JP2548238B2 - 工具駆動装置 - Google Patents

工具駆動装置

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JP2548238B2
JP2548238B2 JP62274754A JP27475487A JP2548238B2 JP 2548238 B2 JP2548238 B2 JP 2548238B2 JP 62274754 A JP62274754 A JP 62274754A JP 27475487 A JP27475487 A JP 27475487A JP 2548238 B2 JP2548238 B2 JP 2548238B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交換可能な工具の作動データを自動的に設定
する工具駆動装置に関するものである。
工具、例えば、ドリル、ハンマードリル、穿孔たが
ね、壁用ドリル等の電気式駆動装置の取扱いにおいて
は、駆動装置の回転数、切削速度、打撃周波数等の調整
は使用者に委ねられている。このことは問題点があるこ
とは明らかであり、例えばハンマードリル作動またはた
がね作動または純然たる切削作動を行うのかに応じて鋼
鉄製のドリルの設定を忘れると問題がある。上述の工具
のための従来の駆動装置は種々の組合せの用途に使用で
きることが要求されている。しかし、このことは、駆動
装置の使用者は適切でない作動条件を設定したり、正し
い作動条件であっても取扱いを不適切にしたり、例えば
回転数または打撃周波数を高く設定したりすることがあ
って、この要求を満たして使用するには困難がある。
従って、本発明の目的は、工具の使用の度毎に工具の
特別な作動データを自動的に設定し、例えば、ドリル作
業または打撃穿孔作業の基本条件に対して回転数、切削
速度、打撃周波数などの最大限界または最少限界を予測
して作動データとして設定することができる工具駆動装
置を得るにある。
この目的を達成するため、本発明工具駆動装置は、交
換可能な工具の作動データを自動的に設定する工具駆動
装置において、 −駆動装置に保持しまた駆動連結するのに使用する工具
の差込み軸の周囲に分布させて設けた工具の固有のデー
タ表示と、 −駆動装置の収容部の位置で装置ハウジングに対して固
着し、駆動装置に装着した工具のデータ表示に整列させ
て設けた表示読取装置と、 工具と駆動装置との間の相対運動により差込み軸の周
囲に設けた一連のデータ表示に対応する電気信号を発生
し、 −電気信号を受け、この電気信号に応答し、駆動装置の
駆動ユニットに工具に対応する作動パラメータを設定す
る指示を発生する電子評価装置と、 を具えたことを特徴とする。
本発明によれば、工具（硬質金属用ドリル）から装置
には伝えられない例えばハンマードリルの電気式工具の
回転数、切削速度、打撃周波数などの作動データを自動
的に装置に設定し、その都度工具の使用条件に合わせて
使用することができる。これにより、工具の特別な条件
に標準的な作動データを駆動装置の作動パラメータ（例
えばモータ回転数）を介して設定することができる。
これら前提条件が与えられた場合、交換可能な工具に
課せられる固有の作動データに関して駆動装置に自動的
に設定することが必要となり、このようなデータは工具
に適切に刻印し（表示を付け）、このようなデータを適
当な作動段階で工具の部分から駆動装置に伝達し、装置
において評価または変換し、自動的に目標値または設定
指令が達成される。
データ表示は、工具の差込み軸の特に「回転モーメン
ト伝達領域」と実際の作用領域（例えば穿孔螺旋溝）と
の間に１列または２列またはそれ以上の列に配列した一
連の刻み目による窪み（穴）として設け、これら窪みを
ブリッジ部により互いに分離し、全周にわたって設け
る。
好適な実施例においては、窪みの代わりに差込み軸の
周囲に、例えば金属製のリングを適当な方法で例えば弾
性連結により取付けることもでき、このリングに刻み目
の代わりに貫通孔、例えばパンチ孔またはスリットを設
けることもできる。このようなリングはほこりよけ（遠
心リング）としての付加機能をも果たすことができる。
このようなリングは差込み軸に連結しなければならず、
これにより工具と一緒に回転する。他の運動方向に関し
ては、差込み軸とリングとの間に限られた範囲の相対運
動は許容される。
差込み軸の周囲に分布させて配列した一連の窪みおよ
びブリッジ部はセンサにより認識することができ、この
センサを誘導近接スイッチとして作用させ、駆動装置の
工具収容部に取付け、近接スイッチの原理として漂遊磁
界の高周波回路の一方の側面が開口したスチールクラッ
ドスプールをデータトラックと称する一連の窪みおよび
ブリッジ列に整列させる。工具例えばドリルが回転する
ことによって、データトラックがスプールに対して移動
し、各窪みまたは穴により漂遊磁界の僅かな減衰として
２個の窪み間に直立するブリッジ部において生ずる。こ
のような様々な減衰が様々な信号状態に変換され、セン
サの出力を電気的な交流信号として発生する。
差込み軸における穴／ブリッジ部の列を認識する限り
においては誘導近接スイッチとして作用するセンサ原理
に原則的に同じであるが、穴とブリッジ部の異なる磁気
伝導率を認識する磁気センサを使用することもでき、ま
た穴とブリッジ部による光路を遮る異なる遮蔽度によっ
て認識する光センサを使用することもできる。
すべてのセンサに関して、工具がセンサに対して回転
し、サンサが変化する信号を供給し、この信号が交互の
穴とブリッジ部を表すことは有利である。
駆動装置におけるデータ評価処理およびデコード化は
選択されたコード化技術および処理用データトラックの
数に基づく。単一データトラックと多重のデータトラッ
クとの間の大きな差異のため、これら処理は分割して行
う。
単一データトラックのコード化によっては、データ伝
送理論から知られているように、付加的情報（例えば時
間または周波数）のない信号の変換だけでは明確な情報
のデコードは困難である。単一トラックコードのデコー
ドによる場合は、工具の回転に関する情報を補助的に利
用するのが必要になってくる。この場合、駆動装置の実
際の回転数発生器のインパルスを利用することは簡単で
経済的であり都合が良いことがわかっている。このよう
な実際回転数発生器は本明細書中で述べた技術ではない
多くの駆動装置の他の制御および調整のために既に存在
しているものである。このために、モータ軸または場合
によっては駆動軸に取付けた2P個の磁極を有する磁石ホ
イールを利用し、センサとして使用する誘導スプールま
たは他の種類の素子例えばホール発電機に交流電圧を発
生させるのが一般的であり、この交流電圧は周期がＰ個
の磁極対毎の周期に対応するかまたは１個の磁極が半波
に相当する。換言すれば、回転数発生器信号の半波がモ
ータ軸の1/2P回転の回転増分に対応しはモータから工
具スピンドルに伝達する減速比とした場合差込み軸の 回転の回転増分に対応する。
例えば、16個の磁極を有する磁石ホイールおよびモー
タと工具スピンドルとの間の減速比が40である回転数発
生信号の増分解は工具の１回転につき640個の信号素子
となる。即ち、 である。
差込み軸に並置したセンサの下に回転のどの部分に窪
みが存在するか回転のどの部分に窪みがないか（ブリッ
ジ部が存在するか）を確定するというように、信号評価
はパルス幅処理で行われる。情報内容は、回転角度増分
毎のカウンタ数値を直接比較することによってまたは適
当な数学的処理（求比または求差）によって明確な形に
変換される。好適な実施例においては、センサが差込み
軸に窪みが存在することを知らせるとマイクロプロセッ
サは磁石ホイールから発生した回転数発生インパルスを
第１レジスタにカウントされ、窪みが存在しない即ちブ
リッジ部の存在を知らせると第２レジスタに回転数発生
インパルスをカウントさせる。双方のレジスタ内容の直
接的な比較または適当な相関例えば商または差をとるこ
とによって、差込み軸における窪み幅とブリッジ幅との
比または差を明確な値として計算装置に送り、この計算
装置において、既知のように記憶させたデータ表との比
較により変換することができる。
機械に変速装置を準備してある場合、各駆動状態に関
する情報を付加することができる。制御装置の論理によ
り導かれない場合この情報は質問から導かれ、例えば制
御装置から与えられる駆動状態を自動的に指令する特定
の装置に読込む。
データトラックを利用することによる信号評価の技術
は、関連の回転角度増分量を利用するとき、原理的に回
転数に関連して処理できるという他の利点がある。
読取時間を考慮し、読取を簡単にするにはカウンタを
一定の極限値（オーバーフロー値／ゼロ）をモニタし、
極限値をコード化することができ、例えば「窪みが存在
しない」または「全周に窪みが存在する」を比の値
「０」または「∞」に対応させる。
単独なデータトラックによるコード化は工具の強度を
高くできるという利点があり、工具の取付けも比較的容
易にかつ大きな交差をも許容することができる。
存在しうる明確な種々の異なるコードの数は実際上差
込み軸の周囲に設けた窪みおよびブッリジ部の数だけで
なく、センサが窪みからブリッジ部の材料が詰まってい
る部分への移行を認識できる読取精度に関係する数もあ
る。交差範囲内でのコード化のための不明瞭領域はコー
ドの数により許容される。
二重または多重トラックのコード化を行う場合、各ト
ラックにそれぞれ１個のセンサを並置し、トラックの数
だけの伝送すべき情報内容が得られる。
単一トラックでの処理は、差込み軸上に最小の場所を
占めるだけであり、また工具収容部にも１個のセンサだ
けが必要となる。10mmの直径の差込み軸上には、コード
化および明確な情報認識のための安全条件を考慮して５
〜７個の異なるコードを実現できる。２重または多重ト
ラックの処理は、差込み軸上により多くの位置を必要と
し、２個またはそれ以上のセンサを必要とするが、例え
ばマイクロプロセッサ内での処理を必要としない論理ス
イッチによりデコードを行うことができる。10mmの直径
の差込み軸の場合、32〜64個の種類の情報を実現でき
る。
デコード化の他の技術として、工具上のトラックを増
分発生装置として使用するする場合があり、このとき回
転数発生装置から得られる回転数インパルスを省くこと
ができる。この場合、一方のトラックをクロック発生ト
ラックとして使用し、他方のトラックを情報トラックと
して使用する。この場合、情報信号の幅比による情報を
得られるだけでなく、データトラックの形状を論理状態
（0/L）に変換でき、この論理状態はクロックトラック
で制御されるリズムで信号変換を質問できる。
差込み軸の周囲に分布させた一連の窪みおよびブリッ
ジ部によるデータトラック並びに誘導近接スイッチとし
てのセンサを使用することにより、実際上製造が簡単か
つ確実な信号評価が得られることの他に、光学的読取り
も可能であるという利点がある。差込み軸における窪み
はほこり、コンクリート、オイル残滓等が詰まって汚れ
る恐れがあるが、光学的読取によれば、明確な情報認識
が得られる。本発明の好適な実施例の開口部のあるスチ
ールクラッドスプールを有する誘導センサによれば、差
込み軸の窪みが汚れていても十分な情報評価および作動
データ設定を行うことができる。
次に図面につき、本発明の好適な実施例を示す。
第１図にはロータ１、ステータ２およびピニオン３を
設けたモータ軸23を有する駆動モータを示し、ピニオン
３の回転は線図的に示した歯車装置４から工具収容部５
に伝達され、駆動力が工具７の差込み軸８に伝達され
る。工具７は差込み軸８の露出した作用領域と回転モー
メント伝達領域との間で周方向に分布された所定数の窪
み11を設け、これら窪みは直径方向に切欠いていないブ
リッジ部12により互いに分離する（第２図参照）。周方
向に分布された窪み11とブリッジ部12によりともにデー
タトラックを構成する。中心が開口したスチールクラッ
ドスプールとしてのセンサ６をデータトラック10に整列
させる。即ち工具７の回転により窪み11またはブリッジ
部12が交互にセンサ６を通過し、このセンサ６は関連部
30と共通の上述のハウジングの前端に取付ける。センサ
６は関連部30と共通の上述の誘導近接スイッチ13の一部
を構成する。このような技術の誘導センサを有する近接
スイッチは知られているため、当業者にとってはセンサ
原理をこれ以上説明する必要はないであろう。
周方向に配列した窪み11およびブリッジ部12により、
データトラック10は誘導近接スイッチ13に交流信号22を
交流し、例えば窪み11は正の信号部分１により示し、
ブリッジ部12は負の信号部分ψ１により示す。この交流
信号22は評価分析装置、例えばマイクロプロセッサ14に
至り、（電子）スイッチ20の切換に利用し、交互の２個
のレジスタ若しくはカウンタ15,16を動作させるか、ま
たは計数動作を切換えるかする。スイッチ20の瞬間的な
位置に従い、クロックパルス信号のインパルスとしての
回転角増分がカウンタレジスタ15に読込まれるか（例え
ば交流信号22の正のインパルス１即ち窪み11の信号に
よって交流信号22の負のインパルスψ１が存在すると
き、即ち誘導近接スイッチ13が瞬時にブリッジ部12を走
査するとき、第２のレジスタ16がクロックパルス信号21
の回転角増分インパルスを計数する。回転角増分インパ
ルスを有するクロックパルス信号21は導線19を介して第
２のセンサ18から供給され、このセンサ18は磁石ホイー
ル17に整列し、この磁石ホイール17はモータ軸23に取付
け、このモータ軸と一緒に回転する。センサ18は誘導ス
プールまたはホール発電機とすることができる。
カウンタレジスタ15または16に蓄積されるカウンタ値
の後述の明確な情報識別を行うため、マイクロプロセッ
サ14に調整した歯車装置の減速比を伝送する。カウン
タレジスタ15または16のカウンタ値は直接または換算し
て、例えば比または差の形式の情報に変換され、この変
換情報は例えばROMに記憶されたデータ表との比較によ
り得られる。このようにして工具収容部５に対する工具
７の公差および遊びの調整のため容認しうる数値に対す
る「安全領域」の考慮を含めた大量の処理が行われる。
マイクロプロセッサ14における信号処理は以下のコン
ピュータ操作手順後に行われる。即ち、 −使用者が装置のスイッチをオフからオンに動かす。ス
イッチの切換え毎に読込みが行われる。
−読込み開始の際カウンタレジスタ15,16はリセットさ
れ、カウンタ15,16は読込みを始め、オーバーフローの
有無をモニタする。
−例えばψ１から１への切換えによりカウンタはリセ
ットされて読込みを始め、オーバーフローをモニタす
る。
−１からψ１への切換えによりレジスタ15内に蓄積さ
れたカウンタ値をリセットし、カウンタはオーバーフロ
ーをモニタする。
−ψ１から１に切換えることによってレジスタ16にカ
ウンタ値を読み込む。
−カウンタ値は信号選別部に送られ、カウンタオーバー
フローにより「選別」が行われる。コード化されない
（普通の）工具は「ブリッジ部」カウンタの「オーバー
フロー値」から認識でき、環状の溝は「窪み」カウンタ
の「オーバーフロー値」から認識できる。
−信号選別のためカウンタレジスタ15,16のカウンタ値
を上述の（記憶した）クラスリミット値との比較により
明確なクラス１（ｎ）およびψ１（ｎ）に分類し、こ
れによりクラス幅の分布およびクラス間隔は安全領域を
足したものに相当する。
−マイクロプロセッサ14は歯車装置の等級を問い合
せ、対応のデータ領域（表）を選択する。
−そのときどきの１（ｎ）およびψ１（ｎ）の組合せ
に対応の作業データはテーブル（表）から割り出され、
歯車装置のギヤ段に応じてモータ回転数nmotが関連付け
られる。
−読込み過程および選別（評価処理）過程は少なくとも
１個繰り返される。
−第１回目の通過の結果と第２回目の通過の結果とが対
比され、結果の一致によって「最終制御素子」に送ら
れ、結果の不一致によって「中断」する。
−作業を始めるため、（「作業開始」）回転数値nmotを
モータ調整装置に与える。
−歯車装置のギヤ段設定を比較し、場合によってはスイ
ッチ指令により歯車装置の作動磁石を動作させる。
上述のコンピュータ操作手順は単なる一例として理解
されたい。
第３図には、データトラックとしての一連の窪み11お
よびブリッジ部12を有する異なる形態の工具の数例を並
置して示す。第３図に示すデータトラック10の選択され
たモデルは例えば以下の工具種類に関連する。
−第３図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ２種類のたが
ね、 −第３図（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ２種類のハンマ
ードリル、 −第３図（ｄ）はデータ表示のない「古い」工具、 −第３図（ｅ）は特殊たがね、 −第３図（ｆ）はれんが壁用ドリル、 −第３図（ｇ）は板張り用ドリル（窪みの途切れのな
い）、 −第３図（ｉ）はくい打ち工具、 −第３図（ｋ）は装置の使用者が頻繁に必要とし自由に
選択して決定できる工具。
第３図に示す一連の窪み11およびブリッジ部12のそれ
ぞれの長さおよび分布形状は自明であり、単に例として
選択したものである。コード対応は原則的に使用者の必
要に応じて行うことができる。
差込み軸8aに軸線方向に並置する２個のデータトラッ
ク10a,10bを設けた工具を第４図に示す。各データトラ
ック10a,10bはやはり窪み11a,11bおよびブリッジ部12a,
12bを有する。一方のデータトラック10aはクロックパル
ス発生トラックとして使用し、他方のデータトラック10
bを情報トラックとする。各データトラック10a,10bは装
置側のセンサにより読込んでコード化した情報に変換す
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明により交換可能な工具のための工具の
特別な作動データを自動的に設定する駆動装置の一部断
面とする線図、 第２図は、データトラックを有する工具の差込み軸部分
の一部断面とする側面図、 第３図は、種々のデータ表示トラックを示す第２図の２
−２線上の断面図、 第４図は、２個のデータトラックを有する工具の差込み
軸の一部断面とする側面図である。 １……ロータ、２……ステータ ３……ピニオン、４……歯車装置、 ５……工具収容部、６……センサ ７……工具、８……差込み軸 10……データトラック、11……窪み 12……ブリッジ部、13……近接スイッチ 14……マイクロプロセッサ 15,16……レジスタまたはカウンタ 17……磁石ホイール、18……センサ 19……導線、20……スイッチ 21……クロックパルス信号 22……交流信号、23……モータ軸 30……関連部

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交換可能な工具の作動データを自動的に設
    定する工具駆動装置において、 −駆動装置（１〜４）に保持しまた駆動連結するのに使
    用する工具（７）の差込み軸（８）の周囲に分布させて
    設けた工具の固有のデータ表示（10）と、 −駆動装置（１〜４）の収容部（５）の位置で装置ハウ
    ジングに対して固着し、駆動装置に装着した工具（７）
    のデータ表示（10）に整列させて設けた表示読取装置
    （6,13）と、 工具（７）と駆動装置（１〜４）との間の相対運動によ
    り差込み軸（８）の周囲に設けた一連のデータ表示（1
    0）に対応する電気信号（22）を発生し、 −電気信号（22）を受け、この電気信号に応答し、駆動
    装置（１〜４）の駆動ユニットに工具（７）に対応する
    作動パラメータを設定する指示を発生する電子評価装置
    （14）と、 を具え、 −前記データ表示（10）を差込み軸（８）の周囲に分布
    させた一連の切欠きによる窪み（11）として構成し、こ
    れら窪み（11）は差込み軸の直径に等しいブリッジ部
    （12）により互いに分離し、互いに一部をなす一連の窪
    みおよびブリッジ部により少なくとも１個の周方向のデ
    ータトラックを構成し、 −前記表示読取装置（6,13）は工具収容部（５）に取付
    けて、窪み（11）およびブリッジ部（12）を検出する誘
    導センサ（６）により構成した ことを特徴とする工具駆動装置。
  2. 【請求項２】センサ（６）は、HF回路の一部をなし、並
    置するデータトラックに整列する開口を有するスチール
    クラッドスプールにより構成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載の工具駆動装置。
  3. 【請求項３】少なくとも２個のデータトラックと少なく
    とも２個のセンサを設け、一方のデータトラックを明確
    な認識を得るためのクロックパルス発生トラック（10
    a）として使用し、他方のデータトラックを読取可能な
    情報として使用する構成としたことを特徴とする特許請
    求の範囲第１または２項に記載の工具駆動装置。
  4. 【請求項４】明確な情報コード値を得るための少なくと
    も１個のクロックパルス信号（21）を駆動装置（１〜
    ４）の回転数発生器（17,18）から派生させることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項に記載の工具駆動装置。
  5. 【請求項５】回転数発生器は、モータ軸または駆動軸
    （23）に取付け、2P、ただしＰ＝1,2,3…の数の磁極を
    有する磁石ホイール（17）と、ハウジングに固着した第
    ２センサ（18）とにより構成し、磁石ホイール（17）の
    周囲により磁極の数に対応する周期の交流電圧を発生す
    る構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第４項に
    記載の工具駆動装置。
  6. 【請求項６】第２センサ（18）を誘導スプールとしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の工具駆動
    装置。
  7. 【請求項７】第２センサ（18）をホール発電機としたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の工具駆動
    装置。
  8. 【請求項８】表示読取装置は、少なくとも１個の光学セ
    ンサを有するものとして構成し、この光学センサの光路
    に対応する一連の窪みおよびブリッジ部が作用して信号
    を発生する構成としたことを特徴とする特許請求の範囲
    第１項に記載の工具駆動装置。
  9. 【請求項９】前記電子評価装置（14）は、２個のレジス
    タまたはカウンタ（15,16）を有するものとし、これら
    カウンタ（15,16）は、センサ（６）からの信号（22）
    により切換るスイッチ（20）によりクロックパルス信号
    （21）のインパルスを計数するよう交互に動作する構成
    とし、一定の間隔でインパルスを受け取るレジスタまた
    はカウンタの計数値を記憶した表値と対照して駆動装置
    （１〜４）の作動データ設定のための指令信号を供給す
    る構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第１乃至
    ８項のうちのいずれか一項に記載の工具駆動装置。
  10. 【請求項１０】前記電子評価装置（14）は、２個のレジ
    スタまたはカウンタ（15,16）を有するものとし、これ
    らカウンタ（15,16）は、センサ（６）からの信号（2
    2）により切換るスイッチ（20）によりクロックパルス
    信号（21）のインパルスを計数するよう交互に動作する
    構成とし、一定の時間間隔でインパルスを受け取るレジ
    スタまたはカウンタの計数値の比をとったりまたは差を
    とったりし、この結果を記憶した表値と対照して駆動装
    置（１〜４）の作動データ設定のための指令信号を供給
    する構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第１乃
    至９項のうちのいずれか一項に記載の工具駆動装置。
  11. 【請求項１１】変速装置（４）に対して切換可能な変速
    比での駆動状態に基づいて多くの値から選択的に割出す
    ことができる対照データ表を設けたことを特徴とする特
    許請求の範囲第９または10項に記載の工具駆動装置。
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