JP2017019186A - 削孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状のコアビットを用いた場合でも、障害物の存在を判断できるようにする。【解決手段】削孔装置１は、中空を有するとともにその中空に通じる開口を一端に有する円筒体２４と、円筒体２４の一端に設けられ、間隔を置いて開口の縁に沿って配列された複数のビット２５と、円筒体２４をその軸周りに回転させるスピンドルモーター２１と、円筒体２４をその軸方向に送る送り機３と、スピンドルモーター２１を制御する制御ユニット４０と、を備え、制御ユニット４０が、スピンドルモーター２１の負荷を監視して、その負荷の変化度合が所定値を超えた場合にスピンドルモーター２１を停止させる。【選択図】図３

Description

本発明は、コア抜きの際に用いる削孔装置に関する。

特許文献１には、円柱状の砥石ビットの端面を対象物に面接触させて、その砥石ビットをモーターにより回転させて、対象物を穿孔する方法が開示されている。特許文献１に記載の技術では、砥石ビットの端面が対象物に埋設された障害物に当たると、モーターのトルクが急激に低下するので、その変化を電流計で検出することにより、障害物の有無の判断を行っている。

特開２０１３−６００１３号公報

ところで、対象物のコア抜きをする場合、円筒状のコアビットを採用することになる。円筒状のコアビットであると、コアビットの端面が障害物に当たった場合、コアビットの端面の総面積に占めるコアビットの端面と障害物との接触部分の面積の割合が小さくなってしまう。そうすると、モーターのトルクや電流の変化が小さいので、モーターのトルクや電流の変化に基づいて障害物の存在を判断することが難しい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、円筒状のコアビットを用いた場合でも、障害物の存在を判断できるようにすることである。

以上の課題を解決するべく、削孔装置が、中空を有するとともに前記中空に通じる開口を一端に有する円筒体と、前記円筒体の前記一端に設けられ、間隔を置いて前記開口の縁に沿って配列された複数のビットと、前記円筒体をその軸周りに回転させる駆動部と、前記円筒体をその軸方向に送る送り機と、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記駆動部の負荷を監視して、その負荷の変化度合が所定値を超えた場合に前記駆動部を停止させる。

複数のビットが間隔を置いて円筒体の開口の縁に沿って配列されているので、それらビットの総面積が小さくなっている。そのため、その総面積に占めるビットと障害物との接触部分の面積の割合が、大きくなる。そうすると、削孔中にビットが障害物に当たった場合、円筒体の回転抵抗の変化度合が大きくなり、駆動部の負荷の変化度合も大きくなる。よって、ビットが障害物に当たったにもかかわらず、その旨の検出を見逃すことを防止することができ、駆動部を確実に停止することができる。

好ましくは、前記円筒体の周長に占める前記複数のビットの周方向の長さの総和の割合が０．２５〜０．５である。
このようにすれば、削孔中にビットが障害物に当たった場合、円筒体の回転抵抗の変化が大きく、駆動部の負荷の変化も大きい。

好ましくは、前記ビットの数が３以上であり、これらビットの周方向のピッチが互いに等しい。
このようにすれば、円筒体の姿勢が安定し、削孔中の円筒体の回転抵抗が安定する。そのため、ビットが障害物に当たっていないにもかかわらず、駆動部の負荷が大きく変化することを防止することができる。

好ましくは、前記送り機が一定の推進力で前記円筒体を送る。
このようにすれば、駆動部の負荷が安定する。よって、ビットが障害物に当たっていないにもかかわらず、駆動部の負荷が大きく変化することを防止することができる。

好ましくは、前記駆動部がモーターであり、前記制御部が前記駆動部の負荷として前記駆動部の電流を監視する。

本発明によれば、ビットが障害物に当たったことを確実に検出することができ、駆動部を確実に停止することができる。

削孔装置の概略図である。 コアビットの下面図である。 削孔装置でコンクリート構造物を削孔する際のドリルの送り量と時間との関係を示すとともに、ドリルのモーターの電流と時間との関係を示したグラフである。 削孔装置でコンクリート構造物を削孔する際のドリルの送り量と時間との関係を示すとともに、ドリルのモーターの電流と時間との関係を示したグラフである。 削孔装置でコンクリート構造物を削孔する際のドリルの送り量と時間との関係を示すとともに、ドリルのモーターの電流と時間との関係を示したグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているので、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

１． 削孔装置の構成
図１は、削孔装置１の概略側面図である。

図１に示すように、この削孔装置１は、コンクリート構造物２を削孔するドリル２０と、このドリル２０を送る送り機３０と、ドリル２０及び送り機３０を制御する制御ユニット４０と、警報器５０と、を備える。

送り機３０は、支持部３１、移動体３２、直動伝動機構３３、送りモーター３４、トルクリミッター３５及びガイドレール３６を有する。

支持部３１がコンクリート構造物２の上面に載置される。この支持部３１上にはガイドレール３６が立設されている。このガイドレール３６には移動体３２がガイドレール３６に支持されて、ガイドレール３６が移動体３２を上下に案内する。移動体３２には送りモーター３４及びトルクリミッター３５が取り付けられている。トルクリミッター３５が送りモーター３４の出力軸と直動伝動機構３３との間に設けられている。送りモーター３４の動力がトルクリミッター３５を介して直動伝動機構３３に伝達し、直動伝動機構３３がその動力によって移動体３２を昇降させる。送りモーター３４としては、例えばＤＣモーターを採用するが、他の種類のモーターを採用してもよい。

トルクリミッター３５は、送りモーター３４の出力トルクに応じて、送りモーター３４の出力軸と直動伝動機構３３の接続・遮断をするものである。つまり、送りモーター３４の出力軸のトルクが所定値未満であると、その出力軸と直動伝動機構３３とがトルクリミッター３５によって接続され、これによって送りモーター３４から直動伝動機構３３へ動力が伝達される。一方、送りモーター３４の出力軸のトルクが所定値以上になると、その出力軸と直動伝動機構３３との接続がトルクリミッター３５によって切断され、これによって送りモーター３４から直動伝動機構３３への動力伝達が遮断される。

ここで、直動伝動機構３３はラック３３ａ及びピニオン３３ｂを有する。ラック３３ａは、支持部３１上に立てた状態に設けられている。このラック３３ａがピニオン３３ｂに噛み合っているとともに、トルクリミッター３５の動力出力軸に取り付けられている。

ドリル２０はスピンドルモーター２１、チャック２２及びコアビット２３を有する。
スピンドルモーター２１は、その出力軸が下方に向けられるようにして、ブラケット２９によって移動体３２に取り付けられている。スピンドルモーター２１としては、ＤＣモーターを採用するが、他の種類のモーターを採用してもよい。

スピンドルモーター２１の出力軸にチャック２２が取り付けられ、そのチャック２２によってコアビット２３の上端部がスピンドルモーター２１の出力軸に保持されている。コアビット２３の上端部がチャック２２に対して着脱自在である。

コアビット２３は、円筒体２４と、円筒体２４の下端に設けられた複数のビット２５とを備える。円筒体２４が中空を有し、円筒体２４の上端が閉塞され、円筒体２４の下端が開口する。

図２は、コアビット２３の下面図である。図２に示すように、複数のビット２５は、円筒体２４の下端の開口の縁に沿って周方向に等間隔で配列されている。従って、これらビット２５の間の部位が凹部２６（図１参照）とされ、ビット２５と凹部２６が交互に周方向に配列されている。
円筒体２４の下端に設けられたビット２５の数は３以上であり、１６以下であることがあることが好ましい。ここで、仮にビット２５の数が２であると、コアビット２３の先端が二箇所のみで削孔箇所に接することになり、コアビット２３の姿勢が安定しない。そのため、ビット２５の数を３以上とした。

これらビット２５は何れも周方向の長さが等しい。また、ビット２５の径方向の厚さは、円筒体２４の内面から外面までの厚さに等しいか、それよりも大きい。

ここで、円筒体２４の下端の周長をＬ [mm]とし、ビット２５の周方向の長さをＬ１[mm]とし、ビット２５の数をｎとした場合、次式で表されるＭは０．０５〜０．５であることが好ましく、０．２５〜０．５であることが更に好ましい。ここで、Ｍは、円筒体２４の下端の周長に占める、全ビット２５の周方向の長さの総和の割合である。

図１に示す警報器５０は、警告灯、警告表示器又は警告スピーカーである。

制御ユニット４０は、モーター２１，２４をオン・オフしたり、警報器５０をオン・オフしたりする。更に、制御ユニット４０は、ドリル２０のスピンドルモーター２１の負荷を監視するとともに、スピンドルモーター２１の負荷の時間変化率（単位時間当たりの負荷の変化）が所定閾値（但し、ゼロを超えた正の値である）を超えた場合にモーター２１，２４をオフにするとともに警報器５０をオンにする。

ここで、制御ユニット４０は、モータードライバ４１，４２、電流検出部４３、ＡＤコンバータ４４及び処理部４５を有する。

モータードライバ４１は、電源（例えば、バッテリー、電源回路）からスピンドルモーター２１への電力供給を遮断・接続するものである。モータードライバ４２は、電源（例えば、バッテリー、電源回路）から送りモーター３４への電力供給を遮断・接続するものである。ここで、スピンドルモーター２１がＤＣモーターであれば、定電圧の電力がモータードライバ４１を介してスピンドルモーター２１に供給されると、スピンドルモーター２１がほぼ一定の速度で回転する。送りモーター３４についても同様である。

電流検出部４３は、モータードライバ４１によってスピンドルモーター２１の電流を検出するものである。より具体的には、電流検出部４３は、モータードライバ４１によってスピンドルモーター２１の電流を電圧に変換して、その電圧をＡＤコンバータ４４に出力する。ＡＤコンバータ４４は、電流検出部４３によって出力された電圧をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を処理部４５に出力する。ここで、スピンドルモーター２１の負荷はスピンドルモーター２１の電流に依存するので（例えば、スピンドルモーター２１の負荷とスピンドルモーター２１の電流は比例関係にある）、ＡＤコンバータ４４から処理部４５に入力されるデジタル信号はスピンドルモーター２１の電流を表すとともに、スピンドルモーター２１の負荷も表す。

処理部４５は例えばプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。処理部４５は、ＡＤコンバータ４４から信号（この信号はスピンドルモーター２１の電流を表す）を入力する。そして、処理部４５は、ＡＤコンバータ４４から入力した信号からスピンドルモーター２１の電流の時間変化率（単位時間当たりの電流の変化）を求め、その時間変化率を所定閾値（但し、ゼロを超えた正の値である）と比較する。ここで、スピンドルモーター２１の電流が増加すれば、時間変化率は正の値をとり、スピンドルモーター２１の電流が減少すれば、時間変化率は負の値をとる。

処理部４５は、比較の結果、時間変化率が所定閾値を超えた場合に、警報器５０をオンにするとともに、モータードライバ４１，４２をオフにする。これにより、警報器５０が作動し、モーター２１，３４が停止する。

２． 削孔方法
削孔装置１を用いてコンクリート構造物２を削孔する方法について説明する。

まず、ドリル２０及び送り機３０を組み立てて、これらをコンクリート構造物２上に設置する。更に、警報器５０を任意の箇所に設置する。更に、制御ユニット４０のセッティングをし、制御ユニット４０からドリル２０、送り機３０及び警報器５０まで配線する。

次に、処理部４５を操作すると、モータードライバ４１，４２が処理部４５によってオンにされる。そうすると、スピンドルモーター２１が作動し、スピンドルモーター２１によってコアビット２３が一定の回転速度で回転される。また、送りモーター３４が作動して、送りモーター３４によってドリル２０が下降される。

そして、コアビット２３のビット２５によってコンクリート構造物２が研削されて、これによりコンクリート構造物２が削孔される。この際、コアビット２３が送りモーター３４によって下方へ推進されるが、コアビット２３に掛かる下方への推進力はトルクリミッター３５によって一定に保たれる。

コアビット２３の回転と推進によって円筒状の溝がコンクリート構造物２に下方へ成長し、柱状のコンクリートが円筒体２４の内側に形成される。また、発生した研削屑は凹部２６に入り込み、更に凹部２６から円筒体２４の内側や外側の円筒状溝に排出される。

以上のようにコアビット２３によってコンクリート構造物２が削孔されている時には、スピンドルモーター２１の負荷（トルク）が制御ユニット４０によって監視されている。つまり、スピンドルモーター２１の電流を表す信号が処理部４５に入力され、処理部４５がスピンドルモーター２１の電流の時間変化率を求めて、その時間変化率を所定閾値と比較する。ここで、送り機３０による推進力が一定であるので、スピンドルモーター２１の負荷・電流が安定しやすい。
また、ビット２５の数が３以上であり、これらの間隔が互いに等しいから、コアビット２３の姿勢が安定して、コアビット２３の回転抵抗も安定する。これにより、スピンドルモーター２１の負荷・電流が安定する。

コンクリート構造物２に障害物（例えば鉄筋、配管、配線等）９９が埋設されていると、コンクリート構造物２の削孔中にコアビット２３の下端が障害物９９に当たる虞がある。コアビット２３の下端が障害物９９に当たった場合には、モーター２１，３４が停止し、警報器５０が作動する。つまり、コアビット２３の下端が障害物９９に当たると、スピンドルモーター２１の負荷が増加して、スピンドルモーター２１の電流も増加するので、スピンドルモーター２１の電流の時間変化率が所定閾値を超えた旨が処理部４５によって判定されるので、処理部４５がモータードライバ４１，４２をオフにするとともに警報器５０を作動させる。警報器５０の作動により、コアビット２３の下端と障害物の接触を作業員に認識させることができる。また、コアビット２３による削孔が中止されて、これにより障害物９９の損傷を抑えることができる。

ここで、複数のビット２５が間隔を置いて配列されていることにより、これらビット２５の面積の総和が小さくなっているので、その総和に占める障害物との接触部分の面積の割合が大きくなる。そのため、上述のようなコアビット２３の回転中にビット２５の周方向の端部が障害物９９に当たると、コアビット２３の回転抵抗の増加度合も大きくなる。これに伴って、スピンドルモーター２１の電流の増加度合も大きくなり、スピンドルモーター２１の電流の時間変化率が所定閾値を超えやすくなる。よって、コアビット２３の下端が障害物９９に当たったにもかかわらず、その旨の検出を見逃すことを防止できる。特に上述の割合Ｍが０．０５〜０．５であると、スピンドルモーター２１の電流が急激に増加しやすく、その中でも特にＭが０．２５〜０．５であると、スピンドルモーター２１の電流の急激な増加が顕著に表れやすい。

なお、障害物９９が無ければ、コアビット２３の高さ分だけ削孔が進行する。その場合には、コアビット２３内の柱状コンクリートが円筒体２４の上端に当たると、スピンドルモーター２１の負荷が増加するので、処理部４５がモータードライバ４１，４２をオフにして、モーター２１，３４が停止する。

３． 実験による検証
障害物９９として電線をコンクリート構造物２に埋設し、コアビット２３によってコンクリート構造物２及び障害物９９を削孔した。その際、スピンドルモーター２１の電流を測定するとともに、コアビット２３の下方への送り量を測定した。条件は次の通りである。なお、実験では、コアビット２３の下端が障害物９９に当たっても、モーター２１，３４を停止させないようにした。

条件１〜３の何れでも、ビット２５の周方向の長さは20.0 [mm] であり、円筒体２４の直径は200 [mm] である。

条件１〜３での測定結果をそれぞれ図３〜図５に示す。図３〜図５において、横軸は削孔し始めてからの時間を表し、左側の縦軸はコアビット２３の送り量を表す。曲線Ａは、コアビット２３の送り量と時間との関係を表したものであり、曲線Ｂは、スピンドルモーター２１の電流と時間との関係を表したものである。期間Ｃは、コアビット２３によって障害物９９を削孔している期間である。

条件１〜３の何れでも、コアビット２３の下端が障害物９９に当たると、スピンドルモーター２１の電流が急激に上昇することがわかる。特に、ビット２５の数が少なくなるほど（上述のＭが小さくなるほど）、コアビット２３の下端が障害物９９に当たった際の電流の時間変化率が大きいことがわかる。

４． 変形例
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。
また、本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。以上の実施形態からの変更点について以下に説明する。以下に説明する各変更点を組み合わせて適用してもよい。

上述の実施の形態では、送りモーター３４の動力によって移動体３２が送られていたのに対し、エアシリンダ、電磁シリンダ等の駆動機によって移動体３２が下方に送られるようにしてもよい。駆動機の種類に応じて、直動伝動機構３３やトルクリミッター３５を変更してもよいし、直動伝動機構３３やトルクリミッター３５を省略してもよい。何れの駆動源の場合でも、駆動機による移動体３２の下方への推進力は一定である。

上述の実施の形態では、プログラムに従った処理部４５の処理によってスピンドルモーター２１の電流の急激な上昇を検知していた。それに対して、電流検出部４３の出力信号から各種の回路（例えば、フィルター等）によって所定成分（スピンドルモーター２１の電流の上昇に相当する）を抽出して、それに基づいてスピンドルモーター２１の電流の上昇を検出してもよい。

上述の実施の形態では、ドリル２０を下方に推進させたが、ドリル２０を横方向に推進させてもよい。この場合、ガイドレール３６を水平な状態にして、コンクリート構造部の壁に支持部３１を治具等によって固定する。

上述の実施の形態では、制御ユニット４０が、スピンドルモーター２１の負荷の時間変化率（単位時間当たりの負荷の変化）が正の所定閾値を超えた場合にモーター２１，２４をオフにするとともに警報器５０をオンにした。それに対して、制御ユニット４０が、スピンドルモーター２１の負荷の時間変化率（単位時間当たりの負荷の変化）が負の所定閾値未満となった場合にモーター２１，２４をオフにするとともに警報器５０をオンにするものとしてもよい。つまり、処理部４５は、スピンドルモーター２１の電流の時間変化率を負の所定閾値と比較する。そして、スピンドルモーター２１の電流の時間変化率が負の所定閾値未満となった旨が処理部４５によって判定されると、処理部４５がモータードライバ４１，４２をオフにするとともに警報器５０を作動させる。ここで、コアビット２３の回転中にビット２５の周方向の端部が障害物９９に当たると、コアビット２３の回転抵抗が減少し、その減少度合が大きくなることもあるので、負の所定閾値と比較したものである。

１ 削孔装置
２ コンクリート構造物
２１ スピンドルモーター（駆動部）
２３ コアビット
２４ 円筒体
２５ ビット
３０ 送り機
３４ モーター
３５ トルクリミッター
４０ 制御ユニット（制御部）
９９ 障害物

Claims (5)

1. 中空を有するとともに前記中空に通じる開口を一端に有する円筒体と、
   前記円筒体の前記一端に設けられ、間隔を置いて前記開口の縁に沿って配列された複数のビットと、
   前記円筒体をその軸周りに回転させる駆動部と、
   前記円筒体をその軸方向に送る送り機と、
   前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部が、前記駆動部の負荷を監視して、その負荷の変化度合が所定値を超えた場合に前記駆動部を停止させることを特徴とする削孔装置。
2. 前記円筒体の周長に占める前記複数のビットの周方向の長さの総和の割合が０．２５〜０．５であることを特徴とする請求項１に記載の削孔装置。
3. 前記ビットの数が３以上であり、これらビットの周方向のピッチが互いに等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の削孔装置。
4. 前記送り機が一定の推進力で前記円筒体を送ることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の削孔装置。
5. 前記駆動部がモーターであり、
   前記制御部が前記駆動部の負荷として前記駆動部の電流を監視することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の削孔装置。