JP2005051900A

JP2005051900A - 高速回転コアドリル

Info

Publication number: JP2005051900A
Application number: JP2003204963A
Authority: JP
Inventors: Hideo Misumi; 英夫三角
Original assignee: MISUMI TOKUSHU KK; Misumi Tokushu KK
Current assignee: MISUMI TOKUSHU KK; Misumi Tokushu KK
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】従来コアドリルの駆動にはコンクリート材等を切削する際の負荷変動に対応し例えば整流子電動機を使用するが、制御装置は回転駆動伝達部の電動機に流入する電流を一定に制御するだけで切削効率が悪く、また急激な負荷変動はコアドリルに衝撃が加わり作業の安全性の問題と、またビット刃先の損傷を生じ易かった。
【解決手段】高速回転誘導電動機と、滑り補正特性が組み込まれた駆動用の可変周波数インバータからなる制御駆動装置とを有し、電動機に着設されたコアビットを高速回転させるコアドリルで、可変周波数インバータはその電流、電圧、周波数各出力の上限値の制御入力信号器と、回転速度を設定する外部速度設定器の出力と、インバータの出力電流を検出帰還して常時監視するＰＩＤ制御器の出力により、トルク特性を規定する滑り周波数の演算と、最高回転速度及び作業時の回転速度を規定する周波数設定器とにより回転制御し、コンクリート材への穿孔作業の効率化と、電気的速度制御による作業の安全性を図る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート材を穿孔する電動工具に係り、特に高速回転による切削性の効率化及び操作の安全を図ったコアドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来コアドリルを駆動するには、コンクリート材等を切削する際の負荷変動に対応するため例えば整流子電動機を使用するが、制御装置は回転駆動伝達部の電動機に流入する電流を一定に制御するだけであるため切削効率が悪く、また急激な負荷変動の瞬間にはコアドリルに衝撃が加わり、作業の安全性の問題とコアビット刃先の損傷を生じ易かった。
このため例えば、電動機の電流を定格以下に設定し、一定に保持する制御装置（特開平３−２７９０８号公報）が開示されているが、機構、操作が複雑で扱いが困難であった。
また、負荷の増大により一定トルク以上になると、トルクリミッターとして機械的なクラッチを設けたものがあるが、最大値の約７０％で設定するため効率が悪く、さらにメカ機構によるため、大きさ、重量の増大や、消耗品の保守等の問題があった。
さらに、周波数を可変とするインバータと誘導電動機とを組み合わせ、負荷変動に対しインバータの周波数を自動的に変化させて直巻きのトルク特性に類似したトルク特性をもたせたもの、例えば（特開平６−６２５９０号公報）が開示されているが、実施例のデータに示されているように、トルク／回転数／モータ電流の特性表（図９及び図１０）より、低速回転領域においては、特にインバータの入力電流が大きく改善されているが、高速回転領域（１０００回転以上）においては、有為の差はみられず、共に１５００回転付近に限界があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの問題点を解決するもので、特に実用に供しうる高速回転領域における切削性の効率化及び操作の安全を図ったコアドリルを提供する。
【０００４】
【課題を解決しようとするための手段】上記に鑑み本願発明者等は、鋭意実験研究の結果下記の手段によりこの問題を解決した。
本高速回転コアドリルにおいて、切削の被対象物であるコンクリート、鉄筋コンクリート等はその材質組成の特性に起因し、またコアビットの形状や大きさによって、高速回転領域において使用することにより大きなトルクを必要とせずに穿孔することができ、さらに電気的速度制御による作業の安全性を、研究と実験機による確認によって知見することができた。手段は下記による、
（１）高速回転誘導電動機と、該高速回転誘導電動機の滑り補正特性が組み込まれ該高速回転誘導電動機を駆動する可変周波数インバータからなる制御駆動装置とを有し、該高速回転誘導電動機に着設されたコアビットを高速回転させる高速回転コアドリルであって、前記可変周波数インバータは、該インバータの出力電流、出力電圧、及び出力周波数の各上限値を制御する制御入力信号器と、前記高速回転誘導電動機の回転速度を設定する外部速度設定器の出力と、該インバータの出力電流を検出し帰還して常時ＰＩＤ制御により監視するＰＩＤ制御器の出力により、前記高速回転誘導電動機のトルク特性を規定する滑り周波数の演算と、最高回転速度及び作業時の回転速度を規定する周波数設定器とによって回転制御されることを特徴とする高速回転コアドリル。
【０００５】
（２）可変周波数インバータの加速時間及び減速時間を短く設定するとともに、可変周波数インバータの周波数リミッタ上限を４００Ｈｚに、高速回転誘導電動機の回転速度の上限を８０００回転にそれぞれ設定して、その近辺領域を作業領域としたことを特徴とする前項（１）記載の高速回転コアドリル。
（３）高速回転誘導電動機に螺旋状水冷ボックスを備えたことを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の高速回転コアドリル。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明する。
図１は、本発明の高速回転コアドリル装置の外観図である。
なお、本図は、手持ち型のコアドリルにおける事例である。
図において、１は高速回転コアドリル、２は高速回転誘導電動機、３は制御・駆動装置、４はコアビット、５は冷却水管、６は濾過循環冷却水供給装置、７は吸水管、８は螺旋状水冷ボックス、９は通水管、１０は回転伝達ギア、１１は回転軸接続部、１２は回転軸、１３は三相交流電源、１４は操作ボタン、１５は制御・駆動ケーブル、１６は可変周波数インバータを示す。
図２は本発明の高速回転コアドリルの回転作用を示すブロック図である。
図において、１７は制御入力信号器、１８は外部速度設定器、１９は周波数設定器、２０はＰＩＤ制御器、２１は電流出力を示す。
【０００７】
上記、図１及び図２により高速回転コアドリルの構成と作用を説明する。
前記高速回転コアドリル１の回転部分は、高速回転誘導電動機２と、それを制御・駆動する制御・駆動装置３を備えてなり、該装置の内部には可変周波数インバータ１６を有している。
そして、該インバータ１６は高速回転誘導電動機２の速度を設定する外部速度設定器１８と、トルクの特性を決定する滑り周波数の演算回路と、最高回転速度及び作業時の回転速度とを決定する周波数設定器１９とを有し、また前記インバータ１６の出力電流２１を検出監視し、常時きめ細かくスムーズな制御が可能なＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例、Ｉｎｔｅｇｒａｌ：積分、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ：微分）により、電流出力変動を周波数設定器１９に帰還して、高速回転時における安定した運転を行っている。
その他、使用時の設定値即ち、インバータの出力電流、出力電圧、及び出力周波数の各上限値等を制御する制御入力信号器１７を有している。
【０００８】
また、前記高速回転軸誘導電動機２の回転軸前端と、コアドリル１のコアビット４の回転軸接続部１１の基部に、変換損失がなくかつ直接的に回転力を伝達する１：１のギヤ１０を備えている。
そして、前記インバータ１６からの出力により高速回転誘導電動機２を回転させ、該高速回転誘導電動機２に着設されたコアビット４を高速回転させる。
かつ、インバータ１６には負荷の変動時に対応策として、周知のように磁束は電圧に比例することから、周波数と電圧の比Ｖ_１／ｆ_１の値を一定に保ちながら周波数を変える周波数制御方法により、速やかに誘導電動機２の滑りトルク特性を変えて速度制御を行う滑り特性を補正する常用滑り補正特性が働くようにしている。
そして、前記速度制御のための周波数制御において、可変周波数インバータ１６の機能コードによって、パラメータの加速時間及び減速時間の設定値を短く各０．５秒に設定して、前記滑り特性の応答を早くし、速度制御を迅速に行っている。
このため負荷変動時の影響が少なく、また負荷トルクも少なくて済み、作業者に対するキックバックが極めて小さく安全性を確保している。
【０００９】
また、前記高速回転誘導電動機２の、回転の上限を８０００回転に設定し、さらに周波数リミッタ上限を４００Ｈｚに設定して、その近辺をそれぞれ作業領域としており、機器の効率化と、作業の効率化が図られている。
図３は高速回転コアドリル作動時の特性を示す図表である。
図において、横軸は回転数Ｔと周波数Ｈｚ及び実動範囲、縦軸は出力Ｋｗ、トルクＫｇ−ｃｍを示す。
図３より、回転数５０００Ｔ（周波数２４０Ｈｚ）以上よりモータ出力及びモータ入力容量の関係は、一定となり安定しておりかつ効率もよい。
また、前記滑り補正特性は３８０Ｈｚ付近まで働くように設定されており、
実動範囲は、回転数５５００〜７８００Ｔ（周波数２８０〜３８０Ｈｚ）である。そして、この時のトルク値は６５〜４０Ｋｇ−ｃｍである。
トルクは、回転数に比例していったんピーク値に達してから、反比例して低下し、また使用されるコアビットの径（２０〜３５ｍｍφ）によって、負荷トルク（押圧力）に対する周速の適正範囲が知られているが、前記のように回転数Ｔが高いため、上記の各種径のコアビットを使用しても、前記実動範囲内においては他の特性に影響を及ぼさない。
【００１０】
また、図１に示したように、高速回転誘導電動機２は外周に螺旋状水冷ボックス８を備えて強制冷却を行っている。
外部に付設された濾過循環冷却水供給装置６から供給される冷却水は、冷却水管５から前記螺旋状水冷ボックス８を通過して前記高速回転誘導電動機２を冷却し、さらに、通水管９経由回転軸接続部１１より回転軸１２中央内通水路の出口からコアビット４に注水され刃面を冷却した後、切削屑の排出に利用される。
切削屑が混入した汚水は吸水管７から前記濾過循環冷却水供給装置６に供給され循環冷却が行われる。また、この過程で濾過されたコンクリートの切屑はまとめて外部に排出される。
上記のようにして、特に高速回転誘導電動機２は冷却効果を高めて上限電流付近で効率よく使用させ、また、衝撃防止には前記電気的速度制御の採択により、コアドリルを小型軽量化している。
そして、作業性については、切削速度が早く例えば、ＦＣ２４０Ｋｇのコンクリートに２５φ２００ｍｍの穿孔時間が１６秒で可能である。
これは、従来のコアドリルの同等品に比し４倍の早さである。
また、他種のハンマードリルに比しても、２倍の切削速度があり、かつ騒音が格段に小さく、さらに粉塵等の飛散も少ないので、周囲への環境保護にも適している。
また、鉄筋コンクリート、岩石、アスファルト等の切削に応用することも可能である。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば次のような優れた効果が発揮される。
１、本発明の請求項１の発明によれば、
高速回転誘導電動機と、該電動機の滑り補正特性が組み込まれた高速回転誘導電動機を駆動する可変周波数インバータからなる制御駆動装置とを有し、高速回転誘導電動機に着設されたコアビットを高速回転させる高速回転コアドリルであって、前記可変周波数インバータは、インバータの出力電流、出力電圧、及び出力周波数の各上限値を制御する制御入力信号器と、高速回転誘導電動機の回転速度を設定する外部速度設定器の出力と、インバータの出力電流を検出し帰還して常時ＰＩＤ制御により監視するＰＩＤ制御器の出力により、高速回転誘導電動機のトルク特性を規定する滑り周波数の演算と、最高回転速度及び作業時の回転速度を規定する周波数設定器とによって回転制御されるため、切削の被対象物であるコンクリート、鉄筋コンクリート等への穿孔作業の効率化を図ることができ、さらに電気的速度制御により作業の安全性を図ることができる。
【００１２】
２、請求項２の発明によれば、
可変周波数インバータの加速時間及び減速時間を短く設定するとともに、可変周波数インバータの周波数リミッタ上限を４００Ｈｚに、高速回転誘導電動機の回転速度の上限を８０００回転にそれぞれ設定して、その近辺領域を作業領域としたため、高速回転で負荷トルクが少ない領域で効率よく使用することができ、かつ負荷変動時の作業者に対するキックバックが極めて小さく安全性を確保している。
３、請求項３の発明によれば
高速回転誘導電動機が、螺旋状水冷ボックスを備えてなり冷却効果を高めて上限電流付近で効率よく使用でき、また衝撃防止に電気的速度制御の採択により、コアドリルを小型軽量化している。
さらに冷却水はコアビットに注水され刃面を冷却した後濾過循環使用できる。また、作業性については、切削速度が早く、従来の同等品に比し４倍の切削速度であり、作業時間の大幅な短縮による作業効率の向上を図ることができる。
そして他種のハンマードリルに比しても、２倍の切削速度があり、かつ騒音が格段に小さくさらに、粉塵等の飛散も少ないので、周囲への環境保護にも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高速回転コアドリル装置の外観図
【図２】本発明の高速回転コアドリルの回転作用を示すブロック図
【図３】高速回転コアドリル作動時の特性を示す図表
【符号の説明】
１：高速回転コアドリル２：高速回転誘導電動機
３：制御・駆動装置４：コアビット
５：冷却水管６：濾過循環冷却水供給装置
７：吸水管８：螺旋状水冷ボックス
９：通水管１０：回転伝達ギア
１１：回転軸接続部１２：回転軸
１３：三相交流電源１４：操作ボタン
１５：制御・駆動ケーブル１６：可変周波数インバータ
１７：制御入力信号器１８：外部速度設定器
１９：周波数設定器２０：ＰＩＤ制御器
２１：電流出力

Claims

高速回転誘導電動機と、該高速回転誘導電動機の滑り補正特性が組み込まれ該高速回転誘導電動機を駆動する可変周波数インバータからなる制御駆動装置とを有し、該高速回転誘導電動機に着設されたコアビットを高速回転させる高速回転コアドリルであって、
前記可変周波数インバータは、該インバータの出力電流、出力電圧、及び出力周波数の各上限値を制御する制御入力信号器と、
前記高速回転誘導電動機の回転速度を設定する外部速度設定器の出力と、
該インバータの出力電流を検出し帰還して常時ＰＩＤ制御により監視するＰＩＤ制御器の出力により、前記高速回転誘導電動機のトルク特性を規定する滑り周波数の演算と、最高回転速度及び作業時の回転速度を規定する周波数設定器とによって回転制御されることを特徴とする高速回転コアドリル。
可変周波数インバータの加速時間及び減速時間を短く設定するとともに、可変周波数インバータの周波数リミッタ上限を４００Ｈｚに、高速回転誘導電動機の回転速度の上限を８０００回転にそれぞれ設定して、その近辺領域を作業領域としたことを特徴とする請求項１記載の高速回転コアドリル。
高速回転誘導電動機に螺旋状水冷ボックスを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の高速回転コアドリル。