JP4060550B2 - 携帯用電動ドリル装置の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、携帯用電動ドリル装置に関し、より詳細には、電磁石又はクランプ等を利用して被加工体に固定する携帯用電動ドリル装置において、該装置の浮き上がりを未然防止するための機能を備えた制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用の電動ドリル装置においては、被加工体への固定手段として、電磁石、吸盤、バキューム、クランプ等を用いている。このような固定手段は、加工中のドリル装置のふらつき等を防止するために、穴あけ作業中にドリル装置に生じる負荷等に十分対抗できるような固定力を生じるように設定されている。
しかしながら、穴あけ作業中に環状刃物の切れが鈍ったり、切れない刃物を使用したりすると、スラスト方向に過大な負荷が生じたり、また、環状刃物に形成されている切粉の逃げ溝と被加工体との間に切粉が詰まって刃物の切削抵抗が大きくなり、ドリル装置のドリルモータや送りモータに過大な負荷を生じることがある。このような過大な負荷が生じると、電磁石等による固定手段の固定力では過負荷に対抗しきれず、その結果、電動ドリル装置が浮き上がってしまうという問題があった。このような電動ドリル装置の浮き上がりが生じると、電動ドリルに取り付けられた環状刃物の刃先が破損したり、また、装置全体が回転したり転倒したりして極めて危険な暴走状態に繋がることがある。
【０００３】
本出願人は、過負荷によるこのような危険な状態を回避するための装置をすでに提案している。すなわち、本出願人による出願である特開平３−１９７０８号公報には、電動ドリル装置に横滑りが生じた場合に、水銀スイッチ又はバネスイッチを用いて横滑りを検出し、ドリルモータ及び送りモータを停止させる装置が記載されている。また、同様に本出願人による特許第２８６３０８７号公報には、電動ドリル装置に生じるあらゆる方向の振動を検出して、振動が生じると、ドリルモータ及び送りモータを停止させるようにした装置が開示されている。そして、あらゆる方向の振動を検出するスイッチ手段として、対向して配置された２つの電極の間に、該電極の間隙よりも直径が小さい導電材料からなる球体を配置し、正常状態においては、球体が２つの電極の間隙に位置し、振動が生じると、球体が移動して２つの電極それぞれの突出部に接触し、これにより、２つの電極を電気的に接続するようにした振動スイッチを提案している。
【０００４】
上記した過負荷に対処するための装置は、電動ドリル装置に横滑り又は振動が生じた後にモータの駆動を停止するものであるため、電動ドリルに取り付けられた環状刃物の刃先の破損を防止できない場合がある。特に、環状刃物の径は数１０φ程度から１０数φ程度まであり、直径が小さい環状刃物の刃先は、振動等により容易に破損してしまう可能性がある。また振動等の検出に用いる機械的スイッチの信頼性によっては、電動ドリル装置に生じた不所望の振動等が増幅されてしまうまで、検出不可能な場合がある。
【０００５】
また、電動ドリル装置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も既に実施されている。この手法においては、環状刃物を回転させるドリルモータの電流を監視し、該電流値が所定のスレショルド値以上になった場合に、ドリルモータ及び送りモータの駆動を停止させており、電流値のスレショルド値によっては、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、環状刃物の刃先の破損も防止される。
しかしながら、ドリルモータの電流をモニタする方式においては、安価な電動ドリル装置を提供するために、スレショルド値を一定値に固定しており、そのため、大径の環状刃物の場合には効果があるが、小径の環状刃物を使用した場合には、刃先が破損してからモータが停止させる場合があった。小径の環状刃物を使用した場合でも刃先が破損する前にモータを停止させるよう、スレショルド値を低く設定すると、電動ドリル装置が頻繁に停止してしまう結果となり、実用上、極めて不都合である。
【０００６】
また、刃先が鈍った環状刃物を使用した場合、切削トルクの増加よりもスラスト荷重の増加が顕著であるため、過負荷状態が生じてもそれを検出できない場合がある。特に、小径の環状刃物の場合、切粉のつまりが生じやすく、切粉のつまりが生じると、モータのトルクを変化させる割合よりもスラスト荷重が変化する割合の方が大きくなる。
したがって、刃先が鈍った環状刃物を使用した場合、又は小径の環状刃物を使用した場合等のように、ドリルモータの負荷電流が変動していないにも拘わらず、電動ドリル装置に発生するスラスト荷重が、本体の固定手段の固定力以上となってしまい、電動ドリル装置が浮き上がって環状刃物の刃先が破損してしまう恐れがある。
【０００７】
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、電動ドリル装置の過負荷状態を、環状刃物の状態にかかわらず電気的モニタ手段によって確実に検出し、電動ドリル装置の浮き上がりを確実に防止し、かつ刃先破損を確実に防止することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した本発明の目的を達成するために、本発明に係る、ドリルモータ及び送りモータを備えた携帯用電動ドリル装置の制御装置においては、
ドリルモータの電流をモニタする手段と、
送りモータの電流をモニタする手段と、
ドリルモータの電流が所定の第１のスレショルド値に達したことを検出して、送りモータの駆動を一時停止させる第１の制御手段と、
ドリルモータの電流が第１のスレショルド値より高い第２のスレショルド値に達したことを検出して、ドリルモータ及び送りモータの駆動を停止させる第２の制御手段と、
送りモータの電流が所定の第３のスレショルド値に達したことを検出して、ドリルモータ及び送りモータの駆動を停止させる第３の制御手段と
からなり、
送りモータの電流の第３のスレショルド値は、電動ドリル装置を浮上させるスラスト荷重のスレショルド値に対応して、設定されていることを特徴としている。
上記した本発明に係る制御装置において、送りモータの電流をモニタする手段は、送りモータに直列接続された固定抵抗であり、第３の制御手段は、該固定抵抗の両端の電圧を受け取り、第３のスレショルド値を電圧に変換したスレショルド値と対比するよう構成されていることが好ましい。
【０００９】
このように、本発明においては、ドリルモータの負荷電流の変化に応じて送りモータを制御させるだけでなく、送りモータ自身の電流の変化を検出して、送りモータの電流が所定の値に達したときに、ドリルモータ及び送りモータの駆動を停止させるようにしたことを特徴としている。すなわち、本発明においては、電動ドリル装置の浮き上がりがスラスト荷重に大きく依存し、かつ、スラスト荷重の変化に応じて送りモータの電流値が変化するものである点に着目し、送りモータの電流値をモニタすることにより等価的にスラスト荷重をモニタしている。そして、送りモータの電流値が所定のスレショルドを超えたときに、ドリルモータ及び送りモータの駆動を停止している。したがって、固定手段の固定力にほぼ同一のスラスト荷重に対応するように、送りモータの電流値のスレショルドを設定しても、十分に浮き上がりを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の態様】
図１は、本発明の制御装置が内蔵される電動ドリル装置の一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、本発明に係る制御装置を例示する回路図である。
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には電気ドリル３が支持されている。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、該ドリル送り部４の送りモータ４０（図３）により回転駆動される伝動軸には、クラッチが設けられている。該クラッチを介して、ハンドル３９が本体１に取り付けられており、クラッチを外した状態で、ハンドル３９を手動回動させると、電気ドリル３を被加工体（不図示）に対して進出又は後退させることができる。
【００１１】
スライド板３６の裏側には、上下に傾斜面を有する凹部（不図示）が形成されており、電気ドリル３を支持したスライド板３６が下限に達した時に、駆動停止するリミットスイッチ９０（図３）をオンさせる。
電気ドリル３は、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がしゅう動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。
【００１２】
本体１の正面に設けられたメインスイッチ６１をオンさせると、電磁石ベース２中の電磁石２０に通電して電動ドリル装置を被加工体に固定し、次いで、起動スイッチ６２をオンさせると、ドリルモータ３０と送りモータ４０とが駆動を開始する。この時点で、クラッチを入れると、電動ドリル３が送りモータ４０に結合され、被加工体の方向に自動送りされる。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。
本体１の正面には、さらに、手動により、電動ドリル装置の駆動を停止させるための停止スイッチ８０が設けられている。
【００１３】
図３を参照して、本発明に係る電動ドリル装置の制御装置を詳細に説明する。図３において、５０はＡＣ電源、５１及び５２は第１及び第２のＡＣ／ＤＣ電源回路である。第１のＡＣ／ＤＣ電源回路５１は、図１に示したメインスイッチ６１をオンすることにより、ＡＣ電源５０の電圧をＤＣ電圧に変換して、図１に示した電磁石ベース中の電磁石２０に通電を行う。第２のＡＣ／ＤＣ電源回路５２は、メインスイッチ６１がオンしている状態で、ＡＣ電源５０の電圧を定電圧のＤＣ電圧に変換して、制御部７０及び送りモータ（ＤＣモータ）４０に電力を供給する定電圧電源であり、例えば、２４Ｖの定電圧を供給する。
【００１４】
５３は、ＩＣで形成される制御回路７１からの制御信号Ｓ１によりオン／オフされるバイポーラトランジスタ又はＦＥＴ等からなる電子スイッチである。なお、送りモータ４０に供給する電流を調整制御する必要がある場合には、可変インピーダンス素子としてのトランジスタ又はＦＥＴ等により構成すればよい。送りモータ４０にはさらに、電流検出用の抵抗４１が直列接続され、該抵抗４１によって生じる降下電圧Ｖが、ＩＣ制御回路７１に印加される。
ドリルモータ３０は、ＡＣモータであり、電流経路が形成されたときに、ＡＣ電源５０によって駆動される。その駆動電流は、電流変成器ＣＴによりモニタされ、駆動連流に比例する電流ＩｄがＩＣ制御回路７１に供給される。
【００１５】
制御部７０は、ＩＣ制御回路７１の他、２つのリレーＲ１及びＲ２、トランジスタＴ１及びフォトトランジスタＰＴ１、２つの分圧抵抗Ｚ１及びＺ２、並びにダイオードＤ１を含んでいる。リレーＲ１の接点ＳＷ-Ｒ１は常開接点であり、リレーＲ２と第２のＡＣ／ＤＣ電源回路５２との間に直列接続されている。リレーＲ２の接点ＳＷ-Ｒ２も常開接点であり、ドリルモータ３０とＡＣ電源５０との間に直列接続されている。トランジスタＴ１は、分圧抵抗Ｚ１及びＺ２により、常時、導通可能状態に設定されている。フォトトランジスタＰＴ１は、ＩＣ制御回路７１に内蔵されるフォトダイオードとフォトカプラを構成し、常時オフ状態であるが、ＩＣ制御回路７１からの停止信号Ｓ２が供給されると、オンする。８０は、図１に関連して説明したように、手動による停止スイッチである。
【００１６】
次に、図３に示した制御装置の動作を説明する。
メインスイッチ６１をオンすると、まず、ＡＣ／ＤＣ電源回路５１から電磁石２０に電力が供給され、その磁力により、電動ドリル装置が被加工体に固定される。次に、起動スイッチ６２をオンすると、第２のＡＣ／ＤＣ電源回路５２から、起動スイッチ６２、リレーＲ１、トランジスタＴ１を介して電流が流れ、リレーＲ１が付勢される。それにより、リレーの接点ＳＷ-Ｒ１がオンし、リレーＲ１のオン状態を自己保持するとともに、リレーＲ２を付勢する。その結果、リレーＲ２の接点ＳＷ-Ｒ２がオンし、ドリルモータ３０にＡＣ電源５０から電力が供給され、該モータ３０は電気ドリル３を回転させる。
【００１７】
また、リレーＲ１の接点ＳＷ-Ｒ１がオンした時点で、第２のＡＣ／ＤＣ電源回路５２からＩＣ制御回路７１に定電圧Ｖｄｄが印加される。ＩＣ制御回路７１は、定電圧Ｖｄｄが印加された時点で、電子スイッチ５３をオンさせる制御信号Ｓ１を出力し、オンされた電子スイッチ５３を介して、送りモータ４０に電力が供給される。
これにより、ドリルモータ３０及び送りモータ４０が駆動状態となり、図１及び図２に関連して説明したように、この状態でクラッチを入れることにより、電気ドリル３が送りモータ４０に結合され、電気ドリル３の環状刃物５が回転しつつ被加工体の方向に進行し、穿孔を行う。
【００１８】
ドリルモータ３０の負荷電流は、電流変成器ＣＴによりモニタされ、負荷電流に比例する電流ＩｄがＩＣ制御回路７１に供給される。ＩＣ制御回路７１は、穿孔作業中、電流Ｉｄが予め設定した所定の第１のスレショルド値に達したことを検出すると、制御信号Ｓ１の出力を停止する。これにより、電子スイッチ５３がオフとなり、送りモータの駆動を一時停止する。さらに、電流Ｉｄが第２のスレショルド値に達したことを検出すると、停止信号Ｓ２を出力する。すると、フォトトランジスタＰＴがオンすることにより、トランジスタＴがオフし、リレーＲ１の電流経路が遮断されて消勢されるので、リレーＲ１の接点ＳＷ-Ｒ１が開放される。したがってリレーＲ２も消勢され、その接点ＳＷ-Ｒ２も開放される。接点ＳＷ-Ｒ２が開放されたことにより、ドリルモータ３０の駆動が停止され、また、接点ＳＷ-Ｒ１が開放したことにより、第２のＡＣ／ＤＣ電源回路５２からＩＣ制御回路７１への電力の供給が絶たれ、送りモータ４０の駆動も停止する。
【００１９】
一方、送りモータ４０の負荷電流Ｉｆは、抵抗４１（抵抗値Ｚ０）によってモニタされ、負荷電流に対応する電圧Ｖが、ＩＣ制御回路７１に印加される。すなわち、Ｖ＝Ｚ０・Ｉｆ
ところで、スラスト荷重Ｗが増大すると、送りモータの電流値Ｉｆが増大するという相関関係がある。また、電動ドリル装置の浮き上がりは、スラスト荷重Ｗに大きく依存し、電磁石２０による固定のための磁力Ｆよりもスラスト荷重Ｗが大きくなった場合に、電動ドリル装置は浮き上がって不安定状態となる。したがって、送りモータ４０の電流値Ｉｆを監視して、スラスト荷重Ｗが電磁石２０の磁力Ｆに近似（ただし、磁力より小さい）するスラスト荷重に達したか否かを検出し、達した時点でドリルモータ３０及び送りモータ４０の駆動を停止させることによって、浮き上がりの防止が可能であることがわかる。
【００２０】
このような観点から、ＩＣ制御回路７１には、送りモータ４０の電流値Ｉｆに比例する電圧Ｖのスレショルド値Ｖｔｈとして、電磁石２０の磁力Ｆより小さいが近似するスラスト荷重Ｗに相当する電流値Ｉｆｔｈが送りモータ４０に流れた場合の電圧値が設定されている。すなわち、Ｖｔｈ＝Ｚ０・Ｉｆｔｈ
ＩＣ制御回路７１は、抵抗４１の両端の電圧Ｖを監視し、Ｖ≦Ｖｔｈとなった時点で、停止信号Ｓ２を出力する。該停止信号Ｓ２が出力されると、上記したように、ドリルモータ３０及び送りモータ４０の駆動が停止される。
一方、穿孔が首尾良く実行されて、環状刃物の刃先が被加工体の下面から突出すると、ＩＣ制御回路７１から停止信号Ｓ２が出力され、この場合もフォトトランジスタＰＴ１がオンされて、ドリルモータ３０及び送りモータ４０の駆動を停止する。
【００２１】
以上、本発明に係る電動ドリル装置の制御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、リレーの代わりに電子的スイッチ手段を用いてもよい。また、送りモータ４０に直列接続された抵抗４１の代わりに、該モータの電流を検出する電流変成器を用いてもよい。
【００２２】
以上説明したように、本発明に係る制御装置は、ドリルモータの負荷電流を検出するだけでなく、送りモータの負荷電流を検出し、これらの電流値が予め設定したスレショルド値以上になったときに、ドリルモータ及び送りモータの駆動を停止している。したがって、簡単な構成でありながら、小径の環状刃物の場合等のように、ドリルモータのトルクが変化する割合よりもスラスト荷重が変化する割合の方が高い場合でも、スラスト荷重の変化に対応して変化する送りモータの負荷電流を検出しているので、電動ドリル装置の浮き上がりを未然にかつ確実に防止することができ、よって、環状刃物の刃先の破損、特に、小径の環状刃物の破損を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を適用可能な電動ドリル装置の一例の斜視図である。
【図２】図１に示した電動ドリル装置の右側面図である。
【図３】本発明に係る電動ドリル装置の制御装置の一例を示す回路図である。

Claims (2)

1. ドリルモータ及び送りモータを備えた携帯用電動ドリル装置の制御装置において、
   ドリルモータの電流をモニタする手段と、
   送りモータの電流をモニタする手段と、
   ドリルモータの電流が所定の第１のスレショルド値に達したことを検出して、送りモータの駆動を一時停止させる第１の制御手段と、
   ドリルモータの電流が第１のスレショルド値より高い第２のスレショルド値に達したことを検出して、ドリルモータ及び送りモータの駆動を停止させる第２の制御手段と、
   送りモータの電流が所定の第３のスレショルド値に達したことを検出して、ドリルモータ及び送りモータの駆動を停止させる第３の制御手段と
   からなり、
   送りモータの電流の第３のスレショルド値は、電動ドリル装置を浮上させるスラスト荷重のスレショルド値に対応して、設定されていることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１記載の制御装置において、
   送りモータの電流をモニタする手段は、送りモータに直列接続された固定抵抗であり、
   第３の制御手段は、該固定抵抗の両端の電圧を受け取り、第３のスレショルド値を電圧に変換したスレショルド値と対比するよう構成されている
   ことを特徴とする制御装置。

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