JP2009507667A - 穿孔装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、切削工具（10）と、その切削工具（10）の回転駆動手段（11）と、その切削工具（10）の並進駆動手段（12、14）とを備えていて、その切削工具（10）が回転している間に回転速度と並進速度の比が変化する穿孔装置に関する。この穿孔装置は、回転駆動手段（11）を並進駆動手段（12、14）と同期させることのできる歯車装置（16、17；18、19）を備えている。切削工具（10）の回転駆動手段（11）に合わせて回転するように接続されたその歯車装置の駆動ピニオン（16；18）と、並進駆動手段の伝達ピニオン（17；19）との間の速度比は、切削工具（10）が1回転する間に少なくとも１回は逆転する。本発明は、形成される削り屑を断片化するのに役立つ。

Description

本発明は、穿孔装置に関する。
本発明は、全体として穿孔の分野に関するものであり、その中には特に穿孔技術が含まれるが、それだけでなくフライス削りの技術も含まれる。
一般に、本発明は、回転する切削工具（例えばドリル）を備える穿孔装置に関する。

このタイプの穿孔法では、得られる結果の品質は多数のパラメータに依存するが、その中でも特に、穿孔の際に発生する削り屑をうまく除去することに依存する。実際、この除去が効果的になされず、削り屑の一部が元の場所に残ると、その削り屑が切削工具の回転に引きずられ、穿孔された穴の表面の形状または状態が悪くなる可能性がある。
特に、穿孔装置が、回転運動と並進運動をする切削工具を備えている場合には、切削操作を行なう方向に沿ってその切削工具が規則的に前進すると長い削り屑が形成されるため、除去することが難しい。

特許文献１には、回転運動と並進運動をするとともに回転軸に沿って振動することにより削り屑の厚さと断面を変化させることのできる切削工具を備える装置が記載されている。
切削工具の並進速度と回転速度の比は、その切削工具が回転している間に変えることができる。
したがって切削工具が回転している間に並進速度と回転速度の比を変化させることで、形成される削り屑の厚さを変化させて得られる削り屑を脆くする。
したがって不規則な形のその削り屑は、特に断片化することで除去がより容易になる。
アメリカ合衆国特許第5,342,152号

本発明は、正確かつ信頼性のある手段を利用して削り屑の十分な除去が確実になされる穿孔装置を提供することを目的とする。
そこで本発明では、切削工具と、その切削工具の回転駆動手段と、その切削工具の並進駆動手段とを備えていて、その切削工具が回転している間に回転速度と並進速度の比が変化する穿孔装置を目的とする。

本発明によれば、この穿孔装置は、回転駆動手段を並進駆動手段と同期させることのできる歯車装置を備えていて、切削工具の回転駆動手段に合わせて回転するように接続されたその歯車装置の駆動ピニオンと、並進駆動手段の伝達ピニオンとの間の速度比が、切削工具が1回転する間に少なくとも１回は逆転する。

切削工具の歯車装置のピニオンに直接介入し、その切削工具の並進速度を周期的に変化させたり、ゼロにしたりすることが可能である。

本発明の一態様によれば、切削工具の回転速度は、その切削工具が多くとも１回転するまでに変化させることができる。
したがって、除去がより難しい螺旋形の削り屑の形成が回避される。

実際には、切削工具の並進速度は、切削工具が１回転する間に少なくとも１回はゼロになる。
切削工具が前進しているときにこのようにして形成される削り屑は、切削工具が段階を追って進むおかげで、切削工具が回転している間に断片化される。
短い削り屑の断片群はしたがってより容易に除去される。

実際には、並進駆動手段は、切削工具の回転駆動手段に合わせて回転するように接続された雄ネジ型ブローチと、その雄ネジ型ブローチに取り付けられた雌ネジ穴付きピニオンとを備えていて、その雄ネジ型ブローチに接続された入力ピニオンと雌ネジ穴付きピニオンの速度比は、その入力ピニオンが１回転する間に少なくとも１回は逆転する。

本発明の他の特徴と利点は、以下の説明にさらに現われることになろう。
添付の図面は単なる例示である。

まず最初に図１を参照して本発明の一実施態様による穿孔装置について記述する。
この穿孔装置は、鋼板に穴を開けたり鋼板のフライス削りをしたりできる回転式切削工具10（例えばドリルやフライス）を備えている。

この切削工具10は、軸Aのまわりを回転できるように取り付けられている。
この穿孔装置は、そのために、切削工具10を軸Aのまわりを回転させることのできるモータ11を備えている。

雄ネジ型ブローチ12が回転軸Aと一体化して回転するように取り付けられている。したがってモータ11は、切削工具10と雄ネジ型ブローチ12を同時に回転させる。
切削工具10は、並進運動することもできる。その目的でこの実施態様では、動力伝達ボックス13により、モータ11の出口での回転運動を、雄ネジ型ブローチ12に取り付けられた雌ネジ穴付きピニオン14に伝達することができる。
雌ネジ穴付きピニオン14は軸Aに対して並進運動できないようにされているため、雌ネジ穴付きピニオン14と雄ネジ型ブローチ12が相対的に回転することで、雄ネジ型ブローチ12が軸に沿って並進運動することができる。

この点に関し、切削工具10が前進運動できるためには、雄ネジ型ブローチ12と雌ネジ穴付きピニオン14が異なる速度で回転する必要がある。
一例として、雄ネジ型ブローチ12と雌ネジ穴付きピニオン14は、それぞれ、右ネジのピッチが1mmであるとし、雄ネジ型ブローチ12は1000回転/分の速度で右回転し、雌ネジ穴付きピニオン14は動力伝達ボックス13によってやはり回転して回転速度が900回転/分になるとすれば、雄ネジ型ブローチは、ネジのピッチ1mmの100倍に等しい値、すなわち100mm/分の速度で軸Aに沿って移動するであろう。
この並進速度は、１回転ごとに切削工具10が0.1mm前進することに対応する。

切削工具10が回転するときにこの切削工具のこの並進速度が一定であるならば、形成される削り屑の厚さは一定で長くなるため、除去することが難しい。
この欠点を解決するため、切削工具10が回転している間にその切削工具10の並進速度または回転速度を変化させ、不規則な削り屑が形成されて除去がより容易になるようにする。

この実施態様では、切削工具の並進速度、すなわち雄ネジ型ブローチ12が軸Aに沿って並進運動する速度は、動力伝達ボックス13のレベルで変化させることによって変えられる。
実際には、モータ11の出口での回転運動を動力伝達ボックスを用いて入力ピニオン15から雌ネジ穴付きピニオン14まで伝達することにより、雄ネジ型ブローチ12の回転速度に対する雌ネジ穴付きピニオン14の回転速度を調節することができる。

例えば図２に示した歯車装置を動力伝達ボックス13に設けて入力ピニオン15の運動を雌ネジ穴付きピニオン14の回転運動と同期させることができる。
図２に示したこの実施態様では、歯車装置は2つのピニオン16、17を備えている。これらピニオン16、17は、例えば直径を同じにし、そのそれぞれの周囲に一連の歯が規則的に存在するようにできる。

入力ピニオン15は例えば駆動ピニオン16と噛み合ってピニオン17を駆動し、このピニオン17は、一つまたは複数の中間ピニオンを介してその運動を雌ネジ穴付きピニオン14に伝達する。
これらピニオン16、17は、それぞれの回転軸16'、17'に対して偏心した状態に取り付けられている。ピニオン16、17は回転軸16'、17'に対して同じ値だけ偏心しており、回転軸16'と回転軸17'の距離Dは、ピニオン16、17が回転している間を通じて一定である。
したがって例えばピニオン16を駆動ピニオンであると見なすと、被駆動ピニオン17が軸17'のまわりを回転する速度は、駆動ピニオン16が回転している間に変化する。

図３からよくわかるように、第1の位置P1では、被駆動ピニオン17の速度V2は駆動ピニオン16の速度V1よりも大きい。ピニオン17のこの速度V2は減少していき、ピニオン16、17が位置P2に来たとき、すなわちピニオン16とピニオン17が噛み合っている点がピニオン16、17の回転軸16'、17'から等距離にあるとき、駆動ピニオン16の速度V1に等しくなる。

次に位置P3では、被駆動ピニオン17の速度V2は駆動ピニオン16の速度V1よりも小さくなり、これら2つのピニオンが再び位置P2に来るまでその状態が続く。
したがって、入力ピニオン15と雌ネジ穴付きピニオン14の間にある動力伝達ボックス13の位置に歯車装置があると、雄ネジ型ブローチ12に接続された駆動ピニオン15と雌ネジ穴付きピニオン14の速度比は、駆動ピニオン15が1回転する間に少なくとも1回は逆転する（ここでは2回）。

実際には、ピニオン16と17が位置P2にあって速度V1とV2が等しいときには、雄ネジ型ブローチ12と雌ネジ穴付きピニオン14の回転速度は同じになるため、雄ネジ型ブローチ12が軸Aに沿って並進運動する速度、したがって切削工具10が軸Aに沿って並進運動する速度はゼロである。
雄ネジ型ブローチ12に雌ネジ穴付きピニオン14をどのように取り付けるかに応じ、切削工具10が１回転する間に並進運動の方向を逆転させることができる。

一例として、切削工具10は、１回転ごとに0.10mm後退させ、0.15mm前進させることができる。
このようにして切削工具10が１回転する間にこの切削工具の並進速度を少なくとも１回ゼロにすることで、形成される削り屑を断片化することが可能になる。そのため削り屑の除去が容易になる。
もちろん、切削工具10が回転している間にこの切削工具の並進速度を動力伝達ボックス13の歯車装置のレベルで変化させることのできるこの実施態様が唯一の実施態様ではない。

図４Ａと図４Ｂに、切削工具10の並進速度をやはり変化させることのできる第2の実施態様を示してある。
図４Ａと図４Ｂからわかるように、歯車装置は直径が同じ2つのピニオン18、19を備えている。一方のピニオン（ここではピニオン19）は、変化型モジュールである。すなわち周辺部に不規則な間隔で歯が配置されている。

この実施態様では、第１のピニオン18は、所定数（ここでは12）の歯を備えていて、周辺部に規則的に配置されている。第２のピニオン19は同数の歯を備えているが、周辺部に不規則な間隔で配置されている。この実施態様では、第２のピニオン19の周辺部の半分に5つの歯が配置され、残りの半分に7つの歯が配置されている。

もちろん、第１のピニオン18によって第２のピニオン19を駆動することが可能でありさえすれば、第２のピニオン19の周辺部に歯を別のやり方で不規則に配置することができよう。
例えば図４Ａに示したような位置では、第１のピニオン18が回転駆動されるとき、第２のピニオン19の軸19'の位置での回転速度は、駆動用の第１のピニオン18の軸18'の位置での回転速度よりも大きい。
それとは逆に、図４Ｂに示したような位置では、第２のピニオン19の軸19'の出口での回転速度は、第１のピニオン18の軸18'の位置での回転速度よりも小さい。

図１に示したような穿孔装置の動力伝達装置にこの歯車装置を設置しても、切削工具10が１回転する間に切削工具10の並進速度を少なくとも１回（ここでは２回）ゼロにすることができる。

もちろん本発明が上に説明した実施態様に限定されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなくこれら実施態様に対する多数の変形例を考えることができる。
特に、例えば複雑な形状（例えば楕円形または回転楕円体）のピニオンを用いた他のタイプの歯車装置を利用することができる。
同様に、実施態様が図1に示した実施態様に限定されるわけではなく、切削工具を並進運動させる他のタイプの手段も利用できる。例えば、切削工具と回転手段の全体を並進運動可能な状態にして台車に取り付けることができる。

したがって台車の並進運動手段を操作することで、切削工具が１回転する間にその切削工具の並進速度を変えることが可能である。
さらに、切削工具の並進速度は一定にすることができ、切削工具の回転中に回転速度だけを変えることができる。

本発明の一実施態様による穿孔装置の概略図である。 図1の穿孔装置の第１の実施態様として実現された歯車装置が連続した3つの位置にあるときの概略図である。 図2の歯車装置のピニオンの相対速度を示す曲線である。 図１に示した本発明の穿孔装置の第２の実施態様として実現された歯車装置が２つの位置の一方にあるときの概略図である。 図1に示した本発明の穿孔装置の第2の実施態様として実現された歯車装置が２つの位置の他方にあるときの概略図である。

Claims (7)

1. 切削工具（10）と、その切削工具（10）の回転駆動手段（11）と、その切削工具（10）の並進駆動手段（12、14）とを備えていて、その切削工具（10）が回転している間に回転速度と並進速度の比が変化する穿孔装置であって、
   前記回転駆動手段（11）を前記並進駆動手段（12、14）と同期させることのできる歯車装置（16、17；18、19）を備えており、
   前記切削工具（10）の回転駆動手段（11）に合わせて回転するように接続された前記歯車装置の駆動ピニオン（16；18）と、前記並進駆動手段の伝達ピニオン（17；19）との間の速度比が、前記切削工具（10）が１回転する間に少なくとも１回は逆転する、
   ことを特徴とする穿孔装置。
2. 前記切削工具（10）の回転速度を、その切削工具（10）が多くとも１回転するまでに変化させることができる、ことを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
3. 前記切削工具（10）の並進速度を、その切削工具（10）が多くとも１回転するまでに変化させることができる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の穿孔装置。
4. 前記切削工具（10）の並進速度が、その切削工具（10）が１回転する間に少なくとも１回はゼロになる、ことを特徴とする請求項３に記載の穿孔装置。
5. 前記並進駆動手段が、前記切削工具（10）の回転駆動手段（11）に合わせて回転するように接続された雄ネジ型ブローチ（12）と、その雄ネジ型ブローチ（12）に取り付けられた雌ネジ穴付きピニオン（14）とを備えていて、
   その雄ネジ型ブローチ（12）に接続された入力ピニオン（15）と前記雌ネジ穴付きピニオン（14）の速度比が、その入力ピニオン（15）が１回転する間に少なくとも１回は逆転する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の穿孔装置。
6. 前記歯車装置が、直径が同じでそれぞれの回転軸（16'、17'）に対して同じ値だけ偏心した２つのピニオン（16、17）を備えていて、その回転軸（16'、17'）相互間の距離（D）が、その２つのピニオン（16、17）が回転している間を通じて一定である、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の穿孔装置。
7. 前記歯車装置が、直径が同じ２つのピニオン（18、19）を備えていて、第１のピニオン（18）は、規則的な間隔で配置された所定数の歯を備え、第２のピニオン（19）は、不規則な間隔で配置された所定数の歯を備える、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の穿孔装置。

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