JPH09314476A

JPH09314476A - トルク出力を制御するモータ制御回路を備えた電動工具

Info

Publication number: JPH09314476A
Application number: JP15618996A
Authority: JP
Inventors: Alan A Gilmore; エーギルモアアラン
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1996-05-27
Filing date: 1996-05-27
Publication date: 1997-12-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の主目的は、所与のサイズのモータ及び
ギア列をもつ電動工具の有効トルク出力を大幅に増大で
きるモータ速度制御回路を備えたポータブル電動工具を
提供することにある。【解決手段】上記目的は、工具ホルダ（２２）が連結さ
れた出力スピンドルを駆動する電気モータ（１６）と、
モータへの電力の供給を制御するための作業者が操作可
能なスイッチ（２４、Ｒ１）と、該スイッチ（２４、Ｒ
１）の位置に従ってモータ（１６）に供給される電力を
変調する制御回路（２６、３２、１３０、１３２）とを
有する電動工具（１０）において、前記制御回路（２
６、３２、１３０、１３２）は、前記スイッチ（２４、
Ｒ１）が実質的に固定位置にある間に、モータが、前記
出力スピンドルに加えられるトルクに実質的な変化を生
じさせるように、前記モータ（１６）に供給される電力
を変調することを特徴とする電動工具により達成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動工具に関し、よ
り詳しくは、電動工具の有効出力を増大させ且つ良好に
制御するモータ制御回路を備えた可変速ドリル等の電動
工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、可変速ドリル及び電動スクリュ
ウドライバ等の電動工具は、モータに供給される電流の
大きさを制御することにより工具の出力スピンドルの速
度を制御するモータ制御回路を備えている。所望のモー
タ速度は、通常、作業者がトリガスイッチの位置を変え
ることにより選択される。

【０００３】電動工具に開ループモータ制御回路が設け
られている場合には、工具が負荷を受けると、工具の出
力スピンドルの速度は低下し、且つモータにより消費さ
れる電流は増大する。従って、比較的一定の出力速度が
望まれる場合には、作業者は、トリガスイッチを更に引
っ込めて、モータに供給される電力を増大させることに
より、モータ速度の低下を手動により補償しなければな
らない。電動工具に閉ループモータ制御回路が設けられ
ている場合には、一般に、制御回路は、工具の出力スピ
ンドルに負荷が作用すると、モータに供給される電力の
大きさを自動的に増大させて所望の速度を維持するよう
に設計されている。

【０００４】かくして、例えばワーク（加工物）にねじ
をねじ込む電動スクリュウドライバに使用される場合に
は、制御回路が開ループ制御を行なうか閉ループ制御を
行なうかに係わらず、モータを通る電流は、ねじをねじ
込むのに要するトルクの増大につれて増大する。この作
動は、作業者がトリガスイッチを解放するか、ねじ込み
に要する増大トルクが工具のトルク能力を超えるまで続
けられる。従って、多くのポータブル電動工具（特に電
動スクリュウドライバ）の有効性は、工具の最大トルク
出力能力に直接関係する。工具のトルク出力能力が大き
いほど、工具が有効で且つ多用途に使用できるようにな
ることは明白である。しかしながら、工具のトルク出力
能力を大幅に増大させるには、一般に、モータのサイズ
従って工具のサイズ、重量及びコストを増大させる必要
がある（ギア列による変速を選択できない場合）と考え
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主目
的は、所与のサイズのモータ及びギア列をもつ電動工具
の有効トルク出力を大幅に増大できるモータ速度制御回
路を備えたポータブル電動工具を提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、ワークにねじをねじ
込むときに特に有用な、作業者による工具のトルク出力
の良好な制御を可能にするモータ制御回路を備えた電動
スクリュウドライバ等のポータブル電動工具を提供する
ことにある。

【０００７】本発明に使用されるモータ制御回路は、限
界電流レベル（threshold currentlevel)に到達後の所
定時間の間、モータを間欠的にパルシングさせることに
より上記目的を達成できる。より詳しくは、モータに連
結されたギア列が少なくとも部分的に「弛緩（relax)」
するのに充分な時間の間、電動ドリルのモータへの供給
電力が減少され且つ次に増大されると、モータは、ギア
列の弛緩（すなわちバックラッシ）が除去される前に位
置エネルギを発生することができる。実際に、モータ
は、ギア列が弛緩している間に「ランニングスタート」
する余裕がある。ギア列のバックラッシが除去されると
き、ギア列に作用するモータトルクの急激な衝撃によ
り、ドリルの出力スピンドル（従って、該スピンドルに
固定されたドライビングビット）には急激で高いトルク
のバースト（爆発的作用）が伝達される。モータのこの
パルス制御が反復されると、モータは、一連のトルクバ
ーストをギア列に加えることができ、このトルクバース
トは、ワークの表面内及び表面下への木ねじの良好な仕
上げねじ込みに使用できる。かくして本発明の制御機構
は、静摩擦に打ち勝ったときにねじが回転し過ぎないと
いう事実から、良好なユーザ制御を提供する。確かに、
各トルクパルスにより、静摩擦に打ち勝って、ねじが寸
動的にねじ込まれる。

【０００８】上記パルシング作動は、木ねじ及び同類の
用具をワーク表面にねじ込むのに使用する場合に特に便
利且つ有効であることが判明しているけれども、慣用的
な可変速ドリル等の他の形態の動力工具では不可能な、
ワーク内にきつく取り付けられたねじ等の緊締具を「破
壊的に緩める（breaking loose) 」ための有効手段であ
ることも判明している。可変速ドリルの作動を反転させ
且つ上記パルシング作動によりモータが与える高トルク
のバーストは、このような緊締具の初期除去に要する高
レベルの固着力に打ち勝つのに極めて有効であることが
判明している。

【０００９】従って本発明の他の目的は、ドリルの作動
中の所定周期でモータが交互に完全パルス作動し且つ次
に完全停止するようにモータを制御する制御回路が組み
込まれた可変速電動ドリル等の電動工具を提供すること
にある。

【００１０】本発明の他の目的は、電動工具の作業者
に、交互に完全オン／オフ作動する時点を調節する手段
を与える制御回路を備えた電動工具を提供することにあ
る。

【００１１】本発明の他の目的は、モータに供給される
電流が、作業者が調節できる限界レベル設定値を超える
と、自動的に交互に完全オン／オフ作動モードに入る電
動工具を提供することにある。

【００１２】本発明の更に別の目的は、作業者が、工具
の交互作動フェーズ中にトルクバーストの大きさを制御
できるようにした電動工具を提供することにある。

【００１３】本発明の最後の目的は、比較的低コストの
電動工具での使用に適した本発明のモータ制御回路の簡
単化したバージョンを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の上記及び他の目
的は、本発明の好ましい実施例による電子制御回路を備
えたポータブル電動工具及び方法により達成される。制
御回路は、電動工具（本願明細書では、可変速電動工具
として例示されている）のハウジングすなわち本体内に
配置するのが好ましい。本発明の制御回路は、概略的
に、遷移点（この遷移点で、モータの交互オン／オフ作
動が開始する）を形成する限界電流レベルを設定するた
めの作業者が調節可能な手段と、モータの所望速度を選
択するトリガスイッチと、モータを通る電流を検出する
電流検出回路と、モータへの電流を制御するスイッチン
グ回路と、作業者が選択した限界電流レベルに対して電
流検出回路が検出した電流を比較し且つモータに供給さ
れる電流の大きさを制御すべくスイッチング回路を制御
するコントローラとを有している。モータに供給される
電流が選択された限界電流レベルを超えると、コントロ
ーラは、所定の「オフタイム」間隔だけ電流を一時的に
遮断し、次に、所定のオンタイム間隔だけ最大電流信号
を再び供給して、トリガスイッチが解放されるまでこの
オン／オフ作動を交互に行なう。

【００１５】オフタイム間隔（この間に、コントローラ
は、スイッチング回路によりモータへの電流を一時的に
遮断させる）は、電動工具のモータに連結されたギア列
が、モータに最大電流が再供給される前に充分に「弛
緩」する時間である。この継続時間を表す値は、好まし
くはコントローラのメモリに記憶され且つ制御すべき特
定電動工具のギア列に特有の値である。

【００１６】最大電流信号を所望時間供給し且つ次に所
定時間電流を遮断することを交互に行なうことにより、
電動工具のモータに、電動工具のギア列に対するトルク
の連続的「バースト」を発生させ、これにより、電動工
具の有効トルク出力が大幅に増大される。また、この技
術は、同サイズのモータを備えた慣用的に制御される他
の電動工具では不可能な、きつく螺着された木ねじ等を
「破壊的に緩める」のに極めて有効なことが判明してい
る。

【００１７】本発明の幾つかの好ましい実施例では、複
数の所定の「オンタイム」を記憶するメモリを有し、該
メモリには、限界電流レベル設定手段のセッティングに
基づいてコントローラがアクセスする。かくして、変化
する継続時間のオンタイムは、特定用途の予想条件に正
確に適合させるべく、コントローラにより選択できる。

【００１８】本発明の別の好ましい実施例では、コント
ローラにより行なわれる電流比較は、モータ速度を増大
させるべく電動工具の作動中にトリガスイッチが引かれ
ると、モータの変化（すなわち増大）する速度に従って
修正される。この場合には、作業者により選択される限
界電流レベルは、モータ速度の増大につれて低下する。
この実施例では、モータ速度をモニタリングするのに速
度センサが用いられ、該速度センサはモータ速度を表す
信号をコントローラに供給する。電動工具のトリガを漸
次係合させることによりモータ速度が増大するにつれ
て、コントローラは、作業者が選択した限界電流レベル
信号を漸減させる。この別の実施例は更に、高モータ速
度でのギア列の慣性を補償することを助け且つ電動工具
のモータ速度の如何に係わらずより一定の結果が得られ
るようにすることを助ける。

【００１９】本発明の更に別の作動方法では、モータの
オン／オフ作動（「ラチェッティング作動モード」とも
呼ばれる）の交互が開始する遷移点が、検出されたモー
タ電流の所定の百分率増大に従って決定される。この方
法では、モータを通る電流が最初に測定される。所定の
時間遅延の後、第２回目の電流測定が行なわれる。この
作動は、第２電流測定値が最初の電流測定値より所定の
倍率だけ大きくなるまで連続的に反復される。この時点
で、コントローラはモータの交互オン／オフ作動を開始
する。この実施例では、作業者が調節可能な限界電流レ
ベル手段は、ひとたびラチェッティング作動モードが開
始したならば作業者がモータの所望のオンタイムを調節
できるようにする手段と置換される。

【００２０】この実施例及び作動方法は、作業者が最初
の電流の読みに基づいて、ワークへのねじのねじ込みを
開始すると、ねじのサイズ（従って、ねじ込みに要する
トルク）を「自動的」に検出する方法を提供する。大き
いねじのねじ込みに要する電流は、初期段階では、小さ
いねじのねじ込みに要する電流より大きいので、電流の
所定の増加（例えば２５％又は５０％）に従がう遷移点
の設定により、ねじ込まれるねじのサイズに従ってラチ
ェッティング作動モードが開始する遷移点を自動的に調
節する働きをする。

【００２１】本発明の更に別の好ましい作動モードで
は、遷移点は、モータ速度の所定の低下により決定され
る。この実施例では、モータのラチェッティング作動モ
ードは、モータ速度が所定速度から所定量（すなわち所
定％）又は所定割合だけ低下すると開始される。

【００２２】更に別の実施例は、ラチェッティング作動
モード中のトルクバーストの大きさを作業者が制御でき
る点で優れている。すなわち、ラチェッティング作動モ
ード中に固定のオンタイム／オフタイム期間を与えるの
ではなく、作業者が、トリガスイッチの位置に従ってラ
チェッティング作動モード中に電圧信号のデューティサ
イクルを連続的に変化できるようにするのも望ましい。

【００２３】より詳しくは、慣用的な可変速電動工具
は、モータに供給される電圧信号のデューティサイクル
を変化させることにより、モータ速度を制御する。デュ
ーティサイクル信号の周波数は充分に高く（一般に、１
〜１２ＫＨｚ）に設定され、これにより、モータは、電
力が実際には迅速サイクルでオン／オフされても円滑に
作動する。デューティサイクル信号の百分率オンタイ
ム、従ってモータに供給される平均電力レベルは、トリ
ガスイッチの位置に従って作業者により制御される。

【００２４】従って、モータの通常の可変速制御から上
記ラチェッティング作動モードへの遷移は、簡単に、デ
ューティサイクル制御信号の周波数の変化と見ることが
できる。換言すれば、ラチェッティング作動モードは、
比較的高い周波数制御信号から比較的低い周波数制御信
号（例えば１０〜５０Ｈｚ、この周期は、モータの応答
時間より大きい）に切り換えることにより簡単に達成で
きる。この方法から、ラチェッティング作動モードすな
わち低周波数作動モード中の制御信号のデューティサイ
クルについてのトリガスイッチ制御を連続的に行なうこ
とができ、これにより、作業者が、トルクバーストの大
きさを制御できるようになることは容易に明らかになろ
う。これにより、作業者は、ワークにねじを座合させる
ときのより大きな制御を行なうことができる。

【００２５】最後に、本発明の簡単化した種々のバージ
ョンを説明する。これらの変更実施例では、モータ制御
回路は、慣用的な可変速制御と低周波数パルス作動モー
ドとの間の自動遷移は行なわない。従って、より複雑な
マイクロコンピュータベースコントローラ並びにモータ
電流及びモータ速度を検出するフィードバック回路を省
略できる。

【００２６】本発明のこの簡単化形態の第１バージョン
では、電動工具は、低周波数パルシングモードで連続的
に作動される。より詳しくは、１０〜５０Ｈｚのような
低いデューティサイクル周波数でも、モータへの制御信
号のデューティサイクルを変えることにより、モータ速
度を変えることができる。また、高デューティサイクル
セッティングではオフ周期は比較的短い（一般に、１０
ｍｓｅｃ以下）であるので、モータから工具の出力スピ
ンドルへのトルクの付与は比較的円滑に行なわれる。し
かしながら、デューティサイクル信号が減少すると、連
続パルス間の周期が増大し、これにより、より顕著なパ
ルシング作動が行なわれる。従って、この形態のモータ
速度制御は、ねじをねじ込むべくドリルを制御するとき
に特に有効である。より詳しくは、一般に作業者は、ね
じ込みの初期段階中にフルパワー（１００％デューティ
サイクル）又はほぼフルパワーで慣用的な可変速ドリル
を作動し、次に、ねじ頭が適正深さに座合するようにな
る最終段階中はモータを減速（低デューティサイクル）
させる。従って、この技術は、モータが、低デューティ
サイクルセッティングでより顕著になるパルシング作用
により、フルパワーで慣用的な態様で作動するモータ速
度制御の上記簡単化した形態と容易に互換できる。従っ
て、作業者はねじ込み深さについて非常に優れた制御を
行なうことができる。また、比較的低いデューティサイ
クルセッティングであるにも係わらず、パルシング作用
により、制御可能な増分量でねじをねじ込む大きなトル
クバーストが発生され、これにより、作業者は、ねじ込
み深さを正確に設定できる。

【００２７】本発明の簡単化バージョンの別の実施例で
は、通常の高周波数「ドリリング」作動モードと、低周
波数「ねじ込み」作動モードとを作業者が切り換えるこ
とを可能にするセレクタスイッチが設けられている。

【００２８】最後に、本発明の簡単化されたバージョン
の更に別の実施例は、ＰＷＭ制御信号の周波数を変える
別々に調節可能なノブを設けることを開示する。より詳
しくは、この実施例のトリガスイッチは、ＰＷＭ制御信
号のデューティサイクルを制御する慣用的な態様で機能
する。ＰＷＭ制御信号の周波数を選択的に設定するため
の作業者が操作可能な付加ノブ又はダイアルが、好まし
くはドリルの頂部に配置される。かくして、例えば、よ
り高度の制御を要する小さなねじをねじ込むとき、連続
パルス間の最大オフタイムを短縮し、従ってねじに加え
られるトルクスパイクの大きさを制限する適度に低い周
波数（例えば、５０Ｈｚ）を使用できる。しかしなが
ら、大きなねじを螺着するときには、ギア列を完全に弛
緩させ、これにより大きな位置エネルギを後で発生で
き、ねじに大きなトルクを加えることができる充分に長
いオフ周期が得られる低周波数（例えば、１０Ｈｚ）を
選択できる。また、作業者は、慣用的な可変速ドリルと
して作動させるため、周波数を、通常の高ＰＷＭ周波数
レベル（例えば、１２ＫＨｚ）に簡単に設定できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の種々の長所は、以下の詳
細な説明及び特許請求の範囲の記載を読むことにより及
び添付図面を参照することにより当業者には明らかにな
るであろう。

【００３０】第１図を参照すると、本発明の好ましい実
施例による電子制御回路１２を組み込んだコードレス
（すなわちバッテリ駆動形）可変速電動ドリル１０の形
態をなす電動工具が示されている。当業者ならば容易に
理解されようが、本発明により教示されるモータ制御回
路は、電動スクリュウドライバ、電動ポップリベットガ
ン等の他の形式の電動工具にも適用できる。制御回路１
２は限界電流ポテンショメータ（current threshold po
tentiometer)１４を有し、該ポテンショメータ１４は、
作業者が必要に応じて便利にポテンショメータ１４を調
節できるドリル１０上の便利な位置に配置される。この
ポテンショメータ１４の機能については、後で詳細に説
明する。

【００３１】本発明の別の好ましい実施例では、ポテン
ショメータ１４の代わりに、オンタイム調節ポテンショ
メータ１５を設けることは任意である。オンタイムポテ
ンショメータ１５は、作業者が、モータ１６の「ラチェ
ッティング」作動モード中に実施されるオンタイムイン
ターバルを直接制御できるようにする。しかしながら、
所望ならば、「ラチェッティング」作動モードが開始す
る時点並びにオンタイム期間を制御できるようにするた
め、作業者がポテンショメータ１４、１５を同時に容易
に使用できることは理解されよう。

【００３２】ドリル１０は、慣用的な態様で、モータ１
６と、該モータ１６に給電する充電形バッテリ１８とを
有している。ドリル１０はバッテリ駆動形のものを例示
したが、本発明の制御回路１２は、適当なフェーズ制御
回路を設ける変更を行なうか殆ど変更することなく、Ａ
／Ｃ駆動形ドリルにも容易に適用できる。

【００３３】ドリルのモータ１６は、慣用的なギア列２
０を介して、工具ビット受入れチャック２２を駆動する
ようになっている。トリガスイッチ２４は、モータに印
加されるバッテリ電圧従ってモータ１６を通って流れる
電流を制御して、作業者が、種々のワーク条件に適合す
るようにチャック２２の速度を変えることができるよう
にする。

【００３４】図２には、制御回路１２の好ましい実施例
のブロック図が示されている。制御回路１２は、モータ
１６の交互オン／オフ作動（以下、該作動を、「ラチェ
ッティング」モード又は低周波数作動モードと呼ぶ）を
行なうのに使用される。

【００３５】一般に、制御回路１２は、マイクロコンピ
ュータの形態をなすコントローラ２６と、限界電流レベ
ルポテンショメータ１４と、読取り専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）のようなメモリデバイス２８と、モータ１６に直列
に接続された電流検出回路３０とを有している。金属酸
化物珪素電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）駆動回
路３２の形態をなすスイッチング回路が設けられてお
り、該スイッチング回路は、マイクロコンピュータ２６
から受けるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号のデューテ
ィサイクルに従って、モータ１６に印加される電圧従っ
てモータ１６を通る電流を制御する。オンタイム調節ポ
テンショメータ１５は、これを設けることが任意である
ことを示すため、仮想線で示されている。

【００３６】コントローラ回路１２は更にトリガスイッ
チ２４を有しており、該トリガスイッチ２４は、作業者
が該スイッチを押し込む度合いに従ってマイクロコンピ
ュータ２６に信号を入力する。モータ１６及びマイクロ
コンピュータ２６に調節されたＤＣ電圧を供給するた
め、ＤＣバッテリパック１８及び該バッテリに並列に接
続される慣用的な電圧調整器３４が設けられている。

【００３７】任意であるが、制御回路１２に、モータ１
６の速度を検出し且つ該速度に従う信号をマイクロコン
ピュータ２６に入力する速度センサ３６を設けることが
できる。速度センサ３６は、モータ１６の回転周波数を
表す一連のパルスをマイクロコンピュータ２６に供給で
きる光学エンコーダ又はホール効果センサ等の種々の良
く知られた速度検出装置で構成できる。速度センサ３６
の使用は、本発明の別の好ましい実施例に関連して後で
より詳細に説明する。

【００３８】好ましくは、マイクロコンピュータ２６
は、特に、モータ１６への電流供給が遮断された後にド
リル１０のギア列２０が完全に弛緩できるのに充分な
「オフタイム」継続時間（^off-time duration")を表す
定数を記憶する搭載メモリ２９（好ましくは、読取り専
用メモリ（ＲＯＭ）の形態をなすもの）を備えた８ビッ
トマイクロプロセッサで構成する。また、マイクロコン
ピュータ２６はメモリ２８にアクセスして、該メモリ２
８のルックアップテーブル（該ルックアップテーブル
は、ラチェッティングモードが実行されるときにモータ
１６を完全にオン状態にしておく、変化するオンタイム
間隔（^on-time intervals")を表す）に記憶された複数
の値を読み取る。最後に、マイクロコンピュータ２６は
限界電流レベルポテンショメータ１４に応答して、ラチ
ェッティング作動モードが開始する時点を作業者が調節
できるようにする。以下、この時点を、「遷移」点と呼
ぶ。

【００３９】弛緩時間従って所望のオフタイムは、ギア
列の設計に基づいて工具毎に異なることを理解すべきで
ある。従って、異なる設計のギア列を備えたドリルのよ
うな電動工具は、これらのギア列が完全に弛緩できるよ
うにする異なるオフタイムを必要とする。特定のギア列
設計についてのオフタイムは、ギア列からひとたびトル
クが除去されたときに、ギア列が「弛緩」状態に戻るの
に必要な時間間隔を比較的正確に決定する任意の適当な
試験手順により決定される。本願に説明する好ましい実
施例では、約２０〜１００ｍｓの範囲内のオフタイム
は、ギア列が完全に弛緩するのに充分な時間を与えるけ
れども、この時間は、特定種類の工具に基づいて大きく
変えることができる。

【００４０】また、本発明にとって、オフタイム間隔の
継続時間を、電動工具のギア列が完全に弛緩できるよう
にするのに充分なものとすることは重要ではない。より
詳しくは、オフタイム周期（off-time period)が、ギア
列が部分的にのみ弛緩できる時間である場合には、それ
でも、電力が再び供給されると増強されたトルク効果が
実現されるけれども、ギア列が完全に弛緩できるように
する場合よりもトルク効果が小さいだけである。

【００４１】特に図１０を参照すると、一般的な電動工
具についてのモータ回転とトルクとの関係を示すグラフ
が示されている。ドリルのような市販の電動工具のギア
列は、通常の製造公差による固有の「弛緩」を有してお
り、この弛緩が、工具のスピンドルを、所与の範囲（一
般的に、３０〜９０°）に亘って前後に自由に揺動でき
るようにしている。しかしながら、ギア列のギア減速に
より、出力スピンドルは回転しないようにロックされて
いるので、モータアーマチャは非常に広範囲（一般的に
は、完全２回転以上）に亘って回転できる。このことは
垂直軸線の回りに中心をもつカーブの平坦部１２６（該
平坦部はモータアーマチャの完全２．２回転を示す）に
より証明される。従って、工具のモータが最初に始動さ
れるとき、モータアーマチャが回転し始める時点と工具
スピンドルが回転し始める時点との間には、実際にラグ
がある。また、工具スピンドルに負荷が作用し且つモー
タのトルク出力が増大するので、ギア列は一層「緊締
（tighten)」される。これは、カーブの立上がり部分１
２８ａ、１２８ｂにより証明される。

【００４２】しかしながら、モータへの給電が減少マス
ク遮断され且つモータの出力軸により加えられるトルク
がスピンドルに作用する負荷より実質的に低下すると、
ギア列は緊締解除すなわち「弛緩」し始める。実際にモ
ータの出力トルクが実質的にゼロに低下できるならば、
ギア列の弛緩によりモータアーマチャを逆回転方向に駆
動するであろう。換言すれば、モータトルクが低下する
ときのギア列の弛緩は、モータアーマチャを、ダウンカ
ーブ部分１２８ａに沿って逆回転方向に駆動し、平坦部
１２６に沿うゼロを通って戻し、ダウンカーブ部分１２
８ｂに沿って僅かに駆動することもある。

【００４３】従って、最大増強トルク効果は、モータア
ーマチャの最大逆回転の点に実質的に一致するのに充分
な時間だけモータへの電力供給を遮断することにより実
現できる。この最適オフタイム周期は、工具の出力スピ
ンドルにトルク変換器を連結し且つ最大トルクピークが
達成されるまでパルス間のオフタイムを選択的に変化さ
せることにより、任意の所与の工具について経験的に容
易に決定できる。これは、最適周期を超えてオフタイム
周期を更に増大させても電力の再供給を不必要に遅延さ
せるに過ぎず、その後のトルクパルスの大きさを更に増
大させることはないという事実による。

【００４４】しかしながら、特定工具が使用されるあら
ゆる条件に対して最適な単一オフタイム周期があること
も認識されよう。例えば、比較的小さなねじをねじ込む
ドリルを使用するときには、ねじの正確なセッティング
を困難にする大きなトルクパルスを発生することが好ま
しくないことがある。それどころか、ワークの表面に対
するねじ頭の正確な最終セッティングを可能にする、ね
じの制御された寸動回転を与える用途では、比較的短い
オフタイム周期及びフルパワーよりも小さいトルクの再
使用が好ましい。換言すれば、仕事を完了するのに要す
る最大トルクが工具のトルク能力（すなわち、「拘束ト
ルク（locked rotor torque)」と呼ばれる）より小さい
場合の適用では、より良い制御を行なう「ラチェットモ
ード」で工具を作動させるのが有効である。要するに、
本発明は、高いトルク出力を要する用途だけでなく、改
善形トルク制御を要する用途にも有効に使用できる。従
って、本発明の制御技術を、小さいねじの螺着のような
改善形トルク制御を目的とする第１の用途に用いる場合
には、ギア列がパルス間で完全に弛緩する必要はなく、
モータトルクがパルス間で実際にゼロに低下することさ
えも不必要である。それどころか、本発明の改善形トル
ク制御の長所は、工具の出力スピンドルの不均一な漸増
回転を生じさせる態様でモータを制御することにより達
成される。

【００４５】ここで図１１〜図１３を参照すると、種々
のサイズのねじを螺着する仕事に適用する場合の本発明
の制御技術を例示する一連のタイミング図が示されてい
る。図１１は、工具の最大トルク能力より小さいトルク
を必要とする比較的小さいねじを螺着する適当な制御技
術を示す。

【００４６】この適用の制限されたトルク条件のため、
モータのトルク出力は、実際にパルス間でゼロに低下す
る必要がないことに留意されたい。それどころか、工具
の出力スピンドルの回転を大幅に低下させる（及び一時
的に停止させる）には、工具スピンドルの負荷（すなわ
ち、動摩擦レベル）以下にモータトルクを減少させるこ
とで充分である。かくして、次に電力出力を静摩擦レベ
ル以上に瞬間的に増大させると、出力スピンドルを寸動
回転させる働きをする。ロータのこの反復パルシング
は、作業者がトリガを解放するまで続く。従って、作業
者はねじの最終螺着を容易且つ正確に制御できる。

【００４７】図１２は、工具の能力に近いトルクの付与
を必要とするより大きなねじを螺着する制御機構を示
す。この適用では、モータへの電力は、モータのトルク
出力をゼロ近くに低下させるパルス間で充分に減少され
る。従って、一定度合いのギア列の弛緩が達成され、適
正に螺着されるまで、ねじを寸動的にねじ込むための大
きなトルクパルスを連続的に発生させることができる。

【００４８】最後に、図１３は、特定工具の能力を超え
ることがある非常に大きなねじを螺着するのに適した制
御機構を示す。この場合には、パルシングモードは、ギ
ア列を完全に弛緩させるのに充分な長さのオフタイム周
期を使用して、連続トルクパルスの大きさを最大にし且
つねじのセッティングを首尾よく完了させる。

【００４９】ここで、図３を参照して、制御回路１２の
好ましい実施例の作動を説明する。最初に、ステップ３
８に示すように、マイクロコンピュータ２６は、限界電
流レベルポテンショメータ１４を介して、作業者が選択
した限界電流レベルを読み取り、且つステップ４０に示
すように作業者がトリガスイッチを付勢するのを待機す
る。

【００５０】ステップ４０でのテストがＹｅｓの場合に
は、ステップ４２に示すように、マイクロコンピュータ
２６はＭＯＳＦＥＴ駆動回路３２を制御して、モータ１
６に印加される電圧信号（該信号は、トリガ２４の係合
度合いに比例する）を出力する。次に、ステップ４４に
示すように、マイクロコンピュータ２６は、電流検出回
路３０からの出力を読み取り、モータ電流が、限界電流
レベルポテンショメータ１４により与えられる限界電流
信号より大きいか否かを決定する。このテストがＮｏの
場合には、ステップ４４がＹｅｓになるまで、ステップ
４２及びステップ４４が反復される。

【００５１】ステップ４４でのテストがＹｅｓの場合に
は、ステップ４６に示すように、マイクロコンピュータ
２６は、メモリ２８に記憶されたルックアップテーブル
にアクセスして、ラチェッティング作動モード中に使用
すべき適当なオンタイムを得る。次に、マイクロコンピ
ュータ２６は、ステップ４８に示すように、ＭＯＳＦＥ
Ｔ駆動回路３２により、モータ１６への電流を所定オフ
タイムだけ遮断させる。オフタイム間隔が終了すると、
ステップ５０に示すように、マイクロコンピュータ２６
は、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路３２により、所定のオンタイ
ム間隔だけモータ１６に最大電流を再供給させる。前述
のように、オフタイム間隔は、ギア列２０を完全に弛緩
させるのに充分な継続時間が好ましい。

【００５２】オンタイム間隔が終了すると、ステップ５
２に示すように、マイクロコンピュータ２６は、トリガ
２４が依然として係合しているか否かを決定すべく再び
チェックする。このテストがＹｅｓであれば、ステップ
５２でのテストがＮｏになるまでステップ４８〜５２が
反復される。ステップ５２でのテストがＮｏであるとき
は、加工作動が完了したことを表示し、モータへの給電
を遮断し且つプログラムがスタートに戻る。

【００５３】本発明の或る好ましい実施例では、最大電
流信号は、モータをその最大定格速度で又はその近くの
速度で駆動するのに充分な大きさの電流信号である。こ
の電流信号は、モータが、事実上、瞬間的「回転」信号
又は瞬間的「停止」信号を「見出す」ような迅速なパル
ス態様で供給され且つ除去される。

【００５４】任意ではあるが、最大電流信号が供給され
る時間の長さと、限界電流レベルポテンショメータ１４
のセッティングとをより正確に相関付けることができる
ようにするため、メモリ２８に複数の異なるオンタイム
を記憶させることができる。例えば、遷移点が最大定格
電流の約８０％で生じるように設定した場合には、遷移
点が最大定格電流の９０％に設定された場合に要求され
るよりも短いオンタイムが望まれる。従って、限界電流
レベルポテンショメータ１４に従ってオンタイム間隔を
変更することにより、オンタイムの継続時間をマイクロ
コンピュータにより選択して、モータ１６のトルク発生
能力を最大化し、特定用途のニーズに適合させることが
できる。

【００５５】図４のグラフは、木片内に木ねじを完全に
取り付けるときに、制御回路１２により調整される、モ
ータ１６を通る電流（従って、モータ１６により発生さ
れるトルク）の例を示す。最初は、モータ１６を通る電
流は、カーブ５４で示すように実質的に連続している。
実際に、ＰＷＭ制御信号が比較的高い周波数であるた
め、これに対応する高周波リップルがこの作動モード中
のモータ電流に存在する。モータ電流が、限界電流レベ
ルポテンショメータ１４を介して設定された限界電流レ
ベル５６を超えると（この点は遷移点５８を示す）、ラ
チェッティングモードすなわち低周波数モードが開始さ
れる。モータ１６への電流は所定オフタイム６０だけ迅
速に遮断され、好ましい実施例のギア列２０が完全に弛
緩できるようにする。この間隔が経過すると、マイクロ
コンピュータ２６は、ＭＯＳＦＥＴ駆動回路３２により
モータ１６に最大電流を迅速に供給させる。この最大電
流は、メモリ２８のルックアップテーブルから読み取っ
たオンタイム６２の間維持される。次に、このサイクル
は、波形の部分６４により示すように、ドリル１０のト
リガスイッチ２４が解放されたことをマイクロコンピュ
ータ２６が検出するときまで反復される。

【００５６】本明細書で説明し且つ特許請求の範囲で定
める本発明の範囲の目的のため、ラチェッティング作動
モードは、図４に示すように「オフ」タイム周期により
開始されるか、「オン」タイム周期により開始されるか
とは無関係であることを理解することは重要である。従
って、制御回路が、遷移点の検出に応答してモータへの
電力を最初に遮断するとして説明される場合には、制御
回路が、遷移点の検出に応答してモータに全電力を容易
に且つ最初に供給できるものであることを理解すべきで
ある。

【００５７】別の構成として、電動工具の作業者が、低
周波数作動モードすなわちラチェッティング作動モード
中のトルクバーストの大きさを制御できるように図３の
ソフトウェアを変更することは容易に可能である。より
詳しくは、図３に示す一定のオンタイム周期及びオフタ
イム周期を設けるのではなく、ＰＷＭ制御信号の比較的
低いレベルまで単に低下させ且つトリガスイッチの位置
に比例するモータ電圧を設定し続けるようにマイクロコ
ンピュータ２６をプログラムすることができる。この別
の制御機構を図８に示す。この実施例では、低周波数モ
ード中に、デューティサイクル信号のオンタイム百分
率、従ってモータに供給される平均モータ電圧信号が、
トリガスイッチ２４の位置に従って設定される。従っ
て、遷移点の検出に続いて、マイクロコンピュータ２６
は、ステップ４５で、ＰＷＭ制御信号の周波数を所定の
比較的低いレベル（一般的に、１０〜５０Ｈｚの間）に
低下させる。この周波数レベルは、ＰＷＭ制御信号の周
期がモータ１６の応答時間より実質的に大きくなるよう
に、充分低い周波数に選択される。より詳しくは、トリ
ガスイッチの位置に基づいて、低周波数作動モード中の
ＰＷＭ制御信号の各サイクルの周期が、モータの応答時
間より充分に長くなるようにして、サイクルのオフタイ
ム部分（もちろん、該部分は、各サイクルの全周期より
幾分短い）中に電動工具の出力スピンドルの回転が実質
的に低下するか、回転を停止できるようにするのが好ま
しい。換言すれば、この実施例では、ステップ４７にお
いて、マイクロコンピュータは、トリガスイッチの位置
に従ってＰＷＭ制御信号のデューティサイクル百分率を
設定するようにプログラムされる。これは、対応するオ
ンタイム周期及びオフタイム周期をつくり出し、これら
の周期は、両者を加算すると、ＰＷＭ制御信号の１サイ
クルの周期に等しくなる。従って、各サイクルのオフタ
イム部分の継続時間は、少なくとも適度のトリガスイッ
チセッティングで、現在負荷されている工具スピンドル
を回転駆動させるのに必要なレベル以下にモータの出力
トルクを低下させるのに充分な長さにすべきである。一
般的な可変速ドリルでは、１０〜５０Ｈｚの周波数が許
容可能であることが判明しているけれども、この範囲
は、特定工具及び用途の特徴にもとづいて変えることが
できる。

【００５８】従って、この実施例では、作業者は、トリ
ガスイッチの位置を変えることにより、トルクバースト
の大きさ、従ってねじがワークに座合する速度を制御す
ることができる。これにより、作業者は、例えば、トリ
ガスイッチの位置に基づく各トルクバーストでねじを１
／４回転又は１／２回転させ、従って非常に制御された
態様でねじをワーク内に適正に座合させることができ
る。従って、本発明は、ねじを仕上げ螺着する大きなパ
ワーバーストの過大付与の危険と、ワークの表面下にね
じを不意に非常に深く螺入させてしまうこととのジレン
マを回避する。

【００５９】ここで図５〜図７を参照して、高周波数作
動モードからラチェッティング作動モードすなわち低周
波数作動モードに遷移する適当な時点を決定する他の種
々の方法を説明する。最初に図５を参照すると、この実
施例の制御回路１２は、遷移点が生じた時点を検出する
ためモータ１６を通る電流をモニタリングするだけでな
く、作業者が設定により限界電流レベルポテンショメー
タ１４により与えられる限界電流レベル信号を修正する
ため、速度センサ３６（図２に示す）の使用を導入す
る。より詳しくは、適合する特定の限界電流は、閾値が
得られたときのモータ速度に基づいて定められる。換言
すれば、モータ速度が増大すると、装置の慣性の大きさ
も増大し、このため、モータのスイッチを切った後でも
ねじを回転し続ける。従って、常に一定の結果が得られ
るようにするには、閾値が得られたときのモータの突出
速度に関係付けることができる、螺着プロセス中の特定
時点でのモータの速度に従って限界電流を調節するのが
好ましい。

【００６０】フローチャートに示すように、マイクロコ
ンピュータ２６は、ステップ６６に示すように、最初に
限界電流レベルポテンショメータ１４を読み取り、且つ
ステップ６８に示すように作業者がトリガスイッチ２４
を付勢することを待機する。トリガスイッチ２４が引か
れたことをマイクロコンピュータ２６が検出すると、ス
テップ７０に示すように、トリガセッティングに比例す
る適当なモータ電圧が設定される。

【００６１】次に、マイクロコンピュータは、決定ステ
ップ７２に示すように、所定の時間周期（期間）だけ待
機する。この期間が経過すると、ステップ７６でモータ
速度（Ｖ）が読み取られ、次に、ステップ７８に示すよ
うに、この時点でのモータの実速度及び限界電流レベル
ポテンショメータ１４の設定に基づいて、限界電流レベ
ルが調節される。次に、フラグがセットされ（ステップ
７９）、これにより調節プロセスが反復されなくなり
（決定ステップ７４）、プログラムはモータの電流が調
節された限界電流レベル８０を超えるまでループ内で続
けられる。

【００６２】ステップ８０でのテストがＹｅｓであれ
ば、マイクロコンピュータ２６は、ステップ８２に示す
ように、メモリ２８のルックアップテーブルにアクセス
して、ラチェッティング作動モード中に適用すべき適当
なオンタイムを決定する。次に、マイクロコンピュータ
２６は、ステップ８４に示すように、モータ１６を、オ
フタイムの間完全オフ状態にし且つステップ８６に示す
ように、選択されたオンタイムの間完全オンにする。次
に、ステップ８８に示すように、トリガスイッチ２４が
作業者により依然として引かれているか否かを決定する
別のチェックがなされる。このテストがＹｅｓであると
きは、ステップ８８でのテストがＮｏになるまで、ステ
ップ８４、８６、８８が反復され、その後、モータへの
給電が遮断される。

【００６３】かくして、図５に示すこの別の制御方法
は、モータ速度の差に比例して遷移点を修正できる手段
を提供する。この手段は、モータ１６のスイッチが切ら
れた後でねじにトルクを加え続けるモータの高速で発生
する慣性を、制御回路１２が補償することを可能にす
る。従って、この方法は、モータ１６が如何に高速で作
動されるかとは無関係に、最も有効な遷移点を決定する
ときにより一定の結果を与えることができる。

【００６４】ここで、図６を参照して、適当な遷移点を
決定する別の制御方法を説明する。この方法は、本質的
に、ラチェッティング作動モードを実行する信号をマイ
クロコンピュータ２６に入力するため、モータ１６を通
る電流をモニタリングして、電流が所定の倍率（例え
ば、２倍又は３倍）で増大した時点を決定するステップ
を有している。この制御方法では、限界電流レベルポテ
ンショメータ１４の代わりに、オプションとしてのオン
タイムポテンショメータ１５（図１及び図２）を使用し
て、ラチェッティング作動モード中に、作業者がオンタ
イム間隔を直接制御できるように構成できる。

【００６５】作業者がひとたびトリガスイッチを付勢す
ると（ステップ９２）、ステップ９０に示すようにオン
タイムポテンショメータ１５が読み取られ、且つステッ
プ９４に示すように、トリガ２４のセッティングに比例
するモータ電圧が設定される。所定の第１時間間隔（Ｔ
１）の後、ステップ９６に示すように、モータ１６を通
る第１電流Ｉ₁を読み取る。次に、マイクロコンピュー
タ２６は、ステップ１００に示すようにモータ１６を通
る第２電流Ｉ₂を読み取る前に、ステップ９８に示すよ
うに所定の第２時間間隔（Ｔ２）だけ待機する。次に、
ステップ１０２に示すように、Ｉ₂がＩ₂より所定倍率
だけ大きいか否かを決定するテストがマイクロコンピュ
ータ２６により行なわれる。このテストがＮｏの場合に
は、マイクロコンピュータ２６は、ステップ１０４に示
すように、トリガ２４が依然として引かれているか否か
をチェックし、Ｙｅｓの場合には、ステップ１０２での
テストがＹｅｓになるまでステップ９８、１００、１０
２を反復する。

【００６６】ステップ１０２でのテストがＹｅｓである
ときは、マイクロコンピュータ２６はメモリ２８にアク
セスして、ステップ１０６に示すように、ルックアップ
テーブルから適当なオンタイム値を得る。次に、マイク
ロコンピュータ２６はＭＯＳＦＥＴ駆動回路３２を制御
し、ステップ１０８に示すように、ＭＯＳＦＥＴ駆動回
路３２を制御して、ラチェッティング作動モードを開始
する。

【００６７】プリセットされたオフタイム継続時間の
間、電流が遮断され、この後に、ステップ１１０に示す
ように、選択されたオンタイムの間、モータ１６に最大
電流信号が供給される。ラチェッティング作動モード
は、ステップ１１２に示すように、トリガスイッチ２４
が解放されていることをマイクロコンピュータ２６を検
出するまで反復され、その後、モータへの給電が停止さ
れる。

【００６８】図６に関連して上述した別の制御方法は、
ステップ９６での第１電流読取りに基づいて、取り付け
るべきねじのサイズを「自動的に」検出する遷移点を決
定する方法を提供する。従って、この方法は、遷移点
が、種々のサイズの木ねじに適合させる適当な時点で生
じるように遷移点に自動的に適合できるという長所を有
する。当業者には容易に理解されようが、図６に示すプ
ログラムは、ラチェット作動モードに切り換える前の遷
移事象としてモータ電流の所定の百分率増加又はモータ
電流の所定の増加速度を検出するように容易に修正でき
る。

【００６９】図７には、遷移点を決定する更に別の方法
が示されている。図７に示すステップは、図６に関連し
て説明した方法のステップ９６〜１０２の代わりに実行
できる。図７に示すように、図６のステップ９０〜９５
が遂行された後、ステップ１１４に示すように、モータ
１６の速度Ｖ₁が読み取られる。次に、マイクロコンピ
ュータ２６は、ステップ１１６に示すように所定の時間
間隔（Ｔ２）を待機し、次にステップ１１８に示すよう
にモータ１６の速度Ｖ₂を再度読み取る。次に、ステッ
プ１２０に示すように、モータ１６の速度が所定量（例
えば、５０％）だけ減少したか否かを決定するテストが
行なわれる。このテストがＮｏであるときは、ステップ
１２２に示すように、トリガ２４が依然として引かれて
いるか否かを決定するチェックがなされる。このテスト
がＮｏである場合には、この方法は、図６に示すプログ
ラムのスタートにループバックする。

【００７０】ステップ１２２でのテストがＹｅｓである
ときは、ステップ１１６〜１２０が反復される。ステッ
プ１２０でのテストがひとたびＹｅｓになると（すなわ
ち、モータ１６の速度が所定量だけ減少すると）、図６
のステップ１０６〜１１０に従ってラチェッティング作
動モードが実行される。もちろん、任意ではあるが、ス
テップ１２０でのテストは、モータ速度の所定百分率の
低下すなわち所定の減速度を検出するように修正でき
る。

【００７１】図７に関連して説明した方法によれば、ラ
チェッティング作動モードが生じる適当な遷移点を決定
する比較的簡単な作動シーケンスであって、ねじ込まれ
る木ねじのサイズ並びに木ねじをねじ込む木の硬さを考
慮に入れた作動シーケンスが提供される。モータ速度の
所定量又は所定百分率の低下を検出することにより、ラ
チェッティングモードは、工具の有効性を最適化するた
め、種々の用途に対し適当な時点で実行できる。

【００７２】また、図７の方法は限界電流レベルポテン
ショメータ１４の使用を必要としない。更に、この好ま
しい制御方法には、オンタイムポテンショメータ１５も
不要である。

【００７３】ここで図９を参照すると、本発明の電動工
具用のモータ制御回路の簡単化したバージョンが示され
ている。より詳しくは、慣用的な高周波数可変速制御モ
ードから低周波数パルス制御モードへの自動遷移を行な
わないモータ制御回路の簡単化したバージョンにより、
本発明の多くの長所を達成できることが判明している。
従って、モータの電流及び速度を検出するフィードバッ
ク回路を省略でき且つ図２に示した複雑で高価なマイク
ロコンピュータベース形コントローラに代えて慣用的な
５５５タイマベース形コントローラを使用できる。

【００７４】より詳しくは、図９に示すコントローラは
慣用的な５５５ＣＭＯＳタイマ１３０を有し、該タイマ
は、トリガレジスタＲ１と、これに選択的に接続される
キャパシタＣ１及び／又はＣ２とからなる外部ＲＣタイ
ミング回路の充／放電サイクルにより制御される。工具
の容易にアクセスできる位置に配置されたユーザ操作形
セレクタスイッチ１３６は、制御回路へのキャパシタＣ
２の断続を選択的に行なうためのものである。５５５タ
イマ回路１３０は、トリガ入力（ピン２）に入力される
信号が供給電圧（Ｖ＋）の３３％以下であるときに、出
力ピン３にＨＩ信号を発生する。閾値入力（ピン６）に
入力される信号が供給電圧（Ｖ＋）の６６％より大きい
ときには、出力ピン３にＬＯ出力信号が発生される。出
力ターミナル（ピン３）がＨＩにあるとき、ＭＯＳＦＥ
Ｔ１３２が導電状態にされ、モータ１６が反転スイッチ
１３４を介して付勢される。

【００７５】作動に際し（セレクタスイッチ１３６が開
放位置すなわち「ドリル」モードにある場合を想定す
る）、キャパシタＣ１は最初に放電され、従ってトリガ
入力（ピン２）での出力信号はバッテリ電圧（＋Ｖ）の
３３％以下である。従って、出力ピン３はＨＩにあり、
ＭＯＳＦＥＴが通電され且つモータ１６が付勢される。
出力（ピン３）がＨＩにあるとき、キャパシタＣ１がダ
イオードＤ１及びトリガレジスタＲ１を介して充電され
る。キャパシタＣ１が充電される速度は、もちろん、キ
ャパシタＣ１の値及びトリガスイッチＲ１のセッティン
グにより決定される。キャパシタＣ１がバッテリ電圧
（＋Ｖ）の６６％を超える充電を達成すると、出力（ピ
ン３）はＬＯに移行し、これによりＭＯＳＦＥＴ１３２
が遮断され且つモータ１６が除勢される。この時点で、
キャパシタＣ１が充電を停止し且つトリガレジスタＲ
１、ダイオードＤ２を介して５５５タイマ１３０（該タ
イマは、現在は接地電位にある）の出力ターミナル（ピ
ン３）に放電される。キャパシタＣ１が放電する速度
は、キャパシタＣ１の値及びトリガレジスタＲ１のセッ
ティングにより同様に決定される。キャパシタＣ１の充
電がバッテリ電圧（＋Ｖ）の３３％以下に低下すると、
出力ターミナル（ピン３）は再びＨＩとなり、サイクル
を反復する。

【００７６】かくして、制御回路が出力ピン３で実質的
に方形波出力信号を発生し、このデューティサイクルが
トリガレジスタＲ１のセッティングにより制御されるこ
とが理解されよう。しかしながら、キャパシタＣ１のチ
ャージ時間を長くするトリガレジスタＲ１の位置での充
電によりキャパシタＣ１の放電時間が短縮される（及び
この逆の作用）ため、デューティサイクル信号の周波数
が一定に維持されることに留意されたい。換言すれば、
ピン３でのＨＩ信号の継続時間が所与の量だけ増大され
ると、対応するＬＯ信号の継続時間も同量だけ減少され
る。従って、出力信号の周波数（該周波数は、ＨＩ信号
とＬＯ信号との合計周期により決定される）は同一に維
持される。

【００７７】好ましい実施例では、キャパシタＣ１の値
は、１〜１２ＫＨｚの範囲内の比較的高デューティサイ
クルを得るように選択される。従って、セレクタスイッ
チ１３６が開放位置すなわち図示の「ドリル」モードに
あるときには、電動工具は慣用的な可変速ドリルとして
機能する。一方、キャパシタＣ２の値は、キャパシタＣ
１とＣ２との並列接続が１０〜５０Ｈｚの範囲内のデュ
ーティサイクル周波数を発生する長い充／放電サイクル
を得るように選択するのが好ましい。従って、セレクタ
スイッチ１３６が閉じられる（すなわち「スクリュウド
ライバ」モードにある）ときには、トリガセッティング
を緩和する低周波数でのオフタイム周期は、負荷を受け
ているモータ１６のパルシングを生じさせるのに充分長
いものである。

【００７８】従って、図９の制御回路は、作業者に、慣
用的なドリルモードで工具を作動させるか、又はねじを
制御可能にねじ込み及び螺着するのに一層適した連続低
周波数モードで工具を作動させるかの選択を与える。

【００７９】また、低周波数のスクリュウドライバモー
ドでの本発明の制御回路の作動は、ねじをねじ込むとき
に慣用的なドリルのユーザにより用いられる一般的な作
動技術と容易に互換できることを理解されたい。より詳
しくは、ねじのねじ込みに慣用的な可変速ドリルを使用
するとき、作業者は、一般に、ねじを最初はフルパワー
又はほぼフルパワーでねじ込み、次に、トリガを徐々に
解放してモータを減速させ、ねじ頭を適正な深さに入念
に座合させる。本発明の制御回路を用いて低周波数のス
クリュウドライバモードで連続的に作動すると、これと
同じ技術を容易に使用できる。より詳しくは、トリガを
その完全引込み位置又はほぼ完全に引っ込めた位置で作
動すると、高デューティサイクルのセッティングが本質
的に連続的な電力をモータに供給する。この結果、モー
タは、ねじを迅速にねじ込むため円滑に回転する。その
後、トリガを解放してデューティサイクルを短縮する
と、モータは負荷を受けた状態でラチェッティングし始
め、これによりねじを寸動回転させる。前述のように、
モータのパルシング作動は、ねじ頭が取り付けられる最
終深さをより正確に制御する能力を作業者に与える。従
って、作業者は、本発明のコントローラが設けられた工
具を有効に使用するのに新しい技術を学ぶ必要はない。

【００８０】制御回路のコストを更に低減させたい場合
には、セレクタスイッチ１３６及びキャパシタＣ２を省
略し、且つキャパシタＣ１として単一の大容量キャパシ
タを使用して、制御回路が常に低周波数モードで作動す
るようにする。このような制御回路は、例えば、安価な
充電形スクリュウドライバに適しているであろう。

【００８１】ここで図１４を参照すると、本発明による
制御回路の更に簡単化したバージョンが示されている。
本発明のコントローラのこの実施例は、トリガレジスタ
Ｒ１に加えて第２可変レジスタＲ２を有しており、デュ
ーティサイクルの制御信号の周波数を所定範囲内（例え
ば、１０Ｈｚ〜３ＫＨｚ）で選択的に変えることができ
る。トリガレジスタＲ１は、図９に示す実施例に関連し
て説明したのと同じ態様でＦＥＴ１３２の伝導を制御す
るピン３からの出力信号の百分率デューティサイクルを
制御する。レジスタＲ３の値及び可変レジスタＲ２は、
可変レジスタＲ２の摺動子ターミナルでの電圧信号（Ｖ
_in）を約０ボルトと１／３（＋Ｖ）−２ダイオードドロ
ップとの間で変化できるように選択される。可変レジス
タＲ２が出力ピン３でのデューティサイクル信号の周波
数を制御する態様を理解するには、トランジスタ１３８
のベース−エミッタ接合（符号Ｄ４として仮想線で示
す）を、可変レジスタの摺動子でのカソード信号が（Ｖ
ＩＮ）Ｒ２に接続されるダイオードとして見ることが
有益である。

【００８２】更に図１５及び図１６を参照すると、Ｖ_in
がほぼ０ボルトのとき、Ｖ₂での信号は、出力ライン１
４０でのデューティサイクル制御信号がオン／オフサイ
クルするとき、０ボルトより高いダイオードドロップと
０ボルトより低いダイオードドロップとの間で切り替わ
る。従って、キャパシタＣ１の充／放電周期には殆ど影
響がなく且つデューティサイクル信号の周波数はほぼ
０．７／（Ｒ１×Ｃ１）（図１５）になる。しかしなが
ら、Ｖ_in信号がほぼその最大値である１／３（＋Ｖ）−
２ダイオードドロップに増大すると、Ｖ₂での信号は
今、Ｖ_in（＋）１ダイオードドロップと（−）１ダイオ
ードドロップとの間で切り替わる。かくして、５５５タ
イマ１３０のスイッチング閾値は１／３（＋Ｖ）及び２
／３（＋Ｖ）であるので、１／３（＋Ｖ）閾値と２／３
（＋Ｖ）閾値との間でサイクルするには、キャパシタＣ
１は非常に小さい量だけ充／放電すればよい。この結
果、キャパシタＣ１の充電は、２つのスイッチング閾値
の間で非常に高速でサイクルし、従って、ライン１４０
でのデューティサイクル信号の周波数を増大させる。要
するに、周波数制御レジスタＲ２は、作業者が、Ｒ１及
びＣ１の値により定められる予め定めた低周波数（例え
ば１０Ｈｚ）と、本質的に５５５タイマ１３０の最大ス
イッチング周波数により制限される非常に高い周波数
（例えば５００ＫＨｚ）との間でＰＷＭ制御信号の周波
数を変えることを許容する。しかしながら、好ましい実
施例では、レジスタＲ３の値は、ＰＷＭ制御信号の最大
周波数を約３ＫＨｚに制限するように選択される。

【００８３】かくして、図１４に示す実施例は、適度の
コスト増大で、作業者に高度のフレキシビリティが与え
られることが理解されよう。例えば、工具を慣用的なド
リルモードで作動するには、周波数ノブＲ２をその最高
周波数セッティングに調節する。或いは、最も有効なラ
チェッティングモード（このモードは、非常に大きなね
じを螺着するのに必要である）を得るには、周波数ノブ
Ｒ２をその最低周波数セッティングに調節する。更に、
作業者は、周波数ノブＲ２を、例えば小さなねじの螺着
に適した位置と、慣用的なパルス制御と上記のような制
御信号のデューティサイクルの変化との組合せを与える
のに適した位置との間の任意の位置に選択的に設定する
選択ができる。

【００８４】本願に説明した全ての実施例について、ラ
チェッティング作動モードすなわち低周波数作動モード
は、全く変更をすることなく又は僅かな変更を施して、
きつく座合した木ねじ、ナット等を破壊的に緩める（こ
のような場合には、トルクの連続的付与は効果的でな
い）ことにも容易に使用できることを理解されたい。ま
た、本願に開示するラチェッティング作動モードすなわ
ち低周波数作動モードは、全く変更をすることなく又は
僅かな変更を施して、例えば電動リベッティング工具を
含む種々の電動工具に適用し、これらの工具の有効性を
高めることができることを理解されたい。

【００８５】最後に、本発明は、低コストで製造でき且
つ電動工具の性能及び有効性を大幅に改善できる種々の
簡単な形態で実施できることが証明されている。

【００８６】上記説明から、当業者ならば、本発明の広
範囲の教示は種々の形態で実施できることが理解されよ
う。従って、本発明は特定例に関連して説明したが、本
願の図面、明細書及び特許請求の範囲の記載を読むこと
により当業者には他の変更が明白であるため、本発明の
範囲はこれらの例に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御回路を使用した典型的な可変速電
動ドリルを示す側面図である。

【図２】本発明の制御回路の好ましい実施例を示す簡単
化したブロック図である。

【図３】交互オン／オフ作動モード又は「ラチェッティ
ング」すなわち低周波数作動モードを実施する制御回路
により遂行される作動ステップを示すフローチャートで
ある。

【図４】モータを通る電流の流れと、本発明の制御回路
を組み込んだ電動工具のトリガが係合位置に不動に保持
されている間に、電動工具によりねじ込まれるねじの深
さとの関係を示すグラフである。

【図５】ラチェッティング作動モードが開始しようとす
る遷移点を決定する別の制御方法を示すフローチャート
である。

【図６】電動工具を通る電流を反復測定し且つ電流が最
初の測定から所定の倍率だけ増大したときにラチェッテ
ィングモードを実行する別の制御方法を示すフローチャ
ートである。

【図７】モータ速度の所定の低下を検出することにより
適当な遷移点を決定する別の好ましい制御方法を示すフ
ローチャートである。

【図８】図３に示すラチェッティング作動モードすなわ
ち低周波数作動モード中に電動工具を制御する別の方法
を示す部分フローチャートである。

【図９】本発明を組み込んだモータ制御回路の簡単化バ
ージョンの回路図である。

【図１０】一般的な電動工具の出力トルクとモータ回転
との間の関係を示すグラフである。

【図１１】３０Ｈｚの低周波数における本発明のモータ
制御回路の作動を示すタイミング図である。

【図１２】２０Ｈｚの低周波数における本発明のモータ
制御回路の作動を示すタイミング図である。

【図１３】１２Ｈｚの低周波数における本発明のモータ
制御回路の作動を示すタイミング図である。

【図１４】図９に示す本発明のモータ制御回路の簡単化
バージョンの別の実施例を示す図面である。

【図１５】図１４に示すモータ制御回路の低周波数での
作動を示すタイミング図である。

【図１６】図１４に示すモータ制御回路の高周波数での
作動を示すタイミング図である。

【符号の説明】

１０可変速電動ドリル１２電子制御回路１４ポテンショメータ１５オンタイム調節ポテンショメータ１６モータ１８充電形バッテリ２０ギア列２４トリガスイッチ２８メモリデバイス３０電流検出回路３２ＭＯＳＦＥＴ駆動回路３４電圧調整器３６速度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具ホルダ（２２）が連結された出力ス
ピンドルを駆動する電気モータ（１６）と、モータへの
電力の供給を制御するための、作業者が操作可能なスイ
ッチ（２４、Ｒ１）と、該スイッチ（２４、Ｒ１）の位
置に従ってモータ（１６）に供給される電力を変調する
制御回路（２６、３２、１３０、１３２）とを有する電
動工具（１０）において、前記制御回路（２６、３２、
１３０、１３２）は、前記スイッチ（２４、Ｒ１）が実
質的に固定位置にある間に、モータが、前記出力スピン
ドルに加えられるトルクに実質的な変化を生じさせるよ
うに、前記モータ（１６）に供給される電力を変調する
ことを特徴とする電動工具。
【請求項２】前記電動工具が作動負荷状態にあると
き、前記制御回路（２６、３２、１３０、１３２）は、
モータ（１６）が、工具（１０）の出力スピンドルを連
続トルクパルス間で間欠的に実質的に停止させる複数の
トルクパルスを発生するように、モータに供給される電
力を変調することを特徴とする請求項１に記載の電動工
具。
【請求項３】前記制御回路（２６、３２、１３０、１
３２）は、該制御回路が発生するパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）制御信号のデューティサイクルを変化させることに
より、モータに供給される電力を変調することを特徴と
する請求項１に記載の電動工具。
【請求項４】前記ＰＷＭ制御信号の周波数が５０Ｈｚ
より低いことを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
【請求項５】前記ＰＷＭ制御信号の周波数を選択的に
設定するための、作業者が操作可能な第２スイッチ（１
３６、Ｒ２）を更に有することを特徴とする請求項２に
記載の電動工具。
【請求項６】工具ホルダ（２２）が連結された出力ス
ピンドルを駆動する電気モータ（１６）と、モータへの
電力の供給を制御するための、作業者が操作可能な第１
装置（２４、Ｒ１）とを有する電動工具（１０）を制御
する方法において、前記第１装置（２４、Ｒ１）の位置に従ってモータ（１
６）に供給される平均電力レベルを制御するステップ
と、前記第１装置（２４、Ｒ１）が実質的に固定位置にある
とき、モータが、前記出力スピンドルに加えられるトル
クに実質的な変化を生じさせるように、前記モータ（１
６）に供給される電力を変化させるステップとを有する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】前記電動工具（１０）が作動負荷状態に
あるとき、モータ（１６）が、工具（１０）の出力スピ
ンドルを連続トルクパルス間で間欠的に実質的に停止さ
せる複数のトルクパルスを発生するように、モータに供
給される電力を変化させることを特徴とする請求項６に
記載の方法。
【請求項８】前記第１装置（２４、Ｒ１）は、前記制
御回路（２６、３２、１３０、１３２）により発生され
るパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号のデューティサイク
ルを決定し、前記ＰＷＭ制御信号の周波数が５０Ｈｚよ
り低いことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】前記制御回路（２６、３２、１３０、１
３２）は作業者が操作可能な第２装置（１３６、Ｒ２）
を有し、該第２装置（１３６、Ｒ２）の位置に従って前
記ＰＷＭ制御信号の周波数を設定するステップを更に有
することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】前記ＰＷＭ制御信号の周波数は、１Ｋ
Ｈｚより高い第１周波数又は５０Ｈｚより低い第２周波
数に設定されることを特徴とする請求項９に記載の方
法。