(57)【要約】  本発明は揺動システムに関し、揺動システムは、各々が２つのピニオン（４，５，６，７）を有する２つの歯車列（４５，６７）、即ち、第１の駆動列（４５）と、第１の駆動列によって駆動させられる第２の駆動列（６７）とを含み、第１の列（４５）の第１のピニオン（４，５）は第２の列（６７）の第１のピニオン（６，７）と係合し、第１の列（４５）の第２のピニオン（５，４）は第２の列（６７）の第２のピニオン（７，６）と係合し、第１の列（４５）の第２のピニオン（５，４）は滑動接続によって第２の列（６７）の第２のピニオン（７，６）と同じシャフト又はスピンドル（２）に取り付けられ、第２の列（６７）の第２のピニオン（７，６）は螺旋状接続によってシャフト（２）に取り付けられ、各ピニオン（４，５，６，７）は、回転軸（Ｘ，Ｏ５，Ｏ６）を有するディスク（４０，５０，６０，７０）を含み、揺動システムは、第２の歯車列（６７）の第１のピニオン（６）のディスク（６０）が第１の歯車列（４５）の他のピニオン（５）に対して軸が外れていること、並びに２つのディスク（５，６）の一方が第２のディスク（６，５）に配置される溝（５１）に嵌入するスラグ（６１）を含むことによって特徴付けられる。よって、第２の列（６７）の第１のピニオン（６，７）の回転の速度は、第１の列（４５）の第１のピニオン（４，５）の回転の速度に対して変化する。
2016513022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのギアセット、即ち、駆動させるための第１のギアセットと、該第１のギアセットによって駆動させられる第２のギアセットとを含み、各ギアセットは、２つのピニオンを備える、振動システムであって、
前記第１のギアセットの第１のピニオンは、前記第２のギアセットの第１のピニオンと協働し、前記第１のギアセットの第２のピニオンは、滑動接続によって前記第２のギアセットの第２のピニオンと同じシャフトに取り付けられ、前記第２のギアセットの前記第２のピニオンは、螺旋状接続を介して前記シャフトに取り付けられ、各ピニオンは、回転軸を備えるディスクを含み、
前記第２のギアセットの前記第１のピニオンの前記ディスクは、前記第１のギアセットの他のピニオンに対するその軸偏心を有すること、並びに、前記２つのディスクの一方は、第２のディスクに配置されるスロットに入るピンを含むことを特徴とする、
振動システム。
【請求項２】
前記スロットは、前記２つのディスクの前記軸偏心の少なくとも２倍と等しい長さ、好ましくは、前記軸偏心の２倍に前記ピンの幅を加えたものと等しい長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の振動システム。
【請求項３】
前記２つのディスクの前記軸偏心は、調節可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の振動システム。
【請求項４】
補助的システムが前記軸偏心を制御することを特徴とする、請求項３に記載の振動システム。
【請求項５】
前記ピンは、前記第１のギアセットの前記第１のピニオンの前記ディスクに配置され、前記スロットは、前記第２のギアセットの前記第１のピニオンの前記ディスクに配置されることを特徴とする、請求項１に記載の振動システム。
【請求項６】
前記ピンは、前記第２のギアセットの前記第１のピニオンの前記ディスクに配置され、前記スロットは、前記第１のギアセットの前記第１のピニオンの前記ディスクに配置されることを特徴とする、請求項１に記載の振動システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の振動システムを含む振動性機械であって、当該振動性機械は、モータと、スピンドルと、工具支持体とを含み、前記第１のギアセットの前記第１のピニオンは、前記モータと協働することを特徴とする、振動性機械。
【請求項８】
当該振動性機械は、機械工具であり、その前記第２のピニオンは、噛み合いクラッチピニオンであり、前記噛み合いクラッチピニオンの前記ディスク及び前記駆動ピニオンの前記ディスクは、互いに偏心させられた軸を有することを特徴とする、請求項７に記載の振動性機械。
【請求項９】
前記噛み合いクラッチピニオンは、補助的システムと協働し、前記スピンドルが戻るのを可能にすることを特徴とする、請求項８に記載の振動性機械。
【請求項１０】
前記噛み合いクラッチピニオンは、その回転軸と平行に平行移動し得ることを特徴とする、請求項８又は９に記載の振動性機械。
【請求項１１】
前記ピンは調節可能であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の振動性機械。
【請求項１２】
請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の振動システムを含む振動性工具ホルダであって、前記モータは、前記スピンドルと協働し、前記スピンドルは、前記駆動ピニオン及び前記送りピニオンを駆動させること、並びにそれは送りモータを含むことを特徴とする、振動性工具ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復的な軸方向の、前後方向の、又は振動性の運動を創り出すことを可能にする運動学に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において用いられる原理は、振動性運動(vibratory  movement)とも呼ばれる軸方向振動運動(axial  oscillatory  movement)を、工具の切断運動に追加することである。振動運動又は振動性運動は、２つの主要パラメータ、即ち、振動(oscillation)の振幅及び周波数である。
【０００３】
通常は(ドリリング、ボーリング、リーミングを含む)穿孔型の作業に適用されて、この技法は工具の通過深さ増分(pass  depth  increment)を周期的に変更することを可能にする。通過深さ増分はチップ厚さが調整されるのを可能にするプロセスパラメータである。
【０００４】
ドリリング(穿孔)は、連続的な切断を用いて行われる機械加工作業として定義付けられる。
【０００５】
それはチップの断面が時間の経過と共に一定であることを意味する。対照的に、振動性ドリリングにおいて、瞬間ｔ１でのチップ厚さは、瞬間ｔ２でのチップ厚さと異なる。その上、時間における有限モーメントでこの厚さを強制的にゼロにして、チップのリボンの形成の中断をもたらし得ることが分かる。その場合、チップはもはや連続的でなく、「断片的」(“fragmented”)である。
【０００６】
振動性ドリリングの技法とチップ破砕サイクル（例えば、チップ除去サイクル）を用いる技法との間の区別は、前後の軸方向動作の周波数にある。チップ破砕サイクルの場合、これは工具の回転周波数よりも体系的に高い。従って、チップは断片的な形態学を有さず、むしろ短く、或いは中位の長さでさえある。
【０００７】
チップが工具の溝(flute)内で詰まって動かなくなる危険性を制限するために、振動モードドリリングが深掘り又はボーリング作業中に用いられる。チップ除去を向上させることに加えて、工具の加熱を減少させるために、他のより最近の使用は振動性技法を利用する。
【０００８】
振動性ドリリング装置の存在は、ＦＲ２９０７６９５、ＤＥ１０２００５００２４６２、ＦＲ２９０２８４８、及びＷＯ２０１１／０６１６７８の刊行物から知られており、それらを参照として援用する。提案される機械的システムは、カム技法を様々な方法において用いる。
【０００９】
出願ＦＲ２９０７６９５において、振動は回転部材のないカムによって生成される。これはカムで摩擦を引き起こし、加熱及び雑音を招く。更に、正しいチップ破片化(fragmentation)のための最適な振動周波数に必ずしも常に到達しない。何故ならば、この周波数はスピンドルに対する又は構造に対する送りピストンの回転速度の整数倍であるからである。
【００１０】
特許ＤＥ１０２００５００２４６２では、軸方向振動を生成するために、バネがドリルビット送り方向において波状表面を含む転がり軸受に戻り力を加える。ドリルビットに対する高い軸方向圧力の事態において、回転部材は波状表面の上で転がることを停止し、ドリルビットは振動を引き起こし得る。この不都合を回避するために、バネは、有意なバネ剛性、即ち、転がり軸受システムが特大であることを要求し得るものを有することを必要とする。その場合、これは有意な費用に招く。
【００１１】
最後に、特許出願ＷＯ２０１１／０６１６７８は、前述のシステムに対する改良された技術的な解決策を提供する。第１に、提案の振動性システムは、摩擦が制限されることを可能にする回転部材を有する。スピンドル回転毎の振動期間の数は、カムの幾何学的構成によって定められる非整数の数であり、その期間中一定なままである。非整数の数の利点は、ドリリング中の切断縁の平行な経路の回避が可能であることを意味し、チップを断片化する効率を向上させる。
【００１２】
しかしながら、カムを利用する振動性技術の使用は、最適な振動動作が達成されるのを可能にしない。何故ならば、周波数及び振幅を調節する選択肢は、カムの形状及びカムを機械加工する精度によって制限されるからである。これは低い送り速度でドリリングするときに高い振幅の使用を顕著に伴い、よって、過酷な機械的応力を機械加工システムに加える。更に、機械加工に関連する費用やカム摩耗及び破損に関連する費用も無視できない。
【００１３】
例えば、航空産業において頻繁に直面する多材料ドリリングの場合、各材料の技術的特性、顕著には、硬度は異なり、最も要求の厳しい材料に適するよう工具を調節することを必要とする。
【００１４】
接近可能性の理由のために、航空ドリリングは、持ち運び可能なドリリングユニットを用いて行われることが多い。従って、振動性技術は、これらのコンパクトなドリリングシステムに組み込まれ得ることが必要である。
【００１５】
ドリリングユニットが制御装置である。参照として援用する出願ＦＲ２８８１３６６が２つのギアセットを含むドリリング装置を記載している。第１のギアセットは駆動ピニオンとスピンドルピニオンとで構成される。それは滑動接続を用いて回転動作がスピンドルに加えられるのを可能にする。第２のギアセットは噛み合いクラッチと送りピニオンとで構成される。後者はスピンドルと螺旋状の接続にある。
【００１６】
ドリリング段階中、噛み合いクラッチピニオンは駆動ピニオンと連結し、駆動ピニオンはその回転を推進する。動くや否や、噛み合いクラッチピニオンは送りピニオンの回転を推進する。スピンドルと送りピニオンとの間の速度差はスピンドル送り動作を創り出す。スピンドルの逆行段階が始まると、噛み合いクラッチピニオンは駆動ピニオンから離れてドリリング装置の構造と係合する。従って、噛み合いクラッチ及び送りピニオンは回転を停止する。スピンドルが回転し続けると、螺旋状の接続が固定されるので、それは反対方向に移動し、従って、逆行する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
シャフト上に配置されるスピンドルの振動動作を可能にするために２つのギアセットの間の周期的な速度における変動を創り出すのを可能にする簡単な解決策を提案することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に従った振動システムは、２つのギアセット、即ち、駆動させるための第１のギアセットと、第１のギアセットによって駆動させられる第２のギアセットとを含み、各ギアセットは、２つのピニオンを備え、第１のギアセットの第１のピニオンは、第２のギアセットの第１のピニオンと協働し、第１のギアセットの第２のピニオンは、滑動接続によって第２のギアセットの第２のピニオンと同じシャフト又はスピンドルに取り付けられ、第２のギアセットの第２のピニオンは、螺旋状接続を介してシャフトに取り付けられ、各ピニオンは回転軸を備えるディスクを含み、振動システムは、第２のギアセットの第１のピニオンのディスクが第１のギアセットの他のピニオンに対して偏心させられるその軸を有すること、並びに２つのディスクの一方が第２のディスクに配置されるスロットに入るピンを含むことを特徴とする。よって、第２のギアセットの第１のピニオンの回転速度は、第１のギアセットの第１のピニオンの回転速度に対して周期的に変化する。
【００１９】
１つの特定の特徴によれば、スロットは２つのディスクの軸偏心の少なくとも２倍と等しい長さを有し、好ましくは、軸偏心の２倍にピンの幅を加えたものと等しい長さを有する。スロット内のピンの使用は、２つのピニオンが環状の線形接続によって接続されることを可能にする。
【００２０】
第１の構成によれば、ピンは第２のギアセットの第１のピニオンのディスクに配置され、スロットは第１のギアセットの第１のピニオンのディスクに配置される。この構造を用いるならば、ピンは被駆動ディスクに配置されるのに対し、スロットは駆動ディスクにあり、近正弦波形（近シヌソイド）の垂直動作を工具に与える。
【００２１】
第２の構成によれば、ピンは第１のギアセットの第１のピニオンのディスクに配置され、スロットは第２のギアセットの第１のピニオンのディスクに配置される。この構造を用いるならば、ピンは駆動ディスクに配置されるのに対し、スロットは被駆動ディスクにあり、それにより、工具の上向き及び下向きの移動が非対称である混成振動の垂直移動を工具に与える。
【００２２】
他の構成によれば、２つのディスクの軸偏心は調節可能である。よって、機械が据え付けられるときに選択されるピニオンの軸偏心の故に、振動の振幅も調節し得る。
【００２３】
１つの特別な特徴によれば、補助的システムが軸偏心を制御する。この補助的システムは、軸偏心を制御することを可能にし、機械を取り外すことを必要とせずに如何なる瞬間でも振動モードを作動させ且つ振動モードの作動を停止させることも可能にする。軸の偏心(offsetting)は円形の経路において起こり、その回転の中心は、ピニオンの正しい噛合を保証するよう、スピンドルの軸と一致する。
【００２４】
他の特徴によれば、最大偏心(オフセット)は、ピントの連結を許容するスロットを含むディスクの半径の厳密に半分未満である。小さな振幅のために並びに機械のある程度のコンパクトさを維持するために、軸偏心が厳密に０よりも大きく且つ３ｍｍ未満（この調節範囲は非限定的である）であるよう、運動学における様々な比が設定される。
【００２５】
第１の代替的な形態によれば、振動システムは、上述のような振動システムを含む振動性機械であり、振動性機械は、モータと、スピンドルと、工具支持体とを含み、第１のギアセットの第１のピニオンはモータと協働することを特徴とする。この場合、第２のギアセットの第１のピニオンは、噛み合いクラッチピニオン(dog  clutch  pinion)であり、噛み合いクラッチピニオンのディスク及び駆動ピニオンのディスクは、互いに偏心させられた軸を有する。２つのピニオンはそれらの軸偏心を有するので、ピニオンのうちの１つに属する周辺ピンと他のピニオンの軸との間の距離は常に変化する。従って、噛み合いクラッチピニオンの瞬間的な角位置は、被駆動ピニオンの瞬間的な角位置について振動する。
【００２６】
他の特徴によれば、噛み合いクラッチピニオンは補助的システムと協働し、スピンドルが戻るのを可能にする。補助的システムは、例えば、噛み合いクラッチピニオンを被駆動ピニオンから外すような方法において噛み合いクラッチピニオンを移動させる、液圧ピストンであり得る。従って、噛み合いクラッチピニオンはもはや回転において駆動させられず、これは送りピニオン(feed  pinion)を不動にし、スピンドルを逆行させる。
【００２７】
１つの特定の構成によれば、ピンは調節可能である。噛み合いクラッチピニオンを据え付けるときに、ピンを所望の距離に位置付けることが可能であり、これはたとえ軸偏心が大きいとしても同じ機構を用い得ることを意味し、振動の振幅を調節し得ることを意味する。振動の振幅は噛み合いクラッチピニオンの回転軸に対するピンの距離ｒに対する軸偏心Ｅの比によって決定される。
【００２８】
第２の代替的な構成によれば、モータが駆動セット及び被駆動セットを駆動させるスピンドルと協働するように、それは振動性工具ホルダである。スピンドルの送り動作及び回転動作は、２つの別個のモータによって生成される。よって、振動性機械は、スピンドルモータとも呼ぶモータによって駆動させられスピンドルに対する工具の位置の周期的変動を創り出す機能を有する。他方、送りモータは、スピンドルモータとは独立して工具送りをもたらす。
【００２９】
専ら一例として与える添付の図によって例示する以下の実施例を判読することから更なる利点が当業者により明らかになり得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来技術の機械工具を示す図である。
【図２】２つのピニオンの間で偏る軸を示す図である。
【図３】２つのピニオンの間の関係を詳細に示す図である。
【図４】第１の実施態様を示す図である。
【図５】第２の実施態様を示す図である。
【図６】ピン位置の関数としての工具の軸方向移動の経路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１に例示する従来技術の機械工具は、スピンドル又はシャフト２及び駆動システム３を部分的に収容する構造１を含み、ここで、駆動システム３は、スピンドル２送りも提供する。駆動システム３はモータ（図示せず）と連結される。振動性工具ホルダにおいて、駆動は送りモータと呼ぶ第２のモータによってもたらされる。スピンドル２は、軸方向機械加工を行うドリルビット又は切削カッタを備える工具ホルダを駆動する。スピンドル２はピニオン４を含み、ピニオン４はスピンドル２と共に回転すると同時に、例えば滑動接続を介して、スピンドル２に沿うピニオン４の軸方向移動を可能にする。ピニオン４は、回転軸Ｙを備え且つ駆動モータに連結されるピニオン５によって、軸Ｘについて回転式に駆動させられる。スピンドル２は、軸Ｘに沿って軸方向に移動し得る送りピニオン７も含む。送りピニオン７は、回転軸Ｙを備えるピニオン６によって回転式に駆動させられる。
【００３２】
スピンドル２に対する送りピニオン７の回転がスピンドル２の軸方向移動を引き起こすように、送りピニオン７はスピンドル２のネジ山付き部分に螺合されるネジ山７１を含む。ピニオン６は噛み合いクラッチによってピニオン５と連結させられ、スピンドル２が逆行する(back  up)のを可能にするよう下向き移動の最後にピニオン５から自動的に切り離され得る。
【００３３】
スピンドル２のための送り動作を生成するために、ピニオン６はピニオン４の回転速度と僅かに異なる回転速度で送りピニオン７を駆動する。
【００３４】
ピニオン６はピストン８に連結される。ピストン８が下向きに移動させられると、ピニオン６はピニオン５から切り離され、次に、スピンドル２はその逆行動作を行い得る。
【００３５】
図２は、２つのピニオン５及び６の間の軸偏心(軸オフセット)(axis  offset)を示している。２つのピニオン４及び７は同じ軸Ｘについて回転し、それはそれらの両方を駆動するのに対し、ピニオン５及び６はそれらの軸偏心を有し、距離Ｅだけ互いに偏心し且つ平行な軸Ｏ５及びＯ６についてそれぞれ回転する。各ピニオン４、５、６及び７は、ディスク４０、５０、６０及び７０をそれぞれ構成する。各ディスクは、歯セット（図示せず）によって境界付けられ、ピニオン５及び４並びにピニオン６及び７の駆動を許容する。
【００３６】
ディスク６０の中心から距離ｒでディスク６０に配置され且つこのディスクに固定される中心Ｊ６１のピン６１が、ディスク５０に作製される孔５１内で滑動する。ディスク５０が回転すると、ディスク６０は以下のように駆動させられる。即ち、孔５１はディスク５０と共に回転し、ピン６１は孔５１と共に駆動させられ、これはディスク５０を回転させるが、２つのディスク５０及び６０はそれらの軸偏心を有し、ピン６１は軸偏心距離Ｅの２倍だけ滑動し得る必要がある。何故ならば、ピン６１の２つの対向する位置の間で、移動距離(travel)は２つの軸Ｏ５及びＯ６の間の距離の２倍だからである。
【００３７】
２つのピニオン５及び６はそれらの軸偏心を有するので、ピン６１とピニオン５の回転軸Ｏ５との間の距離は常に変化する。ピニオン６の角位置は、ピニオン５の角位置に対して振動する。
【００３８】
ピニオン５及び６の角位置を接続する関係を幾何学的に決定し得る（図３）。ピン６１の角位置は、水平軸Ｘから測定される角度θ２によって定められる。Ｏ５とＪ６１との間の距離ｄは、一般化されたピタゴラスの定理を使用して、θ２、ｒ及びＥの関数としてある。
【００３９】
その場合、これは以下の等式（１）をもたらす。
【数１】
2016513022.tif 000003
【００４０】
何故ならば、以下の通りである。
【数２】
2016513022.tif 000004
【００４１】
以下の等式（２）を使用してＯ５Ｊ６１も表現し得る。
【数３】
2016513022.tif 000005
【００４２】
等式（１）及び（２）から、以下のような二次方程式（３）に到達することが可能である。
【数４】
2016513022.tif 000006
【００４３】
この等式は、減少させられた以下の判別式を許容する。
【数５】
2016513022.tif 000007
【００４４】
軸偏心（Ｅ）は半径（ｒ）の値よりも小さいので、等式（３）は２つの根を有する。
【００４５】
その場合、これは以下の等式（４）をもたらす。
【数６】
2016513022.tif 000008
【００４６】
境界条件及び余弦（θ２）の連続性は、１つの解決策のみを採用し得ることを意味し、これは以下の等式（５）である。
【数７】
2016513022.tif 000009
【００４７】
これは以下の等式（６）に達する。
【数８】
2016513022.tif 000010
【００４８】
Ｅ／ｒ比を用いて振動の振幅を調節し得る。その比が大きいときに、大きな振動が得られ、逆に、その比が小さいときに、小さな振動が得られる。振動周波数はピニオン４及び５の間の速度の比を用いて調節される。その比の値は回転毎の振動の数をもたらす。よって、その比が大きければ大きいほど、振動周波数はより高い。
【００４９】
図４に例示する第１の実施態様において、ピニオン５はモータ９によって駆動させられる駆動ピニオンであり、ピニオン６は噛み合いクラッチピニオンである。それは２つのギアセット４５及び６７を含む。第１のギアセット４５は、駆動ピニオン５とスピンドルピニオン４とで構成される。このセットは回転動作がスピンドル２に付与されるのを可能にする。第２のギアセット６７は、噛み合いクラッチピニオン６と送りピニオン７とで構成される。後者のピニオン７は、スピンドル２と螺旋状の接続にある。ドリリング段階中、噛み合いクラッチピニオンは駆動ピニオン５と連結させられるようになり、駆動ピニオン５はそれを回転において駆動させる。動くや否や、噛み合いクラッチピニオン６は送りピニオン７の回転を推進する。ピニオン４及び７の間の速度差は、送り及びスピンドル２の振動性動作を創り出す。スピンドル２逆行が開始する段階が開始すると、噛み合いクラッチピニオン６は駆動ピニオン５から切り離されるようになり、ピストンのような補助的システム６２の作用を通じてドリリング装置の構造１内に落ち着く。従って、ピニオン６及び７は回転を停止する。スピンドル２は、回転し続けることによって、螺旋状の接続が固定されるという事実の故に、反対方向において進行する。
【００５０】
図５に例示する第２の実施態様において、ピニオン４はスピンドルモータ９０によって回転式に駆動させられ、スピンドル送りは送りモータ９１によって別個に達成される。動作の原理は第１の代替的な形態のためと同じであるが、送りは別個のモータによって達成されるので、第２のピニオン６がピニオン５から分離し得ることはもはや必要でない。
【００５１】
工具の軸方向移動の経路はピンが有する第１のピニオンの２つのディスクのうちのいずれかの関数であることが図６から分かるであろう。ピンが被駆動ディスク上にあるならば、曲線ａは正弦波形（シヌソイド）であるのに対し、ピンが駆動ディスク上にあるならば、曲線ｂは非対称である。もちろん、本発明は例示の実施例に限定されず、振動性システムは如何なる穿孔、回転、切削装置にも装着されることが可能である。それを特許出願ＲＦ２９３９３４１中に記載される木材溶接システム上に装着してもよい。
【図１】
2016513022.tif 000011
【図２】
2016513022.tif 000012
【図３】
2016513022.tif 000013
【図４】
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【図５】
2016513022.tif 000015
【図６】
2016513022.tif 000016
【国際調査報告】
2016513022.tif 000017
2016513022.tif 000018
2016513022.tif 000019
2016513022.tif 000020