(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリル・ビット又はカッターのボタン研削用研削機の出力駆動シャフトと取り外し自在に連結される研削カップであって、上面と下面を有し、下方の研削セクションと該研削セクションと同軸に形成された上方の本体セクションとから構成され、前記下方の研削セクションが、前記研削セクションの下面内に形成されて中央に配置された、研削されるべきボタンに対応した所望輪郭を有する窪み部を有し、かつ炭化タングステン製のボタン・ビットを研削できる材料から形成されている、研削カップにおいて、
前記上方本体セクションが前記研削カップの上面の中央に形成されたキャビティを有し、該キャビティが研削カップ駆動係合部と研削カップ保持係合部とを有し、該研削カップ駆動係合部がその内側で前記研削機の前記出力駆動シャフトにより駆動可能に係合される形状及び寸法を有し、
前記上方本体セクションの前記キャビティと前記下方研削セクションの前記窪み部とを連通する複数の冷却剤通路を有し、該冷却剤通路の、前記窪み部に開口するアウトレットは該窪み部の中心から外れた位置に配置されている研削カップ。
【請求項２】
当該研削カップの前記上面のキャビティが、前記研削機の出力駆動シャフトの上部駆動セクションと駆動可能に係合するようになっている上部の研削カップ駆動係合部と、前記出力駆動シャフトの下部支持セクション上に配置された保持手段を収容するようになっている底部の研削カップ保持係合部とを有する、請求項１に記載の研削カップ。
【請求項３】
前記キャビティの上部の研削カップ駆動係合部が六角形の断面を有する、請求項２に記載の研削カップ。
【請求項４】
前記キャビティの底部の研削カップ保持係合部が、前記キャビティの上部の研削カップ駆動係合部より僅かに小さい直径の円形断面を有する、請求項３に記載の研削カップ。
【請求項５】
前記キャビティの上部の研削カップ駆動係合部が、１２点の円形断面を有する、請求項２に記載の研削カップ。
【請求項６】
前記研削カップの上面におけるキャビティが、上部の研削カップ保持係合部と底部の研削カップ駆動係合部とを有し、
前記研削機の出力駆動シャフトの端部が六角形の断面を有し、前記キャビティの底部の研削カップ駆動係合部の中央には１２点の円形縦穴が設けられており、この縦穴と前記出力駆動シャフトの端部とは、該出力駆動シャフトが該縦穴に挿入されると前記研削カップを駆動可能に両者の係合がなされる寸法を有している、請求項１に記載の研削カップ。
【請求項７】
前記研削カップの上面のキャビティに、振動を低減し、安定性を確保し、磨耗及び損傷を低減するための手段を設けた、請求項１〜６のいずれか一項に記載の研削カップ。
【請求項８】
前記振動を低減し、安定性を確保し、磨耗及び損傷を低減するための手段が、制動要素又は保持手段から成る群から選択される、請求項７に記載の研削カップ。
【請求項９】
前記研削カップの上面に形成されたキャビティの前記研削カップ保持係合部内に、前記研削カップを前記出力駆動シャフトに取り外し自在に結合するための保持手段を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の研削カップ。
【請求項１０】
前記振動を低減し、安定性を確保し、磨耗及び損傷を低減するための手段が、加硫ゴム、ゴム、ナイロン又はエラストマー材料から形成される、請求項７又は８に記載の研削カップ。
【請求項１１】
前記出力駆動シャフトの下部支持セクション上に配置された保持手段は、前記出力駆動シャフトの支持セクションの溝に保持され、前記研削カップの上面の前記キャビティの前記研削カップ保持係合部と係合するように設けられた１つ以上のＯ−リングを含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載の研削カップ。
【請求項１２】
少なくとも２つのＯ−リングが前記出力駆動シャフト上の平行な環状溝に保持されている、請求項１１に記載の研削カップ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、（衝撃式或いは回転式）ドリル・ビット、トンネル掘削機カッター（TBM:tunnel boring machine cutter）、並びにレイズボーダー・カッター（RBM:raised bore machine cutter）における硬い金属インサート或いは作業先端を研削するための研削カップとして使用されると共に、ドリル・ビット或いはカッターの炭化タングステン刃部或いはボタンを研削するための研削カップとして使用される装置における改善と、研削カップを研削機に着脱自在に連結する手段とに関する。
穴開け動作中、ドリル・ビット上の刃部或いはカッターは連続使用後に扁平になる（摩耗する）。実質的に元の輪郭に戻すべくボタンを再研削又は研削再生（刃付け）することによるドリル・ビット或いはカッターの正規のメンテナンスは、ビット／カッター寿命を延ばし、穴開けを加速し、そして穴開けコストを削減する。再研削は、最適にはボタンの摩耗がボタン径の１／３から最大１／２の間になったときに執り行わなければならない。
異なるタイプの手動式及び半自動式研削機が、ボタン・ビット／カッターの研削用に知られている（例えば、米国特許第5,193,312号及び同第5,070,654号）。従来タイプの研削機において、所望の輪郭を有する研削カップは高速で回転させられ、炭化カルシウム又はカーバイドのボタンや、該ボタンのベース部を取り囲むビット／カッターの面を研削して、効果的な穴開けのためにボタンを実質的にその元の輪郭に戻す。
研削カップは、従来、上面及び下面を有する円筒体から構成されている。その下面又は作業面は、研削されるべきボタンにとって所望の形状を有する中央に配置された凸状窪み部を具備したダイヤモンド／金属マトリックスから成る。上記凹部回りの傾斜リムはボタンのベース部を取り囲むビットの面から鋼を除去する。直立の中空ステムが上面から突出している。
水或いは空気がその中空ステムを通ると共に、研削カップの円筒体における中央に配置された通路内に提供される。研削面におけるスロット或いは洗浄チャネルが研削されているボタン面上に水／空気を分散することを補助している。この水／空気は、研削の間、ボタン面を洗浄する。水／空気のアウトレットの領域内におけるボタン上にはニップルが形成されがちであり、その理由は、この点でボタンに接触する研削面がないからである。
研削カップは、ブランク材をその上面から突入している直立ステムを伴った状態で先ず加工することによって従来より製造されている。次いでブランク材は、高温のダイヤモンド／金属混合物を含む型内に圧入される。このブランク材のボタン面が加熱され、そのダイヤモンド／金属のマトリックスに結着する。代替的には、ダイヤモンド／金属のマトリックスを研削区域内に形成させることができ、次いで、焼嵌め及び／或いは接着剤又は半田付けでブランク材に結着させることができる。
最近まで、研削カップは従来通りにそのステムを、工具を着脱自在に取り付けるためのチャック内に挿入することによって研削機内に保持されてきた。チャック回し、ナット、並びにコレット等の特殊な工具が、研削カップをチャック内に挿入保持させるため、或いは取り外しのために必要とされてきた。
チャック回し等々の必要性を削除するため、ショルダ・ドライブを研削カップ上に使用することが近来開発されてきた。研削機の空中駆動シャフトにおける自由端の径方向に広がる窪み部は、研削カップの隣接する上面上におけるショルダ又はカム手段と協働する。研削カップのステムはその中空駆動シャフト内に挿入され、駆動シャフトの内壁内の溝か、或いは研削カップのステム上かの何れかに配置される１つ以上のＯ-リングによって然るべく保持され得る。例えば、引用することによってここに合体させる、スエーデン特許第Ｂ 460,584号と米国において本願と対応の同時係属中の米国特許出願第08/305,176号とを参照のこと。
チャック回し等々の必要性を無くすための他のアプローチは、ＷＯ９３／２５３４６に示されている。この資料は、研削カップを保持するためにバネで付勢される加圧ブッシングを使用することを示している。研削カップのシャフトに設けられた環状溝、ならびに、ソケット壁の孔に配置されたボールによって、研削カップが適所に保持される。
研削カップをチャック或いはショルダ駆動シャフトの何れに保持させようが、研削カップは研削機に堅固に連結され、研削動作中に発生する各種振動は研削機に直に伝達される。過剰な振動は以下の結果を生じ得る。
a)研削中の高いノイズ・レベル。
b)手動式研削機が使用されている場合、オペレータの手や腕に対する疲労衝撃。
c)首尾一貫しない研削品質、ボタン輪郭及び研削跡の劣った精密性。
d)チャック及び研削機構成要素に対する加速された摩耗。
上記同時係属中の米国特許出願第08/305,176号では、減衰要素が研削カップのステムに隣接する中空駆動シャフトのチャネル内に挿入されている。
発明の概要
本発明の目的は、研削機に対して、迅速且つ容易に取付け及び取外しができる研削カップを提供することである。
本発明の更なる目的は、研削カップの製造コストを低減することである。
本発明の更なる目的は、研削カップの研削面内に洗浄チャネルを設ける必要性を削除することである。
また、本発明の目的は、本発明に係る研削カップを保持するホルダー装置を提供して、振動を最小限に為すことである。
また、本発明の更なる目的は、改善された研削品質、ボタン輪郭の増大された精密性、並びに、研削跡が残らないより良好な仕上りを提供することである。
従って、本発明は、上面及び下面を有すると共に、下方研削セクションと上方本体セクションとから構成される研削カップを提供する。研削セクションは、金属及びダイヤモンドのマトリックス等の炭化タングステンから成るボタン・ビットを研削することができる材料から形成されている。ボタン面内における周縁は傾斜させ得て、研削中、ボタンのベース部回りビット面から鋼の除去を促進している。中央配置の凸状窪み部が下方研削セクションの下面内に形成され、研削されるべきボタン用の所望輪郭を有する。上方本体セクションは、研削カップの上面内に形成された中央配置のキャビティを有する。このキャビティは、研削カップが研削機の出力駆動シャフトに着脱自在に連結されることを許容すると共に、研削カップが研削動作中に回転させられることを許容する。１つ以上の通路が、研削カップ上面内のキャビティにおけるフロア部を、研削セクションの上面内における凸状窪み部に連結又は連通させて、研削油と任意に混合される冷却剤好ましくは水が１つ以上のアウトレットを通じて研削中のボタン面に供給されることを可能とする。
本発明の他の実施例は、上面及び下面を有する研削カップから構成されると共に、下方研削セクション及び上方本体セクションから構成されている。中央配置の凸状窪み部が下方研削セクションの下面内に形成され、研削されるべきボタン用の所望輪郭を有する。上方本体セクションは、上面から突出している直立中空ステムか、或いは上面内における中央配置の窪み部かの何れかによって、研削機の出力駆動シャフトに着脱自在に連結されることができる。２つ以上の通路が本体セクションを貫通するように設けられ、研削セクション内の凸状窪み部の研削面に対するアウトレットで終端しており、任意に切削油と混合される冷却剤好ましくは水が、研削中、ボタン面に提供されることを可能としている。これらアウトレットは研削カップの長手軸線を逸脱して位置決めされ、研削カップの動的不均衡を回避している。更にアウトレットは、最大摩耗を被る研削面上の領域に配置されていない。通路は研削カップの長手軸線に好ましくは平行しているので、研削面が摩耗しても、これらアウトレットはそれらの配置を維持する。
本発明の他の実施例は、研削カップを研削機に対して着脱自在に連結するホルダー装置から構成されており、該研削機は空気圧式、油圧式、電気的駆動モータを有し、出力シャフトを駆動している。この出力シャフトに任意の従来手段によって適切に連結されているのは、本発明に係るホルダー装置である。このホルダー装置は出力シャフトの一体的延長部或いは別体の取り付け具であってよい。ホルダー装置は、回転可能な駆動部材から構成されている。駆動部材には、その全長に亙って延在する同軸状通路が具備されており、該通路を介して冷却流体がその上に支持された研削カップに向けられるようになっている。駆動部材の一方端は、研削カップの上面内における対応する大きさの窪み部内に嵌合するような大きさとされている。駆動部材のこの端部における外壁は、研削カップ内の窪み部内に保持されることができるようになっている。駆動部材の他方端は、研削機の駆動シャフトに連結できるようになっている。
本発明の他の実施例は、研削カップをモータ駆動研削機の出力シャフトに着脱自在に連結できるホルダー装置から構成されている。このホルダー装置は、研削機の出力シャフトに連結されることができる一方端と、研削機から外側へ遠ざかるように延在する反対方向の自由端とを有する回転可能な駆動部材を備える。同軸状の通路が駆動部材の長手方向に延在している。駆動部材の自由端は、研削カップに駆動伝達できるようにこれと係合するために、研削カップの上面上の中央配置された窪み部内に嵌合することができる。回転可能な駆動部材は、研削カップの上面内における窪み部の上部に駆動伝達できるようにこれと係合できる上方駆動セクションと、研削カップの上面における窪み部の底部内に挿入できる下方支持セクションとから構成されている。前記駆動部材と、前記研削カップを前記駆動部材上に着脱自在に保持する前記窪み部との間の作動的係合を為す保持手段は、前記支持セクション上に設けられている。
本発明の他の実施例において、研削機の出力駆動シャフトには、その自由端から延在する同軸状チャネルが具備されている。ホルダー装置の駆動部材における上方駆動セクションは、上方駆動セクションから延在する同軸状スピンドルを有し、前記出力駆動シャフト内のチャネル内に挿入させることができる。スピンドルを前記チャネル内に保持する手段が設けられており、好ましくは、加硫ゴム或いは弾性部材等々から成るスリーブで構成されてチャネル内に挿入され、次いで該チャネル内に上記スピンドルが挿入される。
本発明の更なる特徴は以下に説明されるか、或いは以下の詳細説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明をより明確に理解するために、以下に本発明の好適実施例を、次に説明する添付図面を参照して例示的に説明する。
図１は、本発明に従った研削カップを保持する駆動部材を形成すべく延在させられているロータを有する単一空気モータを具備した研削機の部分的断面図を含む側面図である。
図２は、図１に示された駆動部材の下面図である。
図３は、図１に示された駆動部材によって駆動される、本発明に従った研削カップの拡大斜視図である。
図４は、図３に示された研削カップの下面図である。
図５は、図４に示された研削カップの５−５線に沿って切取られた側断面図である。
図６は、図３に示された研削カップの上面図である。
図７は、小さなボタン・ビットを研削するための、本発明に従った他の研削カップの拡大斜視図である。
図８は、図７に示された研削カップの下面図である。
図９は、本発明に係る代替的なホルダー装置の拡大側断面図である。
図１０は、図９に示されたホルダー装置の下面図である。
図１１は、本発明に係る代替的なホルダー装置の拡大側断面図である。
図１２は、単一空気モータを具備する研削機における出力駆動シャフトの端部であり、本発明に従った研削カップを保持する代替的な駆動部材を形成すべく延在させられた出力駆動シャフト端部の部分的断面図を含む側面図である。
図１３は、図１２に示された駆動部材によって駆動される、本発明に従った研削カップの側断面図である。
図１４は、図１３及び図１５に示される研削カップを保持する代替的な駆動部材の部分的断面図を含む側断面図である。
図１５は、大径研削カップに適合した水アウトレットの代替的配置を伴う図１３に示された研削カップの側断面図である。
好適実施例の詳細な説明
図１乃至図６で参照されるように、研削機１０が図示されており、モータ・ハウジング又はケージング１２を含み、その中に回転式モータが適切に支持されており、図示されたモータは、適切なソース（不図示）から圧縮空気が供給されるようになった空気作用で駆動されるモータ１４である。このモータとしては、本発明の趣旨から逸脱することなく、油圧式や電気式等々であることが可能である。上記ケージングの寸法としては、研削機を容易に手動操作できるようなものである。その後者の目的のため、ケージングには該ケージングから径方向外側に対向方向に突出するハンドル１６，１６が設けられている。モータ１４は出力駆動シャフト１８を駆動する。この出力駆動シャフト１８に対して、任意の従来手段によって適切に連結されているものは、ホルダー装置２０である。図１に図示される実施例において、ホルダー装置２０はシャフト１８の一体的な延長部であり、回転可能な長尺駆動部材２１を構成している。シャフト１８及び駆動部材２１には、その長手方向に延びる同軸状の通路２２が設けられており、該通路２２を通して冷却流体をそこに支持される研削カップ３０に向かわせるようにすることができ、該研削カップとしては図３乃至図６に示されて以下に詳細に説明される。上記長尺駆動部材２１の自由端２６から延在する端部２４は、研削カップ３０の上面３３内における対応する大きさのキャビティ（窪み）３７内に嵌合することができる。図１及び図２に示されるように、端部２４における長尺駆動部材２１の外壁２５は、キャビティ３７の底部に中央配置されたウェル（縦穴又は窪み）３８内に係合して駆動伝達できるように為す。この好適実施例において、駆動部材２１の外壁２５は六角断面となるように加工され、図４及び図６に示されるウェル３８は対応する大きさの１２点円形断面を有する。こうした設計によって、駆動部材と研削カップとの特殊な整合の必要性無しに、駆動部材２１における自由端２６のウェル３８内への容易な挿入が可能である。研削カップは、駆動部材２１の自由端２６がウェル３８内へ圧入するまで、駆動部材２１に対して単純に押圧されることができ、回される。ウェル３８内に位置決めされると、駆動部材２１の自由端２６は使用に際して滑動又はスリップすることなく研削カップを回転することになる。従って、ウェル３８の深さ及び加工された外壁２５の高さは、過度な摩耗無しに研削カップを駆動すべく充分な大きさとしなければならない。４．５ｍｍから４．８ｍｍの距離が充分な大きさであることが判明されている。研削カップ３０を着脱自在に保持すべく、駆動部材２１の端部２４には保持手段が設けられているので、研削カップ３０は使用中に飛び去ることがなく、使用後に容易に取外されたり、変更されたりすることが依然可能である。この好適実施例において、保持手段は駆動部材２１の端部２４における外壁内に１つ以上の溝２７を有する。Ｏ-リング或いは膨張リング２９がそうした溝２７内に挿入されている。駆動部材２１の端部２４が研削カップ３０内に挿入されると、これらのＯ-リング或いは膨張リング２９がキャビティ３７の側壁３９に係合して、該研削カップを然るべき位置に保持する。
より高レベルな安全性のために、複数の溝を側壁３９に形成することができ、駆動部材２１の端部２４がキャビティ３７内に完全に挿入された際、上記Ｏ-リング或いは膨張リング２９がこれらの溝と係合するように当該溝の形成を位置決めすることができるであろう。明らかなように、キャビティ３７の側壁３９におけるこうした溝は溝２７よりも僅かに大きく、それによってＯ-リング２９は、研削カップの取外しに際して、駆動シャフト上に着座したままとなる。もしＯ-リング２９をたった１つ用いた場合、研削カップがそのＯ-リング２９とキャビティ３７の側壁３９との接触点回りに旋回する可能性がある。従ってこの好適実施例では、少なくとも２つのＯ-リング２９が利用されて、その旋回動を削除し且つ振動を最小限としている。
研削カップの使用中における振動削除を更に補助すべく、減衰要素を研削カップ３０のキャビティ３７内或いは駆動部材２１の端部２４上の何れかに挿入することができる。この好適実施例において、減衰要素は、駆動部材２１の端部２４における外壁２５の一部回りに配置されたゴム或いはナイロン製ワッシャー４１から成る。このワッシャー４１は、研削カップ３０内において、ウェル３８のリップ部４２に当接する。こうした減衰要素は、ゴム或いは他の適切な弾性材で形成させることができる。第２の減衰要素をウェル３８の底部内に挿入することもでき、それによって、駆動シャフトの自由端はその第２減衰要素に圧縮的に係合する。こうして取付けられた研削カップによって、研削動作中に研削カップ３０内で生ずる種々の振動はこれら減衰要素によって実質的に吸収されるので、ハンドル１６，１６に伝達されることがなく、この機器のオペレータを疲労させることを低減し、上述した他の長所を提供する。更に第２ワッシャーは、冷却剤がホルダー装置及び研削カップの回りから噴出することを防止する補助を為す。
上記通路２２の開口２８は該通路よりも大きな径であるので、冷却剤は研削カップ通路４０に供給可能となっている。更に駆動部材２１の自由端２６は凸状輪郭を設けることができ、通路４０に対する冷却剤の送出を容易としている。
図１及び図２は、六角断面に加工された駆動シャフトの端部２４を図示しているが、研削カップを駆動するような任意の適切形状が利用可能である。代替的には、この端部２４にネジ切りを為して、キャビティ３７内にネジ込むことができる。
次に図３乃至図６でより詳細に参照されるように、研削カップ３０は下方研削セクション３１と上方本体セクション３２とから構成されている。この好適実施例における下方研削セクション３１及び本体セクション３２は一体的に連結されて、上面３３及び下面３４を有する、実質上、円筒状研削カップを形成している。研削セクション３１は、炭化タングステンのボタン・ビットを研削できる材料から形成されている。この好適実施例において、研削セクションは金属及びダイヤモンドのマトリックスから形成されている。下面３４における周縁３５は、研削中、ボタンのベース部回りにおけるビット面からの鋼除去を容易とするように傾斜させられている。中央配置の凸状窪み３６が底面３４内に形成されて、研削されるべきボタンの所望輪郭を有している。本体セクション３２は、研削カップの上面３３内に形成された中央配置のキャビティ３７を有する。このキャビティ３７は、研削カップがホルダー装置の駆動部材２１と着脱自在に連結されることを可能とするような形状及び大きさを有して、研削動作中に回転させられる。ウェル３８がキャビティ３７の底部に設けられ、その中に駆動部材２１の自由端２６が挿入されることになる。ウェル３８は、上記したように、駆動部材２１の自由端２６の断面形状と組合わせできるような断面形状を有して、使用に際して研削カップを回転する。１つ以上の通路４０がウェル３７のフロア部４３を研削セクション内における窪み部３６に連結又は連通させ、切削油或いは水／空気のミストと任意に混合された冷却剤好ましくは水を、アウトレット４４を通じて研削中のボタン面に提供することを可能としている。この冷却剤は、研削中に発生する過剰な熱を防止し、研削中にボタン面から材料を洗浄し去る。研削面内のスロットとしばしば組合されて中央配置された単一の水アウトレットを利用するだけの先行技術に係る装置においては、水アウトレットの領域内におけるボタン上にニップルが形成されがちであり、その理由はこの点にボタンと接触する研削面がないためである。図３乃至図６に図示される好適実施例においては、３つのアウトレット４４が示され、全てが窪み３６の中央から逸れて配置されて、ニップル形成を防止し、しかも効率的な冷却剤分散を提供している。これらアウトレットは効果的に位置決めされて、研削カップの他方側と比べて一方側により密集させられることによって動的な不均衡を回避している。更にこれらアウトレットは、研削カップの使用可能な期間を最大限にするため、最大摩耗に晒される研削面上における領域以外に好ましくは位置決めされる。複数の通路４０は、好ましくは、研削カップの長手軸線に平行しているで、研削面が摩耗又は摩滅しても、アウトレット４４は同一位置に維持されている。もしこれら通路が傾斜されていると、アウトレットは研削面が摩耗又は摩滅してくると該研削面の中心により接近するように移行することになる。より少ない数或いはより多くの数のアウトレットを、ニップル形成を防止すべく、好ましくは中心から外れるように配置させることができる。
駆動部材２１をキャビティ３７内に着脱自在に保持するため、保持手段が設けられる。この好適実施例では図１に最も良好に図示されているように、保持手段は、駆動部材２１の端部２４における外壁２５内に形成された１つ以上の環状溝２７を含み、その中にはＯ-リング又は膨張リング２９がぴたりとフィットして受け止められている。カップ３０は、駆動部材２１の端部２４をキャビティ３７内に挿入することによって該駆動部材２１上に取付けられる。端部２４の長さと、キャビティ３７の深さとは、カップ３０がホルダー装置に完全に取付けられた際、溝２７内に受け止められたＯ-リング２９が上述したようにキャビティ３７の側壁３９によって係合されるようになっている。カップ３０をホルダー装置に連結固定するためにＯ-リング２９を使用することによって、ホルダー装置２０に対する研削カップ３０の容易な取付け及び取外しが可能となる。
本発明の研削カップは、研削カップ製作に従来より用いられていたものと同一方法で一般的には製造可能であり、機械加工、鋳造、鍛造、粉末冶金等々によって先ず本体セクション用にブランク材を形成する。上方面内にキャビティ３７及びウェル３８が備えられたブランク材は、次いで高温ダイヤモンド／金属のマトリックスを含む型内に圧入される。ブランク材の下面は加熱されて、そのダイヤモンド／金属のマトリックスと結着する。ダイヤモンド／金属のマトリックスを加熱してブランク材に結着する幾つかの手段は公知である。代替的には、ダイヤモンド／金属のマトリックスを研削セクション内に形成させることができ、次いで、焼嵌め及び／或いは接着剤又ははんだの何れかによってブランク材に結着させることができる。代替的には、ブランク材を、摩擦溶接、加熱及び圧締め、誘導溶接等々によって結合される２つのセクションで形成可能である。これは、研削カップ内のキャビティが変動的な輪郭を有する場合に特に適切であり得る。１つの代替的な製造方法は、ブランク材を製造して、研削面上に１つ以上のダイヤモンド層を電気メッキ等によって結着することである。
図７及び図８に、上方本体セクション７２及びより直径の小さい底部研削セクション７１を有する小さいボタン・ビットを研削する本発明による研削カップ７０を示す。より小さいビットでは、ボタンは、互いにより近接しており、したがって研削すべきボタンの輪郭に一致するように研削セクション７１内の窪み部７６の直径を小さくすることに加えて、隣接するボタン間に嵌合するように研削セクション７１の直径も小さくしなければならない。しかしながら、本体セクション７２については、２つの理由から一定のサイズを維持することが望ましい。（１）本体セクションの直径は、ホルダー装置の駆動部材を受容するように十分大きくなければならない。（２）研削カップの上面７３内のキャビティ７７は、駆動部材が研削カップ上で確実に把持されるようにできるだけ大きくすべきである。研削セクション７１の下面７４は、ボタンのベース部の回りで鋼が容易に除去されるように斜縁７５を有する。
図９及び図１０に、スウェーデン特許出願第Ｂ460,584号または米国同時係属出願第08/305,176号に記載されている研削カップの隣接する上面上でショルダ手段またはカム手段と協働する中空駆動シャフトの自由端のところで直径方向に延びる窪み部を組み込んだ研削機とともに使用するホルダー装置の別形態を示す。図９及び図１０に示されるホルダー装置８０を使用すれば、研削機上のロータを交換する必要なしに本発明の研削カップを使用することができる。ホルダー装置８０は、その長さに沿って同軸通路８２を有する回転可能な駆動部材８１を含んでいる。駆動部材の一端８６は、本発明の研削カップの上面上のキャビティ３７内に嵌合するようになされている。図示の実施例では、駆動部材２１の壁８５は、研削カップ内の正方形キャビティ内に嵌合するように正方形断面に機械加工される。しかしながら、図１に関して述べたように、研削カップが滑動又はスリップすることなしに必要な回転が得られる他の断面、即ち六角形、長円形、平坦な対向する辺を有するか或いはねじ切りされた円形も可能である。弾性ワッシャー８９から構成される減衰要素が機械加工された端部８４内の駆動部材のまわりに配置され、ショルダ８７と当接している。通路８２の開口８８は、冷却剤が研削カップ内の通路４０に到達できるように拡がっている。中空垂直直立ステム８３が駆動部材８１の上面上の中心に配置される。カム手段またはショルダ９１がステム８３のベース部のところに備えられ、研削機の中空駆動シャフトの自由端のところで直径方向に延びる窪み部と係合するように寸法決定される。中空ステムは、研削機の中空駆動シャフト内に挿入され、研削カップのステム上の１つまたは複数の溝６１内に配置された１つまたは複数のＯ-リング６０によって適所に保持される。Ｏ-リング６０は、ステム８３を研削機の中空駆動シャフト内に挿入したとき、駆動シャフトの内壁内の溝またはスロット内に係合し、カムまたはショルダ９１は、研削機の中空駆動シャフトの自由端のところで直径方向に延びる窪み部内に嵌合する。駆動部材８１は、研削カップを保持する手段を具備する。周縁溝９２が端部８４のところで機械加工された壁８５内に備えられる。Ｏ-リング９０または膨張クリップまたはスプリング手段が溝９２内に挿入される。駆動部材８１を研削カップのキャビティ３７内に挿入したとき、Ｏ-リング９０は、キャビティ３７の側壁３９に係合する。あるいは、ホルダー装置８０のステム８３を駆動シャフトの端部上のチャック内に挿入する場合、Ｏ-リング６０及びショルダ９１は除去される。
図１１に、研削カップを保持するためにそれにチャックが垂直に接続される駆動シャフト上にねじ切りされた端部を組み込んだ研削機とともに使用するホルダー装置の他の別形態を示す。図１１に示されるホルダー装置１００を使用すれば、研削機上のロータを交換する必要なしに本発明の研削カップを使用することができる。ホルダー装置は、その長さに沿って同軸通路１０２を有する回転可能な駆動部材１０１を含んでいる。駆動部材の一端１０６は、本発明の研削カップの上面上のキャビティ３７内に嵌合するようになされている。図示の実施例では、駆動部材１０１の壁１０５は、研削カップ内の正方形キャビティ内に嵌合するように正方形断面に機械加工される。弾性ワッシャ１０９から構成される減衰要素が機械加工された端部内の駆動部材のまわりに配置され、ショルダ１０７と当接する。通路１０２の開口１０８は、冷却剤が研削カップ内の通路４０に到達できるように拡がっている。ねじ切り穴１０３は、駆動部材１０１の上面上の中心に配置され、通路１０２と同軸である。ホルダー装置は、研削機の中空駆動シャフトのねじ切りされた端部上にねじ込むことができる。駆動部材１０１は、図９のように研削カップを保持する手段を具備する。周縁溝１１２が機械加工された壁１０５内に備えられる。Ｏ-リング１１０または膨張クリップまたはスプリング手段が溝１１２内に挿入される。端部１０６を研削カップのキャビティ３７内に挿入したとき、Ｏ-リング１１０は、キャビティ３７の側壁３９に係合する。
図１２及び図１３に、本発明のホルダー装置及び研削カップの他の構成を示す。研削機の出力駆動シャフト１８には、任意の従来の手段によってホルダー装置１２０が適切に接続される。図１２に示される実施例では、ホルダー装置１２０は、回転可能な細長い駆動部材１２１を構成するシャフト１８の一体延長部である。シャフト１８及び駆動部材１２１は、その長さに沿って延びる同軸通路１２２を具備し、冷却剤は、その通路を通ってその上に支持された研削カップ１３０に送られる。研削カップは、図１３に示されており、以下で詳細に説明する。細長い駆動部材１２１の自由端１２６から延びる端部１２４は、研削カップ１３０の上面１３３内の中心に配置されたそれに応じて寸法決定されたキャビティ１３７内に嵌合するようになされている。図１２図に示すように、細長い駆動部材１２１の端部１２４は、上方駆動セクション１２５及び下方支持セクション１２７を有する。上方駆動セクション１２５は、キャビティ１３７の上部１３８内に係合して駆動伝達できるように為されている。好ましい実施例では、駆動部材１２１の上方駆動セクション１２５は、六角形断面に機械加工され、研削カップ１３０内のキャビティ１３７の上部１３８は、それに応じて寸法決定された１２点円形断面を有する。この設計では、駆動部材及び研削カップの特定の整合の必要なしに駆動部材１２１の上方駆動セクション１２５をキャビティ１３７の上部１３８内に容易に挿入することができる。研削カップは、簡単に駆動部材１２１上に押し出し、上方駆動セクション１２５がキャビティ１３７の上部１３８内に押し込まれるまで回転することができる。このように位置決めした場合、上方駆動セクション１２５は、研削カップを使用中に滑動することなく回転させることができる。したがって、キャビティ１３７の上部１３８の深さ及び上方駆動セクション１２５の機械加工された外壁の高さは、過度の磨耗なしに研削カップを駆動するのに十分でなければならない。４．５ｍｍ〜４．８ｍｍの距離が十分であることが分かっている。
研削カップによりよい支持を与え、研削カップへの振動発生軸方向側面負荷を最小限に抑えるために、駆動部材１２１の下方支持セクション１２７は、研削カップ１３０内のキャビティ１３７の底部１３９内にぴったり嵌合するようになされている。好ましい実施例では、キャビティ１３７の下方支持セクション１２７ならびに底部１３９は、駆動セクション１２５よりも直径がわずかに小さい円形断面を有する。研削カップ１３０を取外し可能に保持する保持手段が駆動部材１２１の下方支持セクション１２７上に設けられており、それにより研削カップ１３０は、使用中に飛び散ることがなく、また使用後の取外しまたは交換が容易である。好ましい実施例では、保持手段は、駆動部材１２１の下方支持セクション１２７の外壁に１つまたは複数の溝１４０を含んでいる。Ｏ-リングまたは膨張リング１４１が溝１４０内に挿入される。駆動部材１２１の下方支持セクション１２７を研削カップ１３０に挿入したとき、Ｏ-リングまたは膨張リング１４１は、キャビティ１３７の底部１３９の側壁１４２に係合して、研削カップを適所に保持する。より大きい確度を得るために、溝を側壁１４２中に形成し、駆動部材１２１の下方支持セクション１２７がキャビティ１３７内に完全に挿入されたときにＯ-リングまたは膨張リング１４１が溝によって係合するように位置決めすることもできる。明らかなように、キャビティ１３７の側壁１４２中の溝は、駆動部材１２１の下方支持セクション１２７上の溝１４０よりもわずかに大きく、それにより研削カップを取り外したときにＯ-リング１４１が支持セクション上に着座することが望ましい。Ｏ-リング１４１を１つしか使用しない場合、研削カップは、Ｏ-リング１４１とキャビティ１３７の側壁１４２との間の接点のまわりで旋回しやすい。したがって、好ましい実施例では、少なくとも２つのＯ-リング１４０を使用して、旋回作動をなくし、振動を最小限に抑える。
研削カップを使用しているときに振動の除去をさらに助けるために、減衰要素が研削カップ１３０内のキャビティ１３７中または駆動部材１２１の端部１２４上に挿入される。好ましい実施例では、減衰要素は、駆動部材１２１の端部１２４の上方駆動セクション１２５の上面を囲むゴムまたはナイロンのワッシャ１４３から構成される。このワッシャ１４３は、研削カップ１３０内のキャビティ１３７の上部１３８のふた１４４に当接する。減衰要素は、ゴムまたは他の適切な弾性材料から形成することができる。また、第２の減衰要素を、駆動部材１２１の自由端１２６が圧縮により第２の減衰要素に係合するようにキャビティ１３７の底部１３９中に挿入することもできる。カップをそのように取り付ければ、研削動作中に研削カップ１３０内に発生する振動は減衰要素によってほとんど吸収され、したがってハンドル１６に伝達されず、機械の作業者の疲労が軽減され、また本明細書で前述した他の利点がもたらされる。さらに、第２のワッシャは、冷却剤がホルダー装置及び研削カップのまわりで飛び散るのを防ぐのに役立つ。
通路１２２の開口１４５は、冷却剤が研削カップ通路１４４６に供給されるように通路よりも大きい直径を有する。さらに、駆動部材１２１の自由端１２６は、通路１４６への冷却剤の送達を容易にするために凸状輪郭をしている。
図１２に、六角形断面に機械加工された駆動部材１２１の端部１２４の駆動セクション１２５を示す。ただし、研削カップを駆動する任意の適切な輪郭も使用できる。あるいは、駆動セクション１２５は、ねじ切りしてキャビティ１３７中にねじ込むこともできる。
次に特に図１３を参照すると、研削カップ１３０は、下方研削セクション１３１及び上方本体セクション１３２から構成される。好ましい実施例では、研削セクション１３１及び本体セクション１３２は、一体に接続され、それぞれ上面１３３及び下面１３４を有する実質上円筒形の研削カップを形成する。下方研削セクション１３１は、タングステン・カーバイド（炭化タングステン）・ボタン・ビットを研削することができる材料から形成される。好ましい実施例では、研削セクションは、金属及びダイアモンドのマトリックスから形成される。下面１３４中の周縁１３５は、研削中にボタンのベース部又は底部のまわりで鋼がビットの面から容易に除去されるように傾斜している。中心に配置された凸状窪み部１３６が、ボタンを研削するために所望の輪郭を有する下面１３４内に形成される。本体セクション１３２は、研削カップの上面１３３内に形成された中心に配置されたキャビティ１３７を有する。このキャビティ１３７は、研削カップをホルダー装置の駆動部材１２１に取外し可能に接続し、研削動作中に回転することができるよう成形され、寸法決定される。上述のキャビティ１３７は、駆動部材１２１の端部１２４の断面と結合して、使用中に研削カップを回転させるようになされた断面を有する。１つまたは複数の通路１４４がキャビティ１３７を研削セクション内の窪み部１３６に接続し、冷却剤、好ましくは水と、任意選択で切削油または水と空気のミストとを混合したものが、研削中にアウトレット１４６を介してボタンの表面に供給される。冷却剤は、研削中に過度の熱が発生するのを防ぎ、研削中に除去される材料のボタンの表面を平らにする。しばしば研削面内のスロットとともに単一の中心に配置された水アウトレットのみを使用する従来の装置では、水アウトレットの領域内のボタン上に、この点のところでボタンと接触する研削面がないのでニップルが形成されやすい。図１３に示される好ましい実施例では、どちらもニップルの形成を防ぎかつ効率的な冷却剤の分散を得るために窪み部１３６の中心からはずれて配置された２つのアウトレット１４６が示されている。アウトレットは、研削カップのある側が他の側よりも大きくなるようにすることによって動的な不均衡又は不安定が回避されるように意図的に配置されている。さらに、アウトレットは、研削カップを使用することができる時間を最大にするために最も磨耗を受ける研削面上の領域の外側に配置することが好ましい。前述のように、通路１４４は、窪み部１３６上の研削面が磨耗したときにアウトレット１４６の位置を維持するために研削カップの縦軸に平行なことが好ましい。より少ないまたはより多くのアウトレットを、好ましくはニップルの形成を防ぐために中心をはずれて配置することもできる。より直径の大きい研削カップの場合、アウトレット１４６は、キャビティ１３７の底部１３９の直径よりも広い点のところに配置する必要がある。図１５に示されるこの状況では、冷却剤が通路１４６に供給されるように、キャビティ１３７の側壁１４２の底部に周縁窪み部１５０を備える必要がある。この配置では、通路１４６は上下にまっすぐであり、アウトレット１４７は、研削カップが磨耗するにつれて研削面の同じ点上にある。
図１４に、図１３の研削カップとともに使用する本発明によるホルダー装置の他の実施例を示す。アウトレット駆動シャフト１８は、その自由端２２６から延び、通路１２２に接続される同軸チャネル２２２を有する。ホルダー装置２２０は、チャネル２２２内に嵌合するように寸法決定されたスピンドル２２１、上方駆動セクション２２５及び下方支持セクション２２７から構成される。スリーブ２２８をチャネル２２２内に挿入する。次いで、スピンドル２２１をチャネル２２２内に押し込む。スリーブ２２８は、硬化ゴム、弾性材料などから形成され、研削機のベアリング上の振動及び磨耗を減らすのに役立つ。スリーブ２２８の厚さ及び堅さは、振動がどのくらい減るかを決定する。スピンドル２２１は、スリーブ２２８中に挿入したら、取り外すことはできず、永久に接続されるようになっている。ただし、駆動セクション２２５が磨耗した場合、またはそれ以外の場合、ホルダー装置２２０を出力シャフトから取り外したい場合には、スリーブを取り外すこともできる。上方駆動セクション２２５は、研削カップ１３０のキャビティ１３７の上部１３８内に係合して駆動伝達できるように為されている。図１２のように、上方駆動セクションは、六角形断面を有することが好ましい。同軸通路２２９がホルダー装置２２０の長さに沿って延び、冷却剤がその通路を通って研削カップに送られる。下方支持セクション２２７には、その自由端２３０のところに、自由端２３０内にねじ込まれた取外し可能端部２３１が取り付けられている。内部六角ソケット２３２により、端部２３１が下方支持セクション２２７の自由端２３０内に固定される。研削カップ１３０を取外し可能に保持する保持手段が下方支持セクション２２７上に設けられており、それにより研削カップ１３０は、使用中に飛び散ることがなく、また使用後の取外しまたは交換が容易である。好ましい実施例では、保持手段は、下方支持セクション２２７の外壁に１つまたは複数の溝２４０を含んでいる。Ｏ-リングまたは膨張リング２４１が溝２４０内に挿入される。下方支持セクション２２７を研削カップ１３０に挿入したとき、Ｏ-リングまたは膨張リング２４１は、キャビティ１３７の底部１３９の側壁１４２に係合して、研削カップを適所に保持する。端部２３１上のスレッド２３３のすぐ下で、端部は、ふた２３４によって、下方支持セクション２３７に取り付けたときに溝２４０と同じ周縁溝が形成され、Ｏ-リングを保持するようになされている。手持ち式の機械の場合、最も損傷しやすいのは駆動部材の端部である。端部２３１を取外し可能にすれば、端部が損傷した場合に出力シャフト全体を交換する必要はなくなる。端部２３１中の六角ソケット２３２は、冷却剤を研削カップに供給する通路２２９と連絡する。あるいは、図１５に示されるより直径の大きい研削カップに備えて、研削カップ内の窪み部１５０に冷却剤を供給することができる横方向排出ポート２３５を端部２３１に備えることもできる。窪み部１５０は、冷却剤を通路１４６に送達することができるが、通路１４６は、より直径の大きい研削マップの場合、キャビティ１２７の直径よりも広く中心からはずれる必要がある。端部２３１は、金属か、あるいは研削に必要とされる厳しさに十分耐えられる堅さのプラスチック材料から形成されるが、また冷却剤がホルダー装置のまわりで飛び散るのを防ぐ振動減衰要素及び／またはワッシャーの働きもする。
上述の装置への追加及び修正を行うこともできる。例えば、ホルダー装置２０を出力駆動シャフト１８の一体延長部とするのではなく、協働するネジ、チャックなどによって出力駆動シャフト１８の端部に接続されるようになされた別個の構成要素からホルダー装置を構成することもできることが明らかである。さらに、研削カップ内のキャビティ３７の側壁中に形成された協働窪み部内に係合して、研削カップを研削機により確実にかつよりしっかりと接続する２つ以上のＯ-リングを駆動部材２１上に取り付けることもできる。Ｏ-リングまたは膨張リングを使用するのではなく、駆動部材２１の壁２５のスロット内でスプリング・バイアスされ、研削カップ内のキャビティ３７の側壁３９のスロットと係合するようになされた１つまたは複数の鋼ビーズから保持手段を構成することもできる。弾性ワッシャー４１または減衰要素の代わりに、またはその増補として、コイル・スプリングを使用することもできる。また、シャフト開口２２によれば、冷却空気を窪み部３６の研削面に送り、そこから熱を取り出すことができる。本発明のホルダー装置は、図１に示される手持ち式の研削機とともに、または研削ヘッドがロボット・アームまたは同様の装置上で担持される半自動研削機とともに使用することができる。さらに、図１４に示される振動を減らすスリーブを使用する概念は、他の図面に示されるホルダー装置の設計に組み入れることができる。
以上、本発明の好ましい実施例及び本発明へのいくつかの可能な修正を図示し、説明したが、本発明の配置及び詳細にさらに修正を加えることができることが当業者には明らかであろう。
好ましい実施例に関する上記の説明は、例示のためのものにすぎないことを理解されたい。本発明への多数の変更が当業者には明らかであり、そのような明らかな変更は、明確に説明されているか否かに関わらず、記載され、請求されている本発明の範囲内に入る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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