JP3553882B2 - 油圧チャックを備えるドリルジグアセンブリ、及びパイロットボアを有するドリルガイド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドリルジグに係り、詳しくは、小さい公差で正確な穿孔を行うため、油圧チャックをパイロットボアを有するドリルガイドと組み合わせて利用するドリルジグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、精密な穿孔作業を行うためにドリルの案内をするジグは公知である。このようなジグは、片翼のアセンブリだけで種々のアルミニウムやチタン部品に１５００万個の孔を形成する必要のある、商業用ジェット旅客機の製造において使われることが多い。これらの従来技術のジグは、ドリル先端部を所望の穿孔位置の中心線に沿って正確に配置し、回転ドリルを伸縮させて所望の位置に心合わせをして所望の寸法に穿孔するため、精密に作られた固定具と組み合わせて使用される。
【０００３】
航空機の翼の製造に現在用いられているドリルジグの一例では、ドリルジグは一端がエアモータの出力シャフトに、他端がドリルのシャンクに結合された回転可能なスピンドルを備える。スピンドルはハウジングチューブ（又は、当該技術で知られている筒先）内に、ハウジングチューブと同心関係に配置されている。ハウジングチューブはモータケーシングに固定されている。ドリルを前進及び後退させる手段として、スピンドルの外周面にねじ山が形成されている。スピンドル上のねじ山は、モータにより駆動される歯車の内径に形成されたねじ山と係合する。
【０００４】
動作に際しては、ハウジングチューブに結合された固定具が、所望のボア位置の中心線と同軸的に正確に心合わせされた状態にジグを動かす。次いで、エアモータが起動され、所望の毎分当たりの回転数 （ｒｐｍ）でドリルを回転させる。スピンドルの周りのねじ山のピッチは、ドリル先端の切削エッジがアルミニウム又はチタン工作物にきれいに切削を施し、材料を除去するのに十分遅い１回転当たりの所望の送り速度でドリルを前進させるよう寸法が決められている。所望の深さまで穿孔されるとエアモータが止まり、スピンドルのねじ山がドリルを孔から引き戻すように逆回転する。
【０００５】
具合が悪いことに、このようなジグ構造は、商業用ジェット旅客機のフラップトラックの製造に必要な高い精度のボアを作るのには不十分であることがわかっている。このようなボアは振れ（ドリルの偏心によるぶれのためにわずかにボアに円錐状のテーパーがつくこと）が±０．００４インチという極めて小さい公差で穿孔されねばならない。上述したようなジグでは始めからこのような小さな公差以下でボアを作ることはできないため、まずボアは小さめに穿孔され、その後特別なリーマ仕上げにより精密に孔を拡張して、所要の公差以下にする。このような精密なボアの形成は、航空関連の部品では不可欠である。これは、このような部品は使用中に常に振動を受け、航空機の翼や他の部分を構成している部品が正確に嵌り合っていない場合には、この振動が早期の金属疲労を来たすためである。しかしながら、穿孔ステップに要する時間は短時間であるのに比べ、付加的に必要な精密なリーマ仕上げステップはその何倍もの時間を必要とする。このため、フラップトラックの周りに個々の精密なボアを作るための製造時間は実質上長くなる。従来のジグのデザインに関する別の欠点として、スピンドルのねじ切り端部と連結するためのドリルのシャンク端部に収縮嵌めされたモールステーパを有する特製のドリルだけとしか適合しない点が挙げられる。モールステーパの装着と、ねじ形のカップリングのためのボアの切削により、スピンドルとドリルとの間の非同心性を生む機会が生ずるばかりでなく、ジグの大部分を分解せねばならないので、摩損したドリルビットの新しいものとの交換が煩雑で、時間がかかるものとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
狭い公差で穿孔することができ、余分で時間のかかるリーマ仕上げステップを必要とせず、振れが最小限に抑えられた、自動固定具との使用に適合するドリルジグが求められていることは明らかである。更に、摩損したドリルの新しいものとの交換が容易で迅速に行えることが理想的である。最後に、このようなジグは、モールステーパや特定の結合要素の装着を必要としない、一体形成されたドリルでの使用に適していなければならない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、広く言えば、従来技術に関連した上述の欠点を克服するドリルジグアセンブリである。この目的のため、本発明のドリルジグアセンブリは、円筒形のパイロット部と、好ましくは油圧作動コレットを有し、ドリルシャンクの端部を着脱自在に把持するチャックと、チャックを摺動可能に支持するハウジングチューブと、ハウジングチューブのチャックよりもドリル先端側に取り付けられ、ドリルの円筒形シャンク部とドリル先端との間にあるドリルパイロット部を回転可能に収容するパイロットボアを有するドリルガイドと、を含むシャンクを有するドリルを含む。ガイドのパイロットボアは、穿孔作業の際に、ドリルの振れを防ぐのに都合がよい。
【０００８】
ドリルガイドは、パイロットボアと、ボアと心合わせされた円筒形の外面とを有するカーバイドのブッシュを含んでいてもよい。ブッシュをハウジングチューブの端部の周りに同心的に整合させて固定するためのエンドキャップを設けることもできる。好適な実施形態では、エンドキャップは、ブッシュの円筒形外面に同心的に整合された状態で収縮嵌めされる内側表面と、エンドキャップをハウジングチューブの遠位端の周囲に同心的に固定するためにねじ切りされた外側表面とを有する環状体を含む。ドリルとドリルガイドのブッシュとの間の同心性をより確実とし、またドリルにより穿孔された孔の振れを最小化するため、ドリルシャンクのパイロット部はドリルの切削チップ及び溝付き部と一体的に形成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明のドリルジグアセンブリは、モータの出力シャフトと接続され、チャックに接続された遠位端を有するスピンドルの形状をとり、チャックを回転させるための駆動メカニズムを更に含んでいてもよい。駆動メカニズムの送りアセンブリはスピンドルの外面に、モータにより回転駆動される歯車の内径の雌ねじと係合するねじ山を含んでいてもよい。モータは、回転によりスピンドルを前進又は後退させるため、可逆モータとしてもよい。
【００１０】
ハウジングチューブは、システムオペレータが、チャックの油圧作動コレットを締めたり緩めたりすることで、アセンブリ中でのドリルの交換を迅速に行うことができるようにするアクセススロットを有していてもよい。ドリルシャンクとチャックとの間である程度の軸方向の調整を可能とするために、油圧作動コレットの端部に止めねじを設け、これによって用いるドリルの長さのわずかな変動とは関係なく、同じ深さの複数のボアを作ることができるようにしてもよい。
【００１１】
ガイドチューブによって摺動可能で回転可能に支持され、ドリルシャンクの端部の周囲に均一の把持力を与える油圧作動コレットを有するチャックを、カーバイドのブッシュのパイロットボアとドリルシャンクのパイロット部との間に高度に精密に心合わせをして使用することにより、ドリルジグアセンブリは、前進及び後退による穿孔作業という１つのステップで、極めて小さい公差で正確に穿孔することが可能となる。更に油圧チャックを用いることで、ジグを分解せずに、摩損したドリルを迅速且つ容易に交換することが可能となる。調節可能な止めねじをチャックの油圧作動コレットの端部に設け、ジグ内でドリルの軸方向の長さを調節して、切削作業によりドリルチップが短くなることを補償するようにすると都合がよい。最後に、一体的に形成されたドリルを使用することでこのジグによって達成される同心性が更に高まり、また製造コストも低減できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
全ての図面を通じて、同一数字は同一の構成要素を表す。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照すると、本発明のドリルジグアセンブリ１は、一端がモータ５（好適には、可逆エアモータ）に接続され、遠位端６が油圧チャック７に連結された回転駆動スピンドル３を備える。
【００１３】
好適な実施形態では、チャック７はケンナメタル社（Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．、所在地：ペンシルバニア州、ラトローブ）製造のＡ９．９９−０００４３４型油圧チャックである。このタイプのチャック７は、ジグアセンブリ１のハウジングチューブ内に滑り嵌めされるように切削された円筒形の外側表面８を含むが、これに関しては後ほど詳述する。チャック７はドリル１０のシャンク９の端部を着脱自在に把持する。ドリル１０は、シャンク９から延出し、終端が穿孔チップとなる溝付き体１１を含む。図１（Ｂ）に最も顕著に示されているように、穿孔チップ１２は、ドリル１０の中央に配置された通路１４（図１（Ａ）に想像線で示されている）を通じて流れる霧状の冷却剤を吐出するための３つの冷却剤ホール１３を含む。
【００１４】
駆動スピンドル３のねじ切りした外面１５は、４つのキー溝１６を含む（そのうちの１つのみを図示した）。エアモータ５は２つの別個の歯車（図示せず）を含み、そのうちの一方の内径はスピンドル３を前進及び後退させるためにスピンドル３のねじ切りされた外面１５と係合するねじ切りされた内面を有し、もう一方には、その外径に沿ってスピンドル３に回転トルクを与えるためにスピンドル３のキー溝１６と係合する歯が形成されている。このような歯車列を有するエアモータ５としては、インツール社（Ｉｎｔｏｏｌ， ｉｎｃ．、所在地：テキサス州、ヒューストン）製造の２３０−ＱＧＤＡ−ＲＡＣ−ＳＵ−ＭＳ Ｑｕａｃｋｅｎｂｕｓｈ型エアモータが市販されている。更に、駆動スピンドル３は、ドリル１０の冷却剤通路１４と同軸の冷却剤用ボア１７を含む。図示されるように、駆動スピンドル３の遠位端は、加圧された霧状の冷却剤１９の供給源に接続されている。穿孔作業の際に、通路１７及び１４を通って冷却剤が輸送され、ドリルチップ開口部１３より吐出される。
【００１５】
更に、ドリルジグアセンブリ１は上述したハウジングチューブ２１を含む。ドリルジグアセンブリ１が図１（Ａ）に示すような水平に向けられたとき、チャック７が部分的にチューブ２１によって支持されるようにハウジングチューブ２１の円筒形の内面２３は油圧チャック７の外径と厳密に寸法合わせされている。ハウジングチューブ２１がチャック７の外面を摺動且つ回転するよう支持しているので、穿孔作業の際の望ましくない大きさの振れを生ずることになるドリルシャンク９の端部への片持ち負荷を最小限に抑えられる。更に、ハウジングチューブ２１は、図１（Ａ）に部分的に示す取付け固定具２５に結合された円筒形の外面２４を有する。取付け固定具２５は自動式とすることもでき、所望の寸法及び深さのボアを形成するため、ドリルジグアセンブリ１を工作物に対して向ける。ハウジングチューブ２１の近位端２７はねじ式カップリング２９によりエアモータ５に結合されている。ハウジングチューブ２１の遠位端３１はドリルガイド３３に結合されている。
【００１６】
図１（Ａ）と図２を参照すると、ドリルガイド３３は、円筒形の外側表面３７を有するカーバイドのブッシュ３６と、その内側表面に同心的に整合されたパイロットボア３８とで構成されている。パイロットボア３８はシャンク９のパイロット部４０を回転可能に支持している。このため、パイロットボア３８の内径ｄ１はドリルシャンク９のパイロット部４０の外径ｄ２と極めて厳密に寸法合わせされている。振れを最小限に抑えるため、ドリルシャンク９のパイロット部４０の長さは少なくとも回転駆動スピンドル３のストロークの長さと同じであることが必要であり、又カーバイドのブッシュ３６の長さは、穿孔作業の際に、常にシャンク９のパイロット部４０の長さの少なくとも３０％がパイロットボア３８によって回転可能に支持されるように寸法が決められる必要がある。
【００１７】
エンドキャップ４２はカーバイドのブッシュ３６をハウジングチューブ２１の遠位端３１を越えて正規位置に固定する。エンドキャップ４２は、カーバイドのブッシュ３６がハウジングチューブ２１にきつく正確に嵌合されるよう、カーバイドのブッシュ３６の円筒形の外側表面３７に収縮嵌めされる内面４４を有する環状体を含む。又、環状体は、チューブ２１の遠位端３１の内径と外接する雌ねじ４８と係合することのできる、ねじ切りした外面４６を含む。エンドキャップ４２は、環状体のねじ切りした外面４６がチューブ２１のねじ４８にねじ込まれる範囲を制限するためのストップリング５０を備える。図２より明らかであるように、ハウジングチューブ２１は、後により明瞭に述べる目的のためにアクセススロット５２を更に含む。
【００１８】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照すると、油圧チャック７は、上述した円筒形外面８を有する円筒形チャック本体５５を有する。チャック本体５５の近位端は、駆動スピンドル３の（小径となっている）遠位端６を収容するためのねじ切りしたボアを有する。ねじ切りしたボア６１ａ、ｂに装着された１対の対向する真鍮の止めねじ５９ａ、ｂにより遠位端６がチャック本体５５のねじ切りしたボア５７に固定されている。又、チャック７は、円筒形のチャック本体５５の回転軸と心合わせされた締付けボア６２を含む。締付けボア６２は、周囲に油圧拡張チャンバ６７が形成された柔軟性のあるグリップチューブ６５で形成された油圧コレットアセンブリ６３を含む。油圧流体を導く通路が環状油圧拡張チャンバ６７を圧力ピストン７１と接続している。圧力ピストン７１上に、ドリルシャンク９の端部を把持又は解放するための、油圧拡張チャンバ６７内の流体を加圧又は減圧するためのねじ頭７３が設けられている。締付けボア６２の底部に、軸方向に向いたねじ切りした孔７９に係合する止めねじ７７が備えられている。止めねじ７７により、システムオペレータはドリルシャンク９の端部が締付けボア６２に挿入される範囲を都合よく調節することができる。ドリル９の長さは研磨が行われるたびに幾分短くなるため、この点は重要な特徴である。従って、ドリルジグアセンブリ１の他の構成要素間で大きな調整を行うことなく同一深さのボアを穿孔するためには、アレンヘッドソケット８１を介して止めねじ７７を反時計回りに回転させるだけでよい。図３（Ｂ）には特に図示していないが、止めねじ７７は、加圧された冷却剤を回転駆動スピンドル３の冷却剤ボア１７からドリル９の冷却剤通路１４へ導くための、軸方向向きの通路を含む。
【００１９】
図４及び図５は、工作物８３に対するドリルジグアセンブリの動作を図示している。動作に際しては、固定具２５が、ドリルシャンク９の穿孔チップ１２が所望のボア位置の中心線に沿う向きとなるよう、ハウジングチューブ２１を位置決めする。次いで、ドリル９を回転させ、工作物８３に向けて前進させるためにエアモータ５が起動される。工作物８３がチタンからできているか、あるいはチタン層を有する場合、局部的な摩擦によりチタンが発火することもあるため、ドリル９は３５０ｒｐｍを超えない速度で回転する。回転駆動スピンドル３のねじ切りした外面１５のピッチにより、ドリル９が所望の送り速度で前進する。同時に、加圧された冷却剤の供給源より、加圧された霧状の冷却剤が、スピンドル３の近位端からドリルチップ１２に配置された冷却剤ホール１３を通って送られる。このような状態により、ドリルチップ１２は工作物８３をきれいに切削し、１つのステップの作業で狭い公差のボア８５を形成することができる。穿孔作業が完了すると、エアモータ５の出力シャフトの移動方向が逆転し、ドリル１０は図４で示された位置へ引き込まれる。ドリルチップ１２が鈍化した場合、システムオペレータは、適切なレンチをハウジングチューブ２１のアクセススロット５２に挿入して加圧ピストン７１のねじ頭７３を緩めるだけでよい。ドリル１０は再び研磨されるか、又は新しいドリルと交換される。再度研磨される場合には、システムオペレータは止めねじ８１を適宜回転させ、ドリルチップ１２から材料が削り取られることに伴うドリル１０の長さの損失分を埋め合わせる。次いで、システムオペレータは加圧ピストン７１のねじ頭７３を締め付け、穿孔作業に戻る。
【００２０】
本発明を１つの好適な実施形態について説明したが、当業者には種々の追加や変更ができることが明白であろう。従って、それらの変更や修正は全て請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明のドリルジグアセンブリの側面断面図である。
（Ｂ）は、図１（Ａ）に図示されたドリルジグアセンブリの正面図である。
【図２】図１（Ａ）に図示されたジグアセンブリの、ハウジングチューブの遠位端付近の拡大分解図である。
【図３】（Ａ）は、本発明のドリルジグアセンブリに使用された油圧チャックの正面図である。
（Ｂ）は、図３（Ａ）に図示された油圧チャックを９０度半時計回りに回転させた部分側面断面図である。
【図４】回転するドリルジグアセンブリの動作を表す図である。
【図５】ドリルを回転及び延長しながら工作物を貫通するドリルジグアセンブリの動作を表す図である。

Claims (21)

1. 工作物に対してドリルを正確に支持するためのドリルジグアセンブリであって、
   シャンクを有するドリルと、
   前記シャンクを着脱可能に把持するチャックと、
   前記チャックを摺動可能に支持するハウジングチューブと、
   前記ハウジングチューブのチャックよりもドリル先端側に取り付けられ、前記把持されたシャンク部とドリル先端との間にあるドリルパイロット部を回転可能に収容するためのパイロットボアを有し、穿孔作業の際にドリルの振れを防ぐ、ドリルガイドと、
   を含む、ドリルジグアセンブリ。
2. 前記チャックが、前記ドリルシャンクの周囲に同心的に均一な把持力を与え、ドリルの迅速な交換を可能とする油圧作動コレットを含む、請求項１に記載のドリルジグアセンブリ。
3. 前記ドリルガイドが、前記パイロットボアを有するブッシュを含む、請求項１に記載のドリルジグアセンブリ。
4. 前記ドリルガイドを前記ハウジングチューブのドリル先端側に固定する手段を含む、請求項３に記載のドリルジグアセンブリ。
5. 前記パイロット部は公差の範囲内で前記パイロットボアに嵌合する、請求項１に記載のドリルジグアセンブリ。
6. 前記シャンクと前記ドリルの穿孔端部の間の同心性を高めるため、前記シャンクが前記ドリルと一体的に形成されている、請求項１に記載のドリルジグアセンブリ。
7. 前記チャックを回転させるための駆動手段を更に含む、請求項１に記載のドリルジグアセンブリ。
8. 前記駆動手段が、前記ドリルを工作物に対して前進及び後退させるための送りアセンブリを含む、請求項７に記載のドリルジグアセンブリ。
9. 前記駆動手段が、モータに結合された回転スピンドルを含み、該回転スピンドルの一端は前記チャックに結合され、前記回転スピンドルの外面には雄ねじ山が形成され、この雄ねじ山は、前記モータにより駆動される内面にねじ山を有する歯車に係合し、前記ドリルを前進及び後退させる、請求項８に記載のドリルジグアセンブリ。
10. 前記ドリルガイドの前記ブッシュが焼結炭化物材料でできている、請求項３に記載のドリルジグアセンブリ。
11. 工作物に対してドリルを正確に支持するためのドリルジグアセンブリであって、
    自由端と円筒形部分とを有するシャンクを有するドリルと、
    円形の外形を有し、前記ドリルシャンクの自由端を着脱自在に把持する油圧作動コレットを有するチャックと、
    前記チャックの前記円形外部を摺動可能且つ回転可能に収容するハウジングチューブと、
    前記ハウジングチューブのドリル先端側に取り付けられ、前記ドリルの前記円筒形シャンク部を回転可能に収容するためのパイロットボアを有し、穿孔作業の際にドリルの振れを防ぐ、ドリルガイドと、
    を有する、ドリルジグアセンブリ。
12. 前記ドリルガイドが、前記パイロットボアを有するカーバイドのブッシュを備え、前記ブッシュの外面が前記ボアと心合わせされた円筒形である、請求項１１に記載のドリルジグアセンブリ。
13. 前記ドリルガイドが、前記ブッシュを前記ハウジングチューブに固定するためのエンドキャップを含み、前記エンドキャップが、前記ブッシュの前記ボアと心合わせされた前記外面の周りに同心的に整合されて収縮嵌めされる環状部を有する、請求項１２に記載のドリルジグアセンブリ。
14. 前記ドリルシャンクの前記円筒形部分の少なくともある部分が、公差の範囲内で前記パイロットボアに嵌合するパイロット部である、請求項１３に記載のドリルジグアセンブリ。
15. 前記シャンクと前記ドリルの穿孔端部との同心性を高めるため、前記シャンクが前記ドリルと一体的に形成されている、請求項１１に記載のドリルジグアセンブリ。
16. 前記チャックを回転させるための駆動手段を更に含む、請求項１１に記載のドリルジグアセンブリ。
17. 前記駆動手段が、前記ドリルを工作物に対して前進及び後退させるための送りアセンブリを含む、請求項１６に記載のドリルジグアセンブリ。
18. 前記駆動手段が、モータに結合され、前記チャックに結合された自由端を有する回転可能なスピンドルを含む、請求項１７に記載のドリルジグアセンブリ。
19. 前記駆動手段の前記送りメカニズムが、前記スピンドルの外部に形成されたねじ山と、前記モータに取り付けられた固定ナットとを含み、前記モータの回転方向が逆転可能である、請求項１８に記載のドリルジグアセンブリ。
20. 前記チャックが、前記ドリルシャンクが前記コレットに挿入される軸方向の長さを調節するための、前記コレット内に配置された止めねじを含む、請求項１１に記載のドリルジグアセンブリ。
21. 工作物に対してドリルを正確に支持するためのドリルジグアセンブリであって、
    自由端と円筒形部分とを有するシャンクを有し、前記ドリルシャンクの前記円筒形部分の少なくともある部分が、パイロット部であるドリルと、
    円形の外形を有し、前記ドリルシャンクの自由端を着脱自在に把持する油圧作動コレットを有し、前記ドリルシャンクが前記コレットに挿入される軸方向の長さを調節するための、前記コレット内に配置された止めねじを含むチャックと、
    前記チャックの前記円形外面を摺動可能且つ回転可能に収容するハウジングチューブと、
    前記ハウジングチューブのドリル先端側に取り付けられ、前記ドリルの前記円筒形シャンク部を回転可能に収容するためのパイロットボアを有し、穿孔作業の際にドリルの振れを防ぐ、ドリルガイドと、
    を有し、
    前記パイロット部がその公差の範囲内で前記パイロットボアに嵌合する、
    ことを特徴とするドリルジグアセンブリ。

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