(57)【要約】      （修正有）【課題】より短縮された時間で深い孔や困難とされている材質の穿孔ができるようにし、より簡素な工具で実施することができる方法を提供する。【解決手段】孔を穿孔するための方法では、穿孔工具１１は、前進運動に従って、軸Ａ周りの回転運動と軸Ａに沿う並進運動が同時に駆動される。前進運動は、穿孔工具１１を穿孔方法にある孔６１の中に保ったまま行われる、生じた削り屑をばらばらにするのに十分な振幅の軸Ａに沿う穿孔工具１１の振動運動と組み合わせられている。用途、例えば、航空機構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔（６１）を穿孔するための工具において、
ケーシング（３）と、
軸（Ａ）に沿って伸長している、穿孔工具（１１）を保持するための、工具保持スピンドル（５）と、
前記工具保持スピンドルを駆動するための機構（９）であって、前記機構は、前記穿孔工具（１１）を、前進運動に従って、軸（Ａ）周りに回転し、同時に軸（Ａ）に沿って並進するように駆動することができ、また前記駆動機構（９）は、前記スピンドル（５）の前記前進動作を、前記穿孔工具（１１）を穿孔工程中の孔（６１）の中に保ったまま行われる、生じた削り屑をばらばらにするのに充分な振幅の軸（Ａ）に沿う振動運動と組み合わせるのに適している、機構（９）と、を備えており、前記駆動機構（９）は、
前記ケーシング（３）に対して前記スピンドル（５）をその軸周りに回転するよう駆動するための第１部材（２１）と、
前記ケーシング（３）に対して前記スピンドルをその軸に沿って並進するように駆動するための第２部材（３５）であって、前記第２部材（３５）は、前記スピンドル（５）のねじが切られた部分（３９）の上に螺合されているので、前記スピンドル（５）は、前記駆動部材（２１、３５）の相対回転速度の関数として軸（Ａ）に沿って前進又は後退するようになっている、第２部材と、
前記スピンドル（５）に確実に前記振動運動を行わせるためのカム／カムフォロワユニット（４１）であって、前記カム／カムフォロワユニット（４１）は、少なくとも、カム（４５）を形成している１つの要素とカムフォロワ（４７）を形成している１つの要素を備えており、それらの要素の内の、第１要素（４５）は前記スピンドル（５）と共に回転するように固定され、第２要素（４７）は、前記第２駆動部材（３５）と共に回転するように固定されている、カム／カムフォロワユニットと、を備えている、工具。
【請求項２】
前記カム／カムフォロワユニット（４１）を形成している前記ユニットの前記第２要素は、前記第２駆動要素（３５）によって形成されている、請求項１に記載の工具。
【請求項３】
前記振動運動は、前記第２駆動部材（３５）が前記第１駆動部材（２１）に対して前記軸（Ａ）周りに一回転する間の前記スピンドル（５）の前記前進よりも大きいか又は等しい振幅を有している、請求項１又は請求項２に記載の工具。
【請求項４】
前記第２駆動部材（３５）は、前記ケーシング（３）に対して軸方向に前進位置と戻り位置の間で可動である、請求項１〜３の何れか一項に記載の工具。
【請求項５】
前記駆動機構（９）は、前記第２部材（３５）上の前記カム／カムフォロワユニット（４１）の軸方向軸受用の機構（４３）を備えている、請求項１〜４の何れか一項に記載の工具。
【請求項６】
前記軸方向軸受機構（４３）は、前記ケーシング（３）の後方部と前記カム（４５）の前方部とで支持されている弾性手段（５６）を備えている、請求項５に記載の工具。
【請求項７】
前記第１駆動部材は、前記スピンドル（５）の上を滑動し、前記スピンドル（５）と共に回転するように固定されている第１歯車（２１）であり、
前記駆動機構（９）は、前記第１歯車（２１）の上に載っていて前記スピンドル（５）に対して自由に回転する第２歯車（２５）を備えており、
前記第２歯車（２５）は、前記第２歯車（２５）と共に回転するように固定されている回転噛合いクラッチによって伸長されており、
前記第２駆動部材（３５）は、噛合いクラッチ（３３）にぴったりと合わせることのできる連結歯を備えているドッグ／噛合いクラッチ（３５）によって形成されており、前記歯の高さと前記噛合いクラッチ（３３）の歯の高さは、前記ドッグ／噛合いクラッチ３５が前進位置と戻り位置の間を軸方向に変位されるときに、ぴったりと合う状態を維持できるような高さになっている、請求項４と組み合わせた請求項６に記載の工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴を穿孔する方法であって、穿孔工具が、前進運動に応じて、軸を中心に回転すると同時に軸に沿って並進するように駆動される、穴を穿孔する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、例えば、航空機構造に適用可能である。
この種の用途では、この様な穿孔方法を実施するために、一般的には以下の様な機械工具が使用されており、同機械工具は、
ケーシングと、
軸に沿って伸長する工具保持スピンドルと、
工具保持スピンドルを駆動するための機構と、を備えており、この機構は、
ケーシングに対して、スピンドルをその軸の周りに回転するように駆動するための第１部材と、
ケーシングに対して、スピンドルをその軸に沿って並進するように駆動するための第２部材であって、並進するように駆動するための第２部材は、スピンドルがその軸に沿って駆動部材の相対回転速度の関数として前進又は後退するように、スピンドルのねじが切られた部分の上に螺合されるようになっている、第２部材と、を備えている。
【０００３】
この型式の工具は、例えば米国特許第５，３５１，７９７号によって既知である。この工具の駆動機構は、英語では”having positive feed”、フランス語では”a avance mecanique” と表現されている。
【０００４】
この様に、単一のモーターが、駆動機構を介して、スピンドルが確実にその軸の周りに回転するよう駆動され、同時にその軸に沿って並進することによって前進又は後退するようにする。
【０００５】
スピンドルの並進駆動と回転駆動は機械的に連結されているため、回転当りのスピンドルの前進は一定である。従って、モーターの速度変化は、回転当たりの前進速度には影響を及ぼさない。従って、生じる削り屑の厚さは一定に保たれ、この様な工具によって穿孔される穴の表面品質と精度を増進する。
【０００６】
この様な工具は、一般に満足できるものではあるが、深い孔、又は複合材料の様に孔を穿孔するのが難しいとされる材料の穿孔に使用するには、扱いにくいことが分かっている。
【０００７】
例えば深い孔を穿孔する場合、削り屑は、工具のモーターが失速するまで、スピンドルに保持されるドリルビットの縦溝の中に堆積する。従って、同じ孔を穿孔するのに、幾つかの段階で行うか又は新たな穿孔サイクルを開始することが必要になる。
【０００８】
またドリルビットが、作業が始まっている孔に対して不正確に再位置決めされた場合、穿孔品質は低下する。孔の内側の削り屑による圧力も、表面の品質低下を引き起こす。
この問題を解決するために、ＦＲ第２８７３３１５号は、前進位置と戻り位置の間のスピンドルの軸に沿う並進運動を駆動するための第２部材を変位させるための手段を設けた工具を提案している。従って、穿孔の途中で、削り屑を排出し孔が確実にきれいな状態になるようにするため、変位手段の動作の下にスピンドルが孔から完全に取り外される。スピンドルをこの様に引き出すことは、従来のスピンドルの戻り運動により遥かに迅速に行うことができるが、孔を穿孔するのに必要な時間は実質的に増す。
【０００９】
加えて、清掃動作を実施することにより、規定の清掃頻度を監視したり、又は特定の清掃要件に満足させるための制御システムが必要となる。この様な制御システムは、比較的複雑である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従って、本発明の目的は、より短縮された時間で深い孔や困難とされている材質の穿孔ができるようにし、より簡素な工具で実施することができる方法を提供することによって、それらの問題を解決することである。
【００１１】
そのため、本発明は孔を穿孔するための方法に関しており、この方法では、穿孔工具は、前進運動に従って軸周りの回転運動と軸に沿う並進運動が同時に駆動され、この方法は、この前進運動が、穿孔工具を穿孔方法にある孔の中に保ったまま行われる、生じた削り屑をばらばらにするのに充分な振幅の軸に沿う穿孔工具の振動運動と組み合わせられていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、上に定義した様な方法を実施するための孔を穿孔するための工具に関する。
特定の実施形態によれば、工具は、１つ又はそれ以上の以下の特徴を有しており、それらは、単独で、又は技術的に可能な何らかの組み合わせに従って取り入れられており、
この工具は、
ケーシングと、
軸に沿って伸長している、穿孔工具を保持するための、工具保持スピンドルと、
工具保持スピンドルを駆動するための機構であって、この機構は、穿孔工具を、前進運動に従って、軸周りに回転し同時に軸に沿って並進するように駆動することができ、またこの駆動機構は、スピンドルの前進動作を軸に沿う振動運動と組み合わせるのに適している、機構と、を備えており、
この駆動機構は、
ケーシングに対してスピンドルをその軸周りに回転するよう駆動するための第１部材と、
ケーシングに対してスピンドルをその軸に沿って並進するよう駆動するための第２部材と、を備えており、第２駆動部材は、スピンドルのねじが切られた部分の上に螺合されているので、スピンドルは、駆動部材の相対回転速度の関数として軸に沿って前進又は後退するようになっており、
振動運動は、第２部材が第１駆動部材に対して軸周りに１回転する間のスピンドルの前進よりも大きいか又は等しい振幅を有しており、
駆動機構は、スピンドルを確実に振動運動させるためのカム／カムフォロワユニットを備えており、
カム／カムフォロワユニットは、少なくとも、カムを形成している１つの要素とカムフォロワを形成している１つの要素を備えており、それらの要素の内の、第１要素はスピンドルと共に回転するように固定され、第２要素は第２駆動部材と共に回転するように固定されており、
カム／カムフォロワを形成しているユニットの第２要素は、第２駆動部材によって形成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、添付図面を参照しながら、一例として示されている以下の説明を読んで頂ければ更に深く理解頂けるであろう。
以下の記述を通して、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「下側」、「上側」、「頂部」、及び「底部」という用語は、図中の工具の位置に関するものと理解頂きたい。
【００１４】
図１は可搬式機械工具１を概略的に示しており、この工具は、主に、
ケーシング３と、
垂直軸線Ａ沿いに伸長している工具保持スピンドル５と、
空圧モーターなどのモーター７と、
スピンドル５を駆動し、モーター７とスピンドル５を機械的に連結している機構９と、を備えている。
【００１５】
スピンドル５は、その軸Ａ周りに回転方向に、そしてその軸Ａに沿って並進方向に可動なようにケーシング３の中に収容されている。
孔を穿孔できるようにするため、ドリルビットの形態をした穿孔工具１１は、スピンドル５の下端部１３に取り外し可能に取り付けられている。モーター７の出力軸１５には、駆動機構９と噛み合う出力歯車１７が取りつけられている。図示の例では、モーター７は、スピンドル５と平行に配置されている。しかしながら、例えば文献ＦＲ第２８２９９５２号に記載されるように、モーター７は、スピンドル５に対して実質的に直角に配置される場合もある。
【００１６】
図１に示すように、駆動機構９は、英語では“having positive feed”又はフランス語では”a avance mecanique”と称される機構を構成しており、以下の要素、
出力歯車１７と噛み合っている第１歯車／噛合いクラッチ１９と、
第１歯車／噛合いクラッチ１９と噛み合っている第１歯車２１と、
第１歯車／噛合いクラッチ１９の上に載っている第２歯車／噛合いクラッチ２３と、
第１歯車２１の上に載っている第２歯車２５と、
第２歯車／噛合いクラッチ２３の上に載っており、例えば、ケーシング３に固定接合されている固定噛合いクラッチ２７と、を備えている。
【００１７】
第１歯車２１は、スピンドル５の上を滑動し、スピンドルと共に回転するように固定されている。スピンドル５は、軸Ａに沿って歯車２１に対して並進方向に可動である。スピンドル５と第１歯車２１の間の連結は、例えばスプラインを用いて確保されている。
【００１８】
従来様式では、第２歯車／噛合いクラッチ２３は、第２歯車／噛合いクラッチ２３が第１歯車／噛合いクラッチ１９にぴったりと合っていて、従って後者と共に回転するように取り付けられている降下位置（図１）と、第２歯車／噛合いクラッチ２３が固定噛合いクラッチ２７にぴったりと合っていて、従ってケーシング３に対して回転方向に固定されている上昇位置との間を、ピストン３１の動作の下で可動となるように、滑動子２９によって支持されている。
【００１９】
従来様式では、歯車／噛合いクラッチ１９と２３の歯数と歯車２１と２５の歯数は、２つの歯車／噛合いクラッチ１９と２３が互いにぴったり合っている時は、後で説明する様に、スピンドル５を底部に向かって並進運動、即ち前進運動するよう駆動するために、歯車２５が歯車２１の速度より僅かに高い速度で回転するように、作られている。
【００２０】
従来式の正の送り機構とは違って、第２歯車２５は、説明している例では、スピンドル５に対して回転自由で、従って後者のねじが切られた部分の上に螺合されてはいない。
第２歯車２５は、例えば第２歯車２５と一体の回転噛合いクラッチ３３によって頂部に向かって伸長している。変化形として、噛合いクラッチ３３は、第２歯車２５に固定されていてもよい。
【００２１】
従って、噛合いクラッチ３３は、第２歯車２５と共に回転するように固定され、軸Ａ周りにスピンドル５に対して自由に回転することができる。
駆動機構９は、図２でより明白に分かるように、噛合いクラッチ３３の上に載っているドッグ／噛合いクラッチ３５と、ケーシング３に対してドッグ／噛合いクラッチ３５を変位させるためのシステム３７と、を更に備えている。  
【００２２】
ドッグ／噛合いクラッチ３５は、スピンドル５のねじが切られた部分３９の上に螺合されている。ドッグ／噛合いクラッチ３５の前方又は下側面は、噛合いクラッチ３３にぴったり合せることのできる連結歯を備えている。それらの歯と噛合いクラッチ３３の歯の高さは、ドッグ／噛合いクラッチ３５が、以下に述べるその前進位置と戻り位置の間で軸方向に変位されるときに、ぴったりと合う状態を維持することができ、歯車２１と２５がケーシング３に対して軸方向に固定されていることが観察されるような、高さである。
【００２３】
変位システム３７は、カム／カムフォロワユニット４１と、ドッグ／噛合いクラッチ３５上のユニット４１の軸方向軸受部用の機構４３と、を備えている。
図示の例では、ユニット４１は、カム４５とカムフォロワ４７を備えている。カムフォロワ４７は、ドッグ／噛合いクラッチ３５の後方部又は上端部で形成されている。より正確には、図２に示す様に、窪みの形をした浮彫り面４９が、ドッグ／噛合いクラッチ３５の後方面５１に形成されている。この窪み４９は、例えば、ドッグ／噛合いクラッチ３５の直径に沿って軸Ａに対して直角に伸長している細長い形状を有している。
【００２４】
カム４５は、ドッグ／噛合いクラッチ３５の後方でスピンドル５の上を滑動している。カム４５の前方又は下側面５３には、図示の例では、窪み４９の形状と実質的に相補的な形状を有する突出部である、カム傾斜部５５が設けられている。これは図２で見ることができ、浮彫り面４９と５５は、軸Ａに対して同じ角度の方向を有している。図３ではそれらの浮彫り面４９と５５は、お互いに対して９０°に配置された方向性を有している。
【００２５】
カム４５は、スピンドル５と共に回転するように固定されている。この固定には、例えば、スプラインが使われている。
軸方向の軸受用の機構４３は、例えば、具体的にはスラストばねの形をしている減衰手段５６を備えている。それらの弾性手段５６は、後方部はケーシング３の壁５７で、前方部はカム４５の後端部上の転がり軸受５９で支持されている。転がり軸受５９は、軸Ａ周りの回転方向に固定されている減衰手段５６と、スピンドル５によって軸Ａ周りに回転方向に駆動されるカム４５との間の摩擦力を制限できるようにしている。
【００２６】
ケーシング３に固定的に接合されている機構４３は、カム４５の前面５３をドッグ／噛合いクラッチ３５の後面５１に押し付けて保持することによって、工具１１に生じるスラストを抑制し、従ってドッグ／噛合いクラッチ３５を抑制している。ドッグ／噛合いクラッチ３５とスピンドル５の間の螺旋状の接続によって、ドッグ／噛合いクラッチ３５と共に並進するように固定されているスピンドル５は、従って、スピンドル５のスラストに抗して前方に向けて保持されている。
【００２７】
ドッグ／噛合いクラッチ３５とカム４５の間の相対回転速度は、歯車２１と２５の間の相対回転速度と同じであることは、理解頂けるであろう。
ドッグ／噛合いクラッチ３５は、前進位置と戻り位置の間でケーシング３に対して軸方向に可動である。
【００２８】
戻り位置は、図２に示されている。この位置では、突出部５５と窪み部４９は、軸Ａに対して同じ角度的方向性を有しており、従って、一方の内側に他方が係合している。ドッグ／噛合いクラッチ３５とカム４５によって形成された積み重ねは、従って、軸Ａに沿って見ると低い高さになっている。
【００２９】
図３に示す前進位置では、浮彫り４９と５５は互いに９０°の角度に配置されている。従って、突出部５５は窪み部４９に係合してはいないので、ドッグ／噛合いクラッチ３５とカム４５で形成された積み重ねは、ドッグ／噛合いクラッチ３５の戻り位置にある時よりｅだけ高くなっている。
【００３０】
工具の操作について説明する。
第２歯車／噛合いクラッチ２３が降下位置にあり、モーター７に圧縮空気が供給された場合、第２歯車２５とドッグ／噛合いクラッチ３５は、軸Ａ周りに、第１歯車２１より僅かに速い速度で回転する。従って、駆動機構９は、確実に、
歯車／噛合いクラッチ１９と第１歯車２１を介してスピンドル５を回転方向に駆動し、同時に
スピンドル５を前進、即ち軸Ａに沿って底部に向かって並進変位させ、この前進は、スピンドル５とドッグ／噛合いクラッチ３５間の螺旋状の連結と、ドッグ／噛合いクラッチ３５と歯車２１従ってスピンドル５との間の差異と、によるものである。
【００３１】
スピンドル５が時計回り方向に回転するように駆動される場合、スピンドル５とドッグ／噛合いクラッチ３５の間の螺旋状の連結は、上記前進運動を確実にするために左巻きである。  
【００３２】
先に述べたように、ドッグ／噛合いクラッチ３５とカム４５は、歯車２１と２５の間の相対速度と等しい相対速度で軸Ａ周りに互いに相対的に回転する。その相対速度により、ドッグ／噛合いクラッチ３５は、前進位置から戻り位置まで交互に移動する。
【００３３】
正の送り機構９によって生じる、上記スピンドル５の一般的な前進運動は、従って、スピンドル５の軸Ａに沿う振動並進運動と組み合わせられている。振動運動は、実質的にｅと等しい行程の振幅を有している。
【００３４】
上記第１駆動モードは、スピンドル５に保持されているドリルビット１１で工作物６３に孔６１を穿孔できるようにする。スピンドル５の振動振幅は比較的低いので、スピンドル５は、穿孔作業中は孔６１の内側に留まっている。
【００３５】
通常、振動振幅は、実質的にスピンドル５の前進と、即ち、歯車２５が歯車２１に対して１回転する間の軸Ａに沿うスピンドル５の前進と、実質的に等しい。
また工具１は、第２駆動モードを以下のように提供する。
【００３６】
第２歯車／噛合いクラッチ２３がその上昇位置へ移動すると、駆動機構９は、確実に、
第１歯車／噛合いクラッチ１９と第１歯車２１を介して、スピンドル５が回転するように駆動し、同時に、
スピンドル５を戻し、即ち、軸Ａに沿って頂部に向かって並進変位させ、その後、第２歯車／噛合いクラッチ２３、第２歯車２５、噛合いクラッチ３３、及びドッグ／噛合いクラッチ３５が所定の位置に固定され、スピンドル５の軸Ａ周りの回転が、確実に、ドッグ／噛合いクラッチ３５とスピンドル５の間の螺旋連結が左ねじのため戻り運動を生じる。
【００３７】
この第２駆動モードは、孔の穿孔が完了した時にスピンドル５が元の位置に戻れるようにする。
上記のように穿孔作業の間、スピンドル５は、小さい振幅の振動並進運動と組み合わせられた前方に向かう通常の並進運動を行う。スピンドル５が戻る度に、この振動運動が、生じた削り屑をばらばらにする。生じた削り屑を小さくすることは、一方では排出をやり易くし、他方では、孔６１を、非常に深い場合でさえ高品質な表面状態を備えた高い精度で作れるようにする。
【００３８】
加えて、スピンドル５の振動運動は、カム／カムフォロワユニット４１によって得られるため、空圧式又は電子式の制御システムを使用する必要がない。工具１は、従って単純である。
【００３９】
以上のような理由で、孔を形成する方法中にスピンドル５を孔６１から完全に引き出す必要が無いため、孔を穿孔するのに要する時間が短くなる。
また、スピンドル５の振動周波数は、ドッグ／噛合いクラッチ３５とカム４５の間の相対速度に比例していることも理解頂けるであろう。従って、この振動周波数は低くなり、望ましくない振動及び騒音の環境汚染を抑制する。
【００４０】
浮彫り４９と５５の輪郭は鋭い縁部を有していないため、衝撃や衝突を回避できることも理解頂けるであろう。衝撃が生じないので、ドリルビット１１の先端部や切刃を無傷な状態に保つことができる。
【００４１】
より一般的には、スピンドル５の振動行程は、スピンドル５の前進の部分より大きくてもよいが、穿孔作業に影響を及ぼさない程度の低さに保たれている。具体的には、ドリルビット１１は、殆どの穿孔作業の間、孔６１の中に留まっている。振動行程は、スピンドル５の前進の大きさ程度、例えば、スピンドル５の前進の３倍未満が望ましい。
【００４２】
他の型式のカム／カムフォロワユニット４１も、同様に使用可能である。それらは、例えば数個のカムフォロワを備えていてもよい。また、ドッグ／噛合いクラッチ３５とカム４５の相対する面５１と５３に傾斜面を設けて、それら２つの面の間に球を介在させてもよい。
【００４３】
また、カム／カムフォロワユニット４１の要素の回転駆動は、上記のものと異なっていてもよい。その場合、第２歯車２５は、スピンドル５の上に螺合され、ドッグ／噛合いクラッチ３５を提供する必要無しに、直接的に振動運動を受ける。
【００４４】
スピンドル５の振動運動は、カム／カムフォロワユニット４１以外の手段で得ることもできる旨留意されたい。
第１駆動モード、即ち、回転駆動と同時にスピンドル５が前進するモードと、第２駆動モード、即ち、回転駆動と同時にスピンドル５が戻り、その後モーター７への供給が停止されるモードとの結合は、古典的な手法で、例えば、工具１を始動させるボタンを操作した後、モーター７へ供給するための空圧回路によって自動的に制御することができる。
【００４５】
更に一般的には、スピンドル５を回転駆動するための第１部材２１の変位と、スピンドル５を並進駆動させるための第２部材３５の変位は、例えば電子的に互いに制御し合う２つの別個のモーターで行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による方法を実施するための工具の側断面を示す概略図である。
【図２】図１の工具の駆動機構のカム／カムフォロワシステムの或る配置を示している、側面拡大断面を示す部分概略図である。
【図３】図１の工具の駆動機構のカム／カムフォロワシステムの別の配置を示している、側面拡大断面を示す部分概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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