JP2010517804A - 電気工具の制御方法及びこれを実行する電気工具 - Google Patents

Abstract

電気工具は、回転速度で回転するように作業ヘッドを駆動する設けられるモータと、モータ電流を供給する電源と、時間当たりの電流の変動比をセンシングし、それに応じてモータの回転速度を減少させる制御信号を生成する制御要素を含む。電気工具に追加された電子制御要素は、作業ヘッドにより駆動している作業要素が所定位置に到達したか否かを自動的に検出し、また、電子制御要素は、作業ヘッドが所定位置に到達したことが検出された後に、対応する動作を実行し、所定位置を更に越えないように保証する。

Description

本発明は、回転速度を生成するために電流が供給される好ましくは電気ドライバ（ねじ廻し）である電気工具を制御する方法に関する。本発明は、また、本方法を実行するための、好ましくは電気ドライバである電気工具に関する。

現在のところ、電気ドライバのような動力工具は、搭載される電源からの供給電流を介して、回転モータにより駆動され、木のボード内へとねじ込む。スクリューは、異なる直径を有してもよい。異なるスクリューのヘッドの形状は互いに異なる。従って、同一の期のボードに異なるスクリューが駆動されるときに異なる状況が生ずるだろう。更に、同一のスクリューが異なる材料内に駆動される場合、異なる木の片の硬さが異なりうり、電気ドライバの電流は異なるだろう。通常、ドライバの使用中、ユーザは、ワーク近傍の表面までスクリューヘッドで穴あけすべきであり、ユーザは、スクリューヘッドが端部に到達するときにモータを停止させるために非常に注意深く穴あけプロセスを監視する必要がある。従って、スクリューは、木の片内へと深く行き過ぎない望ましくない場合がある。その他の場合、スクリューヘッドが木のボード内へと不注意にねじ込まれたときの過負荷からモータを防止することができる。

ある過負荷保護デバイスを使用するのは従来技術である。これは、モータ電流が所定の制限値を超えるときにドリルを駆動モータから外す機械的なクラッチであってよい。回転可能で複数のスケールでマークされたトルクカラーは、かかる過負荷保護デバイスを有する動力工具のハウジングの前側に設けられる。これらのスケールは、トルク制限を指示する。ユーザは、回転可能なトルクカラーにより制限トルク値を事前に設定すべきであり、出力トルクが所定の値に達し若しくは所定の値を超えたときに、クラッチは、自動的に動力工具のドリルとモータの係合を解除し始めるだろう。更に、ある過負荷保護デバイスを備える電気ドライバは、ハウジングの前端から延在するスリーブを有し、スリーブの前端は、電気ドライバのドリルの前端と位置が合っている。スクリューヘッドが木のボード表面に到達するとき、スリーブの前端もそれに到達し、もしスクリューが更に押された場合は、スリーブが、ハウジング内のクラッチを作動するように付勢され、これにより、ドリルとモータの係合を解除する。しかし、上述の機械的なクラッチは、構造が複雑であり、複雑化され、製造もコストがかかる。

本発明の目的は、ドリルにより作動されるワークが所定の位置に到達することを工具において確かにし、ワークがこの位置を超えていかないことを確かにする電気工具用方法を提供することである。

また、本発明の目的は、かかる方法が実現されることができる上述の種の工具を提供することである。

本発明の一局面によれば、回転速度を生成するために電流が供給される電気工具を制御する方法であって、
時間に依存して前記電気工具に供給される電流を測定するステップと、
前記時間に依存した電流の２次若しくはｎ次（ｎ≧３）導関数を形成するステップと、
前記２次若しくはｎ次導関数に従って制御信号を生成するステップと、
前記制御信号に応じて前記電気工具の回転速度を変化するステップとを含む、方法が提供される。

本発明のその他の局面によれば、回転速度をドリルが得るように、ドリルを駆動するモータと、
前記モータに電流を供給する源と、
前記電流を測定するセンサと、
時系列の前記電流の勾配の変動の２次若しくはｎ次導関数でのパルスの検出を行って制御信号を生成すると共に、前記制御信号に応じて前記ドリルの回転速度を変更する制御手段とを含む、電気工具が提供される。

本発明の一局面によれば、回転速度を生成するために電流が供給される電気工具を制御する方法であって、
ａ．所定の時点で前記電気工具に供給される電流を測定するステップと、
ｂ．前記所定の時点で、
ｂ１）前記測定した電流が所定の第１の閾値よりも低い場合に第１の所定の導関数値を選択し、
ｂ２）前記測定した電流が前記所定の第１の閾値よりも高い場合に前記第１の所定の導関数値よりも高い第２の所定の導関数値を、選択するステップと、
ｃ．時間に依存した前記電流の１次導関数を形成するステップと、
ｄ．前記１次導関数が前記第１若しくは第２の所定の導関数値に到達したときに前記１次導関数から制御信号を生成するステップと、
ｅ．前記制御信号に応答して前記電気工具の回転速度を変更するステップとを含む、方法が提供される。

本発明のその他の局面によれば、電気工具は、
ａ）回転速度をドリルが得るように、ドリルを駆動するモータと、
ｂ）前記モータに電流を供給する源と、
ｃ）前記電流を測定するセンサと、
ｄ）制御手段とを含んでよく、
該制御手段は、
ｄ１）時系列の前記電流の勾配の変動を検出し、
ｄ２）所定の時点での前記電流の値に応じて第１若しくは第２の所定の導関数値を選択し、
ｄ３）前記第１若しくは第２の所定の導関数値から制御信号を生成し、
ｄ４）前記制御信号に応答して前記電気工具の回転速度を変更する。

先行技術と比較すると、本発明は、電子制御手段を設けることによってドリルにより作動されるワークが所定位置に到達するか否かを自動的に検出する。スクリューが木の片内へと駆動され、ワークが当該位置に到達したことが検出され変更作動を実行すると所定位置を超えて行かないことを保証することができる。複雑な機械的クラッチが存在せず、従って、作成が簡易であり、コストが低減される。

電流が時間に対して図示される、先行技術における駆動される電気ドライバの典型図。 図１の電流の１次導関数を時間に対して示す図。 図１の電流の２次導関数を時間に対して示す図。 本発明の第１のバージョンによる本発明の動力工具が示される作動原理図。 異なる条件の２つの電流ｉ１，ｉ２が時間に対して示される電気ドライバの図。 電流ｉ１，ｉ２の１次導関数ｄｉ／ｄｔが時間に対して示される図。 図６の導関数の処理から得られる制御信号ｓ１、ｓ２が時間に対して示される図。 本発明の第２の基本バージョンによる本発明の動力工具が示される作動原理図。 図３のような電気ドライバの時間に対する電流の２次導関数を示す図。 図９から得られるような、時間に対する電流の３次導関数を示す図。 本発明の第３のバージョンによる本発明の動力工具が示される作動原理図。

本発明の制御方法は、多くの種類の動力工具で使用するために適合される。電気ドライバが以下の好ましい実施例として説明される。

図１によれば、電気ドライバのｉ（ｔ）の図が示される。図４に関して、ユーザは、この実施例ではスクリューである作業ヘッド１４であって、木のボード１６内に駆動されることになる作業ヘッド１４に対してドライバ２を押す。押しは、ほぼ一定の圧力で実行される。文字ｔは、スクリューがボード内へとねじ込まれる時間を表し、結果としてボードにおけるスクリューの位置を表す。文字ｉは、ドライバの電気モータに供給される電流を表し、従って、モータにより供給される力若しくは荷重を表す。

図１の曲線は、第１位置Ａ，第２位置Ｋ及び第３位置Ｂを含む。第１位置Ａは、増加する勾配であり、木のボード内へのスクリューの主本体のねじ込みプロセスを表す。この上昇は、線形的でありえ若しくはわずかに湾曲若しくは曲線となりえる。第２部位は、第１部位Ａに後続する。それは、膝部Ｋと称される。この膝部Ｋは、傾斜の正の変動である。即ち、それは、第１部位Ａに対する上方の上昇を有する急な変動である。これは、スクリューヘッドによる木ボードの表面への接触し始めを表す。第３部位Ｂは、膝部Ｋに後続する。この上昇は、同様に、線形的でありえ若しくはわずかに湾曲若しくは曲線となりえる。しかし、曲線Ｂは、曲線Ａよりも非常に急峻である。

実際、図１に示す曲線は、本発明の制御方法を実行しない動力工具の作動状態を表し、曲線の第３部位は、高い電流が動力工具内で生成されヘッドさえも木片内に挿入することをもたらしうることを表す。それゆえに、膝部Ｋに後続するかかる過剰な電流を防止する手段を講ずることが肝要である。

スクリューが膝部Ｋに対応する位置までねじ込まれるとき、更なるねじ込みは、スクリューヘッドを木のボード内に挿入することになり、モータにダメージを与えうる。それゆえに、本発明は、膝部Ｋの自動的な検出に基づき、その際、自動的に事前防止策を開始する。

膝部Ｋの検出は、この実施例では、図２及び３を参照して説明される。

図２では、図１の図の時間ｔに対する電流ｉの１次導関数ｄｉ／ｄｔが示される。図１の第１及び第３部位Ａ，Ｂは、それぞれ、この図におけるｔの基本ラインに平行な対応するラインである一方、第２部位Ｋは、この図における鋭い正の増加若しくは上昇曲線である。

図２によれば、図１に示す電流ｉの２次導関数ｄ^２ｉ／ｄｔ^２は、時間に依存して形成される。第１及び第３部位の値は、２回微分された後はゼロであるが、第２部位Ｋは、下方に開口する放物線として示される。ピーク信号ｐの種は、放物線の上部領域で形成され、これは、頂点を含む特定の領域である。図４に関して、制御信号ｓは、ピーク信号ｐが形成されたときに生成される。当然、好ましい実施例では、所定の閾値ｖが設定される。制御信号ｓは、ピーク信号ｐが正であり且つ所定の閾値ｖを超えた場合にのみ生成される。当業者には容易であるように、制御信号ｓは、時間に依存する電流ｉの１次導関数が形成された後に生成されてもよい。例えば、キャパシタを介して、制御信号ｓは、所定の閾値を超える１次導関数の検出後に生成される。

図４は、上述の制御方法を実行する電気工具を示す。ここで、以下の電気ドライバは、また、好ましい実施例として図示される。電気ドライバ２は、作業組立体４、電源１８及びスイッチ２０を含む。作業組立体４は、ドリル８を駆動して回転させ木のボード１６内へとスクリュー１４を駆動する電気モータ６を含む。作業ヘッド１４は、機械的なスプリング、クラッチシステム１２及びチャック１０を介して直列に電気モータ６に接続される。当然、本実施例では、クラッチシステム１２は省略されてもよい。本例では充電可能なバッテリ若しくはＤＣ源である電源１８は、手動トリガスイッチ２０が閉であることを前提として、モータに電気のＤＣ電流を供給する。当然、当業者には容易なように、ＡＣ電源が、本実施例のＤＣ源に代えて使用されてもよい。

電子制御デバイス２２及び電流センサ２４は、電源１８及び電気モータ６の間に接続される。電気ドライバ２は、また、第１微分器２６及び第２微分器２８を含む。本実施例では、電流センサ２４は、モータに供給される電流ｉを検出し、第１微分器２６に、センサ２４により測定された電流ｉに比例する信号を送る。この第１微分器２６は、図２に示すように、時間ｔに依存した１次導関数ｄｉ／ｄｔを取り、１次導関数に比例した信号を生成し、次いで、当該信号を第２微分器２８に送る。第２微分器２８は、図３に示すような２次導関数を同様に取る。従って、第２微分器２８は、上述のピーク信号ｐが正であり且つその値が所定の閾値ｖを超えるという所定の条件が生じたときに、制御信号ｓを生成する。実施例では、制御信号は、モータ６へのエネルギ供給を低減若しくは中断するために使用される。即ち、制御信号ｓは、モータの回転速度を低減し若しくはモータを停止するために低い値若しくはゼロへとモータ電流を至らすために使用される。当然、制御信号ｓは、モータ６の迅速な停止を得るために電流を反転するために使用されてもよい。この実施例では、制御信号ｓは、電子制御デバイス２２に送信されることになるだろうし、また、対応する動作は、電子制御デバイス２２により実行されるだろう。これらの動作は、ピーク信号ｐの発生後直ちに若しくは所定の遅れ時間後に発生してもよい。遅延は、電子制御デバイス２２で発生してもよいし若しくは別の遅延回路により付与されてもよい。

図４では、電子制御デバイスは、モータに供給する電流ｉをオフするトランジスタの形態のスイッチを含んでよい。

好ましい実施例では、電子制御デバイス２２は、マイクロプロセッサを含んでよい。第１微分器２６及び第２微分器２８並びに考えられる遅延要素の機能は、このマイクロプロセッサ内に存在するソフトウェアにより実現されてもよい。即ち、全体としての電子制御デバイス２２は、マイクロプロセッサである。

他の代替実施例では、モータ６に供給される電流ｉは、互いに等しい連続する時間間隔Δｔで測定される。測定された電流ｉは、デジタルで処理される。そうする際、２つの連続した時間間隔Δｔで測定された第１の時間導関数ｄｉ／ｄｔが互いに比較される。この比較は、２つの連続した時間間隔Δｔの第１の時間導関数が互いに対して有意に異なる場合（これは、上述の２次導関数に対応する）、これは、スクリューヘッドが木のボード１６に到達し、上述の制御信号ｓが生成されることを意味する。

上述の実施例は、電子制御手段を設けることによって、ドリルにより動作されるワークが所定の位置に到達したか否かを自動的に検出する。これは、ワークヘッドが所定位置に到達したことが検出され対応する作動を実行するとワークヘッドが当該所定位置を超えて行かないことを保証する。

図８は、本発明の第２の基本バージョンによる本発明の動力工具が示される作動原理図である。

図５乃至８では、本発明による動力工具及び方法の第２の基本バージョンが示される。種々の実施例は、本発明の基本バージョンに依存して説明される。

図５の図は、時間に対するモータ電流ｉを示す。本実施例では、モータ電流ｉは、ドリルを駆動する電気ドライバのＤＣ電流である。２つの測定された電流曲線Ａ１及びＡ２が図示される。同様に、刻時の原理は、モータ電流ｉを測定し処理するために使用される。これは、当業者に知られた技術であり、ここでは詳説しない。図６の図では、電流曲線Ａ１，Ａ２の導関数がそれぞれ示される。第１曲線Ａ１は、木のような比較的軟質なワーク及び／又は比較的小さいスクリューに関する一方、第２曲線Ａ２は、より硬いワーク及び／又はより大きいスクリューに関する。条件がなんであれ、これらの曲線Ａ１，Ａ２の測定及び処理は、制御デバイス２２（図８に図示）で実行される。好ましい実施例では、制御デバイスは、マイクロプロセッサを含む。

第２の基本バージョンの好ましい第１実施例では、所定の時点Ｔ１にて、電流ｉが厳密に測定される。マイクロプロセッサでは、単一の閾値が記憶され、当該閾値は、第１の閾値Ｐ１と称される。この第１の閾値Ｐ１は、例えば、Ｔ１にてＰ１＝５Ａであってよい。Ｔ１にてｉ１＜５Ａの場合、軟質のボードが作業されていると判断され、Ｔ１にてｉ１＞５Ａの場合、硬質のボードが作業されていると判断される。図６に関して、ｉ１＜５Ａの場合、マイクロプロセッサは、第２の所定導関数値ｑ２を割り当てるだろう。双方の所定の導関数値ｑ１、ｑ２は、マイクロプロセッサに記憶される。第１の所定の導関数値ｑ１は、例えば、ｑ１＝０．４Ａ／ｓであってよく、より大きい第２の所定の導関数値ｑ２は、例えば、ｑ２＝１Ａ／ｓであってよい。従って、モータ電流ｉ１がＴ１にてＰ１未満である場合、第１の所定の導関数値ｑ１が選択され、電流ｉ１がＴ１にてＰ１より高い場合は、第２の所定の導関数値ｑ２が選択される。

図６では、曲線Ａ１及び曲線Ａ２による電流の１次導関数は、それぞれ、曲線ａ１，ａ２で示される。

図６からわかるように、曲線ａ１，ａ２の急峻な増加部があり、これは、曲線Ａ１及びＡ２の大きく屈曲した部位に対応し、即ち、曲線Ａ１及びＡ２は、それぞれ、膝部Ｋ１，Ｋ２を有する。上述の如く、これらの膝部Ｋ１，Ｋ２は、それぞれ、（図７に示すような）制御信号ｓ１、ｓ２を形成するためにマイクロプロセッサで使用される。所定の１次導関数値ｑ１、ｑ２は、曲線ａ１，ａ２の急な増加点に配置される。

図７に示すように、第１の制御信号ｓ１は、１次導関数ｄｉ／ｄｔが第１の所定の導関数値ｑ１に到達したとき、時点ｔ１にてマイクロプロセッサで生成される。時点Ｔ１での測定により第２の曲線Ａ２が考慮されるべきとき、第２の制御信号ｓ２は、１次導関数ｄｉ／ｄｔが第２の所定の導関数値ｑ２に到達したとき、時点ｔ２にて生成される。

制御信号ｓ１若しくはｓ２に応答して、動力工具に取り付けられたＤＣモータの回転速度が低減され若しくはモータは停止されさえする。

換言すると、例えばモータの始動後の１若しくは２秒後のような、所定の時点Ｔ１にて、マイクロプロセッサは、電流ｉを読む。小さいスクリュー及び／又は軟質な木のワークである場合、電流ｉは、また比較的小さく、図５に示すように、第１の曲線Ａ１に従うだろう。所定の時点Ｔ１での測定された電流は、第１の電流ｉ１であり、これは、例えば３Ａでありうり、マイクロプロセッサは、１次導関数ｄｉ／ｄｔに比較されるべき(記憶されている)第１の所定の導関数値ｑ１を選択する。ｄｉ／ｄｔがｑ１に達するとき、対応する時点はｔ１であり、対応する電流はｉ１であり、モータの回転速度は、第１の所定の導関数値ｑ１から生成される第１の制御信号ｓ１により低減されるだろう。作業ヘッドが大きいスクリューであり及び／又はワークが硬質の木のボード片である場合、電流は、図５に示すような第２の曲線Ａ２に従うだろう。従って、時点Ｔ１での測定電流は、第１の電流ｉ１よりも高い第２の電流ｉ２であり、例えばｉ２は７Ａである。それゆえに、Ｔ１では、マイクロプロセッサは、(記憶されている)第２の所定の導関数値ｑ２を選択するだろう。曲線ａ２上のｄｉ／ｄｔの値が、対応する時点がｔ２であり、対応するモータ供給電流がｉ２である、ｑ２に達すると直ぐに、モータの速度は、生成された第２の制御信号ｓ２により低減されるだろう。

第２の基本バージョンの好ましい第２実施例では、所定の時点Ｔ１にて、同様に電流ｉが厳密に測定される。ここでは、マイクロプロセッサにて、Ｔ１でのモータ電流の測定値が、図示の電流値ｉ１のように、所定の第１の閾値Ｐ１より低いか否か、若しくは、所定の第１の閾値Ｐ１よりも高いが、図示された電流値ｉ２のように、より大きい第２の所定の閾値Ｐ２より低いかを判断されるだろう。第１の電流値ｉ１に対応する場合、第１の曲線Ａ１は所定の導関数値ｑ１が割り当てられる。第２の電流値ｉ２に対応する場合、第２の曲線Ａ２はより大きい所定の導関数値ｑ２が割り当てられる。その後、本方法は、第１実施例で説明したような各ステップに従うだろう。膝部Ｋ１，Ｋ２での１次導関数ｄｉ／ｄｔは、同様に、それぞれ、制御信号ｓ１若しくはｓ２を形成するためにマイクロプロセッサで使用される。

なお、第１実施例では、１つだけ所定の閾値Ｐ１が使用されているが、第２実施例では、２つの所定閾値Ｐ１，Ｐ２が使用される。

これは、第２実施例にも適用されてもよい。作業ヘッドが非常に大きいスクリューであり及び／又はワークが特に硬い場合、内部に保存された第３の閾値Ｐ３（図５に図示）及び第３の所定の導関数値ｑ３(図６に図示)がマイクロプロセッサで使用されるだろう。このとき、所定の導関数値ｑ１、ｑ２，ｑ３と同様に所定の閾値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のセットは、それぞれ、所定の時点Ｔ１での、測定電流ｉ１，ｉ２，ｉ３に従って要求時にここに呼び出されるように、マイクロプロセッサに記憶される。当然ながら、より多くのセットの所定の閾値Ｐ及び所定の導関数値ｑが使用されてもよい。

多数の試験（例えば、規格が異なるスクリュー及び材料及び規格が異なる種類の木）を用いて、所定の閾値Ｐ及び所定の導関数値ｑが決定されマイクロプロセッサに記憶されるべきである。

図８は、第２の基本バージョンによる本発明の実施例を組み込んだ、特にドライバである電気工具２を図示する。図示された実施例の部材の大部分は、図４の部材と同一若しくは類似する。それゆえに、同一の参照番号が使用される。

図８の右側に示される電気ドライバの作業組立体４は、チャック１０に取り付けられたドリル８を駆動する電気ＤＣモータ６を含む。チャック１０は、機械的なスプリング及びクラッチシステム１２を介して電気モータ６に接続される。ドリル８は、回転し木のボード１６内へとスクリュー１４を駆動するために設けられる。電源１８は、ＤＣ源であり、若しくは、充電可能なバッテリであってよく、手動トリガスイッチ２０が閉であることを前提として、モータ６にＤＣ電流を供給する。

電源１８は、電子制御デバイス２２及び電流センサ２４を介して電気モータ６に接続される。電流センサ２４は、モータへ供給される電流を測定し、測定した電流に比例した信号を生成し、微分器２６に信号を送る。この微分器２６は、時間ｔに依存した１次導関数ｄｉ／ｄｔに比例した信号を生成する。微分器２６の出力は、記憶及び処理ユニット３２の入力に接続される。

記憶及び処理ユニット３２は、上述の第１実施例により、単一の閾値Ｐ１及びそれぞれ第１及び第２の所定の導関数値ｑ１，ｑ２を内部に記憶する。所定の時点Ｔ１では、記憶及び処理ユニット３２は、測定した電流ｉ１が閾値Ｐ１よりも低い場合には、第１の所定の導関数値ｑ１を選択し、若しくは、測定した電流ｉ２が閾値Ｐ１よりも高い場合には、第２の所定の導関数値ｑ２を選択する。第２の所定の導関数値ｑ２は、第１の所定の導関数値ｑ１よりも大きい。記憶及び処理ユニット３２は、また、１次導関数ｄｉ／ｄｔが第１若しくは第２の所定の導関数値ｑ１，ｑ２に達したとき、対応する制御信号ｓ１若しくはｓ２を生成する。ここで、スクリューヘッドは、木の片に到達した。記憶及び処理ユニット３２は、電子制御デバイス２２に制御信号ｓ１若しくはｓ２を供給する。この制御デバイス２２は、モータ６へのエネルギ供給を低減し若しくは中断する。即ち、制御信号ｓ１、ｓ２は、モータを停止し若しくはモータの回転速度を略ゼロまで低減するゼロ若しくはその他の低い値にモータ電流ｉを至らせるために使用される。本実施例では、制御信号ｓは、この目的のため電子制御ユニット３０に作用する。この制御は、信号ｐの発生後直ぐに若しくは所定の遅延時間後に発生してもよい。この信号ｓ１若しくはｓ２は、また、モータ６の迅速な停止を得るために電流ｉを反転させるために使用されてもよい。

好ましい実施例では、電子制御デバイス２２は、マイクロプロセッサを含んでよく、微分器２６、記憶及び処理ユニット３２の機能、及び、電子制御回路３０の機能も、更には、可能性として、信号ｓを遅らせる遅延素子（図示せず）の機能も、マイクロプロセッサのソフトウェアにより実現されてもよい。即ち、全体としての電子制御デバイス２２は、マイクロプロセッサにより表現されてもよい。

図９−１１には、本発明による第３の基本バージョンの方法及び電気工具が示される。それは、図１−４を参照して説明したような第１のバージョンに基づく範囲である。従って、差異だけを説明する。この第３の基本バージョンは、工具２の速度を低減するために時間に依存した電流ｉの３次導関数を使用する。

この実施例では、本方法は、図１乃至３を参照して説明し示した種々のステップに従う。図９では、時間ｔに依存した２次導関数ｄ^２ｉ／ｄｔ^２が、図３に既に示された繰り返しとして示される。図１０に示すように、３次導関数ｄ^３ｉ／ｄｔ^３は、２次導関数ｄ^２ｉ／ｄｔ^２から生成される。３次導関数ｄ^３ｉ／ｄｔ^３のピークが現れ、その値が正であり且つ所与の閾値ｖ１を上回る場合、制御信号ｓが生成される。信号ｓは、同様に、電気工具２の速度を低減するために使用される。

当業者は、同様に、４次、５次若しくはより高いｎ次導関数を計測することにより制御信号ｓを生成することを知っている。それを結論付けることは容易であり、従って、出願人はここでは詳説しない。

図１１に図示される回路に示すように、第２の微分器２８の出力信号は、第３の微分器３４に供給され、そこで、３次導関数ｄ^３ｉ／ｄｔ^３が形成される。第３の微分器３４の出力信号のうち、正のパルスｐ１は、電子制御回路３０に供給される。それは、制御信号ｓとされる。電子制御回路３０により、モータ６におけるＤＣ電流ｉの低減若しくは完全なゼロ化をも引き起こす。

同様に、注意すべきこととして、制御デバイス２２を構成するすべての要素は、マイクロプロセッサにより置換されることができる。

上述の第２実施例によれば、記憶及び処理ユニット３２は、所定の導関数値ｑ２を内部に記憶してもよい。若しくは、それは、処理のために複数のセットの所定の導関数値ｑ１ｑ２，ｑ３，．．．及び閾値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を含んでもよい。

図５乃至８で上述した手順及び保護装置は、同様に、スクリュー１４のヘッドがボード１６に到達したときに迅速で信頼性の高い反応が得られるという効果を有する。保護装置は、全て電子化される。

尚、１次導関数、２次導関数若しくはより高次の導関数は、数学で定義される導関数だけでなく、エンジニアリングのプラクティスの微分原理に基づく簡易な均等物でもある。例えば、１次導関数は、連続する時間間隔Δｔ間の電流変化Δｉとして、即ちΔｉ／Δｔとして表現されてもよい。エンジニアリングで容易に使用されるために、Δｔは、Δｔ＝１０ｍｓのような、非常に小さい一定値であるべきである。従って、電流の際が連続的にチェックされる場合、１次導関数に対する考慮が等価的に実現されるはずである。同様に、２次及びｎ次（ｎ≧３）に対する同様の均等物は、本発明の導関数の意味に含まれるべきである。

電気ドライバは、好ましい実施例として図示されているが、当然に、本発明の制御方法は、電気ドリル、電気レンチ等のような、他の動力工具で使用されてもよい。それは、当業者にとって上述の実施例により実現することは容易であるので、出願人は詳説しない。

Claims (32)

1. 回転速度を生成するために電流が供給される電気工具を制御する方法であって、
   時間に依存して前記電気工具に供給される電流を測定するステップと、
   前記時間に依存した電流の２次若しくはｎ次（ｎ≧３）導関数を形成するステップと、
   前記２次若しくはｎ次導関数に従って制御信号を生成するステップと、
   前記制御信号に応じて前記電気工具の回転速度を変化するステップとを含む、方法。
2. 前記制御信号は、前記２次若しくはｎ次導関数が正であり且つ所定の閾値を超えたときにのみ生成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記電気工具に供給される電流が、連続した時間間隔で測定され、
   ２つの連続した時間間隔の１次導関数が互いに比較され、
   前記制御信号は、前記２つの連続した時間間隔の１次導関数が互いに異なるときに生成される、請求項１に記載の方法。
4. 前記制御信号は、遅延される、請求項１に記載の方法。
5. 前記制御信号は、直ぐに若しくは所定の遅れ時間後に、前記電気工具の回転速度を、低減されたレベル若しくはゼロに設定するために使用される、請求項１に記載の方法。
6. ＤＣ電流が前記電気工具に供給され、前記制御信号は、前記ＤＣ電流を反転することにより前記電気工具を停止に至らせるために使用される、請求項１に記載の方法。
7. 回転速度をドリルが得るように、ドリルを駆動するモータと、
   前記モータに電流を供給する源と、
   前記電流を測定するセンサと、
   時系列の前記電流の勾配の２次若しくはｎ次導関数でのパルスの検出を行って制御信号を生成すると共に、前記制御信号に応じて前記ドリルの回転速度を変更する制御手段とを含む、電気工具。
8. 前記センサは、連続した時間間隔で前記電流を測定し、
   前記制御手段は、
   ｅ１）前記時間間隔のそれぞれで前記電流の１次導関数を求め、
   ｅ２）２つの連続した時間間隔の各１次導関数を互いに比較し、
   ｅ３）前記２つの連続する時間間隔の各１次導関数が互いに異なる場合に前記制御信号を発するように構成される、請求項７に記載の電気工具。
9. 前記制御手段は、マイクロプロセッサを含む、請求項７に記載の電気工具。
10. 前記制御信号は、直ぐに若しくは所定の遅れ時間後に、前記モータの回転速度を、低減されたレベル若しくはゼロに設定するために使用される、請求項７に記載の電気工具。
11. 前記制御信号に応答して前記モータに供給される前記電流をオフにするためのスイッチが設けられる、請求項７に記載の電気工具。
12. 前記制御手段は、前記制御信号の発生に依存して、前記モータに供給される前記電流を反転することにより前記モータを停止に至らせるために判断される、請求項７に記載の電気工具。
13. 前記制御信号を遅延させる遅延手段が設けられる、請求項７に記載の電気工具。
14. 前記遅延手段の遅延は、当該工具のユーザにより設定することができる、請求項１３に記載の電気工具。
15. 前記制御信号は、前記１次若しくは２次導関数が正であり且つ所定の閾値を超えたときに生成される、請求項８に記載の電気工具。
16. 回転速度を生成するために電流が供給される電気工具を制御する方法であって、
    所定の時点で前記電気工具に供給される電流を測定するステップと、
    前記所定の時点で、前記測定した電流が所定の第１の閾値よりも低い場合に第１の所定の導関数値を、前記測定した電流が前記所定の第１の閾値よりも高い場合に前記第１の所定の導関数値よりも高い第２の所定の導関数値を選択するステップと、
    時間に依存した前記電流の１次導関数を形成するステップと、
    前記１次導関数が前記第１若しくは第２の所定の導関数値に到達したときに前記１次導関数から制御信号を生成するステップと、
    前記制御信号に応答して前記電気工具の回転速度を変更するステップとを含む、方法。
17. 前記第２の所定の導関数値は、前記測定した電流が前記第１の所定の導関数値よりも高い所定の第２の閾値よりも低いときに選択される、請求項１６に記載の方法。
18. 固定値のセットが、ドリルが内部に駆動されるべきボードの厚さ若しくは材料のような、異なる条件に対して設けられ、前記セットは、前記第１及び第２の所定の導関数値を含む、請求項１７に記載の方法。
19. 所定の閾値のセットが設けられ、前記セットは、前記第１及び第２の閾値を含む、請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 前記所定の導関数値及び／又は所定の閾値のセットは、マイクロプロセッサに記憶される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記制御信号は、遅延される、請求項１６に記載の方法。
22. 前記制御信号は、直ぐに若しくは所定の遅れ時間後に、前記電気工具の回転速度を、低減されたレベル若しくはゼロに設定するために使用される、請求項１６に記載の方法。
23. ＤＣ電流が前記電気工具に供給される、請求項１６に記載の方法。
24. 前記制御信号は、前記ＤＣ電流を反転することにより前記電気工具を停止に至らせるために使用される、請求項２３に記載の方法。
25. 電気工具であって、
    ａ）回転速度をドリルが得るように、ドリルを駆動するモータと、
    ｂ）前記モータに電流を供給する源と、
    ｃ）前記電流を測定するセンサと、
    ｄ）制御手段とを含み、
    該制御手段は、
    ｄ１）時系列の前記電流の勾配の変動を検出し、
    ｄ２）所定の時点での前記電流の値に応じて第１若しくは第２の所定の導関数値を選択し、
    ｄ３）前記第１若しくは第２の所定の導関数値から制御信号を生成し、
    ｄ４）前記制御信号に応答して前記電気工具の回転速度を変更する、
    電気工具。
26. 前記制御手段は、マイクロプロセッサを含む、請求項２５に記載の電気工具。
27. 前記制御手段の制御信号は、直ぐに若しくは所定の遅れ時間後に、前記モータの回転速度を、低減されたレベル若しくはゼロに設定するために判断される、請求項２５又は２６に記載の電気工具。
28. 前記制御信号に依存して前記モータに供給される前記電流をオフにするためのスイッチが設けられる、請求項２５に記載の電気工具。
29. 前記制御手段は、前記制御信号の発生に依存して、前記モータに供給される前記電流を反転することにより前記モータを停止に至らせるために判断される、請求項２５に記載の電気工具。
30. 前記制御信号を遅延させる遅延手段が設けられる、請求項２５に記載の電気工具。
31. 前記遅延手段の遅延は、当該工具のユーザにより設定することができる、請求項３０に記載の電気工具。
32. 前記制御手段は、所定の閾値のセット及び／又は所定の導関数値のセットを自身に保存する、請求項２５に記載の電気工具。

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