JP2004538166A - 研削への適用のためのまとまり噴流ノズル - Google Patents

Abstract

ノズル組立体（２０）及び方法は、研削される部分の熱的な損傷を最小限とするために、所望の温度、圧力、及び、流量での研削工程において、研削ホイールへ接線方向に冷却剤のまとまり噴流を供給するように構成される。本発明に実施形態は、ガスタービンの耐クリープ合金及び強化鋼のような熱変化材料を研削する時に役立つ。流量及び圧力の指針は実施形態の最適化を容易にするように提供される。
【選択図】図７Ｂ

Description

【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年８月２０日に出願された仮米国出願６０／３１３，７３３の利益を主張する。本発明は、加工部材と材料除去工具との間の接触位置への冷却剤の供給に関し、より詳細には、研削作業への冷却剤の供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削機械にノズルを備え付けることが公知であり、このノズルは、加工部材と、回転研削ホイールのような材料除去工具との間の接触位置へ適当な冷却液の一つ以上の噴流、噴霧、又は、流れを排出することができる。このノズルは、接触位置を狙うように向けられることができ、例えばホースによって冷却剤源へ接続可能である。このような加工部材と研削工具との間の接触位置の冷却は、仕上げられた製品の品質に有益な影響を与える。特に、現代の研削機械においては、工具が加工部材から多量の材料を除去することを要求されており、不適当な冷却は加工部材の表面の完全性を損なうかもしれない。
【０００３】
加工部材の比較的大きな表面と、回転研削ホイール又は類似の工具の適当な形状の加工表面との間の接触位置へ適量の冷却剤を適当に分配して供給可能なように、ノズルを形成することも公知である。このノズルは、特定の研削工具が機械に取り付けられたままとされ、このような工具が特定の連続する加工部材から材料を除去する工程にある限り、適量の冷却剤を最適に分配することに関する要求を満足するかもしれない。もし、特定の研削工具が異なる形状の別の工具へ交換されるならば、又は、同じ工具の別の形状部が加工部材との材料除去接触位置へ移動されるならば、もはや、ノズルは加工部材から熱を最適に取り去ることを保証しない。こうして、一般的に、時間を消費する作業においてノズルを異なるノズルへ交換することが必要であり、これは機械の長い遊び期間を要することがある。もし、特定の加工部材の幾つかの異なる形状が一組又は二組以上の異なる工具によって処理されるならば、この状況は悪化する。これは、機械から以前に使用された工具の除去を必要とする。
【０００４】
加工部材の冷却の特性に影響するさらなる要因は、加工部材へ供給される冷却剤の噴流の分散である。分散は取り込む空気を増大する傾向があり、空気は研削領域（例えば、研削ホイールと加工部材との境界面）から幾らかの冷却剤を除去する傾向があるために、分散は不利であることが示されている。さらに、分散は、冷却剤の噴流の目標への正確性を減少させる傾向があり、これは、流体が研削領域から外れ、及び／又は、はね散ることを許してしまう。分散は、ノズルの直上流側のホース又はチューブの比較的長い真直ぐな部分の使用によって低減されるかもしれない。しかしながら、これは、多くの研削機械の設置を空間的に制限するために、多くの場合において実際的ではない。この制限に打ち勝つ試みにおいて、充満室がノズルの直上流側に配置されている。充満室の比較的大きな断面積は、冷却剤の速度を低下させる傾向があり、長くて真直ぐな上流側の管部分が実際的ではない場合のまとまり性を改善するためにノズルの出口穴から加速する以前に冷却剤の速度を安定化することを可能とする。しかしながら、このような充満室の比較的大きい大きさは、多くの場合において最適な冷却を提供するために研削領域への十分近くに充満室を設置することを困難とする。
【０００５】
一般的に、加工部材の冷却の特性は、研削ホイールの研削表面の速度へ冷却剤の噴流速度を適合させることによって改善することが見出されている。速度の適合を実現して、分散及び取り込み空気を最小化するために、一般的に、噴流はノズルから約１２インチ（３０．５ｃｍ）内の研削領域へ到達すべきであることが見出されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
まとまり噴流を提供可能な改良された冷却剤のノズルの必要性があり、これは、様々な研削に適して最適な冷却剤流れ及び研削領域からの距離を提供するために容易に調整可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様により、充満室と、充満室の下流側に取り外し可能に固定されたモジュール式の前側板とを有するノズル組立体が提供される。この組立体は、さらに、モジュール式の前側板を通して流体を送るために配置された少なくとも一つのまとまり噴流ノズルと、充満室内に配置された調整器とを有している。
【０００８】
本発明のもう一つの態様により、ノズル組立体は、下流側への流体流れ方向に対する横断方向において非円形断面を有する充満室と、充満室の下流側端部に配置された少なくとも一つのまとまり噴流ノズルと、充満室内に配置されて実質的に断面に適合する大きさ及び形状の調整器とを有している。
【０００９】
さらにもう一つの態様において、ノズル組立体は、下流側への流体流れ方向に冷却剤を通過させる形状の充満室と、充満室の下流側端部に配置された複数のまとまり噴流ノズルとを有している。
【００１０】
さらにもう一つの態様において、ノズル組立体は、充満室と、充満室の下流側に取り外し可能に固定されたモジュール式のカード部材と、充満室から流体を送るためにカード部材内に配置された少なくとも一つのまとまり噴流ノズルと、充満室内に配置された調整器とを有している。
【００１１】
本発明のもう一つの態様は、研削ホイールへ研削冷却剤のまとまり噴流を分配する方法に関する。この方法は、研削作業のための冷却剤の所望流量を決定する段階と、加工部材と研削ホイールとの境界面での研削ホイール速度を得る段階とを有している。この方法は、さらに、研削ホイール速度に適合する冷却剤の噴流速度を発生させるのに必要な冷却剤圧力を決定する段階と、この圧力での所望流量を実現可能なノズル排出面積を決定する段階と、ノズル形状を決定する段階とを有している。
【００１２】
本発明のもう一つの態様において、研削工具一式は、研削ホイールへ形状を与えるような大きさ及び形状を有する表面仕上げローラと、充満室へ接続されるための大きさ及び形状を有する表面仕上げモジュールとを有している。表面仕上げモジュールは、研削ホイールの表面仕上げ領域へ充満室から冷却剤を供給するための大きさ及び形状を有する複数のまとまり噴流表面仕上げノズルを有している。研削工具一式は、さらに、別の充満室へ接続されるための大きさ及び形状を有する研削モジュールを有している。この研削モジュールは、研削ホイールの研削領域へ別の充満室から冷却剤を供給するための大きさ及び形状を有する複数のまとまり噴流研削ノズルを有している。
【００１３】
本発明の上述及び他の特徴及び利点は、添付図面に関する本発明の様々な態様の以下の詳細な記述を読むことからより容易に明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付図面を参照すると、本発明の図示された実施形態は、以下、詳細に説明される。説明を明確にするために、添付図面に示した同じ特徴部は同じ参照番号で示され、図面のもう一つの実施形態に示した同様な特徴部は同様な参照番号で示されている。
【００１５】
本発明の実施形態は、研削部分の熱的な損傷を最小限とするために、予め定められた温度、圧力、速度、及び、流量で研削工程の研削ホイールへ公称接線方向（例えば、図１）に冷却剤のまとまり噴流を供給するようなモジュール式ノズル形状の範囲を提供し、高い生産性、ホイールの長寿命、及び、表面仕上げ要求の低減によって、工程経済性を改善することを意図している。ノズル出口の孔は、研削工程を冷却するための最適な流れ及び速度を提供するように決定される。これらの実施形態は、様々な航空宇宙産業、自動車産業、及び、工具製造産業への適用において使用される微速研削工程、溝研削工程、中心無し研削工程、及び、表面研削工程のような正確な表面及び外径（Ｏ．Ｄ．）の研削工程において有利に使用される。これらの工程の多くは、加工部材の表面へ輪郭形状を与えるために輪郭形成された研削ホイールを使用する。本発明の実施形態は、こうして、一般的にガスタービン製造に使用される耐クリープ合金及び強化鋼のような熱変化材料を研削する時に有利である。本発明の実施形態は、特定の内部ノズル形状及び流れ状態を使用し、加工部材に与えられる形状に名目的に適合するようにモジュール方式で組み付けられるノズルの列を提供することによって、このようなまとまり噴流を提供する。これらの実施形態のさらなる態様は、ノズル形状に関連する特定の流量及び圧力範囲を有する。様々に決定されるノズル形状は、好都合な相互交換性のために冷却装置に取り外し可能に係合させるモジュール式のキーカード部材内に位置させている。
【００１６】
この開示に使用される場合において、用語「まとまり噴流」は、ノズル出口からの約１２インチ（３０．５ｃｍ）の距離に渡って４倍より少なく厚さ（例えば、直径）が増大する噴霧を指している。ここで述べられる要素に関して使用される時の用語「軸線方向」は、他に定義されない限り、図２に示したノズル２２の軸線２３のような下流側への流れ方向と実質的に平行な要素に関しての方向を指している。用語「横断方向」は、軸線方向と実質的に直交する方向を指している。用語「横断面」は、軸線方向と実質的に直交して方向付けされた平面に沿っての断面を指している。
【００１７】
本発明は、ノズルを通して冷却剤を分配するのに与えられる圧力がここで教示される所望レベルを実現するのに適している任意の公称研削機械に使用可能である。本発明の様々な実施形態は、研削機械、研削ホイール、加工部材、表面仕上げホイール、及び、研削作業を続ける冷却剤を調整するのに必要な設定時間を節約し、加工部材の焦げを減少し、部品品質を改善し、改善された表面仕上げホイールの効果によって研削ホイールの寿命を増大することを有利に提供する。
【００１８】
本発明の様々な実施形態の潜在的な利点は、加工部材及び固定具の機械的な干渉を減少するために、ノズル組立体を研削領域から離して（例えば、１２インチ又は３０．５ｃｍより大きく）配置可能とすることを有している。幾つかの実施形態は、研削ホイールが、一般的な冷却装置組立体を使用するより僅かな量だけ、頻繁ではなく表面仕上げされることを可能とし、研削ホイールの寿命を増大し、及び／又は、頻繁でないホイールの交換のために僅かな非稼動時間しか発生しない。冷却剤の改良された提供は、加工部材へ殆ど熱的損傷を発生させないのに役立ち、及び／又は、一般的な冷却装置組立体を使用して得られるより高い生産性をもたらす。本発明の実施形態は、さらに、水を主成分とする冷却剤を使用する時の泡の形成を低減するために、冷却剤の噴霧に取り込まれる空気を減少するのに役立つ。これらの実施形態によってもたらされる冷却剤の噴霧の比較的低い分散性は、与えられた流れの改良された利用のために研削領域への冷却剤の狙いを改善するのに役立つ。一般的に、この改善された分散性は、さらに、冷却剤の噴霧の微粒化を低減する。さらに、これらの実施形態は、交換中の研削機械の非稼動時間を低減するために、素早く交換可能なモジュール式ノズルを有している。
【００１９】
図２から８を参照し、本発明はさらに完全に説明される。図２へ目を向けると、本発明に役立つ例としてのまとまり噴流ノズル２０が図示されている。ノズル２０には、軸線２３及び直径Ｄを有する筒状基部２２を有する形状が提供される。基部２２は、１．５Ｄの湾曲半径及び３／４Ｄの軸線長さを有する湾曲した中間部２４へ整形される（例えば、調和される）。中間部は、さらに、軸線２３に対して３０度の角度で配置された円錐末端部２６へ調和され、円錐末端部は直径ｄの出口を有している。ノズル２０には、少なくとも約２：１の比Ｄ：ｄ（すなわち、収縮比）が与えられる。これらのノズル２０には、多くの研削への適用のために、０．０４０インチ（１ｍｍ）から１インチ（２．５ｃｍ）の出口直径が与えられる。所定の流体圧力にとって、直径が大きくなる時に、流量は直径変化の二乗により増大し、比較的大きな全流量をもたらし、これは、幾つかの適用においてより望ましい矩形ノズル２０’（以下に説明される）を形成する。複数のノズル２０は、以下に述べられるように、比較的大きな研削幅を冷却するために、共に集められても良い。
【００２０】
本発明での使用に適したもう一つのまとまり噴流ノズルは、図３に示されている矩形ノズル２０’である。ノズル２０’は、丸ノズル２０と公称的に同じ長手断面積を有している。しかしながら、ノズル２０’は、円形よりむしろ矩形の横断断面形状を有している。こうして、ノズル２０’は、高さｈ（ノズル２０の直径に対応する）及び幅ｗによって区画された出口を有している。ノズル２０’は、研削又は切削領域が０．５インチ（１．３ｃｍ）以上の幅（すなわち、研削ホイールの回転軸と平行な研削領域の寸法）を有する適用において、効果的に使用される。
【００２１】
図４から６に目を向けると、本発明の特定の実施形態が述べられる。図４Ａ及び４Ｂに示されているように、充満室手段として機能する充満室３０が、室入口３４において一般的な冷却剤供給管３２の末端部（すなわち、下流側）に接続されるように形成されている。充満室の下流側表面３６は、密閉接触で配置されたノズル板３８（図５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）によって閉鎖される。充満室は、管３２より比較的大きな横断面積を提供する。この大きな断面積は、入口３２を通して流入する冷却剤の速度を減少させるように機能し、充満室を出る以前に冷却剤が少なくとも部分的に安定することを可能とする。充満室３０は、この大きな断面積を提供可能な実質的に任意の形状が与えられて良い。図示した実施形態において、充満室３０は、内側長さＬと、内側高さＨ及び幅Ｗによって区画された断面積とを有し、全体的に直線で囲まれている。高さＨ及び幅Ｗは、特定の適用において使用される研削ホイールの大きさに基づき決定されて良い。例えば、幅Ｗは、研削又は切削領域の幅とほぼ等しくして良く、充満室の高さＨは、研削形状に適合するノズル２０，２０’を十分に収納するのに十分な大きさである。これらの寸法は、例えば、図７の実施形態に関して、以下により詳細に述べられる。長さＬは、一般的に、少なくともＷ又はＨの大きさとほぼ等しく、しかしながら、本発明の実施に不利に影響しない大きさとして良い。
【００２２】
充満室３０は、さらに、横断方向に延在する流れ調整器４０を有している。この調整器４０は、図６に関して以下により詳細に述べられる。
【００２３】
研削機械に一般的に使用される冷却剤供給管３２が、特定の研削の適当における冷却剤流量要求及び冷却剤供給ポンプの容量の両方に基づき、一般的には可能な限り小さな直径及び断面積を選択されることを、当業者は理解する。
【００２４】
図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃに示したように、ノズル板３８は充満室３０へ取り外し可能に固定されるように形成されている（例えば、ボルト穴４１を通しての螺合）。この板３８は、さらに、予め定められた配置で位置する複数のノズル２０，２０’を有している。この構造は、共通の充満室３０において容易に交換可能な（例えば、螺合固定具の取り外しによって）独特な形状のノズル２０，２０’を有する種々の板３８の準備が、様々な研削作業に適用するモジュール手段として機能することを可能とする。
【００２５】
例えば、図５Ａの実施形態において、ノズル板３８は、四つの近接連結ノズル２０を有している。選択的に、この実施形態の変形において、図５Ｃに示すように、多数の丸ノズル２０に代えて、矩形ノズル２０’（図３）が板３８に配置されて良い。図５Ｂを参照すると、これらの及び以下に述べる他の実施形態において、ノズル２０，２０’は、互いに干渉することなく、実施可能な限り近づけて配置されて良い。例えば、ノズル２０は、隣接するノズルの直径Ｄが接触し又は図７Ｃに示すように交差するように、配置されても良い。
【００２６】
ノズル２０，２０’は、機械加工、鋳造、又は、成形のような公知技術の任意の数を使用して製造されても良い。例えば、ノズル２０は、一般的に、特定形状のミル工具を使用して製造される。
【００２７】
図６を参照すると、流れ調整器４０が、図４Ｂに示したような充満室３０内に横断方向に延在し、この流れ調整器は、滑り受け入れのために充満室３０内の実質的な矩形断面に適合する大きさ及び形状を有する周囲部を有している。調整器は、多くの適用において、充満室３０内の実質的に任意の位置に配置されて良く、最適には、図４Ｂに示すように充満室の下流方向の半分の位置に配置されて良い。一般的なぎざぎざ、つめ、又は、他の特徴（図示せず）が、充満室３０内の所望の軸線方向位置に調整器を設置するために調整器４０の周囲上又は周囲内に設けられている。図６に見られるように流れ調整器は、実質的に表面全体に沿って均一に延在する貫通孔４２の列を有している。これらの貫通孔には、適用する研削に依存する直径範囲が与えられる。実質的に任意の大きさの直径が使用されて良いが、約０．０６４から０．２５インチ（０．１６ｃｍから０．６ｃｍ）の範囲が様々な適用に役立つ。代表的な実施形態において、２インチ＊４インチ＊０．２５インチ（５ｃｍ＊１０ｃｍ＊０．６ｃｍ）の調整器４０には、互いに０．１９インチ（０．４８ｃｍ）離間して（縁から縁）０．１２５インチ（０．３２ｃｍ）の直径を有する貫通孔４２の列が設けられる。調整器４０は、こうして、充満室内に位置する流体を調整するための手段として機能する。
【００２８】
ここで述べられたような適当な寸法の流れ調整器４０は、丸ノズル２０又は矩形ノズル２０’の上流側において矩形の充満室３０を通る流れを調整するのに使用される。前述の実施形態は、ノズル２０，２０’から１２インチ（３０．５ｃｍ）より大きく離れるまとまり噴流を発生するように説明された。こうして、これらのノズル組立体は、多くの異なる研削への適用における冷却要求を満足することを可能とし、一方、従来の同様な組立体より研削ホイール及び加工部材の境界面からさらに離れて設置される。
【００２９】
さらに、充満室３０及び調整器４０は、矩形横断寸法を有するように図示及び述べられたが、様々な実施形態において、それらは、他の形状、例えば、円形、又は、長円形、五角形、又は、他の多角形のような非円形に形成しても良い。図７に目を向けると、本発明のもう一つの実施形態は、充満室３０の下流側表面に配置されたプログラム化可能な前側板３８’を有している。プログラム化可能な前側板３８’は、異なる研削作業に適合するように前側板３８を交換する代わりとして使用される。図示したように、前側板３８’は、実質的に表面全体を横断して延在する貫通孔４２の均一な列を有している。この板３８’は、さらに、実質的に平らなモジュール式カード部材４６を摺動可能に受け入れるための大きさ及び形状を有する凹部４４を区画形成する。図示したように、このカード部材４６は、受け入れられると、板３８’と重なって充満室３０の下流側端部に横断方向に延在する。図７Ｃに図示したように、カード部材４６は、重なり方向に完全に挿入された時に、各貫通孔４２と軸線方向に整列されるように位置する一つ以上の個々のノズル２０（又は図示されていない２０’）を有している。こうして、カード部材４６は、特定の研削作業のためには必要とされない孔４２を効果的に遮蔽する。図示されたように、カード部材４６及び板３８’は、さらに、爪、止め部、又は、所望の完全挿入位置に達すると、カード部材のさらなる挿入を効果的に防止する頭部５０によって提供されるような構造を有していても良い。
【００３０】
レーザーポインター又は他の適当なポインター装置は、有利に、所定の研削作業のために選択された孔４２であることを確認するために、研削ホイールの形状へ向けて板３８’から投射するようにしても良い。カード部材４６は、次に、対応するノズル２０，２０’と共に機械に取り付けられる。このように、分離カード部材は、各研削形状のために設けられる。冷却剤ノズル形状は、有利に、板３８’内においてカード部材４６を交換することにより簡単に様々に異なる研削作業のために調節される（すなわち、充満室３０又は管等のような他の冷却装置要素を交換する必要なく、）。こうして、本発明のこの態様は、各研削作業のための冷却剤ノズルの素早い及び非常に繰り返しに適した設置を容易にし、これは少しの生産量にとって特に適している。
【００３１】
本実施形態の変形において、前側板３８’は、図７Ａに想像線で示したような前側開口部４８が設けられていても良い。この開口部４８は、孔４２の幾つか又は全てを省略し、一方、以下に述べるように、カード部材４６を依然として重なり係合に支持及び保持する。この前側開口形状は、特定のカード部材４６内に配置された異なる大きさ及び種類のノズル２０，２０’が噴流のパターン及び集中度におけるより大きな適応性を有利に許容することを可能とする。例えば、異なる大きさ又は形状（例えば、丸い及び矩形の両方の形状のノズル）のノズルが、使用されて良く、孔４２の列によって区画形成される位置以外のカード部材４６内の位置に配置されて良い。当業者は、開口部４８の大きさがカード部材４６の大きさ（厚さを含む）と組み合わせて決定され、それにより、カード部材４６が充満室内の流体圧力によって発生する力に耐えられることを理解する。
【００３２】
こうして、ここに述べたように、板３８及び３８’は、充満室の下流側へ複数のまとまり噴流ノズルを取り外し可能に固定するための手段として機能する。さらに、板３８’は孔４２を有し、カード部材４６がノズル２０，２０’を有するように述べられているが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、孔及びノズルが入れ換えられても良いことを理解するべきである。例えば、板３８’には、ノズルの列が設けられても良く、一方、カード部材には、所望パターンの孔が設けられる。使用中において、挿入すると、カード部材はノズルの幾つかを効果的に閉鎖し、所望の噴霧パターンを発生させるように要求されるノズルだけを開放する。
【００３３】
上述の実施形態において、単一の充満室３０と協働するノズル２０，２０’は、所定形状を形成するように配置される。これらのノズルは、同じ大きさ（例えば、直径）であって良く、又は、異なる大きさであっても良い。（図７Ａの実施形態において、当業者は、開口部４８が使用されない限り、ノズル２０，２０’の最大の大きさが孔４２の大きさによって制限されることを理解する。）同じ充満室３０に異なる大きさのノズルを使用することは、より高いエネルギの研削領域（例えば、肩部及び薄い部分）が、より低いエネルギの領域（例えば、平らなホイール軸線と平行な表面）より以上に冷却されることを可能とする。
【００３４】
前述したように、本発明の実施形態は、微小送り、表面、細長い、又は、筒状の研削のような実質的に任意の研削への適用のために使用されて良い。内部研削及び平研削の場合において、もし、必要ならば、噴流は研削表面に対する所定角度で研削領域へ向けられる。
【００３５】
さらに、本発明のノズル組立体は研削作業の研削領域を冷却するために図示されて説明されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態が、同様に、一般的な表面仕上げ作業の表面仕上げ領域へ冷却剤を供給するために使用されて良いことを理解する。「表面仕上げ領域」は、研削ホイールと、一般的な研削ホイールの表面仕上げ作業において使用される一般的な表面仕上げ工具との間の境界面を指している。
【００３６】
簡単に説明された表面仕上げは、一般的に、突き出し又は横断ダイヤモンド表面仕上げ器、又は、回転ダイヤモンド調整器を備えた回転ホイールの研削表面に係合することによって研削ホイールへ所望形状を与えることをともなう。表面仕上げ領域が研削領域とは異なるために（例えば、一般的には、研削領域に対してホイールの反対側）、別のノズルが使用される。奥深い及び／又は他の複雑なホイール形状が、このような表面仕上げ及び調整作業によって形成されるものである時には、真直ぐな冷却剤ノズルにとって、実際の所望形状を近似して使用されることは共通である。これは、都合悪く、表面仕上げ領域の部分へ不十分な冷却剤の供給をもたらし、特に、ホイールが焼結させたゾル又はゲルのセラミックの酸化アルミニウム研磨剤を有する場合において、過剰の表面仕上げ及び調整磨耗を発生させる。しかしながら、本発明の様々な実施形態は、ここで述べたように使用され、表面仕上げ領域の所望形状に適合する（例えば、板３８又はカード部材４６のノズル２０，２０’の適合する列を使用することによって）ノズル組立体を提供し、このノズル組立体は表面仕上げ作業のために適当な少ない流量を供給するための大きさである。（便宜のために、ここで、用語「モジュール」は板３８又はカード部材４６のいずれかを指すように使用されて良い。）例えば、充満室３０（例えば、板３８’を備える）は、研削及び表面仕上げ領域の両方に設けられても良い。次いで、冷却装置一式が設けられ、これは、研削領域に所望流れパターンを提供するように予め形成されたノズル又は孔のパターンを有する第一モジュール（例えば、カード部材４６）と、表面仕上げ領域に所望流れパターンを提供するように予め形成されたノズル又は孔のパターンを有するもう一つのモジュール（例えば、カード部材４６）と、選択的に、研削ホイールへ特定の所望形状（カード部材のパターンに対応する）を与えるように形成された表面仕上げローラとを有している。これらのモジュールの使用は、研削領域及び表面仕上げ領域の両方における冷却剤ノズルの形状が、モジュールの取り付けによって、例えば、各充満室へのカード部材４６及び板３８の配置によって、及び、選択的に、表面仕上げローラの取り付けによって、簡単に様々の異なる研削作業のために調整されることを可能とする。
【００３７】
単一の充満室と協働するノズル組立体を前述したが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、単一の充満室は、仕切られ、又は、他の方法により二つ以上の副室へ分割されても良い。例えば、充満室は二つの平行な隣接部分に分割されて良く、これらの隣接部分は、結合されたカード部材４６又は板３８のノズルの形状によって、選択的に作動又は閉鎖される。
【００３８】
本発明の様々な実施形態を説明した。以下は、それらの組み立て及び作用の記述である。この方法は、以下の表１に関して説明される。
【００３９】
【表１】

【００４０】
研削領域へ提供される冷却剤の流量は、研削領域の幅を使用することによって（１０２）、又は、研削工程によって消費される力を使用するによって（１０４）決定される（１００）。例えば、一般的に、研削ホイール接触幅の１インチ当たり２５ＧＰＭ（１ｍｍ当たり１分間に４リットル）が、多くの研削への適用において効果的である。選択的に、１軸馬力当たり１．５から２ＧＰＭ（１ＫＷ当たり一分間に８−１０リットル）の力に基づくモデルは、研削作業に厳密に対応するために、多くの適用においてより正確である。
【００４１】
上述したように、冷却剤噴流は、最適には、研削ホイールの研削表面の速度にほぼ等しい速度で研削領域へ達するように調節される。この研削ホイールの速度は、実験的に、すなわち、実測によって、又は、ホイールの回転速度及びホイールの直径を使用して単純に算出することによって、決定される（１０６）。
【００４２】
既知の速度の噴流をもたらすために必要な圧力は、式１として示されたベルヌーイの方程式の近似を使用して決定される（１０８）。
式１
ΔＰ（ｂａｒ）＝ＳＧ・ｖ_j（ｍ／ｓ）²／２００ 又は
ΔＰ（ｐｓｉ）＝ＳＧ・ｖ_j（ｓｆｐｍ）²／５３５８２４
ここで、ＳＧは冷却剤の比重であり、ｖ_jはメータ／秒の冷却剤速度又はフィート／分の表面の速度（すなわち、１０６において決定されたホイール速度）である。
【００４３】
以下の表２を使用し、ノズル出口の全面積が（１００）及び（１０８）において決定された流量及び圧力を使用して決定される（１１０）。図示されているように、表２は、圧力及び冷却剤噴流速度を単一の丸ノズル２０の出口径ｄ、又は、矩形ノズル２０’又はノズルの列の組み合わせ出口面積例に基づく出口穴大きさに関連させる最適な図表の例である（英国用及びメートル法用）。
【００４４】
【表２】

【００４５】
ノズル出口の全面積が解かれば、ノズルの形状が決定される（１１２）。例えば、単一の丸ノズル２０又は矩形ノズル２０’は（１１６）で使用され、列又は行列のノズル２０が（１１４）で使用される。
【００４６】
行列のノズル２０が使用される場合において、このような行列からの冷却剤の流量は、ノズルの出口径ｄ及び直線間隔の関数として表される。（ここで使用されたように、用語「直線間隔」は隣接するノズル２０の中心軸線の間の距離を指している。）以下の計算のために、ノズル２０は密集しており、すなわち、隣接するノズル２０は、図５Ｂに示すように、約１／４Ｄより短い距離で外径Ｄが離されるように配置されていることが想定される。選択的に、直径Ｄは、図７Ｃに示すように交差していても良い。
【００４７】
外径Ｄを有するノズルの行列Ｙのための流量（及び間隔Ｄ）及び出口径ｄは、式２を使用して決定される。（多くの適用において、適当なまとまり噴流は、約１／２Ｄ以下の値ｄを使用して形成される。）例えば、研削ホイールが３０ｍ／ｓの研削領域における表面速度（ｖ_s）を有し、４．５バールの充満室圧力が使用される研削作業において、６ｍｍの外径Ｄ（及び６ｍｍ間隔）及び３ｍｍのｄを有する複数のノズルのための流量は以下のように決定される。
【００４８】
式２
Ｑ'_f＝ｖ_s＊Ｃ_d＊ｄ²＊π／（４＊１０００＊Ｄ）
＝３０＊０．９＊６０＊９＊３．１４／２４０００
＝幅１ｍｍ当たり１分間に１．９リットル
ここで、Ｃ_dはノズルの排出係数であり、ここで述べられたノズル２０，２０’にとっては約０．９である。
【００４９】
それにより、特定の流量Ｑ'_fは、ノズルの数に関係なく、３０ｍ／ｓで１ｍｍ当たり１分間に１．９リットルである。
四つの異なるノズル間隔（すなわち、直径Ｄ）のための式２を使用する特定の流量結果は、異なる冷却剤噴流速度のための以下の表３に示されている。
【００５０】
【表３】

【００５１】
ここで、研削機械に取り付けられるポンプは、噴流速度をホイール速度に適合させるのに十分な圧力を提供可能であり、ノズル孔は、より低い圧力で要求された流量を維持するようにされても良い（例えば、表１を使用して）。
以下に示す実施例は、本発明の所定の態様を証明することを意図している。これらの例は限定として構成されないことが理解される。
【実施例１】
【００５２】
ガスタービン要素が、ノズルの上流側に肘部を有する一般的な２５ｍｍ高さのＢＬＯＨＭ（登録商標）の管によって供給される０．７５ｍｍから１．５ｍｍへ変化するテーパ出口高さを有する１００ｍｍ幅のＢＬＯＨＭ（登録商標）の冷却剤ノズルを備えた一般的な研削機械を使用して、二つの位置（切削Ａ及び切削Ｂ）で研削された。冷却剤ポンプは８バールで４００リットル／分の定格であった。研削のさらなる状態は以下の通りであった。
研削Ａ
１７ｍｍの研削幅
８００ｍｍ／分の台速度
０．５ｍｍの切削深さ
３０ｍ／秒のホイール速度
１１３ｍｍ³／秒の全除去量
ＢＬＯＨＭ（登録商標）のノズルは、研削領域の幅に丁度対応する２６ｍｍ²の出口面積を有していた。（ＢＬＯＭＨ（登録商標）のノズルのさらなる幅は無駄な流れを発生させた。）
研削Ｂ
５ｍｍの研削幅
１００ｍｍ／分の台速度
０．５ｍｍの切削深さ
３０ｍ／秒のホイール速度
４２ｍｍ³／秒の全除去量
ＢＬＯＨＭ（登録商標）のノズルは、研削領域の幅に対応する４ｍｍ²の出口面積を有していた。（ＢＬＯＭＨ（登録商標）のノズルのさらなる幅は無駄な流れを発生させた。）
【実施例２】
【００５３】
ＢＬＯＨＭ（登録商標）のノズルが、比較的長く（１２インチ又は３０．５ｃｍより長い）真直ぐな１インチ（２．５ｃｍ）の直径の冷却剤供給ホースの端部にそれぞれが設置された二つのまとまりノズル２０に交換されていることを除き、状態は実質的に実施例１と同一であった。ノズル２０はＢＬＯＭＨ（登録商標）のノズルより研削領域から離れた位置から研削領域へ向けられた。切削Ａのための所望の流量は、５バールの圧力でのホイール速度に適合することに基づき上述の表を使用して、約１３６リットル／分に決定された。切削Ｂのための所望の流量は、同様に、約４９リットル／分に決定された。流量に基づき、切削Ａのために選択されたノズル２０は７９ｍｍ²の出口面積のために１０ｍｍの直径ｄを有していた。切削Ｂのために選択されたノズル２０は２８ｍｍ²の出口面積のために６ｍｍの直径ｄを有していた。
【００５４】
この実施例２の研削ホイールは、対応する研削ホイールの寿命の増大、サイクル時間の減少、及び、最少の無駄な冷却剤流れのために、実施例１の研削ホイールより約５０パーセント少ない表面仕上げを必要とした。
【実施例３】
【００５５】
ノズル組立体は、０．５インチ（１．２７ｃｍ）の角部半径Ｒを有し、４．０インチ（１０ｃｍ）の幅Ｗと４インチ（１０ｃｍ）の長さＬと２インチ（５ｃｍ）の高さＨとを有する充満室３０を備えて実質的に製造され、図４Ａから６に関して示され及び上述された。板３８は充満室３０の下流側表面３６に固定され、１０ｍｍの入口径Ｄと３ｍｍの出口径ｄとを有する四つのノズル２０を有していた。ノズル２０は図５に示されたように板３８の中心に配置された。充満室３０には１インチ（２．５ｃｍ）の直径の冷却剤供給管へ接続された１インチ（２．５ｃｍ）の直径の入口孔３４が設けられた。冷却剤は６５ｐｓｉで充満室３０へ供給された。ノズル２０から噴射された噴流の分散程度は、板３８からの様々な距離で噴霧の高さを測定することにより決定された。
【実施例４】
【００５６】
実施例３の組立体には、図示したように実質的に、０．１２５インチ（０．３２ｃｍ）の直径の孔４２の列と、０．１９インチ（０．４８ｃｍ）の中心間距離とを有する調整器４０が設けられた。調整器は、充満室３０の下流側表面３６の上流側約１．５インチ（３．８ｃｍ）に設置された。冷却剤噴流の分散程度は、実施例３に関して開示されたように測定された。
【００５７】
図８に示したように、分散試験の結果は、実施例４の矩形調整器が、ノズル出口から１から６インチ（２．５ｃｍから１５．２ｃｍ）の範囲に渡り一様に分散程度を減少させ、ノズル出口から６インチ（１５．２ｃｍ）の距離において約３０パーセントも分散程度を減少させたことを示す。
【００５８】
ここで示し説明した様々な実施形態は、丸又は矩形のノズル２０，２０’に関するものであるが、当業者は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、ここに定義したようなまとまり噴流をもたらすように、ここに含まれる様々な寸法パラメータの適当な近似を使用する実質的に任意の横断方向形状のノズルが使用されて良いことを理解すべきである。
【００５９】
さらに、当業者は、任意の適当な手段が本発明のモジュール（例えば、板又はカード部材）を交換するのに使用されて良いことを理解すべきである。例えば、モジュールは、手動で交換されて良く、又は、選択的に、研削機械における加工部材の連続処理の間に研削工具を自動的に交換するのに使用される一般的なマニピュレータの変形によるように、自動で交換されても良い。
【００６０】
前述の明細書において、本発明は、特定の例示的な実施形態を参照して説明された。これらの実施形態に、請求の範囲に述べられた本発明の広い精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変形及び変更をなしても良いことは明らかである。明細書及び図面は、適宜に、限定的な観念よりむしろ例とみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】回転研削ホイールへ接線方向に冷却剤噴霧を供給する従来の冷却剤ノズルの側面図である。
【図２】本発明の様々な実施形態において役立つノズルの概略断面図である。
【図３】本発明の様々な実施形態において役立つもう一つのノズルの概略断面斜視図である。
【図４Ａ】本発明の様々な実施形態において役立つ充満室の平面図である。
【図４Ｂ】本発明の様々な実施形態において役立つ充満室の側面図である。
【図５Ａ】特定の適用のために図４Ａ及び図４Ｂの充満室と共に使用されるための形状を有する出口ノズル板の平面図である。
【図５Ｂ】特定の適用のために図４Ａ及び図４Ｂの充満室と共に使用されるための形状を有する出口ノズル板の側面図である。
【図５Ｃ】ノズル板のもう一つの実施形態における図５Ａと同様な図である。
【図６】図４Ａ及び図４Ｂの充満室と共に使用されるための形状を有する流れ調整器の平面図である。
【図７Ａ】本発明のもう一つの実施形態の斜視図である。
【図７Ｂ】本発明のもう一つの実施形態の異なる側からの斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ａ及び図７Ｂの実施形態における一要素の側面図である。
【図８】本発明の実施形態と制御装置とを比較する試験結果を表すグラフである。

Claims (28)

1. 充満室と、前記充満室の下流側に取り外し可能に固定されたモジュール式の前側板と、前記モジュール式の前側板を通して流体を送るために配置された少なくとも一つのまとまり噴流ノズルと、前記充満室内に配置された調整器とを具備するノズル組立体。
2. 下流方向軸線と直径Ｄとを有する筒状の基端部を具備し、前記基端部は約１．５Ｄの湾曲半径を有する中間部へ整形され、前記中間部は約３／４Ｄの軸線方向寸法を有し、前記中間部は軸線に対して約３０度の角度で配置された表面を有する切頭円錐形の末端部へ整形され、前記末端部は直径ｄを有する出口で終端する前記少なくとも一つのまとまり噴流ノズルにおいて、Ｄ：ｄの比は少なくとも約２：１である請求項１に記載のノズル組立体。
3. 前記少なくとも一つのまとまり噴流ノズルは前記前側板内に配置される請求項１に記載のノズル組立体。
4. 前記少なくとも一つのまとまり噴流ノズルは前記前側板に関して重ねられる自由に使用可能なカード部材内に配置されている請求項１に記載のノズル組立体。
5. 複数のまとまり噴流ノズルを具備する請求項４に記載のノズル組立体。
6. 前記前側板は前記まとまり噴流ノズルと軸線方向に整列される自由に使用可能な少なくとも一つの開口部を具備する請求項５に記載のノズル組立体。
7. 前記開口部は複数の孔を具備し、各孔は前記まとまり噴流ノズルの一つと軸線方向に整列されて自由に使用可能となっている請求項６に記載のノズル組立体。
8. 前記複数のまとまり噴流ノズルは前記開口部を通して流体を同時に送るように形成されている請求項６に記載のノズル組立体。
9. 前記調整器は前記充満室を通る流体流れの下流側方向に関して横断方向に延在する請求項１に記載のノズル組立体。
10. 前記調整器は実質的に多角形の横断方向断面を有する請求項９に記載のノズル組立体。
11. 前記調整器は実質的に矩形の横断方向断面を有する請求項１０に記載のノズル組立体。
12. 前記まとまり噴流ノズルは、前記ノズルから約３０．５ｃｍの距離に渡り約４倍より小さくしか横断方向の寸法を増大させない噴流を発生させるように形成されている請求項１に記載のノズル組立体。
13. 前記少なくとも一つのまとまり噴流ノズルは少なくとも一つの矩形噴流ノズルを具備する請求項１に記載のノズル組立体。
14. 下流側への流体流れ方向の横断方向に非円形断面を有する充満室と、前記充満室の下流側端部に配置された少なくとも一つのまとまり噴流ノズルと、前記充満室内に配置されて前記非円形断面に実質的に適合する大きさ及び形状の調整器とを具備するノズル組立体。
15. 前記少なくとも一つのまとまり噴流ノズルはまとまり噴流ノズルの列を具備する請求項１４に記載のノズル組立体。
16. 下流側への流体流れ方向に冷却剤を通過させるように形成された充満室と、前記充満室の下流側端部に配置された複数のまとまり噴流ノズルとを具備するノズル組立体。
17. さらに、前記充満室内に配置された調整器を具備する請求項１６に記載のノズル組立体。
18. 下流側への流れ方向に冷却剤を通過させるように形成された充満室と、前記充満室の下流側端部に配置された少なくとも一つの矩形まとまり噴流ノズルとを具備するノズル組立体。
19. さらに、前記充満室内に配置された調整器を具備する請求項１８に記載のノズル組立体。
20. 充満室と、前記充満室の下流側に取り外し可能に固定されるモジュール式のカード部材と、前記充満室から流体を送るために前記カード部材内に配置された少なくとも一つのまとまり噴流ノズルと、前記充満室内に配置された調整器とを具備するノズル組立体。
21. 充満室を提供するための手段と、前記充満室の下流側へ少なくとも一つのまとまり噴流ノズルを取り外し可能に結合するための手段と、前記充満室内に配置された流体を調整するための手段とを具備するノズル組立体。
22. 研削作業のための冷却剤の所望流量を決定する段階と、加工部材との研削ホイールの境界面での研削ホイール速度を得る段階と、前記研削ホイール速度に適合する冷却剤噴流速度を発生させるのに必要な冷却剤圧力を決定する段階と、前記冷却剤圧力での前記所望流量を実現可能なノズル排出面積を決定する段階と、ノズル形状を決定する段階とを有する研削ホイールへ研削冷却剤のまとまり噴流を分配するための方法。
23. 前記所望流量を決定する段階は、研削領域の幅を使用する段階を有する請求項２２に記載の方法。
24. 前記所望流量を決定する段階は、研削作業中の消費力を使用する段階を有する請求項２２に記載の方法。
25. 前記ノズル形状を決定する段階は、ノズルの数及び間隔を決定する段階を有する請求項２２に記載の方法。
26. 前記ノズル形状を決定する段階は、対称横断面を有するノズルの使用を決定する段階を有する請求項２２に記載の方法。
27. 前記ノズル形状を決定する段階は、矩形横断面を有するノズルの使用を決定する段階を有する請求項２２に記載の方法。
28. 研削ホイールへ所定形状を与えるための大きさ及び形状を有する表面仕上げローラと、充満室へ連結されるための大きさ及び形状を有する表面仕上げモジュールであって、複数のまとまり噴流の表面仕上げノズルを有し、前記表面仕上げノズルは前記研削ホイールの表面仕上げ領域へ前記充満室から冷却剤を供給するための大きさ及び形状を有する表面仕上げモジュールと、もう一つの充満室へ結合させるための大きさ及び形状を有する研削モジュールであって、複数のまとまり噴流の研削ノズルを有し、前記研削ノズルは前記研削ホイールの研削領域へ前記もう一つの充満室から冷却剤を供給するための大きさ及び形状を有する研削モジュールとを具備する研削工具一式。

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