(57)【要約】【課題】切削工具の第一の幅よりも大きい第二の幅を有する孔を対象物に機械加工するための、第一の幅及び工具軸を有する切削工具を使用した手工具装置を提供する。【解決手段】  本装置（10）は、ハウジング（26）と、切削工具を回転させるためのスピンドルユニット（20）と、前記スピンドルユニット（20）を回転させるためオービタル駆動装置（24）と、を備える。軸送り機構（86）は、オービタル駆動装置（24）とスピンドルユニット（20）とを、機械加工される対象物に向かって一体的に動かす。
2005520696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に孔を機械加工するために、第一の幅及び工具軸を有する切削工具を使用し、前記切削工具によって形成される前記孔が、前記切削工具の前記第一の幅より大きな第二の幅を有するものであって、
ハウジング（26）と、
該ハウジング（26）に取り付けられると共に、該ハウジング（26）に対して軸方向に移動可能な搬送体（68）と、
主軸を有し、スピンドルモータ（32），前記切削工具を回転するためのスピンドルシャフト（54）、及び前記主軸に対する前記切削工具軸の径方向のオフセットを調整するために構成された径方向オフセット機構（34）を備え、軸方向運動に対しては前記搬送体（68）に固定される一方で、前記搬送体（68）に対して前記主軸を中心として回転可能なスピンドルユニット（20）と、
前記搬送体（68）に取り付けられ、前記搬送体に対し前記主軸を中心として前記スピンドルユニットを回転させるために、前記スピンドルユニット（20）に駆動可能に連結されるオービタル駆動モータ（74）と、
前記ハウジング（26）と前記搬送体（68）に固定され、対象物に対し前記オービタル駆動モータ（74）及び前記搬送体（68）と共に一緒に前記スピンドルユニット（20）を前進及び後退させるように構成された軸送り機構（86）と、
を備えたことを特徴とする手工具装置。
【請求項２】
前記軸送り機構（86）がシリンダロッド（90）を有する軸方向の調整シリンダ（88）を備え、該調整シリンダ（88）が前記ハウジング（26）及び前記搬送体（68）のうちの一方に固定され、前記シリンダロッド（90）が、前記ハウジング及び前記搬送体のうちの他方に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の手工具装置。
【請求項３】
前記軸方向の調整シリンダ（88）が空気圧シリンダからなることを特徴とする請求項２に記載の手工具装置。
【請求項４】
前記搬送体（68）に固定される流体圧作動式制動シリンダ（92）が、前記ハウジング（26）を付勢するシリンダロッド（94）を有することを特徴とする請求項３に記載の手工具装置。
【請求項５】
空気圧シリンダ（88）によって生じる前記搬送体（68）の進行速度を調整可能に制御するように前記流体圧作動式制動シリンダ（92）が構成されることを特徴とする請求項４に記載の手工具装置。
【請求項６】
前記ハウジング（26）が上板（30）と底板（28）を備え、前記軸方向の調整シリンダ（88）によって、前記搬送体（68）が前記上板と前記底板との間で軸方向に移動可能なことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の手工具装置。
【請求項７】
前記径方向オフセット機構（34）が内側スリーブ（36）及び外側スリーブ（38）を含み、前記内側スリーブ（36）及び前記外側スリーブ（38）が止めねじ（40）によって互いに対して回転可能であり、前記スピンドルモータ（32）が前記内側スリーブ（36）内に固定され、前記スピンドルシャフト（54）が、前記内側スリーブ（36）内で回転可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の手工具装置。
【請求項８】
前記外側スリーブ（38）が、前記上板（30），前記搬送体（68）及び前記底板（28）内で、前記主軸の周りを回転可能であることを特徴とする請求項７に記載の手工具装置。
【請求項９】
前記オービタル駆動モータ（74）が、モータシャフト（80）及び該モータシャフトによって駆動されるプーリ（78）と、前記プーリを前記スピンドルユニットに駆動可能に連結するベルト（82）と、を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の手工具装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物に孔を切削するための手工具に関するものであり、より詳細には、切削工具の直径よりも大きな直径を有する孔の切削用手工具装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５６４１２５２号公報は、中心軸に対して偏心して配置された摩耗抵抗面を備える少なくとも1つの切削工具を用いて繊維補強複合材料に孔を機械加工する方法を開示している。ここでは、工具がそれ自身の軸を中心として回転するだけでなく、中心軸の周りを偏心しながら軸方向に移動することによって、軸方向及び径方向の両方で同時に材料が機械加工される。この発明に特有な1つの特徴によると、加工物（ワークピース）は、工具の回転軸が、工具が加工表面と接触する点のごく近傍で繊維の長手方向に対してほぼ直交するように向けられる。切削工具の直径は、作成される孔の直径より実質的に小さい。偏心回転運動は、一般に厳密な、即ち、切削工具の中心軸と回転軸との間の距離を一定に保ちながら実行される回転運動である。この偏心回転運動が継続している間に、切削工具の回転軸と中心軸との間の距離を直線的な増加により増やすことができる（特許文献１参照。）。
【０００３】
この既知の方法は、一般に知られた技術と比較していくつかの実質的な利点を有する。例えば、この方法は力を減衰させる損傷なく孔を生産することが可能である。また、当該方法は孔を予備形成することなく、損傷から逃れて孔を生産することが可能である。さらに、当該方法は厳しい許容度で孔を生産することを可能とする。孔の寸法精度は、中心軸に対する工具の配置精度によって実質的に決定される。他方、切削工具の幾何学的形状に課される要件は、個々の工具の全てが、使用の前に簡単に校正されるので、特に高くない。その上、当該方法は工具の動きが妨害されることを防止する。工具の直径が孔の直径よりも実質的に小さいので、当該方法は、切断によって除去される材料を、圧縮空気等の単純な手段によって取り除くことを可能にする。この方法は、また工具と孔の縁部を効果的に冷却可能にする。さらにもう一つの利点は、摩耗耐性材料、例えばダイヤモンドコーテングでおおわれている工具により、当該方法が前に開示された方法と比較して実質的に摩耗の損害を減らすということである。さらに、この方法は、例えば金属といったその他の材料を機械加工するときにも利点を有する。
【０００４】
米国特許第５９７１６７８号公報は、主軸の周りを回転可能なスピンドルモータを含むスピンドルユニットを開示している。スピンドルモータは、主軸とほぼ平行な工具軸を有する工具ホルダを含む。工具ホルダは、工具軸の周りを回転できる。軸アクチュエータは、主軸と工具軸の各々と実質的に平行な軸送方向にスピンドルモータを動かすために構成される。ラジアルアクチュエータは、主軸と工具軸の間の径方向距離を調整する。このスピンドルユニットを、ＣＮＣ機械、ロボット又は単純なリグ装置等の据付機械に取り付けることができる（特許文献２参照。）。
【０００５】
国際出願ＰＣＴ／ＳＥ９４／０００８５号公報は、上記の技術に従って孔を機械加工する手工具機械を開示している。この開示は、好ましくは曲面を備える複合性繊維製の対象物に孔を作成するための機械に関するものである。孔の中心軸線は対象物の表面の所定の点を通り、その点に近い対象物の繊維の長手方向に対して所定の方向に向けられる。機械は、それ自身の軸と主軸の周りを回転する工具ホルダと、前記点の表面の標準的な方向に工具ホルダの回転軸を調整するための装置と、対象物に対して工具ホルダを軸方向に供給するための装置と、工具ホルダの主軸と回転軸との間の径方向距離（オフセット）を調整するための装置と、孔を形成する際に生じる機械と対象物との間のモーメントと力を除くための装置とを備える。
【０００６】
この上述の開示は若干の原理を概説しているが、開示された手工具は実現可能で実用的な解決策を提供しない。1つの明らかな限界は、開示された思想が電源に対する解決策を示していないということであり、したがって、実現のため可能性が疑問視されなければならない。手工具に対する1つの基本的な要件は、軽量とユーザーに対する使いやすさである。開示された思想は、小型で一体型の軽量設計を提供していない。さらに、例示された発想は、非常に長い工具突出部を必要とする解決策を示しているが、これは、径方向の切削力によって厳しい制限があり、切削工具に曲げモーメントを形成することとなる（特許文献３参照。）。
【０００７】
提案された方法によって、即ち、中心軸の周りを偏心させて工具を配置すると共に、工具を軸方向に動かし、かつ工具自身の軸を中心として回転させるだけでなく、中心軸の周りを偏心させて回転させることにより、軸方向及び径方向の両方で同時に機械加工することによって、孔を機械加工する場合、工具の先端は軸方向の力と径方向の力の両方を受ける。径方向の力は、工具に曲げモーメントを形成し、その大きさは力の大きさと工具突出部（モーメントアーム）の長さに依存している。最適な工作精度のために曲げモーメントを最小にすることが望ましい。これは、工具突出部、即ち工具の自由長さを最小にすることによって達成可能である。国際出願ＰＣＴ／ＳＥ９４／０００８５号公報で例示される発想は、工具突出部が孔型板の厚さと加工物の厚さによって決定される場合の状況を示している。型板の厚さは相当な量であると考えられるため、工具突出部も相当な大きさであろう。
【０００８】
米国特許第６３８２８９０号公報は、対象物に孔をオービタル穿孔するための手工具装置を開示しており、第一の幅と工具軸を有する切削工具を使用している。形成される孔は、切削工具の第一の幅より大きい第二の幅を有する。当該装置は、軸方向に切削工具を動かすために、スピンドルユニットを構成する外側スリーブのピストン部分の両側に、2つの空気チャンバーを成す軸送り機構を含むハウジングを有する動作アセンブリと、工具軸を中心として切削工具を回転するために設けられたスピンドルモータと、工具軸が主軸からオフセットするように径方向に軸送り機構を動かすために設けられた径方向オフセット機構とを備える。据え付けのモータは、主軸を中心として軸送り機構と切削工具を回転させるために設けられる（特許文献４参照。）。
【特許文献１】米国特許第５６４１２５２号公報
【特許文献２】米国特許第５９７１６７８号公報
【特許文献３】国際出願ＰＣＴ／ＳＥ９４／０００８５号公報
【特許文献４】米国特許第６３８２８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、対象物に、切削工具の幅より大きい幅を有する孔を機械加工するための、切削工具を用いた回転手工具装置を提供する。さらに、本発明は任意の材料からなる平らな又は曲がった対象物に、それ自身の軸及び主軸を中心として切削工具を回転させて同時に軸方向に送ることによって、孔を機械加工するための小型で軽量な手工具装置を提供する。軽量で小型の装置は、オービタル駆動と、スピンドルユニットと、径方向のオフセット機構とを、共通のアセンブリで一体化することによって達成され、主軸（孔の軸）に沿って軸方向に移動し、固定軸送り機構によって共に前進及び後退される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はそのうちの一つの形態として、対象物に孔を機械加工するために、第一の幅及び工具軸を有する切削工具を使用し、前記切削工具によって形成される前記孔が前記切削工具の前記第一の幅より大きな第二の幅を有するものであって、
ハウジングと、
該ハウジングに取り付けられると共に、該ハウジングに対して軸方向に移動可能な搬送体と、
主軸を有し、スピンドルモータ、前記切削工具を回転するためのスピンドルシャフト、及び前記主軸に対する前記切削工具軸の径方向のオフセットを調整するために構成された径方向オフセット機構を備え、軸方向運動に対しては前記搬送体に固定される一方で前記搬送体に対して前記主軸を中心として回転可能なスピンドルユニットと、
前記搬送体に取り付けられ、前記搬送体に対し前記主軸を中心として前記スピンドルユニットを回転させるために、前記スピンドルユニットに駆動可能に連結されるオービタル駆動モータと、
前記ハウジングと前記搬送体に固定され、対象物に対し前記オービタル駆動モータ及び前記搬送体と一緒に前記スピンドルユニットを前進及び後退させるように構成された軸送り機構と、
を備えたことを特徴とする手工具装置である。
【００１１】
本発明の利点は、手工具が従来の装置より軽量で小型であることである。
【００１２】
もう一つの利点は、工具突出部が最小にされ、それによって切削工具上の曲げモーメントが低減されることである。
【００１３】
さらに別の利点は、隣接する位置的関係が主な部材の間に存在し、この部材間の偏差及び全体的工具長さが低減されることである。
【００１４】
なお更なる利点は、スピンドルユニットと切削工具との間及びオービタル駆動モータとスピンドルユニットとの間の駆動可能な連結が実質的に固定され、これらを結合したアセンブリ（組立体）が軸送り機構によって前進且つ後退されるので、切削工具が移動する直線経路を通るいかなる切断位置に対しても駆動関係を安定させることができる。
【００１５】
なお、本発明の上記及び他の特徴及び利点、そして、それらを達成する方法は、以下に示す本発明の実施形態の記載を添付図面を考慮して参照することにより、明瞭且つより良好に理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
各図面を参照すると、ここでは、空気圧式携帯型オービタル穿孔器10の形態を成す手工具装置を図示している。当該穿孔器10は、スピンドルユニット20と、穿孔器10の枠、即ちハウジング26に固定されるオービタル駆動装置24を本質とする偏心回転機構22と、を含んでいる。ハウジング26は、壁部材18によって相互接続された底板28と上板30を含んでいる。スピンドルユニット20は、スピンドルモータ32と径方向（ラジアル）オフセット機構34を含んでいる。
【００１７】
周知のように、径方向オフセット機構34は、スピンドルユニット20を内部で回転可能に支持する内側スリーブ36を基本的に備える。スピンドルモータ32は、内側スリーブ36内の偏心円筒孔内に回転可能に支持されている。この偏心円筒孔は、内側スリーブ36の長手方向の中心軸線に平行であるが、この中心軸から径方向にオフセットした長手方向の中心軸線を有する。同様に偏心した内側スリーブ36は、外側スリーブ38の軸方向に延びた偏心孔内で回転可能に支持される。後者の偏心孔は、内側スリーブ36の中心軸線（主軸）と平行であるが、この主軸から径方向にオフセットした長手方向の中心軸線を有する。内側スリーブ36と外側スリーブ38の各孔は、同じ偏心量を有していることが好ましい。即ち、各孔の中心軸線は、内側スリーブ36と外側スリーブ38の各中心軸線からそれぞれ同じ距離だけ径方向にオフセットしている。外側スリーブ38の偏心孔内で内側スリーブ36を回転させることによって、あるいは、内側スリーブ36と外側スリーブ38とを相互に相対的に回転させることによって、内側スリーブ36の偏心孔の中心軸線、故に、スピンドルユニット20とそれに固定される切削工具（図示せず）の中心軸線が外側スリーブ38の中心軸線と一致するように配置することが可能である。この場合、切削工具軸に径方向のオフセットは全く存在しない。このゼロの径方向オフセット位置から、内側スリーブ36と外側スリーブ38の、180°の相対的な互いに対する回転を行うことによって、切削工具軸の最大オフセットが得られる。主軸（形成される孔の軸）に対する切削工具軸の径方向のオフセットの調整は、内側スリーブと外側スリーブとの間に接線方向に設置される止めねじ40を回転させることによって達成してもよい。ロッキングリング42、軸ナット44及びゼロ点リング46が、スピンドルユニット20の前端部48に提供され、モータカバー50が、スピンドルユニット20の後端部52に提供され、内側スリーブ36に固定される。
【００１８】
スピンドルシャフト54は、クラッチ継手56を介してスピンドルモータ32に動作可能に連結されてそれによって駆動される。スピンドルシャフト54は、ニードル軸受58とスピンドル軸受60によって内側スリーブ36内に取り付けられている。切削工具（図示せず）を保持するための工具ホルダ（図示せず）が、スピンドルシャフト54に取り付けられている。
【００１９】
スピンドルユニット20は、外側スリーブ38と底板28との間のブッシュ62、及び外側スリーブ38と上板30との間のブッシュ64によってハウジング26に取り付けられている。底板28から前方へ延びた前方案内66は、スピンドルユニット20に対する底板28への更なる安定性と位置決めを提供する。スピンドルユニット20は、軸受70と軸受72によって搬送体68にさらに取り付けられる。後述するように、搬送体68はハウジング26に対して軸方向に調節可能である。
【００２０】
オービタル駆動装置24は、搬送体68上のモータブラケット76に固定されるモータ74を含む。プーリ78は、モータ74のシャフト80の上で取り付けられる。駆動ベルト82は、外側スリーブ38上に一体的に形成されるプーリ面84を介して、プーリ78と外側スリーブ38との間の駆動連結を確立する。それによって軌道（オービタル）モータ74はハウジング26と共に搬送体68を回転しつつ固定的に保持した状態でスピンドルユニット20を回転させる。
【００２１】
以下に説明するように、ハウジング26内において、完全に前進した位置（図4）と完全に後退した位置（図3）との間の軸方向の位置を調整するために、軸送り機構86は、スピンドルユニット20及びオービタル駆動装置24に作用する。軸送り機構86は、搬送体68、すなわち搬送体68によって運ばれるスピンドルユニット20及びオービタル駆動装置24を含む構成部材と、ハウジング26との間で、軸方向に調節可能な相互接続を確立する。軸送り機構86は、ハウジング26の上板30の上に取り付けられ、搬送体68に連結されるシリンダロッド90を含む軸方向の調整シリンダ88を備えている。軸方向の調整シリンダ88は、好ましくは前進及び後退の両方向で搬送体68の軸方向の運動をもたらす複動空気圧シリンダである。流体圧作動式制動（ダンピング）シリンダ92は、搬送体68に取り付けられると共に、底板28を付勢又は底板28に連結されるシリンダロッド94を含んでおり、空気圧シリンダ88によって生じるスピンドルユニット20及び搬送体68の加工物（図示せず）に向けての前進運動の速度を正確に制御する。制動シリンダ92は、スピンドルユニット20の前進速度を調整するために調節可能な弁手段（図示せず）を含む。
【００２２】
図1、2及び３は、軸方向に後退した位置にあるスピンドルユニット20を示している。シリンダロッド90が軸方向調整シリンダ88内で後退した状態で、搬送体68は上板30近傍にある。制動シリンダ90のシリンダロッド94は延びて、底板28と係合している。
【００２３】
図１〜図３に例示した後退位置から、空気圧式携帯型オービタル穿孔器10内で前方にスピンドルユニット20を延ばすには、シリンダロッド90を、軸方向の調整シリンダ88から延ばし、同時に、シリンダロッド94を制御された方法で制動シリンダ90に後退させる。これにより搬送体68は、上板30から離れ底板28に進む。スピンドルユニット20の延びた位置を図4で示す。
【００２４】
スピンドルユニット20とオービタル駆動装置24が搬送体68に両方とも取り付けられるので、これらが共に軸方向に調整され、軌道モータ74とスピンドルユニット20の間の駆動可能な連結が維持される。このように、軌道モータ74とスピンドルユニット20の間の駆動可能な連結が、固定された安定な接続であることができ、その一方又は両方が他方又は両方により動くようにしたり、その動作を補償する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の空気圧式携帯型オービタル穿孔器の一実施例の側面断面図である。
【図２】図１で示す携帯型オービタル穿孔器のスピンドルユニットが後退位置にある斜視図である。
【図３】スピンドルユニットが後退位置にある図１及び図２における携帯型オービタル穿孔器と正面図である。
【図４】図３と同様であるがスピンドルユニットが前進位置にある携帯型オービタル穿孔器の正面図である。
【符号の説明】
【００２６】
20  スピンドルユニット
26  ハウジング
28  底板
30  上板
32  スピンドルモータ
34  径方向オフセット機構
36  内側スリーブ
38  外側スリーブ
40  止めねじ
54  スピンドルシャフト
68  搬送体
74  オービタル駆動モータ
78  プーリ
80  モータシャフト
82  ベルト
86  軸送り機構
88  調整シリンダ
90  シリンダロッド
92  流体圧作動式制動シリンダ
94  シリンダロッド
【図１】
2005520696.tif 000003
【図２】
2005520696.tif 000004
【図３】
2005520696.tif 000005
【図４】
2005520696.tif 000006
【国際調査報告】
2005520696.tif 000007
2005520696.tif 000008
2005520696.tif 000009