JP2003504218A - 多孔性セラミック研摩複合材料を含むメタルボンド研摩物品およびそれを用いたワークピースの研摩方法 - Google Patents
多孔性セラミック研摩複合材料を含むメタルボンド研摩物品およびそれを用いたワークピースの研摩方法Info
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Abstract
Description
タルボンド研摩物品および、これを用いてワークピースを研摩する方法に関する
。
いてよく行われていることである。研摩剤の従来の電気めっきは、所望の厚さが
得られるまで金属を基材に電着させるものである。その後、ダイアモンドや立方
晶窒化ホウ素のような研摩粒子をめっき浴に入れて、めっきされた金属に電着さ
せる。さらに金属を電着して、研摩粒子を基材に固定する。この電着プロセスの
結果、電着された金属コーティングにより研摩粒子の単一層が基材に固定される
。
したり、異物で詰まったり、かつ/または研摩プロセス中にメタルボンドコート
から外れてしまうことである。その結果、研摩物品の切断性能が実質的に劣るこ
ととなる。かかる研摩物品に関連した2つ目の欠点は、このタイプの研摩物品に
用いることのできる研摩粒子の範囲に係ることである。具体的に述べると、非常
に細かい等級の研摩粒子(約6μm未満)を固定するのに金属の電着は好ましく
ない。これは、金属の厚みによって、微細研摩粒子が実質的に包み込まれてしま
うためである。かかる場合には、研摩プロセス中金属コーティング自身がワーク
ピースと接触してしまい、ワークピースの引っ掻きを制御することができなくな
ってしまう。
ラミックやガラスセラミック基板の仕上げである。許容される磁気メモリディス
クを製造するために、メモリディスク基板は、精密に制御された寸法を有し、精
密に制御された表面仕上げがなされていなければならない。一般に、メモリディ
スク基板の寸法を合わせ、所望の表面仕上げを与えるには、粗性研摩スラリーを
用いた複数の工程プロセスが含まれる。このプロセスの第1の工程において、メ
モリディスク基板が所望の厚を有し、均一な厚さとなるように寸法を合わせる。
寸法合わせの後、ディスクにテクスチャーを与えて、所望の表面仕上げを行う。
リーにはこれに関連した多くの欠点がある。これら欠点としては、必要とされる
大量のスラリーの取扱いが不便なこと、研摩粒子の沈降分離を防いで、ポリシン
グ界面で研摩粒子の均一な濃度を確保するのに攪拌が必要であること、そして、
粗性研摩スラリーを調製、取扱い、廃棄(または回収および再利用)するのに追
加の機器が必要であることが挙げられる。さらに、品質および分散安定性を確実
にするためにスラリーそのものを定期的に分析しなければならない。また、粗性
研摩スラリーと接触するスラリー供給機器のポンプヘッド、バルブ、供給ライン
、研削ラップおよびその他パーツはいずれ、望ましくない摩耗を示す。さらに、
粘性液体である粗性研摩スラリーは、容易に飛び散り、含有させるのが難しいた
め、スラリーを用いるプロセスは通常非常に煩雑である。
つ研摩物品が必要とされている。かかる研摩物品は微細等級を含めた広範な研摩
粒子等級に好適で、ガラスセラミックメモリディスクの寸法を合わせ、かつ/ま
たはこれにテクスチャーを与える粗性研摩スラリーの代替品として好適であるの
が好ましい。
仕上げ(25Å以下)を与えつつ、一貫して高い切断レートを与えるメタルボン
ド研摩物品を提供する。本研摩物品は、第1の主面と第2の主面を有する剛性裏
材と、少なくとも1つの金属コーティングにより裏材の少なくとも1つの主面に
固定された複数のセラミック研摩複合材料とを有する。
複数の研摩粒子を含む。セラミック研摩複合材料は研摩プロセス中に腐食されて
、研摩複合材料から使用済みまたは目つぶれした研摩粒子を放出し、未使用の研
摩粒子をワークピースに与えるのが好ましい。好ましい実施形態において、研摩
複合材料は約10〜90重量部の研摩粒子、90〜10重量部のセラミックマト
リックスを含み、細孔容積は約4%〜70%である。好ましくは、研摩粒子のサ
イズは約0.05〜100μmで、ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、溶融酸化
アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、熱処理済み酸化アルミニウム、炭
化ケイ素、炭化ホウ素、アルミナジルコニア、酸化鉄、セリア、ガーネットおよ
びこれらの混合物を含む。最も好ましくは、研摩粒子はダイアモンドを含む。
連続した金属コーティングにより裏材に固定される。金属コーティングは、金属
電着技術を用いて裏材に適用されるのが好ましい。金属コーティングに好ましい
金属は、例えば、ニッケル、銅、黄銅、青銅、鋼およびこれらの合金である。好
ましい実施形態において、金属コーティングを合わせた厚さは、研摩物品におけ
るセラミック研摩複合材料の高さの約5%〜50%、より好ましくは10%〜3
0%である。任意で、有機サイズコーティングを金属コーティングおよびセラミ
ック研摩複合材料を覆うように適用してもよい。好ましい有機サイズコーティン
グは、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、ア
クリレート樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿
素−ホルムアルデヒド樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、アクリル化ウレタン樹脂
およびこれらの組み合わせを含み、乾燥、熱硬化、または放射線、例えば、紫外
線に露光することにより硬化させる。
コーティングの電着(電気めっき)に好適なものである。好ましい剛性裏材の剛
性率は約1×106lb/in2(7×104kg/cm2)以上、より好まし
くは約10×106lb/in2(7×105kg/cm2)以上である。裏材
材料としては、例えば、金属、金属合金、金属マトリックス複合材料、金属化プ
ラスチックまたはポリマーマトリックス強化複合材料が例示される。より好まし
くは、裏材は青銅シートで、最も好ましくは厚さが約0.3〜10mmである。
うにワークピースの表面を本発明の研摩物品と接触させる工程と、 (b)ワークピースと研摩物品の界面に液体を適用する工程と、 (c)研摩物品がワークピースの表面を研摩して表面粗さを与えるようにワー
クピースと研摩物品を互いに動かす工程と を含む本発明の研摩物品を用いてワークピースを研摩する方法も提供する。
グリセロールと水の混合物、より好ましくはグリセロールの20重量%水溶液が
挙げられる。好ましい方法において、研摩物品およびワークピースは約0.5〜
45g/mm2の圧力で接触させる。
を有するディスクの形態である。この方法において、工程(c)はディスクを中
心軸の周囲で回転されることによりなされる。任意で、ワークピースを研摩物品
に対して動かしてもよい。
1.0μm未満、さらに好ましくは約100Å未満、最も好ましくは約25Å以
下である。
0は、第1の主面14と第2の主面16を有する裏材12と、メタルボンドコー
ティング20により裏材12の前側14にボンドされた複数のセラミック研摩複
合材料18とから構成されている。研摩複合材料18は、多数の孔または空隙(
図示せず)という特徴を有する多孔性構造を持つセラミックマトリックス24に
分散された複数の研摩粒子22を含んでいる。
、あるいは不規則(精密でない、ランダムな)形状を持っていてもよい。図1で
は、研摩複合材料18は精密に成形された角錐台である。研摩複合材料の高さは
通常、約30〜1000μm、好ましくは約70〜700μmである。異なる高
さの研摩複合材料とすることも可能ではあるが、研摩複合材料18の高さは、研
摩物品10を越えて一定であるのが好ましい。研摩複合材料の幅は通常、約30
〜1000μm、好ましくは約70〜700μmである。図1aに、不規則形状
の研摩複合材料18aを有する研摩物品10aを示す。研摩複合材料18aは、
例えば、セラミック研摩複合材料の塊を砕くことにより形成される。不規則形状
の研摩複合材料をほぼ均一なサイズとするには、通常のサイジング技術、例えば
、スクリーニングを行う。
々の研摩複合材料は、裏材に不規則でないパターンで配列してもよいし、不規則
に配列してもよい。近接する研摩複合材料は互いに裏材またはランド領域26に
より分離されているのが好ましい。一部、この分離によって、流体媒体(例えば
、潤滑剤)が「湿潤」研削プロセス中、研摩複合材料間を自由に流れることがで
きる。この流体媒体の自由な流れは、研削中の良好な切断レートおよび表面仕上
げに寄与する傾向がある。通常、裏材12の表面積の約25〜75%、好ましく
は約30〜70%がセラミック研摩複合材料で覆われている。本発明の研摩物品
では、研摩物品の切断レートを増大するために、裏材のセラミック研摩複合材料
の適用範囲(面密度)を増やすのが望ましい。
図である。図2において、裏材12の全主面14(複合材料間のランド領域は除
く)は、裏材12の主面14を不規則に覆うように配置された複合材料18で覆
われている。
て、研摩物品10は、メタルボンドコーティング120により裏材112にボン
ドされた研摩複合材料118を備えている。本実施形態において、研摩複合材料
118は、裏材112にコートされた領域121内で不規則に配置されている。
本実施形態において、コートされた領域121は三角またはパイ形状である。コ
ートされた領域121に挟まれているのはコートされていない領域123である
。コートされた、そしてコートされていない領域は、例えば、パイ形状、円形、
三角、六角形、正方形、矩形、五角形等の所望の形状であってよい。研摩物品の
コートされた、およびコートされていない領域の形状はまた、例えば、ある半径
で円周を測定した一定のコートされた領域を有するディスク形状の研摩物品を与
えるようなデザインとすることもできる。
、例えば、図2および/または図3に示すような本発明によるいくつかの小さな
研摩物品により、近接する研摩物品の少なくともいくつかの間に間隔を空けて、
裏材の主面を「タイルに分ける」ことによって作成することもできる。研摩物品
のタイルは、機械的取付けまたは接着剤、例えば、エポキシ接着剤による取付け
により裏材に取付けることができる。本実施形態においては、研摩物品が、例え
ば、湾曲したワークピースに沿うよう可撓性のある裏材が好ましい。モザイクポ
リシングパッドについては、WO98/50201号(Robertsら)に報
告されている。
第1の主面44と第2の主面46を有する剛性裏材42から構成されている。本
実施形態において、金属プレシュートコーティング48が裏材42の第1の主面
44に適用されている。金属プレシュートコーティング48は、例えば、後に適
用されるコーティングの接着力を増大させるために裏材42に適用される。金属
プレシュートコーティング48は、通常、金属または金属合金から構成されてお
り、好ましくは、裏材および後に適用されるメタルボンドコーティングと相容性
のある金属または金属合金から構成される。研摩物品40はさらに、金属コーテ
ィング52により裏材に固定された複数の研摩複合材料50を備えている。セラ
ミック研摩複合材料50は、多孔性セラミックマトリックス53に分散された複
数の研摩粒子51を含む。金属コーティング52は、単一層または連続して適用
される層として提供される。図4において、金属コーティング52は、第1の金
属コーティング52aと第2の金属コーティング52bとから構成されている。
金属コーティング52を形作る夫々の層52aおよび52bは、同じ金属または
金属合金であっても、異なる金属または金属合金で構成されていてもよい。本実
施形態においては、有機サイズコーティング54が金属コーティング52および
セラミック研摩複合材料50を覆うように適用されている。有機サイズコート5
4は、通常、熱可塑性樹脂、例えば、フェノール樹脂であり、セラミック研摩複
合材料50の強度を増大させる役割を果たす。
例えば、角錐台または円錐台であるのが望ましい。図5に、ベース63と側壁6
6の間の内角がαのセラミック研摩複合材料61を示す。この角度が複合材料6
1のテーパを画定する。角度αは90°(複合材料にテーパはない)〜約45°
である。角度αは75°〜89.9°、より好ましくは80°〜89.7°、さ
らに好ましくは80°〜87°である。複合材料にテーパがついていると、研摩
複合材料61の使用中の制御された破壊の補助となるものと考えられる。テーパ
があるとまた、複合材料を成形するのに用いるツールから複合材料を取り外す補
助にもなる。図5にはまた、側壁66が上部表面62とぶつかる角の内半径rも
示されている。やや丸みにある半曲角であるのが好ましい。角に丸みがあると、
材料を全体に充填しやすく、ツールから取り外しやすいからである。図5にはま
た、ベース61から上部表面62までで測定されたセラミック研摩複合材料61
の高さHも示されている。
裏材は、金属めっき、好ましくは電気めっきでき、剛性があり平滑であるものが
好ましい。本明細書において、「平滑」とは、表面テクスチャーまたは欠陥の規
模が、裏材にボンドされる研摩複合材料のサイズに比べて小さい裏材のことを説
明するのに用いられる。本明細書において、「剛性」という用語は、少なくとも
自立形、すなわち、自身の重量で実質的に変形しない裏材材料のことを説明する
のに用いられる。好適な剛性バッキングは、セラミック研摩複合材料の相対位置
または配列を、研摩プロセス中、互いに、そしてワークピースに対して固定する
役割を果たす。剛性とは、裏材材料が絶対的に非可撓性であることを意味するも
のではない。剛性裏材は、例えば、負荷を与えると変形または湾曲するが、圧縮
率は非常に低いものである。好ましい剛性裏材の剛性率は約1×106lb/i
n2(7×104kg/cm2)以上、より好ましくは約10×106lb/i
n2(7×105kg/cm2)以上である。例えば、ポリマーの剛性率は、低
密度ポリエチレンについて約7×105lb/in2(4.9×104kg/c
m2)、フェノールについて約1×106lb/in2(7×104kg/cm 2 )である。金属の剛性率は、アルミニウムについて約9.9×106lb/i
n2(6.96×105kg/cm2)、鋼について約30×106lb/in 2 (2.1×106kg/cm2)である。好ましい黄銅裏材の剛性率は約13
×106lb/in2(9.14×105kg/cm2)〜約16×106lb
/in2(1.13×106kg/cm2)である。
る研摩複合材料間を弛緩させる。近接する研摩複合材料間のこの弛緩により、裏
材とワークピース間の研摩コーティングを流れる液体の流れの通路および/また
は異物の移動のための通路が作られる。好適なめっき可能な裏材材料としては、
例えば、金属、金属合金、金属マトリックス複合材料、またはポリマーマトリッ
クス強化複合材料が例示される。好ましくは、裏材は厚さ約0.3〜10mmの
金属シート、最も好ましくは厚さ約0.3〜10mmの青銅シートである。
セラミック研摩複合材料は、多孔性セラミックマトリックスに分散された別個の
研摩粒子を含む。研摩複合材料はまた、フィラー、カップリング剤、界面活性剤
、抑泡剤等のような任意の添加剤も含む。これらの材料の量は、所望の特性を与
えるように選択される。本明細書において、「セラミックマトリックス」という
用語には、セラミックス、ガラス−セラミックスおよびガラスが含まれる。これ
らの材料は原子構造を考えると同じカテゴリに入る。近接する原子の結合は、電
子伝達または電子共有のプロセスの結果である。また、正電荷と負電荷の引力の
結果である、二次結合として知られた弱い結合も存在し得る。結晶セラミックス
、ガラスおよびガラスセラミックスはイオンおよび共有結合を有している。イオ
ン結合は、ある原子から他の原子への電子伝達の結果なされる。共有結合は、価
電子の共有の結果であり、極めて方向性がある。これに対し、金属の一次結合は
金属結合として知られており、電子の非方向性共有である。ポリマーは共有およ
び二次結合の結果である。
、陶土およびポートランドセメント)、非シリケート酸化物(アルミナ、マグネ
シア、MaAl2O4およびジルコニア)および非酸化物セラミックス(炭化物
、窒化物およびグラファイト)に細分割することができる。
これらの材料は結晶セラミックスのような長い規則性は有していない。ガラス−
セラミックスは、制御された熱処理の結果であり、90%を超える結晶相を有し
、残りの非結晶性相は粒子境界を充填している。ガラスセラミックスは、セラミ
ックスとガラスの両方の利点を組み合わせ持ち、多大な機械および物理特性を与
える。
素、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化マンガン、酸化亜鉛
およびこれらの組み合わせといった金属酸化物を含むガラスを含む。好ましいセ
ラミックマトリックスはSi2O、B2O3およびAl2O3を含むアルミナ−
ホウケイ酸塩ガラスである。好ましいアルミナ−ホウケイ酸塩ガラスは、約18
%のB2O3、8.5%のAl2O3、2.8%のBaO、1.1%のCaO、
2.1%のNa2O、1.0%のLi2Oおよび残部のSi2Oを含む。かかる
アルミナ−ホウケイ酸塩ガラスは、スペシャルティガラスインコーポレイティッ
ド(フロリダ州、Oldsmar)より粒子サイズ約45mm未満で市販されて
いる。
隙を特徴とするセラミックマトリックスの構造を説明するのに用いられる。孔は
複合材料の外部表面に開いているか封止されている。セラミックマトリックス中
の孔は、セラミック研摩複合材料の制御された破壊の補助となるものと考えられ
、使用済み(目つぶれした)研摩粒子が複合材料から剥がれていく。孔はまた、
研摩物品とワークピース間の界面からの異物除去および使用済み研摩粒子の経路
を与えることにより研摩物品の性能(例えば、切断レートよび表面仕上げ)も増
大させる。一般に、間隙は、複合材料の体積の約4%〜70%、好ましくは複合
材料の体積の約5%〜60%、最も好ましくは複合材料の体積の約6%〜60%
である。多孔性セラミックマトリックスは、例えば、セラミックマトリックス前
駆体の制御された焼成、または孔形成剤、例えば、ガラス泡をセラミックマトリ
ックス前駆体に含める等、業界に周知の技術により形成することができる。
粒子の平均サイズの少なくとも約3倍である。本発明に有用な研摩粒子の平均粒
子サイズは約0.05〜200μm、より好ましくは約0.1〜120μm、さ
らに好ましくは約0.15〜100μmである。所望の研摩粒子サイズは、例え
ば、所望の切断レートおよび/または所望の表面粗さをワークピースに与えるよ
うに選択してよい。研摩粒子サイズは「メッシュ」または「等級」と記されてい
ることもあり、両方とも一般的に知られた研摩粒子のサイジング方法である。研
摩粒子のモース硬度は好ましくは少なくとも8、より好ましくは少なくとも9で
ある。好適な研摩粒子は、例えば、ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、溶融酸化
アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、熱処理済み酸化アルミニウム、炭
化ケイ素、炭化ホウ素、アルミナジルコニア、酸化鉄、セリア、ガーネットおよ
びこれらの組み合わせを含む。好ましくは、研摩粒子はダイアモンドである。ダ
イアモンド研摩粒子は天然でも合成ダイアモンドでもよく、「樹脂ボンドダイア
モンド」、「鋸歯等級ダイアモンド」または「メタルボンドダイアモンド」と考
えられる。単一のダイアモンドはそれらが合わさって別個の切子面を持つ塊形状
、あるいは不規則形状であってもよい。これらの単一ダイアモンド粒子は、単結
晶、あるいはMypodiamond社より「Mypolex」という商品名で
市販されているダイアモンドのような多結晶であってもよい。単一のダイアモン
ド粒子は、金属コーティング(ニッケル、アルミニウム、銅等)、無機コーティ
ング(例えば、シリカ)または有機コーティングのような表面コーティングを有
していてもよい。セラミック研摩複合材料はまた、2種類以上の研摩粒子のブレ
ンドを含んでいてもよい。例えば、ダイアモンド研摩粒子は、第2の柔らかい種
類の研摩粒子と混合すると有利である。かかる場合、第2の研摩粒子は、ダイア
モンド研摩粒子より小さい平均粒子サイズを有しているのが好ましい。
クマトリックスを含み、このセラミックマトリックスはフィラーおよび/または
研摩粒子以外のその他の添加剤を含んでいる。ダイアモンド研摩粒子に関連する
費用のために、研摩複合材料は約15〜85重量部の研摩粒子と約85〜15重
量部のセラミックマトリックスを含むのが好ましい。より好ましくは、研摩複合
材料は約20〜80重量部の研摩粒子と約80〜20重量部のセラミックマトリ
ックスを含み、さらに好ましくは研摩複合材料は約25〜75重量部の研摩粒子
と約75〜25重量部のセラミックマトリックスを含む。
ことができる。不規則成形の場合、研摩複合材料は、与えられた研摩物品に比較
的に均一な研摩複合材料サイズを与えるために、サイズによって等級分けされる
。セラミック研摩複合材料は、好ましくは精密な幾何形状を有している。最初は
、研摩粒子は、セラミック研摩複合材料の表面を超えて突出していないのが好ま
しい。研摩物品を用いてワークピースを研摩するにつれて、セラミックマトリッ
クスが壊れて未使用の研摩粒子が現れる。研摩複合材料の形状はいずれであって
もよく、上部表面は平坦で、例えば、立方体、ブロック状、円柱、プリズム、角
錐、角錐台、円錐、円錐台、十字またはポスト状のような数多くの幾何学形状か
ら選択できる。その他の形状は半球であり、米国特許第5,681,217号に
記載されている。得られる研摩物品は、異なる研摩複合材料の形状およびサイズ
の混合物を含んでいてよいが、同じ形状およびサイズの研摩複合材料を与えられ
た研摩物品に用いるのが一般的に好ましい。ベースの断面形状は上部表面とは異
なることが予想される。例えば、研摩複合材料のベースは正方形で、上部表面は
円形とする。通常、研摩複合材料は全寸法について略同じサイズ、例えば、立方
体とするのが好ましい。
研摩粒子および十分量の溶剤、通常、水を合わせて混合して、成形可能なスラリ
ーを形成すべくこれら成分を湿潤させることにより作成される。成形可能なスラ
リーを好適な鋳型に入れ、空気乾燥し、硬化した研摩複合材料前駆体を取り外す
。鋳型から取り外した後、複合材料前駆体をスクリーンを用いて個々の複合材料
に分離する。最後に、複合材料前駆体を、通常、酸化雰囲気中(空気)中で焼成
して、多孔性セラミック複合材料を作成する。
ャビティ、好ましくは複数のキャビティを有する製造ツールまたは鋳型を用いる
ものである。図6に、略平面72と複数のキャビティ74を有する鋳型70を示
す。鋳型70は、剛性材料(金属)またはポリマーフィルムのような可撓性材料
から作成することができる。鋳型は、ベルト、シート、連続シートまたはウェブ
、コーティングロール(輪転グラビアロール)、コーティングコール上に据え付
けられたスリーブ、ダイの形態であってもよく、ニッケルめっき表面を有する金
属、金属合金、セラミックまたはポリマーから構成されていてもよい。製造ツー
ルについての更なる情報、その製法、材料等については、米国特許第5,152
,917号、第5,435,816号およびEP第0 615 816A号にあ
る。
所望の研摩複合材料形状とは逆の形状およびサイズである特定の三次元形状を有
している。これらのキャビティは、円柱、ドーム、角錐、立方体、角錐台、プリ
ズム、円錐、円錐台、または三角、四角、円、矩形、六角形、八角系等の上部表
面断面を有する形状といった、いかなる幾何学形状であってもよい。キャビティ
の寸法および形状は、乾燥プロセス中に生じる収縮を考慮に入れて、所望の研摩
複合材料サイズおよび形状が得られるように選ぶ。
ーティング、転写コーティング、ナイフコーティング等のような通常の技術によ
り鋳型のキャビティにコートすることができる。鋳型が、平らな上部または比較
的直線の側壁のいずれかを有するキャビティを含む場合には、空気のトラップを
最小にするためにコーティング中真空を使うのが好ましい。スクレーパまたはレ
ベラーバーを用いてスラリーを鋳型のキャビティに押し込むことができる。キャ
ビティに入らないスラリー部分は鋳型から除去して再利用することができる。
ィ74の表面を含む鋳型70の表面に適用してよい。剥離コーティングの機能は
、乾燥したスラリーを鋳型から取り外し易くすることである。剥離コーティング
を形成するのに用いられる代表的な材料としては、シリコーンやフルオロケミカ
ルのような低表面エネルギー材料が挙げられる。
も一部をスラリーから除去するものである。好ましくは、揮発性成分は、例えば
、室温、高温またはこれらの組み合わせで、蒸発により除去する。高温とは一般
に、約40〜300℃である。得られる研摩複合材料粒子の破壊は望ましくない
ため、これを防ぐには、乾燥速度は上げてはならない。鋳型から除去する際、精
密な形状を保持できるよう、十分量の揮発性成分をスラリーから除去しなければ
ならない。
のスラリーの収縮のために、重力で鋳型から外すことができる。外的手段を用い
て、鋳型から研摩複合材料前駆体を外す補助としてもよい。かかる外的手段とし
ては、鋳型と接触配置され、鋳型を振動させて粒子前駆体を緩める超音波駆動の
振動装置が例示される。好適な超音波装置は、ブランソン超音波インスツルメン
ツ(コネチカット州、ダンブリー)より「BRANSON 902R」という商
品名で市販されている。
ーを焼いて、セラミックマトリックス前駆体を多孔性セラミックマトリックスに
変換する。一般に、仮バインダーは約350〜550℃の温度で約1〜3時間の
間にわたって焼かれる。好ましくは、温度は約2℃/分の速度で室温から約45
0℃まで上げた後、仮バインダーを焼くために約450℃で約1.5時間保持す
る。仮バインダーを焼いた後、研摩複合材料前駆体を焼成してセラミックマトリ
ックス前駆体をセラミックに変換する。焼成は、研摩複合材料前駆体を約600
〜950℃の温度まで約1〜3時間の間にわたって加熱することによりなされる
。低い焼成温度(約750℃未満)では、酸化雰囲気が好ましい。高い焼成温度
(約750℃を超える)では、不活性(例えば、窒素)が好ましい。焼成の時間
の長さは、様々な因子に応じて異なるが、焼成する研摩複合材料前駆体200グ
ラム当たり約1時間で十分である。好ましくは、焼成工程は連続プロセスで実施
する。かかるプロセスにおいて、仮バインダーを最初に焼き、続いて所望の焼成
温度まで温度を上げる。焼成によりセラミックマトリックス前駆体が多孔性セラ
ミックマトリックスに変換される。焼成に続いて、多孔性セラミック研摩複合材
料粒子を室温まで冷やす。
限られるものではないと考えられる。例えば、高粘性スラリーを成形ダイにより
押出して、粒子の長さを切断して成形粒子を形成してもよい。かかる技術は、例
えば、欧州特許出願第0 615 816A(Broberg)に報告されてい
る。
明の範囲に含まれる。精密に成形されていないセラミック研摩複合材料は、例え
ば、スラリーの塊を焼成し、得られた塊のセラミック研摩複合材料を粉砕して粒
子を形成することにより作成される。業界に公知の技術を用いて、例えば、スク
リーニングして、粒子をサイズ分けして、所望のサイズ分布の不規則形状のセラ
ミック研摩複合材料とする。
り裏材に固定される。金属コーティングは電気めっきプロセスにより裏材に適用
されるのが好ましい。金属めっきに好適な金属としては、例えば、ニッケル、銅
、銅合金(黄銅または青銅)、鋼およびこれらの合金が挙げられる。ある実施形
態においては、連続したメタルボンドコーティング(プレシュートコーティング
、メイクコーティングおよびサイズコーティング)を研摩物品に適用するのが望
ましい。
実施される。まず、導電性裏材を電気めっき溶液に浸し、電源に接続する。電気
めっき溶液は電気めっきされる金属のイオンを含有している。例えば、ニッケル
を選んだときは、電気めっき溶液は硫酸ニッケルまたはスルファミン酸ニッケル
の溶液である。少なくとも部分的に電気めっき溶液に浸した電着させる金属のロ
ッドまたはブロックにも電源を接続する。金属の電気めっきは、裏材と金属のロ
ッドまたはブロック間に電位差を与えることによりなされる。これにより電気め
っき溶液中に存在する金属イオンが裏材に電着される。セラミック研摩複合材料
を裏材に固定するために、研摩複合材料を裏材に配置し、金属コーティングまた
は連続した金属コーティングの電着をこれに続けて行う。
レシュート」コーティングを裏材に適用する。プレシュートコーティングに好ま
しい電気めっき溶液は硫酸ニッケルである。プレシュートの適用後、次の工程は
セラミック研摩複合材料を適用し、その複合材料を金属コーティングまたは連続
コーティングを用いて裏材に固定することである。これを実施するために、セラ
ミック研摩複合材料を電気めっき溶液に加える。十分な複合材料を電気めっき溶
液に加えて、所望の面密度のセラミック研摩複合材料を裏材に与える。通常、裏
材のコートされた表面積の約25〜75%、好ましくはコートされた表面積の約
30〜70%がセラミック研摩複合材料で覆われている。好ましくは、電気めっ
き溶液を攪拌して、セラミック研摩複合材料の均一なコーティングを裏材に与え
る。複合材料は電気めっき溶液に沈んで、裏材に与えられる。裏材に与えられた
後、金属がセラミック研摩複合材料間の裏材に電気めっきされて、セラミック研
摩複合材料を裏材に固定する金属コーティングを形成する。好ましくは、金属コ
ーティングはニッケル製で、スルファミン酸ニッケル溶液を用いて適用される。
任意で、第2の金属コーティングを第1の金属コーティングに適用してもよい。
この第2のコーティングは第1のコーティングと同じ金属であっても違う金属で
あってもよい。好ましくは、コーティングはニッケル金属で、硫酸ニッケル電気
めっき溶液を用いて適用される。
にボンドするのを防ぐことができる。かかる技術は、米国特許第4,047,9
02号(Wiand)に報告されている。このやり方で、セラミック研摩複合材
料のない裏材の個別の部分を有するパターン化された研摩コーティングが形成さ
れる。
いるセラミック研摩複合材料の平均高さの約5%〜50%、好ましくは約10%
〜30%である。本明細書において、セラミック研摩複合材料の高さは、複合材
料のベース(裏材に乗る側)から複合材料の上部表面までで測定し、複合材料に
よっては裏材に対する複合材料の配向に応じて異なる。例を挙げると、高さ30
0μmのセラミック研摩複合材料を有する研摩物品については、金属コーティン
グの合わせた厚さは約15〜150μm、好ましくは約30〜90μmである。
このやり方だと、セラミック研摩複合材料はメタルボンドコーティングから突出
して、代表的な研摩プロセス中に、外側のメタルボンドコーティングがワークピ
ースの表面と接触しない。この特徴が、外側金属コーティングが研摩プロセス中
にワークピースと接触する場合に生じるワークピースの制御できない引っ掻きを
防ぐ補助となると考えられる。
ィング上に設けられた有機サイズコーティングをさらに有していてもよい。有機
サイズコーティングは、一般に、有機樹脂またはポリマーとされ、任意で、1種
類以上のフィラー、1種類以上の湿潤剤、1種類以上の研削助剤を含んでいても
よい。有機サイズコーティングを研摩複合材料および金属コーティングに適用す
ると、研摩複合材料の強度および/または研摩複合材料の裏材材料へのボンド強
度を増大させる役割を果たすため好ましい。好適な有機サイズコーティングとし
ては、熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アミノプラスト
樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、イソシアヌレート樹脂、アクリル化イ
ソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、
アクリル化ウレタン樹脂またはこれらの組み合わせが例示される。これらのコー
ティングは有機溶剤または水の水溶液として、あるいは100%固体で提供され
る。有機サイズコーティングは、例えば、ロールコーティング、スプレー、刷毛
塗りまたは転写コーティングをはじめとする通常のコーティング技術を用いて適
用することができる。代表的な有機サイズコーティングは熱硬化または乾燥され
るが、放射線(例えば、紫外線)露光により硬化できる樹脂もまた本発明の範囲
に含まれる。有機サイズコーティングのコーティング重量は、通常約0.2〜0
.8g/cm2、より好ましくは約0.3〜0.7g/cm2である。
張剤、ファイバー、帯電防止剤、硬化剤、沈殿防止剤、光増感剤、潤滑剤、湿潤
剤、界面活性剤、顔料、染料、UV安定化剤および酸化防止剤のような任意の添
加剤をさらに含んでいてもよい。研摩物品に含められるこれらの材料の量は、所
望の特性を与えるように選択される。
示される。有機サイズコーティングは約0〜30重量%、好ましくは0.1〜2
5重量%のカップリング剤を含んでいてよい。市販のカップリング剤としては、
OSiスペシャルティズ(コネチカット州、ダンブリー)製「A174」および
「A1230」が例示される。市販のカップリング剤のさらに他の例としては、
ケンリッチ石油化学(ニュージャージー州、Bayonne)より「KR−TT
S」という商品名で市販されているイソプロピルトリイソステロイルチタネート
がある。
粒子材料で、平均粒子サイズが0.01〜50μm、一般に1〜30μmである
。本発明に用いるのに好適なフィラーとしては、金属炭酸塩(炭酸カルシウム−
白亜、方解石、泥炭、トラバーチン、大理石および石灰石;、炭酸カルシウムマ
グネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム等)、シリカ(水晶、ガラスビ
ーズ、ガラス泡およびガラスファイバー等)、シリケート(タルク、クレイ−モ
ンモリロン石;長石、マイカ、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アル
ミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウムおよびケイ酸カリウ
ム等)、金属硫酸塩(硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸ア
ルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウム等)、石膏、蛭石、木粉、三水和アル
ミニウム、カーボンブラック、金属酸化物(酸化カルシウム−石灰;、酸化アル
ミニウム、酸化セリウム、酸化スズ、酸化第二スズ、二酸化チタン等)および金
属亜硫酸塩(亜硫酸カルシウム等)、熱可塑性粒子(ポリカーボネート、ポリエ
ーテルイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリスチレン、ア
クリロニトリル−ブタジエン−スチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン、
アセタールポリマー、ポリウレタン、ナイロン粒子)および熱硬化性粒子(フェ
ノール泡、フェノールビーズ、ポリウレタン泡粒子等)等が例示される。フィラ
ーはハロゲン化物塩のような塩であってもよい。ハロゲン化物塩としては、塩化
ナトリウム、氷晶石カリウム、氷晶石ナトリウム、氷晶石アンモニウム、四フッ
化ホウ酸カリウム、四フッ化ホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウムお
よび塩化マグネシウムが例示される。金属フィラーとしては、スズ、鉛、ビスマ
ス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、チタンが例示される。その他のフ
ィラーとしては、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイトおよび金属硫化物が挙げ
られる。有機サイズコーティングは、一般に、約40〜60重量パーセントのフ
ィラー、より好ましくは約45〜60重量パーセントのフィラー、最も好ましく
は約50〜60重量パーセントのフィラーを含んでいる。好ましいフィラーとし
ては、メタケイ酸カルシウム、白色酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカ
、酸化セリウムおよびこれらの組み合わせが挙げられる。特に好ましいフィラー
の組み合わせは、メタケイ酸カルシウムと白色酸化アルミニウムである。
ク)より「OX−50」という商品名で市販されている表面積が150平方メー
トル/グラム未満のアモルファスシリカ粒子が例示される。沈殿防止剤の添加に
より、研摩スラリーの全体の粘度が下がる。沈殿防止剤の使用についてはさらに
米国特許第5,368,619号に記載されている。
は形態に変換することができる。一般的な形状は直径約8インチ(20.3cm
)の円形ディスクである。この変換は、切込み、打抜き、レーザーカット、ウォ
ータジェットカットまたは好適な手段により実施することができる。
ピースを研削するのに用いる本発明の研摩物品は、意外なことに、大量の材料を
除去しながら、比較的短い間に非常に平滑な表面を与える。例えば、本発明の研
摩物品の表面粗さ値(Ra)は約1.5μm以下、より好ましくは約1.0μm
以下、さらに好ましくは約100Å以下、最も好ましくは約25Å以下である。
Raは、研摩業界で用いられる表面仕上げまたは粗さの一般的な尺度である。通
常、Ra値が低ければ低いほど、表面仕上げが平滑である。Raは、参照中心線
からの断面偏差の絶対値の算術平均の合計と定義される。Ra(表面粗さ)は、
例えば、ランクテイラーホブソン(英国、Leicester)より「TAYL
OR−HOBSON SURTRONIC 3」という商品名で知られた側面計
を用いて測定される。理論に拘束されることは望むところではないが、本発明の
研摩物品により得られる精細表面仕上げ(低Ra)は、近接する研摩複合材料間
の凹部およびセラミック研摩複合材料自身の孔による高度の異物除去によるもの
と考えられる。本発明の研摩物品により得られる精細表面仕上げはまた、研摩プ
ロセス中、金属コーティングとワークピース間の接触が最小になる、好ましくは
排除されるセラミック研摩複合材料と金属コーティング間の空間的関係にもよる
ものでもあろう。
物品を下方に押し付ける。この押し付ける力は好ましくは約0.5〜45g/m
m2、より好ましくは約0.7〜40g/mm2である。下方に押し付ける力が
強すぎると、研摩物品は引っ掻き深さを除去することができず、場合によっては
引っ掻き深さを増大させてしまう。また、下方に押し付ける力が強すぎると、研
摩物品が過剰に摩耗する恐れがある。逆に、下方に押し付ける力が弱すぎると、
研摩物品が効率的にワークピースから材料を除去できない恐れがある。用途によ
っては、研摩物品に対してワークピースを下方に押し付ける。
他方に対して動かす。この動きは、回転運動、不規則運動または直線運動とする
ことができる。回転運動は、研摩物品を回転ツールに取り付けることにより行う
ことができる。ワークピースおよび研摩物品は同じ方向または逆方向に回転させ
てよい。同じ方向の場合には異なる回転速度とする。好ましい方法において、研
摩物品は円形ディスクの形態であり、その中心軸の周囲で回転させる。機械につ
いて、操作rpmは研摩物品に応じて、約30000rpmまで、好ましくは約
10rpm〜約25000rpm、より好ましくは約20rpm〜約20000
rpmである。不規則軌道運動は不規則軌道ツールにより行うことができ、直線
運動は連続研摩ベルトにより行うことができる。ワークピースと研摩物品間の相
対運動はまた、ワークピースの寸法によっても異なる。ワークピースが比較的大
きい場合、研削中、ワークピースは固定して研摩物品を動かすのが好ましい。
を用いた「湿潤」研摩プロセスである。潤滑剤はそれに関連したいくつかの利点
を有している。例えば、潤滑剤を存在させて研摩すると、研摩中の熱の蓄積を防
ぎ、研摩物品とワークピースの界面から異物を除去する。「異物」という用語は
、研摩物品により研摩される実際の屑のことを説明するのに用いる。研摩してい
るワークピースの表面を異物が傷つける場合がある。このように、異物は界面か
ら除去するのが望ましい。潤滑剤を存在させて研摩するとまた、ワークピース表
面がより精細な仕上げとなる。
性油エマルジョン、ポリエチレンイミン、エチレングリコール、モノエタノール
アミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、プロピレングリコール、
アミンボレート、ホウ酸、アミンカルボキシレート、パイン油、インドール、チ
オアミン塩、アミド、ヘキサヒドロ−1,3,5−トリエチルトリアジン、カル
ボン酸、ナトリウム2−メルカプトベンゾチアゾール、イソプロパノールアミン
、トリエチレンジアミン四酢酸、プロピレングリコールメチルエーテル、ベンゾ
トリアゾール、ナトリウム2−ピリジンチオール−1−オキシドおよびヘキシレ
ングリコールのうち1種類以上を含む水ベースの溶液が挙げられる。潤滑剤はま
た、腐食防止剤、殺菌剤、安定化剤、界面活性剤および/または乳化剤を含んで
いてもよい。
nプロダクツより市販)、CHALLENGE 300HTまたは605HT(
インターサーフィスダイナミクスより市販)、CIMTECH GL2015、
CIMTECH CX−417およびCIMTECH 100(CIMTECH
はシンシナティミラクロンより市販)、DIAMOND KOOLまたはHEA
VY DUTY(Rhodesより市販)、K−40(LOHオプティカルより
市販)、QUAKER 101(クウェーカーステートより市販)、SYNTI
LO 9930(Castrolインダストリアルより市販)、TIM HM(
マスターケミカルより市販)、LONG−LIFE 20/20(NCH社より
市販)、BLASECUT 883(Blaser Swisslubeより市
販)、ICF−31NF(Du Boisより市販)、SPECTRA−COO
L(Salemより市販)、SURCOOL K−11(テキサスNtalより
市販)、AFG−T(ノリタケより市販)、SAFETY−COOL 130(
Castrolインダストリアルより市販)およびRUSTLICK(Devo
onより市販)という商品名で知られているものが挙げられる。
えば、ポリウレタンまたはゴム泡)、ゴム、エラストマーまたはその他好適な材
料から作成される。支持パッド材料の硬さおよび/または圧縮性は、所望の研削
特性(切断レート、研摩物品製品寿命およびワークピース表面仕上げ)を与える
ものを選ぶ。
。あるいは、支持パッドは、研摩物品が固定される、一連の***した部分と低い
部分とがある不連続表面を有していてもよい。不連続表面の場合には、研摩物品
は***した部分にのみ固定される。逆に、研摩物品を2つ以上の***した部分に
固定して、研摩物品全体が完全に支持されないようにしてもよい。支持パッド材
料の不連続表面は、潤滑剤の所望の流体フローおよび所望の研削特性(切断レー
ト、研摩物品製品寿命およびワークピース表面仕上げ)を与えるものを選ぶ。
ドのサイズ(最長寸法)は約5cm〜1500cmである。
ルアタッチメントまたは永久接着剤により支持パッドに固定される。アタッチメ
ントは、研摩物品を支持パッドにしっかりと固定でき、ガラス研削の厳密さ(湿
潤環境、熱生成および圧力)に耐えるようなものでなければならない。
アクリルポリマーおよびコポリマー、例えば、ポリブチルアクリレート、ポリア
クリレートエステル、ビニルエーテル;例えば、ポリビニルn−ブチルエーテル
、アルキド接着剤、ゴム接着剤;例えば、天然ゴム、合成ゴム、塩素化ゴムおよ
びこれらの混合物が挙げられる。
イプのアタッチメントシステムを研摩物品が含んでいてもよい。ループ布帛をコ
ートされた研摩剤の裏側にし、フックをバックアップパッドに付けてもよい。こ
の代わりに、フックをコートされた研摩剤の裏側にし、ループをバックアップパ
ッドに付けてもよい。このフック・アンド・ループタイプのアタッチメントシス
テムについては、さらに米国特許第4,609,581号、第5,254,19
4号および第5,505,747号およびPCT WO第95/19242号に
記載されている。
。実施例における部、パーセンテージ、比率等はすべて、特に断らない限り、重
量基準である。
STANDEX230」という商品名で市販)64重量部を脱イオン水36重量
部に溶解することにより仮バインダー溶液を調製した。
%、BaOを2.8%、CaOを1.1%、Na2Oを2.1%、K2Oを2.
9%、Li2Oを1.0%およびSiO2を63.6%含むアルミナ−ホウケイ
酸塩ガラス(スペシャルティガラス社(フロリダ州、Oldsmar)より市販
)120.0g、公称粒子サイズ6μmのダイアモンド研摩粒子(アメリカンボ
アーツクラッシュング社(フロリダ州、Boca Raton)より市販)12
0.0gを含むスラリーをプロペラ攪拌翼で5分間完全に攪拌し、超音波浴(型
番コール−パルマー8852(コール−パルマーインスツルメント社(イリノイ
州、シカゴ))において47kHzの周波数で30分間攪拌した。得られたスラ
リーをポリプロピレン製造ツールのキャビティにコートし、過剰のスラリーをド
クターブレードにより除去した。製造ツールは、米国特許第5,152,917
号(Pieperら)の教示に従って作成した。ポリプロピレン製造ツールのキ
ャビティは、深さが356μm、開口が493μm×493μm、ベースが30
2μm×302μmの角錐台の形態であった。スラリーを製造ツールのキャビテ
ィ中で室温で1時間空気乾燥した後、75℃で1時間強制空気で乾燥した。乾燥
後、乾燥した研摩複合材料前駆体を製造ツールの裏側表面を、超音波駆動振動チ
タンバー(ブランソン超音波インスツルメンツ(コネチカット州、ダンブリー)
より「ブランソン902R」という商品名で市販)と接触させることにより製造
ツールから外した。乾燥した前駆体を耐火型さや(sager)(Ipsenセ
ラミック(イリノイ州、Pecatonica)より市販)で焼成した。焼成温
度を2℃/分の速度で室温から約450℃まで上げた後、仮バインダーを焼くた
めに約450℃で1.5時間保持した。前駆体を2℃/分の速度で720℃まで
加熱した後、720℃で空気雰囲気中1.5時間保持した。焼成後、得られた多
孔性セラミック研摩複合材料を約2℃/分の速度で室温まで冷やした。
ンツ(イリノイ州、リンカーンウッド)製型番FGV−50A)を用いて圧縮す
ることにより測定した。セラミック研摩複合材料の内側荷重破壊は約12lb(
5.5kg)であった。得られた多孔性セラミック研摩複合材料の顕微鏡写真に
よれば、約1〜20μmの孔が存在していた。
ィスク形状の青銅裏材を、309アンペア/m2の電流密度で5分間、硫酸ニッ
ケル浴(約280グラム/リットルの硫酸ニッケル、60グラム/リットルの塩
化ニッケルおよび44グラム/リットルのホウ酸を含む)でニッケルプレシュー
トコーティングによりめっきした。ニッケルのコートされた青銅裏材をスルファ
ミン酸ニッケル浴(約475グラム/リットルのスルファミン酸ニッケル、25
グラム/リットルの塩化ニッケルおよび33グラム/リットルのホウ酸を含む)
に移した。スルファミン酸ニッケル浴で、上述のセラミック研摩複合材料を浴に
入れ、重力の影響によりニッケルのコートされた青銅裏材の表面に沈殿させた。
研摩複合材料を、約0.06g/cm2の密度で裏材の表面に不規則に電着させ
た。スルファミン酸ニッケル浴から、247アンペア/m2の電流密度で1.5
時間ニッケル金属のコーティングを電気めっきすることにより、研摩複合材料を
裏材に固定した。
分間、硫酸ニッケル浴(約280グラム/リットルの硫酸ニッケル、60グラム
/リットルの塩化ニッケルおよび44グラム/リットルのホウ酸を含む)で第2
のニッケルコーティングを適用した。電着はすべて3.5ボルトの印加電圧で行
われた。
(1.27cm)のフロートガラスディスク(フロートガラスは、Brinノー
スウェスタン(ミネソタ州、Mpls)より市販されており、所望のサイズにウ
ォータジェットで切断されたもの)で得られる除去レート(切断レート)を測定
することにより評価した。研摩物品を、500rpm、接触圧力8.4psi(
5900kg/m2)で変速ポリッシャ(Buehler社(イリノイ州、La
ke Bluff)より「BUEHLER ECOMET」という商品名で市販
)上で回転させた。水中20重量%のグリセロール(E.M.サイエンス(ニュ
ージャージー州、チェリーヒル)より市販)を含む潤滑剤を研摩物品とワークピ
ースの間に、約24.4ft3/分(400cm3/分)の流速で適用した。こ
の試験の結果を表1にまとめてある。
ネソタ州、セントポール)より市販されている6μmの金属がボンドされたダイ
アモンドディスクである。比較例Aは、ディスク表面に電気めっき金属コーティ
ングにより6μmのダイアモンド研摩粒子の単層を有する8インチ(20.3c
m)の青銅ディスクである。
(1.27cm)のフロートガラスディスク(フロートガラスは、Brinノー
スウェスタン(ミネソタ州、Mpls)より市販されており、あるサイズにウォ
ータジェットで切断されたもの)で得られる除去レート(切断レート)を測定す
ることにより評価した。研摩物品を、500rpm、接触圧力8.4psi(5
900kg/m2)で変速ポリッシャ(Buehler社(イリノイ州、Lak
e Bluff)より「BUEHLER ECOMET」という商品名で市販)
上で回転させた。水中20重量%のグリセロール(E.M.サイエンス(ニュー
ジャージー州、チェリーヒル)より市販)を含む潤滑剤を研摩物品とワークピー
スの間に、約24.4ft3/分(400cm3/分)の流速で適用した。この
試験の結果を表1にまとめてある。
STANDEX230」という商品名で市販)64重量部を脱イオン水36重量
部に溶解することにより仮バインダー溶液を調製した。
、BaOを2.8%、CaOを1.1%、Na2Oを2.1%、K2Oを2.9
%、Li2Oを1.0%およびSiO2を63.6%含むアルミナ−ホウケイ酸
塩ガラス(スペシャルティガラス社(フロリダ州、Oldsmar)より市販)
120.0g、称呼粒子サイズ74μmのダイアモンド研摩粒子(アメリカンボ
アーツクラッシュング社(フロリダ州、Boca Raton)より市販)60
.0gを含むスラリーをプロペラ攪拌翼で5分間完全に攪拌し、超音波浴(型番
コール−パルマー8852(コール−パルマーインスツルメント社(イリノイ州
、シカゴ))において47kHzの周波数で30分間攪拌した。得られたスラリ
ーをポリプロピレン製造ツールのキャビティにコートし、過剰のスラリーをドク
ターブレードにより除去した。製造ツールは、米国特許第5,152,917号
(Pieperら)の教示に従って作成した。ポリプロピレン製造ツールのキャ
ビティは、深さが356μm、開口が493μm×493μm、ベースが302
μm×302μmの角錐台の形態であった。スラリーを製造ツールのキャビティ
中で室温で1時間空気乾燥した後、75℃で1時間強制空気で乾燥した。乾燥後
、乾燥した研摩複合材料前駆体を、超音波駆動振動チタンバー(ブランソン超音
波インスツルメンツ(コネチカット州、ダンブリー)より「ブランソン902R
」という商品名で市販)を用いて製造ツールから外した。乾燥した前駆体を耐火
型さや(Ipsenセラミック(イリノイ州、Pecatonica)より市販
)で焼成した。焼成温度を2℃/分の速度で室温から約450℃まで上げた後、
仮バインダーを焼くために約450℃で1.5時間保持した。前駆体を2℃/分
の速度で720℃まで加熱した後、720℃で空気雰囲気中1.5時間保持した
。焼成後、得られた多孔性セラミック研摩複合材料を約2℃/分の速度で室温ま
で冷やした。
ンツ(イリノイ州、リンカーンウッド)製型番FGV−50A)を用いて圧縮す
ることにより測定した。複合材料の内側荷重破壊は約12lb(5.5kg)で
あった。得られた多孔性セラミック研摩複合材料の顕微鏡写真によれば、約1〜
20μmの孔が存在していた。
ィスク形状の青銅裏材を、309アンペア/m2の電流密度で5分間、硫酸ニッ
ケル浴(約280グラム/リットルの硫酸ニッケル、60グラム/リットルの塩
化ニッケルおよび44グラム/リットルのホウ酸を含む)でニッケルプレシュー
トコーティングによりめっきした。ニッケルのコートされた青銅裏材をスルファ
ミン酸ニッケル浴(約475グラム/リットルのスルファミン酸ニッケル、25
グラム/リットルの塩化ニッケルおよび33グラム/リットルのホウ酸を含む)
に移した。スルファミン酸ニッケル浴で、上述のセラミック研摩複合材料を浴に
入れ、重力の影響によりニッケルのコートされた青銅裏材の表面に沈殿させた。
研摩複合材料を、約0.28g/cm2の密度で裏材の表面に不規則に電着させ
た。スルファミン酸ニッケル浴から、247アンペア/m2の電流密度で1.0
時間ニッケル金属のコーティングを電気めっきすることにより、研摩複合材料を
裏材に固定した。
ルの硫酸ニッケル、60グラム/リットルの塩化ニッケルおよび44グラム/リ
ットルのホウ酸を含む)に移し、308アンペア/m2の電流密度で60分間、
第2のニッケルコーティングを適用した。電着はすべて3.5ボルトの印加電圧
で行われた。
(1.27cm)のフロートガラスディスク(フロートガラスは、Brinノー
スウェスタン(ミネソタ州、Mpls)より市販されており、あるサイズにウォ
ータジェットで切断されたもの)で得られる除去レート(切断レート)を測定す
ることにより評価した。研摩物品を、500rpm、接触圧力8.4psi(5
900kg/m2)で変速ポリッシャ(Buehler社(イリノイ州、Lak
e Bluff)より「BUEHLER ECOMET」という商品名で市販)
上で回転させた。水中20重量%のグリセロール(E.M.サイエンス(ニュー
ジャージー州、チェリーヒル)より市販)を含む潤滑剤を研摩物品とワークピー
スの間に、約24.4ft3/分(400cm3/分)の流速で適用した。この
試験の結果を表2にまとめてある。
ネソタ州、セントポール)より市販されている74μmの金属がボンドされたダ
イアモンドディスクである。比較例Bは、青銅ディスク表面に電気めっき金属コ
ーティングにより74μmのダイアモンド研摩粒子の単層を有する8インチ(2
0.3cm)の青銅ディスクである。
(1.27cm)のフロートガラスディスク(フロートガラスは、Brinノー
スウェスタン(ミネソタ州、Mpls)より市販されており、あるサイズにウォ
ータジェットで切断されたもの)で得られる除去レート(切断レート)を測定す
ることにより評価した。研摩物品を、500rpm、接触圧力8.4psi(5
900kg/m2)で変速ポリッシャ(Buehler社(イリノイ州、Lak
e Bluff)より「BUEHLER ECOMET」という商品名で市販)
上で回転させた。水中20重量%のグリセロール(E.M.サイエンス(ニュー
ジャージー州、チェリーヒル)より市販)を含む潤滑剤を研摩物品とワークピー
スの間に、約24.4ft3/分(400cm3/分)の流速で適用した。この
試験の結果を表2にまとめてある。
ter)より「TAYLOR−HOBSON SURTRONIC 3」という
商品名で市販されている)を用いて測定された。実施例1の研摩物品により研摩
されたワークピースのRaは0.99〜1.52μmであった。比較例Aの研摩
物品により研摩されたワークピースのRaは1.72〜2.12μmであった。
STANDEX230」という商品名で市販)22.5重量部を脱イオン水67
.5重量部に溶解することにより仮バインダー溶液を調製した。仮バインダー溶
液を、吸引器を補助として用いて、ろ紙によりろ過し、粗い粒子を除去した。
、BaOを2.8%、CaOを1.1%、Na2Oを2.1%、K2Oを2.9
%、Li2Oを1.0%およびSiO2を63.6%含むアルミナ−ホウケイ酸
塩ガラス(スペシャルティガラス社(フロリダ州、Oldsmar)より市販)
90.0g、称呼粒子サイズ0.3μmのダイアモンド研摩粒子(アメリカンボ
アーツクラッシュング社(フロリダ州、Boca Raton)より市販)30
.0g、Cyanasol AY50(アメリカンシアナミド社(ニュージャー
ジー州、Parsippany)より市販)1.2gおよびダウ添加剤65(ダ
ウコーニング(ミシガン州、ミッドランド)より市販)0.4gを含むスラリー
をプロペラ攪拌翼で5分間完全に攪拌し、超音波浴(型番コール−パルマー88
52(コール−パルマーインスツルメント社(イリノイ州、シカゴ))において
47kHzの周波数で30分間攪拌した。得られたスラリーをポリプロピレン製
造ツールのキャビティにコートし、過剰のスラリーをドクターブレードにより除
去した。製造ツールは、米国特許第5,152,917号(Pieperら)の
教示に従って作成した。ポリプロピレン製造ツールのキャビティは、深さが35
6μm、開口が493μm×493μm、ベースが302μm×302μmの角
錐台の形態であった。製造ツールのキャビティにあるスラリーを室温で1時間空
気乾燥した後、75℃で1時間強制空気で乾燥した。乾燥後、乾燥した研摩複合
材料前駆体を、超音波駆動振動チタンバー(ブランソン超音波インスツルメンツ
(コネチカット州、ダンブリー)より「ブランソン902R」という商品名で市
販)を用いて製造ツールから外した。乾燥した前駆体を耐火型さや(Ipsen
セラミック(イリノイ州、Pecatonica)より市販)で焼成した。焼成
温度を1.5℃/分の速度で室温から約400℃まで上げた後、仮バインダーを
焼くために約400℃で2.0時間保持した。前駆体を1.5℃/分の速度で7
00℃まで加熱した後、700℃で空気雰囲気中1.0時間保持した。焼成後、
得られた多孔性セラミック研摩複合材料を約2℃/分の速度で室温まで冷やした
。
ンツ(イリノイ州、リンカーンウッド)製型番FGV−50A)を用いて圧縮す
ることにより測定した。複合材料の内側荷重破壊は約12lb(5.5kg)で
あった。得られた多孔性セラミック研摩複合材料の顕微鏡写真によれば、約1〜
20μmの孔が存在していた。
ィスク形状の青銅裏材を、309アンペア/m2の電流密度で5分間、硫酸ニッ
ケル浴(約280グラム/リットルの硫酸ニッケル、60グラム/リットルの塩
化ニッケルおよび44グラム/リットルのホウ酸を含む)でニッケルプレシュー
トコーティングによりめっきした。ニッケルのコートされた青銅裏材をスルファ
ミン酸ニッケル浴(約475グラム/リットルのスルファミン酸ニッケル、25
グラム/リットルの塩化ニッケルおよび33グラム/リットルのホウ酸を含む)
に移した。スルファミン酸ニッケル浴で、上述のセラミック研摩複合材料を浴に
入れ、重力の影響によりニッケルのコートされた青銅裏材の表面に沈殿させた。
研摩複合材料を、約0.06g/cm2の密度で裏材の表面に不規則に電着させ
た。スルファミン酸ニッケル浴から、247アンペア/m2の電流密度で1.0
時間ニッケル金属のコーティングを電気めっきすることにより、研摩複合材料を
裏材に固定した。
ルの硫酸ニッケル、60グラム/リットルの塩化ニッケルおよび44グラム/リ
ットルのホウ酸を含む)に移し、308アンペア/m2の電流密度で60分間、
第2のニッケルコーティングを適用した。電着はすべて3.5ボルトの印加電圧
で行われた。
ミックディスクワークピース(ミネソタマイニング・アンド・マニュファクチュ
アリング(ミネソタ州、セントポール)より「ALTIC310」という商品名
で市販)での除去レート(切断レート)を測定することにより評価した。研摩物
品を、500rpm、接触圧力8.4psi(5900kg/m2)で変速ポリ
ッシャ(Buehler社(イリノイ州、Lake Bluff)より「BUE
HLER ECOMET」という商品名で市販)上で回転させた。水中20重量
%のグリセロール(E.M.サイエンス(ニュージャージー州、チェリーヒル)
より市販)を含む潤滑剤を研摩物品とワークピースの間に、約24.4ft3/
分(400cm3/分)の流速で適用した。この試験の結果を表3にまとめてあ
る。
ア州、マウンテンビュー)より「TENCORロングスキャン側面計型番P−2
」として市販されている)を用いて測定された。実施例3の研摩物品により研摩
されたワークピースのRaは16〜21Åであった。
コートした。有機サイズコーティング溶液は、レゾールフェノール樹脂(レゾー
ルフェノールは水中78%固体であり、0.75〜1.8%の遊離ホルムアルデ
ヒドおよび6〜8%の遊離フェノールを含んでいた)100g、水道水40g、
シランカップリング剤(OSiスペシャルティズ(コネチカット州、ダンブリー
)より「A1000」という商品名で市販)0.4g、湿潤剤(ユニオンカーバ
イドより「SILWET L7604」という商品名で市販)0.4g、セリア
ポリシングコンパウンド(ローヌプーラン社(フランス)より「OPALINE
ポリシングコンパウンド」という商品名で市販)120gを含んでいた。有機サ
イズコーティング溶液の成分をビーカーに入れ、約30分間混合した。有機サイ
ズコーティング溶液を実施例1に記載した研摩物品の研摩コーティングに刷毛で
塗った。研摩物品を95℃のオーブンに1.5時間、次に105℃で8時間、さ
らに135℃で3時間入れて、サイズコーティングを硬化した。有機サイズコー
ティングのコーティング重量は0.07g/in2(0.45g/cm2)であ
った。
鋳型の一部分の透視図。
Claims (67)
- 【請求項1】 第1の主面と第2の主面とを有する剛性裏材と、 多孔性セラミックマトリックスに分散された複数の研摩粒子を含む複数のセラ
ミック研摩複合材料と、 前記セラミック研摩複合材料を前記裏材の主面に固定する、前記セラミック研摩
複合材料の平均高さより厚さの薄い少なくとも1つの金属コーティング とを含有する研摩物品。 - 【請求項2】 前記多孔性セラミック研摩複合材料の細孔容積が約5〜70
%である、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項3】 前記研摩粒子のモース硬度が9以上である、請求項1記載の
研摩物品。 - 【請求項4】 前記研摩粒子が、ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、溶融酸
化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、熱処理済み酸化アルミニウム、
炭化ケイ素、炭化ホウ素、アルミナジルコニア、酸化鉄、セリア、ガーネットお
よびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項5】 前記研摩粒子のサイズが約0.05〜100μmである、請
求項1記載の研摩物品。 - 【請求項6】 前記研摩粒子が約0.05〜100μmのサイズのダイアモ
ンド粒子を含む、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項7】 前記セラミック研摩複合材料および前記金属コーティング上
に設けられた有機サイズコーティングをさらに含有する、請求項1記載の物品。 - 【請求項8】 前記有機サイズコーティングが、フェノール樹脂、エポキシ
樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、イソシアヌレー
ト樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、アク
リル化エポキシ樹脂、アクリル化ウレタン樹脂およびこれらの組み合わせからな
る群より選択される熱硬化性樹脂を含む、請求項7記載の研摩物品。 - 【請求項9】 前記多孔性セラミックマトリックスが、酸化アルミニウム、
酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化マンガン、
酸化亜鉛およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物を含む
ガラスを含む、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項10】 前記多孔性セラミックマトリックスが、Si2O、B2O 3 およびAl2O3を含むアルミナ−ホウケイ酸ガラスを含む、請求項1記載の
研摩物品。 - 【請求項11】 前記裏材の剛性率が約1×106lb/in2以上である
、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項12】 前記裏材の剛性率が約10×106lb/in2以上であ
る、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項13】 前記裏材が金属を含む、請求項1記載の研摩物品。
- 【請求項14】 前記金属裏材が、アルミニウム、鋼、ニッケル、銅、錫、
亜鉛、クロムおよびこれらの合金からなる群より選択される、請求項13記載の
研摩物品。 - 【請求項15】 前記金属裏材の厚さが約0.3〜10mmである、請求項
13記載の研摩物品。 - 【請求項16】 前記金属コーティングが、ニッケル、銅、黄銅、青銅、鋼
およびこれらの合金からなる群より選択される、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項17】 前記金属コーティングの厚さが約1〜200μmである、
請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項18】 前記金属コーティングの厚さが、前記セラミック研摩複合
材料の平均高さの約5〜50%である、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項19】 前記金属コーティングの厚さが、前記セラミック研摩複合
材料の平均高さの約10〜30%である、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項20】 前記金属コーティングが電気めっきプロセスを用いて前記
裏材に電着されている、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項21】 前記金属コーティングが、積み重ねて設けられた少なくと
も2層の金属層を有する、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項22】 前記セラミック研摩複合材料が精密に成形されている、請
求項1記載の研摩物品。 - 【請求項23】 前記精密に成形されたセラミック研摩複合材料が、上部表
面は平坦で、立方体、ブロック状、円柱、プリズム、角錐、角錐台、円錐、円錐
台、十字、半球、球およびポスト状からなる群より選択される形状を有している
、請求項22記載の研摩物品。 - 【請求項24】 前記セラミック研摩複合材料の平均サイズが約30〜10
00μmである、請求項1記載の研摩物品。 - 【請求項25】 前記セラミック研摩複合材料が約10〜90重量部の研摩
粒子と90〜10重量部のセラミックマトリックスとを含む、請求項1記載の研
摩物品。 - 【請求項26】 前記セラミック研摩複合材料が前記裏材の前記主面に不規
則に分配され、前記主面の約25〜75%を覆っている、請求項1記載の研摩物
品。 - 【請求項27】 前記セラミック研摩複合材料がコートされた領域において
前記裏材の前記主面に不規則に分配されており、前記コートされた領域がコート
されていない領域により互いに分離されていて、該コートされていない領域は前
記裏材に固定されたセラミック研摩複合材料が実質的にない、請求項1記載の研
摩物品。 - 【請求項28】 前記コートされた領域がパイ形状、矩形、円形、六角形、
三角形、五角形またはこれらが混ざったものである、請求項27記載の研摩物品
。 - 【請求項29】 裏材の主面に固定された少なくとも2個の請求項1記載の
研摩物品を含む、研摩物品。 - 【請求項30】 (a)研摩物品のセラミック研摩複合材料がワークピース
の表面と接触するように前記ワークピースの表面を請求項1記載の研摩物品と接
触させる工程と、 (b)前記ワークピースと前記研摩物品との界面に液体を適用する工程と、 (c)前記研摩物品が前記ワークピースの前記表面を研摩して表面粗さを与え
るように前記ワークピースと前記研摩物品を互いに動かす工程と を含むワークピースの研摩方法。 - 【請求項31】 前記液体がグリセロールと水の混合物を含む、請求項30
記載の方法。 - 【請求項32】 前記ワークピースがガラス、ガラスセラミックまたはセラ
ミックを含む、請求項30記載の方法。 - 【請求項33】 前記ワークピースがフロートガラスである、請求項32記
載の方法。 - 【請求項34】 前記ワークピースがAlTiCである、請求項32記載の
方法。 - 【請求項35】 前記研摩物品および前記ワークピースが約0.5〜45g
/mm2の圧力で接触する、請求項30記載の方法。 - 【請求項36】 前記研摩物品がディスクに垂直な中心軸を有する円形ディ
スクの形態であり、前記動かす工程が前記ディスクを前記中心軸の周囲で回転さ
せることによりなされる、請求項30記載の方法。 - 【請求項37】 前記ワークピースの表面粗さが約1.50μm以下である
、請求項30記載の方法。 - 【請求項38】 前記ワークピースの表面粗さが約1.00μm以下である
、請求項30記載の方法。 - 【請求項39】 前記ワークピースの表面粗さが約100Å以下である、請
求項30記載の方法。 - 【請求項40】 前記ワークピースの表面粗さが約25Å以下である、請求
項30記載の方法。 - 【請求項41】 前記多孔性セラミック研摩複合材料の細孔容積が約5〜7
0%である、請求項30記載の方法。 - 【請求項42】 前記研摩粒子のモース硬度が9以上である、請求項30記
載の方法。 - 【請求項43】 前記研摩粒子が、ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、溶融
酸化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、熱処理済み酸化アルミニウム
、炭化ケイ素、炭化ホウ素、アルミナジルコニア、酸化鉄、セリア、ガーネット
およびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項30記載の方法。 - 【請求項44】 前記研摩粒子のサイズが約0.05〜100μmである、
請求項30記載の方法。 - 【請求項45】 前記研摩粒子が約0.05〜100μmのサイズのダイア
モンド粒子を含む、請求項30記載の方法。 - 【請求項46】 前記研摩物品が前記セラミック研摩複合材料および前記金
属コーティング上に設けられた有機サイズコーティングをさらに含有する、請求
項30記載の方法。 - 【請求項47】 前記有機サイズコーティングが、フェノール樹脂、エポキ
シ樹脂、アミノプラスト樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、イソシアヌレ
ート樹脂、アクリル化イソシアヌレート樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、ア
クリル化エポキシ樹脂、アクリル化ウレタン樹脂およびこれらの組み合わせから
なる群より選択される熱硬化性樹脂を含む、請求項46記載の方法。 - 【請求項48】 前記多孔性セラミックマトリックスが、酸化アルミニウム
、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化マンガン
、酸化亜鉛およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物を含
むガラスを含む、請求項30記載の方法。 - 【請求項49】 前記多孔性セラミックマトリックスが、Si2O、B2O 3 およびAl2O3を含むアルミナ−ホウケイ酸ガラスを含む、請求項30記載
の方法。 - 【請求項50】 前記裏材の剛性率が約1×106lb/in2以上である
、請求項30記載の方法。 - 【請求項51】 前記裏材の剛性率が約10×106lb/in2以上であ
る、請求項30記載の方法。 - 【請求項52】 前記裏材が金属を含む、請求項30記載の方法。
- 【請求項53】 前記金属裏材が、アルミニウム、鋼、ニッケル、銅、錫、
亜鉛、クロムおよびこれらの合金からなる群より選択される、請求項30記載の
方法。 - 【請求項54】 前記金属裏材の厚さが約0.3〜10mmである、請求項
30記載の方法。 - 【請求項55】 前記金属コーティングが、ニッケル、銅、黄銅、青銅、鋼
およびこれらの合金からなる群より選択される、請求項30記載の方法。 - 【請求項56】 前記金属コーティングの厚さが約1〜200μmである、
請求項30記載の方法。 - 【請求項57】 前記金属コーティングの厚さが、前記セラミック研摩複合
材料の平均高さの約5〜50%である、請求項30記載の方法。 - 【請求項58】 前記金属コーティングの厚さが、前記セラミック研摩複合
材料の平均高さの約10〜30%である、請求項30記載の方法。 - 【請求項59】 前記金属コーティングが電気めっきプロセスを用いて前記
裏材に電着されている、請求項30記載の方法。 - 【請求項60】 前記金属コーティングが、積み重ねて設けられた少なくと
も2層の金属層を有する、請求項30記載の方法。 - 【請求項61】 前記セラミック研摩複合材料が精密に成形されている、請
求項30記載の方法。 - 【請求項62】 前記精密に成形されたセラミック研摩複合材料が、上部表
面は平坦で、立方体、ブロック状、円柱、プリズム、角錐、角錐台、円錐、円錐
台、十字、半球、球およびポスト状からなる群より選択される形状を有している
、請求項60記載の方法。 - 【請求項63】 前記セラミック研摩複合材料の平均サイズが約30〜10
00μmである、請求項30記載の方法。 - 【請求項64】 前記セラミック研摩複合材料が約10〜90重量部の研摩
粒子と90〜10重量部のセラミックマトリックスとを含む、請求項30記載の
方法。 - 【請求項65】 前記セラミック研摩複合材料が前記裏材の前記主面に不規
則に分配され、前記主面の約25〜75%を覆っている、請求項30記載の方法
。 - 【請求項66】 前記セラミック研摩複合材料がコートされた領域において
前記裏材の前記主面に不規則に分配されており、前記コートされた領域がコート
されていない領域により互いに分離されていて、該コートされていない領域は前
記裏材に固定されたセラミック研摩複合材料が実質的にない、請求項30記載の
方法。 - 【請求項67】 前記コートされた領域がパイ形状、矩形、円形、六角形、
三角形、五角形またはこれらが混ざったものである、請求項30記載の方法。
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