WO2014157463A1 - バッテリ式穿孔機 - Google Patents

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WO2014157463A1
WO2014157463A1 PCT/JP2014/058759 JP2014058759W WO2014157463A1 WO 2014157463 A1 WO2014157463 A1 WO 2014157463A1 JP 2014058759 W JP2014058759 W JP 2014058759W WO 2014157463 A1 WO2014157463 A1 WO 2014157463A1
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motor
battery
electromagnet
drilling machine
main body
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PCT/JP2014/058759
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賢二 大塚
聡哉 横山
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日東工器株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a portable drilling machine driven by a battery.
  • a portable drilling machine is usually provided below the main body, a drilling drive unit that has a motor that rotationally drives a drilling tool such as a drill, and is mounted to move up and down relative to the main body. And a fixing portion for fixing and holding the perforating machine with respect to the workpiece.
  • Some fixed parts are magnetically attracted to a workpiece made of a magnetic material using the magnetic force of a permanent magnet, but use an electromagnet in consideration of operability and ease of alignment.
  • a commercial power source is used as a power source in the case of using an electromagnet (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Patent Document 1
  • the place where the drilling machine can be used is limited to the place where the power source can be secured.
  • the present invention provides a drilling machine that solves the above-mentioned problems of the prior art by driving the electromagnet for fixing and holding the drilling machine main body and the motor for rotationally driving the drilling tool with a battery.
  • the purpose is to provide.
  • Another object of the perforator is to reduce the power consumption of the battery so that it can be used for a long time, and to ensure the safety of the perforator sufficiently while suppressing the power consumption of the battery. To do.
  • the present invention In the drilling machine, The main body, An electromagnet attached to the main body, and for fixing and holding the main body at a drilling work position by the drilling machine; Having a motor for rotationally driving the drilling tool, and mounting the drilling tool so as to reciprocate with respect to the main body in order to bring the drilling tool closer to or away from the workpiece to be drilled by the drilling machine; A perforated drive unit, A drive control circuit that is provided in the main body and controls the drive of the motor and the electromagnet; The main body portion has a battery housing portion, The drive control circuit provides a drilling machine configured to drive and control the motor and the electromagnet using a battery housed in the battery housing portion as a power source.
  • the battery storage unit can be configured to removably receive a battery.
  • the drive control circuit may include an electromagnet controller that controls electric power supplied from the battery to the electromagnet.
  • the drive control circuit further includes a battery remaining amount detection unit for detecting the remaining amount of the battery,
  • the electromagnet control unit can control the power to be substantially constant based on the remaining battery level detected by the remaining battery level detection unit.
  • the electromagnet controller can make the power supplied to the electromagnet when the motor is not driven smaller than the power when the motor is driven.
  • the drive control circuit stops power supply to the motor when stopping the motor, and the power supplied to the electromagnet is stopped by the electromagnet control unit before stopping power supply to the motor.
  • the state can be maintained for a predetermined time, and the power supplied to the electromagnet can be reduced after the predetermined time has elapsed.
  • the drilling tool is still going to rotate due to inertia, so there is a possibility of receiving a large external force from the drilling tool, and an external force is required for the operator to operate the drilling machine. Therefore, if the power supply to the electromagnet is stopped or reduced at the same time as the power supply to the motor is stopped, there is a risk that the external magnet will lose the magnetic adsorption of the electromagnet and the drilling machine will fall down. is there. On the other hand, since the perforating machine maintains the power supply to the electromagnet for a while after the power supply to the motor is stopped, the risk can be reduced.
  • the electromagnet control unit opens and closes conduction between the battery and the electromagnet, converts a direct current from the battery into a periodic pulse current, and controls a duty ratio of the pulse current. It is possible to control the average power per unit time supplied to the electromagnet by adjusting the duty ratio.
  • the drive control circuit further includes a motor current detection unit that detects a current value supplied from the battery to the motor, and the electromagnet control unit is based on the current value detected by the motor current detection unit.
  • the electric power supplied to the electromagnet can be controlled.
  • Detecting the current value flowing through the motor makes it possible to estimate the load state of the motor, that is, the external force received by the drilling tool, and adjust the power supplied to the electromagnet according to the magnitude of the external force. As a result, when the external force is small, it is possible to further reduce the power consumption by further reducing the power supplied to the electromagnet to suppress unnecessary power consumption.
  • the drive control circuit further includes an inclination detection circuit that detects an inclination angle of the drilling machine, and the drive control circuit detects the tilt when the drilling machine is fixedly held at the drilling work position. Based on the magnitude of the tilt angle of the drilling machine detected by the circuit, the magnitude of the electric power supplied from the battery to the electromagnet can be changed by the electromagnet controller.
  • the drilling machine driven by a battery may be used not only in a horizontal place but also fixedly held on an inclined surface or vertical wall, sometimes on the ceiling. Since the force due to the weight of the drilling machine must be received by the suction force, the magnetic attraction force required to hold the drilling machine safely and securely increases as the tilting angle of the drilling machine increases. Become. In the perforating machine, the magnitude of the power supplied to the electromagnet is changed based on the magnitude of the tilt angle of the drilling machine. Magnetic attraction force is generated, and when the tilt angle is small, the power supplied to the electromagnet can be reduced to reduce wasteful power consumption.
  • the drive control circuit stores the tilt angle of the drilling machine detected by the tilt detection circuit when the drive of the motor is started as an initial tilt angle, and the initial tilt angle and the motor being driven When the difference between the detected tilt angle exceeds the allowable tilt angle, the motor can be stopped.
  • the drive control circuit includes a motor control unit that controls electric power supplied to the motor,
  • the motor control unit may make power supplied to the motor within a predetermined time from the start of power supply from the battery to the motor smaller than the power after the predetermined time has elapsed.
  • the motor control unit opens and closes the continuity between the battery and the motor, makes a direct current from the battery supplied to the motor a periodic pulse current, and a duty ratio of the pulse current. Can be controlled.
  • the motor control unit can gradually increase the duty ratio of the pulse current to the motor from 0 to 1 within the predetermined time.
  • the battery further includes an external power supply input unit, and when the external power supply is connected to the external power supply input unit, the battery stored in the battery storage unit as a power source for driving and controlling the motor and the electromagnet;
  • the external power supply connected to the external power supply input unit can be selectively used.
  • the drilling machine is basically driven by a battery, but by using an external power supply, the power charged in the battery using the external power supply can be secured in an environment where the external power supply can be secured. Can be reduced. It is also possible to charge the battery attached to the perforator with an external power source.
  • FIG. 2 is a perspective view of the front right side of the drilling machine shown in FIG. 1. It is a fragmentary sectional view of the drilling machine shown in FIG. It is a back perspective view in the state where the battery of the perforator shown in FIG. 1 was mounted. It is a figure of the state from which the battery of the drilling machine shown in FIG. 4 was removed.
  • a punching machine 10 As shown in FIGS. 1 to 5, a punching machine 10 according to the present invention has a main body 12 and a drilling drive attached to the front of the main body 12 so as to reciprocate in the vertical direction with respect to the main body 12.
  • Part 14 a battery 16 mounted on the rear upper part of main body part 12, and an electromagnet 18 attached to the lower side of main body part 12 for fixing and holding the main body part at a drilling work position by the drilling machine.
  • the main body 12 includes an L-shaped main body base 20 including a front wall 20-1 to which the perforation driving unit 14 is attached and a lower wall 20-2 to which the electromagnet 18 is attached.
  • the main body base 22 is attached to the main body base 20 to form an internal space.
  • the main body base 20 is made of aluminum, and the main body housing 22 is made of resin to reduce the weight. I am trying.
  • the connecting portion between the main body base 20 and the main body housing 22 has a so-called labyrinth structure in which the connecting convex portion 20-3 of the main body base 20 is fitted into the connecting concave portion 22-1 of the main body housing 22, It has a structure in which dust and water do not easily enter the interior space from the joint.
  • an LED display unit 28 made of green, yellow, and red LEDs is provided near the handle 24 on the upper surface of the main body unit 12, and the state of the punching machine 10 is changed to a color or blinking state as will be described later. Displayed to inform the operator.
  • the perforation driving unit 14 is attached to the main body 12 so as to be vertically movable by a slide mechanism 30 having a dovetail structure provided between the main body 12 and the perforation driving unit 14.
  • the slide mechanism 30 has a rack-and-pinion structure including a rack (not shown) set on the perforation driving unit 14 side and a pinion (not shown) set on the main body 12 side.
  • the pinion is rotated by manually rotating the feed handle 36 detachably attached to the right side surface 32 of FIG. 12 (FIG. 2), and the perforation driving unit 14 is moved up and down with respect to the main body unit 12. Yes.
  • the feed handle 36 can be attached to a handle attachment portion 38 provided on the left side surface 34 (FIG.
  • a drilling tool mounting portion 42 connected to the arbor 40 is provided below the drilling drive unit 14, and a drilling tool 44 such as a drill or an annular cutter is mounted on the drilling tool mounting portion 42.
  • the arbor 40 is connected to a motor 48 provided in a motor cover 46 at the top of the drilling drive unit 14 via a speed reducer 45 (FIG. 3), and the drilling tool 44 is driven to rotate by driving the motor 48. It is like that.
  • a plurality of vent holes 52 are provided in the side surface 50 of the motor cover 46, and the motor 48 is cooled by air flowing into the inside from the vent holes 52.
  • a plug 56 serving as a cutting oil injection port is provided on the left side surface of the drilling drive unit 14. By attaching a one-touch type socket with a hose to the plug 56, the cutting oil is added to the drilling tool 44 during drilling. To supply.
  • the electromagnet 18 attached to the lower part of the main body 12 generates a magnetic field by supplying electric power with the grounding surface 19 placed on a drilling work position made of a magnetic material such as iron, thereby generating a magnetic field at the drilling work position.
  • the perforator 10 is adsorbed and fixedly held.
  • a position adjustment mechanism 58 is provided between the electromagnet 18 and the main body 12, and the position of the main body 12 is moved relative to the electromagnet 18 by turning a position adjustment handle 60 that is detachably attached to the position adjustment mechanism 58. The position can be adjusted back and forth and left and right.
  • the position adjustment handle 60 can be attached to the right side surface of the position adjustment mechanism 58.
  • a battery housing portion 62 for receiving the battery 16 is provided at the upper rear portion of the main body portion 12, and the battery 16 is detachably attached to the battery housing portion 62. It has become.
  • the connection terminal (not shown) is directed downward, so that it is difficult for water to enter the battery.
  • the battery cover 64 provided on the upper portion of the battery housing portion 62 so as to be slidable in the front-rear direction protrudes rearward from the main body portion 12 and the cover engaging surface 16-1 inclined by the battery 16 is provided. (Fig. 3).
  • the battery cover 64 In the state where the battery cover 64 protrudes rearward, the battery cover 64 covers the gap between the main body 12 and the battery 16 from above, so that chips or water may enter the terminal portion of the battery 16. Is prevented. Further, since the battery 16 cannot interfere with the battery cover 64 and move upward, the battery 16 cannot be removed from the main body 12. When removing the battery 16, the battery cover 64 is pushed forward and retracted into the main body 12, and then the battery 16 is pulled out upward. Providing such a battery cover 64 prevents the battery 16 from being inadvertently removed. Further, a switch engagement protrusion 64-1 (FIG. 3) protruding downward is provided at a portion of the battery cover 64 located in the main body 12, and the battery cover 64 protrudes rearward to the battery 16.
  • a switch engagement protrusion 64-1 FIG. 3
  • the limit switch 66 (FIG. 3) provided on the main body 12 is pressed to turn it ON, and when retracted forward, the limit switch 66 (FIG. 3) is turned OFF.
  • the limit switch 66 is connected to a drive control circuit 68 (FIG. 3) arranged in the main body 12 to monitor whether the battery 16 is correctly installed and whether the battery 16 is about to be removed. used.
  • the bottom surface 62-1 of the battery housing portion 62 forms a gentle slope from the front to the rear so that water or the like does not accumulate.
  • the attached battery 16 is electrically connected to a drive control circuit 68 provided in the internal space of the main body 12, and supplies power to the motor 48 and the electromagnet 18 via the drive control circuit 68.
  • the power supplied from the battery 16 to the motor 48 and the electromagnet 18 ensures sufficient safety while suppressing the power consumption by the drive control circuit 68 according to the situation of the drilling machine 10. It is appropriately controlled so as to be able to.
  • an electromagnet switch 70 for activating the electromagnet 18 is provided on the left side surface 34 of the main body 12.
  • a wall 72 is provided around the electromagnet switch 70 to prevent the electromagnet switch 70 from being inadvertently operated.
  • the electromagnet switch 70 is turned off when the rear side (left side as viewed in FIG. 1) is pressed, but the wall 72 is raised at the rear side, and the electromagnet switch 70 is particularly turned on. It is difficult to switch to OFF by mistake.
  • a motor switch 74 for starting the motor 48 is provided on the right side surface 32 of the main body 12.
  • a wall 76 is also provided around the motor switch 74 so that the motor switch 74 is less likely to be inadvertently operated.
  • a drive control circuit 68 provided in the main body unit 12 for controlling the driving of the motor 48 and the electromagnet 18 includes a main control unit 78 having a CPU and control signals from the main control unit 78.
  • An electromagnet controller 80 for controlling the electromagnet 18 based on the motor controller 82 and a motor controller 82 for controlling the motor 48 are provided.
  • the electromagnet control unit 80 includes a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • the FET functions as a switching element, and continuously opens and closes conduction between the battery 16 and the electromagnet 18.
  • the direct current is converted into a pulse current composed of a periodic pulse train.
  • the electromagnet controller 80 controls the average power supplied to the electromagnet 18 by changing the switching timing of the FET so as to modulate the pulse width of the pulse current based on the control signal from the main controller 78. That is, the average power per unit time supplied to the electromagnet 18 is controlled using pulse width modulation (PWM) control. In this way, the average power supplied to the electromagnet 18 is adjusted to generate a magnetic force having a magnitude necessary for the situation.
  • the motor control unit 82 is also equipped with a field effect transistor (FET), and similarly controls the average power supplied to the motor 48 by pulse width modulation. Details of the control of the electric energy of the electromagnet 18 and the motor 48 will be described later.
  • FET field effect transistor
  • the drive control circuit 68 has a DC / DC converter 84, and the electric power for driving the drive control circuit 68 is supplied by the DC / DC converter 84 connected to the battery 16 by stepping down the 24V voltage of the battery 16 to a 5V voltage.
  • the An electromagnet switch 70 is interposed between the battery 16 and the drive control circuit 68. When the electromagnet switch 70 is turned off, no power is supplied to the drive control circuit 68, and therefore the motor 48 is not driven. It is like that.
  • an overdischarge prevention circuit unit 86 constituted by a transistor is provided between the battery 16 and the DC / DC converter 84, and when the voltage of the battery 16 drops below a certain value, the current exceeds that.
  • the drive control circuit 68 is also provided with a battery remaining amount detection unit 88 that detects the remaining amount of the battery 16.
  • the battery remaining amount detection unit 88 detects the remaining amount of the battery 16 by measuring the voltage of the battery 16, and outputs an analog signal corresponding to the measured voltage value of the battery 16. The analog signal is converted into a digital signal by the A / D converter 90 and then sent to the main control unit 78. Based on the received battery voltage value, the main controller 78 controls the electromagnet controller 80 to adjust the power supplied to the electromagnet 18 as will be described later.
  • the battery remaining amount detection unit 88 can also detect the remaining amount of the battery 16 by measuring a current value from the battery 16.
  • the drive control circuit 68 is further provided with a motor current detector 92 for measuring the value of the current flowing through the motor 48.
  • the motor current detection unit 92 outputs an analog signal corresponding to the measured current value.
  • the analog signal is converted into a digital signal by the A / D converter 94 and then sent to the main control unit 78.
  • the main control unit 78 determines the state of the motor 48 based on the received motor current value, and performs processing such as changing the power supplied to the electromagnet 18 or stopping the motor 48.
  • the drive control circuit 68 further includes a motor switch state monitoring circuit 96 that monitors the ON / OFF state of the motor switch 74 and a triaxial acceleration sensor 101 when the ground surface 19 is in a horizontal state as a reference (0 degree).
  • the tilt detection circuit 100 that detects the tilt angle of the drilling machine 10, and the tilt detection circuit 100 and the triaxial acceleration sensor 101 are shared, and the horizontal misalignment of the drilling machine 10 is based on the output of the triaxial acceleration sensor 101. And a lateral misalignment detection circuit 99 for detecting.
  • the operation of the perforating machine 10 will be described based on the flowchart of FIG.
  • the electromagnet switch 70 When the electromagnet switch 70 is turned on, power is supplied to the drive control circuit 68 and control is started (S10).
  • the drive control circuit 68 first measures the voltage of the battery 16 by the battery remaining amount detector 88 (S12). Subsequently, the drive control circuit 68 confirms whether the detected voltage value of the battery 16 is equal to or higher than a predetermined value (15V) (S16), and when it is less than 15V, shifts from the normal control mode to the NG control mode. (S17).
  • the NG control mode is entered when any abnormality occurs in the perforating machine 10 or when it is determined that an inappropriate operation is performed, and a safety measure such as stopping the motor 48 is performed, or the LED display unit 28 is used. Inform the operator of the abnormality.
  • the NG control mode S17
  • the motor 48 is not driven even when the motor switch 74 is turned on, and the red LED on the LED display unit 28 is blinked to notify the operator of the state.
  • the LED display unit 28 blinks in a different form based on the voltage value to notify the remaining amount of the battery 16 (S18).
  • the red LED is blinked when the voltage is 15 V or more and less than 17 V
  • the red and yellow LED is blinked when the voltage is 17 V or more and less than 19 V
  • the red, yellow and green LEDs are blinked when the voltage is 19 V or more.
  • the drive control circuit 68 confirms the ON / OFF state of the motor switch 74 by the motor switch state monitoring circuit 96 (S19). Since it is dangerous if the motor 48 is unexpectedly driven at the same time as the electromagnet switch 70 is turned on, if the motor switch 74 is already on when the electromagnet switch 70 is turned on, the mode shifts to the NG control mode ( S20) The motor 48 is prevented from being driven even when the motor switch 74 is ON, and the green LED is blinked to notify the operator of the state. When the motor switch 74 is turned off, the NG control mode is exited and the normal control mode is restored.
  • the electromagnet controller 80 adjusts the power supplied to the electromagnet 18 based on the measured voltage value and inclination angle of the battery 16 (S23). Specifically, the electromagnet controller 80 adjusts the power supplied to the electromagnet 18 by pulse width modulation (PWM) as described above.
  • PWM pulse width modulation
  • the ON / OFF time ratio (duty ratio) of the built-in FET by changing the ON / OFF time ratio (duty ratio) of the built-in FET, the pulse width of the pulse current is changed, the average power per unit time is controlled, and the power supplied to the electromagnet 18 is changed. Control.
  • the standby state is set such that the duty ratio is reduced so as not to consume more power than necessary.
  • the duty ratio when the tilt angle of the drilling machine 10 is less than 30 degrees in this standby state, the duty ratio is set to 0.5 in a state where the battery 16 is fully charged, that is, a state where the battery voltage is 24V. It is set to.
  • the electric power supplied to the electromagnet 18 gradually decreases when controlled at the same duty ratio, and eventually the punching machine A magnetic attraction force large enough to hold 10 cannot be obtained. Further, if a large duty ratio is set from the beginning in anticipation of a voltage drop, useless power is consumed accordingly. Therefore, the punching machine 10 changes the duty ratio based on the voltage value of the battery 16 measured by the battery remaining amount detection unit 88.
  • the duty ratio is increased from 0.5 to 0.6 so that the average power supplied to the electromagnet 18 is substantially constant. By doing so, optimum power is supplied regardless of the voltage of the battery 16, so that power consumption is reduced so as not to consume more power than necessary. Safety is ensured by preventing the punching machine 10 from coming off due to a decrease in the adsorption force.
  • the tilt angle of the punching machine 10 is 30 degrees or more, the duty ratio determined as described above based on the voltage value of the battery 16 is further changed to a larger value so that the magnetic attractive force of the electromagnet 18 is increased. To do.
  • the drive control circuit 68 counts the time until the motor switch 74 is turned on (S24), and when 10 seconds or more have elapsed, the green LED of the LED display unit 28 blinks at high speed, and the electromagnet 18 is turned on. It is informed that it remains untouched (S25).
  • the tilt detection circuit 100 measures the tilt angle of the perforating machine 10, and the drive control circuit 68 sets the tilt angle to the initial tilt. Stored as an angle (S27). Subsequently, the electromagnet controller 80 increases the duty ratio of the pulse current supplied to the electromagnet 18 to 1 (S28). That is, direct current from the battery 16 is directly supplied to maximize the magnetic attractive force.
  • the motor control unit 82 starts control of the motor 48, whereby electric power is supplied to the motor 48 and the motor 48 starts to rotate, but is supplied to the motor 48 immediately after the motor switch 74 is turned on. The electric power is controlled to gradually increase (S29).
  • the duty ratio of the pulse current supplied to the motor 48 is gradually increased from 0 to 1 over about 2 seconds after the motor switch 74 is turned on.
  • the duty ratio of the pulse current is small immediately after the motor switch 74 is turned on, so the current value detected by the motor current detection unit 92 is Although it should be small, when the FET is short-circuited, a pulse current cannot be formed, and a direct current from the battery 16 flows directly and a large current value (15 A or more) is detected. Can be determined to have failed (S30). If it is determined that the FET is out of order, the NG control mode is entered and the red and green LEDs are alternately blinked to notify the operator of the abnormality (S31).
  • the motor current detection unit 92 continues to detect the value of the current flowing through the motor 48 and continue to monitor the load state of the motor 48. Immediately after driving the motor 48, since it is normally in a no-load state, the current flowing through the motor 48 is small, and in the perforating machine 10, it is less than 10A. When the drilling tool 44 comes into contact with the workpiece and starts machining, the load on the motor 48 is increased, so that a large current of 10 A or more flows.
  • the drive control circuit 68 detects the current value of the motor 48 by the motor current detection unit 92 (S33), and counts the time when the drive of the motor 48 is started and the current value is less than 10A (S34). When it continues for more than 7 seconds, the green LED blinks at high speed (S35). If it continues for 10 seconds or more (S36), the mode shifts to the NG control mode (S37). When shifting to the NG control mode, the motor control unit 82 sets the duty ratio to 0, stops the power supply to the motor 48, and stops the motor 48. In this way, the motor 48 is continuously driven for a long time without performing the processing so that power is not wasted.
  • the tilt detection circuit 100 measures the tilt angle of the drilling machine 10 and sets it in step S27. It is confirmed whether or not it is tilted 30 degrees or more with respect to the initial tilt angle (S38). When the inclination with respect to the initial inclination angle is less than 30 degrees, the lateral deviation detection circuit 99 confirms whether or not the perforating machine 10 is displaced (S40). If the perforator 10 is tilted 30 degrees or more, or is misaligned, there is a high possibility that the electromagnet 18 is not fixed due to the magnetic attractive force, so the electromagnet is removed and the motor 48 is driven by shifting to the NG mode.
  • the LED display unit 28 is turned on or blinks in a different form based on the magnitude of the current value flowing through the motor 48, and the load state on the motor 48 (S42). Specifically, when it is less than 18A, the green LED is lit, when it is 18A or more and less than 22A, the green and yellow LEDs are lit, when it is 22A or more and less than 25A, the green, yellow, and red LEDs are lit, and 25A or more and 30A When it is less than this, the green, yellow and red LEDs will flash rapidly.
  • the electromagnet 18 Since there is a possibility that force is applied by 36 to press the drilling tool 44 against the workpiece, the electromagnet 18 has a duty ratio of 1 for the first two seconds after the power supply to the motor 48 is stopped. This state is maintained to maintain an attracting state by a strong magnetic attracting force so that the punch 10 does not come off. Then, after the elapse of 2 seconds, the duty ratio is reduced to approximately half and the above-described standby state is set. In this way, wasteful power consumption is suppressed while ensuring safety when the motor 48 is in an emergency stop.
  • the motor control unit 82 When the current value is 25 A or more and less than 30 A (S52), the load on the motor 48 is slightly high, and when the state continues for two seconds or more (S54), the motor control unit 82 gradually applies a pulse current to the motor 48. (S56), the motor current detection unit 92 confirms whether the load on the motor 48 has decreased and the current value has decreased to less than 25A (S58). If the overload condition is not resolved even if the duty ratio is reduced to 0.5 and the current value does not decrease to less than 25A (S60, S62), NG control is performed in the same manner as when a current of 30A or more is detected.
  • the mode is changed to stop the power supplied to the motor 48 and the electromagnet 18 is maintained at the duty ratio 1 for a predetermined time immediately after the power supply to the motor 48 is stopped as described above. Control is performed so as to reduce it to half (S65). The reason why the motor 48 is not stopped immediately in steps S52 to S65 is to prevent a decrease in workability due to frequent stopping. Further, the power supplied to the motor 48 is gradually reduced because the inertia of the motor 48 and the like is transmitted to the cutting edge of the drilling tool 44 when the motor 48 is suddenly stopped, and the cutting edge may be damaged. It is.
  • the battery cover 64 provided in the main body 12 protrudes rearward in a state where the battery 16 is normally mounted and holds the battery 16 so that the battery 16 is not detached. 1 turns the limit switch 66 ON.
  • the limit switch 66 functions as an interlock input unit 98 connected to the drive control circuit 68.
  • the control circuit 68 detects that the limit switch 66 is turned off, shifts to the NG control mode, and stops driving the motor 48.
  • the drive control circuit 68 stops the power supply to the motor 48, and the electromagnet 18 maintains the duty ratio of 1 for the first two seconds after the power supply to the motor 48 is stopped. Maintaining the attracted state by the strong magnetic attracting force, the duty ratio is decreased after 2 seconds and the above standby state is set.
  • an external power input unit 102 an AC / DC converter 106, and a power switching circuit 110 are further provided so that the commercial power supply 104 is connected to the external power input unit 102. It is also possible to secure a power source from the outside by connecting.
  • the power source switching circuit 110 may be a manual switch that can be operated by an operator, whereby the operator manually selects the power source of the perforating machine 10 from the battery 16 and the commercial power source 104 by manually switching the power source switching circuit 110. May be used.
  • the power supply switching circuit 110 may automatically select the external power supply 108 as the power supply instead of the battery 16.
  • the punching machine 10 may further include a charging circuit 112 in addition to the configuration shown in FIG. 8, as shown in FIG.
  • a charging circuit 112 is connected to the external power source 108.
  • the battery 16 is charged by using the electric power.
  • the commercial power source 104 is used as the power source for the perforating machine 10.
  • the perforating machine 10 includes an external power input unit 102, an AC / DC converter 106, and a charging circuit 112.
  • the punching machine 10 uses the commercial power supply 104 as a power supply instead of the battery 16 and charges the battery 16 by the charging circuit 112.
  • the battery 16 at this time is fixed to the main body 12.
  • the power terminal 114 to which the battery 16 is connected has the function of the external power input unit 102 in FIGS. 8 to 10, and the external power source 108 is connected to the power terminal 114. It can also be connected.
  • the drilling machine 10 can be driven by the external power supply 108.
  • the punching machine 10 since the punching machine 10 according to the present invention drives the motor 48 and the electromagnet 18 using the battery 16 as a power source, it can be used in a place where an external power source such as a commercial power source cannot be secured. The range of use can be greatly expanded. Further, when the main body is fixedly held by the electromagnet 18, there is an advantage that the cost can be reduced and the structure can be realized with a simple structure as compared with the case where a permanent magnet is used. That is, when trying to obtain a magnetic force necessary to fix and hold the drilling machine 10 with a permanent magnet, an expensive magnetic material (for example, neodymium) must be used, resulting in an increase in cost.
  • an expensive magnetic material for example, neodymium
  • the electromagnet 18 is driven by the battery 16, there is a problem of power consumption of the battery 16.
  • the power supplied to the electromagnet 18 is appropriately controlled as described above. Since control that consumes as much unnecessary power as possible is incorporated, it is possible to ensure a sufficient drive time in actual use. At the same time, when an abnormality of the apparatus is detected, the driving is safely stopped.
  • the duty ratio of the pulse current supplied to the electromagnet 18 when the motor 48 is driven is set to 1 at the maximum except during an abnormality, but it is not always necessary to do so.
  • the load state on the motor 48 may be determined from the current value flowing through the motor 48, and the duty ratio may be increased or decreased according to the load state on the motor 48. For example, a relatively large load is applied when the drilling tool 44 starts to process a workpiece, so that the duty ratio is increased. After that, the load is slightly reduced when the processing state is stabilized, so the duty ratio is decreased accordingly.
  • the power consumption may be further suppressed by further controlling the power consumption.
  • the control in the electromagnet control unit and the motor control unit may be performed not by pulse width modulation control but by linear current control by an amplifier. Note that specific numerical values such as the duty ratio and voltage value in the above embodiment are merely exemplary values in the embodiment, and it is naturally possible to change the values as appropriate.
  • Drilling machine 10 body 12; drilling drive 14; battery 16; cover engaging surface 16-1; electromagnet 18; grounding surface 19; body base 20; Projection 20-3; main body housing 22; connection recess 22-1; handle 24; LED display 28; slide mechanism 30; right side 32; left side 34; feed handle 36; handle attachment 38; Mounting portion 42; Drilling tool 44; Reducer 45; Motor cover 46; Motor 48; Side surface 50; Vent 52; Top surface 54; Plug 56; Position adjustment mechanism 58; 1; battery cover 64; switch engaging protrusion 64-1; limit switch 66; drive control circuit 68; electromagnet switch 70; wall 72; Main controller 78; electromagnet controller 80; motor controller 82; DC / DC converter 84; overdischarge prevention circuit 86; battery remaining amount detector 88; A / D converter 90; motor current detector 92; Converter 94; Motor switch state monitoring circuit 96; Interlock input unit 98; Lateral deviation detection circuit 99; Inclination angle detection circuit 100; Triaxial acceleration sensor 101; External power input unit 102

Abstract

 穿孔機本体の固定保持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した穿孔機を提供することを課題とする。該課題を解決するために、穿孔機(10)において、本体部(12)と、本体部に取り付けられ、該本体部を固定保持するための電磁石(18)と、穿孔工具(44)を回転駆動するためのモータ(48)を有し、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(14)と、本体部に設けられ、モータ及び電磁石を駆動制御する駆動制御回路と、駆動制御回路に接続されるバッテリ(16)と、を備えるようにし、モータ及び電磁石は、バッテリを電源として駆動制御回路によって駆動制御されるようにした。

Description

バッテリ式穿孔機
 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 (14)

  1.  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。
  2.  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に記載の穿孔機。
  3.  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、請求項1又は2に記載の穿孔機。
  4.  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3に記載の穿孔機。
  5.  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4に記載の穿孔機。
  6.  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4又は5に記載の穿孔機。
  7.  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3乃至6の何れか一項に記載の穿孔機。
  8.  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3乃至7の何れか一項に記載の穿孔機。
  9.  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された、請求項3乃至8の何れか一項に記載の穿孔機。
  10.  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9に記載の穿孔機。
  11.  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10の何れか一項に記載の穿孔機。
  12.  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11に記載の穿孔機。
  13.  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12に記載の穿孔機。
  14.  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13の何れか一項に記載の穿孔機。
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