JP2018507790A - コンプライアンス領域の特徴を有する穴の位置合わせ工具 - Google Patents

Abstract

穴の位置合わせ工具、かかる工具の製造方法、及び、複数のワークピースの穴を位置合わせする方法が開示される。穴の位置合わせ工具は、同様の寸法のスタックされた孔を完全に係合するとき、穴を定めるワークピース表面に対して、実質的に均一な力を付加する。穴の位置合わせ工具は径方向に拡張可能な複数の脚部を有するダボ接合体、及び、スプレッダ要素を備える。ダボ接合体脚部は、その遠位端からダボ接合体の近位端に向けて延在する、減少する断面厚さすなわち逆テーパを含む。状態に応じて、ダボ接合体の脚部の径方向外形は工具の挿入及び除去に関して収束した形状または平行した形状になり、または位置合わせのために分岐した形状となり得る。【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に穴の位置合わせ工具（ホールアライメントツール）に関し、より具体的には、穴を形成するワークピース表面に対して、実質的に均一な力を維持することが可能な穴の位置合わせ工具に関する。

一般的に、多くの穴の位置合わせ工具が、完全なダボ接合を行うことができない。すなわち、位置合わせすべき穴を定める表面に対して、均一な径方向の拡張（膨張、ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）が存在する場合（または、穴を定めるワークピースに対して全般に均一な径方向力が存在する場合）に、完全なダボ接合を行うことができない。換言すると、位置合わせ工具はワークピースと完全で均一な接触を行わない。例えば、位置合わせ工具はくさびとしての機能を果たす。先行技術のこの制約は、スタックされた複数のワークピースの高さが、位置合わせされる穴の直径よりも大きい場合に最も顕著である。

この制約の解決策は、穴位置合わせ工具及び特徴的なテーパ工具（ｔａｐｅｒ ｔｏｏｌ）を含んでいる。穴位置合わせ工具は、作業長さに渡る工具の拡張要素の正確な径方向移動を可能にする流動的な拡張要素（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を有し、特徴的なテーパ工具においては、拡張要素が中央移動部材の内面テーパと適合する内面テーパを有している。しかし、第１の実例では、拡張要素の動作を保持しつつ当該動作を許可するために、複雑な支持構造が必要とされる。一方で第２の実例では、１つの「スイートスポット（最適箇所）」のみが存在し、２つのテーパが拡張要素の完全に一定の径方向移動を生じさせるのに適している。後者の実例では、拡張要素の曲げ特性が「スイートスポット」の範囲を増加させたとしても、拡張要素の内面テーパの軸方向の延伸（ａｘｉａｌ ｒｕｎ）の程度に関する製造の制約が、径方向の拡張の効果的な軸方向範囲を制限する。

以下は基本的な理解を読者に提供するために、発明の簡略化された概要を提示するものである。この概要は発明の広範囲な概説ではなく、本発明の鍵となる／重要な要素を特定するものではなく、あるいは本発明の範囲を正確に記述するものでもない。唯一の目的は、後ほど提示される、より詳細な説明の前置きとして、簡略化された形式でここに開示された、いくつかの概念を表すことに過ぎない。

本発明は、穴の位置合わせ工具、かかる工具の製造方法、及び、複数のワークピース（加工対象物）の穴を合わせる方法に関する。穴の位置合わせ工具は、同様のサイズのスタックされた（積み重ねられた）穴に完全に係合するとき、穴を定めるワークピース表面に対して実質的に均一な力を印加する。実質的な均一性は、ワークピースの変形を最小限に抑えるか、または変形を皆無とし、及び完全なダボ（軸）接合を実現する。

本発明によると、穴位置合わせ工具は、径方向に拡張可能な複数の脚部、ハウジング及びスプレッダ要素を有するダボ接合体を備える。別段の指示がない限り、これらの部品は硬質ではあるが弾性の材料でできているのが好ましい。

ある実施形態では、全般にダボ接合体は、中央に配置された孔を定めるシリンダと特徴づけられ、当該本体は近位端、遠位端及び２つの端部を分離する本体部分を備え、本体部分は中央領域から近位端へと延在する近位領域、及び、中央領域から遠位端へと延在する遠位領域を有する。各ダボ接合体は長手方向軸、外面、及び中央孔を定める内面を含む。種々の発明の実施形態において、中央孔は、非公称（ｎｏｎ−ｎｏｍｉｎａｌ）状態すなわち位置合わせ状態にあるとき、ダボ接合体の少なくとも遠位領域に、概して一定の直径を有すると特徴づけられる。ただし、挿入状態すなわち離脱状態において、中央孔は収束形状すなわち円錐形状であり、孔直径が遠位端に向けて次第に減少する。

ある実施形態では、近位端または近位端周囲で（または近位領域の近位端で）ダボ接合体は、ハウジング内の２部品式回転防止手段の第２の部品に動作可能に結合（嵌合）する、２部品式回転防止手段の第１の部品を備える。２部品式回転防止手段の第１の部品は、多くの場合、（断面図で見たときに）非円形の外面及び／または長手方向のランドまたは溝を有すると特徴づけられ、さらに、第２の部品の構造に応じて、ダボ接合体に実質的に沿って、長手方向に延在してもよい。さらに、近位端及び／または近位領域の近位端におけるダボ接合体の内面または近位端におけるダボ接合体の外面が螺子加工され、スプレッダ要素の第１の例における外面に形成された螺子部、または第２の例におけるスプレッダ要素の内面に形成された螺子部に、それぞれ動作式に嵌合する。

ある実施形態では、ダボ接合体の少なくとも本体部分は、２部品式回転防止手段の第１部品を備え、２部品式回転防止手段の第２部品と動作式に嵌合し、この第２部品は以下に詳述されるように、ハウジングの遠位端に備わることが好ましい。

ある実施形態では、複数のスロットがダボ接合体の本体部分周囲からその遠位端へと軸方向に延在しており、スロットは複数のダボ接合体脚部によって定められる（すなわち、各脚部は一対の隣接するスロットによって境界され、ダボ接合体の外面から内面へとそれぞれが延在している）。各脚部は、工具が公称状態（ｎｏｍｉｎａｌ ｓｔａｔｅ）にある場合に、遠位端で発生する最大の軸方向撓み性（ポテンシャル）、及び、近位端または根端で発生する最小の軸方向撓み性（ポテンシャル）とともに、概して径方向の可撓性を有する。多くの実施形態において、脚部根元と遠位端の間に、ダボ接合体がワークピース穴に対して過度に挿入するのを防止するように機能する環状の防止部材すなわち移動規制手段が存在する。

ある実施形態では、位置合わせ工具のハウジングの実施形態は、遠位端と近位端の間の長手方向軸を定めるシリンダ、外面及び中央孔を定める内面を備える。中央孔は少なくともダボ接合体の近位端及び近位領域を受け入れられる大きさに構成され、中央孔は、ダボ接合体が近位に配置された第１部品による回転防止手段を有する場合に、好適には実質的に軸長さ全体に渡って２部品式回転防止手段の第２の部品を有する実施形態の第１のシリーズ、または、ダボ接合体が少なくともその本体部分に沿って配置された２部品式回転防止手段の第１の部品を有する場合に、遠位端での実施形態の第２のシリーズによって特徴づけられる。

ある実施形態では、ハウジングの近位端の中央孔は、当該孔直径よりも実質的に大きい直径を有する拡大された凹部に交わる。この凹部は、ばねであることが多い付勢部材及び駆動要素の一部を受け入れる。

前記要素に加えて、本発明に従った位置合わせ工具は先に参照された移動可能なスプレッダ要素をさらに備える。当該スプレッダ要素は、多くの発明の実施形態において、中央部分から遠位方向に延伸する、外向き螺子（雄ねじ）部分を有するシャンクとして特徴づけられる近位部分を含むとともに、当該スプレッダ要素は、その遠位端に向かって収束するテーパとして特徴づけられる遠位部分を含む。遠位部分は、そこに含まれる構成要素がアセンブリされた場合に、ダボ接合体の中央孔に少なくとも部分的に配置される。かかる工具の使用時、ダボ接合体（一般に、少なくともその近位端）及びスプレッダ要素の近位端の両方の部分が、ハウジング本体に機械的に接続される。

本発明のある実施形態は、スプレッダ要素からダボ接合体を螺子式に離脱させる、外向きに螺子加工されたスプレッダ要素の減少した直径部分を含む。好適には、螺子加工されていないこの部分は、ハードストップ機構が使用された場合に、螺子部の付着及び工具故障を発生する可能性があるスプレッダ要素の過度な回転を停止するための代替手段を提供する。スプレッダ要素とダボ接合体の間の再係合を容易にするために、スプレッダ要素を遠位に付勢する付勢手段が使用される。圧縮バネが、ハウジングと、付勢手段の片方の端部を受けるためのリップ（縁）部を有する駆動要素の間に配置されてもよい。ここで、駆動要素はスプレッダ要素に固定して取り付けられている（付勢手段のもう片方の端部はハウジングの一部で受けられる）。

ある実施形態では、ダボ接合体の特徴は各脚部の断面外形に関係する。各脚部は脚部遠位端（よって、遠位領域の一部）に隣接する移行部分を含み、移行部分は不均一な半径断面または壁厚さ（フレアとも称される）及び／または不均一な円弧長の領域として特徴づけられる。脚部の径断面厚さ及び／または円弧長の変更は、極めて特徴的かつ意図的なやり方で、脚部の屈曲特性に意図的に影響を与える。

ダボ接合体脚部の移行部分が、ダボ接合体の遠位端から近位端に向かって延在し、増加する断面厚みすなわち正テーパを含んだ従来の位置合わせ工具とは異なり、本発明に従ったダボ接合体脚部は、ダボ接合体の遠位端から近位端に向かって延在し、減少する断面厚みすなわち逆テーパを含んでいる。移動規制手段が存在する場合、移動規制手段はダボ接合体の近位端に存在するフレアの終端部で、または当該終端部近傍にあるのが好ましく、いずれも脚部根元の遠位にあるのが好ましい。

ここで使用されているように、「テーパ」という用語は、径方向に向かって材料厚が次第に変化することを意味する（断面厚さ）。ダボ接合体脚部に関して、次第に変化するテーパ（正テーパまたは逆テーパ）は、脚部の内面と同一脚部の外面の間の径方向の距離を調べることによって確認され、ダボ接合体の長手方向軸に沿った距離の関数とみなされる。テーパは脚部の径方向の外形と混同されるべきではない。テーパは、ダボ接合体の軸とダボ接合体の外面の間の径方向距離を軸方向に徐々に変化させる手段とみなす。ダボ接合体脚部の径方向の外形は、その状態に応じて、収束形状、平行形状、または分岐（放射状に広がる）形状をとり得る。例えば、工具の挿入及び除去にとって、収束した径方向外形（径方向に収束した形状）または平行な径方向外形（径方向に平行な形状）が望ましいが、一方で、位置合わせの目的には分岐した径方向外形（径方向に分岐した形状）が望ましい。

ある実施形態では、ダボ接合体は、初期に機械加工された場合に一定の中央孔を有することで特徴づけられる。よって、ダボ接合体脚部の孔または内面を形成するのに、従来のドリルまたは他の一定直径の切削工具のみが必要とされる。この製造方法は、穿孔バーあるいはダボ接合体の遠位端から延在する正テーパを生成するのに必要な他の孔拡張工具を必要としない。それにより、製造時間及び製造コストを大幅に減らすことができる。初期の機械加工に続き、ダボ接合体の外径は、収束された形状でない場合、脚部部分で少なくとも平行になるように脚部が径方向に収縮され、この外径が公称となるように扱われる（例えば、一時的な径方向の移動の際、脚部は公称状態（ｎｏｍｉｎａｌ ｓｔａｔｅ）へと復帰する付勢力を有する）。

脚部の可撓的（屈曲的）な特性に影響する本発明のダボ接合体の脚部テーパの改変に加え、かかる特性は、脚部の円弧長を変えること、例えばスロット幅を変更することによって改変可能である。よって、さらに高い屈曲性が望ましい脚部は、隣接する脚部と比較して、小さい断面厚さと小さい円弧長の両方を有することができる。

脚部長さ全体にわたる脚部の可撓的な特性を変更することにより、本発明に従ったダボ接合体は、従来の穴の位置合わせにかかる複雑な試みを行うことなく、極めて近似した完全な穴のダボ接合位置合わせを可能にする。具体的には、本発明に従ったダボ接合体が、ワークピースのスタック（重ね合わせ）によって定められる複数の穴に挿入され、例えばスプレッダ要素（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）の相対的な導入などにより（相対的導入は、スプレッダ要素がダボ接合体の遠位端に向かって移動するか、またはダボ接合体がスプレッダ要素の近位端に移動するかどうかには影響しない）、脚部の遠位部分が径方向外側に押し出される場合に、脚部に存在する逆テーパにより、脚部の遠位外面は抵抗にあう。径方向外側の力がダボ接合体の遠位端からさらに離れて存在しているため、より大きな「誘起された（ｉｎｄｕｃｅｄ）」径方向外側の力が、スプレッダ要素が各脚部の内面に接触する実際の地点から近位に生じる。この誘起（誘導）された力は、脚部がダボ接合体によってその根元で拘束されなかった場合、カンチレバーによって生じられる力に似た力を示す。

脚部根元はダボ接合体に機械的に接続されなければならないが、ある程度の弾性（つまり誘起された力でのコンプライアンス（変形量））が、脚部根元の近位方向に且つ脚部根元まで、ワークピースのスタックを越えて、脚部の剛性が低下した領域を意図的に局在化させることにより実現可能である。この領域は、ここではコンプライアンス領域（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ ｚｏｎｅ）と呼称する。このように、スタック内で発生した、誘起された径方向外側の力は、コンプライアンス（変形）領域で一時的な材料の変形事象を発生させる可能性があり、それによって、ダボ接合体の遠位端を表す部分が径方向外側に移行（変位）し、近位端を表す部分が径方向に内向きに移行（変位）する。その結果である一時的変形により、脚部が、スタックの穴の近位に配置された壁部に弾性的に適合することが可能となる。誘起された力が除去されると、コンプライアンス領域はその公称状態へと戻る。

この特許を目的として、ここで例として使用される「領域」「境界」「部」「部分」「面」「領域」などの用語、及びそれらの類義語、同義語、及びそれらの複数形は、記載される品目及び／またはプロセスに関する記述的参照または顕著な事象を提供することを意図している。対象となる用語が使用されている図面及び／または文脈から、具体的に述べられている、及び／または表面的に明白でない限り、参照される品目及び／またはプロセスの範囲を定めるまたは定めることを意図しておらず、そのように推論されるべきではない。

付随する多くの特徴は、付属の図面と共に考慮される以下の詳細な説明を参照することにより、より理解が深まるであろう。

本説明は、添付の図面を考慮し、以下の詳細の説明からより理解されるであろう。

図１は本発明に従った穴の位置合わせ工具の側面図であり、工具は挿入状態、すなわち公称状態で示されている。

図２は、図１の線２−２に実質的に沿った断面の側面図であり、ダボ接合体内のスプレッダ要素、及び全体に非分岐形状（ｎｏ−ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ）のダボ接合体脚部の位置が具体的に示されている。

図２Ａは、図２に示されている初期段階の螺合、及びダボ接合体とスプレッダ要素との間の相対位置の詳細図である。

図３は、図２に示されているハウジングに対する駆動要素の位置、及びダボ接合体とスプレッダ要素との間の螺合の詳細図である。

図４は、図２に示されているスプレッダ要素のテーパ部分とダボ接合体との間の非圧縮係合、及びそれらの相対位置の詳細図である。

図５は図１の位置合わせ工具の側面図であり、第１すなわち初期のダボ接合状態の位置合わせ工具が示されており、つまり、ダボ接合体のハウジング内への格納による、ダボ接合体脚部の初期の径方向移動が示されている。

図６は図５の線６−６に実質的に沿った断面の側面図であり、具体的にはダボ接合体に対するスプレッダ要素の位置が示されている。

図６Ａは、図６に示されている連続する螺合、及びダボ接合体とスプレッダ要素との間の相対位置の詳細図である。

図７は、図６に示されているハウジングに対する駆動要素の位置、及びダボ接合体とスプレッダ要素との間の螺合の詳細図である。

図８は、図６に示されているスプレッダ要素のテーパ部分とダボ接合体との間の初期の圧縮係合、及び相対位置の詳細図である。

図９は、図１の位置合わせ工具の側面図であり、第２すなわち最終的なダボ接合状態の位置合わせ工具が示されており、つまり、ダボ接合体がハウジング内へ最大限格納されたことによるダボ接合体脚部の最大の径方向移動が示されている。

図１０は、図９の線１０−１０に実質的に沿った断面の側面図であり、具体的にはダボ接合体に対するスプレッダ要素の位置が示されている。

図１０Ａは、図１０に示されている最大限の螺合状態、及び、ダボ接合体とスプレッダ要素との間の相対位置の詳細図である。

図１１は、図９及び図１０の線１１−１１に実質的に沿った断面の側面図であり、具体的にはスプレッダ要素、ダボ接合体、その間に挿入された螺子部付きブッシング、ハウジング孔の間の同心関係、及び回転防止手段の第１部品及び第２部品の間の相互作用を示している。

図１２は、ダボ接合体の外径と、キャップのオリフィス（開口）の間の寸法上の関係を図示した、ハウジングの遠位端の部分透視図であり、上記はダボ接合体の意図しない過度な移動を防止する。

図１３は、図１の位置合わせ工具の側面図であり、工具は格納状態で示されており、すなわち、ダボ接合体螺子部はスプレッダ要素螺子部から離脱されている。

図１４は、図１３の線１４−１４に実質的に沿った断面の側面図であり、具体的にはダボ接合体に対するスプレッダ要素の位置が示されている。

図１４Ａは、図１４に示されている解除された螺合状態、及び、ダボ接合体とスプレッダ要素との間の相対位置の詳細図である。

図１５は、図１４に示されているハウジングに対する駆動要素位置（駆動要素の遠位での延長及び付勢ばねの圧縮）、及びダボ接合体とスプレッダ要素の間の解除された螺合の詳細図である。

図１６は、図１４に示されているスプレッダ要素のテーパ部分とダボ接合体との間の非圧縮係合状態、及びそれらの相対位置の詳細図である。

図１７は、本発明に従った第１の位置合わせ工具の側面図であり、工具は挿入状態すなわち公称状態で示されている。

図１８は、第２の実施形態のダボ接合体の近位端の透視図であり、具体的には２部品式回転防止手段の第１部品、及び、２部品式移動規制手段の第１部品の第２の形体を示している。

図１９は、図１７に示されている初期段階の螺合状態、及び、ダボ接合体とスプレッダ要素との間の相対位置の詳細図である。

図２０は解除された螺合状態、及び、工具が格納状態にあるとき、すなわち、ダボ接合体の螺子部がスプレッダ要素の螺子部と離脱しているときの、ダボ接合体とスプレッダ要素との間の相対位置の詳細図である。

図２１は、図１７の線２１−２１に実質的に沿った断面の側面図であり、具体的にはスプレッダ要素、ダボ接合体、ハウジング孔及びハウジングキャップの間の同心関係を示しており、上記は２部品式回転防止手段の第２部品による第２の形体を含み、さらに図２１はそれらの間の相互作用を示す。

図２２は、外径と、ダボ接合体の２部品式回転防止手段の第１部分及び２部品式回転防止手段の第２部品を含むハウジングキャップのオリフィスの間の寸法との関係を図示したハウジング遠位端の部分透視図であり、当該キャップもダボ接合体の意図しない過度な移動を防止する。

図２３は、本発明に従った第３の位置合わせ工具の側面図であり、工具は挿入状態すなわち公称状態で示されている。

図２４は、第３の実施形態のダボ接合体の近位端の透視図であり、具体的には２部品式回転防止手段の第１部品の第２の形態、２部品の移動規制手段の第１部品の別の形態、及び、外向きの螺子部構成を示している。

図２５は、図２３に示されている螺合状態、及び（螺子部が付されたスプレッダ要素の使用とは対照的な）ダボ接合体と駆動スリーブとの間の相対位置の詳細図である。

図２６は、図２３の工具が格納状態にあるとき、すなわち、ダボ接合体の螺子部が駆動スリーブの螺子部と離脱しているときの解除された螺合状態、及び、ダボ接合体と駆動スリーブとの間の相対位置の詳細図である。

図２７は、本発明に従った汎用的工具のダボ接合体脚部及びスプレッダ要素の詳細な断面図であり、具体的にはスプレッダ要素がダボ接合体と完全に係合しているときの、コンプライアンス領域における脚部の近位端の屈曲を図示している。

図２８は、図２７の実例であり、カンチレバーまたは誘起力効果（ワークピースをスタック状態で配置するように機能する）を介した近位ワークピースとの適合性を示すために、ダボ接合体脚部のコンプライアンスが、ワークピース穴のより大きなスタックにおいて、とりわけ強調されている。

図２９は、脚部の剛性（硬質）な特性を簡略に図示するために、１本の脚部のみを有した実例のダボ接合体の透視図である。

図３０は、図２９のダボ接合体の平面図である。

図３１−３５は図２９の一連の断面図であり、各切断線に沿った、説明されている脚部の変化する断面厚さ及び円弧長を図示しており、それらは機械特性を修正するために使用される。 図３１−３５は図２９の一連の断面図であり、各切断線に沿った、説明されている脚部の変化する断面厚さ及び円弧長を図示しており、それらは機械特性を修正するために使用される。 図３１−３５は図２９の一連の断面図であり、各切断線に沿った、説明されている脚部の変化する断面厚さ及び円弧長を図示しており、それらは機械特性を修正するために使用される。 図３１−３５は図２９の一連の断面図であり、各切断線に沿った、説明されている脚部の変化する断面厚さ及び円弧長を図示しており、それらは機械特性を修正するために使用される。 図３１−３５は図２９の一連の断面図であり、各切断線に沿った、説明されている脚部の変化する断面厚さ及び円弧長を図示しており、それらは機械特性を修正するために使用される。

図３６は、挿入状態のダボ接合体の端部透視図である。

図３７は、スプレッダ要素の相対的な挿入状態、及び、ダボ接合体径方向の移動の後の図３６のダボ接合体である。

図３８は、１つのスプレッダ要素の実施形態の立面図であり、ダボ接合体接触面は平らである。

図３９は、スプレッダ要素の別の実施形態の立面図であり、ダボ接合体接触面は、その遠位端で当該要素の直径が減少することにより形成されている。

図４０は、本発明の第１の実施形態に従ったハウジングの近位端の透視図である。

図４１は、図４０のハウジングの断面図であり、２部品式回転防止手段の第２部品の第１の形体の表面形状である。

図４２は、図４０のハウジングの遠位端の透視図である。

同様の参照番号は付随する図面の同様の部品を指定することに使用される。

添付の図面に関連した以下の詳細な説明は、本明細書中の例の説明を意図しており、当該例が構成または使用されうる形体のみを表すことを意図していない。当該説明は事例の機能及び事例を構成及び操作する一連のステップを明記している。ただし、同様の、または類似の機能及び一連のステップは異なる事例によって実施されてもよい。

以下の例は穴の位置合わせ工具、かかる工具の製造方法、及び複数のワークピースにおいて穴位置合わせをする方法を説明している。穴位置合わせ工具は、同様のサイズのスタックされた穴に完全に係合するときに、穴を定めるワークピース表面に対して実質的に均一な力を印加する。実質的な均一性は、ワークピースの変形を最小限に抑え、または皆無とし、さらに完全なダボ接合を保証する。本明細書中の例は様々な実施形態において実施されているとここでは説明及び図示されているが、当該説明は例に過ぎず、限定するものではない。当業者にとって当然のことながら、本例は種々の異なるタイプの応用に適している。

図１から図４は本発明に従った、挿入状態にある穴の位置合わせ工具の様々な図面を図示している。位置合わせ工具１００は、ハウジング１１０、ハウジング１１０内に部分的に配置されたダボ接合体１３０及びスプレッダ（拡張）要素１４０を備える。ハウジング１１０は、ハウジング遠位端１１２とハウジング近位端１１４の間に、長手方向軸を備えた中央孔１１３を定める。中央孔はダボ接合体の少なくとも一部分を受けるのに適した寸法となっており、２部品式回転防止手段の第２部品を含んでいる。例となるハウジングの拡大図が図４０−４２に示されている。

ダボ接合体１３０は、長手方向軸を備えた中央に配置された孔を定めるダボ接合体シリンダ１３１を有し、遠位端１３２、近位端１３３、及び２つの端部を分離する本体部分を含む。２部品式回転防止手段の第１部品１３４は、近位端１３３に配置されている。２部品式回転防止手段の第１部品は、２部品式回転防止手段の第２部品と適合する。ある実施形態では、２部品式回転防止手段の第１部品は、ダボ接合体内側螺子部を有する多角形ヘッドであり、外形寸法はダボ接合体シリンダよりも大きく、ハウジングの中央孔は２部品式回転防止手段の第２部品として機能する多角形孔である。多くの実施形態において、ハウジングの近位端における中央孔は、孔直径よりも実質的に大きい直径を有する拡大された凹部１１５（図４０でも図示されている）に交わる。この凹部は、駆動要素の一部である付勢部材（多くの場合ばねである）を受ける。

スプレッダ要素１４０とダボ接合体１３０との間の再係合を促進するために、付勢手段が使用され、スプレッダ要素を遠位に押し込む。ある実施形態では、請求項１０に記載の穴位置合わせ工具は、スプレッダ要素１３０に固定して取り付けられた遠位端１２４を含む駆動スリーブ１２０をさらに備える。駆動スリーブはハウジングの拡大凹部１１５に位置するリップ部１２２を有する。リップ部と蓋部１７０の間に配置された圧縮ばね１６０または他の付勢部材は、ハウジングの近位端１１４に配置され、スプレッダ要素を遠位に押し込む。

図２９−３７も参照すると、複数のダボ接合体脚部１３９がダボ接合シリンダの遠位端１３２から長手方向に延伸するとともにダボ接合体脚部の間の複数の長手方向スロット１３８を定めており、各ダボ接合体脚部は、移行（すなわちテーパ）部分１３７及び一時的な変形が可能なコンプライアンス領域１３５を有することで、ダボ接合体脚部が収束（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ）した径方向外形、分岐（ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ）した径方向外形または平行（ｐａｒａｌｌｅｌ）な径方向外形を有することが可能である。ある実施形態では、移行（すなわちテーパ）部分１３７及びダボ接合シリンダ１３１が剛性かつ強固であり、よって材料が曲がったり変形したりすることを抑制する。一方で、コンプライアンス領域１３５は可撓性を有し、コンプライアンス領域１３５は、２つの剛性セクションの結果として起こる物理的形状における差異を埋めるのに必要な異なる形状に適合しうる。しかし、それは元の記憶も保持しており、元の形状に戻るであろう。そうすることにより、それは移行（すなわちテーパ）部分１３７の相対的な物理的位置をダボ接合体シリンダ１３１の相対的な物理的位置に戻すであろう。ある実施形態では、各ダボ接合体脚部は、径方向外側に電出する突出部１３６を有し、ここでは移行部分がコンプライアンス領域に接合する。突出部１３６は、図２７−２８に図示されているように、ワークピースがスタックされる基底位置として機能する。

ある実施形態では、移行（すなわちテーパ）部分１３７は、（フレアとも呼ばれるように）不均一な径方向断面または壁部厚さ、及び／または不均一な円弧長の領域であると特徴づけられる。図２９から図３５に示されているように、脚部の半径断面厚さ及び／または円弧長における変化は、極めて明確かつ意図された方法で、脚部の可撓性特性に影響を与える。例えば、移行（すなわちテーパ）部分１３７は減少する断面厚さ、またはその遠位端からダボ接合体の近位端へと延在する逆テーパを有する。用語「テーパ（ｔａｐｅｒ）」は、材料厚さ（断面厚さ）が径方向に次第に変化していくことを意味する。本発明のダボ接合体における断面厚さの可撓性特性に影響する脚部テーパの修正に加え、このような特性は、例えばスロット幅を修正するなどにより、移行（すなわちテーパ）部分１３７の円弧長を変更することにより修正されることが可能である。よって、より高い屈曲が望ましい脚部セクションは、隣接する脚部セクションと比較して、小さい断面厚さ及び小さい円弧長の両方を有することができる。

スプレッダ要素１４０は、ダボ接合体１３０の中央に配置された孔内部に少なくとも部分的に配置される。ダボ接合体脚部が収束形状、分岐形状または平行形状の径方向外形を有することを許容するように、スプレッダ要素は、スプレッダ要素の回転によってダボ接合体１３０の螺合のために少なくとも部分的にねじ溝加工される。ある実施形態では、スプレッダ要素は、スプレッダ本体１４２、テーパ部分１４３及び螺子部部分１４４を備える。テーパ部分１４３は、図３８−３９に示されているように、螺子部が付されていても、付されていなくてもよい。テーパ部分１４３は、スプレッダ本体から離れて延在する、減少する直径による不均一な断面を有する。テーパ部分１４３は、複数のダボ接合体脚部に圧縮係合（圧接）される。テーパ部分１４３がダボ接合体シリンダの遠位端１３２からダボ接合体脚部１３９へと長手方向に移動するにつれて、圧縮係合が、位置合わせ用穴を定めるワークピース表面に対して、ダボ接合体脚部を分岐するために均一な力を発生させる。

図２７−２８に関して、ダボ接合体脚部が、少なくともワークピース３１０及びワークピース３２０を含むワークピースのスタック（堆積体）によって定られる複数の穴に挿入される場合、脚部の移行（すなわちテーパ）部分１３７が、例えばそこにあるスプレッド要素の相対的な導入によって、径方向外側に押圧され（相対的な導入は、スプレッド要素がダボ接合体の遠位端に向かって移動するか、又は、ダボ接合体がスプレッド要素の近位端に向かって移動するかどうかには影響されない）、脚部の遠位外面は、脚部に存在する逆テーパによって最初に抵抗を受ける。径方向外側の力がダボ接合体の遠位端からさらに離れて存在するため、さらに大きな「誘起（ｉｎｄｕｃｅｄ）」された径方向外向きの力が、各脚部内面に接触するスプレッダ要素の実際の地点の近傍に生成される。この誘起された力は、脚部がその根元でダボ接合体によって拘束されない場合、カンチレバーによって生成される力に似た力を示す。

ある実施形態では、スプレッダ要素１４０は、ダボ接合体をスプレッダ要素から螺子式に離脱させる、減少した直径部分１４６を含む。好適にはねじ加工されていない当該部分が、スプレッダ要素の過度な回転を停止するための代替手段を提供するものであり、スプレッダ要素の過度な回転は、ハードストップ機構が使用された場合、螺子部の結合及び工具破損を引き起こしうる。スプレッダ要素とダボ接合体との間の再係合を促進するために、スプレッダ要素を遠位に押し込むために付勢手段が使用される。ある実施形態では、圧縮ばね１６０または他の付勢手段が、ハウジングの近位端１１４に配置された蓋部１７０と、圧縮ばねの片方の端部を受けるための蓋部１２２を有する駆動スリーブ１２０との間に配置され、駆動スリーブはスプレッダ要素に固定して取り付けられる（付勢手段のもう片方の端部はハウジングの一部によって受領される）。

図１−４は、本発明に従った挿入状態又は公称（ｎｏｍｉｎａｌ）状態の穴位置合わせ工具の様々な図面を示している。挿入状態において、スプレッダ要素１４０がダボ接合体との初期螺合状態にあり、ダボ接合体脚部に対して径方向外側の力を印加していないか、最小限に印加し、ダボ接合体脚部が収束した径方向外形をとる。

図５−８は、本発明に従った初期ダボ接合状態の穴位置合わせ工具の様々な図面を示している。初期ダボ接合状態において、スプレッダ要素１４０はダボ接合体と螺合状態にあり、分岐した径方向外形に向けてダボ接合体脚部に対して径方向外側の力の誘起を開始させるために回転される。

図９−１２は、本発明に従った、最終ダボ接合状態の穴位置合わせ工具の様々な図面を示している。最終ダボ接合状態において、スプレッダ要素１４０はダボ接合体に最大限に螺合されている（これは、ダボ接合体がハウジングの中に最大許容レベルで格納されていることにより定められる）。ダボ接合体脚部は、大きい穴の位置合わせをするために最大限に分岐される（図２８にも示されている）。

図１３−１６は、ダボ接合体のねじ部がスプレッダ要素のねじ部から離脱した状態の図１の穴位置合わせ工具の様々な図面を示している。減少された直径部分１４６がダボ接合体をスプレッダ要素１４０から螺子式に離脱させる。スプレッダ要素とダボ接合体螺子部との間の螺合解除は、スプレッダ要素の過度な回転を停止するための代替手段を提供するものであり、スプレッダ要素の過度な回転は、ハードストップ機構が使用された場合に螺子部の結合及び工具破損を引き起こしうる。

図１７−２２は、本発明に従ったダボ接合体の第２の実施形態による穴位置合わせ工具の様々な図面を示しており、工具が挿入状態で示されている。ダボ接合体２３０は、２部品式回転防止手段の異なる第１部品を除き、ダボ接合体１３０におおよそ同じである。回転防止手段の部品として多角形ヘッドを使用する代わりに、ダボ接合体２３０は径方向外側に拡張し、ダボ接合体シリンダの近位端２３４付近に配置された非円形突出部２３８を備える。ハウジング１１０は、ハウジングの遠位端を包囲するスリーブ１５０をさらに備え、スリーブは、ダボ接合体を所定の位置に保持するために、ハウジングの中央孔よりも小さい中央開放部１５２を有する。さらに、スリーブの中央開放部１５２は非円形突出部と適合し、２部品式回転防止手段の第２部品として機能する。

図２３−２６は、本発明に従ったダボ接合体の第３の実施形態による穴位置合わせ工具の様々な図を示している。ダボ接合体３３０は、２部品式回転防止手段の異なる第１部品を除き、ダボ接合体１３０におおよそ同じである。回転防止手段の部品として多角形ヘッドを使用する代わりに、ダボ接合体３３０は、外向きに螺子部が付された非円形近位端３３４を備え、ダボ接合体シリンダよりも大きな外形寸法を有している。非円形近位端３３４はハウジング１１０に螺合している。スリーブ１５０はハウジングの遠位端１１２を包囲するように組み込まれ、スリーブは、ダボ接合体を所定の位置に保持するために、ハウジングの中央孔よりも小さい中央開放部１５２を有する。さらに、スリーブの中央開放部１５２は非円形近位端３３４と適合し、２部品式回転防止手段の第２部品として機能する。

図２７は、本発明に従ったダボ接合体脚部及び汎用的工具のスプレッダ要素の詳細な断面図であり、具体的には、スプレッダ要素がダボ接合体と完全に係合している場合のコンプライアンス領域における脚部の近位部分の屈曲を示している。

図２８は図２７の実例を表しており、ここでは、カンチレバーすなわち誘起された力の効果を介した近位のワークピース穴との適合を示すために、ダボ接合体脚部のコンプライアンスが、ワークピースのより大きなスタックにおいて特に強調されている（したがって、カンチレバーすなわち誘起された力はワークピースをスタックされた状態に配置するために機能する）。

図２９は、脚部の剛性特性を簡略に表すために、１本の脚部のみを有する一例のダボ接合体の透視図である。

図３０は図２９のダボ接合体の平面図である。

図３１−３５は、各切断線に沿った、説明される脚部の変化する断面厚さ及び円弧長を図示した図２９からの一連の断面図であり、上記は機械的特徴を変更するのに使用される。

図３６は挿入状態のダボ接合体の端部透視図である。

図３７はスプレッダ要素の相対的な挿入及びダボ接合体脚部の径方向の移動後の図３６のダボ接合体である。

図３８はスプレッダ要素のある実施形態の立面図であり、ダボ接合体の接触面は平坦である。

図３９はスプレッダ要素の別の実施形態の立面図であり、ダボ接合体の接触面は、その遠位端で要素の直径を減少することにより形成される。

図４０は本発明の第１の実施形態に従った、ハウジングの近位端の透視図である。

図４１は図４０のハウジングの断面図であり、具体的には２部品式回転防止手段の第２部品の第１形体の形状を示している。

図４２は図４０のハウジングの遠位端の透視図である。

当業者は、この穴位置合わせ工具は様々な構造で構成されることが可能であると認識するであろう。例えば、穴位置合わせ工具は先述の実施形態で開示された内容とは別の構成要素の異なる組み合わせを含んでもよい。また、当業者は、穴位置合わせ工具が異なる構成要素をさらに組み込んでもよいと認識するであろう。本発明の先述の説明は、明確化及び理解を目的に記載されている。特許請求の範囲内及び等価内で、様々な改修がなされてもよい。

Claims (20)

1. 位置合わせ工具に使用されるダボ接合体であって、遠位端と近位端との間に長手方向軸を定めるハウジング、外面、及び、中央孔を定める内面を備え、前記中央孔は、前記ダボ接合体の少なくとも一部分を受けるようにサイズ構成され、且つ、２部品の回転防止手段の第２部品を含み、前記ダボ接合体は、
   長手方向軸を有する中央に配置された孔を定めると共に、近位端、遠位端、及び２つの端部を分離する本体部を含むダボ接合体シリンダと、
   前記近位端に配置され、前記２部品の回転防止手段の前記第２部品と適合する前記２部品の回転防止手段の第１部品と、
   複数のダボ接合体脚部と、を備え、
   前記複数のダボ接合体脚部は、前記ダボ接続本体シリンダの前記遠位端から長手方向に延在するとともに、前記複数のダボ接続本体脚部の間に複数の長手方向スロットを定め、前記各ダボ接合体脚部は、移行部分及び一時的な変形が可能なコンプライアンス領域を有し、前記ダボ接合体脚部が収束した径方向外形、分岐した径方向外形または平行な径方向外形を有することが可能であることを特徴とするダボ接合体。
2. 前記移行部分は不均一な壁厚さの領域として特徴づけられる請求項１に記載のダボ接合体。
3. 前記移行部分は、前記ダボ接合体シリンダの遠位端に向けて延在し、減少する断面厚さすなわち逆テーパを有することを特徴とする請求項２に記載のダボ接合体。
4. 前記移行部分は、不均一な円弧長の領域として特徴づけられる請求項１に記載のダボ接合体。
5. 前記移行部分は、前記ダボ接合体シリンダの前記遠位端に向けて延在し、減少する円弧長を有することを特徴とする請求項４に記載のダボ接合体。
6. 前記各ダボ接合体脚部は、前記移行部分が前記コンプライアンス領域と交わる場所で、径方向外側に拡張する突出部を有することを特徴とする請求項１に記載のダボ接合体。
7. 前記２部品式回転防止手段の第１部品は、前記ダボ接合体シリンダよりも大きい外形寸法の多角形ヘッドであることを特徴とする請求項１に記載のダボ接合体。
8. 前記２部品式回転防止手段の第１部品は、径方向外側に拡張し、前記ダボ接合体シリンダの前記近位端付近に配置される、不均一な突出部であることを特徴とする請求項１に記載のダボ接合体。
9. 前記２部品式回転防止手段の第１部品は、前記ダボ接合体シリンダよりも大きな外形寸法で外向きに螺子加工されたヘッドであり、前記螺子加工されたヘッドは回転防止係合のための非円形断面を有することを特徴とする請求項１に記載のダボ接合体。
10. 複数のワークピースにおいて、穴を定めるワークピース表面に対して均一な力で穴の位置合わせをするための位置合わせ工具であって、前記位置合わせ工具は、
    遠位端と近位端の間の長手方向軸、外面、及び中央孔を定める内面を定め、２部品式回転防止手段の第２の部品を含むハウジングと、
    前記中央孔に少なくとも部分的に配置されるダボ接合体であって、前記ダボ接合体は、 近位端、遠位端及び少なくとも部分的に螺子加工された中央に配置された孔を含むダボ接合体シリンダと、前記ダボ接合シリンダの近位端に配置されるとともに前記２部品式回転防止手段の前記第２部品に適合する前記２部品式回転防止手段の第１部品と、複数のダボ接合体脚部とを備え、前記複数のダボ接合体脚部は、前記ダボ接合体の前記遠位端から長手方向に延在し、前記複数のダボ接合体脚部の間に複数の長手方向スロットを定め、前記各ダボ接合体脚部は硬質なテーパ部分、及び、一時的な変形が可能なコンプライアンス領域を有する、ダボ接合体と、
    前記ダボ接合体の中央に配置された孔に少なくとも部分的に配置されるスプレッダ要素であって、前記スプレッダ要素は、前記ダボ接合体との螺合のために少なくとも部分的に螺子加工され、前記スプレッダ要素の回転によって、前記ダボ接合体脚部が収束した径方向外形、分岐した径方向外形または平行な径方向外形を有することが可能である、スプレッダ要素と、を備えることを特徴とする位置合わせ工具。
11. 前記テーパ部分は、前記ダボ接合体シリンダの前記遠位端に向けて延在し、減少する断面厚さすなわち逆テーパを有する領域として特徴づけられることを特徴とする請求項１０に記載の位置合わせ工具。
12. 前記テーパ部分は、前記ダボ接合体シリンダの前記遠位端に向けて延在し、減少する円弧長を有する領域として特徴づけられる、請求項１０に記載の穴位置合わせ工具。
13. 前記ハウジングは、前記ハウジングの前記遠位端を包囲するスリーブをさらに備え、前記スリーブは、前記ダボ接合体を所定の位置に保持するように前記ハウジングの前記中央孔よりも小さい中央開放部を有することを特徴とする請求項１０に記載の位置合わせ工具。
14. 前記２部品式回転防止手段の第１部品は、前記ダボ接合体シリンダよりも大きい外形寸法の多角形ヘッドであり、前記ハウジングの前記中央孔は、前記２部品式回転防止手段の第２部品として機能する多角形孔であることを特徴とする請求項１３に記載の位置合わせ工具。
15. 前記２部品式回転防止手段の第１部品は、径方向外側に拡張し、前記ダボ接合体シリンダの前記近位端付近に配置された非円形突出部であり、前記スリーブの前記中央開放部は前記非円形突出部に適合し、前記２部品式回転防止手段の第２部品として機能することを特徴とする請求項１３に記載の位置合わせ工具。
16. 前記２部品式回転防止手段の第１部品は、外向きに螺子加工された非円形の近位端であり、前記非円形近位端は、前記ダボ接合体シリンダよりも大きな外形寸法を有し、前記スリーブの前記中央開放部は前記非円形螺子部ヘッドに適合し、前記２部品式回転防止手段の第２部品として機能することを特徴とする請求項１３に記載の位置合わせ工具。
17. 前記スプレッダ要素に固定式に取り付けられる駆動スリーブをさらに備え、前記駆動スリーブは、前記ハウジングの拡大された凹部に配置されたリップ部を有し、前記拡大された凹部は、前記孔直径よりも大きな直径を有する前記ハウジングの前記近位端において中央孔に配置され、圧縮ばねが、前記リップ部と、前記ハウジングの前記近位端に配置された蓋部の間に配置され、前記スプレッダ要素を遠位に付勢することを特徴とする請求項１０に記載の位置合わせ工具。
18. 前記各ダボ接合体脚部は、前記テーパ部分が前記コンプライアンス領域と交わる場所で、径方向外側に拡張する突出部を有することを特徴とする請求項１０に記載の穴位置合わせ工具。
19. 複数のワークピースのにおいて穴の位置合わせをする方法であって、
    前記複数のワークピースの穴に複数のダボ接合体脚部を挿入するステップであって、前記ダボ接合体脚部は、ダボ接合体から長手方向に延在するとともに前記ダボ接合体脚部の間に複数の長手方向スロットを定め、前記各ダボ接合体脚部は、硬質なテーパ部分及び一時的な変形が可能なコンプライアンス領域を有し、前記ダボ接合体は少なくとも部分的に螺子加工された中央に配された孔を有する、ステップと、
    前記ダボ接合体の中央に配された孔に少なくとも部分的に配置されたスプレッダ要素を回転させるステップであって、前記スプレッダ要素は前記複数のダボ接合体脚部との圧縮係合のためのテーパ部分を有し、前記圧縮係合は、位置合わせのための穴を定めるワークピース表面に対して、前記ダボ接合脚部を収束させる均一な力を誘起する、ステップと、を含むことを特徴とする方法。
20. 前記テーパ部分は、前記ダボ接合体に向けて延在し、減少する断面厚さ及び減少する円弧長を有する領域として特徴づけられることを特徴とする請求項１９に記載の方法。

Images