JP2542820B2 - 穿孔機制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、穿孔機制御装置に関するものであり、特
に、ボール盤や被工作物への定着手段としての電磁ベー
ス（電磁石装置）を下部に有し、例えば環状刃物を有す
る電気ドリルと、電気ドリルの送り制御用のモータ（以
下、送りモータという）とを備えた可搬型穿孔機などの
制御装置に関するものである。

（従来の技術） 周知のように、環状刃物を取付けたドリルを用いて穿
孔作業を行なう場合は、穿孔作業が終了したら、直ちに
当該穿孔機の電源をオフにすることが、消費電力を節減
し、また、環状刃物の折損を防止する上で望ましい。

しかし、従来の穿孔機では、穿孔作業が終了したこと
を作業者が認識した後、当該穿孔機の電源スイッチをオ
フにしなければならないので、作業者にとって、はなは
だめんどうであり、またこのために、その作業性もあま
り良くないという問題点を有していた。

穿孔作業の終了を検出するには、穿孔完了時にドリル
が無負荷状態になることを検知すれば良いが、一般にド
リルは、穿孔開始時にも無負荷状態が存在するので、同
じ無負荷状態でも、それが穿孔作業の開始時のものか、
完了時のものかを識別する工夫がなされない以上、その
実現は不可能であるという問題があった。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたも
のである。

（問題点を解決するための手段および作用） 前記の問題点を解決するために、本発明は、ドリルに
よる穿孔の開始時には、初めから無負荷状態が存在して
いるが、穿孔が完了したときは、ドリルが負荷状態から
無負荷となって、負荷信号が急減する点に着目して穿孔
完了を検出し、送り機構およびドリルの両者を停止する
ように構成した点に特徴がある。

また本発明は、穿孔動作の開始前の負荷信号が小さい
期間においては穿孔完了信号の発生が阻止され、穿孔動
作が開始されて負荷信号が一旦増大したことが確認され
た後に負荷信号が急減したときにのみ、穿孔完了信号が
発生されるように構成した点に特徴がある。

（実施例） 以下に図面を参照して、本発明を、電磁ベース付きの
可搬型穿孔機に適用した場合について詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はそ
の動作を説明するためのタイミングチャートである。な
おここでは、理解を容易にするために、本発明の直接の
対象である穿孔完了時の停止制御のみではなく、穿孔機
の起動から停止までのすべてを制御する装置について説
明する。

A.始動直後の送りモータFMの半波送り制御 電源スイッチPSが「０」の位置にあるときは、すべて
の電源は遮断されており、第１図の穿孔機制御装置は休
止状態にある。

電源スイッチPSが「１」の位置へ動かされると、電磁
マグネットMGが励磁され、電気ドリルの電磁ベース（図
示せず）が被工作物に吸着し、位置決めが行なわれる。
これと同時に発光ダイオードLED4が点灯し、位置決め完
了を表示する。

電源スイッチPSが「２」の位置へ動かされると、降圧
トランスＴの１次側巻線にAC電源電圧が印加されるの
で、整流器REF2およびREF3が動作して直流電圧を発生す
る。

整流器REF2の直流出力は、定電圧装置STBによって一
定電圧に調整され、制御用電圧Vccとなる。前記制御用
電圧Vccは抵抗R63およびトランジスタTr11に印加され
る。

後で詳細に述べるように、このときトランジスタTr11
のベース電位、すなわちオア回路OR3の出力およびコン
デンサC13の充電電圧はローレベルであるので、トラン
ジスタTr11はオフ状態であり、そのコレクタ電位はほぼ
制御用電圧Vccに等しい。

それ故に、前記制御用電圧VccがリレーSSRの発光ダイ
オードLED6に印加され、発光ダイオードLED6が発光す
る。前記発光がトライアックTRC2に照射されてリレーSS
Rが導通する。これによって、ドリルモータEDが付勢さ
れ、回転を始める。

降圧トランスＴの２次側電圧はまた、ダイオードD4に
よって半波整流され、抵抗R36を経てトランジスタTr8の
ベースに供給される。

したがって、トランジスタTr8が交流半波ごとの周期
で導通し、そのコレクタには、第２図の波形（２）で示
すような、交流半波に同期したパルス信号が発生され、
オア回路OR1の１入力に供給される。

なお、このとき、オペアンプOP6は後述するところか
ら分るように出力を発生していない。このために、オア
回路OR1の出力は、第２図の波形（２）で示すような、
交流半波に同期したパルス信号となる。

一方、降圧トランスＴの２次側電圧は整流器REF3で全
波整流され、整流出力は抵抗R34とゼナーダイオードZD
の直列回路に加えられる。したがって、ゼナーダイオー
ドZDの両端には、第２図の波形（３）で示すような、全
波整流波形を予定レベルでクリップしたパルス状電圧が
発生し、これが抵抗R33を介してトランジスタTr6のベー
スに供給される。

トランジスタTr6は、第２図の交流波形（１）の零交
さ点付近を除く部分で導通するので、そのコレクタ電位
は、第２図の波形（４）のように、前記零交さ点付近で
ハイレベル、その他の部分でローレベルとなる。

トランジスタTr7は、トランジスタTr6とは反対に、第
２図の交流波形（１）の零交さ点付近で導通するので、
そのコレクタ電位は、前記零交さ点付近を除く部分でハ
イレベル、その他の部分でローレベルとなる。

トランジスタTr7のコレクタがハイレベルとなる期間
中に、コンデンサC8はC8・R42の時定数で充電され、ト
ランジスタTr7が導通したとき、これを介して極く短い
時定数で放電される。

それ故に、コンデンサC8の充電電圧、すなわちオペア
ンプOP7の非反転入力端子の入力電圧は、第２図の波形
（５）の実線で示すように鋸歯状に変化する。

ドリルモータEDに流れる負荷電流は、電流変成器CTお
よび整流平滑装置RSCによって検出され、負荷信号Eedが
発生される。

ドリルモータEDが起動された当初は、ドリルモータED
は無負荷であるので、負荷信号Eedは十分に小さい。そ
れ故に、オペアンプOP7の非反転入力端子は反転入力端
子よりも大となり、そのハイレベル出力がアンド回路AN
D1に供給される。

したがって、アンド回路AND1はオア回路OR1の出力、
換言すれば、第２図の波形（２）に示すトランジスタTr
8のコレクタ電位と同じ出力を生じ、これがトライアッ
クTRC1のゲートに供給される。

このようにして、送りモータFMは交流波形の半波によ
って駆動されるので、極めて遅い速度で電気ドリルが送
られる。これにより、電気ドリルの刃は被加工物の表面
に達し、硬度の大きい、いわゆる黒川部分の穿孔を始め
る。

穿孔が始ると、ドリルモータEDの負荷電流が増大し、
負荷信号Eedが上昇する。

それ故に、オペアンプOP7は、その非反転入力端子に
供給される鋸歯状波信号のレベルが低い期間ではローレ
ベル出力を発生し、鋸歯状波信号が負荷信号Eedを超え
たときハイレベル出力発生するようになる。

明らかなように、ハイレベル出力が発生するタイミン
グは、負荷信号Eedが低いほど早く、負荷信号Eedが高い
ほど遅くなる。

このために、オエアンプOP7のハイレベル出力によっ
てアンド回路AND1が開かれるタイミング、換言すれば、
トライアックTRC1がトリガされて送りモータFMに交流電
圧が印加される位相は、負荷信号Eedが低いほど早く、
負荷信号Eedが高いほど遅くなる。

したがって、電気ドリルの送り速度は、ドリルモータ
EDに加わる負荷が低いほど早く、反対に負荷が高いほど
遅くなる。

前記負荷信号Eedはまた、オペアンプOP4の非反転入力
端子にも供給され、抵抗R16,R17によって分圧された基
準値と比較される。

ドリルモータEDの起動初期においては、その負荷が軽
いので、負荷信号Eedは小さく、オペアンプOP4の出力は
ローレベルとなり、トランジスタTr4が導通してそのコ
レクタがローレベルとなる。

それ故に、コンデンサC7への充電は行なわれない。す
なわち、コンデンサC7の端子電圧はローレベルであり、
これがインバータ回路IN2によって２値化、反転される
ので、その出力はハイレベルとなる。インバータ回路IN
2の出力は、インバータ回路IN3およびアンド回路AND2の
第１入力に供給される。

インバータ回路IN3で反転されたローレベル信号（す
なわち、コンデンサC7の端子電圧を２値化した信号）
が、前記アンド回路AND2にその第２入力として供給され
るので、アンド回路AND2の出力はローレベルとなる。

オア回路OR2,OR3の出力はローレベルを維持し、トラ
ンジスタTr11を導通させることはないので、リレーSSR
は作動しつづける。このようにして、ドリルモータEDお
よび送りモータFMは駆動されつづける。

すなわち、本発明では、穿孔動作の開始前の負荷信号
が小さい期間においては、コンデンサC12の端子電圧が
ローレベルに維持されるので、アンド回路AND2における
論理積条件が成立せず、その出力、換言すれば穿孔完了
信号の発生が阻止される。

B.送りモータFMの微速送りから全波送り制御への移行 コンデンサC7のローレベル充電電圧は同時に、ナンド
回路NANの一端子にも供給されるので、その出力をハイ
レベルにし、トランジスイタTr5を非導通にする。この
ときトランジスタTr5のコレクタの電位はハイレベルで
あり、コンデンサC13はダイオードD2を介して充電され
る。このため、オペアンプOP6の出力はローレベルであ
り、オア回路OR1の出力に影響することはない。

ドリルモータEDの負荷が増大し、負荷信号Eedがさら
に上昇すると、オペアンプOP4の出力が反転してハイレ
ベルになり、トランジスタTr4が遮断される。トランジ
スタTr4のコレクタがハイレベルとなり、コンデンサC7
が抵抗R20,R22を介して充電され、その端子電圧が上昇
する。

その結果、インバータ回路IN2の出力はローレベルに
低下し、インバータ回路IN3の出力がハイレベルになる
ので、コンデンサC12は抵抗R60を介して充電され始め
る。しかし、このときはインバータ回路IN2の出力はロ
ーレベルであるので、アンド回路AND2の出力は変化せ
ず、オア回路OR2以降の回路の状態は変化しない。

一方、前述のように徐々に上昇するコンデンサC7の端
子電圧は、ナンド回路NANの１入力に供給される。この
段階では、後述するように、オペアンプOP5の出力は変
化せず、ハイレベルを維持するので、前記端子電圧があ
る値（SH1）にまで上昇したときに〔第２図の波形（1
4）参照〕、ナンド回路NANの出力が反転してローレベル
になる。

これにより、トランジスタTr5が導通するので、コン
デンサC13の充電電荷はダイオードD3、抵抗R30、および
トランジスタTr5を経て放電される。なお、この時の放
電時定数は相当に大きく選定される。

オペアンプOP6の非反転入力端子には、コンデンサC8
の端子に発生する鋸歯状波電圧〔第２図の波形（５）お
よび波形（11）の点状〕が供給され、一方その反転入力
端子にはコンデンサC13の端子電圧〔第２図の波形（1
1）の実線〕が供給される。

それ故に、第２図の波形（９）に示すように、コンデ
ンサC13の端子電圧がコンデンサC8の鋸歯状波電圧より
も大きくなる期間だけ、オペアンプOP6の出力がハイレ
ベルになる。

したがって、オペアンプOP6の出力は、コンデンサC13
の端子電圧が降下するにつれて立上りタイミングが進む
パルス波形となる。このハイレベル出力は、オア回路OR
1に供給され、トランジスタTr8からの半波出力に重畳さ
れる。

前記重畳波形は、アンド回路AND1を介してトライアッ
クTRC1に加えられ、これを導通させる。それ故に、送り
モータFMは、当初の半波駆動による微速送りから、徐々
に全波駆動による通常速送りに移行し、コンデンサC13
の電位が十分に低くなったときには、オペアンプOP6の
出力はほぼ常時ハイレベルとなるので、完全に全波駆動
状態になる。

なお、第１図において、整流器REF3、ゼナーダイオー
ドZD、トランジスタTr6、Tr7、コンデンサC8、およびこ
れらの関連抵抗は鋸歯状波電圧発生回路を構成している
が、当業者には明らかなように、これらは他の適当な回
路素子および構成で代替できる。

また、オペアンプOP6の非反転入力端子には、オペア
ンプOP7の非反転入力端子に供給されるのと同じ鋸歯状
波信号が供給されているが、これはトランジスタTr8の
コレクタに発生する、交流半波に相当するパルス波信号
のローレベル期間中のみに発生する間欠的な鋸歯状波信
号であっても良い。

C.全波駆動送り中の自動制御 オペアンプOP5の非反転入力端子には、抵抗R24および
R25による分圧電圧が第１過負荷基準電圧L1として供給
される。この第１過負荷基準電圧L1は、後で述べる過負
荷全停止用の第２過負荷基準電圧L2よりも、予定値だけ
小さい値に設定される。

被工作物への穿孔作業中に、何らかの理由によってド
リルモータEDに大きな負荷が加わり、負荷信号Eedが前
記第１過負荷基準電圧L1を超えると、オペアンプOP5の
出力はローレベルに反転し、ナンド回路NANの出力がハ
イレベルになる。

トランジスタTr5が遮断され、極めて短い時定数で、
コンデンサC13への充電が行なわれる。コンデンサC13の
端子電圧が上昇するにつれ、前述の説明から分るよう
に、オペアンプOP6がハイレベル出力を発生する期間が
減少する。

換言すれば、オペアンプOP6から発生されるパルスの
デューティ比が減少し、その立上りエッジ位相が遅れ、
究極的にはパルス発生がなくなるので、送りモータFMの
駆動電流は半波に近づき、電気ドリルの送り速度が低下
する。

このようにして、送りモータFMが全波駆動されている
期間中は、ドリルモータEDの負荷に応じて、負荷が大き
いほどトライアックTRC1のトリガ位相が遅らせられるの
で送り速度は小さく、最も遅い時は半波駆動による微速
送りとなり、また反対に負荷が小さいほどトライアック
TRC1のトリガ位相が進められるので送り速度は大きくな
るように制御される。

D.過負荷時の全停止制御 オペアンプOP8の反転入力端子には、抵抗R55およびR5
6による分圧電圧が第２過負荷基準電圧L2として供給さ
れる。ドリルモータEDの負荷が限定以上に大きくなり、
負荷信号Eedが前記第２過負荷基準電圧L2を超えると、
オペアンプOP8の出力が反転してハイレベルとなる。

このハイレベル信号が、アンド回路AND3、オア回路OR
2,OR3を介してトランジスタTr11のベースに印加される
と、トランジスタTr11が導通してそのコレクタ電位がロ
ーレベルに低下する。これによりリレーSSRが消勢さ
れ、ドリルモータEDおよび送りモータFMが共に停止され
る。

なお一般に、モータの起動時には大きなラッシュ電流
が流れ、この時の負荷信号Eedは前記第２過負荷基準電
圧L2を超えるおそれがあるので、起動時には上述の全停
止制御動作は禁止されなければならない。

このために、抵抗R58およびコンデンサC11よりなる時
定数（積分）回路と、アンド回路AND3とが、オペアンプ
OP8の出力側に付設されている。

電源スイッチPSが「２」の位置に設定されてモータが
起動されるのと同時に、コンデンサC11は抵抗R58を介し
て制御用電圧Vccによって充電される。しかし、起動か
ら予定時間の間は、コンデンサC11の端子電圧が予定値
以下であるので、アンド回路AND3が閉じられる。

したがって、起動時の負荷信号Eedが過大になり、オ
ペアンプOP8が出力を生じたとしても、この出力が、ア
ンド回路AND3やオア回路OR2,OR3を通過してトランジス
タTr11の状態に影響を及ぼすことはなくなる。

前記予定時間が経過すると、コンデンサC11の端子電
圧が高くなり、アンド回路AND3が開かれるので、オペア
ンプOP8の出力が阻止されることはなくなり、正常なド
リルモータEDの過負荷保護が行なわれる。

また、オペアンプOP8の反転入力端子側の抵抗R56を短
絡するように接続されたスイッチS1は、電気ドリルが限
度一杯にまで前進したときに、穿孔動作の完了、未完了
とは無関係に閉成されるリミットスイッチである。

スイッチS1が閉成されると、オペアンプOP8の出力
は、前記過負荷の場合と同様に作動し、ドリルモータED
および送りモータFMの全停止が達成される。

E.穿孔完了時の全停止制御 ここで、本発明の直後の対象である穿孔完了時の全停
止制御動作について説明する。

被加工物の穿孔が完了すると、ドリルモータEDはほぼ
無負荷状態になるので、負荷信号Eedは急減する。

これにより、オペアンプOP4の出力はローレベルとな
り、トランジスタTr4が導通し、コンデンサC7がダイオ
ードD1、抵抗R21およびトランジスタTr4を介して放電さ
れる。インバータ回路IN2の出力はハイレベルに反転
し、これがアンド回路AND2の１入力に伝達される。すな
わち、コンデンサC7の端子電圧がインバータ回路IN2に
よって２値化、反転され、「ハイレベル」または「ロー
レベル」の信号に変換される。

このとき、前述のようにして、コンデンサC12は充電
されており、その端子電圧はハイレベルにあるので、ア
ンド回路AND2の出力はハイレベルとなり、この信号がオ
ア回路OR2,OR3を経てトランジスタTr11のベースに印加
され、これを導通させる。

すなわち、本発明では、穿孔動作が開始されて負荷信
号が一旦増大したことが確認された後に負荷信号が急減
したときには、穿孔完了信号が発生される。

したがって、トランジスタTr11のコレクタはローレベ
ルに低下し、発光ダイオードLED6が消灯されて、リレー
SSRが断となり、ドリルモータEDおよび送りモータFMは
いずれも停止する。

オア回路OR3の出力はその入力に帰還されているの
で、オア回路OR3は自己保持され、その出力はハイレベ
ルを維持する。

なお、トランジスタTr13のコレクタ・エミッタ回路に
接続された発光ダイオードLED5は、リレーSSRの不動作
状態、すなわちドリルモータEDおよび送りモータFMの停
止状態を示す表示灯であり、ドリルモータEDおよび送り
モータFMが停止している時に点灯する。

なお、穿孔の完了は、前記負荷信号Eedの微分値を監
視し、これが負の予定値以上となったことによっても検
出することができるので、この検出出力をアンド回路AN
D2の出力の代りに用いても良いことは明らかである。

F.負荷状態の表示 負荷信号Eedはまた、オペアンプOP1〜OP3の各非反転
入力端子にも供給される。前記オペアンプOP1〜OP3の各
反転入力端子には、抵抗R4〜R9によって分圧された基準
電圧E1〜E3が印加される。

いま、前記基準電圧E1〜E3の間に、E1＜E2＜E3の関係
があると仮定すると、ドリルモータEDの負荷が最も軽い
段階ではオペアンプOP1の出力を生じ、対応するトラン
ジスタTr1が導通して発光ダイオードLED1が点灯する。

負荷が段々に増加するにつれて、オペアンプOP2,OP3
が順次に出力を生じ、発光ダイオードLED2,LED3が順次
点灯される。このようにして、発光ダイオードLED1〜LE
D3の点灯状態を見れば、ドリルモータEDが軽負荷、通常
負荷および主負荷のいずれの負荷状態にあるかを知るこ
とができる。

以上では、本発明を個別論理素子の組み合せによるハ
ードロジックによって実施した例について述べたが、当
業者には明らかなように、本発明はコンピュータを用い
るソフトロジック（ソフトウェア）によって実施するこ
ともできる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、つ
ぎのような効果が達成される。

（１） 穿孔作業が完了したときは、自動的にドリルモ
ータおよび送りモータが停止されるので、ドリルの折損
事故が無くなり、消費電力の節減ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック線図、第２図はそ
の動作を説明するためのタイムチャートである。 ED……ドリルモータ、FM……送りモータ、 MG……電磁マグネット、PS……電源スイッチ、 RSC……整流平滑装置、SSR……リレー、 STB……定電圧装置、TRC……トライアック

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送りモータへの給電を制御するスイッチン
   グ手段と、 ドリルモータの負荷電流を表わす負荷信号を発生する手
   段と、 前記負荷信号が一旦立上った後に減少したことを検知し
   て、被工作物の電気ドリルによる穿孔の完了信号を発生
   する手段と、 穿孔の完了信号に応答して、他の条件とは無関係にドリ
   ルモータおよび送りモータへの給電を遮断する手段とを
   有することを特徴とする穿孔機制御装置。
2. 【請求項２】前記負荷信号が一旦立上った後に減少した
   ことを検知して被工作物の電気ドリルによる穿孔の完了
   信号を発生する前記手段は、 前記負荷信号が予定値以上に立上ったとき充電される第
   １コンデンサと、 前記第１コンデンサの充電電圧を２値化する手段と、 前記負荷信号が前記予定値より小さい値に減少したとき
   前記第１コンデンサを放電させる手段と、 前記２値化手段の出力によって充電される第２コンデン
   サと、 前記２値化手段の出力の反転信号および第２コンデンサ
   の充電電圧を供給される論理積回路とを具備しているこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の穿孔機
   制御装置。
3. 【請求項３】負荷信号の大きさを段階的に表示する手段
   をさらに具備した特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の穿孔機制御装置。
4. 【請求項４】ドリルモータおよび送りモータの少なくと
   も一方への給電遮断の表示手段をさらに具備した特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の穿孔機
   制御装置。