JPH0479780B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、モータとチヤツクとの間に伝動機構
を備えた工具のためのケーシングと、電気駆動モ
ータと、制御装置と、工具の周囲を締め付ける固
定下ジヨーを備え工具を受け入れるドリルチヤツ
クとを有する回転工作機械に関する。

従来の技術 公知の工作機械用制御装置は、回転数信号をモ
ータから取出す。制御回路は工作機械の回転数を
定める。モータに変速機構が後置されていれば、
出力回転数は付加的に変速比にも依存する。回転
数は２つの仕方で変化させることができる。つま
り、制御回路の調整と、変速機構の調整である。
しかしこの２つを併用すると、正しい回転数の検
出が難しくなり、材料−回転数テーブルの読取り
性が悪くなる。例えば、より大きなトルクを得る
ために別の変速比に切換えた場合、同じ出力回転
数を維持するためには制御回路の調整が必要であ
る。変速機構の切換によつて負荷モーメントをモ
ータのトルクに整合させなければならない時に
は、上述のことは欠点となる。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、ドリル機械又は穿孔機械にお
いて、駆動モータの運転速度や変速比及び切削工
具（ドリル刃等）の直径などを考慮しながら所望
の機械加工が行えるように、速度を駆動トルクの
整合を行い、最適な切削結果が得られるように当
該工具の運転速度を制御することである。

課題を解決するための手段 上記課題は本発明により、伝導機構と固定ジヨ
ーとの間に信号検出系が設けられており、該信号
検出系は、前記チヤツクの固定ジヨーに連結され
た第１の信号検出系−構成部分と、前記ケーシン
グに固定された第２の信号検出系−構成部分とを
有しており、前記第１の信号検出系−構成部分を
動かすための手段がチヤツク内に設けられてお
り、該手段は前記第１の信号検出系−構成部分を
前記固定ジヨーの動きに従つてチヤツク内で移動
させるものであり、前記第１の信号検出系−構成
部分は、モータから工具への動力伝達方向で見て
伝動機構の下流側（出力取出側）において、前記
ケーシングと電気的および機械的に結合されるこ
となく前記チヤツクの固定ジヨーに連結され共に
回転するものであり、また前記第１の構成部分
は、種々異なる直径の工具の胴をチヤツクに締め
付ける場合に前記固定ジヨーの位置変化に比例し
て移動変位可能であり、前記第２の信号検出系−
構成部分は前記ケーシングに取付けられており、
該構成部分に対して相対的な前記第１の信号検出
系−構成部分のシフト量に比例する、前記固定ジ
ヨーの動きを捕捉検出して電気信号を出力するも
のであり、さらに評価回路が設けられており、該
評価回路は、前記モータ制御装置に信号を供給す
るために前記第２の信号検出系−構成部分と電気
的に接続されており、この場合構成部分から出力
される該電気信号の振幅は、前記第１の信号検出
系−構成部分と第２の信号検出系−構成部分との
間の間隔を表わし、さらに該電気信号の周波数
は、前記ケーシングに対する前記チヤツクの回転
速度を表わすものであるように構成されて解決さ
れる。

本発明の装置構成においては、信号変換器から
の出力信号が、伝動機構の出力方向における下流
側で検出されるため、例えばその速度制御自体
は、マルチギヤードのドリルあるいは穿孔工具を
有する工作機械に適したものである。

従つて本発明によれば伝動機構のギヤー位置や
ギヤーの切換に影響されることなく、工具の実際
の速度を所望の速度に適合させることができる。

本発明の有利な点は、チヤツク（通常はフレー
ム又はケーシングに設けられている）から処理回
路への信号の伝達が無接点で行なわれることであ
る。それによつて装置構成がシンプルとなり信頼
性が高まる。さらに速度信号がドリル又は工具の
直径に対する信号と一緒に得られるものとなる。
従つて本発明の構成によれば当該信号検出系（ト
ランスデユーサ）が、チヤツク内に挿入される刃
の直径を示す信号の検出系として機能すると同時
に、ドリル動作において生じた実際の速度を検出
する検出系としても機能する。

本発明による装置は、さらに次のような利点を
有する。すなわち速度がモータ側から測定検出さ
れるものではなく、ドリルが実際に駆動されるポ
イント（個所）から測定検出されることである。

挿入された伝動装置が可変の伝動装置である場
合、モータに連結された速度制御器は、速度のず
れ又は速度エラー信号として伝動装置における切
換を受入れ（例えばオペレータの指示があると）
それに基づいてドリルの回転が予め指示されてい
た速度を保つように、モータが制御される。

従つて伝達比が変化した場合でもチヤツクに連
結され実際に工具を駆動するスピンドルの速度は
変わらない。これは伝動装置を駆動するモータの
方が速くなつたり遅くなつたりしても、工具にお
いて指示された速度が保たれることを意味する。
このようにして固定スピードで工具に加えられた
相応のトルク制御が可能となる。

先行技術においては、速度の変化とトルクの変
化との不都合な関係性が生じていたがこの望まし
くない作用は本発明による装置構成によつて解消
される。

本発明の上記構成によれば、ドリル刃の回転速
度と直径を１つの検出系で検出することが可能と
なり、モータの有効な回転トルクを考慮しながら
理想的な動作条件になるような回転数制御を簡単
に行なうことができる。

このような測定方式においては、伝動装置の切
換（変速）状態が回転数の制御量に関与し、つま
り、それぞれどのような伝達比が選択されたかと
いうことに基づいて回転数の制御量が変更される
ことを意味するものであつて、従つて、変速比が
変わるとそれは外乱変数として調整器により検出
され制御される。また変速機構の切換は回転数の
急変をもたらさない。変速段の切換えを行なう場
合にも、主軸の回転は速くも遅くもならず、駆動
モータの回転数が変化する。従つて、これまで必
要だつた変速機構における回転数変換とトルク変
換との強制的結合は行なわれない。変速機構は負
荷モーントをモータのトルクに整合させるためだ
けに用いられ、回転数は制御回路のみにより定め
られる。そのため、電子機械の操作は簡単にな
る。また、変速段の表示は簡略化され、あるいは
省略される。

実施態様項には、本発明の有利な態様が記載さ
れている。特に、信号発信器をドリルチヤツクの
中に配置し、またはその外側に取付けると有利で
ある。この構成により、極めて簡単に出力回転数
を検出することができる。この構成の別の利点
は、ドリル径のような他の量をドリルチヤツクに
おいて同時に検出できることである。また工作機
械の出力側の結合部材に信号発信器を配置すると
有利である。回転数発信器としては、公知の歯車
発信器を使用することができる。この構成の利点
は、工作機械の密閉ケーシングの中に発信器装置
を収容することができ。それにより汚損や損傷か
ら防護できることである。回転数発信器の一部を
誘導信号検出器とすれば、その構成を極めて簡単
にすることができる。

実施例の説明 次に図面を参照しながら本発明の実施例につい
て詳しく説明する。

電子制御機構を備えた電気ドリルでは、変速段
を切換えることなしに、広い範囲にわたつて回転
数を調整、利用することができる。しかし多くの
場合、機械的変速機構を設けた方が、電気ドリル
の使用範囲が広くなる。種々の工作物に異なる直
径の穴をあける場合、回転数の調整範囲はテーブ
ルによつて指示されることが多い。電気ドリルが
複数の変速段を有している場合、どの変速段で回
転数をどの範囲に調整するかということについ
て、公知のテーブルは多くのオプシヨンを有して
いる。しかし経験上、この回転数と変速段の組合
わせを正確に調整できることは稀である。その結
果、ドリルが例えば過熱によつて破損し、あるい
は満足な作業能率、作業結果が得られなくなる。
本発明の基本的な着想は、可変利得増幅器への制
御信号を変速機構の出力側、例えば主軸から取出
し、それによつて、変速段を切換えた時でも主軸
の回転数を一定に保つということである。この場
合、ただ１つの調整素子を操作するだけで回転数
を一定にすることができる。普通、変速機構を切
換えた時に発生する回転数の急変は、制御され、
除去される。

第１図は電気ドリルのチヤツクを示している。
通常のドリルチヤツク１の中には固定下あご２が
突出している。駆動軸８の半径方向に円板３が取
付けられ、円板３はばね５によつて固定下あご２
の端部に押圧されている。円板３には複数の個別
磁石または１つのリング磁石４が取付けられてい
る。ふた６は例えばプラスチツクのような非磁性
材料から成り、上からチヤツクを閉鎖している。
電気ドリルのケーシングには、コイル７の巻装さ
れた鉄心が取付けられている。この場合コイル装
置は、磁石４の作用範囲内になければならない。

チヤツクが回転すると、誘導信号検出器７は第
２図に示すような交流電圧を供給する。この電圧
の周波数はチヤツク１の回転数だけに応じて決ま
る。また電圧の高さも同じく回転数に依存する
が、付加的に磁石４と誘導信号検出器７との間の
間隔によつても変化する。従つて電圧の振幅は、
チヤツクの回転数と装着された工具（例えばドリ
ル）の直径とに関する複合情報を供給する。

誘導信号検出器は電気ドリルの頚部に固定する
と有利であるが、原理的にはどのような構成にし
てもよい。第３Ａ図にはその有利な構成を示して
いる。ここでは誘導信号検出器７はリング状に構
成されている。コイルは磁心１１の中に装入され
ている。磁心１１はその端面に歯状磁極１２を有
している。このコイルは次のような利点をもつて
いる。つまり、すべての磁石の磁気エネルギーを
同時に利用できること、例えばモータの漏れ磁束
から遮蔽されること。個別磁石の違いが電圧振幅
の変動をもたらさないこと。そして、主軸８と同
心的に取付けられるので、軸の頚部と一体化でき
るということである。

第３Ｂ図にはチヤツクの別の実施例を示してい
る。ドリルチヤツク１の固定下あご２に対して、
円板３がばね５により押圧されている。円板３に
は磁石４が取付けられている。ドリルチヤツク自
体はふた６によつて閉鎖され、このふたは非磁性
材料から成つている。ふた６から駆動軸８が突出
している。

この実施例では、円板３は固定下あご２の端部
に押圧されておらず、下あごの長手面にあるテー
パ面９に押しつけられている。ねじ構造になつて
いるチヤツクを開けたり締めたりすると、テーパ
面９が前後に滑動する。そのため、例えばチヤツ
クを開けると、下あごにはテーパが施されている
ので円板３と接触する部分の厚みが大きくなり、
円板３は必要なだけ後方へ押戻される。つまりチ
ヤツクの回転運動が円板３の前後運動に変換され
る。固定下あご２は片面にテーパが設けられた楔
のように作用する。従つて、固定下あご２を適切
に構成すれば固定下あごの運動と円板３の運動と
の間の変換比を変えることができる。そのため、
回転数の作用に対する固定下あご位置の作用の関
係を簡単に変化させ、また電気ドリルの必要性に
整合させることができる。

テーパ面９はベベル面状に段付け面、あるいは
連続的な湾曲面としてもよい。その場合、回転数
と固定下あご位置との関係は一定ではなく、下あ
ごの位置に依存するようになる。従つて、例えば
発信器系の非直線性を補償し、あるいは所望の非
直線性を発生させることができる。

第４図は電気ドリル制御回路のブロツク図であ
る。チヤツク１は図示していない駆動モータの軸
と連結されている。電気ドリルのケーシングには
誘導信号検出器７が取付けられている。

誘導信号検出器７の出力信号は切換スイツチ３
６へ送られる。切換スイツチ３６が図示の位置に
ある時、信号は振幅に依存して動作する評価回路
３４へ供給される。評価回路３４の出力側には、
入力側に加えられた交流電圧のピーク値または平
均値に相応する信号が現れる。評価回路３４の出
力信号は、それ自体公知の制御回路３０の実際値
入力側３１に達する。制御回路３０の出力信号は
出力線路３３を介して図示していない調整素子、
例えばサイリスタやトライアツクに供給される。
この調整素子は電動モータへの電圧供給を制御す
る。

誘導信号検出器７の出力信号は、切換スイツチ
３６の別の接点を介して評価回路３５に供給する
ことができる。評価回路３５の出力側からは、信
号検出器７の交流電圧の周波数に対応する信号が
取出される。この出力信号も制御回路３０の実際
値入力側３１へ供給されれる。制御回路３０の設
定値入力側３２は、切換スイツチ３６と一緒に操
作可能な別のスイツチ３７と接続されている。切
換スイツチ３７が図示の位置にある時は、キーＡ
〜Ｄを有するキーボード４０の信号が設定値入力
側３２へ供給される。別の位置にある時は、設定
値入力側は設定調整器４１と接続される。設定調
整器４１は、回転数を所定値に調整する。

図示の例では、誘導信号検出器７は評価回路３
４に信号を供給する。この時制御回路３０は、検
出器信号の振幅に影響を与えるすべての外乱変数
を補償する。外乱変数とは、例えばトルク、変速
比、およびドリルの直径である。この場合の作用
方向は、検出器７の電圧が低下すると制御素子３
０がモータへの電圧を高めるように、定められ
る。これは例えば、トルクが上昇し、直径の小さ
なドリルが使用され、または変速比の大きい変速
段が選ばれた時に生ずる。

正確な回転数を得るためには、材料に相応した
設定値を入力側３２に入力しなければならない。
これはキーボード４０によつて行なわれる。その
場合、設定値はキーＡ〜Ｄの名で呼ばれ、例えば
木材、鉄鋼、コンクリート、非鉄金属のような異
なる材料に対して決められる。また、ドリルの品
質を入力することもできる。キーによつて回転数
以外の他の機能を制御することができる。この機
能とは、例えばキー“コンクリート”を押した時
に打撃機構を投入接続することである。付加機能
の制御は、純粋に機械的に、または他の接点を介
して行なわれる。

個々の電気ドリルに対して決められている１次
量としての回転数から２次量が発生し、それは動
作条件によつて決まる。そのため、例えば変速機
構は回転数を決定せず、トルク変換のために用い
られる。

上述の機能を利用すれば、電気ドリルで穴をあ
ける際の動作を大幅に自動化することができる。
特に、多目的工具を使用すれば、穴あけ以外の他
の用途、例えばねじ・ボルトの締付けや研磨にも
利用範囲を広げることができる。そのためには、
回転数を下あごの位置と無関係にしなければなら
ない。スイツチ３６，３７を切換えることによ
り、工具の回転数だけを調整すればよい。つま
り、チヤツクの把持径とは関係なく、任意のシヤ
ンクを有する工具をチヤツクに固定することがで
きる。この動作様式では通常の電気ドリルと同じ
ように、キーボード４０ではなく設定調整器４１
から設定値が供給される。変速機構の位置を一緒
に調整するという利点は、この動作様式において
も維持される。この場合、回転数だけを調整すれ
ばいいので、ドリル径を検出、処理する装置は省
略される。

第５図は、第４図に示した装置のコスト的に有
利な変形実施例を示している。この図にも、信号
検出器７を有するチヤツク１が示されている。信
号検出器７の出力信号は、切換スイツチ３６に供
給される。切換スイツチ３６の１つの接点は振幅
に依存する評価回路３４と接続され、他の接点は
周波数に依存する評価回路３５と接続されてい
る。２つの評価回路の出力は制御回路３０の実際
値入力側に送られる。制御回路の出力は半導体ス
イツチを制御し、このスイツチにより電気ドリル
のモータが制御される。５０はポテンシヨメータ
を示している。その出力量は制御回路３０の設定
値入力側に送られる。ポテンシヨメータ５０は、
回転数用の第１の目盛５１と、材料用の第２の目
盛５２を有している。

ポテンシヨメータの個々の目盛は、スライダ５
３によつてスイツチ３６の相応する切換位置と作
用結合されている。例えば図示の目盛では、ドリ
ル径が一緒に調整される動作様式が適用される。
スライダ５３は、切換スイツチ３６と同時に操作
される。第５図に示す構成では、キーボードおよ
び接点バンクが省略される。また、この構成によ
つて操作が簡単明瞭になる。つまり、１つの動作
様式では回転数が調整されず、別の動作様式では
材料が調整されない。また、図示していない付加
的な接点により、または例えばカムにによつて機
械的に、スライダ５３が所定位置にあるとき付加
機能を制御するような構成が実現できる。例え
ば、材質が“コンクリート”である時、打撃機構
を作動接続することができる。回転数だけを制御
する場合には、スイツチ３６と振幅に依存する評
価回路３４は省略される。

第６図は、種々の変速段を調整できる本発明の
実施例を示している。ドリルチヤツク１は、モー
タ６１により変速機構６６を介して駆動される。
電気ドリルのケーシングには信号検出器７が固定
して取付けられている。信号検出器７は、振幅に
依存する評価回路３４および周波数に依存する評
価回路３５と接続されている。切換スイツチ７０
は、評価回路３４または３５の出力側を制御回路
３０の実際値入力側と接続する。入力側３２には
設定値信号が供給される。制御回路３０の出力側
はサイリスタ７１の制御電極と接続されている。
サイリスタ７１はモータ６１へ延びる給電線路の
中にある。閾値スイツチ６０は周波数に依存する
評価回路３５の出力側と接続されている。閾値ス
イツチ６０はランプ６２，６３と接続されてい
る。さらに、制御磁石６４がランプ６２の接続線
路と、制御磁石６５がランプ６３への接続線路と
それぞれ接続可能となつている。排他的ORゲー
ト６８の１つの入力側は、変速機構６６の切換ス
イツチ６７と接続されている。もう１つの入力側
は、ランプ６２の接続線路とつながつている。排
他的ORゲート６８の出力側はランプ６９と接続
されている。

誘導信号検出器の回転数信号からは、例えば２
段変速電気ドリルの変速段をランプによつて表示
するための信号、または自動的にスイツチする信
号が得られる。閾値スイツチ６０により定められ
る切換閾値は、電気ドリルの回転数範囲における
切換点に対応している。第７図によつて、この装
置の動作を詳しく説明する。

第７図のΔUは制御回路３０の制御範囲であ
る。制御回路は、この制御範囲に対応する電圧を
モータ６１に供給する。Δnは、無負荷時におけ
る電気ドリルの回転数範囲を示している。切換点
UPは実質的に、変速機構６６の変速段１および
２の変速比と、制御回路３０の制御範囲とから決
められる。この場合切換点UPは、破線で示す両
変速段の移行領域の中央に選定するのが有利であ
る。

変速切換の表示は、ドリルチヤツクの位置とは
無関係に、評価回路３５の出力側に現れる回転数
に依存する信号によつて行なわれる。回転数が所
定値を下回ると、例えば発光ダイオード６２によ
つて、第１変速段への切換えが表示される。逆に
回転数が切換点を上回ると、発光ダイオード６３
により第２変速段への切換えが行なわれたことが
表示される。この過程は制御電磁石６４，６５に
よつて自動化される。つまり、電磁石６４，６５
により変速機構が自動的に操作される。

表示過程を簡略化するために、変速機構の設定
状態がその実際状態と比較される。そのために、
スイツチ６７は変速切換の度に操作される。つま
りスイツチ６７は、変速段が第１段の時はその出
力側に例えば論理値１を発生し、第２変速段の時
は論理値０を発生する。この信号は、ゲート６８
によつて閾値スイツチ６０の信号と一致している
かどうか調べられる。その場合、２つの入力信号
が一致しない時にゲート６８の出力側に論理１が
発生する。従つて表示ランプ６９は、変速機構の
切換えが必要な時に発光する。この表示過程簡略
化により、一意的な操作が可能となる。なぜな
ら、変速機構が正しく調整されている時にはラン
プ６９が発光せず、表示は行われないからであ
る。

発明の効果 本発明の構成によれば、ドリル刃の回転速度と
直径とを１つの検出系で同時に検出することが可
能となり、モータの有効な回転トルクを考慮しな
がら理想的な動作条件となるような信頼性の高い
回転数制御を簡単に行なうことができるものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転数発信器を有するチヤツクの実施
例の縦断面図、第２図は誘導信号検出器の出力信
号の波形線図、第３Ａ図は誘導信号検出器の別の
実施例の斜視図、第３Ｂ図はチヤツクの別の実施
例の斜視図、第４図は本発明による電気ドリル制
御回路の実施例のブロツク回路図、第５図は本発
明による電気ドリル制御回路の第２実施例のブロ
ツク回路図、第６図は本発明による電気ドリル制
御回路の第３の実施例のブロツク回路図、第７図
は第６図による回路の機能を説明する線図であ
る。 １……チヤツク、２……固定下あご、３……円
板、４……誘導信号発信器、５……ばね、６……
ふた、７……誘導信号検出器、８……駆動軸、９
……テーパ面、１１……磁心、１２……歯状磁
極、３０……制御回路、３１……実際値入力側、
３２……設定値入力側、３４，３５……評価回
路、３６，３７，６７，７０……切換スイツチ、
４０……キーボード、４１……設定調整器、５０
……ポテンシヨメータ、５３……スライダ、６０
……値スイツチ、６１……モータ、６２，６３，
６９……表示素子、６４，６５……制御磁石、６
６……変速機構、６８……排他的ORゲート、７
１……サイリスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータ６１とチヤツク１との間に伝動機構６
   ６を備えた工具のためのケーシングと、 電気駆動モータ６１と、 制御装置３０と、 工具の周囲を締め付ける固定ジヨー２を備え工
   具を受け入れるドリルチヤツク１とを有する回転
   工作機械において、 前記伝導機構６６と固定ジヨー２との間に信号
   検出系４，７が設けられており、 該信号検出系４，７は、前記チヤツク１の固定
   ジヨー２に連結された第１の信号検出系−構成部
   分４と、前記ケーシングに固定された第２の信号
   検出系−構成部分７とを有しており、 前記第１の信号検出系−構成部分４を動かすた
   めの手段３，５がチヤツク１内に設けられてお
   り、該手段３，５は前記第１の信号検出系−構成
   部分４を前記固定ジヨー２の動きに従つてチヤツ
   ク１内で移動させるものであり、 前記第１の信号検出系−構成部分４は、モータ
   から工具への動力伝達方向で見て伝動機構６６の
   下流側（出力取出側）において、前記ケーシング
   と電気的および機械的に結合されることなく前記
   チヤツク１の固定ジヨー２に連結され共に回転す
   るものであり、また前記第１の構成部分４は、
   種々異なる直径の工具の胴をチヤツク１に締め付
   ける場合に前記固定ジヨー２の位置変化に比例し
   て移動変位可能であり、 前記第２の信号検出系−構成部分７は前記ケー
   シングに取付けられており、該構成部分７に対し
   て相対的な前記第１の信号検出系−構成部分４の
   シフト量に比例する、前記固定ジヨー２の動きを
   捕捉検出して電気信号を出力するものであり、 さらに評価回路３４，３５が設けられており、
   該評価回路３４，３５は、前記モータ制御装置３
   ０に信号を供給するために前記第２の信号検出系
   −構成部分７と電気的に接続されており、この場
   合構成部分７から出力される該電気信号の振幅
   は、前記第１の信号検出系−構成部分４と第２の
   信号検出系−構成部分７との間の間隔を表わし、
   さらに該電気信号の周波数は、前記ケーシングに
   対する前記チヤツク１の回転速度を表わすもので
   あることを特徴とする回転工作機械。 ２ 前記第２の信号検出系−構成部分７は誘導的
   に構成されている特許請求の範囲第１項記載の回
   転工作機械。 ３ 前記第２の信号検出系−構成部分７は環状に
   構成されており、歯状磁極を有する磁心１１にコ
   イルが巻装されている特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の回転工作機械。 ４ 前記第２の信号検出系−構成部分７の出力信
   号は、周波数に依存する評価回路３５に供給され
   るものであり、さらに該評価回路３５の出力信号
   は、制御装置３０の実際値入力側３１に供給され
   るものである特許請求の範囲第１項から第３項ま
   でのいずれか１項に記載の回転工作機械。 ５ 複数の装置４０，４１；５０〜５３が設けら
   れており、該複数の装置４０，４１；５０〜５３
   によつて、回転数を定める目標値が供給されるも
   のである特許請求の範囲第１項から第４項までの
   いずれか１項に記載の回転工作機械。 ６ 伝動機構の変更は、回転数に依存して表示可
   能かまたは制御可能である特許請求の範囲第１項
   から第５項までのいずれか１項に記載の回転工作
   機械。 ７ 回転数制御は、装着した工作機械の直径によ
   つて定められる制御量に重畳されるものである特
   許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１
   項に記載の回転工作機械。