JP2005537144A

JP2005537144A - 選択的に付勢される部材を備える工具、および非軸対称特徴部を形成する方法

Info

Publication number: JP2005537144A
Application number: JP2004534388A
Authority: JP
Inventors: ワイドマー、スタン・シー
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: DE60315854T2; DE60315854D1; EP1549451A1; WO2004022271A1; AU2003274947A1; US20070274793A1; EP1549451B1; ATE370809T1; JP4369369B2; US7384219B2

Abstract

回転切削工具は、ボアに非軸対称特徴部を形成するために用いられ得る切削ブレードの角度配向に基づいて、半径方向に選択的に付勢可能である。切削ブレードの半径方向位置は、工具の角度配向に基づいて圧力が変化する選択的に加圧される流体により制御することができる。複数のベントが、加圧流体を抜くように選択的に被覆および露出され、加圧流体の圧力を変える。

Description

本出願は、２００２年９月３日に出願された「Tool With Selectively Biased Member And Method For Forming A Non-Axis Symmetric Feature」と題する米国仮特許出願第６０／４０７８７２号明細書の開示の優先権の利益を主張するものであり、当該出願の開示を参照により援用する。２００１年８月７日に発行された「Tool With Selectively Biased Member And Method Of Using The Same」と題する米国特許第６２７０２９５号明細書、および１９９６年７月３０日に発行された「Fluid Bearing Tool And Method For Forming The Same」と題する米国特許第５５４０５２６号明細書を、参照により本明細書に援用する。

［発明の背景］
米国特許第６２７０２９５号明細書は、選択的に付勢される(bias)部材を備える工具(tool)と、当該工具を使用する方法とを記載している。当該明細書に開示される１つまたは複数の実施形態では、リーマ(reamer)または中ぐり棒等の回転工具の端部に保持されるブレードの半径方向位置が、流体圧力によって制御される。特に、穿孔される穴の直径を制御するために、流体圧力を内孔すなわち内部空洞に加えてブレードの半径方向移動を行わせる。

米国特許第６２７０２９５号明細書に開示される、上記工具の実施形態の１つを使用する方法の１つは、ブレードの軸方向位置に基づいてブレード位置を制御することを伴う。この方法により、軸対称ボアが形成される。米国特許第６２７０２９５号明細書の図９、図１０、および図１１には、被加工物(workpiece)の材料変形を補償する方法が示されている。これらの図に関して記載されている具体的な方法は、被加工物に固有の材料特性に起因して被加工物の穴の頂部付近が内側に曲がる、ボアの軸方向変形に対処している。

ボアの半径／直径が角度位置に関して一定ではないという誤差が生じる可能性もある。図１は、半径／直径が角度位置に関して一定ではなく異なる非軸対称ボア２の概略上面図である。図１では、非軸対称弧４が、３６°の位置から１４４°の位置まで外側に張り出した材料の局所的な空隙として示されており、これは弧２ａで示される完全な円形ボアから逸れている。あるいは、非軸対称弧４がボア２よりも内側に突出している場合がある。図１の線２−２に沿ったボア２の部分概略側面図である図２に示すように、非軸対称弧４は、ボア２の軸６に沿ったいかなる位置にあってもよく、縦方向に一定である必要はない。

誤差には３つの基本的な原因がある。１）非軸対称弧４は、完全な円形ボアが形成されない製造誤差により生じる場合がある。２）仕様の範囲内であっても、例えばシリンダヘッドを係止するボルトが締め付けられる時のシリンダボアの歪み等、組み立てに起因してボアが変形する場合がある。また、３）熱歪みが生じる場合がある。

図３Ａおよび図３Ｂはそれぞれ、組み立てにより生じる歪みを示すシリンダボア８の上面図および側面図を概略的に示す。外側に張り出した凹状部１０および内側に張り出した凸状部１２が図示されており、これらはいずれも、表面１４から下方に離隔しており、同じ軸方向位置にあるが異なる角度位置を占めている。

このような誤差は、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示されている工具および方法を当該特許の特許請求の範囲内で用いることにより、直接対処することができる。図４Ａ〜図４Ｅは、米国特許第６２７０２９５号明細書に記載されている実施形態と同様の工具の一実施形態を示す。

［発明の概要］
選択的に付勢可能な部材を備える工具の付勢を、工具の角度配向（angular orientation）および軸方向位置に基づいて選択的に制御することにより、ブレードまたは他の動作可能表面を角度配向および軸方向位置に基づいて所望の位置に制御して、誤差を克服することができる。例えば、材料特性、製造、組み立て、または熱歪みにより引き起こされる誤差を克服するために、非軸対称領域をボアまたは他の形成される形状に意図的に導入してもよい。

多くの異なる制御手段を利用して、工具の角度配向および軸方向位置に基づいて付勢を制御することができるが、本明細書では、流体圧力を利用する特定の実施形態を直接および参照により開示する。流体圧力を用いて工具の切削部分の付勢を制御するために、流体圧力を正確に制御すること、および圧力をブレードの向きおよび位置と同調させることが必要である。

本発明の教示の範囲内では、流体圧力は工具自体から遠隔して制御することができるが、本明細書に開示される実施形態では、工具のすぐ近くで流体圧力を制御することにより簡便性およびかなりの精度が得られる。付勢される部材から遠隔して流体圧力が制御される場合、流体通路がそのように長いと、非圧縮性流体とともに用いられる場合であっても、システムの応答性が許容不可能なレベルまで遅延および低下する可能性がある。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明のいくつかの態様を示し、本明細書の記載とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。

次に、本発明の目下好ましい実施形態を詳細に参照するが、その例は添付図面に示される。

［発明の実施形態の詳細な説明］
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、突出部分１０を補償するために、部分１０に対応する角度方向および軸方向領域の材料の除去を、他の領域よりも少なくする必要がある。同様に、部分１２に対応する角度方向および軸方向領域の材料は他の領域よりも多く除去する必要がある。図５を参照すると、対応する切削油剤流体（coolant fluid）圧力が線１６で示されている。図示のように、１８で示され、６００ＰＳＩをわずかに上回る呼び(nominal)切削油剤圧力は、ブレードを呼び径に維持するのに必要な圧力である。部分１０で除去する材料を少なくするために、圧力を領域１０ａで低下させ、ブレードが通る弧の半径を減少させることにより、材料を少なく除去する。同様に、部分１２で除去する材料を多くするために、圧力を領域１２ａで上昇させ、ブレードが通る弧の半径を増加させることにより、材料を多く除去する。図５において本質的に明らかであるように、領域１０ａおよび１２ａにおける圧力変化のタイミングは、部分１０および１２の場所に正確に対応しておらず、圧力変化の実際のタイミングよりも遅れる。図５Ａは、部分１０および１２の場所により厳密に対応する圧力変化を概略的に示す。

圧力を正確に制御して必要な周波数(frequency)およびタイミングの応答を得るために、切削油剤は工具から選択的に流される(flow)、すなわち抜かれる(vent)。電子的な方法等、このような流量制御を行う方法は多いが、本明細書に開示される実施形態では、１つまたは複数のベントが工具自体の周面に、工具内の１つまたは複数の内部空洞と連通するように形成され、ベントは、流体が内部空洞から流れることができるように選択的に被覆および露出され、それにより、工具自体の中の流体圧力に直接影響が与えられ、またこれに伴って工具およびブレードの配置に加えられる付勢に、直接影響が与えられる。

図示の実施形態では、ベントからの流れは、スリーブの形状として、１つまたは複数の選択的に位置付けられるベントブロックを工具周面に近接して配置し、ベントの全部または一部を選択的に被覆または露出させることにより切削油剤圧力を増減させることによって得られる。ベントは、多様な角度位置および軸方向位置で工具に形成することができる。ベントブロックはベントと協働して、流体が流れる被制御弁を形成する。

一実施形態では、複数のベントから成る軸方向に延びる１つの列を工具の周面に配置して、ベントブロックと整列させることにより適当な角度位置で選択的に被覆および露出させて、所望の付勢を行うことができる。このような一実施形態では、図６に概略的に示すように、ベントブロックは工具周面の周りに隣接して配置される非回転スリーブ２０であり、適宜構成された対応するベント経路を有する。

図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、「巻かれていない（unwrapped）」スリーブ２０は、スリーブ２０の全３６０°のラップ角のうち約２７０°を示して概略的に示す。スリーブ２０は、実際には円筒形であり、ベントに近接して工具の対応する部分の周りに嵌まる。ベント経路２２は、一定呼び圧力部分２２ａと、減圧部分２２ｂと、増圧部分２２ｃとを含む。図７Ｂは、軸方向に整列した複数のベント２６の１つの列２４の被覆および露出を概略的に示す。工具が回転すると、１つの列２４はスリーブ２０に対して位置２４ａ〜ｉを移動する。図示されるように、２４ａから２４ｄまで、１つのベントすなわちベント２６ｃのみがスリーブ２０によって被覆されず、ベント経路２２と一致している（aligned）。この図では、露出されているベント２６ｃは、ブレードを呼び位置に維持するために付勢を呼びレベルで維持するのに望ましい呼び圧力で、切削油剤圧力を維持する。２４ｄにおいて、ベント経路２２は部分２２ｂに向かって広がり始める。工具が回転し、列２４が位置２４ｅに進むと、さらなるベントが露出され、切削油剤圧力が低下する。さらに回転すると、ベントは再び被覆されるようになり、２４ｇではベント２６ｃのみが露出する。２４ｇから２４ｈまではベント２６ｃは被覆され、列２４が部分２２ｃと一致した時に切削油剤圧力が上昇する。２４ｉでは、ベント２６ｃのみが露出し、次の回転時に列２４が２４ｄに到達するまで呼び圧力が維持される。

理解されるように、ベントとベント経路とが協働するには、適切なリードタイムを含む付勢のタイミングを適切に合わせることが必要であり、そうすることにより、所望量の材料が、非軸対称特徴部（本例ではボア）を形成するのに望まれる角度配向で除去される。

図８は、複数の別個のスロット２８ａ〜ｃを含むスリーブ２０の別の構成を概略的に示す。この図では、４つのベント３０が示されている。スロット２８ａ〜２８ｃは、特定の軸方向に整列したベントと一致してもよく、または隣接するベントを露出させてもよい。スロット２８ａ〜ｃの各円弧長は、所望の非軸対称特徴部を形成するのに必要な切削油剤の所望の圧力プロファイル（圧力およびタイミング）に応じて決定される。図８の線８Ａ−８Ａに沿った図８Ａは、傾斜した縁部を示すスロット２８ａの一実施形態を示し、傾斜した縁部は、緩衝（dampening）、アンダーシュート、オーバーシュート等に関する通常の既知の制御要件を満たす所望の圧力プロファイルの生成に基づいて構成される。工具に加わる付勢力を増減させるため、および工具の被制御部材（図示の実施形態ではブレード）を所望の向きで所望の位置に移動させるのに望ましい圧力レベルおよび応答を得るために、圧力を「急激に上昇させる（spike）」のに適した圧力範囲を提供するため、ならびに逆方向に同じ応答を行うように圧力を急激に低下させるのに適した圧力範囲を提供するための制御には、呼びレベルの切削油剤抜き（coolant venting）を利用可能であることが好ましいことに留意されたい。

任意の適した数および向きのベントおよびスリーブ、またはより一般的にはベントブロックの構成を用いて、所望の圧力プロファイルを生成することができる。図９は、スリーブ２０に形成された「波」形ベント経路３０を、軸方向に整列していない複数のベント３２とともに概略的に示す。図１０は、片側のベント経路のみを示す「巻かれていない」スリーブ３４を概略的に示し、ここでは、スリーブ３４の１つの縁部３６が曲線状になっていることにより、スリーブ３４は縁部３６の下（この図では）のベントのみを遮断する。

図１１は、ベントおよびスリーブの別の構成を概略的に示し、ここでは、複数のベントが工具の円弧状部分の周りに周方向に配置され、各ベントの中心は周方向および軸方向に整列していない（但し、ベントの幅は周方向および軸方向に重なり得る）。スリーブ３８は、所望の圧力プロファイルを生成するように構成される円弧状縁部４０を含む。この実施形態では、スリーブ３８は軸方向に可動であり、これにより、工具の角度位置だけでなくスリーブ３８の軸方向位置にも基づいて切削油剤圧力に影響を与える。この実施形態では、穿孔する時に、いずれのベントも露出されないか、またはその反対に全てのベントが露出される（いずれの場合も、工具の全角度配向で一定の付勢を与える）適切な位置に摺動スリーブ３８を移動させることにより、角度による付勢を全くしないようにすることができる。非軸対称特徴部の形成が望まれる深さに達すると、スリーブ３８は適切な位置に軸方向に移動することができる。付勢量は、（望まれない限り）ボアに段を形成しないようにゆっくりと導入する、すなわち「漸増的に導入する（feather in）」ことができる。図１２は、スリーブが軸方向に配置され得る、異なるベントおよびベント経路配置およびスリーブ構造を有する別の実施形態を概略的に示す。

図１３は、軸方向位置が内部通路４１ａ内の流体圧力により制御され得る、軸方向に可動な別のスリーブ４１を概略的に示す。図からわかるように、さらに別のベントおよびベントブロックの配置が図示されている。

図１４は、協働するベントおよびスリーブ４２の別の構成を概略的に示す。環状トラック内のローラ４４を用いて、スリーブ４２を軸方向に位置決めすることができる。円弧状縁部４６は、切削油剤の背圧およびそれに伴う工具の付勢を制御する。この構成では、複数のベント４８が図示のようにグループ分けされて、３つの列で軸方向に整列し、周方向に重なっている。図１４は、工具とスリーブとの間に流体軸受を形成するように流体圧力を送出するベント４９を含む。図１４は、４８ａにおけるようなベントの断面形状と、スリーブ４２のアンダーカット(undercut)４２ａとを示し、これらは全て、工具の所望の角度依存付勢をもたらすのに必要な所望の切削油剤流および押圧プロファイル（press profile）を提供するように構成される。容易に理解されるように、ベントの配置およびグループ分けに加えて、ベントの数、ベントの角度、ベントの直径、断面形状、ベントにつながるポートの形状および長さ等のようなベントの物理的特性は全て、弁として働いてそこを通る切削油剤流体流に作用するベントの開閉の動力学に関連する。ベントの直径は小さいため、図１４に示す実施形態では、工具の切削油剤流体入口端にフィルタ５０が設けられる。

図１５は、プレシジョンジェット（precision jet）５２がベント出口として配置されるベントの実施形態を概略的に示す。容易に理解されるように、多くの通気およびベント遮断技法がある。

工具
米国特許第６２７０２９５号明細書に記載されている選択的に付勢可能な工具および方法を、「工具」と題する本節で明確に説明する。「工具」と題する本節では図１６〜図３２を参照するが、これは米国特許第６２７０２９５号明細書の図１〜図１７それぞれに対応する。「工具」と題する本節において、図１６〜図３２に開示される部品（items）を特定するために用いる参照符号は、本出願の図１〜図１５に関して本出願で用いられる参照符号と重複するが、「工具」と題する本節で用いられる参照符号は図１６〜図３２の部品を指す。

本節「工具」は、ガンリーマ(gun reamer)等の、被加工物に対して工具を支持する支持部材を備える工具に関し、より詳細には、被加工物内で工具を支持する支持部材を備える工具に関し、支持部材は付勢され、支持部材および被加工物の位置は、少なくともある程度は支持部材の付勢により決定される。

従来のガンリーマ工具は、切削ブレード（cutting blade）と、回転シャフト（例えばリーマヘッド）の円周の周りに間隔を置いて支持される１つまたは複数の支持部材とを含む。シャフトは、ブレードおよび支持部材とともに回転して、回転ブレードと被加工物との間の物理的干渉によって被加工物に穴が穿孔またはリーマ加工される（ream）ようにする。この加工動作中に、回転支持部材は、被加工物に対するブレードの半径方向移動を抑制することにより加工される（例えばリーマ加工または穿孔される）穴の内表面を支持するように位置決めされる。

いくつかの従来のマシニングセンタの回転加工工具（rotating machine tools）では、潤滑剤が回転シャフトを通して切削ブレードの付近に供給される。一例は、１９９８年７月７日に発行された米国特許第５７７５８５３号明細書（その開示は参照により本明細書に援用される）に示される。

支持部材により与えられるこの支持および抑制は、穴の形状（例えば円筒度および真円度）の制御に役立ち、また穴の長さに沿って穴の中心軸を一定に整列させて維持するのに役立つ（言い換えれば、穴がより真直(straighter)になる）。この理由から、ガンリーマは、穴を精密かつ正確に加工する必要がある用途で用いられることが多い。このような精密さを要する用途は、エンジンブロックのシリンダボア、コンロッドのボア、およびピストンリストピン（piston wrist pin）のボア等の自動車部品の製造にも必要とされる場合がある。

ガンリーマは、切削される穴が比較的長い場合（ガンバレルのボア等）に特に有用でもある。これは、切削ブレードが被加工物内を長距離切削する場合でも、切削ブレードの付近に支持部材が残るからである。

従来のガンリーマの潜在的な欠点の１つは、異なるサイズの穴を切削するために調節できないことである。従来のガンリーマのほとんどは、支持部材およびブレード部材がリーマヘッドに堅固に拘束されるように設計されているため、ヘッドが切削できるのは１つの所定の半径の穴だけである。従来のガンリーマの別の潜在的な欠点は、ブレード部材と支持部材とが異なる速度で磨耗して、これにより、ガンリーマにより切削される穴の直径および／または真円度に急変（seizure）またはばらつきが生じ得ることである。

穿孔およびリーマ加工を含む加工工具の動作のほとんどでは、工具と被加工物との間の摩擦により膨大な量の熱エネルギーが発生し、これは２０００°Ｆ（１１００℃）以上に達し得る。このような熱を制御せずに放置した場合、工具が重大な損傷（例えば亀裂または断裂）を受けることにより、工具寿命が縮まり、加工工具の動作がより危険になるとともに費用効率が悪くなり（expensive）、製品の品質および精度が低下する恐れがある。さらに、熱を発生させる摩擦により被加工物が変色する可能性があり、また、焼き戻し処理または熱処理に損害を与えるかまたはこれらの処理を無効にする可能性がある。当業界では、切削油剤を噴霧等により加工領域に導入して、切削工具と被加工物との間に切削油剤流体を供給することにより工具と被加工物との間の摩擦を減らし、かつ加工工具の動作時に発生する熱エネルギーを除去するのを補助することができることが、一般的に知られている。

切削油剤流体は加工領域に供給することができるが、このような流体が実際に工具と加工される被加工物表面の全体との間の隙間に入り込むことを確実にするのは困難であることが多い。さらに、流体は、加工動作に伴う高温のためにすぐに蒸発する可能性がある。したがって、通常は、工具が効果的に動作するように大量の切削油剤流体を加工領域に供給し続けねばならない。このように工具とボア穴の壁との間に切削油剤流体を保持する必要があることは、工具が被加工物の内部表面と係合している間に切削油剤流体を加工領域に密接して導入することができない場合の動作では、さらに大きな問題となる。

使用時には、工具のワーク係合面（例えば切削ブレードおよび／または支持部材）には、被加工物の内部表面からの切粉（particles）または切削されたばかりの切屑が付着する可能性もあり、これにより、加工能力の低下および／または従来の切削油剤流体供給開口の詰まりから工具の精度および効果が低下する。このような望ましくない切粉の付着の可能性を減らすこと、およびいかなる付着切粉もできる限り早く工具から除去することが、明らかに好ましい。通常は、外部清掃ジェット等のノズル機構が工具とは独立して設けられ、ワーク係合面および被加工物の加工面に向けて切削油剤流体が高速で噴射されて、切粉を洗い流し、加工面にすでに付着している切粉を除去し、工具および被加工物を冷却する。前述のように、このようにして噴霧される流体が実際に工具／被加工物の境界面の最も重要な領域に達することを確実にするのは、非常に困難であることが多い。

切削油剤流体を加工領域に送出する他の試みとしては、空気または他の気体キャリアが含まれていた。外部に施される液体切削油剤と同様に、気体キャリアが用いられる場合、これにより生じる乱流により加工動作が妨げられる可能性があり、流体が実際に加工領域に浸透できないことが多い。これまでは、工具および被加工物の冷却および清掃というこれら２つの要件に対処する試みは、工具の精度および有用性を低下させる傾向があった。

上記からわかるように、現在利用可能な工具は、工具の精度、工具の寿命、および自動工具交換システムとともにこれらの工具を用いる能力を大幅に低下させる可能性がある複数の欠点を有する。現在の構造および組立体では、様々な異なる用途およびニーズに対応するように拡張可能でない加工面を備える工具しか提供できない。このような組立体により、加工むらができ、組立体の耐用寿命が縮まる可能性がある。機械業界では、異なるサイズの穴を切削できるように、工具の過大なストロークにより工具のサイズが大きくなりすぎないように、また工具が均一かつ選択的に半径方向に拡張できるように、正確に制御された加工直径を有するワーク係合組立体を備える工具が必要とされる。

加工工具業界における上述の欠点および問題に対処してこれらを克服する切削工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の目的である。

支持部材および／またはブレード部材が選択的に付勢される、被加工物を支持する支持部材を備える切削工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の別の目的である。

ブレードおよび被加工物の相対位置が、ブレード部材および／または支持部材の付勢を選択的に制御することにより制御され得る切削工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の別の目的である。

工具寿命が長い切削工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらに別の目的である。

使用時に工具の加工面から付着した切粉を清掃または除去する外部切削油剤流体ジェットの必要をなくし、かつ切削されたばかりの切粉を洗い流すためにワーク係合面に密接して流体を導く工具を提供することも、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の目的である。

作業負荷がワーク係合面のほぼ全体に確実に分配される工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらに別の目的である。

被加工物を正確かつ均一に加工する工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の別の目的である。

加工動作時に選択的に調節可能な工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらに別の目的である。

被加工物の材料変形を補償することができる工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらに別の目的である。

工具が被加工物の表面と係合している時に、加工領域への切削油剤流体の送出が阻止されない工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらに別の目的である。

摩滅を補償することができる工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらなる目的である。

流体圧力源を有する早替えまたは自動交換可能工具システムとともに用いることができる工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の別の目的である。

様々な直径または変化する直径の穴を加工するのに用いることができる工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらに別の目的である。

工具の係合タイプに関係なく、加工領域に切削油剤流体を継続的、選択的、かつ制御可能に送出する工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらなる目的である。

研磨材の摩滅を自己調節する工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらに別の目的である。

流体圧力を選択的に加えることにより、ワーク係合面を半径方向に均一に変えることができるデバイスを提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらなる目的である。

加工動作時に発生する熱エネルギーを放散させ、工具の熱膨張を減らす工具を提供することが、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のさらなる目的である。

本発明のさらなる目的、利点、および他の特徴は以下で説明され、以下の記載を検討すれば当業者には明らかとなるであろう。または、本発明のさらなる目的、利点、および他の特徴は、本発明を実施することにより習得することができる。

米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のいくつかの好ましい実施形態では、切削工具の支持部材および／またはブレード部材は、支持部材および／またはブレード部材に加える流体の流体圧力を選択することにより、選択的に付勢することができる。例えば、工具は、切削ブレードの近くすなわち付近に供給される加圧潤滑流体がブレード部材および支持部材の両方に加えられ、これらを付勢するように構成され得る。別の例示的な代替形態として、ブレード部材および／または支持部材は、空気圧力および／または１つまたは複数のばねにより選択的に付勢されてもよい。

米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のいくつかの好ましい実施形態では、工具は、選択的に加圧される流体により付勢される、少なくとも１つの支持部材と、ブレードカートリッジ等の１つのブレード部材とを有するリーマである。ブレードの磨耗を補償するために、またブレードと支持部材との磨耗の差を補償するために流体圧力を選択できることは、これらの好ましいリーマの実施形態の利点である。

米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のいくつかの好ましい実施形態では、工具は、ブレード部材および支持部材の両方が選択的に加圧される流体により付勢されるリーマである。これらの好ましいリーマの実施形態では、１つのリーマで種々の直径の穴をリーマ加工できるように穴の直径を制御するために、流体圧力を選択することができる。また、流体圧力は、切削ブレードの磨耗を補償するために選択することができる。また、流体圧力は、穴の長手方向プロファイルを制御するため、または穴がリーマ加工されると生じ得る被加工物の変形を補償するために、穴がリーマ加工されている時に選択的に制御することができる。

「工具」と題する本節に記載されるように、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明は、図面とともに読めばより詳細に理解することができる。

次に図面を詳細に参照するが、図を通して同様の符号は同じ要素を示す。図１６は、通常は加工ステーション２０およびワークヘッド１２を有する加工領域１０を示し、ワークヘッド１２には当業界で既知の取り付け具および技法を用いて被加工物１４が取り付けられる。被加工物１４は、ホーニングまたは仕上げが必要なボア穴または同様の中空内部部分を有する１つの例示的な構造として示される。動作時には、ホーニング等の加工動作を可能にするために、工具１００が被加工物１４と接触させられると、工具１００および被加工物１４は概して、互いに対して回転又は移動する（矢印（Ｙ）を参照）。

米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明は、機械スピンドル（machine spindle）２４を有する加工ステーションまたはマシニングセンタ２０とともに用いられるようになっていることが好ましく、機械スピンドル２４は、電源（図示せず）によって様々な速度で回転させることができ、かつ種々の動作（すなわち、回転、振動、または揺動）を行う複数の工具の１つを迅速かつ容易に受け入れて固定することができる。加工ステーション２０は通常、１つの加工ステーションまたはマシニングセンタ２０において複数の整合（matching）工具を迅速かつ容易に交換および利用するための自動工具交換装置（図示せず）等の同期システムを有するので、加工ステーション２０の有用性または動作範囲が大きくなる（すなわち、これらは１つの動作または１つのタイプの工具の使用に専用ではない）。

工具１００の使用中にスピンドル／工具境界面２８に隣接して工具１００に流体を供給することができる限り、引張棒、コレット、マンドレルデバイス、または当業界で既知の他のデバイス等、いかなる係合組立体（例えば２５）（すなわち、工具１００の近位端１０４を機械スピンドル２４に概ね片持ち式に締め付けるかまたは他の方法で固定する）を用いてもよい。好ましい係合組立体２５により、工具を迅速に交換することができ、油圧ライン（hydraulic line）または他の流体接続部を個別に接続する必要なく、工具／スピンドル境界面２８においてスピンドル通路２６と流体分配路１０８とを流体連通させることができる。理解されるように、工具１００は、従来の用途および専用動作でも利用することができる。

次に、工具１００の一実施形態を図１６Ａ、図１７、および図２４〜図２６を参照して説明する。工具１００は、切削リーマ（例えば、スピンドル２４に着脱可能にチャックすることができるヘッド１０１）を含んでもよい。切削ヘッド１０１は概して、近位部分１０４と、中間部分１０６と、切削部分１０７とを含む。

工具１００は好ましくは、本体を含み、長手方向に延びるほぼ円筒形に構成される硬質材料（例えば被熱処理鋼等）から成る。工具１００は、いかなる所望の長さであってもよいが、所望の加工動作を行うのに十分な長さであることが好ましい。当業界で利用可能な種々の標準的な材料を用いて工具１００を形成することができ、これにより、十分な剛性を有するとともに約２００〜約２０，０００回転／分の回転速度での加工動作時に所望の形態で構造的完全性を維持するようにし、また、中空導管または流体分配システム１０８内の流体圧力が約２００ポンド／平方インチ（「ｐｓｉ」）〜約１，０００ｐｓｉ（１．３８×１０^６ｎ／ｍ^２〜６．８９×１０^６ｎ／ｍ^２）のレベルまで上昇したときに、不都合な材料変形が生じないようにする。用いることができる材料の説明的な例としては、アルミニウム、鋼等が挙げられる。例えば、工具１００が自動工具交換システムを用いて機械スピンドル２４において交換される場合に好ましいと考えられる軽量工具が必要な場合には、アルミニウム合金が好ましいかもしれない。

切削部分１０７は、ブレード１２６および／または支持パッド１２４を含むことができる。切削ヘッド１０１がスピンドル２４によってその長手方向軸Ｌに沿って角度方向Ａに回転するように駆動されると、ブレード１２６を用いて、被加工物（例えば１４）に開口、切欠部、孔等をドリル加工、切削、リーマ加工、穿孔または他の方法で加工することができ、支持パッド１２４は、加工される穴内で切削ヘッド１０１を支持するのに役立つ。より具体的には、被加工物（例えば１４）とブレード１２６との間の物理的干渉により切削ヘッド１０１に力が加わるにもかかわらず、切削ヘッド１０１の長手方向軸Ｌとブレード１２６により加工されている穴の中心軸との整列を維持するのを助けるように、支持パッド１２４は、ブレード１２６により加工されている穴の内壁に沿って回転することができる。

支持パッド１２４のこの支持機能は、穿孔される穴の深さが穴の直径に比して非常に長い場合に特に有用であり得る。ガンバレルの穴がこのタイプの用途の一例である。支持パッド１２４により与えられる支持は、高精度の穴、例えば、直径または円筒度の公差が厳しい穴を穿孔するのにも重要である。精密な穴のいくつかの例としては、エンジンブロックのシリンダボア、スプール弁、弁体、精密ボアおよびコンロッド、ならびにリストピン(wrist pin)のボアが挙げられる。

中空導管１０８は、工具１００の本体内に設けられることが好ましく、好ましくは近位部分１０４から切削部分１０７まで、長手方向軸Ｌに沿って所定の配置で延びる、すなわち通る。工具１００および導管１０８はいずれも、同じ中心長手方向回転軸を共有するような向きであることが好ましい。本明細書の説明からよりよく理解されるように、工具１００と導体１０８とのこの同軸配向(coaxial orientation)は、本明細書に従って作製される工具の交換（すなわち、工具１００を所定位置に固定し、スピンドル通路２６と中空導管１０８との間に流体連通を確立すること）を、工具１００の取り付け時に迅速かつ自動的に行うことができるようにするのに、また使用時に振動を引き起こし得る偏心が最小に維持されるように工具１００のバランスを保つようにするのに好ましい。これに関して、工具１００内の中空導管１０８の偏心的な経路設定（off-centered routing）を用いてもよいが、この場合、工具の高速回転時にバランスを保つために、これらの管を工具１００に関して対称的にすることが好ましいであろう。

また、工具１００内に流体分配システム１０８を形成すること、および流体分配システム１０８を通して流体を導くことにより、加工動作時に発生する熱エネルギーを放散させる効果的なヒートシンクも提供され、過度の熱膨張がさらに最小限に抑えられる。工具１００が著しいかまたは制御されない熱膨張を特に半径方向に受けるのであれば、工具マンドレル１００の外径が増大し、加工動作を干渉および妨害するであろう。

図１６を再び参照して、加工領域１０は、スピンドル２４内（スピンドル通路２６を介して）および工具１００内（流体分配システム１０８を介して）に導かれる加圧流体源を概して提供する流体供給システム１１も含む。流体供給システム１１は、スルースピンドル切削油剤または流体システムと呼ばれる場合が多く、概して、所望の圧力および流量で流体を送り込む圧縮機または他のシステム（図示せず）も含む。スピンドル通路２６は、工具／スピンドル境界面２８において工具１００および流体分配システム１０８と自動的にシール接続することが好ましい遠位端(distal end)を有する。このシールは、Ｏリング、シール等を含む種々の構造配置で設けられる可能性があり、厳密な構造は特定の用途によって変わり得る。

したがって、前述のように、工具１００が当業界で既知の種々の組立体および技法を用いて係合組立体２５によって所定位置に係合および保持されると、スピンドル通路２６と流体分配路１０８との間に流体連通が自動的かつ即座に確立され保持されることができる。工具１００が係合組立体２５と係合していない場合、当業界で既知の機構（例えば遮断弁等）を用いて、スピンドル通路２６の端部付近で切削油剤流体の流れを止めることができることに留意されたい。

導管１０８は、被加工物（例えば１４）、ブレード１２６、および／または支持パッド１２４に流体を送出することを補助する複数の送出導管に分岐することができる。加工領域への冷却または潤滑流体の送出は、工具１００および／または被加工物１４（加工動作により作製される）において発生する熱エネルギーの放散、加工動作の円滑化、および／または切屑または切粉の除去の円滑化を補助することができる。図１６Ａは、支持側導管１１０、ブレード側導管１１２、および／または出口導管１１４等の側導管を含む送出導管を示す。

液密ピストン１１６を設けてもよく、ピストン１１６は、計量または制御、さらには支持側導管１１０等の側導管を通って切削ヘッド１０１から加圧流体が逃げることの防止にも役立ち得る。同様に、液密ピストン１１８は、計量または制御、さらにはブレード側導管１１２を通って切削ヘッド１０１から加圧流体が逃げることの防止にも役立ち得る。しかしながら、逃がし導管（escape conduit）１１４は、加圧冷却および潤滑流体が工具１００から逃げることを可能にして、冷却および潤滑流体が切削ヘッド１０１から矢印Ｓで示す方向に噴出するようにすることが好ましい。（図２２に例示する実施形態に関連して以下で説明するように、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のいくつかの実施形態では、ピストンにより、流体がブレードおよび／または支持部材の周りに漏れて、冷却および潤滑化を助けることができる。

逃がし導管１１４（および上述のように、同様に側導管）から噴出する冷却および潤滑流体は、加工動作により生じる発熱の阻止または放熱を助けるために、工具１００および被加工物１４の冷却を補助する役割を果たす。冷却および潤滑流体は、支持パッド１２４が穴の内壁に沿ってより容易かつ滑らかに移動することができるように、支持パッド１２４と穿孔される穴の内壁との間の境界面を潤滑化し、またブレード１２６が穴の内壁に沿ってより容易かつ滑らかに移動することができるように、ブレード１２６と穿孔される穴の内壁との間の境界面を潤滑化するのにも役立つ。乳化水または可溶性切削油剤流体、タンパク質系水溶性切削油剤流体、ストレート油(straight oil)、それらの混合物、または他の利用可能な加工流体等の従来の冷却および潤滑流体を、切削油剤流体として用いてもよい。

ブレード側ピストン１１８は、ブレード側導管１１２内にあることが好ましい。ブレード側導管１１２内の加圧冷却および潤滑流体は、ブレード側ピストン１１８をブレードカートリッジ１２２の下部に対して概ね半径方向外方に押し付けることを補助する。ブレードカートリッジ１２２にはスロット１２３が設けられていることが好ましいため、ブレードカートリッジ１２２（および取り付けられているブレード１２６）の下部は、ブレード側ピストン１１８により押されるとＲ’１ｐで概ね示す方向に移動する。

このように、多くの従来の工具とは異なり、ブレードカートリッジ１２２およびブレード１２６は半径方向に選択的に付勢され、付勢量はブレード側導管１１２内の流体圧力により決まる。ブレード側導管１１２内の流体圧力は、供給源１１から導管１０８に流体を供給するポンプ（Ｐ）により中空導管１０８に流体が送り込まれる速度により主に決まる。したがって、ブレード１２６の付勢または位置は、ポンプＰの速度および圧力を制御することにより制御することができる。

より詳細には、ブレード側導管１１２内の流体が比較的高圧である場合、この高圧は、ブレード側ピストン１１８およびブレード１２６を方向Ｒ’に比較的大幅に外方に（far out）押し出す役割を果たす。（この一例は図２５に示す。）他方、ブレード側導管１１２内の流体圧力が比較的低い場合、ブレード側ピストン１１８およびブレード１２６は、押し出されるとすれば高圧の場合よりも小さく、方向Ｒ’に押し出される。（この一例は図２４に示す。）

いずれの場合も、Ｒ’方向に対するブレード１２６の位置は、Ｒ’方向に押す流体圧力、Ｒ’方向とは逆方向に押す力、および／または工具１００の回転により発生する遠心力の間のバランスにより決まる。具体的には、スロット付きブレードカートリッジ１２２のばね力と、被加工物によりブレード１２６に加えられる力とは、ブレード１２６をＲ’方向とは逆方向に押す傾向がある。

ブレードカートリッジ１２２のばね力およびブレード１２６に加わるＲ’方向とは逆方向の力の量がほぼ一定である場合、Ｒ’方向のブレードの位置は、付勢を制御することにより選択および制御することができ、付勢の制御は、ブレード側導管１１２内の流体圧力および／または工具１００の回転速度を制御することにより達成することができる。その場合、ブレード側導管１１２内の流体圧力を選択することにより、ブレード１２６の磨耗を補償することができ、および／または加工される穴の半径を決定することができる。これは、ブレード１２６の変位方向Ｒ’が、少なくともブレード１２６の制限された移動範囲にわたって半径方向Ｒとほぼ同じだからである。

支持パッド１２４は、支持カートリッジ１２０に備え付けることができ、ブレードカートリッジ１２０および支持パッド１２４の下部にＲ’’方向（支持カートリッジ１２０が可能にする制限された移動範囲に関しては半径方向Ｒとほぼ同じである）のいくらかの移動範囲を与えることができるスロット１２１を有することが好ましい。支持側導管１１０内の流体圧力は、支持カートリッジ１２０の下部に対して支持側ピストン１１６を押し付ける傾向があり、これにより支持パッド１２４をＲ’’方向に付勢するように働く。したがって、支持パッド１２４は、ブレード部材１２６と同様に選択的に付勢され得る。あるいは、ブレード１２６と同様のブレードを支持カートリッジ１２０に備え付けることができる。第２のブレードは、工具１００の支持を補助することができ、被加工物１４からの材料の除去を補助することができる。

支持カートリッジ１２０のばね力および被加工物（例えば１４）により支持パッド１２４に加えられる法線力は、Ｒ’’方向とは逆の方向に押し返す傾向がある。したがって、Ｒ’’方向の支持パッド１２４の位置は、これらの力のバランスによって決まる。支持パッド１２４の付勢を制御することにより、その位置を加工動作時に制御することができる。

工具１００は、ブレード１２６と支持パッド１２４との磨耗の差をある程度補償することができることが好ましい。使用時には、ブレード１２６および支持パッド１２４はいずれも、これらの部品１２４および１２６それぞれと、任意の被加工物（例えば１４）との間の物理的干渉により、ある程度の磨耗を受けることになる。概して、ブレード１２６は、被加工物（例えば１４）の加工を実際に行うため、支持パッド１２４よりも早く磨耗する。当然ながら、従来のリーマでは、ブレード部材が支持部材（単数または複数）よりも早く磨耗する場合、従来のリーマにより切削される穴の直径および／または位置あわせは、概して悪影響を受ける。

しかしながら、工具１００がリーマ工具である場合、またブレード１２６の材料が磨耗により失われている場合、ブレード側導管１１２内の付勢流体圧力は、この磨耗をある程度補償するため、およびブレード１２６を適切な半径方向位置に維持するために、ブレード１２６をＲ’方向にさらに押し出す傾向がある。同様に、支持パッド１２４の材料が磨耗により失われている場合、支持側導管１１０内の付勢流体圧力も同様に、支持側磨耗をある程度補償するために、支持パッド１２４をＲ’’方向にさらに押し出す。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のこの特徴は、穴の精度および位置あわせを向上させるのに役立つだけでなく、程度が増大した磨耗を効果的に補償することにより、ブレードおよび／または支持部材をより長い期間にわたり使用することを可能にすることができる。

次に図２４および図２５を参照して、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の工具１００を用いて、種々の直径または変化する直径の穴を加工（例えばリーマ加工）することができる。図２４では、導管１０８、ブレード側導管１１２、および支持側導管１１０内の付勢流体圧力は、比較的低いレベルに維持されるため、ブレード１２６および支持パッド１２４はそれぞれＲ’方向およびＲ’’方向にかなり大幅に押し出されることがない。このような状況下では、工具１００により加工される穴は比較的小さい直径を有する。

しかしながら、図２５に示すように、導管１０８、１１０、および１１２内の付勢流体圧力を高めることにより、ブレード１２６および支持パッド１２４はそれぞれＲ’方向およびＲ’’方向にさらに押し出される。これにより、比較的大きい直径の穴を製作することができる。これを行うために工具ハードウェアを交換する必要はなく、供給流体の圧力の調節が必要なだけである。当然ながら、ハードウェアを交換するよりも、冷却および潤滑流体の圧力を（ポンプの速度および／または圧力を制御することにより）制御する方が概して容易であるため、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具１００の目的により、種々の直径の穴が必要な用途における効率および生産性が概ね向上する。

また、ブレード１２６および支持パッド１２４の移動範囲は制限されており、したがって可能な穴直径の範囲も制限されているが、１つの穴直径しか加工することができない工具ヘッドと比較して、所与の用途に必要な工具切削ヘッド（例えば１０１）の数は概して少ない。

次に図２４〜図２６を参照して、工具１００を用いて被加工物の材料変形を補償することができる。図２４は、工具１００により被加工物１４に加工される穴を例示している。図２４により例示される加工動作では、導管１０８、１１０、１１２内の流体圧力と、ブレード１２６および支持パッド１２４の半径方向位置とは、ほぼ一定の値に維持される。このような状況下では、概して、被加工物１４に固有の材料特性に起因して、参照符号１６で示す、被加工物１４の穴の頂部付近が内側に曲がる。

図２５および図２６に例示されるように、工具１００によりこの現象を補償することができる。工具１００が穴の頂部をリーマ加工している時に、導管１０８、１１０、１１２内の付勢流体圧力は、ブレード１２６および支持パッド１２４が半径方向Ｒにさらにわずかに押し出されるように調節される。まず、これにより、参照符号１８で示す穴の頂部における穴の直径が幾分大きくなる。次に、図２６に示すように、工具１００が被加工物１４内をさらに下方に加工（例えばリーマ加工）すると、導管１０８、１１０、１１２における付勢圧力が徐々に低下し、工具１１０が被加工物１４内をさらに下方に移動すると、ブレード１２６および支持パッド１２４がある程度まで徐々に後退して、加工されている穴の呼び径に一致するようになる。これが行われている間、穴１６の頂部はある程度戻って符号１８で示す位置を占める。このように、穴の頂部は幾分大きい直径に加工されたため、穴の呼び径を有することができる。

当然ながら、図２５および図２６に示す加工動作を行うために、流体圧力を被加工物１４内の工具１００の長手方向位置に関して継続的かつ慎重に制御せねばならない。好ましくは、流体圧力の適切な制御は経験的に決定されて、工具１００を制御するソフトウェアに書き込まれてもよい。これに関連して、工具１００を用いて、全長にわたってまたは全長に沿って一定の直径を有さない穴を被加工物１４に加工することもできる。加工が行われている時に流体圧力を制御して、穴の種々の部分が所望に応じてより大きい直径またはより小さい直径を有するようにすることができる。例えば、工具１００を用いて、穴をリーマ加工するとともに、被加工物１４の前面および／または後面に穴の端面削り（facing）または穴の皿座ぐり（counter sink）を施すことができる。

米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具２００の別の実施形態を、図１８および図１９に例示する。工具２００において、中空導管２０８、ブレード側導管２１２、逃がし導管２１４、ブレード側ピストン２１８、ブレード側カートリッジ２２２、およびブレード２２６は、工具１００の対応する要素と同様である。支持部材２３０および２３２はそれぞれ、従来の工具に見られるのと同様に工具２００の切削部分２０７に沿って設けられ、備え付けられ、または他の方法で据え付けられる。

工具２００は、工具１００で例示した上述の付勢される支持パッドの実施形態の柔軟性を全て提供するわけではなく、構造が幾分単純であり、支持部材２３０および２３２それぞれをあまり磨耗させない用途に適しているかもしれない。しかしながら、工具２００では、導管２０８および２１２それぞれにおける流体圧力を適切に調節することにより、ブレード２２６の磨耗を依然として効果的に補償することができる。

米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具３００の別の代替実施形態を、図２０および図２１に例示する。工具３００では、中央導管３０８を設けることができ、これは工具３００に沿って切削部分３０７まで延び、そこで切削部分３０７にわたって配置される狭小スロット３３８と流体連通するように終端する。ブレード３２６はスロット３３８の片側に設けることができ、支持部材３３０は狭小スロット３３８を挟んでその反対側に設けることができる（例えば図２１）。切削部分３０７のうちブレード３２６を含む部分は、ブレード側３３４と呼ぶ。切削部分３０７の他方の部分は支持部材３３０が据え付けられ、支持側３３６と呼ぶ。

動作時には、冷却および潤滑流体が導管３０８に送り込まれて狭小スロット３３８に入ることができる。流体の圧力に応じて、ブレード側３３４および支持側３３６は、程度の差はあるが付勢されて互いに離れる。より詳細には、ブレード側３３４は、流体圧力によりＲ’方向に付勢され、支持側３３６は流体圧力によりＲ’’方向に付勢される。続いて、これによりブレード３２６および支持部材３３０がＲ’方向およびＲ’’方向それぞれに押し出され、それによりブレード３２６および支持部材３３０の半径方向位置の制御が可能となる。このように、ブレード部材３２６および支持部材３３０の半径方向位置は、導管３０８および狭小スロット３３８における流体圧力を制御することにより制御することができる。

工具３００では、工具３００の本体のうち材料が除去された領域(area of removed material)３４０が、ブレード側３３４および支持側３３６それぞれが相対的に半径方向にずれること（deflection）を可能にするのに役立つ。また、略Ｊ字形のスロット３４２および３４４はそれぞれ、ブレード側３３４および支持側３３６それぞれが冷却流体圧力の影響下で半径方向（例えば、Ｒ’および／またはＲ’’）に分かれることを可能にするのに役立つ。この実施形態のわずかな変更形態を図２７に例示する。図２７は、ブレード６２６および支持パッド６３０を有するヘッド６００を示す。スロット６３８は、代替の構成を含むことができ、かつ／または使用時に工具６００のストレインリリーフを提供するのに役立つストレインリリーフ部分６４２を含むことができる。当業者には理解されるように、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の教示および範囲に従って、他の形状および構成のスロット（例えば３３８）を工具３００の本体に設けることができる。

工具３００は、工具３００からの切削油剤損失を最小限に抑え、工具３００の選択的な付勢を補助し、かつ工具３００の切削部分３０７の端部に向けて流体を導くのを補助するために、その長手方向縁部に沿ってシールを含んでもよい。一実施形態では、工具３００は、その長手方向の長さにほぼ沿ってその縁部に向かって位置するボア穴３４５を、工具３００の本体に設けられてもよい。穴３４５には、それぞれの縁部に沿ったスロット３３８を効果的にシールするために、対応する形状のプラグ（例えば、概ね長手方向に延びる）３４６で塞がれるかまたは栓をされ得る。

さらに、シール６６６（Ｏリング等）および端部キャップ６６８が工具６００の端部に設けられて着脱可能に取り付けられることにより、ブレード６２６および／または支持体６３０（別のカッタまたはブレードであってもよい）を所望の加工動作のために半径方向外方に選択的に付勢するための圧力チャンバを、工具６００内に形成することをさらに補助することができる。工具６００が所望に応じて付勢され得るように、端部キャップ６６８は、締結具６７０（ねじ、ボルト、または加工工具業界で既知の他の適当な取り付け手段等であってもよい）を用いて、工具６００のブレード側６３４または支持側６３６の一方のみに取り付けられることが好ましい。そうではなく、端部キャップ６６８が工具６００の両方の側に取り付けられる場合には、加工工具業界の当業者には理解されるように、工具６００は所望に応じて付勢することができない。

工具４００のさらに別の実施形態を図２２に例示する。工具４００では、導管４０８が設けられることが好ましく、導管４０８は工具４００の中心に沿って、側導管、例えば支持側導管４１０および／またはブレード側導管４１２まで延びる。支持側導管４１０内の流体は、支持パッド４２４を半径方向Ｒに押し出して付勢する。同様に、ブレード側導管４１２内の流体圧力は、ブレードカートリッジ４２２およびブレード４２６を半径方向Ｒに押し出して付勢する。このように、流体圧力を用いて、ブレード４２６および支持パッド４２４の半径方向位置を制御することができる。切削部分４０７に含まれるブレードカートリッジ４２２および／または支持パッド４２４が流体圧力によりヘッド４０１から完全に押し出されないことを確実にするために、停止部４２５を設けるべきである。

工具４００では、支持パッド４２４と支持側導管４１０との間にある程度のクリアランス（例えば４２７Ａ）を設けることができ、それにより、冷却および潤滑流体が矢印Ｓで示す方向に噴出することができる。同様に、ブレードカートリッジ４２２とブレード側導管４１２との間にもクリアランス（例えば４２７Ｂ）を設けることができ、それにより、冷却および潤滑流体が矢印Ｓで示す方向に噴出することができる。あるいは、支持パッド４２４およびブレードカートリッジ４２２は、工具４００の外部に逃げる流体が最小になるかまたは無くなるように、液密ピストンとして構成してもよい。この代替形態では、ブレード４２６および／または支持パッド４２４を付勢するためだけに流体が用いられ得る。

次に、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具５００の別の実施形態を、図２３を参照して説明する。この実施形態では、ブレード５２６および支持部材５３０が、工具５００の切削部分５０７のスロット５３８内にあるばね５４０により、それぞれＲ’方向およびＲ’’方向に付勢され得る。ばね５４０は、そのばね力がブレード５２６および支持部材５３０に対して適切な量の付勢力をもたらすように選択される。ばね５４０は、所望の用途に応じて、取り外して他の特性を有する他のばねで置き換えてもよい。このように、工具５００を用いて、種々の直径の穴を加工することができる。例えば、ばねが長いかまたはばねの剛性が高いほど、ブレード５２６および支持部材５３０がＲ’方向およびＲ’’方向それぞれにさらに押し出されることにより、より大きい直径の穴が形成される。また、ばね５４０は、ブレード５２６および／または支持部材５３０の摩滅を補償するように選択することができる。例えば、ばね５４０をより長くするかまたは剛性を高めることにより、磨耗したブレード５２６および／または支持部材５３０を補償することができる。

米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具のブレード（例えば１２６）および／または支持部材（例えば１３０）に加わる付勢力は、切削負荷すなわち被加工物（例えば１４）からの摩擦により生じる負荷よりも少なくとも１オーダー大きいことが好ましいことに留意されたい。流体圧力を用いる実施形態では、ピストンの作用面積（例えば流体とピストンとの間の境界面）をできる限り大きくすることにより、大きい付勢を行うことができる。

また、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具の支持部材は、ブレード部材と同一の形状であってもよいことに留意されたい。例えば、リーマヘッドがその円周に３つの「ブレード」を有するように構成される場合、半径方向にさらに少量だけ突出する「ブレード」は概して、材料除去のほとんどを行うことでブレードとしての役割を果たす。他の２つの「ブレード」は、大量の材料を除去せず、その代わりに支持部材としての役割を果たすことができる。

「ブレード」の幾何学的形状を有する部材がブレードではなく支持部材としての役割を果たすことを確実にするのを助ける別の方法は、ボアの直径に対して比較的大きい円筒マージンを有するブレードを用いることである。これは図２８に示されており、ここでは、ブレード７０２がボア７１５に対して大きい円筒マージン７０４を有する。マージンが大きいことにより、ブレード７０２は被加工物１４から実質的に全く材料を除去せず、ブレードとしてではなく支持部材としての役割を果たす。

次に図２９〜図３２を参照して、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明は、穴の加工領域から切削された切粉および／または切屑を除去して、特に止まり穴においてさらなる加工動作の妨げにならないようにするのに役立つ、切屑排出チャンバ８５２を、工具の本体に含んでもよい。チャンバ８５２は、少なくとも、切削部分８０７に隣接した入口８５４と、入口８５４から近位側に隔たり、好ましくは中間部分８０６および／または近位部分８０４に沿って配置される対応する出口８５８と、入口８５４と出口８５８との間の対応する通路８５６とを含む。アルミニウム被加工物を加工する場合、切削された切粉が塊になり、入口８５４、出口８５８、および／または通路８５６からの切粉除去を妨げるか、またはこれらを詰まらせやすいため、このような場合はチャンバ８５２が大きい直径を有することが好ましい。

１つまたは複数のブレードカートリッジ８２２および／または支持カートリッジ（図３２を参照）はそれぞれ、加工工具業界で既知の技法および機器を用いて、工具８００のチャンバ８５２内に備え付けるまたは取り付けることができる。２つ以上のブレードカートリッジおよびブレード８２６が用いられる場合、それらはそれぞれの切削半径が異なるように構成されることが好ましい。例えば、ブレードの一方（例えば８２６Ａ）は穴の内側部分を加工することができる一方で、他方のブレード（８２６Ｂ）は穴の外側部分を加工することができる。当業者には理解されるように、特にドリル加工動作時に穴が適切に加工されるようにするため、ブレード８２６Ａおよび８２６Ｂそれぞれがわずかに重なるようにすべきである。好ましくは、図３１に例示するように、ブレードカートリッジ８２２の長手方向長さが長い場合（これは加工動作時の安定性および支持に必要とされる場合がある）、カートリッジ８２２のシャフト８２２Ａは、切屑除去通路８５２を通して切屑の除去を行うことを補助するようにテーパ状になっていてもよい。

工具８００は、工具８００からの切削油剤損失を最小限に抑え、工具８００の選択的な付勢を補助し、かつ工具８００の切削部分８０７の端部に向けて流体を導くのを補助するために、その長手方向縁部に沿ってシールを含んでもよい。一実施形態では、図２９に示すように、工具８００は、その長手方向の長さにほぼ沿ってその縁部の方に位置するボア穴８４５を、工具８００の本体に設けられてもよい。ボア穴８４５には、それぞれの縁部に沿ったスロット８３８を効果的にシールするために、対応する形状のプラグ（例えば、概ね長手方向に延びる）８４６で塞がれるかまたは栓をされ得る。

「工具」と題するセクションの終了。

切削油剤圧力を制御するための機械的デバイスの種々の構成を本明細書で説明したが、任意の適当な方法および／または構造を用いて、工具の角度方向付勢を制御することができる。例えば、制御部は、電気式、電子式、磁気式等であってもよく、流体圧力を利用してもしなくてもよい。ベント／弁からの流体の流れは、電気的または電子的に制御することができる。当然ながら、流体は液体であっても気体であってもよい。付加的なベントを用いて、圧力制御の分解能をさらに向上してもよい。

非軸対称ボアの概略上面図である。図１の線２−２に沿った図１のボアの部分概略側面図である。組み立てにより生じる歪みを示すボアの概略上面図である。組み立てにより生じる歪みを示すボアの概略側面図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に記載されている実施形態と同様の選択的に付勢可能な部材を備える工具の一実施形態の図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に記載されている実施形態と同様の選択的に付勢可能な部材を備える工具の一実施形態の図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に記載されている実施形態と同様の選択的に付勢可能な部材を備える工具の一実施形態の図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に記載されている実施形態と同様の選択的に付勢可能な部材を備える工具の一実施形態の図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に記載されている実施形態と同様の選択的に付勢可能な部材を備える工具の一実施形態の図である。切削油剤流体圧力対角度配向を概略的に示す図である。図５における部分１０および１２の場所により厳密に対応する圧力変化を概略的に示す図である。非回転スリーブベントブロックを概略的に示す図である。全３６０°のラップ角のうち約２７０°を示す「巻かれていない」スリーブを概略的に示す図である。全３６０°のラップ角のうち約２７０°を示す「巻かれていない」スリーブを概略的に示す図である。複数の別個のスロットを含むスリーブの別の実施形態を概略的に示す図である。図８の線８Ａ−８Ａに沿った、傾斜縁部を有するスロットの一実施形態を示す拡大部分断面図である。スリーブに形成された波形ベント経路を概略的に示す図である。片側のベント経路のみを示す巻かれていないスリーブ３４を概略的に示す図である。軸方向に可動なスリーブを概略的に示す図である。軸方向に可動なスリーブの別の実施形態を概略的に示す図である。軸方向に可動なスリーブの別の実施形態を概略的に示す図である。協働するベントおよびスリーブの別の実施形態を概略的に示す図である。プレシジョンジェットがベント出口として配置される一実施形態を概略的に示す図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明の工具と流体供給源とがスルースピンドル切削油剤流体連通している、米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明のマシニングセンタおよび工具の概略立面図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具の長手方向断面図である。図１６の工具の端面図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具の代替実施形態の、部分的に断面で示される長手方向図である。図１８の工具の端面図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具の代替実施形態の、部分的に断面で示される長手方向図である。図２０の工具の端面図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具の別の代替実施形態の長手方向図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具のさらに別の実施形態の長手方向図である。被加工物に穴を穿孔する工具を示す図である。被加工物に穴を穿孔する工具を示す図である。被加工物に穴を穿孔する工具を示す図である。ストレインリリーフ(strain relief)を備える工具の一実施形態を示す図である。円筒マージンが大きいことにより支持部材として働く工具のブレードの一部を示す図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明による工具の別の代替実施形態の分解斜視図である。図２９の工具の長手方向図である。米国特許第６２７０２９５号明細書に開示および記載されている発明とともに用いられるブレードカートリッジの側部立面図である。図３０の工具の線１７−１７に沿った断面図である。

Claims

被加工物から材料を切削する工具であって、
前記被加工物から材料を切削するように構成されるブレードを含み、複数の代替的な使用位置の少なくとも１つに選択的に付勢可能である、少なくとも１つのブレード部材と、
前記少なくとも１つのブレード部材の角度配向に基づいて、複数の代替的な使用位置の少なくとも１つに前記少なくとも１つのブレード部材を選択的に付勢するように構成される、選択付勢デバイスと
を備える、被加工物から材料を切削する工具。
複数の回転ブレード部材を備える、請求項１に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記選択付勢デバイスは、選択的に加圧される流体を備える、請求項１に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記流体の圧力は、前記複数の代替的な使用位置の少なくとも１つのうちのどれに前記少なくとも１つのブレード部材が付勢されるかを制御する、請求項３に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記複数の代替的な使用位置のうちのどれに前記少なくとも１つのブレード部材が選択的に付勢されるかは、前記加圧流体の圧力に応じて決まる、請求項３に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記流体圧力は、前記工具の前記角度配向に応じて決まる、請求項３に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記加圧流体のために構成される導管を含み、
前記導管は、前記加圧流体の流れが前記導管から出ることを可能にするように構成される１つまたは複数のベントを含む、請求項３に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記工具の前記角度配向に応じて、前記１つまたは複数のベントを選択的に被覆または露出させる手段を備える、請求項７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記手段は１つまたは複数のベントブロックを含む、請求項８に記載の被加工物から材料を切削する工具。
周面を含み、
前記１つまたは複数のベントは前記工具の前記周面に形成される、請求項７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記ベントの１つまたは複数を選択的に遮断するように構成される部材をさらに備える、請求項１０に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記部材は、前記周面に隣接して配置されるスリーブを備える、請求項１１に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記スリーブは軸方向に可動である、請求項１２に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記部材は少なくとも１つの開口を含み、
前記ベントは、前記少なくとも１つの開口と一致する時は遮断されない、請求項１１に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記ブレードにより切削されている間は前記被加工物を少なくとも部分的に支持するように構成される少なくとも１つの支持部材をさらに備える、請求項１に記載の被加工物から材料を切削する工具。
さらに、前記付勢デバイスは、前記少なくとも１つの支持部材の角度配向に基づいて、複数の代替的な使用位置の少なくとも１つに前記少なくとも１つの支持部材を選択的に付勢するようにさらに構成される、請求項１６に記載の被加工物から材料を切削する工具。
被加工物から材料を切削する工具であって、
前記被加工物から材料を切削するように構成されるブレードを含む、少なくとも１つのブレード部材を備え、
前記少なくとも１つのブレード部材は、前記少なくとも１つのブレード部材の角度配向に基づいて、複数の代替的な使用位置の少なくとも１つに対して選択的に加圧される流体により選択的に付勢可能である、被加工物から材料を切削する工具。
複数の回転ブレード部材を備える、請求項１７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記流体の圧力は、前記複数の代替的な使用位置の少なくとも１つのうちのどれに前記少なくとも１つのブレード部材が付勢されるかを制御する、請求項１７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記複数の代替的な使用位置のうちのどれに前記少なくとも１つのブレード部材が選択的に付勢されるかは、前記加圧流体の圧力に応じて決まる、請求項１７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記流体圧力は、前記工具の前記角度配向に応じて決まる、請求項１７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記加圧流体のために構成される導管を含み、
前記導管は、前記加圧流体の流れが前記導管から出ることを可能にするように構成される１つまたは複数のベントを含む、請求項１７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記工具の前記角度配向に応じて、前記１つまたは複数のベントを選択的に被覆または露出させる手段を備える、請求項２２に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記手段は１つまたは複数のベントブロックを含む、請求項２１に記載の被加工物から材料を切削する工具。
周面を含み、
前記１つまたは複数のベントは前記工具の前記周面に形成される、請求項２２に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記ベントの１つまたは複数を選択的に遮断するように構成される部材をさらに備える、請求項２５に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記部材は、前記周面に隣接して配置されるスリーブを備える、請求項２６に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記スリーブは軸方向に可動である、請求項２７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記部材は少なくとも１つの開口を含み、
前記ベントは、前記少なくとも１つの開口と一致する時は遮断されない、請求項２６に記載の被加工物から材料を切削する工具。
前記ブレードにより切削されている間は前記被加工物を少なくとも部分的に支持するように構成される少なくとも１つの支持部材をさらに備える、請求項１７に記載の被加工物から材料を切削する工具。
さらに、前記少なくとも１つの支持部材は、選択的付勢デバイスは、さらに、前記少なくとも１つの支持部材の角度配向に基づいて、複数の代替的な使用位置の少なくとも１つに対して選択的に加圧される流体により選択的に付勢可能であるように構成される、請求項３０に記載の被加工物から材料を切削する工具。
被加工物から材料を切削する工具を使用する方法であって、
ａ．ブレードを含み、複数の代替的な使用位置の少なくとも１つに選択的に付勢可能である少なくとも１つのブレード部材を備える工具を設けるステップと、
ｂ．前記ブレードが前記被加工物から材料を除去するように、前記ブレード部材および前記被加工物を相対的に回転させるステップと、
ｃ．前記被加工物に対する前記少なくとも１つのブレード部材の角度配向に基づいて、複数の代替的な使用位置の少なくとも１つに前記少なくとも１つのブレード部材を選択的に付勢するステップと
を含む、被加工物から材料を切削する工具を使用する方法。
前記少なくとも１つのブレード部材を選択的に付勢するために、加圧流体が前記少なくとも１つのブレード部材を圧迫するステップをさらに含む、請求項３２に記載の被加工物から材料を切削する工具を使用する方法。
前記被加工物に対する前記少なくとも１つのブレード部材の前記角度配向に基づいて、前記加圧流体の圧力を変化させるステップをさらに含む、請求項３３に記載の被加工物から材料を切削する工具を使用する方法。
前記工具は周面を含み、
前記圧力を変化させるステップは、前記周面に形成される複数のベントのいずれかを選択的に被覆および露出させるステップを含む、請求項３４に記載の被加工物から材料を切削する工具を使用する方法。