JP4043420B2 - 自動再駆動機能付き電動ドリル装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動再駆動機能付き電動ドリル装置に関し、より詳細には、過負荷時にドリルモータの回転を停止させた場合に、該ドリルモータを自動的に再駆動できるようにした電動ドリル装置に関する。

本出願人は、電動ドリル装置において、環状刃物を回転させるドリルモータの過負荷状態を電気的に検出して電動ドリル装置を保護する手法を既に提案し実用化している。その例が以下の特許文献１及び２に記載されており、これら従来例の電動ドリル装置においては、ドリルモータに流れる電流を監視し、該電流値が第１の基準値に到達したときに、送りモータの駆動を停止し、電流値が第１の基準値よりも大きい第２の基準値に到達したときに、送りモータ及びドリルモータの両方の駆動を停止させるよう構成されている。
これにより、モータを保護することができるとともに、電動ドリル装置の横滑り又は振動が生じる前にモータを停止させることができるため、電動ドリル装置による振り回されを防止することができ、また、環状刃物の刃先及び本体の破損を防止することができる。
特公平３−７８２０５号公報 特開２００３−２５１２２号公報

上記したように、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、このような従来例においては、過負荷により停止させたドリルモータを再駆動するためには、作業員が起動スイッチを手動操作する必要がある。このため、極めて作業性が悪い。
特に、ドリルを自動的に下方に移動させるための送りモータを具備していない電動ドリル装置においては、ドリルを再駆動するためには、手動でドリル移動用のハンドルを回動操作しつつ、ドリルモータの起動スイッチを操作しなければならないため、作業員に大きな負担がかかっている。

本発明は、このような従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動ドリル装置において、過負荷時に自動停止したドリルモータを、簡単な構成で自動的に再駆動することができるようにすることである。
本発明の他の目的は、電動ドリル装置において、ドリル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することである。

上記した目的を達成するために、本発明に係る、被加工物に穿孔するための電動ドリル装置は、
電動ドリルの環状刃物を回転させるためのドリルモータと、
ドリル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、
ドリル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ドリル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ドリル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している。

上記した本発明に係る電動ドリル装置はさらに、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が好ましい。
また、一実施形態では、電流検出手段は、ドリル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。そして、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。

上記した本発明に係る電動ドリル装置において、一実施形態においては、制御手段は、ドリル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構成されている。

上記した本発明に係る電動ドリル装置において、一実施形態においては、主スイッチング素子はトライアックであり、制御手段は、ドリル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構成されている。

本発明は、上記した構成を有しているので、ドリルモータが過負荷時に自動的に停止した場合、所定時間後にドリルモータを自動的に再駆動することができ、もって作業性が向上する。
また、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、ドリルの下方移動の開始可能時点を容易に知ることができる。

図１は、本発明に係る電動ドリル装置の一実施例の外観斜視図を示しており、図２は、その右側面図を示している。また、図３は、図１及び図２に示した電動ドリル装置の回路図である。
電動ドリル装置の本体１の下端には、内部に電磁石２０（図３）を備えた電磁ベース２が設けられており、側面には側面に沿って上下方向に移動可能なスライド板３６が設けられている。スライド板３６には、電動ドリル３が支持されている。本体１にはハンドルが取り付けられているとともに、本体１内にはスライド板３６を上下させるためのドリル送り部４が配置され、ハンドル３９を手動回動させると、ドリル送り部４中の伝達機構を介して、電動ドリル３を上下動させることができる。なお、ドリル送り部４中にモータを内蔵させ、該モータの回転をクラッチを介して伝達機構に伝達するよう構成してもよい。これにより、クラッチを外すか否かを選択操作することにより、電動ドリル３を手動又は電動の何れかで下方移動させることができる。

電動ドリル３は、ＡＣモータであるドリルモータ３０（図３）を内蔵しており、該ドリルモータ３０の回転により、スピンドル１１に装着された環状刃物５を回転させる。環状刃物５には、センタピン５ａが環状刃物５の下面から出没自在に設けられている。スピンドル１１は、本体１の下端部から側方に延びているブラケット１２により、上下動可能に支持される。

本体１の正面に設けられた電源スイッチＳＷ_PWをオンさせると、電磁石ベース２中の電磁石２０に通電されることにより、電動ドリル装置が被加工体に固定される。そして、瞬時／再駆動型である起動スイッチＳＷ_ONをオンさせると、ドリルモータ３０が駆動を開始し、電動ドリル３の環状刃物５が回転を開始する。この時点で、ハンドル３９を手動で回動操作すると、電動ドリル３が下方すなわち被加工体の方向に移動される。これにより、電動ドリル３の環状刃物５が回転しつつ被加工体中を進み、被加工体に穿孔を形成することができる。
本体１の正面にはさらに、瞬時復帰型の停止スイッチＳＷ_OFFが設けられており、該スイッチをオンさせると、ドリルモータ３０の駆動を停止させることができる。

次に、図３を参照して、本発明に係る電動ドリル装置におけるドリルモータ３０の駆動／停止のための回路構成及びその動作を説明する。
図３において、５０はＡＣ電源、５１は全波整流回路、５２はＡＣ／ＤＣ電源回路である。電源スイッチＳＷ_PW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２０に供給し、上記したように電動ドリル装置が被加工体に固定される。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３０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３０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。

ＤＣ電源電圧が印加される制御部には、オン／オフ制御回路７１、増幅回路７２、平滑回路７３、過負荷判定回路７４、自動停止／再駆動制御回路７５、及び負荷状態表示回路７６が含まれている。
オン／オフ制御回路７１は、起動スイッチＳＷ_ON及び停止スイッチＳＷ_OFF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。

過負荷判定回路７４は、平滑回路７３の出力Ｖ_L1が予め設定した基準電圧Ｖ_ref1を超えたか否かを判定することにより、ドリルモータ３０に損傷が生じる恐れがある重度の過負荷状態が生じているか否かを判定するためのものである。
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Ｖ_L1がドリルモータ３０の重度過負荷状態を表しているときに、ドリルモータ３０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３０を自動的に再駆動させるためのものである。

負荷状態表示回路７６は、平滑回路７３の出力Ｖ_L1が予め設定した基準電圧Ｖ_ref2を超えたか否かを判定することにより、ドリルモータ３０の負荷状態をＬＥＤ₁及びＬＥＤ₂により表示するためのものである。この基準電圧Ｖ_ref2は、過負荷判定回路７４における基準電圧Ｖ_ref1より小さく、過負荷状態ではあるがドリルモータ３０に損傷を及ぼす程ではない軽度の過負荷状態となった時点で、比較器ＯＰ₇₆の出力を反転させるよう設定されている。正常な負荷状態の場合にＬＥＤ₁（例えば青色）を点灯し、軽度以上の過負荷状態の場合にＬＥＤ₂（例えば赤色）を点灯させる。

このような回路構成において、電源スイッチＳＷ_PWがオン状態、したがってＡＣ／ＤＣ電源回路５２からＤＣ電源電圧が制御部に印加されている状態で、作業員が起動スイッチＳＷ_ONをオンすると、ＡＣ／ＤＣ電源回路５２から、該起動スイッチＳＷ_ONを介してオン／オフ制御回路７１のトランジスタＱ₇₁（第１のスイッチング素子）にベース電流が流れ、これにより、トランジスタＱ₇₁がターンオンする。その結果、フォトダイオードＰＨ_2INに電流が流れることにより、該フォトダイオードに光結合されたフォトリレーＰＨ_2OUTがターンオンして、トランジスタＱ₇₁の自己保持回路が形成される。

トランジスタＱ₇₁がオン状態となると、該トランジスタに直列接続されたフォトダイオードＰＨ_1INにも電流が流れ、それにより、該フォトダイオードに光結合されたフォトトライアックＰＨ_1OUTがオン状態となる。その結果、トライアックＢＣＲがオン状態となることにより、ドリルモータ３０にＡＣ電源電圧が供給され、該ドリルモータ３０の回転により電動ドリル３の環状刃物５（図１及び図２）が回転される。
この状態で、作業員がハンドル３９（図１）を手動操作して電動ドリル３を降下させると、環状刃物５が回転しつつ被加工体の方向に進行し、穿孔を行うことができる。

ドリルモータ３０に流れる負荷電流は、電流検出抵抗Ｒ₀の両端の電圧降下として検出され、負荷電流に比例する電圧が増幅回路７２によって増幅されて平滑回路７３に供給される。過負荷状態ではない正常状態では、平滑回路７３の出力電圧Ｖ_L1が、過負荷判定回路７４に予め設定された基準電圧Ｖ_ref1よりも低くなるよう設定されているため、過負荷判定回路７４の比較器（演算増幅器）ＯＰ₇₄の出力は低レベルである。このため、正常状態では、自動停止／再駆動制御回路７５のコンデンサＣ₇₅の充電電圧は低く、トランジスタＱ₇₅（第２のスイッチング素子）にベース電流が流れないためオフ状態を保持している。この状態では、オン／オフ制御回路７１のフォトダイオードＰＨ_1INにはトランジスタＱ₇₁を介して電流が流れ続けるため、フォトトライアックＰＨ_1OUTがオン状態を継続し、よって、トライアックＢＣＲはオン状態を継続する。
また、負荷状態検出回路７６は、正常状態では、その基準電圧Ｖ_ref2が平滑回路７３の出力Ｖ_L1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カ゛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３０の負荷状態が正常であると認識することができる。

一方、ドリルモータ３０が過負荷状態となって負荷電流が増大すると、電流検出抵抗Ｒ₀の両端の電圧が増大することにより、平滑回路７３の出力Ｖ_L1が上昇する。該出力Ｖ_L1が上昇して、負荷状態表示回路７６の基準電圧Ｖ_ref2に到達すると、比較器ＯＰ₇₆の出力が高レベルから低レベルに反転する。これにより、トランジスタＱ₇₆₁がターンオフしてトランジスタＱ₇₆₂がターンオンするので、ＬＥＤ₁が消灯しＬＥＤ₂が点灯する。
これにより、作業員は、ドリルモータ３０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、ハンドル３９にかける力を調整することができる。

過負荷状態が進むと、ドリルモータ３０に損傷が生じる恐れがある重度の過負荷状態になると、平滑回路７３の出力Ｖ_L1が過負荷判定回路７４の基準電圧Ｖ_ref1以上になる。すると、その時点で、過負荷判定回路７４の比較器ＯＰ₇₄の出力が高レベルとなり、これにより、自動停止／再駆動制御回路７５において、ダイオードＤ₇₅、抵抗Ｒ₇₅₁（抵抗値小）を介してコンデンサＣ₇₅がほぼ瞬時に充電されるため、抵抗Ｒ₇₅₂を介してベース電流が流れてトランジスタＱ₇₅がターンオンする。
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ＰＨ_1INに流れる電流がシャントされ、結局、フォトトライアックＰＨ_1OUT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３０の電流が遮断される。

重度の過負荷状態が生じた結果、自動停止／再駆動制御回路７５の動作によりトライアックＢＣＲがターンオフすると、電流検出抵抗Ｒ₀による降下電圧がゼロになることにより、平滑回路７３の出力Ｖ_L1が低下し、過負荷判定回路７４の比較器ＯＰ₇₄の出力が高レベルから低レベルに遷移する。その結果、自動停止／再駆動制御回路７５において、トランジスタＱ₇₅のベース電流は、コンデンサＣ₇₅から抵抗Ｒ₇₅₂を介して流れる放電電流のみとなる。そして、所定の放電時定数により定まる時間後にベース電流が流れなくなり、トランジスタＱ₇₅がターンオフする。

このとき、オン／オフ制御回路７１において、フォトダイオードＰＨ_2IN及びフォトリレーＰＨ_2OUTによりトランジスタＱ₇₁の自己保持回路が依然として形成されているので、トランジスタＱ₇₁はオン状態を保持している。したがって、過負荷判定回路７４の出力が判定してから所定時間後にトランジスタＱ₇₅がターンオフすると、トランジスタＱ₇₁を介してフォトダイオードＰＨ_1INに再度電流が流れるので、フォトトライアックＰＨ_1OUTが再度ターンオンし、結局、トライアックＢＣＲがターンオンする。これにより、ドリルモータ３０が再度通電されて、電導ドリル３の環状刃物５が回転する。自動停止／再駆動制御回路７５の上記した放電時定数は、例えば０．３〜０．５秒程度に設定されている。したがって、過負荷状態が生じてドリルモータ３０の電流を自動的に遮断してから、短時間でドリルモータ３０の通電を自動的に再開することができる。

また、過負荷状態の解消時に平滑回路７３の出力Ｖ_L1が低下するので、負荷状態表示回路７６の比較器ＯＰ₇₆の出力が低レベルから高レベルに反転し、ＬＥＤ１が点灯してＬＥＤ２が消灯する。これにより、作業員は、ドリルモータ３０の過負荷状態が解消したことを確実に知ることができるので、ハンドル３９を操作して電動ドリル３を再度下方に移動させて穿孔を継続することができる。

以上、本発明に係る電動ドリル装置の実施例について説明したが、当業者であれば種々の変形、変更が可能であることが明らかであろう。
例えば、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。また、ドリルモータ３０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、さらには、ドリルモータ３０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、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。

本発明に係る電動ドリル装置の一実施例の外観図である。 図１に示した電動ドリル装置の側面図である。 本発明に係る電動ドリル装置におけるドリルモータの制御部の回路図である。

Claims (6)

1. 被加工物に穿孔するための電動ドリル装置において、
   電動ドリルを、被加工物に向かって、又は被加工物から引き離すように移動させる手動送り機構と、
   電動ドリルの環状刃物を回転させるためのドリルモータと、
   ドリル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、
   ドリル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ドリル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ドリル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電動ドリル装置。
2. 請求項１記載の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電動ドリル装置。
3. 請求項１又は２記載の電動ドリル装置において、
   電流検出手段は、ドリル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
   ことを特徴とする電動ドリル装置。
4. 請求項２に従属する請求項３記載の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
   ことを特徴とする電動ドリル装置。
5. 請求項１〜４いずれかに記載の電動ドリル装置において、制御手段は、
   ドリル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電動ドリル装置。
6. 請求項１〜４いずれかに記載の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、
   ドリル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電動ドリル装置。

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