JP2005074559A - 低丈型電動ドリル装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータとドリルとの回転軸の方向が異なっている低丈型電動ドリル装置において、スイッチSWONがオンするとトランジスタQ71がオンしてフォトカプラPH2IN、PH2OUTにより該トランジスタの自己保持回路を形成し、フォトカプラPH1IN、PH1OUTを介してトライアックBCRがオンしてドリルモータ12を駆動する。過負荷時は、抵抗R0両端の電圧に比例する電圧VL1が基準電圧Vref1を超えるのでトランジスタQ75がオンし、フォトダイオードPH1INの電流がバイパスされてBCRがオフする。これにより抵抗R0に電流が流れないので電圧VL1が低下し過負荷判定回路の出力が0となる。所定時間後、コンデンサC75からの放電電流が流れなくなるのでトランジスタQ75がオフしてフォトダイオードPH1INが再度点灯し、BCRがオンしてドリルモータが再駆動される。
【選択図】図4
Description
このように、搬送が必要なこと及び作業スペースが狭いことから、電動ドリル装置の小型軽量化が求められている。
これに対して、以下の特許文献1に記載されているように、環状刃物及び伝達機構と、ドリルモータの回転軸とが直交するように配置した、所謂低丈型の電動ドリル装置が提案されている。このような低丈型電動ドリル装置は、全体の長さが垂直型に対比して短縮されているのでコンパクトとなり、可搬性の観点からみて好適である。
また、以下の特許文献2及び3に記載されているように、過負荷時にモータの駆動を自動的に停止する機能を備えた垂直型の電動ドリル装置が提案されている。
また、上記したように、自動では過負荷時の自動停止機能を備えている電動ドリル装置が既に提案されているが、手動装置で制御は行なわれていなかった。
本発明の他の目的は、低丈型電動ドリル装置が小型軽量であることによって生じる、装置の被切削体への固着性の悪化を改善することである。
本発明の別の目的は、低丈型電動ドリル装置において、過負荷時に自動停止したモータを、簡単な構成で自動的に再駆動することができるようにし、もって作業性を向上させることである。
本発明のさらに別の目的は、低丈型電動ドリル装置において、モータが正常に再駆動してドリルが正常に回転したときに、それを報知することにより、穿孔作業を再開可能であることを、作業員が容易に知ることができるようにし、さらに作業性を向上させることである。
高速回転で切削するに適した複数の超硬チップからなる切削刃が下端に設けられている環状刃物と、
該環状刃物の切削に適した高速回転駆動するモータと、
先端に取り付けられた環状刃物をモータの回転軸とは方向が異なる回転軸で回転させる回転軸アセンブリと、
モータと回転軸アセンブリとの間に配置され、モータの駆動力を回転軸アセンブリを介して環状刃物に伝達する減速機構と、
手動ハンドルの操作に応じて、回転軸アセンブリを直進移動させることにより、該回転軸アセンブリに取り付けられた環状刃物を被切削体に対して前進及び後退させる送り機構と、
電動ドリル装置本体の下部に設けられ、電動ドリル装置を被切削体に固定するための付着ベースと
からなることを特徴とする低丈型電動ドリル装置を提供する。
電動ドリルの環状刃物を回転させるためのモータと、
先端に取り付けられた環状刃物をモータの回転軸とは方向が異なる回転軸で回転させる回転軸アセンブリと、
モータと電源との間に直列接続された主スイッチング素子と、
モータに流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、
電流検出手段によって検出された負荷電流が所定の第1の基準値を超えたかどうかを判定する第1の判定手段と、
主スイッチング素子のオン/オフを制御する制御手段であって、第1の判定手段が負荷電流が第1の基準値を超えたと判定したときに、主スイッチング素子をオフにしてモータに流れる電流を遮断するよう制御し、その後、第1の判定手段が負荷電流が第1の基準値より小さくなったと判定したときに、その判定から所定時間後に、主スイッチング素子をオンにしてモータに電源から電流を供給するよう制御する制御手段と
からなることを特徴とする低丈型電動ドリル装置を提供する。
また、モータの自動停止/再駆動のための構成を備えている場合、さらに、電流検出手段によって検出された負荷電流が、第1の基準値よりも低い第2の基準値を超えたかどうかを判定する第2の判定手段と、第2の判定手段が、負荷電流が第2の基準値を超えていないと判定したときに、正常な負荷電流であることを示す表示を行い、負荷電流が第2の基準値を超えたと判定したときに警報表示を行う負荷状態表示手段とを備えていることが好ましい。また、電流検出手段は、モータ及び主スイッチング素子に直列接続された固定抵抗であって、該固定抵抗の両端から負荷電流に対応する電圧を出力するよう構成されており、第1の判定手段は、負荷電流に対応する電圧を受け取り、該電圧を、第1の基準値を電圧に変換した第1の電圧基準値と対比することにより、負荷電流が第1の基準値を超えたか否かを判定するよう構成されていることが好ましい。さらに、第2の判定手段は、負荷電流に対応する電圧を受け取り、該電圧を、第2の基準値を電圧に変換した第2の電圧基準値と対比することにより、負荷電流が第2の基準値を超えたか否かを判定するよう構成されていることが好ましい。
上記した第1及び第2の観点の本発明に係る低丈型電動ドリル装置において、回転軸アセンブリの回転軸とモータの回転軸とが直交していることが好適である。
(a)モータと回転軸アセンブリとの間に配置された減速機構を低トルクに対応した設計とすることができ、その結果、減速機構を軽量化することができる。
(b)伝達機構中のギア、シャフト等の種々の部品の能力、強度、及び剛性を抑えることができるので、装置の小型軽量化をさらに図ることができる。
(c)電動ドリル装置を被切削体に固定させるための付着力を小さくすることができ、よって、装置内での容量及び重量の比重が比較的大きい磁気ベースを小型軽量化することができるから、電動ドリル装置全体の小型軽量化に大きく寄与することができる。
(d)環状刃物を前進及び後進させるための送り機構の手動ハンドルの操作が軽くなり、操作性が向上する。
以上のように、本発明によれば、電動ドリル装置の被切削体への固定を安定化させつつ、全体として装置の小型軽量化を図ることができる。
さらに、ドリルモータの再駆動が正常に行われた場合に、それを作業員に報知することができるので、作業員は、ドリルを下方に送るためのハンドル操作の開始可能時点を容易に知ることができる。
さらにまた、本発明に係る低丈型電動ドリル装置においては、刃先への超硬チップの固定及び回転数の高いドリルモータの使用により、ドリルモータの回転数をあげて切削抵抗を小さくすることができるので、作業員が送り量を大きくする傾向がある。そのため、モータが過負荷状態になる傾向が生じるが、モータの自動停止/再駆動手段を設けたことにより、ドリルモータの損傷及び環状刃物の折損を防止することができる。
図示のように、本発明に係る電動ドリル装置は、ドリルモータ12を備えた本体14と、モータ12の出力軸12aに対して傘歯車17a、遊星歯車減速機17b、平歯車17c,17d,17eを介して駆動接続された回転軸アセンブリ18と、該回転軸アセンブリ18の下端に取り付けられた環状刃物tを前進後退させる送り機構20と、穿孔する鋼材などに本体14を固定するため本体14の下端に保持され内部に電磁石を備えた電磁ベース41とを備えている。図中、39は、送り機構20を駆動させるための手動の操作レバーである。
回転軸アセンブリ18は、垂直な軸心を中心に回転可能に本体14に取り付けられ、ドリルモータ12に駆動接続された基端回転軸22と、該回転軸22に入れ子式にスプライン接続され、基端回転軸22との軸方向での重なりが小さい伸張位置(図示せず)と、基端回転軸22との軸方向での重なりが大きい引き込み位置(図3の状態)との間で可動とされ、かつ、基端回転軸22とともに回転される中間回転軸24と、中間回転軸24に入れ子式にスプライン接続され、中間回転軸22との軸方向での重なりが小さい伸張位置(図示せず)と、中間回転軸24と軸方向での重なりが大きい引き込み位置(図3の状態)との間で可動とされ、かつ、該中間回転軸24とともに回転される先端回転軸26と、先端回転軸26を回転可能に保持し、先端回転軸26とともに軸線方向で可動状態に本体に取り付けられた保持筒28とを備えている。保持筒28は、本体に固定された案内筒29によって回転を阻止されながら、軸線方向に移動可能に支持されている。
先端回転軸26と保持筒28との間にはニードルベアリング30が設けられ、先端回転軸26の先端に環状刃物tを保持するためにロッキングボール(施錠部材)26aが取り付けられ、さらに、該ロッキングボール6aを操作するための回転操作スリーブ26bが設けられている。
切削作業を行わないときには、回転軸アセンブリ18は、図3に示すような引き込み位置にある。そして、作業を行う場合に、ドリルモータ12により基端回転軸22、中間回転軸24、先端回転軸26を介して環状刃物tを回転させながら、操作レバー39を操作することによってピニオン34が回転して固定ラック32上を下方に進み、移動ラック31をピニオン34に対して相対的に下方に移動する。これにより、中間回転軸24及び先端回転軸26がそれぞれ伸張状態となって回転軸アセンブリ18が伸張状態となり、先端回転軸26の先端に取り付けられた環状刃物tが被切削体の方向に進行する。
したがって、本発明のように超硬チップ付きの環状刃物を使用した電動ドリル装置では、ドリルの送り量を大きくすることができるので、スループットが向上する。
なお、超硬チップを取り付けた環状刃物を使用する場合の切削速度及び高速度鋼の環状刃物を使用する場合の切削速度は、『工具材種の選びかた使い方』(株式会社大河出版、初版)の16頁に記載されている。
モータ12は、超硬チップ付の環状刃物を切削に適した高速回転するモータである。
図4において、50はAC電源、51は全波整流回路、52はAC/DC電源回路、53は電磁ベース41に内蔵される電磁石を示している。電源スイッチSWPWがオンされると、全波整流回路51はAC電源50の電圧を全波整流して電磁石53に供給し、上記したように電動ドリル装置が被切削体に固定される。一方、AC/DC電源回路52は、AC電源50の電圧を定電圧のDC電圧(例えば、24V)に変換して、ドリルモータ12の駆動を制御するための制御部にDC電源を供給する。
BCRは、ドリルモータ12をAC電源50に接続/遮断するためのトライアック(主スイッチング素子)であり、該トライアックBCRのゲートとアノード(又はカソード)間には、フォトトライアックが接続されている。トライアックBCRには、負荷電流を検出するための抵抗(電流検出抵抗)R0が直列接続されている。
オン/オフ制御回路71は、起動スイッチSWON及び停止スイッチSWOFFの手動操作に応じて、また、自動停止/再駆動制御回路75の出力に応じて、トライアックBCRのオン/オフを制御するため制御信号を出力するものである。
増幅回路72は、電流検出抵抗R0の両端の電圧を増幅して、平滑回路73に出力する。増幅回路72は、出力インピーダンスが小さく(ほぼゼロ)、電流検出抵抗R0の両端の電圧がゼロレベルに降下したときに、平滑回路73のコンデンサC73の充電電荷を、抵抗R73を介して急速放電させる。
増幅回路72の利得は1であってもよい。
自動停止/再駆動制御回路75は、その出力によってオン/オフ制御回路71を制御することにより、過負荷判定回路74の出力VL1がドリルモータ12の重度過負荷状態を表しているときに、ドリルモータ12の駆動を自動的に停止させ、かつ、その時点から所定時間後に、ドリルモータ12を自動的に再駆動させるためのものである。
この状態で、作業員が操作レバー39(図1)を手動操作して送り機構20を動作させると、環状刃物tが回転しつつ被切削体の方向に進行し、穿孔を行うことができる。
また、負荷状態検出回路76は、正常状態では、その基準電圧Vref2が平滑回路73の出力VL1よりも高くなるように設定されていて、比較器(演算増幅器)OP76の出力が高レベルとなっている。そのため、トランジスタQ761がオン状態でトランジスタQ762がオフ状態にあり、LED1が点灯状態でLED2が消灯状態にある。これにより、作業員は、ドリルモータ12の負荷状態が正常であると認識することができる。
これにより、作業員は、ドリルモータ12に軽度の過負荷状態が生じたことを認識することができるので、必要に応じて、操作レバー39にかける力を調整することができる。
該トランジスタQ75のターンオンにより、オン/オフ制御回路71のフォトダイオードPH1INに流れる電流がシャントされ、結局、フォトトライアックPH1OUTがターンオフするので、保持電流以下になるとトライアックBCRがターンオフとなり、ドリルモータ12の電流が遮断される。
また、ドリルモータ12の駆動制御回路においては、フォトカプラの代わりに他の電子的スイッチ手段又は機械的リレー手段を用いてもよい。さらに、ドリルモータ12に直列接続された電流検出抵抗R0の代わりに、該ドリルモータの電流を検出する電流変成器を用いてもよい。トライアックBCRの代わりにフォトリレー、機械的リレーを用いてもよく、また、ドリルモータ12を直流モータで構成し、かつトライアックの代わりにSCR、トランジスタ、FETを用いてもよい。さらにまた、自動停止/再駆動制御回路75において、RC時定数回路の代わりにパルスカウンタ等の計時手段を用い、該計時手段のタイムアップ時点でトランジスタQ75をターンオフさせてもよい。
Claims (12)
- 被切削体に穿孔を行う低丈型電動ドリル装置において、
高速回転で切削するに適した複数の超硬チップからなる切削刃が下端に設けられている環状刃物と、
該環状刃物の切削に適した高速回転駆動するモータと、
先端に取り付けられた環状刃物をモータの回転軸とは方向が異なる回転軸で回転させる回転軸アセンブリと、
モータと回転軸アセンブリとの間に配置され、モータの駆動力を回転軸アセンブリを介して環状刃物に伝達する減速機構と、
手動ハンドルの操作に応じて、回転軸アセンブリを直進移動させることにより、該回転軸アセンブリに取り付けられた環状刃物を被切削体に対して前進及び後退させる送り機構と、
電動ドリル装置本体の下部に設けられ、電動ドリル装置を被切削体に固定するための付着ベースと
からなることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。 - 請求項1記載の低丈型電動ドリル装置において、該装置はさらに、モータの自動停止/再駆動手段を備え、該自動停止/再駆動手段は、
モータと電源との間に直列接続された主スイッチング素子と、
モータに流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、
電流検出手段によって検出された負荷電流が所定の第1の基準値を超えたかどうかを判定する第1の判定手段と、
主スイッチング素子のオン/オフを制御する制御手段であって、第1の判定手段が負荷電流が第1の基準値を超えたと判定したときに、主スイッチング素子をオフにしてモータに流れる電流を遮断するよう制御し、その後、第1の判定手段が負荷電流が第1の基準値より小さくなったと判定したときに、その判定から所定時間後に、主スイッチング素子をオンにしてモータに電源から電流を供給するよう制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。 - 請求項1または2記載の低丈型電動ドリル装置において、付着ベースは磁石を有する磁気ベースであることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。
- 被切削体に穿孔を行う低丈型電動ドリル装置において、
電動ドリルの環状刃物を回転させるためのモータと、
先端に取り付けられた環状刃物をモータの回転軸とは方向が異なる回転軸で回転させる回転軸アセンブリと、
モータと電源との間に直列接続された主スイッチング素子と、
モータに流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、
電流検出手段によって検出された負荷電流が所定の第1の基準値を超えたかどうかを判定する第1の判定手段と、
主スイッチング素子のオン/オフを制御する制御手段であって、第1の判定手段が負荷電流が第1の基準値を超えたと判定したときに、主スイッチング素子をオフにしてモータに流れる電流を遮断するよう制御し、その後、第1の判定手段が負荷電流が第1の基準値より小さくなったと判定したときに、その判定から所定時間後に、主スイッチング素子をオンにしてモータに電源から電流を供給するよう制御する制御手段と
からなることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。 - 請求項4記載の低丈型電動ドリル装置において、環状刃物は、その下面に形成された複数の切り屑排出溝に対面する位置に、超硬チップからなる切削刃が各々固定されていることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。
- 請求項1〜5記載の低丈型電動ドリル装置において、モータは、小型モータであることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。
- 請求項2〜6いずれかに記載の低丈型電動ドリル装置において、該装置はさらに、
電流検出手段によって検出された負荷電流が、第1の基準値よりも低い第2の基準値を超えたかどうかを判定する第2の判定手段と、
第2の判定手段が、負荷電流が第2の基準値を超えていないと判定したときに、正常な負荷電流であることを示す表示を行い、負荷電流が第2の基準値を超えたと判定したときに警報表示を行う負荷状態表示手段と
を備えていることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。 - 請求項2〜7いずれかに記載の低丈型電動ドリル装置において、
電流検出手段は、モータ及び主スイッチング素子に直列接続された固定抵抗であって、該固定抵抗の両端から負荷電流に対応する電圧を出力するよう構成されており、
第1の判定手段は、負荷電流に対応する電圧を受け取り、該電圧を、第1の基準値を電圧に変換した第1の電圧基準値と対比することにより、負荷電流が第1の基準値を超えたか否かを判定するよう構成されている
ことを特徴とする低丈型電動ドリル装置。 - 請求項7に従属する請求項8記載の低丈型電動ドリル装置において、
第2の判定手段は、負荷電流に対応する電圧を受け取り、該電圧を、第2の基準値を電圧に変換した第2の電圧基準値と対比することにより、負荷電流が第2の基準値を超えたか否かを判定するよう構成されている
ことを特徴とする低丈型電動ドリル装置。 - 請求項2〜9いずれかに記載の低丈型電動ドリル装置において、制御手段は、
モータの駆動を開始させるための起動スイッチがオンされたときに、オン状態を自己保持する第1のスイッチング素子と、
第1のスイッチング素子がオン状態のときに、主スイッチング素子をオン状態にするオン制御信号を供給する制御信号供給手段と、
第1の判定手段が負荷電流が第1の基準値を超えたと判定したときにターンオンして、第1のスイッチング素子のオン状態に拘わらず、制御信号供給手段からオン制御信号が発生されないようにする第2のスイッチング素子と、
第1の判定手段が、負荷電流が第1の基準値を超えたと判定してから該基準値より小さくなったと判定したときに、その判定から所定時間後に、第2のスイッチング素子をターンオフさせる手段と
からなることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。 - 請求項2〜9いずれかに記載の低丈型電動ドリル装置において、主スイッチング素子はトライアックであり、制御手段は、
モータの駆動を開始させるための起動スイッチがオンされたときに、オン状態を自己保持する第1のスイッチングトランジスタと、
第1のスイッチングトランジスタがオン状態のときに電流が流れて発光するフォトダイオードと、
トライアックのゲートとアノード又はカソードとの間に接続されたフォトトライアックであって、フォトダイオードに光結合されて該フォトダイオードの発光によりオン状態となることによりトライアックにゲート電流を供給するフォトトライアックと、
第1の判定手段が、負荷電流が第1の基準値を超えたと判定したときに、第1のスイッチングトランジスタのオン状態に拘わらず、フォトダイオードの電流をバイパスして消光させる第2のスイッチングトランジスタと、
第1の判定手段が、負荷電流が第1の基準値を超えたと判定してから該基準値より小さくなったと判定したときに、その判定から所定時間後に、第2のスイッチングトランジスタをターンオフさせる手段と
からなることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。 - 請求項1〜11いずれかに記載の低丈型電動ドリル装置において、回転軸アセンブリの回転軸とモータの回転軸とが直交していることを特徴とする低丈型電動ドリル装置。
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