(57)【要約】【課題】穿孔加工時の振動による位置ズレの誤検知が生じにくいようにした穿孔機を提供する。【解決手段】当該穿孔機（１）は、工具本体（１０）と、工具本体（１０）を被加工物Ｗに対して固定するための電磁石（１６）を有する固定部（１２）と、工具本体（１０）の前方に位置し、工具本体（１０）に対して上下動可能とされた工具取付部（２０）と、工具本体（１０）に対して固定された３軸加速度センサ（２８）と、当該穿孔機（１）の制御を行う制御部（２６）とを備える。制御部（２６）は、３軸加速度センサ（２８）によって計測された工具本体（１０）の少なくとも前後方向での加速度が所定の閾値を越えて変化したときに、被加工物Ｗに対する固定部（１２）の位置ズレが生じたと判断する。位置ズレが生じた場合にはＬＥＤ表示部（４４）にエラー表示がされるとともに、モータ（２２）が強制的に停止される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体と、  該工具本体の下部に位置し、該工具本体を被加工物に対して固定するための固定部と、  該工具本体の前方に位置し、該工具本体に上下動可能に取り付けられた工具取付部と、  該工具取付部を上下方向に延びる回転軸線を中心に回転駆動するモータと、  該工具本体に対して固定された加速度センサと、  被加工物への穿孔加工が開始された後に、該加速度センサによって計測された該工具本体の少なくとも前後方向での加速度がある閾値を越えて変化したことを検知したときに、該被加工物に対する該固定部の位置ズレが生じたと判断するようにされた制御部と、  を備える穿孔機。
【請求項２】
該制御部は、該工具本体が該固定部によって該被加工物に対して固定された状態において当該穿孔機による穿孔加工が開始される前に、該加速度センサが示している該前後方向での加速度を初期値として取得し、該初期値に対して所定の値を加算又は減算した値を該閾値として設定するようにされた、請求項１に記載の穿孔機。
【請求項３】
該加速度センサが、該前後方向での加速度と該工具本体の横方向での加速度を計測するようにされ、該制御部は該加速度センサによって計測された該前後方向での加速度が該閾値を越えて変化すると共に該横方向での加速度がある閾値を越えて変化したことを検知したときに該位置ズレが生じたと判断するようにされた、請求項１又は２に記載の穿孔機。
【請求項４】
該加速度センサが該前後方向での加速度のみを検知するようにされた１軸加速度センサである、請求項１又は２に記載の穿孔機。
【請求項５】
該制御部が、該位置ズレが生じたと判断したときに該モータの駆動を停止するようにされた、請求項１乃至４の何れか一項に記載の穿孔機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、穿孔機に関し、より詳細には穿孔加工中の工具本体の位置ズレを検知する機能を有する可搬型の穿孔機に関する。
【背景技術】
【０００２】  被加工物に対して磁石やクランプ、真空吸着などの固定部によって固定できるようにした可搬型の穿孔機がある。このような穿孔機は、通常、制御回路を内蔵する工具本体と、その下部に配置された固定部と、工具本体の前方位置において上下動可能に取り付けられた穿孔駆動部とを備える。穿孔駆動部は、ドリルや環状カッターのような穿孔工具が着脱可能に取り付けられる工具取付部と、工具取付部を上下方向に延びる回転軸線を中心に回転させるモータとが設けられている。このような穿孔機は、工具本体を固定部で被加工物に対して固定した状態で、工具取付部及びそれに取り付けられた穿孔工具を回転駆動させ、穿孔工具を被加工物に向かって下方に移動させて被加工物に押し当てることにより、被加工物の穿孔加工を行うようになっている。【０００３】  可搬型の穿孔機の固定部は、穿孔加工中に工具本体の位置がずれないように十分な固定力を有するように設計されている。しかしながら、例えば、ドリルなどの穿孔工具が被加工物に食いついてしまうなどして工具本体に過大な力が作用した場合に、固定部による固定が維持できなくなり、工具本体及び固定部が穿孔工具を中心に回転してしまうことがあり得る。そのため、このような固定部の位置ズレを検知するための位置ズレ検知機構を設け、位置ズレを検知した場合にはモータの駆動を即座に停止するなどして、安全性を高めたものが開発されている。例えば、特許文献１に示される穿孔機においては、ドリル部が設けられた側を前方としたときの横方向の位置変位を検知するようにした水銀スイッチを工具本体内に配置し、この水銀スイッチによって固定部の横方向の位置ズレを検知するようにしている。また特許文献２に示される穿孔機においては、上下に配置された２つの電極と円筒状のリングにより囲まれた環状の隙間内に導電性の球体を配置した振動センサが工具本体内に配置されている。この振動センサは、水平方向での変位が生じたときに、球体が環状の隙間内で移動して上下の電極間を導通させるようになっており、水平方向でのどの方向での変位が生じた場合でも、それを検知できるようになっている。特許文献３に示される穿孔機においては、３軸加速度センサを工具本体内に配置し、水平方向での加速度変化を検知することにより工具本体及び固定部の位置ズレを検知するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−７７６８６号
【特許文献２】特許第２８６３０８７号
【特許文献３】特許第６１７４４３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  上述のような種々の位置ズレ検知機構は穿孔機の安全性を向上させるためには非常に有効である。しかしながら、穿孔加工中に加工条件によっては工具本体に比較的に大きな振動が生じることがあり、その場合に位置ズレ検知機構がその振動を検知し、穿孔機の制御部が位置ズレが生じたと誤って判断してモータを停止させたりエラー表示をしたりすることがあった。このような位置ズレの誤検知が生じると、穿孔加工が中断されてしまい作業効率が大きく低下する。【０００６】  そこで本発明は、穿孔加工時の振動による位置ズレの誤検知が生じにくいようにした穿孔機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  すなわち本発明は、  工具本体と、  該工具本体の下部に位置し、該工具本体を被加工物に対して固定するための固定部と、  該工具本体の前方に位置し、該工具本体に上下動可能に取り付けられた工具取付部と、  該工具取付部を上下方向に延びる回転軸線を中心に回転駆動するモータと、  該工具本体に対して固定された加速度センサと、  被加工物への穿孔加工が開始された後に、該加速度センサによって計測された該工具本体の少なくとも前後方向での加速度がある閾値を越えて変化したことを検知したときに、該被加工物に対する該固定部の位置ズレが生じたと判断するようにされた制御部と、  を備える穿孔機を提供する。【０００８】  工具本体及び固定部に対して工具取付部がその前方位置に配置されているという位置関係から、穿孔加工時の工具本体の振動は、工具本体の前後方向に比べて横方向により大きく生じることが本願発明者による実験により見出された。当該穿孔機においては、加速度センサによって計測された工具本体の少なくとも前後方向での加速度がある閾値を越えて変化したことを検知したときに位置ズレが生じたと判断するようになっており、横方向での加速度変化が生じただけでは位置ズレが生じたとは判断しない。そのため、横方向に比較的に大きく生じる穿孔加工時の振動によって位置ズレを誤検知することを防止することが可能となる。なお、本発明および本願明細書における上下、前後、横などの方向は工具本体に対する相対的な方向を意味するのであり、必ずしも工具使用時における作業者から見た方向を意味するものではない。例えば、当該穿孔機は壁や天井に固定して使用することも可能であり、そのような場合には工具本体の上下、前後、横の方向は、使用者から見た方向とは必ずしも一致しない。【０００９】  具体的には、該制御部は、該工具本体が該固定部によって該被加工物に対して固定された状態において当該穿孔機による穿孔加工が開始される前に、該加速度センサが示している該前後方向での加速度を初期値として取得し、該初期値に対して所定の値を加算又は減算した値を該閾値として設定するようにすることができる。【００１０】  好ましくは、該加速度センサが、該前後方向での加速度と該工具本体の横方向での加速度を計測するようにされ、該制御部は該加速度センサによって計測された該前後方向での加速度が該閾値を越えて変化すると共に該横方向での加速度がある閾値を越えて変化したことを検知したときに該位置ズレが生じたと判断するようにすることができる。【００１１】  又は、該加速度センサが該前後方向での加速度のみを検知するようにされた１軸加速度センサであるようにすることもできる。【００１２】  該制御部が、該位置ズレが生じたと判断したときに該モータの駆動を停止するようにすることもできる。【００１３】  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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る穿孔機の側面図である。
【図２】図１の穿孔機の正面図である。
【図３】図１の穿孔機の機能ブロック図である。
【図４】図１の穿孔機の動作を示す第１のフローチャートである。
【図５】図１の穿孔機の動作を示す第２のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  本発明の一実施形態に係る穿孔機１は、図１乃至図３に示すように、工具本体１０と、工具本体１０の下部に取り付けられた固定部１２と、工具本体１０の前方（図１で見て左方）に位置する穿孔駆動部１４とを備える。固定部１２は電磁石１６（図３）を有し、電磁石１６による磁力によって磁性体からなる被加工物Ｗに磁気吸着して固定される。穿孔駆動部１４は、環状カッター１８のような穿孔工具が着脱可能に取り付けられる工具取付部２０と、工具取付部２０を回転駆動するためのモータ２２（図３）とを有する。穿孔駆動部１４は工具本体１０に対して上下動可能に取り付けられており、工具本体１０の側面に配置されたハンドル２４を操作することにより上昇及び下降するようになっている。工具取付部２０は、工具本体１０の前方の位置に配置され、上下方向に延びる回転軸線Ｒを中心に回転するようになっている。当該穿孔機１によって穿孔作業を行う際には、固定部１２によって工具本体１０を被加工物Ｗに対して固定した状態で、工具取付部２０をモータ２２により回転駆動して環状カッター１８を回転させる。そして、ハンドル２４を回転操作することにより穿孔駆動部１４を被加工物Ｗに向かって下降させて、回転している環状カッター１８を被加工物Ｗに押し付けることにより、被加工物Ｗに対する穿孔加工が行われる。
【００１６】  工具本体１０の内部には、当該穿孔機１の制御を行うための制御部２６や、３軸加速度センサ２８などを含む回路が配置されている。３軸加速度センサ２８は、工具本体１０の前後方向（図１で見て左右方向）と、横方向（図２で見て左右方向）と、上下方向での加速度をそれぞれ検知できる。制御部２６は、当該穿孔機１の全体の制御を行うメイン制御部３０と、主として３軸加速度センサ２８の制御を行うセンサ制御部３２とからなっている。回路にはさらに、モータ２２の起動と停止を操作するためのモータスイッチ３４、モータ２２に流れる電流を検出するための電流検出部３６、メイン制御部３０から命令に基づいてモータ２２の駆動を制御するためのトリガー回路３８、電磁石１６の起動と停止を操作するための電磁石スイッチ４０、電磁石１６のコイルの断線を検出するための電磁石断線検出部４２が含まれている。また、ＬＥＤの点灯や点滅により当該穿孔機１の状態を作業者に通知するためのＬＥＤ表示部４４も設けられている。
【００１７】  当該穿孔機１の動作を図４及び図５のフローチャートを参照して説明する。当該穿孔機１を被加工物Ｗ上の所定の場所に置き、電源コードをコンセントに接続して電磁石スイッチ４０をＯＮにすると（Ｓ１０、Ｓ１２）、固定部１２の電磁石１６が起動して電磁石１６の磁力により固定部１２が被加工物Ｗに固定される（Ｓ１４）。このとき電磁石１６に流れる電流を電磁石断線検出部４２において検知して電磁石のコイルが断線していないかを確認する（Ｓ１６）。電磁石断線検出部が電流を検知しない場合には、電磁石断線検出部４２からメイン制御部３０に対して断線信号が送信され、メイン制御部３０はＬＥＤ表示部４４を点滅させて電磁石が断線していることを示すエラー表示を行う（Ｓ１８）。電磁石が断線していない場合には、次にモータスイッチ３４の状態を確認し（Ｓ２０）、この時点で既にモータスイッチ３４がＯＮになっている場合には、メイン制御部３０はＬＥＤ表示部４４を点滅させてモータ再起動のエラー表示を行う（Ｓ２２）。なお、このときにはモータスイッチ３４がＯＮになっていてもモータ２２は回転駆動されない。電磁石スイッチ４０をＯＮにした時点でモータスイッチ３４がＯＦＦになっていた場合にはモータスイッチ３４がＯＮになるまで待機し（Ｓ２４）、モータスイッチ３４がＯＮになるとモータ２２が起動して環状カッター１８が工具取付部２０と共に回転駆動される（Ｓ２６）。そして、メイン制御部３０からセンサ制御部３２に対してモータＯＮ信号が送信される（Ｓ２８）。
【００１８】  図５に示すように、センサ制御部３２は、メイン制御部３０からのモータＯＮ信号を受信すると、３軸加速度センサ２８による位置ズレの監視を開始する（Ｓ５０、Ｓ５２）。センサ制御部３２は、穿孔加工が開始される前に３軸加速度センサ２８が計測した前後方向での加速度を取得して、その値を前後方向での加速度の初期値として設定する（Ｓ５４）。続いて３軸加速度センサ２８が計測した横方向での加速度を取得して、その値を横方向での加速度の初期値として設定する（Ｓ５６）。なお、初期値の設定は、当該穿孔機１を被加工物Ｗに固定してから、モータ２２の回転駆動が開始される前に行うようにしてもよい。この場合の初期値は、当該穿孔機１が水平面上に固定されている場合には通常ゼロとなるが、傾斜面や垂直な壁などに固定されている場合には重力の影響によりある大きさの値となる。モータ２２の回転駆動が開始された後に初期値の設定を行う場合には、その初期値は微小ではあるがモータ２２の回転駆動にともなう振動の影響を受けたものとなる。次に、センサ制御部３２は、前後方向での加速度と横方向での加速度に対してそれぞれ閾値を設定する（Ｓ５８）。閾値は各初期値に対して所定の値αを加算した上限閾値と所定の値αを減算した下限閾値とからなる。値αは前後方向での加速度と横方向での加速度で異なる値としてもよい。閾値が設定されると、３軸加速度センサ２８で前後方向での加速度を計測し（Ｓ６０）、計測した加速度が上限閾値又は下限閾値を越えて変化していないかを監視する（Ｓ６２）。計測した加速度が閾値を越えていない場合には、固定部１２が被加工物Ｗに対して適切に固定されていると判断され、加速度の監視が継続される。計測した前後方向での加速度が閾値を越えている場合には、３軸加速度センサ２８により横方向での加速度をさらに計測する（Ｓ６４）。計測した横方向での加速度もその閾値を越えている場合には、固定部１２の位置ズレが生じたと判断される（Ｓ６６）。前後方向での加速度と横方向での加速度が両方ともそれぞれの閾値を越えて変化した場合には、センサ制御部３２は固定部１２の位置ズレが生じたと判断して、位置ズレ信号をメイン制御部３０に送信する（Ｓ６８、Ｓ７０））。なお、前後方向での加速度の計測と、横方向での加速度の計測は、どちらを先に行ってもよい。また、工具本体１０の横方向での加速度変化は利用せず、工具本体１０の前後方向での加速度変化のみに基づいて位置ズレを判断するようにしてもよい。この場合には、３軸または２軸の多軸加速度センサを利用する必要はなく、工具本体１０の前後方向での加速度のみを検知する１軸加速度センサを利用してもよい。
【００１９】  図４に示すように、メイン制御部３０は、モータ２２が起動している状態でセンサ制御部３２からの位置ズレ信号を受信すると（Ｓ３０）、ＬＥＤ表示部４４を点滅させて位置ズレのエラー表示を行うとともにモータ２２を強制的に停止させる（Ｓ３２）。位置ズレ信号を受信していない場合には、モータ２２の電流検出部３６において電流を計測し、計測した電流が所定の大きさ以上となっている場合には、モータ２２に過負荷がかかっていると判断して（Ｓ３４）、ＬＥＤ表示部４４を点滅させてモータ過負荷のエラー表示を行うとともにモータ２２を強制的に停止させる（Ｓ３６）。モータ２２に過負荷がかかっていない場合には、モータスイッチ３４の状態と電磁石スイッチ４０の状態を確認し（Ｓ３８、Ｓ４２）、ともにＯＮ状態であれば、位置ズレ信号の確認（Ｓ３０）及びモータ過負荷の確認（Ｓ３４）を継続して繰り返し行う。モータスイッチ３４がＯＦＦになるとモータ２２が停止し（Ｓ４０）、電磁石スイッチ４０がＯＦＦになると回路への電源供給が停止して全ての動作が停止する（Ｓ４４）。
【００２０】  穿孔駆動部１４の上下動は、上述のようにハンドル２４によって行うことができるが、当該穿孔機１においては、工具本体１０に穿孔駆動部１４を上下動させるための送りモータ（図示しない）が内蔵されており、この送りモータによって穿孔駆動部１４を自動で上下動させることもできる。この場合には、制御部２６が固定部１２の位置ズレやモータ２２の過負荷を検知すると、モータ２２とともに送りモータも強制的に停止させる。
【００２１】  当該穿孔機１においては、上述のように３軸加速度センサ２８によって計測された工具本体１０の少なくとも前後方向での加速度がある閾値を越えて変化したことを検知したときに固定部１２の位置ズレが生じたと判断するようになっており、横方向での加速度変化が検知されただけでは位置ズレが生じたとは判断しないようになっている。そのため、穿孔加工中の工具本体１０の横方向での振動によって位置ズレが生じたと誤判断することを防止することが可能となる。
【００２２】  以上に本発明の実施形態について説明をしたが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。例えば、３軸加速度センサは、３軸方向での加速度を計測できる１つのセンサで構成する必要はなく、１軸方向のみの加速度を計測するセンサを複数組み合わせて構成してもよい。また、穿孔加工中の位置ズレはほとんどの場合、穿孔工具の回転軸線を中心として工具本体が回転することにより生じる。そのため、位置ズレが生じたときに工具本体に加わる前後方向及び横方向での加速度の方向は一方の側に決まる。よって、加速度の上限と下限の閾値を両方とも設ける必要は必ずしもなく、位置ズレが生じたときに想定される加速度の変化側に対してのみ閾値を設けるようにしてもよい。また、固定部は、永久磁石で被加工物に磁気吸着するものや、クランプで被加工物を挟み込むようにするもの、吸盤で真空吸着するものなど、電磁石以外の形態のものとすることもできる。
【符号の説明】
【００２３】１    穿孔機１０  工具本体１２  固定部１４  穿孔駆動部１６  電磁石１８  環状カッター２０  工具取付部２２  モータ２４  ハンドル２６  制御部２８  ３軸加速度センサ３０  メイン制御部３２  センサ制御部３４  モータスイッチ３６  電流検出部３８  トリガー回路４０  電磁石スイッチ４２  電磁石断線検出部４４  ＬＥＤ表示部Ｒ    回転軸線Ｗ    被加工物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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