JP2002500322A - 穿孔エネルギを切削部材に伝達するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 小湾曲及び直線走行の多数の位置で作動するときにトルク、引張力、圧縮力、及び自己支持力が抑制されるように、エネルギ源と加工チップ（９）との間で力を伝達し、作用／反作用力のバランスをとるためのストランド状可撓性穿孔エネルギ伝達部材（ＤＥＴＭ）の連続した合同長さを提供する。ＤＥＴＭは、所定の螺旋角度で大きさが定められ且つ層状にされた複数のストランド（１３、１４、１６）を含むコアロードセル及び所定の螺旋角度で大きさが定められ且つ層状にされた複数の第２ストランド（１７、１８）を含む外側ラップロードセルを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 １．発明の分野 本発明は、回転トルク穿孔エネルギを動力源から穿孔チップに伝達するための
方法及び装置に関する。更に詳細には、本発明は、小半径湾曲ボア孔を可撓性回
転ドリルシャフトで穿孔するための、説明した性質を持つ方法及び装置に関する
。 ２．従来技術の説明 様々な特定の目的について、多くの回転駆動装置が存在する。各可撓性シャフ
ト回転駆動は、特定の目的について受け入れることのできるレベルで作動し、特
に限定された作動パラメータを得るように設計されている。本明細書中で言及す
る従来技術のうち、硬質材料に湾曲ボアを穿孔することによって設定された必要
条件で作動するようにされているものはなかった。例えば、本出願人が再検討し
引用した多くの従来技術は、可撓性回転ドリルシャフト及びワイヤロープ部材と
関連しているけれども、湾曲孔のボーリングと関連していない特定の目的につい
て引用された。これらの装置は非常に高い回転数で作動し、一般的には様々な作
動上の必要条件がある。これらの一例がナッシュに賦与された米国特許第４，６
８６，９８２号である。ここには、ワイヤ駆動カテーテルを回転するための螺旋
ワイヤ支承体が開示されている。この開示は、中央コアがなく、非常に高速で、
一般的には２００００ＲＰＭを越える速度で作動するように製作された代表的な
種類の可撓性駆動手段を提供する。この基本的設計組み合わせは、本発明の穿孔
装置では破損してしまう。これは、本発明の穿孔エネルギ伝達部材（ＤＥＴＭ）
の中央には極めて大きな荷重が加わるためである。

【０００２】 別の種類の従来技術は、パルラートに賦与された米国特許第５，８２０，４６
４号に開示されているような、マンドレル及び全部で６個の層ラップを持つ代表
的な産業用可撓性シャフト形態である。これらの特定の種類の可撓性シャフトは
、非常に小さなワイヤからなる多数のラップで形成されており、その中央は、非
常に急な螺旋ピッチで層状にされた多数の螺旋からなる。この種の可撓性シャフ
トの問題点は、これが、一般的には、ラップの巻きがきつ過ぎ、本発明の用途に
ついては剛性が高過ぎるということである。ラップの巻きがきつ過ぎ、中央での
螺旋ピッチの剛性が高過ぎると、急な湾曲半径を通過するときに高いトルク荷重
に耐えるのに十分な長さ方向強度又は可撓性が中央に沿って得られない。

【０００３】 別のこのような従来技術の例はトルーストに賦与された米国特許第４，１８５
，４７３号に開示されている。トルーストは、層又はラップが多過ぎ、これらの
多過ぎるワイヤが急過ぎるピッチ角度で巻付けられた別の例を開示する。トルー
ストのシャフトについての別の問題点は、中央に沿った長さ方向直線強度のため
層状にされていない中央ラップでのピッチが急過ぎるということである。この可
撓性シャフトは、本作動環境に置いた場合に破損する。これは、ストランドの巻
きがきつ過ぎ、可撓性に欠けているために穿孔エネルギを小湾曲半径に亘って伝
達できないためである。これらの種類の可撓性シャフトは、一般的には、実質的
に同じ直径のワイヤからなる多数のラップを有し、及び従って、小半径穿孔及び
直線作動等の多数の作動位置で経験する極めて大きな荷重を取り扱う上で適正に
バランスがとれていない。

【０００４】 ホッジソンに賦与された米国特許第５，０５２，４０４号には、別の種類のト
ルク伝達装置が開示されている。この特定のトルク伝達装置は、簡単に述べると
、コイルの数が少な過ぎ、従って、小半径に亘る穿孔に耐えるには可撓性が十分
でない。別の種類の回転伝達装置は、ムーアに賦与された米国特許第５，０７２
，７５９号に開示されているような回転伝達導管である。ムーアの伝達導管は、
ポリマー材料製のチューブ状内ライナー及び外接着剤層を含む。これらの種類の
装置は、通常は、追加の構成要素形体を持つ様々な種類のワイヤラップからなる
サブアッセンブリでできた導管を構成する。この種の装置の問題点は、サブアッ
センブリ構成要素が貴重な空間を埋めてしまうため、高度に可撓性の湾曲穿孔用
途で必要とされる強度以下に強度が低下してまうということである。更に別の種
類の装置が、フライシュハッカー等に賦与された米国特許第５，１６５，４２１
号に記載されている。フライシュハッカー等の特許には、螺旋状に巻いた内コイ
ル及び外コイルから形成された内腔ケーブルが開示されている。この種の形体の
問題点は、構造内に引張構成要素又は直線圧縮構成要素がないため、直線的応力
が加えられた場合に破損が迅速に生じるということである。これらの基本的な従
来技術の設計は全て、本発明の小半径湾曲ボア穿孔装置では破損してしまう。こ
れは、バランスに欠けているためであり、可撓性の必要条件を満たさないためで
あり、極めて大きな荷重がＤＥＴＭの中央に加わるためである。更に、荷重中に
多くの様々な位置で機能しなければならないＤＥＴＭで必要とされるバランス力
がある。

【０００５】 ワイヤロープが、或る程度関連した従来技術のストランド形体の別の種類であ
る。これらの形体は、プーリー上で主に直線的に移動するように製造されており
、プーリーに載っているときに回転しないように意図的に形成されている。この
方法は、本発明とは逆方向で教示する。

【０００６】 最後に、本出願人の米国特許第５，７００，２６５号、第５，５０９，９１８
号、第５，００２，５４６号、及び第４，９４１，４６６号には、小半径湾曲穿
孔で使用された従来技術の可撓性シャフトが記載されている。これらの回転装置
についての問題点は、外伸長力及び内圧縮力のバランスがとれておらず、及び従
って、作動寿命が短いということである。これらの装置の中央形体は、必要な引
張可撓性に耐えるために層状になっておらず、二つの外層を互いに関して及び中
央引張圧縮層に関してバランスさせるために外トルク層が巻付けてない。従って
、この種の回転駆動装置の作動寿命が短くなる。

【０００７】 一般的な考察 小半径ボアを穿孔する目的で穿孔エネルギ伝達部材（ＤＥＴＭ）に沿ってエネ
ルギ源と加工チップとの間で穿孔エネルギを伝達することには独特の作動必要条
件がある。ＤＥＴＭが多数の作動位置で、即ち湾曲走行部と直線状走行部との間
の多数の作動位置で作動しなければならないばかりでなく、正味反作用力のバラ
ンスを注意深くとらなければならない。正味反作用力は、小半径湾曲ボアの穿孔
時に遭遇する、エネルギ源と多数の可変の逆向きの作用力との間で発生する。一
般的には、ＤＥＴＭの全加工ゾーンは、（１）加工チップへの一端の剛性取り付
け、（２）短い直線状区分に沿った移動、（３）小半径湾曲に沿った移動、（４
）小半径湾曲から直線状区分への移行、（５）直線状自己支持区分への並進、及
び（６）次いで、中実動力シャフトへの取り付けを含む。ＤＥＴＭの正味反作用
力は、これらの特定の動的加工ゾーンで上手く作動するように注意深くバランス
させなければならない。これには、（１）カッター取り付け部でのベクトル力、
（２）カッター取り付け部と湾曲との間の移行部でのベクトル力、（３）湾曲に
亘るベクトル力、（４）湾曲内のピーク応力領域でのベクトル力、（５）ピーク
応力を変化させる様々な湾曲半径量でのベクトル力、（６）ピーク応力からずれ
、直線区分に移行するベクトル力、（７）自己支持直線区分におけるベクトル力
、及び（８）ＤＥＴＭが基端中実シャフトに取り付けられた場所で終端するとこ
ろでのベクトル力のバランスが含まれる。荷重分配において、全てのベクトル力
関係に沿ったバランスもまた非常に重要である。

【０００８】 上述の環境で作動するＤＥＴＭを製造する場合に配慮しなければならない多く
の重要な特徴がある。これらの重要な特徴の幾つかには、ワイヤの数、冷間加工
テンパーの程度、ラップ毎のワイヤの数、最適ストランドピッチ、最適作動ピッ
チ、ＤＥＴＭの回転時のワイヤの質量の中心からのピッチずれ、ストランド化後
の熱テンパーによるワイヤの応力除去、ワイヤの正しい大きさの選択、ワイヤ及
びラップ空間の全直径に対するワイヤの正しい大きさのパーセンテージの選択、
ラップ内の空間のパーセンテージ、半径に対する直径のパーセンテージ、移行ゾ
ーン、クリンプ近くの直線部におけるベクトル力パターン、ピーク半径位置での
湾曲のベクトル力パターン、移行中のベクトル力パターンずれ可撓性、曲線の端
部のレーザー溶接直線部のベクトル力パターン、側方でのストランドずれ、半径
方向ずれ、層間のラップずれ、回転の３時、６時、９時、及び１２時の位置での
ずれの相違が含まれる。この他に、ピーク応力領域、レーザー溶接の熱作用ゾー
ン制御領域、湾曲のピーク、ＤＥＴＭが湾曲位置の大きな部分内に並進する際の
ピーク穿孔応力及び次いで直線状非支持位置でのピーク応力への戻り、及びクリ
ンプの基端剛性末端のピーク力について配慮しなければならない。

【０００９】 発明の概要 本発明は、特に極めて硬質の又は稠密な材料を小半径で穿孔する場合に、穿孔
エネルギ源と加工チップとの間で発生する正味作用／反作用力をバランスさせる
可撓性穿孔シャフト及びその形成方法を提供する。バランスは、小半径ボアの形
成でシャフトが湾曲走行部及び直線状走行部との間でこれらの走行部を通して作
動するときに維持される。中央ロードセル即ちコアロードセルは、引張強度及び
圧縮強度を提供し、回転穿孔圧縮が加わった状態で所定の軸線方向可撓性を伝達
するのに十分な大きさを持ち且つ十分な螺旋角度で層状にされた複数のストラン
ドを含む。外ラップロードセルは、トルク及び回転強度を提供し、回転穿孔圧力
が加わった状態で所定のトルク負荷を伝達するのに十分な大きさを持ち且つ十分
な螺旋角度でコア上に層状にされた複数のストランドを含む。コア及び外ラップ
ロードセルの力場（ｆｏｒｃｅ ｆｉｅｌｄｓ）及び質量分布は、コアロードセ
ルが外ラップロードセルを軸線方向に差し向けられた力によって壊れないように
構造的に支持し、外ラップロードセルがコアを、回転をなして差し向けられたト
ルク力によって壊れないように構造的に支持し且つこれに対して長さ方向支持を
維持するように、機能についてバランスがとれている。

【００１０】 骨等の硬質材料に６．３５ｍｍ（１／４インチ）湾曲半径ボア孔を穿孔するよ
うに設計された１．１４３ｍｍ（０．０４５インチ）の可撓性穿孔シャフトを持
つ好ましい実施例では、１×１９＋５＋７のシャフト形体が提供される。可撓シ
ャフトは、先ず最初に６本のワイヤストランドを単一のワイヤマンドレルを中心
として右巻き方向に巻き付けた後、１２本のストランドワイヤラップを逆方向に
同じ螺旋角度で巻付けて第１ロードセル即ちコアロードセルを形成する。これら
のストランドは、回転穿孔中に引張荷重及び圧縮荷重を伝達する目的で、軸線方
向に対してほぼ１０°乃至１５°の比較的平らな螺旋角度で巻付けられる。５本
の右巻きストランドラップ及び７本の左巻きストランドラップを含む第２ロード
セルをコアの周囲に形成する。これらの右巻き及び左巻きのストランドラップは
、夫々、６０°乃至６８°、及び６８°乃至７２°で巻き付けてあり、回転穿孔
中にトルク荷重を伝達するのに役立つ。コアロードセル及び外ラップロードセル
は、可撓性シャフト内に含まれた質量及び力に関して機能的にバランスがとれて
おり、優れた軸線方向強度を提供し、小半径湾曲ボアの形成中、トルク搬送ラッ
プがシャフトの全体としての構造の一体性を維持する。

【００１１】 可撓シャフトの先端をカッターヘッドにしっかりと連結するための改良取り付
け手段を提供する。これは、第１実施例では、シャフト端部を受け入れるように
なった直径を持つ中空ステムがカッターヘッドに設けられている。次いで、シャ
フト端部をレーザー溶接又は他の方法でステムに融着し、剛性連結部を形成する
。カッターヘッドステムの第２実施例は、シャフト端部と直径が等しく、当接し
たステムとシャフト端部とを橋渡しする別体のスリーブが設けられる。この実施
例では、カッターヘッドと隣接したスリーブの一端で溶接を行い、ドリルガイド
と接触するための乱れのない支承面を提供する。

【００１２】 好適な実施例の詳細な説明 図１乃至図３は、小半径ボーリング用可撓性ドリルシャフトの一つの従来技術
の用途を例示する。例示の例は、本出願人の米国特許第５，５０９，９１８号を
参照することにより更に詳細に理解されるであろう。同特許に触れたことにより
、その特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたものとする。この従来
の特許は、可撓性ドリルシャフトを小半径の湾曲を通して取り付け、作動し、案
内するための取り外し自在のカートリッジを使用する湾曲ボア穿孔用装置に関す
る。ここで、図１は、作動部品の関係を示すために二部品ハウジングの一方の半
部を取り外した、取り外し自在のカートリッジの平面図である。ハウジング１は
、回転自在であり且つ直線的に摺動自在の左右の剛性駆動シャフト２及び３を支
持する。これらの駆動シャフト２及び３、関連した作動リンク、ガイド、及び可
撓性シャフトは鏡像対称をなしており、及び従って、一方の可撓性シャフトだけ
を説明する。この場合、シャフト２及び３は、何等かの形態のモータ手段によっ
て駆動される。

【００１３】 シャフト２が回転した状態で、適当な関節連結押し引きリンク４を作動し、可
撓性シャフト８を図１に示す位置から小半径曲線に亘って図２に示す位置まで前
進させる。図１及び図２の実施例は、１８０°の湾曲ボアを形成する上で各可撓
性シャフト及びカッターチップが９０°に亘ってしか前進されないダブル可撓シ
ャフト装置を示すが、図３は、切削チップ及び可撓シャフトが１８０°の円弧全
体に亘って移動する類似の実施例を示す。図２の実施例及び図３の実施例の両方
について、切削チップは同じであるのがよく、通常は、全体に参照番号９を附し
た切削ビットを備えている。この切削ビットは、鋭く且つ段状になった切削ヘッ
ド１１が後ステム１２に接合された部材であり、この後ステムは、レーザースポ
ット溶接等の手段によって可撓性シャフト８の端部に固定されている。本発明の
目的について、図２に示す湾曲ボアの半径Ｒは、約６．３５ｍｍ（約１／４イン
チ）程度であるということに着目されたい。

【００１４】 図４は、ＤＥＴＭの好ましい実施例及び可撓性シャフトを形成する複数のワイ
ヤラップを形成し又は被せるための方法を例示する。様々なラップに関する好ま
しい構造は、当該技術分野において、１×１９＋５＋７と特徴付けられる。ここ
で、１×１９中央コアは、単ストランドマンドレル１３、右巻きで巻き付けた６
本のストランド１４、反対方向即ち左巻きで被せた１２本のストランド１６を含
む。１×１９コアワイヤは、非常に小さい即ち平らな螺旋角度で被せられている
。この角度は、例示の実施例では１２°程度であるが、１０°乃至１５°で変化
してもよい。ラップは、図５に示すように逆方向に傾斜しており、軸線方向強度
及び可撓性を提供し、小半径での穿孔作業中、中央コアが延びないようにする。
外ロードセル即ちトルク搬送ラップは、右巻きで被せた５本のストランド１７及
び左巻きで被せた７本のストランド１８を含む。図６に示すように、ストランド
１７は、６０°乃至６８°の螺旋角度で被せてあり、ストランド１８はこれとは
反対方向に６８°乃至７０°の角度で被せてある。図５は、単ワイヤマンドレル
１３、第１右巻きワイヤ１４、及び左巻きワイヤ１６を示す、組み立てを完了し
た可撓シャフトの断面図である。好ましい実施例では、マンドレル１３、第１層
１４、及び第２層１６は、全て、直径が約０．１１４ｍｍ（約０．００４５イン
チ）の複数のワイヤでできている。外側の右巻きの５本のストランドからなるワ
イヤラップ１７は、直径が約０．１６５ｍｍ（約０．００６５インチ）のワイヤ
でできており、外側の左巻きの７本のワイヤ１８は、直径が約０．１５２ｍｍ（
約０．００６インチ）のワイヤでできている。

【００１５】 図７は、可撓シャフトのストランド形成中、別のワイヤの上側に又はこの別の
ワイヤと交差してきつく巻付けられた１本のワイヤの圧力によってワイヤの内側
面に形成された僅かな変形又は「ランド状平坦部」を持つ「卵形」を示す、ワイ
ヤの誇張した断面図である。シャフトの非撓みモード中、連続して巻き付けたワ
イヤの所与の交差角度は、特定の位置のランド平坦部によって得られる。可撓シ
ャフトが、回転中、湾曲した経路を通って移動するとき、隣接したラップの交差
角度のずれ即ち変化が生じ、理想的には、ランド平坦部が、角度を図８に示すよ
うに変化させるための枢着点Ｐを提供する。勿論、ＤＥＴＭの中心から離れれば
離れる程、連続したワイヤ層間の交差角度のずれが大きくなる。図８は、更に、
ピッチ角度が適正に制御されていない場合に起こる、第２位置Ｐ１ への枢着点 の移動を示す。この効果を以下に詳細に説明する。

【００１６】 図９乃至図１２は、可撓シャフト８の端部を加工チップ９に取り付けるための
方法を示す。図９乃至図１１でわかるように、切断ヘッド１１は円筒形ステム１
２に接合されている。ヘッドとステムとの間に配置された肩部２１は、切断部材
をドリル装置の湾曲ガイド手段６と係合するための領域を画成する。ステム１２
は、ドリル装置のガイド手段６の端部と係合する支承領域を構成する。ステム１
２は、更に、可撓シャフト８の端部を図９に示すように受け入れる内部ソケット
を有する。シャフト８の端部をレーザー溶接又は他の方法で２２のところで融着
接合し、カッタービット１１を可撓シャフト８にしっかりと連結する。図１２に
示すように、レーザー溶接又は他の融着作業は、可撓シャフトの中心まで、この
場合にはマンドレル１３まで貫入されなければならない。図示のように、レーザ
ー溶接は、所望の貫入を得るため、ステム１２の外部のところで横方向に差し向
けられる。変形例では、レーザー溶接を、カッター９の非支承領域に例えば肩部
２１に対し、可撓シャフトの端部の二つ又はそれ以上の位置で、ステム１２の円
筒形形状に支承点のところで不当な影響を及ぼすことなく、斜めに差し向けても
よい。

【００１７】 可撓シャフト８とカッター９との間の変形例の取り付け手段は、図１１Ａで参
照番号１２ａで示すように、カッターのステムの直径を可撓シャフト８の直径よ
りも大きくないことである。次いで、ステム１２ａ及びこれと隣接した可撓シャ
フト８の端部の周りに別体のスリーブ２３を嵌める。次いで、ステム１２ａ及び
可撓シャフト８の端部をレーザー溶接等でスリーブ２３に固定できる。可撓シャ
フト８は、ドリルガイド／オーサーの支承領域から間隔が隔てられた所定の箇所
でスリーブ２３内にスポット溶接できるのに十分深くスリーブ２３内に嵌まって
いるのが好ましい。更に、スリーブ２３には、図１１Ｂに示すように、ドリルガ
イドと接触するためのフランジ２４又は肩部２８が形成されているのがよい。図
１１Ａ及びＢに示すように、シャフト８の端部及びカッターのステム１２ａは、
線２４が示す位置で係合する。この構成では、線２４の上方の領域２６を溶接に
使用でき、線の下の領域２７をドリルガイド用の何もない支承領域として残す。
変形例では、穿孔カートリッジの湾曲ガイドには、スリーブ底部と当接する座ぐ
り肩部を設けることができ、これによって、肩部に対する必要をなくす。フラン
ジ２８に関する関心についての一つの理由は、任意の取り付け機構の切断チップ
の全直径が、穿孔された材料、例えば硬質材料に湾曲ボアを形成する場合のチッ
プ除去物を通過させるために空間を提供しなければならないということである。

【００１８】 概括的に述べると、本発明によるＤＥＴＭは、多数の複雑な力バランス質量必
要条件を持つ。ＤＥＴＭが伝達する加工エネルギの制御及びバランスは、エネル
ギ源と加工チップとの間に作用力／反作用力を閉じ込めるために必要とされる。
ＤＥＴＭによって行われる加工エネルギの制御及びバランスは、有用な関数に関
して表現され、バランスもまた、関数に関して表現される。バランス及び関数は
、質量に関して表現される。てこ位置（ｌｅｖｅｒａｇｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）
は、ＤＥＴＭの中心からの距離に関するモーメント・レバー比として表現される
。モーメント・レバー組み合わせは、更に、回転強度の量とバランスがとれた引
張強度の量に関する。全引張強度は中央コアにより、全回転強度はＤＥＴＭの残
りの外ラップによる。

【００１９】 質量 本願の目的について、「質量」という用語は、任意の所与の長さについてのス
トランド材料の量を意味する。１×１９＋５＋７ＤＥＴＭは、二つの一次ロード
セル、三つの二次ロードセル、及び四つの三次ロードセルを含む。この中心には
中央マンドレルワイヤが設けられている。二つの一次ロードセルは、総質量の４
１．６％を占めるコア即ち１×１９内ガイド引張／圧縮セル、及び総質量の５７
．３％を占める＋５＋７外トルク伝達ロードセルを含む。三つの二次ロードセル
は、質量の４１．６％を占める最初の１×１９内ガイド引張セル、総質量の２５
．１％を占める＋５右巻き層ロードセル、及び質量の３２．２％を占める＋７左
巻き総ロードセルを含む。四つの三次ロードセルは、質量の１２．６％を占める
＋６右巻き層、総質量の２７％を占める＋１２左巻き層、総質量の２５％を占め
る＋５右巻き層、及び総質量の約３１．３％を占める＋７左巻き層を含む。中央
マンドレルワイヤは、全質量の約１．８％を占める。質量の％量は、本発明の範
囲で±５％変化できるということは理解されよう。

【００２０】 傾斜関係 二つの一次ロードセル、三つの二次ロードセル、及び四つの三次ロードセルは
、所定の螺旋傾斜角度（ｈｅｌｉｃａｌ ｓｌｏｐｅ ａｎｇｌｅ）で巻付けて
ある。二つの一次ロードセルを含む場合には、１×１９中央引張ロードセルは、
中央マンドレルと＋６右巻き及び＋１２左巻きとの和を含む。１×１９内側引張
セルについての螺旋きの傾斜の和は、１×１９中央ストランドの直線状引張圧縮
傾斜に向かって差し向けられた８．８倍である。＋５、＋７外トルクについての
螺旋傾斜の和は、トルクに差し向けられた４．３倍に等しい。換言すると、内側
螺旋引張１×１９中央コアは、１０°乃至１５°の範囲の約１２°の好ましい螺
旋傾斜の＋１２左巻きに巻き付けた１０°乃至１５°の約１２°の好ましい螺旋
傾斜の＋６右巻きを有する。１２°で傾斜した＋６右巻きは、４．６倍の係数で
引張に向かって螺旋をなして差し向けられており、１２°で傾斜した＋１２左巻
きは、４．２倍の係数で引張に向かって螺旋をなして差し向けられている。６０
°乃至６８°の範囲で傾斜した＋５右巻き層の傾斜は、約２．３倍の係数でトル
クに螺旋をなして差し向けられている。約６８°乃至７２°の＋７左巻き層は、
約２倍の係数でトルクに対して螺旋をなして差し向けられている。従って、１×
１９の中央引張コアについての螺旋傾斜の和は、約８．８倍で螺旋引張傾斜に向
かって差し向けられている。これは、約４．３倍の係数で螺旋トルクに差し向け
られた、トルクに対する螺旋傾斜の和に関してバランスする。手短に述べると、
ＤＥＴＭは、トルク以上の引張に向かって差し向けられた４．６倍の螺旋傾斜を
持つ＋６右巻き、トルク以上の引張に向かって差し向けられた約４．２倍の左螺
旋傾斜を持つ＋１２左巻き、引張以上のトルクに差し向けられた約２．３倍の右
螺旋傾斜を持つ＋５右巻き、及び引張以上のトルクに差し向けられた約２倍の係
数の左螺旋傾斜を持つ＋７左巻きを含む。

【００２１】 モーメントアーム関係 モーメントアームレバーは、中央マンドレルワイヤの質量の中心から外方に＋
６、＋１２、＋５、及び＋７ロードセルの各々の質量の中心までの距離と定義さ
れる。モーメントレバーアームの各々は、中心から外ラップまで増大する追加の
距離がほぼ等しい。例えば、マンドレルワイヤの質量の中心から＋６右巻きの質
量中心までを意味する＋６右モーメントレバー距離は、全距離の約２５％である
。中央マンドレルワイヤの質量の中心の＋１２左層の質量の中心までは別の約２
５％である。中央マンドレルワイヤの質量の＋５右巻きの質量の中心までは追加
の約２５％であり、中央マンドレルワイヤの質量の中心の＋７左巻きの質量の中
心までは別の約２５％である。従って、中央マンドレルワイヤから＋６右巻きの
質量の中心までのモーメントレバーは、１倍の係数即ち全体の２５％であり、中
央マンドレルワイヤから＋１２左巻きの質量の中心までの＋１２左巻きのモーメ
ントレバーアームは、２倍の係数即ち全体の５０％である。＋５右巻きのモーメ
ントレバーアーム即ち中央マンドレルワイヤから＋５右巻きの質量の中心までの
距離は、全体の約７５％即ち３倍の係数である。＋７左巻きのモーメントレバー
アーム即ち中央マンドレルワイヤから＋７左巻きの質量の中心までの距離は、全
体の約１００％即ち４倍の係数である。中央マンドレルワイヤから７左巻きの質
量の中心までの全モーメントレバーアームは、約１００％即ち４倍の係数である
ということは理解されよう。

【００２２】 断面積 穿孔エネルギ伝達部材の断面積を、更に、製造プラン、及び伝達部材のどれ程
多くの断面積が、異なるロードセルに割当てられるのかに関して評価する。ＤＥ
ＴＭ及び四つの三次ロードセル及び中央マンドレルワイヤを考慮する上で、断面
積を全面積に関する断面積のパーセンテージについて以下のように定める。中央
マンドレルワイヤは全断面積の約０．９９％を占め、＋６右巻きは全断面積の約
０．７％を占め、＋１２左巻きは全断面積の約１６．９％を占め、＋５右巻きは
全断面積の約４５．２％を占め、＋７左巻きは全断面積の約５４．７％を占める
。

【００２３】 容積 本発明の目的について、容積は、ＤＥＴＭを構成する特定の個々の加工ロード
セルの各々に割当てられた立方空間の量に関する。容積、及びこの例について単
なる学究的目的で、直径の二倍の高さ（即ち単位計測値９）を使用する。これは
、ＤＥＴＭの全容積をこれが円筒体であるとし、夫々の加工ロードセルの容積を
減じ、各個々のロードセルの立方容積空間を求めることにより得られる。これは
、ロードセル間の実際のバランスの状態を決定する上で重要である。これらのロ
ードセル容積空間に割当てられ且つこれらの空間内に置かれたストランド材料の
量が、実際の質量を決定し、これは、ロードセル間のバランスを決定するプロセ
スにとって重要である。

【００２４】 二つの一次ロードセル、三つの二次ロードセル、及び四つの三次ロードセルの
バランスに関し、ロードセル割当てパーセンテージの第１状態と関連しているの
は、ロードセルのうちの全部で五つのロードセルに関する。中央マンドレルは、
全容積の約１％を占める。＋６右巻きロードセルは、全容積の約８％を占める。
＋１２ロードセルは、全容積の約１６％を占める。＋５ロードセルは、全容積の
約３７％を占める。

【００２５】 ＊２−一次：全容積の約２５％の内側引張ロードセルが、全容積の約７５％の
外ロードセルとバランスしている。

【００２６】 ＊３−二次：全容積の約２５％の内引張ロードセルが、ａ）全容積の約３７％
である＋５右巻きロードセル及びｂ）全容積の約３７．７％である＋７左ロード
セルを含む外トルク搬送ロードセルに関してバランスしている。

【００２７】 ＊４−三次：四つの三次ロードセルが互いにバランスしている。 ずれ ＤＥＴＭがその中心を中心として回転するときの隣接したラップの交差角度の
変化と定義されるずれに関して螺旋ピッチを定義する。湾曲では、及び巻付け−
コイル化環境では、ＤＥＴＭの中心から離れるにつれて交差角度のずれが大きく
なる。個々のワイヤ間の枢着角度即ち交差角度は、巻付け−ストランド形成中に
ワイヤの内側面に形成されたランド状平坦部に関して重要である。小さなランド
状平坦部が形成された場合には、片側リンカーン丸太安定平坦部と良好な類推が
できない。中央から遠い向き合ったラップがランド平坦部枢着点に近付くように
枢動するということが重要である。更に、ＤＥＴＭを、作動荷重位置即ちトルク
荷重位置に近付くにつれて、できるだけ応力除去し、ばねテンパーキルド（ｓｐ
ｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒ ｋｉｌｌｅｄ）することが重要である。直径が０．１
１４ｍｍ乃至０．２０３ｍｍ（０．００４５インチ乃至０．００８インチ）のワ
イヤを持つ可撓シャフトの製造において、ワイヤ間に隙間を設けることが一般的
である。小半径伝達用途でストランド間のこのような隙間は、大きな力により小
さくなる。ＤＥＴＭの中心を中心としてラップが小半径で回転するとき、ワイヤ
はぴんと引っ張られ、互いに側部と側部とを向き合わせて支持され、回転を中心
としたピッチを１２時から３時まで、６時まで、９時まで変化し、１２時の位置
に戻る。かくして、これらのワイヤが全ての側部で支持接触するため、外１２時
位置から内６時位置までのＤＥＴＭの回転により、ピッチずれ角度が開いたり閉
じたりする。この作動ピッチずれ角度は、ＤＥＴＭの完全な一回転時に全サイク
ルをとる。このずれサイクルは、ＤＥＴＭの回転数に応じて頻繁に生じる。例え
ば、ＤＥＴＭが６２５回で回転している場合には、これらのずれ角度は、ランド
平坦部の中央枢着点のところで毎分６２５回変化する。これは、ＤＥＴＭ上に周
期的作動ピッチずれ荷重を発生する。小半径ＤＥＴＭ用途の最も大きな特徴の一
つは、他の標準的用途に対してワイヤ間で必要なずれの程度である。例えば、工
業規格の可撓シャフトは、一般的には、直径が１．１４３のＤＥＴＭに関し、約
７６．２ｍｍ（約３インチ）の半径で作動するように形成されている。本発明の
小半径可撓シャフト用途及び本作動環境は、約６．３５ｍｍ（約１／４インチ即
ち０．２５インチ）の半径内外である。これは、可撓シャフトの平均作動半径の
約８倍乃至１０倍小さい半径を提供する。この半径では、伝達部材内で層状にな
ったワイヤのずれ量は、ストランド状ＤＥＴＭよりも約８００％乃至１０００％
大きい。

【００２８】 小半径穿孔の用途では大きなずれ量が必要とされ、並びにＤＥＴＭが穿孔エネ
ルギを直線状の支持されていないモードで制限しなければならないため、新たな
独特の方法でバランスを制御する必要がある。この大量のずれは、更に、製造中
の重要な協働、例えば、ストランド状にされたときの適正なピッチ、ワイヤの適
正な大きさ、及び層毎のワイヤの適正な大きさの維持を必要とする。更に、ピッ
チにおける適正なバランス及びＤＥＴＭの完成後のばね応力除去テンパリング即
ち熱処理は、調節後作動ピッチ、調節後作動角度ずれ、及びランド平坦部が全て
、二つの外ラップのピッチずれ角度が整合状態に維持され、平坦部が作動ピッチ
ずれについての交差枢着点として作用するように適合されるように制御されなけ
ればならない。

【００２９】 上文中に説明した１×１９＋５＋７の好ましい実施例では、全てのワイヤ間で
及び全てのラップ間でずれが生じる。ワイヤの冷間加工テンパー、各層のワイヤ
の数、各層の螺旋の傾斜、及び各層のワイヤの直径は、全て、ＤＥＴＭが作動中
に上文中に説明した複数の異なる作動位置に亘って遭遇した作用力／反作用力を
制限するように十分に作動するため、この構造の質量の作動中にバランスをとる
上で及び応力制御を行う上で、及び冷間加工を行う上で重要な役割を果たすとい
うことに着目することが重要である。この用途でＤＥＴＭが遭遇する最も独特の
必要条件の一つは、曲線に沿って加わるピーク力が、湾曲したドリルガイドの前
進及び引っ込めの作動時に増減するということである。このことは、これらの力
の連結及びバランスがＤＥＴＭの一部に沿って直線的に摺動自在に伝達するとい
うことを意味し、これは、湾曲ドリルガイドの作動と関連したその長さに沿った
前後及び上下の力パラメータ必要条件をトレードオフしなければならないという
ことを意味する。上文中で引用した本出願人の従来の特許に関して見出される独
特の必要条件を参照する。

【００３０】 作動ピッチずれ角度は、外７左層ラップ及び中央右５層ラップで特に重要であ
る。このバランスでは、ランド平坦部の中心がこのずれについて枢着点として作
用し、かくしてワイヤの製造ピッチ及び螺旋傾斜は、作動ずれピッチに近付くに
つれて、おそらくは制御できるピッチで、応力除去され且つばねテンパーキルド
される。これは、円形の周期的擦り即ちかじりをランド平坦部領域に保持し、作
動ピッチずれ中にワイヤの外径を均等に保持する。ランド平坦部領域での円形の
作動ピッチずれが大き過ぎつ場合には、ワイヤがランド平坦部の側部に乗り上げ
、ＤＥＴＭ全体の直径を変化させる。これは、更に、ランド平坦部枢着点が微小
支点として作動できるため、重要である。ワイヤランド平坦部、作動螺旋ピッチ
ずれ角度、及び質量バランスの中央でのテンパー応力除去が製造時に適合されて
いない場合には、伝達部材の作動に調和がとれず、分子テンパー材料の質量の中
心が移動し、微小支点冷間加工及び早期疲労を生じる。作動ピッチずれが正しく
ない場合には、左層外ワイヤ及び右層中央ワイヤは、枢動パターンでなく円形の
パターンの形態をとる。円形かじり衝突パターン中に外径を変化させるのは円形
パターンである。過剰の微小支点応力を各ワイヤに生じるのは円形動作パターン
である。これは、向き合ったワイヤが各回転に関して支点曲がりし、ワイヤが打
撃抵抗をランド平坦部領域の側部に及ぼすためである。

【００３１】 製造 製造プロセスにおける重要な考慮は、個々のワイヤを所定の大きさに引き抜く
こと、所定の大きさに引き抜いた個々のワイヤに所望のテンパーを加えると同時
に縮径及び焼鈍を連続的に行うこと、ワイヤの引抜き速度、各引抜き時の縮径の
パーセンテージ、及び各ワイヤについて所望のＫＳＩに到達する事である。適当
なＫＳＩテンパーは、用途についての適当な衝撃及び振動に耐えることができる
ＤＥＴＭに対して重要である。更に、ＫＳＩテンパーについて、全体負荷分配及
び局部的エネルギ効率ストランド動作ばね係数ずれ及び作動ピッチずれに対して
注意することが重要である。ワイヤは、引抜きダイスを通して引き抜かれ及び引
っ張られ、引き抜きを滑らかにするために潤滑剤が加えられる。この潤滑剤は、
過度のかじりや破壊的表面擦過が生じないように、ワイヤ間に十分な表面処理を
提供する。応力除去は、製造プロセスの終了時に重要な熱処理テンパリングであ
り、ワイヤを弛緩させるために行われ、製造中に多数の材料を冷間加工すること
により製造された伝達部材からばね負荷張力を除去する。材料の冷間加工は、ワ
イヤ引抜き工程及びストランド化工程の両方で行われる。ばね負荷張力は、スト
ランド化によってワイヤに発生する。一ワイヤ区分を切断したときにその張力を
維持し且つ延びないように抵抗するようにワイヤを焼き戻すのが、応力除去又は
熱処理テンパリングである。各ワイヤの質量の中心が確定され、応力除去及び熱
テンパリングによって固定される。

【００３２】 ０．１１４ｍｍ（０．００４５インチ）及びそれ以下乃至０．２０６ｍｍ（０
．００８１インチ）及びそれ以上の範囲の大きさの小径ワイヤを共通して引き抜
いて所望のワイヤ直径にする。これは、ダイヤモンドダイを通して引き抜くこと
によって行われる。ワイヤ引抜きプロセスの共通の考慮には、一回の引抜き毎に
行わなければならない縮径速度、及び特定の所望の引張強度を持つワイヤを製造
するためにどのようにして引抜き速度を管理するのかである。異なる材料は、異
なる所望の仕様及びワイヤの大きさについて、異なる引抜き速度で引き抜かれる
。例えば、３０４ＳＳ、Ｌ６０５ＳＳ、及びＭＰ３５Ｎステンレス鋼のステンレ
ス鋼合金について、引張強度硬度の所望の範囲は、所望の仕様についての平均の
範囲を得るために様々に引き抜かれる。３０４ステンレス鋼については、平均引
張引き抜き硬度は、約３３０ＫＳＩである。Ｌ６０５合金については、平均引張
引抜き硬度は約１９０ＫＳＩである。ステンレス鋼合金ＭＰ３５Ｎについて、平
均引張引抜き硬度は約２９０ＫＳＩである。

【００３３】 ワイヤをダイヤモンドダイによって特定の縮径パーセンテージパターンに従っ
て引抜いた後、別の冷間縮径加工を行うために材料を軟化させる準備として焼鈍
する。このようなワイヤが所望の引張強度を持つ最終直径になるまでこの引抜き
及び焼鈍を交互に行い且つ組み合わせる。引張強度範囲は、制御でき、最終引張
強度に関する可撓性に従って調節でき、極めて大幅にいずれかの方向に最大３０
％まで変化させて引張強度を高く又は低くすることができる。

【００３４】 質量及び力のバランス 穿孔エネルギが加えられる湾曲ボアの領域内で可撓性シャフトが作動し且つ移
動する小半径湾曲ボアの穿孔では、新たな作動条件及び新たな物理的必要条件が
あり、様々な工学的挑戦が行われる。これらの新たなＤＥＴＭ挑戦には、作動寿
命を延ばすための構造的一体性の維持、及び特定の伝達部材直径について産業に
おいて通常見られるよりも最大１２００％小さくできる曲率半径が含まれる。更
に、硬質の材料に湾曲したボアを形成すると高いトルク負荷が発生する。こうし
た負荷は、穿孔圧力、摩擦、湾曲経路に沿ったチップサイクリング（ｃｈｉｐ
ｃｙｃｌｉｎｇ）、ペック穿孔（ｐｅｃｋ ｄｒｉｌｌｉｎｇ）、曲げ及び直線
化、チップパッキング（ｃｈｉｐ ｐａｃｋｉｎｇ）及び材料くず除去、回転数
に対して所定の速度での周期的加荷重、湾曲経路に沿ったチップサイクリング又
はペック穿孔速度での周期的加荷重、不均等材料及び応力の他のエレメントによ
り更に大きくなる。ＤＥＴＭの大きさは、湾曲ガイド手段及び加工チップ手段と
ともに湾曲ボアにフィットするように限定されている。更に、ＤＥＴＭは、湾曲
ボア空間の領域内でうまく作動しなければならない形体で、切断手段に取り付け
られるように適合されていなければならない。更に、ＤＥＴＭの直径は、切断チ
ップ及び形成されるボアの大きさよりも小さくなければならない。可撓性シャフ
トの断面は、更に、湾曲ガイドを持つ湾曲トンネルの空間を占有しなければなら
ないため、制限される。

【００３５】 この新たなＤＥＴＭが作動する小さな半径、及びその外径の制限、及び高い螺
旋剪断トルク負荷、及び本発明の極めて独特な引張支持、及び収斂工学、及び設
計上の必要条件は、他の可撓性シャフト用途では見られない。これは、小半径Ｄ
ＥＴＭの特定の設計、形体、及び構造配合を、伝達部材内に含まれる質量及び力
を機能的出力に対してバランスさせることによって最適化しなければならないと
いうことを意味する。伝達部材構造形体を最適化する本発明による方法は、多く
の様々な可撓性部材形体の破壊モードを顕微鏡的に研究することによって開発さ
れた。破壊は、上掲の特許と関連して通常見られるよりも最大１２００％小さく
できる半径の小半径湾曲ボアの穿孔による歪みが加わった状態で作動することに
より発生する。

【００３６】 多くの層を持ち、これらの層の各々が複数のストランドを含む可撓性部材を、
小半径湾曲ボアを穿孔するための装置の性能について試験し、評価する。この湾
曲ボア穿孔装置には、特定の条件及び作動上の必要条件があり、これらの条件下
で作動する可撓性ＤＥＴＭについての判断基準を表示する。この破壊モード分析
から、試験した多くの様々な種類の可撓性シャフト構造から、観察された損傷即
ち破壊プロセスの主要な機構が、強度が足りないこと、及び可撓性シャフトの中
央コアとその外トルク搬送区分との間の力容量バランスがとれていないことであ
ると観察された。これらの二つの一次作動ロードセルは、先ず最初に可撓性部材
の中央が極めて大きな軸線方向荷重の作用で破壊するという点でバランスがとれ
ていない。これにより構造が壊れ、サイクル時間が短くなる。中央の断面寸法の
最大約５０％、即ち外径が１．１４３ｍｍ（０．０４５インチ）の可撓性部材の
約０．４５７ｍｍ乃至０．６３５ｍｍ（約０．０１８インチ乃至０．０２５イン
チ）の中央コアが先ず最初に中央に向かって壊れ、内部支持をなくす。内部支持
がないと、外トルク搬送ラップが内側引張又は圧縮支持体なしで残る。このため
、中央右巻き層が延びるのに続いて伝達部材の全体直径が減少し、細くなる。次
いで最外層が延び、真っ直ぐになり、潰れ、次いでＤＥＴＭ全体が破壊する。か
くして、機械的構造が壊れ、その外側直径の大きさによる利点が失われ、その構
造上の一体性が完全に失われ、疲労及び破壊をもたらす。これは、ひとたび中央
が疲労すると迅速に生じる。作動中のＤＥＴＭのストランドの形体、構造、及び
構造的位置の維持は、この湾曲ボア用途における技術的挑戦である。

【００３７】 従って、多数の複雑な荷重分配、荷重搬送ロードセル間の質量の作動寿命にお
ける関連バランスにとって重要である。機能出力に関してこれらの力のバランス
をとることの要旨は、伝達部材の作動寿命を延ばすということである。これらの
力／質量関係の各々が他方に関してバランスが適正にとられていない場合には、
機械的構造が壊れ、その外径の大きさによる利点が失われ、構造的一体性が完全
に失われ、疲労及び破壊をもたらす。本発明は、多くの複雑な荷重搬送セルのバ
ランスの問題を解決し、可撓シャフトの中央に向かう弱い軸線方向引張強度によ
る初期破壊をなくす。構造の第１破壊モード領域（中央での断面計測値の最大５
０％を占める中央の破壊）が優れた軸線方向引張強度を備えており且つ伝達部材
の外トルク搬送部材に対してバランスがとれた、可撓性ストランド構造に関する
。本発明の概念は、優れた引張特性及び圧縮特性を得るため、かくして、小半径
湾曲ボア穿孔でトルク及び回転が加わっているときに中央コアに加わる極めて大
きな長さ方向応力を支持するために構造の中央コアを主に軸線方向に及び長さ方
向に置いた可撓性シャフトを念頭に置いている。本発明は、エネルギ源と加工チ
ップとの間に作用する正味作用/ 反作用力の穿孔エネルギを抑制する。更に、本
発明は、小半径湾曲ボア形成中に後方に作用してそれ自体に加わる穿孔力に耐え
、ＤＥＴＭの構造形体を一緒に保持する。可撓シャフトの中央の軸線方向引張強
度を最適化し、一次回転応力による力とバランスがとれた状態にコアを保持する
ために形成され且つ軸線方向に置かれた中央コアがないと、全体寿命が大幅に低
下する。この低下は、場合によっては２００％乃至４００％に及ぶ。二つの最外
螺旋状回転トルク搬送ラップでＬ６０５ステンレス鋼を使用すると、中央ストラ
ンドが、軸線方向荷重とそれらのストランドの回転トルク負荷とのバランスを最
適にする形体を備えている場合には、小半径湾曲ボアの穿孔の極めて大きな圧力
及び極めて大きな応力に耐えるのに十分な強度が提供されるということが確認さ
れた。可撓シャフトの中央の軸線方向引張／圧縮特性を外トルク搬送ラップと機
能的にバランスのとれた所定レベルに引き上げることが、小半径湾曲ボア形成中
に伝達部材の全体的な構造的一体性を維持するための解決策であることが発見さ
れた。

【００３８】 可撓性ＤＥＴＭに極めて小さな半径でトルク及び引っ張り力が加わる場合には
、可撓性シャフトの各ストランドは、穿孔エネルギ応力に耐えながら、回転中の
その特定の荷重必要条件を共有するため、一緒に作用しなければならない。１本
のストランドが破壊すると、構造全体が、第１の破壊から始まってドミノ効果の
ように離れ、可撓シャフト全体が荷重の作用で潰れるまで他のストランドに作用
が及ぶ。この破壊は迅速に起こる。

【００３９】 以上の考慮に加え、湾曲ボアの領域内を移動する可撓性シャフトについての接
合方法は、それらの大きさ及び形状によって極めて限定されており、厳密な空間
制限がある。切断チップへの接合に利用できる伝達部材の部分の長さは、一般的
には、その直径に対してそれ程長くない。従って、外径が１．１４３ｍｍ（０．
０４５インチ）の伝達部材が、加工チップへの接合に利用できる長さは１．１４
３ｍｍ（０．０４５インチ）よりもそれ程長くなく、一端が１．２７ｍｍ（０．
０５０インチ）である。これは、可撓シャフトのストランドは、可撓性でなくな
り且つ加工チップと中実に一体化した接合部に加わる極めて大きな力に耐えるた
め、加工チップに接合された場所で加工チップと一体の断面をなした中実ユニッ
トとして作用するように、断面に沿って互いに保持されていなければならないと
いうことを意味する。この接合部での端点力は極めて大きく、小さな場所に集中
しており、伝達部材は非常に短い区分で可撓性から剛性に変化する。ここで使用
した接合方法に過酷な構造試験を加え、エネルギが加えられる湾曲ボアの領域内
で移動するために必要とされる空間の大きさ及び形状の制限を再び加える。これ
らの制限のうちの一つは、湾曲ボア内に及び湾曲ボアの外に移動するように、こ
の接合領域の直線長さが十分に短くなければならないということである。従って
、可撓性シャフトは、一方を他方に接合でき且つ切断チップに接合できるストラ
ンド、層、及び断面を持たなければならない。端区分は、ボーリングチップに取
り付けられた接合部の断面に亘り中実断面ユニットとして作用できなければなら
ない。ボーリングチップへの連結点で可撓性シャフトの可撓性が終わるこの区分
は、極めて高い端点取り付け及び引っ張り力に耐える。可撓シャフトのストラン
ドが互いにユニットをなして保持されていない場合には、ストランドはばらばら
になり、ほぐれ、構造的一体性が失われ、小半径湾曲ボアを形成する極めて大き
な荷重の作用で破壊する。

【００４０】 一つのラップの荷重力が他のラップに関して適正にバランスがとれており、主
に外取り付け搬送ラップに関してバランスがとれた全体構造の中央に軸線方向荷
重特性を持つ可撓性ＤＥＴＭを提供することが、早期破損の問題に対する解決策
であると確認された。小半径湾曲ボアの穿孔で荷重が加わった多くの様々な可撓
性シャフト構造を顕微鏡で観察することによる破壊モード分析を実施し、観察し
た。一方が他方に関して適当なロードセル力質量バランスを持つように形成され
ていない形体は、早期破損する。中央コアを外装置搬送ラップとバランスさせる
ように構成されていない形体は、早期破損する。小半径湾曲ボアの形成時の極め
て大きな軸線方向中央力に耐えるように形成されていない形体は、本発明よりも
２００％乃至４００％速い速度で破損する。

【００４１】 更に詳細には、中央がシャフトの約５０％であるか或いは、中央が約０．５０
８（０．０２０インチ）の、直径が１．１４３ｍｍ（０．０４５インチ）の伝達
部材は、軸線方向強度を提供するように形成された複数のストランドを含む。こ
れらのストランドを、更に軸線方向に即ち長さ方向に可撓シャフトの長さ方向軸
線と更に平行に層状にする。これらの長さ方向ラップは、２５．４ｍｍ（１イン
チ）当りのラップの数が従来の可撓シャフト中央よりも少なく、可撓シャフトの
軸線に対して長さ方向に層をなしており、これらのストランドの中央に近付くに
従って可撓性及び外ラップを作動中にそれらの構造的位置を保持するように支持
するのに必要な圧縮強度を提供する。これは、シャフトの中央約５０％を占める
多数のコイルばね状層を持つ従来の可撓シャフトで見られる構造とは逆であり且
つ逆のことを教示する。この新たな中央構造の引張強度特性は、特に延びを減少
し、可撓性を提供し、これにより外取り付け搬送ラップの構造的位置構造を維持
する。これによって、構造の全体としての一体性を維持して寿命を遙かに長くし
、作動中に各ワイヤの構造位置を維持することにより小半径ボア形成装置の伝達
部材の作動寿命を大幅に向上する。直径２ｍｍの湾曲トンネルを硬質材料に切り
込む、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の直径の半径で作動する外径が１．１４
３ｍｍ（０．０４５インチ）の可撓シャフトの中央に作用する極めて大きな軸線
方向荷重は、ストランドが構造の鋭く湾曲した中央軸線を中心として回転すると
きにストランドが大きく変形することによって生じる。この変形は、７６．２ｍ
ｍ（３インチ）の半径で作動する可撓性部材で生じる変形よりも最大約１２００
％大きいばね速度パーセンテージで生じる。

【００４２】 特定の実施例 図４を参照すると、約５本のストランド１７からなる層が中央コアの周囲に右
巻きで巻付けてある。右巻きストランドからなるこの組は、湾曲位置でシャフト
とともに回転する際のその外円弧での剪断力による開放に抵抗するピッチを備え
ていなければならない。外円弧のストランドは伸長され、作動ピッチずれの大部
分がある。この開放ピッチ角度及びずれは、トルク負荷が加えられたとき、真っ
直ぐになる方向で固定され易いピッチ位置にストランドを置く。外円弧では、こ
れらの右巻き層ストランドに側方負荷即ち剪断応力が加わり、これにより、これ
らのストランドを長さ方向で開放し且つこれらを真っ直ぐにしようとする力が加
わる。７本のストランド１８からなる外左巻きラップが、ストランド１７の中央
右巻き層に緊着され、トルク荷重が加わったとき、二つの外ラップは逆の作用を
なす。これらの二つの外層は逆方向に巻付けられており、全穿孔エネルギを特に
直線状非支持位置に抑制する相互係止力を提供する。

【００４３】 上文中に説明した図４及び図５の好ましい実施例に加え、コアの軸線方向引張
荷重強度を増大すると同時に多数の荷重搬送セルを互いにバランスさせるように
なった可撓性シャフトの特定の構造には、以下の例が含まれる。

【００４４】 例１：１×７＋５＋７。この構造は、中央から外側までのワイヤの大きさは以
下の通りである。即ち、中央ワイヤの大きさは０．１９１ｍｍ（０．００７５イ
ンチ）、中間ワイヤの大きさは０．１７５ｍｍ（０．００６９インチ）、及び外
ワイヤの大きさは０．１５２ｍｍ（０．００６インチ）である。この構造は、０
．１９１ｍｍ（０．００７５インチ）のワイヤから形成した標準引抜きワイヤを
使用する。この中央構造の破断荷重は、約３１．０２６ｋｇ（６８．４ポンド）
であり、シャフト全体の破断荷重の破断前延びは約１７．０１８ｃｍ（６．７イ
ンチ）であり、破断強度は約３４．３３７ｋｇ（７５．７ポンド）である。これ
らのワイヤは、０．２１６ｍｍ（０．００８５インチ）から０．１８９ｍｍ（０
．００７４５インチ）まで引抜かれ、かくして通常の冷間加工硬度を有する。

【００４５】 例２：１×７＋５＋７構造。この構造は、例１とワイヤの大きさ及び層が同じ
であるが、０．１１４ｍｍ（０．００４５インチ）のストランドからなる中央コ
ア（１×７）は例１のものよりも高い冷間加工特性を持ち、ワイヤ引抜き冷間加
工によりワイヤの硬度が増大させてある。中央ワイヤは、０．２４１ｍｍ（０．
００９５インチ）から０．１９１ｍｍ（０．００７５インチ）に引き抜いてあり
、これによりの中央構造の硬度が増大し、かくしてこの中央構造の引張破断荷重
が増大する。この種の引抜きの冷間加工により、中央の破断荷重が４０．１４３
ｋｇ（８８．５ポンド）になり、可撓性シャフト全体の破断荷重の値が、破断前
の２．８％の延びで４６．１７６ｋｇ（１０１．８ポンド）になる。例１及び例
２の可撓シャフト形体は、高い中央コア軸線方向引張破断抵抗を有するが、剛性
であるため、約１．２７ｃｍ（１／２インチ）の作動湾曲量を必要とする。

【００４６】 例３：１×９＋５＋７構造。この構造は、中央コア用の０．２５４ｍｍ（０．
０１０インチ）の中央マンドレルワイヤ及びこの中央マンドレルワイヤに巻き付
けた８本の０．１５２ｍｍ（０．００６インチ）のワイヤに加え、５本の右巻き
ワイヤ及び７本の左巻きワイヤを含む。この伝達部材についての全体としての破
断荷重は、３．３％の破断前延びで約３７．６４８ｋｇ（約８３ポンド）である
。このように延び係数が小さいため、延伸に対する軸線方向抵抗が大きく、二つ
の外コイルラップ層をそれらの構造位置内に保持し、破断を阻止する。この構造
は、０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）の中央マンドレル及びこれに巻き付け
た８本のワイヤの剛性のため、約１．２７ｃｍ（０．５インチ）の作動半径を必
要とする。

【００４７】 この他のストランド形体は、高い引張特性を持ち且つ小半径の用途に耐えるの
に十分可撓性のストランドを含むけれどもワイヤの直径が大きいということが観
察された。これらのストランドは、７×７及び７×１９と呼ばれる形体を有する
。これらのストランドは、一般的には、一体のユニットとして使用されるが、Ｄ
ＥＴＭの中央に配置し、小半径可撓性ＤＥＴＭの中央軸線方向圧縮可撓性搬送部
材として使用すること、又は回転伝達シャフトの中央に軸線方向圧縮強度を特定
的に提供するように配置することは従来開示されてこなかった。小半径可撓シャ
フトに延びに対する抵抗を提供する目的で構造の中央コアを軸線方向に延びるよ
うに配置されたストランドの数は、負荷質量及び力のバランスを取るように、可
撓シャフトの特定の作動半径及び直径に応じて外トルク搬送負荷の出力の関数と
して変化させることができる。これは、穿孔しようとする湾曲ドリル孔の仕様と
関連している。小半径可撓シャフトの中央として使用できる中央構造の例には、
１×１９、７×７、７×１９、及び軸線方向圧縮強度、可撓性、直線状長さ方向
層（ｌｉｎｅａｒ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｌａｙ）、及び延び及び構造破
壊の阻止を提供する必要条件を満たす任意の他の構造が含まれる。外側の二つの
ラップもまた、ＤＥＴＭの直径及び半径の小ささに応じて変化する。大半径の湾
曲ドリル孔が所望である場合には、性能に支障を及ぼすことなく、二つの外層の
各々のストランドの数を増やすことができる。更に、大半径の湾曲ドリル孔が所
望である場合には、剛性が比較的大きい中央コアが適している。小半径の場合に
は、外ラップのワイヤの数を減らし且つ中央ワイヤの数を増やす必要がある。中
央ワイヤは、多くの軸線方向形体でストランド化され、二つの外ラップをそれら
の構造位置でバランスがとれた状態に保持する中央軸線方向荷重に耐えるための
更に大きな軸線方向強度及び可撓性を提供する。ＤＥＴＭの可撓性搬送作用セル
間の一方の他方に関する荷重、質量、及び力のバランスをとることが、本発明、
及び本明細書中に開示した１×１９＋５＋７伝達部材形体の好ましい実施例の要
旨である。これらの構造バランスは、小半径湾曲ボア必要条件の様々な範囲につ
いて調節できるということは当業者には明らかであろう。例えば、６．３５ｍｍ
（０．２５インチ）以上の半径が望ましい場合、荷重搬送セルの力及び質量のバ
ランス原理に関して調節を行うことができ、６．３５ｍｍ（０．２５インチ）以
下の半径が望ましい場合、この逆が真である。これらの二つの原理は、同じ２ｍ
ｍ湾曲ドリル孔を穿孔する所望と関連して適用される。更に、トルクと軸線方向
荷重可撓性との間のバランスは、様々な半径の湾曲ボアと組み合わせて様々な大
きさの湾曲ボア直径を提供するのが望ましい場合、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく変更できる。従って、原理発明は、様々な大きさ及び形体のＤＥ
ＴＭ並びに様々な作動半径に適用される。

【００４８】 荷重、力、及び質量のバランス間の関係は、穿孔エネルギ及びエネルギ源とこ
の用途の加工チップとの間の正味作用反作用力の伝達及び抑制と関連して生じる
本発明が行うこの加工、エネルギ源と加工チップとの間で穿孔エネルギを伝達す
るためのＤＥＴＭを、本明細書中、同じ機能に対するバランスの組み合わせとし
て説明する。従って、機能をバランスに関して説明し、ロードセルの質量をどの
ようにして互いに関連させるのかに関してバランスを説明する。これらのロード
セルの質量を、一方のロードセルを他方のロードセルに関し、ベクトル力パター
ンに関して説明する。ベクトル力パターンは、各々を他方に関して、両荷重群に
よって支持され且つ各個々のワイヤによって支持されていると定義された質量の
中心に関して説明できる。各ロードセル及び各個々のワイヤの質量の中心は、各
々が他方に関し、伝達部材全体のそれらの相対位置に関して説明できる。相対位
置は、ロードセルに関し、個々のワイヤは、各々が他方に関し、伝達部材全体の
モーメントアーム梃位置に関して説明できる。各ロードセル即ち各個々のワイヤ
の梃位置は、各々が他方に関し、モーメント梃利点又は欠点に関して説明できる
。各モーメントレバーは、各々が他方に関し、ＤＥＴＭで相対的位置をとり、伝
達部材の前記位置に対して異なる力衝撃を加える。

【００４９】 これらのモーメントレバーは、本発明を製造する方法に関する。これらのモー
メントレバーは、引張特性、回転特性、ずれ特性、ピッチ特性、枢着角度特性、
全体疲労寿命の増大による作動ピッチずれ特性において各々が他方に関してバラ
ンスがとれる質量の中心を有する。

【００５０】 更に詳細には、１×１９＋５＋７好ましい実施例の本発明の機能に対する質量
に関するベクトル領域荷重セルのバランスにとって、この好ましい実施例を作用
する機能特性に対する必要なバランスを作り上げる比及びパーセンテージによる
関係に特定のバランスがある。これらのバランス比及びパーセンテージは、一般
的には、各々が他方に対してバランスがとれており且つ機能に関してバランスが
とれており、一つの中央マンドレルワイヤを持つ二つの一次ロードセルで、三つ
の二次ロードセルで、及び四つの三次ロードセルで説明できる。

【００５１】 一次バランス、二次バランス、及び三次バランスの各々内で、機能関係に対す
る特定のバランスパーセンテージ及び比は、直線的断面、断面積、容積、質量、
ベクトルの傾斜又はピッチ、荷重分配、作動ずれ、及び行われる加工の優先順位
に関する。これらのパラメータの各々は、他のパラメータに関し、機能的摺動と
バランスがとれている。比及びパーセンテージに関して表現された機能に対する
バランスは、小半径湾曲ボア穿孔装置の作動中、異なる時期に異なる加工ゾーン
領域で異なる加工応答性優先順位を有する。機能／加工優先順位位置は、ランド
状平坦部の適正な位置、支点角度、ストランド変形、及び好ましい実施例を構成
するこの製造プロセスで定義された他のパラメータと一緒になってこの好ましい
実施例で作動する。二つの一次正味力の夫々は、伝達部材の１×１９引張中央軸
線方向荷重支承区分及び外剪断取り付け搬送＋５＋７ラップとバランスをとるよ
うに機能する。＋５＋７ラップは、ＤＥＴＭの全直線断面積の５０％をほんの僅
か上回る。バランス−機能比は、二つの一次バランス間の直線断面で計測され、
長さ方向で層をなした内引張圧縮１×１９中央コアは、線型断面が＋５＋７外螺
旋トルク回転剪断搬送ラップよりも約１０％小さい。かくして、直線断面では、
内引張は外トルクよりも１０％小さく、逆に、外トルクは直線断面が内引張より
も約１０％大きい。実際には、二つの一次ロードセルを機能出力に対してバラン
スさせる。

【００５２】 ＤＥＴＭ全体に関する断面積に関し、バランスについて、二つの一次ロードセ
ル機能は、数値において及び関係に関して大きく違っている。二つの一次ロード
セルバランスの直線断面を、パーセンテージ比とバランスさせる断面積と比較す
ると、更に大きく離れる。例えば、内断面積を持つロードセルは、外トルク搬送
断面積に関して約４４．６％の断面積である。逆に、ＤＥＴＭ全体の外トルク搬
送断面積は、内荷重搬送断面積に関して約２２４％大きい。このことは、中央軸
線方向強度に関して外断面積が内断面積よりも２．２４倍大きく、内中央軸線方
向強度部分が外トルク搬送断面積よりも２．２倍小さいということを意味する。
二つの一次ロードセルの、内側の外側に対する、外側の内側に対する、引張のト
ルクに対する、トルクの引張に対する、直線の螺旋に対する、螺旋の直線に対す
る、圧縮の伸長に対する、伸長の圧縮に対するバランスをとること、及びこれら
の比及びパーセンテージのバランスが存在すること、及びこれらのパーセンテー
ジ及び比の各々を機能に関してバランスさせ、バランスに関して機能する場合に
これらが伝達部材の作動機能にとって重要であるということを思い出すことが重
要である。好ましい実施例の内耐引張１×１９中央コアの断面積は、ＤＥＴＭの
全断面積の３０．８７％を占める。外螺旋トルク回転搬送荷重の断面積は、全断
面積の約６９％である。機能に関してバランスをとった二つの一次ロードセル間
の断面積と直線断面とを関連させると、即ち１×１９を機能に関して＋５＋７と
バランスをとると、直線断面で実質的に１０％の相違しかないが、断面積で、差
がほぼ２２４％の差まで大きくなるということに着目することが重要である。こ
れは、ベクトル力を傾斜−質量に関してどのようにバランスをとるのかについて
、伝達部材の異なる位置に対するモーメントレバーに関し、及びこれがどのよう
に離れて作用し補助するのか、受け取られた力の機能に対するバランスに関する
全体としてのバランスで重要な役割を果たす。伝達部材が機能に対してバランス
がとれている場合には、バランスは、異なる質量／傾斜／引張関係に関して各々
を他方に関して表現される。質量を理解するためには、伝達部材の異なる荷重支
承加工セルの容積を検査する。容積は、伝達部材の所与の高さに対して、又は伝
達部材の所与の長さ又は伝達部材の所与の層の夫々の伝達部材の所与の直径に対
して表現される。学究的目的のため、１×１９＋５＋７の好ましい実施例は機能
に対してバランスがとれており、本発明の一例、即ち伝達部材の連続合同構造は
、高さに関して表現される。これは、理解することが容易な形態における関係及
び比の一般的なバランスを搬送するため、単なる学究的目的で表面され、勿論、
バランス及び数及び比が調節し、長さの直径に対する関係が変わるに従って上下
する。

【００５３】 等しい機能に対してバランスがとれた状態に到達したとき、伝達部材の様々な
間に各々が他方と関連しているように割当てられた空間の容積を見る上で、パー
センテージ及び比を固定することも重要である。作用する直線位置における高さ
が円筒体である一例では、１×１９内側引張ワイヤが占有する空間の容積が、外
トルク＋５＋７ラップの容積の１／３であり、逆に、外トルク＋５＋７ラップは
、１×１９中央直線状引張ラップが占有する空間全体の容積の約３倍である。パ
ーセンテージに関して表現したように、１×１９は、外トルク加工荷重支承区分
に関して約３３％の容積を占有し、逆に、外トルク加工荷重支承区分は、中央１
×１９コアの容積に関して約３３％である。１×１９中央コア容積は、伝達部材
の全体容積に関して約２５％であり、外トルク搬送＋５＋７は、前記伝達部材の
総容積の約７５％を占める。上述のように、別の方法では、１×１９直線状引張
ラップは、伝達部材の全容積に関して容積の約１／４を占め、＋５＋７外トルク
搬送ラップは、全伝達部材の総容積に関する容積の３／４を占め、逆に、外トル
ク搬送ラップは、伝達部材の全容積に関する容積の３／４を占め、１×１９内側
引張は、全部材の総容積に関する容積の１／４を占める。ワイヤの大きさの相違
の影響を理解しようとする場合に、即ち互いに関して各々が層状になった、直径
が１．１４３ｍｍ（０．０４５インチ）のＤＥＴＭの様々な作動加工荷重セル位
置で異なる梃を持つ、直径が０．１１４ｍｍ（０．００４５インチ）、０．１６
５ｍｍ（０．００６５インチ）、及び０．１５２ｍｍ（０．００６インチ）のワ
イヤの影響及び重要性の相違を理解する場合に、表面上は小さな変化の主要な相
違の大きさを理解するため、これらの互いに関する各々の関係パーセンテージ及
び比を、互いに関する各々の断面積パーセンテージ及び比と組み合わせて理解す
ることが重要である。表面上は直径が直線状断面に関して僅かしか変わらない表
面上類似したこれらのワイヤの特徴を見ると、伝達部材内及び質量のあるワイヤ
の割当てられた空間の断面積容積は、この用途の機能伝達部材に対してバランス
をとったとき、ワイヤの大きさ間の表面上は些細な相違が、各々の他方に関する
主要な性能の相違に直接的に影響することが明らかになり、これらのワイヤの大
きさが、受け取られた加工荷重エネルギの抑制となり、エネルギ性能加工荷重性
能出力になり、小半径ワイヤボア穿孔用途でエネルギ源と加工チップとの間のエ
ネルギ伝達の複雑さに含まれる空間的及び機械的関係となり、複数の加工ゾーン
位置を持つ。

【００５４】 質量に関して表現されたバランスを評価し、各加工荷重ゾーンセルを合わせる
上での全体としての密接な関係を理解する上で、二つの一次ロードセル、三つの
二次ロードセル、及び四つの三次加工ロードセルの間の質量関係を理解すること
が重要になる。この場合も、直径が０．１１４ｍｍ（０．００４５インチ）、０
．１６５ｍｍ（０．００６５インチ）、及び０．１５２ｍｍ（０．００６インチ
）のワイヤの、ワイヤの大きさの各々の互いに関する表面上は小さい見掛けの相
違は、各々の互いに関する質量のパーセンテージ及び比で表現したとき、各々の
互いに関する非常に大きな相違を示す。従って、作動の観点から見ると、各々を
互いに関して表現したパーセンテージ及び比におけるこれらの主要な相違は、容
積断面積、質量、傾斜、及び加工ロードセル毎の各々の互いに関するワイヤ内へ
の梃に関し、一方が他方の上側に重なる。従って、小半径湾曲ボアを穿孔するた
めのＤＥＴＭの機能に対するバランス及び質量を表現する上で上下に重なるバラ
ンス及び力は、異なるラップのワイヤの大きさの僅かな変化が、各々を互いに関
して表現した加工負荷エネルギパーセンテージ及び比の受け取りのバランスにお
ける機能的に大きな相違となるということを表す。ワイヤ製造技術で実施された
製造技術及びばねテンパーの作用を弱める押圧除去、並びにランド状平坦部を合
わせて支点枢着点を作動ピッチずれに関して平坦部の中央に形成すること、及び
機能に対する力及びバランスに関する適正な機能加工負荷関係を得、本発明の中
央メイクアップを組み合わせること、及び１×１９＋５＋７好ましい実施例に関
するこの特許出願の要旨を含む、ということに着目することが重要である。

【００５５】 再び、本発明におけるようなＤＥＴＭのバランス−機能必要条件を、特許で実
施できる小半径湾曲ボア穿孔用途について、及び付表Ａ、付表Ｂ、付表Ｃ、及び
付表Ｄの製品について評価する場合、伝達部材の加工荷重機能セル間の質量バラ
ンスの比及びパーセンテージが、各々互いに関して重要であり、各々を他方に関
して搬送しなければならない。二つの一次加工ロードセル、三つの二次加工ロー
ドセル、及び四つの三次加工ロードセルの加工荷重優先順位は、伝達部材の一部
が摺動自在に漸次並進し、曲線作動位置に直線的に出入りするとき、摺動自在に
移動し、ＤＥＴＭに沿って互いに関して直線的に変化する。この単一の合同伝達
部材構造の機能に対する力及び質量のバランスはうまく交互に使用され、小半径
湾曲ボアの穿孔の用途で加工荷重セル間の加工荷重優先順位を移動する。

【００５６】 加工荷重セル群毎のワイヤの容積もまた、機能に対するパーセンテージ及び比
で表現される。この場合も、本発明の構造を表現する学究的目的のため、本明細
書中で表現した比及びパーセンテージは、高さが与えられたＤＥＴＭに関する。
これは、この単一の合同構造の各々の他方に関する関係を表現する上での学究的
目的で行われる。層の長さ又はＤＥＴＭについての高さ及び直径の必要条件が選
択され、様々な半径が望ましく、任意の特定の用途について増大され、本願で表
現された容積及び質量は比例関係をなして増減し、最終的に選択された層又は高
さになるということは理解されよう。従って、二つの一次加工ロードセル、三つ
の二次加工ロードセル、及び四つの三次加工ロードセルの関係で各々が他方に関
して表現されたロードセル関係の比及びパーセンテージは、所望の湾曲ドリル孔
を調節し且つ長さを同定された特定の用途について調節するとき、上下に調節さ
れるということは理解されよう。伝達部材の中央コア部分を含む内側１×１９構
造は、全質量の約４１．６％を占める。逆に、伝達部材の＋５＋７外側螺旋トル
ク剪断半径部分は、全質量の約５７．３％を占める。従って、関係において一方
を他方に関してバランスさせ、内側引張軸線方向荷重支承部分は、総質量の５７
．３％を占める外側剪断螺旋トルク搬送ラップに関し、質量の４１．６％を占め
る。従って、内側引張直線状圧縮軸線方向強度を支持する総質量の４１．６％が
、１９本の個々のワイヤ部分ユニットに分配され、伝達部材の外側トルク螺旋剪
断回転を内側に関して伝達するための１２本の個々のワイヤ部材ユニットに関し
、総質量の５７．３％に関して均衡する。４１．６％内側半径の５７．３％外側
積み重ね比との間の大きな差は、２．３倍以上にのぼり、内側引張と外側トルク
との間の機械モーメントアーム梃の相違の和が加工ロードセル質量の主相違値に
加えられ、小半径湾曲穿孔用途について、力を機能に対してバランスさせる。

【００５７】 三つの二次ロードセルに関するロードセル間の個々の容積質量バランスの和に
関し、機能に対するバランスは、１×１９中央を、真の主荷重バランスが取れた
状態で上文中で同定したのと同様に同定することによって評価される。しかしな
がら、ロードセル間の関係及び小半径湾曲ボアの穿孔でどのように作動するのか
を更によく理解するため、外側トルク搬送ラップの＋５右巻き層及び＋７左巻き
層は、それらの夫々のロードセルワイヤ質量容積数によって分けられる。これは
、比及びパーセンテージの差を理解する上でも重要である。従って、個々の断面
直径が０．１１４ｍｍ（０．００４５インチ）、０．１６５ｍｍ（０．００６５
インチ）、及び０．１５２ｍｍ（０．００６インチ）のワイヤの表面上小さな相
違は、これらの小さな直径の変化が主要なバランス機能パラメータに作動的に変
換されるという点でバランスが機能内に変換される。上文中に言及したように、
１×１９中央コアを構成する質量は、ＤＥＴＭの総質量のほぼ４１．６％の質量
を占める。従って、ＤＥＴＭの総質量の４１．６％は、伝達部材の１×１９中央
内側引張軸線方向圧縮部分に割当てられ、１９本の個々の伝達部分ユニットに分
配される。＋５右巻き層は、直径が０．１６５ｍｍ（０．００６５インチ）の５
本の個々の伝達部材を含むラップからなる。＋５右巻き層ワイヤは、ＤＥＴＭの
総質量の２５．１％を占める。従って、直径が０．１６５ｍｍ（０．００６５イ
ンチ）の＋５右巻きワイヤを構成する２５．１％の質量は、剪断螺旋回転を外ラ
ップに対して相互係止する右巻き層を提供する。＋７左巻き層は、７本の個々の
ユニット伝達部材でできた最外ラップを構成する。この質量は、ＤＥＴＭの総質
量の約３２．２６％を占める。左巻き層＋７及び右巻き層＋５は、向き合った相
互係止形体を形成する。従って、総質量の約２５．１％を占める＋５右巻き層は
、総質量の約３２．２６％を占める＋７左巻き層と作動的に相互係止する。逆に
、総質量の約３２．２６％を占める＋７左巻き層は、この左巻き層に対して膨張
しようとする総質量の約２５．１％を占める＋５右巻き層に巻付けられてこれと
相互係止する。

【００５８】 係止、ベクトル力、螺旋ピッチ、及びベクトル傾斜を含むＤＥＴＭの更に特定
のパラメータを評価する場合、四つの三次加工ロードセルユニットを持つＤＥＴ
Ｍを観察することが必要となる。この場合、１×１９＋５＋７好ましい実施例は
、１本のマンドレルワイヤを有し、これに６本の右巻き層、１２本の左巻き層、
５本の右巻き層、及び７本の左巻き層が巻き付けてある。機能に対してバランス
をとる場合には、加工ロードセルの全部で五つの層の各々の質量を見ることが重
要である。ＤＥＴＭの高さ又は層又は長さがその所与の直径であるこの例では、
以下の数が伝達部材を構成する質量関係を示す。

【００５９】 この場合も、本願の目的用のＤＥＴＭの様々な加工ロードセルの機能に対する
バランスの比及びパーセンテージにおける相違を表現する目的のため、高さがそ
の直径の約二倍のＤＥＴＭと関連して説明する。特定の算術数値を、望ましい伝
達部材の長さに従って、任意の所与の長さに合わせて上下に調節できるというこ
とは理解されよう。加工ロードセルの各々の他方に対するパーセンテージ及び比
の関係を持つＤＥＴＭに関して算術的に上下に調節できる。これは、特定の湾曲
ボア穿孔装置についての選択判断基準に基づいて行われる。

【００６０】 ＤＥＴＭの＋６右巻き、＋１２左巻き、＋５右巻き、及び＋７左巻き構造間の
加工ロードセルを更にバランスさせる上で、螺旋ピッチ角度又はユニット部材の
各群の巻付け傾斜には余裕がある。例えば、内側１×１９の二つの一次ロードセ
ル群と外側＋５＋７との間の上述のパーセンテージ比関係をバランスさせる場合
には、１×１９を形成する、長さ方向で各々層をなした＋６右巻き及び＋６左巻
きの各々の螺旋ピッチ角度は、ＤＥＴＭの平行な中央軸線に対して比較的軸線方
向に近く、約１２°である。従って、１２°で層をなした６本の右巻き層ワイヤ
に、逆方向で１２°で層をなした１２本の左巻きワイヤが巻き付けられている。
この長い層ピッチは、１×１９内側コアによって必要とされる軸線方向引張内側
強度と対応する。これとは異なり、＋５＋７外側トルク搬送ラップは、急な螺旋
ピッチで層をなしている。これらのピッチは、伝達部材のトルク剪断搬送特性を
伝達するためである。＋５右巻き層ラップは、約６０°乃至６８°の範囲で層を
なしている。＋７左巻き層ラップは、逆方向に約６８°乃至７２°で層をなして
いる。＋５＋７螺旋トルク荷重のバランスに対する、軸線方向荷重を持つ内側１
×１９間のバランスは、内側の１２°軸線方向層及び外側の約６０°乃至７０°
ピッチ層と正比例する。＋６右巻き及び＋６ １２の１２°軸線方向長さ方向層
の傾斜の比は、層に関し、長さ方向で垂直方向に対して約３．５倍乃至４倍であ
る。約６０°乃至７２°の＋５＋７のおおよそのピッチ角度は、長さ方向層に対
して約１／２倍乃至２倍の螺旋急勾配比（ｈｅｌｉｃａｌ ｓｔｅｅｐｎｅｓｓ
ｒａｔｉｏ）を有する。内側ラップの外側ラップに対する螺旋傾斜及びピッチ
におけるこれらの相違が組み合わさり、夫々のロードセルの個々のユニットワイ
ヤが機能に対してバランスがとれた状態にするのを補助し、寿命が従来技術より
も大幅に長くなる。

【００６１】 更に、傾斜、螺旋ピッチ、層、容積及び質量の特性のバランスを、このバラン
スが機能と等しいように、ロードセル加工群によってとることが重要である。更
に、０．１１４ｍｍ（０．００４５インチ）乃至０．１６５ｍｍ（０．００６５
インチ）の範囲の大きさの小径ワイヤを制御することが困難であるということに
着目することが重要である。これは、製造プロセスにおいて、ラップ間に小さな
隙間が生じるということを意味する。湾曲穿孔位置内に及びこの位置の外に大き
く又は小さく摺動自在に並進するＤＥＴＭの部分において、力が、ワイヤ間の隙
間をなくす程大きいということことに着目することが重要である。従って、製造
ピッチ角度は、小半径で作動する可撓シャフトの区分の作動ピッチ角度によって
調節される。隙間がなくなり、ワイヤが全ての方向で側部と側部とを向き合わせ
て支持された状態で作動するとき、隙間が吸収され、製造によりワイヤに存在し
ていた作動前の隙間空間の量と比例してピッチ角度が僅かに大きくなる。従って
、ワイヤ及びＤＥＴＭの作動ピッチ及び湾曲をなして作動するＤＥＴＭの部分に
生じる作動ピッチ角度ずれは、伝達部材の作動によって調節されるということが
できる。この場合も、これらの要因を、製造された可撓性シャフトの応力除去と
組み合わせ、傾斜及びピッチ角度が調節された作動ピッチ角度に近付けば近付く
程、伝達部材の寿命を延ばすことができるようにする。更に、正確に製造するた
めにワイヤの応力を除去し、ばねテンパーの作用を弱めることに加え、製造時に
層をなした作動ピッチが、ピッチ及び層で製造された可撓性シャフト製造する。
これは、製造されたピッチから作動ピッチまで行くため、作動時に僅かな調節を
行いさえすればよく、ピッチずれ又は作動ピッチずれは、伝達部材の回転時に、
質量の中心の作用を弱める位置にできるだけ近い場所で生じる。これは、ワイヤ
の分子構造にテンパーが加えられ、調節された作動ピッチずれに対して緊密な関
係で作用が弱められるという点で、作動による冷間加工量を減じる。

【００６２】 以上の説明及び添付図面は、例示であるということは理解されよう。当業者が
容易に思い付く、幾つかの部品の形態の変更、等価のエレメントの交換、及び部
品の配置は、特許請求の範囲のみによって限定される本発明の範囲内にあると考
えられるということもまた理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 二つの小半径可撓性シャフトＤＥＴＭを取り付け、作動するための取り外し自
在のカートリッジの平面図である。

【図２】 図１の二つの向き合った湾曲したカッターガイド及び可撓性ドリルシャフトの
一方の平面図である。

【図３】 １８０°湾曲ボア孔を穿孔するようになった湾曲したカッターガイド及び可撓
性ドリルシャフトの一杯に延ばした位置での平面図である。

【図４】 比較的小さな即ち平らな螺旋角度を持つ交互の右巻き層及び左巻き層を含む中
央コア、及び比較的急な螺旋角度の外側右巻き層及び左巻き層を示す、本発明に
よる可撓性ドリルシャフトの部分断面立面図である。

【図５】 図４の５−５線に沿った断面図である。

【図６】 コア及び外ラップストランドの螺旋角度及び幾つかのラップのモーメントレバ
ーアームを示すダイヤグラムである。

【図７】 隣接したワイヤ層をぴったりと巻付けることによって形成されたランド状平坦
部を持つ１本のストランドの拡大断面図である。

【図８】 湾曲ボア内でのＤＥＴＭの回転中の隣接したランドのワイヤの交差角度のずれ
の概略図である。

【図９】 レーザー溶接によって切断部材のステムソケット内に固定された可撓シャフト
の部分断面立面図である。

【図１０】 図９の可撓シャフト及びレーザー溶接された切断チップの立面図である。

【図１１】 図１１は図９の可撓シャフト及び切断チップの分解図であり、図１１Ａは、シ
ャフトを切断チップに取り付けるための変形例のコアの分解図であり、図１１Ｂ
は、取り付け手段に肩部エレメントが設けられたＡの分解図である。

【図１２】 レーザー溶接貫入を例示する図９の１２−１２線に沿った断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＮ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性ＤＥＴＭにおいて、 回転穿孔圧力が加わった状態で所定の引張荷重及び圧縮荷重を伝達するのに十
   分な大きさを持ち且つ十分な螺旋角度で層状にされた複数の第１ストランドを含
   むコアロードセル、及び 回転穿孔圧力が加わった状態で所定のトルク負荷を伝達するのに十分な大きさ
   を持ち且つ十分な螺旋角度で層状にされた複数の第２ストランドを含む外ラップ
   ロードセルを含み、 前記ロードセルの力場及び質量分布は、前記第１ロードセルが前記第２ロード
   セルを、軸線方向に差し向けられた力によって壊れないように構造的に支持し、
   前記第２ロードセルが前記第１ロードセルを、回転をなして差し向けられたトル
   ク力によって壊れないように構造的に支持し且つ第１ロードセルに対する長さ方
   向支持を維持するように、機能についてバランスがとれている、可撓性ＤＥＴＭ
   。
2. 【請求項２】 小半径回転穿孔用多ストランド可撓性ＤＥＴＭにおいて、 回転穿孔圧力が加わった状態で引張荷重及び圧縮荷重を伝達するための第１ロ
   ードセルを構成する複数の第１ストランドでできたコア構造を備えており、 前記複数の第１ストランドは、全体に軸線方向に差し向けられており且つ平ら
   な螺旋角度で層状になっており、 回転穿孔圧力が加わった状態で回転トルク負荷を伝達するための第２ロードセ
   ルを構成する複数の第２ストランドでできた、前記コアを取り囲む外ラップ構造
   を備えており、 前記複数の第２ストランドは、全体に周方向に差し向けられており且つ急な螺
   旋角度で層状になっており、 前記第１及び第２のロードセルの力場及び質量分布は、前記第１ロードセルが
   前記第２ロードセルを、軸線方向に差し向けられた力によって壊れないように構
   造的に支持し、前記第２ロードセルが前記第１ロードセルを、回転をなして差し
   向けられたトルク力によって壊れないように構造的に支持し且つ第１ロードセル
   に対する長さ方向支持を維持するように、機能についてバランスがとれている、
   可撓性ＤＥＴＭ。
3. 【請求項３】 前記複数の第１ストランドは、回転穿孔圧力が加わった状態
   で所定の引張荷重及び圧縮荷重を伝達するのに十分な大きさを持ち且つ十分な螺
   旋角度で層状にされており、 前記複数の第２ストランドは、回転穿孔圧力が加わった状態で所定のトルク負
   荷を伝達するのに十分な大きさを持ち且つ十分な螺旋角度で層状にされている、
   請求項２に記載のＤＥＴＭ。
4. 【請求項４】 前記複数の第１ストランドは、単ストランドマンドレル、及
   び、このマンドレル上で平らな螺旋角度で層状になった、軸線方向荷重を伝達す
   るための相互係止形態を形成する反対方向に差し向けられた第１及び第２の内側
   螺旋ストランドラップを含む、請求項３に記載のＤＥＴＭ。
5. 【請求項５】 前記複数の第２ストランドは、急な螺旋角度で層状になった
   、トルク荷重を伝達するための相互係止形態を形成する反対方向に差し向けられ
   た第１及び第２の外側螺旋ストランドラップを含む、請求項４に記載のＤＥＴＭ
   。
6. 【請求項６】 前記ＤＥＴＭは所与の総質量を有し、前記第１及び第２のロ
   ードセルは一次ロードセルを含み、 前記第１ロードセルの質量は、総質量の約４１．６％を構成し、 前記第２ロードセルの質量は、総質量の残りを構成する、請求項３に記載のＤ
   ＥＴＭ。
7. 【請求項７】 前記第２ロードセルは、半径方向で連続した別々の第１及び
   第２の逆巻きの螺旋トルクラップを有し、各ラップは、複数のストランドを含み
   、 前記第１トルクラップは、総質量の約２５．１％を占める中間トルクラップを
   構成し、 前記第２トルクラップは、総質量の約３２．２％を占める外側トルクラップを
   構成する、請求項６に記載のＤＥＴＭ。
8. 【請求項８】 前記第１ロードセルは、中央マンドレルストランドと、逆巻
   きの内側及び外側螺旋コアラップとを含み、各ラップは複数のストランドを含み
   、 前記内側コアラップは総質量の１２．６％を構成し、 前記外側コアラップは総質量の２７％を構成し、 前記マンドレルストランドは総質量の１．８％を構成する、請求項７に記載の
   ＤＥＴＭ。
9. 【請求項９】 前記中間トルクラップは５本の右巻き層ストランドを含み、 前記外側トルクラップは７本の左巻き層ストランドを含み、 前記内側コアラップは６本の右巻き層ストランドを含み、 前記外側コアラップは１２本の右巻き層ストランドを含む、請求項８に記載の
   ＤＥＴＭ。
10. 【請求項１０】 前記第１及び第２の内側螺旋ストランドラップは、１０°
    乃至１５°の螺旋角度で層状になっており、 前記第１及び第２の外側螺旋ストランドラップは、６０°乃至６８°及び６８
    °乃至７２°の螺旋角度で夫々層状になっている、請求項５に記載のＤＥＴＭ。
11. 【請求項１１】 前記内側コアラップ及び前記外側コアラップは、１０°乃
    至１５°の螺旋角度で層状になっており、 前記中間トルクラップ及び外側トルクラップは、６０°乃至６８°及び６８°
    乃至７２°の螺旋角度で夫々層状になっている、、請求項８に記載のＤＥＴＭ。
12. 【請求項１２】 単一のワイヤマンドレルを中心として第１方向に１０°乃
    至１５°の螺旋角度をなした複数のワイヤストランドからなる第１ラップを形成
    する工程と、 複数のワイヤストランドからなる第２ラップを前記第１ラップ上に第１方向に
    １０°乃至１５°の螺旋角度をなして層状にする工程と、 複数のワイヤストランドからなる第３ラップを前記第２ラップ上に前記第１方
    向に６０°乃至６８°の螺旋角度をなして層状にする工程と、 複数のワイヤストランドからなる第４ラップを前記第３ラップ上に前記逆方向
    に６８°乃至７２°の螺旋角度をなして層状にする工程とを含む、ＤＥＴＭの形
    成方法。
13. 【請求項１３】 穿孔圧力中に軸線方向引張荷重及び圧縮荷重を伝達するた
    めのコアロードセル及び外ラップトルク伝達ロードセルを含み、 前記コアロードセルは、単ストランドマンドレル、第１の６ストランド右巻き
    層ラップ、及び第２の１２ストランド左巻き層ラップを含み、 前記外ラップロードセルは、前記１２ストランドラップ上で右巻きの層をなし
    た第１の５ストランド外ラップと、この５ストランドラップ上で左巻きの層をな
    した第２の７ストランド外ラップとを含む、可撓性ＤＥＴＭ
14. 【請求項１４】 前記ＤＥＴＭの全直径は、１．１４３ｍｍ（０．０４５イ
    ンチ）であり、 前記６ストランドラップ及び前記１２ストランドラップは、１０°乃至１５°
    の螺旋角度で層状をなしており、 前記５ストランドラップは、６０°乃至６８°の螺旋角度で層状をなしており
    、 前記７ストランドラップは、６８°乃至７２°の螺旋角度で層状をなしている
    、請求項１３に記載のＤＥＴＭ。
15. 【請求項１５】 前記マンドレル、前記６ストランドラップ、及び前記１２
    ストランドラップは、直径０．１１４ｍｍ（０．００４５インチ）のワイヤを備
    えており、 前記５ストランドラップは、直径０．１６５ｍｍ（０．００６５インチ）のワ
    イヤを備えており、 前記７ストランドラップは、直径０．１５２ｍｍ（０．００６インチ）のワイ
    ヤを備えている、請求項１４に記載のＤＥＴＭ。
16. 【請求項１６】 カッターヘッドを所与の直径の可撓性回転シャフトの末端
    に連結するための剛性構造において、 前記カッターヘッドに設けられた円筒形中空ステムを備えており、 前記中空ステムは、前記シャフトの前記末端の一部をぴったりと受け入れる大
    きさの内径を持ち、 前記ステムの本体を通って前記シャフトの中央領域内に延びる少なくとも一つ
    の融着溶接部を備えている、剛性構造。
17. 【請求項１７】 前記融着溶接部は、前記ステムの壁に亘って周方向に間隔
    が隔てられた半径方向に差し向けられた複数の融着領域を含み、 前記融着領域は、前記ステムの前記外面から前記シャフトの前記中心まで延び
    ている、請求項１６に記載の構造。
18. 【請求項１８】 カッターヘッドを所与の直径を有する可撓性回転シャフト
    の端部に連結するための剛性構造において、 前記カッターヘッドに設けられた、前記シャフトの前記末端の一部をぴったり
    と受け入れる大きさの内径を持つ円筒形中空ステムと、 前記中空ステムの底部の直ぐ近くで前記カッターヘッドに設けられた肩部と、 前記肩部を通って前記シャフトの中央領域内に 斜めに延びる少なくとも一つの融着溶接部とを含む、剛性構造。
19. 【請求項１９】 カッターヘッドを所与の直径を有する可撓性回転シャフト
    の末端に連結するための剛性構造において、 前記シャフトの直径と等しい直径を持ち、前記シャフトの末端と当接係合可能
    な、前記カッターヘッドに設けられたステムと、 前記シャフト及び前記ステムをぴったりと受け入れる大きさの内径を持つ円筒
    形中空スリーブと、 前記スリーブの前記本体を通って、前記ステム及び前記シャフトの当接端面の
    中央領域内に延びる少なくとも一つの融着溶接部とを含む、剛性構造。
20. 【請求項２０】 前記融着溶接部は、前記スリーブの壁に亘って周方向に間
    隔が隔てられた半径方向に差し向けられた複数の融着領域を含む、請求項１９に
    記載の構造。
21. 【請求項２１】 前記融着溶接部は、前記カッターヘッドと隣接した前記ス
    リーブの一端と隣接して配置されている、請求項１９に記載の構造。
22. 【請求項２２】 穿孔装置のドリルグリッドと接触するため、前記スリーブ
    の外側に取り付けられる剛性カラーを有している、請求項２０に記載の構造。