JP2008188703A - ドリル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小径刃物の寿命短縮を防止するために、小径刃物に大きな負担がかからないようにする。
【解決手段】ドリルモータ４６を駆動源にして環状刃物を回転駆動する電気ドリルは、送りモータ２０ａを備えたドリル送り部によって、被加工体に接近し、環状刃物により被加工体の穿孔が行われる。穿孔の過程で、ドリルモータ４６のモータ電流がモータ電流検出器５０で検出される。メイン制御部６４は、モータ電流検出器５０による検出結果と予め設定した比較値とを比較し、穿孔中の前記環状刃物の刃物径を識別し、前記識別結果に応じて前記刃物径ごとに制御モードを設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被加工体の穿孔に用いられると共に、径の異なる刃物を装着可能なドリル装置に関する。
ドリル装置においては、環状刃物（刃物）の径、被加工体に対する刃物の加圧力、被加工体の種類や材質、刃物のフルートへの切り屑の詰まり等により、負荷が変動する。比較的小径の刃物に過大な負荷が加わった場合、刃物の寿命短縮につながる。
そこで、被加工体に穴開けを行っている際の駆動用モータの電流（モータ電流）を検出し、そのモータ電流が予め設定した基準値を超えたときに穴開け作業を停止させる過負荷監視装置が特許文献１に開示されている。
また、自動送り機構を備えたドリル装置においては、従来より、モータ電流の変化に応じて送りスピードを制御している。例えば、モータ電流が或るレベルを超えると「送りを完全停止」→「送り動作」を繰り返す断続運転モードや、切削中、モータ電流が或るレベルを超えると、通常切削の送り特性よりも遅い送り特性のモードに移行するというように、送り量の制御を２段階に設定して行っている。
特開２００５−５２９１４号
しかし、送りスピードの制御は、刃物径の大小にかかわらず過負荷検出レベルを同じにして行っているため、刃物径が小さくなるにつれて、切削時のスラスト方向の力に対して回転負荷トルクが小さくなり、無理なスラスト方向の力を刃物に加えなければ過負荷停止には至らないため、刃物に大きな負担がかかり、寿命を短縮させることになる。
又、送り量が少なすぎると、切り屑が細くなり、排出性が悪化する。この場合、最終的には刃物のフルートに切り屑が詰まり、切り屑が排出されなくなるために切削不能になる虞があった。また、送りを完全に停止させると、切り屑が被切削体と刃先の間に入り込むことがあり、そうすると刃先が被切削体に食い込まず、切削不能になる可能性がある。この現象は、小径刃物の場合に顕著に見られ、刃物寿命の短縮につながる問題があった。
本発明は、そのような刃物の径に起因する刃物の寿命短縮、モータ過負荷等の問題を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、
ドリルモータを駆動源にして刃物を回転駆動する電気ドリルと、前記電気ドリルを被加工体に対して往復動させるドリル送り部とを備え、
前記電気ドリル及び前記ドリル送り部を駆動して前記被加工体を穿孔するドリル装置であって、前記ドリルモータに流れる電流を検出するモータ電流検出器と、
前記ドリルモータの通電を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、所定のドリル送り速度における前記モータ電流検出器の検出電流に基づいて穿孔中の前記刃物の径を識別し、前記識別結果に応じて前記刃物径ごとに制御モードを設定するドリル装置を提供する。
具体的には、前記制御部は、前記刃物の使用可能な刃物径に対応して複数の比較値を設定し、前記比較値と前記モータ電流検出器による前記検出電流とを比較して前記刃物径を識別する。
さらに具体的には、前記制御部は、前記複数の比較値を大径、中径、小径の３種類について設定する。
又、前記制御部は、前記刃物径に応じて前記制御モードを設定した後、前記ドリル送り部の制御を通常の送り制御にする。
更に又、前記制御部は、前記制御モードごとに刃物径に対応した制御プログラムを割り当て、その実行中に前記モータ電流検出器で検出したモータ電流が予め設定した閾値を越えるときに前記ドリルモータ及び前記ドリル送り部の送りモータを停止させることができる。
以下、本発明に係るドリル装置の実施形態につき図１〜図５を用いて説明する。
図１、図２はドリル装置の全体構成を示す外観図であり、図２は図１の右側面図である。
（ドリル装置の構成）
図１及び図２に示すように、ドリル装置１００は、内部に電磁石を備えた電磁ベース１２が本体１０の下面に設けられており、本体１０の一つの側面には、上下方向に移動可能なスライド板１４が設けられている。このスライド板１４には、電気ドリル１６が支持されている。
更に、本体１０には、スライド板１４を上下動させるためのドリル送り部２０と、ハンドル１８とが設けられている。ドリル送り部２０は送りモータを内蔵しており、これによりドリル送り部２０内の伝達機構を介して電気ドリル１６を上下方向で移動させることができる。また、この送りモータの出力系のクラッチを外し、ハンドル１８を手動回転させてドリル送り部２０内の伝達機構を介して電気ドリル１６を上下動させる手動操作とすることもできる。
電気ドリル１６は、ドリルモータ（ＡＣモータ）を内蔵しており、このドリルモータの回転によりスピンドル２２に装着された環状刃物２４が回転する。環状刃物２４には、センタピン２４ａが環状刃物２４の下面から出没自在に設けられている。スピンドル２２は、本体１０の下端部から側方に延びているブラケット２６により、上下動可能に支持されている。
本体１０の図１で見て左側の側面には、後述する電源スイッチ２８及び電気ドリルスイッチ３４とからなるロータリスイッチ３０が設けられている。
（ドリル装置の操作）
次に、ドリル装置１００の一般的な操作について説明する。
図１及び図２において、作業者は、ドリル装置１００を被加工体（図示せず）の所定の位置に設置した後、ロータリスイッチ３０を「ＯＦＦ」の位置から「電源ＯＮ」の位置へ回転させ、後述する電源スイッチ２８をオンにする。これにより、電磁ベース１２内の電磁石に電圧が印加され、ドリル装置１００は被加工体に固定される。次に、作業者がロータリスイッチ３０を「電源ＯＮ」の位置から「電気ドリルＯＮ」の位置へ回転させ、後述する電気ドリルスイッチ３４をオンにすると、電気ドリル１６のドリルモータが回転を開始し、スピンドル２２及びそれに装着された環状刃物２４が回転を開始すると共に、ドリル送り部２０により電気ドリル１６が下降し、環状刃物２４の先端が被加工体の表面に接触する。電気ドリル１６が更に下降すると、環状刃物２４は回転しつつ被加工体内を進み、被加工体に穿孔を形成することができる。
穿孔が終了した場合は、送りモータが逆転し、電気ドリル１６が所定位置となったとき、送りモータ、電気ドリル１６が停止する。また、電気ドリル１６の駆動を止めたい場合、ロータリスイッチ３０を「電気ドリルＯＮ」の位置から「電源ＯＮ」の位置へ回転させ、電気ドリルスイッチ３４をオフさせる。電気ドリルスイッチ３４のオフによってドリルモータの通電がオフになり、電気ドリル１６は回転を停止すると共に、送りモータの通電がオフになり、電気ドリル１６の下降が停止する。
（ドリル装置の回路構成）
図３は、ドリル装置１００の回路構成を示す回路図である。
交流電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）４０には、電源スイッチ２８を介して両波整流器４２が接続され、その整流出力には電磁ベース１２の電磁石のマグネットコイル１２ａが接続されている。また、交流電源４０には、交流電源４０を降圧する変圧器４４が、電気ドリルスイッチ３４及び電源スイッチ２８を介して接続されている。
更に、電気ドリルスイッチ３４と交流電源４０との間には、ドリルモータ４６、ドリルモータ制御部４８及びモータ電流検出器５０が直列接続されると共に、送りモータ電源回路５２、送りモータ制御部５４及びドリル送り部２０の送りモータ２０ａが直列接続されている。
送りモータ２０ａには送りモータ２０ａの状態を判別する送りモータＮＧ判別部５６が接続され、また、マグネットコイル１２ａにはマグネット断線検出回路５８が接続されており、これらはドリルモータ制御部４８を制御するメイン制御部６４に接続されている。
メイン制御部６４には、ドリル装置１００の横ずれを検出する横ずれ検出器６０、停止したドリルモータ４６の再起動を防止する再起動防止検出回路６２、動作状態を表示するＬＥＤ表示器６８、変圧器４４の出力電圧からメイン制御部６４用の直流電源を生成する電源回路７０のそれぞれが接続されている。
メイン制御部６４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ６４ａ、ＲＡＭ及びインターフェース回路等を備えて構成されており、そのＲＯＭ６４ａには、図４及び図５に示す処理を含むプログラム、及び判断ステップで用いられる比較値と閾値が格納されている。
図４は、本発明の実施の形態における処理を示すフローチャートである。この処理は、メイン制御部６４によって実行される。
（ドリル装置の動作）
次に、図１〜図４を参照して、ドリル装置１００の動作を説明する。
まず、作業者は、電源コードのプラグを電源コンセントに挿入した後、ドリル装置１００を被加工体の所定の位置に設置する。次に、ロータリスイッチ３０を「ＯＦＦ」の位置から「電源ＯＮ」の位置へ回転させて電源スイッチ２８をオンにすると、両波整流器４２に交流電源４０が印加され、両波整流器４２によってマグネットコイル１２ａが励磁される（Ｓ１０１）。
ここで、ロータリスイッチ３０を「電源ＯＮ」の位置から「電気ドリルＯＮ」の位置へ回転させて電気ドリルスイッチ３４がオンにされると、電源回路７０が動作することによりメイン制御部６４が動作し、該メイン制御部６４はドリルモータ制御部４８を動作させ、ドリルモータ４６を回転させる（Ｓ１０２）。
また、電気ドリルスイッチ３４のオンによって、送りモータ電源回路５２及び送りモータ制御部５４が動作し、一定の送り速度で電気ドリル１６が下降するようにドリル送り部２０の送りモータ２０ａが駆動される（Ｓ１０３）。
電気ドリル１６がドリル送り部２０によって下降することにより環状刃物２４が被加工体に到達するが、環状刃物２４が被加工体に接触直後のドリルモータ４６の電流は穿孔中の電流に比べると不安定になるため、検出結果から除外する（Ｓ１０４）。環状刃物２４が被加工体に接触した後、ドリルモータ４６のモータ電流Ｉｍ即ち負荷検出の有無がメイン制御部６４により判断される（Ｓ１０５）。負荷検出有りのとき（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、環状刃物２４の刃物径の識別処理が実行される。
まず、モータ電流検出器５０による検出値が、比較値以上であるか否かがメイン制御部６４により判断され（Ｓ１０６）、ドリルモータ４６のモータ電流Ｉｍが比較値ｘ（Ａ）以上であれば（「モータ電流Ｉｍ≧比較値ｘ」、Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、メイン制御部６４により環状刃物２４の径が大径と判断されて大径モードが設定される（Ｓ１０７）。
また、ステップＳ１０６において「モータ電流Ｉｍ＜比較値ｘ」が判断されたとき（Ｓ１０６：Ｎｏ）、比較値ｘとは異なる比較値y（Ａ）（但し、ｘ＞ｙ）により「モータ電流Ｉｍ≧比較値ｙ」が成立するか否かがメイン制御部６４により判断される（Ｓ１０８）。「モータ電流Ｉｍ≧比較値ｙ」が判断されたとき（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、メイン制御部６４により環状刃物２４の径が中径と判断されて中径モードが設定される（Ｓ１０９）。また、「モータ電流Ｉｍ＜比較値ｙ」が成立したとき（Ｓ１０８：Ｎｏ）、メイン制御部６４により環状刃物２４の径が小径と判断されて小径モードが設定される（Ｓ１１０）。
上記ステップＳ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１１０のいずれかの処理が終了すると、ドリル送り部２０の送り速度を緩やかにアップする処理（Ｓ１１１）が、送りモータ制御部５４により実行され、所定時間後、通常の送り制御が実行される（Ｓ１１２）。この制御の実行中、所定時間ごとに無負荷状態か否かの検出がモータ電流検出器５０及びメイン制御部６４により行われる（Ｓ１１３）。
無負荷状態が検出された場合（Ｓ１１３：Ｙｅｓ）、メイン制御部６４は、被加工体に対する穿孔が終了したものと判断し、ドリル送り部２０の送りモータ２０ａを逆回転させて電気ドリル１６を上昇させる（Ｓ１１４）。その上昇過程で、ドリル送り部２０に設けられているリミットスイッチがオンになった時点で電気ドリル１６の回転を停止させると共に送りモータ２０ａを停止させる（Ｓ１１５）。なお、無負荷状態が検出されない場合（Ｓ１１３：Ｎｏ）、ステップＳ１１２に戻って通常送り制御を継続する。
（通常送り制御）
図５は、図４のステップＳ１１２の通常送り制御の詳細を示すフローチャートである。なお、以下の処理において、各閾値ａ，ｂ，ｃ，ｄ（Ａ）は、ａ＞ｂ＞ｃ、及びａ＞ｄの関係にある。
上記ステップＳ１１１の処理が終了すると、メイン制御部６４は送りモータＮＧ判別部５６、マグネット断線検出回路５８、横ずれ検出器６０等からのＮＧ信号の有無をチェックする（Ｓ２０１）。ＮＧ信号有りの場合（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、メイン制御部６４は、送りモータ２０ａ及び電気ドリル１６を停止させると共に、ＮＧ内容に応じてＬＥＤ表示器６８を点灯する（Ｓ２０２）。
一方、ＮＧ信号無しの場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０６、Ｓ１０８で判断された刃物径に基づく設定モードが大、中、小のいずれであったかがメイン制御部６４によりチェックされ（Ｓ２０３）、設定モードに応じた制御プログラムが実行される（Ｓ２０４、Ｓ２１１、Ｓ２１３）。例えば大径モードであった場合（Ｓ２０３：大）、大径にあわせた送り速度で制御したり、ドリルモータ４６のモータ電流Ｉｍに応じて送りを早めたり、遅くしたりする大径用制御プログラムが実行される（Ｓ２０４）。続いて、ドリルモータ４６のモータ電流Ｉｍと閾値ａ（Ａ）が比較され（Ｓ２０５）、「モータ電流Ｉｍ≧閾値ａ」がメイン制御部６４により判断されたとき（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）には、過負荷発生を判断して送りモータ２０ａ及び電気ドリル１６を停止させると共に、ＬＥＤ表示器６８を点灯する（Ｓ２０７）。
一方、ステップＳ２０５において、メイン制御部６４により「モータ電流Ｉｍ＜閾値ａ」が判断されたとき（Ｓ２０５：Ｎｏ）、ドリルモータ４６のモータ電流Ｉｍは閾値ｄ（Ａ）と比較され（Ｓ２０８）、「モータ電流Ｉｍ≧閾値ｄ」が判断されたときには（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、切り屑切断のため、送りモータ２０ａを断続運転する（Ｓ２０９）。この、送りモータ２０ａの断続運転（Ｓ２０９）は、切り屑が切断されてドリルモータ４６の負荷が低減され、ステップＳ２０８で「モータ電流Ｉｍ≧閾値ｄ」がＮｏとなるまで繰り返される。
また、ステップＳ２０８において、メイン制御部６４により「モータ電流Ｉｍ＜閾値ｄが判断されたとき（Ｓ２０８：Ｎｏ）、図４で説明したステップＳ１１３の処理が実行さ」れ、ここで無負荷が検出されれば（Ｓ１１３：Ｙｅｓ）、更に、ステップＳ１１４，Ｓ１１５の処理がメイン制御部６４により実行されて穿孔作業が終了することは上述の通りである。
ステップＳ２０３において、メイン制御部６４により中径モードであると判断されたとき（Ｓ２０３：中）は、メイン制御部６４により、例えば、中径にあわせた送り速度で制御したり、ドリルモータドリル４６のモータ電流Ｉｍに応じて送りを早めたり、遅くしたりする中径用制御プログラムが実行される（Ｓ２１１）。続いて、メイン制御部６４によりモータ電流Ｉｍと閾値ｂ（Ａ）が比較され（Ｓ２１２）、「モータ電流Ｉｍ≧閾値ｂ」が判断されたとき（Ｓ２１２：Ｙｅｓ）には、過負荷発生を判断して送りモータ２０ａ及び電気ドリル１６を停止させると共に、ＬＥＤ表示器６８を点灯する（Ｓ２０７）。
また、ステップＳ２０３において、メイン制御部６４により小径モードであると判断されたとき（Ｓ２０３：小）、メイン制御部６４により、例えば、小径にあわせた送り速度で制御したり、ドリルモータ４６のモータ電流Ｉｍに応じて送りを早めたり、遅くしたりする小径用制御プログラムが実行される（Ｓ２１３）。更に、メイン制御部６４によりモータ電流Ｉｍと閾値c（Ａ）が比較され、「モータ電流Ｉｍ≧閾値c」が判断されたとき（Ｓ２１４：Ｙｅｓ）、メイン制御部６４により過負荷発生を判断して送りモータ２０ａ及び電気ドリル１６を停止させると共に、ＬＥＤ表示器６８を点灯する（Ｓ２０７）。
更に、メイン制御部６４により、ステップＳ２１２において「モータ電流＜閾値ｂ」が判断されたとき（Ｓ２１２：Ｎｏ）、及びステップ２１４において「モータ電流＜閾値ｃ」が判断されたとき（Ｓ２１４：Ｎｏ）、メイン制御部６４により図４で説明したステップ１１３の処理が実行され、無負荷であることが検出された場合には（Ｓ１１３：Ｙｅｓ）、ステップ１１４，１１５の処理がメイン制御部６４により実行されて穿孔作業が終了することは上述の通りである。
以上のように、環状刃物２４の刃物径を判別し、小径刃物の場合には、ドリル送りを完全停止させることなく、また、送り量が遅すぎることのない制御にすることができる。また、大径の場合は、送り量が大き過ぎると環状刃物２４に負荷がかかりすぎ、直ぐに過負荷保護機能が働き停止してしまうため、ステップＳ２０８，Ｓ２０９に示すように、送り制御に断続運転を適用して対応する。大径の場合は、これに加えて、電気ドリル１６の電流値があるレベルを超えると、ドリル送りを完全停止させることなく、また、送り量が早すぎることのない制御を適用するようにしてもよい。更に、中径刃物については、例えば、刃物径によって、小径刃物の制御あるいは大径刃物と同様の制御を選択でき、中径刃物に合わせた適切な送り量の設定が可能になる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、環状刃物２４の刃物径を検出して大、中、小の径に分類し、それぞれの径に合った値に過負荷検出レベルをセットし、更に送り制御の変更を行うようにしたので、作業性を損なわず刃物寿命及び耐久性を向上できる。また、ドリルモータ４６の焼損を防止することができる。
なお、上記実施の形態においては、刃物径を大、中、小の３種類に分けたが、２種類または４種類以上であってもよい。
ドリル装置の全体構成を電気ドリルの方向から見た外観図である。 図１の右側面図である。 図１のドリル装置の回路構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態における処理を示すフローチャートである。 図４の通常送り制御の詳細を示すフローチャートである。
符号の説明
１０ 本体
１２ 電磁ベース
１２ａ マグネットコイル
１４ スライド板
１６ 電気ドリル
１８ ハンドル
２０ ドリル送り部
２０ａ モータ
２２ スピンドル
２４ 環状刃物
２４ａ センタピン
２６ ブラケット
２８ 電源スイッチ
３０ ロータリスイッチ
３４ 電気ドリルスイッチ
４０ 交流電源
４２ 両波整流器
４４ 変圧器
４６ ドリルモータ
４８ ドリルモータ制御部
５０ モータ電流検出器
５２ モータ電源回路
５４ モータ制御部
５６ 送りモータＮＧ判別部
５８ マグネット断線検出回路
６０ 横ずれ検出器
６２ 再起動防止検出回路
６４ メイン制御部
６４ａ ＲＯＭ
６８ ＬＥＤ表示器
７０ 電源回路
１００ ドリル装置

Claims (5)

  1. ドリルモータを駆動源にして刃物を回転駆動する電気ドリルと、前記電気ドリルを被加工体に対して往復動させるドリル送り部とを備え、
    前記電気ドリル及び前記ドリル送り部を駆動して前記被加工物を穿孔するドリル装置であって、前記ドリルモータに流れる電流を検出するモータ電流検出器と、
    前記ドリルモータの通電を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、所定のドリル送り速度における前記モータ電流検出器の検出電流に基づいて、穿孔中の前記刃物の径を識別し、前記識別結果に応じて前記刃物径ごとに制御モードを設定することを特徴とするドリル装置。
  2. 前記制御部は、前記刃物の使用可能な刃物径に対応して複数の比較値を設定し、前記比較値と前記モータ電流検出器による前記検出電流とを比較して前記刃物径を識別することを特徴とする請求項１に記載のドリル装置。
  3. 前記制御部は、前記複数の比較値を大径、中径、小径の３種類について設定することを特徴とする請求項２に記載のドリル装置。
  4. 前記制御部は、前記刃物径に応じて前記制御モードを設定した後、前記ドリル送り部の制御を通常の送り制御にすることを特徴とする請求項１に記載のドリル装置。
  5. 前記制御部は、前記制御モードごとに刃物径に対応した制御プログラムを割り当て、その実行中に前記モータ電流検出器で検出したモータ電流が予め設定した閾値を越えるときに前記ドリルモータ及び前記ドリル送り部の送りモータを停止させることを特徴とする請求項４に記載のドリル装置。
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