物品。 ２０．前記硬化した研磨用物品が、重量パーセント基準で、６０〜９５％の粒 状研磨材料、５〜１５％のフェノールノボラック樹脂、０〜２％の硬化剤、０〜 ３０％の充填材、及び０〜５％の金属酸化物を含有する、請求項１６の研磨用物 品。 ２１．次の工程を包含する成形された研磨用物品の調製方法： ａ．８０〜１３０℃で、粘度３００〜３０００ｃｐを有する液体フェノールノ ボラック樹脂を粒状研磨材料と、均一に被覆されたと粒が形成されるまで、予備 混合する工程； ｂ．均一に被覆されたと粒を、少なくとも１つの硬化剤及び少なくとも１つの 乾燥フェノールノボラック樹脂を含有する研磨用物品成分と混合して自由流動性 の均一に被覆されたと粒を形成する工程； ｃ．有効量の水を、自由流動性の、均一に被覆されたと粒と混合して、自由流 動性の圧縮可能な混合物を形成する工程； ｄ．前記自由流動性の、圧縮可能な混合物を望みの形状を有する型中に入れる 工程；及び ｅ．前記自由流動性の、圧縮可能な混合物を４０℃未満の温度で、未硬化の成 形された研磨用物品が得られるまで圧縮する工程； ここに、前記未硬化の成形された研磨用物品は、前記型から無傷で取り出せ、 望みの形状で損失無しに硬化されるに充分な生強度を有する。 ２２．均一に被覆されたと粒の０．００１〜５ｗｔ％の水が一時的バインダー として使用される、請求項２１の方法。 ２３．均一に被覆されたと粒の０．５〜３ｗｔ％の水が一時的バインダーとし て使用される、請求項２１の方法。 ２４．前記圧縮工程が、０．５〜１５トン／平方インチで、５秒〜１分実施さ れる、請求項２１の方法。 ２５．前記成形された研磨用物品を、１５０〜２５０℃で６〜４８時間熱硬化 する工程を更に有する、請求項２１の方法。