JP4746007B2 - 研削工具、研削方法及び研削システム - Google Patents

Description

本発明は、研磨工具、より詳しくは、被加工物の表面から大量の材料を除去するために使用されるフライス削り操作を置き換えるようにされた研削工具、研削方法及び研削システムに関する。

自動車及び他の工業製品のような複雑な精密アセンブリに意図される構成要素は、厳しい寸法公差及び表面仕上げ要件を含む厳格な品質基準に対抗して製造されなければならないことが多い。最も厳しい規格のいくつかは、車両構成要素の製造に関連する。初期の仕上げ段階では、これらの構成要素は、一般に、窒化ケイ素、炭化タングステン又は多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）のような硬化されたミリングヘッドを有するミリングヘッドを使用して、フライカッティング又は高速フライスのような共通の工程によって機械加工される。仕上げ面が機械加工に続き十分に確実に滑らかかつ平坦であることを補助するために、粗パス及び精密研削工具による１つ以上の仕上げパスを含む多段階の方法が使用されることが多い。新しい高速マシニングセンタでは、冷却剤は、比較的高圧及び低い体積で、スピンドルを通して（軸方向穴を通して）切削ヘッドの中心に供給される。機械切削工程は、研削工程と比較して非常に遅いので、冷却剤供給システムの性質は、切削操作の有効性にとって重要ではない。

これらのフライス工程は、車両用エンジン、変速機構成要素、ポンプハウジング、ソレノイドバルブ、パワーステアリング構成要素及び軸受、及び自動車及び他の車両に使用するための噛合面、器具、機械及び他の製造品目を製造するために使用されてきた。一般に、工作機械の切削工程（「機械加工」又は「フライス」としても公知）は、任意の用途及び作業で使用されており、この場合、被加工物は精密な平坦な平行の表面を有しなければならない。これらの用途及び作業のほとんどすべてにおいて、フライス工程には、フライス工程で達成できるよりもより微細なレベルに表面粗さを低減するために、研削工程が続かなければならない。

多くの作業において、これらの規格に対応するために、例えば従来の研削盤のカップタイプの平面研削砥石で、被加工物をさらに処理する必要があった。不利なことに、余分の工具交換及び設定を含むこの余分の研削段階は、被加工物製作の時間及び費用を増大させる傾向がある。

別個の製作段階の数を低減する１つの試みは、平面フライス段階の代わりに平面研削段階を実施するために、フライスの代わりに研削砥石をフライス盤に装備することを含んでいた。このようにして、１つ以上の研削作業に有利に粗及び仕上げフライス作業の両方を排除し、したがって、余分の工具交換、多数の工具セットアップ等を排除できるであろうことが予想された。しかし、この方法の不都合は、フライス盤によって用意される中央（すなわち、スピンドル）に送られる比較的高圧の冷却剤流が、周縁に送られるより低圧の冷却剤流に典型的に依拠する研削砥石に適合しない傾向があることである。

したがって、従来のスピンドル冷却式フライス盤を使用して研削操作を行うための改良された工具及び／又は方法の必要性が存在する。

本発明の一形態において、研磨用の研削工具は、中心軸線を中心とする回転のための機械スピンドルによって動作可能に係合されるために構成された略円形の本体から垂れ下がる環状研削面を有する研削砥石を含む。本体は、近位端から遠位端に軸方向穴を通して下流方向に冷却剤を搬送するように構成された軸方向穴を画定する管状内壁を有する。内壁は、環状研削面の内周に終端する凹状本体部分に連結される。研削面の内周の約２０ｍｍ内に配置された外周を有するフランジは、凹状本体部分と重ね合わせた配向で凹状本体部分内に配置されて、フランジと凹状本体部分との間の流体流通路を画定する。流体流通路は、軸方向穴と研削面とに流体連通しているので、研削砥石の動作可能な回転中に、穴を通して下流に流れる冷却剤は、研削面に供給するための流体流通路内に半径方向外側に搬送される。

本発明の他の形態において、被加工物を研削して平坦面を形成するための研削方法は、略円形の本体から垂れ下がる環状研削面を有する研磨面研削砥石を提供する段階を含み、本体は、機械工具スピンドルによって動作可能に係合されるために構成され、かつ軸方向穴を通して下流方向に冷却剤を搬送するように構成された軸方向穴を画定する管状内壁を有する。内壁は、環状研削面の内周に終端する凹状本体部分に連結される。研削面の内周の約２０ｍｍ内に配置された周縁を有するフランジは、凹状本体部分内に重ね合わせられるので、フランジ及び凹状本体部分は、軸方向穴と研削面とに流体連通するフランジと凹状本体部分との間の流体流通路を画定する。さらに、本方法は、被加工物に対し所定角度αで中心軸線を配向する段階と、中心軸線を中心に研削砥石を回転させる段階と、実質的に層流で研削面に供給するための流体流通路を通して半径方向外側に搬送するために、穴を通して下流に冷却剤流を供給する段階とを含む。次に、研削砥石は、被加工物に対し平行の工具通路に沿って被加工物に向かって平行移動され、この結果、研削面は被加工物に係合して、それから材料を除去する。

本発明のさらに他の形態では、研削システムは、略円形の本体から垂れ下がる環状研削面を有する研磨面研削砥石を含む。本体は、中心軸線を中心とする回転のための機械工具スピンドルによって動作可能に係合されるために構成され、かつ軸方向穴を通して下流方向に冷却剤を搬送するように構成された軸方向穴を画定する管状内壁を有する。内壁は、環状研削面の内周に終端する凹状本体部分に延びる。フランジは、凹状本体部分内に重ね合わせられて、それらの間に流体流通路を画定する。研削面内に配置された複数のチャネルは、研削面と流体流通路とに流体連通して、フランジの周縁の半径方向内側に延びる。研削砥石の動作可能な回転中に、穴を通して下流に流れる冷却剤は、研削面に供給するための流体流通路内にまたチャネル内に半径方向外側に搬送される。

本発明のさらに他の形態において、被加工物を研削して平坦面を形成するための研削方法は、略円形の本体から垂れ下がる環状研削面を有する研磨面研削砥石を含む。本体は、中心軸線を中心とする回転のための機械工具スピンドルによって動作可能に係合されるために構成され、かつ軸方向穴の近位端から遠位端に軸方向穴を通して下流方向に冷却剤を搬送するように構成された軸方向穴を画定する管状内壁を含む。内壁は、環状研削面の内周に終端する凹状本体部分に連結される。フランジは、凹状本体部分と重ね合わせた配向で凹状本体部分内に配置されるので、フランジ及び凹状本体部分は、それらの間の流体流通路を画定し、流体流通路は軸方向穴と研削面とに流体連通している。フランジは、研削箇所の層状冷却剤流を維持する程度に研削面の内周に十分に近接して配置された外周を有する。さらに、本方法は、被加工物に対し所定角度αで中心軸線を配向する段階と、中心軸線を中心に研削砥石を回転させる段階とを含む。冷却剤流は、層状冷却剤流を研削箇所に供給するための流体流通路を通して半径方向外側に搬送するために、穴を通して下流に供給される。研削砥石は、被加工物に対し平行の工具通路に沿って被加工物に向かって平行移動され、この結果、研削面は被加工物に係合して、それから材料を除去する。

本発明の上記および他の特徴と利点は、添付図に関連して行われる本発明の様々な形態の次の詳細な説明を読み取ることにより、より容易に明らかとなるであろう。

本発明の観点は、多くの従来のフライス盤で研削砥石を使用したとき、フライス盤のスピンドルを通して軸方向に送られる冷却剤の多くが、研削砥石の研削ゾーンに到達し損ねたか、あるいはその到達がちぐはぐであったという認識であった。特定の理論に拘束されることは望まないが、ミリングカッタと比較して研削砥石の比較的大きな被加工品の接触面積により、高圧の乱流及び随伴空気と組み合わせて、軸方向に冷却剤流が送られ、及び／又はこの流れの比較的低い体積が、研削ゾーンを通して半径方向外側に移動する冷却剤の能力を有効に阻止し、冷却剤の損失をもたらしたことが仮定された。

したがって、本発明の実施形態は、軸方向（スピンドル）の冷却剤送りを有するタイプの従来のフライス盤に装着された研削砥石を使用して、被加工物（図１）を平坦に機械加工するための改良された装置及び方法を含む。これらの実施形態は、本体１６（図１）の砥石と同心に配置された環状研削要素又は面１２（図２Ａ、図２Ｂ）を有するかつ通過して冷却剤を搬送するための軸方向穴４０を有する研削砥石１０（図１）を含む。本体１６の凹状部分４８内に配置されたフランジ５２は、比較的均一に分布された実質的に層流で研削面１２に供給するために、穴４０から半径方向外側に冷却剤を導くように機能する。

特定の実施形態において、一連のチャネル３４（図３）は、面１２から凹状本体部分４８内に延びて、この流れを促進することできる。以下により詳細に説明するように、この改良された冷却剤流は、従来の方法に対し工具寿命の相当の改良をもたらしている。特定の実施形態において、面１２は、本体１６に接合された（例えば、電気めっき又はろう付けされた）単一の研磨材層１８（図４）を含む。代わりに、面１２は、従来の砥粒又は超砥粒（例えば、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ））を含有する結合剤マトリックス（例えば、ビトリファイド結合剤）から製造された研磨セグメントを含んでもよい。なおさらに、研削面１２は、金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）セグメントを含んでもよい。研削面１２は、単一の環状構成要素として製作してもよいか、あるいは代わりに、従来の方法で互いに半径方向に離間した関係で配置された一連のセグメントを備えてもよい。

代表的な操作の間、研削砥石１０（図１）の回転軸１９は、被加工物８に対し所定角度αに配向（例えば、典型的に０〜２度）される。次に、砥石は、研削面１２が被加工物に係合して材料を除去し、かつ被加工物に対し必要な表面仕上げを適用するように、被加工物に対し平行に工具通路２６に沿って平行移動される。

この開示の全体にわたって、研削砥石の部分に関連して使用される場合の「軸方向」という用語は、図１に示したような回転軸１９に対し略平行の方向を指す。「下流」という用語は、工具を通して本発明の実施形態の研削面に至る冷却剤の流体流の方向を指す。「横方向」という用語は、本明細書に記載した構成要素に対する方向を指し、この方向は構成要素を通した冷却剤の流体流の下流方向に直角である。「層状」又は「層流」という用語は、その従来の流体力学の意味で、粘性の非圧縮性流体の流線形の（乱流でない）流れを指すために使用され、この流れの中で、流体粒子は明確に画定された別個の線に沿って移動する。

次に、詳細に図面を参照すると、図１に示したように、様々な実施形態において、砥石１０は、本体１６から垂れ下がる環状研削面１２を有するタイプ６又は平坦カップ砥石のような工業規格の平面研削砥石として製作可能である。このように、図示したように、研削砥石１０は、回転軸１９が表面８に対し所定角度αで配向される従来の平面研削方法で利用される。角度αを一定に維持しつつ、砥石は、工具通路２６に沿って平行移動されるか又は移動されて、被加工物９に係合して、所定の高さ３２に機械加工する。特定の実施形態において、角度αは、示したように約８８度又は８９度である。代わりに、砥石１０は、従来の多数パス、軌道通路等のような任意の数の操作モードで使用可能である。同様に、角度αは、表面８に対し平行に研削面１２を配向するために９０度（図示せず）であることが可能であり、この場合、研削面１２の直径方向に対向した部分は、同時に被加工物に接触してもよい。

次に、図２Ａと図２Ｂを参照すると、フライス盤１１（図１）のスピンドルとの係合を容易にするために使用されるタイプの従来のカラー（アダプタ）４６が、研削砥石１０の実施形態に設けられる。カラー４６は、研削面１２の端部と反対の本体１６の端部に締結されるか又はそれと一体形成される。同様に図示したように、本体１６は、同様にカラー４６内に配置された穴から軸方向穴４０を通して下流方向に冷却剤を搬送するように構成された軸方向穴４０を画定する管状内壁を含む。穴４０の下流端部において、本体１６の内壁は、半径方向外側にかつ下流に延びて、内周、例えば環状研削面１２の内径（ＩＤ）５０に終端する凹状本体部分４８を画定する。

フランジ５２は、フランジ５２と凹状本体部分４８との間の流体流通路４９として機能する所定の空間又はギャップを画定しつつ、凹状本体部分４８内に受け入れられるように、寸法決めされ、大きさに形成される。フランジ５２は、図示したように研削面１２の平面を越えて軸方向に（例えば下流方向に）突出しないように、さらに大きさ、寸法に決定される。フランジ５２には、典型的に、約２０ｍｍ以下の間隙５８を提供するために、研削面１２のＩＤ５０未満であるが、約４０ｍｍ以内である外径（ＯＤ）が設けられる。様々な実施形態において、間隙５８は１０ｍｍ以下であり、一方、他の実施形態において、フランジ周縁は、５ｍｍ以下の間隙５８を提供するように寸法決めされる。

フランジ５２は、任意の便利な方法で、例えば、図示したようにフランジを本体に機械的に締結することによって、凹状本体部分４８内に固定可能である。しかし、名目上、当業者によく知られた他の任意の方法を使用してもよい。例えば、フランジ及び本体部分は、例えば、成形又は鋳造によってワンピースの構成要素として、一体に製作可能であり、及び／又は流体流通路４９は、例えば１つ以上の別個の経路としてその中に機械加工される。代わりに、通路４９を本体に締結するよりもむしろ、穴４０を通過するロッドを使用することによって、フランジ５２を研削盤に、例えば、従来の工具アダプタに、又は研削盤のスピンドルに直接締結してもよい。

流体流通路４９は、軸１９を中心とする研削砥石の動作回転中に、穴４０を通して下流に流れる冷却剤が、通路を通して半径方向外側に、実質的に層流で研削面に搬送されるように構成される。この層流は、フランジが凹状本体部分の半径方向内側部分にあるとき、半径方向外側部分の凹状本体部分４８に少なくとも近接するようにフランジを構成することによって、少なくとも部分的に達成可能である。

例えば、図２Ｂに最善に示したように、研削砥石１０の特定の実施形態は、中心軸線１９に対し鋭角βで配置されたフルスト円錐壁部５４を有する凹状本体部分４８を含む。フランジ５２はまた、本体部分４８の壁部５４と重ね合わせられるフルスト円錐壁部（５６、５６’）を含む。いくつかの実施形態において、壁部（５６’で点線で図示）は壁部５４に対し平行に配置してもよい。しかし、他の実施形態において、壁部５６は、中心軸線１９に対し鋭角γで配置され、これは角度βよりも大きい。このように、この後者の構造では、フランジ５２は、下流方向に（例えば、フランジの周縁に向かって）本体部分４８に対し漸次より近く配置される。このように流体流通路４９の寸法を制御することは、工具寿命を高めるため、冷却剤流内の乱流及び随伴空気を低減するために示されている。上に言及したように、特定の理論に拘束されることは望まないが、乱流及び随伴空気のこの相対的な低減により、（及び層流の付随的な増加により）、研削ゾーン内へのまたそれを通したより均一な冷却剤の分布のために、密度が高められかつ冷却剤流の圧力分布が改善されると考えられる。

特定の実施形態において、下流の流れ方向に対し横方向の通路４９の最小断面積（例えば、本体部分４８とフランジ５２との間の間隙５８によって画定されるように）は、軸方向穴４０の最小の横方向断面積の約７５パーセント〜約３００パーセントの範囲にあることができる。この割合は、次の表ＩＡ及び表ＩＢの模範的な値で示したように、より小さな砥石直径についてより低く、より大きな直径についてより高い傾向がある。

図２Ｂに最善に示したように、代表的な実施形態において、通路４９のこの最小断面積は、環状研削面１２の内径（ＩＤ）に隣接して、フランジ５２の周縁に配置された間隙５８によって設けられる。しかし、この最小断面積は、いくつかの実施形態の周縁間隙５８の上流に配置してもよい。この最小断面積の特定の位置に関係なく、このように通路４９の寸法を制御することは、冷却剤の収集又は圧縮を促進して、乱流及び随伴空気をさらに散逸させ、また研削ゾーンへの冷却剤供給の改良のために、通路４９を出る前に、密度及び圧力分布の均一性を高める傾向がある。

同様に図示したように、通路４９は、穴４０と間隙５８との間に配置された中間移行部分５９を含む。この中間部分５９は、断面で示した略円形構造を含む実質的に任意の形状で構成可能である。代わりに、図２Ｃに最善に示したように、この部分は、本体１６を通して延びる１つ以上の別個の経路（例えば、５９’の点線で示したように）の形態をとることができるか、あるいは５９”で示したような穴４０から間隙５８の湾曲状の又は名目上直線の軌跡に沿って、本体１６とフランジ５２’との間に連続的に単純に延びる。

様々な実施形態において、中間部分５９、５９’、５９”には、穴４０の横方向断面積（及び選択的に間隙５８の横方向断面積）よりも大きな共同の横方向断面積を設けてもよい。この比較的大きな中間部分により、冷却剤が一時的に集まって、間隙５８を介して通路４９を出る前に、乱流及び随伴空気の散逸をさらに促進できることが考えられる。

他の選択として、図２Ａと図２Ｂに、また図３に点線で示したように、本発明の実施形態にチャネル３４を設けてもよい。チャネル３４は、フランジ５２なしに使用可能であるが、特定の実施形態において、冷却剤流をさらに強化するために、図示したようにフランジに使用される。図２Ａと図２Ｂに最善に示したように、チャネル３４は、軸１９に対し鋭角で配置された概念的なフルスト円錐表面に沿って延びるか、あるいは当該表面を画定する。チャネルは、研削面１２と流体流通路４９の間に流体連通を設ける。様々な実施形態において、この流体連通は、面１２のＩＤ５０の半径方向内側（及びフランジ５２の周縁５１の内側、図２Ｂ、図３）の位置から、フランジの半径方向外側の位置に、チャネル３４を延ばすことによって達成される。特定の実施形態において、チャネル３４は、研削面１２を通してその外径（ＯＤ）６２に完全に延びる。特定の実施形態において、チャネル３４の全断面積は、入口面積（例えば、穴４０の断面）の５０〜１５０パーセントの範囲内にあってもよい。１０ｍｍの直径の穴４０を有する砥石についてチャネル３４の模範的な寸法が、次の表ＩＩに示されている。

図３に示したように、チャネル３４は、研削砥石１０の所望の回転方向に応じて、時計回り又は反時計回りの配向で配置可能である。例えば、３４ａとして示した１組のチャネル３４は、略時計回りの渦巻パターンで半径方向外側に延びる研削面１２に沿って円周方向に離間してもよい。この時計回りの配向は、動作中に反時計回りに回転される砥石に最適であるかもしれない。同様に、チャネル（又は図示したような「第２の組のチャネル３４ｂ）は、砥石１０が時計回りに作動されるときに使用するために、反対方向に（すなわち、反時計回りに）渦巻状でもよい。

この場合、模範的な寸法は、間隙５８（本体部分４８とフランジ５２との間）及びチャネル３４の両方に設けられるが、間隙５８の寸法をゼロ程度に小さくすることが可能であること、すなわち、フランジ及び研削面が名目上は隣接していることを認識すべきである。
このような構造では、実質的に冷却剤の大部分がチャネル３４を通して研削面に流れることが可能である。

図４に最善に示されているように、研削面１２は、本体１６の面に結合された単一の研磨材層１８を含むことが可能である。広範囲の結合材料と組み合わせて、任意の単一の研磨材層を使用することができる。例えば、層１８は、本体１６にろう付けで結合されたダイヤモンド研磨材．及び／又はＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を含んでもよい。代わりに、単一の研磨材層を本体１６に電気めっきしてもよい。このような単一層の研磨砥石では、研磨材の（軸方向の）高さは、砥石の「ランアウト」を最小にするために（すなわち、操作中に研削面がぐらぐらするかさもなければ真から外れる傾向を最小にするために）、ほぼ均一に維持すべきである。砥石は、従来の研削又は機械加工により突出する粒子を排除することによって、及び／又は以下に説明するように個々のセグメントの下にシム素材を使用することによって、すべてのランアウトを実質的に低減するように仕上げることが可能である。

有利に、単一の研磨材層１８が適用される金属製基材（本体）１６を含む砥石は、一般に、従来の形直し又は目直しを必要とせず、したがって多くの用途で望ましいかもしれない。しかし、さらに、使用する特定の冷却剤と両立できる場合、他の多くの種類の研磨物品を研削砥石１０に使用してもよい。これらの研磨物品は、チャネル３４との連続リムの形態又は研磨セグメントの形態でもよい。例えば、砥粒又は超砥粒を含有する従来のビトリファイド結合マトリックスが、金属製の構成要素を研削する程度に十分な強さ及び工具寿命を有する場合、このマトリックスを使用してもよい。従来のＭＭＣ（金属マトリックス複合材）セグメントを利用する砥石も、使用可能である。

この点に関し、実質的に任意の砥粒を本発明の研磨物品に使用してもよい。従来の研磨材は、約０．５〜約５０００ミクロン、好ましくは約２〜約３００ミクロンの範囲のグリットサイズの溶融、焼結及びゾルゲルアルミナ粒子、シリカ、炭化ケイ素、ジルコニア−アルミナ、ガーネット、及びエメリ粒子を含んでもよく、しかしそれらに限定されない。従来の粒子と実質的に同様のグリットサイズを有する、金属被覆を有しないか又は有するダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）を含むがそれらに限定されない超砥粒も、使用可能である。

結合研磨物品の製作に通常使用される実質的に任意の種類の結合材料を本発明の研磨物品のマトリックス又は結合材料として使用してもよい。例えば、金属、有機、樹脂、又はビトリファイド結合剤を（必要ならば適切な硬化剤と共に）使用してもよい。

金属結合に有用な材料（例えば、単一の研磨材層とのろう付け又は電気めっき材料）は、銅、及び亜鉛合金（例えば青銅、真鍮）、コバルト、鉄、ニッケル、銀、アルミニウム、インジウム、アンチモン、チタン、ジルコニウム、クロム、タングステン、及びそれらの合金、及びそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。青銅合金を形成するために十分な量の銅及び錫の混合物は、多くの用途で一般に望ましい金属結合マトリックス組成物である。この結合材料は、粒子／結合剤ポストを補強するために選択された焼結条件の下で、粒子と超砥粒の表面の結合剤との間に炭化物又は窒化物の化学的結合を形成できるチタン又は水素化チタン、クロム、あるいは他の公知の超研磨反応材料に使用可能である。
より強い粒子／結合の相互作用は、一般に、被加工物を損傷し、かつ工具寿命を短縮する傾向がある粒子「プルアウト」を低減する。実質的に任意の砥粒を本発明の研磨物品に使用してもよい。

上に説明したように、単一層の研磨砥石では、複数の半径方向に延びる溝又はチャネル３４により、冷却剤流が促進されることが確認された。図示した実施形態では、チャネルは、単一の研磨材層１８の適用の前に基材１６に形成される。その後、研磨材層１８を上述のような基材に適用することが可能である。しかし、代わりに、保護テープ材料と同様に、基材をマスクし、次にろう付け成分を含むペーストを適用し、次にマスクを除去することによって溝３４を形成してもよい。次に、マスクされた領域から研磨材がなくなり、有効に溝３４を形成する。

図４に示したように、好ましくは半径部又は面取り部３６が研削面１２に設けられ、特に砥石１０が図示したように角度αで作動される場合、研削砥石１０と被加工物との滑らかな係合を提供して、引っ掻きの回避を補助する。同様に図示したように、研削面１２は、本体１６と一体形成されることが望ましく、このように、可能な限り少ない別個の部品を用いた製造を可能にする。フランジ５２はまた、本体１６と一体に製作可能であるが、所望の実施形態において、フランジ５２は、図示したようなねじ締結具と同様に、本体１６に取り外し可能に締結される別個の構成要素として製作される。このような取り外し可能な構造は、多数の研削砥石に繰り返して使用することを可能にする。この構造はまた、必要ならば、洗浄のためにフランジの取り外しを可能にする。所望の実施形態において、本体１６及びフランジ５２は、鋼（例えば、熱処理した４３４０鋼）から製作されるが、アルミニウム、チタン、それらの合金、及び強化又は高分子重量プラスチックのような十分な構造的完全性を有する実質的に他の任意の材料から製作してもよい。

いくつかの用途では、高い回転速度試験中に生じるおそれがある応力の蓄積を防止又は改善するために、図３の仮想線３５によって区別されるような、例えば半円の１８０度の２つの部分、９０度の４つの部分の取り外し可能な（例えば、使い捨て可能な）及び／又は多部分組立体、あるいは何か他の構造として、研削面リング１２を製作することが望ましいかもしれない。このように、研削面１２は、セグメント化した金属製基材の単一の研磨材層を利用して、あるいはビトリファイド結合研磨材セグメントのような多孔性結合マトリックスを利用して、セグメント化した砥石として製作可能である。セグメントは、ろう付け、溶接又は機械的締結のような任意の適切な方法で、本体１６に締結できる。各セグメントの間の間隔は、溝３４を形成するように機能できる。研磨材層１８’を含む機械的に締結される取り外し可能な研削面リング１１２（１つのピース又はセグメント化した）の例が、図２Ｄに示されている。

本発明に従って製作された砥石１０は、有利に、１つ又は２つのパスの被加工物の「機械加工」及び精密研削を可能にし、２つ〜４つの仕上げ段階を必要とする従来技術の操作に対し１つの改良である。その上、様々な砥石パラメータを調整することによって、特定の用途の砥石性能をさらに強化できる。層１８で利用される研磨材グリットサイズのようなパラメータは、所望の表面仕上げと砥石寿命とを釣り合わせることによって選択することが可能である。より小さなグリットサイズは、より少ないバリ及び表面欠陥をもたらす傾向があるが、より短い砥石寿命を促進する傾向がある。例えば、約１〜１１８１ミクロンの超研磨材（例えば、ダイヤモンド、ＣＢＮ）のグリットサイズが使用可能であり、約１〜２５２ミクロンのグリットサイズは、精密用途に使用される。他の用途において、３８１〜約１０１５ミクロンの範囲の超研磨材グリットサイズが使用可能である。従来の研磨材（すなわち、非超研磨材）には、約３〜７１０ミクロンのグリットサイズが望ましいかもしれない。特定の実施形態では、約１４２〜２６６ミクロンの従来のグリットサイズを使用してもよい。

次の例示的な実施例は、本発明のある形態を実証するように意図されるが、限定するようには意図されない。実施例の砥石のすべては、１０．８ｃｍの外径を有する図１に示したようなタイプ６Ａ２のカップ形状の砥石であった。砥石のすべては、次の表ＩＩＩに示した条件の下で鉄製の被加工物を研削することによって試験され、次の表ＩＶに要約した結果をもたらした。それらの結果は、従来技術の２段階フライス／研削工程の代わりに、単一の研削工程を使用して達成された。

実施例１
比較の砥石−従来のタイプ６Ａ２カップ平面研削砥石を、研削面１２に延びるチャネル３４なしに、実質的に図２Ａ、図２Ｂと図４に示したように、熱処理された４３４０鋼から製作した。砥石の外径６２は１１４．３ｍｍ、面１２の内径５０は７４．８ｍｍであった。砥石は、研削面の内径５０から約２０ｍｍ遠く配置された周縁を有するフランジを有した。砥石面１２に、電気めっきされたＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子の単一層１８を設けた。

実施例２
発明の砥石Ｉ−研削砥石は、実施例Ｉの砥石と実質的に同様であったが、研削面の内径から２０ｍｍ以下に配置された周縁を各々が有するフランジ５２も含んでいた。これらの砥石は、フランジ周縁５１の半径方向外側に延びるチャネル３４を含まなかった。これらの砥石に、面１２の内径５０とフランジの周縁５１との間に約０．５ｍｍの間隙５８を形成するために、互いに３度の角度（β＝５５度、γ＝５８度）で配置した図２Ａに示したような収束壁部５４と５６を設けた。砥石の外径６２は１１４．３ｍｍ、面１２の内径５０は７４．８ｍｍであり、またフランジの外径は７３．８であり、０．５ｍｍの間隙５８を提供した。環状間隙５８の横方向断面積（約１１７ｍｍ２）は、穴４０の横方向断面積（約７９ｍｍ２）の１４９パーセントであった。この構造は、流れの層状性を改善し、また実施例１に対し相当の研削性能の改良（表ＩＶ参照）をもたらすことが確認されている。

実施例３
発明の砥石ＩＩは、実施例２の砥石と実質的に同様（フランジ５２を含む）であったが、図３に関して図示しかつ説明したように、フランジ５２の外径の半径方向内側の点から研削面に延びるＸ形状の溝又はチャネル３４が設けられた。チャネルの幅は２．５ｍｍ、深さは最大２ｍｍであった。軸方向穴４０の直径６０は１０ｍｍであった。これらの砥石は、表ＩＶのように研削性能のさらに大きな改良をもたらした。

上述の記載は、主に説明目的で意図されている。本発明は、その模範的な実施形態について図示しかつ説明してきたが、本発明のより精神と範囲から逸脱することなく、本発明の形態及び詳細における前述及び他の様々な変更、省略、及び追加を本発明になし得ることが、当業者によって理解されるべきである。

このように本発明について説明してきたが、請求されることは次の通りである。

本発明の実施形態による模範的な被加工物を機械加工する工程の段階中の研削砥石の概略立面図である。 図１の研削砥石の拡大側断面図である。 図２Ａの研削砥石のさらに拡大した側断面図である。 本発明の代替実施形態の側断面図である。 図２Ｃの実施形態の部分の拡大側断面図である。 図２Ａの研削砥石の正面図である。 図２Ａの研削砥石の他の部分のさらに拡大した側断面図である。

Claims (33)

1. 研削工具であって、
   略円形の本体から垂れ下がる環状研削面を有する研削砥石であって、前記本体が、中心軸線を中心とする回転のために機械スピンドルによって動作可能に係合されるために構成され、前記本体が、軸方向穴の近位端から遠位端に前記軸方向穴を通して下流方向に冷却剤を搬送するために構成された前記軸方向穴を画定する管状の内壁を有し、前記内壁が、前記環状研削面の内周に終端する凹状本体部分に結合される研削砥石と、
   前記凹状本体部分と重ね合わせた配向で前記凹状本体部分内に配置されたフランジであって、前記フランジが、前記研削面の内周から２０ｍｍ内に配置された外周を有し、前記フランジ及び前記凹状本体部分が、前記フランジと前記凹状本体部分との間の流体流通路を画定し、前記流体流通路が前記軸方向穴と前記研削面とに流体連通しているフランジと、
   前記研削面から前記フランジの周縁の半径方向内側にまで延長して設けられた複数の流体流通溝であって、前記研削面と前記流体流通路とに流体連通して配置される複数の流体流通溝と、を備え、
   前記研削砥石の動作可能な回転中に、前記穴を通して下流に流れる冷却剤が、前記研削面に供給するための前記流体流通路内に半径方向外側に搬送される、研削工具。
2. 前記フランジの前記外周が、前記研削面の内周から１０ｍｍ内に配置される、請求項１に記載の研削工具。
3. 前記フランジの前記外周が、前記研削面の内周から５ｍｍ内に配置される、請求項１に記載の研削工具。
4. 前記軸方向穴を前記流体流通路に連通可能に連結する中間移行部分を備える、請求項１に記載の研削工具。
5. 前記中間移行部分が、前記穴の遠位端から半径方向外側にかつ下流に延びる前記内壁の部分を備える、請求項４に記載の研削工具。
6. 前記中間移行部分が、前記本体を通して延びる複数の経路を備える、請求項４に記載の研削工具。
7. 前記中間移行部分が、前記凹状本体部分の上流部分を備える、請求項４に記載の研削工具。
8. 前記中間移行部分が、前記穴の横方向断面積の３００パーセント以下の最小の横方向断面積を有する、請求項４に記載の研削工具。
9. 前記中間移行部分が、前記穴と前記最小の横方向断面積との間に配置され、前記中間移行部分が、前記最小の横方向断面積よりも大きな横方向断面積を有する、請求項８に記載の研削工具。
10. 前記本体に締結される連結部を備え、該連結部がフライス盤スピンドルによって動作可能に係合される、請求項１に記載の研削工具。
11. 前記本体及び前記研削面が、一体の構成要素を形成する、請求項１に記載の研削工具。
12. 前記研削面が、前記研削砥石の周縁を中心に離間した関係で配置された複数のセグメントを備える、請求項１に記載の研削工具。
13. 前記凹状本体部分が、前記中心軸線に対し鋭角で配置された円錐壁部を備える、請求項１に記載の研削工具。
14. 前記フランジが、前記中心軸線に対し鋭角で配置された円錐壁部を備え、前記鋭角が、前記凹状本体部分の円錐壁部の角度に対し平行である、請求項１３に記載の研削工具。
15. 前記フランジが、前記中心軸線に対し鋭角で配置された円錐壁部を備え、前記フランジ壁部の角度が、前記凹状本体部分の円錐壁部の角度よりも大きく、前記フランジ壁及び前記凹状本体部分の円錐壁部が平行でなく、前記流体流通路の下流部分の収束部が前記流体流通路をブロックしない、請求項１３に記載の研削工具。
16. 前記複数の流体流通溝が前記流体流通路内に延びる、請求項１に記載の研削工具。
17. 前記複数の流体流通溝が、前記フランジの周縁の半径方向内側に延びる、請求項１に記載の研削工具。
18. 前記フランジの前記外周が前記研削面の内周と隣接している、請求項１７に記載の研削工具。
19. 前記研削面が、結合材料内に配置された単一の研磨材層を備える、請求項１に記載の研削工具。
20. 前記研削面が、有機結合剤、樹脂結合剤、及びビトリファイド結合剤、青銅、真鍮、銅、錫、亜鉛、コバルト、鉄、ニッケル、銀、アルミニウム、インジウム、アンチモン、チタン、ジルコニウム、クロム、タングステン、及びそれらの合金、及びそれらの混合物から構成される群から選択された結合剤内に配置されたアルミナ、シリカ、炭化ケイ素、ジルコニア−アルミナ、ガーネット、エメリ、ダイヤモンド、及び立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）から構成される群から選択された砥粒を含む、請求項１に記載の研削工具。
21. 前記砥粒が、少なくとも１ミクロン〜最高１１８１ミクロンの範囲内のグリットサイズを有する、請求項２０に記載の研削工具。
22. 前記砥粒が、少なくとも３ミクロン〜最高７１０ミクロンの範囲内のグリットサイズを有する、請求項２１に記載の研削工具。
23. 前記研削砥石の動作可能な回転中に、前記穴を通して下流に流れる冷却剤が、前記研削面に供給するための前記流体流通路内に半径方向外側に搬送される、請求項１に記載の研削工具。
24. 前記フランジが前記本体と一体である、請求項１に記載の研削工具。
25. 被加工物を研削して平坦面を形成する研削方法であって、該研削方法が、
    （ａ）略円形の本体から垂れ下がる環状研削面を有する研削砥石であって、前記本体が、中心軸線を中心とする回転のための機械工具スピンドルによって動作可能に係合されるために構成され、前記本体が、軸方向穴の近位端から遠位端に前記軸方向穴を通して下流方向に冷却剤を搬送するように構成された前記軸方向穴を画定する管状内壁を有し、前記内壁が、前記環状研削面の内周に終端する凹状本体部分に結合される研削砥石と、
    前記凹状本体部分と重ね合わせた配向で前記凹状本体部分内に配置されたフランジであって、前記フランジが、前記研削面の内周の２０ｍｍ内に配置された外周を有し、前記フランジ及び前記凹状本体部分が、前記フランジと前記凹状本体部分との間の流体流通路を画定し、前記流体流通路が前記軸方向穴と前記研削面とに流体連通しているフランジと、
    前記研削面から前記フランジの周縁の半径方向内側にまで延長して設けられた複数の流体流通溝であって、前記研削面と前記流体流通路とに流体連通して配置される複数の流体流通溝と、を提供する段階と、
    （ｂ）前記被加工物に対し所定角度αで前記中心軸線を配向する段階と、
    （ｃ）前記中心軸線を中心に前記研削砥石を回転させる段階と、
    （ｄ）実質的に層流で前記研削面に供給するための前記流体流通路を通して半径方向外側に搬送するために、前記穴を通して下流に冷却剤流を供給する段階と、
    （ｅ）前記被加工物に対し平行の工具通路に沿って前記被加工物に向かって前記研削砥石を平行移動させる段階であって、前記研削面が、前記被加工物に係合して前記被加工物から材料を除去する段階と、
    を含む研削方法。
26. 中間移行部分が、前記軸方向穴を前記流体流通路に連通可能に連結する、請求項２５に記載の研削方法。
27. 前記中間移行部分が、前記穴の横方向断面積の３００パーセント以下の最小の横方向断面積を有する、請求項２６に記載の研削方法。
28. 前記中間移行部分が、前記穴と前記最小の横方向断面積との間に配置され、前記中間移行部分が、前記最小の横方向断面積よりも大きな横方向断面積を有する、請求項２７に記載の研削方法。
29. 前記研削面が、結合材料内に配置された単一の研磨材層を備える、請求項２５に記載の研削方法。
30. 前記研削面が、ビトリファイドマトリックス内に配置された研磨材を含む、請求項２５に記載の研削方法。
31. 前記角度が斜めである、請求項２５に記載の研削方法。
32. 研削システムであって、
    略円形の本体から垂れ下がる環状研削面を有する研削砥石であって、前記本体が、中心軸線を中心とする回転のための機械工具スピンドルによって動作可能に係合されるために構成され、前記本体が、軸方向穴の近位端から遠位端に前記軸方向穴を通して下流方向に冷却剤を搬送するように構成された前記軸方向穴を画定する管状内壁を有し、前記内壁が、前記環状研削面の内周に終端する凹状本体部分に延びる研削砥石と、
    前記凹状本体部分と重ね合わせた配向で前記凹状本体部分内に配置されたフランジであって、前記フランジ及び前記凹状本体部分が、前記フランジと前記凹状本体部分との間の流体流通路を画定するフランジと、
    前記研削面から前記フランジの周縁の半径方向内側にまで延長して設けられた複数の流体流通溝であって、前記研削面と前記流体流通路とに流体連通して配置される複数の流体流通溝と、を備え、
    前記研削砥石の動作可能な回転中に、前記穴を通して下流に流れる冷却剤が、前記研削面に供給するための前記流体流通路内にまた前記複数のチャネル内に半径方向外側に搬送される研削システム。
33. 被加工物を研削して平坦面を形成する研削方法であって、該研削方法が、
    （ａ）略円形の本体から垂れ下がる環状研削面を有する研削砥石であって、前記本体が、中心軸線を中心とする回転のための機械工具スピンドルによって動作可能に係合されるために構成され、前記本体が、軸方向穴の近位端から遠位端に前記軸方向穴を通して下流方向に冷却剤を搬送するように構成された前記軸方向穴を画定する管状内壁を有し、前記内壁が、前記環状研削面の内周に終端する凹状本体部分に結合される研削砥石と、
    前記凹状本体部分と重ね合わせた配向で前記凹状本体部分内に配置されたフランジであって、前記フランジ及び前記凹状本体部分が、前記フランジと前記凹状本体部分との間の流体流通路を画定し、前記流体流通路が前記軸方向穴と前記研削面とに流体連通し、前記フランジが、研削箇所の層状冷却剤流を維持する程度に前記研削面の内周に十分に近接して配置された外周を有するフランジと、
    前記研削面から前記フランジの周縁の半径方向内側にまで延長して設けられた複数の流体流通溝であって、前記研削面と前記流体流通路とに流体連通して配置される複数の流体流通溝と、を提供する段階と、
    （ｂ）前記被加工物に対し所定角度αで前記中心軸線を配向する段階と、
    （ｃ）前記中心軸線を中心に前記研削砥石を回転させる段階と、
    （ｄ）層状の冷却剤流を前記研削箇所に供給するための前記流体流通路を通して半径方向外側に搬送するために、前記穴を通して下流に冷却剤流を供給する段階と、
    （ｅ）前記被加工物に対し平行の工具通路に沿って前記被加工物に向かって前記研削砥石を平行移動させる段階であって、前記研削面が、前記被加工物に係合して前記被加工物から材料を除去する段階と、
    を含む研削方法。

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