JP2008213079A - 駆動装置および加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】穿孔の作業環境を改善すると共に、自動化を可能とし、さらにより正確な施工のできる方法を提供すること。
【解決手段】同一の回転軸を中心として回転する第１の回転子１および第２の回転子２、並びに第２の回転子２のみと接触するシャフトを有する駆動装置であって、該第２の回転子２はその回転軸を中心とする円柱状の中空部分４を有し、該シャフトは該中空部分４を貫通して伸び、第２の回転子２の回転力に応じた力で該第１の回転子１および第２の回転子２が該シャフトに沿って直線移動される駆動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、新規な駆動装置およびそれを使用した加工装置、特にはコアドリルのような穿孔装置に関する。

近年、耐震強度向上のため、在来の建築物に補強材を取り付ける工事が行われている。このような補強工事では、一般的には壁面に所定の径の穴を開け、その後アンカーボルトを打ち込み、これを利用して補強材を固定する方法が取られる。この穿孔のためには、通常コアドリルが用いられる。コアドリルは、筒状をしたシャンク先端にダイヤチップまたは超合金を接合して形成され、シャンクの後端は電動モータの出力軸に軸継手を介して連結される。穿孔の際には電動モータによりシャンクをその軸心回りに回転させ、シャンク先端を鉄筋コンクリート壁に押しつけて、ダイヤチップ等の作用により孔をあける。この作業時には多大な粉塵が発生するため、作業者の健康に好ましくない。また、回転するコアドリルを作業者が保持しつつ押し付けてゆくので、肉体的に厳しい作業であり、腱鞘炎などの危険があった。さらに、建築物の外側から穿孔する場合が多く、この際には作業者が重いコアドリルを担ぎ上げることが必要であり、大きな負担を強いていた。そのため、かかる作業条件の改善、特には装置の軽量化と作業自動化が強く求められていた。
また、壁内部には鉄筋などの構造材が存在するため、穿孔に際してこれらを傷つけないよう正確に穿孔することが求められるが、コアドリルのシャンク部分は金属製であり、内部を見ることができず、そのために穿孔される穴の位置を正確に決定することが困難であった。現実に補修の際に内部の鉄筋を切断してしまうという事故が発生していることもあり、かかる課題についても解決が求められていた。

本発明は上記の課題を解決するために為されたものであり、穿孔の作業環境を改善すると共に、自動化を可能とし、さらにより正確な施工のできる方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するために好適である、同一の回転軸を中心として回転する第１の回転子および第２の回転子、並びに第２の回転子のみと接触するシャフトを有する駆動装置であって、該第２の回転子はその回転軸を中心とする円柱状の中空部分を有し、該シャフトは該中空部分を貫通して伸び、第２の回転子の回転力に応じた力で該第１の回転子および第２の回転子が該シャフトに沿って直線移動される駆動装置に関する。
さらに本発明は、本発明の駆動装置、および第１の回転子に連結された回転加工用治具を有する加工装置に関する。

本明細書において「第１の回転子」および「第２の回転子」は、作用反作用の法則に基づいて回転運動を行う一対の要素である。モーターの固定子も回転可能な状態とすることにより、本発明の第１の回転子および第２の回転子を得ることができる。通常のモーターは回転子と固定子から構成されるが、本発明の駆動装置においてはそのどちらも回転可能であるため、「第１の回転子」および「第２の回転子」という用語を使用する。
第１の回転子と第２の回転子は、いずれも中空構造を有し、それらが回転する際の中心軸である回転軸を中心線とした円筒状の空間を有する。第１の回転子と第２の回転子の回転軸は共通であり、同一の回転軸を中心として回転する。
第２の回転子の中空部分には、シャフトが挿入され、シャフトは第２の回転子の中空部分を貫通して伸びる。このシャフトは第２の回転子とのみ接触し、力学的な連絡関係を有する。第２の回転子とのみ接触するとは、直接接触して力を伝達する場合だけではなく、部材を介して力学的な連絡関係を有する場合も含む。また、駆動装置を作動する場合には、シャフト自体は回転しないように固定される。
また、第１の回転子と第２の回転子は、シャフトに対して一体として移動可能であるように配置される。

本発明の駆動装置を使用した加工装置は、従来の装置に比較して非常に小さく、軽量である。また、穿孔作業中に装置を手で保持する必要がないため、作業者の負担が少なく、作業環境を著しく改善できる。また、希望の場所に正確に穿孔することができるので、誤って鉄筋などを切断することがない。
また、三脚などで加工装置全体を固定して加工を行うようにすることより、作業を遠隔操作で行うことができ、作業者が施工場所の近くにいる必要がなくなるので、作業者の粉塵への暴露の危険を避けることができる。

本発明の駆動装置においては、第２の回転子の回転力に応じた力で第１の回転子および第２の回転子がシャフトに沿って移動されるが、以下において、その作動原理を説明する。
第１の回転子および第２の回転子は、同一の回転軸の周囲を回転し、両者の間には作用反作用の法則が働く。最初に通常の駆動装置と同様に第１の回転子に回転力が加えられるが、第１の回転子に負荷がかかると、負荷に対応した、同じ大きさの力が反作用として第２の回転子に伝えられる。すなわち、第１の回転子の回転の反作用としての回転力が第２の回転子に加えられる。本発明の駆動装置においてはこの第２の回転子に加えられる回転力が、直線運動力に変換され、この力が第１の回転子および第２の回転子を含む本発明の駆動装置を移動させる。本発明の駆動装置はこの点において特徴を有し、従来全く行われていなかった原理に基づいて作動する。
第２の回転子に加えられる回転力を、直線運動力に変換する方法としては、回転運動を直線運動に変換する公知の任意の方法を用いることができるが、最も典型的な例としては、第１の回転子の回転方向と逆回転に切られたねじをシャフト表面に形成し、第２の回転子の中空部分内側表面に前記のねじと噛み合うねじを形成する方法があげられる。ねじの形成は、第２の回転子の中空部分内側表面に直接形成されても良いし、第２の回転子の中空部分内側表面上にねじを切ったスリーブなどを提供することによってもよい。

第２の回転子に加えられる回転力に対して一定の閾値を設定して、これを超えた場合に駆動装置が移動されるようにすることもできる。第２の回転子のトルクと駆動装置の移動との関係については、様々なシーケンスを設定することができ、これは当業者にとって適宜行うことのできる事項である。

本発明の駆動装置においては、前記シャフトに対して付勢されて接触する第１の回転子の回転を制御するブレーキを提供することができる。ブレーキは手動によりまたは自動的に作動させることができる。たとえば、第１の回転子が所定の回転数以上となったときに作動させることができる。また、逆に第１の回転子に所定のトルクが加えられるまで回転を抑制するためにブレーキをかけることができる。これにより、第１の回転子の過剰な回転を防止したり、安全かつ迅速な第１の回転子の停止を行うことができる。また作業前の第１の回転子の初期位置への移動も安全に行うことができる。ブレーキは、たとえばバネのような物理的手段でシャフト方向に付勢されたパッドとすることができる。また、電気的信号によりシャフトを押さえつけるものとすることもできる。
また、トルク分配機を取り付け、一定以上のトルクが加えられた場合には空回りするようにすることもできる。これにより高い負荷がかかった場合の安全を担保することができる。

本発明はさらに、本発明の駆動装置、および第１の回転子に連結された回転加工用治具を有する加工装置を提供する。回転加工用治具とは、回転運動により被加工物を加工するための治具をいい、典型的にはヒューム管壁、コンクリートなどの建造物の壁、路面、橋脚等の構造物に穿孔するためのコアドリルであるが、たとえば、井戸や油田のボーリング用掘削の治具なども含まれる。

本発明の加工装置の好ましい態様においては、シャフト内に、駆動装置を被加工物に固定するための固定軸を有する。固定方法は任意であり、単に被加工物に形成された孔中に軸の先端を挿入するだけでもよいが、好ましくは軸の先端は被加工物に埋設されたアンカーボルトと締結される。固定軸により加工中の装置の移動を防止できるだけではなく、加工前に軸の位置を正確に決定することができるので、正確な場所に穿孔をすることができる。

コアドリルを取り付けた本発明の加工装置においては、コアドリルにより穴が開けられると共に、自動的にコアドリルは前進する。第１の回転子に連結された切削部分の回転に対する抵抗力が、第２の回転子に反作用として伝えられ、この力が直線運動に変換され、コアドリルの刃面を被加工物へ押し込むからである。したがって、加工装置を固定すれば作業者により装置を押し込む必要が無く、作業者の負担は大幅に軽減される。

さらに、駆動を停止するための方法としては、あらかじめ駆動スパンを決定し自動的に停止する方法、移動距離をセンサーで測定し、所定の距離の移動後に停止する方法が例示される。また貫通孔が開いてトルクが急激に低下したときには、コアドリルの駆動力も小さくなり前進は停止される。
コアドリルの前進を停止するとともに、連動して自動的にコアドリルの回転を停止することもできる。

本発明の加工装置の構成例を図１に示す。
図１において、中空の第１の回転子１および第２の回転子２が提供され、その中空部分をシャフトが貫通する。図１に示す態様においては、第１の回転子１および第２の回転子２は同一の回転の中心軸３を有し、その回転軸を中心とする、同軸で同一内径の円柱状の中空部分４を有している。
シャフトの外側表面および第２の回転子２の中空部分の内側表面には、第１の回転子の回転と逆方向にねじが切られたスリーブ５が設けられる。つまり、第１の回転子およびそれに取り付けられたコアドリルが右回転をしながら穿孔する場合には、シャフトの外側表面および第２の回転子２の中空部分の内側表面のねじは左回転で進むようにされる。本発明の駆動装置１０においては、第２の回転子のみがスリーブ５を介してシャフトと噛み合うようにされる。
第１の回転子は、シャフトと第２の回転子に対して自由に回転できるように保持される。これはベアリング６などの公知の手段により達成することができる。また、第１の回転子の下部には固定ナット７などの第１の回転子を保持する手段が設けられる。これにより第１の回転子と第２の回転子が一体として保持される。
また、駆動装置の回転速度を制御するためのブレーキ８が提供されることができる。好適には第１の回転子を駆動するためのバッテリーまたは外部電源と接続されるコードが第２の回転子の上部に提供される。

本発明の加工装置の異なる構成例を図２に示す。
図２に記載された装置においては、第２の回転子２の半径方向外側に第１の回転子１が配置される。第１の回転子と第２の回転子は同一の回転の中心軸を有しているが、その円柱状の空洞部分の内径が異なる。

図３を参照する。
本発明の加工装置においては、シャフト２０の内部に固定軸２２が提供される。好ましくは固定軸２２の先端は被加工物に打ち込まれたアンカーボルト３８と締結可能とされる。
また、シャフト２０と固定軸２２との間の空間に流体を提供できるように、流体入り口２３がシャフトの上部に提供される。また、流体は軸の下部３６から排出され、被加工物表面近傍に提供される。流体としては、典型的には水が使用され、発熱および粉塵の飛散を緩和する。なお、固定軸２２は、ナット２４などの公知の手段により天板２６に締結される。好ましくはシャフト２０の上端にはテーパー部分２８が形成され、天板の下表面の対応部分３２にシャフトのテーパー部分が勘合するような溝が形成される。また、シャフトと天板との間にはパッキンまたはＯ−リングなどのシール手段３０が提供される。図３に示すようにシャフトの下端を拡がった構造とすると、より安定して装置を保持することができる。
また、ブレーキ機構のパッドなどの摩擦部分がシャフトと接触する部分３４には、ねじが形成されていないことが好ましい。

図４に加工装置の全体を示す。装置を作業者が保持したまま加工することができるのは前述の通りであるが、本発明の加工装置を被加工物に対して固定して使用する方法について説明する。
本発明の駆動装置１０にコアドリル４０が連結されて、これらを貫通してシャフト２０が伸びている。図示されないが、シャフトの内部には固定軸が提供され、前述のようにその一端は被加工物に固定される。固定軸のもう一つの端は天板にナットで固定される。またシャフトは天板と被加工物表面との間で挟まれて固定される。一般には、上記の構成で加工装置を保持することができるが、大口径の加工装置の場合や、安全に特別に配慮すべき場合などでは三脚を使用することができる。三脚の足部末端に真空パッド等を設け、被加工物に対して三脚を固定することもできる。
駆動装置１０または天板２６の上にバッテリーを設置することもできるし、また外部電源との接続コードを提供することもできる。
このようにすれば、加工装置をセットした後に作業者が操作する必要はなく、装置を作動した後は自動的に穿孔等の加工が行われる。装置の作動開始を遠隔操作に行える様にし、加工終了については自動的に停止するか、または遠隔操作により行うことができる。このようにすれば、作業者は作業場所から離れた場所で待機することができ、粉塵吸入などの危険が防止できる。

上記の装置を使用する際には、まず固定軸２２が、通常はコンクリートである被加工物内に打たれたアンカーボルトと締結された後、低速で第１の回転子を回転させてコアドリルの刃面を被加工物の表面と接するまで移動させる。その後コアドリルの回転を上げて穿孔を開始する。コアドリルは穿孔しつつ、その切削抵抗と同じトルクで押し込まれ、自動的に穿孔作業が行われる。穿孔が終了して貫通孔が形成されるとセンサーにより穿孔を停止することができる。また、所定の深さまで穿孔が終了した後に作業を停止することもできる。停止後は、低速で逆回転させることにより、コアドリルを当初位置まで復帰させることができる。
上記の説明から理解できるように、加工は全て作業者の手を必要としないで行うことができるので、装置をアンカーボルトに固定した後はリモコンで操作を行うことができるし、すべて自動的に行うこともできる。

本発明の先の記述は例示の目的だけのためにあり、ここに示された様々な構造・操作上の特徴は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの改良を受けることができることは理解されるだろう。本明細書の記述は、したがって、本発明の範囲を何ら制限するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびそれらの等価物によってのみ決定される。

図１は本発明の駆動装置の構成例を示す図である。 図２は本発明の駆動装置の異なる構成例を示す図である。 図３はシャフトと固定軸の状態を示す図である。 図４は加工装置の全体を示す図である。

符号の説明

１：第１の回転子
２：第２の回転子
３：中心軸
４：中空部分
５：スリーブ
６：ベアリング
７：固定ナット
８：ブレーキ
１０：駆動装置
２０：シャフト
２２：固定軸
２３：流体入り口
２４：ナット
２６：天板
２８：テーパー部分
３０：シール手段
３２：天板の下表面の対応部分
３４：摩擦部分がシャフトと接触する部分
３６：軸の下部
３８：アンカーボルト
４０：コアドリル

Claims (7)

1. 同一の回転軸を中心として回転する第１の回転子および第２の回転子、並びに第２の回転子のみと接触するシャフトを有する駆動装置であって、該第２の回転子はその回転軸を中心とする円柱状の中空部分を有し、該シャフトは該中空部分を貫通して伸び、第２の回転子の回転力に応じた力で該第１の回転子および第２の回転子が該シャフトに沿って直線移動される駆動装置。
2. 前記シャフトが第１の回転子の回転方向と逆回転に切られたねじを表面に有し、第２の回転子がその中空部分内側表面に前記のねじと噛み合うねじを有する、請求項１記載の駆動装置。
3. 前記シャフトに対して付勢されて接触する、第１の回転子のブレーキ手段を有する、請求項１または２項記載の駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の駆動装置、および第１の回転子に連結された回転加工用治具を有する加工装置。
5. 回転加工用治具がコアドリルである、請求項４記載の加工装置。
6. 該シャフト内に、駆動装置を被加工物に固定するための固定軸を有する、請求項５記載の加工装置。
7. 該シャフトの上部に、該シャフトと固定軸との間に形成される空間に流体を導入するための入り口を有する、請求項６記載の加工装置。
   

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