(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
かかる内部流体流通方式に関する問題は、ドリルビットの前側先端部のところでは流体流通部の口が進行中の穴あけ作業全体を通じてボア内に隠されるので、進行中の穴あけ作業の間、冷却および/または潤滑の井戸関数(well function)を制御することが困難であるということにある。それゆえ、冷却および/または潤滑の正しい機能は、ボアの点検によりまたはドリルビットを開放空間内で動かすことによりかつ/あるいは穴あけ作業の完了後にドリル穴を点検することによって間接的に制御できるに過ぎない。
【0005】
流体流通方式に関して起こる場合のある問題は、流体の提供が経時的に変化する場合があり、その結果多すぎる流体が時おり提供され、そして少なすぎる流体が時おり提供されるということにある。典型的な問題は、多量の流体が機械の始動時に提供され、次に少なすぎる流体が提供される段階が生じることにある。作業の終わりに、流体の提供は、常態では、所望の量のミストがドリルビットを通って提供されるよう安定化される。
【0006】
提供される流体が少なすぎる場合、穴あけの精度が損なわれる場合があるとともにドリルビットおよび工作物が過熱する場合がある。多すぎる流体もまた、穴あけの精度に悪影響を及ぼす場合があり、更に、流体が多すぎることは、流体の過剰分が工作物から洗い流される必要があるということを意味する。
【0007】
それゆえ、当該技術分野において知られている信頼性の低い流体流通方式の問題がない穴あけ工具が要望されている。
【0008】
本発明の目的は、穴あけ作業全体を通じて潤滑および/または冷却用流体の信頼性のあるかつ予測可能な提供が行われる穴あけ工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この目的は、請求項1記載の本発明によって達成され、本発明は、流体がドリルビットの内部を通って穴あけゾーンまで運ばれる形式の穴あけ工具のスピンドルに関し、スピンドルは、穴あけ工具のモータによって駆動可能であり、スピンドルは、
‐ドリルビットを受け入れてこのドリルビットをスピンドルに取り付けるソケット部分を有し、ソケット部分は、ドリルビットの取り付け部分を受け入れるようになった第1の直径の第1の軸方向長さを有し、
‐流体をソケット部分まで運ぶ流体導管を有し、流体導管は、ソケット部分の第1の直径よりも小さい第2の直径を有し、取り付け部分は、ソケット部分の特定の軸方向長さよりも短いよう定められた特定の第2の軸方向長さを有し、ドリルビットがソケット部分内に収納されると、流体導管とドリルビットとの間に第1の直径を有するインターフェース空間が形成されるようになっている。流体コンベヤが流体導管をドリルビットに連結するよう配置され、流体コンベヤは、ドリルビットがソケット部分内に収納されると、流体導管とドリルビットとの間のインターフェース空間の周囲に流体が集められるのを回避するよう第1の直径よりも小さい第3の直径を有する。
【0010】
本発明は、流体がドリルビットとスピンドルとの間の空間内に閉じ込められるという知見に基づいている。請求項1によって提供される現象に対する実用的な解決手段は、この知見がいったん理解されると、明らかであるように思われる。
【0011】
本発明はまた、流体がドリルビットの内部を通って穴あけゾーンまで運ばれる形式の穴あけ工具に関し、この穴あけ工具は、上述したようなスピンドルを有する。
【0012】
本発明は更に、ドリルビットを穴あけ工具のスピンドル内に収納する方法に関し、スピンドルは、
‐ドリルビットを受け入れてこのドリルビットをスピンドルに取り付けるソケット部分を有し、ソケット部分は、ドリルビットの取り付け部分を受け入れるようになった第1の直径の第1の軸方向長さを有し、
‐流体をドリルビットに設けられた開口部まで運ぶ流体導管を有し、流体導管は、ソケット部分の第1の直径よりも小さい第2の直径を有し、取り付け部分は、ソケット部分の特定の軸方向長さよりも短いよう定められた特定の第2の軸方向長さを有し、ドリルビットがソケット部分内に収納されると、流体導管とドリルビットとの間に第1の直径を有するインターフェース空間が形成されるようになっている。この方法は、ドリルビットが収納される前にまたはドリルビットが収納されると同時に、流体導管をドリルビットの開口部に連結するよう流体コンベヤを構成するステップを含み、流体コンベヤは、ドリルビットがソケット部分内に収納されると、流体導管とドリルビットとの間のインターフェース空間の周囲に流体が集められるのを回避するよう第1の直径よりも小さい第3の直径を有する。
【0013】
本発明の他の特徴および他の利点は、図示の実施形態に関する詳細な説明および従属形式の請求項の記載から明らかになろう。
【0014】
以下の詳細な説明において、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】ドリルビットが収納された先行技術の典型的なスピンドルを示す図である。
【
図2】
図1の先行技術のスピンドルと収納状態のドリルビットとの間のインターフェースの詳細図である。
【
図3】スピンドルとドリルビットとの間のインターフェース内に配置された本発明の第1の実施形態としての収納状態のドリルビットおよび流体導管を備えたスピンドルを示す図である。
【
図4】
図3のスピンドルとドリルビットとの間のインターフェースの詳細図である。
【
図5】スピンドルとドリルビットとの間のインターフェース内に配置された本発明の第2の実施形態としての収納状態のドリルビットと流体導管を備えたスピンドルを示す図である。
【
図6】
図5のスピンドルとドリルビットとの間のインターフェースの詳細図である。
【
図7】スピンドルとドリルビットとの間のインターフェース内に配置された本発明の第3の実施形態としての収納状態のドリルビットと流体導管を備えたスピンドルを示す図である。
【
図8】
図7のスピンドルとドリルビットとの間のインターフェースの詳細図である。
【
図9】スピンドルとドリルビットとの間のインターフェース内に配置された本発明の第4の実施形態としての収納状態のドリルビットと流体導管を備えたスピンドルを示す図である。
【
図10】
図9のスピンドルとドリルビットとの間のインターフェースの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図1は、ドリルビット20が収納された先行技術の典型的なスピンドル10を示し、
図2は、スピンドル10と収納状態のドリルビット20との間のインターフェース空間30の詳細図である。
【0017】
スピンドルは、モータ(図示せず)によって、スピンドルの外側に連結されている送り歯車(図示せず)および駆動歯車(図示せず)を経て駆動されるとともに送られる。この目的のため、スピンドル10の外側は、穴あけ作業中、スピンドルを前方方向に送るよう送り歯車と噛み合うよう構成されたねじ部13を有する。ねじ部13は、スピンドルおよび収納状態のドリルビット20の回転を駆動するよう構成された駆動歯車と噛み合うよう配置されている軸方向スプラインによって途切れている。スピンドルを前方に駆動するため、送り歯車は、駆動歯車よりも高い回転速度で回転するよう設定されている。
【0018】
スピンドル10は、ドリルビット20への接続のためにソケットまたは受け口部分16に通じる流体導管11を備えた中空内部を有する。ソケット部分16の内部は、ドリルビット20に連結可能なねじ山付き部分15を有し、ドリルビット20は、ソケット部分16内のねじ山付き部分15と噛み合う雄ねじ部を有する。スピンドル10の外側端部14は、ドリルビット20の接触面24に当接するよう構成されている。スピンドル10の中空内部は、ドリルビット20に対して、インターフェース空間30がスピンドルの流体導管11の出口と内側端部ドリルビット20との間に形成されるよう寸法決めされている。
【0019】
スピンドルの流体導管11は、ドリルビット20の潤滑および/または冷却のための、特にドリルビット20とドリルビット20が作業中に入り込む工作物の表面との間のインターフェースの潤滑および/または冷却のための流体を運ぶよう配置されている。ドリルビット20は、スピンドル内に収納されるとスピンドル10とドリルビット20との間のインターフェース空間30に向く入口開口部およびドリルビット20の外側先端部25のところに設けられている出口開口部22を備えた流体チャネル21を有する。
【0020】
それゆえ、作業中、流体が流体源(図示せず)からスピンドル10内の流体導管11を通って、スピンドル10とドリルビット20との間のインターフェース空間30を経て、そしてドリルビット10を通って流体チャネル21の入口開口部23中に提供されて出口開口部22を通ってドリルまたは穴あけゾーンの出口に至るようになっている。
【0021】
ソケット部分16は、ドリルビット10の取り付け部分26を受け入れるようになった第1の直径d
1の第1の軸方向長さa
1を有する。流体をソケット部分16まで運ぶ流体導管11は、ソケット部分16の第1の直径d
1よりも小さい第2の直径d
2を有する。ドリルビット20の取り付け部分26は、ドリルビットがソケット部分16内に収納されると、少なくとも部分的に第1の直径d
1の隙間またはインターフェース空間30が流体チャネル11の口とドリルビット20との間に形成されるようソケット部分16の特定の軸方向長さa
1よりも短いように定められた特定の第2の軸方向長さa
2を有する。
【0022】
通常、ドリルゾーンの冷却および/または潤滑に用いられる流体は、圧縮空気のミストと、潤滑液、例えば油とから成る。本発明は、液体が作業中に生じる遠心力に起因してインターフェース空間30の周囲に集められるという理由で流体分布状態が損なわれるという知見に基づいている。代表的には、インターフェース空間30は、作業中、液体で飽和状態になる。インターフェース空間30が飽和するやいなや、流体ミストがスピンドル10の流体導管11を通って損失がない状態でインターフェース空間30を経てそしてドリルビット20を通って流体チャネル21中に運び込まれる。
【0023】
しかしながら、作業後、スピンドルがもはや回転しない場合、インターフェース空間内に集められた流体は、インターフェース空間を出てドリルビット20の流体チャネル21中に流れ込む場合がある。流体チャネル21内に取り込まれた液体は、モータを再始動して流体分布が活性化されると同時にスピンドルを回転させた場合、圧縮ミストの作用によって液体の堆積物としてドリルビットから吹き飛ばされることになる。次いで、液体がインターフェース空間30内に再堆積する段階が続き、その結果、流体チャネル21を通過している流体は、大部分が空気から成る。それゆえ、この段階では、流体分布は、不完全でありしかも潤滑および/または冷却効果は、不十分である。
【0024】
それゆえ、流体分布が信頼できずかつ不連続であるという先行技術のこの問題は、流体がスピンドル10とドリルビット20との間のインターフェース空間30内の隙間の中に集まる場合があるということが判明した。この問題は、以下の4つの互いに異なる実施形態において説明する本発明の流体コンベヤによって解決される。
【0025】
本発明の流体コンベヤ40の第1の実施形態が
図3および
図4に示されている。この流体コンベヤ40は、ドリルビットがスピンドル10内に収納されると、スピンドル10とドリルビット20との間のインターフェース空間30を満たすよう構成された隙間充填軟質要素を有する。流体コンベヤ40は、有利には、弾性材料、例えばゴムなどで作られる。この材料は、好ましくは、流体がこの材料内に集まることができないようにするよう多孔質ではないことが必要である。
【0026】
流体コンベヤ40は、流体導管11をドリルビットのチャネル21に連結するよう配置されている。第1のコンベヤ40は、ドリルビットがソケット部分16内に収納されると、流体がスピンドル10の流体導管11とドリルビット20の流体チャネル21との間のインターフェース空間30の周囲内に集められるのを回避するよう第1の直径d
1よりも小さい第3の直径d
3の内部チャネル44を有する。流体コンベヤ40は、有利には、スピンドル10のソケット部分16中に挿入可能な別個の部品である。
【0027】
流体コンベヤは、スピンドル10の形状ならびにスピンドル10中に挿入されるべきドリルビット20の寸法形状に合った形状を有する。スピンドルは、互いに異なる形状および寸法を有することができ、したがって、第1の実施形態の流体コンベヤ40は、特定のスピンドルおよび一揃いのドリルビットに個別的に適合しなければならない場合がある。それゆえ、流体コンベヤ40は、スピンドル10の流体導管11の口に嵌着するようになった第1の端部41、ドリルビット20の流体チャネル21の口に嵌着するようになった第2の端部42、およびこれら端部相互間の隙間、すなわちインターフェース空間30を埋めるようになった本体43を有する。それゆえ、これら部品をどのように構成するかは、特定のスピンドルおよびこのスピンドルが嵌合するようになったドリルビットの寸法形状で決まる。
【0028】
本発明の流体コンベヤ50の第2の実施形態が
図5および
図6に示されている。この流体コンベヤ50は、第1の実施形態としての流体コンベヤ40と同一の機能を有し、すなわち、スピンドル10の流体導管11をドリルビット20の流体チャネル21に連結するようになっている。
【0029】
第2の実施形態としての流体コンベヤ50は、内径d
3を備えた管状部分51、スピンドルの流体導管11に結合した第1の軸方向端部52、およびドリルビットがスピンドル10のソケット部分16内に収納されると、ドリルビット20に当接するようになった第2の軸方向端部53を有する。流体コンベヤ50は、インターフェース空間30の第1の直径d
1よりも小さい第3の直径d
3を有する。管状部分51の第1の軸方向端部52は、第2の直径d
2のスピンドル10の流体導管11中に延びるよう配置されている。
【0030】
さらに、流体コンベヤ50は、管状部分51のそれぞれの端部52,53の連結を流体密にするよう構成された2つのOリング54を有する。図示の実施形態では、5つのOリングが用いられているが、当然のことながら、Oリングの個数を管状部分51の自由端部の特定の長さおよびインターフェース30の想定長さに合わせることができる。第2の軸方向端部53は、Oリングが管状部分51から滑り落ちるのを阻止するよう構成されたリムを有する。
【0031】
第2の実施形態としての流体コンベヤ50の利点は、この流体コンベヤがOリングを追加しまたは取り外すことによって互いに異なる長さのインターフェース空間30に適合可能であり、しかも管状部分の第1の軸方向端部52をスピンドル10の流体導管11中に遠くにまたは手前に滑り込ませることができることにある。流体コンベヤ50は、管状部分51とスピンドル10の流体導管11の内壁との間に取り込まれた状態になった流体が流体コンベヤ50の管状部分51に再び入ることができるよう配置されたスリット55を有する。
【0032】
第3の実施形態としての流体コンベヤ60が
図7および
図8に示されている。この流体コンベヤ60は、スピンドル10の流体導管11を管状部分61経由でドリルビット20の流体チャネル21に連結している。管状部分61は、この管状部分がスピンドル10の流体導管11から延び出る位置に向かってばね64によってばね押しされている。それゆえ、ドリルビット20がスピンドル10のソケット内に配置されると、ドリルビットとの接触がばね作用に抗して働き、そして流体コンベヤ60をスピンドル10の流体導管11中に更に押し込む。管状部分61は、インターフェース空間30の第1の直径d
1より小さい第3の直径d
3の管状の形を有する。代表的には、この管状部分は、第2の直径d
2のスピンドル10の流体導管11内に緊密に嵌まり込むのに足るほど細い。
【0033】
第3の実施形態としての流体コンベヤ60は、スピンドル10の流体導管11の口に当接するよう配置された第1のOリング65およびドリルビット20の流体チャネル21の口に当接するよう配置された第2のOリング66を更に有する。ばね64は、流体密連結部をもたらすためにOリングがそれぞれの口にしっかりと当たって位置するようにするようこれらOリング65,66相互間に配置されている。流体コンベヤ60は、第2の実施形態のスリット55の同一の機能を有するスリット65を備えている。
【0034】
第2の実施形態の流体コンベヤ50の場合と同様な仕方で、管状部分61の第1の軸方向端部62は、収納状態のドリルビット20の長さに応じて、漸変する程度までスピンドル10の流体導管11中に延びるよう配置されている。管状部分の第2の軸方向端部63がOリング65,66相互間に配置されたばね64の作用を受けてドリルビットに緊密に当接するよう配置されている。
【0035】
第4の実施形態としての流体コンベヤ70が
図9および
図10に示されている。先の実施形態の場合と同様、この流体コンベヤ70は、流体コンベヤ70の管状部分21を介してスピンドル10の流体導管11をドリルビット20の流体チャネル21に連結している。管状部分71は、インターフェース空間30の第1の直径d
1よりも小さい第3の直径d
3の管状の形を有する。代表的には、管状部分は、第2の直径d
2のスピンドル10の流体導管11内に緊密に嵌まり込むのに足るほど細い。
【0036】
第2の実施形態としての流体導管70は、
図7および
図8に示されている第3の実施形態としての流体導管60に似ている。しかしながら、差異としては、スピンドル10の流体導管11に対する流体密シールが管状部分71の第1の軸方向端部72の周りに配置されたOリング74によって流体導管11内に作られ、この第1の軸方向端部が流体導管11中に延びるよう構成されている。管状部分71の反対側の第2の軸方向端部73は、ドリルビット20の後側端部に対する流体密封止をもたらすよう構成されたOリング75を備えている。
【0037】
ばね76が流体コンベヤ70をドリルビット20との接触状態に向かって押すよう配置されている。第2の実施形態としての流体コンベヤ70により、第1の軸方向端部72およびこの上に配置されたOリングの形状は、スピンドル10の流体導管11内に緊密に嵌まり込むとともに流体導管11への流体密連結を保証するために特定の許容誤差の範囲内に定められる必要がある。
【0038】
流体コンベヤ70の第2の軸方向端部73内に設けられたOリング75は、Oリングを押してこれが第2の軸方向端部73の先端部の外側に軸方向に延びるよう構成された第1の円形リム77によって定位置に保たれる。Oリング77が流体コンベヤ70から滑り落ちないようにするよう第2の円形リム78が配置されている。第2の円形リム78は、第1の円形リム77よりも目立ち度が少なく、それにより、Oリングを取り外して第2の円形リム78上で交換することができる。
【0039】
以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明した。しかしながら、本発明は、これら実施形態には限定されない。
【0040】
上述の実施形態は、全て、ドリルビット内に容易に収納されたりこの中から取り出したりされる。しかしながら、幾つかの用途では、流体コンベヤをより固定された仕方で配置し、その結果、ドリルビットを別のドリルビットに交換する場合に流体コンベヤが設置状態のままであるようにすることが有利な場合がある。例えば、流体コンベヤは、スピンドルの固定部分であっても良く、あるいは、スピンドル内にロックされるよう配置されても良い。ねじ連結リム(図示せず)が流体コンベヤをソケット部分16のねじ山付き部分15に対する相互作用によってスピンドルに対して軸方向にロックするよう構成されているのが良い。流体コンベヤの管状部分は、管状部分の端部をドリルビットとの相互作用の状態に向かって押すようねじ連結リムに対してばね押しされるのが良い。
【0041】
さらに、本発明は、以下の特許請求の範囲の記載によって定められた本発明の保護範囲内で上述の実施形態の組み合わせか他の実施形態の組み合わせかのいずれかである別の実施形態に具体化できることは当業者には明らかである。