CN111716554A - 穿孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够抑制穿孔中的转速降低的穿孔钻机。穿孔钻机(100)能够供对被穿孔部件进行穿孔的钻头(2)装卸，且具备用于使钻头(2)旋转的驱动马达(13)，其中，该穿孔钻机(100)具备：测量驱动马达(13)的转速的传感器(15)；以及对驱动马达(13)进行反馈控制以使由传感器(15)测量的测量转速维持与钻头(2)外径预先对应的目标转速的反馈控制单元(19)。

Description

穿孔装置

技术领域

本发明涉及对被穿孔部件进行穿孔的穿孔装置。

背景技术

一直以来，提出有对混凝土、瓷砖等被穿孔部件进行穿孔的穿孔装置(专利文献1)。专利文献1所记载的穿孔装置采用了使作为冷却液的水循环并进行穿孔作业的水循环方式，用于对被穿孔部件进行穿孔的钻头安装在旋转轴的前端

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-67023号公报

发明内容

发明所要解决的课题

就现有的穿孔装置而言，在穿孔中，由于钻头从被穿孔部件承受的负载，驱动马达的转速大多降低。在这种情况下，现有的穿孔装置存在以下问题：随着驱动马达的转速降低，穿孔速度也降低，穿孔作业时间变长。

因此，本发明的课题在于提供能够抑制穿孔中的转速降低的穿孔装置。

用于解决课题的方案

鉴于上述的课题，本发明的穿孔装置能够供对被穿孔部件进行穿孔的钻头装卸，且具备用于使钻头旋转的驱动马达，穿孔装置构成为，具备：测量单元，其测量驱动马达的转速；以及反馈控制单元，其对驱动马达进行反馈控制，以使由测量单元测量的测量转速维持与钻头的外径预先对应的目标转速。

该穿孔装置通过进行反馈控制，能够抑制穿孔中的转速降低，以短时间进行穿孔作业。

另外，本发明的穿孔装置优选的是，还具备转速选择单元，该转速选择单元选择与钻头的第一外径范围预先对应的第一目标转速和与比第一外径范围大的第二外径范围预先对应且比第一目标转速低的第二目标转速的任一个，反馈控制单元对驱动马达进行反馈控制，以使测量转速维持由转速选择单元所选择的目标转速。

而且，就转速选择单元而言，优选的是，第一目标转速与10.5mm以下的第一外径范围对应地预先设定为9000转/分，第二目标转速与超过10.5mm且50mm以下的第二外径范围对应地预先设定为6500旋/分。

该穿孔装置能够在穿孔中维持与钻头外径对应的适当的转速，以更短时间进行穿孔作业。

另外，本发明的穿孔装置优选的是，就反馈控制单元而言，作为反馈控制，在测量转速成为目标转速以下的情况下，使施加于驱动马达的电流增加。

该穿孔装置通过使施加于驱动马达的电流增加，能够抑制穿孔中的转速降低，能够以短时间进行穿孔作业。

另外，本发明的穿孔装置优选为向由钻头穿孔的被穿孔部件供给冷却水并且将来自穿孔的冷却水排出的水循环方式。

另外，本发明的穿孔装置优选的是，被穿孔部件是混凝土、瓷砖、或者石材。

该穿孔装置即使在采用水循环方式的情况下、在被穿孔部件为混凝土、瓷砖或石材的情况下，也能够抑制穿孔中的转速降低，能够以短时间进行穿孔作业。

发明效果

本发明的穿孔装置通过对驱动马达进行反馈控制，能够抑制穿孔中的转速降低，以短时间进行穿孔作业。

附图说明

图1是示意性地表示实施方式的穿孔系统的整体的侧视图。

图2中，(a)是示意性地表示图1的穿孔工具的立体图，图2(b)是示意性地表示穿孔作业状态的剖视图。

图3是图1的穿孔钻机的概要结构图。

图4中，(a)以及(b)是说明反馈控制的具体例的说明图。

图5中，(a)以及(b)是说明反馈控制的具体例的说明图。

图6是说明反馈控制的具体例的说明图。

图中：

2—钻头，11—动力传递机构，13—驱动马达，15—传感器(测量单元)，17—开关(转速选择单元)，19—反馈控制单元，100—穿孔钻机(穿孔装置)。

具体实施方式

(实施方式)

以下，参照合适附图对本发明的实施方式详细进行说明。

首先，参照图1，对具备穿孔钻机(穿孔装置)100的穿孔系统S1的概要进行说明。

此外，以下的说明中参照的附图均概要性地表示实施方式，有时夸大各部件的尺寸、间隔、位置关系等，或者省略部件的一部分的图示。另外，在以下的说明中，对于相同的名称以及符号，原则上表示相同或同类的部件，并适当省略详细说明。

[穿孔系统]

如图1所示，穿孔系统S1采用了使冷却水循环并进行穿孔的水循环方式，且具备穿孔钻机100、集水导向筒200、移动导向杆300、以及冷却水供给回收装置400。

穿孔钻机100是构成为可装卸对被穿孔部件W进行穿孔的穿孔工具1的电动钻机。此外，穿孔钻机100的详情后面叙述。

集水导向筒200设置在穿孔钻机100的旋转轴101的前端侧，接受在穿孔作业中排出的冷却水。此外，集水导向筒200通过在其前端安装橡胶环，从而即使被穿孔部件W的壁面Wf存在凹凸也不会使冷却水漏出。

移动导向杆300沿该集水导向筒200平行地配置，且对旋转轴101的移动进行引导。另外，移动导向杆300将其基端侧用螺栓等固定于穿孔钻机100的安装部109，且将其前端侧通过插通而卡合于集水导向筒200的卡合部201。因此，就移动导向杆300而言，移动导向杆300的前端从卡合部201突出，能够一边卡合于卡合部201一边对穿孔钻机100的移动进行引导。

冷却水供给回收装置400从经由集水供给部110设置于旋转轴101的前端的连接轴102向装卸自如地设置于该连接轴102的前端的穿孔工具1供给冷却水。冷却水供给回收装置400将排出至集水导向筒200的冷却水和被穿孔部件W的削粉混合而成的污泥回收至水箱430，并对污泥进行净化而再次供给。

另外，集水供给部110在旋转轴101的前端侧以能够从集水导向筒200的后端侧插通大小设置，以使该旋转轴101旋转自如。另外，在旋转轴101的位于集水供给部110内的部分形成有集水孔(未图示)。另外，回收管420连接于集水导向筒200的前端侧。

于是，当经由供给管410从冷却水供给回收装置400向集水供给部110供给冷却水时，旋转轴101的集水孔周围充满冷却水。进一步地，从旋转轴101的集水孔经由设置于连接轴102内的流路而从形成于穿孔工具1的台座5的通水孔6a供给冷却水。之后，冷却水在钻头2穿孔时被使用，并以与由钻头2穿孔而产生的被穿孔部件W的削粉形成一体的状态(污泥)被送出至集水导向筒200内。然后，冷却水供给回收装置400经由泵从回收管420吸引，因此吸引集水导向筒200内的冷却水以及污泥而进行回收，并能够通过水箱430内的过滤器分离冷却水和削粉。

上述的穿孔系统S1以如下方式进行穿孔作业。首先，在穿孔系统S1中，使集水导向筒200的前端成为与被穿孔部件W的壁面Wf抵接的状态。然后，在将集水供给部110从另一端侧插入集水导向筒200内的状态下，利用移动导向杆300对穿孔钻机100进行引导，直至穿孔工具1抵接于壁面Wf。

穿孔系统S1使冷却水供给回收装置400工作，经由供给管410供给冷却水，并且经由回收管420利用设置在内部的泵吸引而回收。然后，穿孔系统S1通过接通穿孔钻机100的电源使旋转轴101旋转，从而使连接轴102以及穿孔工具1旋转而进行穿孔作业。进一步地，未图示的作业者用一只手把持穿孔钻机100的手柄108，并且一边向壁面Wf侧按压集水导向筒200一边进行穿孔作业。此外，在穿孔系统S1中，使冷却水循环，利用穿孔钻机100使钻头2旋转，因此，能够使用于作业位置的冷却水几乎不会飞溅地进行穿孔作业。

[穿孔工具]

参照图2，对能够在穿孔系统S1装卸的穿孔工具1的一例进行说明。

如图2所示，穿孔工具1具备台座5、设置在台座5的基端侧的轴9、以及设置在台座5的前端侧的钻头2。而且，钻头2具备从前端面形成至基端面的槽部3、以及形成于与该槽部3连续的壁部分的作为钻头切口部的切口部4。

钻头2例如通过对在被称为金属结合剂的烧结金属中嵌入有金刚石粒的原材料进行烧结而一体形成于台座5。就该钻头2的原材料而言，只要是能够在穿孔作业中使用的材料，就没有特别的限定。

如图2(a)、(b)所示，槽部3在被穿孔部件W形成芯Wc，促进穿孔作业，并且向穿孔部位供给冷却水。槽部3在除了切口部4的部分，由设置在越过通水孔6a的位置的中央槽壁面3a以及从该中央槽壁面3a的两端到外周面形成的槽侧壁面3b形成为在外周面呈扇形状扩展的V字形状。在此，槽部3以从中心侧朝向外周面槽开口扩大的方式形成有槽侧壁面3b，因此构成为，当产生芯片cf时，容易将该芯片cf向钻头2的外周面侧送出。

切口部4将混合有削粉的污泥从槽部3排出。另外，切口部4以在一方的槽侧壁面3b的基端侧将该槽侧壁面3b的一部分切除的方式形成。

由此，在穿孔工具1中，芯片cf受离心力而向孔壁面Hf移动，且在该状态下钻头2旋转，因此芯片cf被槽部3的成为旋转后部侧的壁部分引导而在钻头2的穿孔方向上前进，由此从槽部3内的前端侧被送向基端侧。

在此，台座5形成为圆筒形状，在其中央形成有冷却水的流路6。而且，就台座5而言，在前端面形成流路6的通水孔6a，且以使通水孔6a露出的方式设置钻头2，并且在基端面以突出的方式设有轴9。进一步地，在此，台座5与轴9由金属材料一体形成。

轴9用于使穿孔工具1连接于连接轴102。该轴9在外周面形成有螺纹，另外，在轴内部以与台座5连续的方式形成有冷却水的流路。因此，穿孔工具1能够在连接轴102装卸。

[穿孔钻机]

参照图3，对穿孔钻机100的结构进行说明。

如图3所示，穿孔钻机100在由虚线所图示的穿孔钻机100的壳体内部具备动力传递机构11、驱动马达13、传感器(测量单元)15、开关(转速选择单元)17、以及反馈控制单元19。

动力传递机构11是将驱动马达13的旋转传递至旋转轴101的机构，例如具备以啮合的方式配置的齿轮11a、11b。齿轮11a安装在驱动马达13的输出轴13a的前端。齿轮11b安装在与输出轴13a平行的旋转轴101的另一端(图1的集水供给部110的相反侧)。

此外，动力传递机构11只要是能够将驱动马达13的旋转传递至旋转轴101的机构(例如带式驱动)就没有特别的限定。

驱动马达13根据来自后述的反馈控制单元19的指令使输出轴13a旋转，例如是串激换向器马达。在此，驱动马达13经由动力传递机构11使钻头2旋转。在本实施方式中，驱动马达13具备输出轴13a、轴承13b、旋转子13c、以及换向器13d。输出轴13a是将驱动马达13的旋转输出的轴。轴承13b是支撑输出轴13a的轴承。旋转子13c是驱动马达13的转子，且具有能够维持后述的目标转速的匝数。另外，旋转子13c在其中心轴固定有输出轴13a。换向器13d使旋转子13c的电流方向反转，且连接于旋转子13c。

此外，驱动马达13并不限定于串激换向器马达，也可以是一般的马达。另外，省略了驱动马达13的固定子等部件。

传感器15测量驱动马达13的转速，并将表示测量转速的反馈信号输出至反馈控制单元19。在本实施方式中，传感器15设置在齿轮11a的外周部附近，且测量齿轮11a的转速作为驱动马达13的转速。例如，作为传感器15，能够列举光学传感器、激光传感器、磁传感器等一般的转速测量用传感器。

开关17是供穿孔系统S1的作业者选择目标转速，并将表示所选择的目标转速的转速选择信号输出至反馈控制单元19的部件。例如，开关17安装在手柄108的上部，是能够两级切换目标转速的摇杆开关。

在本实施方式中，开关17选择与钻头2的第一外径范围对应的第一目标转速和与比第一外径范围大的第二外径范围对应且比第一目标转速低的第二目标转速的任一个。具体来说，在钻头2的外径为第一外径范围(4.0mm以上且10.5mm以下)的情况下，第一目标转速为9000转/分。另外，在钻头2的外径为第二外径范围(超过10.5mm且在18mm以下)的情况下，第二目标转速为6500转/分。

反馈控制单元19对驱动马达13进行反馈控制，以使由传感器15测量的测量转速维持与钻头2的外径对应的目标转速。在本实施方式中，就反馈控制单元19而言，从传感器15输入反馈信号，从开关17输入转速选择信号。然后，就反馈控制单元19而言，作为反馈控制，在反馈信号表示的测量转速成为转速选择信号的目标转速以下的情况下，使施加于驱动马达13的电流增加。

<反馈控制的具体例>

参照图4～图6，对反馈控制单元19的反馈控制的具体例进行说明。图4～

图6中，在上级图示穿孔钻机100的穿孔作业，在下级图示穿孔钻机100的测量转速N、转矩T、以及电流I的历时变化。测量转速N表示传感器15测量的转速。另外，电流I表示反馈控制单元19施加于驱动马达13的电流值。另外，用虚线图示利用开关17所选择的目标转速。在该具体例中，目标转速设定为9000转/分，但即使目标转速为6500转/分，反馈控制也一样。

如图4(a)所示，在穿孔作业开始前(时刻＜t₁)，穿孔钻机100的钻头2未接触被穿孔部件W的壁面Wf。此时，穿孔钻机100不从被穿孔部件W承受负载，因此，恒定为测量转速N比目标转速高且转矩T以及电流I低的状态。

如图4(b)所示，穿孔作业开始后(t₁＜时刻＜t₂)，穿孔钻机100的钻头2被按入被穿孔部件W。于是，穿孔钻机100从被穿孔部件W承受负载，因此，测量转速N降低，另一方面，转矩T以及电流I增加。

如图5(a)所示，穿孔钻机100的钻头2被按入被穿孔部件W较深(时刻＝t₃)，测量转速N降低至目标转速。

于是，如图5(b)所示，反馈控制单元19使施加于驱动马达13的电流I进一步增加，以使测量转速N维持目标转速(t₃＜时刻＜t₄)。因此，与t_l＜时刻＜t₃的电流增加率相比，t₃＜时刻＜t₄的电流增加率变大。也就是说，在图5(b)中，相比在t₁＜时刻＜t₃之间，在t₃＜时刻＜t₄之间电流I的直线的斜率变大。

之后，如图6所示，反馈控制单元19直到穿孔作业结束为止(时刻＝t₅)，使施加于驱动马达13的电流I持续进一步增加，以使测量转速N维持目标转速。在图6中，t₃＜时刻＜t₄的电流增加率和t₄＜时刻＜t₅的电流增加率相等。

此外，反馈控制单元19也可以以使电流I不超过预先设定的电流上限值(例如12A)的方式进行控制。

[作用、效果]

如上所述，本发明的实施方式的穿孔钻机100通过进行反馈控制，能够抑制穿孔中的转速降低，以短时间进行穿孔作业。

而且，穿孔钻机100能够两级选择与钻头2的外径相应的合适的目标转速，因此能够根据穿孔的大小而进一步缩短穿孔作业，特别适合于以水循环方式对混凝土、瓷砖或石材进行的穿孔作业。

以上，对本发明的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于上述的实施方式，还包含不超出本发明主旨的范围内的设计变更。

在上述的实施方式中，采用被穿孔部件为混凝土、瓷砖来进行了说明，不言而喻，被穿孔部件并不限定于此。

另外，在上述的实施方式中，对钻头的外径以及目标转速的一例进行了说明，不言而喻，钻头的外径以及目标转速并不限定于此。

另外，在上述的实施方式中，采用驱动马达以及传感器为独立的结构来进行了说明，但也可以利用驱动马达以及传感器一体化而成的伺服马达。

(实施例)

以下，作为本发明的实施例，对上述的穿孔钻机的性能评价实验的结果进行说明。

在性能评价实验中，在穿孔钻机装配外径不同的钻头，并将被穿孔部件穿孔至预定的穿孔深度，测量此时的穿孔时间。此外，所谓穿孔深度，是指从被穿孔部件的表面沿垂直方向穿孔而钻头的前端所到达的深度。另外，所谓穿孔时间，是指从钻头与被穿孔部件的表面接触起至达到穿孔深度为止的时间。

另外，在性能评价实验中，反复进行被穿孔部件的穿孔，测量钻头的寿命(可穿孔孔数)。此外，所谓寿命，是指在烧结片(金属以及金刚石)磨损完之前，对被穿孔部件能够穿孔的孔数。

另外，在性能评价实验中，作为比较例，使用牧田公司(株式会社マキタ)制造的香菇栽培用钻(型号：DD2020)。该香菇栽培用钻的转速在无负载的状态下为10000转/分。此时，钻头的外径为4.0mm、5.0mm、7.0mm、10.5mm、12.7mm、14.5mm、16.5mm以及18.0mm。

另外，在比较例的香菇栽培用钻追加在上述实施方式中说明的传感器、开关以及反馈控制单元而准备上述的实施方式的穿孔钻机。在该穿孔钻机中，作为实施例1，采用钻头的外径为12.7mm、14.5mm、16.5mm以及18.0mm且将目标转速设为6500转/分。进一步地，作为实施例1，采用钻头的外径为4.0mm、5.0mm、7.0mm以及10.5mm且将目标转速设为9000转/分。

另外，在性能评价实验中，假定一般的穿孔作业，在钻头的外径为7.0mm以及10.5mm的情况下，以混凝土为被穿孔部件，除此以外的情况下，以瓷砖为被穿孔部件。

将上述的性能评价实验的结果表示于表1。该表1表达钻头的外径、穿孔深度、被穿孔部件、比较例以及实施例1、2的测量结果。此外，表1的测量结果将穿孔时间(秒数)和寿命(孔数)用连字符连结表示。例如，在比较例中，在钻头的外径为4.0mm的情况下，穿孔时间为10秒，寿命为18孔。

[表1]

根据该表l可知，在所有的钻头的外径中，实施例1、2的穿孔时间均比比较例短。作为该理由，可以认为使，在比较例中，随着被按入被穿孔部件，转速降低，另一方面，在实施例1、2中，能够抑制转速的降低。尤其是，在实施例1中钻头的外径为7.0mm时，穿孔速度大幅度提高，钻头的寿命也延长。另外，在实施例1中钻头的外径为10.5mm时、实施例2中钻头的外径为16.5mm时，穿孔速度大幅度提高。

Claims (6)

1.一种穿孔装置，其能够供对被穿孔部件进行穿孔的钻头装卸，且具备用于使上述钻头旋转的驱动马达，

上述穿孔装置的特征在于，具备：

测量单元，其测量上述驱动马达的转速；以及

反馈控制单元，其对上述驱动马达进行反馈控制，以使由上述测量单元测量的测量转速维持与上述钻头的外径预先对应的目标转速。

2.根据权利要求1所述的穿孔装置，其特征在于，

还具备转速选择单元，该转速选择单元选择与上述钻头的第一外径范围预先对应的第一目标转速和与比上述第一外径范围大的第二外径范围预先对应且比上述第一目标转速低的第二目标转速的任一个，

上述反馈控制单元对上述驱动马达进行反馈控制，以使上述测量转速维持由上述转速选择单元所选择的目标转速。

3.根据权利要求2所述的穿孔装置，其特征在于，

就上述转速选择单元而言，上述第一目标转速与10.5mm以下的上述第一外径范围对应地预先设定为9000转/分，上述第二目标转速与超过10.5mm且50mm以下的上述第二外径范围对应地预先设定为6500旋/分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的穿孔装置，其特征在于，

就上述反馈控制单元而言，作为上述反馈控制，在上述测量转速成为上述目标转速以下的情况下，使施加于上述驱动马达的电流增加。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的穿孔装置，其特征在于，

上述穿孔装置采用水循环方式，该水循环方式是向由上述钻头穿孔的上述被穿孔部件供给冷却水并且将来自上述穿孔的上述冷却水排出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的穿孔装置，其特征在于，

上述被穿孔部件是混凝土、瓷砖、或者石材。

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