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▶ サンーゴバン アブレイシブズ，インコーポレイティドの特許一覧 ▶ サン−ゴバン アブラジフの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2016-501736(P2016-501736A)
(43)【公表日】2016年1月21日
(54)【発明の名称】結合研磨物品および研削方法
(51)【国際特許分類】
B24D 3/00 20060101AFI20151218BHJP
【ＦＩ】
B24D3/00 350
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】34
(21)【出願番号】特願2015-550834(P2015-550834)
(86)(22)【出願日】2013年12月30日
(85)【翻訳文提出日】2015年8月11日
(86)【国際出願番号】US2013078227
(87)【国際公開番号】WO2014106157
(87)【国際公開日】20140703
(31)【優先権主張番号】61/747,901
(32)【優先日】2012年12月31日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】391010770
【氏名又は名称】サンーゴバン アブレイシブズ，インコーポレイティド
(71)【出願人】
【識別番号】507169495
【氏名又は名称】サン−ゴバン アブラジフ
(74)【代理人】
【識別番号】100088616
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 一平
(74)【代理人】
【識別番号】100154829
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 成
(74)【代理人】
【識別番号】100093861
【弁理士】
【氏名又は名称】大賀 眞司
(74)【代理人】
【識別番号】100129218
【弁理士】
【氏名又は名称】百本 宏之
(72)【発明者】
【氏名】スリニヴァサン・ラマナス
(72)【発明者】
【氏名】ケネス・エイ・ソーシエ
(72)【発明者】
【氏名】ラチャナ・アパダヤ
(72)【発明者】
【氏名】コン・ワン
【テーマコード（参考）】
3C063
【Ｆターム（参考）】
3C063AA02
3C063AB05
3C063BB07
3C063BC10
3C063BD20
3C063EE01
3C063FF30
(57)【要約】
少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を研削するように構成される研磨物品は、金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含み、前記本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、研磨粒子は、４０〜６０ミクロンの平均粒径を有する。【選択図】 図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含む、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を研削するように構成される研磨物品であって、前記本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは前記本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは前記本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、前記研磨粒子は、約２０〜約６０ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有する、研磨物品。
【請求項2】
金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含む、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を研削するように構成される研磨物品であって、前記本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは前記本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは前記本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、加工物の少なくとも縁部への周辺部インサート研削試験作業中、前記加工物の前記縁部が約０．００２５インチ未満の最大欠けサイズを有する、研磨物品。
【請求項3】
少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を準備するステップと、研磨物品によって前記加工物から材料を除去するステップとを含む、前記加工物から材料を除去する方法であって、前記研磨物品は、金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含み、前記本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは前記本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは前記本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、前記研磨粒子は、約２０〜約６０ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有する、方法。
【請求項4】
前記結合材料は、前記結合材料の全体積の少なくとも１体積％の活性結合組成物を含む、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項5】
前記活性結合組成物は、金属または合金を含む化合物を含む、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項6】
前記活性結合組成物は、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、およびこれらの組み合わせからなる金属元素の群から選択される金属元素を含む、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項7】
前記活性結合組成物は、炭化物、窒化物、酸化物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項8】
前記活性結合組成物は前記研磨粒子と前記結合材料の界面に配置される、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項9】
前記結合材料は、少なくとも１種の遷移金属元素を含む、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項10】
前記ＶＡＧ／ＶＢＭ比は少なくとも約１．５である、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項11】
前記結合材料は約４．０ＭＰａ・ｍ０．５以下の平均破壊靭性（Ｋ１ｃ）を有する、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項12】
前記結合材料は、約０．６ＭＰａ・ｍ０．５〜約４．０ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内の平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有する、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項13】
前記活性結合組成物は、前記結合材料の全体積の約１体積％〜約４０体積％の間の範囲内の量で存在する、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項14】
前記本体は少なくとも約１．５のＶＰ／ＶＢＭ比を有し、ＶＰは前記本体の全体積中の砥粒およびフィラーを含む粒子状材料の体積百分率であり、ＶＢＭは前記本体の全体積中の結合材料の体積百分率である、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【請求項15】
前記研磨物品は、炭化タングステン加工物に対して少なくとも約１．０ｉｎ３／分／ｉｎ［１０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の材料除去速度を示す、請求項１、２および３のいずれか一項に記載の研磨物品または方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
以下は結合研磨物品、特に金属または合金を含む結合材料に含有される研磨粒子を含む結合研磨物品に関する。
【背景技術】
【0002】
機械加工用途で使用する研摩材としては通常、結合研磨物品および被覆研磨物品が挙げられる。被覆研磨物品は一般に、裏材と、研磨粒子を裏材に固定するための接着剤皮膜とを有する層状物品であり、その最も一般的な例はサンドペーパーである。結合研磨工具は、研削または研磨装置等の機械加工装置上に取り付けることのできるホイール、ディスク、セグメント、取付けポイント（ｍｏｕｎｔｅｄ ｐｏｉｎｔ）、ホーンおよびその他の工具形状の形をした剛性で典型的にモノリシック構造の３次元研磨複合材料で構成されている。
【0003】
結合研磨工具は通常、研磨粒子および結合材料を含む少なくとも２つの相を有する。ある種の結合研磨物品は、孔隙（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）の形態のさらなる相を有することができる。結合研磨工具は、当技術分野における慣行に従い、研磨複合材料の相対硬度および密度（等級）、ならびに複合材料体中の砥粒、結合剤、および孔隙の体積百分率（構造）によって規定される様々な「等級」および「構造」で製造することができる。
【0004】
一部の結合研削材工具は、エレクトロニクスおよび光学産業で使用される、例えば金属、セラミックスおよび結晶性物質を含む特定の種類の加工物を研削および研磨するのに特に有用であり得る。その他の場合、特定の結合研磨工具を、工業用途に使用するための超砥粒材料の成形に使用してもよい。金属結合研磨物品による特定の加工物の研削および成形との関係においては、一般的に、プロセスには結合研磨物品の維持に関連する相当量の時間および労働力を伴う。すなわち、一般的に、金属結合研磨物品は、研磨物品の研削能力を維持するための定期的なツルーイングおよびドレッシング作業を必要とする。
【0005】
当産業は改良された研削可能な方法および物品を要求し続けている。
【発明の概要】
【0006】
本開示の態様は、金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含む、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を研削するように構成される研磨物品を含み、本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、研磨粒子は、約２０〜約６０ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有する。
【0007】
本開示の別の態様は、金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含む、周辺部研削作業中に加工物を研削するように構成される研磨物品を含み、本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、研磨粒子は、約２０〜約６０ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有し、研磨物品は、カップ形状を有する。
【0008】
本開示のさらに別の態様は、金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含む、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を研削するように構成される研磨物品を含み、本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、加工物の少なくとも縁部への周辺部インサート研削試験作業中、加工物の縁部が約０．００２５インチ未満の最大欠けサイズを有する。
【0009】
本開示のさらに別の態様は、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を準備するステップと、研磨物品によって加工物から材料を除去するステップとを含む、加工物から材料を除去する方法を含み、研磨物品は、金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含み、本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、研磨粒子は、約２０〜約６０ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有する。
【0010】
本開示のさらに別の態様は、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する複数の加工物を準備するステップと、研磨物品によって少なくとも５つの加工物に連続して周辺部研削作業を行うステップとを含む、複数の加工物から材料を除去する方法を含み、連続周辺部研削作業は、連続周辺部研削作業間で研磨物品をドレッシングせずに行われ、周辺部研削作業を行った後、複数の加工物は、加工物の縁部にて約０．００２５インチ未満の平均最大欠けサイズを有する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本開示は、添付図面を参照することによってよりよく理解することができ、またその多数の特徴および利点が当業者に対して明らかになり得る。
【0012】
【0013】
異なる図面における同じ参照番号の使用は、類似または同一の項目を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下は概して、材料の３次元マトリックス内に研磨粒子を組み込んだ結合研磨物品に関する。結合研磨物品は結合材料の３次元マトリックス内に固定された研磨粒子の体積を利用する。さらに、以下は、このような結合研磨物品の形成方法およびこのような結合研磨物品の用途に関連する記述を含む。以下により詳細に説明するように、驚くべきことに、本明細書に記載される実施形態は、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を研削した後に欠け品質の顕著な改善を示すことが発見された。
【0015】
一実施形態によると、研磨粒子および結合材料を含有する混合物を形成することによって研磨物品を形成するプロセスを始めることができる。研磨粒子は、硬質材料を含むことができる。例えば、研磨粒子は、少なくとも約７のモース硬度を有し得る。その他の研磨本体では、研磨粒子は、少なくとも８またはさらには少なくとも９のモース硬度を有し得る。
【0016】
特定の場合においては、研磨粒子は無機材料で作成することができる。好適な無機材料としては、炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、オキシ炭化物、オキシホウ化物、オキシ窒化物、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。特に、研磨粒子の例としては、炭化ケイ素、炭化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア複合粒子、窒化ケイ素、サイアロン、およびホウ化チタンが挙げられる。特定の場合には、研磨粒子としては、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素およびこれらの組み合わせ等の超砥粒材料を挙げることができる。特定の場合においては、研磨粒子は本質的にダイヤモンドからなることができる。
【0017】
研磨粒子は、約８０ミクロン以下、約８６ミクロン以下、約８４ミクロン以下、約８２ミクロン以下、約８０ミクロン以下、約７８クロン以下、約７６ミクロン以下、約７４ミクロン以下、約７２ミクロン以下、約７０ミクロン以下、約６８ミクロン以下、約６６ミクロン以下、約６４ミクロン以下、約６２ミクロン以下、約６０ミクロン以下、約５８ミクロン以下、約５６ミクロン以下、約５４ミクロン以下、またはさらには約５２ミクロン以下の平均粒径を有することができる。その他の実施形態では、研磨粒子は、少なくとも約２０ミクロン、少なくとも約２２ミクロン、少なくとも約２４ミクロン、少なくとも約２６ミクロン、少なくとも約２８ミクロン、少なくとも約３０ミクロン、少なくとも約３２ミクロン、少なくとも約３４ミクロン、少なくとも約３６ミクロン、少なくとも約３８ミクロン、少なくとも約４０ミクロン、少なくとも約４２ミクロン、またはさらには少なくとも４４ミクロンの平均粒径を有することができる。特定の場合においては、本明細書における実施形態の研磨粒子は、上述の平均粒径のいずれかの間の範囲内の平均粒径を有することができる。例えば、本明細書における実施形態の研磨粒子は、約４０ミクロン〜約６０ミクロンの間、またはさらには約４４ミクロン〜約５４ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有し得る。
【0018】
研磨粒子にさらに言及すると、研磨粒子の形態は長さ対幅の寸法比であるアスペクト比によって記述できる。長さは研磨粒子の最長寸法であり、幅は所定の研磨粒子の２番目に長い寸法であることが理解されよう。本明細書における実施形態によれば、研磨粒子は、約２：１以下、またはさらには約１．５：１以下のアスペクト比（長さ：幅）を有し得る。特定の場合においては、研磨粒子は、約１：１のアスペクト比を有するように、本質的に等軸であることができる。
【0019】
研磨粒子は、例えば、コーティングを含むその他の特徴を備えることができる。研磨粒子は無機材料であってよいコーティング材料でコーティングされ得る。好適な無機材料としては、セラミック、ガラス、金属、合金、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。特定の場合においては、研磨粒子は金属材料、より詳細には、遷移金属組成物で電気めっきされ得る。このようなコーティングされた研磨粒子により、研磨粒子と結合材料との改善された結合（例えば、化学結合）を促すことができる。
【0020】
さらに、同じ組成物の研磨粒子は、例えば、破砕性を含む種々の機械的特性を有することができると考えられよう。混合物および最終的に形成される結合研磨本体は、研磨粒子の混合物を組み込むことができ、これは同一の組成物であってよいが、種々の機械的特性または等級を有する。例えば、混合物は、混合物がダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のみを含むように、単一の組成物からなる研磨粒子を含むことができる。しかし、研磨粒子は種々の等級および種々の機械的特性を有するように、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素としては、異なる等級のダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素の混合物を挙げることができる。
【0021】
最終的に成形される研磨物品が特定の量の研磨粒子を含有するような量で研磨粒子を混合物中に提供することが可能である。例えば、混合物は、過半量（例えば、５０体積％超）の研磨粒子を含むことができる。
【0022】
一実施形態によると、結合材料は、金属または金属合金材料であり得る。例えば、結合材料としては、少なくとも１種の遷移金属元素を含む粉末組成物を挙げることができる。特定の場合においては、結合材料としては、銅、スズ、銀、モリブデン、亜鉛、タングステン、鉄、ニッケル、アンチモン、およびこれらの組み合わせを含む群から選択される金属を挙げることができる。特定の一実施形態では、結合材料は、銅およびスズを含む合金であり得る。銅およびスズの金属合金は、銅およびスズのそれぞれの重量組成が６０：４０で構成されてよい青銅材料であり得る。
【0023】
特定の実施形態によれば、銅およびスズの合金は、特定の含有量の銅を含むことができるため、最終的に形成される結合研磨物品は好適な機械的特性および研削性能を有する。例えば、銅およびスズの合金は、約７０％以下の銅、例えば、約６５％以下の銅、約６０％以下の銅、約５０％以下の銅、約４５％以下の銅、またはさらには約４０％以下の銅を含むことができる。特定の場合においては、銅の量は、約３０％〜約６５％、より詳細には、約４０％〜約６５％の範囲内である。
【0024】
特定の銅およびスズの合金は最小量のスズを有することができる。例えば、合金は、組成物の全量のうち少なくとも約３０％のスズを含むことができる。その他の場合においては、スズの量はそれより多く、例えば、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、またはさらには少なくとも約７５％であり得る。特定の結合材料は、約３０％〜約８０％の間、約３０％〜約７０％の間、またはさらには約３５％〜約６５％の間の範囲内のスズの量を有する銅およびスズの合金を含むことができる。
【0025】
代替的実施形態では、結合材料はスズ系材料であり得、スズ系材料としては、金属、ならびに過半量のスズおよびこの材料中に存在するその他の化合物とを含む合金が挙げられる。例えば、結合材料は本質的にスズからなることが可能である。さらに、約１０％以下の他の合金化材料、特に金属を含む特定のスズ系結合材料が使用されてよい。
【0026】
特定の実施形態では、混合物は、結合材料の量が混合物中の研磨粒子の量未満であってもよいように形成することができる。このような混合物は、本明細書においてより詳細に記載される特定の性質を有する結合研磨物品に役立つ。
【0027】
研磨粒子および結合材料に加えて、混合物は活性結合組成物前駆体をさらに含むことができる。活性結合組成物前駆体としては、例えば粒子状材料（例えば、研磨粒子および／またはフィラー）および結合剤等の結合研磨本体の特定の成分間の化学反応を後で促進する、混合物に加えることが可能な材料が挙げられる。活性結合組成物前駆体は、混合物に少量で加えることができ、特に、混合物中に存在する研磨粒子の量未満の量で加えることができる。
【0028】
一実施形態によると、活性結合組成物前駆体は、金属または金属合金を含む組成物を含むことができる。特に、活性結合組成物前駆体は、水素を含む組成物または錯体を含むことができる。例えば、活性結合組成物前駆体は金属水素化物を含むことができ、特に、水素化チタン等の材料を含むことができる。一実施形態では、活性結合組成物前駆体は本質的に水素化チタンからなる。
【0029】
混合物は概して、少量の活性結合組成物前駆体を含む。例えば、混合物は、混合物の全重量の約４０重量％以下の活性結合組成物前駆体を含むことができる。その他の実施形態では、混合物中の活性結合組成物前駆体の量はより少なく、例えば、約３５重量％以下、約３０重量％以下、約２８重量％以下、約２６重量％以下、約２３重量％以下、約１８重量％以下、約１５重量％以下、約１２重量％以下、またはさらには約１０重量％以下であり得る。特定の例では、混合物中の活性結合組成物前駆体の量は、約２重量％〜約４０重量％の間、例えば、約４重量％〜約３５重量％の間、約８重量％〜約２８重量％の間、約１０重量％〜約２８重量％の間、またはさらに約１２重量％〜約２６重量％の間の範囲内であり得る。
【0030】
混合物は、バインダー材料をさらに含むことができる。バインダー材料は、結合研磨物品の形成中に好適な強度を付与するために使用することができる。特定の好適なバインダー材料としては、有機材料を挙げることができる。例えば、有機材料は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、接着剤、およびこれらの組み合わせ等の材料であり得る。１つの特定の場合においては、バインダー材料の有機材料としては、ポリイミド、ポリアミド、樹脂、アラミド、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、アセテート、セルロース、およびこれらの組み合わせ等の材料が挙げられる。一実施形態においては、混合物は、特定の温度で硬化するように構成された熱可塑性材料の組み合わせを利用したバインダー材料を含むことができる。別の実施形態においては、バインダー材料は、混合物の成分間の付着を促進するのに好適な接着材料を含むことができる。バインダーは、例えば水性または非水性化合物等の液体の形態であってよい。
【0031】
一般に、バインダー材料は、混合物中に少量（重量基準）で存在することができる。例えば、バインダーは、研磨粒子、結合材料、または活性結合組成物前駆体の量よりも有意に少ない量で存在することができる。例えば、混合物は、混合物の全重量に対して約４０重量％以下のバインダー材料を含むことができる。その他の実施形態では、混合物中のバインダー材料の量は、より少ない量、例えば約３５重量％以下、約３０重量％以下、約２８重量％以下、約２６重量％以下、約２３重量％以下、約１８重量％以下、約１５重量％以下、約１２重量％以下、またはさらには約１０重量％以下であり得る。特定の場合においては、混合物中のバインダー材料の量は、約２重量％〜約４０重量％の間、例えば約４重量％〜約３５重量％の間、約８重量％〜約２８重量％の間、約１０重量％〜約２８重量％の間、またはさらには約１２重量％〜約２６重量％の間の範囲内であり得る。
【0032】
混合物は、特定の量のフィラーをさらに含むことができる。フィラーは、例えば研磨粒子等の混合物中の特定の成分の代わりに使用できる粒子状材料であってよい。特に、フィラーは、混合物中に混入できる粒子状材料であってよく、その場合フィラーは、最終的に形成された結合研磨本体中で元のサイズおよび形状を実質的に維持する。好適なフィラーの例としては、酸化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、窒化物、酸窒化物、酸炭化物、ケイ酸塩、黒鉛、ケイ素、金属間化合物、セラミック、中空セラミック、溶融石英、ガラス、ガラスセラミック、中空ガラス球状物、貝殻等の天然材料、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。
【0033】
特に、特定のフィラーは、研磨粒子の硬度より低い硬度を有することができる。さらに、混合物の全体積の約９０体積％以下の量でフィラーが存在するように、混合物を形成することができる。体積百分率は、中空球と重い粒子等の粒子の種類に依存してフィラーの密度が変動しうる場合に、フィラーの含有率を表すために使用される。その他の実施形態では、混合物中のフィラーの量は約８０体積％以下、例えば約７０体積％以下、約６０体積％以下、約５０体積％以下、約４０体積％以下、約３０体積％以下、またはさらには約２０体積％以下であってよい。
【0034】
特定の形成方法では、研磨粒子の量よりも多い量のフィラー材料を使用することができる。例えば、ほぼすべての研磨粒子を、１種類以上のフィラー材料で置き換えることができる。その他の場合においては、過半量の研磨粒子をフィラー材料で置き換えることができる。その他の実施形態では、少量の研磨粒子をフィラー材料で置き換えることができる。
【0035】
さらに、フィラーは、研磨粒子の平均粒径よりも有意に小さい平均粒度を有することができる。例えば、研磨粒子の平均粒径の平均粒径を基準として、研磨粒子の平均粒径よりもフィラーの平均粒度は、少なくとも約５％小さくてよく、例えば少なくとも約１０％小さくてよく、例えば少なくとも約１５％小さくてよく、少なくとも約２０％小さくてよく、またはさらには少なくとも約２５％小さくてよい。
【0036】
特定の他の実施形態においては、特に中空であるフィラーの場合には、フィラーは研磨粒子より大きい平均粒度を有することができる。
【0037】
特定の場合においては、フィラー材料は、ＣＳＭ Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔｅｒｓ，Ｉｎｃ．（スイス）または同様の企業より入手可能なダイヤモンドプローブを使用したＩＳＯ１４５７７の標準試験によるナノインデンテーション試験によって測定される破壊靱性（Ｋ１ｃ）が約１０ＭＰａ・ｍ０．５以下であり得る。その他の実施形態においては、フィラーは、約９ＭＰａ・ｍ０．５以下、例えば約８ＭＰａ・ｍ０．５以下、またはさらには約７ＭＰａ・ｍ０．５以下の破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有し得る。さらには、フィラーの平均破壊靱性は、約０．５ＭＰａ・ｍ０．５〜約１０ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内、例えば約１ＭＰａ・ｍ０．５〜約９ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内、またはさらには約１ＭＰａ・ｍ０．５〜約７ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内であり得る。
【0038】
混合物を形成した後、結合研磨物品の形成方法は、次に、適切なレオロジー特性を有するように混合物を剪断する。例えば、混合物は、特定の粘度を有するまで剪断することができ、半液体のコンステンシー（例えば、泥状のコンシステンシー）を有することができる。その他の場合、ペースト等のはるかに低い粘度であり得る。
【0039】
混合物を剪断した後、本プロセスは、次に、混合物からの凝集物の形成を行う。凝集物の形成プロセスは、最初に混合物を乾燥させるプロセスを含むことができる。特に、乾燥プロセスは、混合物中に含まれるバインダー中の有機成分（例えば、熱硬化性樹脂）を硬化させ、混合物中のある種の揮発物（例えば水分）の一部を除去するのに好適な温度で行うことができる。したがって、バインダー材料中の有機材料の好適な硬化によって、混合物は、硬化または半硬化形態を有することができる。特に好適な乾燥温度は、約１００℃以下、特に約０℃〜約１００℃の間の範囲内であり得る。
【0040】
混合物を好適な温度で乾燥させた後、凝集物の形成プロセスは、次に、硬化形態の粉砕を行うことができる。硬化形態を粉砕した後、粉砕された粒子は、研磨粒子および結合材料を含む混合物中に含まれる成分の凝集物を含む。次に、凝集物を形成するプロセスは、凝集物の好適なサイズ分布を得るために、粉砕された粒子をふるい分けするステップを含むことができる。
【0041】
凝集物を形成した後、本プロセスは、次に、最終的に形成される結合研磨物品の所望の形状への凝集物の成形を行うことができる。好適な成形方法の１つは、凝集粒子を金型に満たすステップを含む。金型を満たした後、凝集物をプレスして、金型の寸法を有する未加工（すなわち、未焼結）本体を形成することができる。一実施形態によると、プレスは、結合研磨物品の面積に対して少なくとも約０．０１トン／ｉｎ２の圧力で行うことができる。その他の実施形態では、圧力は、より大きくてよく、例えば、少なくとも約０．１トン／ｉｎ２、少なくとも約０．５トン／ｉｎ２、少なくとも約１トン／ｉｎ２、またはさらには少なくとも約２トン／ｉｎ２程度であり得る。特定の一実施形態においては、プレスは、約０．０１トン／ｉｎ２〜約１０トン／ｉｎ２の間の範囲内、特に約０．５トン／ｉｎ２〜約３トン／ｉｎ２の間の範囲内の圧力で行われる。
【0042】
混合物を成形して未加工物品を形成した後、本プロセスは、次に、未加工物品の処理を行うことができる。処理は、未加工物品の熱処理、特に未加工物品の焼結を含むことができる。特定の一実施形態においては、処理は、液相焼結によって結合研磨本体を形成することを含む。特に、液相焼結は、未加工物品の特定の成分、特に結合材料の液相を形成するステップを含み、そのため焼結温度において、結合材料の少なくとも一部が液相中に存在し、流動性となる。とりわけ、液相焼結は、金属結合材料を使用する結合研磨材の形成に一般に使用される方法ではない。
【0043】
一実施形態によると、未加工物品の処理は、少なくとも４００℃の液相焼結温度まで未加工物品を加熱するステップを含む。その他の実施形態においては、液相焼結温度はより高くてもよく、例えば少なくとも５００℃、少なくとも約６５０℃、少なくとも約８００℃、またはさらには少なくとも約９００℃であり得る。特定の場合においては、液相焼結温度は、約４００℃〜約１１００℃の間の範囲内、例えば約８００℃〜約１１００℃の間の範囲内、特に約８００℃〜１０５０℃の間の範囲内であり得る。
【0044】
処理、特に焼結は、特定の時間行うことができる。液相焼結温度における焼結は、少なくとも約１０分、少なくとも約２０分、少なくとも約３０分、またはさらには少なくとも約４０分の時間行うことができる。特定の実施形態においては、液相焼結温度における焼結は、約１０分〜約９０分の間の範囲内、例えば約１０分〜６０分の間の範囲内、またはさらには約１５分〜約４５分の間の範囲内の時間続けることができる。
【0045】
未加工物品の処理は、特定の雰囲気下で液晶焼結プロセスを行うステップをさらに含むことができる。例えば、その雰囲気は、約１０−２Ｔｏｒｒ以下の圧力を有する減圧雰囲気であり得る。その他の実施形態では、減圧雰囲気は、約１０−３Ｔｏｒｒ以下、約１０−４Ｔｏｒｒ以下、例えば約１０−５Ｔｏｒｒ以下、またはさらには約１０−６Ｔｏｒｒ以下の圧力を有することができる。特定の場合においては、減圧雰囲気は、約１０−２Ｔｏｒｒ〜約１０−６Ｔｏｒｒの間の範囲内であり得る。
【0046】
さらに、未加工物品の処理中、特に液相焼結プロセス中、雰囲気は、非酸化性（すなわち還元性）雰囲気であってよい。還元性雰囲気を形成するのに好適な気体種としては、水素、窒素、希ガス、一酸化炭素、解離アンモニア、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。その他の実施形態では、金属および金属合金成分の酸化を制限するために、未加工物品の処理中に不活性雰囲気を使用することができる。
【0047】
処理プロセスの終了後、金属結合材料中に研磨粒子を含む結合研磨物品が形成される。一実施形態によると、研磨物品は、特定の特徴を有する本体を有することができる。例えば、一実施形態によると、結合研磨本体は、本体中の結合材料の体積よりも有意に大きい研磨粒子の体積を有することができる。結合研磨本体は、少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭの比を有し得、ここでＶＡＧは、結合研磨本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率を表し、ＶＢＭは、結合研磨本体の全体積中の結合材料の体積百分率を表す。別の実施形態によると、ＶＡＧ／ＶＢＭの比は、少なくとも約１．５、例えば少なくとも約１．７、少なくとも約２．０、少なくとも約２．１、少なくとも約２．２、またはさらには少なくとも約２．５であり得る。その他の実施形態においては、ＶＡＧ／ＶＢＭの比が、約１．３〜約９．０の間、例えば約１．３〜約８．０の間、例えば約１．５〜約７．０の間、例えば約１．５〜約６．０の間、約２．０〜約５．０の間、約２．０〜約４．０の間、約２．１〜約３．８の間、またはさらには約２．２〜約３．５の間の範囲内となるように、結合研磨本体を形成することができる。
【0048】
より具体的には、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して少なくとも約３０体積％の研磨粒子を含むことができる。その他の場合においては、研磨粒子の含有量はより多く、例えば少なくとも約４５体積％、少なくとも約５０体積％、少なくとも約６０体積％、少なくとも約７０体積％、またはさらには少なくとも約７５体積％である。特定の実施形態においては、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して約３０体積％〜約９０体積％の間、例えば約４５体積％〜約９０体積％の間、約５０体積％〜約８５体積％の間、またはさらには約６０体積％〜約８０体積％の間の研磨粒子を含む。
【0049】
結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して約４５体積％以下の結合材料を含むことができる。特定の実施形態によると、結合材料の含有量はより少なく、例えば約４０体積％以下、約３０体積％以下、約２５体積％以下、約２０体積％以下、またはさらには約１５体積％以下である。特定の実施形態においては、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して約５体積％〜約４５体積％の間、例えば約５体積％〜約４０体積％の間、約５体積％〜約３０体積％の間、またはさらには約１０体積％〜約３０体積％の間の結合材料を含む。
【0050】
別の実施形態によると、本明細書における結合研磨本体は、特定の量の孔隙を含むことができる。例えば、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して少なくとも５体積％の孔隙を有することができる。その他の実施形態では、結合研磨本体は、本体の全体積に対して少なくとも約１０体積％、例えば少なくとも約１２体積％、少なくとも約１８体積％、少なくとも約２０体積％、少なくとも約２５体積％、少なくとも約３０体積％、またはさらには少なくとも約３５体積％の孔隙を有することができる。さらに、その他の実施形態においては、結合研磨本体は、本体の全体積に対して約８０体積％以下の孔隙を含むことができる。他の物品においては、結合研磨本体は、本体の全体積に対して約７０体積％以下、約６０体積％以下、約５５体積％、約５０体積％以下、約４８体積％以下、約４４体積％以下、約４０体積％以下、またはさらには約３５体積％以下の孔隙を有することができる。孔隙は、本明細書に列挙される任意の最小値および最大値の間の範囲内となり得ることが理解されよう。
【0051】
結合研磨本体中の特定の含有量の孔隙が連続孔隙となるように、結合研磨本体を形成することができる。連続孔隙によって、結合研磨本体の体積を通過して延在する連続チャネル（すなわち、孔隙）の網目構造が画定される。例えば、本体の気泡の過半量が連続孔隙であり得る。実際、特定の場合においては、結合研磨本体中に存在する孔隙の少なくとも６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、またはさらには少なくとも約９５％が連続孔隙となるように、結合研磨本体を形成することができる。特定の場合においては、本体中に存在する本質的にすべての孔隙が連続孔隙である。したがって、結合研磨本体は、結合剤および研磨粒子によって画定される固相と、結合研磨本体全体にわたって固相の間に延在する孔隙によって画定される第２の連続相との２つの相の連続網目構造によって画定され得る。
【0052】
別の実施形態によると、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対する結合材料（ＶＢＭ）と比較して、研磨粒子およびフィラーを含む粒子状材料（ＶＰ）の特定の比を有することができる。粒子状材料および結合材料の量が、本体の全体積の一部としての成分の体積百分率の単位で測定されることが理解されよう。例えば、本明細書における実施形態の結合研磨本体は、少なくとも約１．５の比（ＶＰ／ＶＢＭ）を有することができる。その他の実施形態では、比（ＶＰ／ＶＢＭ）は、少なくとも約１．７、少なくとも約２．０、少なくとも約２．２、少なくとも約２．５、またはさらには少なくとも約２．８であり得る。特定の場合においては、比（ＶＰ／ＶＢＭ）は、１．５〜約９．０の間、例えば約１．５〜８．０の間、例えば約１．５〜約７．０の間、約１．７〜約７．０の間、約１．７〜約６．０の間、約１．７〜約５．５の間、またはさらには約２．０〜約５．５の間の範囲内であり得る。したがって、結合研磨本体は、フィラーと研磨粒子とを含む粒子状材料を結合材料よりも高い含有量で含むことができる。
【0053】
一実施形態によると、研磨本体は、結合研磨本体の全体積中に存在する研磨粒子の量（体積％）よりも少ない量、同じ量、またはさらには多い量（体積％）のフィラーを含むことができる。特定の研磨物品は、結合研磨本体の全体積に対して約７５体積％以下のフィラーを使用することができる。特定の実施形態によると、本体中のフィラーの含有量は、約５０体積％以下、約４０体積％以下、約３０体積％以下、約２０体積％以下、またはさらには約１５体積％以下であり得る。特定の実施形態においては、結合研磨本体は、結合研磨本体の全体積に対して約１体積％〜約７５体積％の間、例えば約１体積％〜約５０体積％の間、約１体積％〜約２０体積％の間、またはさらには約１体積％〜約１５体積％の間のフィラーを含む。ある場合においては、結合研磨本体は、フィラーを本質的に含まなくてよい。
【0054】
本明細書における実施形態の結合研磨本体は、特定の含有量の活性結合組成物を有することができる。理解されるように、活性結合組成物は、活性結合組成物前駆体と、例えば研磨粒子、フィラー、および結合材料等の結合研磨本体の特定の成分との反応によって形成される反応生成物であり得る。活性結合組成物は、本体中の粒子（例えば、研磨粒子またはフィラー）と結合材料との間の化学結合を促進することができ、それによって結合材料中での粒子の保持を促進することができる。
【0055】
特に、活性結合組成物は、別個の相を含むことができ、それらの相は、結合研磨本体の別個の領域中に位置することができる。さらに、活性結合組成物は、組成物の位置に依存した特定の組成を有することができる。例えば、活性結合組成物は、析出相および界面相を含むことができる。析出相は、結合材料中に存在することができ、結合材料の体積全体にわたって別個の相として分散することができる。界面相は、粒子状材料（すなわち、研磨粒子および／またはフィラー）と結合材料との間の界面に位置することができる。界面相は、本体の粒子状材料の表面積の周囲の大部分に延在することができる。完全には理解されていないが、活性結合組成物の別個の相および組成の差は、形成プロセス、特に液相焼結に起因するものと理論づけられている。
【0056】
したがって、結合材料は、別個の相である結合相および析出相を含む複合材料であることができる。析出相は、活性結合組成物の少なくとも１つの元素と結合材料の少なくとも１つの元素とを含む組成物でできていてよい。特に、析出相は、結合材料として混合物中に本来提供された少なくとも１つの金属元素を含むことができる。析出相は、金属または金属合金の化合物または錯体であり得る。特定の実施形態においては、析出相は、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、およびこれらの組み合わせからなる材料の群から選択される材料を含むことができる。さらなる特定の場合においては、析出相はチタンを含み、チタンおよびスズから本質的になることができる。
【0057】
結合材料の結合相は、遷移金属元素を含むことができ、特に混合物の形成に使用される元の結合材料中に含まれる金属元素を含むことができる。したがって、結合相は、銅、スズ、銀、モリブデン、亜鉛、タングステン、鉄、ニッケル、アンチモン、およびこれらの組み合わせからなる金属の群から選択される材料から形成され得る。特定の場合においては、結合相は銅を含むことができ、銅を主成分とする化合物または錯体であってよい。特定の実施形態においては、結合相は本質的に銅からなる。
【0058】
界面相は、活性結合組成物の少なくとも１つの元素を含むことができる。さらに、界面相は、粒子状材料の少なくとも１つの元素を含むことができる。したがって、界面相は、活性結合組成物と粒子との化学反応によって形成された化合物または錯体であり得る。特定の界面相材料としては、炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、酸窒化物、酸ホウ化物、酸炭化物、およびこれらの組み合わせが挙げられる。界面相は、金属を含むことができ、特に、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物、金属酸窒化物、金属酸ホウ化物、または金属酸炭化物等の金属を含む化合物であってよい。一実施形態によると、界面相は、炭化チタン、窒化チタン、ホウ窒化チタン、酸化チタンアルミニウム、およびこれらの組み合わせの群からの材料から本質的になる。
【0059】
さらに、界面相は、少なくとも約０．１ミクロンの平均厚さを有することができる。しかし特に、界面相を上に有する粒子状材料のサイズに依存して、界面相は種々の厚さを有することができる。例えば、１０ミクロン未満の平均サイズを有する研磨粒子および／またはフィラーに関しては、界面相は、粒子の平均サイズの約１％〜２０５％の間の範囲内の厚さを有することができる。約１０ミクロン〜約５０ミクロンの間の範囲内の平均サイズを有する粒子状材料の場合、界面相は、粒子の平均サイズの約１％〜約１０％の間の範囲内の厚さを有することができる。約５０ミクロン〜約５００ミクロンの間の範囲内の平均サイズを有する粒子状材料の場合、界面相は、粒子の平均サイズの約０．５％〜約１０％の間の範囲内の厚さを有することができる。約５００ミクロンを超える平均サイズを有する粒子状材料の場合、界面相は、粒子の平均サイズの約０．１％〜約０．５％の間の範囲内の厚さを有することができる。
【0060】
図４〜７は、一実施形態に係る結合研磨本体の微細構造の拡大画像である。図４は、研磨粒子８０１と、研磨粒子８０１の間に延在する結合材料８０３とを含む結合研磨本体の一部の断面の走査型電子顕微鏡画像（後方散乱モードで操作）である。図示されるように、結合材料８０３は、より薄い色で表され結合材料８０３の体積を通過して延在する析出相８０５と、より暗い色で表され結合材料８０３の体積を通過して延在する結合相８０６との２つの別個の材料相を含む。
【0061】
図５〜７は、図４の結合研磨本体の同じ領域の拡大画像であり、本体の特定の領域中に存在する選択元素を同定するためのマイクロプローブ分析を使用している。図５は、銅の多い領域を同定するために設定されたモードにおける図４の領域のマイクロプローブ画像であり、そのため、より明るい色の領域は銅が存在する領域を示している。一実施形態によると、結合材料８０３は、銅およびスズの金属合金を含むことができる。さらなる特定の一実施形態によると、結合材料８０３の結合相８０６は、結合材料８０３の少なくとも２つの別個の相の１つであり、析出相８０５よりも多くの量の銅を有し得る。
【0062】
図６は、図４および５の領域の拡大画像であり、結合研磨本体の特定の領域中に存在する選択元素を同定するためのマイクロプローブ分析を使用している。図６は、スズが存在する領域を同定するために設定されたモードでマイクロプローブを使用しており、そのため、より明るい色の領域は、スズがより多い領域を示している。図示されるように、結合材料８０３の析出相８０５は、結合相８０６よりもスズ含有量が多い。
【0063】
図７は、図４〜６の領域の拡大画像であり、マイクロプローブ分析を使用している。特に、図７は、チタンが存在する領域を同定するために設定されたモードでマイクロプローブを使用しており、そのため、より明るい色の領域は、チタンがより多い領域を示している。図示されるように、結合材料８０３の析出相８０５は、結合相８０６よりもチタン含有量が多い。図７は、研磨粒子８０１と結合材料８０３の界面における界面相１１０１をも示している。図７から明らかなように、界面相１１０１は、特に高含有量のチタンを含み、これは、活性結合組成物前駆体のチタンが、粒子（すなわち研磨粒子８０１）の界面に優先的に移動して、研磨粒子と化学的に反応して、本明細書に記載されるように界面相化合物を形成できることを示している。
【0064】
図４〜７は、予期せぬ現象の証拠となっている。完全には理解されていないが、銅およびスズを含む元の結合材料はプロセス中に分離され、これは液相焼結プロセスによるものと理論づけられている。スズおよび銅は別個の相となり、それぞれ析出相８０５および結合相８０６となる。さらに、スズは優先的に、活性結合組成物前駆体材料中に存在するチタンと結合して、析出相８０５を形成する。
【0065】
一実施形態によると、結合研磨本体は、結合材料の全体積に対して少なくとも約１体積％の活性結合組成物を含むことができ、これは、界面相および析出相等の活性結合組成物のすべての相を含む。その他の場合においては、結合剤中の活性結合組成物の量はより多くてもよく、例えば少なくとも約４体積％、少なくとも約６体積％、少なくとも約１０体積％、少なくとも約１２体積％、少なくとも約１４体積％、少なくとも約１５体積％、またはさらには少なくとも約１８体積％であり得る。特定の場合においては、結合材料は、約１体積％〜約４０体積％の間、例えば約１体積％〜３０体積％の間、約１体積％〜約２５体積％の間、約４体積％〜約２５体積％の間、または約６体積％〜約２５体積％の間の範囲内の量の活性結合組成物を含有する。場合によっては、活性結合組成物の量は、結合材料の全体積の約１０体積％〜約３０体積％の間、約１０体積％〜約２５体積％の間、またはさらには約１２体積％〜約２０体積％の間の範囲内である。
【0066】
結合研磨本体は、結合材料が特定の破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有するように形成することができる。結合材料の靭性はマイクロインデンテーション試験またはナノインデンテーション試験によって測定することができる。マイクロインデンテーション試験は、例えばこの場合では結合材料等の材料の特定の位置でインデンタに負荷をかけることで研磨したサンプル上に亀裂を発生させる原理によって破壊靭性を測定する。例えば、好適なマイクロインデンテーション試験は、「Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｉｔｔｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｍｉｃｒｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、ＡＳＴＭ ＳＴＰ ８８９、Ｄ．Ｂ．ＭａｒｓｈａｌｌおよびＢ．Ｒ． Ｌａｗｎ ｐｐ ２６−４６に開示される方法により行うことができる。一実施形態によると、結合研磨本体は、約４．０ＭＰａ・ｍ０．５以下の平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有する結合材料を有する。その他の実施形態では、結合材料の平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）は、約３．７５ＭＰａ・ｍ０．５以下、例えば約３．５ＭＰａ・ｍ０．５以下、約３．２５ＭＰａ・ｍ０．５以下、約３．０ＭＰａ・ｍ０．５以下、約２．８ＭＰａ・ｍ０．５以下、またはさらには約２．５ＭＰａ・ｍ０．５以下であり得る。結合材料の平均破壊靱性は、約０．６ＭＰａ・ｍ０．５〜約４．０ＭＰａ・ｍ０．５の間、例えば約０．６ＭＰａ・ｍ０．５〜約３．５ＭＰａ・ｍ０．５の間、またはさらには約０．６ＭＰａ・ｍ０．５〜約３．０ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内であり得る。
【0067】
本明細書における実施形態の研磨物品は、独特の性質を有してもよい。例えば、結合研磨本体は、少なくとも約２０００ｐｓｉ、例えば少なくとも約４０００ｐｓｉ、特に少なくとも約６０００ｐｓｉの破壊係数（ＭＯＲ）を有することができる。
【0068】
本明細書における実施形態の結合研磨本体は、特定の研削作業に使用する場合に特定の有利な性質を示す。特に、結合研磨ホイールは、非ドレッシング研削作業に使用することができ、この場合、結合研磨本体は、ツルーイング作業を行った後にドレッシング作業を行う必要がない。従来、ツルーイング作業は、研磨本体を所望の輪郭および形状にするために行われる。ツルーイング後、通常は同等以上の硬度の研磨要素を使用して研磨本体のドレッシングが行われることで、摩耗した粒子が除去され、新しい研磨粒子が露出する。ドレッシングは、研磨物品の適切な作用を得るための、時間がかかるが従来の研磨物品に必要な方法である。本明細書における実施形態の結合研磨本体は、使用中のドレッシングの必要性がはるかに少ないことが分かっており、従来の研磨物品よりも大幅に改善された性能パラメータを有する。特定の実施形態では、結合研磨本体は実質的に自己ドレッシング可能であり、したがって、結合材料の一部は研削中に剥がれ落ち、これにより研磨粒子の新たな表面を露出させることができる。
【0069】
例えば、一実施形態においては、非ドレッシング研削作業中、一実施形態の結合研磨本体は、約４０％以下の動力変動を有することができ、動力変動は式［（Ｐｏ−Ｐｎ）／Ｐｏ］×１００％で表される。Ｐｏは、初回研削サイクルにおける結合研磨本体で加工物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、Ｐｎは、ｎ回目の研削サイクルで加工物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、ここでｎ≧４である。したがって、動力変動は、初回研削サイクルから後の研削サイクルまでの研削動力の変化を測定するものであり、少なくとも４回の研削サイクルが行われる。
【0070】
特に、研削サイクルは連続した方法で行うことができ、これは、結合研磨物品にツルーイングおよびドレッシング作業が研削サイクル間で行われないことを意味する。本明細書における実施形態の結合研磨本体は、特定の研削作業中に約２５％以下の動力変動を有することができる。さらに他の実施形態においては、結合研磨本体の動力変動は、約２０％以下、例えば約１５％以下、またはさらには約１２％以下になり得る。特定の研磨本体の動力変動は、約１％〜約４０％の間、例えば約１％〜約２０％の間、またはさらには約１％〜約１２％の間の範囲内であり得る。
【0071】
さらに動力変動に言及すると、初回研削サイクル（Ｐｏ）と、ｎ回目の研削サイクル（Ｐｎ）における加工物を研削するために使用される研削動力との間の研削動力の変化は、複数回の研削サイクルにわたって測定できることに注目すべきであり、ここで「ｎ」は４以上である。その他の場合においては、「ｎ」は６以上（すなわち、少なくとも６回の研削サイクル）、１０以上、またはさらには１２以上であってよい。さらに、ｎ回目の研削サイクルは、研削サイクル間に研磨物品にドレッシングが行われない連続研削サイクルを表すことができることが理解されよう。
【0072】
一実施形態によると、結合研磨本体は、材料除去速度（ＭＲＲ’）が少なくとも約１．０ｉｎ３／分／ｉｎ［１０ｍｍ３／秒／ｍｍ］である研削作業に使用することができる。その他の実施形態では、本明細書における実施形態の結合研磨本体を使用した研削作業は、少なくとも約４．０ｉｎ３／分／ｉｎ［４０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、例えば少なくとも約６．０ｉｎ３／分／ｉｎ［６０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、少なくとも約７．０ｉｎ３／分／ｉｎ［７０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、またはさらには少なくとも約８．０ｉｎ３／分／ｉｎ［８０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の材料除去速度で行うことができる。本明細書における実施形態の結合研磨本体を使用する特定の研削作業は、約１．０ｉｎ３／分／ｉｎ［１０ｍｍ３／秒／ｍｍ］〜約２０ｉｎ３／分／ｉｎ［２００ｍｍ３／秒／ｍｍ］の間の範囲内、約５．０ｉｎ３／分／ｉｎ［５０ｍｍ３／秒／ｍｍ］〜約１８ｉｎ３／分／ｉｎ［１８０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の間の範囲内、約６．０ｉｎ３／分／ｉｎ［６０ｍｍ３／秒／ｍｍ］〜約１６ｉｎ３／分／ｉｎ［１６０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の間の範囲内、またはさらには約７．０ｉｎ３／分／ｉｎ［７０ｍｍ３／秒／ｍｍ］〜約１４ｉｎ３／分／ｉｎ［１４０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の間の範囲内の材料除去速度（ＭＲＲ’）で行うことができる。さらに、特定の実施形態では、さらに詳細に後述するように、特に加工物の縁部において最大欠けサイズが小さい加工物を同時に製造しながら上述の特定のＭＲＲ’を得ることができる。
【0073】
さらに、結合研磨本体は、結合研磨本体を特定の表面速度で回転させる研削作業に使用することができる。表面速度とは、加工物と接触する点におけるホイールの速度を意味する。例えば、結合研磨本体は、少なくとも１５００表面フィート毎分（ｓｆｐｍ）、例えば少なくとも約１８００、例えば少なくとも約２０００ｓｆｐｍ、少なくとも約２５００ｓｆｐｍ、少なくとも約５０００ｓｆｐｍ、またはさらには少なくとも１００００ｓｆｐｍの速度で回転させることができる。特定の場合においては、結合研磨本体は、約２０００ｓｆｐｍ〜約１５０００ｓｆｐｍの間の範囲内、例えば約２０００ｓｆｐｍ〜１２０００ｓｆｐｍの間の範囲内の速度で回転させることができる。
【0074】
特定の場合には、本明細書に記載される結合研磨本体は周辺部研削作業を行うのに特に好適であることが発見された。例えば、周辺部研削作業を使用して、正確な仕様に合わせた切削工具インサートを形成することができる。周辺部研削は加工物を加工物の縁部またはその近傍に接触させることを含む。研磨物品は従来、ホイールまたはカップの形状であり、加工物と接触する研磨本体の表面は平坦である。周辺部研削は、面取り部、溝、肩部に隣接する平面、凹んだ表面、形材等の平面、テーパまたは角のある表面を研削できる。例えば、図１は、周辺部研削作業の一例である。カップ状研磨物品１０はスピンドルに回転可能に取り付けられる。研磨本体５０の平面４０が加工物３０に接触するように加工物３０を固定する。研削ホイールはさらに、加工物と接触するように加工物に対して移動して所望の加工物の寸法にすることができるように構成できる。特定の実施形態では、周辺部研削作業は、加工物の縁部を研削して「Ｋ」ランドまたは「Ｔ」ランドのような形状を有する面取り部を作成することを含むことができる。「Ｋ」ランドまたは「Ｔ」ランド面取り部の作成は、切削工具インサートを形成する際に特に有用である。図２は、第１の表面６０および第１の表面６０に隣接する第２の表面７０を有する周辺部研削作業前の加工物３０の例を示す。図３は、周辺部インサート研削作業で加工物３０の縁部に「Ｋ」ランド面取り部８０を形成した後の加工物３０の例を示す。図示されているように、「Ｋ」ランド８０は第１の表面６０と第２の表面７０の間に配置される。例えば加工物の「Ｋ」ランドの周辺部研削中、加工物の「Ｋ」ランドは、加工物の大きな表面を研削するときよりもチッピングが起こりやすい。従来の研磨物品は、許容可能な加工物品質（すなわち、最大欠けサイズ等のチッピング品質）ならびに材料除去速度および研削効率等の許容可能な加工条件を有して「Ｋ」ランド形成のための研削を含む加工物の周辺部研削を行うことは不可能であった。
【0075】
特定の実施形態では、周辺部研削作業において、研磨物品またはホイールはさらに振動するように構成することができる。研削作業の一部の間または研削作業中ずっと、研磨物品または加工物は振動し得る。特定の実施形態では、「Ｋ」ランド等の面取り部または角のある表面の研削中は振動しなくてよい。
【0076】
さらに、本明細書における実施形態の結合研磨本体は研削作業に利用されてもよく、この場合、研削後、加工物は約５０マイクロインチ（約１．２５ミクロン）以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する。他の場合には、加工物の平均表面粗さは、約４０マイクロインチ（約１ミクロン）以下、またはさらには約３０マイクロインチ（約０．７５ミクロン）以下であり得る。さらに、特定の実施形態では、加工物の「Ｋ」ランド等の加工物の縁部の研削後、加工物の縁部は約５０マイクロインチ（約１．２５ミクロン）以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有することができる。他の場合には、加工物の縁部の平均表面粗さは、約４０マイクロインチ（約１ミクロン）以下、またはさらには約３０マイクロインチ（約０．７５ミクロン）以下であり得る。
【0077】
その他の実施形態では、本明細書における実施形態の結合研磨物品による研削中、少なくとも３回の連続した研削作業の平均表面粗さ変動は約３５％以下であり得る。連続した研削作業は、ツルーイング作業が各研削作業の間に行われない作業であるという点に留意すべきである。平均表面粗さの変動は、別々の研削作業がそれぞれ行われる加工物の各位置における、加工物の測定した平均表面粗さ（Ｒａ）の標準偏差として計算することができる。特定の実施形態によると、少なくとも３回の連続した研削作業の平均表面粗さ変動は、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、またはさらには約５％以下であり得る。
【0078】
その他の実施形態によると、結合研磨物品は少なくとも約１２００のＧ比を有することができる。Ｇ比は、加工物から除去された材料の体積を、摩耗により結合研磨本体から失われた材料の体積で除したものである。別の実施形態によると、結合研磨本体は、少なくとも約１３００、例えば、少なくとも約１４００、少なくとも約１５００、少なくとも約１６００、少なくとも約１７００、またはさらには少なくとも約１８００のＧ比を有することができる。特定の場合には、結合研磨本体のＧ比は、約１２００〜約２５００の間、例えば、約１２００〜約２３００の間、またはさらには約１４００〜約２３００の間の範囲内であり得る。本明細書において記述されるＧ比の値は、本明細書において記述される材料除去速度で得ることができる。さらに、記載されるＧ比の値は、本明細書に記載される種々の加工物材料の種類で得ることができる。
【0079】
すなわち、結合研磨物品は、従来の研磨物品、特に金属結合研磨物品よりも顕著に改善されたＧ比を有することができる。例えば、本明細書における実施形態に係る結合研磨本体のＧ比は、従来の研磨物品のＧ比よりも少なくとも約５％大きくなり得る。その他の場合においては、Ｇ比の改善はそれより大きく、例えば少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、またはさらには少なくとも約３０％であり得る。結合研磨物品の特定の実施形態は、従来の結合研磨材と比較して、約５％〜約２００％の間、約５％〜約１５０％の間、約５％〜約１２５％の間、約５％〜約１００％の間、約１０％〜約７５％の間、またはさらには約１０％〜約６０％の間の範囲内のＧ比の増加を示す。
【0080】
特定の結合研磨本体は、定常状態の研削動力に十分に近い初回研削動力を示す。一般に、定常状態の研削動力は、従来の金属結合研磨物品では初回研削動力とは明らかに異なる。そのため、初回研削動力からの研削動力の増加は、従来の金属結合研磨物品と比較して本明細書における実施形態の結合研磨本体は特に小さい。例えば、本明細書における実施形態の結合研磨本体は、等式［（Ｐｎ−Ｐｏ）／Ｐｏ］×１００％で定義した場合、約４０％以下の初回研削動力の増加を有することができる。この等式において、Ｐｏは、初回研削サイクルにおける結合研磨本体で加工物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、Ｐｎは、ｎ回目の研削サイクルで加工物を研削するための研削動力（ＨｐまたはＨｐ／ｉｎ）を表し、ここでｎ≧１６である。研削サイクルは連続研削サイクルであることができ、結合研磨本体のツルーイングまたはドレッシングが行われないことが理解されよう。
【0081】
本明細書における実施形態の結合研磨本体は、特定の加工物、例えば、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物の研削に適し得る。その他の実施形態では、加工物は、少なくとも約７．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約８．０ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約８．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約９ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約９．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１０ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１０．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１１ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１１．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１２ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１２．５ＭＰａ・ｍ０．５、またはさらには少なくとも約１３ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１３．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１４ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１４．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１５．５ＭＰａ・ｍ０．５、またはさらには少なくとも約１６ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有することができる。少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の平均破壊靭性を有する材料の例としては、コバルト結合剤を有する炭化タングステンを挙げることができる。また、炭化タングステン等の材料はさらに、少量の炭化チタン、炭化タンタル、または炭化ニオビウムを含むことができる。少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を示す加工物は、許容可能なチッピングを達成し、かつ加工物または研磨本体への熱および焼けを最小限に抑えつつも、高い除去速度または送り速度で研削するのがより困難である。
【0082】
本明細書に記載されるような研磨物品による加工物の研磨後、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物に特定の研削作業、例えば、周辺部研削作業を行うとき、加工物は約０．００３インチ未満、約０．００２５インチ未満、約０．００２未満、約０．００１５インチ未満、約０．００１インチ未満、またはさらには約０．０００５インチ未満の最大欠けサイズを示すことができる。特定の実施形態では、このような最大欠けサイズは加工物の「Ｋ」ランド等の加工物の縁部にて得ることができる。とりわけ、このような最大欠けサイズは、本明細書に記述されるその他の研削パラメータを維持または達成しながらも達成可能である。例えば、このような最大欠けサイズは、本明細書において記述される送り速度、材料除去速度、研削効率、またはこれらの組み合わせを有して達成可能である。
【0083】
さらに、さらに詳細に後述されるように、連続した周辺部研削作業では、加工物間の最大欠けサイズの変動は、最大欠けサイズの標準偏差として計算可能である。特定の実施形態によると、少なくとも３回の連続した研削作業の最大欠けサイズ変動は、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、またはさらには約５％以下であり得る。
【0084】
本明細書に記載される実施形態の結合研磨本体と、あらゆる有用な目的のためにその全文が参照として本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１２／０５５０９８号の実施例における研磨本体等の従来の結合研磨本体とを比較すると、従来の結合研磨本体は、例えば、許容可能な送り速度および研削効率を維持しながら最大欠けサイズを達成できない。例えば、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物では、特に本明細書に記載されるような最大欠けサイズまたは本明細書に記載されるような加工物と研磨本体の界面における温度を維持しながらも、０．３５インチ／分超（以上）の送り速度を達成できるというのは特に驚くべきことであった。特定の実施形態では、最大欠けサイズは従来の金属結合研磨物品の最大欠けサイズの少なくとも５％小さくなり得る。別の実施形態によれば、最大欠けサイズは従来の金属結合研磨物品と比較して、少なくとも約８％、例えば、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、またはさらには少なくとも約５０％小さくなり得る。特定の場合には、最大欠けサイズの改善は、約５％〜約１００％の間、例えば約５％〜約７５％の間、約５％〜約６０％の間、またはさらには約５％〜約５０％の間の程度の範囲内であり得る。
【0085】
さらに、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物に特定の研削作業を行う場合、系の温度は、研磨本体、加工物またはその両方が損傷、例えば焼き付く可能性のある温度まで上がり得る。本明細書に記載される実施形態では、研削作業中の研磨物品と加工物の間の界面の温度は１０００℃以下、９００℃以下、またはさらには７００℃以下であり得る。特定の実施形態では、研削作業中の研磨物品と加工物の間の界面の温度は、本明細書に記載されるような送り速度および研削効率等のその他の研削特性と合わせて上述の通りであり得る。例えば、研削作業中の研磨物品と加工物の間の界面の温度は、０．３５インチ／分超（以上）の送り速度にて上述の通りであり得る。
【0086】
例えば、低い破壊靭性を有する加工物に特定の研削作業を行うとき、結合研磨本体は少なくとも１８００ｓｆｐｍで操作可能である。その他の場合においては、結合研磨本体は少なくとも１９００ｓｆｐｍ、少なくとも約２２００ｓｆｐｍ、または少なくとも２３５０ｓｆｐｍの速度で回転可能である。特定の場合には、結合研磨本体は研削作業中、約１８００ｓｆｐｍ〜約３１００ｓｆｐｍの間の範囲、特に、約１９００ｓｆｐｍ〜約２３５０ｓｆｐｍの間の範囲内の速度で回転可能である。
【0087】
加えて、本明細書における実施形態の結合研磨物品は、特定の送り速度での、例えば、低い破壊靭性を有する加工物への特定の研削作業に好適である。例えば、送り速度は、０．３５インチ／分超、少なくとも約０．５インチ／分、少なくとも約１インチ／分、少なくとも約１．５インチ／分、またはさらには少なくとも約２インチ／分であり得る。その他の場合においては、送り速度はより大きくてもよく、例えば、少なくとも約３インチ／分、少なくとも約３．５インチ／分、または少なくとも約４インチ／分であり得る。特定の実施形態は、送り速度が約２インチ／分〜少なくとも約１０インチ／分の間、例えば、約３インチ／分〜少なくとも約８インチ／分の間の範囲内である研削作業において結合研磨本体を利用してよい。
【0088】
さらに別の実施形態においては、結合研磨本体は、研磨ツルーイングホイールにより結合研磨本体をツルーイングした後、研削機械の最大スピンドル出力を超えずに、結合研磨本体が少なくとも１７回の連続研削サイクルの間、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を周辺部研削できる研削作業にて使用可能である。そのため、結合研磨本体は、特に低い破壊靭性を有する加工物の研削の場合には改善された耐用期間を示す。実際に、結合研磨本体は、ツルーイング作業を利用するまでに少なくとも約２０回の連続研削サイクル、少なくとも約２５回の連続研削サイクル、または少なくとも約３０回の連続研削サイクルを行うことが可能である。連続研削サイクルへの言及は、研削サイクルの間結合研磨本体のツルーイングまたはドレッシングなしで連続的に行われる研削サイクルへの言及であることが理解されよう。
【0089】
本明細書における実施形態の結合研磨本体と従来の結合研磨本体とを比較すると、概して、従来の結合研磨物品は、ツルーイングおよび表面再加工（ｒｅｓｕｒｆａｃｉｎｇ）のための作業が必要になるまでに少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物に約１６回以下の連続研削サイクルしか行えない。したがって、本明細書における実施形態の結合研磨本体は、ツルーイング作業が必要になるか、または研削動力が研削機械の動力性能を超えるまでに行われる連続研削サイクルの数を測定した場合、従来の金属結合型結合研摩材に対する作業可能な研削時間の改善を示す。
【0090】
当該産業において測定される研削性能の別の注目に値する改善は、部品／ドレッシングであり、これは性能を維持するために研磨物品がドレッシングを必要とするまでに特定の研磨物品が機械加工可能な部品数を測ったものである。一実施形態によると、本明細書における実施形態の結合研磨本体は、部品／ドレッシングにより測定した少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物に対する研削効率が、従来の金属結合研磨物品と比較して少なくとも１０％増大可能である。別の実施形態によれば、研削効率の増大は、従来の金属結合研磨物品と比較して少なくとも約２０％、例えば、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、またはさらには少なくとも約５０％である。とりわけ、このような従来の金属結合研磨物品としては、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ社から入手可能なＧ−ＦｏｒｃｅおよびＳｐｅｃｔｏｒブランドの研磨物品等の現況技術物品を挙げることができる。特定の場合には、部品／ドレッシングによって測定した研削効率の増大は、約１０％〜約２００％の間、例えば、約２０％〜約２００％の間、約５０％〜約２００％の間、またはさらには約５０％〜約１５０％の間の程度の範囲内であり得る。特定の実施形態では、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物（例えば、炭化タングステン）を研削する場合、本明細書に記載される研磨物品は、部品／ドレッシングにより測定した場合、少なくとも約５、少なくとも約１０、少なくとも約１５、少なくとも約２０、少なくとも約２５、またはさらには少なくとも３０部品毎ドレッシングの研削効率を有することができる。このような改善は、本明細書に記載される研削条件下において本明細書に記載される加工物に対して達成することができると理解されよう。とりわけ、このような研削効率の改善は、本明細書において記述される他の研削パラメータを維持しながら達成可能である。例えば、研削効率の改善は、さらに本明細書において記述されるような減少した最大欠けサイズを有しつつ達成することができる。
【0091】
加えて、本明細書における実施形態の結合研磨物品は、当該産業において摩耗速度で測定される研削性能の改善を有することができる。摩耗速度は、研削中の研磨物品の摩耗を測ったものである。一実施形態によると、本明細書における実施形態の結合研磨本体は、摩耗速度を改善できるため、研磨物品は従来の金属結合研磨物品の摩耗速度より少なくとも５％低い速度で摩耗する。別の実施形態によると、摩耗速度は、従来の金属結合研磨物品と比較して少なくとも約８％、例えば、少なくとも約１０％、少なくとも約１２％、またはさらには少なくとも約１５％低い。特定の場合には、摩耗速度の改善は、約５％〜約１００％の間、例えば約５％〜約７５％の間、約５％〜約６０％の間、またはさらには約５％〜約５０％の間の程度の範囲内であり得る。このような改善は、本明細書に記載される研削条件下において本明細書に記載される加工物に対して達成することができると理解されよう。
【0092】
本明細書における実施形態の研磨物品が示す研削性能における別の顕著な改善としては、本明細書に記載されるような加工物品質を改善しながらも、有効研削速度を維持、または増加させさえすることが挙げられる。研削速度は、表面仕上げを犠牲にしたり、機械または結合研磨物品の研削動力を超えることなく加工物が成形可能な速度である。一実施形態によると、本明細書における実施形態の結合研磨本体は、研削速度を改善できるため、研磨物品は従来の金属結合研磨物品の研削速度より少なくとも５％高い速度で摩耗する。その他の場合においては、研削速度はこれより大きくてもよく、例えば、従来の金属結合研磨物品と比較して少なくとも約８％、少なくとも約１０％、少なくとも約１２％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、またはさらには少なくとも約２５％高くなり得る。本明細書における特定の結合研磨物品では、研削速度の改善は、約５％〜約１００％の間の範囲、例えば、約５％〜約７５％の間、約５％〜約６０％の間、またはさらには約５％〜約５０％の間の程度の範囲内であり得る。このような改善は、本明細書に記載される研削条件下において本明細書に記載される加工物に対して達成することができると理解されよう。
【0093】
とりわけ、このような研削速度の改善は、本明細書において記述される他の研削パラメータを維持しながら達成可能である。例えば、研削速度の改善は、本明細書において記述されるように初回研削動力の増加が制限され、本明細書において記述されるように表面仕上げの変動が制限され、本明細書において記述されるように摩耗速度が制限されながらも、達成可能である。
【0094】
周辺部インサート研削試験作業において、本明細書に記載されるような特定の性能特性が達成可能であることに留意されたい。本明細書で使用する場合、周辺部インサート研削作業は、およその送り速度が２インチ／分および最終送り速度１．０インチ／分にて、炭化タングステン加工物を用いてＡｇａｔｈｏｎ社の４００ Ｃｏｍｂｉ ＣＮＣマシンで行われる。研削ホイールは８５００ｓｆｐｍで作動され、切削深さは０．０２５インチである。
【0095】
本明細書における結合研磨本体は、従来の金属結合研磨物品とは異なる組成および研削性能を示す。本明細書における実施形態の結合研磨本体は、改善された有効研削寿命を示し、その他の従来の金属結合研磨本体よりも有意に少ないドレッシングしか必要とせず、現況技術の金属結合研磨本体と比較して改善された摩耗特性を有する。また、本明細書における実施形態は研磨粒子の特定の態様に関する。研磨粒子のサイズおよび／または濃度が、本明細書における実施形態の結合研磨系の場合には性能および成形性に顕著な効果を有し得ることが注目されてきた。例えば、特定の場合には、研磨粒子のサイズが大きすぎると、結合研磨系の成形性は望ましくないものとなることがあり、研磨物品の性能は損なわれる（すなわち、研削中および研削後の高い研削力、振動、および低い加工物表面品質）。さらに、研磨粒子のサイズが小さすぎると。結合研磨系の性能は制限されることもある。同様に、結合研磨本体中の研磨粒子の含有量が多すぎると、系は結合研磨本体に成形するのが困難になり得る。さらに、研磨粒子の含有量が少なすぎると、性能は制限され得る。
【0096】
また、本明細書における結合研磨本体の成形プロセスの特定の態様は、特定の組成および微細構造特徴に関与すると考えられる。本明細書における実施形態の結合研磨本体は、例えば、活性結合組成物、活性結合組成物の特定の相、かかる相の特定の位置、孔隙の種類および量、研磨粒子の種類および量およびサイズ、フィラーの種類および量、粒子の結合率、研磨材の結合率、ならびに特定の成分の機械的特性（例えば、破壊靭性）を含む、成形プロセスに起因し、改善された研削性能を促し得る特性の組み合わせを有する。特定の実施形態では、驚くべきことに、本明細書に記載されるような結合研磨本体は、周辺部研削作業中に少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物に対する著しく改善された研削特性、例えば、改善された送り速度、材料除去速度、最大欠けサイズ、加工物と研磨本体の界面における温度、研削効率、および摩耗速度を示すことが発見された。特に、本明細書に記載される結合研磨物品は、上記の特性を組み合わせて、例えば、加工物品質を維持しながら高い送り速度を有することができる。少なくとも、臨界研磨粒子サイズがこれらの結果を生み出したことはまったく予期せぬことであり、驚くべきことであった。例えば、研磨本体が示す粒子毎の力が小さくなってしまい、許容可能な材料除去速度、送り速度または他の加工特性等を示すように十分な力が加えられたたときに研磨本体が粉砕するかまたは加工物がそのホルダから押し出され得るため、米国特許出願公開第２０１２００５５０９８号の実施例よりも小さいサイズの研磨粒子の使用は失敗に終わると予想されていた。さらに、より微細な研磨粒子サイズでは、結合材料から露出する研磨粒子が少ない。グリット露出が不十分だと、加工物に接触する結合材料により引き起こされる追加の摩擦成分が相当のものになり得る。
【0097】
上記において、特定の実施形態および特定の成分の結合への言及は例示的なものである。連結または結合される成分への言及は、本明細書に論じられるような方法を実行するための、前記成分間の直接の結合または、１つ以上の介在成分を通した間接的な結合を意図することが理解されよう。そのため、上記で開示された主題は例示的かつ非限定的なものであるとみなされなければならず、添付の特許請求の範囲は、かかる変形、改良および他の実施形態をすべて包含し、これらは本発明の真の範囲内であることが意図される。したがって、法律によって認められる最大限の範囲まで、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらに相当するものの許容される最も広い解釈によって定義されるべきであり、また、前述の発明を実施するための形態によって制限または限定されるものではない。
【0098】
本開示は、特許請求の範囲の範囲または意味を解釈または制限するために使用されない。加えて、前述の記述において、本開示を合理化する目的のために種々の特徴を単一の実施形態にまとめるかまたは記載することができる。この開示は、請求される実施形態が各請求項に明示的に列挙されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈すべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲に反映されるように、発明の主題は開示される任意の実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴を対象としうる。
【0099】
項目１。金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含む、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を研削するように構成される研磨物品であって、本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、研磨粒子は、約２０〜約６０ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有する、研磨物品。
【0100】
項目２。金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含む、周辺部研削作業中に加工物を研削するように構成される研磨物品であって、本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、研磨粒子は、約２０〜約６０ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有し、研磨物品は、カップ形状を有する、研磨物品。
【0101】
項目３。金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含む、少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を研削するように構成される研磨物品であって、本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、加工物の少なくとも縁部への周辺部インサート研削試験作業中、加工物の前記縁部が約０．００２５インチ未満の最大欠けサイズを有する、研磨物品。
【0102】
項目４。少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する加工物を準備するステップと、研磨物品によって加工物から材料を除去するステップとを含む、加工物から材料を除去する方法であって、研磨物品は、金属を含む結合材料中に含有される研磨粒子を含む本体を含み、本体は少なくとも約１．３のＶＡＧ／ＶＢＭ比を有し、ＶＡＧは本体の全体積中の研磨粒子の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率であり、研磨粒子は、約２０〜約６０ミクロンの間の範囲内の平均粒径を有する、方法。
【0103】
項目５。少なくとも約７ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する複数の加工物を準備するステップと、研磨物品によって少なくとも５つの加工物に連続して周辺部研削作業を行うステップとを含む、複数の加工物から材料を除去する方法であって、連続周辺部研削作業は、連続周辺部研削作業間で研磨物品をドレッシングせずに行われ、周辺部研削作業を行った後、複数の加工物は、加工物の縁部にて約０．００２５インチ未満の平均最大欠けサイズを有する、方法。
【0104】
項目６。結合材料は、結合材料の全体積に対して少なくとも約１体積％、少なくとも約５体積％、少なくとも約１４体積％、少なくとも約１５体積％、またはさらには少なくとも約１８体積％の活性結合組成物を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0105】
項目７。前記活性結合組成物は、金属または合金を含む化合物を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0106】
項目８。前記活性結合組成物は、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、およびこれらの組み合わせからなる金属元素の群から選択される金属元素を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0107】
項目９。研磨粒子は本質的に超砥粒からなる、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0108】
項目１０。活性結合組成物は、炭化物、窒化物、酸化物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0109】
項目１１。活性結合組成物は本質的に炭化チタンからなる、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0110】
項目１２。活性結合組成物は前記研磨粒子と前記結合材料の界面に配置される、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0111】
項目１３。結合材料中の活性結合組成物の一部は、研磨粒子と結合材料との間の界面にて少なくとも部分的に研磨粒子を取り囲む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0112】
項目１４。結合材料は、研磨粒子間に延びる結合ポストを含み、活性結合組成物は結合ポスト内に分布する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0113】
項目１５。研磨粒子は、超砥粒を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0114】
項目１６。研磨粒子は本質的にダイヤモンドからなる、項目１５に記載の研磨物品。
【0115】
項目１７。研磨粒子は、約８０ミクロン以下、約８６ミクロン以下、約８４ミクロン以下、約８２ミクロン以下、約８０ミクロン以下、約７８クロン以下、約７６ミクロン以下、約７４ミクロン以下、約７２ミクロン以下、約７０ミクロン以下、約６８ミクロン以下、約６６ミクロン以下、約６４ミクロン以下、約６２ミクロン以下、約６０ミクロン以下、約５８ミクロン以下、約５６ミクロン以下、約５４ミクロン以下、またはさらには約５２ミクロン以下の平均粒径を有する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0116】
項目１８。研磨粒子は、少なくとも約２０ミクロン、少なくとも約２２ミクロン、少なくとも約２４ミクロン、少なくとも約２６ミクロン、少なくとも約２８ミクロン、少なくとも約３０ミクロン、少なくとも約３２ミクロン、少なくとも約３４ミクロン、少なくとも約３６ミクロン、少なくとも約３８ミクロン、少なくとも約４０ミクロン、少なくとも約４２ミクロン、またはさらには少なくとも４４ミクロンの平均粒径を有する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0117】
項目１９。研磨粒子は、約３：１以下、またはさらには約２：１以下のアスペクト比を有し、ここでアスペクト比とは長さ：幅の寸法の比として定義される、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0118】
項目２０。研磨粒子は実質的に等軸である、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0119】
項目２１。結合材料は、少なくとも１種の遷移金属元素を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0120】
項目２２。結合材料は、銅、スズ、銀、モリブデン、亜鉛、タングステン、鉄、ニッケル、アンチモン、およびこれらの組み合わせからなる金属の群から選択される材料を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0121】
項目２３。結合材料は、銅およびスズを含む合金を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0122】
項目２４。ＶＡＧ／ＶＢＭ比は、少なくとも約１．５、少なくとも約１．７、少なくとも約２．０、少なくとも約２．１、またはさらには少なくとも約２．２である、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0123】
項目２５。ＶＡＧ／ＶＢＭ比は、約１．３〜約９．０の間、約１．３〜約８．０の間、約１．５〜約７．０の間、約１．５〜約６．０の間、またはさらには約２．０〜約５．０の間の範囲内である、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0124】
項目２６。結合材料は、約４．０ＭＰａ・ｍ０．５以下、約３．７５ＭＰａ・ｍ０．５以下、例えば約３．５ＭＰａ・ｍ０．５以下、約３．２５ＭＰａ・ｍ０．５以下、約３．０ＭＰａ・ｍ０．５以下、約２．８ＭＰａ・ｍ０．５以下、またはさらには約２．５ＭＰａ・ｍ０．５以下の平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0125】
項目２７。結合材料は、約０．６ＭＰａ・ｍ０．５〜約４．０ＭＰａ・ｍ０．５の間、約０．６ＭＰａ・ｍ０．５〜約３．５ＭＰａ・ｍ０．５の間、またはさらには約０．６ＭＰａ・ｍ０．５〜約３．０ＭＰａ・ｍ０．５の間の範囲内の平均破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0126】
項目２８。本体は、少なくとも５体積％の孔隙を有し、孔隙の過半量は、本体の体積を通過して延在する連続孔隙の網目構造を画定する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0127】
項目２９。研磨粒子は、コーティングを含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0128】
項目３０。コーティングは金属または合金、特にニッケルを含む、項目２９に記載の研磨物品または方法。
【0129】
項目３１。コーティングは、研磨粒子に適用される電気めっき金属層を含む、項目２９に記載の研磨物品または方法。
【0130】
項目３２。フィラーは、それらの元の形状およびサイズを実質的に維持する、本体中に混入される粒子状材料を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0131】
項目３３。フィラーは、酸化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物、窒化物、酸窒化物、酸炭化物、ケイ酸塩、黒鉛、ケイ素、金属間化合物、セラミック、中空セラミック、溶融石英、ガラス、ガラスセラミック、中空ガラス球状物、およびこれらの組み合わせからなる材料の群から選択される材料を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0132】
項目３４。フィラーは、約１０ＭＰａ・ｍ０．５以下、約９ＭＰａ・ｍ０．５以下、約８ＭＰａ・ｍ０．５以下、またはさらには約７ＭＰａ・ｍ０．５以下の破壊靱性（Ｋ１ｃ）を有する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0133】
項目３５。フィラーは、本体の全体積の約７５体積％以下を構成する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0134】
項目３６。フィラーは、本体の全体積の体積百分率で測ったときに、研磨粒子の量より少ない量で存在する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0135】
項目３７。活性結合組成物は、結合材料の全体積の約１体積％〜約４０体積％の間、約１０体積％〜３０体積％の間、１０体積％〜約２５体積％の間、またはさらには１２体積％〜約２０体積％の間の範囲内の量で存在する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0136】
項目３８。本体は、本体の全体積の少なくとも約５体積％、少なくとも約１０体積％、少なくとも約２０体積％、少なくとも約２５体積％、少なくとも約３０体積％、またはさらには少なくとも約３５体積％の孔隙を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0137】
項目３９。加工物は、炭化タングステンを含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0138】
項目４０。加工物は、少なくとも約７．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約８．０ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約８．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約９ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約９．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１０ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１０．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１１ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１１．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１２ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１２．５ＭＰａ・ｍ０．５、またはさらには少なくとも約１３ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１３．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１４ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１４．５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１５ＭＰａ・ｍ０．５、少なくとも約１５．５ＭＰａ・ｍ０．５、またはさらには少なくとも約１６ＭＰａ・ｍ０．５の破壊靭性を有する、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0139】
項目４１。本体は、本体の全体積の約８０体積％以下、約６０体積％以下、約５０体積％以下の孔隙、本体の全体積の約４０体積％以下、またはさらには約３５体積％以下の孔隙を含む、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0140】
項目４２。本体は、少なくとも約１．５、少なくとも約１．７、少なくとも約２．０、またはさらには少なくとも約２．２のＶＰ／ＶＢＭ比を有し、ここで、ＶＰは本体の全体積中の砥粒およびフィラーを含む粒子状材料の体積百分率であり、ＶＢＭは本体の全体積中の結合材料の体積百分率である、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0141】
項目４３。ＶＰ／ＶＢＭ比は、約１．５〜約９．０の間の範囲内、またはさらには約１．５〜約８．０の間の範囲内である、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0142】
項目４４。約７ＭＰａ・ｍ１／２未満の破壊靭性を有する加工物の縁部で材料を除去した後の最大欠けサイズは、約０．００２５インチ未満、約０．００２未満、約０．００１５インチ未満、約０．００１インチ未満、またはさらには約０．０００５インチ未満である、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0143】
項目４５。研磨物品は、炭化タングステン加工物に対して少なくとも約１．０ｉｎ３／分／ｉｎ［１０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、少なくとも約２ｉｎ３／分／ｉｎ［１０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、少なくとも約４．０ｉｎ３／分／ｉｎ［４０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、例えば少なくとも約６．０ｉｎ３／分／ｉｎ［６０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、少なくとも約７．０ｉｎ３／分／ｉｎ［７０ｍｍ３／秒／ｍｍ］、またはさらには少なくとも約８．０ｉｎ３／分／ｉｎ［８０ｍｍ３／秒／ｍｍ］の材料除去速度を示す、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【0144】
項目４６。研磨物品は少なくとも約０．５インチ／分、少なくとも約１インチ／分、少なくとも約１．５インチ／分、またはさらには少なくとも約２インチ／分の送り速度が炭化タングステン加工物に対して得ることができるように構成される、前述の項目のいずれか１つに記載の研磨物品または方法。
【国際調査報告】