JP2018192587A - コーナードリル装置、コーナードリル装置用の工具送り機構及び被穿孔品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い箇所であっても安定した品質で穿孔を行うことができるようにすることである。【解決手段】実施形態に係るコーナードリル装置用の工具送り機構は、ピストンの移動によってコーナードリル装置を工具軸方向に平行移動させるシリンダ機構と、前記シリンダ機構のシリンダチューブ側と連結され、被削材に取付けられる穿孔治具に固定することによって少なくとも前記工具軸方向における前記被削材からの穿孔反力を受けるための固定部材と、前記ピストンの動力が前記コーナードリル装置に伝達されるように前記コーナードリル装置を保持するための保持機構とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、コーナードリル装置、コーナードリル装置用の工具送り機構及び被穿孔品の製造方法に関する。

従来、ハンドツールの１つとして、エア式のドリル駆動装置が知られている。また、工具軸方向における工具の送り機能をエア式等の工具駆動装置に付加するためのアタッチメントも提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−０３９９９２号公報

狭隘部の穿孔を行う場合には、大型の自動穿孔機はもちろん、アタッチメントを取付けたコンパクトな工具駆動装置であっても、穿孔対象となるワークや治具等と干渉する場合がある。そのような場合には、コーナードリルを使用した手作業によって穿孔を行わざるを得ない。その結果、作業者の技能に依存して品質にばらつきが生じるという問題がある。

そこで、本発明は、狭い箇所であっても安定した品質で穿孔を行うことができるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係るコーナードリル装置用の工具送り機構は、ピストンの移動によってコーナードリル装置を工具軸方向に平行移動させるシリンダ機構と、前記シリンダ機構のシリンダチューブ側と連結され、被削材に取付けられる穿孔治具に固定することによって少なくとも前記工具軸方向における前記被削材からの穿孔反力を受けるための固定部材と、前記ピストンの動力が前記コーナードリル装置に伝達されるように前記コーナードリル装置を保持するための保持機構とを備える。

また、本発明の実施形態に係るコーナードリル装置は、上述した工具送り機構を備えたものである。

また、本発明の実施形態に係る被穿孔品の製造方法は、上述したコーナードリル装置を用いて被削材の穿孔を行うことによって被穿孔品を製造するものである。

図１は本発明の実施形態に係る工具送り機構を取付けたコーナードリル装置の正面図。 図２は図１に示すコーナードリル装置の上面図。 図３は図１に示すコーナードリル装置の左側面図。 図４は図１に示す工具送り機構の右側面図。

本発明の実施形態に係るコーナードリル装置、コーナードリル装置用の工具送り機構及び被穿孔品の製造方法について添付図面を参照して説明する。

（構成及び機能）
図１は本発明の実施形態に係る工具送り機構を取付けたコーナードリル装置の正面図、図２は図１に示すコーナードリル装置の上面図、図３は図１に示すコーナードリル装置の左側面図、図４は図１に示す工具送り機構の右側面図である。但し、図３及び図４では、部品の一部の図示が省略されている。

コーナードリル装置１には、工具送り機構２が取付けられる。図示された例では、工具送り機構２がコーナードリル装置１用のアタッチメントとして市販のコーナードリル装置１に取付けられているが、工具送り機構２の着脱構造を設けずに、工具送り機構２をコーナードリル装置１の構成部品としてもよい。

コーナードリル装置１は、回転機構３及び工具保持機構４を有する。回転機構３は図示されるように圧縮エアで回転するエアモータ３Ａで構成することができる。もちろん、油圧式のモータや電動式のモータを用いて回転機構３を構成してもよい。エアモータ３Ａ等の動力装置を収納する円筒状のケーシング３Ｂは作業者が手で握るためのグリップとして使用することができる。

工具保持機構４は、ドリルビットＴを保持しながら回転させるための機構である。コーナードリル装置１は、狭隘部の穿孔を行うためのドリル装置である。そのため、ドリルビットＴの工具軸上には、ドリルビットＴを保持した状態で回転させるために必要な工具保持機構４等の構成要素が設けられ、エアモータ３Ａ等の必ずしも工具軸上に配置する必要が無い構成要素はできるだけ工具軸上に配置されない。

その結果、工具軸の向きは、エアモータ３Ａの出力軸の向きと異なる向きとなる。このため、工具保持機構４は、エアモータ３Ａの出力軸の回転方向を、ドリルビットＴの回転方向に変換するためのギア等の機構を備えている。典型的なコーナードリル装置１では、図示されるように工具軸とエアモータ３Ａの出力軸のなす角度が直角となっている。

このような構造を有するコーナードリル装置１を使用すると、図１に例示されるように被削材（ワーク）Ｗとの干渉を回避しつつ、ドリルビットＴを保持した工具保持機構４をワークＷの狭隘部に配置することができる。

図１に示す例では、第１の板状の部品Ｗ１に厚さ方向が異なる第２の板状の部品Ｗ２を設けた構造体がワークＷとなっている。そして、第２の板状の部品Ｗ２の厚さ方向における穿孔を行うことができるように工具送り機構２を取付けたコーナードリル装置１が配置されている。

第１の板状の部品Ｗ１に厚さ方向が異なる第２の板状の部品Ｗ２を設けた構造体の例としては、外板（パネル）に桁（スパー）、小骨（リブ）或いは縦通材（ストリンガ）等の板状の長尺構造物を補強材として設けた航空機構造体が挙げられる。図１に示す例では、第２の板状の部品Ｗ２の断面形状がＬ字型となっているが、長尺構造を有する航空機構造体の補強材には、横断面がＬ字型の補強材の他、横断面がＺ字型、Ｉ字型、Ｔ字型或いはハット型等の補強材がある。もちろん、自動車部品等の所望の構造体をワークＷとして穿孔を行うことができる。

工具送り機構２は、コーナードリル装置１自体を平行移動させることによって、ドリルビットＴを工具軸方向に移動させる装置である。すなわち、工具送り機構２は、ドリルビットＴに工具軸方向の送りを付与する装置である。このため、工具送り機構２をコーナードリル装置１に取付けると、コーナードリル装置１にドリルビットＴの自動送り機能を付加することができる。

工具送り機構２は、シリンダ機構５、固定部材６及び保持機構７で構成することができる。シリンダ機構５は、コーナードリル装置１自体を平行移動させるための構成要素である。固定部材６は、コーナードリル装置１を平行移動させることができる状態で、工具送り機構２を取付けたコーナードリル装置１をワークＷ側に固定するための構成要素である。保持機構７は、コーナードリル装置１を保持するための構成要素、換言すれば、コーナードリル装置１と工具送り機構２を連結するための構成要素である。

シリンダ機構５は、シリンダチューブ８、シリンダチューブ８内を移動する円板状又は円柱状のピストン９及びロッド１０をそれぞれ同軸上に配置して構成される。ロッド１０の一端は、シリンダチューブ８内においてピストン９に固定される。ロッド１０の他端は、シリンダチューブ８の一端を閉塞する円板状のプレートに設けられた貫通孔から突出し、コーナードリル装置１と連結部材１０Ａで連結される。

連結部材１０Ａは、例えば図４に示すように、コーナードリル装置１の円筒状のケーシング３Ｂを上下から挟みこむ２つの部材をネジ等の締結具で連結し、上側の部材にロッド１０の先端に設けられた円板状の部材を挟み込んで保持する部材を固定することによって構成することができる。連結部材１０Ａは、コーナードリル装置１と工具送り機構２を連結するための構成要素であるため、保持機構７の一部であると言うこともできる。

シリンダチューブ８には、ピストン９を挟んでエアを供給又は排出するための２つの貫通孔８Ａ、８Ｂが設けられる。各貫通孔８Ａ、８Ｂには、エアを供給又は排出するためのホースと連結するためのカプラ８Ｃ、８Ｄが取付けられる。また、シリンダチューブ８内のロッド１０が無い側における空間と外部を連結する貫通孔８Ａに取付けられるカプラ８Ｃには、エアバルブ等を利用したスイッチ８Ｅが設けられている。

スイッチ８Ｅを押して、ピストン９で仕切られたシリンダチューブ８内のロッド１０が無い側における空間に一方の貫通孔８Ａからエアが供給されると、空気圧でピストン９が移動し、ロッド１０がシリンダチューブ８内から押し出される。この時、ピストン９で仕切られたシリンダチューブ８内のロッド１０が存在する側における空間からエアが他方の貫通孔８Ｂを介して排出される。

逆に、ピストン９で仕切られたシリンダチューブ８内のロッド１０が存在する側における空間に貫通孔８Ｂからエアが供給されると、空気圧でピストン９が移動し、ロッド１０がシリンダチューブ８内に押し戻される。この時、ピストン９で仕切られたシリンダチューブ８内のロッド１０が存在しない側における空間からエアが貫通孔８Ａを介して排出される。

このため、シリンダ機構５のピストン９とともにロッド１０を直線的に移動させれば、ロッド１０の先端に連結されたコーナードリル装置１を工具軸方向に平行移動させることができる。シリンダ機構５は、図示されるように工具軸上とならないように配置される。これにより、ワークＷとの干渉を回避しつつ、ドリルビットＴを保持した工具保持機構４をワークＷの狭隘部に配置することができるというコーナードリル装置１の機能を維持することができる。

ピストン９及びロッド１０の軸方向、すなわちシリンダ機構５の伸縮方向が、工具軸方向と平行にならないようにシリンダ機構５をコーナードリル装置１に対して相対的に配置するようにしてもよい。その場合には、ロッド１０の長さ方向における直線移動を、工具軸方向における直線移動に変換してコーナードリル装置１に伝達するための機構を、工具送り機構２に設ければよい。

但し、図示されるように、ピストン９及びロッド１０の軸方向が工具軸と平行となるようにシリンダ機構５をコーナードリル装置１に対して相対的に配置すれば、ロッド１０の長さ方向における直線移動の変換が不要となる。しかも、円弧状の移動が生じないため差動が無い。このため、コーナードリル装置１を等速移動させることが可能となる。

図示された例では、シリンダ機構５の伸縮方向が、ワークＷとの干渉を回避するために必要な距離だけ工具軸からオフセットした位置となるように、シリンダ機構５が配置されている。尚、図示されるようなエア式のシリンダ機構５に限らず、電気式又は油圧式のシリンダ機構を用いてもよい。

保持機構７は、上述したように、ピストン９の動力がコーナードリル装置１に伝達されるようにコーナードリル装置１を保持するための部品である。図示された例では、保持機構７は、２本のシャフト７Ａに沿ってスライドする円筒状のスライダ７Ｂで構成されている。より具体的には、２本のシャフト７Ａの両端がそれぞれ板状の連結部材７Ｃ、７Ｄで互いに連結された状態で、２本のシャフト７Ａの一端が連結部材７Ｃを介してシリンダチューブ８に固定される。一方、２本のシャフト７Ａに沿ってスライドするスライダ７Ｂが連結部材７Ｅでコーナードリル装置１のケーシング３Ｂの先端付近に固定される。

スライダ７Ｂをコーナードリル装置１のケーシング３Ｂに連結するための連結部材７Ｅについても、ロッド１０の先端をコーナードリル装置１の円筒状のケーシング３Ｂに連結するための連結部材１０Ａと同様に、例えば図１及び図３に示すように、円筒状のケーシング３Ｂを上下から挟みこむ２つの部材をネジ等の締結具で連結することによって構成することができる。

図１及び図３に示す例では、スライダ７Ｂが円筒状の部材の中央付近に円板状の部材を設けた構造を有している。そして、円筒状のケーシング３Ｂを挟みこむ連結部材７Ｅの下側の部材に設けられた貫通孔に、２つのスライダ７Ｂの円板より下方の一部がそれぞれ差し込まれ、２つのスライダ７Ｂの円板状の部分がそれぞれ連結部材７Ｅの下側の部材にネジで固定されている。一方、円筒状のケーシング３Ｂを挟みこむ連結部材７Ｅの上側の部材は板材をＣ字型に折り曲げた構造を有しており、スライダ７Ｂ及びシャフト７Ａと干渉しないように、ケーシング３Ｂの先端側において下側の部材とネジで連結されている。

このような保持機構７の構造により、コーナードリル装置１は、シリンダ機構５のロッド１０に加えて２本のシャフト７Ａでスライド可能に支持されることになり、シリンダ機構５の伸縮方向をより安定的に工具軸方向に向けた状態でコーナードリル装置１を平行移動させることができる。すなわち、コーナードリル装置１を、より確実に工具軸方向に移動させることが可能となる。しかも、２本のシャフト７Ａでコーナードリル装置１が支持されるため、シリンダチューブ８に対するコーナードリル装置１の回転移動も確実に抑止することができる。

固定部材６は、少なくとも工具軸方向におけるワークＷからの穿孔反力を受けるための構成要素である。このため、固定部材６は、シリンダ機構５のシリンダチューブ８側と連結される。すなわち、固定部材６は、シリンダ機構５の伸縮によって移動しない。また、固定部材６は、ワークＷに取付けられる穿孔治具１１に固定することが可能な構造を有する。

図１は、穿孔治具１１が板材に位置決め用の貫通孔を設けて製作されるテンプレートである場合の例を示している。図１に示すように、穿孔箇所が第１の板状の部品Ｗ１に取付けられた第２の板状の部品Ｗ２である場合には、穿孔治具１１に設けられる貫通孔の中心軸が穿孔すべき孔の中心軸上となるように穿孔治具１１が第２の板状の部品Ｗ２に固定される。穿孔治具１１は、予め設けられている第２の板状の部品Ｗ２の孔を利用してピンボルト等で第２の板状の部品Ｗ２に固定してもよいし、クランプを用いて第２の板状の部品Ｗ２に固定してもよい。

穿孔治具１１に位置決め用の貫通孔が設けられている場合には、穿孔治具１１を用いて工具径方向の位置決めを行うことができる。この場合、固定部材６は、ブッシングチップ１２で構成することができる。ブッシングチップ１２は、ブッシュ１２Ａに厚みが変化する板状の部分１２Ｂを設けた構造を有する。

ブッシングチップ１２のブッシュ１２Ａは、穿孔治具１１に設けられる位置決め用の貫通孔に差し込むことによって工具径方向におけるコーナードリル装置１及びドリルビットＴの位置決めを行うための構成要素である。一方、ブッシングチップ１２の板状の部分１２Ｂは、穿孔治具１１に設けられる挟み込み部材で挟み込むことによって穿孔治具１１に固定するための構成要素である。

図１に例示されるような板材に貫通孔を設けた典型的な構造を有する穿孔治具１１の場合には、ブッシングチップ１２の板状の部分１２Ｂを挟み込むための挟み込み部材として止めねじ１１Ａを設けることができる。すなわち、止めねじ１１Ａでブッシングチップ１２の板状の部分１２Ｂを挟み込むことによって、ブッシングチップ１２を穿孔治具１１に固定することができる。これにより、工具軸方向における穿孔反力を、ブッシングチップ１２で受けることができる。

ブッシングチップ１２は、図示されるように保持機構７の連結部材７Ｄに連結することができる。すなわち、保持機構７と共通の部品を用いて固定部材６をシリンダ機構５のシリンダチューブ８側と連結することができる。もちろん、固定部材６を別の連結部材でシリンダチューブ８と連結してもよい。

ブッシングチップ１２は、締まり嵌め等によって連結部材７Ｄに固定しても良いし、隙間嵌めやベアリングの配置等によって連結部材７Ｄに回転自在に連結するようにしてもよい。切粉の詰まりを回避する観点からは、ベアリングを使用せずにブッシングチップ１２を連結部材７Ｄに連結することが望ましい。或いは、ベアリングを使用してブッシングチップ１２を連結部材７Ｄに回転自在に連結し、ベアリングへの切粉の進入を防止するシールドを設けるようにしてもよい。

ブッシングチップ１２を連結部材７Ｄに対して固定すれば、ブッシングチップ１２は、シリンダチューブ８に対して動かないように固定されることになる。その結果、シリンダチューブ８は、穿孔治具１１に固定されることになる。このため、ドリルビットＴの回転方向における穿孔反力を、ブッシングチップ１２で受けることができる。すなわち、作業者はコーナードリル装置１のグリップ部分を手で持つのみで、ワークＷの穿孔を行うことができる。

逆に、ブッシングチップ１２を連結部材７Ｄに対して回転自在に連結すれば、ブッシングチップ１２は、シリンダチューブ８を含むシリンダ機構５及びコーナードリル装置１に対して回転自在に設けられることになる。すなわち、シリンダ機構５及びコーナードリル装置１を、ワークＷに固定された穿孔治具１１に対して自由に回転させることが可能となる。このため、工具送り機構２を備えたコーナードリル装置１がワークＷと干渉しないように、ワークＷに対するコーナードリル装置１の向きを自由に変えることが可能となる。これにより、コーナードリル装置１を用いた狭隘部の穿孔を容易に行うことが可能となる。

尚、ブッシングチップ１２を連結部材７Ｄに対して回転自在に連結する場合、ドリルビットＴの回転方向における穿孔反力は、回転モーメントとしてコーナードリル装置１に伝達されることになる。このため、ドリルビットＴの回転方向における穿孔反力は、グリップ部分を握る作業者の手で受けることになる。但し、コーナードリル装置１の場合には、作業者の手からグリップ部分に力が付与される力点と、工具軸との間における距離が長いため、僅かな力で穿孔反力を受けることができる。

上述のような特徴の他、工具送り機構２には、ピストン９の移動停止による衝撃を吸収するためのショックアブソーバ１３を設けることができる。図示された例では、ショックアブソーバ１３としてダンパが設けられている。ダンパとしては、油圧式のオイルダンパが代表的であるが他の構造を有するダンパをショックアブソーバ１３として使用してもよい。ショックアブソーバ１３を設けることによってドリルビットＴの送り停止に伴うワークＷへの衝撃を緩和し、ワークＷの穿孔品質を一層向上させることができる。

以上のような工具送り機構２を備えたコーナードリル装置１を用いてワークＷの穿孔を行うと、工具軸方向における穿孔反力を固定部材６で受けつつドリルビットＴの送り速度を自動制御することができる。このため、作業者の熟練度に依らず、狭隘部における穿孔を良好な送り速度で行うことが可能となる。その結果、高品質な被穿孔品を製品又は半製品として製造することができる。

特に、ワークＷの材質がガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ： Ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ： Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の樹脂が繊維で強化された複合材であれば、層間剥離（デラミネーション）等の品質劣化を回避することができる。もちろん、ワークＷの材質が金属等の複合材以外の材質である場合においても、良好な精度で穿孔を行うことが可能となる。

具体例として、図１に例示されるような第１の板状の部品Ｗ１に厚さ方向が異なる第２の板状の部品Ｗ２を設けた構造体をワークＷとし、第２の板状の部品Ｗ２の厚さ方向における穿孔を行うことによって航空機構造体等の被穿孔品を製造することができる。もちろん、自動車部品を始めとして様々なワークを対象として狭隘部の穿孔を行うこともできる。

（効果）
以上のような工具送り機構２は、狭隘部を穿孔するためのコーナードリル装置１にドリルビットＴの自動送り機能を付加できるようにしたものである。このため、工具送り機構２及び工具送り機構２を備えたコーナードリル装置１によれば、狭隘部の穿孔を行う場合において、ドリルビットＴの送り速度を作業者の技能に依らず安定させることができる。特に、シリンダ機構５のロッド１０でコーナードリル装置１自体を工具軸方向に押し出す構成とすれば、ドリルビットＴの送り開始直後及び送り停止直前を除き、ドリルビットＴを等速移動させることができる。その結果、被穿孔品の加工品質を安定させることができる。すなわち、品質のばらつきを低減させることができる。

また、工具送り機構２の駆動方式を、シリンダ機構５による駆動方式とすれば、ピストン９の移動距離を適切に決定することにより、穿孔深さに必要なストロークを容易に確保することができる。加えて、シリンダ機構５の伸縮方向をワークの構造に応じた距離だけ工具軸方向からオフセットさせることによって、ワークとの干渉を回避しつつ様々な構造を有する狭隘部の穿孔を行うことができる。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１ コーナードリル装置
２ 工具送り機構
３ 回転機構
３Ａ エアモータ
３Ｂ ケーシング
４ 工具保持機構
５ シリンダ機構
６ 固定部材
７ 保持機構
７Ａ シャフト
７Ｂ スライダ
７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ 連結部材
８ シリンダチューブ
８Ａ、８Ｂ 貫通孔
８Ｃ、８Ｄ カプラ
８Ｅ スイッチ
９ ピストン
１０ ロッド
１０Ａ 連結部材
１１ 穿孔治具
１１Ａ 止めねじ
１２ ブッシングチップ
１２Ａ ブッシュ
１２Ｂ 板状の部分
１３ ショックアブソーバ
Ｔ ドリルビット
Ｗ 被削材（ワーク）
Ｗ１ 第１の板状の部品
Ｗ２ 第２の板状の部品

Claims (10)

1. ピストンの移動によってコーナードリル装置を工具軸方向に平行移動させるシリンダ機構と、
   前記シリンダ機構のシリンダチューブ側と連結され、被削材に取付けられる穿孔治具に固定することによって少なくとも前記工具軸方向における前記被削材からの穿孔反力を受けるための固定部材と、
   前記ピストンの動力が前記コーナードリル装置に伝達されるように前記コーナードリル装置を保持するための保持機構と、
   を備えるコーナードリル装置用の工具送り機構。
2. 前記ピストンの軸が前記工具軸と平行となり、かつ前記工具軸上とならないように前記シリンダ機構を配置した請求項１記載のコーナードリル装置用の工具送り機構。
3. 前記シリンダ機構は、少なくとも前記被削材の穿孔中において前記コーナードリル装置を等速移動させるように構成される請求項１又は２記載のコーナードリル装置用の工具送り機構。
4. 前記穿孔治具に設けられる位置決め用の貫通孔に差し込むことによって工具径方向における前記コーナードリル装置の位置決めを行うためのブッシュに、前記穿孔治具に設けられる挟み込み部材で挟み込むことによって前記穿孔治具に固定するための厚みが変化する板状の部分を設けた構造を有するブッシングチップを前記固定部材として有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコーナードリル装置用の工具送り機構。
5. 前記ブッシングチップは、前記シリンダチューブに対して回転自在に設けられる請求項４記載のコーナードリル装置用の工具送り機構。
6. 前記ブッシングチップは、前記シリンダチューブに対して動かないように固定される請求項４記載のコーナードリル装置用の工具送り機構。
7. 前記ピストンの移動停止による衝撃を吸収するためのショックアブソーバを設けた請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコーナードリル装置用の工具送り機構。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の工具送り機構を備えたコーナードリル装置。
9. 請求項８記載のコーナードリル装置を用いて被削材の穿孔を行うことによって被穿孔品を製造する被穿孔品の製造方法。
10. 第１の板状の部品に厚さ方向が異なる第２の板状の部品を設けた構造体を前記被削材とし、前記第２の板状の部品の厚さ方向における穿孔を行うことによって前記被穿孔品を製造する請求項９記載の被穿孔品の製造方法。

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