JP2023547192A - 研磨物品用の再利用可能ハブアセンブリ - Google Patents

Abstract

研磨作業中に制振をもたらす方法が提供される。方法は、研磨ホイールをハブに取り外し可能に結合することを含む。研磨ホイールは、外周及び内周を有する。研磨材料の層が、内周と外周との間に延びている。方法はまた、研磨ディスクを被加工面に接触させることによって被加工面を研磨することも含む。ハブは、ハウジングと、ハウジング内の複数の制振ユニットとを含む。複数の制振ユニットは、研削作業中の振動を低減するように形作られる。

Description

結合研磨ホイールは典型的に、研削システムに接続するための取り付け機構を備える。取り付け機構は、略円筒形の開口ブッシュを含み得る。ディスク形状のフランジが、ブッシュの中間部分から半径方向に延び、周辺リップで終端する。ブッシュは、リップが凹状中央の最外周に近接してホイールの裏当て面に係合するように、ホイールの中央ボアを通って延びるように適合される。ブッシュの研削面端部が、半径方向外向きに延びてホイールの前研削面に係合し、研削面端部とフランジとの間にホイールを機械的に捕捉する。フランジ、リップ及び裏当て面は、ハブをホイールに化学的に結合するためにエポキシ樹脂が入れられる空洞を形成する。

研磨作業中に制振をもたらす方法が提供される。方法は、研磨ホイールをハブに取り外し可能に結合することを含む。研磨ホイールは、外周及び内周を有する。研磨材料の層が、内周と外周との間に延びている。方法はまた、研磨ディスクを被加工面に接触させることによって被加工面を研磨することも含む。ハブは、ハウジングと、ハウジング内の複数の制振ユニットとを含む。複数の制振ユニットは、研削作業中の振動を低減するように形作られる。

本明細書のシステム及び方法は、研磨システム用の現代のハブと比較して、廃棄物の著しい削減をもたらす。本明細書のシステムは、研磨に利用可能であり廃棄されない、研磨ディスクの体積の最大で３０％の節約を可能にする。加えて、本明細書のシステムは、複数の研磨ディスクのために再利用可能なハブを提供し、廃棄物を低減する。

本明細書のシステム及び方法はまた、研磨作業によって生じる振動の減衰の改善ももたらす。更に、研削作業中に生じる振動の減衰の改善に部分的に起因して、本明細書に示すハブを使用して、より良好なカット一貫性がもたらされる。

図面では、必ずしも正確な縮尺では描かれていないが、異なる図において、同様の数字は同様の構成要素を説明し得る。図面は、本文書で論じられる様々な実施形態を、例示的に、しかし限定することなく、全般的に示す。

金属ハブを有さない凹状中央研削ホイールを示す図である。 金属ハブを有する凹状中央研削ホイールを示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの切り欠き図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの切り欠き図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの内部図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの内部図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの内部図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの内部図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの制振特徴部を示す図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブの構成要素を示すブロック図である。 本明細書の実施形態による再利用可能ハブを使用する方法を示す図である。 本明細書の実施形態による、素材を研磨する方法を示す図である。 積層造形技術を使用して再利用可能ハブを作る方法を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。 実施例でより詳細に説明される制振構造体及びそれに関連する解析を示す図である。

凹状中央研削ホイールは、研削作業に使用できる研磨物品の一例である。多くの研削ホイールは、研削アセンブリに取り付けるためのハブと共に使用される。図１Ａは、従来技術の例示的な凹状中央研削ホイールを示し、図１Ｂは、金属ハブが取り付けられたそのようなホイールを示す。

１９９９年４月２０日に発行された米国特許第５，８９５，３１７号は、研磨物品用、特に図１Ａ及び図１Ｂに示すような凹状中央研削ホイール用の従来技術のハブアセンブリを記載している。典型的に、ハブは、接着剤を使用してホイールに取り付けられる。ハブは、少なくともハブが接着される側で、研磨物品の表面の一部に重なる。残念ながら、このことは、ユーザがハブの縁までしか研削できないことを意味する。外径は、ホイールが小さすぎて使用できなくなるまで、小さくなる。ホイールの直径が著しく小さくなると、ホイールの半径方向速度が著しく減少し、性能が低下する。特に凹状中央研削ホイールの場合、ホイールの「凹状中央」部分は、ユーザによって廃棄されることが多い。廃棄部分は、材料全体のかなりの割合になることがある。例えば、外径４．５インチのＣＩＩ ＤＣＧＷの３０％超が、廃棄されることが多い凹状中央部分にある。加えて、ハブは、廃棄されるので、再利用できない。

原料の問題及び環境廃棄物の問題の両方により、浪費される研磨材料の量を低減することが望ましい。加えて、研磨物品に解放可能に接続され、研削作業から研削作業へと再利用できる再利用可能ハブがあることが望ましい。理想的に、再利用可能ハブは、十分な安定性をもたらす材料で作られる。加えて、適切なスピンドルに必要に応じてハブを嵌め合わせ得ることが望ましい。

図１Ａ及び図１Ｂは、金属ハブを有さない凹状中央研削ホイール（ＤＣＷ）、及び金属ハブを有する凹状中央研削ホイールを示す。研磨層１１０が、ハブ１４０を取り付けることができる凹部１２０を有する。接続リング１３０が、研磨物品を通して駆動軸を挿入することを容易にする。ハブ１４０は金属であり、ホイール１１０の表面に接着される。

図１Ｂに示すように、研磨ホイール１１０の半径部分１４２によって表す部分が、ハブ１４０の表面領域によって覆われる。部分１４２は、ハブ１４０に使用不能に結合されるので、使用後に廃棄される。半径部分１１２によって表すホイール１１０の全領域が、研削作業中に使用可能であることが望ましい。

ＤＣＷはまた、製品がその寿命の終わりに近づき、ホイール１１０がハブ１４０の縁まで研削されると、性能も低下することに留意されたい。このことは、ホイールのカット一貫性及び劣化速度の両方で示される。本明細書の実施形態は、カット一貫性の改善、並びに製造中及び使用中の廃棄物の低減をもたらす。

図２Ａ～ＢＣは、本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの切り欠き図を示す。図２Ａは、単一構成要素ハブ２００を示す一方、図２Ｂは、研削ホイール２７０に結合される２構成要素ハブ２５０を示す。

図２Ａは、ハウジング２１０及び内部２２０を有するハブ２００の切り欠き図を示す。内部３２０は、一実施形態では、ハウジングと同じ材料であり、使用中の振動を低減するように設計される。別の実施形態では、内部２２０は、ハウジング２１０とは異なる材料であるが、振動を低減するように設計された材料である。ハブ２００は、ツールの駆動軸に結合するためのねじ山付き接続部３４０を示す。加えて、例えば嵌合リングに結合するための、又は研磨物品の対応するねじ山に直接結合するための、ねじ山付き接続部２３０も示されている。しかしながら、他の結合機構が明示的に企図される。

図２Ｂは、ハブアセンブリ２５０の切り欠き図を示す。ハブアセンブリは、異なる２つのハブ構成要素、すなわち上部構成要素２５２及び底部構成要素２５６を含む。上部構成要素２５２は、制振材料のある内部２５４を有し、底部構成要素２５６もまた制振材料２５８を含む。上部構成要素２５２及び底部構成要素２５６は両方とも、図３Ｂの実施形態に示す嵌合リング２６０によって受けられる。しかしながら、いくつかの実施形態では、嵌合リング２６０を必要としないことが明示的に企図される。

本明細書では、図２Ａの構造体のような単一構成要素ハブ構造体又は図２Ｂの構造体のような複数構成要素ハブ構造体のいずれかで有用であり得る、制振構造体の複数の実施形態を説明する。加えて、複数構成要素構造体は、積層造形プロセスの結果物であってもよく、顧客は、単一構成要素構造体のように挙動する組み立てられたハブと相互作用し得る。両方の実施形態は、本明細書で説明する制振構造体のための可能なハウジングとして明示的に企図される。

本システムは、２００２年９月２４日に発行された米国特許第６，４５４，６３９号の設計のような以前の設計の改良である。本明細書に示す設計は、ねじ切り加工によって互いに接続する研削ホイールの外側の２つの構成要素を含む。嵌合リング２３０及びハブ２２０は、研削層２１０の全体を通って延びる深さを有し、このことは、製造及び使用のためのより単純な設計をもたらし、制振層を含むこと及び接着剤を使用してクランプ構成要素同士を接着することを必要とせずに、米国特許第６，４５４，６３９号の発明者によって所望される安定性をもたらす。設計はまた、ハブ２２０が駆動軸に結合するアセンブリ２００の唯一の部分であるので、ハブ２２０とツールの駆動軸との間のより単純な接続ももたらす。

現代の設計と比較して、組み立てられたホイール２５０は、持続可能性の利点をもたらすことにも留意されたい。ハブ構成要素２５４、２５６と研削層２７０との間にわずかな重なりがあるが、設計は、研磨材料の廃棄物削減における著しい改善を提示する。また、本明細書の多くの設計は、実施例で説明するように、制振の改善をもたらす。

図３Ａ～図３Ｄは、本明細書の実施形態による再利用可能ハブアセンブリの内部図を示す。ハブ３００は、振動の減衰を向上させるいくつかの特徴部を含む。ハブ３００は、ハブ３００に取り付けられた研磨ホイールを機械軸から離す分離特徴部３０４を含むハウジング３０２を有する。いくつかの実施形態では、第２の分離特徴部３０６も存在する。分離特徴部３０４、３０６は、いくつかの実施形態では、必要なトルクを伝達するが、研磨ディスクの半径方向のわずかな移動を可能にする、硬質材料から作られる。ハブ３００は、ツール軸に結合するための軸受けボア３０８も含む。

ハウジング３００の内部には、複数の制振特徴部３１０があり、それらはそれぞれ幾何学的設計を有する。制振特徴部３１０は、図３Ａに示すように、ボア３０８の周囲に等距離で離間して配置される。しかしながら、他の実施形態では、それらは、他のパターンで離間して配置されてもよい。加えて、図３Ａ～図３Ｂは、５つの制振特徴部３１０を有する実施形態を示すが、いくつかの実施形態では、２つの制振特徴部３１０のみが存在すること、３つの制振特徴部３１０のみ、４つの制振特徴部３１０のみ、又は５つよりも多くの制振特徴部３１０、例えば、６つの制振特徴部３１０、７つの制振特徴部３１０、８つの制振特徴部３１０、９つの制振特徴部３１０、１０個の制振特徴部３１０、又はそれ以上が存在することが明示的に企図される。ハブ３００はまた、ハブを機械及び研磨ホイールに対してセンタリングするセンタリング特徴部３１２も含んでもよい。図３Ｄは、特徴部３１０をハウジング３０２のいずれかの部分から離すギャップを有する、分離特徴部３１０の拡大図を示す。ギャップ３７２及び３７４は、同じ大きさを有してもよく、異なる大きさを有してもよい。

図３Ｂは、ハブ３００に取り付けられた研磨ディスク３５０を示す。図３Ｃは、研磨ディスク用のカバー３６０を示す。カバーは、１つ以上のピン３６２を有してもよく、ピンは、部分３５２と共に、図３Ｂに示す実施形態においてトルクの伝達を支援し得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、分離特徴部３０４及び３０６は、トルクを伝達するのに十分であることが明示的に企図される。

分離特徴部３０４、３０６及び３６４は、必要なトルクを依然として伝達しながら、研磨ホイール３５０の半径方向のわずかな移動を可能にする、より軟質の材料で作られてもよい。例えば、ゴム、ポリウレタン、ソルボセイン（商標）、シリコーン、又は別の適切な軟質材料である。例えば、ハブハウジング材料と分離特徴部との間の典型的な差は、弾性変形の差であってもよい。分離特徴部３０４、３０６は、ハブハウジング３０２の材料よりも最大で１０倍、１００倍、更には１０００倍、弾性変形可能であってもよい。図３Ａ及び図３Ｃには丸い形状を示しているが、他の形状及び相対位置も明示的に企図される。加えて、分離は、１つ以上のギャップ３７２、３７４によって達成されてもよく、任意選択で、制振特徴部３１０の更に大きな移動を可能にしてもよい。

制振特徴部３１０は、エネルギーを吸収する材料で作られ、標準的な軟質ポリマー様のより軟質な材料、軟質ポリウレタン、ソルボセイン（商標）、又は同様の材料を含んでもよい。第１に、制振特徴部３１０の形状の組み合わせである。第２に、材料の選択である。いくつかの実施形態では、組み合わせは、純物質よりも少なくとも１００倍低い貯蔵弾性率、純物質よりも少なくとも１，０００倍低い、純物質よりも少なくとも１０，０００倍低い、又は更に純物質よりも１００，０００倍低い、又は更には純物質よりも１，０００，０００倍低い貯蔵弾性率を有し得る、制振特徴部をもたらす。

一般に、ハウジング３０２は、構造材料から作られた構造特徴部と考えられる一方、分離特徴部３０４、３０６は、制振材料と考えられる。一般に、構造材料は、弾性率１ＧＰａ超を有し、分離特徴部に使用する制振材料は、構造材料よりも著しく低い弾性率を有する。

代替的又は追加的に、ゴム様材料に加えて又はその代わりに、以下でより詳細に説明するように、材料の組み合わせが選択される。センタリング特徴部３０８は、一実施形態では、ハブ３００に接続してその回転を駆動する機械上の鋼製センタリング部分の直径と一致するように配置される。研削ホイールの内径はまた、センタリング特徴部３１２に配置された接続特徴部を使用してセンタリングされてもよい。図３Ａには５つのセンタリング特徴部３１２を示しているが、これよりも多くても、少なくてもよい。例えば、制振特徴部３１０のサブセットのみを接続特徴部として使用することが明示的に企図される。接続特徴部３１２は、いくつかの実施形態では、内径の最大製造公差よりも０．１ｍｍ大きい直径を有するロッドを受けることによって機能する。したがって、取り付け中、いくつかの実施形態では、ロッドは、ハブ中央にわずかに押し付けられ、センタリングされる。ホイール３５０の回転中、ロッドの質量が、ホイール３５０の内径を押圧し、ホイールをその位置に保持する。

図３Ａに示す制振特徴部３１０は、異なるホイール構成又は異なる研磨作業に適合可能であってもよい。いくつかの実施形態では、制振特徴部３１０は、ホイールの回転中に発生する応力を支持するほど十分に強い材料から３Ｄ印刷される。例えば、制振特徴部は、ポリアミド－１２から形成されてもよい。１つ以上の高密度ロッドが、２つの専用箇所に導入され、エネルギーを吸収し、不平衡な研磨ホイール３５０によって発生する振動加速度レベルを低減するのに不可欠である。高密度ロッドは、タングステン、炭化タングステン、ニッケル合金又は鋼を含む、任意の好適な高密度材料であってもよい。いくつかの実施形態では、より高密度の材料が、図３Ａに示す各中央菱形部に配置される。しかしながら、ゴム様材料は、他の実施形態では、中央菱形部、菱形間隔部、又は菱形構造体の周囲の空間のための充填材料であってもよい。異なる幾何形状／材料及びそれらの組み合わせを同様に使用することができ、図４及び以下の実施例でより詳細に説明する。本明細書で使用する場合、「ゴム様」材料は、可撓性、圧縮性及び振動減衰を含む広範な種類の材料特性を指す。ゴム様材料としては、天然及び合成ゴム、並びに同様の特性を有する他の好適なポリマー材料を挙げることができる。

図４Ａ～図４Ｌは、本明細書の実施形態で使用され得る異なる制振構造体を示す。本明細書に示す制振構造体は、ハブの中央ボアの周囲に繰り返し可能なパターンで配置されてもよく、又はハブ構造体内に他の構成で、例えば非対称に配置されてもよい。制振構造体４００Ａ～４００Ｈの性能については、以下の実施例でより詳細に説明する。制振構造体の異なる部分は、異なる材料から形成されてもよい。例えば、ポリアミド－１２、アルミニウム、鋼、タングステン、ゴム、樹脂、又は他の好適な材料を、構造体完全性及び制振効果の両方のために使用してもよい。加えて、図４Ａ～図４Ｌに示すように、各制振構造体は、いくつかの異なる部分を含んでもよく、異なる部分はそれぞれ、例えば、接着剤、溶接、ろう付け、はんだ付け、又は別の好適な固定機構によって後で接続される異なる材料から形成されてもよい。

図４Ａは、制振構造体４００Ａを示す。図４Ｂは、第２の多角形セクション４０８Ｂに結合された、第１の多角形セクション４０４Ｂに結合された直角プリズム４０２Ｂを含む、制振構造体４００Ｂを示す。図４Ｂに示すように、両方の多角形セクション４０４Ｂ、４０８Ｂは、第１の側から第２の側まで完全に延びている中空セクション４０６Ｂを有する。図４Ｂの実施形態では、多角形セクション４０４Ｂ、４０８Ｂは、中空セクション４０６Ｂと同様に菱形形状である。しかしながら、長方形、正方形、凧形、円形、三角形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形などを含む他の形状が想定され得ることが明示的に企図される。加えて、三日月形、星形、円弧形、十字形若しくは他の形状、又は他の好適な形状などの不規則な形状も明示的に考慮される。加えて、本明細書に示す制振構造体の厚さもまた、形状の長さ、形状の幅のいずれか、又は両方に沿って変化してよい。

図４Ｃは、補剛ロッド４１０Ｃが２つの多角形構成要素間の接続点に挿入される、制振構造体４００Ｃの別の実施形態を示す。一実施形態では、補剛ロッド４１０Ｃは、タングステン又は鋼などの硬質金属で作られる。補剛ロッドは、図４Ｃでは円筒形で示しているが、他の断面形状も考慮される。

図４Ｄは、多角形構成要素内の内部領域が、多角形構成要素とは異なる材料４１２Ｄで充填される、制振構造体４００Ｄの別の実施形態を示す。材料４１２Ｄは、いくつかの実施形態では、多角形構成要素を形成する材料よりも剛性であってもよく、他の実施形態では、より圧縮性であってもよい。

図４Ｅは、１つの多角形要素が両隅にロッドを有するように第２のロッド４１４Ｅが追加された、制振構造体４００Ｅの別の実施形態を示す。

図４Ｆは、多角形構成要素が内部構造体で部分的にのみ充填され、内部構造体の少なくともいくつかが多角形構造体の隅からその隅とは反対側に延びる、別の実施形態を示す。しかしながら、図４Ｆは内部構造体４１４Ｆの一実施形態を示すが、他のものも明示的に企図される。内部構造体４１４Ｆは、制振構造体４００Ｆに対する安定性の増加をもたらし得る。いくつかの実施形態では、内部構造体４１４Ｆは、多角形構成要素と一体であり、例えば、成形又は積層造形プロセスを使用して同時に作られる。構造体４１４Ｆはまた、個別に製造され、多角形構造体内に挿入されてもよい。加えて、制振特徴部４００Ｆはまた、多角形構造体のうちの１つと交差する構造体４１６Ｆも含む。内部構造体４１４Ｆは、規則的でなくてもよく、ロッドの周囲における動きを調整することができ、したがって、振動から生じるエネルギーを消散させることができる。

図４Ｇは、テクスチャ加工面４１８Ｇを有する制振特徴部４００Ｇを示す。直角プリズムがテクスチャ加工面４１８Ｇを伴って示されているが、他の多角形構造体もまた、テクスチャ加工面を有してもよい。単純な形状が図４Ｇに示されており、コンピュータの制限により振動解析に使用されるが、構造体が複数回繰り返されてもよいことが明示的に企図される。特徴４００Ｇは、単一のより大きな変位よりも多くのエネルギーを消散させ得る多くの小さな変位を可能にする。それは、補強十字形モジュール、斜方十二面体モジュール、後述する十二面体モジュールのような他のユニットの動きをもたらす。

図４Ｈは、多角形構造体のそれぞれに異なる内部構造体４２２Ｈ及び４２４Ｈを含む制振特徴部４００Ｈを示す。

図４Ａ～図４Ｈは、例えば図３Ａに示すように、軸受けリング３０８から延びる多角形特徴部を含む制振特徴部４００Ａ～４００Ｈを示す。しかしながら、図４Ａ～図４Ｈは、単一又は一対の多角形特徴部のいずれかを有する制振特徴部を示すが、他の実施形態では、３つ以上の多角形特徴部が接続されることが明示的に企図される。加えて、図４Ａ～図４Ｈは、制振特徴部内の多角形構造体が同じである実施形態を示すが、多角形構造体は、所与の研磨作業の必要性に応じて制振特徴部内で異なってもよいことが明示的に企図される。

図４Ｉ～図４Ｌは、個別に機能する代わりに、再利用可能ハブ内の制振層の基礎を、個々の制振構成要素の代わりに、又は個々の制振構成要素に加えて、形成し得る制振パターン４５０Ｉ～４５０Ｌを示す。パターン４５０Ｉは、中心ボアから、外縁から延び得る、又は再利用可能ハブハウジング内の他の箇所に配置され得る、直角プリズム形状である。

図４Ｊは、繰り返し格子構造体を含むパターン４５０Ｊを示す。格子構造体は、１つ以上の材料で作られてもよい。

図４Ｋ及び図４Ｌは、単一の制振特徴部として使用され得る、又はより大きな繰り返しパターンに組み込まれ得る、パターン４５０Ｋ及び４５０Ｌを示す。

図５は、本明細書の実施形態による再利用可能ハブの構成要素を示すブロック図を示す。再利用可能ハブ５００は、結合物品又は不織布物品を含み、また凹状中央研削ホイール、カットオフホイール（ＣＯＷ）、カット及び研削ホイール（Ｃ＆Ｇホイール）、フレックスホイール、円筒研削ホイール（ＩＤ／ＯＤ／芯なし研削ホイール）、カム／クランク研削ホイール、表面研削ホイール、又は歯車研削ホイール（単一リブ、ねじ山付き、傘歯車研削ホイール）、プランジ研削、エッジ研削、仕上げ研削ホイール、超仕上げ研削ホイール、ポリッシング研削ホイール、クリープフィード研削ホイール、ツール及び／又はカッター研削ホイールを含む様々な形状の研磨ホイールを含む、多種多様な研磨物品と共に機能するように設計されてもよい。

再利用可能ハブ５００は、制振システム５２０用のハウジング５１０を含む。再利用可能ハブは、ツール及び／又は研磨物品に対するハブ５００の相対位置をロックし得る位置ロック５０６も含む。ハブ５００はまた、ハブ５００及び取り付けられた研磨物品の回転を駆動するツールに取り外し可能に結合するための結合機構５０２も有する。ハブ５００はまた、研磨物品に結合するための結合機構５０４も有する。結合機構５０２、５０４は、ねじ山、嵌合リング、又は別の好適な取り外し可能な結合機構を含んでもよい。再利用可能ハブ５００は、他の特徴部５０８を有してもよい。

再利用可能ハブハウジング５１０は、制振システム５２０と、ハブ５００に取り付けられた研磨ホイールを機械軸から離す分離特徴部５５０とを含む。分離特徴部５５０は、ハブハウジング５１０の縁と平行に延びてもよい。

いくつかの実施形態では、ハブハウジング５１０は、２つの構成要素を含み、構成要素は、制振システム５２０及びカバー５６０を含む。そのような実施形態では、カバー５６０は、分離特徴部５５０から離れた分離特徴部５６２を含んでもよい。分離特徴部５５０、５６２は、いくつかの実施形態では、相互作用してもよい。カバー５６０は、制振システム５２０を含む構成要素に接続するための接続特徴部などの他の特徴部５６４を含んでもよい。

制振システム５２０は、複数の繰り返し構造体５３０を含む。繰り返し構造体は、図４Ａ～図４Ｈに示すように別個であってもよく、又は図１７～図１８に示すようにハウジング５１０内の制振面にわたって繰り返してもよい。

繰り返し構造体５３０は、いくつかの実施形態では、コネクタ５３４によってハウジング５１０の一部に接続される１つ以上の多角形構造体５３２を含む。コネクタ５３４は、一実施形態では、ボア受け点を中心とするハブ上のリングに対する接続部を指す。しかしながら、他の実施形態では、制振システム５２０は、繰り返し構造体５３０を互いに接続する、又はハウジング５１０の別の部分に接続するコネクタ５３４を含む。

多角形構造体５３２は、例えば、積層造形又は成形プロセスにより、一体的に形成されることによって互いに結合してもよい。他の実施形態では、多角形構造体５３２は、接着剤、溶接、ろう付け、又は他の方法などの固定具によって接続される。

繰り返し構造体５３０は、１つ以上の補剛材要素５３６を含んでもよい。補剛材要素５３６は、いくつかの実施形態では、多角形５３２及び／又はコネクタ５３４とは異なる材料から形成されてもよい。補剛材要素５３６は、多角形構造体５３２の間の接続点に、コネクタ５３４に、若しくはコネクタ５３４の代わりに、又は別の点に配置されてもよい。補剛材要素５３６が多角形５３２とは異なる材料である実施形態では、ハブ５００にわたる重量分布を調整するために補剛材要素も配置してもよい。

多角形構造体５３２は、第１の面から第２の面まで部分的に又は完全に延びる中空部分を有してもよい。中空部分は、多角形構造体５３２と同じ又は異なる形状であってもよい。中空部分を有する実施形態は、中空構造体全体を充填するか、又は構造体の一部のみを充填する充填材５４８を有してもよい。例えば、充填材５４８は、多角形構造体５３２の第１の隅又は縁から構造体の第２の隅又は縁まで延びる接続構造体であってもよい。

繰り返し構造体５３０は、他の特徴部５３８を有してもよく、波状の、粗い、又はギザギザのようなテクスチャ加工面を有してもよい。

繰り返し構造体５３０は、第１の材料５４２、いくつかの実施形態では、第１の材料５４２と第２の材料５４４との組み合わせ、いくつかの実施形態では、第１の材料５４２と第２の材料５４４と第３の材料５４６との組み合わせで作られてもよい。第１の材料５４２、第２の材料５４４及び第３の材料５４６は、剛性のための鋼、タングステン若しくはアルミニウム、可撓性のためのポリアミド－１２若しくはゴム、又は樹脂複合材であってもよい。

構造材料としては、アルミニウム、高炭素鋼、ステンレス鋼、高ニッケル合金、及びチタンなどの金属及び金属合金；エンジニアリングプラスチック、例えば、エポキシ、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、及びポリエーテルケトン；並びに、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、ポリアミド繊維のうちの１つ以上で強化された上述の樹脂からなる、繊維強化プラスチックを挙げることができる。他の好適な構造材料も企図される。

制振材料は典型的に、構造材料の弾性率よりも少なくとも１０倍低い弾性率を有する弾性材料及び／又はゴム材料である。可能な制振材料としては、天然ゴム（ポリイソプレン）、ポリクロロプレン、シリコーンゴム、ニトリルゴム、ポリイソプレン、ポリエチレン、フルオロエラストマー、スチレン－ブタジエンゴム、ポリオレフィン、ポリオレフィンコポリマー、ポリウレタン又は他の好適な弾性材料を挙げることができる。

構造材料又は制振材料としてはまた、持続可能な材料も挙げることができる。持続可能な材料としては、プラスチック、金属、又は回収及びリサイクルできる他の材料などのリサイクル可能な材料を挙げることができる。加えて、本明細書のいくつかの実施形態は、バイオベース若しくは分解性ポリマー又はポリマー混合物などの１つ以上の持続可能なポリマー成分を有する再利用可能ハブを含む。そのような材料は、２０２０年９月４日に出願された米国仮特許出願第６３／０７４６１７号に記載されるように、ポリマー混合物が調整可能な特性をもたらし得るので、いくつかの実施形態において好ましい場合がある。

更なる種類の充填材としては、上記のいずれかの微粒子形態、並びにアルミナ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムシリカ、アルミノケイ酸塩、炭化ケイ素、酸化鉄、及び天然に存在する鉱物を含む、セラミック及び／又は無機粒子が挙げられ得る。

図６は、本明細書の実施形態による再利用可能ハブを使用する方法を示す。方法６００は、凹状中央研削ホイール、カットオフホイール（ＣＯＷ）、カット及び研削ホイール（Ｃ＆Ｇホイール）、フレックスホイール、円筒研削ホイール（ＩＤ／ＯＤ／芯なし研削ホイール）、カム／クランク研削ホイール、表面研削ホイール、又は歯車研削ホイール（単一リブ、ねじ山付き、傘歯車研削ホイール）、プランジ研削、エッジ研削、仕上げ研削ホイール、超仕上げ研削ホイール、ポリッシング研削ホイールを含む、任意の数の好適な研磨ホイール設計と係合する再利用可能ハブに有用であり得る。

ブロック６１０において、第１のディスクを再利用可能ハブと共に使用する。再利用可能ハブは、ブロック６１２に示すように、振動制振をもたらし得る。再利用可能ハブはまた、ブロック６１４に示すように、研磨ホイールの実質的に全体積の使用を可能にもし得る。例えば、ハブ付き凹状中央研削ホイールではホイール体積の７０％のみであるのに比較して、最大でホイール体積の９０％である。再利用可能ハブは、ブロック６１６に示すように、研磨ホイールとの相対位置を維持するロック特徴部などの他の特徴部も有してもよい。

ブロック６２０において、第１のディスクが第２のディスクに取り替えられる。第１のディスクは、研磨物品の残りの体積が研磨作業を継続するには不十分であるときに取り替えられてもよい。ブロック６２４に示すように、ハブは、第１のディスクから取り外され、第２のディスクと共に再利用される。これは、ロック特徴部をロック解除すること、ハブと研磨物品との間のねじ山付き接続部を緩めること、又は別様にハブを取り外すことを伴ってもよい。それは、第１の研磨作業で使用した取り付けリング又はフランジを廃棄すること、第２のディスクと共に使用するために新しい取り付けリングを回収することもまた含んでよい。次いで、第２のディスクは、例えば、ねじ山、ロック特徴部、又は他の好適な一時的若しくは半恒久的な取り付け機構を使用して、再利用可能ハブに取り付けられる。

ブロック６３０において、再利用可能ハブと共に第２のディスクを使用する。再利用可能ハブは、ブロック６３２に示すように、振動制振をもたらすことができ、ブロック６３４に示すように、研磨ホイールの実質的に全体積の使用を可能にし得る。ハブは、ブロック６３６に示すように、他の特徴部を提供してもよい。

図７は、本明細書の実施形態による、素材を研磨する方法を示す。方法７００は、凹状中央研削ホイール、カットオフホイール（ＣＯＷ）、カット及び研削ホイール（Ｃ＆Ｇホイール）、フレックスホイール、円筒研削ホイール（ＩＤ／ＯＤ／芯なし研削ホイール）、カム／クランク研削ホイール、表面研削ホイール、又は歯車研削ホイール（単一リブ、ねじ山付き、傘歯車研削ホイール）、プランジ研削、エッジ研削、仕上げ研削ホイール、超仕上げ研削ホイール、ポリッシング研削ホイールを含むが、これらに限定されない、任意の好適な研磨ホイールに有用であり得る。ブロック７１０において、再利用可能ハブが、研磨ホイールに取り外し可能に結合される。結合は、取り付けリング７１２、ハブと研磨ホイールとの間若しくはハブと取り付けリングとの間のねじ山７１４、ハブと研磨ホイールとの間の相対位置を維持するロック特徴部７１６、又は別の好適な非恒久的な接続特徴部を含んでもよい。再利用可能ハブと研磨ホイールとの間の接続は、いくつかの実施形態では、機械的接続であり、化学的接続ではない。加えて、いくつかの実施形態では、接続は接着剤を用いない接続である。

ブロック７２０において、再利用可能ハブは、ハブ及び関連する研磨ホイールを回転させるツールに取り外し可能に結合される。ハブは、例えば、取り外し可能な接続を容易にし得る、ねじ山７３２を有する内部ボアを有してもよい。ハブはまた、ハブ及びツールの相対位置を維持するために、ロック特徴部７３４を有してもよい。ブロック７３６に示すように、他の接続特徴部も存在してもよい。

ブロック７３０において、研磨作業が、研磨ホイールを被加工面に接触させ、回転を作動させることによって行われる。再利用可能ハブは、ブロック７３２に示すように、振動制振をもたらし得る。再利用可能ハブは、ブロック７３４に示すように、研磨物品の少なくとも約９０％が研磨に利用可能であるようなサイズでもあってもよい。

図８は、本明細書のいくつかの実施形態に適用可能であり得る、３Ｄプリンタを使用して再利用可能ハブを製造する方法を示す。しかしながら、積層造形の方法を示しているが、成形を含む他の製造方法を使用してもよいことが明示的に企図される。

ブロック８１０において、再利用可能ハブ構成要素の３Ｄファイルが生成され、３Ｄプリンタに提供される。構成要素のいくつか又は全てが、積層造形から作られてもよい。ファイルは、好ましいプリンタ形式に応じて、ＳＴＬファイル８１２、ＣＡＤファイル８１４、又は別の好適なファイル形式８１８であってもよい。

ブロック８２０において、ハブ構成要素は、積層造形を使用して印刷される。例えば、ハウジング８２２又はハウジング８２２の構成要素が、いくつかの実施形態では、積層造形されてもよい。代替的又は追加的に、いくつかの実施形態では、１つ以上の制振構成要素８２４が積層造形されてもよい。代替的又は追加的に、いくつかの実施形態では、分離特徴部８２６が積層造形されてもよい。いくつかの実施形態では、他の構成要素又は特徴部８２８もまた、積層造形されてよい。

ブロック８３０において、ハブが組み立てられる。いくつかの実施形態では、ハブは、積層造形されないいくつかの構成要素を含み、それらは、積層造形される任意の構成要素と一緒にされる。組み立てられたハブは、研磨物品を研削ツールに再利用可能に接続し得る。例えば、補剛ロッド又は他の形状が、付加的に印刷された構成要素に追加されてもよい。同様に、ゴム様材料は、所定の位置に固定されてもよく、又は、例えば、注入、成形若しくは他の方法により、液相若しくはペースト相として充填され、第２の工程で硬化されてもよい。

上記で提示された説明及び図は、単なる例として意図されているものであり、添付の請求項に記載されている場合を除き、いかなる方式でも例示的実施形態を限定することを意図するものではない。上述されている様々な例示的実施形態の、様々な要素の様々な技術的態様は、数多くの他の方式で組み合わせることができ、それらの組み合わせの全てが、本開示の範囲内にあると見なされる点に留意されたい。

したがって、例示目的で例示的実施形態が開示されてきたが、当業者であれば、様々な修正、追加、及び置換が可能である点が理解されるであろう。それゆえ、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、それらの等価物の全範囲と共に、添付の請求項の範囲内で修正することができる。

研磨作業中に制振をもたらす方法が提供される。方法は、研磨ホイールをハブに取り外し可能に結合することを含む。研磨ホイールは、外周及び内周を有する。研磨材料の層が、内周と外周との間に延びている。方法はまた、研磨ディスクを被加工面に接触させることによって被加工面を研磨することも含む。ハブは、ハウジングと、ハウジング内の複数の制振ユニットとを含む。複数の制振ユニットは、研削作業中の振動を低減するように形作られる。

方法は、制振ユニットが、金属、プラスチック、セラミック、ゴム、ポリマー、樹脂又は繊維強化複合材を含むように実施されてもよい。

方法は、複数の制振ユニットが別個であり、ハウジング内のボア受けリングの周囲に個別に配置されるように実施されてもよい。

方法は、複数の制振ユニットが互いに結合され、ハウジング内に単一の構造体を形成するように実施されてもよい。

方法は、複数の制振ユニットのうちの１つが多角形構造体を含むように実施されてもよい。

方法は、多角形構造体が第１の多角形構造体であるように実施されてもよい。複数の制振ユニットのうちの１つは、第２の多角形構造体を含む。

方法は、第１の多角形構造体が第１の面から第２の面まで延びる開口部を有するように実施されてもよい。

方法は、開口部が第２の材料で充填されるように実施されてもよい。第１の多角形構造体は、第１の材料を含む。第１の材料は、第２の材料とは異なる。

方法は、複数の制振ユニットのうちの１つが補剛材を含むように実施されてもよい。

方法は、ハブが分離特徴部を含むように実施されてもよい。

方法は、ハブがカバーを含むように実施されてもよい。

方法は、第１の材料が第１の貯蔵弾性率を有し、第２の材料が第２の貯蔵弾性率を有するように実施されてもよい。第２の貯蔵弾性率は、第１の貯蔵弾性率よりも低い。

方法は、第２の貯蔵弾性率が第１の貯蔵弾性率よりも少なくとも１０倍低いように実施されてもよい。

方法は、第１の材料が第１の減衰係数を有し、第２の材料が第２の減衰係数を有するように実施されてもよい。第２の減衰係数は、第１の減衰係数よりも大きい。

方法は、研磨ホイールがハブに取り外し可能に結合されるように実施されてもよい。

方法は、研磨ホイールをハブに結合することがねじ切り加工することを含むように実施されてもよい。

方法は、研磨ホイールをハブに結合することが、ハブを、研磨ホイールに直接結合する取り付けリングに結合することを含むように実施されてもよい。

方法は、ハブが第１の部分及び第２の部分を含むように実施されてもよい。結合することは、研磨ホイールが第１の部分と第２の部分との間になるように、第１の部分を第２の部分に結合することを含む。

方法は、研磨ホイールが、凹状中央研削ホイール、カットオフホイール、カット及び研削ホイール、フレックスホイール、内径研削ホイール、外径研削ホイール、芯なし研削ホイール、カム／クランク研削ホイール、表面研削ホイール、歯車研削ホイール、プランジ研削ホイール、エッジ研削ホイール、仕上げ研削ホイール、超仕上げ研削ホイール、又はポリッシング研削ホイールであるように実施されてもよい。

結合剤マトリックス中に研磨粒子を含む研磨ホイールを含む研磨システムが提示される。研磨ホイールは、外周、内周、及び外周から内周まで延びるホイール幅を有する。システムは、研磨ホイールに結合するハウジングと、ツールを受けるボアと、ハウジング内の複数の制振特徴部であって、それぞれが、研磨ホイールが被加工面に接触することによって生じる振動を低減するように形作られる、複数の制振特徴部とを有する、ハブを備える。

システムは、ハブが上側部分及び下側部分を含むように実施されてもよい。上側部分は、固定具を使用して下側部分に接続するカバーを含む。制振特徴部は、固定具から独立している。

システムは、ハブが、ツールから研磨ホイールを離す分離特徴部を更に含むように実施されてもよい。

システムは、分離特徴部がハウジング内にあり、外周と平行であるように実施されてもよい。

システムは、ハブハウジングが第１の材料を含み、第１の材料が金属、プラスチック又は繊維強化複合材を含むように実施されてもよい。

システムは、複数の制振特徴部がそれぞれ、第１の材料とは異なる第２の材料を含むように実施されてもよい。

システムは、複数の制振特徴部がそれぞれ多角形構造体を含むように実施されてもよい。

システムは、多角形構造体が第１の多角形構造体であるように実施されてもよい。複数の制振特徴部はそれぞれ、第１の多角形構造体に結合された第２の多角形構造体を含む。

システムは、第１及び第２の多角形構造体に結合された補剛材もまた含むように実施されてもよい。

システムは、多角形構造体が開口部を含むように実施されてもよい。

システムは、開口部が充填材料を含むように実施されてもよい。充填材料は、多角形構造体を形成する多角形構造材料とは異なる。

システムは、開口部が多角形構造体の第１の面から多角形構造体の第２の面まで完全に延びているように実施されてもよい。

システムは、開口部が、多角形構造体の多角形周囲と実質的に平行な開口部周囲を含むように実施されてもよい。

システムは、複数の制振特徴部が、ボアの周囲に配置された別個の制振特徴部を含むように実施されてもよい。

システムは、複数の制振特徴部が結合され、ハウジング内に制振構造体を形成するように実施されてもよい。

システムは、多角形構造体が菱形、円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、星形又は三日月形を有するように実施されてもよい。

システムは、研磨ホイールに対するハブの相対位置を固定するロック機構も含むように実施されてもよい。

システムは、研磨ホイールが、凹状中央研削ホイール、カットオフホイール、カット及び研削ホイール、フレックスホイール、内径研削ホイール、外径研削ホイール、芯なし研削ホイール、カム／クランク研削ホイール、表面研削ホイール、歯車研削ホイール、プランジ研削ホイール、エッジ研削ホイール、仕上げ研削ホイール、超仕上げ研削ホイール、又はポリッシング研削ホイールであるように実施されてもよい。

システムは、複数の制振特徴部がハブのハウジングから離間されるように実施されてもよい。

研磨物品用のハブが、ハブを、ハブの外縁で研磨物品に結合し、ハブの内縁で機械軸に結合するように構成されたハウジングを含む。ハブはまた、ハウジング内に振動制振システムも含む。システムは、振動を低減するように形作られた構造体をそれぞれ有する複数の制振ユニットを含む。複数の制振ユニットはそれぞれ、ハウジング内に配置される。

ハブは、金属、プラスチック又は繊維強化複合材を含むように実施されてもよい。

ハブは、研磨物品に解放可能に結合するように実施されてもよい。

ハブは、機械軸に解放可能に結合するように実施されてもよい。

ハブは、構造体が第１の多角形構造体を含むように実施されてもよい。

ハブは、構造体が第２の多角形構造体を含むように実施されてもよい。

ハブは、第２の多角形構造体が第１の多角形構造体と一体に形成されるように実施されてもよい。

ハブは、構造体が補剛材を更に含むように実施されてもよい。補剛材は、構造体を形成する構造材料とは異なる補剛材料を含む。

ハブは、第１の多角形構造体が開口部を含むように実施されてもよい。

ハブは、開口部が第１の多角形構造体の第１の面から多角形構造体の第２の面まで延びているように実施されてもよい。第１の面と第２の面は、互いに平行であり、ハウジングと平行である。

ハブは、開口部が、第１の多角形構造体外周と実質的に平行な開口部外周を含むように実施されてもよい。

ハブは、開口部が充填材料を含むように実施されてもよい。充填材料は、構造体を形成する構造材料とは異なる。

ハブは、複数の制振ユニットが別個であり、第１の制振ユニットが第２の制振ユニットから離れるように実施されてもよい。

ハブは、第１及び第２の制振ユニットがそれぞれハブの内縁に結合されるように実施されてもよい。

ハブは、複数の制振ユニットが相互接続されるように実施されてもよい。

ハブは、研磨物品を機械軸から離すように構成された分離特徴部もまた含むように実施されてもよい。

ハブは、分離特徴部が第１の分離特徴部であり、第２の分離特徴部を更に含むように実施されてもよい。

ハブは、ハウジングが主ハウジングと、主ハウジングに結合するカバーとを含むように実施されてもよい。カバーは、第２の分離特徴部を含む。

ハブは、分離特徴部が研磨物品の縁と平行であるように実施されてもよい。

複数の制振ユニットを含み、各制振ユニットが制振構造体を含む、研磨物品ハブ用の制振システムが提示される。複数の制振ユニットは、制振システムを形成するためのパターンで繰り返されている。制振システムは、研磨物品ハブ内に収容される。

制振システムは、制振構造体が第１の材料を含む多角形ユニットを含むように実施されてもよい。

制振システムは、多角形ユニットが開口部を含むように実施されてもよい。開口部は、第１の材料とは異なる充填材料で充填される。

制振システムは、制振構造体が多角形ユニットに結合された補剛材を含むように実施されてもよい。補剛材は、第１の材料とは異なる補剛材料を含む。

制振システムは、多角形ユニットが第１の多角形ユニットであり、第２の多角形ユニットを更に含むように実施されてもよい。

制振システムは、第１の多角形ユニットと第２の多角形ユニットが一体に接続されるように実施されてもよい。

制振システムは、第１の材料がポリアミド－１２、ポリマー、樹脂又は金属を含むように実施されてもよい。

制振システムは、第１の材料がポリマーであり、ポリマーが、ポリアミド、芳香族ポリエステル、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、イミド、ポリエーテルイミド及びポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド及びポリアラミド、ポリエーテルエーテルケトン、硫化ポリフェニレン、又はそれらの混合物であるように実施されてもよい。

制振システムは、ポリマーがポリマー繊維、ガラス繊維、炭素繊維又はセラミック繊維で強化されているように実施されてもよい。

制振システムは、第１の材料が金属であり、金属が、アルミニウム、アルミニウム系合金、銅、銅系合金、亜鉛系合金、鋼系合金、炭素系合金、又はそれらの混合物であるように実施されてもよい。

制振システムは、充填材料がシリコン、ゴム、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリブタジエン、アクリル及びポリアクリレート、ポリ（エチルメタクリレート）、コポリエステル、ポリビニル、エポキシ、フルオロエラストマー、ポリエーテルブロックアミド、エチレン酢酸ビニル、ソルボセイン、又はそれらの混合物を含むように実施されてもよい。

制振システムは、充填材が連続固体、発泡体、又は中実若しくは中空いずれかのビーズの形態であるように実施されてもよい。

制振システムは、補剛材料がタングステン、炭化タングステン、ニッケル合金、鉛合金、青銅、鋼、又はそれらの混合物を含むように実施されてもよい。

制振システムは、複数の制振ユニットから離れ、研磨物品ハブ内に収容された分離特徴部を更に含み、分離特徴部は、研磨物品を機械軸から離すように構成されるように実施されてもよい。

制振システムは、複数の制振ユニットが相互接続されて、研磨物品ハブ内に制振構造体を形成するように実施されてもよい。

制振システムは、複数の制振ユニットが一体に形成されるように実施されてもよい。

実施例１
このモデルのために、凹状中央研削ホイールの代表的な幾何形状を選択した。研削ホイールは、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手したＣｕｂｉｔｒｏｎ ＩＩ樹脂結合カッティングディスクであった。ホイールは、１２５ｍｍのＯＤ、２２．２５ｍｍのＩＤ、及び４ｍｍの厚さを有していた。（ＦＥＭ応力、変位及び振動特性計算に使用する）研磨ガラス繊維強化樹脂結合ディスクの主な特性は、以下の通りであった。
弾性率：５００ＭＰａ
ポアソン比：０．２２
質量密度：２０００ｋｇ／ｍ^３
引張強度：４０ＭＰａ
熱膨張係数：２．１０－０５／Ｋ
材料減衰比：０．０１

不均衡は、振動及びユーザ問題を引き起こす重要なパラメータであり、不均衡をシミュレートするために研削ホイールに質量を導入した。質量は、（１２５ｍｍホイールが最大定格１２，２５０ｒｐｍであることを知っていても）そのような機械の代表的な速度である１００００ｒｐｍで回転する外側リングの０．３ｍｍの静的変位を生じるように設計された。質量は２．８ｇである。

実施例２
図９Ａ～図９Ｂに示すように、再利用可能ハブをＰＡ１２から印刷した。ハブは、６５ｍｍのＯＤ、２４ｍｍのＩＤ、４６ｍｍのＩＤカッティングディスク、及びカッティングディスクの各面で３ｍｍの厚さを有していた。

ＥＯＳ Ｆｏｒｍｉｇａ １１０プリンタで印刷するために選択された（ＦＥＭ応力、変位及び振動特性計算に使用する）ＰＡ１２材料の主な特性は、ＥＯＳ Ｆｏｒｍｉｇａから入手可能な材料ＰＡ２２００の推奨パラメータセットを用いて、以下の通りであった。
弾性率：１２００ＭＰａ
ポアソン比：０．４０
質量密度：９３０ｋｇ／ｍ^３
引張強度：３３ＭＰａ
圧縮強度：６２．５ＭＰａ
降伏強度：３０ＭＰａ
材料減衰比：０．０５

実施例３
Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ Ｐｒｅｍｉｕｍ ２０１８を、プレミアムシミュレーションアドインを使用して全ての検討について使用した。解析は、単一ユニットの異なる潜在的な解決策で行った。それぞれについて、５０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍの固体ａｌｕ６０６１プレートを要素の底部に配置した。２面を固定し、プローブ（プローブ１）をプレートの底部中央に配置して、いくつかの初期条件に従って加速度及び変位を解析した。

ユニットの上部に、１０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍの固体ａｌｕ６０６１プレートを、（均一に分散された）外力又は振動を受けるように配置した。このプレートの上部中央に別のプローブ（プローブ２）を配置した。

ユニットの高さを常に同じ３０ｍｍに保った。

妥当な外部刺激レベルを規定するために、標準的な研削ホイールの場合、高振動レベル中のホイールの変位が０．２～０．３ｍｍの範囲内であることを考慮した。

適当な外部刺激を規定するために様々な調査を行い、１００Ｎの力が３０ｍｍの単位セルに関して同様の変位を生じさせることが分かった。

ａ）静的解析を毎回実行して、プローブ１及び２に関するミーゼス応力及び変位のレベルを評価した。検討及び１００Ｎの力によって生じた変位に応じて、「大きな変位」及び／又は「軟らかいばね」を使用してモデルを安定させた。熱効果は考慮しなかった。

図１０Ａは、実施例３で検討したユニット、すなわち、ＰＡ１２二重菱形構造体を示す。図１０Ｂは、図１０Ａに示すユニットの静的解析を示す。

ｂ）２０個の第１の固有振動数について周波数解析を行った。通常、主な効果をカバーするには５～１０個の周波数で十分であると言われている。おそらくは全く新しい形状に起因して、質量の関与する妥当な範囲をカバーするために、外力の方向（ホイール／ディスクでは半径方向、検討対象ユニットではＹ方向）において最低でも、２０個の周波数を考慮するべきであることが発見された。

図１０Ｃは、考慮した２０個のモード周波数に関する質量の関与を示し、図１０Ｄは、加えられた衝撃に対するシステム応答を示す。

ｃ）検討した異なるユニットの挙動を解析するために、１００Ｎの衝撃を０．１秒後に０．０１秒間加え、解析を合計５秒間行った。解析は、２０個の第１の周波数を考慮して行った。材料減衰特性は、組み立てに使用した材料毎に選択した。

ｄ）３秒間１６７Ｈｚ（１００００ｒｐｍ）の高調波負荷に続いて１００Ｎの力を加え、次いで残りの２秒間外部負荷を加えないことにより（合計５秒間）、別の線形動的解析を行った。ここでも、解析は、２０個の第１の周波数を考慮して行った。材料減衰特性は、組み立てに使用する材料毎に選択した。

図１０Ｅは、高調波負荷を３秒間加え、システムを２秒間自由にしたときのサブシステム応答を示す。図１０Ｆは、例示的な共振周波数解析を示す。

ｅ）最後に、どの周波数で共振が予想されるか、また共振周波数と加工速度範囲との間に妥当な安全係数が存在するかを決定するために、高調波線形動的解析を行った。

実施例４
図１１のチャートに従って異なる単位セルをシミュレーションで検討した。周波数解析の結果を図１２に示す。シミュレーション１５は、実際の樹脂結合材料を表すことに留意されたい。

図１３は、１００Ｎの衝撃を０．０１秒間加えた後の底部プレートの中央における加速度を示す。

図１４は、１６７Ｈｚの高調波周波数で１００Ｎの負荷を加えた後の底部プレートの中央における加速度を示す。

シミュレーション１５は、実際の樹脂結合材料を表す。

実施例５
Ｔｇ温度を決定するために、Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製のＤＴＭＡ解析器タイプＶで、試験周波数範囲１～５Ｈｚ、温度範囲２０℃～１７０℃で固体構造体についてＤＴＭＡ解析を行った。図１５は、ＤＴＭＡ装置に取り付けられたサンプルを示す。サンプルは、図４Ｉ、図４Ｊ及び図４Ｌに示す設計に従って作られた。

５Ｈｚ、室温で比較測定を行って、Ｅ’（貯蔵弾性率）及びＥ”（損失弾性率）を測定した。結果を図１６に示す。材料のＴｇは、約５５℃であると決定された。

ｔａｎδは３つのサンプルについて同様であり、ＰＡ１２自体が高い減衰特性を有していないことを示す。

実施例６
いくつかの可能なモジュールを図１７Ａに示す。ハニカム構造体を使用して作られた再利用可能ハブの設計を図１７Ｂ及び図１７Ｃに示す。製造された再利用可能ハブを図１７Ｄ及び図１７Ｅに示す。実施例６では充填されていないが、シリコン、ゴム（天然、ブチル、ブタジエン、ニトリル、スチレン、エチレンなど）、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリブタジエン、アクリル及びポリアクリレート、ポリ（エチルメタクリレート）、コポリエステル、ポリビニル、エポキシ、フルオロエラストマー、ポリエーテルブロックアミド、エチレン酢酸ビニル、ソルボセイン（商標）のファミリーからの任意のポリマー又はそれらの混合物で充填することもできる。充填材は、連続固体、発泡体、又は中実若しくは中空いずれかのビーズの形態であってもよい。

構造体は、選択された容積を充填するために、全ての方向における固有のモジュールの繰り返しに基づく。異なる充填比及び異なる数の内部接続部を前提として、いくつかのタイプのユニットを選択することができる。物理特性は、選択したモジュール、各モジュールのサイズ、それがどのように繰り返されるか（Ｘ、Ｙ又はＺにおける伝播角度）に基づいて修正される。

実施例７
菱形構造体又は微細構造体が、高い空隙容積比（５０％超）を有するように設計される。この容積は、基本構造体よりも良好な減衰特性を有する軟質材料で充填される。充填材料は、シリコン、ゴム（天然、ブチル、ブタジエン、ニトリル、スチレン、エチレンなど）、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリブタジエン、アクリル及びポリアクリレート、ポリ（エチルメタクリレート）、コポリエステル、ポリビニル、エポキシ、フルオロエラストマー、ポリエーテルブロックアミド、エチレン酢酸ビニル、ソルボセイン（商標）のファミリーからのポリマー又はそれらの混合物であることができる。充填材は、連続固体、発泡体、又は中実若しくは中空いずれかのビーズの形態であってもよい。

充填は、ハブ内に含まれる全ての空隙で完了することができる。この実施例に示すばねだけの断面は、図１８Ｂと同様であり、黒い領域は、減衰特性が高い軟質材料である。

減衰特性は、この場合、そのような組み合わせを使用しないものと比較して増加する。図１８Ａは、充填された空隙に基づく制振構造体を有する再利用可能ハブの底部を示す。図１８Ｂは、構造体の周囲の空隙を含む充填された空隙に基づく制振構造体を有する再利用可能ハブの底部を示す。

Claims (38)

1. 研磨作業中に制振をもたらす方法であって、
   研磨ホイールであって、外周及び内周を有し、研磨材料の層が前記内周と前記外周との間に延びている研磨ホイールを、ハブに取り外し可能に結合することと、
   研磨ディスクを被加工面に接触させることによって前記被加工面を研磨することと、を含み、
   前記ハブが、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内の複数の制振ユニットと、を備え、
   前記複数の制振ユニットが、研削作業中の振動を低減するように形作られる、方法。
2. 前記制振ユニットが、金属、プラスチック、セラミック、ゴム、ポリマー、樹脂又は繊維強化複合材を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の制振ユニットが別個であり、前記ハウジング内のボア受けリングの周囲に個別に配置される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記複数の制振ユニットが、互いに結合され、前記ハウジング内に単一の構造体を形成する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記複数の制振ユニットのうちの１つが、多角形構造体を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記複数の制振ユニットのうちの１つが、補剛材を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記ハブが分離特徴部を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ハブがカバーを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記研磨ホイールが、前記ハブに取り外し可能に結合される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記研磨ホイールを前記ハブに結合することが、ねじ切り加工することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記研磨ホイールを前記ハブに結合することが、前記ハブを、前記研磨ホイールに直接結合する取り付けリングに結合することを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記ハブが、第１の部分及び第２の部分を含み、結合することが、前記研磨ホイールが前記第１の部分と前記第２の部分との間になるように、前記第１の部分を前記第２の部分に結合することを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記研磨ホイールが、凹状中央研削ホイール、カットオフホイール、カット及び研削ホイール、フレックスホイール、内径研削ホイール、外径研削ホイール、芯なし研削ホイール、カム／クランク研削ホイール、表面研削ホイール、歯車研削ホイール、プランジ研削ホイール、エッジ研削ホイール、仕上げ研削ホイール、超仕上げ研削ホイール、又はポリッシング研削ホイールである、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 研磨システムであって、
    結合剤マトリックス中に研磨粒子を含む研磨ホイールであって、
    外周、
    内周、及び
    前記外周から前記内周まで延びるホイール幅を有する研磨ホイールと、
    ハブであって、
    前記研磨ホイールに結合するハウジング、
    ツールを受けるボア、及び
    前記ハウジング内の複数の制振特徴部であって、それぞれが、前記研磨ホイールが被加工面に接触することによって生じる振動を低減するように形作られる、複数の制振特徴部を備えるハブと、を備える、研磨システム。
15. 前記ハブが、上側部分及び下側部分を含み、前記上側部分が、固定具を使用して前記下側部分に接続するカバーを含み、前記制振特徴部が、前記固定具から独立している、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記ハブが、前記ツールから研磨ホイールを離す分離特徴部を更に備える、請求項１４又は１５に記載のシステム。
17. 前記分離特徴部が、前記ハウジング内にあり、前記外周と平行である、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記複数の制振特徴部がそれぞれ、ハブ材料とは異なる第２の材料を含む、請求項１４に記載のシステム。
19. 固定具を更に備える、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記制振特徴部が充填材料を含み、前記充填材料が、前記多角形構造体を形成する多角形構造材料とは異なる、請求項１８に記載のシステム。
21. 前記開口部が、前記多角形構造体の第１の面から前記多角形構造体の第２の面まで完全に延びている、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記開口部が、前記多角形構造体の多角形周囲と実質的に平行な開口部周囲を含む、請求項２０に記載のシステム。
23. 前記複数の制振特徴部が、前記ボアの周囲に配置された別個の制振特徴部を含む、請求項１４～２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記複数の制振特徴部が結合され、前記ハウジング内に制振構造体を形成する、請求項１４～２３のいずれか一項に記載のシステム。
25. 前記研磨ホイールに対する前記ハブの相対位置を固定するロック機構を更に備える、請求項１４～２４のいずれか一項に記載のシステム。
26. 前記複数の制振特徴部が、前記ハブのハウジングから離間されている、請求項１４～２５のいずれか一項に記載のシステム。
27. 研磨物品用のハブであって、
    前記ハブを、前記ハブの外縁で前記研磨物品に結合し、前記ハブの内縁で機械軸に結合するように構成されたハウジングと、
    前記ハウジング内の振動制振システムであって、
    振動を低減するように形作られた構造体をそれぞれ有する複数の制振ユニットを備え、
    前記複数の制振ユニットがそれぞれ、前記ハウジング内に配置される、振動制振システムと、を備える、ハブ。
28. 前記研磨物品に解放可能に結合する、請求項２７に記載のハブ。
29. 前記機械軸に解放可能に結合する、請求項２７又は２８に記載のハブ。
30. 前記構造体が、第１の多角形構造体を備える、請求項２７～２９のいずれか一項に記載のハブ。
31. 前記構造体が補剛材を更に備え、前記補剛材が、前記構造体を形成する構造材料とは異なる剛性材料を含む、請求項３０に記載のハブ。
32. 前記構造体が開口部を備える、請求項３０に記載のハブ。
33. 前記研磨物品を前記機械軸から離すように構成された分離特徴部を更に備える、請求項２７～３２のいずれか一項に記載のハブ。
34. 研磨物品ハブ用の制振システムであって、
    複数の制振ユニットであって、各制振ユニットが制振構造体を含み、前記複数の制振ユニットが、前記制振システムを形成するためのパターンで繰り返されている、複数の制振ユニットを備え、
    前記制振システムが、前記研磨物品ハブ内に収容されている、制振システム。
35. 前記制振構造体が、多角形ユニットに結合された補剛材を含み、前記補剛材が、前記第１の材料とは異なる補剛材料を含む、請求項３４に記載の制振システム。
36. 前記第１の材料が、ポリアミド－１２、ポリマー、樹脂又は金属を含む、請求項３４に記載の制振システム。
37. 前記第１の材料がポリマーであり、前記ポリマーが、ポリアミド、芳香族ポリエステル、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、イミド、ポリエーテルイミド及びポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド及びポリアラミド、ポリエーテルエーテルケトン、硫化ポリフェニレン、又はそれらの混合物である、請求項３６に記載の制振システム。
38. 前記補剛材料が、タングステン、炭化タングステン、ニッケル合金、鉛合金、青銅、鋼、又はそれらの混合物を含む、請求項３５に記載の制振システム。
    

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