特許 7102127 ガントリー型穿孔装置、及びガントリー型穿孔装置を用いた穿孔方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-08

(45)【発行日】2022-07-19

(54)【発明の名称】ガントリー型穿孔装置、及びガントリー型穿孔装置を用いた穿孔方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 39/14 20060101AFI20220711BHJP

   B23Q 1/28 20060101ALI20220711BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20220711BHJP

   B23Q 17/22 20060101ALI20220711BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20220711BHJP

【ＦＩ】

B23B39/14

B23Q1/28 B

B23Q1/28 C

B23Q17/00 A

B23Q17/22 Z

B23Q17/24 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017214154

(22)【出願日】2017-11-06

(65)【公開番号】P2019084620

(43)【公開日】2019-06-06

【審査請求日】2020-08-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000149505

【氏名又は名称】大同マシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002033

【氏名又は名称】特許業務法人東名国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 賢二

【審査官】中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－０５４６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１５０１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１５２７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１５２０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－００１１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１６４２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６１８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１５５３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１０６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０４８９３４０９（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０４８９３４２８（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ３５／００－４９／０６

Ｂ２３Ｑ １／００－１／７６

Ｂ２３Ｑ １７／００－２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸が規定され、テーブル上面に穿孔対象のワークが載置される載置テーブルと、
前記Ｘ軸に沿って前記載置テーブルの両側に配設された一対のＸ軸ガイドレールと、
前記Ｘ軸ガイドレールの上にそれぞれ支持された一対の転動台車、前記転動台車からそれぞれ上方に向かって垂設された一対の脚、及び、前記Ｙ軸に長手方向を一致させ、一対の前記脚の間に架設されたガーダーを有し、前記載置テーブルの上方を前記Ｘ軸に沿って水平方向に転動可能に形成されたゲート形状のガントリーユニットと、
前記ガーダーに取設され、前記Ｙ軸に沿って水平方向に転動可能に形成されたドリル基体、及び、前記ドリル基体に取設され、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に互いに直交するＺ軸に沿って上下方向に移動可能に形成された穿孔ドリルを有するドリルユニットと、
前記ガントリーユニット及び前記ドリルユニットの前記ドリル基体の転動を制御する転動制御部と
を具備するガントリー型穿孔装置であって、
前記転動台車に取設され、 前記Ｘ軸ガイドレールを左右方向及び／または上下方向から把持する一対のレールクランプ、及び前記レールクランプをレール把持位置及びレール把持解除位置に駆動制御するレールクランプ制御部を有し、前記レールクランプによって前記Ｘ軸ガイドレールをクランプし、前記ガントリーユニットの前記Ｘ軸に沿った転動を規制するレールクランプ部と、
前記脚の下部に取設され、前記Ｙ軸方向から視た状態で一端が断面Ｌ字形状を呈するクランプ支持部、前記クランプ支持部に取設された脚クランプ、及び前記脚クランプを脚クランプ位置及び脚クランプ解除位置に駆動制御する脚クランプ制御部を有し、前記転動台車に前記脚を固定する脚クランプ部と
を更に具備するガントリー型穿孔装置。

【請求項2】

前記レールクランプ制御部及び前記脚クランプ制御部の少なくとも一方は、
油圧シリンダの油圧駆動力を用いて前記レールクランプ及び／または前記脚クランプを駆動制御する請求項１に記載のガントリー型穿孔装置。

【請求項3】

前記ドリルユニットは、
前記穿孔ドリルによる前記ワークの穿孔位置及びその周囲のワーク表面を含むワーク画像を撮像する撮像部と、
前記穿孔ドリルの穿孔位置に相当する穿孔位置表示マーカーを重ね合わせ、前記ワーク画像を表示するワーク画像表示部と
を具備し、
前記転動制御部は、
前記ワークに予め罫書きされた指定穿孔位置及び前記穿孔位置表示マーカーが一致するように、撮像された前記ワーク画像に基づいて、前記ガントリーユニット及び前記ドリルユニットの転動を制御する請求項１または２に記載のガントリー型穿孔装置。

【請求項4】

前記ワークは、
一対の縦板及び一対の横板を互いに組み合わせて仮溶接され、四角筒状を呈する四角ボックス柱の仮組体である請求項１～３のいずれか一項に記載のガントリー型穿孔装置。

【請求項5】

前記転動制御部は、
前記指定穿孔位置及び穿孔ドリルの穿孔位置の位置合わせを、予めプログラミングされた数値制御によって前記ガントリーユニット及び前記ドリルユニットを転動させる請求項３に記載のガントリー型穿孔装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載のガントリー型穿孔装置を用いた穿孔方法であって、
前記ガントリー型穿孔装置の載置テーブルのテーブル上面にワークを載置するワーク載置工程と、
前記ガントリー型穿孔装置のゲート形状のガントリーユニットを前記載置テーブルのＸ軸に沿って配された一対のＸ軸ガイドレールに従って転動させるとともに、前記ガントリーユニットに取設されたドリルユニットを前記載置テーブルの前記Ｘ軸に直交するＹ軸に沿って転動させ、前記ドリルユニットの穿孔ドリルの穿孔位置を前記ワークに予め罫書きされた指定穿孔位置の近くに移動させる近接工程と、
前記ワーク及びその周囲のワーク表面を含むワーク画像を撮像する撮像工程と、
前記ガントリーユニット及び前記ドリルユニットの転動を制御し、前記指定穿孔位置及び前記ワーク画像に重ね合わせて表示される穿孔位置表示マーカーが一致するように、撮像されたワーク画像に基づいて調整する穿孔位置調整工程と、
前記ガントリー型穿孔装置のレールクランプ部によって、前記ガントリーユニットの前記Ｘ軸に沿った水平方向の転動を規制するレールクランプ工程と、
前記ガントリー型穿孔装置の脚クランプ部によって、前記ガントリーユニットの転動台車及び脚を固定する脚クランプ工程と
を具備するガントリー型穿孔装置を用いた穿孔方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガントリー型穿孔装置、及びガントリー型穿孔装置を用いた穿孔方法に関する（以下、それぞれ単に「穿孔装置」、及び「穿孔方法」と称す。）。更に詳しくは、四枚の鋼製の厚板を組み合わせて構築され、大型建造物等の柱部材として主に使用される四角ボックス柱（以下、単に「ボックス柱」と称す。）の製造工程で使用され、エレクトロスラグ溶接のための溶接作業用の孔を穿ける穿孔装置、及び当該穿孔装置を用いた穿孔方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高層ビルやスポーツ競技施設等の建築物、高速道路や鉄橋等の橋脚、或いはタンカー、客船、或いは貨物船等の大型船舶などの各種の大型の建造物や構造物を建築または建造する際において、主骨格となる柱部材として、鋼製の厚板を組み合わせて構築したボックス柱が多く用いられている。このボックス柱は、四枚の厚板によって囲まれた空間を内部に有する、四角筒状（或いは、四角管状）のものであり、高強度性及び高耐荷重性に優れた部材として、種々の産業分野において広範に使用されている。

【0003】

ボックス柱１００の構成について、更に具体的に説明すると、図９等に示すように、互いに離間して配された鋼製の一対の縦板１０１ａ，１０１ｂ（フランジ）と、当該縦板１０１ａ，１０１ｂとそれぞれ接続された鋼製の一対の横板１０２ａ，１０２ｂ（ウェブ）と有し、縦板１０１ａ，１０１ｂの側辺及び横板１０２ａ，１０２ｂの側辺を連結し、四角筒状に組み合わせ、縦板１０１ａ，１０１ｂ及び横板１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの隅部を、例えば、「サブマージアーク溶接」によって溶接して形成されたものである。

【0004】

ここで、四角筒状を呈するボックス柱１００の内部には、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等によって囲まれた空間Ｓが存在している。そのため、ボックス柱１００に強い荷重が加わると、当該空間Ｓが押し潰され、縦板１０１ａ等及び／または横板１０２ａ等の一部が撓んだり、或いは変形したりする可能性があった。そこで、ボックス柱１００の耐荷重性を更に向上させるため、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等によって囲まれた内部の空間Ｓに、ボックス柱１００の断面方向を略閉塞するように、複数の補強材（ダイヤフラム１０４）が取設される。これにより、ボックス柱１００の上方や側方から強い荷重が加わっても、複数のダイヤフラム１０４によって縦板１０１ａ等の変形を防ぐことができる。これにより、ボックス柱１００の耐荷重性を高め、大型建造物等の柱部材として広く用いることができる。

【0005】

ダイヤフラム１０４は、ボックス柱１００の内部の空間Ｓの断面形状と略一致し、所定の厚みを有する略矩形状の板状部材であり、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等と同様に鋼製の厚板を用いて構成されている。そして、ボックス柱１００の内部の空間Ｓで、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等のそれぞれの内面１０３とダイヤフラム１０４の側辺１０５とを溶接することで、ダイヤフラム１０４が縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等に取付けられる（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

ここで、補強材として使用されるダイヤフラム１０４の中には、例えば、中央部分に円形状の刳抜孔１０９を有するものであっても構わない（図９参照）。かかる刳抜孔１０９を有しても補強材としての機能を十分に発揮することができる。更に、ボックス柱１００を柱部材として大型建造物の一部に設置した後、当該ボックス柱１００の内部の空間Ｓにコンクリート材を流し込み、その後固化させることで、ボックス柱１００の内部にコンクリートを充填した柱部材が構築されることがある。複数のダイヤフラム１０４によってそれぞれ区画されたボックス柱１００の内部の空間Ｓを、上記刳抜孔１０９によって連通させることができ、コンクリート材の流し込み作業を容易に行う利点を有している。内部の空間Ｓに充填されたコンクリート材が完全に固化することで、ボックス柱１００の耐荷重性等の力学的特性を更に向上させることができる。

【0007】

ボックス柱１００にダイヤフラム１０４を取付ける場合、例えば、一対の縦板１０１ａ，１０１ｂ及び一対の横板１０２ａ，１０２ｂを仮溶接し、四角筒状に仮組みした仮組体１１０を用意する（図１０等参照）。そして、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等の内面１０３とダイヤフラム１０４の側辺１０５との間を、それぞれ「エレクトロスラグ溶接」によって溶接する。

【0008】

かかるエレクトロスラグ溶接を実施するためには、縦板１０１ａ等（または横板１０２ａ等）の内面１０３及びダイヤフラム１０４の側辺１０５の間に所定の空隙１０６を設け、当該空隙１０６に溶接用のトーチ（図示しない）を進入させ、溶接を行いながら徐々にトーチを空隙１０６から引出し、溶接層１０７を形成する必要がある。そして、最終的には、縦板１０１ａ等（または横板１０２ａ等）、及び、ダイヤフラム１０４の間に均一な幅で形成された溶接層１０７によって、縦板１０１ａ等とダイヤフラム１０４との間が強力に固定される（図１１等参照）。なお、溶接層１０７の一部は、図１１に示すように、孔Ｈから縦板１０１ａ等の外面１１１から突出（または盛出）して形成されることがある。この外面１１１から突出した部分の溶接層１０７は、その後の研削処理等によって外面１１１と同一平面となるまで削られる。更に、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等の間を「サブマージアーク溶接」が行われる。

【0009】

ここで、上記したエレクトロスラグ溶接をする場合、溶接前のダイヤフラム１０４は、縦板１０１ａ等の内面１０３に当該ダイヤフラム１０４の幅と略一致する間隔で互いに離間した一対の当板１０８の間に取付けられている（例えば、図１２参照）。このような状態で仮組みされた仮組体１１０において、溶接用のトーチの先端を仮組体１１０の内部に進入させるための溶接作業用の“孔Ｈ”を設ける必要があった（図１０参照）。

【0010】

一般的に、縦板１０１ａ等の金属材料からなる厚板（板状部材）に、上記のような孔Ｈを穿ける穿孔加工を行う場合、例えば、従来から周知の穿孔装置であるラジアルボール盤等が使用される。しかしながら、ラジアルボール盤等の場合、板状部材の穿孔加工を主に対象とするものであり、上記ボックス柱１００のような立体的な形状の加工対象を直接穿孔する場合は、昇降式のラジアルボール盤等を使用する必要があった。そこで、ガントリー型穿孔装置（所謂「ガントリードリル」）の使用が想定される。このガントリー型穿孔装置（穿孔装置）は、穿孔対象となるワーク（上記厚板等）を支持する載置テーブルと、当該載置テーブルの長手方向（Ｘ軸）に沿って配された一対のガイドレールと、ガイドレールに支持され、当該ガイドレールに従ってＸ軸に沿って自在に移動するゲート状（門状）のガントリーユニットと、ガントリーユニットに取設され、載置テーブルのＸ軸に直交するＹ軸方向に沿って移動可能な穿孔ドリルを有するドリルユニットと等を主に備えている。

【0011】

これにより、ワークの任意の位置に穿孔ドリルを移動させ、更にＸ軸及びＹ軸に互いに直交するＺ軸方向に沿って穿孔ドリルを昇降させることで、ワークの規定の位置に孔Ｈを穿けることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【文献】特開平７－１１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、上述した従来型のラジアルボール盤のような穿孔装置は、平板状の厚板を穿孔加工の対象とするものであり、柱部材として使用されるボックス柱のような立体的形状のものを穿孔対象として想定するものではなかった。一方、従来のガントリー型穿孔装置の場合、下記に掲げるような不具合を生じる可能性があった。

【0014】

すなわち、ボックス柱は、高層ビルの柱部材等としての使用が想定されるため、比較的大型のサイズのものが製造されている。例えば、縦板及び横板のそれぞれの幅が１０００ｍｍ超のことがあり、かつ、ボックス柱の全長が１０ｍ以上になるものもあった。

【0015】

上記のような立体的形状（ボックス形状）のワークに対する穿孔を可能とするため、従来と比べて、穿孔ドリル等のドリルユニットを従来よりも高い位置に設置する必要があった。その結果、当該ドリルユニットの取付けられるガントリーユニットのガーダーの位置も必然的に高くなった。ドリルユニットは、穿孔ドリルを回転させるための駆動用モータ等を備える重量物であり、かかる重量物がガントリーユニットの高い位置に取付けられることで、ガントリーユニット及びドリルユニットの重心位置が従来よりも高所になった。

【0016】

その結果、従来の穿孔装置と比べて、ガントリーユニットがＸ軸ガイドレールに対して不安定に支持され、または穿孔ドリルの回転によって振動が発生しやすくなった。これにより、ボックス柱に対する穿孔加工の精度が低くなり、穿孔位置が指定穿孔位置からずれる等の問題が生じることがあった。

【0017】

そこで、本発明は、上記実情に鑑み、重心位置の高いガントリーユニットによるワークの穿孔加工において、振動等の発生を抑制することを第一の課題とし、更にワークに対する穿孔ドリルの穿孔位置の調整及び確認を速やかに行うことができ、当該穿孔加工に要する作業時間の短縮化、及びボックス柱の製造の効率化を図ることを第二の課題とした穿孔装置、及び当該穿孔装置を用いた穿孔方法の提供を課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明によれば、上記課題を解決した穿孔装置、及び穿孔方法が提供される。

【0019】

［１］ Ｘ軸及び前記Ｘ軸に直交するＹ軸が規定され、テーブル上面に穿孔対象のワークが載置される載置テーブルと、前記Ｘ軸に沿って前記載置テーブルの両側に配設された一対のＸ軸ガイドレールと、前記Ｘ軸ガイドレールの上にそれぞれ支持された一対の転動台車、前記転動台車からそれぞれ上方に向かって垂設された一対の脚、及び、前記Ｙ軸に長手方向を一致させ、一対の前記脚の間に架設されたガーダーを有し、前記載置テーブルの上方を前記Ｘ軸に沿って水平方向に転動可能に形成されたゲート形状のガントリーユニットと、前記ガーダーに取設され、前記Ｙ軸に沿って水平方向に転動可能に形成されたドリル基体、及び、前記ドリル基体に取設され、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に互いに直交するＺ軸に沿って上下方向に移動可能に形成された穿孔ドリルを有するドリルユニットと、前記ガントリーユニット及び前記ドリルユニットの前記ドリル基体の転動を制御する転動制御部とを具備するガントリー型穿孔装置であって、前記転動台車に取設され、前記Ｘ軸ガイドレールを左右方向及び／または上下方向から把持する一対のレールクランプ、及び前記レールクランプをレール把持位置及びレール把持解除位置に駆動制御するレールクランプ制御部を有し、前記レールクランプによって前記Ｘ軸ガイドレールをクランプし、前記ガントリーユニットの前記Ｘ軸に沿った転動を規制するレールクランプ部と、前記脚の下部に取設され、前記Ｙ軸方向から視た状態で一端が断面Ｌ字形状を呈するクランプ支持部、前記クランプ支持部に取設された脚クランプ、及び前記脚クランプを脚クランプ位置及び脚クランプ解除位置に駆動制御する脚クランプ制御部を有し、前記転動台車に前記脚を固定する脚クランプ部とを更に具備するガントリー型穿孔装置。

【0020】

［２］ 前記レールクランプ制御部及び前記脚クランプ制御部の少なくとも一方は、油圧シリンダの油圧駆動力を用いて前記レールクランプ及び／または前記脚クランプを駆動制御するレールクランプ制御部前記［１］に記載のガントリー型穿孔装置。

【0021】

［３］ 前記ドリルユニットは、前記穿孔ドリルによる前記ワークの穿孔位置及びその周囲のワーク表面を含むワーク画像を撮像する撮像部と、前記穿孔ドリルの穿孔位置に相当する穿孔位置表示マーカーを重ね合わせ、前記ワーク画像を表示するワーク画像表示部とを具備し、前記転動制御部は、前記ワークに予め罫書きされた指定穿孔位置及び前記穿孔位置表示マーカーが一致するように、撮像された前記ワーク画像に基づいて、前記ガントリーユニット及び前記ドリルユニットの転動を制御する前記［１］または［２］に記載のガントリー型穿孔装置。

【0022】

［４］ 前記ワークは、一対の縦板及び一対の横板を互いに組み合わせて仮溶接され、四角筒状を呈する四角ボックス柱の仮組体である前記［１］～［３］のいずれかに記載のガントリー型穿孔装置。

【0023】

［５］ 前記転動制御部は、前記指定穿孔位置及び前記穿孔ドリルの穿孔位置の位置合わせを、予めプログラミングされた数値制御によって前記ガントリーユニット及び前記ドリルユニットを転動させる前記［３］に記載のガントリー型穿孔装置。

【0024】

［６］ 前記［１］～［５］のいずれかに記載のガントリー型穿孔装置を用いた穿孔方法であって、前記ガントリー型穿孔装置の載置テーブルのテーブル上面にワークを載置するワーク載置工程と、前記ガントリー型穿孔装置のゲート形状のガントリーユニットを前記載置テーブルのＸ軸に沿って配された一対のＸ軸ガイドレールに従って転動させるとともに、前記ガントリーユニットに取設されたドリルユニットを前記載置テーブルの前記Ｘ軸に直交するＹ軸に沿って転動させ、前記ドリルユニットの穿孔ドリルの穿孔位置を前記ワークに予め罫書きされた指定穿孔位置の近くに移動させる近接工程と、前記ワーク及びその周囲のワーク表面を含むワーク画像を撮像する撮像工程と、前記ガントリーユニット及び前記ドリルユニットの転動を制御し、前記指定穿孔位置及び前記ワーク画像に重ね合わせて表示される穿孔位置表示マーカーが一致するように、撮像されたワーク画像に基づいて調整する穿孔位置調整工程と、前記ガントリー型穿孔装置のレールクランプ部によって、前記ガントリーユニットの前記Ｘ軸に沿った水平方向の転動を規制するレールクランプ工程と、前記ガントリー型穿孔装置の脚クランプ部によって、前記ガントリーユニットの転動台車及び脚を固定する脚クランプ工程とを具備するガントリー型穿孔装置を用いた穿孔方法。

【発明の効果】

【0025】

本発明の穿孔装置によれば、レールクランプ部及び脚クランプ部にかかる構成を備えることで、穿孔ドリルによる穿孔加工の際にゲート形状のガントリーユニットの剛性を高めることができ、ガントリーユニットの振動を抑えることができる。そのため、重心位置の高いガントリーユニットであっても、柱部材に使用される立体形状のボックス柱等のワークに対する穿孔加工を精度良く行うことができる。更に、本発明の穿孔方法によれば、上記穿孔装置を利用することでボックス柱等のワークに対する穿孔を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本実施形態の穿孔装置の平面視の概略構成を示す説明図である。

【図2】本実施形態の穿孔装置におけるレールクランプ部の概略構成を示す説明図である。

【図3】本実施形態の穿孔装置におけるガントリーユニット近傍の概略構成を示す一部拡大説明図である。

【図4】本実施形態の穿孔装置における脚クランプ部の概略構成を示す説明図である。

【図5】ガーダーに取設されたドリルユニットの側方視の概略構成を示す説明図である。

【図6】ドリルユニットの撮像部とワーク表面の概略構成を示す説明図である。

【図7】ワークの指定穿孔位置及び穿孔位置表示マーカーが非一致の状態を模式的に示す説明図である。

【図8】ワークの指定穿孔位置及び穿孔位置表示マーカーが一致した状態を模式的に示す説明図である。

【図9】ボックス柱の概略構成を示す斜視図である。

【図10】仮組体の概略構成を示す正面図である。

【図11】ダイヤフラムの溶接後のボックス柱の概略構成を示す断面図である。

【図12】仮組体の上部の横板を除いた状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照しつつ本発明の穿孔装置、及び穿孔方法について詳述する。ここで、本発明の穿孔装置、及び穿孔方法は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、種々の設計の変更、修正及び改良等を加え得るものである。

【0028】

本発明の一実施形態の穿孔装置１は、図１～８に示されるように、所謂“ガントリータイプ”の穿孔装置１であって、載置テーブル１０、一対のＸ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂ、ガントリーユニット３０、ドリルユニット４０、及び、転動制御部（図示しない）とを具備して主に構成されている。本実施形態の穿孔装置１を用いることで、載置テーブル１０に載置された穿孔対象のワークＷの任意の位置に、載置テーブル１０のＸ軸及びＸ軸に直交するＹ軸（例えば、図２参照）に沿ってガントリーユニット３０及びドリルユニット４０を転動させ、ドリルユニット４０の穿孔ドリル４２の穿孔位置ＤＰを合わせることができる。これにより、溶接作業用の孔Ｈ（例えば、図１０及び図１１参照）を穿けることができる。一方、本発明の一実施形態の穿孔方法は、上記穿孔装置１を用いてワークＷに溶接作業用の孔Ｈを穿けることができる。

【0029】

本実施形態の穿孔装置１の穿孔対象は、最終製品として、大型建造物などの柱部材として使用される鋼製のボックス柱（図９参照）を製造するためのものであり、鋼製の厚板である一対の縦板１０１ａ，１０１ｂ及び一対の横板１０２ａ、１０２ｂを互いに組み合わせて仮溶接し、四角筒状を呈するように仮組みした仮組体１１０が用いられる（図１０等参照、以下「ワークＷ」と称す。）。ここで、ワークＷは、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等によって囲まれた空間Ｓを内部に有している。本実施形態の穿孔装置１を用いることにより、当該空間Ｓに耐荷重性等を向上させるための複数のダイヤフラム１０４をエレクトロスラグ溶接によって固定するための、溶接作業用の孔Ｈを穿けることができる。

【0030】

１．穿孔装置
本実施形態の穿孔装置１のそれぞれの構成について詳述すると、載置テーブル１０は、Ｘ軸及び当該Ｘ軸に直交するＹ軸が規定され、テーブル上面１１に、ワークＷを横置きにした状態で載置するためのものである。ワークＷのサイズは、特に限定されるものではないが、上述したように最終製品として柱部材となる鋼製のボックス柱１００（本発明における四角ボックス柱に相当）であるため、縦板１０１ａ，１０１ｂ及び横板１０２ａ，１０２ｂが、例えば、２００ｍｍ～１５００ｍｍ程度の広幅のものが使用されることがあり、縦板１０１ａ等及び横板１０２ａ等の長さも１０ｍ以上（例えば、７００ｍ超）のものがある。すなわち、ワークＷは大型の長尺体であり、鋼製のため重量物である。

【0031】

そのため、この長尺体、かつ重量物のワークＷの長手方向を水平方向に一致させた状態で、下方から安定して支持するために、載置テーブル１０は堅牢な構造である必要がある。載置テーブル１０は、例えば、複数の鋼材等を組み合わせて構築することができる。これにより、ワークＷは、自重によって撓むことなく、水平方向の長手方向を一致させた状態で載置テーブル１０に載置される。なお、載置テーブル１０は、台車としてＸ軸方向に沿って移動可能なものであってもよい。すなわち、後述するゲート形状のガントリーユニット３０のガーダー３５の下方に位置するように、載置テーブル１０に載置されたワークＷを移動させることができる。

【0032】

穿孔装置１の一対のＸ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂは、載置テーブル１０の左右方向（図１における紙面上下方向、及び図２における紙面左右方向に相当）の両側に、それぞれ互いに平行にして配置されるものであり、後述するガントリーユニット３０の転動方向をＸ軸方向に規制するためのものである。Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂは、図１及び図２等に示されるように、断面略Ｉ字形状を呈するレール本体２１と、レール本体２１を設置面Ｇに固定するレール固定部２２とを備えている。

【0033】

レール本体２１のレール上端部２３にガントリーユニット３０を載せることで、ガントリーユニット３０をＸ軸に沿って自在に転動させることができる。換言すれば、ワークＷの長手方向の任意の位置までガントリーユニット３０を移動させることができる。Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂは、一般的なレール部材と同一の鋼材等を使用して形成することができる。この場合、レール本体２１の長手方向（Ｘ軸に一致）に沿って変形や撓み等がないように、歪みのない直線状の部材が使用される。

【0034】

ガントリーユニット３０は、それぞれのＸ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂの上に載置され、載置テーブル１０のＸ軸に沿って水平方向に転動するものであり、略平板状の台車基部３１ａ，３１ｂ、及び台車基部３１ａ，３１ｂの下部に回転自在に軸支された複数の車輪部（図示しない）を有する一対の転動台車３３ａ，３３ｂと、転動台車３３ａ，３３ｂの略中央付近から上方に向かってそれぞれ垂設された一対の脚３４ａ，３４ｂと、載置テーブル１０のＸ軸に直交するＹ軸（図１及び図２参照）に長手方向を一致させ、一対の脚３４ａ，３４の間に架設されたガーダー３５とを備えるものである。これにより、図２の穿孔装置１の正面視に示されるように、ガントリーユニット３０は、載置テーブル１０及びワークＷの上方を跨いだ状態のゲート状（門状）の構成となる。

【0035】

本実施形態の穿孔装置１において、ガーダー３５のガーダー上面３６には、載置テーブル１０のＹ軸に沿って配されたＹ軸ガイドレール３７が配設されている。本発明において、ガーダーは３５上記構成に限定されるものではなく、後述するドリルユニット４０がＹ軸に沿って自在に転動するのを支持できれば構わない。

【0036】

なお、Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂに従って、Ｘ軸に沿ってガントリーユニット３０が転動するための転動手段（駆動手段）は、特に限定されるものではなく、例えば、周知の駆動用モータによって発生させた駆動力をギアボックス等を介してガントリーユニット３０に伝達し、転動させるものであっても、或いは、油圧シリンダ等を用いて駆動力を発生させるものであっても構わない。本実施形態の穿孔装置１の転動制御部によって、かかるガントリーユニット３０のＸ軸方向の転動量を任意に制御することができ、例えば、数ｍｍ単位から数ｃｍ単位で精細な制御を行うことができる。転動制御部は、周知のガントリー型穿孔装置と略同一の構成を採用することが可能であり、穿孔装置１の一部に設けられた操作制御卓（操作パネル）を作業者が操作することで、上記ガントリーユニット３０等の転動を制御することができる。そのため、詳細な説明は省略する。なお、操作制御卓には、後述する撮像部４５の稼働を制御し、更に撮像されたワーク画像４４を表示するためのワーク画像表示部４６（液晶ディスプレイ等）等の各構成を備えている。

【0037】

ドリルユニット４０は、上述したガントリーユニット３０のガーダー３５の前方側（図１における紙面右側に相当）取設され、載置テーブル１０のＹ軸に沿って水平方向に転動可能に形成されたドリル基体４１と、ドリル基体４１に取設され、載置テーブル１０のＸ軸及びＹ軸に互いに直交するＺ軸（図１における紙面手前から奥行方向に相当）に沿って上下方向に移動可能に形成され、先端にワークＷの穿孔加工が可能な穿孔ドリル４２とを備えるものである。

【0038】

ここで、本実施形態のガントリーユニット３０に取設されたドリルユニット４０は、Ｙ軸に沿って転動自在に制御することができる。これにより、上述したガントリーユニット３０のＸ軸に沿った転動を組み合わせることで、載置テーブル１０に載置されたワークＷの任意の位置に、Ｘ軸及びＹ軸の転動を制御することで穿孔ドリル４２の先端の位置を合わせることができる。

【0039】

なお、Ｙ軸に沿って各ドリルユニット４０が転動するための転動手段（駆動手段）は、特に限定されるものではなく、前述したガントリーユニット３０の転動と同様に周知の構成を採用することができる。そのため、これらの制御に係る構成については、ここでは詳細な説明を省略する。また、ワークＷに対して穿孔加工を行うために、穿孔ドリル４２をＺ軸に沿って上下方向に移動させる機構及び当該移動に係る駆動手段等についても同様のため、詳細な説明は省略する。

【0040】

更に、本実施形態の穿孔装置１において転動台車３３ａ，３３ｂには、Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂを左右方向及び／または上下方向から把持する一対のレールクランプ５１及びレールクランプ５１のレール把持位置及びレール把持解除位置に駆動制御するレールクランプ制御部５２を有するレールクランプ部５０が取設されている。これにより、レールクランプ部５０によるＸ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂの把持動作（クランプ動作）によって、一対のレールクランプ５１でＸ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂのレール本体２１を挟み、転動台車３３ａ，３３ｂの台車基部３１ａ，３１ｂとの間の摩擦力を増大させることができる。これにより、転動台車３３ａ，３３ｂのＸ軸に沿った水平方向の転動を規制する、換言すれば、ガントリーユニット３０の転動にブレーキを掛け、ガントリーユニット３０を任意のＸ軸の位置に固定することができる。

【0041】

更に詳細に説明すると、本実施形態の穿孔装置１におけるレールクランプ部５０は、Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂの左右両側（図２における紙面左右方向に相当：Ｙ軸に相当）からレール本体２１のレール上端部２３の側面と相対するように取付けられた一対のレールクランプ５１を有し、通常はレール把持解除位置に設定される。このとき、レールクランプ５１とレール本体２１とは接していない。そのため、かかる状態では、ガントリーユニット３０は、転動制御部による制御によってＸ軸に沿って水平方向に自在に転動することができ、当該Ｘ軸の任意の位置まで移動することができる。

【0042】

そして、転動制御部によってガントリーユニット３０を所定のＸ軸の位置まで転動させた後、レールクランプ部５０の一対のレールクランプ５１をクランプ方向Ｃ（図２の矢印方向参照）に従って、レール本体２１のレール上端部２３を左右方向から挟み込むように駆動制御し、レール把持位置に変位させる。ここで、レール把持位置に変位させるためのレールクランプ制御部５２は、本実施形態の穿孔装置１のいて、油圧シリンダを有して構成されている。そのため、当該油圧シリンダの油圧駆動力を用いてレールクランプ５１がレール把持位置まで移動する。これにより、レールクランプ５１がレール本体２１のレール上端部２３の側面と接することとなり、レールクランプ５１及びレール本体２１の間に強い摩擦力が生じる。その結果、ガントリーユニット３０のＸ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂに対する転動が規制される。

【0043】

本発明の穿孔装置は、従来の板状部材を穿孔加工するものに比べ、ワークＷの穿孔加工を行う、穿孔ドリル４２の位置、換言すれば、ワークＷの穿孔位置が高い位置にある。そのため、穿孔ドリル４２（ドリルユニット４０）及びこれを支持するガントリーユニット３０の重心位置が必然的に高くなる。加えて、一つのガントリーユニット３０に対して、重量物であるドリルユニット４０が取付けられ、かかるドリルユニット４０がＹ軸に沿って転動することができる。そのため、重心位置がＹ軸に沿って変位する。そのため、ドリルユニット４０を支えるガントリーユニット３０がＸ軸及び／またはＹ軸方向に揺動するなどの不安定な状態になる可能性がある。

【0044】

そこで、上記レールクランプ部５０を採用することで、穿孔加工の際にガントリーユニット３０及びＸ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂを強固に固定することができ、ガントリーユニット３０のＸ軸方向の微動や振動によるガントリーユニット３０の揺動を防ぐことができる。その結果、穿孔対象となるボックス形状のボックス柱を製造するためのワークＷを穿孔する場合であっても、安定した穿孔加工を行うことが可能となる。

【0045】

更に、本実施形態の穿孔装置１は、図３，４に示すように、脚の下部に取設され、Ｙ軸方向（図４における紙面手前から奥行方向）に視た状態で一端が断面Ｌ字形状を呈するクランプ支持部６１と、クランプ支持部６１に取設された脚クランプ６２と、脚クランプ６２を脚クランプ位置及び脚クランプ解除位置の間で上下方向に駆動制御する脚クランプ制御部６３とを有する脚クランプ部６０を具備している。

【0046】

上記構成の脚クランプ部６０によれば、脚クランプ制御部６３によって脚クランプ６２を脚クランプ位置に駆動させることで、脚３４ａ，３４ｂの下部に取設された断面Ｌ字形状のクランプ支持部６１が当該脚クランプ６２によって下方に向かって押し付けられる。すなわち、脚３４ａ，３４ｂを支持する転動台車３３ａ，３３ｂに固定される。

【0047】

これにより、穿孔ドリル４２による穿孔加工時において、転動台車３３ａ，３３ｂ及び脚３４ａ，３４ｂの間での振動の発生を抑制し、穿孔加工の際のガタツキ等を防止し、振動の発生を抑えることができる。なお、脚クランプ制御部６３は、レールクランプ制御部５２と同様に、油圧シリンダの油圧駆動力を用いて脚クランプ６２を駆動制御することができる。一対の脚３４ａ，３４ｂ及びガーダー３５を有し、ゲート形状に形成されたガントリーユニット３０は、Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂに従ってＸ軸に沿って転動を繰り返すことにより、Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂと接する転動台車３３ａ，３３ｂの摩耗等によって僅かに変形することがある。

【0048】

更に、本実施形態の穿孔装置１は、ドリルユニット４０において、穿孔ドリル４２によるワークＷの穿孔位置ＤＰ及びその周囲のワーク表面４７を含むワーク画像４４を撮像する撮像部４５と、穿孔ドリル４２の穿孔位置ＤＰに相当する穿孔位置表示マーカーＤＭを直接重ね合わせ、ワーク画像４４を表示するワーク画像表示部４６とを具備している。ここで、ワーク画像表示部４６は、周知の液晶ディスプレイ等を用いることができる。更に、撮像部４５は既存のＣＣＤカメラ等を用いることができる。また、穿孔位置表示マーカーＤＭは、ワーク画像表示部４６の略中央位置に表示される。

【0049】

上記構成を備えることにより、撮像されたワーク表面４７の周辺を含むワーク画像４４を、ワーク画像表示部４６によって確認しながら、ワークＷに予め罫書きされた指定穿孔位置ＳＰとワーク画像４４に重ね合わせて表示された穿孔位置表示マーカーＤＭとが一致するように、転動制御部を制御してガントリーユニット３０及びドリルユニット４０の転動を制御する。

【0050】

更に詳細に説明すると、指定穿孔位置ＳＰと穿孔位置表示マーカーＤＭとのずれがワーク画像表示部４６によって確認されると、転動制御部によってガントリーユニット３０及びドリルユニット４０を制御し、穿孔ドリル４２の先端（穿孔位置ＤＰ）が指定穿孔位置ＳＰで示された交点と一致するようにＸ軸及び／またはＹ軸に沿って転動制御する。このとき、作業者は、ワーク画像表示部４６（液晶ディスプレイ）上で、ずれを視認し、転動制御部を操作し、ガントリーユニット３０及びドリルユニット４０を当該ずれに応じて適切な転動量だけ転動させる（図６参照）。更に、得られたレーザー投影画像４６に基づいた画像処理を行うことで、自動的に適切な転動量を算出し、制御することもできる。

【0051】

なお、撮像部４５は、動画撮影等の可能な周知のＣＣＤカメラ等を用いることができる。

【0052】

なお、本実施形態の穿孔装置１では、ワークＷに罫書きされる指定穿孔位置ＳＰを二本の直線を交差させた“×状”または“＋状”で示し、ワーク画像表示部４６に直接表示される穿孔位置表示マーカーＤＭも同様に“×状”または“＋状”となるように設定されている。本実施形態の穿孔装置１では、互いに二本の直線が交差する指定穿孔位置ＳＰ及び穿孔位置表示マーカーＤＭの交点同士が一致した状態を、指定穿孔位置ＳＰ及び穿孔位置ＤＰ（穿孔位置表示マーカーＤＭ）が一致した状態と判断する。

【0053】

なお、本実施形態の穿孔装置１は、所謂数値制御（ＮＣ制御）が可能なものである。そのため、上記のワークＷに罫書きされた上記の指定穿孔位置ＳＰのうちのいくつかを基準点として設定し、指定穿孔位置ＳＰ及び穿孔ドリル４２の穿孔位置ＤＰの位置合わせ作業を登録することで、その他の指定穿孔位置ＳＰに対しては予めプログラミングされた数値制御によってガントリーユニット３０及びドリルユニット４０のＸ軸及びＹ軸の転動を規制し、穿孔位置ＤＰに到達した穿孔ドリル４２をＺ軸方向に制御し、所望の穿孔深さで穿孔ドリル４２による穿孔加工を行うことができる。

【0054】

この場合、穿孔加工の実施時には、作業者は正しい位置で穿孔が行われているかをワーク画像表示部４６によって確認する作業を行う。かかる確認作業において、穿孔ドリル４２の穿孔位置ＤＰとワークＷの指定穿孔位置ＳＰとの間にずれが認められる場合には、作業者が上記数値制御に割り込み、手動でガントリーユニット３０及びドリルユニット４０等の転動を制御することもできる。数値制御（ＮＣ制御）と手動による転動制御を併用することで、ワークＷに対する穿孔加工の精度及び正確性が向上し、より短い作業時間で穿孔加工を完了することができる。すなわち、作業時間の短縮化を図り、製造効率を向上させ、最終製品としてのボックス柱の生産性を高めることができる。

【0055】

上記構成の穿孔装置１によって、従来と比べて、レールクランプ部５０及び脚クランプ部６０に係る構成を備え、Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂに載置して支持されたゲート形状のガントリーユニット３０の揺動等を抑え、穿孔加工時の安定性を高めることができる。その結果、穿孔加工の加工精度を高めることができる。

【0056】

更に、ドリルユニット４０は、ドリル基体４１に対し、穿孔ドリル４２をＸ軸及び／またはＹ軸に沿って移動可能な微調整移動機構（図示しない）を備えている。上述したように、穿孔対象となるワークＷは大型の長尺体であり、ガントリーユニット３０及びドリルユニット４０の転動量も数ｍｍ単位から数ｍ単位で転動することもある。そのため、穿孔位置ＤＰを僅かにＸ軸及び／またはＹ軸に沿って転動させようとする場合、ガントリーユニット３０及びドリルユニット４０を直接転動させるためには、多くの駆動力及び時間がかかることが予想される。そのため、ドリルユニット４０の穿孔ドリル４２自体をドリル基体４１に対して移動させることにより、穿孔位置ＤＰの微調整作業が容易、かつ短時間で可能となる。更に、ガントリーユニット３０等を駆動させるよりも消費電力等を抑えることができる。このように、上述したガントリーユニット３０及びドリルユニット４０の転動と上記微調整移動機構とを併用することで、短い時間で少ない消費エネルギーで速やかに穿孔位置ＤＰまで穿孔ドリル４２を移動させることができる。これにより、ワークＷに対して効率的な穿孔加工を行うことができる。

【0057】

２．穿孔方法
次に、上記穿孔装置１を用いた穿孔方法の一例について説明する。始めに穿孔装置１の載置テーブル１０のテーブル上面１０ａに穿孔加工の対象となるワークＷを載置する（ワーク載置工程）。既に説明したように、ワークＷの長手方向と載置テーブル１０のＸ軸とが略一致するようにワークＷを載置する。その後、穿孔ドリル４２の穿孔位置ＤＰが、ワークＷに予め罫書きされた指定穿孔位置ＳＰの近くに位置するように穿孔装置１のガントリーユニット３０及びドリルユニット４０を転動させる（近接工程）。ここで、近接工程は、作業者が目視によって行っても、或いは撮像部によって撮像された画像を表示したディスプレイで確認しながら行っても構わない。更には、予め入力した数値に基づいて、自動制御を行うものであってもよい。

【0058】

ワークＷの指定穿孔位置ＳＰに穿孔ドリル４２が近接した状態で、撮像部４５によってワークＷ及びその周囲のワーク表面４７を含む-ワーク画像４４を撮像する（撮像工程）。撮像されたワーク画像４４はワーク画像表示部４６によって表示され、作業者はかかるワーク画像４４を穿孔位置ＤＰ等から離れた位置から確認することができる。ここで、ワーク画像表示部４６には、上記ワーク画像４４と重ねて、穿孔ドリル４２の先端の位置（穿孔位置ＤＰ）を示す“＋”の穿孔位置表示マーカーＤＭが表示されている。

【0059】

その後、撮像工程によって得られたワーク画像４４と、重ね合わせて表示される穿孔位置表示マーカーＤＭとを作業者が確認しながらガントリーユニット及びドリルユニットの転動を制御し、指定穿孔位置ＳＰ及び穿孔位置表示マーカーＤＭ（＝穿孔位置ＤＰ）が一致するように調整する（穿孔位置調整工程）。本実施形態の穿孔方法では、既に示した図５及び図６のように、罫書きされた“＋”の指定穿孔位置ＳＰに対し、同様に“＋”の穿孔位置表示マーカーＤＭのそれぞれの交点が一致するように転動を行い、穿孔ドリル４２による穿孔位置ＤＰの調整を図っている。

【0060】

上記穿孔位置ＤＰの調整が完了した後、穿孔ドリル４２の回転を制御し、更にＺ軸に沿って穿孔ドリル４２を下方に移動させることで、ワークＷの穿孔作業を行うことができる。このとき、穿孔開始前にレールクランプ部５０を制御し、Ｘ軸ガイドレール２０ａ，２０ｂをそれぞれレール把持位置に駆動した一対のレールクランプ５１によって把持し、ガントリーユニット３０のＸ軸に沿った水平方向の移動を規制するレールクランプ工程が実施される。更に、脚クランプ部６０を用いて、転動台車３３ａ，３３ｂ及び脚３４ａ，３４ｂの間を固定する脚クランプ工程が実施される。これにより、ガントリーユニット３０の転動が規制され、かつガントリーユニット３０を構成する脚３４ａ，３４ｂ及び転動台車３３ａ，３３ｂの間が強固に接続される。更に、上記レールクランプ工程によってガーダー３５を上方から押し付けるとともに、当該ガーダー３５の側方からシリンダ等を用いて挟み込んで固定する側方クランプ機構（図示しない）、或いはガーダー３５の上下方向及び側方を同時に固定する方法として、当該ガーダー３５の側方からシリンダ等を用いて“くさび”を挿入し、ガーダー３５の浮き及び側方への移動（ズレ）を防止する機構を備えるものであっても構わない。

【0061】

このようにして、本実施形態の穿孔方法によれば、最終製品として柱部材となるワークＷ（仮組体１１０）に対し、エレクトロスラグ溶接のための溶接作業用の孔Ｈを精度よく、かつ作業者に無理な姿勢を強いることなく、安全性を確保した状態で穿孔加工を行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明の穿孔装置によれば、柱部材として使用されるボックス柱（四角ボックス柱）を製造する製造工程で使用されるガントリー型穿孔装置として、特に有用に使用することができる。更に、本発明の穿孔方法は、上記穿孔装置（ガントリー型穿孔装置）を用いて、エレクトロスラグ溶接のための溶接作業用の孔を穿ける穿孔工程に特に有用に使用することができる。

【符号の説明】

【0063】

１：穿孔装置、１０：載置テーブル、１１：テーブル上面、２０ａ，２０ｂ：Ｘ軸ガイドレール、２１：レール本体、２２：レール固定部、２３：レール上端部、３０：ガントリーユニット、３１ａ，３１ｂ：台車基部、３３ａ，３３ｂ：転動台車、３４ａ，３４ｂ：脚、３５：ガーダー、３６：ガーダー上面、３７：Ｙ軸ガイドレール、４０：ドリルユニット、４１：ドリル基体、４２：穿孔ドリル、４４：ワーク画像、４５：撮像部、４６：ワーク画像表示部、４７：ワーク表面、５０：レールクランプ部、５１：レールクランプ、５２：レールクランプ制御部、６０：脚クランプ部、６１：クランプ支持部、６２：脚クランプ、６３：脚クランプ制御部、１００：ボックス柱（四角ボックス柱）、１０１ａ，１０１ｂ：縦板、１０２ａ，１０２ｂ：横板、１０３：内面、１０４：ダイヤフラム、１０５：側辺、１０６：空隙、１０７：溶接層、１０８：当板、１０９：刳抜孔、１１０：仮組体、１１１：外面、Ｃ：クランプ方向、ＤＭ：穿孔位置表示マーカー、ＤＰ：穿孔位置、Ｇ：設置面、Ｈ：孔、Ｓ：空間、ＳＰ：指定穿孔位置、Ｗ：ワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】