(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）本体および外向きに突出するガイドシャフトを含むドリル・ブッシュ・ハウジングを備え、前記ガイドシャフトはドリルビットを受取るための孔を有する先端を含み、前記ガイドシャフトは前記先端と前記本体との間に位置付けられた少なくとも１つのチップ処理開口を含み、さらに、（ｂ）前記ガイドシャフトと位置合わせされて前記本体内に位置付けられたスリーブを備え、チップブレーカを含む前記スリーブの端部は前記ガイドシャフトの前記先端に面し、前記チップブレーカは前記少なくとも１つのチップ処理開口と位置合わせされて前記スリーブに形成された少なくとも１つのらせんトラフを含む、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２】
前記ドリル・ブッシュ・ハウジングのチップブレーカ端部は２つのチップ処理開口を含み、かつ、前記スリーブは２つのらせんトラフを含み、前記らせんトラフの１つは前記チップ処理開口の各々と位置合わせさせる、請求項１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項３】
前記らせんトラフは２つのエッジ、すなわちらせん状のエッジおよび放射状のエッジを含み、前記らせん状のエッジはスリーブの長手方向の中央線と直交する平面に対して鋭角を形成し、前記放射状のエッジは前記スリーブの長手方向の中央線から半径方向に沿って形成される、請求項２に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項４】
前記らせんトラフのねじりの方向は、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリがそれとともに使用されるべきドリルビットのねじりの方向とは反対である、請求項３に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項５】
前記らせんトラフの放射状のエッジは、関連のチップ処理開口のエッジとほぼ位置合わせされる、請求項４に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項６】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの内径はスリーブの残りの部分の内径よりもわずかに小さく、前記スリーブの前記内径の小さい部分の内径は、前記先端における孔の直径と実質的に同じである、請求項５に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項７】
前記スリーブは前記ハウジングの本体内に押込められて嵌め合わせられる、請求項６に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項８】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの外径は、スリーブの残りの部分の外径よりもわずかに小さい、請求項７に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項９】
ガイドシャフトの先端は、穿孔されるべきワークピースの表面に密に接続させるための滑らかな外端を有する、請求項８に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのらせんトラフは２つのエッジ、すなわちらせん状のエッジおよび放射状のエッジを含み、前記らせん状のエッジはスリーブの長手方向の中央線と直交する平面に対して鋭角を形成し、前記放射状のエッジは前記スリーブの長手方向の中央線から半径方向に沿って形成される、請求項１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのらせんトラフのねじりの方向は、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリがそれとともに使用されるべきドリルビットのねじりの方向とは反対である、請求項１０に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのらせんトラフの放射状のエッジは、前記少なくとも１つのチップ処理開口のエッジとほぼ位置合わせされる、請求項１１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１３】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの内径はスリーブの残りの部分の内径よりわずかに小さく、前記スリーブの前記内径の小さめの部分の内径は、前記先端における孔の直径と実質的に同じである、請求項１２に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１４】
前記スリーブは前記ハウジングの本体内に押付けられかつ嵌め合わせられる、請求項１３に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１５】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの外径は、スリーブの残りの部分の外径よりもわずかに小さい、請求項１４に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１６】
ガイドシャフトの先端は、穿孔されるべきワークピースの表面に密に接触させるための滑らかな外端を有する、請求項１５に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのらせんトラフのねじりの方向は、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリがそれとともに使用されるべきドリルビットのねじりの方向とは反対である、請求項１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのらせんトラフは、前記少なくとも１つのチップ処理開口とほぼ位置合わせされる、請求項１７に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項１９】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの内径はスリーブの残りの部分の内径よりもわずかに小さく、前記スリーブの前記内径の小さい部分の内径は、前記先端における孔の直径と実質的に同じである、請求項１８に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２０】
前記スリーブは前記ハウジングの本体内に押込まれて嵌め合わせられる、請求項１９に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２１】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの外径は、スリーブの残りの部分の外径よりもわずかに小さい、請求項２０に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２２】
ガイドシャフトの先端は、穿孔されるべきワークピースの表面に密に接触させるための滑らかな外端を有する、請求項２１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのらせんトラフは、前記少なくとも１つのチップ処理開口とほぼ位置合わせされる、請求項１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２４】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの内径は、スリーブの残りの部分の内径よりもわずかに小さく、前記スリーブの前記内径の小さい部分の内径は、前記先端における孔の直径と実質的に同じである、請求項１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２５】
前記スリーブは前記ハウジングの本体内に押込められて嵌め合わせられる、請求項１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２６】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの外径は、スリーブの残りの部分の外径よりもわずかに小さい、請求項２５に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２７】
チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの外径は、スリーブの残りの部分の外径よりもわずかに小さい、請求項１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【請求項２８】
ガイドシャフトの先端は、穿孔されるべきワークピースの表面に密に接触させるための滑らかな外端を有する、請求項１に記載のチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、ワークピースの穿孔に関し、より特定的には、大きいドリルチップを小さいチップへと砕くためのチップブレーカに関する。
発明の背景
溝がついたドリルビットを使用してワークピース、特に金属製のワークピースに孔をあける場合、長いドリルチップができやすい。このような長いドリルチップは、ワークピースが金属製の場合に特に、ドリルビットの溝の上方へと移動する。ドリルビットの溝の上方へと移動する金属チップは、ドリルビットのまわりに絡みつくか、または、ドリルビットとそれを取り囲むハードウェアとの間に押入れられて動けなくなる。長いチップに対して、小さく短いドリルチップは、遠心力によってドリルビットから離れるようにされやすい。
航空機の製造時のように、厚いアルミニウム区分に多数の孔をあけるような状況においては、孔をあける一方で、その孔の周辺区域から金属チップを取除くのに真空ラインを使用するが、長いチップはこの真空ラインを詰まらせるおそれがある。このような事態を防ぐために、真空ラインは絶えず、将来的には利用可能でなくなると考えられる有害な溶剤で洗浄される。
長いドリルチップに関するこのような不利益を克服するために、チップのサイズを減じてチップをより扱いやすくするためのさまざまな提案がなされてきた。過去のこのような取組みには、ドリルビットの速度およびドリルビット供給レートを変化させて、チップを自然に砕けるようなサイズに作り出す試みがあった。しかし残念なことに、この取組みによって孔１つ当りのサイクル時間が増し、孔の品質は低下し、さらに、ドリルビットの消耗が早まった。このため、ドリルチップのサイズを減じることを目的とする数多くのブッシュ設計および特別なドリルの幾何学的形状が提案されてきている。しかし、そのいずれもが完全に成功であるとはいえない。このようなドリル・ブッシュ設計の１つが、本出願の譲渡人に譲渡された、「チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ（“Chip Breaker Drill Bushing Assembly”）」と題された、デイビットＡ．クロス（David A. Cross）により米国特許番号第５，１０８，２１４号に記載されている。
長いチップを小さいチップへと砕くことによって長いチップに関連する問題を解決するよう開発された先行技術のブッシュ設計は、新たな問題を数多く生み出した。新しい問題とは、ドリルテンプレートを使用した場合にそのテンプレートにチップが詰まる、ドリルビットとドリルビット・ブッシュとの間にチップが押込まれて、ドリルビットを位置付けかつ操作するのに使用されるロボットアームのエンドエフェクタからノーズ部材が外せなくなる、ドリルモータとそのセンサへの負荷が増して、穿孔プロセスおよび／または監視の性能（品質またはコスト）に悪影響を及ぼす、等である。
この発明は、長いドリルチップに関連する問題を排除するよう意図された、先行技術の方法および装置の前述の不利益を克服する、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリを提供することに向けられる。
発明の概要
この発明に従えば、溝がついたドリルビットのためのチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリが提供される。このアセンブリは、ドリル・ブッシュ・ハウジングとスリーブとを含む。ドリル・ブッシュ・ハウジングは、本体と、外向きに突出するガイドシャフトとを含む。ガイドシャフトは、チップ・ブレーカ・ドリル・ビット・アセンブリがそれとともに使用されるドリルビットを受けるようサイズ決めされた孔を有する先端を含む。スリーブは、ハウジングの本体内に位置付けられ、ガイドシャフトと位置合わせされる。ガイドシャフトの先端に面するスリーブの端部は、チップブレーカを含む。チップブレーカは、スリーブ内に突出するらせんトラフによって規定される、間隔をあけられた歯によって形成される。ガイドシャフトの、その先端とスリーブのチップブレーカ端部との間には、チップ処理開口が設けられる。これら開口の数は、間隔をおいて配された歯の数に等しい。
この発明の他の局面に従えば、スリーブのチップブレーカ端部は２本の歯と２つのチップ処理開口とを含む。
この発明のさらなる局面に従えば、らせんトラフは２つのエッジ、すなわち、らせん状のエッジおよび放射状のエッジを含む。らせん状のエッジは、スリーブの長手方向の中央線を通じて延びる直交する平面に対して鋭角を形成する。らせん状のエッジによって規定されるこの角は、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリがそれとともに使用されるべき溝付のドリルビットのねじりの方向とは反対である。放射状のエッジは、スリーブの長手方向の中央線の半径に沿って位置する。
この発明のさらに別の局面に従えば、ドリル・ブッシュ・ハウジングのガイドシャフトは、滑らかな先端の内側に位置付けられた２つのチップ処理開口を含む。チップ処理開口は、スリーブのチップブレーカ端部をわずかに超えて終端する。
この発明のさらに他の局面に従えば、チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの内径は、スリーブの残りの部分の内径よりもわずかに小さい。
この発明のまた別の局面に従えば、スリーブのその小さめの内径は、ガイドシャフトの先端における孔の直交と実質的に同じである。
この発明のまたさらなる局面に従えば、スリーブはハウジングの本体内に押込まれて嵌め合わせられる。
この発明のまた別の局面に従えば、チップブレーカ端部の近辺におけるスリーブの外径は、スリーブの残りの部分の外径よりもわずかに小さい。
この発明のまたさらに別の局面に従えば、ガイドシャフトの先端は、穿孔されるべきワークピースの表面に密に接触させるための滑らかな外端を有する。
以上の概要から容易に明らかなように、この発明は、先行技術の装置の不利益を克服する、長いドリルチップを粉砕するための新しくかつ改良されたチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリを提供する。ガイドシャフトの先端の外端が滑らかであるため、その外端は穿孔されるべきワークピースの表面に対して密に押付けることが可能である。結果としてドリルチップがこの領域に入り込むことが防げる。したがって、ドリルテンプレートにチップが詰まることが回避される。さらに、粉砕されねばならないチップのみが切断される。他のチップはそれらがスリーブのチップブレーカ端部に到達するまでに遠心力によって取除かれる。その結果、ドリルモータにかかる負荷を低く維持できる。
【図面の簡単な説明】
この発明の以上の局面および附随する利点の多くは、添付の図面に関連して以下の詳細な説明を読まれることにより、より容易に認識されかつよりよく理解されるであろう。ここで：
図１は、この発明に従って形成されたチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリの分解図である；
図２は、図１に示したチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリの組立断面図である；
図３は、図１および図２に示したこの発明の実施例の、スリーブのチップブレーカ端部の側面図である；
図４は、図１および図２に示したこの発明の実施例の、スリーブのチップブレーカ端部の端面図である；
図５は、図１および図２に示したチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリの、スリーブの断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
以下の説明からよりよく理解されるように、この発明は、ワークピース内の正確な位置に自動的に孔をあけるのに使用されるロボットアームのエンドエフェクタとともに使用するのに適する、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリに向けられる。この発明は、ここではロボットアームに関連して説明するが、他の種類の穿孔用システムとともに利用することが可能であることを理解されたい。たとえば、この発明に従って形成されたチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリは、この発明を組込むように修正された従来のドリルプレスとともに使用することも可能である。
図に示すように、この発明に従って形成されるチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ１１は、ドリル・ブッシュ・ハウジング１３およびチップブレーカスリーブ１５を含む。ドリル・ブッシュ・ハウジング１３は通常円筒形であり、本体１７およびガイドシャフト１９を含む。本体１７は、対向するフランジ２３の対を有する、ほぼ円筒形のカラー２１を含む。本体１７はまた、カラー２１の一方側から外向きに延びるネック２５を含む。ネックは、複数のねじ山２７で終端する。
ガイドシャフト１９は、カラー２１の、ネック２５と反対の側から外向きに、同軸上に延びる。ガイドシャフト１９の外端は、滑らかな外端３１を有する先端２９を含む。ガイドシャフト１９の、先端２９とカラー２１との間の側部には、長手方向の開口３３の対が位置付けられる。この長手方向の開口３３は、ガイドシャフト１９の両側に設けられる。先端２９を通じて長手方向に延びるのが、孔３５である。孔３５の直径は、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリがそれとともに使用されよう意図されたドリル３７（図２）の直径と同じである。すなわち、孔３５の直径は、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ１１内で使用されるべきドリルビットの直径に依存する。サイズが異なるドリルビットの各々が、サイズの異なるチップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリを必要とするわけである。
本体１７と、ガイドシャフト１９の先端２９より内側の部分は、長手方向の円筒形の孔３９を含む。この孔３９の直径は、先端２９内の孔３５の直径よりも実質的に大きい。後により詳細に説明するように、スリーブ１５は孔３９内に押込まれて嵌め合わせられ、本体１７のねじ切りされた端部から長手方向の開口３３の内側の端部へと延びる。
チップブレーカスリーブ１５は円筒形であって、その一方端に位置付けられたチップブレーカ４１を含む。チップブレーカスリーブ１５の他方端は平らであり、チップブレーカスリーブ１５の中央の円筒形の開口４５を取り囲む浅いさら穴４３を含む。さら穴の角度αは好ましくは３０度から６０度の範囲である。この発明の実施の一実施例においては、この角度αは４５度に等しい。
チップブレーカ４１は、スリーブ１５内に突出する２つのらせんトラフ４７ａおよび４７ｂによって規定される、２つの歯４６ａおよび４６ｂを含む。これららせんトラフは、各々、放射状のエッジ４９およびらせん状のエッジ５１によって規定される。放射状のエッジ４９は、円筒形スリーブ１５のチップブレーカ４１を含む端部から内向きに延びる。図４にもっとよく示されるように、放射状のエッジ４９は、チップブレーカスリーブ１５の長手方向の軸５０を二分する、直径に沿って位置する。らせん状の面５１は、チップブレーカスリーブ１５のチップブレーカ端部から内向きに延びる。図３に最もよく示されるように、らせん状のエッジ５１は、スリーブ１５の長手方向の軸と直交して位置する平面に対して、鋭角βを形成する。図２と図３とを比較することによって最もよく分かるように、角度βの方向は、ドリルビット３７の溝の方向とは反対である。より特定的には、図２に示すドリルビット３７は、ビットの端部から見ると時計回りのねじりを有する。これに対し、図３に示すように、らせんトラフ４７ａおよび４７ｂのらせん状のエッジ５１は、スリーブ１５のチップブレーカ端部から見ると、時計とは反対まわりのねじりを有する。βは好ましくは１５度から５０度の範囲内であって、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ１１がそれとともに使用されるべきドリルビットの溝の角度と等しい角度であることが好ましい。この発明の実際の一実施例においては、角度βは３６度である。放射状のエッジ４９とらせん状のエッジ５１とは、湾曲した領域５３によって連結される。
らせんトラフ４７ａおよび４７ｂの間の歯４６ａおよび４６ｂの端部５５ａおよび５５ｂは平らであって、スリーブ１５の長手方向の軸５０に直交して位置する。図４に示すように、平らな端部５５ａおよび５５ｂが、平らな端部５５ａまたは５５ｂの一方側に位置する放射状のエッジ４９と、平らな端部５５ａまたは５５ｂの他方側においてらせん状のエッジ５１が始まる点との間に延在する角度γの範囲を定める。γは好ましくは３２度から５０度の範囲内である。この発明の実際の一実施例によれば、γは４４度に等しい。
図１および図５に最もよく示されるように、スリーブ１５の外径の約１／２は、他方の１／２の外径よりもわずかに長い。短めの直径を有する部分は、スリーブのチップブレーカ端部から内向きに延びる。この短めの直径を有する部分の直径は、ドリル・ブッシュ・ハウジング１３の本体１７における長手方向の円筒形の孔３９の直径よりもわずかに小さい。大きめの直径部分は、長手方向の円筒形の孔３９よりわずかに大きい。これにより、スリーブ１５はドリル・ブッシュ・ハウジング内に押込まれて嵌め合わせられることが可能となる。スリーブが長手方向の円筒形の孔３９内に正しく位置付けられると、チップブレーカ４１はガイドシャフト１９の先端２９に面し、らせんトラフ４７ａおよび４７ｂは、長手方向の開口３３の内側の端部の近辺に、それと位置合わせされて位置付けられる。この位置合わせは、各トラフの、切刃を形成する放射状のエッジ４０が開口の１つのエッジにほぼ位置合わせされるようにすることが好ましい。
図５に示すように、チップブレーカスリーブの中央の円筒形の開口４５の直径もまた、２つの異なる直径領域ｄ1およびｄ2を有する。小さい方の直径領域ｄ1は、チップブレーカ端部から内向きに、スリーブ１５の長さを約１／４だけ延びる。この小さめの直径領域の直径は、先端２９における孔３５の直径と実質的に同じであり、これは、前述のように、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリ１１がそれのために使用されるよう意図される、溝が付けられたたドリル３７の直径と実質的に同じである。
図４に示すように、ネック２５のねじ切りされた端部２７は、たとえばロボットアームのエンドエフェクタの端部を形成し得る、ハウジング６１内に装着するよう設計される。動作中、ロボットアームは先端２９を適所へと移動させて、滑らかな端部３１を穿孔されるべきワークピース６３に密を押付ける。その後、回転するドリルビット３７が先端２９の端部から出てワークピース６３内へと入っていく。ワークピースが穿孔されている間、チップはドリルビット３７内の溝を通じて移動する。チップ６５は、ガイドシャフト１９の側部にある長手方向の開口３３から遠心力により押出される。長手方向の開口３３から最初に押出されなかったチップは、ドリルビット３７の上方へと移動し、チップブレーカ４１によってより小さい片に粉砕されて、その後、長手方向の開口から押出される。所望であれば、比較的小さなチップ６５をそれらが長手方向の開口３３から出る際に取除くのに、真空アタッチメントを使用することも可能である。
以上の説明から容易に理解されるように、この発明は、穿孔プロセス中にドリルビットのシャンクのまわりに巻付こうとするおよび／または詰まろうとするチップを、切断しかつ長手方向の開口を通じて取除く、チップ・ブレーカ・ドリル・ブッシュ・アセンブリを提供する。このことは、ドリル駆動モータまたはプロセス制御センサ（スラストおよびトルク）に過度に負荷をかけることなく達成される。
以上にこの発明の現時点における好ましい実施例を記載したが、ここでさまざまな変更がなされ得ることは理解されるであろう。たとえば、上述のように、ロボットアームのエンドエフェクタとともに使用するのではなく、この発明を他の環境において、説明した構造に適切な変更を加えて利用することが可能である。さらに、２つの歯および２つの開口ではなく、より多数の歯および開口を含むことも可能である。ただし、歯と開口の数は同じでなければならず、トラフは上述のように開口と位置合わせされねばならない。すなわち、トラフは、開口と位置合わせされ、好ましくは、トラフの放射状の、すなわち切断用のエッジの開口のエッジのうち１つとほぼ位置合わせされるように配向されることが好ましい。この発明は場合によっては、１つのトラフおよび１つの開口で十分である場合もある。したがって、この発明は、添付の請求項の範囲内で、ここに特定的に記載した実施例とは別の実施の形態が可能であると理解されたい。
この発明の好ましい実施例を以上に図示しかつ説明したが、この発明の精神および範囲から離れることなく、これに種々の変更がなされ得ることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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