JP2007301820A

JP2007301820A - ドリル

Info

Publication number: JP2007301820A
Application number: JP2006131905A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 剛小林
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: WO2007129572A1; JP4867464B2

Abstract

【課題】コンクリート等への穿孔をする際に加振装置を自動的にスタートさせ穿孔機能と操作性とに優れたドリルを提供すること。
【解決手段】ドリルのドリルビット４の軸方向に振動を付与する加振装置Ａと、上記ドリルビット４の回転数を検出する検出手段２１と、該検出手段２１の検出結果に基づいて上記ドリルビット４の回転を制御する制御部２０とを備え、上記制御部２０は上記ドリルビット４の回転数が上昇した後に発生する回転数の低下が所定時間継続したことを認識したときには上記加振装置Ａの作動を開始するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドリル、詳しくはコンクリートや岩盤や鋼板等にアンカー等を取り付けるための穴あけを行なう中実又は中空のドリルに関するものである。

従来、コンクリートに孔を空けるための道具としてコンクリートドリルが使用されているが、より効率的に穿孔を行なうためのコンクリートドリルが本出願人より提案されている（例えば、特許文献１）。

このコンクリートドリルは穿孔速度を上げるために、ドリル本体をドリルビットの軸方向に振動させ、この振動をドリルビットに加振力として付与するために加振装置を設けたものであった。
特開２００３−２１１４３６号公報

本発明が解決しようとする問題点は、上述のコンクリートドリルでは加振装置を作動させるとドリルビットの軸方向に沿って脈動する加振力が発生するために、コンクリートへの穿孔を行なうためにコンクリートにドリルビットの先端を押し付ける際、ドリルビットの先端が跳ねて位置あわせがしづらく、目的の位置に正しく穿孔しにくいという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決し、コンクリート等への穿孔をする際にある程度穿孔が進んでから加振装置を自動的にスタートさせ、穿孔機能と操作性とに優れたドリルを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明に係るドリルは、ドリルのドリルビットの軸方向に振動を付与する加振装置と、上記ドリルビットの回転数を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて上記ドリルビットの回転を制御する制御部とを備え、上記制御部は上記ドリルビットの回転数が上昇した後に発生する回転数の低下が所定時間継続したことを認識したときには上記加振装置の作動を開始することを特徴とする。

なお、前記制御部は２自由度ＰＩＤ制御で前記ドリルビットの回転を制御し、該制御は前記加振装置の作動開始前と作動開始後とで異なるようにし加振装置を作動させるまでは目標値応答をさせ、加振装置が作動した後は外乱応答させることが好ましい。

また、前記制御部はマスク設定時間経過後の前記ドリルビットの回転数が上昇した後に発生する回転数の低下が所定時間継続したことを認識したときには前記加振装置の作動を開始するようにし、ドリルビットの先端をコンクリートに当接させた状態で回転を開始した状態でも穿孔が開始したタイミングで加振装置を作動させるようにしてもよい。

請求項１の発明によれば、回転しているドリルビットの先端がコンクリート等に当たって所定時間経過後に加振装置が作動するので、ビットの位置決めがやりやすくなるとともに、加振装置が自動的に動作するので途中で加振装置をスタートさせるための操作を必要とせず、操作性に優れたドリルを実現することができる。

請求項２の発明によれば、加振装置をスタートさせるまでは目標応答制御を行い、加振装置が作動して実際に穿孔が始ったならば外乱応答をさせることにより、加振装置作動前にはドリルビットの回転の変化を把握しやすくして加振装置をスタートさせるタイミングを決定することができ、加振装置作動後にはドリルビットの回転数の変動を少なくし効率の良い穿孔を行なうことができる。

請求項３の発明によれば、ドリルビットの先端をコンクリート等に押し当てた状態で、ドリルビットを回転させても初期の不安定な状況を回転の低下と判断することなく、加振装置のスタートのタイミングを正しく決定することができ、穿孔の位置決めをより正確に行なうことができる。

図１は本発明に係るドリルの一例としてコンクリートドリルを示し、このコンクリートドリルは本体１に収容されたビット回転用モータ２によって駆動軸３を回転させ、この駆動軸３に連結されたドリルビット４を回転させ、ドリルビット４の先端をコンクリートに押し付けてコンクリートに穿孔するもので、作業者は本体１の後端に形成されたグリップ６と本体１の側面に設けられた補助グリップ７とを把持し、トリガボタン８を引き操作してビット回転用モータ２を回転させ、ドリルビット４を回転させてその先端をコンクリート面に押し付けて使用するもので、本体１の前端部の上面にはドリルビット４をコンクリート面へ押圧させる押し付け力を補助するための加振装置Ａが設けられており、これによって本体１に前後方向の振動を発生させることにより、ドリルビット４に軸方向に振動数５０乃至３００Ｈｚ程度の振動を与えるようになっている。

上記加振装置Ａは、図２、３に示すように、本体１の前端部に形成されたブラケット部９の上面に枠体１０を取り付け、この枠体１０にドリルビット４の伸展方向に対して直角の方向に向けて互いに平行に配置された２つの回転軸１１を形成し、この回転軸１１には、図４に示すように、各々偏心ウエイト１２を対称的に取り付け、偏心ウエイト１２には互いに噛みあわされたギヤ１３を取り付け、このギヤ１３によって回転軸１１が逆方向に同期して回転するようにしてあり、一方の回転軸１１の端部には加振用モータ１４の回転軸１５がジョイント部材１６で連結されており、この加振用モータ１４によって逆方向に回転される各回転軸１１の回転により対称的に取り付けられた偏心ウエイト１２が回転して本体１全体にドリルビット４の軸方向に沿った脈動の加振力が発生し、結果としてドリルビット４に対し軸方向に脈動の加振力が付与されるようになっているものである。

図５は、ドリルの電気的な構成を説明するブロック図で、制御部２０はビット回転用モータ２と加振用モータ１４との２つのモータを制御し、ビット回転用モータ２の回転数を検出する検出手段２１の検出結果に基づいて加振用モータ１４の作動開始を決定するようになっているもので、この制御を図６のフローチャート図に基づいて説明する。

なお、上記検出手段２１はホールセンサで構成し、ドリルビット４の回転の変化をビット回転用モータ２の回転数で検出するようにすればよく、ビット回転用モータ２の回転軸１５のホールセンサに対応する位置には図示しないマグネットを設け、ホールセンサでビット回転用モータ２の回転の変化を検出するようにすればよい。

そして、トリガボタン８を引き操作してトリガスイッチ２２をＯＮさせると電源がＯＮし（ステップＳＴ１）、制御部２０は先ずビット回転用モータ２を回転させる（ステップＳＴ２）。このビット回転用モータ２の回転数は検出手段２１で検出され、図７（ａ）のタイムチャート図に示すように、所定回転（本実施例では、毎分８０００回転に設定）に到達し（ステップＳＴ３）、その後回転数が低下（例えば、毎分７８００回転）低下すると、作業者がドリルビット４の先端をコンクリートに押し当てたため回転数が低下したと判断し、この低下が所定時間Ｔ（本発明では、２０ｍｓに設定）継続すると、制御部２０はコンクリートにドリルビット４の先端部が没入したと判断し（ステップＳＴ５）、ステップＳＴ７に進んで加振用モータ１４を回転させる。

穿孔が完了し、ドリルビット４が回転した状態でドリルビット４を穿孔から引き抜くように本体１を引き戻した後、トリガボタン８を開放してトリガスイッチ２２をＯＦＦにすると（ステップＳＴ８）、電源はＯＦＦになりビット回転用モータ２と加振用モータ１４との２つのモータの回転は停止して（ステップＳＴ９）、１回の穿孔作業は終了する。

上記ドリルによれば、加振用モータ１４がビット回転用モータ２と同時に回転していないので、穿孔を開始するまでは本体１が振動していないため、ドリルビット４の先端を目的の場所に位置合わせがしやすく、位置決めした後に加振装置を作動させるので目的の場所に確実にしかも早い穿孔を行なうことができる。

なお、制御部２０が２自由度ＰＩＤ制御でビット回転用モータ２の回転を制御し、加振装置Ａを作動させるまでは回転数変動を大きくして応答性が低い目標値応答をさせ、加振装置Ａが作動した後は回転数変動を小さくして応答性が高い外乱応答させるようにしてもよい。

この制御を図８のフローチャート図に基づいて説明する。トリガボタン８を引き操作してトリガスイッチ２２をＯＮさせると（ステップＳＴ１０）、制御部２０は先ずビット回転用モータ２を回転させる（ステップＳＴ１１）。このとき、制御部２０は目標値応答でビット回転用モータ２をＰＩＤ制御する。そして、ビット回転用モータ２の回転数を検出手段２１で検出し、図７（ｂ）のタイムチャート図に示すように、所定回転（本実施例では、毎分８０００回転に設定）に到達し、その後回転数が低下（例えば、毎分７８００回転）すると、作業者がドリルビット４の先端をコンクリートに押し当てたため回転数が低下したと判断し、この低下が所定時間Ｔ（本発明では、２０ｍｓに設定）継続すると、コンクリートにドリルビット４の先端部が没入したと判断し、ステップＳＴ１３に進んで加振用モータ１４を回転させるとともに、外乱応答でビット回転用モータをＰＩＤ制御する。

穿孔が完了し、ドリルビット４が回転した状態でドリルビット４を穿孔から引き抜くように本体１を引き戻した後、トリガボタン８を開放してトリガスイッチ２２をＯＦＦにすると（ステップＳＴ１５）、制御部２０は穿孔作業が終了したと判断し、ビット回転用モータ２と加振用モータ１４との２つのモータの回転を停止し（ステップＳＴ１６）、１回の穿孔作業は終了する。

なお、ビット回転用モータを作動した後、途中でトリガボタンを開放すると、トリガスイッチはＯＦＦになって電源がＯＦＦになるので動作中のビット回転用モータは停止する。

この制御によれば、図７（ｂ）に示すように、ドリルビット４の先端をコンクリートに押し当てて穿孔を始めるまでは、設定回転数にスムーズに到達させることができるとともにその回転を維持し、ドリルビット４の先端をコンクリートに押し当てて負荷が発生するとビット回転用モータ２の回転が低下しやすいように目標値応答でビット回転用モータ２をＰＩＤ制御しておき、ビット回転用モータ２の回転低下が所定時間経過すると穿孔が開始されたと判断し、加振用モータ１４を作動させるとともに、穿孔中は負荷が大きくなりビット回転用モータ２の回転が大きく変動するが負荷によるビット回転用モータ２の回転変動を小さくし、より高い回転（例えば、毎分７９００回転〜毎分７９５０回転程度）で穿孔を行なうことができるように制御部２０は外乱応答でビット回転用モータをＰＩＤ制御するので、穿孔効率の向上を図ることができる。

上記コンクリートドリルによれば、制御部２０は加振用モータ１４を回転させると同時に、ビット回転用モータ２のＰＩＤ制御を目標値応答から外乱応答に切り換えることにより、高い回転数でビットを回転させることができ、穿孔作業の作業効率を高めることができる。

また、上述のコンクリートドリルでは、ドリルビットを回転させた状態でドリルビットの先端をコンクリートに押し付けて穿孔する場合について説明したが、例えば、最初にドリル穿孔の位置決め用小穴をドリルビット先端で開けておきたい時に、ドリルビットの先端をコンクリートに押し当てた状態でトリガボタンを引き操作し、ドリルビットを回転させる使用に対応したコンクリートドリルについて説明する。

このコンクリートドリルは、図９のフローチャート図に示すように、トリガボタン８を引き操作してトリガスイッチ２２をＯＮさせると（ステップＳＴ１０１）、制御部２０は先ずビット回転用モータ２を回転させ（ステップＳＴ１０２）、マスク設定時間（例えば、２秒〜４秒程度）が経過するのを待ち（ステップＳＴ１０３）、マスク設定時間が経過すると、ビット回転用モータ２の回転数をチェックし（ステップＳＴ１０４）、図１１のタイムチャート図に示すように、所定回転（本実施例では、毎分８０００回転に設定）に到達した後、回転数が低下（例えば、毎分７８００回転）すると、作業者がドリルビット４の先端をコンクリートに強く押し当て本格的に穿孔を始めた判断し、この低下が所定時間Ｔ（本発明では、２０ｍｓに設定）継続すると、制御部２０はコンクリートにドリルビット４の先端部が没入して位置決め用小穴ができたと判断し（ステップＳＴ１０６）、ステップＳＴ１０８に進んで加振用モータ１４を回転させるようにプログラミングされているものである。

なお、この制御方法は２自由度ＰＩＤ制御でビット回転用モータ２を制御する場合も同様で、図１０に示すように、トリガボタン８を引き操作してトリガスイッチ２２をＯＮさせると（ステップＳＴ１１１）、制御部２０は先ずビット回転用モータ２を回転させる（ステップＳＴ１１２）。このとき、制御部２０は目標値応答でビット回転用モータ２をＰＩＤ制御する。そして、マスク設定時間が経過するのを待ち（ステップＳＴ１１３）、マスク設定時間が経過すると、ビット回転用モータ２の回転数をチェックし（ステップＳＴ１１４）、所定回転（本実施例では、毎分８０００回転に設定）に到達した後、回転数が低下（例えば、毎分７８００回転）すると、作業者がドリルビット４の先端をコンクリートに強く押し当て本格的に穿孔を始めた判断し、この低下が所定時間Ｔ（本発明では、２０ｍｓに設定）継続すると、制御部２０はコンクリートにドリルビット４の先端部が没入して位置決め用小穴ができたと判断し（ステップＳＴ１１６）、ステップＳＴ１１８に進んで加振用モータ１４を回転させるようにプログラミングすればよい。

上述のように、最初からドリルビットをコンクリートに押し付けて回転を開始した場合は、最初から負荷が生じて回転が変動し部分的に回転数が低下する現象がありながら所定の回転数に近づいていくが、所定の回転数に到達する前に回転の低下（図１１のａ点、ｂ点）が発生するため、マスク設定時間内に発生する回転数の低下を無視することにより、その回転数の低下をみて加振装置を作動させることがなくなるので、位置決め用小穴を開けておきたい時は、マスク設定時間を利用してドリルビットの回転だけで確実に位置決め用小穴を作成できる。したがって、加振装置を有効に機能させて穿孔の効率を上げることができるとともに、回転した状態のドリルビットをコンクリートに押し当てる場合に比べドリルビットの磨耗を極力抑えることができる。

なお、マスク設定時間を利用する方法は、前述のドリルビットを回転させた状態でドリルビット先端を押し付けて穿孔する場合も利用可能である。

また、上述の全ての実施例では加振装置の振動方向をドリルビットの軸方向としたが、これに加えてドリルビットの回転方向にも振動を付与させてもよい。

本発明に係るドリルの一例を示すコンクリートドリルの側面図上記コンクリートドリルの斜視図加振装置の構成を説明する要部断面図上記加振装置の振動発生部分の断面図上記コンクリートドリルの電気的構成を説明するブロック図上記コンクリートドリルの動作を説明するフローチャート図（ａ）（ｂ）はビット回転用モータの動作を説明するタイムチャート図上記コンクリートドリルの他の例の動作を説明するフローチャート図上記コンクリートドリルの動作の他の例を説明するフローチャート図上記コンクリートドリルの動作の他の例を説明するフローチャート図ビット回転用モータの動作の他の例を説明するタイムチャート図

符号の説明

１本体
２ビット回転用モータ
４ドリルビット
１４加振用モータ
２０制御部
２１検出手段
Ａ加振装置

Claims

ドリルのドリルビットの軸方向に振動を付与する加振装置と、上記ドリルビットの回転数を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて上記ドリルビットの回転を制御する制御部とを備え、上記制御部は上記ドリルビットの回転数が上昇した後に発生する回転数の低下が所定時間継続したことを認識したときには上記加振装置の作動を開始することを特徴とするドリル。
前記制御部は２自由度ＰＩＤ制御で前記ドリルビットの回転を制御し、該制御は前記加振装置の作動開始前と作動開始後とで異なるようにした、請求項１記載のドリル。
前記制御部はマスク設定時間経過後の前記ドリルビットの回転数が上昇した後に発生する回転数の低下が所定時間継続したことを認識したときには前記加振装置の作動を開始する、請求項１又は２記載のドリル。