JP2015526308A - 機械加工用の迅速交換可能な流体供給装置 - Google Patents

Abstract

ヘッダ部分（４）と該ヘッダに取付可能な１または複数の流体マニホルド（６、８）とを備える、工作機械用の流体供給装置（２）。流体マニホルドは、工具の使用を伴わずにヘッダにて迅速かつ容易に交換可能である。

Description

本願は、２０１２年８月２８日に出願された米国特許仮出願第６１／６９３，８７２号明細書の利益を主張する。この仮出願の全開示が、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、機械加工プロセスにおいて工具および／または工作物に流体（例えば冷却流体および／または潤滑流体）を供給するための装置に関する。特に、本発明は、迅速かつ容易に交換可能なノズルマニホルドを有する流体供給ベースまたはヘッダに向けられる。

材料、特に金属および一部の非金属（例えば炭化物）などの硬質材料の機械加工においては、工具および／または工作物に向けられる流体（冷却流体および／または潤滑流体など）の存在下で機械加工動作を実行することが周知である。かかる機械加工動作の例は、歯車およびフェースカップリング（face coupling）を作製するための鋼工作物の切削および／または研磨と、歯車および他の歯製品用の切削工具を形成するまたは研ぐための工具鋼材料および／または工具炭化物材料の研磨と、砥石車などの研磨工具に望ましい形状を回復させるための目直し動作または形直し動作とを含む。

工具および／または工作物に対する冷却流体および／または潤滑流体の適用を利用する多数の機械加工動作においては、ベースまたはヘッダ（以降ではまとめて「ヘッダ」）などの一次流体受け取付具から延在する１または複数のノズルまたはパイプを経由して工具および／または工作物にかかる流体を供給することが知られている。例えば、Ｍｕｎｄｔの特許文献１を参照されたい。特定の流体は、通常は圧力下においてヘッダに供給され、ノズルおよび／またはパイプに送達される。ノズルおよび／またはパイプ自体は、機械加工時に工具、工作物、または工具−工作物接触領域の所望の位置に送達するための流体を搬送するように、任意の個数、長さ、および／または構成であることが可能である。

ノズルおよび／またはパイプは、異なって構成されたまたはサイズ設定された工作物の機械加工など、異なって構成されたノズルおよび／またはパイプが必要とされる状況において、取外しおよび交換を行うために工具の使用を必要とする様式で（例えばねじまたはボルト）ヘッダに取り付けられるのが通例である。いくつかの例においては、ヘッダは、異なって構成されたまたはサイズ設定された工作物を機械加工することが、適切に構成されたノズルおよび／またはパイプを有する別のヘッダを必要とするように、ノズルおよび／またはパイプと一体的に製造される。いずれの場合においても、かなりの時間、工具、および労力が、異なって構成されたまたはサイズ設定された工作物に流体を送達するように機械を調製するために通常伴われる。

また、流体ヘッダに取り付けられた再構成可能な流体ノズルおよび／または流体パイプを使用することが知られており、これにより、異なって構成されたまたはサイズ設定された工作物を機械加工することが、異なる工作物に関して適切な位置に流体を向け直すために各ノズルおよび／またはパイプを再構成することによって対応され得る。ここでもやはり、時間および労力、ならびに場合によっては工具が、通常はかかる再構成に伴われる。

米国特許第７，１８２，６７４号明細書 米国特許第６，７１２，５６６号明細書

本発明は、ヘッダ部分とヘッダに取付可能な１または複数の流体マニホルドとを備える工作機械であって、該流体マニホルドは、工具の使用を伴うことなくヘッダにて迅速かつ容易に交換可能である、工作機械用の流体供給装置に向けられる。

本発明の流体供給装置の正面図である。 本発明の流体供給装置の背面図である。 流体マニホルドから分離されたヘッダの断面図を示す。 流体マニホルドから間隔をおいて配置されたヘッダの接触端部表面を示す。 流体マニホルドおよびその接触端部表面を示す。 工作機械の砥石車の周囲に配置された流体供給装置の一例を示す。 流体ノズルを含めて図６の構成を示す。 図７の構成の正面立面図である。 ヘッダに流体マニホルドを取り付けるための相対位置決めの順序の最初を示す。 ヘッダに流体マニホルドを取り付けるための、ヘッダとの流体マニホルドの初期インターロックとヘッダとの流体マニホルドの位置合わせとを示す。 ヘッダ上に設けられたラッチとの流体マニホルドの接触前の図を示す。 ラッチが流体マニホルドにおいてロック位置にある状態の、組み立てられた流体供給装置を示す。

この明細書において使用される「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」および「本発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ、ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、この明細書および以下の任意の特許請求項の対象の全てを幅広く指すように意図される。これらの用語を含む記述は、ここで記載される対象を限定するように理解されるべきではなく、または、以下の任意の特許請求項の意味および範囲を限定するように理解されるべきではない。さらに、この明細書は、本願の任意の特定の部分、段落、記述、または図面の中の任意の請求項によりカバーされる対象を説明するまたは限定することを求めない。対象は、全明細書、全図面、および以下の任意の請求項を参照することにより理解されるべきである。本発明は、他の構成が可能であり、様々な方法で実施または実行され得る。また、ここで使用される表現および術語は、説明を目的とするものであり、限定として見なされるべきではない、ということが理解される。

以下、専ら例示として本発明を示す添付の図面を参照として、本発明の詳細が論じられる。図面においては、同様の特徴または構成要素は、同様の参照数字により示され得る。

本明細書においては、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、ならびにそれらの変形語の使用は、以降に列挙されるアイテムおよびその均等物ならびにさらなるアイテムを包含するように意図される。以下、図面の説明の中で、上方の、下方の、上方に、下方に、後方に、底部の、頂部の、前方の、後方の等の方向に関する言及がなされる場合があるが、それらの言及は、便宜的に図面（普通に見られた場合の）に関してなされる。これらの方向は、文字通りに理解されるようには、または本発明のいかなる形態においても限定するようには意図されない。さらに、「第１の」、「第２の」、「第３の」等の用語は、本明細書においては説明を目的として使用され、重要度または有意度を示すまたは示唆するようには意図されない。

図１は本発明の実施形態を示しており、ヘッダ部分４ならびに迅速交換可能な流体マニホルド６および８を有する流体供給装置２の正面図を含む。２つの流体マニホルドが示されるが、本発明は、ヘッダに取付可能な複数の交換可能な流体マニホルドを企図している。第１の流体マニホルド６は、ノズルおよび／またはパイプ（例えば図７および図８に示されるノズル５２）の取付用の取付具１０、１２を含み、第２の流体マニホルド８は、ノズルおよび／またはパイプの取付用の取付具１４、１６を含む。任意の個数のノズルおよび／またはパイプが、流体マニホルドに連結されてもよく、流体マニホルドに連結されるノズルおよび／またはパイプの個数は、別の流体マニホルドに連結されるノズルおよび／またはパイプの個数と異なってもよい。当業者により理解されるように、特定のノズルおよび／またはパイプの構成および／または向きは、工作機械の設計および作業のパラメータに依存する。

流体供給装置２は、方向Ｘに沿ってチャネル２１（図３）内に直線的に位置決め可能でありかつ解除可能なクランプねじ２０により所望の位置に保持されるパイプ１９に取り付けられた補助ノズル１８を備え得る。例えば、ノズル１８は、工具からデブリ（debris）を除去する（すなわち工具を洗浄する）ために、砥石車（例えば図６、図７、および図８においては５４）などの工具に高圧流体を送達するために使用され得る。異なる工具直径サイズに対応するために、ノズル１８の位置は、好ましくは調節可能であり、ねじ２０を緩め、Ｘ方向（図６の砥石車５４に対する径方向）に沿って所望の位置にノズル１８を位置決めし、ノズル位置を設定するためにねじ２０を締めることなどにより設定され得る。ノズル１８は、工具（例えば砥石車）が機械に設置されるかまたは機械から取り外されるときにヘッダ４の傍を通過し得るのに十分な量だけチャネル２１内に（図３において左へ）引込み可能であってもよく、それにより、任意のかかる設置または取外しの際にヘッダを取り外す必要性を解消する。あるいは、ノズル１８は、工具の設置または取外しに必要な隙間を作るためにヘッダ４の前方から離れる量（例えば９０度）だけ枢動可能であってもよい。

図２は、図１の流体供給装置２の反対側（すなわち背部側）を示す。流体入口３０が、供給パイプ３１（図６および図７）などの搬送手段を介して流体（例えば多量の流体流）源に連結可能であり、ヘッダ４および流体マニホルド６、８に形成された内部流体チャネルを介して取付具１０、１２、１４、１６と流体連通状態にある。また、別の流体入口３２が、適切な内部流体流チャネルを介したノズル１８への流体の搬送のための供給パイプ３３（図６および図７）などの搬送手段を介して、源からの流体（例えば高圧流体）を導入するために備えられてもよい。内部流体チャネルは、穿孔、配置済みの鋳造、または積層造形（例えば３Ｄ印刷）などの任意の適切なプロセスにより形成され得ることが当業者には理解されよう。

流体供給装置２は、取付表面３４を介して工作機械３７に解放可能に固定され得る。かかる工作機械の一例は、Ｓｔａｄｔｆｅｌｄらの特許文献２に見い出され得る。サポート、好ましくは長さ調節可能な（手動的に操作されるまたはコンピュータ制御される）シリンダ３５（図６および図７）は、流体供給装置２が必要に応じて（すなわち図６における砥石車５４の回転軸線の方向に）位置決めおよび／または再位置決めされ得るように、表面３４を介して流体供給装置２に取り付けられる。シリンダ３５などの調節可能なサポートが使用されるとき、流体供給パイプ３１、３３もまた長さ調節可能であることが好ましい。例えば、砥石車（例えば図６の砥石車５４）の目直しは、砥石車の高さの縮小を結果的にもたらし得るため、したがって流体供給装置２は、再サイズ設定された砥石車に適切に位置合わせされるように（調節可能なシリンダ３５により）再位置決めされ得る。別の例においては、新たに設置された砥石車が、交換される摩耗した砥石車よりも著しく大きな高さを有する場合がある。その状況においては、流体供給装置２は、新規の砥石車のより大きな寸法に適切に位置合わせされるように再位置決めされ得る。

図３および図４は、流体マニホルド６、８の迅速かつ容易に取外し可能かつ交換可能な特徴を示す。ヘッダ４は、好ましいほぼフック形状を有しかつ好ましくはヘッダ４の幅Ｗ（図４）の少なくとも一部分に沿って延在するマニホルドサポート２２、２６を備える。また、ヘッダ４は、ばね３６などの１または複数の（好ましくは２つの）弾性手段により閉位置にそれぞれ好ましくは保持される枢動的に可動なラッチ２４、２８などの弾性グリップ手段を備える。ばね３６の一端部が、ラッチ２４、２８に取り付けられ、他方の端部が、穴４０（図４）内に位置決めされたドエル３８によりヘッダ４に取り付けられる。一般的には、１つのマニホルドサポートおよび１つのラッチが、流体マニホルドごとに使用されるが、本発明は、それに限定されない。

ヘッダ４は、流体供給装置２が組み立てられるときに（例えば図１）、流体マニホルド６、８の各接触表面９、１１に対合する接触表面５、７をさらに備える。接触表面５、７はそれぞれ、例えばＯリングなどのシール４４を含む少なくとも１つの流体出口４２を備える。各接触表面５、７の穴４０の中の少なくとも１つは、各流体マニホルド６、８の接触表面上に適切に位置決めされた少なくとも１つのスタッド４６、４８が、ヘッダへの取付時にヘッダ４に流体マニホルドを位置合わせするように穴４０に挿入されるため、ヘッダ４へのそれらの取付時に流体マニホルド６、８を位置合わせするためのガイドとしての役割を果たす。

流体マニホルド６、８はそれぞれ、流体マニホルドの幅Ｗの少なくとも一部に沿って延在する各ほぼフック形状のインターロック表面２３、２７を備える。インターロック表面２３、２７は、フック形状表面２３、２７が取付プロセス（図１０）の際の係合時に各相補的マニホルドサポート２２、２６にインターロックするように、マニホルドサポート２２、２６の形状に対して相補的である形状を有する。また、流体マニホルド６、８は、取付プロセス時に各ラッチ２４、２８を受けそれに係合するための形状をそれぞれ有するラッチ受けスロット２５、２９を備える。

図５は、流体マニホルド６の接触表面９と、ヘッダ４に取り付けられるときに出口４２からの流体を受けるための流体入口５０とを示す。チャネル（図示せず）が、流体を入口５０から取付具１０、１２におよびさらに適切なノズルおよび／またはパイプ（例えば図７および図８のノズル５２）を通して搬送するために、流体マニホルド６内に延在する。同様の入口およびチャネルが、流体マニホルド８および本発明による任意の他の流体マニホルドに形成されることを理解されたい。

図９〜図１２は、ヘッダ４への流体マニホルド６、８の取付時の一連のヘッダ−マニホルド位置を示す。フック形状表面２３、２７は、各相補的マニホルドサポート２２、２６（図９および図１０）に係合され、インターロックされ、次いでマニホルド６、８は、ヘッダ４に流体マニホルドを取り付けるために、ヘッダ４に向かってマニホルドサポート２２、２６を中心としてほぼ枢動的に回転される。スタッド４６、４８が、受け穴４０（図１０および図１１）に位置合わせされ、挿入され、それによりヘッダ４との流体マニホルド６、８の適切な位置合わせを確保する。マニホルド６、８は、ラッチ２４、２８がばね３６とラッチ２４、２８の角度をつけられた前方表面５６およびラッチ受けスロット（図９）のショルダ５８とによりスナップ嵌め係合で各ラッチ受けスロット２５、２９に係合するまで、ラッチ２４、２８との係合に向かってさらに移動される（図１１）。この時点では、ヘッダ４の表面５、７は、流体マニホルド６、８の各表面９、１１と接触状態にあり、流体出口４２は、流体入口５０に位置合わせされる。流体供給アセンブリ２は、動作可能な状態にある。

流体マニホルド６、８は、逆の様式で冷媒ヘッダ４から取り外されることができ、ラッチ２４、２８は、それらの各タブ６０（図１、図２）により（好ましくは連続的に）上げられ、次いで流体マニホルド６、８は、ヘッダ４から流体マニホルドを係合解除するためにヘッダ４から離れるようにマニホルドサポート２２、２６を中心としてほぼ枢動的に回転され得る。回転は、フック形状表面２３、２７が各相補的マニホルドサポート２２、２６とのそれらのインターロック関係から係合解除されるまで継続する。ヘッダ４との／からの流体マニホルド６、８の取り付けおよび取外しは、工具を用いずに（すなわち工具無しで）達成され、手により容易に達成されるということに留意されたい。

流体マニホルド６、８に関して、好ましい実施形態は、図５および図６に示すように、取付具１０、１２および１４、１６を幅方向Ｗに相互にオフセット状態に配置することである。この配置により、ノズル５２（図７および図８）は、砥石車５４の内部作業表面６２および外部作業表面６４に対してなど、工作物および／または工具の特定エリアに対してさらに容易にかつ効率的に向けられ得る。

本発明の流体供給装置２は、流体マニホルドに取り付けられたノズル５２を含むように示されているが、ノズルのいくつかまたは全ては、パイプにより取って代わられ得る。任意の個数のノズルおよび／またはパイプが、各マニホルドに対して企図される。また、１つまたは２つより多い流体マニホルドが、本発明の範囲内に含まれる。さらに、１または複数のノズルおよび／またはパイプが、調節可能なタイプのものであってもよく、各個々のノズルおよび／またはパイプの正確な配向が、設定または調節（すなわち微調整）され得る。さらに、ラッチ２４、２８が、ヘッダ４上に位置決めされて示され、スタッド４６、４８が、流体マニホルド６、８上に配置されて示されているが、ラッチは、（ヘッダ上に受けスロット２５、２９が存在する状態で）流体マニホルド上に配置されてもよく、スタッドは、ヘッダ上に配置されてもよい。

本発明の冷媒供給装置２では、流体マニホルドは、工具の使用を伴わずに手動的に容易にかつ迅速に交換され得る。これにより、ノズルおよび／またはパイプを再構成する、または各新規の構成および／または工作物のサイズに対して異なって構成されたノズルおよび／またはパイプに個々のノズルおよび／またはパイプを交換する、時間を必要とする作業を回避することが可能となる。適切な個数および構成のノズルおよび／またはパイプを有する流体マニホルドは、工作物の構成および／またはサイズの変更時に１または複数の事前に構成された流体マニホルドが、新規作業用のヘッダに容易にかつ迅速に取り付けられ、それにより以前の再位置決め方法および／または交換方法と比較して機械休止時間を劇的に短縮させることが可能となるように、事前に用意され保管されることができる。

本発明が、インターロックフック形状表面および弾性ラッチを介してヘッダに流体マニホルドを取り付けることに関連して論じられたが、本発明は、この特定の実施形態に限定されない。例えば、対向し合うラッチの対（上方および下方または前側および後側）が、インターロックフック形状表面の代わりにヘッダまたは流体マニホルドのいずれかで使用されてもよい。ラッチの代わりに、四半回転ねじロック機構または半回転ねじロック機構が、使用されてもよい。インターロックフック形状表面の代わりに、ピンおよびスリーブなどの他の係合構成および枢動構成が使用されてもよい。流体マニホルドは、幅Ｗ方向に延在するドエル構成によりヘッダ上の定位置に摺入され得る。

好ましくは、ヘッダおよび流体マニホルドは、アルミニウムなどの鋳造金属から作製されるが、鉄または鋼などの他の金属または合金が企図される。あるいは、ヘッダおよび／または流体マニホルドは、プラスチックなどの非金属材料から製造されてもよい。流体マニホルドは、金属を塗装するもしくは陽極酸化処理するかまたは着色プラスチックを使用することなどにより、カラーコード化されてもよい。カラーコード化は、識別、在庫管理、保管の容易化のために、または様々な作業を示すことにより適切な流体マニホルドが特定の作業に対して設置されたことの検査基準としての役割を果たすために、使用され得る。

本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されたが、本発明は、それらの詳細に限定されないということを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の主旨および範囲から逸脱することなく、対象が関係する当業者には自明である修正を含むように意図される。

Claims (15)

1. 工作機械用の流体供給装置であって、
   ヘッダ部分と、
   前記ヘッダ部分に取外し可能に取り付けられ、前記ヘッダ部分と流体連通状態にある、少なくとも１つの交換可能な流体マニホルドであって、前記流体マニホルドへの流体連結用の少なくとも１つの取付具を有する、少なくとも１つの流体マニホルドと
   を備え、
   前記少なくとも１つの流体マニホルドは、工具の使用を伴わずに、前記ヘッダ部分に取付可能であり、前記ヘッダ部分から取外し可能である、
   流体供給装置。
2. 供給パイプを介して前記ヘッダ部分と流体連通状態にある補助ノズルをさらに備え、前記補助ノズルは、直線的に位置決め可能である、請求項１に記載の流体供給装置。
3. 前記ヘッダ部分は、少なくとも１つの流体入口を含む、請求項１に記載の流体供給装置。
4. 前記少なくとも１つの交換可能な流体マニホルドは、前記ヘッダ部分および前記流体マニホルドのそれぞれに配置された相補的インターロック表面を介して前記ヘッダ部分に取付可能である、請求項１に記載の流体供給装置。
5. 前記少なくとも１つの交換可能な流体マニホルドは、幅を有し、前記流体マニホルドの前記相補的インターロック表面は、前記幅の少なくとも一部分に沿って延在する、請求項４に記載の流体供給装置。
6. 前記ヘッダ部分は、幅を有し、前記ヘッダ部分の前記相補的インターロック表面は、前記幅の少なくとも一部分に沿って延在する、請求項４に記載の流体供給装置。
7. 前記インターロック表面は、前記ヘッダ部分に配置された第１のインターロック表面と、前記流体マニホルドに配置された第２のインターロック表面とを備え、前記第１のインターロック表面および前記第２のインターロック表面は、相補的であり、ほぼフック形状である、請求項４に記載の流体供給装置。
8. 前記インターロック表面は、前記ヘッダ部分および前記流体マニホルドの一方に配置された弾性グリップ手段と、前記ヘッダ部分および前記流体マニホルドの他方に配置された相補的受けスロットとを備える、請求項４に記載の流体供給装置。
9. 前記弾性グリップ手段は、枢動的に可動であるラッチを備える、請求項８に記載の流体供給装置。
10. 取付時に前記ヘッダ部分に前記流体マニホルドを位置合わせするためのガイド手段をさらに備える、請求項１に記載の流体供給装置。
11. 前記ガイド手段は、前記ヘッダ部分および前記流体マニホルドの一方に位置決めされた少なくとも１つのスタッドと、前記ヘッダ部分および前記流体マニホルドの他方に位置決めされた相補的な少なくとも１つの穴とを備え、前記少なくとも１つのスタッドは、前記ヘッダ部分および前記流体マニホルドを位置合わせするために取付時に前記少なくとも１つの穴に挿入可能である、請求項１０に記載の流体供給装置。
12. ヘッダ部分は、流体出口を有する接触表面を含み、前記少なくとも１つの交換可能な流体マニホルドは、流体入口を有する接触表面を含み、それにより、前記ヘッダ部分へ前記流体マニホルドが取り付けられると、前記接触表面は、相互に係合し、前記ヘッダ部分流体出口は、前記流体マニホルド入口に位置合わせされる、請求項１に記載の流体供給装置。
13. 前記ヘッダ部分流体出口および前記流体マニホルド入口の一方が、シールを含む、請求項１２に記載の流体供給装置。
14. 工作機械に前記流体供給装置を取り付けるための調節可能なサポート手段をさらに備え、それにより、前記工作機械に取り付けられると、前記工作機械に対する前記流体供給装置の位置が、調節可能である、請求項１に記載の流体供給装置。
15. 前記少なくとも１つの取付具を介して前記流体マニホルドと流体連通状態にある取外し可能に取り付けられたノズルおよびパイプの少なくとも１つをさらに備える、請求項１に記載の流体供給装置。