(57)【要約】  研磨工具は、結合材に収容された砥粒を有する固定砥粒体を有し、固定砥粒体は、形状深さ（ＦＤ）が少なくとも約０．３である複雑な形状を備える。形状深さは、式（Ｒｌ−Ｒｓ）／Ｒｌによって表され、Ｒｓは、固定砥粒体の長手方向軸に沿ったある箇所における最小径（Ｒｓ）であり、Ｒｌは、固定砥粒体の長手方向軸に沿ったある箇所における最大径（Ｒｌ）である。本研磨工具を使用して、工作物に複雑な形状を仕上げることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合材内に収容された砥粒を有する固定砥粒体であって、形状深さ（ＦＤ）が少なくとも約０．３である複雑な形状を備え、前記形状深さが式（Ｒｌ−Ｒｓ）／Ｒｌによって表され、Ｒｓが、前記固定砥粒体の長手方向軸に沿ったある箇所における最小径（Ｒｓ）であり、Ｒｌが、前記固定砥粒体の前記長手方向軸に沿ったある箇所における最大径（Ｒｌ）である、固定砥粒体
を具備する研磨工具。
【請求項２】
前記複雑な形状が、前記固定砥粒体の第１軸方向位置から延在する第１放射状フランジを含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項３】
前記第１放射状フランジが、前記固定砥粒体の横方向軸に対して第１角度で前記固定砥粒体から放射状に延在する第１面を含む、請求項２に記載の研磨工具。
【請求項４】
前記第１角度が鋭角である、請求項３に記載の研磨工具。
【請求項５】
前記第１放射状フランジが、前記第１面に隣接しかつ前記固定砥粒体の横方向軸に対して第２角度で前記固定砥粒体から放射状に延在する第２面を備える、請求項３に記載の研磨工具。
【請求項６】
前記第２角度が鋭角である、請求項５に記載の研磨工具。
【請求項７】
前記複雑な形状が、前記固定砥粒体の第２軸方向位置から延在する第２放射状フランジを備え、前記第１放射状フランジおよび前記第２放射状フランジが、前記固定砥粒体の長手方向軸に沿って互いに間隔を空けて配置されている、請求項２に記載の研磨工具。
【請求項８】
前記第２放射状フランジが、前記固定砥粒体の横方向軸に対してある角度で前記固定砥粒体から放射状に延在する第３面を備える、請求項７に記載の研磨工具。
【請求項９】
前記第２放射状フランジが、前記固定砥粒体の横方向軸に対してある角度で前記固定砥粒体から放射状に延在する第４面を備える、請求項７に記載の研磨工具。
【請求項１０】
前記複雑な形状が二重フランジ形状を含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項１１】
前記形状深さ（ＦＤ）が、少なくとも約０．４、少なくとも約０．５、少なくとも約０．６または少なくとも約０．７である、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項１２】
前記形状深さ（ＦＤ）が、約０．３〜約０．９５の間、約０．４〜約０．９の間、または約０．５〜約０．９の間の範囲内である、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項１３】
前記固定砥粒体が、式Ｆｌ／Ｆｗによって表される少なくとも約１．１の形状比率（ＦＲ）を含み、Ｆｌが、前記固定砥粒体の前記長手方向軸の方向に沿った周縁輪郭面の寸法として測定された形状長さであり、Ｆｗが、上面と底面との間の前記長手方向軸に沿った前記固定砥粒体の寸法として測定される形状幅である、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項１４】
前記固定砥粒体が、少なくとも約１．２、少なくとも約１．３または少なくとも約１．４の形状比率（ＦＲ）を含む、請求項１３に記載の研磨工具。
【請求項１５】
前記固定砥粒体が、約１．１〜約３．０との間、約１．２〜約２．８の間または約１．２〜約２．５の間の範囲内の形状比率（ＦＲ）を含む、請求項１３に記載の研磨工具。
【請求項１６】
前記固定砥粒体が、少なくとも約１．３、少なくとも約１．４または少なくとも約１．５の突出し比率（ＯＲ）を含み、前記突出し比率が式ＯＬ／Ｄｍによって表され、Ｄｍが、前記固定砥粒体の前記長手方向軸に沿ったある箇所における最小径であり、ＯＬが、前記固定砥粒体の、底面と、前記最小径を画定する前記固定砥粒体の前記長手方向軸に沿った前記箇所との間の部分の長さである、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項１７】
前記複雑な形状が、前記固定砥粒体から軸方向に延在する第１放射状フランジと第２放射状フランジとの間に延在する放射状チャネルを含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項１８】
前記結合材が、有機材料、無機材料およびそれらの組合せからなる材料群から選択される材料を含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項１９】
前記結合材が、樹脂、エポキシおよびそれらの組合せからなる群から選択される有機材料を含む、請求項１８に記載の研磨工具。
【請求項２０】
前記結合材が、金属、金属合金、セラミックおよびそれらの組合せからなる群から選択される無機材料を含む、請求項１８に記載の研磨工具。
【請求項２１】
前記結合材が、ガラス質材料を含むセラミック材料を含む、請求項２０に記載の研磨工具。
【請求項２２】
前記ガラス質材料が酸化物を含む、請求項２１に記載の研磨工具。
【請求項２３】
前記砥粒が超砥粒材料を含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項２４】
前記砥粒が本質的にダイヤモンドからなる、請求項２３に記載の研磨工具。
【請求項２５】
前記砥粒が本質的に立方晶窒化ホウ素からなる、請求項２３に記載の研磨工具。
【請求項２６】
前記砥粒が、約１５０ミクロン以下、約１２５ミクロン以下または約１００ミクロン以下の平均グリットサイズを有する、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項２７】
前記砥粒が、約１０ミクロン〜約１５０ミクロンの間の範囲内の平均グリットサイズを有する、請求項２６に記載の研磨工具。
【請求項２８】
前記砥粒が、前記固定砥粒体の全体積の約２ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間を構成する、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項２９】
前記ガラス質結合材が、前記固定砥粒体の全体積の約２ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間を構成する、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項３０】
前記固定砥粒体が、前記固定砥粒体の全体積の約０．５ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間の範囲内の量の気孔を含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項３１】
研磨工具を操作する方法であって、
結合材内に収容された砥粒を備えた軸付砥石研磨工具を用いて、工作物にくぼみ形状開口部を仕上げるステップであって、前記本体が、形状深さ（ＦＤ）が少なくとも約０．３である複雑な形状を備え、前記形状深さが式（Ｒｌ−Ｒｓ）／Ｒｌによって表され、Ｒｓが、前記本体の長手方向軸に沿ったある箇所における最小径（Ｒｓ）であり、Ｒｌが、前記本体の前記長手方向軸に沿ったある箇所における最大径（Ｒｌ）であり、Ｒｓが約１０ｍｍ以下である、ステップと、
前記本体の形状長さに沿って前記軸付砥石研磨工具に対しプランジドレッシングを行うステップと、
を含む方法。
【請求項３２】
ドレッシングを行うステップが、前記本体の形状長さに沿った異なる位置において異なる速度でドレッシング体を回転させることを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
仕上げるステップが、約２ミクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する前記工作物に前記くぼみ形状開口部を画定する仕上げ面を形成することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
仕上げるステップ中、前記軸付砥石研磨工具と前記窪み形状開口部を画定する前記工作物の面との接触面に、水溶性冷却材が提供される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
工作物を仕上げる方法であって、
工作物にくぼみ形状開口部を仕上げるように、前記工作物に対して固定砥粒工具を回転させるステップであって、前記固定砥粒工具が、結合材内に収容された砥粒を有する固定砥粒体を備え、仕上げが、約２ミクロン以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する前記くぼみ形状開口部を画定する面を形成することを含む、ステップ
を含む方法。
【請求項３６】
工作物を仕上げる方法であって、
表面にくぼみ形状開口部が粗く形成されている工作物を提供するステップと、
ガラス質ボンド内に収容された砥粒を備えた軸付砥石研磨工具を使用して前記くぼみ形開口部を仕上げるステップであって、仕上げ中、前記軸付砥石研磨工具と前記くぼみ形状開口部を画定する前記工作物の面との接触面に冷却材が提供される、ステップと、
を含む方法。
【請求項３７】
前記工作物が金属または金属合金を含む、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記工作物がニッケル系超合金材料を含む、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項３９】
仕上げるステップの間、前記固定砥粒工具が、少なくとも約１０，０００ｒｐｍまたは少なくとも約３０，０００ｒｐｍの速度で回転する、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項４０】
仕上げるステップの間、前記固定砥粒工具が、約１０，０００ｒｐｍ〜約２５０，０００ｒｐｍの間かまたは約１０，０００ｒｐｍ〜約１２５，０００ｒｐｍの間の範囲内の速度で回転する、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項４１】
仕上げるステップが、
前記固定砥粒工具を、第１パスで、前記工作物の前記くぼみ形状開口部を画定する前記面の第１部分に接触させるステップと、
前記固定砥粒工具を、第２パスで、前記工作物の前記くぼみ形状開口部を画定する前記面の第２部分に接触させるステップであって、前記第１部分および前記第２部分が前記面の異なる部分である、ステップと、
をさらに含む、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項４２】
仕上げるステップが、
前記固定砥粒工具を、第１パスで、前記工作物の前記くぼみ形状開口部を画定する前記面の第１部分に接触させるステップと、
前記固定砥粒工具を、第２パスで、前記第１部分に接触させるステップであって、前記固定砥粒工具が、前記第１パスおよび前記第２パスで異なる方向に移動する、ステップと、
をさらに含む、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１パスが、前記くぼみ形状開口部を画定する前記面から約１００ミクロン以下、または前記くぼみ形状開口部を画定する前記面から約７５ミクロン以下の深さまで材料を除去することを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１パスが、前記くぼみ形状開口部を画定する前記面から約１ミクロン〜約１００ミクロンの間の範囲内の深さまで材料を除去することを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
仕上げるステップの間、前記固定砥粒工具の送り速度が、少なくとも約３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）、少なくとも約５０ｉｐｍ（１２７０ｍｍ／分）、少なくとも約７５ｉｐｍ（１９０５ｍｍ／分）、少なくとも約１００ｉｐｍ（２５４０ｍｍ／分）または少なくとも約１２５ｉｐｍ（３１７５ｍｍ／分）である、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項４６】
仕上げるステップの間、前記固定砥粒工具の送り速度が、約３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）〜約３００ｉｐｍ（７６２０ｍｍ／分）の間、約５０ｉｐｍ（１２７０ｍｍ／分）〜約２５０ｉｐｍ（６３５０ｍｍ／分）の間、または約５０ｉｐｍ（１２７０ｍｍ／分）〜約２００ｉｐｍ（５０８０ｍｍ／分）の間の範囲内である、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項４７】
仕上げるステップの間、材料除去速度が、少なくとも約０．０１立方インチ／分／インチ（０．１１ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約０．０５立方インチ／分／インチ（０．５４ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約０．０８立方インチ／分／インチ（０．８６ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約０．１立方インチ／分／インチ（１．１ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約０．３立方インチ／分／インチ（３．２ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約１立方インチ／分／インチ（１１ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約１．５立方インチ／分／インチ（１６ｍｍ３／秒／ｍｍ）、またはさらには少なくとも約２立方インチ／分／インチ（２２ｍｍ３／秒／ｍｍ）である、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項４８】
仕上げるステップの間、材料除去速度が、約０．０１立方インチ／分／インチ（０．１１ｍｍ３／秒／ｍｍ）〜約２立方インチ／分／インチ（２２ｍｍ３／秒／ｍｍ）の間かまたは約０．０３立方インチ／分／インチ（０．３２ｍｍ３／秒／ｍｍ）〜約１．５立方インチ／分／インチ（１６ｍｍ３／秒／ｍｍ）の間の範囲内である、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項４９】
仕上げるステップの間、使用される仕上げ仕事率が、約３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）〜約３００ｉｐｍ（７６２０ｍｍ／分）の間の範囲内の軸付砥石工具の送り速度で、約５Ｈｐ（３．７５ｋＷ）以下、約４Ｈｐ（３．０ｋＷ）以下、または約３Ｈｐ（２．２５ｋＷ）以下である、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項５０】
仕上げるステップの後、前記工作物に本質的に焼損がない、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項５１】
仕上げるステップが、水溶性冷却剤を用いて行われる、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項５２】
前記水溶性冷却剤が、前記軸付砥石工具と前記工作物との間の接触面に提供される、請求項８３に記載の方法。
【請求項５３】
前記仕上げるステップが、冷却油を用いて行われる、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項５４】
トラバースドレッシング操作を行うステップをさらに含む、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項５５】
前記冷却材が水溶性冷却材を含む、請求項３５または３６に記載の方法。
【請求項５６】
前記冷却材が冷却油を含む、請求項３５または３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、研磨工具とこうした研磨工具を用いて工作物に複雑な形状を仕上げる方法とに関し、より詳細には、工作物内に複雑な形状を仕上げるために特定の形状を有する固定砥粒（ｂｏｎｄｅｄ  ａｂｒａｓｉｖｅ）工具の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
仕上げ業界において、工作物を仕上げるためにさまざまなプロセスを採用することができる。しかしながら、複雑な形状を有するように工作物を仕上げる特定の状況では、利用できる選択肢はほとんどなく、それは、こうした仕上げ操作には厳密な表面輪郭形状および厳格な寸法公差が必要であるためである。いくつかの好ましい手法は、フライス加工またはブローチ削りであり、そこでは、刃を用いて工作物において複雑な形状が切削される。しかしながら、ブローチ削りは、工具コストが高く、機械類が高価であり、セットアップコストがかかり、工具再研削コストがかかり、かつ材料除去速度が低速であるため、費用のかかる操作となる可能性がある。フライス加工プロセスは、特にニッケル合金等の機械加工が困難な材料を機械加工する場合に、一般に非常に低速である。
【０００３】
さらに、タービンディスクに、ディスクの周縁にタービンブレードを支持または保持するために使用される保持スロットを形成する状況では、業界の大部分を通してブローチ削りが好ましい手法である。航空宇宙業界における現行の慣習は、逐次大きくなるカッターをディスクスロットに押し通し、最終カッターが仕上げられるスロットの所望の複雑な形状（すなわちくぼみ（ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ）形状）を有する直線切削機械であるブローチ削り機械を使用することによって、ディスクにスロットを加工するというものである。ブローチ削りは、Ｙａｄｚｉｋ，Ｊｒ．らの米国特許第５，４３０，９３６号明細書に例示されている。
【０００４】
異形（ｐｒｏｆｉｌｅｄ）部品を製造する別の方法は、Ｋｕｅｈｎｅらの米国特許第５，３３０，３２６号明細書に例示されている。その方法は、ブランクを予備成形して、１つのチャッキング位置において少なくとも１つの異形研削砥石により最終研削することを含む。ブランクを、ブランクに所望の形状を適切に与える予備成形ステップ中、少なくとも１つの異形研削砥石に対して並進させ回転させる。しかしながら、Ｋｕｅｈｎｅの方法は、外面には使用できるが内面には使用できず、したがって、内部スロットの形成には適用可能ではない。
【０００５】
工作物に複雑な形状を生成する他の方法は、米国特許第６，８８３，２３４号明細書および米国特許第７，７０８，６１９号明細書に開示されている。Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｎらの米国特許第７，７０８，６１９号明細書では、プロセスは、工作物内に最初にスロットを形成するために部品の表面に対して垂直に作用する大径砥石による研削を利用する。スロットの所望の輪郭形状への仕上げは、単層電気めっき工具を用いて完成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
工作物内に複雑な形状を形成し、従来のプロセスに関連する欠点を制限する新たな方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１態様によれば、研磨工具は、結合材内に収容された砥粒を有する固定砥粒体（ｂｏｎｄｅｄ  ａｂｒａｓｉｖｅ  ｂｏｄｙ）を有し、固体砥粒体は、形状深さ（ｆｏｒｍ  ｄｅｐｔｈ）（ＦＤ）が少なくとも約０．３である複雑な形状を備え、形状深さは式（Ｒｌ−Ｒｓ）／Ｒｌによって表される。特に、Ｒｓは、固定砥粒体の長手方向軸に沿ったある箇所における最小径（Ｒｓ）であり、Ｒｌは、固定砥粒体の長手方向軸に沿ったある箇所における最大径（Ｒｌ）である。
【０００８】
別の態様によれば、工作物を仕上げる方法は、工作物にくぼみ形状開口部を仕上げるように、工作物に対して固定砥粒工具を回転させるステップを含む。固定砥粒工具は、結合材内に収容された砥粒を有する固定砥粒体を含み、仕上げは、約２ミクロン以下の表面粗さ（Ｒａ）を有するくぼみ形状開口部を画定する面を形成することを含む。
【０００９】
さらに別の態様では、研磨工具を操作する方法は、結合材内に収容された砥粒を備えた軸付砥石（ｍｏｕｎｔｅｄ  ｐｏｉｎｔ）研磨工具を用いて、工作物にくぼみ形状開口部を仕上げるステップを含む。本体は、形状深さ（ＦＤ）が少なくとも約０．３である複雑な形状を備え、形状深さは式（Ｒｌ−Ｒｓ）／Ｒｌによって表され、Ｒｓは、本体の長手方向軸に沿ったある箇所における最小径（Ｒｓ）であり、Ｒｌは、本体の長手方向軸に沿ったある箇所における最大径（Ｒｌ）である。特に、Ｒｓは約１０ｍｍ以下である。本方法は、本体の形状長さに沿って軸付砥石研磨工具に対しプランジドレッシングを行うステップをさらに含む。
【００１０】
別の態様は、工作物を仕上げる方法であって、表面にくぼみ形状開口部が粗く形成されている工作物を提供するステップと、ガラス質ボンド内に収容された砥粒を備えた軸付砥石研磨工具を使用してくぼみ形開口部を仕上げるステップとを含む、方法を含む。仕上げるステップの間、軸付砥石研磨工具とくぼみ形状開口部を画定する工作物の面との接触面に、水溶性冷却材が提供される。
【００１１】
添付図面を参照することにより、本開示をより理解することができ、その多くの特徴および利点が当業者に明らかとなり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スロット形成プロセスの概略図を含む。
【図２（ａ）】スロット形成プロセスによって生成することができるスロットの概略図を含む。
【図２（ｂ）】スロット形成プロセスによって生成することができるスロットの概略図を含む。
【図３Ａ】実施形態による固定砥粒工具を使用する仕上げ操作の図を含む。
【図３Ｂ】複雑な形状を有する工作物における仕上げられた開口部の図を含み、仕上げられた開口部が実施形態による固定砥粒工具を用いて形成されている。
【図４】実施形態による複雑な形状を有する固定砥粒工具の断面図を含む。
【図５】実施形態による複雑な形状を有する固定砥粒工具に対するドレッシング操作の図を含む。
【図６】実施形態によって行われる仕上げ操作中に測定された性能パラメータのプロットを含む。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
異なる図面において同じ参照符号を用いる場合、それは類似するかまたは同一の項目を示す。
【００１４】
以下は、研磨工具、より詳細には、工作物内の複雑な形状を有する表面の仕上げに適している固定砥粒工具に関する。固定砥粒が、結合材の３次元体積内に収容されている、３次元体積を通して分散している砥粒を含む３次元形状を有しているという点で、他の研磨材（たとえば研磨布紙等）とは別個かつ異質な種類であることが理解されよう。さらに、固定砥粒体は、幾分かの量の気孔を含むことができ、それにより、切屑形成および新たな砥粒の露出を容易にすることができる。切屑形成、砥粒露出およびドレッシングは、固定砥粒に関連するいくつかの属性であり、それが、研磨布紙または単層電気めっき工具等の他の種類の研磨材から、固定砥粒を区別する。
【００１５】
本明細書で用いる「複雑な形状」という用語は、くぼみ形状を画定する輪郭を有する（たとえば工作物内の開口部の）形状または部品（たとえば固定砥粒体）の形状を指す。くぼみ形状により、嵌合している形状（ｆｏｒｍ）を３つの軸のうちの１つ（すなわち、ｘ、ｙまたはｚ）に対して垂直な方向に取り除くことができない。「くぼみ形状」は、軸方向外側位置（すなわち入口）より軸方向内側位置の方が広い、凹角を持つ（ｒｅ−ｅｎｔｅｒｉｎｇ）かまたは内側に向いている輪郭形状であり得る。くぼみ形状の一例は、ダブテールスロット、キーストン形状等である。
【００１６】
ジェットエンジン、ロータ、コンプレッサブレードアセンブリ等のタービン構成要素は、通常、タービンディスクにくぼみ形状スロットを採用している。くぼみ形状を用いて、タービンディスクの周縁にタービンブレードを支持または保持することができる。部品を機械テーブルに締め付けるＴスロットもまた、こうしたくぼみ形状スロットを用いる。
【００１７】
工作物に複雑な形状を形成するプロセスに関して、工作物内に開口部を形成する、初期スロット形成プロセスに取り掛かることができる。開口部またはスロットは、必ずしも最終的な輪郭（すなわち複雑な形状）を有しているとは限らない。スロット形成プロセスは、材料の大部分を除去することができ、固定砥粒工具による複雑な形状の仕上げプロセスで除去される材料の量を最小限にする。
【００１８】
図１は、スロット形成プロセス１０の図を示す。図示するように、スロット形成プロセスは、工作物１４に対して特定の方法で方向付けられる固定砥粒工具１２を利用することができ、それにより工作物１４にスロット１６を形成する。特定の実施形態では、本発明のスロット形成プロセスを、クリープフィード研削プロセスを行うように工作物１４に対して方向付けられた、固定砥粒工具１２を用いて完成することができる。クリープフィード研削を、約３０ｍ／秒から約１５０ｍ／秒の範囲の研削速度で行うことができる。
【００１９】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、スロット形成プロセスによって生成することができるスロットの概略図を含む。特に、図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ、本発明のスロット形成プロセス１０によって形成することができる工作物１８Ａおよび１８Ｂを含む。一実施形態では、スロット１６は、図２（ａ）に示すように、スロット１６の深さを通して単一径を有している。別の実施形態では、スロット１６は、図２（ｂ）に示すように、異なる深さに少なくとも２つの別個の径を有している。
【００２０】
スロット形成プロセスは、特定の所定切削エネルギーを利用することができる。たとえば、所定切削エネルギーは、約０．５Ｈｐ／立方インチ分（約１．４Ｊ／ｍｍ３）〜約１０Ｈｐ／立方インチ分（約２７Ｊ／ｍｍ３）の間かまたは約１Ｈｐ／立方インチ分（約２．７Ｊ／ｍｍ３）〜約１０Ｈｐ／立方インチ分（約２７Ｊ／ｍｍ３）の間等、約１０Ｈｐ／立方インチ分（約２７Ｊ／ｍｍ３）以下であり得る。
【００２１】
別の実施形態では、スロット形成プロセスを、約１０Ｈｐ／立方インチ／分（約２７Ｊ／ｍｍ３）の最大所定切削エネルギーでの約０．２５立方インチ／分インチ（約２．７ｍｍ３／秒／ｍｍ）〜と約６０立方インチ／分インチ（約６５０ｍｍ３／秒／ｍｍ）の間の範囲等、特定の材料除去速度（ＭＲＲ）で行うことができる。本明細書に開示する仕上げプロセスに関連して利用することができるスロット形成プロセスのさらなる詳細は米国特許第７，７０８，６１９号明細書に提示されており、その教示は参照により本明細書に援用される。
【００２２】
スロット形成プロセス、したがって本明細書に記載の実施形態の仕上げプロセスを、難削材を含むいくつかのタイプの材料に対して完了することができる。本発明に関する工作物は、金属、および特に、チタン、Ｉｎｃｏｎｅｌ（たとえばＩＮ−７１８）、ニッケルクロム鋼合金（たとえば１００Ｃｒ６）、炭素鋼（ＡＩＳＩ４３４０およびＡＩＳＩ１０１８）およびそれらの組合せ等の特定の金属合金であり得る。一実施形態によれば、工作物は、硬度値が、約４Ｒｃ〜約６５Ｒｃの間（または８４Ｒｂから１１１Ｒｂの硬度）等、約６５Ｒｃ以下であり得る。これは、通常より軟質な材料、すなわち最大硬度値が約３２Ｒｃの材料にしか使用することができない従来技術による機械加工プロセスとは対照的である。一実施形態では、本発明に対する金属工作物は、硬度値が約３２Ｒｃ〜約６５Ｒｃの間かまたは約３６Ｒｃ〜約６５Ｒｃの間である。
【００２３】
スロット形成プロセスでは、研削砥石および切断砥石等の固定砥粒工具を使用することができる。スロット形成プロセスで使用される固定砥粒工具は、任意選択的に二次砥粒またはその凝集粒子を含む、（工具体積に基づき）少なくとも約３ｖｏｌ％（体積％）の繊維状ゾルゲルアルファ−アルミナ砥粒を含むことができる。固定砥粒工具を作製する好適な方法は、参照により教示内容がすべて本明細書に援用される、米国特許第５，１２９，９１９号明細書、同第５，７３８，６９６号明細書、同第５，７３８，６９７号明細書、同第６，０７４，２７８号明細書および同第６，６７９，７５８Ｂ号明細書、ならびに２００５年９月２８日に出願された米国特許出願第１１／２４０，８０９号明細書に開示されている。スロット形成プロセスに使用される固定砥粒工具の特定の詳細は、米国特許第７，７０８，６１９号明細書に提供されており、その教示内容は参照により本明細書に援用される。
【００２４】
ここで、スロット形成プロセスに続く操作に関して、スロットの輪郭を複雑な形状（たとえばくぼみ形状）に変えるように仕上げプロセスを行うことができる。スロット形成および仕上げプロセスを行うために使用される工具は、多軸マシニングセンターを含む高効率研削機械の一部であり得る。多軸マシニングセンターでは、スロット形成および複雑な形状の仕上げプロセスをともに同じ機械で行うことができる。好適な研削機械として、たとえば、Ｓｐｒｉｎｇ  Ｌａｋｅ、Ｍｉｃｈ．のＣａｍｐｂｅｌｌ  Ｇｒｉｎｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＣａｍｐｂｅｌｌ  ９５０Ｈ水平軸研削機械工具と、Ｂｌｏｈｍ  Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｂａｕ  ＧｍｂＨ、Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能なＢｌｏｈｍ  Ｍｏｎｔ．４０８、３軸ＣＮＣクリープフィード研削機械とが挙げられる。
【００２５】
図３Ａは、実施形態による固定砥粒工具を用いる仕上げ操作の図を含む。特に、図３Ａは、軸付砥石工具の形態の固定砥粒工具３０１により、工作物１４のスロット１６内に複雑な形状を形成する仕上げ操作を示す。固定砥粒工具３０１は、工作物１４内に対応する複雑な形状を生成するのに適している複雑な形状を有することができる。すなわち、固定砥粒体３０３は、工作物１４内に与えられる複雑な形状の反転した形状を有することができる。
【００２６】
本明細書に記載の実施形態によれば、固定砥粒工具３０１は、結合材の基材内に収容される砥粒を含む固定砥粒体３０３を有することができる。すなわち、固定砥粒工具は、結合材の３次元基材を通して分散されている砥粒を組み込んでいる。実施形態によれば、砥粒は、超砥粒材料を含むことができる。たとえば、好適な超砥粒材料は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドおよびそれらの組合せを含むことができる。場合によっては、固定砥粒体３０３は、本質的にタイヤモンドからなる砥粒を含むことができる。しかしながら、他の工具では、固定砥粒体３０３は、本質的に立方晶窒化ホウ素からなる砥粒を含むことができる。
【００２７】
固定砥粒工具を、平均グリットサイズが約１５０ミクロン以下である砥粒を組み込んだ研磨体を有するように形成することができる。いくつかの実施形態では、砥粒は、平均グリットサイズは、約１００ミクロン以下またはさらには約９５ミクロン以下等、約１２５ミクロン以下であり得る。特定の場合、砥粒は、平均グリットサイズが、約２０ミクロン〜約１２０ミクロンの間、またはさらには約２０ミクロン〜約１００ミクロンの間等、約１０ミクロン〜約１５０ミクロンの間の範囲内である。
【００２８】
固定砥粒体３０３内の結合材に関して、好適な材料は、有機材料、無機材料およびそれらの組合せを含むことができる。たとえば、好適な有機材料は、樹脂、エポキシ等のポリマーを含むことができる。
【００２９】
いくつかの好適な無機結合材は、金属、金属合金、セラミック材料およびそれらの組合せを含むことができる。たとえば、いくつかの好適な金属は、遷移金属元素および遷移金属元素を含む金属合金を含むことができる。他の実施形態では、結合材は、多結晶材料および／またはガラス質材料を含むことができるセラミック材料であり得る。好適なセラミック結合材は、たとえばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ等を含む、酸化物を含むことができる。
【００３０】
さらに、結合材はハイブリッド材料であり得ることが理解されよう。たとえば、結合材は、無機成分および有機成分の組合せを含むことができる。いくつかの好適なハイブリッド結合材は、金属および有機結合材を含むことができる。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態によれば、固定砥粒工具３０１は、結合材、砥粒および幾分かの気孔を含む複合物を含むことができる。たとえば、固定砥粒工具３０１は、固定砥粒体の全体積の少なくとも約３ｖｏｌ％の砥粒（たとえば超砥粒）を有することができる。他の場合では、固定砥粒工具３０１は、少なくとも約６ｖｏｌ％、少なくとも約１０ｖｏｌ％、少なくとも約１５ｖｏｌ％、少なくとも約２０ｖｏｌ％またはさらには少なくとも約２５ｖｏｌ％の砥粒を含むことができる。特定の固定砥粒工具３０１を、約４ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間、またはさらには約６ｖｏｌ％〜約５４ｖｏｌ％の間等、約２ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間の超砥粒を含むように形成することができる。
【００３２】
固定砥粒工具３０１を、固定砥粒体の全体積の少なくとも約３ｖｏｌ％の結合材（たとえばビトリファイドボンドまたはメタルボンド材）を有するように形成することができる。他の場合では、固定砥粒工具３０１は、少なくとも約６ｖｏｌ％、少なくとも約１０ｖｏｌ％、少なくとも約１５ｖｏｌ％、少なくとも約２０ｖｏｌ％またはさらには少なくとも約２５ｖｏｌ％の結合材を含むことができる。特定の固定砥粒工具３０１は、約４ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間、またはさらには約６ｖｏｌ％〜約５４ｖｏｌ％の間等、約２ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間の結合材を含むことができる。
【００３３】
固定砥粒工具３０１を、一定の含有率の気孔、特に固定砥粒体の全体積の約６０ｖｏｌ％以下の量を有するように形成することができる。たとえば、固定砥粒体３０１は、約５０ｖｏｌ％以下、約４５ｖｏｌ％以下、約４０ｖｏｌ％以下、約３５ｖｏｌ％以下、またはさらには約３０ｖｏｌ％以下等、約５５ｖｏｌ％以下の気孔を有することができる。特定の固定砥粒工具３０１は、約１ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間、約１ｖｏｌ％〜約５４ｖｏｌ％の間、約２ｖｏｌ％と約５０ｖｏｌ％の間、約２ｖｏｌ％〜約４０ｖｏｌ％の間、またはさらには約２ｖｏｌ％〜約３０ｖｏｌ％の間等、約０．５ｖｏｌ％〜約６０ｖｏｌ％の間の気孔等、一定含有率の気孔を有することができる。
【００３４】
仕上げプロセス中、固定砥粒工具３０１を、工作物１４に接触して、より詳細には工作物１４内に先に形成されているスロット１６内に配置することができる。実施形態によれば、固定砥粒工具３０１を、極めて高速で回転させて、工作物１４内に複雑な形状を形成するようにスロット１６の表面３２１および３２３を仕上げかつ輪郭を再形成することができる（たとえば図３Ｂの３５１を参照）。たとえば、固定砥粒工具を、少なくとも約１０，０００ｒｐｍの速度で回転させることができる。他の場合では、少なくとも約２０，０００ｒｐｍ、少なくとも約３０，０００ｒｐｍ、少なくとも約４０，０００ｒｐｍまたはさらにはそれより高速等、より高速に回転させてもよい。さらに、いくつかの場合では、約１０，０００ｒｐｍ〜１１０，０００ｒｐｍの間、またはさらには約１０，０００ｒｐｍ〜約１００，０００ｒｐｍの間等、約１０，０００ｒｐｍ〜約１２５，０００ｒｐｍの間の範囲内の速度で、固定砥粒工具３０１を工作物１４に対して回転させる。
【００３５】
仕上げ中、固定砥粒工具３０１を、工作物１４に対して軸に沿って移動させることにより、表面３２１の好適な複雑な形状への仕上げを容易にすることができる。たとえば、場合によっては、固定砥粒工具３０１は、往復動経路をたどるか、またはボックスサイクル（ｂｏｘ  ｃｙｃｌｅ）を完了することができる。たとえば、往復動経路の１回目のパスでは、固定砥粒工具３００を、経路３０８に沿って工作物１４に対して移動させることができる。経路３０８に沿った固定砥粒工具３００の移動により、表面３２１の完全な厚さの仕上げが容易になる。往復動経路の１つのタイプによれば、経路３０８に沿った１回目のパスが完了した後、固定砥粒工具３０１を、軸３７５に沿って横方向にシフトさせ、２回目のパスで経路３０９に沿って移動させることができる。この特定の往復動経路に従って、２回目のパスの間、固定砥粒工具３０１の表面は、表面３２１に対向するスロット１６の面３２３と接触することができ、それにより表面３２３によって画定されるスロット１６の部分を仕上げる。固定砥粒工具３０１が、スロット１６を通して工作物の完全な厚さに沿って移動した後、工具を、軸３７５に沿って横方向に再びシフトさせることができ、工具は、表面３２１に沿ってさらなる（すなわち３回目の）パスのために経路３０８に戻ることができる。固定砥粒工具３０１を、表面３２１および３２３が十分に仕上げられるまで指定された回数、経路３０８および３０９に沿って往復動しかつ移動することができることが理解されよう。経路３０８および３０９が直線状であるように示されているが、いくつかのプロセスは、湾曲した経路を利用するかまたは弧状方向を利用することができることがさらに理解されよう。
【００３６】
別の実施形態によれば、往復動経路を、スロットの１つの面が別の面が仕上げられる前に仕上げられるように行うことができる。たとえば、固定砥粒工具３０１を、第１面３２１が好適な複雑な形状で仕上げられるまで、複数の連続したパス（すなわち経路３０８に沿って前後に）第１面３２１に沿って移動させることができる。第１面３２１を仕上げた後、固定砥粒工具を、軸３７５に沿って横方向にシフトさせることにより、スロット１６の第１面３２３とは反対側の第２面３２３に接触させることができる。そして、固定砥粒工具３０１を、第２面３２３が仕上げられるまで、複数の連続したパスで第２面３２３に沿ってスロット１６の厚さに沿って（すなわち経路３０９に沿って前後に）再び移動させることができる。
【００３７】
一実施形態によれば、仕上げプロセスは、各パスにおいてスロットの表面から特定の量の材料を除去することができる。たとえば、仕上げ中、固定砥粒工具３０１は、スロット１６における固定砥粒工具３０１の各パスに対して、表面３２１から１００ミクロン以下の深さまで材料を除去することができる。他の実施形態では、仕上げ操作を、材料が、スロット１６における固定砥粒工具３０１の各パスに対して約５０ミクロン以下またはさらにはそれより少なく等、約６５ミクロン以下等、約７５ミクロン以下の深さまで除去されるように行ってもよい。特定の場合、固定砥粒工具３０１の各パスは、約１ミクロン〜約７５ミクロンの間、またはさらには約１０ミクロン〜約６５ミクロンの間等、１ミクロン〜約１００ミクロンの間の範囲内の深さまで材料を除去することができる。
【００３８】
さらに、仕上げ中、同じ面の連続したパスの間の軸３７５に沿った固定砥粒工具の横方向移動の測度である、固定砥粒工具の送り速度は、少なくとも３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）であり得る。他の実施形態では、送り速度は、少なくとも約５０ｉｐｍ（１２７０ｍｍ／分）、少なくとも約７５ｉｐｍ（１９０５ｍｍ／分）、少なくとも約１００ｉｐｍ（２５４０ｍｍ／分）またはさらには少なくとも約１２５ｉｐｍ（３１７５ｍｍ／分）等、より高速であり得る。いくつかの仕上げプロセスは、約５０ｉｐｍ（１２７０ｍｍ／分）〜約２５０ｉｐｍ（６３５０ｍｍ／分）の間、またはさらには約５０ｉｐｍ（１２７０ｍｍ／分）〜約２００ｉｐｍ（５０８０ｍｍ／分）の間の範囲等、約３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）〜約３００ｉｐｍ（７６２０ｍｍ／分）の間の範囲内の送り速度を利用する。
【００３９】
工作物にくぼみ形状を形成する仕上げ操作を、所定の材料除去速度で行うことができる。たとえば、仕上げ操作中の材料除去速度は、少なくとも約０．０１立方インチ／分／インチ（０．１１ｍｍ３／秒／ｍｍ）であり得る。他の場合では、仕上げプロセスを、少なくとも約０．０８立方インチ／分／インチ（０．８６ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約０．１立方インチ／分／インチ（１．１ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約０．３立方インチ／分／インチ（３．２）、少なくとも約１立方インチ／分／インチ（１１ｍｍ３／秒／ｍｍ）、少なくとも約１．５立方インチ／分／インチ（１６ｍｍ３／秒／ｍｍ）、またはさらには少なくとも約２立方インチ／分／インチ（２２ｍｍ３／秒／ｍｍ）等、少なくとも約０．０５立方インチ／分／インチ（０．５４ｍｍ３／秒／ｍｍ）の材料除去速度で行うことができる。
【００４０】
いくつかの仕上げ操作の場合、材料除去速度は、約１．５立方インチ／分／インチ（１６ｍｍ３／秒／ｍｍ）以下であり得る。さらに、いくつかの仕上げプロセスは、材料除去率が、約１立方インチ／分／インチ（１１ｍｍ３／秒／ｍｍ）以下、約０．８立方インチ／分／インチ（８．６ｍｍ３／秒／ｍｍ）以下、またはさらには０．３立方インチ／分／インチ（３．２ｍｍ３／秒／ｍｍ）以下であり得る。
【００４１】
特定の場合は、仕上げプロセスを、材料除去速度が、約０．０３立方インチ／分／インチ（０．３２ｍｍ３／秒／ｍｍ）〜約１．５立方インチ／分／インチ（１６ｍｍ３／秒／ｍｍ）の間等、約０．０１立方インチ／分／インチ（０．１１ｍｍ３／秒／ｍｍ）〜約２立方インチ／分／インチ（２２ｍｍ３／秒／ｍｍ）の間の範囲内であり得るように行うことができる。
【００４２】
本明細書に記載の実施形態による仕上げ操作を、所定仕上げ仕事率（ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ  ｐｏｗｅｒ）でさらに行うことができる。たとえば、仕上げ操作中に用いられる仕上げ仕事率は、約３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）〜約３００ｉｐｍ（７６２０ｍｍ／分）の間の範囲内の軸付砥石工具の送り速度で、約５Ｈｐ（３．７５ｋＷ）以下であり得る。いくつかの他の実施形態によれば、仕上げ中、仕上げ仕事率は、約３．８Ｈｐ（２．８３ｋＷ）以下、約３．６Ｈｐ（２．６８ｋＷ）以下、約３．４Ｈｐ（２．５４ｋＷ）以下、約３．２Ｈｐ（２．３９ｋＷ）以下、またはさらには約３Ｈｐ（２．２５ｋＷ）以下等、約４Ｈｐ（３．０ｋＷ）以下であり得る。こうした仕上げ仕事率は、約３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）〜約３００ｉｐｍ（７６２０ｍｍ／分）の間の範囲内の送り速度で用いることができる。
【００４３】
仕上げ操作の完了時の工作物の表面は特定の特徴を有することができるため、仕上げ操作は他の材料除去操作とは別個であることも理解されよう。たとえば、図３Ｂを参照すると、実施形態に従って、仕上げられたくぼみ形状開口部３５１を有する工作物の一部の断面図が示されている。図示するように、工作物１４に、くぼみ形状開口部３５１を形成することができ、それは、輪郭が固定砥粒工具３０１の輪郭に実質的に類似する表面３２６および３２７によって画定されている。実施形態によれば、仕上げプロセスは、表面粗さ（Ｒａ）が約２ミクロン以下である表面３２６を形成することを含む。他の場合では、表面粗さ（Ｒａ）は約１．５ミクロン以下等、約１．８ミクロン以下等、より小さくてもよい。特定の場合では、表面粗さ（Ｒａ）は、約０．１ミクロン〜約２ミクロンの間の範囲内であり得る。仕上げ面の表面粗さ（Ｒａ）は、Ｍａｈｒ−Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから販売されておりかつＭａｒＳｕｒｆ  ＸＣＲソフトウェアを用いて操作される、ＭａｒＳｕｒｆ  ＵＤ  １２０／ＬＤ  １２０モデルＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ等の粗度計（Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定することができる。
【００４４】
仕上げ操作が完了すると、くぼみ形状開口部３５１を画定する表面３２６および３２７には、本質的に焼損はない。焼損は、変色したかまたは残留物を有しているか、あるいはエッチングの後に仕上げ操作中の表面に対する熱損傷を示す白みがかった外観を有する表面３２６または３２７の一部としての形跡であり得る。本明細書に記載の実施形態に従って行われる仕上げプロセスは、焼損をほとんど示さない最終表面を製造することができる。
【００４５】
本明細書に記載の実施形態によって行われる仕上げ操作は、固定砥粒工具３０１とスロット１６の表面３２１または３２３との接触面に提供される冷却剤を利用することができる。冷却剤を、米国特許第６，６６９，１１８号明細書に記載されているようにまとまった（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）噴流で提供することができる。他の実施形態では、冷却剤を、接触面領域に流し込む（ｆｌｏｏｄ）ことによって提供してもよい。本明細書に記載の実施形態の固定砥粒体は、水溶性冷却剤の使用を容易にすることができ、それは、いくつかの他の冷却剤（たとえば非水溶性冷却剤）に対して、環境の理由で好ましい場合がある。他の好適な冷却剤は、半合成冷却剤および／または合成冷却剤の使用を含むことができる。さらに、いくつかの操作に対し、油系冷却剤を使用することができることが理解されよう。
【００４６】
図４は、実施形態による研磨工具の断面図を含む。特に、研磨工具は、本明細書に記載するように表面の仕上げのために高速で回転するように構成されている、軸付砥石研磨工具であり得る。特に、研磨工具は、体積を通して分散しておりかつ本明細書に記載されているように結合材の体積内に収容される砥粒を組み込んでいる、固定砥粒体を含む。より詳細には、図４に示すように、固定砥粒体は、工作物内に複雑な形状（たとえばくぼみ形状）を仕上げるように構成された複雑な形状を有することができる。
【００４７】
一実施形態によれば、固定砥粒体４０１は、固定砥粒体４０１の長さ（すなわち固定砥粒体の最長寸法）に沿って上面４０４と下面４０３との間に延在している長手方向軸４５０を有することができる。さらに、横方向軸４５１が、長手方向軸４５０に対して垂直に延在し、固定砥粒体４０１の幅を画定することができる。一実施形態によれば、固定砥粒体４０１の複雑な形状を、第１軸方向位置において固定砥粒体から延在している第１放射状フランジ４１０によって画定することができる。たとえば、第１放射状フランジ４１０は、横方向軸４５１に沿って横方向にかつ固定砥粒体４０１の円周方向に延在することができる。フランジ４１０は、横方向軸４５１に対して第１角度で固定砥粒体４０１から放射状に延在する第１面４１１を有することができる。図示するように、第１面４１１と横方向軸４５１との交差部分は、鋭角４６１を画定することができる。同様に、フランジ４１０を、固定砥粒体４１０から放射状に延在している第２面４１２によってさらに画定することができる。第２面４１２は、第１面４１１に隣接しておりさらには当接していることが可能である。面４１２は、横方向軸４５１と面４１２との間の鋭角４６２を画定することができる。
【００４８】
さらに、固定砥粒体４０１を、第１放射状フランジ４１０とは別個であり得る第２放射状フランジ４１３を含むように形成することができる。実際には、図４に示すように、放射状フランジ４１３を、長手方向軸４５０に沿って、放射状フランジ４１０の軸方向位置とは別個の第２軸方向位置において、放射状フランジ４１０から間隔を空けて配置することができる。実施形態によれば、放射状フランジ４１３を、固定砥粒体から放射状にかつ円周方向に延在してフランジ４１３を画定することができる面４１４および４１５によって画定することができる。
【００４９】
場合によっては、固定砥粒体４０１の断面形状を、単一フランジ形状、二重フランジ形状、三重フランジ形状等として述べることができる。こうした形状は、固定砥粒体から延在してくぼみ形状を画定する１つまたは複数の放射状フランジを組み込むことができる。他の場合では、工作物内のくぼみ形状の仕上げおよび形成に適した寸法を有するように、くぼみ形状体として述べことができる。
【００５０】
一実施形態によれば、固定砥粒体４０１の複雑な形状を、形状深さ（ｆｏｒｍ  ｄｅｐｔｈ）（ＦＤ）によって表すことができる。形状深さを、式（Ｒｌ−Ｒｓ）／Ｒｌによって表すことができ、Ｒｓは、長手方向軸４５０に沿ったある箇所における固定砥粒体４０１の最小径（Ｒｓ）（すなわち、寸法４０６の半分）であり、Ｒｌは、長手方向軸４５０に沿ったある箇所における固定砥粒体４０１の最大径（Ｒｌ）（すなわち、寸法４０８の半分）である。
【００５１】
一実施形態では、固定砥粒体４０１は、形状深さ（ＦＤ）が少なくとも約０．３である。他の実施形態では、固定砥粒体４０１は、少なくとも約０．４、少なくとも約０．５、少なくとも約０．６、少なくとも約０．７またはそれより大きい形状深さ（ＦＤ）を有することができる。いくつかの実施形態は、約０．５〜約０．９の間等、約０．４〜約０．９の間等、約０．３〜約０．９５の間の範囲内の形状深さ（ＦＤ）を有する固定砥粒体４０１を利用することができる。
【００５２】
固定砥粒体４０１を、式Ｆｌ／Ｆｗによって表される形状比率（ｆｏｒｍ  ｒａｔｉｏ）（ＦＲ）によって表すことも可能である。寸法Ｆｌは、固体砥粒体４０１の長手方向軸４５０の方向に沿った周縁輪郭面（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｐｒｏｆｉｌｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）の寸法として測定される形状長さ（ｆｏｒｍ  ｌｅｎｇｔｈ）である。特に、形状長さは、材料除去仕上げプロセスに能動的に関与する輪郭の部分を画定する、図４に示す点Ａと点Ｂとの間の固定砥粒体４０１の輪郭の長さを表すことができる。寸法Ｆｗは、形状幅（ｆｏｒｍ  ｗｉｄｔｈ）であり、長手方向軸４５０の直線に沿った上面４０４と底面４０３との間の固定砥粒体の長さを実際に画定する。
【００５３】
一実施形態によれば、固定砥粒体４０１は、少なくとも約１．１の形状比率Ｆｌ／Ｆｗを有することができる。他の場合では、固定砥粒体４０１は、少なくとも約１．３、少なくとも約１．４、少なくとも約１．５またはさらには少なくとも約１．７等、少なくとも約１．２の形状比率を有することができる。特定の実施形態は、約１．３〜約２．２の間、またはさらには約１．３〜約２．０の間等、約１．２〜約２．５の間等、約１．２〜約２．８の間等、約１．１〜約３．０の間の範囲内の形状比率を有する、固定砥粒体を利用することができる。
【００５４】
固定砥粒体４０１のいくつかの寸法態様を、突出し比率によってさらに表すことができる。固定砥粒体４０１の突出し比率を、式ＯＬ／Ｄｍによって表すことができ、Ｄｍは、固定砥粒体の長手方向軸４５０に沿ったある箇所における最小径４０６であり、ＯＬは、固定砥粒体４０１の底面４０３と最小径４０６を画定する固定砥粒体の長手方向軸に沿った箇所との間の長さ４０７である。
【００５５】
いくつかの実施形態によれば、固定砥粒体４０１は、少なくとも約１．３の突出し比率（ＯＲ）を有することができる。さらに他の場合では、固定砥粒体４０１を、少なくとも約１．５またはさらには少なくとも約１．６等、少なくとも約１．４の突出し比率を有するように形成することができる。固定砥粒体４０１の突出し比率は、約１．３〜約２．２の間等、約１．３〜約２．５の間の範囲内であり得る。
【００５６】
本明細書に記載する特徴に加えて、固定砥粒体に対し、仕上げプロセスにより現場でドレッシングを行うことができる。ドレッシングは、本技術分野では、固定砥粒体の鋭利化および再成形の方法として理解されており、通常、固定砥粒物品に対して行われる操作であるが、たとえば単層研磨工具を含む他の研磨物品（たとえば電気めっき研磨体）での使用に適している操作ではない。
【００５７】
図５は、実施形態によるドレッシング操作の断面図を含む。特に、図５は、結合材の基材内に収容された砥粒を有する固定砥粒体を含む固定砥粒工具４００の一部の断面図を含む。本明細書に記載の実施形態による固定砥粒工具に対し、仕上げ操作中にドレッシングを行うことにより固定砥粒体の外形を維持することができ、それにより、他の従来の軸付砥石研磨工具に対し、仕上げ操作の精度の向上および工具寿命の延長を促進することができる。
【００５８】
ドレッシング操作中、著しく鋭利な材料を含む可能性があるドレッシング材５０１を、固定砥粒体４０１の輪郭の縁に接触して配置することができる。固定砥粒体４０１を、ドレッシング材５０１に対して回転させることにより、固定砥粒体の輪郭の縁を鋭利にし、かつ再度輪郭を形成することができる。別法として、ドレッシング中、ドレッシング材５０１を固定砥粒体４０１に対して回転させてもよい。または別の代替実施形態では、固定砥粒体４０１およびドレッシング材５０１を同時に回転させることができ、それらを、ドレッシングのタイプに応じて同じ方向にまたは反対方向に回転させてもよい。
【００５９】
特に、図５は、プランジドレッシング操作を示し、そこでは、ドレッシング材５０１は、固定砥粒体４０１の形状長さと完全に接触するように配置されている。プランジドレッシングは、固定砥粒体４０１を、工作物の表面を複雑な形状および厳密な寸法公差に仕上げるために好適な特定の輪郭を有するように維持する機構として、他の操作に対して著しい利点を提供することができる。特に、プランジドレッシング操作を行うために、ドレッシング材５０１の表面は、固定砥粒体４０１の輪郭を適切に再形成するために固定砥粒体４０１の形状長さと極めて同じ複雑な輪郭を有している。すなわち、ドレッシング材５０１を、相補的な複雑な形状を有するように成形することができ、それにより、ドレッシング材５０１は、ドレッシング中、形状長さの完全な周縁に沿って固定砥粒体４０１に係合することができる。仕上げ操作中に固定砥粒体４０１に対しドレッシングを行うことができることにより、工具寿命を長くし、寸法および表面形状（たとえばＲａ）を含む仕上げ面の一貫性を向上させることを促進することができる。
【００６０】
図５は、プランジドレッシング操作を示すが、本実施形態の固定砥粒物品とともに、たとえばトラバースドレッシング操作を含む他のドレッシング操作を利用することができる。トラバースドレッシングは、ドレッシング材を、固定砥粒と接触して、特に固定砥粒体の輪郭の一部と接触して配置することを含むことができる。特に、トラバースドレッシングは、プランジドレッシングの場合のように、固定砥粒体の複雑な形状を補完する複雑な形状が必ずしも与えられないため、いかなる時も形状長さの一部のみに対してドレッシングが行われるという点で、プランジドレッシングとは異なっている。むしろ、トラバースドレッシング操作は、完全な形状長さに対してドレッシングが行われるまで固定砥粒体の形状長さの複雑な形状に沿って移動すなわち横断させるドレッシング材を利用する。トラバースドレッシングを、仕上げ操作を用いて現場で完了することができる。
【実施例】
【００６１】
寸法が２．８５インチ×２．００インチ×１．５０インチであるＩｎｃｏｎｅｌ  ７１８の工作物を、Ｈｅａｌｄ  Ｇｒｉｎｄｅｒｓから入手可能な改良型Ｃｉｎｔｅｒｎａｌ  ＩＤ／ＯＤ２軸ＣＮＣ研削盤に配置した。
【００６２】
図４に示すような複雑な形状を有するＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのビトリファイドｃＢＮ軸付砥石工具（Ｂ１２０−２−Ｂ５−ＶＣＦ１０）を使用して、工作物に対して仕上げ操作を行った。固定砥粒体は、形状深さ（ＦＤ）が０．８、形状比率（ＦＲ）が１．５、突出し比率が１．５７であった。工具は、形状幅がおよそ４．１ｃｍ、突出し長さ（ＯＬ）が１．１９ｃｍ、最小径が０．７６２ｃｍ、最大径が３．７６ｃｍであった。
【００６３】
仕上げプロセスを、完成するまで６０のスロットを有する１つの２インチ厚さのロータの仕上げ（２インチの工作物から１．２インチの材料を除去することに等価）をシミュレートするように行った。仕上げ中、パス毎の切削深さは０．０００５インチであり、それにより、切削の全深さは、４０，０００ｒｐｍの砥石速度でスロットの各側において０．０１０インチであった。特に、４０，０００ｒｐｍの砥石速度で、最大径における１６，７５５ｓｆｐｍの最大から最小径での３，１４０ｓｆｐｍまでの範囲の、固定砥粒工具に対する表面速度がもたらされた。２回の仕上げ操作を、５０ｉｐｍおよび１００ｉｐｍの作業速度で行い、作業速度の各々に対し、２つの別個の工作物を使用した、試験の各々に対し、ドレッシングなしに工作物から１．２インチの材料を除去した。
【００６４】
第１試験工作物に対し、工作物の端部から４０パスまたは０．０２０インチ深さの材料を除去した（１つのスロットを完成するのと等価）。第２工作物に対し、各端部から０．４００インチの材料を除去した。最後に、第１工作物を再度使用し、第２端部から０．４００インチの材料を除去した。仕上げた後、工作物を仕上げ面に対する摩耗の分析のために送った。分析に基づき、焼損の形跡（すなわち、表面上の材料の白い層）は限られており、仕上げ面が商用用途の範囲内にあるということが明らかであった。
【００６５】
仕上げ中、冷却油（Ｍａｓｔｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＯＭ−３００）を、およそ２９．２ｇｐｍの流量により１００ｐｓｉで形状を横切って複数回の噴流を標的とするように設計されたノズルを使用して、固定砥粒工具と工作物の表面との接触面に提供した。
【００６６】
固定砥粒体に対し、以下の表１に示す条件下でドレッシングを行った。固定砥粒体を２回、すなわち１回は１００ｉｐｍ試験の開始時に、５０ｉｐｍ試験の開始時に再度ドレッシングを行った。
【００６７】
【表１】
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【００６８】
図６Ａおよび図６Ｂのプロットに、いくつかの性能パラメータを示す。図６Ａは、仕上げ操作に対する仕上げ仕事率（Ｈｐ）対スロット長（すなわち、仕上げられたスロット長のインチ数）のプロットを含む。特に、プロット６０１は、５０ｉｐｍで行われた仕上げ操作に対する仕事率対スロット長を表し、プロット６０３は、仕上げ操作１００ｉｐｍに対する仕事率対スロット長を表す。示すように、仕上げ仕事率は、５０ｉｐｍでの材料除去プロセスに対し２．２Ｈｐを超えず、仕上げ仕事率は、１００ｉｐｍでの材料除去に対し２．８Ｈｐを超えなかった。結果により、多くのスロットに必要な仕上げ仕事率が大幅に制限されたことが論証されている。
【００６９】
図６Ｂは、さまざまな長さの完成したスロットに対する５０ｉｐｍおよび１００ｉｐｍに対応する仕上げ仕事率（Ｈｐ）対所定の材料除去速度のプロットを含む。図６Ｂによって論証されるように、仕上げ仕事率は、最大０．５立方インチ／分／インチの所定の最大除去速度に対して２．８Ｈｐ未満であった。結果により、商品化という観点から許容可能な材料除去速度で表面の仕上げに必要な仕事率が大幅に制限されることが論証されている。
【００７０】
本明細書に記載の実施形態の研磨工具、およびその研磨工具を用いて工作物を仕上げる方法は、最先端技術からの脱却を表している。特に、こうした工作物および材料を、特に材料のくぼみ形状を厳密な寸法公差に形成するように仕上げる最先端技術による機構は、本明細書に記載の工具または機構を利用していなかった。特に、本明細書に記載の実施形態の研磨工具は、結合材の基材に体積が分散されている砥粒、形状深さ、突出し比率および形状比率によって表される複雑な形状を含む特徴の組合せを利用する。さらに、本明細書に記載の実施形態の固定砥粒工具は、以前は利用されていなかった特徴を有する仕上げ操作を容易にするように、特定の方法で利用される。特に、固定砥粒工具は、工具の位置決め速度、送り速度、材料除去速度、仕上げ仕事率等を含む特定の条件下で、工作物を複雑なくぼみ形状に仕上げることができる。さらに、説明した方法と組み合わせて本明細書に記載の研磨工具を利用することにより、工具の形状を維持しながら工作物を厳密な寸法公差に仕上げ、それにより、形成される形状および表面の精度を促進し、工具の使用可能寿命を延長することによって操作の効率が向上する、新たなプロセスが容易になる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月10日(2012.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合材内に収容された砥粒を有する固定砥粒体であって、形状深さ（ＦＤ）が少なくとも約０．３である複雑な形状を備え、前記形状深さが式（Ｒｌ−Ｒｓ）／Ｒｌによって表され、Ｒｓが、前記固定砥粒体の長手方向軸に沿ったある箇所における最小径（Ｒｓ）であり、Ｒｌが、前記固定砥粒体の前記長手方向軸に沿ったある箇所における最大径（Ｒｌ）である、固定砥粒体
を具備する研磨工具。
【請求項２】
前記複雑な形状が、前記固定砥粒体の第１軸方向位置から延在する第１放射状フランジを含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項３】
前記第１放射状フランジが、前記固定砥粒体の横方向軸に対して第１角度で前記固定砥粒体から放射状に延在する第１面を備え、前記第１放射状フランジが、前記第１面に隣接しかつ前記固定砥粒体の横方向軸に対して第２角度で前記固定砥粒体から放射状に延在する第２面を備える、請求項２に記載の研磨工具。
【請求項４】
前記複雑な形状が、前記固定砥粒体の第２軸方向位置から延在する第２放射状フランジを備え、前記第１放射状フランジおよび前記第２放射状フランジが、前記固定砥粒体の長手方向軸に沿って互いに間隔を空けて配置されている、請求項２に記載の研磨工具。
【請求項５】
前記第２放射状フランジが、前記固定砥粒体の横方向軸に対してある角度で前記固定砥粒体から放射状に延在する第３面を備え、前記第２放射状フランジが、前記固定砥粒体の横方向軸に対してある角度で前記固定砥粒体から放射状に延在する第４面を備える、請求項４に記載の研磨工具。
【請求項６】
前記複雑な形状が二重フランジ形状を含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項７】
前記固定砥粒体が、式Ｆｌ／Ｆｗによって表される少なくとも約１．１の形状比率（ＦＲ）を含み、Ｆｌが、前記固定砥粒体の前記長手方向軸の方向に沿った周縁輪郭面の寸法として測定された形状長さであり、Ｆｗが、上面と底面との間の前記長手方向軸に沿った前記固定砥粒体の寸法として測定される形状幅である、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項８】
前記固定砥粒体が、少なくとも約１．３、少なくとも約１．４または少なくとも約１．５の突出し比率（ＯＲ）を含み、前記突出し比率が式ＯＬ／Ｄｍによって表され、Ｄｍが、前記固定砥粒体の前記長手方向軸に沿ったある箇所における最小径であり、ＯＬが、前記固定砥粒体の、底面と、前記最小径を画定する前記固定砥粒体の前記長手方向軸に沿った前記箇所との間の部分の長さである、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項９】
前記複雑な形状が、前記固定砥粒体から軸方向に延在する第１放射状フランジと第２放射状フランジとの間に延在する放射状チャネルを含む、請求項１に記載の研磨工具。
【請求項１０】
研磨工具を操作する方法であって、
結合材内に収容された砥粒を備えた軸付砥石研磨工具を用いて、工作物にくぼみ形状開口部を仕上げるステップであって、前記本体が、形状深さ（ＦＤ）が少なくとも約０．３である複雑な形状を備え、前記形状深さが式（Ｒｌ−Ｒｓ）／Ｒｌによって表され、Ｒｓが、前記本体の長手方向軸に沿ったある箇所における最小径（Ｒｓ）であり、Ｒｌが、前記本体の前記長手方向軸に沿ったある箇所における最大径（Ｒｌ）であり、Ｒｓが約１０ｍｍ以下である、ステップと、
前記本体の形状長さに沿って前記軸付砥石研磨工具に対しプランジドレッシングを行うステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
工作物を仕上げる方法であって、
工作物にくぼみ形状開口部を仕上げるように、前記工作物に対して固定砥粒工具を回転させるステップであって、前記固定砥粒工具が、結合材内に収容された砥粒を有する固定砥粒体を備え、仕上げが、約２ミクロン以下の表面粗さ（Ｒａ）を有する前記くぼみ形状開口部を画定する面を形成することを含む、ステップ
を含む方法。
【請求項１２】
仕上げるステップが、
前記固定砥粒工具を、第１パスで、前記工作物の前記くぼみ形状開口部を画定する前記面の第１部分に接触させるステップと、
前記固定砥粒工具を、第２パスで、前記工作物の前記くぼみ形状開口部を画定する前記面の第２部分に接触させるステップであって、前記第１部分および前記第２部分が前記面の異なる部分である、ステップと、
をさらに含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
仕上げるステップの間、前記固定砥粒工具の送り速度が、約３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）〜約３００ｉｐｍ（７６２０ｍｍ／分）の間の範囲内である、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１４】
仕上げるステップの間、材料除去速度が、約０．０１インチ３／分／インチ（０．１１ｍｍ３／秒／ｍｍ）〜約２インチ３／分／インチ（２２ｍｍ３／秒／ｍｍ）の間の範囲内である、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１５】
仕上げるステップの間、使用される仕上げ仕事率が、約３０ｉｐｍ（７６２ｍｍ／分）〜約３００ｉｐｍ（７６２０ｍｍ／分）の間の範囲内の前記固定砥粒工具の送り速度で、約５Ｈｐ（３．７５ｋＷ）以下である、請求項１０または１１に記載の方法。
【国際調査報告】
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