JP2016508890A - 切削工具のためのタービン駆動動力装置 - Google Patents

Abstract

動力工具のためのタービン動力装置は、回転のためにベアリングに支持された流体駆動タービンを受けるように構成されている内部空間を有するタービンハウジングを有する。点検口が、タービンハウジングを通じてその内部空間へと連通し、タービンハウジングの内部空間へのベアリングの組み込み、および内部空間からのベアリングの取り外しを可能にするように構成されている。取り外し可能なカバーは、点検口の上でタービンハウジングに対して解放可能に固定でき、点検口を通じてタービンハウジングの内部空間へのベアリングの組み込みおよび内部空間からのベアリングの取り外しが可能な開けられた状態と、内部空間に組み込まれたベアリングが稼働のためにタービンハウジング内に固定された閉じられた状態との間で状態を変えられる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年３月６日に出願された米国仮出願第６１／７７３，７３４、および２０１３年５月６日に出願された米国仮出願第６１／８２０，０７４の利益を主張し、それらの内容全体はここに組み込まれる。

技術分野
本開示は、様々な回転機械切削作業を行うための回転切削工具に関する。より具体的には、ボールベアリングによって支持されたタービン駆動切削工具に関する。タービン駆動切削工具は、超音波の能力を組み入れることができる。

背景
旋盤、フライス盤、またはドリルヘッドのような、製造業で使用され加工対象物から機械的に材料を取り除く工作機械は、通常、比較的低速かつ高出力で稼働していた。場合によっては、そのような工作機械によって機械加工された加工対象物は、例えば小径の工具を用いたより精密な機械加工を行うのに適した他の種類の工具による追加の機械加工を要する場合がある。

スピンドルは、増産、および機械加工装置の全体の効率改善をもたらす。しかしながら、既知のスピンドルは、非常に複雑で、しばしば先進のベアリング組立品およびモーターのような非常に高価な部品から組立てられる場合がある。従って、スピンドルは、非常に高価になり易く、それによって、非常に高い生産量および高度な切削品質だけに使用が限定される。代替案は、スピンドルスピーダ（スピンドル増速機または増倍機とも称される）である。これらの装置は、機械加工装置に組み付けられ、機械加工装置のメインスピンドルと一緒に回転してもよい。従って、組立品の全体の回転速度は、スピンドルスピーダの回転速度と機械加工装置のメインスピンドルの回転速度との代数和である場合がある。

比較的高速で稼働するタービン駆動ローター工作機械は、例えば上述の精密な機械加工を行うのに適する場合がある。これらの機械は、精密でしばしば高価なベアリングによって回転のために支持されたスピンドル、および、取り外し可能にスピンドルに固定される交換可能な機械加工ビットを一般的に有する。米国特許第７，１９２，２４８および国際公開ＷＯ２０１１／００１４２１Ａ１は、タービン切削工具を一般的な工作機械のホルダーに取り付けるための支持部材を有するタービン駆動回転切削工具を記載している。そのタービン切削工具は、ベアリングによって支持されたスピンドルを有し、スピンドルには切削ビットを把持するように適応された工具ホルダーが備えられている。

図面の簡単な説明
本開示の多くの特徴は、以下の図面を参照することによってより理解され得る。図中の部品は、必ずしも縮尺通りに記載されているとは限らず、その代りに、本開示の本質を明確に示すことが重視される。さらに、図面では、同様の符号は、様々な視点全体を通じて同様の部品を指す。
図１Ａは、本開示による、典型的な動力装置の正面図である。 図１Ｂは、図１Ａの典型的な動力装置の断面図である。 図１Ｃは、図１Ａの典型的な動力装置の等角図である。 図２Ａは、本開示による、典型的なスピンドルおよびタービンシステムの正面図である。 図２Ｂは、図２Ａの典型的なスピンドルシステムの等角図である。 図３Ａは、本開示による、タービンおよびベアリングシステムを含む典型的なスピンドルの正面図である。 図３Ｂは、図３Ａの典型的なスピンドルシステムの等角図である。 図４Ａは、本開示による、典型的なタービンハウジングの正面図である。 図４Ｂは、図４Ａの典型的なタービンハウジングの断面図である。 図４Ｃは、図４Ａの典型的なタービンハウジングの等角図である。 図４Ｄは、図４Ａの典型的なタービンハウジングの異なる角度からの等角図である。 図５Ａは、本開示による、典型的なタービンハウジングの正面図である。 図５Ｂは、図５Ａの典型的なタービンハウジングの断面図である。 図５Ｃは、図５Ａの典型的なタービンハウジングの等角図である。 図６Ａは、本開示による、典型的なタービンハウジングの正面図である。 図６Ｂは、図６Ａの典型的なシステムの断面図である。 図６Ｃは、図６Ａの典型的なシステムの等角図である。 図７Ａは、本開示による、図１Ａのタービンハウジングのための典型的なカバーの等角図である。 図７Ｂは、図７Ａのカバーの異なる角度からの等角図である。 図８Ａは、本開示による、スピンドルおよびベアリングを含む典型的な動力装置タービンハウジングの正面図である。 図８Ｂは、図８Ａの典型的な動力装置の断面図である。 図８Ｃは、図８Ａの典型的な動力装置の等角図である。 図８Ｄは、典型的な動力装置の異なる角度からの等角図である。 図９Ａは、本開示による、典型的な連結具の正面図である。 図９Ｂは、図９Ａの典型的な連結具の断面図である。 図９Ｃは、図９Ａの典型的な連結具の等角図である。 図１０Ａは、本開示による、タービンへのスピンドルの典型的な連結の等角図である。 図１０Ｂは、タービンへのスピンドルの典型的な連結の等角図である。 図１０Ｃは、タービンへのスピンドルの典型的な連結の等角図である。 図１０Ｄは、タービンへのスピンドルの典型的な連結の等角図である。 図１０Ｅは、タービンへのスピンドルの典型的な連結の等角図である。 図１０Ｆは、タービンへのスピンドルの典型的な連結の等角図である。 図１０Ｇは、本開示による、タービンへのスピンドルの典型的な連結の等角図である。 図１０Ｈは、タービンへのスピンドルの典型的な連結の等角図である。 図１０Ｉは、タービンへのスピンドルの典型的な連結の断面図である。 図１０Ｊは、典型的な連結手順の等角図である。 図１１Ａは、本開示による、ハウジングからの底閉塞カバーの典型的な分離の等角図である。 図１１Ｂは、本開示による、ハウジングからのカバーの典型的な分離の等角図である。 図１２は、本開示による方法のフローチャートである。

詳細な説明
図面の簡単さと明確さのため、必要に応じ、符号は異なる図面の間で繰り返し用いられており、同一のまたは類似の構成要素を示すことが理解されるであろう。さらに、ここで記載される実施形態の十分な理解のため、多くの具体的詳細が説明される。しかしながら、ここで記載される実施形態は、それら具体的詳細を除いて実施できることを当業者は理解するであろう。他の例では、方法、手順、および部品は、記載された関連のある適切な特徴を分り難くしないよう、詳細には記載されていない。また、詳細な説明は、ここで記載される実施形態の範囲を限定するものとして考えられるべきではない。図面は必ずしも縮尺通りである必要はなく、特定の部品の比率が誇張されて本開示の詳細および特徴がより良く説明される。

以下の記載では、ここで使用される「上」、「下」、「長手方向」、「側方」等の用語は、動力装置またはその複数の部分が傾いているまたは水平の場合があったとしても、動力装置の底または最も遠い範囲との関連で意味を表す。それに応じ、横方向、軸方向、側方、長手方向、径方向等の方向は、動力装置の方向に関連した方向を意味する。

本開示全体を通じて適用される様々な定義がこれから示される。「連結」なる用語は、直接的かまたは介在部品を介して間接的かにかかわらず、接続として定義され、物理的接続に必ずしも限定されない。接続は、物が恒久的に接続される、または解放可能に接続されるようなものであり得る。「外側」なる用語は、対象物の最も外の境界を超える領域を指す。「内側」なる用語は、領域の少なくとも一部が、物によって形成された境界内に部分的に含まれることを示す。「実質的」なる用語は、特定の寸法、形状、または、実質的という用語が修飾する他の用語に本質的に一致することを意味し、その要素が必ずしも正確である必要はない。例えば、実質的に円筒形状であるということは、その物が円筒に似ているが、真の円筒からの１つ以上のずれを有し得ることを意味する。

「径方向」なる用語は、たとえその物が厳密には円形または円筒形状でないとしても、実質的にその物の半径に沿う方向、またはその物の半径に沿う方向に方向成分を有することを意味する。「軸方向」なる用語は、実質的にその物の軸の方向に沿うことを意味する。特記されない限り、軸方向なる用語は、その物のより長い軸を指すものである。

タービンおよび少なくとも１つの交換可能なベアリングを有する動力装置が開示されている。少なくとも一の実施形態では、タービンは、ベアリングによって支持されたシャフトに連結可能である。例えば、シャフトの一部をベアリング内に位置させることができる。少なくとも一の実施形態では、ベアリングは、ボールベアリングをベースとしたベアリング、またはローラーベアリングであり得る。ベアリングは、内輪および外輪を有することができる。内輪は、シャフトと接する、またはシャフトとほぼ接するように構成することができる。少なくとも一の実施形態では、シャフトは、切削工具のシャンクであり得る。一例では、切削工具は、表面を切削、穴あけ、または機械加工するよう設計された、ドリルビット、ミル、または他の器具であり得る。シャフトは長手方向の中心線を有することができ、少なくとも１つのベアリングによってタービンハウジング内に回転自在に支持される。少なくとも一の実施形態では、２つ以上のベアリングが備えられ得る。ここで説明される詳細の大部分は２つのベアリングを取り上げているが、１つだけのベアリングが備えられる、または２つより多いベアリングが備えられることは可能である。

タービンハウジングは、一般に円筒形状で長手方向の中心線を有し得る。シャフトとタービンハウジングとの長手方向の中心線は、実質的に一直線にすることができる。

動力装置組立品は、シャフト、タービン、ベアリング、およびタービンハウジングを含み得る。タービンハウジングは、少なくとも１つの点検口を含み得る。さらに、予荷重バネが備えられ得る。予荷重バネは、ハウジングの内部の収容物を適切な位置に配置させる付勢力を提供できる。

タービンハウジングは、点検口の上で解放可能に固定できる少なくとも１つの取り外し可能なカバーを有することができる。少なくとも一の例では、タービンハウジングは、タービンハウジングの端部に各々形成された２つの各点検口の上で解放可能に固定できる少なくとも２つの取り外し可能なカバーを有するように構成できる。シャフトは、少なくとも１つのベアリングによってタービンハウジング内に回転自在に支持され得る。シャフトは、タービンハウジングの内部で長手方向軸のまわりに回転できる。シャフトは、回転工具のシャンクであり得る。タービンは、回転シャフト上でスライドできるような回転シャフト上の近接した嵌め合いが可能である。例えば、０．００１インチ〜０．０１インチの隙間が可能である。測定値がメートル法である他の実施形態では、その隙間は、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍであり得る。さらに他の実施形態では、タービンとシャフトとの間の嵌め合いは、圧入を要するようなものであり得る。他の実施形態では、タービンは、熱、接着剤、または溶接によってシャフトに接合させることができる。タービンは、シャフトおよびタービンが実質的に一体となって回転するようにシャフトに連結できる。例えば、タービンが回転させられたとき、シャフトはタービンと一致して回転する。少なくとも一の例では、タービンおよびシャフトは、同じ回転速度を有するように連結され得る。他の実施形態では、シャフトおよびタービンが異なる回転速度で回転するように、歯車装置が備えられ得る。

本開示では、１つだけのベアリング、または２つ以上のベアリングが備えられ得る。
ベアリングおよび間隔の数は、摩耗を低減する、またはデザインが簡単になるように設定され得る。２つのベアリングが備えられる形態では、ベアリングは、ベアリングの比較的簡単な組み付けおよび取り外しが可能なように、タービンの両側（上部および底部）に非常に小さい隙間を空けて配置できる。例えば、タービンをベアリングから離すため、ワッシャーまたは他のスペーサを備えることができる。

さらに、シャフトとベアリングとの嵌め合いは、近接した嵌め合いであり得る。例えば、０．００１インチ〜０．０１インチの隙間が可能である。測定値がメートル法である他の実施形態では、その隙間は、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍであり得る。少なくとも一の実施形態では、シャフトとベアリングとの嵌め合いは、タービンとシャフトとの嵌め合いほど嵌め合いが近接していない。

タービンハウジングは、駆動媒体（例えば、駆動流体、潤滑油、水、油、エマルション、空気、またはそれらの１つ以上の組み合わせ）をタービンに向かって注入するため、側壁の外表面に１つ以上の貫通孔または注入口を含むことができる。駆動媒体は、タービンを回転させるように構成された任意の流体またはガスであり得る。さらに、タービンハウジングは、駆動媒体がハウジングから出るのを可能にする１つ以上の排出口を含むことができる。駆動流体は、切削される材料、動力装置のデザイン、または工具の望ましい速度に基づくことができる。

駆動流体のための注入口の配置は、どのような種類の入力源が動力装置とともに使用されるかに基づいて選択され得る。さらに、出口は、流体の種類、および切削されるべき材料の種類に基づくことができる。いくつかの材料の切削では、流体が材料に接触すべきではなく、従って、出口は、切削される材料への流体の接触を防ぐように配置される。他の例では、材料の冷却および／またはクリーニングを行うため、流体を材料に接触させる必要がある。

少なくとも一の実施形態では、駆動流体の出口はカバーを貫通し得る。上で示されたように、カバーは、タービンを通過した後に切削される材料に向けられる駆動媒体を放出することによって追加の冷却を行うための１つ以上の貫通孔を含むことができる。または、１つ以上の貫通穴は、カバーの側壁に配置でき、側面から外側へ駆動媒体を放出する。側面からの駆動媒体の放出は、切削される材料に駆動流体が強い衝撃を与えるべきでない場合に有益であり得る。少なくとも一の実施形態では、側面出口が備えられる場合に使用される駆動流体は、空気であり得る。他の実施形態では、空気は、油、エマルション、および／または水と混合され得る。少なくとも一の実施形態では、エマルションは、油と水との混合物であり得る。他の実施形態では、エマルションは、空気と油との混合物であり得る。さらに他の実施形態では、エマルションは、油、水、および空気の混合物であり得る。

動力装置は、駆動流体を用いて注油され得る。少なくとも一の実施形態では、駆動流体をエマルションとすることができ、これによって、費用を抑えることができ、また装置内で油の混合物にダメージを与えるのを排除できる。エマルションは、５〜８０バールの圧力で使用可能である。または、動力装置は、エマルションによって注油された乾燥空気であり得る。タービンおよびそれに連結された工具の回転速度は、圧力に基づくことができる。例えば、駆動流体が空気の場合、回転速度は次の式に従う（１３ｍｍのタービン直径の場合）。

カバーは、複数の噛み合い面を側壁に有することができる。さらに、タービンハウジングは、複数の噛み合い面を側壁に含むことができる。これらの噛み合い面は、実質的に平坦とすることが可能である。噛み合い面は、修理工具との効果的な噛み合いを可能にする他の形状を取り得る。カバーは、少なくとも部分的にねじ山が形成された内径を有することができる。タービンハウジングは、少なくとも部分的にねじ山が形成されたカバーの内径に解放可能に噛み合うことが可能な、少なくとも部分的にねじ山が形成された外径を有することができる。タービンハウジングは、また、少なくとも部分的にねじ山が形成された外径を有する端部の反対側に、少なくとも部分的にねじ山が形成された内径を有する。追加のカバーは、少なくとも部分的にねじ山が形成されたタービンハウジングの内径に解放可能に噛み合うことが可能な、少なくとも部分的にねじ山が形成された外径を有することができる。追加のカバーは、閉じられた状態のときタービンハウジングの第２の端部と実質的に同一平面となるように構成され得る。追加のカバーは、閉じられた状態においてタービンハウジングの第２の端部から僅かにへこみ得る。追加のカバーは、追加のカバーの取り外しおよび取り付けを行う連結具を受けるために形成された複数の凹部をさらに含み得る。連結具は、連結具上に配置され複数のその凹部と嵌め合わさることができる複数の突起を含み得る。

図面の図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、シャフト１１０、タービンハウジング１２０、カバー１３０、および追加のカバー１４０を有する、閉じられた状態１２の動力装置１０を示す。閉じられた状態１２において、動力装置１０は、使用されるように構成され得る。図に示すように、タービンハウジング１２０は、動力装置１０の複数の部品を含むように構成された内部空間１１２を有する。図１Ｂに示すように、第１のベアリング１５０、タービン１７０、および第２のベアリング１６０は、内部空間１１２内に配置されている。内部空間は、他の部品も同様に収容できる。

図に示すように、シャフト１１０は、切削先端１１１を含むことができる。図に示すように、切削先端１１１は、ドリルである。他の実施形態では、切削先端１１１は、要望通り材料を除去できるように、他の形状および構成をとることができる。少なくとも一の実施形態では、シャフト１１０が切削工具のシャンクとして表せるように、切削先端１１１はシャフト１１０と一体的に形成され得る。他の実施形態では、切削先端１１１は、解放可能なようにシャフト１１０に嵌め込み可能である。シャフト１１０は、少なくとも部分的にタービンハウジング１２０内に含まれることが可能で、長手方向軸Ｘに沿って、タービンハウジング１２０によって回転自在に支持され得る。シャフト１１０は、第１のベアリング１５０、タービン１７０、および第２のベアリング１６０に連結され得る。

カバー１３０は、第１の端部１２１でタービンハウジング１２０に取り外し可能に嵌め合わせられるように構成され得る。追加のカバー１４０は、第２の端部１２９でタービンハウジングに取り外し可能に嵌め合わせられるように構成され得る。カバー１３０は、また、予荷重バネ１８０を含み得る。予荷重バネ１８０は、ベアリング１５０、１６０を適切な位置に付勢するために使用され得る。他の実施形態では、予荷重バネ１８０は、カバー１３０と分けることができる。タービンハウジング１２０は、側壁に設けられた１つ以上の貫通孔１２５を含むことができる。１つ以上の貫通孔１２５は、駆動流体の入口を提供するよう構成され得る。

タービンハウジング１２０は、さらに、側壁に設けられた複数の噛み合い面１２４を含むことができる。１つ以上の噛み合い面１２４は、カバー１３０および追加のカバー１４０のタービンハウジング１２０からの取り外しおよび取り付けを補助するように構成され得る。少なくとも一の実施形態では、１つ以上の噛み合い面１２４は、工具によって容易に把持可能な表面を提供するため、実質的に平坦とすることができる。さらに、少なくとも一の実施形態では、１つ以上の噛み合い面１２４は、複数の噛み合い面とすることができる。

１つ以上の貫通孔１２５は、複数の噛み合い面１２４に設けることができる、または、タービンハウジング１２０の側壁の他の箇所に設けることができる。１つ以上の貫通孔１２５は、油、水、駆動流体、またはそれらの組み合わせのような、駆動媒体を受け入れることができる。１つ以上の貫通孔１２５は、駆動媒体を受け入れ、タービン１７０に向かわせることができる。少なくとも一の実施形態では、１つ以上の貫通孔１２５は、複数の貫通孔１２５とすることができる。１つ以上の貫通孔１２５の配置は、動力装置１０が協働するように構成された機械に基づくことができる。特に、１つ以上の貫通孔１２５は、駆動媒体の供給源と位置合わせされ得る。

図２Ａおよび２Ｂは、シャフト１１０を示す。上で記載されたシャフト１１０は、切削工具のシャンクとすることができる。シャフト１１０は、これに取り付けられたタービン１７０を有することができる。タービン１７０は、熱収縮、接着剤、または圧入によって、一体化して挿入され得る。他の実施形態では、タービン１７０は、シャフト１１０に一体的に形成することができる。タービン１７０は、１つ以上の羽根１７１を含むことができる。少なくとも一の実施形態では、１つ以上の羽根は、複数の羽根とすることができる。１つ以上の羽根は、ハウジングの形状、所望の速度、および使用される駆動媒体のうちの１つ以上に基づいた構成を有することができる。

動力装置は、さらに、第１のワッシャー２７１および第２のワッシャー２７２を含むことができる。第１のワッシャー２７１および第２のワッシャー２７２は、タービン１７０と１つ以上のベアリングとの間の緩衝材となり得る。シャフト１１０は、２つの端部である、切削先端１１１と、切削先端１１１の反対側に位置する第２の端部２７３と、を備えることができる。

図面の図３Ａおよび３Ｂは、完成されたシャフト組立品を示す。シャフト１１０は、これに取り付けられた、第１のベアリング１５０、タービン１７０、および第２のベアリング１６０を有することができる。ベアリング１５０、１６０は、これらの比較的簡単な組み付けおよび取り外しが可能なように、非常に小さい隙間を空けてタービン１７０のどちらか一方の側に配置できる。少なくとも一の実施形態では、ベアリング１５０、１６０とタービン１７０との間の隙間は、数ミクロンのオーダーとすることができる。他の例では、ベアリング１５０、１６０は、タービンとともに回転するベアリング１５０、１６０の回転部分にタービン１７０が触れるようなものとすることができる。タービン１７０の回転は、駆動媒体がタービン１７０の羽根１７１を軸まわりに回転させるのに従って生じさせることができる。２つのベアリング１５０、１６０が示されているが、本開示は１つだけのベアリング１５０を備えることができる。

図面の図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄは、タービンハウジング１２０を示す。タービンハウジング１２０は、少なくとも部分的にねじ山１２３が形成された外径を有する第１の端部１２１を含むことができる。第１の端部１２１は、解放可能にカバーと嵌め合わさるように構成された外径を有することができる。第１の端部１２１はまた、駆動媒体をタービンから出た後に排出するための特別な溝１２６を含むことができる。タービン１２０は、さらに、少なくとも部分的にねじ山１２２が形成された内径を有する第２の端部１２９を含むことができる。少なくとも部分的にねじ山が形成された第２の端部１２２は、解放可能に追加のカバーと嵌め合わさるように構成された内径を有することができる。

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、および４Ｄに示すような開けられた状態において、ハウジング１２０は、第１の端部１２１に、点検口１２７を形成する。また、ハウジング１２０は、第２の端部１２９に、追加の点検口１２８を形成する。少なくとも一の実施形態では、ハウジング１２０は、第１の端部１２１または第２の端部１２９の一方に点検口を有するだけであり得る。図に示すように、駆動媒体のための貫通孔１２５は、ハウジング１２０の外側で実質的に円形形状を有することができ、ハウジング１２０の内側で涙滴形状を有することができる。他の実施形態では、貫通孔１２５の形状は、タービンの速度、および駆動媒体用の注入ポートの配置に基づき、所望の流動特性が提供されるように決定され得る。図に示すように、貫通孔１２５は、噛み合い面に設けることができるが、他の実施形態では、貫通孔１２５は、他の場所に設けることができる。

図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、解放可能に嵌められる追加のカバー１４０を、取り付けた状態で有するタービンハウジング１２０を示す。タービンハウジング１２０は、少なくとも部分的にねじ山１２２が形成され追加のカバー１４０と取り外し可能に嵌め合わさるように構成された内径を有する、第２の端部１２９を有することができる。追加のカバー１４０は、少なくとも部分的にねじ山５２７が形成された外径を有することができる。少なくとも部分的にねじ山が形成された内径４２２は、少なくとも部分的にねじ山が形成された外径５２７と取り外し可能に嵌め合わさるように構成されている。追加のカバー１４０は、取り付けられた状態において、タービンハウジングの第２の端部と実質的に同一平面となるように構成されている。追加のカバー１４０は、また、タービンハウジング１２０に対し追加のカバー１４０の取り付けおよび取り外しを行う連結具を受けるため、外接面に形成された１つ以上の凹部５４０を含むことができる。図に示すように、複数の凹部５４０が設けられている。凹部５４０の数は、取り外し工具が滑るのを防止し、また所望の力特性を提供するようなものにすることができる。追加のカバー１４０は、さらに、追加のカバー１４０の内側に形成されたシャフト受け部５３５を含むことができる。シャフト受け部５３５は、シャフトの第２の端部を受けるように構成され得る。少なくとも一の実施形態では、シャフト受け部５３５は、１つだけのベアリングだけが備えられる場合、ベアリングの表面として機能するように形成され得る。

図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃは、１つ以上の部品がハウジング１２０から取り外し可能または取り付け可能なように開けられた配置１４でタービンハウジング１２０内に取り付けられた、追加のカバー１４０、シャフト１１０、タービン１７０、およびベアリング１５０、１６０を示す。シャフト１１０は、シャフト受け部５３５へと受けられる第２の端部２７３を有することができる。第２のベアリング１６０は、取り付けられた追加のカバー１４０の真上でシャフト１１０に取り付けることができる。少なくとも一の実施形態では、取り付けられた追加のカバー１４０に、第２のベアリング１６０の一部が接することができる。シャフト１１０は、第２のベアリング１６０の上に取り付けられたタービン１７０を有し、タービン１７０の上に取り付けられた第１のベアリング１５０を有することができる。第１のベアリング１５０がタービンハウジング１２０の第１の端部の上に少なくとも部分的に延びているように、シャフト１１０を配置することができる。追加のカバー１４０が図示されている一方で、その代りに、本開示は、上記の部品がハウジングの第１の端部の点検口を通じて挿入されるだけであるように、固定された底部で実施可能である。

図７Ａおよび７Ｂは、動力装置のカバー１３０を示す。カバー１３０は、タービンハウジングの第１の端部の少なくとも部分的にねじ山が形成された外径と解放可能に嵌め合わさるように構成された、少なくとも部分的にねじ山１３１が形成された内径を有することができる。カバー１３０は、また、その表面に形成された１つ以上の貫通孔１３６を有することができる。１つ以上の貫通孔１３６は、カバー１３０が閉じられた状態の場合に、駆動媒体がタービンハウジングから出るのを可能にする。駆動媒体は、ハウジングの側壁に設けられた複数の貫通孔を通じて入り、タービンおよび特別の流路を通り、カバーに配置された１つ以上の貫通孔１３６を通じて出ることができる。駆動媒体は、１つ以上の貫通孔１３６を通じて吐出され、追加の冷却のために工作物の表面に向けることができる。図示するように、１つ以上の孔１３６は、複数の貫通孔１３６を含む。複数の貫通孔１３６は、カバー１３６の上面の内側の周まわりに等間隔に配置されている。複数の貫通孔１３６の配置は、所望の冷却および除去機能を提供するように構成できる。前に示された他の形態では、貫通孔１３６は、カバー１３０またはハウジング１２０の他の位置に配置することができる。

カバー１３０は、さらに、カバーが取り付けられた状態のときシャフトが通って延びるように構成されたシャフト開口部１３５を含むことができる。カバーは、さらに、１つ以上の噛み合い面１３２を有することができる。１つ以上の噛み合い面１３２は、タービンハウジングに対するカバーの取り外しおよび取り付けを補助できる。１つ以上の噛み合い面１３２は、実質的に平坦で連結具と噛み合うように構成され得る。噛み合い面の他の構成は、本開示の範囲内にある。図に示すように、１つ以上の噛み合い面１３２は、複数の噛み合い面を含む。

図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、および８Ｄは、シャフト１１０が取り付けられたタービンハウジング１２０、第１のベアリング１５０、タービン１７０、および第２のベアリング１６０を、開けられた状態で示す。図８Ａは、少なくとも部分的にねじ山が形成されたハウジング１２０の第１の端部の上に、第１のベアリング１５０が少なくとも部分的に延び得ることを示す。図８Ｂは、複数の貫通孔１２５は、駆動媒体をタービン１７０に向かわせるように配置でき、駆動媒体は、カバーに設けられた複数の貫通孔を通じて排出される前に、特別な溝１２６を通じてタービンから出ることを示す。図に示すように、カバーおよび追加のカバーのどちらもハウジング１２０に連結されていない。この形態では、点検口または追加の点検口を通じて部品をハウジング内に挿入できる。他の形態では、部品の一部は、点検口を通じて組み込むことができ、他の部品は追加の点検口を通じて組み込むことができる。２つの点検口が設けられる場合、その点検口に最も近い部品は、取り外す必要のない他の部品をどけることなく取り外すことが可能である。

図９Ａ、９Ｂ、および９Ｃは、典型的なシャフト組立器具または連結具を示す。連結具９１０は、カバーおよびタービンハウジング上の１つ以上の噛み合い面と連結するように構成された受け部９１１を有することができる。受け部９１１は、タービンハウジングに対するカバーおよび追加のカバーの取り外しおよび取り付けを助け得る。連結具９１０は、また、追加のカバー上に形成された複数の凹部に受けられるように構成された複数の突起９１４を含み得る。複数の突起９１４は、取り外し可能に複数の凹部と嵌め合わさることができ、追加のカバーの取り外しおよび取り付けを助け得る。連結具は、また、単一の内径の貫通孔９１２を有することができ、その単一の内径は、連結具９１０の厚み全体を通じ、シャフトの径に対して僅かに大きいが、タービンの径より小さくできる。連結具９１０の厚みは、タービンと第２の端部との間のシャフトの最大長さに相当し得る。連結具９１０は、少なくとも２つの異なる直径を有し得る第２の貫通孔９１３を有することができる。第１の直径はタービンの直径に相当することができ、第２の直径はシャフトの直径に相当することができる。第２の直径の穴の長さは、タービンと第２の端部との間の許容可能な最少の長さとすることができる。

図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、および１０Ｅは、シャフト１１０へのタービン１７０の取り付けを示し、タービン１７０の後ろのシャフトの長さは、最大の許容可能な長さに相当する。図に示されるように、タービン１７０は、複数の羽根１７１を含む。

図１０Ａに示されるように、タービン１７０は、取付ブロック１１０１の表面にタービンの第１の端部が接した状態で、取付ブロック１１０１に置くことができる。シャフト１１０は、図１０Ｂおよび１０Ｃに示されるように、最初に切削端部をタービンに入れてタービン１７０に挿入され得る。図１０Ｄに見られるように、連結具９１０は、単一の内径を有する貫通穴にシャフト１１０が通された状態で組立品の上に配置され得る。図１０Ｄは、シャフト１１０が、その後、シャフトの第２の端部が連結具９１０の表面と同一平面にくるまでタービン１７０内へと押圧され得ることを示している。連結具９１０は、その後、組立品から取り外され、タービンと第２の端部との間で最大の許容可能なシャフトの長さが露呈され得る。

図１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ、１０Ｉ、および１０Ｊは、シャフト１１０へのタービン１７０の取り付けを示し、タービンの後ろのシャフトの長さは、最少の許容可能な長さに相当する。シャフト組立品は、２つの異なる内径を有する貫通穴を通じ、連結具９１０内へと挿入され得る。シャフトの第２の端部は、まず、より大きい内径を有する貫通穴を通じて挿入され得る。その後、タービン１７０が第１の内径の内部に配置され、シャフトの一部を連結具の反対側に露出させることができる。タービン１７０は、第１の端部で取付ブロック１１０１と隣接し、第２の端部で連結具９１０と隣接し得る。タービンの第２の端部は、２つの内径を有する貫通穴の第１の内径の端部に位置し得る。図１０Ｊは、シャフト１１０が、その後、シャフトの第２の端部が連結具９１０の表面と同一平面にくるまでタービン１７０内へと押圧され得ることを示している。連結具９１０は、その後、組立品から取り外され、タービンと第２の端部との間で最少の許容可能なシャフトの長さが露呈され得る。

図１０Ａ〜Ｊは、シャフトへのタービン１７０の取り付けを示すが、本開示は、タービン１７０が他の方法を用いてシャフト１１０に取り付けられ得ることを考慮している。さらに、タービン１７０は、溶接または他の方法でシャフト１１０に接合させることができる。

図１１Ａおよび１１Ｂは、連結具を用いたカバーおよび追加のカバーの取り付けおよび取り外しを示す。図１１Ａは、連結具が複数の突起９１４を用いて追加のカバー１４０を取り外すのを助け得ることを示す。複数の突起９１４は、追加のカバー１４０に形成された複数の凹部５４０と取り外し可能に嵌め合わすことができる。一旦嵌め合わされると、連結具は、長手方向軸に対する回転運動を通じて追加のカバー１４０の取り外しを助けることができ、タービンハウジングの少なくとも部分的にねじ山が形成された内径と、追加のカバー１４０の少なくとも部分的にねじ山が形成された外径とを外す。連結具は、また、追加のカバー１４０に形成された複数の凹部９１４に複数の突起９１４を取り外し可能に嵌め合わせ、長手方向軸に対して反対の回転運動を作用させることによって、追加のカバー１４０の取り付けを助け得る。図１１Ｂは、連結具が、カバーに設けられた複数の噛み合い面、およびタービンハウジングに設けられた複数の噛み合い面を用いてカバーを取り外すのを助け得ることを示す。タービンハウジングは、長手方向軸に対する回転運動をカバーに作用させている間、回転に抗し、カバーとタービンハウジングとの解放可能な嵌め合わせを解除することができる。タービンハウジングは、長手方向軸に対する反対の回転運動をカバーに作用させている間、回転に抗し、カバーとタービンハウジングとを解放可能に嵌め合わすことができる。

本開示は、また、図１２に示される方法１２００を含む。示された方法は、ここで示された動力装置を修理する方法である。記載された方法は、分解および再組立てを含むが、動力装置の組立ては、上で示されたものと同様であり得ると理解できる。一の実施形態では、動力装置は、届いたときに使用の準備ができているように、組立てられたまたは閉じられた状態で出荷される。他の実施形態では、動力装置は、様々な異なる部品の状態で出荷され得る。上で示したように、動力装置は、例えば機械工のような動力装置のオペレーターによって分解および再組立てされ得るように構成されている。機械工または指定分野のサービスコーディネーターが動力装置を修理する能力は、動力装置が修理され得る時間および費用を抑える。例えば、上で記載された動力装置は、１つ以上のベアリングを有することができる。使用後、１つ以上のベアリングは、機能しなくなり得る、または工具が所望の切削特性を維持するのを妨げ得る。動力装置が求められる許容範囲から外れたとき、オペレーターまたは適切な人が動力装置を分解して修理できる。

図示された方法は、任意の部分の全てが図示されないだけでなく、１つ以上の任意の部分を含む。

図示されたように、その方法は、カバーの取り外し（ブロック１２０２）を含み得る。ここで示された１つ以上の実施形態では、動力装置は、１つ以上のカバーを含むことができる。１つより多いカバーが備えられる場合、ベアリングが機能しなくなると、ベアリングに最も近いカバーが外され得る。カバーが一つだけ備えられる場合、ただ一つのカバーが取り外され、タービンハウジングの内部への出入が可能になる。例えば、カバーにねじ山が形成されている場合、カバーは、弛めるように回すことによってハウジングから取り外すことができる。

上記方法は、さらに、ハウジングからのベアリングの取り外し（ブロック１２０４）を含み得る。１つ以上の実施形態では、ベアリングは移動を制約され得る。他の実施形態では、カバーが取り外された時点で、ベアリングが取り外されることが可能である。他の実施形態では、ベアリングとカバーとの間に、スペーサまたは付勢部材が配置され得る。

少なくとも一の実施形態では、上記方法は、タービンの取り外し（ブロック１２０６）を含み得る。少なくとも一の実施形態では、タービンが連結されたシャフトがハウジングから取り外された時点で、タービンは取り外され得る。例えば、タービンはシャフトに接合でき、シャフトからタービンを取り外す追加の工具または機器を要する。他の実施形態では、シャフトはハウジング内に配置されたままであるが、タービンはシャフトから取り外すことができる。

上記方法は、さらに、ハウジングから追加の部品を取り外すことを含み得る。上記方法は、さらに、ハウジング内から他の部品を取り外すことを含み得る。動力装置に２つのカバーが備えられる他の実施形態では、各カバーが外された後、１つまたは両方の開口部から部品を取り外すことができる。

タービンは、取り替えが必要な場合、シャフトに取り付け可能である（ブロック１２０８）。シャフトへのタービンの取り付けは、図１０Ａ〜１０Ｊに関連して上で詳述されている。

１つ以上のベアリングが取り替えられると、ベアリングがハウジング内に組み込まれ得る（ブロック１２１０）。ベアリングの組み込みは、ベアリングが取り替えられた位置に最も近いハウジングの開口を通じて行われ得る。少なくとも一の実施形態では、ベアリングはシャフトに取り付けられ得る。

部品が取り替えられた後、１つ以上のカバーがハウジングに取り付けられ得る（ブロック１２１２）。１つ以上のカバーが一旦取り付けられると、動力装置は再び稼働用の構成となる。

上記の１つ以上の特徴は、組み合わされて実施形態を形成することができる。特に、上記の特徴は、一緒に形成されてタービン動力装置の様々な実施形態を作り出すことができる。切削工具のためのタービン動力装置は、１つ以上の以下の特徴、内部空間を有するタービンハウジングであって、前記内部空間は、前記タービンハウジング内で回転のためにベアリングに支持された流体駆動タービンを受けるように構成されている、タービンハウジングと、前記タービンハウジングを通じてその前記内部空間へと連通する点検口であって、前記タービンハウジングの前記内部空間への前記ベアリングの組み込み、および前記内部空間からの前記ベアリングの取り外しを可能にするように構成された、点検口と、当該点検口の上で前記タービンハウジングに対して解放可能に固定でき、前記点検口を通じて前記タービンハウジングの前記内部空間へのベアリングの組み込みおよび前記内部空間からのベアリングの取り外しが可能な開けられた状態と、前記内部空間に組み込まれたベアリングが稼働のために前記タービンハウジング内に固定された閉じられた状態との間で状態を変えられる、取り外し可能なカバーと、を含み得る。

前記タービン装置の少なくとも一の実施形態は、工具シャンクをさらに含み、前記タービンは前記工具シャンクに連結され、前記ベアリングは前記工具シャンクを支持する。

少なくとも一の実施形態では、前記タービンは、前記タービンハウジング内で前記ベアリングおよび追加のベアリングに支持され、前記ベアリングの少なくとも１つは、前記点検口に近接して配置され、前記取り外し可能なカバーが開けられた状態のとき、前記点検口を通じて露出される。

前記タービン装置の少なくとも一の実施形態は、前記タービンハウジングを通じてその前記内部空間へと連通する追加の点検口をさらに含み、各点検口は、前記タービンハウジングの前記内部空間への前記ベアリングの組み込み、および前記内部空間からの前記ベアリングの取り外しを可能にするように構成されている。

前記タービン装置の少なくとも一の実施形態は、追加の取り外し可能なカバーをさらに含み、各カバーは、それぞれの点検口の上で前記タービンハウジングに対して解放可能に固定できる。

前記タービン装置の少なくとも一の実施形態は、追加のベアリングをさらに含み、各ベアリングは、前記点検口のうちの１つに近接して配置され、前記各取り外し可能なカバーが開けられた状態のとき、前記各点検口を通じて露出される。

少なくとも一の実施形態では、各ベアリングは、前記点検口のうちの１つに近接して配置されており、閉じられた状態のとき、取り外し可能なカバーによって隣接して嵌め込まれている。

前記タービン装置の少なくとも一の実施形態は、ベアリングに保持されたシャフトをさらに含み、前記シャフトは、前記取り外し可能なカバーに形成されたシャフト開口部を通じて延びるシャフト延長部を有する。

少なくとも一の実施形態では、前記タービンは複数の羽根を有する。

少なくとも一の実施形態では、前記タービンハウジングは、流体またはガスを通過させて受けるための１つ以上の開口部を形成している。

少なくとも一の実施形態では、前記１つ以上の開口部が、前記タービンに隣接する前記タービンハウジングの内部に連通することによって、前記流体またはガスが前記タービンを駆動する。

少なくとも一の実施形態では、前記取り外し可能なカバーは、前記取り外し可能なカバーが閉じられた状態のとき流体または空気が前記タービンハウジングから出るのを可能にする複数の貫通孔を形成する表側表面を有する。

少なくとも一の実施形態では、前記取り外し可能なカバーは、前記取り外し可能なカバーが閉じられた状態のとき流体または空気が前記タービンハウジングから出るのを可能にする複数の貫通孔を形成する側壁を有する。

少なくとも一の実施形態では、前記取り外し可能なカバーは、表面に形成された複数の噛み合い面を有する側壁を含む。

前記複数の噛み合い面は、実質的に平坦である。

また、前記タービン装置の一の実施形態は、取り付けられた状態において前記タービンハウジングの一方の端部と実質的に同一平面となるように構成された追加のカバーをさらに含む。

また、前記タービン装置の一の実施形態は、追加のカバーをさらに含み、当該追加のカバーは、前記タービンハウジングに対し前記追加のカバーの取り付けおよび取り外しを行う連結具を受けるために前記追加のカバーに形成された複数の凹部を有する。

少なくとも一の実施形態では、前記追加のカバーは、前記追加のカバーの内部に形成されたシャフト受け部を有し、当該シャフト受け部は、前記シャフトの一部を受けるように構成されている。

少なくとも一の実施形態では、前記タービンは、エマルション、エアミスト、外部冷却材、または外部エアミストのうちの１つによって駆動されるように構成されており、前記エアミストは、油と空気との混合物である。

本開示は、また、動力装置のタービンハウジングを、組立てる、分解する、および／または修理する方法を示す。一の実施形態では、タービンハウジングを修理する方法は、前記タービンハウジング内で回転のためにベアリングに支持された流体駆動タービンを受けるように構成された内部空間と、前記タービンハウジングを通じてその前記内部空間へと連通し、前記タービンハウジングの前記内部空間への前記ベアリングの組み込み、および前記内部空間からの前記ベアリングの取り外しを可能にするように構成された点検口と、を有する前記ハウジングに連結されたカバーの取り外し、前記ベアリングの取り外し、前記タービンハウジング内への代わりのベアリングの組み込み、および、前記取り外し可能なカバーの取り付けを含む。

他の実施形態では、その方法は、前記動力装置の修理、組立て、または分解において上記したようなステップをさらに含み得る。

上に示されるとともに記載された実施形態は、単なる例である。多くの詳細は、タービン駆動シャフトの他の特徴のような技術でしばしば確認される。従って、多くのそのような詳細は、示されも記載されもしない。本技術の多くの特徴および利点が、本開示の構造および機能の詳細とともに、前述の記載において示されたとしても、その開示は一例にすぎず、本開示の本質の範囲内において、添付の特許請求の範囲で使用される用語の広く一般的な意味によって示される最大の範囲で、特に、形状、寸法、部品の配置に関して、細かい変更が行われてもよい。従って、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲内で改変されてもよいことが理解されるであろう。

Claims (20)

1. 内部空間を有するタービンハウジングであって、前記内部空間は、前記タービンハウジング内で回転のためにベアリングに支持された流体駆動タービンを受けるように構成されている、タービンハウジングと、
   前記タービンハウジングを通じてその前記内部空間へと連通する点検口であって、前記タービンハウジングの前記内部空間への前記ベアリングの組み込み、および前記内部空間からの前記ベアリングの取り外しを可能にするように構成された、点検口と、
   当該点検口の上で前記タービンハウジングに対して解放可能に固定でき、前記点検口を通じて前記タービンハウジングの前記内部空間へのベアリングの組み込みおよび前記内部空間からのベアリングの取り外しが可能な開けられた状態と、前記内部空間に組み込まれたベアリングが稼働のために前記タービンハウジング内に固定された閉じられた状態との間で状態を変えられる、取り外し可能なカバーと、
   を含む、切削工具のためのタービン動力装置。
2. 工具シャンクをさらに含み、前記タービンは前記工具シャンクに連結され、前記ベアリングは前記工具シャンクを支持する、請求項１に記載の動力装置。
3. 前記タービンは、前記タービンハウジング内で前記ベアリングおよび追加のベアリングに支持され、前記ベアリングの少なくとも１つは、前記点検口に近接して配置され、前記取り外し可能なカバーが開けられた状態のとき、前記点検口を通じて露出される、請求項１に記載の動力装置。
4. 前記タービンハウジングを通じてその前記内部空間へと連通する追加の点検口をさらに含み、各点検口は、前記タービンハウジングの前記内部空間への前記ベアリングの組み込み、および前記内部空間からの前記ベアリングの取り外しを可能にするように構成されている請求項３に記載の動力装置。
5. 追加の取り外し可能なカバーをさらに含み、各カバーは、それぞれの点検口の上で前記タービンハウジングに対して解放可能に固定できる、請求項４に記載の動力装置。
6. 追加のベアリングをさらに含み、各ベアリングは、前記点検口のうちの１つに近接して配置され、前記各取り外し可能なカバーが開けられた状態のとき、前記各点検口を通じて露出される、請求項５に記載の動力装置。
7. 各ベアリングは、前記点検口のうちの１つに近接して配置されており、閉じられた状態のとき、取り外し可能なカバーによって隣接して嵌め込まれている、請求項５に記載の動力装置。
8. ベアリングに保持されたシャフトをさらに含み、前記シャフトは、前記取り外し可能なカバーに形成されたシャフト開口部を通じて延びるシャフト延長部を有する、請求項３に記載の動力装置。
9. 前記タービンは複数の羽根を有する、請求項１に記載の動力装置。
10. 前記タービンハウジングは、流体またはガスを通過させて受けるための１つ以上の開口部を形成している、請求項１に記載の動力装置。
11. 前記１つ以上の開口部が、前記タービンに隣接する前記タービンハウジングの内部に連通することによって、前記流体またはガスが前記タービンを駆動する、請求項１０に記載の動力装置。
12. 前記取り外し可能なカバーは、前記取り外し可能なカバーが閉じられた状態のとき流体または空気が前記タービンハウジングから出るのを可能にする複数の貫通孔を形成する表側表面を有する、請求項１に記載の動力装置。
13. 前記取り外し可能なカバーは、前記取り外し可能なカバーが閉じられた状態のとき流体または空気が前記タービンハウジングから出るのを可能にする複数の貫通孔を形成する側壁を有する、請求項１に記載の動力装置。
14. 前記取り外し可能なカバーは、表面に形成された複数の噛み合い面を有する側壁を含む、請求項１に記載の動力装置。
15. 前記複数の噛み合い面は、実質的に平坦である、請求項１５に記載の動力装置。
16. 取り付けられた状態において前記タービンハウジングの一方の端部と実質的に同一平面となるように構成された追加のカバーをさらに含む、請求項１に記載の動力装置。
17. 追加のカバーをさらに含み、当該追加のカバーは、前記タービンハウジングに対し前記追加のカバーの取り付けおよび取り外しを行う連結具を受けるために前記追加のカバーに形成された複数の凹部を有する、請求項１に記載の動力装置。
18. 前記追加のカバーは、前記追加のカバーの内部に形成されたシャフト受け部を有し、当該シャフト受け部は、前記シャフトの一部を受けるように構成されている、請求項１７に記載の動力装置。
19. 前記タービンは、エマルション、エアミスト、外部冷却材、または外部エアミストのうちの１つによって駆動されるように構成されており、前記エアミストは、油と空気との混合物である、請求項１に記載の動力装置。
20. タービンハウジングを修理する方法であって、
    前記タービンハウジング内で回転のためにベアリングに支持された流体駆動タービンを受けるように構成された内部空間と、前記タービンハウジングを通じてその前記内部空間へと連通し、前記タービンハウジングの前記内部空間への前記ベアリングの組み込み、および前記内部空間からの前記ベアリングの取り外しを可能にするように構成された点検口と、を有する前記ハウジングに連結されたカバーの取り外し、
    前記ベアリングの取り外し、
    前記タービンハウジング内への代わりのベアリングの組み込み、および、
    前記取り外し可能なカバーの取り付け、
    を含む、タービンハウジングを修理する方法。