JP4521151B2 - 回転式電動工具装置及びその作動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドリル装置、ハンマードリル装置又は複合ハンマ装置などの回転式電動工具装置、並びにその作動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大型で大出力の回転式電動工具装置においては、装置内に蓄積された運動エネルギに起因する突発的な工具ブロッキングによりハウジングがねじられ、使用者が負傷する恐れがある。特に、起動時に工具がブロックされる始動ブロッキングの場合、装置ハウジングが静止状態から突発的にねじられることにより、負傷の危険性が高まる。
【０００３】
通常、ブロッキングに基づく突発的なねじれを生じる大きい角運動量を制限するため、スリップクラッチ又は安全クラッチにより工具に対するトルク伝達を遮断するか、あるいはトルクを低下させる。しかしながら、トルク伝達の遮断は遅延することも稀ではない。そのため、装置ハウジングに伝達された回転エネルギ及び相当の残留トルクによるハウジングのねじれ現象を回避することはできない。
【０００４】
ドイツ特許第３１２８４１０号明細書には、電動工具装置をガイドするグリップを介して、ハウジングに作用するトルクを測定することが記載されている。トルクが所定の限界値を超えると、トルクに比例する信号のアナログ積分により、工具のブロッキングやクランプ等を回避するために安全手段を作動させる。この場合にはグリップに反力が作用するため、使用者が電動工具をガイドする必要がある点で不利である。
【０００５】
ヨーロッパ特許第６６６１４８号明細書には、電動工具装置の大きなねじれを回避するための方法及び装置が開示されている。ここでは、マイクロプロセッサにより将来の一時点で予測されるハウジングのねじれ角をハウジングの実際の角加速度から予測すると共に、ねじれ角が限界値を超えるのを回避するために安全手段を作動させる。しかしながら、始動時のブロックについては、特に電力容量の制約された電源回路で使用する場合、当初は緩慢に立ち上がる電気モータのロータ加速度により、ハウジングの角加速度が僅かに生じるため、予測されたハウジングのねじれ角が限界値を超えず、安全手段は作動しない。
【０００６】
このような低容量の電源回路は、特に次の場合に生じる。即ち、全般的に弱電供給用である場合、電源ケーブルの断面積が小さくて電流値が制限される場合、長い延長ケーブルを使用する場合、分離トランスが出力回路に存在する場合、あるいは低容量の発電機で装置に給電する場合である。本発明で対象とする高出力の電動工具装置の起動電流は、２３０Ｖ／１１０Ｖの電源回路では約３０Ａ／６０Ａのオーダである。
【０００７】
【発明の課題】
本発明の課題は、従来技術における上述した問題点を解消するため、回転式電動工具装置を対象とするマイクロプロセッサ制御の安全ルーチンを更に改良し、低容量の電源回路で使用する場合でも、電動工具装置における始動時のブロックに確実に対応可能とすることにある。
【０００８】
【課題の解決手段】
この課題を解決するため、本発明による回転式電動工具装置の作動方法は、マイクロプロセッサにより実行される安全ルーチンの第１段階で、電気モータを、所定時間に亙り固定抵抗又はマイクロプロセッサにより実効抵抗値が設定される可変抵抗を介して電源回路と結合するか、あるいは電源回路と直結し、第２段階で、ロータリーセンサにより前記所定時間に亙るロータ回転角を測定し、更なる段階で、ロータ角加速度を算出し、最終段階では、算出したロータ角加速度から、予め定められたロータ角加速度の関数に基づいて安全ルーチンにおける限界値及び／又は電気モータの停止時点を確定することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の対象とする回転式電動工具装置は、電気モータと、好適には予め算出されたハウジングのねじれ限界値を超えるとマイクロプロセッサにより作動する安全手段とを具え、この安全手段により工具に対する電気モータからのトルク伝達を遮断する。
【００１０】
マイクロプロセッサ制御により安全ルーチンを実行する電動工具装置において、起動直後の所定時間Ｔ₀では、電気モータに完全な実効電圧を供給する。その所定時間Ｔ₀に亙ってロータ回転角ψを測定し、マイクロプロセッサによりロータ角加速度を算出する。その算出結果は、電源回路の内部抵抗に依存するものであるが、その結果と予め算出したハウジングのねじれ角αとにより、安全手段を作動されるための限界値α_G及び／又は電気モータの停止時点ｔ_Aを確定する。かくして、所定時間Ｔ₀内における電気モータのロータの始動特性に依存し、マイクロプロセッサで読出可能としたデータを参照して、安全ルーチンのパラメータを適応調整することができる。
【００１１】
起動直後の所定時間Ｔ₀内に、実効電圧を低下させるための位相角制御手段をバイパスさせるのが有利である。その場合、電気モータは始動段階では電源回路に直結される。
【００１２】
更に、始動時のブロッキングに関しては、所定時間Ｔ₀に亙って電動工具装置の始動特性をモニタすることにより検出可能であるが、ハウジングの僅かなねじれ角（例えば６０°以下）しか生じない特性が有利である。
【００１３】
更に、安全ルーチンが適応性を有するため、始動時のブロッキングに際し、電源回路の定格電圧限界を超えても、好適には予めハウジングのねじれを算出する安全ルーチンが確実に応答性を実現する上で有利である。
【００１４】
安全ルーチンの適応性により、供給電圧の差異に起因する仕向け国別の事前調整は不要となる。
【００１５】
本発明に係る安全ルーチンは、限界値を超えるパラメータ変化なしに、ねじれ角を予め算出する既存の安全ルーチンに付加するのが有利である。この場合、本発明に係る安全ルーチンは、既存の安全ルーチンに併行して、そのプログラムよりも時間的に先行するか、又はマイクロプロセッサにより優先的に遂行される。
【００１６】
マイクロプロセッサ制御による安全ルーチンを具える本発明の回転式電動工具装置は、回転角又は回転数を検出するためのロータリーセンサを接続したものである。マイクロプロセッサには、少なくともタイマで作用する可変抵抗を介して電気モータを電源回路に切替えるための手段を接続し、可変抵抗の実効抵抗値はゼロ又は無限大とすることが可能である。
【００１７】
マイクロプロセッサによって切替える可変抵抗は、回転数を調節するために実効電圧を低下させる既存の位相角制御手段に接続すると共に、この位相角制御手段の一部とするのが有利であり、更に、電気的にバイパス可能とするのが有利である。
【００１８】
実際の回転数に依存する調節は、予定回転数までの立ち上がり時間に対して著しく短い始動時間の間に完全に終了する。
【００１９】
【好適な実施形態】
以下、本発明を図面について更に具体的に説明する。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係る回転式電動工具装置における電気モータは、起動時点ｔ＝０にロータ回転角ψ＝０とするロータの静止状態において電源回路に接続されている。それにより、ロータ回転角ψ（ｔ）は、電気モータの始動直後の所定時間Ｔ₀（好適には１００ｍｓ）に亙り、放物線状に増加し、その放物線の頂点は座標原点に位置する。なお，上記の所定時間Ｔ₀は、図１のグラフにおける第１曲線部分１に対応するものである。起動時点（ｔ＝０）に引き続く所定時間Ｔ₀は、レベル制御の一部であり、予定回転速度ω_Sまでの立ち上がり時間より短い。この所定時間Ｔ₀に亙り、電気モータには電源回路の完全な実効電圧が供給され、ロータ回転角ψは時間ｔ_１＝Ｔ₀で値ψ_１に達する。後の時間ｔ＞Ｔ₀では、電気モータと電源回路との間で切替えるのが有利な位相角制御手段により、緩慢な始動特性に係る実効電圧の低下又は予定回転速度ω_Sの調節が達成される。それにより、曲線部分２における慣性に限定された平滑な遷移領域の後では、ロータ回転角ψ（ｔ）が時間ｔの経過と共に直線的に増加する。図示した工具の始動ブロックの場合、曲線部分２に従い、ハウジングのねじれ角αがロータ回転角ψに比例すると共に、６０°を超える。
【００２１】
このような始動時の工具ブロックを検出するため、マイクロプロセッサは第１曲線部分１及び値ψ_１から、ψ（ｔ）の時間的な二次導関数を求め、又はψ_１の平方根を算定することにより、電気モータのアンペア数に比例するロータ始動角加速度を算出する。少なくとも不連続の時点でマイクロプロセッサにより読出可能とする、電源回路の内部抵抗に対する予め定められたロータ始動角加速度の関数に基づいて、マイクロプロセッサにより限界値α_Gを確定する。好適には同一のマイクロプロセッサにより実行される安全ルーチンは、電気モータの停止時点ｔ_Aに先行してハウジングのねじれ角αを安全手段の応答に対応させて算出する。この安全ルーチンは、予め算定したねじれ角αを超えると、電気モータに対するトルク伝達を遮断すると共に、電気モータの回転を制動する。その結果、ねじれ角が６０°を超えない曲線部分３が生じる。内部抵抗が大きい低容量の電源回路においては、曲線部分１’，３’に対応して、予め算出された後の停止時点ｔ’_Aに限界値α’_Gが低下する。
【００２２】
電気モータを電源回路に直結する代わりに、固定抵抗または実効抵抗値を調整可能とした可変抵抗を電気モータと電源回路との間に接続することができる。大出力の電動工具装置においては、回転数を検出するための磁気リング等のホールセンサとを具え、ホールセンサにより少なくとも不連続的にロータ回転角ψ（ｔ）を測定する。電源回路の内部抵抗に対するロータ始動角加速度の関数は、ロータ回転角ψ_１の値によって直接的に定義され、あるいは別の中間結果により確定すべき限界値によって定義されるものである。いかなる場合においても、電気モータのロータの動的始動特性が、限界値の確定に応用される。
【００２３】
本発明に係る安全ルーチンのプログラムは次のとおりである：
第１段階で、電気モータを、所定時間（Ｔ₀）に亙り固定抵抗又はマイクロプロセッサにより実効抵抗値が設定される可変抵抗を介して電源回路と結合するか、あるいは電源回路と直結する。
第２段階で、ロータリーセンサにより前記所定時間（Ｔ₀）に亙るロータ回転角（ψ）を測定する。
更なる段階で、ロータ角加速度を算出する。
最終段階では、ロータ角速度から、予め定められたロータ角加速度の関数に基づいて前記限界値（α_G）及び／又は電気モータの停止時点（ｔ_A）を確定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る回転式電動工具装置の作動方法を説明するグラフである。

Claims (10)

1. 少なくとも工具の回転運動を生じさせるための電気モータと、マイクロプロセッサにより制御され、安全ルーチンにおける限界値（α_G）を超えると工具と電気モータとの間のトルク伝達を遮断する安全手段とを具える回転式電動工具装置の作動方法であって、マイクロプロセッサにより実行される安全ルーチンの第１段階で、電気モータを、所定時間（Ｔ₀）に亙り固定抵抗又はマイクロプロセッサにより実効抵抗値が設定される可変抵抗を介して電源回路と結合するか、あるいは電源回路と直結し、第２段階で、ロータリーセンサにより前記所定時間（Ｔ₀）に亙るロータ回転角（ψ）を測定し、更なる段階で、ロータ角加速度を算出し、最終段階では、算出したロータ角加速度から、予め定められたロータ角加速度の関数に基づいて前記限界値（α_G）及び／又は電気モータの停止時点（ｔ_A）を確定することを特徴とする作動方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記所定時間（Ｔ₀）を、電動工具装置の起動プロセスと同時に開始させることを特徴とする作動方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記可変抵抗の実効抵抗値をゼロとして、電気モータを電源回路に直結することを特徴とする作動方法。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の方法において、前記可変抵抗により位相角制御手段をバイパスさせることを特徴とする作動方法。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の方法において、ロータ角加速度を算出するために、電気モータの始動直後における所定時間の間にロータ回転角（ψ（ｔ））の二次導関数を求めることを特徴とする作動方法。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の方法において、ロータ角加速度を算定するために、電気モータの始動時から所定時間が経過した時点でのロータ回転角の値（ψ_１）から平方根を求めることを特徴とする作動方法。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の作動方法を実施するための回転式電動工具装置であって、少なくとも工具の回転運動を生じさせるための電気モータと、マイクロプロセッサにより制御され、安全ルーチンにおける限界値（α_G）を超えると工具と電気モータとの間のトルク伝達を遮断する安全手段とを具え、回転角又は回転数を検出するためのロータリーセンサをマイクロプロセッサに接続すると共に、電気モータを、可変抵抗を介して電源回路に切替え接続するための切替え手段をマイクロプロセッサに接続したことを特徴とする電動工具装置。
8. 請求項７記載の装置において、マイクロプロセッサにより切替え接続可能な可変抵抗を、実効電圧を低下させるための位相角制御手段に接続したことを特徴とする電動工具装置。
9. 請求項８記載の装置において、マイクロプロセッサにより切替え接続可能な可変抵抗を、実効電圧を低下させるための位相角制御手段に並列接続したことを特徴とする電動工具装置。
10. 請求項７〜９の何れか一項に記載の装置において、請求項１〜６の何れか一項に記載の安全ルーチンに係るプログラムがマイクロプロセッサに記憶されていることを特徴とする電動工具装置。

Images