JP6174432B2

JP6174432B2 - バッテリ式穿孔機

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Publication number: JP6174432B2
Application number: JP2013193285A
Authority: JP
Inventors: 賢二大塚; 聡哉横山
Original assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Current assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-09-18
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Description

本発明はバッテリにより駆動される可搬型の穿孔機に関する。

可搬型の穿孔機は、通常、本体部と、ドリル等の穿孔工具を回転駆動するモータを有し本体部に対して上下動するように取り付けられた穿孔駆動部と、本体部の下方に設けられていて当該穿孔機を加工対象物に対して固定保持する固定部とを備えている。固定部としては永久磁石の磁力を利用して磁性体からなる加工対象物に磁気吸着するようにしたものがあるが、操作性や位置合わせのしやすさ等を考慮して電磁石を利用したものも開発されてきた。また、特に電磁石を利用したものにおいては、電源として商用電源を使用していた（特許文献１）。しかしながら、電源として商用電源を使用した場合、穿孔機を使用できる場所が電源を確保できる場所に限られてしまうことになる。

特許第４７８７７６８号

そこで本発明は、穿孔機本体部の固定保持をするための電磁石および穿孔工具を回転駆動するモータの駆動をバッテリで行うようにすることにより、上記従来技術の問題を解決するようにした穿孔機を提供することを目的とする。また、当該穿孔機において、バッテリの消費電力を抑えて長時間使用できるようにすること、及びバッテリの消費電力を抑えつつ穿孔機の安全性を十分に確保するようにすることも一つの目的とする。

すなわち本発明は、
穿孔機において、
本体部と、
前記本体部に取り付けられ、該本体部を、当該穿孔機による穿孔作業位置に固定保持するための電磁石と、
穿孔工具を回転駆動するためのモータを有し、前記穿孔工具を当該穿孔機によって穿孔加工を行う被加工物に対して近づけたり離したりするために前記本体部に対して往復動するように取り付けられた穿孔駆動部と、
前記本体部に設けられ、前記モータ及び前記電磁石を駆動制御する駆動制御回路と、を備え、
前記本体部は、バッテリ収容部を有し、
前記駆動制御回路は、前記モータ及び前記電磁石を、前記バッテリ収容部に収納されるバッテリを電源として駆動制御するようにされた、穿孔機を提供する。

この穿孔機においては、モータと電磁石とをバッテリで駆動するようになっているので、外部電源が確保できないような場所においても使用することが可能となる。

好ましくは、前記バッテリ収納部はバッテリを取り外し可能に受け入れるようにされているようにすることができる。

さらに好ましくは、前記駆動制御回路が、前記バッテリから前記電磁石に供給される電力を制御する電磁石制御部を備えるようにすることができる。

さらに好ましくは、前記駆動制御回路が前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出部をさらに備え、
前記電磁石制御部は、前記バッテリ残量検出部により検出された前記バッテリの残量に基づいて前記電力が略一定となるように制御するようにすることができる。

このようにすることにより、バッテリの残量の低下に伴い電圧が低下したとしても、電磁石への供給電力を所定の値に維持することができるようになる。すなわち、バッテリの残量の変化に関わらず、電磁石の磁気吸着力を一定に保つことが可能となる。

より好ましくは、前記電磁石制御部は、前記モータが駆動されていないときの前記電磁石に供給される電力を前記モータが駆動されているときの電力よりも小さくするようにすることができる。

モータが駆動されていないときには、穿孔機には穿孔工具からの大きな外力が働かないので、穿孔加工を行っているときほど大きな磁気吸着力で穿孔機を固定保持しておく必要はないが、当該穿孔機はモータが駆動していないときには電磁石に供給される電力を小さくすることができるので、バッテリの無駄な消費を抑えて当該穿孔機の使用可能な時間をより長くすることが可能となる。

好ましくは、前記駆動制御回路は、前記モータを停止させるときに、前記モータへの電力供給を止めるとともに、前記電磁石制御部によって、前記電磁石に供給する電力を前記モータへの電力供給を止める前の状態に所定時間維持し、該所定時間の経過後に前記電磁石に供給する電力を小さくするようにすることもできる。

モータへの電力供給を停止させた直後は、穿孔工具は慣性によりまだ回り続けようとしているため該穿孔工具から大きな外力を受ける可能性があり、また作業者が当該穿孔機を操作するために外力を加えている可能性もあるため、モータへの電力供給の停止と同時に電磁石への電力供給も停止もしくは低下させると、それら外力によって電磁石の磁気吸着が外れて穿孔機が倒れるなどの危険性がある。それに対して当該穿孔機は、モータへの電力供給を止めてからしばらくの間は電磁石への電力供給をそのまま維持するようにしているので、上記危険性を低減させることが可能となる。

より好ましくは、前記電磁石制御部は、前記バッテリと前記電磁石との間の導通の開閉を行い前記バッテリからの直流電流を周期的なパルス電流に変換するとともに該パルス電流のデューティ比を制御するようにされており、前記デューティ比を調整することにより前記電磁石に供給する単位時間当たりの平均の電力を制御するようにすることができる。

好ましくは、前記駆動制御回路は、前記バッテリから前記モータに供給される電流値を検出するモータ電流検出部をさらに備え、前記電磁石制御部が、前記モータ電流検出部が検出した電流値に基づいて、前記電磁石に供給する電力を制御するようにすることができる。

モータに流れる電流値を検出することでモータの負荷状態、すなわち穿孔工具が受けている外力を推測し、その外力の大きさに合わせて電磁石に供給する電力を調整することができるようになる。これにより、外力が小さいときには電磁石に供給する電力をさらに小さくして無駄な電力消費を抑え、更なる低消費電力化を実現することも可能となる。

好ましくは、前記駆動制御回路は、当該穿孔機の傾き角度を検出する傾き検出回路をさらに備え、前記駆動制御回路は、当該穿孔機が穿孔作業位置に固定保持されているときに、該傾き検出回路によって検出される当該穿孔機の傾き角度の大きさに基づいて、前記バッテリから前記電磁石に供給される電力の大きさを前記電磁石制御部によって変更するようにすることができる。

バッテリにより駆動される当該穿孔機は、水平な場所だけではなく傾斜した面や垂直な壁、ときには天井に固定保持して使用することもあるが、水平でない場所に固定保持したときには電磁石はその磁気吸着力によって穿孔機の自重による力も受けなければならなくなるので、穿孔機を安全に固定保持しておくために必要とされる磁気吸着力は穿孔機の傾き角度の増加に伴って増加することになる。当該穿孔機においては、穿孔機の傾き角度の大きさに基づいて電磁石に供給される電力の大きさを変更するようになっているので、傾き角度が大きいときには十分に大きな電力を供給して大きな磁気吸着力を発生させるようにし、傾き角度が小さいときには電磁石に供給する電力を小さくして無駄な消費電力を低減することが可能となる。

好ましくは、前記駆動制御回路は、前記モータの駆動を開始したときに前記傾き検出回路によって検出された当該穿孔機の傾き角度を初期傾き角度として記憶し、該初期傾き角度と前記モータの駆動中に検出された傾き角度との差が許容傾き角度を超えたときには前記モータを停止させるようにすることができる。

モータの駆動中に穿孔機の傾き角度が変化したときは、電磁石の磁気吸着が外れて穿孔機が倒れている虞があるため、そのような場合にはモータを自動的に停止させることで作業者に危険がおよぶのを防止することができる。

より好ましくは、前記駆動制御回路は、前記モータに供給する電力を制御するモータ制御部を備え、
前記モータ制御部は、前記バッテリから前記モータへの電力供給開始から所定時間内における前記モータに供給する電力を前記所定時間経過後における電力よりも小さくするようにすることができる。

具体的には、前記モータ制御部は、前記バッテリと前記モータとの導通の開閉を行い前記モータに供給される前記バッテリからの直流電流を周期的なパルス電流とするとともに該パルス電流のデューティ比を制御するようにすることができる。

より具体的には、前記モータ制御部は、前記モータへの前記パルス電流の前記デューティ比を前記所定時間内に０から１にまで徐々に増加させるようにすることができる。

起動時にモータに供給される電力を小さくすることにより、大きな突入電流が発生するのを防止することが可能となる。またモータ電流検出部も備えている場合には、起動時の電流値が過大になっていないかを測定することでモータ制御部の故障を診断することも可能となる。

好ましくは、外部電源入力部をさらに備え、該外部電源入力部に外部電源が接続されたときには、前記モータ及び前記電磁石を駆動制御するための電源として、前記バッテリ収容部に収容された前記バッテリと前記外部電源入力部に接続された前記外部電源とを選択的に使用するようにすることができる。

当該穿孔機は基本的にはバッテリにより駆動されるものであるが、外部電源も利用できるようにすることで、外部電源が確保できる環境においては外部電源を利用して、バッテリに充電された電力の消費を抑えることが可能となる。また、外部電源によって当該穿孔機に取り付けられた状態のバッテリを充電することも可能となる。

以下、本発明に係る穿孔機の実施形態を添付図面に基づき説明する。

本発明の一実施形態に係る穿孔機の前方左側面側の斜視図である。図１に示す穿孔機の前方右側面側の斜視図である。図１に示す穿孔機の部分断面図である。図１に示す穿孔機のバッテリが装着された状態の後方斜視図である。図４に示す穿孔機のバッテリが外された状態の図である。駆動制御回路を示す回路ブロック図である。穿孔機の動作を示すフローチャートである。駆動制御回路を示す別の回路ブロック図である。駆動制御回路を示すさらに別の回路ブロック図である。駆動制御回路を示すさらに別の回路ブロック図である。駆動制御回路を示すさらに別の回路ブロック図である。

本発明に係る穿孔機１０は、図１乃至図５に示すように、本体部１２と、本体部１２に対して上下方向に往復動するように該本体部１２の前方に取り付けられた穿孔駆動部１４と、本体部１２の後方上部に装着されたバッテリ１６と、本体部１２の下方に取り付けられ、本体部を当該穿孔機による穿孔作業位置に固定保持するための電磁石１８と、を備えたバッテリ式の可搬型の穿孔機１０である。

本体部１２は、図３に示すように、穿孔駆動部１４が取り付けられる前面壁部２０−１と電磁石１８が取り付けられる下面壁部２０−２とからなるＬ字状の本体ベース２０と、該本体ベース２０に取り付けられて内部空間を形成する本体ハウジング２２とを有する構造とされており、本体ベース２０をアルミニウム製として必要十分な強度を確保しつつ、本体ハウジング２２は樹脂製として軽量化を図っている。また、本体ベース２０と本体ハウジング２２の接続部分は、本体ベース２０の接続凸部２０−３が本体ハウジング２２の接続凹部２２−１に嵌め込まれるようにされた、いわゆるラビリンス構造とされており、埃や水などがつなぎ目から内部空間に侵入しにくい構造となっている。また、本体部１２の上面の取っ手２４の近くには、緑、黄、赤のＬＥＤからなるＬＥＤ表示部２８が設けられており、後述するように、穿孔機１０の状態を色や点滅状態で表示し作業者に知らせるようになっている。

穿孔駆動部１４は、本体部１２との間に設けられたアリ溝構造を有するスライド機構３０により本体部１２に対して上下動可能に取り付けられている。このスライド機構３０は、穿孔駆動部１４側に設定されたラック（図示しない）と本体部１２側に設定されたピニオン（図示しない）とによるラック・アンド・ピニオン構造を構成しており、本体部１２の右側面３２（図２）に取り外し可能に取り付けられた送りハンドル３６を手動で回転させることでピニオンを回転させて、穿孔駆動部１４を本体部１２に対して上下動させるようになっている。なお、この送りハンドル３６は本体部１２の左側面３４（図１）に設けられたハンドル取付部３８に取り付けることもでき、状況に応じて左右どちらにでも取り付けられるようになっている。穿孔駆動部１４の下部にはアーバ４０に接続された穿孔工具取付部４２が設けられ、該穿孔工具取付部４２にはドリルや環状カッターなどの穿孔工具４４が装着されるようになっている。アーバ４０は減速機４５介して穿孔駆動部１４の上部のモータカバー４６内に設けられたモータ４８に連結されており（図３）、このモータ４８を駆動することで穿孔工具４４を回転駆動するようになっている。モータカバー４６の側面５０には複数の通気孔５２が設けられており、該通気孔５２から内部に流入する空気によりモータ４８を冷却するようになっている。通気孔５２を上面５４ではなく側面５０に設けているのは、水や切粉、粉塵等のゴミができるだけ内部に入らないようにするためである。穿孔駆動部１４の左側面には、切削油の注入口となるプラグ５６が設けられており、該プラグ５６にホース付のワンタッチ式ソケットを取り付けることで、穿孔加工中の穿孔工具４４に切削油を供給するようになっている。

本体部１２の下方に取り付けられた電磁石１８は、接地面１９を鉄などの磁性体からなる穿孔作業位置に載置した状態で電力を供給することにより、磁界を発生して穿孔作業位置に磁気吸着し、当該穿孔機１０を固定保持するようになっている。電磁石１８と本体部１２との間には位置調整機構５８が設けられており、位置調整機構５８に着脱可能に取り付けられた位置調整ハンドル６０を回すことにより本体部１２の位置を電磁石１８に対して前後左右に位置調整可能になっている。なお、この位置調整ハンドル６０は位置調整機構５８の右側面に取り付けることもできる。

図４及び図５に示すように、本体部１２の後方上部にはバッテリ１６を受け入れるためのバッテリ収容部６２が設けられており、このバッテリ収容部６２にバッテリ１６が着脱可能に装着されるようになっている。バッテリは装着された状態において接続端子（図示しない）が下を向くようになっており、バッテリ内に水が侵入しにくくなっている。バッテリ１６が装着された状態では、バッテリ収容部６２の上部に前後方向に摺動可能に設けられたバッテリカバー６４が本体部１２から後方に突出してバッテリ１６の傾斜したカバー係合面１６−１（図３）に当接する。バッテリカバー６４が後方に突出している状態では、バッテリカバー６４が本体部１２とバッテリ１６との間の隙間を上部から覆い隠すので、切粉や水などがバッテリ１６の端子部に侵入することが防止される。また、バッテリ１６はバッテリカバー６４に干渉して上方に動かすことができないので、バッテリ１６を本体部１２から取り外すことができない状態となる。バッテリ１６を取り外す際には、バッテリカバー６４を前方に押して本体部１２内に退避させてから、バッテリ１６を上方に引き出すようにする。このようなバッテリカバー６４を設けることによって、バッテリ１６が不用意に外れてしまうことが防止される。また、バッテリカバー６４の本体部１２内に位置する部分には、下方に突出したスイッチ係合突起部６４−１（図３）が設けられており、バッテリカバー６４が後方に突出してバッテリ１６に当接しているときには本体部１２に設けられたリミットスイッチ６６（図３）を押してＯＮにし、前方に退避した状態ではリミットスイッチ６６（図３）をＯＦＦにするようになっている。このリミットスイッチ６６は本体部１２内に配置された駆動制御回路６８（図３）に接続されていて、バッテリ１６が正しく装着されているか及びバッテリ１６が外されようとしていないかを監視するために使用される。バッテリ収容部６２の底面６２−１は前方から後方に向かって緩やかな斜面を形成しており、水などがたまらないようになっている。装着されたバッテリ１６は、本体部１２の内部空間内に備えられた駆動制御回路６８に電気的に接続され、該駆動制御回路６８を介してモータ４８及び電磁石１８に電力を供給する。バッテリ１６からモータ４８及び電磁石１８に供給される電力は、後に詳細に説明するように、穿孔機１０の状況に合わせて、駆動制御回路６８によって電力消費量を抑えつつも安全性を十分に確保できるように適宜制御される。

図１及び図２に示すように、本体部１２の左側面３４には、電磁石１８を起動するための電磁石スイッチ７０が設けられている。電磁石スイッチ７０の周囲には壁７２が設けられており、電磁石スイッチ７０が不用意に操作されにくくなっている。電磁石スイッチ７０は後方側（図１で見て左側）の部分を押すとＯＦＦとなるようになっているが、壁７２はその後方側の部分が高くなっており、電磁石スイッチ７０が特にＯＮからＯＦＦに誤って切り替わりにくくなっている。また本体部１２の右側面３２には、モータ４８を起動するためのモータスイッチ７４が設けられている。モータスイッチ７４の周囲にも壁７６が設けられており、モータスイッチ７４が不用意に操作されにくくなっている。

本体部１２内に備えられ、モータ４８及び電磁石１８の駆動を制御する駆動制御回路６８は、図６に示すように、ＣＰＵを有するメイン制御部７８と、このメイン制御部７８からの制御信号に基づいて電磁石１８を制御する電磁石制御部８０及びモータ４８を制御するモータ制御部８２とを備える。電磁石制御部８０には電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が搭載されており、このＦＥＴがスイッチング素子として機能して、バッテリ１６と電磁石１８との間の導通の開閉を連続的に行い、バッテリ１６からの直流電流を周期的なパルス列からなるパルス電流に変換する。電磁石制御部８０は、メイン制御部７８からの制御信号に基づいて、パルス電流のパルス幅を変調するようにＦＥＴのスイッチングタイミングを変更して、電磁石１８に供給する平均電力を制御する。すなわち、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いて電磁石１８に供給する単位時間当たりの平均電力を制御する。このようにして電磁石１８に供給する平均電力を調整し、その状況に必要な大きさの磁力を発生させるようにしている。モータ制御部８２にも、電磁石制御部８０と同様に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が搭載されており、同様にパルス幅変調によりモータ４８に供給する平均電力を制御する。電磁石１８及びモータ４８の電力量の制御の詳細については後述する。

駆動制御回路６８はＤＣ／ＤＣコンバータ８４を有し、駆動制御回路６８を駆動する電力は、バッテリ１６に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ８４によりバッテリ１６の２４Ｖ電圧を５Ｖ電圧に降圧して供給される。バッテリ１６と駆動制御回路６８との間には電磁石スイッチ７０が介在しており、電磁石スイッチ７０が切られている状態では駆動制御回路６８には電力が供給されず、従って、モータ４８も駆動しないようになっている。また、バッテリ１６とＤＣ／ＤＣコンバータ８４との間には、トランジスタにより構成された過放電防止回路部８６が設けられており、バッテリ１６の電圧が一定値以下に下がった場合にはそれ以上電流が流れないように遮断して過放電によるバッテリ１６の劣化を防ぐようにしている。駆動制御回路６８にはバッテリ１６の残量を検出するバッテリ残量検出部８８も設けられている。このバッテリ残量検出部８８はバッテリ１６の電圧を測定することによりバッテリ１６の残量を検出するようになっており、測定したバッテリ１６の電圧値に対応するアナログ信号を出力する。このアナログ信号はＡ／Ｄコンバータ９０によってデジタル信号に変換された後にメイン制御部７８に送られる。メイン制御部７８は受信したバッテリ電圧値に基づいて後述するように電磁石制御部８０を制御して電磁石１８に供給する電力を調整する。なお、バッテリ残量検出部８８はバッテリ１６からの電流値を測定することによりバッテリ１６の残量を検出するようにすることもできる。駆動制御回路６８にはさらにモータ４８に流れる電流値を測定するためのモータ電流検出部９２も設けられている。このモータ電流検出部９２は測定した電流値に対応するアナログ信号を出力し、このアナログ信号はＡ／Ｄコンバータ９４によってデジタル信号に変換された後にメイン制御部７８に送られる。メイン制御部７８は、受信したモータ電流値に基づいてモータ４８の状態を判断し、電磁石１８への供給電力を変更したり、モータ４８を停止させたりと行った処理を行う。駆動制御回路６８にはさらに、モータスイッチ７４のＯＮ／ＯＦＦ状態を監視するモータスイッチ状態監視回路９６と、３軸加速度センサ１０１によって接地面１９が水平な状態を基準（０度）としたときの当該穿孔機１０の傾き角度を検出する傾き検出回路１００と、傾き検出回路１００と３軸加速度センサ１０１を共有していて、この３軸加速度センサ１０１の出力に基づいて当該穿孔機１０の横ズレを検出する横ズレ検出回路９９と、が設けられている。

図７のフローチャートに基づいて、当該穿孔機１０の動作について説明する。電磁石スイッチ７０をＯＮにすると、駆動制御回路６８に電源が供給され制御が開始される（Ｓ１０）。駆動制御回路６８は、まずバッテリ１６の電圧をバッテリ残量検出部８８により測定する（Ｓ１２）。駆動制御回路６８は続いて、検出したバッテリ１６の電圧値が所定の値（１５Ｖ）以上であるかを確認し（Ｓ１６）、１５Ｖ未満である場合には通常制御モードからＮＧ制御モードに移行する（Ｓ１７）。ＮＧ制御モードには、当該穿孔機１０に何らかの異常が発生したときや不適切な操作がされたと判断されたときに移行し、モータ４８を停止させる等の安全処置を行ったりＬＥＤ表示部２８により作業者に異常を知らせたりする。バッテリ電圧低下時のＮＧ制御モード（Ｓ１７）では、モータスイッチ７４がＯＮにされてもモータ４８が駆動されないようにするとともにＬＥＤ表示部２８の赤のＬＥＤを点滅させてその状態を作業者に知らせる。バッテリ１６の電圧値が１５Ｖ以上であった場合には、電圧値に基づいてＬＥＤ表示部２８を異なる形態で点滅させてバッテリ１６の残量を知らせる（Ｓ１８）。具体的には、１５Ｖ以上１７Ｖ未満の時には赤のＬＥＤ、１７Ｖ以上１９Ｖ未満の時には赤と黄のＬＥＤ、１９Ｖ以上の時には赤と黄と緑のＬＥＤを点滅させる。

駆動制御回路６８は続いて、モータスイッチ状態監視回路９６でモータスイッチ７４のＯＮ／ＯＦＦの状態を確認する（Ｓ１９）。電磁石スイッチ７０のＯＮと同時にモータ４８が不意に駆動されると危険であるので、電磁石スイッチ７０をＯＮにしたときに既にモータスイッチ７４がＯＮになっている場合にはＮＧ制御モードに移行し（Ｓ２０）、モータスイッチ７４がＯＮであってもモータ４８が駆動されないようにするとともに緑のＬＥＤを点滅させて作業者にその状態を知らせる。一端モータスイッチ７４をＯＦＦにすると該ＮＧ制御モードから抜け出し通常制御モードに戻る。

電磁石スイッチ７０がＯＮにされて電磁石１８が駆動されモータスイッチ７４がＯＦＦであった場合には、モータスイッチ７４がＯＮになるまでバッテリ１６の電圧値を測定すると共に（Ｓ２１）、傾き検出回路１００で当該穿孔機１０の傾き角度の測定を行う（Ｓ２２）。電磁石制御部８０は、測定されたバッテリ１６の電圧値と傾き角度に基づいて電磁石１８に供給される電力を調整する（Ｓ２３）。具体的には、電磁石制御部８０は、上述のようにパルス幅変調（ＰＷＭ）により電磁石１８に供給される電力を調整する。すなわち、内蔵するＦＥＴのＯＮとＯＦＦの時間の比（デューティ比）を変更することにより、パルス電流のパルス幅を変更して単位時間当たりの平均電力を制御して電磁石１８に供給される電力を制御する。モータ４８がまだ駆動されていない状態においては、加工に伴う大きな外力が働かないので穿孔機１０を固定保持する力はそれほど大きくなくて良い。従って、電磁石１８に供給する電力もそれほど大きくする必要がないので、デューティ比を小さくして必要以上に大きな電力を消費しないようにした待機状態とする。本実施形態においては、この待機状態において当該穿孔機１０の傾き角度が３０度未満であるときには、バッテリ１６がフル充電されている状態、すなわちバッテリ電圧が２４Ｖである状態においてデューティ比を０．５に設定するようにしている。ただし、バッテリ１６の電圧は使用を続けて残量が減るに従って徐々に低下していくので、同じデューティ比で制御していると電磁石１８に供給される電力も徐々に小さくなり、やがては穿孔機１０を保持しておくのに十分な大きさの磁気吸着力が得られなくなる。また、電圧の低下を見越して最初から大きめのデューティ比に設定をするとその分だけ無駄な電力を消費することになってしまう。そのため、当該穿孔機１０は、バッテリ残量検出部８８で測定したバッテリ１６の電圧値に基づいてデューティ比を変更するようにしている。例えば、バッテリ１６の電圧が２４Ｖから２０Ｖにまで下がったときにはデューティ比を０．５から０．６にまで増加させて、電磁石１８に供給される平均電力が概ね一定となるようにしている。このようにすることによって、バッテリ１６の電圧に拘わらず最適な電力が供給されるようになるので、必要以上に大きな電力を消費することがないようにして省電力化を図るとともに、一方で磁気吸着力の低下により穿孔機１０が外れてしまうことがないようにして安全性も確保するようにしている。当該穿孔機１０の傾き角度が３０度以上のときにはバッテリ１６の電圧値に基づいて上述のように決められたデューティ比をより大きな値にさらに変更して電磁石１８の磁気吸着力を大きくするようにする。次に、駆動制御回路６８はモータスイッチ７４がＯＮにされるまで時間をカウントし（Ｓ２４）、１０秒以上経過したところでＬＥＤ表示部２８の緑ＬＥＤを高速点滅させて、電磁石１８がＯＮにされたままであることを知らせる（Ｓ２５）。

正常に起動して通常制御モードにある状態でモータスイッチ７４をＯＮにすると（Ｓ２６）、傾き検出回路１００が当該穿孔機１０の傾き角度を測定し、駆動制御回路６８はその傾き角度を初期傾き角度として記憶する（Ｓ２７）。続いて電磁石制御部８０が電磁石１８に供給されるパルス電流のディーティ比を１にまで増加させる（Ｓ２８）。すなわちバッテリ１６からの直流電流を直接供給して磁気吸着力を最大とする。一方で、モータ制御部８２はモータ４８の制御を開始し、それによりモータ４８に電力が供給されてモータ４８が回転駆動されはじめるが、モータスイッチ７４をＯＮにした直後はモータ４８に供給される電力が徐々に大きくなるように制御される（Ｓ２９）。具体的には、モータスイッチ７４をＯＮにしてからおよそ２秒間かけてモータ４８に供給されるパルス電流のディーティ比を０から１にまで徐々に増加させていく。このような、いわゆるソフトスタート制御を行うことで大きな突入電流の発生を抑えて回路やバッテリの損傷を防ぐことができる。また、モータ制御部８２のＦＥＴの故障を診断することもできる。つまり、モータ制御部８２内のＦＥＴが正常に動作している場合には、モータスイッチ７４をＯＮにした直後はパルス電流のデューティ比が小さいので、モータ電流検出部９２で検出される電流値は小さなものとなるはずであるが、ＦＥＴが短絡している場合にはパルス電流を形成できずバッテリ１６からの直流電流が直接流れて大きな電流値（１５Ａ以上）が検出されるので、それによりＦＥＴが故障していると判断することができる（Ｓ３０）。ＦＥＴが故障していると判断された場合には、ＮＧ制御モードに移行して赤と緑のＬＥＤを交互に点滅させて作業者にその異常を知らせる（Ｓ３１）。

モータ制御部８２のＦＥＴが正常に動作してモータ４８へのパルス電流のデューティ比が１にまで増加するとＬＥＤ表示部２８の緑のＬＥＤが点灯して、正常にモータ４８が駆動されていることを示す（Ｓ３２）。モータ４８の回転駆動が正常に開始された後もモータ電流検出部９２はモータ４８に流れる電流値の検出を続けてモータ４８の負荷状態を監視し続ける。モータ４８の駆動直後は通常、無負荷状態であるので、モータ４８に流れる電流は小さく、当該穿孔機１０では１０Ａ未満となる。穿孔工具４４が加工対象物に接触して加工を開始するとモータ４８への負荷が大きくなるので１０Ａ以上の大きな電流が流れるようになる。すなわち、モータ４８に流れる電流を検出することで穿孔機１０の加工状況を判断することができる。駆動制御回路６８は、モータ電流検出部９２によりモータ４８の電流値を検出し（Ｓ３３）、モータ４８の駆動が開始され電流値が１０Ａ未満であるときには時間をカウントし（Ｓ３４）、その状態が７秒以上続いたときには緑ＬＥＤを高速点滅させる（Ｓ３５）。そして、１０秒以上続くと（Ｓ３６）ＮＧ制御モードに移行する（Ｓ３７）。ＮＧ制御モードに移行するとモータ制御部８２がデューティ比を０にしてモータ４８への電力供給を停止しモータ４８を停止させる。このようにして、加工を行わない状態で長時間モータ４８が駆動され続けて無駄に電力が消費されないようにしている。

モータ４８が駆動されてから１０秒経過する前に穿孔加工を開始して電流値が１０Ａ以上にまで上昇すると、傾き検出回路１００で当該穿孔機１０の傾き角度を測定し、ステップＳ２７で設定した初期傾き角度に対して３０度以上傾いていないかを確認する（Ｓ３８）。初期傾き角度に対する傾きが３０度未満であったときには、横ズレ検出回路９９で当該穿孔機１０が位置ずれしていないかを確認する（Ｓ４０）。当該穿孔機１０が３０度以上傾いたか又は位置ずれしている場合には、電磁石１８の磁気吸着力による固定が外れた可能性が高いので電磁石外れＮＧモードへと移行してモータ４８の駆動を強制的に停止させる（Ｓ３９、Ｓ４１）。当該穿孔機１０の傾き角度及び位置ずれに異常がない場合には、モータ４８を流れる電流値の大きさに基づいてＬＥＤ表示部２８を異なる形態で点灯もしくは点滅させて、モータ４８への負荷状況を示す（Ｓ４２）。具体的には、１８Ａ未満のときは緑のＬＥＤが点灯、１８Ａ以上２２Ａ未満の時には緑と黄のＬＥＤが点灯、２２Ａ以上２５Ａ未満の時には緑と黄と赤のＬＥＤが点灯、そして２５Ａ以上３０Ａ未満の時には緑と黄と赤のＬＥＤが高速点滅する。モータスイッチ７４がＯＦＦにされると（Ｓ４４）、モータ４８への電力供給が止まり、モータ４８が停止される（Ｓ４５）。モータスイッチ７４がＯＮになっている状態において、検出された電流値が０Ａとなった場合には（Ｓ４６）、回路が断線している可能性やモータ４８のブラシが摩耗して通電できない状態となっている可能性が高いのでＮＧ制御モードに移行してモータ制御部８２におけるデューティ比を０にするとともに、緑と赤のＬＥＤを交互に点滅させて異常を知らせる（Ｓ４７）。電流値が再び１０Ａ未満に低下した場合には（Ｓ４８）無負荷状態となったと判断して、時間カウントを行うステップ（Ｓ３４）に戻る。穿孔加工をしていて電流値が３０Ａ以上にまで上昇したときには（Ｓ５０）、モータ４８への負荷が高すぎてモータ４８が故障したり、大きな電流により基板や電線、バッテリ等が故障したりする可能性があるため、ＮＧ制御モードへと移行し、モータ４８を停止させる（Ｓ５１）。モータ４８を停止させる際にはモータ４８への電力供給を止めるが、モータ４８への電力供給を止めた直後はモータ４８及び穿孔工具４４が慣性によりしばらく回り続けようとし、また作業者が送りハンドル３６により穿孔工具４４を加工対象物に対して押し付けるように力を加えている可能性もあるので、電磁石１８はモータ４８への電力供給が止められてからの最初の２秒間はそのままデューティ比１の状態を維持して強い磁気吸着力による吸着状態を維持し穿孔機１０が外れないようにする。そして、２秒経過後にデューティ比をおよそ半分にまで小さくして上述の待機状態とする。このようにすることで、モータ４８の緊急停止時の安全性を確保しつつ、無駄な消費電力を抑えるようにしている。電流値が２５Ａ以上３０Ａ未満の時には（Ｓ５２）、モータ４８への負荷がやや高い状態であり、２秒以上その状態が続くと（Ｓ５４）、モータ制御部８２が徐々にモータ４８へのパルス電流のデューティ比を下げていき（Ｓ５６）、モータ４８への負荷が低減して電流値が２５Ａ未満にまで下がったかをモータ電流検出部９２で確認する（Ｓ５８）。デューティ比を０．５にまで下げても過負荷状態が解消されず電流値が２５Ａ未満にまで下がらない場合には（Ｓ６０，Ｓ６２）、３０Ａ以上の電流を検出したときと同じようにＮＧ制御モードに移行し、モータ４８への供給電力を止めるとともに電磁石１８を上述のようにモータ４８への電力供給停止直後の所定時間はデューティ比1の状態を維持し、所定時間経過後にデューティ比をおよそ半分まで小さくするように制御する（Ｓ６５）。ステップＳ５２からＳ６５においてすぐにモータ４８を停止させないのは、頻繁に停止することによる作業性低下を防止するためである。また、モータ４８への供給電力を徐々に低下させていくのは、モータ４８を急停止させたときにモータ４８等の慣性が穿孔工具４４の刃先に伝わって刃先が損傷する可能性があるためである。

本体部１２に設けられたバッテリカバー６４は、上述のように、バッテリ１６が正常に装着されている状態では後方に突出してバッテリ１６が外れないように保持するとともに、スイッチ係合突起部６４−１によりリミットスイッチ６６をＯＮにする。このリミットスイッチ６６は、駆動制御回路６８に接続されたインターロック入力部９８として機能し、モータ４８が駆動されている状態でバッテリカバー６４が前方にスライドされてリミットスイッチ６６がＯＦＦになると、駆動制御回路６８はリミットスイッチ６６がＯＦＦになったことを検知しＮＧ制御モードに移行してモータ４８の駆動を停止する。インターロックのＮＧ制御モードにおいても、駆動制御回路６８は、モータ４８への電力供給を止めるとともに、電磁石１８はモータ４８への電力供給を止めてからの最初の２秒間はデューティ比１の状態を維持して強い磁気吸着力による吸着状態を維持し、２秒経過後にデューティ比を小さくして上述の待機状態とする。

当該穿孔機１０においては、図８に示すように、外部電源入力部１０２と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０６と、電源切替回路１１０とをさらに備えるようにして、商用電源１０４を外部電源入力部１０２に接続することにより外部から電源を確保することができるようにすることもできる。電源切替回路１１０は作業者が操作できる手動スイッチとしてもよく、これにより作業者が電源切替回路１１０を手動で切り替えることで当該穿孔機１０の電源をバッテリ１６と商用電源１０４とから任意に選択して使用できるようにしてもよい。または、電源切替回路１１０は、商用電源１０４が外部電源入力部１０２に接続されると、バッテリ１６ではなく外部電源１０８を電源として自動的に選択するようにしてもよい。

当該穿孔機１０においては、図９に示すように、図８の構成に加えてさらに充電回路１１２を備えるようにすることもできる。この充電回路１１２は、外部電源１０８が外部電源入力部１０２に接続されている状態において、バッテリ残量検出部８８が検出したバッテリ残量が所定の値以下に低下しているときには、外部電源１０８の電力を利用してバッテリ１６を充電するようになっている。なお、バッテリ１６の充電中は、商用電源１０４を当該穿孔機１０の電源をとして使用する。

当該穿孔機１０においては、図１０に示すように、外部電源入力部１０２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０６、充電回路１１２が備えられており、外部電源入力部１０２に商用電源１０４が接続されると、当該穿孔機１０はバッテリ１６に代えて商用電源１０４を電源として使用するようになるとともに、充電回路１１２によってバッテリ１６の充電を行うようになっている。このときのバッテリ１６は、本体部１２に固定されている。

当該穿孔機１０においては、図１１に示すように、バッテリ１６が接続される電源端子１１４が図８乃至図１０における外部電源入力部１０２の機能を兼ね備えていて、電源端子１１４に外部電源１０８を接続できるようにすることもできる。電源端子１１４からバッテリ１６を一旦外して外部電源１０８を接続することで、外部電源１０８により当該穿孔機１０を駆動することができるようになる。

本発明に係る穿孔機１０は、バッテリ１６を電源としてモータ４８と電磁石１８とを駆動するようにしたものであるので、商用電源などの外部電源を確保できないような場所においても使用することができ、その使用範囲を大きく広げることが可能となる。また、電磁石１８によって本体部を固定保持するようにすると、永久磁石を使用した場合に比べて、コストが安くまた簡単な構造で実現できる利点がある。すなわち、永久磁石で穿孔機１０を固定保持するのに必要な磁力を得ようとする場合には、高価な磁性材料（例えばネオジウム）を使用せざると得ずコストが高くなる。また、磁束を遮るための仕切り板及びそれを動かすためのギアやレバー等の機械的構造を設ける必要があり装置が複雑化する。バッテリ１６により電磁石１８を駆動する場合には、バッテリ１６の消費電力の問題が生じるが、本発明に係る穿孔機１０においては、これまで述べてきたように、電磁石１８に供給する電力を適宜制御して無駄な電力をできるだけ消費しない制御が組み込まれているので、実使用において十分な駆動時間を確保することが可能となっている。また同時に、装置の異常を検知した際には、安全に駆動を停止させるようにもなっている。

上記実施形態においては、モータ４８が駆動しているときの電磁石１８に供給されるパルス電流のデューティ比は異常時を除いて最大の１となるようにしているが、必ずしもそうする必要はなく、モータ４８への負荷状態をモータ４８に流れる電流値から判断して、モータ４８への負荷状況に応じてデューティ比を増減させるようにしてもよい。例えば、穿孔工具４４が加工対象物を加工し始めた時には比較的に大きな負荷がかかるのでデューティ比を大きくし、その後加工状態が安定すると負荷がやや小さくなるのでそれに合わせてデューティ比を小さくするように制御して、さらに消費電力を抑えるようにしても良い。また、電磁石制御部およびモータ制御部における制御はパルス幅変調制御ではなく、アンプによるリニア電流制御によって行うようにしても良い。なお、上記実施形態におけるデューティ比や電圧値などの具体的な数値は一実施形態における例示的な値に過ぎず、適宜値を変更することも当然に可能である。

穿孔機１０；本体部１２；穿孔駆動部１４；バッテリ１６；カバー係合面１６−１；電磁石１８；接地面１９；本体ベース２０；前面壁部２０−１；下面壁部２０−２；接続凸部２０−３；本体ハウジング２２；接続凹部２２−１；取っ手２４；ＬＥＤ表示部２８；スライド機構３０；右側面３２；左側面３４；送りハンドル３６；ハンドル取付部３８；アーバ４０；穿孔工具取付部４２；穿孔工具４４；減速機４５；モータカバー４６；モータ４８；側面５０；通気孔５２；上面５４；プラグ５６；位置調整機構５８；位置調整ハンドル６０；バッテリ収容部６２；底面６２−１；バッテリカバー６４；スイッチ係合突起部６４−１；リミットスイッチ６６；駆動制御回路６８；電磁石スイッチ７０；壁７２；モータスイッチ７４；壁７６；メイン制御部７８；電磁石制御部８０；モータ制御部８２；ＤＣ／ＤＣコンバータ８４；過放電防止回路部８６；バッテリ残量検出部８８；Ａ／Ｄコンバータ９０；モータ電流検出部９２；Ａ／Ｄコンバータ９４；モータスイッチ状態監視回路９６；インターロック入力部９８；横ズレ検出回路９９；傾き角検出回路１００；３軸加速度センサ１０１；外部電源入力部１０２；商用電源１０４；ＡＣ／ＤＣコンバータ１０６；外部電源１０８；電源切替回路１１０；充電回路１１２；電源端子１１４

Claims

穿孔機において、
本体部と、
前記本体部に取り付けられ、該本体部を、当該穿孔機による穿孔作業位置に固定保持するための電磁石と、
穿孔工具を回転駆動するためのモータを有し、前記穿孔工具を当該穿孔機によって穿孔加工を行う被加工物に対して近づけたり離したりするために前記本体部に対して往復動するように取り付けられた穿孔駆動部と、
前記本体部に設けられ、前記モータ及び前記電磁石を駆動制御する駆動制御回路と、を備え、
前記本体部は、バッテリ収容部を有し、
前記駆動制御回路は、前記モータ及び前記電磁石を、前記バッテリ収容部に収納されるバッテリを電源として駆動制御するようにされ、
前記駆動制御回路が、前記バッテリから前記電磁石に供給される電力を制御する電磁石制御部と、当該穿孔機の傾き角度を検出する傾き検出回路とを備え、
前記駆動制御回路は、当該穿孔機が穿孔作業位置に固定保持されているときに、該傾き検出回路によって検出される当該穿孔機の傾き角度の大きさに基づいて、前記バッテリから前記電磁石に供給される電力の大きさを前記電磁石制御部によって変更するようにされた、穿孔機。
前記駆動制御回路は、前記モータの駆動を開始したときに前記傾き検出回路によって検出された当該穿孔機の傾き角度を初期傾き角度として記憶し、該初期傾き角度と前記モータの駆動中に検出された傾き角度との差が許容傾き角度を超えたときには前記モータを停止させるようにされた、請求項１に記載の穿孔機。
前記駆動制御回路が前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出部をさらに備え、
前記電磁石制御部は、前記バッテリ残量検出部により検出された前記バッテリの残量に基づいて前記電力が略一定となるように制御するようにされた、請求項１又は２に記載の穿孔機。
穿孔機において、
本体部と、
前記本体部に取り付けられ、該本体部を、当該穿孔機による穿孔作業位置に固定保持するための電磁石と、
穿孔工具を回転駆動するためのモータを有し、前記穿孔工具を当該穿孔機によって穿孔加工を行う被加工物に対して近づけたり離したりするために前記本体部に対して往復動するように取り付けられた穿孔駆動部と、
前記本体部に設けられ、前記モータ及び前記電磁石を駆動制御する駆動制御回路と、を備え、
前記本体部は、バッテリ収容部を有し、
前記駆動制御回路は、前記モータ及び前記電磁石を、前記バッテリ収容部に収納されるバッテリを電源として駆動制御するようにされ、
前記駆動制御回路が、前記バッテリから前記電磁石に供給される電力を制御する電磁石制御部と、前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出部とを備え、
前記電磁石制御部は、前記バッテリ残量検出部により検出された前記バッテリの残量に基づいて、前記バッテリの残量が低下したときにも前記電力が略一定となるように制御するようにされた、穿孔機。
前記電磁石制御部は、前記モータが駆動されていないときの前記電磁石に供給される電力を前記モータが駆動されているときの電力よりも小さくするようにされた、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の穿孔機。
前記駆動制御回路は、前記モータを停止させるときに、前記モータへの電力供給を止めるとともに、前記電磁石制御部によって、前記電磁石に供給する電力を前記モータへの電力供給を止める前の状態に所定時間維持し、該所定時間の経過後に前記電磁石に供給する電力を小さくするようにされた、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の穿孔機。
前記バッテリ収納部はバッテリを取り外し可能に受け入れるようにされている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の穿孔機。
前記電磁石制御部は、前記バッテリと前記電磁石との間の導通の開閉を行い前記バッテリからの直流電流を周期的なパルス電流に変換するとともに該パルス電流のデューティ比を制御するようにされており、前記デューティ比を調整することにより前記電磁石に供給する単位時間当たりの平均の電力を制御するようにされている、請求項１乃至７の何れか一項に記載の穿孔機。
前記駆動制御回路は、前記バッテリから前記モータに供給される電流値を検出するモータ電流検出部をさらに備え、前記電磁石制御部が、前記モータ電流検出部が検出した電流値に基づいて、前記電磁石に供給する電力を制御するようにされた、請求項１乃至８の何れか一項に記載の穿孔機。
前記駆動制御回路は、前記モータに供給する電力を制御するモータ制御部を備え、
前記モータ制御部は、前記バッテリから前記モータへの電力供給開始から所定時間内における前記モータに供給する電力を前記所定時間経過後における電力よりも小さくするようにされた、請求項１乃至９の何れか一項に記載の穿孔機。
前記モータ制御部は、前記バッテリと前記モータとの導通の開閉を行い前記モータに供給される前記バッテリからの直流電流を周期的なパルス電流とするとともに該パルス電流のデューティ比を制御するようにされている、請求項１０に記載の穿孔機。
前記モータ制御部は、前記モータへの前記パルス電流の前記デューティ比を前記所定時間内に０から１にまで徐々に増加させるようにされた、請求項１１に記載の穿孔機。
外部電源入力部をさらに備え、該外部電源入力部に外部電源が接続されたときには、前記モータ及び前記電磁石を駆動制御するための電源として、前記バッテリ収容部に収容された前記バッテリと前記外部電源入力部に接続された前記外部電源とを選択的に使用するようにされた、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の穿孔機。