(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧モーター（１３）及びスピンドル（１１）を有し、スピンドル（１１）が回転運動させる駆動ギア（２３）及びスピンドル（１１）に螺入される送りギア（２５）を介してモーター（１３）に駆動接続され、送りギア（２５）とスピンドル（１１）との間の相互回転が、十分に前進した位置と十分に後退した位置との間でスピンドル（１１）を軸方向に動かすようにされ、送りギア（２５）を駆動してスピンドル（１１）を前進させる第一のギア伝動装置が設けられ、また送りギア（２５）を駆動してスピンドル（１１）を後退させる第二のギア伝動装置が設けられる動力工具（１０）において、
スピンドル（１１）が動作トルク（Ｔ）で作動し、動作トルク（Ｔ）が後退閾値トルク（ＴＲ）を越える際に解放されることになる後退トルク制限カップリングを第二のギア伝動装置が備え、後退トルク制限カップリングを解放しないように選択的にロックするロック機構（３９）が設けられること
を特徴とする動力工具（１０）。
【請求項２】
スピンドル（１１）が十分に前進した位置にある際に、ロック機構（３９）が後退トルク制限カップリングをロックするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の動力工具（１０）。
【請求項３】
後退トルク制限カップリングが、ばね（３３）によって互いに保持される平滑な歯付き係合部（２８、２９）から成り、  ばね（３３）のばね作用（ＦＡ）が後退閾値トルク（ＴＲ）を越える際に相応し、動作トルク（Ｔ）が後退閾値トルク（ＴＲ）を越える際に平滑な歯付き係合部（２８、２９）が解放されることを特徴とする請求項２に記載の動力工具（１０）。
【請求項４】
シリンダ（３２）が送りギア（２５）に対するギア伝動を制御するように構成され、シリンダ（３２）が、第一のギア伝動に相応する第一のギア位置と、第二のギア伝動に相応する第二のギア位置との間で移動するように構成され、ばね（３３）が、平滑な歯付き係合（２８、２９）を達成する第二のギア位置に向ってシリンダ（３２）に作用することを特徴とする請求項３に記載の動力工具（１０）。
【請求項５】
ロック機構（３９）がラチェット（４０）を有し、シリンダ（３２）における肩部（５５）と相互に作用するために、シリンダ（３２）に相互作用領域にラチェット（４０）における歯（５７）が向けられるブロッキング位置と、歯（５７）がシリンダ（３２）の動く領域に達しない非ブロッキング位置との間でラチェット（４０）が軸の周りで回転でき、シリンダ（３２）における肩部（５５）と歯（５７）との間の相互作用によってシリンダ（３２）が第二のギア位置から外れて動くのをブロックすることを特徴とする請求項４に記載の動力工具（１０）。
【請求項６】
ロック機構（３９）がレバー（３８）を有し、レバー（３８）がラチェット（４０）と共に回転するようにラチェット（４０）に接続され、スピンドル（１１）が止めリング（２７）を備え、スピンドル（１１）がそれの順方向位置に達する際に止めリング（２７）がラチェット（４０）をブロッキング位置に位置決めするようにレバー（３８）に作用するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の動力工具。
【請求項７】
レバー（３８）とラチェット（４０）との間の相互接続が、レバー（３８）に対してラチェット（４０）を回転させる動きの自由度を備え、レバー（３８）とラチェット（４０）との間に、ブロッキング位置に向ってラチェット（４０）に作用するばね（５８）が設けられ、それによりラチェット（４０）が、ばね（５８）の作用に抗してブロッキング位置から外れてレバー（３８）に対して動かされ得ることを特徴とする請求項６に記載の動力工具。
【請求項８】
ラチェット（４０）をブロッキング位置に支持する支持体（５９）が設けられ、支持体（５９）とラチェット（４０）との間の相互作用でラチェット（４０）がシリンダ（３２）において肩部（５５）と歯（５７）との間の相互作用を介して第二のギア位置から外れて動く方向にラチェット（４０）が回転するのを制限するように構成したことを特徴とする請求項７に記載の動力工具。
【請求項９】
ラチェット（４０）の外部カム輪郭（６０）が支持体（５９）と係合し、そして第二のギア位置におけるラチェット（４０）の回転運動を制限することを特徴とする請求項８に記載の動力工具。
【請求項１０】
ラチェット（４０）及びレバー（３８）が開放位置に向ってばね負荷されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の動力工具。
【請求項１１】
シリンダ（３２）が、包囲するハウジング（４３）及び環状ハウジング要素（６１）に対して密封部材（４９ａ、４９ｂ）で密封される閉じたチャンバ（３５）を画定し、閉じたチャンバ（３５）が、閉じたチャンバ（３５）内への空気圧の付加によって環状ハウジング要素（６１）から離れて第一のギア位置に向ってシリンダ（３２）を押すばね（３３）の作用に抗して拡張できることを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載の動力工具（１０）。
【請求項１２】
動作トルク（Ｔ）が後退トルク閾値（ＴＲ）より高い前進トルク閾値（ＴＡ）を越える際に第二のギア伝動装置が、解放されるようにされた第二のトルク制限カップリングを備えることを特徴とする請求項１１に記載の動力工具（１０）。
【請求項１３】
動作トルク（Ｔ）が前進トルク閾値（ＴＡ）を越えて第二のトルク制限カップリングが解放され、そしてシリンダ（３２）がばね（３３）の作用によって第二のギア位置へ向かって動かされることに応じて、チャンバ（３５）に作用する圧力を開放する弁が設けられることを特徴とする請求項１２に記載の動力工具。
【請求項１４】
工具保持スピンドルを有する進歩した掘削装置（ADE）を用いて自動化掘削作業を実行する方法であって、
モーターに接続した駆動ギアによってスピンドルを回転するステップと、
物質を通して掘削を行うようにポジィティブなギア伝動装置を介してモーターに接続した送りギアによってスピンドルを送るステップと、
掘削の予定の地点でポジィティブな送りを中断するステップと、
中断した送りに応じて、ネガティブなギア伝動装置を介してモーターに送りギアを接続してスピンドルを後退させるステップと、
スピンドルを後退させるのに必要な動作トルク（Ｔ）が後退閾値トルク（ＴＲ）を越えることに応じて、後退トルク制限カップリングによってスピンドルの後退を中断するステップと
を含む方法において、
後退の初期の段階でロック機構（３９）により後退トルク制限カップリングをロックし、後退の初期の段階では後退トルク制限カップリングを解放しないように構成したことを特徴とする方法。
【請求項１５】
スピンドルを前進させるのに必要な動作トルク（Ｔ）が後退トルク閾値（ＴＲ）より高い前進トルク閾値（ＴＡ）を越えることに応じて、前進トルク制限カップリングによってポジィティブなギア伝動装置を介してのスピンドルの送りを中断することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動化した掘削（穿孔）作業を行う動力工具及び方法に関するものである。特に、本発明は、自動化した仕方で、多数の連続した掘削作業を行うのに適応した進歩した掘削装置（ADE）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧縮空気式動力工具は、掘削バイトを挿置できるソケットを備えたスピンドルを有している。かかるスピンドルは通常、二つの別個のギア装置によって駆動され、これらギア装置は普通、スピンドルの周りに同軸にスリーブとして設けられる。第一のギア装置すなわち駆動ギア装置は、スピンドルを回転駆動するために軸方向スプラインに配列される。第二のギア装置すなわち送りギア装置は、送りギア装置とスピンドルとの相互回転でそれらの間に軸線方向の動きを生じてスピンドルを軸線方向に送るようにスピンドルにねじ係合される。送りギア装置は、スピンドルを前進又は後退させるように構成され得る。
【０００３】
従来、スピンドルが前進される際には、ねじ係合した送りギア装置は、スピンドルよりわずかに高速の回転速度で回転する。掘削作業が終了する際には、送りギア装置は角度的にブロックした位置に位置決めされる。それにより、送りギア装置は回転からブロックされるので、送りギア装置に対するスピンドルの連続した回転は、スピンドルをその最初の位置へ急速に戻させる。
【０００４】
このような従来の圧縮空気式動力工具に固有の問題点は、スピンドル及び／又はスピンドルを送るギア装置がスピンドルを該ギア装置との相対的に高い回転速度のためにジャムして動かなくなることにある。これは、ジャムした部品を緩める必要があることを意味するためだけでなく、工具の部品を強い応力及び摩耗に晒されるためにも厄介である。
【０００５】
従来、この問題点は、主バルブを閉じることでモーターを止めるために後退状態の最終段階で作動される空気圧信号によって解決される。空気圧信号の作動は、スピンドルが十分に後退した位置に近いある特定点まで後退した際にトリガーされる。この特定点の最適場所は、スピンドルの意図した回転速度によって調整される。典型的には、この場所は、スピンドルの固有の回転エネルギーが、十分に後退した位置まで戻すのに十分であることを保証するために、十分に後退した位置に十分に近くあるべきである。一方、この場所は、スピンドルがジャムするように回転速度があまり高くならないことを保証するために、十分に後退した位置から十分に離れるべきである。
【０００６】
従って、従来技術では、工具を種々の回転速度に適合させるために妥協が必要である。この妥協は当然、比較的高い範囲の回転速度の場合には、スピンドルがジャムすることになること、及び／又は比較的低い範囲の回転速度の場合には、スピンドルが十分に後退され得ないことを意味している。
【０００７】
従来装置における別の問題点は、工具のヘッドの全長にわたって空気圧信号を発生するセンサーを物理的に設けることにある。一般に、限られたスペースにおける工具の作業性を改善するためにはヘッドの長さをできる限り短く保つことが常に望まれている。
【０００８】
従って、スピンドルの回転速度にかかわらず、スピンドルを安全に後退させる装置の必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、動力工具におけるスピンドルの改善した戻し送り装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、比較的コンパクトな機能構成の空気圧式動力工具を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、工具の機能を損なうことなしにスピンドルの回転速度を実質的に高いレベルに維持できるジャムのない構造の動力工具を提供することにある。
【００１２】
本発明の第一の特徴によれば、本発明は、モーター及びスピンドルを有し、スピンドルが、モーターに回転モーメントを加える駆動伝動装置を介して及び送り伝動装置（２５）を介してモーターに駆動的に接続され、送り伝動装置とスピンドルとの相互回転で、完全に前進した位置と完全に後退した位置との間でスピンドルを軸方向に動かすように送り伝動装置がスピンドル内にねじ係合され、スピンドルを前進させるように送り伝動装置を駆動する第一の伝動装置が設けられ、またスピンドルを後退させるように送り伝動装置を駆動する第二の伝動装置が設けられて成る動力工具に関する。スピンドルは、動作トルクで作動し、第二の伝動装置は、動作トルクが後退閾値トルクを越える時に解放するようにされた後退トルク制限カップリングを備え、解放されないように後退トルク制限カップリングを選択的にロックするロック機構が設けられている。
【００１３】
本発明の特殊な実施形態では、ロック機構は、スピンドルが完全に前進した位置にある時に、後退トルク制限カップリングをロックするように設けられている。
【００１４】
本発明の別の実施形態においては、後退トルク制限カップリングは、平滑に歯付きの係合部から成り、平滑に歯付きの係合部は、ばねによって互いに保持され、このばねは、後退閾値トルクに相当するばね作用をもち、それで平滑に歯付きの係合部は、動作トルクが後退閾値トルク値を越える際に解放される。
【００１５】
本発明のさらに別の実施形態では、送り伝動装置への伝動装置を制御するシリンダが設けられ、該シリンダは、第一の伝動装置に対応した第一の伝動位置と、第二の伝動装置に対応した第二の伝動位置との間で移動されるように設けられ、またばねは、平滑に歯嵌合して係合を達成する第二の伝動位置に向かってシリンダに作用する。
【００１６】
ロック機構はラチェットを有し得、このラチェットは、シリンダにおける肩部と相互作用するためにシリンダの相互作用内へラチェットにおける歯を向かわせるブロッキング位置と、シリンダの可動領域内へ歯が到達しない非ブロッキング位置との間で軸線のまわりを回転でき、また歯とシリンダにおける肩部との相互作用は、シリンダが第二の伝動位置から外れて動くのをブロックする。
【００１７】
さらに、ロック機構はレバーを有し得、このレバーは、ラチェットと共に回転するようにラチェットに接続され、またスピンドルは、スピンドルがそれの前方位置に達する際にラチェットをブロッキング位置に位置決めするためにレバーに作用するように構成される。
【００１８】
レバーとラチェットとの間の相互接続には、レバーに対してラチェットを回転させる動きの自由度が含まれ得、また、スピンドルは、ラチェットをブロッキング位置へ向かわせるようにレバーとラチェットとの間にばねが設けられ、それによりラチェットは、ばねの作用に抗してブロッキング位置から外れてレバーに対して動かされ得る。
【００１９】
さらに、ラチェットをブロッキング位置に支持する支持体が設けられ、支持体とラチェットとの間の相互作用により、第二の伝動位置から肩部と歯との相互作用を通ってシリンダが動き得る方向にさらにラチェットが回転するのを制限する。
【００２０】
本発明の一実施形態においては、ラチェットは、支持体と係合しかつ第二の伝動位置におけるラチェットの回転運動を制限する外方カム輪郭を有する。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、ラチェット及びレバーは開放位置へ向かってばね負荷がかけられる。
【００２２】
本発明のさらに別の実施形態では、シリンダは、周囲のハウジング及び環状ハウジング要素に対してシーリングによって密封される閉じたチャンバを画定し、閉じたチャンバは、上記チャンバ内に空気圧を印加することによって環状ハウジング要素から離れた第一の伝動位置に向かってシリンダを押すように上記ばねの作用に抗して伸張可能である。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、第二の伝動装置は、動作トルクが後退閾値トルク値より高い前進閾値トルク値を越える際に、解放するようにされた第二のトルク制限カップリングを備えている。
【００２４】
さらに、動作トルクが前進閾値トルク値を越えて第二のトルク制限カップリングが解放されそしてシリンダがばねの作用で第二の伝動位置へ向かって移動するようにされることに応じて、チャンバに作用する圧力を解放する弁が設けられ得る。
【００２５】
本発明の第二の特徴によれば、本発明は、工具保持スピンドルを有する改良型掘削装置（ＡＤＥ）を用いて自動化掘削作業を行う方法に関し、かかる方法は、
・モーターに接続した駆動伝動装置によってスピンドルを回転させるステップと、
・物質を通して掘削を行うようにポジティブ伝動装置を介してモーターに接続した送り伝動装置によってスピンドルを送るステップと、
・掘削の予定の部位でポジティブ送りを中断するステップと、
・中断した送りに応じて、スピンドルを後退させるようにネガティブ伝動装置を介してモーターに送り伝動装置を接続するステップと、
・スピンドルを後退させるのに必要な動
作トルクが後退トルク閾値を越えることに応じて、後退トルク制限カップリングによってスピンドルの後退を中断するステップと
を含む。後退トルク制限カップリングが後退の初期状態中に解放されないように、後退の初期状態中に後退トルク制限カップリングをロックするロック機構が設けられる。
【００２６】
本発明の第二の特徴の別の実施形態においては、ポジティブ伝動装置を介してのスピンドルの送りは、スピンドルを送るのに必要な動作トルクが後退トルク閾値より高い前進トルク閾値を越えたことに応じて前進トルク制限カップリングによって中断される。
【００２７】
本発明のさらなる目的及び利点は以下の説明から明らかとなる。
【００２８】
以下の詳細な説明においては添付図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一の実施形態による動力工具を示す断面図。
【図２】第一の動作位置における図１に示す動力工具の細部を示す図。
【図３】第二の動作位置における図１に示す動力工具の細部を示す図。
【図４ａ】第三の動作位置における図１に示す動力工具の細部を示す図。
【図４ｂ】図４ａに示す図を閉じた図。
【図５】第四の動作位置における図１に示す動力工具の細部を示す図。
【図６】第五の動作位置における図１に示す動力工具の細部を示す図。
【図７】本発明の第二の特徴による方法を示すブロック線図。
【図８】本発明において用いるロック機構の細部を示す斜視図。
【図９】図８に示すロック機構の別の角度から見た斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１には、本発明による空気圧式動力工具１０の一実施形態を示す。
【００３１】
動力工具はスピンドル１１を有し、スピンドル１１は、例えば掘削バイト（図示していない）のような切削要素を保持しかつ上記掘削バイトを回転し前進させるように設けられている。掘削バイトはスピンドル１１の右前方端部においてソケット１２に設けられることになる。空気圧モーター１３は、スピンドル１１を回転させ前進させる動作トルクＴを発生するために動力工具の下方部分に設けられている。
【００３２】
空気圧モーター１３は、例えばタービンモーターか或いはベーンモーターであり得る。図示した実施形態では、モーターはタービンモーターである。モーターは圧搾空気で駆動される。空気は主弁１４を介してモーターに供給される。
【００３３】
モーターはさらに出力軸１６を備え、この出力軸１６はギアボックス１５によって第二のギア軸１７に対して減速され、第二のギア軸１７はカップリング１８、２０を介して第一のギア軸１９に結合される。
【００３４】
本発明は、内蔵したトルク制限カップリングによるカップリングでスピンドルを後退させることができるという概念に基いている。内蔵したトルク制限カップリングによって後退運動は予定の後退閾値トルク値ＴＲで決定されることが保証される。
【００３５】
かかる構成を達成するために、ある種々の要素の複雑な結合に取り組む必要がある。掘削作業中のスピンドル１１の前進送りは、工具の生産性を維持するために相対的に迅速である必要がある。このことは、スピンドル１１がポジティブ送り掘削動作の結果、動かなくなりそうであることを意味している。従って、スピンドル１１は後退動作の初期段階でこの動かなくなることから解放されなければならない。このことは、後退を開始するのに必要な動作トルクＴが最も明確には予定の閾値ＴＲより高いことを意味している。従って、内蔵トルク制限カップリングの結果として、後退は開始しない。
【００３６】
従って、本発明の概念は、後退の初期段階ではトルク制限カップリングをブロックし、後退の最終段階中にこのブロックを解放して、予定の後退トルク閾値ＴＲに達した時に後退を止めるようにすることにある。後退トルク閾値ＴＲは好ましくは、掘削作業を再開するのに必要な動作トルクＴがスピンドル１１を前進させるために設けられた送りカップリングによって容易に達成されるように設定される。
【００３７】
図２〜図６には、五つの異なる動作モードすなわち通常の掘削動作（図２）、通常の掘削動作の最終段階（図３）、スピンドルの後退の開始（図４）、後退動作（図５）及び後退動作の終了（図６）における本発明による空気圧式動力工具の実施形態を示す。
【００３８】
（１）  通常の掘削動作（図２）
図２に示す通常の掘削動作中、掘削が行われ、スピンドル１１は前方端部にドリルビット（図示していない）を保持するソケット１２を備えている。通常の掘削段階中に、スピンドル１１は前進され、すなわち掘削運動を行うように回転しながら図面の右方向へ軸方向に移動される。
【００３９】
スピンドル１１は、スピンドル１１のほぼ全長にわたってのびる外部トレッド２１を備えている。さらにスピンドル１１は、少なくとも一つの外部軸方向溝２２を備え、この外部軸方向溝２２はスピンドル１１のほぼ全長にわたって軸方向へのび、それによりトレッド２１は上記溝２２によって軸方向において中断される。
【００４０】
スピンドル１１を回転駆動させる駆動ギア２３が設けられる。駆動ギア２３は、スピンドル１１における軸方向溝２２内に嵌合する内部軸方向突起２４を備え、それによりスピンドル１１と駆動ギア２３との間で相互の軸方向動きが可能であるが、相互に回転運動しないようにされている。
【００４１】
さらに、スピンドル１１における外部トレッド２１とねじ係合する内ねじ２６を備えた送りギア２５が設けられる。ストップリング２７はスピンドル１１の左後端部に固定配置される。
【００４２】
駆動ギア２３は、工具の動作を通してほぼ一定の速度で回転するようにモーター１３に駆動的に結合される。特に、第二のギア軸１７は、ギアボックス１５の出力軸４７及び角度付きベーベルカップリング４８を介してモーターの出力軸１６によって駆動される。さらに、第二のギア軸１７は、固定カップリング６４を介して中間駆動ギア２８を駆動するように設けられている。中間駆動ギア２８は、第一のギア軸１９に対して自由に回転できるように第一のギア軸１９の周りの軸受５１に装着される。中間駆動ギア２８はさらに、スピンドルを駆動するために、ギア伝動装置例えば歯付き係合部を介して駆動ギア２３に結合される。
【００４３】
上記で説明したように、モーターの出力軸１６から駆動ギア２３への完全なカップリングは、動作全体において変わらないままであり、それで、駆動ギア２３及びスピンドル１１は完全な動作中、一定速度で回転することになる。回転速度は、モーター１３とギアボックス１５のギア比とによって決められ、そして通常毎分５００乃至４０００回転に設定されている。本発明の構成によれば、スピンドル１１の回転速度は毎分１２０００回転であり得る。高い回転速度は、本発明の送りギア装置によって可能であり、これについては以下に詳細に説明する。
【００４４】
送りギア２５は、第一及び第二のギア結合部を介してモーター１３に交換可能に駆動接続できる。これら両ギア結合は単一の中間送りギア２９によって達成され、単一の中間送りギア２９は二つの異なるギア位置の間で第一のギア軸１９に沿って介在できる。これらギア位置の両方において中間送りギア２９は同じ外ギア伝動装置３０を介して送りギア２５に結合される。
【００４５】
図２では、中間送りギア２９は、これら位置のうちの第一ギア位置に対応している第一の位置に位置決めされ、この第一ギ位置において中間送りギア２９は、内ギア伝動装置３１を介して第一のギア軸１９に結合される。ギア比は、この第一のギア位置で、送りギア２５が駆動ギア２３よりも僅かに速く回転するようにされ、それにより、中間送りギア２９が第一のギア位置に位置決めされる際にスピンドル１１が前進するようにされている。
【００４６】
中間送りギア２９の内側表面には、第一ギア軸１９に対する内ギア伝動装置３１を完成する歯付き部６２が設けられている。中間送りギア２９は、歯付き部６２内にすなわち図面左側に、第一ギア軸１９と係合しないようにされた空洞部５４を備えている。従って、中間送りギア２９が、第二ギア位置に対応する異なる２つの位置のうちの第二の位置すなわち図面の右側に向けて直進すると、第一ギア軸１９に対する係合は解放されることになる。これについては、図４を参照して以下に詳細に説明する。
【００４７】
第二のギア軸１７からそれぞれ第一のギア軸１９及び中間駆動ギア２８へのギア比は、第一ギア軸１９が中間駆動ギア２８よりも高速で回転するように構成されている。これらの回転速度間の関係は、交換可能な送りカセット４４によって間接的に影響される。送りカセット４４は、一次送りカセットギア４５及び二次送りカセットギア４６を備えている。
【００４８】
第一ギア軸１９は第一結合部２０を備え、第一結合部２０は例えば六角形接続部を介して一次送りカセットギア４５に接続される。一次送りカセットギア４５は二次送りカセットギア４６からの回転を伝達し、二次送りカセットギア４６は第二結合部１８及びクラッチスリーブ４２を介して第二ギア軸１７に結合される。
【００４９】
従って、送りカセット４４は、第一のギア軸１９と第二のギア軸１７との間の相対速度を制御し、この相対速度は、間接的には第一のギア軸１９と中間駆動ギア２８との間の相対速度に影響する。さらに、ギア軸１７とギア軸１９との間の相対回転速度は、送りカセットを反対方向にすなわち第一の結合部２０に二次送りカセットギア４６を接続させ又第二の結合部１８に一次送りカセットギア４５を接続させることによって、反転することができる。
【００５０】
しかし、駆動ギア２３と送りギア２５との間の相対速度は、第一及び第二のギア軸１７及び１９の相対回転速度に依存しているだけではないことに留意しなければならない。上述のように、第二のギア軸１７と中間駆動ギア２８との間の直接的な伝動は、送りカセット４４で達成されるギア比に関係なく、中間駆動ギア２８が第一のギア軸１９よりも遅い回転速度で回転するようにされている。
【００５１】
このことから見ると、穿孔作業中、送りカセット４４によってスピンドル１１を前進させることになる速度が制御可能であるということになる。送りカセット４４は、別のギア比を備えた別の送りカセットで反転させることもできるし交換することもできる。後退速度を含む他のパラメータは、送りカセット４４のギア比の影響を受けないままであり、以下に明らかにする。
【００５２】
相互に関係するギアの大きさを構成或いは適合させることで望ましいギア比を達成することは、当業者には通常の慣行である。従って本明細書での詳しい説明は省略する。
【００５３】
２．穿孔の最終段階（図３）
【００５４】
中間送りギア２９は、軸方向に移動可能なシリンダ３２と相互作用することによって第一のギア位置に保持される。シリンダ３２は、シリンダ３２と反対側のハウジング壁３４との間に介在する後退ばね３３によって第二の位置すなわち図面の右側に向って作動される。しかし、ばね力はシリンダ３２の反対側にあるチャンバ３５に作用する空気圧によって克服される。順方向送り穿孔動作の全体すなわちスピンドルが前進する限り、この空気圧は維持される。チャンバ３５は、２つの密封部材４９ａ及び４９ｂ例えばＯリングの形態で密封されている。
【００５５】
閉じられたチャンバ３５は、シリンダ３２、周囲のハウジング壁４３及び環状ハウジング要素６１によって画定さる。第一の密封部材４９ａは、シリンダ３２と周囲ハウジング壁４３との間を密封するために設けられ、また第二の密封部材４９ｂは、シリンダ３２と環状ハウジング要素６１との間を密封するために設けられている。チャンバ３５は、上記チャンバ３５内に空気圧を導入することによって環状ハウジング要素６１から離れた第一のギア位置に向かってシリンダ３２を押圧するために上記ばね３３の作用に抗して拡張できる。
【００５６】
シリンダ３２は、軸方向軸受５０を介して中間送りギア２９に軸方向に接続され、軸方向軸受５０は、シリンダ３２及び中間送りギア２９を軸方向に整列させ、しかも中間送りギア２９をシリンダ３２に対して回転させることができる。シリンダ３２は、ハウジング壁４３に対して回転しないように設けられている。
【００５７】
図３において、スピンドル１１は穿孔の端部位置に到達しようとしている。スピンドル１１がその止め位置に到達する前の数秒間、止めリング２７はポジティブ止め部材３６に当接し、止めリング２７の作動部３７は保持機構３９のレバー３８に到達する。保持機構は、さらに一枚歯のラチェット４０を備えており、ラチェット４０は、ラチェット４０の歯５７が相互作用領域すなわち周囲ハウジング壁４３の内側下方に向けられるように、レバー３８の作用によって回転し、歯５７はシリンダ３２の動作と相互作用することになる。
【００５８】
ラチェットは、図２に示すように、開放位置に向けてばね荷重が掛けられており、歯５７は相互作用領域に到達しないように位置決めされ、シリンダ３２と干渉しないようにされている。さらに、ラチェット４０はレバー３８に向かうばね５８の作用に抗して回転可能である。これによって、シリンダ３２は、肩部５５がラチェット４０の歯を通過し得るように、順方向すなわち図面の右方へラチェットの歯を通過させることができる。保持機構３９の機能は、図４及び図５を参照して以下に詳細に説明する。
【００５９】
止めリング２７がポジティブ止め部材３６に当接するとほぼ同時に、送りギア２５における動作トルクＴは瞬時に上昇する。この上昇したトルクは、中間送りギア２９、第一ギア軸１９、並びに第一及び第二の結合部２０、１８のそれぞれを介して第二のギア軸１７へ伝達されることになる。第二のギア軸１７と第二の結合部１８との間の結合は、トルク制限ばね４１の作用によって互いに保持される第二の結合部１８とクラッチスリーブ４２との間の滑らかな歯の相互作用によって達成される。ばね４１はクラッチスリーブ４２に作用し、クラッチスリーブ４２は、スプラインを介して第二のギア軸１７に、また前記滑らかな歯の相互作用を介して第二の結合部１８に結合される。第二の結合部１８は、第二のギア軸１７と回転係合しないが第二のギア軸１７に対して自由に回転してもよい。代わりに第二の結合部１８の回転は、クラッチスリーブ４２とのその係合によって制御される。
【００６０】
ばね４１のばね力は、動作トルクＴが予定の前進閾値ＴＡを超える場合に、クラッチスリーブ４２と第二結合部１８との間の相互作用が途絶えるように選択される。一旦この予定の閾値を超えると、送りギア２５の駆動が中断されるように接続はスキップする。さらに、接続がスキップすると直に、クラッチスリーブ４２はばね４１の作用に抗して移動し、第二の結合部１８から離れすなわち図面の左方へ動く。それにより、チャンバ３５内の圧力を放出するために通路（図示していない）が開放される。チャンバ３５内の圧力が放出されると、シリンダ３２及び中間送りギア２９は後退ばね３３の作用で第二のギア位置すなわち図面の右方に向かって押されることになり、中間送りギア２９は中間駆動ギア２８と係合する。これが後退段階の開始につながる。
【００６１】
３．スピンドルの後退の開始（図４ａ及び４ｂ）
【００６２】
中間送りギア２９が第二のギア位置まで押されると、同じ外ギア伝動装置３０を介して送りギア２５に結合されたままとなる。しかし、内ギア伝動装置から第一のギア軸１９への接続が解かれることになる。歯付き部６２に代わって中間送りギア２９の内部ブランク部５４が第一のギア軸１９の接続突起６３に対向して位置決めされることになるので、この内ギア伝動は失われ、結果として相互作用は達成されない。
【００６３】
代わりに、中間送りギア２９は中間駆動ギア２８に結合されることになる。中間送りギア２９と中間駆動ギア２８との間の相互作用は、後退ばね３３の作用によって保証され、そして中間送りギア２９と中間駆動ギア２８との間の滑らかな歯当たりの相互作用によって行われる。後退ばね３３のばね作用は、トルク制限ばね４１の作用よりも穏やかで小さい。
【００６４】
中間送りギア２９は、穿孔中順方向送りの最終段階で噛みこんで動かなくなることがあり得る、しかも中間送りギア２９を緩めるために必要な動作トルクＴは、後退ばね３３単独の作用によって維持が可能な力より高くなり得る。
【００６５】
そのために上述の保持機構３９が設けられる。
【００６６】
スピンドル１１がその最前進位置すなわち図４ａ及び図４ｂに示すようになると、一枚歯のラチェット４０はレバー３８における止めリング２７の作用によって押されて、その最も下方の位置まで軸Ｘを中心に回転するようにされる。この最も下方の位置において、ラチェット４０の歯５７は、後退ばね３３の作用によりラチェットの下を通過する際にシリンダ３２の肩部５５に係合することになる。ラチェット４０は、中間駆動ギア２８との係合に向かってシリンダ３２を通過させるように構成されている。
【００６７】
図４ｂで見られるように、支持体５９は、ラチェット４０がブロック位置に到達する際にラチェット４０の回転を止めるためにラチェット４０のカム輪郭６０と相互作用するように設けられている 。従って、図４ｂに示す位置で、レバー３８は止めリング２７との接触により反時計回りの動きが制限され、そしてラチェット４０は、ラチェット４０のカム輪郭６０と支持体５９との間の接触により、時計回りの動きが制限される。
【００６８】
しかし、レバー３８とラチェット４０との間にあるばね５８によって、シリンダ３２の肩部５５が第二の位置に向かってラチェット４０の歯５７を通過できるように、すなわち図３に示す位置から図４ａ及び図４ｂに示す位置までラチェット４０を僅かに反時計回りに回転させることができる。
【００６９】
図４ａ及び図４ｂに示す位置では、中間送りギア２９及び中間駆動ギア２８との間で係合が行われ、シリンダ３２はラチェット４０の歯５７と肩部５５との係合によってブロックされる。このような係合により、中間送りギア２９が中間駆動ギア２８との係合から外れて動くのが制限される。従って、送りギア２５がスピンドル１１に噛みこんで動かなくなり、中間送りギア２９及び中間駆動ギア２８との間の滑らかな歯合で生成される軸方向力がばね３３によって加えられる力を超えるようになる場合であっても、中間送りギア２９と中間駆動ギア２８との間の係合はそのまま保持されることになり、送りギア２５とスピンドル１１は緩められることになり、スピンドル１１の後退が開始されることになる。
【００７０】
中間送りギア２９は、中間駆動ギア２８及び中間送りギア２９が同じ回転速度で回転するように中間駆動ギア２８に結合されているが、送りギア２５は、駆動ギア２３よりも遅い回転速度で回転することになる。これは、中間送りギア２９から送りギア２５へのギア比が中間駆動ギア２８から駆動ギア２３へのギア比とは異なっているという事実によるものである。なお、図４ａにおいて、送りギア２５の直径が駆動ギア２３の直径よりも僅かに大きい点に留意されたい。このことから当然、送りギア２５の回転速度は駆動ギア２３の回転速度よりも遅くなる。
【００７１】
また、当然のことながら、送りギア２５と駆動ギア２３との回転速度の差は、スピンドル１１を強制的に後退すなわち図面の左方へ移動させることになる。
【００７２】
４．後退段階（図５）
【００７３】
図５は、後退段階中の動力工具の一部分を示している。図５には、他の図面よりも詳細に保持機構３９を示している。
【００７４】
後退段階の最初の部分で、止めリング２７の前端５３は保持機構３９のレバー３８と相互作用することになり、ラチェット４０は持ち上げられ、ラチェット４０の歯５７がもはや相互作用領域の下方に向かないようになり、中間送りギア２９を第二のギア位置でブロックするためにシリンダ３２の肩部５５に係合する。しかもこの地点では、スピンドルを噛みこんで動かなくなった位置から緩めてきているので、後退ばね３３のばね作用は中間送りギア２９と中間駆動ギア２８との間の相互作用を保留するのに十分であり、スピンドル１１の後退は比較的低いトルクで終えることができる。
【００７５】
５．後退の終了（図６）
【００７６】
スピンドル１１におけるソケット１２の背面部分が駆動ギア２３に当接すると、スピンドル１１の後退は終了する。この時点でこの相互作用によって、送りギア２５において動作トルクＴを増加することになる。トルクの増加は、中間送りギア２９と中間駆動ギア２８との間の結合で感知されて、この結合の相互作用が失われることになり、中間送りギア２９及びシリンダ３２は間欠的に後退ばね３３の作用に抗してすなわち図面の左方へ押されることになる。この時点で、ラチェット４０は相互作用領域に到達しないように位置され、さもなければその歯５７はシリンダ３２の肩部５５と干渉し得る。
【００７７】
上記したように、後退ばね３３のばね作用は、トルク制限ばね４１の作用よりも穏やかで小さい。これにより、後退閾値トルク値ＴＲが前進閾値トルク値ＴＡよりも低いことになる。これによって、クラッチスリーブ４２と結合部１８との間の係合は、中間駆動ギア２８と中間送りギア２９との間の係合を無効にすることになり、すなわち中間駆動ギア２８と中間送りギア２９との間の係合以上に強いことになる。
【００７８】
このことは、クラッチスリーブ４２と結合部１８との間の係合が、後退の終了後、穿孔再開時に駆動ギア２３及び送りギア２５の両方を間接的に駆動することになる理由から重要である。従って、トルク制限ばね４１のばね作用は、初期の後退位置からスピンドル１１を緩めるのに十分であるように設定される。スピンドル１１がその初期位置で噛みこんで動かない状態は、後退ばね３３のばね作用によって調節され、このばね作用は、動作トルクＴが後退段階で後退閾値トルク値ＴＲを超えると克服され、後退を終える。
【００７９】
後退ばね３３のばね作用が克服されると、シリンダ３２の動作によって、第一ギア軸１９の周りのハウジング壁４３内に配置された弁を開放する。このことは電動工具の制御ユニットにより感知され、穿孔作業を終了し、主弁１４（図１にのみ示されている）を閉じる。
【００８０】
６．本発明の方法（図７）
【００８１】
図７に示すように、本発明はまた自動化した掘削（穿孔）作業を行う方法にも関する。好ましくは、本方法方は工具保持スピンドルを有する進歩した掘削（穿孔）装置（ADE）において実行される。
【００８２】
本方法の最初のステップは、掘削（穿孔）装置を作動して掘削（穿孔）作業を開始することにある。それにより、スピンドルはモーターに接続した駆動ギアによって回転するように設定される。さらに、スピンドルは、物質を通して掘削（穿孔）を行うように第一のギア伝動装置を介してモーターに接続される第一の送りギアによってポジティブ（前進方向）に送られ、すなわち前進される。
【００８３】
スピンドルのポジティブ（前進方向）送りすなわち前進は、所望の掘削（穿孔）地点に到達するまで例えばスピンドルが十分に前進するまで続けられる。この所望の地点でスピンドルの前進は中断される。この中断した送りに応じて、送りギアは、スピンドルを後退させるために、第二のネガティブ（後退）伝動装置を介してモーターに接続される。
【００８４】
その後、スピンドルの後退は、スピンドルを後退させるのに必要な動作トルクＴが後退トルク閾値ＴＲを越えることに応じて、後退トルク制限カップリングによって中断される。
【００８５】
しかし、後退の最初の段階で後退トルク制限カップリングをロックして後退トルク制限カップリングが後退の最初の段階において解放されないようにするロック機構３９が設けられる。
【００８６】
後退が開始されると、ロック機構は非作動状態にされ、後退トルク制限カップリングは作動され、そして掘削（穿孔）作業は、スピンドルを後退させるのに必要な動作トルクＴが後退トルク閾値ＴＲを越えることに応じて、中断される。
【００８７】
本発明の特殊な実施形態では、前進伝動装置を介してのスピンドルの送りは、スピンドルを前進させるのに必要な動作トルクＴが後退トルク閾値ＴＲより高い前進トルク閾値ＴＡを越えることに応じて、第二のトルク制限カップリングによって中断される。
【００８８】
７．本発明の動力工具のロック機構の特殊な実施形態（図８及び図９）
【００８９】
ロック機構３９は本発明の中心部分である。上記では、本発明の動力工具の一般的な機能について説明し、ロック機構の機能について説明してきた。以下では、図８及び図９を参照してロック機構３９の特殊な実施形態について説明する。
【００９０】
ロック機構３９は、レバー３８に接続されるラチェット４０を備えている。レバー３８及びラチェット４０は軸Ｘのまわりで回転するように構成されている。ラチェット４０は歯５７を有し、この歯５７は、ラチェット４０の回転よって、相互作用領域に動くシリンダ３２における肩部５５と相互に作用するように、相互作用領域へ位置決めされ得る。（例えば図４ａ及び図４ｂ参照）。レバー３８及びラチェット４０は、コイルばね５６によって、図２に示す開放位置へ向かって一緒にばね負荷がかけられ、歯５７は、シリンダ３２と干渉しないように相互作用領域へは位置決めされない。さらに、ラチェット４０をレバー３８から分離するために、ラチェット４０とレバー３８との間にばね５８が設けられる。ラチェット４０はばね５８の作用に抗してレバー３８に向かって回転できる。
【００９１】
上記の通り、本発明は特定の実施形態に関して説明してきた。しかし、本発明は、これらの実施形態のいずれかに限定されるものではない。むしろ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００９２】
１０    動力工具
１１    スピンドル
１２    ソケット
１３    空気圧モーター
１４    主弁
１５    ギアボックス
１６    モーター出力軸
１７    第二のギア軸
１８；２０    結合部    
１９    第一のギア軸
２１    外ねじ
２２    軸方向溝  
２３    駆動ギア
２４    内部軸方向突起
２５    送りギア
２７    停止リング
２８    中間駆動ギア
２９    中間送りギア
３０    外部ギア伝動装置
３１    内部ギア伝動装置
３２    シリンダ
３３    後退ばね
３４    ハウジング壁
３５    チャンバ
３６    ポジティブ止め部材
３７    作動部
３８    レバー
３９    保持機構
４０    歯付きラチェット
４１    トルク制限ばね
４２    クラッチスリーブ
４３    ハウジング壁
４４    送りカセット
４５    一次送りカセットギア
４６    二次送りカセットギア
４７    出力軸
４８    斜交結合
４９ａ；４９ｂ    密封部材
５０    軸方向軸受
５１    軸受
５４    内部空洞部
５５    肩部
５７    歯
５８    ばね
５９    支持体
６０    カム輪郭
６１    環状ハウジング要素
６２    歯付き部
６３    接続突起
６４    固定結合
Ｔ    トルク
ＴＡ    前進閾値トルク値  
ＴＲ    後退閾値トルク値  
Ｘ    軸
【図１】
0006029676.tif 000002
【図２】
0006029676.tif 000003
【図３】
0006029676.tif 000004
【図４ａ】
0006029676.tif 000005
【図４ｂ】
0006029676.tif 000006
【図５】
0006029676.tif 000007
【図６】
0006029676.tif 000008
【図７】
0006029676.tif 000009
【図８】
0006029676.tif 000010
【図９】
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