JP2001524397A - 研磨セグメントを備えたツール - Google Patents
研磨セグメントを備えたツールInfo
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Abstract
Description
された研磨セグメント、好ましくは超研磨セグメントを有するディスクまたはホ
イールまたはれんが等の研削ツールと、これを製造する方法とに関する。
クリートおよびセラミック)は、ホイールまたはディスク等の研削ツールを使用
して有利に形作られることができ、研削ツールは研磨作業表面、特に超研磨作業
表面を有し、超研磨表面も研磨表面であるが、より高い研磨性を有する。多くの
他の支持体が、超研磨作業表面によるこの型の形成または研削から利益を得るこ
とができる。研削ホイールの作業表面は、一般に、研削ホイールの各面の一方ま
たは両方の平坦なディスク表面から作られる。作業表面は、通常、結合材料によ
って囲繞され、および/または、金属マトリックス内に包埋されたダイヤモンド
、立方晶窒化ホウ素または亜酸化ホウ素等の超硬質または研磨材料の粒子を含む
。研削ツールの回転作業表面に接触させられるときに、工作物を主に切削または
研削するよう作用するのはこれらの硬質粒子である。
イールおよびディスクは業界では公知である。硬質粒子の高密度領域と硬質粒子
の低密度領域と硬質粒子のない領域とを有する作業表面を含む研削ホイールおよ
びディスクも公知である。
速度等の研削特性は、研削ツール上の研削表面(主に工作物を研削するように作
用するツール表面)の面積を変えることによって変動することができるため、研
削ツールの研削表面の面積を変えることができることは有利である。しかし、上
記で検討された研削ツールは、研削表面が中程度の密度の硬質粒子を有するよう
に形成されている。そのようであるため、ツールの作業表面の比較的広い面積が
研削表面を作らなければならず、ツールの研削表面の面積を正確に変えることは
問題でありうる。さらに、研削表面から作られた比較的広い面積の作業表面を有
する研削ツールを製作するコストは、比較的高くなりうる。
の研削表面の面積を変えることができて、比較的高い研削速度を達成することが
でき、比較的長い寿命を保持するツールを可能にする必要性がある。また、ツー
ルが効率的に製造されることができるように、研磨粒子を有する研削ツールの作
業表面の部分を削減することができ必要もある。
ールドライバに接続される、研削または切削ツール等の機械加工ツールを含む。
回転運動は、ツール内の軸を中心にするか、または、ツールの外部にある軸を中
心にするかのいずれであってもよい。ツールドライバがツールを工作物に対して
動かすことができる他の運動として、回転運動を伴うか伴わないかのいずれかの
往復運動および/または振動運動が挙げられる。ツールは、装着プレートと、少
なくとも1つの好ましくは複数の研磨セグメントを具備し、研磨セグメントは、
超研磨セグメントであることが好ましく、装着プレートの第1表面に装着される
。研磨セグメントは、複数の層から作られ、層の1つの略平面によって規定され
る面を有する。各セグメントは、その面が装着プレートに対して0度〜180度
の間(0度および180度を除く)の角度を形成するように、装着プレートに取
り付けられる。
備することができるアセンブリを形成することを含む。1つの実施態様において
、各厚みのある層は、結合材料または充填材の少なくとも1つの層と、研磨また
は硬質粒子、好ましくは超研磨粒子の層とを含む。ラミネートされたアセンブリ
は焼結されてラミネートシートを形成し、これから研磨セグメントが切断される
。セグメントは、次いで、少なくとも1つのセグメントの研削表面が複数の厚み
のある層に対して傾斜し、好ましくは直角であるように、装着プレートに取り付
けられる。これによって、各研削表面で硬質粒子の密度が比較的高くなることが
できる。
れこれから突出する硬質粒子によって工作物から材料を除去することを示すこと
が理解されなければならない。この意味において、切削操作と研削操作との間に
差はない。
に斜視図で、図2に上面図で示される。研磨セグメント14は研削表面19を有
し、これはセグメント14の表面であり、主に工作物(図示せず)を研磨するよ
うに作用する。ツール10は、周期的運動、特に、円形運動または回転運動に動
くように設計される。ツール10は、研削ツールがその回転運動の単一の回転に
よって動くときに、複数の研磨セグメントの各研削表面19の経路によって一掃
される領域によって規定される作業領域12を含む。ツール10の作業領域12
は、充填材16によって囲繞されるエレメントまたはセグメントを含む。セグメ
ント14は超研磨材であってもよい。
質的に平坦な面17に装着され、図1の線3−3に沿って取られたツール10の
断面図である図3に示される。図1、2、3に示される実施態様において、作業
領域12は、最長エレメント14aの最奥先端によって規定される円51と、支
持体ディスク20の周縁との間の環状領域である。しかし、作業領域12および
支持体ディスク20の他の形状も本発明の範囲内である。さらに、作業領域12
およびディスク20は、同一の広がりを持つ必要はない。たとえば、セグメント
14は、支持体ディスク20の周縁上に突出してもよい。そのような突出するセ
グメント14を有するツールは、障害物に近い工作物を研削するときに、改良さ
れた研削および/または切削を提供することができる。ディスク20の縁上に突
出するセグメント14の部分は、たとえば、プラスチック、樹脂、金属または複
合材料の保護材料によって囲繞されてもよい。いずれの保護材料も、個別に、ま
たは、ディスク20およびセグメント14のまわりにシェルを形成することによ
って、突出する部分を囲繞することができる。突出の量は、セグメント14の用
途および強度により、コンマ何ミリメートルから約5ミリメートルまで、あるい
はそれ以上であってもよい。
ィスク20の第2の面17’に取り付けられる。図示のように、シリンダ30は
ディスク20と一体的に形成されるが、必須ではない。ねじ込み式シリンダ30
によって、ツール10を回転可能に駆動するために、ツール10をシャフト(図
示せず)に取り付けることができる。このようにして、工作物(図示せず)は、
ツール10が回転して工作物を研削するときに、作業領域12の近傍に保持され
てもよい。
形であり、ツール10上に円周的に間隔をおいて置かれる。セグメント14は、
回転されるときに所望の研磨パターンを提供する作業領域12の表面を規定する
ように配置されることが好ましい。セグメント14は、回転されるときにツール
10の半径方向の距離のすべてまたは一部のみを覆うことができる。図示のよう
に、セグメント14の長さが、各セグメント14が延在する点でツール10の円
形周縁によって規定された円の接線に対して角度を形成するように、各セグメン
ト14は、ツール10によって規定された円の弦の方向に沿ってツール10の周
縁近くの位置から延在する。すなわち、各セグメント14の長さは、この実施態
様では、作業領域12上で時計回りの配向に延在する。ツール10の回転は、矢
印11に沿った方向である。この回転方向によって、セグメント14の縁が、上
記に規定された接線に対して鈍角を形成し、研削の間に最初に工作物に接触する
。
業領域12を形成するため、ツール10は、工作物が置かれる作業領域12の位
置によってその研削特性が変動するように、形成されることができる。たとえば
、セグメント14は、長さが変動することができる。図2に示されるように、ツ
ール10の周縁のまわりに進むと、2つのより長いセグメント14aの次により
短いセグメント14bが来る。これによって、ツールの1回転で工作物が接触す
る研磨表面の量は、ツール10上に工作物が保持される位置によって変動するこ
とができる。工作物がツール10の周縁近くに、すべてのセグメント14の経路
内に、保持されると、工作物はツール10の1回転につき比較的より多くの研磨
表面に接触する。工作物が、比較的短いセグメント14bに接触しないように、
ツール10のさらに中心に向けて保持されると、工作物が研磨表面に接触するの
は比較的少なくなる。工作物が接触する研磨表面の量は、研削速度およびツール
摩耗速度に影響を与えることがある。
ール10の表面の直線速度または回転速度に実質的に比例して、研磨粒子をツー
ル10の半径方向に沿って置くことができる。すなわち、ツール10のより中心
に近い半径方向で、ツール10の点の直線速度がツール10の周縁により近い点
での直線速度よりも遅く、研磨粒子の密度は、ツール10のより周縁に近い半径
方向での硬質粒子の密度よりも低いことが可能である。
な面17から作業領域12の上部露出表面9へ、軸方向に(すなわち、ツール1
0の回転軸の方向に)領域12を完全に通って延在することが好ましい。各研磨
セグメント14は、ディスク20の第1の平坦な面17より上へ隆起し作業領域
12の表面9へ露出した研削表面19を有する。このようにして、作業領域12
が摩滅すると、セグメント14の一貫した断面が工作物へ露出される。図1、2
、3に示される実施態様において、各研削表面19は形状が矩形であるが、セグ
メント14同様、研削表面19の他の形状も本発明の範囲内である。
ずかに低下してもよい。表面9は、ツール10を使用する前に、または使用中に
、整えられるかまたは調整されることができる。この整えるかまたは調整するこ
とが、新しい研磨粒子を露出させ、セグメント14および表面9の残余のために
同時にまたは順次に行うことができる。表面9は、セグメント14の間で少なく
とも部分的に研削され、表面9上にセグメント14の所望の突出を提供すること
ができることに注意しなければならない。また、セグメント14は、表面9の残
余上のセグメント14の突出が十分であるならば、表面9の残余に接触すること
なく整えられることができる。整えるかまたは調整するプロセスの間に、整える
ツールの回転の方向は、ツール10の回転の方向と同一であっても異なってもよ
い。セグメント14は、コンマ何ミリメートルから15ミリメートルまでの、あ
るいはそれ以上の、好ましくは0.1〜5ミリメートルのいずれの距離で、表面
9の残余から突出することができる。セグメント14が、装着プレートの表面の
残余上に隆起する充填材の突出内に包埋されることも企図される。
とも1つの波形表面を含んでもよい。セグメント14の波形表面または粗い表面
が、セグメント14と充填材16との間により良好な一体度を提供することがで
きる。これらの表面の波形または刻み目は、1993年3月2日に発行されたT
selesinの米国特許第5,190,568号、発明の名称「輪郭づけられた
表面を備えた研磨ツール(Abrasive Tool With Conto
ured Surface)」且つ1996年3月12日にこれに発行された再
審査証明書(Reexamination Certificate)B1−5
,380,390号、1993年4月20日に発行されたTselesinの米
国特許第5,203,880号、発明の名称「研磨ツールを製造するための方法
および装置(Method and Apparatus for Makin
g Abrasive Tools)」且つ1995年10月17日にこれに発
行された再審査証明書B1−5,203,880号、1995年1月10日に発
行されたTselesinの米国特許第5,380,390号、発明の名称「パ
ターン化研磨材料および方法(Patterned Abrasive mat
erial and Method)」且つ1996年10月1日にこれに発行
された再審査証明書B1−5,380,390号に記載された材料設計および方法
の結果であってもよい。
成を有してもよい。図8は、矩形断面と実質的に平らな矩形研削表面19とを有
するセグメント14を例示する。しかし、研削表面19は、鋸歯状またはうね状
であってもよい。あるいは、図9は、研削表面19にスクープ28を有するセグ
メント14を例示する。スクープ28は、いずれの形状であってもよく、たとえ
ば、半円形、三角形または方形である。スクープ28は、その総厚さを通る摩耗
の部分を通って、セグメント14の研削表面19の面積をさらに減じる。また、
図10に示されるように、セグメント14は、セグメント14のスクープ28と
は反対側に開口29を含むことができる。充填材16は、ツール10を形成する
ときに、開口29内を流れる。そのようであるため、開口29は、セグメント1
4と充填材16との間のインターフェースの一体度を改良する。また、セグメン
ト14がスクープ28のレベルの下で摩耗するときに、開口29は研削表面19
の面積を減じる。実質的に台形にまたは「パイ」形状に研磨エレメントを形成す
ることも企図される。
、および、保持マトリックス組成を含むがこれらに限定されないその幾何学的配
置および/またはサイズおよび/またはその組み合わせによって規定される。セ
グメント14は、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素および炭化ホウ素等の超研磨
材、亜酸化ホウ素および/または結合材料のマトリックスに浮遊する炭化ケイ素
を含むがこれらに限定されない研磨または硬質材料の粒子を含む。セグメント1
4は、このような硬質粒子を実質的に均質の密度で含むことができるか、または
、変動する密度の硬質粒子を含むことができる。セグメント14が異なる型の硬
質粒子を含んでもよいことも企図される。セグメント14の特性およびこれを形
成するのに好適な材料は下記に記載される。
較的高い。セグメント14の硬質粒子の密度は、4つの量に関して検討されるこ
とができる。すなわち、直線粒子密度、セグメント14の露出表面における粒子
密度、セグメント14の全体にわたる粒子密度、および、作業領域12全体に比
較したセグメント14の露出表面における粒子密度である。一般に、セグメント
14の直線粒子密度は、各層の1線センチメートルにつき20〜1,000硬質 粒子であり、作業表面19は、1平方センチメートルにつき40〜1,000,0
00硬質粒子を有することができる。そのようであるため、研削表面19から作
られる必要があるのは、作業領域12の比較的小さな部分、たとえば、0.1%
〜60%、好ましくは5%〜50%のみである。
めに、比較的狭いおよび/または短いセグメント14のみがディスク20に装着
される必要があるだけである。これによって、作業領域12を形成するのに使用
されるセグメント14の幅広い構成が可能である。さらに、上記のように、ツー
ル10が回転するときに工作物が接触するようになる全研磨領域が、研削速度と
摩耗速度との両方に影響を与えることができる。さらに、セグメント14は比較
的狭いため、本発明の研削ホイールのこれらの研削特性は、工作物の研削経路に
あるであろうセグメントを単に加えるか引くかによって簡単に、比較的高い正確
度で変えることができる。
具備するため、ツール10を通って工作物に対して加えられる力は、工作物およ
び研削表面19に対する大きな圧力に変形する。これによって、結果として高率
のストック除去が得られる。さらに、作業領域12の表面の比較的小さな部分の
みが研磨セグメントまたは超研磨セグメントから作られるため、ツール10の製
作は、より大きな研磨表面積または超研磨表面積を有するツールよりも安価であ
りうる。
保持される結合材料の密度は比較的低い。これには多くの利点がある。第1に、
ツール10を整えるのに使用することができる材料の範囲が広くなる。これは、
セグメント14の硬質粒子が高密度であるため、その中で必要とされる結合材料
の量を減少するからである。結合材料の量が少ないため、ツール10を整えるた
めに、結合材料の量が多い場合に必要であろうよりも柔らかい作業先端を有する
整えるツールを使用することができる。たとえば、結合材料の量が多い場合は、
ツール10を効果的に整えるために、カーバイドまたはダイヤモンドの先端ツー
ルを必要とするであろう。第2に、結合材料が少なければ、工作物と研削ツール
との間の摩擦が減少する。そのようであるため、研削機械のモータにかかる負荷
は少ない。第3に、使用する結合材料が比較的少ないため、たとえばコバルト等
の高価な結合材料を使用する場合に費用効果がより高くなりうる。
ことが好ましく、または、その代わりに、セグメント14よりもかなり密度の低
いそのような粒子を具備してもよい。したがって、回転するツール10に対して
保持されるときに工作物を研磨するように作用するのは、主にセグメント14の
研削表面19である。上記のように、充填材16は、軸方向の厚さがセグメント
14と実質的に同じであることが好ましく、一緒に作業領域12の頂面9を規定
する。このようにして、工作物は、ツール10の回転の間に、充填材16とセグ
メント14との両方によって少なくとも部分的に支持されなければならない。し
たがって、ツール10に充填材16が含まれることによって、より静かなより滑
らかな研削操作を提供する。しかし、下記に記載するように、研磨セグメントま
たは超研磨セグメントを有し充填材のない研削ツールも本発明の範囲内である。
却剤の流れを向上し任意に研削くずの除去を容易にするために、領域12の中央
部分からその周縁まで延在するチャネル18が充填材16に形成されることが好
ましい。チャネル18は、図1、2に示されるように、弓形であってもよい。各
チャネル18は、領域12の中央にもっとも近いチャネル18の端で開口部24
を含むことができる。各開口部24は、チャネル18からディスク20の反対側
へ延在し、水等の潤滑剤または冷却剤がディスク20を通って各チャネル18に
供給され、研削くずを除去し、且つ/または、研削中の工作物の温度を下げるの
を助けることができる。図1、2、3に示されるように、チャネル18はトラフ
を形成する開口表面を有することが好ましい。また、開口部24はシリンダ30
内で開口することができ、そのため、ツール10は、中央水供給グラインダーと
ともに使用することができる。チャネルまたはトラフ18は、潤滑剤がそこを通
って供給されないときでさえ、研削の間に研削くずを除去するための経路も提供
する。あるいは、チャネル18は、頂面9または面17の下に隠れてもよい。チ
ャネルまたはトラフ18は、上部から見たときに、半径方向構成に設けられるこ
とが好ましい。図1、2、3に示される実施態様において、らせんの凹側が、矢
印11によって示されるツール10の回転方向を向く。チャネルまたはトラフ1
8は、いずれの形状であってもよく、たとえば、円錐形、凹状または凸状である
。チャネルまたはトラフ18にはいずれの断面または深さを使用することができ
る。単一のツールが異なる形状のチャネルの組み合わせを有してもよく、または
、セグメント14の間にまたはそのまわりに分岐したチャネルを有してもよい。
いずれの数のチャネルを使用してもよく、一般に1〜15であり、好ましくは3
〜6である。1つの実施態様において、チャネルはセグメント14で終わっても
よく、または最近接して通ってもよく、そのため、チャネルを流れるいずれの潤
滑剤または冷却剤がセグメント14を冷却してもよい。
ァイトおよび硫酸モリブデンが挙げられる。あるいは、公知の液体潤滑剤を中に
有するキャビティまたはカプセルが充填材16内に混合されることが可能である
。これらは、ツールの使用中にこわれる。
充填材の層と硬質粒子の層とを互い違いにして、その層を一緒に焼結することで
ある。材料を焼結して研磨品目を形成する方法は、業界では公知であり、199
7年4月15日に発行されたTselesinの米国特許第5,620,489号
、発明の名称「粉末予備成型物を製造する方法およびこれから作られる研磨物品
(Method for Making Powder Preform an
d Abrasive Articles Made Therefrom)」
、1993年4月20日に発行されたTselesinの米国特許第5,203,
880号、発明の名称「研磨ツールを製造するための方法および装置」且つ19
95年10月17日にこれに発行された再審査証明書B1−5,203,880号
、1992年3月3日に発行されたdeKok et al.の米国特許第5, 092,910号、発明の名称「研磨ツール(Abrasive Tool)」 且つ1995年9月26日にこれに発行された再審査証明書B1−5,092,
910号、1991年9月17日に発行されたTselesinの米国特許第5
,049,165号、発明の名称「複合材料(Composite Mater
ial)」且つ1995年9月26日にこれに発行された再審査証明書B1−5
,049,165号、1990年5月15日に発行されたdeKok et al
.の米国特許第4,925,457号、発明の名称「研磨ツールおよび製造方法(
Abrasive Tool and Method for Making)
」且つ1995年9月26日にこれに発行された再審査証明書B1−4,925,
457号、1993年3月2日に発行されたTselesinの米国特許第5, 190,568号、発明の名称「輪郭づけられた表面を備えた研磨ツール」且つ 1996年3月12日にこれに発行された再審査証明書B1−5,190,568
号、および、1998年8月11日に発行されたTselesinの米国特許第
5,791,330号、発明の名称「研磨切削ツール(Abrasive Cut
ting Tool)」に開示されている。焼結された混合物、圧粉体、および
他のいずれの組成物を含むがこれらに限定されない硬質粒子を具備する従来の材
料、および、焼結可能な材料(金属およびセラミック粉末および粉末テープ等)
のいずれの他の組成物および形態を使用して、セグメント14を形成することが
できることを理解しなければならない。
されるように、ラミネートシート36が形成される。図4の実施態様において、
ラミネートシート36は、前縁37と即縁38とを備えた矩形である。しかし、
ラミネートシート36の他の形状も本発明の範囲内である。シート36は複数の
厚みのある層から作られる。各厚みのある層は、結合材料の層と硬質粒子の層と
を含むことが好ましい。シート36の各厚みのある層は、多孔性材料および/ま
たは接着剤支持体を含むこともできる。従来の材料を使用してそれ自体によって
プレート36を生成するかまたはラミネートされた層を組み合わせてもよい。
使用することができる厚みのある層の積み重ねを示す。シート36は、3つの厚
みのある層40、42、44から作られることが好ましい。各厚みのある層40
、42、44は、それぞれ、結合材料層50、52、54と、それぞれ、多孔性
材料層60、62、64と、それぞれ、硬質粒子90の硬質粒子層70、72、
74とを含む。各厚みのある層40、42、44は、それぞれ、多孔性材料層6
0、62、64の一方の面上に置かれた接着剤層80、82、84をそれぞれ含
んでもよく、各々は、感圧接着剤を含む少なくとも1つの面を有する。接着剤層
80、82、84の接着面は、それぞれ、多孔性材料層60、62、64に対し
て位置決めされる。このようにして、硬質粒子層70、72、74の硬質粒子9
0が、それぞれ、多孔性材料層60、62、64の開口に置かれると、硬質粒子
90が多孔性材料層60、62、64の開口に保持されるように、硬質粒子90
は接着剤層80、82、84に接着する。上述の多孔性材料層は、たとえば、メ
ッシュ型材料(たとえば、織られたおよび不織のメッシュ材料、金属および非金
属のメッシュ材料)、蒸着材料、粉末または粉末繊維材料、および圧粉体から選
択されてもよく、これらすべては、材料中に分布された孔または開口を含むこと
を理解しなければならない。
かまたは除去されてもよい。焼結プロセスに使用される硬質粒子を保持するため
に接着剤支持体を使用することは、Tselesinの米国特許第5,380,3
90号およびTselesinの米国特許第5,620,489号に開示されてい
る。
って一緒に圧縮され、焼結されたラミネートシート36を形成する。上記のよう
に、本発明に適切な焼結プロセスは、業界では公知であり、Tselesinの
米国特許第5,620,480号に記載されている。さらに、シート36を製作す
るのに使用することができる焼結プロセスは、下記の実施例に与えられている。
図5は、各厚みのある層40、42、44用の単一の結合材料層を示すが、各厚
みのある層40、42、44用に2つまたはそれ以上の結合層を含むことも企図
される。さらに、3つよりも少ないかまたは多いかの厚みのある層を有すること
も本発明の範囲内である。
または接着剤支持体層なしで、それぞれ、結合材料層50、52、54に隣接し
て配置されることもできる。多孔性材料層60、62、64が使用される場合、
硬質粒子90が配置された後且つ焼結の前に取り外すことができるが、必須では
ない。硬質粒子を有さない1つまたはそれ以上の厚みのある層を形成することも
企図される。これらの厚みのある層は、硬質粒子を有する厚みのある層の間で交
互になる補強層として作用することができる。そのような補強層は、結合材料層
と同一または異なるセグメントを含むことができ、銅、すず、亜鉛、ニッケル、
コバルト、鋼、クロム、タングステン、炭化タングステンおよびモリブデンを含
むがこれらの限定されない。焼結プロセスの間に、硬質粒子層に隣接する平面の
一部が、図6に示されるように互いに接触するようにか、または、図7に示され
るように、単一の層の粒子の間の間隙点で互いに重なり合うように、硬質粒子層
が一緒に押圧されることが可能である。焼結前に硬質粒子層72、74であった
平面は、図6および7の両方において、仮想的に示される。
子の複数の型、密度および/またはサイズは、厚みのある層の間で交互になるこ
とができる。このようにして、セグメント14の研磨特性、摩耗特性および強度
特性は、変動することが可能である。図12、13は、セグメント14の代替実
施態様の斜視図であり、その中にある硬質粒子の変動する密度または型を示す。
網かけ領域は硬質粒子の比較的高い密度を示し、網かけのない領域は硬質粒子の
比較的低い密度区域かまたは硬質粒子がまったくない区域かまたは網かけ領域と
は異なる型の硬質粒子の区域を示す。たとえば、図12は、硬質粒子の高密度の
領域が、厚みのある層40、42、44の間で交互になるセグメント14の実施
態様を示す。図13は、硬質粒子の高密度の領域が、各厚みのある層40、42
、44で交互になり、高密度の領域の厚みのある層と低密度の領域の厚みのある
層との間に整列配置があるセグメント14の実施態様を示す。
るために、ラミネートシート36の厚みのある層の積み重ねが、図14のように
示される。硬質粒子70、72、74の各層は、4つの空の列の間に縁38に平
行に走る硬質粒子90の2つの列を有する。粒子の列は、隣接する硬質粒子層7
0、72、74の間でずれる。シート36は、次いで、上述のように切断され、
セグメント14を形成する。硬質粒子のより高い密度およびより低い密度を有す
る領域の他の構成、および/または、硬質粒子の異なる型を含むセグメントも本
発明の範囲内である。
成した後に、セグメントは、レーザ、ウォータージェット、EDM(放電機構)
、プラズマ電子ビーム、鋏、刃、ダイ、または他の公知の方法を使用して、図4
に仮想的に示されるように、シート36から切断することができる。硬質粒子の
交互の密度と結合剤材料とを有するセグメント14は、均一であるが異なる密度
の粒子を有する焼結された片の組み合わせと結合によって製造することができる
。これらの片は、上述の方法によってラミネートシート36から切断されること
ができ、次いで、ろう付け、溶接または他の公知の方法によって所望の順に一緒
に組み立てられる。
4は足13を含み、足13を収容するサイズである支持体ディスク20の開口部
内に置かれることが好ましい。このようにして、足13を使用して、セグメント
14を支持体ディスク20に対して間隔をおいて整列配置して装着する。セグメ
ント14は間隔をおいて置かれ、ろう付け、溶接、接着剤、ゴムまたは他の公知
の方法によって、支持体ディスク20に装着されることができる。足13は本発
明の1つの実施態様のみを表し、セグメント14は足13なしでも作れることが
できることに注意しなければならない。足が存在しない場合には、足が使用され
る場合と同様に、セグメント14は、セグメント14の全体的形状に対応するデ
ィスク20の表面にあるスロット内に挿入されることが可能である。足13は狭
いネックを経由してセグメント14の残余に取り付けられることも企図される。
これによって、足13はディスク20のリップ付スロット内に取り外し可能に「
係止」される。
に位置する硬質粒子がないようにセグメント14が調製されてもよい。これは、
研磨粒子のない縁37に平行なシート36にストリップを形成することによって
行うことができる。次いで、足13は硬質粒子のないストリップの部分によって
形成されるように、セグメント14がシート36から切断されることができる。
断されたセグメント14の縁が作業領域12で露出して研削表面19を形成する
ように、セグメント14はディスク20からほぼ垂直に延在する。このようにし
て、ラミネートされた厚みのある層40、42、44は、実質的に90度の角度
でディスク20に装着される。しかし、下記にさらに詳述されるように、エレメ
ント44の面63がラミネートされた厚みのある層40、42、44に実質的に
平行であり、ディスク20の表面に対して、0度〜180度の間(0度および1
80度を除く)のいずれかで角度を形成するように、セグメント14をディスク
20に装着することは、本発明の範囲内である。すなわち、角度は0度よりも大
きい。研削表面19は、支持体ディスク20に略平行であり、主に工作物を研磨
するように作用する。このようにして、且つ、図8に仮想的に示されるように、
各研削表面19は、各セグメント14を作る厚みのある層40、42、44の平
面に対して、実質的に垂直であり、すなわち、実質的に90度の角度である。す
なわち、各研削表面19は、厚みのある層40、42、44にわたって切断する
。しかし、セグメント14の各研削表面19に対して、0度〜180度の間(0
度および180度を除く)のいずれかの角度で、厚みのある層40、42、44
の平面を形成することも企図される。このように、セグメント14を形成するこ
とは、各研削表面19から硬質粒子の層全体が摩滅して、そのため、硬質粒子の
次の層に到達する前に結合材料の層のみが露出するという状況を避ける。いくつ
かのセグメント14はディスク20に装着されることができ、そのため、厚みの
ある層40、42、44および面63はディスク20に対して交互になる層を形
成することを理解しなければならない。
に示されるように、ツール10の移動方向11は、セグメント14の硬質粒子層
70、72、74が、0度または180度以外の角度33で工作物に当たるよう
にされる。すなわち、角度33は、0度〜180度の間であり0度および180
度を除く。さらに、上述のように、厚みのある層40、42、44からシート3
6とセグメント14とを形成することは、結果として、非等方性であるセグメン
ト14に硬質粒子の分布を得ることができる。すなわち、厚みのある層40、4
2、44に平行な方向における硬質粒子の直線密度が、厚みのある層40、42
、44に垂直な方向における硬質粒子の直線密度よりも高くなることができる。
これは、焼結前には図11Aに仮想的に示される硬質粒子層70、72、74で
あったものの間に介在する結合および多孔性材料の平坦な領域のため、そうであ
る。
孔性材料の層状領域は、硬質粒子を有するセグメント14の領域よりもより速く
摩耗する。そのようであるため、厚みのある層が、ツールの移動方向に実質的に
平行に整列配置されるならば、厚みのある層がそのように整列配置されるセグメ
ント14’を有するツール10’を例示する図11Bに示されているが、図11
Bに仮想的に示される直線溝39が、硬質粒子の平坦な層の間に介在する結合お
よび多孔性材料の領域で摩耗されがちである。溝39は、セグメント14’の側
方向サポートなしで硬質粒子を残す。側方向サポートがないため、硬質粒子は、
セグメント14’から永久的に取り除かれ、セグメント14’を比較的速く摩耗
させ、ツール10’の有効寿命を減じる。厚みのある層40、42、44がツー
ル10の移動方向に対して垂直になるように、あるいは、そうでなければ、0度
または180度以外の角度であるように、セグメント14をディスク20に装着
することによって、溝39等の直線溝が、硬質粒子を含まないセグメント14の
領域に形成する可能性は少ない。そのようであるため、ツール10が使用される
ときには硬質粒子はより側方向サポートを保持し、セグメント14から永久的に
取り除かれる可能性は少ない。これによって、ツール10の摩耗速度を減少し、
有効寿命を延ばすことができる。
鋼ブランクから機械加工されることができる。ねじこみ式シリンダ30は、たと
えば、磁気カップリングまたは機械的「スネール」カップリングのいずれの取付
システムに取って替わられてもよい。しかし、ディスク20は鋼ブランクから機
械加工されることが好ましく、鋼または他のいずれの剛性材料から選択的に形成
されることが可能であるねじこみ式シリンダ30は、接着剤、溶接、ろう付けま
たは他のいずれの業界で公知の方法によって、ディスク20の面17’に装着さ
れるかまたは他の方法で一体化される。ドリル、レーザ切断または他の公知の方
法でディスク20の平坦な面17に開口部が形成されて、セグメント14の足1
3を収容する。
、セグメント14のまわりに且つディスク20上に流し込まれる。金型が充填材
16で予め充填され、装着されたセグメント14を備えたディスク20が金型に
置かれる。充填材16は、次いで、硬化することができ、ツール10が金型から
取り外される。充填材は、エポキシ樹脂であることが好ましい。充填材として使
用することができるエポキシ樹脂の特定の組成は、下記の実施例に含まれる。代
替の好適な充填材は、フェノール樹脂およびウレタン樹脂である。いずれのゴム
材料も充填材として有用である。チャネル18は、彫刻されるか、エンボスされ
るか、成形されるか、または他の方法で、充填材16に形成されることができる
。
材料は、硬質粒子層70、72、74とともに焼結可能ないずれの材料であって
もよく、柔らかく容易に変形可能な可撓性のある材料(SEDF)が好ましく、
その製作は業界では公知であり、Tselesinの米国特許第5,620,48
9号に開示されている。そのようなSEDFは、結合材料のペーストまたはスラ
リー、または、炭化タングステン粒子またはコバルト粒子等の粉末、および、ラ
バーセメント等のセメントおよびラバーセメントシンナー等のシンナーを含むバ
インダー組成物を形成することによって形成されることができる。硬質粒子もペ
ーストまたはスラリーに含まれることができるが、必須ではない。支持体は、ペ
ーストまたはスラリーから形成され、室温でまたは加熱して、固化され硬化され
、バインダー相の揮発性構成要素を蒸発させる。図5に示される実施態様に使用
され結合材料層50、52、54を形成するSEDFは、バインダーとして、メ
チルエチルケトン:トルエン、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコール
、およびジオクチルフタレート、および、結合マトリックス材料として、銅、鉄
ニッケル、すず、クロム、ホウ素、ケイ素、炭化タングステン、コバルトおよび
リンの混合物を含むことができる。一定の溶剤が添加後に乾燥し、残余の有機物
は焼結中に焼ける。本発明で使用されてもよいSEDFの正確な組成の例が下記
の実施例に述べられる。そのようなSEDFの組成物の構成要素は、下記の多く
の供給業者から販売されている。すなわち、ミシガン州トロイのサルザーメトコ
社(Sulzer Metco, Inc.)、サウスカロライナ州マウントプ
レザンのオールケミー社(All−Chemie, Ltd.)、オハイオ州コ
ロンバスのトランスメット社(Transmet Corp.)、カリフォルニ
ア州ストックトンのバリメット社(Valimet, Inc.)、オハイオ州
クリーブランドのCSMインダストリーズ(CSM Industrie)、サ
ウスカロライナ州セネカのエンジェルハード社(Engelhard Corp
.)、ニュージャージー州イーストラザフォードのクライトタングステン社(K
ulite Tungsten Corp.)、オハイオ州セロンミルズのシン
ターロイ社(Sinterloy, Inc.)、ニュージャージー州クリフト
ンのサイエンティフィックアロイズ社(Scientific Alloys
Corp.)、ペンシルバニア州ブリンモール(Bryn Mawr)のケムア
ロイ社(Chemalloy Company)、ノースカロライナ州リサーチ
トライアングルパークのSCMメタルプロダクツ社(SCM Metal Pr
oducts)、ニュージャージー州カムデンのF.W.ウィンター&コー社(
F.W. Winter & Co. Inc.)、オハイオ州パウエルのGF
Sケミカル社(GFS Chemicals Inc.)、ニューヨーク州オシ
ニングのアレムコプロダクツ(Aremco Products)、フロリダ州
ケープコーラルのイーグルアロイズ社(Eagle Alloys Corp.
)、オハイオ州クリーブランドのフュージョン社(Fusion, Inc.)
、ペンシルバニア州ベリン(Berwyn)のグッドフェロー社(Goodfe
llow, Corp.)、ミシガン州マジソンハイツのウォールコルモノイ(
Wall Colmonoy)、ミシガン州トロイのアロイメタル社(Allo
y Metals, Inc.)である。シート36を形成するすべての結合層
が同一の組成物である必要はないことにも注意すべきである。1つまたはそれ以
上の結合層が異なる組成物を有してもよいことが企図される。
、実際にいずれの材料であってもよく、複数の無作為ではなく間隔をおいた開口
を具備することが好ましい。適切な材料は、銅、青銅、鋼またはニッケルのワイ
ヤメッシュ等の有機または金属製の織られたまたは不織のメッシュ材料、または
、繊維メッシュ(たとえば、炭素またはグラファイト)である。本発明に使用す
るのに特に適切なのは、ステンレス鋼のワイヤメッシュである。図5に示される
実施態様において、メッシュは、第1のセットの平行なワイヤが第2のセットの
平行なワイヤに垂直に交差することから形成されて、多孔性層60、62、64
を形成する。本発明に使用することができるステンレス鋼のワイヤメッシュの正
確な寸法は、下記の実施例に開示される。
である図5Aに示されるように、第1のセットの平行なワイヤ61はシート36
の前縁37に平行に置かれることができ、第2のセットの平行なワイヤ69はシ
ート36の側縁37に平行に置かれることができる。しかし、図5Bに示される
ように、平行なワイヤのセット61、69が前縁37および側縁38に対してお
よそ45度の角度であるように、多孔性層を傾斜することも可能である。後者の
配置は、セグメント14がシート36から切断されるときに、作業表面の切削縁
でより多くの硬質粒子90を露出するという利点を有する。図5Bの構成を使用
するいくつかの層と図5Aの構成を使用するいくつかの層とを有するシート36
を形成することも企図される。
素等および/または炭化ケイ素の超研磨粒子を含むいずれの比較的硬い物質から
形成されてもよい。多孔性材料の穴に嵌まるような直径および形状のダイヤモン
ドは、硬質粒子90として使用される。多孔性材料の穴よりもわずかの大きい硬
質粒子、および/または、複数の粒子が多孔性材料の穴に嵌まるように十分に小
さい粒子を使用することも企図される。
ように、少なくとも一時的に硬質粒子を保持するのに十分に粘性性質を有する材
料から形成されることができる。接着剤を有するそのような支持体は、業界では
公知である。接着剤は、調製の間中、硬質粒子を保持することができなければな
らず、焼結ステップの間に灰なしで焼けることが好ましい。使用可能な接着剤の
例は、ミネソタマイニングアンドマニュファクチャリング社(ミネソタ州セント
ポール)が販売のブックテープ#895(Book Tape #895)とし
て一般に参照される感圧接着剤である。
である。図15に示されるように、セグメント14は、図1、2、3関連して上
記に説明されたように、ディスク20に装着されることができ、ツール10は充
填材16なしで使用されることができる。例示のように、セグメント14は、図
1に類似して配列され、類似の研磨パターンを呈するが、充填材16はセグメン
ト14のまわりを流し込まれていない。これによって、ツール10を製作する費
用を削減することができる。
ションに形成され、充填材はない。図1、2の特徴に機能的に類似した図16の
特徴は、100を加えた類似の番号で示される。セグメント114は、図1、2
のセグメント14と実質的に同一の方法で形成される。セグメント114は、図
4に仮想的に示されるように、シート36から切断されることができる。セグメ
ント114は、次いで、各弓形セグメント114の研削表面119が、すなわち
、シート36の厚みのある層40、42、44を横切って切断することによって
形成される各弓形セグメント114の面が、ディスク120の第1の平坦な面1
17に対して垂直になるように、支持体ディスク120の形態の装着プレートに
装着される。研削表面119は、作業領域112の一部を形成する。工作物を研
削するために、ツール110は一般に、セグメント114の凸面にあり平坦な面
117に対して垂直であるセグメント114の研削表面119が工作物に接触す
るように、矢印111の方向に回転される。他の弓形形状を有するセグメント1
14を形成することも企図される。図1、2、3のツール10と同様に、セグメ
ント114の研削表面119で硬質粒子の濃度は比較的高いため、作業領域11
2の比較的小さい部分、一般に約0.1〜約60%、好ましくは約5%〜50%
が、研削表面119から作られる。
類似した図34のエレメントは、400を加えた類似の番号で示される。ツール
410は、装着プレート420と、研磨エレメントまたは超研磨エレメント41
4を支持する突起物483とを含む。各突起物483の頂面は、エレメント41
4の研削表面419と実質的に同一のレベルへ装着プレート420の頂面より上
へ隆起する。装着プレート420と突起物483とは、充填材416からすべて
一体的に形成される。あるいは、突起物は、摩耗したときに取り替えることがで
きる取り外し可能なプラグであってもよい。ツール410は、エレメント414
を金型内に置き、エレメント414のまわりに充填材416を充填することによ
って、形成されることができる。充填材416の組成は、充填材16の組成と同
一であってもよい。また、エレメント414を形成する厚みのある層40、42
、44に実質的に平行な各エレメント414の面463が、装着面420に対し
て0度〜180度の間(0度および180度を除く)の角度であるように、エレ
メント414はツール410に装着される。厚みのある層40、42、44に実
質的に平行な各エレメントの面463は、装着面420に対して実質的に垂直で
あることが好ましい。
ントは、支持体ディスクの表面に対して90度以外の角度で研削表面を有して、
設けられる。図1、2、3の特徴に構造的に類似した図17〜25の特徴は、2
00を加えた類似の番号で示される。
る装着プレートの1つの面に装着されるセグメント214を含む。ツール210
は、ディスク220の中心を中心にして回転するように設計される。ツール21
0は、ツール210が単一の回転によって動くときに、研磨セグメント214の
各研削表面219の経路によって一掃される領域によって規定される作業領域2
12を有する。ツール210の側面図である図18に示されるように、各セグメ
ント214aの研削表面219aが、ディスク220の第1の実質的に平坦な面
217に対して、0度〜90度の間(0度および90度を除く)である角度95
であるように、セグメント214aがディスク220に装着される。すなわち、
エレメント214を作るラミネートされた厚みのある層40、42、44が、デ
ィスク220の平坦な面217に対して、0度〜180度の間(0度および18
0度を除く)の角度であるように、セグメント214aはディスク220に装着
される。工作物を研削するために、各表面219aが工作物に接触するように、
ツール210は矢印211の方向に回転する。図18に示されるように、セグメ
ント214aは、ディスク220に隣接して直角である略直角三角形の断面を有
することができる。さらに、研磨セグメントの断面の直角三角形が、図19に示
されるセグメント214bのように、ディスク220から離れて位置することも
企図される。セグメント214bの各研削表面219bは、ディスク220の面
217に対して、0度〜90度の間(0度および90度を除く)である角度96
である。研磨セグメントは、図20に示されるセグメント214cの四辺形くさ
び状形状等の異なる断面を有することができ、平坦な面217に対して垂直であ
る1つの表面と、平坦な面217に対して角度97で研削表面219cとを有す
る。角度97は、0度〜90度であり、0度および90度を除く。研磨セグメン
トの他の形状も企図される。
b、219cを傾斜することは、より滑らかでより静かな研削を提供するという
利点を有する。
。シート36の側面図である図21に仮想的に示されるように、研削表面219
a、219bが、それぞれ、厚みのある層40、42、44に対して垂直である
かまたは実質的に90度の角度であるように、セグメント214a、214bは
シート36から切断することができる。研削表面219a、219bが厚みのあ
る層40、42、44の平面に対して、0度〜180度の間(0度および180
度を除く)の角度であるように、セグメント214a、214bを切断すること
も企図される。厚みのある層40、42、44がディスク220の平坦な面21
7に対して平行であり、且つ、各研削表面219cが厚みのある層40、42、
44に対して0度〜90度の間(0度および90度を除く)である角度97であ
るように、セグメント214cはシート36から切断することができる。セグメ
ント214a、214b、214cをこのように形成し装着することによって、
それぞれ、研削表面219a、219b、219cを実質的に支持しながら、研
削表面219a、219b、219c上に硬質粒子の比較的高い密度を保持する
。そのようであるため、研削表面219a、219b、219cは、ツール21
0の作業領域212の比較的小さな部分しか作る必要はなく、一般に、作業領域
212の約0.1〜約60%、好ましくは作業領域212の約5%〜50%であ
る。さらに、セグメント214のこの構成は、各表面219が摩耗するときに、
摩耗した表面を取り替えるために多くの量のセグメント214があるため、比較
的長いホイール寿命を提供する。セグメント214a、214bまたは214c
をシート36から切断した後に、接着剤、溶接、ろう付けまたは他の公知の方法
によって、支持体ディスク220の平坦な面217に装着されることができる。
211が厚みのある層40、42、44に対して0度および180度以外の角度
であるように、セグメント214a、214bはディスク220に装着される。
上述のように、セグメント214a、214bがディスク20に対してこのよう
に装着されると、研磨粒子の低密度領域または研磨粒子がまったくない領域にセ
グメント214a、214bに溝が形成されるのを避けるのを助ける。そのよう
であるため、摩耗速度を減じ、有効ツール寿命を延ばすことができる。さらに、
図20に示されるように、セグメント214cの厚みのある層40、42、44
は、ディスク220の表面217に対して平行に装着される。したがって、硬質
粒子のない領域かまたは低密度の領域における溝形成は、厚みのある層40、4
2、44がディスク220の運動の方向に対して平行であり表面217に対して
垂直である構成に対してよりも、減少する。また、減少した溝形成は、摩耗速度
を減じ、有効ツール寿命を延ばすことができる。
て置かれるサポート215aによって支持される研削表面219dを備えたセグ
メント214dを有するツール210を形成することも企図される。研削表面2
19dは、ディスク220の平坦な面217に対して、0度〜90度の間(0度
および90度を除く)である角度98である。サポート215aは、鋼、プラス
チックまたは他の剛性材料から形成されることができる。図22に示されるサポ
ート215a等の三角形の断面、または、図23に示されるサポート215b等
のくさび形状の断面を有するサポートを形成することも企図される。サポートの
他の形状も企図される。サポート215aおよび215b等のサポートを使用す
ることによって、ツール210を製作するのに使用される超研磨材料の量を削減
することができ、それによって、ツール210の製作コストを削減する。
は公知である。図24に仮想的に示されるように、支持体ディスク220の表面
に対して傾斜した研削表面219dが厚みのある層40、42、44に対して垂
直であるように、図22、23に示されたセグメント214dはシート36から
切断することができる。セグメント214dは、図8に示されたセグメント14
の足13に類似した足を備えるかまたは備えないかのいずれかで切断されること
ができる。セグメント214は、セグメント219dがディスク220に装着さ
れる前かまたは後かのいずれかに、接着剤、ろう付け、溶接または他の公知の方
法によって、サポート215aまたは215bに装着されることができる。
ある層40、42、44が、すべて、表面217に対して、0度〜180度の間
(0度および180度を除く)の角度を形成するように、エレメント214a、
214b、214dはすべてディスク220に装着される。すなわち、エレメン
ト214a、214b、214dの厚みのある層40、42、44は、表面21
7に対して平行ではない。
るように、セグメント214a、214b、214dが、それぞれ、図21また
は24に示されるように切断されるのであれば、セグメント214a、214b
、214dがディスク22の表面を越えて延在する距離は、比較的短い。この距
離は、セグメント214a、214b、214dが切断されるラミネートシート
を作る厚みのある層の数を増やすことによって、増やすことができる。図25に
示されるように、この距離は、研磨セグメント214をシート36から切断して
、研削表面219dが厚みのある層40、42、44に対して平行であるように
、セグメントをサポート215dに装着することによっても、増やすことができ
る。すなわち、当初は、研削によって摩耗される前に、研削表面219dの露出
された部分が、シート36等のラミネートシートの厚みのある層44等の外側の
厚みのある層から全体的に作られる。
36の表面からわずかに突出するように、形成されることが可能である。硬質粒
子がシートの表面の上に突出するシート36に類似したシートを形成する方法は
、1991年9月17日に発行されたTselesinの米国特許第5,049,
165号、発明の名称「複合材料」且つ1995年9月26日にこれに発行され
た再審査証明書B1−5,049,165号に開示されている。硬質粒子が突出す
るように研削表面219dを形成することによって、研削速度を上げることがで
きる。
トに類似した図26、27、28のエレメントは、300を加えた類似の番号を
つけられる。図26は、複数の研磨または超研磨セグメント314を含む研磨れ
んが310の形態の研磨ツールの斜視図であり、装着プレート343にセグメン
ト314を保持する充填材316によってセグメント314は囲繞される。いず
れの数の研磨セグメント314が、本発明に使用されるように企図され、7〜4
0セグメント314が使用されることが好ましい。図26、27に示されるよう
に、れんが310は、実質的に台形の断面を有するように例示されるが、用途に
より他の形状も企図される。セグメント314は、れんが310の作業領域31
2の一部を形成する研削表面319を有する。れんが310の作業領域の面積は
、研削中に工作物に接触するれんが310の頂部湾曲面の面積によって規定され
る。図26、27に示される実施態様において、作業領域312は、その間に含
まれる研削表面319と充填材316とによって形成される。作業領域312の
約5%〜約95%、好ましくは約30%〜約80%が、研削表面319によって
形成されることができる。
316を含む。図26、27に示される実施態様において、研削表面319は、
充填材316の最上面に実質的に整列配置される。しかし、研削表面319が充
填材316の最上面より上に突出するように、または、充填材316がまったく
ないように、れんが310を形成することも企図される。充填材316は、充填
材16と同一の材料から作られることもできる。
310の上面図である図27に示されるように、れんが310の作業領域312
は実質的に台形である。そのようであるため、セグメント314は、台形の狭い
端で比較的狭く、台形の広い端でより広い。れんが310の端面図である図28
に示されるように、作業領域312は、および、したがってエレメント314の
研削表面319は、湾曲しているかまたは弓形である。さらに、図26、27、
28に示される実施態様において、弧の曲率は、台形の作業領域312の狭い端
へ向けて累進的に鋭くなる。
研削するのを容易にし、れんが310の有効寿命を延ばす。図27、30に示さ
れるように、れんが310は、円形回転ヘッド392に装着されることもできる
。振動装着アーム393が旋回式に回転ヘッド392に装着され、れんが310
は装着アーム393に連結される。円形回転ヘッド392は円形表面320を有
し、その中心点を中心にして回転し、一方、装着アーム393は、れんが310
を工作物(図示せず)の表面上に一掃するかまたはこれを前後に揺らす。したが
って、作業領域312を工作物に露出するために、作業領域312は上述のよう
に湾曲であるかまたは弓形である。このようにして工作物を研削することは、少
なくとも2つの利点を有する。第1に、作業領域312全体を工作物に露出する
ことによって、したがって作業領域全体を使用して工作物を研削することによっ
て、れんが310の有効寿命を延ばすことができる。
物との間には比較的高い接触圧力が望ましく、研削速度を上げる。さらに、所与
のいずれのときに作業領域と工作物との間の接触領域が小さければ小さいほど、
所与の接触力用のその間の接触圧力は大きくなる。作業領域を湾曲または弓形に
することによって、いずれの所与の時間で作業領域の比較的狭いストリップしか
工作物に接触しない。したがって、接触圧力、およびしたがって研削速度は上昇
する。
域312の狭い端に向けてよりきつくなる。これは、装着アーム393の旋回部
分393aが、回転ヘッド392の円形表面320に対する垂直な平面に対して
傾斜するためである。あるいは、台形の作業領域312の狭い端は、装着アーム
393の1振動における作業領域の広い端よりも、工作物上のより短い距離を一
掃するかまたは揺れる。したがって、作業領域312の狭い端における曲率は、
カバーされるより短い距離を収容するようにより鋭くなければならず、研削表面
全体を依然として使用しなければならない。平坦なセグメント314の平面に垂
直なれんが310の長さ方向に沿って一定の曲率の作業領域を有するれんが31
0を形成することも本発明の範囲内であることに注意しなければならない。これ
は、回転ヘッドの装着表面に垂直な平面で旋回する装着アームを備えた回転ヘッ
ドを有する研削機械を収容する。表面320に垂直な平面に対する装着アーム3
93の角度以外の角度で旋回する装着アームを有する回転ヘッドを収容する変動
曲率を有するれんが310を形成することも企図される。
ることも企図される。これは、れんが312が工作物の表面上に一掃されずまた
は揺らされない研削機械を収納するために、行われることができる。
子の比較的高い密度を有する。一般に、層の数および粒子サイズにより、1線セ
ンチメートルにつき20〜1,000,000粒子であり、好ましくは1線センチ
メートルにつき400〜1,000である。
る。シート36の上面図である図29に示されるように、セグメント314は、
レーザ、ウォータージェット、EDM、プラズマ電子ビーム、鋏、刃、ダイ、ま
たは他の公知の方法を使用して、シート36から切断される。このようにしてシ
ート36からセグメント314を切断することによって、研削表面319の曲率
は正確に制御され、特定のれんが310が最終的に使用される研削機械によって
、変動することができる。これによって、れんが310は、異なる研削機械で使
用されるように経済的に形成されることができ、そのようであるため、特定の研
削機械に装着した後に必要とされるれんが310を整える量を実質的に削減する
。
に直立して、そのため、シート36を形成する厚みのある層40、42、44は
、研削表面319および作業領域312に対して垂直である。しかし、厚みのあ
る層40、42、44が、作業領域312に対して90度以外の角度を形成する
ことができることも企図される。このようにして、厚みのある層40、42、4
4の1つの略平面によって規定される各研磨セグメント314の面363は、れ
んが310が取り付けられるときに回転ヘッド392の円形表面320に対して
、0度〜180度の間(0度および180度を除く)の角度を形成する。さらに
、れんが310の作業領域312は、面363に対して、すなわち、厚みのある
層40、42、44に対して、0度〜180度の間(0度および180度を除く
)の角度を形成する。図29に示されるように、れんが310を形成するときに
セグメント314を支持するために、セグメント314は、足13に類似したサ
ポート足313を有する。れんが310を製作するコストを削減するために、セ
グメント314の足313は、硬質粒子を含む必要はない。図29の足313の
上の横方向線387は、セグメント314の研削表面319に実質的に平行に引
かれ、硬質粒子を有する各セグメント314の領域と有さない領域とを示す。硬
質粒子を有する各セグメント314の領域は、研削表面319と線387との間
にある。各セグメント314の残余は硬質粒子を有さない。
る。セグメント314は、図31、32に示されるように、アセンブリプレート
395内で互いに対して平行に置かれる。アセンブリプレート395は、間にセ
グメント314の足313を支持するためのサポートバー391を含む。セグメ
ント314と装着プレート343とを含むアセンブリプレート395は、次いで
、れんが310の形状を有する金型(図示せず)内に入れられる。図33の網か
け領域に示されるように、装着プレート343は平坦なリップ表面343aを含
む。セグメント314を形成する厚みのある層40、42、44に平行な平面に
よって規定されるセグメント314の面が、平坦なリップ表面343aに対して
実質的に垂直であるように、アセンブリプレート395、セグメント314およ
び装着プレート343が金型内に置かれることが好ましい。しかし、セグメント
314を形成する厚みのある層40、42、44の平面によって規定されるセグ
メント314の面が、平坦なリップ表面343aに対して0度〜180度の間(
0度および180度を除く)のいずれの角度を形成することができることも企図
される。充填材316は、次いで、金型内に注入され、硬化することができる。
セグメント314を装着プレート343に取り付けるのは充填材316である。
硬化後、れんが310は金型から取り除かれる。アセンブリプレート395およ
びサポートプレート343は、いずれの剛性材料から形成されることもでき、プ
ラスチックから形成されることが好ましい。アセンブリプレート395およびサ
ポートプレート343は、射出成形によってまたは他のいずれの公知の方法によ
って形成されることができる。
ヘッド392に装着されることができ、これが、円形表面320の中心を中心と
して複数のれんが310の周回運動を生成しながら、各れんが310を揺らす。
各れんが310は、装着アーム393のテーパ状スロット394に締まり嵌めす
る装着プレート343のテーパ状の基部によって、各装着アーム393に取り付
けられることができる。れんが310を装着アーム393に取り付ける他の公知
の方法も考慮される。回転ヘッド392は、電動式のX−Y移動ガントリ(図示
せず)に装着されてもよい。このようにして、れんが310は、同時に回転され
て、工作物の平坦な表面に加圧接触してX−Y平面に移動されることができ、工
作物は、静止保持されるか、または、回転し揺れるれんが310の下でX−Y平
面に動かされるかのいずれかが可能である。複数のれんが310が装着されるこ
とができるX−Y平面に移動可能なヘッド392等の回転ヘッドを有する機械は
、イタリア、トレビソ、カステロディゴデゴ(Castello Di God
ego, Treviso)のブレトンS.P.A.(Breton S.P.
A.)、イタリア、トレビソ、カステロディゴデゴのシメクS.P.A.(Si
mec S.P.A.)、および、フランス、ヴィール(Vire)のチボーS
.A.(Thibaut S.A.)によって製造され、販売されている。チボ
ーの機械は、アメリカ合衆国ジョージア州アトランタのプレシジョンストーンク
ラフト(Precision Stonecraft)を通して販売されている
。特に、チボーのT502機械がれんが310とともに使用され、花崗岩および
大理石等の様々な型の石を研削する。
ダイヤモンドセグメントを調製した。
とを有する目の粗いメッシュスクリーンが、12.7cm×12.7cm(5イ
ンチ×5インチ)に切断された。ミネソタマイニングアンドマニュファクチャリ
ング社(ミネソタ州セントポール)が「SCOTCH」ブランド接着テープの商
品名で販売の感圧接着剤を、スクリーンの一方の側に置いた。直径およそ0.4
2mmのダイヤモンド研磨粒子がスクリーン開口に滴下され、そのため、ダイヤ
モンドがテープに接着した。結果として、ダイヤモンド粒子がスクリーン開口の
大半を占めた。
0.28%のCrおよび0.2%のPを含む粉末結合混合物の600部が、67
部の1.5:1のメチルエチルケトン:トルエン、6部のポリビニルブチラール
、2.26部の約200の分子量を有するポリエチレングリコール、および、3
.74部のジオクチルフタレートと混合された。この混合物が剥離ライナーにナ
イフ塗布されて、およそ0.15g/cm2(g/in2)の重量を有するおよそ
5.6mm(22ミル)厚の金属粉末の161cm2(25in2)の可撓性のあ
るシートを提供した。
上に積み重ねられて積層複合材料を形成した。特定的な層形成の順は、各実施例
に詳述された。層状構造物は、グラファイトスラブの間に置かれて、フレーム内
に置かれた。層状構造物は、およそ200kg/cm2の圧力下で1000℃ま で加熱され、次いで、約4分間、およそ400kg/cm2の圧力下でおよそ1 000℃で保持され、次いで、圧力下で周囲温度まで冷却された。
cm(4インチ)直径の支持体ディスクの表面に間隔をおいて置かれた。およそ
32mm×5mm×2mmの10個のセグメントがあり、各セグメントは2本の
小さな足を有し、足はセグメントの長い方の側部から延在し、ろう付けの前にセ
グメントを支持体ディスクに間隔をおいて、整列配置し、固定するのに使用され
た。これらのセグメントは、図1に示された配列に類似した反時計回りの配列で
支持体ディスクにろう付けされた。
Shell Chemical Co.))、20%の「Jeffamine
D230」(テキサス州コンローのハンツマン社(Huntsman Corp
.))、30%の「Peerless#4」クレー(コネチカット州ベセルのR
.T.ヴァンダービルト社(R.T. Vanderbilt Co.))およ
び2%の赤色酸化鉄から作られるエポキシ樹脂がセグメントのまわりに流し込ま
れた。
mの深さであり、ディスクの周縁から中心へ約5cmの長さ延在した。中心で、
各トラフは、ディスクの裏側を通って現れた穴内に延在した。
縁で半径方向を研削するのに使用された。
グメントは下記の層から構成された。 0.124g/cm2金属結合層 ダイヤモンド/スクリーン層 0.28g/cm2金属結合層 ダイヤモンド/スクリーン層 0.28g/cm2金属結合層 ダイヤモンド/スクリーン層 0.28g/cm2金属結合層 ダイヤモンド/スクリーン層 0.124g/cm2金属結合層
とを示した。
り配列で支持体ディスクに結合されたことを除く。セグメントの時計回り配列を
有する実施例3は、石工作物の縁により大きなチッピングを生じた。
ント(他のすべてのセグメントの長さが32mmであるのに対して長さ16mm
)が結合されたことを除く。結果として得られたディスクは図1に示される。実
施例4は、実施例1よりも静かに走行し、10%摩耗が遅かった。
なく15セグメントが使用されたことを除く。実施例5は、優秀な表面仕上げを
産し、実施例1よりも静かに走行し、30%摩耗が遅く、切断速度に顕著な変化
はなかった。
トが使用されたことを除く。実施例6は、実施例5と同様の騒音、表面仕上げお
よび摩耗を有したが、切断速度は20%遅かった。
から逸脱することなく、形態および詳細において変更が可能であることを当業者
は認識する。
ントを含む研削ツールの斜視図である。
ツールの断面図である。
ートシートの上面図である。
ができる多孔性材料の第1の実施態様の上面図である。
ができる多孔性材料の第2の実施態様の上面図である。
触する硬質粒子の隣接する層を示す。
してわずかに重なり合った硬質粒子の隣接する層を示す。
斜視図である。
の斜視図である。
の回転の方向に対する研磨セグメントの厚みのある層の配向を示す。
り、研削ツールの回転の方向に対する研磨セグメントの厚みのある層の代替配向
を示す。
の斜視図である。
の斜視図である。
図である。
2の実施態様の上面図である。
ールの第3の実施態様の上面図である。
図であり、くさび形状の研磨セグメントの第2の実施態様を含む。
図であり、くさび形状の研磨セグメントの第3の実施態様を含む。
、19、20に示された研磨セグメントをラミネートシートから切断するための
方法を仮想的に例示する。
図であり、剛性サポートに装着された研磨セグメントを含む。
図であり、装着された研磨セグメントを有する剛性サポートの別の実施態様を含
む。
、23に示された研磨セグメントをラミネートシートから切断する方法を仮想的
に例示する。
図であり、装着された研磨セグメントの別の実施態様を有する剛性サポートを含
む。
磨セグメントを有する研削ツールの別の実施態様の斜視図である。
研削ツールの上面図である。
された研削ツールの研磨セグメントをラミネートシートから切断する方法を例示
する。
能なヘッドの側面図である。
配列されることができるサポートフレームの上面図である。
示された研削ツールに使用するのに適切な複数の研磨エレメントを含む。
成することができる装着プレートの上面図である。
着された複数の研磨エレメントを含む研削ツールの代替実施態様の上面図である
。
Claims (47)
- 【請求項1】 ツールドライバに接続されて回転運動するツールであって、 第1表面を有する装着プレートと、 該装着プレートの第1表面に取り付けられた複数の研磨セグメントであって、
少なくとも1つの研磨セグメントが、複数の実質的に平行な層から作られ、当該
複数の層の1つの略平面によって規定されるセグメント面を有し、該セグメント
面は、装着プレートの第1表面に対して、0度〜180度の間(0度および18
0度を除く)の角度を形成する、複数の研磨セグメントと、 を具備するツール。 - 【請求項2】 各研磨セグメントは、一定の密度の硬質粒子を中に有する研
削表面を含み、 前記ツールドライバに取り付けられて前記ツールが回転運動の単一の回転によ
って動くときに、該複数の研磨セグメントの各研削表面の経路によって一掃され
る面積によって規定される作業領域を含み、該研削表面の累積面積が該作業領域
の面積の5%〜50%を占める請求項1記載のツール。 - 【請求項3】 前記装着プレートは、第1表面を有する実質的に円形のディ
スクである請求項1記載のツール。 - 【請求項4】 前記複数の研磨セグメントは、全体的に前記円形ディスクの
第1表面の周縁内に位置する請求項3記載のツール。 - 【請求項5】 前記研磨セグメントの少なくとも1つの前記研削表面は、前
記円形ディスクの前記第1表面に平行でありそれより上に隆起する請求項4記載
のツール。 - 【請求項6】 前記装着プレート上の前記複数の研磨セグメントの少なくと
も1つのまわりに充填材が形成される請求項1記載のツール。 - 【請求項7】 前記充填材に形成された複数のチャネルを含む請求項6記載
のツール。 - 【請求項8】 前記チャネルは、少なくとも1つの開放表面を有するトラフ
を含む請求項7記載のツール。 - 【請求項9】 前記複数の研磨セグメントの少なくとも1つは、形状が略矩
形である請求項1記載のツール。 - 【請求項10】 各セグメントは、主に工作物を研削するように作用する研
削表面を含み、少なくとも1つの研磨セグメントの該研削表面にスクープが形成
される請求項1記載のツール。 - 【請求項11】 前記ツールドライバは前記装着プレートを移動方向に動か
し、前記セグメントの少なくとも1つは、該移動方向が該セグメント面に対して
0度〜180度の間(0度および180度を除く)の角度である地点で、該セグ
メントが工作物に接触するように、該装着プレートに取り付けられる請求項1記
載のツール。 - 【請求項12】 複数の剛性サポートを含み、該剛性サポートの各々は前記
装着プレートの前記第1表面に装着され、前記研磨セグメントの1つを支持する
ためのものである請求項1記載のツール。 - 【請求項13】 少なくとも1つの研磨セグメントは、主に工作物を研削す
るように作用する研削表面を含み、該研磨セグメントの該研削表面における硬質
粒子の密度は、少なくとも1つの方向で実質的に均一である請求項1記載のツー
ル。 - 【請求項14】 前記セグメントの少なくとも1つは、主に工作物を研削す
るように作用する研削表面を含み、該研削表面はその中で硬質粒子の密度が変動
する請求項1記載のツール。 - 【請求項15】 前記セグメントの少なくとも1つは、主に工作物を研削す
るように作用する研削表面を含み、該研磨セグメントの該研削表面は、該セグメ
ント面に対して、0度〜180度の間(0度および180度を除く)の角度で形
成される請求項1記載のツール。 - 【請求項16】 前記装着プレートは実質的に台形であり、 前記研磨セグメントの少なくとも1つは実質的に平坦であり、 該複数の研磨セグメントは該装着プレートに取り付けられる請求項1記載のツ
ール。 - 【請求項17】 前記複数の研磨セグメントは、互いに対して実質的に平行
に前記装着プレートに取り付けられる請求項16記載のツール。 - 【請求項18】 前記研磨セグメントのまわりに突起物として形成された充
填材を含む請求項1記載のツール。 - 【請求項19】 前記突起物は、摩耗したときに取り替えることができる取
り外し可能なプラグを含む請求項18記載のツール。 - 【請求項20】 ツールドライバに接続されるツールであって、 第1表面を有し、該ツールドライバによって移動方向に動かされる装着プレー
トと、 該装着プレートの該第1表面に取り付けられた複数の研磨セグメントであって
、 各研磨セグメントが、複数の実質的に平行な層から作られ、当該複数の層の1
つの略平面によって規定されるセグメント面を有する、複数の研磨セグメントと
、を具備し、 前記移動方向が該セグメント面に対して、0度〜180度の間(0度および1
80度を除く)の角度である地点で、少なくとも1つのセグメントが工作物に接
触するツール。 - 【請求項21】 各研磨セグメントは、主に工作物を研削するように作用す
る研削表面をさらに含む請求項20記載のツール。 - 【請求項22】 少なくとも1つの研削表面が、エレメント面に対して0度
〜180度の間(0度および180度を除く)の角度で形成される請求項21記
載のツール。 - 【請求項23】 少なくとも1つの研磨セグメントの前記研削表面における
硬質粒子の密度は、1平方センチメートルにつき400〜1,000,000硬質
粒子である請求項21記載のツール。 - 【請求項24】 前記装着プレートは、実質的に円形のディスクである請求
項21記載のツール。 - 【請求項25】 少なくとも1つの研磨セグメントの前記研削表面は、前記
円形ディスクの第1の面に対して平行でありそれより上に隆起する請求項24記
載のツール。 - 【請求項26】 前記円形ディスク上の前記複数の研磨セグメントの少なく
とも1つのまわりに、且つ、該研磨セグメントの前記研削表面が隆起する該円形
ディスクより上の実質的に同一の高さで、充填材が形成される請求項25記載の
ツール。 - 【請求項27】 前記研磨セグメントの少なくとも1つの前記研削表面に形
成されたスクープを含む請求項21記載のツール。 - 【請求項28】 少なくとも1つの研磨セグメントの前記研削表面は、前記
装着プレートの前記第1表面に対して実質的に垂直である請求項21記載のツー
ル。 - 【請求項29】 少なくとも1つの研磨セグメントの前記研削表面は、前記
セグメント面に対して実質的に平行である請求項21記載のツール。 - 【請求項30】 少なくとも1つの研磨セグメントのまわりに突起物として
形成された充填材を含み、前記研磨エレメントの前記研削表面は、前記装着プレ
ートの前記第1表面に対して実質的に平行である請求項20記載のツール。 - 【請求項31】 前記充填材製の突起物は、摩耗したときに取り替えること
ができる取り外し可能な充填材製のプラグを含む請求項30記載のツール。 - 【請求項32】 複数の剛性サポートを含み、該剛性サポートの各々は前記
装着プレートの前記第1表面に装着され、前記研磨セグメントの1つを支持する
ためのものである請求項20記載のツール。 - 【請求項33】 ツールドライバに接続されるツールであって、 第1表面を有する装着プレートと、 該装着プレートの第1表面に取り付けられた複数の研磨セグメントであって、
少なくとも1つの研磨セグメントが、複数の層から作られ、当該複数の層の1つ
の略平面によって規定されるエレメント面を有し、各研磨セグメントは研削表面
をさらに含み、該研削表面は、該エレメント面に対して0度〜180度の間(0
度および180度を除く)の角度で形成される複数の研磨セグメントと、 前記ツールドライバに取り付けられて行なう研削操作中に工作物に接触する該
ツール表面によって規定される作業領域であって、第1端と第2端と該第1端か
ら該第2端へ変動する曲率とを含む作業領域と、 を具備し、 該研削表面の累積面積が前記作業領域の面積の5%〜95%を占めるツール。 - 【請求項34】 前記研削表面が前記作業領域の面積の30%〜80%を占
める請求項40記載のツール。 - 【請求項35】 前記装着プレートは実質的に台形である請求項40記載の
ツール。 - 【請求項36】 ツールドライバへ取り付けられるツールを製造する方法で
あって、 硬質粒子の複数の層に結合材料の複数の層を差し挟むステップと、 該結合材料の複数の層を備えた該硬質粒子の複数の層を焼結して、ラミネート
シートを形成するステップと、 該ラミネートシートから複数の研磨セグメントを切断して、各研磨セグメント
が、該硬質粒子の複数の層に対して0度〜180度の間(0度および180度を
除く)の角度で形成される研削表面を有するようにするステップと、 該複数の研磨セグメントを装着プレートに装着するステップと、 を含む方法。 - 【請求項37】 前記研磨セグメントの少なくとも1つのまわりに充填材を
置くステップを含む請求項43記載の方法。 - 【請求項38】 多孔性材料の複数の層に前記結合材料の複数の層と前記硬
質粒子の複数の層とを差し挟むステップを含む請求項43記載の方法。 - 【請求項39】 接着材料の複数の層に前記結合材料の複数の層と前記硬質
粒子の複数の層とを差し挟むステップを含む請求項43記載の方法。 - 【請求項40】 前記研磨セグメントを前記装着プレートに装着する前記ス
テップは、各研削表面が該装着プレートの第1表面に対して実質的に平行である
ように、該研磨セグメントを該装着プレートに装着することを含む請求項43記
載の方法。 - 【請求項41】 前記ラミネートシートから前記複数の研磨セグメントを切
断する前記ステップは、該ラミネートシートから複数の弓形研磨セグメントを切
断することを含む請求項47記載の方法。 - 【請求項42】 前記ラミネートシートから前記複数の研磨セグメントを切
断する前記ステップは、該ラミネートシートから複数の略矩形研磨セグメントを
切断することを含む請求項43記載の方法。 - 【請求項43】 前記研磨セグメントを支持するために、剛性サポートを前
記装着プレートに装着するステップを含む請求項43記載の方法。 - 【請求項44】 前記複数の研磨セグメントを前記装着プレートに装着する
前記ステップは、回転の方向を有する実質的に円形の回転可能なディスクに該複
数の研磨セグメントを装着することを含む請求項43記載の方法。 - 【請求項45】 前記研磨セグメントを前記ディスクに装着する前記ステッ
プは、前記硬質粒子の複数の層が、該ディスクの前記回転の方向に対して、0度
〜180度の間(0度および180度を除く)の角度であるように、該研磨セグ
メントを該ディスクに装着することを含む請求項51記載の方法。 - 【請求項46】 前記ラミネートシートから複数の研磨セグメントを切断す
る前記ステップは、該複数の研磨セグメントの各々の前記研削表面が湾曲して、
研削操作の間中、該研削表面全体が工作物に接触することができるように、該ラ
ミネートシートから複数の実質的に平坦な研磨セグメントを切断することを含み
、 該複数の研磨セグメントを前記装着プレートに装着する前記ステップは、互い
に対して実質的に平行であるように、該複数の研磨セグメントを該装着プレート
に装着することを含む請求項43記載の方法。 - 【請求項47】 異なるツールドライバへ取り付けられるツールを製造する
方法であって、 硬質粒子の複数の層に結合材料の複数の層を差し挟むステップと、 該結合材料の複数の層を備えた該硬質粒子の複数の層を焼結して、ラミネート
シートを形成するステップと、 該ラミネートシートから複数の研磨セグメントを切断して、該ツールが該異な
るツールドライバの1つに取り付けられるときに、各研磨セグメントの研削表面
が個別に湾曲して工作物へ接触しているままであることができるようにするステ
ップと、 該複数の研磨セグメントを装着プレートに装着するステップと、 を含む方法。
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