JP3725568B2

JP3725568B2 - ドリル・ドライバとその制御方法

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Application number: JP23764894A
Authority: JP
Inventors: マーティンショーデビッド
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2020-12-14
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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば手持ち動力工具および作業台に取り付けられた動力工具に関し、特に、ドライバと、ドリル・ドライバと称するドライバ機能付きドリルおよびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動力工具を効率良く経済的に使用することは、その動力工具が操作される条件が正しいことに依存する。例えば、動力ドリルの場合、そのドリルのビット（刃）の回転速度はドリルの寸法とドリルによって加工される加工物（ワーク）に依存する。ドライバの場合、そのドライバの回転速度は締めつけられるスクリュー（以下ネジと記す）の寸法によって決定される。そのネジが動力工具の駆動に対し過負荷となるかまたは加工物の破損を避けるように十分効果的に締めつけられたときに、その動力工具を停止できることは重要なことである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
使用者により知らされる情報に従って動力工具の工具把持部を駆動するモータの回転速度を決定する電気的手段が提案されてきた。このような手段はまた、一定値の設定速度を維持し、操作中の動力工具の状態を監視する。特に、この電気的手段は工具により発生されるトルクを監視し、そのトルクが安全値を超えたとき動力工具のモータの動力を切る。しかしながら、この従来技術の提案は完全に有効なものではなかった。それゆえ、本発明は、工具により発生されるトルクをより有効に検出し制御する手段を備えた動力工具の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段と作用】
本発明の一つの形態は、動力工具の操作中にその動力工具のモータを流れる電流、特にドリル・ドライバを流れるモータの電流を監視した結果に基づくものである。この電流はネジを加工物に締めつけるときに発生する電流で定義される。この点に関し、添付図面の図４が参照できる。
【０００５】
図４はスクリュードライバ動作中に生じるモータ電流の変化を示す図である。本図において、縦軸はモータ電流を、横軸は時間を示す。図の輪郭は全ての許容ネジ寸法に対し実質的に同一であるが、実際の電流値はネジ寸法による。Ｔ１の期間、ネジが加工物の表面から内部へ差し込まれるにつれてモータ電流は徐々に増加し、ネジに対する回転抵抗が徐々に増加する。次に、Ｔ２の期間、ネジ山が加工物へ入り加工物の内部へさらにネジこまれるときモータ電流は実質的に一定となり、期間Ｔ２の最後に、ネジはほぼ十分効果的に締めつけられ、ネジの頭は加工物の表面に固定される。Ｔ３の期間、ネジの頭と加工物の表面との間の圧力が上昇するにつれてモータ電流が急激に上昇し、期間Ｔ３の最後に、ネジは十分効果的に締めつけられ、次に工具のモータの動力が切られる。
【０００６】
本発明の一つの形態は、工具のモータ電流を監視し、ネジの頭が加工物に接触するときの急激な電流の増加を利用するものである。本発明のこの形態によれば、それゆえドリル・ドライバは、スクリュードライバ用ビットを取りつけるために適合する回転可能な軸と、その軸を回転可能に駆動するモータと、そのモータの電流を監視する手段か、またはそのモータの電流の少なくとも一部に関連するパラメータを監視する手段と、そのモータ電流における変化の割合の増大に対応する変化を検出して応答し、そのモータを停止する手段と、を含むように定義される。例えば、ドリル・ドライバは、モータの回転速度を制御する速度制御装置を有する。モータの電流または他のパラメータを監視する手段は、モータの電力消費を監視することもできる。
【０００７】
一つの実施例において、モータはＡＣモータでもよく、速度制御装置は、双方向性整流器であるトライアック（商標名でゲート制御式半導体スイッチのこと）のような電圧制御整流手段（ゲート整流手段として知られている）を含むことができる。この電圧制御整流手段は、所望の速度を達成するためにパワーオン部分または各ＡＣサイクル部分を制御する手段である。このことは、この電圧制御整流手段の通電時間を監視することにより、またはこの電圧制御整流手段がトリガーされる時期を監視することにより可能である。パワーオン部分の期間は、そのモータの操作中の負荷、それゆえそのモータの消費電流に関連する。
【０００８】
ある状況下において、電流変化の割合が増大した後、ネジの締めつけ動作は継続することが望まれ、それゆえ一つの実施例においては、時間遅れを制御メカニズムに取り入れ、例えば１秒程度モータ停止を遅らせる。他の実施例において、手動優先が設けられ、使用者が自動停止制御か手動制御かを選択できる。
【０００９】
密接に関連した方法であって、本発明の上記形態はまた、スクリュードライバ用ビットを取り付けたるために設けられた回転可能な軸と、その軸を回動させるモータを備えたドリル・ドライバを制御する方法において、そのモータの電流を監視し、若しくはそのモータの電流の少なくとも一部に関連したパラメーターを監視する段階と、そのモータの電流の変化の割合の増大に対応する変化の検出に応じてそのモータを停止させる段階と、を備えたドリル・ドライバの制御方法を提供する。
【００１０】
本発明の他の形態によれば、スクリュードライバ用ビットを取り付けた回転可能な軸と、その軸を回動させるモータを備え、所定の導通時間のみモータが駆動されるドリル・ドライバを制御する方法であって、所定の時間期間内に、所定のモータ速度を維持するために必要な導通時間の変化の割合の関数である第１の値を与え監視する段階と、その第１の値が所定の期間の終了以前に所定の第２の値を超えたときに、そのモータを停止させる段階とを備えたドリル・ドライバの制御方法を提供する。添付図面を参照して本発明による手持ち式動力ドリル・ドライバに関する二つの実施例を以下に詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明のドリル・ドライバの一部分を示す斜視図である。図１に一般的に使用されるドリル・ドライバの外観を示す。本図に示すドリル・ドライバは、本体１とトリガー３を設けたハンドル２とからなり、トリガー３はハンドル２内に収容されたオンオフスイッチを制御する。トリガー３はまた逆転スイッチ（図示せず）と一体となり、しかしながら、所望のとき、スクリュードライバ動作中を除いて逆転の選択は避けることができる。チャック４は図示する本体１から伸びる駆動軸５の終端部に取り外し可能に取りつけられている。
【００１２】
使用者が、容易に接近でき、かつ容易に見ることができる本体１の上部表面上には、キーボード６と例えば液晶表示器（ＬＣＤ）画面の表示器とが配置され、表示パネル７を構成する。表示パネル７は、本体１内に収容されるユニットの一部であり、本体１とハンドル２をなすクラム・シェル（蛤の貝）の両半分の間に保持される。
【００１３】
キーボード６は、実際のキーを覆い、個々のキーを識別する矢先の形状をした直立部分８、９を含む膜により覆われる２つのキーを有する。使用者がどのキーを使用するかを容易に識別できるように、矢先８、９は、それぞれ上方、下方を示し、リジェンド（記号）“＋”、“−”が示されている。その直立部分の下にキースイッチの可動エレメントが配置されている。このようなエレメントは、その膜にまたはその膜と一体に付けられた導電性ゴムのブロックを含んでもよく、そのキースイッチを形成する膜の下方の表面上の固定接点と共働する。その膜の直立部分上における下方への圧力は、導電性ゴムのブロックを個々の固定接点またはプリント回路基板上の導電性パターンに電気的接触させる。その圧力が取り除かれるや否や、そのブロックはその固定接点から離れる。
【００１４】
ＬＣＤ１０は、表示パネル７の部分を形成し、表示パネル７は、表示器１０の隣に、ドリルの寸法をミリメートルで表示した一連の番号をもつ各欄１２、１３、１４、１５を有する。この番号は、図示するように水平な列に配列される。各欄のヘッドにはシンボル１６、１７、１８、１９があり、それぞれ金属加工物、ブリック（煉瓦）加工物、木加工物、およびアルミニウム加工物を示す。欄の下方には、異なる寸法のネジを表したシンボル表現と文字“ＡＴＣ”（自動トルク制御）を含む２つの水平区分２０、２１がある。表示器１０の右上方の端部には、磨き用またはワイヤブラシ用のブラシを表すシンボル２２がある。表示器１０の下端方向の右手側に、一組のシンボル２３、２４、２５、２６があり、それぞれ穴明け、金属加工物、アルミニウム加工物、および木加工物を表す。シンボル２３〜２６の付近における表示パネルの表面上に２つの部分からなる矢先２７があり、その矢先のポイントは水平ライン２８の下方に丁度終結する。
【００１５】
図２は本発明によるドリル・ドライバの表示パネルとキーボードの平面図である。図２に示すようにその表示パネルの下方端部には０ｍｍ（直径）が示されている。ＬＣＤ１０は、一つづつ上に配列される一連の１２個のバーセグメントからなる。スイッチが使用者により操作されたときセグメントは見えるようになる。“＋”スイッチを押すと見えるよになったセグメントの番号を表示器の底から上昇させ、他方“−”スイッチを押すとその逆で底に向かって下降させる。両方のスイッチを同時に押すとモータを最大速度で回転させる。例として、図２の参照番号２９に３つの見えるよになったセグメントを示す。図２から判るように、セグメントがこのように表示器内に配置されているので、セグメントが見えるようになったとき、これらのセグメントは欄１２〜１５の番号の他の水平列に整列する。表示パネル７は、大きいか小さいネジに対する、金属、ブリック、木、またはアルミニウム（リジェンド１２、１３、１４、１５により示される）に対する、または磨くのかワイヤブラシするのかに対する（リジェンド２２により示される）、または穴明けするのかに対する（範囲リジェンド２４−２８と関連するリジェンド２３により示される）それぞれの最適速度（ネジ駆動に対する自動トルク制御付きで）を使用者に選択可能ならしめる。図２に示されるＬＣＤ表示器の下端の下にマーク２００ＲＰＭ（モータ最低速度）が記され、また同一水平ライン上に０ｍｍが記されている。表示器の上端の上に２６００ＲＰＭ（モータ最高速度）が記されている。
【００１６】
図３は本発明によるドリル・ドライバの制御手段、すなわち工具モータ制御回路のブロック図である。このブロック図は例えば三菱電機株式会社製の型式５０９２７のマイクロプロセッサ３０を含む。図２に示した矢先８、９の下のキーボードのキーは、それぞれ３１、３２で示され、マイクロプロセッサに直接入力される。ブロック３３は、後述の機能を有するリセット回路である。ブロック３４は、そのセグメントが図示するマイクロプロセッサ３０から直接出力されるＬＣＤ１０である。このモータ制御回路は、端子３５、３６における主電源からブロック３７で示す電源ユニットを介してエネルギーが供給され、主電圧をその制御回路により要求されるレベルに降下させると同時に通常の安定電圧を供給する。端子３５、３６を横断して、工具駆動モータの電機子３８とその電機子に直列接続する２つの界磁巻線３９とが電気的に接続される。トリガー操作用モータ制御スイッチは参照番号４０で示される。モータへの電源供給は、モータに直列接続されるトライアック４１により調節され、そのトライアックの点孤角はマイクロプロセッサ３０によりブロック４２として図３に示される制御回路を介して制御される。この実施例において、制御回路４２はマイクロプロセッサ３０からの入力から４ビットの時間遅れをもって供給されるプログラム可能なタイマーを有する。この時間遅れは、トライアック４１が通電するようトリガーされる位相遅れ角度に相当する。モータの回転速度の調節は、ブロック４３により示されるモータ軸の速度測定回路とマイクロプロセッサ３０とにより制御される。この速度測定回路４３は、モータ軸に直接的または間接的に結合する速度検出デバイス（図示せず）からの入力を受ける。速度検出デバイスは、モータ軸上に取りつけられたスロットディスクと光感応素子上にそのスロットディスクを介して直射光を照射するよう配置した光源とを含む例えば光学センサでもよい。他に、例えばホール効果型またはコイルによる磁気センサでもよい。
【００１７】
制御回路はまた、全ての操作に対するソフトスタート、全てのモードにおけるアンチ・キックバック保護、ネジ駆動モードにおいてのみ許容される逆方向回転、およびアンチ・キックバック保護に従う操作を提供する。さらに制御回路内には、ブロック４４で示すサーミスタやサーモスタットの手段によりモータを熱に対して保護する制御回路が設けられ、モータ温度を示す信号を供給する。
【００１８】
ドリル・ドライバがドリルモードで操作中のとき、この制御回路は、使用者にドリルの寸法や加工物の材質による最適速度を選択させ、モータの負荷が種々に変化するにも関わらずその速度を一定に維持する。
【００１９】
ドリル・ドライバがネジ駆動モードで操作中のとき、この制御回路は、小ネジまたは大ネジのネジ寸法の選択や自動トルク制御を可能とする。
【００２０】
穴明けモードのとき、最適速度の選択とその制御が提供される。
磨きモードかつワイヤブラシモードのとき、この制御回路は、モータの負荷が許容内で種々に変化するにも関わらず、モータ速度を一定値に維持する。
符号４５は、逆転スイッチの接点情報を示す。
上述したように、ネジ駆動操作が実行されたとき、ネジが十分有効に差し込まれたとき工具モータを停止できることは重要なことである。本発明のドリル・ドライバは、この機能を達成するようトルク制御を取り入れている。
【００２１】
図５はトライアックの通電パターンの波形を示す図であり、（Ａ）はネジの柄が加工物内に差し込まれるときの図を示し、（Ｂ）はネジの頭が加工物に接触するときの図を示す。図５の波形を示す図において、Ｆ１・・・Ｆ６の線は１組の点火角を表し、点火角Ｆ５はドライバのチャックがある予め定められた速度、例えば２００ｒｐｍで回転させるためにトライアックがオンとなる時間（即ちトライアック通電時間）である。チャックに負荷が加えられると、要求速度を維持するために通電時間は増加する。従って、ネジの柄が加工物中に差し込まれている間は、図５（Ａ）のハッチングで表される通電時間（あるいは点火角）は小さい。しかしながら、ネジの頭が加工物に到達すると、速度を維持するために図５（Ｂ）のハッチングで表されるように通電時間の本質的な増加が要求される。マイクロコンピュータ３０は図５（Ａ）の状態から図５（Ｂ）の状態への急速な変化を認識し、これが発生した時にはモータを停止するようにプログラミングされている。
【００２２】
上述のように、図５（Ａ）および（Ｂ）上の線Ｆ１・・・Ｆ６は１組のトライアックの点火角を表し、点火角の増加の割合を監視することによって、ネジ差し込みの終了時点において工具モータの非励磁が望ましい瞬間を正確に検出することが可能となる。このように、点火角Ｆ１・・・Ｆ６のそれぞれは、例えば４ビットの符号、角度Ｆ１は符号００００、角度Ｆ２は符号０００１、角度Ｆ３は符号００１１等のようにある値で定義される。この点火角の定義はマイクロコンピュータのプログラミングによって達成される。
【００２３】
マイクロコンピュータはまた点火角の変化の割合を監視するようにプログラムされ、符号０１１０によって定義される角度から符号１０００によって定義される角度への変化が所定の時間間隔内に発生したときに、工具モータは非励磁にされる。この図は、モータ電流における変化の割合の増大に応じた変化が検出されたときに如何にモータが停止されるかを示している。即ち、所定時間内に点火角の増加が検出され、この点火角はモータ電流の少なくとも１部に関連した１つのパラメータである。比較がなされる点火角符号は図４に示す時間間隔Ｔ３の始めと終わりを示すように選択される。
【００２４】
ドリルあるいはドライバの使用中は、まず主電源に接続することが必要となる。これはリセット回路３３からの信号による制御回路のリセットを開始する。リセットはＬＣＤ１０のものを含む制御回路中の全てのメモリのリセットおよびすべての入力ポートと出力ポート、インターラプトのセットアップを含む。
【００２５】
図６から図８はマイクロコンピュータの制御プログラムのフローチャートである。最初に上述のようにリセットされ、プログラムは例えば表示パネル７に表示されるデフォルトドリル速度であるドリルに対する種々のデフォルト値を設定するステップ５０から開始される。
【００２６】
初期ステップ５０の後に、プログラムはステップ５２に進み、トリガー３に結合されたスイッチ４０が操作されているか否かを試験する。スイッチが操作されていないときは、プログラムは表示パネル７からの入力を実行するステップ５４を介してループし、プログラムは試験ステップ５２に戻る。プログラムは使用者がトリガー３を押し、スイッチ４０を操作するまでこのループを繰り返す。
【００２７】
スイッチ４０が操作されると、プログラムはステップ５６および５８に進みドリル・ドライバの動作特性を制御するための制御変数を設定する。ドリル・ドライバの１つの特徴は、リセット状態から所定の速度に到達するまで徐々に増速するドリルモータのソフトスタートである。ゆるやかな回転のためにプログラムステップ５８は制御回路４２に最大タイマー値（トライアック４１が点火される前の最大遅れ、即ち最小通電時間に対応する。）をロードする。
【００２８】
速度制御は、ステップ６０から７０で実行され、ソフトスタートの特徴はループ帰路７２によって示される速度制御ステップ中のサブループで実行される。ステップ６０は交流電源がゼロ交差しているか否かを試験し、もし否定されればステップはゼロ交差が検出されるまで単に繰り返される。その後、ステップ６２は所定時間遅れの後にトライアックを点火するために制御回路（タイマー）４２を始動する。ステップ６４はソフトスタートの特徴がまだ操作中であれば、ソフトスタート変数をリフレッシュする。特にステップ６４はトライアック４１の通電時間を増加するために制御回路（タイマ）４２に対する遅れ時間を減少し、モータ速度を増加する。ステップ６６はモータが所定速度にすでに到達してるか否かを試験し、否定されればプログラムはループ帰路７２を介してステップ６０に戻る。いったんモータが略所定速度に到達すると、プログラムはステップ６８に進みソフトスタート動作を終了する。ステップ６８および７０は速度監視および速度安定処理を実行する。特に比例・積分・微分（Ｐ．Ｉ．Ｄ）パラメータは実モータ速度と設定速度との差を示すように演算される。ステップ７０は制御回路（タイマー）４２に対し値をリフレッシュし、Ｐ．Ｉ．Ｄパラメータに従属するために必要な値を調整する。もし実モータ速度が設定速度より小であれば、タイマ値は増加されトライアック４１の通電時間を増加する。もし実モータ速度が設定速度より大であれば、タイマ値は減少されトライアック４１の通電時間を減少する。
【００２９】
もしスクリュードライバ動作が選択された場合は、プログラムはプログラムステップ７６から９０によって実行される自動トルク制御のためにステップ９４を通過する。ステップ７６および７８は、動作（電流に関連した）スロープおよび実（電流に関連した）スロープを決定するために制御回路（タイマー）４２に出力される遅れ時間に基づいて演算を実行する。動作スロープはネジの軸が加工物に差し込まれるスロープ（図４のＴ２部分）を表している。ステップ８０は実スロープが動作スロープを超えているか否かを試験する。従ってプログラムは試験の結果に応じて「スロープカウンタ」と呼ばれる変数を変更する。変数は実スロープが動作スロープを超えたプログラムの回数を示している。試験ステップ８０が実スロープが動作スロープより大きくないことを示す度に、プログラムはステップ８２に進みスロープカウンタ変数をデクレメントする。次にステップ８４および８６で変数が零以下に降下したか否かを試験し、もし肯定されれば変数を零に設定する。実スロープが動作スロープより大きくなったことが示される度に、プログラムはステップ８８に進みスロープカウンタ変数をインクリメントする。次にステップ９０において変数が予め定めた値、典型的な実施例においては予め定めた値は５であるが、を越えたか否かを試験する。予め定められた値を越えた場合には、ドリルを自動的に停止する条件であり、プログラムは以下の述べるプログラムラベル「ウエイトオフ」に分岐する。予め定められた値を越えない場合には、通常のプログラム実行が継続される。
【００３０】
スロープカウンタ変数を使用するこの技術は、実際のスロープが動作スロープよりも大であることが検出された後モータが停止する前に短い遅れを実行する。６回の連続した、あるいは最近のそのような条件の発生が検出されるまではモータは停止されない。プログラムステップ８２から８６が実スロープが動作スロープ以上でない次の機会にスロープカウンタ変数の値をデクレメントするために、プログラムはまた増加されたスロープの疑似的発生の低回数でのモータの停止を避ける。
【００３１】
プログラムラベル「ウエイトオフ」はプログラムをステップ９２から９６に導き、モータを自動的に停止する。プログラムステップ９２は制御回路（タイマー）４２を停止し、それ以後のトライアック４１の通電を禁止しモータへの電力供給を禁止する。プログラムステップ９４は使用者がスイッチを非動作とするためにトリガー３を開放したか否かを試験し、もし否定されればプログラムステップ９４はトリガー３が開放されるまで繰り返される。その後、プログラムステップ９６はドリルの再使用を可能とするためにプログラムステップ５２の戻すプログラムラベル「ループオフ」にプログラムの実行を向ける。
【００３２】
もしプログラムが「ウエイトオフ」に分岐しない場合には、実行は過熱防止機能を避けるステップ９８から１０８を継続する。「温度カウンタ」と呼ばれる変数は規定温度以上の連続発生の回数を記録するために使用される。プログラムステップ１００はドリルが規定温度以上でない場合に温度カウンタを零にデクレメントし、プログラムの流れは下記のステップ１１０にジャンプする。プログラムステップ１０２はドリルが規定温度以上となったときにカウンタがインクリメントする。プログラムステップ１０４は温度カウンタ変数が予め定められた「制限」を越えたか否かを試験し、もし越えていればドリルが最大速度設定でない場合はプログラムは「ウエイトオフ」ルーチンに分岐する。もしドリルが最大設定速度である場合にはプログラムはステップ１１０に進む。
【００３３】
プログラムステップ１１０はスイッチ４０がオフであるか否か、即ち使用者が引き金３を開放したか否かを試験する。もし否定判定されれば、プログラムはプログラムステップ６０に戻すプログラムラベル「ループオン」にプログラムを戻す。このようにプログラムは連続速度制御、スクリュードライバのモードにおいては自動トルク制御を実行するために繰り返される。スイッチ４０がオフであると決定されれば、プログラムステップ１１２は、上記のプログラムステップ９２と同様にドリルモータを停止するために制御回路（タイマー）４２を停止する。プログラムはプログラムラベル「ループオフ」にジャンプするプログラムステップ９６に進む。
【００３４】
ドリルがネジ用ドライバモードで操作されていないときは、プログラムステップ７６から９０によって達成される自動トルク制御機能はバイパスされる。プログラムの分岐はステップ７４からステップ１１４の間で行われる。ステップ１１４はアンチキックバック保護を実行する。
【００３５】
さらなる安全機能がプログラムの速度制御部分であるステップ６２と６４の間に挿入されるプログラムステップ１１６によって提供される。ステップ１１６はドリルの逆転スイッチがドリル使用中（即ちモータ回転中）に操作されたか否かを試験する。もし操作されていれば、プログラムはステップ１１８に分岐し、制御回路（タイマー）４２を停止し、ドリルモータを停止する。そしてプログラムは上記のプログラムラベル「ウエイトオフ」にジャンプする。
【００３６】
上記の実施例はＬＣＤを具備するドリル・ドライバである。発明は勿論ネジ駆動機構を有するいかなる電動ドライバあるいは電動ドリルにも応用可能であり、例えば工具の事前設定がＬＣＤ表示パネル上のボタンでなくポテンショメータを制御する回転スイッチである電動ドリルあるいはドライバであってもよい。本発明の第２の実施例を図９および図１０を参照して以下に説明する。
【００３７】
図９は１６段の直列メモリシフトレジスタ１１４の構成図である。レジスタ１１４はマイクロコンピュータ３０の一部であり、その制御のもとで動作する。時間遅れ入力を有する制御回路４２中のプログラマブルタイマーを供給するに加えて、マイクロコンピュータ３０はこの遅れ時間を以下のようにレジスタ１１４にも供給する。
【００３８】
図５（Ａ）および５（Ｂ）に示すようにトライアック４１が点火されるであろう各半サイクルは１０ｍｓである。この１０ｍｓはマイクロコンピュータ３０における５００カウントに対応する。従って、もし、例えばある所定の半サイクルの間でトライアック４１が点火される前に２ｍｓの遅れがあるものとすると、これは１００カウントに相当する。これは計測されているトライアック４１自体の点火間隔ではなく点火前の遅れ時間であることは記憶されるべきであろう。
【００３９】
再度図９を参照すると、レジスタ１１４の１６段のそれぞれはマイクロコンピュータ３０から半サイクル間のトライアック４１の点火前の遅れ時間に相当するカウント値が入力されていることが判る。従って最も最近の（即ち現在カウント中の）カウント値が第１段を占め、最も古いカウント値が第１６段を占める。シフトレジスタ１１４が記憶を保持する時間長は１６０ｍｓ（１６段それぞれが１０ｍｓ）であり、シフトレジスタはファーストイン・ファーストアウト（ＬＩＦＯ）型であることは明らかである。
【００４０】
レジスタ１１４の各段中のカウント値は、前記の例のようにドリル・ドライバの軸の回転数を一定速度、ここでは２００ｒｐｍ、に維持するために必要なトライアック４１の点火前の遅れ時間である。
【００４１】
いったんドリル・ドライバがレジスタ１１４の全段に対応するカウント値を記憶するのに十分な時間長励磁されると、マイクロコンピュータはドリル・ドライバの励磁を継続するかあるいはそれを停止するかを決定するために必要な以下の演算を実行する。
【００４２】
シフトレジスタ１１４の各カウント値の更新に対して、マイクロコンピュータ３０はレジスタ１１４の１６段を２等分に分割する。一方の半分は８つの古いカウント値、８_OLDから構成され、他方の半分は８つの新しいカウント値８_NEWから構成される。
【００４３】
従ってマイクロコンピュータ３０は全８_OLDのカウント値の平均値である平均値８_OLDと全８_NEWのカウント値の平均値である平均値８_NEWを演算する。これにより２つの演算平均値８_OLDと平均値８_NEWとが求まる。
次に以下の演算が実行される。
平均値８_OLD− 平均値８_NEW→ ＲＥＳＵＬＴ
【００４４】
値ＲＥＳＵＬＴは一つの数であり、以下に説明するように、さらに導かれる値と比較するために使用される。しかしながら、以下の点は明らかである。即ち、レジスタ１１４の各カウントは実際にトライアック４１の点弧前の遅延量なので、さらにネジの柄部分が加工物内に差し込まれ、その結果、ネジにより発生するドリル・ドライバへの抵抗が増大し、トライアックの点弧前の遅延が、前述の実施例で説明したように、定常状態で２００ｒｐｍを維持するために、付随的に減少する。従って、ネジはさらに加工物内に差し込まれ、その結果、平均値８_NEW及び平均値８_OLDはより小さくなる。しかしながら、値ＲＥＳＵＬＴは、所定の時間間隔以上にて、平均値８_OLDと平均値８_NEWの間の差として計算されるので、値ＲＥＳＵＬＴは、平均値８_OLDと平均値８_NEWの間の変化の割合が変化しなければ、それ自身で変化することはない。これは図４において説明したように勾配の量で実現する。
【００４５】
上述のように、導かれた値ＲＥＳＵＬＴはドリル・ドライバを停止するか否かを判断するために、他の導かれた値と比較することが必要である。この導かれた値ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹは、以下のように計算される。
ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ＝Ｋ−（平均値８_NEW／４）
ここで、Ｋは数であり、特定のドリル・ドライバに対して一定であり、平均値８_NEWは、図９に示すように８_NEWカウントの平均値を示す。
【００４６】
マイクロプロセッサ３０は、下記の条件式を保持するときにのみドリル・ドライバを停止する。
ＲＥＳＵＬＴ＞ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ
このような決定段階を図１０のフローチャートで示す。
上記の条件である、式ＲＥＳＵＬＴ＞ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ、が保持されないときは上述の全段階が繰り返され、レジスタ１１４のカウント値と共に、１ステージ、即ち、他方の半サイクルにより更新される。これは、値１６が捨てられステージ１における新たな値がマイクロプロセッサ３０により入力され、以前の全ての値１〜１５はレジスタ１１４に沿って１ステージだけ移動する、ことを意味する。
【００４７】
再度、導かれた値ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹについて説明すると、いくつかの状況において、異なるドリル又びドライバに対して異なる感度レベルを与えることが望まれると認識されている。これは、電流又は電流の少なくとも一部に関連するパラメーターの増大の割合について強制することであり、このような強制は停止が生じる以前に許容され得る。
【００４８】
例えば、前述したように、モータを流れる実際の電流値はネジの寸法に依存している。また、ネジが駆動されるべき加工物の堅さにも依存している。従って、柔らかい材木のための小さなネジに対しては、堅い材木のための大きなネジよりもより少ない電流及び緩やかな勾配（図４参照）が見られる。しかしながら、上述したように、ドリル・ドライバが、堅い材木の中へ大きなネジの柄部分を差し込んでいる時に、以下の式、
ＲＥＳＵＬＴ＞ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ
の要件を保持するに充分なネジに生じる抵抗の変化を検出し（即ち、材木の不均一性に起因して）、ドリル・ドライバは停止する。
【００４９】
大きなネジによる抵抗のこのような変化は、柔らかい材木の表面に接触している小さなネジの先端で生じる抵抗と同等である。そこで、ドリル・ドライバが、柔らかい材木のための小さなネジを差し込むように実際に使用されているときは、満足すべき結果が達成される。しかしながら、ドリル・ドライバが、堅い木材のために大きなネジを差し込むときは、結果的に不本意な停止が生じる。
【００５０】
従って、異なるドリル・ドライバに対してＫの値を変える可能性を提案することにより、上述の問題点は緩和される。例えば、Ｋは、上述の問題が変わり大きなネジのみが特定のドリル・ドライバに使用されるように設定される。これは、加工物表面に作用している小さなネジの先端による抵抗は、Ｋの値の変化に起因する値ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹにおける変化に基づき保持するために、次式
ＲＥＳＵＬＴ＞ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹ
を生じるのに充分ではない。
【００５１】
上述の計算に使用された値の例は、以下の説明及び図１１〜図１３に示される。これらの図面においてシフトレジスタ１１４内に保持されたデータは実際には１６進数及び１０進数で保持されている。Ｋの値はここで４００に選ばれる。
【００５２】
図１１はシフトレジスタ１１４の１６ステージの各々について１６進数カウント及び対応する１０進数カウントで示し、ドリル・ドライバは無負荷の条件で駆動した場合である。即ち、ドリル・ドライバは駆動されるが、チャック４に作用するような抵抗性負荷の無い空間内を駆動する。１０進数は８_OLDと８_NEWに分けられる。
【００５３】
ドリル・ドライバを停止する否かの決定に必要な計算は保証される。図１１の１０進数の欄を参照すれば明らかなように、以下の数式が与えられる。
平均値８_OLD＝３７２かつ平均値８_NEW＝３７１
ゆえに、平均値８_OLD−平均値８_NEW＝３７２−３７１＝１
∴ ＲＥＳＵＬＴ＝１
値ＲＥＳＵＬＴが比較されるべき値は、値ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹであり、以下の数式で与えられる。
【００５４】

従って、式ＲＥＳＵＬＴ＜ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹであり、ドリル・ドライバは停止されず、シフトレジスタ１１４のステージの全ての値は、最も古い値を捨て新しい電流値を提供するように１つの位置だけスクロールし、又は図１１乃至１３の最下段の値ＡＣＴＵＡＬを１つの位置だけスクロールする。
【００５５】
図１２は図４の領域Ｔ─２に沿ってドリル・ドライバがネジの締めつけ動作を実行する場合を示す。この場合、以下の数式で値ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹが与えられる。
平均値８_OLD＝３４８かつ平均値８_NEW＝３３８
ゆえに、平均値８_OLD−平均値８_NEW＝３４８−３３８＝１０
∴ ＲＥＳＵＬＴ＝１０

従って、式ＲＥＳＵＬＴ＜ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹであり、その結果、ドリル・ドライバは停止されない。
【００５６】
図１３は図４における領域Ｔ−２から領域Ｔ−３への遷移を示す。この場合、以下の数式で与えられる。
平均値８_OLD＝３５７かつ平均値８_NEW＝３１７
ゆえに、平均値８_OLD−平均値８_NEW＝３５７−３１７＝４０
∴ ＲＥＳＵＬＴ＝４０

従って、式ＲＥＳＵＬＴ＞ＳＥＮＳＩＴＩＶＩＴＹであり、その結果、ドリル・ドライバは停止される。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、工具により発生されるトルクをより有効に検出し制御する手段を備えた動力工具が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドリル・ドライバの一部分を示す斜視図である。
【図２】本発明によるドリル・ドライバの表示パネルとキーボードの平面図である。
【図３】本発明によるドリル・ドライバの制御手段のブロック図である。
【図４】スクリュードライバ動作中に生じるモータ電流の変化を示す図である。
【図５】トライアックの通電パターンの波形を示す図であり、（Ａ）はネジの柄が加工物内にねじ込まれるときの図を示し、（Ｂ）はネジの頭が加工物に接触するときの図を示す。
【図６】本発明によるドリル・ドライバ制御の前半フローチャートである。
【図７】本発明によるドリル・ドライバ制御の中半フローチャートである。
【図８】本発明によるドリル・ドライバ制御の後半フローチャートである。
【図９】本発明の第二実施例のシフトレジスタの説明図である。
【図１０】本発明による第二実施例のドリル・ドライバ制御のフローチャートである。
【図１１】ドリル・ドライバが無負荷のときの図９のシフトレジスタ内に保持される典型的データを示す図である。
【図１２】ドリル・ドライバが加工物にネジを締めつけるときの図９のシフトレジスタ内に保持される典型的データを示す図である。
【図１３】ドリル・ドライバの締めつけ動作が終了に到達したときの図９のシフトレジスタ内に保持される典型的データを示す図である。
【符号の説明】
１…本体
２…ハンドル
３…トリガー
４…チャック
５…駆動軸
７…表示パネル
１０…表示器
３０…マイクロプロセッサ
３３…リセット回路
３４…ＬＣＤ１０
３７…電源ユニット
４２…制御回路
４３…速度測定回路
４４…モータ温度検出部

Claims

スクリュードライバ用ビットを取り付けるために設けられた回転可能な軸と、該軸を回動するためのモータと、該モータ内の電流を監視し若しくは該モータ内の電流の少なくとも一部に関連するパラメーターを監視する監視手段とを備えたドリル・ドライバにおいて、
前記モータ内の電流の変化の割合の増加に対応する変化の検出に応じて、前記モータを停止するように動作する手段をさらに具備することを特徴とするドリル・ドライバ。
前記ドリル・ドライバは前記モータの回転速度を制御する速度制御装置をさらに具備する請求項１に記載のドリル・ドライバ。
前記監視手段は前記モータの消費電力を監視する手段を備えた請求項２に記載のドリル・ドライバ。
前記モータは交流モータであり、前記速度制御装置は、所望の速度を達成するために、パワーオン部分若しくは各交流サイクル部分を制御する電圧制御整流手段を備えた請求項３に記載のドリル・ドライバ。
前記監視手段は各パワーオン部分の期間を監視する期間監視手段を備えた請求項４に記載のドリル・ドライバ。
前記期間監視手段は、前記電圧制御整流手段の導通時間を監視する手段を備えた請求項５に記載のドリル・ドライバ。
前記期間監視手段は、前記電圧制御整流手段が導通のためにトリガされる時期を監視する手段を備えた請求項５に記載のドリル・ドライバ。
一度電流の変化の割合の増大に対応する変化が検出されると、前記モータが停止する以前に前記電圧制御整流手段の導通時間を遅延時間だけ継続させた後に該モータを停止するよう制御する制御手段をさらに具備した請求項４〜７の何れか１項に記載のドリル・ドライバ。
前記モータについて自動カットオフ制御か手動制御かを選択する手動優先手段をさらに備えた請求項１〜８の何れか１項に記載のドリル・ドライバ。
スクリュードライバ用ビットを取り付けるために設けられた回転可能な軸と、該軸を回動させるモータを備えたドリル・ドライバを制御する方法であって、該方法は、前記モータの電流を監視し若しくは前記モータの電流の少なくとも一部に関連する導通時間のようなパラメーターを監視する段階と、前記モータの電流の変化の割合の増大に対応する変化の検出に応じて前記モータを停止させる段階と、を備えたドリル・ドライバの制御方法。
スクリュードライバ用ビットを取り付けるために設けられた回転可能な軸と、該軸を回動させるモータを備え、所定の導通時間のみ前記モータが駆動されるドリル・ドライバを制御する方法であって、
（ｉ）所定の期間内で所定の一定モータ速度を維持するよう要求される前記導通時間を監視し（ａ）、前記監視された導通時間を用いて第１および第２の値を計算する（ｂ）段階と、ここで第１の値は前記所定の一定モータ速度を維持するために必要な前記導通時間の変化の割合の関数であり、
（ii）前記第１の値が、前記所定の期間の終了前に前記第２の値を超えたとき前記モータを停止する段階と、
を備えたドリル・ドライバの制御方法。
所定のモータ速度が定常状態のモータ速度である請求項１１に記載のドリル・ドライバの制御方法。