JPH0350083B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 工具ホルダ４〜６を有する回転自在のスピン
ドル３を駆動するジエツトタービンを有し、該ス
ピンドルがスピンドルハウジング２内に回転自在
に支持され、該ジエツトタービンがタービンハウ
ジング１，８により回転自在に密接して囲まれる
円盤形のタービンロータ１０を有し、該タービン
ロータ１０の外周に個別のくぼみが配置され、各
くぼみがジエツト用凹形作動前壁３７ａと該ロー
タの軸方向に開口して一側方に配置された出口３
７ｃとを有し、該ハウジング１，８がくぼみ３７
に向けられたジエツト用の少なくとも１つの入口
ノズル９と使用済みジエツト媒体用の少なくとも
１つの出口１５を有している工具において、入口
ノズル９が該ロータ１０の円周の接線方向に沿う
ように該凹形作動前壁３７ａの最深部に向けら
れ、各くぼみ３７には該出口３７ｃと向かい合う
凹形側壁３７ｅ及び該作動前壁３７ａと向かい合
う凹形後壁３７ｂが設けられ、各くぼみ３７には
相互に結合された該作動前壁と該側壁と該後壁と
により囲まれた平形底壁３７ｄが設けられ、該タ
ービンハウジング１，８が該ロータ１０の一端に
隣接して軸方向に配置され該出口３７ｃと直接連
通する排出口１５を有し、該ジエツトが最初に該
前壁３７ａに衝突するときに該ジエツトの流れの
方向に関して該底壁３７ｄが後方に傾斜して、そ
れによつて該側壁と該後壁と該底壁とが該後壁の
方向に深さが増大する膨張空間を該ジエツトの下
流に画成するとともに該出口３７ｃに向かう該膨
張ジエツト媒体の案内路を画成することを特徴と
する工具。

２ くぼみ３７の該後壁３７ｂとそのくぼみの次
のくぼみの該前壁３７ａとが円周方向に離間され
ていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の
工具。

３ 各くぼみ３７が該ロータの半径方向から見て
円形状であるとともに、該ロータの軸方向の一側
面と２回交わり、該出口３７ｃがその２つの交差
点間に画成されていることを特徴とする請求の範
囲第１項又は第２項に記載の工具。

４ 各くぼみ３７がタービンロータ１０の円筒外
周部に設けられた半径方向の盲穴であり、ドリル
あけ、フライス削り又はダイカストによつて形成
されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃
至第３項のいずれかに記載の工具。

５ 各くぼみの深さが該出口３７ｃに向かつて深
くなるように、該くぼみの該底壁が該出口に向か
つて傾斜していることを特徴とする請求の範囲第
１項記載の工具。

６ 該タービンロータ１０が外形Ｄを有し、該ロ
ータの外周部回りにそれぞれ等しい離間距離
0.0183D及び内径0.156Dを有する多数の0.375Dの
くぼみ３７が設けられており、各くぼみが
0.052Dの半径方向深さを有し、又各くぼみの中
心と出口との間の軸方向距離が約0.056Dである
ことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項の
いずれかに記載の工具。

明細書 本発明は、ツールホルダを有する回転スピンド
ルを駆動するジエツトタービンを有し、前記スピ
ンドルはスピンドルハウジング内に包含され、円
盤形のタービンロータより成るジエツトタービン
はタービンハウジングにより密接して囲まれ、前
記タービンロータは個別のくぼみを外周に配して
おり、各くぼみは、ジエツト用の１つの凹形作動
前壁とロータの軸線方向に開口する１つの側面出
口開口部を有し、該ハウジングは該くぼみへ向い
たジエツト用の少なくとも１つの吸込ノズルと使
用済ジエツト媒体用の少なくとも１つの出口用開
口とを有しているジエツトタービン駆動式工具に
関する。

周知の工具（スウエーデン特許第418259号）
は、外周部にタービン羽根を備えたタービンロー
タを有している。各対状の羽根は、タービンハウ
ジングの隣接する内壁とともに、ロータの軸方向
に対向する両側部で開口する室を形成している。
特に、ハウジング排出口に対向する側部で室を出
て行く使用済の膨張媒体は、ハウジングの静止部
分と接触するばかりかタービンロータの次の回転
時に室に入ろうとする新らしい媒体を妨害する。
使用済媒体と新らしい媒体とが絶えず衝突する結
果生ずる欠点は、工具が種々の材料中であつて、
負荷が増すかまたは変化する条件下で作動する際
の、その弱い「制動力」性能である。この性能と
は、工具がどのような負荷変動にもかかわらず、
定速を維持すべきであることを意味している。

別の周知工具（英国特許第547777号）は円周方
向に離間された個別のくぼみを備える円盤形ター
ビンロータを有しており、各くぼみの底部から、
半径方向内側に設けられた軸方向排出溝にかけ
て、半径方向の孔が通じている。更に、傾斜孔は
各くぼみの前壁または作動壁を起点として次にく
るくぼみの半径方向の孔に通じている。新たに供
給された媒体と使用済の膨張媒体との衝突は避け
られず、長い溝を通して媒体を排出するため、ジ
エツトエネルギーの一部が消耗されるうえに、ロ
ータの製造コストが非常に高い。

米国特許第845059号は、隔壁で仕切られた一側
表面に、ほぼ半円形のポケツトを有する円盤形タ
ービンロータを備えるジエツトタービンを開示し
ている。これらのポケツトおよび隔壁は、ジエツ
ト流方向に傾斜しており、各ポケツトは同一長さ
の３個の段違いステツプで構成されている。ま
た、各ステツプは１個のわん曲した作動前面を有
している。ジエツトは一側のポケツトに入り、作
動表面に沿つて偏向して、排出口が設けられた反
対側のポケツトから出ていく。該表面に沿つて移
動する間に、ジエツトはロータを駆動する反力を
発生する。ジエツトは非常に短時間だけ１個のポ
ケツト内で作用するだけであり、より長時間分割
されて２個のポケツトに同時に働らきかけなけれ
ばならない。ポケツトから膨張媒体を除去するた
め、大半のジエツトエネルギーを必要とするが、
ある量の膨張媒体は各ポケツト内に留まり、次の
回転時に入つてくる次のジエツトを妨害する。

最後に、米国特許第848587号は、円盤の一側面
または周辺部に、ほぼ半円状のポケツト形くぼみ
を備える円盤形ロータを有するジエツトタービン
を開示している。各ポケツトはジエツト方向に傾
斜しており、それぞれ隔壁で離間されるととも
に、１個の主要ポケツト部および該ポケツト部内
に設けられた１個の段違い補助ポケツト部で構成
されている。ポケツト部間には、その入口側で切
抜かれて、主要ポケツト部に開口する狭い入口を
画成する隔壁が設けられている。ジエツトは一側
面の各ポケツトまたはポケツト部に入り、半円形
表面に沿つて偏向されて、排出口がある反対側の
ポケツトから出ていく。ポケツトの製造は難かし
くしかもジエツトと膨張媒体との衝突ばかりでな
く、ジエツトと隔壁との衝突を回避できない。ま
た、この周知のタービンは、ジエツトを偏向させ
ることにより駆動される反動タービンである。

本発明の１つの目的は、上記のような工具のジ
エツトタービンを改良することにある。該タービ
ンは製造が簡単で、従来の装置に比して安価であ
り、各くぼみにおけるジエツトと使用済または膨
張媒体との間の大きな衝突を回避することによ
り、効率を高めている。

本発明の他の目的は、かかる工具の性能を改善
し、負荷変動に左右されずに、実質的に一定かつ
高速の作動速度を保持すること、すなわち、工具
のいわゆる「制動力」性能を増加することにあ
る。

上記目的は、吸込ノズルを凹形作動前壁の最深
部に向け、各くぼみが排出口に対向する凹形側壁
と作動前壁に対向する凹形後壁とを備え、相互結
合された作動前壁、側壁および後壁に包囲された
平形底部を設け、かつジエツトの流れ方向に対し
て該底部を後方に向けて傾斜させ、側壁、後壁お
よび底部は、ジエツトの下流にあつて、後壁に向
けて徐々に深くなる膨張スペースを画成するとと
もに、膨張するジエツト媒体を排出口へ導く案内
路を画成するようになつているジエツトタービン
によつて達成される。

ジエツトが前面の最深部に向けられ、かつ後壁
の形状によりくぼみの周辺長さが伸びて、ジエツ
トが前壁に直接の衝撃力で長時間作用できるた
め、各くぼみが非常に効率的に作用する。タービ
ンは、ジエツトの衝撃力で作用タービンとして働
らき、従来のように、ジエツトを偏向させる反動
タービンとしては働らかない。各くぼみの形状は
非常に単純であるので、タービンロータの製造は
簡単である。本構成の最も重要な利点は膨張媒体
の案内路に沿つて、膨張空間からのポンプ効果が
発生するため、ジエツトが膨張媒体に妨害されな
い点にある。くぼみがジエツト作用方向に回転運
動するため、前壁からはね返る媒体は、ジエツト
の下流に発生するポンプ効果に助けられて、側壁
および後壁に沿つて排出口に押し出される。媒体
ジエツトの境界層内およびその付近に、ジエツト
が衝突する前壁領域から膨張媒体を吸い出す助け
をする低圧が発生するため後壁近辺にあつてロー
タの軸線方向から見て三角形の断面を有する膨張
空間では、前壁近辺より圧力が低くなつている。
ロータの連続的加速下におけるジエツトのくぼみ
への作用期間中および作用終了後、捕獲された媒
体の大半は、案内路に沿つて排出口から押し出さ
れる。各くぼみは、再び吸込ノズルを通過する際
に完全にからにされ、以前と同一の作動条件のも
とに、次の作用期間に備える。

各くぼみはハウジングの排出口に向つてのみ開
口しており、また使用済媒体が非常に速やかに排
出されるため、従来のタービンに比して流れ条件
がかなり改善され、これによつて、ジエツトター
ビンで駆動される工具の制動力性能が向上する。
これが、ジエツトタービンで駆動される工具が、
増加または変化しつつある負荷条件に左右されず
に、高速かつ実質的に一定した動作速度を保てる
ほど強力である主な理由である。媒体ジエツトの
効率はかなり高められ、本発明によるジエツトタ
ービンを備える工具の無拘束速度は、６バールの
媒体圧で約80000r.p.m.であり一方、常用負荷条
件における動作速度は約74000r.p.m.に保たれて
いる。

有効な圧力媒体流条件が得られるため、工具の
ノイズレベルはかなり低くなるが、これは作業環
境の観点から見て重要であることは勿論である。

本発明のその他の特徴および利点は、以下の実
施例の説明から明らかとなる。

第１図は、本発明によるジエツトタービン付工
具の一部を除去した断面図である。

第２図は、本発明によるタービンロータの第１
実施例の部分断面図である。

第３図は、第２図に示すタービンロータの後面
図である。

第４図は、修正くぼみ付タービンロータの第２
実施例の部分図である。

第５図は、タービンロータの第３実施例の部分
図である。

第６図は、部品の一部を除去して示す第１図工
具のハウジング内部図である。及び 第７図は、第６図の−線に沿つたロータの
断面図である。

工具（第１図）は、タービンハウジング１およ
びスピンドルハウジング２を有している。スピン
ドル３は、タービンハウジング１の内側からスピ
ンドルハウジング２を通つて延び、更に、たとえ
ば研削ピン、フライス削り工具、硬質合金やす
り、彫刻ピンまたはドリル等の工具を締結するコ
レツト５およびクランプナツト６で構成されるチ
ヤツク４で終結している。工具本体は、２つの部
品すなわちハンドル７およびキヤツプハウジング
８で構成されている。ハンドル７は、スリーブ７
ａおよびカラー７ｂと共にスピンドルハウジング
２に延入している。キヤツプハウジング８には、
たとえばそのオリフイスで、1.6mmの直径を有す
る接線方向の圧力媒体吸込ノズル９が設けられて
いる。カラー７ｂとキヤツプハウジング８とは、
ねじ２１によつて結着されている。

タービンハウジングには、本発明によるタービ
ンロータ１０が配設されているが、その構成は第
２図ないし第７図から明らかである。ロータ１０
は、好適にはアルミニウム製であり、ねじ１４、
ナツト１２およびワツシヤ１３によつてスピンド
ル３の後端に固定されている。キヤツプハウジン
グ８には、消費または使用済圧力媒体の排出口と
なる穴１５が設けられている。穴１５は、多孔プ
レート１７および１８で覆われたノイズダンパ本
体１６，１６ａを有している。ダンパ１６，１６
ａは、ロツクワイヤ１９によつて穴１５内の肩部
２０に固定されており、また、これらダンパは通
気、吸気性のある物質、好適には、一種の圧縮フ
オームラバーである商標名POROLONと称する
物質で構成されている。ダンパ本体１６，１６ａ
は、さらに、作業員をわずらわせないように排出
媒体を分散する。排出口１５は、実質的にタービ
ンロータ１０の断面積に相当する面積を占めてい
る。

スリーブ７ａは、加熱ばめプラスチツク管２２
で覆われている。スピンドルハウジング２は、チ
ヤツク４の近辺で、スリーブ７ａ内に圧入され、
さらにスピンドル３の開口部を有する端プレート
２３で終結している。端プレート２３には、フエ
ルト製の集じん機２４が配設されて、微片がスピ
ンドルハウジング２に入らないようにしている。
スピンドル３は、スピンドルハウジング２内でボ
ールベアリング２５，２６で軸支されるととも
に、ゴム製のＯリング２５ａ，ｂおよび２６ａ，
ｂによつてシールされている。ボールベアリング
２５は、ワツシヤ２７およびロツクワイヤ２８で
固定されており、一方、ボールベアリング２６
は、ばねワツシヤ２９、平面プレート３０および
ロツクワイヤ３１で固定されている。これらのベ
アリング２５，２６は、恒久的に潤滑されてい
る。すなわち、ベアリングに恒常的または間欠的
に潤滑油を給油することに基づく潤滑方法とは反
対に、ベアリングは工具を整備する場合だけ潤滑
される。

離間スリーブ３２は、タービンロータ１０とボ
ールベアリング２６の内レースとの間に配設さ
れ、スピンドル３に圧着されており、その外面は
非常に小さい公差で、非常に平滑に機械加工され
ている。黒鉛製のスリーブの形状を成すシール３
３は、離間スリーブ３２とカラー７ｂとの間に圧
入されている。カバーワツシヤ３４，３５は、シ
ール３３の対向する両側面上に配されている。シ
ール３３はカバーワツシヤ３４，３５とともに、
ロツクワイヤ３１によつて一側面に、かつロツク
手段３６によつて他側面に設置されている。この
シールは、ある程度の力が加わると、カラー７ｂ
の内面とともに、スピンドル３１に押圧される離
間スリーブ３２と接触するようにすれば、タービ
ンハウジング１とスピンドルハウジング２との間
の空気漏れに対し非常に良好なシールとなること
が証明されている。このように、シール機能に必
要とされる上記程度の力を加えても、離間スリー
ブ３２と黒鉛シール３３との間では、例えば40メ
ートル／秒のような高速の滑動速度が可能であ
る。本実施例では、滑動速度は25ないし30メート
ル／秒になるが、これは黒鉛製シール３３によつ
て容易に許容できる。

タービンロータ（第２図）は、その周辺部に一
連の同一形のくぼみ３７および３８を有してい
る。次に、くぼみ３７の詳細を説明する。該くぼ
みは、吸込ノズル９で発生する１回分の圧縮空気
ジエツトによつて打撃される凹形作動前壁３７ａ
を有するとともに、反対方向に凹形後壁３７ｂ、
および排出口１５に向う軸方向出口３７ｃを有し
ている。前壁３７ａと後壁３７ｂとは、平形底面
３７ｄおよび凹形後壁３７ｅとキヤツプハウジン
グ８の密接包囲する内壁とともに、吸込ノズル９
から到来する圧縮空気ジエツト用の最適な作用及
び膨張空間を形成する。

本実施例では、くぼみ３７は、例えば7.5mm直
径の円形を成している。各くぼみを簡単な穴ぐり
またはフライス削りで形成できるため、円形であ
ることは製造の観点から非常に有利である。各く
ぼみの深さは2.5mmである。くぼみ３７間には、
円周方向に0.8775mmの等しい間隔が置かれてい
る。各円形くぼみ３７の中心から出口３７ｅまで
の距離は2.7mmである。

底面３７ｄは、タービンロータ１０の軸線と平
行して示されているが、膨張空気の排出効率をさ
らに高めるため、排出口３７ｃに向けて若干内向
きに傾斜させることもできる。後壁３７ｂについ
ては、くぼみから膨張空気を排出する効率をさら
に高めるため、第４図に示すように、出口３７ｃ
に向つて凹形曲りがなだらかになる凹形にするこ
とができる。くぼみのこの形状は、機械加工では
達成しにくいが、ロータがアルミニウム製の場合
はダイカストによつて、またロータがプラスチツ
ク製の場合は射出成形によつて容易に形成でき
る。

くぼみの作動前壁についても同様に、非円形に
することができる。第４図に示すものは、第２図
のものよりくぼみが大きくなつている。また、第
５図に示すように、直線状にすることもできる。
しかし、直線状にすると、タービンパワーが低下
することがわかつている。

吸込ノズル９は、媒体ジエツトを凹形前壁３７
ａの最深部（第６図）に向けるように配置されて
いる。すなわち、ノズル９は、好適には、ロータ
１０の軸線に対して直角な平面に配設されてい
る。該平面には、第２図または第６図に示す全く
ぼみの中心も位置している。第７図は、吸込ノズ
ル９がタービンロータ１０の外周に対して接線方
向にジエツトを導くことを示している。その結
果、この配列では、ジエツトは先ず凹形前壁３７
ａの上縁に当り、ロータの移動に従つてさらに該
壁３７ａの全高にぶつかる。くぼみ３７が外周方
向にかなりの広がりを有しており、また後壁３７
ｂが反対側にくぼんでいるため、ある程度多量の
ジエツトが前壁に当らない限り、ジエツトは後壁
３７ｂの上縁に妨害されない。後壁３７ｂと平形
底面３７ｄとの高さが、ジエツト方向に対して後
方に傾斜するため、ジエツトが前壁３７ａに当る
際に、ジエツトの下流に膨張空間ができる。この
膨張空間は―ロータの軸方向に見た場合―三角形
の断面を有している。さらに、側壁３７ｅは、後
壁３７ｂ、底面３７ｄおよびキヤツプハウジング
８の内壁とともに、出口３７ｃに向う非対称のわ
ん曲案内路を形成する。タービンロータ１０を加
速すると、膨張しつつある媒体の大半は、ジエツ
ト下流の低圧膨張空間のポンプ効果に助けられて
案内路に沿つて導かれる。くぼみの上記領域の低
圧は、ジエツトの境界層付近に常にかなりの低圧
が発生するという物理的現象によるものである。
案内路と低圧膨張空間とは、共に前壁３７ａから
はね返る媒体を出口３７ｃに押出し、膨張媒体の
迅速な排出を促がす。膨張しつつある媒体または
膨張した媒体とジエツトとの間の大きな衝突は回
避される。タービンは、作用タービンとして機能
し、主にジエツトの衝撃力で回転される。はね返
る媒体は迅速に排出されるため、ジエツトは後続
のくぼみとの隔壁で妨げられるまで作用する。そ
の後、くぼみの掃除作用が引続き行なわれるた
め、タービンロータが１回転し終えると、くぼみ
が確実にあき状態になる。

第７図は、キヤツプハウジング８を−面で
切断したものであり、タービンロータ１０の背部
はダンパ本体１６ａと隣接している。点線で示す
３個のくぼみ以外は、くぼみ３７の出口３７ｃだ
けが図示されている。