(57)【要約】【課題】難削材にドリル１１によって孔あけ加工を施す際に、層間剥離が発生しそうなことを正確に予測して、層間剥離の発生を未然に回避する。【解決手段】穿孔装置は、被穿孔物４の孔あけを行うドリル１１と、ドリル１１を回転させる回転駆動手段１２と、ドリル１１を送る送り手段１３と、穿孔中にドリル１１に作用するスラスト力を検知する検知手段２３と、被穿孔物４における孔出口側の面からドリル１１の肩部までの距離に相当する残り距離と、ドリル１１の許容スラスト力との関係を記憶している記憶手段３２と、検知されたスラスト力とドリル１１の送り量に基づく残り距離と記憶されている許容スラスト力とに基づいて、スラスト力が許容スラスト力を超えているか否かを判定すると共に、スラスト力が許容スラスト力を超えたときには、送り手段１３に対して、ドリル１１を原点位置に戻させる制御手段３２と、を備えている。【選択図】図２
2011036984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造を有する被穿孔物の孔あけを行うドリルと、
前記ドリルを所定の回転数で回転させる回転駆動手段と、
前記回転しているドリルを前記被穿孔物に対して所定の送り速度で送る送り手段と、
穿孔中に前記ドリルに作用するスラスト力を検知する検知手段と、
前記被穿孔物における孔出口側の面から前記ドリルの肩部までの距離に相当する残り距離と、前記ドリルの許容スラスト力との関係を記憶している記憶手段と、
前記検知されたスラスト力と、前記ドリルの送り量に基づく前記残り距離と、前記記憶されている許容スラスト力とに基づいて、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えているか否かを逐次判定すると共に、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときには、前記送り手段に対して、前記ドリルを原点位置に戻させる制御手段と、を備えている穿孔装置。
【請求項２】
請求項１に記載の穿孔装置において、
前記制御手段は、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときには、前記送り手段に対して、前記ドリルの送り速度を低下させ、
前記送り速度の低下後に、前記前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときには、前記送り手段に対して、前記ドリルを原点位置に戻させる穿孔装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の穿孔装置において、
前記送り手段は、前記ドリルの送り速度を、その送り量が所定量になるまでは相対的に速く設定する一方、前記所定量になった以降は相対的に遅く設定する穿孔装置。
【請求項４】
積層構造を有する被穿孔物に対してドリルにより孔あけを行う穿孔方法であって、
所定の回転数で回転している前記ドリルを前記被穿孔物に対し、所定の送り速度で送る工程、
前記ドリルに作用するスラスト力を検知する工程、
前記検知したスラスト力と、前記被穿孔物における孔出口側の面から前記ドリルの肩部までの距離に相当する残り距離に基づき設定される許容スラスト力と、を逐次比較する工程、及び、
前記検知したスラスト力が前記許容スラスト力を超えたときに、前記ドリルを原点位置に戻す工程、を備えている穿孔方法。
【請求項５】
請求項４に記載の穿孔方法において、
前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときに、前記ドリルの送り速度を低下させる工程をさらに備え、
前記送り速度を低下した後に、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときには、前記ドリルを原点位置に戻す穿孔方法。
【請求項６】
請求項４に記載の穿孔方法において、
前記ドリルの送り量が所定の送り量になったときに、当該ドリルの送り速度を低下させる工程をさらに備えている穿孔方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、例えば難削材である繊維強化プラスチック等の複合材に、ドリルによって孔あけ加工を施す穿孔装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば炭素繊維強化プラスチック（Cabon Fiber Reinforced Plasｔics：ＣＦＲＰ）等の複合材は、切削加工の分野においては難削材に区分され、特に積層構造を有するＣＦＲＰにドリルによる孔あけ加工を施したときには、その孔の出口側において層間剥離が発生する場合がある。ＣＦＲＰが航空機部品として用いられる場合には、高い加工品質が要求されることから、層間剥離が発生したときにはそれを補修をしなければならず、その補修にコスト及び時間がかかってしまう。こうした層間剥離の発生は工具摩耗に起因する。例えば特許文献１は、工具寿命を延ばすことによって層間剥離の発生を長時間に亘って抑制するようにしたドリルを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３９８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記特許文献１に開示されたドリルであっても、孔あけ個数が増加して工具摩耗が進行した場合には、層間剥離を生じ得ることになる。層間剥離の発生を確実に回避しようとすれば、工具摩耗の進行によって層間剥離が発生しそうなことを正確に予測して、工具の交換を適切に行う必要がある。
【０００５】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繊維強化プラスチックを始めとする難削材にドリルによって孔あけ加工を施す際に、層間剥離が発生しそうなことを正確に予測して、層間剥離の発生を未然に回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的に鑑みて、本願発明者らが検討を重ねたところ、孔の出口側で発生する層間剥離は、ドリルの先端が被穿孔物の出口側に相当する面の近傍にまで到達して以降の、ドリルの先端と肩部との間で被穿孔物の厚みが薄くなった部分（つまり、縦断面では、孔の中心から周縁に向かって厚みが増大するような概略三角形状となって、その周縁側において片持ち支持される部分。以下、片持ち部分ともいう）において生じていることを見出した。このことから、層間剥離は、ドリルのスラスト力と、当該片持ち部分における層間接着の強度等に基づく耐力（せん断力）との大小関係に起因して発生し、ドリルの摩耗によりスラスト力が増大したときには、片持ち部分における耐力を上回って層間剥離が生じると推定される。このように層間剥離の発生は、単にドリルのスラスト力の大小だけに起因するのではなく、片持ち部分における耐力も関係し、当該耐力はドリルの送り量（言い換えると、穿孔中の孔が当該被穿孔物の出口側の面に完全に貫通するまでの残り距離であり、この残り距離は、被穿孔物の出口側の面からドリルの肩部までの距離に相当する）によって変化する、つまり、ドリルの送り量が大きくなって残り距離が短くなるほど、片持ち部分の厚みが薄くなって耐力は低下する。
【０００７】
そこで、本願発明者らは、例えば荷重試験を事前に行うことによって、残り距離と許容スラスト力との関係を予め得るようにしておくと共に、孔あけ最中にはドリルのスラスト力を検知することにより、検知したスラスト力が、残り距離の関数である許容スラスト力を超えるか否かに基づいて層間剥離が発生しそうなことを正確に予測して、層間剥離の発生を未然に防止し得ることに着目した。
【０００８】
ここに開示する穿孔装置は、積層構造を有する被穿孔物の孔あけを行うドリルと、前記ドリルを所定の回転数で回転させる回転駆動手段と、前記回転しているドリルを前記被穿孔物に対して所定の送り速度で送る送り手段と、穿孔中に前記ドリルに作用するスラスト力を検知する検知手段と、前記被穿孔物における孔出口側の面から前記ドリルの肩部までの距離に相当する残り距離と、前記ドリルの許容スラスト力との関係を記憶している記憶手段と、前記検知されたスラスト力と、前記ドリルの送り量に基づく前記残り距離と、前記記憶されている許容スラスト力とに基づいて、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えているか否かを逐次判定すると共に、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときには、前記送り手段に対して、前記ドリルを原点位置に戻させる制御手段と、を備えている。
【０００９】
この構成によると、前述したように、例えば静荷重試験等を通じて、穿孔中の孔が被穿孔物の出口側の面に完全に貫通するまでの残り距離と許容スラスト力との関係を予め取得し、記憶手段に記憶しておく一方で、ドリルを用いて被穿孔物に孔あけ加工を施している最中には、検知手段によりドリルのスラスト力を検知する。
【００１０】
そうして、検知したスラスト力と、その時の残り距離に対応する許容スラスト力とを逐次比較する。スラスト力が許容スラスト力以下であるときには、層間剥離が発生しないとして孔あけ加工を継続する一方、ドリルの摩耗等によりスラスト力が増大し、そのスラスト力が許容スラスト力を超えたときには、層間剥離が発生し得るため、孔あけ加工を中断すべくドリルを原点位置に戻させる。その後は、摩耗したドリルを、新しいドリルと交換して孔あけ加工を再開すればよい。
【００１１】
従ってこの穿孔装置では、積層構造を有する被穿孔物に孔あけ加工を施しているときに層間剥離が発生してしまうことが、未然にかつ確実に回避し得る。
【００１２】
前記制御手段は、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときには、前記送り手段に対して、前記ドリルの送り速度を低下させ、前記送り速度の低下後に、前記前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときには、前記送り手段に対して、前記ドリルを原点位置に戻させる、としてもよい。
【００１３】
ドリルの送り速度を低下させることによりドリルのスラスト力が低下するため、許容スラスト力以下となって、層間剥離の発生を回避し得る。つまりこの構成では、検知したスラスト力が許容スラスト力を超えたときには先ず、ドリルの送り速度の低下によりスラスト力を低下させて孔あけ加工を継続すると共に、その送り速度を低下させた状態で、スラスト力が許容スラスト力を超えたときには、ドリルの摩耗が激しく、これ以上、孔あけ加工を継続したのでは層間剥離が生じ得るとして、ドリルを原点位置に戻す。そうしてドリルを交換するようにする。従ってこの構成では、前記と同様に、層間剥離の発生を未然にかつ確実に回避しつつも、ドリルの交換頻度は抑制されるため、コストの点で有利になる。
【００１４】
前記送り手段は、前記ドリルの送り速度を、その送り量が所定量になるまでは相対的に速く設定する一方、前記所定量になった以降は相対的に遅く設定する、としてもよい。
【００１５】
前述したように層間剥離は、穿孔中の孔が出口側に完全に貫通する直前において発生しやすく、そこに至るまでの間は発生し難いことから、送り量が所定量になるまでの孔あけ加工の初期から中期にかけての期間では、ドリルの送り速度を比較的速く設定して、ドリルのスラスト力を大きくしても層間剥離は発生しない。逆にドリルの送り速度を比較的速く設定することは、ドリルの摩耗を抑制すると共に、孔あけ加工の効率を向上させる。
【００１６】
そうして、送り量が所定量になった以降の孔あけ加工の後期においては、ドリルの送り速度を相対的に低下してスラスト力を低下させることにより、層間剥離の発生が回避し得る。
【００１７】
ここに開示する穿孔方法は、積層構造を有する被穿孔物に対してドリルにより孔あけを行う穿孔方法であって、所定の回転数で回転している前記ドリルを前記被穿孔物に対し、所定の送り速度で送る工程、前記ドリルに作用するスラスト力を検知する工程、前記検知したスラスト力と、前記被穿孔物における孔出口側の面から前記ドリルの肩部までの距離に相当する残り距離に基づき設定される許容スラスト力と、を逐次比較する工程、及び、前記検知したスラスト力が前記許容スラスト力を超えたときに、前記ドリルを原点位置に戻す工程、を備えている。
【００１８】
この方法によると、ドリルを用いて被穿孔物に孔あけ加工を施している最中に、ドリルのスラスト力を検知し、その検知したスラスト力と、予め取得しておいた、残り距離に対応する許容スラスト力とを比較する。スラスト力が許容スラスト力以下であるときには、層間剥離が発生しないとして、孔あけ加工を継続すればよい。一方、スラスト力が許容スラスト力を超えたときには、層間剥離が発生し得るとして孔あけ加工を中断すべく、ドリルを原点位置に戻す。これによって、積層構造を有する被穿孔物に孔あけ加工を施しているときに層間剥離が発生してしまうことが、未然にかつ確実に回避し得る。尚、孔あけ加工を中断したときには、摩耗したドリルを、新しいドリルと交換して孔あけ加工を再開すればよい。
【００１９】
前記穿孔方法は、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときに、前記ドリルの送り速度を低下させる工程をさらに備え、前記送り速度を低下した後に、前記スラスト力が前記許容スラスト力を超えたときには、前記ドリルを原点位置に戻す、としてもよい。
【００２０】
検知したスラスト力が許容スラスト力を超えたときには先ず、ドリルの送り速度の低下によりスラスト力を低下させて孔あけ加工を継続すると共に、その送り速度を低下させた状態で、ドリルのスラスト力が許容スラスト力を超えたときには、ドリルを原点位置に戻し、ドリルを交換する。このように、検知したスラスト力が許容スラスト力を超えたときの処理を、２段階の処理とすることによって、層間剥離の発生を未然にかつ確実に回避しつつも、ドリルの交換頻度は抑制されるため、コストの点で有利になる。
【００２１】
前記穿孔方法は、前記ドリルの送り量が所定の送り量になったときに、当該ドリルの送り速度を低下させる工程をさらに備えている、としてもよい。
【００２２】
前述したように層間剥離は、穿孔中の孔が出口側に完全に貫通する直前において発生しやすいことから、送り量が所定量になるまでの孔あけ加工の初期から中期にかけての期間では、ドリルの送り速度を比較的速く設定して、ドリルの摩耗の抑制と共に、孔あけ加工の効率を向上させる。一方、送り量が所定量になった以降の孔あけ加工の後期においては、ドリルの送り速度を相対的に低下してスラスト力を低下させることにより、層間剥離の発生を回避する。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、ここに開示する穿孔装置及び穿孔方法は、残り距離と許容スラスト力との関係に基づき、検知しているドリルのスラスト力に応じて孔あけ加工を中断するため、層間剥離が発生することを未然にかつ確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】穿孔装置の構成図である。
【図２】層間剥離の発生メカニズムを説明する図である。
【図３】残り距離と許容スラスト力との関係の一例を示す図である。
【図４】ドリルの回転数及び送り速度の切替を説明する図である。
【図５】制御盤が実行する制御フローである。
【図６】制御盤が実行する図５とは異なる制御フローである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、穿孔装置の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
【００２６】
（実施形態１）
図１は、実施形態に係る穿孔装置１の概略構成を示している。穿孔装置１は、ドリル１１の自動送りが可能なパワーフィードドリルであり、主軸Ｘ上に配置され、被穿孔物４に対して孔をあけるドリル１１と、ドリル１１を主軸Ｘ周りに回転させるための主軸回転用のＡＣサーボモータ（以下、主軸モータ）１２と、回転しているドリル１１を、主軸Ｘに沿って往復移動させるための送り用ＡＣサーボモータ（以下、送りモータ）１３と、がケース１４内に収容されて構成されている。ここで、この穿孔装置１によって穿孔を行う被穿孔物４は、ＣＦＲＰ製の板材単体であったり、ＣＦＲＰ製の板材にチタンやアルミニウム製の板材を重ねたものであったりする。ＣＦＲＰ製の板材と金属製の板材との間には隙間が形成される場合もある。ここでは、図４に示すように、被穿孔物４を、ＣＦＲＰ製の板材４１にチタン製の板材４２を隙間無く重ねたものとして、以下の説明を行う。
【００２７】
前記ドリル１１は、チャック２１を介してドリル本体２２の先端側に対し着脱可能に取り付けられる。この穿孔装置１では、加工内容に応じて径の異なるドリル１１が取り付けられると共に、ドリル１１の摩耗が進んだときには新しいドリル１１に交換される。
【００２８】
送りモータ１３は、ドリル本体２２の基端側において、前記の主軸Ｘ上に配設されている。送りモータ１３は、その駆動により、ドリル本体２２を主軸Ｘに沿って往復移動させる（図１の矢印参照）。このことで、前記ドリル１１は、ケース１４に設けられた先端開口を通じて進退し、被穿孔物４に対して相対移動する（図１の一点鎖線参照）。送りモータ１３とドリル本体２２との間には、ドリル１１に作用するスラスト力を検知する送りトルク検知器２３が配設されている。この送りトルク検知器２３は、検知したスラスト力を、後述する制御盤３２に出力する。
【００２９】
主軸モータ１２は、送りモータ１３に並設するように主軸Ｘに対してずれて配置されている。主軸モータ１２は、詳細な図示は省略するが、ベルト又はギヤセットによって構成される駆動伝達機構２４を介して、ドリル本体２２に駆動連結されている。主軸モータ１２の駆動力は、駆動伝達機構２４及びドリル本体２２を介して、ドリル１１に伝達され、ドリル１１が主軸Ｘ周りに回転することになる。主軸モータ１２と駆動伝達機構２４との間には、ドリル１１の回転トルクを検知する回転トルク検知器２５が介設されている。回転トルク検知器２５は、検知した回転トルクを制御盤３２に出力する。
【００３０】
穿孔装置１はまた、操作盤３１及び制御盤３２を備えている。操作盤３１は制御盤３２に対して情報伝送可能に接続されていると共に、図示は省略するが、穿孔作業の担当者が、穿孔装置１の起動や停止等を含む各種の操作や、情報入力が可能な操作部を備えている。操作盤３１にはまた、穿孔作業の状態を示す表示ランプ３３が取り付けられており、作業担当者は、この表示ランプ３３の表示を見ることによって、穿孔作業が正常に行われていること及び異常が発生したこと（後述するように、ドリル１１の交換要求等を含む）を認識することができる。
【００３１】
制御盤３２は、前記主軸モータ１２及び送りモータ１３の制御を行うものであって、前記操作盤３１からの各種信号及び主軸モータ１２及び送りモータ１３からの信号に基づいて、ドリル１１の回転数が目標回転数となるように前記主軸モータ１２のフィードバック制御を行うと共に、ドリル１１の送り速度が目標送り速度となるように、送りモータ１３のフィードバック制御を行う。前記制御盤３２にはまた、回転トルク検知器２５からの回転トルク及び前記送りトルク検知器２３からのスラスト力がそれぞれ入力される。制御盤３２は、検知された主軸回転トルクから主軸モータ１２の過負荷を、また、検知されたスラスト力から送りモータ１３の過負荷をそれぞれ判断して、主軸モータ１２及び送りモータ１３を停止させる。
【００３２】
制御盤３２はさらに、検知したスラスト力とドリル１１の送り量（換言すれば、ドリル１１の肩部が被穿孔物４の出口側の面に到達して、穿孔中の孔が被穿孔物４の出口側に完全に貫通するまでの残り距離、図２参照）とに基づいて、層間剥離の発生を未然に予測し、孔あけ加工を中断する制御をも行う。この制御についての詳細は後述する。
【００３３】
図２は、積層構造を有するＣＦＲＰにおいて層間剥離が発生するメカニズムを説明した図である。ＣＦＲＰの板材（被穿孔物）に対しドリル１１による孔あけ加工を行う際に生じ得る層間剥離は、孔の出口側で発生し、ドリル１１の先端が被穿孔物４の出口側に相当する面付近に到達した以降において発生し得る。つまり、ドリル１１の先端が被穿孔物４の出口側の面に到達した状態では、ドリル１１の先端と肩部との間において、被穿孔物の厚みが薄くなった部分（図２においては、孔の中心から周縁に向かって厚みが増大するような概略三角形状となって、その周縁側において片持ち支持される片持ち部分）が生じることになる。ドリル１１のスラスト力が、片持ち部分における層間接着の強度等に基づく耐力を上回ったときに、この片持ち部分が破損して、層間剥離が発生する（図２の白抜きの矢印参照）。従って、層間剥離の発生には、ドリル１１のスラスト力の大きさだけでなく、片持ち部分の耐力が関係し、穿孔の進行によりドリル１１の送り量が大きくなるほど片持ち部分の厚みが薄くなるため、耐力は低下することになる。つまり、例えば図３に示すように、許容されるスラスト力（層間剥離が発生しないスラスト力）は、ドリル１１の送り量の増大に伴い変化し、その送り量が大きくなって残り距離が短くなるほど、許容スラスト力は小さくなる。
【００３４】
層間剥離の発生を回避するには、ドリル１１のスラスト力が、残り距離に基づく許容スラスト力を超えないようにすればよく、そのためには、例えば図３に示すような残り距離と許容スラスト力との関係を求める必要がある。残り距離と許容スラスト力との関係は、例えば残り距離を異ならせた片持ち部分を有する複数種の試験片を用意し、ドリルと同様にその先端側に肩部を有するアンビルを用いて、各試験片における片持ち部分に対してスラスト力を付与することでその片持ち部分のせん断力を測定する、静荷重試験を行うことにより得られる。この特性線は、残り距離が長くなればなるほど、片持ち部分の厚みが分厚くなって耐力が大きいため、許容スラスト力も大きくなり、残り距離が短くなればなるほど、片持ち部分の厚みが薄くなって耐力が小さくなり、小さなスラスト力でも層間剥離し得ることから、許容スラスト力は小さくなる。従って、特性線を挟んだ下側の領域は、層間剥離が生じない安全領域であり、特性線を挟んだ上側の領域は、層間剥離が生じ得る層間剥離発生領域である。
【００３５】
また、この特性はドリル径に応じて変化し、ドリル径が相対的に大きいときには特性線の傾きが急になり、ドリル径が相対的に小さいときには特性線の傾きは緩やかになる。
【００３６】
そのようにして予め設定されたドリル径毎の特性線は、操作盤３１を通じて制御盤３２に記憶されることになる。また、制御盤３２には、操作盤３１の操作を通じて各加工条件が予め設定入力されて、記憶されている。ここでの加工条件には、各ドリル径に対応付けられた、送り速度、回転数、及び、穿孔長（切削長）等が含まれる。ここで、ドリル１１の回転数及び送り速度について説明すると、前述したように層間剥離の発生は孔の出口側で起こり得るため、その付近においてはドリル１１のスラスト力を許容スラスト力よりも小さくすることが重要であるが、そこに至るまでにおいては、例えば回転数や送り速度を低下してドリル１１のスラスト力を低下させる必要性に乏しく、逆に回転数や送り速度を低下させて穿孔時間が長くなることは、ドリル１１の摩耗を促進してしまうことにもなる。そこで、例えば図４に示すように、この穿孔装置１では、ドリル１１の送り量に応じて、ドリル１１の回転数及び送り速度を切り替える制御を行う。具体的には、ドリル１１の先端が、被穿孔物４の入口側の面に当接して穿孔を開始するときから、そのドリル１１の先端がＣＦＲＰ製板材４１の出口側の面に到達する直前（例えば１ｍｍ程度手前）の間の第１領域（換言すれば、ＣＦＲＰ製板材４１に対する孔あけ加工における初期から中期にかけての期間）は、ドリル１１の回転数を、相対的に高い第１回転数とし、送り速度を相対的に速い第１送り速度に設定する。こうすることにより、加工効率が向上する上に、ドリル１１の摩耗が抑制されてドリル１１の長寿命化が図られる。
【００３７】
そして、ドリル１１の先端がＣＦＲＰ製板材４１の出口側の面に到達する直前から、ドリル１１の肩部がその出口側の面に到達するまでの間の第２領域（ＣＦＲＰ製板材４１に対する孔あけ加工における後期）は、前述したように、層間剥離が発生し得る期間であることから、ドリル１１の回転数を、第２回転数（＜第１回転数）とし、送り速度を第２送り速度（＜第１送り速度）とする。こうして、層間剥離が発生し得る領域では、ドリル１１のスラスト力を低下させるようにして層間剥離の発生を抑制するようにする。
【００３８】
その後の第３領域、つまりＣＦＲＰ製板材４１に重ねたチタン製板材４２の穿孔を行うときには、ドリル１１の回転数を、チタンの孔あけに適した第３回転数にすると共に、送り速度を第３送り速度に設定する。加工条件として操作盤３２に記憶される回転数及び送り速度には、こうした第１〜第３回転数及び第１〜第３送り速度が含まれると共に、それらの回転数及び送り速度を切り替えるタイミングに係る、ドリル１１の送り量に関する情報もまた、操作盤３１を通じて制御盤３２に記憶される。
【００３９】
次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、前記制御盤３２による孔あけ加工に係る制御について説明する。穿孔作業を行うときには先ず、作業担当者は、操作盤３１において使用するドリル径を選択操作する。その選択操作に応じて制御盤３２が、対応する加工情報を読み出して、被穿孔物４に対する孔あけ加工を行う。ここでは、第１〜第３の各領域における第１〜第３回転数及び第１〜第３送り速度、回転数及び送り速度の変更タイミングに係るドリル１１の送り量の情報、穿孔長（切削長）並びに選択されたドリル径に対応する許容スラスト力の情報（図３参照）がそれぞれ読み込まれる（ステップＳ１１）。
【００４０】
続くステップＳ１２では、ドリル１１が到達している第１〜第３の各領域に応じて、ドリル１１の回転数が目標回転数となるように主軸モータ１２を制御すると共に、ドリル１１の送り速度が目標送り速度となるように送りモータ１３を制御する。前述したように、第１領域では、第１回転数及び第１送り速度で、第２領域では、第２回転数及び第２送り速度で、第３領域では、第３回転数及び第３送り速度となるように、主軸モータ１２及び送りモータ１３が制御される。
【００４１】
ステップＳ１３では、送りモータ１３（サーボモータ）から得られるドリル１１の送り量に基づいて、ドリル１１が前記第２領域に到達しているか否かを判定し、到達していないのＮＯのときにはステップＳ１４に移行する一方、到達しているのＹＥＳのときにはステップＳ１５に移行する。ステップＳ１４では、読み込んだ穿孔長と、送りモータ１３から得られるドリル１１の送り量とに基づいて、孔あけ加工が完了したか否かを判断し、完了していないときにはステップＳ１２に戻って孔あけ加工を継続する。
【００４２】
第２領域に到達したステップＳ１５では、送りトルク検知器２３の検知値（スラスト力）を読み込むと共に、ステップＳ１６で、その検知値と、ドリル１１の送り量から求められる残り距離と、その残り距離（及びドリル径）に対応する許容スラスト力とに基づいて、検知したスラスト力が、許容スラスト力を超えているか否かを判定する。許容スラスト力を超えているとき（ＮＧのとき）には、そのままでは層間剥離が発生する虞があることからステップＳ１７に移行する一方、許容スラスト力を超えていないとき（ＯＫのとき）には、層間剥離が発生しないことからステップＳ１４に移行して、孔あけ加工を継続する。
【００４３】
ステップＳ１７では、ドリル１１の回転を維持したまま、そのドリル１を原点位置に戻し、続くステップＳ１８でドリル１１を停止させると共に、表示ランプ３３において警告灯を点灯させる。こうして、作業担当者に対し、ドリル１１の交換を促す。ステップＳ１９では、担当者が新しいドリル１１に交換をして、操作盤３１において再スタート操作を行ったか否かを判定する。ドリル１１が交換されて再スタート操作が行われるまで、警告灯を表示し、再スタート操作が行われれば、ステップＳ１２に戻る。つまり、新たなドリル１１によって孔あけ加工を継続する。そうして、加工が完了すれば（ステップＳ１４でＹＥＳであれば）、ドリル１１を原点に戻して、孔あけ加工を終了する。
【００４４】
このようにこの穿孔装置１では、ドリル１１のスラスト力と、被穿孔物４における孔の出口付近の片持ち部分の耐力から設定される許容スラスト力と、に基づいて、ドリル１１の摩耗等に伴いドリル１１のスラスト力が増大して許容スラスト力を上回るようになったことをステップＳ１６において判断し、その場合には孔あけ加工を中断して、ドリル１１の交換を促すようにする（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。こうして、積層構造を有する被穿孔物４に対し、ドリル１１による孔あけ加工を施す際に、層間剥離が発生してしまうことを未然にかつ確実に回避することが可能になる。
【００４５】
（実施形態２）
図６は、制御盤３２が実行する別の制御に係るフローチャートを示している。先ず、ステップＳ２１では、選択されたドリル径に応じて、第１〜第３の各領域における第１〜第３回転数及び第１〜第３送り速度、回転数及び送り速度の変更タイミングに係るドリル１１の送り量の情報、穿孔長（切削長）並びに選択されたドリル径に対応する許容スラスト力の情報がそれぞれ読み込まれる。続くステップＳ２２では、ドリル１１が到達している第１〜第３の各領域に応じて、ドリル１１の回転数が目標回転数となるように主軸モータ１２を制御すると共に、ドリル１１の送り速度が目標送り速度となるように送りモータ１３を制御する。ステップＳ２３では、ドリル１１が前記第２領域に到達しているか否かを判定し、到達していないのＮＯのときにはステップＳ２４に移行する一方、到達しているのＹＥＳのときにはステップＳ２５に移行する。ステップＳ２４では、孔あけ加工が完了したか否かを判断し、完了していないときにはステップＳ２２に戻って、ドリル１１による孔あけ加工を継続する。
【００４６】
第２領域に到達したステップＳ２５では、送りトルク検知器２３の検知値（スラスト力）を読み込むと共に、ステップＳ２６で、その検知値と、送り量（残り距離）と、許容スラスト力とに基づいて、スラスト力が許容スラスト力を超えているか否かを判定する。許容スラスト力を超えているとき（ＮＧのとき）には、ステップＳ２７に移行する一方、許容スラスト力を超えていないとき（ＯＫのとき）にはステップＳ２４に移行して、孔あけ加工を継続する。
【００４７】
ステップＳ２７では、送りモータ１３の制御によりドリル１１の送り速度を、予め設定された所定量だけ低下し、そのことによりドリル１１のスラスト力を低下させて孔あけ加工を継続する。送り速度の低下量は、例えばドリル径毎に予め設定しておいてもよい。その上で、続くステップＳ２８において検知したスラスト力と許容スラスト力とを比較し、スラスト力が許容スラスト力を超えているか否かを判定する。許容スラスト力を超えていないとき（ＯＫのとき）には、ステップＳ２４に移行して、そのまま孔あけ加工を継続する。一方、許容スラスト力を超えているとき（ＮＧのとき）にはステップＳ２９に移行する。尚、ステップＳ２４に移行して孔あけ加工を継続した場合に、前記Ｓ２６の判定ステップにおいて再び、検知したスラスト力が許容スラスト力を超えたときには、ステップＳ２７，Ｓ２８に移行することなく、ステップＳ２９に移行すればよい。
【００４８】
ステップＳ２９では、ドリル１１の交換を行うために、ドリル１１の回転を維持したまま原点位置に戻し、続くステップＳ２１０でドリル１１を停止させると共に、表示ランプ３３の警告灯を点灯させる。こうして、作業担当者に対し、ドリル１１の交換を促す。ステップＳ２１１では、担当者が新しいドリル１１に交換をして、操作盤３１において再スタート操作を行ったか否かを判定する。交換されて再スタート操作が行われるまで、警告灯を表示し、再スタート操作が行われればステップＳ２２に戻り、新たなドリル１１によって孔あけ加工を継続する。そうして、加工が完了すれば（ステップＳ２４でＹＥＳであれば）、ドリル１１を原点に戻して、孔あけ加工を終了する。
【００４９】
このように実施形態２の制御においては、ドリル１１のスラスト力が許容スラスト力を超えたときには、ドリル１１の送り速度の低下によってスラスト力を低下させることにより、孔あけ加工を継続する一方（ステップＳ２７）、送り速度の低下後にスラスト力が許容スラスト力を超えたときには、実施形態１の制御と同様に、孔あけ加工を中断すべく、ドリル１１を原点位置に戻す（ステップＳ２９）。従って、実施形態２の制御では、層間剥離の発生を未然にかつ確実に回避しつつも、ドリル１１の交換頻度が低下して、コストの点で有利になる。
【００５０】
尚、穿孔装置としては、図示するような送り機構を有するフィードドリルに限らず、例えばマシニングセンタ等の、いわゆる工作機械であってもよい。
【００５１】
また、前述したように、被穿孔物はＣＦＲＰ製の板材とチタン製の板材とを重ねたものに限らず、被穿孔物は、ＣＦＲＰ製の板材とアルミニウム製の板材とを重ねたものであってもよいし、ＣＦＲＰ製の板材単体であってもよい。前述したドリル１１の回転数及び送り速度の切替制御は、被穿孔物の構成に応じて適宜設定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上説明したように、ここに開示した穿孔装置及び穿孔方法は、繊維強化プラスチックを始めとする積層構造を有する被穿孔物（難削材）において、層間剥離を確実に回避しながらドリルによる孔あけ加工を施すことができ、特に、航空機部品等の高品質の加工精度が求められる孔あけ加工について有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１    穿孔装置
１１  ドリル
１２  主軸モータ（回転駆動手段）
１３  送りモータ（送り手段）
２３  トルク検知器（検知手段）
３２  制御盤（制御手段、記憶手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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