JP5973217B2 - 孔開け装置 - Google Patents

Description

本発明は、孔部を有する対象物に対して孔部の周囲を切り取ることで対象物に孔を開ける孔開け装置に関する。

従来、例えば自動車の燃料タンク等の樹脂製のタンクに孔を開けるための孔開け装置として、孔開け加工の対象物（ワーク）において予め孔が形成されている孔部（以下「ワーク孔部」という。）の周囲を切り取ることで孔を開けるものがある。このような孔開け装置としては、モータ等を動力源として回転する主軸部を構成するスピンドルと、スピンドルの先端側（下端側）に設けられ、ワーク孔部に係止される複数の爪と、支持アーム等を介してスピンドルと略平行に設けられスピンドルと一体的に回転する加工刃とを備える構成のものがある（例えば、特許文献１参照。）。なお、ワーク孔部は、例えばワークが自動車の樹脂製燃料タンクの場合、燃料タンクの製造工程において、金型内で溶融樹脂にエアを吹き込んで膨らませるブロー成形の際に用いられるエア吸排気用の孔部である。

上述したような構成の孔開け装置においては、爪がワーク孔部に係止された状態で、ワーク孔部の周囲において加工刃がワークの表面に押し当てられながらスピンドルの回転にともなってスピンドルの軸中心回りの円周に沿って移動することで、孔開けが行われる。特許文献１には、自動車の燃料タンク等のタンク上に配設される孔開けユニットにおいて、ワーク孔部に係止される爪を有する膨拡機構部をスピンドルの下側に備え、スピンドルの回転によって加工刃により切り抜いたワークの切片を、膨拡機構部にて保持する構成が開示されている。

特開２００３−０１１０８９号公報

確かに、特許文献１に記載の構成によれば、ワーク孔部を貫通した状態の膨拡機構部によってワーク孔部の下端側が支持され、スピンドルと一体的に回転する加工刃により切り抜かれたワークの切片を膨拡機構部により保持できることから、ワークの切片がタンク内に落下することを防ぐことができる。しかしながら、特許文献１に開示されているような従来の技術においては、次のような問題がある。

上述したような構成の孔開け装置においては、ワーク孔部に爪を係止させるため、爪を支持する部分をスピンドルの軸方向に移動させる必要がある。この点、特許文献１の孔開け装置は、爪を有する膨拡機構部を昇降させるための動力源として、モータを備える。したがって、特許文献１の孔開け装置は、スピンドルを回転させるための動力源としてモータを備え、さらに、膨拡機構部を昇降させるためのモータを備える。なお、爪を支持する部分を移動させるための構成としては、モータのほか、エアシリンダ等のシリンダ機構が用いられる場合もある。また、特許文献１の孔開け装置は、膨拡機構部を拡径させてワーク孔部に爪を係止させるための構成として、エア圧力により駆動するエアシリンダ機構を備える。

このように、従来の孔開け装置は、孔開けユニットの各部を動作させるための動力源を複数必要とする。特に、特許文献１の孔開け装置は、スピンドルを回転させるためのモータと、爪を支持する部分を昇降させるためのモータとを備え、さらに、爪をワーク孔部に係止させるに際して複数の爪を広げるためのエアシリンダ機構を備える。

このように孔開けユニットの各部を動作させるための動力源が複数存在すると、孔開けユニットの構成が大がかりなものとなり、装置の小型化や軽量化を図ることが難しい。このため、従来の孔開け装置は、その使用現場においてスペース面で大きな制約を受け、また、汎用性に乏しい。具体例としては、自動車の燃料タンクに複数の孔が開けられる場合、自動車の製造ラインにおいて、孔開け装置が、燃料タンクの各孔に対して個別に、しかも定置式の設備として設けられる状況が挙げられる。かかる状況においては、孔開け装置の設置スペースや汎用性の面で改善の余地がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、加工刃により切り取った切片を保持する構成を備えながら、構成の簡素化を図ることができ、コンパクトで軽量な構成を実現することができる孔開け装置を提供することを目的とする。

本発明に係る孔開け装置は、孔部を有する対象物に対して前記孔部の周囲を切り取ることで前記対象物に孔を開ける孔開け装置であって、回転動力を受けて回転する主軸部と、前記主軸部に設けられ、前記主軸部の回転にともなって前記主軸部の軸中心回りの円周に沿って移動する加工刃と、前記主軸部の軸部分を挿通させた状態で設けられ、前記主軸部と相対回転する外周支持部と、前記外周支持部に設けられ、前記孔部に係止される係止爪を有し、前記加工刃により切り取られた前記対象物の切片を保持するための保持爪部と、を備え、前記主軸部および前記外周支持部は、互いの相対的な回転により、前記主軸部と前記外周支持部との前記主軸部の軸方向の相対的な位置を変化させるネジ部を有し、前記ネジ部による前記主軸部の前記外周支持部に対する前記軸方向の相対的な移動により、前記係止爪を前記孔部に係止させるものである。

また、本発明に係る孔開け装置の態様の一つとしては、前記保持爪部は、前記係止爪として、前記主軸部の軸中心回りに沿って所定の間隔を隔てて配置され、前記主軸部の軸中心から放射状に開く複数の爪を有し、前記主軸部は、前記外周支持部に対する前記軸方向の相対的な移動により、前記複数の爪を開くテーパ部を有する。

また、本発明に係る孔開け装置の態様の一つとしては、前記外周支持部は、前記対象物の切片となる部分の表面に圧接される押圧体を有し、前記切片を、前記係止爪と前記押圧体とにより挟んだ状態で保持する。

本発明によれば、加工刃により切り取った切片を保持する構成を備えながら、構成の簡素化を図ることができ、コンパクトで軽量な構成を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る孔開け装置の構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る孔開け装置の構成を示す側面図。 本発明の一実施形態に係る孔開け装置の構成を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る孔開け装置の構成を示す断面図。 本発明の一実施形態に係る孔開け装置の部分拡大断面図。 本発明の一実施形態に係る孔開け装置の部分拡大断面図。 本発明の一実施形態に係る孔開け装置の動作を示す説明図。

本発明は、孔開け装置として、加工刃を支持するとともに回転駆動する主軸部と、この主軸部に対して相対回転可能に外嵌された状態で設けられ、加工刃によって切り取られた切片を保持する保持爪部が設けられる外周支持部とを備える構成において、主軸部と外周支持部との相対的な回転を利用し、主軸部と外周支持部との主軸部の軸方向の相対的な移動等を行うことにより、動力源を減らし、装置のコンパクト化・軽量化を図ろうとするものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。

［孔開け装置の構成］
本実施形態に係る孔開け装置１は、例えば、自動車に用いられる樹脂製の燃料タンク等の中空状の部材を、孔開け加工の対象物（ワーク）とする。孔開け装置１は、ワークが有する孔部（以下「ワーク孔部」とする。）１０１を用いて、ワークに孔を開ける。つまり、孔開け装置１は、ワーク孔部１０１を有するワークに対してワーク孔部１０１の周囲を切り取ることで燃料タンクに孔を開ける。したがって、ワークにおいては、孔開け装置１により、ワーク孔部１０１を含む部分が切片１０２として切り取られる。

図１〜図４に示すように、本実施形態に係る孔開け装置１は、主軸部２と、加工刃３と、外周支持部４と、保持爪部５とを備える。

主軸部２は、孔開け装置１においてスピンドルを構成する部分であり、動力源による回転動力を受けて回転する。主軸部２は、軸部分２ａを基体部分とし、その軸部分２ａの軸中心（図２、軸中心線Ａ１参照）を回転軸として回転する。本実施形態の孔開け装置１においては、主軸部２は、モータ（スピンドルモータ）を動力源として回転する。

主軸部２は、軸部分２ａの軸方向（軸中心線Ａ１に沿う方向、以下「主軸方向」という。）の一端側に、スピンドルモータの回転駆動力が伝達されて回転する部分に連結される連結部（図示略）を有する。孔開け装置１は、主軸部２の連結部の部分を、スピンドルモータを含む駆動装置に対して連動連結させる。つまり、スピンドルモータの回転駆動力が、減速機等を介して主軸部２の連結部に伝達され、主軸部２が回転する。

このように、孔開け装置１は、所定の駆動装置に対して連結される孔開けツール（孔開けユニット）として構成される。そして、主軸部２において軸部分２ａの一端側に設けられる連結部は、いわゆるオートツールチェンジャにおける着脱部となる。以下の説明では、孔開け装置１において、主軸方向のうち、連結部が設けられる側（図２において上側）を上側とし、その反対側（同図において下側）を下側として上下方向を規定する。

主軸部２は、軸部分２ａの中途部分に、回転ベース２３を有する。回転ベース２３は、略矩形厚板状の外形を有するブロック部分であり、その両方の板面が上下を向くように、かつ中心の位置が軸中心線Ａ１に一致するように設けられる。回転ベース２３は、主軸部２の軸部分２ａを貫通させた態様で設けられる。

加工刃３は、主軸部２と一体的に設けられる。加工刃３は、主軸部２の軸中心線Ａ１に対して略平行に延びるように設けられ、下端部に刃面を形成する部分を有する。具体的には、加工刃３は、主軸部２に対して、主軸部２に固定される刃ベース３１と、刃ベース３１に固定される取付アーム３２を介して設けられる。

刃ベース３１は、略矩形板状の外形を有する部材であり、その両方の板面が上下を向くように設けられる。刃ベース３１は、主軸部２に固定される側の部分である基部３１ａと、基部３１ａから延設される支持部３１ｂとを有する。刃ベース３１においては、その略矩形板状の外形における長手方向の一側（図３における右側）の部分が基部３１ａとなり、同じく長手方向の他側（同図における左側）の部分が支持部３１ｂとなる。

刃ベース３１は、基部３１ａの部分を回転ベース２３上に位置させた状態で、例えばネジ等の固定部材により、主軸部２に対して固定される。刃ベース３１の支持部３１ｂは、基部３１ａから、軸中心線Ａ１に垂直な面に沿って水平方向に突出する部分であり、この支持部３１ｂの下側に、取付アーム３２が設けられる。

取付アーム３２は、刃ベース３１の支持部３１ｂから下側に向けて延設され、上下方向を長手方向とする幅狭の略板状の部材である。取付アーム３２の下端部に、加工刃３が固定される。

加工刃３は、全体として矩形板状の部材であり、長手方向の一側に、比較的板厚が厚い固定部３ａを有し、長手方向の他側に、固定部３ａよりも板厚が薄い部分であって刃面を形成する刃部３ｂを有する。加工刃３は、固定部３ａの部分が取付アーム３２の内側面（軸中心線Ａ１側の面）３２ｄの下端位置に形成された嵌合溝３２ｅに嵌合した状態で、固定プレート３３によって固定される。

固定プレート３３は、嵌合溝３２ｅに嵌合した状態の加工刃３の固定部３ａを覆うように、取付アーム３２の内側面３２ｄに対してボルト等の固定具によって固定される。このように、加工刃３は、取付アーム３２の下端部における内側面３２ｄ側において、取付アーム３２と固定プレート３３とによって固定部３ａの部分が挟まれ、取付アーム３２の下端から刃部３ｂを下方に向けて突出させた状態で固定される。

以上のように刃ベース３１および取付アーム３２を介して主軸部２と一体的に設けられる加工刃３は、主軸部２の回転にともなって主軸部２の軸中心回りの円周に沿って移動する。すなわち、加工刃３は、その刃先により、主軸部２の回転にともない、主軸方向についての加工刃３の刃先の位置における軸中心線Ａ１に垂直な平面において、軸中心線Ａ１の位置を中心として、その中心の位置から加工刃３の刃先の位置までの寸法（図２、符号Ｂ１参照）を半径とする円周を描くように移動する。つまり、加工刃３の刃先は、軸中心線Ａ１の位置を支点としてコンパスのような態様で円周に沿う軌跡を描く。したがって、加工刃３による切断線は、軸中心線Ａ１の位置を中心とする円周形状となる。

また、加工刃３は、例えば、軸中心線Ａ１を中心とする円周形状の径方向（以下「主軸径方向」という。）の位置が調整可能に設けられる。加工刃３の主軸径方向の位置調整のためには、例えば、加工刃３を支持する取付アーム３２を刃ベース３１に対して主軸径方向について位置調整可能に設ける構造が採用される。この構造においては、加工刃３の主軸径方向の位置は、取付アーム３２の刃ベース３１に対する主軸径方向の位置により調整される。

一方、主軸部２においては、加工刃３を支持する刃ベース３１および取付アーム３２に対するバランスウエイト３７が設けられている。バランスウエイト３７は、主軸部２において、主軸径方向について、加工刃３が設けられる側と反対側、つまり主軸部２から刃ベース３１の支持部３１ｂが突出する側と反対側に設けられる。本実施形態では、バランスウエイト３７は、直方体状のブロック体であり、図示せぬボルト等の固定具によって刃ベース３１に固定される。

図１〜図６を用いて、外周支持部４および保持爪部５について説明する。外周支持部４は、円筒状に構成されるホルダ部４１と、ホルダ部４１の下側に設けられる円板状の拡径プレート部４２とを有する。これらのホルダ部４１および拡径プレート部４２は、それぞれ主軸部２に対して同軸心上に設けられるとともに、回転ベース２３の下側において、主軸部２の軸部分２ａを貫通させた状態で設けられる。つまり、ホルダ部４１は、円筒状の外形において筒軸方向に沿う中心軸が軸中心線Ａ１に一致するように設けられ、拡径プレート部４２は、円板状の外形において板面に垂直な方向に沿う中心軸が軸中心線Ａ１に一致するように設けられる。

ホルダ部４１は、その中心軸部分に、主軸部２の軸部分２ａを貫通させる挿通孔４１ａを有する（図５参照）。ホルダ部４１は、主軸部２の軸部分２ａに対して、主軸方向に沿って摺動するように、かつ相対回転するように設けられる。つまり、ホルダ部４１は、挿通孔４１ａを形成する内周面の少なくとも一部を、主軸部２の軸部分２ａの外周面に接触させた状態で、軸部分２ａを貫通させる。また、拡径プレート部４２は、その中心軸部分に、主軸部２の軸部分２ａを貫通させる貫通孔部４２ａを有する（図５参照）。

拡径プレート部４２は、外周支持部４において、ホルダ部４１に対する拡径部分である。このため、拡径プレート部４２の上面の周縁部は、ホルダ部４１に対する段差面４２ｂとして、ホルダ部４１の周囲において円環状に露出する（図１、図５参照）。拡径プレート部４２は、ホルダ部４１の下側において、ホルダ部４１に固定された状態で設けられる。ホルダ部４１と拡径プレート部４２とは、ボルト４３によって互いに固定される。

ボルト４３は、ホルダ部４１の上下方向における中途部に設けられる鍔状のフランジ部４１ｂを貫通して、拡径プレート部４２の上面の周縁部である段差面４２ｂに開口するネジ穴にねじ込まれる。つまり、ボルト４３は、ホルダ部４１の周囲において、フランジ部４１ｂと拡径プレート部４２との間に上下方向に架設された態様で設けられる。本実施形態では、ホルダ部４１の円周方向について等間隔に配置される４本のボルト４３により、ホルダ部４１と拡径プレート部４２とが固定されている。

このような構成により、外周支持部４を構成するホルダ部４１と拡径プレート部４２とは、ボルト４３によって互いに固定され、主軸部２の軸部分２ａに対して一体的に主軸方向に相対移動し、また、主軸部２の軸部分２ａに対して一体的に軸中心線Ａ１回りに相対回転する。このように、外周支持部４は、主軸部２の軸部分２ａを挿通させた状態で設けられ、主軸部２と相対回転する。

保持爪部５は、外周支持部４に設けられ、ワーク孔部１０１に係止される係止爪５１を有し、加工刃３により切り取られたワークの切片１０２を保持するための構成である。保持爪部５は、外周支持部４の下側に設けられ、外周支持部４に対して介装プレート５２を介して設けられる爪支持部５３と、爪支持部５３に支持された状態で設けられた係止爪５１としての複数の爪５４とを有する。

介装プレート５２は、円板状の部材であり、主軸部２に対して同心配置される。つまり、介装プレート５２は、円板状の外形において板面に垂直な方向に沿う中心軸が軸中心線Ａ１に一致するように設けられる。介装プレート５２は、その中心軸部分に、主軸部２の軸部分２ａを貫通させるための孔部５２ａを有する（図５参照）。

介装プレート５２は、外周支持部４を構成する拡径プレート部４２に対して、拡径プレート部４２の下面側に、図示せぬボルト等の固定具によって固定される。介装プレート５２は、拡径プレート部４２に対して小さい外径を有する。具体的には、介装プレート５２は、拡径プレート部４２の上側に位置するホルダ部４１の拡径プレート部４２に固定される部分と略同じ外径を有する。したがって、拡径プレート部４２の下面においては、拡径プレート部４２の上面と同様に、介装プレート５２の周囲において円環状に露出する、介装プレート５２に対する段差面４２ｄが存在する（図５参照）。

爪支持部５３は、比較的外径が大きい基部５３ａと、基部５３ａに対して外径が小さい縮径部５３ｂとを有する。基部５３ａは、略円筒状の外形を有し、主軸部２に対して同軸心上に設けられる。基部５３ａは、その中心軸部分に、主軸部２の軸部分２ａを貫通させる挿通孔５３ｃを有する（図５参照）。基部５３ａは、介装プレート５２と略同じ外径を有する。基部５３ａは、爪支持部５３において、介装プレート５２に固定される部分である。爪支持部５３は、ボルト５５により、介装プレート５２に固定される。ボルト５５は、介装プレート５２を貫通して、基部５３ａの上面に開口するネジ穴５３ｄにねじ込まれる（図５参照）。

縮径部５３ｂは、略円筒状の外形を有し、主軸部２に対して同軸心上に設けられる。縮径部５３ｂは、その中心軸部分に、主軸部２の軸部分２ａを挿入させる挿入孔５３ｅを有する（図５参照）。縮径部５３ｂには、挿入孔５３ｅを外部に開口させる爪用開口５３ｆが形成されている。爪用開口５３ｆは、略円筒状の外形を有する縮径部５３ｂの外周部において、筒軸方向（主軸方向）に沿って縮径部５３ｂの略全体にわたってスリット状に形成される。このように縮径部５３ｂが有する挿入孔５３ｅおよび爪用開口５３ｆに、保持爪部５が有する爪５４の大部分が収容される。

爪５４は、全体として略棒状ないし略柱状の外形を有し、その大部分を構成する直線状の基部５４ａと、基部５４ａの一端側に設けられる係止部５４ｂと、基部５４ａの他端側に設けられる支持部５４ｃとを有する。係止部５４ｂは、直線状の基部５４ａに対して略直角に折れ曲った形状をなす部分である。つまり、係止部５４ｂは、基部５４ａとともに略Ｌ字状の形状をなす。

支持部５４ｃは、爪５４において係止部５４ｂが設けられる側と反対側の端部において、直線状の基部５４ａに対して係止部５４ｂと同じ側に鈍角をなすように折れ曲った形状部分である。爪５４は、支持部５４ｃにおいて、支持軸部５４ｄにより、回転可能に軸支される（図５参照）。支持軸部５４ｄは、基部５４ａに対する係止部５４ｂおよび支持部５４ｃの屈曲形状が表れる側面に対して垂直な方向を軸方向とする。

爪５４は、係止部５４ｂが下側となるように、つまり支持部５４ｃが上側となるように、かつ、基部５４ａに対して係止部５４ｂおよび支持部５４ｃが折れ曲る側が主軸径方向の外側を向くように、爪支持部５３に対して支持される。また、爪５４は、支持部５４ｃにおける支持軸部５４ｄの軸方向を、軸中心線Ａ１の位置を中心とする円周形状の接線方向に沿わせた向きに支持される。したがって、爪５４が支持軸部５４ｄを支点として回転することで、爪５４の下端側（係止部５４ｂ側）が、軸中心線Ａ１の位置に対して近接・離間することになる。

爪５４は、爪支持部５３において、基部５３ａおよび縮径部５３ｂの外形の範囲内に収まる態様で収容される。詳細には次のとおりである。爪５４のうち、支持軸部５４ｄにより支持される上端側の支持部５４ｃの部分は、爪支持部５３の基部５３ａの下端部において、縮径部５３ｂの爪用開口５３ｆに対して上側に連続する支持凹部５３ｇ内に位置する。また、爪５４のうち、基部５４ａおよび係止部５４ｂの部分は、爪用開口５３ｆから外側に臨んだ状態で、縮径部５３ｂの挿入孔５３ｅおよび爪用開口５３ｆに位置する。爪５４は、爪支持部５３に収容された状態において、直線状の基部５４ａが下側にかけて軸中心線Ａ１に近付くように傾斜するとともに、係止部５４ｂの先端が縮径部５３ｂの外周面から突出することなく外周面の位置と略一致するような姿勢となる。以下の説明では、このように爪５４が爪支持部５３に収容された状態を、爪５４について「収容状態」とする。

爪５４の収容状態は、爪支持部５３に設けられる押圧バネ５６の付勢力により保持される（図５参照）。押圧バネ５６は、爪５４における支持軸部５４ｄによる軸支位置よりも主軸径方向の外側の位置を、上側から下方に向けて押圧付勢するように設けられる。したがって、爪５４は、押圧バネ５６からの付勢力を受けることで、下端側（係止部５４ｂ側）が軸中心線Ａ１に近付く方向に付勢される。

押圧バネ５６は、巻きバネであり、爪支持部５３の基部５３ａにおいて、伸縮方向が上下方向となるように、爪支持部５３の基部５３ａ内に形成されるバネ孔５３ｈ内に収容される（図５、図６参照）。バネ孔５３ｈは、上記のとおり爪５４の支持部５４ｃが位置する支持凹部５３ｇに下端側を開口させるように、上下方向に形成される。

押圧バネ５６の下端部は、爪５４の上面側において押圧バネ５６から押圧される位置にて突出する係止突起５４ｅに外嵌されることで、爪５４に対して係止される。一方、押圧バネ５６の上端部は、係止突起５４ｅに対して上下方向に対向するように下向きに突出する係止ピン５７に外嵌した状態で支持される（図５参照）。

係止ピン５７は、爪支持部５３の基部５３ａの上端部に設けられる嵌合凹部５３ｊに嵌合するブロック体５８の下端面からバネ孔５３ｈ内に突出するように設けられる（図５、図６参照）。すなわち、バネ孔５３ｈの上端側は、嵌合凹部５３ｊに開口し、係止ピン５７は、ブロック体５８の下端面において、ブロック体５８が嵌合凹部５３ｊに嵌合した状態でバネ孔５３ｈに対応する位置に設けられる。ブロック体５８は、爪支持部５３の嵌合凹部５３ｊに嵌合した状態で、図示せぬボルト等の固定具によって固定され、爪支持部５３の一部を構成する。

本実施形態の孔開け装置１においては、保持爪部５は、軸中心線Ａ１を中心とする円周に対して等角度間隔で（１２０°間隔で）配置される３本の爪５４を有する。各爪５４が支持軸部５４ｄを中心として係止部５４ｂ側が軸中心線Ａ１から遠ざかるように回動することで、３本の爪５４は、下端側から軸中心線Ａ１を中心として放射状に開く態様となる。

３本の爪５４が開くように各爪５４が回動することで、各爪５４は、その係止部５４ｂを、爪用開口５３ｆを介して縮径部５３ｂの外周面から突出させた状態となる。一方、各爪５４が上述したように押圧バネ５６の付勢力によって回動することで、３本の爪５４は閉じた状態となる。なお、３本の爪５４が閉じた状態においては、３本の爪５４の下端部が軸中心線Ａ１の位置で互いに背中合わせの態様で接触する。

以上のように、本実施形態の保持爪部５は、係止爪５１として、主軸部２の軸中心（軸中心線Ａ１）回りに沿って所定の間隔を隔てて配置され、主軸部２の軸中心から放射状に開く３本の爪５４を有する。３本の爪５４は、互いに同じ高さ位置にて支持される。なお、孔開け装置１が係止爪５１として備える構成は、本実施形態に限定されない。係止爪５１としては、２本以下あるいは４本以上の爪を有する構成であってもよく、また、爪の形状や回動の方向や動作態様等についても特に限定されず、ワークの切片１０２を保持するためにワーク孔部１０１に係止される構成であればよい。

保持爪部５が有する爪５４に関し、３本の爪５４が開く動作は、主軸部２が有するテーパ形状による押出し作用により行われる。このため、主軸部２は、その先端部に、テーパ面２５ａを形成するピン２５を有する。

ピン２５は、円柱状の外形を有する部材であり、その中心軸が軸中心線Ａ１に一致するように設けられ、軸部分２ａと同心配置される。ピン２５は、その下側部分に、テーパ面２５ａを形成するテーパ部２ｂを有する。テーパ部２ｂは、下側を頂点側とする略円錐状の外形を有する。つまり、テーパ部２ｂによって形成されるテーパ面２５ａは、略円錐面に沿う形状である。

ピン２５は、主軸部２の軸部分２ａの下側において、軸部分２ａに対して軸受部２６を介して設けられる。ピン２５は、軸部分２ａとの間に軸受部２６を介装することにより、軸部分２ａに対して相対回転するように設けられる。

ピン２５は、保持爪部５に対して相対的に下側に移動することで、テーパ面２５ａによって３本の爪５４を押すことで、３本の爪５４を開いた状態とする。詳細には次のとおりである。上述したように、爪５４の収容状態においては、直線状の基部５４ａは、下側にかけて軸中心線Ａ１に近付くように傾斜する。これに対し、主軸部２のテーパ面２５ａは、収容状態の爪５４の基部５４ａと略同じ傾斜角度をなす。

本実施形態の孔開け装置１においては、通常、ピン２５は、テーパ部２ｂのテーパ面２５ａを、収容状態の３本の爪５４の内側面である背面５４ｆに略接触させる位置状態にある（図５参照）。ここで、ピン２５の保持爪部５に対する相対的な高さ位置は、保持爪部５と主軸部２との主軸方向の相対的な位置関係により定まる。

上記のとおり主軸部２のテーパ面２５ａが収容状態の３本の爪５４の背面５４ｆに略接触した状態から、主軸部２が外周支持部４に対して相対的に下側に移動することで、ピン２５がテーパ面２５ａを爪５４の背面５４ｆに接触させた状態で摺動し、爪５４が徐々に支持軸部５４ｄを中心として外側に回動する。つまり、テーパ面２５ａの爪５４に対する下方への相対移動により、縮径部５３ｂ内において爪５４のうち爪用開口５３ｆから内側に突出する部分が、爪用開口５３ｆの位置まで外側に押し出される。

そして、ピン２５の爪５４に対する下方への相対移動が進み、ピン２５におけるテーパ部２ｂよりも上側における円柱状の最大外径部分が、爪５４の基部５４ａに達することで、３本の爪５４が開いた状態となる。３本の爪５４が開いた状態においては、爪５４の係止部５４ｂの部分が、縮径部５３ｂの外周面から主軸径方向の外側に突出した状態となる（図４参照）。このように主軸部２のテーパ部２ｂによって３本の爪５４が開いた状態が、保持爪部５がワーク孔部１０１に係止した状態となる。

以上のように、本実施形態の孔開け装置１が備える主軸部２は、外周支持部４に対する主軸方向の相対的な移動により、３本の爪５４を開くテーパ部２ｂを有する。本実施形態では、主軸部２が有するテーパ部２ｂは、主軸部２の下端部を構成するピン２５の下側部分である。以下の説明では、上述したように３本の爪５４が開いた状態を爪５４について「開状態」とする。

以上のような構成を備える本実施形態の孔開け装置１においては、主軸部２と、主軸部２の軸部分２ａに外嵌される外周支持部４とがネジ係合しており、主軸部２と外周支持部４との相対回転により、主軸部２と外周支持部４との主軸方向についての相対的な位置が変化する。このため、主軸部２および外周支持部４は、互いの相対的な回転により、主軸部２と外周支持部４との主軸方向の相対的な位置を変化させるネジ部を有する。

主軸部２は、回転ベース２３よりも下側の軸部分２ａにおいて、外周面にネジ面が形成されたネジ部２７を有する。ネジ部２７は、主軸部２の軸部分２ａにおいて、主軸方向について、主軸部２に対する外周支持部４の可動範囲に応じて所定の範囲に設けられる。

一方、主軸部２の軸部分２ａを貫通させる外周支持部４側においては、拡径プレート部４２の内周部に、主軸部２のネジ部２７に対してネジ係合するナット部４７を有する。つまり、ナット部４７の内周面には、雄ネジであるネジ部２７に対する雌ネジとなるネジ面が形成されている。上述したように拡径プレート部４２において主軸部２の軸部分２ａを貫通させる貫通孔部４２ａ（図５）は、ナット部４７により雌ネジ部として構成される。

本実施形態では、主軸部２のネジ部２７と外周支持部４のナット部４７とは、ボールネジを構成する。すなわち、ネジ部２７における外周面のネジ溝と、ナット部４７における内周面のネジ溝との間には、所定の経路を循環する多数の転動体（ボール）が内装される。これにより、主軸部２と外周支持部４との相対的な回転にともなう主軸方向の直線移動が円滑に行われる。

なお、主軸部２のネジ部２７と外周支持部４のナット部４７とは、ボールネジのほか、例えば台形ネジ等であってもよく、また、拡径プレート部４２の内周面に直接的にネジ面が形成されてもよい。つまりは、主軸部２と外周支持部４とは、互いの相対的な回転動作が相対的な主軸方向の直線動作に変換される状態で互いに係合されればよい。

以上のように、孔開け装置１においては、加工刃３が設けられた主軸部２と、保持爪部５が設けられた外周支持部４とが、軸中心線Ａ１を回転軸方向として相対回転する。孔開け装置１によるワークに対する実際の孔開け動作においては、静止した状態の外周支持部４および保持爪部５に対して、主軸部２および加工刃３が一体的に回転する。つまり、主軸部２および加工刃３が回転部分となるのに対し、外周支持部４および保持爪部５が無回転部分となる。

また、本実施形態の孔開け装置１においては、外周支持部４は、ワークの切片１０２となる部分の表面に圧接される押圧体としての押圧プレート４５を有する。押圧プレート４５は、外周支持部４において拡径プレート部４２の下側に設けられ、爪支持部５３を貫通させる円環状の板状部材である。

押圧プレート４５は、円環板状の外形において板面に垂直な方向に沿う中心軸が軸中心線Ａ１に一致するように設けられる。押圧プレート４５は、拡径プレート部４２と略同じ外径を有し、円環状の上面４５ａを、上述したように拡径プレート部４２の下面において円環状に露出する段差面４２ｄに対向させる。押圧プレート４５は、水平方向に沿う姿勢を保った状態で、上下方向を伸縮方向とするバネ４６により、下方に向けて付勢された状態で設けられる。

バネ４６は、巻きバネであり、拡径プレート部４２と押圧プレート４５との間に設けられる棒状の支持ピン４８に外嵌された状態で設けられる。支持ピン４８は、拡径プレート部４２の下面側の段差面４２ｄと、押圧プレート４５の上面４５ａとの間に上下方向に架設された態様で設けられる。

支持ピン４８は、拡径プレート部４２を上下方向に貫通し、拡径プレート部４２の下面側から下方に突出する。支持ピン４８の下端部は、拡径プレート部４２の下側に位置する押圧プレート４５に固定される。支持ピン４８は、拡径プレート部４２に形成された貫通孔（図示略）に挿通される。この貫通孔の孔径は、支持ピン４８が拡径プレート部４２に対して相対移動できる程度に、支持ピン４８の外径と略同じ大きさである。

支持ピン４８は、その上端部に、拡径プレート部４２に対する支持ピン４８の下方向への移動を所定の位置で規制する係止部４８ａを有する。係止部４８ａは、支持ピン４８において板状に拡径された鍔状の部分であり、拡径プレート部４２の上側の段差面４２ｂに接触することで、支持ピン４８が拡径プレート部４２から脱落することを規制する。

バネ４６は、支持ピン４８に外嵌された状態で、拡径プレート部４２の段差面４２ｄと押圧プレート４５の上面４５ａとの間に挟まれた状態で、拡径プレート部４２と押圧プレート４５とが離れる方向に付勢力を作用させる。つまり、バネ４６は、拡径プレート部４２に対して押圧プレート４５を押し下げるように付勢する。これに対し、支持ピン４８の係止部４８ａが拡径プレート部４２の上側の段差面４２ｂに係止されることで、拡径プレート部４２と押圧プレート４５とが離間することが規制される。

このように、押圧プレート４５は、拡径プレート部４２に対して下向きに付勢された状態で支持される。本実施形態では、拡径プレート部４２に対して押圧プレート４５を付勢支持するバネ４６および支持ピン４８が、軸中心線Ａ１を中心とする円周に対して等角度間隔で（９０°間隔で）４箇所に配置されている。

このようにバネ４６および支持ピン４８によって拡径プレート部４２に対して付勢支持される押圧プレート４５を有する構成において、押圧プレート４５の下面４５ｂが押圧面となり、押圧プレート４５がワークの表面に圧接される。押圧プレート４５がワークに圧接された状態においては、押圧プレート４５がバネ４６による付勢力に抗して拡径プレート部４２に近付き、押圧プレート４５が拡径プレート部４２に近付いた分、支持ピン４８の上端部が拡径プレート部４２の上側の段差面４２ｂから突出し、係止部４８ａが段差面４２ｂ（図５）から浮き上がった状態となる（図４参照）。

このように下向きに付勢支持される押圧プレート４５を有する外周支持部４は、加工刃３により切り取られた切片１０２を、保持爪部５の係止爪５１（爪５４）と押圧プレート４５とにより挟んだ状態で保持する。

詳細には、切片１０２は、ワークの表面に接触する押圧プレート４５の下面４５ｂと、ワーク孔部１０１の下側の開口端面に接触する３本の爪５４の係止部５４ｂの上側の面となる係止面５４ｇとより上下方向に挟まれた状態で保持される。ここで、切片１０２を保持する保持力、つまり切片１０２を上下方向から挟む挟持力は、上述したように互いにネジ係合する主軸部２と外周支持部４との相対的な回転にともなう、主軸部２に対する外周支持部４の上昇移動の動作によって得られる。

［孔開け装置による孔開け動作］
以上のような構成を備える本実施形態の孔開け装置１による孔開け動作について、図７を用いて説明する。なお、図７においては、本実施形態の孔開け装置１の構成を適宜省略して模式的に表している。また、孔開け動作の説明においては、孔開け装置１における上下方向をワークにおける上下方向とする。

図７（ａ）に示すように、本実施形態では、ワーク孔部１０１は、中空状の部材であるワークの表面１０３に対して凹部を形成する部分であり、凹部の底面を形成する底板部１０１ａを有する。ワーク孔部１０１においては、底板部１０１ａをその板面に垂直な方向に貫通するように、孔１０１ｂが形成されている。このようなワーク孔部１０１を有するワークに対し、以下のようにして孔開け装置１による孔開け動作が行われる。なお、孔開け装置１は、孔開け動作において、スピンドルモータを有する駆動装置に連結された状態で、所定の移動装置によって移動させられる。

まず、図７（ａ）に示すように、孔開け装置１が、ワーク孔部１０１に対して、軸中心線Ａ１の位置をワークの孔１０１ｂの中心位置に一致させた状態で下降する（矢印Ｘ１参照）。ここで、孔開け装置１は、押圧プレート４５の下面４５ｂをワークの表面１０３に押圧接触させるとともに、保持爪部５を構成する爪支持部５３の縮径部５３ｂをワークの孔１０１ｂに挿入させる。このように孔開け装置１がワークに近付く過程においては、爪５４は収容状態となっており、また、ピン２５は爪５４に対してテーパ部２ｂを略接触させた状態となっている。

図７（ａ）に示すように爪支持部５３の縮径部５３ｂがワークの孔１０１ｂに挿入された状態から、同図（ｂ）に示すように、孔開け装置１は、スピンドルモータによる回転駆動力を受け、主軸部２を、軸中心線Ａ１を回転軸線として高速回転させる（矢印Ｘ２参照）。こうした孔開け装置１の回転動作においては、主軸部２および加工刃３が回転部分となり、外周支持部４および保持爪部５が無回転部分となる。

ここで、主軸部２が回転することによる外周支持部４および保持爪部５の共回りは、押圧プレート４５のワークの表面１０３に対する押圧作用によって得られる下面４５ｂと表面１０３間の摩擦力によって規制される。そして、押圧プレート４５がワークの表面１０３に圧接した状態においては、拡径プレート部４２がバネ４６による付勢力に抗して押圧プレート４５に近付き、支持ピン４８の係止部４８ａが拡径プレート部４２の段差面４２ｂから浮き上がった状態となる。

主軸部２が回転することにともない、加工刃３は、その刃先が軸中心線Ａ１の位置を中心とする円周を描くように移動する。また、主軸部２が外周支持部４に対して回転することで、ネジ部２７とナット部４７とのネジ係合作用によって、主軸部２および加工刃３が軸中心線Ａ１回りに回転しながら、ワークの表面１０３に下面４５ｂを接触させて無回転状態の外周支持部４および保持爪部５に対して下方に移動する。

このように主軸部２および加工刃３が下方に移動する過程において、ピン２５が保持爪部５に対して下方に移動することで、各爪５４がテーパ部２ｂによって押されることで支持軸部５４ｄを起点に回動し（矢印Ｘ３参照）、３本の爪５４が開状態となる。なお、３本の爪５４を開かせるピン２５は、上述したように主軸部２の軸部分２ａに対して相対回転するように設けられることから、爪５４に接触した状態で無回転部分となる。

３本の爪５４が開状態となることで、縮径部５３ｂの外周面から突出する爪５４の係止部５４ｂが、ワーク孔部１０１に対して係止した状態となる。かかる状態においては、係止部５４ｂの係止面５４ｇ（図５参照）が、ワーク孔部１０１における底板部１０１ａの下端面、つまり孔１０１ｂの下側の開口端面１０１ｃ（図７（ａ））に接触した状態となる。

このように主軸部２および加工刃３が外周支持部４および保持爪部５に対して下方に移動し、３本の爪５４がワーク孔部１０１に対して係止した状態となるまでの過程において、円周に沿って移動する加工刃３がワークに作用し、ワーク孔部１０１の周囲が切断される。すなわち、上記のようなネジ係合作用による主軸部２および加工刃３の下降動作にともない、円周に沿って移動している状態の加工刃３がワークの表面１０３に押し付けられながら刃先によって軸中心線Ａ１を中心とする円周を繰り返しなぞることで、その刃先の軌跡に沿ってワークが切断される。

図７（ｂ）に示すように、加工刃３により切り取られた切片１０２は、保持爪部５によって保持された状態となる。つまり、切片１０２は、ワークの表面１０３に接触する押圧プレート４５の下面４５ｂと、ワーク孔部１０１の下側の開口端面１０１ｃに接触する３本の爪５４の係止部５４ｂの係止面５４ｇとより上下方向に挟まれた状態で保持される。ここで、保持爪部５によって保持される切片１０２は、外周支持部４および保持爪部５に対する主軸部２の主軸方向の相対移動により、上方に引き上げられる作用を受ける。

そして、図７（ｃ）に示すように、切片１０２を保持した状態の孔開け装置１がワークに対して上昇することで（矢印Ｘ４参照）、ワークから切片１０２が取り除かれる。これにより、ワークの表面部において開口する孔１０４が形成される。孔１０４は、加工刃３による円周に沿う切断面となる内周面１０４ａにより形成される。孔１０４の孔径は、軸中心線Ａ１の位置から加工刃３の刃先の位置までの寸法（図２、符号Ｂ１参照）の２倍となる。

切片１０２を保持した状態の孔開け装置１は、移動装置によって所定の場所に移動される。そして、孔開け装置１に保持された状態の切片１０２は、例えば、主軸部２が孔開け動作の回転に対して逆回転させられることで、保持状態から解放され、所定の場所にて回収される。本実施形態では、ワークから切り取られた切片１０２は、逆ハット状の形状となる。

以上のような本実施形態の孔開け装置１によれば、次のような効果が得られる。孔開け装置１においては、ワークから切り取られた切片１０２が押圧プレート４５と爪５４とによって上下に挟持された状態で保持されることから、孔開けにより生じた切片１０２の脱落を防止することができる。したがって、例えばワークが燃料タンクの場合、孔開けにより生じた切片１０２がタンク内に落下することを防止することができる。

また、本実施形態の孔開け装置１においては、ワーク孔部１０１に爪５４を係止させるための動作に、互いのネジ部によってネジ係合する主軸部２と外周支持部４との相対的な回転が利用される。すなわち、本実施形態の孔開け装置１においては、スピンドルモータによって回転駆動させられる主軸部２の外周支持部４に対する相対回転動作により、主軸部２と外周支持部４との主軸方向の相対的な移動、３本の爪５４の開動作、切片１０２の引上げといった、孔開けを行うための各部の動作が行われる。

この点、従来の孔開け装置は、例えば、スピンドルを回転させるための動力源、ワーク孔部に係止される爪を支持する部分を昇降させるための動力源、爪をワーク孔部に係止させるに際して複数の爪を広げるための動力源等の複数の動力源を必要とする。このため、従来の孔開け装置によれば、装置が大がかりなものとなり、装置の小型化や軽量化を図ることが難しい。これに対し、本実施形態の孔開け装置１によれば、スピンドルモータ等の、主軸部２を回転駆動するための動力源のみにより、孔開けを行うための各部の動作が行われる。このため、本実施形態の孔開け装置１は、装置の小型化や軽量化の面で有利である。

以上のように、本実施形態の孔開け装置１によれば、加工刃３により切り取った切片１０２を保持する構成を備えながら、構成の簡素化を図ることができ、コンパクトで軽量な構成を実現することができる。

また、本実施形態の孔開け装置１は、ワークを係止するための構成として、外周支持部４に対する主軸部２の主軸方向の相対的な移動にともないピン２５のテーパ部２ｂによって軸中心線Ａ１から放射状に開く３本の爪５４を有する。このような構成を採用することにより、ワークから切り取られた切片１０２を確実に保持することができ、爪５４の係止動作についてスムーズな動作を簡単な構造によって容易に実現することができる。

また、本実施形態の孔開け装置１は、外周支持部４においてワークの切片１０２となる部分の表面に圧接される押圧体としての押圧プレート４５を有し、切片１０２を、３本の爪５４と押圧プレート４５とにより挟んだ状態で保持する構成を採用する。これにより、ワークから切り取られた切片１０２をより確実に保持することができ、孔開けにより生じた切片１０２の脱落を確実に防止することができる。

以下では、本実施形態に係る孔開け装置１の適用例について説明する。この適用例では、孔開け装置１によって孔開け加工を受けるワークが自動車に用いられる樹脂製の燃料タンクである場合について説明する。

この適用例では、孔開け装置１は、燃料タンクの製造ラインにおいて、移動装置としてのロボットアームに支持された状態で、ロボットアームの動作によって移動させられる。ロボットアームは、様々な位置および角度に姿勢制御されるフレキシブルな多関節ロボットとして構成される。孔開け装置１は、ロボットアームの動作によってロボットアームの可動範囲において三次元方向に移動可能に設けられる。

孔開け装置１は、ロボットアームの先端に設けられる駆動装置に対して連結される孔開けツールとして用いられる。この駆動装置は、孔開け装置１の主軸部２に対して回転駆動力を与えるためのスピンドルモータを有する。駆動装置は、孔開け装置１が連結されるツール連結部において孔開け装置１を支持する。

スピンドルモータの回転駆動力は、減速機等を介して、ツール連結部に連結された孔開け装置１に伝達される。ツール連結部においては、上述したように孔開け装置１においてオートツールチェンジャにおける着脱部となる連結部の部分が連結される。また、駆動装置は、スピンドルモータに対する電気系統の配線等が収容される配線ボックス等を有する。

燃料タンクは、燃料が収容される空間を形成する表面部に、ワーク孔部１０１を有する。ワーク孔部１０１は、燃料タンクにおいて複数箇所（例えば３箇所）に設けられる。ワーク孔部１０１は、燃料タンクの製造工程において、金型内で溶融樹脂にエアを吹き込んで膨らませるブロー成形の際に用いられるエアの吸排気を行うための孔を有する。

所定の位置に搬送された燃料タンクに対して、ロボットアームに支持された孔開け装置１により、孔開け加工が行われる。燃料タンクが３箇所にワーク孔部１０１を有する場合、３箇所のワーク孔部１０１に対して、孔開け装置１がロボットアームによって各ワーク孔部１０１に対応する位置に移動させられることで、予め設定された所定の順序で孔開け加工が行われる。

各ワーク孔部１０１においては、ワーク孔部１０１が有する孔（図７（ａ）、孔１０１ｂ参照）が用いられ、上述したような孔開け動作により、ワーク孔部１０１の周囲が加工刃３によって円周に沿って切断され、円形の孔が開けられる。燃料タンクに開けられた孔（図７（ｃ）、孔１０４参照）は、例えば、ゲージやセンサ等の各種部品を燃料タンクに装着するために用いられる。孔が開けられた燃料タンクは、所定の経路によって次の工程へと搬送される。

この適用例においては、例えば、燃料タンクに開ける孔の大きさに応じて、孔開けツールとしての孔開け装置１が複数準備される。そして、所定の場所にセットされた複数の孔開け装置１に対して、ロボットアームの動作とオートツールチェンジャによって孔開け装置１が自動的に交換され、ワーク孔部１０１ごとに対応する孔開け装置１が用いられて孔開け加工が行われる。

以上のような適用例のように、本実施形態の孔開け装置１を用いることで、装置のコンパクト化・軽量化が図れることから、孔開け装置１をロボットアームに支持させることができる。これにより、例えばワークに対して複数の孔を開ける場合も、１体のロボットアームで対応することができることから、孔開け加工現場においてスペース面での制約が小さくなり、省スペース化を図ることができ、また、高い汎用性が得られる。

従来、燃料タンクの孔開け加工現場においては、孔開け装置が、燃料タンクの各孔に対して個別に、しかも定置式の設備として設けられる状況があった。かかる状況は、スペース面で大きな制約を受け、また、汎用性に乏しい。これに対し、本実施形態の孔開け装置１によれば、上記のとおりロボットアームを用いることができることから、孔開け装置の設置スペースや汎用性の面で高い改善効果を得ることができる。事実、本実施形態の孔開け装置１によれば、従来の孔開け装置との比較において、１ユニットサイズ（全体の外形サイズ）を６０％程度縮小することができるという効果が実証されている。

１ 孔開け装置
２ 主軸部
３ 加工刃
４ 外周支持部
５ 保持爪部
２ｂ テーパ部
２７ ネジ部
４５ 押圧プレート（押圧体）
４７ ナット部（ネジ部）
５１ 係止爪
５４ 爪
１０１ ワーク孔部
１０２ 切片
１０４ 孔

Claims (3)

1. 孔部を有する対象物に対して前記孔部の周囲を切り取ることで前記対象物に孔を開ける孔開け装置であって、
   回転動力を受けて回転する主軸部と、
   前記主軸部に設けられ、前記主軸部の回転にともなって前記主軸部の軸中心回りの円周に沿って移動する加工刃と、
   前記主軸部の軸部分を挿通させた状態で設けられ、前記主軸部と相対回転する外周支持部と、
   前記外周支持部に設けられ、前記孔部に係止される係止爪を有し、前記加工刃により切り取られた前記対象物の切片を保持するための保持爪部と、を備え、
   前記主軸部および前記外周支持部は、互いの相対的な回転により、前記主軸部と前記外周支持部との前記主軸部の軸方向の相対的な位置を変化させるネジ部を有し、
   前記ネジ部による前記主軸部の前記外周支持部に対する前記軸方向の相対的な移動により、前記係止爪を前記孔部に係止させる、
   孔開け装置。
2. 前記保持爪部は、前記係止爪として、前記主軸部の軸中心回りに沿って所定の間隔を隔てて配置され、前記主軸部の軸中心から放射状に開く複数の爪を有し、
   前記主軸部は、前記外周支持部に対する前記軸方向の相対的な移動により、前記複数の爪を開くテーパ部を有する、
   請求項１に記載の孔開け装置。
3. 前記外周支持部は、前記対象物の切片となる部分の表面に圧接される押圧体を有し、
   前記切片を、前記係止爪と前記押圧体とにより挟んだ状態で保持する、
   請求項１または請求項２に記載の孔開け装置。

Images