(57)【要約】【課題】本発明は穿孔装置に関し、ＣＦＲＰのドリル加工した場合において吸引ブッシュの角部への切粉の堆積を防止することを目的とする。【解決手段】ワークを情報から押さえ付ける押さえ部材を、集塵機に接続され、内部に吸引空間を形成した切粉吸引部１９と、前記切粉吸引部１９に連結され、ワーク面に接触する内部に断面円形の吸引空間５２ｂを形成したブッシュ２０から構成すると共に、ブッシュ２０のワーク接触端面にブッシュ２０の吸引空間５２ｂを外部に連通せしめる円周方向に間隔をおいた複数のスリット５６を接線方向若しくは放射方向に形成し、ドリル４の回転時の随伴流下で切粉を切粉吸引部１９を介して集塵器により集塵する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを上下の押さえ部材で上下方向から押さえ、上方の押さえ部材の内側を昇降して回転するドリルで前記ワークの所定の位置に穿孔する穿孔装置において、
前記上方の押さえ部材は、集塵機に接続された切粉吸引部と、前記切粉吸引部に連結され、ワーク面に接触し、内部に断面形状が実質的に円形の吸引空間を形成したブッシュとを備え、
前記ブッシュのワーク接触面に前記吸引空間を外部に連通せしめる円周方向に間隔をおいた複数の連通路を形成し、外気を前記連通路を介してブッシュ内の前記吸引空間に導き、ワークを穿孔する際の切粉を前記切粉吸引部を介して集塵器により集塵する穿孔装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記下方の押さえ部材は筒状の吸引孔を形成したワーク押さえ具を備え、前記吸引孔はエジェクタ式の吸引装置に接続され、回転ドリルがワークを貫通することにより形成される切粉は吸引孔よりエジェクタ式の吸引装置を介して集塵器により集塵する穿孔装置。
【請求項３】
請求項１若しくは２に記載の発明においでワークは炭素繊維強化プラスチック素材とする穿孔装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の発明においで、前記各連通路はブッシュ内の前記吸引空間に対し接線方向若しくは放射方向に開口している穿孔装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の穿孔装置を具備し、前記穿孔装置により穿孔された孔にリベットを挿入し、挿入されたリベットの先端にカラーを挿入しかしめることにリベット止めを行う打鋲装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機および高速車両などの構造体、自動車の車体などに用いられるワークに、穴開け加工することができる穿孔装置及びかかる穿孔装置を具備した打鋲装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機産業を含め様々な分野で炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastic)（以下、CFRP と略称する）のような複合材料が使用されている。ドリルによる穿孔加工時に発生する切粉はＣＦＲＰの場合は粉塵となるため、そのままでは作業環境が悪化するため、周囲に飛散しないように粉塵を全て吸引し排出する設備が必須である。
【０００３】
そこで、ドリルによる穿孔加工時に発生する切粉を発生部位で吸引しようとする穿孔機の集塵装置が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
図１３は特許文献１の集塵装置の概略を示したものである。ドリル周囲は下部の一箇所に開口部を有した箱状の側壁１０１（ブッシュ）で覆われている。側壁１０１には空気の供給用に角穴１０２が形成されており、角穴１０２から供給された空気は、側壁１０２を経由し側壁１０２に接続された切粉排出室１０３を通り集塵機１０４に回収され穿孔作業時に発生する切粉を吸引するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１０９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＦＲＰのドリル加工による切粉は、粒子が小さく（数ミクロン程度）、穿孔時に穿孔機のブッシュ（特許文献１における側壁で形成される箱状のブッシュ）の角部に溜まり易い。この溜まった切粉を特許文献１に記載されているような集塵機により吸引しようとしても、角部では吸引効率が良くないため完全に吸引除去することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を達成するために、本発明による穿孔装置は、ワークを上下の押さえ部材で上下方向から押さえ、上方の押さえ部材の内側を昇降して回転するドリルで前記ワークの所定の位置に穿孔する穿孔装置において、
前記上方の押さえ部材は、集塵機に接続され、内部に吸引空間を形成した切粉吸引部と、
前記切粉吸引部に連結され、ワーク面に接触する内部に断面が実質的に円形の吸引空間を形成したブッシュとを備え、
前記ブッシュのワーク接触面に前記円形の吸引空間を外部に連通せしめる円周方向に間隔をおいた複数の連通路を形成し、外気を前記連通路を介してブッシュ内の吸引空間に導き、ワークを穿孔する際の切粉を前記切粉吸引部を介して集塵器により集塵する。
【０００７】
外気をブッシュ内の実質的に円形断面の吸引空間に連通せしめる連通路はブッシュの接線方向又は放射方向に、複数、好ましくは少なくとも４箇所以上設ける。
【発明の効果】
【０００８】
連通路はノズルの底面（ワークとの接触端面）に形成されたスリットや溝等として実現され、ブッシュの外部からブッシュ内部に流入する空気の流れが、ブッシュとワークに接触部分にも発生するようになる。これにより、ブッシュの先端部に溜まった粉塵の効率的な吸引除去が実現される。
【０００９】
連通路を構成するスリットをブッシュの接線方向又は放射方向に少なくとも４箇所以上が形成されているので、ブッシュ内部の円筒部分にドリルの回転方向に沿った強力な随伴流が発生し、ブッシュの角部に溜まった切粉であってもこれを随伴流の働きにより効率よく吸引排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の穿孔装置を航空機および高速車両などの構造体、自動車の車体の打鋲装置（ワークのリベット止め装置）に組み込まれた実施形態として説明する。即ち、この実施形態の打鋲装置は、この発明の穿孔装置にてワークＷの所定の位置に穿孔装置のドリルで孔をあけ、この穿孔された孔にリベットを挿入し、リベット先端のねじ部に装着されたカラーをかしめることにより、カラーをリベットのねじ部に食い込ませワークのリベット止めを行うものである。
【００１１】
打鋲装置１は、図１に示すように、ワークを上下方向から押さえるアッパーヘッド２及びロワーヘッド３と、アッパーヘッド２の内側を下降して、アッパーヘッド２とロワーヘッド３に把持されたワークＷに穿孔するドリル４と、アッパーヘッド２を組み込んだアッパーヘッドフレーム５と、ロワーヘッド３を組み込んだロワーフレーム３０と、集塵機６とで構成されており、全体が床面７上に設置されている。
【００１２】
アッパーヘッド２とロワーヘッド３は、ワークＷ（たとえば上下に重ねられた二枚のＣＦＲＰ板状部品）を上下方向から押さえるもので、アッパーヘッド２が本発明の上部押さえ部材となり、ロワーヘッド３が本発明の下側押さえ部材となる。アッパーヘッド２とロワーヘッド３は上下に対向した状態で配置されている。
【００１３】
アッパーヘッド２は、フレーム５に設けられた支持板２４にレール１３を介して設置されている。支持板２４には矩形の開口部２５が設けられており、アッパーヘッド２がレール１３の案内によって開口部２５内を水平移動（図３の矢印ａ）できるようになっている。アッパーヘッド２の水平駆動は、ボールネジ２７に連結されたサーボモータ２６を駆動することにより行われる。
【００１４】
アッパーヘッド２には、ドリルユニット１４とリベット挿入器１５が備えられており、サーボモータ２６によりアッパーヘッド２が水平面内で適正に位置決めされると、アッパーヘッド２の上部に設けられた昇降機構２８によりドリルユニット１４またはリベット挿入機１５が上下方向にスライドできるようになっている。
【００１５】
昇降機構２８は、上下方向に延びるボールネジ９と、ボールネジ９に連結されたサーボモータ１０とを備え、サーボモータ１０を駆動することにより、アッパーヘッド２が上昇および下降するようになっている。
【００１６】
ロワーヘッド３は昇降機構８により昇降駆動され、昇降機構８はサーボモータ４８と、上下方向に延び、サーボモータ４８の出力軸に連接されたボールネジ４９とを備え、ボールネジ４９はロワーヘッド３を支持するロワーヘッドフレーム３０と係合され、サーボモータ４８を駆動することによりロワーヘッドフレーム３０、延いてはロワーヘッド３が上昇および下降するようになっている。
【００１７】
図２は、アッパーヘッド２のドリルユニット１４側（図１の矢印IIの方向）から見たドリルユニットの概略断面図である。また、図３は、アッパーヘッド２をレール１３の走行方向を左右方向にして（図２の矢印IIIの方向から）見た場合の概略平面図である。
【００１８】
図２に示すように、アッパーヘッド２は、レール１３を介して支持板２４と連結されており、アッパーヘッド２にドリルユニット１４が挿入されている。アッパーヘッド２のドリルユット１４の挿入部にはスライド空間１２が設けられている。ドリルユニット１４の外周にはストッパー１１が設けられており、アッパーヘッド２のスライド空間１２を上下移動する際、上方変位を規制する役割をするようになっている。ドリルユニット１４の上部には押し板２２が取り付けられており、昇降機構２８の押し込みを受けるようになっている。ドリルユニット１４の軸心にはドリル軸１６が貫通しており、上部に設けられたドリルモータ１８を駆動することによりベルト１７を介してドリル軸１６が回転し、ドリル軸の下側先端に備えられたドリル連結部４７を介してドリル４が回転する。
【００１９】
支持板２４には、ドリル４が穿孔時に切粉を吸引する切粉吸引部１９と、切粉吸引部１９のワークＷ側に備えられたブッシュ２０と、切粉吸引部１９を上下に昇降させるシリンダ２１が備えられている。切粉吸引部１９はシリンダ２１を介して支持板２４に取り付けられている。
【００２０】
図３に示すように、アッパーヘッド２に備えられたドリルユニット１４とリベット挿入器１５がドリル４によって穿孔された孔Ｈに対して水平方向（矢印ａ方向）に移動可能になっている。
【００２１】
リベット挿入器１５は、リベットＲを１個ずつ摘んでドリル４により穿孔された孔Ｈに挿入するようになっている。また、リベット挿入器１５はリベットをワークの孔Ｈに挿入後にリベット頭部を上から押さえる後述のアッパーアンビル４６を備えている。
【００２２】
図４は、ロワーヘッド３の概略側面図である。図５はロワークランプユニット３３のワーク押さえ具３６の概略断面図（図４のV−V線に沿って表される矢視断面図）である。図４に示すように、ロワーヘッド３は、水平方向に伸びるレール３２を介してロワーヘッドフレーム３０に備えられている。ロワーヘッド３には、ロワークランプユニット３３とカラーかしめ器３４備えられており、ボールネジ４３に連結されたサーボモータ４２を駆動することにより、水平方向（矢印ｂ方向）に移動可能になっている。
【００２３】
ロワークランプユニット３３は、支柱３５と、支柱３５の先端に設けられたワーク押さえ具３６より構成されている。ワーク押さえ具３６は円筒形状で、円筒中心部にはワーク貫通後のドリル４の先端が通過する断面円形の切粉吸引孔３８が形成されている。切粉吸引孔３８は、ワーク押さえ具３６の底部で集塵孔３９と連結されている。そして、集塵孔３９は集塵器６から伸びるホース４０に連結され、ドリル４により穿孔した孔Ｈに発生する粉塵を下部より吸引できるようになっている。図５に示すように、ワーク押さえ具３６の側面に加圧された圧空を圧空パイプ４１より供給し、切粉吸引孔３８内に発生する粉塵の吸引力を増大すようにされている。即ち、図示しないコンプレッサに連なる圧空パイプ４１は切粉吸引孔３８とホース４０との接続部６０における環状連通路６２に開口し、環状連通路６２は円周方向に間隔をおいた複数のノズル６４の一端（外側端）に開口している。ノズル６４の他端（内側端）は切粉吸引孔３８とホース４０との間の幾分絞られたエジェクタ通路６６に開口している。ノズル６４からの高速空気流によるエジェクタ効果によりエジェクタ通路６６での高速吸引空気流れが得られ、集塵孔３９に採集された切粉を所謂エジェクタ効果の下で集塵器６に向けて吸引排出することができる。
【００２４】
図４のカラーかしめ器３４は、ワークＷに形成された孔Ｈにリベット挿入器１５によってに挿入されたリベットの、ワークＷからの突出下端に下側より挿入されたカラーをかしめ、これによりワークのリベット止めを行う。このようなリベット止めのための構成部分を本発明と関連する範囲に限定して簡略化して説明すると、図６（イ）はドリルユニット１４により穿孔されたワークＷの孔Ｈに先端にねじ部を有したリベットＲが図３のリベット挿入器１５により挿入された状態を示す。リベット挿入器に設置されたアッパーアンビル４６がリベットＲの頭部に当接係合されている。ワークＷの下側においてカラーかしめ器３４のロアアンビル４５によりカラーＣが保持されており、またカラーＣには押し抜きピン４４が挿入されている。この状態で昇降機構８（図１）によるロワーヘッド３の上昇駆動により最初に押し抜きピン４４がリベットＲに端面同士で当接し、押し抜きピン４４を上昇付勢するばね（図示せず）の圧縮により押し抜きピン４４は下降されると同時に、カラーＣはリベットＲのねじ部に挿入されていく、（ロ）はリベットＲのねじ部へのカラーＣの挿入が完了した状態を示す。ロアアンビル４５が昇降機構８により更に上昇すると、ロアアンビル４５の先端カム面４５ＡによりカラーＣは半径内方に塑性変形せしめられ、リベットＲのねじ部R1に食い込んで行く。（ハ）はロアアンビル４５によるカラーＣのかしめが完了した状態を示し、リベットＲとカラーＣとの協働により上下のワークＷのリベット止めが完了する。その後、ロアアンビル４５は下降せしめられ、カラーから抜去される。
【００２５】
次に、図７に示す切粉吸引部１９の断面図について説明する。なお、ドリル連結部４７とドリル４は、一点鎖線で図示する。支持板２４とシリンダ２１を介して連結されている切粉吸引部１９は、上面にドリル４を固定するドリル連結部４７の径より数ｍｍ大きい丸孔５１を形成している。切粉吸引部１９の内部には箱状の吸引空間５２ａが形成されている。切粉吸引部１９の下部に連結されているブッシュ２０は、内部に断面が円形若しくは実質的に円形の吸引空間５２ｂが形成されている。そして、ブッシュ２０のワークＷとの接触端面は、ドリル４の通過する丸孔５３を形成している。切粉吸引部１９の側面には、集塵器６から伸びたホース５４を接続する丸孔５７が形成されており、穿孔作業時に発生する粉塵が吸引空間５２ａと５２ｂを経由して吸引されるようになっている。
【００２６】
次に、ブッシュ２０の形状について説明すると、図８は一実施例におけるブッシュ２０のワーク接触面５５の方向（図７の矢印VIII方向）から見たときの平面図である。ブッシュ２０は角型の柱状の外形をしており、内部が円筒形状にくりぬきされており断面円形の吸引空間５２ｂを形成している。ブッシュ２０のワーク接触端面５５上には、円筒形状の吸引空間５２ｂに対して接線方向に少なくとも４ヶ以上の溝状のスリット５６（この発明の連通路）が形成されている。（それぞれのスリット５６は、深さが約１．５ｍｍで幅が約２ｍｍ程度の大きさであり、また、円筒の直径は約１４ｍｍ程度の大きさである。）スリット５６の接線方向とは、ドリル４の回転方向（図８に矢印ｃにて示す）に対して接線方向との意である。
【００２７】
また、別実施形態としてスリット５６の方向は図９に示すように、放線方向に形成されていても良い。更に別の実施形態として、ブッシュ２０は外形状は図１０及び図１１に示すように、円形でも良い。
【００２８】
このような、構成にすることにより、ドリル４によるワークＷへの穿孔作業時に、集塵器６を動作させると、ワークＷとワーク接触面５５の間に設けられたスリット５６から外部の空気を吸引し、吸引空間５２ｂおよび５２ａを経由して、集塵器６に吸引されるようになる。そのため、吸引空間５２ｂ内でドリル４の回転方向（図８〜図１１の矢印ｃ）と同方向に随伴流が発生し、粉塵の吸引効率を高め、ブッシュ２０の角部に粉塵が溜まることなく、確実に吸引することができるようになる。
【００２９】
次に、図１２のフロチャートを用いて、穿孔装置の動作を説明する。
【００３０】
まず、ワークＷがワーク支持台２３に固定されＸ軸位置決め機構およびＹ軸位置決め機構により、所定位置に位置決めする（ステップＳ０１）。
【００３１】
次に、昇降機構２８に連結されたサーボモータ２６が動作し、アッパーヘッド２を所定位置に位置決めする。続いて、支持板２４の下側に備えられたシリンダ２１を伸ばし、ブッシュ２０をワークＷに当接する（ステップＳ０２）。
【００３２】
次に、昇降機構８に連結されたサーボモータ４８が動作し、ロワーヘッド３のロワークランプユニット３３を所定高さに位置決めする。続いて、ワーク押さえ具３６をワークＷに当接し、ワークＷを上下方向から挟んで押さえ固定する（ステップＳ０３）。
【００３３】
次に、ドリルモータ１８が動作し、ドリル軸１６が回転し、スライド空間１２に沿ってドリルユニット１４が下降する。同時に集塵器６が動作し、ブッシュ２０内および切粉吸引部１９内の空気が吸引される。また、ワーク押さえ具３６に接続された圧空ホース４１からの圧空の導入も開始され、ワークＷの下部での切粉の吸引も行われる（ステップＳ０４）。
【００３４】
ドリルユニット１４の下降に伴い、ドリル連結部４７が切粉吸引部１９の丸孔５１に導入され、ドリル４によるワークＷの穿孔作業が開始される。穿孔作業時に発生する粉塵は、ブッシュ２０のワーク接触面５５に形成されたスリット５６からの外気の吸引により、角部に溜まることなく集塵器６に吸引される。そして、ブッシュ２０内部の円形断面の吸引空間５２ｂ（図８〜図１１）にドリル４の回転方向（矢印ｃ）に沿った随伴流が発生し、ブッシュ２０の角部に溜まった切粉を効率よく吸引する（ステップＳ０５）。
【００３５】
ドリルユニット１４が所定量の下降を完了すると、ドリルユニット１４は待機位置まで上昇する。ワークＷへの孔Ｈが貫通時にワークの下側に発生する切粉は、ワーク押さえ具３６の切粉吸引孔３８を経由して集塵孔３９、ホース４０を通り、集塵器６に吸引される。その際にエジェクタ通路６６でのエジェクタ効果による高速吸引気流により切粉の効率的な吸引を行うことができる。（ステップＳ０６）。
【００３６】
次に、ドリルユニット１４が待機位置に戻ると、ドリルモータ１８の回転を停止し、ドリルユニット１４とリベット挿入器１５の入れ替えが行われる。同時に、ロワークランプユニット３３とカラーかしめ器３４の入れ替えが行われる。そして、リベット挿入器１５が所定位置まで下降しリベットＲをワークの孔Ｈに挿入する（ステップＳ０７）。
【００３７】
次に、カラーかしめ器３４が所定位置まで上昇し、図６で説明したカラーＣのかしめ作業が行われる（ステップＳ０８）。
【００３８】
次に、リベット挿入器１５が待機位置まで上昇し、シリンダ２１が待機位置まで縮んでリベット挿入器１５とドリルユニット１４の入れ替えが行われる。同様に、カラーかしめ器３４が待機位置まで下降し、ロワークランプユニット３３との入れ替えが行われる（ステップＳ０９）。
【００３９】
次に、ワーク支持台２３がＸ軸方向、Ｙ軸方向に動作し次の穿孔位置にワークＷを位置決めする。以後、ステップＳ０２からの動作を繰り返し、ワークＷの所定位置にリベットＲを打鋲する（ステップＳ１０）。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による打鋲装置の全体概略図である。
【図２】図１の矢印II方向より見たアッパーヘッドの側面図（一部断面にて示す）である。
【図３】図２の矢印III方向より見たアッパーヘッドの側面図
【図４】図１の矢印IV方向より見たロワーヘッドの側面図である。
【図５】図４のV-V線に沿って表される切粉吸引部の概略構成図である。
【図６】図６はリベット及びカラーによるワークのリベット止め工程を説明する図である。
【図７】図７は図３のVII−VII線に沿って現される切粉吸引部の断面図である。
【図８】図８は図７のVIII方向よりみたブッシュの端面図図である。
【図９】図９は図８と同様であるが別実施形態のブッシュを示す。
【図１０】図１０は図８と同様であるが更に別の実施形態のブッシュを示す。
【図１１】図１１は図８と同様であるが更に別の実施形態のブッシュを示す。
【図１２】図１２は本発明の打鋲装置の動作フロチャートである。
【図１３】図１３は従来の集塵装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    打鋲装置
２    アッパーヘッド
３    ロワーヘッド
４    ドリル
５    フレーム
６    集塵器
７    床面
８    昇降機構
１４    ドリルユニット
１５    リベット挿入器
１９    切粉吸引部
２８    昇降機構
３４    カラーかしめ器
３５    支柱
３６    ワーク押さえ具
３９    集塵孔
４１    圧空ホース
５２ａ、５２ｂ    吸引空間
５３    丸孔
５６    スリット（本発明の連通路）
Ｗ    ワーク
Ｒ    リベット
Ｃ    カラー
Ｈ    孔
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008264930.tif 000013
【図１２】
2008264930.tif 000014
【図１３】
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