JP2688313B2

JP2688313B2 - 旋回するボーリングロッドの回転軸に対して垂直な方向に流体により微調整可能な回転ボーリングヘッド

Info

Publication number: JP2688313B2
Application number: JP5134932A
Authority: JP
Inventors: ヴィルフリート・ゲルク; ハルトムット・ヒルト
Original assignee: ザムゾン・アーゲー
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: US5368420A; DE4218467C2; JPH06320306A; DE4218467A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボーリングロッドの軸
に平行かつ偏心した穴内に挿入された円柱状のラムを、
圧力室に収容された可動体によって該ボーリングロッド
に作用させることにより、切削ビットが装着されて旋回
するこのボーリングロッドが、その回転軸に対して垂直
な方向に流体により微調整可能とされた回転ボーリング
ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこのようなボーリングヘッドに
は、凸部分を備えた可動体と、この凸部分の上に設けら
れたプレートが設けられており、その反対側には偏心し
た穴に挿入されたラムが当接していて、このラムが軸方
向に作用することにより、ボーリングロッドをその薄い
方の壁部に沿って伸ばす。これによってボーリングロッ
ドがその厚い方の壁部側へと湾曲するため、切削ビット
は回転軸に対してμｍ範囲で弧状に変位した切り込み運
動を与えることになる。（ＵＳ３，００７，３５６号図
２を参照。）

【０００３】ところが、このようなボーリングヘッドで
は、ラムが偏心的にプレートに接触するのでプレートと
ラムが摩擦型リンク機構を形成してしまうことになる。
また、この構造では、ラムに斜めに負荷が作用して横せ
ん断されるので、ラムが穴内に締め付けられて挟まって
しまうおそれがある。さらに、このような摩擦や締め応
力が働くと、摩擦の作用を越えない程度の小さな圧力の
変化ではボーリングロッドの湾曲が妨げられるおそれが
ある。また、より大きな圧力を作用させた場合でも、こ
のようなボーリングヘッドでは切削ビットの位置と制御
圧とは再現性のある関連を持たず、この結果同一の制御
圧で切削ビッドの位置が異なってしまうという事態が発
生する。

【１００４】一方、現在の製造技術においては、特に筒
の内周面をできる限り速く、正確に成形しなければなら
ない場合が多い。ここで、その表面の輪郭は、回転軸と
平行に移動する切削ビットの移動経路およびワークピー
スに対する回転角度が最大で５００μｍから１０００μ
ｍであり、また真円面からの許容誤差が１μｍ±５０％
とされている。そして、このような表面が極性及び／或
いは軸方向に軸平行の直線或いは同軸性の円形から異な
る非円形の穴は、上記従来のボーリングヘッドでは製造
することは不可能であった。

【０００５】また、制御圧源は必要な制御圧を正確な時
期および正確な大きさで提供しなければならず、さらに
機械制御装置は切削ビッドが制御圧にヒステリシスをし
ないで十分な正確さで従うことができることが必要であ
る。さらにまた、機械制御装置の剛性に影響されるボー
リングヘッドの固有周波数は、制御圧周波数より十分に
高くなければならない。この２つの周波数の差が小さい
場合、この周波数領域以上の領域ではボーリングヘッド
を使用不可能にする共振現象が発生する。

【０００６】上述のような余計な摩擦を避けるため、ま
た機械制御装置の要求する剛性を得るため、ＤＥ３９
２９４７２−Ａ１号明細書、図１、に開示されてい
るように、可動体とボーリングロッドと一体に形成する
手段が知られている。

【０００７】このボーリングヘッドは、円形の断面を有
するフラットな回転部材を備え、偏心した溝で２つの部
材に分かれている。すなわち、一方の薄いプレートと他
方の厚いプレートとが溝の所でつながって円形の偏心部
が形成されている。この溝によって形成される薄いプレ
ートは厚いプレートに対して弾性的に取り付けられ、同
時に堅いシャシは厚いプレートで形成されている圧縮機
の可動的なパッキングとして機能する。さらに、薄いプ
レートにはボーリングロッドと一体に形成されている円
柱状の突起が反対向きの筒面状の突起にかみ合い、ネジ
によって薄いプレートに固定されている。そして、薄い
プレートと厚いプレートとの間の部分的な偏心により、
圧縮機に供給される圧力媒体の圧力変化に伴って厚いプ
レートに対して薄いプレートの中心が移動してその移動
距離に応じたμｍ範囲の変位が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようなボーリング
ヘッドは摩擦接触する部材を持たず、また機械制御装置
は十分な剛性を備えているが、その剛性は一次従属的で
はなく、約三乗で増加するので、偏心した溝によって形
成される薄いプレートの厚さは極めて精密でなければな
らず、製造費用が高い。例えば公差の１％の剛性を目指
すならば、薄いプレートの厚さは公差０．３３％で製造
しなければならず、基準の厚さが５ｍｍであれば、公差
は約１６・２／３μｍである。このような公差は、特殊
な溝彫り工具を用いない限り得られない。

【０００９】一方、周知の通り切削ビットの位置を変え
るために必要な作用は力×距離の積である。そしてこの
力は、面積単位に作用する圧負荷を発生させる水圧モー
ターの有効面積によって決まる。さらに、すべてのビッ
トホルダーにおいては、固定部あるいはビットホルダー
の間のバネ剛性が出来る限る大きい値、例えば１トン／
ｍｍであることが要求されている。また、切削ビットの
位置が出来る限り大きい範囲内、例えば５００μｍ内で
変位させられることが望ましい。さらに、必要な力を得
るためには、水圧モーターの有効面積は大きいことが望
ましい。しかしながらその一方で、一般的には内周面を
仕上げるための作業空間は非常に制限されており、この
ためボーリングヘッドの形状寸法も強く制限されること
になる。

【００１０】ここで、ＤＥ３９２９４７２−Ａ１
号明細書、図４および図５に開示されているボーリング
ヘッドの場合には、可動体を曲げるための曲げ状態のバ
ネが既にボーリングヘッドの断面積の約半分を要してい
る。従って、圧力室内の有効面積は小さく、圧力媒体の
最大作動圧の状態におけるバネ剛性は低下を免れない。

【００１１】この発明は上述した事情に鑑みてなされ、
ボーリングロッドを有する可動体とボーリングヘッドの
ベースの間の機械的な連結部材の新しい形を提供するこ
とを目的としている。

【００１２】さらに、この発明は上記の課題を解決する
ために、ボーリングロッドおよび可動体は摩擦損失なし
で作動し、機械制御装置は充分な剛性を持ち、さらにボ
ーリングヘッドが高い正確性をもって製造できることに
よって、可動体を略平行に運動させ得るボーリングヘッ
ドの新しい形を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明のボーリングヘッドでは、可動体とラ
ム、およびボーリングロッドを互いに摩擦を生じない部
材として連結している。

【００１４】ここで、ラムには該ラムの中心軸と平行で
かつ該中心軸に対して偏心した穴が形成されている。こ
の配置によって、圧力媒体が作用するとき、ボーリング
ロッドの偏向に対するラムの反対向きの偏向によって可
動体には軸と略平行の運動が強制される。特に、ラムと
ボーリングロッドの寸法および配置は、ラムの軸方向の
弾性的な変形がおよそボーリングロッドの軸方向の弾性
的な変形に相当するように選択されるのが望ましい。

【００１５】さらに、ボーリングロッドおよびラムの穴
の寸法および配置は、ラムの曲げ線がボーリングロッド
の曲げ線と一致、或いはほぼ一致するように選択される
のが望ましい。これによってラムおよびボーリングロッ
ドの間には、軸に対する垂直の力が生じないか、あるい
は僅かな力が生じるだけとなる。

【００１６】さらにまた、最も簡単な場合では可動体と
ラムとが一体に形成される。しかし、これらの部材が充
分強く連結できるならば、別々の部材として形成するこ
ともできる。

【００１７】

【作用】このようなボーリングロッドは上記の要求の大
部分を満たす。すなわち、各部材が簡単かつ極めて正確
に製造することができ、また形状的に可動体が略平行に
運動可能であるとともに圧力室に最大の直径を与えるこ
とができるので、ボーリングヘッドには圧力媒体を最大
に供給可能な容積が確保される。ここで、圧力媒体が作
用するときにラムは圧縮負荷を受け、ボーリングロッド
は引っ張り負荷を受ける。これによってラムは薄い側
に、ボーリングロッドは厚い側にそれぞれ傾き、剛性が
適切に設定された場合には略同程度径方向に弾性的に変
形する。これを実現するためにラムおよびボーリングロ
ッドは、ラムの軸方向の弾性的な変形がボーリングロッ
ドの軸方向の弾性的な変形と略一致するように設定され
るのが望ましい。

【００１８】

【実施例】以下、模式的な図面を参照して本発明の一実
施例について説明する。

【００１９】図１に断面が示された本実施例の回転ボー
リングヘッド１０は、図示されない工具交換システムの
一部としての円板状の突起１３を有する固定部材１１と
円柱状のボーリングロッド１２とを備え、このボーリン
グロッド１２の固定部材１１側を向く端部にはフランジ
１４が設けられている。このフランジ１４には、円形の
穴１５との境界を画成する突壁部１６が形成され、この
突壁部１６が、対向する固定部材１１に形成された穴１
７に嵌合せしめられている。また固定部材１１とボーリ
ングロッド１２とは、それぞれの径方向に張り出したフ
ランジ状の周辺部２１，２２が密着して接合され、ネジ
２３によって固定されている。

【００２０】ボーリングロッド１２には、平坦な底面を
有する止まり穴２４が、該ボーリングロッド１２の回転
軸７０と平行、かつ同回転軸に対して偏心して形成され
ており、この止まり穴２４内に円柱状のラム２６が嵌合
されている。また、このラム２６の固定部材１１側に対
向する端部は径方法に張り出しており、円柱ピストン状
の可動体２８が形成されている。この可動体２８は、ボ
ーリングロッド１２の上記円形の穴１５に嵌合されてい
る。また、止まり穴２４内に嵌挿されるラム２６の先端
部２７は、その先端面全面が止まり穴２４の平坦な底面
２５に密着せしめられている。

【００２１】一方、ラム２６内にも、該ラムの中心軸に
対して平行かつ偏心して円形の穴２９が形成されてお
り、この穴２９は、可動体２８の一端面３５と穴１７の
底面３６との間に形成される圧力室に対し、端片部材３
２により閉塞されている。

【００２２】ボーリングロッド１２の基端側の上記円形
の穴１５は、固定部材１１の円形の穴１７側を向けられ
ている。また、ピストン状の上記可動体２８の厚さは、
供給口６０から上記圧力室に圧力媒体が作用して最大圧
となった時点で、ラム２６が軸に垂直な方向に最大数１
００μｍの変位を生じるように設定されている。

【００２３】また上記止まり穴２４の開口端には溝３７
が形成されており、この溝３７にはラム２６と止まり穴
２４の壁部との間のガイド３９が設けられている。

【００２４】一方、可動体２８の円筒状の外周面４５に
は環状の溝４４が形成されており、この溝４４には、可
動体２８と上記穴１５の円形の内周面４６との間に介装
されるようにして、Ｏ−リング４１およびリップリング
４２により構成されるパッキング４０が装着されてい
る。なお、可動体２８の上記端面３５側には環状の凹溝
部４８が形成されており、この凹溝部４８には円環板４
７が密着するように取り付けられている。そして、上記
溝４４の基端側の壁部は、この円環板４７により画成さ
れている。

【００２５】また、上記穴１５の底面５３には孔５２が
穿設され、この孔５２にはシリンダーピン５０がその一
端５１を挿入させて固定されるとともに、このシリンダ
ーピン５０の他端５４は可動体２８の他端面５６側を向
く孔５５に嵌挿されており、これによって本実施例では
稼働中のラム２６の相対回転運動が拘束されて、図１に
示されるようなラム２８とボーリングロッド１２との位
置関係が保たれるようになされている。

【００２６】さらに、上記突壁部１６の外周面と穴１７
の内周面との間にはパッキング５７が、またボーリング
ロッドと固定部材との互いに対向する周辺部２１，２２
の間にはパッキング５８が、それぞれ介装されている。

【００２７】さらにまた、ボーリングロッド１２には、
止まり穴２４と外部とを連通するドレイン穴６２が穿設
されている。

【００２８】切削ビット１８が装着された上記ボーリン
グロッド１２とその止まり穴２４、ラム２６とその止ま
り穴２９、および圧力媒体に面する可動体２８の有効面
積は、圧力媒体が可動体２８の一端面３５と固定部材１
１の穴１７の底面３６との間に画成される上記圧力室内
に作用した際に、軸方向に圧縮負荷を受けるラム２６の
弾性変形が、軸方向に引っ張り負荷を受けるボーリング
ロッド１２の弾性変形に略等しくなるように設計されて
おり、また偏心した上記止まり穴２４，２９は、ボーリ
ングロッド１２の回転軸７０に対するラム２６の曲がり
線がボーリングロッド１２の同回転軸７０に対する曲が
り線と完全、あるいは略完全に一致するように配置され
ていて、これによりラムとボーリングロッドとの間に軸
に垂直な力が全く生じないか、あるいは極僅かの力しか
生じないようになされている。このため可動体には軸と
略完全に平行な運動だけが強要されることとなるので、
これに伴って、可動体が穴１５内に挟まったり、ラムと
ボーリングロッドとが挟まったりする危険が避けられ
る。

【００２９】このような構成の回転ボーリングヘッド１
０では、圧力媒体が作用した状態において、ボーリング
ロッド１２の薄い壁部６４側の伸長とラム２６の薄い壁
部６５側の圧縮は、それぞれの厚い壁部の側よりも大き
いから、ラムは薄い壁部側へ、またボーリングロッドは
厚い壁部側へと湾曲する。ここで、ラムの曲がり線はボ
ーリングロッドの曲がり線に完全、あるいは略完全に一
致せしめられるから、ラムとボーリングロッドとの間に
は軸に垂直な力は全く生じないか、あるいは極僅かの力
しか生じないことになる。

【００３０】このように上記圧力媒体が作用することに
よって切削ビット１８の位置は、図中に示されている静
止位置から回転軸７０に対して略垂直な矢線６３方向に
湾曲して延びる軌道にμｍ範囲で変位する。ここで上記
可動体、ラム、およびボーリングロッドの構造および配
置によっては、切削ビットの変位は、基盤としての固定
部材１１に対して圧力変化により可動体２８の中心が移
動する距離よりも大きくすることが可能である。

【００３１】なお、本発明は必要な制御圧を発生するた
めの制御圧源に限定されることはない。また、このよう
な制御圧源は周知であるので、ここでは説明せず、図に
も示さなかった。

【００３２】

【発明の効果】このように本発明によれば、ボーリング
ロッドおよび可動体を摩擦損失なしで作動させることが
でき、また機械制御機構に十分な剛性を与え、さらにボ
ーリングヘッドを高い正確性をもって製造できることに
よって可動体を略平行に運動させ得る回転ボーリングヘ
ッドを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回転ボーリングヘッド
１０の断面図である。

【符号の説明】

１０ボーリングヘッド１１固定部材１２ボーリングロッド１５，１７穴１８切削ビット２４止まり穴２６ラム２８可動体７０回転軸

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】切削ビットが装着されるビットホルダ
の、特に液圧により微調整可能な回転ボーリングヘッド
であって、基盤（１１）と、該基盤に基端部が取り付け
られて自由端近傍に切削ビット（１８）を備えたボーリ
ングロッド（１２）と、この基盤に対して密着的かつ弾
性的に動く可動体（２８）と、これら基盤と可動体との
間に形成されて液体が供給される圧力液体室（３５／３
６）と、上記ボーリングロッド（１２）内に該ボーリン
グロッドの回転軸（７０）に対し偏心して形成された穴
（２４）とを備え、該穴の中に、上記可動体（２８）か
ら延びたラム（２６）が挿入され、上記可動体（２８）
によって上記切削ビット（１８）が回転軸（７０）に対
し略垂直な曲線に沿って移動可能とされており、上記可
動体（２８）とラム（２６）、及びボーリングロッド
（１２）が互いに非摩擦的に連結されていることを特徴
とする回転ボーリングヘッド。
【請求項２】上記回転軸（７０）に対して垂直の力を
避けるため、上記ボーリングロッド（１２）内の上記ラ
ム（２６）の上記回転軸（７０）に対する曲がり線が、
該ボーリングロッド（１２）の上記回転軸（７０）に対
する曲がり線と完全、または略完全に一致するように設
定されていることを特徴とする請求項１に記載のボーリ
ングヘッド。
【請求項３】上記ラム（２６）内に、上記圧力室（３
５／３６）に対して密封されて、該ラム（２６）の中心
軸に対して平行かつ偏心した穴（２９）が形成されてい
ることを特徴とする請求項１または２に記載のボーリン
グヘッド。
【請求項４】上記ラム（２６）およびボーリングロッ
ド（１２）の剛性は、該ラム（２６）の軸方向の弾性的
な変形が該ボーリングロッド（１２）の軸方向の弾性的
な変形と略等しくなるように選択されていることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載のボーリングヘッ
ド。
【請求項５】上記ラム（２６）と可動体（２８）が一
体に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかに記載のボーリングヘッド。